JPH08232729A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気還流機構の動作の有無によらず、常に排
気系集合部の空燃比を正確にサンプリングして、そのサ
ンプリング値に基づいて高精度の気筒別フィードバック
制御を行う内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供する。 【構成】 サンプリング動作ブロックsel-Ｖは、空燃比
センサ５４の検出出力を所定の理論モデルに適用するこ
とによって、排気系集合部の空燃比KACTをサンプリング
する。更に、そのサンプリングタイミングを、排気還流
機構の動作の有無に応じて変化する運転状態パラメータ
（例えば、機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂ）に基づいて
調整することにより、排気還流機構の動作の有無に応じ
て排気ガスが挙動しても、それに追従したサンプリング
タイミングで排気系集合部の空燃比KACTを求める。よっ
て、かかる排気系集合部の空燃比KACTを使用することに
より、高精度の気筒別フィードバック制御を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の燃料噴射制
御装置に関し、特に、排気系の集合部に設置された空燃
比センサの検知出力に基づいて各気筒の空燃比を推定す
ると共に、各気筒の空燃比に基づいて各気筒の空燃比の
バラツキを減少させるように、前記多気筒内燃機関の各
気筒に供給する気筒別燃料噴射量をフィードバック制御
する燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の燃料噴射制御装置にお
いては、排気系に設けられた触媒装置による排気ガスの
浄化率が理論空燃比で最大になることに着目し、排気系
に設けた空燃比センサにより空燃比を検出して、その検
出値が理論空燃比となるように燃料噴射量をフィードバ
ック制御している（特開昭５９−１０１５６２号公
報）。 また、空燃比センサを多気筒内燃機関の排気系
集合部に１個だけ設けて空燃比を検出しても、気筒毎の
空燃比を正確に検出することができず、全気筒の空燃比
の混合値が検出されるのみであるため、この検出値に基
づいて空燃比をフィードバック制御するとエミッション
悪化を招来するという問題がある。そこで、かかる課題
を解決するために、排気系の理論モデルを構築してお
き、１個の空燃比センサの検出出力をこの理論モデルに
適用することによって気筒毎の空燃比を推定し、この推
定値に基づいて各気筒の空燃比を目標値にフィードバッ
ク制御する技術がある（特開平５−１８００４０号公
報）。更にこの技術では、エンジン制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）のシステムクロックに同期して空燃比センサの検出
出力を単純にサンプリングしたのでは、真の空燃比（排
気系集合部の空燃比）を求めることができないという課
題を解決するために、サンプリング動作ブロック（sel-
Ｖと呼ばれる）を備えている。即ち、排気系集合部にお
ける排気ガスの挙動は機関回転数等に依存して変動する
ので、この排気ガスの挙動に追従し得るサンプリングタ
イミングを設定することによって、排気系集合部の空燃
比を求めるようにしている。そして、このように求めた
空燃比から気筒毎の空燃比を求め、更にこれら気筒毎の
空燃比に基づいて上記の気筒別フィードバック制御を行
っている。

【０００３】この技術によれば、気筒毎に空燃比を設定
することができると共に、気筒毎に独立して複数個の空
燃比センサを設ける必要がないため、簡素な構造を実現
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記サンプリ
ング動作ブロックは、排気還流機構（ＥＧＲ機構）の動
作の有無に応じて、排気系集合部を通る排気ガスの流速
が変化すると共に、機関回転数が変化すると、排気ガス
の挙動とサンプリング動作タイミグとの間にズレを生じ
る、即ち、排気ガスの挙動とサンプリング動作タイミグ
とが正確に同期しなくなるので、排気系集合部の空燃比
を正確に求めることが困難となり、気筒別フィードバッ
ク制御の精度の低下を招来して、空燃比応答性の悪化及
びエミッションの悪化を招くという問題があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の課題に鑑
みて成されたものであり、排気還流機構の動作の有無に
よらず、常に排気系集合部の空燃比を正確にサンプリン
グして、そのサンプリング値に基づいて高精度の気筒別
フィードバック制御を行うことができる内燃機関の燃料
噴射量制御装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、排気還流機構を備えた多気筒内燃機
関の排気系集合部に配置され、前記多気筒内燃機関の各
気筒から排出される混合気の空燃比を検出する空燃比検
出手段と、前記多気筒内燃機関の排気系における空燃比
の挙動を規定するモデルに基づいて、前記空燃比を入力
すると共に前記排気系の内部状態を観測するオブザーバ
を設定して、各気筒の空燃比を推定する空燃比推定手段
と、前記推定された各気筒の空燃比に基づいて各気筒の
空燃比のバラツキを減少させるように、前記多気筒内燃
機関の各気筒に供給する気筒別燃料噴射量を補正する気
筒別空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段
とを備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置において、前
記多気筒内燃機関の運転状態に応じたサンプリングタイ
ミングで前記空燃比推定手段からの空燃比を入力するこ
とによって気筒別の空燃比を推定すると共に、前記サン
プリングタイミングを前記排気還流機構の動作の有無に
応じて調整するタイミング調整手段を具備する構成にし
た。

【０００７】

【作用】本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置にあっ
ては、タイミング調整手段が、多気筒内燃機関の運転状
態に応じたサンプリングタイミングで空燃比推定手段か
らの空燃比を入力することにより気筒別の空燃比を推定
し、排気還流機構の動作により排気還流がなされるとき
と非動作により排気還流がなされるときとに応じて、該
サンプリングタイミングを調整する。

【０００８】

【実施例】本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の
一実施例を図面と共に説明する。尚、典型例として４気
筒内燃機関に適用されるものを説明する。

【０００９】図１は、この燃料噴射制御装置の全体構成
を示す概略図である。同図において、吸気管１２の先端
に設けられたエアクリーナ１４から導入される吸気が、
スロットル弁１６で流量調節されつつサージタンク１８
及び吸気マニホールド２０を通り、更に気筒毎の吸気弁
（図示せず）を介して、４気筒内燃機関１０の各気筒に
流入される。

【００１０】各気筒の上記吸気弁の近傍には、燃料噴射
用のインジェクタ２２が設けられ、吸気と噴射燃料との
混合気が、気筒毎に設けられている点火プラグ（図示せ
ず）で点火されて燃焼し、各ピストン（図示せず）を駆
動する。

【００１１】燃焼後の排気ガスは、各気筒の排気弁（図
示せず）を介して排気マニホールド２４に排出され、更
に排気マニホールド２４の集合部に連結された排気管２
６を経て第１の三元触媒装置２８と第２の三元触媒装置
３０で清浄化されて機関外に排出される。

【００１２】スロットル弁１６は、アクセルペダルの踏
み込み量等の運転状況に応じて回転するパルスモータＭ
により駆動制御され、吸気管１２のスロットル弁１６近
傍には、電磁弁３２の開閉量に応じて２次空気量を制御
するバイパス路３４が併設されている。尚、スロットル
弁１６は一般的に知られている機構と同様に、アクセル
ペダルと機械的に連動するものであっても良い。

【００１３】また、内燃機関１０には、電磁弁（図示せ
ず）の開閉量を制御することにより排気ガスの一部を吸
気系へ環流させる排気環流機構（ＥＧＲ機構）１００
と、燃料タンク３８内で発生する蒸発燃料（パージガ
ス）を電磁弁（図示せず）の開閉量に応じて吸気系へ供
給するキャニスタパージ機構２００が設けられている。

【００１４】更に、内燃機関１０には、特開平２−２７
５０４３号公報等に開示されているいわゆる可変バルブ
タイミング機構３００が備えられており、機関回転数Ｎ
ｅ及び吸気系における吸気圧力Ｐｂ等の運転状態を示す
パラメータに応じて、内燃機関１０のバルブタイミング
Ｖ／Ｔが２種類のタイミング特性ＬｏＶ／ＴとＨｉＶ／
Ｔの間で可変制御される。

【００１５】更に、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検出センサ４０が設けら
れ、スロットル弁１６の近傍にはそのスロットル開度θ
_THを検出するスロットル開度検出センサ４２が設けら
れ、吸気管１２にはスロットル弁１６の下流側の吸気圧
力（絶対圧力）Ｐｂを検出する絶対圧センサ４４とスロ
ットル弁１６の上流側の吸気温度を検出する吸気温度セ
ンサ４６とが設けられている。内燃機関１０の適宜の位
置には、大気圧Ｐａを検出する大気圧センサ４８と機関
冷却水の温度Ｔｗを検出する水温センサ５０が設けられ
ている。尚、図１中には示されていないが、可変バルブ
タイミング機構３００中には、選択バルブタイミング特
性を検出する検出センサ５２が設けられている。そし
て、これらのセンサ４０〜５２の検出信号は制御ユニッ
ト３６に逐一供給される。

【００１６】排気管２６において、三元触媒装置２８の
上流側の部位には、第１の空燃比検出手段としての広域
空燃比センサ５４が装着され、三元触媒装置２８，３０
の間には、第２の空燃比検出手段としてのＯ₂ センサ５
６が装着されている。

【００１７】広域空燃比センサ５４には、本特許出願人
が先に行った特開平２−１１８４２号公報等に開示され
ているＬＡＦセンサが適用され、このＬＡＦセンサ５４
は、リーンからリッチにわたる広範囲において排気ガス
中の酸素濃度をリニアに検出することができる広域特性
を有している。そして、このＬＡＦセンサ５４とＯ_２セ
ンサ５６の各検出信号は、それぞれ所定カットオフ周波
数に設定されたローパスフィルタ５８，６０を介して制
御ユニット３６に供給される。

【００１８】次に、図２の回路ブロック図に基づいて、
制御ユニット３６のシステム構成を説明する。制御ユニ
ット３６は、マイクロプロセッサ６２と各種入出力ポー
トとを備え、中央制御部（以下、ＣＰＵコアと呼ぶ）６
４が、ＲＯＭ７６によりファームウェア化されている種
々のアプリケーションプログラムを実行することによ
り、後述するフィードフォワード制御及びフィードバッ
ク制御を行うようになっている。

【００１９】ＬＡＦセンサ５４の検出信号は上記ローパ
スフィルタ５８を介して第１の検出回路６６へ入力さ
れ、検出回路６６はこの検出信号について所定の線型化
処理を行うことにより、リーンからリッチにわたる広範
囲における排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな空
燃比（Ａ／Ｆ）を求めて、マルチプレクサ６８へ出力す
る。Ｏ₂ センサ５６からの検出信号は上記ローパスフィ
ルタ６０を介して第２の検出回路７０に入力され、検出
回路７０はこの検出信号値を図３に示す如き特性曲線に
適応することにより、内燃機関１０に供給された混合気
の空燃比が理論空燃比（λ＝１）に対してリッチかリー
ンかを示す信号を発生してマルチプレクサ６８へ出力す
る。また、前記各センサ４２〜５２からの検出信号もマ
ルチプレクサ６８に供給される。そして、各信号は、所
定の切換えタイミングに同期してチャンネル切換えを行
うマルチプレクサ６８を介してＡ／Ｄ変換器７２へ時分
割転送されてデジタルデータに変換され、ランダムアク
セスメモり（ＲＡＭ）７４の所定バッファ領域に格納さ
れたり、ＣＰＵコア６４の演算に供される。尚、この実
施例では、Ａ／Ｄ変換器７２は、所定のクランク角度
（例えば、１５度）毎に第２の検出回路７０からの検出
信号をＡ／Ｄ変換する。

【００２０】更に、クランク角センサ４０からの検出信
号は、波形整形回路７８で２値論理の矩形信号に波形整
形された後、カウンタ８０において計数され、その計数
値もＲＡＭ７４の所定バッファ領域に格納されたり、Ｃ
ＰＵコア６４の演算に供される。

【００２１】読出し専用メモリ（ＲＯＭ）７６には、上
記種々のアプリケーションプログラムや、前述のタイミ
ング特性ＬｏＶ／ＴとＨｉＶ／Ｔのマップデータ、後述
する種々の検索用マップデータが予め記憶され、ＣＰＵ
コア６４が、ＲＡＭ７４とＲＯＭ７６の各種データを適
用しつつ上記のアプリケーションプログラムを実行する
ことにより運転状態に応じた最適燃料噴射制御条件を求
め、各駆動回路８２〜８８を介してインジェクタ２２、
電磁弁３２、排気環流機構（ＥＧＲ機構）１００の前記
電磁弁１０２、及びキャニスタパージ機構２００の前記
電磁弁２０２を制御する。

【００２２】図４は本実施例に係わる燃料噴射制御装置
の機能を示すブロック線図であり、内燃機関１０に対す
る吸気系の特性を補償するためのフィードフォワード制
御系と、３系統のフィードバック制御系が備えられ、前
記の各種アプリケーションプログラムが実行されること
によって、かかるブロック線図と等価な制御機能が発揮
される。

【００２３】即ち、図５に示すメインフローチャートの
如く、ステップＳ４００において、機関回転数Ｎｅ、吸
気圧力Ｐｂ、スロットル開度θ_TH、冷却水温度Ｔｗ等の
最新の各種センサ出力をＲＡＭ７４へ読込み、ステップ
Ｓ５００において上記フィードフォワード制御系の演算
処理を行うことによって基本燃料噴射量ＴiM-Fを決定
し、ステップＳ６００において第１のフィードバック系
の演算処理を行うことによって、目標空燃比KCMDと目標
空燃比補正係数KCMDM 等を求め、ステップＳ７００にお
いて第２のフィードバック系の演算処理を行うことによ
って、適応型フィードバック制御のための補正係数KSTR
とKLAF等を求め、ステップＳ８００において第３のフィ
ードバック系の演算処理を行うことによって気筒別空燃
比補正係数＃ｎKLAFを求め、ステップＳ９００におい
て、基本燃料噴射量ＴiM-Fに目標空燃比補正係数KCMDM
と各補正係数KSTR又はKLAFと＃ｎKLAFを乗算等すること
によって、最終的な気筒別の出力燃料噴射量＃ｎＴout
を決定してインジェクタ２２を駆動するようになってい
る。尚、添字＃ｎは各気筒を示し、出力燃料噴射量＃ｎ
Ｔout は、各気筒のインジェクタ２２の開弁時間を規定
するものである。更に、このメインフローチャートの処
理は、ＴＤＣに同期して行われる。

【００２４】次に、各ブロック毎に機能を説明する。先
ず、フィードフォワード制御系（図４中に「ＦＦＣ」と
示す）は、本出願人が先に提案した特願平６−１９７２
３８号に開示されているので簡単に述べると、吸気系に
おけるスロットル弁１６の下流から各気筒の吸入ポート
までの全ての実効容積（吸気管１２の該当部分とサージ
タンク１８等を含むチャンバ）についての流体力学モデ
ル（数学モデル）等を構築し、スロットル開度θ_THと吸
気圧力Ｐｂをこの流体力学モデルに適用することによ
り、定常運転状態のみならず過渡運転状態をも含めた全
ての運転状態における最適な基本燃料噴射量ＴiM-Fを決
定する。

【００２５】図６は基本燃料噴射量ＴiM-Fの演算ルーチ
ン（図５のステップＳ５００に対応する）を示すフロー
チャート、図７はこの演算ルーチンを説明するブロック
線図であり、更にこれらの図に基いてフィードフォワー
ド制御系の機能を説明する。ステップＳ５０２において
機関が始動状態にあるか否か判断し、肯定されるときは
ステップＳ５０４において始動モードに対応する基本燃
料噴射量ＴiM-Fを設定し、否定されるときはステップＳ
５０６においてフューエルカット状態にあるか否か判断
する。ここで肯定されるときはステップＳ５０８におい
て燃料カット用の基本燃料噴射量ＴiM-F（＝０）を設
し、否定されるときは通常の運転状態に対応する基本燃
料噴射量を設定すべくステップＳ５１０以降の処理へ移
る。

【００２６】ステップＳ５１０では、機関回転数Ｎｅと
吸気圧力ＰｂをパラメータとしてＲＯＭ７６の所定マッ
プを検索することにより、定常運転状態時の燃料噴射量
（基準値）ＴiMを求める。即ち、予めスピードデンシテ
ィ方式に基づいて機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂをパラ
メータとする燃料噴射量ＴiMが求められ、かかる燃料噴
射量ＴiMがＲＯＭ７６にマップデータとして格納されて
いる。

【００２７】ステップＳ５１２では、スロットル開度θ
_THの値を一次遅れ伝達関数（１−Ｂ）／（Ｚ−Ｂ）に適
応することによって、スロットル開度θ_THの一次遅れ値
θ_TH-Dを演算する。即ち、過渡運転状態時には、スロッ
トル開度θ_THの変化が直接的に吸気ポートの吸入空気量
に対応しないので、一次遅れ値θ_TH-Dをもって近似する
ことにしている。尚、伝達関数中のＢは係数である。

【００２８】ステップＳ５１４においては、図７に示す
如く、予めＲＯＭ７６に格納されているマップを検索す
ることにより、スロットル開度θ_THに対応するスロット
ル投影面積（吸気管長手方向へのスロトル投影面積）Ｓ
と、スロットル開度θ_TH及び吸気圧力Ｐｂに対応する補
正係数（流量係数αと気体の膨張補正係数εの積）Ｃを
求め、スロットル投影面積Ｓに補正係数Ｃを乗算するこ
とによって、定常運転状態時のスロットル有効開口面積
Ａを演算する。

【００２９】ステップＳ５１６においては、図７に示す
如く、予めＲＯＭ７６に格納されているマップを検索す
ることにより、スロットル開度の一次遅れ値θ_TH-Dに対
応するスロットル投影面積Ｓと、一次遅れ値θ_TH-D及び
吸気圧力Ｐｂに対応する補正係数Ｃを求め、このスロッ
トル投影面積Ｓに補正係数Ｃを乗算することによって、
過渡運転状態時のスロットル有効開口面積Ａ_DELAY を演
算する。

【００３０】ステップＳ５１８においては、バイパス路
３４の開口断面Ａ_BYPASSをも考慮して、

【００３１】

【数１】

【００３２】により、定常運転状態時の有効開口面積Ａ
と過渡運転状態時の有効開口面積Ａ_{DE LAY} との比RATIO-
A を演算する。

【００３３】ステップＳ５２０においては、燃料噴射量
ＴiMに比RATIO-A を乗算することによって、定常運転状
態時及び過渡運転状態時に適応する燃料噴射量ＴiM-F’
を求める。即ち、比RATIO-A の値は、定常運転状態では
１となり、過渡運転状態では１を除く或る値になるの
で、定常運転状態と過渡運転状態との両者に対応するも
のである。よって、燃料噴射量ＴiMに比RATIO-A を乗算
することによって、定常運転状態時及び過渡運転状態時
に適応する燃料噴射量ＴiM-F’が求まる。

【００３４】ステップＳ５２２においては、機関回転数
Ｎｅと吸気圧力Ｐｂ、吸気温度及び冷却水温度Ｔｗ、パ
ージガス濃度ＰＵＧ、排気ガスの還流率等のパラメータ
に基づいて、ＲＯＭ７６の所定マップを検索することに
より補正係数KTOTALを求め、更に、燃料噴射量ＴiM-F’
に補正係数KTOTALを乗算することにより、ＥＧＲ機構１
００とキャニスタパージ機構２００の影響を補償した基
本燃料噴射量ＴiM-Fを決定する。

【００３５】このように、このフィードフォワード制御
系は、運転状態の変化に伴ってシリンダ流入空気量が変
動しても、スロットル開度θ_THと吸気圧力Ｐｂからその
シリンダ流入空気量に対応する最適な基本燃料噴射量Ｔ
iM-Fを決定する。

【００３６】次に、第１のフィードバック系を説明す
る。このフィードバック系は、図４中の「ＫＣＭＤ」と
「ＫＣＭＤ補正」及び「ＫＣＭＤＭ］で示す機能ブロッ
クを備え、図８に示すフローチャート（図５のステップ
Ｓ６００に対応する）に従って演算処理を行う。

【００３７】先ず、図８のステップＳ６０２において、
機関回転数Ｎｅと吸気圧力ＰｂをパラメータとしてＲＯ
Ｍ７６の所定マップを検索することにより、空燃比の基
本値ＫＢＳを求める。即ち、この基本値ＫＢＳは、機関
回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂをパラメータとして、定常運
転状態時にＯ₂ センサ５６の出力から求めることができ
る空燃比のデータであり、予めＲＯＭ７６に格納されて
いる。尚、このマップにはアイドル運転状態時に対応す
る基本値も格納されている。更に、機関の低負荷時にそ
の機関へ供給する空燃比を大きく（当量比で言えば小さ
く）して燃焼特性を向上させるための所謂リーンバーン
機関にあっては、リーンバーン用の基本値も格納されて
いる。

【００３８】ステップＳ６０４においては、内蔵されて
いるタイマ回路（図示せず）の値を参照することによ
り、機関始動後のリーンバーン制御が実行されているか
否かを判定し、リーンバーン制御期間であれば、リーン
補正係数を例えば０．８９、そうでない場合には１．０
とする。

【００３９】かかる判定を行うのは次の理由による。本
実施例に係る内燃機関１０には可変バルブタイミング機
構３００が設けられており、始動後のクランキング期間
（始動期間）では、各気筒の吸気弁の一方の動作を休止
させることによって、目標空燃比を理論空燃比よりもや
やリーン側に設定するリーンバーン制御を行い、この結
果、触媒装置が未だ活性化していない始動期間であって
も、炭化水素（ＨＣ）の増加を抑制することができると
いう効果を発揮させるようにしているからである。尚、
気筒毎に２個の吸気弁を有している通常の内燃機関（可
変バルブタイミング機構を備えない内燃機関）にあって
は、機関始動後に目標空燃比をリーン側に設定すると、
機関内の燃焼が不安定となって失火を招来することとな
るが、かかる可変バルブタイミング機構３００を備えた
本実施例の内燃機関にあっては、吸気弁の一方を休止さ
せることに伴って燃焼室内に所謂スワールと呼ばれる渦
流ができるので、機関の始動直後にリーン化を行っても
安定した燃焼が得られる。ステップＳ６０６において、
スロットル開度が全開（ＷＯＴ）であるか否か判定し、
この判定結果に応じて全開増量補正値を算出し、更にス
テップＳ６０８において、冷却水温度Ｔｗが高いか否か
判定し、この判定結果に応じて増量補正係数KTWOT を演
算する。尚、この増量補正係数KTWOT には、高水温時の
機関保護のための補正係数値も含まれる。

【００４０】ステップＳ６１０では、補正係数KTWOT を
基本値ＫＢＳに乗算することによってその基本値ＫＢＳ
を補正すると共に、数２に示す演算によって目標空燃比
KCMDを決定する。即ち、図３に示す如く、理論空燃比近
傍のＯ₂ センサ５６の出力が線形特性を備える範囲内
（縦軸に破線で示す）において、空燃比の微小制御を行
うためのウインドウ（以下、DKCMD-OFFSETとする）を設
定した後、補正後の上記基本値ＫＢＳにこのウインドウ
値DKCMD-OFFSETを加算することにより、目標空燃比KCMD
を求める。

【００４１】

【数２】

【００４２】次に、ステップＳ６１２において、目標空
燃比KCMD(k) （ここで、ｋは時刻）のリミット処理を行
った後、ステップＳ６１４において、その目標空燃比KC
MD(k) が１ないしその付近の値にあるか否かを判断し、
肯定されるときはステップＳ６１６において、Ｏ₂ セン
サ５４の活性化判断を行う。尚、この活性化判断は、図
示しない別ルーチンで実行され、Ｏ₂ センサ５６の検出
信号の電圧変化を検出することで行う。

【００４３】次に、ステップＳ６１８において、ＭＩＤ
Ｏ₂ 制御用の値DKCMD を演算する。ここで、ＭＩＤＯ₂
制御とは、三元触媒装置２８の下流側のＯ₂ センサ５６
の出力により上流側のＬＡＦセンサ５４の目標空燃比KC
MD(k) を可変とする作業を意味する。詳しくは図３に示
す如く、所定の比較電圧ＶrefMとＯ₂ センサ５６の出力
電圧ＶO2Ｍの偏差にＰＩＤ制御則を用いて値DKCMD を算
出することで行う。尚、比較電圧ＶrefMは、大気圧Ｐ
ａ、水温Ｔｗ、排気ボリューム（機関回転数Ｎｅおよび
吸気圧力Ｐｂより求めることが可能）などに応じて求め
られる。

【００４４】更に、上記のウインドウ値DKCMD-OFFSET
は、三元触媒装置２８，３０の浄化率を最適状態に維持
するために付加されるオフセット値であり、触媒装置固
有の特性に起因して相違するので、三元触媒装置２８の
特性を勘案して決定される。また、ウインドウ値DKCMD-
OFFSETは、触媒装置２８，３０の経年劣化によっても変
化することから、値DKCMD の毎回の算出値を用いて加重
平均により学習する。具体的には、

【００４５】

【数３】

【００４６】の演算式により求められる。ここで、Ｗは
重み係数、ｋは時刻であり、より具体的には制御サイク
ルを示す。即ち、目標空燃比KCMDをウインドウ値DKCMD-
OFFSETの前回算出値で学習演算することにより、触媒装
置２８，３０の経年劣化の影響を受けることなく、それ
らの浄化率が最適となる空燃比にフィードバック制御す
るようにしている。

【００４７】次に、ステップＳ６２０において、上記算
出した値DKCMD(k)に目標空燃比KCMD(k) を加算して、新
たな目標空燃比KCMD(k) を設定（更新）し、次に、ステ
ップＳ６２２において、更新後の目標空燃比KCMD(k) に
基づいてＲＯＭ７６中の所定テーブルを検索することに
より、補正係数KETCを求める。補正係数KETCは、気化熱
で吸入空気の充填効率が相違するのを補償するためにあ
る。具体的には、求めた補正係数KETCに目標空燃比KCMD
(k)を乗算することにより、補正された（更新された）
目標空燃比補正係数KCMDM(k)を算出する。即ち、この制
御においては目標空燃比を当量比で示すと共に、それに
充填効率補正を施した値を目標空燃比補正係数KCMDM(k)
としている。

【００４８】尚、上記ステップＳ６１４で否定されると
きは、制御すべき目標空燃比KCMD(k) が理論空燃比に対
して大きくずれているときであり、例えばリーンバーン
運転状態時であることから、直ちにステップＳ６２２へ
ジャンプする。

【００４９】最後にステップＳ６２４において、目標空
燃比補正係数KCMD(k) のリミット処理を行い、そして、
図４に示すように、フィードフォワード制御系からの基
本燃料噴射量ＴiM-Fに目標空燃比補正係数KCMDM(k)を乗
算することにより、要求燃料噴射量Ｔcyl を算出する。

【００５０】このように、第１のフィードバック系の機
能は、定常運転状態における空燃比の基本値ＫＢＳにつ
いてＯ₂ センサ５６の出力に基づく上記所定の補正処理
を行うことによって、目標空燃比KCMDと目標空燃比補正
係数KCMDM を求めると共に、基本燃料噴射量ＴiM-Fに目
標空燃比補正係数KCMDM を乗算することにより、触媒装
置に対する理想的な空燃比を設定し得る要求燃料噴射量
Ｔcyl を算出する。

【００５１】次に、第２のフィードバック系を説明す
る。このフィードバック系は、図４中の「ＳＴＲ」で示
す適応型制御器と、「ＰＩＤＣ」で示すＰＩＤ制御器
と、「切替ＳＷ」で示す切替機構を備え、以下に述べる
これらの機能は、ＣＰＵコア６４による所定アプリケー
ションプログラムの実行によって実現される。尚、この
フィードバック系は、特願平６−３４００２１号に詳細
に開示されているので、ここではその概略を説明する。

【００５２】このフィードバック系は、前記フィードフ
ォワード系で演算された基本燃料噴射量ＴiMに目標空燃
比補正係数KCMDM を乗算することにより要求燃料噴射量
Ｔcyl を求めただけでは、内燃機関１０の応答遅れ等に
起因して目標空燃比KCMDが鈍された空燃比となってしま
うので、目標空燃比KCMDから空燃比の応答を動的に補償
する目的で、適応制御器ＳＴＲを用いてフィードバック
補正係数KSTRを求め、このフィードバック補正係数KSTR
により要求燃料噴射量Ｔcyl を更に補正するようにして
いる。更に、適応制御器ＳＴＲは制御の応答性が比較的
高いので、運転状態に応じて目標空燃比KCMDが大きく変
動するような場合には却って制御量が発振して制御の安
定性が低下するという問題を招来することから、制御が
不安定となるような場合には、ＰＩＤ制御器ＰＩＤＣに
より求めたフィードバック補正係数KLAFで要求燃料噴射
量Ｔcyl を補正する。そして、運転状態に応じてこれら
のフィードバック補正係数KSTRとKLAFを切換えて適用す
るために、切換機構が設けられている。更に、異なる制
御則に基づいて決定されたフィードバック補正係数を切
り換えるときは、それぞれの特性が異なることから、補
正係数に段差が生じて操作量が急変し、制御量が不安定
となって制御の安定性が低下する恐れがあるので、切換
機構は、その切り換えを滑らかに実行することによっ
て、フィードバック補正係数に不連続を生じないように
している。

【００５３】先ず、ＰＩＤ制御器ＰＩＤＣは、サンプリ
ング動作ブロック（図中に「sel-Ｖ」と示す）で推定さ
れる排気系集合部の空燃比（以下、検出空燃比KACTと呼
ぶ）に基づいて目標空燃比KCMDを動的に補償する。ここ
で、サンプリング動作ブロックsel-Ｖは、ＬＡＦセンサ
５４の検出信号から上記検出空燃比KACTを演算する機能
を有しており、後述する第３のフィードバック系におい
ても、この検出空燃比KACTを用いて所定のフィードバッ
ク制御を行うようになっている。尚、サンプリング動作
ブロックsel-Ｖの詳細は第３のフィードバック系と共に
説明することとする。

【００５４】ＰＩＤ制御器ＰＩＤＣの処理を述べると、
先ず、目標空燃比KCMDと検出空燃比KACTの制御偏差DKAF
を、

【００５５】

【数４】

【００５６】と求める。尚、ｄ’はKCMDがKACTに反映さ
れるまでの無駄時間を示す。よって、KCMD(k-d')は無駄
時間制御周期前の目標空燃比を示す。KACT(k) は今回制
御周期の検出空燃比を示す。また、この明細書での空燃
比は、目標値KCMDも検出値KACTも実際には当量比、即
ち、Ｍst／Ｍ＝１／λで示している（Ｍstは理論空燃
比、Ｍは空気消費量Ａと燃料消費量Ｆの比Ａ／Ｆ、λは
空気過剰率）。

【００５７】次いで、それに所定の係数を乗じてＰ項KL
AFP(k)、Ｉ項KLAFI(k)、及びＤ項KLAFD(k)を、

【００５８】

【数５】

【００５９】と求める。

【００６０】このように、Ｐ項は偏差DKAF(k) に比例ゲ
インKPを乗じて求め、Ｉ項は偏差に積分ゲインKIを乗じ
て得た値をフィードバック補正係数の前回値KLAF(k) に
加算することによって求め、Ｄ項は偏差の今回値DKAF
(k) と前回値DKAF(k-1) の差に微分ゲインKDを乗じるこ
とによって求める。尚、各ゲインKP，KI，KDは、機関回
転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂをパラメータとして所定のマッ
プ検索により求められる。更に、数６に示す如く、これ
らの値を合算し、更にオフセット分１．０を加算するこ
とにより、ＰＩＤ制御器ＰＩＤＣのＰＩＤ制御則による
フィードバック補正係数の今回値KLAF(k) を求める。

【００６１】

【数６】

【００６２】次に、適応制御器ＳＴＲの機能を図９に基
づいて説明する。適応制御器ＳＴＲは、ＳＴＲコントロ
ーラとパラメータ調整機構とを有し、ＳＴＲコントロー
ラは、第１のフィードバック系からの目標空燃比KCMD
(k) と前記サンプリング動作ブロック（ｓｅｌ−Ｖ）か
らの検出空燃比KACT(k) とを入力すると共に、ランダウ
らの提案したパラメータ調整則（機構）によって同定さ
れた係数ベクトルを受け取って適応デジタル信号処理を
行うことにより、フィードバック補正係数KSTR(k) を算
出する。換言すれば、漸化式を用いてフィードバック補
正係数KSTR(k) を算出する。

【００６３】この手法によれば、いわゆる適応システム
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が保証されることとなる。尚、
かかる手法は、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「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。

【００６４】このランダウらの調整則を用いた適応制御
技術を以下説明すると、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７でのようにおいたとき、適応パ
ラメータθハット (k)および適応パラメータ調整機構へ
の入力ζ(k) は、数７でのように定められる。数７
では、ｍ＝１，ｎ＝１，ｄ＝３の場合、即ち、１次系で
３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。ここでのｋは時刻、より具体的には、制御サイクル
を示す。

【００６５】

【数７】

【００６６】ここで適応パラメータθハット (k)は、数
８で表される。また数８中のΓ(k)およびｅアスタリス
ク(K) は、それぞれゲイン行列および同定誤差信号であ
り、数９および数１０のような漸化式で表される。

【００６７】

【数８】

【００６８】

【数９】

【００６９】

【数１０】

【００７０】また数９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の場合には最小自乗法）、λ1(k)＝
λ１（０＜λ１＜１）、λ2(k)＝λ２（０＜λ２＜λ)
とすると可変ゲインアルゴリズム（λ２＝１の場合には
重み付き最小自乗法）、λ1(k)／λ2(k)＝σとおき、λ
３が数１１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９から明らかな如く、Γ(k) ＝Γ(k-1) とな
り、よってΓ(k) ＝Γの固定値となる。

【００７１】

【数１１】

【００７２】ここで、図９にあっては、前記した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、検出空燃比KACT
（k)が目標空燃比KCMD(k-d')（ここでｄ’は前述の如く
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フィードバック補正係数KSTR(k)
を演算する。即ち、ＳＴＲコントローラは、適応パラメ
ータ調整機構によって適応的に同定された係数ベクトル
θハット(k) を受け取って目標空燃比KCMD(k-d')に一致
するようにフィードバック補償器を形成する。

【００７３】このように、フィードバック補正係数KSTR
(k) および検出空燃比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空燃比KCMD(k)
が与えられ、検出空燃比KACT(k) が目標空燃比KCMD(k)
に一致するように漸化式を用いて数１２に示すフィード
バック補正係数KSTR(k) を算出する。

【００７４】

【数１２】

【００７５】演算されたフィードバック補正係数KSTR
(k) は、切換機構を介して要求燃料噴射量Ｔcyl に乗算
され、その補正された燃料噴射量Ｔcyl ’が更に後述す
る第３のフィードバック制御系の気筒別空燃比補正係数
＃ｎKLAFで補正されることにより、気筒別出力燃料噴射
量＃ｎＴout が求められる。

【００７６】尚、切換機構は、所定の切換えフラグFKST
R に同期して切換え処理し、目標空燃比KCMDが大きく変
動するような運転状態にあっては、フィードバック補正
係数KLAF(k) を切換え選択して要求燃料噴射量Ｔcyl に
乗算し、目標空燃比KCMDが大きく変動しない運転状態に
あっては、フィードバック補正係数KSTR(k) を切換え選
択して、要求燃料噴射量Ｔcyl に乗算する。即ち、要求
燃料噴射量Ｔcyl は、フィードバック補正係数KSTR又は
KLAFにより補正される。

【００７７】次に、第３のフィードバック系を説明す
る。このフィードバック系は基本的には、サンプリング
動作ブロック「sel-Ｖ」が推定する排気系集合部の空燃
比、即ち、検出空燃比KACTにオブザーバ（図４中にＯＢ
ＳＶと示す）を適用することにより、気筒別空燃比＃ｎ
KACTを求め、更に、ＰＩＤ制御則（図４中にＰＩＤと示
す）により気筒別空燃比＃ｎKACTから気筒毎の空燃比補
正係数＃ｎKLAFを算出する。尚、添字＃ｎは各気筒を示
す。そして、気筒別空燃比補正係数＃ｎKLAFを燃料噴射
量Ｔcyl ’に乗算することによって、各気筒の空燃比を
均一化することができる出力燃料噴射量＃ｎＴout を設
定し、ひいては三元触媒２８，３０の排気ガス清浄効率
の向上を図るようにしたものである。即ち、この第３の
フィードバック系は、空燃比が各気筒でバラツクのをフ
ィードバック補正するものである。まず、このフィード
バック系の動作を説明する前に、サンプリング動作ブロ
ック「sel-Ｖ」及びオブザーバについて説明する。

【００７８】排気ガスは排気行程で排出されることか
ら、多気筒内燃機関１０の排気系集合部において空燃比
の挙動をみると、明らかに空燃比はＴＤＣに同期する。
従って、排気系の集合部に単一のＬＡＦセンサ５４を設
けて空燃比をサンプリングするときもＴＤＣに同期して
行う必要があることとなる。しかし、ＬＡＦセンサ５４
の検出出力を処理する制御ユニット（ＥＣＵ）３６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捉え
られない場合が生じる。

【００７９】即ち、例えば、ＴＤＣに対して排気系集合
部の空燃比が図１０のようであるとき、制御ユニット３
６で認識する空燃比は図１１に示す如く、サンプリング
タイミングによっては全く違った値となってしまう。更
に、その空燃比の変化は、排気ガスがＬＡＦセンサ５４
に到達するまでの時間やＬＡＦセンサ５４の反応時間に
よっても相違する。その内、ＬＡＦセンサ５４までの到
達時間は排気ガス圧力、排気ガスボリュームなどに依存
して変化する。更に、ＴＤＣ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、必然的に機関回転数Ｎｅの影響を受けざる
を得ない。このように、空燃比の検出値は機関の運転状
態に依存するところが大きい。このような課題を解決す
るために、サンプリング動作ブロックsel-Ｖとオブザー
バＯＢＳＶが設けられている。

【００８０】排気系集合部に設けられた単一のＬＡＦセ
ンサ５４の検出信号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５４の検出応答遅れを
正確に解明する必要がある。そこで、図１２に示すよう
に、この遅れを擬似的に１次遅れ系でモデル化すると、
その状態方程式は数１３で示すことができる。

【００８１】

【数１３】

【００８２】これを周期ΔＴで離散化すると、数１４で
示すようになる。図１３は数１４をブロック線図で表し
たものである。

【００８３】

【数１４】

【００８４】従って、数１４を用いることによってＬＡ
Ｆセンサ５４の検出出力から真の空燃比を求めることが
できる。即ち、数１４を変形すれば数１５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１６のように逆算することができる。

【００８５】

【数１５】

【００８６】

【数１６】

【００８７】具体的には数１５をＺ変換を用いて伝達関
数で示せば数１７のようになるので、その逆伝達関数を
今回のＬＡＦセンサ５４の検出出力ＬＡＦ(k) 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１４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。

【００８８】

【数１７】

【００８９】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、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１８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１７で求めた応答遅れを補正した
真の値を意味する。

【００９０】

【数１８】

【００９１】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１
５のようになる。

【００９２】また、その状態方程式は数１９のようにな
る。

【００９３】

【数１９】

【００９４】また集合部の空燃比をｙ(k) とおくと、出
力方程式は数２０のように表すことができる。

【００９５】

【数２０】

【００９６】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２１
のようになる。

【００９７】

【数２１】

【００９８】そして、かかるモデルについてシミュレー
ションすると、モデル出力値がＬＡＦセンサ５４出力の
実測値に対して良好に追従するという結果が得られ、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
いることを検証することができた。

【００９９】よって、数２２で示される状態方程式と出
力方程式（数２０）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
２３のように置いてリカッチの方程式を解くと、ゲイン
行列Ｋは数２４のようになる。

【０１００】

【数２２】

【０１０１】

【数２３】

【０１０２】

【数２４】

【０１０３】これよりＡ−ＫＣを求めると、数２５のよ
うになる。

【０１０４】

【数２５】

【０１０５】ところで、一般的なオブザーバの構成は図
１６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１７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２６のように
なる。

【０１０６】

【数２６】

【０１０７】ここで、ｙ(k) を入力するとオブザーバ、
即ちカルマンフィルタのシステム行列は数２７のように
表される。

【０１０８】

【数２７】

【０１０９】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２８で与えられる。

【０１１０】

【数２８】

【０１１１】図１８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。シミュレーションの結果によれ
ば、集合部空燃比より各気筒の空燃比を的確に抽出する
ことができることが検証された。

【０１１２】このように、オブザーバによって、集合部
空燃比Ａ／Ｆ（即ち、Ａ／ＦとはKACTと等価である）よ
り各気筒空燃比＃ｎＡ／Ｆを推定することができたこと
から、ＰＩＤ制御則を用いて空燃比を気筒別に制御する
ための気筒別空燃比補正係数＃ｎKLAFを演算することが
可能となる。

【０１１３】具体的には、図１９に示すように、排気系
集合部の空燃比（即ち、KACT）を気筒毎の空燃比補正係
数＃ｎ気筒別空燃比の全気筒についての平均値の前回演
算値で除算して求めた目標値と、上記オブザーバの気筒
毎の推定値＃ｎＡ／Ｆと、の偏差を解消するようにＰＩ
Ｄ制御則を用いて求める。即ち、数２９に示す如く、Ｐ
ＩＤ制御則に適用する上記目標値KCMDOBSVは、前回ＴＤ
Ｃ時に推定された各気筒の空燃比補正係数＃１KLAF〜＃
４KLAFの平均値で、今回求められた検出空燃比KACTを除
算することによって求められる。

【０１１４】

【数２９】

【０１１５】一方、気筒別空燃比補正係数＃ｎKLAFは、
数３０に示すように、各気筒＃ｎ毎に、検出空燃比＃ｎ
KACT(m) と目標値KCMDOBSVとの偏差＃ｎDKACT(m)を求め
ると共に、今回求められた偏差＃ｎDKACT(m)と前回求め
られた偏差＃ｎDKACT(m-1)との偏差＃ｎDDKACTを求め、
更に、これらの演算結果を適用することによって、各気
筒＃ｎに該当するＰＩＤ制御則のＫＰ項とＫＩ項及びＫ
Ｄ項を求め、最後に、これらのＫＰ項とＫＩ項及びＫＤ
項を適用して、気筒別空燃比補正係数＃ｎKLAFを求め
る。尚、＃ｎは各気筒＃１〜＃４を示し、ｍは、４ＴＤ
Ｃ毎の時点を示す。即ち、気筒別空燃比補正係数＃ｎKL
AFは、それぞれ４ＴＤＣに１回演算される。尚、次式
中、基準ゲインであるＫＰOBSV項とＫＩOBSV項及びＫＤ
OBSV項は、機関がアイドリング動作のときと、それ以外
の動作時とでは、それぞれ異なった値に設定され、ＲＯ
Ｍ７６に予めデータマップとして格納されているので、
かかる演算の際に運転状態に応じてマップ検索されるよ
うになっている。

【０１１６】

【数３０】

【０１１７】これにより、各気筒の空燃比は集合部空燃
比に収束し、集合部空燃比は目標空燃比に収束すること
となって、結果的に全ての気筒の空燃比が目標空燃比に
収束する。ここで、各気筒の出力燃料噴射量＃ｎＴout
（インジェクタの開弁時間で規定される）は、

【０１１８】

【数３１】

【０１１９】で求められる（ｎは気筒）。

【０１２０】以上の説明では、サンプリング動作ブロッ
クsel-Ｖとオブザーバ及び第３のフィードバック系との
基本原理を述べたが、より具体的な動作を図２０及び図
２１のフローチャートと共に説明する。

【０１２１】先ず、図２０のフロー・チャートに基づい
て、排気系集合部の空燃比Ａ／Ｆ（即ち、KACT）を求め
るまでの動作を説明する。尚、この処理は、実際には、
図５に示すルーチン中のステップＳ４００の中で予め実
行されることにより、ステップ７００及びステップＳ８
００の処理で検出空燃比KACT及び推定値＃ｎＡ／Ｆを用
いることができるようになっている。

【０１２２】図２０において、Ｓ４０２では、機関回転
数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ、バルブタイミングV/T を読み出
し、次にＳ４０４に進んで、ＨｉＶ／ＴとＬｏＶ／Ｔの
タイミングに応じて以降の処理を振り分ける。即ち、運
転状態がＬｏＶ／Ｔのときは、ステップＳ４０６〜Ｓ４
１８の処理が行われ、運転状態がＨｉＶ／Ｔのときは、
ステップＳ４２０〜Ｓ４３２の処理が行われる。

【０１２３】ステップＳ４０６においては、機関回転数
Ｎｅが所定の上限値Ｎｅ_OBSV（この実施例では、３５０
０ｒｐｍ）より小さいか否か判断し、肯定されるときは
ステップＳ４０８ないしＳ４１０の処理へ移行して、吸
気圧力Ｐｂが所定の上限値Ｐｂ_OBSV1 と下限値Ｐｂ
_OBSV2 （この実施例では、Ｐｂ_OBSV1 ＝１６０ｍｍＨ
ｇ、Ｐｂ_OBSV2 ＝６６０ｍｍＨｇ）の範囲内にあるか否
か判断し、肯定されるときはステップＳ４１２の処理へ
移行する。

【０１２４】ステップＳ４１２では、ＥＧＲ機構１００
が動作領域中にあるか否か判断し、肯定されるときはＳ
４１４において、機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂをパラ
メータとして図２２（ａ）に示す如き所定のタイミング
マップを検索することにより、ＬｏＶ／Ｔ時のＥＧＲ用
サンプリングタイミングSELVELを求める。一方、ステッ
プＳ４１２で否定されるときは、ＥＧＲ無しのＬｏＶ／
Ｔ時のサンプリングタイミングSELVFLを求める。

【０１２５】図２３は、図２２（ａ）（ｂ）のタイミン
グマップの特性を示す説明図である。図示の如く特性
は、機関回転数Ｎｅが低くないしは吸気圧力（負圧）Ｐ
ｂが高いほど早いクランク角度でサンプリングされた値
を選択するように設定する。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された値（換
言すれば古い値）を意味する。逆に、機関回転数Ｎｅが
高くないしは吸気圧力Ｐｂが低いほど遅いクランク角
度、即ち、後のＴＤＣ位置に近いクランク角度でサンプ
リングされた値（換言すれば新しい値）を選択するよう
に設定する。即ち、ＬＡＦセンサ出力は図１１に示した
ように、実際の空燃比の変局点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、その変局点、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２４に示すように、機関回転数Ｎｅが低くなる
ほど早いクランク角度で生じる。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、従って排
気ガスの流速が増してＬＡＦセンサ５４への到達時間が
早まるものと予想される。そういう意味で、ＥＧＲ機構
１００が動作領域にある場合と動作領域に無い場合と
で、夫々独立に、図２３のタイミングマップの特性に対
応する図２２（ａ）と（ｂ）のデータマップを予めＲＯ
Ｍ７６に記憶しておき、ＥＧＲ機構１００が動作領域に
あるか否かに応じて、いずれか一方のマップを機関回転
数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂに基づいてサンプリング動作タイ
ミングを求めるようにしている。

【０１２６】更に、バルブタイミングV/T に関しては、
機関回転数の任意の値Ｎe1をＬｏ側についてＮe1-Lo 、
Ｈｉ側についてＮe1-Hi とし、吸気圧力についてもその
任意の値をＬｏ側についてＰb1-Lo 、Ｈｉ側についてＰ
b1-Hi とすると、マップ特性は、 Ｐb1-Lo ＞Ｐb1-Hi Ｎe1-Lo ＞Ｎe1-Hi とする。即ち、ＨｉＶ／Ｔにあっては排気弁の開き時点
がＬｏＶ／Ｔのそれより早いため、機関回転数ないし吸
気圧力の値が同一であれば、早期のサンプリング値を選
択するように、マップ特性が設定されている。

【０１２７】ステップＳ４０６〜Ｓ４１０で否定される
場合には、ステップＳ４１８において、サンプリング動
作タイミングSELVが所定値に固定される。但し、ステッ
プＳ４１８において、このサンプリングタイミングSELV
には前回周期の（直前の）サンプリングタイミングを用
いてもよい。また、ステップＳ４１８においてサンプリ
ング動作タイミングSELVが所定値に固定されても、サン
プリング動作ブロックsel-Ｖによる排気系集合部の空燃
比KACTのサンプリングと後述するオブザーバＯＢＳＶに
よる気筒別空燃比＃Ａ／Ｆの推定処理は継続して行われ
る。

【０１２８】このようにして、ステップＳ４１４，Ｓ４
１６，Ｓ４１８のいずれかにおいてＬｏＶ／Ｔタイミン
グ時における運転状態に対応したサンプリング動作タイ
ミングSELVEL，SELVFL，SELVのいずれかが求まると、次
にステップＳ４３４に進み、オブザーバＯＢＳＶが、い
ずれかのサンプリング動作タイミングに基づいて排気系
集合部の空燃比KACTのサンプリング処理を行う。

【０１２９】次に、前記ステップＳ４０４においてＨｉ
Ｖ／Ｔタイミングであると判断され、ステップＳ４２０
〜Ｓ４３２の処理が行われる場合にも、ＬｏＶ／Ｔタイ
ミングの場合と同様の処理が行われる。即ち、ステップ
Ｓ４２０〜Ｓ４２４において、機関回転数Ｎｅが所定回
転数Ｎｅ_OBSV未満にあるか、更に、吸気圧力Ｐｂが所定
領域内にあるか否かを判断し、かかる条件を満足する場
合には、ステップＳ４２６においてＥＧＲ機構１００が
動作領域内にあるか否か判断する。そして、ＥＧＲ機構
１００の動作の有無に応じて、ステップＳ４２８又はＳ
４３０の処理へ移行し、ステップＳ４２８では、機関回
転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂをパラメータとして図２２
（ｃ）に示す如き所定のタイミングマップを検索するこ
とにより、ＨｉＶ／Ｔ時のＥＧＲ用サンプリングタイミ
ングSELVEHを求める。一方、ステップＳ４３０では、機
関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂをパラメータとして図２２
（ｄ）に示す如き所定のタイミングマップを検索するこ
とにより、ＥＧＲ無しのＨｉＶ／Ｔ時のサンプリングタ
イミングSELVFHを求める。尚、図２２（ｃ）（ｄ）の各
データマップも図２２（ａ）（ｂ）のデータマップと同
様に、図２３の特性に基づいて設定されている。但し、
ＬｏＶ／ＴタイミングとＨｉＶ／Ｔタイミングとでは、
運転状態が相違するので、夫々運転状態に対応した固有
のサンプリング動作タイミングのデータとなっている。

【０１３０】また、ステップＳ４２０〜Ｓ４２４で否定
される場合には、ステップＳ４３２において、サンプリ
ング動作タイミングSELVが所定値に固定される。但し、
ステップＳ４３２において、このサンプリングタイミン
グSELVには前回周期の（直前の）サンプリングタイミン
グを用いてもよい。また、ステップＳ４３２においてサ
ンプリング動作タイミングSELVが所定値に固定されて
も、サンプリング動作ブロックsel-Ｖによる排気系集合
部の空燃比KACTのサンプリングと後述するオブザーバＯ
ＢＳＶによる気筒別空燃比＃Ａ／Ｆの推定処理は継続し
て行われる。

【０１３１】このようにして、ステップＳ４２８，Ｓ４
３０，Ｓ４３２のいずれかにおいてＨｉＶ／Ｔタイミン
グ時における運転状態に対応したサンプリング動作タイ
ミングSELVEH，SELVFH，SELVのいずれかが求まると、次
にステップＳ４３４に進み、オブザーバＯＢＳＶが、い
ずれかのサンプリング動作タイミングに基づいて排気系
集合部の空燃比KACTのサンプリング処理を行う。

【０１３２】以上のステップＳ４０２〜Ｓ４３２の処理
が、サンプリング動作ブロックsel-Ｖに相当する。従っ
て、図２５の下部に示すように、ＣＰＵコア６４はＬＡ
Ｆセンサ５４の最大値と最小値を正確に認識することが
できる。そして、この構成によりオブザーバＯＢＳＶを
用いて各気筒の空燃比＃ｎＡ／Ｆを推定するときも、実
際の集合部空燃比KACTの挙動に近似する値を使用するこ
とができてオブザーバの推定精度が向上し、それに伴っ
て、気筒別フィードバック制御の信頼性を向上させるこ
とができる。更に、前述した第２のフィードバック系に
あっても、この排気系空燃比KACTに基づいてＰＩＤ制御
則と適応制御則による補正係数KLAFとKSTRを求めること
ができ、制御の信頼性の向上が図られる。

【０１３３】次に、図５中のステップＳ８００における
気筒別フィードバック制御の動作を図２１のフローチャ
ートに基づいて説明する。尚、本実施例の内燃機関１０
にはバルブタイミング機構３００が設けられているの
で、バルブタイミングＨｉＶ／ＴとＬｏＶ／Ｔに応じて
気筒別の空燃比＃ｎＡ／Ｆを推定した後、気筒別フィー
ドバック補正係数＃ｎKLAFを求めるようになっている。

【０１３４】図２１において、ステップＳ８０２では、
図２０中のステップＳ４３４において求められたＨｉＶ
／Ｔ用の排気系集合部の空燃比KACTをオブザーバ行列の
演算に適用することにより、ＨｉＶ／Ｔ用の気筒別空燃
比＃ｎＡ／Ｆを求め、続いてステップＳ８０４に進ん
で、ＬｏＶ／Ｔ用の排気系集合部の空燃比KACTをオブザ
ーバ行列の演算に適用することによりＬｏＶ／Ｔ用の気
筒別空燃比＃ｎＡ／Ｆを求める。

【０１３５】続いてＳ８０６に進んで現在のバルブタイ
ミングV/T を判断し、判断結果に応じてステップＳ８０
８または８１０に進んで、ＨｉＶ／Ｔ用またはＬｏＶ／
Ｔ用のいずれかの気筒別空燃比＃Ａ／Ｆを選択する。こ
のように、ステップＳ８０２〜Ｓ８１０においては、バ
ルブタイミングV/T に応じた気筒別空燃比＃ｎＡ／Ｆを
求めるために、オブザーバＯＢＳＶによる気筒別空燃比
推定処理が行われる。次に、ステップＳ８１２におい
て、ＰＩＤ制御則を用いてこれらの気筒別空燃比＃ｎＡ
／Ｆから気筒別フィードバック補正係数＃ｎKLAFを演算
し、更に図５中のステップＳ９００に示した気筒別の出
力燃料噴射量＃ｎＴout を求めて、ＴＤＣ周期のフィー
ドバック制御が完了する。

【０１３６】このように、この実施例によれば、ＥＧＲ
機構１００の動作の有無に応じて、機関回転数Ｎｅと吸
気圧力Ｐｂをパラメータとして所定のマップを検索する
ことにより、サンプリング動作ブロックsel-Ｖのサンプ
リングタイミングを最適化するので、排気ガスの挙動に
良く追従したサンプリングタイミングで集合部空燃比KA
CTを求めることができる。より具体的には、従来技術に
おいては、ＥＧＲ機構１００が動作していない状態で
は、サンプリング動作ブロックsel-Ｖのサンプリングタ
イミングが排気系集合部の排気ガスの挙動と良く一致し
ていたとしても、ＥＧＲ機構１００が動作すると、吸気
圧力Ｐｂが高負荷側に移る結果、排気ガスの流速が増し
てＬＡＦセンサ５４への到達時間が早まり、更に機関回
転数Ｎｅが下がるので、サンプリング動作ブロックsel-
Ｖのサンプリングタイミングが、排気系集合部の排気ガ
スの挙動からずれることになり、集合部空燃比KACTを高
精度でサンプリングすることが困難であったが、この実
施例によれば、ＥＧＲ機構１００の動作の有無によって
変化する機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂのパラメータに
基づいて予め設定されている所定データマップを検索す
ることにより、最適なサンプリング動作タイミングを得
るので、排気ガスの挙動に良く追従したサンプリングタ
イミングで集合部空燃比KACTを求めることができる。結
果、オブザーバＯＢＳＶによる気筒別空燃比＃ｎＡ／Ｆ
を高精度で求めることを可能にすると共に、高精度の気
筒別フィードバック制御を実現することができ、排気ガ
スの浄化効率を向上させることができる。

【０１３７】

【発明の効果】本発明によれば、排気還流機構の動作の
有無に応じて排気ガスが挙動しても、それに追従したサ
ンプリングタイミングで排気系集合部の空燃比をサンプ
リングすることができる。この結果、オブザーバによる
気筒別空燃比の推定精度の向上を図ることができると共
に、各気筒に供給する気筒別燃料噴射量を高精度でフィ
ードバック制御することができるので、排気ガスの浄化
効率の向上を図ることができるという優れた効果を発揮
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係わる内燃機関の燃料噴射装置の全体
構成を示す概略構成図である。

【図２】図１中の制御ユニットの構成を示すブロック図
である。

【図３】図１中の空燃比センサ出力特性を示す説明図で
ある。

【図４】実施例に係わる内燃機関の燃料噴射装置の機能
を示すブロック線図である。

【図５】燃料噴射装置の動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図６】フィードフォワード系の動作を説明するための
フローチャートである。

【図７】フィードフォワード系の機能を説明するための
ブロック図である。

【図８】第１のフィードバック系の動作を説明するため
のフローチャートである。

【図９】第２のフィードバック系の機能を説明するため
のブロック図である。

【図１０】多気筒内燃機関のＴＤＣと排気系集合部の空
燃比との関係を示す説明図である。

【図１１】実際の空燃比に対するサンプリングタイミン
グの良否を示す説明図である。

【図１２】ＬＡＦセンサのモデルを示すブロック図であ
る。

【図１３】ＬＡＦセンサのモデルを更に示すブロック図
である。

【図１４】ＬＡＦセンサのＺ変換表示モデルを示すブロ
ック図である。

【図１５】空燃比推定器を示すブロック線図である。

【図１６】一般的なオブザーバを示すブロック線図であ
る。

【図１７】実施例に係わるオブザーバの構成を示すブロ
ック線図である。

【図１８】空燃比推定器とオブザーバとを組合わせた構
成を示すブロック線図である。

【図１９】第３のフィードバック系の機能を示すブロッ
ク線図である。

【図２０】サンプリング動作ブロック（sel-Ｖ）におけ
る検出空燃比のサンプリング動作を示すフローチャート
である。

【図２１】第３のフィードバック系（気筒別フィードバ
ック系）において気筒別フィードバック補正係数を求め
るための動作を説明するフローチャートである。

【図２２】図２０のフローチャートで使用されるタイミ
ングマップを示す説明図である。

【図２３】図２０のフローチャートで使用されるタイミ
ングマップの特性を更に示す説明図である。

【図２４】機関回転数と機関負荷に対する空燃比センサ
の出力特性を示す説明図である。

【図２５】サンプリング動作ブロック（sel-Ｖ）のサン
プリング動作を説明するためのタイミングチャートであ
る。

【符号の説明】

１０…内燃機関、１２…吸気管、１４…エアクリーナ、
１６…スロットル弁、１８…サージタンク、２０…吸気
マニホールド、２２…インジェクタ、２４…排気マニホ
ールド、２６…排気管、２８，３０…触媒装置、３２…
電磁弁、３４…バイパス路、３６…エンジン制御ユニッ
ト、３８…燃料タンク、４０…クランク角検出センサ、
４２…スロットル開度検出センサ、４４…絶対圧セン
サ、４６…吸気温度センサ、４８…大気圧センサ、５０
…水温センサ、５２…タイミング検出センサ、５４…空
燃比検出センサ（ＬＡＦセンサ）、５６…Ｏ₂ センサ、
５８，６０…ローパスフィルタ、６２…マイクロプロセ
ッサ、６４…ＣＰＵコア、６６…検出回路、６８…マル
チプレクサ、７０…検出回路、７２…Ａ／Ｄ変換器、７
４…ＲＡＭ、７６…ＲＯＭ、７８…波形整形回路、８０
…カウンタ、８２〜８８…駆動回路、１００…ＥＧＲ機
構、１０２…電磁弁、２００…キャニスタパージ機構、
２０２…電磁弁、３００…バルブタイミング機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気還流機構を備えた多気筒内燃機関の
   排気系集合部に配置され、前記多気筒内燃機関の各気筒
   から排出される混合気の空燃比を検出する空燃比検出手
   段と、 前記多気筒内燃機関の排気系における空燃比の挙動を規
   定するモデルに基づいて、前記空燃比を入力すると共に
   前記排気系の内部状態を観測するオブザーバを設定し
   て、各気筒の空燃比を推定する空燃比推定手段と、 前記推定された各気筒の空燃比に基づいて各気筒の空燃
   比のバラツキを減少させるように、前記多気筒内燃機関
   の各気筒に供給する気筒別燃料噴射量を補正する気筒別
   空燃比補正係数を算出する空燃比補正係数算出手段とを
   備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置において、 前記多気筒内燃機関の運転状態に応じたサンプリングタ
   イミングで前記空燃比推定手段からの空燃比を入力する
   ことによって気筒別の空燃比を推定すると共に、前記サ
   ンプリングタイミングを前記排気還流機構の動作の有無
   に応じて調整するタイミング調整手段を具備することを
   特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。