(57)【要約】  【課題】負荷によるエンジン回転の変化を補正する場合、負荷毎に補正量を記憶しているものでは、運転環境に適合したものとならない場合が生じた。このような課題を、高い制御性能の下に解決する。  【解決手段】吸入空気量を入力とする内燃機関の状態変数モデルを使用して状態量の一つである外乱トルクを推定することにより当該外乱トルクを打ち消す制御量を前記吸入空気量に加える外乱相殺制御と、前記状態変数モデルから外乱トルク以外の状態量を推定することにより当該状態量を平衡点に向かわせる制御量を前記吸入空気量に加える状態フィードバック制御（ＬＱＲ制御）とを併行して行う。  【選択図】図２
2006233941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入空気量を入力とする内燃機関の状態変数モデルを使用して状態量の一つである外乱トルクを推定することにより当該外乱トルクを打ち消す制御量を前記吸入空気量に加える外乱相殺制御と、前記状態変数モデルから外乱トルク以外の状態量を推定することにより当該状態量を平衡点に向かわせる制御量を前記吸入空気量に加える状態フィードバック制御とを併行して行うようにしたことを特徴とする内燃機関の回転数制御方法。
【請求項２】
状態フィードバック制御が最適レギュレータ制御によるものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の回転数制御方法。
【請求項３】
最適レギュレータ制御が制御する状態量に少なくとも内燃機関の機関回転数及び吸気圧を含むことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の回転数制御方法。
【請求項４】
最適レギュレータ制御が制御する状態量に更に内燃機関の一部から取り出されるべき運動系の中間物理量を含むことを特徴とする請求項３記載の内燃機関の回転数制御方法。
【請求項５】
状態変数モデルを使用してオブザーバを構成し、このオブザーバによって状態量を推定するようにしていることを特徴とする請求項１〜４記載の内燃機関の回転数制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアイドル運転時に目標回転数となるように機関回転数を制御する内燃機関の回転数制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関すなわちエンジンは、アイドル運転時において、スロットルバルブあるいはスロットルバルブを迂回するバイパス通路に設けられた流量制御バルブであるＩＳＣバルブの開度を調整して、設定された目標回転数になるようにエンジン回転数が制御されるものである。このようなアイドル回転時に、例えばエアコンディショナ（以下、エアコンと称する）が作動すると、エンジンに対してこのエアコンが外部負荷となる。したがって、その外部負荷のために、エンジン回転数が変動するので、アイドル運転時の目標回転数にエンジン回転数を維持しようとすると、吸入空気量を増加する必要がある。この一方で、外部負荷が作動することにより、その外部負荷に応じた目標回転数を設定するものである。
【０００３】
この場合、エアコンが作動したことをエアコンのスイッチがオンになったことにより判断して外部負荷が入力されたことを検出し、スロットルバルブあるいはＩＳＣバルブの開度の補正量を設定したエンジン回転数補正用のテーブルを参照して入力された外部負荷に対応する補正量を決定し、決定した補正量によりスロットルバルブあるいはＩＳＣバルブの開度を補正して、エンジン回転数が目標回転数となるようにエンジン回転数をフィードバック制御するものである。
【０００４】
このようなアイドル回転数制御にあっては、負荷毎に補正量を設定しているため、同一の負荷に対しては、運転環境のいかんにかかわらず一定の補正量となる。しかしながら、例えばエアコンのように、外気温等の影響を受けて実質的な負荷の大きさが変化すると、エアコンのスイッチが入ったことにより、外部負荷としてエアコンを判定するので、あらかじめ設定されたエアコンに対する補正量で補正を行うことになる。したがって、運転環境によっては、補正量が過少であったり、あるいは逆に過多であったりすることがある。
【０００５】
このような不具合を解消するために、例えば特開平７−１９７８２８号公報のもののように、スロットルバルブの開度とエンジン回転数とからエンジンの出力トルクを推定するとともに、外部負荷を駆動するために必要な負荷トルクをあらかじめ記憶しておき、推定した出力トルクと記憶した負荷トルクとから目標出力トルクを算出し、エンジン回転数と算出した目標出力トルクとから目標とするスロットルバルブの開度つまり目標スロットル開度を設定して、フィードバック制御に代えてスロットルバルブの開度が目標スロットル開度となるように制御するものが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、このような構成のものであると、エンジン回転数とスロットルバルブの開度とから出力トルクを推定するものの、外部負荷については記憶された負荷トルクを用いているため、依然としてエンジンの運転環境の変化に対して補正量を対応させることが困難であった。つまり、記憶された負荷トルクは、外部負荷が作動した際のエンジンの運転環境を必ずしも反映した値ではない。したがって、運転環境によっては、負荷トルクが記憶されたものより大きい場合やその逆の場合があり、補正量がその時の運転環境に適合したものとならない場合があった。この結果、エンジン回転数が変動し、目標回転数に収束させるまでに長時間を費やすことになった。
【０００７】
また、外部負荷が作動することによりその外部負荷の作動に応じて目標回転数を変更した場合、外部負荷に対する吸入空気の補正量を設定しても、目標回転数の変更によりその補正量が適合しない状態が発生する。したがって、変更された目標回転数に対して、外部負荷に対する補正量が整合するように、再度適合する必要があった。
【０００８】
本発明は、このような不具合を解決するとともに、更に制御性能を高めた新規有用な内燃機関の回転数制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、かかる目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【００１０】
すなわち、本発明に係る内燃機関の回転数制御方法は、吸入空気量を入力とする内燃機関の状態変数モデルを使用して状態量の一つである外乱トルクを推定することにより当該外乱トルクを打ち消す制御量を前記吸入空気量に加える外乱相殺制御と、前記状態変数モデルから外乱トルク以外の状態量を推定することにより当該状態量を平衡点に向かわせる制御量を前記吸入空気量に加える状態フィードバック制御とを併行して行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、内燃機関に対応した状態変数モデルを用いて、内燃機関にとっての外乱トルクを推定し、その推定した外乱トルクを打ち消すように内部トルクの制御値を演算するので、外乱トルクに応じて吸入空気量の補正量を適合させる場合に比べて、機関回転数を正確に制御することが可能になる。また、吸入空気量の補正量を設定する場合に、様々な環境条件や運転条件に応じて最適値を決定する必要がないため、開発効率が低下する不具合も有効に改善することが可能になる。
【００１２】
しかも、本発明は外乱相殺のためのフィードフォワード制御を補完するものとして、状態フィードバック制御を併用しているので、例えばＩ制御やＰＩ制御等を併用する場合と比較して次のような利点も得られる。
【００１３】
すなわち、Ｉ制御系は、最終出力である機関の回転数と目標回転数との偏差を積分してフィードバックを掛けるので、追従機能はあるものの、外乱トルクの変化による回転数の変動にも応動する。すなわち、Ｉ制御系にすると、外乱トルクによる回転数の変動を、外乱相殺（負荷補正）のためのフィードフォワード制御と、偏差を打ち消すフィードバック制御とで二重に解消しようとするので、フィードフォワード制御による効果が現れた後、遅れてフィードバック制御による効果が現れ、かつこれが過補正を行う結果、回転の落ち込みによる内燃機関の回転振動の悪化や、吹き上がりによる燃費の悪化が発生して、収束も悪くなるという問題を生じ得る。しかも、Ｉ制御系が外乱トルクに影響されると、外乱トルクがある場合とない場合とで吸入空気量に対する回転の応答が違うため、Ｉ制御系のゲインをいかに調整したところで、どのような条件でもハンチングが発生しない調整をすることは困難である。
【００１４】
これに対して、状態フィードバックを採用すると、最終出力の手前の状態量を推定してフィードバックを掛けるので、速やかに状態量を平衡点に向かわせて機関回転数を安定させることができる。しかも、本発明の状態フィードバックは外乱トルク以外の状態量を扱い、外乱トルクの変化による回転数の変動に基本的に応動しないものであり、外乱相殺（負荷補正）のためのフィードフォワード制御と、状態量を平衡点に向かわせる状態フィードバック制御とが切り離されるので、フィードフォワード制御による効果が現れるとほぼ同時に、外乱トルク以外の状態量の変化による回転数のふらつきが抑えられる。このため、回転の落ち込みや吹き上がりを事前に解消して、内燃機関の回転振動を早期かつ滑らかに収束させることができ、機関回転数の安定化と燃費改善を果たすことができる。しかも、外乱トルクがある場合とない場合とで吸入空気量に対する回転の応答が違っても、状態フィードバック制御は外乱トルクに影響されないので、状態フィードバックゲインを大きくするなど、ハンチングが発生しないための調整を運転条件に影響されずに適切に行うことが可能となる。
【００１５】
制御性能を無理なく向上させるためには、状態フィードバック制御を最適レギュレータ制御（ＬＱＲ制御）によって行うことが望ましい。
【００１６】
内燃機関の状態を全体的に把握した上でバランスのよい制御を行うためには、最適レギュレータ制御が制御する状態量に内燃機関の機関回転数や吸気圧、内燃機関の一部から取り出されるべき運動系の中間物理量等を含めておくことが好ましい。
【００１７】
取り扱う状態量の推定精度を有効に向上させるためには、状態変数モデルを使用してオブザーバを構成し、このオブザーバによって状態量を推定するようにしておくことが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上の構成により、補正値をルックアップするテーブル等を不要にして制御系の開発効率を大幅に改善することができ、しかも外部負荷の作動による回転変動に対して機関回転数を高い制御性能の下に所望の値に安定、迅速に収束させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に概略的に示した内燃機関たるエンジン１００は自動車用のもので、その吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。また、吸気系１には、スロットルバルブ２を迂回するバイパス通路４が設けてあり、そのバイパス通路４にはアイドル運転時の吸入空気量を制御するための流量制御弁であるアイドルスピード制御バルブ（以下、ＩＳＣバルブと称する）５が取り付けてある。ＩＳＣバルブ５は、大流量ＶＳＶと略称される電子開閉式のもので、駆動電圧のデューティ比を制御することにより、その開度が制御されるものである。
【００２１】
サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニホルドの一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁６が設けてあり、この燃料噴射弁６を、電子制御装置７により制御するようにしている。また排気系８には、排気ガス中の酸素濃度を測定するための空燃比センサであるＯ2センサ９が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒１０の上流の位置に取り付けられている。このＯ2センサ９からは、酸素濃度に対応して電圧信号Ｓｇが出力される。
【００２２】
電子制御装置７は、中央演算処理装置７ａと、記憶装置７ｂと、入力インターフェース７ｃと、出力インターフェース７ｄとを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース７ｃには、サージタンク３に連通し、吸入空気圧を吸気圧センサ１１から出力される吸気圧信号Ｓａ、エンジン回転数ＮＥ、気筒判別、及びクランク角度基準位置を検出するためのカムポジションセンサ１２から出力される回転数信号Ｎｅ、気筒判別信号Ｇ１、及びクランク角度基準位置信号Ｇ２、車速を検出するための車速センサ１３から出力される車速信号Ｓｃ、スロットルバルブ２の開度を検出するためのスロットルセンサ１４から出力されるスロットル開度信号Ｓｄ、ＩＳＣバルブの開度（以下、ＩＳＣ開度と称する）を検出するためのＩＳＣ開度検出手段であるＩＳＣ開度センサ１５から出力されるＩＳＣ開度信号Ｓｅ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ１６から出力される水温信号Ｓｆ、上記したＯ2センサ９から出力される電圧信号Ｓｇ等が入力される。一方、出力インターフェース７ｄからは、燃料噴射弁６に対して燃料噴射信号Ｓｈが、またスパークプラグ１７に対してイグニッションパルスＳｋが出力されるようになっている。
【００２３】
電子制御装置７には、スロットルセンサ１４から出力されるスロットル開度信号Ｓｄとカムポジションセンサ１２から出力される回転数信号Ｎｅとを主な情報として基本燃料噴射時間ＴＰ（基本燃料噴射量）を決定し、定常時ではＯ2センサ９からの電圧信号Ｓｇに基づいてその基本燃料噴射時間ＴＰを空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを含む各種の補正係数により補正して有効噴射時間ＴＡＵ（燃料噴射量）を決定し、決定した有効噴射時間ＴＡＵに基づいて燃料をエンジン回転に同期して噴射するようにプログラムしてある。
【００２４】
また、電子制御装置７は、外乱等により発生する外乱トルク或いはそれ以外のエンジンの状態量を、エンジン１００に対応する状態変数モデルにより推定して、推定した外乱トルクや状態量の変化を相殺するための、ＩＳＣバルブ５を駆動する駆動電圧のデューティ比Ｄｕｔｙを演算するもので、図２に示す機能ブロックを具現するものである。この機能ブロックは、主としてフィードフォワード部（ＦＦ部）とフィードバック部（ＦＢ部）からなるもので、個々には、外乱トルクに対するオブザーバ部Ｆ１、外乱相殺制御部Ｆ２、目標エンジン回転数設定部Ｆ３、外乱トルク以外の状態量に対するオブザーバ部Ｆ６、最適レギュレータ制御によって状態フィードバックを行うＬＱＲ制御部Ｆ４及びＩＳＣ開度決定部Ｆ５から構成されている。
【００２５】
具体的には、外乱トルクに対するオブザーバ部Ｆ１は、ＩＳＣ開度センサ１５からのＩＳＣ開度信号Ｓｅにより検出されたＩＳＣ開度とカムポジションセンサ１２からのエンジン回転数信号Ｎｅにより検出されたエンジン回転数ＮＥとから、エンジン１００に対しての外乱トルクをオブザーバ理論に基づいて推定する。外乱トルクの推定については、後述する。
【００２６】
外乱相殺制御部Ｆ２は、推定された外乱トルクを相殺するのに必要な吸入空気量の補正量つまり外乱トルク相殺補正量を算出する。この外乱トルク相殺補正量については後記するが、エンジン１００の伝達関数の逆伝達関数により演算するものである。
【００２７】
目標エンジン回転数設定部Ｆ３は、アイドル運転状態における目標エンジン回転数を、例えばエンジン１００の冷却水温に基づいて設定する。
【００２８】
外乱トルク以外の状態量に対するオブザーバ部Ｆ６は、ＩＳＣ開度センサ１５からのＩＳＣ開度信号Ｓｅにより検出されたＩＳＣ開度とカムポジションセンサ１２からのエンジン回転数信号Ｎｅにより検出されたエンジン回転数ＮＥとから、エンジン１００に対して外乱トルク以外の状態量をオブザーバ理論に基づいて推定する。この外乱トルク以外の状態量の推定についても、上記外乱トルクの推定とともに後述する。
【００２９】
ＬＱＲ制御部Ｆ４は、推定された外乱トルク以外の状態量を打ち消すために必要な吸入空気量の補正量を演算する。この補正量についても後記するが、評価関数を用いて求めたフィードバックゲインＦに基づいて行うものである。
【００３０】
ＩＳＣ開度決定部Ｆ５は、外乱相殺制御部Ｆ２が算出した補正量とＬＱＲ制御部Ｆ４が算出した補正量とに基づいてＩＳＣバルブ５の開度を決定し、ＩＳＣバルブ５を決定されたＩＳＣ開度に基づいて駆動信号すなわちデューティ信号Ｄｕｔｙのデューティ比を演算する。
【００３１】
すなわち、このものは、目標エンジン回転数に対して最適応答とする純粋なフィードバック制御が行われているとの前提の下で、外乱トルクに対して最適応答とする外乱相殺制御のためのフィードフォワード制御と、外乱トルク以外の状態量に対して最適応答とする状態フィードバック制御とを行うものである。純粋なフィードバック制御は、上述の目標エンジン回転数設定部Ｆ３とＩＳＣ開度決定部Ｆ５とにより実現されるものであり、それ自体は一般的手法であるためここでは説明を省略する。
【００３２】
フィードフォワード制御は外乱トルクに対するオブザーバ部Ｆ１と外乱相殺制御部Ｆ２とＩＳＣ開度決定部Ｆ５とにより実現されるものであり、状態フィードバック制御部は外乱トルク以外の状態量に対するオブザーバ部Ｆ６とＬＱＲ制御部Ｆ４とＩＳＣ開度決定部Ｆ５とにより実現されるものである。
【００３３】
次に、このアイドル回転制御系に、外乱トルクに対するオブザーバと外乱トルク以外の状態量に対するオブザーバとを統合した同一次元オブザーバ理論を含んでなる制御理論を適用したものを、図４及び図５に示す。図５は同一次元オブザーバ部分をより詳しく示したもので、外乱トルク（ｄｉｓｔ）と外乱トルク以外の要素（エンジン回転数ＮＥ、エンジン１００の一部から取り出されるべき運動系の中間物理量ｘｒ、吸気圧ｐｍ）とを状態量ｘとして観測し、これに基づいて外乱相殺制御とＬＱＲ制御とを行うものであって、同一次元オブザーバ部ＦＸは以下の式（１）〜式（５）により設計される。Ａ、Ｂ、Ｃはモデルに対して同定実験を行うことにより規定される行列であり、ｙ＾はｙに対する推定値である。
【００３４】
【数１】
2006233941.tif 000003
【００３５】
Ｌは出力差にかかるフィードバックゲイン(フィードバック係数ベクトル）で、
【数２】
2006233941.tif 000004
で表される。
【００３６】
【数３】
2006233941.tif 000005
とおくと、
【数４】
2006233941.tif 000006
を得る。よって、この誤差システムが漸近安定すなわち、行列（Ａ−Ｌｃ）の固有値が全て負の実部を持つように選べば、
【数５】
2006233941.tif 000007
となり、ｚ（ｔ）をｘ（ｔ）の推定値として使用することができる。
【００３７】
なお、ここでは、
【数６】
2006233941.tif 000008
である。
【００３８】
次に、このように推定した状態量ｚ（以下、これを状態量ｘとして説明する）に対して行われる外乱相殺制御及びＬＱＲ制御を説明する。
【００３９】
外乱相殺制御を行う上で必要な概念として、アイドル回転制御系を線形化した制御対象のブロック線図を、図３に示す。同図において、ＩＳＣバルブ５が開いてからサージタンク３を経由しシリンダに吸気されるまでの吸気系を一次遅れで表し、吸気後混合気が膨張してトルクを発生するまでの燃焼室を含むトルク発生系を無駄時間で表し、トルク発生から回転までの変化を回転系としてこれを一次遅れで表し、回転系の入力側に外部負荷（外乱トルク）が入力されるものである。吸気系とトルク発生系とが、アイドル運転状態における吸入空気が燃焼室に達した後、燃焼により内部トルクが発生するまでをモデリングした駆動力発生系を構成する。また、回転系は、この駆動力発生系において発生した内部トルクによりエンジン１００が回転された際のエンジン回転数ＮＥの変化をモデリングしたものである。なお、同図における、ΔＤｕｔｙはデューティ信号Ｄｕｔｙの変化分、ΔＰｍは吸気圧の変化分、ΔＴはトルクの変化分、ｄは外部負荷、ΔＮｅはエンジン回転数ＮＥの変化分である。
【００４０】
外乱相殺部分は、ＩＳＣバルブ１５を制御してから、回転系Ｐｒ（ｓ）に制御入力が入力されるまでに、吸気系における遅れとトルク発生系における燃焼の遅れとからなる伝達遅れＰａ（ｓ）が存在するので、この遅れを考慮して外乱トルク推定値ｄｉｓｔ＾を相殺するように、以下により設計するものである。すなわち、このようにして得た外乱推定値ｄｉｓｔ＾を相殺するためには、所望の応答を示す規範モデルを Gm(s)とすると、外乱トルク推定値ｄｉｓｔ＾を相殺するための伝達関数Cd(s)は、
【数７】
2006233941.tif 000009
を満たす必要がある。
これを変形して、
【数８】
2006233941.tif 000010
を得る。そして、得られた外乱トルク推定値ｄ＾を相殺するための伝達関数Cd(s)より、負荷トルクを打ち消すためのＩＳＣ開度、したがって負荷トルクを相殺するのに必要な吸入空気量の補正量に対応するＩＳＣ開度を演算してフィードフォワード制御を行うことができる。
【００４１】
一方、ＬＱＲ制御は、状態フィードバックによるレギュレータ制御で、例えば状態ベクトルｘが何らかの要因によって平衡点からずれたとすると、このとき新たな入力を加えて状態ベクトルｘを平衡点ｘｎに戻す制御である。
【００４２】
平衡点ｘｎが原点となるように座標を平行移動させれば、初期値ｘ０が零でないプラントの状態ベクトルｘを適当な操作入力（ＩＳＣ開度補正量）ｕにより原点に移す制御と等価となる。ここで、短時間にｘを原点に移すと操作入力ｕのエネルギーが増大し、ｕを小さくすると時間がかかる。そこで、操作入力ｕのエネルギーと状態ベクトルｘのエネルギーの和を積分した２次形式評価関数を設定し、これを最小にする操作入力ｕを用いて状態ベクトルｘを原点に移す。
【００４３】
具体的には、可制御で線形な式（１）、（２）の時不変システムに対して
【数９】
2006233941.tif 000011
を考える。ここで、制御目的の重み行列Ｑは非否定な対象行列、制御入力の重み行列Ｒは正定対象行列である。
【００４４】
そして、この評価関数で求められる値Ｊが最小になるとき、Ｆをフィードバックベクトルとして、制御入力が次のようになる。
【数１０】
2006233941.tif 000012
ただし、
【数１１】
2006233941.tif 000013
ここで、Ｐはリカッチ型代数方程式
【数１２】
2006233941.tif 000014
の正定対数行列である。上記の代数方程式を解くことによってフィードバックベクトルＦの行列式が決まる。
【００４５】
重み行列の設定指針としては、Ｑを大きくとれば制御性能が増し、Ｒを大きくとれば制御入力を小さくできることになる。よって、式（１４）において状態量ｘにフィードバックベクトルＦを乗じて負値とした値を返すことによって、状態量を平衡点に向かわせる制御が実現される。
【００４６】
以上の制御手順は、図６のフローチャートに表される。
【００４７】
まず、ステップＳ１において、ＩＳＣ開度及びエンジン回転数ＮＥを検出する。ＩＳＣ開度は、ＩＳＣ開度センサ１５から出力されるＩＳＣ開度信号ｅから検出する。また、エンジン回転数ＮＥは、カムポジションセンサ１２から出力される回転数信号Ｎｅから検出する。ステップＳ２では、検出したＩＳＣ開度とエンジン回転数ＮＥとにより、上述した同一次元オブザーバ理論に基づいて、外乱トルク（ｄｉｓｔ）及び外乱トルク以外の状態量（ＮＥ、ｘｒ、ｐｍ）を推定する。ステップＳ３では、推定された外乱トルクｄｉｓｔ＾を相殺するのに必要なＩＳＣ開度を式（１１）及び式（１２）に基づきエンジン１００の伝達関数の逆伝達関数にて求めることにより外乱相殺制御を実行し、また、推定された他の状態量（ＮＥ＾、ｘｒ＾、ｐｍ＾）を平衡点に向かわせるのに必要なＩＳＣ開度を式（１３）〜式（１６）に基づき所望の制御性能の下に求めることによりＬＱＲ制御を実行する。すなわち、外乱相殺制御の制御量とＬＱＲ制御の制御量とを加えた制御量でＩＳＣ開度が制御される。
【００４８】
例えばヘッドライトがパッシング等により点灯されることにより、オルタネータがエンジン１００に対して外部負荷となり、エンジン回転数ＮＥが変動する。この場合、外乱トルクｄｉｓｔの変動が同一次元オブザーバ部ＦＸにて推定されるので、外乱相殺制御部Ｆ２において外乱トルクｄｉｓｔを打ち消すべくフィードフォワード制御が行われる。
【００４９】
また、上記フィードフォワード制御と平行して、外乱トルクｄｉｘｔ以外の状態量ｘ（ＮＥ、ｘｒ、ｐｍ）の平衡点からのずれが同一次元オブザーバＦＸにて推定された場合には、ＬＱＲ制御部Ｆ４において外乱トルクｄｉｓｔ以外の状態量（ＮＥ、ｘｒ、ｐｍ）の変動を打ち消して平衡点に向かわせる状態フィードバック制御が行われる。
【００５０】
以上ように、本実施形態に係る内燃機関たるエンジン１００の回転数制御方法は、吸入空気量を入力とするエンジン１００の状態変数モデルを使用して状態量の一つである外乱トルクｄｉｓｔを推定することにより当該外乱トルクを打ち消す制御量を前記吸入空気量に加える外乱相殺制御と、前記状態変数モデルから外乱トルク以外の状態量を推定することにより当該状態量を平衡点に向かわせる制御量を前記吸入空気量に加える状態フィードバック制御とを併行して行うようにしているため、テーブルルックアップで補正値を参照する手法等に比べてエンジン回転数ＮＥを簡単な構成で的確に制御することが可能となり、また環境や運転条件に自動的に対応できるため開発効率も大幅に改善することが可能となる。
【００５１】
しかも、本実施形態は外乱相殺のためのフィードフォワード制御を補完してエンジン回転数ＮＥを収束させる手段として、状態フィードバック制御を併用しているので、最終出力の手前の状態量ｘを推定してフィードバックを掛けることができ、Ｉ制御系を採用する場合に比べて速やかに状態量ｘを平衡点に向かわせ、エンジン回転数ＮＥを安定化させることができる。しかも、このフィードバック制御は外乱トルクｄｉｓｔ以外の状態量（ＮＥ，ｘｒ，ｐｍ）を扱い、外乱トルクｄｉｓｔの変化による回転数ＮＥの変動に対してはＩ制御系とは異なり殆ど応動しないので、外乱相殺（負荷補正）のためのフィードフォワード制御と、状態量を平衡点に向かわせる状態フィードバック制御とが切り離して実行されることになる。すなわち、フィードフォワード制御による効果が現れるとほぼ同時に、外乱トルク以外の状態量の変化による回転数のふらつきがフィードバック制御によって抑えられるので、回転の落ち込みや吹き上がりを解消して、エンジン回転の振動を速やか且滑らかに収束させ、エンジン回転の安定化と燃費改善も有効に実現することができる。しかも、状態フィードバックゲインを大きくしても外乱トルクの影響を受けないので、エアコンやヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦ等により運転条件が変化しても、ハンチングが発生しない制御を適切に行うことが可能となる。
【００５２】
図７に、パッシングのＯＮ／ＯＦＦに伴ってエンジン回転数ＮＥが変動した際の制御の様子を、ＬＱＲ制御による本制御システムとＩ制御系システムの場合で対比して示す。本制御システムによると、パッシングＯＮの時の落ち込みが改善され、パッシングＯＦＦの時のオーバーシュートが解消されて、何れもより早く目標回転に収束していることが確認された。
【００５３】
この場合、本実施形態は状態フィードバック制御をＬＱＲ制御によるものとし、式（１３）によって操作入力ｕのエネルギーと状態ベクトルｘのエネルギーについてＲ、Ｑにより重み付けをし且つこれらを和した値を時間区分で積分した評価関数Ｊを設定し、この評価関数Ｊの値を最小にする操作入力ｕで状態ベクトルｘを式（１４）により平衡点に戻すようにしているので、制御性能（収束性）と制御入力（入力エネルギー）の好適な両立点を見出すことができる。
【００５４】
また、本実施形態は、種々の要因から必ずしも吸気圧ｐｍとエンジン回転数ＮＥが線形には対応せず、一方のみに依存して制御を行ったのではエンジン１００の的確な状態を観測できない場合があることに鑑みて、吸気圧ｐｍ及びエンジン回転数ＮＥの双方を状態量として扱い、それらに基づいて状態フィードバックを行うようにしているので、エンジン１００の状態を全体的に捉えて平衡点からのずれの要素を多面的に抽出することができ、的確でバランスのよい制御を行うことが可能となる。
【００５５】
同様の理由で、エンジン１００の一部から取り出されるべき運動系の中間物理量、例えばクランクシャフトの回転角等をも状態量として扱うことが更に上記の効果の向上に寄与しているものである。
【００５６】
さらに本実施形態は、状態変数モデルを使用してオブザーバを構成し、このオブザーバによって状態量を推定するようにしているので、エンジン１００から直接取り出せない状態量を抽出し、その際にフィードバック係数ベクトルを自動修正しながら状態量を限りなく真値に近づける制御をダイナミックに行うことで、エンジン１００の個体差や経年変化に影響されない的確な制御を維持することが可能になる。
【００５７】
なお、エンジン１００の回転数は走行負荷によっても当然に変化し、このような状況でもパラメータを増やせば本発明を適用可能であるが、本実施形態のようにアイドル回転数の制御に適用すれば、アイドル回転時には少なくとも走行負荷は考慮しなくてよいので、本発明の制御を比較的容易に確立することができる。そして、例えばエアコンのＯＮ・ＯＦＦのような外乱トルクの入力・変動に対してアイドル状態を適正に保ち、回転の落ち込みによるアイドル振動の悪化や、吹き上がりによるアイドル燃費の悪化等を有効に解消することが可能となる。また、このようなアイドル回転時の基本的な制御を確立することにより、これを走行時の制御に有効に応用することも可能となる。
【００５８】
さらに、本実施形態のエンジン１００は、スロットルバルブを迂回する迂回路４を備え、その迂回路に流量制御バルブたるＩＳＣバルブ５を設けて、吸入空気量の検出及び制御を、ＩＳＣバルブの開度に基づいて行うようにしているので、アイドル運転時の吸気量の調整をスロットルバルブとは独立に調整して、アイドル運転時の機関回転数を精密かつより迅速に制御することが可能となる。
【００５９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、各部の構成は図示例のものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジンの概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施形態の機能ブロックを示すブロック図。
【図３】同実施形態のアイドル回転制御系のブロック線図。
【図４】同実施形態の制御理論を適用したアイドル回転制御系のブロック線図。
【図５】図４の一部を詳細に表したブロック線図。
【図６】同実施形態の概略制御手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態の効果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
Ｆ１…外乱トルクに対するオブザーバ
Ｆ２…外乱相殺制御部
Ｆ３…外乱トルク以外の状態量に対するオブザーバ
Ｆ４…状態フィードバック制御（ＬＱＲ制御）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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