JP3162567B2 - 内燃機関の気筒別空燃比推定装置 - Google Patents
内燃機関の気筒別空燃比推定装置Info
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- JP3162567B2 JP3162567B2 JP03320394A JP3320394A JP3162567B2 JP 3162567 B2 JP3162567 B2 JP 3162567B2 JP 03320394 A JP03320394 A JP 03320394A JP 3320394 A JP3320394 A JP 3320394A JP 3162567 B2 JP3162567 B2 JP 3162567B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は多気筒内燃機関の排気
系集合部に単一の空燃比センサを設け、排気系の挙動を
記述するモデルを設定してセンサ出力を入力すると共
に、その内部状態を観測するオブザーバを設け、その出
力から各気筒の空燃比を推定する内燃機関の気筒別空燃
比推定装置において、目標空燃比が頻々に変更されると
きも、オブザーバによる各気筒の空燃比の推定精度を確
保できるようにしたものに関する。
系集合部に単一の空燃比センサを設け、排気系の挙動を
記述するモデルを設定してセンサ出力を入力すると共
に、その内部状態を観測するオブザーバを設け、その出
力から各気筒の空燃比を推定する内燃機関の気筒別空燃
比推定装置において、目標空燃比が頻々に変更されると
きも、オブザーバによる各気筒の空燃比の推定精度を確
保できるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気系に空燃比センサを設け
て空燃比を検出することは良く行われており、その一例
として特開昭５９−１０１５６２号公報記載の技術を挙
げることができる。また、本出願人も先に特願平３−３
５９３３９号（特開平５−１８００５９号）において、
排気系の挙動を記述するモデルを設定して排気系集合部
に設けた単一の空燃比センサの出力を入力し、オブザー
バを介して各気筒の空燃比を推定する技術を提案してい
る。尚、そこにおいて、空燃比センサは広域空燃比セン
サ、即ち、理論空燃比で出力が反転するＯ2 センサでは
なく、理論空燃比の前後を通じて排気ガス中の酸素濃度
に比例した出力特性を有するものを使用している。
て空燃比を検出することは良く行われており、その一例
として特開昭５９−１０１５６２号公報記載の技術を挙
げることができる。また、本出願人も先に特願平３−３
５９３３９号（特開平５−１８００５９号）において、
排気系の挙動を記述するモデルを設定して排気系集合部
に設けた単一の空燃比センサの出力を入力し、オブザー
バを介して各気筒の空燃比を推定する技術を提案してい
る。尚、そこにおいて、空燃比センサは広域空燃比セン
サ、即ち、理論空燃比で出力が反転するＯ2 センサでは
なく、理論空燃比の前後を通じて排気ガス中の酸素濃度
に比例した出力特性を有するものを使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近時、空燃
比をリーン側とリッチ側の間で意図的に振動させて排気
系に設置した三元触媒コンバータの浄化率を向上させ
る、いわゆるパータベーションによるＯ2 ストレージ効
果を意図した内燃機関の空燃比制御技術が提案されてお
り、本出願人も先に特願平４−３６０９１９号において
同種の技術を提案しているが、この技術においては目標
空燃比は頻繁に変更される。
比をリーン側とリッチ側の間で意図的に振動させて排気
系に設置した三元触媒コンバータの浄化率を向上させ
る、いわゆるパータベーションによるＯ2 ストレージ効
果を意図した内燃機関の空燃比制御技術が提案されてお
り、本出願人も先に特願平４−３６０９１９号において
同種の技術を提案しているが、この技術においては目標
空燃比は頻繁に変更される。
【０００４】この発明はその先に提案した特願平３−３
５９３３９号の改良にあり、目標空燃比がパータベーシ
ョン制御などで頻々に変更されるときも、オブザーバに
よる各気筒の空燃比の推定精度を確保できるようにした
内燃機関の気筒別空燃比推定装置を提供することを目的
とする。
５９３３９号の改良にあり、目標空燃比がパータベーシ
ョン制御などで頻々に変更されるときも、オブザーバに
よる各気筒の空燃比の推定精度を確保できるようにした
内燃機関の気筒別空燃比推定装置を提供することを目的
とする。
【０００５】更には、オブザーバ推定値に基づいて空燃
比の気筒毎フィードバック制御を行うようにした内燃機
関の気筒別空燃比推定装置を提供することも付随的な目
的とする。
比の気筒毎フィードバック制御を行うようにした内燃機
関の気筒別空燃比推定装置を提供することも付随的な目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに請求項１項に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装置
は、多気筒内燃機関の排気系集合部に単一の空燃比セン
サを配置してその出力から各気筒の入力混合気の空燃比
を推定する装置であって、前記センサの出力値を各気筒
の燃焼履歴の加重平均値からなるものとみなして排気系
の挙動を記述するモデルを設定して各気筒の空燃比と目
標空燃比を状態変数とする状態方程式をたて、その内部
状態を観測するオブザーバを設定して集合部空燃比を入
力し、その出力を求める第１の手段、および前記オブザ
ーバ出力から各気筒の推定空燃比を求める第２の手段、
を有する内燃機関の気筒別空燃比推定装置において、前
記オブザーバの第１の入力を前記各気筒の推定空燃比と
すると共に、第２の入力として目標空燃比を使用する如
く構成した。
めに請求項１項に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装置
は、多気筒内燃機関の排気系集合部に単一の空燃比セン
サを配置してその出力から各気筒の入力混合気の空燃比
を推定する装置であって、前記センサの出力値を各気筒
の燃焼履歴の加重平均値からなるものとみなして排気系
の挙動を記述するモデルを設定して各気筒の空燃比と目
標空燃比を状態変数とする状態方程式をたて、その内部
状態を観測するオブザーバを設定して集合部空燃比を入
力し、その出力を求める第１の手段、および前記オブザ
ーバ出力から各気筒の推定空燃比を求める第２の手段、
を有する内燃機関の気筒別空燃比推定装置において、前
記オブザーバの第１の入力を前記各気筒の推定空燃比と
すると共に、第２の入力として目標空燃比を使用する如
く構成した。
【０００７】請求項２項に係る装置は、前記目標空燃比
が、前記内燃機関の排気系に配置した触媒コンバータの
上流および下流の少なくともいずれかの空燃比を所定振
幅および周期で振動させるためのものである如く構成し
た。
が、前記内燃機関の排気系に配置した触媒コンバータの
上流および下流の少なくともいずれかの空燃比を所定振
幅および周期で振動させるためのものである如く構成し
た。
【０００８】
【作用】請求項１項にあっては、目標空燃比が頻々に変
化する運転状態においても、オブザーバによる各気筒の
空燃比の推定精度を確保することができる。
化する運転状態においても、オブザーバによる各気筒の
空燃比の推定精度を確保することができる。
【０００９】請求項２項にあっては、いわゆるパータベ
ーション制御などが行われる運転状態においてもオブザ
ーバによる各気筒の空燃比の推定精度を確保することが
できる。
ーション制御などが行われる運転状態においてもオブザ
ーバによる各気筒の空燃比の推定精度を確保することが
できる。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面に即してこの発明の実施例を
説明する。
説明する。
【００１１】図１はこの発明に係る内燃機関の気筒別空
燃比推定装置を実現するための空燃比フィードバック制
御装置を全体的に示す概略図である。図において符号１
０は４気筒の内燃機関を示しており、吸気路１２の先端
に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、
スロットル弁１６でその流量を調節されつつインテーク
マニホルド１８を経て第１ないし第４気筒に流入され
る。
燃比推定装置を実現するための空燃比フィードバック制
御装置を全体的に示す概略図である。図において符号１
０は４気筒の内燃機関を示しており、吸気路１２の先端
に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、
スロットル弁１６でその流量を調節されつつインテーク
マニホルド１８を経て第１ないし第４気筒に流入され
る。
【００１２】各気筒の吸気弁（図示せず）の付近にはイ
ンジェクタ２０が設けられて燃料を噴射する。噴射され
て吸気と一体となった混合気は、各気筒内で図示しない
点火プラグで点火されて燃焼してピストン（図示せず）
を駆動する。燃焼後の排気ガスは排気弁（図示せず）を
介してエキゾーストマニホルド２２に排出され、エキゾ
ーストパイプ２４を経て三元触媒コンバータ２６で浄化
されつつ機関外に排出される。また、吸気路１２には、
スロットル弁配置位置付近に、それをバイパスするバイ
パス路２８が設けられる。内燃機関１０のディストリビ
ュータ（図示せず）内にはピストン（図示せず）のクラ
ンク角度位置を検出するクランク角センサ３４が設けら
れると共に、スロットル弁１６の開度を検出するスロッ
トル開度センサ３６、スロットル弁１６下流の吸気圧力
を絶対圧力で検出する絶対圧センサ３８も設けられる。
更に、排気系においてエキゾーストマニホルド２２と三
元触媒コンバータ２６の間には酸素濃度検出素子からな
る広域空燃比センサ４０が設けられ、排気ガス中の酸素
濃度に比例した値を出力する。これらセンサ３４などの
出力は、制御ユニット４２に送られる。
ンジェクタ２０が設けられて燃料を噴射する。噴射され
て吸気と一体となった混合気は、各気筒内で図示しない
点火プラグで点火されて燃焼してピストン（図示せず）
を駆動する。燃焼後の排気ガスは排気弁（図示せず）を
介してエキゾーストマニホルド２２に排出され、エキゾ
ーストパイプ２４を経て三元触媒コンバータ２６で浄化
されつつ機関外に排出される。また、吸気路１２には、
スロットル弁配置位置付近に、それをバイパスするバイ
パス路２８が設けられる。内燃機関１０のディストリビ
ュータ（図示せず）内にはピストン（図示せず）のクラ
ンク角度位置を検出するクランク角センサ３４が設けら
れると共に、スロットル弁１６の開度を検出するスロッ
トル開度センサ３６、スロットル弁１６下流の吸気圧力
を絶対圧力で検出する絶対圧センサ３８も設けられる。
更に、排気系においてエキゾーストマニホルド２２と三
元触媒コンバータ２６の間には酸素濃度検出素子からな
る広域空燃比センサ４０が設けられ、排気ガス中の酸素
濃度に比例した値を出力する。これらセンサ３４などの
出力は、制御ユニット４２に送られる。
【００１３】図２は制御ユニット４２の詳細を示すブロ
ック図である。広域空燃比センサ４０の出力は検出回路
４６に入力され、そこで適当な線形化処理が行われ、理
論空燃比を中心としてリーンからリッチにわたる広い範
囲において排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな特
性からなる空燃比（Ａ／Ｆ）が検出される。その詳細は
先に本出願人が提案した別の出願（特開平４−３６９４
７１号）に述べられているので、これ以上の説明は省略
する。尚、以下の説明において、このセンサを「ＬＡＦ
センサ」（リニア・エーバイエフ・センサ）と称する。
検出回路４６の出力はＡ／Ｄ変換回路４８を介してＣＰ
Ｕ５０，ＲＯＭ５２，ＲＡＭ５４などからなるマイクロ
コンピュータに取り込まれ、ＲＡＭ５４に格納される。
ック図である。広域空燃比センサ４０の出力は検出回路
４６に入力され、そこで適当な線形化処理が行われ、理
論空燃比を中心としてリーンからリッチにわたる広い範
囲において排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな特
性からなる空燃比（Ａ／Ｆ）が検出される。その詳細は
先に本出願人が提案した別の出願（特開平４−３６９４
７１号）に述べられているので、これ以上の説明は省略
する。尚、以下の説明において、このセンサを「ＬＡＦ
センサ」（リニア・エーバイエフ・センサ）と称する。
検出回路４６の出力はＡ／Ｄ変換回路４８を介してＣＰ
Ｕ５０，ＲＯＭ５２，ＲＡＭ５４などからなるマイクロ
コンピュータに取り込まれ、ＲＡＭ５４に格納される。
【００１４】同様に、スロットル開度センサ３６などの
アナログ出力はレベル変換回路５６、マルチプレクサ５
８および第２のＡ／Ｄ変換回路６０を介して、またクラ
ンク角センサ３４の出力は波形整形回路６２で波形整形
された後、カウンタ６４で出力値がカウントされ、カウ
ント値はマイクロ・コンピュータ内に入力される。マイ
クロコンピュータにおいてＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２に
格納された命令に従って検出値から制御値を演算し、駆
動回路６６を介して各気筒のインジェクタ２０を駆動す
ると共に、第２の駆動回路６８を介して電磁弁７０を駆
動し、図１に示したバイパス路２８を通る２次空気量を
制御する。
アナログ出力はレベル変換回路５６、マルチプレクサ５
８および第２のＡ／Ｄ変換回路６０を介して、またクラ
ンク角センサ３４の出力は波形整形回路６２で波形整形
された後、カウンタ６４で出力値がカウントされ、カウ
ント値はマイクロ・コンピュータ内に入力される。マイ
クロコンピュータにおいてＣＰＵ５０は、ＲＯＭ５２に
格納された命令に従って検出値から制御値を演算し、駆
動回路６６を介して各気筒のインジェクタ２０を駆動す
ると共に、第２の駆動回路６８を介して電磁弁７０を駆
動し、図１に示したバイパス路２８を通る２次空気量を
制御する。
【００１５】ここで、この発明の説明に入る前に、理解
の便宜上、先に提案した排気系の挙動を記述するモデル
について簡単に説明する。
の便宜上、先に提案した排気系の挙動を記述するモデル
について簡単に説明する。
【００１６】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３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。
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３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。
【００１７】
【数１】
【００１８】これを周期ΔＴで離散化すると、数２で示
すようになる。図４は数２をブロック線図で表したもの
である。
すようになる。図４は数２をブロック線図で表したもの
である。
【００１９】
【数２】
【００２０】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に示すようになるので、時刻ｋのとき
の値から時刻ｋ−１のときの値を数４のように逆算する
ことができる。
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に示すようになるので、時刻ｋのとき
の値から時刻ｋ−１のときの値を数４のように逆算する
ことができる。
【００２１】
【数３】
【００２２】
【数４】
【００２３】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５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。
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５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。
【００２４】
【数５】
【００２５】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、先願でも述べたように、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のように表
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（ないしは燃空比）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。
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、先願でも述べたように、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のように表
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（ないしは燃空比）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。
【００２６】
【数６】
【００２７】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６
のようになる。
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６
のようになる。
【００２８】また、その状態方程式は数７のようにな
る。
る。
【００２９】
【数７】
【００３０】また集合部の空燃比をｙ（ｋ）とおくと、
出力方程式は数８のように表すことができる。
出力方程式は数８のように表すことができる。
【００３１】
【数８】
【００３２】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のようになる。
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のようになる。
【００３３】
【数９】
【００３４】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７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８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９に「モデル出力値」と示すようになまされた
波形となる。図中「実測値」は同じ場合のＬＡＦ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。
シミュレーション結果を示す。図７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８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９に「モデル出力値」と示すようになまされた
波形となる。図中「実測値」は同じ場合のＬＡＦ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。
【００３５】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のよ
う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のようになる。
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のよ
う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のようになる。
【００３６】
【数１０】
【００３７】
【数１１】
【００３８】
【数１２】
【００３９】これよりＡ−ＫＣを求めると、数１３のよ
うになる。
うになる。
【００４０】
【数１３】
【００４１】一般的なオブザーバの構成は図１０に示さ
れるようになるが、今回のモデルでは入力ｕ（ｋ）がな
いので、図１１に示すように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のようになる。
れるようになるが、今回のモデルでは入力ｕ（ｋ）がな
いので、図１１に示すように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のようになる。
【００４２】
【数１４】
【００４３】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のように
表される。
即ちカルマンフィルタのシステム行列は数１５のように
表される。
【００４４】
【数１５】
【００４５】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。
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。
【００４６】
【数１６】
【００４７】図１２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。
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。
【００４８】オブザーバによって集合部空燃比より各気
筒空燃比を推定することができたことから、ＰＩＤなど
の制御則を用いて空燃比を気筒別に制御することが可能
となる。より具体的には図１３に示すように、センサ出
力（集合部Ａ／Ｆ）と目標空燃比とからＰＩＤ制御則を
用いて集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦを求めると
共に、オブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆから気筒毎のフィー
ドバック補正項＃ｎＫＬＡＦ（ｎ：気筒）を求める。気
筒毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦはより具体的
には、集合部Ａ／Ｆを気筒毎のフィードバック補正項＃
ｎＫＬＡＦの平均値の前回演算値で除算して求めた目標
値と、オブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆとの偏差が解消する
ようにＰＩＤ則を用いて求める。
筒空燃比を推定することができたことから、ＰＩＤなど
の制御則を用いて空燃比を気筒別に制御することが可能
となる。より具体的には図１３に示すように、センサ出
力（集合部Ａ／Ｆ）と目標空燃比とからＰＩＤ制御則を
用いて集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦを求めると
共に、オブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆから気筒毎のフィー
ドバック補正項＃ｎＫＬＡＦ（ｎ：気筒）を求める。気
筒毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦはより具体的
には、集合部Ａ／Ｆを気筒毎のフィードバック補正項＃
ｎＫＬＡＦの平均値の前回演算値で除算して求めた目標
値と、オブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆとの偏差が解消する
ようにＰＩＤ則を用いて求める。
【００４９】これにより、各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）は
集合部空燃比（Ａ／Ｆ）に収束し、集合部空燃比（Ａ／
Ｆ）は目標空燃比（Ａ／Ｆ）に収束することとなって、
結果的に全ての気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）が目標空燃比
（Ａ／Ｆ）に収束する。ここで、各気筒の燃料噴射量＃
ｎＴout （インジェクタの開弁時間で規定される）は、 ＃ｎＴout ＝Ｔｉｍ×ＫＣＭＤ×ＫＴＯＴＡＬ×＃ｎＫ
ＬＡＦ×ＫＬＡＦ で求められる。上記で、Ｔｉｍ：基本値、ＫＣＭＤ：目
標空燃比、ＫＴＯＴＡＬ：その他の補正項、である。他
にバッテリ補正などの加算項もあるが省略する。尚、か
かる制御の詳細は本出願人が先に提案した特願平５−２
５１１３８号に述べられているので、これ以上の説明は
省略する。
集合部空燃比（Ａ／Ｆ）に収束し、集合部空燃比（Ａ／
Ｆ）は目標空燃比（Ａ／Ｆ）に収束することとなって、
結果的に全ての気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）が目標空燃比
（Ａ／Ｆ）に収束する。ここで、各気筒の燃料噴射量＃
ｎＴout （インジェクタの開弁時間で規定される）は、 ＃ｎＴout ＝Ｔｉｍ×ＫＣＭＤ×ＫＴＯＴＡＬ×＃ｎＫ
ＬＡＦ×ＫＬＡＦ で求められる。上記で、Ｔｉｍ：基本値、ＫＣＭＤ：目
標空燃比、ＫＴＯＴＡＬ：その他の補正項、である。他
にバッテリ補正などの加算項もあるが省略する。尚、か
かる制御の詳細は本出願人が先に提案した特願平５−２
５１１３８号に述べられているので、これ以上の説明は
省略する。
【００５０】ここで、説明の便宜上、先に提案したパー
タベーション制御について簡単に説明する。
タベーション制御について簡単に説明する。
【００５１】図１４はその全体構成を示すブロック図で
あり、排気系集合部に配置されたＬＡＦセンサ４０の出
力に基づいてオブザーバによって各気筒空燃比が推定さ
れ、前記の如く目標値にフィードバック制御される。三
元触媒コンバータ２６の下流にはＯ2 センサ４１が設け
られる。
あり、排気系集合部に配置されたＬＡＦセンサ４０の出
力に基づいてオブザーバによって各気筒空燃比が推定さ
れ、前記の如く目標値にフィードバック制御される。三
元触媒コンバータ２６の下流にはＯ2 センサ４１が設け
られる。
【００５２】図示に係るパータベーション制御装置にお
いて、目標空燃比ＫＣＭＤは、補正係数ＫＷＡＶＥ（図
１５にその特性を示す）を乗じられて所定の周期および
振幅で振動させられる。具体的には、図１５にその特性
を示す補正係数ＫＷＡＶＥテーブルを周期ＴＷＡＶＥで
サンプリングしてパータベーション補正係数ＫWAVEを求
めて行う。尚、詳細は先に提案した出願に述べられてい
るので、説明は以上に止める。
いて、目標空燃比ＫＣＭＤは、補正係数ＫＷＡＶＥ（図
１５にその特性を示す）を乗じられて所定の周期および
振幅で振動させられる。具体的には、図１５にその特性
を示す補正係数ＫＷＡＶＥテーブルを周期ＴＷＡＶＥで
サンプリングしてパータベーション補正係数ＫWAVEを求
めて行う。尚、詳細は先に提案した出願に述べられてい
るので、説明は以上に止める。
【００５３】先に、数９に関して説明したように、各気
筒空燃比推定オブザーバは、例えば４気筒の内燃機関で
あれば、４ＴＤＣ前の同一気筒の空燃比は、今回気筒の
空燃比とほぼ同じであると仮定し、４ＴＤＣ前の空燃比
（推定値）を入力して用いている。しかし、パータベー
ション制御など目標空燃比が常に変化する制御が行われ
ている場合は、その仮定は成立しない。
筒空燃比推定オブザーバは、例えば４気筒の内燃機関で
あれば、４ＴＤＣ前の同一気筒の空燃比は、今回気筒の
空燃比とほぼ同じであると仮定し、４ＴＤＣ前の空燃比
（推定値）を入力して用いている。しかし、パータベー
ション制御など目標空燃比が常に変化する制御が行われ
ている場合は、その仮定は成立しない。
【００５４】そこで、入力空燃比として、今回の実際の
空燃比に最も近いと思われる当該気筒の目標空燃比を使
用することにした。数式で示すと、数１７のようにな
り、オブザーバを状態方程式で表現すると、数１８のよ
うになる。
空燃比に最も近いと思われる当該気筒の目標空燃比を使
用することにした。数式で示すと、数１７のようにな
り、オブザーバを状態方程式で表現すると、数１８のよ
うになる。
【００５５】
【数１７】
【００５６】
【数１８】
【００５７】即ち、図１４に示すパータベーション制御
を行うとき、実際の空燃比は目標空燃比に向けて制御さ
れることから、目標空燃比をオブザーバ入力に使用する
ことにより、結果的に推定空燃比を用いたのとほぼ同等
の効果を得ることができ、それによって目標空燃比が頻
々に変更される制御が行われるときにあっても、精度良
く気筒別空燃比を推定することができる。
を行うとき、実際の空燃比は目標空燃比に向けて制御さ
れることから、目標空燃比をオブザーバ入力に使用する
ことにより、結果的に推定空燃比を用いたのとほぼ同等
の効果を得ることができ、それによって目標空燃比が頻
々に変更される制御が行われるときにあっても、精度良
く気筒別空燃比を推定することができる。
【００５８】尚、本出願人が先に提案したパータベーシ
ョン制御においては、目標空燃比が気筒毎に決定される
が、パータベーション制御はそれに限られるものではな
く、目標空燃比が気筒全体に共通して決定される場合に
も妥当する。
ョン制御においては、目標空燃比が気筒毎に決定される
が、パータベーション制御はそれに限られるものではな
く、目標空燃比が気筒全体に共通して決定される場合に
も妥当する。
【００５９】更に、目標空燃比が頻々に変更される例と
してパータベーション制御を挙げたが、それに限られる
ものでなく、他にもフューエルカット時、ないしはリー
ンバーン制御への空燃比移行時などのときにもこの発明
は妥当する。
してパータベーション制御を挙げたが、それに限られる
ものでなく、他にもフューエルカット時、ないしはリー
ンバーン制御への空燃比移行時などのときにもこの発明
は妥当する。
【００６０】
【発明の効果】請求項１項にあっては、目標空燃比が頻
々に変化する運転状態においても、オブザーバによる各
気筒の空燃比の推定精度を確保することができる。
々に変化する運転状態においても、オブザーバによる各
気筒の空燃比の推定精度を確保することができる。
【００６１】請求項２項にあっては、いわゆるパータベ
ーション制御が行われる運転状態においても、オブザー
バによる各気筒の空燃比の推定精度を確保することがで
きる。
ーション制御が行われる運転状態においても、オブザー
バによる各気筒の空燃比の推定精度を確保することがで
きる。
【図１】この発明に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装
置を実現する、内燃機関の空燃比フィードバック制御装
置を全体的に示すブロック図である。
置を実現する、内燃機関の空燃比フィードバック制御装
置を全体的に示すブロック図である。
【図２】図１中の制御ユニットの詳細を示すブロック図
である。
である。
【図３】先の出願で述べた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。
デル化した例を示すブロック図である。
【図４】図３に示すモデルを周期ΔＴで離散化したモデ
ルである。
ルである。
【図５】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。
燃比推定器を示すブロック線図である。
【図６】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。
ロック線図である。
【図７】図６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１
２．０にして燃料を供給する場合を示すデータ図であ
る。
いて３気筒の空燃比を１４．７に、１気筒の空燃比を１
２．０にして燃料を供給する場合を示すデータ図であ
る。
【図８】図７に示す入力を与えたときの図６モデルの集
合部の空燃比を表すデータ図である。
合部の空燃比を表すデータ図である。
【図９】図７に示す入力を与えたときの図６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。
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１０】一般的なオブザーバの構成を示すブロック線
図である。
図である。
【図１１】先の出願で用いるオブザーバの構成を示すブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図１２】図６に示すモデルと図１１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。
を組み合わせた構成を示す説明ブロック図である。
【図１３】この発明で予定する空燃比の気筒別フィード
バック制御を示すブロック図である。
バック制御を示すブロック図である。
【図１４】本出願人が先に提案したパータベーション制
御に係る空燃比制御装置を示すブロック図である。
御に係る空燃比制御装置を示すブロック図である。
【図１５】図１４の装置で目標空燃比を所定の周期およ
び振幅で変化させる補正係数の特性を示す説明図であ
る。
び振幅で変化させる補正係数の特性を示す説明図であ
る。
１０ 内燃機関 １８ インテークマニホルド ２０ インジェクタ ２２ エキゾーストマニホルド ４０ 空燃比センサ（ＬＡＦセンサ） ４２ 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５−180040（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52140（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−109048（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 45/00 F02D 41/14 310 F02D 41/36
Claims (2)
- 【請求項１】 多気筒内燃機関の排気系集合部に単一の
空燃比センサを配置してその出力から各気筒の入力混合
気の空燃比を推定する装置であって、 ａ．前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴の加重平均
値からなるものとみなして排気系の挙動を記述するモデ
ルを設定して各気筒の空燃比と目標空燃比を状態変数と
する状態方程式をたて、その内部状態を観測するオブザ
ーバを設定して集合部空燃比を入力し、その出力を求め
る第１の手段、 および ｂ．前記オブザーバ出力から各気筒の推定空燃比を求め
る第２の手段、 を有する内燃機関の気筒別空燃比推定装置において、前
記オブザーバの第１の入力を前記各気筒の推定空燃比と
すると共に、第２の入力として目標空燃比を使用するこ
とを特徴とする内燃機関の気筒別空燃比推定装置。 - 【請求項２】 前記目標空燃比が、前記内燃機関の排気
系に配置した触媒コンバータの上流および下流の少なく
ともいずれかの空燃比を所定振幅および周期で振動させ
るためのものであることを特徴とする請求項１項記載の
内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03320394A JP3162567B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 内燃機関の気筒別空燃比推定装置 |
| US08/383,216 US5566071A (en) | 1994-02-04 | 1995-02-03 | Air/fuel ratio estimation system for internal combustion engine |
| DE69507060T DE69507060T2 (de) | 1994-02-04 | 1995-02-03 | System zur Abschätzung des Luft/Kraftstoffverhältnisses für eine Brennkraftmaschine |
| EP95101518A EP0670420B1 (en) | 1994-02-04 | 1995-02-03 | Air/fuel ratio estimation system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03320394A JP3162567B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 内燃機関の気筒別空燃比推定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07224713A JPH07224713A (ja) | 1995-08-22 |
| JP3162567B2 true JP3162567B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=12379918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03320394A Expired - Fee Related JP3162567B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 内燃機関の気筒別空燃比推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3162567B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5660319B2 (ja) * | 2011-04-07 | 2015-01-28 | 株式会社デンソー | 内燃機関の制御装置 |
| CN115217650B (zh) * | 2022-07-28 | 2024-05-17 | 潍柴动力股份有限公司 | 发动机空燃比的控制方法、装置及控制器 |
-
1994
- 1994-02-04 JP JP03320394A patent/JP3162567B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07224713A (ja) | 1995-08-22 |
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