JPH0749049A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オブザーバの構築を不要とすることはもとよ
り、内燃機関を多入力−多出力の線形離散系モデルとし
て近似して、その挙動を目標値に近づけるべく多変数制
御することのできる内燃機関の制御装置を提供する。 【構成】 内燃機関の制御入力並びに制御出力にあたる
それぞれ複数の操作量並びに制御量の現在及び過去の値
を内燃機関の動的なモデルの内部状態を代表する状態変
数量として使用する。一方、上記制御出力にあたる複数
の制御量についてはそれぞれその目標値との偏差を累積
する。そして、これら偏差の累積値をもとにその都度使
用する状態変数量を積分補正しつつ、予め求めた当該モ
デルの最適フィードバックゲインによってその状態フィ
ードバック系を高速に収束させ得る値として、内燃機関
の上記複数の操作量の各々を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、制御対象とする内燃
機関を多入力−多出力の線形離散系モデルとして近似し
て、その挙動を目標値に近づけるべく多変数制御する内
燃機関の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような内燃機関の制御装置若
しくは制御方法としては例えば、特公昭６３−２５１７
５号公報に記載されているものが知られている。すなわ
ちこの制御装置若しくは制御方法では、内燃機関の内部
状態を考慮して同機関を動的なシステムとして捕え、そ
の内部状態を規定する状態変数によって機関の動的挙動
を推定しつつ、機関の入力変数を決定する、いわゆる現
代制御理論に基づく状態変数制御の手法を用いて、アイ
ドル回転速度と空燃比とを同時に制御するようにしてい
る。

【０００３】また、上記公報に記載の技術も含め、こう
した状態変数制御にあっては通常、その制御対象とする
内燃機関の内部状態を推定する手段として、内燃機関の
操作量（制御入力情報）及び内燃機関の制御量（制御出
力情報）から同機関のその都度の状態変数量を推定する
オブザーバと称される状態観測器が用いられることもよ
く知られている。

【０００４】ただし、このようなオブザーバの設計手法
としてこれまでも種々の提案がなされているとはいえ、
一般にこのようなオブザーバを構築するためには、膨大
なシミュレーションを行なってその中から妥当なパラメ
ータ等を選択せねばならず、多大な時間と手間を必要と
する。またオブザーバは、制御対象の動的なモデルに対
応して構築されるため、例えばアイドル回転速度を制御
出力とする場合には、該アイドル回転速度を制御する系
の動的なモデルを構築する際の精度に依存した確からし
さでしか状態変数量を観測することができない。したが
って、上記オブザーバによる状態変数量の観測精度を高
くしようとすれば、制御対象のモデル化にも自ずと高い
精度が望まれることとなり、ひいては ・モデルが著しく複雑化する、またこのため ・実際の制御における演算等の負荷も大幅に増大する など、現実の制御には供し得ないものとなってしまう。

【０００５】そこで従来は、状態変数制御におけるこう
した不都合を解消すべく、例えば特開平４−３６２２５
３号公報に記載されているような、オブザーバを用いず
に、内燃機関の空気量及び点火時期を同時に且つ干渉せ
ずに制御して、アイドル回転数を目標回転数に制御する
装置なども提案されるに至っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平４−３６２
２５３号公報に記載されている装置によれば、内燃機関
の回転数、アイドル空気の操作量、及び点火時期操作
量、といった特定の制御量及び操作量を、同内燃機関の
動的なモデルの内部状態を代表する状態変数量として出
力する手段を設けたことによって、確かにオブザーバの
構築は不要となり、また制御対象のモデル化に際しての
複雑化も緩和されるようになる。しかしこれは、操作量
（制御入力）を上記空気量及び点火時期とし、制御量
（制御出力）を上記内燃機関の回転数とした、いわば２
入力−１出力系に限定された手法でしかなく、一般の多
入力−多出力系に適用し得る制御手法ではなかった。

【０００７】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、オブザーバの構築を不要とすることはも
とより、上記内燃機関を多入力−多出力の線形離散系モ
デルとして近似して、その挙動を目標値に近づけるべく
多変数制御することのできる内燃機関の制御装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】こうした目的を達成する
ため、この発明では、図５にクレーム対応図を示すよう
に、内燃機関の運転状態を操作する複数のアクチュエー
タ（アクチュエータ操作部）Ｍ１と、内燃機関の運転状
態における各種制御量を各別に検出する複数の運転状態
検出手段Ｍ２と、前記各アクチュエータＭ１の現在及び
過去の操作量、並びに前記各運転状態検出手段Ｍ２によ
る現在及び過去の制御量検出値を、内燃機関の動的なモ
デルの内部状態を代表する状態変数量として出力する状
態変数量出力手段Ｍ３と、前記各運転状態検出手段Ｍ２
による制御量検出値とそれぞれその目標値との偏差を累
積する偏差累積手段Ｍ４と、前記内燃機関の動的なモデ
ルについて予め定められた最適フィードバックゲイン、
及び前記状態変数量出力手段から出力される状態変数
量、及び前記偏差累積手段による偏差累積値に基づいて
前記複数のアクチュエータそれぞれの操作量を算出する
操作量算出手段Ｍ５と、をそれぞれ具える構成とする。

【０００９】

【作用】上記複数のアクチュエータＭ１によって操作さ
れる操作量としては、例えば燃料供給量（燃料量）、空
気供給量（空気量）、点火時期、等々があり、また上記
複数の運転状態検出手段Ｍ２によって検出される制御量
としては、例えば回転数やエミッション（排気ガスから
の空燃比）などがある。

【００１０】また、内燃機関（エンジン）を多入力−多
出力の線形離散系モデルとして近似する上において、こ
れら各操作量並びに各制御量は、適宜の伝達関数の介在
のもとに有機的に作用し合い、それら各操作量並びに各
制御量そのものが、同モデル化した内燃機関の内部状態
を代表する状態変数量として使用することのできる量と
なる。

【００１１】上記状態変数量出力手段Ｍ３は、こうした
操作量並びに制御量について、その現在及び過去の量を
上記状態変数量として出力する部分である。このため、
上記操作量算出手段Ｍ５において、偏差累積手段Ｍ４に
よる各累積値をもとにこれら出力される状態変数量を積
分補正しつつ、上記最適フィードバックゲインを用いて
当該モデルについての状態フィードバック系を高速に収
束させることのできる上記各アクチュエータＭ１の操作
量を算出するようにすれば、オブザーバの構築を必要と
せずとも、多数の出力（制御量）についての互いに干渉
することのない同時制御が可能となる。

【００１２】

【実施例】はじめに、この発明の原理について説明す
る。 （１）一般式でのモデリング いま、ｋ入力、ｌ出力の自己回帰移動平均モデルを考え
ると、これは

【００１３】

【数１】

【００１４】の形式で、

【００１５】

【数２】

【００１６】

【数３】

【００１７】

【数４】

【００１８】

【数５】

【００１９】となる。ここで、一般のｋ入力，ｌ出力で
議論を進めると非常の複雑になるため、以下では便宜
上、ｋ＝３，ｌ＝２、またｎ＝２，ｍ＝３，Ｂ1＝Ｂ2＝
０とする３入力−２出力系を前提として、一般式でのモ
デリングを進める。このとき、このモデルは

【００２０】

【数６】

【００２１】となる。そこでこれを展開すると、

【００２２】

【数７】

【００２３】

【数８】

【００２４】となり、更にこれから時刻を１つ進めれ
ば、

【００２５】

【数９】

【００２６】

【数１０】

【００２７】として、３入力−２出力系モデルでの一般
式が得られるようになる。 （２）状態変数量Ｘ表示の方法 上記（９）式及び（１０）式を既知信号にて状態量表現
すると、次の（１１）式のようになる。

【００２８】

【数１１】

【００２９】ここに、

【００３０】

【数１２】

【００３１】また或いは

【００３２】

【数１３】

【００３３】であり、全て既知の状態量をもってこれを
表現できることがわかる。 （３）レギュレータの設計 上記のように、（１１）式において用いられる状態量は
全て既知であるため、この（１１）式に対してこれを積
分補正する積分付き最適レギュレータを設計するように
すれば、オブザーバを構築せずとも、複数の制御出力を
それぞれ目標値に追従させることのできる制御系を実現
することができる。

【００３４】以下、このような原理をもとに構成される
内燃機関の制御装置について、その一実施例を示す。図
１に、この発明にかかる制御装置の一実施例として、内
燃機関（エンジン）及びその電子制御装置の概略構成を
示す。

【００３５】まず、図１を参照して、この実施例におい
て制御対象とするエンジン及びその電子制御装置の構成
を説明する。エンジン１０としては、同図１に示される
ような、４気筒４サイクルの火花点式のものを想定して
いる。その吸入空気は、上流より、エアクリーナ２１、
エアフローメータ２２、吸気管２３、サージタンク２
４、吸気分岐管２５を介して各気筒に吸入される。一
方、燃料は、図示しない燃料タンクより圧送されて吸気
分岐管２５に設けられた燃料噴射弁２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、及び２６ｄから噴射供給されるよう構成されてい
る。

【００３６】また、エンジン１０には、点火回路２７か
ら供給される高電圧の電気信号を各気筒の点火プラグ２
８ａ、２８ｂ、２８ｃ、及び２８ｄに分配するディスト
レビュータ２９、このディストリビュータ２９内に設け
られてエンジン１０の回転数Ｎｅを検出する回転数セン
サ３０、スロットルバルブ３１の開度を検出するスロッ
トルセンサ３２、エンジン１０の冷却水温を検出する暖
機センサ３３、同じくその吸気温度を検出する吸気温セ
ンサ３４、そして排気管内の三元触媒の上流における排
気ガス中の現実の未燃焼酸素濃度を検出し、これを空燃
比検出信号Ａ／Ｆとして出力する空燃比センサ３５がそ
れぞれ配設されている。因みに、上記空燃比センサ３５
から出力される空燃比検出信号Ａ／Ｆはかかる場合、エ
ンジン１０に供給される混合気の現実の空燃比に対して
リニアな値をとる。また、上記回転数センサ３０は、エ
ンジン１０のクランク軸と同期して回転するリングギヤ
に対向して設けられるもので、エンジン１０の２回転
（７２０℃）毎に２４発のパルス信号を出力するものと
する。また、上記スロットルセンサ３２は、スロットル
バルブ３１の開度に応じたアナログ信号と共に、スロッ
トルバルブ３１がほぼ全閉であることを検出するアイド
ルスイッチからのオン−オフ信号も併せ出力するものと
する。

【００３７】他方、エンジン１０の吸気系には、スロッ
トルバルブ３１を迂回し、エンジン１０のアイドル時に
おける吸入空気量を制御するバイパス通路４０が設けら
れている。バイパス通路４０は、空気導管４２、４３と
空気制御弁（以下、ＩＳＣバルブと呼ぶ）４４とから構
成されている。このＩＳＣバルブ４４は、基本的には比
例電磁式（リニアソレノイド）制御弁であり、ハウジン
グ４５の中に移動可能に設定したプランジャ４６の位置
によって、上記空気導管４２と４３との間の空気通路面
積を可変制御する。また同ＩＳＣバルブ４４は通常、プ
ランジャ４６が圧縮コイルばね４７によって上記空気通
路面積が零となる状態に設定されているが、励磁コイル
４８に励磁電流を流すことによって、プランジャ４６が
駆動されて空気通路を開くように構成されている。すな
わち、励磁コイル４８に対する励磁電流を連続的に変化
させることによってバイパス空気流量が制御されるよう
になる。この場合、励磁コイル４８に対する励磁電流
は、励磁コイル４８に印加するパルス幅のデューティ比
を制御するいわゆるパルス幅変調（ＰＷＭ）によって制
御される。

【００３８】また、このＩＳＣバルブ４４は、上記燃料
噴射弁２６ａ乃至２６ｄや点火回路２７と同様、電子制
御装置２０によって駆動制御されるもので、上述した比
例電磁式の弁の他に、ダイヤフラム制御式の弁、或いは
ステップモータ制御による弁なども適宜用いられる。

【００３９】電子制御装置２０は、周知のセントラル・
プロセッシング・ユニット（ＣＰＵ）５１、リード・オ
ンリー・メモリ（ＲＯＭ）５２、ランダム・アクセス・
メモリ（ＲＡＭ）５３、バックアップＲＡＭ５４等を中
心とした算術論理演算回路として構成される。該算術論
理演算回路は、上記各センサからの入力を行なう入力ポ
ート５６や各アクチュエータへ制御信号を出力する出力
ポート５８等とバスを介して相互に接続されている。そ
して該電子制御装置２０では、入力ポート５６を介し
て、上述した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、
冷却水温、回転数Ｎｅ、空燃比Ａ／Ｆ、等々のセンサ信
号を入力し、これらセンサ信号に基づいて燃料噴射量Ｔ
ＡＵ、点火時期、ＩＳＣバルブ開度Ｑ、等々を算出し、
出力ポート５８を介して燃料噴射弁２６ａ乃至２６ｄ、
点火回路２７、ＩＳＣバルブ４４の各々に制御信号を出
力する。

【００４０】さて、この実施例の制御装置では一例とし
て、アイドル空気量及び燃料噴射量を操作量（制御入
力）とし、回転数（アイドル回転数）及び空燃比を制御
量（制御出力）とする図２に示されるような２入力−２
出力系のモデルとして上記エンジン１０をモデル化し、
これらアイドル回転数制御及び空燃比制御を同時に実行
するものとして、以下にその制御態様の詳細を説明す
る。

【００４１】なお、この図２において、電子制御装置２
０を構成する状態変数量出力部２０１は、アクチュエー
タとしての上記ＩＳＣバルブ４４及び燃料噴射弁２６に
よる現在及び過去の操作量、並びに運転状態検出手段と
しての上記回転数センサ３０及び空燃比センサ３５によ
る現在及び過去の制御量検出値をエンジン１０の動的な
モデルの内部状態を代表する状態変数量として出力する
部分である。同じく、回転数偏差累積部２０２は、上記
回転数センサ３０による制御量検出値Ｎｅ（ｉ）とその
目標値ＮＴ（ｉ）との偏差を累積する部分であり、空燃
比偏差累積部２０３は、上記空燃比センサ３５による制
御量検出値Ａ／Ｆ（ｉ）とその目標値Ａ／ＦＴ（ｉ）と
の偏差を累積する部分である。また、空気系及び燃料系
操作量算出部（操作量算出部）２０４は、エンジン１０
の動的なモデルについて予め定められた最適フィードバ
ックゲイン、及び上記状態変数量出力部２０１から出力
される状態変数量、及び上記偏差累積部２０２、２０３
による偏差累積値に基づいて、アクチュエータとしての
上記ＩＳＣバルブ４４及び燃料噴射弁２６それぞれの操
作量Ｑ（ｉ）及びＴＡＵ（ｉ）を算出する部分である。

【００４２】そして、同電子制御装置２０を構成するこ
れら各部は、アイドル回転数制御及び空燃比制御を同時
実行すべく、先の原理に基づき、予め次の手法で設計さ
れている。 （１）制御対象のモデリング（同定） この実施例の装置では、エンジン１０のアイドル回転数
を制御するシステムのモデルを

【００４３】

【数１４】

【００４４】として近似する。ここに、 Ｎｅ ：内燃機関の回転数 Ａ／Ｆ：空燃比 Ｑ ：ＩＳＣバルブの操作値 ＴＡＵ：燃料噴射弁の操作値 Ｇij ：伝達関数（離散系） とする。

【００４５】そしてこの実施例では、上記（１４）式の
伝達関数を次のように仮定する。

【００４６】

【数１５】

【００４７】ここで、ａ1 、ａ2 、及びｂ1 〜ｂ4 は、
それぞれ該モデルのモデル定数であり、またｚは、周知
のｚ変換子である。したがってこのとき、回転数Ｎｅの
要素については

【００４８】

【数１６】

【００４９】となり、同様に空燃比Ａ／Ｆの要素につい
ては

【００５０】

【数１７】

【００５１】となる。更にこれら（１６）式及び（１
７）式を時間表示すると、それぞれ

【００５２】

【数１８】

【００５３】

【数１９】

【００５４】として、ここでの２入力−２出力系のモデ
ルが得られるようになる。 （２）状態変数量Ｘ表示の方法 上記（１８）式、（１９）式を既知信号によって状態量
表現すると次式のようになる。

【００５５】

【数２０】

【００５６】

【数２１】

【００５７】ここに、

【００５８】

【数２２】

【００５９】であり、

【００６０】

【数２３】

【００６１】を用いることができる。すなわち先の原理
で述べたように、全て既知の状態量をもってこれを表現
することができる。 （３）レギュレータの設計 一般の最適レギュレータは、出力を目標値に収束させる
働きは持っていない。そこでこの実施例では、前述のよ
うに ＮＴ（ｉ） ：目標回転数 Ａ／ＦＴ（ｉ）：目標空燃比 と定めて、目標回転数と実回転数、並びに目標空燃比と
実空燃比、の各誤差

【００６２】

【数２４】

【００６３】を導入した拡大系のレギュレータを形成す
る。そして、

【００６４】

【数２５】

【００６５】とすることを狙う。すなわち、 ・誤差ｅ1 （ｉ）＝ＮＴ（ｉ）−Ｎｅ（ｉ）を０に収束
させ、且つ ・誤差ｅ2 （ｉ）＝Ａ／ＦＴ（ｉ）−Ａ／Ｆ（ｉ）も０
に収束させる ようにシステムを設計して、２入力−２出力を達成す
る。ただし、

【００６６】

【数２６】

【００６７】のように、上記各目標値は変化しないもの
と仮定する。次に、こうした拡大系を形成するために、

【００６８】

【数２７】

【００６９】にｑを時間推移作用素として下記のように
作用させると、

【００７０】

【数２８】

【００７１】となる。よって、

【００７２】

【数２９】

【００７３】となる。また同様に、

【００７４】

【数３０】

【００７５】にｑを時間推移作用素として下記のように
作用させると、

【００７６】

【数３１】

【００７７】となる。よって、

【００７８】

【数３２】

【００７９】となる。したがって、該拡大系の状態方程
式として次の式が与えられるようになる。

【００８０】

【数３３】

【００８１】

【数３４】

【００８２】（４）最適レギュレータの設計 上記（３３）式及び（３４）式について状態フィードバ
ックを行うと次のようになる。

【００８３】

【数３５】

【００８４】よって、

【００８５】

【数３６】

【００８６】となる。ここで、

【００８７】

【数３７】

【００８８】とおくと、

【００８９】

【数３８】

【００９０】となり、同様に、

【００９１】

【数３９】

【００９２】とおくと、

【００９３】

【数４０】

【００９４】となる。以上、整理すると、空気系では、

【００９５】

【数４１】

【００９６】となる。ここで、偏差の累積である積分補
正分ＱＩ（ｉ）、及びＴＡＵＩ（ｉ）はそれぞれ次のよ
うである。

【００９７】

【数４２】

【００９８】

【数４３】

【００９９】また、上記状態フィードバックを燃料系に
ついて行えば、上記（３５）式〜（４０）式に準じて、
次式（４４）式が得られるようになる。

【０１００】

【数４４】

【０１０１】そしてここでも、偏差の累積である積分補
正分ＱＩ’（ｉ）、及びＴＡＵＩ’（ｉ）はそれぞれ次
のようである。

【０１０２】

【数４５】

【０１０３】

【数４６】

【０１０４】そして最後に、これら（４１）式〜（４
３）式、及び（４４）式〜（４６）式から最適レギュレ
ータを得るために、次の評価関数

【０１０５】

【数４７】

【０１０６】を用い、このＪの値が最小となるように、
最適フィードバックゲイン

【０１０７】

【数４８】

【０１０８】を決める。なお因みに、上記（４７）式の
評価関数において、ｑ1 、ｑ2 、ｒ1 、ｒ2 はそれぞれ
重み係数であり、ｑ1 及びｑ2 を大きくとることは、目
標値を重視して、それに近づけるべく比較的大きなアク
チュエータ操作を行うことを意味し、逆にｒ1及びｒ2を
大きくとることは、該操作量の動きを制限することを意
味する。

【０１０９】また、上述の最適フィードバックゲインＫ
＝［Ｋ1 〜Ｋ8 ，Ｋ1 ’〜Ｋ8 ’］は、前記モデル定数
ａ1 、ａ2 、ｂ1 、ｂ2 、ｂ3 、及びｂ4 に依存してい
る。そのため、実際のアイドル回転数及び空燃比を制御
する系の変動（パラメータ変動）に対するシステムの安
定性（ロバスト性）を保証しようとすると、それらモデ
ル定数ａ1 、ａ2 、ｂ1 、ｂ2 、ｂ3 、及びｂ4 の変動
分を見込んだ上での最適フィードバックゲインＫを設計
する必要がある。

【０１１０】そこで、該最適レギュレータ設計の際のシ
ミュレーションは、上記モデル定数ａ1 、ａ2 、ｂ1 、
ｂ2 、ｂ3 、及びｂ4 の現実に生じ得る変動を加味して
行い、安定性を十分に満足し得る最適フィードバックゲ
インＫを定めるものとする。この変動要因としては、Ｉ
ＳＣバルブ４４のへたりやバイパス通路の目詰まり、或
いはインジェクタの劣化等々、経時的な変化の他、負荷
変動によるものなどが考えられる。

【０１１１】なお、この最適フィードバックゲインＫ
は、例えば ・小さな負荷変動状態に対応する最適フィードバックゲ
イン ・大きな負荷変動状態に対応する最適フィードバックゲ
イン などといったように、予め複数種類の最適フィードバッ
クゲインを用意しておき、それらを負荷の変動状態に応
じて切り替え使用するようにしてもよい。

【０１１２】以上、（１）制御対象のモデリング、
（２）状態変数量表示の方法、（３）レギュレータの設
計、（４）最適レギュレータの設計（最適フィードバッ
クゲインの決定）について説明したが、この実施例の制
御装置では既に、これら要素についての決定は済まされ
ており、電子制御装置２０の内部ではその結果、すなわ
ち上記（４１）式〜（４３）式、及び（４４）式〜（４
６）式のみを用いて実際の制御を行なうこととなる。

【０１１３】図３は、上記（４１）式〜（４３）式、及
び（４４）式〜（４６）式をもとに、図２を書き直した
もので、上述したモデリングや設計の結果、先の状態変
数量出力部２０１、回転数偏差累積部２０２、空燃比偏
差累積部２０３、空気系及び燃料系操作量算出部２０４
はそれぞれ、実質的に、同図３に示される構成を有する
ようになる。

【０１１４】なおこの図３においては、操作量Ｑ（ｉ−
１）やＴＡＵ（ｉ−１）をＱ（ｉ）やＴＡＵ（ｉ）から
導くためにＺの（−１）乗変換を用いて図示したが、こ
れは実際には、過去の操作量Ｑ（ｉ−１）やＴＡＵ（ｉ
−１）をＲＡＭ５３に一旦記憶しておき、次の時点でこ
れらを読み出して用いることに相当する。

【０１１５】そこで、該電子制御装置２０がアイドル回
転数及び空燃比を同時制御する上で実際に行なう処理に
ついて以下に説明する。図４は、この実施例の制御装置
において、電子制御装置２０がこうしたアイドル回転数
及び空燃比を同時制御する上で実行するＩＳＣバルブ並
びに燃料噴射弁の操作ルーチンを示すフロチャートであ
る。

【０１１６】電子制御装置２０は、電源が投入されるこ
とによって図４に示されるルーチンを実行する。起動直
後にはまず、いわゆる初期化の処理を行う（ステップ１
００）。ここで、初期化の処理とは例えば、ＲＡＭ５３
の所定のエリアにおいて、サンプリング回数を示す変数
ｉを零に、空気系及び燃料系の操作量の初期値をＱ（−
１）＝Ｑ0 、ＴＡＵ（−１）＝ＴＡＵ0 、ＱＩ（０）＝
ＱＩ0 、ＴＡＵＩ（０）＝ＴＡＵＩ0 、ＱＩ’（０）＝
ＱＩ’0 、ＴＡＵＩ’（０）＝ＴＡＵＩ’0 に、各々セ
ットする処理をいう。

【０１１７】続いて電子制御装置２０は、入力ポート５
６を介して、回転数センサ３０から出力される実際のア
イドル回転数Ｎｅ（ｉ）、及び空燃比センサ３５から出
力される実際の空燃比Ａ／Ｆ（ｉ）を読み込み（ステッ
プ１１０）、先の（４１）式に基づいてＩＳＣバルブ４
４の操作量Ｑ（ｉ）を、また同（４４）式に基づいて燃
料噴射弁２６の操作量ＴＡＵ（ｉ）を、それぞれ最適フ
ィードバックゲインＫ及びＫ’と状態変数量Ｘとから求
める処理を行う（ステップ１２０）。なお、初期化後の
１回目のステップ１２０の処理では、Ｎｅ（ｉ）＝Ｎｅ
（ｉ−１）、Ａ／Ｆ（ｉ）＝Ａ／Ｆ（ｉ−１）として処
理を行うものとする。

【０１１８】電子制御装置２０では、こうして操作量を
求めると、該求めた操作量Ｑ（ｉ）及びＴＡＵ（ｉ）を
用いて、ＩＳＣバルブ４４及び燃料噴射弁２６を出力ポ
ート５８を介してそれぞれ操作し（ステップ１３０）、
更にこの操作量Ｑ（ｉ）及びＴＡＵ（ｉ）、またそのと
き得られている実際のアイドル回転数Ｎｅ（ｉ）及び実
際の空燃比Ａ／Ｆ（ｉ）を、次回の処理に備え、それぞ
れＱ（ｉ−１）、ＴＡＵ（ｉ−１）、Ｎｅ（ｉ−１）、
Ａ／Ｆ（ｉ−１）として、ＲＡＭ５３の所定エリアに記
憶・更新する処理を行う（ステップ１４０）。

【０１１９】電子制御部２０は次いで、先の（４２）式
及び（４５）式に基づき目標回転数ＮＴ（ｉ）と実アイ
ドル回転数Ｎｅ（ｉ）との偏差を求めてこれを累積し、
また同様に、先の（４３）式及び（４６）式に基づき目
標空燃比Ａ／ＦＴ（ｉ）と実空燃比Ａ／Ｆ（ｉ）との偏
差を求めてこれらを累積する処理を行う（ステップ１５
０）。そしてその後、上記変数ｉの値を１だけインクリ
メントして（ステップ１６０）からステップ１１０へ戻
り、上述したステップ１１０〜ステップ１６０の処理を
繰り返し実行する。

【０１２０】このように、この実施例の制御装置によれ
ば、エンジン１０のアイドル回転数及び空燃比を制御す
る系の内部状態を代表する状態変数量Ｘ（ｉ）を、アイ
ドル回転数及び空燃比を制御する系の現在並びに過去の
入出力Ｎｅ（ｉ）、Ｎｅ（ｉ−１）、Ａ／Ｆ（ｉ）、Ａ
／Ｆ（ｉ−１）、Ｑ（ｉ−１）、ＴＡＵ（ｉ−１）、更
には目標回転数と実際の回転数との偏差の累積値、目標
空燃比と実際の空燃比との偏差の累積値そのままの値を
用いて構成するとともに、この状態変数量Ｘ（ｉ）を構
成する各値に上記最適フィードバックゲインＫ及びＫ’
を掛け合わせた各値を加算することで、その都度のＩＳ
Ｃバルブ４４の操作量Ｑ（ｉ）、及び燃料噴射弁２６の
操作量ＴＡＵ（ｉ）を定めるようにしたことから、オブ
ザーバ等を必要としない簡易な構成をもって、極めて精
度よく且つ安定に、エンジン１０のアイドル回転数及び
空燃比を制御することができるようになる。

【０１２１】なお、この実施例の制御装置では、上述の
ように、アイドル空気量及び燃料噴射量を操作量（制御
入力）とし、回転数（アイドル回転数）及び空燃比を制
御量（制御出力）とする２入力−２出力系のモデルとし
てエンジン１０をモデル化し、これらアイドル回転数制
御及び空燃比制御を同時に実行する場合について述べた
が、この発明にかかる制御装置において対象とするモデ
ルがこのようなモデルに限られないことは先の原理から
も明かである。すなわち、操作量として更に点火時期や
排気環流量等の要素が加わるような場合、また或いは、
制御量としても他の任意の要素が加わるような場合であ
っても、先の原理に基づき、上記の実施例に準じたかた
ちで、現代制御理論によるそれらの同時且つ互いに干渉
することのない安定した制御が可能となる。そしてその
場合であっっても、オブザーバの構築等は一切必要とさ
れない。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、制御対象とする内燃機関の複数の操作量（制御入
力）並びに複数の制御量（制御出力）そのものを、同モ
デル化した内燃機関の内部状態を代表する状態変数量と
して使用するようにしたことから、オブザーバの構築等
を必要としない簡単な構成をもって、それら複数の操作
量（制御入力）の各々を同時に且つ互いに干渉すること
なく操作することができるとともに、それら複数の制御
量（制御出力）についてもその対象とする全ての要素を
各々所望とする値に近づけることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる内燃機関の制御装置の一実施
例構成を示すブロック図である。

【図２】同実施例の装置の主に電子制御装置部分につい
て、その機能、並びに機能間の接続関係を示すブロック
図である。

【図３】図２に示され電子制御装置の状態変数量出力
部、回転数偏差累積部、空燃比偏差累積部、及び操作量
算出部の各々について更にその具体構成例を示すブロッ
ク図である。

【図４】図２或いは図３に示される電子制御装置による
制御手順を示すフローチャートである。

【図５】クレーム対応図である。

【符号の説明】

１０…エンジン、２０…電子制御装置、２１…エアクリ
ーナ、２２…エアフローメータ、２３…吸気管、２４…
サージタンク、２５…吸気分岐管、２６（２６ａ、２６
ｂ、２６ｃ、２６ｄ）…燃料噴射弁、２７…点火回路、
２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ）…点火プラ
グ、２９…ディストリビュータ、３０…回転数センサ、
３１…スロットルバルブ、３２…スロットルセンサ、３
３…暖機センサ、３４…吸気温センサ、３５…空燃比セ
ンサ、４０…バイパス通路、４２、４３…空気導管、４
４…ＩＳＣバルブ、４５…ハウジング、４６…プランジ
ャ、４７…圧縮コイルばね、４８…励磁コイル、５１…
ＣＰＵ、５２…ＲＯＭ、５３…ＲＡＭ、５４…バックア
ップＲＡＭ、５６…入力ポート、５８…出力ポート、２
０１…状態変数量出力部、２０２…回転数偏差累積部、
２０３…空燃比偏差累積部、２０４…空気系及び燃料系
操作量算出部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７０ Ｂ Ｆ０２Ｐ 5/15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の運転状態を操作する複数のアク
   チュエータと、 内燃機関の運転状態における各種制御量を各別に検出す
   る複数の運転状態検出手段と、 前記各アクチュエータの現在及び過去の操作量、並びに
   前記各運転状態検出手段による現在及び過去の制御量検
   出値を、内燃機関の動的なモデルの内部状態を代表する
   状態変数量として出力する状態変数量出力手段と、 前記各運転状態検出手段による制御量検出値とそれぞれ
   その目標値との偏差を累積する偏差累積手段と、 前記内燃機関の動的なモデルについて予め定められた最
   適フィードバックゲイン、及び前記状態変数量出力手段
   から出力される状態変数量、及び前記偏差累積手段によ
   る偏差累積値に基づいて前記複数のアクチュエータそれ
   ぞれの操作量を算出する操作量算出手段と、 を具えることを特徴とする内燃機関の制御装置。