(57)【要約】      （修正有）【課題】アイドル運転時に、空燃比センサを用いた空燃比フィードバック制御に起因する周期外乱によって、エンジン回転速度が変動することを抑制する。【解決手段】Ｆ／Ｂ制御器３１はエンジン回転速度ＮＥと目標アイドル回転速度ＮＥ_refとの偏差に基づいて吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値Ｔ_PIを算出する。外乱推定器３２は、外乱を含む実エンジン回転速度ＮＥと、制御対象の数式モデルＧｐ’（ｓ）を通して得られる外乱を含まないエンジン回転速度推定値ＮＥ_hatと、の差分により外乱相当値ＮＥ_dev（ｒｐｍ）を求め、更にバンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）を通して特定周波数帯の外乱推定値ＴD_AFを算出する。空燃比変動周波数算出部３５では、空燃比センサからの空燃比に基づいて空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）を求める。ＢＰＦ中心周波数調整部３６では、バンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを調整する。【選択図】図５
2012052489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
この空燃比センサで検出される空燃比に応じてエンジンに供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
アイドル運転時のエンジン回転速度を目標アイドル回転速度に一致させるように、上記エンジン回転速度と目標アイドル回転速度との偏差に基づいて吸気系Ｆ／Ｂ指令値を算出するフィードバック制御手段と、
バンドパスフィルタを用いて、実際のエンジン回転速度と、制御対象の数式モデルを用いて得られるエンジン回転速度推定値とに基づいて特定周波数帯の外乱推定値を推定する外乱推定手段と、
上記外乱推定値を用いて上記吸気系Ｆ／Ｂ指令値を補正して上記補正後吸気系Ｆ／Ｂ指令値を算出する吸気系Ｆ／Ｂ指令値補正手段と、
上記補正後吸気系Ｆ／Ｂ指令値に基づいて、エンジンの吸入空気量を調節する吸入空気量制御手段と、を有するエンジンの制御装置において、
上記空燃比センサにより検出される空燃比に基づいて、この空燃比の変動周波数を算出する空燃比変動周波数算出手段と、
上記空燃比の変動周波数に基いて、上記バンドパスフィルタの中心周波数を調整するＢＰＦ中心周波数調整手段と、
を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
上記空燃比変動周波数算出手段は、上記空燃比の変動周波数を所定期間毎に逐次検出し、
上記ＢＰＦ中心周波数調整手段は、上記空燃比の変動周波数に対する感度特性が負になるように、上記バンドパスフィルタの中心周波数を調整することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
上記空燃比の変動周波数に基づいて、上記フィードバック制御手段で用いられる制御定数を調整する制御定数調整手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
エンジン回転速度に基いて、上記バンドパスフィルタの中心周波数を補正するＢＰＦ中心周波数補正手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
上記制御対象の数式モデルには、エンジンの燃焼間隔に対応する制御対象のむだ時間が用いられており、
かつ、エンジン回転速度に基づいて、上記数式モデルに用いられる上記むだ時間を調整するむだ時間調整手段を有することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの制御装置。
【請求項６】
上記空燃比制御手段による空燃比制御を停止している状態では、上記外乱推定手段における上記バンドパスフィルタをローパスフィルタに切り替える切替手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
【請求項７】
上記バンドパスフィルタとローパスフィルタとの切替時には、バンドパスフィルタの出力値とローパスフィルタの出力値との偏差に基づいて、上記吸気系Ｆ／Ｂ指令値を補正することを特徴とする請求項６に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に用いられるエンジン（内燃機関）では、一般的に、排気の空燃比を目標空燃比（ガソリンエンジンの場合、理論空燃比）の近傍に維持するように、酸素センサ等の空燃比センサで検出される排気の空燃比に応じて燃料噴射量を増減して、エンジンに供給する混合気の空燃比を制御している。その一方で、アイドル運転時には、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度の近傍に維持するようにフィードバック制御によるアイドル回転速度制御が行われ、具体的には実エンジン回転速度と目標アイドル回転速度との偏差に基づいて吸気系トルク指令値を算出し、この吸気系トルク指令値に応じて例えばスロットル（バルブ）の開度を調整することにより吸入空気量を増減させる。
【０００３】
特許文献１では、アイドル回転速度制御の操作量として、応答は速いがトルク操作幅の狭い点火時期と、応答遅れは大きいがトルク操作幅の広いスロットルと、を併用し、補機類や外乱等の負荷変化によるエンジン回転速度の変動を抑制する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２では、操作量をスロットルのみとした場合において、外乱推定器を用いて外乱の推定および相殺を行う技術が開示されている。具体的には、吸気系トルク指令値、エンジン回転速度、制御対象のノミナルモデルＧｐ（ｓ）（代表する動特性モデル）に基づいて制御対象に加わる外乱（モデル化誤差や特性変動なども含む）を推定し、外乱を相殺するように同トルク指令値を補正することで、制御対象の動特性をノミナルモデルＧｐ（ｓ）に一致させる構成としている。
【０００５】
更に、特許文献３には、空燃比制御に起因する周期外乱を抑制する技術が開示されており、具体的には、酸素センサで検出される空燃比に基いて補正値を算出し、同補正値を、アイドル回転速度制御のフィードバック制御部から出力される吸気系トルク指令値に加算している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５２９３７号公報
【特許文献２】特開２００４−０１９４７８号公報
【特許文献３】特開平０３−１９９６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アイドル運転時においては、上記の空燃比制御にともなう空燃比（燃料噴射量）の変動に起因してエンジン回転速度に周期振動が生じる。そして、エンジンの運転状態や特性ばらつき等によって、同振動の周波数が変動することが確認されている。
【０００８】
このような空燃比制御に起因する周期外乱に対して、特許文献１のように操作量として応答の速い点火時期を併用する場合、点火時期の変更可能範囲を幅広く確保しようとすると、点火時期が最適点火時期（ＭＢＴ）から離れ、燃費が悪化する。そこで、燃費の向上を目的に点火時期を最適点火時期（ＭＢＴ）に固定し、操作量として応答の遅いスロットルのみを用いた場合、特に低周波数領域で感度特性（ゲイン）が正の値となって、同外乱を逆に助長・増幅させるおそれがある。
【０００９】
また、特許文献２において、外乱推定器内のローパスフィルタ（ＬＰＦ）のカットオフ周波数ｆｃを調整することで、上記周期外乱をある程度抑制することも可能であるが、この場合、適正な安定余裕が確保できない場合がある。適正な安定余裕を確保した場合には、やはり同外乱を助長するおそれがあり、適正な安定余裕の確保と同周期外乱の抑制とを両立することが難しい。
【００１０】
更に、上記特許文献３のように、空燃比に基いて算出した補正値を単にアイドル回転速度のフィードバック制御における吸気系トルク指令値に加算する構成では、点火時期のように応答の速い操作量を使用する場合には周期外乱をある程度抑制することは可能であるものの、操作量が応答の遅いスロットルのような場合には、周期外乱を抑制することが難しく、逆に、同外乱を助長するおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アイドル回転速度制御にスロットルのように応答性の遅い操作量を用いた場合であっても、空燃比制御に起因する周期外乱を抑制し、かつ、適正な安定余裕を確保し得る新規なエンジンの制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るエンジンの制御装置は、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、この空燃比センサで検出される空燃比に応じてエンジンに供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、アイドル運転時のエンジン回転速度を目標アイドル回転速度に一致させるように、上記エンジン回転速度と目標アイドル回転速度との偏差に基づいて吸気系Ｆ／Ｂ指令値を算出するフィードバック制御手段と、バンドパスフィルタを用いて、実際のエンジン回転速度と、制御対象の数式モデルを用いて得られるエンジン回転速度推定値とに基づいて特定周波数帯の外乱推定値を推定する外乱推定手段と、上記外乱推定値を用いて上記吸気系Ｆ／Ｂ指令値を補正して上記補正後吸気系Ｆ／Ｂ指令値を算出する吸気系Ｆ／Ｂ指令値補正手段と、上記補正後吸気系Ｆ／Ｂ指令値に基づいて、エンジンの吸入空気量を調節する吸入空気量制御手段と、を有している。
【００１３】
そして、上記外乱推定手段は、バンドパスフィルタを用いて特定周波数帯の外乱推定値を抽出し、かつ、上記空燃比センサにより検出される空燃比に基づいて、この空燃比の変動周波数を算出する空燃比変動周波数算出手段と、上記空燃比の変動周波数に基いて、上記バンドパスフィルタの中心周波数を調整するＢＰＦ中心周波数調整手段と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明では、空燃比の変動周波数をリアルタイムに検出し、この変動周波数に基づいて、外乱推定に用いるバンドパスフィルタの中心周波数を調整している。従って、エンジンの運転状態や特性ばらつき等により、空燃比制御に起因する周期外乱の周波数が変動した場合においても、例えばこの変動周波数に対する感度特性（出力端外乱から制御対象出力までの伝達特性、対数表記のゲイン）が負の値となるようにバンドパスフィルタの中心周波数を調整することで、周期外乱が助長・増幅することを回避・抑制し、この周期外乱によるエンジン回転速度の周期振動・変動を抑制することができる。その結果、例えばアイドル運転時の点火時期をＭＢＴに固定した上で、応答の遅いスロットル操作等の吸気量の調整により良好な制御性能を実現できるため、燃費性能の向上と制御性能の確保との両立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの制御装置を簡略的に示す構成図。
【図２】アイドル回転速度制御部の基本構成を示す制御ブロック図。
【図３】スロットル開度の算出マップを示す特性図。
【図４】本実施例に係るトルク指令値の演算処理を示すフローチャート。
【図５】図４のフィードバック補償部の演算処理を示すフローチャート。
【図６】フィードバック補償部の第１の例を示す制御ブロック図。
【図７】フィードバック補償部の第２の例を示す制御ブロック図。
【図８】フィードバック補償部の第３の例を示す制御ブロック図。
【図９】フィードバック補償部の第４の例を示す制御ブロック図。
【図１０】フィードバック補償部の第５の例を示す制御ブロック図。
【図１１】本実施例に係る周期外乱による回転速度変動の抑制効果を示す説明図。
【図１２】本実施例に係る制御定数を可変とした場合の周期外乱による回転速度変動の抑制効果を示す説明図。
【図１３】周期外乱の周波数に対するゲインを示す説明図。
【図１４】本実施例に係る周期外乱の周波数を補正した場合のゲインを示す説明図。
【図１５】周期外乱が助長する態様を示す説明図。
【図１６】本実施例に係るむだ時間を可変にすることによる周期外乱の抑制効果を示す説明図。
【図１７】空燃比フィードバック制御の停止時の定常外乱による回転速度変動を示す説明図。
【図１８】本実施例に係るフィルタ切替による空燃比フィードバック制御の停止時における定常外乱による回転速度変動の抑制効果を示す説明図。
【図１９】フィルタ切替時のエンジン回転速度の変動を示す説明図。
【図２０】本実施例に係るフィルタ切替時の回転速度変動の抑制効果を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい一実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る制御装置を適用したエンジン構成を簡略的に示す構成図である。エアクリーナ１からの空気は、吸気ダクト２を通り、スロットルバルブ３を介してエンジン４の燃焼室４ａに吸入される。一方、燃料は、吸気マニホールド５に取り付けられた燃料噴射弁６からエンジン回転に同期して間欠的に噴射供給され、吸入空気と混合して燃焼室４ａ内に吸引される。また、エンジン４の各燃焼室４ａには点火プラグ７が設けられており、コントロールユニット８からの指令点火時期で火花点火して混合気を着火燃焼させる。コントロールユニット８は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、各種センサからの入力に基づいてエンジンの運転状態を判断し、各種エンジン制御を実行し、例えばアイドル運転時にはエンジン回転速度ＮＥが所定の目標アイドル回転速度ＮＥ_refに一致するように吸入空気量（スロットルバルブ）を調節する。上記各種センサとしては、アイドル運転状態を判定するアクセルペダルセンサ９、吸気ダクト２中に設けられていてエンジン４の吸入空気量を計測するエアフローメータ１０、クランク軸やカム軸から回転信号を取り出してエンジン回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ１１、スロットルバルブ３の開度を検出するスロットル開度センサ１２の他、排気の空燃比を検出する空燃比センサとして、排気ダクト１３に設けられて排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ１４等が設けられている。なお、この酸素センサ１４に代えて、排気の空燃比に応じた出力値を出力する広域型の空燃比センサを用いても良い。
【００１７】
図２は、上記のコントロールユニット８により記憶及び実行されるアイドル回転速度制御部の基本構成を示している。このアイドル回転速度制御部は、エンジンの冷却水温度、エンジンの目標回転速度ＮＥ_ref、検出可能なエンジン負荷等に応じて、予めコントロールユニット８のメモリ上に記憶しておいたマップテーブルを用いることにより、吸気系のフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）トルク指令値ＴQ_FFを算出するＦ／Ｆ補償部２１と、エンジン回転速度（実回転速度）ＮＥを目標回転速度ＮＥ_refに一致させるように、実回転速度ＮＥと目標回転速度ＮＥ_refとの偏差に基づいて吸気系フィードバック（Ｆ／Ｂ）トルク指令値ＴQ_FBを算出するＦ／Ｂ補償部２２と、を有している。例えばエアコンやファンなどのようにスイッチのＯＮ／ＯＦＦにより予め負荷（外乱）の入力が予測し得るものについては、Ｆ／Ｆ補償部２１により予め設定されたマップ等を用いた補正・補償を行い、それ以外の外乱、例えば空燃比制御に起因する周期外乱などの、予測し難い未知の外乱については、Ｆ／Ｂ補償部２２により補正・補償されることとなる。これらの吸気系Ｆ／Ｆトルク指令値ＴQ_FFと吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値（吸気系Ｆ／Ｂ指令値）ＴQ_FBとを加算した値を最終的な吸気系トルク指令値ＴQとして吸入空気量制御部２３へと伝達する。吸入空気量制御部２３では、エンジントルク、エンジン回転速度、スロットル開度の相関を示す予め設定された図３に示すようなスロットル開度算出マップを参照して、吸気系トルク指令値ＴQとエンジン回転速度ＮＥに基づいて目標スロットル開度を算出し、この目標スロットル開度に実スロットル開度が一致するようにスロットルバルブ３を制御する。
【００１８】
なお、吸入空気量を制御するものとしては、本実施例のようなスロットルバルブ３に限らず、例えば吸・排気弁のバルブリフト特性を可変とする可変動弁装置を用いることも可能である。
【００１９】
図４は、コントロールユニット８が記憶及び実行するトルク指令値の演算ルーチンを示すフローチャートである。同図のルーチンはエンジンの回転または時間（例えば、１０ｍｓ）に同期して所定期間毎に繰り返し実行される。
【００２０】
ステップＳ１では、エンジン４がアイドル運転状態であるか判定する。具体的には、アクセルペダルセンサ９からの信号に基づき、アクセルペダルが開放されている場合に、エンジン４がアイドル運転状態にあると判定する。ステップＳ１の判定が否定されると、以後のプロセスを実行することなく本ルーチンを終了する。ステップＳ１の判定が肯定されると、ステップＳ１Ａ以降の処理を実行する。
【００２１】
ステップＳ１Ａでは、点火時期を、最適点火時期ＭＢＴに設定する。つまり本実施例のアイドル回転速度制御においては、点火時期については燃費に優れた最適点火時期ＭＢＴに固定し、制御量としてはスロットル開度（吸入空気量）のみを用いている。なお、最適点火時期ＭＢＴは予め設定されたマップを参照してエンジン運転状態に応じて設定される。
【００２２】
ステップＳ２では、エンジンの冷却水温度、目標回転速度ＮＥ_ref、検出可能なエンジン負荷等に応じて、予めコントロールユニット８のメモリ上に記憶しておいたマップテーブルを用いることにより、上記のＦ／Ｆ補償部２１により吸気系のＦ／Ｆトルク指令値ＴQ_FFを算出する。
【００２３】
ステップＳ３では、上記のＦ／Ｂ補償部２２により吸気系のＦ／Ｂトルク指令値ＴQ_FBを算出する。図６はＦ／Ｂ補償部２２の詳細な処理内容を示す制御ブロック図である。Ｆ／Ｂ補償部２２は、エンジン回転速度ＮＥを目標回転速度ＮＥ_refに一致させるためのＦ／Ｂ制御器３１と、制御対象としてのエンジン４に入力される未知の周期外乱を推定する外乱推定器３２と、により大略構成されている。
【００２４】
この外乱推定器３２は、制御対象であるエンジン４の数式モデルＧｐ’（ｓ）と、入力信号の特定の周波数帯域の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と、を利用することにより、空燃比制御等に起因する周期外乱の推定を行う。つまり、この外乱推定器３２においては、周期外乱を含むエンジンの実回転速度ＮＥと、周期外乱を含まない数式モデルＧｐ’（ｓ）の出力値であるエンジン回転速度推定値ＮＥ_hatと、の差分によって外乱相当値ＮＥ_dev（ｒｐｍ）を求め、この外乱相当値ＮＥ_devをバンドバスフィルタ部３３に通すことで、特定の周波数成分のみを抽出するとともに単位変換して、外乱推定値ＴD_AF（Ｌ／ｍｉｎ）を算出している。この外乱推定値ＴD_AFを用いて吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値が補正される。具体的には、Ｆ／Ｂ制御器３１から出力される補正前の吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値Ｔ_PIに対し、上記の外乱推定値ＴD_AFを減算することによって、補正後の吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値ＴQ_FBが求められる。
【００２５】
そして本実施例では後述するように、吸気応答遅れ等に起因して空燃比制御による周期外乱が増幅することのないように、空燃比変動周波数算出部３５において空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）を所定期間毎に逐次検出し、ＢＰＦ中心周波数調整部３６において、この空燃比変動周波数ｆAF（ｋ）に対する感度特性が負になるように、空燃比変動周波数ｆAF（ｋ）に基いてバンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを調整している。
【００２６】
図５は、上記のステップＳ３におけるＦ／Ｂ補償部２２の具体的な演算処理を示すサブルーチンである。ステップＳ３１では、エンジン回転速度ＮＥを目標回転速度ＮＥ_refへ一致させるように、エンジン回転速度ＮＥと目標回転速度ＮＥ_refとの偏差に基づいて補正前の吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値Ｔ_PIを算出する。具体的には、Ｆ／Ｂ制御器３１において、目標回転速度ＮＥ_refと実回転速度ＮＥとの偏差に対し、下式（１）の伝達関数ＣFB（ｓ）を通してトルク指令値Ｔ_PIを算出する。なお、制御定数Ｋｐ、Ｋｉは安定性評価指標であるゲイン余裕や位相余裕を考慮して決定する。
【００２７】
【数１】
2012052489.tif 000003
【００２８】
ステップＳ３２では、上記の空燃比変動周波数算出部３５において、酸素センサ１４の出力値に基いて空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）を算出する。具体的には、酸素センサ１４の出力値がリーンからリッチに切り替わる時間ＴO2（ｋ）を検出し、この値ＴO2（ｋ）と前回値ＴO2（ｋ−１）との差分からｆAF（ｋ）を下式（２）で算出する。
【００２９】
【数２】
2012052489.tif 000004
【００３０】
ステップＳ３３では、ステップＳ３２で算出した空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に基いて、外乱推定器３２で用いられるバンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）の中心周波数ωn_robの調整を行う。具体的には、空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に対する感度特性（出力端外乱から制御対象出力までの伝達特性）が負になるように、ωn_robを予めコントロールユニット８のメモリ上にマップテーブルとして記憶しておき、ｆAF（ｋ）に基いて同テーブルを用いることにより中心周波数ωn_robを決定する。結果として、エンジンの運転状態や特性ばらつき等により空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）が変動した場合においても、この変動周波数ｆAF（ｋ）に応じた形でバンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）の中心周波数ωn_robを調整することによって、空燃比制御に起因する周期外乱が増幅することを回避・抑制することができる。
【００３１】
【数３】
2012052489.tif 000005
【００３２】
ただし、ＢＰＦ（ｓ）の中心周波数ωn_robの調整を行った際に、ゲイン余裕や位相余裕が損なわれる可能性がある。従って、上記ωn_rob調整時においても常に適正なゲイン余裕、位相余裕を確保するために、図７に示すように、制御定数調整部３７を設け、空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に基いて、Ｆ／Ｂ制御器３１の制御定数を可変とするようにしてもよい。
【００３３】
また、エンジン回転速度に応じて制御対象のむだ時間に相当する燃焼間隔が変動することにより、ｆAF（ｋ）に対する感度特性が正となり、上記周期外乱を助長する場合がある。従って、図８に示すように、ＢＰＦ中心周波数補正部３８を設けて、同むだ時間が変動した場合においてもｆAF（ｋ）に対する感度特性が常に負になるように、エンジン回転速度ＮＥに基いてωn_robの補正を行うようにしても良い。
【００３４】
ステップＳ３４では空燃比制御に起因する周期外乱の推定を行う。具体的には、以下に述べるように外乱推定器３２を用いて同外乱の推定を行う。吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値に制御対象モデルの伝達特性Ｇｐ’（ｓ）を施すことにより、エンジン回転速度推定値ＮＥ_hatを算出する。なお、式（４）中のＫｑは定常ゲイン、ωｎは固有周波数、ζは減衰係数、Ｔは吸気応答の時定数である。また、ｅ-τsは吸気、圧縮工程に相当するむだ時間（燃料噴射から出力・トルクが得られるまでの時間）である。同むだ時間はエンジン回転速度に応じて変動するため、むだ時間調整部３９では、この外乱推定器３２内の数式モデルＧｐ’（ｓ）に用いられるむだ時間ｅ-τsを、エンジン回転速度に基いて調整している。
【００３５】
【数４】
2012052489.tif 000006
【００３６】
上記で算出したエンジン回転速度推定値ＮＥ_hatと実回転速度ＮＥの差分ＮＥ_devから、空燃比の変動周波数成分を抽出するため、ＮＥ_devにＢＰＦ（ｓ）を施す。さらに、吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値と位相を一致させるために制御対象モデルの逆系を施すことで、空燃比制御に起因する周期外乱推定値ＴD_AFを算出する。ただし、式（４）中のむだ時間の逆系は演算できないため、実際には１／Ｇｐ（ｓ）を施す。また、演算処理の都合上、ＢＰＦ（ｓ）に制御性能への影響を無視できる極（Ｔadd1、Ｔadd2）を追加している。
【００３７】
【数５】
2012052489.tif 000007
【００３８】
【数６】
2012052489.tif 000008
【００３９】
ステップＳ３５では、ステップＳ３１で算出したＴ_PIとステップＳ３４で算出したＴD_AFを用いて、下式より補正後吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値ＴQ_FBを算出する。つまり、補正前の吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値にＴ_PIから周期外乱推定値ＴD_AFを減算して補正後吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値ＴQ_FBを求めている。
【００４０】
【数７】
2012052489.tif 000009
【００４１】
このような構成により、空燃比制御が実行中においては、同制御に起因する周期外乱の抑制を実現できる。しかし、エンジンの運転状態に応じて空燃比制御が停止した場合には、上記外乱推定器３２におけるフィルタ構成を切り替えることで耐外乱性能の向上が期待できる。従って、図１０に示すように、上記のバンドパスフィルタ部３３とは別に、所定の周波数より高い周波数の帯域を通さない（減衰させる）ローパスフィルタ部４１を設け、空燃比制御が停止している状態においては、切替部４０において、上記バンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）を、下式（８）に示すローパスフィルタＬＰＦ（ｓ）に切り替える構成とする。
【００４２】
【数８】
2012052489.tif 000010
【００４３】
ここで、フィルタ構成切替時にＦ／Ｂ制御器３１の初期化を行うことで、同切替時においても良好な制御性能を実現できる。具体的には、アイドル回転速度制御実行中に外乱推定器３２内の伝達関数ＢＰＦ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）及びＬＰＦ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ）の演算をそれぞれ実行し、上記フィルタ構成切替時に両演算結果の差異ＶQ_errを、式（１）に示したＦ／Ｂ制御器３１が有する積分器に加（減）算することで、吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値に段差を生じさせることなくフィルタ構成の切替を行うことができる。
【００４４】
再び図４を参照して、ステップＳ４では、ステップＳ２で算出したＦ／Ｆトルク指令値ＴQ_FFと、ステップＳ３で算出した補正後のＦ／Ｂトルク指令値ＴQ_FBと、を用いて、下式（９）より最終的な吸気系トルク指令値ＴQを算出する。この吸気系トルク指令値ＴQに基づいてスロットルバルブ３の開度が調整されることとなる。
【００４５】
【数９】
2012052489.tif 000011
【００４６】
以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な構成及びその作用効果について、図示実施例を参照して説明する。なお、図１１，図１２，図１５〜図２０はシュミレーション結果の値を示している。
【００４７】
［１］図１を参照して、排気の空燃比を検出する空燃比センサとしての酸素センサ１４を有し、エンジンコントロールユニット８では、このセンサ１４で検出される空燃比に応じて、エンジン４に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御する（空燃比制御手段）。具体的には、実空燃比が目標空燃比（一般的には、理論空燃比）に一致するように、これら実空燃比と目標空燃比との偏差に応じて燃料噴射量が増減される。
【００４８】
一方、図６に示すように、アイドル運転時には、エンジン回転速度ＮＥを目標アイドル回転速度ＮＥ_refに一致させるようにアイドル回転速度制御が行われ、具体的には両者ＮＥ，ＮＥ_refの偏差に基づいて吸気系Ｆ／Ｂ（トルク）指令値Ｔ_PIを設定しているが、この際、上記の空燃比制御による燃料噴射量の増減により周期外乱が入力する。そこで外乱推定器３２により周期外乱に相当する外乱推定値ＴD_AFを算出して、この外乱推定値ＴD_AFを用いて吸気系Ｆ／Ｂ（トルク）指令値Ｔ_PIを補正している。
【００４９】
具体的には、上記エンジン回転速度ＮＥと目標アイドル回転速度ＮＥ_refとの偏差に基づいて吸気系Ｆ／Ｂ（トルク）指令値Ｔ_PIを算出するＦ／Ｂ制御器３１（フィードバック制御手段）と、バンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）を用いて、実際のエンジン回転速度ＮＥと、制御対象の数式モデルＧｐ’（ｓ）を用いて得られるエンジン回転速度推定値ＮＥ_hatとに基づいて外乱推定値ＴD_AFを推定する外乱推定器３２（外乱推定手段）と、を有し、上記外乱推定値ＴD_AFを用いて上記吸気系Ｆ／Ｂ（トルク）指令値Ｔ_PIを補正して補正後吸気系Ｆ／Ｂ（トルク）指令値ＴQ_FB'を算出する（吸気系Ｆ／Ｂ指令値補正手段）。図２に示すように、吸入空気量制御部２３（吸入空気量制御手段）は、この補正後吸気系Ｆ／Ｂ指令値ＴQ_FBに基づいて、エンジンの吸入空気量を調節する。より具体的には、補正後吸気系Ｆ／Ｂ指令値ＴQ_FBと、Ｆ／Ｆ補償部２１により出力される吸気系Ｆ／Ｆ指令値ＴQ_FFとを加算した最終的な吸気系指令値ＴQに応じて、スロットル開度を調節して、吸入空気量を制御する。
【００５０】
そして、本実施例の特徴的な構成として、上記の外乱推定器３２（外乱推定手段）が、バンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）を用いて特定周波数帯域の外乱推定値ＴD_AFを抽出しており、かつ、上記空燃比センサ（１４）により検出される空燃比に基づいて、この空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）を算出する空燃比変動周波数算出部３５（空燃比変動周波数算出手段）と、上記空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に基いて、上記バンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを調整するＢＰＦ中心周波数調整部３６（ＢＰＦ中心周波数調整手段）と、を設けている。例えば図１１に示す例では、簡易的に、ＢＰＦの中心周波数を変動周波数ｆAF（ｋ）と同じ値に設定している。
【００５１】
このように、空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）をリアルタイムに検出し、この変動周波数ｆAF（ｋ）に応じてＢＰＦの中心周波数を調整することで、空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に対する感度特性（出力端外乱から制御対象出力までの伝達特性、対数表記のゲイン）が正の値となって周期外乱が増幅することを抑制し、図１１に示すように、エンジン回転速度の振幅を所定範囲内に抑制することができる。
この結果、点火時期を燃費の良い最適点火時期（ＭＢＴ）に固定した上で、アイドル回転速度制御の制御量としては、応答性の低いスロットルバルブ３を用いた吸入空気量の調整のみによって、空燃比制御に起因する周期外乱によるエンジン回転速度の変動を良好に抑制することができ、燃費の向上と制御性能の確保との両立が可能となる。
【００５２】
［２］より具体的には、空燃比変動周波数算出部３５では、空燃比の変動周波数を所定期間毎（所定回転毎、あるいは所定時間（例えば１０ｍｓ）毎）に逐次検出し、ＢＰＦ中心周波数調整部３６では、空燃比変動周波数に対する感度特性が負になるように、上記バンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを調整する。このように、空燃比の変動周波数を所定期間毎（所定回転速度毎、あるいは所定時間毎）に逐次検出することで、周期変動をリアルタイムに精度良く抑制することができる。また、上述したようにエンジンの運転状態や特性ばらつき等により空燃比制御に起因する周期外乱の周波数が変動した場合においても、この変動周波数に対する感度特性を常に負の値とすることで、感度特性が正の値となって周期外乱が増幅することを確実に抑制することができる。
【００５３】
［３］上述したように、空燃比制御による周期外乱に起因する空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に基いてバンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを調整した場合、図１２に示すように、Ｆ／Ｂ制御器３１の制御定数を固定していると、適正な安定余裕を確保できない場合がある。従って、好ましくは図７に示すように、制御定数調整部３７（制御定数調整手段）を設けて、空燃比の変動周波数ｆAF（ｋ）に基いて、フィードバック制御に用いられる制御定数を可変とする。これにより、図１２に示すように、制御定数を固定する場合に比して、周期外乱の振幅を所定範囲内に抑制することが可能となり、常に適正な安定余裕を確保した上で周期外乱の抑制を実現することができる。
【００５４】
［４］制御対象がむだ時間を有する場合、上記周期外乱の変動周波数ｆAF（ｋ）とバンドパスフィルタＢＰＦ（ｓ）の中心周波数ωn_robを同じ値に設定すると、図１３に示すように、同外乱の周波数に対する感度特性（出力端外乱から制御対象出力までの伝達特性）に相当するゲインが正の値となって、同外乱を助長・増幅する可能性がある。制御対象がエンジンの場合には、燃料を噴射してから点火・燃焼により出力・トルクが得られるまでの時間が、むだ時間に相当する。このため、アイドル運転中にエンジン回転速度が低下した場合、むだ時間に対応する燃焼間隔が長くなることにより、特に同現象が生じる可能性が高くなる。そこで好ましくは図８に示すように、エンジン回転速度に基いて、バンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを補正するＢＰＦ中心周波数補正部３８（ＢＰＦ中心周波数補正手段）を設ける。これによって、図１４の矢印Ａに示すように、エンジン回転速度に基いてバンドパスフィルタの中心周波数ωn_robを補正することで、図１４の矢印Ｂに示すように、バンドパスフィルタの中心周波数ωn_robが負の値となり、制御対象のむだ時間が変動した場合においても、同外乱の増幅を抑制し、エンジン回転速度の振動・振幅を抑制することができる。
【００５５】
［５］制御対象のむだ時間に対応するエンジンの燃焼間隔は、エンジン回転速度に応じて変動する。従って、エンジン回転速度が変動した際に、制御対象の数式モデルＧｐ’（ｓ）に用いられるむだ時間を固定している場合には、吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値に数式モデルＧｐ’（ｓ）を施して得られるエンジン回転速度推定値ＮＥ_hatと実回転速度ＮＥとの間に位相ずれが生じ、結果として図１５に示すように、位相ずれが大きくなる低回転域で周期外乱を助長させる可能性がある。そこで、好ましくは図９に示すようにむだ時間調整部３９（むだ時間調整手段）を設け、エンジン回転速度ＮＥに基づいて、上記数式モデルＧｐ’（ｓ）に用いられる上記むだ時間を調整する。これによって、図１６に示すように、制御対象のむだ時間が大きくなる低回転域においても周期外乱の助長を抑制し、エンジン回転の振幅・振動を低減することができる。
【００５６】
［６］エンジンの運転状態によっては空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を停止（ＯＦＦ）させることがあり、この場合には、同制御に起因する周期外乱は発生しない。このような空燃比制御の停止状態においては、上述したバンドパスフィルタを利用した外乱推定は良好に作用せず、逆に、図１７に示すように、定常外乱に対する耐外乱性能を阻害するおそれがある。従って、このように空燃比制御を停止している状態においては、図１０に示すように、外乱推定器３２内のバンドパスフィルタＢＰＦをローパスフィルタＬＰＦに切り替える切替部４０を設け、バンドパスフィルタＢＰＦを用いることなくローパスフィルタＬＰＦを通して外乱推定値を求めることで、図１８に示すように、定常外乱に対する耐外乱性能を向上し、空燃比制御の停止状態におけるエンジン回転速度の変動を抑制することができる。
【００５７】
［７］外乱推定器３２内のフィルタ（ＢＰＦ、ＬＰＦ）の切替時に、両フィルタの出力値に差異が生じている場合、図１９に示すように、吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値に段差が生じることによりエンジン回転速度の変動・振動を生じるおそれがある。従って、フィルタ構成切替時には、バンドパスフィルタの出力値とローパスフィルタの出力値との偏差に基づいて、吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値を補正することにより、図２０に示すように、吸気系Ｆ／Ｂトルク指令値の段差を抑制・解消し、エンジン回転速度の変動・振動を抑制して、良好な制御性能を実現することができる。
【符号の説明】
【００５８】
３…スロットルバルブ
４…エンジン
４ａ…燃焼室
８…コントロールユニット
１４…酸素センサ（空燃比センサ）
２２…Ｆ／Ｂ補償部
２３…吸入空気量制御部（吸入空気量制御手段）
３１…Ｆ／Ｂ制御器（フィードバック制御手段）
３２…外乱推定器（外乱推定手段）
３５…空燃比変動周波数算出部（空燃比変動周波数算出手段）
３６…ＢＰＦ中心周波数調整部（ＢＰＦ中心周波数調整手段）
３７…制御定数調整部（制御定数調整手段）
３８…ＢＰＦ中心周波数補正部（ＢＰＦ中心周波数補正手段）
３９…むだ時間調整部（むだ時間調整手段）
４０…切替部（切替手段）
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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