專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置的制作方法
專利說明內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，該裝置進(jìn)行反饋控制使空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比，提高燃料噴射的控制性能，并且，提高催化裝置的氧儲(chǔ)存效果，使其達(dá)到更好的催化凈化率。在內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置中，吸收各氣缸的空氣燃料比差異，并交替地進(jìn)行將排氣合流部的空氣燃料比反饋到期望空氣燃料比的控制，這樣的技術(shù)已在日本專利公報(bào)特特公昭62-20365號(hào)中提出。
但是，上述現(xiàn)有技術(shù)中，各氣缸的空氣燃料比反饋修正系數(shù)的計(jì)算，不能與排氣合流部的空氣燃料比反饋修正系數(shù)的計(jì)算同時(shí)進(jìn)行，所以，要分時(shí)地進(jìn)行反饋。其結(jié)果，在進(jìn)行各氣缸的空氣燃料比反饋時(shí)，排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比與期望值不相吻合，反之，在進(jìn)行排氣合流部的空氣燃料比反饋時(shí)，各氣缸的空氣燃料比偏離期望值。
因此，本發(fā)明的目的，在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，使其消除上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)的空氣燃料比，同時(shí)算出各氣缸空氣燃料比反饋修正系數(shù)和排氣合流部空氣燃料比反饋修正系數(shù)，使各氣缸的空氣燃料比和排氣合流部的空氣燃料比都收斂于期望值。
另外，在內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置中，設(shè)在排氣系統(tǒng)的催化裝置的凈化率在理論空氣燃料比附近達(dá)到最大，所以，在排氣系統(tǒng)中設(shè)置氧濃度傳感器，對(duì)燃料噴射量進(jìn)行反饋控制，使空氣燃料比成為理論空氣燃料比。這也是公知的。
關(guān)于這一點(diǎn)，近年來提出了這樣的技術(shù)，即如日本專利公報(bào)特開平3-185244號(hào)中所記載的，在催化劑的上游配置第1氧濃度傳感器(寬帶空氣燃料比傳感器)，同時(shí)在下流配置第2氧濃度傳感器(O2傳感器)，根據(jù)第2傳感器的輸出設(shè)定期望空氣燃料比，使其在催化劑窗口有最適當(dāng)?shù)膬艋?，根?jù)該期望空氣燃料比和第1傳感器的輸出控制燃料噴射量。該現(xiàn)有技術(shù)中，將控制對(duì)象模型化，設(shè)置最適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器，控制燃料噴射量。
但是，在上述特開平3-185244號(hào)記載的現(xiàn)有技術(shù)中，雖然用反饋控制使期望空氣燃料比的變化跟蹤期望值，但因不能跟蹤因內(nèi)燃機(jī)的老化或固體差異而引起的動(dòng)態(tài)特性的變化，所以得不到最佳的控制性能。這是因?yàn)樯鲜霈F(xiàn)有技術(shù)中，空氣燃料比的狀況未得到適應(yīng)性地補(bǔ)償?shù)木壒省?br> 因此，本發(fā)明的第2目的在于提供一種控制燃料噴射的內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置，使其消除上述的缺點(diǎn)，通過適應(yīng)性地補(bǔ)償空氣燃料比的變化，使空氣燃料比瞬時(shí)地與根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)手段的輸出確定的期望值相吻合。
本發(fā)明的第3目的在于提供一種能使催化凈化率進(jìn)一步提高的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置中，備有a.空氣燃料比檢測(cè)裝置，該空氣燃料比檢測(cè)裝置設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)內(nèi)，用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣的空氣燃料比；b.第1空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置，該第1空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置根據(jù)上述空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的檢測(cè)空氣燃料比，計(jì)算對(duì)供向上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量進(jìn)行修正的第1空氣燃料比修正系數(shù)，以便用遞推形式的控制器使上述內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比；c.第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置，該第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置根據(jù)上述空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的檢測(cè)空氣燃料比，計(jì)算對(duì)供到上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量各氣缸分別進(jìn)行修正的各氣缸的第2空氣燃料比修正系數(shù)，以便使各氣缸間的空氣燃料比差異減少；d.燃料噴射量確定裝置，該燃料噴射量確定裝置根據(jù)上述第1.第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置算出的第1.第2空氣燃料比修正系數(shù)，確定供給到上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量。
另外，上述遞推形式的控制器是適應(yīng)性地計(jì)算第1空氣燃料比修正系數(shù)，使內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比的自適應(yīng)控制器。
另外，還備有e.檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置；f.第3空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置，該第3空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置用響應(yīng)性能劣于上述遞推形式控制器的第2控制器計(jì)算第3空氣燃料比修正系數(shù)；g.選擇裝置，該選擇裝置根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置所檢測(cè)出的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，選擇上述第3空氣燃料比修正系數(shù)和上述第1空氣燃料比修正系數(shù)中的任一個(gè)；上述燃料噴射量確定裝置根據(jù)所選擇的空氣燃料比修正系數(shù)確定燃料噴射量。
另外，還備有空氣燃料比推斷裝置，該空氣燃料比推斷裝置設(shè)定描述內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)狀況的模型，并輸入上述空氣燃料比檢測(cè)裝置所檢測(cè)的檢測(cè)空氣燃料比，同時(shí)設(shè)定監(jiān)測(cè)其內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)測(cè)器，推斷各氣缸的空氣燃料比；上述第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置根據(jù)上述推定的各氣缸的空氣燃料比，計(jì)算上述第2空氣燃料比修正系數(shù)。
另外，還備有檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置；上述空氣燃料比推斷裝置根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)出的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使空氣燃料比檢測(cè)裝置的檢測(cè)可按時(shí)間控制。
另外，還備有j.在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中設(shè)在上述空氣燃料比檢測(cè)裝置下游側(cè)的催化裝置；k.在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中設(shè)在上述催化裝置下游側(cè)的，用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣空氣燃料比的第2空氣燃料比檢測(cè)裝置；l.根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比，修正期望空氣燃料比的期望空氣燃料比修正裝置。
另外，上述催化裝置具有多級(jí)催化劑床，同時(shí)上述第2空氣燃料比檢測(cè)裝置配置在由多級(jí)所構(gòu)成的催化劑床之間。
另外，還備有對(duì)于由第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)修正的燃料噴射量，根據(jù)被噴射的燃料的輸送滯后，算出燃料滯后修正燃料噴射量的燃料輸送滯后修正燃料噴射量計(jì)算裝置，上述燃料噴射量確定裝置根據(jù)上述燃料輸送滯后修正燃料噴射量，修正燃料噴射量。
另外，計(jì)算應(yīng)由第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)修正的燃料噴射量的燃料噴射量計(jì)算裝置，包括對(duì)基于設(shè)在進(jìn)氣管上的節(jié)流閥的有效開口面積的吸入空氣量進(jìn)行修正的裝置。
另外，本發(fā)明的燃料噴射量控制裝置備有a.控制內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量的燃料噴射量控制裝置；b.配置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的催化劑裝置的上游。用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣的空氣燃料比的第1空氣燃料比檢測(cè)裝置；c.計(jì)算燃料噴射修正量，使第1空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的燃料噴射修正量計(jì)算裝置；d.配置在催化裝置的下游側(cè)。用于檢測(cè)通過催化劑的廢氣之空氣燃料比的第2空氣燃料比檢測(cè)裝置；上述燃料噴射修正量計(jì)算裝置備有e.計(jì)算燃料噴射修正量，使第1空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的自適應(yīng)控制器；f.調(diào)節(jié)輸入到自適應(yīng)控制器的自適應(yīng)參數(shù)的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置；g.根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比，修正上述期望空氣燃料比的修正裝置。
另外，上述催化裝置具有多級(jí)催化劑床，同時(shí)上述第2空氣燃料比檢測(cè)裝置配置在由多級(jí)構(gòu)成的催化劑床之間。
另外，濾波裝置連接在第1空氣燃料比檢測(cè)裝置上。
另外，濾波裝置連接在第2空氣燃料比檢測(cè)裝置上。
另外，上述濾波裝置是低通濾波器。圖1是表示本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置整體的概略圖。
圖2是表示圖1中的排氣回流裝置詳細(xì)結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖3是表示圖1中的罐式過濾器詳細(xì)結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖4是表示圖1中的可變閥式調(diào)速裝置的閥調(diào)速特性的說明圖。
圖5是表示圖1中的第1催化裝置和氧濃度傳感器配置結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖6是表示圖1中的控制單元詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。
圖7是表示圖1中的氧濃度傳感器的輸出的說明圖。
圖8是表示本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置的動(dòng)作的功能框圖。
圖9是表示圖8框圖的基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程的流程圖。
圖10是說明圖9流程圖的基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程的框圖。
圖11是表示用流量系數(shù)等計(jì)算節(jié)流閥有效開口面積的方法的框圖。
圖12是表示在圖11的計(jì)算中所用的系數(shù)的圖表的特性的說明圖。
圖13是表示圖9的流程圖和圖10的框圖中所用正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的燃料噴射量Timap的圖表特性的說明圖。
圖14是表示圖9的流程圖和圖10的框圖中所用期望空氣燃料比、具體地說是表示其基本值的圖表特性的說明圖。
圖15是圖9的流程圖和圖10框圖的基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程中，表示對(duì)節(jié)流閥有效開口面積的模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)圖。
圖16是表示圖9的流程圖和圖10框圖的基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程中的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的說明圖。
圖17是表示圖9的流程圖和圖10框圖的基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程中的節(jié)流閥開度與節(jié)流閥有效開口面積之間關(guān)系的說明圖。
圖18是說明修正圖9流程圖的基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程的框圖。
圖19是表示圖8框圖的EGR修正系數(shù)計(jì)算中的排氣回流率推斷過程的流程圖。
圖20是表示排氣回流率推斷的基本算法的說明圖，是表示相對(duì)于圖19流程圖的計(jì)算中所用排氣回流率相對(duì)于提升量的氣體量的特性的說明圖。
圖21是表示相對(duì)于排氣回流閥提升指令值的實(shí)際提升和回流氣體的滯后的說明圖。
圖22是圖19流程圖的計(jì)算所用的正常時(shí)排氣回流率修正系數(shù)(基本排氣回流率修正系數(shù))的圖特性的說明圖。
圖23是圖19流程圖的計(jì)算所用的提升指令值的圖特性的說明圖。
圖24是表示圖19流程圖的燃料噴射修正系數(shù)計(jì)算過程的子程序流程圖。
圖25是表示圖24流程圖作業(yè)中所用環(huán)形緩沖器構(gòu)造的說明圖。
圖26是表示圖24流程圖作業(yè)中所用等待時(shí)間τ的圖特性的說明圖。
圖27是說明圖24流程圖作業(yè)的調(diào)速特性圖。
圖28是表示圖8框圖的罐式過濾修正系數(shù)計(jì)算過程的流程圖。
圖29是表示圖8框圖的期望空氣燃料比和空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算過程的流程圖。
圖30是表示圖29流程圖中的修正系數(shù)KETC的特性的說明圖。
圖31是表示多氣缸內(nèi)燃機(jī)的TDC與排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比之間關(guān)系的說明圖。
圖32是表示對(duì)實(shí)際空氣燃料比的取樣調(diào)速特性是否良好的說明圖。
圖33是表示在圖8框圖的Sel-V框的檢測(cè)空氣燃料比的取樣的流程圖。
圖34是圖8框圖的監(jiān)測(cè)器的說明圖之一，是表示把先前申請(qǐng)中所述的LAF傳感器檢測(cè)動(dòng)作模型化的框圖。
圖35是用周期ΔT將圖34所示模型離散化了的模型。
圖36是表示把空氣燃料比傳感器的檢測(cè)動(dòng)作模型化了的真實(shí)空氣燃料比推定器的信號(hào)流圖。
圖37是表示模型的信號(hào)流圖，該模型表示內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)動(dòng)作。
圖38是用圖37所示的模型對(duì)4氣缸內(nèi)燃機(jī)以3個(gè)氣缸的空氣燃料比為14.7∶1，1個(gè)氣缸的空氣燃料比為12.0∶1供給燃料時(shí)的數(shù)據(jù)圖。
圖39是表示給出圖38所示輸入時(shí)的圖37模型的合流部空氣燃料比的數(shù)據(jù)圖。
圖40是考慮了LAF傳感器的響應(yīng)滯后表示給出圖38所示輸入時(shí)的圖37模型的合流部空氣燃料比的數(shù)據(jù)與相同情況時(shí)的LAF傳感器輸出的實(shí)測(cè)值比較的數(shù)據(jù)圖。
圖41是表示一般的監(jiān)測(cè)器的構(gòu)造的信號(hào)流圖。
圖42是圖8框圖所示的監(jiān)測(cè)器，表示先前申請(qǐng)中所用監(jiān)測(cè)器結(jié)構(gòu)的信號(hào)流圖。
圖43是表示將圖37所示模型和圖42所示監(jiān)測(cè)器之組合結(jié)構(gòu)的說明框圖。
圖44是表示在圖8框圖中的空氣燃料比反饋控制的框圖。
圖45是表示在圖33流程圖中所用調(diào)速圖特性的說明圖。
圖46是說明圖45的特性，表示與機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的傳感器輸出特性的說明圖。
圖47是說明在圖33流程圖中的取樣動(dòng)作的調(diào)速特性圖。
圖48是表示從燃料切斷再重新供給燃料時(shí)的空氣燃料比檢測(cè)滯后的調(diào)速特性圖。
圖49是表示在圖8框圖中的反饋修正系數(shù)計(jì)算過程的流程圖。
圖50是功能性地表示圖49流程圖動(dòng)作的框圖。
圖51是表示圖49流程圖的反饋修正系數(shù)計(jì)算作業(yè)的子程序流程圖。
圖52是表示圖51流程圖的反饋修正系數(shù)計(jì)算作業(yè)的同樣的子程序流程圖。
圖53是說明圖51流程圖的一部分動(dòng)作的調(diào)速特性圖。
圖54是圖49流程圖的輸出燃料噴射量的進(jìn)氣管壁面附著修正的子程序流程圖。
圖55是表示圖54流程圖的計(jì)算中所用親和率等的圖表特性的說明圖。
圖56是表示圖54流程圖的計(jì)算中所用修正系數(shù)的圖表特性的說明圖。
圖57是表示圖54流程圖的TWP(n)的計(jì)算過程的子程序流程圖。
圖58是表示本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置的另一實(shí)施例構(gòu)成的框圖。下面，參照


本發(fā)明內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置的實(shí)施例。
圖1是概略地表示該裝置的整體圖。
圖中，標(biāo)記10表示OHC直列4氣缸內(nèi)燃機(jī)。空氣濾清器14配置在進(jìn)氣管12的前端，從空氣濾清器14導(dǎo)入的空氣由節(jié)流閥16調(diào)節(jié)其流量后，經(jīng)過穩(wěn)壓腔18和進(jìn)氣直管20，通過2個(gè)進(jìn)氣閥(圖未示)順次流入第1至第4氣缸。在各氣缸的進(jìn)氣閥(圖未示)附近設(shè)有用于噴射燃料的噴油嘴22。被噴射的燃料與進(jìn)氣成為一體形成混合氣，該混合氣由各氣缸內(nèi)圖未示的火花塞點(diǎn)火而燃燒，驅(qū)動(dòng)活塞(圖未示)。
燃燒后的廢氣，通過2個(gè)排氣閥(圖未示)排出到排氣直管24，經(jīng)過排氣管26被第1催化裝置(三元催化劑)28和第2催化裝置(三元催化劑)30凈化后排出機(jī)器外。節(jié)流閥16與油門踏板(圖未示)被機(jī)械地分離，通過步進(jìn)電機(jī)M根據(jù)油門踏板的踏進(jìn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)控制節(jié)流閥的開度。在進(jìn)氣管12上，于節(jié)流閥16的配置位置附近，設(shè)有旁通該節(jié)流閥的旁通路32。
內(nèi)燃機(jī)10內(nèi)還設(shè)有使廢氣回流到進(jìn)氣側(cè)的排氣回流裝置100。
如圖2所示，排氣回流裝置100有一排氣回流管121，該管121的一端121a與排氣管26的第1催化裝置28(圖2中未示)的上游側(cè)連通，另一端121b與進(jìn)氣管12的節(jié)流閥16(圖2中未示)的下游側(cè)連通。在該排氣回流管121的中途，設(shè)有調(diào)節(jié)排氣回流量的排氣回流閥(回流氣體控制閥)122和容積室121c。該排氣回流閥122是具有電磁線圈122a的電磁閥，電磁線圈122a與后述的控制單元(ECU)34相連，由來自控制單元34的輸出使該閥開度線性變化。在排氣回流閥122上設(shè)有檢測(cè)其開度的提升量傳感器123，其輸出送到控制單元34。
罐式過濾器200連接在內(nèi)燃機(jī)10的進(jìn)氣系統(tǒng)與油箱36之間。
如圖3所示，罐式過濾器200由在密閉燃料箱36的上部和進(jìn)氣管12的節(jié)流閥16下游側(cè)之間構(gòu)成的蒸氣供給通路221、內(nèi)裝有吸附劑的罐223以及過濾通路224構(gòu)成。在蒸氣供給通路221的途中安裝著雙向閥222，在過濾通路224的途中安裝著過濾控制閥225、流量計(jì)226和HC濃度傳感器227，流量計(jì)226用于檢測(cè)包括流過過濾通路224的燃料蒸氣的混合氣流量，HC濃度傳感器227用于檢測(cè)該混合氣中的HC濃度。過濾控制閥(電磁閥)225如后所述與控制單元34相連，根據(jù)來自控制單元34的信號(hào)進(jìn)行控制，使開閥量呈線性變化。
該罐式過濾器，在燃料箱36內(nèi)產(chǎn)生的燃料蒸氣(燃料vapour)達(dá)到規(guī)定的設(shè)定量時(shí)，推開雙向閥222的正壓閥，流入罐223內(nèi)，被吸附劑231吸附而儲(chǔ)存起來。當(dāng)過濾控制閥225以與來自控制單元34的開、關(guān)控制信號(hào)的占空度相應(yīng)的開閥量打開時(shí)，暫時(shí)儲(chǔ)存在罐223內(nèi)的蒸氣燃料在進(jìn)氣管12的負(fù)壓作用下，與從空氣取入口232吸入的空氣一起經(jīng)過過濾控制閥225被吸入進(jìn)氣管12，送往各氣缸。當(dāng)燃料箱36被空氣等冷卻，燃料箱內(nèi)的負(fù)壓增高時(shí)，雙向閥222的負(fù)壓閥打開，暫時(shí)儲(chǔ)存在罐223內(nèi)的蒸氣燃料返回燃料箱36。
內(nèi)燃機(jī)10還備有可變閥式調(diào)速裝置300(圖1中示為V/T)?？勺冮y式調(diào)速裝置如日本專利公報(bào)特開平2-275043號(hào)中所記載的那樣，根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb等運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在圖4所示的2種調(diào)速特性LoV/T、HiV/T之間切換機(jī)器的閥調(diào)速特性V/T。該可變閥式調(diào)速裝置本身是公知的裝置，所以其說明從略。另外，在該閥調(diào)速特性的切換中包括使2個(gè)進(jìn)氣閥中的一個(gè)停止的動(dòng)作。
如圖1所示，在內(nèi)燃機(jī)10的分電器(圖未示)內(nèi)，設(shè)有檢測(cè)活塞(圖未示)曲軸角度位置的曲軸角傳感器40，還設(shè)有檢測(cè)節(jié)流閥16開度的節(jié)流閥開度傳感器42和用絕對(duì)壓力檢測(cè)節(jié)流閥16下游進(jìn)氣壓力Pb的絕對(duì)壓力傳感器44。另外，在內(nèi)燃機(jī)10的適當(dāng)位置上還設(shè)有檢測(cè)大氣壓Pa的大氣壓力傳感器46，在節(jié)流閥16上游側(cè)設(shè)有檢測(cè)進(jìn)氣溫度的進(jìn)氣溫度傳感器48，在機(jī)器的適當(dāng)位置設(shè)有檢測(cè)機(jī)器冷卻水溫度的水溫傳感器50。另外，回設(shè)有閥調(diào)速(V/T)傳感器52(圖1中未示)，該閥調(diào)速傳感器52通過油壓檢測(cè)可變閥調(diào)速裝置300的選擇閥調(diào)速特性。
在排氣系統(tǒng)中，在排氣直管24的下游側(cè)、第1催化裝置28上游側(cè)的排氣系統(tǒng)合流部，設(shè)有寬帶空氣燃料比傳感器54，作為第1空氣燃料比檢測(cè)裝置在其下游側(cè)，設(shè)有氧濃度傳感器56，作為第2空氣燃料比檢測(cè)裝置。這里，第1催化裝置28的容量為1升，第2催化裝置30的容量為1.7升。考慮到催化裝置的凈化性能、溫升特性，這些催化裝置28、30的容量分別被設(shè)定為最適當(dāng)?shù)娜萘俊?br> 如圖5所示，第1催化裝置28由多級(jí)(圖中是2級(jí))催化劑床(CAT床)(載體)構(gòu)成，可采用氧濃度傳感器56配置在第1和第2CAT床之間的結(jié)構(gòu)形式。這種情況時(shí)，假設(shè)第1CAT床的容量為1升，第2CAT床的容量也是1升。其結(jié)果，圖5所示的第1催化裝置28整體有2升的容量。但因把氧濃度傳感器設(shè)在上述位置，實(shí)際上與把氧濃度傳感器設(shè)在容量為1升的催化裝置的下游是一樣的，其輸出轉(zhuǎn)換時(shí)間要比設(shè)在容量為2升的催化裝置的下游時(shí)短。因此，根據(jù)該氧濃度傳感器56的輸出，如后述的那樣進(jìn)行在催化劑窗口的空氣燃料比的微小控制(本說明書中將其稱為“MID氧控制”)時(shí)，可提高該控制精度。
寬帶空氣燃料比傳感器54的下級(jí)上連接著濾波器58。氧濃度傳感器56的下級(jí)上也連接著第2濾波器60。這些傳感器的輸出和濾波器的輸出被送到控制單元34。
圖6是表示控制單元34的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的框圖。寬帶空氣燃料比傳感器54的輸出進(jìn)入第1檢測(cè)電路62，在那里進(jìn)行適當(dāng)?shù)木€性化處理后輸出檢測(cè)信號(hào)(下面把該寬帶空氣燃料比傳感器稱為“LAF”)，該檢測(cè)信號(hào)是在從稀薄到稠密的很大范圍內(nèi)，與廢氣的氧濃度成正比的線性特性構(gòu)成的。另外，氧濃度傳感器56的輸出進(jìn)入第2檢測(cè)電路64，如圖7所示，輸出表示供給內(nèi)燃機(jī)10的混合氣的空氣燃料比相對(duì)于理論空氣燃料比(λ＝1)是貧乏還是稠密的檢測(cè)信號(hào)。
第1檢測(cè)電路62的輸出，通過多路轉(zhuǎn)換器66和A/D轉(zhuǎn)換電路68進(jìn)入CPU內(nèi)。CPU備有CPU芯片70、ROM72、RAM74，第1檢測(cè)電路62的輸出于每一預(yù)定曲軸角度(例如15度)更清楚地由A/D轉(zhuǎn)換后依次儲(chǔ)存到RAM74內(nèi)的一個(gè)緩沖器內(nèi)。如后述圖47所示，12個(gè)緩沖器帶有0至11的編號(hào)。第2檢測(cè)電路64的輸出和節(jié)流閥開度傳感器42等的模擬輸出也同樣地通過多路轉(zhuǎn)換器66和A/D轉(zhuǎn)換電路68進(jìn)入CPU，存在RAM74內(nèi)。
曲軸角傳感器40的輸出在波形整形電路76整形后，其輸出值由計(jì)數(shù)器78計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值輸入到CPU。在CPU中，CPU芯片70按照存在ROM72內(nèi)的指令，如后述那樣計(jì)算控制值，通過驅(qū)動(dòng)電路82驅(qū)動(dòng)各氣缸的噴油嘴22。CPU70通過驅(qū)動(dòng)電路84、86、88驅(qū)動(dòng)電磁閥90(調(diào)節(jié)2次風(fēng)量的旁通路32的開閉)、上述排氣回流控制用電磁閥122和罐式過濾控制用電磁閥225。啟閉傳感器123、流量計(jì)226和HC濃度傳感器227未在圖6中示出。
圖8是說明本實(shí)施例燃料噴射控制裝置動(dòng)作的功能框圖。
如圖所示，在本實(shí)施例的燃料噴射控制裝置中，備有根據(jù)單一LAF傳感器54的輸出推斷各氣缸空氣燃料比的監(jiān)測(cè)器(圖中表示為OBSV)，還備有通過濾波器92輸入LAF傳感器54的輸出的自適應(yīng)控制器(自動(dòng)調(diào)諧調(diào)節(jié)器型自適應(yīng)控制器，圖中表示為STR)。
氧濃度傳感器56的輸出Vo＝M通過濾波器60輸入到期望空氣燃料比修正塊中(圖中表示為KCMD修正)，根據(jù)它與氧濃度傳感器的期望值(VrefM)之差，可求出期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM。另一方面，如后所述，根據(jù)節(jié)流閥有效開口面積的變化，可算出基本燃料噴射量TiM-F。基本燃料噴射量TiM-F乘以(圖中用乘號(hào)表示)期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM和另一修正系數(shù)KTOTAL(該修正系數(shù)KTOTAL包括EGR和罐式過濾修正系數(shù)等)，將其修正，求得要求燃料噴射量Tcyl。
修正后的期望空氣燃料比KCMD輸入到自適應(yīng)控制器STR和PID控制器(圖中表示為PID)，如后所述，根據(jù)與LAF傳感器的輸出之差，求算反饋修正系數(shù)KSTR和KLAF，通過切換開關(guān)(圖中表示為切換SW)根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，其中的任意一個(gè)系數(shù)乘以要求燃料噴射量Tcyl，求得輸出燃料噴射量Tout。輸出燃料噴射量Tout如后述的那樣經(jīng)附著修正后，供給內(nèi)燃機(jī)10。
即，根據(jù)上述LAF傳感器54的輸出，空氣燃料比被控制在期望空氣燃料比，在所謂催化劑窗口附近上述的MID氧應(yīng)該被控制在接近目標(biāo)值。即，催化裝置的作用是，當(dāng)較稀薄的廢氣通過時(shí)，具有儲(chǔ)存氧的效果，但是，當(dāng)催化裝置中氧飽和時(shí)，因凈化效率降低，這時(shí)需要供給較稠密的廢氣，使氧釋放出來。當(dāng)氧釋放完了時(shí)，再送入較稀薄的廢氣，反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，能使催化裝置的凈化效率達(dá)到最大。MID氧控制就是為此目的。
在MID氧控制中，為了進(jìn)一步提高凈化效率，必須在催化裝置后的氧濃度傳感器56的輸出轉(zhuǎn)換后，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，使催化裝置前的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致。即，必須使檢測(cè)空氣燃料比KACT成為期望空氣燃料比KCMD。如果僅將期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM乘以在反饋系統(tǒng)中所計(jì)算的燃料噴射量，則由于機(jī)器有響應(yīng)滯后，期望空氣燃料比KCMD將成為不著邊際的檢測(cè)空氣燃料比KACT。
為了解決該問題，根據(jù)期望空氣燃料比KCMD動(dòng)態(tài)地對(duì)檢測(cè)空氣燃料比KACT的響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。具體地說，是乘以動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償了期望空氣燃料比KCMD的修正系數(shù)KSTR(自適應(yīng)控制器STR輸出)。這樣，檢測(cè)空氣燃料比KACT迅速地向期望空氣燃料比KCMD收斂，能提高催化凈化效率。另外，在本說明書中，期望空氣燃料比KCMD和實(shí)際值(檢測(cè)值)KACT都以當(dāng)量比表示，即，以Mst/M＝1/λ表示(MsT理論空氣燃料比，M＝A/F(A空氣消耗量，F(xiàn)燃料消耗量)，λ空氣過剩率)。
下面對(duì)濾波器進(jìn)行補(bǔ)充說明。
圖示裝置，是由用單一傳感器的輸出、并列地備有若干控制方式的多重反饋控制系統(tǒng)構(gòu)成的。具體地說，是將多重反饋控制和若干控制方法進(jìn)行切換的結(jié)構(gòu)，所以，根據(jù)控制方式設(shè)定濾波器的頻率特性。
具體地說，LAF傳感器54的輸出要得到100％的響應(yīng)需400毫秒的時(shí)間。但是，在該原始輸出中高頻成分的噪音多，控制性能惡化。如果使其通過500Hz的低通濾波器，則能除去有害的高頻成分噪音，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生響應(yīng)特性的惡化。因此，把濾波器頻率降至4HZ時(shí)，能進(jìn)一步大幅度地降低高頻噪音。另外，100％響應(yīng)所要的時(shí)間也穩(wěn)定，但是，這時(shí)的響應(yīng)特性與未通過濾波器及通過500Hz的低通濾波器的情況相比，多少要慢一些，所以對(duì)于100％的響應(yīng)需要約400毫秒以上的時(shí)間。
鑒于上述，在本實(shí)施例中，濾波器58是具有500Hz截止頻率特性的低通濾波器，并且向監(jiān)測(cè)器的輸入中，直接利用500Hz的低通濾波器58的輸出。這是因?yàn)橄率龅脑?，即，監(jiān)測(cè)器本身不進(jìn)行使檢測(cè)空氣燃料比KACT向期望空氣燃料比KCMD收斂的控制，而是根據(jù)監(jiān)測(cè)器推斷的各氣缸的空氣燃料比，由PID控制器吸收各氣缸間空氣燃料比的差異，所以，即使傳感器的響應(yīng)時(shí)間不太穩(wěn)調(diào)速特性，也不會(huì)對(duì)推斷結(jié)果帶來很大影響，響應(yīng)時(shí)間短更能提高控制性能。
另一方面，連接在自適應(yīng)控制器STR輸入前的濾波器92(僅在圖8中表示)是具有4Hz截止頻率特性的低通濾波器。即，象STR那樣進(jìn)行無差拍控制的控制器，對(duì)檢測(cè)出的空氣燃料比忠實(shí)地補(bǔ)償其滯后，所以當(dāng)檢測(cè)空氣燃料比的噪音和響應(yīng)時(shí)間變化時(shí)，將影響控制性能本身。為此，濾波器92是采用的具有4Hz截止頻率特性的低通濾波器。另外，連接在PID控制器的輸入前的濾波器93重視響應(yīng)時(shí)間，其截止頻率特性與濾波器92相同或更高，在本實(shí)施例中是200Hz。另外，與氧濃度傳感器56連接的濾波器60，是采用具有1600Hz截止頻率特性的低通濾波器，因?yàn)樵谘鯘舛葌鞲衅魈匦苑矫?，其響?yīng)時(shí)間比LAF傳感器的響應(yīng)時(shí)間高很多。
下面，參照?qǐng)D8框圖說明本發(fā)明裝置的動(dòng)作。
先算出基本燃料噴射量TiM-F。
如前所述，可以根據(jù)節(jié)流閥的有效開口面積的變化，使其在包括過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的全部運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中，確定最適當(dāng)?shù)幕?要求)燃料噴射量。
圖9是表示基本燃料噴射量TiM-F計(jì)算過程的流程圖。圖10是說明圖9流程計(jì)算的框圖。在參照該圖說明之前，運(yùn)用作為該方法前提的流體力學(xué)模型的設(shè)想，依據(jù)逼近模型的方法。對(duì)推斷通過節(jié)流閥的空氣量和流入氣缸空氣量的方法進(jìn)行描述。其詳細(xì)內(nèi)容已在本申請(qǐng)人曾提出的日本專利公報(bào)特愿平6-197238號(hào)中記載，下面僅簡(jiǎn)單說明。
即，如圖11示，按照預(yù)先設(shè)定的特性，根據(jù)節(jié)流閥開度θTH求節(jié)流閥的投影面積(朝進(jìn)氣管長(zhǎng)度方向的節(jié)流閥的投影面積)S。另一方面，如圖12所示，按照預(yù)先設(shè)定的別的特性，求與節(jié)流閥開度θTH和進(jìn)氣壓力Pb有關(guān)的系數(shù)C(流量系數(shù)α和氣體膨脹修正系數(shù)ε之積)，將C、S兩者相乘求得節(jié)流閥的有效開口面積A。另外，在所謂的節(jié)流閥全開區(qū)域，由于節(jié)流閥不節(jié)流，所以在每種機(jī)器轉(zhuǎn)速求出節(jié)流閥的全開區(qū)域作為節(jié)流閥開度的臨界值，當(dāng)檢測(cè)的節(jié)流閥開度超過它時(shí)，把臨界值作為節(jié)流閥開度。另外，對(duì)此進(jìn)行氣壓修正，其說明從略。
接著，用基于氣體狀態(tài)方程式的式1求腔內(nèi)空氣量Gb，根據(jù)腔壓力變化ΔP用式2求本次腔內(nèi)充填的空氣量ΔGb。假設(shè)本次充填在腔內(nèi)的空氣量不被吸入氣缸燃燒室內(nèi)，則每單位時(shí)間ΔT的氣缸吸入空氣量Gc可表示為式3所示。另外，這里所述的“腔”是指不僅相當(dāng)于穩(wěn)壓箱的部分，而且還包括從節(jié)流閥下游到進(jìn)氣口之間的所有部分。另外，“腔”還表示實(shí)際作為腔起作用的有效容積。在本說明書中，k表示離散系統(tǒng)中的取樣時(shí)刻。Gb(k)=VRT·P(k)]]>···式1其中，V腔室體積T空氣溫度R氣體常數(shù)P腔室壓力ΔGb=Gb(k)-Gb(k-1)=VRT·(P(k)-P(k-1))]]>=VRT·ΔP(k)]]>···式2Gc＝Gth·ΔT-ΔGb ··式3用所謂的速度密度方式預(yù)先設(shè)定機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的燃料噴射量Timap，并將其作成圖表存到上述ROM72內(nèi)(圖13表示該圖表的特性)，以便根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb能夠查出燃料噴射量Timap。由于燃料噴射量Timap根據(jù)期望空氣燃料比進(jìn)行修正，該期望空氣燃料比是根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb而決定的，圖14表示其特性，如圖14所示，期望空氣燃料比KCMD、更具體地說是其基本值KBS也作成了圖表預(yù)先存在ROM72內(nèi)，以便根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb就可以自由檢索。但是，用期望空氣燃料比進(jìn)行的燃料噴射量Timap的修正與MID氧控制是有關(guān)系的，所以，在這里不進(jìn)行修正。關(guān)于用包括MID氧控制的期望空氣燃料比進(jìn)行的修正將在后面說明。燃料噴射量Timap是直接以噴油嘴22的開閥時(shí)間為單位設(shè)定的。
查圖得到的燃料噴射量Timap和前述通過節(jié)流閥的空氣量Gth之間的關(guān)系是，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的某個(gè)條件下(由機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne1和進(jìn)氣壓力Pb1確定)，通過查圖確定的燃料噴射量Timap1如式4所示。
Timap1＝TABLE(Ne1，Pb1)···式4這里，根據(jù)節(jié)流閥的有效開口面積的變化，從正常時(shí)的通過節(jié)流閥的空氣量可測(cè)定出過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的通過節(jié)流閥的空氣量。具體地說，可以通過采用正常時(shí)的節(jié)流閥有效開口面積和過渡時(shí)的節(jié)流閥有效開口面積的比來測(cè)定。關(guān)于該內(nèi)容已在上述特愿平6-197238號(hào)中詳細(xì)描述。
即，設(shè)現(xiàn)在的節(jié)流閥有效開口面積為A，設(shè)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的節(jié)流閥有效開口面積為A1，則考慮正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的節(jié)流閥有效開口面積A1是否能作為現(xiàn)在的節(jié)流閥有效開口面積A的1次滯后來把握，通過模擬得到驗(yàn)證，結(jié)論是肯定的。如圖15所示，可以確認(rèn)這一點(diǎn)。即，如果把A的1次滯后稱為“A DELAY”，則A1和A DELAY幾乎為同樣的值。因此，用流體力學(xué)模型的設(shè)想方法逼近該模型時(shí)，用A/“其1次滯后”即可。如圖16所示，在過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，節(jié)流閥打開的瞬間，由于節(jié)流閥前后的壓差很大，通過節(jié)流閥的空氣量一下子流過該閥，隨后漸漸地減少到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的量，可以用比率A/A DELAY來表示該過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的通過節(jié)流閥的空氣量Gth。該比率如圖17下部所示，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)統(tǒng)一地為1。以下將該比率稱為“RATIO-A”。
再看節(jié)流閥的有效開口面積和節(jié)流閥開度θTH的關(guān)系。有效開口面積與節(jié)流閥開度是密切相關(guān)的，所以如圖17所示，有效面積應(yīng)該是隨著節(jié)流閥的開度變化而變化。如果是這樣的，則上述的節(jié)流閥開度的1次滯后值，從現(xiàn)象上看應(yīng)該與有效開口面積的1次滯后是等價(jià)的。因此，如圖10所示，根據(jù)節(jié)流閥開度的1次滯后值算出有效開口面積(1次滯后值)A DELAY(圖10中，(1-B)/(Z-B)是離散系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，表示1次滯后)。
即，按照預(yù)先設(shè)定的特性，根據(jù)節(jié)流閥開度θTH求節(jié)流閥投影面積S，并按照?qǐng)D12所示特性，根據(jù)節(jié)流閥開度1次滯后值θTH-D和進(jìn)氣壓力Pb求系數(shù)C，再求S、C兩者的積，算出有效開口面積(1次滯后值)A DELAY。另外，為了消除腔充填空氣量ΔGb的相對(duì)于吸入空氣量的響應(yīng)滯后，也采用值ΔGb的1次滯后。
經(jīng)進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)不必分別求出通過節(jié)流閥的空氣量Gth和腔充填空氣量Gb，從通過節(jié)流閥的空氣量Gth算出腔充填空氣量Gb，氣缸進(jìn)氣量Gc只要從通過節(jié)流閥的空氣量Gth就可求得。這樣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量也可減少。即，在式1中每單位時(shí)間ΔT的氣缸進(jìn)氣量Gc可表示為式5，它相當(dāng)于式6和式7。以傳遞函數(shù)形式表示式6和式7時(shí)，可導(dǎo)出式8。即如式8所示，進(jìn)氣量Gc可從通過節(jié)流閥的空氣量Gth的1次滯后值求出。將其表示為框圖時(shí)，則成為圖18。另外，在圖18中的傳遞函數(shù)與圖18中的傳遞函數(shù)不同，為了以示區(qū)別，圖18中的傳遞函數(shù)(1-B′)/(Z-B′)是帶“′”的。
Gc(k)＝Gth(k)－Gb(k－1)···式5Gc(k)＝α·Gth(k)＋β·Gb(k－1)···式6Gb(k)＝(1－α)·Gth(k)＋(1－β)·Gb(k－1) ···式7Gc(z)=α·z-(α-β)z-(1-β)Gth(z)]]>···式8因此，基本燃料噴射量TiM-F用下式計(jì)算TiM-F＝查圖得到的燃料噴射量TiM×實(shí)際節(jié)流閥有效開口面積/根據(jù)進(jìn)氣壓力Pb和節(jié)流閥開度的1次滯后值θTH-D求得的節(jié)流閥有效開口面積＝查圖得到的燃料噴射量TiM×RATIO-A
以上述為前提，參照?qǐng)D9流程圖說明本控制裝置的動(dòng)作。
先在S10讀入檢測(cè)出的機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne、進(jìn)氣壓力Pb、節(jié)流閥開度θTH、大氣壓Pa、機(jī)器冷卻水溫Tw等。節(jié)流閥開度θTH采用在機(jī)器惰轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下標(biāo)定節(jié)流閥全閉開度，將該標(biāo)定值作為基準(zhǔn)檢測(cè)出的值。
接著進(jìn)入S12，判定機(jī)器是否轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸(始動(dòng))，如果判定為否定，進(jìn)入S14，判定是否切斷燃料，如果同樣判定為否定，進(jìn)入S16，根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb查存在ROM72中的圖表(圖13表示該圖表的特性)求出燃料噴射量TiM(正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的燃料噴射量Timap)。另外，求得的燃料噴射量TiM隨后還應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臍鈮盒拚龋撔拚旧聿皇潜景l(fā)明的要點(diǎn)，故其詳細(xì)說明從略。接著進(jìn)入S18，計(jì)算檢測(cè)的節(jié)流閥開度的1次滯后值θTH-D。
接著進(jìn)入S22，根據(jù)節(jié)流閥開度θTH和進(jìn)氣壓力Pb計(jì)算現(xiàn)在的節(jié)流閥有效開口面積A。然后進(jìn)入S24，根據(jù)節(jié)流閥開度1次滯后值θTH和進(jìn)氣壓力Pb計(jì)算節(jié)流閥的有效開口面積的1次滯后值A(chǔ) DELAY。
然后進(jìn)入S26，用下式算出RATIO-A。
RATIO-A＝(A＋A BYPASS)/(A＋A BYPASS)DELAY而且，值A(chǔ) BYPASS表示不經(jīng)過節(jié)流閥16而是從旁通路32等進(jìn)入燃燒室的空氣量(圖10中表示為“提升量”)，為了準(zhǔn)確地確定燃料噴射量，也必須考慮該空氣量，所以，按照預(yù)定的特性將與其對(duì)應(yīng)的值換算為節(jié)流閥開度A BYPASS求出，再加上有效開口面積A，求其和(A＋ABYPASS)與其1次近似值(稱為“(A＋A BYPASS)DELAY″)的比，將其作為RATIO-A。
由于值A(chǔ) BYPASS加在分子、分母雙方上，所以，未通過節(jié)流閥進(jìn)入燃燒室的空氣量的測(cè)量即使有錯(cuò)誤，對(duì)所確定的燃料噴射量的影響也小。接著進(jìn)入S28，將RATIO-A乘以燃料噴射量TiM，算出與通過節(jié)流閥的空氣量相當(dāng)?shù)幕救剂蠂娚淞縏iM-F。如果在S12判定為曲軸正在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則進(jìn)入S30，根據(jù)水溫Tw查預(yù)定的圖表(圖未示)，算出曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的燃料噴射量Ticr，在S32用起動(dòng)模型公式(說明從略)確定燃料噴射量TiM-F，在S14判定為燃料切斷時(shí)，則進(jìn)入S34，將燃料噴射量TiM設(shè)為零。
上述基本燃料噴射量TiM-F的計(jì)算方法，可以用簡(jiǎn)單的算法表現(xiàn)從正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)到過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的所有情況，可以通過查圖確保正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的燃料噴射量在一定范圍內(nèi)，同時(shí)，不需要復(fù)雜的計(jì)算就能最恰當(dāng)?shù)卮_定燃料噴射量。而且，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和過渡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不需要轉(zhuǎn)換模型，用1個(gè)公式就能表現(xiàn)全部的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以，不會(huì)產(chǎn)生一般在切換點(diǎn)附近所見到的那種控制不連續(xù)的現(xiàn)象。另外，還能很好地表現(xiàn)空氣的活動(dòng)狀況，可提高控制性能和控制精度。
回到圖8框圖，計(jì)算包括EGR修正系數(shù)KEGR、罐式過濾修正系數(shù)KPUG的各種修正系數(shù)KTOLAL。
先說明EGR修正系數(shù)。
在控制內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量時(shí)，排氣回流量會(huì)成為干擾因素，所以必須高精度地推斷排氣回流率和排氣回流量。這里所述的“排氣回流率”是指廢氣與進(jìn)氣的體積比或重量比。
圖19是說明推斷排氣回流率過程的流程圖。
在說明該圖之前，先參照?qǐng)D20等說明本實(shí)施例中的排氣回流率推斷過程的算法。
從閥本身看，通過排氣回流閥的氣體量是由閥的開口面積和閥前后的壓力比確定的，也就是由流量特性(設(shè)計(jì)因素)確定的。即，上述氣體量是由閥的開口面積(即提升量)以及上下游壓力比確定的。如圖20所示，一般認(rèn)為在實(shí)際機(jī)器上也通過求閥的提升量、大氣壓Pa與進(jìn)氣管12的進(jìn)氣壓力Pb之比，在某種程度上可推斷回流氣體量(實(shí)際上，流量特性因排氣壓力和排氣溫度的不同而有些變化，但如后所述，一般認(rèn)為通過采用氣體量比例法，該特性的變化能在很大程度上被吸收)。
因此，先著眼于該點(diǎn)，根據(jù)流量特性求回流率。另外，本實(shí)施例中之所以根據(jù)提升量來求開口面積，是因?yàn)樗褂玫拈y是提升量與開口面積對(duì)應(yīng)的閥。因此，當(dāng)使用線性電磁線圈等其他結(jié)構(gòu)的閥時(shí)，要根據(jù)其他參數(shù)求開口面積。
在回流率中，有正常時(shí)的回流率和過渡時(shí)的回流率兩種，其中，所謂正常時(shí)的回流率是指提升指令值與實(shí)際提升值相等狀態(tài)時(shí)的值；所謂過渡時(shí)的回流率是指如圖21所示的、提升指令值不等于實(shí)際提升值狀態(tài)時(shí)的值。本發(fā)明涉及的算法中，如圖20所示，過渡時(shí)的差異是因偏離了與回流率相對(duì)應(yīng)的氣體量比例和正常時(shí)的回流率而產(chǎn)生的。
具體地說，在正常時(shí)，提升指令值＝實(shí)際提升值、氣體量比例＝1即，回流率＝正常時(shí)的回流率在過渡時(shí)，提升指令值≠實(shí)際提升值、氣體量比例≠1即，回流率＝正常時(shí)的回流率(查圖值)×氣體量比例。
這樣，通過將兩個(gè)氣體量的比例乘以正常時(shí)的回流率，就可求得流入燃燒室內(nèi)凈回流率，若用公式表示，則如下式。
凈回流率＝(正常時(shí)的回流率)×(根據(jù)實(shí)際提升量和閥前后壓力比求得的氣體量QACT)/(根據(jù)提升指令值和閥前后壓力比求得的氣體量QCMD)式中，正常時(shí)的回流率是通過先求回流率修正系數(shù)，再用1減去該回流率修正系數(shù)而求得的。即，若把正常時(shí)的回流率修正系數(shù)表示為KEGRMAP，則正常時(shí)的回流率＝(1－KEGRMAP)。
另外，在本說明書中，把正常時(shí)的回流率或正常時(shí)的回流率修正系數(shù)也稱為基本排氣回流率或基本排氣回流率修正系數(shù)。正常時(shí)的回流率修正系數(shù)KEGRMAP是根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb預(yù)先實(shí)驗(yàn)求得的，并如圖22所示那樣地以圖的形式預(yù)先設(shè)定，查圖便可求得該修正系數(shù)KEGRMAP。
但是在排氣回流控制中，雖然根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷等確定排氣回流閥的提升指令值，但如圖21所示，實(shí)際提升值(提升檢測(cè)值)相對(duì)于指令值有滯后。另外，與該開閥動(dòng)作相應(yīng)地，回流氣體向燃燒室的流入也有滯后。
因此，本申請(qǐng)人在先前的日本專利公報(bào)特愿平6-100557號(hào)中，揭示了用上述式、即凈回流率＝(正常時(shí)的回流率)×(根據(jù)實(shí)際提升量和閥前后壓力比求得的氣體量QACT)/(根據(jù)提升指令值和閥前后壓力比求得的氣體量QCMD)，求凈回流率的方法，其中，回流氣體的流入滯后采用了1次滯后的考慮方法。這里，如果采用等待時(shí)間的考慮方法，則通過了排氣回流閥的回流氣體在某等待時(shí)間經(jīng)過后可以被認(rèn)為一次進(jìn)入燃燒室。因此，在每個(gè)預(yù)定的周期算出上述的凈回流率并存到儲(chǔ)存手段內(nèi)，同時(shí)，用相當(dāng)于等待時(shí)間的過去的周期的計(jì)算值作為實(shí)際流入燃燒室的廢氣的回流率。
下面，參照?qǐng)D19流程圖說明本實(shí)施例裝置的動(dòng)作。該程序在各TDC位置起動(dòng)。
先在S200讀入機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne、進(jìn)氣壓力Pb、大氣壓Pa、實(shí)際提升量LACT(提升傳感器123的輸出)等，進(jìn)入S202，根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb檢索提升指令值LCMD。這里，提升指令值LCMD是通過查如圖23所示的預(yù)先確定特性并設(shè)定了的圖而求出的。
接著進(jìn)入S204，根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb查上述圖22所示的圖，查出基本排氣回流率修正系數(shù)KEGRMAP。然后進(jìn)入S206，確認(rèn)檢測(cè)出的實(shí)際提升量LACT不為零，即，確認(rèn)排氣回流閥122是開閥狀態(tài)后進(jìn)入S208，將檢索出的提升指令值LCMD與規(guī)定的下限值LCMDLL(微小值)進(jìn)行比較。
如果在S208判定為檢索值大于下限值時(shí)，進(jìn)入S210，求進(jìn)氣壓力Pb與大氣壓Pa的比Pb/Pa，根據(jù)該比值和檢索得到的提升指令值LCMD，檢索將圖20所示特性圖表化了的圖(圖未示)，求出氣體量QCMD。這就是前面公式中所說的“根據(jù)提升指令值和前后壓力比求出的氣體量”。
接著進(jìn)入S212，根據(jù)檢測(cè)出的實(shí)際提升量LACT和同樣的比Pb/Pa，同樣地檢索將圖20所示特性圖表化了的圖(圖未示)，求出氣體量QACT。這相當(dāng)于前面公式中所說的“根據(jù)實(shí)際提升值和閥前后壓力比求出的氣體量”。
接著，進(jìn)入S214，用1減去檢索到的基本排氣回流率修正系數(shù)KEGRMAP，將得到的值作為正常回流率(基本排氣回流率或正常時(shí)的回流率)。這里，如前所述，正常時(shí)的回流率是指排氣回流動(dòng)作穩(wěn)調(diào)速特性的回流率，即，排氣回流動(dòng)作不是在開始或停止等過渡狀態(tài)時(shí)的回流率。
接著進(jìn)入S216，如圖所示，用正常回流率乘以值QACT與QCMD的比QACT/QCMD求出凈回流率。再進(jìn)入S218，計(jì)算對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN。圖24是表示該過程的子程序流程圖。
如圖24所示，在S300，用1減去凈回流率(在圖19的S216所求得的值)，將所得之值作為對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN。進(jìn)入S302，把計(jì)算求得的、對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN存入環(huán)形緩沖器內(nèi)。圖25是表示該環(huán)形緩沖器結(jié)構(gòu)的說明圖，設(shè)在控制單元34的RAM74內(nèi)。如圖所示，環(huán)形緩沖器有n個(gè)地址，各地址帶有0至n的編號(hào)。每當(dāng)圖19(和圖24)流程在TDC起動(dòng)并且算出燃料噴射修正系數(shù)KEGRN時(shí)，在圖中從上方依次儲(chǔ)存(更新)于緩沖器內(nèi)。
接著進(jìn)入S304，根據(jù)檢測(cè)的機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和機(jī)器負(fù)荷、例如進(jìn)氣壓力Pb查圖檢索等待時(shí)間τ。圖26是表示其特性的說明圖。即，上述等待時(shí)間是通過排氣回流閥的回流氣體流入燃料室之前的滯后時(shí)間，它因機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷、例如進(jìn)氣壓力等的不同而不同。這里，等待時(shí)間τ具體是由上述的緩沖器編號(hào)表示的。
接著進(jìn)入S306，根據(jù)檢索到的等待時(shí)間τ(具體地說是緩沖器編號(hào))，讀出存在相當(dāng)于等待時(shí)間的地址內(nèi)的計(jì)算值(對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN)。即如圖27所示，當(dāng)現(xiàn)在時(shí)刻為A時(shí)，例如選擇提早12個(gè)控制循環(huán)的計(jì)算值，將其作為對(duì)本次控制循環(huán)排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN。
從排氣回流閥的動(dòng)作看此程序，對(duì)于提早12個(gè)控制循環(huán)的排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN為1.0，這意味著排氣回流閥被關(guān)閉。然后，對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)漸漸減小，例如為0.99、0.98等，換言之，排氣回流閥被打開并到達(dá)現(xiàn)在時(shí)刻A的位置，圖中所示例中，在現(xiàn)在時(shí)刻，判定為回流氣體還未流入燃燒室，因此，不進(jìn)行燃料噴射的減少修正。
同時(shí)，用對(duì)于所確定排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN修正燃料噴射量。該燃料噴射量的修正如后述那樣進(jìn)行，即，將根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷求得的基本燃料噴射量TiM-F乘以對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN，求出要求燃料噴射量Tcyl。
在圖19的流程圖中，當(dāng)S206判定為實(shí)際提升量LACT為零時(shí)，雖然不進(jìn)行排氣回流，但由于對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN是根據(jù)等待時(shí)間τ經(jīng)過后的值確定的，所以經(jīng)過S220進(jìn)入S214以下各步驟，計(jì)算凈回流率和對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN。這時(shí)，在S216凈回流率被確定為0，在圖24的S300對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN被確定為1.0。
當(dāng)S208判定為提升指令值LCMD小于或等于下限值LCMDLL時(shí)，進(jìn)入S222，提升指令值LCMD保持前次值LCMDk－1(為簡(jiǎn)化起見，在本次值上未標(biāo)注k)。
這是因?yàn)?，從?zhí)行排氣回流的區(qū)域移向不執(zhí)行排氣回流的區(qū)域時(shí)，提升指令值LCMD即使成為零，由于排氣回流閥122的動(dòng)態(tài)特性存在滯后，實(shí)際提升值LACT并不立即變?yōu)榱?，所以，提升指令值LCMD小于或等于下限值(閾值)LCMDLL時(shí)，把提升指令值LCMD保持在前次值LCMDk－1(前次控制循環(huán)時(shí)k－1時(shí)的值)。該前次值一直保持到確認(rèn)在S206實(shí)際提升值LACT為零時(shí)為止。
另外，當(dāng)提升指令值LCMD小于或等于下限值LCMDLL時(shí)，也有提升值LCMD為零的情形，這時(shí)，在S210的QCMD檢索值也為零，在S216的計(jì)算中零為除數(shù)，而使計(jì)算成為不可能。但是如上所述，通過保持前次值，就不會(huì)產(chǎn)生不可能計(jì)算的情形。另外，下限值LCMDLL是很小的值，也可以為零。
接著進(jìn)入S224，把基本排氣回流率修正系數(shù)KEGRMAP的圖檢索值(在S204檢索)置換為前次檢索值KEGRMAPk－1。這是因?yàn)?，在S202檢索的提升指令值LCND被判定為在下限值以下的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，在S204檢索的基本排氣回流率修正系數(shù)KEGRMAP在本實(shí)施例中設(shè)定為1，所以在S214的計(jì)算中，正?；亓髀视锌赡転?的緣故。
如上所述，根據(jù)檢測(cè)的機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷、例如進(jìn)氣壓力以及排氣回流閥的動(dòng)作狀態(tài)，在每個(gè)計(jì)算周期算出通過排氣回流閥流入燃燒室的廢氣凈回流率，根據(jù)該凈回流率在每個(gè)計(jì)算周期依次算出對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)并儲(chǔ)存起來，同時(shí)，求出廢氣通過排氣回流閥流入燃燒室之前的等待時(shí)間，選擇相當(dāng)于等待時(shí)間的計(jì)算周期的計(jì)算值，將其作為在現(xiàn)行計(jì)算周期內(nèi)的對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)，所以，可盡量減少?gòu)?fù)雜的計(jì)算和不確定的計(jì)算因素，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且能高精度地求得流入燃燒室的廢氣的回流率，可高精度地修正燃料噴射量。另外，上述中，也可以將凈回流率代替KEGRN存入環(huán)形緩沖器內(nèi)，另外，也可以將等待時(shí)間τ作為固定值。其詳細(xì)內(nèi)容已在本申請(qǐng)人先前提出的日本專利公報(bào)特愿平6-294014號(hào)中記載，所以省略其更為詳細(xì)的說明。
下面，對(duì)罐式過濾修正系數(shù)KPUG(與過濾質(zhì)量相應(yīng))進(jìn)行說明。
在進(jìn)行罐式過濾時(shí)，含燃料成分的氣體從罐223被吸引到進(jìn)氣系統(tǒng)，所以空氣燃料比偏移至稠密側(cè)，該偏移以后由反饋系統(tǒng)修正。但是，在進(jìn)行罐式過濾時(shí)，由于預(yù)想到空氣燃料比會(huì)向稠密側(cè)偏移，如果把相應(yīng)于過濾質(zhì)量的減量修正量作為KPUG預(yù)先進(jìn)行修正，則反饋系統(tǒng)的修正量會(huì)減少，即，反饋系統(tǒng)的負(fù)荷減少，從而提高抵抗干擾的穩(wěn)定性和跟蹤性能。
在修正方法方面，一般考慮的是根據(jù)流入的罐式過濾器流量和濃度計(jì)算罐式過濾中的燃料量的方法，或根據(jù)空氣燃料比傳感器相對(duì)于期望空氣燃料比的偏差求與過濾質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)KPUG的方法。下面，說明用上述方法計(jì)算罐式過濾修正系數(shù)KPUG的例子。
圖28是表示該計(jì)算方法的流程圖。
先在S400通過流量計(jì)226檢測(cè)罐式過濾器的流量，在S402通過HC濃度傳感器227檢測(cè)其濃度。接著在S404，根據(jù)檢測(cè)的流量和濃度，計(jì)算由罐式過濾器確定的流入燃料量(質(zhì)量)。進(jìn)入S406，把算出的流入燃料量變換為汽油燃料量。即，罐式過濾器中的燃料成分幾乎都是汽油的輕質(zhì)成分丁烷。丁烷和汽油的理論空氣燃料比不同，所以這里要變換為相當(dāng)于汽油當(dāng)量。接著進(jìn)入S408，用上述檢索圖得到的燃料噴射量TiM乘以期望空氣燃料比求氣缸進(jìn)氣量Gc，根據(jù)該進(jìn)氣量和變換成的汽油量，算出與過濾質(zhì)量相應(yīng)的修正系數(shù)KPUG。
另外，關(guān)于過濾控制閥225的控制，用圖未示的程序進(jìn)行，使其根據(jù)預(yù)定的機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷等運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，滿足期望罐式過濾量。另外，在罐式過濾未執(zhí)行時(shí)，與過濾質(zhì)量相應(yīng)的修正系數(shù)KPUG當(dāng)然為1。
上述中，先設(shè)定相應(yīng)于期望過濾質(zhì)量的修正系數(shù)KOUG例如為0.95，也可以控制過濾控制閥使其與該值相吻合。另外，如上所述，也可以根據(jù)空氣燃料比傳感器相對(duì)于期望空氣燃料比的偏差求相應(yīng)于過濾質(zhì)量的修正系數(shù)KPUG。另外，氣缸進(jìn)氣量Gc也可以根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷作為圖檢索值預(yù)先設(shè)定。另外，也可以從要求燃料噴射量Tcyl中減去在S400求得的汽油燃料量。
在修正系數(shù)KTOTALk中，有水溫確定的修正系數(shù)和進(jìn)氣溫度確定的修正系數(shù)，這些都是公知的，故其說明從略。將各個(gè)對(duì)于排氣回流率的燃料噴射修正系數(shù)KEGRN、相應(yīng)于過濾質(zhì)量的KPUG等加起來成為KTOTAL，再乘以基本燃料噴射量TiM-F，對(duì)其進(jìn)行修正。
接著計(jì)算期望空氣燃料比KCMD和期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM。
圖29是表示該計(jì)算過程的流程圖。
先在S500檢索上述的基本值KBS。它是根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb檢索圖14所示的圖表求得的。該圖表中也包括惰轉(zhuǎn)時(shí)的基本值。另外，在機(jī)器低負(fù)荷時(shí)使向機(jī)器供給的空氣燃料比增大(當(dāng)量比減小)、使燃料費(fèi)提高的所謂稀薄燃燒機(jī)器中，也包括稀薄燃燒用的基本值。
接著進(jìn)入S502，參照適當(dāng)?shù)挠?jì)時(shí)值，判定機(jī)器起動(dòng)后的稀薄燃燒控制是否正在執(zhí)行。由于在本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)10內(nèi)設(shè)有可變閥式調(diào)速裝置，所以，通過使兩個(gè)進(jìn)氣閥中的一個(gè)停止動(dòng)作，在起動(dòng)后的規(guī)定期間進(jìn)行稀薄燃燒控制，該稀薄燃料控制是把期望空氣燃料比設(shè)定在比理論空氣燃料比稍稀薄一側(cè)。即，在起動(dòng)后的催化裝置還未起作用之前，通過使空氣燃料比稠密化，可以避免HC增加。
通常的具有2個(gè)進(jìn)氣閥的機(jī)器，如上述那樣地機(jī)器起動(dòng)后，如果把期望空氣燃料比設(shè)定在稀薄側(cè)，則機(jī)器的燃燒不穩(wěn)定，有時(shí)甚至?xí)鹬?。但是，本?shí)施例的具有可變閥式調(diào)速裝置的機(jī)器中，通過使兩個(gè)進(jìn)氣閥中的一個(gè)停止，進(jìn)入燃燒室內(nèi)的空氣可以產(chǎn)生稱為渦流的旋渦，即使在機(jī)器剛剛起動(dòng)時(shí)也能得到穩(wěn)定的燃燒，起動(dòng)開始后空氣燃料比也能稀薄化。因此，根據(jù)計(jì)時(shí)值判定是否在機(jī)器起動(dòng)后的稀薄燃燒期間內(nèi)，據(jù)此算出稀薄修正系數(shù)。當(dāng)在稀薄燃燒控制期間時(shí)，該值例如為0.89，當(dāng)不在稀薄燃燒控制期間時(shí)，該值為1.0。
接著進(jìn)入S504，判定節(jié)流閥開度是否為全開(WOT)，根據(jù)判定結(jié)果算出全開增量修正值。再進(jìn)入S560，判定水溫Tw是否高，根據(jù)判定結(jié)果計(jì)算增量修正系數(shù)KTWOT。該值中也包括高水溫時(shí)用于保護(hù)機(jī)器的修正系數(shù)。
接著進(jìn)入S508，將基本值KBS乘以求得的修正系數(shù)，修正基本值KBS，并確定期望空氣燃料比KCMD。該期望空氣燃料比是這樣確定的根據(jù)修正后的基本值KBS，如圖7所示，在理論空氣燃料比附近氧濃度傳感器56的輸出具有線性特性的范圍(縱軸上用虛線表示)內(nèi)，設(shè)定用于空氣燃料比微小控制(上述的MIDO2控制)的窗口(以下稱為DKCMD-OFFSET)，將該窗口值DKCMD-OFFSET加上修正后的基本值KBS。即，期望空氣燃料比KCMD用下式確定KCMD＝KBS+DKCMD-OFFSET接著進(jìn)入S510，對(duì)所求得的期望空氣燃料比KCMD(k)(k時(shí)刻)限定范圍。再進(jìn)入S512，判定所算出的期望空氣燃料比KCMD(k)是否為1或近于1的值。如果判定為肯定，進(jìn)入S514，判定氧濃度傳感器56是否被啟動(dòng)。該判定是由圖未示的另一例行程序執(zhí)行，是通過檢測(cè)氧濃度傳感器56的輸出電壓的變化進(jìn)行的。再進(jìn)入S516，計(jì)算MIDO2控制用的DKCMD。該計(jì)算意味著在位于第1催化裝置28下游(在圖5所示的催化裝置28的情況下，為第ICAT床的下游)的氧濃度傳感器56輸出時(shí)使位于上游的LAF傳感器54的期望空氣燃料比KAMD(k)為可變的。其詳細(xì)內(nèi)容如圖7所示，是用PID控制法則對(duì)規(guī)定的比較電壓VrefM和氧濃度傳感器56的輸出電壓VO2M的偏差算出值DKCMD。另外，比較電壓VrefM根據(jù)大氣壓Pa、水溫Tw、排氣體積(可從機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb求出)等求出。
另外，上述的窗口值DKCMD-OFFSET是為了第1、第2催化劑裝置28、30保持最適當(dāng)凈化率而加的補(bǔ)償值。該值依催化劑裝置的特性而異，所以考慮圖示例的第1催化劑裝置28的特性確定。另外，該值也隨催化劑的老化而變化，所以，用值DKCMD的每次計(jì)算值由加權(quán)平均而獲得。具體地說該值是用下式求算DKCMD-OFFSET(k)＝W×DKCMD＋(1－W)×DKCMD-OFFSET(k－1)式中，W加權(quán)系數(shù)，k時(shí)刻。即，用值DKCMD-OFFSET的前次算出值學(xué)習(xí)計(jì)算期望空氣燃料比KCMD，可以不受老化的影響，能反饋控制得到凈化率為最適當(dāng)?shù)目諝馊剂媳?。該學(xué)習(xí)控制也可根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)數(shù)Ne和進(jìn)氣壓力Pb等將運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分成一個(gè)個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行。
接著進(jìn)入S518，加上算出的值DKCMD(k)更新期望空氣燃料比KCMD(k)，再進(jìn)入S520，用期望空氣燃料比KCMD(k)檢索圖30表示其特性的圖表，求出修正系數(shù)KETC。這是為了補(bǔ)償因氣化熱而造成的吸入空氣充填效率的差異。具體地說，是用求得的修正系數(shù)KETC如圖示地修正KCMD(k)，算出期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM(k)。即，在該控制中用當(dāng)量比表示期望空氣燃料比，并且將對(duì)其進(jìn)行了充填效率修正后的值KCMDM作為期望空氣燃料比修正系數(shù)。當(dāng)在S512判斷為否定時(shí)，表示應(yīng)控制的期望空氣燃料比KCMD大大地偏離了理論空氣燃料比，例如是貧乏燃燒運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于不需要進(jìn)行MID氧控制，所以直接跳入S520。最后在S522將期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM(k)限制在一個(gè)范圍，然后結(jié)束。
如圖8框圖所示，各求得的期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM和各種修正系數(shù)加算值KTOTAL乘以基本燃料噴射量Tim-F，算出要求燃料噴射量Tcyl。
接著計(jì)算KSTR等的反饋修正系數(shù)。在說明該計(jì)算之前，先對(duì)LAF傳感器輸出的取樣和監(jiān)測(cè)器進(jìn)行說明。取樣動(dòng)作框在圖8中表示為“SEL-V”。
在內(nèi)燃機(jī)中，廢氣是在排氣行程排出的，所以如果觀察多氣缸內(nèi)燃機(jī)排氣系數(shù)合流部的空氣燃料比的活動(dòng)狀態(tài)，很明顯地與TDC同步。因此，在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)LAF傳感器54對(duì)空氣燃料比取樣時(shí)也必須與TDC同步進(jìn)行。但是，由于處理檢測(cè)輸出的控制單元(ECU)34的取樣定時(shí)的原因，而出現(xiàn)不能正確測(cè)定空氣燃料比的活動(dòng)狀態(tài)的情況。即，例如，當(dāng)排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比相對(duì)于TDC的變化為圖31所示情形時(shí)，由控制單元識(shí)別的空氣燃料比如圖32所示，因取樣計(jì)時(shí)的不同而成為完全不同的值。這種情況時(shí)，最好在能夠盡可能正確掌握實(shí)際空氣燃料比傳感器輸出變化的位置進(jìn)行取樣。
另外，空氣燃料比的變化也因廢氣到達(dá)傳感器的時(shí)間以及傳感器的響應(yīng)時(shí)間的不同而不同。其中，到達(dá)傳感器的時(shí)間因廢氣壓力，廢氣體積等而變化。另外，由于與TDC同步地取樣是根據(jù)曲軸角度取樣，所以必然受機(jī)器轉(zhuǎn)速的影響。這樣，空氣燃料比的檢測(cè)高度地依賴于機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。為此，現(xiàn)有技術(shù)中，例如日本專利公報(bào)特開平1-313644號(hào)中，揭示了在每個(gè)曲軸角度判定檢測(cè)是否適當(dāng)，但該技術(shù)復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，在高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域恐怕跟不上，并且，在確定檢測(cè)的時(shí)刻，早已過了空氣燃料比傳感器輸出的拐點(diǎn)。
圖33是表示對(duì)該LAF傳感器輸出進(jìn)行取樣動(dòng)作的流程圖，由于空氣燃料比的檢測(cè)精度與上述監(jiān)測(cè)器的推斷精度有密切關(guān)系，因此在說明圖33之前，先簡(jiǎn)單說明監(jiān)測(cè)器進(jìn)行的空氣燃料比推斷。
為了從1個(gè)LAF傳感器的輸出中高精度地分離抽出各氣缸的空氣燃料比，必須開清楚LAF傳感器的檢測(cè)響應(yīng)滯后。因此，將該滯后模型化為1次滯后系統(tǒng)，作成如圖34所示的模型。這里，設(shè)LAFLAF傳感器輸出，A/F輸入A/F，則其狀態(tài)方程式可用式9表示。
LAF(t)=αLAF(t)－αA/F(t) ···數(shù)9如果用周期ΔT將其離散化，則成為式10所示。圖35是用信號(hào)流圖表示式10。
因此，用式10可從傳感器輸出求出真實(shí)的空氣燃料比。即，若將式10改變一種形式，則成為式11，所以，能從時(shí)刻K時(shí)的值如式12所示那樣地反算時(shí)刻K－1時(shí)的值。A/F(k)={LAF(k+1)-α^LAF(k)}/(1-α^)]]>···式11A/F(k-1)={LAF(k)-α^LAF(k-1)}/(1-α^)]]>···式12具體地說，如用Z變換以傳遞函數(shù)表示式10，則如式13所示，所以，將其逆?zhèn)鬟f函數(shù)乘以本次的LAF傳感器輸出值LAF，就可以實(shí)時(shí)地推斷前次的輸出空氣燃料比。圖36是表示該實(shí)時(shí)的A/F推斷器的信號(hào)流圖。t(Z)=(1-α^)/(Z-α^)]]>···式13
下面，說明從上述所求真實(shí)空氣燃料比中分離抽出各氣缸空氣燃料比的方法。如先前申請(qǐng)中所述，將排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比考慮為加權(quán)平均值，該加權(quán)平均值中考慮了各氣缸的空氣燃料比的時(shí)間影響，把時(shí)刻K時(shí)的值用式14表示。另外，由于把F(燃料量)作為控制量，這里雖然采用“燃料空氣比F/A”，但在后面的說明中，為了便于理解，只要不引起混淆，都采用“空氣燃料比”。另外，空氣燃料比(或燃料空氣比)是對(duì)式13所求得的響應(yīng)滯后修正后的真實(shí)值。(k) ＝C1[F/A#1]＋C2[F/A#3]＋C3[F/A#4]＋C4[F/A#2][F/A](k＋1)＝C1[F/A#3]＋C2[F/A#4]＋C3[F/A#2]＋C4[F/A#1][F/A](k＋2)＝C1[F/A#4]＋C2[F/A#2]＋C3[F/A#1]＋C4[F/A#3]·····式14即，合流部的空氣燃料比是每個(gè)氣缸的過去燃料歷史與加權(quán)系數(shù)(例如最近燃燒的氣缸為40％，在此之前燃燒的氣缸為30％，依此類推)的乘積之和。將該模型用信號(hào)流圖表示時(shí)，則為圖37所示形式。其狀態(tài)方程式如式15所示。x(k-2)x(k-1)x(k)=010001000x(k-3)x(k-2)x(k-1)+001u(k)]]>···式15
若把合流部的空氣燃料比定義為y(k)，則輸出方程式可用式16表示。y(k)=[C1C2C3]x(k-3)x(k-2)x(k-1)+c4u(k)]]>···式16其中c10.05，c20.15，c30.30，c40.50。
上述中，由于u(k)無法監(jiān)測(cè)，從該狀態(tài)方程式可見，即使設(shè)置監(jiān)測(cè)器也不可能監(jiān)測(cè)x(k)。因此，假定在4TDC前(即同一氣缸)的空氣燃料比不急劇變化的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，設(shè)x(k＋1)＝x(k－3)，則如式17所示。x(k-2)x(k-1)x(k)x(k+1)=0100001000011000x(k-3)x(k-2)x(k-1)x(k)]]>y(k)=[c1c2c3c4]x(k-3)x(k-2)x(k-1)x(k)]]>···式17現(xiàn)在表示上述求得的模型的模擬結(jié)果。圖38是表示對(duì)4氣缸內(nèi)燃機(jī)、以3個(gè)氣缸的空氣燃料比為14.7、1個(gè)氣缸的空氣燃料比為12.0供給燃料的情形。圖39是表示用上述模式求此時(shí)合流部空氣燃料比的情形。該圖中，雖然能獲得階梯狀的輸出，但若考慮LAF傳感器的響應(yīng)滯后，則傳感器輸出為圖40中示作“模型輸出值”那樣的不著邊際的波形。圖中的“實(shí)測(cè)值”是相同情形時(shí)的LAF傳感器輸出的實(shí)測(cè)值，兩者相比較，可見上述模型將多氣缸內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)很好地模型化了。
因此，問題歸結(jié)到至式18所示狀態(tài)方程式和輸出方程式觀察x(k)的通常的卡爾曼濾波器上。其負(fù)載矩陣Q、R如式19所示，解Riccati方程式時(shí)，增益矩陣K如式20所示。 ··式18其中，A=0100001000011000C=[c1c2c3c4]B=D=
]]>X(k)=x(k-3)x(k-2)x(k-1)x(k)]]>Q=1000010000100001R=[1]]]>··式19K=0.04360.28221.8283-0.2822]]>··式20從中求A-KC，則成為式21。A-KC=-0.00220.9935-0.0131-0.0218-0.0141-0.04230.9153-0.1411-0.0914-0.2742-0.54850.08581.01410.04230.08470.1411]]>·式21一般的監(jiān)測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖41所示，但由于在本次的模型中沒有輸入值u(k)，所以，如圖42所示，成為只輸入y(k)的結(jié)構(gòu)。將其用公式表示則成為式22。 ···式22式中，把y(k)作為輸入的監(jiān)測(cè)器，即卡爾曼濾波器的系統(tǒng)矩陣如式23所示。 在本次模型中，Riccati方程式的荷載分配R的因素是當(dāng)Q的因素＝1∶1時(shí)，卡爾曼濾波器的系統(tǒng)矩陣S如式24所示。S=-0.00220.9935-0.0131-0.02180.0436-0.0141-0.04230.9153-0.14110.2822-0.0914-0.2742-0.54850.08581.82831.01410.04230.08470.1411-0.28220.00000.00000.00001.00000.0000]]>式24圖43表示將上述的模型和監(jiān)測(cè)器組合起來的情形。模擬結(jié)果因已在先前申請(qǐng)中表示，此處從略。這樣，可從合流部空氣燃料比中切實(shí)地抽出各氣缸的空氣燃料比。
由于通過監(jiān)測(cè)器可以根據(jù)合流部空氣燃料比推斷各氣缸空氣燃料比，所以，用PID等控制法則可以逐一對(duì)氣缸控制空氣燃料比。具體地說，如圖44所示，用PID控制法則，根據(jù)傳感器輸出(合流部A/F、即檢測(cè)空氣燃料比KACT)和各氣缸的反饋修正系數(shù)的過去值求合流部的反饋修正系數(shù)KLAF，并且，根據(jù)監(jiān)測(cè)器所推斷的每個(gè)氣缸的推斷值#nA/F求每個(gè)氣缸的反饋修正系數(shù)#nKLAF(n氣缸)。具體地說，每個(gè)氣缸的反饋修正系數(shù)#nKLAF是用PID法則求得的，以便消除期望值與觀察器推定值#nA/F的偏差，所述期望值是用每個(gè)氣缸的反饋修正系數(shù)#nKLAF的就全部氣缸的平均值的前次計(jì)算值除合流部A/F即檢測(cè)空氣燃料比KACT而求得的。
這樣，各氣缸的空氣燃料比收斂于合流部空氣燃料比，合流部空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比。其結(jié)果，全部氣缸的空氣燃料比都收斂于期望空氣燃料比。這里，各氣缸的燃料噴射量#nTout(由噴油嘴的開閥時(shí)間規(guī)定)用式#nTout＝Tcyl×#nKLAF×KLAF求出(n氣缸)。另外，這樣的控制其詳細(xì)內(nèi)容已在本申請(qǐng)人先前提出的日本專利公報(bào)特愿平5-251138號(hào)中有所描述，所以不作更詳細(xì)的說明。
下面，回到圖33流程圖，說明對(duì)LAF傳感器輸出的取樣。該程序在TDC位置起動(dòng)。
如圖33所示，先在S600讀出機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne、進(jìn)氣壓力Pb、閥調(diào)速特性V/T，進(jìn)入S604、S606，檢索HiV/T或LoV/T用的調(diào)速特性圖(后述)，進(jìn)入S608，對(duì)HiV/T和LoV/T用監(jiān)測(cè)器計(jì)算中所用的傳感器的輸出進(jìn)行取樣。具體地說，是根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb檢索調(diào)速特性圖，用緩沖器編號(hào)選擇上述12個(gè)緩沖器中的一個(gè)，并選擇存在其中的取樣值。
圖45是表示該調(diào)速圖特性的說明圖。圖示的特性是這樣設(shè)定的機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne越低或進(jìn)氣壓力(負(fù)荷)Pb越高，則選擇在較早的曲軸角度取樣的值。這里所述的“較早”是指在靠近前次TDC位置近的位置取樣的值(換言之，是舊的值)。反之，當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne越高或進(jìn)氣壓力Pb越低，則選擇在較后的曲軸角度取樣的值，即，在靠近后一TDC位置的曲軸角度取樣的值(換言之，是新的值)。
即，如圖32所示，最好在盡可能地靠近實(shí)際空氣燃料比拐點(diǎn)的位置對(duì)LAF傳感器的輸出取樣，但是，假定傳感器的響應(yīng)時(shí)間為常數(shù)，則該拐點(diǎn)例如最初的峰值如圖46所示地，機(jī)器轉(zhuǎn)速越低則在越早的曲軸角度出現(xiàn)。另外，可以預(yù)想到，負(fù)荷越高，廢氣壓力和廢氣氣體積越增加，因此，廢氣的流速增加，到達(dá)傳感器的時(shí)間就早。從該意義上，如圖45所示地設(shè)定取樣時(shí)間的選擇。
關(guān)于閥調(diào)速，是將機(jī)器轉(zhuǎn)速的任意值Ne1對(duì)Lo側(cè)設(shè)為Ne1-Lo，對(duì)Hi側(cè)設(shè)為Ne-Hi，關(guān)于進(jìn)氣壓力也是將其任意值對(duì)Lo側(cè)設(shè)為Pb1-LO，對(duì)Hi側(cè)設(shè)為Pb1-Hi，則圖特性為Pb1-Lo＞Pb1-HiNe1-Lo＞Ne1-Hi即，圖的特性是這樣設(shè)定的在HiV/T時(shí)，排氣閥的打開時(shí)刻比LoV/T的早，所以，當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力的值相同時(shí)，則選擇早期的取樣值。
接著進(jìn)入S610，對(duì)HiV/T進(jìn)行觀察器矩陣的計(jì)算，再進(jìn)入S612，對(duì)LoV/T進(jìn)行同樣的計(jì)算。接著進(jìn)入S614，再次判定閥調(diào)速特性，根據(jù)判定結(jié)果進(jìn)入S616、S618，選擇計(jì)算結(jié)果后結(jié)束。
即，隨著閥調(diào)速特性的切換，合流部的空氣燃料比的狀況也變化，所以，需要變更監(jiān)察器矩陣。但是，各氣缸的空氣燃料比的推斷不可能在瞬間進(jìn)行，在收斂結(jié)束之前，各氣缸的空氣燃料比推斷計(jì)算要進(jìn)行數(shù)次，所以，把用閥調(diào)速特性變更前的監(jiān)察器矩陣進(jìn)行的計(jì)算和用變更后的監(jiān)察器矩陣進(jìn)行的計(jì)算疊加起來，即使閥調(diào)速特性的變更已經(jīng)進(jìn)行，在S614也能根據(jù)變更后的閥調(diào)速特性進(jìn)行選擇。另外，各氣缸被推斷后，如前所述，為了消除與期望值的偏差，求出反饋修正系數(shù)確定噴射量。
該結(jié)構(gòu)能提高空氣燃料比的檢測(cè)精度。即，如圖47所示，由于以較短的間隔進(jìn)行取樣，取樣值幾乎真實(shí)反映傳感器的輸出，并且把以較短間隔取樣的值依次地儲(chǔ)存到緩沖器群內(nèi)，根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力(負(fù)荷)預(yù)測(cè)傳感器輸出的拐點(diǎn)，在規(guī)定的曲軸角度從緩沖器群中選擇與其對(duì)應(yīng)的值。然后，可進(jìn)行監(jiān)測(cè)器的計(jì)算，可推斷各氣缸的空氣燃料比，如圖44所示，能逐一地對(duì)氣缸進(jìn)行空氣燃料比的反饋控制。
因此，如圖47下部所示，CPU芯片能正確識(shí)別傳感器輸出的最大值和最小值。因此，該結(jié)構(gòu)，用上述的監(jiān)測(cè)器推斷各氣缸的空氣燃料比時(shí)，也可使用與實(shí)際空氣燃料比狀況近似的值，提高監(jiān)測(cè)器的推斷精度，其結(jié)果，圖44所示的逐一地對(duì)氣缸進(jìn)行空氣燃料比反饋控制時(shí)的精度也提高。
另外關(guān)于對(duì)傳感器輸出取樣，實(shí)際上也可以不判定閥調(diào)速有何種特性，而對(duì)Lo、Hi雙方的特性進(jìn)行取樣，然后再判定特性。另外，當(dāng)傳感器所要檢測(cè)的混合氣的空氣燃料比稀薄時(shí)，LAF傳感器的響應(yīng)時(shí)間比上述空氣燃料比稠密時(shí)短，所以當(dāng)要檢測(cè)的空氣燃料比稀薄時(shí)，最好選擇在更早期的曲軸角度檢測(cè)出的取樣值。另外，當(dāng)安裝著內(nèi)燃機(jī)的車輛在海拔高的地方行駛時(shí)，由于大氣壓低，排氣壓低，所以廢氣到達(dá)傳感器的時(shí)間比海拔低的地方短，隨著海拔高度的增加，最好選擇在更早期曲軸角度檢測(cè)出的取樣值。另外當(dāng)LAF老化而響應(yīng)性降低時(shí)，響應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)，所以隨著老化的進(jìn)展，最好選擇在后期曲軸角度檢測(cè)出的取樣值。其詳細(xì)內(nèi)容已在本申請(qǐng)人先前提出的日本專利公報(bào)特愿平6-243277號(hào)中詳細(xì)記載，所以不再作更為詳細(xì)的說明。
下面，說明KSTR等反饋修正系數(shù)的計(jì)算。
在內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比控制中，如圖44所示，通常是采用PID控制器，將期望值與操作量(控制對(duì)象輸出)的偏差乘以比例項(xiàng)、積分項(xiàng)和微分項(xiàng)求得反饋修正系數(shù)，近年來也提出了用現(xiàn)代控制理論求反饋修正系數(shù)的方案。
如前所述，在本發(fā)明的MID氧控制中，如果僅將在前饋系統(tǒng)計(jì)算的燃料噴射量乘以期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMDM，由于機(jī)器有響應(yīng)滯后，則期望空氣燃比KCMD成為不著邊際的檢測(cè)空氣燃料比，因此，為了動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償從期望空氣燃料比到檢測(cè)空氣燃料比的響應(yīng)，不采用圖44所示的合流部反饋修正系數(shù)KLAF，而是采用自適應(yīng)控制器STR求反饋修正系數(shù)KSTR，用該修正系數(shù)KSTR乘以在前饋系統(tǒng)計(jì)算的燃料噴射量。
但是，用現(xiàn)代控制理論、如用自適應(yīng)控制器確定反饋修正系數(shù)時(shí)，由于控制的響應(yīng)性比較高，控制量因不同的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)反而振蕩，有時(shí)會(huì)降低控制的穩(wěn)定性。另外，在車輛以經(jīng)濟(jì)速度行駛等規(guī)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，燃料供給被停止(燃料切斷)，如圖48所示，在燃料切斷期間空氣燃料比進(jìn)行開環(huán)(O/L)控制。
隨后當(dāng)燃料供給再開始，例如要得到理論空氣燃料比時(shí)，按照預(yù)先用實(shí)驗(yàn)求得的特性，燃料供給量由前饋系統(tǒng)確定、供給。其結(jié)果，真實(shí)的空氣燃料比急劇地從稀薄側(cè)變?yōu)?4.7。但是，供給的燃料燃燒并到達(dá)空氣燃料比傳感器配置位置需要一定的時(shí)間，空氣燃料比傳感器本身也有檢測(cè)滯后。因此，檢測(cè)空氣燃料比與實(shí)際空氣燃料比不一致，而成為圖示虛線所示值，產(chǎn)生較大的差。
這時(shí)，如果用自適應(yīng)控制法則確定反饋修正系數(shù)，則自適應(yīng)控制器STR確定增益KSTR，應(yīng)當(dāng)一下子消除期望值與檢測(cè)值的偏差。但是，該差是由傳感器的檢測(cè)滯后等引起的，所以，檢測(cè)值不表示真實(shí)的空氣燃料比。不管怎樣由于適應(yīng)控制器一下子吸收該較大的差，如圖48所示，KSTR劇烈地振蕩，其結(jié)果控制量也振蕩，控制的穩(wěn)定性降低。
該問題不僅產(chǎn)生在恢復(fù)供給燃料時(shí)，而且也產(chǎn)生在從全開增量控制恢復(fù)到反饋控制時(shí)，或產(chǎn)生在從稀薄燃燒控制恢復(fù)到理論空氣燃料比控制時(shí)。另外，還產(chǎn)生在從使期望空氣燃料比有意地變動(dòng)的擾動(dòng)控制向一定期望空氣燃料比切換時(shí)。換言之，當(dāng)期望空氣燃料比大變動(dòng)時(shí)，都產(chǎn)生上述問題。
因此，最好用自適應(yīng)控制法則和PID控制法則等確定反饋修正系數(shù)，并且根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)適當(dāng)?shù)厍袚Q。但是，在切換由不同的控制法則確定的反饋修正系數(shù)時(shí)，因不同的控制法則有各自不同的特性，所以修正系數(shù)中有可能產(chǎn)生差異，使操作量急劇變化，控制量不穩(wěn)定，恐怕要降低控制的穩(wěn)定性。
因此，在本實(shí)施例中，用自適應(yīng)控制法則和PID控制法則等確定反饋修正系數(shù)，并根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)適當(dāng)?shù)厍袚Q，同時(shí)，進(jìn)行平穩(wěn)地進(jìn)行切換，這樣，防止在修正系數(shù)中產(chǎn)生差異，操作量急劇變化從而導(dǎo)致控制量不穩(wěn)定，防止控制的穩(wěn)定性降低。
圖49是表示KSTR等計(jì)算作業(yè)的流程圖。為便于理解，先參照?qǐng)D50說明自適應(yīng)控制器STR。如圖所示，自適應(yīng)控制器由STR控制器(STR CONTROLLER)和適應(yīng)性參數(shù)調(diào)節(jié)裝置(以下稱為“參數(shù)調(diào)節(jié)裝置”)構(gòu)成。
如前所述，先在前饋系統(tǒng)計(jì)算要求燃料噴射量Tcyl，根據(jù)計(jì)算的要求燃料噴射量Tcyl如后所述地確定輸出燃料噴射量Tout，通過燃料噴射閥22送給控制設(shè)備(內(nèi)燃機(jī)10)。反饋系統(tǒng)的期望空氣燃料比KCMD(k)和控制量(檢測(cè)空氣燃料比)KACT(k)(控制設(shè)備輸出y(k))輸入到STR控制器，STR控制器用遞推公式算出反饋修正系數(shù)KSTR(k)。即，STR控制器接受由參數(shù)調(diào)節(jié)裝置識(shí)別的系數(shù)向量θ(k)，形成反饋補(bǔ)償器。
自適應(yīng)控制的調(diào)節(jié)法則(裝置)之一，有I.D.Landau等人提出的參數(shù)調(diào)節(jié)法則。該方法將自適應(yīng)控制系統(tǒng)變換為由線性區(qū)間和非線區(qū)間構(gòu)成的等價(jià)反饋系統(tǒng)，對(duì)于非線性區(qū)間，與輸入輸出有關(guān)的Popov積分不等式成立，由于線性區(qū)間準(zhǔn)確無誤地確定調(diào)節(jié)法則，因而確保自適應(yīng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。即，Landau等人提出的參數(shù)調(diào)節(jié)法則中，用遞推公式形式表示的調(diào)節(jié)法則(適應(yīng)性法則)至少采用了上述的Popov的超穩(wěn)定論或Lyapunov的直接法中的任意一個(gè)，所以保證了其穩(wěn)定性。
該方法例如在“Computrol”(Corona社刊)NO.27.第28頁～41頁、“自動(dòng)控制手冊(cè)”(Ohm社刊)第703頁～707頁、“ASurvey of Model Reference Adaptive Techniques-Theory andApplication”一文(Automatica期刊第10卷第353～379頁、L.D.Landau著)、“Unification of Discrete Time Explicit ModelReference Adaptive Control Designs”一文(Automatica期刊第17卷第4號(hào)第593～611頁、1981 L.D.Landau等人著)、“CombiningModel Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuningRegulators”一文(Automatica期刊第18卷第1號(hào)第77～84頁、1982 L.D.Landau著)中都有記載，是公知的技術(shù)。
圖示例的自適應(yīng)控制技術(shù)中，采用了該L.D.Landau等人的調(diào)節(jié)法則。以下加以說明。L.D.Landau等人的調(diào)節(jié)法則中，離散系統(tǒng)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)B(Z－1)/A(Z－1)分母分子的多項(xiàng)式如式25和式26表示時(shí)，參數(shù)調(diào)節(jié)裝置識(shí)別的自適應(yīng)參數(shù)θ(k)如式27那樣用向量(調(diào)置向量)表示。向參數(shù)調(diào)節(jié)裝置的輸入ζ(k)用式28確定。其中，當(dāng)m＝1、n＝1、d＝3時(shí)，即，所舉例的設(shè)備是線性系統(tǒng)形式并具有3個(gè)控制周期量的等待時(shí)間。
A(z-1)=1＋a1z-1＋···＋anz-n··式25B(z-1)=b0＋b1z-1＋···＋bmz-m··式26θT^(k)=[bo^(k),B^R(z-1,k),S^(z-1,k)]]]>=[b0^(k),r^1(k),···,rm+d-1(k),S0(k),···,Sn-1(k)]]]>=[b0(k)，r1(k)，r2(k)，r3(k)，s0(k)] ··式27ζT(k)＝[u(k)，···，u(k－m－d＋1)，y(k)，···，y(k－n＋1)]=[u(k)，u(k－1)，u(k－2)，u(k－3)，y(k)] ··式28這里，式27所示的自適應(yīng)參數(shù) 由確定增益的標(biāo)量 、用操作量表現(xiàn)的控制因素 和用控制量表現(xiàn)的控制因素(Z-1，k)構(gòu)成，分別如式29至式31所示。
0-1(k)＝1/b0·式29B^R(Z-1,k)=r1z-1+r2z-2+···+rm+d-1Z-(m+d-1)]]>＝r1z-1＋r2z-2＋r3z-3·式30(Z-1，k)＝s0＋s1z-1＋···＋sn-1z-(n-1)＝s0··式31參數(shù)調(diào)節(jié)裝置識(shí)別、推斷這些標(biāo)量和控制因素的各系數(shù)后，作為上述式26所示的自適應(yīng)參數(shù) 送到STR控制器。參數(shù)調(diào)節(jié)裝置用設(shè)備的操作量u(i)和控制量y(j)(i，j包括過去值)，算出自適應(yīng)參數(shù) 以使期望值與控制量的偏差為零。自適應(yīng)參數(shù) 由式32算出。式32中，Γ(k)是確定自適應(yīng)參數(shù)的識(shí)別、推斷速度的增益矩陣(m＋n＋d次)，e*(k)是表示識(shí)別、推斷誤差的信號(hào)，分別由式33和式34那樣的遞推公式表示。θ^(k)=θ^(k-1)+Γ(k-1)ξ(k-d)e*(k)]]>···式32Γ(k)=1λ1(k)[Γ(k-1)λ2(k)Γ(k-1)ξ(k-d)ξτ(k-d)Γ(k-1)λ1(k)+λ2(k)ξτ(k-d)Γ(k-1)ξ(k-d)]]]>···式33但L、0＜λ1(k)≤1，0＜λ2(k)＜2，Γ(0)＞0e*(k)=D(z-1)y(k)-θτ^(k-1)ξ(k-d)1+ξτ(k-d)Γ(k-1)ξ(k-d)]]>···式34根據(jù)公式33中的λ1(k)、λ2(k)的選擇方法的不同，可給出各種具體的算法。例如，設(shè)λ1(k)＝1，λ2(k)＝λ(0＜λ＜2)時(shí)，則為遞減增益算法(λ＝1時(shí)為最小二乘法)；設(shè)λ1(k)＝λ1(0＜λ1＜2)，λ2(k)＝λ2(0＜λ2＜2)時(shí)，則為可變?cè)鲆嫠惴?λ2＝1時(shí)為加權(quán)最小二乘法)；當(dāng)λ1(k)/λ2(k)＝σ時(shí)、λ3如式35所示時(shí)，如果λ1(k)＝λ3，則為固定軌跡算法。另外，當(dāng)λ1(k)＝1，λ2(k)＝0時(shí)，則為固定增益算法。這種情形時(shí)，從式33可知，成為Γ(k)＝Γ(k－1)，因此形成Γ(k)＝Γ的常數(shù)值。遞減增益算法、可變?cè)鲆嫠惴?、固定增益算法和固定軌跡算法，無論哪種都適用于燃料噴射或空氣燃料比等的變時(shí)設(shè)備。λ3(k)=1-||Γ(k-1)ξ(k-d)||2σ+ξτ(k-d)Γ(k-1)ξ(k-d)·1trΓ(0)]]>··式35
從上述可知，該自適應(yīng)控制器是考慮被控制對(duì)象(內(nèi)燃機(jī))動(dòng)態(tài)狀況的遞推形式的控制器，是為了補(bǔ)償控制對(duì)象動(dòng)態(tài)狀況而由遞推公式形式來描述的控制器。具體地說，是STR型的，該控制器的輸入中備有自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置。更明確地說，可定義為是備有遞推公式形式的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置的自適應(yīng)控制器。
反饋修正系數(shù)KSTR(k)用式36求得。
KSTR(k)＝KCMD(k-d′)-s0×KACT(k)-r1×KSTR(k-1)-r2×KSTR(k-2)-r3×KSTR(k-3)b0]]>··式36依據(jù)自適應(yīng)控制原則求得的反饋修正系數(shù)KSTR作為反饋修正系數(shù)KFB乘以要求燃料噴射量Tcyl，算出輸入燃料噴射量Tout(操作量)輸入到控制設(shè)備。即，輸出燃料噴射量Tout如圖8框圖所示(以及如圖50框圖的一部分所示)，用下式確定Tout＝Tcyl×KTOTAL×KCMDM×KFB＋TTOTAL另外，用PID控制法則確定的每氣缸的反饋修正系數(shù)#nKLAF也乘以輸出燃料噴射量Tout，關(guān)于這前面已在圖44中說明。上式中，TTOTAL表示用氣壓修正等的加法項(xiàng)進(jìn)行的各種修正值的總計(jì)值(噴油嘴的停用時(shí)間在輸出燃料噴射量Tout的輸出時(shí)另外加上，所以不包括在內(nèi))。
圖50(以及圖8)的特點(diǎn)是，先把STR控制器置于燃料噴射量計(jì)算系統(tǒng)之外，把期望值不作為燃料噴射量，而是作為空氣燃料比。即，操作量用燃料噴射量表示，因此，參數(shù)調(diào)節(jié)裝置動(dòng)作以使排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的檢測(cè)空氣燃料比與期望空氣燃料比一致，確定反饋修正系數(shù)，提高抗干擾的剛性。關(guān)于這一點(diǎn)已在本申請(qǐng)人曾提出的申請(qǐng)(日本專利公報(bào)特愿平6-66594號(hào))中描述，故其詳細(xì)說明從略。
第2個(gè)特點(diǎn)是，反饋修正系數(shù)乘以基本值確定操作量。這樣，顯著提高控制的收斂性。另一方面，該結(jié)構(gòu)也有缺點(diǎn)，即，當(dāng)操作量不適當(dāng)時(shí)，控制量容易浮動(dòng)。第3個(gè)特點(diǎn)是，除了STR控制器外，還設(shè)了現(xiàn)有的PID控制器(表示為PID控制器)，用PID控制法則確定反饋修正系數(shù)KLAF，通過切換裝置選擇KSTR或KLAF中的一個(gè)作為反饋修正系數(shù)的最終值KFB。
另外，用PID控制器即PID控制法則確定的反饋修正系數(shù)KLAF的計(jì)算如下述。先用式DKAF(k)＝KCMD(k－d)－KACT(k)求出期望空氣燃料比修正系數(shù)KCMD與檢測(cè)空氣燃料比KACT的控制偏差DKAF(式中，d相當(dāng)于實(shí)際噴射的燃料被LAF傳感器檢測(cè)出之前的等待時(shí)間)。本說明書中，(k)表示時(shí)刻(計(jì)算或控制周期)，具體地說是表示圖55流程圖的程序起動(dòng)的時(shí)刻，所以，上述中，KCMD(k－d)表示期望空氣燃料比(等待時(shí)間前的控制周期的)；KACT(k)表示檢測(cè)空氣燃料比(本次控制周期的)。
再用預(yù)定的系數(shù)乘以控制偏差，求出P項(xiàng)KLAFP(k)、I項(xiàng)KLAFI(k)、D項(xiàng)KLAFD(k)P項(xiàng)KLAFP(k)＝DKAF(k)×KPI項(xiàng)KLAFI(k)＝KLAFI(k－1)＋DKAF(k)×KID項(xiàng)KLAFD(k)＝(DKAF(k)－DKAF(k－1))×KD這樣，P項(xiàng)是用比例增益KP乘以偏差求得，I項(xiàng)是用積分增益KI乘以偏差的值加上反饋修正系數(shù)的前次值KLAFI(k－1)求得，D項(xiàng)是用偏差的本次值DKAF(k)與前次值DKAF(k－1)的差乘以微分增益KD求得。另外，各增益KP.KI.KD可根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷求得，更具體地說，設(shè)計(jì)成用圖表根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和機(jī)器負(fù)荷就能檢索。
最后將求得的值相加KLAF(k)＝KLAFP(k)＋KLAFI(k)＋KLAFD(k)當(dāng)作用PID控制法則確定的反饋修正系數(shù)的本次值KLAF(k)。這種情況下，由于將其當(dāng)作用乘法修正得到的反饋修正系數(shù)，在I項(xiàng)KLAFI(k)內(nèi)包括了補(bǔ)償量1.0(即I項(xiàng)KLAFI的初始值為1.0)。當(dāng)選擇用PID控制器確定的反饋修正系數(shù)時(shí)，STR控制器保持自適應(yīng)參數(shù)，使該反饋修正系數(shù)KSTR停止在1(初始狀態(tài))。
以上述為前提，參照?qǐng)D49流程圖，說明反饋修正系數(shù)的計(jì)算。圖49的程序在預(yù)定曲軸角度起動(dòng)。
先在S700讀入檢測(cè)的機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb等，進(jìn)入S704，判定是否切斷燃料。切斷燃料是在預(yù)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)例如節(jié)流閥開度全閉位置且機(jī)器轉(zhuǎn)速在規(guī)定值以上時(shí)進(jìn)行，燃料供給停止，同時(shí)空氣燃料比也由開環(huán)控制。
在S704判定為未切斷燃料時(shí)，進(jìn)入S706，讀出前述的要求燃料噴射量Tcyl，進(jìn)入S708，判定LAF傳感器54是否已啟動(dòng)。該判定是這樣進(jìn)行的，例如當(dāng)LAF傳感器54的傳感器輸出電壓(基準(zhǔn)電壓)小于規(guī)定值(例如1.0V)時(shí)，則判定為已啟動(dòng)。
在S708判定為已啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)入S710，判定是否在反饋控制區(qū)域。該判定是用未示的另一程序進(jìn)行的，例如在全開增量或高旋轉(zhuǎn)時(shí)或運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)因EGR等的影響而急劇變化時(shí)等，用開環(huán)控制。
在S710判定為肯定時(shí)，進(jìn)入S712，讀入檢測(cè)的排氣空氣燃料比，進(jìn)入S714，根據(jù)檢測(cè)的排氣空氣燃料比求檢測(cè)空氣燃料比KACT(k)，進(jìn)入S716，求反饋修正系數(shù)的最終值KFB。
圖51是表示該過程的子程序流程圖。
如圖51所示，在S800判定在前次(前次的控制和計(jì)算周期、即前次程序的起動(dòng)時(shí)間)是否是開環(huán)控制。當(dāng)前次燃料切斷等時(shí)肯定是開環(huán)控制，進(jìn)入S802，將計(jì)數(shù)值C復(fù)歸到0。進(jìn)入S804，將FKSTR標(biāo)志位復(fù)歸到0。進(jìn)入S806，計(jì)算反饋修正系數(shù)的最終值KFB。在S804將FKSTR標(biāo)志位復(fù)歸到0是表示反饋修正系數(shù)應(yīng)由PID控制法則決定。如后所述，當(dāng)FKSTR標(biāo)志位設(shè)定為1時(shí)，表示反饋修正系數(shù)應(yīng)由自適應(yīng)控制法則決定。
圖52是表示反饋修正項(xiàng)KFB計(jì)算的具體過程的子程序流程圖。如圖52所示，在S900，判定FKSTR標(biāo)志位是否設(shè)定為1、即判定是否在STR(控制器)動(dòng)作區(qū)域內(nèi)。由于該標(biāo)志在圖51流程圖的S804中復(fù)歸為0，所以該步的判定為否定。進(jìn)入S902，判定前次的FKSTR標(biāo)志位是否設(shè)定為1、即判定是否在前次STR(控制器)動(dòng)作區(qū)域內(nèi)。
該判定當(dāng)然也是否定，進(jìn)入S904，如前所述地用由PID控制器設(shè)定的PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)KLAF(k)、更準(zhǔn)確地說是選擇由PID控制器計(jì)算的反饋修正系數(shù)KLAF(k)。接著返回圖51流程圖，進(jìn)入S808，把KLAF(k)作為KFB。
繼續(xù)說明圖51流程圖。當(dāng)在S800判定為在前次沒有進(jìn)行開環(huán)控制時(shí)、即判定為從開環(huán)控制復(fù)歸到反饋控制時(shí)，進(jìn)入S810，求期望空氣燃料比等待時(shí)間前的值KCMD(k－d)和本次值KCMD(k)的差DKCMD，將其與基準(zhǔn)值DKCMDref比較。當(dāng)判定為差值DKCMD大于基準(zhǔn)值DKCMDref時(shí)，進(jìn)入S802，用PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。這是因?yàn)?，?dāng)期望空氣燃料比的變化大時(shí)，與燃料切斷后復(fù)歸時(shí)的情況同樣，因空氣燃料比傳感器的檢測(cè)滯后等，檢測(cè)值不一定就是真實(shí)的值，控制量同樣地可能會(huì)不穩(wěn)定。以期望空氣燃料比變化大的情形為例可舉出的例子有從全開增量復(fù)歸時(shí)、從貪乏燃燒控制(例如空氣燃料比＝20∶1或更稀薄時(shí))復(fù)歸到理論空氣燃料比控制時(shí)、從使期望空氣燃料比振蕩的擾動(dòng)控制復(fù)歸到期望空氣燃料比一定的理論控制時(shí)等。
當(dāng)在S810判定為差值DKCMD小于或等于基準(zhǔn)值DKCMDref時(shí)，進(jìn)入S812，將計(jì)數(shù)值增加。進(jìn)入S814，將檢測(cè)水溫Tw與規(guī)定值TWSTR.ON比較，當(dāng)小于該規(guī)定值時(shí)，進(jìn)入S804及以下各步，用PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。這是因?yàn)?，在低水溫時(shí)燃燒不穩(wěn)定，有著火的可能，得不到穩(wěn)定的檢測(cè)值KACT的緣故。另外，當(dāng)水溫異常高時(shí)也因同樣的理由，依據(jù)PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。
當(dāng)在S814判定為檢測(cè)水溫大于或等于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)入S816，將機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne與規(guī)定值NESTRLMT比較，當(dāng)判定為大于或等于該規(guī)定值時(shí)，進(jìn)入S804及以下各步，依據(jù)PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。這是因?yàn)樵诟咚傩D(zhuǎn)時(shí)計(jì)算時(shí)間容易不充裕，燃燒也不穩(wěn)定的緣故。
當(dāng)在S816判定為檢測(cè)機(jī)器轉(zhuǎn)速小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)入S818，判定哪種閥調(diào)速特性被選擇。如果判定為HiV/T側(cè)的特性被選擇時(shí)，進(jìn)入S804及以下各步，依據(jù)PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。這是因?yàn)?，?dāng)HiV/T側(cè)的特性被選擇時(shí)，閥調(diào)速的重疊量大，進(jìn)氣通過排氣閥泄出，即可能產(chǎn)生所謂的進(jìn)氣穿堂的現(xiàn)象，得不到穩(wěn)定的檢測(cè)值KACT的緣故。
當(dāng)在S818判定為L(zhǎng)oV/T側(cè)(包括2個(gè)閥中的一個(gè)停止的狀態(tài))的特性被選擇時(shí)，進(jìn)入S820，判定是否在惰轉(zhuǎn)區(qū)域，如果判定為肯定，進(jìn)入S804及以下各步，依據(jù)PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。這是因?yàn)?，惰轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)幾乎是穩(wěn)定，無需用STR控制法則那樣的高增益的緣故。另外，惰轉(zhuǎn)時(shí)為了使機(jī)器轉(zhuǎn)速保持一定，使用電氣控制閥即EACV控制進(jìn)氣量，所以，該進(jìn)氣量控制與空氣燃料比反饋控制可能會(huì)產(chǎn)生干擾，在此意義上也用PID控制法則以使增益比較低。
當(dāng)在S820判定為不在惰轉(zhuǎn)區(qū)域時(shí)，進(jìn)入S822，判定進(jìn)氣壓力Pb是否為低負(fù)荷側(cè)的值。如果判定為是低負(fù)荷的值時(shí)，進(jìn)入S804及以下各步，依據(jù)PID控制法則計(jì)算反饋修正系數(shù)。這也是因?yàn)槿紵环€(wěn)定的緣故。
當(dāng)在S822判定為不是低負(fù)荷時(shí)，進(jìn)入S824，將計(jì)數(shù)值C與規(guī)定值、例如5比較。只要判定為計(jì)數(shù)值小于或等于規(guī)定值，則進(jìn)入S804、S806、S900、S902(S916)、S904、S808，與上述同樣，選擇PID控制器計(jì)算的反饋修正系數(shù)KLAF(k)。
即，在圖48中，燃料切斷結(jié)束，在T1(從開環(huán)控制復(fù)歸到反饋控制的時(shí)刻，圖51中的計(jì)數(shù)值C＝1)到T2(計(jì)數(shù)值C＝5)的期間，反饋修正系數(shù)為依據(jù)由PID控制器所決定的PID控制法則計(jì)算的值KLAF，該依據(jù)PID控制法則計(jì)算的反饋修正系數(shù)KLAF與用STR控制器計(jì)算的反饋修正系數(shù)KSTR不同，不是一下子吸收期望值與檢測(cè)值的控制偏差，而是比較緩慢地吸收。
因此，當(dāng)因圖48所示的重新供給的燃料燃燒完了之前的滯后和空氣燃料比傳感器的檢測(cè)滯后，產(chǎn)生較大差異時(shí)，該修正系數(shù)也不會(huì)不穩(wěn)定(STR控制器計(jì)算時(shí)會(huì)不穩(wěn)定)，因而控制量(設(shè)備輸出)也不會(huì)不穩(wěn)定。這里，把規(guī)定值設(shè)為5、即5個(gè)控制周期是為了吸收在該期間的上述燃燒滯后、檢測(cè)滯后。另外，該期間(規(guī)定值)也可以根據(jù)廢氣輸送滯后參數(shù)即機(jī)器轉(zhuǎn)速、機(jī)器負(fù)荷等確定，例如根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力，當(dāng)廢氣輸送滯后參數(shù)小時(shí)，把規(guī)定值設(shè)定得小，當(dāng)廢氣輸送滯后參數(shù)大時(shí)，把規(guī)定值設(shè)定得大。
返回圖51流程圖進(jìn)行說明。當(dāng)在S824計(jì)數(shù)值C大于規(guī)定值時(shí)，即判定為6以上時(shí)，進(jìn)入S826，將上述FKSTR標(biāo)志位設(shè)定為1。進(jìn)入S828，再次按照?qǐng)D52流程圖計(jì)算反饋修正系數(shù)的最終值KFB。這種情況下，在圖52流程圖的S900的判定為肯定，進(jìn)入S906，判定前次FKSTR標(biāo)志位是否復(fù)歸到0，即判定是否在前次PID動(dòng)作區(qū)域內(nèi)。
當(dāng)判定為計(jì)數(shù)值首次大于規(guī)定值時(shí)，判定為肯定，進(jìn)入S908，將檢測(cè)空氣燃料比KACT(k)與下限值a、例如與0.8比較。當(dāng)判定為檢測(cè)空氣燃料比大于或等于下限值時(shí)，進(jìn)入S910，將檢測(cè)空氣燃料比與上限值b、例如與1.2比較，當(dāng)判定為小于或等于該上限值時(shí)，經(jīng)S912進(jìn)入S914，用STR控制器計(jì)算反饋修正系數(shù)KSTR(k)，更準(zhǔn)確地說，是選擇用STR控制器計(jì)算的反饋修正系數(shù)KSTR(k)。
換言之，當(dāng)在S908判定為檢測(cè)空氣燃料比小于下限值a時(shí)，或S910判定為檢測(cè)空氣燃料比大于上限值b時(shí)，進(jìn)入S904，依據(jù)PID控制計(jì)算反饋修正系數(shù)。即，從PID控制到STR(自適應(yīng))控制的切換是在STR控制器的動(dòng)作區(qū)域且在檢測(cè)空氣燃料比KACT為近似1的值時(shí)進(jìn)行的。這樣，從PID控制到STR(自適應(yīng))控制的切換得以平穩(wěn)地進(jìn)行，可防止控制量的振蕩。
當(dāng)在S910判定為檢測(cè)空氣燃料比KACT(k)小于或等于上限值b時(shí)，進(jìn)入S912，在STR控制器將確定上述增益的標(biāo)量b0除以用PID控制計(jì)算的反饋修正系數(shù)的前次值KLAF(k－1)，得到值作為b0，進(jìn)入S914，用STR控制器求反饋修正系數(shù)KSTR(k)。
即，用STR控制器求得的反饋修正系數(shù)KSTR(k)本來是用式35求算，但在S906判定為肯定而進(jìn)入S908及以下各步時(shí)，在前次控制周期，反饋修正系數(shù)用PID控制確定。因此，在圖50中，當(dāng)反饋修正系數(shù)由PID控制決定時(shí)，如前所述STR控制器將反饋修正系數(shù)KSTR固定在1。換言之，STR控制器中所用的自適應(yīng)參數(shù)(向量)θ是在KSTR＝1.0時(shí)組合的。因此，反饋修正系數(shù)KSTR再次由STR控制器決定時(shí)，KSTR的值大大地偏離1，控制量成為不穩(wěn)定。因此，將確定自適應(yīng)參數(shù)θ(k)(反饋修正系數(shù)KSTR保持在1.0(初始值)或1.0附近)中的增益的標(biāo)量b0除以用PID控制計(jì)算的反饋修正系數(shù)時(shí)，例如自適應(yīng)參數(shù)的組合為KSTR＝1時(shí)，如式37所示，由于第1項(xiàng)為1，所以第2項(xiàng)KLAF(k－1)的值成為本次的修正系數(shù)KSTR(k)。這樣，在S908、S910把檢測(cè)值KACT作為1或近似1的值，并且使從PID控制到STR控制的切換能更加平穩(wěn)地進(jìn)行。KSTR(k)＝[KCMD(k-d′)-s0×KACT(K)-r1×KSTR(k-1)-r2×KSTR(k-2)-r3×KSTR(k-3)b0]]]>×KLAF(k－1)＝1×KLAF(k－1)＝KLAF(k－1)··式37再補(bǔ)充說明圖52。當(dāng)在S902判定為是前次STR(控制器)動(dòng)作區(qū)域時(shí)，進(jìn)入S916，將STR控制器確定的反饋修正系數(shù)的前次值KSTR(k－1)作為I項(xiàng)的前次值KLAFI(k－1)。其結(jié)果，在S904計(jì)算KLAF(k)時(shí)，該I項(xiàng)即KLAFI為KLAFI(k)＝KSTR(k－1)＋DKAF(k)×KI把求得的I項(xiàng)與P項(xiàng)和D項(xiàng)相加，求KLAF(k)。
即，從自適應(yīng)控制切換到PID控制，計(jì)算反饋修正系數(shù)時(shí)，積分項(xiàng)有可能急劇變化，通過這樣地采用KSTR的值確定PID控制修正系數(shù)的初始值，可以使修正系數(shù)KSTR(k－1)與修正系數(shù)KLAF(k)的差保持最小。因此，從STR控制切換到PID控制時(shí)，也能使反饋修正系數(shù)值的差保持最小，使該切換可平滑地連接，可防止控制量的急劇變化。
圖52流程圖中，當(dāng)在S900判定為是STR(控制器)動(dòng)作區(qū)域、在S906判定為不是前次PID動(dòng)作區(qū)域時(shí)，進(jìn)入S914，用STR控制器計(jì)算反饋修正系數(shù)KSTR(k)，如前所述，該修正系數(shù)用式36算出。
返回圖51流程圖，進(jìn)入S830，確認(rèn)在圖52流程圖所求的修正系數(shù)是否為KSTR，如果肯定，進(jìn)入S832，求適應(yīng)性修正系數(shù)KSTR與1.0的差(1－KSTR(k))，將其絕對(duì)值與規(guī)定的閾值KSTRref比較。
即，反饋修正系數(shù)的變動(dòng)急劇時(shí)控制量也急劇變化，所以控制的穩(wěn)定性降低。因此，把求得的反饋修正系數(shù)與1.0的差的絕對(duì)值與閾值比較，如果大于閾值，進(jìn)入S804，用PID控制重新確定反饋修正系數(shù)。這樣，控制量不急劇變化，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制。這種情況是用反饋修正系數(shù)與1.0之差的絕對(duì)值進(jìn)行比較的，但也可以如圖53所示，以1.0為界將閾值KSTRref分別設(shè)定在反饋修正系數(shù)的大小兩側(cè)。當(dāng)在S832判定為所求的反饋修正系數(shù)KSTR(k)與1.0的差的絕對(duì)值小于或等于閾值時(shí)，則進(jìn)入S834，把STR控制器確定的值作為反饋修正系數(shù)KFB。當(dāng)在S830判定為否調(diào)速特性，則進(jìn)入S836，把FKSTR標(biāo)志位復(fù)歸至0，進(jìn)入S838，把PID控制器確定的值作為反饋修正系數(shù)的最終值KFB。
返回圖49流程圖，進(jìn)入S718，將求得的反饋修正系數(shù)的最終值KFB等乘以要求燃料噴射量Tcyl并加上加法項(xiàng)TTOTAL求出輸出燃料噴射量Tout。再進(jìn)入S720，進(jìn)行進(jìn)氣管壁面附著修正(后述)。進(jìn)入S722，把輸出燃料噴射量Tout(n)作為操作量輸出給噴油嘴22。這里，n表示氣缸，這樣，輸出燃料噴射量Tout最終按每個(gè)氣缸確定。
當(dāng)在S704判定為燃料切斷時(shí)，進(jìn)入S728，將輸出燃料噴射量Tout設(shè)為零。當(dāng)在S708或S710判定為否調(diào)速特性，由于空氣燃料比為開環(huán)控制，所以進(jìn)入S722，把反饋修正系數(shù)的最終值KFB設(shè)為1.0，進(jìn)入S718求輸出燃料噴射量Tout。在S704判定為肯調(diào)速特性也是開放電路控制，輸出燃料噴射量Tout設(shè)定為規(guī)定值(S728)。
上述中，當(dāng)從燃料切斷復(fù)歸等時(shí)的空氣燃料比的開環(huán)控制結(jié)束，反饋控制再開始時(shí)，在規(guī)定期間用PID控制法則確定反饋修正系數(shù)，由于供給的燃料在燃燒之前需要時(shí)間或傳感器本身也有檢測(cè)滯后，所以檢測(cè)的空氣燃料比與實(shí)際空氣燃料比之間有較大差異時(shí)，不采用由STR控制器確定的反饋修正系數(shù)，其結(jié)果，不會(huì)使控制量空燃比不穩(wěn)定，不會(huì)降低控制的穩(wěn)定性。
另一方面，由于把該期間作為規(guī)定的值，檢測(cè)值穩(wěn)調(diào)速特性，采用由STR控制器確定的反饋修正系數(shù)，應(yīng)一下子吸收期望空氣燃料比與檢測(cè)空氣燃料比的控制偏差，可提高控制的收斂性。特別是，在本實(shí)施例中，把反饋修正系數(shù)乘以基本值確定操作量，提高控制的收斂性，所以，能使控制的穩(wěn)定性和收斂性更加平衡。另外，由于LAF傳感器54在剛剛啟動(dòng)后檢測(cè)的空氣燃料比不穩(wěn)定，所以，也可以在LAF傳感器54啟動(dòng)后規(guī)定時(shí)間由PID控制法則確定反饋修正系數(shù)。
當(dāng)期望空氣燃料比的變動(dòng)大時(shí)，即使經(jīng)過規(guī)定期間也由PID控制法則確定反饋修正系數(shù)，所以，從不終止切斷燃料地、全開增量等的開環(huán)控制復(fù)歸時(shí)，也能使控制的穩(wěn)定性和收斂性更加平衡。另外，當(dāng)由STR控制器確定的反饋修正系數(shù)不穩(wěn)調(diào)速特性，由于用PID控制法則確定反饋修正系數(shù)，所以能使控制的穩(wěn)定性和收斂性更加平衡。
尤其是，當(dāng)從STR控制向PID控制切換時(shí)，由于采用由STR確定的反饋修正系數(shù)算出其因素的至少一部分、即算出I項(xiàng)，所以該切換平穩(wěn)進(jìn)行，能防止修正系數(shù)產(chǎn)生臺(tái)階而操作量急劇變化，有效防止控制量的振蕩。因此，可有效地防止控制穩(wěn)定性的降低。
另外，從PID控制向STR控制復(fù)歸時(shí)，由于選擇檢測(cè)值KACT為1或近似1之時(shí)，自適應(yīng)控制法則(STR控制器)確定的反饋修正系數(shù)的最初值與PID控制法則確定的反饋修正系數(shù)幾乎相同，所以，從PID控制向STR控制切換時(shí)，該切換能平穩(wěn)地進(jìn)行，這樣，能有效防止修正系數(shù)產(chǎn)生臺(tái)階而操作量急劇變化和控制量不穩(wěn)定，有效防止控制穩(wěn)定性的降低。
下面說明輸出燃料噴射量Tout的進(jìn)氣管壁面附著修正。如上所述，進(jìn)氣管壁面附著修正是對(duì)每氣缸進(jìn)行，氣缸帶有氣缸編號(hào)n(n＝1、2、3、4)。
為了順應(yīng)附著參數(shù)的變化，在壁面附著設(shè)備的前面，串聯(lián)地插入壁面附著修正補(bǔ)償器，該補(bǔ)償器具有與該設(shè)備相反的傳遞函數(shù)。該壁面附著修正補(bǔ)償器的附著參數(shù)通過查圖表得到，該圖表是根據(jù)與機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系預(yù)先確定的。
如果壁面附著修正補(bǔ)償器所具有的附著參數(shù)和實(shí)際機(jī)器所具有的附著參數(shù)相等，則兩者從外面看傳遞函數(shù)為1，即設(shè)備和補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)之積為1，期望氣缸吸入燃料量＝氣缸實(shí)際吸入燃料量，所以，應(yīng)該能進(jìn)行完全的修正。
以上述為前提，參照?qǐng)D54所示的子程序流程圖，說明圖49流程圖中S720的輸出燃料噴射量Tout的壁面附著修正過程。另外，本程序與TDC信號(hào)同步進(jìn)行，并按氣缸數(shù)執(zhí)行直到求出全部氣缸的輸出燃料噴射量Tout(n)。
先在S1000讀入各種參數(shù)，進(jìn)入S1002，求親和率A和除脫率B。該求A和B的步驟是通過根據(jù)機(jī)器轉(zhuǎn)速Ne和進(jìn)氣壓力Pb檢索圖表(圖55中表示該圖表的特性)而進(jìn)行的。另外，該圖表根據(jù)可變閥式調(diào)速機(jī)構(gòu)的閥特性分別被設(shè)定，上述求A和B的步驟是通過檢索與現(xiàn)在選擇的閥調(diào)速特性對(duì)應(yīng)的圖表進(jìn)行的。同時(shí)，根據(jù)水溫Tw檢索圖表(圖56中表示該圖表的特性)求修正系數(shù)KATW、KBTW，再乘以圖檢索值進(jìn)行修正。另外，根據(jù)EGR或罐式過濾器是否執(zhí)行，以及期望空氣燃料比KCMD的大小，求其它的修正系數(shù)KA、KB(圖未示)。具體如下述。
Ae＝A×KATW×KABe＝B×KBTW×KB把修正后的親和率A作為Ae，修正后的除脫率B作為Be。
接著進(jìn)入S1004，判定是否燃料切斷，判定為否調(diào)速特性，進(jìn)入S1006，如圖所示修正輸出燃料噴射量Tout，求每個(gè)氣缸的輸出燃料噴射量Tout(n)-F，當(dāng)判定為肯調(diào)速特性，則進(jìn)入S1008，把每個(gè)氣缸的輸出燃料噴射量Tout(n)-F設(shè)為零。這里，值TWP(n)是進(jìn)氣管附著燃料量。
圖57是計(jì)算進(jìn)氣管附著燃料量TPW(n)的流程圖，在規(guī)定的曲軸角度起動(dòng)。
先在S1100判定本次的程序起動(dòng)是否在從燃料噴射量Tout的開始計(jì)算到任一個(gè)氣缸的燃料噴射結(jié)束的期間(以下稱為“噴射控制期間”)內(nèi)，如果判定為肯定，進(jìn)入S1102，把表示該氣缸附著燃料量計(jì)算結(jié)束的第1標(biāo)志位FCTWP(n)設(shè)定為0，容許該附著燃料量的計(jì)算，并結(jié)束程序。當(dāng)在S1100判定為否調(diào)速特性，則進(jìn)入S1104，判定上述第1標(biāo)志位FCTWP(n)是否為1，如果判定為肯定，由于該氣缸的附著燃料量的計(jì)算已結(jié)束，所以進(jìn)入S1106，如果判定為否定，則進(jìn)入S1108，判定是否燃料切斷。
在S1108判定為否調(diào)速特性，進(jìn)入S1110，如圖所示地計(jì)算進(jìn)氣管附著燃料量TWP(n)。這里，TWP(k－1)是TWP(k)的前次值。另外，右邊第1項(xiàng)表示前次附著的燃料中在本次也未除脫而剩下的燃料量。右邊第2項(xiàng)表示本次噴射的燃料中新附著在進(jìn)氣管上的燃料量。接著進(jìn)入S1112，把表示附著燃料量為零的第2標(biāo)志位FTWPR(n)設(shè)定為0，進(jìn)入S1106，把第1標(biāo)志位FCTWP(n)設(shè)定為1，結(jié)束程序。
在S1108判定為燃料切斷時(shí)，則進(jìn)入S1114，判定表示剩余附著燃料量為零的第2標(biāo)志位是否為1，如果判定為肯定，由于附著燃料量為零(TWP(n)＝0)，所以，進(jìn)入S1106，如果判定為否定，則進(jìn)入S1116，用圖示公式計(jì)算附著燃料量TWP(n)。這里，圖示的公式相當(dāng)于從S1110的公式中去掉右邊第2項(xiàng)。這是因?yàn)樘幵谌剂锨袛酄顟B(tài)中，沒有新附著的燃料的緣故。
接著進(jìn)入S1118，判定TWP(n)值是否大于微小規(guī)定值TWPLG，如果判定為肯定，進(jìn)入S1112，如果判定為否定，則由于剩余的附著燃料量少得可以忽略，所以進(jìn)入S1120，設(shè)TWP(n)＝0，進(jìn)入S1122，把第2標(biāo)志位FTWPR(n)設(shè)定為1，進(jìn)入S1106。
這樣，可以高精度算出各個(gè)氣缸的進(jìn)氣管附著燃料量TWP(n)，把算出的TWP(n)值用于圖54中的燃料噴射量Tout的計(jì)算中，所以可以把最佳量的燃料供給各氣缸的燃燒室，該最佳量的燃料中考慮了附著在進(jìn)氣管上的燃料量和從附著的燃料中除脫掉的燃料量。另外，上述中，在機(jī)器的起動(dòng)模型(包括同時(shí)噴射和順序噴射)中，也開始計(jì)算親和率A、除脫率B以及進(jìn)氣管附著燃料量TWP，執(zhí)行附著修正。
如上所述，本實(shí)施例中，由于備有a.空氣燃料比檢測(cè)手段(LAF傳感器54)，該空氣燃料比檢測(cè)手段設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)內(nèi)，用于檢測(cè)上述內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣的空氣燃料比；b.第1空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算手段，該第1空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算手段根據(jù)上述空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的檢測(cè)空氣燃料比，計(jì)算對(duì)供向上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量進(jìn)行修正的第1空氣燃料比修正系數(shù)KSTR，以便用遞推形式的控制器使上述內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比KACT收斂于期望空氣燃料比KCMD；c.第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算手段，該第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算手段根據(jù)上述空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的檢測(cè)空氣燃料比，計(jì)算對(duì)供到上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量各氣缸分別進(jìn)行修正的各氣缸的第2空氣燃料比修正系數(shù)#nKLAF，以便使各氣缸間的空氣燃料比差異減少；d.燃料噴射量確定手段，該燃料噴射量確定手段根據(jù)上述第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算手段算出的第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)，確定供給到上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量Tcyl、Tout，所以，根據(jù)檢測(cè)的空氣燃料比同時(shí)計(jì)算各氣缸的空氣燃料比反饋修正系數(shù)和排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比反饋修正系數(shù)，能使各氣缸的空氣燃料比和排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比都高精度地收斂于期望值。
另外，如上所述，由于本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置備有a.控制內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量的燃料噴射量控制手段；b.配置在上述內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的催化裝置(28)的上游、用于檢測(cè)上述內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣的空氣燃料比的第1空氣燃料比檢測(cè)手段(LAF傳感器54)；c.計(jì)算燃料噴射量使第1空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致燃料噴射修正量計(jì)算手段；d.配置在上述催化裝置的下游側(cè)、用于檢測(cè)通過催化劑的廢氣之空氣燃料比的第2空氣燃料比檢測(cè)手段(氧濃度傳感器56)，并且，上述燃料噴射修正量計(jì)算手段備有e.計(jì)算燃料噴射修正量使第1空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的自適應(yīng)控制器；f.調(diào)節(jié)向自適應(yīng)控制器輸入的自適應(yīng)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置；g.根據(jù)上述第2空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比，修正上述期望空氣燃料比KCMD的修正手段；所以，通過動(dòng)態(tài)地保證空氣燃料比的活動(dòng)狀態(tài)，能夠控制燃料噴射，使空氣燃料比瞬時(shí)地與期望值一致，該期望值是根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)手段的輸出確定的。
另外，在圖8中，也可以在LAF傳感器54的上游、在雙點(diǎn)劃線所示框400中配置第3催化裝置94。該第3催化裝置94最好采用所謂“l(fā)ight off”催化劑(早期活性催化劑)。第3催化劑裝置94與下游的催化裝置相比，其容量可以很小。另外，第3催化劑裝置94也可以是與下游催化裝置同樣的三元催化劑型的或者是稱為EHC(電加熱催化劑)的電加熱早期活性化催化劑。該第3催化裝置94可以根據(jù)需要而設(shè)置，尤其V型發(fā)動(dòng)機(jī)的各排構(gòu)成上述系統(tǒng)時(shí)，排氣體積相對(duì)減少，所以，在催化裝置升溫慢的情況下，該第3催化劑裝置是很有效的。另外，配置了該第3催化裝置94的情況下，因等待時(shí)間等不同，所以控制量等當(dāng)然也會(huì)不同。
另外，在圖8中，也可以如雙點(diǎn)劃線所示那樣把濾波器96配置在監(jiān)測(cè)器的前面。由于LAF傳感器54有響應(yīng)滯后，所以如前所述，監(jiān)測(cè)器用內(nèi)部計(jì)算來對(duì)應(yīng)該滯后，但也可以如圖所示，配置用以補(bǔ)償1次滯后特性的濾波器(即進(jìn)行式濾波器)96，硬性地對(duì)應(yīng)該滯后。
應(yīng)注意的是，圖8框圖所示的構(gòu)成中，并非所有的部分都是必須的，也可以用其中一部分構(gòu)成實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所記載的發(fā)明。例如，在權(quán)利要求1記載的發(fā)明中，所謂的MID氧控制就不是必須的，監(jiān)測(cè)器和附著修正也不是必須的，基本燃料噴射量也可以用記載以外的方法求得。對(duì)于MID氧控制來說在權(quán)利要求6記載的發(fā)明中是必須的，對(duì)于監(jiān)測(cè)器來說在權(quán)利要求4記載的發(fā)明中也是必須的。
圖58是與圖8同樣的框圖，表示本發(fā)明裝置的第2實(shí)施例。
在第2實(shí)施例中，如圖所示，在第2催化裝置30的下游配置了第2氧濃度傳感器98。如圖所示第2氧濃度傳感器98的檢測(cè)輸出用于期望空氣燃料比KCMD的修正。這樣，能夠最適當(dāng)?shù)卦O(shè)定期望空氣燃料比KCMD，進(jìn)一步提高控制性能。另外，通過檢測(cè)最終要排放到大氣中的廢氣的空氣燃料比，能提高排放性能，并且也可監(jiān)視第2氧濃度傳感器上游側(cè)的催化裝置的老化狀態(tài)。另外，第2氧濃度傳感器98也可以取代第1氧濃度傳感器56。另外，第2氧濃度傳感器98也可以與第1氧濃度傳感器56同樣地，如圖5所示安裝在由多級(jí)構(gòu)成的第2催化裝置內(nèi)。
這種情況下，第2氧濃度傳感器98的下一級(jí)上連接著有1000Hz頻率特性的低通濾波器500。另外，第1氧濃度傳感器56的濾波器60和第2氧濃度傳感器98的濾波器500也可以采用線性化的濾波器，以彌補(bǔ)其非線性特性。
上述第1、第2實(shí)施例中，是通過步進(jìn)電機(jī)M來驅(qū)動(dòng)節(jié)流閥16的，但也可以與一般公知裝置同樣地，采用與油門踏板機(jī)械連動(dòng)的方式。
另外，關(guān)于排氣回流裝置，是采用的響應(yīng)性的電動(dòng)型排氣回流閥，但也可以采用由機(jī)器負(fù)壓動(dòng)作的、使用膜片的排氣回流閥。
另外，第2催化劑裝置30是視第1催化裝置28的凈化性能而設(shè)，但也可以不設(shè)。
另外，雖然是采用低通濾波器，但也可以采用具有同樣性能的帶通濾波器。
另外，在上述結(jié)構(gòu)中，是用1個(gè)空氣燃料比傳感器推斷各氣缸的空氣燃料比，并控制到期望值，但并不限于此，也可以在每個(gè)氣缸上設(shè)空氣燃料比傳感器，直接檢測(cè)各氣缸的空氣燃料比。
另外，在上述實(shí)施例中，實(shí)際上是用當(dāng)量比來求空氣燃料比的，但這與采用空氣燃料比本身是完全相同的。
另外，在上述實(shí)施例中，是將反饋修正系數(shù)KSTR或KLAF作為乘法項(xiàng)求出的，但也可以作為加法頂求出。
另外，在上述實(shí)施例中，自適應(yīng)控制器是以STR為例進(jìn)行說明的，但也可以采用MRACS(模型規(guī)范型自適應(yīng)控制)。根據(jù)本發(fā)明，由于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比、根據(jù)檢測(cè)出的空氣燃料比用遞推形式的控制器算出用于修正供給內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量的第1空氣燃料比修正系數(shù)使內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比，根據(jù)檢測(cè)空氣燃料比算出用于修正各氣缸的供給內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量的第2空氣燃料比修正系數(shù)以減少各氣缸間的空氣燃料比差異，根據(jù)上述第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算手段所算出的第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)確定供給內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量；所以，根據(jù)檢測(cè)的空氣燃料比同時(shí)地算出各氣缸的空氣燃料比反饋修正系數(shù)和排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比反饋修正系數(shù)，能使各氣缸的空氣燃料比和排氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比都高精度地收斂于期望值。
另外，由于上述遞推形式的控制器是自適應(yīng)地算出第1空氣燃料比修正系數(shù)使內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比的自適應(yīng)控制器，所以如上所述，能自適應(yīng)地補(bǔ)償因內(nèi)燃機(jī)老化或固體差異引起的空氣燃料比動(dòng)態(tài)變化，使空氣燃料比能瞬時(shí)地與期望空氣燃料比一致。
上述的“自適應(yīng)控制器”是考慮了控制對(duì)象(內(nèi)燃機(jī))動(dòng)態(tài)變化的控制器，在本實(shí)施例中，為了補(bǔ)償控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化，是采用由遞推公式所描述的控制器。具體地說，是STR型，所以可定義為在控制器的輸入中備有遞推形式自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置的自適應(yīng)控制器。
另外，由于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，用響應(yīng)性能劣于上述遞推形式控制器的第2控制器算出第3空氣燃料比修正系數(shù)，根據(jù)檢測(cè)出的內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，選擇第3空氣燃料比修正系數(shù)和第1空氣燃料比修正系數(shù)中的一個(gè)，根據(jù)所選擇的空氣燃料比修正系數(shù)確定燃料噴射量；所以，除了上述的作用或效果外，還能提高控制性能和穩(wěn)定性。
另外，由于設(shè)定描述內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)狀況的模型并輸入檢測(cè)空氣燃料比，設(shè)定觀察其內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)測(cè)器并推斷各氣缸的空氣燃料比，根據(jù)推斷的各氣缸的空氣燃料比算出第2空氣燃料比修正系數(shù)；所以，除了上述作用或效果外，還能根據(jù)設(shè)在排氣系統(tǒng)合流部的單一空氣燃料比檢測(cè)裝置的輸出推斷各氣缸的空氣燃料比。
另外，由于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)檢測(cè)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)使上述空氣燃料比檢測(cè)裝置的檢測(cè)可按時(shí)間控制；所以，除了上述的作用或效果外，還能更高精度地推斷各氣缸的空氣燃料比。
另外，由于內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中，在空氣燃料比檢測(cè)裝置的下游側(cè)設(shè)置了催化裝置，在該催化裝置的下流側(cè)設(shè)置了用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)放的廢氣空氣燃料比的第2空氣燃料比檢測(cè)手段，以及根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比修正期望空氣燃料比；所以，除了上述的作用或效果外，還能提高催化裝置的凈化率。
另外，由于上述催化裝置有多級(jí)所構(gòu)成催化劑床，第2空氣燃料比檢測(cè)手段配置在上述由多級(jí)構(gòu)成的催化劑床之間；所以，除了上述的作用或效果外，在使用有多級(jí)催化劑床的大容量催化裝置時(shí)，通過把第2空氣燃料比檢測(cè)手段的輸出配置在第2空氣燃料比檢測(cè)手段的檢測(cè)精度最佳的位置，可進(jìn)一步高精度地修正期望空氣燃料比，因此可以更加提高催化劑的凈化率。
另外，由于根據(jù)噴射的燃料的輸送滯后，對(duì)由上述第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)修正的燃料噴射量算出燃料輸送滯后修正燃料噴射量，并據(jù)此修正燃料噴射量；所以，因氣缸的燃料輸送滯后引起的空氣燃料比的響應(yīng)特性提高，能實(shí)現(xiàn)更高精度的控制。
另外，由于計(jì)算應(yīng)由上述第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)修正的燃料噴射量的燃料噴射量計(jì)算手段中，包括根據(jù)設(shè)在進(jìn)氣管上的節(jié)流閥有效開口面積對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行修正的裝置；所以，更能提高由反饋修正系數(shù)修正的基本燃料噴射量的計(jì)算精度。從而反饋系統(tǒng)的負(fù)荷減輕，穩(wěn)定性提高，并且不影響響應(yīng)特性。
另外，由于燃料噴射修正量計(jì)算手段備有計(jì)算燃料噴射修正量使第1空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的自適應(yīng)控制器、調(diào)節(jié)向自適應(yīng)控制器輸入的自適應(yīng)參數(shù)的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置、根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)手段所檢測(cè)出的空氣燃料比修正期望空氣燃料比的修正手段；所以，能適應(yīng)性地補(bǔ)償因內(nèi)燃機(jī)老化或固體差異引起的空氣燃料比的動(dòng)態(tài)變化，能使空氣燃料比瞬時(shí)地與根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比確定的期望值一致。
另外，由于上述催化裝置有多級(jí)所構(gòu)成的催化劑床，同時(shí)第2空氣燃料比檢測(cè)手段配置在上述由多級(jí)催化劑床之間；所以，與配置在催化裝置的下流側(cè)的情況相比，輸出的轉(zhuǎn)換時(shí)間短，提高了檢測(cè)精度進(jìn)而提高控制精度。由于這樣構(gòu)成，即使加大上述催化裝置的容量，其檢測(cè)精度進(jìn)而控制精度也不會(huì)降低。
另外，由于在第1空氣燃料比檢測(cè)手段上連接著濾波手段；所以通過適選擇濾波器的頻率特性，可以除去噪音，檢測(cè)精度提高，提高控制性能。
另外，由于在第2空氣燃料比檢測(cè)手段上連接著濾波手段；所以，通過適當(dāng)選擇濾波器的頻率特性，可以使響應(yīng)時(shí)間最恰當(dāng)，提高檢測(cè)精度和控制性能。
另外，由于上述的濾波手段是低通濾波器；所以，能使濾波器頻率特性最佳，切實(shí)地除去噪音，乃至能使響應(yīng)時(shí)間最恰當(dāng)，提高檢測(cè)精度和控制性能。
權(quán)利要求
1，一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于具有a.空氣燃料比檢測(cè)裝置，該空氣燃料比檢測(cè)裝置設(shè)在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)內(nèi)，用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣的空氣燃料比；b.第1空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置，該第1空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置根據(jù)上述空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的檢測(cè)空氣燃料比，計(jì)算對(duì)供向上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量進(jìn)行修正的第1空氣燃料比修正系數(shù)，以便用遞推形式的控制器使上述內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比c.第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置，該第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置根據(jù)上述空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的檢測(cè)空氣燃料比，計(jì)算對(duì)供到上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量各氣缸分別進(jìn)行修正的各氣缸的第2空氣燃料比修正系數(shù)，以便使各氣缸間的空氣燃料比差異減少；d.燃料噴射量確定裝置，該燃料噴射量確定裝置根據(jù)上述第1.第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置算出的第1.第2空氣燃料比修正系數(shù)，確定供給到上述內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量。
2，如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，上述遞推形式的控制器是適應(yīng)性地計(jì)算第1空氣燃料比修正系數(shù)使內(nèi)燃機(jī)的空氣燃料比收斂于期望空氣燃料比的自適應(yīng)控制器。
3，如權(quán)利要求1或2所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，還備有e.檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置；f.第3空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置，該第3空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置用響應(yīng)性能劣于上述遞推形式控制器的第2控制器計(jì)算第3空氣燃料比修正系數(shù)；g.選擇裝置，該選擇裝置根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置所檢測(cè)出的內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，選擇上述第3空氣燃料比修正系數(shù)和上述第1空氣燃料比修正系數(shù)中的任一個(gè)；上述燃料噴射量確定裝置根據(jù)所選擇的空氣燃料比修正系數(shù)確定燃料噴射量。
4，如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，還備有空氣燃料比推斷裝置，該空氣燃料比推斷裝置設(shè)定描述內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)狀況的模型，并輸入上述空氣燃料比檢測(cè)裝置所檢測(cè)的檢測(cè)空氣燃料比，同時(shí)設(shè)定觀測(cè)其內(nèi)部狀態(tài)的監(jiān)測(cè)器，推斷各氣缸的空氣燃料比；上述第2空氣燃料比修正系數(shù)計(jì)算裝置根據(jù)上述推定的各氣缸的空氣燃料比，計(jì)算上述第2空氣燃料比修正系數(shù)。
5，如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，還備有檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置；上述空氣燃料比推斷裝置根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)檢測(cè)裝置檢測(cè)出的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使空氣燃料比檢測(cè)裝置的檢測(cè)時(shí)間變化。
6，如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，還備有j.在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中設(shè)在上述空氣燃料比檢測(cè)裝置下游側(cè)的催化裝置；k.在內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)中設(shè)在上述催化裝置下游側(cè)的，用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣空氣燃料比的第2空氣燃料比檢測(cè)裝置；l.根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比，修正期望空氣燃料比的期望空氣燃料比修正裝置。
7，如權(quán)利要求6所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，上述催化裝置具有多級(jí)催化劑床，同時(shí)上述第2空氣燃料比檢測(cè)裝置配置在由多級(jí)所構(gòu)成的催化劑床之間。
8，如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，還備有對(duì)于由第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)修正的燃料噴射量，根據(jù)被噴射的燃料的輸送滯后，算出燃料輸送滯后修正燃料噴射量的燃料輸送滯后修正燃料噴射量計(jì)算手段，上述燃料噴射量確定手段根據(jù)上述燃料輸送滯后修正燃料噴射量，修正燃料噴射量。
9，如權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，計(jì)算應(yīng)由第1、第2空氣燃料比修正系數(shù)修正的燃料噴射量的燃料噴射量計(jì)算裝置，包括對(duì)基于設(shè)在進(jìn)氣管上的節(jié)流閥的有效開口面積的吸入空氣量進(jìn)行修正的裝置。
10，一種內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，備有a.控制內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射量的燃料噴射量控制裝置；b.配置在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中的催化劑裝置的上游、用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)排放的廢氣的空氣燃料比的第1空氣燃料比檢測(cè)裝置；c.計(jì)算燃料噴射修正量，使第1空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的燃料噴射修正量計(jì)算裝置；d.配置在催化裝置的下游側(cè)、用于檢測(cè)通過催化劑的廢氣之空氣燃料比的第2空氣燃料比檢測(cè)裝置；其特征在于，上述燃料噴射修正量計(jì)算裝置備有e.計(jì)算燃料噴射修正量，使第1空氣燃料比檢測(cè)手段檢測(cè)出的空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的自適應(yīng)控制器；f.調(diào)節(jié)輸入到自適應(yīng)控制器的自適應(yīng)參數(shù)的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置；g.根據(jù)第2空氣燃料比檢測(cè)裝置檢測(cè)出的空氣燃料比，修正上述期望空氣燃料比的修正裝置。
11，如權(quán)利要求10所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，上述催化裝置具有多級(jí)催化劑床，同時(shí)上述第2空氣燃料比檢測(cè)手段配置在由多級(jí)構(gòu)成的催化劑床之間。
12，如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，濾波裝置連接在第1空氣燃料比檢測(cè)裝置上。
13，如權(quán)利要求6至12中的任一項(xiàng)所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，濾波裝置連接在第2空氣燃料比檢測(cè)裝置上。
14，如權(quán)利要求12或13所述的內(nèi)燃機(jī)的燃料噴射控制裝置，其特征在于，上述濾波裝置是低通濾波器。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)燃料噴射控制裝置中，備有使排 氣系統(tǒng)合流部的空氣燃料比 向期望空氣燃料比收斂的第1 反饋系統(tǒng)和吸收各氣缸空氣 燃料比差異的第2反饋系統(tǒng)， 同時(shí)進(jìn)行反饋控制。并且，在催 化劑裝置的上下游側(cè)備有寬 帶空氣燃料比傳感器和氧濃 度傳感器，還備有計(jì)算燃料噴射修正量使寬帶空氣燃料比傳感 器的檢測(cè)空氣燃料比與期望空氣燃料比一致的自適應(yīng)控制器， 同時(shí)根據(jù)氧濃度傳感器的檢測(cè)值，在催化劑窗口微小控制空氣 燃料比。本發(fā)明裝置能提高燃料噴射控制性能，動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償空 氣燃料比的變化，使空氣燃料比瞬時(shí)地與期望值相吻合。
文檔編號(hào)F02D41/34GK1143403SQ95191942
公開日1997年2月19日 申請(qǐng)日期1995年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月30日
發(fā)明者牧秀隆, 赤崎修介, 長(zhǎng)谷川祐介, 小森谷勛, 西村要一, 廣田俊明 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社