JPH05180044A - Air-fuel ratio control method for internal combustion engine - Google Patents
Air-fuel ratio control method for internal combustion engineInfo
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- JPH05180044A JPH05180044A JP3359340A JP35934091A JPH05180044A JP H05180044 A JPH05180044 A JP H05180044A JP 3359340 A JP3359340 A JP 3359340A JP 35934091 A JP35934091 A JP 35934091A JP H05180044 A JPH05180044 A JP H05180044A
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の空燃比制御
方法に関し、より具体的には多気筒内燃機関の気筒ごと
の空燃比を迅速に目標値に制御する様にした内燃機関の
空燃比制御方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for controlling an air-fuel ratio of an internal combustion engine, and more specifically, to an air-fuel ratio of an internal combustion engine for quickly controlling the air-fuel ratio of each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine to a target value. Control method
【0002】[0002]
【従来の技術】多気筒内燃機関の排気系に酸素濃度検出
素子からなる空燃比センサを設けて入力した燃料の空燃
比を検出し、検出値に応じて燃料供給量を目標値にフィ
ードバック制御することは良く行われており、その一例
として特開昭59─101562号公報記載の技術を挙
げることができる。2. Description of the Related Art An exhaust gas system of a multi-cylinder internal combustion engine is provided with an air-fuel ratio sensor consisting of an oxygen concentration detecting element to detect the air-fuel ratio of the input fuel, and the fuel supply amount is feedback-controlled to a target value according to the detected value. This is often done, and an example thereof is the technique described in JP-A-59-101562.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】かかる多気筒内燃機関
の空燃比制御においては通例、目標値との偏差に応じて
各気筒の空燃比をPID制御することが良く行われてい
るが、その収束性は必ずしも満足できるものではない。
即ち、各気筒ごとに空燃比センサを設ければ各気筒の空
燃比を正確に検出することができるが、コストと耐久上
の問題から通常は排気系に1個装着したセンサの出力か
ら各気筒の空燃比を推定している。そのため、各気筒の
空燃比を正確に知ることができず、ハンチングを防止す
るためにゲインを余り大きくすることができないため、
制御の収束性が余り良いものではなかった。In the air-fuel ratio control of such a multi-cylinder internal combustion engine, it is common practice to perform PID control of the air-fuel ratio of each cylinder in accordance with the deviation from the target value. Sex is not always satisfactory.
That is, if an air-fuel ratio sensor is provided for each cylinder, the air-fuel ratio of each cylinder can be accurately detected. However, due to cost and durability problems, it is normal for each cylinder to be output from the output of a sensor installed in the exhaust system. The air-fuel ratio of is estimated. Therefore, the air-fuel ratio of each cylinder cannot be accurately known, and the gain cannot be increased too much to prevent hunting.
The control convergence was not very good.
【0004】従って、本発明の目的は上記した欠点を解
消し、多気筒内燃機関の排気系集合部に配置した単一の
空燃比センサの出力から各気筒の空燃比を正確に分離抽
出することができる様にすると共に、それによって各気
筒の空燃比を直ちに目標値に収束する様にデッドビート
制御する内燃機関の空燃比制御方法を提供することにあ
る。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks and to accurately separate and extract the air-fuel ratio of each cylinder from the output of a single air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust system collecting portion of a multi-cylinder internal combustion engine. In addition, it is possible to provide an air-fuel ratio control method for an internal combustion engine that performs dead beat control so that the air-fuel ratio of each cylinder immediately converges to a target value.
【0005】更にはより一般的に、気筒ごとにセンサを
設けて空燃比を検出するものにおいても各気筒の空燃比
を次回制御周期時に目標値に直ちに収束する様にデッド
ビート制御する様にした内燃機関の空燃比制御方法を提
供することを目的とする。Furthermore, more generally, even in the case where a sensor is provided for each cylinder to detect the air-fuel ratio, dead-beat control is performed so that the air-fuel ratio of each cylinder immediately converges to the target value in the next control cycle. An object is to provide an air-fuel ratio control method for an internal combustion engine.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明に係る内燃機関の空燃比制御方法は例えば請
求項1項に示す様に、多気筒内燃機関の排気系集合部に
配置される単一の空燃比センサの出力から入力された混
合気の空燃比を検出して空燃比を目標値に制御するもの
において、前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所
定の重みを乗じた加重平均値からなるものとみなして排
気系の挙動を記述するモデルを構築し、各気筒の空燃比
を内部状態変数とする状態方程式と出力方程式とを求
め、前記内部状態を観測するオブザーバを構築してその
出力を求め、前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を
推定し、前記推定値と目標値との比を求め、その比に特
定制御周期前の補正値を乗じたものを今回の補正値とし
て各気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させる様にデッ
ドビート制御する、如く構成した。In order to solve the above-mentioned problems, an air-fuel ratio control method for an internal combustion engine according to the present invention is arranged in an exhaust system collecting portion of a multi-cylinder internal combustion engine, as set forth in, for example, claim 1. In the one that controls the air-fuel ratio to the target value by detecting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture input from the output of the single air-fuel ratio sensor, the output value of the sensor is given a predetermined weight to the combustion history of each cylinder. A model that describes the behavior of the exhaust system, which is regarded as consisting of the weighted average value multiplied, is constructed, the state equation and the output equation in which the air-fuel ratio of each cylinder is an internal state variable is obtained, and an observer for observing the internal state is obtained. Is calculated, the output is obtained, the air-fuel ratio of each cylinder is estimated from the observer output, the ratio between the estimated value and the target value is calculated, and this ratio is multiplied by the correction value before the specific control cycle. The air-fuel ratio of each cylinder as a correction value for Be dead beat controlled so as to be immediately converged to a target value, it was as constructed.
【0007】[0007]
【作用】上記の如く構成したことから、次回制御周期時
に各気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させることがで
きる。With the above configuration, the air-fuel ratio of each cylinder can be immediately converged to the target value in the next control cycle.
【0008】[0008]
【実施例】以下、添付図面に即して本発明の実施例を説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0009】図1は本発明にかかる方法を実現するため
の内燃機関の空燃比検出・制御装置を全体的に示す概略
図である。図において、符号10は4気筒の内燃機関を
示しており、吸気路12の先端に配置されたエアクリー
ナ14から導入された吸気は、スロットル弁16でその
流量を調節されつつインテークマニホルド18を経て第
1〜第4気筒に流入される。各気筒の吸気弁(図示せ
ず)の付近にはインジェクタ20が設けられて燃料を噴
射する。噴射され吸気と一体となった混合気は各気筒内
で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピストン
(図示せず)を駆動する。燃焼後の排気ガスは排気弁
(図示せず)を介してエキゾーストマニホルド22に排
出され、エキゾーストパイプ24を経て三元触媒コンバ
ータ26で浄化されつつ機関外に排出される。また吸気
路12にはスロットル弁16を配置した位置付近にそれ
をバイパスするバイパス路28が設けられる。FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall air-fuel ratio detection / control apparatus for an internal combustion engine for realizing the method according to the present invention. In the figure, reference numeral 10 indicates a four-cylinder internal combustion engine, and intake air introduced from an air cleaner 14 arranged at the tip of an intake passage 12 is passed through an intake manifold 18 while its flow rate is adjusted by a throttle valve 16. It is introduced into the first to fourth cylinders. An injector 20 is provided near the intake valve (not shown) of each cylinder to inject fuel. The air-fuel mixture injected and integrated with the intake air is ignited by a spark plug (not shown) in each cylinder and burned to drive a piston (not shown). The exhaust gas after combustion is discharged to the exhaust manifold 22 via an exhaust valve (not shown), is discharged to the outside of the engine while being purified by the three-way catalytic converter 26 via the exhaust pipe 24. Further, the intake passage 12 is provided with a bypass passage 28 which bypasses the throttle valve 16 near the position where the throttle valve 16 is arranged.
【0010】また内燃機関10のディストリビュータ
(図示せず)内にはピストン(図示せず)のクランク角
度位置を検出するクランク角センサ34が設けられると
共に、スロットル弁16の開度を検出するスロットル開
度センサ36、スロットル弁16下流の吸気圧力を絶対
圧力で検出する絶対圧センサ38も設けられる。更に、
排気系においてエキゾーストマニホルド22の下流側で
三元触媒コンバータ26の上流側には酸素濃度検出素子
からなる空燃比センサ40が設けられ、排気ガスの空燃
比を検出する。これらセンサ34などの出力は、制御ユ
ニット42に送られる。A crank angle sensor 34 for detecting a crank angle position of a piston (not shown) is provided in a distributor (not shown) of the internal combustion engine 10, and a throttle opening for detecting an opening of the throttle valve 16 is provided. A degree sensor 36 and an absolute pressure sensor 38 for detecting the intake pressure downstream of the throttle valve 16 by absolute pressure are also provided. Furthermore,
In the exhaust system, an air-fuel ratio sensor 40 including an oxygen concentration detecting element is provided on the downstream side of the exhaust manifold 22 and the upstream side of the three-way catalytic converter 26 to detect the air-fuel ratio of the exhaust gas. The outputs of these sensors 34 and the like are sent to the control unit 42.
【0011】図2は制御ユニット42の詳細を示すブロ
ック図である。空燃比センサ40の出力は検出回路46
に入力され、そこで適宜な線型化処理が行われてリーン
からリッチにわたる広い範囲において排気ガス中の酸素
濃度に比例したリニアな特性からなる空燃比(A/F)
が検出される。尚、その詳細は先に本出願人が提案した
出願(特願平3─169456号)に述べてあるので、
これ以上の説明は省略する。また以下の説明においてこ
のセンサを「LAFセンサ」(リニア・エーバイエフ・
センサ)と称する。検出回路46の出力はA/D変換回
路48を介してCPU50,ROM52,RAM54か
らなるマイクロ・コンピュータ内に取り込まれ、RAM
54に格納される。同様にスロットル開度センサ36な
どのアナログ出力はレベル変換回路56、マルチプレク
サ58及び第2のA/D変換回路60を介して、またク
ランク角センサ34のデジタル出力は波形整形回路62
で波形整形された後、カウンタ64で出力値がカウント
され、カウント値はマイクロ・コンピュータ内に入力さ
れる。マイクロ・コンピュータにおいてCPU50はR
OM52に格納された命令に従って検出値から空燃比の
フィードバック制御値を演算し、駆動回路66を介して
各気筒のインジェクタ20を駆動すると共に、第2の駆
動回路68を介して電磁弁70を駆動し、図1に示した
バイバス路28を通る2次空気量を制御する。FIG. 2 is a block diagram showing details of the control unit 42. The output of the air-fuel ratio sensor 40 is the detection circuit 46.
To the air-fuel ratio (A / F), which has linear characteristics proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas over a wide range from lean to rich.
Is detected. The details are described in the application previously proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 3-169456).
Further description will be omitted. In the following description, this sensor will be referred to as "LAF sensor" (Linear AFB
Sensor). The output of the detection circuit 46 is taken into a microcomputer including a CPU 50, a ROM 52, and a RAM 54 via an A / D conversion circuit 48, and a RAM is stored.
54. Similarly, the analog output of the throttle opening sensor 36 and the like is passed through the level conversion circuit 56, the multiplexer 58 and the second A / D conversion circuit 60, and the digital output of the crank angle sensor 34 is a waveform shaping circuit 62.
After the waveform is shaped by, the output value is counted by the counter 64, and the count value is input into the microcomputer. In the microcomputer, the CPU 50 is R
The feedback control value of the air-fuel ratio is calculated from the detected value according to the command stored in the OM 52, and the injector 20 of each cylinder is driven via the drive circuit 66 and the solenoid valve 70 is driven via the second drive circuit 68. Then, the amount of secondary air passing through the bypass 28 shown in FIG. 1 is controlled.
【0012】続いて、この制御装置の動作を説明する。
その動作は結局のところ空燃比を検出して目標値との偏
差を求め、その偏差を解消する様に燃料供給量(噴射
量)を制御することにつきるが、この発明の要旨は、空
燃比センサの出力から各気筒の空燃比を精度良く推定
し、併せて推定した検出値に基づいて空燃比を目標値に
フィードバック制御することにあることにあるので、以
下その点に焦点をおいて説明する。Next, the operation of this control device will be described.
After all, the operation is to detect the air-fuel ratio, find the deviation from the target value, and control the fuel supply amount (injection amount) so as to eliminate the deviation. It is to accurately estimate the air-fuel ratio of each cylinder from the output of the sensor and to feedback control the air-fuel ratio to the target value based on the estimated detection value as well, so the following description focuses on that point. To do.
【0013】多気筒内燃機関の排気系集合部に1個の空
燃比センサのみを配置し、その出力から各気筒の空燃比
を精度良く分離抽出するためには、先ず、空燃比センサ
の検出応答遅れを正確に解明する必要がある。図3に単
気筒の内燃機関を例にとり、吸気量を一定として供給燃
料量をステップ状に変化させた場合の空燃比センサの応
答の実測データを示す(図中「実測値」)。図示の如
く、空燃比をステップ状に変化させた場合、LAFセン
サ出力の実測値は入力値に対して遅れを持つが、この遅
れはセンサの化学反応に起因するので、正確に解析する
ことは困難である。そこで本発明者達はとりあえずこの
遅れを1次遅れ系と擬似的にモデル化し、図4に示す如
きモデルを作成した。ここでLAF:LAFセンサ出
力、A/F:入力A/F、とすると、その状態方程式は
下記の数1で示すことができる。In order to accurately separate and extract the air-fuel ratio of each cylinder from the output thereof by disposing only one air-fuel ratio sensor in the exhaust system collecting portion of the multi-cylinder internal combustion engine, first, the detection response of the air-fuel ratio sensor It is necessary to clarify the delay accurately. FIG. 3 shows, as an example of a single-cylinder internal combustion engine, actual measurement data of the response of the air-fuel ratio sensor when the intake air amount is constant and the supplied fuel amount is changed stepwise (“actual measurement value” in the figure). As shown in the figure, when the air-fuel ratio is changed stepwise, the measured value of the LAF sensor output has a delay with respect to the input value, but this delay is due to the chemical reaction of the sensor, so it is not possible to analyze it accurately. Have difficulty. Therefore, the present inventors made a model of this delay as a first-order delay system for the time being, and created a model as shown in FIG. Here, if LAF: LAF sensor output and A / F: input A / F, the state equation can be expressed by the following equation 1.
【0014】[0014]
【数1】 [Equation 1]
【0015】これを周期ΔTで離散化すると、数2で示
す様になる。図5は数2をブロック線図で表したもので
ある。When this is discretized with a period ΔT, it becomes as shown in Equation 2. FIG. 5 is a block diagram showing Equation 2.
【0016】[0016]
【数2】 [Equation 2]
【0017】従って、数2を用いることによってセンサ
出力より真の空燃比を求めることができる。即ち、数2
を変形すれば数3に示す様になるので、時刻kのときの
値から時刻k−1のときの値を数4の様に逆算すること
ができる。Therefore, by using the equation 2, the true air-fuel ratio can be obtained from the sensor output. That is, number 2
By transforming, the value at time k can be calculated back from the value at time k, as shown in expression 4.
【0018】[0018]
【数3】 [Equation 3]
【0019】[0019]
【数4】 [Equation 4]
【0020】具体的には数2をZ変換を用いて伝達関数
で示せば数5の如くになるので、その逆伝達関数を今回
のセンサ出力LAFに乗じることによって前回の空燃比
をリアルタイムに推定することができる。図6にそのリ
アルタイムのA/F推定器のブロック線図を示す。尚、
前述したとおりLAFセンサの応答遅れは化学反応に起
因するもので正確に解析することは困難であるが、機関
回転数との間に相関関係のあることが確認できた。した
がって伝達関数の係数は、適宜設定する所定の機関回転
数ごとに相違させることとした。よって、所定機関回転
数ごとにA/F推定器、すなわち逆伝達関数の係数を持
ち換えることにより、推定するA/F値の精度をより向
上させることができる。Specifically, if the expression 2 is expressed by a transfer function using the Z-transform, it becomes as shown in the expression 5. Therefore, the previous air-fuel ratio is estimated in real time by multiplying the inverse transfer function by the sensor output LAF of this time. can do. FIG. 6 shows a block diagram of the real-time A / F estimator. still,
As described above, the response delay of the LAF sensor is caused by a chemical reaction and is difficult to analyze accurately, but it was confirmed that there is a correlation with the engine speed. Therefore, the coefficient of the transfer function is set to be different for each predetermined engine speed that is appropriately set. Therefore, the accuracy of the estimated A / F value can be further improved by switching the A / F estimator, that is, the coefficient of the inverse transfer function for each predetermined engine speed.
【0021】[0021]
【数5】 [Equation 5]
【0022】上記についてのシミュレーション結果を図
3(図中「シミュレーション」)、図7に示す。前述し
たとおり、図3に「実測値」とあるのはステップ状の空
燃比入力を与えた場合のセンサ出力の実測値であるが、
ここで実測値とシミュレーション結果(図5モデルにス
テップ状空燃比を入力して得た出力)とがほぼ対応して
いるのが見てとれよう。以上からセンサ応答遅れを1次
遅れと擬似的にモデル化したことの正しさが検証された
と言うことができよう。図7はセンサ出力の実測値に逆
伝達関数を乗じ、真の空燃比を推定する場合を示す。同
図において、例えば時刻Taの時の真の空燃比は、1
2.5ではなく13.2であると推定することができる
のである。尚、真の空燃比の推定値に若干の上下動があ
らわれているのは、センサ出力の実測値に細かなばらつ
きがあるためである。The results of the above simulation are shown in FIG. 3 (“simulation” in the figure) and FIG. 7. As described above, the “actual measurement value” in FIG. 3 is the actual measurement value of the sensor output when a step-like air-fuel ratio input is given.
Here, it can be seen that the measured values and the simulation results (the output obtained by inputting the stepped air-fuel ratio into the model in FIG. 5) substantially correspond to each other. From the above, it can be said that the correctness of artificially modeling the sensor response delay as the first-order delay was verified. FIG. 7 shows a case where the measured value of the sensor output is multiplied by the inverse transfer function to estimate the true air-fuel ratio. In the figure, for example, the true air-fuel ratio at time Ta is 1
It can be estimated to be 13.2 instead of 2.5. It should be noted that the reason that the estimated value of the true air-fuel ratio slightly fluctuates is that there is a slight variation in the actual measurement value of the sensor output.
【0023】続いて、上記の如く求めた真の空燃比に基
づいて各気筒の空燃比を分離抽出する場合について説明
する。Next, the case where the air-fuel ratio of each cylinder is separated and extracted based on the true air-fuel ratio obtained as described above will be described.
【0024】先に述べた如く、多気筒内燃機関に1個の
空燃比センサを配置した場合、その出力は、排気系の集
合部において各気筒の検出値が混ざり合った値を示し、
気筒ごとの真の空燃比を求めることが困難である。その
ため、各気筒のA/Fを個別に目標値に制御することが
できず、ある気筒はリーンであったり、他の気筒はリッ
チであったりする場合があって、エミッション悪化の原
因となる。それを解決するためには気筒ごとにセンサを
配置すれば良いが、それではコストの上昇を招くと共
に、耐久性の問題もある。そこで本発明者達はセンサ応
答遅れを1次遅れでモデル化できたことによって、以下
の手法から排気系の集合部に配置した1個の空燃比セン
サで多気筒、実施例の場合は4気筒の内燃機関の空燃比
を気筒ごとに正確に検出できる様にした。以下、それに
ついて説明する。As described above, when one air-fuel ratio sensor is arranged in the multi-cylinder internal combustion engine, the output thereof shows a value obtained by mixing the detection values of the respective cylinders at the collecting portion of the exhaust system,
It is difficult to find the true air-fuel ratio for each cylinder. Therefore, the A / F of each cylinder cannot be individually controlled to the target value, and some cylinders may be lean or other cylinders may be rich, which causes emission deterioration. In order to solve this, a sensor may be arranged for each cylinder, but this causes an increase in cost and has a problem of durability. Therefore, the inventors of the present invention have been able to model the sensor response delay as a first-order delay. Therefore, one air-fuel ratio sensor arranged in the collecting part of the exhaust system is used in the multi-cylinder, in the case of the embodiment, four cylinders, according to the following method. The air-fuel ratio of the internal combustion engine can be accurately detected for each cylinder. This will be described below.
【0025】先ず、図8に示す様に内燃機関の排気系を
モデル化した(以下、このモデルを「エキマニモデル」
と称する)。尚、このエキマニモデルでは、離散系のサ
ンプル時間をTDC周期(機関回転数が1500rpm
のとき0.02sec)とした。またこのエキマニモデ
ルの中ではF(燃料)を制御量としたため、空燃比をF
/Aとした。First, an exhaust system of an internal combustion engine was modeled as shown in FIG. 8 (hereinafter, this model is referred to as an "exhaust manifold model").
Called)). In this exhaust manifold model, the sample time of the discrete system is set to the TDC cycle (the engine speed is 1500 rpm).
Then 0.02 sec). Also, in this exhaust manifold model, since F (fuel) is the controlled variable, the air-fuel ratio is F
/ A.
【0026】ここで発明者達は、排気系の集合部の空燃
比(A/F)は、各気筒の空燃比の時間的な寄与度を考
慮した加重平均値であると考えた。そうであれば、時刻
kのときの集合部の空燃比は、数6の様に表すことがで
きる。Here, the inventors considered that the air-fuel ratio (A / F) of the collecting portion of the exhaust system is a weighted average value considering the temporal contribution of the air-fuel ratio of each cylinder. If so, the air-fuel ratio of the collecting portion at the time k can be expressed as in Equation 6.
【0027】[0027]
【数6】 [Equation 6]
【0028】即ち、集合部の空燃比は、気筒ごとの過去
の燃焼履歴に重みC(例えば直近に燃焼した気筒は40
%、その前が30%...など)を乗じたものの合算で
表すことができる。ここで、集合部における各気筒の排
気の混合状態は機関の運転状態により異なってくる。即
ち、例えば機関の低回転域ではTDC周期が長いので、
各気筒からの排気が混合する度合いは高回転域と比較し
て低い。また、高負荷のときは基本的に背圧も大きく、
排気の排出圧力が大きくなるので、各気筒からの排気が
混合する度合いは低負荷のときと比較して低い。この様
に各気筒の排気の混合する度合いが低い場合には、直近
に燃焼した気筒の重みを大きくとる必要がある。従っ
て、重みCは機関の運転状態によって持ち換えることと
する。具体的には重みCを機関回転数と負荷とをパラメ
ータとして適宜設定してマップに用意しておき、それを
検索することにより行う。尚、上記で#nは気筒番号を
示し、また気筒の燃焼(点火)順序は、1,3,4,2
とする。またここで空燃比[F/A]は先に数5で求め
た応答遅れを補正した真の値を意味する。That is, the air-fuel ratio of the collecting portion is weighted by C in the past combustion history for each cylinder (for example, the most recently burned cylinder is 40).
%, Before that 30%. . . Etc.) can be expressed as the sum of those multiplied. Here, the mixed state of the exhaust gas of each cylinder in the collecting portion varies depending on the operating state of the engine. That is, for example, since the TDC cycle is long in the low engine speed range,
The degree of mixing of exhaust gas from each cylinder is low compared to the high engine speed range. Also, when the load is high, the back pressure is basically large,
Since the exhaust pressure of the exhaust gas increases, the degree of mixing of the exhaust gas from each cylinder is lower than when the load is low. In this way, when the degree of mixing of the exhaust gas of each cylinder is low, it is necessary to give a large weight to the cylinder that most recently burned. Therefore, the weight C is changed depending on the operating state of the engine. Specifically, the weight C is appropriately set using the engine speed and the load as parameters, prepared in the map, and searched for. In the above, #n indicates the cylinder number, and the combustion (ignition) order of the cylinders is 1, 3, 4, 2
And Further, the air-fuel ratio [F / A] here means a true value obtained by correcting the response delay previously obtained by the equation (5).
【0029】上記を前提とすると、エキマニモデルの状
態方程式は数7の様になる。Based on the above, the equation of state of the exhaust manifold model is as shown in equation 7.
【0030】[0030]
【数7】 [Equation 7]
【0031】また集合部の空燃比をy(k)とおくと、
出力方程式は数8の様に表すことができる。If the air-fuel ratio of the collecting portion is y (k),
The output equation can be expressed as Equation 8.
【0032】[0032]
【数8】 [Equation 8]
【0033】上記において、u(k)は観測不可能のた
め、この状態方程式からオブザーバを設計してもx
(k)は観測することができない。そこで4TDC前
(即ち、同一気筒)の空燃比F/Aは急激に変化しない
定常運転状態にあると仮定してx(k+1)=x(k−
3)とすると、数9の様になる。In the above, since u (k) cannot be observed, even if the observer is designed from this equation of state, x
(K) cannot be observed. Therefore, assuming that the air-fuel ratio F / A before 4TDC (that is, the same cylinder) is in a steady operation state where it does not change rapidly, x (k + 1) = x (k-
If it is 3), it becomes like Formula 9.
【0034】[0034]
【数9】 [Equation 9]
【0035】ここで、上記の如く求めたエキマニモデル
についてシミュレーション結果を示す。図9は4気筒内
燃機関について3気筒の空燃比を14.7にし、1気筒
だけ12.0にして燃料を供給した場合を示す。図10
はそのときの集合部(即ち、図1のエキゾーストマニホ
ルドパイプ24に空燃比センサ40を配置した位置)の
空燃比(A/F)を上記エキマニモデルで求めたものを
示す。図10においてはステップ状の出力が得られてい
るが、ここで更にLAFセンサの応答遅れを考慮する
と、センサ出力は図11に「シミュレーション」と示す
様になまされた波形となる。図中「実測値」は同じ場合
のLAFセンサ出力の実測値であるが、これと比較し、
上記エキマニモデルが多気筒内燃機関の排気系を良くモ
デル化していることが検証できたといえよう。Here, simulation results of the exhaust manifold model obtained as described above will be shown. FIG. 9 shows a case where the air-fuel ratio of three cylinders is set to 14.7 and fuel is supplied to only one cylinder at 12.0 in a four-cylinder internal combustion engine. Figure 10
Shows the air-fuel ratio (A / F) of the collecting portion (that is, the position where the air-fuel ratio sensor 40 is arranged in the exhaust manifold pipe 24 in FIG. 1) obtained by the above exhaust manifold model. In FIG. 10, a step-like output is obtained, but if the response delay of the LAF sensor is further taken into consideration here, the sensor output has a waveform shown as “simulation” in FIG. 11. In the figure, the “actual measurement value” is the actual measurement value of the LAF sensor output in the same case.
It can be said that it has been verified that the above exhaust manifold model well models the exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine.
【0036】よって、数10で示される状態方程式と出
力方程式にてx(k)を観察する定常のカルマンフィル
タの問題に帰着する。その荷重行列Q,Rを数11の様
においてリカッチの方程式を解くと、ゲイン行列Kは数
12の様になる。Therefore, the problem of a stationary Kalman filter for observing x (k) in the state equation and the output equation shown in the equation 10 is reduced. When the Riccati equation is solved by using the weighting matrices Q and R as shown in equation 11, the gain matrix K becomes as shown in equation 12.
【0037】[0037]
【数10】 [Equation 10]
【0038】[0038]
【数11】 [Equation 11]
【0039】[0039]
【数12】 [Equation 12]
【0040】これよりA−KCを求めると、数13の様
になる。When A-KC is obtained from this, the result is as shown in the equation 13.
【0041】[0041]
【数13】 [Equation 13]
【0042】一般的なオブザーバの構成は図12に示さ
れる様になるが、今回のモデルでは入力u(k)がない
ので、図13で示す様にy(k)のみを入力とする構成
となり、これを数式で表すと数14の様になる。The general structure of the observer is as shown in FIG. 12, but since there is no input u (k) in this model, the structure is such that only y (k) is input as shown in FIG. When this is expressed by a mathematical expression, it becomes as shown in Expression 14.
【0043】[0043]
【数14】 [Equation 14]
【0044】ここでy(k)を入力とするオブザーバ、
即ちカルマンフィルタのシステム行列は数15の様に表
される。Here, an observer whose input is y (k),
That is, the system matrix of the Kalman filter is expressed as in Expression 15.
【0045】[0045]
【数15】 [Equation 15]
【0046】今回のモデルで、リカッチ方程式の荷重配
分Rの要素:Qの要素=1:1のとき、カルマンフィル
タのシステム行列Sは、数16で与えられる。In the model this time, when the element of the weight distribution R of the Riccati equation: the element of Q = 1: 1, the system matrix S of the Kalman filter is given by equation 16.
【0047】[0047]
【数16】 [Equation 16]
【0048】続いて、シミュレーション上で気筒別空燃
比の波形を正確に作成し、それを前記エキマニモデルに
入力し、集合部空燃比を得る。それをオブザーバに入力
し、気筒別空燃比が推定されていることを検証する。ま
た荷重行列と推定値の傾向を考察する。Subsequently, a waveform of the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio is accurately created on the simulation, and the waveform is input to the exhaust manifold model to obtain the collective portion air-fuel ratio. Input it to the observer and verify that the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio is estimated. Moreover, the tendency of the load matrix and the estimated value is considered.
【0049】今回のモデルにおいては、数17に示す様
であるので、荷重行列Qは、要素が全て同じ対角行列と
なる。In the model this time, since it is as shown in Expression 17, the weight matrix Q is a diagonal matrix in which all the elements are the same.
【0050】[0050]
【数17】 [Equation 17]
【0051】従って、考察すべきはQとRの要素の比で
ある。QとRの要素の比を変えて求めたゲインを表1に
示す。また、それを用いて構成したオバザーバとエキマ
ニモデルを組み合わせたシミュレーションモデルを図1
4に示す。更に、このモデルを用いて気筒別空燃比を1
2.0,14.7,14.7,14.7の理想入力とし
て計算したものを図15に、またそのときのオブザーバ
の推定誤差を表2に示す。更に、空燃比を12.0±
0.2,14.7±0.2,14.7±0.2,14.
7±0.2としてそれぞれ独立に変動させて(仮想ノイ
ズ)計算したものを図16に、そのときのオブザーバの
推定誤差を表3に示す。尚、図15,16において
(a)から(e)は、共に、(a)各気筒A/F(エキ
マニモデル入力)、(b)集合部A/F(エキマニモデ
ル出力)、(c)Qの要素:Rの要素=1:10のとき
のオブザーバ出力(入力は(b)に示す)、(d)Qの
要素:Rの要素=1:1のときのオブザーバ出力(入力
は(b)に示す)、(e)Qの要素:Rの要素=10:
1のときのオブザーバ出力(入力は(b)に示す)であ
る。Therefore, what is to be considered is the ratio of the elements of Q and R. Table 1 shows the gains obtained by changing the ratio of the Q and R elements. In addition, the simulation model that combines the observer and exhaust manifold model constructed by using it is shown in Fig. 1.
4 shows. Furthermore, using this model, the cylinder air-fuel ratio is set to 1
FIG. 15 shows the values calculated as the ideal inputs of 2.0, 14.7, 14.7, and 14.7, and Table 2 shows the estimation error of the observer at that time. Furthermore, set the air-fuel ratio to 12.0 ±
0.2, 14.7 ± 0.2, 14.7 ± 0.2, 14.
FIG. 16 shows the values independently calculated (virtual noise) as 7 ± 0.2, and Table 3 shows the estimation error of the observer at that time. 15 (a) to 16 (e), (a) each cylinder A / F (exhaust manifold model input), (b) collecting unit A / F (exhaust manifold model output), (c) Q. Element: R is an observer output when the element is 1:10 (input is shown in (b)), (d) Q element is an observer output when the R element is 1: 1 (input is (b)) , (E) Q element: R element = 10:
It is an observer output when 1 is set (input is shown in (b)).
【0052】[0052]
【表1】 [Table 1]
【0053】[0053]
【表2】 [Table 2]
【0054】[0054]
【表3】 [Table 3]
【0055】図15の様に各気筒空燃比を一定としたと
きはQの重みが大きいほど収束が速いことが分かる。但
し、Q/Rを10以上にしても殆ど収束性は変わらなか
った。図16において時系列に推定偏差(各気筒空燃比
−推定空燃比)を図示すると、図17の様になり、オブ
ザーバ収束後はQの要素:Rの要素=10:1と1:1
とでそれほど差がないことから、耐外乱性を考えると、
Qの要素:Rの要素=1:1の方が良いと言える。この
様に、集合部空燃比の入力に対し、カルマンフィルタの
理論を用いたオブザーバは、集合部における気筒ごとの
空燃比を精度良く推定することを可能にする。尚、荷重
行列はQ/R=1〜10が最良であったが、実データを
用いた応答状況から決める必要があると思われる。As shown in FIG. 15, when the air-fuel ratio of each cylinder is constant, it is understood that the larger the weight of Q, the faster the convergence. However, even if Q / R was set to 10 or more, the convergence did not change. FIG. 16 shows the estimated deviation (air-fuel ratio of each cylinder-estimated air-fuel ratio) in time series in FIG. 17, and becomes as shown in FIG. 17, and after the observer converges, the element of Q: the element of R = 10: 1 and 1: 1.
Since there is not much difference between and, considering the resistance to disturbance,
It can be said that the element of Q: the element of R = 1: 1 is better. As described above, the observer using the Kalman filter theory with respect to the input of the air-fuel ratio of the collecting portion enables the air-fuel ratio of each cylinder in the collecting portion to be accurately estimated. The best weight matrix was Q / R = 1-10, but it seems necessary to determine it from the response situation using actual data.
【0056】続いて、実測データを先に示したLAFセ
ンサの逆伝達関数に入力して得られる実集合部空燃比デ
ータを前記オブザーバに入力し、気筒別空燃比を推定し
た結果を図18に示す。同図において(a)LAFセン
サ出力、(b)LAFセンサ逆伝達関数出力(入力は
(a)に示す)、(c)Qの要素:Rの要素=1:10
のときのオブザーバ出力(入力は(b)に示す)、
(d)Qの要素:Rの要素=1:1のときのオブザーバ
出力(入力は(b)に示す)、(e)Qの要素:Rの要
素=10:1のときのオブザーバ出力(入力は(b)に
示す)である。ここでLAFセンサ出力の測定条件は、
機関回転数=1500rpm、吸気圧力=−281.9
mmHg、A/F=12.0(#2),14.7(#
1,#3,#4)とした。また、実際の入力A/Fの真
値はわからないので、シミュレーションではおよその値
として、〔12.0/14.7/14.7/14.7〕
を用いた。同図から明らかな様に、オブザーバ出力は4
TDC周期で変化しており、入力A/Fをほぼ推定して
いる。またカルマンフィルタを用いたことにより、荷重
行列のセッティングによって2〜8周期で収束可能であ
ることが確認された。Subsequently, the actual assembly air-fuel ratio data obtained by inputting the actually measured data to the inverse transfer function of the LAF sensor shown above is input to the observer, and the result of estimating the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio is shown in FIG. Show. In the figure, (a) LAF sensor output, (b) LAF sensor inverse transfer function output (input is shown in (a)), (c) element of Q: element of R = 1: 10
Observer output at the time of (input is shown in (b)),
(D) Element of Q: element of R = 1: 1 observer output (input is shown in (b)), (e) element of Q: element of R = 10: 1 observer output (input Is shown in (b)). Here, the measurement conditions of the LAF sensor output are
Engine speed = 1500 rpm, intake pressure = −281.9
mmHg, A / F = 12.0 (# 2), 14.7 (#
1, # 3, # 4). Further, since the true value of the actual input A / F is not known, the approximate value in the simulation is [12.0 / 14.7 / 14.7 / 14.7].
Was used. As is clear from the figure, the observer output is 4
It changes in the TDC cycle, and the input A / F is almost estimated. Further, it was confirmed that the Kalman filter can be used to converge in 2 to 8 cycles depending on the setting of the weight matrix.
【0057】続いて、上記の如く推定して得られた気筒
別空燃比を用いて、空燃比を目標値に制御する場合につ
いて説明する。図19はPID手法を用いた制御例を示
すブロック線図である。乗算項を介してフィードバック
される点が通常のPID制御と異なるが、この制御手法
自体は公知のものであって、図示の如く、入力Ti(噴
射時間)によって生じる実際の空燃比の目標値に対する
偏差(1−1/λ) を気筒ごとに求め、それに応じたゲイ
ンKLAFを乗じて目標値にフィードバック制御すれば
良い。但し、公知の手法には依るものの、前記の如く各
気筒の空燃比を正確に検出することができた結果、それ
ぞれの気筒の空燃比を目標値に精度良く制御することが
できる。Next, the case where the air-fuel ratio is controlled to the target value by using the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio estimated as described above will be described. FIG. 19 is a block diagram showing an example of control using the PID method. Although it is different from the normal PID control in that it is fed back via the multiplication term, this control method itself is a known one, and as shown in the figure, it is against the target value of the actual air-fuel ratio generated by the input Ti (injection time). The deviation (1-1 / λ) may be calculated for each cylinder, and the target value may be feedback-controlled by multiplying the deviation by the gain KLAF. However, although it depends on a known method, the air-fuel ratio of each cylinder can be accurately detected as described above, and as a result, the air-fuel ratio of each cylinder can be accurately controlled to the target value.
【0058】しかしながら、上記PID制御において
は、ハンチングを防止するためにゲインを余り大きくす
ることができないことから、収束性は良いとは言えな
い。図20ないし図24は、図19のPID制御の応答
性を示すシミュレーション結果を示す。図20は入力A
/Fを一定(21.0)にしたときのA/Fの出力特性
図、図21はそれに応じたゲインKLAFの特性図であ
る。図22は入力A/Fの別の特性図、図23はそのと
きのA/Fの出力特性図、図24はそれに応じたゲイン
KLAFの特性図である。図23から明らかな如く、収
束性は決して速いとは言えない。そこで、目標値に直ち
に収束させるデッドビート制御について述べる。However, in the PID control described above, the convergence cannot be said to be good because the gain cannot be made too large in order to prevent hunting. 20 to 24 show simulation results showing the responsiveness of the PID control of FIG. Figure 20 shows input A
FIG. 21 is a characteristic diagram of the A / F output characteristic when / F is constant (21.0), and FIG. FIG. 22 is another characteristic diagram of the input A / F, FIG. 23 is an output characteristic diagram of the A / F at that time, and FIG. 24 is a characteristic diagram of the gain KLAF corresponding thereto. As is clear from FIG. 23, the convergence cannot be said to be fast. Therefore, the dead beat control that immediately converges to the target value will be described.
【0059】基本的な方針として、オブザーバによって
推定された空燃比xハット(k)と目標空燃比Wの比W
/xハット(k)で入力u(k)を補正してx(k)を
Wに収束させるフィードバックを考える。図14に示し
たモデルにおいてオブザーバによって推定された空燃比
xハット(k)と、目標空燃比Wの比を累積したものを
ゲインα(k)として気筒別のフィードバック制御を考
えると、図25に示す様になる。このとき入力をu
(k)とおくと、数18,数19の様になる。As a basic policy, the ratio W of the air-fuel ratio x hat (k) estimated by the observer and the target air-fuel ratio W
Consider feedback in which the input u (k) is corrected with / x hat (k) and x (k) is converged to W. When feedback control for each cylinder is considered with a gain α (k) obtained by accumulating the ratio of the air-fuel ratio x hat (k) estimated by the observer and the target air-fuel ratio W in the model shown in FIG. As shown. At this time, input u
Putting (k), the equations 18 and 19 are obtained.
【0060】[0060]
【数18】 [Equation 18]
【0061】[0061]
【数19】 [Formula 19]
【0062】数18より数20が導かれる。From Equation 18, Equation 20 is derived.
【0063】[0063]
【数20】 [Equation 20]
【0064】数19より数21が導かれる。Expression 21 is derived from Expression 19.
【0065】[0065]
【数21】 [Equation 21]
【0066】従って、u(k)/u(k−4)≒1,k
→∞のときx(k−4)→x(k−4)となれば、k→
∞のとき、x(k)→Wとなる筈である。Therefore, u (k) / u (k-4) ≈1, k
→ When ∞, x (k-4) → If x (k-4), then k →
When ∞, x (k) → W should be obtained.
【0067】これを一般的に示せば、 〔今回出力〕=〔今回入力〕×〔目標値〕/〔今回出力
推定値〕×〔特定制御周期前補正値〕 と言うことになる。上式で特定制御周期前とは、この場
合4制御周期(TDC)前、即ち4気筒機関における同
一気筒出力を意味する。しかし実際にこのゲインでフィ
ードバックをシミュレーションすると、制御が安定しな
かった。This can be generally expressed as [current output] = [current input] × [target value] / [current output estimated value] × [specific control cycle pre-correction value]. In the above equation, “before a specific control cycle” means, in this case, before four control cycles (TDC), that is, the same cylinder output in a four-cylinder engine. However, when the feedback was actually simulated with this gain, the control was not stable.
【0068】そこで、ゲインα(k)の累積計算にディ
レイを入れるために、前々回の値を用いると図26に示
す如くになる。このとき、数22の如くとなる。Therefore, in order to add a delay to the cumulative calculation of the gain α (k), the value obtained two times before is used as shown in FIG. At this time, it becomes like Formula 22.
【0069】[0069]
【数22】 [Equation 22]
【0070】ディレイなしと同様に計算すると、数23
の如くとなり安定する。When calculated in the same way as without delay,
And becomes stable.
【0071】[0071]
【数23】 [Equation 23]
【0072】これについて図27を参照して説明する。
特定気筒の(オブザーバによって)推定されたA/F,
xハット(k)は、その回の補正値α(k)を用いて制
御した結果である。従って、補正値を算出する際、推定
されたA/Fが何回前のものであって、そのときのゲイ
ンの値はどの様なものであったかを認識する必要があ
る。その意味で図27に示す様に、4回前(1番気筒に
着目すれば前回)のオブザーバ出力は8回前(前々回)
の1番気筒空燃比を推定したものであり、この様に8回
前の制御ゲインと、それを用いて制御した結果(推定
値)から次の制御ゲインを計算しているので、タイミン
グの整合が取れて収束したものである。図28にこのシ
ミュレーション結果を示す(図28の上部はディレイな
しの結果を示しており、それに比して安定しているのが
分かる。尚、図中実線はフィードバック制御した場合
を、破線はフィードバック制御しない場合を示す)。ま
た図29にこのモデル(図11のモデルにフィードバッ
ク制御系を付加したモデル)のブロック線図を示す。ま
た図30ないし図34にこのモデルのシミュレーション
結果を示す。図33から収束性がPID制御に比べて格
段に向上しているのが見てとれよう。This will be described with reference to FIG.
A / F estimated by a particular cylinder (by observer),
The x hat (k) is the result of control using the correction value α (k) for that time. Therefore, when calculating the correction value, it is necessary to recognize how many times the estimated A / F was before and what the gain value was at that time. In that sense, as shown in FIG. 27, the observer output four times before (the last time when paying attention to the first cylinder) is eight times before (two times before).
No. 1 cylinder air-fuel ratio is estimated. In this way, the next control gain is calculated from the control gain eight times before and the result (estimated value) of control using the control gain. It is something that has been taken and converged. The simulation result is shown in FIG. 28 (the upper part of FIG. 28 shows the result without delay, and it can be seen that it is more stable than that. The solid line in the figure shows the case of feedback control, and the broken line shows the feedback. It shows the case of not controlling). FIG. 29 shows a block diagram of this model (a model obtained by adding a feedback control system to the model of FIG. 11). 30 to 34 show simulation results of this model. It can be seen from FIG. 33 that the convergence is significantly improved compared to the PID control.
【0073】ここで更にディレイについては更に追求を
重ねた結果、図35に示す様に、制御ゲインについては
12回前(1番気筒について言えば3回前)の制御ゲイ
ンを用いるのが良いことが判明した。即ち、機関内部、
制御結果反映などの遅れを正確に表現することができ、
気筒数に決定される遅れ分と燃焼サイクル数で決定され
る遅れ分とが明白になった結果、図36に示す様に制御
結果の反映遅れ+燃焼1行程の完了+サンプル遅れ+オ
ブザーバ推定+ゲイン割り振れ遅れから12回前(同一
気筒で言えば3回前)のゲインを累積制御ゲインとして
用いれば良いことが分かった。尚、参考までに図37か
ら図40に3気筒、5気筒、6気筒、12気筒の場合に
ついて使用すべき制御ゲインを示す。As a result of further pursuing the delay here, as shown in FIG. 35, it is preferable to use the control gain 12 times before (three times before for the first cylinder). There was found. That is, inside the engine,
It is possible to accurately represent the delay such as reflecting the control result,
As a result of the clarification of the delay amount determined by the number of cylinders and the delay amount determined by the number of combustion cycles, as shown in FIG. 36, the reflection delay of the control result + completion of one combustion stroke + sampling delay + observer estimation + It was found that the gain 12 times before (three times before in the case of the same cylinder) can be used as the cumulative control gain from the delay in gain allocation. For reference, FIGS. 37 to 40 show control gains to be used in the case of three cylinders, five cylinders, six cylinders, and twelve cylinders.
【0074】続いて、図29に示したフィードバック制
御モデルに理想入力を入力し、気筒別空燃比を目標値に
収束できることを確認する。またオブザーバの荷重行列
による影響も考察する。Next, it is confirmed that the ideal input can be input to the feedback control model shown in FIG. 29 to converge the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio to the target value. We also consider the effect of the observer weight matrix.
【0075】図29に示すフィードバック制御モデルに
入力として気筒別空燃比が〔12.0/14.7/1
4.7/14.7〕である場合と、仮想ノイズを考え
〔12.0±0.2/14.7±0.2/14.7±
0.2/14.7±0.2〕の範囲で各気筒を独立に変
動させた場合の計算結果を図41,図42に示す(図4
1,図42において(a)から(c)は、共に、(a)
Qの要素:Rの要素=1:10の制御結果、(b)Qの
要素:Rの要素=1:1の制御結果、(c)Qの要素:
Rの要素=10:1の制御結果を示す)。但し、目標値
は空燃比=14.7とし、それぞれオブザーバの荷重行
列の要素がQ:R=1:10,1:1,10:1の場合
について計算した。またそのときの制御誤差をそれぞれ
表4、表5に示す。図41から分かる様に、各気筒空燃
比が一定の理想入力に対してはオブザーバの収束性の荷
重を重くするほど、各気筒の空燃比を目標値に速く収束
できることが分かる。図42の様に各気筒空燃比が安定
しないときはフィードバックが後手になっている分収束
精度が悪い。As an input to the feedback control model shown in FIG. 29, the cylinder-by-cylinder air-fuel ratio is [12.0 / 14.7 / 1].
4.7 / 14.7] and virtual noise [12.0 ± 0.2 / 14.7 ± 0.2 / 14.7 ±
0.2 / 14.7 ± 0.2], the calculation results when each cylinder is independently varied are shown in FIGS. 41 and 42 (FIG. 4).
1, (a) to (c) in FIG. 42 are both (a)
Q element: R element = 1: 10 control result, (b) Q element: R element = 1: 1 control result, (c) Q element:
The control result of the element of R = 10: 1 is shown). However, the target value was set to air-fuel ratio = 14.7, and the calculation was performed when the elements of the load matrix of the observer were Q: R = 1:10, 1: 1 and 10: 1. The control errors at that time are shown in Table 4 and Table 5, respectively. As can be seen from FIG. 41, with respect to an ideal input in which the air-fuel ratio of each cylinder is constant, the heavier the convergence load of the observer, the faster the air-fuel ratio of each cylinder can converge to the target value. As shown in FIG. 42, when the air-fuel ratio of each cylinder is not stable, the convergence accuracy is poor because the feedback is delayed.
【0076】[0076]
【表4】 [Table 4]
【0077】[0077]
【表5】 [Table 5]
【0078】尚、図25以下ではシミュレーション上の
ため制御ゲインを各気筒入力空燃比に乗じてフィードバ
ック制御としたが、実際は図19に示す様に燃料噴射時
間パルスTiの乗算項としてゲインを計算することにな
る。Note that in FIG. 25 and below, the feedback control is performed by multiplying each cylinder input air-fuel ratio by the control gain for the sake of simulation, but in reality, the gain is calculated as a multiplication term of the fuel injection time pulse Ti as shown in FIG. It will be.
【0079】上記した実施例において、排気系集合部に
配置した1個の空燃比センサの検出値から各気筒の空燃
比を的確に推定すると共に、それに応じて各気筒の空燃
比を目標値にデッドビート制御する如く構成したので、
制御の収束性を格段に向上させることができる。In the above-described embodiment, the air-fuel ratio of each cylinder is accurately estimated from the detection value of one air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust system collecting portion, and the air-fuel ratio of each cylinder is set to the target value accordingly. Because it was configured to control deadbeat,
The convergence of control can be significantly improved.
【0080】尚、上記実施例において、1個の空燃比セ
ンサを用いて各気筒の空燃比を推定し、目標値に制御す
る例を示したが、それに限られるものではなく、気筒ご
とに空燃比センサを設けて各気筒の空燃比を検出した
後、目標値にデットビート制御する場合にも応用するこ
とが可能である。In the above embodiment, an example is shown in which one air-fuel ratio sensor is used to estimate the air-fuel ratio of each cylinder and the target value is controlled. However, the present invention is not limited to this, and the air-fuel ratio for each cylinder is changed. The present invention can also be applied to a case where a dead ratio control is performed to a target value after a fuel ratio sensor is provided to detect the air-fuel ratio of each cylinder.
【0081】[0081]
【発明の効果】請求項1項記載の内燃機関の空燃比制御
方法にあっては、多気筒内燃機関の排気系集合部に配置
される単一の空燃比センサの出力から入力された混合気
の空燃比を検出して空燃比を目標値に制御するものにお
いて、前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所定の
重みを乗じた加重平均値からなるものとみなして排気系
の挙動を記述するモデルを構築し、各気筒の空燃比を内
部状態変数とする状態方程式と出力方程式とを求め、前
記内部状態を観測するオブザーバを構築してその出力を
求め、前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を推定
し、前記推定値と目標値との比を求め、その比に特定制
御周期前の補正値を乗じたものを今回の補正値として各
気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させる様にデッドビ
ート制御する、ことからなる如く構成したので、気筒ご
とに別々に空燃比センサを用意することなく、各気筒の
空燃比を精度良く検出することができると共に、目標値
に直ちに収束させることができる。In the air-fuel ratio control method for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the air-fuel mixture input from the output of a single air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust system collecting portion of the multi-cylinder internal combustion engine. In controlling the air-fuel ratio to a target value by detecting the air-fuel ratio of the above, the output value of the sensor is considered to be a weighted average value obtained by multiplying the combustion history of each cylinder by a predetermined weight to determine the behavior of the exhaust system. The model to be described is constructed, the state equation and the output equation with the air-fuel ratio of each cylinder as an internal state variable are obtained, the output is obtained by constructing an observer for observing the internal state, and the output of the observer of each cylinder is obtained. The air-fuel ratio is estimated, the ratio between the estimated value and the target value is obtained, and the product of the ratio and the correction value before the specific control cycle is used as the current correction value to immediately converge the air-fuel ratio of each cylinder to the target value. To control dead beat like Having Ranaru as configuration, without preparing the air-fuel ratio sensor separately for each cylinder, with the air-fuel ratio of each cylinder can be accurately detected, it can be immediately converged to the target value.
【0082】請求項2項記載の内燃機関の空燃比制御方
法にあっては、多気筒内燃機関の各気筒の空燃比をそれ
ぞれ検出し、前記検出値と目標値との比を求め、その比
に特定制御周期前の補正値を乗じたものを今回の補正値
として各気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させる様に
デッドビート制御する、ことからなる如く構成したの
で、各気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させることが
できる。In the air-fuel ratio control method for an internal combustion engine according to claim 2, the air-fuel ratio of each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine is detected, and the ratio between the detected value and the target value is obtained, and the ratio is calculated. Is multiplied by the correction value before the specific control cycle is used as the correction value this time, and the dead beat control is performed so that the air-fuel ratio of each cylinder immediately converges to the target value. Can be immediately converged to the target value.
【0083】請求項3項記載の内燃機関の空燃比制御方
法にあっては、前記特定制御周期が、気筒数の整数倍に
対応する数であることを特徴とする如く構成したので、
各気筒の空燃比を目標値に直ちにかつ一層的確に収束さ
せることができる。In the air-fuel ratio control method for the internal combustion engine according to the third aspect, the specific control cycle is a number corresponding to an integral multiple of the number of cylinders.
The air-fuel ratio of each cylinder can be immediately and more accurately converged to the target value.
【図1】この発明に係る方法を実現する内燃機関の空燃
比検出・制御装置を全体的に示す概略図である。FIG. 1 is an overall schematic view of an air-fuel ratio detection / control device for an internal combustion engine that realizes a method according to the present invention.
【図2】図1中の制御ユニットの構成を示すブロック図
である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control unit in FIG.
【図3】単気筒の内燃機関において吸気量を一定として
供給燃料量をステップ状に変化させた場合の空燃比セン
サの応答遅れを示すシミュレーション結果、同じ場合の
LAFセンサ出力の実測値を表すデータである。FIG. 3 is a simulation result showing a response delay of the air-fuel ratio sensor in the case where the amount of supplied fuel is changed stepwise while the amount of intake air is constant in a single-cylinder internal combustion engine, data representing the measured value of the LAF sensor output in the same case. Is.
【図4】空燃比センサの検出動作をモデル化した例を示
すブロック線図である。FIG. 4 is a block diagram showing an example in which a detection operation of an air-fuel ratio sensor is modeled.
【図5】図4に示すモデルを周期ΔTで離散化したモデ
ルである。5 is a model in which the model shown in FIG. 4 is discretized with a period ΔT.
【図6】この発明に係る空燃比センサの検出挙動をモデ
ル化した真の空燃比推定器を示すブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram showing a true air-fuel ratio estimator modeling the detection behavior of the air-fuel ratio sensor according to the present invention.
【図7】LAFセンサ出力の実測値と、それに逆伝達関
数を乗じて求めた真の空燃比の推定値を表すグラフであ
る。FIG. 7 is a graph showing an actual measurement value of an LAF sensor output and an estimated value of a true air-fuel ratio obtained by multiplying it by an inverse transfer function.
【図8】この発明で用いる内燃機関の排気系の挙動を示
すモデルを表すブロック線図である。FIG. 8 is a block diagram showing a model showing the behavior of the exhaust system of the internal combustion engine used in the present invention.
【図9】図8に示すモデルを用いて4気筒内燃機関につ
いて3気筒の空燃比を14.7に、1気筒の空燃比を1
2.0にして燃料を供給する場合を示すデータである。9 is a diagram showing a model shown in FIG. 8 in which a three-cylinder air-fuel ratio and a one-cylinder air-fuel ratio of a four-cylinder internal combustion engine are set to 14.7 and 1 respectively.
It is data showing the case where the fuel is supplied at 2.0.
【図10】図9に示す入力を与えたときの図8モデルの
集合部の空燃比を表すデータである。10 is data showing the air-fuel ratio of the collecting portion of the model of FIG. 8 when the input shown in FIG. 9 is given.
【図11】図9に示す入力を与えたときの図8モデルの
集合部の空燃比をLAFセンサの応答遅れを補正せずに
表したデータと、同じ場合のLAFセンサ出力の実測値
を比較するグラフである。11 is a graph comparing the air-fuel ratio of the collecting portion of the model of FIG. 8 when the input shown in FIG. 9 is given, without correcting the response delay of the LAF sensor, with the measured value of the LAF sensor output in the same case. It is a graph to do.
【図12】一般的なオブザーバの構成を示すブロック図
である。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a general observer.
【図13】この発明で用いるオブザーバの構成を示すブ
ロック線図である。FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an observer used in the present invention.
【図14】図8に示すモデルと図13に示すオブザーバ
を組み合わせたシミュレーションモデルを表すブロック
線図である。14 is a block diagram showing a simulation model in which the model shown in FIG. 8 and the observer shown in FIG. 13 are combined.
【図15】図14のモデルを用いて4気筒内燃機関につ
いて3気筒の空燃比を14.7に、1気筒の空燃比を1
2.0にして燃料を供給した場合のシミュレーション結
果を示すデータである。FIG. 15 is a graph showing a four-cylinder internal combustion engine using the model of FIG.
It is data which shows the simulation result at the time of supplying fuel to 2.0.
【図16】図15の例に仮想ノイズを含めて燃料を供給
した場合のシミュレーション結果を示すデータである。16 is data showing simulation results when fuel is supplied with virtual noise included in the example of FIG. 15. FIG.
【図17】図16に示す場合について時系列に推定偏差
を示す説明図である。17 is an explanatory diagram showing estimated deviations in time series for the case shown in FIG.
【図18】空燃比センサ出力の実測値を図6に示す空燃
比推定器に入力して得られた実集合部空燃比を入力した
ときのオブザーバ出力を示す説明図である。18 is an explanatory diagram showing an observer output when an actual air-fuel ratio sensor output is input to an air-fuel ratio estimator shown in FIG. 6 and an actual assembly air-fuel ratio is input.
【図19】図13に示すオブザーバ出力から得られる値
に基づいて空燃比を目標値に気筒ごとにPID制御する
例を示すブロック線図である。FIG. 19 is a block diagram showing an example in which PID control is performed for each cylinder based on a value obtained from the observer output shown in FIG. 13 so that the air-fuel ratio becomes a target value.
【図20】図19に示すPID制御のシミュレーション
データで、入力空燃比が一定のときの出力空燃比の応答
特性の例を示す。FIG. 20 shows an example of response characteristics of the output air-fuel ratio when the input air-fuel ratio is constant, in the PID control simulation data shown in FIG. 19.
【図21】図19に示すPID制御のシミュレーション
データで、入力空燃比が一定のときの制御ゲインの応答
特性の例を示す。FIG. 21 shows an example of response characteristics of control gain when the input air-fuel ratio is constant, in the PID control simulation data shown in FIG.
【図22】図19に示すPID制御のシミュレーション
データで、入力空燃比を変動させるときのその特性の例
を示す。FIG. 22 is a simulation data of the PID control shown in FIG. 19, showing an example of the characteristic when the input air-fuel ratio is changed.
【図23】図19に示すPID制御のシミュレーション
データで、図19の様に入力空燃比を変動させたときの
出力空燃比の応答特性の例を示す。23 is an example of the response characteristics of the output air-fuel ratio when the input air-fuel ratio is changed as shown in FIG. 19 with the simulation data of the PID control shown in FIG.
【図24】図16に示すPID制御のシミュレーション
データで、図19の様に入力空燃比を変動させたときの
制御ゲインの応答特性の例を示す。FIG. 24 is a simulation data of the PID control shown in FIG. 16, showing an example of the response characteristic of the control gain when the input air-fuel ratio is changed as shown in FIG.
【図25】この発明に係るデッドビート制御のブロック
線図である。FIG. 25 is a block diagram of dead beat control according to the present invention.
【図26】図22と同様のもので、ディレイを入れた制
御例を示すブロック線図である。FIG. 26 is a block diagram similar to FIG. 22, showing an example of control including a delay.
【図27】図23の制御ゲインの決定理由を示す説明タ
イミング・チャートである。FIG. 27 is an explanatory timing chart showing the reason for determining the control gain of FIG. 23.
【図28】図25と図26に示す制御のシミュレーショ
ン結果を対照的に示すデータである。28 is data showing contrasting simulation results of the control shown in FIGS. 25 and 26. FIG.
【図29】図25ないし図26の制御で使用するモデル
を示すブロック線図である。FIG. 29 is a block diagram showing a model used in the control of FIGS. 25 to 26.
【図30】図29モデルのシミュレーションデータで、
入力空燃比が一定のときの出力空燃比の応答特性を示
す。FIG. 30 shows simulation data of the model shown in FIG.
The response characteristic of the output air-fuel ratio when the input air-fuel ratio is constant is shown.
【図31】図29モデルのシミュレーションデータで、
入力空燃比が一定の時の制御ゲインの応答特性を示す。FIG. 31 shows simulation data of the model shown in FIG.
The response characteristic of the control gain when the input air-fuel ratio is constant is shown.
【図32】図29モデルのシミュレーションデータで、
入力空燃比を変動させるときのその特性を示す。FIG. 32 shows simulation data of the model shown in FIG.
The characteristics when the input air-fuel ratio is changed are shown.
【図33】図29モデルのシミュレーションデータで、
図32の様に入力空燃比を変動させたときの出力空燃比
の応答特性を示す。FIG. 33 shows simulation data of the model shown in FIG.
32 shows the response characteristics of the output air-fuel ratio when the input air-fuel ratio is changed as shown in FIG.
【図34】図29モデルのシミュレーションデータで、
図32の様に入力空燃比を変動させたときの制御ゲイン
の応答特性を示す。FIG. 34 shows simulation data of the model shown in FIG.
The response characteristic of the control gain when the input air-fuel ratio is changed as shown in FIG. 32 is shown.
【図35】図26に示す例に類似する例で、更に別のデ
ィレイを入れた例を示すブロック線図である。FIG. 35 is a block diagram showing an example similar to the example shown in FIG. 26 and further including another delay.
【図36】図35の制御ゲインの決定理由を示す説明タ
イミング・チャートである。FIG. 36 is an explanatory timing chart showing the reason for determining the control gain of FIG. 35.
【図37】図35と同様の例であって3気筒の場合の制
御ゲインを示す説明タイミング・チャートである。FIG. 37 is an explanatory timing chart showing a control gain in the case of three cylinders, which is an example similar to FIG. 35.
【図38】図37と同様の例であって5気筒の場合の制
御ゲインを示す説明タイミング・チャートである。38 is an explanatory timing chart showing a control gain in the case of 5 cylinders, which is an example similar to FIG. 37. FIG.
【図39】図37と同様の例であって6気筒の場合の制
御ゲインを示す説明タイミング・チャートである。FIG. 39 is an explanatory timing chart showing a control gain in the case of 6 cylinders, which is an example similar to FIG. 37.
【図40】図37と同様の例であって12気筒の場合の
制御ゲインを示す説明タイミング・チャートである。FIG. 40 is an explanatory timing chart showing a control gain in the case of 12 cylinders, which is an example similar to FIG. 37.
【図41】図29に示すモデルに理想入力を入力した場
合のシミュレーション結果を示すデータである。41 is data showing a simulation result when an ideal input is input to the model shown in FIG. 29. FIG.
【図42】図29に示すモデルに仮想ノイズを加味した
入力を入力した場合のシミュレーション結果を示すデー
タである。FIG. 42 is data showing simulation results when an input in which virtual noise is added to the model shown in FIG. 29 is input.
10 内燃機関 18 インテークマニホルド 20 インジェクタ 22 エキゾーストパイプ 40 空燃比センサ 42 制御ユニット 10 Internal Combustion Engine 18 Intake Manifold 20 Injector 22 Exhaust Pipe 40 Air-Fuel Ratio Sensor 42 Control Unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤崎 修介 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 (72)発明者 小森谷 勲 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shusuke Akasaki 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Isao Komoritani 4-1-1 Chuo, Wako, Saitama Stock Company Honda Technical Research Institute
Claims (3)
れる単一の空燃比センサの出力から入力された混合気の
空燃比を検出して空燃比を目標値に制御するものにおい
て、 a.前記センサの出力値を各気筒の燃焼履歴に所定の重
みを乗じた加重平均値からなるものとみなして排気系の
挙動を記述するモデルを構築し、各気筒の空燃比を内部
状態変数とする状態方程式と出力方程式とを求め、 b.前記内部状態を観測するオブザーバを構築してその
出力を求め、 c.前記オブザーバ出力から各気筒の空燃比を推定し、 d.前記推定値と目標値との比を求め、その比に特定制
御周期前の補正値を乗じたものを今回の補正値として各
気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させる様にデッドビ
ート制御する、 ことからなる内燃機関の空燃比制御方法。1. An air-fuel ratio is controlled to a target value by detecting the air-fuel ratio of an air-fuel mixture input from the output of a single air-fuel ratio sensor arranged in the exhaust system collecting portion of a multi-cylinder internal combustion engine, a. A model describing the behavior of the exhaust system is constructed by regarding the output value of the sensor as a weighted average value obtained by multiplying the combustion history of each cylinder by a predetermined weight, and the air-fuel ratio of each cylinder is used as an internal state variable. Determine the state equation and the output equation, b. Constructing an observer for observing the internal state and obtaining its output, c. Estimating the air-fuel ratio of each cylinder from the observer output, d. The dead beat control is performed so as to obtain the ratio between the estimated value and the target value, and multiply the ratio by the correction value before the specific control cycle as the current correction value to immediately converge the air-fuel ratio of each cylinder to the target value. An air-fuel ratio control method for an internal combustion engine comprising:
れぞれ検出し、 b.前記検出値と目標値との比を求め、その比に特定制
御周期前の補正値を乗じたものを今回の補正値として各
気筒の空燃比を目標値に直ちに収束させる様にデッドビ
ート制御する、 ことからなる内燃機関の空燃比制御方法。2. A. Detecting the air-fuel ratio of each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine, b. The dead beat control is performed so as to obtain the ratio between the detected value and the target value, and multiply the ratio by the correction value before the specific control cycle as the current correction value to immediately converge the air-fuel ratio of each cylinder to the target value. An air-fuel ratio control method for an internal combustion engine comprising:
対応する数であることを特徴とする請求項1項または2
項記載の内燃機関の空燃比制御方法。3. The specific control cycle is a number corresponding to an integral multiple of the number of cylinders.
An air-fuel ratio control method for an internal combustion engine according to the above item.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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EP92311841A EP0553570B1 (en) | 1991-12-27 | 1992-12-29 | Method for detecting and controlling air-fuel ratio in internal combustion engines |
DE69225212T DE69225212T2 (en) | 1991-12-27 | 1992-12-29 | Method for determining and controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine |
US08/282,104 US5524598A (en) | 1991-12-27 | 1994-07-28 | Method for detecting and controlling air-fuel ratio in internal combustion engine |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP35934091A JP2683974B2 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Air-fuel ratio control method for internal combustion engine |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH05180044A true JPH05180044A (en) | 1993-07-20 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5448978A (en) * | 1992-07-03 | 1995-09-12 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel metering control system and cylinder air flow estimation method in internal combustion engine |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP35934091A patent/JP2683974B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5448978A (en) * | 1992-07-03 | 1995-09-12 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel metering control system and cylinder air flow estimation method in internal combustion engine |
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