JP2003172182A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スライディングモード制御による空燃比フィー
ドバック制御において、エミッションの悪化を防止し、
目標空燃比への収束を早める。 【解決手段】フィードバック制御の制御方向と実空燃比
変化方向とが一致するか否かを判定し（Ｓ１）、不一致
のときはフィードバック制御量の設定を禁止する構成と
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴射手段から
空燃比検出手段の間のプラントを伝達関数で表したプラ
ントモデルのパラメータを推定しつつ設定したフィード
バック制御量によって、フィードバック制御する内燃機
関の空燃比制御装置に関関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関においては、排気浄
化や燃費向上等を目的として空燃比を目標値にフィード
バック制御するのが一般的である。かかる空燃比フィー
ドバック制御を精度よく行う技術として、本願出願人
は、先の出願（特願２００１−７９２７２号）におい
て、スライディングモード制御により燃料噴射量のフィ
ードバック制御量を算出する内燃機関の空燃比制御装置
において、スミス法によりむだ時間補償制御を行いつ
つ、セルフチューニング制御によって前記スライディン
グモード制御の制御ゲインを算出するよう構成したもの
を提案した。

【０００３】かかる空燃比制御装置では、以下のように
して前記フィードバック制御量を算出する。燃料噴射手
段から空燃比検出手段までの間のプラントを伝達関数で
表したプラントモデルを、燃料噴射量と実空燃比に基づ
いて逐次同定する。該同定したプラントモデル（のパラ
メータ）を用いて、前記プラント、フィードバック制御
量算出部（すなわち、スライディングモード制御部）及
びむだ時間補償制御部を含むシステム全体を１つの伝達
関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等
の点から望ましい極と一致するように前記スライディン
グモード制御の制御ゲインを算出する。

【０００４】そして、算出された制御ゲインを用いたス
ライディングモード制御により燃料噴射量のフィードバ
ック制御量を算出することで、プラントの特性変化に精
度よく対応させた空燃比制御を実行している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ものは、プラントモデルを構築する際に用いるむだ時間
が適合している場合は、燃料噴射量の変化方向と実際の
空燃比の変化方向とが一致して空燃比が応答性よく目標
値に収束するが、むだ時間が実際値と適合していない
と、収束を悪くすることがあった。

【０００６】例えば、燃料噴射量を増大すると実空燃比
はリッチ側に変化するが、むだ時間が実際値と適合して
いないと燃料噴射量と空燃比センサ検出値の変化方向が
逆になるような場合が生じる。このような場合、燃料噴
射量を増量しているにも関わらず、リーン化していると
判断し、更に燃料噴射量が増量され、実空燃比が更にリ
ッチになってしまうという問題があり、目標値への収束
に時間が掛かってしまうという問題がある。

【０００７】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、むだ時間の実際値とのずれによりフ
ィードバック制御量に誤差が生じることを抑制し、もっ
て良好な制御精度を確保できるようにした内燃機関の空
燃比制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、排気状態から実空燃比を検出する空燃比検出
手段を備え、検出した実際の空燃比が運転状態に応じて
設定された目標空燃比となるようにフィードバック制御
する内燃機関の空燃比制御装置であって、燃料噴射量と
前記実空燃比とに基づいて、燃料噴射手段から空燃比検
出手段の間のプラントを伝達関数で表したプラントモデ
ルのパラメータを推定する同定手段と、推定したプラン
トモデルのパラメータに基づいて、スライディングモー
ド制御により、前記燃料噴射手段のフィードバック制御
量を設定するフィードバック制御量算出手段と、前記フ
ィードバック制御量の制御方向と前記実空燃比の変化方
向とが一致しているか否かを判定する方向判定手段と、
前記フィードバック制御量の制御方向と前記実空燃比の
変化方向とが一致しないときに、前記フィードバック制
御量設定手段によるフィードバック制御量の設定を禁止
するフィードバック制御量設定禁止手段と、を含んで構
成したことを特徴とする。

【０００９】請求項１に係る発明によると、燃料噴射手
段から空燃比検出手段までの間におけるむだ時間の実際
値とのずれにより、設定したフィードバック制御量の制
御方向（空燃比増減制御方向）と、実空燃比変化方向と
が一致しないときには、フィードバック制御量の設定を
禁止するので、誤った方向のフィードバック制御がなさ
れることを防止し、正しい方向のみのフィードバック制
御が行われるため、エミッションの悪化を防止できると
共に、空燃比の目標値への収束を早めることができる。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、前記フィー
ドバック制御量算出手段は、前記推定したプラントモデ
ルのパラメータに基づいて制御ゲインを算出し、該制御
ゲインを用いてスライディングモード制御により前記燃
料噴射手段のフィードバック制御量を設定し、前記フィ
ードバック制御量設定禁止手段は、前記制御ゲインを０
に設定することにより、フィードバック制御量の設定を
禁止することを特徴とする。

【００１１】請求項２に係る発明によると、制御ゲイン
を０に設定することで直接的かつ容易にフィードバック
制御量の設定を禁止することができる。また、請求項３
に係る発明は、前記フィードバック制御量設定禁止手段
は、前記同定手段におけるパラメータの値を制限するこ
とにより、フィードバック制御量の設定を禁止すること
を特徴とする。

【００１２】また、請求項４に係る発明は、前記フィー
ドバック制御量設定禁止手段は、前記同定手段における
パラメータの値を初期化することにより、フィードバッ
ク制御量の設定を禁止することを特徴とする。請求項３
または請求項４に係る発明によると、同定に用いるパラ
メータの値を制限し、または初期化することにより、誤
った方向に同定されるパラメータによってフィードバッ
ク制御量が設定されることを防止できる。

【００１３】また、請求項５に係る発明は、前記フィー
ドバック制御量設定禁止手段は、前記同定手段で算出さ
れた入力パラメータと出力パラメータとの正負が一致し
ていないときに、前記フィードバック制御量の制御方向
と目標空燃比への方向が一致していないと判定すること
を特徴とする。

【００１４】また、請求項６に係る発明は、前記フィー
ドバック制御量算出手段は、前記推定したプラントモデ
ルのパラメータに基づいて制御ゲインを算出し、該制御
ゲインを用いてスライディングモード制御により前記燃
料噴射手段のフィードバック制御量を設定し、前記フィ
ードバック制御量設定禁止手段は、前記制御ゲインの正
負に基づいて前記フィードバック制御量の制御方向と目
標空燃比への方向の一致／不一致を判定することを特徴
とする。

【００１５】請求項５または請求項６に係る発明による
と、入力パラメータと出力パラメータとの正負または制
御ゲインの正負に基づいて、容易にフィードバック制御
量の制御方向と目標空燃比への方向の一致／不一致を判
定することができる。また、請求項７に係る発明は、前
記フィードバック制御量算出手段は、前記プラントモデ
ルを用いてプラントに含まれるむだ時間の影響を排除す
るむだ時間補償手段を備えることを特徴とする。

【００１６】請求項７に係る発明によれば、プラントに
含まれるむだ時間要素による影響を補償して、フィード
バック制御量を精度よく算出しつつ、該むだ時間補償を
行っても、なおむだ時間が適合しないときに、本発明に
よるフィードバック制御量を禁止して誤方向のフィード
バック補正を防止する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す
機関（エンジン）のシステム図である。図１に示すよう
に、エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量Ｑａを検
出するエアフローメータ３と吸入空気量Ｑａを制御する
スロットル弁４が設けられている。

【００１８】また、吸気通路２に設けられた燃料噴射弁
５は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユ
ニット（Ｃ／Ｕ）６からの噴射信号により開弁駆動して
燃料を噴射供給する。各気筒には、燃焼室７内で火花点
火を行う点火栓８が設けられており、吸気バルブ９を介
して吸入された混合気を火花点火によって着火する。

【００１９】燃焼排気は、排気バルブ１０を介して排気
通路１１に排出され、排気浄化装置１２を介して大気中
の排出される。前記排気通路１１には、排気中の酸素濃
度に応じて空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比セ
ンサ１３が、前記排気浄化装置１２の上流側に設けられ
ている。

【００２０】更に、エンジン１の所定のクランク角毎に
クランク角信号に出力するクランク角センサ１４やエン
ジン１の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する
水温センサ１５が設けられている。前記コントロールユ
ニット（Ｃ／Ｕ）６は、以下のようにして前記燃料噴射
弁５を制御する。

【００２１】まず、吸入空気量Ｑａとクランク角センサ
１４からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ｎｅ
からストイキ（λ＝１）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ
×Ｑａ×Ｎｅ（Ｋは定数）を演算する。次に、運転状態
に応じて、空燃比をフィードバック制御するかオープン
ループ制御するかを判断し、フィードバック制御する場
合には、前記基本燃料噴射量Ｔｐ、目標空燃比λｔ及び
空燃比センサ１３の検出信号に基づき算出した空燃比フ
ィードバック補正係数αを用いて、最終的な燃料噴射量
Ｔｉ＝Ｔｐ×（１／λｔ）×αを演算する。

【００２２】オープンループ制御の場合は、前記空燃比
フィードバック補正係数αを１に固定（α＝１）して、
最終的な燃料噴射量Ｔｉ＝Ｔｐ×（１／λｔ）を演算す
る。ここで、本実施形態における燃料噴射制御について
説明する。図２に示すように、本実施形態における燃料
噴射制御部は、燃料噴射弁５への出力を判断する出力判
断部２１と、図中破線で示す空燃比フィードバック制御
部２２と、を含んで構成されている。

【００２３】前記出力判断部２１は、運転状態に応じて
空燃比フィードバック制御部２２で算出されたフィード
バック制御量を燃料噴射弁５に出力するか否かを判断す
る。前記空燃比フィードバック制御部２２は、スライデ
ィングモード制御部（Ｓ／Ｍ制御部）２２１と、むだ時
間補償器２２２と、プラントモデル同定部２２３と、制
御ゲイン算出部２２４と、むだ時間算出部２２５と、を
含んで構成されている。

【００２４】前記Ｓ／Ｍ制御部２２１は、目標空燃比λ
ｔと実空燃比λｔとの偏差に基づき、スライディングモ
ード制御により、前記空燃比フィードバック補正係数α
を算出し、プラント（燃料噴射弁５〜空燃比センサ１３
間）への制御量ｕ（ｔ）、すなわち、燃料噴射弁５のフ
ィードバック制御量を次式（１）のように算出する。

【００２５】

【数１】 但し、ｅ（ｔ）はＳ／Ｍ制御部２２１への入力（目標空
燃比―実空燃比）、Ｋ _Pは線形項線形ゲイン、Ｋ_Dは線形
項微分ゲイン、Ｓ_Pは切換関数線形ゲイン、Ｓ_Dは切換関
数微分ゲイン、Ｋ_Iは適応則ゲイン、Ｋ_Nは非線形ゲイ
ン、σ(ｔ)は切換関数で、σ(ｔ)＝Ｓ_pｅ(ｔ)＋Ｓ_DΔｅ
(ｔ)である。

【００２６】なお、上記各制御ゲインは、後述する制御
ゲイン算出部２２４で算出される。前記むだ時間補償器
２２２は、スミス法によるむだ時間補償制御を実行する
のものであり、局所フィードバックを行うことにより、
プラントに含まれるむだ時間（すなわち、検出した空燃
比の位相遅れ）の影響を補償する。具体的には、図３に
示すように、前記むだ時間補償器２２２は、むだ時間を
含まないプラントモデル３１と、むだ時間ｋを含むプラ
ントモデル３２と、減算部３３と、を含んで構成されて
おり、前記むだ時間要素を含まないプラントモデル３１
で算出される出力（空燃比）予測と、前記むだ時間を含
むプラントモデル３２で算出される実出力（実空燃比）
予測との偏差ｅ２を算出し、これを前記Ｓ／Ｍ制御部２
１の入力側に出力する。

【００２７】そして、目標空燃比λｔと実空燃比λｒの
偏差ｅ１から、前記むだ時間補償器２２２の出力ｅ２を
減算してｅ３を算出し、該ｅ３を前記Ｓ／Ｍ制御部２２
１に入力するようにしている。なお、前記プラントモデ
ルは、後述するプラントモデル同定部２２３で同定した
ものであり、前記むだ時間ｋは、後述するむだ時間算出
部２２５で算出したものである。

【００２８】前記プラントモデル同定部２２３は、前記
プラントを伝達関数で表したプラントモデルを、燃料噴
射量（燃料噴射信号）及び実空燃比（出力）に基づきオ
ンラインで同定する。具体的には、逐次最小二乗法（Ｒ
ＬＳ法）を用いてプラントモデルのパラメータの逐次推
定を行う。前記制御ゲイン算出部２２４は、前記Ｓ／Ｍ
制御部２２１の制御ゲインを、前記プラントモデル同定
部２２３で同定したプラントモデルのパラメータ（推定
パラメータ）を用いて算出する。

【００２９】具体的には、極配置法によるセルフチュー
ニングコントロールを用いて、システム全体（すなわ
ち、プラント（燃料噴射弁５〜空燃比センサ１３間）＋
Ｓ／Ｍ制御部２２１＋むだ時間補償器２２２）を閉ルー
プ伝達関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定
時間等の点から望ましい極と一致するようＳ／Ｍ制御部
２２１の制御ゲインを算出する（詳細は後述する）。

【００３０】前記むだ時間算出部２２５は、プラントに
含まれるむだ時間kを算出する。かかるむだ時間kの算出
は、例えば、図４に示すように、吸入空気量Ｑａとむだ
時間kと関係をあらかじめテーブル化しておき、検出し
た吸入空気量Ｑａに基づくテーブル検索により行う。こ
こで、前記制御ゲイン算出部２２４で行われる制御ゲイ
ンの算出について詳細に説明する。

【００３１】極配置法によるセルフチューニングコント
ロールを用いた制御ゲイン算出は、以下のようにして行
う。まず、プラントを伝達関数で表すプラントモデルＧ
_P（ｚ^-1）を設定し、その後、Ｓ／Ｍ制御部２２１の伝
達関数Ｇ_C（ｚ^-1）及びむだ時間補償器２２の伝達関数
Ｇ_L（ｚ^-1）を求める。

【００３２】そして、これらの伝達関数からシステム全
体の閉ループ伝達関数Ｗ（ｚ^-1）を算出し、その極が設
定した極となるように制御ゲインを算出する。 （Ａ）プラントモデルの設定について 燃料噴射弁５と空燃比センサ１３との間のプラントを、
前記むだ時間算出部２２５で算出したむだ時間ｋ（≧
１）を用いて、例えば、次式（２）、（３）のように二
次のＡＲＸモデルＡ(ｚ^-1)で表す。

【００３３】 Ａ(ｚ^-1)ｙ(ｔ)＝ｚ^-kｂ₀ｕ(ｔ)＋ε(ｔ) …（２） Ａ(ｚ^-1)＝１＋ａ₁ｚ^-1＋ａ₂ｚ^-2 …（３） 但し、ｙ(ｔ)は、プラント出力（すなわち、実空燃
比）、ｕ(ｔ)は、プラント入力値（すなわち、燃料噴射
量）、ε(ｔ)は、不規則雑音である。すると、プラント
モデルの伝達関数Ｇ_P(ｚ-1)は、次式（４）のように表
すことができる。

【００３４】Ｇ_P(ｚ^-1)＝ｚ^-kｂ₀／Ａ(ｚ^-1) …（４） なお、推定パラメータベクトルθ(ｔ)及びデータベクト
ルψ(ｔ-ｋ)は、下記（５）、（６）式のように表すこ
とができる。 θ(ｔ)＝〔ａ₁(ｔ)，ａ₂(ｔ)，ｂ₀(ｔ)〕^T … （５） ψ(ｔ-ｋ)＝〔-ｙ(ｔ-１)，-ｙ(ｔ-２)、ｕ(ｔ-ｋ)〕^T … （６） （Ｂ）プラントモデルの同定（パラメータ推定）につい
て 設定したプラントモデルは、前記プラントモデル同定部
２２３で同定される。

【００３５】具体的には、プラントの特性は、運転状
態、プラント自体の劣化度合い等のプラント特性により
変化するので、式（５）に示す入力パラメータａ
₁(ｔ)、ａ₂(ｔ)および出力パラメータｂ₀(ｔ)を逐次推
定することでプラントモデルを同定する（すなわち、オ
ンライン同定する）。なお、本実施形態においては、前
記パラメータの推定に最小二乗法（ＲＬＳ法）を用いて
おり、実値と推定値の誤差の二乗が最も小さくなるパラ
メータを逐次算出している。

【００３６】具体的な演算式は、一般の重みつき逐次最
小二乗法（ＲＬＳ法）と同一のものであり、時間更新
式：ｔ＝１、２、…、Ｎに対して、次式（７）〜（９）
を計算することにより行う。

【００３７】

【数２】 そして、かかるパラメータ推定式（７）〜（９）を用い
てパラメータａ₁(ｔ)、ａ₂(ｔ)、ｂ₀(ｔ)を逐次推定す
ることで、プラントモデルを同定する。

【００３８】なお、前記忘却係数λ₁、λ₂は、忘却要素
なしの場合には前記忘却係数λ₁＝λ₂＝１とし、忘却要
素つきの場合にはλ₁＝０.９８、λ₂＝１とした。ま
た、本実施形態においては、前記パラメータ推定値の初
期値θ０を、運転状態に応じてあらかじめ設定した初期
値（例えば、ａ₁(０)＝Ａ１、ａ₂(０)＝Ａ２、ｂ₀(０)
＝Ｂ１）を設定することで、収束までの時間の短縮化を
図っている。

【００３９】（Ｃ）Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝達
関数の算出について Ｓ／Ｍ制御部２２１を、以下のようにして伝達関数化す
る。ｙ(ｔ)をプラント出力値（実空燃比λｒ）、ω(ｔ)
を目標値（目標空燃比λｔ）とし、ｅ(ｔ)＝ω(ｔ)−ｙ
(ｔ)とすると、１サンプルにおけるプラント入力（すな
わち、Ｓ／Ｍ制御部２２１からの出力）ｕ(ｔ)の差分Δ
ｕ(ｔ)は、次式（１０）で与えられる。

【００４０】

【数３】 ここで、ｅ(ｔ)＝ω(ｔ)−ｙ(ｔ)、ｅ(ｔ)−ｅ(ｔ−１)
＝Δｅ(ｔ)であるから、式（１０）より次式（１１）が
得られる。

【００４１】

【数４】 但し、Ｋ(ｚ^-1)は次式（１２）で表されるものであり、
式（１３）のように展開して各制御ゲインに基づいて算
出する。

【００４２】

【数５】 従って、式（１２）よりプラント入力ｕ(ｔ)は、次式
（１４）で表される。

【００４３】

【数６】 ここで、非線形項を含めないものとして取り扱うことに
すると、Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝達関数Ｇ_C(z
^-1)は、次式（１５）のように表すことができる。

【００４４】 Ｇ_C(z^-1) = Ｋ(z^-1)／(1-z^-1) …（１５） （Ｄ）前記むだ時間補償器２２２の離散時間伝達関数の
算出について上述したように、むだ時間補償器２２２
は、むだ時間後の出力予測を行いつつむだ時間要素の影
響を補償するスミス法を用いるので、むだ時間補償器２
２２の離散時間伝達関数Ｇ_L(ｚ^-1)は、次式（１６）の
ように算出できる。

【００４５】 Ｇ_L(ｚ^-1)＝ｚ^-1ｂ₀／Ａ(ｚ^-1)− ｚ^-kｂ₀／Ａ(ｚ^-1) ＝ (ｚ^-1−ｚ^-k)ｂ₀／Ａ(ｚ^-1) …（１６） なお、ｚ^-1ｂ₀／Ａ(ｚ^-1)は、前記プラントモデルを用
いて表したむだ時間がない場合の出力予測であり、ｚ^-k
ｂ₀／Ａ(ｚ^-1)は、同じく前記プラントモデルを用いて
表したむだ時間を含む実出力予測である。

【００４６】以上のようにして算出した各伝達関数（プ
ラントモデル、Ｓ／Ｍ制御部２１、むだ時間補償器）を
用いたブロック図を図５に示す。次に、システム全体の
閉ループ伝達関数化について説明する。なお、上述した
ようにＳ／Ｍ制御部２２１の非線形項は含めないものと
する。 （Ｅ）システム全体の閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ^-1)の算出
について まず、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１とむだ時間補償器２２２
のフィードバックループを取り出し、目標（目標空燃比
λｔ）から出力（フィードバック制御量）への１つの伝
達関数を算出する。図５において、Ｓ／Ｍ制御部２２１
とむだ時間補償器２２とを含む局所ループの伝達関数Ｇ
_CL(ｚ^-1)は、式（１５）、（１６）より次式（１７）の
ように算出できる。

【００４７】

【数７】 従って、プラント及び式（１７）に示す局所ループを含
めたシステム全体の閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ^-1)は、次式
（１８）のように算出できる。

【００４８】

【数８】 以上の算出結果を示したものが図６のブロック図であ
る。 （Ｆ）極配置法により前記Ｓ／Ｍ制御部２２２の制御ゲ
インの算出について 前記閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ^-1)の特性多項式は、式（１
８）より、(１−ｚ^-1)Ａ(ｚ^-1) +ｚ^-1ｂ₀Ｋ(ｚ^-1)であ
り、これを次式（１９）のようにおく。

【００４９】

【数９】 このとき、応答性、行き過ぎ量、整定時間等の点から望
ましい極となるようなＴ(ｚ^-1)を設定することで、Ｓ／
Ｍ制御部２２１の制御ゲインを以下のようにして算出す
る。

【００５０】式（１９）より、次式（２０）が得られ
る。

【００５１】

【数１０】 ここで、式（１３）より、Ｋ(ｚ^-1)= (Ｋ_P＋Ｋ_I・Ｓ_P＋
Ｋ_I・Ｓ_D＋Ｋ_D)−(Ｋ_P＋Ｋ_I・Ｓ_D＋２Ｋ_D)ｚ^-1＋Ｋ_Dｚ
^-2であるので、切換関数線形ゲインＳ_P及び切換関数微
分ゲインＳ_Dを１に設定し、線形項線形ゲインＫ_P、適応
則ゲインＫ_I、線形項微分ゲインＫ_Dを可変パラメータと
すれば、次式（２１）によう表すことができるから、

【００５２】

【数１１】 となり、次式（２２）〜（２４）を得る。

【００５３】

【数１２】 従って、式（２２）〜（２４）をＫ_P、Ｋ_I、Ｋ_Dについ
て解き、ａ₁、ａ₂、ｂ₀を、それぞれプラントモデル同
定部２２３で逐次推定した推定パラメータａ₁(t)、ａ
₂(t)、ｂ₀(t)で表すことにより、各ゲインは次式（２
５）〜（２７）のように算出できる。

【００５４】

【数１３】 なお、前記特性多項式Ｔ(ｚ^-1)＝１＋ｔ₁ｚ^-1＋ｔ₂ｚ^-2
としては、例えば、減衰ζ＝０.７、固有角周波数ω＝
３０としたときの二次系の連続時間システム、 Ｇ(ｓ)＝ω² ／ (ｓ²＋２ζω・ｓ＋ω²) をサンプル時間Ｔ_iで離散化したときの伝達関数の分母
を用いることが考えられる。

【００５５】そして、このように算出した制御ゲインを
用いて、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１は、プラントへの制御
量を算出する（式（１３）参照）。以上のように、パラ
メータを逐次推定したプラントモデルを用いてシステム
全体を１つの伝達関数で表し、その極が応答性、行き過
ぎ量、整定時間等の点から望ましい極と一致するよう
に、プラントへのフィードバック制御量を算出するＳ／
Ｍ制御部２２１の制御ゲインを求めるので、プラントの
特性変化に対応した良好な制御ゲインが算出でき、ひい
ては、精度のよい空燃比フィードバック制御が実行でき
る。

【００５６】かかる基本的な制御において、本発明の特
徴的な構成として、むだ時間が適合していない場合に制
御方向（空燃比増減方向）と実空燃比変化方向とが一致
しないときに、フィードバック制御量の設定を禁止す
る。この制御を図７のフローチャートに示す。ステップ
１では、前記制御方向と実空燃比変化方向とが一致して
いるか否かを判定する。

【００５７】具体的には、前記プラントモデル同定部２
２３におけるプラント入力値のパラメータ（入力パラメ
ータ）ｂ₀と、プラント出力値のパラメータ（出力パラ
メータ）ａ₁、ａ₂の正負が一致しているかを判定する。
すなわち、入力パラメータｂ ₀と出力パラメータａ₁、ａ
₂の正負が一致しているときは、制御方向（燃料噴射量
増減方向）と実空燃比変化方向（リッチ・リーン方向）
が一致しており、パラメータの正負が不一致のときは制
御方向と実空燃比変化方向とが不一致であると判定す
る。

【００５８】または、前記制御ゲイン算出部２２４で算
出される制御ゲインの中、フィードバック制御量ｕ
（ｔ）を表す式の切換関数σ（ｔ）の積分項に乗じられ
る制御ゲインＫ_Iの正負を判定し、負のときは制御方向
と実空燃比変化方向とが一致し、正のときは不一致であ
ると判定する。これは、上記（１０）式に示すように、
ｕ（ｔ）の変化量Δｕ（ｔ）が正の値である燃料噴射量
の増量制御時は、ｅ（ｔ）＝目標空燃比−実空燃比を含
む切換関数σ（ｔ）の値が負の値となるべきであり、そ
のとき燃料噴射量を増量補正するための制御ゲインＫ_I
が負の値に設定されるべきだからである。

【００５９】ステップ１で、制御方向と実空燃比変化方
向とが不一致であると判定されたときは、ステップ２へ
進みフィードバック制御量の設定を禁止するが、この場
合、最も簡易かつ直接的な方法としては、各制御ゲイン
Ｋ_P、Ｋ_D、Ｋ_I、Ｋ_Nを０にセットする。これによりフィ
ードバック制御量ｕ（ｔ）＝０となる。または、前記パ
ラメータａ₁、ａ₂、ｂ₀の値を制限する。具体的には、
出力パラメータａ₁、ａ₂の値を小さくし（例えば０）、
入力パラメータｂ₀の値を大きくしてフィードバック制
御量ｕ（ｔ）が十分小さな値になるようにして、実質的
に設定が禁止されるようにする。

【００６０】あるいは、前記パラメータａ₁、ａ₂、ｂ₀
の値を初期化することによりフィードバック制御量を０
に近づけるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム
図。

【図２】本発明の空燃比制御を示すブロック図。

【図３】本発明で用いるむだ時間補償制御を示すブロッ
ク図。

【図４】本発明で用いるむだ時間算出用のテーブルを示
す図。

【図５】本発明におけるＳ／Ｍ制御部２２１及びむだ時
間補償器２２２を伝達関数で表したブロック図。

【図６】本発明におけるセルフチューニングコントロー
ルを用いたスライディングモード制御による空燃比フィ
ードバック制御全体を示すブロック図。

【図７】本発明にかかる制御のフローチャート。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 吸気通路 ３ エアフローメータ ４ スロットル弁 ５ 燃料噴射弁 ６ コントロールユニット（Ｃ／Ｕ） ８ 点火プラグ １１ 排気通路 １３ Ａ／Ｆセンサ １４ クランク角センサ １５ 水温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｇ０５Ｂ 13/02 Ｄ Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 DA05 EB02 EB11 EB13 EB16 EC04 FA07 FA20 FA29 FA38 3G301 JA03 JA11 JA13 LB01 MA01 MA11 NA09 ND01 ND05 ND15 PA01Z PD04Z PE03Z PE08Z 5H004 GA10 GA14 GB20 HA13 JA03 JA07 KA32 KA33 KA74 KB02 KB06 KB38 KC42 LA03 5H209 AA10 BB11 CC01 DD20 EE20 GG04 HH04 JJ01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気状態から実空燃比を検出する空燃比検
   出手段を備え、検出した実際の空燃比が運転状態に応じ
   て設定された目標空燃比となるようにフィードバック制
   御する内燃機関の空燃比制御装置であって、 燃料噴射量と前記実空燃比とに基づいて、燃料噴射手段
   から空燃比検出手段の間のプラントを伝達関数で表した
   プラントモデルのパラメータを推定する同定手段と、 推定したプラントモデルのパラメータに基づいて、スラ
   イディングモード制御により、前記燃料噴射手段のフィ
   ードバック制御量を設定するフィードバック制御量算出
   手段と、 前記フィードバック制御量の制御方向と前記実空燃比の
   変化方向とが一致しているか否かを判定する方向判定手
   段と、 前記フィードバック制御量の制御方向と前記実空燃比の
   変化方向とが一致しないときに、前記フィードバック制
   御量設定手段によるフィードバック制御量の設定を禁止
   するフィードバック制御量設定禁止手段と、 を含んで構成した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】前記フィードバック制御量算出手段は、前
   記推定したプラントモデルのパラメータに基づいて制御
   ゲインを算出し、該制御ゲインを用いてスライディング
   モード制御により前記燃料噴射手段のフィードバック制
   御量を設定し、 前記フィードバック制御量設定禁止手段は、前記制御ゲ
   インを０に設定することにより、フィードバック制御量
   の設定を禁止す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。
3. 【請求項３】前記フィードバック制御量設定禁止手段
   は、前記同定手段におけるパラメータの値を制限するこ
   とにより、フィードバック制御量の設定を禁止すること
   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。
4. 【請求項４】前記フィードバック制御量設定禁止手段
   は、前記同定手段におけるパラメータの値を初期化する
   ことにより、フィードバック制御量の設定を禁止するこ
   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。
5. 【請求項５】前記フィードバック制御量設定禁止手段
   は、前記同定手段で算出された入力パラメータと出力パ
   ラメータとの正負が一致していないときに、前記フィー
   ドバック制御量の制御方向と目標空燃比への方向が一致
   していないと判定することを特徴とする請求項１〜請求
   項４のいずれか１つに記載の空燃比制御装置。
6. 【請求項６】前記フィードバック制御量算出手段は、前
   記推定したプラントモデルのパラメータに基づいて制御
   ゲインを算出し、該制御ゲインを用いてスライディング
   モード制御により前記燃料噴射手段のフィードバック制
   御量を設定し、 前記フィードバック制御量設定禁止手段は、前記制御ゲ
   インの正負に基づいて前記フィードバック制御量の制御
   方向と目標空燃比への方向の一致／不一致を判定するこ
   とを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記
   載の空燃比制御装置。
7. 【請求項７】前記フィードバック制御量算出手段は、前
   記プラントモデルを用いてプラントに含まれるむだ時間
   の影響を排除するむだ時間補償手段を備えることを特徴
   とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃
   機関の空燃比制御装置。