(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射弁と、排出ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段とを備え、前記燃料噴射弁から前記空燃比検出手段までの制御対象を模擬した制御モデルを用いて排出ガスの空燃比を目標空燃比付近に制御するように状態フィードバックを実行して燃料噴射量を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御モデルのモデル時定数に基づいてモデルパラメータを演算するモデルパラメータ演算手段と、前記制御モデルの特性多項式の係数と前記モデルパラメータとから制御パラメータを演算する制御パラメータ演算手段と、燃料噴射量をフィードバック補正するための空燃比補正係数を前記制御パラメータから演算する空燃比補正係数演算手段とを備え、
前記制御パラメータ演算手段は、前記制御モデルのむだ時間分又はｎ−１個又はｎ−２個（ｎは特性多項式の次数）の根を０とする極配置法に基づいて前記特性多項式の係数を演算し、
前記制御モデルは、むだ時間分の極を０としてむだ時間と一次遅れ系で表現され、極の総数がむだ時間分の極の数よりも２個多く設定され、
前記むだ時間分の極以外の極を求める式は、二次遅れ系で表現され、
前記二次遅れ系の変数ω，ζのうち、一方の変数を固定値とし、他方の変数のみを可変と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】
燃料を噴射する燃料噴射弁と、排出ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段とを備え、前記燃料噴射弁から前記空燃比検出手段までの制御対象を模擬した制御モデルを用いて排出ガスの空燃比を目標空燃比付近に制御するように状態フィードバックを実行して燃料噴射量を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御モデルのモデル時定数に基づいてモデルパラメータを演算するモデルパラメータ演算手段と、前記制御モデルの特性多項式の係数と前記モデルパラメータとから制御パラメータを演算する制御パラメータ演算手段と、燃料噴射量をフィードバック補正するための空燃比補正係数を前記制御パラメータから演算する空燃比補正係数演算手段とを備え、
前記制御パラメータ演算手段は、前記制御モデルのむだ時間分又はｎ−１個又はｎ−２個（ｎは特性多項式の次数）の根を０とする極配置法に基づいて前記特性多項式の係数を演算する手段を有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３】
前記制御パラメータの演算周期は、前記空燃比補正係数の演算周期よりも長い周期に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記制御パラメータ演算手段は、運転状態又はモデル時定数が所定値以上変化したときに前記モデルパラメータと前記制御パラメータを更新することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに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、燃料噴射弁から空燃比検出手段までの制御対象を模擬した制御モデルを用いて燃料噴射量（空燃比）を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車は、排気管に排出ガス浄化用の三元触媒を設置すると共に、この三元触媒の上流側に空燃比センサを設置し、この空燃比センサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を触媒の浄化ウインドウ（理論空燃比付近）に制御するように状態フィードバックを実行して燃料噴射量を制御することで、排出ガスを効率良く浄化するようにしている。このような空燃比制御は、一般に、特開平７−１１９９５号公報に示すように、燃料噴射弁から空燃比センサまでの制御対象をモデル化して、最適レギュレータにより状態フィードバックのフィードバックゲインを算出すると共に、このフィードバックゲインを用いて空燃比補正係数を算出し、エンジン運転状態に応じて求めた基本噴射量を上記空燃比補正係数等で補正して燃料噴射量を求めるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の空燃比制御は、最適レギュレータによりフィードバックゲインを算出する際に、評価関数Ｊの値が最小となるように、評価関数Ｊの重みパラメータＱ，Ｒを種々変化させて最適な制御特性が得られるまで演算を何回も繰り返す必要があるため、オンラインリアルタイム処理でフィードバックゲインを算出するのが困難であり、フィードバックゲインを予め算出しておく必要がある。このため、エンジン運転状態に応じてフィードバックゲインを連続的に変化させることができず、制御系の安定化のために低いフィードバックゲインで制御せざるを得ず、その分、空燃比制御精度が低下するという欠点があった。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、空燃比制御に関する制御パラメータをオンラインリアルタイム処理で算出することができて、運転状態に応じて制御パラメータを連続的に変化させることができ、空燃比制御精度を向上することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１，２の内燃機関の空燃比制御装置は、制御モデルのモデル時定数に基づいてモデルパラメータを演算すると共に、燃料噴射弁から空燃比検出手段までの制御対象を模擬した制御モデルのむだ時間分又はｎ−１個又はｎ−２個（ｎは特性多項式の次数）の根を０とする極配置法に基づいて制御モデルの特性多項式の係数を演算し、この特性多項式の係数とモデルパラメータとから制御パラメータを制御パラメータ演算手段により演算すると共に、この制御パラメータから空燃比補正係数を空燃比補正係数演算手段により演算することを共通の技術的特徴とし、更に、請求項１に係る発明では、(1) 前記制御モデルは、むだ時間分の極を０としてむだ時間と一次遅れ系で表現され、(2) 極の総数がむだ時間分の極の数よりも２個多く設定され、(3) 前記むだ時間分の極以外の極を求める式は、二次遅れ系で表現され、(4) 前記二次遅れ系の変数ω，ζのうち、一方の変数を固定値とし、他方の変数のみを可変とすることを特徴とするものである。本発明のように、制御モデルのむだ時間分又はｎ−１又はｎ−２個の根を０とする極配置法に基づいて制御モデルの特性多項式の係数を演算すれば、オンラインリアルタイム処理で特性多項式の係数を演算して制御パラメータを更新することができる。これにより、制御パラメータを運転状態に応じて連続的に変化させることができ、空燃比制御精度を向上することができる。
【０００６】
更に、請求項１に係る発明では、制御モデルをむだ時間と一次遅れ系で表現して極の総数がむだ時間分の極の数ｄよりも２個多く設定されている。このように、燃料噴射弁から空燃比検出手段までの制御対象をむだ時間と一次遅れ系でモデル化すれば、制御対象を簡単な系で表現しながら、実用上、十分な制御精度を確保できる。しかも、極の総数がむだ時間分の極の数ｄよりも２個多くなるだけであり、そのうち、むだ時間分のｄ個の極は全て０であるから、未知の極が２個のみとなる。このため、特性多項式がｎ次多項式（ｎ＝ｄ＋２）となっても、特性多項式の未知の係数が２個のみとなり、未知の係数を容易に演算できる。すなわち、特性多項式をｎ次多項式とすると、ｎ個の根が存在するが、ｎ−２個の根は０となり、未知の根は２個のみとなる。
【０００７】
更に、請求項１に係る発明では、むだ時間分の極以外の未知の極を求める式を、二次遅れ系で表現するようにしている。これにより、特性多項式の未知の係数を精度良く算出することができる。
【０００８】
更に、請求項１に係る発明では、二次遅れ系の変数ω，ζのうち、一方の変数を固定値とし、他方の変数のみを可変とするようにしている。これにより、制御系の安定性を確保しながら、他方の変数（例えばω）をできるだけ大きくして応答性を高めることができる。
【０００９】
一般に、制御パラメータの変化は、空燃比補正係数の変化と比較して緩やかであるため、請求項３のように、制御パラメータの演算周期を空燃比補正係数の演算周期よりも長い周期に設定しても良い。これにより、制御パラメータの演算回数を減らして演算負荷を軽減しながら、制御パラメータを適度に更新することができる。
【００１０】
また、請求項２のように、モデルパラメータをモデル時定数に基づいて演算するようにしても良い。これにより、特に一次遅れ系で表現した制御モデルのモデルパラメータを簡単且つ精度良く演算することができる。
【００１１】
また、運転状態やモデル時定数があまり変化しないときは、モデルパラメータや制御パラメータを変化させる必要がないため、請求項４のように、運転状態又はモデル時定数が所定値以上変化したときにモデルパラメータと制御パラメータを更新するようにしても良い。これにより、モデルパラメータや制御パラメータの演算回数を減らして演算負荷を軽減しながら、モデルパラメータや制御パラメータを適度に更新することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００１４】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１５】
一方、エンジン１１の排気管２１の途中には、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比を検出するリニアＡ／Ｆセンサ等の空燃比センサ２３（空燃比検出手段）が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２５が取り付けられている。
【００１６】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２６に入力される。このＥＣＵ２６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２乃至図５の各プログラムを実行することで、状態フィードバックによる極配置に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを演算して燃料噴射弁２０の燃料噴射量を制御する。
【００１７】
以下、状態フィードバックによる極配置に基づく空燃比補正係数ＦＡＦの演算方法について説明する。本実施形態では、燃料噴射弁２０から空燃比センサ２３までの制御対象を模擬する制御モデルを、むだ時間と一次遅れ系で次のように表現する。
【００１８】
【数１】
0004506040.tif 000002
【００１９】
ここで、φは燃料過剰率で、空気過剰率λの逆数である（φ＝１／φ）。また、ＦＡＦは空燃比補正係数、Δｔは演算周期、τはモデル時定数、ｄはむだ時間である。本実施形態では、むだ時間ｄは、演算周期を基準として換算され、整数化されている（ｄ＝むだ時間／演算周期）。
【００２０】
上記［数１］から、モデル式は次のように表される。
φ(i+1) ＝ａｐ・φ(i) ＋ｂｐ・ＦＡＦ(i-d)
ａｐ＝ｅｘｐ（−ｄｔ／τ）
ｂｐ＝１−ａｐ
ｅ(i) ＝φref(i)−φ(i)
【００２１】
ここで、φ(i+1) は次回の燃料過剰率、φ(i) は今回の燃料過剰率である。また、ＦＡＦ(i-d) は現在よりむだ時間ｄ前の空燃比補正係数、ａｐとｂｐはモデルパラメータ、ｄｔは演算周期、τはモデル時定数である。また、φref(i)は今回の目標燃料過剰率（目標φ）、ｅ(i) は今回の目標燃料過剰率φref(i)に対する燃料過剰率φ(i) の偏差である。
【００２２】
上記モデル式から次の状態フィードバックの制御則が導き出される。
0004506040.tif 000003
【００２３】
ここで、Ｆ０は積分補償項用の制御パラメータ、Ｆ１は比例補償項用の制御パラメータ、Ｆ２〜Ｆ７はむだ時間補償項用の制御パラメータである。また、ＤＩ(i) は積分補償項、ｐｒ(i) は比例補償項、ｄｌ(i) はむだ時間補償項である。ＦＡＦ(i) は今回の空燃比補正係数、ＦＡＦ(i-1) 〜ＦＡＦ(i-6) は、現在より１回〜６回前の空燃比補正係数である。尚、上記制御則は、むだ時間ｄが６の場合の例である。
また、状態量表現では次のように表される。
【００２４】
【数２】
0004506040.tif 000004
【００２５】
この状態量表現に制御則を織り込むと、次のようになる。
【００２６】
【数３】
0004506040.tif 000005
【００２７】
上式の右辺の２つの行列のうちの前の行列を次のようにＡ’と定義する。
【００２８】
【数４】
0004506040.tif 000006
【００２９】
この行列Ａ’から特性多項式を導くための行列ｚＥ−Ａ’は次のように表される。
【００３０】
【数５】
0004506040.tif 000007
【００３１】
従って、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）は次のように表される（むだ時間ｄ＝６）。
0004506040.tif 000008
この特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の係数が全て分かれば、制御パラメータＦ０〜Ｆ７を連立方程式で算出することができる。
【００３２】
ここで、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の係数をＡ１〜Ａ８と置き換えると、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）は次のように表される。
0004506040.tif 000009
【００３３】
ここで、Ａ１＝−ａｐ＋Ｆ２−１
Ａ２＝−Ｆ２・（１＋ａｐ）＋ａｐ＋Ｆ３
Ａ３＝Ｆ２・ａｐ−Ｆ３・（ａｐ＋１）＋Ｆ４
Ａ４＝Ｆ３・ａｐ−Ｆ４・（ａｐ＋１）＋Ｆ５
Ａ５＝Ｆ４・ａｐ−Ｆ５・（ａｐ＋１）＋Ｆ６
Ａ６＝Ｆ５・ａｐ−Ｆ６・（ａｐ＋１）＋Ｆ７
Ａ７＝Ｆ６・ａｐ−Ｆ７・（ａｐ＋１）＋Ｆ０・ｂｐ＋Ｆ１・ｂｐ
Ａ８＝Ｆ７・ａｐ−Ｆ１・ｂｐ
【００３４】
これらＡ１〜Ａ８の連立方程式を制御パラメータＦ０〜Ｆ７に関して解くと、次のようになる。
Ｆ２＝Ａ１＋（ａｐ＋１）
Ｆ３＝Ａ２＋（ａｐ＋１）・Ｆ２−ａｐ
Ｆ４＝Ａ３＋（ａｐ＋１）・Ｆ３−ａｐ・Ｆ２
Ｆ５＝Ａ４＋（ａｐ＋１）・Ｆ４−ａｐ・Ｆ３
Ｆ６＝Ａ５＋（ａｐ＋１）・Ｆ５−ａｐ・Ｆ４
Ｆ７＝Ａ６＋（ａｐ＋１）・Ｆ６−ａｐ・Ｆ５
Ｆ１＝（ａｐ・Ｆ７−Ａ８）／ｂｐ
Ｆ０＝｛Ａ７−ｂｐ・Ｆ１＋（ａｐ＋１）・Ｆ７−ａｐ・Ｆ６｝／ｂｐ
【００３５】
前述したように、本実施形態では、制御モデルをむだ時間と一次遅れ系で表現し、むだ時間ｄを６としているため、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）は、次数がむだ時間ｄ分よりも２つ多い８次多項式となる。
【００３６】
従って、特性方程式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）＝０の根は８個となり、これら８個の根をｒ１〜ｒ８とすると、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）は次のように表される。
0004506040.tif 000010
これら８個の根ｒ１〜ｒ８が全て分かれば、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の係数Ａ１〜Ａ８が全て分かるため、全ての制御パラメータＦ０〜Ｆ７を算出することができる。
【００３７】
本発明者の研究結果によれば、８個の根ｒ１〜ｒ８のうち、むだ時間ｄ分の６個の根は０であり、未知の根は２個のみとなる。未知の２個の根をｒ１，ｒ２とすると、その他の根ｒ３〜ｒ８は全て０であるため、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）は次のように表される。
0004506040.tif 000011
【００３８】
上式から明らかなように、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の８個の係数Ａ１〜Ａ８のうち、むだ時間ｄ分の６個の係数Ａ３〜Ａ８は全て０となり、２個の係数Ａ１，Ａ２のみが未知となる。従って、２個の係数Ａ１，Ａ２（根ｒ１，ｒ２）が求まれば、全ての制御パラメータＦ０〜Ｆ７を算出することができる。
【００３９】
特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の８個の係数Ａ１〜Ａ８のうち、むだ時間ｄ分の６個の係数Ａ３〜Ａ８が全て０であれば、前記した制御パラメータＦ０〜Ｆ７の算出式は、次のように簡略化される。
【００４０】
Ｆ２＝Ａ１＋（ａｐ＋１）
Ｆ３＝Ａ２＋（ａｐ＋１）・Ｆ２−ａｐ
Ｆ４＝（ａｐ＋１）・Ｆ３−ａｐ・Ｆ２
Ｆ５＝（ａｐ＋１）・Ｆ４−ａｐ・Ｆ３
Ｆ６＝（ａｐ＋１）・Ｆ５−ａｐ・Ｆ４
Ｆ７＝（ａｐ＋１）・Ｆ６−ａｐ・Ｆ５
Ｆ１＝ａｐ・Ｆ７／ｂｐ
Ｆ０＝｛−ｂｐ・Ｆ１＋（ａｐ＋１）・Ｆ７−ａｐ・Ｆ６｝／ｂｐ
【００４１】
本実施形態では、２個の係数Ａ１，Ａ２（根ｒ１，ｒ２）を算出するために、（ｚ−ｒ１）・（ｚ−ｒ２）＝ｚ2 ＋Ａ１・ｚ＋Ａ２を一般的な二次遅れ系の伝達関数の分母で表現する。
一般的な二次遅れ系の伝達関数は、ω2 ／（ｓ2 ＋２ζ・ω・ｓ＋ω2 ）であり、ζは減衰係数、ωは固有周波数である。
【００４２】
連続系で表現されるｓ2 ＋２ζ・ω・ｓ＋ω2 を離散系で表現すると、次のようになる。
ｚ2 ＋２（ζ・ω・ｄｔ−１）・ｚ＋｛１＋（ω・ｄｔ）2 −２ζ・ω・ｄｔ｝＝ｚ2 ＋Ａ１・ｚ＋Ａ２
ここで、Ａ１＝２（ζ・ω・ｄｔ−１）
Ａ２＝１＋（ω・ｄｔ）2 −２ζ・ω・ｄｔ
【００４３】
従って、減衰係数ζ、制御ゲイン（固有周波数）ω、演算周期ｄｔから、係数Ａ１，Ａ２を算出することができる。減衰係数ζは、ζ＜１の場合、減衰性が不足して過渡応答が振動的となり、オーバーシュートが発生する。一方、ζ＞１の場合は、ζが大きくなるほど、減衰性が強くなり過ぎて、応答性が低下する。また、ζ＝１の場合は、応答が振動的とならない範囲内で高い応答性が得られる。従って、本実施形態では、減衰係数ζを１に固定し、制御ゲインωのみを例えばモデル時定数τ等に応じて可変する。一般に、制御ゲインωは、大きくなるほど高い応答性が得られる。
【００４４】
本実施形態では、ＥＣＵ２６が図２乃至図４のプログラムを実行することで、上述した極配置法で、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の係数Ａ１，Ａ２を演算して制御パラメータＦ０〜Ｆ７を演算し、空燃比補正係数ＦＡＦを演算する。以下、図２乃至図４のプログラムの処理内容を説明する。
【００４５】
図２及び図３の空燃比補正係数プログラムは、所定の演算周期ｄｔ１で起動され、まずステップ１０１で、吸入空気量をパラメータとするモデル時定数τのマップを検索して、現在の吸入空気量に応じたモデル時定数τを求める。このモデル時定数τは、図２に示されるように、吸入空気量が多いほど小さい値となるように設定される。この後、ステップ１０２に進み、モデル時定数τをパラメータとする制御ゲインωのマップを検索して、現在のモデル時定数τに応じた制御ゲインωを求める。この制御ゲインωは、図２に示されるように、モデル時定数τが大きいほど小さい値となるように設定される。
【００４６】
そして、次のステップ１０３で、特性多項式ｄｅｔ（ｚＥ−Ａ’）の未知の係数Ａ１，Ａ２を次式により算出する。
Ａ１＝２（ζ・ω・ｄｔ１−１）
Ａ２＝１＋（ω・ｄｔ１）2 −２ζ・ω・ｄｔ１
【００４７】
ここで、ｄｔ１は空燃比補正係数ＦＡＦの演算周期（以下「第１の演算周期」という）であり、ζは減衰係数で、ζ＝１に固定されている。従って、上式は下記のように表され、制御ゲインωと第１の演算周期ｄｔ１とから係数Ａ１，Ａ２が算出される。
Ａ１＝２（ω・ｄｔ１−１）
Ａ２＝１＋（ω・ｄｔ１）2 −２ω・ｄｔ１
【００４８】
係数Ａ１，Ａ２の算出後、ステップ１０４に進み、図４のパラメータ更新プログラムを実行してモデルパラメータａｐ，ｂｐと制御パラメータＦ０〜Ｆ７を更新する。図４のパラメータ更新プログラムの演算周期ｄｔ２は、空燃比補正係数ＦＡＦを演算する第１の演算周期ｄｔ１よりも長い周期、例えば第１の演算周期ｄｔ１の整数倍の周期に設定されている（ｄｔ２＝ｄｔ１×整数）。
【００４９】
図４のパラメータ更新プログラムが起動されると、まずステップ１０４ａで、第１の演算周期ｄｔ１とモデル時定数τを用いて、次式によりモデルパラメータａｐ，ｂｐを算出する。
ａｐ＝ｅｘｐ（−ｄｔ１／τ）
ｂｐ＝１−ａｐ
【００５０】
この後、ステップ１０４ｂに進み、モデルパラメータａｐ，ｂｐと係数Ａ１，Ａ２を用いて、次式により制御パラメータＦ２〜Ｆ７，Ｆ１，Ｆ０を順番に算出する。
Ｆ２＝Ａ１＋（ａｐ＋１）
Ｆ３＝Ａ２＋（ａｐ＋１）・Ｆ２−ａｐ
Ｆ４＝（ａｐ＋１）・Ｆ３−ａｐ・Ｆ２
Ｆ５＝（ａｐ＋１）・Ｆ４−ａｐ・Ｆ３
Ｆ６＝（ａｐ＋１）・Ｆ５−ａｐ・Ｆ４
Ｆ７＝（ａｐ＋１）・Ｆ６−ａｐ・Ｆ５
Ｆ１＝ａｐ・Ｆ７／ｂｐ
Ｆ０＝｛−ｂｐ・Ｆ１＋（ａｐ＋１）・Ｆ７−ａｐ・Ｆ６｝／ｂｐ
【００５１】
以上のようにして、制御パラメータＦ２〜Ｆ７，Ｆ１，Ｆ０を順番に算出した後、図２のステップ１０５に戻り、空燃比補正係数ＦＡＦを算出するための比例補償項ｐｒ(i) 、むだ時間補償項ｄｌ(i) 、積分補償項Ｉ(i) を次式により算出する。
【００５２】
0004506040.tif 000012
ここで、ＤＩ(i-1) は、後述する図３のステップ１０８又は１０９で更新された最終積分補償項の前回値である。φref(i)は今回の目標燃料過剰率、φ(i) は今回の燃料過剰率である。
【００５３】
各補償項ｐｒ(i) 、ｄｌ(i) 、Ｉ(i) を算出した後、図３のステップ１０６に進み、前回の空燃比補正係数ＦＡＦ(i-1) と今回の比例補償項ｐｒ(i) と今回のむだ時間補償項ｄｌ(i) とを加算して修正積分補償項Ｉinv を算出する。
Ｉinv ＝ＦＡＦ(i-1) ＋ｐｒ(i) ＋ｄｌ(i)
【００５４】
この修正積分補償項Ｉinv は、制御モデルの変化によりモデルパラメータａｐ，ｂｐや制御パラメータＦ０〜Ｆ７を更新したときに、その更新の前後で空燃比補正係数ＦＡＦがスムーズにつながるようにするために用いられる。
【００５５】
このようにして修正積分補償項Ｉinv を算出した後、ステップ１０７に進み、モデルパラメータａｐ，ｂｐや制御パラメータＦ０〜Ｆ７を更新した直後であるか否かを判定し、パラメータ更新直後であれば、ステップ１０８に進み、上記ステップ１０６で算出した修正積分補償項Ｉinv を今回の最終積分補償項ＤＩ(i) にセットする。一方、パラメータ更新直後でなければ、ステップ１０９に進み、上記ステップ１０５で算出した積分補償項Ｉ(i) を今回の最終積分補償項ＤＩ(i) にセットする。
【００５６】
その後、ステップ１１０に進み、最終積分補償項ＤＩ(i) と比例補償項ｐｒ(i) とむだ時間補償項ｄｌ(i) を用いて、今回の空燃比補正係数ＦＡＦ(i) を次式により算出する。
ＦＡＦ(i) ＝ＤＩ(i) −ｐｒ(i) −ｄｌ(i)
【００５７】
尚、上記ステップ１０１〜１０４の処理が特許請求の範囲でいう制御パラメータ演算手段に相当する役割を果たし、ステップ１０５〜１１０の処理が特許請求の範囲でいう空燃比補正係数演算手段に相当する役割を果たす。
【００５８】
以上説明した図２及び図３の空燃比補正係数演算プログラムが終了すると、図５の燃料噴射量演算プログラムが起動される。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、吸入空気量、エンジン回転速度等のエンジン運転状態を読み込み、次のステップ２０２で、エンジン運転状態に応じてマップ等により基本噴射量を算出する。この後、ステップ２０３で、基本噴射量に対する各種の補正係数Ｋ（例えば冷却水温による補正係数、加減速時の補正係数等）を算出し、次のステップ２０４で、図３のステップ１１０で算出した空燃比補正係数ＦＡＦを読み込む。この後、ステップ２０５で、基本噴射量に空燃比補正係数ＦＡＦと各種補正係数Ｋを乗算して燃料噴射量を求める。これにより、排出ガスの空燃比を触媒２２の浄化ウインドウ（理論空燃比付近）に制御する。
【００５９】
以上説明した本実施形態によれば、制御モデルのむだ時間ｄ分の極を０とする極配置法に基づいて制御モデルの特性多項式の係数Ａ１，Ａ２を演算するようにしたので、オンラインリアルタイム処理で特性多項式の係数Ａ１，Ａ２を演算して制御パラメータＦ０〜Ｆ７を更新することができる。これにより、制御パラメータＦ０〜Ｆ７をエンジン運転状態に応じて連続的に変化させることができ、空燃比制御精度を向上することができる。
【００６０】
しかも、本実施形態では、むだ時間ｄ分の極以外の未知の極を求める式を二次遅れ系で表現し、この二次遅れ系の変数（制御ゲインω，減衰係数ζ）のうち、減衰係数ζを固定値とし、制御ゲインωのみを可変とするようにしたので、制御系の安定性を確保しながら、制御ゲインωをできるだけ大きくして応答性を高めることができる利点もある。
【００６１】
しかしながら、本発明は、制御ゲインωと減衰係数ζの両方を可変としても良い。減衰係数ζを可変とする場合は、ζ≧１の範囲で例えばモデル時定数τ等に応じて可変すれば良い。ζ＜１の範囲では、減衰性が不足して過渡応答が振動的となるためである。但し、ζが１近傍（例えばζ＞０．９）であれば、ζが１未満でも用いることができる。
【００６２】
また、本実施形態では、モデルパラメータや制御パラメータの変化が空燃比補正係数の変化と比較して緩やかであることを考慮して、モデルパラメータと制御パラメータの演算周期ｄｔ２を空燃比補正係数の演算周期ｄｔ１よりも長い周期に設定したので、パラメータ演算回数を減らして演算負荷を軽減しながら、モデルパラメータと制御パラメータを適度に更新することができる利点もある。
【００６３】
しかしながら、本発明は、パラメータ演算周期ｄｔ２を空燃比補正係数の演算周期ｄｔ１と同一に設定しても良く、この場合でも、本発明の所期の目的は十分に達成することができる。
【００６４】
また、運転状態やモデル時定数があまり変化しないときは、モデルパラメータや制御パラメータを変化させる必要がないため、運転状態又はモデル時定数が所定値以上変化したときにモデルパラメータと制御パラメータを更新するようにしても良い。これにより、パラメータ演算回数を減らして演算負荷を軽減しながら、モデルパラメータや制御パラメータを適度に更新することができる。
【００６５】
尚、本実施形態では、むだ時間ｄを６としたが、６よりも小さくても大きくても良いことは言うまでもない。
【００６６】
一般に、むだ時間をｄ（ｄ≧２）とすると、特性多項式の係数と制御パラメータの数は共にｄ＋２個となり、次のように表される（係数Ａ３〜Ａd+2 ＝０）。
0004506040.tif 000013
【００６７】
また、むだ時間ｄが１の場合は、特性多項式の係数と制御パラメータの数は共に３個となり、次のように表される（係数Ａ３＝０）。
Ｆ２＝Ａ１＋（ａｐ＋１）
Ｆ１＝ａｐ・Ｆ２／ｂｐ
Ｆ０＝｛Ａ２−ｂｐ・Ｆ１＋（ａｐ＋１）・Ｆ２−ａｐ｝／ｂｐ
【００６８】
尚、本実施形態では、吸入空気量に応じてモデル時定数τを可変するようにしたが、吸入空気量とほぼ同等の運転パラメータであるエンジン回転速度及び吸気管圧力に応じてマップ等によりモデル時定数τを算出するようにしても良い。
【００６９】
また、モデル時定数τは、吸入空気量の他に、吸気ポート内壁等に付着する燃料量（ウエット量）によっても変化するため、吸入空気量とウエット量とをパラメータとする二次元マップによりモデル時定数τを算出するようにしても良い。この際、ウエット量は、冷却水温等から推定すれば良い。その他、吸入空気量、ウエット量以外の運転パラメータを用いてモデル時定数τを算出するようにしても良い。
【００７０】
また、本実施形態では、空燃比補正係数ＦＡＦを算出する際に、目標空燃比と検出空燃比とのずれ量に関する情報として、目標燃料過剰率と検出燃料過剰率とのずれ量を用いたが、これに代えて、目標空気過剰率と検出空気過剰率とのずれ量を用いても良く、或は、目標空燃比と検出空燃比とのずれ量を用いても良い。
【００７１】
尚、本実施形態では、制御モデルのむだ時間分の根を０としたが、ｎ−１個又はｎ−２個（ｎは特性多項式の次数）の根を０としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】空燃比補正係数演算プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）
【図３】空燃比補正係数演算プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）
【図４】パラメータ更新プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】燃料噴射量演算プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ（空気量検出手段）、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２２…触媒、２３…空燃比センサ（空燃比検出手段）、２６…ＥＣＵ（空燃比補正係数演算手段，制御パラメータ演算手段）。
【図１】
0004506040.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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