JPH0396636A - 内燃エンジンの制御装置 - Google Patents

内燃エンジンの制御装置

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JPH0396636A
JPH0396636A JP1231092A JP23109289A JPH0396636A JP H0396636 A JPH0396636 A JP H0396636A JP 1231092 A JP1231092 A JP 1231092A JP 23109289 A JP23109289 A JP 23109289A JP H0396636 A JPH0396636 A JP H0396636A
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之彦 須崎
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高橋 文孝
Kenichi Ogasawara
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
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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〕 本発明は内燃エンジンの制御装置に関し、特にニューラ
ルネットワークを用いて内燃エンジンを適切に制御する
制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、燃料噴射弁によりエンジンに燃料を供給する場合
には、通常、エンジンの各気筒ごとに燃料噴射弁を設け
るとともに、各燃料噴射弁の噴射時間をエンジンの運転
状態に応じて適切な値に設定し、この設定した噴射時間
にわたって燃料噴射弁を開弁ずることにより、供給燃料
量を制御していた。
また、燃料噴射弁の流量特性は本来的にばらつきを有す
るものであるため、例えば各燃料噴射弁に対して同一の
噴射時間を設定したときに実際の供給燃料量が各気筒間
で大きくばらつき、これに起因して燃費及び排気ガス特
性等が悪化する。そこで、これを防止するため、通常は
1つのエンジンの各気筒に対して、流量特性の類似した
燃料噴射弁を使用することで対処している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来の手法は、燃料噴射弁の製造過
程でその全品を検査し、流量特性の類似したグループに
分類することが必要であるため、その作業に著しく手間
がかかるとともに、コストアップを招来し、また流量特
性が出荷後に経年的に変化した場合、この変化に対応す
ることができないという問題点があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであり、燃料噴射弁間の流量特性のばらつきを最適に
補償することにより、製造過程における燃料噴射弁の分
類作業や上記マッチング作業を不要にするとともに、こ
れらの出荷後の経年変化にも対応できる内燃エンジンの
制御装置を提供することを目的とする。
〔課題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、内燃エンジンの
運転状態を検知し、この検知した状態に基づいて吸入空
気量ないしは供給燃料量を演算するとともに、排気ガス
成分を検知し、この検知した値に基づいて上記の演算値
を補正する内燃エンジンの制御装置において、排気ガス
成分を所定の値と比較する比較手段を備え、この比較手
段による比較偏差を無くすように吸入空気量ないしは供
給燃料量を制御するニューラルネットワークを用いた制
御手段を有することを特徴とするものである。
また、本発明は、排気ガス成分センサを備え、この排気
ガス成分センサの出力に基づいて吸入空気量ないしは供
給燃料量を制御する第1の制御手段を有する内燃エンジ
ンの制御装置において、上記排気ガス成分センサの出力
値を含むエンジンパラメータに応じて上記の吸入空気量
ないしは供給燃料量を演算する演算手段と、上記の排気
ガス成分センサの出力値を所定の値と比較する比較手段
と、この比較手段による比較値に応じて上記の第1の制
御手段の出力値を補正する第2の制御手段とを有するこ
とを特徴とするものである。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
第1図は本発明の制御装置を適用した燃料供給制御装置
の全体構成を示す図である。同図中に示す通り、内燃エ
ンジン1の吸気管2にはスロットル弁3が設けられてい
る。このスロットル弁3には、例えばステップモー夕か
ら成る駆動モータ4が連結されている。駆動モータ4は
電子コントロールユニット(以下rECUJという)5
に電気的に接続されており、スロットル弁開度、すなわ
ち吸入空気量は、図示しないアクセルの踏込み量?応じ
て変化するとともに、ECU5からの信号により駆動モ
ータ4を駆動することによって制御できるようになって
いる。
エンジン1とスロットル弁3との間で吸気管2の吸気弁
(図示せず)より少し上流側には、燃料噴射弁6が各気
筒(実施例では4個)ごとに、すなわち第1〜第4気筒
に対して燃料噴射弁6■〜64がそれぞれ設けられてい
る。各燃料噴射弁6は、図示しない燃料ボンブに接続さ
れているとともに、ECU5に電気的に接続されており
、このECU5からの信号、及び後述するニューラルネ
ットワークを用いたNN制御装置10からの信号により
開弁時間、すなわち燃料噴射時間が制御される。
エンジン1の排気管7には三元触媒11が配置されてお
り、その上流側に排気ガス戊分センサとしての空燃比セ
ンサ8が装着されている。この空燃比センサ8は、酸素
濃度に比例した大きさの信号を出力する、いわゆる比例
型のものであり、排気ガス中の酸素濃度、すなわち実際
の供給空燃比A/F   を検出してその信号をECU
5及び比ACT 較器9に供給する。
比較器9は、目標空燃比(例えば14.7であるが、運
転状態に応じて可変にしてもよい)を表す基準値A/F
   と、空燃比センサ8から供給REP された実際の供給空燃比A/F   を表す信号とAC
T を比較して、その偏差に応じた信号を、ニューラルネッ
トワークを用いた制御装置(以下、「NN制御装置」と
いう)10に供給する。
二λ−ラルネットワーク(神経回路網)は、周知のよう
に、高度並列分散処理型の情報処理を行なうものであり
、音声認識、パターン認識あるいは外部環境の理解等に
応用したものが知られている。また、代表的なニューラ
ルネットワークとして、パーセブトロン( Perce
ptron)型ネットワーク、ホップフィールド( H
opf’ 1eld)のネットワーク及びボルツマン機
械(Boltzmann Maeh1ne )等があり
、このうち、ホップフィールドのネットワークをシーケ
ンス・ゼネレータに適用した技術が米国特許第4,75
2,906号に開示されている。
NN制御装置10としては、第2図に示すように、本実
施例では三層型パーセプトロンを用いている。三層型バ
ーセブトロンは、最適解への収束が保証されるものであ
り、人力層、中間層及び出力層から成り、各層はそれぞ
れ4個のユニット12  、n個のユニット12.、4
個のユニットI            J 12kで構成されている。また、層内の結合はなく、層
間においてのみ各ユニット間が結合の重み(結合荷重W
)をもって結合されている。第2図中のW,W.は、入
力層の第iユニットと中間ij   Jk 層の第jユニットとの間、中間層の第jユニットと出力
層の第kユニットとのの結合荷重度を示す。
入力層を除く各層間のユニットは、前の層のユニットか
らの重み付き人力を受けてその総和(内部状態値)を計
算し、それに適当な出力関数fをかけたものを出力する
第1図に示すECU5には、図示しない各種センサから
、吸気管内圧Pb1エンジン回転数N e sスロット
ル弁開度e th,エンジン冷却水温Tv及びその他の
エンジンパラメータを表す信号が供給される。ECU5
は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベル
を所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信
号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算
処理回路と、この中央演算処理回路で実行される各種演
算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段と、上
記の燃料噴射弁6に駆動信号を供給する出力回路等から
構成されている。
ECU5は、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づ
いて、フィードバック制御運転領域やオーブン制御運転
領域等の種々の運転状態を判別するとともに、この判別
した運転状態に応じ、次式(1)に基づいて各燃料噴射
弁6毎に噴射時間TI  (Tif〜T14)を演算す
る。
T.−T  xK   xKcRxKNN+Kl−(1
)lIB   o2 ここに、T1Bは燃料噴射弁6の噴射時間T1の基準値
(基本噴射時間)であり、吸入空気量に応じ、ECU5
の記憶手段に記憶された図示しないマップから読み出さ
れる。
K  は、フィードバック制御時、排気ガス中02 の酸素濃度に応じて求められ、オープン制御運転領域で
は各運転領域に応じて設定される02フィードバック補
正係数である。
KCRは、エンジン冷却水温Tvその他のエンジンパラ
メータ信号に応じて設定される補正係数である。
KNNは、後述する手法によりニューラルネットワーク
の学習によって設定される補正係数であって、他の補正
係数と異なり、各燃料噴射弁6毎に設定されるものであ
る。
Klは各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される
補正係数であり、エンジンの運転状態に応じた最適な燃
費特性及び加速特性が得られるような加算補正項である
ECU5は、上述のようにして求めた噴射時間T1に基
づいて、燃料、噴射弁6を開弁させる駆動信号燃料噴射
弁6に供給する。
また、NN制御装置10は、第2図に示すように、EC
U5で設定された噴射時間”1  ”if〜Tl4)を
人力層の各ユニット121に人力して、前述した結合荷
重度W及び出力関数fにより噴射時間T1に対する加減
信号値である出力値ΔT1を計算し、このΔT1を対応
する燃料噴射弁6に供給する。更に、NN制御装置10
は比較器9の出力に応じ、後述する方法により結合荷重
度Wを修正し、この修正した結合荷重度Wに基づいて補
正係数KNNを学習補正する。
第3図は、前述の補正係数KNNの学習を行うべき所定
のエンジン運転状態として、安定したアイドル運転状態
にあるか否かを判別するために、ECU5で実行される
サブルーチンを示す。
まず、スロットル弁開度e th,吸気管内圧Pb1エ
ンジン回転数N e sエンジン冷却水温Tw及び空燃
比センサ8の検出値A/F   を読み込むACT (ステップ301)。次いで、スロットル弁開度eth
によりスロットル弁3が実質的に全開状態にあるか否か
を判別、(ステップ302),この答が否定(No)の
ときには、エンジンが明らかにアイドル運転状態にない
として、補正値学習サブルーチン以外のサブルーチンへ
進む(ステップ303)。
前述のステップ302の答が肯定(Yes)、すなわち
スロットル弁3が実質的に全開状態にあるときには、エ
ンジン冷却水温Tvが所定の範囲内にあるか否かを判別
する(ステップ304)。
この答が否定(No)のときには、エンジンが例えば暖
機運転状態にあると判断して前述のステップ301に戻
る。
上記のステップ304の答が肯定(Yes)、すなわち
エンジン冷却水温Tvが所定の範囲内にあるときには、
エンジン回転数Ne及び吸気管内圧pbの変動値、すな
わち今回の読込み値と前回の読込み値との差が所定の範
囲内にあるいか否かをそれぞれ判別する(ステップ30
5,306)。
この答のいずれか一方が否定(No)のときには、エン
ジンが安定した運転状態にないとして上記ステップ30
1に戻り、肯定(Yes)のときにはステップ307に
進む。
このステップ307では、検出値A/F   にACT ?り空燃比センサ8が正常に作動しているか否かを判別
し、この答が肯定(Yes)のときに補正値学習サブル
ーチンに進み(ステップ308)、一方否定(No)の
ときには前述のステップ303を実行して他のサブルー
チンに進む。
上述した第3図の判別サブルーチンでは、アイドル運転
状態を検知してこの運転状態で補正値の学習を行なうよ
うにしているが、この他にクルーズ運転状態等の安定し
た運転状態、あるいは過度運転状態を補正値の学習の対
象としてもよい。
第4図は、ECU5で設定された各燃料噴射弁6の噴射
時間T1■〜”14を入力パターンとして、NN制御装
置10で演算を行なうとともに、補正係数KNNの修正
を行なうか否かを判別するプログラムを示す。本プログ
ラムは、基本的には各気筒に対応し且つ各気筒の排気ガ
スを空燃比センサ8で検知できるタイミングで実行され
る。また、各気筒に対応した空燃比がタイミングよく検
出できない場合でも、本プログラムで対応は可能である
まず、ECU5で設定された各燃料噴射弁6の?射時間
T1■〜TI4を、第2図に示すように、NN制御装置
10の入力層の第1〜第4ユニットにそれぞれ人力する
(ステップ401)。次いで、入力された噴射時間Tt
t〜T14を用い、次式(2)に従って積和計算を行な
い、出力層の第kユニットの出力値ΔTIkを求める(
ステップ402)。
・・・ (2) ここに、ΔT1kは出力層の第kユニットの出力値であ
り、第k気筒に対する燃料噴射弁6の噴射時間T に対
する加減信号を表す。また、w1j,1k wjkは人力層の第iユニットと中間層の第jユニット
との間、中間層の第jユニットと出力層の第kユニット
との間の結合荷重度をそれぞれ表し、fは出力関数であ
る。なお、出力層のユニットの出力値ΔTlkとして、
上記式(2)による積和計算値にランダムな値を加算し
てもよい。
次に、噴射時間Tlkに基づく駆動信号を、第k気筒に
対応する燃噴射弁6にECU5から供給するとともに、
上記ステップ402で算出した。ΔT1kに基づく加減
信号を供給する(ステップ403)。これにより、燃料
噴射弁6の実際の噴射時間がT 十ΔTIkに設定され
る。
1k 次いで、上記ステップ403で燃料を供給された第k気
筒の排気ガスを空燃比センサ8でほぼ検知できるタイミ
ングで比較器9の信号を入力し、その信号値、すなわち
目標空燃比と供給空燃比の偏差(A/F   −A/F
   )が所定範囲内にREP     ACT あるか否かを判別する(ステップ404)。この答が肯
定(Yes)のときには、供給空燃比A/F  が目標
空燃比A/F   とほぼ一致しておACT     
     REP り、補正係数KNNを修正する必要がないと判断して本
プログラムを終了する。
上記ステップ404の答が否定(No)のときには、目
標空燃比と供給空燃比の2乗平均誤差1/2 (A/F
   −A/F   ) 2REF     ACT を算出する(ステップ405)。この2乗平均誤差は、
後述する学習サブルーチン(第5図)における誤差関数
であり、このように誤差関数とじて2乗平均誤差を適用
することにより、最適値への収束を早くすることができ
る。
次いで、学習サブルーチンで補正係数K  をNNk 算出し(ステップ406)、この算出した補正係数K 
 をECU5に出力して(ステップNNk 407)、前述のステップ401に戻る。
第5図は、NN制御装置10で実行される補正係数K 
NNの学習サブルーチンを示す。本サブルーチンは、バ
ーセプトロン型のネットワークに対して、いわゆる逆伝
播学習法(Back Propagation)を適用
し、ユニット間の結合荷重度Wを学習信号により学習補
正して、補正係数KNNを設定するものである。
まず、対象のユニットが出力層のものであるか否かを判
別する(ステップ50l)。この答が肯定(Yes)の
ときには、出力層のユニットの学習信号t 1すなわち
目標空燃比A/F   と、k           
   REF対応する現在の出力値0 1すなわち供給
空燃比k A/F   との偏差を求める(ステップ501)。
ACT 次いで、出力層のユニットの現在の内部状態値n e 
t hに対する出力関数fの1階微分値f′( n e
 t k)を算出する(ステップ503)、なお、内部
状態値netkは、ユニットkへの入力の総和であり、
0.を中間層の第jユニットの出コ 力値としたときに、 n e t k− j王lwjkO jとして与えられ
る。次いで、上記算出した値を用い、出力層のδ値を δ =(tk−Ok)Xf’  (netk)k として算出し(ステップ504) 、後述するステップ
508に進む。
前述のステップ501の答が否定(No)、すなちわ対
象のユニットが中間層のユニットであるときは、ステッ
プ505に進み、上記ステップ503と同様に、現在の
内部状態値net.に対J する出力関数fの1階微分値f’  (net.)をJ 算出する。この場合の内部状態値は、 として与えられる。
次いで、対象としているユニツと結合している上位階層
、すなわち出力層のユニットのδ値(一δk)と両ユニ
ット間の結合荷重度Wjkとの積を、結合関係がある上
位階層のすべてのユニットについて求め、その和Σδk
”jkを算出する(ステップ506)。次いで、上記に
より算出した値を用い、中間層のδ値を 4 6゜= f’  (n e tj) ,”E:.,δk
”jkJ として算出し(ステップ507)、ステップ508に進
む。
このステップ508では、前述のステップ504又はス
テップ507で算出したδ値を用い、次式(3)に従っ
て結合荷重度の修正量ΔWj1(n)を算出する。
Δw (n)−ηδO+αΔw(n−1)・・・ (3
) ここに、η,αは経験的に定められる学習係数であり、
一般にηくαの関係に設定される。また、δ値は結合さ
れ下位階層のδ値、O値は上位階層の出力値、Δw(n
−1)は1時刻前の当該結合荷重度の修正量である。
次いで、結合荷重度Wを次式(4)に従って修正する(
ステップ509)。
w (n + 1) =w (n)十Δw(n)  −
<4)次いで、上記ステップ509で修正された結合荷
重度Wに基づいて補正係数KNNを算出して(ステップ
510)、本プログラムを終了する。
このように、目標空燃比と空燃比センサで検出された実
際の供給空燃比との偏差をなくすように結合荷重度Wを
学習し、この学習を繰り返し実行することにより、結合
荷重度W及び当該結合荷重度Wに基づいて算出される補
正係数KNNが各燃料噴射弁6、〜64に対して最適な
値に収束するので、燃料噴射弁間の流量特性のばらつき
を最適に保証することができる。
なお、本実施例では、噴射時間T1を燃料噴射弁ごとに
設定してニューラルネットワークの入力層のユニットに
入力するようにしているが、本発明はこれに限らず、各
燃料噴射弁に共通して設定した噴射時間T1を人力層に
人力してもよく、更に噴射時間Tiだけでなく、エンジ
ンの運転に影響を及ぼす他のパラメータ、例えばエンジ
ン水温、大気圧、スロットル弁開度、エンジン回転数等
を入力してもよい。
更に、上述の実施例では、ニューラルネットにより供給
燃料量を補正するようにしているが、本発明はこれに限
らず、例えば第1図の破線で示すように、エンジンの運
転状態に応じて駆動モータ4の回動量を設定して吸入空
気量を制御するとともに、当該吸入空気量に応じて燃料
噴射弁の噴射時間を設定し、ニューラルネットにより駆
勤モータ4の回動量を補正することにより吸入空気量を
最適値に補正することもできる。
また、上述の実施例では、ニューラルネットを用いた制
御装置をECUとともにエンジンに搭載して当該装置を
適用するようにしているが、本発明はこれに限らず、こ
の装置をエンジンの出荷時の補正値を確定するための治
具として用い、これによって確定された補正値をECU
の不揮発性メモリに記憶させるようにしてもよい。この
場合には、燃料噴射弁の前述した分類作業等を省略する
ことができる。
このように、本発明は排気ガスセンサの出力に応じて、
供給空燃比が目標空燃比に一致するように、ニューラル
ネットを用いて供給燃料量や吸入空気量を最適値に補正
するものであるが、この他に、例えばアイドル回転数制
御、オートクルーズ運転のための車速制御あるいはトラ
クションコントロールにおけるスリップ率制御等におい
て、これらの値が所望値になるように、ニューラルネッ
トを用いて供給燃料量等を最適値に補正することも可能
である。
また、スロットル弁開度、エンジン回転数、車速、走行
抵抗等の種々のエンジンパラメータを人力情報とし、ニ
ューラルネットを用いて車両の走行状況や路面状況等を
総合的に識別し、この識別された結果に応じて、あらか
じめ設定した複数のアクセルースロットル弁開度特性の
中から最適なものを選択する等、エンジンを自動的に制
御することも可能である。
〔発明の効果〕
以上、詳述したように本発明によれば、燃料噴射弁間の
流量特性のばらつきを最適に保証するとともに、吸気装
置の流量特性と燃料噴射弁の流量特性とのマッチングを
最適にすることができ、従って、製造過程におる燃料噴
射弁の分類作業や上記マッチング作業を不要にするとと
もに、これらの出荷後の経年変化にも対応できる等の効
果を奏する。
フローチャート、第4図はNN制御装置10で演算を行
なうとともに、補正係数KNNの学習を行なうか否かを
判別するプログラムを示すフローチャート、第5図は補
正係数KNNを学習するサブルーチンを示すフローチャ
ートである。
1・・・内燃エンジン、5・・・ECU (電子コント
ロールユニット、8・・・空燃比センサ(排気ガス成分
センサ)、9・・・比較器、10・・・NN制御装置(
ニューラルネットワークを用いた制御装置)。
【図面の簡単な説明】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、内燃エンジンの運転状態を検知し、この検知した状
    態に基づいて吸入空気量ないしは供給燃料量を演算する
    とともに、排気ガス成分を検知し、この検知した値に基
    づいて前記演算値を補正する内燃エンジンの制御装置に
    おいて、 前記排気ガス成分を所定の値と比較する比較手段を備え
    、この比較手段による比較偏差を無くすように吸入空気
    量ないしは供給燃料量を制御するニューラルネットワー
    クを用いた制御手段を有することを特徴とする内燃エン
    ジンの制御装置。 2、エンジンが複数の気筒を有し、前記ニューラルネッ
    トワークを用いた制御手段による供給燃料量の制御を、
    エンジンの各気筒に対して行なうことを特徴とする請求
    項1に記載の内燃エンジンの制御装置。 3、エンジンが所定の運転状態にあるか否かを検知する
    検知手段を備え、この検知手段により前記所定の運転状
    態が検知されたときに、前記ニューラルネットワークを
    用いた制御手段による制御を行なうことを特徴とする請
    求項1に記載の内燃エンジンの制御装置。 4、排気ガス成分センサを備え、この排気ガス成分セン
    サの出力に基づいて吸入空気量ないしは供給燃料量を制
    御する第1の制御手段を有する内燃エンジンの制御装置
    において、 前記排気ガス成分センサの出力値を含むエンジンパラメ
    ータに応じて前記吸入空気量ないしは供給燃料量を演算
    する演算手段と、前記排気ガス成分センサの出力値を所
    定の値と比較する比較手段と、この比較手段による比較
    値に応じて前記第1の制御手段の出力値を補正する第2
    の制御手段とを有することを特徴とする内燃エンジンの
    制御装置。 5、エンジンが複数の気筒を有し、前記第2の制御手段
    による供給燃料量の補正を、エンジンの各気筒に対して
    行なうことを特徴とする請求項4に記載の内燃エンジン
    の制御装置。 6、エンジンが所定の運転状態にあるか否かを検知する
    検知手段を備え、この検知手段により前記所定の運転状
    態が検知されたときに、前記第2の制御手段による補正
    を行なうことを特徴とする請求項4に記載の内燃エジン
    の制御装置。
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