JP2000345827A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気系に二次空気を導入するシステムにおい
て、二次空気導入量を適正に制御して排ガスの空燃比を
目標空燃比に制御できるようにする。 【解決手段】 状態変数量出力部Ｐ１は、空燃比λ
（ｋ）を目標空燃比λTGにフィードバック制御している
状態で状態変数量Ｘ^T （ｋ）＝［λ（ｋ），ＳＡＩＲ
（ｋ−３），ＳＡＩＲ（ｋ−２），ＳＡＩＲ（ｋ−
１）］を定める。ここで、ＳＡＩＲは二次空気導入量フ
ィードバック補正係数、ｋ−３，ｋ−２，ｋ−１はそれ
ぞれ最初のサンプリング開始からの制御回数を示す。累
積部Ｐ２は、空燃比センサで検出された空燃比λ（ｋ）
と目標空燃比λTGとの偏差を累積して積分項ＺＩ（ｋ）
を求める。制御量算出部Ｐ３は、状態変数量出力部Ｐ１
から出力された状態変数量Ｘ^T （ｋ）と累積部Ｐ２で求
められた積分項ＺＩ（ｋ）とから今回の二次空気導入量
フィードバック補正係数ＳＡＩＲ（ｋ）を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気通
路に排ガス浄化のための二次空気を導入するシステムを
備えた内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば二輪自動車においては、排
ガス浄化のために内燃機関の排気マニホールドのうちの
燃焼室の近傍に二次空気を導入し、排気熱を利用して排
ガスのリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）を二次空気中の酸素
と反応させて浄化するようにしたものがある。このもの
は、通常は、二次空気導入弁を開弁状態に維持して、二
次空気を導入し続け、減速時に、バックファイヤー等を
防止するために、二次空気導入弁を閉弁して二次空気の
導入を停止するようにしている。このような二次空気導
入システムを搭載した二輪車でも、排ガス浄化効率を高
めるために、排気管に触媒を設置し、二次空気の導入と
触媒の両方の効果によって排ガスを効率良く浄化するよ
うにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、排ガス浄化
用の触媒は、一般に、排ガスのリッチ成分とリーン成分
を同時に浄化できる三元触媒が用いられる。この三元触
媒は、理論空燃比付近の狭い範囲内でのみ、高い浄化効
率が得られるため、排ガスの空燃比を理論空燃比近傍に
制御することが好ましい。

【０００４】二次空気導入システムを搭載した二輪車で
は、二次空気の導入量により排ガスの空燃比が変化する
ため、排ガスの空燃比を理論空燃比付近に制御するに
は、二次空気の導入量を制御する必要がある。しかし、
従来の二輪車の二次空気導入システムでは、二次空気の
導入量を制御する技術が確立されておらず、二次空気の
導入による排ガスの空燃比のずれを補正することができ
ない。このため、三元触媒による排ガス浄化効率が低く
なってしまい、将来、益々厳しくなると予想される排ガ
ス規制値をクリアできないおそれがある。

【０００５】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、二次空気導入量を制
御して排ガス浄化効率を向上することができる内燃機関
の空燃比制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、排気通路の二次空気導入部の下流側に排
ガスの空燃比を検出する空燃比センサを設置し、この空
燃比センサの出力に基づいて二次空気導入量制御手段に
より二次空気導入手段を制御して二次空気導入量を制御
することで排ガスの空燃比を目標空燃比に制御するもの
である。

【０００７】一般に、排気通路の二次空気導入部は、排
気熱を最も利用しやすい燃焼室の近傍に設けられ、空燃
比センサは、排気通路の二次空気導入部から下流側に離
れた位置（排気管の集合部等）に設置されているため、
二次空気の導入による排ガスの空燃比の変化が空燃比セ
ンサの出力変化に現れるまでに時間遅れが生じる。この
ため、空燃比センサの出力に基づいて二次空気導入量を
フィードバック制御する場合、一般的な比例積分制御で
は、二次空気導入部から空燃比センサまでの遅れ系によ
り、フィードバック制御の応答性が悪く、空燃比のずれ
が大きくなるという欠点がある。

【０００８】そこで、請求項１では、現代制御理論を活
用し、二次空気導入部から空燃比センサまでの遅れ系を
考慮するために、空燃比を決定する内燃機関の動的なモ
デルを、無駄時間を持つ自己回帰モデルにより近似して
構築し、内燃機関の空燃比と二次空気導入手段の制御量
とを、前記動的なモデルの内部状態を代表する状態変数
量として状態変数量出力部から出力すると共に、空燃比
センサで検出された空燃比と目標空燃比との偏差を累積
部で累積し、前記動的なモデルに基づいて設定されたフ
ィードバックゲインと前記状態変数量出力部及び前記累
積部の出力に基づいて二次空気導入手段の制御量を制御
量算出部により算出する。このようにすれば、二次空気
の導入による排ガスの空燃比の変化が空燃比センサの出
力変化に現れるまでの遅れを、現代制御理論に基づくモ
デルで補償しながら、二次空気導入量を制御して排ガス
の空燃比を応答性良く目標空燃比に制御することがで
き、排ガス浄化効率を向上することができる。

【０００９】この場合、請求項２のように、空燃比セン
サで検出された空燃比（実空燃比）と前記動的なモデル
で予測される予測空燃比との偏差に基づいて二次空気導
入制御系の異常の有無を異常診断手段により診断するよ
うにしても良い。つまり、二次空気導入制御系が正常に
機能している間は、実空燃比と予測空燃比との偏差が小
さくなるが、二次空気導入制御系が異常になると、二次
空気導入量を適正に制御できなくなるため、実空燃比と
予測空燃比との偏差が大きくなる。従って、実空燃比と
予測空燃比との偏差が正常範囲を越えた状態が続けば、
二次空気導入制御系が異常と判定することができる。こ
れにより、二次空気導入制御系の異常発生時に、直ちに
適宜のフェールセーフ処置をとることができ、システム
の信頼性を向上できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を二輪自動車の空燃
比制御装置に適用した一実施形態を図面に基づいて説明
する。

【００１１】まず、図１に基づいてエンジン制御システ
ム全体の構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１
の各気筒の吸気ポート１０には、それぞれ吸気マニホー
ルド１２が接続され、各気筒の吸気マニホールド１２の
上流側にはエアボックス１３が接続され、このエアボッ
クス１３内に吸入された空気がエアクリーナ（図示せ
ず）を通して各気筒の吸気マニホールド１２に吸い込ま
れる。このエアボックス１３には、吸気温を検出する吸
気温センサ１４が取り付けられている。

【００１２】各気筒の吸気マニホールド１２の途中に
は、スロットルバルブ１５が取り付けられ、このスロッ
トルバルブ１５の開度（スロットル開度）がスロットル
開度センサ１６によって検出される。更に、吸気マニホ
ールド１２のうちのスロットルバルブ１５の下流側に
は、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられ、各
気筒の吸気ポート１０の近傍には燃料噴射弁１８が取り
付けられている。

【００１３】一方、燃料タンク１９内から燃料ポンプ２
０で汲み上げられた燃料は、燃料配管２１→燃料フィル
タ２２→燃料配管２３→デリバリパイプ２４に送られ、
各気筒の燃料噴射弁１８に分配される。デリバリパイプ
２４内の余剰燃料は、プレッシャレギュレータ２５→リ
ターン配管２６の経路で燃料タンク１９内に戻される。
プレッシャレギュレータ２５は、デリバリパイプ２４内
の燃料圧力と吸気圧との差圧が一定になるようにデリバ
リパイプ２４内の燃料圧力を調整する。

【００１４】エンジン１１のシリンダヘッドには、気筒
毎に点火プラグ２７が取り付けられ、点火タイミング毎
に点火コイル２８の二次側に発生する高電圧が各気筒の
点火プラグ２７に印加され、点火される。このエンジン
１１には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数セ
ンサ２９と、特定気筒を判別する気筒判別センサ３０
と、冷却水温を検出する水温センサ３１とが取り付けら
れている。

【００１５】エンジン１１の排気ポート３２に接続され
た排気管３３（例えば排気マニホールド下流の集合排気
管）には、三元触媒等の触媒３４が設置され、この触媒
３４の上流側に、排ガスの空燃比を検出する空燃比セン
サ３５が設置されている。

【００１６】また、エアボックス１３には、吸入空気の
一部を二次空気として排気管３３のうちの燃焼室の近傍
に導入する二次空気導入通路３６が接続され、この二次
空気導入通路３６の途中に、二次空気導入量を制御する
二次空気導入制御弁３７（二次空気導入手段）が設けら
れている。この二次空気導入制御弁３７は、ソレノイド
式又はステップモータ式を採用したり、或は、オン／オ
フ式制御弁の背圧室の圧力を大気圧と負圧で制御する背
圧方式を採用しても良く、要は、二次空気導入制御弁３
７の開度又はオン／オフのデューティ比を制御して二次
空気導入量を制御できるものであれば良い。

【００１７】例えば、ソレノイド式の二次空気導入制御
弁３７を用いる場合には、図２に示すように、ソレノイ
ド通電時のデューティ比ＤＵＴＹによって二次空気導入
制御弁３７の開度（二次空気導入量）を制御すれば良
い。また、二次空気の導入は、排気負圧によって発生す
るため、排気負圧が変化すれば、二次空気導入量も変化
する。排気負圧は、スロットル開度やエンジン回転数に
よって変化するため、排気量（吸気量）に対する二次空
気導入制御弁３７の全開時の二次空気導入量の割合（以
下「全開導入率」という）ＳＡＩＲＯのマップを、予め
図３に示すようにスロットル開度とエンジン回転数をパ
ラメータとする二次元マップとして作成してエンジン制
御回路３８のＲＯＭ３９（記憶媒体）に記憶しておき、
二次空気導入制御弁３７のデューティ比ＤＵＴＹ（二次
空気導入量）を制御する際に、この全開導入率マップの
データを利用するようにしている。この詳細について
は、後述する。尚、全開導入率マップの特性は、スロッ
トル開度が大きくなるほど、全開導入率ＳＡＩＲＯが減
少し、また、エンジン回転数が高くなるほど、全開導入
率ＳＡＩＲＯが減少する。

【００１８】一方、空燃比センサ３５やエンジン回転数
センサ２９等の各種センサの出力信号はエンジン制御回
路３８に入力される。このエンジン制御回路３８は、マ
イクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭ３９
に記憶された点火制御プログラムや燃料噴射制御プログ
ラムを実行することで点火制御や燃料噴射制御を行うと
共に、図４に示す二次空気導入量フィードバック制御プ
ログラムと図５に示す二次空気導入制御弁制御プログラ
ムによって、二次空気導入制御弁３７を制御して二次空
気導入量を制御し、更に、図６に示す二次空気導入制御
系異常診断プログラムによって二次空気導入制御系の異
常の有無を診断する。

【００１９】次に、二次空気導入制御弁３７の制御方法
を説明する。 ［１］制御対象のモデリング 空燃比λを決定するエンジン１１の動的なモデルは、む
だ時間Ｐ＝３を有する次数１の自己回帰移動平均モデル
を用いて、次の（１）式により近似できる。 λ（ｋ）＝ａ・λ（ｋ−１）＋ｂ・ＳＡＩＲ（ｋ−３） ……（１） ここで、ＳＡＩＲは二次空気導入量フィードバック補正
係数であり、ａ，ｂはモデルの応答性を決定するための
モデル定数であり、ｋ，ｋ−１，ｋ−３はそれぞれ最初
のサンプリング開始からの制御回数を示す。

【００２０】上記（１）式において、外乱ｄを考慮する
と、動的なモデルは、次の（２）式で近似できる。 λ（ｋ）＝ａ・λ（ｋ−１）＋ｂ・ＳＡＩＲ（ｋ−３）＋ｄ（ｋ−１） ……（２） 以上のように近似したモデルに対し、ステップ応答を用
いて回転周期（３６０℃Ａ）のサンプリングで離散化し
て上記モデル定数ａ，ｂを定めること、即ち空燃比λを
制御する系の伝達関数Ｇを求めることは容易である。

【００２１】［２］状態変数量Ｘの表示方法（但しＸは
ベクトル量である） 上記（２）式を状態変数量Ｘ（ｋ）＝［Ｘ１（ｋ），Ｘ
２（ｋ），Ｘ３（ｋ），Ｘ４（ｋ）］^T を用いて書き直
すと（Ｔは転置行列を示す）、次の（３）式で表される
行列式となる。

【００２２】

【数１】

【００２３】上記行列式から次式が求められる。 Ｘ１（ｋ＋１）＝ａ・Ｘ１（ｋ）＋ｂ・Ｘ２（ｋ）＋ｄ（ｋ） ＝λ（ｋ＋１） ……（４） Ｘ２（ｋ＋１）＝ＳＡＩＲ（ｋ−２） ……（５） Ｘ３（ｋ＋１）＝ＳＡＩＲ（ｋ−１） ……（６） Ｘ４（ｋ＋１）＝ＳＡＩＲ（ｋ） ……（７）

【００２４】［３］レギュレータの設計 上記（３）〜（７）式に基づいてレギュレータを設計す
ると、二次空気導入量フィードバック補正係数ＳＡＩＲ
は、最適フィードバックゲインＫ＝［Ｋｌ，Ｋ２，Ｋ
３，Ｋ４］と、状態変数量Ｘ^T （ｋ）＝［λ（ｋ），Ｓ
ＡＩＲ（ｋ−３），ＳＡＩＲ（ｋ−２），ＳＡＩＲ（ｋ
−１）］とを用いて、次の（８）式のように表される。 ＳＡＩＲ（ｋ）＝Ｋ・Ｘ^T （ｋ） ＝Ｋ１・λ（ｋ）＋Ｋ２・ＳＡＩＲ（ｋ−３） ＋Ｋ３・ＳＡＩＲ（ｋ−２）＋Ｋ４・ＳＡＩＲ（ｋ−１） ……（８）

【００２５】更に、上記（８）式において、誤差を吸収
させるための積分項ＺＩ（ｋ）を加えると、二次空気導
入量フィードバック補正係数ＳＡＩＲ（ｋ）は、次の
（９）式によって与えられる。 ＳＡＩＲ（ｋ）＝Ｋ１・λ（ｋ）＋Ｋ２・ＳＡＩＲ（ｋ−３） ＋Ｋ３・ＳＡＩＲ（ｋ−２）＋Ｋ４・ＳＡＩＲ（ｋ−１） ＋ＺＩ（ｋ） ……（９）

【００２６】尚、上記積分項ＺＩ（ｋ）は、目標空燃比
λTGと現実の空燃比λ（ｋ）との間の偏差と積分定数Ｋ
ａとから決まる値であって、次の（１０）式により与え
られる。 ＺＩ（ｋ）＝ＺＩ（ｋ−１）＋Ｋａ・｛λTG−λ（ｋ）｝ ……（１０）

【００２７】以上説明した二次空気導入量フィードバッ
ク制御システムは、図７にブロック線図で示されてい
る。この図７において、ＳＡＩＲ（ｋ）は、今回の二次
空気導入量フィードバック補正係数、ＳＡＩＲ（ｋ−
１）は前回の二次空気導入量フィードバック補正係数、
ＳＡＩＲ（ｋ−２）は前々回の二次空気導入量フィード
バック補正係数、ＳＡＩＲ（ｋ−３）は前々々回の二次
空気導入量フィードバック補正係数である。

【００２８】また、図７において、二点鎖線で囲まれた
ブロックＰ１は、空燃比λ（ｋ）を目標空燃比λTGにフ
ィードバック制御している状態にて状態変数量Ｘ
^T （ｋ）を定める部分（状態変数量出力部）であり、ブ
ロックＰ２は、積分項ＺＩ（ｋ）を求める部分（累積
部）であり、ブロックＰ３は、ブロックＰ１で定められ
た状態変数量Ｘ^T （ｋ）とブロックＰ２で求められた積
分項ＺＩ（ｋ）とから今回の二次空気導入量フィードバ
ック補正係数ＳＡＩＲ（ｋ）を演算する部分（制御量算
出部）である。

【００２９】［４］最適フィードバックゲインＫ及び積
分定数Ｋａの決定 最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａは、例え
ば、次の（１１）式で示される評価関数Ｊを最小にする
ことで設定できる。

【００３０】

【数２】

【００３１】上記（１１）式において、評価関数Ｊは、
二次空気導入量フィードバック補正係数ＳＡＩＲ（ｋ）
の動きを制約しつつ、空燃比λ（ｋ）と目標空燃比λTG
との偏差を最小にすることを意図したものである。ま
た、二次空気導入量フィードバック補正係数ＳＡＩＲ
（ｋ）に対する制約の重み付けは、重みのパラメータ
Ｑ，Ｒの値によって変更できる。従って、重みパラメー
タＱ，Ｒの値を種々変えて最適な制御特性が得られるま
でシミュレーションを繰り返し、最適フィードパックゲ
インＫ及び積分定数Ｋａを定めれば良い。

【００３２】更に、最適フィードバックゲインＫ及び積
分定数Ｋａは、モデル定数ａ，ｂに依存している。従っ
て、実際の空燃比λを制御する系の変動（パラメータ変
動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）を保証す
るためには、これら各モデル定数ａ，ｂの変動分を見込
んで、最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを
設定する必要がある。従って、シミュレーションは、各
モデル定数ａ，ｂの現実に生じ得る変動を加味して行
い、安定性を満足する最適フィードバックゲインＫ及び
積分定数Ｋａを定める。

【００３３】以上、［１］制御対象のモデリング、
［２］状態変数量の表示方法、［３］レギュレータの設
計、［４］最適フィードバックゲイン及び積分定数の決
定について説明したが、本実施形態の二次空気導入量フ
ィードバック制御システムでは、これらは何れも既に設
定されているものとし、エンジン制御回路３８は、前記
（９）式及び（１０）式のみを用いて、図４の二次空気
導入量フィードバック制御プログラムによって二次空気
導入量フィードバック制御を実行する。

【００３４】図４の二次空気導入量フィードバック制御
プログラムは、３６０℃Ａ毎に実行される。本プログラ
ムの処理が開始されると、まずステップ１０１で、フィ
ードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
ここで、フィードバック制御条件は、例えば、始動時で
はないこと、燃料カット中でないこと、冷却水温が所定
温度以上（例えば４０℃以上）であること、空燃比セン
サ３５が活性状態であること等である。これらの条件を
全て満たせば、フィードバック制御条件が成立するが、
いずれか１つでも満たさない条件があれば、フィードバ
ック制御条件が不成立となる。もし、フィードバック制
御条件が不成立であれば、ステップ１０８に進み、二次
空気導入量フィードバック補正係数ＳＡＩＲ（ｋ）を０
にセットして本プログラムを終了する。

【００３５】一方、フィードバック制御条件が成立して
いれば、ステップ１０２に進み、最適フィードバックゲ
インＫｌ，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４と積分定数Ｋａを設定す
る。この際、低水温時、又は、始動から所定時間内、又
は、アイドル時、又は、低回転低負荷域、又は、低車速
域の時に、最適フィードバックゲインＫｌ，Ｋ２，Ｋ
３，Ｋ４と積分定数Ｋａを通常時よりも小さくする。こ
れは、低水温時等には、空燃比センサ３５の素子温度が
低く、空燃比λ（ｋ）の検出応答性が低下するため、最
適フィードバックゲインＫｌ，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４と積分
定数Ｋａを小さくすることで、フィードバックの制御特
性を安定させるものである。

【００３６】そして、次のステップ１０３で、エンジン
回転数と負荷（スロットル開度、吸気圧、吸入空気量
等）に応じて、マップ又は数式により目標空燃比λTGを
設定する。この後、ステップ１０４で、フィードバック
の初回か否かを判定し、初回であれば、ステップ１０５
に進み、積分項の初期値ＺＩ（ｋ−１）を次式により算
出する。 ＺＩ（ｋ−１）＝ＳＡＩＲ（ｋ−１）＋Ｋ２・ＳＡＩＲ
（ｋ−１）＋Ｋ３・ＳＡＩＲ（ｋ−２）＋Ｋ４・ＳＡＩ
Ｒ（ｋ−３）−Ｋ１・λ（ｋ）

【００３７】この積分項の初期値ＺＩ（ｋ−１）の算出
後、ステップ１０６に進み、今回の積分項ＺＩ（ｋ）を
次式により算出する。 ＺＩ（ｋ）＝ＺＩ（ｋ−１）＋Ｋａ・｛λTG−λ
（ｋ）｝ 尚、上記ステップ１０４で、フィードバックの初回でな
い場合、つまり積分項の初期値ＺＩ（ｋ−１）が既に算
出されている場合には、ステップ１０４からステップ１
０６に進み、積分項ＺＩ（ｋ）を算出する。

【００３８】積分項ＺＩ（ｋ）の算出後、ステップ１０
７に進み、二次空気導入量フィードバック補正係数ＳＡ
ＩＲ（ｋ）を次式により算出して本プログラムを終了す
る。 ＳＡＩＲ（ｋ）＝ＺＩ（ｋ−１）＋Ｋ１・λ（ｋ）−Ｋ
２・ＳＡＩＲ（ｋ−１）−Ｋ３・ＳＡＩＲ（ｋ−２）−
Ｋ４・ＳＡＩＲ（ｋ−３）

【００３９】一方、図５に示す二次空気導入制御弁制御
プログラムは、３６０℃Ａ毎に実行される。本プログラ
ムの処理が開始されると、まずステップ２０１で、フィ
ードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
このフィードバック制御条件は、前記ステップ１０１で
説明した二次空気導入量のフィードバック制御条件と同
じである。

【００４０】もし、フィードバック制御条件が不成立で
あれば、ステップ２０２に進み、二次空気導入制御弁３
７のデューティ比ＤＵＴＹを０に設定し、二次空気導入
制御弁３７を閉弁して二次空気の導入を停止する。

【００４１】一方、フィードバック制御条件が成立して
いれば、ステップ２０３に進み、二次空気導入制御弁３
７のデューティ比ＤＵＴＹを次式により算出する。 ＤＵＴＹ＝｛（ＳＡＩＲ＋ＳＡＩＲＢ）／ＳＡＩＲＯ｝
・ＰＡ ここで、ＳＡＩＲは、図４のステップ１０７で算出され
た二次空気導入量フィードバック補正係数であり、ＳＡ
ＩＲＢは、エンジン回転数と負荷に応じてマップ又は数
式により算出された基本二次空気導入量フィードバック
補正係数であり、ＳＡＩＲＯは、図３の全開導入率マッ
プにより算出された全開導入率である。また、ＰＡは大
気圧変動に対する補正係数である。

【００４２】フィードバック制御条件成立中は、上記ス
テップ２０３で算出したデューティ比ＤＵＴＹで二次空
気導入制御弁３７を駆動し、二次空気導入量をフィード
バック制御する。これにより、排ガスの空燃比λを目標
空燃比λTG付近に制御して、二次空気の導入と触媒３４
の両方の効果によって排ガスを効率良く浄化する。

【００４３】以上説明した図５の二次空気導入制御弁制
御プログラムと図４の二次空気導入量フィードバック制
御プログラムは、特許請求の範囲でいう二次空気導入量
制御手段としての役割を果たす。

【００４４】一方、図６に示す二次空気導入制御系異常
診断プログラムは、３６０℃Ａ毎に実行され、特許請求
の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本プ
ログラムの処理が開始されると、まずステップ２０１
で、二次空気導入量のフィードバック制御中であるか否
かを判定し、フィードバック制御中でなければ、以降の
処理を行うことなく、本プログラムを終了する。

【００４５】もし、フィードバック制御中であれば、ス
テップ３０２に進み、空燃比センサ３５で検出した空燃
比λ（ｋ）を読み込む。この後、ステップ３０３で、予
想空燃比λＳ（ｋ）を次式により算出する。 λＳ（ｋ）＝ａ・λ（ｋ−１）＋ｂ・ＳＡＩＲ（ｋ−
３）＋ｃ ここで、ａ，ｂはモデル定数、ｃは定数である。

【００４６】予想空燃比λＳ（ｋ）の算出後、ステップ
３０４に進み、検出空燃比λ（ｋ）と予想空燃比λＳ
（ｋ）との偏差の絶対値｜λ（ｋ）−λＳ（ｋ）｜を異
常判定値ＫＦＡＩＬと比較し、｜λ（ｋ）−λＳ（ｋ）
｜が異常判定値ＫＦＡＩＬよりも小さければ、二次空気
導入制御系が正常と判断して本プログラムを終了する。

【００４７】もし、｜λ（ｋ）−λＳ（ｋ）｜≧ＫＦＡ
ＩＬであれば、二次空気導入制御系が異常の可能性があ
るので、ステップ３０５に進み、｜λ（ｋ）−λＳ
（ｋ）｜≧ＫＦＡＩＬの状態が所定時間継続したか否か
を判定し、所定時間未満であれば、まだ異常とは判定せ
ずにそのまま本プログラムを終了する。

【００４８】その後、｜λ（ｋ）−λＳ（ｋ）｜≧ＫＦ
ＡＩＬの状態が所定時間継続した時点で、ステップ３０
６に進み、最終的に、二次空気導入制御系が異常と判断
して本プログラムを終了する。二次空気導入制御系が異
常の場合には、例えば、警告ランプ（図示せず）の点
灯、異常情報の記憶、二次空気導入制御弁３７の閉弁等
の適宜のフェールセーフ処理を行う。

【００４９】以上説明した本実施形態の二次空気導入量
フィードバック制御の挙動を図８のタイムチャートを用
いて説明する。比較例は、比例積分制御で二次空気導入
量をフィードバック制御したものである。比較例（比例
積分制御）では、排気管３３の二次空気導入部から空燃
比センサ３５までの遅れ系により、フィードバック制御
の応答性が悪く、フィードバック制御中でも、空燃比λ
が安定せず、リッチ側とリーン側に交互に振れて、目標
空燃比への収束性が悪い。

【００５０】これに対し、本実施形態では、二次空気の
導入による排ガスの空燃比λの変化が空燃比センサ３５
の出力変化に現れるまでの遅れを、現代制御理論に基づ
くモデルで補償しながら、二次空気導入量をフィードバ
ック制御するようにしたので、フィードバック制御開始
後に二次空気導入量を制御して空燃比λを応答性良く目
標空燃比に変化させることができると共に、目標空燃比
への収束性も良い。これにより、二次空気の導入と触媒
３４による排ガス浄化効率を向上することができる。

【００５１】尚、本発明は、二輪自動車の空燃比制御装
置に限定されず、四輪自動車の空燃比制御装置にも適用
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるエンジン制御シス
テム全体の概略構成図

【図２】二次空気導入制御弁の開弁特性を示す図

【図３】全開導入率マップの一例を示す図

【図４】二次空気導入量フィードバック制御プログラム
の処理の流れを示すフローチャート

【図５】二次空気導入制御弁制御プログラムの処理の流
れを示すフローチャート

【図６】二次空気導入制御系異常診断プログラムの処理
の流れを示すフローチャート

【図７】二次空気導入量フィードバック制御システムの
ブロック線図

【図８】本発明の実施形態と比較例（比例積分制御）の
二次空気導入量フィードバック制御の挙動を示すタイム
チャート

【符号の説明】

１１…エンジン（内燃機関）、１３…エアボックス、３
３…排気管、３４…触媒、３５…空燃比センサ、３６…
二次空気導入通路、３７…二次空気導入制御弁（二次空
気導入手段）、３８…エンジン制御回路（二次空気導入
量制御手段，異常診断手段）、３９…ＲＯＭ、Ｐ１…状
態変数量出力部、Ｐ２…累積部、Ｐ３…制御量算出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA03 AA17 AA23 AA28 AB03 BA29 BA31 CA22 CA24 CB02 DA01 DA02 DA03 DA05 DA07 DA08 DB04 DB06 DB10 DB11 DB13 DC00 DC01 DC05 EA01 EA06 EA07 EA14 EA15 EA16 EA31 EA34 HA36 HB07 3G301 HA01 HA26 JA21 JB09 LA08 LC01 LC04 LC07 NA08 NC02 ND02 ND05 ND17 ND18 ND41 NE06 NE14 PA07Z PA10Z PA11Z PD04Z PE01Z PE05Z PE08Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に排ガス浄化のため
   の二次空気を導入する二次空気導入手段と、 前記排気通路の二次空気導入部の下流側で排ガスの空燃
   比を検出する空燃比センサと、 前記空燃比センサの出力に基づいて前記二次空気導入手
   段を制御して二次空気導入量を制御することで排ガスの
   空燃比を目標空燃比に制御する二次空気導入量制御手段
   とを備え、 前記二次空気導入量制御手段は、空燃比を決定する内燃
   機関の動的なモデルを無駄時間を持つ自己回帰モデルに
   より近似して構築すると共に、 内燃機関の空燃比と前記二次空気導入手段の制御量と
   を、前記動的なモデルの内部状態を代表する状態変数量
   として出力する状態変数量出力部と、 前記空燃比センサで検出された空燃比と前記目標空燃比
   との偏差を累積する累積部と、 前記動的なモデルに基づいて設定されたフィードバック
   ゲインと前記状態変数量出力部及び前記累積部の出力に
   基づいて前記二次空気導入手段の制御量を算出する制御
   量算出部とを備えていることを特徴とする内燃機関の空
   燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記空燃比センサで検出された空燃比と
   前記動的なモデルで予測される予測空燃比との偏差に基
   づいて二次空気導入制御系の異常の有無を診断する異常
   診断手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関の空燃比制御装置。