JPH01106937A - 内燃機関の学習制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の空燃比（燃料噴射量）。

点火時期、アイドル回転数等のフィードバック制御系の
学習制御装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の内燃機関の学習制御装置としては、特開昭５９−
２０３８２８号公報、特開昭５９−２１１７３８号公報
、特開昭６０−９０９４４号公報。

特開昭６１−１９０１４１号公報等に示されているもの
がある。

これらは、機関の運転状態に基づき空燃比等の制御目標
値に対応させて設定される基本制御量を制御目標値と実
際値とを比較しつつ比例・積分制御などにより設定され
るフィードバック補正値により補正して制御量を演算し
、この制御量の制御を行って空燃比等を制御目標値にフ
ィードバック制御するものにおいて、フィードバック制
御中のフィードバック補正値の基準値からの偏差を機関
運転状態のエリア毎に学習してエリア別学習値を定め、
制御量の演算にあたって、基本制御量をエリア別学習値
により補正して、フィードバック補正値による補正なし
で演算される制御量により得られるものを制御目標値に
一致させるようにし、フィードバック制御中はこれをさ
らにフィードバック補正値により補正して制御量を演算
するものである。

これによれば、フィードバック制御中は過渡運転時にお
けるフィードバック制御の追従遅れをなくすことができ
、フィードバック制御停止時においては所望の制御出力
を正確に得ることができる。

従って、電子制御燃料噴射装置等の構成部品のバラツキ
を吸収し、また機関の充填効率等の経年変化や大気圧、
温度、湿度等の使用環境条件の変化等を補正して長期に
わたって機関の最高性能を維持してゆくために用いられ
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来の学習制御装置は、デー
タマツプによるいわゆる繰返し学習方式、つまり、機関
運転状態によりデータマツプ格子区分を設定し、各学習
エリアにおけるフィードバック制御偏差量を繰返し学習
経験により更新してゆく方式であったため、学習補正精
度を高めるために各学習エリア区分を細かく設定すると
、学習の更新スピードが遅くなるという欠点があった。

つまり、学習補正精度と学習スピードとが相反する条件
となっているのであった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、学習補正精
度を高めつつ学習スピードを大幅に向上させることので
きる内燃機関の学習制御装置を提供することを目的とす
る。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、上記の目的を達成するため、第１図に示すよ
うに、下記のＡ−Ｈの手段を含んで内燃機関の学習制御
装置を構成する。

（Ａ）内燃機関の制御対象の制御目標値に対応する基本
制御量を設定する基本制御量設定手段（Ｂ）制御目標値
と実際値とを比較して制御目標値に実際値を近づける方
向にフィードバック補正値を所定の量増減して設定する
フィードバック補正値設定手段 （Ｃ）複数の要因別学習値を記憶する書換え可能な要因
別学習値記憶手段 （Ｄ）前記基本制御量を前記フィードバック補正値及び
前記複数の要因別学習値に基づきこれらに応じてそれぞ
れ設定された演算式で補正して制御量を演算する制御量
演算手段 （Ｅ）前記制御量に応じて作動し内燃機関の制御対象を
制御する制御手段 （Ｆ）前記フィードバック補正値の基準値からの偏差を
検出する偏差検出手段 （Ｇ）前記偏差の要因を各種情報を基に分析しその分析
結果に基づき前記偏差を要因別の複数のパラメータに分
離する要因分析手段 （Ｈ）前記複数のパラメータの夫々に基づき前記記憶手
段の要因別学習値を修正して書換える要因別学習値更新
手段 さらには、下記の■の手段を含むことがある。

（１）前記要因別学習値の上下限を規制する要因別学習
値規制手段 〈作用〉 基本制御量設定手段Ａは、内燃機関の制御対象の制御目
標値に対応する基本制御量を設定し、フィードバック補
正値設定手段Ｂは、制御目標値と実際値とを比較して制
御目標値に実際値を近づける方向にフィードバック補正
値を例えば比例・積分制御に基づいて所定の量増減して
設定する。そして、制御量演算手段りは、基本制御量を
フィードバック補正値で補正し、さらに要因別学習値記
憶手段Ｃに記憶されている複数の要因別学習値に基づき
これらに応じてそれぞれ設定された最適な演算式で補正
することにより、制御量を演算する。

そして、この制御量に応じて制御手段Ｅが作動し、内燃
機関の制御対象を制御する。

一方、偏差検出手段Ｆは、フィードバック補正値の基準
値からの偏差を検出している。そして、要因分析手段Ｇ
は、偏差を与えるに至った要因を各種情報（例えば機関
運転状態、偏差量、偏差方向、偏差速度、偏差変化方向
等のうち少なくとも１つ）を基に所定の分析ルールに従
って推論的に分析し、その分析結果に基づき偏差を要因
別の複数のパラメータに分離する。そして、要因別学習
値更新手段Ｈは、分離された複数のパラメータの夫々に
基づき記憶手段Ｃの要因別学習値を修正して書換えてゆ
く。

このように、フィードバック制御の偏差（エラー量）を
検出し、これを各種情報とデータベースとを用いて推論
して要因分析し、各々の要因に適した演算式で精度良く
補正することで、学習補正精度と学習スピードとを両立
させるのである。

また、要因別学習値規制手段Ｉは、各要因別学習値をそ
れぞれの上下限値に規制する。これにより、推論による
誤学習に対する安全性を確保することができる。

〈実施例〉 以下に本発明に係る学習制御装置を電子制御燃料噴射装
置を有する内燃機関の空燃比のフィードバック制御系に
適用した実施例を説明する。

第２図において、機関１には、エアクリーナ２から吸気
ダクト３．スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介
して空気が吸入される。吸気マニホールド５のブランチ
部には各気筒毎に制御手段としての燃料噴射弁６が設け
られている。燃料噴射弁６はソレノイドに通電されて開
弁し通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であって
、後述するコントロールユニット１２からの駆動ハルス
信号により通電されて開弁じ、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力
に調整された燃料を噴射供給する。尚、この例はマルチ
ポイントインジェクションシステムであるが、スロット
ル弁の上流などに全気筒共通に単一の燃料噴射弁を設け
るシングルポイントインジェクションシステムであって
もよい。

機関１の燃焼室には点火栓７が設けられていて、これに
より火花点火して混合気を着火燃焼させる。

そして、機関１からは、排気マニホールド８゜排気ダク
ト９．三元触媒１０及びマフラー１１を介して排気が排
出される。三元触媒１０は、排気゛成分中のＣｏ、ＨＣ
を酸化し、また、ＮＯｌを還元して、他の無害な物質に
転換する排気浄化装置であり、混合気を理論空燃比で燃
焼させたときに両転換効率が最も良好なものとなる。

コントロールユニット１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含ん
で構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、後述の如く演算処理して、燃
料噴射弁６の作動を制御する。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中に熱線式あ
るいはフラップ式のエアフローメータ１３が設けられて
いて、吸入空気流量Ｑに応じた電圧信号を出力する。

また、クランク角センサ１４が設けられていて、４気筒
の場合、クランク角１８０°毎の基準信号とクランク角
１６又は２°毎の単位信号とを出力する。ここで、基準
信号の周期、あるいは所定時間内における単位信号の発
生数を計測することにより、機関回転数Ｎを算出可能で
ある。

また、機関１のウォータジャケットの冷却水温Ｔｗを検
出する水温センサ１５等が設けられている。

さらに、排気マニホールド８の集合部に０２センサ１６
が設けられ、排気中の０２濃度を介して機関１に吸入さ
れる混合気の空燃比を検出する。尚、０□センサ１６と
して特願昭６２−６５８４４号で提案しているＮＯ８還
元触媒層付０ものを用いるとより正確な検出が可能とな
る。

ここにおいて、コントロールユニット１２に内蔵された
マイクロコンピュータのＣＰＵは、第３図〜第５図にフ
ローチャートとして示すＲＯＭ上のプログラム（燃料噴
射量演算ルーチン、空燃比フィードバック制御ルーチン
、最適学習ルーチン）に従って演算処理を行い、燃料噴
射を制御する。

尚、基本制御量設定手段、フィードバック補正値設定手
段、制御量演算手段、偏差検出手段、要因分析手段、要
因別学習値更新手段及び要因別学習値規制手段としての
機能は、前記プログラムにより達成される。また、要因
別学習値記憶手段としては、ＲＡＭを用い、かつバック
アップ電源によりエンジンキースイッチのＯＦＦ後も記
憶内容を保持させる。

次に第３図〜第５図のフローチャートを参照しつつコン
トロールユニット１２内のマイクロコンピュータの演算
処理の様子を説明する。

第３図は燃料噴射量演算ルーチンで、所定時間毎に実行
される。

ステップ１（図にはＳｌと記しである。以下同様）では
エアフローメータ１３からの信号に基づいて検出される
吸入空気流量Ｑ、クランク角センサ１４からの信号に基
づいて算出される機関回転数Ｎ。

水温センサ１５からの信号に基づいて検出される水温Ｔ
ｗ等を入力する。

ステップ２では吸入空気流量Ｑと機関回転数Ｎとから単
位回転当りの吸入空気量に対応する基本燃料噴射量ＴＰ
＝に−Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を演算する。このステップ２
の部分が基本制御量設定手段に相当する。

ステップ３では水温Ｔｗに応じた水温補正係数Ｋ　７％
１．機関回転数Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとに応じた空燃
比補正係数に、Ｒなどを含む各種補正係数ＣＯＥ　Ｆ　
＝　１　＋　ＫＴ％ｌ＋　ＫＭＩ＋・・・を設定する。

ステップ４では後述する第４図の空燃比フィードバック
制御ルーチンによって設定されている最新の空燃比フィ
ードバック補正係数α（基準値１）を読込む。

ステップ５ではバッテリ電圧に基づいて電圧補正分子ｓ
を設定する。これはバッテリ電圧の変動による燃料噴射
弁６の噴射流量変化を補正するためのものである。

ステップ６では要因別学習値記憶手段としてのＲＡＭの
所定アドレスから要因別学習値Ｘ、、Ｘ。

を読込む。尚、学習が開始されていない時点では、初期
値として、Ｘ、＝Ｏ，ｘｇ　＝１を記憶させである。

ステップ７では燃料噴射量Ｔｉを次式に従って演算する
。このステップ７の部分が制御量演算手段に相当する。

Ｔｉ＝Ｘｚ・Ｔｐ　ｊ　Ｃ０ＥＦ　・α＋（Ｔｓ＋Ｘ＋
）ステップ８では演算されたＴｉを出力用レジスタにセ
ットする。これにより予め定めた機関回転同期（例えば
１回転毎）の燃料噴射タイミングになると、最新にセッ
トされたＴｉのパルス巾をもつ駆動パルス信号が燃料噴
射弁６に与えられて、燃料噴射が行われる。

第４図は空燃比フィードバック制御ルーチンで、回転同
期又は時間同期で実行され、これにより空燃比フィード
バック補正係数αが設定される。従ってこのルーチンが
フィードバック補正値設定手段に相当する。

ステップ１１では所定の空燃比フィードバック制御条件
が成立しているか否かを判定する。ここで、所定の空燃
比フィードバック制御条件とは、機関回転数Ｎが所定値
以下で、かつ負荷を表わす基本燃料噴射量’ｒｐが所定
値以下であることを条件とする。かかる条件が満たされ
ていない場合はこのルーチンを終了する。この場合、空
燃比フィードバック補正係数αは前回値（又は基準値１
）にクランプされ、空燃比フィードバック制御が停止さ
れる。これは、高回転又は高負荷領域では空燃比フィー
ドバック制御を停止し、前記空燃比補正係数ＫＮＲによ
りリッチな出力空燃比を得て、排気温度の上昇を抑制し
、機関１の焼付きや三元触媒１０の焼損などを防止する
ためである。

空燃比フィードバック制御条件の成立時は、ステップ１
２以降へ進む。

ステップ１２では０２センサ１６の出力電圧■。２を読
込み、次のステップ１３で理論空燃比相当のスライスレ
ベル電圧Ｖ　ｒａｆと比較することにより空燃比のリッ
チ・リーンを判定する。

空燃比がリーン（ｖｏ２〈■１．８ｆ）のときは、ステ
ップ１３からステップ１４へ進んでリッチからり−ンへ
の反転時（反転直後）であるか否かを判定し、反転時に
はステップ１５へ進んで後述する第５図の最適学習ルー
チンのため前回の空燃比フィードバック補正係数αの基
準値１からの偏差をａ＝α−１として記憶した後、ステ
ップ１６へ進んで空燃比フィードバック補正係数αを前
回値に対し所定の比例定数２分増大させる。反転時以外
はステップ１７へ進んで、空燃比フィードバック補正係
数αを前回値に対し所定の積分定数１分増大させ、こう
して空燃比フィードバック補正係数αを一定の傾きで増
大させる。尚、Ｐ＞＞１である。

空燃比がリッチ（■。、＞ｖ−ｆ）のときは、ステップ
１３からステップ１８へ進んでリーンからリッチへの反
転時（反転直後）であるか否かを判定し、反転時にはス
テップ１９へ進んで後述する第５図の最適学習ルーチン
のため前回の空燃比フィードバック補正係数αの基準値
１からの偏差をｂ＝α−１として記憶した後、ステップ
２０へ進んで空燃比フィードバック補正係数αを前回値
に対し所定の比例定数２分減少させる。反転時以外はス
テップ２１へ進んで空燃比フィードバック補正係数αを
前回値に対し所定の積分定数１分減少させ、こうして空
燃比フィードバック補正係数αを一定の傾きで減少させ
る。

第５図は最適学習ルーチンで、所定時間毎に実行され、
これにより要因別学習値Ｘ＋、Ｘｚが設定・更新される
。

ステップ３１では所定の学習条件が成立しているか否か
を判定する。ここで、所定の学習条件とは、空燃比フィ
ードバック制御中であり、かつＯｚセンサ１６のリッチ
・リーン信号が適当な周期で反転していることを条件と
する。かかる条件が満たされていない場合はこのルーチ
ンを終了する。

所定の学習条件が成立した場合は、ステップ３２へ進ん
で０□センサ１６の出力電圧■。２が反転したか否かを
判定し、反転時以外はステップ３３へ進んでそのときの
機関運転状態のデータとして機関回転数Ｎと基本燃料噴
射量Ｔｐとをサンプリングする。

Ｏｔセンサ１６の出力電圧Ｖ。２の反転時は、最適学習
のため、ステップ３４へ進んで前述のａとｂとの平均値
を求める。このときのａ、ｂは、第６図に示すように空
燃比フィードバック補正係数αの増減方向の反転から反
転までの空燃比フィードバック補正係数αの基準値１か
らの偏差の上下のピーク値であり、これらの平均値を求
めることにより、空燃比フィードバック補正係数αの基
準値１からの平均的な偏差Δαを検出している。

従って、第４図のステップ１５．１９と第５図のステッ
プ３４の部分が偏差検出手段に相当する。

次にステップ３５へ進んで０２センサ１６の出力電圧■
。２が反転する間の機関回転数Ｎ及び基本燃料噴射量Ｔ
ｐの動き（Ｎ＋、Ｎｚ・・・＋　Ｔ　Ｐ　＋　、　Ｔ　
ｐ　２・・・）を読出し、機関運転状態（Ｎ、Ｔｐ）を
特定する。

次にステップ３６へ進んで機関運転状態（Ｎ、　Ｔｐ）
のエリアよりマツプを参照して各エリアに割付けられた
学習重み付はパラメータに、、に、を検索する。但し、
Ｋ　＋　＋　Ｋ　ｚは１以下である。

ここで、偏差Δαを与えるに至った要因は、主に燃料噴
射弁６に起因するもの（以下Ｆ／Ｉ要囚という）と、空
気密度変化などを含むエアフローメータ１３に起因する
もの（以下Ｑ要因という）とに分け、それぞれの占める
割合をに＋、Ｋｚで表わすのである。

そして、経験則から低回転低負荷領域ではＦ／■要因が
大きく、高回転高負荷ではＱ要因が大きいなどと推定し
て、各エリアにＫｌ、Ｋ２Ｏ値を割付けておき、このマ
ツプを参照することで、機関運転状態を基に要因分析を
行うのである。

これにより、偏差Δαを、Ｆ／Ｉ要因のパラメータＫＩ
　・Δαと、Ｑ要因のパラメータに２　・Δαとに分離
することが可能となり、次のステップ３７ではΔαＩ　
＝ＫＩ　　・Δα、Δα２−に２　・Δαとして、各パ
ラメータに分離する。

従って、ステップ３５〜３７の部分が要因分析手段に相
当する。

尚、要因分析は、このように機関運転状態を基に行う他
、偏差量、偏差方向、偏差速度、偏差変化方向等に基づ
き、それらのデータベースから推論して行うようにして
もよい。

次にステップ３８へ進んでＲＡＭ上の所定アドレスに記
憶しである要因別学習値ＸＩ、Ｘｉを読出し、次式の如
く、一方のＦ／Ｉ要因の学習値Ｘ、に偏差Δα、をＭ５
分加算して更新し、他方のＱ要因の学習値Ｘ２に偏差Δ
α２をＭ２分加算して更新する。Ｍ、、Ｍ、は学習重み
付は係数である。

Ｘ　ｌ＝　Ｘ　＋　＋　Ｍ　＋・Δα。

Ｘ　ｔ　＝Ｘ　ｔ　＋　Ｍ　ｚ・Δα２次にステップ３
９へ進んで各要因別学習値Ｘ＋、Ｘｚをそれぞれの上下
限値と比較して越えている場合は上下限値に設定する。

次にステップ４０へ進んでＲＡＭ上の所定アドレスにこ
れらの要因別学習値Ｘ＋、Ｘｚを書込んでデータを書換
える。このＲＡＭはバックアップメモリーであり、エン
ジンキースイッチのＯＦＦ後も記憶内容が記憶保持され
る。

従って、ステップ３８．４０の部分が要因別学習値更新
手段に相当し、ステップ３９の部分が要因別学習値規制
手段に相当する。

このようにして、Ｆ／Ｉ要囚の学習値Ｘ１とＱ要因の学
習値Ｘ、とが定まるわけであるが、これらを基にした補
正は、第３図のステップ７で示した如く、要因別に最適
な演算式で行われる。

すなわち、Ｆ／Ｉ要囚の学習値Ｘ１については基本燃料
噴射量Ｔｐに対する加算項として、Ｑ要因の学習値Ｘｔ
については基本燃料噴射量Ｔｐに対する掛算項として、
演算式が設定され、これにより最適な補正が行われる。

第７図は、本学習制御による効果として、目印の＋１６
％のリッチ傾向のエンジンが４回程度の学習で・印のバ
ラツキ中央値のエンジンに近づいてゆく様子と、Δ印の
一１６％のリーン傾向のエンジンが３回程度の学習で・
印のバラツキ中央値のエンジンに近づいてゆく様子を示
したもので、本学習制御による学習スピードの向上が明
瞭に示されている。

尚、本実施例では、電子制御燃料噴射装置として、エア
フローメータを有して吸入空気流量を検出するいわゆる
Ｌ　−Ｊ　ｅｔｒｏ方式のものを示したが、吸気マニホ
ールド負圧を検出するいわゆるＤ−Ｊｅｔｒｏ方式、あ
るいはスロットル弁開度（α）と機関回転数（Ｎ）によ
るいわゆるα−Ｎ方式等各種のシステムに適用し得る。

また、空燃比のフィードバック制御のみならず、ノッキ
ング検出による点火詩仙制御や、補助空気弁を介しての
アイドル回転数のフィードバック制御にも適用できるも
のである。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、従来の如くエリア
別に学習する方式ではなく、偏差を生じるに至った要因
を分析して要因別に学習する方式としたため、学習補正
精度を低下させることなく、学習スピードを大幅に向上
させることができる。

また、このような学習制御により、マツチング工数の低
減９部品管理の簡単化、メンテナンスフリー等が実現で
きる。また、バックアップメモリーの容量も少なくする
ことができる。

更に、要因別学習値に上下限を設けることで、安全性に
ついても万全なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す機能ブロック図、第２図は
本発明の一実施例を示すシステム図、第３図〜第５図は
制御内容を示すフローチャート、第６図は空燃比フィー
ドバック補正係数の変化の様子を示す図、第７図は学習
制御の効果を示す図である。 １・・・機関　　６・・・燃料噴射弁　　１２・・・コ
ントロールユニット　　１３・・・エアフローメータ　
　１４・・・クランク角センサ　　１６・・・０２セン
サ特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　富二雄

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の制御対象の制御目標値に対応する基本
   制御量を設定する基本制御量設定手段と、制御目標値と
   実際値とを比較して制御目標値に実際値を近づける方向
   にフィードバック補正値を所定の量増減して設定するフ
   ィードバック補正値設定手段と、 複数の要因別学習値を記憶する書換え可能な要因別学習
   値記憶手段と、 前記基本制御量を前記フィードバック補正値及び前記複
   数の要因別学習値に基づきこれらに応じてそれぞれ設定
   された演算式で補正して制御量を演算する制御量演算手
   段と、 前記制御量に応じて作動し内燃機関の制御対象を制御す
   る制御手段と、 前記フィードバック補正値の基準値からの偏差を検出す
   る偏差検出手段と、 前記偏差の要因を各種情報を基に分析しその分析結果に
   基づき前記偏差を要因別の複数のパラメータに分離する
   要因分析手段と、 前記複数のパラメータの夫々に基づき前記記憶手段の要
   因別学習値を修正して書換える要因別学習値更新手段と
   、 を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の学習制
   御装置。
2. （２）内燃機関の制御対象の制御目標値に対応する基本
   制御量を設定する基本制御量設定手段と、制御目標値と
   実際値とを比較して制御目標値に実際値を近づける方向
   にフィードバック補正値を所定の量増減して設定するフ
   ィードバック補正値設定手段と、 複数の要因別学習値を記憶する書換え可能な要因別学習
   値記憶手段と、 前記基本制御量を前記フィードバック補正値及び前記複
   数の要因別学習値に基づきこれらに応じてそれぞれ設定
   された演算式で補正して制御量を演算する制御量演算手
   段と、 前記制御量に応じて作動し内燃機関の制御対象を制御す
   る制御手段と、 前記フィードバック補正値の基準値からの偏差を検出す
   る偏差検出手段と、 前記偏差の要因を各種情報を基に分析しその分析結果に
   基づき前記偏差を要因別の複数のパラメータに分離する
   要因分析手段と、 前記複数のパラメータの夫々に基づき前記記憶手段の要
   因別学習値を修正して書換える要因別学習値更新手段と
   、 前記要因別学習値の上下限を規制する要因別学習値規制
   手段と、 を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の学習制
   御装置。