JPS597753A - 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 - Google Patents
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Info
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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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- F02D31/002—Electric control of rotation speed controlling air supply
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- 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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
Ｊｉ）、上の制御ノＪ法を流れ図で示したのか、第２図
でル）る。
でル）る。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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）。
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）。
次に作用を説明″ｆろ。
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。
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。
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
。
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
。
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。
５を構成することができる。
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。
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。
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。
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。
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。
１−る。
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。
）＋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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
を推定する方法は、以下のようにして行なう。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
なお、（Ａ、Ｂ、Ｃ）は可観測正準形を用いている。
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。
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。
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。
ａに対し制御入力値をどれだけ増量するかを計算する。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (1)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57116939A JPS597753A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57116939A JPS597753A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS597753A true JPS597753A (ja) | 1984-01-14 |
| JPS6325175B2 JPS6325175B2 (ja) | 1988-05-24 |
Family
ID=14699446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57116939A Granted JPS597753A (ja) | 1982-07-07 | 1982-07-07 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS597753A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5578138A (en) * | 1978-12-06 | 1980-06-12 | Nissan Motor Co Ltd | Idling speed control for internal combustion engine |
-
1982
- 1982-07-07 JP JP57116939A patent/JPS597753A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5578138A (en) * | 1978-12-06 | 1980-06-12 | Nissan Motor Co Ltd | Idling speed control for internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6325175B2 (ja) | 1988-05-24 |
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