JP3162524B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の空燃比制御
装置に関し、より具体的には空燃比をリーン側とリッチ
側の間で意図的に変動させて排気系に設置したキャタラ
イザの浄化率を向上させる、いわゆるパータベーション
効果を意図した内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パータベーション効果については論文な
どにも良く紹介され、触媒のＯ2 ストレージ現象と共
に、最適浄化率を達成するための手法として一般的にな
りつつある。パータベーション効果についての従来技術
の一例としては、特開昭６４−５６９３５号公報記載の
技術を挙げることができる。この従来技術においては、
機関回転数や機関負荷に応じて目標空燃比の周期（周波
数）と振幅とを設定し、設定した周期の半ばで空燃比を
リーン側（ないしはリッチ側）に反転させて振動（パー
タベーション）制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】その結果、この従来技
術においては運転状態が連続的に変化するときは目標空
燃比がリーン側（ないしはリッチ側）に固定されてしま
い、パータベーション制御が意図するキャタライザの浄
化率の向上を十分に達成することができない不都合があ
った。
【０００４】従って、この発明の目的は上記した不都合
を解消し、機関が定常運転にあろううと過渡運転にあろ
うと、即ち、機関回転数や機関負荷の変動にかかわりな
く、常に所定の周波数ないしは振幅を持った目標空燃比
を機関に与え、キャタライザの浄化率を十分に向上させ
る様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。
【０００５】更に、上記した従来技術にあっては排気系
の集合部に配置した１個の空燃比センサをもって出力空
燃比を検出し、目標空燃比との偏差が減少する様にフィ
ードバック制御しているが、集合部の空燃比は各気筒の
空燃比が混ざりあったものであって、各気筒の空燃比を
正確に示すものではない。即ち、上記した従来技術にあ
っては気筒ごとに空燃比をパータベーション制御するも
のではなかった。
【０００６】従って、この発明の第２の目的は、多気筒
内燃機関の空燃比を気筒ごとに制御してパータベーショ
ン制御を一層効果的に行い、キャタライザの浄化率を一
層向上させる様にした内燃機関の空燃比制御装置を提供
することにある。
【０００７】更に、上記した従来技術にあっては目標空
燃比と検出した空燃比の偏差にゲインを乗じて得た値を
フィードバック補正係数としていることから、空燃比が
オープンループ制御される運転領域においてはパータベ
ーション制御を効果的に行うことができなかった。
【０００８】従って、この発明の第３の目的は、空燃比
がオープンループ制御される運転領域においても効果的
にパータベーション制御を行う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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、多気筒
内燃機関の排気系に設けたキャタライザの上流ないしは
下流の空燃比が所定の振幅ないしは周波数で変動するよ
うに機関に入力する目標空燃比を設定してパータベーシ
ョン制御するものであって、前記目標空燃比を変動させ
るべく、周期関数を用いて変動目標空燃比を設定する変
動目標空燃比設定手段、前記設定された変動目標空燃比
を各気筒の所定クランク角度間の周期でサンプリングし
て気筒別の目標空燃比を決定する気筒別目標空燃比決定
手段、および前記決定された気筒別の目標空燃比に応じ
て前記機関の気筒別に混合気を供給する混合気供給手段
を備えると共に、前記気筒別目標空燃比決定手段は、前
記機関の排気系集合部の空燃比を各気筒の燃焼履歴に所
定の重みを乗じた加重平均値からなるものとみなして構
築された排気系の挙動を記述するモデルに基づいて各気
筒の空燃比を内部状態変数とする状態方程式を求める手
段、前記内部状態を観測するオブザーバを構築してその
出力を求める手段、および前記求めた出力から各気筒の
空燃比を抽出する手段からなる気筒別空燃比抽出手段を
備え、前記気筒別空燃比抽出手段を介して前記変動目標
空燃比から前記気筒別の目標空燃比を決定する如く構成
した。
【００１０】
【作用】機関回転数や機関負荷の変動にかかわらず、各
気筒の目標空燃比の周波数ないしは振幅を一定に設定す
ることができ、各気筒の空燃比を的確に決定して気筒別
に効果的にパータベーション制御を行うことができ、キ
ャタライザの浄化率を向上させることができる。また、
その気筒別のパータベーション制御を空燃比がオープン
ループ制御される運転領域においても効果的に行うこと
ができる。
【００１１】
【実施例】以下、添付図面に即して本発明の実施例を説
明する。
【００１２】図１は本発明を実現するための内燃機関の
空燃比制御装置を全体的に示すブロック図である。図に
おいて、符号１０は４気筒の内燃機関を示しており、吸
気系（図示せず）から吸入された空気はインジェクタ１
２で燃料を噴射されて混合気となり、燃焼室（図示せ
ず）内で着火されて爆発した後、燃焼ガスは排気系に送
られ、そこに配置されたキャタライザ１４で浄化されて
機関外に放出される。排気系において燃焼室に連続する
排気マニフォルドには、空燃比をリーン側からリッチ側
で広く検出することができる、いわゆる広域空燃比セン
サ１６が気筒数に対応した個数配置されており、そこで
空燃比が検出される（この広域空燃比センサについては
本出願人は先に特願平３−１６９４５６号で提案してい
るので、詳細な説明は省略する。尚、以下の説明ではこ
の広域空燃比センサ１６を『ＬＡＦセンサ』と呼ぶ）。
また、排気系においてキャタライザ１４の下流にはＯ2
センサ１８が１個配置される。
【００１３】また、内燃機関１０の空燃比を制御するた
めに、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット
２０が設けられ、図示しないセンサ群を通じて機関回転
数（『ＮＥ』で示す）、吸気圧力（『ＰＢ』で示す）、
機関水温（『ＴＷ』で示す）などを検出し、後で述べる
様に所定の周波数と振幅を持った目標空燃比となる様に
燃料噴射量をパータベーション制御する。
【００１４】ここで、この発明におけるパータベーショ
ン制御を概説すると、先ず図２に示す様に、目標空燃比
を周期関数、実施例の場合はサイン波、で表現する。目
標空燃比の周期は図示の如く１０００ｍｓとする。そし
て、機関のＴＤＣ周期、これを『ＭＥ』で示す、に基礎
をおく値でサンプリングして目標空燃比を決定し、燃料
噴射量を決定する。ここで、この制御においては、燃料
噴射量Ｔout はインジェクタの開弁時間で規定され、以
下の様に決定される。 燃料噴射量Ｔout(CYL)＝基本噴射量ＴiM×各種補正係数
ＫTOTAL ×空燃比補正係数ＫCMDM(CYL) ＋各種補正加算
項ＴTOTAL ＋バッテリ補正加算項ＴV 〔ｍｓ〕 尚、基本噴射量ＴｉＭは電子制御ユニットのメモリに格
納したマップを機関回転数ＮＥと吸気圧力ＰＢとから検
索して求める（尚、この明細書で『マップ』は２以上の
パラメータから検索するルックアップテーブルを、『テ
ーブル』は１つのパラメータから検索するルックアップ
テーブルを意味する）。
【００１５】上記で空燃比補正係数ＫCMDM(CYL) は、 空燃比補正係数ＫCMDM(CYL) ＝目標空燃比ＫCMD(CYL)×
燃料冷却補正係数ＫETC で算出される。また目標空燃比ＫCMD(CYL)は、 目標空燃比ＫCMD(CYL)＝基本値ＫBS×パータベーション
補正係数ＫWAVE×高負荷増加補正係数ＫWOT で算出される。尚、基本値ＫBSは、機関回転数ＮＥと吸
気圧力ＰＢとからマップを検索して求める。
【００１６】以下、図２にその特性を示すテーブルを特
性をＴＤＣ周期ＭＥに基礎をおく値ＴWAVEでサンプリン
グ（離散化）してパータベーション補正係数ＫWAVEを求
める作業を中心に説明する。
【００１７】図３フロー・チャートはその演算手順を示
すフロー・チャートである。以下説明すると、先ずＳ１
０においてＴＤＣ周期ＭＥを読み込み、Ｓ１２に進んで
機関回転数ＮＥと吸気圧力ＰＢとからメモリに格納して
あるマップを検索して周期可変係数ＫWAVE-Hz を求め
る。次いでＳ１４に進んで同様の機関運転パラメータか
ら別のマップを検索して振幅可変係数ＫWAVE-GAIN を求
める。次いでＳ１６に進んでキャタライザの劣化判定を
行って求めた係数を修正する。
【００１８】図４はその作業を示すサブルーチン・フロ
ー・チャートである。これは、図１に示したキャタライ
ザ１４の上流側にＬＡＦセンサ１６を、下流にＯ2 セン
サ１８を配置した構成において、それらセンサの反転周
期を比較することで行う。尚、ここではＬＡＦセンサ１
６を『Ｆセンサ』、Ｏ2 センサ１８を『Ｒセンサ』と呼
ぶ。
【００１９】以下説明すると、先ずＳ１００において両
センサの活性化が完了しているか適宜な手法で確認して
Ｓ１０２に進み、そこで機関水温ＴＷが所定値ＴWREFを
超えていて燃焼が安定していることを確認した後Ｓ１０
４に進んで定常運転領域にあるか否かを判断する。そこ
で肯定されるとＳ１０６に進んでキャタライザの劣化係
数ＫCAT-AGEDを図示の式から算出する。ここでＴ-Hz-R
は下流のＯ2 センサの反転周期（時間）〔ｍｓ〕を別の
サブルーチンで時間計測して求める。またＴ-Hz-F は上
流のＬＡＦセンサの出力が所定の基準値を往復する周期
（時間）〔ｍｓ〕を別のサブルーチンで時間計測して求
める（尚、目標周期（即ち、図２に示す１０００〔ｍ
ｓ〕）で代用しても良い）。尚、ＫE は、機関回転数Ｎ
Ｅに応じて変化する修正係数である。
【００２０】また両周期とも以下の様に加重平均値を用
いることとする。例えば、下流側についてのみ言えば、 Ｔ-Hz-R ＝（Ｔ-Hz-R(n)（今回値）×Ａ）＋（Ｔ-Hz-R
(n-1)（前回値）×（１−Ａ）） （但し、Ａ≦
１） 尚、求めた劣化係数ＫＣＡＴ−ＡＧＥＤは前記した電子
制御ユニット２０においてメモリのバックアップＲＡＭ
部に格納する。
【００２１】次いでＳ１０８に進んで算出した劣化係数
ＫCAT-AGEDからメモリに格納したテーブルを検索して補
正係数ＫWAVE-Hz-AGEDを求め、Ｓ１１０に進んで先に求
めた周期可変係数ＫWAVE-Hz に乗じて補正する。図５以
降にその補正係数の特性を示す。キャタライザ１４の上
下流のセンサ１６，１８の周期が相違するにつれて、即
ち、図５から明らかな様に劣化係数ＫCAT-AGEDの値が小
さくなるにつれてキャタライザ１４の劣化の度合いが亢
進したものと判断できるので、補正係数ＫWAVE-Hz-AGED
は図６に示す様に、劣化係数ＫCAT-AGEDの値が大きくな
るにつれて目標空燃比の周期が遅くなる方向に補正する
様に設定する。
【００２２】次いでＳ１１２に進んで算出した劣化係数
ＫCAT-AGEDから同様に振幅可変係数の補正係数ＫWAVE-G
AIN-AGEDを求め、Ｓ１１４に進んで振幅可変係数ＫWAVE
-GAIN に乗じてそれを補正する。図７に振幅可変係数の
補正係数ＫWAVE-GAIN-AGEDの特性を示すが、これも同じ
理由からキャタライザの劣化が進むにつれて目標空燃比
の振幅が小さく修正される様に設定する。
【００２３】図３に戻ると、次いでＳ１８に進んでＫWA
VEテーブル検索用の時間値（今回値）ＴWAVE(n) を求め
る。これは、その前回値ＴWAVE(n-1) に修正した係数Ｋ
WAVE-Hz にＴＤＣ周期ＭＥを乗じた値を加算して求め
る。次いでＳ２０に進んで求めた今回値を所定値ＴLMT
、即ち、図２にその特性を示すテーブルの周期１００
０ｍｓ、と比較し、それ以上であればＳ２２に進んで所
定値を減算して今回値を補正する。これにより、ＴWAVE
(n) 値は所定の１０００ｍｓに制限される。次いでＳ２
４に進んで求めた今回値ＴWAVE(n) から図２にその特性
を示すテーブルを検索して今回の補正係数ＫWAVE(n) を
求め、Ｓ２６に進んで検索した値に前記した振幅可変係
数を乗じて補正する。
【００２４】尚、この振幅可変係数について説明を補足
すると、目標空燃比を図２にその特性を示すテーブルよ
りＴＤＣ周期にて離散化し、それに基づいて燃料を供給
した場合のシミュレーション結果を図８から図１０に示
す。離散化して求められる値は図８の様になり、それを
気筒別に区切ると図９の様になるが、それに基づいて燃
料を供給した結果は図１０の様になって得られた排気系
集合部の空燃比において振幅が所期の値より減少してい
た。これは、集合部の空燃比は各気筒の空燃比が混ざり
あってしまうことによるためと思われる。ただし、周期
（周波数）は合っているので、目標空燃比にゲイン係数
などを乗算することで調整できると考えられた。振幅可
変係数は、本来的にはそのために設定したものである。
ただし、機関回転数や機関負荷（ないしは水温）などの
運転状態ないしはキャタライザの劣化度合いに応じて目
標とする空燃比自体を変化させる方がパータベーション
効果が向上すると予測できるため、あわせて運転状態に
応じても振幅を変える様にした。周波数を変えるのも同
じ理由による。即ち、この発明においては機関回転数や
機関負荷の如何にかかわらず一定した周波数と振幅の目
標空燃比を与えると共に、機関回転数や機関負荷の変動
に応じて目標とする周波数と振幅とを適宜変える様にし
た。
【００２５】次いで、Ｓ２８に進んで気筒別の空燃比補
正係数ＫCMDM(CYL) および噴射量Ｔout を算出し、Ｓ３
０に進んで気筒を識別する。図１１はその作業を示すサ
ブルーチン・フロー・チャートであり、先ずＳ２００で
第１気筒の所定位置（クランク角度）にあるか否か判断
し、肯定されるときはＳ２０２に進んで算出した第１気
筒用の噴射量を出力し、同様にＳ２０４からＳ２１２に
進んで点火順に当該気筒の噴射量を順次出力する。出力
空燃比は各気筒ごとに配置されたＬＡＦセンサ１６で検
出され、目標値との偏差を解消する様に気筒ごとにフィ
ードバック制御される。
【００２６】上記についてテスト結果を図１２から図１
６に示す。図１２から図１４は定常状態の、図１５から
図１６は過渡状態のテスト結果を示す。図１２から図１
４の定常状態においては機関回転数ＮＥは１５００ｒｐ
ｍ、吸気圧力は３００ｍｍＨｇに固定した。うち、図１
２は目標空燃比の周波数を１．０Hz、振幅ΔA/F を１．
８４A/F 、図１３は周波数１．０Hz、振幅０．６９A/F
、図１４は周波数０．２Hz、振幅０．６９A/F とし
た。また図１５の過渡状態においては目標周波数１．０
Hz、振幅１．３８A/F として吸気圧力ＰＢを図示の様に
変化させた。さらに図１６の過渡状態においては目標周
波数１．０Hz、振幅０．６９A/F において機関回転数Ｎ
Ｅを１５００から３５００ｒｐｍの間で変化させた。定
常状態はもとより、過渡状態においても排気系集合部の
空燃比がほぼ一定の周波数（周期）と振幅となっている
のが見てとれよう。
【００２７】この発明は上記の如く構成したので、運転
状態の変動の如何にかかわらず空燃比の周波数（周期）
と振幅とを一定にすることができた。これは一つには図
２にその特性を示す目標空燃比（正確にはそのパータベ
ーション補正係数）を時間軸に対して設定すると共に、
それをＴＤＣ周期で離散化して検索し、機関回転数の変
動の影響を受けることがない様にしたことによる。
【００２８】図１７はこの発明の第２実施例を示す、図
１と同様のブロック図である。
【００２９】第２実施例においてはＬＡＦセンサ１６を
排気系集合部に１個のみ配置し、その出力から以下に述
べる排気系のモデルを用いて各気筒の空燃比を推定する
様にした。尚、これについては先に本出願人が提出した
出願（特願平３−３５９３４０号、出願日：平成３年１
２月２７日）に詳細に述べてあるので、説明は簡単に止
める。
【００３０】先ず、１個のＬＡＦセンサの出力から各気
筒の空燃比を精度良く分離抽出するためには、ＬＡＦセ
ンサの検出応答遅れを正確に解明する必要がある。そこ
で、とりあえずこの遅れを１次遅れ系と擬似的にモデル
化し、図１８に示す如きモデルを作成した。ここでＬＡ
Ｆ：ＬＡＦセンサ出力、Ａ／Ｆ：入力Ａ／Ｆ、とする
と、その状態方程式は下記の数１で示すことができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】これを周期ΔＴで離散化すると、数２で示
す様になる。図１９は数２をブロック線図で表したもの
である。
【００３３】
【数２】
【００３４】従って、数２を用いることによってセンサ
出力より真の空燃比を求めることができる。即ち、数２
を変形すれば数３に示す様になるので、時刻ｋのときの
値から時刻ｋ−１のときの値を数４の様に逆算すること
ができる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
【数４】
【００３７】具体的には数２をＺ変換を用いて伝達関数
で示せば数５の如くになるので、その逆伝達関数を今回
のセンサ出力ＬＡＦに乗じることによって前回の入力空
燃比をリアルタイムに推定することができる。図２０に
そのリアルタイムのＡ／Ｆ推定器のブロック線図を示
す。
【００３８】
【数５】
【００３９】続いて、上記の如く求めた真の空燃比に基
づいて各気筒の空燃比を分離抽出する手法について説明
すると、先願でも述べた様に、排気系の集合部の空燃比
を各気筒の空燃比の時間的な寄与度を考慮した加重平均
であると考え、時刻ｋのときの値を、数６の様に表し
た。尚、Ｆ（燃料量）を制御量としたため、ここでは
『燃空比Ｆ／Ａ』を用いているが、後の説明においては
理解の便宜のため、支障ない限り「空燃比」を用いる。
尚、空燃比（燃空比Ｆ／Ａ）は、先に数５で求めた応答
遅れを補正した真の値を意味する。
【００４０】
【数６】
【００４１】即ち、集合部の空燃比は、気筒ごとの過去
の燃焼履歴に重みＣ（例えば直近に燃焼した気筒は４０
％、その前が３０％．．．など）を乗じたものの合算で
表した。このモデルをブロック線図であらわすと、図２
１の様になる。
【００４２】また、その状態方程式は数７の様になる。
【００４３】
【数７】
【００４４】また集合部の空燃比をｙ（ｋ）とおくと、
出力方程式は数８の様に表すことができる。
【００４５】
【数８】
【００４６】上記において、ｕ（ｋ）は観測不可能のた
め、この状態方程式からオブザーバを設計してもｘ
（ｋ）は観測することができない。そこで４ＴＤＣ前
（即ち、同一気筒）の空燃比は急激に変化しない定常運
転状態にあると仮定してｘ（ｋ＋１）＝ｘ（ｋ−３）と
すると、数９の様になる。
【００４７】
【数９】
【００４８】ここで、上記の如く求めたモデルについて
シミュレーション結果を示す。図２２は４気筒内燃機関
について３気筒の空燃比を１４．７にし、１気筒だけ１
２．０にして燃料を供給した場合を示す。図２３はその
ときの集合部の空燃比を上記モデルで求めたものを示
す。同図においてはステップ状の出力が得られている
が、ここで更にＬＡＦセンサの応答遅れを考慮すると、
センサ出力は図２４に「シミュレーション」と示す様に
なまされた波形となる。図中「実測値」は同じ場合のＬ
ＡＦセンサ出力の実測値であるが、これと比較し、上記
モデルが多気筒内燃機関の排気系を良くモデル化してい
ることを検証している。
【００４９】よって、数１０で示される状態方程式と出
力方程式にてｘ（ｋ）を観察する通常のカルマンフィル
タの問題に帰着する。その荷重行列Ｑ，Ｒを数１１の様
においてリカッチの方程式を解くと、ゲイン行列Ｋは数
１２の様になる。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
【数１１】
【００５２】
【数１２】
【００５３】これよりＡ−ＫＣを求めると、数１３の様
になる。
【００５４】
【数１３】
【００５５】一般的なオブザーバの構成は図２５に示さ
れる様になるが、今回のモデルでは入力ｕ（ｋ）がない
ので、図２６に示す様にｙ（ｋ）のみを入力とする構成
となり、これを数式で表すと数１４の様になる。
【００５６】
【数１４】
【００５７】ここでｙ（ｋ）を入力とするオブザーバ、
即ちカルマンフィルタのシステム行列は数１５の様に表
される。
【００５８】
【数１５】
【００５９】今回のモデルで、リカッチ方程式の荷重配
分Ｒの要素：Ｑの要素＝１：１のとき、カルマンフィル
タのシステム行列Ｓは、数１６で与えられる。
【００６０】
【数１６】
【００６１】図２７に上記したモデルとオブザーバを組
み合わせたものを示す。シミュレーション結果は先の出
願に示されているので省略するが、これにより集合部空
燃比より各気筒の空燃比を的確に抽出することができ
る。
【００６２】尚、第２実施例においては上記したモデル
（オブザーバ）を用いて出力空燃比を検出し、目標空燃
比にフィードバック制御する。従って、その効果は、Ｌ
ＡＦセンサが１個で足りる点を除くと、第１実施例と異
ならない。
【００６３】図２８はこの発明の第３実施例を示す、図
１と同様のブロック図である。
【００６４】第３実施例においては、上記したモデル
（オブザーバ）を目標空燃比の各気筒への配分に使用し
た点で従前の実施例と相違する。図２９にそのシミュレ
ーション結果を示す。図２９は先の図８の目標空燃比を
上記したモデル（オブザーバ）に入力して目標値を気筒
別に求めた場合を示し、図３０はそれに応じて各気筒に
燃料を供給した場合の集合部の空燃比を示す。図３０か
ら、所期の周波数と振幅を持った目標空燃比が達成でき
たことが確認できた。即ち、この例の場合には第１実施
例に見られた様に、目標とする空燃比においてその振幅
が減少することはなかった。
【００６５】図３１フロー・チャートを参照して第３実
施例における補正係数ＫWAVEの演算作業を説明する。
【００６６】先ず、第１実施例と同様のＳ１０からＳ２
６を経た後Ｓ３００に進み、そこでオブザーバのシステ
ム行列ＳにＫWAVE(n) を入力し、得られた値をＫWAVE-O
BSVとし、Ｓ３０２に進んで求めた値をＫWAVE(n) とす
る。その後はＳ３０４に進んで第１実施例と同様に空燃
比補正係数と噴射量を算出し、Ｓ３０６に進んで気筒を
識別して噴射量を出力して終わる。尚、Ｓ１０からＳ２
６の作業は第１実施例と同様である。振幅可変係数ＫWA
VE-GAIN は運転状態やキャタライザの劣化に応じたもの
を補正すれば良く、振幅を増加修正するものは特に含む
必要がない。
【００６７】第３実施例の効果は、目標空燃比の振幅修
正が不要となる点を除けば、従前の実施例と異ならな
い。
【００６８】尚、第３実施例においてはモデル（オブザ
ーバ）を空燃比の検出にも使用しているが、第１実施例
と同様に気筒分の個数だけＬＡＦセンサを配置しても良
い。
【００６９】尚、上記した実施例では周期関数の例とし
て正弦波を使用したが、それに限られるものではなく、
図１などに示す様に、方形波、三角波など種々のものが
使用可能である。
【００７０】また、空燃比を検出して目標値にフィード
バック制御する例を示したが、オープンループ制御であ
っても良い。
【００７１】また、キャタライザの劣化状態をその上下
流に配置したセンサの反転周期を比較して判定したが、
それに限られるものではなく、劣化度合いが判断できれ
ばどの様な手法を用いても良い。
【００７２】また、キャタライザ下流のセンサにはＯ2
センサを使用したが、ＬＡＦセンサを使用しても良い。
【００７３】
【発明の効果】請求項１項の装置にあっては、機関回転
数や機関負荷の変動にかかわらず、常に一定した振幅な
いしは周波数の目標空燃比を各気筒に与えることができ
ると共に、各気筒の目標空燃比を的確に決定することが
でき、よって効果的にパータベーション制御を行うこと
ができ、キャタライザの浄化率を向上させることができ
る。また空燃比が制御される領域にあっても効果的にパ
ータベーション制御を行うことができる。
【００７４】請求項２項の装置にあっては、一層的確に
気筒毎にパータベーション制御を行うことができ、キャ
タライザの浄化率を一層向上させることができる。
【００７５】
【００７６】請求項３項の装置にあっては、同様に機関
の運転状態に応じて一層的確に気筒別にパータベーショ
ン制御を行うことができ、キャタライザの浄化率を一層
向上させることができる。
【００７７】請求項４項の装置にあっては、キャタライ
ザの劣化度合いに応じて一層的確に気筒別にパータベー
ション制御を行うことができ、キャタライザの浄化率を
一層向上させることが可能となる。
【００７８】請求項５項の装置にあっては、同様に一層
的確に気筒別にパータベーション制御を行うことがで
き、キャタライザの浄化率を一層向上させることができ
る。
【００７９】請求項６項の装置にあっては、空燃比セン
サの個数を低減できて構成を簡易にすることができると
共に、的確に気筒別にパータベーション制御を行ってキ
ャタライザの浄化率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置を全
体的に示すブロック図である。
【図２】図１装置で目標とする空燃比の補正係数の設定
特性を示す説明図である。
【図３】図１装置のパータベーション制御を説明するフ
ロー・チャートである。
【図４】図３フロー・チャートの中のキャタライザの劣
化判断のサブルーチン・フロー・チャートである。
【図５】図４フロー・チャートの中の係数の設定特性の
前提を示す説明図である。
【図６】図５に前提を示した係数の設定特性を示す説明
図である。
【図７】図４フロー・チャートの中の別の係数の設定特
性を示す説明図である。
【図８】図２に示した特性を機関のＴＤＣ周期で離散化
した目標空燃比を示すシミュレーション・データ図であ
る。
【図９】図８の目標空燃比を気筒別に区分けした状態を
示すシミュレーション・データ図である。
【図１０】図９の各気筒の目標空燃比を機関に与えた場
合の出力空燃比を示すシミュレーション・データ図であ
る。
【図１１】図３フロー・チャートの中の気筒識別のサブ
ルーチン・フロー・チャートである。
【図１２】図１装置のテスト結果で定常運転時のものを
示すデータ図である。
【図１３】図１装置のテスト結果で定常運転時の別のデ
ータ図である。
【図１４】図１装置のテスト結果で定常運転時の更に別
のデータ図である。
【図１５】図１装置のテスト結果で過渡運転時のデータ
図である。
【図１６】図１装置のテスト結果で過渡運転時の別のデ
ータ図である。
【図１７】この発明の第２実施例を示す図１と同様の内
燃機関の空燃比制御装置のブロック図である。
【図１８】空燃比センサの検出動作をモデル化した例を
示すブロック図である。
【図１９】図１８に示すモデルを周期ΔＴで離散化した
モデルである。
【図２０】第２実施例に係る空燃比センサの検出挙動を
モデル化した真の空燃比推定器を示すブロック線図であ
る。
【図２１】第２実施例で用いる内燃機関の排気系の挙動
を示すモデルを表すブロック線図である。
【図２２】図２０に示すモデルを用いて４気筒内燃機関
について３気筒の空燃比を１４．７に、１気筒の空燃比
を１２．０にして燃料を供給する場合を示すデータ図で
ある。
【図２３】図２２に示す入力を与えたときの図２１モデ
ルの集合部の空燃比を表すデータ図である。
【図２４】図２２に示す入力を与えたときの図２１モデ
ルの集合部の空燃比をＬＡＦセンサの応答遅れを考慮し
て表したデータと、同じ場合のＬＡＦセンサ出力の実測
値を比較するグラフ図である。
【図２５】一般的なオブザーバの構成を示すブロック線
図である。
【図２６】第２実施例で用いるオブザーバの構成を示す
ブロック線図である。
【図２７】図２１に示すモデルと図２６に示すオブザー
バを組み合わせた構成を示す説明ブロック図である。
【図２８】この発明の第３実施例を示す図１と同様の内
燃機関の空燃比制御装置のブロック図である。
【図２９】第３実施例において図８の目標空燃比を各気
筒に区分けした場合を示すシミュレーション・データ図
である。
【図３０】図２９の目標空燃比を機関に与えた場合の出
力空燃比を示すシミュレーション・データ図である。
【図３１】図２８装置のパータベーション制御を説明す
るフロー・チャートである。
【符号の説明】
１０ 内燃機関 １２ インジェクタ １４ キャタライザ １６ 空燃比センサ（ＬＡＦセンサ） １８ Ｏ2 センサ ２０ 電子制御ユニット
フロントページの続き (72)発明者 小森谷 勲 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平４−109048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−102529（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−91341（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−23046（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F02D 41/04 305

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多気筒内燃機関の排気系に設けたキャタ
    ライザの上流ないしは下流の空燃比が所定の振幅ないし
    は周波数で変動するように機関に入力する目標空燃比を
    設定してパータベーション制御するものであって、 ａ．前記目標空燃比を変動させるべく、周期関数を用い
    て変動目標空燃比を設定 する変動目標空燃比設定手段、 ｂ．前記設定された変動目標空燃比を各気筒の所定クラ
    ンク角度間の周期でサンプリングして気筒別の目標空燃
    比を決定する気筒別目標空燃比決定手段、 および ｃ．前記決定された気筒別の目標空燃比に応じて前記機
    関の気筒別に混合気を供給する混合気供給手段、 を備えると共に、前記気筒別目標空燃比決定手段は、 ｄ ．前記機関の排気系集合部の空燃比を各気筒の燃焼履
    歴に所定の重みを乗じた 加重平均値からなるものとみな
    して構築された排気系の挙動を記述するモデ ルに基づい
    て各気筒の空燃比を内部状態変数とする状態方程式を求
    める手段 、 ｅ ．前記内部状態を観測するオブザーバを構築してその
    出力を求める手段、 および ｆ ．前記求めた出力から各気筒の空燃比を抽出する手
    段、 からなる気筒別空燃比抽出手段を備え、前記気筒別空燃
    比抽出手段を介して前記変動目標空燃比から前記気筒別
    の目標空燃比を決定する 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】 前記気筒別目標空燃比決定手段は、前記
    目標空燃比に所定の係数を乗じて前記変動目標空燃比設
    定手段によって設定された変動目標空燃比の振幅を補正
    することを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
  3. 【請求項３】 前記気筒別目標空燃比決定手段は、前記
    目標空燃比の振幅ないしは周波数を前記機関の運転状態
    に応じて変えることを特徴とする請求項１項または２項
    記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 【請求項４】 前記気筒別目標空燃比決定手段は、目標
    空燃比の振幅ないしは周波数を前記キャタライザの劣化
    状態に応じて変えることを特徴とする請求項１項ないし
    ３項のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  5. 【請求項５】 前記気筒別目標空燃比決定手段は、排気
    系に出力された空燃比を検出し、各気筒の空燃比を前記
    目標空燃比にフィードバック制御することを特徴とする
    請求項１項ないし４項のいずれかに記載の内燃機関の空
    燃比制御装置。
  6. 【請求項６】 前記気筒別目標空燃比決定手段は、前記
    気筒別空燃比抽出手段を介して前記排気系集合部に配置
    された単一の空燃比センサの出力から各気筒の空燃比を
    検出することを特徴とする請求項５項記載の内燃機関の
    空燃比制御装置。
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