JP3859921B2

JP3859921B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3859921B2
Application number: JP35426299A
Authority: JP
Inventors: 肇細谷; 秀和吉澤; 重男大隈; 浩二高橋; 治啓岩城
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001164971A

Description

【０００１】
【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する。より詳細には、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用内燃機関においては、排気浄化や燃費向上等を目的として空燃比を目標値にフィードバック制御するのが一般的である。ここで、フィードバック制御に用いられる情報、即ち、空燃比センサによって検出された空燃比（検出空燃比）は、空燃比センサが制御対象であるエンジンシステムの下流に設置されて空燃比を制御すべき燃焼室よりも下流側に配置されるため、排気の輸送遅れ等のむだ時間要素から生じる位相遅れを含んでいる。
【０００３】
排気の輸送遅れから生じる検出空燃比の位相遅れは、一般的に、吸入空気量に相関して変化する性質を有している。具体的にいうと、吸入空気量が多いときには、排気の流速が高くなって輸送遅れが小さくなるため、検出空燃比の位相遅れは小さくなるが、その一方で、アイドル時のように吸入空気量が少ないときには、排気の流速が低くなって輸送遅れが大きくなるため、検出空燃比の位相遅れは大きくなる。
【０００４】
この状態を図で説明すると、図９のようになる。図９（ａ）は位相遅れが小さい場合に、また、図９（ｂ）は位相遅れが大きい場合に相当する。また、Ａ／Ｆcmd は目標空燃比を、Ａ／Ｆout は検出空燃比を、Ａ／Ｆact は燃焼室内における実際の空燃比（実空燃比) を示す。このように、検出空燃比Ａ／Ｆout に大きな位相遅れが含まれる場合には、実空燃比Ａ／Ｆact と検出空燃比Ａ／Ｆout （即ち、電子制御ユニットに入力される空燃比）との誤差ｅ２が大きくなる。そして、この場合には、空燃比は、燃焼室内における実際の状態とはかけ離れた情報に基づいてフィードバック制御されることとなり、制御系の安定性が悪化して発散が生じ易い。
【０００５】
そこで、制御対象に存在するむだ時間要素による影響が大きいとき（例えば、吸入空気量が少ないとき）には、空燃比をフィードバック制御するに際し、その影響を排除すべく、検出空燃比を用いて算出されたフィードバック制御量を吸入空気量に基づいて低い値に補正し、制御系の安定性の維持を図っている。
【０００６】
ところで、現在、外乱の影響を抑制しうるロバストな制御手法としてロボット制御等の分野で多用されているスライディングモード制御（Sliding Mode Control）を、車両用内燃機関の空燃比フィードバック制御に適用することが検討されている。例えば、本出願人により、特願平１１−２９６９０８号において、スライディングモード制御を適用するとともに、検出空燃比を用いて算出されたフィードバック制御量を、吸入空気量に基づいて設定されたゲイン補正値を用いて補正することで、制御対象に存在するむだ時間要素の影響を後発的に補正する技術が提案されている。また、このようなむだ時間要素による影響を受けずにフィードバック制御量を設定する方法として、吸入空気量、水温及び吸気圧等の複数のパラメータに基づいて直接的に設定する方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように、算出された後のフィードバック制御量を吸入空気量に基づいて補正する場合には、発散を抑制することができるため、制御系の安定性の面で効果があるが、フィードバック制御量の算出に用いられる情報（即ち、検出空燃比）そのものには依然として位相遅れが含まれているため、むだ時間要素による影響を完全に排除することはできない。特に、スライディングモード制御によってフィードバック制御量を算出する場合には、その影響は、他のフィードバック制御形態と比べ、より重大となる。
【０００８】
すなわち、状態量のスライディングモードを生む非線形成分の増減方向は、検出空燃比と目標空燃比との偏差（エラー量）の符号によって切り換わるため、仮に検出空燃比が実空燃比とはかけ離れた値として検出された場合には、非線形成分が誤った方向に（変化すべき方向と逆方向に）増減することとなりうるのである。また、別の問題として、このようにしていわば強制的に低減されたフィードバック制御量を用いて空燃比が制御されることとなるため、制御系の応答性を確保することができないという問題がある。
【０００９】
一方、複数のパラメータに基づいてフィードバック制御量を設定する方法による場合には、フィードバック制御量を設定するまでの適合工数や、電子制御ユニットのメモリ容量が増大するという問題がある。
【００１０】
かかる実情に鑑み、本発明は、フィードバック制御量の後発的な補正によらずに制御対象に存在するむだ時間要素による影響を排除することができるようにして、制御系の安定性と応答性とをともに確保する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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、空燃比を検出する空燃比検出手段と、空燃比以外の機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記空燃比検出手段によって検出された検出空燃比に含まれる、制御対象のむだ時間要素による位相遅れを補償する手段であって、機関運転状態に応じて切り換えられる伝達関数によって表される制御対象のモデルを用いて前記位相遅れを補償し、この伝達関数を前記機関運転状態検出手段によって検出された、空燃比以外の機関運転状態に応じて切り換える位相遅れ補償手段と、前記位相遅れ補償手段によって位相遅れが補償された検出空燃比を用いてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、空燃比検出手段からの検出空燃比は、フィードバック制御量算出手段に入力される前に、位相遅れ補償手段によってその位相遅れが補償され、フィードバック制御量算出手段は、このようにして補償された後の検出空燃比に基づいてフィードバック制御量を算出することとなる。また、制御対象のモデルを表す伝達関数を機関運転状態に応じて切り換えることができるようにしたことで、筒内へのガスの充填特性、燃料供給装置からの燃料の吸気管壁面への付着特性及び排気の輸送特性等の制御対象の特性に機関運転状態毎に対応したモデルを用いることができるようになる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、前記フィードバック制御量算出手段が、スライディングモード制御によってフィードバック制御量を算出することを特徴とする。
かかる構成によれば、制御すべき空燃比の状態量は、前記補償された検出空燃比を用いて、スラディングモード制御における切換平面上に高速で収束した後この切換平面上に拘束されながら収束点（空燃比の目標状態量を与える点）に収束するように制御される。すなわち、制御すべき空燃比は、切換平面上に拘束された後は、外乱等の影響を殆ど受けることなく目標空燃比に安定して制御されることとなる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記制御対象のモデルが、前記むだ時間要素を含まない第１の要素と、前記むだ時間要素を表す第２の要素とから構成されることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、制御対象に存在するむだ時間要素による影響は、第２の要素を表すモデルを用いて排除され、フィードバック制御量算出手段は、このようなむだ時間要素を除いた制御対象、理想的には、第１の要素を表す伝達関数のみを通した出力に基づいて、フィードバック制御量を算出することとなる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記位相遅れ補償手段が、Otto Smith（人名）が提案したスミスむだ時間補償制御によって、前記検出空燃比に含まれる位相遅れを補償することを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、制御対象に存在するむだ時間要素による影響は、第２の要素を表すモデルを用いて見かけ上フィードバックループの外部に出され、フィードバック制御量算出手段は、この外部に出されたなむだ時間要素の前から得られた、理想的には、前記第１の要素を表す伝達関数のみを通した出力に基づいて、フィードバック制御量を算出することとなる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第１の要素を表す伝達関数の次数が変更されて、切り換えられることを特徴とする。すなわち、制御対象の応答遅れを生ずる筒内へのガスの充填遅れや燃料供給装置からの燃料の吸気管壁面への付着等の応答遅れ要素の種類の変化（増減）に対応すべく、第１の要素を表す伝達関数の次数、延いては、その伝達関数の式そのものを切り換えることができるようにするのである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第１の要素を表す伝達関数における時定数が変更されて、切り換えられることを特徴とする。すなわち、制御対象に存在する応答遅れ要素の特性の変化に対応すべく、第１の要素を表す伝達関数における時定数を変更することができるようにするのである。
【００２０】
請求項７に係る発明は、前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第２の要素を表す伝達関数におけるむだ時間が変更されて、切り換えられることを特徴とする。すなわち、制御対象に存在するむだ時間要素の特性、特に、排気の輸送遅れによるむだ時間の変化に対応すべく、第２の要素を表す伝達関数におけるむだ時間を変更することができるようにするのである。
【００２１】
請求項８に係る発明は、前記伝達関数が、加減速状態に応じて切り換えられることを特徴とする。かかる構成によれば、機関の加減速状態の変化に起因する制御対象の特性の変化に応じて制御対象のモデルを切り換えることができるようになる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、前記伝達関数が、吸入空気量に応じて切り換えられることを特徴とする。かかる構成によれば、吸入空気量の変化に起因する制御対象の特性の変化に応じて制御対象のモデルを切り換えることができるようになる。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、前記伝達関数が、吸気管壁温に応じて切り換えられることを特徴とする。かかる構成によれば、吸気管壁温の変化に起因する制御対象の特性の変化に応じて制御対象のモデルを切り換えることができるようになる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、フィードバック制御量算出手段が、制御対象に存在するむだ時間要素による影響が排除された状態で最適となるようにフィードバック制御量を算出することができるため、制御系の安定性を維持することができるとともに、機関運転状態全域に渡って大きなフィードバック制御量を出力することができるようになるため、制御系の応答性を確保することができる。また、制御対象の特性に対応したモデルを用いることで、検出空燃比の位相遅れを制御対象の特性の変化によらず正確に補償することができるようになるため、制御系のロバスト性が向上する。
【００２５】
請求項２に係る発明によれば、フィードバック制御のロバスト性が向上する。
請求項３に係る発明によれば、第２の要素を用いて検出空燃比の位相遅れを容易に補償し、位相遅れを含まない情報に基づいてフィードバック制御量を容易に算出することができる。
【００２６】
請求項４に係る発明によれば、検出空燃比の位相遅れを簡便に補償することができるとともに、より簡易な制御系によって空燃比をフィードバック制御することができる。
【００２７】
請求項５に係る発明によれば、制御対象に存在する応答遅れ要素の種類の変化によらず検出空燃比の位相遅れを正確に補償することができるとともに、フィードバック制御量のより最適な算出に寄与することができる。
【００２８】
請求項６に係る発明によれば、制御対象に存在する応答遅れ要素の特性の変化によらず検出空燃比の位相遅れを正確に補償することができるとともに、フィードバック制御量のより最適な算出に寄与することができる。
【００２９】
請求項７に係る発明によれば、制御対象に存在するむだ時間要素、特に、排気の輸送遅れによるむだ時間の変化によらず検出空燃比の位相遅れを正確に補償することができる。
【００３０】
請求項８に係る発明によれば、機関の加減速状態に基づいて制御対象のモデルを表す伝達関数、延いては、制御対象のモデルを制御対象の特性の変化に応じて容易に切り換え、制御対象の特性に対応した最適な制御対象のモデルを用いることができる。
【００３１】
請求項９に係る発明によれば、吸入空気量に基づいて制御対象のモデルを表す伝達関数、延いては、制御対象のモデルを制御対象の特性の変化に応じて容易に切り換え、制御対象の特性に対応した最適な制御対象のモデルを用いることができる。
【００３２】
請求項１０に係る発明によれば、吸気管壁温に基づいて制御対象のモデルを表す伝達関数、延いては、制御対象のモデルを制御対象の特性の変化に応じて容易に切り換え、制御対象の特性に対応した最適な制御対象のモデルを用いることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関Ｅの構成を概略示したものである。内燃機関Ｅの吸気通路１には、空気中に含まれるダストを除去するエアクリーナ１１を介した空気の流量（吸入空気量Ｑａ）を検出するエアフロメータ１２、及びアクセルペダル６１と連動して吸入空気量Ｑａを制御するスロットル弁１３が設けられ、さらに下流のマニホールド部において、燃料供給装置としての電磁駆動式の燃料噴射弁１４が各気筒毎に設けられている。この燃料噴射弁１４は、後述する電子制御ユニット４１からの電気信号に応じて駆動され、図示しない燃料ポンプから燃料配管７１を通して圧送された所定圧力の燃料を噴射供給する。また、吸気通路１のマニホールド部は各気筒の一側において燃焼室２１に通じており、各燃焼室２１の略中央には、吸気通路１から導入された混合気に点火する点火プラグ２２が設けられている。
【００３４】
一方、排気通路３には、排気中における酸素濃度に応じて空燃比（検出空燃比Ａ／Ｆout)をリニアに検出する空燃比検出手段としての広域型空燃比センサ３１、及び排気中に含まれるＣＯ及びＨＣの酸化及びＮＯｘの還元を行う三元触媒を内蔵した触媒コンバータ３２が設けられている。
【００３５】
電子制御ユニット４１は、吸入空気量Ｑａ及び検出空燃比Ａ／Ｆout の他、クランク角センサ５１からの信号（これに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される）、及び温度センサ５２によって検出された冷却水温度Ｔｗが入力されて、以下に説明する空燃比制御を実施する。
【００３６】
図３は、前記空燃比制御の流れを概略示している。電子制御ユニット４１は、Ｓ１において吸入空気量Ｑａ等の各種信号を読み込んだ後、Ｓ２において本発明に係る位相遅れ補償制御を実施する。そこで、次に、この位相遅れ補償制御について、図４に示す機能ブロック図を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態に係る位相遅れ補償制御は、Otto Smithが提案した補償制御方法に基づいて構成されており、第１減算部ｄ１において目標空燃比Ａ／Ｆcmd と検出空燃比Ａ／Ｆout との偏差を算出し、スライディングモード制御部（Ｓ／Ｍ制御部）においてこの偏差に基づいてスライディングモード制御を実施して操作量を算出し、さらにこの操作量を制御対象（プラント）であるエンジンシステムに印加するというフィードバック制御系に対し、ある条件の下でエンジンシステムに存在するむだ時間要素をフィードバックループの外部に出してフィードバック制御をすることができるようにする補償演算が付加されている。
【００３８】
すなわち、Ｓ／Ｍ制御部からの操作量を、エンジンシステムのむだ時間要素を含まないモデル（システムモデル）を表す伝達関数Ｇｍを通して、第１減算部ｄ１の出力側におけるＳ／Ｍ制御部の入力側に設けられた第２減算部ｄ２に導入するとともに、Ｓ／Ｍ制御部からの操作量を、エンジンシステムのむだ時間要素を含むモデルを表す伝達関数（即ち、伝達関数Ｇｍと、むだ時間要素を表すモデル（遅れモデル）を表す伝達関数との積）を通して第３減算部ｄ３に導入し、検出空燃比Ａ／Ｆout と前記遅れモデルからの出力との偏差を第１減算部ｄ１に導入する。
【００３９】
ここで、エンジンシステムのモデルは、実際のシステムを理論的にモデル化するか、または、実際のシステムの応答データに基づく同定を行って作成されたものである。そして、システムモデルを表す伝達関数Ｇｍは、定数ｃ及びｄを時定数として、Ｇｍ＝(aｓ+b)/(cｓ²+ dｓ+e）と表される（例えば、ａ＝-20.2,ｂ＝-2113.1,ｃ＝1,ｄ＝134.6737, ｅ＝190.2974）。また、遅れモデルを表す伝達関数は、ｅ^-gs（ｇはむだ時間であり、例えば、ｇ＝50）と表される。従って、エンジンシステムのむだ時間要素を含むモデルを表す伝達関数は、Ｇｍ×ｅ^-gs＝(aｓ+b)/(cｓ²+ dｓ+e）×ｅ^-gsと表されることとなる。
【００４０】
これらの伝達関数Ｇｍ及びｅ^-gsは、機関運転状態に応じて切り換えられる。そして、この切り換えは、例えば、機関の加減速状態に応じて図５に示すようにして実施される。
【００４１】
すなわち、Ｓ１１において機関回転数Ｎｅの変化率（即ち、加速度）ΔＮｅを算出した後、Ｓ１２においてΔＮｅに基づいて機関が加速状態にあるか否かが判定される。加速状態にあるならば、Ｓ１３に進んで加速状態におけるエンジンシステムのモデルを表す加速時用伝達関数が設定される。加速時用伝達関数では、システムモデルを表す伝達関数Ｇｍの次数が低く設定される（例えば、Ｇｍ＝(b')/(d'ｓ+e')とする。）か、または、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが小さく設定される。
【００４２】
一方、機関が加速状態にないならば、Ｓ１４に進んで機関が減速状態にあるか否かが判定される。減速状態にあるならば、Ｓ１５に進んで減速状態におけるエンジンシステムのモデルを表す減速時用伝達関数が設定される。減速時用伝達関数では、システムモデルを表す伝達関数Ｇｍの次数が高く設定される（例えば、Ｇｍ＝ (a'ｓ+b')/(f's³+ c'ｓ²+d'ｓ+e')とする。）か、または、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが大きく設定される。また、機関が加速状態でも減速状態でもなく、定常状態にあるならば、Ｓ１６以降において定常状態におけるエンジンシステムのモデルを表す定常時用伝達関数が設定される。
【００４３】
定常時用伝達関数は、吸入空気量Ｑａ（又は吸入空気量Ｑａに対応して設定される相当値）に応じて切り換えられる。すなわち、Ｓ１６において吸入空気量Ｑａが所定量Ｑa0より大きいと判定されたときは、Ｓ１７に進んで大吸気量用伝達関数が設定される一方、Ｓ１６において吸入空気量Ｑａが所定量Ｑa0以下であると判定されたときは、Ｓ１８に進んで小吸気量用伝達関数が設定される。大吸気量用伝達関数ではむだ時間ｇが小さく設定され、小吸気量用伝達関数ではむだ時間ｇが大きく設定される。
【００４４】
このようにして機関運転状態に応じて伝達関数を切り換えることにより、機関運転状態が変化して、例えば、吸入空気量Ｑａが減少し、筒内へのガスの充填特性及び燃料の吸気管壁面への付着特性を含むシステムの応答遅れ要素の特性が変化したり、応答遅れ要素の種類や数が変化したりして、エンジンシステムの特性に変化が生じた場合や、吸入空気量Ｑａの減少に伴って排気の輸送特性に変化（むだ時間の増加）が生じた場合においても、これらの変化に対応した最適なモデルを用いることができる。
【００４５】
そして、このようにして最適なモデルを用いた結果、外乱の影響が小さいときには、第３減算部ｄ３による演算、即ち、Ｇｐ×ｅ^-Ls−Ｇｍ×ｅ^-gs（但し、伝達関数Ｇｐ×ｅ^-Lsは実際のエンジンシステムを表し、このうちＧｐは実際のエンジンシステムからむだ時間要素を除いたものを、ｅ^-Lsはエンジンシステムに存在するむだ時間要素を、また、Ｌはむだ時間を表す。）においてＧｐ＝ＧｍかつＬ＝ｇとなって、検出空燃比Ａ／Ｆout に含まれる位相遅れを正確に補償することができるようになる。このとき、図４の機能ブロック図は、図６に示すように等価変換することができる。
【００４６】
図６によれば、エンジンシステムに存在するむだ時間要素がフィードバックループの外側に出されることとなって、Ｓ／Ｍ制御部は、このようなむだ時間要素を除いたエンジンシステム、延いては、むだ時間要素を含まないシステムモデルを表す伝達関数Ｇｍのみを通した出力（Ａ／Ｆact'）を用いてフィードバック制御量を算出することとなるため、むだ時間要素による影響を排除してフィードバック制御量を算出することができる。
【００４７】
そして、Ｓ／Ｍ制御部によるフィードバック制御量の算出（図１のＳ３）は、図７に示すようにして実施される。すなわち、フィードバック制御量は、非線形成分ＵnLと線形成分ＵL とから構成され、スライディングモード制御の直接切換関数法によって切換関数ＳをＳ＝Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd として、非線形成分ＵnLが図示の非線形項算出部において下式（１）によって算出され、また、線形成分ＵL が線形項算出部において下式（２）によって算出される。
【００４８】
ＵnL＝Ｇ１×（Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ）／｜Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ｜
＋ＵnLold ・・・（１）
但し、ＵnLold は、非線形成分によるフィードバックゲインの前回値である。
【００４９】
ＵL ＝Ｇ２×（Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ）／（Ａ／Ｆact') ・・・（２）
このように、切換関数ＳをＳ＝Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd とすることにより、切換平面Ｓ＝０が所望の状態であるＡ／Ｆact'＝Ａ／Ｆcmd の状態となり、この切換平面を横切る毎に非線形成分ＵnLによるフィードバックゲインの増減方向（正負）が切り換えられ、このように切換平面において増減方向が切り換えられるフィードバックゲインを積分した値として非線形成分ＵnLが算出される。
【００５０】
また、線形成分ＵL は、目標空燃比Ａ／Ｆcmd が大きく切り換えられた場合に、状態量を切換平面上に収束させる速度を調節するように設定され、偏差（Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ）が大きいほど大きい値に設定されて状態量を切換平面上に速やかに収束させつつ、切換平面に接近してくると小さい値に減少して、オーバーシュートを抑制するように機能する。
【００５１】
そして、算出されたフィードバック制御量を用いて、燃料噴射量の算出に用いるフィードバック補正係数αを算出する。ここでは、非線形項算出部からの非線形成分ＵnLに線形項算出部からの線形成分ＵL を加え、さらに、フィードバック補正係数αの中央値（フィードバック無しに相当する値＝１）を加え、リミッタ処理部において下限以上、上限以下となるようにリミッタ処理が実施された後、フィードバック補正係数αが出力される。
【００５２】
続いて、出力されたフィードバック補正係数αを用いて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）Ｔｉを算出し（図３のＳ４）、燃料噴射弁１４に駆動信号（パルス信号）を出力して相当量の燃料を噴射させ（図３のＳ５）、混合気の空燃比を目標値に制御する。ここで、燃料噴射量Ｔｉの算出は通常の空燃比制御のものと同様でよく、例えば、吸入空気量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅに基づいて算出される基本燃料噴射量を冷却水温度Ｔｗ等に基づく各種補正係数を用いて補正した値に、前記フィードバック補正係数αを乗じ、これにバッテリ電圧補正分を加算する。
【００５３】
以上の説明では、エンジンシステムのモデルを表す伝達関数を機関の加減速状態に応じて切り換えたが、この切り換えは、加減速状態の代わりに吸気管壁温に応じて実施されてもよい。このため、吸気管壁温を推定する手段として冷却水温度Ｔｗを検出し、基準温度Ｔw0との比較によって切り換える。
【００５４】
すなわち、図８のＳ２１において冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔw0より高いか否かが判定され、高ければ、Ｓ２２に進んで高温状態におけるエンジンシステムのモデルを表す高温時用伝達関数が設定される。高温時用伝達関数では、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが小さく設定される。一方、冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔw0以下であるならば、Ｓ２３に進んで低温状態におけるエンジンシステムのモデルを表す低温時用伝達関数が設定される。低温時用伝達関数では、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが大きく設定される。
【００５５】
吸気管壁温の推定は、冷却水温度Ｔｗだけでなく、潤滑油温度又は吸気温度を検出し、それぞれの基準温度との比較によって同様に実施することもでき、また、このような１点定数による切り換えばかりでなく、テーブル又はマップを用いてより厳密に切り換えるようにしてもよい。
【００５６】
このように、吸気管壁温（推定値）に応じてエンジンシステムのモデルを切り換えるようにすることで、特に、吸気管壁面に付着した燃料の蒸発特性の変化によるシステムの特性の変化に対応してモデルを切り換えて、検出空燃比Ａ／Ｆout に含まれる位相遅れを補償することができるようになる。
【００５７】
また、本実施形態では、スミス法を適用し、実際のエンジンシステム（Ｇｐ×ｅ^-Ls）を通した出力からモデル（Ｇｍ×ｅ^-gs）を通した出力を減じて、即ち、Ｇｐ×ｅ^-Ls−Ｇｍ×ｅ^-gsの演算を行って位相遅れを補償したが、例えばバートレイ法を適用し、第３減算部ｄ３の代わりに、実際のエンジンシステムを通した出力からモデルを通した出力を除する、即ち、（Ｇｐ×ｅ^-Ls）／（Ｇｍ×ｅ^-gs）の演算を行う除算部を設けて位相遅れを補償してもよい。
【００５８】
以上に説明したように、本発明によれば、エンジンシステムに存在するむだ時間要素による影響が排除された状態でフィードバック制御量を算出することができるため、制御系の安定性を維持することができるばかりでなく、機関運転状態全域に渡って大きなフィードバック制御量を出力することができるようになるため、制御系の応答性も確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の構成を示す図
【図３】同上実施形態に係る空燃比制御を流れを示す図
【図４】同上空燃比制御における検出空燃比の位相遅れ補償制御を示す図
【図５】伝達関数の切り換え制御の一例を示す図
【図６】本発明の一実施形態に係る空燃比制御における検出空燃比の位相遅れ補償制御の効果を示す図
【図７】同上空燃比制御におけるフィードバック制御量の算出手順を示す図
【図８】伝達関数の切り換え制御の他の例を示す図
【図９】むだ時間要素による影響を示す図
【符号の説明】
Ｅ内燃機関
１吸気通路
１１エアクリーナ
１２エアフロメータ
１３スロットル弁
１４燃料噴射弁
２１燃焼室
２２点火プラグ
３排気通路
３１空燃比センサ
３２触媒コンバータ（三元触媒）
４１電子制御ユニット
５１クランク角センサ
５２温度センサ
６１アクセルペダル
７１燃料通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine. More specifically, the present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that feedback-controls the air-fuel ratio so that a target air-fuel ratio is set according to the engine operating state.
[0002]
[Prior art]
In an internal combustion engine for a vehicle, feedback control of an air-fuel ratio to a target value is generally performed for the purpose of purifying exhaust gas or improving fuel consumption. Here, the information used for feedback control, that is, the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor (detected air-fuel ratio) should be installed downstream of the engine system to be controlled and the air-fuel ratio should be controlled. Since it is arranged downstream of the combustion chamber, it includes a phase delay caused by a dead time element such as an exhaust transport delay.
[0003]
The phase delay of the detected air-fuel ratio resulting from the exhaust transport delay generally has a property of changing in correlation with the intake air amount. Specifically, when the intake air amount is large, the exhaust flow rate increases and the transport delay decreases, so the phase delay of the detected air-fuel ratio decreases. When there is a small amount, the flow rate of the exhaust gas decreases and the transport delay increases, so the phase delay of the detected air-fuel ratio increases.
[0004]
This state is illustrated in FIG. FIG. 9A corresponds to the case where the phase lag is small, and FIG. 9B corresponds to the case where the phase lag is large. A / Fcmd represents the target air-fuel ratio, A / Fout represents the detected air-fuel ratio, and A / Fact represents the actual air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) in the combustion chamber. As described above, when the detected air-fuel ratio A / Fout includes a large phase delay, an error between the actual air-fuel ratio A / Fact and the detected air-fuel ratio A / Fout (that is, the air-fuel ratio input to the electronic control unit). e2 increases. In this case, the air-fuel ratio is feedback-controlled based on information far from the actual state in the combustion chamber, and the stability of the control system is deteriorated and divergence is likely to occur.
[0005]
Therefore, when the effect due to the dead time element existing in the control target is large (for example, when the intake air amount is small), calculation is performed using the detected air-fuel ratio to eliminate the influence when performing feedback control of the air-fuel ratio. The feedback control amount is corrected to a low value based on the intake air amount to maintain the stability of the control system.
[0006]
By the way, a sliding mode control (Sliding Mode Control), which is currently used in the field of robot control and the like as a robust control method capable of suppressing the influence of disturbance, can be applied to air-fuel ratio feedback control of an internal combustion engine for a vehicle. It is being considered. For example, in the Japanese Patent Application No. 11-296908, the applicant applies the sliding mode control, and sets the feedback control amount calculated using the detected air-fuel ratio to the gain correction value set based on the intake air amount. There has been proposed a technique for correcting the influence of the dead time element existing in the controlled object later by correcting using. In addition, as a method for setting the feedback control amount without being affected by such a dead time element, there is a method for setting it directly based on a plurality of parameters such as an intake air amount, a water temperature, and an intake pressure.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the calculated feedback control amount is corrected based on the intake air amount, since divergence can be suppressed, there is an effect in terms of stability of the control system. Since the information used for calculating the feedback control amount (that is, the detected air-fuel ratio) itself still includes a phase delay, the influence of the dead time element cannot be completely eliminated. In particular, when the feedback control amount is calculated by the sliding mode control, the influence becomes more serious as compared with other feedback control modes.
[0008]
That is, the increasing / decreasing direction of the nonlinear component that generates the state quantity sliding mode is switched by the sign of the deviation (error amount) between the detected air-fuel ratio and the target air-fuel ratio, so that the detected air-fuel ratio is a value far from the actual air-fuel ratio. , The nonlinear component can increase or decrease in the wrong direction (in the direction opposite to the direction to be changed). Another problem is that the air-fuel ratio is controlled using the feedback control amount that is forcibly reduced in this way, so that the responsiveness of the control system cannot be ensured. .
[0009]
On the other hand, in the case of using the method of setting the feedback control amount based on a plurality of parameters, there is a problem that the man-hours required for setting the feedback control amount and the memory capacity of the electronic control unit increase.
[0010]
In view of such a situation, the present invention can eliminate the influence of the dead time element existing in the control target without using the subsequent correction of the feedback control amount, thereby improving the stability and responsiveness of the control system. An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that can ensure both of the above.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as shown in FIG. 1, the invention according to claim 1 is an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that feedback-controls the air-fuel ratio so that the target air-fuel ratio is set according to the engine operating state. An air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio, an engine operating state detecting means for detecting an engine operating state other than the air-fuel ratio, and a dead time of the control target included in the detected air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detecting means Compensating for a phase lag due to an element, the phase lag is compensated using a model of a controlled object represented by a transfer function switched according to an engine operating state, and the transfer function is detected by the engine operating state detecting unit. Detected by the Other than air-fuel ratio Phase delay compensation means for switching according to the engine operating state, and feedback control amount calculation means for calculating a feedback control amount using the detected air-fuel ratio compensated for the phase delay by the phase delay compensation means, To do.
[0012]
According to such a configuration, the detected air-fuel ratio from the air-fuel ratio detection means is compensated for by the phase delay compensation means before being input to the feedback control amount calculation means. Thus, the feedback control amount is calculated based on the detected air-fuel ratio after compensation. In addition, the transfer function that represents the model to be controlled can be switched according to the engine operating state, so that the filling characteristics of the gas into the cylinder and the adhesion characteristics of the fuel from the fuel supply device to the wall of the intake pipe In addition, it is possible to use a model corresponding to the characteristics to be controlled such as the transport characteristics of exhaust and the like for each engine operating state.
[0013]
The invention according to claim 2 is characterized in that the feedback control amount calculation means calculates a feedback control amount by sliding mode control.
According to this configuration, the state quantity of the air / fuel ratio to be controlled converges at high speed on the switching plane in the sliding mode control using the compensated detected air / fuel ratio, and then converges while being constrained on the switching plane. Control is performed so as to converge to a point (a point at which the target state quantity of the air-fuel ratio is given). That is, the air-fuel ratio to be controlled is stably controlled to the target air-fuel ratio without being affected by disturbances or the like after being constrained on the switching plane.
[0014]
The invention according to claim 3 is characterized in that the model to be controlled includes a first element that does not include the dead time element and a second element that represents the dead time element.
[0015]
According to such a configuration, the influence due to the dead time element existing in the controlled object is eliminated by using the model representing the second element, and the feedback control amount calculating means includes the controlled object excluding such a dead time element, Ideally, the feedback control amount is calculated based on the output that passes only the transfer function representing the first element.
[0016]
The invention according to claim 4 is characterized in that the phase delay compensation means compensates for the phase delay included in the detected air-fuel ratio by Smith dead time compensation control proposed by Otto Smith (person).
[0017]
According to such a configuration, the influence of the dead time element existing in the controlled object is apparently output outside the feedback loop using the model representing the second element, and the feedback control amount calculation means is output outside this. Ideally, the feedback control amount is calculated based on the output obtained before the dead time element and ideally only through the transfer function representing the first element.
[0018]
The invention according to claim 5 is characterized in that the transfer function representing the model to be controlled is switched by changing the order of the transfer function representing the first element. That is, in order to cope with a change (increase / decrease) in the type of response delay element such as a delay in gas filling into the cylinder that causes a response delay of the controlled object, and adhesion of fuel from the fuel supply device to the intake pipe wall surface. The order of the transfer function that represents the element of the transfer function, that is, the expression of the transfer function itself can be switched.
[0019]
The invention according to claim 6 is characterized in that the transfer function representing the model to be controlled is switched by changing a time constant in the transfer function representing the first element. That is, the time constant in the transfer function representing the first element can be changed in order to cope with a change in the characteristics of the response delay element existing in the controlled object.
[0020]
The invention according to claim 7 is characterized in that the transfer function representing the model to be controlled is switched by changing the dead time in the transfer function representing the second element. In other words, the dead time in the transfer function representing the second element can be changed in order to cope with the characteristics of the dead time element existing in the controlled object, in particular, the change in the dead time due to the delay in transport of exhaust gas. is there.
[0021]
The invention according to claim 8 is characterized in that the transfer function is switched according to an acceleration / deceleration state. According to this configuration, the model to be controlled can be switched in accordance with the change in the characteristics of the control target due to the change in the acceleration / deceleration state of the engine.
[0022]
The invention according to claim 9 is characterized in that the transfer function is switched according to the amount of intake air. According to such a configuration, the model to be controlled can be switched in accordance with the change in the characteristics of the control target due to the change in the intake air amount.
[0023]
The invention according to claim 10 is characterized in that the transfer function is switched according to the intake pipe wall temperature. According to such a configuration, the model to be controlled can be switched in accordance with the change in the characteristic of the control target due to the change in the intake pipe wall temperature.
[0024]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the feedback control amount calculating means can calculate the feedback control amount so as to be optimal in a state where the influence of the dead time element existing in the control target is eliminated. The stability of the system can be maintained, and a large feedback control amount can be output over the entire engine operating state, so that the responsiveness of the control system can be ensured. In addition, by using a model that corresponds to the characteristics of the controlled object, the phase delay of the detected air-fuel ratio can be accurately compensated regardless of changes in the controlled object characteristics, thus improving the robustness of the control system. To do.
[0025]
According to the invention of claim 2, the robustness of the feedback control is improved.
According to the third aspect of the invention, the phase delay of the detected air-fuel ratio can be easily compensated using the second element, and the feedback control amount can be easily calculated based on information that does not include the phase delay.
[0026]
According to the fourth aspect of the invention, the phase delay of the detected air-fuel ratio can be easily compensated, and the air-fuel ratio can be feedback controlled by a simpler control system.
[0027]
According to the fifth aspect of the present invention, the phase delay of the detected air-fuel ratio can be accurately compensated regardless of the change in the type of response delay element existing in the control target, and the feedback control amount can be calculated more optimally. Can contribute.
[0028]
According to the invention of claim 6, the phase delay of the detected air-fuel ratio can be accurately compensated regardless of the change in the characteristic of the response delay element existing in the control target, and the feedback control amount can be calculated more optimally. Can contribute.
[0029]
According to the seventh aspect of the present invention, the phase delay of the detected air-fuel ratio can be accurately compensated regardless of the dead time element existing in the controlled object, in particular, the change of the dead time due to the exhaust transportation delay.
[0030]
According to the eighth aspect of the present invention, the transfer function representing the model to be controlled based on the acceleration / deceleration state of the engine, that is, the model to be controlled is easily switched according to the change in the characteristics of the control target, and the control is performed. It is possible to use a model of the optimal control object corresponding to the characteristics of the object.
[0031]
According to the ninth aspect of the present invention, the transfer function representing the model to be controlled based on the intake air amount, and thus the model to be controlled can be easily switched according to the change in the characteristics of the control target, It is possible to use a model of an optimal control object corresponding to the characteristic.
[0032]
According to the invention of claim 10, a transfer function representing a model to be controlled based on the intake pipe wall temperature, that is, the model to be controlled is easily switched according to a change in the characteristics of the control object, It is possible to use a model of an optimal control object corresponding to the characteristics of
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 2 schematically shows the configuration of an internal combustion engine E according to an embodiment of the present invention. In the intake passage 1 of the internal combustion engine E, the intake air is linked to an air flow meter 12 that detects the flow rate of air (intake air amount Qa) through an air cleaner 11 that removes dust contained in the air, and an accelerator pedal 61. A throttle valve 13 for controlling the amount Qa is provided, and an electromagnetically driven fuel injection valve 14 as a fuel supply device is provided for each cylinder in a further downstream manifold portion. The fuel injection valve 14 is driven in response to an electric signal from an electronic control unit 41 (described later), and injects and supplies a fuel having a predetermined pressure fed through a fuel pipe 71 from a fuel pump (not shown). The manifold portion of the intake passage 1 communicates with the combustion chamber 21 on one side of each cylinder, and an ignition plug 22 for igniting the air-fuel mixture introduced from the intake passage 1 is provided at the approximate center of each combustion chamber 21. It has been.
[0034]
On the other hand, the exhaust passage 3 includes a wide-range air-fuel ratio sensor 31 as an air-fuel ratio detecting means that linearly detects an air-fuel ratio (detected air-fuel ratio A / Fout) according to the oxygen concentration in the exhaust, and exhaust. A catalytic converter 32 containing a three-way catalyst that performs oxidation of CO and HC and reduction of NOx is provided.
[0035]
In addition to the intake air amount Qa and the detected air-fuel ratio A / Fout, the electronic control unit 41 detects the signal from the crank angle sensor 51 (based on this calculation of the engine speed Ne) and the temperature sensor 52. The coolant temperature Tw is input, and air-fuel ratio control described below is performed.
[0036]
FIG. 3 schematically shows the flow of the air-fuel ratio control. The electronic control unit 41 reads various signals such as the intake air amount Qa in S1, and then performs phase lag compensation control according to the present invention in S2. Then, next, this phase delay compensation control is demonstrated with reference to the functional block diagram shown in FIG.
[0037]
The phase lag compensation control according to the present embodiment is configured based on the compensation control method proposed by Otto Smith. In the first subtraction unit d1, the deviation between the target air-fuel ratio A / Fcmd and the detected air-fuel ratio A / Fout is calculated. The sliding mode control unit (S / M control unit) calculates the operation amount based on the deviation, calculates the operation amount, and applies the operation amount to the engine system that is the control target (plant). A compensation operation is added to the feedback control system so that the dead time element existing in the engine system under a certain condition can be output outside the feedback loop.
[0038]
That is, the operation amount from the S / M control unit is input to the S / M control unit on the output side of the first subtraction unit d1 through the transfer function Gm representing a model (system model) that does not include the time delay element of the engine system. Is introduced into the second subtraction unit d2 provided on the side, and the operation amount from the S / M control unit is converted into a transfer function (that is, a transfer function Gm and a dead time element) representing a model including a dead time element of the engine system. And a deviation between the detected air-fuel ratio A / Fout and the output from the delay model is introduced into the first subtraction unit d1. .
[0039]
Here, the model of the engine system is created by theoretically modeling an actual system or by performing identification based on response data of the actual system. The transfer function Gm representing the system model has constants c and d as time constants, and Gm = (as + b) / (cs ² + ds + e) (for example, a = −20.2, b = −21133.1, c = 1, d = 134.6737, e = 190.2974). The transfer function representing the delay model is e ^-gs (G is a dead time, for example, g = 50). Therefore, the transfer function representing the model including the time delay element of the engine system is Gm × e. ^-gs = (As + b) / (cs ² + ds + e) x e ^-gs Will be expressed.
[0040]
These transfer functions Gm and e ^-gs Is switched according to the engine operating state. And this switching is implemented as shown in FIG. 5 according to the acceleration / deceleration state of the engine, for example.
[0041]
That is, after calculating the change rate (that is, acceleration) ΔNe of the engine speed Ne in S11, it is determined in S12 whether the engine is in an acceleration state based on ΔNe. If it is in the acceleration state, the process proceeds to S13, where a transfer function for acceleration representing the model of the engine system in the acceleration state is set. In the transfer function for acceleration, the order of the transfer function Gm representing the system model is set low (for example, Gm = (b ′) / (d′ s + e ′)) or the time constant c And d and dead time g are set small.
[0042]
On the other hand, if the engine is not in an accelerating state, the process proceeds to S14 to determine whether the engine is in a decelerating state. If the vehicle is in the decelerating state, the process proceeds to S15, and a transfer function for deceleration representing the model of the engine system in the decelerating state is set. In the transfer function for deceleration, the order of the transfer function Gm representing the system model is set high (for example, Gm = (a ′s + b ′) / (f ′s ^Three + c's ² + d's + e '). Or the time constants c and d and the dead time g are set large. If the engine is not in an acceleration state or a deceleration state and is in a steady state, a steady-state transfer function representing a model of the engine system in the steady state is set in S16 and thereafter.
[0043]
The constant-time transfer function is switched according to the intake air amount Qa (or an equivalent value set corresponding to the intake air amount Qa). That is, when it is determined in S16 that the intake air amount Qa is larger than the predetermined amount Qa0, the process proceeds to S17, where a large intake amount transfer function is set, while in S16, the intake air amount Qa is less than or equal to the predetermined amount Qa0. If it is determined, the process proceeds to S18, where a small intake amount transfer function is set. The dead time g is set small in the large intake amount transfer function, and the dead time g is set large in the small intake amount transfer function.
[0044]
By switching the transfer function in accordance with the engine operating state in this way, the engine operating state changes, for example, the intake air amount Qa decreases, the gas filling characteristics in the cylinder and the fuel intake pipe wall surface If the characteristics of the response delay element of the system including the adhesion characteristics of the system change, the type and number of response delay elements change, the characteristics of the engine system change, or the intake air amount Qa decreases. Accordingly, even when a change (increase in dead time) occurs in the transport characteristics of the exhaust, an optimal model corresponding to these changes can be used.
[0045]
As a result of using the optimum model in this way, when the influence of the disturbance is small, the calculation by the third subtraction unit d3, that is, Gp × e ^-Ls -Gm × e ^-gs (However, transfer function Gp × e ^-Ls Represents an actual engine system, of which Gp is the actual engine system excluding the time delay element, e ^-Ls Represents a dead time element existing in the engine system, and L represents a dead time. ), Gp = Gm and L = g, so that the phase delay included in the detected air-fuel ratio A / Fout can be accurately compensated. At this time, the functional block diagram of FIG. 4 can be equivalently converted as shown in FIG.
[0046]
According to FIG. 6, the dead time element existing in the engine system is put out of the feedback loop, and the S / M control unit can remove the dead time element from the engine system, Since the feedback control amount is calculated using the output (A / Fact ') that passes only the transfer function Gm representing the system model that does not include the time delay element, the influence of the time delay element is eliminated and the feedback control amount is eliminated. Can be calculated.
[0047]
The calculation of the feedback control amount by the S / M control unit (S3 in FIG. 1) is performed as shown in FIG. That is, the feedback control amount is composed of a non-linear component UnL and a linear component UL, and the non-linear component UnL is shown as S = A / Fact'-A / Fcmd by the direct switching function method of sliding mode control. The nonlinear term calculation unit calculates the following equation (1), and the linear component UL is calculated by the following equation (2) in the linear term calculation unit.
[0048]
UnL = G1 × (A / Fact′−A / Fcmd) / | A / Fact′−A / Fcmd |
+ UnLold (1)
However, UnLold is the previous value of the feedback gain due to the non-linear component.
[0049]
UL = G2 × (A / Fact′−A / Fcmd) / (A / Fact ′) (2)
Thus, by setting the switching function S to S = A / Fact′−A / Fcmd, the switching plane S = 0 becomes the desired state A / Fact ′ = A / Fcmd. Every time it crosses, the increase / decrease direction (positive / negative) of the feedback gain by the nonlinear component UnL is switched, and the nonlinear component UnL is calculated as a value obtained by integrating the feedback gain that switches the increase / decrease direction in this way.
[0050]
The linear component UL is set so as to adjust the speed at which the state quantity converges on the switching plane when the target air-fuel ratio A / Fcmd is largely switched, and the deviation (A / Fact′−A / Fcmd) is set. The larger the value is, the larger the value is set, and the state quantity is quickly converged on the switching plane, and when it approaches the switching plane, it decreases to a smaller value and functions to suppress overshoot.
[0051]
Then, using the calculated feedback control amount, a feedback correction coefficient α used for calculating the fuel injection amount is calculated. Here, the linear component UL from the linear term calculation unit is added to the nonlinear component UnL from the nonlinear term calculation unit, and the median value of the feedback correction coefficient α (value corresponding to no feedback = 1) is added to the limiter processing unit. After the limiter processing is performed so that the value becomes equal to or higher than the lower limit and lower than the upper limit, the feedback correction coefficient α is output.
[0052]
Subsequently, a fuel injection amount (fuel injection pulse width) Ti is calculated using the output feedback correction coefficient α (S4 in FIG. 3), and a drive signal (pulse signal) is output to the fuel injection valve 14 to obtain a corresponding amount. The fuel is injected (S5 in FIG. 3), and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to the target value. Here, the calculation of the fuel injection amount Ti may be the same as that of the normal air-fuel ratio control. For example, the basic fuel injection amount calculated based on the intake air amount Qa and the engine speed Ne is set to the coolant temperature Tw or the like. The value corrected using the various correction coefficients based thereon is multiplied by the feedback correction coefficient α, and the amount of battery voltage correction is added thereto.
[0053]
In the above description, the transfer function representing the model of the engine system is switched according to the acceleration / deceleration state of the engine. However, this switching may be performed according to the intake pipe wall temperature instead of the acceleration / deceleration state. For this reason, the cooling water temperature Tw is detected as means for estimating the intake pipe wall temperature, and is switched by comparison with the reference temperature Tw0.
[0054]
That is, it is determined in S21 of FIG. 8 whether or not the coolant temperature Tw is higher than the reference temperature Tw0. If it is higher, the process proceeds to S22 to set a high-temperature transfer function representing an engine system model in a high-temperature state. In the transfer function for high temperatures, the time constants c and d and the dead time g are set small. On the other hand, if the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the reference temperature Tw0, the process proceeds to S23 where a low temperature transfer function representing a model of the engine system in the low temperature state is set. In the transfer function for low temperature, the time constants c and d and the dead time g are set large.
[0055]
The intake pipe wall temperature can be estimated in the same manner by detecting not only the cooling water temperature Tw but also the lubricating oil temperature or the intake air temperature and comparing them with the respective reference temperatures. In addition to switching according to, switching may be performed more strictly using a table or a map.
[0056]
In this way, by switching the engine system model according to the intake pipe wall temperature (estimated value), it is possible to cope with changes in the system characteristics caused by changes in the evaporation characteristics of fuel adhering to the intake pipe wall surface. Thus, it is possible to compensate for the phase delay included in the detected air-fuel ratio A / Fout by switching the model.
[0057]
In this embodiment, the Smith method is applied, and an actual engine system (Gp × e ^-Ls ) To output the model (Gm × e ^-gs ) Is reduced, ie Gp × e ^-Ls -Gm × e ^-gs Although the phase lag is compensated by performing the calculation of the above, for example, the Burtley method is applied, and instead of the third subtraction unit d3, the output through the model is divided from the output through the actual engine system, that is, (Gp × e ^-Ls ) / (Gm × e ^-gs ) May be provided to compensate for the phase lag.
[0058]
As described above, according to the present invention, the feedback control amount can be calculated in a state where the influence of the dead time element existing in the engine system is eliminated, so that the stability of the control system can be maintained. In addition to being able to output, a large feedback control amount can be output over the entire engine operating state, so that the responsiveness of the control system can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a flow of air-fuel ratio control according to the embodiment;
FIG. 4 is a diagram showing phase lag compensation control of the detected air-fuel ratio in the air-fuel ratio control same as above.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of transfer function switching control;
FIG. 6 is a diagram showing the effect of phase delay compensation control of the detected air-fuel ratio in the air-fuel ratio control according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a calculation procedure of a feedback control amount in the air-fuel ratio control same as above.
FIG. 8 is a diagram showing another example of transfer function switching control;
FIG. 9 is a diagram showing the influence of a dead time element.
[Explanation of symbols]
E Internal combustion engine
1 Intake passage
11 Air cleaner
12 Air flow meter
13 Throttle valve
14 Fuel injection valve
21 Combustion chamber
22 Spark plug
3 Exhaust passage
31 Air-fuel ratio sensor
32 Catalytic converter (three-way catalyst)
41 Electronic control unit
51 Crank angle sensor
52 Temperature sensor
61 Accelerator pedal
71 Fuel passage

Claims

An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that feedback-controls an air-fuel ratio so as to be a target air-fuel ratio set according to an engine operating state,
Air-fuel ratio detecting means for detecting the air-fuel ratio;
Engine operating state detecting means for detecting an engine operating state other than the air-fuel ratio;
Means for compensating for a phase delay due to a dead time element of the control object included in the detected air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio detection means, the control object represented by a transfer function switched according to the engine operating state Phase lag compensation means for compensating for the phase lag using a model and switching the transfer function according to an engine operating state other than the air-fuel ratio detected by the engine operating state detecting means;
Feedback control amount calculation means for calculating a feedback control amount using the detected air-fuel ratio whose phase delay has been compensated for by the phase delay compensation means;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:

2. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the feedback control amount calculating means calculates the feedback control amount by sliding mode control.

The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the model to be controlled includes a first element that does not include the dead time element and a second element that represents the dead time element. Engine air-fuel ratio control device.

4. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the phase delay compensation means compensates for a phase delay included in the detected air-fuel ratio by Smith dead time compensation control.

5. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the transfer function representing the model to be controlled is switched by changing the order of the transfer function representing the first element. .

6. The transfer function representing the model to be controlled is switched by changing a time constant in the transfer function representing the first element. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.

The transfer function representing the model to be controlled is switched by changing the dead time in the transfer function representing the second element. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the transfer function is switched according to an acceleration / deceleration state.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the transfer function is switched according to an intake air amount.

The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the transfer function is switched according to an intake pipe wall temperature.