(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて漸化式形式の制御器を用いて前記機関に供給する混合気の空燃比を目標値に収束させるように前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに基づいてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、前記空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段を備え、
前記漸化式形式の制御器は、その制御に使用する適応パラメータを調整するパラメータ調整手段を有し、該パラメータ調整手段は、前記気筒別空燃比推定手段によって推定された各気筒の空燃比を用いて前記適応パラメータの調整を行い、前記調整された適応パラメータが入力された前記漸化式形式の制御器は適応補正係数を算出し、
前記フィードバック制御手段は、前記算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方を選択することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段は、前記高応答フィードバック処理において、前記適応補正係数に基づいて前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に適応制御理論を応用したフィードバック制御により、機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
適応制御理論に基づく、漸化式形式のパラメータ調整機構を備える適応制御器を用いて、機関排気系に設けられた空燃比センサの出力に応じて適応補正係数を算出し、これにより機関に供給する燃料量を補正して空燃比をフィードバック制御するようにした空燃比制御装置は、従来より知られている（例えば特開平７−２４７８８６号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置では、適応補正係数は全気筒共通のものを使用しているため、気筒毎の特性の違いに対応した制御を行うことができなかった。そこで、気筒毎に適応補正係数を設定することとしても、上記従来の装置では、機関の排気系集合部に設けられた空燃比センサの検出信号をパラメータ調整機構に入力し、適応パラメータの調整を行っているため、以下のような問題があった。
【０００４】
すなわち、制御対象である機関は、厳密には気筒毎にその特性が異なっているので、上記空燃比センサの検出信号に基づいて適応パラメータの調整を行うと、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適切に反映されない。そのため、空燃比の制御性能の点で改善の余地が残されていた。
【０００５】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、適応制御器における適応パラメータの演算を適切に行い、空燃比の制御性能を向上させた空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため発明は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて漸化式形式の制御器を用いて前記機関に供給する混合気の空燃比を目標値に収束させるように前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前記機関の排気系の挙動を記述するモデルに基づいてその内部状態を観測するオブサーバを設定し、前記空燃比検出手段の出力を入力として各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段を備え、前記漸化式形式の制御器は、その制御に使用する適応パラメータを調整するパラメータ調整手段を有し、該パラメータ調整手段は、前記気筒別空燃比推定手段によって推定された各気筒の空燃比を用いて前記適応パラメータの調整を行い、前記調整された適応パラメータが入力された前記漸化式形式の制御器は適応補正係数を算出し、前記フィードバック制御手段は、前記算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方を選択することを特徴とする。
さらに、前記フィードバック制御手段は、前記高応答フィードバック処理において、前記適応補正係数に基づいて前記機関に供給する燃料量をフィードバック制御することが望ましい。
【０００７】
請求項１記載の空燃比制御装置によれば、推定した気筒別の空燃比を用いて適応パラメータの調整が行われ、該適応パラメータから算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方が選択される。
請求項２記載の空燃比制御装置によれば、高応答フィードバック処理において、適応補正係数に基づいて機関に供給する燃料量がフィードバック制御される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施の一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の構成を示す図である。同図中、１は４気筒のエンジンである。
【００１０】
エンジン１の吸気管２は分岐部（吸気マニホルド）１１を介してエンジン１の各気筒の燃焼室に連通する。吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、スロットル弁開度θＴＨに応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。吸気管２には、スロットル弁３をバイパスする補助空気通路６が設けられており、該通路６の途中には補助空気量制御弁７が配されている。補助空気量制御弁７は、ＥＣＵ５に接続されており、ＥＣＵ５によりその開弁量が制御される。
【００１１】
吸気管２のスロットル弁３の上流側には吸気温（ＴＡ）センサ８が装着されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。吸気管２のスロットル弁３と吸気マニホルド１１の間には、チャンバ９が設けられており、チャンバ９には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１０が取り付けられている。ＰＢＡセンサ１０の検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１２】
エンジン１の本体にはエンジン水温（ＴＷ）センサ１３が装着されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１４が接続されており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１４は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００１３】
吸気マニホルド１１の吸気弁の少し上流側には、各気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているとともにＥＣＵ５に電気的に接続されて、ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射時期及び燃料噴射時間（開弁時間）が制御される。エンジン１の点火プラグ（図示せず）もＥＣＵ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５により点火時期θＩＧが制御される。
【００１４】
排気管１６は分岐部（排気マニホルド）１５を介してエンジン１の燃焼室に接続されている。排気管１６には分岐部１５が集合する部分の直ぐ下流側に、広域空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）１７が設けられている。さらにＬＡＦセンサ１７の下流側には直下三元触媒１９及び床下三元触媒２０が配されており、またこれらの三元触媒１９及び２０の間には酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）１８が装着されている。三元触媒１９、２０は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の浄化を行う。
【００１５】
ＬＡＦセンサ１７は、ローパスフィルタ２２を介してＥＣＵ５に接続されており、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に略比例した電気信号を出力し、その電気信号をＥＣＵ５に供給する。Ｏ２センサ１８は、その出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベルとなり、リーン側で低レベルとなる。Ｏ２センサ１８は、ローパスフィルタ２３を介してＥＣＵ５に接続されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１６】
また、エンジン１と車輪（図示せず）との間には流体クラッチ等からなる自動変速機（図示せず）が介装され、シフトレバー（図示せず）を操作することによってＰレンジ、Ｎレンジ或いはＤレンジ等シフトポジションの変更が可能とされている。
【００１７】
また、自動変速機にはシフトポジション（ＳＰＮ）センサ７０が取り付けられ、該ＳＰＮセンサ７０により自動変速機のシフトポジションが検出されてその出力信号がＥＣＵ５に供給される。
【００１８】
また、エンジン１が搭載された車両の駆動輪速度及び従動輪速度を検出する車輪速センサ（図示せず）が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。ＥＣＵ５は、検出した駆動輪速度及び従動輪速度に基づいて駆動輪の過剰スリップ状態を判定し、過剰スリップ状態を検出したときは、空燃比のリーン化若しくは一部の気筒への燃料供給を停止する制御、又は点火時期を遅角させる制御（トラクション制御）を行う。
【００１９】
エンジン１は、吸気弁及び排気弁のうち少なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領域に適した低速バルブタイミングとの２段階に切換可能なバルブタイミング切換機構６０を有する。このバルブタイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに低速バルブタイミング選択時は２つの吸気弁のうちの一方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する場合においても安定した燃焼を確保するようにしている。
【００２０】
バルブタイミング切換機構６０は、バルブタイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ（図示せず）がＥＣＵ５接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ５に供給され、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してバルブタイミングの切換制御を行う。
【００２１】
また、ＥＣＵ５には、大気圧を検出する大気圧（ＰＡ）センサ２１が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
【００２２】
ＥＣＵ５は、上述した各種センサからの入力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機能を有する入力回路と、中央処理回路（ＣＰＵ）と、該ＣＰＵで実行される各種演算プログラムや後述する各種マップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭからなる記憶回路と、燃料噴射弁１２等の各種電磁弁や点火プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。
【００２３】
ＥＣＵ５は、上述の各種エンジン運転パラメータ信号に基づいて、ＬＡＦセンサ１７及びＯ２センサ１８の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式１により燃料噴射弁１２の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算し、この演算結果に基づいて燃料噴射弁１２を駆動する信号を出力する。
【００２４】
【数１】
0003729295.tif 000002
図２は上記数式１による燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出手法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照して本実施の形態における燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、これは噴射される燃料量に対応するので、ＴＯＵＴを燃料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。
【００２５】
図２においてブロックＢ１は、吸入空気量に対応した基本燃料量ＴＩＭＦを算出する。この基本燃料量ＴＩＭＦは、基本的にはエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるが、スロットル弁３からエンジン１の燃焼室に至る吸気系をモデル化し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パラメータとしてスロットル弁開度θＴＨ及び大気圧ＰＡをさらに用いる。
【００２６】
ブロックＢ２〜Ｂ８は乗算ブロックであり、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。これらのブロックにより、上記数式１の演算が行われ、ブロックＢ５〜Ｂ８の出力として、気筒毎の燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）が得られる。
【００２７】
ブロックＢ９は、エンジン水温ＴＷに応じて設定されるエンジン水温補正係数ＫＴＷ，排気還流実行中に排気還流量に応じて設定されるＥＧＲ補正係数ＫＥＧＲ，蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ燃料量に応じて設定されるパージ補正係数ＫＰＵＧ等のフィードフォワード系補正係数をすべて乗算することにより、補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出し、ブロックＢ２に入力する。
【００２８】
ブロックＢ２１は、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ等に応じて目標空燃比係数ＫＣＭＤを決定し、ブロック２２に入力する。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。ブロックＢ２２は、ローパスフィルタ２３を介して入力されるＯ２センサ出力ＶＭＯ２に基づいて目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正し、ブロックＢ１８、Ｂ１９及びＢ２３に入力する。ブロックＢ２３は、ＫＣＭＤ値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比係数ＫＣＭＤＭを算出し、ブロックＢ３に入力する。
【００２９】
ブロックＢ１０は、ローパスフィルタ２２を介して入力されるＬＡＦセンサ出力値を、ＣＲＫ信号パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値を選択し（ＬＡＦセンサ出力選択処理）、ブロックＢ１１に入力するとともにローパスフィルタブロックＢ１６及びＢ１７を介してブロックＢ１８及びＢ１９に入力する。このＬＡＦセンサ出力選択処理は、サンプリングのタイミングによっては変化する空燃比を正確に検出できないこと、燃焼室から排出される排気ガスがＬＡＦセンサ１７に到達するまでの時間やＬＡＦセンサ自体の反応時間がエンジン運転状態によって変化することを考慮したものである。
【００３０】
ブロックＢ１１は、いわゆるオブザーバとしての機能を有し、ＬＡＦセンサ１７によって検出される集合部（各気筒から排出された排気ガスの混合ガス）の空燃比に基づいて、各気筒毎の空燃比を推定し、４つの気筒に対応しているブロックＢ１２〜Ｂ１５及びブロックＢ１９に入力する。図２においては、ブロックＢ１２が気筒＃１に対応し、ブロックＢ１３が気筒＃２に対応し、ブロックＢ１４が気筒＃３に対応し、ブロックＢ１５が気筒＃４に対応する。ブロックＢ１２〜Ｂ１５は、各気筒の空燃比（オブザーバブロックＢ１１が推定した空燃比）が、集合部空燃比に一致するようにＰＩＤ制御により気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ（Ｎ＝１〜４）を算出し、それぞれブロックＢ５〜Ｂ８に入力する。
【００３１】
ブロックＢ１８は、検出空燃比と目標空燃比との偏差に応じてＰＩＤ制御によりＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを算出してブロックＢ２０に入力する。ブロックＢ１９は、ＬＡＦセンサ１７の検出空燃比及びオブザーバブロックＢ１１が推定した各気筒の空燃比に基づいて適応制御（Self Tuning Regulation）により適応補正係数ＫＳＴＲを算出してブロックＢ２０に入力する。この適応制御は、目標空燃比係数ＫＣＭＤ（ＫＣＭＤＭ）を基本燃料量ＴＩＭＦに乗算するだけでは、エンジンの応答遅れがあるため目標空燃比がなまされた検出空燃比になってしまうため、これを動的に補償し、外乱に対するロバスト性を向上させるために導入したものである。
【００３２】
ブロックＢ２０は、入力されるＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ及び適応補正係数ＫＳＴＲのいずれか一方をエンジン運転状態に応じて選択し、フィードバック補正係数ＫＦＢとしてブロックＢ４に入力する。これは、エンジン運転状態によっては、適応制御ではなく従来のＰＩＤ制御によって算出したＫＬＡＦ値を用いた方がよいことを考慮したものである。
【００３３】
以上のように本実施の形態では、ＬＡＦセンサ１７の出力の応じて通常のＰＩＤ制御により算出したＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦと、適応制御により算出した適応補正係数ＫＳＴＲとを切り換えて、補正係数ＫＦＢとして上記数式１に適用して、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出している。適応補正係数ＫＳＴＲにより、検出される空燃比変化に対する追従性及び外乱に対するロバスト性を向上させ、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において良好な排気ガス特性を得ることができる。またＬＡＦセンサ出力に基づいて推定した各気筒の空燃比に応じて設定される気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎをさらに上記数式１に適用して、気筒毎の燃料噴射量ＴＯＵＴ（Ｎ）を算出している。気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎにより気筒毎の空燃比のばらつきを解消して、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態において良好な排気ガス特性を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態では、上述した図２の各ブロックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により実現されるので、この処理のフローチャートを参照して処理の内容を具体的に説明する。
【００３５】
図３は、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じて、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ及び適応補正係数ＫＳＴＲを算出し、最終的にフィードバック補正係数ＫＦＢを算出するとともにＬＡＦセンサ１７の出力に応じて気筒別補正係数ＫＯＢＳＶを算出する処理のフローチャートである。本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行される。
【００３６】
ステップＳ１では、始動モードか否か、すなわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのときは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなければ、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭＤ及び最終目標空燃比係数ＫＣＭＤＭの算出（ステップＳ２）及びＬＡＦセンサ出力選択処理を行う（ステップＳ３）とともに検出当量比ＫＡＣＴの演算を行う（ステップＳ４）。検出当量比ＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ１７の出力を当量比に変換したものである。
【００３７】
次いでＬＡＦセンサ１７の活性化が完了したか否かの活性判別を行う（ステップＳ５）。これは、例えばＬＡＦセンサ１７の出力電圧とその中心電圧との差を所定値（例えば０．４Ｖ）と比較し、該差が所定値より小さいとき活性化が完了したと判別するものである。
【００３８】
次にエンジン運転状態がＬＡＦセンサ１７の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域（以下「ＬＡＦフィードバック領域」という）にあるか否かの判別を行う（ステップＳ６）。これは、例えばＬＡＦセンサ１７の活性化が完了し、且つフュエルカット中やスロットル全開運転中でないとき、ＬＡＦフィードバック領域と判定するものである。この判別の結果、ＬＡＦフィードバック領域にないときはリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に設定し、ＬＡＦフィードバック領域にあるときは「０」とする。
【００３９】
続くステップＳ７では、リセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝１のときは、ステップＳ８に進んでＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ、適応補正係数ＫＳＴＲ及びフィードバック補正係数ＫＦＢをいずれもに「１．０」に設定し、気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを後述する気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙに設定するとともに、ＰＩＤ制御の積分項ＫＬＡＦＩを「０」に設定して、本処理を終了する。また、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０のときは、気筒別空燃比補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ及びフィードバック補正係数ＫＦＢの演算を行って（ステップＳ９、Ｓ１０））、本処理を終了する。
【００４０】
図４は、図３のステップＳ６におけるＬＡＦフィードバック領域判別処理のフローチャートである。
【００４１】
先ずステップＳ１２１では、ＬＡＦセンサ１７が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあるときはフュエルカット中であることを「１」で示すフラグＦＦＣが「１」か否かを判別し（ステップＳ１２２）、ＦＦＣ＝０であるときは、スロットル弁全開中であることを「１」で示すフラグＦＷＯＴが「１」か否かを判別し（ステップＳ１２３）、ＦＷＯＴ＝１でないときは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧ＶＢＡＴが所定下限値ＶＢＬＯＷより低いか否かを判別し（ステップＳ１２４）、ＶＢＡＴ≧ＶＢＬＯＷであるときは、理論空燃比に対応するＬＡＦセンサ出力のずれ（ＬＡＦセンサストイキずれ）があるか否かを判別する。そして、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５のいずれかの答が肯定（ＹＥＳ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づくフィードバック制御を停止すべき旨を「１」で示すＫＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に設定する（ステップＳ１３２）。
【００４２】
一方、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５の答がすべて否定（ＮＯ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づくフィードバック制御を実行可能と判定して、ＫＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「０」に設定する（ステップＳ１３１）。
【００４３】
続くステップＳ１３３では、Ｏ２センサ１８が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にあるときは、エンジン水温ＴＷが所定下限水温ＴＷＬＯＷ（例えば０℃）より低いか否かを判別する（ステップＳ１３４）。そして、Ｏ２センサ１８が不活性状態のときまたはＴＷ＜ＴＷＬＯＷであるときは、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを現在値に維持すべきことを「１」で示すホールドフラグＦＫＬＡＦＨＯＬＤを「１」に設定して（ステップＳ１３６）、本処理を終了する。一方、Ｏ２センサ１８が活性状態にあり且つＴＷ≧ＴＷＬＯＷであるときは、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝０として（ステップＳ１３５）、本処理を終了する。
【００４４】
次に図３のステップＳ９における気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの算出処理について説明する。
【００４５】
最初にオブザーバによる気筒別空燃比の推定手法について説明し、次に推定した気筒別空燃比に応じた気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの算出手法を説明する。
【００４６】
排気系集合部の空燃比を各気筒の空燃比の時間的な寄与度を考慮した加重平均であると考え、時刻ｋのときの値を数式２のように表した。なお、燃料量（Ｆ）を操作量としたため、数式２では燃空比Ｆ／Ａを用いている。
【００４７】
【数２】
0003729295.tif 000003
すなわち、集合部の燃空比は、気筒毎の過去の燃焼履歴に重みＣ（例えば直前に燃焼した気筒は４０％、その前が３０％、…など）を乗算したものの合計で表した。このモデルをブロック線図で表すと、図５のようになり、その状態方程式は数式３のようになる。
【００４８】
【数３】
0003729295.tif 000004
また、集合部の燃空比をｙ（ｋ）とおくと、出力方程式は数式４のように表すことができる。
【００４９】
【数４】
0003729295.tif 000005
数式４において、ｕ（ｋ）は観測不可能であるため、この状態方程式からオブザーバを設計してもｘ（ｋ）は観測することができない。そこで、４ＴＤＣ前（すなわち、同一気筒）の空燃比は急激に変化しない定常運転状態にあると仮定してｘ（ｋ＋１）＝ｘ（ｋ−３）とすると、数式４は数式５のようになる。
【００５０】
【数５】
0003729295.tif 000006
このように設定したモデルが４気筒エンジンの排気系をよくモデル化していることは実験的に確認されている。従って、集合部Ａ／Ｆから気筒別空燃比を推定する問題は、数式６で示される状態方程式と出力方程式にてｘ（ｋ）を観察する通常のカルマンフィルタの問題に帰着する。その荷重行列Ｑ，Ｒを数式７のようにおいてリカッチの方程式を解くと、ゲイン行列Ｋは数式８のようになる。
【００５１】
【数６】
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【００５２】
【数７】
0003729295.tif 000008
【００５３】
【数８】
0003729295.tif 000009
本実施形態のモデルでは、一般的なオブザーバの構成における入力ｕ（ｋ）がないので、図６に示すようにｙ（ｋ）のみを入力とする構成となり、これを数式で表すと数式９のようになる。
【００５４】
【数９】
0003729295.tif 000010
したがって、集合部燃空比ｙ（ｋ）及び過去の気筒別燃空比の推定値Ｘハット（ｋ）から、今回の気筒別燃空比の推定値Ｘハット（ｋ）を算出することができる。
【００５５】
上記数式９を用いて気筒別燃空比Ｘハット（ｋ＋１）を算出する場合、集合部燃空比ｙ（ｋ）として、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が適用されるが、この検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）は、ＬＡＦセンサ１７の応答遅れを含んでいるのに対し、ＣＸハット（ｋ）（４つの気筒別燃空比の重み付け加算値）は、遅れを含んでいない。そのため、数式９を用いたのでは、ＬＡＦセンサ１７の応答遅れの影響で、気筒別燃空比を正確に推定することはできない。特にエンジン回転数ＮＥが高いときは、ＴＤＣ信号パルスの発生間隔が短くなるので応答遅れの影響が大きくなる。
【００５６】
そこで本実施形態では、数式１０により集合部燃空比の推定値ｙハット（ｋ）を算出し、これを数式１１に適用することにより、気筒別燃空比の推定値Ｘハット（ｋ＋１）を算出するようにした。
【００５７】
【数１０】
0003729295.tif 000011
【００５８】
【数１１】
0003729295.tif 000012
上記数式１０において、ＤＬはＬＡＦセンサ１７の応答遅れの時定数に相当するパラメータであり、本実施形態では図７に示すＤＬテーブルを用いて算出される。ＤＬテーブルは、ＤＬ値がエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて０から１．０の間の値となるように設定されている。同図において、ＰＢＡ１〜３はそれぞれ例えば、６６０ｍｍＨｇ，４６０ｍｍＨｇ，２６０ｍｍＨｇであり、適宜補間演算を行って、検出したエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた時定数ＤＬの算出を行う。なお、時定数ＤＬの値は、実際の応答遅れ時間に相当する値より２０％程度遅い時間に相当する値が最適であることが実験的に確認されている。
【００５９】
なお、数式１０及び１１において、Ｘハット（ｋ）の初期ベクトルは、例えば構成要素（ｘハット（ｋ−３），ｘハット（ｋ−２），ｘハット（ｋ−１），ｘハット（ｋ））の値が全て「１．０」のベクトルとし、数式１０においてｙハット（ｋ−１）の初期値は「１．０」とする。
【００６０】
このように、数式９におけるＣＸハット（ｋ）を、ＬＡＦセンサの応答遅れを含んだ集合部燃空比の推定値ｙハット（ｋ）に置き換えた数式１１を用いることにより、ＬＡＦセンサの応答遅れを適切に補償して正確な気筒別空燃比の推定を行うことができる。なお、以下の説明における各気筒の推定当量比ＫＡＣＴ＃１（ｋ）〜ＫＡＣＴ＃４（ｋ）が、それぞれｘハット（ｋ）に相当する。
【００６１】
次に推定した気筒別空燃比に基づいて気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを算出する手法を、図８を参照して説明する。
【００６２】
先ず、数式１２に示すように、集合部Ａ／Ｆに対応する検出当量比ＫＡＣＴを全気筒の気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの平均値の前回演算値で除算して目標Ａ／Ｆに対応する当量比としての目標値ＫＣＭＤＯＢＳＶ（ｋ）を算出し、＃１気筒の気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃１は、その目標値ＫＣＭＤＯＢＳＶ（ｋ）と＃１気筒の推定当量比ＫＡＣＴ＃１（ｋ）との偏差ＤＫＡＣＴ＃１（ｋ）（＝ＫＡＣＴ＃１（ｋ）−ＫＣＭＤＯＢＳＶ（ｋ））が０となるように、ＰＩＤ制御により求める。
【００６３】
【数１２】
0003729295.tif 000013
より具体的には、数式１３により比例項ＫＯＢＳＶＰ＃１、積分項ＫＯＢＳＶＩ＃１及び微分項ＫＯＢＳＶＤ＃１を求め、さらに数式１４により気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃１を算出する。
【００６４】
【数１３】
0003729295.tif 000014
【００６５】
【数１４】
0003729295.tif 000015
＃２〜＃４気筒についても同様の演算を行い、ＫＯＢＳＶ＃２〜＃４を算出する。
【００６６】
これにより、各気筒の空燃比は集合部空燃比に収束し、集合部空燃比はＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦにより、目標空燃比に収束するので、結果的にすべての気筒の空燃比を目標空燃比に収束させることができる。
【００６７】
さらに、この気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの学習値である気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙを以下の式により算出し記憶する。
【００６８】
0003729295.tif 000016
ここで、Ｃｓｔｙは重み係数、右辺のＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙは前回学習値である。
【００６９】
図９は、図３のステップＳ９における気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ算出処理のフローチャートである。
【００７０】
先ずステップＳ３３１では、ＬＡＦセンサ１７のリーン劣化を検出しているか否かを判別し、検出していないときは、直ちにステップＳ３３６に進む一方、検出しているときは、目標当量比ＫＣＭＤが１．０であるか否か、即ち目標空燃比が理論空燃比か否かを判別する（ステップＳ３３２）。ここで、ＬＡＦセンサのリーン劣化とは、理論空燃比よりリーン側の空燃比に対応する出力のずれが所定以上となった状態をいう。そして、ＫＣＭＤ＝１．０であるときは、ステップＳ３３６に進む一方、ＫＣＭＤ≠１．０であるときは、すべての気筒の気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを１．０に設定して（ステップＳ３４４）、即ち気筒別空燃比フィードバック制御は行わずに本処理を終了する。ステップＳ３３６では、上述したオブザーバによる気筒別空燃比の推定処理を行い、次いでＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを現在値に維持すべきことを「１」で示すホールドフラグＦＫＬＡＦＨＯＬＤが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝１であるときは、直ちに本処理を終了する。
【００７１】
続くステップＳ３３８では、リセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０であるときは、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＯＢＳＶ（例えば３５００ｒｐｍ）より高いか否かを判別し（ステップＳ３３９）、ＮＥ≦ＮＯＢＳＶであるときは、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定上限圧ＰＢＯＢＳＶＨ（例えば６５０ｍｍＨｇ）より高いか否かを判別し（ステップＳ３４０）、ＰＢＡ≦ＰＢＯＢＳＶＨであるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図１１に示すように設定されたＰＢＯＢＳＶＬテーブルを検索して、下限圧ＰＢＯＢＳＶＬを決定し（ステップＳ３４１）、吸気管内絶対圧ＰＢＡが下限圧ＰＢＯＢＳＶＬより低いか否かを判別する（ステップＳ３４２）。
【００７２】
以上の判別の結果、ステップＳ３３８〜Ｓ３４０またはＳ３４２のいずれかの答が肯定（ＹＥＳ）のときは、前記ステップＳ３４４に進み、気筒別空燃比フィードバック制御は行わない。一方、ステップＳ３３８〜Ｓ３４０及びＳ３４２の答がすべて否定（ＮＯ）のときは、エンジン運転状態が図１１に斜線で示す領域にあり、気筒別空燃比フィードバック制御が実行可能と判定して、上述した手法により気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの演算を行って（ステップＳ３４３）、本処理を終了する。
【００７３】
図１０は、図９のステップＳ３３６における気筒別空燃比の推定処理のフローチャートである。
【００７４】
同図において、ステップＳ３６１では、高速バルブタイミング用のオブザーバ演算（即ち気筒別空燃比の推定演算）を行い、続くステップＳ３６２では、低速バルブタイミング用のオブザーバ演算を行う。そして、現在のバルブタイミングが高速バルブタイミングか否かを判別し（ステップＳ３６３）、高速バルブタイミングのときは、高速バルブタイミング用のオブザーバ演算結果を選択し（ステップＳ３６４）、低速バルブタイミングのときは、低速バルブタイミング用のオブザーバ演算結果を選択する（ステップＳ３６５）。
【００７５】
このように、現在のバルブタイミングに拘わらず、高速及び低速バルブタイミング用のオブザーバ演算をともに行い、現在のバルブタイミングに応じて、演算結果を選択するようにしたのは、気筒別空燃比の推定演算は、収束するまでに数回の演算を要するからである。これにより、バルブタイミング切換直後の気筒別空燃比の推定精度を向上させることができる。
【００７６】
次に図３のステップＳ１０におけるフィードバック補正係数ＫＦＢの算出処理を説明する。
【００７７】
フィードバック補正係数ＫＦＢは、前述したようにエンジン運転状態に応じてＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ又は適応補正係数ＫＳＴＲに設定される。そこで、先ず図１２及び図１３を参照して、これらの補正係数の算出手法を説明する。
【００７８】
図１２は、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ算出処理のフローチャートである。
【００７９】
同図のステップＳ３０１では、ホールドフラグＦＫＬＡＦＨＯＬＤが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝１のときは、直ちに本処理を終了し、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝０のときは、ＫＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別する（ステップＳ３０２）。その結果、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝１のときは、ステップＳ３０３に進み、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを１．０に設定するとともに、積分制御ゲインＫＩ及び目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの偏差ＤＫＡＦを「０」に設定して、本処理を終了する。
【００８０】
ステップＳ３０２でＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０のときは、ステップＳ３０４に進み、比例制御ゲインＫＰ、積分制御ゲインＫＩ及び微分制御ゲインＫＤをエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたマップから検索する。ただし、アイドル状態のときはアイドル用のゲインを採用する。次いで、目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの偏差ＤＫＡＦ（ｋ）（＝ＫＣＭＤ（ｋ）−ＫＡＣＴ（ｋ））を算出し（ステップＳ３０５）、偏差ＤＫＡＦ（ｋ）及び各制御ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤを下記式に適用して、比例項ＫＬＡＦＰ（ｋ）、積分項ＫＬＡＦＩ（ｋ）及び微分項ＫＬＡＦＤ（ｋ）を算出する（ステップＳ３０６）。
【００８１】
ＫＬＡＦＰ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＰ
ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＩ＋ＫＬＡＦＩ（ｋ−１）
ＫＬＡＦＤ（ｋ）＝（ＤＫＡＦ（ｋ）−ＤＫＡＦ（ｋ−１））×ＫＤ
続くステップＳ３０７〜Ｓ３１０では、積分項ＫＬＡＦＩ（ｋ）のリミット処理を行う。すなわち、ＫＬＡＦＩ（ｋ）値が所定上下限値ＫＬＡＦＩＬＭＴＨ，ＫＬＡＦＩＬＭＴＬの範囲内にあるか否かを判別し（ステップＳ３０７、Ｓ３０８）、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＞ＫＬＡＦＩＬＭＴＨであるときは、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＫＬＡＦＬＭＴＨとし（ステップＳ３１０）、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＜ＫＬＡＦＩＬＭＴＬであるときは、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＫＬＡＦＩＬＭＴＬとする（ステップＳ３０９）。
【００８２】
続くステップＳ３１１では、下記式によりＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ（ｋ）を算出する。
【００８３】
ＫＬＡＦ（ｋ）＝ＫＬＡＦＰ（ｋ）＋ＫＬＡＦＩ（ｋ）＋ＫＬＡＦＤ（ｋ）＋１．０
次いで、ＫＬＡＦ（ｋ）値が所定上限値ＫＬＡＦＬＭＴＨより大きいか否かを判別し（ステップＳ３１２）、ＫＬＡＦ（ｋ）＞ＫＬＡＦＬＭＴＨであるときは、ＫＬＡＦ（ｋ）＝ＫＬＡＦＬＭＴＨとして（ステップＳ３１６）、本処理を終了する。
【００８４】
ステップＳ３１２で、ＫＬＡＦ（ｋ）≦ＫＬＡＦＬＭＴＨであるときは、ＫＬＡＦ（ｋ）値が所定下限値ＫＬＡＦＬＭＴＬより小さいか否かを判別し（ステップＳ３１４）、ＫＬＡＦ（ｋ）≧ＫＬＡＦＬＭＴＬであれば直ちに本処理を終了する一方、ＫＬＡＦ（ｋ）＜ＫＬＡＦＬＭＴＬであるときは、ＫＬＡＦ（ｋ）＝ＫＬＡＦＬＭＴＬとして（ステップＳ３１５）、本処理を終了する。
【００８５】
本処理により、検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するように、ＰＩＤ制御によりＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦが算出される。
【００８６】
次に適応補正係数ＫＳＴＲ算出処理について、図１３を参照して説明する。
【００８７】
図１３は、図２のブロックＢ１９、すなわち適応制御（ＳＴＲ（Self Tuning Regulator））ブロックの構成を示すブロック図であり、このＳＴＲブロックは、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭＤ（ｋ）と検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）とが一致するように適応補正係数ＫＳＴＲを設定するＳＴＲコントローラと、該ＳＴＲコントローラで使用するパラメータを設定するパラメータ調整機構とからなる。
【００８８】
本実施の形態における適応制御の調整則の一つに、ランダウらが提案したパラメータ調整則がある。この手法は、適応システムを線形ブロックと非線形ブロックとから構成される等価フィードバック系に変換し、非線形ブロックについては入出力に関するポポフの積分不等式が成立し、線形ブロックは強正実となるように調整則を決めることによって、適応システムの安定を保証する手法である。この手法は、例えば「コンピュートロール」（コロナ社刊）Ｎｏ．２７，２８頁〜４１頁、ないしは「自動制御ハンドブック」（オーム社刊）７０３頁〜７０７頁に記載されているように、公知技術である。
【００８９】
本実施の形態では、このランダウらの調整則を用いた。以下説明すると、ランダウらの調整則では、離散系の制御対象の伝達関数Ａ（Ｚ-1）／Ｂ（Ｚ-1）の分母分子の多項式を数式１５のようにおいたとき、適応パラメータθハット（ｋ）及び適応パラメータ調整機構への入力ζ（ｋ）は、それぞれ数式１６、１７のように定められる。数式１６、１７では、ｍ＝１、ｎ＝１、ｄ＝３の場合、即ち１次系で３制御サイクル分の無駄時間を持つプラントを例にとった。ここで、ｋは時刻、より具体的には制御サイクルを示す。また、数式１７において、ｕ（ｋ）及びｙ（ｋ）は、本実施形態では、それぞれ適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）及び気筒別推定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）に対応する。
【００９０】
【数１５】
0003729295.tif 000017
【００９１】
【数１６】
0003729295.tif 000018
【００９２】
【数１７】
0003729295.tif 000019
ここで、適応パラメータθハット（ｋ）は、数式１８で表される。また、数式１８中のΓ（ｋ）及びｅアスタリスク（ｋ）は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信号であり、数式１９及び数式２０のような漸化式で表される。
【００９３】
【数１８】
0003729295.tif 000020
【００９４】
【数１９】
0003729295.tif 000021
【００９５】
【数２０】
0003729295.tif 000022
また数式１９中のλ１（ｋ）、λ２（ｋ）の選び方により、種々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ１（ｋ）＝１，λ２（ｋ）＝λ（０＜λ＜２）とすると漸減ゲインアルゴリズム（λ＝１の場合、最小自乗法）、λ１（ｋ）＝λ１（０＜λ１＜１）、λ２（ｋ）＝λ２（０＜λ２＜２）とすると、可変ゲインアルゴリズム（λ２＝１の場合、重み付き最小自乗法）、λ１（ｋ）／λ２（ｋ）＝σとおき、λ３が数式２１のように表されるとき、λ１（ｋ）＝λ３とおくと固定トレースアルゴリズムとなる。また、λ１（ｋ）＝１，λ２（ｋ）＝０のとき固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数式２０から明らかなように、Γ（ｋ）＝Γ（ｋ−１）となり、よってΓ（ｋ）＝Γの固定値となる。
【００９６】
【数２１】
0003729295.tif 000023
ここで、図１３にあっては、前記ＳＴＲコントローラ（適応制御器）と適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算系の外におかれ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が目標当量比ＫＣＭＤ（ｋ−ｄ’）（ここでｄ’はＫＣＭＤがＫＡＣＴに反映されるまでの無駄時間である）に適応的に一致するように動作して適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）を演算する。
【００９７】
このように、適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）及び気筒別推定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）が求められて適応パラメータ調整機構に入力され、そこで適応パラメータθハット（ｋ）が算出されてＳＴＲコントローラに入力される。ＳＴＲコントローラには入力として目標当量比ＫＣＭＤ（ｋ）が与えられ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が目標当量比ＫＣＭＤ（ｋ）に一致するように漸化式を用いて適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）が算出される。
【００９８】
適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）は、具体的には数式２２に示すように求められる。
【００９９】
【数２２】
0003729295.tif 000024
以上の説明は、制御サイクルと制御周期（ＴＤＣ信号パルスの発生周期）とを一致させ、全気筒について共通の適応補正係数ＫＳＴＲを使用する場合のものであるが、本実施形態では、制御サイクルを気筒数と対応させて４ＴＤＣとすることにより、気筒毎に適応補正係数ＫＳＴＲを決定するようにしている。具体的には、上記数式１７〜２２をそれぞれ数式２３〜２８に置き換えて、適応補正係数ＫＳＴＲを決定することにより、気筒別の適応補正係数ＫＳＴＲを算出して適応制御を行っている。
【０１００】
【数２３】
0003729295.tif 000025
【０１０１】
【数２４】
0003729295.tif 000026
【０１０２】
【数２５】
0003729295.tif 000027
【０１０３】
【数２６】
0003729295.tif 000028
【０１０４】
【数２７】
0003729295.tif 000029
【０１０５】
【数２８】
0003729295.tif 000030
なお、上記数式２８におけるｄ’は、例えば「２」とする。
【０１０６】
以上のように本実施形態では、適応補正係数ＫＳＴＲを気筒別に算出するとともに、適応パラメータ調整機構に入力するｙ（ｋ）を、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）ではなく気筒別推定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）としたので、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適切に反映され、空燃比の制御性能の向上させることができる。
【０１０７】
次に上述のようにして算出するＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦと適応補正係数ＫＳＴＲとを切り換えて、すなわちＰＩＤ制御と適応制御とを切り換えて、フィードバック補正係数ＫＦＢを算出する手法を説明する。
【０１０８】
図１４は、図３のステップＳ１０におけるフィードバック補正係数ＫＦＢの算出処理のフローチャートである。
【０１０９】
先ずステップＳ４０１では、図３の処理の前回実行時がオープンループ制御であったか（ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝１であったか）否かを判別し、オープンループ制御でなかったときは、目標当量比ＫＣＭＤの変化量ＤＫＣＭＤ（＝｜ＫＣＭＤ（ｋ）−ＫＣＭＤ（ｋ−１）｜）が基準値ＤＫＣＭＤＲＥＦより大きいか否かを判別する（ステップＳ４０２）。そして、前回がオープンループ制御だったとき又は、前回がフィードバック制御であり且つ変化量ＤＫＣＭＤが基準値ＤＫＣＭＤＲＥＦより大きいときは、低応答のフィードバック制御を実行すべき領域（以下「低応答Ｆ／Ｂ領域」という）と判定し、カウンタＣを「０」にリセットするとともに（ステップＳ４０３）、低応答のフィードバック制御処理（後述）を行い（ステップＳ４１１）、本処理を終了する。
【０１１０】
なお、前回がオープンループ制御であったときに、低応答Ｆ／Ｂ領域と判定するのは、例えばフュエルカット状態からの復帰時のような場合には、ＬＡＦセンサの検出遅れなどから、必ずしも検出値が真の値を示すとは限らないため、制御が不安定となる可能性があるからである。また、同様の理由で、目標当量比ＫＣＭＤの変化量ＤＫＣＭＤが大きいとき、例えばスロットル全開増量状態から復帰したとき、リーンバーン制御から理論空燃比制御に復帰したとき等においても低応答Ｆ／Ｂ領域と判定している。
【０１１１】
ステップＳ４０１及びＳ４０２の答がともに否定（ＮＯ）のとき、すなわち前回もフィードバック制御であり、かつ目標当量比ＫＣＭＤの変化量ＤＫＣＭＤが基準値ＤＫＣＭＤＲＥＦ以下のときは、カウンタＣを「１」だけインクリメントして（ステップＳ４０４）、カウンタＣの値が所定値ＣＲＥＦ（例えば５）以下か否かを判別し（ステップＳ４０５）、Ｃ≦ＣＲＥＦであるときは前記ステップＳ４１１を実行し、一方Ｃ＞ＣＲＥＦであるときはステップＳ４０６へ進む。ステップＳ４０６ではＦ／Ｂ判別処理、すなわち高応答のフィードバック制御を実行すべき領域（以下「高応答Ｆ／Ｂ領域」という）であるか、低応答Ｆ／Ｂ領域であるかを、後述の処理により判別する。次にステップＳ４０７では、ステップＳ４０６で判別された制御領域が、高応答Ｆ／Ｂ領域であるか否かを判別し、高応答Ｆ／Ｂ領域でないときは前記ステップＳ４１１を実行し、一方高応答フィードバック制御領域であるときは高応答のフィードバック制御処理（後述）を行って適応補正係数ＫＳＴＲを算出し（ステップＳ４０８）、適応補正係数ＫＳＴＲと１．０との差の絶対値｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜が基準値ＫＳＴＲＲＥＦより大きいか否かを判別し（ステップＳ４０９）、｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜＞ＫＳＴＲＲＥＦであるときは、前記ステップＳ４１１に進む一方、｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜≦ＫＳＴＲＲＥＦであるときは、フィードバック補正係数ＫＦＢをＫＳＴＲ値に設定して（ステップＳ４１０）、本処理を終了する。
【０１１２】
ここで、適応補正係数ＫＳＴＲと１．０との差の絶対値が基準値ＫＳＴＲＲＥＦより大きいときに「低応答フィードバック処理」を選択するのは、制御の安定性確保のためである。
【０１１３】
また、カウンタＣの値がＣＲＥＦ値以下のときに低応答Ｆ／Ｂ領域であるとするのは、オープンループ制御からの復帰直後や目標当量比ＫＣＭＤが大きく変化した直後は、燃料の燃焼が完了するまでの遅れやＬＡＦセンサの検出遅れの影響を吸収できないからである。
【０１１４】
次に図１４のステップＳ４０６における、空燃比フィードバック制御の応答速度を選択するための処理を説明する。図１５及び１６はこのフィードバック処理の判別処理のフローチャートである。
【０１１５】
まずステップＳ５０１で、ＬＡＦセンサ１７の応答が劣化したか否かを判別し、劣化していないときはステップＳ５０２へ進む。
【０１１６】
次にステップＳ５０２でＬＡＦセンサ１７の異常が検出されたか否かを判別し、異常が検出されていないときはクランク角度位置センサ１４（気筒判別センサ、ＴＤＣセンサ、ＣＲＫセンサ）の異常が検出されているか否かを判別し（ステップＳ５０３）、いずれのセンサの異常も検出されていないときは弁開度θＴＨセンサ４の異常が検出されているか否かを判別し（ステップＳ５０４）、異常が検出されていないときはバルブタイミング機構の異常が検出されているか否かを判別する（ステップＳ５０５）。
【０１１７】
その結果、ステップＳ５０１〜Ｓ５０５で劣化または異常が検出されていないときはステップＳ５０６へ進み、いずれか１つでも劣化または異常が検出されたときは低応答Ｆ／Ｂ領域であると判定して（ステップＳ５２０）、本処理を終了する。
【０１１８】
このように、各センサの異常時に低応答のフィードバック制御を選択するのは、空燃比制御性の悪化を防止するためである。
【０１１９】
次いでステップＳ５０６では、エンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＳＴＲＯＮより低いか否かを判別し（ステップＳ５０４）、ＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＮであるときはエンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＳＴＲＯＦＦ（例えば１００℃）以上であるか否かを判別し（ステップＳ５０７）、ＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＦＦであるときは吸気温ＴＡが所定温度ＴＡＳＴＲＯＦＦ以上であるか否かを判別する（ステップＳ５０８）。その結果、ステップＳ５０７でＴＷ＜ＴＷＳＴＲＯＦＦであるとき、及びステップＳ５０７でＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＦＦであり、かつステップＳ５０８でＴＡ＜ＴＡＳＴＲＯＦＦであるときは、いずれもステップＳ５０９へ進んでエンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＳＴＲＬＭＴ以上であるか否かを判別し、ＮＥ＜ＮＥＳＴＲＬＭＴであるときは、エンジンがアイドル状態か否かを判別し（ステップＳ５１０）、アイドル状態でないときは、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）の作動復帰（トラクション制御の実行終了）後の時間を計測するタイマが作動中か否かを判別する（ステップＳ５１１）。なお、このタイマはダウンカウントタイマで構成され、ＴＣＳ作動中にセットされて、ＴＣＳ作動から復帰した時点からカウントダウンが開始される。
【０１２０】
ステップＳ５１１で判別の結果、ＴＣＳ作動復帰後のタイマが作動中でないときは、エンジンのフューエルカット状態から復帰した（フューエルカットを終了した）後のタイマが作動中か否かを判別する（ステップＳ５１２）。ここで、エンジンのフューエルカットは、エンジンの所定減速状態で実行され、その実行中はフューエルカットフラグＦＦＣが「１」に設定される。なお、このタイマもダウンカウントタイマで構成され、エンジンのフューエルカット中にセットされて、フューエルカット状態から復帰した時点でカウントダウンが開始される。
【０１２１】
以上の判別の結果、ステップＳ５０６若しくはステップＳ５０９〜Ｓ５１２のいずれかの答が肯定（ＹＥＳ）のとき、及びステップＳ５０７とＳ５０８の答が共に肯定（ＹＥＳ）のときは、低応答Ｆ／Ｂ領域であると判定して（ステップＳ５２０）、本処理を終了する。また、ステップＳ５１２の答えが否定（ＮＯ）のときはステップＳ５５０に進む。
【０１２２】
ステップＳ５５０では、エンジンが失火しているか否かの判断を行う。失火の判断の方法としては、例えば、本出願人により出願されている特開平６−１４６９９８などにより公知である、エンジンの回転変動が所定値を越えた場合にエンジンに失火が発生していると判断する方法がある。ステップＳ５５０でエンジンが失火しているときは前記ステップＳ５２０へ進む一方、失火していないときはステップＳ５１３へ進む。
【０１２３】
ステップＳ５１３では、バルブタイミングの高速用／低速用の切換指示があったか否かを判別し、切換指示がないときは、エンジンの点火時期を大量に遅角（リタード）させる制御を実行したか否かを判別し（ステップＳ５１４）、実行していないときはステップＳ５１６へ進む。前記ステップＳ５１３，Ｓ５１４のいずれかで、その答えが肯定（ＹＥＳ）であるときはダウンカウントタイマｔｍＫＣＭＤＣＨＮＧに所定期間ＴＣＨＮＧをセットしてスタートさせ（ステップＳ５１５）、低応答Ｆ／Ｂ領域と判定する。ここで所定期間ＴＣＨＮＧは、バルブタイミング切換指令が有った後、あるいは大量の点火時期遅角制御を実行した後に、燃焼状態が安定するのに十分な期間に設定する。
【０１２４】
ステップＳ５１６ではこのダウンカウントタイマｔｍＫＣＭＤＣＨＮＧの値が０に達していないか否かを判別し、未だ０に達していないときは低応答Ｆ／Ｂ領域であると判定し（ステップＳ５２０）、一方、０に達しているときは検出当量比ＫＡＣＴが所定上下限値ＫＡＣＴＬＭＴＨ（例えば１．０１）、ＫＡＣＴＬＭＴＬ（例えば０．９９）の範囲内にあるか否かを判別し（ステップＳ５１７，Ｓ５１８）、ＫＡＣＴ＜ＫＡＣＴＬＭＴＬ又はＫＡＣＴ＞ＫＡＣＴＬＭＴＨであるときは、前記ステップＳ５２０に進み、一方、ＫＡＣＴＬＭＴＬ≦ＫＡＣＴ≦ＫＡＣＴＬＭＴＨであるときは、高応答Ｆ／Ｂ領域と判定して（ステップＳ５１９）、本処理を終了する。
【０１２５】
ステップＳ５１７，Ｓ５１８により、低応答フィードバック制御から高応答フィードバック制御への切換は、検出当量比ＫＡＣＴが１．０付近の値のときに行われ、切換を滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保することができる。ここで、ステップＳ５０６〜Ｓ５１６の各判別の結果によっては、低応答フィードバック制御を選択することとした理由は、以下の通りである。
【０１２６】
まず、低水温時（ＴＷ＜ＴＷＳＴＲＯＮ）は、燃料の霧化悪化や機関のフリクション増大により燃焼が安定せず、失火などを生じるおそれがあり、安定した検出当量比ＫＡＣＴを得られないからである。また、エンジン水温が高温（ＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＦＦ）で、かつ高吸気温時（ＴＡ≧ＴＡＳＴＲＯＦＦ）は、燃料供給ライン中のベーパロック発生により、燃料噴射弁６による実噴射量が減少するおそれがあるからである。さらに、高回転時（ＮＥ≧ＮＥＳＴＲＬＭＴ）は、ＥＣＵの演算時間が不足しがちであるとともに、燃焼も安定しないからである。
【０１２７】
また、エンジンのアイドル時は、運転状態がほぼ安定しており、高応答のフィードバック制御を必要としないからである。さらに、駆動輪スリップ回避のためのトルク減少を目的としたトラクション制御の実行による一時的な点火時期の遅角制御又はフューエルカット制御から復帰した後、所定期間は一時的に燃焼状態が不安定になり、高応答のフィードバック制御ではかえって空燃比変動を大きくしてしまうおそれがあるからである。なお、フューエルカット復帰後所定期間も同様の理由により、低応答のフィードバック制御を選択する。同様にエンジンが失火している場合には明らかに燃焼状態が不安定であるため、低応答のフィードバック制御を選択する。さらに、バルブタイミング切換後所定期間ＴＣＨＮＧ内はバルブタイミング切換による吸排気弁の開弁時間の変化によって燃焼状態が急激に変化するからである。また、大量に点火時期が遅角された後所定期間ＴＣＨＮＧ内は、燃焼状態が安定せず、安定した検出当量比ＫＡＣＴを期待できないからである。
【０１２８】
ここで大量の点火時期の遅角制御を実行する場合として、上記トラクション制御以外に、自動変速機の変速時のトルクショック低減制御、エンジン高負荷時のノッキング回避制御、エンジン始動後の触媒温度の早期上昇等を目的とした点火時期制御を実行する場合等が挙げられる。
【０１２９】
次に本実施例に係る高応答／低応答フィードバック制御について説明する。
【０１３０】
図１７は、図１４のステップＳ４０８における高応答フィードバック制御処理のフローチャートである。まずステップＳ６０１で、適応補正係数ＫＳＴＲによるフィードバック制御を実行すべき領域（以下「適応制御領域」という）であることを「１」で示すフラグＦＫＳＴＲが前回「０」であったか否かを判別する。その結果、前回がＦＫＳＴＲ＝１であるときは直ちにステップＳ６０３に進み、前述した手法により適応補正係数ＫＳＴＲを算出してフラグＦＫＳＴＲを「１」にセットし、本処理を終了する。
【０１３１】
一方、前回がＦＫＳＴＲ＝０であったときは、適応パラメータ（ゲインを決定するスカラ量）ｂ０を、ＰＩＤ補正係数の前回値ＫＬＡＦ（ｋ−１）で除算した値に置き換えて（ステップＳ６０２）、ステップＳ６０３以下を実行する。
【０１３２】
ステップＳ６０２で、適応パラメータｂ０をｂ０／ＫＬＡＦ（ｋ−１）に置き換えることにより、ＰＩＤ制御から適応制御への切換をより滑らかに行うことができ、制御の安定性を確保することができる。これは、以下のような理由による。前記数式２８のｂ０をｂ０／ＫＬＡＦ（ｋ−１）に置き換えると、数式２９の第１式に示すようになるが、第１式の第１項はＰＩＤ制御実行中はＫＳＴＲ（ｋ）＝１としているので、１となる。従って、適応制御開始当初のＫＳＴＲ（ｋ）値は、ＫＬＡＦ（ｋ−１）に等しくなり、補正係数値が滑らかに切り換えられることになる。
【０１３３】
【数２９】
0003729295.tif 000031
図１８は、図１４のステップＳ４１１における低応答フィードバック制御処理のフローチャートである。ステップＳ６２１で前回フラグＦＫＳＴＲが「１」にセットされているか否かを判別する。その結果、前回がＦＫＳＴＲ＝０であったときは、直ちに前述した図１２の処理によりＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを算出し（ステップＳ６２３）、フラグＦＫＳＴＲを「０」にセットして（ステップＳ６２４）、フィードバック補正係数ＫＦＢをステップＳ６２３で算出したＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ（ｋ）に設定して（ステップＳ６２５）、本処理を終了する。
【０１３４】
一方、前回はＦＫＳＴＲ＝１であったときは、ＰＩＤ制御の積分項の前回値ｋＡＬＦＩ（ｋ−１）を、適応補正係数の前回値ＫＳＴＲ（ｋ−１）に設定して（ステップＳ６２２）、ステップＳ６２３以下を実行する。
【０１３５】
ここで、適応制御からＰＩＤ制御への切換時（前回ＦＫＳＴＲ＝１で今回が低応答Ｆ／Ｂ領域であるとき）は、ＰＩＤ制御の積分項ＫＬＡＦＩが急変する可能性があるため、ステップＳ６２２により、ＫＬＡＦ（ｋ−１）＝ＫＳＴＲ（ｋ−１）としている。これにより、適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ−１）とＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ（ｋ）との差を小さくとどめ、切換を滑らかにして制御の安定性を確保することができる。
【０１３６】
図１４〜１８の処理によれば、少なくともエンジンの燃焼状態が非定常状態である期間は、適応制御からＰＩＤ制御に空燃比フィードバック制御が切換わるので、燃焼非定常状態においても、空燃比制御の十分な正確性及び安定性を確保し、良好な運転性及び排気ガス特性を維持することができる。
【０１３７】
なお、上述した実施形態では、漸化式形式の制御器としてＳＴＲを例にとって説明したが、ＭＲＡＣＳ（モデル規範型適応制御）を用いてもよい。
【０１３８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、推定した気筒別の空燃比を用いて適応パラメータの調整が行われ、該適応パラメータから算出された適応補正係数及び基準値との比較に応じて高応答フィードバック処理及び低応答フィードバック処理のいずれか一方が選択されるので、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適切に反映され、空燃比の制御性能を向上させることができると共に、空燃比の制御の安定性を確保できる。
また、高応答フィードバック処理において、適応補正係数に基づいて機関に供給する燃料量がフィードバック制御されるので、エンジンの応答遅れを動的に補償し、外乱に対するロバスト性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態における空燃比制御手法を説明するための機能ブロック図である。
【図３】ＬＡＦセンサ出力に基づいて空燃比補正係数を算出する処理のフローチャートである。
【図４】ＬＡＦフィードバック領域判別処理のフローチャートである。
【図５】内燃機関の排気系の挙動を示すモデルのブロック図である。
【図６】本実施形態におけるオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図７】ＬＡＦセンサの応答遅れ時定数（ＤＬ）を設定するためのテーブルを示す図である。
【図８】気筒別空燃比フィードバック制御を説明するためのブロック図である。
【図９】気筒別補正係数（ＫＯＢＳＶ＃Ｎ）を算出する処理のフローチャートである。
【図１０】気筒別空燃比推定処理のフローチャートである。
【図１１】気筒別空燃比フィードバック制御を実行する運転領域を示す図である。
【図１２】ＰＩＤ補正係数（ＫＬＡＦ）算出処理のフローチャートである。
【図１３】適応補正係数（ＫＳＴＲ）の算出処理を説明するためのブロック図である。
【図１４】フィードバック補正係数（ＫＦＢ）の算出処理のフローチャートである。
【図１５】フィードバック処理判別処理のフローチャートである。
【図１６】フィードバック処理判別処理のフローチャートである。
【図１７】高応答フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【図１８】低応答フィードバック制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  内燃機関（本体）
２  吸気管
５  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
１２  燃料噴射弁
１６  排気管
１７  広域空燃比センサ
１８  酸素濃度センサ
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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