(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントをモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段と、該同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて、前記プラントの出力が制御目標値と一致するように前記プラントへの制御入力を算出する適応制御手段とを備えたプラントの制御装置において、
前記適応制御手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力を算出する適応制御入力算出手段と、前記プラントの出力の変化速度または前記プラントの出力と制御目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力を算出するダンピング制御入力算出手段とを備え、前記適応制御入力及び前記ダンピング制御入力の和として、前記プラントへの制御入力を算出し、前記同定手段は、前記制御対象モデルの入力として前記適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて前記モデルパラメータの同定を行うことを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項２】
前記適応制御入力算出手段は、前記プラントの出力と制御目標値との偏差の応答特性が指定された特性となるように、前記適応制御入力を算出することを特徴とする請求項１に記載のプラントの制御装置。
【請求項３】
プラントをモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段と、該同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて、前記プラントの出力が制御目標値と一致するように前記プラントへの制御入力を算出する適応制御手段とを備えたプラントの制御装置において、
前記適応制御手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて、前記プラントの出力と制御目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように、前記制御入力を算出することを特徴とするプラントの制御装置。
【請求項４】
内燃機関をモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段と、前記機関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃比センサにより検出される空燃比を目標値に一致させるように、前記機関に供給する混合気の空燃比を制御する適応制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記適応制御手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力を算出する適応制御入力算出手段と、前記空燃比センサにより検出される空燃比の変化速度または前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力を算出するダンピング制御入力算出手段とを備え、前記適応制御入力及びダンピング制御入力を用いて前記空燃比を制御し、前記同定手段は、前記制御対象モデルの入力として前記適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて前記モデルパラメータの同定を行うことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃比センサにより検出される空燃比を目標値に一致させるように、前記機関に供給する混合気の空燃比を制御する制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御手段は、前記検出空燃比と目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように制御する応答指定型制御項を算出する応答指定型制御項算出手段を有し、該応答指定型制御項を用いて前記空燃比を制御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６】
前記制御手段は、前記内燃機関をモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段を備え、応答指定型制御項算出手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて前記応答指定型制御項を算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記検出空燃比の変化速度または前記検出空燃比と目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御項を算出するダンピング制御項算出手段を備え、前記応答指定型制御項及びダンピング制御項を用いて前記空燃比を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
ダンピング制御項算出手段は、ダンピング係数を用いて前記ダンピング制御項を算出し、前記ダンピング係数を前記機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記応答指定型制御項算出手段は、応答指定パラメータを用いて前記応答特性を変更し、前記応答指定パラメータを前記機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする請求項５から８の何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、適応制御器を用いたプラントの制御装置、及び内燃機関に供給する混合気の空燃比を目標値に制御する空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
適応制御器を用いたプラントの制御装置は、例えば特開平１１−７３２０６号公報に示されている。図１５は、この公報に示された適応制御器を用いた制御系の全体構成を示すブロック図である。適応制御器１０４は、制御対象（エンジンシステム）をモデル化して得られる制御対象モデルのモデルパラメータ（以下「適応パラメータ」ともいう）を同定するパラメータ調整機構１０５と、パラメータ調整機構１０５により同定されたモデルパラメータを用いて、制御対象モデルの伝達関数の逆伝達関数により適応補正係数ＫＳＴＲを算出する逆伝達関数コントローラ１０６とからなる。空燃比センサ１７により検出される空燃比が変換部１０３により検出当量比ＫＡＣＴに変換され、該検出当量比ＫＡＣＴが適応制御器１０４に供給される。
【０００３】
目標値算出部１０２は、目標空燃比に対応する目標空燃比係数ＫＣＭＤ（目標当量比）を算出し、燃料量演算部１０１及び逆伝達関数コントローラ１０６に入力する。パラメータ調整機構１０５は、検出当量比ＫＡＣＴ及び適応補正係数ＫＳＴＲに応じてモデルパラメータを同定する。逆伝達関数コントローラ１０６は、目標当量比ＫＣＭＤ、検出当量比ＫＡＣＴ及び適応補正係数ＫＳＴＲの過去値に応じて適応補正係数ＫＳＴＲの今回値を算出する。燃料量演算部１０１には、適応補正係数ＫＳＴＲ及び目標当量比ＫＣＭＤが入力される。燃料量演算部１０１は、目標空燃比係数ＫＣＭＤ及び適応補正係数ＫＳＴＲ、並びに他の補正係数を用いて、内燃機関（エンジン）１に供給する燃料量ＴＯＵＴの演算を行う。
【０００４】
より具体的には、制御対象であるエンジンシステムは、下記式（１）で定義される制御対象モデル（ＤＡＲＸモデル（delayed autoregressive model with exogeneous input:外部入力を持つ自己回帰モデル））にモデル化されている。
0004430270.tif 000002
ここで、ｂ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｓ０は、パラメータ調整機構１０５により同定されるモデルパラメータである。モデルパラメータを要素とするモデルパラメータベクトルθ(k)を下記式（２）で定義すると、モデルパラメータベクトルθ(k)は、下記式（３）により算出される。
θ(k)T＝［ｂ０，ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｓ０］            （２）
θ(k)＝ＥＰＳθ(k-1)＋ＫＰ(k)ｉｄｅ(k)              （３）
【０００５】
式（３）のＫＰ(k)は下記式（４）により定義されるゲイン係数ベクトル、ｉｄｅ(k)は下記式（５）により定義される同定誤差である。また、ＥＰＳは、下記式（６）により定義される忘却係数ベクトルであり、式（６）のεは、０から１の間の値に設定される忘却係数である。
【数１】
0004430270.tif 000003
【０００６】
式（４）において、Ｐは定数を対角要素とし、他の要素が全て「０」である正方行列である。また式（４）及び（５）のζ(k)は、下記式（７）で定義される、制御出力（ＫＡＣＴ）及び制御入力（ＫＳＴＲ）を要素とするベクトルである。
0004430270.tif 000004
さらに逆伝達関数コントローラ１０６は、
ＫＣＭＤ(k)＝ＫＡＣＴ(k+2)        （８）
となるように、制御入力ＫＳＴＲ(k)を決定する。
【０００７】
式（１）を用いると、式（８）の右辺は、以下のようになる。
0004430270.tif 000005
したがって、これより制御入力ＫＳＴＲ(k)を求めると、下記式（９）が得られる。
0004430270.tif 000006
【０００８】
すなわち、逆伝達関数コントローラ１０６は、下記式（１０）で定義される、２制御サイクル未来の検出当量比ＫＡＣＴ(k+2)と、目標当量比の今回値ＫＣＭＤ(k)との偏差ｅ(k)が「０」となるように、制御入力ＫＳＴＲ(k)を算出している。
ｅ(k)＝ＫＡＣＴ(k+2)−ＫＣＭＤ(k)            （１０）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
式（１）で定義される制御対象モデルの特性は、実際の制御対象の特性と完全に一致するわけではなく、モデル化誤差（制御対象モデルの特性と実際の制御対象の特性との差）を含んでいる。また、パラメータ調整機構１０５は、固定ゲインアルゴリズムを採用している。そのため、図１６に示すように目標当量比ＫＣＭＤがステップ状の変化する場合には、モデル化誤差及び固定ゲインアルゴリズムによるモデルパラメータの同定挙動の影響により、検出当量比ＫＡＣが、目標当量比ＫＣＭＤに対してオーバシュートを生じることがあった。
【００１０】
このようなオーバシュートが発生すると、排気系に設けられた触媒の浄化率が低下して排気特性の悪化を招く。またエンジン運転状態によってはエンジンの駆動力が変動するサージ現象が発生することがあった。
本発明はこの点に着目してなされたものであり、例えばエンジンを含むシステムのようなプラントを適応制御器を用いて適切に制御し、制御目標値がステップ状に変化するような場合においても、プラント出力を制御目標値に精度良く一致させることができるプラントの制御装置を提供することを第１の目的とする。
【００１１】
さらに本発明は、目標空燃比がステップ状に変化する場合においても、機関排気系で検出される実際の空燃比を目標値に精度良く一致させ、排気特性の悪化やサージ現象を防止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を第２の目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、プラントをモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段と、該同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて、前記プラントの出力が制御目標値と一致するように前記プラントへの制御入力を算出する適応制御手段とを備えたプラントの制御装置において、前記適応制御手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力を算出する適応制御入力算出手段と、前記プラントの出力の変化速度または前記プラントの出力と制御目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力を算出するダンピング制御入力算出手段とを備え、前記適応制御入力及び前記ダンピング制御入力の和として、前記プラントへの制御入力を算出し、前記同定手段は、前記制御対象モデルの入力として前記適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて前記モデルパラメータの同定を行うことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力が算出され、プラントの出力の変化速度またはプラントの出力と制御目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力が算出され、適応制御入力及びダンピング制御入力の和として、プラントへの制御入力が算出される。またモデルパラメータの同定は、制御対象モデルの入力として適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて行われる。その結果、制御目標値に対するオーバシュートを防止し、制御目標値に対する追従特性を向上させることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプラントの制御装置において、前記適応制御入力算出手段は、前記プラントの出力と制御目標値との偏差の応答特性が指定された特性となるように、前記適応制御入力を算出することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、プラントの出力と制御目標値との偏差の応答特性が指定された特性となるように、前記適応制御入力が算出される。応答特性が指定された特性となるように制御しない場合に比べて、ダンピング制御入力のダンピングゲインを大きくすることが可能となり、オーバシュート低減効果をより大きくすることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、プラントをモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段と、該同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて、前記プラントの出力が制御目標値と一致するように前記プラントへの制御入力を算出する適応制御手段とを備えたプラントの制御装置において、前記適応制御手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて、前記プラントの出力と制御目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように、前記制御入力を算出することを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、同定手段により同定されたモデルパラメータを用いた適応制御によって、プラントの出力と制御目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように、プラントへの制御入力が算出され、偏差の応答特性が応答指定パラメータによって指定された特性となる。適応制御では、制御目標値の変化速度が大きい場合には、モデルパラメータの同定挙動が制御入力に影響し、プラントの出力が制御目標値に対してオーバシュートし易い傾向があるが、プラントの出力と制御目標値との偏差の応答特性が指定された特性となるように、プラントへの制御入力を算出することにより、制御目標値の変化速度が大きい場合のオーバシュートを低減することができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、内燃機関をモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段と、前記機関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃比センサにより検出される空燃比を目標値に一致させるように、前記機関に供給する混合気の空燃比を制御する適応制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、前記適応制御手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力を算出する適応制御入力算出手段と、前記空燃比センサにより検出される空燃比の変化速度または前記空燃比センサにより検出される空燃比と前記目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力を算出するダンピング制御入力算出手段とを備え、前記適応制御入力及びダンピング制御入力を用いて前記空燃比を制御し、前記同定手段は、前記制御対象モデルの入力として前記適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて前記モデルパラメータの同定を行うことを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力が算出され、空燃比センサにより検出される空燃比の変化速度または空燃比センサにより検出される空燃比と目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力が算出され、適応制御入力及びダンピング制御入力を用いて内燃機関に供給する混合気の空燃比が制御される。またモデルパラメータの同定は、制御対象モデルの入力として適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて行われる。その結果、検出空燃比の制御目標値に対するオーバシュートが抑制され、制御目標値に対する追従特性を向上させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、該空燃比センサにより検出される空燃比を目標値に一致させるように、前記機関に供給する混合気の空燃比を制御する制御手段とを有する内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記検出空燃比と目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように制御する応答指定型制御項を算出する応答指定型制御項算出手段を有し、該応答指定型制御項を用いて前記空燃比を制御することを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、検出空燃比と目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように制御する応答指定型制御項が算出され、該応答指定型制御項を用いて空燃比が制御されるので、偏差の応答特性が応答指定パラメータによって指定された特性となって、検出空燃比の目標値に対するオーバシュートが抑制され、触媒の浄化率を高めることができるとともに、機関出力の変動を抑制することができる。その結果、排気特性を向上させるとともに、サージ現象を抑制することが可能となる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記内燃機関をモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータを同定する同定手段を備え、応答指定型制御項算出手段は、前記同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて前記応答指定型制御項を算出することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、内燃機関をモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータが同定され、該同定されたモデルパラメータを用いて前記応答指定型制御項が算出されるので、機関運転状態や機関特性の経年変化がモデルパラメータに反映され、機関運転状態や機関特性の経年変化に拘わらず常に最適な応答指定型制御項を得ることができる。その結果、空燃比の目標値に対する良好な追従特性を維持することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記検出空燃比の変化速度または前記検出空燃比と目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御項を算出するダンピング制御項算出手段を備え、前記応答指定型制御項及びダンピング制御項を用いて前記空燃比を制御することを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、検出空燃比の変化速度または検出空燃比と目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御項が算出され、前記応答指定型制御項及びダンピング制御項を用いて空燃比が制御されるので、検出空燃比の目標値に対するオーバシュートをさらに低減することができる。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、ダンピング制御項算出手段は、ダンピング係数を用いて前記ダンピング制御項を算出し、前記ダンピング係数を前記機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする。
【００２７】
この構成によれば、ダンピング係数を用いて前記ダンピング制御項が算出され、前記ダンピング係数は機関の運転状態に応じて設定されるので、目標値に対するオーバシュートが発生しにくい機関運転状態ではダンピング係数を小さくすることにより、目標値への追従特性を向上させ、目標値に対するオーバシュートが発生しやすい機関運転状態では、ダンピング係数を大きくすることにより、オーバシュートを確実に抑制することができる。その結果、機関運転状態の広い範囲で良好な排気特性を実現することができる。
【００２８】
請求項９に記載の発明は、請求項５から８の何れかに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記応答指定型制御項算出手段は、応答指定パラメータを用いて前記応答特性を変更し、前記応答指定パラメータを前記機関の運転状態に応じて設定することを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、応答指定パラメータを用いて前記応答特性が変更され、前記応答指定パラメータが機関の運転状態に応じて設定されるので、目標値に対するオーバシュートが発生しにくい機関運転状態では応答速度を速くすることにより、目標値への追従特性を向上させ、目標値に対するオーバシュートが発生しやすい機関運転状態では、応答速度を遅くすることにより、オーバシュートを確実に抑制することができる。その結果、機関運転状態の広い範囲で良好な排気特性を実現することができる。
【００３０】
【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。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態にかかるプラントの制御装置、すなわち内燃機関（以下「エンジン」という）の空燃比制御装置の構成を示す図である。
６気筒のエンジン１の吸気管２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（ＴＨＡ）センサ４が連結されており、スロットル弁開度ＴＨＡ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。
【００３１】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００３２】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００３３】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
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１１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１１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（６気筒エンジンではクランク角１２０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（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。
【００３４】
排気管１３には排気中の酸素濃度（エンジン１に供給される混合気の空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力する空燃比センサ（以下［ＬＡＦセンサ」という）１７が設けられている。ＬＡＦセンサ１７の下流側には直下三元触媒１４及び床下三元触媒１５が設けられており、またこれらの三元触媒１４及び１５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。
【００３５】
ＬＡＦセンサ１７は、ＥＣＵ５に接続されており、排気中の酸素濃度に略比例した電気信号を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、ＥＣＵ５に接続されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００３６】
エンジン１は、吸気弁及び排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３０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つに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。
【００３７】
バルブタイミング切換機構３０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がＥＣＵ５に接続されている。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エンジン１の運転状態に応じたバルブタイミングの切換制御を行う。
【００３８】
ＥＣＵ５には、大気圧（ＰＡ）を検出する大気圧センサ２０が接続されており、その検出信号がＥＣＵ５に供給される。
なお、図示は省略しているが、排気を吸気管２に還流する排気還流機構及び燃料タンクで発生する蒸発燃料をキャニスタに貯蔵し、適時吸気管２に供給する蒸発燃料処理装置が設けられている。
【００３９】
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５ａと、中央処理ユニット（ＣＰＵ）５ｂと、該ＣＰＵ５ｂ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を記憶するＲＯＭ及び演算結果等を記憶するＲＡＭからなる記憶回路５ｃと、燃料噴射弁６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５ｄとを備えている。
【００４０】
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、下記式（１１）により要求燃料量ＴＣＹＬを算出する。要求燃料量ＴＣＹＬは、１つの気筒における１回の燃焼に必要とされる燃料量である。
ＴＣＹＬ＝ＴＩＭＦ×ＫＴＯＴＡＬ×ＫＣＭＤＭ×ＫＦＢ    （１１）
【００４１】
ＥＣＵ５は、さらに燃料噴射弁６により吸気管内に噴射された燃料の一部が、吸気管内壁に付着することを考慮した付着補正演算を実行して、燃料噴射弁６による燃料噴射時間ＴＯＵＴを算出する。付着補正については、例えば特開平８−２１２７３号公報に詳細に開示されている。
【００４２】
図２は、式（１１）による要求燃料量ＴＣＹＬの算出及び燃料噴射時間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、本実施形態ではエンジンへの燃料供給量は燃料噴射弁による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、ＴＣＹＬ及びＴＯＵＴは燃料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。
【００４３】
図２においてＴＩＭＦブロック３１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ＴＨＡ及び大気圧ＰＡをさらに用いる。
【００４４】
乗算ブロック３２〜３４は、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。これらの乗算ブロックにより、上記式（１１）の演算が行われ、要求燃料量ＴＣＹＬが得られる。そして付着補正ブロック３５により付着補正演算が行われ、燃料噴射量ＴＯＵＴが算出される。
【００４５】
ＫＴＯＴＡＬブロック４０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、乗算ブロック３２に入力する。
【００４６】
ＫＣＭＤブロック４４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、ＭＩＤＯ２ＦＢブロック４５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。ＭＩＤＯ２ＦＢブロック４５は、Ｏ２センサ出力ＶＭＯ２に基づいて目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正し、ＳＴＲブロック４２，除算ブロック４３及びＫＣＭＤＭブロック４６に入力する。ＫＣＭＤＭブロック４６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、乗算ブロック３３に入力する。
【００４７】
ＳＥＬＶブロック４１は、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する（ＬＡＦセンサ出力選択処理）。そして、選択したサンプル値を検出当量比ＫＡＣＴに変換し、ＳＴＲブロック４２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。
【００４８】
ＳＴＲブロック４２は、検出当量比ＫＡＣＴに基づいて適応制御器（Self Tuning Regulator）により適応補正係数ＫＳＴＲを算出して除算ブロック４３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り、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。
【００４９】
除算ブロック４３は、適応補正係数ＫＳＴＲを目標空燃比係数ＫＣＭＤで除算することによりフィードバック補正係数ＫＦＢ（＝ＫＳＴＲ／ＫＣＭＤ）を算出し、乗算ブロック３４に入力する。この除算処理は、適応補正係数ＫＳＴＲは、検出当量比ＫＡＣＴが目標空燃比係数ＫＣＭＤに一致するように演算され、目標空燃比係数ＫＣＭＤに対応する要素を含むので、基本燃料量ＴＩＭＦに対して、目標空燃比係数ＫＣＭＤに対応する要素が重複して乗算されないようにするために行われる。
【００５０】
以上のように本実施形態では、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じて、適応制御により算出した適応補正係数ＫＳＴＲを、目標空燃比係数ＫＣＭＤで除算したものをフィードバック補正係数ＫＦＢとして上記数式１０に適用し、要求燃料量ＴＣＹＬを算出する。さらに要求燃料量ＴＣＹＬに対して付着補正を行うことにより、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。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、三元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特性を得ることができる。
【００５１】
図３は、図２のブロック図を変形し、ＳＴＲブロック（以下「適応制御器」という）４２と、それ以外の部分とを分けて示したものである。すなわち、図２のＫＣＭＤブロック４４及びＭＩＤＯ２ＦＢブロック４５が目標値算出部５２に対応し、図２のブロック３１〜３５，４０，４３及び４６が、燃料量演算部５１に対応する。適応制御器４２を中心に制御系を表現すると、燃料量演算部５１及びエンジン１が制御対象（プラント）となる。したがって、適応補正係数ＫＳＴＲが制御入力となり、検出当量比ＫＡＣＴが制御出力となる。
【００５２】
本実施形態では、適応制御器４２は、パラメータ調整機構５４と、応答指定型コントローラ５５とからなる。すなわち、図１３に示す従来の適応制御器１０４と対比すると、逆伝達関数コントローラ１０６が応答指定型コントローラ５５に変更されている。パラメータ調整機構５４は、従来のパラメータ調整機構１０５と実質的に同一である。すなわち、前記式（２）〜（６）により、モデルパラメータベクトルθ(k)が算出される。なお、モデルパラメータベクトルθ(k)は、適応パラメータベクトルθ(k)ともいう。
【００５３】
以下応答指定型コントローラ５５について詳細に説明する。
前述したように従来は、下記式（１０）（再掲）で定義される偏差ｅ(k)が「０」となるように、制御入力ＫＳＴＲ(k)を算出している。
ｅ(k)＝ＫＡＣＴ(k+2)−ＫＣＭＤ(k)        （１０）
これに対し本実施形態では、下記式（１２）で偏差関数σ(k)を定義し、偏差関数σ(k)の値が「０」となるように、制御入力ＫＳＴＲ(k)を算出するようにした。
σ(k)＝ｅ(k)＋ＰＯＬＥ×ｅ(k-1)          （１２）
【００５４】
ここで、ＰＯＬＥは応答特性を指定するための応答指定パラメータであり、−１より大きく０以下の値に設定される。なお、応答指定パラメータＰＯＬＥは、０より大きく１より小さい値に設定することもできるが、出力の応答が振動的となるため、ここでは使用しない。
【００５５】
偏差関数σ(k)＝０とすると、式（１２）より下記式（１３）（１４）が得られる。
ｅ(k)＋ＰＯＬＥ×ｅ(k-1)＝０              （１３）
ｅ(k)＝−ＰＯＬＥ×ｅ(k-1)                （１４）
式（１４）は、入力の無い一次遅れ系を表す式である。また、応答指定パラメータＰＯＬＥの値と、偏差ｅ(k)の推移との関係は、図４に示すようになる。すなわち、応答指定パラメータＰＯＬＥの値に依存して、偏差ｅ(k)の減衰速度が変化する。したがって、式（１４）を満たす制御入力ＫＳＴＲ(k)により、図４に示すように、応答指定パラメータＰＯＬＥの値に応じた、偏差ｅ(k)の減衰特性が得られる。換言すれば、応答指定パラメータＰＯＬＥを特定の値に設定することにより、偏差ｅ(k)の減衰特性（応答特性）を指定することができる。
【００５６】
ここで、式（１４）を満たす制御入力ＫＳＴＲ(k)は、以下のように求めることができる。
式（１０）の関係を式（１３）に適用すると、式（１５）が得られ、さらに式（１５）に、前記式（１）の関係を適用すると、式（１６）が得られる。
【００５７】
0004430270.tif 000007
式（１６）からＫＳＴＲ(k)を求めると、下記式（１７）が得られる。
0004430270.tif 000008
【００５８】
式（１７）により算出される制御入力（適応補正係数）ＫＳＴＲ(k)を目標当量比ＫＣＭＤ(k)で除算することにより得られるフィードバック補正係数ＫＦＢを式（１１）に適用し、エンジンに供給する燃料量の制御を実行した場合、図５に実線で示すような応答特性が得られる。図５に示される破線及び一点鎖線は、それぞれ従来の応答特性及び目標当量比ＫＣＭＤに対応する。
【００５９】
式（１７）により制御入力を算出するコントローラは、従来のような逆伝達関数コントローラではなく、偏差ｅ(k)の減衰特性を応答指定パラメータＰＯＬＥにより指定可能な応答指定型コントローラとなっており、応答指定パラメータＰＯＬＥに設定により、目標当量比ＫＣＭＤに対する検出当量比ＫＡＣＴのオーバシュートを大幅に減少させることができる。
【００６０】
しかし、式（１７）により算出される制御入力を用いても、オーバシュートは完全に無くなっているわけではない。つまり、指定した応答特性が実際には得られていない。これは、モデルパラメータの同定アルゴリズムとして固定ゲインアルゴリズムを用いていることによるモデルパラメータの同定挙動が影響していると考えられる。
【００６１】
そこで、さらに下記式（１８）または（１９）で定義されるダンピング制御入力を追加することが考えられる。
0004430270.tif 000009
ここで、ＫＤＡＭＰ及びＫＤＡＭＰ’は、ダンピングゲインである。
【００６２】
式（１８）は、偏差ｅ(k)の変化速度に応じてダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰ’を算出するものであり、式（１９）は、検出当量比ＫＡＣＴ(k)の変化速度に応じてダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰを算出するものである。式（１８）により算出されるダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰ’の絶対値は、検出当量比ＫＡＣＴの変化速度が大きくなったときだけでなく、目標当量比ＫＣＭＤの変化速度が大きくなったときにも増加する（ダンピング効果が増加する）ので、目標当量比ＫＣＭＤに対する検出当量比ＫＡＣＴの追従性が低下する傾向がある。一方、式（１９）によりされるダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰの絶対値は、オーバシュートを生じる程度に検出当量比ＫＡＣＴの変化速度が大きくなったときだけ増加するので、オーバシュートの抑制効果と、目標当量比ＫＣＭＤに対する検出当量比ＫＡＣＴの良好な追従性とをともに得ることができる。
【００６３】
したがって本実施形態では、式（１９）で定義されるダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰを用いる。そして、式（１７）により算出される制御入力を、適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰ(k)とし（下記式（１７ａ）参照）、図３のエンジンシステムに対する制御入力ＫＳＴＲ(k)を、下記式（２０）により適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰとダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰの和として算出するようにした。
0004430270.tif 000010
【００６４】
式（２０）により算出される制御入力ＫＳＴＲ(k)を用いた場合には、図６に実線で示すような応答特性が得られ、オーバシュートを完全に抑制しつつ、良好な追従性を実現することができる。
【００６５】
なお、目標当量比ＫＣＭＤに対するオーバシュートが発生し難いエンジン運転状態では、ダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰ、及び偏差ｅ(k)の減衰特性を緩やかにする（追従速度を遅くする）応答特性の指定は、目標当量比ＫＣＭＤに対する検出当量比ＫＡＣＴの追従性を低下させる傾向がある。したがって、オーバシュート抑制効果が小さくなるように、ダンピングゲインＫＤＡＭＰ及び応答指定パラメータＰＯＬＥを設定することが望ましい。
【００６６】
本実施形態では、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、以下図７から図１１に示すフローチャートを参照して、制御入力（適応補正係数）ＫＳＴＲ(k)の算出処理を説明する。
【００６７】
図７は、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じて適応補正係数（制御入力）ＫＳＴＲを算出する処理のフローチャートである。本処理はＴＤＣ信号パルスの発生に同期して（クランク角度２４０度毎に）実行される。
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処理（ステップＳ１０）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センサ出力の読み込みを行う（ステップＳ３）。次いで、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。
【００６８】
続くステップＳ５では、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。
【００６９】
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）。ステップＳ６の処理は、具体的には図８に示されており、図８の処理により、エンジン運転状態がＬＡＦフィードバック領域にないときはＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢが「０」に設定され、ＬＡＦフィードバック領域にあるときはＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢが「１」に設定される。
【００７０】
続くステップＳ７では、ＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢが「１」か否かを判別し、ＦＬＡＦＦＢ＝０のときは、ステップＳ８に進んで適応補正係数ＫＳＴＲを「１．０」に設定して、本処理を終了する。また、ＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢ＝１のときは、図９に示す適応補正係数ＫＳＴＲの演算処理を実行し（ステップＳ９）、本処理を終了する。
【００７１】
図８は、図７のステップＳ６で実行される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。
先ずステップＳ１１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Ｓ１２）、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Ｓ１３）、ＦＷＯＴ＝０であるときは、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Ｓ１４）、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Ｓ１１〜Ｓ１５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が実行可能であることを「１」で示すＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢを「０」に設定する（ステップＳ１７）。
【００７２】
一方、ステップＳ１１〜Ｓ１５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、ＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢを「１」に設定する（ステップＳ１６）。
【００７３】
図９は、図７のステップＳ９で実行されるＫＳＴＲ算出処理のメインルーチンのフローチャートである。
ステップＳ２１では、図１０に示す適応パラメータ演算処理を実行する。図１０の処理では、適応パラメータ（モデルパラメータ）ｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３が算出され、さらに各パラメータの移動平均値ｂ０ＡＶ，ｓ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ，ｒ２ＡＶ，ｒ３ＡＶが算出される。ステップＳ２２では、各パラメータの移動平均値ｂ０ＡＶ，ｓ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ，ｒ２ＡＶ，ｒ３ＡＶを、下記式（２１），（２２）に適用し、第１及び第２の安定判別パラメータＣＨＫＰＡＲ１、ＣＨＫＰＡＲ２を算出する。
0004430270.tif 000011
【００７４】
ステップＳ２３では、第１の安定判別パラメータＣＨＫＰＡＲ１が第１の判定閾値ＯＫＳＴＲ１（例えば０．６）より小さいか否かを判別し、ＣＨＫＰＡＲ１＜ＯＫＳＴＲ１であるときは、さらに第２の安定判別パラメータＣＨＫＰＡＲ２が第２の判定閾値ＯＫＳＴＲ２（例えば０．４）より小さいか否かを判別する（ステップＳ２４）。ステップＳ２３及びＳ２４の答がともに肯定（ＹＥＳ）であるときは、適応パラメータは安定であると判定し、ダウンカウンタＮＳＴＲＣＨＫに所定値ＮＳＴＲＳＨＫ０（例えば４）をセットする（ステップＳ２５）とともに、安定判別フラグＦＳＴＲＣＨＫを「０」に設定する（ステップＳ２６）。安定判別フラグＦＳＴＲＣＨＫは、「０」に設定されると適応パラメータが安定であることを示す。
【００７５】
ステップＳ２３またはＳ２４の答が否定（ＮＯ）であるときは、ダウンカウンタＮＳＴＲＣＨＫの値が「０」以下か否かを判別する（ステップＳ２７）。最初は、ＮＳＴＲＣＨＫ＞０であるので、ダウンカウンタＮＳＴＲＣＨＫの値を「１」だけデクリメントし（ステップＳ２８）、ステップＳ３０に進む。ダウンカウンタＮＳＴＲＣＨＫの値が「０」となると、ステップＳ２７からステップＳ２９に進み、安定判別フラグＦＳＴＲＣＨＫを「１」に設定する（ステップＳ２９）。
【００７６】
続くステップＳ３０では、図１１に示すＫＳＴＲ算出サブルーチンを実行し、適応補正係数ＫＳＴＲ(k)を算出する。
続くステップＳ３２〜Ｓ３７では、適応補正係数ＫＳＴＲのリミット処理を行う。すなわち、適応補正係数ＫＳＴＲが、目標当量比ＫＣＭＤに上限係数Ｏ２ＬＭＴＨ（例えば１．２）を乗算することにより得られる上限値Ｏ２ＬＭＴＨ×ＫＣＭＤより大きいときは、適応補正係数ＫＳＴＲをその上限値Ｏ２ＬＭＴＨ×ＫＣＭＤに設定し（ステップＳ３２，Ｓ３６）、適応補正係数ＫＳＴＲが、目標当量比ＫＣＭＤに下限係数Ｏ２ＬＭＴＬ（例えば０．５）を乗算することにより得られる下限値Ｏ２ＬＭＴＬ×ＫＣＭＤより小さいときは、適応補正係数ＫＳＴＲをその下限値Ｏ２ＬＭＴＬ×ＫＣＭＤに設定する（ステップＳ３３，Ｓ３５）。そしてその場合には、上限値または下限値に設定したことを示すために、リミットフラグＦＫＳＴＲＬＭＴを「１」に設定する（ステップＳ３７）。また、適応補正係数ＫＳＴＲが上限値と下限値の間にあるときは、リミットフラグＦＫＳＴＲＬＭＴを「０」に設定する（ステップＳ３４）。
【００７７】
図１０は、図９のステップＳ２１で実行される適応パラメータ演算処理のフローチャートである。
ステップＳ４１では、図７の処理の前回実行時において、ＬＡＦフィードバックフラグＦＬＡＦＦＢが「１」であったか否かを判別し、ＦＬＡＦＦＢ＝１であったときは、安定判別フラグＦＳＴＲＣＨＫが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ４２）。ＦＳＴＲＣＨＫ＝０であって適応パラメータが安定しているときは、図７の処理の前回実行時において、高負荷フィードバックフラグＦＷＯＴＦＢが「１」であったか否かを判別する（ステップＳ４３）。高負荷フィードバックフラグＦＷＯＴＦＢは、理論空燃比よりリッチ側のリッチ目標空燃比へのフィードバック制御（リッチ空燃比フィードバック制御）を実行するときに、図示しない処理により「１」に設定され、理論空燃比へのフィードバック制御（理論空燃比フィードバック制御）を実行するときは、「０」に設定される。
【００７８】
ステップＳ４１の答が否定（ＮＯ）であるとき、あるいはステップＳ４２またはＳ４３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、パラメータの初期化を行う（ステップＳ４４）。すなわち、メモリに格納されている適応補正係数ＫＳＴＲ、検出当量比ＫＡＣＴ、及び目標当量比ＫＣＭＤの最新値及び過去値をすべて「１．０」に設定する。またし、適応パラメータｂ０の最新値及び過去値を全て「１．０」に設定するとともに、移動平均値ｂ０ＡＶを「１．０」に設定する。さらに、他の適応パラメータｒ１〜ｒ３，及びｓ０の最新値及び過去値を全て「０」に設定するとともに、対応する移動平均値ｒ１ＡＶ，ｒ２ＡＶ，ｒ３ＡＶ及びｓ０ＡＶを「０」に設定する。パラメータの初期化終了後は、ステップＳ４８に進む。
【００７９】
前回高負荷フィードバックフラグＦＷＯＴＦＢが「１」であった場合は、リッチ空燃比フィードバック制御から理論空燃比フィードバック制御に戻った場合であり、そのような場合、リッチ空燃比フィードバック制御中と理論空燃比フィードバック制御中では適切なパラメータ値が大きく異なるため、制御が不安定化することがあった。これを防止するために、パラメータの初期化が行われる。
【００８０】
ステップＳ４３の答が否定（ＮＯ）であるときは、適応パラメータの前回算出時から３ＴＤＣ期間（ＴＤＣ信号パルスの３周期分の期間、すなわち１燃焼サイクル）が経過したか否かを判別する（ステップＳ４６）。前記式（１）で定義されるモデルや、式（２）〜（１７）により算出される制御入力が、ある特定の気筒の燃焼サイクルk（＝3n、nはＴＤＣサイクル）に同期したサンプル／制御周期で定義されているため、本実施形態では、適応パラメータベクトルθ(k)、すなわち適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３の算出は、３ＴＤＣ期間に１回、ある特定の気筒の燃焼サイクルに同期して行う。したがって、ステップＳ４６の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、下記式（３ａ）による適応パラメータｂ０，ｓ０，ｒ１〜ｒ３の算出を行う（ステップＳ４８）。ここで、式（３ａ）のＫＰ(n)及びｉｄｅ(n)は、下記式（４ａ），（５ａ）及び（７ａ）により定義される。式（１）〜（１７）などの「k」は、燃焼サイクル周期のサンプル時刻に対応するのに対し、下記式の「n」は、ＴＤＣ周期（本実施形態ではクランク角度２４０度周期）のサンプル時刻を示す。
【数２】
0004430270.tif 000012
【００８１】
一方３ＴＤＣ期間経過していないときは、適応パラメータｂ０(n)，ｓ０(n)，ｒ１(n)〜ｒ３(n)を、それぞれ前回値ｂ０(n-1)，ｓ０(n-1)，ｒ１(n-1)〜ｒ３(n-1)に設定する（ステップＳ４７）。
【００８２】
続くステップＳ４９では、下記式（２５）〜（２９）により、移動平均値ｂ０ＡＶ，ｓ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ，ｒ２ＡＶ，及びｒ３ＡＶを算出する。
【数３】
0004430270.tif 000013
移動平均化演算により得られる適応パラメータｂ０ＡＶ，ｓ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ，ｒ２ＡＶ，及びｒ３ＡＶを用いて適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰを算出することにより、適応パラメータベクトルを３ＴＤＣ期間に１回の頻度で更新すること、及びＬＡＦセンサ１７のローパス特性に起因する適応制御の不安定化を防止することができる。
【００８３】
図１１は、図９のステップＳ３１で実行されるＫＳＴＲ算出サブルーチンのフローチャートである。
ステップＳ６１では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図１２（ａ）に示すＰＯＬＥマップを検索し、応答指定パラメータＰＯＬＥを算出する。ＰＯＬＥマップは、エンジンの高負荷かつ高回転の運転状態で応答速度が遅くなるように設定されている。すなわち、ラインＬ１で囲まれた領域では、応答指定パラメータＰＯＬＥは、「−０．５」に設定され、ラインＬ１及びＬ２で囲まれた領域（ハッチングを付した領域）では、「−０．２」に設定され、ラインＬ２の外側の領域では、「０」に設定されている。
【００８４】
次いで下記式（１７ｂ）により、適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰ(n)を算出する（ステップＳ６２）。
0004430270.tif 000014
式（１７ｂ）は、式（１７ａ）の適応パラメータｂ０，ｒ１〜ｒ３，ｓ０を、移動平均値ｂ０ＡＶ，ｒ１ＡＶ〜ｒ３ＡＶ，ｓ０ＡＶに置き換え、さらに離散時刻を示す「k」を「n」に変更したものである。
【００８５】
ステップＳ６３では、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図１２（ｂ）に示すＫＤＡＭＰマップを検索し、ダンピングゲインＫＤＡＭＰを算出する。ＫＤＡＭＰマップは、エンジンの高負荷かつ高回転の運転状態でダンピングゲインＫＤＡＭＰが大きくなるように設定されている。すなわち、ラインＬ３で囲まれた領域では、ダンピングゲインＫＤＡＭＰは、「０．３」に設定され、ラインＬ３及びＬ４で囲まれた領域（ハッチングを付した領域）では、「０．１」に設定され、ラインＬ４の外側の領域では、「０」に設定されている。
【００８６】
続くステップＳ６４では、下記式（１９ａ）により、ダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰ(n)を算出し、次いで下記式（２０ａ）により、適応補正係数（制御入力）ＫＳＴＲ(n)を算出する（ステップＳ６５）。
0004430270.tif 000015
以上のように本実施形態では、式（１７ｂ）により適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰを算出し、式（１９ａ）によりダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰを算出して、制御入力ＫＳＴＲ(n)を適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰとダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰの和として算出するようにしたので、目標当量比ＫＣＭＤに対する検出当量比ＫＡＣＴのオーバシュートを完全に抑制し、かつ良好な追従性を得ることができる。
【００８７】
さらに適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰによる制御の応答速度を指定する応答指定パラメータＰＯＬＥは、オーバシュートの発生し易いエンジンの高負荷高回転運転状態において、応答速度が低くなるように設定され、ダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰによるダンピング効果の度合を決定するダンピングゲインＫＤＡＭＰは、オーバシュートの発生し易いエンジンの高負荷高回転運転状態において、ダンピング効果が大きくなるように設定される。したがって、オーバシュートが発生しにくいエンジン運転状態では、目標当量比ＫＣＭＤへの追従性を向上させ、オーバシュートが発生しやすい機関運転状態では、オーバシュートを確実に抑制することができる。
【００８８】
本実施形態では、図３のエンジンシステムがプラントに相当し、適応制御器４２がプラントの制御装置または空燃比制御装置に相当する。またパラメータ調整機構５４が同定手段に相当し、応答指定型コントローラ５５が適応制御手段または制御手段に相当する。より具体的には、図１１の処理が適応制御手段または制御手段に相当し、図１０の処理が同定手段に相当する。また図１１のステップＳ６１及びＳ６２が、適応制御入力算出手段または応答指定型制御項算出手段に相当し、ステップＳ６３及びＳ６４がダンピング制御入力算出手段またはダンピング制御項算出手段に相当する。
【００８９】
（第２の実施形態）
図１３は本発明の第２の実施形態にかかるプラントの制御装置、すなわち油圧位置決め装置と、その制御装置の構成を示す図である。このような油圧位置決め装置は、例えば吸排気弁のバルブタイミングを連続的に変化させる連続可変バルブタイミング機構に使用される。連続可変バルブタイミング機構は、吸排気弁を駆動するカムの回転位相を変更することにより、吸排気弁の開閉タイミングをずらし、充填効率の向上とポンピングロスの低減を図るものである。
【００９０】
油圧位置決め装置は、ピストン６４と、ピストン６４が嵌装された油圧シリンダ６１と、電動スプール弁６７と、油圧ポンプ６５と、油圧ポンプ６５から電動スプール弁６７に油圧を供給する油圧供給路６６と、第１の油圧Ｐ１を油圧シリンダ６１の第１油圧室６２に供給する第１の油路６８と、第２の油圧Ｐ２を油圧シリンダ６１の第２油圧室６３に供給する第２の油路６９と、電動スプール弁６７から排出される作動油をオイルパン（図示せず）に戻す油圧放出路７０とを備えている。
【００９１】
またピストン６４の位置ＰＡＣＴを検出するポテンショメータ７１が設けられており、検出位置ＰＡＣＴを示す信号が電子制御ユニット（ＥＣＵ）７２に供給される。
ＥＣＵ７２には、目標位置ＰＣＭＤが入力され、ＥＣＵ７２は、検出位置ＰＡＣＴを目標位置ＰＣＭＤに一致させるように、制御量ＤＵＴを算出し、制御量ＤＵＴに応じた電気信号を電動スプール弁６７へ供給する。
【００９２】
電動スプール弁６７は、制御量ＤＵＴに応じて弁体（図示せず）の位置を移動させ、弁体の位置に応じた第１及び第２の油圧Ｐ１，Ｐ２を出力する。第１及び第２の油圧Ｐ１，Ｐ２の差圧ＤＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が正の値であるときは、ピストン６４は図の右方向へ移動し、逆に差圧ＤＰが負の値であるときは、ピストン６４は図の左方向へ移動する。検出位置ＰＡＣＴが目標位置ＰＣＭＤに一致した状態では、差圧ＤＰは「０」に保持される。
【００９３】
図１４は、図１３に示す油圧位置決め装置を適応制御器を用いて制御する場合の制御系の構成を示すブロック図である。
適応制御器８０は、パラメータ調整機構８１及び応答指定型コントローラ８２からなり、ＥＣＵ７２のＣＰＵで実行される演算処理により実現される。パラメータ調整機構８１は、制御入力としての制御量ＤＵＴ及び制御出力としての検出位置ＰＡＣＴに応じて、第１の実施形態のパラメータ調整機構５４と同様に、モデルパラメータベクトルθ(k)を算出する。すなわち、前記式（４）及び（５）のζ(k)を下記式（７ｂ）で定義されるζ’(k)に置き換えることにより得られる下記式（４ｂ）（５ｂ）と、前記式（３）及び（６）を用いて、モデルパラメータベクトルθ(k)が算出される。
【数４】
0004430270.tif 000016
【００９４】
応答指定型コントローラ８２は、第１の実施形態の応答指定型コントローラ５５と同様に、目標位置ＰＣＭＤ、制御入力ＤＵＴ及び検出位置ＰＡＣＴを下記式（１７ｃ）及び（１９ｂ）に適用し、適応制御入力ＤＵＴＡＤＰ及びダンピング制御入力ＤＵＴＤＭＰを算出し、さらに適応制御入力ＤＵＴＡＤＰ及びダンピング制御入力ＤＵＴＤＭＰの和として、制御量ＤＵＴを算出する。下記式（１７ｃ）は、前記式（１７）のＫＣＭＤ及びＫＳＴＲを、それぞれＰＣＭＤ及びＤＵＴに置き換えることにより得られ、下記式（１９ｂ）は、前記式（１９）のＫＡＣＴをＰＡＣＴに置き換えることにより得られる。
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【００９５】
したがって、適応制御器８０によれば、第１の実施形態における制御入力ＫＳＴＲ、制御出力ＫＡＣＴ及び目標当量比ＫＣＭＤを、それぞれ制御入力ＤＵＴ、制御出力ＰＡＣＴ及び目標位置ＰＡＣＴに置き換えた制御が実行されるので、第１の実施形態と同様に、目標位置ＰＣＭＤに対する検出位置ＰＡＣＴのオーバシュートを完全に抑制し、かつ良好な追従性を得ることができる。
本実施形態では、図１４の油圧位置決め装置がプラントに相当し、適応制御器８０がプラントの制御装置に相当する。またパラメータ調整機構８１が同定手段に相当し、応答指定型コントローラ８２が適応制御手段に相当する。
【００９６】
（その他の実施形態）
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態において、適応制御入力ＫＳＴＲＡＤＰのみを制御対象（図３のエンジンシステム）に対する制御入力ＫＳＴＲとしてもよい。この場合でも、従来技術に比べてオーバシュートを抑制することができる。また従来の逆伝達関数コントローラにより得られる制御入力に、ダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰを加算することにより制御対象に対する制御入力ＫＳＴＲを算出するようにしてもよい。この場合も従来技術に比べてオーバシュートを抑制することができる。
【００９７】
また第１の実施形態では、ダンピング制御入力ＫＳＴＲＤＭＰを式（１９）により算出するようにしたが、式（１８）により偏差ｅ(k)の変化量（変化速度）に応じて算出するようにしてもよい。
また第２の実施形態では、油圧式の位置決め装置を示したが、油圧に代えて空気圧を用いる空気圧位置決め装置について、第２の実施形態に示した適応制御器による制御を適用するようにしてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力が算出され、プラントの出力の変化速度またはプラントの出力と制御目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力が算出され、適応制御入力及びダンピング制御入力の和として、プラントへの制御入力が算出される。またモデルパラメータの同定は、制御対象モデルの入力として適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて行われる。その結果、制御目標値に対するオーバシュートを防止し、制御目標値に対する追従特性を向上させることができる。
【００９９】
請求項２に記載の発明によれば、プラントの出力と制御目標値との偏差の応答特性が指定された特性となるように、前記適応制御入力が算出される。応答特性が指定された特性となるように制御しない場合に比べて、ダンピング制御入力のダンピングゲインを大きくすることが可能となり、オーバシュート低減効果をより大きくすることができる。
【０１００】
請求項３に記載の発明によれば、同定手段により同定されたモデルパラメータを用いた適応制御によって、プラントの出力と制御目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように、プラントへの制御入力が算出され、偏差の応答特性が応答指定パラメータによって指定された特性となる。適応制御では、制御目標値の変化速度が大きい場合には、モデルパラメータの同定挙動が制御入力に影響し、プラントの出力が制御目標値に対してオーバシュートし易い傾向があるが、プラントの出力と制御目標値との偏差の応答特性が指定された特性となるように、プラントへの制御入力を算出することにより、制御目標値の変化速度が大きい場合のオーバシュートを低減することができる。
【０１０１】
請求項４に記載の発明によれば、同定手段により同定されたモデルパラメータを用いて適応制御入力が算出され、空燃比センサにより検出される空燃比の変化速度または空燃比センサにより検出される空燃比と目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御入力が算出され、適応制御入力及びダンピング制御入力を用いて内燃機関に供給する混合気の空燃比が制御される。またモデルパラメータの同定は、制御対象モデルの入力として適応制御入力及びダンピング制御入力の和を用いて行われる。その結果、検出空燃比の制御目標値に対するオーバシュートが抑制され、制御目標値に対する追従特性を向上させることができる。
【０１０２】
請求項５に記載の発明によれば、検出空燃比と目標値との偏差と、該偏差の減衰特性を指定する応答指定パラメータとを用いて定義される偏差関数の値が「０」となるように制御する応答指定型制御項が算出され、該応答指定型制御項を用いて空燃比が制御されるので、偏差の応答特性が応答指定パラメータによって指定された特性となって、検出空燃比の目標値に対するオーバシュートが抑制され、触媒の浄化率を高めることができるとともに、機関出力の変動を抑制することができる。その結果、排気特性を向上させるとともに、サージ現象を抑制することが可能となる。
【０１０３】
請求項６に記載の発明によれば、内燃機関をモデル化した制御対象モデルのモデルパラメータが同定され、該同定されたモデルパラメータを用いて前記応答指定型制御項が算出されるので、機関運転状態や機関特性の経年変化がモデルパラメータに反映され、機関運転状態や機関特性の経年変化に拘わらず常に最適な応答指定型制御項を得ることができる。その結果、空燃比の目標値に対する良好な追従特性を維持することができる。
【０１０４】
請求項７に記載の発明によれば、検出空燃比の変化速度または検出空燃比と目標値との偏差の変化速度に応じてダンピング制御項が算出され、前記応答指定型制御項及びダンピング制御項を用いて空燃比が制御されるので、検出空燃比の目標値に対するオーバシュートをさらに低減することができる。
【０１０５】
請求項８に記載の発明によれば、ダンピング係数を用いて前記ダンピング制御項が算出され、前記ダンピング係数は機関の運転状態に応じて設定されるので、目標値に対するオーバシュートが発生しにくい機関運転状態ではダンピング係数を小さくすることにより、目標値への追従特性を向上させ、目標値に対するオーバシュートが発生しやすい機関運転状態では、ダンピング係数を大きくすることにより、オーバシュートを確実に抑制することができる。その結果、機関運転状態の広い範囲で良好な排気特性を実現することができる。
【０１０６】
請求項９に記載の発明によれば、応答指定パラメータを用いて前記応答特性が変更され、前記応答指定パラメータが機関の運転状態に応じて設定されるので、目標値に対するオーバシュートが発生しにくい機関運転状態では応答速度を速くすることにより、目標値への追従特性を向上させ、目標値に対するオーバシュートが発生しやすい機関運転状態では、応答速度を遅くすることにより、オーバシュートを確実に抑制することができる。その結果、機関運転状態の広い範囲で良好な排気特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施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】燃料量（ＴＯＵＴ）を算出する手法を説明するためのブロック図である。
【図３】図２のブロック図を適応制御器を中心としたブロック図として示したものである。
【図４】応答指定パラメータ（ＰＯＬＥ）の値と、制御偏差（ｅ(k)）の応答特性との関係を示す図である。
【図５】目標当量比（ＫＣＭＤ）をステップ状に変化させた場合の検出当量比ＫＡＣＴの応答特性を示す図である。
【図６】目標当量比（ＫＣＭＤ）をステップ状に変化させた場合の検出当量比ＫＡＣＴの応答特性を示す図である。
【図７】空燃比センサ出力に応じて適応補正係数（ＫＳＴＲ）を算出する処理のフローチャートである。
【図８】空燃比センサ出力に応じたフィードバック制御の実行条件を判別する処理のフローチャートである。
【図９】適応補正係数算出処理のメインルーチンのフローチャートである。
【図１０】適応パラメータを算出する処理のフローチャートである。
【図１１】適応補正係数算出処理のサブルーチンのフローチャートである。
【図１２】図１１の処理で使用されるマップを示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態にかかる油圧位置決め装置及びその制御装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３に示した装置のブロック図である。
【図１５】従来の制御系の構成を示すブロック図である。
【図１６】従来の制御系による制御応答特性を説明するための図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
２  吸気管
５  電子制御ユニット（同定手段、適応制御手段、制御手段、適応制御入力算出手段、応答指定型制御項算出手段、ダンピング制御入力算出手段、ダンピング制御項算出手段）
６  燃料噴射弁
１７  空燃比センサ
４２  適応制御器
５４  パラメータ調整機構（同定手段）
５５  応答指定型コントローラ（適応制御手段、制御手段）
６１  油圧シリンダ
６４  ピストン
６７  電動スプール弁
８０  適応制御器
８１  パラメータ調整機構（同定手段）
８２  応答指定型コントローラ（適応制御手段）
【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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