JPH0571789B2 - - Google Patents

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イードバツク制
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イードバツク補正値に
より補正して制御量を演算し、この制御量の制御
を行つて空燃比等を制御目標値にフイードバツク
制御するものにおいて、フイードバツク制御中の
フイードバツ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つて、基本制御量をエ
リア別学習値により補正して、フイードバツク補
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、
フイードバツク制御中はこれをさらにフイードバ
ツ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、フイードバツク制御中は過渡運
転時におけるフイードバツク制御の追従遅れをな
くすことができ、フイードバツク制御停止時にお
いては所望の制御出力を正確に得ることができ
る。

従つて、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つ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イード
バツク制御偏差量を繰返し学習経験により更新し
てゆく方式であつたため、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つ
た。つまり、学習補正精度と学習スピードとが相
反する条件となつているのであつた。

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の大幅に向上
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。

＜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〜Ｉ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イードバツク補正
値を所定の量増減して設定するフイードバツク
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イードバツク補正値
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) 前記フイードバツ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) 過去に検出した偏差を一時記憶する偏差一時
記憶手段 (H) 現在の偏差の要因を過去及び現在の偏差より
求められる偏差の変化速度を基に分析し、その
分析結果に基づき現在の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 (I) 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 ＜作用＞ 基本制御量設定手段Ａは、内燃機関の制御対象
（例えば空燃比、点火時期、アイドル回転数等）
の制御目標値に対応する基本制御量を設定し、フ
イードバツク補正値設定手段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
る方向にフイードバツ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Ｄは、基本制御量をフイー
ドバツク補正値で補正し、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、フイードバツク補正
値の基準値からの偏差を検出し、偏差一時記憶手
段Ｇは、過去に検出した偏差を記憶している。そ
して、要因分析手段Ｈは、現在の偏差を与えるに
至つた要因を現在及び過去の偏差より求められる
偏差の変化速度（その正負による変化方向を含
む）を基に所定の分析ルールに従つて推論的に分
析し、その分析結果に基づき現在の偏差を要因別
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Ｉ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、フイードバツク制御の偏差（エラ
ー量）を検出し、これを現在及び過去の偏差に関
する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。

＜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イード
バツ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、スロツトル弁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つて、後述
するコントロールユニツト１２からの駆動パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポ
ンプから圧送されてプレツシヤレギユレータによ
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エクシヨンシ
ステムであるが、スロツ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
ントインジエクシヨンシステムであつてもよい。

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、NO_X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、混合気も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。

コントロールユニツト１２は、CPU、ROM、
RAM、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフエイス
を含んで構成されるマイクロコンピユータを備
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ツプ式のエアフローメータ１
３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1°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のウオータジヤケツトの冷却水温
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O₂セン
サ１６が設けられ、排気中のO₂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、O₂センサ１６として特願昭62−65844号で提
案しているNO_X還元触媒層付のものを用いると
より正確な検出が可能となる。

ここにおいて、コントロールユニツト１２に内
蔵されたマイクロコンピユータのCPUは、第３
図〜第５図にフローチヤートとして示すROM上
のプログラム（燃料噴射量演算ルーチン、空燃比
フイードバツク制御ルーチン、最適学習ルーチ
ン）に従つて演算処理を行い、燃料噴射を制御す
る。

尚、基本制御量設定手段、フイードバツク補正
値設定手段、制御量演算手段、偏差検出手段、偏
差一時記憶手段、要因分析手段及び要因別学習値
更新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、かつバツクアツプ電源により
エンジンキースイツチのOFF後も記憶内容を保
持させる。

次に第３図〜第５図のフローチヤートを参照し
つつコントロールユニツト１２内のマイクロコン
ピユ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。

ステツプ１（図にはS1と記してある。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Tw等を入力する。

ステツプ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＝Ｋ・Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）を演算す
る。このステツプ２の部分が基本制御量設定手段
に相当する。

ステツプ３では水温Twに応じた水温補正係数
K_TW、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K_MRなどを含む各種補正係数
COEF＝１＋K_TW＋K_MR＋…を設定する。

ステツプ４では後述する第４図の空燃比フイー
ドバツク制御ルーチンによつて設定されている最
新の空燃比フイードバツク補正係数α（基準値１）
を読込む。

ステツプ５ではバツテリ電圧に基づいて電圧補
正分Tsを設定する。これはバツテリ電圧の変動
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。

ステツプ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X₁、X₂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、X₁＝０、X₂＝１を記憶させてあ
る。

ステツプ７では燃料噴射量Tiを次式に従つて
演算する。このステツプ７の部分が制御量演算手
段に相当する。

Ti＝X₂・Tp・COEF・α＋（Ts＋X₁） ステツプ８では演算されたTiを出力用レジス
タにセツトする。これにより予め定めた機関回転
同期（例えば１回転毎）に燃射噴射タイミングに
なると、最新にセツトされた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図は空燃比フイードバツク制御ルーチン
で、回転同期又は時間同期で実行されこれにより
空燃比フイードバツク補正係数αが設定される。
従つてこのルーチンがフイードバツク補正値設定
手段に相当する。

ステツプ11では所定の空燃比フイードバツク制
御条件が成立しているか否かを判定する。ここ
で、所定の空燃比フイードバツク制御条件とは、
機関回転数Ｎが所定値以下で、かつ負荷を表わす
基本燃射噴射量Tp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、空燃比フイ
ードバツク補正係数αは前回値（又は基準値１）
にクランプされ、空燃比フイードバツク制御が停
止される。これは、高回転又は高負荷領域では空
燃比フイードバツク制御を停止し、前記空燃比補
正係数K_MRによりリツチな出力空燃比を得て、排
気温度の上昇を抑制し、機関１の焼付けや三元触
媒１０の焼損などを防止するためである。

空燃比フイードバツク制御条件の成立時は、ス
テツプ12以降へ進む。

ステツプ12ではO₂センサ１６の出力電圧V_p2を
読込み、次のステツプ13で理論空燃比相当のスラ
イスレベル電圧V_refと比較することにより空燃比
のリツチ・リーンを判定する。

空燃比がリーン（V_p2＜V_ref）のときは、ステ
ツプ13からステツプ14へ進んでリツチからリーン
への反転時（反転直後）であるか否かを判定し、
反転時にはステツプ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イードバ
ツク補正係数αの基準値１からの偏差をａ＝α−
１として記憶した後、ステツプ16へ進んで空燃比
フイードバツク補正係数αを前回値に対し所定の
比例定数Ｐ分増大させる。反転時以外はステツプ
17へ進んで、空燃比フイードバツク補正係数αを
前回値に対し所定の積分定数Ｉ分増大させ、こう
して空燃比フイードバツク補正係数αを一定の傾
きで増大させる。尚、Ｐ〓Ｉである。

空燃比がリツチ（V_p2＜V_ref）のときは、ステ
ツプ13からステツプ18へ進んでリーンからリツチ
への反転時（反転直後）であるか否かを判定し、
反転時にはステツプ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イードバ
ツク補正係数αの基準値１からの偏差をｂ＝α−
１として記憶した後、ステツプ20へ進んで空燃比
フイードバツク補正係数αを前回値に対し所定の
比例定数Ｐ分減少させる。反転時以外はステツプ
21へ進んで空燃比フイードバツク補正係数αを前
回値に対し所定の積分定数Ｉ分減少させ、こうし
て空燃比フイードバツク補正係数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X₁、X₂が設
定・更新される。

ステツプ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、空燃否フイードバツク制御中であり、かつ
O₂センサ１６のリツチ・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に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、ステツプ32
へ進んでO₂セン１６の出力電圧V_p2が反転したか
否かを判定し、反転時以外はこのルーチンを終了
する。

O₂センサ１６の出力電圧V_p2の反転時は、最適
学習のため、ステツプ33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イードバツク補正係数αの
増減方向の反転から反転までの空燃比フイードバ
ツク補正係数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、空燃比フイードバツク補正係数αの基準値１
からの平均的な偏差Δαを検出している。

従つて、第４図のステツプ15、19と第５図のス
テツプ33の部分が偏差検出手段に相当する。

次に要因分析を行う。尚、ここでは偏差Δαを
与えるに至つた要因を、主に燃料噴射弁６に起因
するもの（以下Ｆ／Ｉ要因という）と、空気密度
変化に起因するもの（以下Ｑ要因という）とに分
ける。

ステツプ34では過去の偏差Δα_-H（この例では過
去５回の偏差Δα_-5〜Δα_-1）を読出し、偏差の変
化速度VΔα＝Δα_-1−Δα_-5を演算する。このVΔα
はその正負により変化方向をも表わす。

次にステツプ35へ進んで偏差の変化速度VΔα
からマツプを参照して偏差Δαを与えるに至つた
要因がＱ要因であることの満足度K₂（＝０〜１）
を検索する。

このマツプは、例えば、(i)VΔαが大きい（こ
れは部品劣化等ではない、部品劣化の進行は遅い
から）、(ii)VΔαが＋方向であるとすると、これら
(i)、(ii)から高地への走行が考えられ、空気密度変
化によるＱ要因であるとの推論などを基に作成さ
れている。

次にステツプ36へ進んでＱ要因以外をＦ／Ｉ要
因と考えて偏差Δαを与えるに至つた要因がＦ／
Ｉ要因であることの満足度K₁＝１−K₂演算する。

これにより、偏差Δαを、Ｆ／Ｉ要因のパラメ
ータK₁・Δαと、Ｑ要因のパラメータK₂・Δαと
に分離することが可能となり、次のステツプ37で
はΔα₁＝K₁・Δα、Δα₂＝K₂・Δαとして、各パラ
メータに分離する。

従つて、ステツプ34〜37の部分が要因分析手段
に相当する。

尚、要因分析は、このように偏差の変化速度及
び変化方向を基に行う他、機関運転状態等の各種
情報に基づくデータベースを併用して、更に確か
なものとしてもよい。

次にステツプ38へ進んでRAM上の所定アドレ
スに記憶してある要因別学習値X₁、X₂を読出し、
次式の如く、一方のＦ／Ｉ要因の学習値X₁に偏
差Δα₁をM₁分加算して更新し、他方のＱ要因の
学習値X₂に偏差Δα₂をM₂分加算して更新する。
M₁、M₂は学習重み付け係数である。

X₁＝X₁＋M₁・Δα₁ X₂＝X₂＋M₂・Δα₂ 次にステツプ39へ進んでRAM上の所定アドレ
スにこれらの要因別学習値X₁、X₂を書込んでデ
ータを書換える。このRAMはバツクアツプメモ
リーであり、エンジンキースイツチのOFF後も
記憶内容が記憶保持される。

従つて、ステツプ38、39の部分が要因別学習値
更新手段に相当する。

このようにして、Ｆ／Ｉ要因の学習値X₁とＱ
要因の学習値X₂とが定まるわけであるが、これ
らを基にした補正は、第３図のステツプ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要因の学習値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X₂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。

次にステツプ40へ進んで下記の(i)〜(v)の順で操
作を行い、過去５回の偏差Δα_-Hを記憶する。こ
のステツプ40の部分が偏差一時記憶手段に相当す
る。

(i) Δα_-5←Δα_-4 (ii) Δα_-4←Δα_-3 (iii) Δα_-3←Δα_-2 (iv) Δα_-2←Δα_-1 (v) Δα_-1←Δα 第７図は、本学習制御による効果として、□印
の＋16％のリツ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、△印の−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−Jetro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、あるいはスロツトル弁開度（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、空燃比のフイードバツク制御のみなら
ず、ノツキング検出による点火時期制御や、補助
空気弁を介してのアイドル回転数のフイードバツ
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
るに至つた要因を偏差の変化速度を基に分析して
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、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、バツクアツプメモリーの容量も少なくするこ
とができる。

【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ツク図、
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ヤート、
第６図は空燃比フイードバツ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
トロールユニツト、１３……エアフローメータ、
１４……クランク角センサ、１６……O₂センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の制御対象の制御目標値を対応する
   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イードバツク補正値を
   所定の量増減して設定するフイードバツク補正値
   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イードバツク補正値及
   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、 前記フイードバツ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、 過去に検出した偏差を一時記憶する偏差一時記
   憶手段と、 現在の偏差の要因を過去及び現在の偏差より求
   められる偏差の変化速度を基に分析し、その分析
   結果に基づき現在の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。