JP3361316B2 - Cylinder air-fuel ratio estimating device and control device for internal combustion engine - Google Patents

Cylinder air-fuel ratio estimating device and control device for internal combustion engine

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JP3361316B2
JP3361316B2 JP2000254398A JP2000254398A JP3361316B2 JP 3361316 B2 JP3361316 B2 JP 3361316B2 JP 2000254398 A JP2000254398 A JP 2000254398A JP 2000254398 A JP2000254398 A JP 2000254398A JP 3361316 B2 JP3361316 B2 JP 3361316B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の気筒別
空燃比推定装置および制御装置に関し、より具体的には
多気筒内燃機関の排気系集合部に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、オブザーバによる各
気筒の空燃比の推定精度を向上させると共に、前記推定
値に基づいて空燃比をフィードバック制御するようにし
たものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimation device and control device for an internal combustion engine, and more specifically, an air-fuel ratio sensor is provided at an exhaust system collecting portion of a multi-cylinder internal combustion engine.
In a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimation device for an internal combustion engine that sets a model that describes the behavior of the exhaust system, inputs a sensor output, and provides an observer that observes the internal state of the sensor and estimates the air-fuel ratio of each cylinder from the output , Which improves the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder by the observer, and performs feedback control of the air-fuel ratio based on the estimated value.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art It is often practiced to provide an air-fuel ratio sensor in the exhaust system of an internal combustion engine to detect the air-fuel ratio, and one example thereof is the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 59-101562. The applicant of the present invention also previously filed Japanese Patent Application No. 3-3.
In JP 59339 (JP-A-5-180059),
We have proposed a technology that sets up a model that describes the behavior of the exhaust system, inputs the output of a single air-fuel ratio sensor provided in the exhaust system collecting part, and estimates the air-fuel ratio of each cylinder via an observer. Here, the air-fuel ratio sensor is not a wide-range air-fuel ratio sensor, that is, an O 2 sensor whose output is inverted at the stoichiometric air-fuel ratio, but an output characteristic proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas before and after the stoichiometric air-fuel ratio. Are using.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記した構成によって
各気筒の空燃比を精度良く推定することができたが、運
転状態は頻繁に変化し、それに応じて演算パラメータを
変更する必要があるが、実際の制御において演算時間は
必ずしも十分に得ることができない。
Although the air-fuel ratio of each cylinder can be accurately estimated by the above-mentioned configuration, the operating state changes frequently, and it is necessary to change the calculation parameters accordingly. In actual control, sufficient calculation time cannot always be obtained.

【0004】従って、この発明の目的は先に提案した技
術の改良にあり、演算を簡略化してオブザーバによる各
気筒の空燃比の推定精度を一層向上させた内燃機関の気
筒別空燃比推定装置を提供することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to improve the previously proposed technique, and to provide a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimating device for an internal combustion engine in which the calculation is simplified and the observer's air-fuel ratio estimation accuracy is further improved. The purpose is to provide.

【0005】更には、前記の如くして推定された値に基
づいて空燃比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フィードバック制御装置を提供する
ことを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio feedback control device for performing air-fuel ratio feedback control based on the value estimated as described above.

【0006】[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フィード
バック制御装置にあっては、多気筒内燃機関の排気系集
合部に配置された空燃比センサの出力値を各気筒の燃焼
履歴に重み係数Cnを乗じた加重平均値からなるものと
みなすと共に、前記内燃機関で考慮すべき燃焼履歴の数
を3以上とするとき、直前の2つの燃焼履歴を除く、そ
れ以前の燃焼履歴についての加重平均の重み係数Cnを
零にして排気系の挙動を記述するモデルを設定して各気
筒の空燃比を状態変数とする状態方程式を設定し、その
内部状態を観測するオブザーバを設定してその出力を求
める第1の手段、前記オブザーバ出力から各気筒の空燃
比#nA/Fを推定する第2の手段、前記推定された各
気筒の空燃比#nA/Fを目標値にフィードバック制御
する気筒毎フィードバック補正項#nKLAFを演算す
る第3の手段、および前記気筒毎フィードバック補正項
#nKLAFに基づいて前記内燃機関の空燃比をフィー
ドバック制御するフィードバック制御手段を備える如く
構成した。
In order to solve the above-mentioned object, an air-fuel ratio feed for each cylinder of an internal combustion engine according to claim 1
In the back control device, it shall become the output of the air-fuel ratio sensor disposed in the confluent portion of the exhaust system of the multicylinder internal combustion engine from the weighted average value obtained by multiplying the weight coefficient Cn combustion history of each cylinder <br /> with all to, when the number of combustion history considerations 3 or more by the internal combustion engine, except the two combustion history immediately before, a weighted average of the weighting coefficient Cn of previous combustion history to zero Then, set a model that describes the behavior of the exhaust system and
Set the state equation with the air-fuel ratio of the cylinder as the state variable, and
Set an observer to observe the internal state and obtain its output.
The first means to increase the air fuel of each cylinder from the observer output
Second means for estimating ratio # nA / F, each of said estimated
Feedback control of cylinder air-fuel ratio # nA / F to target value
Calculate the feedback correction term #nKLAF for each cylinder
Third means, and the feedback correction term for each cylinder
Based on #nKLAF, the air-fuel ratio of the internal combustion engine is calculated.
It was constructed as Ru with feedback control means for Dobakku control.

【0007】[0007]

【0008】請求項項にあっては、さらに、前記空燃
比センサの出力から前記排気系集合部の空燃比を検出
し、検出した排気系集合部の空燃比を目標値に制御する
ための集合部フィードバック補正項KLAFを演算する
第4の手段を備え、前記フィードバック制御手段は、前
記集合部フィードバック補正項KLAFと気筒毎フィー
ドバック補正項#nKLAFに基づいて前記内燃機関の
空燃比をフィードバック制御する如く構成した。
According to a second aspect of the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas collecting unit is detected from the output of the air-fuel ratio sensor, and the detected air-fuel ratio of the exhaust gas collecting unit is controlled to a target value. The feedback control means feedback-controls the air-fuel ratio of the internal combustion engine based on the collecting portion feedback correction term KLAF and the cylinder-by-cylinder feedback correction term #nKLAF. Configured as

【0009】[0009]

【作用】請求項1項にあっては、加重平均の重み係数C
nは運転状態に応じて変化するが、例えば多気筒内燃機
関において直前の2つの燃焼履歴のそれを零にすれば、
重み係数の合計値は1であるので、その2つの燃焼履歴
のいずれかについて同定し、他方は1より減算すること
で求められる。その結果、4気筒であるとき、1気筒分
の係数を同定すれば足り、3気筒分のそれを同定するの
に比較すればオブザーバ行列の推定精度が向上し、オブ
ザーバの係数同定精度が向上するので、各気筒空燃比の
推定精度が向上する。
According to the first aspect of the present invention, the weighting coefficient C of the weighted average is used.
n will vary depending on the operating conditions, for example, if it the two combustion history immediately before the zero in a multi-cylinder internal combustion engine,
Since the total value of the weighting factors is 1, it is obtained by identifying one of the two combustion histories and subtracting the other from 1. As a result, when there are four cylinders, it suffices to identify the coefficient for one cylinder, and the estimation accuracy of the observer matrix improves and the coefficient identification accuracy for the observer improves as compared with the case of identifying three cylinders. Therefore, the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder is improved.

【0010】尚、オブザーバの次数自体は、推定気筒数
の整数倍とする。
[0010] Note that the order itself of the observer is an integral multiple of the number of estimation cylinders.

【0011】また、推定された各気筒の空燃比#nA/
Fを目標値にフィードバック制御する気筒毎フィードバ
ック補正項#nKLAFを演算し、それに基づいて前記
内燃機関の空燃比をフィードバック制御する如く構成し
たので、請求項1項で述べた作用に加えて、単一のセン
サを用いるのみで、各気筒の空燃比フィードバック制御
を精度良く行うことができる。
Further , the estimated air-fuel ratio of each cylinder is # nA /
Since the feedback correction term #nKLAF for each cylinder for performing feedback control of F to a target value is calculated, and the air-fuel ratio of the internal combustion engine is feedback-controlled based on the calculation, a simple operation is performed in addition to the operation described in claim 1. The air-fuel ratio feedback control of each cylinder can be accurately performed by using only one sensor.

【0012】[0012]

【0013】請求項項にあっては、さらに、前記空燃
比センサの出力から前記排気系集合部の空燃比を検出
し、検出した排気系集合部の空燃比を目標値に制御する
ための集合部フィードバック補正項KLAFを演算する
第4の手段を備え、前記フィードバック制御手段は、前
記集合部フィードバック補正項KLAFと気筒毎フィー
ドバック補正項#nKLAFに基づいて前記内燃機関の
空燃比をフィードバック制御する如く構成したので、請
求項2項で述べた作用に加えて、各気筒の空燃比は集合
部空燃比に収束し、集合部空燃比は目標空燃比に収束す
ることとなって、結果的に全ての気筒の空燃比が目標空
燃比に収束し、空燃比フィードバック制御の収束性を向
上させることができる。
According to a second aspect of the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas collecting unit is detected from the output of the air-fuel ratio sensor, and the detected air-fuel ratio of the exhaust gas collecting unit is controlled to a target value. The feedback control means feedback-controls the air-fuel ratio of the internal combustion engine based on the collecting portion feedback correction term KLAF and the cylinder-by-cylinder feedback correction term #nKLAF. With this configuration, in addition to the operation described in claim 2, the air-fuel ratio of each cylinder converges to the collective air-fuel ratio, and the collective air-fuel ratio converges to the target air-fuel ratio. The air-fuel ratios of all the cylinders converge to the target air-fuel ratio, and the convergence of air-fuel ratio feedback control can be improved.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に即してこの発明
の実施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0015】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。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2
8が設けられる。
FIG. 1 is an overall schematic view of an air-fuel ratio feedback control system for realizing a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimation system according to the present invention. Reference numeral 1 in the figure
Reference numeral 0 indicates an internal combustion engine of four cylinders, and the intake air introduced from the air cleaner 14 arranged at the tip of the intake passage 12 is
The flow rate is adjusted by the throttle valve 16 and is introduced into the first to fourth cylinders via the intake manifold 18. An injector 20 is provided near the intake valve (not shown) of each cylinder to inject fuel. The air-fuel mixture injected and integrated with the intake air is ignited by a spark plug (not shown) in each cylinder and burned to drive a piston (not shown). The exhaust gas after combustion is discharged to the exhaust manifold 22 via an exhaust valve (not shown), passes through the exhaust pipe 24, is purified by the three-way catalytic converter 26, and is discharged to the outside of the engine. In addition, the intake passage 12 has a bypass passage 2 that bypasses the throttle valve arrangement position in the vicinity thereof.
8 are provided.

【0016】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。
A crank angle sensor 34 for detecting a crank angle position of a piston (not shown) is provided in a distributor (not shown) of the internal combustion engine 10, and
A throttle opening sensor 36 for detecting the opening of the throttle valve 16 and an absolute pressure sensor 38 for detecting the intake pressure downstream of the throttle valve 16 by absolute pressure are also provided. Further, in the exhaust system, a wide area air-fuel ratio sensor 40 including an oxygen concentration detecting element is provided between the exhaust manifold 22 and the three-way catalytic converter 26, and outputs a value proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas. The outputs of these sensors 34 and the like are sent to the control unit 42.

【0017】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。
FIG. 2 is a block diagram showing details of the control unit 42. The output of the wide range air-fuel ratio sensor 40 is input to the detection circuit 46, where appropriate linearization processing is performed, and a linear characteristic proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas in a wide range from lean to rich centering on the theoretical air-fuel ratio. The air-fuel ratio (A / F) consisting of is detected. For details, refer to another application previously proposed by the applicant (Japanese Patent Laid-Open No. 4-3694).
No. 71), so further explanation is omitted. In the following description, this sensor will be referred to as "LAF
Sensor ”(Linear AFB sensor).
The output of the detection circuit 46 is sent to the CP via the A / D conversion circuit 48.
It is loaded into a microcomputer including U50, ROM 52, RAM 54, etc., and stored in RAM 54.

【0018】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。
Similarly, the analog output of the throttle opening sensor 36 and the like is converted to the level conversion circuit 56 and the multiplexer 5.
8 and the second A / D conversion circuit 60, and the output of the crank angle sensor 34 is waveform-shaped by the waveform shaping circuit 62, and then the output value is counted by the counter 64. The count value is stored in the microcomputer. Entered in. In the microcomputer, the CPU 50 calculates a control value from the detected value in accordance with the instruction stored in the ROM 52, drives the injector 20 of each cylinder via the drive circuit 66, and the solenoid valve 70 via the second drive circuit 68. Is driven to control the amount of secondary air passing through the bypass 28 shown in FIG.

【0019】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。
Before describing the present invention, a model for describing the behavior of the exhaust system proposed above will be briefly described for convenience of understanding.

【0020】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。
First, in order to accurately separate and extract the air-fuel ratio of each cylinder from the output of one LAF sensor, it is necessary to accurately clarify the detection response delay of the LAF sensor. Therefore, for the time being, this delay was modeled as a first-order delay system to create a model as shown in FIG. LA here
Assuming that F: LAF sensor output and A / F: input A / F, the state equation can be expressed by the following equation 1.

【0021】[0021]

【数1】 [Equation 1]

【0022】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。
When this is discretized with the period ΔT, it becomes as shown by the equation 2. FIG. 4 is a block diagram showing Equation 2.

【0023】[0023]

【数2】 [Equation 2]

【0024】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。
Therefore, by using the equation 2, the true air-fuel ratio can be obtained from the sensor output. That is, number 2
When is modified, it becomes as shown in Formula 3, so that the value at time k−1 can be back-calculated as in Formula 4 from the value at time k.

【0025】[0025]

【数3】 [Equation 3]

【0026】[0026]

【数4】 [Equation 4]

【0027】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。
Specifically, if the expression 2 is expressed by a transfer function using the Z conversion, it becomes as shown in the expression 5. Therefore, by multiplying the inverse transfer function by the sensor output LAF of this time, the previous input air-fuel ratio can be realized in real time. Can be estimated. FIG. 5 shows a block diagram of the real-time A / F estimator.

【0028】[0028]

【数5】 [Equation 5]

【0029】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。
Next, the method of separating and extracting the air-fuel ratio of each cylinder based on the true air-fuel ratio obtained as described above will be explained. As described in the previous application, The value at the time k was considered as the weighted average considering the temporal contribution of the air-fuel ratio of the cylinder, and the value at the time k was expressed as in Equation 6. In addition, since F (fuel amount) is the control amount, “fuel air ratio F / A” is used here, but for convenience of understanding in the following description, “air fuel ratio” is used as long as there is no problem.
The air-fuel ratio (or the fuel-air ratio) means a true value obtained by correcting the response delay previously obtained by the equation (5).

【0030】[0030]

【数6】 [Equation 6]

【0031】即ち、集合部の空燃比は、気筒ごとの過去
の燃焼履歴に重み係数Cn(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。
That is, the air-fuel ratio of the collecting portion is the sum of the past combustion history of each cylinder multiplied by a weighting coefficient Cn (for example, the most recently burned cylinder is 40%, the previous one is 30%, etc.). expressed. A block diagram of this model is shown in FIG.

【0032】また、その状態方程式は数7のようにな
る。
The equation of state is as shown in equation 7.

【0033】[0033]

【数7】 [Equation 7]

【0034】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。
If the air-fuel ratio of the collecting portion is y (k),
The output equation can be expressed as Equation 8.

【0035】[0035]

【数8】 [Equation 8]

【0036】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。
In the above, since u (k) cannot be observed, even if an observer is designed from this equation of state, x (x)
(K) cannot be observed. Therefore, assuming x (k + 1) = x (k-3) assuming that the air-fuel ratio before 4TDC (that is, the same cylinder) is in a steady operation state where it does not change abruptly, Equation 9 is obtained.

【0037】[0037]

【数9】 [Equation 9]

【0038】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。
Here, simulation results of the model obtained as described above will be shown. FIG. 7 shows that for a 4-cylinder internal combustion engine, the air-fuel ratio of 3 cylinders is set to 14.7 and only 1 cylinder is set to 1
The case where the fuel is supplied at 2.0 is shown. FIG. 8 shows the air-fuel ratio of the collecting portion at that time obtained by the above model.
In the figure, a step-like output is obtained, but if the response delay of the LAF sensor is further taken into consideration here, the sensor output has a waveform shown as "model output value" in FIG. In the figure, the "actual measurement value" is the actual measurement value of the LAF sensor output in the same case, but it is verified by comparison with this that the above model models the exhaust system of the multi-cylinder internal combustion engine well.

【0039】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。
Therefore, the problem of an ordinary Kalman filter for observing x (k) in the equation of state and the equation of output expressed by the equation 10 results. When the Riccati equation is solved using the weighting matrices Q and R as shown in Equation 11, the gain matrix K becomes as shown in Equation 12.

【0040】[0040]

【数10】 [Equation 10]

【0041】[0041]

【数11】 [Equation 11]

【0042】[0042]

【数12】 [Equation 12]

【0043】これよりA−KCを求めると、数13のよ
うになる。
From this, A-KC is obtained as shown in Equation 13.

【0044】[0044]

【数13】 [Equation 13]

【0045】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。
The structure of a general observer is as shown in FIG. 10. However, since there is no input u (k) in this model, the structure is such that only y (k) is input as shown in FIG. When this is expressed by a mathematical expression, it becomes as shown in Expression 14.

【0046】[0046]

【数14】 [Equation 14]

【0047】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。
An observer whose input is y (k),
That is, the system matrix of the Kalman filter is expressed as in Expression 15.

【0048】[0048]

【数15】 [Equation 15]

【0049】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。
In the model this time, when the element of the weight distribution R of the Riccati equation: the element of Q = 1: 1, the system matrix S of the Kalman filter is given by equation 16.

【0050】[0050]

【数16】 [Equation 16]

【0051】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。
FIG. 12 shows a combination of the above model and the observer. The simulation result is omitted because it is shown in the previous application, but this allows the air-fuel ratio of each cylinder to be accurately extracted from the air-fuel ratio of the collective portion.

【0052】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。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#n
KLAF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との偏差を解消するよ
うにPID則を用いて求める。
Since the observer can estimate the air-fuel ratio of each cylinder from the air-fuel ratio of the collecting portion, it becomes possible to control the air-fuel ratio for each cylinder by using a control law such as PID. Specifically, as shown in FIG. 13, the collective feedback correction term KLAF is obtained from the sensor output (collecting section A / F) and the target air-fuel ratio using the PID control law, and the observer estimated value # nA / F is calculated. The feedback correction term #nKLAF (n: cylinder) for each cylinder is obtained. More specifically, the feedback correction term #n for each cylinder KLAF is the feedback correction term #n for each cylinder of the collecting unit A / F.
The PID rule is used to eliminate the deviation between the target value obtained by dividing the average value of KLAF by the previous calculation value and the observer estimated value # nA / F.

【0053】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。更
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−
251138号に述べられているので、これ以上の説明
は省略する。
As a result, the air-fuel ratio (A / F) of each cylinder converges to the collective air-fuel ratio (A / F), and the collective air-fuel ratio (A / F).
F) will converge to the target air-fuel ratio (A / F),
As a result, the air-fuel ratios (A / F) of all the cylinders converge to the target air-fuel ratio (A / F). Where the fuel injection amount of each cylinder #
nTout (specified by the injector valve opening time) is: #nTout = Tim x KCMD x KTOTAL x #nK
It is calculated by LAF × KLAF. In the above, Tim is a basic value, KCMD is a target air-fuel ratio, and KTOTAL is another correction term. Further, although there are additional terms such as battery correction, they are omitted. still,
Details of such control are described in Japanese Patent Application No.
No. 251138, so further explanation is omitted.

【0054】上記を前提としてこの発明を説明する。The present invention will be described based on the above.

【0055】図14はこの発明の第1の実施の形態を示
す。前記した加重平均の重み係数C 1 ,C2 ,C3 ,C
4 について、今回排気(燃焼)気筒のそれをCn 、前
回、前々回および3TDC前の排気(燃焼)気筒のそれ
をそれぞれCn-1 ,Cn-2 ,C n-3 とするとき、前々回
および3TDC前の排気(燃焼)気筒についての重み係
数Cn-2 ,Cn-3 を零とし、図示の如く、直近(直前)
の2つの気筒について、即ち、直近(直前)の2つの燃
焼履歴についてのみ求める如くした。例えば、いま第1
気筒が排気(燃焼)気筒であるとすると、第3気筒と第
4気筒についての重み係数を零とするようにした。
FIG. 14 shows a first embodiment of the present invention.
You Weighting coefficient C of the weighted average described above 1 , C2 , C3 , C
Four About C of the exhaust (combustion) cylinder this timen,Previous
That of the exhaust (combustion) cylinder before 2nd, 2nd before and 3TDC
Respectively Cn-1 , Cn-2 , C n-3 And when
And weighting factor for exhaust (combustion) cylinder before 3TDC
Number Cn-2 , Cn-3 Is set to zero, and as shown, the latest (immediately before)
2 cylinders, that is, the two most recent (immediately before)
Only the baking history was calculated. For example, now the first
If the cylinder is an exhaust (combustion) cylinder,
The weight coefficient for four cylinders is set to zero.

【0056】これは先の出願にも述べたが、集合部空燃
比の挙動を示す重み係数Cnは運転状態に応じて変化さ
せる必要があるが、いずれにしても重み係数Cnの値を
正確に知ることは困難である。そこで、4気筒内燃機関
において、排気(燃焼)順序において直近(直前)の2
つの燃焼履歴を除く、他の燃焼履歴の重み係数を零とし
た。尚、重み係数は全体として1であるから、直近(直
前)の燃焼履歴のいずれかについて求め、他方のそれは
求めた値を1から減算することで求められる(これは先
の出願において、重み係数を全ての気筒について求める
とした場合でも同様である)。即ち、図6の構成を図1
4のように修正した。
As described in the previous application, the weighting coefficient Cn indicating the behavior of the collective portion air-fuel ratio needs to be changed according to the operating state, but in any case, the value of the weighting coefficient Cn is accurately set. It is difficult to know. Therefore, in a four-cylinder internal combustion engine, the last two (just before) exhaust (combustion) sequence
Except for one combustion history, the weighting factors of other combustion history are set to zero. Since the weighting coefficient is 1 as a whole, one of the most recent (immediately before) combustion histories is obtained, and the other one is obtained by subtracting the obtained value from 1 (this is the weighting coefficient in the previous application. The same is true even if is obtained for all cylinders). That is, the configuration of FIG.
Modified like 4.

【0057】これについて、シミュレーションで検証し
たところ、良好な結果を得た。即ち、本来的に重み係数
Cnを3個、同定するのは現実問題として極めて困難で
あり、誤った同定値を用いてしまう恐れもある。上記の
如く構成することにより、同定すべき係数は1個で足り
ることから、演算間隔も短縮し、シミュレーションでの
検証において、かえって推定精度の向上を見た。尚、こ
の問題は気筒排気ポートから集合部空燃比センサ配置ま
での距離の遠近にも関係する。その距離が比較的短い場
合には、上記の如く構成することにより、推定精度を向
上させることができる。
When this was verified by simulation, good results were obtained. That is, it is extremely difficult as a practical matter to identify three weighting factors Cn originally, and there is a risk of using an incorrect identification value. With the configuration as described above, one coefficient to be identified is sufficient, so that the calculation interval is shortened, and the estimation accuracy is rather improved in the verification by simulation. This problem is also related to the distance from the cylinder exhaust port to the position of the air-fuel ratio sensor of the collecting portion. When the distance is relatively short, the estimation accuracy can be improved by configuring as described above.

【0058】尚、実施の形態の場合は4気筒の内燃機関
を例にとったが、5気筒ないし6気筒までは重み係数は
同様に直近の2つの気筒について求めれば足ると予想さ
れる。それ以上の気筒数を持つ内燃機関については、重
み係数を求めるべき気筒数を増加することになる可能性
がある。
In the embodiment, the four-cylinder internal combustion engine is taken as an example, but it is expected that the weighting coefficients for the five cylinders to the six cylinders can be similarly obtained for the two nearest cylinders. For an internal combustion engine having more cylinders than that, the number of cylinders for which the weighting coefficient should be obtained may be increased.

【0059】また、V型機関にあってはバンク毎に空燃
比センサが設けられることから、それぞれのバンクで排
気順序に従って重み係数を零とする気筒を選択する。例
えば、V型6気筒(右バンクの気筒を第1、第2、第
3、左バンクの気筒を第4、第5、第6とする)で、点
火順序を1(右)−4(左)−2(右)−5(左)−3
(右)−6(左)とすると、右バンクについて今第3気
筒が燃焼したとすると、第1気筒についての重み係数を
零とする。左バンクについて今第4気筒が燃焼したとす
れば、第5気筒についての重み係数を零とする。尚、こ
こで留意されるべきことは、オブザーバの次数はあくま
でも推定気筒数の整数倍、望ましくは1倍、この実施の
形態の場合は4であることである。
Further, since the V-type engine is provided with an air-fuel ratio sensor for each bank, a cylinder having a weight coefficient of zero is selected in each bank according to the exhaust sequence. For example, V-type 6 cylinders (cylinders in the right bank are first, second, third, and cylinders in the left bank are fourth, fifth, and sixth), and the ignition order is 1 (right) -4 (left). ) -2 (right) -5 (left) -3
Assuming that (right) -6 (left), if the third cylinder now burns in the right bank, the weighting coefficient for the first cylinder is set to zero. If the fourth cylinder now burns in the left bank, the weighting factor for the fifth cylinder is set to zero. It should be noted here that the order of the observer is strictly an integral multiple of the estimated number of cylinders, preferably one, and is 4 in this embodiment.

【0060】図15はこの発明の第2の実施の形態を示
す説明図である。
FIG. 15 is an explanatory view showing the second embodiment of the present invention.

【0061】オブザーバ行列は数14の式で示される。
そこで値A−KCは4×4の行列で示されるが、その中
で重み係数Cは上で述べたように機関運転状態に応じて
変化する。従って、この行列値について例えば機関回転
数と機関負荷とについて予想される変化範囲にわたって
予め解を求めておいてマップ化しておくことが考えられ
る。しかし、その場合でも、マップ値に該当する値がな
い際、補間演算で求めることは行列値として補償されて
いない故に、望ましくない。更に、数14の式は漸化式
であるので、演算の途中で係数が変化したときは演算を
やり直す必要がある。
The observer matrix is expressed by the equation (14).
Therefore, the value A-KC is represented by a 4 × 4 matrix, in which the weighting coefficient C changes according to the engine operating state as described above. Therefore, it is conceivable to obtain a solution for this matrix value in advance over a range of change expected for the engine speed and the engine load and map it. However, even in that case, when there is no value corresponding to the map value, it is not desirable to obtain the value by interpolation calculation because it is not compensated as a matrix value. Further, since the expression of the expression 14 is a recurrence expression, when the coefficient changes in the middle of the calculation, it is necessary to repeat the calculation.

【0062】そこで、図15に示すように、オブザーバ
行列を1からnまで複数個用意して平行的に演算させて
おき、機関運転状態に応じていずれかの行列値を選択す
るようにした。これによって演算時間を短縮することが
でき、オブザーバの各気筒空燃比の推定精度を向上させ
ることができる。尚、ここでオブザーバ行列の個数は2
個以上であればいくつでも良い。またオブザーバ行列の
演算も常に全てを同時に行う必要はなく、機関運転状態
の変化を予測して当該運転状態に対応するオブザーバ行
列についてのみ行わせても良い。
Therefore, as shown in FIG. 15, a plurality of observer matrices 1 to n are prepared and operated in parallel, and one of the matrix values is selected according to the engine operating condition. This can shorten the calculation time and improve the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder of the observer. The number of observer matrices is 2 here.
Any number is acceptable as long as it is more than one. Further, the calculation of the observer matrix does not always have to be performed all at the same time, and a change in the engine operating state may be predicted and only the observer matrix corresponding to the operating state may be calculated.

【0063】尚、先の出願ではオブザーバを設計する上
でリカッチ方程式の加重配分Q,Rを、Q/R=1/1
とした。この評価関数はオブザーバの性能上非常に重要
であるが、その後シミュレーションを通じて検証を重ね
た結果、Q/Rの値を大きくしていくと収束時間は短縮
していくが、あるレベルを超えると、ほとんど変わらな
いことが確認された。そこでその限界からQ/R≧10
0と設定したところ、良好な推定結果を得ることができ
た。即ち、評価関数は無次元数であるため、どのような
値も取ることができ、却って決定し難いものであるが、
検証を重ねた結果、Q/Rを100以上とすることで推
定精度の向上を見た。
In the previous application, when designing the observer, the weighted distributions Q and R of the Riccati equation are Q / R = 1/1.
And This evaluation function is very important for the observer's performance, but after repeated verification through simulations, the convergence time shortens as the value of Q / R increases, but when it exceeds a certain level, It was confirmed that there was almost no change. Therefore, from that limit, Q / R ≧ 10
When set to 0, a good estimation result could be obtained. That is, since the evaluation function is a dimensionless number, it can take any value and is rather difficult to determine.
As a result of repeated verification, it was confirmed that the estimation accuracy was improved by setting Q / R to 100 or more.

【0064】図16はこの発明の第3の実施の形態を示
すフロー・チャートである。第3の実施の形態は、いわ
ゆる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関につい
て空燃比を推定する場合に関する。
FIG. 16 is a flow chart showing the third embodiment of the present invention. The third embodiment relates to the case where the air-fuel ratio is estimated for an internal combustion engine equipped with a so-called variable valve timing mechanism.

【0065】図17および図18を参照して可変バルブ
タイミング機構について簡単に説明する。
The variable valve timing mechanism will be briefly described with reference to FIGS. 17 and 18.

【0066】可変バルブタイミング機構は図示例の場
合、吸気弁54と排気弁56の付近にそれぞれ設けられ
たロッカシャフト612に回転自在に配置される3個の
ロッカアーム614,616,618を備える(吸気側
と排気側とで構成が同一なため、図面で符号の後に添字
i(e)を付し、以下両者を共通に説明する)。該ロッ
カアームはそれぞれカムシャフト(図示せず)に取り付
けられた低速用の2個のカムと、低速用のカムに比して
径方向に突出した形状を備える1個の高速用のカム(共
に図示せず)に係合する。
In the illustrated example, the variable valve timing mechanism comprises three rocker arms 614, 616, 618 rotatably arranged on rocker shafts 612 provided near the intake valve 54 and the exhaust valve 56, respectively (intake air). Since the configuration is the same on the exhaust side and the exhaust side, the suffix i (e) is added after the reference numeral in the drawings, and both will be commonly described below). The rocker arm includes two low speed cams each mounted on a cam shaft (not shown), and one high speed cam having a shape protruding in the radial direction as compared with the low speed cam (both shown in FIG. (Not shown).

【0067】ロッカアーム614,616,618には
油路650、穴632,孔634,636およびピン6
40,642,644などからなる連結機構630を備
え、油路650と油圧源(図示せず)との間に介挿され
た油圧切り換え機構660は電磁弁680を介して油路
650に圧油を供給/停止し、それによって前記ピンが
前進/後退してロッカアームが連結/解放される。ロッ
カアームが連結されるときは高速カムの動きに基づい
て、解放されたときは低速カムの動きに基づいてバルブ
タイミングとリフト量とが決定される。尚、可変バルブ
タイミング機構の詳細は前記した従来技術に述べられて
いるので、説明はこの程度に止める。
The rocker arms 614, 616, 618 are provided with oil passages 650, holes 632, holes 634, 636 and pins 6.
A hydraulic pressure switching mechanism 660 including a connecting mechanism 630 composed of 40, 642, 644, etc., interposed between an oil passage 650 and a hydraulic pressure source (not shown), pressurizes oil in the oil passage 650 via an electromagnetic valve 680. Supply / stop, which causes the pin to advance / retract and the rocker arm to engage / disengage. The valve timing and the lift amount are determined based on the movement of the high speed cam when the rocker arm is connected and based on the movement of the low speed cam when the rocker arm is released. Since the details of the variable valve timing mechanism have been described in the above-mentioned prior art, the description will be omitted here.

【0068】この連結/解放は具体的には図18に示す
如く、機関回転数Neと吸気圧力Pbとから決定され
る。以下、高速カムによる場合を『HiV/T』、低速
カムによる場合を『LoV/T』と言うが、HiV/T
においては、LoV/Tに比して、バルブタイミングが
早まって結果的にそのオーバラップ量が増加すると共
に、リフト量も増加する。尚、油圧切り換え機構660
には油圧スイッチからなるV/Tセンサ600が設けら
れ、油路650の油圧を通じてロッカアームの連結/解
放、即ち、バルブタイミングがLoV/TとHiV/T
のいずれに制御されているか検出する。図2に想像線で
示す如く、V/Tセンサ600の出力は、制御ユニット
42に入力される。
Specifically, this connection / disconnection is determined from the engine speed Ne and the intake pressure Pb as shown in FIG. Hereinafter, the case of using the high speed cam is referred to as “HiV / T”, and the case of using the low speed cam is referred to as “LoV / T”.
In comparison with LoV / T, the valve timing is advanced and the amount of overlap increases as a result, and the amount of lift also increases. The hydraulic pressure switching mechanism 660
Is provided with a V / T sensor 600 including a hydraulic switch, and the rocker arm is connected / released by the oil pressure of the oil passage 650, that is, the valve timing is LoV / T and HiV / T.
It is detected which of the two controls. As shown by an imaginary line in FIG. 2, the output of the V / T sensor 600 is input to the control unit 42.

【0069】集合部空燃比(A/F)の時間的な挙動を
捉えるためには、各気筒空燃比(A/F)推定オブザー
バ演算において空燃比(A/F)のサンプルタイミング
の適正化を図る必要がある。即ち、LAFセンサ出力は
明らかに機関回転数に同期した特性を示すが、制御ユニ
ット側はデジタルサンプリングであるため、タイミング
によってその挙動を捉えることができない場合が生じ
る。適正なサンプルタイミングは機関回転数や機関負荷
によって変化するが、特にバルブタイミングによる影響
が大きいと思われる。そこで、上記のごとき可変バルブ
タイミング機構を備えた内燃機関にあっては、機関回転
数、機関負荷、およびバルブタイミングとからサンプル
タイミングを決定するようにした。
In order to capture the temporal behavior of the collective portion air-fuel ratio (A / F), the sampling timing of the air-fuel ratio (A / F) should be optimized in each cylinder air-fuel ratio (A / F) estimation observer calculation. It is necessary to plan. That is, the output of the LAF sensor clearly shows a characteristic that is synchronized with the engine speed, but the control unit side is digital sampling, so the behavior may not be captured depending on the timing. The proper sample timing changes depending on the engine speed and engine load, but it seems that the valve timing has a particularly large effect. Therefore, in the internal combustion engine equipped with the variable valve timing mechanism as described above, the sample timing is determined from the engine speed, the engine load, and the valve timing.

【0070】同様に、バルブタイミングにより集合部空
燃比(A/F)の挙動も変化するため、バルブタイミン
グの切り換えに同期してオブザーバ行列を変更する必要
がある。しかし、各気筒空燃比(A/F)の推定は瞬時
に行えるものではなく、オブザーバ演算の収束に演算数
回を要するため、バルブタイミング変更前のオブザーバ
行列を用いた演算と変更後のオブザーバ行列を用いた演
算とをオーバーラップして同時に行い、オブザーバ演算
が収束したと判断された後、即ち、バルブタイミング変
更動作が終了してから、各気筒空燃比(A/F)推定結
果を持ち替える。
Similarly, since the behavior of the air-fuel ratio (A / F) of the collecting portion also changes depending on the valve timing, it is necessary to change the observer matrix in synchronization with the switching of the valve timing. However, the air-fuel ratio (A / F) of each cylinder cannot be estimated instantaneously, and several calculations are required to converge the observer calculation. Therefore, the calculation using the observer matrix before the valve timing change and the observer matrix after the change The calculation using A is overlapped and performed simultaneously, and after it is determined that the observer calculation has converged, that is, after the valve timing changing operation is completed, the air-fuel ratio (A / F) estimation result for each cylinder is replaced.

【0071】図16フロー・チャートを参照して説明す
ると、先ずS100において機関回転数Ne、吸気圧力
Pb、バルブタイミングV/Tを読み出し、S102に
進んでバルブタイミングがHiV/TかLoV/Tか判
断し、判断結果に従ってS104,106に進んでHi
ないしLoバルブタイミング用のタイミングマップを検
索する。図19にその特性を示す。
Explaining with reference to the flow chart of FIG. 16, first, in S100, the engine speed Ne, the intake pressure Pb, and the valve timing V / T are read out, and the routine proceeds to S102, where the valve timing is HiV / T or LoV / T. Judgment, and proceed to S104 and 106 according to the judgment result
To retrieve the timing map for Lo valve timing. Its characteristics are shown in FIG.

【0072】LAFセンサ出力は実際の変局点に近い位
置でサンプリングするのが望ましいが、その変局点(ピ
ーク値)はセンサの反応時間を一定とすれば、機関回転
数が低くなるほど早いクランク角度で生じる。また機関
負荷が高いほど排気ガス圧力やボリュームが増加し、排
気ガスの流速が増してセンサへの到達時間が早まると予
想される。従って、マップの特性は、機関回転数Neが
低く、ないしは吸気圧力Pbが高いほど、早いクランク
角でサンプリングされた値を選択するように設定する。
ここで、「早い」とは、前のTDCにより近い位置でサ
ンプリングされた比較的古い値を意味する。
It is desirable to sample the LAF sensor output at a position close to the actual inflection point, but if the reaction time of the sensor is constant, the inflection point (peak value) becomes faster as the engine speed decreases. Occurs at an angle. Further, it is expected that as the engine load increases, the exhaust gas pressure and volume increase, the flow velocity of the exhaust gas increases, and the arrival time at the sensor is shortened. Therefore, the characteristics of the map are set such that the lower the engine speed Ne or the higher the intake pressure Pb, the more the value sampled at the faster crank angle is selected.
Here, "early" means a relatively old value sampled at a position closer to the previous TDC.

【0073】更に、バルブタイミングとの関連について
触れると、機関回転数の任意の値Ne1をLo側につい
てNe1−Lo、Hi側についてNe1−Hiとし、吸
気圧力についてもその任意の値をLo側についてPb1
−Lo、Hi側についてPb1−Hiとすると、マップ
の特性は、Pb1−Lo>Pb1−Hi、Ne1−Lo
>Ne1−Hiとする。即ち、HiV/Tにあっては排
気弁の開き時点がLoV/Tのそれより早いため、機関
回転数ないし吸気圧力の値が同一であれば、早期のサン
プリング値を選択するように、設定する。
Further, regarding the relation with the valve timing, an arbitrary value Ne1 of the engine speed is Ne1-Lo for the Lo side, Ne1-Hi for the Hi side, and an arbitrary value for the intake pressure is also for the Lo side. Pb1
Assuming that Pb1-Hi is on the -Lo and Hi sides, the map characteristics are Pb1-Lo> Pb1-Hi and Ne1-Lo.
> Ne1-Hi. That is, in HiV / T, the opening time of the exhaust valve is earlier than that in LoV / T. Therefore, if the engine speed or the intake pressure value is the same, an early sampling value is selected. .

【0074】続いてS108に進んで検索したマップ値
からセンサ出力のサンプリングを行い、S110に進ん
でサンプリング値から数14に示すオブザーバ行列の演
算をHiV/Tについて行い、続いてS112に進んで
同様の演算をLoV/Tについて行う。続いてS114
に進んで再びバルブタイミングを判断し、判断結果に応
じてS116,118に進んで演算結果を選択して終わ
る。この演算結果に基づいて図13で説明した如き気筒
毎の空燃比フィードバック制御が行われる。
Then, in S108, the sensor output is sampled from the retrieved map value, the observer matrix operation shown in Formula 14 is calculated from the sampled value for HiV / T, and then the process proceeds to S112. Is calculated for LoV / T. Then S114
Then, the valve timing is judged again, and according to the judgment result, the processing advances to S116 and 118 to select the calculation result and end. Based on the calculation result, the air-fuel ratio feedback control for each cylinder as described in FIG. 13 is performed.

【0075】第3の実施の形態は上記の如く構成したの
で、機関回転数、吸気圧力およびバルブタイミングを考
慮して空燃比センサ出力のサンプリング値を選択するの
で、検出精度を向上すると共に、バルブタイミングに応
じてオブザーバ行列を持ち替えるようにしたので、各気
筒の空燃比の推定精度が向上する。
Since the third embodiment is configured as described above, the sampling value of the air-fuel ratio sensor output is selected in consideration of the engine speed, the intake pressure and the valve timing. Since the observer matrix is changed depending on the timing, the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder is improved.

【0076】図20はこの発明の第4の実施の形態を示
す、図16と同様のフロー・チャートである。
FIG. 20 is a flow chart similar to that of FIG. 16 showing the fourth embodiment of the present invention.

【0077】第4の実施の形態は第3の実施の形態の変
形例であり、以下説明すると、S200において機関回
転数Neなどを読み出した後S202に進んでLoV/
T用のタイミングマップを検索し、S204に進んでL
oV/T用にセンサ出力のサンプリング値を選択し、S
206に進んでLoV/T用にオブザーバ行列演算を行
う。続いてS208から212に進んでHiV/T側に
ついて同様の処理を行う。
The fourth embodiment is a modification of the third embodiment, and will be described below. After reading the engine speed Ne and the like in S200, the routine proceeds to S202 and LoV /
Search the timing map for T, and proceed to S204 to L
Select the sampling value of the sensor output for oV / T, and
In step 206, the observer matrix calculation for LoV / T is performed. Then, the process proceeds from S208 to 212, and the same process is performed on the HiV / T side.

【0078】続いてS214に進んでバルブタイミング
を判断し、判断結果に応じてS216,218のいずれ
かに進んで演算結果を選択する。即ち、オブザーバ行列
演算において第3の実施の形態では選択されたLoない
しHiV/Tいずれかのサンプリング値を共通に使用し
て演算を行っていたのに対し、第4の実施の形態ではL
oおよびHiV/Tで別々のサンプリング値を用いて演
算を行う点で相違する。残余の構成および効果は第3の
実施の形態と同様である。
Then, the process proceeds to S214, where the valve timing is judged, and depending on the judgment result, the process proceeds to either S216 or 218 to select the calculation result. That is, in the observer matrix calculation, in the third embodiment, the calculation is performed by commonly using the selected sampling value of either Lo or HiV / T, whereas in the fourth embodiment, the calculation is performed using L
The difference is that calculation is performed using separate sampling values for o and HiV / T. The rest of the configuration and effects are similar to those of the third embodiment.

【0079】尚、第3および第4の実施の形態におい
て、排気弁と吸気弁とが共に変更される可変バルブタイ
ミング機構を例にとったが、それに限られるものではな
く、既述の如く一方についてのみ変更される機構にも妥
当する。また吸気弁の休止が可能な機構にも妥当する。
更に、バルブタイミングを検出する手段として油圧スイ
ッチを例に上げたが、それに止まるものではなく、前記
したピン640,642,644の位置を検出しても良
く、あるいは可変バルブタイミング機構の制御ユニット
のバルブタイミング切り換え指令信号を参照して検出し
ても良い。
In the third and fourth embodiments, the variable valve timing mechanism in which both the exhaust valve and the intake valve are changed has been taken as an example, but the present invention is not limited to this, and as described above, It also applies to a mechanism that changes only for. It also applies to a mechanism that allows the intake valve to be stopped.
Further, although the hydraulic switch has been taken as an example of the means for detecting the valve timing, the position is not limited to the hydraulic switch, and the positions of the pins 640, 642, 644 may be detected, or the control unit of the variable valve timing mechanism may be used. It may be detected by referring to the valve timing switching command signal.

【0080】尚、上記した第1ないし第4の実施の形態
は、排気系の挙動を記述するモデルを設定し、その内部
状態を観測するオブザーバを使用して空燃比制御を行う
場合を例にとって説明してきたが、この発明に係る空燃
比検出技術はそれに限定されるものではなく、空燃比セ
ンサの実測値に基づいて空燃比を制御する技術に全て妥
当する。
In the first to fourth embodiments described above, the case where the model describing the behavior of the exhaust system is set and the air-fuel ratio control is performed by using the observer for observing the internal state thereof is taken as an example. As described above, the air-fuel ratio detecting technique according to the present invention is not limited to that, and is applicable to any technique for controlling the air-fuel ratio based on the actual measurement value of the air-fuel ratio sensor.

【0081】更に、運転状態を機関回転数と吸気圧力な
どから検出したが、これに限られるものでなく、その他
のパラメータを追加しても良い。また機関負荷を示すパ
ラメータは吸気圧力に限られるものではなく、吸入空気
量、スロットル開度などでも良い。また大気圧で修正し
ても良い。
Further, the operating state is detected from the engine speed and the intake pressure, but the present invention is not limited to this, and other parameters may be added. The parameter indicating the engine load is not limited to the intake pressure, but may be the intake air amount, the throttle opening, or the like. It may also be corrected at atmospheric pressure.

【0082】更には、空燃比センサとして広域空燃比セ
ンサを使用する場合を例にとって説明したが、いわゆる
2 センサを用いて空燃比を制御する場合にも妥当す
る。
Further, although the case where the wide range air-fuel ratio sensor is used as the air-fuel ratio sensor has been described as an example, it is also applicable to the case where the so-called O 2 sensor is used to control the air-fuel ratio.

【0083】[0083]

【発明の効果】請求項1項にあっては、オブザーバ行列
の推定精度が向上し、オブザーバの係数同定精度が向上
するので、各気筒空燃比の推定精度が向上する。
According to the first aspect of the present invention, the estimation accuracy of the observer matrix is improved and the coefficient identification accuracy of the observer is improved, so that the estimation accuracy of the air-fuel ratio of each cylinder is improved.

【0084】また、単一のセンサを用いるのみで、各気
筒の空燃比フィードバック制御を精度良く行うことがで
きる。
[0084] Furthermore, only using a single sensor, the air-fuel ratio feedback control of the cylinders can be accurately performed.

【0085】請求項項にあっては、請求項項で述べ
た効果に加え、各気筒の空燃比は集合部空燃比に収束
し、集合部空燃比は目標空燃比に収束することとなっ
て、結果的に全ての気筒の空燃比が目標空燃比に収束
し、空燃比フィードバック制御の収束性を向上させるこ
とができる。
According to the second aspect , in addition to the effect described in the first aspect , the air-fuel ratio of each cylinder converges to the collective air-fuel ratio, and the collective air-fuel ratio converges to the target air-fuel ratio. As a result, the air-fuel ratios of all the cylinders converge to the target air-fuel ratio, and the convergence of the air-fuel ratio feedback control can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装
置および制御装置を実現する、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。
FIG. 1 is a block diagram generally showing an air-fuel ratio feedback control device for an internal combustion engine, which realizes a cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimation device and a control device according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a block diagram showing details of a control unit in FIG.

【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。
FIG. 3 is a block diagram showing an example modeling the detection operation of the air-fuel ratio sensor described in the previous application.

【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。
FIG. 4 is a model in which the model shown in FIG. 3 is discretized with a period ΔT.

【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。
FIG. 5 is a block diagram showing a true air-fuel ratio estimator that models the detection behavior of an air-fuel ratio sensor.

【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。
FIG. 6 is a block diagram showing a model showing a behavior of an exhaust system of an internal combustion engine.

【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。
FIG. 7 is a diagram showing a model shown in FIG. 6 in which a 4-cylinder internal combustion engine has an air-fuel ratio of 3 cylinders of 14.7 and an air-fuel ratio of 1 cylinder of 1;
It is a data figure which shows the case where it makes 2.0 and supplies fuel.

【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。
8 is a data diagram showing the air-fuel ratio of the collecting portion of the model of FIG. 6 when the input shown in FIG. 7 is given.

【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。
FIG. 9 compares the data showing the air-fuel ratio of the collecting portion of the model of FIG. 6 when the input shown in FIG. 7 is given in consideration of the response delay of the LAF sensor with the actual measurement value of the LAF sensor output in the same case. It is a graph figure.

【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。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a general observer.

【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。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an observer used in the previous application.

【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。
12 is an explanatory block diagram showing a configuration in which the model shown in FIG. 6 and the observer shown in FIG. 11 are combined.

【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。
FIG. 13 is a block diagram showing cylinder-by-cylinder feedback control of an air-fuel ratio, which is planned in the present invention.

【図14】この発明の第1の実施の形態を示す図6に部
分的に類似するモデルのブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram of a model partially similar to FIG. 6 showing the first embodiment of the present invention.

【図15】この発明の第2の実施の形態を示すオブザー
バ行列を複数個設けた構成を示す説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a configuration in which a plurality of observer matrices is provided according to the second embodiment of the present invention.

【図16】この発明の第3の実施の形態を示すフロー・
チャートである。
FIG. 16 is a flow chart showing a third embodiment of the present invention.
It is a chart.

【図17】第3の実施の形態で予定する可変バルブタイ
ミング機構を説明する、油圧回路図を含む部分断面図で
ある。
FIG. 17 is a partial cross-sectional view including a hydraulic circuit diagram for explaining a variable valve timing mechanism planned for the third embodiment.

【図18】バルブタイミングの切り換え特性を示す説明
図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing switching characteristics of valve timing.

【図19】図16フロー・チャートで使用する空燃比セ
ンサ出力のサンプルタイミング用のマップの特性を示す
説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram showing characteristics of a map for sample timing of the air-fuel ratio sensor output used in the flow chart of FIG. 16;

【図20】この発明の第4の実施の形態を示す、図16
と同様のフロー・チャートである。
20 shows a fourth embodiment of the present invention, FIG.
It is a flow chart similar to.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 600 V/Tセンサ 10 Internal combustion engine 18 Intake Manifold 20 injectors 22 Exhaust manifold 40 Air-fuel ratio sensor (LAF sensor) 42 Control unit 600 V / T sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤崎 修介 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 (72)発明者 西村 要一 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7−133738(JP,A) 特開 平5−180040(JP,A) 特開 平5−180059(JP,A) 特開 昭59−101563(JP,A) 特開 昭59−101562(JP,A) 特開 平5−44544(JP,A) 米国特許5548514(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/00 - 45/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shusuke Akasaki 1-4-1, Chuo, Wako-shi, Saitama Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Kaichi Nishimura 1-1-4, Chuo, Wako-shi, Saitama (56) Reference JP-A-7-133738 (JP, A) JP-A-5-180040 (JP, A) JP-A-5-180059 (JP, A) JP-A-59-101563 (JP, A) JP 59-101562 (JP, A) JP 5-44544 (JP, A) US Pat. No. 5548514 (US, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) ) F02D 41/00-45/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】a.多気筒内燃機関の排気系集合部に配置
された空燃比センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に重み
係数Cnを乗じた加重平均値からなるものとみなすと共
に、前記内燃機関で考慮すべき燃焼履歴の数を3以上と
するとき、直前の2つの燃焼履歴を除く、それ以前の燃
焼履歴についての加重平均の重み係数Cnを零にして排
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
を状態変数とする状態方程式を設定し、その内部状態を
観測するオブザーバを設定してその出力を求める第1の
手段、 b.前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比#nA/F
を推定する第2の手段、 c.前記推定された各気筒の空燃比#nA/Fを目標値
にフィードバック制御する気筒毎フィードバック補正項
#nKLAFを演算する第3の手段、 および d.前記気筒毎フィードバック補正項#nKLAFに基
づいて前記内燃機関の空燃比をフィードバック制御する
フィードバック制御手段、 を備えたことを特徴とする内燃機関の気筒別空燃比フィ
ードバック制御装置。
1. A. It is considered that the output value of the air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust system collecting portion of the multi-cylinder internal combustion engine is composed of a weighted average value obtained by multiplying the combustion history of each cylinder by a weighting coefficient Cn, and the combustion to be considered in the internal combustion engine. when the number of history 3 above, except for two combustion history immediately before, each set a model describing the behavior of the exhaust system in the weighted average zero weighting coefficients Cn of the previous combustion history A first means for setting a state equation having an air-fuel ratio of a cylinder as a state variable, setting an observer for observing the internal state, and obtaining the output thereof, b. From the observer output, the air-fuel ratio of each cylinder # nA / F
A second means of estimating c. Third means for calculating a cylinder-by-cylinder feedback correction term #nKLAF for feedback-controlling the estimated air-fuel ratio # nA / F of each cylinder to a target value; and d. Feedback control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the internal combustion engine based on the cylinder-by-cylinder feedback correction term #nKLAF.
【請求項2】 さらに、 e.前記空燃比センサの出力から前記排気系集合部の空
燃比を検出し、検出した排気系集合部の空燃比を目標値
に制御するための集合部フィードバック補正項KLAF
を演算する第4の手段、 を備え、前記フィードバック制御手段は、前記集合部フ
ィードバック補正項KLAFと気筒毎フィードバック補
正項#nKLAFに基づいて前記内燃機関の空燃比をフ
ィードバック制御する如く構成したことを特徴とする請
求項項記載の内燃機関の気筒別空燃比フィードバック
制御装置。
2. Further, e. A collecting portion feedback correction term KLAF for detecting the air-fuel ratio of the exhaust system collecting portion from the output of the air-fuel ratio sensor and controlling the detected air-fuel ratio of the exhaust system collecting portion to a target value.
The feedback control means is configured to perform feedback control of the air-fuel ratio of the internal combustion engine based on the collective portion feedback correction term KLAF and each cylinder feedback correction term #nKLAF. The cylinder-by-cylinder air-fuel ratio feedback control device for an internal combustion engine according to claim 1 .
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