JPH10205378A - エンジン制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正確に目標値に沿った制御を達成することが
できるエンジン制御方法を提供すること。 【解決手段】 本発明に係るエンジン制御方式は、吸気
管内の空気の挙動をモデル化すると共に、燃料噴射装置
から噴射される燃料の挙動をモデル化し、前記モデルか
ら得られる推定空気量と推定燃料量とから推定空燃比を
求めるエンジンの順モデルを構成し、前記推定空燃比を
フィードバックし、該推定空燃比と所定の目標空燃比と
に基づいて燃料噴射装置の操作量を算出するエンジンの
逆モデルを構成している。前記目標空燃比は、エンジン
の運転状態に適合した変動量で変動させている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆モデルを用いて
所定の目標値に沿って空燃比を制御するエンジン制御方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、目標値を所定の変動量で変動
させながら、該目標値に沿ってエンジンの空燃比を制御
することは行われている。この従来のエンジン制御方式
では、エンジンの様々な運転状態に適合した空燃比に関
する動作パラメータの操作量を記憶したマップを用いて
前記動作パラメータの基本操作量を決定すると共に、前
記目標値を、エンジンの運転状態に適合した変動量で変
動させ、この目標値に沿って前記基本操作量を補正的に
変動させることにより空燃比を制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
のエンジン制御方式では、空燃比に関する動作パラメー
タの基本操作量をマップを用いて決定しているため、例
えば、目標値を滑らかに変動させても、最終的な操作量
はステップ的な変動しか得られず、その結果、制御量と
しての空燃比もステップ的に変化するので、ステップ的
なトルク変動が生じ、運転領域によっては運転者に不快
なフィーリングを与える可能性があるという問題があ
る。そしてなにより、上記したように、目標値の変動パ
ターンと制御量の変動パターンが正確に一致しないとい
うことは、精度の高い制御が達成できないため、これを
改善することが望まれている。本発明は、上記した従来
の問題点を解決し、正確に目標値に沿った制御を達成す
ることができるエンジン制御方法を提供することを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の請求項１に係るエンジン制御方式は、
空燃比に関するエンジンの順モデルを制御系を用いて構
成し、前記順モデルで得られる仮想空燃比をフィードバ
ックし、該仮想空燃比と所定の目標空燃比とに基づいて
エンジンの空燃比に関する動作パラメータの操作量を算
出するエンジンの逆モデルを構成すると共に、前記目標
空燃比をエンジンの運転状態に適合した変動量で変動さ
せることを特徴とするものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示した一実施例
を参照して、本発明に係るエンジン制御方式の実施の形
態について説明する。図１は、エンジン１と本発明に係
るエンジン制御方式を実行可能な制御装置１０との関係
を示す概略図である。エンジン１は、吸気管２に設けら
れたエアクリーナ３及び燃料噴射装置４を介してシリン
ダ５の燃焼室内に混合気を導入し、燃焼後の排気ガスを
排気管６を介して大気中に排気する４サイクルエンジン
であり、本図では吸気バルブや排気バルブ等の他の構成
部材については省略されている。尚、図１中、符号７は
クランクケースを、また、符号８はスロットルバルブを
各々示している。前記排気管６の下流には三元触媒９が
設けられている。この三元触媒９は、酸化と還元とを交
互に繰り返すことによりエンジン１からの排気ガス中の
ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分と反応して、これらの成分
を浄化する。制御装置１０は、前記三元触媒９の浄化反
応を活性化させるように、燃料噴射装置４からの燃料噴
射量を操作して排気ガス中の空燃比の値を制御するもの
である。この制御装置１０は、図１に示すように、スロ
ットルバルブ８に設けられたスロットル開度検知手段１
２から得られるスロットル開度に関する情報αと、クラ
ンクケース７に設けられたクランク角検知手段１３から
得られるクランク角に関する情報ｒと、吸気管２に設け
られた吸気管壁温検知手段１４から得られる吸気管壁温
に関する情報ｔｗとを入力し、これらの入力情報に基づ
いて、吸気管２に設けられた燃料噴射装置４の操作量Ｍ
ｆ（即ち、燃料噴射量）を決定して出力すると共に、排
気管６に設けられた酸素センサ１５から得られる実際の
空燃比に関する情報Ｅを、必要に応じて入力して、この
情報に基づく補正及び学習を行い常時最適な制御が行え
るように構成されている。

【０００６】図２は、制御装置１０の構成を示す概略ブ
ロック図である。制御装置１０は、モデルベース制御部
２０、目標空燃比算出部３０、エンジン回転数演算部４
０、変換部５０、及びフィードバック制御部６０を備
え、三元触媒９の浄化反応を活性化させるように燃料噴
射装置４からの燃料噴射量を操作して排気ガス中の空燃
比の値を制御する通常制御モード又は、モデルベース制
御部２０のエンジンモデルと実際のエンジン１との間の
ずれを補正するフィードバック補正モードの何れかのモ
ードで作動する。モデルベース制御部２０は、エンジン
回転数演算部４０で算出されたエンジン回転数ｎ、及び
スロットル開度α、吸気管壁温Ｔ、及び目標空燃比算出
部３０で算出された目標空燃比Ｅｐを入力し、これらの
情報に基づいて燃料噴射装置の基本操作量Ｍｆｎを決定
し、変換部５０で、前記基本操作量Ｍｆｎをエンジン１
の燃料噴射サイクルに変換して操作量Ｍｆとして制御装
置１０から出力する。目標空燃比算出部３０は、エンジ
ン回転数ｎ、スロットル開度α、及びクランク角ｒを入
力し、これらの情報に基づいて目標空燃比Ｅｐを決定し
てモデルベース制御部２０に出力する。フィードバック
制御部６０は、実際の空燃比に関する情報Ｅと目標空燃
比Ｅｐとを入力し、これらの比較結果に基づいてフィー
ドバック補正信号ＦＢａを決定してモデルベース制御部
２０に出力し、モデルベース制御部２０における誤差を
補正するもので、制御装置１０がフィードバック補正モ
ードに入れられた時のみ機能する。

【０００７】（モデルベース制御部について）以下、図
３〜図５を参照してモデルベース制御部２０の構成につ
いて説明する。図３は、図２におけるモデルベース制御
部２０の構成を示す概略ブロック図である。モデルベー
ス制御部２０は、吸気管２内の空気の挙動をモデル化し
た空気系順モデル２１、燃料噴射装置４から噴射される
燃料の挙動をモデル化した燃料系順モデル２２、及び各
順モデル２１及び２２から出力される推定空気量Ａｖ及
び推定燃料量Ｆｖに基づいて推定空燃比Ｅｖを算出する
推定空燃比演算部２３を備えている。また、モデルベー
ス制御部２０は、推定空燃比演算部２３から出力される
推定空燃比Ｅｖを基本操作量演算部２４にフィードバッ
クするフィードバックループを備えている。前記基本操
作量演算部２４は、推定空燃比演算部２３から出力され
る推定空燃比Ｅｖと、目標空燃比算出部３０から出力さ
れる目標空燃比Ｅｐとを入力してエンジン１の燃料噴射
装置４に対する基本操作量Ｍｆｎ（基本燃料噴射量）を
算出する。この基本操作量Ｍｆｎは、モデルベース制御
部２０から出力されると共に燃料系順モデル２２にも入
力され、燃料系順モデル２２は前記基本操作量Ｍｆｎに
基づいて推定燃料量Ｆｖを求める。上記したように、モ
デルベース制御部２０では、空気系順モデル２１、燃料
系順モデル２２、及び推定空燃比演算部２３によりエン
ジン１の順モデルを構成し、かつ、前記燃料系順モデル
２２、推定空燃比演算部２３、及び基本操作量演算部２
４を含むフィードバックループを用いて前記エンジン１
の順モデルから出力される推定空燃比Ｅｖをフィードバ
ックして基本操作量Ｍｆｎを出力するエンジンの逆モデ
ルを構成している。

【０００８】（燃料系順モデルについて）図４は、前記
燃料系順モデル２２の構成を示す概略ブロック図であ
る。この燃料系順モデル２２は、前述したように燃料噴
射装置４から噴射された燃料の挙動をモデル化したもの
である。この燃料系順モデル２２は、非付着燃料演算部
２２ａ、付着燃料演算部２２ｂ、一次遅れ部２２ｃ，２
２ｄ、燃料付着率推定部２２ｅ、及び蒸発時定数推定部
２２ｆを備え、前記基本操作量演算部２４から入力され
る基本操作量Ｍｆｎ（基本燃料噴射量）から、実際にシ
リンダ８内に入る燃料量を推定する。前記燃料付着率推
定部２２ｅは、エンジン回転数ｎ及びスロットル開度α
と燃料付着率ｘとの関係を予め学習させたファジーニュ
ーラル回路網、ニューラル回路網、又はＣＭＡＣ等を用
いて燃料付着率ｘをモデル化したものであり、エンジン
回転数ｎ及びスロットル開度αを入力し、これらの情報
に基づいて、燃料噴射装置４から噴射された燃料が吸気
管２等の壁面に付着する割合ｘ（以下、燃料付着率ｘ）
を推定する。尚、この燃料付着率推定部２２ｅは、図示
していないが、必要に応じて、エンジンの運転状態が過
渡状態にある時に実際の空燃比Ｅと目標空燃比Ｅｐとの
比較結果に基づく教師データを入力して、経時変化等が
原因で生じる燃料系順モデルの誤差を補正し、学習でき
るように構成され得る。また、前記蒸発時定数推定部２
２ｆは、エンジン回転数ｎ、スロットル開度α、及び吸
気管壁温Ｔｅ（又はエンジン水温）と蒸発時定数τとの
関係を予め学習させたファジーニューラル回路網、ニュ
ーラル回路網、又はＣＭＡＣ等を用いて蒸発時定数τを
モデル化したものであり、エンジン回転数ｎ、スロット
ル開度α、及び吸気管壁温Ｔｅ（又はエンジン水温）を
入力し、これらの情報に基づいて、壁面に付着した燃料
が蒸発する時定数τ（以下、蒸発時定数τ）を推定す
る。尚、この蒸発時定数推定部２２ｆも、前記燃料付着
率推定部２２ｅと同様、図示していないが、必要に応じ
て、エンジンの運転状態が過渡状態にある時に実際の空
燃比Ｅと目標空燃比Ｅｐとの比較結果に基づく教師デー
タを入力して、経時変化等が原因で生じる燃料系順モデ
ルの誤差を補正し、学習できるように構成され得る。上
記した燃料付着率推定部２２ｅ及び蒸発時定数推定部２
２ｆについては、本願出願人が平成８年１０月１４日に
出願した特願平８−２７１１８８号により詳細に開示さ
れている。非付着燃料演算部２２ａは、前記燃料付着率
推定部２２ｅから得られる燃料付着率ｘに基づいて、基
本操作量演算部２４から入力される基本操作量Ｍｆｎ
（即ち、基本燃料噴射量）における燃料噴射装置４から
直接シリンダ５の燃焼室内に入る燃料量を算出する。付
着燃料演算部２２ｂは、前記燃料付着率推定部２２ｅか
ら得られる燃料付着率ｘに基づいて、基本操作量演算部
２４から入力される基本操作量Ｍｆｎ（基本燃料噴射
量）において一度壁面に付着した後でシリンダ５内に入
る燃料量を算出する。前記非付着燃料演算部２２ａ及び
付着燃料演算部２２ｂから得られる燃料量は、各々一次
遅れ部２２ｃ，２２ｄで、蒸発時定数演算部２２ｆから
得られる蒸発時定数τ１，τ２に基づいて一次遅れ系に
て近似された後、加算され、推定燃料量Ｆｖとして燃料
系順モデル２２から出力される。尚、通常、エンジン１
における燃料噴射装置４から噴射された燃料の挙動をモ
デル化する場合、噴射燃料が燃料噴射装置４からシリン
ダ５内に入るまでの無駄時間を考慮して、図４に破線で
示すように無駄時間分だけ位相を遅らせる無駄時間用位
相遅れ部２２ｇを設ける必要があるが、本実施例におけ
る燃料系順モデル２２では、前記無駄時間分だけ燃料系
順モデルの位相を進ませることで無駄時間用位相遅れ部
２２ｇを設ける必要をなくしている。これにより、燃料
系順モデル２２は単純な一次遅れ系になるので、燃料系
順モデル２２の出力を用いてフィードバック制御を行う
場合に、フィードバックゲインを大きくすることが可能
になり、過渡時にも適正な基本操作量が得られる正確な
逆モデルを構成している。

【０００９】（空気系順モデルについて）図５は、前記
空気系順モデル２１の構成を示す概略ブロック図であ
る。この空気系順モデル２１は、スロットル開度用位相
進み部２１ａ、空気量演算部２１ｂ、圧力変換部２１
ｃ、吸気負圧演算部２１ｄ、体積効率推定部２１ｅ、及
びエンジン回転数用位相進み部２１ｆを備えている。

【００１０】（各位相進み部２１ａ及び２１ｆについ
て）前記スロットル開度用位相進み部２１ａ及びエンジ
ン回転数用位相進み部２１ｆは、前記燃料系順モデル２
２において、取り除いた無駄時間（即ち、噴射燃料が燃
料噴射装置４から噴射された後、シリンダ５内に入るま
での時間）分だけ入力されるスロットル開度α及びエン
ジン回転数ｎの位相を進める。具体的には、各位相進み
部２１ａ及び２１ｆは、時刻に対するエンジン回転数又
はスロットル開度の変化パターンを予め学習したニュー
ラル回路網を各々備えており、このニューラル回路網に
より、過去の複数の時刻におけるエンジン回転数又はス
ロットル開度に基づいてエンジン回転数又はスロットル
開度の未来値を求めることにより、位相を進める。この
ように、空気系順モデル２１において、スロットル開度
及びエンジン回転数の位相を無駄時間分だけ進めること
により、燃料系順モデル２２及び空気系順モデル２１の
両方の位相を無駄時間分だけ進めることになり、燃料系
順モデル２２で無駄時間を取り除いたことによる推定燃
料量Ｆｖと推定空気量Ａｖとの位相のずれがなくなり、
推定空燃比演算部２３で適正な推定空燃比を推定するこ
とが可能になる。また、例えば、筒内噴射式のエンジン
のように、噴射燃料が燃料噴射装置からシリンダ内に入
るまでの無駄時間が存在しないものや、前記無駄時間が
無視できる程小さいものの場合には、噴射燃料の挙動を
モデル化する時に、始めから無駄時間用位相遅れ部を設
ける必要がないので、空気系順モデル２１における各位
相進み部２１ａ及び２１ｆも設ける必要はない。尚、各
位相の進め方はニューラル回路網を用いる方法に限られ
ず任意の方法でよく、例えば、最小二乗法等を用いても
よい。

【００１１】空気量Ａｖ及び吸気負圧Ｐｍａｎの演算部
２１ｂ、２１ｄは流体力学的な数式（１），（２）での
モデル化を行う。 ここで、Ｍａは吸入空気量、Ｃｔはスロットルでの流量
計数、Ｄはスロットルの直径、Ｐａｍｂは大気圧、ｋは
空気の比熱、Ｔａｍｂは大気温、Ｒは気体定数、Ｍａｏ
は補正計数、Ｔｍａｎは吸気管温度、Ｖは吸気管体積、
β１はスロットル開度に依存する計数、β２は吸気管圧
力に依存する計数である。また、体積効率ηに関しては
数式によるモデル化が困難なため、体積効率推定部２１
ｅは、エンジン回転数信号ｎ及びスロットル開度αと体
積効率ηとの関係を予め学習させたファジーニューラル
回路網（又はニューラル回路網、ＣＭＡＣ等）によるモ
デル化を行う。尚、体積効率推定部２１ｅからの出力
は、制御装置１０がフィードバック補正モードにある時
に、前記フィードバック制御部３０からのフィードバッ
ク補正信号ＦＢａにより補正され、体積効率推定部２１
ｅは、補正後の体積効率ηを教師データとして学習可能
に構成されている。

【００１２】（目標空燃比算出部３０について）図６は
目標空燃比算出部３０の構成を示す概略ブロック図であ
る。目標空燃比算出部３０は、基本変動量算出部３１、
変動制限部３２、及び波形作成部３３を備えている。

【００１３】（基本変動量算出部について）前記基本変
動量算出部３１は、エンジン回転数ｎ及びスロットル開
度αと、目標空燃比を理論空燃比（１４．７）を中心値
としてエンジンの動作特性に影響を及ぼさない範囲で変
動させるための目標周期Ｔｐ及び目標振幅Ａｐとの関係
を予め学習させたニューラル回路網（図７参照）から成
り、エンジン回転数ｎ及びスロットル開度αを入力し、
それらの条件において、エンジンの動作特性に影響を及
ぼさない範囲の周期及び振幅を求めて出力する。

【００１４】（変動制限部について）変動制限部３１
は、変動許容値決定部３１ａ、回転変動検出部３１ｂ、
比較部３１ｃ、及び補正値算出部３１ｄから成り、実際
に目標空燃比算出部３０から出力される目標空燃比Ｅｐ
の変動量（振動Ｔｐ及び振幅Ａｐ）が運転者のフィーリ
ングに及ぼす影響度を、運転者のフィーリングに影響を
及ぼしやすいファクタであるトルク変動、即ち、エンジ
ンの回転変動に基づいて判断し、実際に出力されている
目標空燃比Ｅｐが運転者に不快なフィーリングを与えな
いように、その振幅Ａｐ及び周期Ｔｐを補正する。以下
に、変動制限部３１の各部の具体的な処理について説明
する。回転変動検出部３１ｂは、図８に示すように、角
速度検出部、角加速度検出部、角加速度平均値算出部、
及び偏差累積加算部から成り、角加速度検出部で、クラ
ンク角検出手段１３から得られるエンジン１が膨張行程
にある時の所定の２点のクランク角信号ｒをフィードバ
ック情報として入力して、このクランク角信号ｒに基づ
いて、各サイクル毎に前記２点のクランク角間の角速度
ｖを演算し、さらに、角加速度検出部で、前記２点のク
ランク角間の角速度（ｖ１及びｖ２）から角加速度（ａ
ｃｃ）を演算する。この角加速度の演算を繰り返す毎、
即ち、各サイクル毎に、角加速度平均値算出部で、角加
速度の平均値（ａｃｃ＿ａｖｅ）を求め、その時の角加
速度（ａｃｃ）と角加速度平均値（ａｃｃ＿ａｖｅ）と
の差の絶対値を角加速度変動値（ｆ１）とし、当該角加
速度変動値（ｆ１）を燃焼悪化指数（ｐｎｔ）として偏
差累積加算部で次々に累積加算する。そして、上記した
処理を１００サイクル分繰り返して得た燃焼悪化指数
（ｐｎｔ）を回転変動として出力する。一方、変動許容
値決定部３１ａは、エンジン１のエンジン回転数及びス
ロットル開度に対応した、運転者に不快なフィーリング
を与えない回転変動の許容値（ｌｉｍ）を予め実験等に
より求めてマップや数式等の形式で記憶しており、エン
ジン回転数信号ｎ及びスロットル開度信号αを入力し
て、その時の回転変動の許容値（ｌｉｍ）を出力する。
比較部３１ｃでは、前記回転変動検出部３１ｂから得ら
れる実際の回転変動（ｐｎｔ）と、変動許容値決定部３
１ａから得られる変動許容値（ｌｉｍ）とを比較し、そ
の比較結果を補正値算出部３１ｄに出力する。補正値演
算部３１ｄは、実際の回転変動（ｐｎｔ）が変動許容値
（ｌｉｍ）より大きい場合には、現在の目標空燃比Ｅｐ
の周期Ｔｐ及び振幅Ａｐは、運転者に不快なフィーリン
グを与えるものであると判断して、周期Ｔｐ及び振幅Ａ
ｐがその時の変動許容値（ｌｉｍ）の範囲内に入るよう
に、制限的補正信号Ｌａを決定して出力し、また、実際
の目標回転変動（ｐｎｔ）が変動許容値（ｌｉｍ）より
小さい場合には、現在の目標空燃比Ｅｐの周期Ｔｐ及び
振幅Ａｐは、運転者のフィーリングに影響を与えるもの
ではないと判断して前記補正信号Ｌａをゼロにする。図
９は上記した変動制限部３１の一連の処理を示すフロー
チャートである。

【００１５】（波形作成部について）波形作成部３３
は、基本変動量算出部３１から出力される周期Ｔｐ及び
振幅Ａｐに、変動制限部３２から出力される補正信号Ｌ
ａを加算した補正後の周期及び振幅に基づいて、中心値
を理論空燃比（１４．７）として変動する波形を有する
目標空燃比Ｅｐを求めて出力する。

【００１６】（基本変動量算出部の学習について）尚、
前記基本変動量算出部３１を構成するニューラル回路網
は、変動制限部３２から出力される補正信号Ｌａを加算
した補正後の周期及び振幅を教師データとして、その時
のエンジン回転数及びスロットル開度に対応させて学習
を行う。これにより、学習後の制御では、基本変動量算
出部３１が、その時々のエンジンの経時変化等に追従し
て改善され、運転者に不快なフィーリングを与ない範囲
で三元触媒を最も活性化できる周期Ｔｐ及び振幅Ａｐを
出力するようになる。このように、運転者のフィーリン
グに影響を及ぼし易いファクタである回転変動をフィー
ドバックして、この回転変動が許容値の範囲内に収まる
ように補正を加えながら目標空燃比の変動の振幅Ａｐ及
び周期Ｔｐを制御することにより、運転者に不快なフィ
ーリングを与えない範囲で最大限に目標空燃比を変動さ
せることが可能になり、三元触媒を、エンジン運転状態
のその時々で最大に活性化させることが可能になり、ま
た、補正後の変動量を教師データとして学習していくこ
とにより経時変化にも対応できるようになる。

【００１７】（フィードバック制御部６０について）次
に、フィードバック制御部６０を用いたフィードバック
補正モードについて説明する。上記した制御装置１０
は、図１０（ａ）に示すように、エンジンの運転状態が
所定以上変化した場合、例えば、スロットル開度が所定
の変化率以上で変化した場合、通常の制御からフィード
バック補正モードに切り替わる。このフィードバック補
正モードは、モデルベース制御部２０におけるエンジン
の順モデルと実際のエンジンとの間にずれがあるか否か
を判断し、ずれがある場合に、前記順モデルの補正を行
うモードであり、この間は、図１１に示すように、目標
空燃比算出部３０、モデルベース制御部、及びフィード
バック制御部６０の各出力Ｅｐ，Ｍｆｎ，ＦＢａの波形
は通常制御時と変えられる。目標空燃比算出部３０は、
フィードバック補正モードに入ると目標空燃比Ｅｐを変
動させるのを停止し、一定値、即ち、理論空燃比（１
４．７）をモデルベース制御部２０とフィードバック制
御部６０に出力する。これにより、モデルベース制御部
２０は、前記した変動していない目標値Ｅｐに基づいて
基本操作量Ｍｆｎを出力するようになる。フィードバッ
ク制御部６０は、理論空燃比を目標値Ｅｐとして制御さ
れるエンジン１の実際の空燃比を排気管６に設けられた
酸素センサ１５を用いてフィードバックし、この酸素セ
ンサ１５から得られる実際の空燃比がリッチか、又はリ
ーンかという情報Ｅを、目標空燃比算出部３０から入力
される目標空燃比Ｅｐと比較し、この比較結果に基づい
て、例えば、酸素センサ１５から得られる情報Ｅがリッ
チの場合には、燃料噴射量が少なくなるようにモデルベ
ース制御部２０の順モデルを補正する補正信号ＦＢａを
決定して出力し、また、酸素センサ１５から得られる情
報Ｅがリーンの場合には、燃料噴射量が多くなるように
モデルベース制御部２０の順モデルを補正する補正信号
ＦＢａを決定して出力する（図２参照）。前記フィード
バック制御部６０から出力される補正信号ＦＢａは、具
体的には、モデルベース制御部２０における空気系順モ
デル２１の体積効率ηを補正するもので、図３に示すよ
うに空気系順モデル２１に入力され、図５に示すように
体積効率推定部２１ｅからの出力に補正値として加算さ
れる。また、前記フィードバック制御部６０では、フィ
ードバック補正モード中に、燃料噴射量がステップ的に
変化しないように、酸素センサ１５からの出力がリッチ
の場合には徐々に燃料噴射量を減らすように、また、酸
素センサ１５からの出力がリーンの場合には徐々に燃料
噴射量を増やすように補正信号ＦＢａを決定する。従
来、酸素センサを用いてフィードバック制御を行う場
合、図１２（ａ）に示すように酸素センサの出力に従っ
て燃料噴射量をステップ的に変化させていたのでフィー
ドバック制御中に急激なトルク変化が生じていたが、本
実施例のように燃料噴射量がステップ的に変化しないよ
うにフィードバック制御部６０で補正信号ＦＢａを決定
することによりフィードバック補正モード中のトルク変
動を抑えることができる（図１２（ｂ）参照）。このフ
ィードバック補正モードは、モデルベース制御部２０に
おけるエンジンの順モデルと実際のエンジン１との間の
ずれが無くなるまで、即ち、モデルベース制御部２０の
出力及びフィードバック制御部６０の出力Ｍｆｎ，ＦＢ
ａが図１１に示すように理論空燃比を挟んでリッチとリ
ーンとに周期的に振動し始めるまで行われる。また、空
気系順モデル２１は、このフィードバック補正モード中
に得られた体積効率を教師データとして学習を繰り返
し、これにより、学習後は、エンジンの順モデルと実際
のエンジンとの間のずれがなくなる。従来は、酸素セン
サ１５を用いてフィードバック制御を行う場合、図１０
（ｂ）に示すように、エンジンの運転状態が所定の条件
を満たしている間の全域に渡って行われていたが、本実
施例のようにエンジンの運転状態が変化した後、エンジ
ンの順モデルと実際のエンジンとの間のずれがなくなる
まで行うように制御することにより、フィードバック補
正モードの時間が従来のフィードバック制御の時間より
短縮することができ、酸素センサを用いたフィードバッ
ク制御によるトルクの変動を最小限に抑えることがで
き、また、フィードバック補正モードの時間を短くする
ことにより、空燃比を三元触媒に合わせて変動できる時
間をより長く確保することが可能になる。

【００１８】（実施例効果）以上説明した実施例によれ
ば、運転者のフィーリングに与える影響度を回転変動を
用いて判断し、その判断結果に基づいて目標空燃比の変
動量を制限しているので、目標空燃比を変動させること
により運転者のフィーリングに悪い影響を与えることが
なく、また、これにより、運転者のフィーリングに悪い
影響を与えない範囲内で最大限に空燃費を変動させるこ
とができるようになるので三元触媒をその時々で最も活
性化させることも可能になる。また、上記した実施例で
は、空燃比を所定の周期と振幅で変動させているので、
空燃比の変動がステップ的な変化を含まず、急激なトル
ク変化を生じさせることがない。さらに、本実施例によ
れば、基本操作量Ｍｆｎを、エンジンのモデルを用いた
モデルベース制御部２０で求めているので、基本操作量
Ｍｆｎを目標空燃比Ｅｐに沿って滑らかに変動させるこ
とが可能になり、マップ等を用いて基本操作量を求める
場合に比べて制御の精度が高くできるという効果を奏す
る。

【００１９】（その他）以上説明した本実施例において
は、目標値の変動が運転者のフィーリングへ与える影響
度を、エンジンの回転変動に基づいて判断しているが、
前記影響度を判断するためのファクタは本実施例に限定
されることなく、運転者のフィーリングを判断し得るフ
ァクタであれば任意のファクタでよく、例えば、ヘルメ
ットやグローブ等の運転者の装備品、又は車両における
アクセル等の運転者と接触する部分に運転者自身の体
温、発汗状態、脈拍等の生理状態を検知するセンサ等を
設けて、運転者の生理状態から直接運転者のフィーリン
グを判断するように構成してもよく、或いは、回転変動
以外の車両又はエンジンの動作状態から運転者のフィー
リングを判断するように構成してもよい。また、本実施
例では、吸気管２に燃料噴射装置４が設けられた４サイ
クルエンジン１の空燃比を制御する例について説明して
いるが、制御すべきエンジンの形式は本実施例に限定さ
れることなく、例えば、２サイクルエンジンや筒内噴射
式のエンジン等、様々な形式のエンジンに適用できる。
また、本実施例では、エンジンの動作特性及び運転者の
フィーリングに与える影響度の許容範囲内で三元触媒を
最も活性化できる周期及び振幅で、空燃比を変動させる
ように制御しているが、空燃比を変動させる目的は本実
施例に限定されることなく、他の目的、例えば、燃費向
上等を目的として変動させてもよい。従って、本実施例
では、理論空燃比を境に空燃比を変動させているが、目
的が異なる場合は空燃比の変動の基本条件も、目的に合
わせて変更することができ、例えば、燃費向上を目的に
変動させる場合には空燃比をリーン限界の近くで、エン
ジンの運転に影響を及ぼさない範囲で変動され得る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明した本発明に係るエンジン制御
方式によれば、空燃比に関するエンジンの順モデルを制
御系を用いて構成し、前記順モデルで得られる仮想空燃
比をフィードバックし、該仮想空燃比と所定の目標空燃
比とに基づいてエンジンの空燃比に関する動作パラメー
タの操作量を算出するエンジンの逆モデルを構成すると
共に、前記目標空燃比をエンジンの運転状態に適合した
変動量で変動させるので、目標値に沿って動作パラメー
タの操作量を正確に変動させることが可能になり、より
精度の高い制御を実行することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 エンジン１と本発明に係るエンジン制御方式
を実行可能な制御装置１０との関係を示す概略図であ
る。

【図２】 制御装置１０の構成を示す概略ブロック図で
ある。

【図３】 図２におけるモデルベース制御部２０の構成
を示す概略ブロック図である。

【図４】 燃料系順モデル２２の構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図５】 空気系順モデル２１の構成を示す概略ブロッ
ク図である。

【図６】 目標空燃比算出部３０の構成を示す概略ブロ
ック図である。

【図７】 基本変動量算出部３０ａを構成するニューラ
ル回路網の概略構成図である。

【図８】 回転変動検出部３０ｅの構成を示す概略ブロ
ック図である。

【図９】 変動制限部３０ｂの一連の処理を示すフロー
チャートである。

【図１０】 （ａ）は制御装置１０におけるフィードバ
ック補正信号とエンジンのトルク変動の関係を示す図で
あり、（ｂ）は、酸素センサを用いた従来のフィードバ
ック制御におけるフィードバック補正信号とエンジンの
トルク変動との関係を示す図である。

【図１１】 目標空燃比Ｅｐ、フィードバック補正値ｆ
ａ、及び基本操作量Ｍｆｎの各々の通常制御時及びフィ
ードバック補正モード時の波形を示す図である。

【図１２】 （ａ）は酸素センサを用いた従来のフィー
ドバック制御における酸素センサの出力値、ＥＣＵの判
定信号、フィードバック補正信号、及びトルク変動の関
係を示す図であり、（ｂ）は制御装置１０におけるフィ
ードバック補正信号及びトルク変動を示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 吸気管 ３ エアクリーナ ４ 燃料噴射装置 ５ シリンダ ６ 排気管 ７ クランクケース ８ スロットルバルブ ９ 三元触媒 １０ 制御装置 １２ スロットル開度検知手段 １３ クランク角検知手段 １４ 吸気管壁温検知手段 １５ 酸素センサ ２０ モデルベース制御部 ２１ 空気系順モデル ２１ａ スロットル開度用位相進み部 ２１ｂ 空気量演算部 ２１ｃ 圧力変換部 ２１ｄ 吸気負圧演算部 ２１ｅ 体積効率推定部 ２１ｆ エンジン回転数用位相進み部 ２２ 燃料系順モデル ２２ａ 非付着燃料演算部 ２２ｂ 付着燃料演算部 ２２ｃ 一次遅れ部 ２２ｄ 一次遅れ部 ２２ｅ 燃料付着率推定部 ２２ｆ 蒸発時定数推定部 ２２ｇ 無駄時間用位相遅れ部 ２３ 推定空燃比演算部 ２４ 基本操作量演算部 ３０ 目標空燃比算出部 ３１ 基本変動量算出部 ３１ａ 変動許容値決定部 ３１ｂ 回転変動検出部 ３１ｃ 比較部 ３１ｄ 補正値算出部 ３２ 変動制限部 ３３ 波形作成部 ４０ エンジン回転数演算部 ５０ 変換部 ６０ フィードバック制御部 ｎ エンジン回転数 α スロットル開度 ｒ クランク角 ｔｗ 吸気管壁温 Ｍｆ （燃料噴射装置の）操作量 Ｍｆｎ 基本操作量 Ｅ 実際の空燃比に関する情報 Ｅｐ 目標空燃比 Ｅｖ 推定空燃比 Ｔｐ 目標周期 Ａｐ 目標振幅 ＦＢａ フィードバック補正信号 Ｌａ 制限補正信号 Ａｖ 推定空気量 Ｆｖ 推定燃料量 Ｐｍａｎ 吸気負圧 η 体積効率 Ｃｔ 流量計数 Ｄ スロットル直径 Ｐａｍｂ 大気圧 ｋ 空気の比熱 Ｔａｍｂ 大気温度 Ｒ 気体定数 Ｍａｏ 補正計数 Ｔｍａｎ 吸気管温度 Ｖ 吸気管体積 β１ スロットル開度に依存する計数 β２ 吸気管圧力に依存する計数

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 Ｗ 45/00 ３４０ 45/00 ３４０Ｃ Ｇ０５Ｂ 11/32 Ｇ０５Ｂ 11/32 Ｆ 13/02 13/02 Ｌ 13/04 13/04

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空燃比に関するエンジンの順モデルを制
   御系を用いて構成し、前記順モデルで得られる仮想空燃
   比をフィードバックし、該仮想空燃比と所定の目標空燃
   比とに基づいてエンジンの空燃比に関する動作パラメー
   タの操作量を算出するエンジンの逆モデルを構成すると
   共に、 前記目標空燃比をエンジンの運転状態に適合した変動量
   で変動させることを特徴とするエンジン制御方式。
2. 【請求項２】 前記順モデルを構成する制御系が学習可
   能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   エンジン制御方式。
3. 【請求項３】 前記学習可能な制御系がファジーニュー
   ラル回路網、ニューラル回路網、又はＣＭＡＣの少なく
   とも一つであることを特徴とする請求項２に記載のエン
   ジン制御方式。
4. 【請求項４】 目標空燃比の変動パターンがステップ的
   な変化を含まないことを特徴とする請求項１〜３の何れ
   か一項に記載のエンジン制御方式。
5. 【請求項５】 前記目標値の変動量を運転者のフィーリ
   ングへの影響度に基づいて制限することを特徴とする請
   求項１〜４の何れか一項に記載のエンジン制御方式。
6. 【請求項６】 前記目標値の変動を学習機能付きフィー
   ドフォワード制御で行うことを特徴とする請求項１〜５
   の何れか一項に記載のエンジン制御方式。
7. 【請求項７】 学習機能付きフィードフォワード制御
   を、ニューラル回路網、ファジーニューラル回路網、又
   はＣＭＡＣの何れか一つを用いて実行することを特徴と
   する請求項８に記載のエンジン制御方式。
8. 【請求項８】 目標値を所定の振幅及び周期でリッチ及
   びリーンに交互に変化させることにより目標値を変動さ
   せることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載
   のエンジン制御方式。
9. 【請求項９】 前記振幅及び周期の少なくとも一つを運
   転者のフィーリングへの影響度に基づいて制限すること
   を特徴とする請求項８に記載のエンジン制御方式。
10. 【請求項１０】 前記運転者のフィーリングへの影響度
    をトルク変動に基づいて判断することを特徴とする請求
    項５〜９の何れか一項に記載のエンジン制御方式。
11. 【請求項１１】 前記トルク変動を、クランク角の回転
    変動を用いて検出することを特徴とする請求項１０に記
    載のエンジン制御方式。