JPH07224702A

JPH07224702A - 内燃機関の気筒別空燃比推定装置

Info

Publication number: JPH07224702A
Application number: JP3320194A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hasegawa; 祐介長谷川; Yoichi Nishimura; 要一西村; Isao Komoriya; 勲小森谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-22
Anticipated expiration: 2012-12-03
Also published as: JP2684012B2

Abstract

(57)【要約】【構成】多気筒内燃機関の排気集合部に１個の空燃比
センサを設け、センサ出力を各気筒の燃焼履歴の加重平
均からなるものと見なして排気系の挙動を記述する状態
方程式およびその内部状態を観測するオブザーバを設け
て各気筒空燃比を推定するものにおいて、高回転時など
演算時間が確保できない場合は、演算を間引きせず、完
全に中止する。【効果】誤推定を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は多気筒内燃機関の排気
系集合部毎に単一の空燃比センサを設け、排気系の挙動
を記述するモデルを設定してセンサ出力を入力すると共
に、その内部状態を観測するオブザーバを設け、その出
力から各気筒の空燃比を推定する内燃機関の気筒別空燃
比推定装置において、オブザーバによる各気筒の空燃比
の推定精度を向上させると共に、空燃比のフィードバッ
ク制御精度を向上させるようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系に空燃比センサを設け
て空燃比を検出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。また、本出願人も先に特願平３−３
５９３３９号（特開平５−１８００５９号）において、
排気系の挙動を記述するモデルを設定して排気系集合部
に設けた単一の空燃比センサの出力を入力し、オブザー
バを介して各気筒の空燃比を推定する技術を提案してい
る。尚、そこにおいて、空燃比センサは広域空燃比セン
サ、即ち、理論空燃比で出力が反転するＯ₂センサでは
なく、理論空燃比の前後を通じて排気ガス中の酸素濃度
に比例した出力特性を有するものを使用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した構成によって
各気筒の空燃比を精度良く推定することができたが、運
転状態によっては演算時間を確保することが困難な場
合、ないしは空燃比センサ出力の応答性が十分ではない
場合が生じる。

【０００４】従って、この発明の目的は、そのような運
転状態に対処するようにした内燃機関の気筒別空燃比推
定装置を提供することにある。

【０００５】更には、この発明の第２の目的は、オブザ
ーバによる各気筒の空燃比の推定値を用いて各気筒の空
燃比を目標値にフィードバック制御するとき、オブザー
バの演算時間の確保が困難な運転状態などに対処するよ
うにした内燃機関の気筒別空燃比推定装置を提供するこ
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
めに請求項１項に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装置
は、多気筒内燃機関の排気系集合部毎に単一の空燃比セ
ンサを配置してその出力から各気筒の入力混合気の空燃
比を推定する装置であって、前記センサの出力値を各気
筒の燃焼履歴に所定の係数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設定し
て各気筒の空燃比を状態変数とする状態方程式をたて、
その内部状態を観測するオブザーバを設定してその出力
を求める第１の手段、および前記オブザーバ出力から各
気筒の空燃比を推定する第２の手段、を有する内燃機関
の気筒別空燃比推定装置において、前記内燃機関の運転
状態を検出する運転状態検出手段、を備え、前記第２の
手段は、検出された運転状態から前記各気筒の空燃比の
推定が困難と判断するときは、前記各気筒の空燃比の推
定を中止する如く構成した。

【０００７】請求項２項の装置は、前記第２の手段は、
推定された各気筒の空燃比に応じて各気筒の空燃比を目
標値にフィードバック制御するフィードバック補正項を
演算する手段を含み、前記第２の手段は、前記各気筒の
空燃比の推定を中止するときは、該フィードバック補正
項の値を所定の値に固定する如く構成した。

【０００８】請求項３項の装置は、前記所定の値が、前
記各気筒の空燃比の推定を中止する直前の値である如く
構成した。

【０００９】請求項４項の装置は、前記所定の値が、所
定の運転領域における学習値である如く構成した。

【００１０】

【作用】請求項１項にあっては、燃焼履歴に応じて各気
筒の空燃比を推定する装置において、空燃比の推定が困
難な運転状態では推定を中止、換言すれば間引きではな
く、完全に中止するようにしたので、気筒との整合性を
失って推定を誤ることがない。

【００１１】請求項２項にあっては、気筒間の空燃比の
バラツキの度合いを誤って推定することがなく、オブザ
ーバの推定が不可能な領域においても、かなりの程度ま
で気筒間の空燃比のバラツキの度合いを吸収して集合部
空燃比を目標値に収束させることができる。

【００１２】請求項３項にあっては、気筒間の空燃比の
バラツキの度合いは急激に変わることはないので、各気
筒の空燃比の推定が不可能な場合であっても気筒間のバ
ラツキの度合いをある程度吸収して集合部空燃比を目標
値に収束させることができる。所定値は、例えば１とす
る。

【００１３】請求項４項にあっては、学習値を用いるよ
うにしたことから、過去の燃焼履歴をフィードバック補
正項に反映させることができ、各気筒の空燃比の推定が
不可能な場合であっても気筒間のバラツキの度合いを一
層良く吸収して集合部空燃比を目標値に収束させること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面に即してこの発明の実施例を
説明する。

【００１５】図１はこの発明に係る内燃機関の気筒別空
燃比推定装置を実現するための空燃比フィードバック制
御装置を全体的に示す概略図である。図において符号１
０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ないし第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。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
ル弁配置位置付近に、それをバイパスするバイパス路２
８が設けられる。

【００１６】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と三元触媒コンバ
ータ２６の間には酸素濃度検出素子からなる広域空燃比
センサ４０が設けられ、排気ガス中の酸素濃度に比例し
た値を出力する。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。

【００１７】図２は制御ユニット４２の詳細を示すブロ
ック図である。広域空燃比センサ４０の出力は検出回路
４６に入力され、そこで適当な線形化処理が行われ、理
論空燃比を中心とし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。その詳細は
先に本出願人が提案した別の出願（特開平４−３６９４
７１号）に述べられているので、これ以上の説明は省略
する。尚、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ＣＰ
Ｕ５０，ＲＯＭ５２，ＲＡＭ５４などからなるマイクロ
コンピュータに取り込まれ、ＲＡＭ５４に格納される。

【００１８】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５
８および第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、ＲＯＭ５２に
格納された命令に従って検出値から制御値を演算し、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に示したバイパス路２８を通る２次空気量を
制御する。

【００１９】図３はこの発明に係る内燃機関の気筒別空
燃比推定装置の動作を説明するフロー・チャートである
が、その説明に入る前に、理解の便宜上、先に提案した
排気系の挙動を記述するモデルについて簡単に説明す
る。

【００２０】先ず、１個のＬＡＦセンサの出力から各気
筒の空燃比を精度良く分離抽出するためには、ＬＡＦセ
ンサの検出応答遅れを正確に解明する必要がある。そこ
で、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ＬＡ
Ｆ：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。

【００２１】

【数１】

【００２２】これを周期ΔＴで離散化すると、数２で示
すようになる。図５は数２をブロック線図で表したもの
である。

【００２３】

【数２】

【００２４】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に示すようになるので、時刻ｋのとき
の値から時刻ｋ−１のときの値を数４のように逆算する
ことができる。

【００２５】

【数３】

【００２６】

【数４】

【００２７】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。

【００２８】

【数５】

【００２９】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手法について説明
すると、先願でも述べたように、排気系の集合部の空燃
比を各気筒の空燃比の時間的な寄与度を考慮した加重平
均であると考え、時刻ｋのときの値を、数６のように表
した。尚、Ｆ（燃料量）を制御量としたため、ここでは
『燃空比Ｆ／Ａ』を用いているが、後の説明においては
理解の便宜のため、支障ない限り「空燃比」を用いる。
尚、空燃比（ないしは燃空比）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。

【００３０】

【数６】

【００３１】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
表した。このモデルをブロック線図であらわすと、図７
のようになる。

【００３２】また、その状態方程式は数７のようにな
る。

【００３３】

【数７】

【００３４】また集合部の空燃比をｙ（ｋ）とおくと、
出力方程式は数８のように表すことができる。

【００３５】

【数８】

【００３６】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のようになる。

【００３７】

【数９】

【００３８】ここで、上記の如く求めたモデルについて
シミュレーション結果を示す。図８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１
２．０にして燃料を供給した場合を示す。図９はそのと
きの集合部の空燃比を上記モデルで求めたものを示す。
同図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１０に「モデル出力値」と示すようになまされ
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を
検証している。

【００３９】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）を観察する通常のカルマンフィル
タの問題に帰着する。その荷重行列Ｑ，Ｒを数１１のよ
うにおいてリカッチの方程式を解くと、ゲイン行列Ｋは
数１２のようになる。

【００４０】

【数１０】

【００４１】

【数１１】

【００４２】

【数１２】

【００４３】これよりＡ−ＫＣを求めると、数１３のよ
うになる。

【００４４】

【数１３】

【００４５】一般的なオブザーバの構成は図１１に示さ
れるようになるが、今回のモデルでは入力ｕ（ｋ）がな
いので、図１２に示すようにｙ（ｋ）のみを入力とする
構成となり、これを数式で表すと数１４のようになる。

【００４６】

【数１４】

【００４７】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のように
表される。

【００４８】

【数１５】

【００４９】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。

【００５０】

【数１６】

【００５１】図１３に上記したモデルとオブザーバを組
み合わせたものを示す。シミュレーション結果は先の出
願に示されているので省略するが、これにより集合部空
燃比より各気筒の空燃比を的確に抽出することができ
る。

【００５２】上記を前提として図３フロー・チャートに
従って説明すると、先ずＳ１０で前記したクランク角セ
ンサ３４、ＬＡＦセンサ４０などの出力値を読み出す。
ＬＡＦセンサ出力は排気系集合部での値である。

【００５３】続いてＳ１２に進んでＬＡＦセンサ４０が
活性化しているか否か適宜な手法で判断し、肯定される
ときはＳ１４に進んで機関回転数がオブザーバ限界回転
数を超えているか否か判断する。先にも述べたように、
高回転時にはＴＤＣ周期が短くなってオブザーバの演算
時間が確保できない場合が生じる。また、そのような高
回転時には数１に関して述べた検出応答遅れから、ＬＡ
Ｆセンサ４０の応答性も十分ではない。

【００５４】他方、数６以降で述べたように、この発明
においては集合部の空燃比は各気筒の燃焼履歴の合算と
みなして状態方程式を漸化式形式で表現すると共に、４
ＴＤＣ前の空燃比、即ち、同一気筒の前回空燃比から今
回空燃比までの間に空燃比は急激に変化しないと仮定し
てオブザーバを設計し、点火順序に従って順次オブザー
バ行列を算出している。

【００５５】ところで、従来より燃料噴射量の演算にお
いては一般的に、演算時間が確保できない高回転時には
前回演算値をそのまま用いる、即ち、演算の間引きを行
っている。しかし、オブザーバ演算では今述べたよう
に、前気筒の空燃比を順次入力して点火順序に従って行
っているため、演算の間引きが生じると、演算結果と気
筒番号との整合がとれず、各気筒の空燃比推定を誤りか
ねない。

【００５６】そこで、演算時間の確保が困難ないしはセ
ンサ応答性が不十分な機関回転数を予めオブザーバ限界
回転数として定めておき、Ｓ１４において検出機関回転
数をそれと比較し、検出機関回転数がオブザーバ限界回
転数にないと判断されるときはＳ１６に進んでオブザー
バ行列演算を行って各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）を推定す
ると共に、オブザーバ限界回転数にあると判断されると
きはＳ１８に進んでオブザーバ（行列演算）を停止する
ようにした。尚、Ｓ１２でセンサが未だ活性化されてい
ないと判断されたときは直ちにプログラムを終了する。

【００５７】この実施例は上記の如く構成したので、高
回転域においてオブザーバの演算時間が確保できない、
ないしセンサの応答性が十分ではない場合においてはオ
ブザーバの演算を中止する、換言すれば演算を間引か
ず、完全に中止するようにしたので、演算を間引いて推
定値が気筒に対応しないような不都合が生じることがな
い。尚、オブザーバの演算を中止する運転状態として
は、高回転時の他に、排気ガスの到達に時間がかかる低
負荷時、ないしは排気ガスの生じないフューエルカット
時などが挙げられる。

【００５８】図１４はこの発明の第２の実施例を示す、
図３と同様のフロー・チャートである。第２実施例の場
合、推定値に基づいて各気筒空燃比を目標値にフィード
バック制御する例を示す。

【００５９】即ち、オブザーバによって集合部空燃比よ
り各気筒空燃比を推定することができたことから、ＰＩ
Ｄなどの制御則を用いて空燃比を気筒別に制御すること
が可能となる。具体的には図１５に示すように、センサ
出力（集合部Ａ／Ｆ）と目標空燃比とからＰＩＤ制御則
を用いて集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦを求める
と共に、オブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆから気筒毎のフィ
ードバック補正項＃ｎＫＬＡＦ（ｎ：気筒）を求める。
気筒毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦはより具体
的には、集合部Ａ／Ｆを気筒毎のフィードバック補正項
＃ｎＫＬＡＦの平均値の前回演算値で除算して求めた目
標値とオブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆとの偏差を解消する
ようにＰＩＤ則を用いて求める。

【００６０】これにより、各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）は
集合部空燃比（Ａ／Ｆ）に収束し、集合部空燃比（Ａ／
Ｆ）は目標空燃比（Ａ／Ｆ）に収束することとなって、
結果的に全ての気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）が目標空燃比
（Ａ／Ｆ）に収束する。ここで、各気筒の燃料噴射量＃
ｎＴout （インジェクタの開弁時間で規定される）は、＃ｎＴout ＝Ｔｉｍ×ＫＣＭＤ×ＫＴＯＴＡＬ×＃ｎＫ
ＬＡＦ×ＫＬＡＦで求められる。上記で、Ｔｉｍ：基本値、ＫＣＭＤ：目
標空燃比、ＫＴＯＴＡＬ：その他の補正項、である。こ
れ以外にバッテリ補正項などの加算項もあるが、省略す
る。尚、かかる制御の詳細は本出願人が先に提案した特
願平５−２５１１３８号に述べられているので、これ以
上の説明は省略する。

【００６１】この構成によって、気筒毎フィードバック
補正項＃ｎＫＬＡＦは各気筒Ａ／Ｆ（空燃比）を集合部
Ａ／Ｆ（空燃比）に収束させようと機能すると共に、そ
の平均値は１に収束しようとするため、補正項が発散す
ることなく、結果的に気筒間のバラツキのみを吸収する
ことができた。他方、集合部Ａ／Ｆ（空燃比）は目標Ａ
／Ｆ（空燃比）へと収束するため、結果として全ての気
筒の空燃比を目標Ａ／Ｆ（空燃比）へと収束させること
ができる。

【００６２】即ち、図１５に示す気筒毎フィードバック
・ループの構成において、気筒毎フィードバック補正項
＃ｎＫＬＡＦを１に設定するとき、フィードバックルー
プは偏差がなくなるまで、即ち、分母（気筒毎フィード
バック補正項平均値）が１となる様に動作することにな
り、そのことは気筒間の空燃比バラツキを解消すべく動
作することを意味するからである。尚、図１４以降にお
いてＡ／Ｆ（空燃比）と図示しているが、実際にはＦ／
Ａ（燃空比）を用いている。

【００６３】以上を前提として第２実施例を図１４フロ
ー・チャートを参照して説明する。尚、このプログラム
はＴＤＣからの所定のクランク角度において、即ち、噴
射順位（第１、第３、第４、第２気筒の順）毎に各気筒
の燃料噴射量を決定するものである。

【００６４】先ず、Ｓ１００において機関回転数Ｎｅ、
吸気圧力Ｐｂ、検出Ａ／Ｆ（空燃比）などを読み込み、
Ｓ１０２に進んでクランキングか否か判断し、否定され
るときはＳ１０４に進んでフューエルカットか否か判断
する。Ｓ１０４でも否定されるときはＳ１０６に進んで
前記した基本値Ｔｉｍを検索する。これは機関回転数と
吸気圧力とから設定されたマップ（図示せず）を検索し
て行う。

【００６５】続いてＳ１０８に進んでＬＡＦセンサ４０
の活性化が完了したか否か判断し、肯定されるときはＳ
１１０に進んで検出機関回転数が前記したオブザーバ限
界回転数にあるか否か判断する。Ｓ１１０で否定された
ときはＳ１１２に進んで前記したオブザーバ行列演算を
行って各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）を推定し、Ｓ１１４に
進んで気筒毎フィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦを演算
する。

【００６６】即ち、先に図１５に関して述べたように、
集合部空燃比（Ａ／Ｆ）を気筒毎のフィードバック補正
項＃ｎＫＬＡＦの平均値の前回演算値で除算して求めた
目標値とオブザーバ推定各気筒空燃比（Ａ／Ｆ）との偏
差を解消するようにＰＩＤ則に基づいて適宜設定する。
続いてＳ１１６に進み、ＬＡＦセンサ４０の出力から検
出された集合部空燃比と目標空燃比との偏差を解消する
ように、ＰＩＤ制御則を用いて集合部フィードバック補
正項ＫＬＡＦを演算する。次いでＳ１１８に進んで気筒
毎の燃料噴射量＃ｎＴout を図示の如く決定し、Ｓ１２
０に進んで当該気筒のインジェクタ２０の駆動回路に出
力する。

【００６７】またＳ１１０でオブザーバ限界回転数にあ
ると判断されたときはＳ１２２に進んでオブザーバ（行
列演算）を停止し、Ｓ１２４に進んで気筒毎のフィード
バック補正項＃ｎＫＬＡＦを前回値＃ｎＫＬＡＦn-1 と
する（図示の簡略化のため、今回値にサブスクリプトｎ
を付すのは省略した）。即ち、気筒との整合性からオブ
ザーバ行列演算を間引くことなく、完全に中止し、オブ
ザーバが停止される間は、停止直前の値に基づいて燃料
噴射量を決定するようにした。

【００６８】即ち、気筒間の空燃比のバラツキの度合い
は本来的にそう変化するものではなく、気筒毎フィード
バック補正項の値は集合部フィードバック補正項の値に
比較すれば小さい値となり、１付近の値となる。また、
推定不能領域が存在することは予定するオブザーバの能
力上やむを得ない。そこで、比較的小さい方の気筒毎フ
ィードバック補正項で不能領域に入る前の値を用いるこ
とにより、空燃比の変動の程度を減少させることができ
る。

【００６９】尚、Ｓ１０８でＬＡＦセンサ４０の活性化
が完了していないと判断されるときはＳ１２６に進み、
そこで機関停止前のアイドル時に演算された気筒毎フィ
ードバック補正項＃ｎＫＬＡＦidleをＲＡＭ５４のバッ
クアップ部から読み出し、Ｓ１３０に進んで集合部フィ
ードバック補正項ＫＬＡＦの値を１とし（集合部フィー
ドバック制御の停止を意味する）、それらの値からＳ１
１８に進んで燃料噴射量＃ｎＴout を算出する。

【００７０】即ち、Ｓ１０８で活性化が完了していない
と判断されるのは機関始動時（Ｓ１０２のクランキング
を経た後の状態）にあるので、その際には先に機関停止
前のアイドル時に演算しておいた値を使用して補正する
ことにより、気筒間の空燃比のバラツキを可能な限り抑
制することができるからである。尚、アイドル時に演算
した値を用いるのは、低回転のため演算時間が長いた
め、オブザーバの推定精度が高いからである。

【００７１】また、Ｓ１０２でクランキングと判断され
るときはＳ１３２に進んで水温センサ（図１で図示省
略）を通じて検出した水温から所定の特性に従ってクラ
ンキング時の燃料噴射量Ｔｉｃｒを算出し、Ｓ１３４に
進んで始動モードの式（説明省略）に基づいて燃料噴射
量Ｔout を決定する。更に、Ｓ１０４でフューエル・カ
ットと判断されるときはＳ１３６に進んで燃料噴射量Ｔ
out を零とし、Ｓ１３８に進んでオブザーバ（行列演
算）を停止し、Ｓ１４０に進んでＳ１２４と同様に気筒
毎フィードバック補正項は停止直前の値とする。Ｓ１３
８でオブザーバ（行列演算）を停止するのは、燃焼が行
われず、正しい空燃比が計測できないためである。

【００７２】この実施例は上記の如く構成したので、高
回転時などオブザーバの演算時間が確保できない、ない
しはＬＡＦセンサの応答性が十分ではない場合にはオブ
ザーバ行列演算を間引くことなく、完全に中止するよう
にしたので、気筒との整合性が失われて推定を誤る恐れ
がない。

【００７３】また、オブザーバ停止期間においても、燃
料供給系の気筒間のバラツキは領域によって極端に変化
することはないと思われることから、停止直前に演算さ
れた値を用いるようにしたため、気筒間の空燃比のバラ
ツキをかなりの程度まで吸収して各気筒の空燃比を目標
値に精度良く収束させることが可能となる。それによっ
て、目標空燃比を理論空燃比とするときは、三元触媒２
６の浄化率を向上させることができる。また、目標空燃
比をリーン側に設定すれば、リーンバーン制御を精度良
く実現することができる。

【００７４】図１６はこの発明の第３実施例を示す、フ
ロー・チャートの部分図である。第２実施例と相違する
点に焦点をおいて説明すると、図１４のＳ１２４に相当
するＳ１２４０において、オブザーバ（行列演算）停止
のときは、気筒毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦ
を１．０に固定するようにした。即ち、先にも述べたよ
うに、気筒間の空燃比のバラツキの度合いは本来的には
小さく、１付近の値に設定されると予想されるため、オ
ブザーバ（行列演算）停止時には気筒毎のフィードバッ
ク補正項の値を直ちに１とした。これにより、構成を簡
略にすることができる。尚、残余の構成および効果は、
第２実施例と異ならない。

【００７５】図１７はこの発明の第４実施例を示す、フ
ロー・チャートの部分図である。第２実施例と相違する
点に焦点をおいて説明すると、図１４のＳ１２８に相当
するＳ１２８０において、センサの活性化が完了してい
ないときは、気筒毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡ
Ｆを学習で求めた値＃ｎＫＬＡＦSTY とした。

【００７６】即ち、気筒毎フィードバック補正項の値を
アイドル運転状態において、以下の式＃ｎＫＬＡＦsty ＝Ｃ×＃ｎＫＬＡＦ＋（１−Ｃ）×＃
ｎＫＬＡＦstyn-1 を用いて常に学習しておき、センサ活性化が完了してい
ないときは最新の学習値を使用するようにした。ここ
で、＃ｎＫＬＡＦsty:最新学習値、Ｃ：重み係数、＃ｎ
ＫＬＡＦsytn-1: 前回学習値である。この構成によっ
て、第２実施例に比して補正項に過去の燃焼履歴を一層
良く反映させることができる。残余の構成および効果
は、第２実施例と異ならない。

【００７７】更には、空燃比センサとして広域空燃比セ
ンサを使用する場合を例にとって説明したが、いわゆる
Ｏ₂センサを用いて空燃比を制御する場合にも妥当す
る。

【００７８】

【発明の効果】請求項１項にあっては、燃焼履歴に応じ
て各気筒の空燃比を推定する装置において、空燃比の推
定が困難な運転状態では推定を中止、換言すれば間引き
ではなく、完全に中止するようにしたので、気筒との整
合性を失って推定を誤ることがない。

【００７９】請求項２項にあっては、気筒間の空燃比の
バラツキの度合いを誤って推定することがなく、オブザ
ーバの推定が不可能な領域においても、かなりの程度ま
で気筒間の空燃比のバラツキの度合いを吸収して集合部
空燃比を目標値に収束させることができる。

【００８０】請求項３項にあっては、気筒間の空燃比の
バラツキの度合いは急激に変わることはないので、各気
筒の空燃比の推定が不可能な場合であっても気筒間のバ
ラツキの度合いをある程度吸収して集合部空燃比を目標
値に収束させることができる。所定値は、例えば１とす
る。

【００８１】請求項４項にあっては、学習値を用いるよ
うにしたことから、過去の燃焼履歴をフィードバック補
正項に反映させることができ、各気筒の空燃比の推定が
不可能な場合であっても気筒間のバラツキの度合いを一
層良く吸収して集合部空燃比を目標値に収束させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装
置を実現する、内燃機関の空燃比フィードバック制御装
置を全体的に示すブロック図である。

【図２】図１中の制御ユニットの詳細を示すブロック図
である。

【図３】この発明に係る内燃機関の気筒別空燃比推定装
置の動作を示すフロー・チャートである。

【図４】先の出願で述べた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】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】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８】図７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図であ
る。

【図９】図８に示す入力を与えたときの図７モデルの集
合部の空燃比を表すデータ図である。

【図１０】図８に示す入力を与えたときの図７モデルの
集合部の空燃比をＬＡＦセンサの応答遅れを考慮して表
したデータと、同じ場合のＬＡＦセンサ出力の実測値を
比較するグラフ図である。

【図１１】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１２】先の出願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１３】図７に示すモデルと図１２に示すオブザーバ
を組み合わせた構成を示す説明ブロック図である。

【図１４】この発明の第２実施例を示す、図３と同様の
フロー・チャートである。

【図１５】この発明で予定する空燃比の気筒別フィード
バック制御を示すブロック図である。

【図１６】この発明の第３実施例を示す図１４フロー・
チャートの部分図である。

【図１７】この発明の第４実施例を示す図１４フロー・
チャートの部分図である。

【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エキゾーストマニホルド４０空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）４２制御ユニット

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毎に単一
の空燃比センサを配置してその出力から各気筒の入力混
合気の空燃比を推定する装置であって、ａ．前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所定の係
数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設定して各気筒の空燃比を状態
変数とする状態方程式をたて、その内部状態を観測する
オブザーバを設定してその出力を求める第１の手段、およびｂ．前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を推定する
第２の手段、を有する内燃機関の気筒別空燃比推定装置
において、ｃ．前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段、を備え、前記第２の手段は、検出された運転状態か
ら前記各気筒の空燃比の推定が困難と判断するときは、
前記各気筒の空燃比の推定を中止することを特徴とする
内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
【請求項２】前記第２の手段は、推定された各気筒の
空燃比に応じて各気筒の空燃比を目標値にフィードバッ
ク制御するフィードバック補正項を演算する手段を含
み、前記第２の手段は、前記各気筒の空燃比の推定を中
止するときは、該フィードバック補正項の値を所定の値
に固定することを特徴とする請求項１項記載の内燃機関
の気筒別空燃比推定装置。
【請求項３】前記所定の値が、前記各気筒の空燃比の
推定を中止する直前の値であることを特徴とする請求項
２項記載の内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
【請求項４】前記所定の値が、所定の運転領域におけ
る学習値であることを特徴とする請求項２項記載の内燃
機関の気筒別空燃比推定装置。