JPH0828328A

JPH0828328A - 内燃機関の気筒別空燃比推定装置

Info

Publication number: JPH0828328A
Application number: JP18294194A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hasegawa; 祐介長谷川; Yoichi Nishimura; 要一西村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-01-30
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JP3602575B2

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、排気系の挙動を状態方程式で同定すると
共に、オブザーバを介して各気筒空燃比を推定するもの
において、出力変数と推定された状態変数とを比較して
オブザーバの収束状況を判定する。【効果】オブザーバの収束状況が簡易かつ正確に判定
でき、制御を誤ることがない。

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
を状態方程式で同定すると共に、オブザーバを介して各
気筒空燃比（気筒毎空燃比）を推定する内燃機関の気筒
別空燃比推定装置において、オブザーバの収束状況、即
ち、各気筒空燃比の推定精度を簡易かつ正確に判定する
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、
排気系の挙動を状態方程式で同定し、オブザーバを介し
て各気筒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
各気筒の空燃比を推定することができたが、運転状態に
よってはオブザーバの推定精度、換言すれば、オブザー
バの収束状況が必ずしも良好ではない場合も生じる。そ
のようなオブザーバの推定値の信頼性が低い場合、それ
を用いて制御を行うと、却って制御性が悪化する事態が
生じ得る。

【０００４】従って、この発明の目的は、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
系の挙動を状態方程式で同定すると共に、オブザーバを
介して各気筒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、オブザーバの収束状況、即ち、各気
筒空燃比の推定精度を簡易かつ正確に判定するようにし
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】第２の目的は、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、排気系の挙動を状
態方程式で同定すると共に、オブザーバを介して各気筒
空燃比を推定し、推定された各気筒空燃比に基づいて燃
料噴射量を操作量として空燃比をフィードバック制御す
る内燃機関の気筒別空燃比推定装置において、オブザー
バの収束状況、即ち、各気筒空燃比の推定精度を簡易か
つ正確に判定し、それに応じてフィードバック補正項
（ゲイン）の変更の可否を判断することで制御値が誤ら
ない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項にあっては、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、ａ．前記排気系の挙動を、各気筒空燃比を入力Ｕ（ｋ）
とし、集合部空燃比を出力Ｙ（ｋ）とする状態方程式で
同定し、入力Ｕ（ｋ）を所定の値としてオブザーバを構
築して前記出力Ｙ（ｋ）を入力とし、各気筒空燃比を状
態変数Ｘとして状態方程式からＸハット（ｋ）にて推定
する手段、を備えると共に、ｂ．推定された状態変数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハッ
ト（ｋ）を算出し、前記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザ
ーバの収束状況を判定する判定手段、を備える如く構成
した。

【０００７】より具体的には、請求項１項にあっては、
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、ａ．前記排気系の挙動を、各気筒空燃比を入力Ｕ（ｋ）
とし、集合部空燃比を出力Ｙ（ｋ）とする状態方程式Ｘ（ｋ＋１）＝ＡＸ（ｋ）＋ＢＵ（ｋ）Ｙ（ｋ）＝ＣＸ（ｋ）（Ａ，Ｂ，Ｃ：ｎ×ｍの行列）で同定し、入力Ｕ（ｋ）を所定の値としてオブザーバを
構築して前記出力Ｙ（ｋ）を入力とし、各気筒空燃比を
状態変数Ｘとして状態方程式Ｘハット（ｋ＋１）＝（Ａ−ＫＣ）Ｘハット（ｋ）＋Ｋ
Ｙ（ｋ）＋ＢＵ（ｋ）（Ｋ：ゲイン行列）からＸハット（ｋ）にて推定する手段、を備えると共
に、ｂ．推定された状態変数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハッ
ト（ｋ）を算出し、前記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザ
ーバの収束状況を判定する判定手段、を備える如く構成
した。尚、上記で「入力Ｕ（ｋ）を所定の値として」と
は、例えば同一気筒の空燃比を前回燃焼以前の空燃比と
同一と仮定する、あるいは各気筒空燃比を目標空燃比と
する、の意味である。

【０００８】第２の目的を達成するために、請求項２項
にあっては、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、ａ．前記排気系の挙動を、各気筒空燃比を入力Ｕ（ｋ）
とし、集合部空燃比を出力Ｙ（ｋ）とする状態方程式で
同定し、入力Ｕ（ｋ）を所定の値としてオブザーバを構
築して前記出力Ｙ（ｋ）を入力とし、各気筒空燃比を状
態変数Ｘとして状態方程式からＸハット（ｋ）にて推定
する推定手段、およびｂ．推定された各気筒空燃比に基づいて燃料噴射量を操
作量として空燃比をフィードバック制御するフィードバ
ック制御手段、を備えると共に、ｃ．推定された状態変数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハッ
ト（ｋ）を算出し、前記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザ
ーバの収束状況を判定する判定手段、を備え、前記フィ
ードバック制御手段は、判定されたオブザーバの収束状
況に応じてフィードバック補正項の変更を停止する如く
構成した。

【０００９】より具体的には、請求項２項にあっては、
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、ａ．前記排気系の挙動を、各気筒空燃比を入力Ｕ（ｋ）
とし、集合部空燃比を出力Ｙ（ｋ）とする状態方程式Ｘ（ｋ＋１）＝ＡＸ（ｋ）＋ＢＵ（ｋ）Ｙ（ｋ）＝ＣＸ（ｋ）（Ａ，Ｂ，Ｃ：ｎ×ｍの行列）で同定し、入力Ｕ（ｋ）を所定の値としてオブザーバを
構築して前記出力Ｙ（ｋ）を入力とし、各気筒空燃比を
状態変数Ｘとして状態方程式Ｘハット（ｋ＋１）＝（Ａ−ＫＣ）Ｘハット（ｋ）＋ＫＹ（ｋ）＋ＢＵ（ｋ）（Ｋ：ゲイン行列）からＸハット（ｋ）にて推定する推定手段、およびｂ．推定された各気筒空燃比に基づいて燃料噴射量を操
作量として空燃比をフィードバック制御するフィードバ
ック制御手段、を備えると共に、ｃ．推定された状態変数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハッ
ト（ｋ）を算出し、前記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザ
ーバの収束状況を判定する判定手段、を備え、前記フィ
ードバック制御手段は、判定されたオブザーバの収束状
況に応じてフィードバック補正項の変更を停止する如く
構成した。

【００１０】第１の目的を達成するために、請求項３項
にあっては、前記出力Ｙ（ｋ）として前記空燃比センサ
の出力を用いる如く構成した。

【００１１】第１の目的を達成するために、請求項４項
にあっては、前記判定手段は、値ＣＸハット（ｋ）と出
力Ｙ（ｋ）の差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）およびその平均値のい
ずれか求め、所定値と比較してオブザーバの収束状況を
判定する如く構成した。

【００１２】第１の目的を達成するために、請求項５項
にあっては、前記判定手段は、値ＣＸハット（ｋ）と出
力Ｙ（ｋ）の差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）およびその平均値のい
ずれかを求め、第１の所定値と比較してそれを超えた回
数をカウントし、カウント値を第２の所定値と比較して
オブザーバの収束状況を判定する如く構成した。

【００１３】

【作用】請求項１項にあっては、推定された状態変数Ｘ
ハット（ｋ）から値ＣＸハット（ｋ）を算出し、前記出
力Ｙ（ｋ）と比較してオブザーバの収束状況を判定する
判定手段を備える如く構成したので、オブザーバの収束
状況を簡易かつ正確に判定することができる。即ち、Ｘハット（ｋ＋１）＝（Ａ−ＫＣ）Ｘハット（ｋ）＋Ｋ
Ｙ（ｋ）＋ＢＵ（ｋ）＝ＡＸハット（ｋ）＋ＢＵ（ｋ）＋Ｋ（Ｙ（ｋ）−ＣＸハット（ｋ））とするとき、値（Ｙ（ｋ）−ＣＸハット（ｋ））がオブ
ザーバの収束状況を示していることになるので、その値
からオブザーバの収束状況を簡易かつ正確に判定するこ
とができる。

【００１４】請求項２項にあっては、推定された状態変
数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハット（ｋ）を算出し、前
記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザーバの収束状況を判定
する判定手段、を備え、フィードバック制御手段は、判
定されたオブザーバの収束状況に応じてフィードバック
補正項（ゲイン）の変更を停止する如く構成したので、
オブザーバの収束状況を簡易かつ正確に判定することが
できると共に、それに応じてフィードバック補正項の変
更を停止することができることから、制御値を誤ること
がない。

【００１５】請求項３項にあっては、前記出力Ｙ（ｋ）
として前記空燃比センサの出力を用いる如く構成したの
で、一層容易かつ正確にオブザーバの収束状況を判定す
ることができる。

【００１６】請求項４項にあっては、前記判定手段は、
値ＣＸハット（ｋ）と出力Ｙ（ｋ）の差Ｅ．ＨＡＴ
（ｋ）およびその平均値のいずれか求め、所定値と比較
してオブザーバの収束状況を判定する如く構成したの
で、簡易かつ正確にオブザーバの収束状況を判定するこ
とができる。特に平均値を用いるときは、一過性の原因
によって収束状況が低下したときは収束状況の低下と判
定しないので、実際の運転状態に良くマッチした空燃比
推定、ないしはそれに基づく空燃比フィードバック制御
を行うことができる。

【００１７】請求項５項にあっては、前記判定手段は、
値ＣＸハット（ｋ）と出力Ｙ（ｋ）の差Ｅ．ＨＡＴ
（ｋ）およびその平均値のいずれかを求め、第１の所定
値と比較してそれを超えた回数をカウントし、カウント
値を第２の所定値と比較してオブザーバの収束状況を判
定する如く構成したので、一過性の原因によって収束状
況が低下したときは収束状況の低下と判定しないので、
実際の運転状態に良くマッチした空燃比推定、ないしは
それに基づく空燃比フィードバック制御を行うことがで
きる。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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２
２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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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
５８および第２のＡ／Ｄ変換回路６０を介してマイクロ
コンピュータに入力される。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。

【００２４】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、これは先に提案した排気系の挙動を状態方程式で同
定すると共に、オブザーバを介して各気筒空燃比を推定
する技術を前提としているので、理解の便宜上、それに
ついて簡単に説明する。

【００２５】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。

【００２６】

【数１】

【００２７】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。

【００２８】

【数２】

【００２９】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。

【００３０】

【数３】

【００３１】

【数４】

【００３２】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。

【００３３】

【数５】

【００３４】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。

【００３５】

【数６】

【００３６】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。ここでＣはｎ×ｍの行列である。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。

【００３７】また、その状態方程式は数７のようにな
る。

【００３８】

【数７】

【００３９】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。

【００４０】

【数８】

【００４１】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。これは、ｕ（ｋ）を目標空
燃比としても同様である。

【００４２】

【数９】

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】

【数１０】

【００４６】

【数１１】

【００４７】

【数１２】

【００４８】これより行列Ａ−ＫＣを求めると、数１３
のようになる。

【００４９】

【数１３】

【００５０】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。

【００５１】

【数１４】

【００５２】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。

【００５３】

【数１５】

【００５４】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。

【００５５】

【数１６】

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】尚、実施例の場合、各気筒空燃比を推定し
た後、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。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、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からである。

【００５９】具体的には図１４に示すように、集合部空
燃比を示すＬＡＦセンサ出力ＫＡＣＴ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
（ゲイン）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（ゲイ
ン）＃ｎＫＬＡＦ（ｎ：気筒）を求める。

【００６０】気筒毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡ
Ｆ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。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。

【００６１】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６−３３２０１号に述べられているので、これ以上
の説明は省略する。

【００６２】以上を前提として実施例を図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ＴＤ
Ｃ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。

【００６３】先ず、Ｓ１００において機関回転数Ｎｅ、
吸気圧力Ｐｂ、ＬＡＦセンサ出力ＫＡＣＴ（ｋ）
（（ｋ）は前記の如く離散時間系での時刻を示す）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Ｓ１
０６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（特性図
示せず）を検索して行う。

【００６４】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に進んで前記したオブザーバ行列演算を行って各
気筒空燃比（気筒毎Ａ／Ｆ）を推定する。続いてＳ１１
２に進んで値Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）を算出し、Ｓ１１４に進
んで算出値Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）を所定値と比較し、オブザ
ーバの収束状況を判定する。

【００６５】これについて説明すると、オブザーバの推
定機能を表現する数１４を書き直すと、数１７に示すよ
うになる。

【００６６】

【数１７】

【００６７】数１７において、ｙ（ｋ）−ＣＸハット
（ｋ）に着目すると、数１８のように示すことができ
る。

【００６８】

【数１８】

【００６９】即ち、ｙ（ｋ）は前記した出力方程式で表
される、排気系集合部空燃比、具体的にはＬＡＦセンサ
が検出する実際の集合部空燃比に相当し、ＣＸハット
（ｋ）は推定された各気筒空燃比（内部状態変数Ｘハッ
ト）に各気筒排気ガスの混ざり度合いを示す行列Ｃを乗
じたことにより、集合部空燃比推定値に相当する。従っ
て、ｙ（ｋ）−ＣＸハット（ｋ）は、集合部空燃比の実
際値（ＬＡＦセンサ出力ＫＡＣＴ）と推定値の差を表し
ており、換言すれば、差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）は、オブザー
バの推定精度、即ち、オブザーバの収束状況を表す指標
とみなすことができる。この発明は上記した知見に基づ
いてなされた。

【００７０】図３フロー・チャートに戻ると、Ｓ１１２
でこの差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）を求め、Ｓ１１４に進んで所
定値と比較する。所定値は、オブザーバの収束状況を判
定するに適当な値、例えば０．１などとする。

【００７１】Ｓ１１４で差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）が所定値以
下と判断されるときはオブザーバの収束状況が良好、即
ち、所期の推定精度が得られていると判断し、Ｓ１１６
に進んで気筒毎フィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦを図
１４に関して述べたように演算する。

【００７２】続いてＳ１１８に進み、気筒毎フィードバ
ック補正項＃ｎＫＬＡＦの学習値を演算する。具体的に
は、移動平均（ないしは加重移動平均）を求めて行う。
尚、かく求めた学習値は、運転状態、具体的には燃料噴
射量に応じて格納する。即ち、気筒毎フィードバック補
正項＃ｎＫＬＡＦはインジェクタ２０の特性を示してい
るので、次に述べる出力燃料噴射量＃ｎＴｏｕｔと対に
して格納しておく。

【００７３】続いてＳ１２０に進み、図１４に関して述
べたように集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦを演算
し、Ｓ１２２に進んで気筒毎の燃料噴射量＃ｎＴout を
決定し、Ｓ１２４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。

【００７４】またＳ１１４で差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）が所定
値を超えてオブザーバの収束状況が不良と判断されると
きはＳ１２６に進んでオブザーバ（行列演算）の推定値
（図１４に＃ｎＡ／Ｆで示す）を所定の値に固定する。
所定の値は例えば、前回値＃ｎＡ／Ｆ(k-1) （図示の簡
略化のため、今回値にサブスクリプト（ｋ）を付すのは
省略する）とする。更に、この推定値をパラメータとし
て格納している場合、差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）に応じてパラ
メータの更新を禁止する。

【００７５】続いてＳ１２８に進んで気筒毎フィードバ
ック補正項＃ｎＫＬＡＦを前回値＃ｎＫＬＡＦ(k-1) と
する。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。これは、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付近の値となるからで
ある。そこで、オブザーバ推定値の信頼性が低い場合
は、むしろ前回値を使用して誤った推定値を用いて却っ
て制御性を悪化させることを回避した。

【００７６】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Ｓ１３０に進んで
学習で求めた値＃ｎＫＬＡＦsty を読み出し、Ｓ１３２
に進んでその値を気筒毎フィードバック補正項＃ｎＫＬ
ＡＦとした。即ち、気筒毎フィードバック補正項＃ｎＫ
ＬＡＦの値をアイドル運転状態において、前回値(k-1)
との加重平均を＃ｎＫＬＡＦsty ＝Ｗ×＃ｎＫＬＡＦ＋（１−Ｗ）×＃
ｎＫＬＡＦsty(k-1) と求めて学習しておき、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、Ｗ：重み係数、＃ｎＫＬ
ＡＦsty(k-1): 前回学習値、である。これによって気筒
毎フィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦに過去の燃焼履歴
を一層良く反映させることができる。

【００７７】続いてＳ１３４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）、Ｓ１２２に進んで燃料噴射
量＃ｎＴout を算出する。

【００７８】また、Ｓ１０２でクランキングと判断され
るときはＳ１３６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、Ｓ１３８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。

【００７９】更に、Ｓ１０４でフューエル・カットと判
断されるときはＳ１４０に進んで燃料噴射量Ｔout を零
とし、Ｓ１４２に進んでＳ１２６と同様にオブザーバ
（行列演算）の推定値を所定の値に固定し、Ｓ１４４に
進んでＳ１２８と同様に気筒毎フィードバック補正項＃
ｎＫＬＡＦを停止直前の値とする（これは学習値であっ
ても良い）。尚、Ｓ１４２でオブザーバ（行列演算）推
定値を所定の値に固定するのは、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。

【００８０】この実施例は上記の如く構成したので、オ
ブザーバの収束状況（推定精度）を簡易に判定すること
ができ、推定値の信頼性が低い際に、誤った推定値によ
る制御を行って却って制御性を悪化させることがない。

【００８１】そしてオブザーバの収束状況が低下した場
合には、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、気筒毎
フィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦは停止直前に演算さ
れた値を用いるようにしたため、気筒間の空燃比のバラ
ツキがかなりの程度まで吸収され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
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、リーンバーン制御を精度
良く実現することができる。

【００８２】図１５はこの発明の第２実施例を示す、フ
ロー・チャートの部分図である。第１実施例と相違する
点に焦点をおいて説明すると、図３のＳ１１４に相当す
るＳ１１４ａにおいて差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）の移動平均値
Ｅ．ＨＡＴmov （ｋ）を求めて所定値と比較するように
した。

【００８３】これにより、例えば一過性の原因から差
Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）が増加したときなども収束状況低下と
判定することがなく、その結果、実際の運転状態により
マッチしてオブザーバの収束状況を判定することができ
る。残余の構成および効果は、第１実施例と異ならな
い。尚、移動平均を用いたが、移動加重平均、加重平均
などを用いても良い。

【００８４】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３のＳ１１４に相当す
るステップの後にＳ１１４ｂ，Ｓ１１４ｃ，Ｓ１１４ｄ
を追加し、差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）が所定値を超える回数を
カウントし、カウント値が第２の所定値ＣＮＴＲＥＦ、
例えば３回を超えるときオブザーバ収束状況低下と判断
し、カウント値を０にリセットした後、Ｓ１２６に進む
ようにした。

【００８５】これにより、第２実施例と同様に、例えば
一過性の原因から差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）が増加したときな
ど収束状況低下と判定することがなく、その結果より実
際の運転状態によりマッチしてオブザーバの収束状況を
判定することができる。残余の構成および効果は、第１
実施例と異ならない。

【００８６】尚、上記において、気筒毎の空燃比の推定
動作とそれに基づく空燃比フィードバック制御動作とを
併せて示したが、この発明の要旨は第１の目的に限って
は気筒毎の空燃比の推定動作、より正確には気筒毎の空
燃比を推定するオブザーバの収束状況の判定にあり、空
燃比フィードバック制御動作を必須とするものではな
い。

【００８７】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センサを用いる場合にも妥当する。

【００８８】

【発明の効果】請求項１項にあっては、オブザーバの収
束状況を簡易かつ正確に判定することができる。

【００８９】請求項２項にあっては、オブザーバの収束
状況を簡易かつ正確に判定することができると共に、そ
れに応じてフィードバック補正項の変更を停止すること
ができて制御値を誤ることがない。

【００９０】請求項３項にあっては、一層容易かつ正確
にオブザーバの収束状況を判定することができる。

【００９１】請求項４項にあっては、簡易かつ正確にオ
ブザーバの収束状況を判定することができる。特に平均
値を用いるときは、一過性の原因によって収束状況が低
下したときは収束状況の低下と判定しないので、実際の
運転状態に良くマッチした空燃比推定、ないしはそれに
基づく空燃比フィードバック制御を行うことができる。

【００９２】請求項５項にあっては、一過性の原因によ
って収束状況が低下したときは収束状況の低下と判定し
ないので、実際の運転状態に良くマッチした空燃比推
定、ないしはそれに基づく空燃比フィードバック制御を
行うことができる。

【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】この発明で前提とする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】この発明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】この発明で併用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１５】この発明の第２実施例を示す図３フロー・チ
ャートの部分図である。

【図１６】この発明の第３実施例を示す図３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．前記排気系の挙動を、各気筒空燃比を入力Ｕ（ｋ）
とし、集合部空燃比を出力Ｙ（ｋ）とする状態方程式で
同定し、入力Ｕ（ｋ）を所定の値としてオブザーバを構
築して前記出力Ｙ（ｋ）を入力とし、各気筒空燃比を状
態変数Ｘとして状態方程式からＸハット（ｋ）にて推定
する手段、を備えると共に、ｂ．推定された状態変数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハッ
ト（ｋ）を算出し、前記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザ
ーバの収束状況を判定する判定手段、を備えたことを特
徴とする内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
【請求項２】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．前記排気系の挙動を、各気筒空燃比を入力Ｕ（ｋ）
とし、集合部空燃比を出力Ｙ（ｋ）とする状態方程式で
同定し、入力Ｕ（ｋ）を所定の値としてオブザーバを構
築して前記出力Ｙ（ｋ）を入力とし、各気筒空燃比を状
態変数Ｘとして状態方程式からＸハット（ｋ）にて推定
する推定手段、およびｂ．推定された各気筒空燃比に基づいて燃料噴射量を操
作量として空燃比をフィードバック制御するフィードバ
ック制御手段、を備えると共に、ｃ．推定された状態変数Ｘハット（ｋ）から値ＣＸハッ
ト（ｋ）を算出し、前記出力Ｙ（ｋ）と比較してオブザ
ーバの収束状況を判定する判定手段、を備え、前記フィ
ードバック制御手段は、判定されたオブザーバの収束状
況に応じてフィードバック補正項の変更を停止すること
を特徴とする内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
【請求項３】前記出力Ｙ（ｋ）として前記空燃比セン
サの出力を用いることを特徴とする請求項１項または２
項記載の内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
【請求項４】前記判定手段は、値ＣＸハット（ｋ）と
出力Ｙ（ｋ）の差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）およびその平均値の
いずれか求め、所定値と比較してオブザーバの収束状況
を判定することを特徴とする請求項１項ないし３項のい
ずれかに記載の内燃機関の気筒別空燃比推定装置。
【請求項５】前記判定手段は、値ＣＸハット（ｋ）と
出力Ｙ（ｋ）の差Ｅ．ＨＡＴ（ｋ）およびその平均値の
いずれかを求め、第１の所定値と比較してそれを超えた
回数をカウントし、カウント値を第２の所定値と比較し
てオブザーバの収束状況を判定することを特徴とする請
求項１項ないし３項のいずれかに記載の内燃機関の気筒
別空燃比推定装置。