JPH10274082A - エンジン制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前記噴射燃料の動的挙動を正確に把握するこ
とのできる学習機能付きフィードフォワード制御ロジッ
クで構成されたエンジンの順モデルを用いたエンジン制
御方式を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るエンジン制御方式は、ファ
ジーニューラル回路網を用いて燃料噴射装置から噴射さ
れた燃料の動的挙動をモデル化した燃料系順モデルを有
するエンジンの順モデルを用いてエンジンの排気空燃比
を目標とする空燃比に合わせて制御するエンジン制御方
式において、空燃比センサを用いて排気空燃比を検知
し、該排気空燃比と目標空燃比とのずれに基づいて前記
順モデルのずれを補正する教師データを獲得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空燃比を所定の値
に制御するエンジン制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の排ガス規制の強化や、市場からの
燃費向上及び応答性の向上の要望等に対応するためにエ
ンジンの空燃比を目標とする空燃比に合わせるよう制御
することは行われている。このような空燃比の制御方式
としては、エンジンの排気系に酸素センサを設け、該酸
素センサの出力をフィードバックして燃料噴射量を補正
する、所謂Ｏ２フィードバック制御方式が従来から一般
的に用いられているが、この制御方式ではフィードバッ
ク制御なので特に過渡時の応答性が悪いという問題があ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような応答性の問
題を改善する制御方式として、出願人は、特願平７−２
７１１８８号で、学習機能付きフィードフォワード制御
ロジックを用いてエンジンの順モデルを構成し、該順モ
デルの出力に基づいて燃料噴射量を決定するエンジンの
逆モデルで空燃比を制御すると共に、必要に応じて酸素
センサの出力をフィードバックして前記順モデルのずれ
を補正して学習する制御方式を既に提案している。この
制御方式によれば、エンジンの順モデルを学習機能付き
フィードフォワード制御ロジックを用いて構成している
ので、従来のフィードバック制御方式に比べて応答性が
良く、また、必要に応じて酸素センサから得られる実測
値に基づいて前記順モデルを補正して学習を行うので経
時変化にも十分に対応できるが、実際のエンジンでは燃
料噴射装置から噴射された燃料が全て直接筒内に入ら
ず、一部は吸気管の壁面等に付着した後、蒸発して筒内
に入るため、前記したようにエンジンの順モデルを構成
し、また、モデルと実際のエンジンとの間のずれの補正
を行い、それを学習するためには、噴射燃料の動的挙動
を正確に把握する必要があり、従って、エンジンの順モ
デルのずれを補正する場合にも噴射燃料の動的挙動を正
確に補正する必要が生じる。本発明は、前記噴射燃料の
動的挙動を正確に把握することのできる学習機能付きフ
ィードフォワード制御ロジックで構成されたエンジンの
順モデルを用いたエンジン制御方式を提供することを目
的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るエンジン制御方式は、少なくとも
学習機能付きフィードフォワード制御ロジックを用いて
燃料噴射装置から噴射された燃料の動的挙動を表すパラ
メータをモデル化した燃料系順モデルを有するエンジン
の順モデルによってエンジンの排気空燃比を目標とする
空燃比に合わせるエンジン制御方式において、空燃比セ
ンサを用いて排気空燃比をフィードバックし、該排気空
燃比と目標空燃比とのずれに基づいて前記パラメータの
補正を行うと共に、その補正結果を前記制御ロジックの
教師データとして獲得することを特徴とするものであ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示した一実施例
を参照して、本発明に係るエンジン制御方式の実施の形
態について説明する。図１は、エンジン１と本発明に係
るエンジン制御方式を実行可能な制御装置１０との関係
を示す概略図である。エンジン１は、吸気管２に設けら
れたエアクリーナ３及び燃料噴射装置４を介してシリン
ダ５の燃焼室内に混合気を導入し、燃焼後の排気ガスを
排気管６を介して大気中に排気する４サイクルエンジン
であり、本図では吸気バルブや排気バルブ等の他の構成
部材については省略されている。尚、図１中、符号７は
クランクケースを、また、符号８はスロットルバルブを
各々示している。制御装置１０は、燃料噴射装置４から
の燃料噴射量を操作して排気ガス中の空燃比の値を制御
するものである。この制御装置１０は、図１に示すよう
に、スロットルバルブ８に設けられたスロットル開度検
知手段１２から得られるスロットル開度に関する情報α
と、クランクケース７に設けられたクランク角検知手段
１３から得られるクランク角に関する情報ｒと、吸気管
壁温に関する情報と、大気圧に関する情報とを入力し、
これらの入力情報に基づいて、吸気管２に設けられた燃
料噴射装置４の操作量Ｍｆ（即ち、燃料噴射量）を決定
して出力すると共に、排気管６に設けられた空燃比リニ
アセンサ１５（以下、単にリニアセンサ１５と称す
る。）から得られる空燃比の実測値の信号Ｅを入力し
て、必要に応じて、この情報に基づく補正及び学習を行
い常時最適な制御が行えるように構成されている。

【０００６】図２は、制御装置１０の構成を示す概略ブ
ロック図である。制御装置１０は、学習機能付きフィー
ドフォワード制御ロジックを用いてモデル化されたエン
ジンの順モデルの出力と目標空燃比Ｅｐとに基づいてエ
ンジンの逆モデルで燃料噴射量を決定するモデルベース
制御部２０、前記目標空燃比Ｅｐを算出する目標空燃比
算出部３０、エンジン回転数演算部４０、変換部５０、
及びエンジンの運転状態が過渡状態にある時にリニアセ
ンサ１５の出力に基づいてモデルベース制御部２０のず
れを補正する補正信号Ａ（Ａ１〜Ａ３）を決定して前記
モデルベース制御部２０に出力するずれ補正量決定部６
０を備えている。モデルベース制御部２０は、エンジン
回転数演算部４０で算出されたエンジン回転数ｎ、スロ
ットル開度α、大気圧、及び吸気管壁温、及び目標空燃
比算出部３０で算出された目標空燃比Ｅｐを入力し、こ
れらの情報に基づいて燃料噴射装置４の基本操作量Ｍｆ
ｎを決定し、変換部５０で、前記基本操作量Ｍｆｎをエ
ンジン１の燃料噴射サイクルに変換して操作量Ｍｆとし
て制御装置１０から出力する。目標空燃比算出部３０
は、エンジン回転数ｎ、スロットル開度α、及びクラン
ク角ｒを入力し、これらの情報に基づいて、その時々の
エンジンの運転状態に合った目標空燃比Ｅｐを決定して
モデルベース制御部２０に出力する。ずれ補正量決定部
６０は、スロットル開度検知信号１２のスロットル開度
信号αに基づいてエンジンの運転状態が過渡状態にある
か、定常状態にあるかを判断し、定常状態におけるモデ
ルベース制御部２０と実際のエンジン１との間のずれ量
は、運転状態が定常状態にある間の所定の時期の目標空
燃比Ｅｐと空燃比の実測値Ｅとの差に基づいて検出し、
また、過渡状態におけるモデルベース制御部２０と実際
のエンジン１との間のずれ量は、運転状態が過渡状態に
ある間の目標空燃比Ｅｐと空燃比の実測値Ｅとの差に基
づいて検出し、これらずれを補正する補正量Ａ１〜Ａ３
を決定してモデルベース制御部２０に出力する。このず
れ補正量決定部６０から出力される前記補正量Ａ１〜Ａ
３は、モデルベース制御部２０のモデルのずれを補正す
るために用いられ、また、その補正結果はモデルベース
制御部２０がずれの補正を学習するための教師データと
して用いられる。

【０００７】（モデルベース制御部について）以下、図
３〜図５を参照してモデルベース制御部２０の構成につ
いて説明する。図３は、図２におけるモデルベース制御
部２０の構成を示す概略ブロック図である。モデルベー
ス制御部２０は、学習機能付きフィードフォワード制御
ロジックを用いて吸気管２内の空気の動的挙動をモデル
化した空気系順モデル２１、学習機能付きフィードフォ
ワード制御ロジックを用いて燃料噴射装置４から噴射さ
れる燃料の動的挙動をモデル化した燃料系順モデル２
２、及び各順モデル２１及び２２から出力される推定空
気量Ａｖ及び推定燃料量Ｆｖに基づいて推定空燃比Ｅｖ
を算出する推定空燃比演算部２３を備えている。また、
モデルベース制御部２０は、推定空燃比演算部２３から
出力される推定空燃比Ｅｖを基本操作量演算部２４にフ
ィードバックするフィードバックループを備えている。
前記基本操作量演算部２４は、推定空燃比演算部２３か
ら出力される推定空燃比Ｅｖと、目標空燃比算出部３０
から出力される目標空燃比Ｅｐとを入力してエンジン１
の燃料噴射装置４に対する基本操作量Ｍｆｎ（基本燃料
噴射量）を算出する。この基本操作量Ｍｆｎは、モデル
ベース制御部２０から出力されると共に燃料系順モデル
２２にも入力され、燃料系順モデル２２は前記基本操作
量Ｍｆｎに基づいて推定燃料量Ｆｖを求める。上記した
ように、モデルベース制御部２０では、空気系順モデル
２１、燃料系順モデル２２、及び推定空燃比演算部２３
によりエンジン１の順モデルを構成し、かつ、前記燃料
系順モデル２２、推定空燃比演算部２３、及び基本操作
量演算部２４を含むフィードバックループを用いて前記
エンジン１の順モデルから出力される推定空燃比Ｅｖを
フィードバックして基本操作量Ｍｆｎを出力するエンジ
ンの逆モデルを構成している。

【０００８】（燃料系順モデルについて）図４は、前記
燃料系順モデル２２の構成を示す概略ブロック図であ
る。この燃料系順モデル２２は、前述したように燃料噴
射装置４から噴射された燃料の動的挙動をモデル化した
ものである。この燃料系順モデル２２は、非付着燃料演
算部２２ａ、付着燃料演算部２２ｂ、一次遅れ部２２
ｃ，２２ｄ、及び燃料付着率・蒸発時定数推定部２２ｅ
を備え、前記基本操作量演算部２４から入力される基本
操作量Ｍｆｎ（基本燃料噴射量）から、実際にシリンダ
８内に入る燃料量を推定する。前記燃料付着率・蒸発時
定数推定部２２ｅは、エンジン回転数ｎ及びスロットル
開度αと燃料付着率ｘ及び付着燃料の蒸発時定数τｆと
の関係を予め学習させたファジーニューラル回路網を用
いて噴射燃料の動的挙動のパラメータとして燃料付着率
ｘ及び蒸発時定数τｆをモデル化したものであり（図５
参照）、エンジン回転数ｎ及びスロットル開度αを入力
し、これらの情報に基づいて、燃料噴射装置４から噴射
された燃料が吸気管２等の壁面に付着する割合ｘ（即
ち、燃料付着率ｘ）と付着燃料が蒸発する時定数τｆ
（即ち、蒸発時定数τｆ）とを推定する。尚、燃料噴射
装置４から噴射されて直接筒内に入る燃料の蒸発時定数
τｖは非常に小さい値であり、筒内に入る噴射燃料の推
定に対して影響を及ぼすものではないので、ここでは所
定の定数として演算している。非付着燃料演算部２２ａ
は、前記燃料付着率・蒸発時定数推定部２２ｅから得ら
れる燃料付着率ｘに基づいて、基本操作量演算部２４か
ら入力される基本操作量Ｍｆｎ（即ち、基本燃料噴射
量）における燃料噴射装置４から直接シリンダ５の燃焼
室内に入る燃料量を算出する。付着燃料演算部２２ｂ
は、前記燃料付着率・蒸発時定数推定部２２ｅから得ら
れる燃料付着率ｘに基づいて、基本操作量演算部２４か
ら入力される基本操作量Ｍｆｎ（基本燃料噴射量）にお
いて一度壁面に付着した後でシリンダ５内に入る燃料量
を算出する。前記非付着燃料演算部２２ａ及び付着燃料
演算部２２ｂから得られる燃料量は、各々一次遅れ部２
２ｃ，２２ｄで、前記燃料付着率・蒸発時定数推定部２
２ｅから得られる蒸発時定数τｆと定数τｖに基づいて
一次遅れ系にて近似された後、加算され、推定燃料量Ｆ
ｖとして燃料系順モデル２２から出力される。尚、通
常、エンジン１における燃料噴射装置４から噴射された
燃料の挙動をモデル化する場合、噴射燃料が燃料噴射装
置４からシリンダ５内に入るまでの無駄時間を考慮し
て、図４に破線で示すように無駄時間分だけ位相を遅ら
せる無駄時間用位相遅れ部２２ｇを設ける必要がある
が、本実施例における燃料系順モデル２２では、前記無
駄時間分だけ燃料系順モデルの位相を進ませることで無
駄時間用位相遅れ部２２ｇを設ける必要をなくしてい
る。これにより、燃料系順モデル２２は単純な一次遅れ
系になるので、燃料系順モデル２２の出力を用いてフィ
ードバック制御を行う場合に、フィードバックゲインを
大きくすることが可能になり、過渡時にも適正な基本操
作量が得られる正確な逆モデルを構成している。

【０００９】上記したように構成された燃料系順モデル
２２は、燃料系順モデル２２と実際のエンジンとの間の
ずれを検出するずれ補正量決定部６０から出力される補
正信号Ａ１及びＡ２を教師データとして学習を行いモデ
ルのずれを補正する。ずれ補正量決定部６０による燃料
系順モデル２２と実際のエンジンとの間のずれの検出方
法については後で詳細に説明する。

【００１０】（空気系順モデルについて）図６は、前記
空気系順モデル２１の構成を示す概略ブロック図であ
る。この空気系順モデル２１は、スロットル開度用位相
進み部２１ａ、空気量演算部２１ｂ、圧力変換部２１
ｃ、吸気負圧演算部２１ｄ、体積効率推定部２１ｅ、及
びエンジン回転数用位相進み部２１ｆを備えている。

【００１１】（各位相進み部２１ａ及び２１ｆについ
て）前記スロットル開度用位相進み部２１ａ及びエンジ
ン回転数用位相進み部２１ｆは、前記燃料系順モデル２
２において、取り除いた無駄時間（即ち、噴射燃料が燃
料噴射装置４から噴射された後、シリンダ５内に入るま
での時間）分だけ入力されるスロットル開度α及びエン
ジン回転数ｎの位相を進める。具体的には、各位相進み
部２１ａ及び２１ｆは、時刻に対するエンジン回転数又
はスロットル開度の変化パターンを予め学習したニュー
ラル回路網を各々備えており、このニューラル回路網に
より、過去の複数の時刻におけるエンジン回転数又はス
ロットル開度に基づいてエンジン回転数又はスロットル
開度の未来値を求めることにより、位相を進める。この
ように、空気系順モデル２１において、スロットル開度
及びエンジン回転数の位相を無駄時間分だけ進めること
により、燃料系順モデル２２及び空気系順モデル２１の
両方の位相を無駄時間分だけ進めることになり、燃料系
順モデル２２で無駄時間を取り除いたことにより推定燃
料量Ｆｖと推定空気量Ａｖとの位相のずれがなくなり、
推定空燃比演算部２３で適正な推定空燃比を推定するこ
とが可能になる。また、例えば、筒内噴射式のエンジン
のように、噴射燃料が燃料噴射装置からシリンダ内に入
るまでの無駄時間が存在しないものや、前記無駄時間が
無視できる程小さいものの場合には、噴射燃料の挙動を
モデル化する時に、始めから無駄時間用位相遅れ部を設
ける必要がないので、空気系順モデル２１における各位
相進み部２１ａ及び２１ｆも設ける必要はない。尚、各
位相の進め方はニューラル回路網を用いる方法に限られ
ず任意の方法でよく、例えば、最小二乗法等を用いても
よい。

【００１２】空気量Ａｖ及び吸気負圧Ｐｍａｎの演算部
２１ｂ、２１ｄは流体力学的な数式（１），（２）での
モデル化を行う。 ここで、Ｃｔはスロットルでの流量計数、Ｄはスロット
ルの直径、Ｐａｍｂは大気圧、ｋは空気の比熱、Ｔａｍ
ｂは大気温、Ｒは気体定数、Ｍａｏは補正計数、Ｔｍａ
ｎは吸気管温度、Ｖは吸気管体積、β１はスロットル開
度に依存する計数、β２は吸気管圧力に依存する計数で
ある。また、体積効率ηに関しては数式によるモデル化
が困難なため、体積効率推定部２１ｅは、エンジン回転
数信号ｎ及びスロットル開度αと体積効率ηとの関係を
予め学習させたファジーニューラル回路網（又はニュー
ラル回路網、ＣＭＡＣ等）によるモデル化を行う（図示
せず）。

【００１３】上記したように構成された空気系順モデル
２１も、燃料系順モデル２２と同様、空気系順モデル２
１と実際のエンジンとの間のずれを検出するずれ補正量
決定部６０から出力される補正信号Ａ３により、その体
積効率推定部２１ｅから出力される体積効率ηが、実際
のエンジンの状態に合わせて補正され、体積効率推定部
２１ｅは、この補正信号Ａ３による補正後の体積効率η
を教師データとして学習を行いモデルのずれを補正す
る。補正量決定部６０による燃料系順モデル２２と実際
のエンジンとの間のずれの検出及び補正の決定方法につ
いては後で詳細に説明する。

【００１４】（目標空燃比算出部３０について）目標空
燃比算出部３０は、スロットル開度α及びエンジン回転
数ｎを入力し、これらの情報に基づいて、その時々に最
適な目標空燃比を決定してモデルベース制御部２０に出
力する。

【００１５】（補正量決定部６０について）次に、補正
量決定部６０によるモデルと実際のエンジンとの間のず
れの検出方法と補正量決定方法について説明する。補正
量決定部６０は、スロットル開度検知手段１２から得ら
れるスロットル開度信号αに加えて、リニアセンサ１５
から得られる空燃比の実測値Ｅと目標空燃比算出部３０
から得られる目標空燃比Ｅｐとを入力し、スロットル開
度信号αに基づいてエンジンの運転状態が定常状態にあ
るか過渡状態にあるかを判断し、空燃比の実測値Ｅと目
標空燃比Ｅｐとからモデルと実際のエンジンとの間のず
れを検出し、対応するモデル（燃料系順モデル２２又は
空気系順モデル２１）に学習させるための教師データと
しての補正量を決定する。

【００１６】（空気順モデル２１に関するずれの補正に
ついて）空気系順モデル２１のずれ（詳細には体積効率
推定部２１ｅを構成するファジーニューラル回路網のず
れ）は、エンジンの運転状態が定常状態にある時に、空
燃比の実測値Ｅと目標空燃比Ｅｐとの差に基づいて検出
され、この差に基づいて、例えば、実測値Ｅが目標空燃
比Ｅｐよりリッチの場合には空気系順モデル２１におけ
る推定体積効率ηが大きくなるように、また、実測値Ｅ
が目標空燃比Ｅｐよりリーンの場合には空気系順モデル
２１における推定体積効率ηが小さくなるように補正信
号Ａ３が決定される。この補正信号Ａ３は、前記したよ
うに空気系順モデル２１の体積効率推定部２１ｅに教師
データとして入力され、体積効率推定部２１ｅでは、こ
の教師データに基づいてバックプロバケーション法等に
よる学習を行い、ファジーニューラル回路網の結合係数
を更新してモデルのずれを補正する。この空気系順モデ
ル２１のずれの補正は、所定のタイミング、例えば、運
転状態が変化した時等に開始され、ずれが所定の値以下
になるまで繰り返し行われる。尚、この空気系順モデル
のずれの補正方法については、出願人が先に出願した特
願平９−２０６４３号により詳細に開示されている。

【００１７】（燃料系順モデルに関するずれの補正につ
いて）燃料系順モデル２２のずれ（詳細には燃料付着率
・蒸発時定数推定部２２ｅを構成するファジーニューラ
ル回路網のずれ）は、図７に示すように、エンジンの運
転状態が過渡状態にある間の実測値Ｅと目標空燃比Ｅｐ
とのずれ面積Ｓに基づいて検出され、このずれ面積Ｓが
小さくなるように、具体的には、このずれ面積Ｓが図７
に示すように、リーン側に大きい場合には、燃料系順モ
デル２１における燃料付着率ｘ及び蒸発時定数τｆが大
きくなるように補正信号Ａ１及びＡ２を決定し、また、
ずれ面積がリッチ側に大きい場合には、燃料系順モデル
２１における燃料付着率ｘ及び蒸発時定数τｆが小さく
なるように補正信号Ａ１及びＡ２を決定して出力する。
これら補正信号Ａ１及びＡ２は前記したように燃料系順
モデル２２の燃料付着率・蒸発時定数推定部２２ｅに教
師データとして入力され、燃料付着率・蒸発時定数推定
部２２ｅではこの教師データに基づいてバックプロバケ
ーション法等による学習を行い、ファジーニューラル回
路網の結合係数を更新してモデルのずれを補正する。こ
の学習により、例えば、教師データとしての補正信号Ａ
１及びＡ２がプラスの場合には、ファジーニューラル回
路網の推定出力はΔＶだけ増加し、また、教師データと
しての補正信号Ａ１及びＡ２がマイナスの場合には、フ
ァジーニューラル回路網の推定出力はΔＶだけ減少す
る。このずれ面積Ｓの検出はエンジンの運転状態が過渡
状態になる毎に行われ、前記ずれ面積Ｓが所定の値より
小さい場合には、モデルの補正は行わない。次に、図８
のフローチャートを参照して、補正量決定部６０におけ
る上記した燃料系順モデルに関するずれの検出及び補正
量の決定方法についてさらに具体的に説明する。エンジ
ンが始動すると、ずれ補正量決定部６０は、初めに、現
在、過渡状態の監視状態にあるか、ずれ面積検出状態に
あるかを過渡フラグから判断し（ステップ１）、過渡フ
ラグが”０”の場合には、過渡状態の監視を行うステッ
プ２へ、また、過渡フラグが”１”の場合にはずれ面積
Ｓの検出を行うステップ４へ進む。ずれ補正量決定部６
０は運転状態が過渡状態に入ったか否かをスロットル開
度信号αに基づいて監視し（ステップ２）、スロットル
開度信号αが所定の変化率以上変化した場合、過渡フラ
グを”１”に設定する（ステップ３）。エンジンの運転
状態が過渡状態に入ったら、空燃比の実測値Ｅと目標空
燃比Ｅｐとを比較し、実測値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対し
てリッチ側に外れているかリーン側に外れているかを判
断し（ステップ５）、リーン側に外れている場合には目
標空燃比Ｅｐに対する実測値Ｅのずれの絶対値をリーン
面積として記憶し（ステップ６）、また、リッチ側に外
れている場合には目標空燃比Ｅｐに対する実測値Ｅのず
れの絶対値をリッチ面積として記憶する（ステップ
７）。上記した処理は、実測値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対
して同じ方向に外れているかを判断し（ステップ４）、
実測値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対してリッチ側或いはリー
ン側の何れか同じ方向に外れ続けている間（即ち、運転
状態が過渡状態にある間）、繰り返し行われ、目標空燃
比Ｅｐに対する実測値Ｅのずれの絶対値がリーン面積又
はリッチ面積として次々に累積加算されていく（ステッ
プ６又は７）。実測値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対して前回
と異なる方向に外れると、過渡状態が終了したと判断し
（ステップ４）、次いでリーン面積が０より大きいか否
かを判断し（ステップ８）、リーン面積が０より大きい
場合は、過渡状態の間に実測値Ｅが目標値空燃比Ｅｐに
対してリーン側に外れていると判断し、累積加算された
リーン面積に所定の係数ａ及びｂを乗算して燃料付着率
補正量Ａ１及び蒸発時定数補正量Ａ２を算出する（ステ
ップ９）。また、リーン面積が０より小さい場合は、過
渡状態の間に実測値Ｅが目標値空燃比Ｅｐに対してリッ
チ側に外れていると判断し（ステップ８）、累積加算さ
れたリッチ面積に所定の係数ａ及びｂを乗算して燃料付
着率補正量Ａ１及び蒸発時定数補正量Ａ２を算出する
（ステップ１１）。燃料付着率補正量Ａ１及び蒸発時定
数補正量Ａ２を出力した後は、記憶されたリッチ面積及
びリーン面積をクリアすると共に、過渡フラグをクリア
して、再度エンジンの運転状態が過渡状態に入ったか否
かの監視状態に戻る。上記したように補正量検出部６０
では、スロットル開度信号αの変化に基づいてエンジン
の運転状態が過渡状態に入ったか否かを判定し、目標空
燃比Ｅｐに対する空燃比の実測値Ｅのずれ方向に基づい
て過渡状態が終了したか否かを判断し、エンジンの運転
状態が過渡状態に入った後、空燃比の実測値Ｅが目標空
燃比Ｅｐに対して同じ方向に外れ続けている間のずれ量
の絶対値を累積加算した値をずれ面積（即ち、リッチ側
に外れている場合にはリッチ面積、リーン側に外れてい
る場合にはリーン面積）として検出し、過渡状態が終了
した後に、前記ずれ面積Ｓが小さくなるように燃料系順
モデル２２に対する補正信号Ａ１及びＡ２を決定する。
燃料系順モデル２２では、前記したように補正信号Ａ１
及びＡ２を用いて燃料付着率・蒸発時定数推定部２２ｅ
が、学習を行い、そのファジーニューラル回路網の結合
係数を調整してモデルのずれを補正するので、学習後に
再びエンジンが過渡状態に入った時には、ずれ面積は小
さくなり、エンジンの運転状態が過渡状態に入った時の
応答性が向上する。上記した処理は、エンジンの運転状
態が過渡状態に入る毎に行われ、エンジンの経時変化等
により再び過渡時のずれ面積が大きくなった場合でも、
直ぐに補正・学習が行われるので、エンジンの運転状態
が過渡状態に入った時に、常に安定した応答性が得られ
るようになる。尚、上記ずれ面積の検出処理はエンジン
運転中、常時行われるが、ずれ面積に基づく補正信号出
力処理は、ずれ面積が所定の値より大きい場合のみしか
行わず、ずれ面積が所定の値より小さくなった場合には
行わない。これは、ずれ面積が小さい時に、更に補正・
学習を行うと、スロットル開度の変化と実際の空燃比の
変動との間の無駄時間の影響で、例えば、空燃比の実測
値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対してリーン側に僅かに外れて
いる場合には、補正・学習後の燃料付着率ｘ及び蒸発時
定数τｆが大きくなりすぎて、逆にリッチ側に振れてし
まい、また、空燃比の実測値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対し
てリッチ側に僅かに外れている場合には、補正・学習後
の燃料付着率ｘ及び蒸発時定数τｆが小さくなりすぎ
て、逆にリーン側に振れてしまい、空燃比が振動的にな
ってしまうことを防止するためである

【００１８】（第二の実施例について）次に、本発明に
係るエンジン制御方式の第二の実施例について図９〜図
○を参照して説明する。図９は、本発明に係るエンジン
制御方式を実行する制御装置１００の概略ブロック図で
ある。この制御装置１００は、学習機能付きフィードフ
ォワード制御ロジックを用いてモデル化されたエンジン
の順モデルの出力を用いたエンジンの逆モデルで空燃比
を理論空燃比に維持するよう燃料噴射量を決定するモデ
ルベース制御部１２０と、酸素センサ１１５の出力に基
づいて前記モデルベース制御部１２０におけるエンジン
のモデルと実際のエンジンとのずれを補正する補正量を
決定してモデルベース制御部１２０に出力する補正量決
定部１６０と、酸素センサ１１５からの出力に基づくＯ
２フィードバック制御を行うＯ２フィードバック制御部
１７０とから成り、理論空燃比に沿って空燃比を制御す
る。前記モデルベース制御部１２０は、燃料系順モデル
と空気系順モデルとを備え、これら順モデルから得られ
た仮想空燃比に基づいて、理論空燃比に沿って基本燃料
噴射量を決定する。尚、モデルベース制御部１２０の内
部構成、即ち、各順モデルの構成やモデルの出力に基づ
く空燃比の推定方法等については第一実施例のモデルベ
ース制御部２０と同じであるのでここでは詳細な説明は
省略する。また、モデルベース制御部１２０の出力を燃
料噴射サイクルに変換する変換部や、各入力情報を検知
する検知手段や演算部等の構成についても第一実施例の
制御装置１０と同じ構成であるので、ここでは詳細な説
明は省略する。Ｏ２フィードバック制御部１７０は、所
謂Ｏ２フィードバック制御を行う。

【００１９】ずれ補正量決定部１６０は、スロットル開
度検知手段から得られるスロットル開度信号αに加え
て、酸素センサ１１５から得られる検知信号Ｅ２を入力
し、スロットル開度信号αに基づいてエンジンの運転状
態が定常状態にあるか過渡状態にあるかを判断し、酸素
センサ１１５の検知信号Ｅ２に基づいてモデルと実際の
エンジンとの間のずれを検出し、モデルベース制御部１
２０におけるモデル（燃料系順モデル又は空気系順モデ
ル）の補正量を決定して出力すると共に、必要に応じて
Ｏ２フィードバック制御部１７０にＯ２フィードバック
開始信号及び終了信号を出力し、エンジンが過渡状態に
入った後の所定の期間だけＯ２フィードバック制御を行
わせる。空気系順モデルのずれは、ずれ補正量決定部１
６０で、定常運転時の所定の時期に、酸素センサ１１５
からの検知信号に基づいて所謂Ｏ２フィードバック制御
を行うことにより実行される。尚、この空気系順モデル
のずれの補正方法については、出願人が先に出願した特
願平９−２０６４３号により詳細に開示されている。

【００２０】燃料系順モデルのずれ（詳細には燃料付着
率・蒸発時定数推定部を構成するファジーニューラル回
路網のずれ）は、図１０に示すように、エンジンの運転
状態が過渡状態にある間の酸素センサ１１５のずれ時
間、例えば、酸素センサ１１５の出力信号がリッチ信号
又はリーン信号の何れか一方に実質的に維持される時間
に基づいて検出され、このずれ時間が短くなるように、
具体的には、エンジンの運転状態が過渡状態に入った時
に、酸素センサ１１５の検知信号Ｅ２がリーン信号を実
質的に維持し続ける場合は、燃料系順モデルにおける燃
料付着率ｘ及び蒸発時定数τｆが大きくなるように補正
信号Ａ１及びＡ２を決定し、また、酸素センサ１１５の
検知信号Ｅ２がリッチ信号を実質的に維持し続ける場合
には、燃料系順モデルにおける燃料付着率ｘ及び蒸発時
定数τｆが小さくなるように補正信号Ａ１及びＡ２を決
定して出力する。また、運転状態が定常状態にある時の
空燃比が、過渡状態のずれ方向（即ち、リッチ側又はリ
ーン側）と同じ方向に若干ずれていると、過渡状態が終
了した後も酸素センサ１１５からの検知信号が過渡状態
の時のずれ方向と同じ方向に固定されてしまい過渡状態
の終了が判断できなくなるため、ずれ補正量決定部１６
０は、酸素センサ１１５のずれ時間を検出する場合に
は、エンジンの運転状態が過渡状態に入った時にＯ２フ
ィードバック制御部１７０に制御開始信号を出力する。
これにより、過渡状態が終了するとＯ２フィードバック
制御部１７０からの出力により酸素センサ１１５の出力
は図１０に示すようにリッチとリーンとに振動し始める
ので、前記ずれ時間を確実に検出することが可能にな
る。この場合、ずれ補正量決定部１６０は、過渡状態が
終了し、酸素センサ１１５の出力がリッチとリーンとに
振動し始めたらＯ２フィードバック制御部１７０に制御
終了信号を出力してＯ２フィードバック制御を止めさせ
る。尚、酸素センサ１１５の出力信号が空燃比の変化に
関係なくノイズ等の他の原因で変化してしまう場合に
は、その変化はずれ時間の判定に用いないほうが好まし
く、このようにノイズ等の他の原因の変化をずれ時間の
判定に用いないことにより、ずれ時間の検出精度が向上
し、より正確にモデルのずれを検出することが可能にな
る。上記した補正信号Ａ１及びＡ２は第一実施例の制御
装置と同様、燃料系順モデルの燃料付着率・蒸発時定数
推定部におけるファジーニューラル回路網の教師データ
として用いられる。このずれ時間の検出はエンジンの運
転状態が過渡状態になる毎に行われる。次に、図１１の
フローチャートを参照して、補正量決定部１６０におけ
る上記した燃料系順モデルに関するずれの検出及び補正
量の決定方法についてさらに具体的に説明する。エンジ
ンが始動すると、補正量決定部１６０は、初めに、現
在、過渡状態の監視状態にあるか、ずれ時間検出状態に
あるかを過渡フラグから判断し（ステップ１）、過渡フ
ラグが”０”の場合には、過渡状態の監視を行うステッ
プ２へ、また、過渡フラグが”１”の場合にはずれ時間
の検出を行うステップ４へ進む。補正量決定部は運転状
態が過渡状態に入ったか否かをスロットル開度信号αに
基づいて監視し（ステップ２）、スロットル開度信号α
が所定の変化率以上変化した場合、過渡フラグを”１”
に設定する（ステップ３）。エンジンの運転状態が過渡
状態に入ったら、酸素センサ１１５の信号がリッチ信号
であるかリーン信号であるかを判断し、（ステップ
５）、リーン信号の場合にはリーン時間カウンタをスタ
ートさせ（ステップ６）、また、リッチ信号の場合には
リッチ時間カウンタをスタートさせる（ステップ７）。
上記した処理は、酸素センサ１１５の信号の変動を判断
し、具体的には、リッチ信号からリーン信号へ、又はリ
ーン信号からリッチ信号への変動を判断し（ステップ
４）、酸素センサ１１５が同一の信号（リーン信号又は
リッチ信号の何れかの信号）を実質的に維持し続ける
間、繰り返し行われ、リーン時間カウンタ又はリッチ時
間カウンタがずれ時間を計測する（ステップ６又は
７）。酸素センサ１１５の信号が実質的に変動すると、
過渡状態が終了したと判断し（ステップ４）、次いでリ
ーン時間カウンタが０より大きいか否かを判断し（ステ
ップ８）、リーン時間が０より大きい場合は、過渡状態
の間に空燃比がリーン側に外れていると判断して、リー
ン時間カウンタの計測したずれ時間に所定の係数ａ及び
ｂを乗算して燃料付着率補正量Ａ１及び蒸発時定数補正
量Ａ２を算出する（ステップ９）。また、リーン時間が
０より小さい場合は、過渡状態の間に空燃比がリッチ側
に外れていると判断して、リッチ時間カウンタの計測し
たずれ時間に所定の係数ａ及びｂを乗算して燃料付着率
補正量Ａ１及び蒸発時定数補正量Ａ２を算出する（ステ
ップ１１）。燃料付着率補正量Ａ１及び蒸発時定数補正
量Ａ２を出力した後は、記憶されたリッチ時間カウンタ
及びリーン時間カウンタをクリアすると共に、過渡フラ
グをクリアして、再度エンジンの運転状態が過渡状態に
入ったか否かの監視状態に戻る。上記したようにずれ補
正量検出部１６０では、スロットル開度信号αの変化に
基づいてエンジンの運転状態が過渡状態に入ったか否か
を判定し、目標空燃比Ｅｐに対する空燃比の実測値Ｅの
ずれ方向に基づいて過渡状態が終了したか否かを判断
し、エンジンの運転状態が過渡状態に入った後、空燃比
の実測値Ｅが目標空燃比Ｅｐに対して同じ方向に外れ続
けている間の時間をずれ時間（即ち、リッチ側に外れて
いる場合にはリッチ時間、リーン側に外れている場合に
はリーン時間）として検出し、過渡状態が終了した後
に、検出したずれ時間に基づいて燃料系順モデル２２に
対する補正信号Ａ１及びＡ２を決定する。尚、上記した
実施例では、過渡状態の開始と同時にＯ２フィードバッ
ク制御を行うことにより、運転状態が定常状態にある時
の空燃比が過渡状態のずれ方向（即ち、リッチ側又はリ
ーン側）と同じ方向に若干ずれている時の不具合を解消
しているが、Ｏ２フィードバック制御の代わりに、例え
ば、エンジンの運転状態が過渡状態に入ったと判断した
後、空燃比が理論空燃比付近で若干変動するようにモデ
ルの出力に、エンジンの運転状態に影響を及ぼさない程
度の変動を与えてもよい。また、過渡状態に入った時に
Ｏ２フィードバック制御を始める場合には、過渡状態が
終了した後もＯ２フィードバック制御を続けて、そのま
ま空気系順モデルのずれを補正する制御を実行すること
が可能である。モデルベース制御部１２０は、前記補正
信号Ａ１，Ａ２に基づいて、その燃料系順モデルにおけ
るファジーニューラル回路網の学習を行いモデルのずれ
を補正する。この処理は第一実施例における制御装置と
同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。尚、
上記ずれ時間の検出処理はエンジン運転中、常時行われ
るが、ずれ時間に基づく補正信号出力処理は、ずれ時間
が所定の値より大きい場合のみしか行わず、ずれ時間が
所定の値より小さくなった場合には行わない。これは、
ずれ時間が小さい時に、更に補正・学習を行うと、スロ
ットル開度の変化と実際の空燃比の変動との間の無駄時
間の影響で、空燃比がずれている方向と逆の方向に振れ
てしまい、その結果振動してしまうことを防止するため
である（図１２参照）。

【００２１】以上説明した実施例では、学習機能付きフ
ィードフォワード制御ロジックとしてファジーニューラ
ル回路網を用いているが、これは本実施例に限定される
ことなく、例えば、ニューラル回路網やＣＭＡＣ等を用
いてもよい。さらに、本実施例では、エンジンの運転状
態が過渡状態に入るタイミングをスロットル開度の変化
に基づいて判断しているが、これは本実施例に限定され
ることなく、その他のパラメータ、例えば、エンジン回
転数等を用いて判断してもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明した本発明に係るエンジン制御
方式によれば、少なくとも学習機能付きフィードフォワ
ード制御ロジックを用いて燃料噴射装置から噴射された
燃料の動的挙動を表すパラメータをモデル化した燃料系
順モデルを有するエンジンの順モデルによってエンジン
の排気空燃比を目標とする空燃比に合わせて制御するエ
ンジン制御方式において、空燃比センサを用いて排気空
燃比を検知し、該排気空燃比と目標空燃比とのずれに基
づいて前記パラメータの補正量を決定すると共に、その
補正結果を前記制御ロジックの教師データとして獲得す
るので、燃料系順モデルの燃料の動的挙動を表すパラメ
ータを正確に算出することが可能になり、より正確な制
御を実行することができるようになり、また、補正結果
を教師データとして学習するのでエンジンの経時変化や
運転状況の変化に追従した制御を行うことができる。ま
た、請求項２及び３に係るエンジン制御方式によれば、
ずれ面積及びずれ時間に基づいて補正量を決定するた
め、簡単に、エンジンの順モデルと実際のエンジンとの
間のずれを検出することが可能になる。さらに請求項３
に係るエンジン制御方式によれば安価な酸素センサ等を
使用することが可能になる。さらにまた、請求項４〜６
に係るエンジン制御方式によれば、パラメータの補正に
対して下限制限を設けているので、パラメータに過度な
補正を与えることがなくなる。また、請求項８に係るエ
ンジン制御方式によれば、エンジンの運転状態の変化に
基づいて前記過渡状態の開始を判定し、前記空燃比セン
サの検知結果に基づいて前記過渡状態の終了を判定する
ので、エンジンの運転状態における過渡状態を正確に判
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 エンジン１と本発明に係るエンジン制御方式
を実行可能な制御装置１０との関係を示す概略図であ
る。

【図２】 制御装置１０の構成を示す概略ブロック図で
ある。

【図３】 図２におけるモデルベース制御部２０の構成
を示す概略ブロック図である。

【図４】 燃料系順モデル２２の構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図５】 前記燃料付着率・蒸発時定数推定部２２ｅを
構成するファジーニューラル回路網の概略構成図であ
る。

【図６】 空気系順モデル２１の構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図７】 過渡状態における空燃比のずれ面積Ｓ及び燃
料噴射量の変化を学習前と学習後とで比較した図であ
る。

【図８】 ずれ補正量決定部６０における過渡状態のず
れ補正処理のフローチャートである。

【図９】 本発明に係るエンジン制御方式を実行可能な
第二の実施例である制御装置１００の構成を示す概略ブ
ロック図である。

【図１０】 過渡状態における空燃比のずれ時間及び燃
料噴射量の変化を学習前と学習後とで比較した図であ
る。

【図１１】 ずれ補正量決定部１６０における過渡状態
のずれ補正処理のフローチャートである。

【図１２】 過度な補正により空燃比が振動してしまう
状態を示す空燃比、酸素センサ出力信号、及び燃料噴射
量を用いて表した図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 吸気管 ３ エアクリーナ ４ 燃料噴射装置 ５ シリンダ ６ 排気管 ７ クランクケース ８ スロットルバルブ １０ 制御装置 １２ スロットル開度検知手段 １３ クランク角検知手段 １５ 酸素センサ ２０ モデルベース制御部 ２１ 空気系順モデル ２１ａ スロットル開度用位相進み部 ２１ｂ 空気量演算部 ２１ｃ 圧力変換部 ２１ｄ 吸気負圧演算部 ２１ｅ 体積効率推定部 ２１ｆ エンジン回転数用位相進み部 ２２ 燃料系順モデル ２２ａ 非付着燃料演算部 ２２ｂ 付着燃料演算部 ２２ｃ 一次遅れ部 ２２ｄ 一次遅れ部 ２２ｅ 燃料付着率・蒸発時定数推定部 ２３ 推定空燃比演算部 ２４ 基本操作量演算部 ３０ 目標空燃比算出部 ４０ エンジン回転数演算部 ５０ 変換部 ６０ ずれ補正量決定部 α スロットル開度 ｒ クランク角 ｎ エンジン回転数 Ｍｆ 操作量 Ｍｆｎ 基本操作量 Ｅ 実際の空燃比に関する検知信号 Ｅｐ 目標空燃比 Ｅｖ 推定空燃比 Ａｖ 推定空気量 Ｆｖ 推定燃料量 Ａ１〜３ 補正信号

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも学習機能付きフィードフォワ
   ード制御ロジックを用いて燃料噴射装置から噴射された
   燃料の動的挙動を表すパラメータをモデル化した燃料系
   順モデルを有するエンジンの順モデルを用いてエンジン
   の排気空燃比を目標とする空燃比に合わせて制御するエ
   ンジン制御方式において、 空燃比センサを用いて排気空燃比を検知し、該排気空燃
   比と目標空燃比とのずれに基づいて前記順モデルのずれ
   を補正する教師データを獲得することを特徴とするエン
   ジン制御方式。
2. 【請求項２】 前記空燃比センサが排気空燃比をリニア
   に検知するセンサであり、前記空燃比センサから得られ
   る排気空燃比と目標空燃比との間のずれ面積を用いて前
   記パラメータの補正を行うことを特徴とする請求項１に
   記載のエンジン制御方式。
3. 【請求項３】 前記空燃比センサが排気空燃比が目標空
   燃比に対してリッチであるか、リーンであるかを検知す
   るセンサであって、前記空燃比センサから得られる出力
   信号の不変時間を用いて前記パラメータの補正を行うこ
   とを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御方式。
4. 【請求項４】 前記ずれが予め設定した値以下になるま
   で前記パラメータを補正を行うことを特徴とする請求項
   １〜３の何れか一項に記載のエンジン制御方式。
5. 【請求項５】 前記動作パラメータの補正量が予め設定
   した値以下になるまで前記パラメータの補正を行うこと
   を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジ
   ン制御方式。
6. 【請求項６】 空燃比センサからの出力がリッチとリー
   ンと間で振動的になるまで前記パラメータの補正を行う
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のエ
   ンジン制御方式。
7. 【請求項７】 前記教師データの獲得をエンジンの運転
   状態が過渡状態である間に行うことを特徴とする請求項
   １〜６の何れか一項に記載のエンジン制御方式。
8. 【請求項８】 エンジンの運転状態の変化に基づいて前
   記過渡状態の開始を判定し、前記空燃比センサの検知結
   果に基づいて前記過渡状態の終了を判定することを特徴
   とする請求項１〜７の何れか一項に記載のエンジン制御
   方式。
9. 【請求項９】 前記エンジンの運転状態の変化をスロッ
   トル開度及び／又はエンジン回転数の変化量に基づいて
   判断することを特徴とする請求項８に記載のエンジン制
   御方式。