JPH0783094A - 内燃機関の空燃比フィードバック制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 内燃機関の排気系の挙動を記述するモデルを
備え、排気系に配置し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。
集合部フィードバックループと気筒毎フィードバックル
ープを直列に接続すると共に、気筒毎フィードバックの
目標値は集合部空燃比を気筒毎フィードバック補正項の
平均値で除算した値とする。 【効果】 気筒間の空燃比のバラツキを吸収しつつ各気
筒空燃比を目標値に収束させる。

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フィ
ードバック制御装置に関し、より具体的には多気筒内燃
機関において気筒間の空燃比のバラツキを吸収すると共
に、各気筒の空燃比を目標値に精度良く収束させる様に
した内燃機関の空燃比フィードバック制御装置に関す
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】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値を示すこととなり、気筒毎の空燃
比を正確に検出することができず、目標値に精度良く制
御することができない。そのため、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。それを解消するには気筒毎に空燃
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。そこで、本出願人
は先に特願平３−３５９３３８号（特開平５─１８００
４０号）などにおいて、排気系の挙動を記述するモデル
を設定し、排気系集合部に配置した１個の空燃比センサ
の出力を入力すると共に、オブザーバを設けて各気筒の
空燃比を推定する技術を提案している。

【０００４】ところで、その推定値に基づいて気筒間の
空燃比のバラツキを吸収しつつ各気筒の空燃比を目標値
に精度良く収束させようとするとき、フィードバック補
正項（補正係数）をどの様に設定すべきかが問題とな
る。その点について、特開平３−１４９３３０号公報
は、排気系集合部に配置した単一のＯ₂ センサ出力に基
づき、各気筒と全気筒（集合部）とでフィードバック補
正係数を別々に設定し、それによって空燃比を制御する
技術を提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た技術（特開平３−１４９３３０号）は、先に本出願人
が提案した排気系の挙動を記述するモデルを用いるもの
ではないことから、各気筒の空燃比を個別に制御しよう
としても制御精度が必ずしも十分ではなかった。さら
に、空燃比もＯ₂ センサを用いて検出しており、いわゆ
る広域空燃比センサ、即ち、単に理論空燃比近傍の反転
出力を生じるものではなく、排気ガス中の酸素濃度に比
例した検出出力を生じるセンサを使用するものではない
ため、空燃比の検出速度も遅く、その意味でも満足し難
いものであった。

【０００６】従って、この発明の目的は上記した不都合
を解消し、排気系集合部空燃比と各気筒空燃比とについ
てフィードバック補正係数（補正項）を最適に設定して
気筒間の空燃比のバラツキを吸収すると共に、各気筒の
空燃比を目標値に精度良く収束させる様にした内燃機関
の空燃比フィードバック制御装置を提供することにあ
る。

【０００７】更には、前記した排気系の挙動を記述する
モデルおよびオブザーバを使用して各気筒の空燃比を精
度良く目標値にフィードバック制御する様にした内燃機
関の空燃比フィードバック制御装置を提供することにあ
る。

【０００８】更には、その様なモデルを用いることな
く、排気系に気筒数と同数の空燃比センサを配置してな
り、その検出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場合であっても制御精度を一層向
上させた内燃機関の空燃比フィードバック制御装置を提
供することにある。

【０００９】

【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フィードバック制御
装置は例えば請求項１項に示す様に、多気筒内燃機関の
排気系の挙動を記述するモデルを設定して排気系集合部
毎に配置した単一の広域空燃比センサの出力を入力する
と共に、その内部状態を観測するオブザーバを設定し、
その出力から各気筒の空燃比を推定して目標値に制御す
る内燃機関の空燃比フィードバック制御装置において、
排気系集合部の空燃比を目標値に一致させるフィードバ
ック制御ループと、各気筒の空燃比を目標値に一致させ
るフィードバック制御ループとを直列に接続する如く構
成した。

【００１０】

【作用】気筒間の空燃比のバラツキを吸収しつつ各気筒
の空燃比を目標値に収束させることができる。よって、
理論空燃比に収束させるときは、触媒の浄化率を向上さ
せることができる。尚、上記で広域空燃比センサを排気
系集合部毎に配置するとしたのは、Ｖ型機関で広域空燃
比センサをバンク毎に配置する様な場合も含ませるため
である。

【００１１】

【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。

【００１２】図１は本発明に係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２８が設けられる。

【００１３】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。

【００１４】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、特願平３−１６９４
５６号（特開平４−３６９４７１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ＣＰＵ５０，ＲＯＭ５２，ＲＡ
Ｍ５４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。

【００１５】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に示したバイパス路
２８を通る２次空気量を制御する。

【００１６】図３はこの装置の動作を示すフロー・チャ
ートであるが、同図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。

【００１７】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。

【００１８】

【数１】

【００１９】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。

【００２０】

【数２】

【００２１】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。

【００２２】

【数３】

【００２３】

【数４】

【００２４】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。

【００２５】

【数５】

【００２６】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、先願でも述べた様に、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の様に表し
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。

【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
表した。このモデルをブロック線図であらわすと、図７
の様になる。

【００２９】また、その状態方程式は数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。

【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１１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１２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】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。

【００４９】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、例えば図１
４に示す様にＰＩＤ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。より具体的には、気筒
別に空燃比をフィードバック制御する場合、図１５の様
な構成が考えられる。

【００５０】しかし、オブザーバは全運転領域において
実現可能な訳ではなく、ＬＡＦセンサの応答性などの影
響などにより、特に高回転域では演算時間も減少して推
定誤差が大きくなったり、推定不能となったりする。そ
のオブザーバ推定不能領域での集合部空燃比フィードバ
ックとの組み合わせを考慮すると、図１６に示す様に推
定不能領域の前後で切り換えることが考えられる。即
ち、集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦと気筒毎のフ
ィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦ（ｎ：気筒番号）を別
々に設定しておき、推定可能領域では気筒毎のフィード
バック補正項＃ｎＫＬＡＦで燃料噴射量Ｔout を乗算補
正すると共に、推定不能領域では補正項を集合部フィー
ドバック補正項ＫＬＡＦに切り換え、それを用いて燃料
噴射量Ｔout を乗算補正することが考えられる。

【００５１】しかし、この手法を用いてシミュレーショ
ンを行ってみると、補正項の値が相違することから、切
り換え時に燃料噴射量が急激に変化して空燃比が大きく
変動してしまった。オブザーバによる推定が全運転領域
で完全であれば問題ないのであるが、現状のオブザーバ
の構成では集合部空燃比フィードバックを外すことは無
理と思われる。

【００５２】そこで、図１７の様に集合部フィードバッ
ク・ループの内側に気筒毎フィードバック・ループを設
け、両者を直列に接続して常時２つのフィードバックを
併用する様にした。尚、推定不能領域では気筒毎フィー
ドバック補正項をホールドする。

【００５３】しかし、この構成をシミュレーションで検
証したところ、気筒毎フィードバック補正項と集合部フ
ィードバック補正項とが互いに干渉し合い発散してしま
った。即ち、図１８に示す様に、一方のフィードバック
補正項が若干でも大きくなると他方は小さくなり、その
影響で一方は更に大きくなるという具合に両フィードバ
ック補正項が次第に相互に離れていって最後にリミット
に張りついて制御不能となった。しかし、この手法によ
って切り換え時の空燃比の急変は解消できることが確認
できた。

【００５４】そこで、図１９に示す様に構成し、気筒毎
フィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦには気筒間のバラツ
キのみ吸収させ、集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦ
によって目標空燃比との偏差を吸収させる様にした。即
ち、集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦ演算の目標値
は従前と同様に目標Ａ／Ｆ（空燃比）とすると共に、気
筒毎フィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦ演算の目標値
は、集合部Ａ／Ｆ（空燃比）を気筒毎フィードバック補
正項（前回演算値）の平均値ＡＶＥで除算して求める様
にした。この構成によって、図２０に示す様に、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、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。

【００５５】即ち、図１９の下側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（ＥＲＲＯＲ）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１５以下において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。

【００５６】以上を前提として本発明に係る装置の動作
を図３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。以下の説明で
は第１気筒の燃料噴射量を決定する場合を例にとる。

【００５７】先ず、Ｓ１０において機関回転数Ｎｅ、吸
気圧力Ｐｂ、検出Ａ／Ｆ（空燃比）などを読み込む。
尚、検出Ａ／Ｆ（空燃比）は排気系集合部のＡ／Ｆ（空
燃比）である。

【００５８】続いてＳ１２に進んでクランキングか否か
判断し、否定されるときはＳ１４に進んでＦ／Ｃ、即
ち、フューエル・カットか否か判断し、そこでも否定さ
れるときはＳ１６に進んで機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐ
ｂとから予め用意されたマップを検索して基本燃料噴射
量Ｔi を求め、続いてＳ１８に進んで基本モードの式に
よる出力燃料噴射量Ｔout を算出する。ここで、基本モ
ードの式による出力燃料噴射量Ｔout は以下の様に算出
される。 出力燃料噴射量Ｔout ＝基本燃料噴射量Ｔi ×各種補正
係数＋各種補正加算項 上記で、「各種補正係数」は水温補正係数、加速増量補
正係数などを意味する。但し、集合部および気筒毎フィ
ードバック補正項ＫＬＡＦ，＃ｎＫＬＡＦは除く。ま
た、「各種補正加算項」はバッテリ補正加算項などを意
味する。

【００５９】続いてＳ２０に進んで広域空燃比センサ４
０の活性化が完了したか否か判断し、肯定されるときは
Ｓ２１に進んで各気筒のＡ／Ｆ（空燃比）を推定し、Ｓ
２２に進んで前記したオブザーバの推定不能領域にある
か否か判断する。この推定不能領域は予め機関回転数Ｎ
ｅと吸気圧力Ｐｂとから決定してマップ化しておき、検
出した機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとから検索して判
断する。この領域は具体的には高回転域ないしは低負荷
域である。

【００６０】Ｓ２２で推定可能領域にあると判断される
ときは続いてＳ２４に進み、そこで気筒毎フィードバッ
ク補正項＃ｎＫＬＡＦの前回値＃ｎＫＬＡＦｎ−１を読
み出してその平均値ＡＶＥを演算する。尚、ここで前回
値を使用するのは言うまでもなく、当該第１気筒の値も
含めた平均値は前回のものしか利用できないからであ
る。次いでＳ２６に進んで集合部Ａ／Ｆ（空燃比（検出
値））を平均値で除算して気筒毎フィードバックの目標
Ａ／Ｆ（空燃比）を演算する。続いてＳ２８に進んでＰ
ＩＤ則を用いて気筒毎フィードバック補正項＃ｎＫＬＡ
Ｆ（ｎ：１）を演算する。

【００６１】続いてＳ３０に進み、広域空燃比センサ４
０の出力から検出された集合部空燃比と目標空燃比（理
論空燃比とする）との偏差を求め、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Ｓ３２に進んで出力燃料噴射量Ｔout に両補正項Ｋ
ＬＡＦ，＃ｎＫＬＡＦを乗じて第１気筒の出力燃料噴射
量Ｔout を乗算補正し、Ｓ３４に進んでそれに基づいて
インジェクタ２０（第１気筒用）を開弁駆動する。

【００６２】尚、Ｓ２２で推定可能領域ではないと判断
されるときはＳ３６に進み、そこで気筒毎フィードバッ
ク補正項の値を前回値＃ｎＫＬＡＦｎ−１にホールドす
る。即ち、推定不能領域に入る直前の値に固定する。そ
の結果、Ｓ３２においてはその値を用いて出力燃料噴射
量が乗算補正される。これは前記した如く、例えば集合
部フィードバック補正項と持ち替えるとした場合に生じ
た急変を回避するためであり、またそれ自体は補正項の
設定の仕方にも依存するが、気筒間の空燃比のバラツキ
は本来的に小さいと予想されるため、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付近の値に設定される。
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。その意味では、前回値＃ｎＫＬＡＦｎ−１に
代えて、値１．０に固定しても良い。

【００６３】更に、Ｓ２０で広域空燃比センサ４０の活
性化が完了していないと判断されるときはＳ３８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＃ｎＫＬＡＦｎ−ｉｄｌｅをＲＡ
Ｍ５４のバックアップ部から読み出し、Ｓ４０に進んで
その値で出力燃料噴射量を乗算補正する。即ち、Ｓ２０
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
（Ｓ１２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。尚、この
場合にはオープン・ループ制御となると共に、集合部フ
ィードバック補正項ＫＬＡＦによる燃料噴射量の乗算補
正は行わない。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。

【００６４】尚、Ｓ１２でクランキング中と判断された
ときはＳ４２に進んで水温Ｔｗ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、Ｓ４４
に進んで始動モードの式（説明省略）に基づいて出力燃
料噴射量Ｔout を決定すると共に、Ｓ１４でフューエル
・カットと判断されるときはＳ４６に進んで出力燃料噴
射量Ｔout を零とする。

【００６５】この実施例は上記の如く構成したので、気
筒間の空燃比のバラツキを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できる。即ち、制御で
はタブーとされるフィードバック・ループの直列接続を
行いながら、補正項を自己回帰させて両ループ間の干渉
を防止した。その結果、オブザーバの効果を最大限に発
揮しつつ、その推定不能領域でも集合部フィードバック
制御と同等の制御を可能とする気筒別空燃比フィードバ
ック制御を可能とした。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２６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、燃費効率の高いリーンバーン制御を精度良く実
現することができる。

【００６６】尚、上記構成において、気筒毎フィードバ
ック補正項を１．０付近の比較的小さい値に設定したた
め、シミュレーションで検証したところでは気筒間のバ
ラツキの収束に多少時間を要したが、気筒間のバラツキ
が急激に変化することは通例考えられないので、収束性
が若干低くても支障ない。

【００６７】図２１はこの発明の第２実施例を示す、図
３に類似するフロー・チャートである。第１実施例と相
違する点のみに焦点をおいて説明すると、Ｓ２２で推定
可能領域にないと判断されるときはＳ３６０に進み、集
合部Ａ／Ｆ（空燃比（検出空燃比））を目標Ａ／Ｆ（空
燃比）とし、Ｓ２８でその値に基づいて気筒毎フィード
バック補正項＃ｎＫＬＡＦを演算する様にした。

【００６８】即ち、図２２に示す様に切り換え機構を設
け、推定不能領域では目標Ａ／Ｆ（空燃比）を切り換え
る様にした。即ち、第１実施例の場合には推定不能領域
に入る直前の値を用いる様にしたが、その場合でも不確
かな推定値に基づいて演算自体は行われている。その結
果、推定可能領域に復帰したときに補正項の値が不適切
なものとなる恐れがない訳ではない。集合部の検出空燃
比は目標空燃比に向けて収束されていた筈であるから、
集合部の検出空燃比を用いれば、不確かな推定値に基づ
く演算値が使用されるのに比較すれば、不適切な度合い
は少ない筈であるからである。残余の構成および効果は
第１実施例と同様である。

【００６９】尚、上記した第１、第２実施例は、排気系
の挙動を記述するモデルを設定し、その内部状態を観測
するオブザーバを使用して空燃比制御を行う場合を例に
とって説明してきたが、本発明に係る空燃比フィードバ
ック制御技術はそれに限定されるものではなく、排気系
に気筒数と同数の空燃比センサを設け、各気筒の空燃比
を実測して目標値に制御する場合にも妥当する。

【００７０】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。

【００７１】

【発明の効果】請求項１項にあっては、排気系集合部に
設けた単一の広域空燃比センサの出力からオブザーバを
介して推定した各気筒の空燃比に基づき、各気筒の空燃
比を目標値に収束させることができる。また、センサの
個数も１個で足る。

【００７２】請求項２項にあっては、排気系集合部に設
けた単一の広域空燃比センサの出力からオブザーバを介
して推定した各気筒の空燃比に基づき、気筒間の空燃比
のバラツキを吸収しつつ各気筒の空燃比を目標値に収束
させることができる。また、センサの個数も１個で足
る。

【００７３】請求項３項にあっては、気筒間の空燃比の
バラツキを吸収しつつ各気筒の空燃比を目標値に収束さ
せることができる。

【００７４】請求項４項にあっては、気筒間の空燃比の
バラツキを、発散を防止しつつ、効果的に吸収すること
ができると共に、各気筒の空燃比を目標値に精度良く収
束させることができる。

【００７５】請求項５項にあっては、オブザーバの推定
が不可能な領域にあってもかなりの精度で目標値に収束
させることができると共に、推定可能な領域に復帰した
ときに空燃比が急変することがない。

【００７６】請求項６項にあっては、請求項５項と同様
に、空燃比の急変を回避することができる。

【００７７】請求項７項にあっては、空燃比フィードバ
ック禁止領域においても、気筒間の空燃比のバラツキを
効果的に防止することができる。

【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】図１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６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】図１３の構成を用いた空燃比の一般的なＰＩ
Ｄフィードバック制御を示すブロック図である。

【図１５】図１４を具体化した空燃比のフィードバック
制御を示すブロック図である。

【図１６】図１５を変形した空燃比のフィードバック制
御を示すブロック図である。

【図１７】図１６を更に変形したこの発明に係る空燃比
のフィードバック制御を示すブロック図である。

【図１８】図１７の構成でのフィードバック補正項の発
散を説明する説明図である。

【図１９】図１７の構成を更に変形したこの発明に係る
空燃比のフィードバック制御を示すブロック図である。

【図２０】図１９の構成の動作を示す説明図である。

【図２１】この発明の第２実施例を示す、図３に類似す
るフロー・チャートである。

【図２２】第２実施例の構成を示す、図１９に類似する
ブロック図である。

【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 ４２ 制御ユニット

フロントページの続き (72)発明者 木村 英輔 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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多気筒内燃機関の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毎に配置した単一の広
   域空燃比センサの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定し、その出力から各気筒の
   空燃比を推定して目標値に制御する内燃機関の空燃比フ
   ィードバック制御装置において、排気系集合部の空燃比
   を目標値に一致させるフィードバック制御ループと、各
   気筒の空燃比を目標値に一致させるフィードバック制御
   ループとを直列に接続したことを特徴とする内燃機関の
   空燃比フィードバック制御装置。
2. 【請求項２】 多気筒内燃機関の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毎に配置した単一の広
   域空燃比センサの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定し、その出力から各気筒の
   空燃比を推定して目標値に制御する内燃機関の空燃比フ
   ィードバック制御装置において、 ａ．排気系集合部の目標空燃比を設定する第１の手段、 ｂ．排気系集合部の空燃比を検出して前記目標空燃比と
   の偏差を求め、それに応じて集合部フィードバック補正
   項を演算する第２の手段、 ｃ．各気筒の目標空燃比を設定する第３の手段、 ｄ．前記各気筒の目標空燃比と前記オブザーバにより推
   定された各気筒の推定空燃比との偏差を求め、それに応
   じて気筒毎フィードバック補正項を演算する第４の手
   段、および ｅ．前記集合部フィードバック補正項と気筒毎フィード
   バック補正項とをそれぞれ燃料噴射量に乗じて気筒毎の
   燃料噴射量を決定する第５の手段、を備えたことを特徴
   とする内燃機関の空燃比フィードバック制御装置。
3. 【請求項３】 多気筒内燃機関の各気筒の空燃比を目標
   値に制御する内燃機関の空燃比フィードバック制御装置
   において、 ａ．排気系集合部の目標空燃比を設定する第１の手段、 ｂ．排気系集合部の空燃比を求めて前記目標空燃比との
   偏差を求め、それに応じて集合部フィードバック補正項
   を演算する第２の手段、 ｃ．各気筒の目標空燃比を前記排気系集合部の検出空燃
   比に関連した値に設定する第３の手段、 ｄ．各気筒の空燃比を求めて前記各気筒の目標空燃比と
   の偏差を求め、それに応じて気筒毎フィードバック補正
   項を演算する第４の手段、および ｅ．前記集合部フィードバック補正項と気筒毎フィード
   バック補正項とをそれぞれ燃料噴射量に乗じて気筒毎の
   燃料噴射量を決定する第５の手段、を備えたことを特徴
   とする内燃機関の空燃比フィードバック制御装置。
4. 【請求項４】 前記第３の手段は、前記各気筒の目標空
   燃比を、集合部空燃比を気筒毎フィードバック補正項で
   除算して求めることを特徴とする請求項２項または３項
   に記載の内燃機関の空燃比フィードバック制御装置。
5. 【請求項５】 前記第４の手段は、機関負荷と機関回転
   数とから決定される所定の運転領域において、前記気筒
   毎フィードバック補正項を所定の値に固定することを特
   徴とする請求項２項ないし４項のいずれかに記載の内燃
   機関の空燃比フィードバック制御装置。
6. 【請求項６】 前記第４の手段は、機関負荷と機関回転
   数とから決定される所定の運転領域において、集合部空
   燃比と前記各気筒の空燃比との偏差を求め、それに応じ
   て気筒毎フィードバック補正項を演算することを特徴と
   する請求項２項ないし５項のいずれかに記載の内燃機関
   の空燃比フィードバック制御装置。
7. 【請求項７】 機関アイドル時に演算された気筒毎フィ
   ードバック補正項を保持しておき、機関再始動後のフィ
   ードバック制御禁止領域において、保持された値を燃料
   噴射量に乗算して気筒毎の燃料噴射量を決定する第６の
   手段を備えたことを特徴とする請求項２項ないし６項の
   いずれかに記載の内燃機関のフィードバック制御装置。