JPS61190143A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関を制御する装置であって、特に、内燃
機関の運転に関する系の動的なモデル（ダイナミックモ
デル）に基づいて内燃機関のアイドル回転数を最小の燃
料噴射量で目標回転数に維持するようにした内燃機関制
御装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、内燃機関のアイドル回転数を制御する装置と
して、例えば特開昭５４−７６７２３号公報に示される
如く、機関回転数を回転数検出手段により検出し、この
検出値と冷却水温等に応じて設定された目標アイドル回
転数との偏差をなくすよう、言い換えれば、機関回転数
を目標アイドル回転数に保持するよう、スロットルバル
ブのバイパス通路を通過する空気流量を制御するフィー
ドバック制御によるアイドル回転数制御装置が提案され
ている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような制御装置によると、アイド
ル運転中にエアコンがオンまたはオフしたことによりそ
れぞれ目標アイドル回転数をそれまでの値から所定値だ
け増加もしくは減少させる場合に、所望の追従性を実現
することが難しく、燃費向上と出力確保といういわば相
反する問題を充分に解決するまでには至らない。

本発明は上記のような問題点を解決することを目的とし
、いわゆる現代制御理論を取り入れ、燃費向上、出力確
保を実現できる充分な追従性を得ると共に燃費が最小と
なる吸入空気量で機関回転数を目標アイドル回転数に維
持することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するための本発明の構成は、第１
図に示すように、 内燃機関Ｍ１の吸気管に配設される燃料噴射弁Ｍ２、お
よび吸気通路のスロットルバルブＭ３の開度を調節する
スロットルアクチュエータＭ４と、 機関回転数検出手段Ｍ５、吸入空気流量検出手段Ｍ６お
よび機関制御のためのその他の検出手段Ｍ７と、 これら検出手段Ｍ５、Ｍ６、Ｍ７からの検出信号Ｎ、Ａ
Ｒ，・・・に基づき上記燃料噴射弁Ｍ２へ燃料噴射弁駆
動信倍ＦＲを、上記スロットルアクチュエータＭ４ヘス
ロットル間度を規定するアクチュエータ駆動信号θをそ
れぞれ出力する電子制御手段であって、目標アイドル回
転数Ｎ＊を設定するアイドル回転数設定部Ｍ９を備える
ものと、 からなる内燃機関制御装置において、 上記電子制御手段Ｍ８を、 上記アイドル回転数設定部Ｍ９による目標アイドル回転
数Ｎ＊の情報を受け、機関回転数Ｎをこの目標アイドル
回転数Ｎ＊に維持できる最小の燃料噴射量に対応する吸
入空気１１Ａ　Ｒ＊を、目標回転数Ｎ本に対応して予め
定めた燃料噴射量・吸入空気量相関パターンに基づいて
定める目標吸入空気量設定部Ｍ１０と、 この目標吸入空気量設定部Ｍ１０による目標吸入空気Ｍ
ＡＲ”の情報、上記アイドル回転数設定部Ｍ９による目
標回転数Ｎ＊の情報および内燃機関Ｍ１の制御入出力値
ＦＲ，θ、Ｎ、ＡＲをそれぞれ受け、内燃機関Ｍ１の運
転に関する系の動的なモデルに従って予め定められた機
閣内部状態推定のための演算式および最適フィードバッ
クゲインに基づいて、燃料噴射量およびスロットル開度
のそれぞれについてのフィードバック量を決定し、これ
ら決定されたフィードバック量のそれぞれに基づく燃料
噴射弁駆動信号ＦＲおよびアクチュエータ駆動信号θを
出力する付加積分型レギュレータＭ１１と、から構成し
た ことを要旨とする。

ここでアイドル回転数設定部Ｍ９は、その他検出手段Ｍ
７に含まれるアイドルスイッチ、冷却水温センサ、車速
センサ、エアコンスイッチなどからの信号に基づき、例
えば、アイドルスイッチがオンかつ車速がＯｋｍ／　ｈ
に近い所定値以下のとき冷却水漏とエアコンスイッチの
オン・オフに応じた目標アイドル回転数を設定する。

目標吸入空気量設定部ＭＩＯは次のように所定の目標ア
イドル回転数に対して燃料供給量を最小にする吸入空気
量を設定する。

第２図は内燃ｖｌＡ関Ｍ１０目標アイドル回転数Ｎ−７
一 本を一定とした時の吸入空気量ＡＲと燃料供給量ＦＲと
の関係を示す定回転数線図である。今、吸入空気量がＡ
ｂ、燃料供給量がＦｂの点すで内燃機関が目標アイドル
回転数Ｎ＊で運転されていたとすると、ここから吸入空
気量をΔＡＯ増加させた点（Ａａ、、Ｆａ）において燃
料供給１ｔＦａが最小になることがわかる。目標吸入空
気量設定部Ｍ１０は吸入空気量の目標値ＡＲ＊に関して
、所定の目標アイドル回転数Ｎ＊に対して上述のように
燃料供給１１ＦＲを最小とする値を与えるよう構成され
るが、一般的には後述する電子ｉＩ＋制御手段Ｍ８の一
部として、マイクロコンピュータ等による処理の一つと
して実現される。

電子制御手段Ｍ８は、通常マイクロプロセッサを用いＲ
ＯＭ、ＲＡＭ等の周辺素子や入出力回路と共に構成され
た電子回路として実現され、予め記憶された処理手順に
従って、目標吸入空気量設定部ＭＩＯ、アイドル回転数
設定部Ｍ９によって設定された目標値と内燃機関Ｍ１の
運転状態の諸量とを知って、運転状態が目標に近づくよ
う、予め内燃ｔＩＩ閏Ｍ１の運転に関する系の動的なモ
デルに従って定められた最適フィードバックゲインから
定まるフィードバック量により制御するよう構成されて
いる。即ち、制御手段Ｍ８は目標吸入空気量設定部Ｍ１
０によって設定された目標吸入空気量と内燃機１＄１Ｍ
１の運転状態の諸量とから最適なフィードバック量を定
める付加積分型最適レギュレータとして構成されている
。

こうした付加積分型最適レギュレータの構成の手法は、
例えば古田勝久著「線形システム制御理論」　（昭和５
１年ＮＩＢ晃堂等に詳しいが、ここで実際の構成の手法
について一通の見通しを与えることにする。尚、以下の
説明においてＦ、Ｘ、Ａ。

Ｂ、Ｃ，ｖ、ｕ、Ｌ、Ｇｏ　Ｇ、ＩＲ，Ｔ、Ｐはベクト
ル！（行列）を示し、ＡＴの如き添字Ｔは行列の転置を
、Ａ−１の如き添字−１は逆行列を、更にＸの如き添字
△はそれが推定値であることを、６の如き記号−は制御
対象の系から変換等により生成された別の系、ここでは
状態観測器（以下、オブザーバと呼ぶ）で扱われている
量であることを、ｙ＊の如き記号＊は目標値であること
を、各々示している。

制御対象、ここでは内燃機関Ｍ１の制御において、この
制御対象の動的な振舞は、 Ｘ　（ｋ　）　−＝Ａ・Ｘ　（ｋ−１＞　十Ｂ−ｕ　（
ｋ−１）・・・（１） Ｖ　（ｋ　）−Ｃ−Ｘ　（ｋ　）　　　　　　　・・・
（２）として記述されることが現代制御理論より知られ
ている。ここで式（１）は状態方程式１式（２）は出力
方程式と呼ばれ、Ｘ（ｋ）は内燃機１１Ｍ１の内部状態
を表わす状態変数量であり、（Ａ　（ｋ　）は内燃ｉ関
Ｍ１の制御入力つまり運転条件を示づ金量からなるベク
トル、ｓ　（ｋ　）は内燃機関Ｍ１の１ＩｉｌｌＩｌｌ
出力つまり運転状態を示すｌｉＩ量からなるベクトルで
ある。又、式（１）、（２＞は離散系で記述されており
、添字には現時点であることを、ｋ−１は１回前のサン
プリング時点であることを、各々示している。

内燃機ＩＩ］Ｍｌの内部状態を示す状態変数量Ｘ（ｋ）
は、その制御系における未来への影響を予−１〇　　− 測するために必要十分な系の履歴に関する情報を示して
いる。従って、内燃機関Ｍ１の運転に関する系の動的な
モデルが明らかになり、式（１）。

（２）のベクトルＡ、ＩＢ、Ｃを定めることができれば
、状態変数量Ｘ（ｋ）を用いて内燃機関Ｍ１の運転を最
適に制御できることになる。尚、サーボ系においては系
を拡大する必要が生じるが、これについては後述する。

ところが、内燃機関Ｍ１のように複雑な対象については
その動的なモデルを理論的に正確に求めることは困難で
あり、何らかの形で実験的に定めることが必要となる。

これが所謂システム同定と呼ばれるモデル横築の手法で
あって、内燃機関Ｍ１が所定の運転状態で運転されてい
る場合、その状態の近傍では線形の近似が成立つとして
、式（１）、（２）の状態方程式に則ってモデルを構築
するのである。従って、内燃機関Ｍ１のようにその運転
に関する動的なモデルが非線形のような場合にも、定常
的な複数の運転状態に分離することによって線形な近似
を行なうことができ、個々の動的なモデルを定めること
によって広範な運転域まで拡張することができるのであ
る。

ここで、制御対象が比較的容易に物理的なモデルとして
構築できるのものであれば周波数応答法やスペクトル解
析法といった手法によりシステム同定を行なって、動的
な系のモデル（ここではベクトルＡ、　Ｅ３．　Ｃ）を
定めることができるが、内燃機関Ｍ１のような多元系の
制御対象は、ある程度近似のよい物理モデルをつくるこ
とも困難であり、この場合には最小２乗法や補助変数法
あるいはオンライン同定法などにより動的なモデルの構
築を行なう。

動的なモデルが定まれば、状態変数量Ｘ（ｋ）と運転状
態の諸量ｓ　（ｋ　）及びその目標値Ｖ＊（ｋ）からフ
ィードバック量が定まり運転条件の諸量％Ａ（ｋ　）が
理論的に最適に定められる。通常内燃機関Ｍｌ等では内
燃機関Ｍ１の運転に直接関与する諸量として、例えば実
際に吸入されている空気量や燃焼の動的挙動、あるいは
燃焼に関与している混合気中の燃料量や内燃機関の出力
トルクといった量を状態変数量Ｘ（ｋ）として扱えばよ
いのであるが、これらの諸量の大部分は直接観測するこ
とが極めて困難である。そこで、こうし゛た場合には、
電子制御手段Ｍ８内に状態観測器（オブザーバ）と呼ば
れる手段を構成し、内燃機関Ｍ１の運転条件の諸量と運
転状態の諸量とを用いて、内燃機関Ｍ１の状態変数量Ｘ
（ｋ）を推定することができる。これが所謂、現代制御
理論におけるオブザーバであり、種々のオブザーバとそ
の設計法が知られている。これらは、例えば古田勝久他
著「メカニカルシステム制御」（昭和５９年）オーム社
等に詳解されており、適用される制御対象、ここでは内
燃機関Ｍ１とその運転状態制御装置との態様に合わせて
最小次元オブザーバや有限整定オブザーバとして設計す
ればよい。

電子制御手段Ｍ８は、観測された状態変数量または上記
のオブザーバによって推定された状態変数量Ｘ（ｋ）の
他に、目標吸入空気量設定部Ｍ１０によって設定された
目標吸入空気量、アイドル回転数設定部Ｍ９によって設
定された目標アイドル回転数と、実際の吸入空気量、機
関回転数との各々の偏差を累積した累積値を用いて拡大
された系において、両者と、予め定められた最適フィー
ドバックゲインとから最適なフィードバック酸を定め燃
料噴割弁Ｍ２およびスロットルアクチュエータＭ４を制
御する。累積値は運転状態の目標値が内燃機１１Ｍ１へ
の要求量によって変化することから必要となる社である
。一般にサーボ系の制御においては目標値と実際の制御
値との定常偏差を消去するような制御が必要となり、こ
れは伝達関数において１／Ｓ（１次の積分）を含む必要
があるとされる。また、既述したようなシステム同定に
より系の伝達関数を定め、これから状態方程式をたてて
いるような場合には、対ノイズ安定性の上からもこうし
た積分量を含むことが望ましい。

本発明においては立−１、即ち一次型の積分を考慮すれ
ばよい。従って、上述の状態変数量Ｘ（ｋ）にこの累積
値を加えて系を拡大し、両者と予め定められた最適なフ
ィードバックゲイン「とにより帰還量を定めれば、付加
積分型最適レギュレータとして、制御対象への制御入力
値、即ち内燃ｔａ関Ｍ１の運転条件の諸量が定まる。

次に、最適フィードバックゲインについて説明する。上
記の如く積分量を付加した最適レギュレータでは、評価
関数Ｊを最小とするような制御入力（ここでは内燃機関
Ｍ１の運転条件の諸量）の求め方が明らかにされており
、最適フィードバックゲインもリカッチ方程式の解と状
態方程式（１）、出力方程式（２）のＡ、ＩＢ、Ｃマト
リックス及び評価関数に用いられる重みパラメータ行列
とから求められることがわかっている（前掲書他）。

ここで重みパラメータは当初任意に与えられるものであ
って、評価関数Ｊが内燃機関Ｍ１の運転条件諸量の挙動
を制約する重みを変更するものである。重みパラメータ
を任意に与えて大型コンピュータによるシミュレーショ
ンを行ない、得られた運転状１１諸量の挙動から重みパ
ラメータを所定量変更してシミュレーションを繰返し、
最適な値を決定しておくことができる。その結果最適フ
ィードバックゲインＦも定められる。

従って、本発明の内燃機関制御装置の電子制御手段Ｍ８
は、予めシステム同定等により決定された内燃機関Ｍ１
の動的モデルを用いて付加積分型最適レギュレータＭ１
１として構成され、その内部におけるオブザーバのパラ
メータや最適フィードバックゲイン「などは、全て、予
め内燃機関Ｍ１を用いたシミュレーションにより決定さ
れているのである。

尚、以上の説明において状態変数量Ｘ（ｋ）は内燃機関
Ｍ１の内部状態を表わす量として説明したが、これは実
際の物理量に対応した変数量である必要はなく、内燃機
関Ｍ１の状態を表わす適当な次数のベクトル団として設
計することができる。

［作用］ 上記構成を有する本発明の内燃機関制御装置は、それぞ
れ目標吸入空気量設定部Ｍ１０により内燃１１関Ｍ１へ
の目標吸入空気量を、アイドル回転数設定部Ｍ９により
目標アイドル回転数を算出し、付加積分型最適レギュレ
ータＭ１１により、内燃機関Ｍ１の運転状態の諸量が上
記の目標値となるよう最適フィードバック量を求めて燃
料噴射弁Ｍ２およびスロットルアクチュエータＭ４の制
御を行なうよう働く。しかも目標吸入空気量設定部Ｍ１
０は内燃機関Ｍ１のアイドル回転数を一定にした状態で
燃料消費量が最小となるよう目標吸入空気量を算出する
よう働くので、結果的に本発明の内燃機関制御装置は、
内燃機関Ｍ１を目標アイドル回転数でしかも燃料消費量
を最小とするような運転状態に最適に制御する。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。第３図は本発明の実施例における内燃機関とその周辺
装置を表わす概略構成図、第４図は内燃機関の運転状態
を制御する系の制御モデルを示す制−系統図、第５図、
第６図はそれぞれシステム同定の説明に用いるブロック
線図、第７図は電子制御回路において実行される制御の
一例を示すフローチャート、第８図は燃料消費を最小と
する吸入空気量を求める１Ｉｉ１１御の一例を示すフロ
ーチャート、第９図は本実施例の効果を説明するグラフ
である。以下、この順に説明する。

第３図では４気筒４サイクルの内燃ｉ関１のひとつの気
筒を中心に示しているが、吸気系２には上流から図示し
ないエアクリーナ、吸入空気流量ＡＲ＠測定するエア７
０メータ３、吸気温Ｔｈａを検出する吸気温センサ５、
吸入空気量を制御するスロットルバルブ７、サージタン
ク９、電磁式の燃料噴射弁１１等が備えられている。ま
た内燃機関１の排気は排気管１４により図示しない排気
浄化装置、消音器等を介して外部へ排出される。

燃焼室（シリンダ）はピストン１５．吸気弁１７゜排気
弁１９９点火プラグ２１等から構成されているが、これ
らの作動は周知のものなので説明は省略する。

内燃機関１にはこの他に冷却水の温度Ｔｈｗを検出する
冷却水温センサ２９やディストリビュータ２５内に備え
られ、内燃機関１の回転数Ｎに応じた周波数のパルス信
号を出力する回転数センサ３１や、内燃機関１の１回転
（クランク角の７２０°）に１発のパルス信号を出力す
る気筒判別セフサ３３等が備えられている。又、スロッ
トルバルブ７は直流モータを動ノｊ源とするスロットル
アクチュエータ３５によってその開度θを制御されてい
る。尚、第３図中３７はアクセル３８の踏込量Ａｃｅを
検出するアクセル開度センサである。

以上の構成を有する内燃機関１とその周辺装置において
、その燃料噴射１ｉＦＲやスロットルバルブ開度θ等は
電子制御回路４０によって制御されている。電子制御回
路４０はキースイッチ４１を介してバッテリ４３より電
力の供給をうけて作動しているが、周知のマイクロプロ
セッサ（ＭＰＵ）４４、ＲＯＭ４５．ＲＡＭ４６．バッ
クアップＲＡＭ４７．入力ボート４９．出力ボート５１
等から構成され、上記各素子・ボートは相互にバス５３
により接続されている。

電子制御回路４０の入力ポート４９は、内燃機関１の運
転状態を示す信号を各センサより入力する。具体的には
、吸入空気流量ＡＲをエアフロメータ３より、吸気ＩＴ
ｈａを吸気温センサ５より、機関アイドル状態であるか
ないかを判断するための信号をアイドルスイッチ５５、
車速センサ５６などにより冷却水温Ｔｈｗを冷却水温セ
ンサ２９より、内燃機関１の回転数Ｎを回転数センサ３
１より、気筒判別信号を気筒判別センサ３３より、エア
コンがオンされているかどうかを判断するための信号を
エアコンスイッチ５７より各々入力する入力部で構成さ
れている。

一方、出力ポート５１は、アクチュエータ３５を介して
スロットルバルブ７の開度θを、燃料噴射弁１１を開・
閉弁して燃料噴射量ＦＲを、その他、イグナイタ２１１
を介して点火時期などを、個々に制御する信号を出力す
る。これら電子制御回路４０のＭＰＵ４４による処理に
ついては、点火時期制御などのための処理を除いて、後
に第６図。

第７図のフローチャー１〜に拠って詳述する。

次に第４図の機能ブロック図に拠って、電子制御回路４
０による処理について説明し、特にシステム同定による
状態方程式（１）、出力方程式（２）等におけるベクト
ルＡ、Ｂ、Ｃの求め方やこれに基づくオブザーバの求め
方、フィードパツクゲイン「の求め方について、実際に
即して説明する。尚、第４図は機能をブロックとして表
わした図であって、ハード構成を示すものではない。

又、第４図に示す機能は、実際には第６図のフローチャ
ートに示した一連のプログラムの実行による離散系とし
て実現されるものである。

第４図に示すように、内燃Ｉｌ！閏のアイドル回転数Ｎ
＊は冷却水ｍ　Ｔ　ｈ　Ｗ　、エアコンスイッチ５７の
オン・オフに応じてアイドル回転数設定部Ｐ１により設
定される。一方、目標吸入空気量ＡＲ＊は目標アイドル
回転数Ｎ　”　＋実際の検出された吸入空気量ＡＲ，回
転数Ｎ、内燃機関１に噴射された燃料噴射量ＦＲから、
後に第８図の説明において詳述する手法により目標吸入
空気量設定部Ｐ２により燃料消費量を最小にする値とし
て定められる。積分器Ｐ３は目標アイドル回転数Ｎ＊と
実際の回転数Ｎとの偏差ＳＮを累積して累積値ＺＮ（ｋ
）を求め、積分器Ｐ４は目標吸入空気量ＡＲ＊と実際の
吸入空気量ＡＲとの偏差ＳＡＲを累積して累積値ＺＡＲ
（ｋ　）を求めるものである。

Ｐ５は、吸入空気量ＡＲ，回転数Ｎについて、定常的な
運転状態での８値（ＡＲａ、Ｎａ）からの摂動分を抽出
する摂動分抽山部を示している。

これは、既述したように、非線形なシステムに対して線
形の近似を行なう為に、内燃機関１の運転状態を、個々
の定常的な運転状態の連続とみなし、個々の定常運転近
傍について線形な動的モデルを構築して内燃機関１の運
転に関する広範囲にわたる動的なモデルを構築したこと
によっている。従って、内燃機関１の運転状態の諸１（
ＡＲ，Ｎ＞を、一旦、最も近い定常な運転状態からの摂
動分δＡＲ（＝ＡＲ−ＡＲａ）、δＮ　（＝Ｎ−Ｎａ）
として扱うのである。前記の積分器Ｐ３．Ｐ４とオブザ
ーバＰ６とフィードバック量決定部Ｐ７とによって求め
られる内燃機関１への制御入力、即ちスロットル開度θ
、燃料噴射ＩＦＲに関する操作量も、摂動分δθ、δＦ
Ｒとして扱われている。

オブザーバＰ６は、運転状態の摂動分δＡＲ。

δＮと制御入力つまり運転条件の摂動分δθ、δＦＲと
から内燃機関１の□内部状態を表現する状態変数量Ｘ（
ｋ）を推定して状態変数推定間貸（ｋ）を求めるもので
あり、この状態変数推定量Ｘ（ｋ）と上述の累積値ＺＴ
　（ｋ　＞、　ＺＡＲ（ｋ　）とに、フィードバック量
決定部Ｐ７において、最適フィードバックゲイン「を乗
算し、操作量（δθ、δＦＲ）を求めるのである。この
操作量の組（δθ。

δＦＲ）は摂動分抽山部Ｐ５によって選ばれた定常的な
運転状態に対応した運転条件からの摂動分なので、これ
に基準設定値加算部Ｐ８によりこの定常的な運転条件に
対応した基準設定値θａ、ＦＲａを加えて、内燃機関１
に対する制御入力の諸量、θ、ＦＲを定めるのである。

以上、簡単にこの制御系の構成について説明したが、こ
うした運転状態（ＡＲ，Ｎ）及び運転条件（θ、ＦＲ）
を実施例として取上げたのは、これらの諸量が内燃機関
１の出力に関与する基本的な量であることによっている
。従って、本実施例では内燃機関１を２人力２出力の多
元系としてとらえた。内燃機関１の出力に関与する量と
しては、この他にも、例えば点火時期や排ガス還流量な
ども考えられ、必要に応じてそれらを加味してシステム
のモデルをたてればよいが、ここでは、内燃機関１の動
的なモデルの横築には上記の２人力２出力のモデルを用
い、系の動的な振舞を変化させるものとして、他に内燃
機関１の冷却水温ＴｈＷや吸気温Ｔ　ｈ　ａを用いるが
、内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗ等は内燃機関１の制御系
の構成を変えるものではなく、その動的な振舞の様子を
変化させるにすぎない。従って、内燃機関１の制御系に
ついてこの動的なモデルを構築する際、状態方程式（１
）、出力方程式（２）のベクトルＡ、Ｂ、Ｃが内燃機関
１の冷却水ｉＴｈｗ等に応じて定められることになる。

以上、内燃機関１のハード的な構成と内燃ｌｌ関１の出
力の制御を行なうものとして２人力２出力の系を取り上
げた場合の制御系の構成について説明した。そこで、次
に実際のシステム同定による動的モデルの構築、オブザ
ーバＰ６の設計、最適フィードバックゲイン「の与え方
について説明する。

まず内燃機関１の動的なモデルを構築する。第５図は２
人力２出力の系として定常運転されている内燃機関１の
系を伝達関数Ｇ１（Ｚ）〜Ｇ４（２）により書き表わし
た図である。尚、２は入出力信号のサンプル値のＺ変換
を示し、Ｇ１（ｚ）〜Ｇ４（Ｚ）は適当な次数をもつも
のとする。従って、全体の伝達関数行列Ｇ（Ｚ）は、で
表わされる。

本実施例の内燃機関１のように、その制御系が２人力２
出力の系であり、入出力の諸量に干渉が存在するような
場合には、物理的なモデルを定めることが極めて困難と
なる。このような場合には、システム同定と呼ばれる一
種のシミュレーションにより伝達関数を求めることがで
きる。

システム同定の手法は、例えば相良節夫他著、「システ
ム同定」　（昭和５６年）社団法人計測自動−１１１１
学会等に詳解されているが、ここでは最小２乗法により
同定する。

内燃機関１を所定の運転状態で定常運転し、スロットル
開度の変化分δθを零として、燃料供給量の変化分δＦ
Ｒとしての適当な試験信号を加え、その時の入力δＦＲ
と出力である回転数の変化分δＮのデータをＮ回に亘っ
てサンプリングする。

これを入力のデータ系列（ｕ（ｉ））−（δＦＲ１）、
出力のデータ系列（ｙ（ｉ））＝（δＮ１）（但し、ｉ
　＝１．２，３．・・・Ｎ）と表わす。この時、系は１
人力１出力とみなすことができ、系の伝達関数Ｇｌ（Ｚ
）は、 Ｇ１　　（ｚ　）＝Ｂ　（ｚ−１）／Ａ　（ｚ−１）・
　（３）即ち、 Ｇｌ（Ｚ） −（ｂｏ　＋ｂ１　−　ｚ　−１＋・＋ｂｎ　ｚ　−’
　）　／（１＋ａｌ　・２−壜＋ａ２・２＋・・−＋ａ
ｎ−ｚ）・・・（４） で求められる。尚、ここで　ｚ−１は単位推移演算子で
あって、ｚ−１−ｘ　（ｋ　）＝ｘ　（ｋ−１）を意味
している。

入出力のデータ系列（ｕ　（ｉ　＞）、　　Ｎ／（ｉ　
＞）から式（４）のパラメータａ１〜ａｎ、ｂＯ〜ｂｎ
を定めれば系の伝達関数Ｇｉ（Ｚ）が求められる。最小
２乗法によるシステム同定では、このパラメータａ１〜
ａｎ、ｂＯ〜ｂｎを ＪＯ−Σ［（Ｖ　（ｋ　）　＋ａ１　−　ｙ　（ｋ−１
）　＋−・・±ａｎ−ｙ（ｋ−ｎ））−（ｂｏ−ｕ（ｋ
）＋ｂ１　　・ｕ（ｋ−１）＋・・・ ＋ｂｎ　−ｕ　（ｋ−ｎ　）　）］ ・・・（５） が最小となるよう定める。本実施例ではｎ＝２として、
各パラメータを求めた。この場合、系のシグナルフロー
線図は第６図のようになり、状態変数量としｒ［ｘｌ（
ｋ）　　ｘ２（ｋ）］”をとって、その状態・出力方程
式は、 ・・・　（６） と表わせられる。従って、１人力１出力の系とみなした
場合のシステムパラメータＡ、　Ｅ３．　Ｃを各々ＡＩ
　”、　ＩＢｌ　＋、　Ｃ１′とすれば、となる。

本実施例ではＧ１（ｚ）についてのパラメータとして、 ［ａｌ　　　’ａ２］＝［−１゜９１　　　　０．９２
３］［ｂＯｂｌ　　　ｂ２］ −　　［０４，８６Ｘ１０　　　４．７３　　ＸＩＯ］
を得た。同様の手法により、伝達関数Ｇ２（Ｚ）ないし
Ｇ４（ｚ）及び各々についてのシステムパラメータＡ２
　′ないしＡ４−、［３２′ないしＢ４−、Ｃ２′ない
し０４　′が求められる。そこでこれらのシステムパラ
メータから元の２人力２出力の多元系のシステムパラメ
ータ、即ち状態方程式（１）、出力方程式（２）のベク
トルＡ、　１３．０を定めることができる。

こうして本実施例の動的なモデルがシステム同定により
求められたが、この、動的なモデルは、内燃機関１が所
定の状態で運転されている時、この状態の近傍では線形
の近似が成立つという形で定められる。従って、定常的
な複数の運転状態に関して、上記の手法で伝達関数０１
（Ｚ）ないしＧ４（Ｚ）が各々求められ、各々の状態方
程式（１）、出力方程式（２）におけるベクトルＡ。

Ｂ、Ｃが求められ、その入出力の関係は摂動弁δの間に
成立することになる。

次にオブザーバＰ６の設計方法について説明する。オブ
ザーバの設計にはゴピナスの設計法などがあって、古田
勝久・佐野昭共著「基礎システム理論」　（昭和５３年
）コロナ社等々に詳しいが、本実施例では有限整定オブ
ザーバとして設計する。

オブザーバＰ６は内燃機関１の運転状態の諸量の摂動弁
（δＡＲ，δＮ）と運転条件の諸量の摂動弁（δθ、δ
ＦＲ）とから内燃機関１の内部の状態変数量Ｘ（ｋ）を
推定するものであるが、オブザーバＰ６によって求めら
れた状態変数推定量Ｘ（ｋ）を、内燃機関１の制御にお
いて、実際の状態変数量Ｘ（ｋ）として扱うことができ
るという根拠は次の点にある。今、オブザーバＰ６の出
力Ｘ（ｋ）を次式（９）のように構成したとする。

＋旧−ｕ　（ｋ−１）＋Ｌ−ｖ　（ｋ−１＞・・・（９
） 式（９）においてＬは任意に与えられる行列である。式
（１）、（２）、（９）より変形すると、［Ｘ　（ｋ　
）　−Ｘ　（ｋ　）　］ −（］Ａ−Ｌ−Ｃ［Ｘ　（ｋ−１＞−Ｘ　（ｋ−１）　
］・・・（１０） を得る。従って（Ａ−Ｌ−Ｃ）なる行列の固有値が単位
円内にある様に行列りを選択すればに→■でＸ（ｋ）→
Ｘ（ｋ）となり、制御対象の内部の状態変数量Ｘ（ｋ）
を入力制御ベクトルｕ　（ｋ　）、出力制御ベクトルｓ
　（ｋ　）の過去からの系列Ｕ（＊）　、　ｙ　（＊）
を用いて正しく推定することができる。

今、最小２乗法によってシステム同定され定められた状
態方程式（１）、出力方程式（２）のベクトルＡ、Ｂ、
Ｃはこの系が可観測であることから、正則な行列■を用
いた新たな状態変数量ヌ（ｋ）＝Ｔ−１・Ｘ（ｋ）を考
えて、次の可観測正準形に相似変換することができる。

Ｘ（ｋ）−Ａｏ　　−Ｘ（ｋ−１＞＋Ｂ１３ｏ−ｕ（ｋ
−１＞・・・（１１） ｙ（ｋ）＝Ｃｏ−Ｘ（ｋ）　　　　　　　・・・（１２
）ここでＡＯ−Ｔ”・Ａ・工、１ＢＯ＝Ｔ−１・Ｂ。

Ｃ０＝Ｃ−Ｔであり、正則なＴを適当に選んで、「−［
β１　β２・・・βｎ］”　　　−・−（１４）ｃｏ＝
［ｏｏ・・・１］　　　　　　・・・（１５）とするこ
とができる。そこで、式（１０）のし行列をＬ＝［−Ｃ
１−Ｃ２・・・−αｎ］Ｔとおいて、式（１３）、（１
４）、（１５）より、となり、有限整定オブザーバを設
計することができた。ここでＩ９口、ＣはＡ、ＩＢ、Ｃ
を相似変換をしたものであるが、この操作によっても状
態方程式による制御の正しさは保証されている。

以上、システム同定により求めた状態方程式（１）等の
ベクトルＡ、　Ｅｌ、　ＣよりオブザーバＰ６を設計し
たが、以後、このオブザーバの出力を改めてＸ（ｋ）と
表わすことにする。

次に最適フィードバックゲイン「の求め方について説明
するが、最適フィードバックゲイン「を求める手法は、
例えば「線形システム制御理論」（前掲書）等に詳しい
ので、ここでは詳解は略して結果のみを示しておく。

運転条件の諸量ｕ　（ｋ　）と運転状態の諸量り（ｋ）
とについて、 δｕ（ｋ）−ｕ（ｋ）−ｕ（ｋ−１＞”・（１７）δｖ
　（ｋ　）　＝ｖ　（ｋ　）　−ｖ　（ｋ−１＞　・（
１８）とし、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力
、即ち運転条件ｕ”（ｋ）を求めることが内燃機関Ｍ１
に関する付加積分型最適レギュレータとしての制御問題
を解くことになる。

Ｊ−Σ［δす”（ｋ）・Ｑ・δす（ｋ）ＩＩＯ ＋δｕ”　　（ｋ　）　ｌ’ｌδＵ（ｋ）］・・・　（
１９） 尚、ここでＧ、ＩＲは重みパラメータ行列を、ｋは制御
Ｉ開始時点をＯとするサンプル回数を、各々示しており
、式（１９）右辺はΩ、Ｒを対角行列とする所謂２次形
式表現である。

この時、最適なフィードバックゲイン「はＦ＝−（ｌＲ
＋Ｅ３”−Ｐ−Ｂ）−１−Ｂ”　−Ｐ−Ａ・・・（２０
） として求められる。尚、式（２０）におけるλ。

酊は各々、 Ｐ＝Ａ”　−Ｐ−へ一へＴ　・Ｐ・百・　（百Ｔ　・Ｐ
・・・　〈　２３） の解である。尚、ここで式（１９）の評価関数Ｊの意味
は内燃機関１に対する制御入力としての運転条件の１ｔ
Ｗｌｕ　（ｋ　）　＝　［δθ　δＦＲ］の動きを制約
しつつ、制御出力としての運転状態の諸量ｙ（ｋ）、こ
こでは吸入空気量δＡＲ，回転数δＮを含む諸ｍｙ　（
ｋ　）の目標値ｓ”（ｋ）からの偏差を最小にしようと
意図したものである。運転条件の諸Ｍｕ　（ｋ　）に対
する制約の重み付けは、重みパラメータ行列Ｇ、ｌＲの
値によって変更することができる。従って、すでに求め
ておいた内燃機関１の動的なモデル、即ち行列Ａ、Ｂ、
Ｃ（ここではＡ、Ｂ、Ｃ）を用い、任意の重みパラメー
タ行列Ｑ、Ｒを選択して式（２３）を解いてＰを求め、
式（２０）により最適フィードバックゲイン「を求めれ
ば、状態変数量Ｘ　（ｋ　）は状態推定ｍ’ｐｉ　（ｈ
　＞とじて式（９）より求められるので、ｕ（ｋ）＝Ｆ
　・　［Ｘ（ｋ）　　　ＺＮ（ｋ）ＺＡＲ（ｋ　　）　
　］　　　・・・　（２４）により内燃機関１にとって
の制御入力運転条件の諸り　！Ａ　（ｋ　）を求めるこ
とができる。重みパラメータ行列Ω、Ｒを変えて最適な
制御特性が１ｑられるまで以上のシミュレーションを繰
返すことによって、最適フィードバックゲイン「が求め
られた。

以上、最小２乗法によるシステム同定により内燃機関１
の制御系の動的モデルの構築、有限整定オブザーバの設
計、最適フィードバックゲイン「の算出について説明し
たが、これらは予め求めておき、電子制御回路４０の内
部ではその結果のみを用いて実際の制御を行なうのであ
る。

そこで、次に、第７図のフローチャートに拠って電子制
御回路４０が実際に行なう制御について説明する。尚、
以下の説明では現実の処理において扱われている量を添
字（ｋ）付で、前回に扱われた量を添字（ｋ−１）付で
表わすことにする。ＭＰＵ４４は内燃機関１が起動した
後、繰返しステップ１００以下の処理を繰返している。

まずステップ１００では、内燃機関１の運転状態、即ち
吸入空気流量ＡＲ（ｋ−１＞　、回転数Ｎ（ｋ−４）等
を各センサより読み込む処理を行なう。

続くステップ１１０では、冷却水温Ｔｈｗなどに基づい
て内燃機関１の目標アイドル回転数Ｎ＊を算出し、ステ
ップ１２０では内燃機関１の目標吸入空気量ＡＲ＊を算
出する。目標吸入空気量ＡＲ＊は、内燃機関１の燃料消
費量を最小にすべく定められるものであって、その算出
は第８図に拠って後述する制御により行なわれる。これ
らの処理が第４図Ｐ１．Ｐ２の各設定部に相当する。

ステップ１３０では、この目標アイドル回転数Ｎ本と実
際に検出された回転数Ｎ（ｋ−１）の偏差ＳＮを、また
、この目標吸入空気量ＡＲ”と実際の吸入空気量ＡＲ（
ｋ−１＞との偏差ＳＡＲを、各々求める処理が行なわれ
る。続くステップ１４０では、ステップ１３０で求めた
各偏差を累積する処理、即ち ＺＮ　（ｋ　）　−ＺＮ　（ｋ−１）　＋ＳＮ　（ｋ−
１＞により累積値ＺＮ（ｋ）を、一方ＺＡＲ（ｋ　）＝
ＺＡＲ（ｋ−１＞　＋ＳＡＲ（ｋ−１＞　ニ、にす累積
値ＺＡＲ（ｋ）を求める処理が行なわれる。この処理が
第４図の積分器Ｐ３．Ｐ４に相当する。

続くステップ１５０では、ステップ１００で読み込んだ
内燃機関１の運転状態から、内燃機関１の動的モデルを
構築した際、線形近似が成立つ範囲として取り上げた定
常的な運転状態のうちで最も近い状態（以下、これを定
常点ＡＲａ、Ｎａと呼ぶ）を求める処理を行なう。ステ
ップ１６０では、ステップ１００で読み込んだ内燃機関
１の運転状態をこの定常点（ＡＲａ、Ｎａ＞からの摂動
分（δＡＲ，δＮ）として求める処理を行なう。

この処理が第４図摂動分抽出部Ｐ５に相当する。

続くステップ１７０では、内燃機関１の冷却水ｍＴｈｗ
を読み込み、この水ＩＴｈｗに応じて内燃機関１の動的
モデルが変化することから、予め冷却水ｍＴｈｗ毎に用
意されたオブザーバ内のパラメータＡＯ，ＩＢＯ，Ｌ及
び最適フィードバックゲイン「を選択する処理を行なう
。

ステップ１８０では、ステップ１７０で選択されたＡＯ
，ＥＩＯ，Ｌとステップ１６０で求められた摂動分（δ
ＡＲ，δＮ）と、前回求められた状態変数推定ＩＸ　（
ｋ−１＞　＝　［ｘｌ　　（ｋ−１）　　Ｘ２（ｋ−１
＞　　−ｘ４　　（ｋ−１）　］”と、前回求められた
燃料噴射ＩＦＲ（ｋ−１）とスロットルバルブ開度θ（
ｋ−１）の摂動分δＦＲ（ｋ−１＞、δθ（ｋ−１）と
から、次式（２５）により新たな状態変数推定１１Ｘ　
（ｋ　）を算出する処理が行なわれる。この処理が第４
図オブザーバＰ６に相当するが、本実施例では既述した
如く、オブザーバＰ６は有限整定オブザーバとして構成
されている。即ち、Ｘ（ｋ） −ＡＯ−Ｘ　（ｋ−１）　＋Ｂｏ　・［δＦＲδθ］＋
Ｌ・［δＡＲ（ｋ−１）δＮ（ｋ−１）］・・・（２５
） の計算が行なわれるのである。

続くステップ１９０では、ステップ１８０で求めた状態
変数推定ｆＭＸ　（ｋ　）と、ステップ１４０で求めら
れた累積値ＺＮ　（ｋ　）　、　ＺＡＲ（ｋ　）と、予
め用意されステップ１７０で選択された最適フィードバ
ックゲイン、 をベクトル乗算することにより、即ち［δＦＲ△ （ｋ　）　　δθ（ｋ　）　］　＝Ｆ・［Ｘ　（ｋ　）
　　ＺＮ（ｋ　’）　　ＺＡＲ（ｋ　）　１　”により
操作量の摂動分δＦＲ（ｋ　）とδθ（ｋ）とを求める
処理が行なわれる。これが第４図のフィードバック量決
定部Ｐ７に相当している。

ステップ２００では、ステップ１９０で求めた操作量の
摂動分δＦＲ（ｋ　）　、δθ（ｋ）と定常点における
各操作量ＦＲａ、θａとを加えて、実際に内燃機関１の
燃料噴射弁１１及びアクチュエータ３５へ出力される操
作量、即ち運転条件ＦＲ（ｋ）、θ（ｋ）が求められる
。

続くステップ２１０ではサンプリング回数を示ｔｉ＋１
１ｋを１だけインクリメントする処理を行ない、上記の
一連の処理、ステップ１００ないしステップ２１０を終
わる。

以上の制御を周期的に継続して行なうことにより、電子
制御回路４０は内燃機関１の運転状態を目標アイドル回
転数Ｎ＊と目標吸入空気量ＡＲ”に制御する付加積分型
最適レギュレータとして、最適のフィードバックゲイン
により制御を行なうことになる。

次に、ステップ１２０の目標吸入空気量ＡＲ”を求める
ルーチンについて説明する。このルーチンは第８図のフ
ローチャートに図示する如く、次の手順により、同一の
アイドル回転数Ｎ　（ｋ　）を維持しつつ、燃料消費量
を最小にするように目標吸入空気ＭＡＲ”を算出する。

尚、以下の説明では、本ルーチンにおける前回の目標値
をＡＲ”（ｋ−１）で、今回算出された目標値をＡＲ＊
（ｋ　）で表わすことがある。

このルーチンはステップ３００より開始され、まず第６
図の処理において定められた目標アイドル回転数Ｎ本（
ｋ）が前回の値Ｎ＊　（ｋ−１）と、実際の回転数Ｎ　
（ｋ　）が目標アイドル回転数Ｎ＊（ｋ）と、それぞれ
等しいか否かの判断を行なう。

それらのいずれかひとつでも成立しないような場合には
、制御系は平衡に達していないことから、燃料消費量を
最小とするような吸入空気量の探索は行なえないとして
、処理はステップ３１０へ移行し、内燃機関１の回転数
Ｎから予め設定されたマツプにより与えられる吸入空気
ＭＡＲ（Ｎ）を目標吸入空気量ＡＲ”　（ｋ　）として
与える処理を行ない、ＮＥＸＴへ抜けて、本制御ルーチ
ンを終了する。即ち、第７図のフローチャートに還って
言えば、ステップ１２０において目標吸入空気量ＡＲ＊
（ｋ　）を内燃Ｉｌ関１が過渡状態にあるとして、マツ
プより定めるのである。

一方ステップ３００において、Ｎ＊（ｋ）＝Ｎ宰（ｋ−
１）、かつＮ（ｋ）−Ｎ”（ｋ）であれば、内燃ｉ関１
は平衡状態にあるとみなし、燃料消費量を最小とする吸
入空気量の探索を行なうために、処理はステップ３２０
へ移行する。ステップ３２０ではフラッグＦｓが１であ
るか否かの判断を行なうが燃料消費量の探索が開始され
る以前はフラッグＦＳの値はＯに初期セットされている
ので判断は１Ｎｏ」となって処理はステップ３３０へ進
む。ステップ３３０では、回転数Ｎ　（ｋ　）を最小の
燃料消費量で目標アイドル回転数Ｎ＊（ｋ）に維持でき
る吸入空気量を求める探索を開始するとして、フラッグ
Ｆｓを値１に、探索方向を示す係数りつまり吸入空気量
の増加方向または減少方向を指定する係数りを値１に、
本ルーチンの実行回数を示すカウンタＣ５を値０に、各
々設定する処理を行なう。

続くステップ３４０ではカウンタＣｓの値がＯを越えて
いるか否かの判断を行なう。探索開始直後にはカウンタ
Ｃ５＝Ｏなので処理はステップ３５０に移行し、目標吸
入空気ＷＡＲ＊（ｋ　’）を前向の目標値ＡＲ”　（ｋ
−１）よりＤ×ΔＡＲだけ増量して定め、続くステップ
３６０でカウンタＣｓの値を１だけインクリメントし、
ＮＥＸＴへ抜けて本ルーチンを終了する。

こうして探索が開始された後に、本ルーチンが実行され
るとステップ３２０．ステップ３４０での判断は共にｒ
ＹＥＳＪとなって、処理はステップ３７０へ進み、燃料
噴射量ＦＲ（ｋ　）に関し、定常点からの摂動分δＦＲ
（ｋ　）が前回の時点でのδＦＲ（ｋ−１＞と較べて、
どうなったかを判定する。δＦＲ（ｋ　）−δＦＲ（ｋ
−１＞の値が所定値−ΔＦ以下であれば燃料噴射量は更
に減少し得るとして、そのまま探索を継続すべく、処理
はステップ３５０以下を実行する。このことは丁度第５
図においてｂ点側からａ点側へ近づきつつあることを示
している。

一方、δＦＲ（ｋ　）−δＦＲ（ｋ−１）の値が所定値
６１以上であれば、燃料噴射量は増加していることにな
るので探索方向を逆転すべく、ステップ３８０にて探索
方向係数りの値を−１に設定し、以下、上述のステップ
３５０，３６０の処理を行なう。従って、この探索によ
り目標吸入空気ＩＡＲ＊（ｋ）は減少され、スロットル
開度θは閉方向に向う。第２図に即して言えば、図中０
点側からａ点側へ探索する場合である。

こうして、燃料噴射量を減らす方向での探索が行なわれ
ると、やがて、δＦＲ（ｋ　）−δＦＲ（ｋ−１）の値
が所定の偏差±ΔＦ以内となる点が見い出される。ここ
が同一目標アイドル回転数において燃料消費量を最小と
する吸入空気量となる点である。そこで、探索は一応終
了したとして、ステップ３９０にてフラッグｌ”ｓを値
０に設定し、続くステップ４００では、この時得られて
いた目標吸入空気量ＡＲ＊（ｋ−１＞を回転数Ｎから吸
入空気量を定めるマツプの値として入替える処理を行な
う。即ちＡＲ（Ｎ）−ＡＲ”　（ｋ−１＞である。

続くステン７’４１０では前回定められた目標吸入空気
量ＡＲ”　（ｋ−１＞を今回も用いるとして、ＡＲ”（
ｋ）の値をこれに更新し、ＮＥＸＴへ抜けて本ルーチン
を終了する。

以上で、−回の探索過程を終了し、その後は冒頭の処理
、ステップ３２０，３３０．３４０より再び探索を継続
するのである。

以上、説明した如く、第７図、第８図に示した制御ルー
チンを繰返し実行することにより、本実施例の内燃機関
制御装置は、内燃機関１の回転数を目標アイドル回転数
に制御するのみならず、その燃料消費量を最小にするよ
うに働く。この時、内燃機関１を制御する系はそのフィ
ードバックゲインが最適フィードバックとなる付加積分
型最適レギュレータとなっており、スロットルバルブ開
度θと燃料噴射ｆｆ１ＦＲとの制御は、従来実現不可能
であった素早い応答性と安定性とにおいて実現されてい
るり従って、内燃機関１の運転者の運転フィーリグをす
こしも損うことなく、スロットルバルブ７の開度θを変
化させて、燃料噴射量ＦＲを最小にする制御が可能とな
った。

しかも本実施例では、内燃機関１の冷却水温Ｔｈｗに応
じて動的なモデルが変化する為に、冷却水温Ｔｈｗによ
ってオブザーバのパラメータと最適フィードバックゲイ
ンを切換えて制御を行なっており、内燃機関１の冷却水
温Ｔｈｗによらず安定した制御を行なうことができる。

こうした優れた応答性と安定性とが実現できて初めて、
内燃機関１の燃料噴射ＩＦＲを最小とするような探索が
可能となった。従来のフィードバック制御によってアク
チュエータ３５を介してスロットルバルブ７を駆動した
としても、探索を行なうことはできても、応答性・安定
性などの面から現実の使用に耐えるものではないからで
ある。

第９図はこれを比較したものであり、一点鎖線ｒはアイ
ドル回転数の目標値Ｎ＊　（ｋ　）を、実線９は本実施
例の制御を行なった場合のｍ関口転数Ｎ　（ｋ　）の−
例を、破線すは従来のフィードバック制御を行なった場
合の機関回転数Ｎ　（ｋ　）の−例を、各々示している
。図より明らかな如く、付加積分型最適レギュレータと
して構成された本実施例の内燃機関制御ａ置によれば、
従来のフィードバック制御より早い応答性（立ち上がり
）を実現した上でオーバーシュート、ダウンシュートも
ほとんど生じることなくアイドル回転数の制御がなされ
ている。内燃機関１の機関回転数が平衡に達するまでの
時間で比較すれば１桁以上の改善が実現されており、こ
のことが燃料噴射量を最小とする吸入空気量の探索を現
実的なものにしている。

従って、マクロ的に観た場合、常時、内燃機関１の燃料
消費量は最小に制御されている。

以上の実施例では、内燃機関１を燃料噴＠量ＦＲとスロ
ットル開度θを入力とし吸入空気量ＡＲ。

回転数Ｎを出力とする２人力２出力の系としてとらえ、
最小２乗法によるシステム同定を用いて動的なモデルを
構築して付加積分型最適レギュレータを構成しているが
、適用する内燃機関の態様に合わせて、この他の入出力
をも加味し、系の動的なモデルを構築することも、本発
明の要旨を変更することなく行なうことができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の内燃機関の運転状態制御
装置は、目標吸入空気量を、目標アイドル回転数を一定
とした時の吸入空気量と燃料供給量との相関に基づいて
燃料供給量を最小とする吸入空気量に定め、一方、その
制御手段を、内燃機関の運転に関する系の動的なモデル
に従って予め定められた最適フィードバックゲインに基
づいてフィードバック量を定める付加積分型最適レギ１
レータとして構成している。

従って、従来のスロットルアクチュエータ付内燃ｉ閏で
は得られなかった高い応答性と安定性とを実現しながら
、内燃機関の回転数を目標アイドル回転数に制御すると
共に、その燃料消費量を最小にすることができるという
優れた効果を奏する。

従って車載の内燃機関に適用すれば、アイドル回転数を
安定に制御し、ドライブフィーリングを十分に好適なも
のとすることができるばかりか、車両の燃費も大幅に改
善されるなど、制御特性を格段に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は燃料量ＦＲと
吸入空気量ＡＲとの関係を示す定アイドル回転数Ｉｆ図
、第３図は本発明一実施例としての内燃機関とその周辺
装置の構成を示す概略構成図、第４図は同じくその制御
系統図、第５図は実施例の系のモデルを同定するのに用
いたブロック線図、第６図は伝達関数を求める為のシグ
ナルフロー線図、第７図は実施例における付加積分型最
適レギュレータとしての制御を示すフローチャート、第
８図は同じくその燃料消費量を最小にする制御ルーチン
を示すフローチャート、第９図は実施例との制御特性と
従来の制御の一例とを比較するグラフ、である。 １・・・内燃機関 ３・・・エア７０メータ ７・・・スロットルバルブ １１・・・燃料噴射弁 ３１・・・回転数センサ ４０・・・電子制御回路 ４４・・・ＭＰＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関の吸気管に配設される燃料噴射弁、および
   吸気通路のスロットルバルブの開度を調節するスロット
   ルアクチュエータと、 機関回転数検出手段、吸入空気流量検出手段および機関
   制御のためのその他の検出手段と、これら検出手段から
   の検出信号に基づき上記燃料噴射弁へ燃料噴射弁駆動信
   号を、上記スロットルアクチュエータへスロットル開度
   を規定するアクチュエータ駆動信号をそれぞれ出力する
   電子制御手段であって、目標アイドル回転数を設定する
   アイドル回転数設定部を備えるものと、 からなる内燃機関制御装置において、 上記電子制御手段を、 上記アイドル回転数設定部による目標アイドル回転数の
   情報を受け、機関回転数をこの目標アイドル回転数に維
   持できる最小の燃料噴射量に対応する吸入空気量を、目
   標回転数に対応して予め定めた燃料噴射量・吸入空気量
   相関パターンに基づいて定める目標吸入空気量設定部と
   、この目標吸入空気量設定部による目標吸入空気量の情
   報、上記アイドル回転数設定部による目標回転数の情報
   および内燃機関の制御入出力値をそれぞれ受け、内燃機
   関の運転に関する系の動的なモデルに従って予め定めら
   れた機関内部状態推定のための演算式および最適フィー
   ドバックゲインに基づいて、燃料噴射量およびスロット
   ル開度のそれぞれについてのフィードバック量を決定し
   、これら決定されたフィードバック量のそれぞれに基づ
   く燃料噴射弁駆動信号およびアクチュエータ駆動信号を
   出力する付加積分型最適レギュレータと、 から構成した ことを特徴とする内燃機関制御装置。 ２　前記付加積分型最適レギュレータが、 前記内燃機関の運転に関する系の動的なモデルに基づい
   て予め設定されたパラメータを用いて、前記内燃機関の
   運転状態と運転条件とから該系の動的な内部状態を表わ
   す適当な次数の状態変数量を推定する状態観測部と、 前記目標吸入空気量設定部、アイドル回転数設定部によ
   ってそれぞれ定められた目標吸入空気量、目標アイドル
   回転数と前記検出された運転状態諸量との各偏差を各々
   累積する累積部と、 前記系の動的なモデルに基づいて予め設定されたフィー
   ドバックゲインと前記推定された状態変数量と前記累積
   値とから、燃料供給量、スロットル開度の各操作量を決
   定するフィードバック量決定部と、 から構成された特許請求の範囲第１項記載の内燃機関制
   御装置。