JPS597753A - Simultaneous control for idle revolution speed and air-fuel ratio in internal combustion engine - Google Patents

Simultaneous control for idle revolution speed and air-fuel ratio in internal combustion engine

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JPS597753A
JPS597753A JP57116939A JP11693982A JPS597753A JP S597753 A JPS597753 A JP S597753A JP 57116939 A JP57116939 A JP 57116939A JP 11693982 A JP11693982 A JP 11693982A JP S597753 A JPS597753 A JP S597753A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D31/00Use of speed-sensing governors to control combustion engines, not otherwise provided for
    • F02D31/001Electric control of rotation speed
    • F02D31/002Electric control of rotation speed controlling air supply
    • F02D31/003Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control
    • F02D31/005Electric control of rotation speed controlling air supply for idle speed control by controlling a throttle by-pass

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simultaneously control the idle revolution speed and the air-fuel ratio by recognizing an engine as a dynamic system and using a state-variable controlling method, estimating the dynamic behaviour of an engine according to the state variable which prescribes the interanl state. CONSTITUTION:A state observation equipement 15 calculates the estimated value-X of the amount of the state variable X which represents the internal state of an engine 13. The increment deltaPA(.) within a range in which the linear approximation from the standard set value (PA)a of the pulse width of a control solenoid 3 which constitues a control input is established and the increment deltaPF(.) within a range in whcih the linear approximation from the standard set value (PF)a of the fuel injection pulse width is established are determined by using a state variable - X(.) and the deviation between an aimed revolution speed Nr and an actual revolution speed N(.) at present, namely SA=Nr-N(.) and the deviation between an aimed air-fuel ratio A/F and an air-fuel ratio A/F(.) at present which is estimated from the output signal of an O2 sensor 12. Then, the optimum regulator control for the idle revolution speed N and A/F is performed.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) この発明は、内燃機関のアイドル時の回転速度と空燃比
を同時に制御する方法に関し、より詳細には、従来一般
的なPIE)(比例積分微分)制御とは異なり、機関の
内部状態を考慮して機関をダイナミック(動的)なシス
テムとして捕え、内部状態を規定する状態変数によって
機関の動的挙動を推定しながら、機関の入力変数を決定
する状態変数制御の手法を用いて、アイドル回転速度と
空燃比を同時に制御する方法に関する。
Detailed Description of the Invention (Technical Field) The present invention relates to a method for simultaneously controlling the rotational speed and air-fuel ratio of an internal combustion engine during idling. Differently, the engine is considered as a dynamic system by considering the internal state of the engine, and the engine's input variables are determined while estimating the engine's dynamic behavior using the state variables that define the internal state. This invention relates to a method for simultaneously controlling idle rotation speed and air-fuel ratio using variable control techniques.

(従来技術) 従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御方法とし
ては、例えば第1図に示すようなものがある。アイドル
回転速度制御用のAACバルブ1は、VCMバルブ2の
制御ソレノイド3をチ−ティ制御−[ることによってリ
フト量が変わり、スロットルバルブ4のバイパス5を通
過するバイパス空気量が変化して、アイドル回転速度が
制御される。
(Prior Art) As a conventional method for controlling idle rotation speed in an internal combustion engine, there is a method as shown in FIG. 1, for example. The AAC valve 1 for idle speed control changes the lift amount by controlling the control solenoid 3 of the VCM valve 2, and the amount of bypass air passing through the bypass 5 of the throttle valve 4 changes. Idle rotation speed is controlled.

コントロールユニット6は、スロットルバルブスイッチ
7によるアイドル(■DLE)信号、ニュートラルスイ
ッチ8によるニュートラル(NEUT)信号、車速セン
サ9によろ車速(VSP)信号などによって機関がアイ
ドル状態にあることを検知すると、水温センサ10によ
る冷却水温度(′1゛W)に応じた1次元テーブルルッ
クアップによって、アイドル回転速度の基本目標値を算
出する。そして、1 ニアコンスイノryよるエアコン(A、/C) (l、
ニュートラル(NEUT)信号、バッテリ電圧(■、)
信号などに応じた補正を行なって最終的に算出されたア
イドル回転速度の目標値N、に対し、機関の実際のアイ
ドル回転速度Nとその目標値Nrとの偏差SAが小さく
なるように制御ソレノイド3を比例、積分(P I )
のデー−ティ制御をして、目標回転速111’J、にフ
ィードバック制御する。
When the control unit 6 detects that the engine is in the idle state based on the idle (DLE) signal from the throttle valve switch 7, the neutral (NEUT) signal from the neutral switch 8, the vehicle speed (VSP) signal from the vehicle speed sensor 9, etc. A basic target value of the idle rotation speed is calculated by a one-dimensional table lookup according to the cooling water temperature ('1'W) detected by the water temperature sensor 10. And 1 air conditioner by near consuinory (A, /C) (l,
Neutral (NEUT) signal, battery voltage (■,)
The control solenoid is operated so that the deviation SA between the engine's actual idle rotational speed N and its target value Nr becomes small with respect to the idle rotational speed target value N, which is finally calculated by making corrections according to signals, etc. 3 as proportional, integral (P I )
The data control is performed to perform feedback control to a target rotational speed of 111'J.

Ji)、上の制御ノJ法を流れ図で示したのか、第2図
でル)る。
The above control method is shown in a flowchart in Figure 2.

一方、空燃比(燃オ」と空気の混合比)の制御は、先ず
機関の回転速度Nと吸入空気流量Qから基本燃料供給量
′11..をI’、、 −K Q/ N (但し、1く
は定数)によって求めろ。そ(−で、排気混合気の酸素
濃度に応じて空燃比に応じた信号を出力する02センサ
12の出力値に基ついて、基本燃料供給量I11..に
対する補正率αを111制御1ろことにより、実際の空
燃比A/、1・゛を目標空燃比(A/I・”)、にフィ
ードバック制御する。
On the other hand, the air-fuel ratio (mixture ratio of fuel and air) is controlled by first determining the basic fuel supply amount '11' from the engine rotational speed N and the intake air flow rate Q. .. Find it using I', -K Q/N (1 or a constant). Then, based on the output value of the 02 sensor 12, which outputs a signal according to the air-fuel ratio according to the oxygen concentration of the exhaust mixture, the correction factor α for the basic fuel supply amount I11.. is 111 controlled. Accordingly, the actual air-fuel ratio A/, 1.'' is feedback-controlled to the target air-fuel ratio (A/I.'').

しかしながら、このような従来のアイドル回転速度と空
燃比の制御方法にあっては、バイパス空気量を操作する
ことによるアイドル回転速度制御と燃料供給量を操作す
ることによる空燃比制御とが互いに独立して行われる構
成となっていたため、一方で空燃比制御を行なうために
燃料供給量を増減すると、アイドル回転速度が変化して
しまい、このためアイドル回転制御を行なうためにバイ
パス空気量を増減すると、今度は空燃比が変化してしま
い、独立した制御でありながら相互に影響を及はし合っ
て、アイドル回転速度と空燃比の安定した制御を行なう
ことか難しいという問題点があった。
However, in such conventional idle rotation speed and air-fuel ratio control methods, idle rotation speed control by manipulating the bypass air amount and air-fuel ratio control by manipulating the fuel supply amount are independent of each other. On the other hand, if the fuel supply amount is increased or decreased to perform air-fuel ratio control, the idle rotation speed will change. Therefore, if the bypass air amount is increased or decreased to perform idle rotation control, This time, the air-fuel ratio changes, and although they are controlled independently, they influence each other, making it difficult to perform stable control of the idle speed and air-fuel ratio.

(発明の目的) この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、アイドル回転速度と空燃比とを同時に最適に
安定して制御することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention has been made in view of these conventional problems, and an object of the present invention is to optimally and stably control the idle rotational speed and the air-fuel ratio at the same time.

(発明の構成および作用) そこでこの発明は、空気量(もしくは相当量)あるいは
燃料供給量(もしくは相当量)をはじめとし、史には点
火時期あるいは排気還流量(もしくは相当量)とを制御
入力とし、アイドル回転速塵と空燃比とを制御出力とす
る機関のダイナミツクモチルに基づいて、」−記者制御
入力と各制御出力とで多変数制御することを特徴とする
ものである。
(Structure and operation of the invention) Therefore, the present invention provides control inputs that include the amount of air (or equivalent amount) or the amount of fuel supply (or equivalent amount), as well as the ignition timing or the amount of exhaust gas recirculation (or equivalent amount). The engine is characterized by multivariable control using control inputs and control outputs, based on the dynamics of the engine whose control outputs are idle speed, dust, and air-fuel ratio.

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第3図はこの発明の一実施例の構成を示すが、図におい
て、13は制御対象である機関で、制御入力はアイドル
時のバイパス空気量を調整するVCMバルブ2の制御ソ
レノイド3の駆動パルス幅P辻燃料噴射弁14を駆動す
る燃料噴射パルス幅PFをとり、制御出力は機関回転速
度Nと02センサ12の出力値から推定される空燃比A
、 / Fをとる。
FIG. 3 shows the configuration of an embodiment of the present invention. In the figure, 13 is an engine to be controlled, and the control input is a drive pulse for the control solenoid 3 of the VCM valve 2 that adjusts the amount of bypass air at idle. The width P is the fuel injection pulse width PF that drives the fuel injection valve 14, and the control output is the air-fuel ratio A estimated from the engine rotation speed N and the output value of the 02 sensor 12.
, / Take F.

15は、制御対象である機関13のダイナミックモデル
を記憶していて、上記4つの制御入出力情報P、 、 
l)F、 N 、 A/Fがら機関のダイナミックな内
部状態を推定する状態観測器(オブザーバ)であり、内
部状態を代表する状態変数量X(例えば6つの量x、 
+ X2 + x3 + X4 + X51 X6のベ
クトル表示)の推定値Xを計算する。
15 stores a dynamic model of the engine 13 to be controlled, and stores the above four control input/output information P, ,
l) It is a state observer (observer) that estimates the dynamic internal state of the engine from F, N, and A/F, and it is a state variable quantity X (for example, six quantities x,
+ X2 + x3 + X4 + X51 (vector representation of X6) is calculated.

状態観測器15は制御対象である機関をシミュレーショ
ンするもので、ダイナミックな内部状態を状態変数x(
n次のベクトルx1〜Xn)で代表する。
The state observer 15 simulates the engine to be controlled, and the dynamic internal state is expressed as a state variable x (
It is represented by n-th order vectors x1 to Xn).

制御対象である機関13の内部状態を表わす状態変数は
、具体的には例えばインテークマニホールドの絶対圧や
吸入負圧、実際にシリンダに吸入された空気量、燃焼の
動的挙動、機関トルク等が挙げられる。これらの値をセ
ンサにより検出できれば、その検出値を用いることによ
って動的挙動を把握し、制御に用いろことによって制御
をより精密に行なうことかできる。しかしながら現時点
ではそれらの値を検出できる実用的センサはあまり存在
しない。そこで機関の内部状態を状態変数Xで代表させ
るか、但し状態変数Xは実際の内部状態を表わす種々の
物理量に対応させる必要はなく、全体として機関をシミ
ーレーションさせるものである。状態変数Xの次数11
は、nが大きい程シミ・−レーションか精確になるが、
反面計算が複雑になる。そこでモデルとしては低次元化
近似されたものを使用し近似誤差又は機関個体差による
誤差を積分動作で吸収する。この発明におけろ2人力2
出力の場合には、n = 6程度が適当である。
Specifically, the state variables representing the internal state of the engine 13 that is the controlled object include, for example, the absolute pressure of the intake manifold, the suction negative pressure, the amount of air actually taken into the cylinder, the dynamic behavior of combustion, the engine torque, etc. Can be mentioned. If these values can be detected by a sensor, the detected values can be used to understand the dynamic behavior and used for control, thereby allowing more precise control. However, at present, there are not many practical sensors that can detect these values. Therefore, the internal state of the engine is represented by a state variable X, but the state variable X does not need to correspond to various physical quantities representing the actual internal state, and the engine as a whole is simulated. Degree 11 of state variable X
The larger n is, the more accurate the simulation becomes.
On the other hand, calculation becomes complicated. Therefore, a reduced-dimensional approximation model is used, and approximation errors or errors due to individual engine differences are absorbed by integral operation. In this invention, 2 man power 2
In the case of output, approximately n = 6 is appropriate.

第3図において、16は積分動作とゲインブロック(コ
ントローラ)で、機関回転速度の指定された目標値N、
と実際値Nとの偏差SAを積分した量、空燃比の指定さ
A1だ[4(泉11fi(八/1つ、と実際値A/ r
’との偏差S 13を積分した情、および状態観測器1
5で計算された状態変数祉Xから、2つの匍坤11人力
PAとPFの値を計嘗する(第5図参照)。
In Fig. 3, 16 is an integral operation and gain block (controller), which is used to set the specified target value N of the engine rotation speed,
and the actual value N, the specified air-fuel ratio is A1 [4 (Izumi 11fi (8/1), and the actual value A/r
', and the state observation device 1
From the state variable X calculated in step 5, calculate the values of the two manual forces PA and PF (see Figure 5).

次に作用を説明″fろ。Next, explain the action.

制御対象である機関13は2人力2出カシステムで、こ
の入出力間の回転同期サンプル値系のある基準設定値近
辺で求められた線形近似された伝達関数行列T(zlか
ら、制御対象1:3のダイナミックな内部状態を推定す
ることがTiJ能である。その1つの手法として状態観
測器15がある。アイドル回転速度近辺の運転条件で、
制御対象13の伝達関数行列T(zlか実験的に求まり
、 となる。但し、Zは入出力信号のサンプル値の2−変換
を示し、T+(zlとI”2(z)は例えば2の2次伝
達関数、’]’3(Z)と’I’4(”)は201次伝
達関数である。
The engine 13 to be controlled is a two-man power, two-output system, and from the linearly approximated transfer function matrix T (zl) obtained around a certain reference setting value of the rotation synchronized sample value system between the input and output, the controlled object 1 : TiJ function is to estimate the dynamic internal state of
The transfer function matrix T(zl) of the controlled object 13 is determined experimentally and becomes as follows. However, Z indicates the 2-transformation of the sample value of the input/output signal, and T+(zl and I"2(z) are, for example, 2 The second-order transfer functions, ']'3(Z) and 'I'4('') are 201st-order transfer functions.

入力、出力および伝達関数’r+(z)〜l114(Z
lの関係を示す制御対象(機関)13のモデル構造を第
4図に示す。但し、入出力はそれぞれ基準設定値からの
ズレδPA、δPF、δN、δ(A/F)を用いている
Input, output and transfer function 'r+(z)~l114(Z
A model structure of the controlled object (engine) 13 showing the relationship of l is shown in FIG. However, the input and output uses deviations δPA, δPF, δN, and δ(A/F) from the reference setting values, respectively.

この伝達関数行列T(zlかも、次の様に状態観測器1
5を構成することができる。
This transfer function matrix T(zl) is expressed by the state observer 1 as follows.
5 can be configured.

先ず、T(zlから機関の動的な挙動を記述する状態変
数モデル x(nl =Ax(n−1) + Bu(n−1)  
   (2)y(n−1) = Cx(n−1)   
      (3)を導く。ここで、容量のカッコ内の
(n)は現時点を、tた(n−1)は1つ前のサンプル
時点を表わす。
First, a state variable model x(nl =Ax(n-1) + Bu(n-1) that describes the dynamic behavior of the engine from T(zl)
(2)y(n-1) = Cx(n-1)
(3) is derived. Here, (n) in parentheses of the capacity represents the current time, and t(n-1) represents the previous sample time.

u(n−1)は制御入力ベクトルで、ある基準設定値か
らの線形近似か成り立つ範囲内での摂動分を表わす、制
御ソ」/ノイド3のパルス幅δ1)A(n−1) ト燃
料噴射パルス幅δPF(n−1)を要素とする。すなわ
ち、 また、y(n−1,)は制御出力ベクトルで、制御入力
ベクトルと同様に、ある基準回転速度Na(例えば65
0 rpm )からの摂動分を表わすδN(n−1)と
、基準空燃比(Al1(゛)aからの摂動分を表わすδ
(Al1・1)’(n−1)を要素とする。すなわち、
X(・)は状態変数ベクトルであり、行列A 、 I3
 、 Cは伝達関数行列′i”(z)の係数から決まる
定数行列である。
u(n-1) is a control input vector, which represents the perturbation within a range where a linear approximation from a certain standard setting value holds. The injection pulse width δPF (n-1) is used as an element. In other words, y(n-1,) is a control output vector, which, like the control input vector, is a certain reference rotational speed Na (for example, 65
δN(n-1) representing the perturbation from the reference air-fuel ratio (Al1(゛)a) and δ representing the perturbation from the reference air-fuel ratio (Al1(゛)a)
(Al1.1)'(n-1) is an element. That is,
X(・) is the state variable vector, and the matrix A, I3
, C is a constant matrix determined from the coefficients of the transfer function matrix 'i''(z).

ここで、次の様なアルゴリズムを持つ状態観測器を構成
1−る。
Here, a state observation device with the following algorithm is constructed.

x(nl−(A−GC)x(n−1) +Bu(n−1
)+Gy(n−1)(6)ここに、には任意に与えられ
る行列で、X(・)は機関13の内部状態変数X(・)
0)推定値である。(2)(3)(6)式より変形すイ
)と、 [x(nl−X(n))−(A−にC)[:X(n−1
)−x(n  1)l)  (力となり、行列(A−G
C)0)固自値が単位円内にあるようにGを選べば、 11→犬で x (nl −) X (nl     
(8)となり、内部状態変数t X (nlを人力U(
・)と出力y(・)から推定1−ることができろ。また
、行列Gを適当に選び、行列(A−GC)の固有値を全
て零にすることも可能で、この時状態観測器15は有限
整定状態観測器となる。
x(nl-(A-GC)x(n-1) +Bu(n-1
)+Gy(n-1) (6) Here, is an arbitrarily given matrix, and X(・) is the internal state variable X(・) of the engine 13.
0) is an estimated value. Transformed from equations (2), (3), and (6), [x(nl-X(n))-(A-toC)[:X(n-1
)-x(n 1)l) (becomes a force, matrix (A-G
C) 0) If we choose G so that the eigenvalue is within the unit circle, then x (nl −) X (nl
(8), and the internal state variable t
・) and the output y(・), you can estimate 1-. It is also possible to appropriately select the matrix G and make all the eigenvalues of the matrix (A-GC) zero, in which case the state observer 15 becomes a finitely stable state observer.

このようにして推定された状態変数X(・)と、目標回
転速度N、と現在の実際の回転速度N(・)との偏差5
A−(N、−N(・))の情報と、目標空燃比(A/F
)、と02センサ12の出力信号から推定される現在の
実際の空燃比(A/P > (・)との偏差5B=((
A/F)、−(A/F)(・))の情報を用いて、制御
入力である制御ンレノイド3のパルス幅の基準設定値(
PA)aからの線形近似が成り立つ範囲内での増量分δ
PA(・)と、燃料噴射パルス幅の基準設定値(PF)
aからの線形近似が成り立つ範囲内での増量分δPF(
・)を決定し、機関のアイドル回転速度Nと空燃比A/
Fの最適レギュレータ制御を行なう。
Deviation 5 between the state variable X (・) estimated in this way, the target rotation speed N, and the current actual rotation speed N (・)
Information on A-(N, -N(・)) and target air-fuel ratio (A/F
), and the current actual air-fuel ratio (A/P > (・) estimated from the output signal of the 02 sensor 12 5B = ((
Using the information of A/F), -(A/F)(・)), the reference setting value (
PA) Increase amount δ within the range where linear approximation from a holds true
PA (・) and standard setting value (PF) of fuel injection pulse width
Increase amount δPF within the range where linear approximation from a holds true (
・) is determined, and engine idle speed N and air-fuel ratio A/
Perform optimal regulator control of F.

レギュレータ制御とは、アイドル回転速度Nを一定値で
ある目標回転速度N、に、空燃比A/Pを一定値である
目標空燃比(A/F)rにそれぞれ合致するように制御
する定値制御を意味する。尚本発明では、前述した様に
実験的に求めたモデルが低次元化された近似モデルであ
る為、その近似誤差を吸収する為の1(積分)動作を付
加しているが、ここでは■動作を含めての最適レギュレ
ータ制御を行う。
Regulator control is constant value control that controls the idle rotation speed N to match the target rotation speed N, which is a constant value, and the air-fuel ratio A/P to match the target air-fuel ratio (A/F)r, which is a constant value. means. In the present invention, since the experimentally obtained model is a low-dimensional approximate model as described above, 1 (integral) operation is added to absorb the approximation error. Performs optimal regulator control including operation.

この発明の制御対象である機関は、前述したように2人
力2出カシステムであり、これを最適にレキ−レータ制
御するものであるが、一般的な多変数システムの最適レ
ギュレータ制御アルゴリズムは、例えば古田勝久著「線
形/ステム制御理論」(昭51年)昭晃堂その他に説明
されているので、ここでは詳細な説明は省略する。結果
のみを記述すると、いま、 δu(nl = u(n) −u (n−1)    
   (9)δy(n) = y(Ill−y (n−
1)       (10)とし、評価関数Jを、 とする。ここでQ 、 Rは重みパラメータ行列、tは
転置を示す。1(は制御開始時点な0とするザンプル回
数で、(11)式の右辺第1項は(10)式の2乗、第
2項は(9)式の2乗(Q 、 1<を対角行列とする
と)をそれぞれ表わす。又01)式の第2項を、(9)
式の様な制御入力の差分の2次形式としているが、これ
は第5図の様に1(積分)動作を付加したためである。
As mentioned above, the engine to be controlled by this invention is a two-man power, two-output system, which is optimally controlled by the requisite regulator. However, the optimal regulator control algorithm for a general multivariable system is as follows. For example, it is explained in "Linear/Stem Control Theory" by Katsuhisa Furuta (1977), Shokodo and others, so detailed explanation will be omitted here. Describing only the results, now δu(nl = u(n) −u (n-1)
(9) δy(n) = y(Ill-y (n-
1) (10) and the evaluation function J is as follows. Here, Q and R are weight parameter matrices, and t indicates transposition. 1 (is the number of samples with 0 at the start of control, the first term on the right side of equation (11) is the square of equation (10), and the second term is the square of equation (9) (Q, 1< ) are respectively expressed as an angular matrix.Also, the second term of equation 01) is expressed as (9)
The quadratic form of the difference in control input is used as shown in the equation, but this is because one (integral) operation is added as shown in FIG.

(11)式の評価関数Jを最小とする最適制御入力とな
る。(12)式で −t−−1−t−− に=−(R十BPB)BPA      (13)とお
くと、Kは最適ゲイン行列である。また(12)式のリ
カノティ(Riccati)方程式の解である。
This is the optimal control input that minimizes the evaluation function J of equation (11). In equation (12), if -t--1-t-- is set as =-(R+BPB)BPA (13), K is the optimal gain matrix. It is also a solution of the Riccati equation (12).

(111式の評価関数Jの意味は、制御人力U(・)の
動きを制約しつつ、制御出力y(・)であるアイドル回
転速度Nの目標値N、がらの偏差SA(回転変動)と空
燃比A/Fの目標値(A/F)、からの偏差S Bを最
小にしようと意図したもので、その制約の重みづけは重
みパラメータ行列Q、Rで変えることができる。従って
、適当なQとRを選択し、アイドル時の機関のダイナミ
ックモデル(状態変数モデル)を用い、06)式を解い
たPを用いて計算した03)式の最適ゲイン行列Kをマ
イクロコンビーータに記憶し、アイドル回転速度の目標
値N、と実際値Nの偏差の積分値、空燃比の目標値(A
/Ii″)rと実際1[(VF)の偏差の積分値および
推定された状態変数x (k)かも、(1つ式によって
最適制御入力値u (k)を簡単に決定することができ
る。また前述したように、機関のダイナミックな状態変
数の推定値x (k)を求めるには、行列A、B、C,
Gの値をマイクロコンビーータに記憶しておき、(6)
式により計算すればよい。
(The meaning of the evaluation function J in Equation 111 is that while constraining the movement of the control human power U (・), the target value N of the idle rotation speed N, which is the control output y (・), and the deviation SA (rotation fluctuation) of the idle speed N, which is the control output y (・), are It is intended to minimize the deviation S B of the air-fuel ratio A/F from the target value (A/F), and the weighting of this constraint can be changed using the weighting parameter matrices Q and R. Select Q and R, use a dynamic model (state variable model) of the engine at idle, and store the optimal gain matrix K of formula 03), which is calculated using P obtained by solving formula 06), in the microconbeater. Then, the integral value of the deviation between the target value N of the idle rotation speed and the actual value N, and the target value of the air-fuel ratio (A
/Ii'') The integral value of the deviation between r and the actual 1 [(VF) and the estimated state variable x (k) can be easily determined by the equation (1). Also, as mentioned above, in order to obtain the estimated value x (k) of the dynamic state variable of the engine, the matrices A, B, C,
Store the value of G in the micro converter, and (6)
It can be calculated using the formula.

なお、0□センザ12の出力信号から空燃比の偏差SB
を推定する方法は、以下のようにして行なう。
Note that the air-fuel ratio deviation SB from the output signal of the 0□ sensor 12
The method for estimating is as follows.

02センサ12は理論空燃比をを境にして燃料のりノチ
(濃)側でオン信号を、リーン(淡)側でオフ信号をそ
れぞれb3力する。第6図に示す02センサ12の出力
信号を各制御周期毎に観測する。例えば、最初の周期(
0〜1)でオンの時間とオフの時間を計測し、オン(リ
ンチ)信号を(−1−1、オフ(リーン)信号を(−)
として加算し、 8 B = −t、+ t2−13+ t4     
    面により得られたSBの値をもって、その制御
周期内で空燃比が目標値(A/F)、よりどれだけズし
ているかを表わす量とすればよい。
The 02 sensor 12 outputs an on signal b3 on the rich side of the fuel and an off signal b3 on the lean side of the stoichiometric air-fuel ratio. The output signal of the 02 sensor 12 shown in FIG. 6 is observed at each control period. For example, the first period (
0 to 1), measure the on time and off time, and measure the on (lynch) signal as (-1-1) and the off (lean) signal as (-).
8 B = -t, + t2-13+ t4
The value of SB obtained from the surface may be used as an amount representing how much the air-fuel ratio deviates from the target value (A/F) within the control cycle.

以上のアイドル回転速度と空燃比の同時制御の手順を示
したのが、第7図である。手順を説明すると、ステップ
30ではエアコンのオン−オフ状態、水温TwO値等に
よりアイドル回転速度の目標値N。
FIG. 7 shows the procedure for simultaneous control of the idle rotation speed and air-fuel ratio. To explain the procedure, in step 30, the target value N of the idle rotation speed is determined based on the on/off state of the air conditioner, the water temperature TwO value, etc.

を決め、この目標値Nrと実際値Nとの偏差SAを計X
する。ステップ31では同様にして空燃比の目標値(A
/F”)、を決め、この目標値(A/F)、と実際値(
A/F)との偏差SBを計算する。ステップ32では、
制御を始めてから前の周期までの回転速度の偏差SAを
加算していて、結果なりTJNIというレジスタに移す
。ステップ33では、制御を始めてから前の周期までの
空燃比の偏差S I’3を加算していて、結果を1)U
N2というレジスタに移す。
is determined, and the deviation SA between this target value Nr and the actual value N is calculated by
do. In step 31, the target value of the air-fuel ratio (A
/F”), and determine this target value (A/F) and actual value (
Calculate the deviation SB from A/F). In step 32,
The rotation speed deviation SA from the start of control to the previous cycle is added, and the result is transferred to a register called TJNI. In step 33, the air-fuel ratio deviation S I'3 from the start of control to the previous cycle is added, and the result is 1) U
Move to register N2.

ステップ34では、回転速度の実際値Nの基準設定値N
a(例えば650 r、pm )からのズレを、ステッ
プ35では空燃比の実際値A/Fの基準設定値(A/1
8゛)aからのズレを、それぞれ計算する。ステップ3
6では、前の制御周期で推定された機関のダイナミック
な内部状態を表わす状態変数量x1〜X、と、泪算され
た制御入力値δPAおよびδPFと、さらに制御出力値
であるδN、δ<A/p>とを重みづけ加算して各状態
変数量x、〜X、をH1算する。但しく6)式の行列(
A−GC)は、 の形で、有限整定オブザーバを形成した例である。
In step 34, a reference set value N of the actual value N of the rotational speed is determined.
In step 35, the deviation from the actual value A/F of the air-fuel ratio (A/1
8゛) Calculate each deviation from a. Step 3
6, the state variables x1 to X representing the dynamic internal state of the engine estimated in the previous control cycle, the calculated control input values δPA and δPF, and the control output values δN, δ<A/p> is weighted and added to calculate each state variable amount x, ~X, H1. However, the matrix of equation 6) (
A-GC) is an example of forming a finitely settled observer in the form.

なお、(A、B、C)は可観測正準形を用いている。Note that (A, B, C) use observable canonical forms.

ステップ37では、前の制御周期で推定された機関のダ
イナミックな内部状態変数量x1〜X6と1)UNIお
よびDUN2に最適ゲインにの要素kI。
In step 37, dynamic internal state variables x1 to X6 of the engine estimated in the previous control cycle and 1) an element kI for the optimal gain for UNI and DUN2 are calculated.

を乗じて加算し、基準設定値(PA)aおよび(PF)
aに対し制御入力値をどれだけ増量するかを計算する。
Multiply and add the standard setting value (PA)a and (PF)
Calculate how much the control input value should be increased for a.

第7図の係数b 131 g 131 k s 3等は
予め求めておいて、マイクロコンピュータ等に記憶して
おく。
The coefficients b 131 g 131 k s 3, etc. in FIG. 7 are determined in advance and stored in a microcomputer or the like.

(発明の効果) 以上説明してきたように、この発明によれば、制御入力
である空気量を規定する制御ソレノイドの駆動パルス幅
PAと燃料噴射パルス幅PF、および制御出力であるア
イドル回転速度Nと02センサで検出された空燃比A/
Fの間のダイナミックモデルに基づいて、多変数制御を
行なう構成としたため、機関のアイドル時の回転速度制
御と空燃比制御を同時に最適に行なうことができ、より
安定なアイドル運転を実現することができるという効果
が得られる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the drive pulse width PA and fuel injection pulse width PF of the control solenoid that define the air amount that are the control input, and the idle rotation speed N that is the control output and the air-fuel ratio A/ detected by the 02 sensor
Since the configuration performs multivariable control based on a dynamic model between You can get the effect that you can.

なお、上述の実施例では、制御入力として、空気量を規
定する制御ソレノイドのパルス幅PAと燃料噴射パルス
幅PFとを用いる場合を示したが、その他点火時期ある
いはEqlt(排気還流)!i′を制御入力として加え
れば、制御出力である回転速度Nと空燃比A/’Fとを
より精密に同時かつ最適に制御することができる。
In the above-described embodiment, the pulse width PA of the control solenoid that defines the air amount and the fuel injection pulse width PF are used as control inputs, but the ignition timing or Eqlt (exhaust recirculation)! By adding i' as a control input, it is possible to control the rotational speed N and the air-fuel ratio A/'F, which are control outputs, more accurately, simultaneously, and optimally.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の内燃機関におけるアイドル回転速度制御
装置と空燃比制御装置の構成図、第2図は従来のアイド
ル回転速度制御方法を示すフローチャート、第3図はこ
の発明による内燃機関におけるアイドルl111転速度
と空燃比の同時制御方法を実現する制御装置の構成図、
第4図は第3図の制御入出力と機関の関係を示すブロッ
ク図、第5図は第3図の積分中ゲインブロックを詳細に
示した図、第6図は02センザの出力波形図、第7図は
この発明による制御11方法を説明するフローチャート
である。 ■ ・・・AACバルフ、2・・・・・V(、Mバルブ
、3・・・・・・制御ソレノイド、 4・・・・・・スロットルバルブ、  5・・・・・・
バイパス、7・・・・・スロットルバルブスイッチ、8
・・・・ニュートラルスイッチ、 10・・・・・・水温センサ、 11・・・・・・エア
コンスイッチ、12・・・・・・02センサ、 13・
・・・・・内燃機関(制御対象)、14・・・・・・燃
料噴射弁、  15・・・・・・状態観測器、16・・
・・・・積分十ゲインブロック、Nr ・・・アイドル
回転速度の目標値、N・・・・・・アイドル回転速度の
実際値、Na ・・・アイドル回転速度の基準設定値、
SA ・アイドル回転速度の目標値と実際値の偏差、 (A/F)  ・・空燃比の目標値、 A、/F・・・・・・・空燃比の実際値、(A/F)a
・・空燃比の基準設定値、8B・・・空燃比の目標値と
実際値の偏差、八・・・バイパス空気量を規定1−る制
御ソレノイドのパルス幅、 PF・・・燃料供給量を規定する燃料噴射パルス幅、X
l・・・・・・状態変数用、 Xl・・・・・状態変数の推定量 特許出願人 ]」産自動車株式会社 特許出願代坤人 弁I11! 、、J:    山  本  恵  −手
続補正書(自発) 昭和57年9月知日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年特許願第116939号 2、発明の名称 内燃機関におけろアイドル回転速度と 空燃比の同時制御力法 3、補正をする者 事件との関係 %打出願人 名 称 (399)日産自動車株式会社を削除する。 
           −2(2)明細書第8頁第4行
の「(第5図参照)。」を「(第5図参照)。そして、
上記状態観測器15と積分動作とゲインブロック16と
でコントローラヲ構成する。」と補正する。 (3)明細書第16頁第12行の[状態変数量X、〜x
aJを[状態変数量X1〜x”lと補正する。 (4)明細書第17頁第3行の1−前の制御周期で」を
削除する。 (5)  図面の第7図を別紙のとおり補正する。 ↓き表  」ニ
FIG. 1 is a block diagram of an idle rotation speed control device and an air-fuel ratio control device in a conventional internal combustion engine, FIG. 2 is a flowchart showing a conventional idle rotation speed control method, and FIG. 3 is an idle l111 diagram in an internal combustion engine according to the present invention. A configuration diagram of a control device that realizes a method for simultaneously controlling rotation speed and air-fuel ratio,
Fig. 4 is a block diagram showing the relationship between the control input/output and engine in Fig. 3, Fig. 5 is a diagram showing details of the gain block during integration in Fig. 3, Fig. 6 is an output waveform diagram of the 02 sensor, FIG. 7 is a flowchart illustrating the control method 11 according to the present invention. ■...AAC valve, 2...V(, M valve, 3...control solenoid, 4...throttle valve, 5...
Bypass, 7... Throttle valve switch, 8
...Neutral switch, 10...Water temperature sensor, 11...Air conditioner switch, 12...02 sensor, 13.
... Internal combustion engine (controlled object), 14 ... Fuel injection valve, 15 ... Condition observation device, 16 ...
...Integral tensile gain block, Nr...Target value of idle rotation speed, N...Actual value of idle rotation speed, Na...Reference setting value of idle rotation speed,
SA ・Difference between target value and actual value of idle rotation speed, (A/F) ・・Target value of air-fuel ratio, A, /F ・・・・Actual value of air-fuel ratio, (A/F) a
...Standard set value of air-fuel ratio, 8B...Difference between target value and actual value of air-fuel ratio, 8...Pulse width of control solenoid that specifies bypass air amount, PF...Fuel supply amount Specified fuel injection pulse width, X
l...For state variables, Xl...Estimation of state variables Patent applicant] San Jidosha Co., Ltd. patent application representative Konjinben I11! ,, J: Megumi Yamamoto - Procedural amendment (spontaneous) September 1980, Japan Patent Office Commissioner Kazuo Wakasugi 1, Indication of the case 1982 Patent Application No. 116939 2, Name of the invention Internal combustion engine Simultaneous Control of Idle Speed and Air-Fuel Ratio Act 3, Relationship with the Case of the Person Who Makes the Amendment Applicant's Name (399) Delete Nissan Motor Co., Ltd.
-2 (2) "(See Figure 5)." on page 8, line 4 of the specification is replaced with "(See Figure 5)."
The state observer 15, integral operation, and gain block 16 constitute a controller. ” he corrected. (3) [State variable amount X, ~ x
Correct aJ to [state variable amount X1 to x''l. (4) Delete 1-previous control cycle on page 17, line 3 of the specification. (5) Figure 7 of the drawings will be amended as shown in the attached sheet. ↓

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 内燃機関のアイドル運転時に、アイドル回転速度の目標
値N、と実際値Nの偏差SAおよび空燃比の目標値< 
A、/F)rと実際値A/F’の偏差SBに基づいて、
前記内燃機関に供給される空気量へもしくは相当する量
および前記内燃機関に供給される燃料量PFもしくは相
当する量の2つの制御入力か、あるいは前記2つの制御
入力に更に点火時期あるいは排気還流量もしくは相当す
る量を加えた制御入力の値を決定し、アイドル回転速度
Nと空燃比A/Fとを同時に制御する方法において、コ
ントローラに記憶された前記内燃機関のダイナミックモ
デルに基づき、前記制御入力値および制御出力値である
前記回転速度Nと前記空燃比A/Fとから、前記内燃機
関のダイナミックな内部状態を代表する適当な次数の状
態変数量X、(1=1127・・・n)を推定し、該推
定された状態変数量X、(i=1 、2.・・・口〕と
前記回転速度の偏差SAの積分値と前記空燃比の偏差S
Bの積分値とから、前記制御入力値を決定することを特
徴とする内燃機関におけるアイドル回転速度と空燃比の
同時制御方法。
During idle operation of the internal combustion engine, the deviation SA between the target value N of the idle rotation speed and the actual value N, and the target value of the air-fuel ratio <
A, /F) Based on the deviation SB between r and the actual value A/F',
two control inputs for or equivalent to the amount of air supplied to the internal combustion engine and an amount PF or equivalent to the amount of fuel supplied to the internal combustion engine; alternatively, the two control inputs are further provided with an ignition timing or an amount of exhaust gas recirculation; Alternatively, in a method of simultaneously controlling the idle rotation speed N and the air-fuel ratio A/F by determining the value of the control input by adding a corresponding amount, the control input is determined based on the dynamic model of the internal combustion engine stored in the controller. From the rotational speed N and the air-fuel ratio A/F, which are the control output values, a state variable quantity X of an appropriate order representative of the dynamic internal state of the internal combustion engine, (1=1127...n) is determined. is estimated, and the integral value of the estimated state variable quantity X, (i = 1, 2...), the deviation SA of the rotational speed, and the deviation S of the air-fuel ratio is calculated.
A method for simultaneously controlling an idle rotation speed and an air-fuel ratio in an internal combustion engine, characterized in that the control input value is determined from an integral value of B.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5578138A (en) * 1978-12-06 1980-06-12 Nissan Motor Co Ltd Idling speed control for internal combustion engine

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