KR100407298B1 - 내연기관의연료분사제어장치 - Google Patents

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슈스케 아카자키
유스케 하세가와
요이치 니시무라
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혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
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Abstract

란다우의 조정규칙을 사용한 적응파라미터 조정기구를 가진 제어 알고리즘을 사용하여 피드백 보정계수를 적응적으로 산출하는 경우, TDC 마다의 연료 제어사이클 마다 파라미터 조정기구를 동작시킬 때에도, 파라미터 조정기구에서 사용하는 입력을 특정기통의 TDC 등의 연소사이클 마다의 값으로 한다. 또한, 적응 제어기와 거기서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 파라미터 조정기구를 연소사이클에 동기시켜 작동시킴과 아울러 기관회전수에 따라 적응 제어기 및 파라미터 조정기구의 제어주기를 바꾸도록 하였다. 그것에 의하여, 행렬연산량을 저감시킴으로써 차에 실은 컴퓨터의 부하를 저감시켜 1TDC내에 연산을 완료할 수 있음과 아울러 허비시간의 단축에 의하여 제어성을 향상시킬 수 있고, 고회전시 등 연산시간이 감소하는 운전상태에 있어서도 적응 제어를 계속할 수 있어, 양호한 제어성을 얻을 수 있다.

Description

내연기관의 연료분사 제어장치{FUEL METERING CONTROL SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
최근에 내연기관에 있어서도 적응 제어 이론이 도입되어 기통에 실제로 흡입되는 연료량이 목표연료량에 일치하도록 현대 제어 이론의 하나인 가장 적합한 레귤레이터(regulator)를 사용하여 제어하는 기술이 제안되어 있으며, 그 예로서는 일본 특개평1-110,853 호의 기술을 들 수 있다.
또한, 본 출원인도 일본 특원평6-66,594호 등에 있어서 적응 제어를 사용한 내연기관의 연료분사 제어를 제안하고 있다. 그런데, 내연기관에 상기 적응 제어를 사용한 연료분사 제어장치를 탑재할 때, 내연기관의 연산시간은 기관회전수의 변동에 따라 증감함과 동시에 탑재하는 마이크로컴퓨터도 성능상의 제약 때문에 자유롭지는 않다. 또한, 통상의 연료 제어사이클은 TDC 마다 이지만 연료를 분사한 후 제어 결과를 검출할 때까지 8∼12 TDC 정도 필요하기 때문에 8∼12 제어사이클의 허비시간이 존재하다. 제어대상의 허비시간이 많은 것은 적은 경우에 비하여 일반적으로 제어성이 악화한다. 특히, 적응 제어에 있어서는 이것이 현저하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 과제를 해결하고 제어성을 확보하면서 실제 기계에 적응 제어기를 현실적으로 사용할 수 있도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치를 제공하는데 있다.
또한, 적응 제어규칙을 사용하여 조작량을 결정하는 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 고회전시 등의 연산시간이 감소하는 운전상태에 있어서도 계속적으로 적응 제어를 하여 양호한 제어성을 얻도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 있어서는 다기통 내연기관의 연료분사량을 제어하는 연료분사량 제어수단과, 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값에 적응적으로 일치시키는 적응 제어기와, 상기 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구를 구비한 다기통 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 적응파라미터 조정기구로의 입력을 상기 내연기관의 연료 제어사이클에 동기시켜 행함과 동시에 상기 적응파라미터 조정기구는 특정의 연소사이클에 의거한 공연비 및 기통내 연료량중 적어도 어느 하나에 따라 적응파라미터의 연산을 행하도록 구성하였다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구로의 입력은 상기 내연기관의 특정기통의 연료 제어사이클에 동기시켜 행하도록 구성하였다.
또한, 상기 적응 제어기는 상기 내연기관의 연료 제어사이클에 동기시켜 작동시키도록 구성하였다.
또한, 내연기관의 배기공연비(排氣空燃比)를 검출하는 공연비 검출수단과, 내연기관의 연료분사량을 연료 제어사이클 마다 제어하는 연료분사량 제어수단과, 적어도 검출된 배기공연비에 의거하여 점화식 제어기를 사용하여 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값에 일치시키는 점화식 제어기를 구비한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 점화식 제어기를 소정의 운전상태에 있어서는 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기에 동기시켜 작동시키도록 구성하였다.
또한, 상기 점화식 제어기는 적응 제어기로 구성하였다.
또한, 상기 적응 제어기는 거기서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구를 구비하고, 상기 적응파라미터 조정기구에 적어도 검출된 배기공연비를 입력함과 동시에 상기 적응파라미터 조정기구를 소정의 운전상태에 있어서는 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기에 동기시켜 작동시키도록 구성하였다.
또한, 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기는 연소사이클의 정수배에 상당하는 값이 되도록 구성하였다.
또한, 상기 점화식 제어기에 입력하는 검출공연비는 상기 점화식 제어기의 작동주기 보다도 짧은 주기로 검출된 복수의 값에 의거한 값이 되도록 구성하였다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구가 입력하는 검출공연비는 상기 적응파라미터 조정기구의 작동주기 보다도 짧은 주기로 검출된 복수의 값에 의거한 값이 되도록 구성하였다.
또한, 내연기관의 연료분사량을 제어하는 연료분사량 제어수단, 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값에 일치하도록 작동하는 적응 제어기, 및 상기 적응제어기에서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구로 된 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 내연기관의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단을 구비하고, 상기 검출된 운전상태에 따라 상기 적응 제어기 및 적응파라미터 조정기구의 적어도 한쪽의 제어주기를 바꾸도록 구성하였다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구의 제어주기를 상기 적응 제어기의 제어주기 이상으로 하도록 구성하였다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구의 제어주기를 상기 적응 제어기 제어주기의 정수배로 하도록 구성하였다.
또한, 상기 적응 제어기 및 적응파라미터 조정기구중 적어도 한쪽의 제어주기를 연료 제어주기의 정수배의 주기로 바꾸도록 구성하였다.
또한, 상기 운전상태는 적어도 기관회전수가 되도록 구성하였다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 출원의 내연기관의 연료분사량 제어장치를 전체적으로 도시한 개략도.
제2도는 제1도중의 배기환류기구의 상세 설명도.
제3도는 제1도중의 캐니스터 퍼어지기구의 상세 설명도
제4도는 제1도중의 가변밸브 타이밍기구의 밸브 타이밍 특성을 도시한 설명도.
제5도는 제1도중의 제어유니트의 상세 블록도.
제6도는 본 출원의 내연기관의 연료분사 제어장치의 동작을 도시한 메인 플로우 차아트.
제7도는 제6도 플로우 차아트의 동작을 기능적으로 도시한 블록도.
제8도는 본 출원의 내연기관의 연료분사 제어장치에서 사용하는 적응 제어기의 동작예를 도시한 타이밍 차아트.
제9도는 본 출원의 내연기관의 연료분사 제어장치에서 사용하는 적응 제어기 동작의 다른 예를 도시한 타이밍 차아트.
제10도는 제6도 블록도의 구성을 STR 콘트롤러와 적응파라미터 조정기구에 촛점을 두고 다시 나타낸 블록도.
제11도는 제6도 플로우 차아트의 적응 제어규칙에 의한 피드백 보정계수 등의 평균치 연산작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트.
제12도는 제11도 플로우 차아트의 연산작업을 설명하는 타이밍 차아트.
제13도는 제6도 플로우 차아트의 적응 제어계의 불안정 판별을 설명하는 서브루틴 플로우 차아트.
제14도는 제13도 플로우 차아트의 불안정 판별 설명도.
제15도는 제13도 플로우 차아트의 불안정 판별작업을 설명하는 제14도와 마찬가지의 설명도.
제16도는 제8도와 마찬가지의 적응 제어기 동작의 다른 예를 도시한 타이밍 차아트.
제17도는 제8도와 마찬가지의 적응 제어기 동작의 다른 예를 도시한 타이밍차아트.
제18도는 본 출원에 의한 장치의 제2실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제19도는 제18도 플로우 차아트에서 사용하는 맵의 특성을 도시한 설명도.
제20도는 제18도 플로우 차아트에서 사용하는 테이블의 특성을 도시한 설명도.
제21도는 제18도 플로우 차아트에서 사용하는 제20도와 마찬가지 테이블의 특성을 도시한 설명도.
제22도는 제18도 플로우 차아트에서 사용하는 제20도와 마찬가지 테이블의 특성을 도시한 설명도.
제23도는 제18도 플로우 차아트에서 사용하는 제20도와 마찬가지 테이블의 특성을 도시한 설명도.
제24도는 본 출원에 의한 장치의 제3실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제25도는 본 출원에 의한 장치의 제4실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제26도는 제25도 플로우 차아트에서 사용하는 불감대의 특성을 도시한 설명도.
제27도는 본 출원에 의한 장치의 제5실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제28도는 제27도 플로우 차아트에서 사용하는 리미터(limiter)의 특성을 도시한 설명도.
제29도는 본 출원에 의한 장치의 제6실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제30도는 제29도 플로우 차아트에서 사용하는 맵의 특성을 도시한 설명도.
제31도는 본 출원에 의한 장치의 제7실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제32도는 제31도 플로우 차아트의 작업 설명도.
제33도는 본 출원에 의한 장치의 제8실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제34도는 본 출원에 의한 장치의 제9실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제35도는 본 출원에 의한 장치의 제10실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제36도는 제35도 플로우 차아트의 동작을 설명하는 블록도.
제37도는 다기통 내연기관의 TDC와 배기계 집합부의 공연비 관계를 도시한 설명도.
제38도는 실제의 공연비에 대한 샘플 타이밍의 좋고 나쁨을 도시한 설명도.
제39도는 제36도 블록도의 Sel-V 블록에서의 배출공연비의 샘플링 작업을 도시한 플로우 차아트.
제40도는 제36도 블록도의 옵서버 설명도의 하나로 선출원에서 기술한 공연비센서의 검출동작을 모델화한 예를 도시한 블록도.
제41도는 제40도에 도시한 모델을 주기(△T)로 이산화한 모델.
제42도는 공연비센서의 검출거동을 모델화한 참된 공연비 추정기를 도시한 블록선도.
제43도는 내연기관의 배기계의 거동을 도시한 모델을 나타내는 블록선도.
제44도는 제43도에 도시한 모델을 사용하여 4기통 내연기관4 대하여 3기통의 공연비를 14.7 : 1로, 1기통의 공연비를 12.0 : 1로 하여 연료를 공급하는 경우를 도시한 데이타도.
제45도는 제44도에 도시한 입력을 주었을 때의 제43도 모델의 집합부의 공연비를 표시한 데이타도.
제46도는 제44도에 도시한 입력을 주었을 때의 제43도 모델의 집합부의 공연비를 LAF센서의 응답지연을 고려하여 표시한 데이타와, 마찬가지 경우의 LAF센서출력의 실제측정값을 비교하는 그래프도.
제47도는 일반적인 옵서버의 구성을 도시한 블록선도.
제48도는 제36도 블록도에 도시한 옵서버로서, 선출원에서 사용하는 옵서버의 구성을 도시한 블록선도.
4149도는 제43도에 도시한 모델과 제48도에 도시한 옵서버를 조합한 구성을 도시한 설명 블록도.
제50도는 제36도 블록도에 있어서의 공연비의 피드백 제어를 도시한 블록도.
제51도는 제39도 플로우 차아트에서 사용하는 타이밍 맵의 특성을 도시한 설명도.
제52도는 제51도의 특성을 설명하는 기관회전수 및 기관부하에 대한 센서 출력 특성을 도시한 설명도.
제53도는 제39도 플로우 차아트에서의 샘플링 동작을 설명하는 타이밍 차아트.
제54도는 본 출원에 의한 장치의 제11실시형태를 도시한 플로우 차아트.
제55도는 제54도 플로우 차아트의 동작을 설명하는 블록도.
제56도는 제54도 플로우 차아트에 있어서의 적응 제어계의 불안정 판별작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트.
제57도는 내연기관의 연료분사량 연산에서의 허비시간을 설명하는 타이밍 차아트.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.
제1도는 본 출원에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치를 개략적으로 도시한 전체도이다.
도면에서 부호 10은 OHC 직렬 4기통의 내연기관을 표시하고 있으며, 흡기관(12)의 선단에 배치된 에어클리너(14)로부터 도입된 흡기는 드로틀밸브(16)로 그 유량이 조절되면서 서어지탱크(18)와 흡기매니폴드(20)를 거쳐 2개의 흡기밸브(도시하지 않음)를 통하여 제1 내지 제4기통으로 유입된다. 각 기통의 흡기밸브(도시하지 않음)부근에는 인젝터(injector)(22)가 설치되어 연료를 분사한다. 분사되어 흡기와 일체로 된 혼합기체는 각 기통내에서 도시하지 않은 점화플러그에 의해 제1, 제3, 제4, 제2기통의 순으로 점화되어 연소하여서 피스톤(도시하지 않음)을 구동한다.
연소후의 배기가스는 2개의 배기밸브(도시하지 않음)를 통하여 배기매니폴드(24)로 배출되고, 배기관(26)을 거쳐 촉매장치(3원 촉매)(28)에 의해 정화되어 기관밖으로 배출된다. 상기에서 드로틀밸브(16)는 액셀페달(도시하지 않음)과는 기계적으로 분리되고 펄스모우터(M)를 통하여 액셀페달의 밟는 양 및 운전상태에 따른 개방도로 제어된다. 또한, 흡기관(12)에는 드로틀밸브(16)의 배기위치부근에 그것을 바이패스하는 바이패스로(32)가 설치된다.
여기서, 내연기관(10)에는 배기가스를 흡기쪽으로 환류시키는 배기환류기구(100)가 설치된다.
제2도를 참조하여 설명하면, 배기환류기구(100)의 배기환류로(121)는 일단(121a)이 배기관(26)의 제1촉매장치(28)(제2도에서 도시생략)의 상류쪽으로, 타단(121b)이 흡기관(12)의 드로틀밸브(16)(제2도에서 도시생략)의 하류쪽으로 연통한다. 이 배기환류로(121)의 도중에는 배기환류량을 조절하는 배기환류밸브(환류가스 제어밸브)(122) 및 용적실(121c)이 설치된다. 이 배기환류밸브(122)는 솔레노이드(122a)를 가진 전자밸브이고, 솔레노이드(122a)는 후술하는 제어유니트(ECU)(34)에 접속되어 제어유니트(34)로부터의 출력에 의하여 그 밸브개방도를 리니어(linear)로 변화시킨다. 배기환류밸브(122)에는 그 밸브개방도를 검출하는 리프트센서(123)가 설치되고, 그 출력은 제어유니트(34)에 송출된다.
또한, 내연기관(10)의 흡기계와 연료탱크(36)의 사이도 접속되어 캐니스터 퍼어지기구(200)가 설치된다.
캐니스터 퍼어지기구(200)는 제3도에 도시한 바와 같이 밀폐된 연료탱크(36)의 상부와 흡기관(12) 드로틀밸브(16)의 하류쪽 사이에 구성된 증기공급통로(221), 흡착제(231)를 내장하는 캐니스터(223) 및 퍼어지(purge)통로(224)로 이루어진다. 증기공급통로(221)의 도중에는 2웨이(way)밸브(222)가 장착되고 퍼어지통로(224)의 도중에는 퍼어지 제어밸브(225), 퍼어지통로(224)를 흐르는 연료증기를 포함한 혼합기체의 유량을 검출하는 유량계(226) 및 그 혼합기체중의 HC 농도를 검출하는 HC농도센서(227)가 설치된다. 퍼어지 제어밸브(전자밸브)(225)는 후술하는 바와 같이 제어유니트(34)에 접속되고 그로부터의 신호에 따라 제어되어 개방밸브량을 리니어로 변화시킨다.
이 캐니스터 퍼어지기구에 의하면 연료탱크(36)내에서 발생한 연료증기(연료베이퍼(fuel vapor))는 소정의 설정량에 도달하면 2웨이밸브(222)의 정압밸브를 밀어 열고 캐니스터(223)에 유입하여 흡착제(231)에 의해 흡착되어 저장된다. 제어유니트(34)로부터의 온오프 제어신호의 듀티비에 따른 밸브개방량만큼 퍼어지 제어밸브(225)가 열리면 캐니스터(223)에 일시 저장되어 있던 증발연료는 흡입관(12)내의 부압에 의하여 외기취입구(232)로부터 흡입된 외기와 함께 퍼어지 제어밸브(225)를 거쳐 흡기관(12)으로 흡인되어 각 기통으로 보내진다. 또한, 외기 등으로 연료탱크(36)가 냉각되어 연료탱크내의 부압이 증가하면 2웨이밸브(222)의 부압밸브가 열려 캐니스터(223)에 일시 저장되어 있던 증발연료는 연료탱크(36)로 복귀된다.
또한, 내연기관(10)은 이른바 가변밸브 타이밍기구(300)(제1도에 V/T로 표시)를 구비하고 있다. 가변밸브 타이밍기구(300)는 예를 들면, 일본 특개평2-275,043호 공보에 기재되어 있고, 기관회전수(Ne) 및 흡기압력(Pb)등의 운전상태에 따라 기관의 밸브 타이밍(V/T)을 제4도에 도시한 2종의 타이밍 특성(Lo V/T, Hi V/T) 사이에서 스위칭한다. 단, 그 자체는 공지의 기구이므로 설명은 생략한다. 그리고, 이 밸브 타이밍 특성의 스위칭에는 2개의 흡기밸브중 한쪽을 휴지하는 동작을 포함한다.
제1도에 있어서, 내연기관(10)의 디스트리뷰터(distributor)(도시하지 않음)내에는 피스톤(도시하지 않음)의 크랭크각도 위치를 검출하는 크랭크각센서(40)가 설치됨과 동시에 드로틀밸브(16)의 개방도를 검출하는 드로틀개방도센서(42), 드로틀밸브(16) 하류의 흡기압력(Pb)을 절대압력으로 검출하는 절대압센서(44)도 설치된다. 또한, 내연기관(10)의 적당한 위치에는 대기압(Pa)을 검출하는 대기압센서(46)가 설치되고 드로틀밸브(16)의 상류쪽에는 흡입공기의 온도를 검출하는 흡기온도센서(48)가 설치됨과 동시에 기관의 적당한 위치에는 기관냉각수온도를 검출하는 수온센서(50)가 설치된다. 또, 유압을 통하여 가변밸브 타이밍기구(300)의 선택하는 밸브 타이밍 특성을 검출하는 밸브 타이밍(V/T)센서(52)(제1도에서 도시생략)도 설치된다. 또한, 배기계(排氣系)에 있어서 배기매니폴드(24)의 하류쪽에서 촉매장치(28)의 상류쪽 배기계 집합부에는 광역공연비센서(54)가 설치된다. 이들 센서 출력은 제어유니트(34)로 보내진다.
제5도는 제어유니트(34)의 상세 블록도이다. 광역공연비센서(54)의 출력은 검출회로(62)에 입력되고, 거기서 적당한 선형화처리가 행하여져서 리인(lean)으로부터 리치(rich)에 걸친 넓은 범위에 있어서 배기가스중의 산소농도에 비례한 리니어(linear)한 특성으로 된 검출신호를 출력한다(이하, 이 광역공연비센서를 「LAF센서」라고 한다).
검출회로(62)의 출력은 멀티플렉서(66) 및 A/D 변환회로(68)를 통하여 CPU내에 입력한다. CPU는 CPU 코어(70), ROM(72), RAM(74)을 구비하고 검출회로(62)의 출력은 더 자세히는 소정의 크랭크각도(예컨대, 15도)마다 A/D 변환되어 RAM(74)내의 버퍼 하나에 차례로 격납된다. 12개의 버퍼에는 제53도에 도시한 바와 같이 0부터 11까지의 No.가 붙여진다. 또, 드로틀개방도센서(42)등의 아나로그센서 출력도 마찬가지로 멀티플렉서(66) 및 A/D 변환회로(68)를 통하여 CPU내에 입력되어 RAM(74)에 격납된다.
또한, 크랭크각센서(40)의 출력은 파형정형회로(76)에서 파도형으로 정형된 후, 카운터(78)에서 출력값이 카운트되어 카운트값은 CPU내에 입력된다. CPU에 있어서 CPU 코어(70)는 ROM(72)에 격납된 명령에 따라 후술하는 바와 같이 제어값을 연산하여 구동회로(82)를 통하여 각 기통의 인젝터(22)를 구동한다. 또한, CPU 코어(70)는 구동회로(84, 86, 88)를 통하여 전자밸브(90)(2차 공기량을 조절하는 바이패스로(路)(32)의 개폐) 및 상기한 배기환류 제어용 전자밸브(122) 및 캐니스터 퍼어지 제어용 전자밸브(225)를 구동한다. 그리고, 제5도에서 리프트센서(123), 유량계(226) 및 HC 농도센서(227)의 도시는 생략하였다.
제6도는 출원에 의한 제어장치의 동작을 도시한 플로우 차아트이다.
이하 설명하면, 먼저 S10에서는 검출한 기관회전수(Ne) 및 흡기압력(Pb)등을 읽어내어 S12로 진행하고, 크랭킹이냐 아니냐를 판단하여 부정될 때에는 S14로 진행하여 퓨엘컷(fuen cut)이냐 아니냐를 판단한다. 퓨엘컷은 소정의 운전상태, 예를 들면 드로틀밸브 개방도가 완전 폐쇄위치에 있고, 또한 기관회전수가 소정값 이상일 때에 행하여지며 연료공급이 정지되어 분사량은 오픈루프(open loop)로 제어된다.
S14에서 퓨엘컷이 아니라고 판단되었을 때에는 S16으로 진행하여, 검출한 기관회전수(Ne)와 흡기압력(Pb)으로부터 맵을 검색하여 기본 연료분사량(Tim)을 산출한다. 이어서, S18로 진행하여 LAF센서(54)의 활성화가 완료되었느냐 아니냐를 판정한다. 이것은 예를 들면, LAF센서(54)의 출력전압과 그 중심전압의 차를 소정값(예컨대, 0.4V)과 비교하여 차가 소정값 보다 작을 때 활성화가 완료되었다고 판정함으로써 행한다. 활성화가 완료되었다고 판단될 때에는 S20으로 진행하여 피드백 제어영역이냐 아니냐를 판단한다. 고회전, 완전 개방량 증가 내지는 고수온 등에 의하여 운전상태가 변화한 때에는 분사량이 오픈루프 제어된다. S20에서 피드백 제어영역이라고 판단될 때에는 S22로 진행하여 LAF센서 검출값을 입력하고, S24로 진행하여 검출값으로부터 검출공연비(KACT(k))(k: 샘플링시각, 이하동)를 구한다. 이어서, S26으로 진행하여 PID 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KLAF(k))를 연산한다.
이 PID 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KLAF)는 다음과 같이 연산된다.
먼저, 목표공연비(KCMD)와 검출공연비(KACT)의 제어편차(DKAF)를
DKAF(k)=KCMD(k-d')-KACT(k)
로 구한다. 상기에서 KCMD(k-d')는 목표공연비(여기서 d'는 KCMD가 KACT에 반영되기까지의 허비시간을 표시하며, 따라서 허비시간 제어주기전의 목표공연비를 의미한다), KACT(k)는 검출공연비(이번 제어주기의)를 표시한다. 그리고 본 명세서에서 공연비는 목표값(KCMD)도 검출값(KACT)도 실제는 당량비, 즉, Mst/M=1/λ로 표시하고 있다(Mst: 이론공연비, M=A/F(A: 공기소비량, F: 연료소비량, λ: 공기과잉률).
이어서, 거기에 소정의 계수를 곱하여 P항 KLAFP(k), I항 KLAFI(k) 및 D항KLAFD(k)를
로 구한다.
이와 같이, P항은 편차에 비례게인(KP)을 곱하여 구하고, 1항은 편차에 적분게인(KI)을 곱하여 얻은 값을 피드백 보정계수의 전회값(前回値)(KLAFI(k-1))에 가산하여 구하며, D항은 편차의 금회값(今回値)(DKAF(k))과 전회값(DKAF(k-1))의 차에 미분게인(KD)을 곱하여 구한다. 그리고, 각 게인 KP, KI, KD는 기관회전수와 기관부하에 따라 구할수 있으며, 더 구체적으로는 맵을 사용하여 기관회전수(Ne)와 흡기압력(Pb)으로부터 검색할 수 있도록 설정해둔다. 끝으로, 이렇게 하여 얻은 값을
로 합산하여 PID 제어규칙에 의한 피드백 보정계수의 금회값(KLAF(k))으로 한다. 그리고, 이 경우 곱셈보정에 의한 피드백 보정계수로 하기 때문에 오프세트분인 1.0은 I항 KLAFI(k)에 포함되어 있는 것으로 한다(즉, KLAFI(k)의 초기값은 1.0으로 한다).
제6도 플로우 차아트에 있어서는 계속하여 S28로 진행하여 적응 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KSTR(k))를 연산한다. 이 적응 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KSTR(k))에 대해서는 뒤에서 자세히 설명한다.
이어서, S30으로 진행하여 구한 기본 연료분사량(Tim)에 목표공연비 보정계수(KCMDM(k)) 및 기타의 보정계수(KTOTAL)(수온보정 등 곱셈으로 하는 각종의 보정계수의 곱셈값)를 곱하여 내연기관이 요구하는 요구 연료분사량(Tcyl(k))을 결정한다. 이 제어에 있어서는 전술한 바와 같이 목표공연비를 실제로는 당량비로 표시함과 동시에 그것을 연료분사량의 보정계수로서도 사용한다. 그리고, 더 자세히는 기화열에 의해 흡입공기의 충전효율이 다르기 때문에 목표공연비에 적당한 특성으로 충전효율을 보정하여 목표공연비 보정계수(KCMDM)로 한다.
이어서, S32로 진행하여 요구 연료분사량(Tcyl(k))에 S26 또는 S28에서 구한 피드백 보정계수(KLAF(k) 또는 KSTR(k))중 어느 하나를 곱하고, 그 곱한 것에 가산항(TTOTAL)을 가산하여 출력 연료분사량(Tout(k))을 결정한다. 여기서, 가산항(TTOTAL)은 기압보정 등 가산값으로 행하는 보정계수의 합계값을 표시한다(단, 인젝터의 무효시간 등은 출력 연료분사량(Tout)의 출력시에 별도로 가산되므로 여기에는 포함되지 않는다).
이어서, S34로 진행하여 결정한 출력 연료분사량(Tout(k))에 기관냉각수온등으로부터 부착계수 맵을 검색하여 얻어지는 부착계수를 사용하여 부착보정을 하고, 출력 연료분사량(Tout(k))의 흡기관 벽면 부착보정(부착보정후의 값을 Tout-F(k)로 한다)을 한다. 그리고, 이 흡기관 벽면 부착보정 자체는 본 발명의 요지와 직접적인 관련이 없으므로 설명은 생략한다. 이어서, S36으로 진행하여 부착보정한 출력 연료분사량(Tout-F(k))을 출력하고 종료한다.
그리고, S18 내지 S20에서 부정되었을 때에는 S38로 진행하여 기본 연료분사량(Tim(k))에 목표공연비 보정계수(KCMDM(k))와 각종 보정계수(KTOTAL)를 곱함과 아울러 그 곱에 보정가산항(TTOTAL)을 가산하여 출력 연료분사량(Tout)을 산출하고, S34 이후로 진행한다. 또, S12에서, 크랭킹(cranking)이라고 판단되었을 때에는 S40으로 진행하여 크랭킹시의 연료분사량(Ticr)을 검색하고, S42로 진행하여 시동모우드식에 의하여 출력 연료분사량(Tout)을 산출함과 아울러 S14에서 퓨엘컷이라고 판단될 때에는 S44로 진행하여 출력 연료분사량(Tout(k))을 0으로 한다.
다음에, 제6도 플로우 차아트의 S28에서 언급한 적응 제어규칙을 사용한 피드백 보정계수(KSTR(k))의 연산에 대하여 설명한다.
제7도는 그 동작을 보다 기능적으로 도시한 블록도이다.
도시한 장치는 본 출원인이 먼저 제안한 적응 제어기술을 전제로 한다. 그것은, STR(셀프 튜닝 레귤레이터) 콘트롤러로 된 적응 제어기와 그 적응 (제어) 파라미터(백터)를 조정하는 적응 (제어) 파라미터 조정기구로 이루어지고, STR 콘트롤러는 연료분사량 제어의 피드백계 목표값과 제어량(플랜트(plant)출력)을 입력하고, 적응파라미터 조정기구에 의하여 동정(同定)된 계수벡터를 받아 출력을 산출한다.
이러한 적응 제어에 있어서, 적응 제어의 조정규칙(기구)의 하나로서 I.D. 란다우 등이 제안한 파라미터 조정규칙이 있다. 이 수법은 적응 제어시스템을 선형블록과 비선형블록으로 구성된 등가 피드백계로 변환하고, 비선형블록에 대해서는 입출력에 관한 포포프의 적분부등식이 성립하며, 선형블록은 강한 정실(正實)이 되도록 조정규칙을 정함으로써 적응 제어시스템의 안정을 보증하는 수법이다. 즉, 란다우 등이 제안한 파라미터 조정규칙에 있어서는 점화식으로 표시되는 조정규칙(적응규칙)이 상기한 포포프의 초안정론 내지는 리야프노프의 직접법중 적어도 어느 하나를 사용함으로써 그 안정성을 보증하고 있다.
이 수법은, 예를 들면 「컴퓨트롤」(코로나사 발간) No.27, 28면∼41면 내지는 「자동 제어 핸드북」(오옴사 발간) 703면∼707면, "A Survey of Model Reference Adaptive Techniques ~ Theory and Application" I.D. LANDAU 「Automatica」 Vol.10, pp.353-379, 1974, "Unification of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive Control Designs" I.D. LANDAU 외 「Automatica」 Vol .17, No.4, pp.593-611, 1981, 및 "Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" I.D. LANDAU 「Automatica」 Vol.18, No.1, pp.77-84, 1982에 기재되어 있는 바와 같이 공지기술로 되어 있다.
도시예의 적응 제어기술에서는 이 란다우 등의 조정규칙을 사용하였다. 이하 설명하면, 란다우 등의 조정규칙에서는 이산계의 제어대상 전달함수 B(z-1)/A(z-1)의 분모분자의 다항식을 수 1 및 수 2와 같이 놓았을 때 파라미터 조정기구가 동정하는 적응파라미터(θ해트(hat)(k))(와 같다. 이하동)는 수 3과 같이 벡터(전치벡터)로 표시된다. 또한, 파라미터 조정기구로의 입력(ζ(k))는 수 4와 같이 정해진다. 여기서는 m=1, n=1, d=3 인 경우, 즉 1차계에서 3제어사이클분의 허비시간을기다리는 플랜트를 예로 들었다.
여기서, 수 3에 표시되는 적응파라미터(θ 해트)는 게인을 결정하는 스칼라량(b0해트-1(k)), 조작량을 사용하여 표현되는 제어요소(BR해트(Z-1, k)) 및 제어량을 사용하여 표현되는 제어요소(S해트(Z-1, k))로 이루어지고, 각각 수 5 내지 수 7과 같이 표시된다.
파라미터 조정기구는 이들의 스칼라량(scalar量)이나 제어요소의 각 계수를 동정ㆍ추정하여, 상기한 수 3에 표시한 적응파라미터(θ해트)로 하여 STR 콘트롤러로 보낸다. 파라미터 조정기구는 플랜트(plant)의 조작량(u(i)) 및 제어량(y(j))(i, j는 과거값을 포함)을 사용하여 목표값과 제어량과의 편차가 0이 되도록 적응파라미터(θ해트)를 산출한다. 적응파라미터(θ해트)는 구체적으로 수 8과 같이 계산된다. 수 8에서 Γ(k)는 적응파라미터의 동정ㆍ추정속도를 결정하는 게인행렬(m+n+d차), e 아스타리스크(e*)(k)는 동정ㆍ추정오차를 표시하는 신호인데, 각각 수 9 및 수 10과 같은 점화식으로 표시된다.
또, 수 9 중의 λ1(k), λ2(k)의 선택방법에 따라 여러가지의 구체적인 알고리즘이 주어진다. 예를 들면, λ1(k)=1, λ2(k)=λ(0<λ<2)로 하면 점점 줄어드는게인 알고리즘(λ=1인 경우에는 최소자승법), λ1(k)=λ1(0<λ1<1), λ2(k)=λ 2(0<λ2<λ)로 하면 가변 게인 알고리즘(λ2=1인 경우에는 무게부 최소자승법), λ1(k)=λ2(k)=σ로 놓고, λ3이 수 11과 같이 표시될 때 λ1(k)=λ3으로 놓으면 고정 트레이스 알고리즘(trace algorithm)이 된다. 또한, λ1(k)=1, λ2(k)=0일 때 고정 게인 알고리즘이 된다. 이 경우는 수 9에서 명백한 바와 같이, Γ(k)=Γ(k-1)이 되며, 따라서 Γ(k)=Γ의 고정값이 된다. 연료분사 내지 공연비등의 시변플랜트에는 점점 줄어드는 게인 알고리즘, 가변 게인 알고리즘, 고정 게인 알고리즘 및 고정 트레이스 알고리즘중 어느 것이나 적합하다.
여기서, 제7도에 있어서는, 상기한 STR 콘트롤러(적응 제어기)와 적응파라미터 조정기구는 연료분사량 연산계의 밖에 놓이고, 검출공연비(KACT(k))가 목표공연비(KCMD(k-d'))(여기서 d'는 전술한 바와 같이 KCMD가 KACT에 반영될 때까지의 허비시간)에 적응적으로 일치하도록 동작하여 피드백 보정계수(KSTR(k))를 연산한다. 즉, STR 콘트롤러는 적응파라미터 조정기구에 의하여 적응적으로 동정된 계수벡터(θ해트(k))를 받아서 목표공연비(KCMD(k-d'))에 일치하도록 피드백 보상기를 형성한다. 연산된 피드백 보정계수(KSTR(k))는 요구 연료분사량(Tcyl(k))에 곱해져서 보정된 연료분사량이 출력 연료분사량(Tout(k))으로서 부착보정 보상기를 통하여제어플랜트(내연기관)에 공급된다.
이와 같이, 피드백 보정계수(KSTR(k)) 및 검출공연비(KACT(k))가 구해져서 적응파라미터 조정기구에 입력되고, 거기서 적응파라미터(θ 해트(k))가 산출되어 STR 콘트롤러에 입력된다. STR 콘트롤러에는 입력으로서 목표공연비(KCMD(k))가 주어지고, 검출공연비(KACT(k))가 목표공연비(KCMD(k-d'))에 일치하도록 점화식을 사용하여 피드백 보정계수(KSTR(k))를 산출한다.
피드백 보정계수(KSTR(k))는 구체적으로 수 12에 표시한 바와 같이 구해진다.
한편, 검출공연비(KACT(k))와 목표공연비(KCMD(k))는 제6도 플로우 차아트의 S26에서 이미 설명한 PID 제어규칙에 의한 제어기(도면에 PID로 표시)에도 입력되고, 배기계 집합부의 검출공연비와 목표공연비와의 편차를 해소하도록 PID 제어규칙에 의거하여 제2피드백 보정계수(KLAF(k))가 산출된다. 적응 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KSTR)와 PID 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KLAF)는 제7도의 스위칭기구(400)를 통하여 어느 한쪽이 연료분사량의 연산에 사용된다. 그리고, 후술한 바와 같이 적응 제어계(STR 콘트롤러)의 동작이 불안정하다고 판별되었을 때, 또는 적응 제어계의 적응영역외의 경우에, 적응 제어규칙에 의거한 피드백 보정계수(KSTR(k))에 대신하여 PID 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KLAF(k))가 사용된다.
그런데, 내연기관의 연료분사량을 제어할 때 제57도에 도시한 바와 같이, 분사량을 연산하여 연산된 연료가 기통내에서 압축, 폭발, 배기될 때까지 어느 정도의 시간을 요한다. 또한, 배기가스가 LAF센서에 도달할 때까지의 시간이나 센서 자체의 검출지연, 또는 검출값으로부터 실제로 기통에 흡입된 연료량을 연산하는데 요하는 시간까지를 고려하면 이 시간은 더 많아진다. 이와 같이 내연기관의 연료분사량 제어에 있어서는 허비시간이 필연적으로 따른다. 1기통에 주목하여 허비시간을, 예컨대, 전술한 바와 같이 연소사이클로 3회분이라고 하면, TDC 수로는 내연기관이 4기통일 때, 제8도에 도시한 바와 같이 12 TDC가 된다. 그리고, 여기서 "연소사이클" 은 흡입, 압축, 폭발, 배기로 이루어지는 4행정인데 본 실시형태의 경우는 4 TDC에 상당한다.
상기한 적응 제어기(STR 콘트롤러)에 있어서 적응파라미터(θ해트(k))의 요소 수는 수 3에서 명백한 바와 같이 m+n+d개가 되어 허비시간(d)에 비례한다. 앞의 예와 같이 허비시간을 3이라고 하면 각각으로 변화하는 운전상태에 대응하기 위하여 STR 콘트롤러와 적응파라미터 조정기구를 TDC 동기로 동작시킬 때 적응파라미터(θ해트(k))의 요소 수는 m=n=1로 놓아도 제8도에 도시한 바와 같이, d=12(3연소사이클×4TDC)가 되어 m+n+d=14가 된다. 그 결과, 게인행렬(Γ)의 연산이 14×14의 행렬연산이 되어 연산량이 많아져서 차에 실은 컴퓨터의 부하가 증가하여 통상의 차에 실은 컴퓨터 성능으로는 기관회전수의 상승에 따라 1TDC내에서연산을 완료하기가 곤란하게 됨과 동시에, 전술한 바와 같이 허비시간 회수의 증가는 제어성의 악화를 초래한다.
그래서, 도시한 내연기관의 연료분사 제어장치에서는 각각으로 변화하는 운전상태에 가능한한 대응할 수 있음과 동시에 행렬연산량을 저감하여 차에 실은 컴퓨터의 부하를 경감하도록 하였다. 구체적으로는, 제9도에 도시한 바와 같이 파라미터 조정기구에는 연소사이클, 더욱 구체적으로는 특정기통(제1기통 등)의 소정 크랭크각도(TDC 등)에만 동기시켜 제어플랜트 출력을 입력시켜 상기한 적응파라미터(θ해트)를 연산시킨다.
여기서, 적응파라미터(θ해트)의 연산은 제9도에서 명백한 바와 같이 모든 기통의 소정 크랭크각도(TDC 등)에 의해 행한다. 그리고, STR 콘트롤러가 모든 기통의 소정 크랭크각도(TDC 등)에 동기하여 동작하여 피드백 보정계수를 산출하는 것은 제8도에 도시한 구성과 다름이 없다.
이와 같이, 예를 들면 연소사이클(연료 제어사이클), 즉 특정기통의 소정 크랭크각도에만 동기시켜 동작시키면, d=3이 되고 적응파라미터(θ해트)의 요소 수는 m+n+d=5가 되어 게인행렬(Γ)의 연산은 14×14로부터 5×5의 행렬연산으로 감소하여 차에 실은 컴퓨터의 부하가 경감되어 1TDC 내에서 연산을 처리하는 것이 가능하게 된다. 전술한 바와 같이, 제어대상의 허비시간이 많은 것은 적은 경우에 비하여 일반적으로 제어성은 악화하며, 특히 적응 제어에 있어서는 현저하게 되나 상기와 같이 구성함으로써 허비시간을 대폭 저감시킬 수 있어서 제어성을 향상시킬 수 있다.
상기한 것은 구체적으로 수 1 내지 수 12의 제어사이클(k)을 기통마다 취함으로써 실현 가능하게 된다. 더 구체적으로는 4기통의 내연기관인 경우, 수 4를 수13으로, 수 8을 수 14로, 수 9를 수 15로, 수 10 내지 수 12를 수 16 내지 수 18과 같이 변경하면 된다.
이에 따라, 제9도에 도시한 구성에 있어서는, 제8도에 도시한 구성과 마찬가지로 제어주기를 모든 기통의 TDC 마다 취하는, 즉 모든 기통의 TDC에 동기시켜 적응파라미터를 연산하면서 연산에서 사용하는 행렬, 벡터의 차수를 줄이는 것이 가능하게 된다. 물론, 제어사이클을 기통별로 취하여 수 1 내지 수 12의 제어사이클(k)을 K=기통수×k로 둠으로써 기통별로 내부변수를 가진 구성으로 하여도 마찬가지로 동작하는 것은 말할 것도 없다. 그리고, 여기서의 K는 연소사이클수를, k는 TDC를 표시한다. 제10도는 제8도의 구성을 STR 콘트롤러와 파라미터 조정기구에 촛점을 두고 다시 그린 도면이다. 제10도에 있어서, STR 콘트롤러의 작동주기(m×TDC)와 파라미터 조정기구의 작동주기(n×TDC)를 각각 m=n=1이라고 하면, 제8도와 제9도에 도시한 구성이 된다. 여기서, 파라미터 조정기구의 입력주기를 TDC에 동기시켜 허비시간을 d=12로 하면 제8도의 구성이 된다. 한편, 파라미터 조정기구의 입력주기를 연소사이클에 동기시켜 허비시간을 d=3이라고 하면, 제9도의 구성이 된다.
그러나, 플랜트 출력을 연소사이클에 동기시켜 파라미터 조정기구에 입력하여 연산(동작)시키는 것은 특정기통의 소정 크랭크각도에 동기시켜 동작시키는 것이 되므로 항상 그 특정기통의 배기가스공연비의 영향을 강하게 받게 된다. 그 결과, 이론공연비로 제어할 때 등, 그 특정기통의 배기가스공연비가 예를 들면 리인방향에 있고 나머지 기통의 배기가스공연비가 리치방향에 있다고 하면, 적응 제어기(STR 콘트롤러)는 조작량을 리치방향으로 조정하여 목표값에 일치시키도록 동작함으로써 나머지 기통의 공연비는 더욱 리치경향이 높아져 버리는 경우가 있다.
그러한 의도에서, 도시한 장치에서는 후술하는 바와 같이 플랜트 출력을 파라미터 조정기구에 연소사이클에 동기시켜 입력시켜서 동작하게 함으로써 적응파라미터의 요소 수를 감소시켜 행렬연산량을 경감함과 동시에 특정기통의 배기가스공연비의 영향을 강하게 받지 않도록 하였다. 이것을 실현시키기 위해서는 다음과 같이 동작시킨다.
파라미터 조정기구는 연소사이클에 동기하여, 즉 4기통중의 특정기통의 소정 크랭크각도에 동기하여 동작시키게 되나, 제어량(y(k))을 연소사이클 사이 각 기통의 소정 크랭크각도, 예를 들면 TDC 마다 검출공연비(KACT(k))의 평균치, 예를 들면 단순 평균치로서 구하여 파라미터 조정기구에 입력함으로써 그 특정기통의 배기가스공연비에 크게 영향을 미치는 일이 없도록 하였다.
또한, 소정 크랭크각도 마다 파라미터 조정기구가 산출하는 적응파라미터(θ 해트)에 대해서도 평균치를 구함과 동시에 STR 콘트롤러가 산출하는 피드백 보정계수(KSTR(k))에 대해서도 평균치를 구하도록 함으로써 더욱 특정기통의 배기가스공연비에 크게 영향을 미치는 일이 없도록 하였다.
제11도는 그 연산작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트이다.
동 도면에 따라 설명하면, 먼저 S100에서, 기관이 소정의 운전영역에 있느냐 아니냐를 판단한다. 여기서, 소정의 운전영역이란 아이들(idle)을 포함한 저회전영역을 말한다. S100에서, 소정의 운전영역에 없다고 판단될 때에는 S102로 진행하여, 제6도의 S24에서, 그 기통에 대해 산출된 금회 산출공연비(KACT(k)), 전회 연소기통에 대한 전회 산출공연비(KACT(k-1)), 전전회(前前回) 연소기통에 대한 전전회 산출공연비(KACT(k-2)), 전전전회 연소기통에 대한 전전전회 산출공연비(KACT(k-3))의 평균치(KACTAVE)를 구하여 그것을 플랜트 출력인제어량(y(k))으로 한다. 즉, 제어주기를 3회전까지 소급하여 그 기통을 포함한 4기통에 대하여 1연소사이클 동안에 산출된 공연비의 단순 평균치를 구하여 제어량(y(k))으로 한다. 이 수법으로 특정기통의 배기가스공연비의 영향을 저감시킬 수 있다.
이어서, S104로 진행하여, 제7도 끝부분에 도시한 바와 같이, 파라미터 조정기구에서 지금 구한 제어량(y(k))등으로부터 수 3에 따라 적응파라미터(θ 해트(k))를 산출하여 STR 콘트롤러에 입력한다.
이어서, S106으로 진행하여, 금회 산출하는 적응파라미터(θ해트(k))를 포함한 3제어주기 전까지의 산출값, 즉 1연소사이클 동안의 θ해트(k), θ해트(k-1), θ해트(k-2) 및 θ해트(k-3)의 평균치, 예를 들면 단순 평균치(AVE-θ해트(k))를 연산한다. 즉, 파라미터 조정기구의 입력측이 아니라 그 출력측의 적응파라미터(θ 해트(k))에 대하여 4기통의 그것에 대응하는 4제어주기분(1연소사이클)의 θ해트 평균치를 구하여 STR 콘트롤러에 입력한다. 이 수법을 사용하여도, STR 콘트롤러에 대하여 4기통의 θ해트(k) 평균치를 입력하여도 특정기통의 배기가스공연비의 영향을 저감시킨다는 목적을 달성할 수 있다. 그리고, θ해트는 수 3에 표시한 바와 같이 벡터로서 구해지기 때문에 그 평균치는 벡터의 각 요소(s0, r1, r2, r3, b0)의 평균치를 구함으로써 산출한다. 그리고, 어느 요소에 대하여 평균치를 구하고 다른 요소는 그것에 비례하도록 변화량을 구하여 그것으로부터 θ해트의 평균치를 산출하여도 좋다. S106에서는, 그러한 의미를 포함하여 θ해트의 평균치를 구하는 식을모식적으로 표시하였다.
이어서, S108로 진행하여, STR 콘트롤러에 있어서 입력값에 의거하여 수 12에 따라 피드백 보정계수(KSTR(k))를 산출하고, 이어서 S110으로 진행하여, 앞에서 금회에 연산한 피드백 보정계수(KSTR(k))를 포함한 3제어주기 전까지의 산출값, 즉 1연소사이클 동안의 KSTR(k), KSTR(k-1), KSTR(k-2) 및 KSTR(k-3)의 평균치, 예를들면 단순 평균치(AVEKSTR(k))를 연산한다. 즉 파라미터 조정기구측이 아니라 연료연산계의 피드백 보정계수인 제어입력(KSTR(k))을 출력하는 STR 콘트롤러에 대하여 4기통의 것에 대응하는 4제어주기분(1연소사이클)의 KSTR 평균치를 구하여도 특정 기통의 배기가스공연비의 영향을 저감시킨다는 목적을 달성할 수 있기 때문이다.
한편, S100에서, 소정의 운전영역에 있다고 판단될 때에는 S112로 진행하여 y(k)의 연산, 즉 그 기통에 대하여 제6도의 S24에서 구한 금회 산출당량비(KACT(k))를 그대로 제어량(플랜트 출력)으로 한다. 그리고, S114로 진행하여 앞의 S104와 똑같이 적응파라미터(θ해트(k))를 산출하고, S116으로 진행하여 S108과 마찬가지로 피드백 보정계수(KSTR(k))를 산출한다.
이와 같이, 모든 기통의 공연비 평균치가 구해져서 제어량(y(k))으로서 파라미터 조정기구에 입력되므로 특정기통(예컨대, 제1기통)의 당량비, 보다 구체적으로는 배기가스공연비에 크게 영향을 미치는 일이 없다. 또한, STR 콘트롤러 출력에 대해서도 최신값(u(k)=KSTR(k))을 포함하는 4제어주기분의 값이 사용되어 신호벡터(ζ)가 구해져서 파라미터 조정기구에 입력되므로 특정기통의 배기가스공연비의 영향은 더욱 감소한다.
또한, 파라미터 조정기구의 입력측이 아니라 그 출력측 적응파라미터(θ해트(k))에 대하여 4기통의 그것에 대응하는 4제어주기분(1연소사이클)의 θ해트 평균치를 구하여 STR 콘트롤러에 입력하도록 하였으므로 그 평활화에 의해서도 특정기통의 배기가스공연비의 영향을 저감시킨다는 목적을 달성할 수 있다. 또한, 파라미터 조정기구측은 아니고, 연료연산계의 피드백 보정계수인 KSTR(k)를 출력하는 STR 콘트롤러에 대해서도 4기통의 그것에 대응하는 4제어주기분(1연소사이클)의 KSTR 평균치를 구하도록 하였으므로 마찬가지로 특정기통의 배기가스공연비의 영향을 저감시킬 수 있다.
한편, S100에서, 기관이 소정의 운전영역, 구체적으로는 아이들을 포함한 저회전영역에 있느냐 아니냐를 판단하여 긍정될 때에는 평균치를 산출하지 않도록 하였으므로 폐단이 생기는 일이 없다. 즉, 저회전시는 제어사이클이 길어지므로 LAF센서의 응답지연이 무시할 수 있게 된다. 반대로, 검출공연비(KACT(k))와 그 평균치(KACTAVE)의 위상이 제12도와 같이 어긋나므로 제어계의 허비시간이 변화한 것과 같은 현상이 생긴다. 그 때문에 위상이 어긋나고 있는 KACTAVE(k)를 사용하여 적응제어를 하면, 헌팅(hunting)등의 나쁜 영향이 일어날 가능성이 있다. 그 때문에 아이들 운전시 등 저회전상태에서 이 영향을 받을 때에는 평활화를 정지하도록 하였다.
그리고, 상기 S106에서 산출하는 적응파라미터(θ 해트)의 평균치(AVE-θ해트(k))는 수 10에 표시한 동정오차신호(同定誤差信號)(e 아스타리스크(asterisk))의 산출에는 사용하지 않기로 한다. 즉, 동정오차신호(e 아스타리스크)는 검출공연비와 목표공연비와의 오차의 크기를 평가하는 함수이므로 상기와 같이 구한 AVE-θ해트(k)를 수 10의 산출에 사용하면 오차가 부정확하게 되는 경우가 있으므로 AVE-θ해트(k)는 수 8의 산출에만 사용하고, 수 10의 산출에는 사용하지 않는 운전영역을 설치하는 것이 유익하다.
또, 상기 S102, S106, S110에서, 공연비, θ해트(k), KSTR(k)의 평균치를 모두 사용하도록 하였으나 어느 하나 또는 적절한 2개를 사용하여도 좋은 것은 말할 것도 없다. 또, 기관시동시 내지는 STR 콘트롤러의 연산재개의 평균치 연산에 있어서 과거값이 없을 때에는 적당한 소정값을 사용하는 것은 말할 것도 없다.
그리고, 적응파라미터(θ해트(k))나 피드백 보정계수(KSTR(k))의 평균치를 구하는 경우에는 그들 값을 파라미터 조정기구에 대하여 반드시 입력시킬 필요가 없다. 이것은 적응파라미터(θ해트(k))의 평균치를 사용하여 STR 콘트롤러에 의해 산출되는 피드백 보정계수(KSTR(k))는 특정기통의 배기가스공연비에 크게 영향되지 않는 값으로 이미 되어 있기 때문이다. 마찬가지로, STR 콘트롤러로 산출되는 피드백 보정계수(KSTR(k))의 평균치도 그 값 자체가 특정기통의 배기가스공연비에 크게 영향을 주지 않는 값으로 되어 있기 때문이다.
제6도 플로우 차아트의 S32에서 표시한 피드백 보정계수의 선택에 대하여 설명한다.
제13도는 그 작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트이다.
동 도면에 따라 설명하면, 먼저 S200에서, 적응 제어계의 적용영역에 있느냐 아니냐를 판단한다. 예를 들면, 극히 낮은 수온영역 등의 연소불안정 운전영역 등에서는 정확한 산출공연비(KACT(k))가 구해지지 않기 때문에 적용영역외로 하고, 그 경우에는 S210으로 진행하여 PID 제어규칙에 의하여 구한 피드백 보정계수(KLAF(k))를 사용하여 출력 연료분사량(Tout(k))을 산출한다. 적용영역에 있다고 판단될 때에는 S202로 진행하여 적응파라미터(θ해트)의 각 요소를 사용하여 적응 제어계의 안정성을 판별한다.
구체적으로 STR 콘트롤러가 산출하는 피드백 보정계수(KSTR(k))의 전달특성은 수 19와 같이 표시된다.
여기서, 부착보정이 바르고 연소연산계의 외란이 존재하지 않는 상태를 가정하면 KSTR(k)와 KACT(k)의 전달특성은 수 20과 같이 된다.
KCMD(k)에서 보정계수(KSTR(k))의 전달함수는 수 21과 같이 된다.
여기서, b0는 게인을 결정하는 스칼라량이기 때문에 0 또는 -가 될 수 없으므로 수 21의 전달함수의 분모함수 f(z)=b0z3+r1z2+r2z+r3+s0는 제14도에 도시한 함수의 어느 것이 된다. 그래서, 실근(實根)이 단위원내에 있느냐 아니냐를 판별한다.즉, 제15도에 도시한 바와 같이, f(-1)<0 내지 f(1)>0이냐 아니냐를 판별하면, 긍정될 때 실근이 단위원내에 있게 되므로 그것으로부터 제어계가 안정되어 있느냐 아니냐를 쉽게 판정할 수 있다.
그래서, S204로 진행하여, 상기에서 적응 제어계가 불안정하냐 아니냐를 판단하여 긍정될 때에는, S206으로 진행하여 적응파라미터 벡터(θ해트)를 초기값으로 되돌린다. 이에 의하여 제어계의 안정을 회복할 수 있다. 이어서 S208로 진행하여 게인행렬(Γ)을 보정한다. 게인행렬(Γ)은 파라미터 조정기구의 변화(수렴)속도를 결정하는 것이기 때문에 이 보정은 수렴속도를 느리게 하도록 행한다. 여기서는 게인행렬(Γ)의 각 요소를 작은 값으로 치환한다. 그것에 의하여도 똑같이 제어계의 안정을 회복할 수 있다. 이어서, S210으로 진행하여, 도시한 바와 같이, 적응제어계가 불안정하기 때문에 피드백 보정계수로서는 PID 제어규칙에 의한 보정계수(KLAF(k))를 사용하여 그것을 요구 연료분사량(Tcyl(k))에 곱함과 동시에 그 곱에 가산항(TTOTAL)을 가산하여 출력 연료분사량(Tout(k))을 결정한다. 그리고, S204에서 적응 제어계가 불안정하지 않다고 판단될 때에는, S212로 진행하여 도시한 바와 같이 피드백 보정계수로서 적응 제어규칙에 의한 보정계수(KSTR(k))를 사용하여 출력 연료분사량(Tout(k))을 산출한다. 이 때, 제11도 플로우 차아트의 S110에서, 피드백 보정계수(KSTR)의 평균치가 구해지고 있을 때에는 그 평균치를 사용하는 것은 말할 것도 없다.
그리고, 제7도 블록도에 있어서 스위칭기구(400)의 출력(u(k))은 STR 콘트롤러 및 파라미터 조정기구에 입력된다. 이것은 PID 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KLAF)가 선택되었을 때에도 적응 제어규칙에 의한 피드백 보정계수(KSRT)의 연산을 가능하게 하기 때문이다.
본 실시형태에 있어서는 상기와 같이 구성한 결과, 파라미터 조정기구는 모든 기통 TDC 마다 동작함에도 불구하고 적응파라미터의 요소의 수가 5로 되어 Γ 행렬 연산은 5× 5로 감소하여서 차에 실은 컴퓨터의 부하가 경감되어 통상 성능의 차에 실은 컴퓨터로 1TDC 동안에 연산을 완료할 수 있게 된다. 한편, STR 콘트롤러도 모든 기통 TDC 마다 피드백 보정계수(KSTR)를 산출함과 아울러 그 변경을 모든 기통 TDC 마다 행함으로써 운전상태의 변화에 대하여 극력 대응할 수 있다. 또한, 허비시간의 대폭적인 삭감에 의하여 제어성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 파라미터 조정기구에서는 기통별로 보면 연소사이클 마다 작동하게 되어, 특정기통, 예를 들면 제1기통의 소정 크랭크각도로 항상 동작하게 되나, 그 연소사이클간의 나머지 기통군을 포함한 모두에 대한 검출공연비(제어량)의 평균치를 구하여, 그 평균치를 파라미터 조정기구에 입력하거나 또는 적응파라미터(θ 해트)의 평균치를 구하거나 또는 STR 콘트롤러의 출력인 피드백 보정계수(KSTR)의 평균치를 구하여 사용하도록 하였으므로 특정기통의 연소상태만을 강하게 반영하는 폐단은 없다.
즉, 특정기통에 대한 제어량에 의거하여 피드백 보정계수(KSTR)를 구한다고 하면, 예를 들면 제1기통의 공연비가 리치이고 다른 기통의 공연비가 리인일 때 피드백 보정계수(KSTR)는 공연비를 리인방향으로 수정하도록 결정되고, 다른 기통 공연비의 리인화에 박차가 걸려버리나 모든 기통의 평균치로 한 결과, 그러한 폐단이생기지 않는다.
그리고, 더욱 간소화하기 위해서는, 제16도에 도시한 바와 같이 적응파라미터(θ해트)를 모든 기통 TDC 마다가 아니라 특정기통의 연소사이클에 동기시켜, 즉 4TDC 로 한번 연산하여 STR 콘트롤러로 그 적응파라미터(θ해트)를 기통수회, 같은 값을 사용하도록 구성하여도 좋다(제10도에 있어서 m=1, n=4로 한 경우에 상당).
이 수법은 기관회전수의 상승에 따르는 연산가능 시간의 감소시 등에 특히 유효하다. 고회전시에는 각 기통마다 필요하게 되는 적응파라미터(θ해트)의 불균일이 적어지므로, 특정기통의 적응파라미터(θ해트)를 다른 기통을 포함한 모든 기통에 사용하여도 제어성의 악화가 적기 때문에 제어성을 악화시키지 않고 연산시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 제17도에 도시한 바와 같이 STR 콘트롤러도 연소사이클에 동기시켜 4TDC에 한번만 동작시키도록 하면 구성을 더욱 간략화할 수 있다. 제어정밀도는 저하하나 이 구성으로도 어느 정도의 효과를 올릴 수 있다(제10도에 있어서 m=n=4로 한 경우에 상당)
제18도는 본 출원장치의 제2실시형태를 도시한 플로우 차아트이고, 피드백 보정계수(KSTR)의 연산에 사용하는 게인행렬(Γ)의 설정에 관한 것이다.
피드백 보정계수(KSTR)의 연산에는 전술한 수 1 내지 수 12에서 명백한 바와 같이 게인행렬(Γ(k))을 필요로 한다. 제2실시형태는 수 9에 있어서 λ1=1, λ2=0, 즉 고정 게인 알고리즘을 사용한 경우에 있어서 이 게인행렬(Γ(k))의 비대각(非對角) 요소를 모두 0으로 함으로써 연산시간의 단축과 세팅의 용이화를 꾀하였다.
설명을 위하여 일예로서 내부변수(Γζ(k-d))의 연산을 하는 경우를 생각한다. 게인행렬(Γ)을 5×5의 행렬로 하는 제1의 실시형태의 경우에는 Γ의 연산은 수 22와 같이 행하여져서 곱셈이 25회, 덧셈이 20회 필요하게 된다.
이것을 게인행렬(Γ)의 비대각 요소를 모두 0으로 놓으면, 수 23과 같이 표시할 수 있고, 연산은 곱셈 5회로 단축시킬 수 있다.
또한, 게인행렬(Γ)의 비대각 요소를 모두 0으로 함으로써 적응파라미터(θ해트(k))의 연산을 하는 경우, 수 24와 같이 된다.
그 결과, 행렬요소(g11, g22, g33, g44, g55)는 적응파라미터(θ해트(k))의 각 요소 변화속도를 ζ(k)의 하나뿐인 요소에 대응한 값으로 독립하여 세팅할 수 있다. 만약, 게인행렬(Γ)의 비대각 요소가 0이 아니면, 수 22 및 수 24에서 알 수 있는 바와 같이, 적응파라미터(θ해트(k))의 연산은 수 25와 같이 되어 θ해트(k)의 한 요소의 변화속도를 결정하는데 ζ(k-d)의 모든 요소에 대응한 5개의 변수를고려할 필요가 있어서, 세팅에 곤란이 따른다. 게인행렬(Γ)의 비대각 요소를 모두 0으로 함으로써 연산시간을 단축하여 세팅을 용이하게 하는 것이 가능해진다.
또한, 발명자들이 테스트를 하였던 바, Γ행렬에 있어서 g11∼g55의 5개 세팅 요소는 그 몇개를 같은 값으로 하면, 적응파라미터(θ해트(k))각 요소의 변화속도 비율이 적정하게 되어 가장 제어성이 좋아지는 것으로 판명되었다. 예를 들면, g11=g22=g33=g44=g라고 놓는 경우이다. 이렇게 놓으면 세팅요소를 g와 g55의 2개로 저감할 수 있어 세팅을 위한 공정수를 삭감할 수 있음과 아울러, 예컨대 내부변수의ζT(k-d)Γζ(k-d)의 연산은 수 26과 같이 되어 곱셈이 12회로 된다.
이에 대하여 g11∼g44가 각각 별개 값을 취하는 경우에 상기 연산은 수 27과 같이 되어 곱셈이 15회로 증가한다.
이상과 같이 g11∼g55중 몇개를 같은 값으로 함으로써 세팅요소의 수를 감소시킬 수 있어서 연산시간을 더욱 단축시킬 수 있게 된다. 또한, 적응파라미터(θ 해트(k))의 각 요소의 변화속도 비율을 적정하게 할 수 있으므로 제어성도 좋아진다. 이때, g11=g22=g33=g44=g55로 하면, 그 효과가 가장 잘 나타나는 것은 말할 것도 없다.
또한, 연소가 불안정하기 때문에 플랜트 출력도 불안정하게 되는 운전영역을 예로 들면, 상기의 g55를 작게 함으로써 s0(k)의 헌팅 등을 억제할 수 있다. 이와 같이, 게인행렬(Γ)의 비대각 요소를 0으로 함으로써 제어특성의 세팅이 쉬워지는 장점은 있다. 또한, 운전영역에 따라 게인행렬(Γ)을 바꿈으로써 항상 기관에 있어 가장 적합한 제어성을 얻을 수 있게 된다.
그 경우, g11∼g55는 운전상태에 따라 제어유니트(34)내의 RAM(74)에 기억시켜둔다. 더 구체적으로는 운전상태 뿐만아니라 캐니스터 퍼어지, 배기환류 등 기관의 제어디바이스의 동작상태에 따라 기억시켜둔다. 이 때, g11∼g55는 모두 같은 값이든 전혀 다른 값이든, 몇개가 같은 값이라도 좋다. 그리고, 이 경우, RAM(74)의 용량 내지는 연산시간에 여유가 있으면 게인행렬(Γ)의 비대각 요소를 사용하여도 좋다.
상기를 전제로 하여 제18도 플로우 차아트에 따라 본 출원에 의한 장치의 제2실시형태를 설명한다.
먼저, S300에 있어서 기관회전수(Ne), 흡기압력(Pb)등의 기관운전 파라미터 및 전술한 배기환류기구 내지 캐니스터 퍼어지기구의 동작상태를 입력하고, S302로 진행하여 아이들영역에 있느냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S304로 진행하여 아이들용의 Γ맵을 검색한다. 한편, S302에서, 아이들영역에는 없다고 판단될 때에는, S306으로 진행하여 가변밸브 타이밍기구가 Hi 밸브 타이밍 특성으로 운전되고 있느냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S308로 진행하여 Hi 밸브 타이밍용의 Γ맵을 검색함과 아울러, 부정될 때에는 S310으로 진행하여 Lo 밸브 타이밍용의 Γ맵을 검색한다.
제19도에 Lo 밸브 타이밍용의 Γ맵 특성을 도시하였다. 이 맵에 도시한 바와같이 기관회전수(Ne)와 흡기압력(Pb)으로부터 행렬요소(g11∼g55)를 검색한다. 그리고, 아이들용 및 Hi 밸브 타이밍용의 Γ맵도 똑같은 특성을 구비한다. 또한, 이 맵은 기관부하를 표시하는 흡기압력(Pb)에 의하여 게인행렬(Γ)의 값을 검색하고 있으므로 기관부하의 급변동시인 감속운전상태 등에 있어서도 가장 적합한 게인행렬의 값을 얻을 수 있다.
이어서, S312로 진행하여 EGR(배기환류기구)이 동작하고 있느냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S314로 진행하여 배기환류율에 대한 연료보정계수(KEGRN)에 따라 게인행렬(Γ)을 수정한다. 더 구체적으로는, 배기환류율에 대한 연료보정계수(KEGRN)로부터 제20도에 그 특성을 도시한 테이블을 검색하여 보정계수(KΓEGR)를 구하고, 구한 보정계수(KΓEGR)를 게인행렬(Γ)에 곱하여 보정한다. 배기환류율에 대한 연료보정계수(KEGRN)에 따라 게인행렬을 수정하는 이유는, 보정계수(KΓEGR)가 도시한 바와 같이, 배기환류량의 증가함에 따라 배기환류율에 대한 연료보정계수(KEGRN)가 감소하며, 그에 따라 외란이 커지기 때문에, 적응 제어계의 안정성이 높아지도록 하는 것이며, 배기환류율에 대한 연료보정계수(KEGRN)가 감소함에 따라 게인행렬(Γ)을 작게 하도록 설정된다.
그리고, 이 배기환류율(KEGRN)은 연료분사량을 곱셈 보정하는 계수로서, 예를 들면 0.9로 결정된다. 그러나 본 발명의 요지가 배기환류율의 결정 자체는 아니고, 배기환류율의 결정이 예를 들면 본 출원인이 앞서 제안한 일본 특원평6-294,014호에 기술되어 있으므로 설명은 생략한다.
이어서, S316으로 진행하여 캐니스터 퍼어지기구가 동작하고 있느냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S318로 진행하여 퍼어지 질량에 따라 게인행렬(Γ)을 수정한다. 더 구체적으로는 퍼어지 질량에 대한 연료보정계수(KPUG)로부터 제21도에 그 특성을 도시한 테이블을 검색하여 보정계수(KΓPUG)를 구해서 그 구한 보정계수(KΓPUG)를 게인행렬(Γ)에 곱하여 보정한다. 보정계수(KΓPUG)는 도시한 바와 같이 퍼어지 질량이 증가함에 따라 퍼어지 질량에 대한 연료보정계수(KPUG)가 감소하며, 그에 따라 외란이 커지게 되므로, 퍼어지 질량에 대한 연료보정계수(KPUG)가 감소함에 따라 게인행렬(Γ)이 작아지도록 설정된다. 그리고, 퍼어지 질량에 대한 연료보정계수(KPUG)에 대해서도, 예를 들면 본 출원인이 앞서 제안한 일본 특개평6-101,522호에 기술되어 있으므로 설명은 생략한다.
이어서, S320으로 진행하여 검출한 대기압(Pa)에 따라 게인행렬(Γ)을 수정한다. 더 구체적으로는, 검출한 대기압(Pa)으로부터 제22도에 그 특성을 도시한 테이블을 검색하여 보정계수(KΓPa)를 구해서 그 구한 보정계수(KΓPa)를 게인행렬(Γ)에 곱하여 보정한다. 검출한 대기압(Pa)에 따라 게인행렬(Γ)을 수정하는 이유는, 검출한 대기압(Pa)이 감소하는, 즉 기관이 위치하는 고도가 증가함에 따라 충전효율이 저하하여 상압에서 세팅된 데이타에 대하여 외란이 생기므로 적응 제어계의 안정성이 높아지도록 하는 것이며, 검출한 대기압(Pa)이 감소함에 따라 게인행렬(Γ)을 작게 하도록 설정된다.
이어서, S322로 진행하여 검출한 수온(Tw)에 따라 게인행렬(Γ)을 수정한다. 더 구체적으로는, 검출한 수온(Tw)에 의해 제23도에 그 특성을 도시한 테이블을 검색하여 보정계수(KΓTw)를 구해서 그 구한 보정계수(KΓTw)를 게인행렬(Γ)에 곱하여 보정한다. 검출한 수온(Tw)에 따라 게인행렬(Γ)을 수정하는 이유는, 보정계수(KΓTW)가 도시한 바와 같이 검출한 수온(Tw)이 저수온 또는 고수온일 때에는 연소가 불안정하게 되기 때문에, 상온에서 세팅된 데이터에 대하여 외란이 생기므로 적응 제어계의 안정성이 높아지도록 하는 것이며, 저수온 또는 고수온일 때에는 게인행렬(Γ)을 작게 하도록 설정된다.
제2실시형태는 상기한 바와 같이 적응파라미터(θ해트)의 변화(수렴)속도를 결정하는 게인행렬을 운전상태에 따라 적정하게 결정하도록 하였으므로 안정된 적응파라미터의 변화속도를 얻을 수 있어 제어성이 향상된다.
그리고, 제2실시형태는 게인행렬(Γ)을 고정 게인에 의해 결정하는 것이지만, 가변 게인 알고리즘을 사용하는 것도 가능하고, 그 때에는 게인행렬(Γ)의 각 요소의 초기값을 상기와 같이 운전상태로 수정하고, 운전상태가 변화하였을 때에 소정값으로 하여도 좋다.
또한, 제2실시형태에 있어서는, 고정 게인 알고리즘으로 설명하였으나 게인행렬(Γ(k))의 연산을 수 9에 표시한 가변 게인 알고리즘 등의 고정 게인 알고리즘 이외의 연산규칙에 의거하여 행하는 경우, 게인행렬(Γ(k))의 비대각 요소 연산을 행하지 않고, 0으로 고정시킴으로써 상기 제2실시형태에서 기술한 연산량의 저감과 세팅의 용이화를 실현할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
제24도는 본 출원장치의 제3실시형태를 도시한 플로우 차아트이다.
제1실시형태 및 제2실시형태에 있어서는, 게인행렬(Γ)을 고정 게인으로 연산하였으나, 제3실시형태에 있어서는, 고정 게인 이외의 알고리즘에서 사용하여 연산하고, 그 때의 적응파라미터를 사용한 제어결과(플랜트 출력, 더 구체적으로는 검출공연비(KACT)가 양호한 거동을 나타냈을 때 연산값을 기관의 운전상태에 따라 기억해두면, 다시 그 영역에서 게인행렬(Γ(k))을 연산할 필요가 없어짐과 동시에, 그 영역에서 가장 적합한 게인행렬(Γ(k))을 항상 사용할 수 있게 되어 제어성이 향상된다. 이 때, 격납하는 Γ(k)는 4TDC간의 평균치 등의 가공값을 사용하여도 좋다. 그리고, 고정 게인 알고리즘으로부터 게인행렬(Γ)을 연산하는 경우는 플랜트 출력의 거동이 양호하지 않다고 판단된 경우가 된다. 이 때의 게인행렬(Γ(k-1))은 운전영역마다 격납된 초기값으로 하여 시작한다.
상기를 전제로 제24도를 참조하여 설명한다. 이것은 제3실시형태의 플로우 차아트인 제18도의 S308, S310 또는 S304 등의 게인행렬(Γ)의 맵 검색시에 행하는 작업이다.
이하 설명하면, S400에서 기관회전수(Ne)와 흡기압력(Pb)으로부터 제2실시형태에서 도시한 것과 같은 게인행렬(Γ)의 맵을 검색하고, S402로 진행하여 플랜트 출력인 검출공연비(KACT)의 거동이 양호한가 아닐가를 적절한 수법으로 판단하고, 부정될 때에는 S404로 진행하여 게인행렬(Γ(k))을 연산하고, S406으로 진행하여 검색한 맵의 소정영역에 격납한다. 그리고, S402에서, 긍정될 때에는 즉시 S406으로 진행한다. S402에 있어서의 검출공연비(KACT)의 거동이 좋고 나쁨의 판단은, 예를 들면 10TDC간의 검출공연비(KACT)가 목표공연비(KCMD)±소정값 이내에 들어 있으면 양호하다고 판단함으로써 행한다.
제3실시형태는 상기와 같이 구성하였으므로, 검출공연비(KACT)의 거동이 양호한 경우에는 게인행렬(Γ(k))의 연산을 수 9에 표시한 연산식을 사용하지 않고 단순한 맵 검색에 의하여 행할 수 있어 연산량을 저감시킬 수 있다. 또한, 검출공연비(KACT)의 거동이 양호하지 않는 경우에는 가장 적합한 게인행렬(Γ(k))을 다시 연산하고 내연기관의 운전영역마다 학습함으로써 내연기관의 해가 지남에 따른 열화(劣化) 등에도 대응할 수 있어서 항상 검출당량비(KACT(k))의 거동이 양호하게 되도록 할 수 있으므로 제어성을 향상시킬 수 있다.
제25도는 본 출원에 의한 장치의 제4실시형태를 도시한 플로우 차아트이다.
제4실시형태에 있어서는 적응 제어계가 불안정하게 되지 않도록 검출공연비(KACT)의 특성에 불감대를 설치하였다. 즉, STR 콘트롤러는 검출공연비(KACT)가 목표공연비(KCMD)에 일치하도록 동작하기 때문에, STR 콘트롤러에 입력하는 검출공연비(KACT)가 목표공연비(KCMD)에 일치하고 있으면 적응파라미터는 거의 변화하지 않는다. 그래서 검출공연비(KACT)가 센서노이즈 등의 미소한 외란으로부터 미소하게 변동할 때, 그것에 의하여 적응 제어계가 그 미소한 외란등에 영향을 받아서 불필요한 과보정(過補正)을 하지 않도록, 제26도에 도시한 바와 같이 검출공연비(KACT)의 특성에, 목표공연비(KCMD) 부근에 불감대를 설치하였다. 자세하게는, KCMD-β부터 KCMD+α의 범위에 있어서는 검출공연비(KACT)의 값이 동일하도록 하였다.
제21도 플로우 차아트를 참조하여 설명하면, S500에서 검출공연비(KACT)를 하한의 소정값(KCMD-β)과 비교하여 그 이상이라고 판단될 때에는, S502로 진행하여 검출공연비(KACT)를 상한의 소정값(KCMD+α)과 비교한다. S502에서 검출공연비가 소정값(KCMD+α) 이하라고 판단될 때에는, S504로 진행하여 검출공연비(KACT)를 소정값, 예를 들면 목표공연비(KCMD)로 한다. 그리고, S500에서 검출공연비(KACT)가 하한의 소정값(KCMD-β)를 밑돈다고 판단될 때, 내지는 S502에서 검출공연비(KACT)가 상한의 소정값(KCM+α)를 윗돈다고 판단될 때에는, 즉시 프로그램을 종료한다. 따라서, 그러한 경우에는 검출값을 그대로 검출공연비(KACT)로 하게 된다. 이상의 처리에 의하여 제26도에 도시한 바와 같이 검출공연비(KACT)의 특성에, 목표공연비(KCMD) 부근에 불감대를 설치할 수 있다.
제4실시형태는 상기한 바와 같이 구성하였으므로, 예를 들면 검출공연비(KACT)가 미소하게 변동할 때에도 STR 콘트롤러는 그 영향을 받지 않고 안정되게 동작할 수 있으며, 따라서 양호한 제어결과를 얻을 수 있다. 그리고, S502에 있어서 목표공연비(KCMD)를 검출공연비로 하였으나, 그 이외의 KCMD-β 내지 KCMD+α 범위의 적절한 값으로 하여도 좋다.
제27도는 본 출원에 의한 장치의 제5실시형태를 도시한 플로우 차아트이다.
제5실시형태는 제4실시형태와 마찬가지로 적응 제어계의 불안정화를 방지하는 것이고, 동정오차신호(e 아스타리스크)에 상하한(上下限) 리미터를 설치하여 안정된 적응파라미터를 얻도록 하였다.
즉, 수 8에서 명백한 바와 같이 동정오차신호(e 아스타리스크)의 값을 어느 일정 범위내로 제한함으로써 적응파라미터(θ해트)의 변화속도를 제한할 수 있다. 그것에 의하여 적응파라미터(θ해트(k))의 최적값에 대한 오우버슈트(overshoot)를방지할 수 있어서, 결과적으로 적응 제어계를 안정되게 동작시켜 양호한 제어효과를 얻을 수 있다.
제27도 플로우 차아트에 따라 설명하면, 먼저 S600에서 산출한 동정오차신호(e 아스타리스크(k))를 상한값(a)(제28도에 도시)과 비교하고, 상한값을 초과하고 있다고 판단될 때에는 S602로 진행하여 소정값, 예를 들면 상한값(a)을 동정오차신호(e 아스타리스크(k))로 한다. 한편, S600에서 동정오차신호(e 아스타리스크(k))가 상한값(a) 이하라고 판단될 때에는 S604로 진행하여 산출한 동정오차신호(e 아스타리스크(k))를 하한값(b)(제28도에 도시)과 비교하고, 그 미만이라고 판단될 때에는 S606으로 진행하여 제2의 소정값, 예컨대 하한값(b)을 동정오차신호(e 아스타리스크(k))로 한다. 그리고, S604에서 동정오차신호(e 아스타리스크(k))가 하한값(b) 이상이라고 판단될 때에는 즉시 프로그램을 종료한다. 따라서, 그 경우는 동정오차신호(e 아스타리스크(k))는 산출값 그대로 한다.
제5의 실시형태는 상기와 같이 구성하였으므로, 동정오차신호(e 아스타리스크(k))의 값을 어느 일정 범위내로 제한함으로써 적응파라미터(θ해트(k))의 변화속도를 제한할 수 있다. 그것에 의하여, 적응파라미터(θ해트(k))의 최적값에 대한 오우버슈트를 방지할 수 있어서, 적응 제어계를 안정적으로 동작시켜 양호한 제어결과를 얻을 수 있다.
그리고, S602 내지 S606에 있어서 동정오차신호(e 아스타리스크(k))의 값을 상하한값(上下限値)으로 하였으나 상하한값 사이의 적절한 값으로 하여도 좋고, 또는 상값 부근의 적절한 값으로 하여도 좋다.
제29도는 본 출원에 의한 장치의 제6실시형태를 도시한 플로우 차아트이다.
제6실시형태에서는, 제1실시형태에 기술한 STR 콘트롤러에 있어서 적응파라미터(θ해트)를 결정하는 동정오차신호(e 아스타리스크)의, 수 10의 산출식 분모에 사용하는 정수 1을 가변함으로써 그 변화속도를 안정시켜 제어성을 향상시키도록 하였다.
이 제6실시형태는, 파라미터 조정기구에서 연산에 사용하는 중간변수의 변화범위를 제한하여 도시한 바와 같은 적응 제어를 저레벨의 차에 실은 마이크로컴퓨터로 실현시키는 기술을 전제로 한다. 그것에 대해서는 본 출원인이 먼저 제안한 일본 특개평6-161,511호 공보에 기재되어 있으므로 설명은 생략한다.
즉, 이론식에서는 이 동정오차신호(e 아스타리스크(k))가 수 10과 같이 산출된다. 지금, ζ(k) 및 y(k)에 1/10(이하, j 라고 한다)을 곱하여 파라미터 조정기구에 입력하기로 하고, 그 분모를 주목하면 수 28과 같이 된다[게인행렬(Γ(k-1))은 고정 게인의 경우 일정하게 된다].
여기서, 우항은, ζ(k), y(k)에 곱하는 계수의 제곱이 되고, 이 계수가 1 이하의 작은 값인 경우(예의 경우는 1/102=1/100), 좌항=1에 비하여 극단적으로 작아져 버린다. 이 때문에 우항이 어떻게 변화하여도 동정오차신호(e 아스타리스크(k))의 분모는 1 에 가까운 값이 되어 계수를 곱하기 전과 동정오차신호(e 아스타리스크(k))의 변화속도가 변해버린다. 이 문제를 해결하기 위하여 좌항을 1 이외의 값으로 하면 된다. 표준적으로 상기 계수를 j로 하여 j2로 놓으면 계수(j)를 곱하기 전과 같은 변화속도로 할 수 있다.
반대로, 동정오차신호(e 아스타리스크(k))의 변화속도는 적응파라미터(θ 해트(k))의 변화(수렴)속도에 비례하기 때문에 즉, θ(k)는 수 8을 사용하여 산출되므로, j2이외의 값을 갖게 함으로써 적응파라미터(θ 해트(k))의 변화속도를 변경할 수 있다. 따라서 수 29에 표시한 동정오차신호(e 아스타리스크(k))의 분모의 연산식에 있어서, 식중의 i가 1 이외의 값을 취하는 즉, i≠1의 값을 취하도록 하였다.
제29도 플로우 차아트를 참조하여 설명하면, 먼저 S700에서 동정오차신호(e 아스타리스크(k))에 의한 적응파라미터(θ해트(k))의 변화(수렴)속도를 가변으로 하는 동작을 행하느냐 않느냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S702로 진행하여 i를 1이외의 값으로 하며, 더 구체적으로는 검출한 기관회전수(Ne)와 흡기압력(Pb)으로부터 제30도에 그 특성을 도시한 웹을 검색하여 i를 구한다. 한편, S700에서 부정될 때에는 S704로 진행하여 i를 j2로 놓고 계수 j를 곱하기 전과 같은 변화속도로 한다. 그리고, j는 정수이므로 제30도에 도시한 맵 특성에 있어서, i의 값은 j2를 고려한 값, 예컨대 i=j2×0.5 내지 i=j2×2 등으로 설정한다.
구체적으로, j는 통상 1보다 작은 값으로 설정하나 예를 들면, j=1/10로 하면 S700에서 부정될 경우에는 i=j2=1/100이 된다. 따라서, S700에서 긍정되는 경우라도 i=1/100을 중심으로 예를 들면 1/50∼1/200의 사이가 되도록 제30도에 있어서 i맵값을 설정한다. 이 때, i가 작을수록(예컨대, 1/200), 적응파라미터(θ해트(k))의 변화(수렴)속도는 빨라지고, i가 클수록(예컨대, 1/50), 적응파라미터(θ해트(k))의 변화(수렴)속도는 느려진다. 따라서, 제30도에 있어서 i맵값은, 더 구체적으로는 고회전에 의한 고부하상태에서는 크게(예컨대, 1/50), 저회전에 의한 저부하상태에서는 작게(예컨대, 1/200)설정한다.
제6실시형태는, 상기와 같이 구성하였으므로 적응파라미터(θ해트)를 결정하는 동정오차신호(e 아스타리스크)의 정수를 가변으로 함으로써 입력에 대한 계수와의 조화를 꾀할 수 있어서 적응파라미터(θ해트)의 변화속도가 안정되어 양호한 제어성을 달성할 수 있다.
그리고 제6실시형태에 있어서는, 제1실시형태에서 사용한 STR 콘트롤러를 예로 들었으나 적응 제어기는 제1실시형태에 도시한 것으로 한정되는 것은 아니고, 란다우 등의 조정규칙에 의거하여 동작하는 것이라면 MRACS형의 적응 제어기도 포함할 수 있다.
제31도 플로우 차아트는 본 출원에 의한 장치의 제7실시형태를 도시한 플로우 차아트이다.
제7실시형태에 있어서는, 제1실시형태에 기술한 파라미터 조정기구와 STR 콘트롤러의 제어사이클에 대하여 그들의 제어사이클을 가변으로 함과 동시에 운전상태, 구체적으로는 기관회전수에 따라 제어사이클을 결정하도록 하였다. 즉, 적응제어기의 파라미터 조정기구 또는 콘트롤러의 제어주기를 운전상태에 따라 가변으로 함으로써 연산부하를 가능한한 저감하여 고회전시 등 연산시간이 적은 운전상태에 있어서도 적응 제어를 행하는 것을 가능하게 하여 양호한 제어성을 실현하도록 하였다.
제31도 플로우 차아트를 참조하여 설명하면, 먼저 S800에서 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nep1)과 비교하여 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nep1) 미만이라고 판단될 때에는 S802로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 다른 소정값(Nec1)과 비교한다. 그리고, S802에서 검출한 기관회전수(Ne)가 다른 소정값(Nec1) 미만이라고 판단될 때에는 S804로 진행하여 파라미터 조정기구(제31도에서 P라고 약칭)와 STR 콘트롤러(제31도에서 C라고 약칭)의 제어주기는 TDC 마다로 한다.
제32도는 제31도 플로우 차아트의 동작의 설명도인데, 도시한 바와 같이 소정값(Nep1, Nec1)이 비교적 낮은 회전영역에 있을 때에는 연산시간에 여유가 있기 때문에, 제어정밀도를 우선하여 파라미터 조정기구와 STR 콘트롤러를 모두 제8도 및 제9도에 도시한 바와 같이 전 TDC 마다 동작시킨다.
제31도에 있어서, S802에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec1)을 초과한다고 판단될 때에는 S806으로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nec2)과 비교하고, 그 미만이라고 판단될 때에는 S808로 진행하여 파라미터 조정기구는 TDC 마다, STR 콘트롤러는 2TDC 마다 동작시킨다. 한편, S806에서 검출한기관회전수(Ne)가 소정값(Nec2) 이상이라고 판단될 때에는 S810으로 진행하여 파라미터 조정기구는 TDC 마다, STR 콘트롤러는 4TDC 마다 동작시킨다.
또, S800에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nep1) 이상이라고 판단될 때에는 S812로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nep2)과 비교하고, 그 미만이라고 판단될 때에는 S814로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nec3)과 비교하고, 거기서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec3) 미만이라고 판단될 때에는 S816으로 진행하여 파라미터 조정기구는 2TDC 마다, STR 콘트롤러는 TDC 마다 동작시킨다.
한편, S814에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec3) 이상이라고 판단될 때에는 S818로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nec4)과 비교하고, 그 미만이라고 판단될 때에는 S820으로 진행하여 파라미터 조정기구와 STR 콘트롤러는 2TDC 마다 동작시킨다. 또한, S818에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec4) 이상이라고 판단될 때에는 S822로 진행하여 파라미터 조정기구는 2TDC 마다, STR 콘트롤러는 4TDV 마다 동작시킨다.
또한, S812에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nep2) 이상이라고 판단될 때에는 S824로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nep3)과 비교하고, 그 미만이라고 판단될 때에는 S826으로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nec5)과 비교하고, 거기서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec5) 미만이라고 판단될 때에는 S828로 진행하여 파라미터 조정기구는 4TDC 마다, 콘트롤러는 TDC 마다 동작시킨다(제16도에 도시).
한편, S826에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec5) 이상이라고 판단될 때에는 S830으로 진행하여 검출한 기관회전수(Ne)를 소정값(Nec6)과 비교하고, 그 미만이라고 판단될 때에는 S832로 진행하여 파라미터 조정기구는 4TDC 마다, STR 콘트롤러는 2TDC마다 동작시킴과 아울러, S830에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nec6) 이상이라고 판단될 때에는 S834로 진행하여 파라미터 조정기구도 STR 콘트롤러도 4TDC 마다 동작시킨다(제17도에 도시). 그리고 S824에서 검출한 기관회전수(Ne)가 소정값(Nep3) 이상이라고 판단될 때에는 S836으로 진행하여 적응제어기(STR)를 정지시킨다;
제7실시형태는, 상기와 같이 기관회전수에 따라 적응 제어기의 파라미터 조정기구와 STR 콘트롤러의 제어사이클을 결정하도록 하였으므로, 연산부하를 가능한 한 저감하여 고회전시 등 연산시간이 적은 운전상태에 있어서도 적응 제어를 할 수 있게 하여 양호한 제어성을 실현할 수 있다.
그리고, 상기 제32도에 도시한 적응 제어기(STR)의 작동상태는 1∼10(도면에서는 동그라미 달린 숫자로 표시)의 모두를 구비할 필요는 없고 기관이나 제어유니트 구성의 CPU 능력에 따라 적절히 선택하여도 좋다. 예를 들면, 1, 3, 5, 9, 10, 내지 1, 3, 6, 9, 10, 내지 1, 7, 9, 10, 내지 1, 10, 내지 1, 4, 7, 10 등으로 선택하여도 좋다.
또한, 운전상태로서 기관회전수를 사용하였으나 그것에 한정되는 것은 아니고 기관부하도 가미하여 결정하여도 좋다. 그러한 경우는 예를 들어, 고부하 상태에 있어서는 적응파라미터(θ해트)의 변화가 적기 때문에 파라미터 조정기구를4TDC 마다 처리하는 것도 생각할 수 있을 것이다.
제33도는, 본 출원에 의한 장치의 제8실시형태를 도시한 제11도와 마찬가지의 피드백 보정계수(KSTR) 등의 평균치 연산작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트이다.
제1실시형태의 경우에는, 특정기통의 배기공연비 영향을 피하기 위하여 원칙적으로 피드백 보정계수(KSTR)를 결정하는 요소에 대하여 평균치를 구하도록 함과 동시에 소정의 운전상태, 즉 아이들상태에서는 평균치의 산출을 중지하도록 하였다.
제8실시형태는, 제1실시형태와 대조적으로 원칙적으로 평균치를 산출하지 않음과 동시에 소정의 운전상태, 구체적으로 배기환류(EGR) 실행시에만 평균치를 산출하도록 하였다.
이에 대하여 설명하면, 상기한 배기환류기구에 있어서, 배기가스가 환류될 때 운전상태에 따라서 배기가스가 4기통에 균등하게 도입되지 않고, 예를 들면 환류구(121b)에 가까운 기통에 다량의 배기가스가 흡입되고 먼 기통에는 약간의 양(量)밖에 흡입되지 않는 상태가 일어날 가능성이 있다. 따라서, 그러한 경우에는 TDC 마다 검출하는 공연비(KACT(k))가 특정기통의 영향을 크게 받게 되어, 그 검출공연비(KACT(k))를 사용하면 그 기통의 당량비만을 목표공연비에 맞추도록 하여 모든 기통의 제어값이 그 기통의 어긋난분만 오프세트(offset)시켜 다른 기통의 공연비가 어긋나 버린다. 따라서 그것을 회피하기 위하여 도시한 바와 같이 평균치를 구하는 것이 바람직하다.
제33도에 따라 설명하면, S900에서 EGR(배기환류제어)이 실행되고 있느냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S902 이후로 진행하여, 제11도에 관하여 제1실시형태에서 설명한 바와 같이 KACTAVE 등의 평균치를 구한다. 다른 한편, S900에서 부정되었을 때에는 S912 이후로 진행하여, 제11도에 관하여 제1실시형태에서 설명한 바와 같은 처리를 한다.
제8실시형태는 상기한 바와 같이 구성하였으므로, 배기가스가 환류될 때에도 특정기통의 영향을 크게 받지 않아서 제어성이 향상된다.
제34도는 본 출원에 의한 장치의 제9실시형태를 도시한 제33도와 같은 피드백 보정계수(KSTR)등의 평균치 연산작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트이다.
배기환류 실행시와 같이, 캐니스터 퍼어지가 실행되어 가스가 공급될 때 운전상태에 따라서는 가스가 기통에 균일하게 도입되지 않는 경우가 생겨서 제8실시형태에서 설명한 것과 같은 문제가 생길 수 있다. 제9실시형태는 그것에 대처하였다.
제34도에 따라 설명하면, S1000에서 캐니스터 퍼어지가 실행되고 있느냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때 S1002 이후로 진행하여, 제11도에 관하여 제1실시형태에서 설명한 바와 같이 KACTAVE 등의 평균치를 구한다. 한편, S1000에서 부정되었을 때에는 S1012 이후로 진행하여, 제9도에 관하여 제1실시형태에서 설명한 것과 같은 처리를 한다.
제9실시형태는 상기와 같이 구성하였으므로 캐니스터 퍼어지가 실행될 때에는 특정기통의 영향을 크게 받지 않아서 제어성이 향상된다.
그리고, 도시하지 않았으나 그 밖에도 대기압(Pa)이 낮은 경우, 즉 고지에 위치할 때, 또는 저수온일 때, 또는 리인버언(lean burn)운전시 등, 연소가 불안정한 상태에 있을 때에는, 똑같이 평균치를 구하는 것이 바람직하고, 그것에 의하여 제어성을 향상시킬 수 있다.
제35도 및 제36도는 본 출원장치의 제10실시형태를 도시한 플로우 차아트 및 블록도이다.
제36도를 먼저 참조하여 설명하면, 제10실시형태의 경우 제1실시형태의 구성에 PID 제어규칙으로 된 배기계 집합부 당량비의 피드백 루프(보정계수(KLAF))를 제외함과 동시에 같은 PID 제어규칙으로 된 기통별 피드백 루프(보정계수(#nKLAF))를 삽입하였다.
즉, 배기계 집합부에 배치한 단일한 공연비센서 출력으로부터 상술한 본 출원인이 앞서 일본 특개평5-180,040호 공보에서 제안한 옵서버를 사용하여 각 기통의 공연비(#nA/F)(n: 기통)를 추정하고, 그 추정값과 소정의 기통별 공연비(F/B)의 목표값 편차에 따라 PID 제어규칙을 사용하여 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAF)를 구하여서 출력 연료분사량(Tout)을 곱셈 보정하도록 하였다.
더 구체적으로는 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAF)는 집합부 공연비를 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAF) 평균치의 전회연산값으로 나누어서 구한 값(이것을 상기와 같이「기통별 공연비 F/B의 목표값」이라고 한다. 따라서, 이것은 목표공연비(KCMD)와는 다른 값이다)과 옵서버 추정공연비(#nA/F)의 편차를 해소하도록 PID 제어규칙을 이용하여 구한다. 그리고, 그 상세한 설명은 본 출원인이 따로제안한 일본 특원평5-251,138호에 개시되어 있으므로 설명을 생략한다. 또한, 부착 보정 보상기의 도시는 생략하였다.
또한, 제10실시형태에 있어서는, LAF센서 출력을 적절한 타이밍으로 샘플링하는 샘플링 블록(도면중에 Sel-VOBSV라고 표시)을 설치함과 동시에 STR 콘트롤러에 대해서도 동종의 샘플링 블록(도면중에 Sel-VSTR 이라고 표시)을 설치하였다.
여기서, 그들 샘플링 블록 및 옵서버에 대하여 설명한다. 그리고, 그 샘플링 동작블록을 제36도에서 「Sel-VOBSV」라 표시하였다.
내연기관에 있어서 배기가스는 배기행정에서 배출되기 때문에 다기통 내연기관의 배기계 집합부에 있어서 공연비의 거동을 보면 명백히 TDC에 동기하고 있다. 따라서, 내연기관의 배기계에 상기한 광역 공연비센서를 설치하여 공연비를 샘플링할 때에도 TDC에 동기하여 행할 필요가 있으나 검출출력을 처리하는 제어유니트(ECU)의 샘플타이밍에 의하여서는 공연비의 거동을 정확히 파악할 수 없는 경우가 생긴다. 즉, 예를 들면 TDC에 대하여 배기계 집합부의 공연비가 제37도와 같을 때, 제어유니트로 인식하는 공연비는 제38도에 도시한 바와 같이 샘플타이밍에 따라서는 전혀 다른 값이 된다. 이 경우, 실제 공연비센서의 출력변화를 가능한한 정확히 파악할 수 있는 위치에서 샘플링하는 것이 바람직하다.
또한, 공연비의 변화는 배기가스의 센서까지의 도달시간이나 센서의 반응시간에 따라서도 달라진다. 그중, 센서까지의 도달시간은 배기가스압력, 배기가스볼륨(volume) 등에 의존하여 변화한다. 또한, TDC에 동기하여 샘플링하는 것은 크랭크각도에 의거하여 샘플링하게 되므로 필연적으로 기관회전수의 영향을 받지 않을수 없다. 이와 같이, 공연비의 검출은 기관의 운전상태에 의존하는 바가 크다. 그 때문에, 예를 들면 일본 특개평1-313,644호 공보기재의 기술에 있어서는 소정 크랭크각도마다 검출의 적합여부를 판정하고 있으나 구성이 복잡하여 연산시간이 길어지므로 고회전역에서는 대응할 수 없게 될 염려가 있음과 동시에 검출을 결정한 시점에서 공연비센서 출력의 변국점(變局点)을 쓸데없이 지나게 되는 결점도 생긴다.
제39도는, 그 LAF센서의 샘플링 동작을 도시한 플로우 차아트이나 공연비의 검출정밀도는 특히 상기한 옵서버의 추정정밀도와 밀접한 관련이 있으므로, 동 도면의 설명에 들어가기 전에 여기서 옵서버에 의한 공연비 추정에 대하여 간단히 설명한다.
먼저, 1개의 LAF센서 출력으로부터 각 기통의 공연비를 정밀하게 분리 추출하기 위해서는 LAF센서의 검출응답지연을 정확히 해명할 필요가 있다. 그래서 우선, 이 지연을 1차 지연계와 의사적으로 모델화하여 제40도에 도시한 바와 같은 모델을 작성하였다. 여기서 LAF는 LAF센서 출력, A/F를 입력 A/F라고 하면, 그 상태방정식은 하기의 수 30으로 표시할 수 있다.
이것을 주기(△T) 로 이산화하면 수 31로 표시한 바와 같이 된다. 제41도는수 31을 블록선도로 표시한 것이다.
따라서, 수 31을 사용함으로써 센서 출력으로부터 참된 공연비를 구할 수 있다. 즉, 수 31을 변경하면, 수 32에 표시한 바와 같이 되므로 시각 k일 때의 값으로부터 시각 k-1일 때의 값을 수 33과 같이 역산할 수 있다.
구체적으로는, 수 31을 Z 변환을 사용하여 전달함수로 표시하면, 수 34와 같이 되므로 그 역전달함수를 금회의 LAF센서 출력(LAF)에 곱함으로써 전회의 입력공연비를 리얼타임으로 추정할 수 있다. 제42도에 그 리얼타임 A/F추정기의 블록선도를 도시하였다.
이어서, 상기와 같이 구한 참된 공연비에 의거하여 각 기통의 공연비를 분리추출하는 수법에 대하여 설명하면, 선원에서도 기술한 바와 같이, 배기계 집합부의공연비를 각 기통 공연비의 시간적인 기여도를 고려한 가중 평균이라고 생각하여 시각 k일 때의 값을 수 35와 같이 표시하였다. 그리고, F(연료량)를 제어량으로 하였기 때문에 여기서는 「연공비(F/A)」를 사용하고 있으나 뒤의 설명에 있어서는 이해의 편의를 위하여 지장이 없는 한 「공연비」를 사용한다. 그리고, 공연비(내지는 연공비)는 앞의 수 34에서 구한 응답지연을 보정한 참된 값을 의미한다.
즉, 집합부의 공연비는 기통마다의 과거 연소이력(燃燒履歷)에 무게(Cn)(예를 들면 바로 최근에 연소한 기통은 40%, 그 전이 30 % ... 등)를 곱한 것의 합산으로 표시하였다. 이 모델을 블록선도로 도시하면 제43도와 같이 된다. 또한, 그 상태방정식은 수 36과 같이 된다.
또한, 집합부의 공연비를 y(k)로 놓으면 출력방정식은 수 37과 같이 표시할수 있다.
여기서, C1: 0.05, C2: 0.15, C3: 0.30, C4: 0.50으로 한다.
상기에 있어서, u(k)는 관측 불가능하기 때문에 이 상태방정식으로부터 옵서버를 설계하여도 x(k)는 관측할 수 없다. 그래서, 4TDC 전(즉, 동일 기통)의 공연비는 급격히 변화하지 않는 정상 운전상태에 있다고 가정하여, x(k+1)=x(k-3)이라고 하면, 수 38과 같이 된다.
여기서, 상기와 같이 구한 모델에 대하여 모의 실험결과를 표시하였다. 제44도는 4기통 내연기관에 대하여 3기통 공연비를 14.7 : 1로 하고, 1기통만 12.0 : 1로 하여 연료를 공급한 경우를 도시하였다. 제45도는 그 때의 집합부 공연비를 상기 모델에서 구한 것을 도시한 것이다. 동 도면에 있어서는 스텝상의 출력이 얻어지고 있으나, 여기서 다시 LAF센서의 응답지연을 고려하면 센서 출력은 제46도에 「모델출력값」이라고 표시한 바와 같이 이루어진 파형이 된다. 도면중 「실제측정값」은, 마찬가지 경우의 LAF센서 출력의 실제측정값인데, 이것과 비교하여 상기 모델은 다기통 내연기관의 배기계를 잘 모델화하고 있음을 검증하고 있다.
따라서, 수 39에서 표시되는 상태방정식과 출력방정식에서, x(k)를 관찰하는 통상의 칼맨필터(Kalman filter)의 문제로 귀착된다. 그 하중행렬(Q, R)을 수 40과 같이 놓고 리카치의 방정식을 풀면 게인행렬(k)은 수 41과 같이 된다.
이것으로부터 A-KC를 구하면 수 42와 같이 된다.
일반적인 옵서버의 구성은 제47도에 도시한 바와 같이 되나, 금회(今回)의 모델에서는 입력(u(k))이 없으므로 제48도에 도시한 바와 같이, y(k)만을 입력으로하는 구성이 되며, 이것을 수식으로 표시하면 수 43과 같이 된다.
여기서, y(k)를 입력으로 하는 옵서버, 즉 칼맨필터의 시스템 행렬은 수 44와 같이 표시된다.
금회의 모델에서 리카치 방정식의 하중배분(R)의 요소 : Q의 요소=1 : 1 일때, 칼맨필터의 시스템 행렬(S)은 수 45로 주어진다.
제49도에 상기한 모델과 옵서버를 조합한 것을 도시하였다. 모의실험 결과는 선출원에 표시되어 있으므로 생략하나, 이에 따라 집합부 공연비로부터 각 기통의 공연비를 정확히 추출할 수 있다.
옵서버에 의하여 집합부 공연비로부터 각 기통의 공연비를 추정할 수 있었기 때문에 PID 등의 제어규칙을 사용하여 공연비를 기통별로 제어할 수 있게 된다. 구체적으로는, 제36도의 옵서버에 의한 피드백 부분만 추출한 제50도에 도시한 바와 같이, 센서 출력(집합부 공연비)과 목표공연비로부터 PID 제어규칙을 사용하여 집합부 피드백 보정계수(KLAF)를 구함과 동시에, 옵서버 추정값(#A/F)으로부터 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAF)(n: 기통)를 구한다.
기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAF)는, 더 구체적으로는 집합부 공연비를 기통 마다의 피드백 보정계수(#nKLAF)의 모든 기통에 대한 평균치의 전회연산값으로 나누어서 구한 목표값과 옵서버 추정값(#nA/F)의 편차를 해소하도록, PID 규칙을 사용하여 구한다.
이에 의하여 각 기통의 공연비는 집합부 공연비에 수렴하며, 집합부 공연비는 목표공연비에 수렴하게 되어, 결과적으로 모든 기통의 공연비가 목표공연비에 수렴한다. 여기서, 각 기통의 연료분사량(#nTout)(인젝터의 밸브개방시간으로 규정한다)은
로 구할 수 있다.
여기서, 제39도 플로우 차아트로 되돌아가서, LAF센서 출력의 샘플링을 설명한다. 그리고, 이 프로그램은 TDC 위치에서 기동된다.
제39도 플로우 차아트를 참조하여 이하 설명한다. 먼저, S1200에 있어서 기관회전수(Ne), 흡기압력(Pb), 밸브 타이밍(V/T)을 읽어내어, S1204, S1206으로 진행하여 Hi V/T 내지 Lo V/T용의 타이밍 맵(후술)을 검색하고, S1208로 진행하여 Hi 내지 Lo 밸브 타이밍용의 옵서버 연산에 사용하는 센서 출력의 샘플링을 행한다. 구체적으로는, 기관회전수(Ne) 및 흡기압력(Pb)으로부터 타이밍맵을 검색하여, 상기한 12개의 버퍼중 어느 하나를 그 번호로 선택하여 거기에 기억되어 있는 샘플링값을 선택한다.
제51도는 그 타이밍맵의 특성을 도시한 설명도인데, 도시한 바와 같이 특성은 기관회전수(Ne)가 낮거나 또는 흡기압력(부하)(Pb)이 높을수록 빠른 크랭크각도로 샘플링된 값을 선택하도록 설정된다. 여기서, 「빠르다」는 것은 앞의 TDC 위치에 가까운 위치에서 샘플링된 값(바꿔 말하면 낡은 값)을 의미한다. 반대로, 기관회전수(Ne)가 높거나 또는 흡기압력(Pb)이 낮을수록 느린 크랭크각도, 즉 뒤의 TDC 위치에 가까운 크랭크각도로 샘플링된 값(바꿔 말하면 새로운 값)을 선택하도록 설정한다.
즉, LAF센서 출력은, 제38도에 도시한 바와 같이 실제 공연비의 변국점에 가능한한 가까운 위치에서 샘플링하는 것이 가장 좋으나, 그 변국점, 예를 들면 최초의 피크값은, 센서의 반응시간을 일정하다고 가정하면, 제52도에 도시한 바와 같이 기관회전수가 낮아질수록 빠른 크랭크각도로 발생한다. 또, 부하가 높을수록 배기가스압력이나 배기가스볼륨이 증가함으로써 배기가스의 유속이 증가하여 센서로의 도달시간이 빨라지는 것으로 예상된다. 그러한 의미에서 샘플 타이밍을 제51도에 도시한 바와 같이 설정하였다.
또한, 밸브 타이밍에 관해서는, 기관회전수의 임의의 값(Ne1)을 Lo측(測)에 대하여 Ne1-Lo, Hi측에 대하여 Ne-Hi로 하고, 흡기압력에 대해서도 그 임의의 값을 Lo측에 대하여 Pb1-Lo, Hi측에 대하여 Pb1-Hi로 하면, 맵 특성은
로 한다. 즉, Hi V/T에 있어서는, 배기밸브가 열리는 시점이 Lo V/T의 열리는 시점보다 빠르기 때문에, 기관회전수 내지 흡기압력의 값이 동일하면 조기의 샘플링값을 선택하도록 맵 특성이 설정된다.
이어서, S1210으로 진행하여 옵서버행렬(observer行列)의 연산을 Hi V/T에 대하여 행하고, 이어서 S1212로 진행하여 똑같은 연산을 Lo V/T에 대하여 행한다. 이어서, S1214로 진행하여 다시 밸브 타이밍을 판단하고, 판단결과에 따라 S1216, S1218로 진행하여 연산결과를 선택하여 종료한다.
즉, 밸브 타이밍의 전환에 따라 공연비의 집합부의 거동도 변하기 때문에 옵서버행렬을 변경할 필요가 생긴다. 그러나, 각 기통의 공연비 추정은 즉시 행할 수 있는 것은 아니고, 각 기통의 공연비 추정연산의 수렴이 끝날 때가지 연산에 몇번을 요하므로 밸브 타이밍의 변경전 옵서버행렬을 사용한 연산과 변경후의 옵서버행렬을 사용한 연산을 오우버랩하여 행하여 두고, 만약 밸브 타이밍의 변경이 행하여 졌더라도 S1214에서 변경후의 밸브 타이밍에 따라 선택할 수 있도록 하였다. 그리고, 각 기통이 추정된 후에는 전술한 바와 같이 목표값과의 편차를 해소하도록 피드백 보정계수가 구해져서 분사량이 결정된다.
이 구성에 의하여 공연비의 검출정밀도를 향상시킬 수 있다. 즉, 제53도에 도시한 바와 같이 비교적 짧은 간격으로 샘플링하기 때문에 샘플링값은 센서 출력을 대략 충실히 반영함과 아울러, 그 비교적 짧은 간격으로 샘플링된 값을 버퍼군에 차례로 기억시켜 두고, 기관회전수와 흡기압력(부하)에 따라, 센서 출력의 변국점을 예측하여 버퍼군중에서 그것에 대응하는 값을 소정 크랭크각도에 있어서 선택하도록 하였다. 이후, 옵서버 연산이 행하여져서 각 기통 공연비가 추정되어 제50도에서 설명한 바와 같이 공연비의 기통별 피드백 제어도 가능하게 된다.
따라서, 제53도 하부에 도시한 바와 같이 CPU 코어(70)는 센서 출력의 최대값과 최소값을 정확히 인식할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하여 상기한 옵서버를 사용하여 각 기통의 공연비를 추정할 때에도 실제 공연비의 거동에 근사한 값을 사용할 수 있어서 옵서버의 추정정밀도가 향상되어 결과적으로 제50도에 관하여 설명한 기통별 공연비 피드백제어를 행할 때의 정밀도도 향상된다. 그리고, 그 상세한설명은 본 출원인이 먼저 제안한 일본 특원평6-243,277호에 상세히 기재되어 있으므로 이 이상의 설명은 생략한다.
상기는 LAF센서 출력에 대하여 옵서버가 행하는 샘플링 동작(제36도에 Sel-OBSV라고 표시)이지만, STR 콘트롤러도 마찬가지의 샘플링 동작(제36도에 Sel-VSTR이라고 표시)을 행한다.
즉, 이 Sel-VSTR도 Sel-VOBSV에서 행한 것과 마찬가지의 수순, 즉 제39도와 똑같은 플로우 차아트에 도시한 수순에 따라 구해진다. Sel-VOBSV는 옵서버에 의한 기통별 공연비 추정에 대하여 가장 적합한 타이밍(예컨대, 전술한 옵서버의 무게계수(C)가 모델에 대하여 가장 적합하게 되는 타이밍)으로 공연비를 검출하는데 대하여, Sel-VSTR은 STR을 작동시키기에 가장 적합한 타이밍(예컨대, 바로 근처의 배기행정의 기통의 영향을 가장 많이 받는 공연비의 검출 타이밍)이 되도록, Sel-VOBSV로 표시한 제51도와 똑같은 맵을 사용하여 공연비를 검출한다.
상기를 전제로 한 상태에서 제35도 플로우 차아트를 참조하여 제10실시형태를 설명하면, 제1실시형태와 같은 스텝 S1100 내지 S1110을 거쳐 S1112로 진행하여, 거기서 Sel-VSTR에 의한 VAF센서 출력의 샘플링, 즉 공연비(KACT(k))를 검출한다. 이어서, S1114로 진행하여 제1실시형태와 똑같이 피드백 보정계수(KSTR)를 연산한다. 더 구체적으로는 제1실시형태에서 사용한 제11도 플로우 차아트를 사용하여 행한다.
이어서, S1116, S1118로 진행하여, 요구 연료분사량(Tcyl(k))과 출력 연료분사량(Tout(k))을 구하고, S1120으로 진행하여 Sel-VOBSV에 의한 LAF센서 출력의 샘플링, 즉 당량비(KACT(k))를 검출한다. 이어서, S1122로 진행하여 상기한 옵서버를 통하여 각 기통의 공연비(#nA/F)를 추정하고, S1124로 진행하여 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAF)를 연산하고, S1126으로 진행하여 전회값과의 가중(加重) 평균치등으로부터 그 학습값(#nKLAFsty)을 구하고, S1128로 진행하여 출력연료분사량(Tout)을 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLF)로 곱셈 보정하여서 그 기통의 출력분사량(#nTout)으로 하고, S1130으로 진행하여 흡기관벽 부착보정을 한후, S1132로 진행하여 출력한다.
그리고, S1108 내지 S1110에서 부정되었을 때에는 S1134로 진행하여, 도시한 바와 같이 요구 연료분사량(Tcyl(k))을 구하고 S1136으로 진행하여 기통마다의 피드백 보정계수(#nKLAFsty)의 학습값을 읽어낸 후, S1138로 진행하여 학습값을 보정계수(#nKLAF)로 한다. 또, S1104에서 퓨엘컷이라고 판단될 때에는 S1144를 거쳐 S1146으로 진행하여 행렬연산을 정지함과 아울러, S1148로 진행하여 기통마다의 피드백 보정계수는 전회값으로 한다. 나머지 스텝은 제1실시형태와 다름이 없다.
제10실시형태에 있어서는 상기한 바와 같이 구성하였으므로 제1실시형태와 같이 적응파라미터를 연산하면서 파라미터 조정기구로의 입력은 연소사이클 동기가 되므로 파라미터 조정기구의 연산부하가 대폭 저감되어 제어성을 확보하면서, 실제기계로의 적응 제어기의 사용이 가능하게 됨과 아울러, 기통간 불균일을 감소시키는 것도 가능하게 된다.
또한, 제1실시형태와 같이 모든 기통에 대하여 1연소사이클간 공연비(KACT)의 평균치 내지는 적응파라미터의 평균치를 구하여 파라미터 조정기구로 입력함과아울러, STR 콘트롤러의 출력의 평균치도 구하고 있으므로 특정기통 연소상태의 영향을 크게 받는 일이 없다.
그리고, 제10실시형태에 있어서, 제2실시형태와 똑같이 적응파라미터(θ 해트) 또는 KSTR의 평균치를 구하여도 좋고, 또는 공연비(KACT)와 적응파라미터(θ 해트)의 평균치를 함께 구하여도 좋은 것은 말할 것도 없다. 또한, 목표공연비(KCMD(k))는 모든 기통에서 동일한 값이라도 좋다.
또한, 제10실시형태에 있어서, 제2실시형태, 제3실시형태, 제4실시형태, 제5실시형태, 제6실시형태, 제7실시형태, 제8실시형태 및 제9실시형태에 대하여 설명한 기재는 모두 타당하다.
제54도 및 제55도는 본 출원장치의 제11실시형태를 도시한 플로우 차아트 및 블록도이다.
제11실시형태의 경우, 제55도에 도시한 바와 같이 STR 콘트롤러와 파라미터 조정기구를 연료분사량 연산계에 직렬로 삽입하였다. 즉, 기본 연료분사량(Tim)에 제1실시형태와 같이 목표공연비 보정계수(KCMDM(k))와 각종 보정계수(KTOTAL)를 곱하여 요구 연료분사량(Tcyl(k))을 구한 후, 보정한 요구 연료분사량(Tcyl(k))을 STR 콘트롤러에 입력한다.
한편, 검출한 배기계 집합부 공연비로부터, 제1실시형태와 같이 평균치(KACTAVE) 내지는 θ해트 AVE를 구하여 요구 연료분사량(Tcyl(k))에 대하여 STR 콘트롤러로 동적보정을 행하여서 보정 연료분사량(Gfuel-Str(k))을 산출한다.
동시에, 검출한 배기계 집합부 공연비로부터 PID 제어규칙을 사용하여 집합부의 피드백 보정계수(KLAF)를 구하여서 요구 연료분사량(Tcyl(k))에 곱하여 보정연료분사량(Gfuel-KLAF(k))을 산출한다.
제55도에 있어서, STR 콘트롤러는 실제 흡입연료량(더 정확히 말하면 추정흡입연료량)(Gfuel(k))이 목표연료량(Tcyl(k))에 일치하도록, 적응적으로 출력 연료분사량(Gfuel-str(k))을 산출하고, 출력 연료분사량(Tout(k))으로서 내연기관에 공급한다. 그리고, 가상 플랜트에서의 벽면부착 보정은 본 출원인이 먼저 제안한 일본 특원평4-200,331호(특개평6-17,681호)에 상세히 기술되어 있고, 본 발명의 요지도 거기에는 없으므로 설명은 생략한다.
여기서, 실제 흡입연료량(Gfuel(k))은 검출된 공기량을 검출공연비로 나누어 구할 수도 있으나, 실시형태의 경우에는 공기량 검출기(에어플로우미터)를 구비하고 있지 않기 때문에, 목표 흡입연료량(요구분사량)(Tcyl(k))에 검출공연비를 곱하도록 하였다. 따라서, 공기량을 검출하여 구하면 등가로 실제 흡입연료량을 구할 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 본 제어에 있어서는 목표공연비와 검출공연비를 실제로는 당량비로서 표시하고 있다.
또, 목표공연비가 이론공연비가 아닌 경우에는 산출값을 다시 목표공연비로 나누어 실제 흡입연료량을 구한다. 즉, 실제 흡입연료량은 목표공연비가 이론공연비일 때에는,
실제 흡입연료량=요구분사량(목표 흡입연료량)×검출공연비(당량비)
로 구하고, 목표공연비가 이론공연비 이외일 때에는,
로 구한다.
상기 제54도 플로우 차아트를 참조하여 설명하면, 여태까지의 실시형태와 같은 S1300 내지 S1316을 거쳐 S1318로 진행하여 공연비의 평균치(KACTAVE) 및 적응파라미터(θ해트)의 평균치(θ해트-AVE)를 산출한다.
이어서, S1320 내지 S1322를 거쳐 S1324로 진행하여서 제1실시형태와 같이 적응 제어계(STR 콘트롤러)의 불안정 판별을 행한다.
제56도는 그 작업을 도시한 서브루틴 플로우 차아트이다.
동 도면에 따라 설명하면, 먼저 S1400에서 적응파라미터(θ해트)의 각 요소를 사용하여 STR 제어계의 안정성을 판별한다.
구체적으로는, STR 콘트롤러가 산출하는 연료분사량(Gfuel-STR(k))은 수 46과 같이 산출된다.
여기서, 부착보정이 바르다고 가정하면 가상 플랜트의 전달함수는 수 47과 같이 된다.
수 46과 수 47에서, Tcyl(k)로부터 분사량(Gfuel-STR(k))으로의 전달함수는 수 48과 같이 된다.
여기서, b0는 게인을 결정하는 스칼라량이기 때문에 0 또는 -가 될 수 없으므로, 수 48의 전달함수의 분모함수(f(z)=b0z3+r1z2+r2z+r3+s0)는 제14도에 도시한 함수중 어느 하나가 된다. 그래서 실근이 단위원내에 있느냐 아니냐를 판별하는, 즉 제15도에 도시한 바와 같이 f(-1)<0 내지 f(1)>0 이냐 아니냐를 판별하여 긍정될 때에는 실근이 단위원내에 있는 것이 되므로, 그것으로부터 계가 안정되어 있느냐 아니냐를 쉽게 판정할 수 있다.
그리고, S1402에 있어서, 상기로부터 STR 콘트롤러계(系)가 불안정하냐 아니냐를 판단하고, 긍정될 때에는 S1404로 진행하여 적응파라미터(θ해트)를 초기값으로 되돌린다. 이에 의하여 콘트롤러계의 안정을 회복시킬 수 있다. 이어서, S1406으로 진행하여 게인행렬(Γ)을 보정한다. 게인행렬(Γ)은 수렴속도를 결정하는 것이기 때문에 이 보정은 수렴속도를 느리게 하도록 행하는 것이고, 그것에 의해서도 똑같이 콘트롤러계의 안정을 회복시킬 수 있다. 이어서, S1408로 진행하여, 도시한 바와 같이 피드백 보정계수로서 PID 제어규칙에 의한 보정계수(KLAF(k))를 사용한보정 연료분사량(Gfuel-KLAF)를 사용하여 그것에 가산항(TTOTAL)을 가산함으로써 출력 연료분사량(Tout(k))을 결정한다.
그리고, S1402에서 STR 콘트롤러계가 불안정하지 않다고 판단될 때에는 S1410으로 진행하여, 도시한 바와 같이 피드백 보정계수로서 적응 제어규칙에 의한 보정계수(KSTR(k))를 사용한 보정 연료분사량(Gfuel-str(k))를 사용하여 그것에 가산항(TTOTAL)을 가산함으로써 출력 연료분사량(Tout(k))을 결정한다.
제54도 플로우 차아트로 되돌아가, S1326으로 진행하여 출력 연료분사량을 출력하고 종료한다. 제11실시형태의 경우, 공연비 등의 평균치 산출은 종전의 실시형태와는 달라서 특정기통의 소정 크랭크각도에 한정되지 않고 각 기통의 소정 크랭크각도에서 행하도록 하여도 좋다. 그리고 나머지 구성은 종전의 실시형태와 다름이 없다.
제11실시형태에 있어서는 상기와 같이 구성하고, 제1실시형태와 같이 적응파라미터를 연산하면서 파라미터 조정기구로의 입력은 연소사이클 동기로 하여도 좋고, 그 경우에는 파라미터 조정기구의 연산부하가 대폭 저감되어 제어성을 확보하면서 실제 기계로의 적응 제어기 사용이 가능하게 된다. 또한, 허비시간의 단축에 의하여 제어성의 향상이 가능하게 된다.
또한, 제11실시형태에 있어서도 모든 기통의 제어량 평균치를 구하여 파라미터 조정기구에 입력하고 있으므로 특정기통의 연소상태에 영향을 크게 받는 일이 없다.
그리고, 상기 제1 내지 제11의 실시형태에 있어서, 평균치로서 단순 평균치를 예시하였으나, 그것에 한정되는 것은 아니고 가중 평균치, 이동 평균치, 가중 이동 평균치 등이라도 좋다. 또한, 파라미터 조정기구로의 입력이 동기적으로 행하여지는 1연소사이클간의 평균치를 구하였으나, 2연소사이클 이전의 평균치를 구하여도 좋고, 또는 1연소사이클 미만, 예를 들면 2 내지 3TDC간의 평균치를 구하여도 좋다.
Sel-VOBSV와 Sel-VSTR을 따로따로 갖추고, 각각에 가장 적합한 공연비를 검출하면 상술한 바와 같이 좋기는 당연하나, 기관의 특성이나 배기계의 레이아웃에 따라서 Sel-VOBSV와 Sel-VSTR은 대부분의 운전영역에서 대략 동일한 검출공연비를 나타내므로, 이러한 경우에는 이들 샘플링 기능을 통일하여 공연비를 검출하여서 그 출력을 옵서버와 STR 쌍방의 입력에 사용하여도 좋다. 예를 들면, 제36도의 Sel-VOBSV만으로 하고 그 출력을 옵서버와 STR에 이용하여도 좋다 또한, 제1실시형태 등에서 공연비로서 실제로는 당량비를 사용하고 있으나 공연비와 당량비를 따로따로 정하여도 좋은 것은 말할 것도 없다. 또한, 피드백 보정계수(KSTR, #nKLAF, KLAF)를 곱셈항으로서 구하였으나 가산값으로서 구하여도 좋다.
또한, 상기에 있어서 적응 제어기로서 STR을 예로 들어 설명하였으나, MRACS(모델규범형 적응 제어)를 사용하여도 좋다.
그리고 상기에 있어서 배기계 집합부에 설치한 단일한 공연비센서의 출력을 사용하고 있으나, 그것에 한정되는 것은 아니고 기통마다 공연비센서를 설치하여서 검출한 공연비로부터 기통마다 공연비 피드백 제어를 하여도 좋다.
본 발명은 내연기관의 연료분사 제어장치에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 적응 제어를 사용하여 연료분사 제어를 하여서 실제 기계상으로도 실현할 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 의하면, 다기통 내연기관의 연료분사량을 제어하는 연료분사량 제어수단과, 상기 연료분사량을 조작량으로서 목표값에 적응적으로 일치시키는 적응 제어기와, 상기 적응 제어기로 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구를 구비한 다기통 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 적응파라미터 조정기구로의 입력을 상기 내연기관의 특정 연소사이클에 동기시켜 행함과 아울러, 상기 적응파라미터 조정기구는 상기 내연기관의 연료 제어사이클에 있어서 공연비 및 기통내 연료량중 적어도 어느 하나에 의거하여 적응파라미터의 연산을 행하도록 구성하였으므로, 행렬연산량을 저감하여 차에 실은 컴퓨터의 부하를 저감시킬 수 있어서, 통상의 차에 실은 컴퓨터라도 1TDC내에 연산을 완료할 수 있다. 그와 동시에 란다우 등의 조정규칙을 사용한 파라미터 조정기구를 가진 적응 제어 알고리즘을 사용하여 피드백 보정계수를 적응적으로 산출하는 경우, TDC 마다의 연료제어사이클 마다 파라미터 조정기구를 동작시킬 때에 있어서도 적응파라미터 조정기구에서 사용하는 입력을 연소사이클 마다의 값으로 함으로써 제어성능의 향상을 꾀할 수 있음과 동시에 허비시간을 감소시켜 내부변수의 연산수를 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구로의 입력은 상기 내연기관의 특정기통의 연료 제어사이클에 동기시켜 행하도록 구성하였으므로 상기한 작용 내지 효과 뿐만아니라, 상기 적응파라미터 조정기구를 특정기통의 연료 제어사이클에 동기시켜 연산시킬 수 있어서 연산시간을 더욱 단축시킬 수 있고, 고회전시에도 적응 제어를 계속하여 행할 수 있다.
또한, 상기 적응 제어기는 상기 내연기관의 연료 제어사이클에 동기시켜 작동시키도록 구성하였으므로, 적응파라미터의 연산주기에 관계없이 적응파라미터를 받아서 피드백 보정계수를 산출하는 적응 제어기는, TDC 마다 등의 연료 제어사이클 마다 동작시키도록 구성한 것으로 되어, 파라미터 조정기구의 연산수를 연소사이클에 1회라고 말할 수 있게 감소시킨 경우라도, 연료 제어사이클 마다 피드백 보정계수를 연산하기 때문에 항상 가장 적합하게 공연비를 피드백 제어할 수 있다.
또한, 내연기관의 배기공연비를 검출하는 공연비 검출수단과 내연기관의 연료분사량을 연료 제어사이클 마다 제어하는 연료분사량 제어수단과, 적어도 검출된 배기공연비에 의거하여 점화식 제어기를 사용하여 상기 연료분사량을 조작량으로서 목표값에 일치시키는 점화식 제어기를 구비한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 점화식 제어기를 소정의 운전상태에서는 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기로 동기시켜 동작시키도록 구성하였으므로 점화식 제어기에 의하여 증가하는 연산량을 저감하여서 차에 실은 컴퓨터의 부하를 저감시킬 수 있어서, 통상의 차에 실은 컴퓨터에서도 1TDC내에 연산을 완료할 수 있다.
여기서, 「소정의 운전상태」란, 구체적으로 상기 내연기간의 고회전시를 의미한다 즉, 고회전시에는 1회의 연산에 이용할 수 있는 시간이 단축되나, 상기와 같이 구성함으로써 고회전시에도 적응 제어를 계속할 수 있다. 한편, 고회전시에는 적응파라미터 및 검출공연비의 불균일이 비교적 적으므로 상기와 같이 구성하여도 제어성을 악화시키는 일이 없다. 따라서, 고회전시 등의 연산시간이 적은 운전상태에 있어서도 적응 제어를 계속할 수 있어서 양호한 공연비 제어성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 점화식 제어기는 적응 제어기가 되도록 구성하였으므로, 란다우 등의 조정규칙을 사용한 파라미터 조정기구를 가진 적응 제어 알고리즘을 사용하여 피드백 보정계수를 적응적으로 산출하는 경우, 점화식 제어기 중에서도 특히 연산시간이 긴 적응 제어기에 의해 증가하는 연산량을 저감하여 차에 실은 컴퓨터의 부하를 저감시킬 수 있어서 통상의 차에 실은 컴퓨터에서도 1TDC내에 연산을 완료할 수 있다.
또한, 상기 적응 제어기는 거기서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구를 구비하고, 상기 적응파라미터 조정기구에 적어도 검출된 배기공연비를 입력함과 아울러, 상기 적응파라미터 조정기구를 소정의 운전상태에서는 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기에 동기시켜 동작시키도록 구성하였으므로, 상기 작용 내지 효과 뿐만아니라 상기 적응파라미터 조정기구를 특정기통의 연료사이클에 동기시켜 연산시킬 수 있어서 연산시간을 더욱 단축시킬 수 있고, 고회전시에도 적응 제어를 계속적으로 행할 수 있다. 여기서, 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기는 구체적으로는 상기와 같이 연소사이클 정수배에 상당하는 값이 되도록 구성하였다.
또한, 상기 점화식 제어기에 입력하는 검출공연비는 상기 점화식 제어기의 작동주기 보다도 짧은 주기로 검출된 복수의 값에 의거한 값이 되도록 구성하였으므로, 상기한 작용 내지 효과 뿐만아니라, 예를 들면 그 복수의 값을 복수의 검출값 평균치로 함으로써 특정기통의 소정 크랭크각도에서 항상 동작할 때에도 그 특정기통의 연소상태만을 강하게 반영하는 폐단은 없다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구가 입력하는 검출공연비는, 상기 적응파라미터 조정기구의 작동주기 보다도 짧은 주기로 검출된 복수의 값에 의거한 값이 되도록 구성하였으므로, 마찬가지로 예를 들어 그 복수의 값을 복수의 검출값 평균치로 함으로써 특정기통의 소정 크랭크각도에서 항상 동작할 때에도 그 특정기통의 연소상태만을 강하게 반영하는 폐단이 없다.
또한, 내연기관의 연료분사량을 제어하는 연료분사량 제어수단과, 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값과 일치하도록 작동하는 적응 제어기와, 상기 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구로 이루어진 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 내연기관의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단을 구비하고, 상기 검출된 운전상태에 따라 상기 적응 제어기 및 적응파라미터 조정기구중 적어도 한쪽의 제어주기를 바꾸도록 구성하였으므로, 연산부하를 저감하여 고회전시 등의 연산시간이 감소하는 운전상태에 있어서도 적응제어를 계속할 수 있어 양호한 제어성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구의 제어주기를 상기 적응 제어기의 제어주기 이상이 되도록 구성하였으므로, 연산부하를 더욱 저감시켜 고회전시 등의 연산시간이 감소하는 운전상태에 있어서도 적응 제어를 더욱 용이하게 계속할 수 있어 양호한 제어성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 적응파라미터 조정기구의 제어주기를 상기 적응 제어기 제어주기의 정수배가 되도록 하도록 구성하였으므로, 특히 시간을 요하는 적응파라미터 조정기구의 연산을 STR 콘트롤러 제어주기의 복수회에 1회의 비율로 실행하는 것으로되어 제어성을 확보하면서 연산량을 효과적으로 삭감할 수 있음과 아울러, 실제로 연료 제어를 하는 STR 콘트롤러의 연산회수를 상대적으로 증가시키는 결과가 되어, 고회전시 등의 연산시간이 감소하는 운전상태에 있어서도 양호한 제어성을 확보하면서 적응 제어를 계속할 수 있어 양호한 제어성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 적응 제어기 및 적응파라미터 조정기구중 적어도 한쪽의 제어주기를 연료 제어주기의 정수배 주기로 바꾸도록 구성하였으므로, 적응 제어기로 구한 조작량을 연료 제어주기의 정수배의 기간에 걸쳐 계속해서 사용함으로써 연산부하를 더욱 저감시켜 고회전시 등의 연산시간이 감소하는 운전상태에 있어서도 적응제어를 더욱 용이하게 계속할 수 있어 양호한 제어성을 얻을 수 있다.
또한, 상기 운전상태는, 적어도 기관회전수가 되도록 구성하였으므로, 고회전시 등 연산시간이 감소하는 운전상태를 확실히 검지할 수 있어 그것에 의하여 연산부하를 저감시킬 수 있으므로, 그러한 운전상태에 있어서도 적응 제어를 계속하여 양호한 제어성을 얻을 수 있다.
또한, 내연기관의 배기계에 설치되어 배기공연비를 검출하는 공연비 검출수단과, 적어도 기관회전수 및 기관부하를 포함하여 상기 내연기관의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단과, 적어도 상기 검출된 내연기관의 운전상태에 의거하여 각 기통의 연료분사량을 상기 각 기통의 소정 크랭크각도로 결정하는 연료분사량 결정수단과, 상기 결정된 연료분사량에 의거하여 각 기통에 연료를 분사하는 연료분사수단과, 적응 제어기와 적응파라미터를 추정하는 적응파라미터 조정기구를 구비함과 아울러 상기 적응 제어기가 상기 공연비 검출수단의 출력에 적어도 의거하여 얻어지는 제어량을 목표값과 일치시키도록 상기 연료분사량을 보정하도록 한 피드백수단을 구비한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 적응파라미터 조정기구와 적응 제어기가 독립의 동작사이클로 동작하도록 구성하였으므로 상기와 똑같은 잇점을 얻을 수 있다.
그리고, 상기 제1실시형태 내지 제11실시형태는 각각의 실시형태의 구성에 있어서 상술한 바와 같은 작용, 효과를 얻을 수 있으나, 이들 실시형태의 대부분을 조합한 구성에 있어서는, 내연기관의 연료 제어장치에 있어서 양호한 제어성, 바꾸어 말하면 보다 정확한 배기가스공연비의 제어가 가능하게 된다. 또한, 모든 실시형태를 기관의 운전상태 등을 가미하여 구성하면 가장 유효한 작용, 효과가 나타나는 것은 말할 것도 없다.
또한, 상기 제1실시형태 내지 제11실시형태는 그 작용, 효과에 따라 몇가지 종류로 구별할 수 있다.
제1실시형태는, 내연기관의 연료 제어장치에 적응 제어기를 적용함에 있어서 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 기관의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 기관의 운전상태에 따라 적응제어기와 PID 제어기를 스위칭할 때의 제어성 악화를 방지하는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 제7실시형태는 제1실시형태의 실제 적용예에 상당한다. 제7실시형태에 있어서는 모든 운전상태에 있어서 적응 제어기의 뛰어난 제어성을 확보할 수 있는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제2실시형태와 제3실시형태는 적응 제어기의 연산방법에 관한 것이다. 제2실시형태는, 적응 제어기의 게인행렬(Γ)을 기관의 운전상태에 따라 적절히 설정한다는 구성에 의하여 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대 및 제어특성 세팅이 용이하다는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 제3실시형태는 플랜트 출력의 거동으로부터 적응 제어기의 게인행렬(Γ)을 설정하는 것인데, 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제4실시형태는 적응 제어기로의 입력신호처리에 관한 것이다. 제4실시형태는, 적응 제어기로의 입력인 검출공연비에 불감대를 설정하는 구성에 의하여, 검출공연비의 미소 변동에 의한 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 악화를 방지하는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제5실시형태와 제6실시형태는 적응 제어기의 연산방법, 특히 적응파라미터의 변화속도에 관한 것이다. 제5실시형태는 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터의 변화속도에 리미트를 설정하는 구성에 의하여 적응 제어기의 제어안정성을 향상시키는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 제5실시형태는 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터의 변화속도를 산출안정시키는 구성에 의해 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상이라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제8실시형태와 제9실시형태는 적응 제어기의 연산방법, 특히 특정 운전상태에 있어서의 적응 제어기 연산방법에 관한 것이다. 제8실시형태 및 제9실시형태는,적응 제어기의 연산방법을 특정의 운전상태에 따라 변화시키는 구성에 의하여, 적응 제어기의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있다는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제10실시형태는 적응 제어기와 기통별 공연비 제어수단에 의한 연료분사량 연산방법에 관한 것이다. 제10실시형태는, 기통별 공연비의 편차를 해소하는 수단에 적응 제어기에 의한 공연비 제어수단을 더하는 구성에 의하여, 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상이라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 공연비의 검출타이밍을 기관의 운전상태에 의해 가장 적합한 구성에 의하여, 기통별 공연비의 검출(연산)정밀도와 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상이라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제11실시형태는 적응 제어기를 플랜트에 접속하는 수법에 관한 것인데, 제1실시형태 및 제3실시형태의 변형예에 상당하는 것이다. 제11실시형태는 연료분사량을 직접 연산하는 구성에 의하여, 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상이라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터로부터 적응 제어기의 안정성을 판별하는 구성에 의하여, 적응 제어기의 제어안정성 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
이상에 든 실시형태의 종류는 각각 마찬가지 종류에 속하는 실시형태끼리를 조합한 구성에 의하여, 각각의 실시형태에서 설명한 작용, 효과가 향상된다. 또한, 몇가지 실시형태의 종류를 각각 조합하여도 각각의 실시형태에서 설명한 작용, 효과가 상승적으로 향상되어, 내연기관의 연료 제어장치에 있어서 양호한 제어성, 바꾸어 말하면 보다 정확한 배기가스공연비의 제어가 가능해지는 것은 전술한 바와 같다.
제1실시형태 및 제7실시형태와 제2실시형태 및 제3실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제1실시형태 및 제7실시형태와 제4실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다,
제1실시형태 및 제7실시형태와 제5실시형태 및 제6실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제1실시형태 및 제7실시형태와 제8실시형태 및 제9실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서, 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다,
제1실시형태 및 제7실시형태와 제10실시형태를 조합하여 이용하면 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제1실시형태 및 제7실시형태와 제11실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어안정성 향상, 적응 제어기의 제어성(정산정밀도) 향상 및 연산처리능력의확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 특히, 제11실시형태의 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터의 안정성 판별이 각 실시형태에 사용하는 것이 유효한 점은 전술한 바와 같다.
제2실시형태 및 제3실시형태와 제4실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제2실시형태 및 제3실시형태와 제5실시형태 및 제6실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제2실시형태 및 제3실시형태와 제8실시형태 및 제9실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서, 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제2실시형태 및 제3실시형태와 제10실시형태를 조합하여 이용하면 기통별의 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서, 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제2실시형태 및 제3실시형태와 제11실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제11실시형태에 있어서의 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터로부터 적응 제어기의 안정성을 판별하는 구성에 의하여, 적응 제어기의 제어안정성 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제4실시형태와 제5실시형태 및 제6실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제4실시형태와 제8실시형태 및 제9실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서 적응제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제4실시형태와 제10실시형태를 조합하여 이용하면 기통별의 공연비의 치우침도 해소할 수 있어 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제4실시형태와 제11실시형태를 조합하여 이용하면 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제11실시형태에 있어서의 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터로부터 적응 제어기의 안정성을 판별하는 구성에 의하여, 적응 제어기의 제어안정성 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제5실시형태 및 제6실시형태와 제8실시헝태 및 제9실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어서 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제5실시형태 및 제6실시형태와 제10실시형태를 조합하여 이용하면 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제5실시형태 및 제6실시형태와 제11실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제11실시형태에 있어서의 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터로부터 적응 제어기의 안정성을 판별하는 구성에 의하여, 적응 제어기의 제어안정성 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제8실시형태 및 제9실시형태와 제10실시형태를 조합하여 이용하면 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제8실시형태 및 제9실시형태와 제11실시형태를 조합하여 이용하면 적응 제어기의 특정 운전상태에 기인하는 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제11실시형태에 있어서의 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터로부터 적응 제어기의 안정성을 판별하는 구성에 의하여 적응 제어기의 제어안정성 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.
제10실시형태와 제11실시형태를 조합하여 이용하면 기통별 공연비의 치우침도 해소할 수 있어 적응 제어기의 제어성(연산정밀도) 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제11실시형태에 있어서의 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터로부터 적응 제어기의 안정성을 판별하는 구성에 의하여, 적응 제어기의 제어안정성 향상과 연산처리능력의 확대라는 작용, 효과를 얻을 수 있다.

Claims (13)

  1. a. 다기통 내연기관의 연료분사량을 제어하는 연료분사량 제어수단과,
    b. 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값에 적응적으로 일치시키는 적응 제어기와,
    c. 상기 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터를 연산하는 적응파라미터 조정기구를 구비한 다기통 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서,
    상기 적응 제어기의 제어대상의 허비시간을 상기 다기통 내연기관의 특정 연소사이클에 동기한 값으로 간주하고, 상기 적응파라미터로 조정기구로의 입력은 상기 다기통 내연기관중 특정기통의 연료사이클에 동기시켜서 행함과 동시에, 상기 적응파라미터 조정기구의 상기 적응파라미터의 연산을 상기 다기통 내연기관의 모든 기통의 연료 제어사이클에 동기시켜서 행하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적응 제어기는 상기 다기통 내연기관의 모든 기통의 연료 제어사이클에 동기시켜 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사제어장치.
  3. a. 내연기관의 배기공기연료비(이하 「공기연료비」를 「공연비」라 함)를 검출하는 공연비 검출수단과,
    b. 내연기관의 연료분사량을, 소정의 크랭크각도에 동기하여 실행되는 연료제어사이클 마다 제어하는 연료분사량 제어수단과,
    c. 적어도 검출된 배기공연비에 의거하여 점화식 제어기를 사용하여 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값에 일치시키는 점화식 제어기를 구비한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서,
    상기 점화식 제어기를 기관회전수가 소정의 회전수 미만일 경우는 상기 연료제어사이클 보다 긴 주기에 동기시켜 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 점화식 제어기는 적응 제어기인 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 적응 제어기는 거기서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구를 구비하고, 상기 적응파라미터 조정기구에 적어도 검출된 배기공연비를 입력함과 아울러, 상기 적응파라미터 조정기구를 소정의 운전상태에 있어서는 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기에 동기시켜 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  6. 제3항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 제어사이클 보다 긴 주기는 연소사이클의 정수배에 상당하는 값인 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 점화식 제어기에 입력하는 검출공연비는 상기 점화식 제어기의 작동주기 보다도 짧은 주기로 검출된 복수의 값에 의거한 값인 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  8. 제3항 내지 제5항 및 제7항의 어느 한 항에 있어서, 상기 적응파라미터 조정기구가 입력하는 검출공연비는 상기 적응파라미터 조정기구의 작동주기 보다도 짧은 주기로 검출된 복수의 값에 의거한 값인 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  9. a. 내연기관의 연료분사량을 제어하는 연료분사량 제어수단과,
    b. 상기 연료분사량을 조작량으로 하여 목표값에 일치하도록 작동하는 적응제어기와,
    c. 상기 적응 제어기에서 사용하는 적응파라미터를 산출하는 적응파라미터 조정기구로 이루어진 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서,
    d. 상기 내연기관의 적어도 기관회전수를 포함하는 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단을 구비하고, 상기 검출된 운전상태에 따라 상기 적응 제어기 및 적응파라미터 조정기구중 한쪽 이상의 제어주기를 바꾸는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적응파라미터 조정기구의 제어주기를 상기 적응 제어기의 제어주기 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 적응파라미터 조정기구의 제어주기를 상기 적응 제어기 제어주기의 정수배로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 적응 제어기 및 적응파라미터 조정기구중 한쪽 이상의 제어주기를, 상기 적응 제어기의 제어주기의 정수배로 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  13. a. 내연기관의 배기계에 설치되어 배기공연비를 검출하는 공연비 검출수단과,
    b. 적어도 기관회전수 및 기관부하를 포함하여 상기 내연기관의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출수단과,
    c. 적어도 상기 검출된 내연기관의 운전상태에 의거하여 각 기통의 연료분사량을 상기 각 기통의 소정 크랭크각도로 결정하는 연료분사량 결정수단과,
    d. 상기 결정된 연료분사량에 의거하여 각 기통에 연료를 분사하는 연료분사수단과,
    e. 적응 제어기와 적응파라미터를 추정하는 적응파라미터 조정기구를 구비함과 아울러, 상기 적응 제어기가, 상기 공연비 검출수단의 출력에 적어도 의거하여 구해지는 제어량을 목표값에 일치시키도록, 상기 연료분사량을 보정하도록 한 피드백수단을 구비한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서,
    상기 적응파라미터 조정기구를 상기 내연기관의 모든 기통의 각각의 연료 제어사이클에 동기시켜서 동작시킴과 동시에, 상기 적응 제어기를 상기 내연기관의 모든 기통중의 특정기통의 연료 제어사이클에 동기시켜서 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
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