(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．内燃機関の排気する排気空燃比を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、
ｂ．前記内燃機関の供給燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、
ｃ．所定周期ごとに複数の制御要素からなる適応パラメータを調整するパラメータ調整機構を有すると共に、前記供給燃料量を操作量として前記検出された排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記パラメータ調整機構で調整された適応パラメータを用いてフィードバック補正係数を算出する適応制御器を備えたフィードバック補正係数算出手段と、
ｄ．検出された運転状態に応じてフィードバック制御を行う領域か否かを判別する判別手段と、
および
ｅ．フィードバック制御を行う領域と判別されるとき、前記フィードバック補正係数に基づいて前記供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段と、
を備えると共に、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外に移行したとき、前記適応制御器のパラメータ調整機構が調整する複数の制御要素からなる適応パラメータを含む、前記移行の前の最後の前記適応制御器の内部変数をホールドすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記フィードバック補正係数を含むことを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記検出される空燃比を含むことを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記適応パラメータの調整速度を決定するゲイン行列を含むことを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外に移行したときからの経過期間を計測する手段を備え、計測した経過期間が所定期間より大きいとき、ホールドした前記適応制御器の内部変数を前記検出された運転状態に基づいて前記内燃機関の運転領域ごとに予め設定された値に変更することを特徴とする請求項１項ないし４項のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の実施の形態】
この発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射制御ないし空燃比制御においては一般にＰＩＤ制御則が用いられ、目標値と制御量（制御対象出力）との偏差にＰ項（比例項）、Ｉ項（積分項）およびＤ項（微分項）を乗じてフィードバック補正係数（フィードバックゲイン）を求めているが、近時は、例えば特開平４−２０９９４０号公報記載のの技術の如く、現代制御理論を用いてフィードバック補正係数を求めることも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両走行において一旦アクセルペダルが戻されて減速し、フューエルカットされてオープンループ制御に移行した後、ほどなくアクセルペダルが再び踏まれて加速する、即ち、フィードバック制御に復帰することは、しばしば経験される。このような場合にはフィードバック制御からオープンループ制御に移行した後、短時間でフィードバック制御に復帰することになり、フィードバック制御に復帰した時点で再びフィードバック補正係数を算出することになる。
【０００４】
そのフィードバック補正係数を例えば適応制御器を用いて算出する場合、適応制御器はＰＩＤ制御器に比して応答性が高いものの、フィードバック制御に復帰した後の補正係数を適切に設定しないと制御量が安定するまでかえって時間のかかる恐れがある。
【０００５】
従って、この発明の目的は、フィードバック制御からオープンループ制御に移行した後、短時間でフィードバック制御に復帰するような走行状態においても、フィードバック補正係数を最適に設定することができ、よって制御量が安定するまで時間を要するなどの不都合が生じないようにした内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１項にあっては、内燃機関の排気する排気空燃比を含む運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関の供給燃料量を決定する供給燃料量決定手段と、所定周期ごとに複数の制御要素からなる適応パラメータを調整するパラメータ調整機構を有すると共に、前記供給燃料量を操作量として前記検出された排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記パラメータ調整機構で調整された適応パラメータを用いてフィードバック補正係数を算出する適応制御器を備えたフィードバック補正係数算出手段と、検出された運転状態に応じてフィードバック制御を行う領域か否かを判別する判別手段と、およびフィードバック制御を行う領域と判別されるとき、前記フィードバック補正係数に基づいて前記供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段とを備えると共に、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外に移行したとき、前記適応制御器のパラメータ調整機構が調整する複数の制御要素からなる適応パラメータを含む、前記移行の前の最後の前記適応制御器の内部変数をホールドする如く構成した。
【０００８】
請求項２項にあっては、前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記フィードバック補正係数を含む如く構成した。
【０００９】
請求項３項にあっては、前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記検出される空燃比を含む如く構成した。
【００１０】
請求項４項にあっては、前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記適応パラメータの調整速度を決定するゲイン行列を含む如く構成した。
【００１１】
請求項５項にあっては、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外に移行したときからの経過期間を計測する手段を備え、計測した経過期間が所定期間より大きいとき、ホールドした前記適応制御器の内部変数を前記検出された運転状態に基づいて前記内燃機関の運転領域ごとに予め設定された値に変更する如く構成した。
【００１２】
【作用】
請求項１項にあっては、所定周期ごとに複数の制御要素からなる適応パラメータを調整するパラメータ調整機構を有すると共に、前記供給燃料量を操作量として前記検出された排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記パラメータ調整機構で調整された適応パラメータを用いてフィードバック補正係数を算出する適応制御器を備えたフィードバック補正係数算出手段と、検出された運転状態に応じてフィードバック制御を行う領域か否かを判別する判別手段と、およびフィードバック制御を行う領域と判別されるとき、前記フィードバック補正係数に基づいて前記供給燃料量を補正する供給燃料量補正手段とを備えると共に、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外に移行したとき、前記適応制御器のパラメータ調整機構が調整する複数の制御要素からなる適応パラメータを含む、前記移行の前の最後の前記適応制御器の内部変数をホールドする如く構成したので、フィードバック制御からオープンループ制御に移行した後、短時間でフィードバック制御に復帰するような走行状態においてはホールドした内部変数に基づいてフィードバック補正係数を求めることで適応制御の連続性を保ちつつ適応制御を実行することができ、フィードバック補正係数を最適に算出することができ、よって制御量が安定するまで時間を要するなどの不都合が生じることがない。また、前記した適応制御器がフィードバック補正係数を算出するのに重要であると共に、収束までに時間を要する適応パラメータをホールドすることで、演算再開時にその適応パラメータが最適な制御性を示すまでの時間が大幅に短縮され、収束性、制御性を向上させることができる。
【００１３】
制御性の向上について更に敷衍すると、供給燃料量を操作量として検出された排気空燃比が目標空燃比に一致するように適応制御器を用いてフィードバック補正係数を算出することから、制御対象が状態によって変化する場合でも収束速度を自動的に調整することとなり、制御量が目標値へ速やかに収束して収束性が向上する。
【００１４】
また操作量に外乱が加わって制御量が目標値からずれた場合も、適応制御器が制御対象の変化として動作することにより、制御量が目標値に一致するようにフィードバック補正係数が決定されるので、外乱に対するロバスト性も向上する。尚、フィードバック補正係数は操作量に乗算されるものであっても加算されるものであっても良い。
【００１６】
請求項２項にあっては、前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記フィードバック補正係数を含む如く構成したので、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、フィードバック補正係数をホールドしない場合にはフューエルカット中に１．０となり、演算再開時にフィードバック補正係数の過去値はそれから開始することになるが、ホールド値から演算を再開することで、より制御性を向上させることができる。
【００１７】
請求項３項にあっては、前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記検出される空燃比を含む如く構成したので、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、ホールド値から演算を再開することで、より制御性を向上させることができる。
【００１８】
請求項４項にあっては、前記ホールドする適応制御器の内部変数は、前記適応パラメータの調整速度を決定するゲイン行列を含む如く構成したので、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、適応制御器に固定ゲインアルゴリズム以外のアルゴリズムを用いた場合、演算再開時ゲイン行列を所定値、例えば初期値にしたとき、ゲイン行列自体が最適な値に収束するまでに時間を要し、その間の制御性が悪化するが、内部変数をホールドすることでゲイン行列自体が最適な値に収束するまでの時間を大幅に短縮でき、制御性を向上させることができる。
【００１９】
請求項５項にあっては、前記フィードバック補正係数算出手段は、運転状態が前記フィードバック制御を行う領域外に移行したときからの経過期間を計測する手段を備え、計測した経過期間が所定期間より大きいとき、ホールドした前記適応制御器の内部変数を前記検出された運転状態に基づいて前記内燃機関の運転領域ごとに予め設定された値に変更する如く構成したので、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、経過期間が大きいときは、ホールドした値を所定値、例えば初期値に変更することから、復帰の前後の内燃機関の運転状態が大きく変化しているような場合に不適切なフィードバック補正係数を算出する不都合がなく、また所定値、例えば初期値に戻すことで、復帰後のフィードバック補正係数の算出も容易となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１はこの発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を示す全体図である。
【００２２】
図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒の内燃機関を示しており、吸気管１２の先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、スロットル弁１６でその流量を調節されつつサージタンク１８と吸気マニホルド２０を経て、２個の吸気弁（図示せず）を介して第１から第４気筒へと流入される。各気筒の吸気弁（図示せず）の付近にはインジェクタ２２が設けられて燃料を噴射する。噴射されて吸気と一体となった混合気は、各気筒内で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピストン（図示せず）を駆動する。
【００２３】
燃焼後の排気ガスは、２個の排気弁（図示せず）を介して排気マニホルド２４に排出され、排気管２６を経て触媒装置（三元触媒）２８で浄化されて機関外に排出される。上記で、スロットル弁１６はアクセルペダル（図示せず）とは機械的に切り離され、パルスモータＭを介してアクセルペダルの踏み込み量および運転状態に応じた開度に制御される。また、吸気管１２には、スロットル弁１６の配置位置付近にそれをバイパスするバイパス路３２が設けられる。
【００２４】
内燃機関１０には、排気ガスを還流路１２１を介して吸気側に還流させる排気還流機構１００が設けられると共に、吸気系と燃料タンク３６との間も接続され、キャニスタ・パージ機構２００が設けられるが、その機構は本願の要旨と直接の関連を有しないので、説明は省略する。
【００２５】
更に、内燃機関１０は、いわゆる可変バルブタイミング機構３００（図１にV/T と示す）を備える。可変バルブタイミング機構３００は例えば、特開平２−２７５，０４３号公報に記載されており、機関回転数Ｎｅおよび吸気圧力Ｐｂなどの運転状態に応じて機関のバルブタイミングV/T を図２に示す２種のタイミング特性LoV/T, HiV/Tの間で切り換える。但し、それ自体は公知な機構なので、これ以上の説明は省略する。尚、このバルブタイミング特性の切り換えには、２個の吸気弁の一方を休止する動作を含む。
【００２６】
図１において内燃機関１０のディストリビュータ（図示せず）内にはピストン（図示せず）のクランク角度位置を検出するクランク角センサ４０が設けられると共に、スロットル弁１６の開度を検出するスロットル開度センサ４２、スロットル弁１６下流の吸気圧力Ｐb を絶対圧力で検出する絶対圧センサ４４も設けられる。
【００２７】
また、内燃機関１０の適宜位置には大気圧Ｐa を検出する大気圧センサ４６が設けられ、スロットル弁１６の上流側には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ４８が設けられると共に、機関の適宜位置には機関冷却水温を検出する水温センサ５０が設けられる。また、油圧を介して可変バルブタイミング機構３００の選択するバルブタイミング特性を検出するバルブタイミング（V/T ）センサ５２（図１で図示省略）も設けられる。更に、排気系において、排気マニホルド２４の下流で触媒装置２８の上流側の排気系集合部には、広域空燃比センサ５４が設けられる。これらセンサ出力は、制御ユニット３４に送られる。
【００２８】
図３は制御ユニット３４の詳細を示すブロック図である。広域空燃比センサ５４の出力は検出回路６２に入力され、そこで適宜な線型化処理が行われてリーンからリッチにわたる広い範囲において排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな特性からなる検出信号を出力する（以下、この広域空燃比センサを「ＬＡＦセンサ」と呼ぶ）。
【００２９】
検出回路６２の出力は、マルチプレクサ６６およびＡ／Ｄ変換回路６８を介してＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵはＣＰＵコア７０、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７４を備え、検出回路６２の出力は所定のクランク角度（例えば１５度）ごとにＡ／Ｄ変換され、ＲＡＭ７４内のバッファの１つに順次格納される。またスロットル開度センサ４２などのアナログセンサ出力も同様にマルチプレクサ６６およびＡ／Ｄ変換回路６８を介してＣＰＵ内に取り込まれ、ＲＡＭ７４に格納される。
【００３０】
またクランク角センサ４０の出力は波形整形回路７６で波形整形された後、カウンタ７８で出力値がカウントされ、カウント値はＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵにおいてＣＰＵコア７０は、ＲＯＭ７２に格納された命令に従って後述の如く制御値を演算し、駆動回路８２を介して各気筒のインジェクタ２２を駆動する。更に、ＣＰＵコア７０は、駆動回路８４，８６，８８を介して電磁弁９０（２次空気量を調節するバイパス路３２の開閉）、および排気還流制御用電磁弁１２２ならびにキャニスタ・パージ制御用電磁弁２２５を駆動する。
【００３１】
図４はこの発明に係る制御装置の動作を示すフロー・チャートである。尚、図４のプログラムは所定クランク角度で起動される。
【００３２】
図示の装置にあっては図５ブロック図に示す如く、供給燃料量（図に基本噴射量Ｔimと示す）を操作量として検出された排気空燃比（図にKACT(k) と示す）が目標空燃比（図にKCMD(k) と示す）に一致するように第１の漸化式形式の制御則（ＳＴＲ型の適応制御器。図にＳＴＲコントローラと示す）を用いて第１のフィードバック補正係数（図にKSTR(k) と示す）を算出する第１の算出手段を設けた。
【００３３】
それと共に、前記供給燃料量を操作量として検出された排気空燃比KACTが目標値KCMDに一致するように、応答性において前記第１の制御則より劣る第２の制御則、より具体的にはＰＩＤ制御則からなるＰＩＤコントローラ（図にＰＩＤと示す）を用いて第２のフィードバック補正係数KLAF(k) を算出する第２の算出手段を設け、後述の如く検出された運転状態に応じて前記第１の算出手段と前記第２の算出手段の出力のいずれかを選択し、それに基づいて前記供給燃料量Ｔimを補正して出力噴射量Ｔout を求める如く構成した。
【００３４】
以下説明すると、先ずＳ１０において検出した機関回転数Ｎｅおよび吸気圧力Ｐb などを読み出し、Ｓ１２に進んでクランキングか否か判断し、否定されるときはＳ１４に進んでフューエルカットか否か判断する。フューエルカットは、所定の運転状態、例えばスロットル弁開度が全閉位置にあり、かつ機関回転数が所定値以上であるときに行われ、燃料供給が停止されて噴射量はオープンループで制御される。
【００３５】
Ｓ１４でフューエルカットではないと判断されたときはＳ１６に進み、検出した機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとからマップを検索して基本燃料噴射量Ｔimを算出する。次いでＳ１８に進んでＬＡＦセンサ５４の活性化が完了したか否か判定する。これは例えば、ＬＡＦセンサ５４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、差が所定値より小さいとき活性化が完了したと判定することで行う。
【００３６】
活性化が完了したと判断されるときはＳ２０に進んでＬＡＦセンサ検出値（センサ出力）を読み込み、Ｓ２２に進んで検出値から検出空燃比KACT(k)(ｋ：離散系のサンプル時刻）を求め、次いでＳ２４に進んでフィードバック補正係数KFB を演算する。
【００３７】
図６はその作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【００３８】
以下説明すると、Ｓ１００でフィードバック制御領域か否か判断する。これは図示しない別ルーチンで行われるが、端的に言えば、前記したオープンループ制御時にないときフィードバック制御領域とされる。そしてＳ１００で肯定されるときはＳ１０２に進んでＰＩＤ制御則を用いてフィードバック補正係数KLAFを演算する。以下、この補正係数を「ＰＩＤ補正係数」と称する。
【００３９】
以下、このＰＩＤ制御則によるフィードバック補正係数KLAFについて説明すると、先ず、目標空燃比KCMD(k-d’) と検出空燃比KACTの制御偏差DKAF(k) を
DKAF(k) ＝KCMD(k-d’) −KACT(k)
と求める。上記でKCMD(k-d’):  目標空燃比（ここでｄ’はKCMDがKACTに反映されるまでの無駄時間を示し、よって無駄時間制御周期前の目標空燃比を意味する）、KACT(k) ：検出空燃比（今回制御周期の）を示す。尚、演算の便宜のため、空燃比は目標値KCMDも検出値KACTも、実際には、当量比、即ち、Ｍst／Ｍ＝１／λで示している（Ｍst：理論空燃比、Ｍ＝Ａ／Ｆ（Ａ：空気消費量、Ｆ：燃料消費量）、λ：空気過剰率）。
【００４０】
次いで、それに所定の係数を乗じてＰ項KLAFP(k)、Ｉ項KLAFI(k)、およびＤ項KLAFD(k)を
Ｐ項：KLAFP(k)＝DKAF(k) ×KP
Ｉ項：KLAFI(k)＝KLAFI(k-1)＋DKAF(k) ×KI
Ｄ項：KLAFD(k)＝（DKAF(k) −DKAF(k-1) ）×KD
と求める。
【００４１】
このようにＰ項は偏差に比例ゲインKPを乗じて求め、Ｉ項は偏差に積分ゲインKIを乗じて得た値をフィードバック補正係数のＩ項の前回値KLAFI(k-1)に加算して求め、Ｄ項は偏差の今回値DKAF(k) と前回値DKAF(k-1) の差に微分ゲインKDを乗じて求める。尚、各ゲインKP,KI,KDは、機関回転数と機関負荷に応じて求められ、より具体的にはマップを用いて機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとから検索できるように設定しておく。最後に、よって得た値を
KLAF(k) ＝KLAFP(k)＋KLAFI(k)＋KLAFD(k)
と合算してＰＩＤ制御則によるフィードバック補正係数の今回値KLAF(k) とする。尚、この場合、乗算補正によるフィードバック補正係数とするため、オフセット分である１．０はＩ項KLAFI(k)に含まれているものとする（即ち、Ｉ項KLAFI(k)の初期値は１．０とする）。
【００４２】
図６フロー・チャートにおいては次いでＳ１０４に進んで適応制御則を用いてフィードバック補正係数KSTRを算出する。以下、この補正係数を「適応補正係数」と言う。
【００４３】
以下これについて説明すると、先に図５に示した適応制御器は、本出願人が先に提案した適応制御技術を前提とする。それはＳＴＲ（セルフチューニングレギュレータ）コントローラからなる適応制御器とその適応（制御）パラメータ（ベクトル）を調整する適応（制御）パラメータ調整機構とからなり、ＳＴＲコントローラは、燃料噴射量制御のフィードバック系の目標値と制御量（プラント出力）を入力し、適応パラメータ調整機構によって同定された係数ベクトルを受け取って出力を算出する。
【００４４】
このような適応制御において、適応制御の調整則（機構）の一つに、Ｉ．Ｄ．ランダウらの提案したパラメータ調整則がある。この手法は、適応制御システムを線形ブロックと非線形ブロックとから構成される等価フィードバック系に変換し、非線形ブロックについては入出力に関するポポフの積分不等式が成立し、線形ブロックは強正実となるように調整則を決めることによって、適応制御システムの安定を保証する手法である。即ち、ランダウらの提案したパラメータ調整則においては、漸化式形式で表される調整則（適応則）が、上記したポポフの超安定論ないしはリヤプノフの直接法の少なくともいづれかを用いることでその安定性を保証している。
【００４５】
この手法は、例えば「コンピュートロール」（コロナ社刊）Ｎｏ．２７，２８頁〜４１頁、ないしは「自動制御ハンドブック」（オーム社刊）７０３頁〜７０７頁、" A Survey of Model Reference Adaptive Techniques - Theory and Ap-plications" I.D. LANDAU 「Automatica」Vol. 10, pp. 353-379, 1974、"Uni- fication  of Discrete Time Explicit Model Reference Adaptive ControlDesigns" I.D.LANDAU ほか「Automatica」Vol. 17, No. 4, pp. 593-611, 1981 、および" Combining Model Reference Adaptive Controllers and Stochastic Self-tuning Regulators" I.D. LANDAU 「Automatica」Vol. 18, No. 1, pp. 77-84, 1982 に記載されているように、公知技術となっている。
【００４６】
図示例の適応制御技術では、このランダウらの調整則を用いた。以下説明すると、ランダウらの調整則では、離散系の制御対象の伝達関数Ｂ(Z-1)/Ａ(Z-1) の分母分子の多項式を数１および数２のようにおいたとき、パラメータ調整機構が同定する適応パラメータθハット(k) は、数３のようにベクトル（転置ベクトル）で示される。またパラメータ調整機構への入力ζ(k) は、数４のように定められる。ここでは、ｍ＝１、ｎ＝１、ｄ＝３の場合、即ち、１次系で３制御サイクル分の無駄時間を持つプラントを例にとった。
【００４７】
【数１】
0003848396.tif 000002
【００４８】
【数２】
0003848396.tif 000003
【００４９】
【数３】
0003848396.tif 000004
【００５０】
【数４】
0003848396.tif 000005
【００５１】
ここで、数３に示される適応パラメータθハットは、ゲインを決定するスカラ量ｂ0 ハット-1(k) 、操作量を用いて表現される制御要素ＢR ハット(Z-1, k)および制御量を用いて表現される制御要素Ｓハット（Z -1, k)からなり、それぞれ数５から数７のように表される。
【００５２】
【数５】
0003848396.tif 000006
【００５３】
【数６】
0003848396.tif 000007
【００５４】
【数７】
0003848396.tif 000008
【００５５】
パラメータ調整機構はこれらのスカラ量や制御要素の各係数を同定・推定し、前記した数３に示す適応パラメータθハットとして、ＳＴＲコントローラに送る。パラメータ調整機構は、プラントの操作量ｕ（ｉ）および制御量ｙ（ｊ）（ｉ，ｊは過去値を含む）を用いて目標値と制御量との偏差が零となるように適応パラメータθハットを算出する。適応パラメータθハットは、具体的には数８のように計算される。数８で、Γ(k) は適応パラメータの同定・推定速度を決定するゲイン行列（ｍ＋ｎ＋ｄ次）、ｅアスタリスク(k) は同定・推定誤差を示す信号で、それぞれ数９および数１０のような漸化式で表される。尚、数１０においてＤ（ｚ-1）は設計者が与える所望の漸近安定な多項式であり、この例では１に設定した。
【００５６】
【数８】
0003848396.tif 000009
【００５７】
【数９】
0003848396.tif 000010
【００５８】
【数１０】
0003848396.tif 000011
【００５９】
また数９中のλ１(k) ，λ２(k) の選び方により、種々の具体的なアルゴリズムが与えられる。例えば、λ１(k) ＝１，λ２(k) ＝λ（０＜λ＜２）とすると漸減ゲインアルゴリズム（λ＝１の場合には最小自乗法）、λ１(k) ＝λ１（０＜λ１＜１），λ２(k) ＝λ２（０＜λ２＜λ）とすると可変ゲインアルゴリズム（λ２＝１の場合には重み付き最小自乗法）、λ１(k) ／λ２(k) ＝σとおき、λ３が数１１のように表されるとき、λ１(k) ＝λ３(k) とおくと固定トレースアルゴリズムとなる。また、λ１(k) ＝１，λ２(k) ＝０のとき固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数９から明らかな如く、Γ(k) ＝Γ(k-1) となり、よってΓ(k) ＝Γの固定値となる。燃料噴射ないし空燃比などの時変プラントには、漸減ゲインアルゴリズム、可変ゲインアルゴリズム、固定ゲインアルゴリズム、および固定トレースアルゴリズムのいずれもが適している。尚、数１１においてtrΓ(0) はΓの初期値のトレースである。
【００６０】
【数１１】
0003848396.tif 000012
【００６１】
ここで、図５にあっては、前記したＳＴＲコントローラ（適応制御器）と適応パラメータ調整機構とは燃料噴射量演算系の外におかれ、検出空燃比KACT(k) が目標空燃比KCMD(k-d’) （ここでｄ’は前述の如くKCMDがKACTに反映されるまでの無駄時間）に適応的に一致するように動作してフィードバック補正係数KSTR(k) を演算する。即ち、ＳＴＲコントローラは、適応パラメータ調整機構によって適応的に同定された係数ベクトルθハット(k) を受け取って目標空燃比KCMD(k-d’）に一致するようにフィードバック補償器を形成する。演算されたフィードバック補正係数KSTR(k) は基本噴射量Ｔimに乗算され、補正された燃料噴射量が出力燃料噴射量Ｔout(k)として制御プラント（内燃機関）に供給される。
【００６２】
このように、適応補正係数KSTR(k) および検出空燃比KACT(k) が求められて適応パラメータ調整機構に入力され、そこで適応パラメータθハット(k) が算出されてＳＴＲコントローラに入力される。ＳＴＲコントローラには入力として目標空燃比KCMD(k) が与えられ、検出空燃比KACT(k) が目標空燃比KCMD(k-d')に一致するように漸化式を用いて適応補正係数KSTR(k) を算出する。
【００６３】
適応補正係数KSTR(k) は、具体的には数１２に示すように求められる。
【００６４】
【数１２】
0003848396.tif 000013
【００６５】
前述の如く、検出空燃比KACT(k) と目標空燃比KCMD(k) とは、図６フロー・チャートのＳ１０２で先に説明したＰＩＤ制御則による制御器（ＰＩＤ）にも入力され、排気系集合部の検出空燃比KACT(k) と目標空燃比KCMD(k-d')との偏差を解消すべくＰＩＤ制御則に基づいてＰＩＤ補正係数KLAF(k) が算出される。適応制御則による適応補正係数KSTRとＰＩＤ制御則によるＰＩＤ補正係数KLAFは、図５の切換機構４００を介していずれか一方が燃料噴射量の演算に用いられる。
【００６６】
ここで、ＳＴＲコントローラとＰＩＤコントローラの平行演算について説明を補足すると、数６ないし数１０に示した適応パラメータ調整機構は、中間変数ζ(k-d) 、即ち、ｕ(k) ＝KSTR(k) およびｙ(k) ＝KACT(k) の現在値と過去値をひとまとめにしたベクトルを入力し、その因果関係から適応パラメータθハット(k) を算出している。ここで用いるｕ(k) は、実際に燃料噴射量演算に用いるフィードバック補正係数である。次回の制御サイクルで適応制御を行わずにＰＩＤ制御を行う状態では、このフィードバック補正係数にＰＩＤ補正係数KLAFを用いる。
【００６７】
ここで、ＰＩＤ制御を行っている場合に、適応パラメータ調整機構に入力するｕ(k) を適応補正係数KSTR(k) からKLAF(k) に置換して適応パラメータ調整機構に入力しても、燃料噴射制御に用いたフィードバック補正係数に応じた制御出力、即ち、KACT(k+d')が出力されるため、入出力の因果関係が成立し、適応パラメータ調整機構は適応パラメータθハット(k) を発散させることなく、演算できる。
【００６８】
このとき、数１２にこのθハット(k) を入力すると、KSTR(k) が演算される。このKSTR(k) の演算は、KSTR(k-i) ＝KLAF(k-i) と置換して演算したKSTR(k) でも良い（ｉ＝１，２，３）。
【００６９】
このように、ＰＩＤコントローラが動作しているときも適応補正係数KSTRは演算可能であり、そのときのＰＩＤ補正係数KLAFと適応補正係数KSTRは略一致する。また、それによってＰＩＤ補正係数KLAFから適応補正係数KSTRに切り換える際に、ＰＩＤ補正係数KLAFと適応補正係数KSTRとは近似した値となり、円滑な切り換えとなる。
【００７０】
図６フロー・チャートに戻ると、次いでＳ１０６に進んで高応答のフィードバック補正係数（適応補正係数KSTR）と低応答のフィードバック（ＰＩＤ補正係数KLAF）のうち、いずれを用いてフィードバック制御を実行すべき領域なのか判別する。
【００７１】
図７はその領域判別作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【００７２】
以下説明すると、先ずＳ４００において前回、即ち、図４フロー・チャートの前回起動時（前回制御周期）にオープンループで制御されていたか否か判断する。ここで、肯定されたときはＳ４０２に進み、低応答のフィードバック補正係数（ＰＩＤ補正係数KLAF）を用いてフィードバック制御を行うべき領域（以下「低応答フィードバック領域」と言う）とする。
【００７３】
これは、オープンループ制御からの突入時は前述したような理由から高応答のフィードバック制御を行わない方が良いためである。尚、オープンループ制御からの突入時に所定期間、例えば５ＴＤＣ、低応答フィードバック制御を行っても良く、その場合はＳ４００の後にその期間であれば継続的にＳ４０２に進むような判断ステップを設ければ良い。また、後述するように、オープンループ制御の制御期間が所定期間よりも短いような場合は、オープンループ制御からの突入時においても高応答の制御が可能である。従って、そのような場合は、Ｓ４００のステップを省略しても良い
【００７４】
Ｓ４００で否定されるときはＳ４０４に進んで検出した機関冷却水温Ｔｗが所定値TWSTRON 未満か否か判断する。ここで、所定値TWSTRON は比較的低水温に設定され、検出した機関冷却水温Ｔｗが所定値TWSTRON 未満と判断されるときはＳ４０２に進んで低応答フィードバック領域とする。これは、低水温時には燃焼が安定せず、失火などを生じる危険があって安定した検出値KACTが得られないからである。尚、図示は省略するが、水温が異常に高いときも同様の理由から低応答フィードバック領域とする。
【００７５】
Ｓ４０４で検出した機関冷却水温Ｔｗが所定値TWSTRON 未満ではないと判断されるときはＳ４０６に進み、検出した機関回転数Ｎｅが所定値NESTRLMT以上か否か判断する。ここで、所定値NESTRLMTは比較的高回転数であり、Ｓ４０６で検出した機関回転数Ｎｅが所定値NESTRLMT以上と判断されるときはＳ４０２に進んで低応答フィードバック領域とする。これは、高回転時は演算時間が不足しがちであると共に、燃焼も安定しないからである。
【００７６】
Ｓ４０６で検出した機関回転数Ｎｅが所定値NESTRLMT以上ではないと判断されるときはＳ４０８に進んでアイドル時にあるか否か判断し、肯定されるときはＳ４０２に進んで低応答フィードバック領域とする。これは、アイドル時は運転状態がほぼ安定しており、適応制御則のような高いゲインを必要としないからである。
【００７７】
Ｓ４０８でアイドル時ではないと判断されるときはＳ４１０に進んで低負荷域にあるか否か判断し、肯定されるときはＳ４０２に進んで低応答フィードバック領域とする。これは、低負荷域では燃焼が安定しないためである。
【００７８】
Ｓ４１０で低負荷域にはないと判断されるときはＳ４１２に進んで可変バルブタイミング機構においてHi V/T（高速側のバルブタイミング）が選択されているか否か判断し、肯定されるときはＳ４０２に進んで低応答フィードバック領域とする。これは、高速側のバルブタイミングが選択されているときはバルブタイミングのオーバラップ量が大きいため、吸気が排気弁を通過して逃げる、いわゆる吸気の吹き抜けと言う現象が生じる恐れがあり、安定した検出値KACTを期待し得ないからである。また、高回転時にはＬＡＦセンサの検出遅れも無視し難くなる。
【００７９】
尚、ここで高速側のバルブタイミングが選択されているか否かの判断は、実際に高速側のバルブタイミングが選択されているか否かを判断するのみならず、図示しない可変バルブタイミング機構の制御ユニットで低速側から高速側への切り換え指令がなされているか否かをも適宜なフラグを参照することで行う。即ち、バルブタイミングの変更は全ての気筒について同時に行われるとは限らず、過渡状態などでは気筒間でバルブタイミングが一時的に異なる場合が生じるからである。換言すれば、バルブタイミングの高速側への切り換え時にあっては、低応答フィードバック領域と判断されてＰＩＤ補正係数を用いてフィードバック制御がなされたのを確認した上で、可変バルブタイミング機構の制御ユニットでは高速側への切り換えを行うようにする。
【００８０】
Ｓ４１２で否定されるときはＳ４１４以降に進み、検出した空燃比KACTが所定値ａ未満か否か判断し、肯定されるときはＳ４０２に進むと共に、否定されるときはＳ４１６に進んで検出した空燃比KACTが所定値ｂより大きいか否か判断し、肯定されるときはＳ４０２に進むと共に、否定されたときはＳ４１８に進んで高応答のフィードバック補正係数（適応補正係数KSTR）を用いてフィードバック制御を行うべき領域（以下「高応答フィードバック領域」と言う）とする。即ち、空燃比がリーンもしくはリッチのときは適応制御のような高応答の制御は行わない方が良いため、所定値ａ，ｂを適宜設定することで、その判別をするようにした。尚、この作業は、検出空燃比に代えて目標空燃比を比較しても良い。
【００８１】
図６フロー・チャートに戻ると、次いでＳ１０８に進んで高応答フィードバック領域か否か判断し、肯定されるときはＳ１１０に進んで適応補正係数KSTRをフィードバック補正係数KFB とし、Ｓ１１２に進んでフィードバック補正係数KFB をＩ項KLAFI とする。次いでＳ１１４に進んで適応補正係数KSTRで噴射量補正がなされることからフラグＦＫＳＴＲのビットを１にセットする。
【００８２】
他方、Ｓ１０８で高応答フィードバック領域ではないと判断されるときはＳ１１６に進んでＰＩＤ補正係数KLAFをフィードバック補正係数KFB とし、Ｓ１１８に進んでフィードバック補正係数KFB をプラント入力ｕ(k) とし、ＳＴＲコントローラに入力する（図５に示す）。これは、ＳＴＲ領域ではないときもＳＴＲコントローラは演算を継続することから、ＰＩＤ補正係数KLAFを演算に使用させるためである。次いでＳ１２０に進んでフラグＦＫＳＴＲのビットを０にリセットする。
【００８３】
またＳ１００でフィードバック領域ではないと判断されるときはＳ１２２に進んでフィードバック領域ではなくなってから所定期間が経過したか否か判断し、否定されるときはＳ１２４に進んでＩ項の前回値KLAFI(k-1)を今回値KLAFとし、即ち、Ｉ項をホールドし、Ｓ１２６に進んで同様に、適応制御器の内部変数（中間変数）を前回値、即ち、適応制御時の最後の値をホールドする。
【００８４】
尚、上記でＰＩＤ補正係数KLAFは、Ｉ項が書き替えられたとき、それを用いて算出される。その理由は、次回の制御サイクルで適応補正係数KSTRからＰＩＤ補正係数KLAFに切り換えられるときはＩ項（積分項）が急激に変化する可能性があるが、このように適応補正係数KSTRの値を用いてＰＩＤ補正係数KLAFのＩ項の初期値を決定することにより、適応補正係数とＰＩＤ補正係数の段差を小さく止めることができ、制御量の急変を防止して制御の安定性を確保することができるからである。
【００８５】
ここで、プラント入力ｕ(k) は図５に示す如く、ζの演算に用いられるが、そのとき現在値ｕ(k) のみならず、その過去値ｕ(k-1) なども用いられる。従って、Ｓ１２６のｕ(k-i) のｉは、その現在値および過去値を総称する意味で用い、Ｓ１２６ではｕ(k) ，ｕ(k-1) ，ｕ(k-2) ，ｕ(k-3) 、より正確にはｕ(k-1) ，ｕ(k-2) ，ｕ(k-3) ，ｕ(k-4) をホールドすることを意味する。尚、適応パラメータθハットとゲイン行列Γは、単に前回値をホールドする。尚、図示は省略したが、KSTR，KACTも適応制御時の最後の値をホールドする。尚、KACTと入力ｕ(k-i) をひとまとめにしてζとしてホールドさせても良いことは言うまでもない。
【００８６】
次いで、Ｓ１２８に進んでフィードバック補正係数KFB の値を１．０とする。即ち、フィードバック制御を行わないこととし、Ｓ１３０に進んでフラグＦＫＳＴＲのビットを０にリセットする。
【００８７】
他方、Ｓ１２２でフィードバック領域ではなくなってから所定期間が経過したと判断されるときはＳ１３２に進んでＩ項KLAFI の値を１．０（初期値）とし、Ｓ１３４に進んでプラント入力ｕ(k-i) 、適応パラメータθハット(k-1) およびゲイン行列Γ(k-1) の値を所定値、例えば初期値とする。ここで、プラント入力ｕについて初期値はより具体的には、ｕ(k) ＝ｕ(k-1) ＝ｕ(k-2) ＝ｕ(k-3) ＝１とおく。
【００８８】
これについて説明すると、一旦アクセルペダルが戻されて減速し、フューエルカットされてオープンループ制御に移行した後、ほどなくアクセルペダルが再び踏まれて加速する、即ち、フィードバック制御に復帰することは、しばしば経験される。このように短時間で再びフィードバック制御に復帰するときは、ＳＴＲコントローラの非作動領域前後の内燃機関の状態がほとんど変化せず、過去の燃焼履歴との因果関係が当然成立しているからである。
【００８９】
従って、このような一過性の領域の変更の場合には適応制御器の内部変数をホールドすることで適応制御の連続性が保たれ、初期状態などに不要に戻ることなく、適応制御が実行されて制御安定性が向上する。その意味で、Ｓ１２２で述べた所定期間は過去の燃焼履歴との因果関係が成立する範囲の期間に設定する。尚、ここで「期間」なる語を使用したのは、時間により計測する範囲のみならず、制御周期数（燃焼サイクル数、ＴＤＣ数などのカウントにより計測する範囲をも含ませるためである。
【００９０】
他方、所定期間以上の時間が経過したときは、適応制御非作動領域前後の内燃機関の状態が大きく変化していることが予想されるため、Ｓ１３４で内部変数を所定値、例えば初期値に戻すようにした。尚、θハット(k-1) の初期値およびｕ(k) （＝KSTR(k) ）を内燃機関の運転領域ごとにメモリに格納しておき、その値を用いてθハット(k-1) およびζ(k-d) の過去値としても良い。そうすることによって、適応制御再開時の制御性をさらに向上させることができる。更には、θハット(k) を運転領域ごとに学習しても良い。
【００９１】
図４フロー・チャートに戻ると、次いでＳ２６に進んで基本燃料噴射量Ｔimに、目標空燃比補正係数KCMDM （目標空燃比KCMD（当量比）に吸入空気の充填効率補正を施して得る値）と求めたフィードバック補正係数KFB と各種補正係数KTOTALとを乗算して補正すると共に、加算項TTOTALを加算して補正し、先に述べたように出力燃料噴射量Ｔout を決定する。次いでＳ２８に進んで出力燃料噴射量Ｔout を操作量としてインジェクタ２２に出力する。
【００９２】
ここで、各種補正係数KTOTALは水温補正など乗算で行う各種の補正係数の積算値を意味し、加算項TTOTALは気圧補正など加算値で行う補正係数の合算値を示す（但し、インジェクタの無効時間などは出力燃料噴射量Ｔout の出力時に別途加算されるので、これに含まれない）。
【００９３】
尚、Ｓ１８で否定されたときは空燃比がオープンループ制御となるので、Ｓ３０に進んでフィードバック補正係数KFB の値を１．０とし、Ｓ２６に進んで出力燃料噴射量Ｔout を求める。またＳ１２でクランキングと判断されたときはＳ３２に進んでクランキング時の燃料噴射量Ｔicr を検索し、Ｓ３４に進んで検索値に基づいて始動モードの式に従って出力燃料噴射量Ｔout を算出すると共に、Ｓ１４でフューエルカットと判断されたときは、Ｓ３６に進んで出力燃料噴射量Ｔout を零とする。
【００９４】
この実施の形態は上記の如く、一旦アクセルペダルが戻されて減速し、フューエルカットされてオープンループ制御に移行した後、ほどなくアクセルペダルが再び踏まれて加速するような一過性の領域の変更の場合には適応制御器の内部変数をホールドするようにしたので、適応制御の連続性を保つことができ、初期状態などに不要に戻ることなく、適応制御を実行することができて制御安定性を向上させることができる。
【００９５】
他方、所定期間以上の時間が経過したときは、適応制御非作動領域前後の内燃機関の状態が大きく変化していることが予想されるため、Ｓ１３４で内部変数を所定値、例えば初期値に戻すようにしたので、不適切なフィードバック補正係数を算出する恐れがなく、また所定値に戻すことで算出も容易となり、適応制御再開時の制御性をさらに向上させることができる。
【００９６】
更に、ＳＴＲコントローラを用いた高応答の適応補正係数とＰＩＤコントローラを用いた低応答のＰＩＤ補正係数の２種のフィードバック補正係数を用い、フューエルカットから復帰するときなど、空燃比のオープンループ制御が終了してフィードバック制御が再開された場合、空燃比センサの活性化が確認されてからしばらくはＰＩＤ制御則に基づいてフィードバック補正係数を決定するようにしたので、供給された燃料が燃焼するまでに時間を要する、ないしはセンサ自体が検出遅れを有することから検出された空燃比と実際の空燃比との間に比較的大きい差があるとき、高応答の適応制御則によるフィードバック補正係数を用いることがなく、結果として図８に示す如く、制御量を不安定にして、制御の安定性を低下させることがない。
【００９７】
他方、検出値が安定したときは、高応答の適応制御則によるフィードバック補正係数を用いて目標空燃比と検出空燃比との制御偏差を一気に吸収させるべく動作させ、制御の収束性を向上させることができる。特に、実施の形態においてはフィードバック補正係数が基本値に乗算されて操作量が決定されるように制御の収束性が向上させられているので、一層好適に制御の安定性と収束性とをバランスさせることができる。
【００９８】
更に、ＳＴＲコントローラとＰＩＤコントローラとを平行して動作させ、適応補正係数KSTRとＰＩＤ補正係数KLAFとをその内部要素を互いに置換させながら平行して演算するようにしたので、適応補正係数KSTRからＰＩＤ補正係数KLAFへの、ないしはその逆の切り換えを一層滑らかに行うことができる。また、その切り換えも任意のタイミングで行うことができて一層適切に切り換えることができると共に、切り換え時の空燃比のスパイクなどが発生することがなく、燃料噴射ないし空燃比の制御性を向上させることができる。
【００９９】
尚、この実施の形態においては、適応制御則を用いた高応答の適応補正係数とＰＩＤ制御則を用いた低応答のＰＩＤ補正係数の２種のフィードバック補正係数を用い、そのいずれかに基づいて燃料量を補正するようにしたが、この構成は必須ではなく、フィードバック補正係数として適応制御による演算制御則に基づく適応補正係数KSTRのみを求める構成にも妥当する。
【０１００】
また、この実施の形態においては、所定期間以上の時間が経過したときは、内部変数を所定値に戻すようにすると共に、所定値の例として初期値を挙げたが、それに限られるものでない。
【０１０１】
また上記実施の形態においてＰＩＤ制御の例を示したが、各ゲインKP, KI, KDを適宜設定することで、ＰＩ制御とすることも、Ｉ項のみによる制御とすることも自由である。即ち、ここで言うＰＩＤ制御は、その一部のゲイン項を有すれば成立する。
【０１０２】
また上記実施の形態では目標値を空燃比としたが、燃料噴射量そのものを目標値としても良い。
【０１０３】
また上記実施の形態においてフィードバック補正係数KSTRないしKLAFを乗算係数（項）として求めたが、加算項であっても良い。
【０１０４】
また上記実施の形態において適応制御器としてＳＴＲを例にとって説明したが、ＭＲＡＣＳ（モデル規範型適応制御）を用いても良い。
【０１０５】
また上記実施の形態では排気系集合部に設けた単一の空燃比センサの出力を用いているが、それに限られるものではなく、気筒毎に空燃比センサを設けて検出した空燃比から気筒ごとに空燃比フィードバック制御を行っても良い。
【０１０６】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、フィードバック制御からオープンループ制御に移行した後、短時間でフィードバック制御に復帰するような走行状態においてはホールドした内部変数に基づいてフィードバック補正係数を求めることで適応制御の連続性を保ちつつ適応制御を実行することができ、フィードバック補正係数を最適に算出することができ、よって制御量が安定するまで時間を要するなどの不都合が生じることがない。また、前記した適応制御器がフィードバック補正係数を算出するのに重要であると共に、収束までに時間を要する適応パラメータをホールドすることで、演算再開時にその適応パラメータが最適な制御性を示すまでの時間が大幅に短縮され、収束性、制御性を向上させることができる。
【０１０８】
請求項２項にあっては、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、フィードバック補正係数をホールドしない場合にはフューエルカット中に１．０となり、演算再開時にフィードバック補正係数の過去値はそれから開始することになるが、ホールド値から演算を再開することで、より制御性を向上させることが可能となる。
【０１０９】
請求項３項にあっては、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、ホールド値から演算を再開することで、より制御性を向上させることができる。
【０１１０】
請求項４項にあっては、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、適応制御器に固定ゲインアルゴリズム以外のアルゴリズムを用いた場合、演算再開時ゲイン行列を所定値、例えば初期値にしたとき、ゲイン行列自体が最適な値に収束するまでに時間を要し、その間の制御性が悪化するが、内部変数をホールドすることでゲイン行列自体が最適な値に収束するまでの時間を大幅に短縮でき、制御性を向上させることができる。
【０１１１】
請求項５項にあっては、請求項１項で述べた作用、効果に加えて、経過期間が大きいときは、ホールドした値を所定値、例えば初期値に変更することから、復帰の前後の内燃機関の運転状態が大きく変化しているような場合に不適切なフィードバック補正係数を算出する不都合がなく、また所定値、例えば初期値に戻すことで、復帰後のフィードバック補正係数の算出も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を全体的に示す概略図である。
【図２】図１の内燃機関に設けられた可変バルブタイミング機構のバルブタイミング特性を示す特性図である。
【図３】図１の装置の制御ユニットの構成を詳細に示すブロック図である。
【図４】図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図５】図１の装置の動作を機能的に示すブロック図である。
【図６】図３フロー・チャートのフィードバック補正係数KFB の演算作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【図７】図６フロー・チャートのフィードバック領域の判別作業を示すサブルーチン・フロー・チャートである。
【図８】フューエルカットから燃料供給を再開したときの空燃比の検出遅れを示すタイミング・チャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関
２２  インジェクタ
３４  制御ユニット
５４  広域空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）
【図１】
0003848396.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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【図６】
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【図７】
0003848396.tif 000020
【図８】
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