JP3422393B2 - 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】本発明は、内燃機関の空燃比を制
御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば自動車のエンジン（内燃機関）に
あっては、その排気ガスを可能な限り清浄なものとし、
あるいは、エンジンの出力を効率よく得るために、エン
ジンの空燃比を制御するものが知られている。
【０００３】従来、この種の空燃比制御装置は、例えば
エンジンの排気管等に設けた空燃比検出手段により、実
際の空燃比を時々刻々検出し、その検出空燃比が、適正
な空燃比として設定された目標値に収束させるように、
ＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等を用いてエンジ
ンへの燃料供給をフィードバック制御している。さらに
は、多気筒エンジンにあっては、その各気筒の排気系集
合部に単一の空燃比検出手段を設けると共に、その検出
空燃比から各気筒の実空燃比をオブザーバを用いて推定
し、その推定値を用いて各気筒毎の空燃比をフィードバ
ック制御するものも、本願出願人により提案されている
（特開平５−１８００４０号公報、特願平６−３４００
２１号参照）。
【０００４】ところで、従来のＰＩＤ制御等を用いた空
燃比制御装置にあっては、エンジンの燃料供給装置や空
燃比検出手段等の応答遅れ等の特性変化を考慮して、フ
ィードバックゲインをあらかじめ設定する必要がある。
【０００５】すなわち、エンジンの燃料供給装置や空燃
比検出手段の応答遅れ等の特性は、一般に経年劣化やエ
ンジンの使用状態等によって変化し、例えば応答遅れは
経年劣化等によって増大化する傾向がある。
【０００６】このため、例えば前記フィードバックゲイ
ンを例えばエンジンの燃料供給装置や空燃比検出手段の
当初の応答遅れに基づいて設定しておくと、その応答遅
れが経年劣化等によって増大化した場合には、その増大
した応答遅れに対しては、当初に設定したフィードバッ
クゲインが過大となって、制御対象である空燃比のハン
チングを生じやすく、空燃比の目標値への収束性が不安
定なものとなりやすい。そして、このように空燃比の目
標値への収束性が不安定なものとなると、排気ガスの清
浄性が損なわれる等の不都合を生じる。
【０００７】特に、空燃比検出手段を触媒装置の下流側
に設けて、その箇所における空燃比を制御する場合に
は、該触媒装置が経年劣化等によって応答遅れの大きな
変動を生じやすいため、上記の不都合を生じやすい。
【０００８】従って、従来の空燃比制御装置にあって
は、エンジンの燃料供給装置や空燃比検出手段、あるい
は触媒装置の経年劣化等による特性変化を考慮して、前
記フィードバックゲインを比較的小さめのゲインに設定
せざるを得ず、特に触媒装置の下流側に空燃比検出手段
を設ける場合には、そのゲインをかなり小さめに設定す
る必要があった。
【０００９】しかしながら、このようにフィードバック
ゲインを小さめに設定すると、制御対象である空燃比の
目標値への収束性が迅速さに欠けるものとならざるを得
ず、従って、時々刻々の空燃比制御を的確に行うことが
困難なものとなっていた。
【００１０】また、オブザーバを用いて多気筒エンジン
の各気筒の空燃比を推定する場合でおいても、空燃比検
出手段の応答遅れの変化等によって、各気筒の空燃比の
推定誤差が増大すると、従来のＰＩＤ制御等を用いた空
燃比制御では、その推定誤差にかかわらず、一定のゲイ
ンでもって空燃比の制御が行われるため、その空燃比の
制御が不安定なものとなり易いという不都合があった。
【００１１】尚、近年、ロボット制御や車両の定速走行
制御等の分野においては、例えば特開平５−２１６５０
４号公報、特開平４−２２４４２５号公報に見られるよ
うに、スライディングモード制御を用いて制御対象も目
標値への収束性を改善したものが提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合
を解消し、空燃比検出手段や燃料供給装置等の応答特性
等の変動によらずに、空燃比の目標値への制御を安定し
た収束性でもって迅速に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を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出
手段と、その検出空燃比に基づき内燃機関への燃料供給
を制御する燃料供給制御手段とを備えた内燃機関の空燃
比制御装置において、前記燃料供給制御手段は少なくと
も検出空燃比を状態量とし、該状態量と目標空燃比との
偏差に基づいて構成される超平面によるスライディング
モード制御を用いて前記検出空燃比が目標空燃比に一致
する様に前記内燃機関の燃料供給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ことを特徴とす
る。
【００１４】
【００１５】また、本発明は、内燃機関の排気系に排気
ガスを浄化する触媒装置を設けると共に、該触媒装置の
上流側と下流側とにそれぞれ空燃比検出手段を設け、そ
の両空燃比検出手段の検出空燃比に基づき内燃機関への
燃料供給を制御する燃料供給制御手段を備えた内燃機関
の空燃比制御装置において、前記燃料供給制御手段は、
前記触媒装置の下流側の空燃比検出手段の検出空燃比が
該触媒装置の下流側の目標空燃比に一致するように該触
媒装置の上流側の目標空燃比をスライディングモード制
御を用いて求める第１フィードバック制御手段と、前記
触媒装置の上流側の空燃比検出手段の検出空燃比が該第
１フィードバック制御手段により求められた前記触媒装
置の上流側の目標空燃比に一致するように前記内燃機関
の燃料供給をフィードバック制御する第２フィードバッ
ク制御手段とを備え、前記スライディングモード制御
は、少なくとも前記触媒装置の下流側の空燃比検出手段
の検出空燃比を状態量とし、該状態量と前記触媒装置の
下流側の目標空燃比との偏差に基づいて構成される超平
面によるスライディングモード制御であることを特徴と
する。
【００１６】さらに、前記第２フィードバック制御手段
はスライディングモード制御を用いて前記内燃機関の燃
料供給をフィードバック制御することを特徴とする。
【００１７】
【作用】本発明によれば、前記フィードバック制御手段
が用いるスライディングモード制御は、前記空燃比検出
手段を含めた内燃機関の系の各部の状態に応じて、その
各状態を状態空間上に定められた超平面上に導いて安定
させるようにフィードバックゲインを適宜切換えるもの
であり、前記空燃比検出手段等の応答遅れ等の特性変化
の影響を受け難い。このため、該スライディングモード
制御を用いて前記検出空燃比が目標空燃比に一致するよ
うに前記内燃機関の燃料供給をフィードバック制御する
ことで、前記空燃比検出手段等の応答遅れ等の特性変化
によらずに、目標空燃比への収束を安定して行うことが
可能となる。また、空燃比検出手段等の応答遅れ等の特
性変化の影響を受け難いため、迅速な収束性を得るよう
に前記フィードバック制御手段のフィードバックゲイン
を調整することが可能となる。
【００１８】
【００１９】また、前記触媒装置の上流側及び下流側に
それぞれ空燃比検出手段を設け、前記燃料供給手段が前
記第1及び第２フィードバック制御手段を備える本発明
では、前記触媒装置の下流側の空燃比がスライディング
モード制御によって触媒装置の特性変化によらずに、該
触媒装置の下流側の目標空燃比に安定して制御されると
同時に、該触媒装置の上流側の空燃比が第１フィードバ
ック制御手段により求められる触媒装置の上流側の目標
空燃比に第２フィードバック制御手段により制御され、
これにより内燃機関の空燃比が的確に制御される。
【００２０】さらに、第２フィードバック制御手段によ
る制御をスライディングモード制御を用いて行うことと
きには、触媒装置の上流側の空燃比も安定して制御する
ことが可能となる。
【００２１】
【実施例】本発明の第１実施例を図１乃至図４を参照し
て説明する。図１は本実施例の空燃比制御装置の構成を
示すブロック線図、図２は本実施例の空燃比制御装置に
より制御する内燃機関の構成をモデル化して示したブロ
ック線図、図３は本実施例の空燃比制御装置の作動を説
明するためのフローチャート、図４は空燃比制御のシミ
ュレーション結果を示す線図である。
【００２２】図１を参照して、１は内燃機関であるエン
ジン、２はエンジン１から導出された排気管３に設けら
れた空燃比センサ（空燃比検出手段）、４はエンジン１
への燃料供給を制御する燃料供給制御装置（燃料供給制
御手段）である。
【００２３】燃料供給制御装置４は、マイクロコンピュ
ータを用いて構成されたものであり、その機能的構成と
して、エンジン１への燃料供給量の基準となる基本燃料
噴射量Ｔimをエンジン１の回転数Ｎｅ及び吸気圧力Ｐｂ
に応じて求める基本燃料噴射量算出部５と、エンジン１
の目標空燃比Ｋcmd をエンジン１の冷却水温Ｔｗや回転
数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂに応じて求める目標空燃比算出部
６と、エンジン１の冷却水温Ｔｗや吸気温度Ｔａに応じ
て前記基本燃料噴射量Ｔimを補正するための第１補正係
数Ｋtotal を求める第１補正係数算出部７と、前記目標
空燃比Ｋcmd に応じて前記基本燃料噴射量Ｔimを補正す
るための第２補正係数Ｋcmdmを求める第２補正係数算出
部８と、前記基本燃料噴射量Ｔimに前記第１及び第２補
正係数Ｋtotal ，Ｋcmdmを乗算することにより、エンジ
ン１の要求燃料噴射量Ｔcyl を求める第１乗算部９と、
空燃比センサ２により検出された検出空燃比Ｋact と前
記目標空燃比Ｋcmd とからそれらの偏差を解消する（検
出空燃比Ｋact を目標空燃比Ｋcmd に一致させる）よう
に前記要求燃料噴射量Ｔcyl を補正するためのフィード
バック補正係数Ｋfbをスライディングモード制御則に従
って求めるフィードバック制御部１０（フィードバック
制御手段）と、前記要求燃料噴射量Ｔcyl に前記フィー
ドバック補正係数Ｋfbを乗算することにより、エンジン
１に実際に供給すべき出力燃料噴射量Ｔout を求める第
２乗算部１１とを備える。そして、燃料供給制御装置４
は、第２乗算部１１により最終的に得られる出力燃料噴
射量Ｔout をエンジン１の図示しない燃料供給装置に指
示して、燃料噴射を行わしめる。
【００２４】この場合、燃料供給制御装置４には、エン
ジン１の回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ冷却水温Ｔｗ、吸気
温度Ｔａ等を検出するための各種センサ１２〜１５等が
接続され、前記基本燃料噴射量算出部５、目標空燃比算
出部６及び第１補正係数算出部７は、それらのセンサ１
２〜１５等から得られる回転数Ｎｅ等の検出値に基づい
て、所定のマップもしくはテーブル等を用いて基本燃料
噴射量Ｔimや目標空燃比Ｋcmd 、第１補正係数Ｋtotal
を求める。
【００２５】尚、本実施例においては、前記フィードバ
ック制御部１０に与える前記検出空燃比Ｋact 及び目標
空燃比Ｋcmd は、実際には、当量比（＝理論空燃比／実
空燃比＝１／λ、λ：空気過剰率）で与える。また、前
記第２補正係数算出部８により求められる第２補正係数
Ｋcmdmは、エンジン１の空燃比によって、燃料の気化熱
で吸入空気の充填効率が変化することから、それを考慮
して基本燃料噴射量Ｔimを補正するためのものであり、
第２補正係数算出部８は、上記のように当量比で表され
る目標空燃比Ｋcmd を所定のマップや演算に従って補正
することで、第２補正係数Ｋcmdmを求める。
【００２６】かかる空燃比制御装置においては、図３の
フローチャートに示すような処理が、所定のタイミング
毎に行われ、エンジン１の空燃比が制御される。
【００２７】すなわち、前記センサ１２〜１５等の出力
（回転数Ｎｅ当の検出値）が燃料供給制御装置４により
読み込まれ（ＳＴＥＰ１）、それに基づいて、前記基本
燃料噴射量算出部５、目標空燃比算出部６及び第１補正
係数算出部７により、それぞれエンジン１の基本燃料噴
射量Ｔim、目標空燃比Ｋcmd 及び第１補正係数Ｋtotal
が求められる（ＳＴＥＰ２〜４）。
【００２８】さらに、フィードバック制御部１０によ
り、空燃比センサ２により検出された検出空燃比Ｋact
と前記目標空燃比Ｋcmd とからそれらの偏差を解消する
ための前記フィードバック補正係数Ｋfbが後述するよう
にスライディングモード制御則に従って求められ（ＳＴ
ＥＰ５）、また、第２補正係数算出部８により、第２補
正係数Ｋcmdmが求められる（ＳＴＥＰ６）。そして、前
記第１乗算部９及び第２乗算部１１により、前記各補正
係数Ｋtotal ，Ｋcmdm，Ｋfbが基本燃料噴射量Ｔimに乗
算されて、出力燃料噴射量Ｔout が求められ（ＳＴＥＰ
７）、それを指示値として図示しない燃料供給装置に与
え（ＳＴＥＰ８）、該指示値によるエンジン１への燃料
供給を行わしめる。
【００２９】これにより、検出空燃比Ｋact が目標空燃
比Ｋcmd の一致するようにエンジン１の空燃比が制御さ
れる。
【００３０】前記フィードバック制御部１０による、フ
ィードバック補正係数Ｋfbの算出について次に詳説す
る。
【００３１】まず、本実施例においては、エンジン１を
その燃料供給装置（図示せず）や空燃比センサ２等を含
めて、例えば図２（ａ）に示すように、燃料供給装置の
応答遅れや空燃比センサ２の検出の応答遅れ等に基づく
一次遅れ発生部１６と、前述の補正係数Ｋtotal 等を求
めるために要する時間等に基づく無駄時間発生部１７と
により表されるプラントとしてモデル化した。図２
（ａ）では、便宜上、このプラントに前記エンジン１と
同一の参照符号を付し、以下、エンジンプラント１と称
する。また、図２では、説明の便宜上、エンジンプラン
ト１は、空燃比の入力値Ｋact/in（以下、入力空燃比Ｋ
act/inと称する）を入力として、空燃比の出力値Ｋact/
out （以下、出力空燃比Ｋact/out と称する）を出力す
るプラントとして表した。上記入力空燃比Ｋact/inは、
図１の出力燃料噴射量Ｔout に対応するものであり、出
力空燃比Ｋact/out は、空燃比センサ２から出力される
検出空燃比Ｋact と同じものである。
【００３２】この場合、空燃比のマイコン制御を行うた
めに、上記エンジンプラント１を離散系で表すと、該エ
ンジンプラント１は図２（ｂ）に示すように書換えられ
る。図２（ｂ）中の“Ｃｄ”は、図２（ａ）の連続系で
表された一次遅れ発生部１６のゲイン値Ｃを用いて次式
（１）により表される。
【００３３】
【数１】
【００３４】図２（ａ）のエンジンプラント１におい
て、同図に示すように状態量ｘ1(k)，ｘ1(k+1), ｘ
2(k)，ｘ2(k+1)を定めると（添字ｋ，ｋ＋１はそれぞれ
ｋ番目及びｋ＋１番目の制御サイクルを意味する）、該
エンジンプラント１の状態方程式は、行列表現を用いて
次式（２），（３）、あるいは、（４），（５）により
表される。
【００３５】
【数２】
【００３６】ここで、スライディングモード制御理論に
よれば、次式（６）で表される行列Ｍが正則となるよう
な行列Ｓを定義し、σ(k) ＝ＳＸ(k) と定義すると、エ
ンジンプラント１の状態量ｘ1 ，ｘ2 をσ(k) ＝ＳＸ
(k) ＝０なる方程式で表される超平面（この場合、状態
量は二つであるので直線となる）上に安定に拘束し、該
超平面上の平衡点（この場合、平衡点はｘ1 ＝ｘ2 ＝０
の点である）に向かって状態量ｘ1 ，ｘ2 を滑るように
収束させることができる。
【００３７】
【数３】
【００３８】より具体的には、図２（ｂ）中の“Ｃｄ”
を例えば０．６とすると、 Ｓ＝〔0.1 0.3〕 と定義すれば、前記式（６）で表される行列Ｍが正則と
なり、 σ(k) ＝ＳＸ(k) ＝0.1 ｘ1(k)＋0.3 ｘ2(k) となる。
【００３９】そして、スライディングモード制御理論に
よれば、上記のように行列Ｓ及びσ(k) を定義すると、
次式（７）により表されるＵ(k) （＝Ｋact/in(k) ）を
入力空燃比としてエンジンプラント１に与えれば、エン
ジンプラント１の状態量ｘ1，ｘ2 が前記超平面上の平
衡点に収束・安定する。
【００４０】
【数４】
【００４１】尚、式（７）において、Ｉは単位行列、
η，βは収束度合いを調整するための適宜の定数であ
る。また、ｓｇｎ｛σ(k) ｝はσ(k) の符号関数で、σ
(k) ＞０のとき（状態量ｘ1 ，ｘ2 が前記超平面の上側
にあるとき）に＋１、σ(k) ＜０のとき（状態量ｘ1 ，
ｘ2 が前記超平面の下側にあるとき）に−１である。
【００４２】以上のことを基礎として、前記フィードバ
ック制御部１０は、前記フィードバック補正係数Ｋfbを
次のように算出する。
【００４３】すなわち、本実施例におけるフィードバッ
ク制御部１０は、空燃比センサ２から得られる検出空燃
比Ｋact を目標空燃比Ｋcmd に一致するように、換言す
れば、検出空燃比Ｋact と目標空燃比Ｋcmd との偏差を
“０”に収束させるように、エンジン１への燃料供給量
（燃料噴射量）を補正制御するものであり、その際、前
記要求燃料噴射量Ｔcyl （図１参照）に乗算してそれを
補正するための前記フィードバック補正係数Ｋfbを求め
るものである。
【００４４】一方、図２（ｂ）に示したエンジンプラン
ト１の状態量ｘ1 ，ｘ2 は、空燃比そのものを示すもの
であり、また、前記式（７）により求められるＵ(k)
（＝Ｋact/in(k) ）は、それをそのままエンジンプラン
ト１に入力したときに、状態量ｘ1 ，ｘ2 を最終的に前
記超平面上の平衡点であるｘ1 ＝ｘ2 ＝０なる点に収束
させる。
【００４５】そこで、本実施例においては、実際には、
前記式（７）中の状態量ｘ1 ，ｘ2を、それらの状態量
ｘ1 ，ｘ2 と目標空燃比Ｋcmd との偏差（ｘ1 −Ｋcmd
），（ｘ2 −Ｋcmd ）で置き換えることで、次式
（８）のようにＵ(k) バーを求め、さらに、次式（９）
のようにそのＵ(k) バーに１を加算することにより、前
記フィードバック補正係数Ｋfbを求める。
【００４６】
【数５】
【００４７】このようにすると、式（９）により求めら
れるフィードバック補正係数Ｋfb中のＵ(k) バーは、状
態量ｘ1 ，ｘ2 と目標空燃比Ｋcmd との偏差ｘ1 バー及
びｘ 2 バーを０に収束させるような、すなわち検出空燃
比Ｋact （＝ｘ1(k)）を目標空燃比Ｋcmd に一致させる
ようなフィードバック制御量となる。そして、最終的に
検出空燃比Ｋact が目標空燃比Ｋcmd に収束すれば、Ｕ
(k) バー＝０となって、フィードバック補正係数Ｋfb＝
１となり、前記要求燃料噴射量Ｔcyl （図１参照）がそ
のままエンジン１の燃料噴射量の最終的な指示値である
前記出力燃料噴射量Ｔout としてエンジン１の燃料供給
装置（図示せず）に与えられる。
【００４８】これにより、フィードバック制御部１０
は、前記空燃比センサ２により検出されるエンジン１の
検出空燃比Ｋact が目標空燃比Ｋcmd に一致するように
スライディングモード制御を用いて制御する。
【００４９】ところで、前記式（９）により、フィード
バック補正係数Ｋfbを求めるために必要なＵ(k) バーを
式（８）により求めるためには、検出空燃比Ｋact であ
る状態量ｘ1 の他に、状態量ｘ2 を把握しなければなら
ない。この場合、状態量ｘ2は、図２に示したようにエ
ンジンプラント１をモデル化した上で定義された仮想的
な状態量であるから、該状態量ｘ2 を直接的に検出する
ことは困難である。
【００５０】そこで、本実施例においては、例えば図２
に示したエンジンプラント１のモデルの基で、特開平５
−１８００４０号公報や特願平６−３４００２１号に本
願出願人が提案しているようなオブザーバによりエンジ
ンプラント１の内部状態を観測し、図２のエンジンプラ
ント１のモデルの基で、検出空燃比Ｋact から逆算的に
状態量ｘ2 を推定して把握する。尚、このような状態量
の推定手法は、前記特開平５−１８００４０号公報や特
願平６−３４００２１号に詳細に説明されているので、
ここでは詳細な説明を省略する。
【００５１】本実施例では、上記のように検出空燃比Ｋ
act から推定した状態量ｘ2 を用いて前記式（８），
（９）の演算を行い、それによりフィードバック補正係
数Ｋfbを求める。
【００５２】このように、スライディングモード制御を
用いてエンジン１の空燃比を制御する本実施例の空燃比
制御装置においては、エンジン１の燃料供給装置（図示
せず）や空燃比センサ２等の応答特性が経年劣化等によ
り変化しても、目標空燃比Ｋcmd への空燃比の制御を安
定して行うことができる。
【００５３】すなわち、スライディングモード制御にお
いては、基本的には、状態量ｘ1 ，ｘ2 を前述のように
σ(k) ＝ＳＸ(k) ＝０により表される前記超平面上に拘
束すれば、該超平面上の平衡点に収束させることができ
る。従って、エンジン１の空燃比の制御に際しては、基
本的には状態量ｘ1 ，ｘ2 を前記超平面上に向かわせる
ように制御すればよい。この場合、この役割は、前記式
（７）において、前記符号関数ｓｇｎ｛σ(k) ｝を含む
右辺第２項の部分が担い、その項は、σ(k) が正である
か負であるか、すなわち、状態量ｘ1 ，ｘ2 が前記超平
面の上側にあるか下側にあるかで符号を切り換えて状態
量ｘ1 ，ｘ2 を前記超平面上に向かわせるように作用す
る。
【００５４】このため、このようなスライディングモー
ド制御を用いた本実施例の空燃比制御装置においては、
エンジン１の燃料供給装置（図示せず）や空燃比センサ
２等の応答特性が経年劣化等により変化し、図２に示す
エンジンプラント１の“Ｃｄ”の値等が変化しても、状
態量ｘ1 ，ｘ2 が前記超平面上に向かうように制御され
る限り、安定に収束させることができる。このことは、
前述のように状態量ｘ 2 を推定して求める場合に、その
推定誤差が空燃比センサ２等の経年劣化等により大きく
なるような場合であっても同様である。
【００５５】また、例えば前記式（７）あるいは式
（８）中のη，βを適宜に設定することで、状態量ｘ
1 ，ｘ2 の超平面上への収束を早めることもでき、それ
によって、空燃比の安定な制御を行いつつ、目標空燃比
Ｋcmd への収束性を高めることができる。
【００５６】ここで、本実施例に関して本願発明者が行
ったシミュレーションについて説明する。本願発明者
は、図２（ｂ）のようにモデル化したエンジンプラント
１における“Ｃｄ”の値を例えば０．６に設定し（この
ときＳ＝〔0.1 0.3〕）、そのモデルに対して、前記検
出空燃比Ｋact の初期値を当量比で１．５とした状態か
ら目標空燃比Ｋcmd を１．０として、前記式（９）によ
り求まるフィードバック補正係数Ｋfbを用いて検出空燃
比Ｋact の収束性をシミュレーションした。この場合、
式（９）中のη，βはそれぞれ１，０とした。そのシミ
ュレーション結果を図４（ａ）に実線で示す。また、こ
れと同様のシミュレーションを特願平６−３４００２１
号に本願出願人が示したような従来の制御器を用いて行
った。そのシミュレーション結果を図４（ａ）に破線で
示す。
【００５７】同図４（ａ）に見られるように、いずれの
制御においても、検出空燃比Ｋactの目標空燃比Ｋcmd
への収束性はほぼ同じである。
【００５８】次に、本願発明者は、上記のシミュレーシ
ョンにおいて使用した前記式（９）中の行列Ａ，Ｂ，Ｓ
及びη，βの値を変更することなく、図２（ｂ）のエン
ジンプラント１のモデルにおける“Ｃｄ”の値を上記の
シミュレーションよりも大きくして、上記のシミュレー
ションと同様のシミュレーションを行った。同様に、前
記制御器についても、そのフィードバックゲイン等を変
更することなく、シミュレーションを行った。それらの
シミュレーション結果を図４（ｂ）にそれぞれ実線及び
破線で示す。
【００５９】図４（ｂ）に見られるように、本実施例の
スライディングモード制御を用いたものでは、図４
（ａ）の場合と同様に目標空燃比Ｋcmd への収束性が確
保されるものの、従来のものでは、収束性が悪化するこ
とが判る。
【００６０】このことから、本実施例の空燃比制御装置
によれば、エンジン１の燃料供給装置や空燃比センサ２
の応答性の変化によらずに、目標空燃比Ｋcmd への空燃
比制御を安定して行うことができることが判る。
【００６１】次に、本発明の第２実施例を図５及び図６
を参照して説明する。図５は本実施例の空燃比制御装置
の構成を示すブロック線図、図６は本実施例の空燃比制
御装置の作動を説明するためのフローチャートである。
尚、本実施例の空燃比制御装置は、その主要構成が前記
第１実施例のものと同一であり、以下、説明に際して第
１実施例と同一のものについては同一の参照符号を付し
て詳細な説明を省略する。
【００６２】本実施例の空燃比制御装置においては、エ
ンジン１から導出された排気管３には、触媒装置１８
（三元触媒）が設けられ、その触媒装置１８の上流側と
下流側にそれぞれ空燃比センサ１９，２０が設けられて
いる。そして、エンジン１への燃料供給を制御する燃料
供給制御装置４は、触媒装置１８の下流側の目標空燃比
Ｋcmd'をエンジン１の冷却水温Ｔｗや回転数Ｎｅ、吸気
圧力Ｐｂ等に応じて求める目標空燃比算出部２１と、下
流側の空燃比センサ２０により検出された検出空燃比Ｋ
act2を前記目標空燃比Ｋcmd'に一致させるように前記上
流側の空燃比センサ１９の箇所における目標空燃比Ｋcm
d をスライディングモード制御を用いて求めるフィード
バック制御部２２（第１フィードバック制御手段）と、
その目標空燃比Ｋcmd と上流側の空燃比センサ１９によ
り検出された検出空燃比Ｋact1とを入力とする前記第１
の実施例のフィードバック制御部と同一構成のフィード
バック制御部１０（第２フィードバック制御手段）とを
備えている。この他の構成は、前記第１実施例のものと
全く同一である。
【００６３】この場合、前記第２補正係数算出部８は、
フィードバック制御部２２により求められる目標空燃比
Ｋcmd を補正して前記第２補正係数Ｋcmdmを求める。
【００６４】また、フィードバック制御部１０は、前記
目標空燃比Ｋcmd と上流側の空燃比センサ２０による検
出空燃比Ｋact1とから、前記第１実施例と全く同様に前
記式（９）によりスライディングモード制御に従って前
記フィードバック補正係数Ｋfbを求める。
【００６５】一方、フィードバック制御部２２は、フィ
ードバック制御部１０に入力する目標空燃比Ｋcmd を例
えば次のように求める。
【００６６】すなわち、フィードバック制御部２２によ
るスライディングモード制御においては、前記触媒装置
１８や空燃比センサ２０等を含めて、前記図２に示した
ような形でエンジンプラントをモデル化しておく。そし
て、そのモデルに基づいてスライディングモード制御の
ために必要な前述のような行列Ｓを定めておき、その行
列Ｓを用いて前記式（８）と同様の式でもって、スライ
ディングモード制御による制御量を規定する前記Ｕ(k)
バーを求める。この場合、Ｕ(k) バーは、目標空燃比算
出部２１により求められた目標空燃比Ｋcmd'と、空燃比
センサ２０による検出空燃比Ｋact2とから前記第１の実
施例と同様に求める。
【００６７】そして、目標空燃比Ｋcmd を求めるに際し
ては、冷却水温Ｔｗや回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ等に応
じて空燃比センサ１９の箇所における基準目標空燃比を
マップ等により求めておき、上記のように求められるＵ
(k) バーに１を加算してなる補正係数（これは実施例１
において説明したフィードバック補正係数に相当する。
式（９）参照）を上記基準目標空燃比に乗算することに
より、該基準目標空燃比を補正し、それを前記目標空燃
比Ｋcmd として求める。
【００６８】かかる空燃比制御装置においては、図６の
フローチャートに示すような処理が、所定のタイミング
毎に行われ、エンジン１の空燃比が制御される。
【００６９】すなわち、前記センサ１２〜１５等の出力
（回転数Ｎｅ等の検出値）が燃料供給制御装置４により
読み込まれ（ＳＴＥＰ１）、それに基づいて、前記基本
燃料噴射量算出部５、目標空燃比算出部２１及び第１補
正係数算出部７により、それぞれエンジン１の基本燃料
噴射量Ｔim、空燃比センサ２０の箇所における目標空燃
比Ｋcmd'及び第１補正係数Ｋtotal が求められる（ＳＴ
ＥＰ２〜４）。
【００７０】さらに、フィードバック制御部２２によ
り、空燃比センサ２０により検出された検出空燃比Ｋac
t2と前記目標空燃比Ｋcmd'とからそれらを一致させるよ
うにフィードバック制御部１０に付与する目標空燃比Ｋ
cmd が前述のようにスライディングモード制御則に従っ
て求められ（ＳＴＥＰ５）、さらに、その求められた目
標空燃比Ｋcmd と空燃比センサ１９による検出空燃比Ｋ
act1とから前述のようにフィードバック補正係数Ｋfbが
求められる（ＳＴＥＰ６）。また、第２補正係数算出部
８により、第２補正係数Ｋcmdmが求められる（ＳＴＥＰ
７）。そして、前記第１乗算部９及び第２乗算部１１に
より、各補正係数Ｋtotal ，Ｋcmdm，Ｋfbが基本燃料噴
射量Ｔimに乗算されて、出力燃料噴射量Ｔout が求めら
れ（ＳＴＥＰ８）、それを指示値として図示しない燃料
供給装置に与え（ＳＴＥＰ９）、該指示値によるエンジ
ン１への燃料供給を行わしめる。
【００７１】これにより、触媒装置１８の下流側におけ
る検出空燃比Ｋact2が目標空燃比Ｋcmd'に一致するよう
にエンジン１の空燃比が制御される。
【００７２】この場合、触媒装置１８は、その応答特性
等が経年劣化等により変動を生じやすいが、フィードバ
ック制御部２２においてスライディングモード制御を用
いているため、該触媒装置１８の応答特性等の変動にか
かわらず、触媒装置１８の下流側における検出空燃比Ｋ
act2を目標空燃比Ｋcmd'に一致させるようなエンジン１
の空燃比制御を前記第１実施例と同様に安定した収束性
でもって行うことができる。
【００７３】尚、本実施例では、フィードバック制御部
１０による制御をスライディングモード制御を用いて行
うようにしたが、従来のＰＩＤ制御等を用いて行うよう
にしてもよい。このようにしても、触媒装置１８の下流
側の空燃比はフィードバック制御部２２によるスライデ
ィングモード制御により安定した収束性でもって目標空
燃比Ｋcmd'に制御される。
【００７４】また、前述の各実施例においては、多気筒
エンジンの各気筒毎に空燃比を制御する場合については
説明を省略したが、例えば特願平６−３４００２１号に
本願出願人が提案したように、エンジンの排気系集合部
に設けた空燃比センサにより検出される検出空燃比か
ら、エンジンプラントのモデルの基でオブザーバにより
各気筒毎の空燃比を推定し、それに基づき、エンジンへ
の出力燃料噴射量の指示値を各気筒毎に補正する場合に
あっては、その補正係数を、オブザーバを用いて推定さ
れた気筒毎の空燃比を気筒別の目標空燃比に一致させる
ようにスライディングモード制御を用いてフィードバッ
ク制御することも可能である。さらには、エンジンの排
気系集合部における空燃比を目標空燃比に一致させるよ
うにエンジンへの出力燃料噴射量の指示値を求めるに際
しても、スイライディング制御を用いてフィードバック
制御することも可能である。このようにすることで、空
燃比センサの経年劣化等によって、気筒毎の空燃比の推
定値の誤差が大きくなるような場合であっても、安定し
た収束性でもってエンジンの各気筒の空燃比を的確に制
御することができる。
【００７５】
【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、燃料供給制御手段のフィードバック制御手段
により、スライディングモード制御を用いて空燃比検出
手段による検出空燃比を目標空燃比に一致させるように
制御することによって、内燃機関の燃料供給装置や空燃
比検出手段の応答特性等が経年劣化等により変化して
も、安定した収束性でもって検出空燃比を目標空燃比に
一致させるように制御することができ、しかも、このよ
うに安定した収束性が得られるため、スライディングモ
ード制御によるフィードバックゲインを適切に設定して
おくことで、内燃機関の空燃比の目標空燃比への制御を
迅速に行うことができる。
【００７６】特に前記空燃比検出手段を内燃機関の排気
系の触媒装置の下流側に設けたときには、該触媒装置の
応答特性等が変化を生じやすいものの、スライディング
モード制御を用いたフィードバック制御を行うことで、
該触媒装置の応答特性等が変化にかかわらず、その下流
側の空燃比の制御を安定した収束性でもって制御するこ
とができ、これにより、内燃機関の排気ガスの清浄性を
確実なものとすることができる。
【００７７】この場合、触媒装置の上流側にも空燃比検
出手段を設けると共に、フィードバック制御手段を第１
及び第２フィードバック制御手段により構成し、第１フ
ィードバック制御手段により下流側の空燃比検出手段の
検出空燃比に応じてスライディングモード制御を用いて
触媒装置の上流側の目標空燃比を求めると共に、その求
められた上流側の目標空燃比に、上流側の空燃比検出手
段の検出空燃比を一致させるように第２フィードバック
制御手段によって内燃機関への燃料供給をフィードバッ
ク制御するようにしたことによって、触媒装置の下流側
の空燃比が前記のようにスライディングモード制御によ
り安定した収束性でもって制御されると同時に、触媒装
置の上流側の空燃比を下流側の空燃比に対応した空燃比
でもって的確に制御することができ、それによって、内
燃機関の排気系の空燃比制御を高精度で行うことができ
る。
【００７８】さらに、前記第２フィーバック制御手段に
よる制御をもスライディングモード制御により行うこと
によって、内燃機関の排気系の空燃比制御を確実に安定
した収束性でもって高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空燃比制御装置の第１実施例の構成を
示すブロック線図。
【図２】図１の空燃比制御装置により制御する内燃機関
の構成をモデル化して示したブロック線図。
【図３】図１の空燃比制御装置の作動を説明するための
フローチャート。
【図４】図１は空燃比制御装置の関するシミュレーショ
ン結果を示す線図である。
【図５】本発明の空燃比制御装置の第２実施例の構成を
示すブロック線図。
【図６】図５の空燃比制御装置の作動を説明するための
フローチャート。
【符号の説明】 １…内燃機関、２，１９，２０…空燃比検出手段、４…
燃料供給制御手段、１０，２２…フィードバック制御手
段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/14 310 F02D 41/14 330 F02D 45/00 324 G05B 13/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手
    段と、その検出空燃比に基づき内燃機関への燃料供給を
    制御する燃料供給制御手段とを備えた内燃機関の空燃比
    制御装置において、 前記燃料供給制御手段は少なくとも検出空燃比を状態量
    とし、該状態量と目標空燃比との偏差に基づいて構成さ
    れる超平面によるスライディングモード制御を用いて前
    記検出空燃比が目標空燃比に一致する様に前記内燃機関
    の燃料供給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】内燃機関の排気系に排気ガスを浄化する触
    媒装置を設けると共に、該触媒装置の上流側と下流側と
    にそれぞれ空燃比検出手段を設け、その両空燃比検出手
    段の検出空燃比に基づき内燃機関への燃料供給を制御す
    る燃料供給制御手段を備えた内燃機関の空燃比制御装置
    において、 前記燃料供給制御手段は、 前記触媒装置の下流側の空燃
    比検出手段の検出空燃比が該触媒装置の下流側の目標空
    燃比に一致するように該触媒装置の上流側の目標空燃比
    をスライディングモード制御を用いて求める第１フィー
    ドバック制御手段と、前記触媒装置の上流側の空燃比検
    出手段の検出空燃比が該第１フィードバック制御手段に
    より求められた前記触媒装置の上流側の目標空燃比に一
    致するように前記内燃機関の燃料供給をフィードバック
    制御する第２フィードバック制御手段とを備え、前記ス
    ライディングモード制御は、少なくとも前記触媒装置の
    下流側の空燃比検出手段の検出空燃比を状態量とし、該
    状態量と前記触媒装置の下流側の目標空燃比との偏差に
    基づいて構成される超平面によるスライディングモード
    制御であることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
    置。
  3. 【請求項３】前記第２フィードバック制御手段はスライ
    ディングモード制御を用いて前記内燃機関の燃料供給を
    フィードバック制御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。
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