JPH1073068A - 内燃機関の点火時期制御装置 - Google Patents

内燃機関の点火時期制御装置

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JPH1073068A
JPH1073068A JP8245462A JP24546296A JPH1073068A JP H1073068 A JPH1073068 A JP H1073068A JP 8245462 A JP8245462 A JP 8245462A JP 24546296 A JP24546296 A JP 24546296A JP H1073068 A JPH1073068 A JP H1073068A
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fuel
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Norio Suzuki
典男 鈴木
Manabu Niki
学 仁木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的簡単で安価な構成で、機関の点火時期
を気筒毎に適切に制御することができる点火時期制御装
置を提供する。 【解決手段】 オブザーバを用いて推定した各気筒の当
量比ＫＡＣＴ＃Ｎに応じて、点火時期の気筒別補正量Ｉ
ＧＡＦ＃Ｎを算出し（Ｓ４０５）、エンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて算出されるマップ値
ＩＧＭＡＰを補正することにより、各気筒の点火時期Ｉ
ＧＬＯＧ＃Ｎを算出する（Ｓ４０６）。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の点火時
期制御装置に関し、特に機関の点火時期を気筒毎に制御
するようにした点火時期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の各気筒の図示平均有効圧を検
出し、検出した図示平均有効圧から各気筒毎の図示平均
有効圧のサイクル間変動を求め、当該サイクル間変動に
基づいて各気筒の点火時期を制御することにより、機関
の燃焼ラフネスを軽減する手法が、従来より知られてい
る（特公平３−２０５９６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
来の手法では、各気筒毎に燃焼圧を検出する燃焼圧セン
サを設ける必要があるため、制御装置が複雑で高価なも
のになるという問題があった。
【０００４】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、比較的簡単で安価な構成で、機関の点火時期を気
筒毎に適切に制御することができる点火時期制御装置を
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、内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御
手段を備えた内燃機関の点火時期制御装置において、前
記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
空燃比推定手段とを備え、前記点火時期制御手段は、前
記機関の各気筒の点火時期を前記推定した各気筒の空燃
比に応じて制御することを特徴とする。
【０００６】本発明によれば、推定した各気筒の空燃比
に応じて各気筒の点火時期が制御される。
【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の各気筒の点火プラグ２５もＥＣ
Ｕ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５により点火時
期ＩＧＬＯＧ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。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。Ｅ
ＧＲ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。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】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等の各種電磁弁や各気
筒の点火プラグ２５に駆動信号を出力する出力回路とを
備えている。
【００１９】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。
【００２０】
【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。
【００２１】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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。
【００２５】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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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。
【００２９】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。
【００３０】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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】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。
【００３４】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、また気筒別補正係
数ＫＯＢＳＶを後述する気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳ
Ｖ＃Ｎｓｔｙ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。
【００３５】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
９、Ｓ１０）、本処理を終了する。
【００３６】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。
【００３７】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。
【００３８】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。
【００３９】
【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
に重み係数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４のように
なり、その状態方程式は数式３のようになる。
【００４０】
【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。数式４のＣ１〜Ｃ
４が重み係数である。
【００４１】
【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。
【００４２】
【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。
【００４３】
【数６】
【００４４】
【数７】
【００４５】
【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５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。
【００４６】
【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。
【００４７】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。
【００４８】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。
【００４９】
【数１０】
【００５０】
【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る。また、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。
【００５１】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。
【００５２】遅れ時定数ＤＬは、図６に示すようにエン
ジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定
されたＤＬテーブルを用いて算出される。ＰＢＡ１及び
ＰＢＡ２はそれぞれ例えば６６０ｍｍＨｇ及び２６０ｍ
ｍＨｇ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に応じた遅れ時
定数ＤＬの算出を行う。なお、遅れ時定数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。
【００５３】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７を参
照して説明する。
【００５４】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。
【００５５】
【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。
【００５６】
【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））
【００５７】
【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。
【００５８】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。
【００５９】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。
【００６０】
【数１５】ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙ＝Ｃｓｔｙ×ＫＯＢＳ
Ｖ＃Ｎ＋（１−Ｃｓｔｙ）×ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙ ここで、Ｃｓｔｙは重み係数、右辺のＫＯＢＳＶ＃Ｎｓ
ｔｙは前回学習値である。
【００６１】図８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。
【００６２】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。なお、吸気温セ
ンサ８、クランク角センサ１４、ＥＧＲ弁３２、リフト
センサ３３の異常を検出した場合や、ＬＡＦセンサヒー
タの断線等の異常を検知した場合、さらにＬＡＦセンサ
の応答劣化を検出したときにも同様にステップＳ３４４
に進んで、気筒別空燃比推定、気筒別空燃比フィードバ
ック補正係数算出を停止させてもよい。
【００６３】ステップＳ３３６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ＦＫＬＡＦＨＯＬＤが「１」か否か
を判別し、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝１であるときは、直ち
に本処理を終了する。
【００６４】続くステップＳ３３８では、リセットフラ
グＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫ
ＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０であるときは、エンジン回転数Ｎ
Ｅ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≦Ｎ
ＯＢＳＶ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≦ＰＢＯ
ＢＳＶＨであるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図
１１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Ｓ
３４１）、吸気管内絶対圧ＰＢＡが下限圧ＰＢＯＢＳＶ
Ｌより低いか否かを判別する（ステップＳ３４２）。
【００６５】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１０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及び学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙの演算を行い（ス
テップＳ３４３）、本処理を終了する。
【００６６】図９は、図８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。
【００６７】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）。
【００６８】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。
【００６９】図１１は、ＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣ信号
パルスの発生毎に実行される点火時期制御処理のフロー
チャートである。
【００７０】排気還流実行中であるか否か（以下排気還
流実行中を「ＥＧＲオン」といい、排気還流を実行して
いない状態を「ＥＧＲオフ」という）を判別し、ＥＧＲ
オフのときは、ＥＧＲオフマップを検索して点火時期の
マップ値ＩＧＭＡＰを算出する（ステップＳ４０２）一
方、ＥＧＲオンのときは、ＥＧＲオンマップを検索して
点火時期のマップ値ＩＧＭＡＰを算出し（ステップＳ４
０３）、ステップＳ４０４に進む。ＥＧＲオフマップ及
びＥＧＲオンマップは、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管
内絶対圧ＰＢＡに応じて、点火時期（進角量）ＩＧＭＡ
Ｐが設定されたマップであり、ＥＧＲオンマップは、Ｅ
ＧＲオン時に適した設定とされ、ＥＧＲオフマップは、
ＥＧＲオフ時に適した設定とされている。
【００７１】ステップＳ４０４では、下記式により点火
時期補正量ＩＧＣＲを算出する。
【００７２】 ＩＧＣＲ＝ＩＧＴＷ＋ＩＧＩＤＬ＋ＩＧＰＳ−ＩＧＴＡ ここで、ＩＧＴＷは、エンジン水温ＴＷ及びエンジン負
荷（吸気管内絶対圧ＰＢＡ）に応じて図１２（ａ）に示
すＩＧＴＷテーブルを検索して得られるエンジン水温補
正量である。ＩＧＩＤＬは、エンジン回転数ＮＥとアイ
ドル目標回転数ＮＯＢＪとの偏差ＤＮＯＢＪ（＝ＮＥ−
ＮＯＢＪ）に応じて同図（ｃ）に示すＩＧＩＤＬテーブ
ルを検索することにより得られるアイドル補正量であ
る。ＩＧＰＳは、パワーステアリングの作動時に所定値
（＞０）に設定され、非作動時に「０」に設定されるパ
ワステ補正量である。ＩＧＴＡは、吸気温ＴＡに応じて
同図（ｂ）に示すＩＧＴＡテーブルを検索することによ
り得られる吸気温補正量である。
【００７３】続くステップＳ４０５では、推定した気筒
別当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（Ｎ＝１〜４）に応じて、図１２
（ｄ）に示すＩＧＡＦ＃Ｎテーブルを検索し、気筒別補
正量ＩＧＡＦ＃Ｎ（Ｎ＝１〜４）を算出する。ＩＧＡＦ
＃Ｎテーブルは、当量比ＫＡＣＴ＃Ｎが増加するほど、
すなわち空燃比がリッチ化するほど、ＩＧＡＦ＃Ｎ値が
減少するように設定されている。
【００７４】次いで前記各ステップで算出したマップ値
ＩＧＭＡＰ、点火時期補正量ＩＧＣＲ及び気筒別補正量
ＩＧＡＦ＃Ｎを下記式に適用して、気筒毎の点火時期Ｉ
ＧＬＯＧ＃Ｎを算出し（ステップＳ４０６）、本処理を
終了する。
【００７５】 ＩＧＬＯＧ＃Ｎ＝ＩＧＭＡＰ＋ＩＧＣＲ＋ＩＦＡＦ＃Ｎ 図１１の処理により算出した点火時期ＩＧＬＯＧ＃Ｎに
応じて、各気筒の点火時期が制御される。
【００７６】以上のように本実施形態では、オブザーバ
を用いて推定した気筒別当量比ＫＡＣＴ＃Ｎに応じて点
火時期の気筒別補正量ＩＧＡＦ＃Ｎを算出し、マップ値
ＩＧＭＡＰを補正するようにしたので、各気筒に燃焼圧
センサを設けることなく安価な構成で、各気筒の点火時
期を気筒毎の特性に合わせて適切に制御することができ
る。
【００７７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、推
定した各気筒の空燃比に応じて各気筒の点火時期が制御
されるので、比較的簡単で安価な構成で、各気筒の点火
時期を気筒毎の特性に合わせて適切に制御することがで
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】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５】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６】ＬＡＦセンサの応答遅れを表すパラメータ（Ｄ
Ｌ）を算出するためのテーブルを示す図である。
【図７】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８】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９】気筒別空燃比推定処理のフローチャートであ
る。
【図１０】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１１】点火時期制御処理のフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で使用するテーブルを示す図で
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 ２５ 点火プラグ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の点火時期を制御する点火時期
    制御手段を備えた内燃機関の点火時期制御装置におい
    て、 前記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を備え、 前記点火時期制御手段は、前記機関の各気筒の点火時期
    を前記推定した各気筒の空燃比に応じて制御することを
    特徴とする内燃機関の点火時期制御装置。
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