JPH08232727A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JPH08232727A
JPH08232727A JP7061778A JP6177895A JPH08232727A JP H08232727 A JPH08232727 A JP H08232727A JP 7061778 A JP7061778 A JP 7061778A JP 6177895 A JP6177895 A JP 6177895A JP H08232727 A JPH08232727 A JP H08232727A
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浩 北川
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 空燃比センサの応答特性が劣化を比較的簡単
な手法で検出するとともに、空燃比センサの応答特性が
劣化した場合においても、適応制御による制御性能の低
下を最小限に抑え、長期間に亘って良好な制御性能を維
持する。 【構成】 機関の動的モデルに基づいて算出した適応パ
ラメータであって、適応フィードバック制御の応答速度
を決めるパラメータにより、空燃比センサの応答特性の
劣化が検出される(S145)。応答劣化検出時(FS
TRRSP=1のとき)は、応答劣化時用のゲイン行列
Γを用いて適応パラメータの演算を行う(S141,S
142,S144)。応答劣化時用のゲイン行列Γは、
通常のゲイン行列Γより適応パラメータの調整速度が小
さくなるように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の制御装置に
関し、特に適応制御理論を応用したフィードバック制御
により機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック
制御する制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現代制御理論の1つである最適レギュレ
ータを空燃比フィードバック制御に応用し、機関の排気
系に設けられた広域空燃比センサの出力と、機関の動的
モデルに基づいて予め定められた最適フィードバックゲ
インと状態変数とに基づいて空燃比をフィードバック制
御する空燃比制御装置は、従来より知られている(例え
ば特開平3−185244号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の制御装置では、空燃比センサの応答特性が経時変化
等により劣化することを考慮していないため、設計上想
定されている以上に劣化した場合には、機関の動的モデ
ルの無駄時間が無視できないほど変化し、制御性能が極
端に低下することがあった。
【0004】また、上記従来の制御装置では、機関の動
的モデルに基づいて定められた最適フィードバックゲイ
ンを用いているため、空燃比センサの応答特性やその他
の機関の動的モデルを変化させる要因に劣化等が起きた
場合に、最適フィードバックゲインが合わなくなること
があった。
【0005】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、空燃比センサの応答特性が劣化を比較的簡単な手
法で検出することができる内燃機関の制御装置を提供す
ることを第1の目的とし、さらに空燃比センサの応答特
性が劣化した場合においても、制御性能の低下を最小限
に抑え、長期間に亘って良好な制御性能を維持すること
ができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを第
2の目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため本発明は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比
センサと、該空燃比センサの出力に基づいて漸化式形式
の適応制御器を用いて前記機関の空燃比を目標値に収束
させるように前記機関に供給する燃料をフィードバック
制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の
空燃比制御装置において、前記フィードバック制御手段
で用いる適応パラメータにより前記空燃比センサの応答
特性の劣化を検出する応答特性劣化検出手段を設けるよ
うにしたものである。
【0007】上記第2の目的を達成するため本発明は、
内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃
比センサの出力に基づいて漸化式形式の適応制御器を用
いて前記機関の空燃比を目標値に収束させるように前記
機関に供給する燃料をフィードバック制御するフィード
バック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する
応答特性劣化検出手段と、前記空燃比センサの応答特性
の劣化を検出したときは、前記フィードバック制御手段
で用いる適応パラメータの調整速度を低下させる調整速
度低減手段とを設けるようにしたものである。
【0008】同じ目的を達成するため本発明は、内燃機
関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃比セン
サの出力に基づいて漸化式形式の制御器を用いて前記機
関の空燃比を目標値に収束させるように前記機関に供給
する燃料をフィードバック制御するフィードバック制御
手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前
記機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記機関の所定クランク角度回転毎に、前記空燃比セン
サの出力をサンプリングし、該サンプリングしたサンプ
ル値を順次記憶するサンプリング手段と、前記機関の運
転状態に応じて前記記憶したサンプル値の1つを選択す
る選択手段と、前記空燃比センサの応答特性の劣化を検
出する応答特性劣化検出手段と、前記空燃比センサの応
答特性の劣化を検出したときは、前記選択手段で選択す
るサンプル値をより遅いタイミングでサンプリングした
ものに変更するサンプル値変更手段とを設け、前記フィ
ードバック制御手段は、該変更されたサンプル値を前記
フィードバック制御に使用するようにしたものである。
【0009】同じ目的を達成するため本発明は、内燃機
関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃比セン
サの出力に基づいて漸化式形式の制御器を用いてフィー
ドバック制御量を演算し、該フィードバック制御量によ
り前記機関の空燃比を目標値に収束させるように前記機
関に供給する燃料をフィードバック制御するフィードバ
ック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置にお
いて、前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応
答特性劣化検出手段と、前記空燃比センサの応答特性の
劣化を検出したときは、前記フィードバック制御手段に
よるフィードバック制御量の演算時期を遅延させる遅延
手段とを設けるようにしたものである。
【0010】また、前記空燃比センサの応答特性の劣化
を検出したときは、前記フィードバック制御手段の構成
を、制御対象の無駄時間の増加に対応して変更すること
が望ましい。
【0011】さらに上記第2の目的を達成するため本発
明は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、
該空燃比センサの出力の基づいて漸化式形式の制御器を
用いて前記機関の空燃比を目標値に収束させるように前
記機関に供給する燃料をフィードバック制御する第1の
フィードバック制御手段と、前記空燃比センサの出力に
基づいて、比例項、微分項及び積分項の少なくとも1つ
を用いてフィードバック制御する第2のフィードバック
制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置におい
て、前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応答
特性劣化検出手段と、前記空燃比センサの応答特性の劣
化を検出したときは、前記第1のフィードバック制御手
段の作動を禁止する禁止手段とを設けるようにしたもの
である。
【0012】前記応答特性劣化検出手段は、前記機関へ
の燃料供給遮断制御実行直後における前記空燃比センサ
の出力の変化特性に基づいて応答特性の劣化を検出する
ようにしてもよい。
【0013】
【作用】請求項1記載の空燃比制御装置によれば、フィ
ードバック制御手段で用いる適応パラメータにより空燃
比センサの応答特性の劣化が検出される。
【0014】請求項2記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、フィ
ードバック制御手段で用いる適応パラメータの調整速度
が下げられる。
【0015】請求項3記載の空燃比制御装置によれば、
機関の所定クランク角度回転毎に、空燃比センサの出力
がサンプリングしたサンプル値が順次記憶され、検出し
た機関の運転状態に応じて前記記憶したサンプル値の1
つが選択され、前記空燃比センサの応答特性の劣化を検
出したときは、前記選択されたサンプル値をより遅いタ
イミングでサンプリングしたサンプル値が漸化式形式の
制御器を用いたフィードバック制御に使用される。
【0016】請求項4記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、空燃
比センサ出力に応じたフィードバック制御量の演算時期
が遅延される。
【0017】請求項5記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、前記
フィードバック制御量の演算時期が遅延されるとともに
前記フィードバック制御手段の構成が、制御対象の無駄
時間の増加に対応して変更される。
【0018】請求項6記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、漸化
式形式の制御器を用いたフィードバック制御が禁止され
る。
【0019】請求項8記載の空燃比制御装置によれば、
機関への燃料供給遮断制御実行直後における空燃比セン
サの出力の変化特性に基づいて応答特性の劣化が検出さ
れる。
【0020】
【実施例】以下本発明の第1実施例を図面を参照して説
明する。
【0021】図1は本発明の一実施例にかかる内燃機関
(以下「エンジン」という)及びその制御装置の構成を
示す図である。同図中、1は各気筒に吸気弁及び排気弁
(図示せず)を各1対ずつ設けたDOHC直列4気筒の
エンジンである。
【0022】エンジン1の吸気管2は分岐部(吸気マニ
ホルド)11を介してエンジン1の各気筒の燃焼室に連
通する。吸気管2の途中にはスロットル弁3が配されて
いる。スロットル弁3にはスロットル弁開度(θTH)
センサ4が連結されており、スロットル弁開度θTHに
応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット
(以下「ECU」という)5に供給する。吸気管2に
は、スロットル弁3をバイパスする補助空気通路6が設
けられており、該通路6の途中には補助空気量制御弁7
が配されている。補助空気量制御弁7は、ECU5に接
続されており、ECU5によりその開弁量が制御され
る。
【0023】吸気管2のスロットル弁3の上流側には吸
気温(TA)センサ8が装着されており、その検出信号
がECU5に供給される。吸気管2のスロットル弁3と
吸気マニホルド11の間には、チャンバ9が設けられて
おり、チャンバ9には吸気管内絶対圧(PBA)センサ
10が取り付けられている。PBAセンサ10の検出信
号はECU5に供給される。
【0024】エンジン1の本体にはエンジン水温(T
W)センサ13が装着されており、その検出信号がEC
U5に供給される。ECU5には、エンジン1のクラン
ク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位
置センサ14が接続されており、クランク軸の回転角度
に応じた信号がECU5に供給される。クランク角度位
置センサ14は、エンジン1の特定の気筒の所定クラン
ク角度位置で信号パルス(以下「CYL信号パルス」と
いう)を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開
始時の上死点(TDC)に関し所定クランク角度前のク
ランク角度位置で(4気筒エンジンではクランク角18
0度毎に)TDC信号パルスを出力するTDCセンサ及
びTDC信号パルスより短い一定クランク角周期(例え
ば30度周期)で1パルス(以下「CRK信号パルス」
という)を発生するCRKセンサから成り、CYL信号
パルス、TDC信号パルス及びCRK信号パルスがEC
U5に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時
期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転
数NEの検出に使用される。
【0025】吸気マニホルド11の吸気弁の少し上流側
には、各気筒毎に燃料噴射弁12が設けられており、各
噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているととも
にECU5に電気的に接続されて、ECU5からの信号
により燃料噴射時期及び燃料噴射時間(開弁時間)が制
御される。エンジン1の点火プラグ(図示せず)もEC
U5に電気的に接続されており、ECU5により点火時
期θIGが制御される。
【0026】排気管16は分岐部(排気マニホルド)1
5を介してエンジン1の燃焼室に接続されている。排気
管16には分岐部15が集合する部分の直ぐ下流側に、
広域空燃比センサ(以下「LAFセンサ」という)17
が設けられている。さらにLAFセンサ17の下流側に
は直下三元触媒19及び床下三元触媒20が配されてお
り、またこれらの三元触媒19及び20の間には酸素濃
度センサ(以下「O2センサ」という)18が装着され
ている。三元触媒19、20は、排気ガス中のHC,C
O,NOx等の浄化を行う。
【0027】LAFセンサ17は、ローパスフィルタ2
2を介してECU5に接続されており、排気ガス中の酸
素濃度(空燃比)に略比例した電気信号を出力し、その
電気信号をECU5に供給する。O2センサ18は、そ
の出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性
を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベル
となり、リーン側で低レベルとなる。O2センサ18
は、ローパスフィルタ23を介してECU5に接続され
ており、その検出信号はECU5に供給される。
【0028】排気還流機構30は、吸気管2のチャンバ
9と排気管16とを接続する排気還流路31と、排気還
流路31の途中に設けられ、排気還流量を制御する排気
還流弁(EGR弁)32と、EGR弁32の弁開度を検
出し、その検出信号をECU5に供給するリフトセンサ
33とから成る。EGR弁32は、ソレノイドを有する
電磁弁であり、ソレノイドはECU5に接続され、その
弁開度がECU5からの制御信号によりリニアに変化さ
せることができるように構成されている。
【0029】エンジン1は、吸気弁及び排気弁のバルブ
タイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バ
ルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタ
イミングとの2段階に切換可能なバルブタイミング切換
機構60を有する。このバルブタイミングの切換は、弁
リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選
択時は2つの吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比
を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した
燃焼を確保するようにしている。
【0030】バルブタイミング切換機構60は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサがECU5接続さ
れている。油圧センサの検出信号はECU5に供給さ
れ、ECU5は電磁弁を制御してバルブタイミングの切
換制御を行う。
【0031】また、ECU5には、大気圧を検出する大
気圧(PA)センサ21が接続されており、その検出信
号がECU5に供給される。
【0032】ECU5は、上述した各種センサからの入
力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正
し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機
能を有する入力回路と、中央処理回路(CPU)と、該
CPUで実行される各種演算プログラムや後述する各種
マップ及び演算結果等を記憶するROM及びRAMから
なる記憶回路と、燃料噴射弁12等の各種電磁弁や点火
プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。
【0033】ECU5は、上述の各種エンジン運転パラ
メータ信号に基づいて、LAFセンサ17及びO2セン
サ18の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオ
ープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別
するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式1に
より燃料噴射弁12の燃料噴射時間TOUTを演算し、
この演算結果に基づいて燃料噴射弁12を駆動する信号
を出力する。
【0034】
【数1】TOUT=TIMF×KTOTAL×KCMD
M×KFB 図2は上記数式1による燃料噴射時間TOUTの算出手
法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照
して本実施例における燃料噴射時間TOUTの算出手法
の概要を説明する。なお、本実施例ではエンジンへの燃
料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、これは噴
射される燃料量に対応するので、TOUTを燃料噴射量
若しくは燃料量とも呼んでいる。
【0035】図2においてブロックB1は、吸入空気量
に対応した基本燃料量TIMFを算出する。この基本燃
料量TIMFは、基本的にはエンジン回転数NE及び吸
気管内絶対圧PBAに応じて設定されるが、スロットル
弁3からエンジン1の燃焼室に至る吸気系をモデル化
し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮
した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パ
ラメータとしてスロットル弁開度θTH及び大気圧PA
をさらに用いる。
【0036】ブロックB2〜B4は乗算ブロックであ
り、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。こ
れらのブロックにより、上記数式1の演算が行われ、ブ
ロックB4の出力として、燃料噴射量TOUTが得られ
る。
【0037】ブロックB9は、エンジン水温TWに応じ
て設定されるエンジン水温補正係数KTW,排気還流実
行中に排気還流量に応じて設定されるEGR補正係数K
EGR等のフィードフォワード系補正係数をすべて乗算
することにより、補正係数KTOTALを算出し、ブロ
ックB2に入力する。
【0038】ブロックB21は、エンジン回転数NE、
吸気管内絶対圧PBA等に応じて目標空燃比係数KCM
Dを決定し、ブロックB22に入力する。目標空燃比係
数KCMDは、空燃比A/Fの逆数、すなわち燃空比F
/Aに比例し、理論空燃比のとき値1.0をとるので、
目標当量比ともいう。ブロックB22は、ローパスフィ
ルタ23を介して入力されるO2センサ出力VMO2の
基づいて目標空燃比係数KCMDを修正し、ブロックB
18及びB23に入力する。ブロックB23は、KCM
D値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比係数K
CMDMを算出し、ブロックB3に入力する。
【0039】ブロックB10は、ローパスフィルタ22
を介して入力されるLAFセンサ出力値を、CRK信号
パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリ
ングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に
応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値
を選択し(LAFセンサ出力選択処理)、ローパスフィ
ルタブロックB16及びB17を介してブロックB18
及びB19に入力する。このLAFセンサ出力選択処理
は、サンプリングのタイミングによっては変化する空燃
比を正確に検出できないこと、燃焼室から排出される排
気ガスがLAFセンサ17に到達するまでの時間やLA
Fセンサ自体の反応時間がエンジン運転状態によって変
化することを考慮したものである。
【0040】ブロックB18は、検出空燃比と目標空燃
比との偏差に応じてPID制御によりPID補正係数K
LAFを算出してブロックB20に入力する。ブロック
B19は、検出空燃比に基づいて適応制御(Self Tunin
g Regulation)により適応補正係数KSTRを算出して
ブロックB20に入力する。この適応制御は、目標空燃
比係数KCMD(KCMDM)を基本燃料量TIMFに
乗算するだけでは、エンジンの応答遅れがあるため目標
空燃比がなまされた検出空燃比になってしまうため、こ
れを動的に補償し、外乱に対するタフネス性を向上させ
るために導入したものである。
【0041】ブロックB20は、入力されるPID補正
係数KLAF及び適応補正係数KSTRのいずれか一方
をエンジン運転状態に応じて選択し、フィードバック補
正係数KFBとしてブロックB4に入力する。これは、
エンジン運転状態によっては、適応制御ではなく従来の
PID制御によって算出したKLAF値を用いた方がよ
いことを考慮したものである。
【0042】以上のように本実施例では、LAFセンサ
17の出力の応じて通常のPID制御により算出したP
ID補正係数KLAFと、適応制御により算出した適応
補正係数KSTRとを切り換えて、補正係数KFBとし
て上記数式1に適用して、燃料噴射量TOUT算出して
いる。適応補正係数KSTRにより、目標空燃比を変更
したときの追従性及び外乱に対するタフネス性を向上さ
せて、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状
態において良好な排気ガス特性を得ることができる。
【0043】本実施例では、上述した図2の各ブロック
の機能は、ECU5のCPUによる演算処理により実現
されるので、この処理のフローチャートを参照して処理
の内容を具体的に説明する。
【0044】図3は、LAFセンサ17の出力に応じて
PID補正係数KLAF及び適応補正係数KSTRを算
出する処理のフローチャートである。本処理はTDC信
号パルスの発生毎に実行される。
【0045】ステップS1では、始動モードか否か、す
なわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのと
きは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなけれ
ば、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD及び最終目
標空燃比係数KCMDMの算出(ステップS2)及びL
AFセンサ出力選択処理を行う(ステップS3)ととも
に検出当量比KACTの演算を行う(ステップS4)。
検出当量比KACTは、LAFセンサ17の出力を当量
比に変換したものである。
【0046】次いでLAFセンサ17の活性化が完了し
たか否かの活性判別を行う(ステップS5)。これは、
例えばLAFセンサ17の出力電圧とその中心電圧との
差を所定値(例えば0.4V)と比較し、該差が所定値
より小さいとき活性化が完了したと判別するものであ
る。
【0047】次にエンジン運転状態がLAFセンサ17
の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域
(以下「LAFフィードバック領域」という)にあるか
否かの判別を行う(ステップS6)。これは、例えばL
AFセンサ17の活性化が完了し、且つフュエルカット
中やスロットル全開運転中でないとき、LAFフィード
バック領域と判定するものである。この判別の結果、L
AFフィードバック領域にないときはリセットフラグF
KLAFRESETを「1」に設定し、LAFフィード
バック領域にあるときは「0」とする。
【0048】続くステップS7では、リセットフラグF
KLAFRESETが「1」か否かを判別し、FKLA
FRESET=1のときは、ステップS8に進んでPI
D補正係数KLAF、適応補正係数KSTR及びフィー
ドバック補正係数KFBをいずれもに「1.0」に設定
するとともに、PID制御の積分項KLAFIを「0」
に設定して、本処理を終了する。また、FKLAFRE
SET=0のときは、フィードバック補正係数KFBの
演算を行って(ステップS9)、本処理を終了する。
【0049】図4は、図3のステップS2における最終
目標空燃比係数KCMDMを算出する処理のフローチャ
ートである。
【0050】ステップS23では、エンジン回転数NE
及び吸気管内絶対圧PBAに応じてマップを検索し、基
本値KBSを算出する。なお、そのマップにはアイドル
時用の値も設定されている。
【0051】続くステップS24では、エンジン始動直
後のリーンバーン制御を実行すべき条件が成立するか否
かを判別し、条件が成立したときは始動後リーンフラグ
FASTLEANを「1」に設定する一方、条件不成立
のときは「0」とする。このリーンバーン制御実行条件
は、例えばエンジン始動後所定期間内であって、エンジ
ン水温TW、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧P
BAが所定範囲内にあるとき成立する。なお、始動直後
のリーンバーン制御は、エンジン始動直後の触媒が未活
性の状態でHCの排出量が増加すること防止する目的で
行うものである。
【0052】次いでステップS25では、スロットル弁
が全開(WOT)の状態か否かを判別し、全開のときは
WOTフラグFWOTを「1」に設定し、全開でなけれ
ば「0」とする。次いで、エンジン水温TWに応じて増
量補正係数KWOTを算出する(ステップS26)。こ
のとき高水温時の補正係数KXWOTも算出する。
【0053】続くステップS27では、目標空燃比係数
KCMDを算出し、次いで算出したKCMD値のリミッ
ト処理(所定上下限値の範囲内に入るようにする処理)
を行う(ステップS28)。このステップS27の処理
は図5を参照して後述する。
【0054】続くステップS29では、O2センサ18
の活性化が完了しているか否かの判別を行い、活性化が
完了したときは、活性フラグFMO2を「1」に設定
し、完了していないときは、「0」とする。例えばエン
ジン始動後所定期間経過したとき、活性化完了と判定す
る。次いで、O2センサ18の出力VMO2に応じて目
標空燃比係数KCMDの補正項DKCMDO2を算出す
る(ステップS32)。この処理は、O2センサ出力V
MO2と基準値VREFMとの偏差に応じてPID制御
により、補正項DKCMDO2を算出するものである。
【0055】続くステップS33では、次式により目標
空燃比係数KCMDの補正を行う。
【0056】KCMD=KCMD+DKCMDO2 これにより、LAFセンサ17の出力のずれを補償する
ように目標空燃比係数KCMDを設定することができ
る。
【0057】続くステップS34では、算出したKCM
D値に応じてKCMD−KETCテーブルを検索して補
正係数KETCを算出し、次式により最終目標空燃比係
数KCMDMを算出する。
【0058】KCMDM=KCMD×KETC 補正係数KETCは、KCMD値が増加し、燃料噴射量
が増加するほど、噴射による燃料冷却効果が大きくなる
ことを考慮して、その影響を補正するものであり、KC
MD値が増加するほど大きな値に設定される。。
【0059】次いで、KCMDM値のリミット処理を行
うとともに(ステップS35)、ステップS33で得ら
れたKCMD値をリングバッファに格納して(ステップ
S36)、本処理を終了する。
【0060】図5は、図4のステップS27におけるK
CMD算出処理のフローチャートである。
【0061】先ずステップS51では、図4のステップ
S24で設定した始動後リーンフラグFASTLEAN
が「1」か否かを判別し、FASTLEAN=1である
ときは、KCMDASTLEANマップを検索して、リ
ーン制御時の中心空燃比に相当するリーン目標値KCM
DASTLEANを算出する(ステップS52)。ここ
で、KCMDASTLEANマップは、エンジン水温T
W及び吸気管内絶対圧PBAに応じてリーン目標値KC
MDASTLEANが設定されたマップである。そし
て、目標空燃比係数KCMDをリーン目標値KCMDA
STLEANに設定して(ステップS53)、ステップ
S61に進む。
【0062】一方前記ステップS51でFASTLAE
AN=0であって、始動後リーンバーン制御実行条件が
成立しないときは、エンジン水温TWが所定水温TWC
MD(例えば80℃)より高いか否かを判別する。そし
てTW>TWCMDが成立するときは、KCMD値を図
4のステップS23で算出した基本値KBSに設定して
(ステップS57)、ステップS61に進む。また、T
W≦TWCMDが成立するときは、エンジン水温TW及
び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定されたマップを検
索して、低水温用目標値KTWCMDを算出し(ステッ
プS55)、基本値KBSがこのKTWCMD値より大
きいか否かを判別する(ステップS56)。その結果K
BS>KTWCMDであるときは、前記ステップS57
に進み、KBS≦KTWCMDであるときは、基本値K
BSを低水温用目標値KTWCMDに置き換えて(ステ
ップS58)、ステップS61に進む。
【0063】ステップS61では、下記式によりKCM
D値を補正してステップS62に進む。調整用加算項K
CMDOFFSETは、エンジンの排気系やLAFセン
サの特性のばらつきや経時変化の影響を反映させて、目
標空燃比係数KCMDを微調整し、三元触媒のウィンド
ウゾーンの最適な位置をとるようにするためのパラメー
タである。この調整用加算項KCMDOFFSETは、
LAFセンサ17の特性等により設定されるが、O2セ
ンサ18等の出力に応じて学習させることが望ましい。
【0064】 KCMD=KCMD+KCMDOFFSET ステップS62では、図4のステップS25で設定した
WOTフラグFWOTが「1」か否かを判別し、FWO
T=0であれば直ちに本処理を終了し、FWOT=1の
ときは、高負荷用のKCMD値の設定処理を行い(ステ
ップS63)、本処理を終了する。この処理は、KCM
D値を図4のステップS26で算出した高負荷用増量補
正係数KWOT,KXWOTと比較し、KCMD値がこ
れらの係数値より小さいときは、KCMD値に補正係数
KWOT又はKXWOTを乗算して補正を行うものであ
る。
【0065】次に図3のステップS3におけるLAFセ
ンサ出力選択処理について説明する。
【0066】エンジンの排気ガスは排気行程で排出され
ることから、多気筒エンジンの排気系集合部において空
燃比の挙動を見ると、明らかにTDC信号パルスに同期
している。したがって、LAFセンサ17により空燃比
を検出するときもTDC信号パルスに同期して行う必要
がある。ところが、センサ出力のサンプルタイミングに
よっては空燃比の挙動を正確に把握できない場合が生じ
る。例えば、TDC信号パルスに対して排気系集合部の
空燃比が図6のようであるとき、ECU5が認識する空
燃比は図7に示すように、サンプルタイミングによって
全く異なる値となる。この場合、実際のLAFセンサの
出力変化を可能な限り正確に把握できるタイミングでサ
ンプリングすることが望ましい。
【0067】さらに、空燃比の変化は排気ガスのセンサ
までの到達時間やセンサの反応時間によっても相違す
る。そのうち、センサまでの到達時間は排気ガス圧力、
排気ガスボリューム等に依存して変化する。さらに、T
DC信号パルスに同期してサンプリングすることはクラ
ンク角度に基づいてサンプリングすることになるので、
必然的にエンジン回転数NEの影響を受ける。このよう
に、空燃比の検出の最適なタイミングは、エンジン運転
状態に大きく依存する。
【0068】そこで、本実施例では図8に示すように、
CRK信号パルス(クランク角度30度毎に発生する)
の発生毎にサンプリングしたLAFセンサ出力をリング
バッファ(本実施例では18個の格納場所を有する)に
順次格納し、最適タイミングの出力値(17回前の値か
ら今回値までの中の最適の値)を検出当量比KACTに
変換してフィードバック制御に使用するようにしてい
る。
【0069】図9は、図3のステップS3におけるLA
Fセンサ出力選択処理のフローチャートある。
【0070】先ずステップS81では、エンジン回転数
NEが所定回転数NESELVより低いか否かを判別
し、NE<NESELVであるときは、吸気管内絶対圧
PBAが所定圧PBASELV1以上か否かを判別し
(ステップS82)、PBA≧PBASELV1である
ときは、さらに吸気管内絶対圧PBAが所定圧PBAS
ELV2(>PBASELV1)より低いか否かを判別
する(ステップS83)。その結果、ステップS81〜
S83のいずれかの答が否定(NO)のときは、タイミ
ングを固定値とし(ステップS92)、その固定値に応
じてリングバッファに格納してLAFセンサ出力VLA
Fを選択して(ステップS92)、本処理を終了する。
【0071】一方ステップS81〜S83の答がすべて
肯定(YES)のときは、排気還流実行中か否かを判別
する(ステップS84)。その結果排気還流実行中のと
きは、検出したエンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧
PBAに応じて、EGRオン用のタイミングマップを検
索し(ステップS87)、排気還流を実行していないと
きはEGRオフ用のタイミングマップを検索し(ステッ
プS86)、その検索結果に応じてリングバッファに格
納したLAFセンサ出力VLAFを選択して(ステップ
S88)、本処理を終了する。
【0072】上記タイミングマップは、図10に示すよ
うに、エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに
応じて、エンジン回転数NEが低いほど、あるいは吸気
管内絶対圧PBAが高いほど早いクランク角度位置でサ
ンプリングした値を選択するように設定されている。こ
こで、「早い」とは、前のTDC位置により近い位置で
サンプリングした値(換言すれば古い値)を意味する。
このように設定したのは、LAFセンサ出力は、図7に
示したように、実際の空燃比の極大値又は極小値(以下
「極値」という)に可能な限り近い位置でサンプリング
するのが最良であるが、その極値、例えば最初のピーク
値は、センサの反応時間を一定と仮定すれば、図11に
示すように、エンジン回転数NEが低下するほど早いク
ランク角度位置で生じ、また、負荷が高いほど排気ガス
圧力や排気ガスボリュームが増加し、排気ガスの流速が
増してセンサへの到達時間が早まるからである。
【0073】以上のように、図9の処理によれば、エン
ジン運転状態に応じて最適なタイミングでサンプリング
したセンサ出力VLAFが選択されるので、空燃比の検
出精度を向上させることができる。
【0074】なお、CRKセンサの異常を検出したとき
は、TDC信号パルスの発生時のLAFセンサ出力を採
用する。
【0075】次に図3のステップS4における検出当量
比KACTの算出処理について説明する。図12は、こ
のKACT算出処理のフローチャートである。
【0076】先ずステップS101では、上述した図9
の処理により選択されたセンサ出力選択値VLAFSE
Lからセンサ出力中心値VCENTを減算して、テンポ
ラリ値VLAFTEMPを算出する。ここで、中心値V
CENTは、混合気の空燃比が理論空燃比のときのLA
Fセンサ出力値である。
【0077】次いで、VLAFTEMP値が負の値か否
かを判別し(ステップS102)、VLAFTEMP<
0であって、空燃比が理論空燃比よりリーン側のとき
は、リーン補正係数KLBLLを乗算して、VLAFT
EMP値を補正する(ステップS103)一方、、VL
AFTEMP≧0であって、空燃比が理論空燃比よりリ
ッチ側のときは、リッチ補正係数KLBLRを乗算し
て、VLAFTEMP値を補正する(ステップS10
4)。ここで、リーン補正係数KLBLL及びリッチ補
正係数KLBLRは、LAFセンサに装着されたラベル
抵抗の値に応じて算出されるばらつき補正用の補正係数
である。ラベル抵抗値は、予めLAFセンサの特性を測
定して、その結果に応じて設定されており、ECU5が
その値を読み取って補正係数KLBLL,KLBLRを
決定する。
【0078】続くステップS105では、テンポラリ値
VLAFTEMPにテーブル中心値VOUTCNTを加
算して、修正出力値VLAFEを算出し、次いでVLA
FE値に応じてKACTテーブルを検索して、検出当量
比KACTを算出する(ステップS106)。ここで、
KACTテーブルは、修正出力値VLAFEに応じて検
出当量比KACTを算出するためのテーブルであり、テ
ーブル中心値VOUTCNTは理論空燃比(KACT=
1.0)に対応する格子点データ(修正出力値)であ
る。
【0079】以上の処理により、LAFセンサの特性ば
らつきの影響を排除した検出当量比KACTを得ること
ができる。
【0080】図13は、図3のステップS6におけるL
AFフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。
【0081】先ずステップS121では、LAFセンサ
17が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあ
るときはフュエルカット中であることを「1」で示すフ
ラグFFCが「1」か否かを判別し(ステップS12
2)、FFC=0であるときは、スロットル弁全開中で
あることを「1」で示すフラグFWOTが「1」か否か
を判別し(ステップS123)、FWOT=1でないと
きは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧
VBATが所定下限値VBLOWより低いか否かを判別
し(ステップS124)、VBAT≧VBLOWである
ときは、理論空燃比に対応するLAFセンサ出力のずれ
(LAFセンサストイキずれ)があるか否かを判別す
る。そして、ステップS121〜S125のいずれかの
答が肯定(YES)のときは、LAFセンサ出力に基づ
くフィードバックを停止すべき旨を「1」で示すKLA
FリセットフラグFKLAFRESETを「1」に設定
する(ステップS132)。
【0082】一方、ステップS121〜S125の答が
すべて否定(NO)のときは、KLAFリセットフラグ
FKLAFRESETを「0」に設定する(ステップS
131)。
【0083】続くステップS133では、O2センサ1
8が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にある
ときは、エンジン水温TWが所定下限水温TWLOW
(例えば0℃)より低いか否かを判別する(ステップS
134)。そして、O2センサ18が不活性状態のとき
またはTW<TWLOWであるときは、PID補正係数
KLAFを現在値に維持すべきことを「1」で示すホー
ルドフラグFKLAFHOLDを「1」に設定して(ス
テップS136)、本処理を終了する。一方、O2セン
サ18が活性状態にあり且つTW≧TWLOWであると
きは、FKLAFHOLD=0として(ステップS13
5)、本処理を終了する。
【0084】次に図3のステップS9におけるフィード
バック補正係数KFBの算出処理を説明する。
【0085】フィードバック補正係数KFBは、前述し
たようにエンジン運転状態に応じてPID補正係数KL
AF又は適応補正係数KSTRに設定される。そこで、
先ず図14及び図15を参照して、これらの補正係数の
算出手法を説明する。
【0086】図14は、PID補正係数KLAF算出処
理のフローチャートである。
【0087】同図のステップS301では、ホールドフ
ラグFKLAFHOLDが「1」か否かを判別し、FK
LAFHOLD=1のときは、直ちに本処理を終了し、
FKLAFHOLD=0のときは、KLAFリセットフ
ラグFKLAFRESETが「1」か否かを判別する
(ステップS302)。その結果、FKLAFRESE
T=1のときは、ステップS303に進み、PID補正
係数KLAFを1.0に設定するとともに、積分制御ゲ
インKI及び目標当量比KCMDと検出当量比KACT
との偏差DKAFを「0」に設定して、本処理を終了す
る。
【0088】ステップS302でFKLAFRESET
=0のときは、ステップS304に進み、比例制御ゲイ
ンKP、積分制御ゲインKI及び微分制御ゲインKDを
エンジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて
設定されたマップから検索する。ただし、アイドル状態
のときはアイドル用のゲインを採用する。次いで、目標
当量比KCMDと検出当量比KACTとの偏差DKAF
(k)(=KCMD(k)−KACT(k))を算出し
(ステップS305)、偏差DKAF(k)及び各制御
ゲインKP,KI,KDを下記式に適用して、比例項K
LAFP(k)、積分項KLAFI(k)及び微分項K
LAFD(k)を算出する(ステップS306)。
【0089】KLAFP(k)=DKAF(k)×KP KLAFI(k)=DKAF(k)×KI+KLAF
(k−1) KLAFD(k)=(DKAF(k)−DKAF(k−
1))×KD 続くステップS307〜S310では、積分項KLAF
I(k)のリミット処理を行う。すなわち、KLAFI
(k)値が所定上下限値KLAFILMTH,KLAF
ILMTLの範囲内にあるか否かを判別し(ステップS
307、S308)、KLAFI(k)>KLAFIL
MTHであるときは、KLAFI(k)=KLAFLM
THとし(ステップS310)、KLAFI(k)<K
LAFILMTLであるときは、KLAFI(k)=K
LAFILMTLとする(ステップS309)。
【0090】続くステップS311では、下記式により
PID補正係数KLAF(k)を算出する。
【0091】KLAF(k)=KLAFP(k)+KL
AFI(k)+KLAFD(k)+1.0 次いで、KLAF(k)値が所定上限値KLAFLMT
Hより大きいか否かを判別し(ステップS312)、K
LAF(k)>KLAFLMTHであるときは、KLA
F(k)=KLAFLMTHとして(ステップS31
6)、本処理を終了する。
【0092】ステップS312で、KLAF(k)≦K
LAFLMTHであるときは、KLAF(k)値が所定
下限値KLAFLMTLより小さいか否かを判別し(ス
テップS314)、KLAF(k)≧KLAFLMTL
であれば直ちに本処理を終了する一方、KLAF(k)
<KLAFLMTLであるときは、KLAF(k)=K
LAFLMTLとして(ステップS315)、本処理を
終了する。
【0093】本処理により、検出当量比KACTが目標
当量比KCMDに一致するように、PID制御によりP
ID補正係数KLAFが算出される。
【0094】次に適応補正係数KSTR算出処理につい
て、図15を参照して説明する。
【0095】図15は、図2のブロックB19、すなわ
ち適応制御(STR(Self TuningRegulator))ブロッ
クの構成を示すブロック図であり、このSTRブロック
は、目標空燃比係数(目標当量比)KCMD(k)と検
出当量比KACT(k)とが一致するように適応補正係
数KSTRを設定するSTRコントローラと、該STR
コントローラで使用するパラメータを設定するパラメー
タ調整機構とからなる。
【0096】本実施例における適応制御の調整則の一つ
に、ランダウらが提案したパラメータ調整則がある。こ
の手法は、適応システムを線形ブロックと非線形ブロッ
クとから構成される等価フィードバック系に変換し、非
線形ブロックについては入出力に関するポポフの積分不
等式が成立し、線形ブロックは強正実となるように調整
則を決めることによって、適応システムの安定を保証す
る手法である。この手法は、例えば「コンピュートロー
ル」(コロナ社刊)No.27,28頁〜41頁、ない
しは「自動制御ハンドブック」(オーム社刊)703頁
〜707頁に記載されているように、公知技術である。
【0097】本実施例では、このランダウらの調整則を
用いた。以下説明すると、ランダウらの調整則では、離
散系の制御対象の伝達関数A(Z-1)/B(Z-1)の分
母分子の多項式を数式2で、のようにおいたとき、
適応パラメータθハット(k)及び適応パラメータ調整
機構への入力ζ(k)は、数式2で、のように定め
られる。数式2では、m=1、n=1、d=2の場合、
即ち1次系で2制御サイクル分の無駄時間を持つプラン
トを例にとった。ここで、kは時刻、より具体的には制
御サイクルを示す。また、数式2において、u(k)及
びy(k)は、本実施例では、それぞれKSTR(k)
及びKACT(k)に対応する。
【0098】
【数2】 ここで、適応パラメータθハット(k)は、数式3で表
される。また、数式3中のΓ(k)及びeアスタリスク
(k)は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信号であ
り、数式4及び数式5のような漸化式で表される。
【0099】
【数3】
【0100】
【数4】
【0101】
【数5】 また数式4中のλ1(k)、λ2(k)の選び方によ
り、種々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ1
(k)=1,λ2(k)=λ(0<λ<2)とすると漸
減ゲインアルゴリズム(λ=1の場合、最小自乗法)、
λ1(k)=λ1(0<λ1<1)、λ2(k)=λ2
(0<λ2<2)とすると、可変ゲインアルゴリズム
(λ2=1の場合、重み付き最小自乗法)、λ1(k)
/λ2(k)=σとおき、λ3が数式6のように表され
るとき、λ1(k)=λ3とおくと固定トレースアルゴ
リズムとなる。また、λ1(k)=1,λ2(k)=0
のとき固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式
4から明らかなように、Γ(k)=Γ(k−1)とな
り、よってΓ(k)=Γの固定値となる。
【0102】
【数6】 ここで、図15にあっては、前記STRコントローラ
(適応制御器)と適応パラメータ調整機構とは燃料噴射
量演算系の外におかれ、検出当量比KACT(k)が目
標当量比KCMD(k−d’)(ここでd’はKCMD
がKACTに反映されるまでの無駄時間)に適応的に一
致するように動作して適応補正係数KSTR(k)を演
算する。
【0103】このように、適応補正係数KSTR(k)
及び検出当量比KACT(k)が求められて適応パラメ
ータ調整機構に入力され、そこで適応パラメータθハッ
ト(k)が算出されてSTRコントローラに入力され
る。STRコントローラには入力として目標当量比KC
MD(k)が与えられ、検出当量比KACT(k)が目
標当量比KCMD(k)に一致するように漸化式を用い
て適応補正係数KSTR(k)が算出される。 適応補
正係数KSTR(k)は、具体的には数式7に示すよう
に求められる。
【0104】
【数7】 図16は、上述した手法により適応補正係数KSTRを
算出する処理のフローチャートである。本実施例では、
λ1=1、λ2=0として固定ゲインアルゴリズムを用
いて説明を行う。この場合には、ゲイン行列Γは固定と
なり、数式8で表される。
【0105】
【数8】 先ずステップS141では、LAFセンサ17の応答特
性が劣化したこと(応答遅れが増大したこと)を「0」
で示す応答劣化フラグFSTRRSPが「1」か否かを
判別し、FSTRRSP=1であって、応答特性が劣化
していないときは、通常のゲイン行列Γを選択し(ステ
ップS143)、FSTRRSP=0であって、応答特
性が劣化したときは、応答劣化時用のゲイン行列Γを選
択して(ステップS142)、ステップS144に進
む。ここで、応答劣化時用のゲイン行列Γは、その構成
要素の値が通常のゲイン行列Γの構成要素の値より小さ
な値に設定されている。具体的には、本実施例ではゲイ
ン行列Γを数式8に示すように対角要素以外の要素がす
べて0の正方行列としているので、応答劣化時用の対角
要素G11〜G44が、通常のゲイン行列の対角要素よ
り小さな値に設定されている。
【0106】このように、LAFセンサの応答劣化時
は、通常時(応答劣化前)よりもゲインの小さいゲイン
行列を用いることにより、パラメータ調整機構の適応速
度が低下し、LAFセンサの応答遅れがあっても適応制
御の安定性を確保することができる。
【0107】ステップS144では、前述したように適
応パラメータ(θハット(k))の演算を行い、次いで
LAFセンサ応答劣化判定(ステップS145)及び上
記数式7による適応補正係数KSTRの演算を行って
(ステップS146)、本処理を終了する。
【0108】図17は、上記ステップS145における
LAFセンサ17の応答劣化の判定を行う処理のフロー
チャートであり、ステップS401では、適応パラメー
タr1が所定値r1RSPより小さいか否かを判別し、
r1<r1RSPであるときは、さらに適応パラメータ
r2が所定値r2RSPより小さいか否かを判別する
(ステップS402)。その結果、ステップS401又
はS402の答が否定(NO)のときは、応答特性が劣
化していないと判定して、応答劣化フラグFSTRRS
Pを「1」に設定する(ステップS404)一方、ステ
ップS401及びS402の答がともに肯定(YES)
のときは、劣化したと判定して、フラグFSTRRSP
を「0」に設定して(ステップS403)、本処理を終
了する。
【0109】適応パラメータr1,r2は、パラメータ
調整機構の応答性を決定するパラメータであり、LAF
センサの応答特性が劣化すると、r1値及びr2値が低
下する。したがって、これらのパラメータ値と所定値と
を比較することにより、LAFセンサの応答特性の劣化
を判定することができる。
【0110】次に上述のようにして算出するPID補正
係数KLAFと適応補正係数KSTRとを切り換えて、
すなわちPID制御と適応制御とを切り換えて、フィー
ドバック補正係数KFBを算出する手法を説明する。
【0111】図18は、図3のステップS9におけるフ
ィードバック補正係数KFBの算出処理のフローチャー
トである。
【0112】先ずステップS151では、図3の処理の
前回実行時がオープンループ制御であったか(FKLA
FRESET=1であったか)否かを判別し、オープン
ループ制御でなかったときは、目標当量比KCMDの変
化量DKCMD(=|KCMD(k)−KCMD(k−
1)|)が基準値DKCMDREFより大きいか否かを
判別する。そして、前回がオープンループ制御だったと
き又は、前回がフィードバック制御であり且つ変化量D
KCMDが基準値DKCMDREFより大きいときは、
PID補正係数KLAFによるフィードバック制御を実
行すべき運転領域(以下「PID制御領域」という)と
判定し、カウンタCを「0」にリセットするとともに
(ステップS153)、ステップS164に進み、PI
D補正係数KLAF演算処理(図20(a))を実行す
る。
【0113】図20(a)のステップS201では、前
回の制御でSTRフラグFKSTRが「1」であったか
否かを判別する。このSTRフラグFKSTRは、適応
補正係数KSTRによるフィードバック制御を実行すべ
き運転領域(以下「適応制御領域」という)であること
を「1」で示し、フィードバック補正係数算出後に設定
される(ステップS204、図20(b)、ステップS
213)。
【0114】ステップS201で、前回はFKSTR=
0であったときは直ちにステップS203に進み、前回
はFKSTR=1であったときは、PID制御の積分項
の前回値KALFI(k−1)を、適応補正係数の前回
値KSTR(k−1)に設定して(ステップS20
2)、ステップS203に進む。ステップS203で
は、前述した図14の処理によりPID補正係数KLA
Fを算出し、次いでステップS204に進み、STRフ
ラグFKSTRを「0」に設定して、図20(a)の処
理を終了する。
【0115】ここで、適応制御からPID制御への切換
時(前回FKSTR=1のとき)は、PID制御の積分
項KLAFIが急変する可能性があるため、ステップS
202により、KLAFI(k−1)=KSTR(k−
1)としている。これにより、適応補正係数KSTR
(k−1)とPID補正係数KLAF(k)との差を小
さくとどめ、切換を滑らかにして制御の安定性を確保す
ることができる。
【0116】図18にもどり、続くステップS165で
は、フィードバック補正係数KFBをステップS164
で算出したPID補正係数KLAF(k)に設定して
(ステップS165)、本処理を終了する。
【0117】なお、前回がオープンループ制御であった
ときは、PID制御領域と判定するのは、例えばフュエ
ルカット状態からの復帰時のような場合には、LAFセ
ンサの検出遅れなどから、必ずしも検出値が真の値を示
すとは限らないため、制御が不安定となる可能性がある
からである。また、同様の理由で、目標当量比KCMD
の変化量DKCMDが大きいとき、例えばスロットル全
開増量状態から復帰したとき、リーンバーン制御から理
論空燃比制御に復帰したとき等においてもPID制御領
域と判定している。
【0118】ステップS151及びS152の答がとも
に否定(NO)のとき、すなわち前回もフィードバック
制御であり、かつ目標当量比KCMDの変化量DKCM
Dが基準値DKCMDREF以下のときは、カウンタC
を「1」だけインクリメントして(ステップS15
4)、ステップS155でカウンタCの値を所定値CR
EF(例えば5)と比較する。ここで、カウンタCの値
がCREF値以下の場合は前記ステップS164に進
む。
【0119】カウンタCの値がCREF値以下のときP
ID制御領域とするのは、オープンループ制御からの復
帰直後や目標当量比KCMDが大きく変化した直後は、
燃料の燃焼が完了するまでの遅れやLAFセンサの検出
遅れの影響を吸収できないからである。
【0120】次にステップS156に進み、適応制御領
域か否かの判別処理(図19)を実行する。図19の処
理は、現在のエンジン運転状態から、フィードバック補
正係数KFBを、適応制御則にしたがって求めるか、P
ID制御則に従って求めるか判別するものである。
【0121】すなわち、エンジン水温TWが所定水温T
WSTRONより低いか否かを判別し(ステップS17
0)、TW≧TWSTRONであるときは、エンジン回
転数NEが所定回転数NESTRLMT以上であるか否
かを判別し(ステップS171)、NE<NESTRL
MTであるときは、エンジンがアイドル状態か否かを判
別し(ステップS172)、アイドル状態でないとき
は、吸気管内絶対圧PBAが所定値以下の低負荷状態か
否かを判別し(ステップS173)、低負荷状態でない
ときは、エンジンのバルブタイミングが高速バルブタイ
ミングか否かを判別し(ステップS174)、高速バル
ブタイミングでないときは、検出当量比KACTが所定
値aより小さいか否かを判別し(ステップS175)、
所定値a以上のときは、検出当量比KACTが所定値b
(>a)より大きいか否かを判別する(ステップS17
6)。
【0122】その結果、ステップS170〜S176の
いずれかの答が肯定(YES)のときは、PID制御領
域と判定して(ステップS178)、本処理を終了す
る。
【0123】ここで、PID制御領域と判定し、PID
制御によりフィードバック補正係数KFBを算出するこ
ととした理由は以下の通りである。低水温時(TW<T
WSTRON)は、燃焼が安定せず、失火などが生じる
おそれがあり、安定した検出当量比KACTが得られな
いからである。なお、エンジン水温TWが異常に高いと
きも、同様の理由でPID制御によりフィードバック補
正係数KFBを算出する。また、高回転時(NE≧NE
STRLMT)は、ECUの演算時間が不足しがちであ
るとともに、燃焼も安定しないからである。また、高速
バルブタイミング選択時は、吸排気弁がともに開弁して
いるオーバラップ期間が長いので、吸気がそのまま排気
弁を通過して排出される、いわゆる吹き抜けが生じるお
それがあり、安定した検出当量比KACTを期待できな
いからである。また、エンジンのアイドル時は、運転状
態がほぼ安定しており、適応制御のような高いゲインの
制御は必要としないからである。
【0124】また、検出当量比KACTが所定値aより
小さいとき若しくは所定値bより大きいときは、エンジ
ンの空燃比がリーン又はリッチのときであり、適応制御
のような高いゲインの制御は行わない方がよいからであ
る。この判別は、本実施例においては、検出当量比KA
CTで行ったが、目標当量比KCMDを用いて行っても
よい。
【0125】一方ステップS170〜S176の答がす
べて否定(NO)のときは、適応制御領域と判定して
(ステップS177)、本処理を終了する。
【0126】図18に戻り、ステップS157では、図
19の処理の結果から、フィードバック補正係数KFB
を適応制御で算出するか否かを判別する。ステップS1
57の答が否定(NO)のときは、前記ステップS16
4に進み、ステップS157の答が肯定(YES)のと
きは、ステップS158に進み、前回STRフラグFK
STRが「0」であったか否かを判別する。
【0127】その結果前回FKSTR=1であったとき
は、直ちにステップS161に進み、前回はFKSTR
=0であったときは、検出当量比KACTが所定上下限
値KACTLMTH(例えば1.01),KACTLM
TL(例えば0.99の範囲内にあるか否かを判別し
(ステップS159、S160)、KACT<KACT
LMTL又はKACT>KACTLMTHであるとき
は、前記ステップS164に進んで、PID補正係数K
LAFを算出する。また、KACTLMTL≦KACT
≦KACTLMTHであるときは、ステップS161に
進み、KSTR演算処理(図20(b))を実行する。
【0128】ステップS158〜S160により、PI
D制御から適応制御への切換は、適応制御領域であっ
て、且つ検出当量比KACTが1.0付近の値のときに
行われる。これにより、PID制御から適応制御への切
換を滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保する
ことができる。
【0129】図20(b)のステップS210では、前
回フラグKSTRが「0」であったか否かを判別する。
その結果、前回はFKSTR=1であったときは、直ち
にステップS212に進み、前述した手法により適応補
正係数KSTRを算出し、次いでフラグFKSTRを
「1」に設定して、図20(b)の処理を終了する。
【0130】一方、前回はFKSTR=0であったとき
は、適応パラメータ(ゲインを決定するスカラ量)b0
を、PID補正係数の前回値KLAF(k−1)で除算
した値に置き換えて(ステップS211)、前記ステッ
プS212に進む。
【0131】ステップS211で、適応パラメータb0
をb0/KLAF(k−1)に置き換えることにより、
PID制御から適応制御への切換をより滑らかに行うこ
とができ、制御の安定性を確保することができる。これ
は、以下のような理由による。前記数式7のb0をb0
/KLAF(k−1)に置き換えると、数式9の第1式
に示すようになるが、第1式の第1項は、PID制御実
行中はKSTR(k)=1としているので、1となる。
従って、適応制御開始当初のKSTR(k)値は、KL
AF(k−1)に等しくなり、補正係数値が滑らかに切
り換えられることになる。
【0132】
【数9】 図18に戻り、ステップS161で求めた適応補正係数
KSTRの値と1.0との差の絶対値|KSTR(k)
−1.0|が基準値KSTRREFより大きいか否かを
判別し(ステップS162)、|KSTR(k)−1.
0|>KSTRREFであるときは、前記ステップS1
64に進む一方、|KSTR(k)−1.0|≦KST
RREFであるときは、フィードバック補正係数KFB
をKSTR(k)値に設定して(ステップS163)、
本処理を終了する。
【0133】ここで、適応補正係数KSTRと1.0と
の差の絶対値が基準値KSTRREFより大きいとき
は、PID制御領域とするのは、制御の安定性確保のた
めである。
【0134】(第2実施例)上述した第1実施例では、
LAFセンサ17の応答特性の劣化判定は、図17の処
理により行ったが、本実施例ではこれに代えて、以下に
述べる手法により応答特性の劣化度合いを判定する。こ
れ以外の点は第1実施例と同一である。
【0135】図21に示すように、目標空燃比が理論空
燃比である状態からフュエルカット状態に移行するとき
において、フュエルカット実行開始時点から、LAFセ
ンサ出力が空燃比A/F=30に相当する値となるまで
の検出時間TDETを、予めLAFセンサが正常な段階
で実験的に求めておき、これを基準時間TDETREF
とする。そして、実際のエンジン運転時に前記検出時間
TDETを計測し、基準時間TDETREFからの遅れ
時間τ(=TDET−TDETREF)を算出する。こ
の遅れ時間τは、LAFセンサの応答特性が劣化するほ
ど長くなるので、これによりセンサの応答特性の劣化度
合いを判定することができる。
【0136】即ち本実施例では、遅れ時間τが所定時間
τREF以下のときは、応答劣化フラグFSTRRSP
を「1」とし、所定時間τREFを越えたとき、応答劣
化フラグFSTRRSPを「0」に設定する。
【0137】本実施例によれば、遅れ時間τによりLA
Fセンサの応答特性の劣化度合いを検出することが可能
となる。
【0138】(第3実施例)上述した第1又は第2実施
例では、LAFセンサ17の応答劣化検出時(FSTR
RSP=0のとき)は、適応補正係数KSTR算出処理
におけるゲイン行列Γを、応答劣化時用のものに変更す
るフェールセーフアクションを行うようにしたが、本実
施例ではこれに代えて、若しくはこれに加えて、LAF
センサ出力選択処理において、よりサンプル時期の遅い
出力値を選択するフェールセーフアクションを行う。
【0139】具体的には、図16のKSTR算出処理は
ステップS141〜S143を削除した構成とし、若し
くはそのまま残し、さらに図9のLAFセンサ出力選択
処理に代えて、図22の処理を用いる。その他の点は第
2実施例と同一である。
【0140】図22のステップS81〜S88の処理
は、図9と同一である。
【0141】同図のステップS89では、応答劣化フラ
グFSTRRSPが「0」か否かを判別し、FSTRR
SP=1であって、応答劣化を検出していないときは、
直ちにステップS88に進む一方、FSTRRSP=0
であって応答劣化を検出しているときは、応答特性、即
ち遅れ時間τに応じて図23に示すように設定されたテ
ーブルから、変数SELVCALを決定し(ステップS
91)、次いで変数SELVCAL、エンジン回転数N
E及び吸気管内絶対圧PBAに応じて、補正量SELV
CRを算出する(ステップS91)。具体的には、エン
ジン回転数NE及び吸気管内絶対圧PBAに応じて設定
された複数のマップをメモリに格納しておき、SELV
CAL値に応じてそのうちの1つを選択する。そして、
その選択したマップをエンジン回転数NE及び吸気管内
絶対圧PBAに応じて検索し、補正量SELVCRを算
出する。
【0142】次いで、前記ステップS85〜S87で決
定した選択タイミングを、補正量SELVCRにより、
より遅いタイミングに補正し(ステップS92)、ステ
ップS88に進む。
【0143】本処理によれば、LAFセンサの応答特性
の劣化度合いに応じて、より適切なLAFセンサ出力値
を選択することができ、適応制御の安定性を確保するこ
とができる。
【0144】(第4実施例)本実施例では、LAFセン
サの応答特性劣化を検出したときは、上述した第1又は
第2の実施例におけるゲイン行列Γの変更に代えて、適
応補正係数KSTRの算出タイミングを1TDC(TD
C信号パルスの発生間隔に相当する期間)だけ遅らせる
フェールセーフアクションを行う。これ以外の点は、第
1又は第2の実施例と同一である。
【0145】具体的には、#N気筒(N=1〜4)に供
給する燃料量の算出に用いる適応補正係数KSTRは、
通常は#N気筒の膨張行程開始直後に演算するが、LA
Fセンサの応答劣化検出時は、該当気筒の排気行程開始
直後に演算するようにする。これにより、LAFセンサ
の応答特性劣化による適応制御の不安定化を防止するこ
とができる。このフェールセーフアクションは、応答遅
れが大きく、LAFセンサ出力選択タイミングの変更
(第3実施例)で対処できない場合に特に有効である。
【0146】(第5実施例)本実施例では、LAFセン
サの応答特性劣化を検出したときは、上述した第4実施
例における、適応補正係数KSTRの算出タイミングを
1TDCだけ遅らせるフェールセーフアクションに加え
て、さらに無駄時間のサイクル数d=2の適応制御を、
d=3の適応制御の構成に切り換えるフェールセーフア
クションを行う。これ以外の点は、第4の実施例と同一
である。
【0147】具体的には、LAFセンサの応答特性劣化
を検出したとき(FSTRRSP=0のとき)は、図1
5に示すSTRコントローラ及びパラメータ調整機構に
代えて、図24に示すSTRコントローラ及びパラメー
タ調整機構の構成を用いて適応補正係数KSTRの算出
を行う。この場合、適応パラメータθハット(k)は、
数式2のに代えて数式10のようにおかれ、パラメー
タ調整機構への入力ζ(k)は数式2のに代えて数式
11のようにおかれる。さらに、適応補正係数KSTR
の算出式は前記数式7に代えて、数式12を用いる。
【0148】
【数10】
【0149】
【数11】
【0150】
【数12】 これにより、LAFセンサの応答特性劣化時において
も、良好な適応制御を行うことができる。
【0151】(第6実施例)本実施例では、LAFセン
サの応答特性劣化を検出したときは、上述した第1又は
第2の実施例におけるゲイン行列Γの変更に代えて、適
応制御を禁止する、即ち空燃比フィードバック制御は、
PID制御のみとするフェールセーフアクションを行
う。これ以外の点は、第1又は第2の実施例と同一であ
る。
【0152】具体的には、図19に示すSTR領域判別
処理において、ステップS176とステップS177の
間に、図25に示すようにステップS176aを挿入
し、FSTRRSP=0であってLAFセンサの応答特
性劣化を検出したときは、ステップS178に進むよう
にする。また、FSTRRSP=1であって、応答特性
劣化が検出されていないときは、ステップS177に進
む。
【0153】これにより、LAFセンサの応答特性劣化
検出時は、適応制御が禁止され、制御の不安定化を防止
することができる。
【0154】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1記載の空燃
比制御装置によれば、フィードバック制御に用いる適応
パラメータにより空燃比センサの応答特性の劣化が検出
されるので、応答特性の劣化を簡単な構成で検出するこ
とができる。
【0155】請求項2記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、適応
パラメータの調整速度が下げられるので、空燃比センサ
の応答特性が劣化した場合においても、制御性能の低下
を最小限に抑え、長期間に亘って良好な制御性能を維持
することができる。
【0156】請求項3記載の空燃比制御装置によれば、
機関の所定クランク角度回転毎に、空燃比センサの出力
をサンプリングしたサンプル値が順次記憶され、検出し
た機関の運転状態に応じて前記記憶したサンプル値の1
つが選択され、前記空燃比センサの応答特性の劣化を検
出したときは、前記選択されたサンプル値をより遅いタ
イミングでサンプリングしたサンプル値が漸化式形式の
制御器を用いたフィードバック制御に使用されるので、
請求項2記載の空燃比制御装置と同様の効果を奏する。
【0157】請求項4記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、空燃
比センサ出力に応じたフィードバック制御量の演算時期
が遅延されるので、請求項2記載の空燃比制御装置と同
様の効果を奏する。
【0158】請求項5記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、前記
フィードバック制御量の演算時期が遅延されるとともに
前記フィードバック制御手段の構成が、制御対象の無駄
時間の増加に対応して変更されるので、請求項2記載の
空燃比制御装置と同様の効果を奏する。
【0159】請求項6記載の空燃比制御装置によれば、
前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、
漸化式形式の制御器を用いたフィードバック制御が禁止
されるので、適応制御によってかえって制御性を悪化さ
せることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかる内燃機関及びその制
御装置の構成を示す図である。
【図2】本実施例における空燃比制御手法を説明するた
めの機能ブロック図である。
【図3】LAFセンサ出力に基づいて空燃比補正係数を
算出する処理のフローチャートである。
【図4】最終目標空燃比係数(KCMDM)算出処理の
フローチャートである。
【図5】目標空燃比係数(KCMD)算出処理のフロー
チャートである。
【図6】TDC信号パルスとLAFセンサ出力との関係
を示す図である。
【図7】LAFセンサ出力の最適なサンプリング時期を
説明するための図である。
【図8】LAFセンサ出力選択処理を説明するための図
である。
【図9】LAFセンサ出力選択処理のフローチャートで
ある。
【図10】LAFセンサ出力選択用タイミングマップを
示す図である。
【図11】図11のマップの設定傾向説明するための図
である。
【図12】検出当量比(KACT)算出処理のフローチ
ャートである。
【図13】LAFフィードバック領域判別処理のフロー
チャートである。
【図14】PID補正係数(KLAF)算出処理のフロ
ーチャートである。
【図15】適応補正係数(KSTR)の算出処理を説明
するためのブロック図である。
【図16】適応補正係数(KSTR)の算出処理のフロ
ーチャートである。
【図17】LAFセンサ応答劣化判定処理のフローチャ
ートである。
【図18】フィードバック補正係数(KFB)の算出処
理のフローチャートである。
【図19】適応制御領域を判別する処理のフローチャー
トである。
【図20】KLAF演算処理及びKSTR演算処理のフ
ローチャートである。
【図21】LAFセンサ応答劣化判定手法を説明するた
めの図である。
【図22】LAFセンサ出力選択処理のフローチャート
である。
【図23】LAFセンサの応答劣化度合いに応じた変数
を算出するためのテーブルを示す図である。
【図24】適応補正係数(KSTR)の算出処理を説明
するためのブロック図である。
【図25】図19の処理の変形例を説明するための図で
ある。
【符号の説明】
1 内燃機関(本体) 2 吸気管 5 電子コントロールユニット(ECU) 12 燃料噴射弁 16 排気管 17 広域空燃比センサ 18 酸素濃度センサ 19、20 三元触媒

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気系に設けられた空燃比セ
    ンサと、該空燃比センサの出力に基づいて漸化式形式の
    適応制御器を用いて前記機関の空燃比を目標値に収束さ
    せるように前記機関に供給する燃料をフィードバック制
    御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空
    燃比制御装置において、 前記フィードバック制御手段で用いる適応パラメータに
    より前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応答
    特性劣化検出手段を設けたことを特徴とする内燃機関の
    空燃比制御装置。
  2. 【請求項2】 内燃機関の排気系に設けられた空燃比セ
    ンサと、該空燃比センサの出力に基づいて漸化式形式の
    適応制御器を用いて前記機関の空燃比を目標値に収束さ
    せるように前記機関に供給する燃料をフィードバック制
    御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空
    燃比制御装置において、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応答特性
    劣化検出手段と、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、
    前記フィードバック制御手段で用いる適応パラメータの
    調整速度を低下させる調整速度低減手段とを設けたこと
    を特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  3. 【請求項3】 内燃機関の排気系に設けられた空燃比セ
    ンサと、該空燃比センサの出力に基づいて漸化式形式の
    制御器を用いて前記機関の空燃比を目標値に収束させる
    ように前記機関に供給する燃料をフィードバック制御す
    るフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比
    制御装置において、 前記機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段
    と、 前記機関の所定クランク角度回転毎に、前記空燃比セン
    サの出力をサンプリングし、該サンプリングしたサンプ
    ル値を順次記憶するサンプリング手段と、 前記機関の運転状態に応じて前記記憶したサンプル値の
    1つを選択する選択手段と、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応答特性
    劣化検出手段と、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、
    前記選択手段で選択するサンプル値をより遅いタイミン
    グでサンプリングしたものに変更するサンプル値変更手
    段とを設け、 前記フィードバック制御手段は、該変更されたサンプル
    値を前記フィードバック制御に使用することを特徴とす
    る内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 【請求項4】 内燃機関の排気系に設けられた空燃比セ
    ンサと、該空燃比センサの出力に基づいて漸化式形式の
    制御器を用いてフィードバック制御量を演算し、該フィ
    ードバック制御量により前記機関の空燃比を目標値に収
    束させるように前記機関に供給する燃料をフィードバッ
    ク制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関
    の空燃比制御装置において、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応答特性
    劣化検出手段と、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、
    前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御
    量の演算時期を遅延させる遅延手段とを設けたことを特
    徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  5. 【請求項5】 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検
    出したときは、前記フィードバック制御手段の構成を、
    制御対象の無駄時間の増加に対応して変更するを特徴と
    する請求項4記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  6. 【請求項6】 内燃機関の排気系に設けられた空燃比セ
    ンサと、該空燃比センサの出力の基づいて漸化式形式の
    制御器を用いて前記機関の空燃比を目標値に収束させる
    ように前記機関に供給する燃料をフィードバック制御す
    る第1のフィードバック制御手段と、前記空燃比センサ
    の出力に基づいて、比例項、微分項及び積分項の少なく
    とも1つを用いてフィードバック制御する第2のフィー
    ドバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置
    において、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出する応答特性
    劣化検出手段と、 前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出したときは、
    前記第1のフィードバック制御手段の作動を禁止する禁
    止手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制
    御装置。
  7. 【請求項7】 前記応答特性劣化検出手段は、前記適応
    フィードバック制御手段で用いる適応パラメータにより
    前記空燃比センサの応答特性の劣化を検出することを特
    徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の内燃機関の
    空燃比制御装置。
  8. 【請求項8】 前記応答特性劣化検出手段は、前記機関
    への燃料供給遮断制御実行直後における前記空燃比セン
    サの出力の変化特性に基づいて応答特性の劣化を検出す
    ることを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載の
    内燃機関の空燃比制御装置。
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