JP3729295B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に適応制御理論を応用したフィードバック制御により、機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
適応制御理論に基づく、漸化式形式のパラメータ調整機構を備える適応制御器を用いて、機関排気系に設けられた空燃比センサの出力に応じて適応補正係数を算出し、これにより機関に供給する燃料量を補正して空燃比をフィードバック制御するようにした空燃比制御装置は、従来より知られている(例えば特開平7−247886号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置では、適応補正係数は全気筒共通のものを使用しているため、気筒毎の特性の違いに対応した制御を行うことができなかった。そこで、気筒毎に適応補正係数を設定することとしても、上記従来の装置では、機関の排気系集合部に設けられた空燃比センサの検出信号をパラメータ調整機構に入力し、適応パラメータの調整を行っているため、以下のような問題があった。
【0004】
すなわち、制御対象である機関は、厳密には気筒毎にその特性が異なっているので、上記空燃比センサの検出信号に基づいて適応パラメータの調整を行うと、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適切に反映されない。そのため、空燃比の制御性能の点で改善の余地が残されていた。
【0005】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、適応制御器における適応パラメータの演算を適切に行い、空燃比の制御性能を向上させた空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため発明は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて漸化式形式の制御器を用いて前記機関に供給する混合気の空燃比を目標値に収束させるように前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御するフィードバック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、前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに基づいてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、前記空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段を備え、前記漸化式形式の制御器は、その制御に使用する適応パラメータを調整するパラメータ調整手段を有し、該パラメータ調整手段は、前記気筒別空燃比推定手段によって推定された各気筒の空燃比を用いて前記適応パラメータの調整を行い、前記調整された適応パラメータが入力された前記漸化式形式の制御器は適応補正係数を算出し、前記フィードバック制御手段は、前記算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方を選択することを特徴とする。
さらに、前記フィードバック制御手段は、前記高応答フィードバック処理において、前記適応補正係数に基づいて前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御することが望ましい。
【0007】
請求項1記載の空燃比制御装置によれば、推定した気筒別の空燃比を用いて適応パラメータの調整が行われ、該適応パラメータから算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方が選択される。
請求項2記載の空燃比制御装置によれば、高応答フィードバック処理において、適応補正係数に基づいて機関に供給する燃料量がフィードバック制御される。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0009】
図1は本発明の実施の一形態にかかる内燃機関(以下「エンジン」という)及びその制御装置の構成を示す図である。同図中、1は4気筒のエンジンである。
【0010】
エンジン1の吸気管2は分岐部(吸気マニホルド)11を介してエンジン1の各気筒の燃焼室に連通する。吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されている。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)センサ4が連結されており、スロットル弁開度θTHに応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット(以下「ECU」という)5に供給する。吸気管2には、スロットル弁3をバイパスする補助空気通路6が設けられており、該通路6の途中には補助空気量制御弁7が配されている。補助空気量制御弁7は、ECU5に接続されており、ECU5によりその開弁量が制御される。
【0011】
吸気管2のスロットル弁3の上流側には吸気温(TA)センサ8が装着されており、その検出信号がECU5に供給される。吸気管2のスロットル弁3と吸気マニホルド11の間には、チャンバ9が設けられており、チャンバ9には吸気管内絶対圧(PBA)センサ10が取り付けられている。PBAセンサ10の検出信号はECU5に供給される。
【0012】
エンジン1の本体にはエンジン水温(TW)センサ13が装着されており、その検出信号がECU5に供給される。ECU5には、エンジン1のクランク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位置センサ14が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位置センサ14は、エンジン1の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス(以下「CYL信号パルス」という)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角180度毎に)TDC信号パルスを出力するTDCセンサ及びTDC信号パルスより短い一定クランク角周期(例えば30度周期)で1パルス(以下「CRK信号パルス」という)を発生するCRKセンサから成り、CYL信号パルス、TDC信号パルス及びCRK信号パルスがECU5に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数NEの検出に使用される。
【0013】
吸気マニホルド11の吸気弁の少し上流側には、各気筒毎に燃料噴射弁12が設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているとともにECU5に電気的に接続されて、ECU5からの信号により燃料噴射時期及び燃料噴射時間(開弁時間)が制御される。エンジン1の点火プラグ(図示せず)もECU5に電気的に接続されており、ECU5により点火時期θIGが制御される。
【0014】
排気管16は分岐部(排気マニホルド)15を介してエンジン1の燃焼室に接続されている。排気管16には分岐部15が集合する部分の直ぐ下流側に、広域空燃比センサ(以下「LAFセンサ」という)17が設けられている。さらにLAFセンサ17の下流側には直下三元触媒19及び床下三元触媒20が配されており、またこれらの三元触媒19及び20の間には酸素濃度センサ(以下「O2センサ」という)18が装着されている。三元触媒19、20は、排気ガス中のHC,CO,NOx等の浄化を行う。
【0015】
LAFセンサ17は、ローパスフィルタ22を介してECU5に接続されており、排気ガス中の酸素濃度(空燃比)に略比例した電気信号を出力し、その電気信号をECU5に供給する。O2センサ18は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。O2センサ18は、ローパスフィルタ23を介してECU5に接続されており、その検出信号はECU5に供給される。
【0016】
また、エンジン1と車輪(図示せず)との間には流体クラッチ等からなる自動変速機(図示せず)が介装され、シフトレバー(図示せず)を操作することによってPレンジ、Nレンジ或いはDレンジ等シフトポジションの変更が可能とされている。
【0017】
また、自動変速機にはシフトポジション(SPN)センサ70が取り付けられ、該SPNセンサ70により自動変速機のシフトポジションが検出されてその出力信号がECU5に供給される。
【0018】
また、エンジン1が搭載された車両の駆動輪速度及び従動輪速度を検出する車輪速センサ(図示せず)が設けられており、その検出信号がECU5に供給される。ECU5は、検出した駆動輪速度及び従動輪速度に基づいて駆動輪の過剰スリップ状態を判定し、過剰スリップ状態を検出したときは、空燃比のリーン化若しくは一部の気筒への燃料供給を停止する制御、又は点火時期を遅角させる制御(トラクション制御)を行う。
【0019】
エンジン1は、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの2段階に切換可能なバルブタイミング切換機構60を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は2つの吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【0020】
バルブタイミング切換機構60は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ(図示せず)がECU5接続されている。油圧センサの検出信号はECU5に供給され、ECU5は電磁弁を制御してバルブタイミングの切換制御を行う。
【0021】
また、ECU5には、大気圧を検出する大気圧(PA)センサ21が接続されており、その検出信号がECU5に供給される。
【0022】
ECU5は、上述した各種センサからの入力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機能を有する入力回路と、中央処理回路(CPU)と、該CPUで実行される各種演算プログラムや後述する各種マップ及び演算結果等を記憶するROM及びRAMからなる記憶回路と、燃料噴射弁12等の各種電磁弁や点火プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。
【0023】
ECU5は、上述の各種エンジン運転パラメータ信号に基づいて、LAFセンサ17及びO2センサ18の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式1により燃料噴射弁12の燃料噴射時間TOUTを演算し、この演算結果に基づいて燃料噴射弁12を駆動する信号を出力する。
【0024】
【数1】
図2は上記数式1による燃料噴射時間TOUTの算出手法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照して本実施の形態における燃料噴射時間TOUTの算出手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、これは噴射される燃料量に対応するので、TOUTを燃料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。
【0025】
図2においてブロックB1は、吸入空気量に対応した基本燃料量TIMFを算出する。この基本燃料量TIMFは、基本的にはエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されるが、スロットル弁3からエンジン1の燃焼室に至る吸気系をモデル化し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パラメータとしてスロットル弁開度θTH及び大気圧PAをさらに用いる。
【0026】
ブロックB2〜B8は乗算ブロックであり、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。これらのブロックにより、上記数式1の演算が行われ、ブロックB5〜B8の出力として、気筒毎の燃料噴射量TOUT(N)が得られる。
【0027】
ブロックB9は、エンジン水温TWに応じて設定されるエンジン水温補正係数KTW,排気還流実行中に排気還流量に応じて設定されるEGR補正係数KEGR,蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ燃料量に応じて設定されるパージ補正係数KPUG等のフィードフォワード系補正係数をすべて乗算することにより、補正係数KTOTALを算出し、ブロックB2に入力する。
【0028】
ブロックB21は、エンジン回転数NE、吸気管内絶対圧PBA等に応じて目標空燃比係数KCMDを決定し、ブロック22に入力する。目標空燃比係数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、目標当量比ともいう。ブロックB22は、ローパスフィルタ23を介して入力されるO2センサ出力VMO2に基づいて目標空燃比係数KCMDを修正し、ブロックB18、B19及びB23に入力する。ブロックB23は、KCMD値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比係数KCMDMを算出し、ブロックB3に入力する。
【0029】
ブロックB10は、ローパスフィルタ22を介して入力されるLAFセンサ出力値を、CRK信号パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値を選択し(LAFセンサ出力選択処理)、ブロックB11に入力するとともにローパスフィルタブロックB16及びB17を介してブロックB18及びB19に入力する。このLAFセンサ出力選択処理は、サンプリングのタイミングによっては変化する空燃比を正確に検出できないこと、燃焼室から排出される排気ガスがLAFセンサ17に到達するまでの時間やLAFセンサ自体の反応時間がエンジン運転状態によって変化することを考慮したものである。
【0030】
ブロックB11は、いわゆるオブザーバとしての機能を有し、LAFセンサ17によって検出される集合部(各気筒から排出された排気ガスの混合ガス)の空燃比に基づいて、各気筒毎の空燃比を推定し、4つの気筒に対応しているブロックB12〜B15及びブロックB19に入力する。図2においては、ブロックB12が気筒#1に対応し、ブロックB13が気筒#2に対応し、ブロックB14が気筒#3に対応し、ブロックB15が気筒#4に対応する。ブロックB12〜B15は、各気筒の空燃比(オブザーバブロックB11が推定した空燃比)が、集合部空燃比に一致するようにPID制御により気筒別補正係数KOBSV#N(N=1〜4)を算出し、それぞれブロックB5〜B8に入力する。
【0031】
ブロックB18は、検出空燃比と目標空燃比との偏差に応じてPID制御によりPID補正係数KLAFを算出してブロックB20に入力する。ブロックB19は、LAFセンサ17の検出空燃比及びオブザーバブロックB11が推定した各気筒の空燃比に基づいて適応制御(Self Tuning Regulation)により適応補正係数KSTRを算出してブロックB20に入力する。この適応制御は、目標空燃比係数KCMD(KCMDM)を基本燃料量TIMFに乗算するだけでは、エンジンの応答遅れがあるため目標空燃比がなまされた検出空燃比になってしまうため、これを動的に補償し、外乱に対するロバスト性を向上させるために導入したものである。
【0032】
ブロックB20は、入力されるPID補正係数KLAF及び適応補正係数KSTRのいずれか一方をエンジン運転状態に応じて選択し、フィードバック補正係数KFBとしてブロックB4に入力する。これは、エンジン運転状態によっては、適応制御ではなく従来のPID制御によって算出したKLAF値を用いた方がよいことを考慮したものである。
【0033】
以上のように本実施の形態では、LAFセンサ17の出力の応じて通常のPID制御により算出したPID補正係数KLAFと、適応制御により算出した適応補正係数KSTRとを切り換えて、補正係数KFBとして上記数式1に適用して、燃料噴射量TOUTを算出している。適応補正係数KSTRにより、検出される空燃比変化に対する追従性及び外乱に対するロバスト性を向上させ、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において良好な排気ガス特性を得ることができる。またLAFセンサ出力に基づいて推定した各気筒の空燃比に応じて設定される気筒別補正係数KOBSV#Nをさらに上記数式1に適用して、気筒毎の燃料噴射量TOUT(N)を算出している。気筒別補正係数KOBSV#Nにより気筒毎の空燃比のばらつきを解消して、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において良好な排気ガス特性を得ることができる。
【0034】
本実施の形態では、上述した図2の各ブロックの機能は、ECU5のCPUによる演算処理により実現されるので、この処理のフローチャートを参照して処理の内容を具体的に説明する。
【0035】
図3は、LAFセンサ17の出力に応じて、PID補正係数KLAF及び適応補正係数KSTRを算出し、最終的にフィードバック補正係数KFBを算出するとともにLAFセンサ17の出力に応じて気筒別補正係数KOBSVを算出する処理のフローチャートである。本処理はTDC信号パルスの発生毎に実行される。
【0036】
ステップS1では、始動モードか否か、すなわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのときは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなければ、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD及び最終目標空燃比係数KCMDMの算出(ステップS2)及びLAFセンサ出力選択処理を行う(ステップS3)とともに検出当量比KACTの演算を行う(ステップS4)。検出当量比KACTは、LAFセンサ17の出力を当量比に変換したものである。
【0037】
次いでLAFセンサ17の活性化が完了したか否かの活性判別を行う(ステップS5)。これは、例えばLAFセンサ17の出力電圧とその中心電圧との差を所定値(例えば0.4V)と比較し、該差が所定値より小さいとき活性化が完了したと判別するものである。
【0038】
次にエンジン運転状態がLAFセンサ17の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域(以下「LAFフィードバック領域」という)にあるか否かの判別を行う(ステップS6)。これは、例えばLAFセンサ17の活性化が完了し、且つフュエルカット中やスロットル全開運転中でないとき、LAFフィードバック領域と判定するものである。この判別の結果、LAFフィードバック領域にないときはリセットフラグFKLAFRESETを「1」に設定し、LAFフィードバック領域にあるときは「0」とする。
【0039】
続くステップS7では、リセットフラグFKLAFRESETが「1」か否かを判別し、FKLAFRESET=1のときは、ステップS8に進んでPID補正係数KLAF、適応補正係数KSTR及びフィードバック補正係数KFBをいずれもに「1.0」に設定し、気筒別補正係数KOBSV#Nを後述する気筒別補正係数学習値KOBSV#Nstyに設定するとともに、PID制御の積分項KLAFIを「0」に設定して、本処理を終了する。また、FKLAFRESET=0のときは、気筒別空燃比補正係数KOBSV#N及びフィードバック補正係数KFBの演算を行って(ステップS9、S10))、本処理を終了する。
【0040】
図4は、図3のステップS6におけるLAFフィードバック領域判別処理のフローチャートである。
【0041】
先ずステップS121では、LAFセンサ17が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあるときはフュエルカット中であることを「1」で示すフラグFFCが「1」か否かを判別し(ステップS122)、FFC=0であるときは、スロットル弁全開中であることを「1」で示すフラグFWOTが「1」か否かを判別し(ステップS123)、FWOT=1でないときは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧VBATが所定下限値VBLOWより低いか否かを判別し(ステップS124)、VBAT≧VBLOWであるときは、理論空燃比に対応するLAFセンサ出力のずれ(LAFセンサストイキずれ)があるか否かを判別する。そして、ステップS121〜S125のいずれかの答が肯定(YES)のときは、LAFセンサ出力に基づくフィードバック制御を停止すべき旨を「1」で示すKLAFリセットフラグFKLAFRESETを「1」に設定する(ステップS132)。
【0042】
一方、ステップS121〜S125の答がすべて否定(NO)のときは、LAFセンサ出力に基づくフィードバック制御を実行可能と判定して、KLAFリセットフラグFKLAFRESETを「0」に設定する(ステップS131)。
【0043】
続くステップS133では、O2センサ18が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあるときは、エンジン水温TWが所定下限水温TWLOW(例えば0℃)より低いか否かを判別する(ステップS134)。そして、O2センサ18が不活性状態のときまたはTW<TWLOWであるときは、PID補正係数KLAFを現在値に維持すべきことを「1」で示すホールドフラグFKLAFHOLDを「1」に設定して(ステップS136)、本処理を終了する。一方、O2センサ18が活性状態にあり且つTW≧TWLOWであるときは、FKLAFHOLD=0として(ステップS135)、本処理を終了する。
【0044】
次に図3のステップS9における気筒別補正係数KOBSV#Nの算出処理について説明する。
【0045】
最初にオブザーバによる気筒別空燃比の推定手法について説明し、次に推定した気筒別空燃比に応じた気筒別補正係数KOBSV#Nの算出手法を説明する。
【0046】
排気系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のときの値を数式2のように表した。なお、燃料量(F)を操作量としたため、数式2では燃空比F/Aを用いている。
【0047】
【数2】
すなわち、集合部の燃空比は、気筒毎の過去の燃焼履歴に重みC(例えば直前に燃焼した気筒は40%、その前が30%、…など)を乗算したものの合計で表した。このモデルをブロック線図で表すと、図5のようになり、その状態方程式は数式3のようになる。
【0048】
【数3】
また、集合部の燃空比をy(k)とおくと、出力方程式は数式4のように表すことができる。
【0049】
【数4】
数式4において、u(k)は観測不可能であるため、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(すなわち、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、数式4は数式5のようになる。
【0050】
【数5】
このように設定したモデルが4気筒エンジンの排気系をよくモデル化していることは実験的に確認されている。従って、集合部A/Fから気筒別空燃比を推定する問題は、数式6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を数式7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は数式8のようになる。
【0051】
【数6】
【0052】
【数7】
【0053】
【数8】
本実施形態のモデルでは、一般的なオブザーバの構成における入力u(k)がないので、図6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式9のようになる。
【0054】
【数9】
したがって、集合部燃空比y(k)及び過去の気筒別燃空比の推定値Xハット(k)から、今回の気筒別燃空比の推定値Xハット(k)を算出することができる。
【0055】
上記数式9を用いて気筒別燃空比Xハット(k+1)を算出する場合、集合部燃空比y(k)として、検出当量比KACT(k)が適用されるが、この検出当量比KACT(k)は、LAFセンサ17の応答遅れを含んでいるのに対し、CXハット(k)(4つの気筒別燃空比の重み付け加算値)は、遅れを含んでいない。そのため、数式9を用いたのでは、LAFセンサ17の応答遅れの影響で、気筒別燃空比を正確に推定することはできない。特にエンジン回転数NEが高いときは、TDC信号パルスの発生間隔が短くなるので応答遅れの影響が大きくなる。
【0056】
そこで本実施形態では、数式10により集合部燃空比の推定値yハット(k)を算出し、これを数式11に適用することにより、気筒別燃空比の推定値Xハット(k+1)を算出するようにした。
【0057】
【数10】
【0058】
【数11】
上記数式10において、DLはLAFセンサ17の応答遅れの時定数に相当するパラメータであり、本実施形態では図7に示すDLテーブルを用いて算出される。DLテーブルは、DL値がエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて0から1.0の間の値となるように設定されている。同図において、PBA1〜3はそれぞれ例えば、660mmHg,460mmHg,260mmHgであり、適宜補間演算を行って、検出したエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じた時定数DLの算出を行う。なお、時定数DLの値は、実際の応答遅れ時間に相当する値より20%程度遅い時間に相当する値が最適であることが実験的に確認されている。
【0059】
なお、数式10及び11において、Xハット(k)の初期ベクトルは、例えば構成要素(xハット(k−3),xハット(k−2),xハット(k−1),xハット(k))の値が全て「1.0」のベクトルとし、数式10においてyハット(k−1)の初期値は「1.0」とする。
【0060】
このように、数式9におけるCXハット(k)を、LAFセンサの応答遅れを含んだ集合部燃空比の推定値yハット(k)に置き換えた数式11を用いることにより、LAFセンサの応答遅れを適切に補償して正確な気筒別空燃比の推定を行うことができる。なお、以下の説明における各気筒の推定当量比KACT#1(k)〜KACT#4(k)が、それぞれxハット(k)に相当する。
【0061】
次に推定した気筒別空燃比に基づいて気筒別補正係数KOBSV#Nを算出する手法を、図8を参照して説明する。
【0062】
先ず、数式12に示すように、集合部A/Fに対応する検出当量比KACTを全気筒の気筒別補正係数KOBSV#Nの平均値の前回演算値で除算して目標A/Fに対応する当量比としての目標値KCMDOBSV(k)を算出し、#1気筒の気筒別補正係数KOBSV#1は、その目標値KCMDOBSV(k)と#1気筒の推定当量比KACT#1(k)との偏差DKACT#1(k)(=KACT#1(k)−KCMDOBSV(k))が0となるように、PID制御により求める。
【0063】
【数12】
より具体的には、数式13により比例項KOBSVP#1、積分項KOBSVI#1及び微分項KOBSVD#1を求め、さらに数式14により気筒別補正係数KOBSV#1を算出する。
【0064】
【数13】
【0065】
【数14】
#2〜#4気筒についても同様の演算を行い、KOBSV#2〜#4を算出する。
【0066】
これにより、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PID補正係数KLAFにより、目標空燃比に収束するので、結果的にすべての気筒の空燃比を目標空燃比に収束させることができる。
【0067】
さらに、この気筒別補正係数KOBSV#Nの学習値である気筒別補正係数学習値KOBSV#Nstyを以下の式により算出し記憶する。
【0068】
ここで、Cstyは重み係数、右辺のKOBSV#Nstyは前回学習値である。
【0069】
図9は、図3のステップS9における気筒別補正係数KOBSV#N算出処理のフローチャートである。
【0070】
先ずステップS331では、LAFセンサ17のリーン劣化を検出しているか否かを判別し、検出していないときは、直ちにステップS336に進む一方、検出しているときは、目標当量比KCMDが1.0であるか否か、即ち目標空燃比が理論空燃比か否かを判別する(ステップS332)。ここで、LAFセンサのリーン劣化とは、理論空燃比よりリーン側の空燃比に対応する出力のずれが所定以上となった状態をいう。そして、KCMD=1.0であるときは、ステップS336に進む一方、KCMD≠1.0であるときは、すべての気筒の気筒別補正係数KOBSV#Nを1.0に設定して(ステップS344)、即ち気筒別空燃比フィードバック制御は行わずに本処理を終了する。ステップS336では、上述したオブザーバによる気筒別空燃比の推定処理を行い、次いでPID補正係数KLAFを現在値に維持すべきことを「1」で示すホールドフラグFKLAFHOLDが「1」か否かを判別し、FKLAFHOLD=1であるときは、直ちに本処理を終了する。
【0071】
続くステップS338では、リセットフラグFKLAFRESETが「1」か否かを判別し、FKLAFRESET=0であるときは、エンジン回転数NEが所定回転数NOBSV(例えば3500rpm)より高いか否かを判別し(ステップS339)、NE≦NOBSVであるときは、吸気管内絶対圧PBAが所定上限圧PBOBSVH(例えば650mmHg)より高いか否かを判別し(ステップS340)、PBA≦PBOBSVHであるときは、エンジン回転数NEに応じて図11に示すように設定されたPBOBSVLテーブルを検索して、下限圧PBOBSVLを決定し(ステップS341)、吸気管内絶対圧PBAが下限圧PBOBSVLより低いか否かを判別する(ステップS342)。
【0072】
以上の判別の結果、ステップS338〜S340またはS342のいずれかの答が肯定(YES)のときは、前記ステップS344に進み、気筒別空燃比フィードバック制御は行わない。一方、ステップS338〜S340及びS342の答がすべて否定(NO)のときは、エンジン運転状態が図11に斜線で示す領域にあり、気筒別空燃比フィードバック制御が実行可能と判定して、上述した手法により気筒別補正係数KOBSV#Nの演算を行って(ステップS343)、本処理を終了する。
【0073】
図10は、図9のステップS336における気筒別空燃比の推定処理のフローチャートである。
【0074】
同図において、ステップS361では、高速バルブタイミング用のオブザーバ演算(即ち気筒別空燃比の推定演算)を行い、続くステップS362では、低速バルブタイミング用のオブザーバ演算を行う。そして、現在のバルブタイミングが高速バルブタイミングか否かを判別し(ステップS363)、高速バルブタイミングのときは、高速バルブタイミング用のオブザーバ演算結果を選択し(ステップS364)、低速バルブタイミングのときは、低速バルブタイミング用のオブザーバ演算結果を選択する(ステップS365)。
【0075】
このように、現在のバルブタイミングに拘わらず、高速及び低速バルブタイミング用のオブザーバ演算をともに行い、現在のバルブタイミングに応じて、演算結果を選択するようにしたのは、気筒別空燃比の推定演算は、収束するまでに数回の演算を要するからである。これにより、バルブタイミング切換直後の気筒別空燃比の推定精度を向上させることができる。
【0076】
次に図3のステップS10におけるフィードバック補正係数KFBの算出処理を説明する。
【0077】
フィードバック補正係数KFBは、前述したようにエンジン運転状態に応じてPID補正係数KLAF又は適応補正係数KSTRに設定される。そこで、先ず図12及び図13を参照して、これらの補正係数の算出手法を説明する。
【0078】
図12は、PID補正係数KLAF算出処理のフローチャートである。
【0079】
同図のステップS301では、ホールドフラグFKLAFHOLDが「1」か否かを判別し、FKLAFHOLD=1のときは、直ちに本処理を終了し、FKLAFHOLD=0のときは、KLAFリセットフラグFKLAFRESETが「1」か否かを判別する(ステップS302)。その結果、FKLAFRESET=1のときは、ステップS303に進み、PID補正係数KLAFを1.0に設定するとともに、積分制御ゲインKI及び目標当量比KCMDと検出当量比KACTとの偏差DKAFを「0」に設定して、本処理を終了する。
【0080】
ステップS302でFKLAFRESET=0のときは、ステップS304に進み、比例制御ゲインKP、積分制御ゲインKI及び微分制御ゲインKDをエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたマップから検索する。ただし、アイドル状態のときはアイドル用のゲインを採用する。次いで、目標当量比KCMDと検出当量比KACTとの偏差DKAF(k)(=KCMD(k)−KACT(k))を算出し(ステップS305)、偏差DKAF(k)及び各制御ゲインKP,KI,KDを下記式に適用して、比例項KLAFP(k)、積分項KLAFI(k)及び微分項KLAFD(k)を算出する(ステップS306)。
【0081】
KLAFP(k)=DKAF(k)×KP
KLAFI(k)=DKAF(k)×KI+KLAFI(k−1)
KLAFD(k)=(DKAF(k)−DKAF(k−1))×KD
続くステップS307〜S310では、積分項KLAFI(k)のリミット処理を行う。すなわち、KLAFI(k)値が所定上下限値KLAFILMTH,KLAFILMTLの範囲内にあるか否かを判別し(ステップS307、S308)、KLAFI(k)>KLAFILMTHであるときは、KLAFI(k)=KLAFLMTHとし(ステップS310)、KLAFI(k)<KLAFILMTLであるときは、KLAFI(k)=KLAFILMTLとする(ステップS309)。
【0082】
続くステップS311では、下記式によりPID補正係数KLAF(k)を算出する。
【0083】
KLAF(k)=KLAFP(k)+KLAFI(k)+KLAFD(k)+1.0
次いで、KLAF(k)値が所定上限値KLAFLMTHより大きいか否かを判別し(ステップS312)、KLAF(k)>KLAFLMTHであるときは、KLAF(k)=KLAFLMTHとして(ステップS316)、本処理を終了する。
【0084】
ステップS312で、KLAF(k)≦KLAFLMTHであるときは、KLAF(k)値が所定下限値KLAFLMTLより小さいか否かを判別し(ステップS314)、KLAF(k)≧KLAFLMTLであれば直ちに本処理を終了する一方、KLAF(k)<KLAFLMTLであるときは、KLAF(k)=KLAFLMTLとして(ステップS315)、本処理を終了する。
【0085】
本処理により、検出当量比KACTが目標当量比KCMDに一致するように、PID制御によりPID補正係数KLAFが算出される。
【0086】
次に適応補正係数KSTR算出処理について、図13を参照して説明する。
【0087】
図13は、図2のブロックB19、すなわち適応制御(STR(Self Tuning Regulator))ブロックの構成を示すブロック図であり、このSTRブロックは、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD(k)と検出当量比KACT(k)とが一致するように適応補正係数KSTRを設定するSTRコントローラと、該STRコントローラで使用するパラメータを設定するパラメータ調整機構とからなる。
【0088】
本実施の形態における適応制御の調整則の一つに、ランダウらが提案したパラメータ調整則がある。この手法は、適応システムを線形ブロックと非線形ブロックとから構成される等価フィードバック系に変換し、非線形ブロックについては入出力に関するポポフの積分不等式が成立し、線形ブロックは強正実となるように調整則を決めることによって、適応システムの安定を保証する手法である。この手法は、例えば「コンピュートロール」(コロナ社刊)No.27,28頁〜41頁、ないしは「自動制御ハンドブック」(オーム社刊)703頁〜707頁に記載されているように、公知技術である。
【0089】
本実施の形態では、このランダウらの調整則を用いた。以下説明すると、ランダウらの調整則では、離散系の制御対象の伝達関数A(Z-1)/B(Z-1)の分母分子の多項式を数式15のようにおいたとき、適応パラメータθハット(k)及び適応パラメータ調整機構への入力ζ(k)は、それぞれ数式16、17のように定められる。数式16、17では、m=1、n=1、d=3の場合、即ち1次系で3制御サイクル分の無駄時間を持つプラントを例にとった。ここで、kは時刻、より具体的には制御サイクルを示す。また、数式17において、u(k)及びy(k)は、本実施形態では、それぞれ適応補正係数KSTR(k)及び気筒別推定当量比KACT#N(k)に対応する。
【0090】
【数15】
【0091】
【数16】
【0092】
【数17】
ここで、適応パラメータθハット(k)は、数式18で表される。また、数式18中のΓ(k)及びeアスタリスク(k)は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信号であり、数式19及び数式20のような漸化式で表される。
【0093】
【数18】
【0094】
【数19】
【0095】
【数20】
また数式19中のλ1(k)、λ2(k)の選び方により、種々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ1(k)=1,λ2(k)=λ(0<λ<2)とすると漸減ゲインアルゴリズム(λ=1の場合、最小自乗法)、λ1(k)=λ1(0<λ1<1)、λ2(k)=λ2(0<λ2<2)とすると、可変ゲインアルゴリズム(λ2=1の場合、重み付き最小自乗法)、λ1(k)/λ2(k)=σとおき、λ3が数式21のように表されるとき、λ1(k)=λ3とおくと固定トレースアルゴリズムとなる。また、λ1(k)=1,λ2(k)=0のとき固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式20から明らかなように、Γ(k)=Γ(k−1)となり、よってΓ(k)=Γの固定値となる。
【0096】
【数21】
ここで、図13にあっては、前記STRコントローラ(適応制御器)と適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算系の外におかれ、検出当量比KACT(k)が目標当量比KCMD(k−d’)(ここでd’はKCMDがKACTに反映されるまでの無駄時間である)に適応的に一致するように動作して適応補正係数KSTR(k)を演算する。
【0097】
このように、適応補正係数KSTR(k)及び気筒別推定当量比KACT#N(k)が求められて適応パラメータ調整機構に入力され、そこで適応パラメータθハット(k)が算出されてSTRコントローラに入力される。STRコントローラには入力として目標当量比KCMD(k)が与えられ、検出当量比KACT(k)が目標当量比KCMD(k)に一致するように漸化式を用いて適応補正係数KSTR(k)が算出される。
【0098】
適応補正係数KSTR(k)は、具体的には数式22に示すように求められる。
【0099】
【数22】
以上の説明は、制御サイクルと制御周期(TDC信号パルスの発生周期)とを一致させ、全気筒について共通の適応補正係数KSTRを使用する場合のものであるが、本実施形態では、制御サイクルを気筒数と対応させて4TDCとすることにより、気筒毎に適応補正係数KSTRを決定するようにしている。具体的には、上記数式17〜22をそれぞれ数式23〜28に置き換えて、適応補正係数KSTRを決定することにより、気筒別の適応補正係数KSTRを算出して適応制御を行っている。
【0100】
【数23】
【0101】
【数24】
【0102】
【数25】
【0103】
【数26】
【0104】
【数27】
【0105】
【数28】
なお、上記数式28におけるd’は、例えば「2」とする。
【0106】
以上のように本実施形態では、適応補正係数KSTRを気筒別に算出するとともに、適応パラメータ調整機構に入力するy(k)を、検出当量比KACT(k)ではなく気筒別推定当量比KACT#N(k)としたので、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適切に反映され、空燃比の制御性能の向上させることができる。
【0107】
次に上述のようにして算出するPID補正係数KLAFと適応補正係数KSTRとを切り換えて、すなわちPID制御と適応制御とを切り換えて、フィードバック補正係数KFBを算出する手法を説明する。
【0108】
図14は、図3のステップS10におけるフィードバック補正係数KFBの算出処理のフローチャートである。
【0109】
先ずステップS401では、図3の処理の前回実行時がオープンループ制御であったか(FKLAFRESET=1であったか)否かを判別し、オープンループ制御でなかったときは、目標当量比KCMDの変化量DKCMD(=|KCMD(k)−KCMD(k−1)|)が基準値DKCMDREFより大きいか否かを判別する(ステップS402)。そして、前回がオープンループ制御だったとき又は、前回がフィードバック制御であり且つ変化量DKCMDが基準値DKCMDREFより大きいときは、低応答のフィードバック制御を実行すべき領域(以下「低応答F/B領域」という)と判定し、カウンタCを「0」にリセットするとともに(ステップS403)、低応答のフィードバック制御処理(後述)を行い(ステップS411)、本処理を終了する。
【0110】
なお、前回がオープンループ制御であったときに、低応答F/B領域と判定するのは、例えばフュエルカット状態からの復帰時のような場合には、LAFセンサの検出遅れなどから、必ずしも検出値が真の値を示すとは限らないため、制御が不安定となる可能性があるからである。また、同様の理由で、目標当量比KCMDの変化量DKCMDが大きいとき、例えばスロットル全開増量状態から復帰したとき、リーンバーン制御から理論空燃比制御に復帰したとき等においても低応答F/B領域と判定している。
【0111】
ステップS401及びS402の答がともに否定(NO)のとき、すなわち前回もフィードバック制御であり、かつ目標当量比KCMDの変化量DKCMDが基準値DKCMDREF以下のときは、カウンタCを「1」だけインクリメントして(ステップS404)、カウンタCの値が所定値CREF(例えば5)以下か否かを判別し(ステップS405)、C≦CREFであるときは前記ステップS411を実行し、一方C>CREFであるときはステップS406へ進む。ステップS406ではF/B判別処理、すなわち高応答のフィードバック制御を実行すべき領域(以下「高応答F/B領域」という)であるか、低応答F/B領域であるかを、後述の処理により判別する。次にステップS407では、ステップS406で判別された制御領域が、高応答F/B領域であるか否かを判別し、高応答F/B領域でないときは前記ステップS411を実行し、一方高応答フィードバック制御領域であるときは高応答のフィードバック制御処理(後述)を行って適応補正係数KSTRを算出し(ステップS408)、適応補正係数KSTRと1.0との差の絶対値|KSTR(k)−1.0|が基準値KSTRREFより大きいか否かを判別し(ステップS409)、|KSTR(k)−1.0|>KSTRREFであるときは、前記ステップS411に進む一方、|KSTR(k)−1.0|≦KSTRREFであるときは、フィードバック補正係数KFBをKSTR値に設定して(ステップS410)、本処理を終了する。
【0112】
ここで、適応補正係数KSTRと1.0との差の絶対値が基準値KSTRREFより大きいときに「低応答フィードバック処理」を選択するのは、制御の安定性確保のためである。
【0113】
また、カウンタCの値がCREF値以下のときに低応答F/B領域であるとするのは、オープンループ制御からの復帰直後や目標当量比KCMDが大きく変化した直後は、燃料の燃焼が完了するまでの遅れやLAFセンサの検出遅れの影響を吸収できないからである。
【0114】
次に図14のステップS406における、空燃比フィードバック制御の応答速度を選択するための処理を説明する。図15及び16はこのフィードバック処理の判別処理のフローチャートである。
【0115】
まずステップS501で、LAFセンサ17の応答が劣化したか否かを判別し、劣化していないときはステップS502へ進む。
【0116】
次にステップS502でLAFセンサ17の異常が検出されたか否かを判別し、異常が検出されていないときはクランク角度位置センサ14(気筒判別センサ、TDCセンサ、CRKセンサ)の異常が検出されているか否かを判別し(ステップS503)、いずれのセンサの異常も検出されていないときは弁開度θTHセンサ4の異常が検出されているか否かを判別し(ステップS504)、異常が検出されていないときはバルブタイミング機構の異常が検出されているか否かを判別する(ステップS505)。
【0117】
その結果、ステップS501〜S505で劣化または異常が検出されていないときはステップS506へ進み、いずれか1つでも劣化または異常が検出されたときは低応答F/B領域であると判定して(ステップS520)、本処理を終了する。
【0118】
このように、各センサの異常時に低応答のフィードバック制御を選択するのは、空燃比制御性の悪化を防止するためである。
【0119】
次いでステップS506では、エンジン水温TWが所定水温TWSTRONより低いか否かを判別し(ステップS504)、TW≧TWSTRONであるときはエンジン水温TWが所定水温TWSTROFF(例えば100℃)以上であるか否かを判別し(ステップS507)、TW≧TWSTROFFであるときは吸気温TAが所定温度TASTROFF以上であるか否かを判別する(ステップS508)。その結果、ステップS507でTW<TWSTROFFであるとき、及びステップS507でTW≧TWSTROFFであり、かつステップS508でTA<TASTROFFであるときは、いずれもステップS509へ進んでエンジン回転数NEが所定回転数NESTRLMT以上であるか否かを判別し、NE<NESTRLMTであるときは、エンジンがアイドル状態か否かを判別し(ステップS510)、アイドル状態でないときは、トラクションコントロールシステム(TCS)の作動復帰(トラクション制御の実行終了)後の時間を計測するタイマが作動中か否かを判別する(ステップS511)。なお、このタイマはダウンカウントタイマで構成され、TCS作動中にセットされて、TCS作動から復帰した時点からカウントダウンが開始される。
【0120】
ステップS511で判別の結果、TCS作動復帰後のタイマが作動中でないときは、エンジンのフューエルカット状態から復帰した(フューエルカットを終了した)後のタイマが作動中か否かを判別する(ステップS512)。ここで、エンジンのフューエルカットは、エンジンの所定減速状態で実行され、その実行中はフューエルカットフラグFFCが「1」に設定される。なお、このタイマもダウンカウントタイマで構成され、エンジンのフューエルカット中にセットされて、フューエルカット状態から復帰した時点でカウントダウンが開始される。
【0121】
以上の判別の結果、ステップS506若しくはステップS509〜S512のいずれかの答が肯定(YES)のとき、及びステップS507とS508の答が共に肯定(YES)のときは、低応答F/B領域であると判定して(ステップS520)、本処理を終了する。また、ステップS512の答えが否定(NO)のときはステップS550に進む。
【0122】
ステップS550では、エンジンが失火しているか否かの判断を行う。失火の判断の方法としては、例えば、本出願人により出願されている特開平6−146998などにより公知である、エンジンの回転変動が所定値を越えた場合にエンジンに失火が発生していると判断する方法がある。ステップS550でエンジンが失火しているときは前記ステップS520へ進む一方、失火していないときはステップS513へ進む。
【0123】
ステップS513では、バルブタイミングの高速用/低速用の切換指示があったか否かを判別し、切換指示がないときは、エンジンの点火時期を大量に遅角(リタード)させる制御を実行したか否かを判別し(ステップS514)、実行していないときはステップS516へ進む。前記ステップS513,S514のいずれかで、その答えが肯定(YES)であるときはダウンカウントタイマtmKCMDCHNGに所定期間TCHNGをセットしてスタートさせ(ステップS515)、低応答F/B領域と判定する。ここで所定期間TCHNGは、バルブタイミング切換指令が有った後、あるいは大量の点火時期遅角制御を実行した後に、燃焼状態が安定するのに十分な期間に設定する。
【0124】
ステップS516ではこのダウンカウントタイマtmKCMDCHNGの値が0に達していないか否かを判別し、未だ0に達していないときは低応答F/B領域であると判定し(ステップS520)、一方、0に達しているときは検出当量比KACTが所定上下限値KACTLMTH(例えば1.01)、KACTLMTL(例えば0.99)の範囲内にあるか否かを判別し(ステップS517,S518)、KACT<KACTLMTL又はKACT>KACTLMTHであるときは、前記ステップS520に進み、一方、KACTLMTL≦KACT≦KACTLMTHであるときは、高応答F/B領域と判定して(ステップS519)、本処理を終了する。
【0125】
ステップS517,S518により、低応答フィードバック制御から高応答フィードバック制御への切換は、検出当量比KACTが1.0付近の値のときに行われ、切換を滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保することができる。ここで、ステップS506〜S516の各判別の結果によっては、低応答フィードバック制御を選択することとした理由は、以下の通りである。
【0126】
まず、低水温時(TW<TWSTRON)は、燃料の霧化悪化や機関のフリクション増大により燃焼が安定せず、失火などを生じるおそれがあり、安定した検出当量比KACTを得られないからである。また、エンジン水温が高温(TW≧TWSTROFF)で、かつ高吸気温時(TA≧TASTROFF)は、燃料供給ライン中のベーパロック発生により、燃料噴射弁6による実噴射量が減少するおそれがあるからである。さらに、高回転時(NE≧NESTRLMT)は、ECUの演算時間が不足しがちであるとともに、燃焼も安定しないからである。
【0127】
また、エンジンのアイドル時は、運転状態がほぼ安定しており、高応答のフィードバック制御を必要としないからである。さらに、駆動輪スリップ回避のためのトルク減少を目的としたトラクション制御の実行による一時的な点火時期の遅角制御又はフューエルカット制御から復帰した後、所定期間は一時的に燃焼状態が不安定になり、高応答のフィードバック制御ではかえって空燃比変動を大きくしてしまうおそれがあるからである。なお、フューエルカット復帰後所定期間も同様の理由により、低応答のフィードバック制御を選択する。同様にエンジンが失火している場合には明らかに燃焼状態が不安定であるため、低応答のフィードバック制御を選択する。さらに、バルブタイミング切換後所定期間TCHNG内はバルブタイミング切換による吸排気弁の開弁時間の変化によって燃焼状態が急激に変化するからである。また、大量に点火時期が遅角された後所定期間TCHNG内は、燃焼状態が安定せず、安定した検出当量比KACTを期待できないからである。
【0128】
ここで大量の点火時期の遅角制御を実行する場合として、上記トラクション制御以外に、自動変速機の変速時のトルクショック低減制御、エンジン高負荷時のノッキング回避制御、エンジン始動後の触媒温度の早期上昇等を目的とした点火時期制御を実行する場合等が挙げられる。
【0129】
次に本実施例に係る高応答/低応答フィードバック制御について説明する。
【0130】
図17は、図14のステップS408における高応答フィードバック制御処理のフローチャートである。まずステップS601で、適応補正係数KSTRによるフィードバック制御を実行すべき領域(以下「適応制御領域」という)であることを「1」で示すフラグFKSTRが前回「0」であったか否かを判別する。その結果、前回がFKSTR=1であるときは直ちにステップS603に進み、前述した手法により適応補正係数KSTRを算出してフラグFKSTRを「1」にセットし、本処理を終了する。
【0131】
一方、前回がFKSTR=0であったときは、適応パラメータ(ゲインを決定するスカラ量)b0を、PID補正係数の前回値KLAF(k−1)で除算した値に置き換えて(ステップS602)、ステップS603以下を実行する。
【0132】
ステップS602で、適応パラメータb0をb0/KLAF(k−1)に置き換えることにより、PID制御から適応制御への切換をより滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保することができる。これは、以下のような理由による。前記数式28のb0をb0/KLAF(k−1)に置き換えると、数式29の第1式に示すようになるが、第1式の第1項はPID制御実行中はKSTR(k)=1としているので、1となる。従って、適応制御開始当初のKSTR(k)値は、KLAF(k−1)に等しくなり、補正係数値が滑らかに切り換えられることになる。
【0133】
【数29】
図18は、図14のステップS411における低応答フィードバック制御処理のフローチャートである。ステップS621で前回フラグFKSTRが「1」にセットされているか否かを判別する。その結果、前回がFKSTR=0であったときは、直ちに前述した図12の処理によりPID補正係数KLAFを算出し(ステップS623)、フラグFKSTRを「0」にセットして(ステップS624)、フィードバック補正係数KFBをステップS623で算出したPID補正係数KLAF(k)に設定して(ステップS625)、本処理を終了する。
【0134】
一方、前回はFKSTR=1であったときは、PID制御の積分項の前回値kALFI(k−1)を、適応補正係数の前回値KSTR(k−1)に設定して(ステップS622)、ステップS623以下を実行する。
【0135】
ここで、適応制御からPID制御への切換時(前回FKSTR=1で今回が低応答F/B領域であるとき)は、PID制御の積分項KLAFIが急変する可能性があるため、ステップS622により、KLAF(k−1)=KSTR(k−1)としている。これにより、適応補正係数KSTR(k−1)とPID補正係数KLAF(k)との差を小さくとどめ、切換を滑らかにして制御の安定性を確保することができる。
【0136】
図14〜18の処理によれば、少なくともエンジンの燃焼状態が非定常状態である期間は、適応制御からPID制御に空燃比フィードバック制御が切換わるので、燃焼非定常状態においても、空燃比制御の十分な正確性及び安定性を確保し、良好な運転性及び排気ガス特性を維持することができる。
【0137】
なお、上述した実施形態では、漸化式形式の制御器としてSTRを例にとって説明したが、MRACS(モデル規範型適応制御)を用いてもよい。
【0138】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、推定した気筒別の空燃比を用いて適応パラメータの調整が行われ、該適応パラメータから算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方が選択されるので、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適切に反映され、空燃比の制御性能を向上させることができると共に、空燃比の制御の安定性を確保できる。
また、高応答フィードバック処理において、適応補正係数に基づいて機関に供給する燃料量がフィードバック制御されるので、エンジンの応答遅れを動的に補償し、外乱に対するロバスト性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図2】本実施形態における空燃比制御手法を説明するための機能ブロック図である。
【図3】LAFセンサ出力に基づいて空燃比補正係数を算出する処理のフローチャートである。
【図4】LAFフィードバック領域判別処理のフローチャートである。
【図5】内燃機関の排気系の挙動を示すモデルのブロック図である。
【図6】本実施形態におけるオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図7】LAFセンサの応答遅れ時定数(DL)を設定するためのテーブルを示す図である。
【図8】気筒別空燃比フィードバック制御を説明するためのブロック図である。
【図9】気筒別補正係数(KOBSV#N)を算出する処理のフローチャートである。
【図10】気筒別空燃比推定処理のフローチャートである。
【図11】気筒別空燃比フィードバック制御を実行する運転領域を示す図である。
【図12】PID補正係数(KLAF)算出処理のフローチャートである。
【図13】適応補正係数(KSTR)の算出処理を説明するためのブロック図である。
【図14】フィードバック補正係数(KFB)の算出処理のフローチャートである。
【図15】フィードバック処理判別処理のフローチャートである。
【図16】フィードバック処理判別処理のフローチャートである。
【図17】高応答フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【図18】低応答フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 内燃機関(本体)
2 吸気管
5 電子コントロールユニット(ECU)
12 燃料噴射弁
16 排気管
17 広域空燃比センサ
18 酸素濃度センサ
Claims (2)
- 内燃機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて漸化式形式の制御器を用いて前記機関に供給する混合気の空燃比を目標値に収束させるように前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御するフィードバック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、
前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに基づいてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、前記空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段を備え、
前記漸化式形式の制御器は、その制御に使用する適応パラメータを調整するパラメータ調整手段を有し、該パラメータ調整手段は、前記気筒別空燃比推定手段によって推定された各気筒の空燃比を用いて前記適応パラメータの調整を行い、前記調整された適応パラメータが入力された前記漸化式形式の制御器は適応補正係数を算出し、
前記フィードバック制御手段は、前記算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方を選択することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記フィードバック制御手段は、前記高応答フィードバック処理において、前記適応補正係数に基づいて前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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