JPH05180040A

JPH05180040A - 内燃機関の空燃比検出及び制御方法

Info

Publication number: JPH05180040A
Application number: JP3359338A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hasegawa; 祐介長谷川; Eisuke Kimura; 英輔木村; Naosuke Akasaki; 修介赤崎; Isao Komoriya; 勲小森谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-20
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JP2717744B2

Abstract

(57)【要約】【構成】多気筒内燃機関の排気系の集合部に設けた単一
の空燃比センサの検出値について、排気系のモデルを構
築して内部の各気筒の空燃比をオブザーバによって観察
し、その出力に基づいてセンサ検出値から各気筒の空燃
比を分離抽出する。【効果】気筒ごとに空燃比センサを設けることなく、１
個のセンサ出力から各気筒の空燃比を精度良く推定する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の空燃比検出
及び制御方法に関し、より具体的には多気筒内燃機関の
排気系集合部に設けた１個の空燃比センサ出力から各気
筒の空燃比を抽出して目標値に制御する様にした内燃機
関の空燃比検出及び制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系に酸素濃度検出素子か
らなる空燃比センサを設けて入力した燃料の空燃比を検
出し、検出値に応じて燃料供給量を目標値にフィードバ
ック制御することは良く行われており、その一例として
特開昭５９─１０１５６２号公報記載の技術を挙げるこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで４気筒、６気
筒などの多気筒内燃機関の排気系集合部に１個の空燃比
センサのみを配置して空燃比を検出する場合、センサ検
出値は全ての気筒の空燃比を混合した出力を示すことと
なり、気筒ごとの空燃比を正確に検出することができ
ず、それぞれの空燃比を目標値に精度良く制御すること
ができない。このため、ある気筒はリーンであったり別
の気筒はリッチであったりしてエミッション悪化の原因
となる。それを解消するためには気筒ごとに空燃比セン
サを設ければ良いが、それではコスト高を招くと共に、
センサの耐久性の問題もある。その意図から、この従来
技術においては検出精度を上げるため、基準タイミング
（第１気筒ＴＤＣ）から各気筒の排気ガスが空燃比セン
サに到達するまでの遅れ時間を運転状態に応じて予め求
めておき、それに基づいて気筒別に空燃比を検出して目
標値にフィードバック制御している。しかし、すでに述
べたとおり集合部の空燃比は各気筒の空燃比の混在した
ものなのであるから、この従来技術は精度的には必ずし
も十分満足できるものではなかった。

【０００４】従って、本発明の目的は上記した欠点を解
消し、多気筒内燃機関の排気系集合部に配置した単一の
空燃比センサの出力から各気筒の空燃比を正確に分離抽
出することができる様にした内燃機関の空燃比検出方法
を提供することにある。

【０００５】更には、分離抽出した気筒ごとの空燃比に
基づいて各気筒の空燃比を目標値にフィードバック制御
する様にした内燃機関の空燃比制御方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明に係る内燃機関の空燃比検出方法は例えば請
求項１項に示す様に、多気筒内燃機関の排気系集合部に
配置される単一の空燃比センサの出力から入力された混
合気の空燃比を検出するものにおいて、前記センサの出
力値を各気筒の燃焼履歴に所定の重みを乗じた加重平均
値からなるものとみなして排気系の挙動を記述するモデ
ルを構築し、各気筒の空燃比を内部状態変数とする状態
方程式と出力方程式とを求め、前記内部状態を観察する
オブザーバを構築してその出力を求め、前記オブザーバ
出力から各気筒の空燃比を推定する、如く構成した。

【０００７】

【作用】排気系のモデルを構築すると共に、各気筒の空
燃比の挙動を観察するオブザーバから各気筒の空燃比を
的確に推定できる様にしたので、それに基づいて例えば
各気筒を目標値にフィードバック制御するときなども精
度良く行うことができる。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面に即して本発明の実施例を説
明する。

【０００９】図１は本発明にかかる方法を実現するため
の内燃機関の空燃比検出・制御装置を全体的に示す概略
図である。図において、符号１０は４気筒の内燃機関を
示しており、吸気路１２の先端に配置されたエアクリー
ナ１４から導入された吸気は、スロットル弁１６でその
流量を調節されつつインテークマニホルド１８を経て第
１〜第４気筒に流入される。各気筒の吸気弁（図示せ
ず）の付近にはインジェクタ２０が設けられて燃料を噴
射する。噴射され吸気と一体となった混合気は各気筒内
で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピストン
（図示せず）を駆動する。燃焼後の排気ガスは排気弁
（図示せず）を介してエキゾーストマニホルド２２に排
出され、エキゾーストパイプ２４を経て三元触媒コンバ
ータ２６で浄化されつつ機関外に排出される。また吸気
路１２にはスロットル弁１６を配置した位置付近にそれ
をバイパスするバイパス路２８が設けられる。

【００１０】また内燃機関１０のディストリビュータ
（図示せず）内にはピストン（図示せず）のクランク角
度位置を検出するクランク角センサ３４が設けられると
共に、スロットル弁１６の開度を検出するスロットル開
度センサ３６、スロットル弁１６下流の吸気圧力を絶対
圧力で検出する絶対圧センサ３８も設けられる。更に、
排気系においてエキゾーストマニホルド２２の下流側で
三元触媒コンバータ２６の上流側には酸素濃度検出素子
からなる空燃比センサ４０が設けられ、排気ガスの空燃
比を検出する。これらセンサ３４などの出力は、制御ユ
ニット４２に送られる。

【００１１】図２は制御ユニット４２の詳細を示すブロ
ック図である。空燃比センサ４０の出力は検出回路４６
に入力され、そこで適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空燃比（Ａ／Ｆ）
が検出される。尚、その詳細は先に本出願人が提案した
出願（特願平３─１６９４５６号）に述べてあるので、
これ以上の説明は省略する。また以下の説明においてこ
のセンサを「ＬＡＦセンサ」（リニア・エーバイエフ・
センサ）と称する。検出回路４６の出力はＡ／Ｄ変換回
路４８を介してＣＰＵ５０，ＲＯＭ５２，ＲＡＭ５４か
らなるマイクロ・コンピュータ内に取り込まれ、ＲＡＭ
５４に格納される。同様にスロットル開度センサ３６な
どのアナログ出力はレベル変換回路５６、マルチプレク
サ５８及び第２のＡ／Ｄ変換回路６０を介して、またク
ランク角センサ３４のデジタル出力は波形整形回路６２
で波形整形された後、カウンタ６４で出力値がカウント
され、カウント値はマイクロ・コンピュータ内に入力さ
れる。マイクロ・コンピュータにおいてＣＰＵ５０はＲ
ＯＭ５２に格納された命令に従って検出値から空燃比の
フィードバック制御値を演算し、駆動回路６６を介して
各気筒のインジェクタ２０を駆動すると共に、第２の駆
動回路６８を介して電磁弁７０を駆動し、図１に示した
バイバス路２８を通る２次空気量を制御する。

【００１２】続いて、この制御装置の動作を説明する。
その動作は結局のところ空燃比を検出して目標値との偏
差を求め、その偏差を解消する様に燃料供給量（噴射
量）を制御することにつきるが、この発明の要旨は、空
燃比センサの出力から各気筒の空燃比を精度良く推定
し、併せて推定した検出値に基づいて空燃比を目標値に
フィードバック制御することにあることにあるので、以
下その点に焦点をおいて説明する。

【００１３】多気筒内燃機関の排気系集合部に１個の空
燃比センサのみを配置し、その出力から各気筒の空燃比
を精度良く分離抽出するためには、先ず、空燃比センサ
の検出応答遅れを正確に解明する必要がある。図３に単
気筒の内燃機関を例にとり、吸気量を一定として供給燃
料量をステップ状に変化させた場合の空燃比センサの応
答の実測データを示す（図中「実測値」）。図示の如
く、空燃比をステップ状に変化させた場合、ＬＡＦセン
サ出力の実測値は入力値に対して遅れを持つが、この遅
れはセンサの化学反応に起因するので、正確に解析する
ことは困難である。そこで本発明者達はとりあえずこの
遅れを１次遅れ系と擬似的にモデル化し、図４に示す如
きモデルを作成した。ここでＬＡＦ：ＬＡＦセンサ出
力、Ａ／Ｆ：入力Ａ／Ｆ、とすると、その状態方程式は
下記の数１で示すことができる。

【００１４】

【数１】

【００１５】これを周期ΔＴで離散化すると、数２で示
す様になる。図５は数２をブロック線図で表したもので
ある。

【００１６】

【数２】

【００１７】従って、数２を用いることによってセンサ
出力より真の空燃比を求めることができる。即ち、数２
を変形すれば数３に示す様になるので、時刻ｋのときの
値から時刻ｋ−１のときの値を数４の様に逆算すること
ができる。

【００１８】

【数３】

【００１９】

【数４】

【００２０】具体的には数２をＺ変換を用いて伝達関数
で示せば数５の如くになるので、その逆伝達関数を今回
のセンサ出力ＬＡＦに乗じることによって前回の入力空
燃比をリアルタイムに推定することができる。図６にそ
のリアルタイムのＡ／Ｆ推定器のブロック線図を示す。
尚、前述したとおりＬＡＦセンサの応答遅れは化学反応
に起因するもので正確に解析することは困難であるが、
機関回転数との間に相関関係のあることが確認できた。
したがって伝達関数の係数は、適宜設定する所定の機関
回転数ごとに相違させることとした。よって、所定機関
回転数ごとにＡ／Ｆ推定器、すなわち逆伝達関数の係数
を持ち換えることにより、推定するＡ／Ｆ値の精度をよ
り向上させることができる。

【００２１】

【数５】

【００２２】上記についてのシミュレーション結果を図
３（図中「シミュレーション」）、図７に示す。前述し
たとおり、図３に「実測値」とあるのはステップ状の空
燃比入力を与えた場合のセンサ出力の実測値であるが、
ここで実測値とシミュレーション結果（図５モデルにス
テップ状空燃比を入力して得た出力）とがほぼ対応して
いるのが見てとれよう。以上からセンサ応答遅れを１次
遅れと擬似的にモデル化したことの正しさが検証された
と言うことができよう。図７はセンサ出力の実測値に逆
伝達関数を乗じ、真の空燃比を推定する場合を示す。同
図において、例えば時刻Ｔａの時の真の空燃比は１２．
５ではなく、１３．２であると推定することができるの
である。尚、真の空燃比の推定値に若干の上下動があら
われているのは、センサ出力の実測値に細かなばらつき
があるためである。

【００２３】続いて、上記の如く求めた真の空燃比に基
づいて各気筒の空燃比を分離抽出する場合について説明
する。

【００２４】先に述べた如く、多気筒内燃機関に１個の
空燃比センサを配置した場合、その出力は、排気系の集
合部において各気筒の検出値が混ざり合った値を示し、
気筒ごとの真の検出値を求めることが困難である。その
ため、各気筒のＡ／Ｆを個別に目標値に制御することが
できず、ある気筒はリーンであったり、他の気筒はリッ
チであったりする場合があって、エミッション悪化の原
因となる。それを解決するためには気筒ごとにセンサを
配置すれば良いが、それではコストの上昇を招くと共
に、耐久性の問題もある。そこで本発明者達はセンサ応
答遅れを１次遅れでモデル化できたことによって、以下
の手法から排気系の集合部に配置した１個の空燃比セン
サで多気筒、実施例の場合は４気筒の内燃機関の空燃比
を気筒ごとに正確に検出できる様にした。以下、それに
ついて説明する。

【００２５】先ず、図８に示す様に内燃機関の排気系を
モデル化した（以下、このモデルを「エキマニモデル」
と称する）。尚、このエキマニモデルでは、離散系のサ
ンプル時間をＴＤＣ周期（機関回転数が１５００ｒｐｍ
のとき０．０２ｓｅｃ）とした。またこのエキマニモデ
ルの中ではＦ（燃料）を制御量としたため、空燃比をＦ
／Ａとした。

【００２６】ここで発明者達は、排気系の集合部の空燃
比（Ａ／Ｆ）は、各気筒の空燃比の時間的な寄与度を考
慮した加重平均値であると考えた。そうであれば、時刻
ｋのときの集合部の空燃比は、数６の様に表すことがで
きる。

【００２７】

【数６】

【００２８】即ち、集合部の空燃比は、気筒ごとの過去
の燃焼履歴に重みＣ（例えば直近に燃焼した気筒は４０
％、その前が３０％．．．など）を乗じたものの合算で
表すことができる。ここで、集合部における各気筒の排
気の混合状態は機関の運転状態により異なってくる。即
ち、例えば機関の低回転域ではＴＤＣ周期が長いので、
各気筒からの排気が混合する度合いは高回転域と比較し
て低い。また、高負荷のときは基本的に背圧も大きく、
排気の排出圧力が大きくなるので、各気筒からの排気が
混合する度合いは低負荷のときと比較して低い。この様
に各気筒の排気の混合する度合いが低い場合には、直近
に燃焼した気筒の重みを大きくとる必要がある。従っ
て、重みＣは機関の運転状態によって持ち換えることと
する。具体的には重みＣを機関回転数と負荷とをパラメ
ータとして適宜設定してマップに用意しておき、それを
検索することにより行う。尚、上記で＃_nは気筒番号を
示し、また気筒の燃焼（点火）順序は、１，３，４，２
とする。またここで空燃比［Ｆ／Ａ］は先に数５で求め
た応答遅れを補正した真の値を意味する。

【００２９】上記を前提とすると、エキマニモデルの状
態方程式は数７の様になる。

【００３０】

【数７】

【００３１】また集合部の空燃比をｙ（ｋ）とおくと、
出力方程式は数８の様に表すことができる。

【００３２】

【数８】

【００３３】上記において、ｕ（ｋ）は観測不可能のた
め、この状態方程式からオブザーバを設計してもｘ
（ｋ）は観測することができない。そこで４ＴＤＣ前
（即ち、同一気筒）の空燃比Ｆ／Ａは急激に変化しない
定常運転状態にあると仮定してｘ（ｋ＋１）＝ｘ（ｋ−
３）とすると、数９の様になる。

【００３４】

【数９】

【００３５】ここで、上記の如く求めたエキマニモデル
についてシミュレーション結果を示す。図９は４気筒内
燃機関について３気筒の空燃比を１４．７にし、１気筒
だけ１２．０にして燃料を供給した場合を示す。図１０
はそのときの集合部（即ち、図１のエキゾーストマニホ
ルドパイプ２４に空燃比センサ４０を配置した位置）の
空燃比（Ａ／Ｆ）を上記エキマニモデルで求めたものを
示す。図１０においてはステップ状の出力が得られてい
るが、ここで更にＬＡＦセンサの応答遅れを考慮する
と、センサ出力は図１１に「シミュレーション」と示す
様になまされた波形となる。図中「実測値」は同じ場合
のＬＡＦセンサ出力の実測値であるが、これと比較し、
上記エキマニモデルが多気筒内燃機関の排気系を良くモ
デル化していることが検証できたといえよう。

【００３６】よって、数１０で示される状態方程式と出
力方程式にてｘ（ｋ）を観察する定常のカルマンフィル
タの問題に帰着する。その荷重行列Ｑ，Ｒを数１１の様
においてリカッチの方程式を解くと、ゲイン行列Ｋは数
１２の様になる。

【００３７】

【数１０】

【００３８】

【数１１】

【００３９】

【数１２】

【００４０】これよりＡ−ＫＣを求めると、数１３の様
になる。

【００４１】

【数１３】

【００４２】一般的なオブザーバの構成は図１２に示さ
れる様になるが、今回のモデルでは入力ｕ（ｋ）がない
ので、図１３に示す様にｙ（ｋ）のみを入力とする構成
となり、これを数式で表すと数１４の様になる。

【００４３】

【数１４】

【００４４】ここでｙ（ｋ）を入力とするオブザーバ、
即ちカルマンフィルタのシステム行列は数１５の様に表
される。

【００４５】

【数１５】

【００４６】今回のモデルで、リカッチ方程式の荷重配
分Ｒの要素：Ｑの要素＝１：１のとき、カルマンフィル
タのシステム行列Ｓは、数１６で与えられる。

【００４７】

【数１６】

【００４８】続いて、シミュレーション上で気筒別空燃
比の波形を正確に作成し、それを前記エキマニモデルに
入力し、集合部空燃比を得る。それをオブザーバに入力
し、気筒別空燃比が推定されていることを検証する。ま
た荷重行列と推定値の傾向を考察する。

【００４９】今回のモデルにおいては、数１７に示す様
であるので、荷重行列Ｑは、要素が全て同じ対角行列と
なる。

【００５０】

【数１７】

【００５１】従って、考察すべきはＱとＲの要素の比で
ある。ＱとＲの要素の比を変えて求めたゲインを表１に
示す。また、それを用いて構成したオバザーバとエキマ
ニモデルを組み合わせたシミュレーションモデルを図１
４に示す。更に、このモデルを用いて気筒別空燃比を１
２．０，１４．７，１４．７，１４．７の理想入力とし
て計算したものを図１５に、またそのときのオブザーバ
の推定誤差を表２に示す。更に、空燃比を１２．０±
０．２，１４．７±０．２，１４．７±０．２，１４．
７±０．２としてそれぞれ独立に変動させて（仮想ノイ
ズ）計算したものを図１６に、そのときのオブザーバの
推定誤差を表３に示す。尚、図１５，１６において
（ａ）から（ｅ）は、共に、（ａ）各気筒Ａ／Ｆ（エキ
マニモデル入力）、（ｂ）集合部Ａ／Ｆ（エキマニモデ
ル出力）、（ｃ）Ｑの要素：Ｒの要素＝１：１０のとき
のオブザーバ出力（入力は（ｂ）に示す）、（ｄ）Ｑの
要素：Ｒの要素＝１：１のときのオブザーバ出力（入力
は（ｂ）に示す）、（ｅ）Ｑの要素：Ｒの要素＝１０：
１のときのオブザーバ出力（入力は（ｂ）に示す）であ
る。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【表２】

【００５４】

【表３】

【００５５】図１５の様に各気筒空燃比を一定としたと
きはＱの重みが大きいほど収束が早いことが分かる。但
し、Ｑ／Ｒを１０以上にしても殆ど収束性は変わらなか
った。図１６において時系列に推定偏差（各気筒空燃比
−推定空燃比）を図示すると、図１７の様になり、オブ
ザーバ収束後はＱの要素：Ｒの要素＝１０：１と１：１
とでそれほど差がないことから、耐外乱性を考えると、
Ｑの要素：Ｒの要素＝１：１の方が良いと言える。この
様に、集合部空燃比の入力に対し、カルマンフィルタの
理論を用いたオブザーバは、集合部における気筒ごとの
空燃比を精度良く推定することを可能にする。尚、荷重
行列はＱ／Ｒ＝１〜１０が最良であったが、実データを
用いた応答状況から決める必要があると思われる。

【００５６】続いて、実測データを先に示したＬＡＦセ
ンサの逆伝達関数に入力して得られる実集合部空燃比デ
ータを前記オブザーバに入力し、気筒別空燃比を推定し
た結果を図１８に示す。同図において（ａ）ＬＡＦセン
サ出力、（ｂ）ＬＡＦセンサ逆伝達関数出力（入力は
（ａ）に示す）、（ｃ）Ｑの要素：Ｒの要素＝１：１０
のときのオブザーバ出力（入力は（ｂ）に示す）、
（ｄ）Ｑの要素：Ｒの要素＝１：１のときのオブザーバ
出力（入力は（ｂ）に示す）、（ｅ）Ｑの要素：Ｒの要
素＝１０：１のときのオブザーバ出力（入力は（ｂ）に
示す）である。ここでＬＡＦセンサ出力の測定条件は、
機関回転数＝１５００ｒｐｍ、吸気圧力＝−２８１．９
ｍｍＨｇ、Ａ／Ｆ＝１２．０（＃２），１４．７（＃
１，＃３，＃４）とした。また、実際の入力Ａ／Ｆの真
値はわからないので、シミュレーションではおよその値
として、〔１２．０／１４．７／１４．７／１４．７〕
を用いた。同図から明らかな様に、オブザーバ出力は４
ＴＤＣ周期で変化しており、入力Ａ／Ｆをほぼ推定して
いる。またカルマンフィルタを用いたことにより、荷重
行列のセッティングによって２〜８周期で収束可能であ
ることが確認された。

【００５７】続いて、上記の如く推定して得られた気筒
別空燃比を用いて、空燃比を目標値に制御する場合につ
いて説明する。図１９はＰＩＤ手法を用いた制御例を示
すブロック線図である。乗算項を介してフィードバック
される点が通常のＰＩＤ制御と異なるが、この制御手法
自体は公知のものであって、図示の如く、入力Ｔｉ（噴
射時間）によって生じる実際の空燃比の目標値に対する
偏差（１−1/λ) を気筒ごとに求め、それに応じたゲイ
ンＫＬＡＦを乗じて目標値にフィードバック制御すれば
良い。但し、公知の手法には依るものの、前記の如く各
気筒の空燃比を正確に検出することができた結果、それ
ぞれの気筒の空燃比を目標値に精度良く制御することが
できるものである。

【００５８】上記した実施例において、排気系集合部に
配置した１個の空燃比センサの検出値から各気筒の空燃
比を的確に推定することができたので、気筒ごとに別々
に空燃比センサを用意することなく、各気筒の空燃比を
目標値に精度良く制御することができる。

【００５９】尚、上記実施例において、各気筒の空燃比
を検出して目標値に制御する例を示したが、それに限ら
れるものではなく、排気系集合部の１個の空燃比センサ
から各気筒の空燃比を分離抽出して燃料の挙動を解析す
る技術にも応用することが可能である。

【００６０】

【発明の効果】請求項１項記載の内燃機関の空燃比検出
方法にあっては、多気筒内燃機関の排気系集合部に配置
される単一の空燃比センサの出力から入力された混合気
の空燃比を検出するものにおいて、前記センサの出力値
を各気筒の燃焼履歴に所定の重みを乗じた加重平均値か
らなるものとみなして排気系の挙動を記述するモデルを
構築し、各気筒の空燃比を内部状態変数とする状態方程
式と出力方程式とを求め、前記内部状態を観察するオブ
ザーバを構築してその出力を求め、前記オブザーバ出力
から各気筒の空燃比を推定する如く構成したので、気筒
ごとに別々に空燃比センサを用意することなく、各気筒
の空燃比を精度良く検出することができる。

【００６１】請求項２項記載の内燃機関の空燃比制御方
法にあっては、多気筒内燃機関の排気系集合部に配置さ
れる単一の空燃比センサの出力から入力された混合気の
空燃比を検出して空燃比を目標値に制御するものにおい
て、前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所定の重
みを乗じた加重平均値からなるものとみなして排気系の
挙動を記述するモデルを構築し、各気筒の空燃比を内部
状態変数とする状態方程式と出力方程式とを求め、前記
内部状態を観察するオブザーバを構築してその出力を求
め、前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を推定し、
前記推定値に基づいて各気筒の空燃比を目標値にフィー
ドバック制御する如く構成したので、気筒ごとに別々の
空燃比センサを用意することなく、各気筒の空燃比を精
度良く検出することができて目標値に的確に収束させる
ことができる。

【００６２】請求項３項記載の内燃機関の空燃比検出方
法にあっては、前記所定の重みを機関の運転状態に応じ
て変えることを特徴とする如く構成したので、各気筒の
空燃比を一層精度良く検出することができる。

【００６３】請求項４項記載の内燃機関の空燃比制御方
法にあっては、前記所定の重みを機関の運転状態に応じ
て変えることを特徴とする如く構成したので、各気筒の
空燃比を一層精度良く検出することができて目標値に一
層的確に収束させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る方法を実現する内燃機関の空燃
比検出・制御装置を全体的に示す概略図である。

【図２】図１中の制御ユニットの構成を示すブロック図
である。

【図３】単気筒の内燃機関において吸気量を一定として
供給燃料量をステップ状に変化させた場合の空燃比セン
サの応答遅れを示すシミュレーション結果、同じ場合の
ＬＡＦセンサ出力の実測値を表すデータである。

【図４】空燃比センサの検出動作をモデル化した例を示
すブロック線図である。

【図５】図４に示すモデルを周期ΔＴで離散化したモデ
ルである。

【図６】この発明に係る空燃比センサの検出挙動をモデ
ル化した真の空燃比推定器を示すブロック線図である。

【図７】ＬＡＦセンサ出力の実測値と、それに逆伝達関
数を乗じて求めた真の空燃比の推定値を表すグラフであ
る。

【図８】この発明で用いる内燃機関の排気系の挙動を示
すモデルを表すブロック線図である。

【図９】図８に示すモデルを用いて４気筒内燃機関につ
いて３気筒の空燃比を１４．７に、１気筒の空燃比を１
２．０にして燃料を供給する場合を示すデータである。

【図１０】図９に示す入力を与えたときの図８モデルの
集合部の空燃比を表すデータである。

【図１１】図９に示す入力を与えたときの図８モデルの
集合部の空燃比をＬＡＦセンサの応答遅れを補正せずに
表したデータと、同じ場合のＬＡＦセンサ出力の実測値
を比較するグラフである。

【図１２】一般的なオブザーバの構成を示すブロック線
図である。

【図１３】この発明で用いるオブザーバの構成を示すブ
ロック線図である。

【図１４】図８に示すモデルと図１３に示すオブザーバ
を組み合わせたシミュレーションモデルを表すブロック
線図である。

【図１５】図１４のモデルを用いて４気筒内燃機関につ
いて３気筒の空燃比を１４．７に、１気筒の空燃比を１
２．０にして燃料を供給した場合のシミュレーション結
果を示すデータである。

【図１６】図１５の例に仮想ノイズを含めて燃料を供給
した場合のシミュレーション結果を示すデータである。

【図１７】図１６に示す場合について時系列に推定偏差
を示す説明図である。

【図１８】空燃比センサ出力の実測値を図６に示す空燃
比推定器に入力して得られた実集合部空燃比を入力した
ときのオブザーバ出力を示す説明図である。

【図１９】図１３に示すオブザーバ出力から得られる値
に基づいて空燃比を目標値に気筒ごとにＰＩＤ制御する
例を示すブロック線図である。

【符号の説明】

１０内燃機関１８インテークマニホルド２０インジェクタ２２エキゾーストパイプ４０空燃比センサ４２制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小森谷勲埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多気筒内燃機関の排気系集合部に配置さ
れる単一の空燃比センサの出力から入力された混合気の
空燃比を検出するものにおいて、ａ．前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所定の重
みを乗じた加重平均値からなるものとみなして排気系の
挙動を記述するモデルを構築し、各気筒の空燃比を内部
状態変数とする状態方程式と出力方程式とを求め、ｂ．前記内部状態を観測するオブザーバを構築してその
出力を求め、ｃ．前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を推定す
る、ことからなる内燃機関の空燃比検出方法。
【請求項２】前記所定の重みを機関の運転状態に応じ
て変えることを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の
空燃比検出方法。
【請求項３】多気筒内燃機関の排気系集合部に配置さ
れる単一の空燃比センサの出力から入力された混合気の
空燃比を検出して空燃比を目標値に制御するものにおい
て、ａ．前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所定の重
みを乗じた加重平均値からなるものとみなして排気系の
挙動を記述するモデルを構築し、各気筒の空燃比を内部
状態変数とする状態方程式と出力方程式とを求め、ｂ．前記内部状態を観測するオブザーバを構築してその
出力を求め、ｃ．前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を推定し、ｄ．前記推定値に基づいて各気筒の空燃比を目標値にフ
ィードバック制御する、ことからなる内燃機関の空燃比制御方法。
【請求項４】前記所定の重みを機関の運転状態に応じ
て変えることを特徴とする請求項３項記載の内燃機関の
空燃比制御方法。