JP3848395B2

JP3848395B2 - Fuel injection control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3848395B2
Application number: JP06370296A
Authority: JP
Inventors: 秀隆牧; 修介赤崎; 要一西村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-02-25
Filing date: 1996-02-26
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2016-02-26
Also published as: JPH08291748A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射制御ないし空燃比制御においては一般にＰＩＤ制御則が用いられ、目標値と操作量（制御対象出力）との偏差にＰ項（比例項）、Ｉ項（積分項）およびＤ項（微分項）を乗じてフィードバック補正係数（フィードバックゲイン）を求めているが、近時は、例えば特開平４−２０９９４０号公報記載のの技術の如く、現代制御理論を用いてフィードバック補正係数を求めることも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、適応制御則のような現代制御理論を用い、供給燃料量を操作量として空燃比ないしは燃料量が目標値に一致するようにフィードバック制御する際にオープンループ制御域からフィードバック制御域に突入した場合、適応制御器の内部変数を適正に設定しないと、所期の収束速度を得ることができず、空燃比のスパイクなどを生じて制御の安定性が失われる。
【０００４】
従って、この発明の目的は、オープンループ制御域からフィードバック制御域に突入した場合に、適応制御器の内部変数を適正に設定して制御の収束性と安定性とを向上させるようにした内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１項にあっては、内燃機関の排気する排気空燃比を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関の供給燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、所定周期ごとに複数の制御要素からなる適応パラメータを調整するパラメータ調整機構を有すると共に、前記供給燃料量を操作量として前記検出された排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記パラメータ調整機構で調整された適応パラメータを用いてフィードバック補正係数を算出する適応制御器を備えたフィードバック補正係数算出手段と、検出された運転状態に応じてフィードバック制御を行う領域か否かを判別する判別手段と、およびフィードバック制御を行う領域と判別されるとき、前記フィードバック補正係数に基づいて前記供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段とを備えると共に、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外から前記フィードバック制御を行う領域に移行したとき、検出された運転状態に応じて定められた領域ごとに、前記適応制御器のパラメータ調整機構が調整する複数の制御要素からなる適応パラメータを含む前記適応制御器の内部変数を設定する如く構成した。
【０００７】
請求項２項にあっては、前記設定される適応制御器の内部変数は、前記フィードバック補正係数の過去値を含む如く構成した。
【０００８】
請求項３項にあっては、前記設定される適応制御器の内部変数は、適応パラメータの適応速度を決定するゲイン行列の過去値を含む如く構成した。
【０００９】
請求項４項にあっては、前記設定される適応制御器の内部変数は、フィードバック制御実行中に前記検出された運転状態に応じて定められた領域ごとに更新される如く構成した。
【００１０】
請求項５項にあっては、前記検出された運転状態に応じて定められた領域は、アイドル域、目標空燃比が理論空燃比である制御域、目標空燃比がリッチである制御域および目標空燃比がリーンである制御域のいずれか１つを含む如く構成した。
【００１１】
【作用】
請求項１項にあっては、所定周期ごとに複数の制御要素からなる適応パラメータを調整するパラメータ調整機構を有すると共に、供給燃料量を操作量として前記検出された排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記パラメータ調整機構で調整された適応パラメータを用いてフィードバック補正係数を算出する適応制御器を備えたフィードバック補正係数算出手段と、検出された運転状態に応じてフィードバック制御を行う領域か否かを判別する判別手段と、およびフィードバック制御を行う領域と判別されるとき、前記フィードバック補正係数に基づいて前記供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段とを備えると共に、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外から前記フィードバック制御を行う領域に移行したとき、検出された運転状態に応じて定められた領域ごとに、前記適応制御器のパラメータ調整機構が調整する複数の制御要素からなる適応パラメータを含む前記適応制御器の内部変数を設定する如く構成したので、オープンループ制御域からフィードバック制御域に突入した場合、適応制御器の内部変数を適正に設定して制御の収束性を早めると共に、安定性を向上させることができる。また、フィードバック補正係数の算出に影響の大きい適応パラメータが運転状態に応じて適正に設定されるため、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性が向上する。
【００１３】
請求項２項にあっては、前記設定される適応制御器の内部変数は、前記フィードバック補正係数の過去値を含む如く構成したので、運転状態に応じた適正なフィードバック補正係数の過去値が設定されるため、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００１４】
請求項３項にあっては、前記設定される適応制御器の内部変数は、適応パラメータの適応速度を決定するゲイン行列の過去値を含む如く構成したので、運転状態に応じたゲイン行列を適正に設定することができ、適応制御器の内部変数を適正に設定することができて空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００１５】
請求項４項にあっては、前記設定される適応制御器の内部変数は、フィードバック制御実行中に前記検出された運転状態に応じて定められた領域ごとに更新される如く構成したので、オープンループ制御域からフィードバック制御域に突入した場合の制御の収束性を一層早めると共に、安定性を一層向上させることができる。と同時に、機関や空燃比センサなどが劣化したような場合でも、その劣化状態に応じて適切な内部変数を設定することができるため、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００１６】
請求項５項にあっては、前記検出された運転状態に応じて定められた領域は、アイドル域、目標空燃比が理論空燃比である制御域、目標空燃比がリッチである制御域および目標空燃比がリーンである制御域のいずれか１つを含む如く構成したので、適正な内部変数を設定することができ、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１はこの発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を示す全体図である。
【００１９】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関を示しており、吸気管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サージタンク１８と吸気マニホルド２０を経て、２個の吸気弁（図示せず）を介して第１から第４気筒へと流入される。各気筒の吸気弁（図示せず）の付近にはインジェクタ２２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。
【００２０】
燃焼後の排気ガスは、２個の排気弁（図示せず）を介して排気マニホルド２４に排出され、排気管２６を経て触媒装置（三元触媒）２８で浄化されて機関外に排出される。上記で、スロットル弁１６はアクセルペダル（図示せず）とは機械的に切り離され、パルスモータＭを介してアクセルペダルの踏み込み量および運転状態に応じた開度に制御される。また、吸気管１２には、スロットル弁１６の配置位置付近にそれをバイパスするバイパス路３２が設けられる。
【００２１】
内燃機関１０には、排気ガスを還流路１２１を介して吸気側に還流させる排気還流機構１００が設けられると共に、吸気系と燃料タンク３６との間も接続され、キャニスタ・パージ機構２００が設けられるが、その機構は本願の要旨と直接の関連を有しないので、説明は省略する。
【００２２】
更に、内燃機関１０は、いわゆる可変バルブタイミング機構３００（図１にV/T と示す）を備える。可変バルブタイミング機構３００は例えば、特開平２−２７５，０４３号公報に記載されており、機関回転数Ｎｅおよび吸気圧力Ｐｂなどの運転状態に応じて機関のバルブタイミングV/T を２種のタイミング特性Lo V/T, Hi V/Tの間で切り換える。但し、それ自体は公知な機構なので、これ以上の説明は省略する。尚、このバルブタイミング特性の切り換えには、２個の吸気弁の一方を休止する動作を含む。
【００２３】
図１において内燃機関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４０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４２、スロットル弁１６下流の吸気圧力Ｐb を絶対圧力で検出する絶対圧センサ４４も設けられる。
【００２４】
また、内燃機関１０の適宜位置には大気圧Ｐa を検出する大気圧センサ４６が設けられ、スロットル弁１６の上流側には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４８が設けられると共に、機関の適宜位置には機関冷却水温を検出する水温センサ５０が設けられる。また、油圧を介して可変バルブタイミング機構３００の選択するバルブタイミング特性を検出するバルブタイミング（V/T ）センサ５２（図１で図示省略）も設けられる。更に、排気系において排気マニホルド２４の下流で触媒装置２８の上流側の排気系集合部には、広域空燃比センサ５４が設けられる。これらセンサ出力は、制御ユニット３４に送られる。
【００２５】
図２は制御ユニット３４の詳細を示すブロック図である。広域空燃比センサ５４の出力は検出回路６２に入力され、そこで適宜な線型化処理が行われ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検出信号を出力する（以下、この広域空燃比センサを「ＬＡＦセンサ」と呼ぶ）。
【００２６】
検出回路６２の出力は、マルチプレクサ６６およびＡ／Ｄ変換回路６８を介してＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵはＣＰＵコア７０、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７４を備え、検出回路６２の出力は所定のクランク角度（例えば１５度）ごとにＡ／Ｄ変換され、ＲＡＭ７４内のバッファの１つに順次格納される。またスロットル開度センサ４２などのアナログセンサ出力も同様にマルチプレクサ６６およびＡ／Ｄ変換回路６８を介してＣＰＵ内に取り込まれ、ＲＡＭ７４に格納される。
【００２７】
またクランク角センサ４０の出力は波形整形回路７６で波形整形された後、カウンタ７８で出力値がカウントされ、カウント値はＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵにおいてＣＰＵコア７０は、ＲＯＭ７２に格納された命令に従って後述の如く制御値を演算し、駆動回路８２を介して各気筒のインジェクタ２２を駆動する。更に、ＣＰＵコア７０は、駆動回路８４，８６，８８を介して電磁弁９０（２次空気量を調節するバイパス路３２の開閉）、および排気還流制御用電磁弁１２２ならびにキャニスタ・パージ制御用電磁弁２２５を駆動する。
【００２８】
図３はこの発明に係る制御装置の動作を示すフロー・チャートである。尚、図３のプログラムは所定クランク角度で起動される。
【００２９】
図示の装置にあっては図４ブロック図に示す如く、供給燃料量（図に基本噴射量Ｔimと示す）を操作量として検出された排気空燃比（図にKACT(k) と示す）が目標空燃比（図にKCMD(k) と示す）に一致するように漸化式形式の制御則（ＳＴＲ型の適応制御器。図にＳＴＲコントローラと示す）を用いてフィードバック補正係数（図にKSTR(k) と示す）を算出する手段を設けた。尚、演算を容易にするために、検出空燃比KACTも目標空燃比KCMDも、実際には、当量比、即ち、Ｍst／Ｍ＝１／λで示している（Ｍst：理論空燃比、Ｍ＝Ａ／Ｆ（Ａ：空気消費量、Ｆ：燃料消費量）、λ：空気過剰率）。
【００３０】
以下説明すると、先ずＳ１０において検出した機関回転数Ｎｅおよび吸気圧力Ｐb などを読み出し、Ｓ１２に進んでクランキングか否か判断し、否定されるときはＳ１４に進んでフューエルカットか否か判断する。フューエルカットは、所定の運転状態、例えばスロットル弁開度が全閉位置にあり、かつ機関回転数が所定値以上であるときに行われ、燃料供給が停止されて噴射量はオープンループで制御される。
【００３１】
Ｓ１４でフューエルカットではないと判断されたときはＳ１６に進み、検出した機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとからマップを検索して基本燃料噴射量Ｔimを算出する。次いでＳ１８に進んでＬＡＦセンサ５４の活性化が完了したか否か判定する。これは例えば、ＬＡＦセンサ５４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、差が所定値より小さいとき活性化が完了したと判定することで行う。
【００３２】
活性化が完了したと判断されるときはＳ２０に進み、ＬＡＦセンサ検出値（センサ出力）を読み込み、Ｓ２２に進んで検出値から検出空燃比KACT(k)(ｋ：離散系のサンプル時刻）を演算する。次いでＳ２４に進んでフィードバック補正係数KFB を演算する。
【００３３】
図５はその作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【００３４】
以下説明すると、Ｓ１００でフィードバック制御領域か否か判断する。これは図示しない別ルーチンで行われ、例えば全開増量時や高回転時、または排気還流機構が動作して運転状態が急変したときなどはオープンループで制御される。
【００３５】
そしてＳ１００で肯定されるときはＳ１０２に進んで前回、即ち、図３フロー・チャートに示すプログラムの前回起動時（前回制御周期）もフィードバック制御領域であったか否か判断し、肯定されるときはＳ１０４に進んで適応制御則に基づくフィードバック補正係数KSTR（以下この補正係数を「適応補正係数」と言う）を演算する。
【００３６】
以下これについて説明すると、先に図４に示した適応制御器は、本出願人が先に提案した適応制御技術を前提とする。それはＳＴＲ（セルフチューニングレギュレータ）コントローラからなる適応制御器とその適応（制御）パラメータ（ベクトル）を調整する適応（制御）パラメータ調整機構とからなり、ＳＴＲコントローラは、燃料噴射量制御のフィードバック系の目標値と制御量（プラント出力）を入力し、適応パラメータ調整機構によって同定された係数ベクトルを受け取って出力を算出する。
【００３７】
このような適応制御において、適応制御の調整則（機構）の一つに、Ｉ．Ｄ．ランダウらの提案したパラメータ調整則がある。この手法は、適応制御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、適応制御システムの安定を保証する手法である。即ち、ランダウらの提案したパラメータ調整則においては、漸化式形式で表される調整則（適応則）が、上記したポポフの超安定論ないしはリヤプノフの直接法の少なくともいづれかを用いることでその安定性を保証している。
【００３８】
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、" A Survey of Model Reference Adaptive Techniques - Theory and Ap-plications" I.D. LANDAU 「Automatica」Vol. 10, pp. 353-379, 1974、"Uni- fication of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive ControlDesigns" I.D.LANDAU ほか「Automatica」Vol. 17, No. 4, pp. 593-611, 1981 、および" Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" I.D. LANDAU 「Automatica」Vol. 18, No. 1, pp. 77-84, 1982 に記載されているように、公知技術となっている。
【００３９】
図示例の適応制御技術では、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Ｂ(Z^-1)/Ａ(Z^-1) の分母分子の多項式を数１および数２のようにおいたとき、パラメータ調整機構が同定する適応パラメータθハット(k) は、数３のようにベクトル（転置ベクトル）で示される。またパラメータ調整機構への入力ζ(k) は、数４のように定められる。ここでは、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。
【００４０】
【数１】

【００４１】
【数２】

【００４２】
【数３】

【００４３】
【数４】

【００４４】
ここで、数３に示される適応パラメータθハットは、ゲインを決定するスカラ量ｂ0 ハット^-1(k) 、操作量を用いて表現される制御要素ＢR ハット(Z^-1, k)および制御量を用いて表現される制御要素Ｓハット（Z ^-1, k)からなり、それぞれ数５から数７のように表される。
【００４５】
【数５】

【００４６】
【数６】

【００４７】
【数７】

【００４８】
パラメータ調整機構はこれらのスカラ量や制御要素の各係数を同定・推定し、前記した数３に示す適応パラメータθハットとして、ＳＴＲコントローラに送る。パラメータ調整機構は、プラントの操作量ｕ（ｉ）および制御量ｙ（ｊ）（ｉ，ｊは過去値を含む）を用いて目標値と制御量との偏差が零となるように適応パラメータθハットを算出する。適応パラメータθハット(k) は、具体的には数８のように計算される。数８で、Γ(k) は適応パラメータの同定・推定速度を決定するゲイン行列（ｍ＋ｎ＋ｄ次）、ｅアスタリスク(k) は同定・推定誤差を示す信号、それぞれ数９および数１０のような漸化式で表される。尚、数１０においてＤ（ｚ^-1）は設計者が与える所望の漸近安定な多項式であり、この例では１に設定した。
【００４９】
【数８】

【００５０】
【数９】

【００５１】
【数１０】

【００５２】
また数９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。例えば、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の場合には最小自乗法）、λ１(k) ＝λ１（０＜λ１＜１），λ２(k) ＝λ２（０＜λ２＜λ）とすると可変ゲインアルゴリズム（λ２＝１の場合には重み付き最小自乗法）、λ１(k) ／λ２(k) ＝σとおき、λ３が数１１のように表されるとき、λ１(k) ＝λ３(k) 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９から明らかな如く、Γ(k) ＝Γ(k-1) となり、よってΓ(k) ＝Γの固定値となる。燃料噴射ないし空燃比などの時変プラントには、漸減ゲインアルゴリズム、可変ゲインアルゴリズム、固定ゲインアルゴリズム、および固定トレースアルゴリズムのいずれもが適している。尚、数１１においてtrΓ(0) はΓの初期値のトレースである。
【００５３】
【数１１】

【００５４】
ここで、図４にあっては、前記した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、検出空燃比KACT(k) が目標空燃比KCMD(k-d’) （ここでｄ’はKCMDがKACTに反映されるまでの無駄時間を示し、よって無駄時間制御周期前の目標空燃比を意味する）に適応的に一致するように動作してフィードバック補正係数KSTR(k) を演算する。即ち、ＳＴＲコントローラは、適応パラメータ調整機構によって適応的に同定された係数ベクトルθハット(k) を受け取って目標空燃比KCMD(k-d’）に一致するようにフィードバック補償器を形成する。演算されたフィードバック補正係数KSTR(k) は基本噴射量Ｔimに乗算され、補正された燃料噴射量が出力燃料噴射量Ｔout(k)として制御プラント（内燃機関）に供給される。
【００５５】
このように、適応補正係数KSTR(k) および検出空燃比KACT(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空燃比KCMD(k) が与えられ、検出空燃比KACT(k) が目標空燃比KCMD(k-d')に一致するように漸化式を用いて適応補正係数KSTR(k) を算出する。
【００５６】
適応補正係数KSTR(k) は、具体的には数１２に示すように求められる。
【００５７】
【数１２】

【００５８】
図５フロー・チャートに戻ると、次いでＳ１０６に進んで適応補正係数KSTRのマップ値の更新を行い、次いでＳ１０８に進んで適応パラメータθハット(k) のマップ値の更新を行う。これらについては後述する。次いでＳ１１０に進み、Ｓ１０４で求めた適応補正係数KSTRをフィードバック補正係数KFB とする。
【００５９】
他方、Ｓ１００でフィードバック制御領域ではないと判断されたときはＳ１１２に進んで適応補正係数KSTRを１．０としてＳ１１０に進む。フィードバック補正係数は供給燃料量に乗算されてそれを補正することから、１．０としたことは換言すれば、フィードバック制御を行わないことを意味する。
【００６０】
またＳ１０２で前回フィードバック制御領域ではなかったと判断されるときは、オープンループ制御領域からフィードバック制御領域に突入したことになるので、Ｓ１１４に進んで目標空燃比に応じて適応パラメータθハット(k-1) および適応補正係数KSTRの値をそれぞれマップ値から検索する。
【００６１】
図６は適応補正係数KSTRの、図７は適応パラメータθハットのマップ特性を示す説明図である。適応補正係数KSTRと適応パラメータθハットは前記した運転状態、より具体的には機関回転数Ｎｅと機関負荷（吸気圧力Ｐｂ）ごとに定められた領域ごとに設定されるものとする。この運転領域には、特にアイドル領域が含まれている。これは、アイドル領域が他の領域に比べ、適応パラメータθハット(k) や適応補正係数KSTRの値が大きく異なるためである。尚、図７では適応パラメータθハットを転置行列として設定する例を示したが、適応パラメータθハットをそのまま設定しても良いことは言うまでもない。
【００６２】
更に、適応パラメータθハットと適応補正係数KSTRのマップは目標空燃比KCMDによりその値が異なるため、目標空燃比別に、即ち、目標空燃比が理論空燃比の場合（KCMD＝１．０）やリーンバーン制御の場合（KCMD＝０．７）など設定すべき目標空燃比の数（ｎ個）に応じてマップを複数個（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．ｎ）用意する。また、適応パラメータθハット(k) の初期値については、今述べた領域ごとにその５個の要素が設定される。尚、これらマップ値は後述の更新に備えて、ＲＯＭ７２ではなく、ＲＡＭ７４のバックアップ部に格納する。
【００６３】
即ち、先に述べたように適応パラメータ調整機構は、ζ(k-d) 、即ち、プラント入力ｕ(k) （＝適応補正係数KSTR）およびプラント出力（＝KACT(k) ）の現在値および過去値をひとまとめにしたベクトルを入力し、その因果関係から適応パラメータθハット(k) を算出する。
【００６４】
従って、フィードバック制御領域外、即ち、適応制御領域外から適応制御を開始する場合、数８などから明らかな如く、ζ(k-d) 、θハット(k-1) 、ゲイン行列Γ(k-1) などの内部変数の過去値がないと、正しい適応補正係数KSTRを演算することができないか、最悪の場合には発振してしまう恐れがある。
【００６５】
そこで、この実施の形態においては、適応パラメータθハット(k) 、より詳しくは操作量を用いた制御要素などの要素であるｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ，ｓo ，ｂo の初期値、および適応補正係数KSTR（プラント入力）を機関の運転領域および目標空燃比ごとに予めメモリに格納しておくようにした。そして、Ｓ１１４では機関回転数Ｎｅなどから検索した値を用いて適応パラメータθハットの過去値(k-1) および中間変数の過去値ζ(k-d) とし、Ｓ１０４に進んで適応補正係数KSTRを演算する。尚、ゲイン行列Γ(k-1) は適応速度を決定するものであるので、運転状態に応じてマップなどに格納される初期値などの所定の行列値とする（図示は省略するが、マップ値としては図６の適応補正係数KSTRと同様なもので良い）。
【００６６】
更に、先にＳ１０６，Ｓ１０８で触れたように、フィードバック制御が行われるとき、目標空燃比に応じて当該運転領域のマップ値を更新する。この更新は具体的には、前回値（ないときはマップ値）との加重平均を求める、即ち、学習値を算出することで行う。
【００６７】
具体的には、例えば適応パラメータθハットのマップ値の更新を例にとれば、機関回転数Ｎｅが１０００ｒｐｍ、吸気圧力Ｐｂが４００ｍｍＨｇの領域のゲインを決定するスカラ量ｂo のマップ値をｂomapとし、フィードバック制御中に同一の運転状態で得られた値をｂo1とすると、
ｂomap＝ｂomap×Ｗ＋ｂo1×（１−Ｗ）
で求める（Ｗ：重み係数）。
【００６８】
尚、ここで、適応パラメータθハットの更新はその各要素（ｒ1 ，ｒ2 ，ｒ3 ，ｓo ，ｂo ）ごとに個別に行われる。また適応補正係数KSTRについては、KSTR(k) のみを学習し、Ｓ１１４で読み出す際に、KSTR(k-i) のそれぞれに用いるようにすれば良い。
【００６９】
上記によってオープンループ制御領域からフィードバック制御領域に突入するときに適応補正係数KSTRを適正に算出することができ、制御量がハンチングすることなく、空燃比のスパイクなどが生じることがなく、制御の安定性を向上することができる。
【００７０】
図３フロー・チャートに戻ると、次いでＳ２６に進んで基本燃料噴射量（供給燃料量）Ｔimに、目標空燃比補正係数KCMDM(目標空燃比KCMD( 当量比) に吸入空気の充填効率補正を施して得た値) と求めたフィードバック補正係数KFB と各種補正係数KTOTALとを乗算して補正すると共に、加算項TTOTALを加算して補正し、先に述べたように出力燃料噴射量Ｔout を決定し、次いでＳ２８に進んで出力燃料噴射量Ｔout を操作量としてインジェクタ２２に出力する。
【００７１】
ここで、各種補正係数KTOTALは水温補正など乗算で行う各種の補正係数の積算値を意味し、加算項TTOTALは気圧補正など加算値で行う補正係数の合計値を示す（但し、インジェクタの無効時間などは出力燃料噴射量Ｔout の出力時に別途加算されるので、これに含まれない）。
【００７２】
尚、Ｓ１８で否定されたときは空燃比がオープンループ制御となるので、Ｓ３０に進んでフィードバック補正係数KFB の値を１．０とし、Ｓ２６に進んで出力燃料噴射量Ｔout を求める。またＳ１２でクランキングと判断されたときはＳ３２に進んでクランキング時の燃料噴射量Ｔicr を検索し、Ｓ３４に進んで検索値に基づいて始動モードの式に従って出力燃料噴射量Ｔout を算出すると共に、Ｓ１４でフューエルカットと判断されたときは、Ｓ３６に進んで出力燃料噴射量Ｔout を零とする。
【００７３】
この実施の形態は上記の如く、オープンループ制御領域からフィードバック制御領域に突入するときに適応補正係数KSTRを適正に算出することができ、制御量がハンチングすることがないと共に、空燃比のスパイクなどが生じることがなく、よって制御の安定性を向上することができる。特に、フィードバック制御領域から一旦オープンループ制御領域に移行し、再びフィードバック制御領域に移行したような場合で、かつ運転状態が復帰の前後で大きく変化している状況においても、適応補正係数KSTRを的確に決定することができる。
【００７４】
また、検出値が安定したときは、高応答の適応制御則によるフィードバック補正係数を用いて目標空燃比と検出空燃比との制御偏差を一気に吸収させるべく動作させ、制御の収束性を向上させることができる。特に、実施の形態においてはフィードバック補正係数が基本値に乗算されて操作量が決定されるように制御の収束性が向上させられているので、一層好適に制御の安定性と収束性とをバランスさせることができる。
【００７５】
図８は、この発明の第２の実施の形態を示す、図７と同様の適応パラメータθハット(k) のマップ特性を示す説明図である。
【００７６】
第１の実施の形態と相違する点に焦点をおいて第２の実施の形態を説明すると、第２の実施の形態では適応パラメータθハット(k) の要素のうち、ゲインを決定するスカラ量のみマップ化するようにした。このマップも第１の実施の形態と同様、目標空燃比に応じてＮｏ．１からＮｏ．ｎまで複数個設定される。またゲインを決定するスカラ量以外の各要素は、初期値などの所定値に設定される。これにより、メモリ容量などを低減することができる。尚、５個の要素のうち、ゲインを決定するスカラ量を選択したのは、数１２からも明らかなように、適応補正係数KSTR(k) を算出するときに、これが最も重要度が高いからである。
【００７７】
尚、残余の構成は、第１の実施の形態と異ならない。
【００７８】
第２の実施の形態は上記の如く構成したので、第１の実施の形態に類似した作用、効果を得ることができると共に、マップ値を格納するメモリ容量を低減することができる。尚、第２の実施の形態においては５個の要素のうち、１個のみとしたが、２個ないし４個としても良い。
【００７９】
尚、第１および第２の実施の形態においては、フィードバック補正係数として適応制御則を用いた適応補正係数のみ用いたが、それ以外にＰＩＤ制御則を用いた低応答のＰＩＤ補正係数を用意し、フィードバック制御領域において適宜切り換えるようにしても良い。この場合、フィードバック領域の突入時には前述の手法で適応補正係数KSTRを算出すると共に、実際のフィードバック制御はＰＩＤ補正係数で行い、所定期間経過後に適応補正係数KSTRを用いたフィードバック制御を行うことも考えられる。
【００８０】
また第１および第２の実施の形態において内部変数のうち適応補正係数KSTRと適応パラメータθハット(k) を運転状態に応じて設定したが、適応パラメータのみを運転状態に応じて設定し、適応補正係数KSTRは所定値に設定するようにしても良い。これは、機関の燃料制御がほぼ安定しているような状態では適応補正係数KSTRは運転領域にかかわらず所定値（例えば１．０）になっており、所定値（例えば１．０）に設定しても制御性が低下しないためである。
【００８１】
また第１および第２の実施の形態では目標値を空燃比としたが、燃料噴射量そのものを目標値としても良い。
【００８２】
また第１および第２の実施の形態においてフィードバック補正係数KSTRを乗算係数（項）として求めたが、加算項であっても良い。
【００８３】
また第１および第２の実施の形態においてスロットル弁１６をパルスモータで作動したが、アクセルペダルと機械的にリンクさせ、アクセルペダルの動きに応じて作動しても良い。
【００８４】
また第１および第２の実施の形態において適応制御器としてＳＴＲを例にとって説明したが、ＭＲＡＣＳ（モデル規範型適応制御）を用いても良い。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、オープンループ制御域からフィードバック制御域に突入した場合、適応制御器の内部変数を適正に設定して制御の収束性を早めると共に、安定性を向上させることができる。また、フィードバック補正係数の算出に影響の大きい適応パラメータが運転状態に応じて適正に設定されるため、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性が向上する。
【００８７】
請求項２項にあっては、運転状態に応じた適正なフィードバック補正係数の過去値が設定されるため、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００８８】
請求項３項にあっては、運転状態に応じたゲイン行列を適正に設定することができ、適応制御器の内部変数を適正に設定することができて空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００８９】
請求項４項にあっては、オープンループ制御域からフィードバック制御域に突入した場合の制御の収束性を一層早めると共に、安定性を一層向上させることができる。と同時に、機関や空燃比センサなどが劣化したような場合でも、その劣化状態に応じて適切な内部変数を設定することができるため、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【００９０】
請求項５項にあっては、適正な内部変数を設定することができ、フィードバック補正係数も適正に算出され、空燃比のスパイクなどの発生を抑えることができ、制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の装置の制御ユニットの構成を詳細に示すブロック図である。
【図３】図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図４】図１の装置の動作を機能的に示すブロック図である。
【図５】図３フロー・チャートのフィードバック補正係数KFB の演算作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【図６】図５フロー・チャートの作業で用いる適応補正係数KSTRのマップ値の特性を示す説明図である。
【図７】図５フロー・チャートの作業で用いる適応パラメータのマップ値の特性を示す説明図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態を示す、図７と同様の適応パラメータのマップ値の特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０内燃機関
２２インジェクタ
３４制御ユニット
５４広域空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In fuel injection control or air-fuel ratio control of an internal combustion engine, a PID control law is generally used, and a P term (proportional term), I term (integral term), and D term are used as deviations between a target value and an operation amount (control target output). The feedback correction coefficient (feedback gain) is obtained by multiplying (differential term), but recently, the feedback correction coefficient is obtained using modern control theory, for example, as in the technique described in JP-A-4-209940. It has also been proposed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, using modern control theory such as an adaptive control law, when the feedback control is performed so that the air fuel ratio or the fuel amount matches the target value using the supplied fuel amount as the operation amount, the feedback control region has been entered from the open loop control region. In this case, unless the internal variable of the adaptive controller is set appropriately, the desired convergence speed cannot be obtained, and an air-fuel ratio spike or the like occurs, resulting in loss of control stability.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to improve the convergence and stability of the control by appropriately setting the internal variables of the adaptive controller when entering the feedback control range from the open loop control range. An object of the present invention is to provide a fuel injection control device.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to claim 1, an operating state detecting means for detecting an operating state including an exhaust air-fuel ratio exhausted from the internal combustion engine, and a supply for determining the amount of fuel supplied to the internal combustion engine A fuel amount determining means and a parameter adjusting mechanism for adjusting an adaptive parameter composed of a plurality of control elements every predetermined period, and the detected exhaust air-fuel ratio coincides with the target air-fuel ratio using the supplied fuel amount as an operation amount As described above, whether or not the feedback correction coefficient calculating means includes an adaptive controller that calculates the feedback correction coefficient using the adaptive parameter adjusted by the parameter adjusting mechanism, and whether the feedback control is performed in accordance with the detected operating state. Determining means for determining whether or not the region for performing feedback control is determined based on the feedback correction coefficient. A fuel supply amount correction means for correcting the fuel supply amount, and the feedback correction coefficient calculation means detects the operation detected when the operation state shifts from the outside of the feedback control region to the feedback control region. for each area determined in accordance with the state, and as configured to set an internal variable of the adaptive controller includes an adaptive parameter comprising a plurality of control elements parameter adjusting mechanism of the adaptive controller is tO aDJUST.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, the internal variable of the set adaptive controller includes a past value of the feedback correction coefficient.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, the set internal variable of the adaptive controller includes a past value of a gain matrix that determines an adaptive speed of the adaptive parameter.
[0009]
According to a fourth aspect of the present invention, the set internal variable of the adaptive controller is updated for each region determined according to the detected operating state during execution of feedback control.
[0010]
In the 5 claims, area determined in accordance with the prior danger out the operating state, the idling region, control zone control zone target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is rich And any one of the control ranges in which the target air-fuel ratio is lean.
[0011]
[Action]
According to the first aspect of the present invention, there is provided a parameter adjusting mechanism for adjusting an adaptive parameter composed of a plurality of control elements every predetermined period, and the detected exhaust air-fuel ratio is made the target air-fuel ratio by using the supplied fuel amount as the operation amount Feedback correction coefficient calculation means having an adaptive controller that calculates a feedback correction coefficient using the adaptive parameter adjusted by the parameter adjustment mechanism so as to match, and a region where feedback control is performed according to the detected operating state Determination means for determining whether or not to be a region for performing feedback control, and supply fuel amount correction means for correcting the supply fuel amount based on the feedback correction coefficient when determined as a region for performing feedback control, and the feedback correction coefficient The calculating means is configured to output the feedback from outside the region where the operation state performs the feedback control. When going to a region for controlling, for each area determined in accordance with the detected operating condition, the adaptive controller includes an adaptive parameter parameter adjusting mechanism of the adaptive controller comprises a plurality of control elements that adjust When entering the feedback control range from the open loop control range, the internal variable of the adaptive controller is set appropriately to speed up control convergence and improve stability. Can do. In addition, since the adaptive parameters that have a large influence on the calculation of the feedback correction coefficient are appropriately set according to the operating state, the feedback correction coefficient is also calculated appropriately, and the occurrence of air-fuel ratio spikes and the like can be suppressed. There it improves.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, since the internal variable of the set adaptive controller includes the past value of the feedback correction coefficient, an appropriate past value of the feedback correction coefficient corresponding to the operating state is set. Therefore, the feedback correction coefficient is also appropriately calculated, the occurrence of air-fuel ratio spikes and the like can be suppressed, and the controllability can be improved.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, the internal variable of the adaptive controller to be set is configured to include the past value of the gain matrix that determines the adaptive speed of the adaptive parameter. The internal variable of the adaptive controller can be set appropriately, the occurrence of air-fuel ratio spikes, etc. can be suppressed, and the controllability can be improved.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the internal variable of the adaptive controller to be set is configured to be updated for each region determined according to the detected operating state during execution of feedback control. Convergence of control when entering the feedback control area from the loop control area can be further accelerated, and stability can be further improved. At the same time, even if the engine, air-fuel ratio sensor, etc. deteriorates, an appropriate internal variable can be set according to the deterioration state, so the feedback correction coefficient is also calculated appropriately, such as an air-fuel ratio spike, etc. Generation | occurrence | production can be suppressed and controllability can be improved.
[0016]
In the 5 claims, area determined in accordance with the prior danger out the operating state, the idling region, control zone control zone target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, the target air-fuel ratio is rich In addition, since it is configured to include any one of the control ranges in which the target air-fuel ratio is lean, an appropriate internal variable can be set, the feedback correction coefficient is also calculated appropriately, and the occurrence of an air-fuel ratio spike or the like is generated. Therefore, controllability can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is an overall view showing a fuel injection control device for an internal combustion engine according to the present invention.
[0019]
In the figure, reference numeral 10 denotes an OHC in-line four-cylinder internal combustion engine. The intake air introduced from the air cleaner 14 disposed at the tip of the intake pipe 12 is adjusted with the surge tank 18 while the flow rate is adjusted by the throttle valve 16. It flows into the first to fourth cylinders via two intake valves (not shown) through the intake manifold 20. An injector 22 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).
[0020]
The exhaust gas after combustion is discharged to an exhaust manifold 24 through two exhaust valves (not shown), purified by a catalyst device (three-way catalyst) 28 via an exhaust pipe 26, and discharged outside the engine. . As described above, the throttle valve 16 is mechanically separated from the accelerator pedal (not shown), and is controlled through the pulse motor M to an opening degree corresponding to the depression amount of the accelerator pedal and the operating state. The intake pipe 12 is provided with a bypass path 32 that bypasses the throttle valve 16 in the vicinity of the position where the throttle valve 16 is disposed.
[0021]
The internal combustion engine 10 is provided with an exhaust gas recirculation mechanism 100 that recirculates exhaust gas to the intake side via a recirculation path 121, and is connected between the intake system and the fuel tank 36, and a canister / purging mechanism 200 is provided. However, since the mechanism has no direct relation with the gist of the present application, the description is omitted.
[0022]
The internal combustion engine 10 further includes a so-called variable valve timing mechanism 300 (shown as V / T in FIG. 1). The variable valve timing mechanism 300 is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-275043. The valve timing V / T of the engine is set to two timings according to the operating state such as the engine speed Ne and the intake pressure Pb. Switching between characteristics Lo V / T and Hi V / T. However, since this is a known mechanism, further explanation is omitted. The switching of the valve timing characteristics includes an operation of stopping one of the two intake valves.
[0023]
In FIG. 1, a crank angle sensor 40 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 degree for detecting the opening degree of the throttle valve 16. An absolute pressure sensor 44 for detecting the intake pressure Pb downstream of the sensor 42 and the throttle valve 16 as an absolute pressure is also provided.
[0024]
Further, an atmospheric pressure sensor 46 for detecting the atmospheric pressure Pa is provided at an appropriate position of the internal combustion engine 10, and an intake air temperature sensor 48 for detecting the temperature of intake air is provided on the upstream side of the throttle valve 16. A water temperature sensor 50 for detecting the engine cooling water temperature is provided at an appropriate position. Further, a valve timing (V / T) sensor 52 (not shown in FIG. 1) for detecting a valve timing characteristic selected by the variable valve timing mechanism 300 via hydraulic pressure is also provided. Further, in the exhaust system, a wide area air-fuel ratio sensor 54 is provided in an exhaust system collecting portion downstream of the exhaust manifold 24 and upstream of the catalyst device 28. These sensor outputs are sent to the control unit 34.
[0025]
FIG. 2 is a block diagram showing details of the control unit 34. The output of the wide area air-fuel ratio sensor 54 is input to the detection circuit 62, where appropriate linearization processing is performed, and a detection signal having a linear characteristic proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas is output in a wide range from lean to rich. (Hereinafter, this wide-range air-fuel ratio sensor is referred to as “LAF sensor”).
[0026]
The output of the detection circuit 62 is input into the CPU via the multiplexer 66 and the A / D conversion circuit 68. The CPU includes a CPU core 70, a ROM 72, and a RAM 74, and the output of the detection circuit 62 is A / D converted at predetermined crank angles (for example, 15 degrees) and sequentially stored in one of the buffers in the RAM 74. Similarly, an analog sensor output such as the throttle opening sensor 42 is taken into the CPU via the multiplexer 66 and the A / D conversion circuit 68 and stored in the RAM 74.
[0027]
The output of the crank angle sensor 40 is shaped by the waveform shaping circuit 76, and then the output value is counted by the counter 78, and the count value is input into the CPU. In the CPU, the CPU core 70 calculates a control value as will be described later according to a command stored in the ROM 72, and drives the injector 22 of each cylinder via the drive circuit 82. Further, the CPU core 70 is connected to the solenoid valve 90 (opening / closing of the bypass passage 32 for adjusting the secondary air amount), the exhaust recirculation control solenoid valve 122, and the canister / purge control solenoid via the

drive circuits

84, 86, 88. The valve 225 is driven.
[0028]
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the control device according to the present invention. The program shown in FIG. 3 is started at a predetermined crank angle.
[0029]
In the illustrated apparatus, as shown in the block diagram of FIG. 4, the exhaust air-fuel ratio (shown as KACT (k) in the figure) detected using the supplied fuel quantity (shown as basic injection quantity Tim in the figure) as the manipulated variable is the target. A feedback correction coefficient (KSTR (in the figure is shown in the figure) using a recurrence type control law (STR type adaptive controller, shown in the figure as STR controller) so as to match the air-fuel ratio (indicated in the figure as KCMD (k)). A means for calculating k) is provided. In order to facilitate the calculation, both the detected air-fuel ratio KACT and the target air-fuel ratio KCMD are actually shown as equivalent ratios, that is, Mst / M = 1 / λ (Mst: stoichiometric air-fuel ratio, M = A / F (A: air consumption, F: fuel consumption), λ: excess air ratio).
[0030]
In the following, the engine speed Ne and the intake pressure Pb detected at S10 are read out, and the routine proceeds to S12 where it is determined whether or not cranking is performed, and when the determination is negative, the routine proceeds to S14 where it is determined whether or not a fuel cut has occurred. The fuel cut is performed in a predetermined operating state, for example, when the throttle valve opening is in a fully closed position and the engine speed is equal to or greater than a predetermined value, the fuel supply is stopped, and the injection amount is controlled in an open loop. The
[0031]
If it is determined in S14 that the fuel cut is not performed, the process proceeds to S16, and a basic fuel injection amount Tim is calculated by searching a map from the detected engine speed Ne and intake pressure Pb. Next, the routine proceeds to S18, where it is determined whether activation of the LAF sensor 54 is completed. For example, the difference between the output voltage of the LAF sensor 54 and the center voltage thereof is compared with a predetermined value (for example, 0.4 v), and it is determined that the activation is completed when the difference is smaller than the predetermined value.
[0032]
When it is determined that the activation has been completed, the process proceeds to S20, where the LAF sensor detection value (sensor output) is read, and the process proceeds to S22, where the detected air-fuel ratio KACT (k) (k: discrete system sample time) is obtained. Calculate. Next, the routine proceeds to S24, where the feedback correction coefficient KFB is calculated.
[0033]
FIG. 5 is a subroutine flow chart showing the work.
[0034]
In the following, it is determined in S100 whether or not it is a feedback control region. This is performed in a separate routine (not shown), and is controlled in an open loop, for example, when the amount is fully increased or when the engine speed is high, or when the exhaust gas recirculation mechanism operates and the operating state changes suddenly.
[0035]
When the result in S100 is affirmative, the routine proceeds to S102, where it is determined whether or not the previous time, that is, the previous activation (previous control cycle) of the program shown in the flowchart of FIG. Then, the feedback correction coefficient KSTR based on the adaptive control law (hereinafter, this correction coefficient is referred to as “adaptive correction coefficient”) is calculated.
[0036]
This will be described below. The adaptive controller shown in FIG. 4 is based on the adaptive control technique previously proposed by the present applicant. It consists of an adaptive controller comprising an STR (self-tuning regulator) controller and an adaptive (control) parameter adjustment mechanism for adjusting the adaptation (control) parameter (vector). The STR controller is a target of a feedback system for fuel injection amount control. A value and a controlled variable (plant output) are input, a coefficient vector identified by the adaptive parameter adjustment mechanism is received, and an output is calculated.
[0037]
In such adaptive control, one of the adjustment rules (mechanisms) of adaptive control is I.I. D. There is a parameter adjustment rule proposed by Landau et al. This method transforms the adaptive control system into an equivalent feedback system consisting of linear and nonlinear blocks, and for the nonlinear blocks, Popov's integral inequality for input and output is established, and the linear block is adjusted to be strongly positive and real. It is a technique that guarantees the stability of the adaptive control system by determining the law. In other words, in the parameter adjustment law proposed by Landau et al., The adjustment law (adaptive law) expressed in a recursive form is stabilized by using at least one of Popov's superstability theory or Lyapunov's direct method. Guarantees sex.
[0038]
This method is described in, for example, “Compute Roll” (Corona Publishing Co., Ltd.) No. 27, 28-41, or "Automatic Control Handbook" (Ohm) 703-707, "A Survey of Model Reference Adaptive Techniques-Theory and Ap-plications" ID LANDAU "Automatica" Vol. 10, pp 353-379, 1974, "Unification of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive ControlDesigns" IDLANDAU et al. "Automatica" Vol. 17, No. 4, pp. 593-611, 1981, and "Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators "ID LANDAU" Automatica "Vol. 18, No. 1, pp. 77-84, 1982, is known in the art.
[0039]
In the adaptive control technique of the illustrated example, this Landau et al. Adjustment rule is used. In the following, Landau et al.'S adjustment rule assumes that when the polynomial of the denominator numerator of the transfer function B (Z ^-1 ) / A (Z ^-1 ) to be controlled in the discrete system is set as The adaptive parameter θ hat (k) identified by the adjustment mechanism is expressed by a vector (transposed vector) as shown in Equation 3. Further, the input ζ (k) to the parameter adjusting mechanism is determined as shown in Equation 4. Here, a case where m = 1, n = 1, d = 3, that is, a plant having a dead time corresponding to three control cycles in the primary system is taken as an example.
[0040]
[Expression 1]

[0041]
[Expression 2]

[0042]
[Equation 3]

[0043]
[Expression 4]

[0044]
Here, the adaptive parameter θ hat shown in Equation 3 includes a scalar quantity b 0 hat ⁻¹ (k) for determining a gain, a control element BR hat (Z ⁻¹ , k) expressed using an operation quantity, and a control quantity. The control element S hat (Z ⁻¹ , k) can be expressed using the following formulas 5 to 7, respectively.
[0045]
[Equation 5]

[0046]
[Formula 6]

[0047]
[Expression 7]

[0048]
The parameter adjustment mechanism identifies and estimates the scalar quantities and the coefficients of the control elements, and sends them to the STR controller as the adaptive parameter θ hat shown in Equation 3 above. The parameter adjustment mechanism uses the plant manipulated variable u (i) and the controlled variable y (j) (i and j include past values) so that the deviation between the target value and the controlled variable becomes zero. Calculate the hat. Specifically, the adaptive parameter θ hat (k) is calculated as shown in Equation 8. In Equation 8, Γ (k) is a gain matrix (m + n + d order) that determines the identification / estimation speed of the adaptive parameter, and e asterisk (k) is a signal indicating the identification / estimation error. It is expressed in the formula. In Equation 10, D (z ⁻¹ ) is a desired asymptotically stable polynomial given by the designer, and is set to 1 in this example.
[0049]
[Equation 8]

[0050]
[Equation 9]

[0051]
[Expression 10]

[0052]
Various specific algorithms are given depending on how to select λ1 (k) and λ2 (k) in equation (9). For example, if λ1 (k) = 1, λ2 (k) = λ (0 <λ <2), then the gradual gain algorithm (least square method when λ = 1), λ1 (k) = λ1 (0 <λ1) <1), λ2 (k) = λ2 (0 <λ2 <λ), variable gain algorithm (weighted least square method when λ2 = 1), λ1 (k) / λ2 (k) = σ , Λ3 is expressed as Equation 11, a fixed trace algorithm is obtained by setting λ1 (k) = λ3 (k). When λ1 (k) = 1 and λ2 (k) = 0, the fixed gain algorithm is used. In this case, as apparent from Equation 9, Γ (k) = Γ (k−1), and therefore, Γ (k) = Γ is a fixed value. For time-varying plants such as fuel injection or air-fuel ratio, any of a gradual gain algorithm, a variable gain algorithm, a fixed gain algorithm, and a fixed trace algorithm are suitable. In Equation 11, trΓ (0) is a trace of the initial value of Γ.
[0053]
[Expression 11]

[0054]
Here, in FIG. 4, the STR controller (adaptive controller) and the adaptive parameter adjustment mechanism are outside the fuel injection amount calculation system, and the detected air-fuel ratio KACT (k) is the target air-fuel ratio KCMD ( k-d ') (where d' indicates the dead time until KCMD is reflected in KACT, and thus means the target air-fuel ratio before the dead time control period). The feedback correction coefficient KSTR (k) is calculated. That is, the STR controller receives the coefficient vector θ hat (k) adaptively identified by the adaptive parameter adjustment mechanism, and forms a feedback compensator so as to match the target air-fuel ratio KCMD (k−d ′). The calculated feedback correction coefficient KSTR (k) is multiplied by the basic injection amount Tim, and the corrected fuel injection amount is supplied to the control plant (internal combustion engine) as the output fuel injection amount Tout (k).
[0055]
In this way, the adaptive correction coefficient KSTR (k) and the detected air-fuel ratio KACT (k) are obtained and input to the adaptive parameter adjustment mechanism, where the adaptive parameter θ hat (k) is calculated and input to the STR controller. The STR controller is given a target air-fuel ratio KCMD (k) as an input, and an adaptive correction coefficient KSTR using a recurrence formula so that the detected air-fuel ratio KACT (k) matches the target air-fuel ratio KCMD (k−d ′). Calculate (k).
[0056]
Specifically, the adaptive correction coefficient KSTR (k) is obtained as shown in Equation 12.
[0057]
[Expression 12]

[0058]
Returning to the flowchart of FIG. 5, the process proceeds to S106 to update the map value of the adaptive correction coefficient KSTR, and then proceeds to S108 to update the map value of the adaptive parameter θ hat (k). These will be described later. Next, in S110, the adaptive correction coefficient KSTR obtained in S104 is set as a feedback correction coefficient KFB.
[0059]
On the other hand, when it is determined in S100 that it is not the feedback control region, the process proceeds to S112, the adaptive correction coefficient KSTR is set to 1.0, and the process proceeds to S110. Since the feedback correction coefficient is multiplied by the supplied fuel amount to correct it, setting it to 1.0 means that feedback control is not performed.
[0060]
If it is determined in S102 that the previous feedback control region was not reached, it means that the feedback control region has been entered from the open loop control region, so that the process proceeds to S114 and the adaptive parameter θ hat (k-1 ) And the value of the adaptive correction coefficient KSTR are searched from the map values.
[0061]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the map characteristic of the adaptive correction coefficient KSTR, and FIG. 7 is an explanatory diagram showing the map characteristic of the adaptive parameter θ hat. The adaptive correction coefficient KSTR and the adaptive parameter θ hat are set for each of the above-described operating states, more specifically, for each region determined for each engine speed Ne and each engine load (intake pressure Pb). In particular, the operation region includes an idle region. This is because the values of the adaptive parameter θ hat (k) and the adaptive correction coefficient KSTR are significantly different in the idle region compared to other regions. Although FIG. 7 shows an example in which the adaptive parameter θ hat is set as a transposed matrix, it goes without saying that the adaptive parameter θ hat may be set as it is.
[0062]
Further, since the map of the adaptive parameter θ hat and the adaptive correction coefficient KSTR varies depending on the target air-fuel ratio KCMD, the target air-fuel ratio, that is, the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio (KCMD = 1.0) or lean. In the case of burn control (KCMD = 0.7), a plurality of maps (No. 1 to No. n) are prepared according to the number (n) of target air-fuel ratios to be set. Further, for the initial value of the adaptive parameter θ hat (k), the five elements are set for each region just described. These map values are stored not in the ROM 72 but in the backup unit of the RAM 74 in preparation for an update described later.
[0063]
That is, as described above, the adaptive parameter adjustment mechanism performs the ζ (kd), that is, the current value and the past value of the plant input u (k) (= adaptive correction coefficient KSTR) and the plant output (= KACT (k)). Are input together, and the adaptive parameter θ hat (k) is calculated from the causal relationship.
[0064]
Therefore, when adaptive control is started from outside the feedback control region, that is, from outside the adaptive control region, as is apparent from Equation 8, ζ (kd), θ hat (k-1), gain matrix Γ (k-1) Without the past values of internal variables such as, there is a possibility that the correct adaptive correction coefficient KSTR cannot be calculated, or in the worst case, oscillation may occur.
[0065]
Therefore, in this embodiment, the adaptive parameter θ hat (k), more specifically, the initial values of r1, r2, r3, so, bo, which are elements such as control elements using the manipulated variable, and the adaptive correction coefficient KSTR (Plant input) is stored in the memory in advance for each engine operating region and target air-fuel ratio. In S114, the past value (k-1) of the adaptive parameter θ hat and the past value ζ (kd) of the intermediate variable are obtained using the values retrieved from the engine speed Ne, etc., and the process proceeds to S104 to calculate the adaptive correction coefficient KSTR. To do. Since the gain matrix Γ (k−1) determines the adaptive speed, it is set to a predetermined matrix value such as an initial value stored in the map or the like according to the driving state (not shown, but the map The value may be the same as the adaptive correction coefficient KSTR in FIG.
[0066]
Further, as previously mentioned in S106 and S108, when feedback control is performed, the map value of the operation region is updated according to the target air-fuel ratio. Specifically, this update is performed by obtaining a weighted average with the previous value (or a map value when there is none), that is, by calculating a learning value.
[0067]
Specifically, for example, when updating the map value of the adaptive parameter θ hat, for example, the map value of the scalar quantity bo that determines the gain in the region where the engine speed Ne is 1000 rpm and the intake pressure Pb is 400 mmHg is defined as bomap. If the value obtained in the same operating state during feedback control is bo1,
bomap = bomap × W + bo1 × (1-W)
(W: weighting factor).
[0068]
Here, the adaptive parameter θ hat is updated individually for each element (r1, r2, r3, so, bo). As for the adaptive correction coefficient KSTR, only KSTR (k) may be learned and used for each of KSTR (ki) when read in S114.
[0069]
It said by can be properly calculated adaptive correction coefficient KSTR when the rush from O Punrupu control region to the feedback control region, the control amount is without hunting, without such spikes of the air-fuel ratio occurs, stable control Can be improved.
[0070]
Returning to the flow chart of FIG. 3, the program then proceeds to S26 where the basic fuel injection amount (supplied fuel amount) Tim is corrected for the target air-fuel ratio correction coefficient KCMDM (target air-fuel ratio KCMD (equivalent ratio)) and the intake air charging efficiency correction. The value is obtained by multiplying the feedback correction coefficient KFB obtained by the various correction coefficients KTOTAL and correcting by adding the addition term TTOTAL to determine the output fuel injection amount Tout as described above. Next, the routine proceeds to S28, where the output fuel injection amount Tout is output to the injector 22 as the operation amount.
[0071]
Here, the various correction coefficients KTOTAL means the integrated value of various correction coefficients performed by multiplication such as water temperature correction, and the addition term TTOTAL indicates the total value of correction coefficients performed by additional values such as atmospheric pressure correction (however, the invalid time of the injector) Etc. are not included because they are added separately when the output fuel injection amount Tout is output).
[0072]
When the result in S18 is negative, the air-fuel ratio becomes open loop control, so the routine proceeds to S30, the value of the feedback correction coefficient KFB is set to 1.0, and the routine proceeds to S26 to determine the output fuel injection amount Tout. If it is determined that cranking is determined in S12, the process proceeds to S32 to search for the fuel injection amount Ticr at the time of cranking, and the process proceeds to S34 to calculate the output fuel injection amount Tout according to the equation of the start mode based on the search value. When it is determined in S14 that the fuel cut has occurred, the routine proceeds to S36, where the output fuel injection amount Tout is set to zero.
[0073]
In this embodiment, as described above, the adaptive correction coefficient KSTR can be properly calculated when entering the feedback control region from the open loop control region, the control amount does not hunting, and the air-fuel ratio spike etc. Therefore, the stability of control can be improved. In particular, the adaptive correction coefficient KSTR can be accurately adjusted even when the operating condition has changed significantly between before and after the return from the feedback control area to the open loop control area. Can be determined.
[0074]
In addition, when the detected value is stable, the feedback correction coefficient based on the adaptive control law with high response is used to absorb the control deviation between the target air-fuel ratio and the detected air-fuel ratio at once, thereby improving control convergence. Can do. In particular, in the embodiment, the convergence of the control is improved so that the operation amount is determined by multiplying the feedback correction coefficient by the basic value, so that the balance between the stability of the control and the convergence is more preferably balanced. Can be made.
[0075]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the map characteristics of the adaptive parameter θ hat (k) similar to FIG. 7, showing the second embodiment of the present invention.
[0076]
The second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment. In the second embodiment, the scalar amount for determining the gain among the elements of the adaptive parameter θ hat (k). Only mapped. In this map, as in the first embodiment, the No. is set according to the target air-fuel ratio. 1 to No. A plurality is set up to n. Each element other than the scalar quantity for determining the gain is set to a predetermined value such as an initial value. Thereby, memory capacity etc. can be reduced. Of the five elements, the scalar amount that determines the gain was selected because, as is clear from Equation 12, this is the most important factor when calculating the adaptive correction coefficient KSTR (k). It is.
[0077]
The remaining configuration is not different from that of the first embodiment.
[0078]
Since the second embodiment is configured as described above, operations and effects similar to those of the first embodiment can be obtained, and the memory capacity for storing the map value can be reduced. In the second embodiment, only one of the five elements is used, but two or four may be used.
[0079]
In the first and second embodiments, only the adaptive correction coefficient using the adaptive control law is used as the feedback correction coefficient. In addition to this, a low-response PID correction coefficient using the PID control law is prepared. In the feedback control area, switching may be performed as appropriate. In this case, at the time of entering the feedback region, the adaptive correction coefficient KSTR is calculated by the above-described method, the actual feedback control is performed by the PID correction coefficient, and the feedback control using the adaptive correction coefficient KSTR is performed after a predetermined period of time. It is done.
[0080]
In the first and second embodiments, among the internal variables, the adaptive correction coefficient KSTR and the adaptive parameter θ hat (k) are set according to the operating state, but only the adaptive parameter is set according to the operating state, The correction coefficient KSTR may be set to a predetermined value. This is because the adaptive correction coefficient KSTR is a predetermined value (for example, 1.0) regardless of the operation region, and is set to a predetermined value (for example, 1.0) when the fuel control of the engine is almost stable. This is because the controllability does not decrease.
[0081]
In the first and second embodiments, the target value is the air-fuel ratio, but the fuel injection amount itself may be the target value.
[0082]
In the first and second embodiments, the feedback correction coefficient KSTR is obtained as a multiplication coefficient (term), but it may be an addition term.
[0083]
In the first and second embodiments, the throttle valve 16 is operated by a pulse motor. However, the throttle valve 16 may be mechanically linked with an accelerator pedal and operated according to the movement of the accelerator pedal.
[0084]
In the first and second embodiments, STR is described as an example of the adaptive controller, but MRACS (model reference adaptive control) may be used.
[0085]
【The invention's effect】
In the first aspect, when the feedback control range is entered from the open loop control range, the internal variable of the adaptive controller can be set appropriately to speed up the convergence of the control and improve the stability. . In addition, since the adaptive parameters that have a large influence on the calculation of the feedback correction coefficient are appropriately set according to the operating state, the feedback correction coefficient is also calculated appropriately, and the occurrence of air-fuel ratio spikes and the like can be suppressed. There it improves.
[0087]
In claim 2 , since the past value of the appropriate feedback correction coefficient according to the operating state is set, the feedback correction coefficient is also calculated appropriately, and the occurrence of spikes in the air-fuel ratio can be suppressed, Controllability can be improved.
[0088]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to appropriately set the gain matrix according to the operation state, and to appropriately set the internal variables of the adaptive controller, thereby suppressing the occurrence of spikes in the air-fuel ratio. And controllability can be improved.
[0089]
According to the fourth aspect , it is possible to further speed up the convergence of the control when entering the feedback control range from the open loop control range, and to further improve the stability. At the same time, even if the engine, air-fuel ratio sensor, etc. deteriorates, an appropriate internal variable can be set according to the deterioration state, so the feedback correction coefficient is also calculated appropriately, such as an air-fuel ratio spike, etc. Generation | occurrence | production can be suppressed and controllability can be improved.
[0090]
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to set an appropriate internal variable, to properly calculate a feedback correction coefficient, to suppress occurrence of an air-fuel ratio spike, etc., and to improve controllability. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall fuel injection control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing in detail the configuration of a control unit of the apparatus of FIG.
3 is a flowchart showing the operation of the apparatus of FIG.
4 is a block diagram functionally showing the operation of the apparatus of FIG.
FIG. 5 is a subroutine flow chart showing a calculation operation of a feedback correction coefficient KFB in the flow chart of FIG. 3;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the characteristics of the map value of the adaptive correction coefficient KSTR used in the work of the flowchart of FIG. 5;
7 is an explanatory diagram showing characteristics of map values of adaptive parameters used in the work of the flow chart of FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing characteristics of map values of adaptive parameters similar to those in FIG. 7, showing a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Internal combustion engine 22 Injector 34 Control unit 54 Wide area air-fuel ratio sensor (LAF sensor)

Claims

a. An operating state detecting means for detecting an operating state including an exhaust air-fuel ratio exhausted from the internal combustion engine;
b. A fuel supply amount determining means for determining a fuel supply amount of the internal combustion engine;
c. And has a parameter adjustment mechanism for adjusting the adaptive parameters comprising a plurality of control elements for each predetermined period, so that the detected exhaust air-fuel ratio the fuel supply amount as the operation amount is equal to the target air-fuel ratio, the parameter adjustment A feedback correction coefficient calculating means comprising an adaptive controller for calculating a feedback correction coefficient using the adaptive parameter adjusted by the mechanism ;
d. A discriminating means for discriminating whether or not it is a region for performing feedback control according to the detected driving state;
And e. A supply fuel amount correction means for correcting the supply fuel amount based on the feedback correction coefficient when it is determined that the region is to perform feedback control;
And the feedback correction coefficient calculating means, for each region determined according to the detected driving state when the driving state has shifted from the outside of the region where the feedback control is performed to the region where the feedback control is performed, the fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein a parameter adjustment mechanism of the adaptive controller sets the internal variable of the adaptive controller includes an adaptive parameter comprising a plurality of control elements that adjust.

2. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the set internal variable of the adaptive controller includes a past value of the feedback correction coefficient.

3. The fuel injection control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the set internal variable of the adaptive controller includes a past value of a gain matrix that determines an adaptive speed of an adaptive parameter.

2. The internal combustion engine fuel according to claim 1, wherein the set internal variable of the adaptive controller is updated for each region determined in accordance with the detected operating state during execution of feedback control. Injection control device.

The regions determined according to the detected operating state are an idle region, a control region where the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a control region where the target air-fuel ratio is rich, and a control region where the target air-fuel ratio is lean. The fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, comprising any one of them.