JPH06249024A

JPH06249024A - エンジンの空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH06249024A
Application number: JP5035231A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Nishioka; 太西岡
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-06
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3142679B2

Abstract

(57)【要約】【目的】空燃比を目標空燃比に精度良く追従させるこ
とができる空燃比制御装置を提供することを目的とす
る。【構成】エンジン１においては、コントロールユニッ
ト２５によって、制御システムの動特性をあらわす状態
方程式に基づいて評価関数が最小となるように燃料噴射
量が設定され、空燃比が目標空燃比に精度良く追従させ
られ、空燃比制御の制御精度が高められる。ここで、吸
入空気量(排気ガスボリューム)の少ない運転領域では、
一時遅れ特性値αの大きい状態方程式に基づいて燃料噴
射量が設定され一時遅れが的確に補償される。また、吸
入空気量の多い運転領域ではαの小さい状態方程式に基
づいて燃料噴射量が設定され一時遅れが的確に補償され
る。したがって、全運転領域で吸入空気量に応じた適正
な空燃比制御が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの空燃比制御
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用の普通の火花点火式エ
ンジンにおいては、燃料(例えば、ガソリン)と空気とか
らなる混合気が燃焼室内でピストンによって圧縮された
後点火プラグによって着火・燃焼させられるが、混合気
の空燃比(空気と燃料の比Ａ／Ｆ)は、基本的には可燃範
囲内で任意に設定することができる。

【０００３】そして、混合気がリーンなときほどエンジ
ン出力は低くなるものの、燃費性能及びエミッション性
能が高められる。なお、ＮＯx発生率は、理論空燃比よ
りはややリーン側の空燃比域(Ａ／Ｆで１６付近)でピー
クとなる。そこで、近年、さほど高いエンジン出力が必
要とされない低・中負荷領域では、着火性が損なわれな
い限り混合気をできるだけリーンにして(例えば、Ａ／
Ｆ＝１９〜２４)、燃費性能及びエミッション性能の向
上を図るようにしたリーンバーンエンジンが多用されて
いる。

【０００４】かかるリーンバーンエンジンにおいては、
一般に低・中負荷領域では運転状態に応じてリーンな目
標空燃比が設定され、実際の空燃比がこの目標空燃比に
追従するように燃料噴射量が設定される。具体的には、
例えば排気通路にリニアＯ₂センサ(リニア空燃比セン
サ)を臨設し、該リニアＯ₂センサによって検出された排
気ガス中のＯ₂濃度から空燃比を把握し、該空燃比が目
標空燃比に追従するように燃料噴射量を設定するといっ
たフィードバック制御が行われる。なお、以下では便宜
上、リニアＯ₂センサによって検出されたＯ₂濃度から把
握される空燃比を、「リニアＯ₂センサによって検出され
る空燃比」ということにする。

【０００５】しかしながら、リニアＯ₂センサは制御対
象(吸気系ないし燃焼室)より下流の排気通路に臨設され
る関係上、リニアＯ₂センサによって検出される空燃比
は、制御対象の実際の空燃比に対して応答遅れをもつこ
とになる。ここで、応答遅れ時間は、燃料噴射量(空燃
比)の変化がリニアＯ₂センサに達するまでの所要時間す
なわちむだ時間と、燃料噴射量(空燃比)の変化がリニア
Ｏ₂センサに達した後リニアＯ₂センサ出力が所定の程度
まで変化するのに要する時間すなわち一時遅れ時間とか
らなる。このため、単純にリニアＯ₂センサによって検
出された空燃比の目標空燃比に対する偏差に応じて燃料
噴射量を設定したのでは、該応答遅れによって制御が乱
れ、サイクリングあるいはハンチングが生じてしまう。

【０００６】そこで、リニアＯ₂センサでのむだ時間及
び一時遅れ時間に応じて目標空燃比を修正した近似目標
空燃比を設定し、空燃比の近似目標空燃比に対する偏差
に応じて燃料噴射量を設定するようにした空燃比制御装
置、すなわち基本的には応答遅れに対応する時間だけ前
の目標空燃比を近似目標空燃比とする空燃比制御装置が
提案されている(例えば、特開昭６４−６０７４６号公
報参照)。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
特開昭６４−６０７４６号公報に開示されているような
従来の空燃比制御装置では、リニアＯ₂センサでのむだ
時間あるいは一時遅れ時間が考慮されているものの、本
質的にはリニアＯ₂センサによって検出された空燃比の
目標値に対する偏差に応じて燃料噴射量を設定するとい
った空燃比制御、すなわち制御対象の動特性を考慮せず
結果として生じた偏差のみに基づいて燃料噴射量を設定
するといったいわゆる古典制御による空燃比制御が行わ
れるので、その制御精度には限界がある。

【０００８】そこで、近年、制御対象の空燃比に関する
動特性、すなわち燃料噴射量とリニアＯ₂センサ出力と
の間の経時的な対応関係を解明した上で、かかる動特性
をあらわすモデル式(状態方程式)をつくり、該モデル式
に基づいて実際の空燃比の目標空燃比に対する偏差を最
小にするように燃料噴射量を設定するといった、いわゆ
る現代制御理論を用いた空燃比制御装置が提案されてい
る。

【０００９】しかしながら、現代制御理論を用いた従来
の空燃比制御装置では、制御対象の動特性が十分には解
明されていないので制御対象の動特性とモデル式との間
には食い違いがあり、また制御対象が非線形システムで
あるのにもかかわらず演算処理を簡素化するためモデル
式を線形化しているので、モデル式の誤差が大きくな
り、空燃比制御の制御精度がさほど高まらないといった
問題がある。本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、空燃比を目標空燃比に精度
良く追従させることができる空燃比制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達するた
め、図１にその構成を示すように、第１の発明は、排気
ガス中の酸素濃度を検出することによって空燃比を把握
するリニア空燃比センサaと、該リニア空燃比センサaに
よって把握される空燃比に基づいて実際の空燃比が所定
の目標空燃比に追従するように燃料噴射量を設定する燃
料噴射量設定手段bと、リニア空燃比センサaの一次遅れ
時間に応じて上記燃料噴射量設定値を補正する燃料噴射
量補正手段cとが設けられたエンジンの空燃比制御装置
において、燃料噴射量補正手段cが、リニア空燃比セン
サaによって把握された空燃比と、リニア空燃比センサ
の一時遅れ時間と、過去の燃料噴射量実績とに基づいて
先の空燃比を予測し、該空燃比予測値の目標空燃比に対
する偏差を最小にするように燃料噴射量設定値を補正す
るようになっていて、吸入空気量が少ないときには多い
ときよりも空燃比予測値の変化速度が鈍くなる方向に、
燃料噴射量補正手段cの一時遅れ時間にかかる補正特性
を変更する燃料噴射量補正特性変更手段dが設けられて
いることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置を提供
する。

【００１１】第２の発明は、第１の発明にかかるエンジ
ンの空燃比制御装置において、燃料噴射量設定手段bと
燃料噴射量補正手段cとが、リニア空燃比センサaの一次
遅れ時間に対応するためのパラメータを含み燃料噴射量
と空燃比との関係をあらわす所定のモデル式を用いて、
リニア空燃比センサaによって把握された空燃比と、リ
ニア空燃比センサの一時遅れ時間と、過去の燃料噴射量
実績とに基づいて先の空燃比を予測し、該空燃比予測値
の目標空燃比に対する偏差を最小にするように燃料噴射
量を設定・補正する現代制御手段eとされていて、燃料
噴射量補正特性変更手段dが、吸入空気量に応じて上記
モデル式を変更することによって、一時遅れ時間にかか
る補正特性を変更するようになっていることを特徴とす
るエンジンの空燃比制御装置を提供する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図２(a),(b)に示すように、ガソリンエンジン１の各気
筒(１つのみ図示)においては、吸気弁２が開かれたとき
に吸気ポート３を介して独立吸気通路４から燃焼室５内
に混合気を吸入し、この混合気をピストン６で圧縮して
点火プラグ７で着火・燃焼させ、排気弁８が開かれたと
きに、燃焼ガスを排気ポート９を介して排気通路１０に
排出するといったプロセスが繰り返されるようになって
いる。なお、エンジン１は、通常の運転時には空燃比Ａ
／Ｆが理論空燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７すなわち空気過剰率
λ＝１)よりもリーン(Ａ／Ｆ＝１９〜２４)に設定され
るリーンバーンエンジンである。

【００１３】排気通路１０には、排気ガス中のＯ₂濃度
を検出するリニアＯ₂センサ１１(リニア空燃比センサ)
が臨設され、このＯ₂濃度から空燃比が把握されるよう
になっている。なお、以下では便宜上、この空燃比を
「リニアＯ₂センサ１１によって検出された空燃比」とい
う。また、リニアＯ₂センサ１１より下流側において、
排気通路１０には排気ガスを浄化する触媒コンバータ１
２が介設されている。

【００１４】各気筒の燃焼室５に空気を供給するため
に、上流端が大気に開放された単一の共通吸気通路１４
が設けられ、この共通吸気通路１４には空気の流れ方向
にみて上流側から順に、エアクリーナ(図示せず)と、吸
気量を検出するエアフローセンサ(図示せず)と、アクセ
ルペダル(図示せず)の踏み込み量に応じて開閉されるス
ロットル弁１５とが設けられている。そして、共通吸気
通路１４の下流端は、吸入空気の流れを安定化させるサ
ージタンク１６に接続され、このサージタンク１６に前
記した各気筒の独立吸気通路４の上流端が接続されてい
る。

【００１５】共通吸気通路１４に対して、スロットル弁
１５をバイパスさせて空気を通すバイパス吸気通路１７
が設けられ、このバイパス吸気通路１７には、該バイパ
ス吸気通路１７内を流れる空気の流量を調節することに
よってアイドル回転数を制御するＩＳＣバルブ１８が介
設されている。

【００１６】独立吸気通路４には、上流側から順に、所
定の低負荷領域ではスワールを強化するために通路断面
を絞る絞り弁１９と、独立吸気通路４内の空気中に燃料
(ガソリン)を噴射して混合気を形成する燃料噴射弁２０
とが設けられている。燃料噴射弁２０の燃料噴射量は、
後で説明するように、混合気の空燃比Ａ／Ｆ(空気過剰
率λ)が運転状態に応じて設定される目標空燃比に追従
するようコントロールユニット２５によって制御される
ようになっている。また、混合気の燃焼温度の過上昇
(ＮＯx発生量の増加)を防止するために、排気通路１０
内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして独立吸気通路４
に還流させるＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲガス量を調節す
るＥＧＲバルブ２２とが設けられている。

【００１７】エンジン１の空燃比制御を行うために、マ
イクロコンピュータ等からなるコントロールユニット２
５が設けられている。このコントロールユニット２５
は、特許請求の範囲に記載された「燃料噴射量設定手段」
と「燃料噴射量補正手段」と「燃料噴射量補正特性変更手
段」とを含み、現代制御理論に基づいて空燃比制御を行
う総合的な現代制御手段であって、エアフローセンサに
よって検出される吸気量、回転数センサによって検出さ
れるエンジン回転数、リニアＯ₂センサ１１によって検
出される空燃比等を制御情報として所定の空燃比制御を
行うようになっている。

【００１８】以下、コントロールユニット２５による現
代制御理論に基づく空燃比制御の制御則を説明する。な
お、以下では小文字のアルファベットにアンダーライン
をつけたもの(例えば、x)はベクトルをあらわし、大文
字のアルファベットにアンダーラインをつけたもの(例
えば、Ａ)は行列をあらわし、アンダーラインをつけて
いないものはスカラをあらわすものとする。また、(x)^T
はベクトルxの転置ベクトルをあらわし、(Ａ)^Tは行列Ａ
の転置行列をあらわすものとする。

【００１９】本実施例における空燃比制御は、基本的に
は、制御対象(制御システム)の動特性を解明して該動特
性を正確に表現するモデルをつくり(ステップ１)、該モ
デルを数式化して状態方程式(モデル式)をつくり(ステ
ップ２)、所定の評価関数を設定し(ステップ３)、状態
方程式に基づいて評価関数を最小にするような最適な燃
料噴射量(最適入力)を演算し(ステップ４)、この最適な
燃料噴射量で燃料噴射を行うといった手順で行われるよ
うになっているが、以下これらの各ステップの具体的な
内容を説明する。

【００２０】(１)ステップ１(モデルの決定) 制御対象(制御システム)は、燃料噴射量uを入力情報と
し、排気空燃比(空気過剰率)λすなわちリニアＯ₂セン
サ出力ないしはリニアＯ₂センサ配設位置における空燃
比を出力情報とするエンジン１の燃料系システムである
が、この制御対象をモデル化してその動特性を次の式１
のようにあらわす。

【数１】 λ[k＋１]＝α・λ[k]＋(１−α)・u[k−Ｌ]…………………………式１ただし、 k :時刻 λ[k＋１]:時刻k＋１における排気空燃比(空気過剰率) λ[k]:時刻kにおける排気空燃比 u[k−Ｌ]:時刻k−Ｌにおける燃料噴射量 α :一時遅れ特性値(０＜α＜１) Ｌ :むだ時間(例えば、３〜６)

【００２１】式１において、kは現時刻をあらわし、k＋
１は現時点より制御ルーチンを一回実行するのに必要な
時間だけ先の時刻をあらわしている。むだ時間Ｌは燃料
噴射量が変化した場合においてこの影響がリニアＯ₂セ
ンサ１１に達するのに要する時間であり、一時遅れ特性
値αはリニアＯ₂センサ１１の一時遅れ特性をあらわす
値である。ここで、αは時定数Ｔから算出される。すな
わち、図６に示すように、燃料噴射量が時刻t₁で折れ線
Ｈ₁のようにステップ状に変化した場合、排気空燃比(リ
ニアＯ₂センサ出力値)は曲線Ｈ₂のように変化する。こ
こで、排気空燃比は時刻t₂で変化しはじめ、時刻t₃で全
変化量に対する割合が所定値(例えば６３％)に達する
が、t₂−t₁がむだ時間Ｌであり、t₃−t₂が時定数Ｔであ
る。

【００２２】(２)ステップ２(モデルの状態方程式化) 現時刻をkとすれば、時刻k＋１以降の排気空燃比(リニ
アＯ₂センサ出力値)に影響を及ぼす要素は、λ[k],u[k
−１],u[k−２],…,u[k−Ｌ]である。したがって、現時
刻kにおける制御対象の状態x[k]は次の式２であらわさ
れる。

【数２】 x[k]＝(λ[k],u[k−１],u[k−２],…,u[k−Ｌ])^T……………………式２また、時刻k＋１における制御対象の状態x[k＋１]は式
３であらわされる。

【数３】 x[k＋１]＝(λ[k＋１],u[k],u[k−１],…,u[k−Ｌ＋１])^T…………式３

【００２３】したがって、むだ時間Ｌを例えば３とした
場合、モデルの状態方程式は次の式４であらわされる。

【数４】 x[k＋１]＝Ａ・x[k]＋b・u[k]……………………………………………式４ただし、x [k＋１]＝(λ[k＋１],u[k],u[k−１],u[k−２])^T x [k]＝(λ[k],u[k−１],u[k−２],u[k−３])^T Ａ＝(a₁ ,a₂ ,a₃ ,a₄ )^T a₁ ＝(α,０,０,１−α)a₂ ＝(０,０,０,０)a₃ ＝(０,１,０,０)a₄ ＝(０,０,１,０)b ＝(０,１,０,０)^T

【００２４】(３)ステップ３(評価関数の設定) 評価関数Ｊは次の式５のように設定する。

【数５】Ｊ＝Σ[０→∞]{(x[k]−m)^T・Ｒ・(x[k]−m)＋u[k]・Ｑ・u[k]}……式５式５において、Σ[０→∞]はカウンタの初期値が０であ
り最終値が∞であるシグマ(積算)をあらわしている。そ
して、mは制御対象の目標値をあらわすベクトルであ
る。また、Ｒは右辺第１項の重みをあらわす定数行列で
あり、Ｑは右辺第２項の重みをあらわす定数であり、
Ｒ,Ｑは例えば次のように設定される。Ｒ＝(r₁ ,r₂ ,r₃ ,r₄ )^T r₁ ＝(１,０,０,０)r₂ ＝(０,１,０,０)r₃ ＝(０,０,１,０)r₄ ＝(０,０,０,１) Ｑ＝１

【００２５】式５において、右辺第１項は目標値に対す
る偏差の累積をあらわす項であり、この偏差の累積が小
さいときほど実際の空燃比が目標空燃比に追従している
ことになる。したがって、空燃比を目標値に追従させる
という観点からは、右辺第１項で用が足りることにな
る。しかしながら、該偏差の累積がいかに小さくても、
燃料噴射量u[k]が過大となったのでは燃費性が悪くな
る。そこで、右辺第２項で燃料噴射量u[k]が過大となら
ないように歯止めをかけるようにしている。そしてＲ,
Ｑの値を変えることによって目標値(目標空燃比)への追
従性を重視するか、それとも燃費性を重視するかを調整
できるようになっている。

【００２６】図７(a)に、Ｒの重みを大きく設定する一
方Ｑの重みを小さく設定した場合において、燃料噴射量
を折れ線Ｇ₁'のようにステップ状に変化させたときの、
排気空燃比の経時変化(曲線Ｇ₁)と、フィードバック係
数すなわち燃料噴射量の経時変化(曲線Ｇ₂)とを示す。
この場合は図７(a)から明らかなとおり、排気空燃比の
応答性は良好であるが、燃料消費量が多くなる。また、
図７(b)に、Ｒの重みを小さく設定する一方Ｑの重みを
大きく設定した場合において、燃料噴射量を折れ線Ｇ₃'
(図７(a)中のＧ₁'と同じ)のようにステップ状に変化さ
せたときの、排気空燃比の経時変化(曲線Ｇ₃)と、フィ
ードバック係数すなわち燃料噴射量の経時変化(曲線
Ｇ₄)とを示す。この場合は図７(b)から明らかなとお
り、排気空燃比の応答性は悪くなるが燃料消費量が少な
くなる。

【００２７】(４)ステップ４(最適燃料噴射量の演算) 状態方程式が式４であらわされた制御対象(制御システ
ム)において、式５であらわされた評価関数Ｊの値が最
小となる燃料噴射量すなわち最適燃料噴射量(最適入力)
u'[k]を演算する。この演算は線形システムの最適レギ
ュレータ問題であって、リカッチの差分方程式を一般に
知られている普通の方法で数値的に解くことによって行
われ、次の式６に示すような最適燃料噴射量u'[k]が得
られる。

【数６】 u'[k]＝c・x[k]……………………………………………………………式６なお、式６において、cは最適フィードバックゲインで
ある。

【００２８】かかる制御則においては、前記したとおり
状態方程式(式４)が実際の制御対象(制御システム)の動
特性を的確に表現していることが必要である。そして、
制御対象は厳密には非線形システムであるので、制御対
象の動特性を的確に表現するには状態方程式を非線形と
する必要がある。しかしながら、状態方程式を非線形と
したのでは演算が非常に複雑化し、コントロールユニッ
ト２５が大型化してしまう。

【００２９】しかしながら、狭い運転領域内では制御対
象は線形システムであると考えても差し支えがない。そ
こで、本実施例では、運転領域を複数(２つ)の小運転領
域に分割し、各小運転領域毎に線形の状態方程式をつく
り、運転状態(吸入空気量)に応じて状態方程式を使い分
けるようにしている。つまり、状態方程式を線形として
演算(コントロールユニット２５)が複雑化するのを回避
する一方、吸入空気量すなわち排気ガスボリュームに応
じて状態方程式を切り替えて、状態方程式と制御対象の
動特性との間に食い違い(誤差)が生じないようにしてい
る。具体的には、式４において、小運転領域毎に最適な
一時遅れ特性値αを設定し、すなわち小運転領域毎に最
適な行列Ａを設定し、これらの状態方程式を使い分ける
ことによって全運転領域で制御対象の動特性を正確に表
現する状態方程式となるようにしている。

【００３０】以下、図３に示すフローチャートに従っ
て、かかる吸入空気量に応じて状態方程式を切り替える
切替制御の制御方法を説明する。まず、ステップ＃１で
吸気量、エンジン回転数等の各種制御情報が読み込まれ
る。続いて、ステップ＃２で、吸気量とエンジン回転数
とに基づいて充填効率Ｃe、すなわち１回の燃焼行程で
燃焼室５に充填される空気量が演算される。なお、吸入
空気量すなわち単位時間当たりの空気量は、基本的には
充填効率Ｃeとエンジン回転数Ｎeの積(Ｃe・Ｎe)であら
わされ、排気ガスボリュームはこの吸入空気量に比例す
る。

【００３１】次に、ステップ＃３とステップ＃４とで、
夫々、充填効率Ｃeが所定の境界充填効率Ｔceより小さ
いか否かと、エンジン回転数Ｎeが所定の境界エンジン
回転数Ｔneより小さいか否かとが比較・判定される。こ
こで、Ｃe＜ＴceでありかつＮe＜Ｔneであると判定され
た場合(ステップ＃３,＃４がともにＹＥＳ)、すなわち
エンジン１の運転状態が図４中の領域Ａで示す吸入空気
量の少ない領域に入っていると判定された場合は、ステ
ップ＃５でモデル１に基づいた制御則で空燃比制御が行
われる。ここで、モデル１に基づいた制御則では、式４
に示す状態方程式中の行列Ａに含まれる一時遅れ特性値
αが所定の比較的大きい値に設定されている。

【００３２】このようにαが大きい場合は、式１から明
らかなように、次回の排気空燃比λ[k＋１]に、今回(現
時刻)の排気空燃比λ[k]が強く反映される一方、燃料噴
射量u[k−Ｌ]の影響すなわち燃料噴射量変化の影響を受
けにくくなる。すなわち、排気空燃比λ[k＋１]の変化
速度が小さくなる(鈍くなる)。

【００３３】このように、吸入空気量(排気ガスボリュ
ーム)が少ないときにαを大きくして排気空燃比の変化
速度を小さくするのは、吸入空気量が少ないときには排
気通路１０内での排気ガスの流れが不均一化するなどし
て一時遅れが大きくなるので、この一時遅れを補償する
ためである。この後、ステップ＃１に復帰する。

【００３４】他方、ステップ＃３でＣe≧Ｔceであると
判定された場合(ＮＯ)、又はステップ＃４でＮe≧Ｔne
であると判定された場合(ＮＯ)、すなわちエンジン１の
運転状態が図４中の領域Ｂで示す吸入空気量が多い領域
に入っていると判定された場合は、ステップ＃６でモデ
ル２に基づいた制御則で空燃比制御が行われる。ここ
で、モデル２に基づいた制御則では、式４に示す状態方
程式中の一時遅れ特性値αが比較的小さい値に設定され
ている。

【００３５】このようにαが小さい場合は、モデル１の
場合とは逆に、次回の排気空燃比λ[k＋１]には燃料噴
射量u[k−Ｌ]すなわち燃料噴射量変化が強く反映される
ようになり、排気空燃比λ[k＋１]の変化速度が大きく
なる。すなわち、吸入空気量(排気ガスボリューム)が多
いときには一時遅れが小さくなるので、これに対応する
ためにαを小さく設定するわけである。したがって、吸
入空気量(排気ガスボリューム)に応じて一時遅れが的確
に補償され、空燃比制御の制御精度が高められ空燃比を
精度良く目標空燃比に追従させることができる。この
後、ステップ＃１に復帰する。

【００３６】なお、図５に示すように、エンジン回転数
Ｎeが所定値Ｔne'以上であるか否かで運転領域を分け、
Ｎe＜Ｔne'である領域Ａ'(吸入空気量が少ない領域)で
は一時遅れ特性値αが大きく設定されたモデル１を用
い、Ｎe≧Ｔne'である領域Ｂ'(吸入空気量の多い領域)
ではαが小さく設定されたモデル２を用いるようにして
もよい。この場合は、充填効率Ｃeの比較を行う必要が
ないので制御ロジックが簡素化される。

【００３７】

【発明の作用・効果】第１の発明によれば、先の排気空
燃比が予測され、この空燃比予測値と目標空燃比との偏
差が最小となるように燃料噴射量が設定(補正)されるの
で、空燃比の目標空燃比に対する追従性(応答性)が高め
られ、空燃比制御の制御精度が高められる。さらに、吸
入空気量が少ないときには多いときよりも空燃比予測値
の変化速度が鈍くなるように補正特性が変更されるの
で、吸入空気量(排気ガスボリューム)に応じて一時遅れ
が的確に補償され、空燃比の目標空燃比に対する追従性
が一層高められる。

【００３８】第２の発明によれば、基本的には第１の発
明と同様の作用・効果が得られる。さらに、制御対象の
動特性をあらわすモデル式(状態方程式)に基づいて空燃
比制御が行われ、かつ吸入空気量すなわち排気ガスボリ
ュームに応じてモデル式が好ましく変更されるので、制
御対象の動特性を的確に表現するモデル式が得られ、空
燃比制御の制御精度が一層高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１,２に対応する第１,第２の発明の構
成を示すブロック図である。

【図２】 (a)は本発明にかかる空燃比制御装置を備え
たエンジンのシステム構成図であり、(b)は(a)に示すエ
ンジンの制御対象(制御システム)への入出力を示す図で
ある。

【図３】空燃比制御におけるモデル切替制御の制御方
法を示すフローチャートである。

【図４】モデル切替制御においてモデル１を用いる運
転領域とモデル２を用いる運転領域とを示すマップであ
る。

【図５】モデル切替制御においてモデル１を用いる運
転領域とモデル２を用いる運転領域とを示すマップの変
形例である。

【図６】燃料噴射量がステップ状に変化したときの、
排気空燃比の時間に対する特性を示す図である。

【図７】 (a)は、評価関数の偏差累積項の重みが大き
い場合における、排気空燃比とフィードバック係数の時
間に対する特性を示す図であり、(b)は偏差累積項の重
みが小さい場合における(a)と同様の図である。

【符号の説明】

１…エンジン５…燃焼室１１…リニアＯ₂センサ２０…燃料噴射弁２５…コントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気ガス中の酸素濃度を検出することに
よって空燃比を把握するリニア空燃比センサと、該リニ
ア空燃比センサによって把握される空燃比に基づいて実
際の空燃比が所定の目標空燃比に追従するように燃料噴
射量を設定する燃料噴射量設定手段と、リニア空燃比セ
ンサの一次遅れ時間に応じて上記燃料噴射量設定値を補
正する燃料噴射量補正手段とが設けられたエンジンの空
燃比制御装置において、燃料噴射量補正手段が、リニア空燃比センサによって把
握された空燃比と、リニア空燃比センサの一時遅れ時間
と、過去の燃料噴射量実績とに基づいて先の空燃比を予
測し、該空燃比予測値の目標空燃比に対する偏差を最小
にするように燃料噴射量設定値を補正するようになって
いて、吸入空気量が少ないときには多いときよりも空燃比予測
値の変化速度が鈍くなる方向に、燃料噴射量補正手段の
一時遅れ時間にかかる補正特性を変更する燃料噴射量補
正特性変更手段が設けられていることを特徴とするエン
ジンの空燃比制御装置。
【請求項２】請求項１に記載されたエンジンの空燃比
制御装置において、燃料噴射量設定手段と燃料噴射量補正手段とが、リニア
空燃比センサの一次遅れ時間に対応するためのパラメー
タを含み燃料噴射量と空燃比との関係をあらわす所定の
モデル式を用いて、リニア空燃比センサによって把握さ
れた空燃比と、リニア空燃比センサの一時遅れ時間と、
過去の燃料噴射量実績とに基づいて先の空燃比を予測
し、該空燃比予測値の目標空燃比に対する偏差を最小に
するように燃料噴射量を設定・補正する現代制御手段と
されていて、燃料噴射量補正特性変更手段が、吸入空気量に応じて上
記モデル式を変更することによって、一時遅れ時間にか
かる補正特性を変更するようになっていることを特徴と
するエンジンの空燃比制御装置。