(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に設けられた触媒装置と、該触媒装置の上流側に設けられた第１の空燃比検出手段と、該触媒装置の下流側に設けられた第２の空燃比検出手段と、内燃機関への燃料供給を制御する燃料供給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、
前記燃料供給制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて決定した基準目標空燃比を前記第２の空燃比検出手段の検出空燃比に応じて補正することにより前記触媒装置の上流側の目標空燃比を求める手段と、前記第１の空燃比検出手段の検出空燃比を前記上流側の目標空燃比に一致させるためのフィードバック制御量をスライディングモード制御により求める手段とを備え、その求めたフィードバック制御量を用いて内燃機関の燃料供給量を補正するための補正係数を求めることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の空燃比を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車のエンジン（内燃機関）にあっては、その排気ガスを可能な限り清浄なものとし、あるいは、エンジンの出力を効率よく得るために、エンジンの空燃比を制御するものが知られている。
【０００３】
従来、この種の空燃比制御装置は、例えばエンジンの排気管等に設けた空燃比検出手段により、実際の空燃比を時々刻々検出し、その検出空燃比が、適正な空燃比として設定された目標値に収束させるように、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）等を用いてエンジンへの燃料供給をフィードバック制御している。さらには、多気筒エンジンにあっては、その各気筒の排気系集合部に単一の空燃比検出手段を設けると共に、その検出空燃比から各気筒の実空燃比をオブザーバを用いて推定し、その推定値を用いて各気筒毎の空燃比をフィードバック制御するものも、本願出願人により提案されている（特開平５−１８００４０号公報、特願平６−３４００２１号参照）。
【０００４】
ところで、従来のＰＩＤ制御等を用いた空燃比制御装置にあっては、エンジンの燃料供給装置や空燃比検出手段等の応答遅れ等の特性変化を考慮して、フィードバックゲインをあらかじめ設定する必要がある。
【０００５】
すなわち、エンジンの燃料供給装置や空燃比検出手段の応答遅れ等の特性は、一般に経年劣化やエンジンの使用状態等によって変化し、例えば応答遅れは経年劣化等によって増大化する傾向がある。
【０００６】
このため、例えば前記フィードバックゲインを例えばエンジンの燃料供給装置や空燃比検出手段の当初の応答遅れに基づいて設定しておくと、その応答遅れが経年劣化等によって増大化した場合には、その増大した応答遅れに対しては、当初に設定したフィードバックゲインが過大となって、制御対象である空燃比のハンチングを生じやすく、空燃比の目標値への収束性が不安定なものとなりやすい。そして、このように空燃比の目標値への収束性が不安定なものとなると、排気ガスの清浄性が損なわれる等の不都合を生じる。
【０００７】
特に、空燃比検出手段を触媒装置の下流側に設けて、その箇所における空燃比を制御する場合には、該触媒装置が経年劣化等によって応答遅れの大きな変動を生じやすいため、上記の不都合を生じやすい。
【０００８】
従って、従来の空燃比制御装置にあっては、エンジンの燃料供給装置や空燃比検出手段、あるいは触媒装置の経年劣化等による特性変化を考慮して、前記フィードバックゲインを比較的小さめのゲインに設定せざるを得ず、特に触媒装置の下流側に空燃比検出手段を設ける場合には、そのゲインをかなり小さめに設定する必要があった。
【０００９】
しかしながら、このようにフィードバックゲインを小さめに設定すると、制御対象である空燃比の目標値への収束性が迅速さに欠けるものとならざるを得ず、従って、時々刻々の空燃比制御を的確に行うことが困難なものとなっていた。
【００１０】
また、オブザーバを用いて多気筒エンジンの各気筒の空燃比を推定する場合でおいても、空燃比検出手段の応答遅れの変化等によって、各気筒の空燃比の推定誤差が増大すると、従来のＰＩＤ制御等を用いた空燃比制御では、その推定誤差にかかわらず、一定のゲインでもって空燃比の制御が行われるため、その空燃比の制御が不安定なものとなり易いという不都合があった。
【００１１】
尚、近年、ロボット制御や車両の定速走行制御等の分野においては、例えば特開平５−２１６５０４号公報、特開平４−２２４４２５号公報に見られるように、スライディングモード制御を用いて制御対象も目標値への収束性を改善したものが提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる不都合を解消し、空燃比検出手段や燃料供給装置等の応答特性等の変動によらずに、空燃比の目標値への制御を安定した収束性でもって迅速に行う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目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は内燃機関の排気管に設けられた触媒装置と、該触媒装置の上流側に設けられた第１の空燃比検出手段と、該触媒装置の下流側に設けられた第２の空燃比検出手段と、内燃機関への燃料供給を制御する燃料供給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、前記燃料供給制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて決定した基準目標空燃比を前記第２の空燃比検出手段の検出空燃比に応じて補正することにより前記触媒装置の上流側の目標空燃比を求める手段と、前記第１の空燃比検出手段の検出空燃比を前記上流側の目標空燃比に一致させるためのフィードバック制御量をスライディングモード制御により求める手段とを備え、その求めたフィードバック制御量を用いて内燃機関の燃料供給量を補正するための補正係数を求めることを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記第１の空燃比検出手段の検出空燃比を触媒装置の上流側の目標空燃比に収束させるためのフィードバック制御量を求めるためのスライディングモード制御は、前記第１の空燃比検出手段を含めた内燃機関の系の各部の状態に応じて、その各状態を状態空間上に定められた超平面上に導いて安定させるようにフィードバックゲインを適宜切換えるものであり、前記第１の空燃比検出手段等の応答遅れ等の特性変化の影響を受け難い。このため、前記フィードバック制御量は、第１の空燃比検出手段等の応答遅れ等の特性変化によらずに、目標空燃比への収束を安定して行い得るフィードバック制御量となる。そして、この場合、触媒装置の上流側の目標空燃比は、内燃機関の運転状態に応じて決定した基準目標空燃比を前記第２の空燃比検出手段の検出空燃比に応じて補正することにより求められる。これにより、空燃比の目標値への制御を安定した収束性でもって迅速に行うことができる。
【００１５】
尚、前記基準目標空燃比は、例えば内燃機関の回転数、吸気圧力、冷却水温等に応じてマップ等により設定したものを用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に関連する参考形態の実施例を図１乃至図４を参照して説明する。図１は本実施例の空燃比制御装置の構成を示すブロック線図、図２は本実施例の空燃比制御装置により制御する内燃機関の構成をモデル化して示したブロック線図、図３は本実施例の空燃比制御装置の作動を説明するためのフローチャート、図４は空燃比制御のシミュレーション結果を示す線図である。
【００１７】
図１を参照して、１は内燃機関であるエンジン、２はエンジン１から導出された排気管３に設けられた空燃比センサ（空燃比検出手段）、４はエンジン１への燃料供給を制御する燃料供給制御装置（燃料供給制御手段）である。
【００１８】
燃料供給制御装置４は、マイクロコンピュータを用いて構成されたものであり、その機能的構成として、エンジン１への燃料供給量の基準となる基本燃料噴射量Ｔimをエンジン１の回転数Ｎｅ及び吸気圧力Ｐｂに応じて求める基本燃料噴射量算出部５と、エンジン１の目標空燃比Ｋcmdをエンジン１の冷却水温Ｔｗや回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂに応じて求める目標空燃比算出部６と、エンジン１の冷却水温Ｔｗや吸気温度Ｔａに応じて前記基本燃料噴射量Ｔimを補正するための第１補正係数Ｋtotalを求める第１補正係数算出部７と、前記目標空燃比Ｋcmdに応じて前記基本燃料噴射量Ｔimを補正するための第２補正係数Ｋcmdmを求める第２補正係数算出部８と、前記基本燃料噴射量Ｔimに前記第１及び第２補正係数Ｋtotal，Ｋcmdmを乗算することにより、エンジン１の要求燃料噴射量Ｔcylを求める第１乗算部９と、空燃比センサ２により検出された検出空燃比Ｋact と前記目標空燃比Ｋcmdとからそれらの偏差を解消する（検出空燃比Ｋactを目標空燃比Ｋcmdに一致させる）ように前記要求燃料噴射量Ｔcylを補正するためのフィードバック補正係数Ｋfbをスライディングモード制御則に従って求めるフィードバック制御部１０（フィードバック制御手段）と、前記要求燃料噴射量Ｔcylに前記フィードバック補正係数Ｋfbを乗算することにより、エンジン１に実際に供給すべき出力燃料噴射量Ｔoutを求める第２乗算部１１とを備える。そして、燃料供給制御装置４は、第２乗算部１１により最終的に得られる出力燃料噴射量Ｔoutをエンジン１の図示しない燃料供給装置に指示して、燃料噴射を行わしめる。
【００１９】
この場合、燃料供給制御装置４には、エンジン１の回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ冷却水温Ｔｗ、吸気温度Ｔａ等を検出するための各種センサ１２〜１５等が接続され、前記基本燃料噴射量算出部５、目標空燃比算出部６及び第１補正係数算出部７は、それらのセンサ１２〜１５等から得られる回転数Ｎｅ等の検出値に基づいて、所定のマップもしくはテーブル等を用いて基本燃料噴射量Ｔimや目標空燃比Ｋcmd、第１補正係数Ｋtotalを求める。
【００２０】
尚、本実施例においては、前記フィードバック制御部１０に与える前記検出空燃比Ｋact及び目標空燃比Ｋcmdは、実際には、当量比（＝理論空燃比／実空燃比＝１／λ、λ：空気過剰率）で与える。また、前記第２補正係数算出部８により求められる第２補正係数Ｋcmdmは、エンジン１の空燃比によって、燃料の気化熱で吸入空気の充填効率が変化することから、それを考慮して基本燃料噴射量Ｔimを補正するためのものであり、第２補正係数算出部８は、上記のように当量比で表される目標空燃比Ｋcmdを所定のマップや演算に従って補正することで、第２補正係数Ｋcmdmを求める。
【００２１】
かかる空燃比制御装置においては、図３のフローチャートに示すような処理が、所定のタイミング毎に行われ、エンジン１の空燃比が制御される。
【００２２】
すなわち、前記センサ１２〜１５等の出力（回転数Ｎｅ等の検出値）が燃料供給制御装置４により読み込まれ（ＳＴＥＰ１）、それに基づいて、前記基本燃料噴射量算出部５、目標空燃比算出部６及び第１補正係数算出部７により、それぞれエンジン１の基本燃料噴射量Ｔim、目標空燃比Ｋcmd及び第１補正係数Ｋtotalが求められる（ＳＴＥＰ２〜４）。
【００２３】
さらに、フィードバック制御部１０により、空燃比センサ２により検出された検出空燃比Ｋactと前記目標空燃比Ｋcmdとからそれらの偏差を解消するための前記フィードバック補正係数Ｋfbが後述するようにスライディングモード制御則に従って求められ（ＳＴＥＰ５）、また、第２補正係数算出部８により、第２補正係数Ｋcmdmが求められる（ＳＴＥＰ６）。そして、前記第１乗算部９及び第２乗算部１１により、前記各補正係数Ｋtotal，Ｋcmdm，Ｋfbが基本燃料噴射量Ｔimに乗算されて、出力燃料噴射量Ｔoutが求められ（ＳＴＥＰ７）、それを指示値として図示しない燃料供給装置に与え（ＳＴＥＰ８）、該指示値によるエンジン１への燃料供給を行わしめる。
【００２４】
これにより、検出空燃比Ｋactが目標空燃比Ｋcmdの一致するようにエンジン１の空燃比が制御される。
【００２５】
前記フィードバック制御部１０による、フィードバック補正係数Ｋfbの算出について次に詳説する。
【００２６】
まず、本実施例においては、エンジン１をその燃料供給装置（図示せず）や空燃比センサ２等を含めて、例えば図２（ａ）に示すように、燃料供給装置の応答遅れや空燃比センサ２の検出の応答遅れ等に基づく一次遅れ発生部１６と、前述の補正係数Ｋtotal等を求めるために要する時間等に基づく無駄時間発生部１７とにより表されるプラントとしてモデル化した。図２（ａ）では、便宜上、このプラントに前記エンジン１と同一の参照符号を付し、以下、エンジンプラント１と称する。また、図２では、説明の便宜上、エンジンプラント１は、空燃比の入力値Ｋact/in（以下、入力空燃比Ｋact/inと称する）を入力として、空燃比の出力値Ｋact/out（以下、出力空燃比Ｋact/outと称する）を出力するプラントとして表した。上記入力空燃比Ｋact/inは、図１の出力燃料噴射量Ｔoutに対応するものであり、出力空燃比Ｋact/outは、空燃比センサ２から出力される検出空燃比Ｋactと同じものである。
【００２７】
この場合、空燃比のマイコン制御を行うために、上記エンジンプラント１を離散系で表すと、該エンジンプラント１は図２（ｂ）に示すように書換えられる。図２（ｂ）中の“Ｃｄ”は、図２（ａ）の連続系で表された一次遅れ発生部１６のゲイン値Ｃを用いて次式（１）により表される。
【００２８】
【数１】
0003745308.tif 000002
【００２９】
図２（ａ）のエンジンプラント１において、同図に示すように状態量ｘ1(k)，ｘ1(k+1)，ｘ2(k)，ｘ2(k+1)を定めると（添字ｋ，ｋ＋１はそれぞれｋ番目及びｋ＋１番目の制御サイクルを意味する）、該エンジンプラント１の状態方程式は、行列表現を用いて次式（２），（３）、あるいは、（４），（５）により表される。
【００３０】
【数２】
0003745308.tif 000003
【００３１】
ここで、スライディングモード制御理論によれば、次式（６）で表される行列Ｍが正則となるような行列Ｓを定義し、σ(k)＝ＳＸ(k)と定義すると、エンジンプラント１の状態量ｘ1，ｘ2をσ(k)＝ＳＸ(k)＝０なる方程式で表される超平面（この場合、状態量は二つであるので直線となる）上に安定に拘束し、該超平面上の平衡点（この場合、平衡点はｘ1＝ｘ2＝０の点である）に向かって状態量ｘ1，ｘ2を滑るように収束させることができる。
【００３２】
【数３】
0003745308.tif 000004
【００３３】
より具体的には、図２（ｂ）中の“Ｃｄ”を例えば０．６とすると、
Ｓ＝〔0.1  0.3〕
と定義すれば、前記式（６）で表される行列Ｍが正則となり、
σ(k)＝ＳＸ(k)＝0.1ｘ1(k)＋0.3ｘ2(k)
となる。
【００３４】
そして、スライディングモード制御理論によれば、上記のように行列Ｓ及びσ(k)を定義すると、次式（７）により表されるＵ(k)（＝Ｋact/in(k)）を入力空燃比としてエンジンプラント１に与えれば、エンジンプラント１の状態量ｘ1，ｘ2が前記超平面上の平衡点に収束・安定する。
【００３５】
【数４】
0003745308.tif 000005
【００３６】
尚、式（７）において、Ｉは単位行列、η，βは収束度合いを調整するための適宜の定数である。また、ｓｇｎ｛σ(k)｝はσ(k)の符号関数で、σ(k)＞０のとき（状態量ｘ1，ｘ2が前記超平面の上側にあるとき）に＋１、σ(k)＜０のとき（状態量ｘ1，ｘ2が前記超平面の下側にあるとき）に−１である。
【００３７】
以上のことを基礎として、前記フィードバック制御部１０は、前記フィードバック補正係数Ｋfbを次のように算出する。
【００３８】
すなわち、本実施例におけるフィードバック制御部１０は、空燃比センサ２から得られる検出空燃比Ｋactを目標空燃比Ｋcmdに一致するように、換言すれば、検出空燃比Ｋactと目標空燃比Ｋcmdとの偏差を“０”に収束させるように、エンジン１への燃料供給量（燃料噴射量）を補正制御するものであり、その際、前記要求燃料噴射量Ｔcyl（図１参照）に乗算してそれを補正するための前記フィードバック補正係数Ｋfbを求めるものである。
【００３９】
一方、図２（ｂ）に示したエンジンプラント１の状態量ｘ1，ｘ2は、空燃比そのものを示すものであり、また、前記式（７）により求められるＵ(k)（＝Ｋact/in(k)）は、それをそのままエンジンプラント１に入力したときに、状態量ｘ1，ｘ2を最終的に前記超平面上の平衡点であるｘ1＝ｘ2＝０なる点に収束させる。
【００４０】
そこで、本実施例においては、実際には、前記式（７）中の状態量ｘ1，ｘ2を、それらの状態量ｘ1，ｘ2と目標空燃比Ｋcmdとの偏差（ｘ1−Ｋcmd），（ｘ2−Ｋcmd）で置き換えることで、次式（８）のようにＵ(k)バーを求め、さらに、次式（９）のようにそのＵ(k)バーに１を加算することにより、前記フィードバック補正係数Ｋfbを求める。
【００４１】
【数５】
0003745308.tif 000006
【００４２】
このようにすると、式（９）により求められるフィードバック補正係数Ｋfb中のＵ(k)バーは、状態量ｘ1，ｘ2と目標空燃比Ｋcmdとの偏差ｘ1バー及びｘ2バーを０に収束させるような、すなわち検出空燃比Ｋact（＝ｘ1(k)）を目標空燃比Ｋcmdに一致させるようなフィードバック制御量となる。そして、最終的に検出空燃比Ｋactが目標空燃比Ｋcmdに収束すれば、Ｕ(k)バー＝０となって、フィードバック補正係数Ｋfb＝１となり、前記要求燃料噴射量Ｔcyl（図１参照）がそのままエンジン１の燃料噴射量の最終的な指示値である前記出力燃料噴射量Ｔoutとしてエンジン１の燃料供給装置（図示せず）に与えられる。
【００４３】
これにより、フィードバック制御部１０は、前記空燃比センサ２により検出されるエンジン１の検出空燃比Ｋactが目標空燃比Ｋcmdに一致するようにスライディングモード制御を用いて制御する。
【００４４】
ところで、前記式（９）により、フィードバック補正係数Ｋfbを求めるために必要なＵ(k)バーを式（８）により求めるためには、検出空燃比Ｋactである状態量ｘ1の他に、状態量ｘ2を把握しなければならない。この場合、状態量ｘ2は、図２に示したようにエンジンプラント１をモデル化した上で定義された仮想的な状態量であるから、該状態量ｘ2を直接的に検出することは困難である。
【００４５】
そこで、本実施例においては、例えば図２に示したエンジンプラント１のモデルの基で、特開平５−１８００４０号公報や特願平６−３４００２１号に本願出願人が提案しているようなオブザーバによりエンジンプラント１の内部状態を観測し、図２のエンジンプラント１のモデルの基で、検出空燃比Ｋactから逆算的に状態量ｘ2を推定して把握する。尚、このような状態量の推定手法は、前記特開平５−１８００４０号公報や特願平６−３４００２１号に詳細に説明されているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４６】
本実施例では、上記のように検出空燃比Ｋact から推定した状態量ｘ2を用いて前記式（８），（９）の演算を行い、それによりフィードバック補正係数Ｋfbを求める。
【００４７】
このように、スライディングモード制御を用いてエンジン１の空燃比を制御する本実施例の空燃比制御装置においては、エンジン１の燃料供給装置（図示せず）や空燃比センサ２等の応答特性が経年劣化等により変化しても、目標空燃比Ｋcmdへの空燃比の制御を安定して行うことができる。
【００４８】
すなわち、スライディングモード制御においては、基本的には、状態量ｘ1，ｘ2を前述のようにσ(k)＝ＳＸ(k)＝０により表される前記超平面上に拘束すれば、該超平面上の平衡点に収束させることができる。従って、エンジン１の空燃比の制御に際しては、基本的には状態量ｘ1，ｘ2を前記超平面上に向かわせるように制御すればよい。この場合、この役割は、前記式（７）において、前記符号関数ｓｇｎ｛σ(k)｝を含む右辺第２項の部分が担い、その項は、σ(k)が正であるか負であるか、すなわち、状態量ｘ1，ｘ2が前記超平面の上側にあるか下側にあるかで符号を切り換えて状態量ｘ1，ｘ2を前記超平面上に向かわせるように作用する。
【００４９】
このため、このようなスライディングモード制御を用いた本実施例の空燃比制御装置においては、エンジン１の燃料供給装置（図示せず）や空燃比センサ２等の応答特性が経年劣化等により変化し、図２に示すエンジンプラント１の“Ｃｄ”の値等が変化しても、状態量ｘ1，ｘ2が前記超平面上に向かうように制御される限り、安定に収束させることができる。このことは、前述のように状態量ｘ2を推定して求める場合に、その推定誤差が空燃比センサ２等の経年劣化等により大きくなるような場合であっても同様である。
【００５０】
また、例えば前記式（７）あるいは式（８）中のη，βを適宜に設定することで、状態量ｘ1，ｘ2の超平面上への収束を早めることもでき、それによって、空燃比の安定な制御を行いつつ、目標空燃比Ｋcmdへの収束性を高めることができる。
【００５１】
ここで、本実施例に関して本願発明者が行ったシミュレーションについて説明する。本願発明者は、図２（ｂ）のようにモデル化したエンジンプラント１における“Ｃｄ”の値を例えば０．６に設定し（このときＳ＝〔0.1  0.3〕）、そのモデルに対して、前記検出空燃比Ｋactの初期値を当量比で１．５とした状態から目標空燃比Ｋcmdを１．０として、前記式（９）により求まるフィードバック補正係数Ｋfbを用いて検出空燃比Ｋactの収束性をシミュレーションした。この場合、式（９）中のη，βはそれぞれ１，０とした。そのシミュレーション結果を図４（ａ）に実線で示す。また、これと同様のシミュレーションを特願平６−３４００２１号に本願出願人が示したような従来の制御器を用いて行った。そのシミュレーション結果を図４（ａ）に破線で示す。
【００５２】
同図４（ａ）に見られるように、いずれの制御においても、検出空燃比Ｋactの目標空燃比Ｋcmdへの収束性はほぼ同じである。
【００５３】
次に、本願発明者は、上記のシミュレーションにおいて使用した前記式（９）中の行列Ａ，Ｂ，Ｓ及びη，βの値を変更することなく、図２（ｂ）のエンジンプラント１のモデルにおける“Ｃｄ”の値を上記のシミュレーションよりも大きくして、上記のシミュレーションと同様のシミュレーションを行った。同様に、前記制御器についても、そのフィードバックゲイン等を変更することなく、シミュレーションを行った。それらのシミュレーション結果を図４（ｂ）にそれぞれ実線及び破線で示す。
【００５４】
図４（ｂ）に見られるように、本実施例のスライディングモード制御を用いたものでは、図４（ａ）の場合と同様に目標空燃比Ｋcmdへの収束性が確保されるものの、従来のものでは、収束性が悪化することが判る。
【００５５】
このことから、本実施例の空燃比制御装置によれば、エンジン１の燃料供給装置や空燃比センサ２の応答性の変化によらずに、目標空燃比Ｋc mdへの空燃比制御を安定して行うことができることが判る。
【００５６】
次に、本発明の実施例を図５及び図６を参照して説明する。図５は本実施例の空燃比制御装置の構成を示すブロック線図、図６は本実施例の空燃比制御装置の作動を説明するためのフローチャートである。尚、本実施例の空燃比制御装置は、その主要構成が前記参考形態の実施例のものと同一であり、以下、説明に際して参考形態の実施例と同一のものについては同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
本実施例の空燃比制御装置においては、エンジン１から導出された排気管３には、触媒装置１８（三元触媒）が設けられ、その触媒装置１８の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサ１９，２０が設けられている。そして、エンジン１への燃料供給を制御する燃料供給制御装置４は、触媒装置１８の下流側の目標空燃比Ｋcmd’をエンジン１の冷却水温Ｔｗや回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ等に応じて求める目標空燃比算出部２１と、下流側の空燃比センサ２０により検出された検出空燃比Ｋact2を前記目標空燃比Ｋcmd’に一致させるように前記上流側の空燃比センサ１９の箇所における目標空燃比Ｋcmdをスライディングモード制御を用いて求めるフィードバック制御部２２（第１フィードバック制御手段）と、その目標空燃比Ｋcmdと上流側の空燃比センサ１９により検出された検出空燃比Ｋact1とを入力とする前記第１の実施例のフィードバック制御部と同一構成のフィードバック制御部１０（第２フィードバック制御手段）とを備えている。この他の構成は、前記第１実施例のものと全く同一である。
【００５８】
この場合、前記第２補正係数算出部８は、フィードバック制御部２２により求められる目標空燃比Ｋcmdを補正して前記第２補正係数Ｋcmdmを求める。
【００５９】
また、フィードバック制御部１０は、前記目標空燃比Ｋcmdと上流側の空燃比センサ２０による検出空燃比Ｋact1とから、前記第１実施例と全く同様に前記式（９）によりスライディングモード制御に従って前記フィードバック補正係数Ｋfbを求める。
【００６０】
一方、フィードバック制御部２２は、フィードバック制御部１０に入力する目標空燃比Ｋcmdを例えば次のように求める。
【００６１】
すなわち、フィードバック制御部２２によるスライディングモード制御においては、前記触媒装置１８や空燃比センサ２０等を含めて、前記図２に示したような形でエンジンプラントをモデル化しておく。そして、そのモデルに基づいてスライディングモード制御のために必要な前述のような行列Ｓを定めておき、その行列Ｓを用いて前記式（８）と同様の式でもって、スライディングモード制御による制御量を規定する前記Ｕ(k)バーを求める。この場合、Ｕ(k)バーは、目標空燃比算出部２１により求められた目標空燃比Ｋcmd’と、空燃比センサ２０による検出空燃比Ｋact2とから前記第１の実施例と同様に求める。
【００６２】
そして、目標空燃比Ｋcmdを求めるに際しては、冷却水温Ｔｗや回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ等に応じて空燃比センサ１９の箇所における基準目標空燃比をマップ等により求めておき、上記のように求められるＵ(k)バーに１を加算してなる補正係数（これは実施例１において説明したフィードバック補正係数に相当する。式（９）参照）を上記基準目標空燃比に乗算することにより、該基準目標空燃比を補正し、それを前記目標空燃比Ｋcmdとして求める。
【００６３】
かかる空燃比制御装置においては、図６のフローチャートに示すような処理が、所定のタイミング毎に行われ、エンジン１の空燃比が制御される。
【００６４】
すなわち、前記センサ１２〜１５等の出力（回転数Ｎｅ等の検出値）が燃料供給制御装置４により読み込まれ（ＳＴＥＰ１）、それに基づいて、前記基本燃料噴射量算出部５、目標空燃比算出部２１及び第１補正係数算出部７により、それぞれエンジン１の基本燃料噴射量Ｔim、空燃比センサ２０の箇所における目標空燃比Ｋcmd’及び第１補正係数Ｋtotalが求められる（ＳＴＥＰ２〜４）。
【００６５】
さらに、フィードバック制御部２２により、空燃比センサ２０により検出された検出空燃比Ｋact2と前記目標空燃比Ｋcmd’とからそれらを一致させるようにフィードバック制御部１０に付与する目標空燃比Ｋcmdが前述のようにスライディングモード制御則に従って求められ（ＳＴＥＰ５）、さらに、その求められた目標空燃比Ｋcmdと空燃比センサ１９による検出空燃比Ｋact1とから前述のようにフィードバック補正係数Ｋfbが求められる（ＳＴＥＰ６）。また、第２補正係数算出部８により、第２補正係数Ｋcmdmが求められる（ＳＴＥＰ７）。そして、前記第１乗算部９及び第２乗算部１１により、各補正係数Ｋtotal，Ｋcmdm，Ｋfbが基本燃料噴射量Ｔimに乗算されて、出力燃料噴射量Ｔoutが求められ（ＳＴＥＰ８）、それを指示値として図示しない燃料供給装置に与え（ＳＴＥＰ９）、該指示値によるエンジン１への燃料供給を行わしめる。
【００６６】
これにより、触媒装置１８の下流側における検出空燃比Ｋact2が目標空燃比Ｋcmd’に一致するようにエンジン１の空燃比が制御される。
【００６７】
この場合、触媒装置１８は、その応答特性等が経年劣化等により変動を生じやすいが、フィードバック制御部２２においてスライディングモード制御を用いているため、該触媒装置１８の応答特性等の変動にかかわらず、触媒装置１８の下流側における検出空燃比Ｋact2を目標空燃比Ｋcmd’に一致させるようなエンジン１の空燃比制御を前記第１実施例と同様に安定した収束性でもって行うことができる。
【００６８】
尚、本実施例では、フィードバック制御部１０による制御をスライディングモード制御を用いて行うようにしたが、従来のＰＩＤ制御等を用いて行うようにしてもよい。このようにしても、触媒装置１８の下流側の空燃比はフィードバック制御部２２によるスライディングモード制御により安定した収束性でもって目標空燃比Ｋcmd’に制御される。
【００６９】
また、前述の各実施例においては、多気筒エンジンの各気筒毎に空燃比を制御する場合については説明を省略したが、例えば特願平６−３４００２１号に本願出願人が提案したように、エンジンの排気系集合部に設けた空燃比センサにより検出される検出空燃比から、エンジンプラントのモデルの基でオブザーバにより各気筒毎の空燃比を推定し、それに基づき、エンジンへの出力燃料噴射量の指示値を各気筒毎に補正する場合にあっては、その補正係数を、オブザーバを用いて推定された気筒毎の空燃比を気筒別の目標空燃比に一致させるようにスライディングモード制御を用いてフィードバック制御することも可能である。さらには、エンジンの排気系集合部における空燃比を目標空燃比に一致させるようにエンジンへの出力燃料噴射量の指示値を求めるに際しても、スイライディング制御を用いてフィードバック制御することも可能である。このようにすることで、空燃比センサの経年劣化等によって、気筒毎の空燃比の推定値の誤差が大きくなるような場合であっても、安定した収束性でもってエンジンの各気筒の空燃比を的確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連する参考形態の空燃比制御装置の実施例の構成を示すブロック線図。
【図２】  図１の空燃比制御装置により制御する内燃機関の構成をモデル化して示したブロック線図。
【図３】  図１の空燃比制御装置の作動を説明するためのフローチャート。
【図４】  図１は空燃比制御装置の関するシミュレーション結果を示す線図である。
【図５】  本発明の空燃比制御装置の実施例の構成を示すブロック線図。
【図６】  図５の空燃比制御装置の作動を説明するためのフローチャート。
【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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