(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、検出した実際の空燃比が運転状態に応じて設定された目標空燃比となるようにフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
燃料噴射量と検出した実際の空燃比とに基づいて、燃料噴射手段から空燃比検出手段の間のプラントを伝達関数で表したプラントモデルのパラメータを推定する同定手段と、
推定したプラントモデルのパラメータを用いて、燃料噴射量のフィードバック制御量を算出するための制御ゲインを算出する制御ゲイン算出手段と、
算出された制御ゲインを用いて前記フィードバック制御量を算出する制御量算出手段と、
所定の運転状態において、前記制御量算出手段によるフィードバック制御量の算出を禁止する禁止手段と、
を備え、
前記制御量算出手段は、前記フィードバック制御量の算出が禁止された後、フィードバック制御量の算出を再開するときに、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を積分項に設定し、再開後所定期間のあいだ、設定した初期値を保持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】
前記禁止手段は、更に、前記同定手段によるプラントモデルのパラメータ推定を禁止する同定禁止手段を備え、
前記同定手段は、前記同定禁止手段によりパラメータ推定を禁止された後、パラメータ推定を再開するときに、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を前記プラントモデルのパラメータに設定し、再開後所定期間のあいだ、設定した初期値を保持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。
【請求項３】
前記制御量算出手段は、前記プラントモデルを用いてプラントに含まれるむだ時間の影響を排除するむだ時間補償手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記制御量算出手段は、スライディングモード制御により前記フィードバック制御量を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記同定手段は、逐次最小二乗法を用いて前記プラントモデルのパラメータを推定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記制御ゲイン算出手段は、前記プラント及び制御量算出手段を含むシステム全体を伝達関数で表し、該システム全体の伝達関数が設定された特性を有するように前記制御量算出手段の制御ゲインを算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記所定の運転状態は、燃料カット時又はオープンループ制御時であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つ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、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、セルフチューニングにより制御ゲインを算出しつつ、空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関においては、排気浄化や燃費向上等を目的として空燃比を目標値にフィードバック制御するのが一般的である。
かかる空燃比フィードバック制御を精度よく行う技術として、本願出願人は、先の出願（特願２００１−７９２７２号）において、スライディングモード制御により燃料噴射量のフィードバック制御量を算出する内燃機関の空燃比制御装置において、スミス法によりむだ時間補償制御を行いつつ、セルフチューニング制御によって前記スライディングモード制御の制御ゲインを算出するよう構成したものを提案した。
【０００３】
かかる空燃比制御装置では、以下のようにして前記フィードバック制御量を算出する。
燃料噴射手段から空燃比検出手段までの間のプラントを伝達関数で表したプラントモデルを、燃料噴射量と実空燃比に基づいて逐次同定する。
該同定したプラントモデル（のパラメータ）を用いて、前記プラント、フィードバック制御量算出部（すなわち、スライディングモード制御部）及びむだ時間補償制御部を含むシステム全体を１つの伝達関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等の点から望ましい極と一致するように前記スライディングモード制御の制御ゲインを算出する。
【０００４】
そして、算出された制御ゲインを用いたスライディングモード制御により燃料噴射量のフィードバック制御量を算出することで、プラントの特性変化に精度よく対応させた空燃比制御を実行している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のものは、以下の点で改良の余地があった。
すなわち、運転状態によっては、上述したようなフィードバック制御を行わずにオープンループ制御を行う場合や燃料カットを行い、前記スライディングモード制御部で算出したフィードバック制御量が前記燃料噴射手段に出力されない場合がある。
【０００６】
この場合であっても、空燃比（すなわち、プラント出力）は検出され、スライディングモード制御の積分項は、目標空燃比と実空燃比の偏差（エラー量）に基づき算出されるため、前記オープンループ制御又は燃料カットの終了後に、前記算出されたフィードバック制御量による燃料噴射制御が再開されたときに積分項が増大してしまい、正しいフィードバック制御量が燃料噴射手段に出力されず、空燃比制御の精度が悪化し、排気エミッション悪化を招いてしまう。
【０００７】
また、かかる問題は、スライディングモード制御によりフィードバック制御量を算出するものに限られるものではない。
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、燃料噴射量のフィードバック制御量を適切に算出することにより、空燃比フィードバック制御を精度よく実行できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１に係る発明は、
空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、実際の空燃比が運転状態に応じて設定された目標空燃比となるようにフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
プラントモデルを同定することでプラントの特性変動に対応しつつ、同定したプラントモデルのパラメータを用いて、燃料噴射量のフィードバック制御量算出用に最適な制御ゲインを算出する。
【０００９】
そして、算出した制御ゲインを用いて前記フィードバック制御量を算出し、該フィードバック制御量に基づく燃料噴射制御により、精度のよい空燃比制御を行う一方、所定の運転領域（燃料カット時やオープンループ制御時等）では、前記フィードバック制御量の算出を禁止するようにした。
【００１１】
ここで、前記制御量算出手段は、前記フィードバック制御量の算出が禁止された後、フィードバック制御量の算出を再開するときに、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を積分項に設定する。従って、前記フィードバック制御量の算出が禁止された後、算出を再開するときは、禁止直前に算出した積分項をそのまま用いたり、単にクリアしたり（０とする）のではなく、所定の初期値が設定されることになる。
【００１２】
また、前記制御量算出手段は、前記フィードバック制御量の算出を再開した後、所定期間のあいだ、設定した初期値を保持する。
【００１３】
請求項２に係る発明は、前記禁止手段が、更に、前記同定手段によるプラントモデルのパラメータ推定を禁止する同定禁止手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記同定手段は、前記同定禁止手段によりパラメータ推定を禁止された後、パラメータ推定を再開するときに、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を前記プラントモデルのパラメータに設定する。
これにより、フィードバック制御量の算出を再開するときは、禁止直前に算出した各パラメータをそのまま用いたり、単にクリアしたりする（０とする）のではなく、所定の初期値が設定されることになる。
【００１５】
また、前記同定手段は、前記パラメータ推定を再開した後、所定期間のあいだ、設定した初期値を保持する。
これにより、相関しない、すなわち、応答遅れによって入力に対応する出力となっていない状態におけるプラントモデルの同定を回避する。
【００１６】
請求項３に係る発明は、前記制御量算出手段が、前記プラントモデルを用いてプラントに含まれるむだ時間の影響を排除するむだ時間補償手段を備えることを特徴とする。なお、かかるむだ時間補償手段としては、プラントモデルを用いて局所フィードバックを行うスミス法がある。
請求項４に係る発明は、前記制御量算出手段が、スライディングモード制御により前記フィードバック制御量を算出することを特徴とする。すなわち、スライディングモード制御によって、排気空燃比を目標空燃比に収束させるための空燃比フィードバック補正係数を求め、該空燃比フィードバック補正係数を用いて燃料噴射量（すなわち、燃料噴射量のフィードバック制御量）が算出されることになる。
請求項５に係る発明は、前記同定手段が、逐次最小二乗法を用いて前記プラントモデルのパラメータを推定することを特徴とする。
請求項６に係る発明は、前記制御ゲイン算出手段は、前記プラント及び制御量算出手段を含むシステム全体を伝達関数で表し、該システム全体の伝達関数が設定された特性を有するように前記制御量算出手段の制御ゲインを算出することを特徴とする。
【００１７】
すなわち、空燃比フィードバック制御をセルフチューニングコントロールを用いた制御により行う。
請求項７に係る発明は、前記所定の運転状態は、燃料カット時又はオープンループ制御時であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、空燃比フィードバック制御時においては、制御量算出手段により算出されたフィードバック制御量を用いて空燃比制御を精度よく行うと共に、所定の運転状態（燃料カット時やオープンループ制御時等）においては、フィードバック制御量の算出を禁止することで、エラー量（目標空燃比―実空燃比）に基づいて算出される積分項の影響を排除し、前記フィードバック制御が再開されたときに、誤ったフィードバック制御量が算出されること（誤った燃料噴射制御）を防止できる。
【００１９】
ここで、空燃比フィードバック制御再開時に、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を積分項に設定するので、直ちに適正なフィードバック制御量を燃焼噴射手段に出力できる。また、再開後所定期間の間、設定した初期値を保持するので、空燃比フィードバック制御が再開された後において、前記エラー量に基づいて算出される積分項の応答遅れ分の影響を排除して、誤ったフィードバック制御量の算出を防止できる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、フィードバック制御が行われない場合には、プラントモデルの同定を禁止するので、フィードバック制御時とは全く異なるプラントの状態予測（すなわち、制御量算出手段により算出したフィードバック制御量とは無関係な入力とそれによる出力とに基づく状態予測）を行うことによる同定精度の悪化を防止して、制御ゲイン算出、ひいては、フィードバック制御量の算出を精度よく行うための同定精度を確保する。
【００２２】
これにより、フィードバック制御再開時において、誤ったプラントモデル（プラントの状態）に基づく制御ゲインの算出、フィードバック制御量の算出を確実に防止できる。
ここで、パラメータ推定の再開時に、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を前記プラントモデルのパラメータに設定するので、空燃比フィードバック制御再開時において、早期に収束させることができ、適正な制御ゲインの算出、ひいては、適正なフィードバック制御量の算出を早期に行うことができる。
【００２３】
また、再開後所定期間の間、設定した初期値を保持するので、空燃比フィードバック制御が再開された後において、応答遅れによって生じる前記フィードバック制御時とは全く異なるプラントの状態予測を防止できるので、同定精度の悪化を確実に防止できる。
【００２４】
請求項３に係る発明によれば、プラントに含まれるむだ時間要素による影響を補償しつつ、フィードバック制御量を精度よく算出できる。この結果、制御の立ち上がりの鈍化、オーバーシュートを防止して良好な制御を確保できる。
請求項４に係る発明によれば、外乱の影響を抑制しつつ、空燃比フィードバック制御を精度よく行うことができる。
請求項５に係る発明によれば、逐次最小二乗法（ＲＬＳ法）を用いることにより、プラントの状態予測（プラントモデルの同定）を精度よく、かつ、容易に行うことができる。
請求項６に係る発明によれば、プラントの特性変動に伴ってフィードバック制御量の算出に用いる最適制御ゲインが変動した場合であっても、適切な制御ゲインを算出できる。
請求項７に係る発明によれば、燃料カット又はオープンループ制御が行われた後に、空燃比フィードバック制御が再開した場合であっても、適正なフィードバック制御量によって燃料噴射制御を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す機関（エンジン）のシステム図である。
図１に示すように、エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ３と吸入空気量Ｑａを制御するスロットル弁４が設けられている。
【００２６】
また、吸気通路２に設けられた燃料噴射弁５は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット（Ｃ／Ｕ）６からの噴射信号により開弁駆動して燃料を噴射供給する。
各気筒には、燃焼室７内で火花点火を行う点火栓８が設けられており、吸気バルブ９を介して吸入された混合気を火花点火によって着火する。
【００２７】
燃焼排気は、排気バルブ１０を介して排気通路１１に排出され、排気浄化装置１２を介して大気中の排出される。
前記排気通路１１には、排気中の酸素濃度に応じて空燃比をリニアに検出する広域型の空燃比センサ１３が、前記排気浄化装置１２の上流側に設けられている。
【００２８】
更に、エンジン１の所定のクランク角毎にクランク角信号に出力するクランク角センサ１４やエンジン１の冷却ジャケット内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１５が設けられている。
前記コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）６は、以下のようにして前記燃料噴射弁５を制御する。
【００２９】
まず、吸入空気量Ｑａとクランク角センサ１４からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ｎｅからストイキ（λ＝１）相当の基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ×Ｎｅ（Ｋは定数）を演算する。
次に、運転状態に応じて、空燃比をフィードバック制御するかオープンループ制御するかを判断し、フィードバック制御する場合には、前記基本燃料噴射量Ｔｐ、目標空燃比λｔ及び空燃比センサ１３の検出信号に基づき算出した空燃比フィードバック補正係数αを用いて、最終的な燃料噴射量Ｔｉ＝Ｔｐ×（１／λｔ）×αを演算する。
【００３０】
オープンループ制御の場合は、前記空燃比フィードバック補正係数αを１に固定（α＝１）して、最終的な燃料噴射量Ｔｉ＝Ｔｐ×（１／λｔ）を演算する。
そして、基本的には、前記最終的な燃料噴射量Ｔｉに対応する噴射信号を前記燃料噴射弁５に出力することになるが、運転状態に応じて燃料カットを行うと判断したときは、前記燃料噴射弁５には前記噴射信号が出力されない。
【００３１】
すなわち、オープンループ制御時及び燃料カット時は、算出した空燃比フィードバック制御係数αを用いた制御量（フィードバック制御量）が燃料噴射弁５に出力されず、前記フィードバック制御量を用いた燃料噴射制御が実行されないことになる。
ここで、本実施形態における燃料噴射制御について説明する。
【００３２】
図２に示すように、本実施形態における燃料噴射制御部は、燃料噴射弁５への出力を判断する出力判断部２１と、図中破線で示す空燃比フィードバック制御部２２と、を含んで構成されている。
前記出力判断部２１は、運転状態に応じて空燃比フィードバック制御部２２で算出されたフィードバック制御量を燃料噴射弁５に出力するか否かを判断する。
【００３３】
具体的には、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）６内で運転状態に応じた燃料噴射制御を決定し、かかる決定、すなわち、フィードバック制御あるいはオープンループ制御により行うか、又は、燃料カットを行うか、に基づいて、前記空燃比フィードバック制御部２２で算出されたフィードバック制御量を燃料噴射弁５に出力するか否かを判断する。
【００３４】
そして、オープンループ制御時又は燃料カット時は、前記空燃比フィードバック制御部２２で算出されたフィードバック制御量を燃料噴射弁５へ出力せず、上述したように、α＝１として算出した制御量を出力するか（オープンループ制御）又は制御量＝０とする（燃料カット時）。
前記空燃比フィードバック制御部２２は、スライディングモード制御部（Ｓ／Ｍ制御部）２２１と、むだ時間補償器２２２と、プラントモデル同定部２２３と、制御ゲイン算出部２２４と、むだ時間算出部２２５と、を含んで構成されている。
【００３５】
前記Ｓ／Ｍ制御部２２１は、目標空燃比λｔと実空燃比λｔとの偏差に基づき、スライディングモード制御により、前記空燃比フィードバック補正係数αを算出し、プラント（燃料噴射弁５〜空燃比センサ１３間）への制御量ｕ（ｔ）、すなわち、燃料噴射弁５のフィードバック制御量を次式（１）のように算出する。
【００３６】
【数１】
0003961275.tif 000002
【００３７】
但し、ｅ(ｔ)は、Ｓ／Ｍ制御部２２１への入力（目標空燃比―実空燃比）、ＫPは線形項線形ゲイン、ＫDは線形項微分ゲイン、ＳPは切換関数線形ゲイン、ＳDは切換関数微分ゲイン、ＫIは適応則ゲイン、ＫNは非線形ゲイン、σ(ｔ)は切換関数で、σ(ｔ) = Ｓpｅ(ｔ)＋ＳDｅ(ｔ)である。
なお、上記各制御ゲインは、後述する制御ゲイン算出部２２４で算出される。
【００３８】
但し、前記オープンループ制御時や燃料カット時は、Ｓ／Ｍ制御部２２１によるフィードバック制御量の算出を禁止するものとし、オープンループ制御時であることや燃料カット時であることは、例えば、燃料噴射弁５の駆動信号やフラグ（燃料カットフラグ）を確認することで行う。
このようにフィードバック制御量の算出を禁止するのは、フィードバック制御を行わない（すなわち、Ｓ／Ｍ制御部２２１で算出したフィードバック制御量を燃料噴射弁５に出力しない）オープンループ制御時や燃料カット時においても、前記フィードバック制御量の算出を継続すると、スライディングモード制御における積分項（エラー量＝目標空燃比−実空燃比に基づき算出される）が増大し、その後、フィードバック制御を再開したときに、適正な燃料噴射制御ができなくなるからである。
【００３９】
そして、オープンループ制御や燃料カットが終了した後は、フィードバック制御（すなわち、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１よるフィードバック制御量の算出）が再開されることになるが、本実施形態においては、再開時のスライディングモード制御の積分項に、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を設定するようにしている。
【００４０】
このように、前記フィードバック制御の再開時に、スライディングモード制御における積分項を、運転状態に応じた初期値によってリセットすることで、フィードバック制御再開後、直ちに適正なフィードバック制御量を燃料噴射弁５に出力できる。
また、フィードバック制御再開後における応答遅れを考慮して、前記初期値を、フィードバック制御再開後の所定期間のあいだ保持するようにしてもよい。
【００４１】
これにより、前記応答遅れの間においても、前記積分項の算出が行われないので、より適正なフィードバック制御量を燃料噴射弁５に出力できる。
なお、オープンループ制御を行うことが、前記フィードバック制御量の算出を行わないこと（すなわち、禁止すること）を意味するものと考えることもできるが、この場合においても、フィードバック制御再開時において、スライディングモード制御の積分項に、運転状態に応じてあらかじめ設定された初期値を設定し、これを所定期間のあいだ保持することで、フィードバック制御再開後の適正な燃料噴射制御を確保できる。
【００４２】
前記むだ時間補償器２２２は、スミス法によるむだ時間補償制御を実行するのものであり、局所フィードバックを行うことにより、プラントに含まれるむだ時間（すなわち、検出した空燃比の位相遅れ）の影響を補償する。
具体的には、図３に示すように、前記むだ時間補償器２２２は、むだ時間を含まないプラントモデル３１と、むだ時間を含むプラントモデル３２と、減算部３３と、を含んで構成されており、前記むだ時間要素を含まないプラントモデル３１で算出される出力（空燃比）予測と、前記むだ時間を含むプラントモデル３２で算出される実出力（実空燃比）予測との偏差ｅ２を算出し、これを前記Ｓ／Ｍ制御部２１の入力側に出力する。
【００４３】
そして、目標空燃比λｔと実空燃比λｒの偏差ｅ１から、前記むだ時間補償器２２の出力ｅ２を減算してｅ３を算出し、該ｅ３を前記Ｓ／Ｍ制御部２２１に入力するようにしている。
なお、前記プラントモデルは、後述するプラントモデル同定部２２３で同定したものであり、前記むだ時間は、後述するむだ時間算出部２２５で算出したものである。
【００４４】
前記プラントモデル同定部２２３は、前記プラントを伝達関数で表したプラントモデルを、燃料噴射量（燃料噴射信号）及び実空燃比（出力）に基づきオンラインで同定する。具体的には、逐次最小二乗法（ＲＬＳ法）を用いてプラントモデルのパラメータの逐次推定を行う。
前記制御ゲイン算出部２２４は、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１の制御ゲインを、前記プラントモデル同定部２２３で同定したプラントモデルのパラメータ（推定パラメータ）を用いて算出する。
【００４５】
具体的には、極配置法によるセルフチューニングコントロールを用いて、システム全体（すなわち、プラント（燃料噴射弁５〜空燃比センサ１３間）＋Ｓ／Ｍ制御部２２１＋むだ時間補償器２２２）を閉ループ伝達関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等の点から望ましい極と一致するようＳ／Ｍ制御部２２１の制御ゲインを算出する（詳細は後述する）。
【００４６】
前記むだ時間算出部２２５は、プラントに含まれるむだ時間kを算出する。かかるむだ時間kの算出は、例えば、図４に示すように、吸入空気量Ｑａとむだ時間kと関係をあらかじめテーブル化しておき、検出した吸入空気量Ｑａに基づくテーブル検索により行う。
ここで、前記制御ゲイン算出部２２４で行われる制御ゲインの算出について詳細に説明する。
【００４７】
極配置法によるセルフチューニングコントロールを用いた制御ゲイン算出は、以下のようにして行う。
まず、プラントを伝達関数で表すプラントモデルＧP（ｚ-1）を設定し、その後、Ｓ／Ｍ制御部２２１の伝達関数ＧC（ｚ-1）及びむだ時間補償器２２の伝達関数ＧL（ｚ-1）を求める。
【００４８】
そして、これらの伝達関数からシステム全体の閉ループ伝達関数Ｗ（ｚ-1）を算出し、その極が設定した極となるように制御ゲインを算出する。
（Ａ）プラントモデルの設定について
燃料噴射弁５と空燃比センサ１３との間のプラントを、前記むだ時間算出部２２５で算出したむだ時間ｋ（≧１）を用いて、例えば、次式（２）、（３）のように二次のＡＲＸモデルＡ(ｚ-1)で表す。
【００４９】
Ａ(ｚ-1)ｙ(ｔ)＝ｚ-kｂ0ｕ(ｔ)＋ε(ｔ)  …（２）
Ａ(ｚ-1)＝１＋ａ1ｚ-1＋ａ2ｚ-2  …（３）
但し、ｙ(ｔ)は、プラント出力（すなわち、実空燃比）、ｕ(ｔ)は、プラント入力値（すなわち、燃料噴射量）、ε(ｔ)は、不規則雑音である。
すると、プラントモデルの伝達関数ＧP(ｚ-1)は、次式（４）のように表すことができる。
【００５０】
ＧP(ｚ-1)＝ｚ-kｂ0／Ａ(ｚ-1)  …（４）
なお、推定パラメータベクトルθ(ｔ)及びデータベクトルψ(ｔ-ｋ)は、下記（５）、（６）式のように表すことができる。
θ(ｔ)＝〔ａ1(ｔ)，ａ2(ｔ)，ｂ0(ｔ)〕T …  （５）
ψ(ｔ-ｋ)＝〔-ｙ(ｔ-１)，-ｙ(ｔ-２)、ｕ(ｔ-ｋ)〕T  …  （６）
（Ｂ）プラントモデルの同定（パラメータ推定）について
設定したプラントモデルは、前記プラントモデル同定部２２３で同定される。
【００５１】
具体的には、プラントの特性は、運転状態、プラント自体の劣化度合い等のプラント特性により変化するので、式（５）に示すパラメータａ1(ｔ)、ａ2(ｔ)、ｂ0(ｔ)を逐次推定することでプラントモデルを同定する（すなわち、オンライン同定する）。
なお、本実施形態においては、前記パラメータの推定に最小二乗法（ＲＬＳ法）を用いており、実値と推定値の誤差の二乗が最も小さくなるパラメータを逐次算出している。
【００５２】
具体的な演算式は、一般の重みつき逐次最小二乗法（ＲＬＳ法）と同一のものであり、時間更新式：ｔ＝１、２、…、Ｎに対して、次式（７）〜（９）を計算することにより行う。
【００５３】
【数２】
0003961275.tif 000003
【００５４】
そして、かかるパラメータ推定式（７）〜（９）を用いてパラメータａ1(ｔ)、ａ2(ｔ)、ｂ0(ｔ)を逐次推定することで、プラントモデルを同定する。
なお、前記忘却係数λ1、λ2は、忘却要素なしの場合には前記忘却係数λ1＝λ2＝１とし、忘却要素つきの場合にはλ1＝０.９８、λ2＝１とした。
また、本実施形態においては、前記パラメータ推定値の初期値θ０を、運転状態の応じてあらかじめ設定した初期値（例えば、ａ1(０)＝Ａ１、ａ2(０)＝Ａ２、ｂ0(０)＝Ｂ１）を設定することで、収束までの時間の短縮化を図っている。
【００５５】
但し、前記オープンループ制御時及び燃料カット時は、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１によるフィードバック制御量の算出を禁止するのと同様に、プラントモデルの同定（パラメータ推定）を禁止するようにする。
すなわち、フィードバック制御時においては、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１で算出したフィードバック制御量によって燃料噴射制御を行っていたが、オープンループ制御時や燃料カット時は、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１で算出したフィードバック制御量とは異なる値が燃料噴射弁５に出力されることになるため、フィードバック制御時とは全く異なるプラントの状態予測（プラントモデルの同定）が行われることになる。これでは、フィードバック制御量を算出するためにプラントの状態予測を行う意味がなく、従って、正しい同定結果が得られない（プラントモデルの同定精度が悪化する）。
【００５６】
かかる同定精度（パラメータ推定精度）の悪化を防止するため、フィードバック制御時以外は、プラントモデルの同定を禁止するのである。
この場合、前記制御ゲイン算出部２２４による制御ゲインの算出も正しく算出されないので、制御ゲインの算出についても禁止するよう構成にしてもよい。
なお、フィードバック制御が再開されたときは、前記プラントモデルの同定も再開されることになるが（制御ゲインの算出を禁止した場合は、制御ゲインの算出も再開される）、同定再開時においては、前記プラントモデルのパラメータとして、前記運転状態に応じてあらかじめ設定した初期値θ０（Ａ１、Ａ２、Ｂ１）を用いるようにする。
【００５７】
このように、同定禁止の直前で用いたパラメータ値を、前記初期値θ０（Ａ１、Ａ２、Ｂ１）でリセットすることで、同定禁止前後のプラント特性の変化を考慮することなく、再開後の同定精度を高く維持できると共に、収束時間の短縮も図れる。
更に、同定再開後の所定期間のあいだ、設定した初期値（パラメータＡ１、Ａ２、Ｂ１）を保持するようにする。
【００５８】
これは、応答遅れにより再開直後のみだけでなく、再開直後の所定期間のあいだは、Ｓ／Ｍ制御部２２１で算出したフィードバック制御量に対応した空燃比を検出できないため、フィードバック制御時以外の場合と同様に、正しい同定結果が得られないからである。
（Ｃ）Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝達関数の算出について
Ｓ／Ｍ制御部２２１を、以下のようにして伝達関数化する。
【００５９】
ｙ(ｔ)をプラント出力値（実空燃比λｒ）、ω(ｔ)を目標値（目標空燃比λｔ）とし、ｅ(ｔ)＝ω(ｔ)−ｙ(ｔ)とすると、１サンプルにおけるプラント入力（すなわち、Ｓ／Ｍ制御部２２１からの出力）ｕ(ｔ)の差分Δｕ(ｔ)は、次式（１０）で与えられる。
【００６０】
【数３】
0003961275.tif 000004
【００６１】
ここで、ｅ(ｔ)＝ω(ｔ)−ｙ(ｔ)、ｅ(ｔ)−ｅ(ｔ−１)＝Δｅ(ｔ)であるから、式（１０）より次式（１１）が得られる。
【００６２】
【数４】
0003961275.tif 000005
【００６３】
但し、Ｋ(ｚ-1)は次式（１２）で表されるものであり、式（１３）のように展開して各制御ゲインに基づいて算出する。
【００６４】
【数５】
0003961275.tif 000006
【００６５】
従って、式（１２）よりプラント入力ｕ(ｔ)は、次式（１４）で表される。
【００６６】
【数６】
0003961275.tif 000007
【００６７】
ここで、非線形項を含めないものとして取り扱うことにすると、Ｓ／Ｍ制御部２２１の離散時間伝達関数ＧC(z-1)は、次式（１５）のように表すことができる。
ＧC(z-1) = Ｋ(z-1)／(1-z-1)  …（１５）
（Ｄ）前記むだ時間補償器２２２の離散時間伝達関数の算出について
上述したように、むだ時間補償器２２２は、むだ時間後の出力予測を行いつつむだ時間要素の影響を補償するスミス法を用いるので、むだ時間補償器２２２の離散時間伝達関数ＧL(ｚ-1)は、次式（１６）のように算出できる。
【００６８】
0003961275.tif 000008
なお、ｚ-1ｂ0／Ａ(ｚ-1)は、前記プラントモデルを用いて表したむだ時間がない場合の出力予測であり、ｚ-kｂ0／Ａ(ｚ-1)は、同じく前記プラントモデルを用いて表したむだ時間を含む実出力予測である。
【００６９】
以上のようにして算出した各伝達関数（プラントモデル、Ｓ／Ｍ制御部２１、むだ時間補償器）を用いたブロック図を図５に示す。
次に、システム全体の閉ループ伝達関数化について説明する。
なお、上述したようにＳ／Ｍ制御部２２１の非線形項は含めないものとする。
（Ｅ）システム全体の閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ-1)の算出について
まず、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１とむだ時間補償器２２２のフィードバックループを取り出し、目標（目標空燃比λｔ）から出力（フィードバック制御量）への１つの伝達関数を算出する。図５において、Ｓ／Ｍ制御部２２１とむだ時間補償器２２とを含む局所ループの伝達関数ＧCL(ｚ-1)は、式（１５）、（１６）より次式（１７）のように算出できる。
【００７０】
【数７】
0003961275.tif 000009
【００７１】
従って、プラント及び式（１７）に示す局所ループを含めたシステム全体の閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ-1)は、次式（１８）のように算出できる。
【００７２】
【数８】
0003961275.tif 000010
【００７３】
以上の算出結果を示したものが図６のブロック図である。
（Ｆ）極配置法による前記Ｓ／Ｍ制御部２２１の制御ゲインの算出について
前記閉ループ伝達関数Ｗ(ｚ-1)の特性多項式は、式（１８）より、
(１−ｚ-1)Ａ(ｚ-1) +ｚ-1ｂ0Ｋ(ｚ-1)であり、
これを次式（１９）のようにおく。
【００７４】
【数９】
0003961275.tif 000011
【００７５】
このとき、応答性、行き過ぎ量、整定時間等の点から望ましい極となるようなＴ(ｚ-1)を設定することで、Ｓ／Ｍ制御部２２１の制御ゲインを以下のようにして算出する。
式（１９）より、次式（２０）が得られる。
【００７６】
【数１０】
0003961275.tif 000012
【００７７】
ここで、式（１３）より、
Ｋ(ｚ-1)= (ＫP＋ＫI・ＳP＋ＫI・ＳD＋ＫD)−(ＫP＋ＫI・ＳD＋２ＫD)ｚ-1＋ＫDｚ-2であるので、切換関数線形ゲインＳP及び切換関数微分ゲインＳDを１に設定し、線形項線形ゲインＫP、適応則ゲインＫI、線形項微分ゲインＫDを可変パラメータとすれば、次式（２１）によう表すことができるから、
【００７８】
【数１１】
0003961275.tif 000013
【００７９】
となり、次式（２２）〜（２４）を得る。
【００８０】
【数１２】
0003961275.tif 000014
【００８１】
従って、式（２２）〜（２４）をＫP、ＫI、ＫDについて解き、ａ1、ａ2、ｂ0を、それぞれプラントモデル同定部２２３で逐次推定した推定パラメータａ1(t)、ａ2(t)、ｂ0(t)で表すことにより、各ゲインは次式（２５）〜（２７）のように算出できる。
【００８２】
【数１３】
0003961275.tif 000015
【００８３】
なお、前記特性多項式Ｔ(ｚ-1)＝１＋ｔ1ｚ-1＋ｔ2ｚ-2としては、例えば、減衰ζ＝０.７、固有角周波数ω＝３０としたときの二次系の連続時間システム、
Ｇ(ｓ)＝ω2 ／ (ｓ2＋２ζω・ｓ＋ω2)
をサンプル時間Ｔiで離散化したときの伝達関数の分母を用いることが考えられる。
【００８４】
そして、このように算出した制御ゲインを用いて、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１は、プラントへの制御量を算出する（式（１３）参照）。
以上のように、パラメータを逐次推定したプラントモデルを用いてシステム全体を１つの伝達関数で表し、その極が応答性、行き過ぎ量、整定時間等の点から望ましい極と一致するように、プラントへのフィードバック制御量を算出するＳ／Ｍ制御部２２１の制御ゲインを求めるので、プラントの特性変化に対応した良好な制御ゲインが算出でき、ひいては、精度のよい空燃比フィードバック制御が実行できる。
【００８５】
また、上述したように、オープンループ制御時及び燃料カット時においては、前記Ｓ／Ｍ制御部２２１によるフィードバック制御量の算出を禁止すると共に、前記プラントモデル同定部２２３によるパラメータの推定を禁止するので、誤った結果の算出をあらかじめ防止し、フィードバック制御再開時においても適正な燃料噴射制御を実行でき、空燃比を精度よく制御できる。
【００８６】
なお、以上は、スライディングモード制御によりフィードバック制御量を算出するものについて説明したが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム図。
【図２】本発明の空燃比制御を示すブロック図。
【図３】本発明で用いるむだ時間補償制御を示すブロック図。
【図４】本発明で用いるむだ時間算出用のテーブルを示す図。
【図５】本発明におけるＳ／Ｍ制御部２２１及びむだ時間補償器２２２を伝達関数で表したブロック図。
【図６】本発明におけるセルフチューニングコントロールを用いたスライディングモード制御による空燃比フィードバック制御全体を示すブロック図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
３  エアフローメータ
４  スロットル弁
５  燃料噴射弁
６  コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）
８  点火プラグ
１１  排気通路
１３  Ａ／Ｆセンサ
１４  クランク角センサ
１５  水温センサ
【図１】
0003961275.tif 000016
【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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