JP2003172184A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】セルフチューニングにより制御ゲインを算出し
つつ、空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃
比制御装置において、精度のよい空燃比制御を実行す
る。 【解決手段】燃料噴射弁５から空燃比センサ１３までの
プラントをプラントモデルで表し、プラントに含まれる
むだ時間を考慮しつつ、プラントモデルを同定し、該同
定モデルを用いて空燃比フィードバック制御量算出用の
制御ゲインを算出する。そして、算出した制御ゲインを
用いて燃料噴射弁５のフィードバック制御量を算出する
が、オープンループ制御時は、前記プラントモデルの同
定を停止する。また、オープンループ制御時の燃料噴射
弁５の制御量と実空燃比を記憶しておき、オープンルー
プ制御終了後、プラントモデルの同定を再開する際に、
記憶したデータをプラントの入出力として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
制御装置に関し、特に、セルフチューニングにより制御
ゲインを算出しつつ、空燃比フィードバック制御を行う
内燃機関の空燃比制御装置に関する。

【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（制御量）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手段のフィード
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、オープンルー
プ制御時においては、プラント入力である燃料噴射量
（燃料噴射手段の制御量）が一定に設定される一方、プ
ラント出力である実空燃比は各種要因の影響で変動す
る。従って、同一のプラント入力に対するプラント出力
が異なる場合が多くなり、却って同定精度が悪化する。

【０００６】また、オープンループ制御が終了してフィ
ードバック制御の再開された場合であっても、再開直後
に検出される空燃比（プラント出力）は、プラントの有
するむだ時間（例えば、排気輸送遅れ）により、オープ
ンループ制御時に対応するものであり、算出したフィー
ドバック制御量に対応する空燃比を直ちに検出すること
ができない。

【０００７】従って、オープンループ制御時及びオープ
ンループ制御終了直後においては、前記逐次同定が正確
に行われず、この結果、前記制御ゲイン、フィードバッ
ク制御量の算出精度の悪化、ひいては、排気エミッショ
ンが悪化するという問題がある。本発明は、上記問題に
鑑みなされたものであって、プラントモデルを精度よく
同定することにより、燃料噴射量のフィードバック制御
量を適切に算出でき、もって空燃比フィードバック制御
を精度よく実行できる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、実空燃比を空燃比検出手段により検出し、オ
ープンループ制御又はフィードバック制御によって空燃
比を目標空燃比に制御する内燃機関の空燃比制御装置で
あって、燃料噴射量と検出した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を用いて、前記燃
料噴射手段のフィードバック制御量を算出するための制
御ゲインを算出する制御ゲイン算出手段と、算出された
制御ゲインを用いて前記フィードバック制御量を算出す
る制御量算出手段と、オープンループ制御時における前
記燃料噴射手段の制御量と実空燃比とを記憶する記憶手
段と、を含んで構成し、前記同定手段は、オープンルー
プ制御時に前記プラントモデルのパラメータ推定を停止
し、オープンループ制御終了後に前記プラントモデルの
パラメータ推定を再開するときに、前記記憶手段が記憶
した燃料噴射手段の制御量と実空燃比を前記プラントの
入出力データとして用いることを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、前記同定手段が、
前記プラントモデルのパラメータ推定を再開した後、所
定時間経過するまでは、前記記憶手段が記憶した燃料噴
射手段の制御量と実空燃比を前記プラントの入出力デー
タとして用いることを特徴とする。請求項３に係る発明
は、前記所定時間は、機関の吸入空気量に基づいて算出
することを特徴とする。

【００１０】請求項４に係る発明は、前記制御ゲイン算
出手段が、オープンループ制御時に前記制御ゲインの算
出を停止することを特徴とする。請求項５に係る発明
は、前記制御量算出手段が、オープンループ制御時に前
記フィードバック制御量の算出を停止することを特徴と
する。

【００１１】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、オープン
ループ制御時は、同定手段によるプラントモデルのパラ
メータ推定を停止するので、誤ったパラメータの推定を
防止できる。また、オープンループ制御中の燃料噴射手
段の制御量と実空燃比とを記憶しておき、これをパラメ
ータ推定再開時にプラント入出力データとして用いるの
で、前記推定再開後のデータサンプリングに要する時間
を短縮して、パラメータの収束を早めることができる。

【００１２】請求項２に係る発明によれば、相関しない
プラント入出力に基づくプラントモデルの同定（パラメ
ータの推定）を防止できる。すなわち、オープンループ
制御が終了し、同定手段によるプラントモデルのパラメ
ータ推定を再開しても、所定時間（例えば、輸送遅れ時
間等）が経過するまでに検出する空燃比（出力）は、算
出したフィードバック制御量（入力）に対応するもので
はなく、オープンループ制御によるものである。このよ
うに相関しないプラント入出力に基づいてパラメータ推
定を行うような事態を回避することができる。

【００１３】請求項３に係る発明によれば、吸入空気量
に応じて変化する輸送遅れ時間を考慮しつつ、前記所定
時間を容易に設定できる。請求項４に係る発明によれ
ば、オープンループ制御時は、制御ゲインの算出を停止
するので、誤った制御ゲインによるフィードバック制御
量の算出を防止できる。なお、この場合、各制御ゲイン
を０として、同時にフィードバック制御量の算出を停止
するように構成してもよい。

【００１４】請求項５に係る発明によれば、オープンル
ープ制御時は、フィードバック制御量の算出を停止する
ので、エラー量（目標空燃比―実空燃比）に基づいて算
出される積分項が増大することを回避でき、フィードバ
ック制御が再開されたときに、誤ったフィードバック制
御量が算出されること（誤った燃料噴射制御）を防止で
きる。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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に設定（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、プラント入出力記憶部２２と、図中破線で
示す空燃比フィードバック制御部２３と、を含んで構成
されている。

【００２１】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。フィードバック制御量を出力しないときは、制御量
としてクランプ値（オープンループ制御時は１、燃料カ
ット時は０に設定する）を出力する。前記プラント入出
力記憶部２２は、オープンループ制御時（すなわち、前
記出力判断部２１が、制御量として１を出力したとき）
における制御量（すなわち、α＝１）と検出した空燃比
を記憶する。

【００２２】前記空燃比フィードバック制御部２３は、
図に示すように、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。前記
Ｓ／Ｍ制御部２２１は、目標空燃比λｔ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。

【００２３】

【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_Dｅ
(ｔ)である。

【００２４】なお、上記各制御ゲインは、後述する制御
ゲイン算出部２２４で算出されるものである。但し、オ
ープンループ制御時は前記フィードバック制御量の算出
を停止するようにする。これは、オープンループ制御時
においても、前記フィードバック制御量の算出を継続す
ると、スライディングモード制御における積分項（エラ
ー量＝目標空燃比−実空燃比に基づき算出される）が増
大し、その後オープンループ制御が終了してフィードバ
ック制御を再開したときに、適正な燃料噴射制御ができ
なくなるからである。

【００２５】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２１の入力側に出力する。

【００２６】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２２の出力ｅ２を減
算してｅ３を算出し、該ｅ３を前記Ｓ／Ｍ制御部２２１
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、前記むだ時間は、後述するむだ時間算出部２
２５で算出したものである。

【００２７】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、前記燃
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
（ＲＬＳ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。但し、オープンループ制御時は、前記パ
ラメータの逐次推定を停止する。

【００２８】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。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）。

【００２９】但し、オープンループ制御時は、前記プラ
ントモデル同定部２２３におけるパラメータ推定が停止
され、適切なパラメータが得られないので前記制御ゲイ
ンの算出も停止する。前記むだ時間算出部２２５は、プ
ラントのむだ時間ｋを算出する。このむだ時間ｋは、燃
料噴射弁５から噴射された燃料が燃焼室７内で燃焼し、
その燃焼排気の空燃比を前記空燃比センサ１３が検出す
るまでの時間（遅れ時間）のことであり、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。

【００３０】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。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
御ゲインの算出は、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。

【００３１】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。

【００３２】 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。

【００３３】 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。

【００３４】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（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。

【００３５】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。

【００３６】

【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。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＝０.９
８、λ₂＝１とした。

【００３７】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、運転状態の応じてあらかじ
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。但し、オープンループ制御
時は、オープンルール制御の開始と同時にプラントモデ
ルの同定（パラメータ推定）を停止するようにする。

【００３８】すなわち、オープループ制御時は、あらか
じめ設定された制御量（α＝１として出力される）によ
り燃料噴射制御が行われることとなり、制御入力が一定
の状態となる。一方、実空燃比（出力）は各種の要因に
より変動するため、一定の入力と異なる出力を用いて同
定を行う場合が多くなって、却って同定精度が悪化する
ことになる。

【００３９】かかる同定精度（パラメータ推定精度）の
悪化を防止するため、オープンルール制御が開始される
と共にプラントモデルの同定を停止するのである。な
お、オープンループ制御が実行されているあいだは、前
記プラントモデルの同定停止が維持される。そして、オ
ープンループ制御が終了し、フィードバック制御が再開
されるときは、前記プラントモデルの同定も再開される
ことになるが、再開時に前記プラント入出力記憶手段２
２の記憶している制御量と空燃比を、プラントの入出力
データとして設定する。

【００４０】また、フィードバック制御を再開した場合
であっても、再開した後、前記プラントのむだ時間ｋが
経過するまでの間に検出される実空燃比は、前記Ｓ／Ｍ
制御部２２１が算出したフィードバック制御量に対応す
るものではなく、オープンループ制御時のものであり、
このような相関しない入出力データに基づきプラントモ
デルの同定を行うと同定精度の悪化を招くことになる。

【００４１】従って、フィードバック制御再開時のみな
らず、再開後前記プラントのむだ時間ｋが経過するまで
は、前記プラント入出力記憶手段２２の記憶したオープ
ンループ制御時の制御量と空燃比を、プラントの入出力
データとして用いてプラントモデルの同定を行うように
する。これにより、フィードバック制御再開後における
プラントモデルのパラメータの収束を早めつつ、誤った
同定（パラメータの推定）を防止できる。

【００４２】（Ｃ）Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝達
関数の算出について 前記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Δｕ(ｔ)は、次式（１０）で与えられる。

【００４３】

【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。

【００４４】

【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。

【００４５】

【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。

【００４６】

【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。

【００４７】 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２２２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。

【００４８】 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。

【００４９】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。

【００５０】

【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。

【００５１】

【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）極配置法による前記Ｓ／Ｍ制御部２２１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（１８）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。

【００５２】

【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。

【００５３】式（１９）より、次式（２０）が得られ
る。

【００５４】

【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、

【００５５】

【数１１】 となり、次式（２２）〜（２４）を得る。

【００５６】

【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。

【００５７】

【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。

【００５８】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、プラントのフィー
ドバック制御量を算出する（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。

【００５９】特に、本実施形態においては、上述したよ
うに、オープンループ制御時は、前記プラントモデル同
定部２２３によるパラメータの推定を停止すると共に、
オープンループ制御時の制御量（α＝１）と実空燃比を
記憶する。そして、オープンループ制御終了（すなわ
ち、フィードバック制御再開）後、前記プラントのむだ
時間ｋが経過するまでは、記憶したオープンループ制御
時の制御量と空燃比に基づいてパラメータの推定を行う
ので、同定精度の悪化を防止しつつ、パラメータの収束
を早めることができる。

【００６０】この結果、フィードバック制御再開後であ
っても、プラントの特性変化に対応した良好な制御ゲイ
ンを早期に算出でき、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。

【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。

【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 Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 DA04 EB13 EB16 EC01 FA05 FA07 FA10 FA26 FA29 3G301 JA11 MA01 MA11 ND05 ND14 ND15 ND16 ND45 PA01Z PA11Z PD02A PE01Z PF01Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実空燃比を空燃比検出手段により検出し、
   オープンループ制御又はフィードバック制御によって空
   燃比を目標空燃比に制御する内燃機関の空燃比制御装置
   であって、 燃料噴射量と検出した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を用いて、前記燃料噴射手
   段のフィードバック制御量を算出するための制御ゲイン
   を算出する制御ゲイン算出手段と、 算出された制御ゲインを用いて前記フィードバック制御
   量を算出する制御量算出手段と、 オープンループ制御時における前記燃料噴射手段の制御
   量と実空燃比とを記憶する記憶手段と、を含んで構成
   し、 前記同定手段は、オープンループ制御時に前記プラント
   モデルのパラメータ推定を停止し、 オープンループ制御終了後に前記プラントモデルのパラ
   メータ推定を再開するときに、前記記憶手段が記憶した
   燃料噴射手段の制御量と実空燃比を前記プラントの入出
   力データとして用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】前記同定手段は、前記プラントモデルのパ
   ラメータ推定を再開した後、所定時間経過するまでは、
   前記記憶手段が記憶した燃料噴射手段の制御量と実空燃
   比を前記プラントの入出力データとして用いることを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】前記所定時間は、機関の吸入空気量に基づ
   いて算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関
   の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】前記制御ゲイン算出手段は、オープンルー
   プ制御時に前記制御ゲインの算出を停止することを特徴
   とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の内
   燃機関の空燃比制御装置。
5. 【請求項５】前記制御量算出手段は、オープンループ制
   御時に前記フィードバック制御量の算出を停止すること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記
   載の内燃機関の空燃比制御装置。