JPH1054277A

JPH1054277A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH1054277A
Application number: JP8224610A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Kurokawa; 直洋黒川; Toru Kitamura; 徹北村; Norio Suzuki; 典男鈴木; Yutaka Yoshii; 裕吉井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-02-24
Anticipated expiration: 2016-08-08
Also published as: JP3683356B2; US5816230A

Abstract

(57)【要約】【課題】気筒別空燃比制御量の学習値の算出を適切に
行い、学習値使用時の空燃比制御性を改善することがで
きる空燃比制御装置を提供する。【解決手段】ＬＡＦ（空燃比）センサ１７に出力に基
づいて算出された検出当量比ＫＡＣＴと、オブザーバに
より推定された気筒別当量比ＫＡＣＴ＃Ｎとの偏差ＤＫ
ＡＣＴＯＢ＃Ｎを算出し（Ｓ４０２）、その偏差ＤＫＡ
ＣＴＯＢ＃Ｎの絶対値が所定偏差ＤＫＯＢＲＦＬＭより
大きいときは（Ｓ４０３）、学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔ
ｙｉの算出を行うことなく処理を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
制御装置に関し、特に現代制御理論に基づくオブザーバ
を応用したフィードバック制御により、機関に供給する
混合気の空燃比を気筒別にフィードバック制御する空燃
比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系集合部に設けられ、空
燃比に比例する出力を発生する空燃比センサの出力に基
づいて、気筒別の空燃比を推定するオブザーバを導入
し、推定した気筒別空燃比に応じて気筒間の空燃比のば
らつきをなくすように空燃比制御量を算出し、気筒別の
空燃比をフィードバック制御するようにした空燃比制御
装置において、上記フィードバック制御実行中に空燃比
制御量の学習値を算出し、空燃比センサが不活性状態の
ときに、その学習値を使用するようにしたものは、従来
より知られている（特開平８−２８３２８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
来の装置では、気筒別の空燃比フィードバック制御の開
始直後（例えばオープンループ制御を行う高負荷運転領
域からフィードバック制御領域に移行した直後など）、
あるいは機関の排気系に設けられた触媒コンバータの劣
化を検出するためのパータベーション（目標空燃比の強
制振動）実行中においても学習値が算出されるため、学
習値が望ましい値からずれてしまう場合があった。その
ため、空燃比センサの不活性時などに学習値を使用する
と、実際の空燃比が所望値からずれるという問題があっ
た。

【０００４】本発明はこの問題を解決するためになされ
たものであり、気筒別空燃比制御量の学習値の算出を適
切に行い、学習値使用時の空燃比制御性を改善すること
ができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記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検出手
段と、前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに基づ
いてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、前記
空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比を推
定する気筒別空燃比推定手段と、該推定した各気筒の空
燃比を目標値に収束させるように前記各気筒に供給する
混合気の空燃比をフィードバック制御するための気筒別
空燃比制御量を算出し、さらにその気筒別空燃比制御量
の学習値を算出する気筒別空燃比制御手段とを備える内
燃機関の空燃比制御装置において、前記気筒別空燃比制
御手段は、前記空燃比検出手段により検出された空燃比
と、前記推定された各気筒の空燃比との偏差が所定値よ
り大きいときは、前記学習値の算出を停止することを特
徴とする。

【０００６】本発明によれば、空燃比検出手段により検
出された空燃比と、推定された各気筒の空燃比との偏差
が所定値より大きいときは、学習値の算出が停止され
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【０００８】図１は本発明の実施の一形態にかかる内燃
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４気筒のエンジンであ
る。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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変化させること
ができるように構成されている。

【００１６】エンジン１は、吸気弁及び排気弁のうち少
なくとも吸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。

【００１７】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（図示せず）がＥ
ＣＵ５接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ
５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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】

【数１】ＴＯＵＴ＝ＴＩＭＦ×ＫＴＯＴＡＬ×ＫＣＭＤ
Ｍ×ＫＬＡＦ×ＫＯＢＳＶ＃Ｎ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
して本実施の形態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、本実施の形態ではエンジ
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。

【００２２】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。

【００２３】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、燃
料噴射量ＴＯＵＴが得られる。

【００２４】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，蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ
燃料量に応じて設定されるパージ補正係数ＫＰＵＧ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。

【００２５】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２２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に基
づいて目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正し、ブロックＢ１
８及びＢ２３に入力する。ブロックＢ２３は、ＫＣＭＤ
値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比係数ＫＣ
ＭＤＭを算出し、ブロックＢ３に入力する。

【００２６】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）、ブロックＢ１
１に入力するとともに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ＬＡＦ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。

【００２７】ブロックＢ１１は、いわゆるオブザーバと
しての機能を有し、ＬＡＦセンサ１７によって検出され
る集合部（各気筒から排出された排気ガスの混合ガス）
の空燃比に基づいて、各気筒毎の空燃比を推定し、４つ
の気筒に対応しているブロックＢ１２〜Ｂ１５及びブロ
ックＢ１９に入力する。図２においては、ブロックＢ１
２が気筒＃１に対応し、ブロックＢ１３が気筒＃２に対
応し、ブロックＢ１４が気筒＃３に対応し、ブロックＢ
１５が気筒＃４に対応する。ブロックＢ１２〜Ｂ１５
は、各気筒の空燃比（オブザーバブロックＢ１２が推定
した空燃比）が、集合部空燃比に一致するようにＰＩＤ
制御により気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ（Ｎ＝１〜
４）を算出し、それぞれブロックＢ５〜Ｂ８に入力す
る。

【００２８】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Ｂ４に入力する。

【００２９】以上のように本実施の形態では、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ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを上記数式１に適用するとと
もに、ＬＡＦセンサ出力に基づいて推定した各気筒の空
燃比に応じて設定される気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ
をさらに上記数式１に適用して、気筒毎の燃料噴射量Ｔ
ＯＵＴ（Ｎ）を算出している。気筒別補正係数ＫＯＢＳ
Ｖ＃Ｎにより気筒毎の空燃比のばらつきを解消して、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。

【００３０】本実施の形態では、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。

【００３１】図３は、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じて
ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ及び気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ
を算出する処理のフローチャートである。本処理はＴＤ
Ｃ信号パルスの発生毎に実行される。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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を「１．０」に設定するとともに、
ＰＩＤ制御の積分項ＫＬＡＦＩを「０」に設定する。次
いで後述する気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｉを
使用するレファレンスモードであるか否かを判別し（ス
テップＳ９）、レファレンスモードでないときは、気筒
別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを「１．０」に設定する（ス
テップＳ１１）一方、レファレンスモードであるとき
は、気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを気筒別補正係数学
習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉに設定して（ステップＳ１
０）、本処理を終了する。

【００３６】ここでレファレンスモードとされるのは、
例えばＬＡＦセンサが不活性状態にあり且つエンジン運
転状態が所定運転状態にあるとき（エンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定範囲内にあるとき）で
ある。また、気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔ
ｙｉ（ｉ＝１〜３）は、後述するように、吸気管内絶対
圧ＰＢＡに応じて設定された３つの運転領域毎に算出さ
れるので、ステップＳ１０においては、エンジン運転領
域を判定し、その運転領域に対応した気筒別補正係数学
習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉ（ｉ＝１〜３）を使用す
る。

【００３７】一方ステップＳ７でＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ
＝０のときは、気筒別空燃比補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ及
びＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦの演算を行って（ステップＳ
１２、Ｓ１３）、本処理を終了する。

【００３８】図４は、図３のステップＳ６におけるＬＡ
Ｆフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。

【００３９】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
くフィードバック制御を停止すべき旨を「１」で示すＫ
ＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に
設定する（ステップＳ１３２）。

【００４０】一方、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５の答が
すべて否定（ＮＯ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を実行可能と判定して、ＫＬＡＦ
リセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「０」に設定す
る（ステップＳ１３１）。

【００４１】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。

【００４２】次に図３のステップＳ９における気筒別補
正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの算出処理について説明する。

【００４３】最初にオブザーバによる気筒別空燃比の推
定手法について説明し、次に推定した気筒別空燃比に応
じた気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの算出手法を説明す
る。

【００４４】排気系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のときの値を数式２のように表した。なお、燃料量
（Ｆ）を操作量としたため、数式２では燃空比Ｆ／Ａを
用いている。

【００４５】

【数２】すなわち、集合部の燃空比は、気筒毎の過去の燃焼履歴
に重みＣ（例えば直前に燃焼した気筒は４０％、その前
が３０％、…など）を乗算したものの合計で表した。こ
のモデルをブロック線図で表すと、図５のようになり、
その状態方程式は数式３のようになる。

【００４６】

【数３】また、集合部の燃空比をｙ（ｋ）とおくと、出力方程式
は数式４のように表すことができる。

【００４７】

【数４】数式４において、ｕ（ｋ）は観測不可能であるため、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（すなわ
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、数式４は数式５のようになる。

【００４８】

【数５】このように設定したモデルが４気筒エンジンの排気系を
よくモデル化していることは実験的に確認されている。
従って、集合部Ａ／Ｆから気筒別空燃比を推定する問題
は、数式６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を数式７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は数式８のように
なる。

【００４９】

【数６】

【００５０】

【数７】

【００５１】

【数８】本実施形態のモデルでは、一般的なオブザーバの構成に
おける入力ｕ（ｋ）がないので、図６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
と数式９のようになる。

【００５２】

【数９】したがって、集合部燃空比ｙ（ｋ）及び過去の気筒別燃
空比の推定値Ｘハット（ｋ）から、今回の気筒別燃空比
の推定値Ｘハット（ｋ）を算出することができる。

【００５３】上記数式９を用いて気筒別燃空比Ｘハット
（ｋ＋１）を算出する場合、集合部燃空比ｙ（ｋ）とし
て、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が適用されるが、この検
出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）は、ＬＡＦセンサ１７の応答遅
れを含んでいるのに対し、ＣＸハット（ｋ）（４つの気
筒別燃空比の重み付け加算値）は、遅れを含んでいな
い。そのため、数式９を用いたのでは、ＬＡＦセンサ１
７の応答遅れの影響で、気筒別燃空比を正確に推定する
ことはできない。特にエンジン回転数ＮＥが高いとき
は、ＴＤＣ信号パルスの発生間隔が短くなるので応答遅
れの影響が大きくなる。

【００５４】そこで本実施形態では、数式１０により集
合部燃空比の推定値ｙハット（ｋ）を算出し、これを数
式１１に適用することにより、気筒別燃空比の推定値Ｘ
ハット（ｋ＋１）を算出するようにした。

【００５５】

【数１０】

【００５６】

【数１１】上記数式１０において、ＤＬはＬＡＦセンサ１７の応答
遅れの時定数に相当するパラメータであり、本実施形態
では図７に示すＤＬテーブルを用いて算出される。ＤＬ
テーブルは、ＤＬ値がエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内
絶対圧ＰＢＡに応じて０から１．０の間の値となるよう
に設定されている。同図において、ＰＢＡ１〜３はそれ
ぞれ例えば、６６０ｍｍＨｇ，４６０ｍｍＨｇ，２６０
ｍｍＨｇであり、適宜補間演算を行って、検出したエン
ジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた時定
数ＤＬの算出を行う。なお、時定数ＤＬの値は、実際の
応答遅れ時間に相当する値より２０％程度遅い時間に相
当する値が最適であることが実験的に確認されている。

【００５７】なお、数式１０及び１１において、Ｘハッ
ト（ｋ）の初期ベクトルは、例えば構成要素（ｘハット
（ｋ−３），ｘハット（ｋ−２），ｘハット（ｋ−
１），ｘハット（ｋ））の値が全て「１．０」のベクト
ルとし、数式１０においてｙハット（ｋ−１）の初期値
は「１．０」とする。

【００５８】このように、数式９におけるＣＸハット
（ｋ）を、ＬＡＦセンサの応答遅れを含んだ集合部燃空
比の推定値ｙハット（ｋ）に置き換えた数式１１を用い
ることにより、ＬＡＦセンサの応答遅れを適切に補償し
て正確な気筒別空燃比の推定を行うことができる。な
お、以下の説明における各気筒の推定当量比ＫＡＣＴ＃
１（ｋ）〜ＫＡＣＴ＃４（ｋ）が、それぞれｘハット
（ｋ）に相当する。

【００５９】次に推定した気筒別空燃比に基づいて気筒
別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを算出する手法を、図８を参
照して説明する。

【００６０】先ず、数式１２に示すように、集合部Ａ／
Ｆに対応する検出当量比ＫＡＣＴを全気筒の気筒別補正
係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの平均値の前回演算値で除算して目
標Ａ／Ｆに対応する当量比としての目標値ＫＣＭＤＯＢ
ＳＶ（ｋ）を算出し、＃１気筒の気筒別補正係数ＫＯＢ
ＳＶ＃１は、その目標値ＫＣＭＤＯＢＳＶ（ｋ）と＃１
気筒の推定当量比ＫＡＣＴ＃１（ｋ）との偏差ＤＫＡＣ
Ｔ＃１（ｋ）（＝ＫＡＣＴ＃１（ｋ）−ＫＣＭＤＯＢＳ
Ｖ（ｋ））が０となるように、ＰＩＤ制御により求め
る。

【００６１】

【数１２】より具体的には、数式１３により比例項ＫＯＢＳＶＰ＃
１、積分項ＫＯＢＳＶＩ＃１及び微分項ＫＯＢＳＶＤ＃
１を求め、さらに数式１４により気筒別補正係数ＫＯＢ
ＳＶ＃１を算出する。

【００６２】

【数１３】ＫＯＢＳＶＰ＃１（ｋ）＝ＫＰＯＢＳＶ×Ｄ
ＫＡＣＴ＃１（ｋ）ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ）＝ＫＩＯＢＳＶ×ＤＫＡＣＴ＃
１（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ−１）ＫＯＢＳＶＤ＃１（ｋ）＝ＫＤＯＢＳＶ×（ＤＫＡＣＴ
＃１（ｋ）−ＤＫＡＣＴ＃１（ｋ−１））

【００６３】

【数１４】ＫＯＢＳＶ＃１（ｋ）＝ＫＯＢＳＶＰ＃１
（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＤ＃１
（ｋ）＋１．０＃２〜＃４気筒についても同様の演算を行い、ＫＯＢＳ
Ｖ＃２〜＃４を算出する。

【００６４】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ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦに
より、目標空燃比に収束するので、結果的にすべての気
筒の空燃比を目標空燃比に収束させることができる。

【００６５】さらに、この気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃
Ｎの学習値である気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎ
ｓｔｙを下記の式により、運転領域毎に算出して、バッ
テリでバックアップされたＲＡＭに記憶する。

【００６６】

【数１５】ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉ＝Ｃｓｔｙ×ＫＯＢ
ＳＶ＃Ｎ＋（１−Ｃｓｔｙ）×ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉここで、ｉは運転領域を表すパラメータ（ｉ＝１〜
３）、Ｃｓｔｙは重み係数、右辺のＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔ
ｙｉは前回学習値である。

【００６７】図９は、図３のステップＳ９における気筒
別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ算出処理のフローチャートで
ある。

【００６８】先ずステップＳ３３１では、ＬＡＦセンサ
１７のリーン劣化を検出しているか否かを判別し、検出
していないときは、直ちにステップＳ３３６に進む一
方、検出しているときは、目標当量比ＫＣＭＤが１．０
であるか否か、即ち目標空燃比が理論空燃比か否かを判
別する（ステップＳ３３２）。ここで、ＬＡＦセンサの
リーン劣化とは、理論空燃比よりリーン側の空燃比に対
応する出力のずれが所定以上となった状態をいう。そし
て、ＫＣＭＤ＝１．０であるときは、ステップＳ３３６
に進む一方、ＫＣＭＤ≠１．０であるときは、すべての
気筒の気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを１．０に設定し
て（ステップＳ３４４）、即ち気筒別空燃比フィードバ
ック制御は行わずに本処理を終了する。ステップＳ３３
６では、上述したオブザーバによる気筒別空燃比の推定
処理を行い、次いで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ＦＫＬＡ
ＦＨＯＬＤが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡＦＨＯＬ
Ｄ＝１であるときは、直ちに本処理を終了する。

【００６９】続くステップＳ３３８では、エンジン水温
ＴＷが所定水温ＴＷＯＢＳＶより低いか否かを判別し、
ＴＷ≧ＴＷＯＢＳＶであるときは、エンジン回転数ＮＥ
が所定回転数ＮＯＢＳＶ（例えば３５００ｒｐｍ）より
高いか否かを判別し（ステップＳ３３９）、ＮＥ≦ＮＯ
ＢＳＶであるときは、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定上限
圧ＰＢＯＢＳＶＨ（例えば６５０ｍｍＨｇ）より高いか
否かを判別し（ステップＳ３４０）、ＰＢＡ≦ＰＢＯＢ
ＳＶＨであるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図１
１に示すように設定されたＰＢＯＢＳＶＬテーブルを検
索して、下限圧ＰＢＯＢＳＶＬを決定し（ステップＳ３
４１）、吸気管内絶対圧ＰＢＡが下限圧ＰＢＯＢＳＶＬ
より低いか否かを判別する（ステップＳ３４２）。

【００７０】以上の判別の結果、ステップＳ３３８〜Ｓ
３４０またはＳ３４２のいずれかの答が肯定（ＹＥＳ）
のときは、前記ステップＳ３４４に進み、気筒別空燃比
フィードバック制御は行わない。一方、ステップＳ３３
８〜Ｓ３４０及びＳ３４２の答がすべて否定（ＮＯ）の
ときは、エンジン運転状態が図１１に斜線で示す領域に
あり、気筒別空燃比フィードバック制御が実行可能と判
定して、上述した手法により気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ
＃Ｎの演算を行う（ステップＳ３４３）とともに、気筒
別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉの演算を行っ
て（ステップＳ３４５）、本処理を終了する。

【００７１】図１０は、図９のステップＳ３３６におけ
る気筒別空燃比の推定処理のフローチャートである。

【００７２】同図において、ステップＳ３６１では、高
速バルブタイミング用のオブザーバ演算（即ち気筒別空
燃比の推定演算）を行い、続くステップＳ３６２では、
低速バルブタイミング用のオブザーバ演算を行う。そし
て、現在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Ｓ３６３）、高速バルブタイミ
ングのときは、高速バルブタイミング用のオブザーバ演
算結果を選択し（ステップＳ３６４）、低速バルブタイ
ミングのときは、低速バルブタイミング用のオブザーバ
演算結果を選択する（ステップＳ３６５）。

【００７３】このように、現在のバルブタイミングに拘
わらず、高速及び低速バルブタイミング用のオブザーバ
演算をともに行い、現在のバルブタイミングに応じて、
演算結果を選択するようにしたのは、気筒別空燃比の推
定演算は、収束するまでに数回の演算を要するからであ
る。これにより、バルブタイミング切換直後の気筒別空
燃比の推定精度を向上させることができる。

【００７４】図１２は、図９のステップＳ３４５におけ
る気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉの演算
処理のフローチャートである。

【００７５】同図においてステップＳ４０１では、今回
の気筒別フィードバック制御開始時点（気筒別フィード
バック制御の実行条件不成立の状態から実行条件成立の
状態への移行時点）から所定時間経過したか否かを判別
し、経過前は直ちに本処理を終了し、経過後はステップ
Ｓ４０２に進む。ステップＳ４０２では、下記式により
検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）と推定気筒別当量比ＫＡＣＴ
＃Ｎ（ｋ）との偏差である当量比偏差ＤＫＡＣＴＯＢ＃
Ｎを算出する。

【００７６】ＤＫＡＣＴＯＢ＃Ｎ＝ＫＡＣＴ（ｋ）−Ｋ
ＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）そして当量比偏差の絶対値｜ＤＫＡＣＴＯＢ＃Ｎ｜が所
定偏差ＤＫＯＢＲＦＬＭ以下か否かを判別し（ステップ
Ｓ４０３）、｜ＤＫＡＣＴＯＢ＃Ｎ｜＞ＤＫＯＢＲＦＬ
Ｍであるときは、学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉを算出
することなく本処理を終了する。

【００７７】また｜ＤＫＡＣＴＯＢ＃Ｎ｜≦ＤＫＯＢＲ
ＦＬＭであるときは、以下のように運転領域毎に学習値
ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉの算出を行い、本処理を終了す
る。すなわち、吸気管内絶対圧ＰＢＡが第１所定圧ＰＢ
ＯＢＳＲＦ１より低いときは、学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓ
ｔｙ１を前記数式１５により算出し、バックアップＲＡ
Ｍに記憶する（ステップＳ４０４、Ｓ４０６）。また、
吸気管内絶対圧ＰＢＡが第１所定圧ＰＢＯＢＳＲＦ１以
上でかつ第１所定圧ＰＢＯＢＳＲＦ１より高い第２所定
圧ＰＢＯＢＳＲＦ２より低いときは、学習値ＫＯＢＳＶ
＃Ｎｓｔｙ２を前記数式１５により算出し、バックアッ
プＲＡＭに記憶する（ステップＳ４０４、Ｓ４０５、Ｓ
４０７）。また、吸気管内絶対圧ＰＢＡが第２所定圧Ｐ
ＢＯＢＳＲＦ２以上であるときは、学習値ＫＯＢＳＶ＃
Ｎｓｔｙ３を算出し、バックアップＲＡＭに記憶する
（ステップＳ４０４、Ｓ４０５、Ｓ４０８）。

【００７８】以上のように本実施形態では、検出当量比
ＫＡＣＴと気筒別推定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎとの偏差ＤＫ
ＡＣＴＯＢ＃Ｎの絶対値が、所定偏差ＤＫＯＢＲＦＬＭ
より大きいときは、学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉの算
出（更新）を行わないようにしたので、例えば気筒別空
燃比フィードバック制御開始直後や、パータベーション
実行中は、学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉの更新が行わ
れなくなり、学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉが望ましい
値からずれることを防止することができる。その結果、
学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙｉを使用した場合に実際の
空燃比の所望値からのずれが大きくなることを防止し、
良好な空燃比制御性を得ることができる。

【００７９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、空
燃比検出手段により検出された空燃比と、推定された各
気筒の空燃比との偏差が所定値より大きいときは、学習
値の算出が停止されるので、学習値が望ましい値からず
れることを防止することができ、その結果、学習値を使
用した場合に実際の空燃比の所望値からのずれが大きく
なることを防止し、良好な空燃比制御性を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態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】本実施形態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】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５】内燃機関の排気系の挙動を示すモデルのブロッ
ク図である。

【図６】本実施形態におけるオブザーバの構成を示すブ
ロック図である。

【図７】ＬＡＦセンサの応答遅れ時定数（ＤＬ）を設定
するためのテーブルを示す図である。

【図８】気筒別空燃比フィードバック制御を説明するた
めのブロック図である。

【図９】気筒別補正係数（ＫＯＢＳＶ＃Ｎ）を算出する
処理のフローチャートである。

【図１０】気筒別空燃比推定処理のフローチャートであ
る。

【図１１】気筒別空燃比フィードバック制御を実行する
運転領域を示す図である。

【図１２】気筒別補正係数の学習値を算出する処理のフ
ローチャートである。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉井裕埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられた空燃比検
出手段と、前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに
基づいてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、
前記空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比
を推定する気筒別空燃比推定手段と、該推定した各気筒
の空燃比を目標値に収束させるように前記各気筒に供給
する混合気の空燃比をフィードバック制御するための気
筒別空燃比制御量を算出し、さらにその気筒別空燃比制
御量の学習値を算出する気筒別空燃比制御手段とを備え
る内燃機関の空燃比制御装置において、前記気筒別空燃比制御手段は、前記空燃比検出手段によ
り検出された空燃比と、前記推定された各気筒の空燃比
との偏差が所定値より大きいときは、前記学習値の算出
を停止することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
置。