(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチシリンダエンジンにおけるシリンダのための適応的過渡燃料補償方法であって、
前記マルチシリンダエンジンのそれぞれのエンジンサイクルにウォールウェッティングの動的モデルのパラメータを決定することによりマルチシリンダエンジンのシリンダに対する燃料パドルダイナミクスを推定する段階、そして
前記推定された燃料パドルダイナミクスに依存して前記マルチシリンダエンジンのシリンダへの燃料噴射を調整する段階であって、前記燃料噴射を調整する段階は、（ｉ）第１のウォールウェッティングパラメータの推定値が小さくかつ前記第１のウォールウェッティングパラメータおよび第２のウォールウェッティングパラメータに基づき決定されるウォールウェッティングダイナミクスを表わす伝達関数の零点が反転可能である場合に調整可能な零点および極チューニングを備えたリード補償部を使用して燃料噴射を調整する段階であって、前記第１のウォールウェッティングパラメータは前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する吸気系の面上に保持される噴射燃料の量の分率を示し、かつ前記第２のウォールウェッティングパラメータは前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する吸気系における前記面から気化する燃料の量の分率を示す段階、および（ｉｉ）前記第１のウォールウェッティングパラメータの推定値が大きくかつウォールウェッティングダイナミクスを表わす伝達関数の零点が反転できない場合に固定極および調整可能な零点チューニングを備えたリード補償部を使用して燃料噴射を調整する段階を備える、燃料噴射を調整する段階、
を具備するマルチシリンダエンジンにおけるシリンダのための適応的過渡燃料補償方法。
【請求項２】
前記ウォールウェッティングの動的モデルのパラメータを推定しかつ決定する段階は、
以下の関係、
0004071279.tif 000023
に従って前記第１のウォールウェッティングパラメータを推定する段階、そして
以下の関係、
0004071279.tif 000024
に従って前記第２のウォールウェッティングパラメータを推定する段階であって、
ｋはエンジンのサイクル指数であり、
ｕは噴射燃料のろ波された値であり、
ｙは測定された燃焼燃料のろ波された値であり、
ｖは排気ガスセンサの測定値の重み付けされた共分散であり、
Ｐ1はｃの推定値の重み付けされた共分散の逆数であり、
Ｐ2はｂvの推定値の重み付けされた共分散の逆数であり、
0004071279.tif 000025
であるもの、
を具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調整可能な零点および極のチューニングを備えたリード補償部の使用は以下の決定論的関係、
0004071279.tif 000026
に依存して噴射されるべき補償された燃料質量を決定する段階を備え、
この場合、
0004071279.tif 000027
ｋはエンジンのサイクル指数であり、
ｍdは燃焼のための所望の燃料質量であり、
ｍiは噴射されるべき補償された燃料質量である、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調整可能な零点のチューニングおよび固定極を備えたリード補償部の使用は以下の決定論的関係、
0004071279.tif 000028
に依存して噴射されるべき補償された燃料質量を決定する段階を備え、
この場合、
0004071279.tif 000029
ｋはエンジンサイクル指数であり、
ｍdは燃焼のための所望の燃料質量であり、
ｍiは噴射されるべき補償された燃料質量である、
請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記項ｕは、
前記マルチシリンダエンジンの前記シリンダに対して噴射される燃料の値を決定する段階、そして
噴射される燃料の値をろ波しかつそれに応じたろ波された噴射燃料質量変数を提供する段階、
によって識別される、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記ろ波する段階は前記噴射燃料から高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記項ｙは、
前記マルチシリンダエンジンの排気系における排気燃料／空気比率を測定しかつそれに応じた燃料／空気比率変数を提供する段階、
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定しかつそれに応じた空気質量係数を提供する段階、
前記提供された燃料／空気比率変数および前記提供された空気質量係数の積に応じて燃焼燃料質量を解く段階、そして
前記燃焼燃料質量をろ波しかつそれに応じてろ波された燃焼燃料質量変数を提供する段階、
によって決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ろ波する段階は前記燃焼燃料質量から高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階は、
質量空気流量センサの出力を測定しかつそれに応じた空気質量変数を提供する段階、
を具備する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階は、
吸気マニホルド圧力を測定する段階、
エンジン速度を決定する段階、そして
前記測定された吸気マニホルド圧力および前記決定されたエンジン速度に依存して前記空気質量係数を提供する段階、
を具備する、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階は、各エンジンサイクルにつきシリンダバンクごとに一度前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階からなる、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記排気系における排気燃料／空気比率を測定する段階は、
前記マルチシリンダエンジンの１つのシリンダの排気サイクルに対する排気ガスセンサの出力を測定しかつそれに応じた燃料／空気比率変数を提供する段階、
からなる、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記排気ガスセンサの出力を測定する段階は、各エンジンサイクルにつきシリンダバンクごとに一度排気ガスセンサの出力を測定する段階からなる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
マルチシリンダエンジンにおけるシリンダに対する適応的過渡燃料補償方法であって、
前記マルチシリンダエンジンのシリンダによって吸い込
まれる空気充填量を測定しかつそれに応じた空気質量変数を提供する段階、
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対し噴射される燃料の値を決定しかつろ波し、そしてそれに応じた噴射燃料質量変数を提供する段階、
排気系における排気燃料／空気比率を測定しかつそれに応じた排気燃料／空気比率変数を提供する段階、
前記空気質量変数および前記排気燃料／空気比率変数を組み合わせかつ燃焼燃料の尺度を提供する段階、
前記燃焼燃料尺度をろ波しかつそれに応じたろ波された燃焼燃料質量変数を提供する段階、
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する燃料パドルダイナミクスを前記噴射燃料質量変数、および前記ろ波された燃焼燃料質量変数に依存してエンジンのサイクルごとのベースでウォールウェッティング動的モデルのパラメータを決定することにより推定する段階、そして
前記推定された燃料パドルダイナミクスに応じて前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する燃料噴射を調整する段階であって、前記燃料噴射を調整する段階は、（ｉ）第１のウォールウェッティングパラメータの推定値が小さくかつ前記第１のウォールウェッティングパラメータおよび第２のウォールウェッティングパラメータに基づき決定されるウォールウェッティングダイナミクスを表わす伝達関数の零点が反転可能である場合に調整可能な零点および極チューニングを備えたリード補償部を使用して燃料噴射を調整する段階であって、前記第１のウォールウェッティングパラメータは前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する吸気系の面上に保持される噴射燃料の量の分率を示し、かつ前記第２のウォールウェッティングパラメータは前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する吸気系における前記面から気化する燃料の量の分率を示す段階、および（ｉｉ）前記第１のウォールウェッティングパラメータの推定値が大きくかつウォールウェッティングダイナミクスを表わす伝達関数の零点が反転できない場合に固定極および調整可能な零点チューニングを備えたリード補償部を使用して燃料噴射を調整する段階を備える、燃料噴射を調整する段階、
を具備する、マルチシリンダエンジンにおけるシリンダに対する適応的過渡燃料補償方法。
【請求項１５】
前記ウォールウェッティングの動的モデルのパラメータを推定しかつ決定する段階は
以下の関係
0004071279.tif 000030
に従って前記第１のウォールウェッティングパラメータを推定する段階、そして
以下の関係、
0004071279.tif 000031
に従って前記第２のウォールウェッティングパラメータを推定する段階であって、
ｋはエンジンのサイクル指数であり、
ｕは噴射燃料のろ波された値であり、
ｙは測定された燃焼燃料のろ波された値であり、
ｖは排気ガスセンサの測定値の重み付けされた共分散であり、
Ｐ1はｃの推定値の重み付けされた共分散の逆数であり、
Ｐ2はｂvの推定値の重み付けされた共分散の逆数であり、
0004071279.tif 000032
であるもの、
を具備する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記調整可能な零点および極のチューニングを備えたリード補償部の使用は以下の決定論的関係、
0004071279.tif 000033
に依存して噴射されるべき補償された燃料質量を決定する段階を備え、
この場合、
0004071279.tif 000034
ｋはエンジンのサイクル指数であり、
ｍdは燃焼のための所望の燃料質量であり、
ｍiは噴射されるべき補償された燃料質量である、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記調整可能な零点のチューニングおよび固定極を備えたリード補償部の使用は以下の決定論的関係、
0004071279.tif 000035
に依存して噴射されるべき補償された燃料質量を決定する段階を備え、
この場合、
0004071279.tif 000036
ｋはエンジンサイクル指数であり、
ｍdは燃焼のための所望の燃料質量であり、
ｍiは噴射されるべき補償された燃料質量である、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記項ｕは、
前記マルチシリンダエンジンの前記シリンダに対して噴射される燃料の値を決定する段階、そして
噴射される燃料の値をろ波しかつそれに応じたろ波された噴射燃料質量変数を提供する段階、
によって識別される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ろ波する段階は前記噴射燃料から高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記項ｙは、
前記マルチシリンダエンジンの排気系における排気燃料／空気比率を測定しかつそれに応じた燃料／空気比率変数を提供する段階、
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定しかつそれに応じた空気質量変数を提供する段階、
前記提供された排気燃料／空気比率変数および前記提供された空気質量変数の積に応じて燃焼燃料質量を解く段階、そして
前記燃焼燃料質量をろ波しかつそれに応じてろ波された燃焼燃料質量変数を提供する段階、
によって決定される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記ろ波する段階は前記燃焼燃料質量から高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記排気系における排気燃料／空気比率を測定する段階は、
前記マルチシリンダエンジンの１つのシリンダの排気サイクルに対する排気ガスセンサの出力を測定しかつそれに応じた排気燃料／空気比率変数を提供する段階、
からなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記測定する段階は各エンジンサイクルにつき各シリンダバンクごとに一度排気ガスセンサの出力を測定する段階からなる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階は質量空気流量センサの出力を測定しかつそれに応じた空気質量変数を提供する段階からなる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階は、
吸気マニホルド圧力を測定する段階、
エンジン速度を決定する段階、そして
前記測定された吸気マニホルド圧力および前記決定されたエンジン速度に依存して前記空気質量係数を提供する段階、
を具備する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定する段階は、各エンジンサイクルにつきシリンダバンクごとに一度シリンダに対する空気充填量を測定する段階からなる、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
マルチシリンダエンジンのシリンダ内へ噴射される燃料の量を制御するための適応的過渡燃料補償装置であって、
前記マルチシリンダエンジンのそれぞれのエンジンサイクルごとにウォールウェッティングの動的モデルのパラメータを決定することにより前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する燃料パドルダイナミクスを推定するための制御系、そして
前記推定された燃料パドルダイナミクスに応じて前記マルチシリンダエンジンのシリンダへの燃料噴射を調整するための補償部であって、前記補償部は、（ｉ）第１のウォールウェッティングパラメータの推定値が小さくかつ前記第１のウォールウェッティングパラメータおよび第２のウォールウェッティングパラメータに基づき決定されるウォールウェッティングダイナミクスを表わす伝達関数の零点が反転可能である場合に燃料噴射を調整するための調整可能な零点および極チューニングを備えたリード補償部であって、前記第１のウォールウェッティングパラメータは前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する吸気系の面上に保持される噴射燃料の量の分率を示し、かつ前記第２のウォールウェッティングパラメータは前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する吸気系における前記面から気化する燃料の量の分率を示すリード補償部、および（ｉｉ）前記第１のウォールウェッティングパラメータの推定値が大きくかつウォールウェッティングダイナミクスを表わす伝達関数の零点が反転できない場合に燃料噴射を調整するための調整可能な零点チューニングおよび固定極を備えたリード補償部を備えるもの、
を具備する、マルチシリンダエンジンのシリンダ内へ噴射される燃料の量を制御するための適応的過渡燃料補償装置。
【請求項２８】
さらに、
マルチシリンダエンジンの排気系における排気燃料／空気比率を測定しかつそれに応じて燃料／空気比率変数を提供するための排気ガスセンサ、
前記マルチシリンダエンジンのシリンダに対する空気充填量を測定しかつそれに応じて空気質量係数を提供するための吸気空気充填センサ、
前記提供された燃料／空気比率変数および前記提供された空気質量係数の積に依存して燃焼燃料質量を決定するための手段、
前記燃焼燃料質量の値をろ波しかつそれに応じてろ波された燃焼燃料質量変数を提供するためのフィルタ、
を具備し、前記第１のウォールウェッティングパラメータを推定するための第１の手段は前記ろ波された燃焼燃料質量変数に依存して前記第１のウォールウェッティングパラメータを推定し、かつ前記第２のウォールウェッティングパラメータを推定するための第２の手段は前記ろ波された燃焼燃料質量変数に依存して前記第２のウォールウェッティングパラメータを推定する、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記フィルタは前記燃焼燃料質量から高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記吸気空気充填量センサは質量空気流量センサからなる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】
前記排気ガスセンサは酸素ガスセンサからなる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３２】
前記排気ガスセンサはリニア酸素ガスセンサからなる、請求項２８に記載の装置。
【請求項３３】
前記吸気空気充填量センサは吸気マニホルド圧力を測定し、前記装置はさらに、
エンジン速度を決定するためのエンジン速度センサ、
を具備し、前記吸気空気充填量センサは前記測定された吸気マニホルド圧力および前記決定されたエンジン速度に依存して空気質量係数を提供する、請求項２８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は一般的にはエンジン制御の分野に関し、かつより特定的にはある燃料噴射システムの動的ふるまいの測定に依存して燃料噴射を適応的に調整することによりスパーク点火エンジンにおける空燃比（ａｉｒ／ｆｕｅｌ  ｒａｔｉｏ）を制御することに関する。
発明の背景
現代のスパーク点火内燃機関は、とりわけ、大気中への汚染物質の放出を制御するためにエレクトロニクスによって動作が行われている。環境に関する法律制定は自動車の用途における放出に関し厳格な制限を要求している。スパーク点火内燃機関における自動車の放出を低減するため、燃焼空燃比の精密な制御が必要である。これは通常エンジン内に吸い込まれる測定されたまたは推断された空気充填質量（ａｉｒ  ｃｈａｒｇｅ  ｍａｓｓ）に基づき精密に制御された量の燃料を測定することによって行われる。多くの制御機構は現在燃料を制御するが必要なものより低い精度で行っている。吸気マニホルドの壁上にかつエンジンの吸気弁の上に燃料が堆積または被着（ｄｅｐｏｓｉｔ）し、かつその後該被着が蒸発することにより、精密な制御は困難となる。この現象はしばしばウォールウェッティング（ｗａｌｌ−ｗｅｔｔｉｎｇ）と称される。燃焼のために噴射される燃料の正確な制御を行うために、ウォールウェッティングに関連する燃料のふるまい（ｂｅｈａｖｉｏｒ）が正確に補償されなければならない。
ウォールウェッティングのふるまいは動的なものでありかつ吸気弁の後部および吸気マニホルドの壁の上に膜（ｆｉｌｍ）またはパドル（たまり：ｐｕｄｄｌｅ）へと被着された少し（ｆｒａｃｔｉｏｎ）の注入燃料、および１つのエンジンサイクルと次のものとの間の前記膜から蒸発する少しの燃料膜に対応する２つのパラメータによって特徴付けられている。これら２つのパラメータはエンジン速度、負荷、および温度のようなエンジンの動作条件と共に変動する。これら２つのパラメータはまたエンジンのエージング、エンジンの吸気弁の被着および燃料の組成または構成内容（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）と共に時間にわたり変動し、ウォールウェッティングを一貫した精度で補償するのを困難にする。さらに、些細でない（ｎｏｎｔｒｉｖｉａｌ）過渡状態の間に、ウォールウェッティングのパラメータは急速に変化する動作条件と共に急速に変動する可能性がある。
上で紹介したウォールウェッティングのふるまいを補償するよう試みるいくつかの従来技術の機構はそれらがウォールウェッティングのふるまいに対し不十分な補償を行うためスロットルを開いている（加速）間に大きなリーン偏位（ｌｅａｎ  ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を示し、かつスロットルを閉じている間に大きなリッチ偏位（ｒｉｃｈ  ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）を示す。さらに、いくつかの従来技術のシステムは過渡的な燃料ダイナミクスを過度に補償し、加速の間に過度にリッチな混合気を生じさせる。不足補償および過度補償の燃料制御誤差はエンジンの動的パラメータが所定の値と異なる場合における不正確な燃料補償による。これらの従来技術の機構の大部分において、ウォールウェッティングのパラメータは経験的にエンジン速度およびエンジン負荷の関数としてマッピングされかつエンジンを制御する上で使用するためにテーブルに格納されている。ウォールウェッティングのパラメータをマッピングすることは試験集約的でありかつ費用のかかるプロセスである。該マッピングは通常あるゆる量産エンジンを代表しないふるまいを示す可能性のある単一のプロトタイプのエンジンに関して行われ、かつ次に量産されるエンジンに適用される。さらに、前記テーブルは典型的には定常状態で動作する条件に対しかつ温かいエンジンに対して構築され、これらの機構を過渡的なおよび冷たいエンジンの動作条件に対して不正確なものとしている。しばしば、従来技術の機構は温度の影響を補償するために特にこの目的のための／経験的または実験的に定められた温度訂正係数に依存し、成功するのはほんの少しの限られた場合である。また、吸気弁の被着の累積のような長期間のエージングの影響により、制御の精度および従ってエンジンの排出または排気は年と共に大幅に劣化する。エンジンのエージングに応じた排気の劣化は今や重要な問題であり、それはクリーンエアアクト（Ｃｌｅａｎ  Ａｉｒ  Ａｃｔ）に対する１９９０年の修正は排気の永続性の要求を１００，０００マイルまで増大したからである。
その他の（適応的な）従来技術の機構はウォールウェッティングのダイナミクスの時変的（ｔｉｍｅ−ｖａｒｙｉｎｇ）性質に着目する。これらの従来技術の機構はしばしば極端に計算機集約的であり実時間の用途では比較的収束するのが遅い。最もよく知られた従来技術の機構は収束するのにおよそ４０秒を必要とし、これは自動車の環境における用途にとっては受け入れ難いほど長いものである。さらに、これらの従来技術の機構は定常状態のエンジンの動作に依存しかつサイクルごとのベースで燃料のふるまいに対して調整しないものであり結果として貧弱な過渡的ふるまいを生じている。これらの長い収束時間およびサイクルごとのベースで適応できないことは結果として変化するエンジンのダイナミクスに応答するのが遅い適応システムを生じる。急速に変化するエンジンのダイナミクスへの低速の応答はトラッキングエラーを生じ、これはエンジンの過渡状態の間における化学量論的空燃比から受け入れ難い偏位を生じ、かつ排出物質の増大を生じる結果となる。
要するに、従来技術のマッピングされる（ｍａｐｐｅｄ）燃料補償機構はエンジンの温度、エンジンのエージング、エンジンバルブの被着および燃料の組成あるいは構成内容（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）のような時変的エンジン動作条件を正確に考慮しない。さらに、適応的な従来技術の燃料補償機構は計算機集約的でありかつ不正確な過渡的ふるまいを有する。将来の排出要求に適合するためにはより正確な過渡的および冷エンジン燃料制御が必要である。従って、必要なことはエンジンの動作条件、エンジンのエージング、および燃料の構成内容のような原因による時変的燃料噴射の動的ふるまいに対し過度の計算機的資源を必要とすることなく自動的に調整を行うスパーク点火エンジンのためのより正確な燃料補償手法である。
【図面の簡単な説明】
図１は、燃料膜（ウォールウェッティング）モデルを示す概略図である。
図２は、本発明の好ましい実施形態に係わる適応的コントローラの概略図である。
図３は、エンジンの吸気弁の被着の存在する場合の過渡的空燃比に関するマッピングされたウォールウェッティング補償の影響と、エンジンの吸気弁被着のない同じエンジンに関する同じスロットル過渡状態に対する過渡的空燃比に関するマッピングされたウォールウェッティング補償の影響とを対比して示す図表である。
図４は、システムのハードウエアプラットホームの概略図である。
図５は、本発明の好ましい実施形態に係わる適応信号を構成するためのスケジューリング計画を示す概略図である。
図６は、ウォールウェッティング補償を示す概略図である。
図７は、直接的なフィードスルーを備えたウォールウェッティングの補償部を示す概略図である。
図８は、直接的なフィードスルーなしのウォールウェッティング補償部を示す概略図である。
図９は、伝統的なマッピングされるコントローラから生じる排気される空気／燃料混合気、およびここに説明される適応的ウォールウェッティング補償方法から生じる排気される空気／燃料混合気を示す図表である。
図１０は、好ましい方法を実施するために使用される２つの高レベルフローチャートを示す。
図１１は、図１０に示される連続的動作取得および信号処理工程を詳細に示すフローチャートである。
図１２は、図１０において導入されたパラメータ適応工程の詳細を示すフローチャートである。
図１３は、図１０において導入されたウォールウェッティング補償部の利得の計算の詳細を示すフローチャートである。
図１４は、図１０において導入されたウォールウェッティング補償部の動作の詳細を示すフローチャートである。
好ましい実施形態の詳細な説明
マルチシリンダまたは多気筒エンジンの１つのシリンダにおける適応的過渡燃料補償のための方法およびシステムは該シリンダのための燃料パドルのダイナミクスをマルチシリンダエンジンのそれぞれのエンジンサイクルごとにウォールウェッティングの動的モデルのパラメータを決定することによって評価または推定する。シリンダへの燃料の噴射はこの推定されたまたは評価された燃料のパドルダイナミクスに応じて調整される。
説明した本質的な構造を実施することにより、エンジンの動作条件、エンジンのエージング、および燃料の構成内容のような原因による時変的燃料注入の動的ふるまいを考慮したスパーク点火エンジンのためのより正確な燃料補償手法が過度の計算機的な資源を必要とすることなく構築できる。以下に説明する構造的な手法は、注入される燃料、排気流における燃料／空気比率の測定、およびエアチャージまたは空気充填量（ａｉｒ  ｃｈａｒｇｅ）の推定値に依存して（燃焼）サイクルごとのベースで吸気マニホルドの壁上にかつエンジンの吸気弁上に、被着された燃料の量およびその後のエンジンサイクルごとの蒸発する量に対応するウォールウェッティングのパラメータを識別し、かつこの情報をエンジンへの燃料の噴射を制御することによりウォールウェッティングのダイナミクスを正確に補償するために使用する。この新規な補償方法の目標は、モデル構造を利用することにより高速度の収束を達成する一方で、容易に実施できる計算機的に効率のよい手法を使用して、温かいおよび冷たいエンジン動作条件の双方におけるエンジンの過渡状態の間に生じる排気流の化学量論（ラムダが１に等しい）からの正規化された空燃比（ラムダ）の偏位（ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）を低減することにある。
好ましい実施形態を構築するための特定の構造を詳細に説明する前に、少しの理論的背景を説明するのが利点および別の構造を完全に理解する上で有用であろう。
モデルの説明
図１は、エンジンの吸気マニホルドの壁の上にかつ吸気弁の上に、被着される燃料の量、およびその後のエンジンサイクルごとの蒸発量を表現するために有用な燃料膜（ｆｕｅｌ  ｆｉｌｍ）（ウォールウェッティング）モデルの概略図である。示されたモデルは２つのパラメータｃおよびｂｖによって特徴付けられる。パラメータｃはマニホルドの壁、吸気弁、または他の構造に対し付着する（たまる：ｐｕｄｄｌｅｓ  ｏｎ）ことにより全燃料充填量がシリンダの燃焼室に到達するのを妨げるある燃料注入事象からの燃料のフラクションまたは分率（ｆｒａｃｔｉｏｎ）を示す。もしｃが１に等しければ、注入された燃料はそのエンジンサイクルの間にそのシリンダにおける燃料充填量へと直接供給されないことに注意を要する。第２のパラメータｂｖは与えられたエンジンサイクルの間に蒸発するパドルのフラクションまたは分率を示す。図示されたモデルはクランクシャフト角度領域において基礎をおくという利点を有しており、これはサンプリングレートがシステムダイナミクスに現われないことを意味する。
適応的フィードフォワード制御戦略
ここで使用される制御戦略の本質的な手法は適応的フィードフォワード制御である。ウォールウェッティングのモデルのパラメータｃおよびｂｖをオンラインで、エンジンのサイクルごとのベースで、識別することにより、注入される燃料の量が燃焼燃料充填に関するウォールウェッティングの影響を補償するように修正することができ、過渡的エンジン動作状態の下でも、エンジンのエージング、燃料組成、およびエンジンの温度に影響されず、燃焼のためにシリンダにおいて理論空燃比を維持することができる。前記識別されたパラメータ、ｃおよびｂｖ、は時変的なエンジンの動的ふるまいに整合するために補償チューニングが実時間計算によって調整できるようにする。
ここで教示されるウォールウェッティング補償はフィードフォワード補償手法を使用する。推定された吸入空気量に整合するための所望の燃料の量が前記補償方法に入力されて即時的、先見的制御作用（ｉｍｍｅｄｉａｔｅ，ｐｒｏａｃｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｃｔｉｏｎ）でシリンダに注入するために燃料の量を計算する。好ましくは、フィードフォワード制御が過渡補償のために使用されるが、これは制御システムの駆動およびセンシングの遅れがエラー駆動フィードバックループの帯域幅を制限し、適応的なサイクルごとのフィードバック補償を充填空気量の高速の過渡的変化に対して効果的でないものにするためである。この制御戦略の概略が図２に示されている。
図２は、本発明の好ましい実施形態に係わる適応的コントローラの概略図である。適応的コントローラ２０３は３つの構成要素によって特徴付けられ、すなわち調整可能な補償部２０７、ウォールウェッティングモデル２１５、およびパラメータ適応アルゴリズム２２１である。調整可能な補償部２０７はパラメータ適応アルゴリズム２２１から直接パラメータｃ  ２２３のかつパラメータｂｖ  ２２５の推定値または計算値を受け、かつ前記パラメータの推定値２２３および２２５および所望の燃料要求２０５に依存して噴射または注入される燃料２１３を調整する。
前記調整可能な補償部２０７はウォールウェッティングのダイナミクス２０１を打ち消すリード補償部（ｌｅａｄ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）２０７である。
Ｈ−無限大（Ｈ−ｉｎｆｉｎｉｔｙ）またはミュー・シンセシス（ｍｕ−ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）またはオブザーバフィードバック制御戦略（ｏｂｓｅｒｖｅｒ  ｆｅｅｄｂａｃｋ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ）のような、他の可能な補償部も同様に使用できる。前記ウォールウェッティングモデル２１５は、前のエンジンサイクルからのそれぞれパラメータｃのかつパーラメータｂｖの推定２２３および２２５に基づきシステム出力２０９の値を推定するために使用される。この発明の好ましい実施形態にとって特徴的なウォールウェッティングモデル２１５は図１に詳細に示されている。連続的時間モデル、可変サンプルレートを備えた離散的モデル、および高次動的効果を含む連続的または離散的時間モデルを含む、他のウォールウェッティングモデルも同様に使用できる。システム出力２１７の推定された値は次に予測エラーを得るために現在のサイクルに対する測定されたシステム出力２０９から減算される。前記予測エラー２１９は次にパラメータ適応アルゴリズム２２１によって、パラメータｃおよびパラメータｂｖの、それぞれ、推定２２３および２２５を更新するために使用される。用いられるパラメータ適応アルゴリズム２２１は本発明の好ましい実施形態では再帰リニア２次アルゴリズム（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｑｕａｄｒａｔｉｃ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）であるが、拡張カルマンフィルタ理論（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｋａｌｍａｎ  Ｆｉｌｔｅｒ  Ｔｈｅｏｒｙ）、Ｈ−無限大（Ｈ−Ｉｎｆｉｎｉｔｙ）、ニューラルネットワーク、ファジー論理、または非２次コスト関数（Ｎｏｎｑｕａｄｒａｔｉｃ  Ｃｏｓｔ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ）に基づく他の識別アルゴリズムも同様に使用できる。
前に述べたように、改善された手法はウォールウェッティングパラメータを過渡状態の間にかつ冷たいエンジンのウォームアップ期間の間にそれぞれの点火サイクルに際して識別する。識別は噴射された燃料、エアチャージ推定、およびＵＥＧＯ（万能排気ガス酸素：Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｏｘｙｇｅｎ）または燃料／空気当量比（ｆｕｅｌ／ａｉｒ  ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ  ｒａｔｉｏ）の他のリニア応答排気ガスセンサの読みのみに基づいている。何らのパラメータマップも必要ではなくかつエンジンが正しい結果を得るために定常状態にあるかあるいはアイドルになっている必要はない。前記アルゴリズムによって前のエンジンサイクルの間に識別されたパラメータが現在のエンジンサイクルの間に燃焼される燃料を推定するために使用され、これは前記ＵＥＧＯセンサ測定に基づき現在のエンジン燃焼サイクルの間に燃焼された燃料と比較される。その結果は適応アルゴリズによって使用されてパラメータ推定を更新する。更新された推定値は次にフィードフォワード補償部によって使用されて適応的にウォールウェッティングの影響または効果を消去する。
図１において導入されたモデル方程式を書き替えかつＺ変換を行うことにより次のような燃料膜モデルの伝達関数を得る。
0004071279.tif 000002
これらは所望の量の燃料を燃焼のためにシリンダに噴射するためにエンジンの過渡状態の間に補償される必要があるウォールウェッティングのダイナミクス（ｄｙｎａｍｉｃｓ）である。
パラメータ識別
ウォールウェッティングのダイナミクスを補償するための１つの手法は入力／出力データから伝達関数の係数を識別しかつ数式（１）を使用してこれらのダイナミクスを直接反転または逆にする（ｉｎｖｅｒｔ）ことである。しかしながら、この手法は大きなデータセットを必要とし、計算機的に実用的でないものにする。１組の伝達関数パラメータは前記物理的モデルのパラメータに対する一意的な解を含まないかもしれない。物理的ウォールウェッティングモデルのパラメータを識別する他の手法が提案されているが、これらは典型的には大きなデータセットを必要としかつ非線形プログラミング技術および／ガウス−ニュートンサーチを必要とする計算機集約的なサーチアルゴリズムを必要とする。この補償方法の目標はシステムダイナミクスの実時間追跡のためにサイクルごとのベースで直接物理的ウォールウェッティングモデルのパラメータを識別しかつこれらのパラメータを前記数式（１）と共に使用して注入または噴射燃料を補償することである。さらに、実時間計算は自動車用エンジン制御において使用される現在の組み込まれたマイクロコントローラの実際の制約内で行われなければならない。
ウォールウェッティングのパラメータの識別を直接可能にするため、数式（１）によって与えられた伝達関数は状態−空間（ｓｔａｔｅ−ｓｐａｃｅ）形式で次のように書き替えることができる。
0004071279.tif 000003
この場合、ｘ（ｋ）は膜状態（ｆｉｌｍ  ｓｔａｔｅ）であり、燃料膜の質量を表わし、ｙ（ｋ）は燃焼される燃料であり、かつｋはエンジンサイクルの指数またはインデクスである。もしｃが１に等しければ、制御入力は出力に現われることはなくかつシステムは純粋の遅延（ｐｕｒｅ  ｄｅｌａｙ）を有する。ｋ番目のサイクルにおける膜状態はｘ（ｋ−１）に対してこれらの式を解き結果を次のように等しくすることによって得られる。
0004071279.tif 000004
この結果を１サイクルシフトしかつ数式（２）からの出力方程式に代入することにより前のシステムの入力および出力に関してｙ（ｋ）を解くことが可能になる。
0004071279.tif 000005
ウォールウェッティングパラメータによって乗算されないすべての項を式（４）の左側に移動することにより次の式が得られる。
0004071279.tif 000006
この式はよりコンパクトな形式で次のように書くことができる。
0004071279.tif 000007
この場合＾ｐ＝［ｂｖ  ｃ］′であり、ウォールウェッティングパラメータのサイクルごとの依存性は今や式（６）に含まれている。システム方程式をこのように書き替えることにより、新しい出力￣ｙはウォールウェッティングモデルのパラメータにおいてリニアであり、一方ダイナミクスの構造（変数がどのように関係するか）を保存し、ｃおよびｂｖを直接識別するためにリニア識別技術を使用できるようにする。なお、ここで記号“＾”および上線“￣”は文字の上に記入すべきであるが、印字の都合上便宜的に文字の前に配置している。
ウォールウェッティングモデルのパラメータの最善の実用的な推定値は以下のリニア２次コスト関数を最小にする解を見つけ出すことによって識別できる。
0004071279.tif 000008
この場合、ｅ（ｋ）＝￣ｙ（ｋ）−ｈ（ｋ）＾ｐ（ｋ）は現在のパラメータ推定に基づく推定誤差であり、かつＶおよび￣Ｐはそれぞれ測定信号￣ｙ（ｋ）の重み付けされた共分散（ｗｅｉｇｈｔｅｄ  ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ）、およびパラメータ推定の重み付けされた共分散である。すなわち、Ｖ＝Ｗ１Ｖ＊であり、この場合Ｗ１は測定ノイズＶ＊の共分散に適用される重み係数であり、かつ￣Ｐ＝Ｗ２Ｐ＊であり、この場合Ｗ２は推定値の共分散Ｐ＊に適用される重み係数である。以後、Ｖおよび￣Ｐは単に測定およびパラメータ推定共分散と称される。
一般に、￣ｙ，ｈ，＾ｐおよびｅはベクトルであり、Ｖおよび￣Ｐはマトリクスであるが、この例の単一入力、単一出力の場合は、￣ｙ，Ｖおよびｅはスカラーである。ウォールウェッティングパラメータの物理的定義によれば、ｃおよびｂｖは共に０および１の間の値に制約されることに注意を要する。
Ｊ（＾ｐ）を最小にするため、＾ｐに関して偏導関数をとりかつそれをゼロに等しくセットすると次の式が得られる。
0004071279.tif 000009
＾ｐ（ｋ）について解くと次式が得られる。
0004071279.tif 000010
定義により、パラメータ共分散の更新は次の式によって与えられる。
0004071279.tif 000011
式（９）および（１０）はサイクルごとの（ｃｙｃｌｅ−ｂｙ−ｃｙｃｌｅ）ベースでウォールウェッティングパラメータを識別するために再帰的に解くことができる方程式である。しかしながら、伝統的なエンジン制御において必要なマトリクスインバージョン（ｍａｔｒｉｘ  ｉｎｖｅｒｓｉｏｎｓ）を行うことは望ましくない。さらに、共分散の更新は共分散をシステムがもはや大幅にパラメータ推定を更新しないレベルまで低下させる傾向にある。従って、パラメータ推定の共分散は一定であると仮定されかつエスティメイタが過度にノイズの多い推定を提供することなく常に「目ざめている（ａｗａｋｅ）」状態に留まるようなレベルに置かれることが決定された。また、ウォールウェッティングパラメータはエンジンの動作範囲にわたり独立に変わるものと仮定できることに注意を要する。この物理的現象は斜行または対角共分散（ｄｉａｇｏｎａｌ  ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ）（すなわち、ｃおよびｂｖの間に相互相関がない）に対応する。従って、ここで導かれた更新方程式に対して、
0004071279.tif 000012
は一定であると仮定される。この仮定はそれがウォールウェッティングのダイナミクスの観察される物理的性質を反映するから行われる。しかしながら、共分散はこの実施形態の本質的な教示から離れることなく異なる形式を持ちあるいはオンラインで更新されるよう仮定することもできる。式（１１）を式（９）に代入し解くことによって次の式が得られる。
0004071279.tif 000013
また、１／ｖ＝Ｖ−１であり、Ｐ１およびＰ２は定数であり、かつｋはエンジンサイクルのインデクスである。
なお、（￣ｙ（ｋ）−ｈ（ｋ）＾ｐ（ｋ−１））は￣ｙ（ｋ）の測定値から最後のエンジンサイクルのインデクスおよび前記モデルにおけるウォールウェッティングパラメータの値に基づく＾ｙ（ｋ）の推定値を減算したものである。これは図２において前に示した予測エラー２１９である。
これらの式（１２）および（１３）はガウス−ニュートン反復、サーチベクトルノルム（ｓｅａｒｃｈ  ｖｅｃｔｏｒ  ｎｏｒｍｓ）、およびアクティブセット方法を含む非線形プログラミングまたは同様のツールを含む従来技術の機構において適用されるものよりも伝統的なエンジン制御において実施するのにはるかに簡単であり、かつそれらはまた実際のウォールウェッティングパラメータの代わりに伝達関数の係数を識別する機構によって使用されるものよりも簡単である。
前記更新方程式（１２）および（１３）はリニア２次制御問題を明示的に（ｅｘｐｌｉｃｉｔｌｙ）解くことによって得られたが、同じ結果は他の制御／最適化方法（Ｈ∞、ファジー論理、その他）によって得ることもできることに注意を要する。同じ結果はまた推定共分散に対する異なる形式を仮定することによりあるいは問題全体を類似の連続的時間（離散的時間に対する）問題に変換することによっても得ることができる。
前記ウォールウェッティングパラメータはサイクルごとのベースで識別でき、この情報はエンジンの寿命にわたりウォールウェッティングのダイナミクスの変化の影響を補償するために使用できることに注意を要する。前に述べたように、ウォールウェッティングのダイナミクスはエンジンのエージング（吸気弁の被着）、製造のばらつき、燃料の揮発性の変動、およびエンジンの動作温度の影響により変動する。これらの変動はマッピングされる補償を補償部の設計に関する説明において後に述べる適応的補償よりも効果的でないものにする。図３は非適応的空燃比制御に関する吸気弁被着の影響を示す。
図３は、エンジン吸気弁の堆積または被着なしの過渡的空燃比に関するマッピングされた（ｍａｐｐｅｄ）ウォールウェッティング補償の影響とエンジン吸気弁の堆積の存在する場合の同じエンジンに関する同じスロットルの過渡的状態に対する過渡的空燃比に関するマッピングされたウォールウェッティング補償の影響を対比して示す。図３に示される空燃比応答は定常状態のエンジン動作状態と、これに続く新しい定常状態のエンジン動作状態への急速な過渡的変化と、これに続く新しい定常状態のエンジン動作条件への急速な過渡的状態を表わしている。図３における小さなリーンな偏位３０２はエンジンの吸気弁の堆積が存在せずかつマッピングされた補償部が適切にチューニングされたスロットルの過渡状態に対するマッピングされたウォールウェッティング補償部の特性を表わしている。十分にチューニングされた空燃比制御の性質は低いピーク偏位および理論的空燃混合気への急速な戻りによって証明されている。加速過渡状態３０１の間に生じる大きなリーンな偏位は、エンジンの吸気弁の堆積により生じ得る、貧弱なチューニングのマッピングされた補償部の特性を示している。エンジン吸気弁の堆積の存在する場合のエンジンの過渡状態に対して、マッピングされた補償部は実際の場合よりもパドルにはるかに少ない燃料が被着されるものと想定している。これは結果として不十分な量の燃料が吸入ポートへと注入され、その結果加速の過渡状態の間に大きなリーンな偏位を生じる。理論または化学量論的空気／燃料混合に戻るためのはるかに大きなピーク偏位およびはるかに長い時間は吸気弁の被着の存在する場合のマッピングされた補償部の低下した性能を示している。同様の結果はスロットル開口３０４（エンジンの吸気弁の被着なしのマッピングされた補償部）および３０３（エンジンの吸気弁の被着がある場合のマッピングされた補償部）における突然の低下に当てはまる。急速なスロットルの閉鎖によって引き起こされるウォールウェッティングの動的効果はエンジンの吸気弁の被着の存在する場合にマッピングされた補償部によって不適切な補償を受けている。化学量論からの大きな偏位によって証明される低下した空気／燃料制御は直接自動車の排出が増大する結果となる。
吸気弁の被着によって引き起こされる燃料のダイナミクスの変化はマッピングされる補償部をマッピングされたウォールウェッティング補償のパラメータを不正確にすることにより燃焼チェンバにおける理論空燃比を維持する上での精度を低下させ、その結果不十分にチューニングされたウォールウェッティング補償部を生じ、これはより高い排出につながる。今述べたパラメータ適応アルゴリズムはこれらの変化をオンラインでかつサイクルごとのベースで識別し、これらの影響に対する正確な補償を可能にする。この能力は最も重要なことであり、それは新しい排出規制は排出制御の持続性要求を１００，０００マイルまで延長したからである。
システムハードウエアプラットホーム
図４は、前記好ましい方法のステップを実行するためのシステムハードウエアプラットホームの概略図である。該システムはエンジン４００を含み、該エンジン４００はエンコーダ４０５を介してエンジンの絶対位置情報４０７を提供する、フライホイール４０３に結合された、クランクシャフト４０１に結合されている。このエンジンの絶対位置情報４０７はコントローラ４０９によって好ましい方法の同期のために使用される。該コントローラは好ましくはモトローラ社のＭＣ６８３３２型マイクロコントローラから構成される。モトローラ社のＭＣ６８３３２型マイクロコントローラは添付のフローチャートにおいて後に説明する好ましい方法ステップを実行するようプログラムされる。数多くの他の構成もこの実施形態の本質的な教示から離れることなく可能である。例えば、他のマイクロコントローラを使用できる。さらに、この説明の教示に従って制御される、専用のハードウエア回路をベースとした制御システムも燃料パドルダイナミクスを推定するために使用することができ、かつ補償部は燃料噴射を調整するために使用できる。
図４を参照すると、エンジン４００は、排気マニホルドを通して、第１のＵＥＧＯセンサ４１３をドライブする第１のシリンダバンク４１１を含む。第１のＵＥＧＯセンサ４１３は第１のシリンダバンク４１１の排気ポートから下流に（ｄｏｗｎｓｔｒｅａｍ）配置されかつ各々のシリンダから出力される酸素の濃度を測定する。第１のＵＥＧＯセンサ４１３は測定された燃料／空気当量比に依存する大きさを有するリニア信号４１４をコントローラ４０９へと提供する。第２のシリンダバンク４１５はシリンダの第２のバンクの排気ポートから下流に配置された補足的なＵＥＧＯセンサ４１７を有する。この第２のＵＥＧＯセンサ４１７はまた第２のシリンダバンク４１５における排気シリンダによる排気流における空気／燃料当量比を示す信号をコントローラ４０９に提供する。また、エンジン４００は該エンジン４００の吸気マニホルドに結合された空気−質量流量（ａｉｒ−ｍａｓｓ  ｆｌｏｗｒａｔｅ）（ＭＡＦ）センサ４２１を有する。空気−質量流量センサ４２１はエンジンの吸気マニホルドへの空気質量流量を示す出力信号４１８をコントローラ４０９に提供する。ＭＡＦセンサを使用する代わりに、吸気空気質量チャージを決定するための速度−密度手法を使用できることに注意を要する。この形式の手法は絶対圧力センサのような、吸入空気チャージセンサを使用して吸気マニホルドの圧力を測定し、かつエンジン速度を決定するためにエンジン速度センサを使用する。吸気質量流量または率（ｉｎｔａｋｅ  ｍａｓｓ  ｆｌｏｗ  ｒａｔｅ  ｏｒ  ｆａｃｔｏｒ）は次に決定されたエンジン速度および吸気マニホルド圧力に依存して計算できる。
コントローラ４０９は第１のおよび第２のシリンダバンク４１１および４１５における各シリンダに関連する燃料インジェクタに個別に供給される出力信号のバンク４１９を有する。
前に述べたように、第１および第２のＵＥＧＯセンサ信号４１４および４１６、吸気マニホルド質量空気流量信号４１８およびコントローラ（コントローラ４０９の内部の）により指令される注入燃料チャージの記憶された値が好ましい方法を実施するために使用される。
信号処理／持続的励起
前のセクションで説明したパラメータ適応アルゴリズムは燃料質量値に関して動作するから、それはインジェクタコマンド、ＵＥＧＯセンサの読み、およびエンジンサイクルごとに対するシリンダバンクごとの空気充填推定値を必要とする。前記入力信号は帯域ろ波されてセンサノイズおよびシステムバイアスのパラメータ推定値に対する影響を最小にする。必要な信号は図５に示されるスケジュールにしたがってサンプルされ信号サンプリングを燃料噴射、空気吸入、およびバンクごとの１つのシリンダに対する排気事象と同期させる。図５は本発明の好ましい実施形態に係わる適応信号の構成のためのスケジューリング計画を示す概略図である。与えられたシリンダに対する全ての角度位置は、ゼロの値が割当てられる、その特定のシリンダに対する圧縮行程の上死点（ｔｏｐ  ｄｅａｄ  ｃｅｎｔｅｒ）に関して表現されいている。
シリンダ事象ごとに３つの量がサンプリングされなければならず、すなわち注入または噴射される燃料の質量５０１、充填空気質量（ｃｈａｒｇｅ  ａｉｒ  ｍａｓｓ）５０３、および正規化排気燃料／空気当量比５０４である。注入燃料の質量５０１は燃料インジェクタのパルス幅の値が決定的になった（ｆｉｎａｌｉｚｅｄ）ときに、噴射の開始の直前に、サンプルされる。この信号は次にバンドパスフィルタ５０２を通されて高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する。充填空気質量５０３は吸気行程の底部で計算される。正規化された排出燃料／空気比率５０４は監視されたシリンダからの排気パルスの後かつそのバンクに対する次の排気事象の直前のＵＥＧＯ信号から決定され、センサに最大の可能なセットリング時間を与えかつそれによって正規化された排出燃料／空気比率の読み５０４に関するセンサダイナミクスの影響を最小にする。正規化された排出燃料／空気比率５０４は次に理論空燃比５０５によって乗算されかつ次に充填空気質量５１６によって乗算されてちょうど完了したシリンダ事象に対する燃焼原燃料または燃焼生燃料（ｒａｗ  ｆｕｅｌ  ｂｕｒｎｅｄ）５１１を得る。この燃焼生燃料信号５１１は次にバンドパスフィルタ５０７にわたされて高周波ノイズおよび低周波バイアスを除去する。ろ波された噴射燃料５１２は次にウォールウェッティングモデル５０８にわたされて推定ろ波燃焼燃料５１３を得る。該推定された燃焼ろ波燃料５１３およびろ波された測定燃焼燃料５１４は次に予測エラー５１５を得る、５０９、ために使用され、該予測エラー５１５は次にパラメータ適応アルゴリズム５１０にわたされる。パラメータ適応アルゴリズム５１０は前に述べた式（１２）および式（１３）に詳細に示されている本発明の好ましい実施形態にしたがってウォールウェッティングパラメータ５１６の推定値を更新する。更新されたパラメータ推定値５１６は次に次のサイクルの間に使用するためにウォールウェッティングモデル５０８にわたされる。
エンジンサイクルのプロセスと同期して一定のクランクシャフト角度で種々の信号サンプリングが行なわれることに注意を要する。これは識別アルゴリズムおよび補償部の構造の双方を大幅に簡単化する。計算機的な制約のため、ウォールウェッティングのパラメータはシリンダのバンクにわたり一定であると仮定し、かつしたがってサイクルごとに１度各シリンダバンクに関して１つのシリンダの測定から計算される。もしより多くの処理能力が利用可能であれば、このシステムは全てのシリンダに関して別個に動作することができる。２つのＵＥＧＯセンサ４１３および４１７は指示されたエンジンクランクシャフト角度でサンプルされるが、これは２つのＵＥＧＯセンサ４１３および４１７にサンプリングの前に、しかもセンサが点火順における次のシリンダからの排気パルスにさらされる前に、最大の可能なセットリング時間を許容するからである。これは結果として得られる信号推定値に関してＵＥＧＯセンサのダイナミクスの影響を最小にする。
多くの適応／識別機構はスロットル位置（すなわち、空気流量）および燃料パルス幅（すなわち、噴射燃料質量）に関する付加的な噴射励起に依存し注目のダイナミクスを完全に励起（ｅｘｃｉｔｅ）する（すなわち、「持続的な励起」を提供する）。この選択肢はこのシステムにとって必要でないかもしれず、それは空気充填およびスロットル入力における通常の動揺（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ）は、もちろん、測定が充分に正確でありかつ適切な信号対雑音比を有する限り、識別のために必要な全ての励起を提供するように見えるからである。しかしながら、種々のレベルの付加的な広帯域励起信号によって試験が行なわれ（広帯域周波数内容を備えた低振幅擬似ランダム２進信号が補償された噴射燃料６０５に加えられ、６１３、（これは信号６０６を生じる））、これは、励起信号が存在したか否かに応じて、適応制御システムの応答が急速な過渡状態の間に変化することを示した。最善の結果を達成するために付加的な励起信号が必要とされるか否かを決定するために排気テストが使用される。最後に、パラメータ推定値は燃料補償が確実に平滑であり（ｓｍｏｏｔｈ）かつ行儀がよくなる（ｗｅｌｌ  ｂｅｈａｖｅｄ）ようにするため低域ろ波されることが注目されるべきである。さらに、燃料のパドル質量が計算されることがなく、この方法を文献に提案された他のものから区別していることに注目すべきである。これは実時間計算における簿記（ｂｏｏｋｋｅｅｐｉｎｇ）の量を大幅に低減する。
補償部の設計
補償部（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）の目標はウォールウェッティングの影響を打ち消し所望の空燃比がシリンダ内で達成されるように注入燃料を修正することである。概略的にこれは図６に示されている。図６はウォールウェッティング補償を示す概略図である。図６における燃焼のための所望の燃料質量６０１はウォールウェッティング補償部６０３にわたされる。ウォールウェッティング補償部６０３はウォールウェッティングダイナミクス６０７の動的反転または逆（ｄｙｎａｍｉｃ  ｉｎｖｅｒｓｅ）である。ウォールウェッティング補償部６０３は燃焼のための所望の燃料質量６０１を修正して噴射されるべき補償された燃料質量６０５を得る。もし希望するならば、擬似ランダム２進信号または他の外乱（ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ）信号６１１を、もし信号対雑音品質が受入れ難いかあるいは持続性励起のレベルが増大を必要とする場合に、補償された噴射燃料質量に加えることができる、６１３。噴射されるべき補償された燃料質量６０５は次に噴射されかつエンジンのウォールウェッティングダイナミクス６０７は噴射される燃料質量６０５を修正してシリンダ内に導入される燃料質量６０９を生成する。もし反転ウォールウェッティングダイナミクス補償部６０３が真のウォールウェッティングダイナミクス６０７の正確な動的反転または逆であれば、反転された６０３および非反転の６０７ウォールウェッティングダイナミクスの順次的な供給は単位利得（ｕｎｉｔｙ  ｇａｉｎ）のシステムを生じる結果となり、かつシリンダに導入される燃料質量６０９は化学量論的燃焼のための所望の燃料質量６０１に等しくなる。
理想的には、実効ウォールウェッティング補償はウォールウェッティングパラメータを識別することによって達成でき、それによって燃料膜伝達関数＾Ｇｆ（ｚ）の推定値を識別または明らかにし、式（１）を反転または逆数にして逆伝達関数１／｛＾Ｇｆ（ｚ）｝を得、かつこの逆伝達関数を使用して所望の燃料の量を修正する。図６に示されるように、ウォールウェッティングダイナミクスと縦続接続した補償部の結果として得られる伝達関数、｛Ｇｆ（ｚ）｝／｛＾Ｇｆ（ｚ）｝、は１に近づくべきであり、この場合シリンダ内に導入される燃料質量は、動的ひずみなしに、所望の燃料質量を完全に追跡する。この場合、前記式（１）によって述べられた離散的プロセスにより次式が得られる。
0004071279.tif 000014
この場合、便宜的にパラメータをひとまとめにすると次のようになる。
0004071279.tif 000015
補償伝達関数は次のようになる。
0004071279.tif 000016
これは（逆Ｚ変換を行なうことにより）次の差分方程式を示している。
0004071279.tif 000017
これは噴射される燃料の量を計算するためにそれぞれのシリンダに対してそれぞれのサイクルごとに実行される補償方程式である。係数は直接式（１５）からの識別されたパラメータから計算される。これは補償チューニング適応メカニズムである。
しかしながら、ウォールウェッティングのダイナミクスは常には反転または逆にできる（ｉｎｖｅｒｔｉｂｌｅ）ものではない。式（１）によって与えられる伝達関数のゼロは分子をゼロに等しくセットしかつｚについて説くことにより次のように得られる。
0004071279.tif 000018
反転または逆伝達関数、１／｛＾Ｇｆ（ｚ）｝が与えられたサイクルインデクスｋにおいて安定であるためには、ｚ＊（ｋ）は単位円（ｕｉｎｔ  ｃｉｒｃｌｅ）内になければならない。式（１８）からｃ→１の場合、これはｚ＊（ｋ）がマイナス無限大に接近する場合ではないことは明らかである。物理的には、ｃ→１の場合、噴射燃料の全質量はパドルに入り、かつシステムはしたがって噴射燃料から燃焼燃料へと純粋遅延を有する。したがって、現在のサイクルに関する燃料質量に対し直接の訂正を行なうことは可能ではないであろう。しかしながら、もしｃ（ｋ）の値がより低くかつｚ＊（ｋ）が単位円内にあれば、直接的な反転または逆が可能でありかつ現在のサイクルの訂正を行なうことができる。この問題は従来技術では考えられていなかった。実際に、いくつかの従来技術のシステムはウォールウェッティングのフラクション（従来技術ではしばしばＸと称される）が１に接近するに応じて不安定になる。ウォールウェッティングのダイナミクスは２つの別個の形式のふるまいによって特徴付けられるから、１つのシステムは噴射燃料の直接的なフィードスルーを有しおよび１つは直接的なフィードスルーなしであり、各々の条件に対して１つずつ、２つの別個の補償部を使用することが決定され、ｃ（ｋ）およびｚ＊（ｋ）の識別された値に応じて特定のサイクルに関し補償部が使用される。これは、システムの安定性を確実に考慮する一方で、補償部がシステムの物理的性質を最大に活用することができるようにして最善の実現可能な燃料／空気比率を可能にする。
直接的フィードスルーによる補償部
２つの補償部の間でのスイッチポイントに関する控えめなかつ物理的に理解可能な境界を提供するため、ｃ（ｋ）が０．９より小さくかつｚ＊（ｋ）が０．０８より大きい場合に直接的なフィードスルーと共に使用するための補償部を用いることが決定された。もしｃ（ｋ）が０．９より小さければ、噴射燃料から燃焼燃料への直接的なフィードスルーのかなりの量が同じエンジンサイクルに存在する。プラントモデルの動的反転または逆により次に該プラントのポールおよびゼロを打ち消す補償部を形成することにより、プラントのゼロ、ｚ＊（ｋ）、が補償部のポールになる。０．０８の下限が選択されて補償部の最大の所望帯域幅（周波数）が反映された。−１＜ｚ＊（ｋ）＜０．０８に対するポール配置は技術的に安定であるが、高い周波数で軽くダンプされた振動的固有値を生成するためには望ましくなく、その理由はこれがシステムを不必要にうるさくまたはバジー（ｂｕｚｚｙ）にするからである。この直接的フィードスルーと共に使用するためのウォールウェッティング補償部は図７にブロック図形式で示されている。
図７は直接的フィードスルーを備えたエンジン動作条件のためのウォールウェッティング補償部を示す概略図である。該補償部への入力は所望の燃料質量７０１、推定システムゼロ７０２、噴射燃料質量７０３、ウォールウェッティングパラメータの推定値ｂｖ（ｋ）７０４、およびウォールウェッティングパラメータの推定値ｃ（ｋ）７０５である。ウォールウェッティングパラメータｃ（ｋ）の推定値７０５は次にリミッタ７０６に通される。ｃ（ｋ）リミッタ７１９の出力は次に図７におけるｂ０（ｋ）７０８の反転または逆を計算するために使用される（式１５を参照）。ウォールウェッティングパラメータｂｖ（ｋ）の推定値７０４は次にリミッタ７０７に通される。ｂｖ（ｋ）リミッタ７０７の出力７２０は次に図７におけるａ１（ｋ）７０９を計算するために使用される（式１５を参照）。１エンジンサイクル遅延７１０の出力７２１である、前のサイクルに対する所望の燃料質量７２１はａ１（ｋ）７０９によって乗算され、７１１、かつ現在のサイクル７０１に対する所望の燃料質量から減算される、７１２。信号７２２は次にｂ０（ｋ）７０８の反転によって乗算されて、７１３、信号７２６を得る。現在のサイクルに対する推定されたゼロ７０２はリミッタ７１４を通されて制限された推定ゼロ７２３を得る。注入燃料質量７０３は１エンジンサイクル遅延７１９にわたされる。遅延７１９の出力７２４は次に前記制限された推定ゼロ７２３によって乗算される。この信号７２５は次に信号７２６から減算されて、７１５、補償された燃料質量７２７を得る。補償された燃料質量７２７はリミッタ７１７に通されて補償された燃料質量７１８に対する最終値を得る。これはシリンダに導入される燃料の量が理論的燃焼のための所望の燃料質量に整合するようにウォールウェッティングの影響を補償するために噴射されなければならない燃料の質量である。補償部は式（１７）の直接形式Ｉの実現（ｄｉｒｅｃｔ  ｆｏｒｍ  Ｉ  ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ）である。上記補償部はポールゼロの打ち消しを行ないかつウォールウェッティングの影響を補償するように噴射燃料を修正する。ウォールウェッティングのダイナミクスは低（周波数）通過システムであるから、補償部はリード補償部として説明できる。補償部への入力は所望の燃料質量であり、これは計算される値であり検知される値ではないことに注意を要する。
直接的フィードスルーなしの補償部
噴射燃料の９０％より多くが吸気マニホルドの壁に付着する場合に対しては、あるいはシステムが直接反転可能または可逆でない場合は、ウォールウェッティングの補償は噴射の間にシリンダ内に燃料の直接的なフィードスルーがないものと仮定する補償部によって行なわれる。この場合のシステムポールはゼロに置かれ、その結果有限のセットリング時間、または速示的（ｄｅａｄｂｅａｔ）コントローラを生じる結果となる。この補償部は、ｃ＝１が式（１５）に代入されたときに、式（１７）と同様にして得ることができる。反転または逆ダイナミクスを実現可能にするために、補償部の伝達関数としてｚ−１×［１／｛＾Ｇｆ（ｚ）｝］を使用することが必要である。これはｚ＝０に補償部のポールを生じさせる。このコントローラは現在の噴射サイクルの間に適切な量の燃料を噴射しまたは除去することによってその新しい平衡値で燃料パドル質量を平衡させることを試み、それによって次のエンジンサイクルにおける燃焼のための所望の燃料を達成する（図８を参照）。この補償部が意図したように動作するとき、ｍｃ（ｋ＋１）＝ｍｄ（ｋ）である。過渡的燃料制御に対しては、この補償部は存在する物理的制約が与えられれば可能な最も迅速な補償を与える。補償の差分の式は次のようになる。
0004071279.tif 000019
図８は、直接的なフィードスルーなしのエンジン動作条件に対するウォールウェッティング補償部を示す概略図である。該補償部への入力は所望の燃料質量８０２、噴射燃料質量８０３、およびウォールウェッティングパラメータｂｖ（ｋ）の推定値８０１である。ウォールウェッティングパラメータｂｖ（ｋ）の推定値８０１は次にリミッタ８０４に通されてｂｖ（ｋ）の制限された推定値８１６を得る。ｂｖ（ｋ）の制限された推定値８１６は次に、噴射からの燃料のシリンダに導入される燃料質量へのゼロの直接的なフィードスルーがあるものと仮定して、図８におけるａ１（ｋ）８０６、式（１５）を参照、および図８におけるｂ１（ｋ）８０５、式（１５）を参照、を計算するために使用される。所望の燃料質量８０２は１エンジンサイクル遅延８０９にわたされる。遅延された所望の燃料質量８１７はａ１（ｋ）８０６によって乗算され、８０７、かつ現在のサイクルに対する所望の燃料質量８０２から減算される、８２１。この信号８０８は次にｂ１（ｋ）の逆数８０５によって乗算されて信号８１８を得る。噴射燃料質量８０３は１エンジンサイクル遅延８１３にわたされて遅延された噴射燃料質量８１９を得る。遅延された噴射燃料質量８１９は固定された補償部ポール８１２によって乗算されて信号８２０を得る。信号８２０は次に信号８１８から減算されて補償された燃料質量８１１を得る。補償された燃料質量８１１はリミッタ８１４を通されて補償された燃料質量８１５に対する最終値を得る。
図９は、過渡的排気空気／燃料比率に関するマッピングされたウォールウェッティング補償の効果に対する、冷たいエンジン動作条件に対する同じエンジンに関する同じスロットル過渡状態に対する過渡的排気空気／燃料比率に関する適応的ウォールウェッティング補償の効果とを同じスケールで示す一対のチャートを含む。両方の場合に（９００および９１０）、エンジンのダイナモメータは１，１００ＲＰＭ（毎分の回転数）かつ３０ｋＰａ（キロパスカル）のマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）で動作し、かつエンジンの冷却剤の温度はほぼセ氏６２度に維持され、これは暖かいエンジンに対する通常のエンジン冷却剤温度より低い。これはエンジンが完全にウォームアップする前の冷たい動作状態におけるエンジンの動作をシミュレートする。ダイナモメータは次にエンジン速度を１，１００ＲＰＭに維持しながらスロットルを５秒にわたり開くことによりＭＡＰを９０ｋＰａに変えかつこの動作状態を維持した。マッピングされた補償部と適応的補償部との間の空燃比の制御の品質の差は劇的なものであった。マッピングされた補償部の応答は図９においてチャート９００で示されている。加速の間に生じる大きなリーンな偏位９０５は貧弱にチューニングされたマッピングされた補償部の特性を表わしており、これは冷たいエンジンの動作状態によって引き起こされる。冷たいエンジン動作条件に対しては、マッピングされた補償部は実際の場合よりはるかに少ない燃料が吸気マニホルドにおけるパドルに被着するものと仮定し、それは典型的なマッピングされる補償部におけるウォールウェッティングパラメータはＭＡＰおよびエンジンのＲＰＭの関数として記憶されるからである。これは結果として不充分な量の燃料が吸気マニホルドに注入されることになり、結果として加速の間に大きなリーンな偏位を生じる。エラー駆動フィードバックループは次により多量の燃料を注入することにより前記リーンな偏位を修正しようと試みるが、結果としてオーバシュートを生じ、前記リーンな偏位９０５にすぐ続くリッチな偏位９０３を生じさせる。システムは次に化学量論的または理論的動作９０７に戻る。
適応的補償部の応答が図９におけるチャート９１０に示されている。適応的補償部による加速から生じるリーンな偏位９１１は前記マッピングされた補償部９０５に対する対応する偏位よりもずっと小さな大きさになっている。空燃比制御の改善された性質がずっと低いピーク偏位（９０５，９１１）および理論的空気／燃料混合（９０７，９１５）へのより急速な戻りによって証明されている。適応的補償部による加速から生じるリッチな偏位９１３はマッピングされる補償部９０３による対応する偏位よりもずっと小さくかつより短い持続期間となっている。適応的機構はマッピングされる補償部の結果と比較した場合６０％のピークラムダの低減を示しかつラムダを理論値へ３倍速く移動し戻す。空燃比における理論値からの偏位の低減は直接自動車の排出の低減を生じる結果となる。
暖かいエンジンに関して行なわれた試験はまた適応的補償部はマッピングされた補償部よりも典型的な駆動サイクル試験に対しより効率的な空燃比制御を達成することを示した。これは適応的補償部はマッピングされた補償部が充分に較正されているエンジン動作条件に対してもはるかに優れた性能を達成することを示している。
前に述べたウォールウェッティング補償部は各々の点火事象の間に各々のシリンダに対する所望の燃料質量を修正することによって各々のシリンダに対してウォールウェッティングの影響を補償するように動作し、かつしたがってシリンダ内に吸い込まれる燃料質量が所望の燃料質量と整合するように適切な量の燃料を供給する（図６を参照）。ウォールウェッティングのパラメータはバンクごとに１度サイクルごとのベースで（特定のバンクにおける各々のシリンダがそのバンクにおける１つの特定のシリンダに対するウォールウェッティングのダイナミクスによって特徴付けられるものと仮定することにより）推定される。パラメータ推定はバンクごとに１度行なわれて計算機的な要求を低減する。もし燃料制御のためにより大きな処理能力が利用可能であれば、ウォールウェッティングパラメータは個々のシリンダに対して識別できる。ウォールウェッティングパラメータの推定値は次にウォールウェッティング補償部の利得の適切な値を計算するために使用される。パラメータ適応アルゴリズムは２つのエンジンバンクを表わすものと想定されるシリンダに対する噴射質量燃料、空気充填推定値、および（ＵＥＧＯ信号および空気充填推定値から決定される）燃焼燃料質量を必要とする。これらは図５に示されたスケジューリング計画にしたがった評価の下で各々のシリンダに対する最適のエンジン位置でサンプルされる。
次に図１０〜図１４のフローチャートで説明される全てのルーチンは図４に示されるコントローラ４０９に組み込まれたモトローラ社のＭＣ６８３３２型マイクロコントローラによって実行されるソフトウェアへとエンコードされる。
図１０は、好ましい方法を実施するために使用される３つの高レベルフローチャートを示す。
第１のフローチャート、ルーチン１０００、はスタートステップ１００１が実行された後にたえず（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ）動作する。ステップ１００３において、コントローラ４０９はエンジン４００の動作パラメータを示す信号をたえず確保しかつ処理する。これらの信号はエンコーダ４０５を使用して測定されるエンジン絶対位置情報、第１のＵＥＧＯセンサ４１３および補足的なＵＥＧＯセンサ４１７を使用して測定される排気ガス酸素濃度、前記（ＭＡＦ）センサ４２１を使用して測定される空気質量流量を含む。ステップ１００３のさらに詳細は図１１において拡張されている。
他のルーチン１０１０においては、制御ループは開始ステップ１０１１の呼出しの後に絶えず実行される。ステップ１０１３においては、パラメータ適応が行われる。次に、ステップ１０１５において、ウォールウェッティング補償部に対するコントローラ利得が決定される。次に、ステップ１０１６において、制御ループは次のエンジンサイクルの入力信号を待機し、次にルーチン１０１０を反復する。
他のルーチン１０２０においては、ウォールウェッティング補償部が開始ステップ１０２１の呼出しの後に絶えず実行される。ステップ１０２２においては、エンジンコントローラ４０９は次のシリンダ事象に対する所望の燃料質量６０１を絶えず取得しかつウォールウェッティング効果を補償するために噴射されるべき燃料の量を決定する。次に、ステップ１０２３の間に、ルーチンは次の所望の燃料質量６０１を待機し、次にルーチン１０２０を反復する。次に、図１０に示された方法ステップの各々の詳細を説明する。
図１１は、図１０において参照番号１００３で示された取得（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）および信号処理ステップを連続的に動作させる方法の詳細を示すフローチャートである。
ルーチン１１００は絶えず行われ、かつ点線の参照ボックス１１０１内に示されたステップは図５において前に導入されたスケジューリング計画を介して呼び出される。ステップ１１０３において、コントローラ４０９は考慮中の特定のシリンダに対して噴射されるべき燃料の質量が決定的になる（ｆｉｎａｌｉｚｅｄ）まで待機する。この瞬間はエンコーダ４０５を使用して測定されたエンジン絶対位置情報を使用して決定される。噴射されるべき燃料の質量が考慮中の特定のシリンダに対して決定的になった時、噴射燃料４１９がステップ１１０５においてサンプルされる。噴射される燃料は次にステップ１１２３において１エンジンサイクル遅延（保持）され、それによって噴射燃料（ｆｕｅｌ  ｉｎｊｅｃｔｅｄ）、空気充填量（ａｉｒ  ｃｈａｒｇｅ）、およびＵＥＧＯ信号から計算さる燃焼燃料がコヒーレント（即ち、３つのすべての信号が同じシリンダ事象に対応する）ようにされる。
次に、ステップ１１０７において、ステップ１１０５においてサンプルされかつステップ１１２３において１サイクル保持された噴射燃料信号がバンドパスろ波される。この発明の好ましい実施形態において使用されるフィルタはバンクごとに各サイクルにつき３つの加算および４つの乗算を必要とする。噴射燃料信号はバンドパスろ波されて該信号からＤＣバイアス（オフセットおよび高周波ノイズを除去し、それは入力バイアスおよび高周波ノイズはパラメータ適応アルゴリズムがウォールウェッティングパラメータの正しくない推定値を決定される可能性があるからである。数多くの異なる形式のフィルタ、種々のカットオフ周波数を備えた、離散的およびアナログ、がこの実施形態の本質的な教示から離れることなく使用できる。
次に、ルーチン１１００はスケジューラ１１０１に戻る。他のステップ１１０９において、スケジューラ１１０１は評価中のシリンダに対するピストンがその吸気工程の底部に位置するまで待機する。問題のピストンが吸気工程の底部に位置した時、ステップ１１１１が実行されかつ考慮中のシリンダに対する空気充填量（ａｉｒ  ｃｈａｒｇｅ）が決定される。これはＭＡＦセンサ４２１から信号４１８を読み取ることによって行われる。あるいは、空気充填量はＭＡＰセンサならびにテーブル修正、カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ、あるいはこの実施形態の本質的な教示から離れることなく他の評価または推定アルゴリズムと共にＭＡＰセンサを使用して決定できる。決定された空気充填量は次にステップ１１２２において１エンジンサイクル遅延され（保持され）、従って噴射燃料、空気充填量、およびＵＥＧＯ信号から計算された燃焼燃料がコヒーレント（即ち、すべての３つの信号が同じシリンダ事象に対応する）になるようにされる。
次に、ステップ１１１３において、燃焼燃料が計算される。これは次の式を使用して行われる。
0004071279.tif 000020
この場合、φＵＥＧＯはＵＥＧＯセンサ信号から決定された正規化された排出燃料／空気当量比であり、［Ｆ／Ａｓ］は理論的空燃比であり、かつ＾ｍａｉｒはその特定のシリンダ事象に対する空気充填量の推定質量である。これは各バンクにつきサイクルごとの合計の乗算を６にする。正規化された燃料／空気比率の取得ステップは後に詳細に説明する。正規化された燃料／空気比率は燃料制御戦略の他の構成要素によって必要とされ、かつ従って必要な数の計算を増大させることはない。
次に、ステップ１１１５において、計算された燃焼燃料がバンドパスろ波され、かつルーチン１１００はスケジューラ１１０１に戻る。計算された燃焼燃料は該計算された燃焼燃料からｄｃバイアスおよび高周波ノイズを除去するためにバンドパスろ波され、それは該バイアスおよび高周波ノイズはパラメータ適応アルゴリズムがウォールウェッティングパラメータの正しくない推定値を決定させる可能性があるからである。本発明の好ましい実施形態において使用されるフィルタはステップ１１０７において使用されるフィルタと同様のものであり、これは必要とされる付加的な数学的操作の合計数を６つの加算および１０の乗算にする。多様なカットオフ周波数を備えた数多くの異なる種類のフィルタ、離散的およびアナログ、がこの実施形態の本質的な教示から離れることなく使用できる。
ステップ１１１７において、スケジューラは評価中のシリンダに対する次の排気事象がほぼ発生しそうになる（ａｂｏｕｔ  ｔｏ  ｏｃｃｕｒ）まで待機する。次の排気事象がほぼ発生しそうな場合、ＵＥＧＯ信号がステップ１１１９においてサンプルされる。コントローラ４０９は位置決めシステムにおける前に述べたエンコーダによってどのシリンダバンクにシリンダ点火が位置するかを知っているから、適切なＵＥＧＯ信号センサ４１３または４１７がサンプルされてそれに応じて関連するＵＥＧＯセンサ信号４１４または４１６を提供する。
次に、ステップ１１２１において、サンプルされたＵＥＧＯ信号がＵＥＧＯセンサ校正カーブを介して正規化された燃料／空気比率に変換され、該カーブはＵＥＧＯ信号の電圧出力を独自のまたは一意的な燃料／空気当量比にマッピングする。次に、ステップ１１１３および１１１５が上に述べたように実行され、かつルーチン１１００はスケジューラ１１０１に戻る。次に、パラメータ適応の詳細につき説明する。
図１２は図１０において導入されたパラメータ適応ステップの詳細を示すフローチャートである。
ルーチン１２００は開始ステップ１２０１において始まる。次に、ステップ１２０３において、図１０からの入力モジュール１０００によって提供されるろ波された信号から予測エラーが計算される。システム出力はウォールウェッティングパラメータにおいてリニアとなるように￣ｙ（ｋ）として書き替えられることを思い出すべきである（式５）。
0004071279.tif 000021
この場合、ウォールウェッティングパラメータのサイクルごとの依存性が今や含まれている。前記予測エラー（￣ｙ（ｋ）−（ｋ）＾ｐ（ｋ−１））は、現在のサイクルに対する測定された出力￣ｙ（ｋ）から前のサイクルに対するウォールウェッティングパラメータの推定値に基づき予期されるｙ（ｋ）の値を減算したものであり次のようになる。
0004071279.tif 000022
（なお、式５および６を参照）。このプロセスは７つの加算および２つの乗算を必要とし、必要とされる付加的な数学的操作の合計数を各バンクにつきサイクルごとに１３の加算および１２の乗算にする。
次に、ステップ１２０５において、式（１２）および（１３）に示されたパラメータ更新項の分母がコントローラ４０９によって決定される。これは式（１２）および（１３）の右側の項の分母である。これらの右側の項はパラメータ更新（ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｕｐｄａｔｅｓ）と称され、それはそれらが前のサイクルに対する適切なウォールウェッティングパラメータの推定値に加えられて現在のサイクルに対する適切なウォールウェッティングパラメータの推定値を得るからである。前記分母のｖＰ１Ｐ２項はもしパラメータ推定値の共分散（ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ）が一定であると仮定すれば単一の定数によって表現できる。これは結果として３つの加算および６つの乗算のみを必要とする分母の決定を生じさせ、必要な付加的数学的操作を各バンクにつきサイクルごとに１６の加算および１８の乗算にする。
ステップ１２０７において、フィードスルーパラメータ更新方程式（１２）の分子が決定される。このプロセスは各バンクにつきサイクルごとに１つの加算および２つの乗算を含む。
次に、ステップ１２０９において、フィードスルーウォールウェッティングパラメータｃ（ｋ）に対するパラメータ更新が前記フィードスルーパラメータ更新の決定された分子をパラメータ更新項の決定された分母で割り算することにより決定される。
次に、ステップ１２１１において、新しいフィードスルーパラメータ推定値がパラメータ更新を考慮中のシリンダの最後の点火からのフィードスルーパラメータ推定値の前の値に加えることによって決定される（式１２を参照）。このステップは必要な付加的数学的操作の合計数を各バンクにつきサイクルごとに１８の加算、２０の乗算および１の除算にする。乗算および除算はそれらがマイクロプロセッサにおいて全く異なる様式で計算されるため別個に考慮され、除算は乗算よりもずうっと複雑である（かつ従ってより望ましくない）。
ステップ１２１３において、気化パラメータ更新の分子が決定される。
次に、ステップ１２１５において、気化パラメータ更新が前記気化パラメータ更新の決定された分子をパラメータ更新項の決定された分母によって割り算することにより決定される。
次に、ステップ１２１７において、新しい気化パラメータ推定値ｂｖ（ｋ）が前記パラメータ更新を前記パラメータ推定値の前の値に加えることにより決定される（現在のシリンダの最後の点火に関連し、式（１３）を参照）。このステップは各バンクにつきサイクルごとに必要な付加的な数学的操作の合計数を２０の加算、２２の乗算および２の除算にする。
次に、ルーチン１２００は終了する。
図１３は、図１０のステップ１０２２において導入されたウォールウェッティング補償部の利得の計算の詳細を示すフローチャートである。ウォールウェッティング補償部の利得の計算は図１０のステップ１００５において導入された。
ルーチン１３００は開始ステップ１３０１において始まる。ステップ１３０３において、パラメータ推定値（前記パラメータ適応ステップ１０１３において得られる）がろ波される。このためのフィルタはウォールウェッティングパラメータにおける高周波の変化を除去するよう設計された簡単な１次帯域通過フィルタである。該フィルタの機能は、誤った燃料補償を生じさせる結果となる、補償部利得の急速な、高周波の変化を防止することである。他のフィルタも使用することができ、かつもし望むならば、このステップは省略できる。この発明の好ましい実施形態において行われているように、パラメータ推定値をろ波することは各バンクに対しサイクルごとに付加的な２つの加算および４つの乗算を必要とする。
次に、ステップ１３０５において、識別されたシステムゼロが前記ろ波されたパラメータ推定値から決定される（式１８を参照）。このステップは３つの加算および１つの除算を必要とし、必要とされる付加的な数学的操作の合計数を各バンクにつきサイクルごとに２５の加算、２６の乗算、および３つの除算にする。
次に、ステップ１３０７において、パドルに注入または噴射された燃料の識別されたフラクションが大きいか否かを調べるため試験が行われる。もし大きければ、ステップ１３１１が実行される。
ステップ１３１１においては、燃料の直接的なフィードスルーがないものと仮定して補償部の利得が決定され、これは１つの余分の加算および１つの除算を必要とする。これはフィードスルーウォールウェッティングパラメータｃ（ｋ）の値が１に等しいと仮定して補償部がウォールウェッティングダイナミクスを反転または逆にする（ｉｎｖｅｒｔｓ）することを意味する。逆にされたダイナミクスを実現可能にするため、補償部の伝達関数としてｚ−１×［１／｛＾Ｇｆ（ｚ）｝］を使用することを必要とする。これはｚ＝０に補償部のポールを導入する。このコントローラは現在の注入または噴射サイクルの間に燃料の適切な量を注入または除去することによって燃料のパドル質量をその新しい平衡値で平衡させるよう試み、それによって次のエンジンサイクルに関する燃焼のための所望の燃料を達成する（図８を参照）。この補償部が意図したように動作すると、ｍｃ（ｋ＋１）＝ｍｄ（Ｋ）である。過渡的な燃料制御のためにこの補償部は存在する物理的制約が与えられれば可能な最も迅速な補償を提供する。前記ポールはもし必要であれば他の場所に配置することができ、かつフィードスルー項の仮定された値はこの実施形態の本質的な教示から離れることなく変更できることに注意を要する。
いったんステップ１３１１が完了すると、エンジン制御コンピュータはステップ１３１７を実行し、ウォールウェッティング補償利得を更新する。ルーチン１３００は次に終了する。
もしパドルへの噴射燃料の識別された分率、割合またはフラクション（ｆｒａｃｔｉｏｎ）がステップ１３０７で判定されて大きくない場合は、ステップ１３０９が実行される。ステップ１３０９においては、コントローラ４０９はシステムゼロが逆にできないまたは不可逆（ｕｎｉｎｖｅｒｔｉｂｌｅ）であるか否かを見るためチェックを行う。もしそうであれば、ステップ１３１１が上に述べたように実行される。−１＜ｚ＊（ｋ）＜０．０８に対するポール配置は技術的に安定であろうが、高い周波数で軽くダンプされた振動的固有値を生じさせることは望ましくなく、それはこれがシステムを不必要にノイズの多いまたはバジー（ｂｕｚｚｙ）にするからである。従って、ウォールウェッティング補償のために−１＜ｚ＊（ｋ）＜０．０８において推定されたゼロを不可逆として規定することが決定された。この不可逆の拡張された定義はこの実施形態の本質的な教示から離れることなく緩和しあるいは厳重にすることができる。もしシステムゼロが不可逆でなければ、次にステップ１３１５が実行される。
ステップ１３１５においては、燃料の直接的なフィードスルーを仮定して補償部の利得が決定される（これは図７に示されている）。これは補償部がウォールウェッティングのダイナミクスを直接反転または逆にすることを意味する。このステップは２つの余分の加算および１つの除算を必要とする。
いったんステップ１３１５が完了すると、エンジン制御コンピュータはステップ１３１７を実行し、ウォールウェティング補償部の利得を更新する。ルーチン１３００は次に終了する。必要な余分の数学的操作の最悪の数は各バンクにつきサイクルごとに２７の加算、２７の乗算、および４つの除算である。
図１４は、図１０のステップ１０２２において導入されたウォールウェッティング補償部の動作の詳細を示すフローチャートである。ルーチン１４００は開始ステップ１４０１で始まる。ステップ１４０３においては、所望の燃料質量がエンジンコントローラ４０９によって提供される。
次に、ステップ１４０５において、所望の燃料質量（ｆｕｅｌ  ｍａｓｓ）がウォールウェッティング効果に対して補償される。所望の燃料質量は燃料の直接的フィードスルーを想定する補償部（図７）、あるいは燃料の直接のフィードスルーを想定しない補償部（図８）によって補償される。補償部の選択および動作の詳細は図７、図８および図１３の説明において詳細に説明されている。
次にステップ１４０７において、エンジンコントローラ４０９はエンジン４００の吸気マニホルドへの噴射のために補償された燃料質量をスケジューリングする。ルーチン１４００は次に終了する。
最悪の場合、このステップ１０２２は噴射事象ごとに２つの加算および３つの乗算を含む。これらの数学的操作は前記合計には含まれていないが、これは現在の燃料制御戦略によって要求される数にすぎず、かつパラメータ適応プロセスの部分ではない。これはここで説明した適応的ウォールウェッティング補償方法を実施するためには、必要とされる余分の数学的操作の数は、種々のリミッタおよび論理的ステートメントに加えて、各バンクにつきエンジンサイクルごとに２７の加算、２７の乗算、および４つの除算となる（図７、図８および図１３を参照）。この必要な余分の計算のレベルは極めて穏当なものである。試験により適応的燃料補償のこの方法を製品のエンジンコントローラ４０９で製品のＶ−８エンジンに関し３０００ＲＰＭまでのエンジン速度で行うことが可能なことが示された。これは充分なものであり、それはウォールウェッティングはこのエンジンにおいて３０００ＲＰＭより上のエンジン速度ではもはや問題ではないからである。もし望むならば、適応的燃料補償は付加的な処理能力が利用可能にされればより高いエンジン速度で行うことができる。また、ここで示された適応的燃料補償機構好ましい実施形態およびその種々の別の実施形態は現在の燃料制御戦略の一部と置き換えられ、大抵の燃料制御戦略に対する正味の付加的な計算機的コストを一層低くすることを記憶しておかなければならない。
計算機的な効率／簡単さ
ここで提案された補償方法の１つの主な強みはその簡単さであり、かつ従ってその穏当な計算機的要求である。他の場所で提案された適応的補償方法は定常状態のエンジン動作に依存しかつウォールウェッティングパラメータを決定するためにガウス／ニュートンサーチ（スタンフォード）または非線形プログラミングによるアクティブセット方法を使用する。これらのアルゴリズムは次に、何らかの種類の補償部によって使用される、パラメータのテーブルを更新する。これらの方法は計算機集約的でありかつ大きなデータセットを使用する。さらに、これらの方法の多くはまた空気系およびセンサダイナミクスを確認または識別し、アルゴリズムをさらに複雑にしかつ必要な計算の数を増大させる。物理的に意味のあるモデルを使用し、再帰的ＬＱ問題を明確に解き、各エンジンサイクルにつきバンクごとに一度だけ適応を行い、かつ次の排気ポートが開く直前にＵＥＧＯセンサをサンプリングし、従ってセンサの最大のセットリング時間を可能にすることによって、この補償戦略に対する計算機的な要求は競合する機構よりも劇的に低くなる。適応補償部のすべての利点は限られた計算機的な努力のみによって達成される。必要とされる余分の数学的操作の合計数は、種々のリミッタおよび論理的ステートメントに加えて、２９の加算、３０の乗算、および４つの除算であり（図７、図８および図１３を参照）、かつこれはすべての信号処理を含む。さらに、このアルゴリズムは単一の較正可能なパラメータなしに実施でき、この適応ウォールウェッティング補償方法を他の場所で提案されているより複雑かつ高価な適応的過渡燃料補償機構に代えて効果的かつ低価格にしている。
要するに、説明された手法はウォールウェッティングパラメータをオンラインでかつサイクルごとに決定し、その結果改善された過渡的および冷エンジン性能を生じ、一方パラメータ更新方程式は簡単であり、計算機的な負荷を低減しかつ実施を簡単にする。
【図１】
0004071279.tif 000037
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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