(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるように空燃比を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、
空燃比を検出する空燃比検出手段と、
空燃比以外の機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記空燃比検出手段によって検出された検出空燃比に含まれる、制御対象のむだ時間要素による位相遅れを補償する手段であって、機関運転状態に応じて切り換えられる伝達関数によって表される制御対象のモデルを用いて前記位相遅れを補償し、この伝達関数を前記機関運転状態検出手段によって検出された、空燃比以外の機関運転状態に応じて切り換える位相遅れ補償手段と、
前記位相遅れ補償手段によって位相遅れが補償された検出空燃比を用いてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、
を備え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】
前記フィードバック制御量算出手段が、スライディングモード制御によって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記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記制御対象のモデルが、前記むだ時間要素を含まない第１の要素と、前記むだ時間要素を表す第２の要素とから構成され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】
前記位相遅れ補償手段が、スミスむだ時間補償制御によって、前記検出空燃比に含まれる位相遅れを補償することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第１の要素を表す伝達関数の次数が変更されて、切り換えられることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第１の要素を表す伝達関数における時定数が変更されて、切り換えられることを特徴とする請求項３〜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】
前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第２の要素を表す伝達関数におけるむだ時間が変更されて、切り換えられることを特徴とする請求項３〜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。
【請求項８】
前記伝達関数が、加減速状態に応じて切り換えられることを特徴とする請求項１〜請求項７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９】
前記伝達関数が、吸入空気量に応じて切り換えられることを特徴とする請求項１〜請求項７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１０】
前記伝達関数が、吸気管壁温に応じて切り換えられることを特徴とする請求項１〜請求項７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する。より詳細には、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用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。ここで、フィードバック制御に用いられる情報、即ち、空燃比センサによって検出された空燃比（検出空燃比）は、空燃比センサが制御対象であるエンジンシステムの下流に設置されて空燃比を制御すべき燃焼室よりも下流側に配置されるため、排気の輸送遅れ等のむだ時間要素から生じる位相遅れを含んでいる。
【０００３】
排気の輸送遅れから生じる検出空燃比の位相遅れは、一般的に、吸入空気量に相関して変化する性質を有している。具体的にいうと、吸入空気量が多いときには、排気の流速が高くなって輸送遅れが小さくなるため、検出空燃比の位相遅れは小さくなるが、その一方で、アイドル時のように吸入空気量が少ないときには、排気の流速が低くなって輸送遅れが大きくなるため、検出空燃比の位相遅れは大きくなる。
【０００４】
この状態を図で説明すると、図９のようになる。図９（ａ）は位相遅れが小さい場合に、また、図９（ｂ）は位相遅れが大きい場合に相当する。また、Ａ／Ｆcmd は目標空燃比を、Ａ／Ｆout は検出空燃比を、Ａ／Ｆact は燃焼室内における実際の空燃比（実空燃比) を示す。このように、検出空燃比Ａ／Ｆout に大きな位相遅れが含まれる場合には、実空燃比Ａ／Ｆact と検出空燃比Ａ／Ｆout （即ち、電子制御ユニットに入力される空燃比）との誤差ｅ２が大きくなる。そして、この場合には、空燃比は、燃焼室内における実際の状態とはかけ離れた情報に基づいてフィードバック制御されることとなり、制御系の安定性が悪化して発散が生じ易い。
【０００５】
そこで、制御対象に存在するむだ時間要素による影響が大きいとき（例えば、吸入空気量が少ないとき）には、空燃比をフィードバック制御するに際し、その影響を排除すべく、検出空燃比を用いて算出されたフィードバック制御量を吸入空気量に基づいて低い値に補正し、制御系の安定性の維持を図っている。
【０００６】
ところで、現在、外乱の影響を抑制しうるロバストな制御手法としてロボット制御等の分野で多用されているスライディングモード制御（Sliding Mode Control）を、車両用内燃機関の空燃比フィードバック制御に適用することが検討されている。例えば、本出願人により、特願平１１−２９６９０８号において、スライディングモード制御を適用するとともに、検出空燃比を用いて算出されたフィードバック制御量を、吸入空気量に基づいて設定されたゲイン補正値を用いて補正することで、制御対象に存在するむだ時間要素の影響を後発的に補正する技術が提案されている。また、このようなむだ時間要素による影響を受けずにフィードバック制御量を設定する方法として、吸入空気量、水温及び吸気圧等の複数のパラメータに基づいて直接的に設定する方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように、算出された後のフィードバック制御量を吸入空気量に基づいて補正する場合には、発散を抑制することができるため、制御系の安定性の面で効果があるが、フィードバック制御量の算出に用いられる情報（即ち、検出空燃比）そのものには依然として位相遅れが含まれているため、むだ時間要素による影響を完全に排除することはできない。特に、スライディングモード制御によってフィードバック制御量を算出する場合には、その影響は、他のフィードバック制御形態と比べ、より重大となる。
【０００８】
すなわち、状態量のスライディングモードを生む非線形成分の増減方向は、検出空燃比と目標空燃比との偏差（エラー量）の符号によって切り換わるため、仮に検出空燃比が実空燃比とはかけ離れた値として検出された場合には、非線形成分が誤った方向に（変化すべき方向と逆方向に）増減することとなりうるのである。また、別の問題として、このようにしていわば強制的に低減されたフィードバック制御量を用いて空燃比が制御されることとなるため、制御系の応答性を確保することができないという問題がある。
【０００９】
一方、複数のパラメータに基づいてフィードバック制御量を設定する方法による場合には、フィードバック制御量を設定するまでの適合工数や、電子制御ユニットのメモリ容量が増大するという問題がある。
【００１０】
かかる実情に鑑み、本発明は、フィードバック制御量の後発的な補正によらずに制御対象に存在するむだ時間要素による影響を排除することができるようにして、制御系の安定性と応答性とをともに確保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目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、図１に示すように、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるように空燃比を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、空燃比を検出する空燃比検出手段と、空燃比以外の機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記空燃比検出手段によって検出された検出空燃比に含まれる、制御対象のむだ時間要素による位相遅れを補償する手段であって、機関運転状態に応じて切り換えられる伝達関数によって表される制御対象のモデルを用いて前記位相遅れを補償し、この伝達関数を前記機関運転状態検出手段によって検出された、空燃比以外の機関運転状態に応じて切り換える位相遅れ補償手段と、前記位相遅れ補償手段によって位相遅れが補償された検出空燃比を用いてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、空燃比検出手段からの検出空燃比は、フィードバック制御量算出手段に入力される前に、位相遅れ補償手段によってその位相遅れが補償され、フィードバック制御量算出手段は、このようにして補償された後の検出空燃比に基づいてフィードバック制御量を算出することとなる。また、制御対象のモデルを表す伝達関数を機関運転状態に応じて切り換えることができるようにしたことで、筒内へのガスの充填特性、燃料供給装置からの燃料の吸気管壁面への付着特性及び排気の輸送特性等の制御対象の特性に機関運転状態毎に対応したモデルを用いることができるようになる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、前記フィードバック制御量算出手段が、スライディングモード制御によってフィードバック制御量を算出することを特徴とする。
かかる構成によれば、制御すべき空燃比の状態量は、前記補償された検出空燃比を用いて、スラディングモード制御における切換平面上に高速で収束した後この切換平面上に拘束されながら収束点（空燃比の目標状態量を与える点）に収束するように制御される。すなわち、制御すべき空燃比は、切換平面上に拘束された後は、外乱等の影響を殆ど受けることなく目標空燃比に安定して制御されることとなる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記制御対象のモデルが、前記むだ時間要素を含まない第１の要素と、前記むだ時間要素を表す第２の要素とから構成されることを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、制御対象に存在するむだ時間要素による影響は、第２の要素を表すモデルを用いて排除され、フィードバック制御量算出手段は、このようなむだ時間要素を除いた制御対象、理想的には、第１の要素を表す伝達関数のみを通した出力に基づいて、フィードバック制御量を算出することとなる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記位相遅れ補償手段が、Otto Smith（人名）が提案したスミスむだ時間補償制御によって、前記検出空燃比に含まれる位相遅れを補償することを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、制御対象に存在するむだ時間要素による影響は、第２の要素を表すモデルを用いて見かけ上フィードバックループの外部に出され、フィードバック制御量算出手段は、この外部に出されたなむだ時間要素の前から得られた、理想的には、前記第１の要素を表す伝達関数のみを通した出力に基づいて、フィードバック制御量を算出することとなる。
【００１８】
請求項５に係る発明は、前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第１の要素を表す伝達関数の次数が変更されて、切り換えられることを特徴とする。すなわち、制御対象の応答遅れを生ずる筒内へのガスの充填遅れや燃料供給装置からの燃料の吸気管壁面への付着等の応答遅れ要素の種類の変化（増減）に対応すべく、第１の要素を表す伝達関数の次数、延いては、その伝達関数の式そのものを切り換えることができるようにするのである。
【００１９】
請求項６に係る発明は、前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第１の要素を表す伝達関数における時定数が変更されて、切り換えられることを特徴とする。すなわち、制御対象に存在する応答遅れ要素の特性の変化に対応すべく、第１の要素を表す伝達関数における時定数を変更することができるようにするのである。
【００２０】
請求項７に係る発明は、前記制御対象のモデルを表す伝達関数が、前記第２の要素を表す伝達関数におけるむだ時間が変更されて、切り換えられることを特徴とする。すなわち、制御対象に存在するむだ時間要素の特性、特に、排気の輸送遅れによるむだ時間の変化に対応すべく、第２の要素を表す伝達関数におけるむだ時間を変更することができるようにするのである。
【００２１】
請求項８に係る発明は、前記伝達関数が、加減速状態に応じて切り換えられることを特徴とする。かかる構成によれば、機関の加減速状態の変化に起因する制御対象の特性の変化に応じて制御対象のモデルを切り換えることができるようになる。
【００２２】
請求項９に係る発明は、前記伝達関数が、吸入空気量に応じて切り換えられることを特徴とする。かかる構成によれば、吸入空気量の変化に起因する制御対象の特性の変化に応じて制御対象のモデルを切り換えることができるようになる。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、前記伝達関数が、吸気管壁温に応じて切り換えられることを特徴とする。かかる構成によれば、吸気管壁温の変化に起因する制御対象の特性の変化に応じて制御対象のモデルを切り換えることができるようになる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、フィードバック制御量算出手段が、制御対象に存在するむだ時間要素による影響が排除された状態で最適となるようにフィードバック制御量を算出することができるため、制御系の安定性を維持することができるとともに、機関運転状態全域に渡って大きなフィードバック制御量を出力することができるようになるため、制御系の応答性を確保することができる。また、制御対象の特性に対応したモデルを用いることで、検出空燃比の位相遅れを制御対象の特性の変化によらず正確に補償することができるようになるため、制御系のロバスト性が向上する。
【００２５】
請求項２に係る発明によれば、フィードバック制御のロバスト性が向上する。
請求項３に係る発明によれば、第２の要素を用いて検出空燃比の位相遅れを容易に補償し、位相遅れを含まない情報に基づいてフィードバック制御量を容易に算出することができる。
【００２６】
請求項４に係る発明によれば、検出空燃比の位相遅れを簡便に補償することができるとともに、より簡易な制御系によって空燃比をフィードバック制御することができる。
【００２７】
請求項５に係る発明によれば、制御対象に存在する応答遅れ要素の種類の変化によらず検出空燃比の位相遅れを正確に補償することができるとともに、フィードバック制御量のより最適な算出に寄与することができる。
【００２８】
請求項６に係る発明によれば、制御対象に存在する応答遅れ要素の特性の変化によらず検出空燃比の位相遅れを正確に補償することができるとともに、フィードバック制御量のより最適な算出に寄与することができる。
【００２９】
請求項７に係る発明によれば、制御対象に存在するむだ時間要素、特に、排気の輸送遅れによるむだ時間の変化によらず検出空燃比の位相遅れを正確に補償することができる。
【００３０】
請求項８に係る発明によれば、機関の加減速状態に基づいて制御対象のモデルを表す伝達関数、延いては、制御対象のモデルを制御対象の特性の変化に応じて容易に切り換え、制御対象の特性に対応した最適な制御対象のモデルを用いることができる。
【００３１】
請求項９に係る発明によれば、吸入空気量に基づいて制御対象のモデルを表す伝達関数、延いては、制御対象のモデルを制御対象の特性の変化に応じて容易に切り換え、制御対象の特性に対応した最適な制御対象のモデルを用いることができる。
【００３２】
請求項１０に係る発明によれば、吸気管壁温に基づいて制御対象のモデルを表す伝達関数、延いては、制御対象のモデルを制御対象の特性の変化に応じて容易に切り換え、制御対象の特性に対応した最適な制御対象のモデルを用いることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る内燃機関Ｅの構成を概略示したものである。内燃機関Ｅの吸気通路１には、空気中に含まれるダストを除去するエアクリーナ１１を介した空気の流量（吸入空気量Ｑａ）を検出するエアフロメータ１２、及びアクセルペダル６１と連動して吸入空気量Ｑａを制御するスロットル弁１３が設けられ、さらに下流のマニホールド部において、燃料供給装置としての電磁駆動式の燃料噴射弁１４が各気筒毎に設けられている。この燃料噴射弁１４は、後述する電子制御ユニット４１からの電気信号に応じて駆動され、図示しない燃料ポンプから燃料配管７１を通して圧送された所定圧力の燃料を噴射供給する。また、吸気通路１のマニホールド部は各気筒の一側において燃焼室２１に通じており、各燃焼室２１の略中央には、吸気通路１から導入された混合気に点火する点火プラグ２２が設けられている。
【００３４】
一方、排気通路３には、排気中における酸素濃度に応じて空燃比（検出空燃比Ａ／Ｆout)をリニアに検出する空燃比検出手段としての広域型空燃比センサ３１、及び排気中に含まれるＣＯ及びＨＣの酸化及びＮＯｘの還元を行う三元触媒を内蔵した触媒コンバータ３２が設けられている。
【００３５】
電子制御ユニット４１は、吸入空気量Ｑａ及び検出空燃比Ａ／Ｆout の他、クランク角センサ５１からの信号（これに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される）、及び温度センサ５２によって検出された冷却水温度Ｔｗが入力されて、以下に説明する空燃比制御を実施する。
【００３６】
図３は、前記空燃比制御の流れを概略示している。電子制御ユニット４１は、Ｓ１において吸入空気量Ｑａ等の各種信号を読み込んだ後、Ｓ２において本発明に係る位相遅れ補償制御を実施する。そこで、次に、この位相遅れ補償制御について、図４に示す機能ブロック図を参照して説明する。
【００３７】
本実施形態に係る位相遅れ補償制御は、Otto Smithが提案した補償制御方法に基づいて構成されており、第１減算部ｄ１において目標空燃比Ａ／Ｆcmd と検出空燃比Ａ／Ｆout との偏差を算出し、スライディングモード制御部（Ｓ／Ｍ制御部）においてこの偏差に基づいてスライディングモード制御を実施して操作量を算出し、さらにこの操作量を制御対象（プラント）であるエンジンシステムに印加するというフィードバック制御系に対し、ある条件の下でエンジンシステムに存在するむだ時間要素をフィードバックループの外部に出してフィードバック制御をすることができるようにする補償演算が付加されている。
【００３８】
すなわち、Ｓ／Ｍ制御部からの操作量を、エンジンシステムのむだ時間要素を含まないモデル（システムモデル）を表す伝達関数Ｇｍを通して、第１減算部ｄ１の出力側におけるＳ／Ｍ制御部の入力側に設けられた第２減算部ｄ２に導入するとともに、Ｓ／Ｍ制御部からの操作量を、エンジンシステムのむだ時間要素を含むモデルを表す伝達関数（即ち、伝達関数Ｇｍと、むだ時間要素を表すモデル（遅れモデル）を表す伝達関数との積）を通して第３減算部ｄ３に導入し、検出空燃比Ａ／Ｆout と前記遅れモデルからの出力との偏差を第１減算部ｄ１に導入する。
【００３９】
ここで、エンジンシステムのモデルは、実際のシステムを理論的にモデル化するか、または、実際のシステムの応答データに基づく同定を行って作成されたものである。そして、システムモデルを表す伝達関数Ｇｍは、定数ｃ及びｄを時定数として、Ｇｍ＝(aｓ+b)/(cｓ2+ dｓ+e）と表される（例えば、ａ＝-20.2,ｂ＝-2113.1,ｃ＝1,ｄ＝134.6737, ｅ＝190.2974）。また、遅れモデルを表す伝達関数は、ｅ-gs （ｇはむだ時間であり、例えば、ｇ＝50）と表される。従って、エンジンシステムのむだ時間要素を含むモデルを表す伝達関数は、Ｇｍ×ｅ-gs ＝(aｓ+b)/(cｓ2+ dｓ+e）×ｅ-gs と表されることとなる。
【００４０】
これらの伝達関数Ｇｍ及びｅ-gs は、機関運転状態に応じて切り換えられる。そして、この切り換えは、例えば、機関の加減速状態に応じて図５に示すようにして実施される。
【００４１】
すなわち、Ｓ１１において機関回転数Ｎｅの変化率（即ち、加速度）ΔＮｅを算出した後、Ｓ１２においてΔＮｅに基づいて機関が加速状態にあるか否かが判定される。加速状態にあるならば、Ｓ１３に進んで加速状態におけるエンジンシステムのモデルを表す加速時用伝達関数が設定される。加速時用伝達関数では、システムモデルを表す伝達関数Ｇｍの次数が低く設定される（例えば、Ｇｍ＝(b')/(d'ｓ+e')とする。）か、または、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが小さく設定される。
【００４２】
一方、機関が加速状態にないならば、Ｓ１４に進んで機関が減速状態にあるか否かが判定される。減速状態にあるならば、Ｓ１５に進んで減速状態におけるエンジンシステムのモデルを表す減速時用伝達関数が設定される。減速時用伝達関数では、システムモデルを表す伝達関数Ｇｍの次数が高く設定される（例えば、Ｇｍ＝ (a'ｓ+b')/(f's3+ c'ｓ2+d'ｓ+e')とする。）か、または、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが大きく設定される。また、機関が加速状態でも減速状態でもなく、定常状態にあるならば、Ｓ１６以降において定常状態におけるエンジンシステムのモデルを表す定常時用伝達関数が設定される。
【００４３】
定常時用伝達関数は、吸入空気量Ｑａ（又は吸入空気量Ｑａに対応して設定される相当値）に応じて切り換えられる。すなわち、Ｓ１６において吸入空気量Ｑａが所定量Ｑa0より大きいと判定されたときは、Ｓ１７に進んで大吸気量用伝達関数が設定される一方、Ｓ１６において吸入空気量Ｑａが所定量Ｑa0以下であると判定されたときは、Ｓ１８に進んで小吸気量用伝達関数が設定される。大吸気量用伝達関数ではむだ時間ｇが小さく設定され、小吸気量用伝達関数ではむだ時間ｇが大きく設定される。
【００４４】
このようにして機関運転状態に応じて伝達関数を切り換えることにより、機関運転状態が変化して、例えば、吸入空気量Ｑａが減少し、筒内へのガスの充填特性及び燃料の吸気管壁面への付着特性を含むシステムの応答遅れ要素の特性が変化したり、応答遅れ要素の種類や数が変化したりして、エンジンシステムの特性に変化が生じた場合や、吸入空気量Ｑａの減少に伴って排気の輸送特性に変化（むだ時間の増加）が生じた場合においても、これらの変化に対応した最適なモデルを用いることができる。
【００４５】
そして、このようにして最適なモデルを用いた結果、外乱の影響が小さいときには、第３減算部ｄ３による演算、即ち、Ｇｐ×ｅ-Ls −Ｇｍ×ｅ-gs （但し、伝達関数Ｇｐ×ｅ-Ls は実際のエンジンシステムを表し、このうちＧｐは実際のエンジンシステムからむだ時間要素を除いたものを、ｅ-Ls はエンジンシステムに存在するむだ時間要素を、また、Ｌはむだ時間を表す。）においてＧｐ＝ＧｍかつＬ＝ｇとなって、検出空燃比Ａ／Ｆout に含まれる位相遅れを正確に補償することができるようになる。このとき、図４の機能ブロック図は、図６に示すように等価変換することができる。
【００４６】
図６によれば、エンジンシステムに存在するむだ時間要素がフィードバックループの外側に出されることとなって、Ｓ／Ｍ制御部は、このようなむだ時間要素を除いたエンジンシステム、延いては、むだ時間要素を含まないシステムモデルを表す伝達関数Ｇｍのみを通した出力（Ａ／Ｆact'）を用いてフィードバック制御量を算出することとなるため、むだ時間要素による影響を排除してフィードバック制御量を算出することができる。
【００４７】
そして、Ｓ／Ｍ制御部によるフィードバック制御量の算出（図１のＳ３）は、図７に示すようにして実施される。すなわち、フィードバック制御量は、非線形成分ＵnLと線形成分ＵL とから構成され、スライディングモード制御の直接切換関数法によって切換関数ＳをＳ＝Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd として、非線形成分ＵnLが図示の非線形項算出部において下式（１）によって算出され、また、線形成分ＵL が線形項算出部において下式（２）によって算出される。
【００４８】
ＵnL＝Ｇ１×（Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ）／｜Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ｜
＋ＵnLold                                         ・・・（１）
但し、ＵnLold は、非線形成分によるフィードバックゲインの前回値である。
【００４９】
ＵL ＝Ｇ２×（Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ）／（Ａ／Ｆact') ・・・（２）
このように、切換関数ＳをＳ＝Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd とすることにより、切換平面Ｓ＝０が所望の状態であるＡ／Ｆact'＝Ａ／Ｆcmd の状態となり、この切換平面を横切る毎に非線形成分ＵnLによるフィードバックゲインの増減方向（正負）が切り換えられ、このように切換平面において増減方向が切り換えられるフィードバックゲインを積分した値として非線形成分ＵnLが算出される。
【００５０】
また、線形成分ＵL は、目標空燃比Ａ／Ｆcmd が大きく切り換えられた場合に、状態量を切換平面上に収束させる速度を調節するように設定され、偏差（Ａ／Ｆact'−Ａ／Ｆcmd ）が大きいほど大きい値に設定されて状態量を切換平面上に速やかに収束させつつ、切換平面に接近してくると小さい値に減少して、オーバーシュートを抑制するように機能する。
【００５１】
そして、算出されたフィードバック制御量を用いて、燃料噴射量の算出に用いるフィードバック補正係数αを算出する。ここでは、非線形項算出部からの非線形成分ＵnLに線形項算出部からの線形成分ＵL を加え、さらに、フィードバック補正係数αの中央値（フィードバック無しに相当する値＝１）を加え、リミッタ処理部において下限以上、上限以下となるようにリミッタ処理が実施された後、フィードバック補正係数αが出力される。
【００５２】
続いて、出力されたフィードバック補正係数αを用いて燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）Ｔｉを算出し（図３のＳ４）、燃料噴射弁１４に駆動信号（パルス信号）を出力して相当量の燃料を噴射させ（図３のＳ５）、混合気の空燃比を目標値に制御する。ここで、燃料噴射量Ｔｉの算出は通常の空燃比制御のものと同様でよく、例えば、吸入空気量Ｑａ及び機関回転数Ｎｅに基づいて算出される基本燃料噴射量を冷却水温度Ｔｗ等に基づく各種補正係数を用いて補正した値に、前記フィードバック補正係数αを乗じ、これにバッテリ電圧補正分を加算する。
【００５３】
以上の説明では、エンジンシステムのモデルを表す伝達関数を機関の加減速状態に応じて切り換えたが、この切り換えは、加減速状態の代わりに吸気管壁温に応じて実施されてもよい。このため、吸気管壁温を推定する手段として冷却水温度Ｔｗを検出し、基準温度Ｔw0との比較によって切り換える。
【００５４】
すなわち、図８のＳ２１において冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔw0より高いか否かが判定され、高ければ、Ｓ２２に進んで高温状態におけるエンジンシステムのモデルを表す高温時用伝達関数が設定される。高温時用伝達関数では、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが小さく設定される。一方、冷却水温度Ｔｗが基準温度Ｔw0以下であるならば、Ｓ２３に進んで低温状態におけるエンジンシステムのモデルを表す低温時用伝達関数が設定される。低温時用伝達関数では、時定数ｃ及びｄ、及びむだ時間ｇが大きく設定される。
【００５５】
吸気管壁温の推定は、冷却水温度Ｔｗだけでなく、潤滑油温度又は吸気温度を検出し、それぞれの基準温度との比較によって同様に実施することもでき、また、このような１点定数による切り換えばかりでなく、テーブル又はマップを用いてより厳密に切り換えるようにしてもよい。
【００５６】
このように、吸気管壁温（推定値）に応じてエンジンシステムのモデルを切り換えるようにすることで、特に、吸気管壁面に付着した燃料の蒸発特性の変化によるシステムの特性の変化に対応してモデルを切り換えて、検出空燃比Ａ／Ｆout に含まれる位相遅れを補償することができるようになる。
【００５７】
また、本実施形態では、スミス法を適用し、実際のエンジンシステム（Ｇｐ×ｅ-Ls ）を通した出力からモデル（Ｇｍ×ｅ-gs ）を通した出力を減じて、即ち、Ｇｐ×ｅ-Ls −Ｇｍ×ｅ-gs の演算を行って位相遅れを補償したが、例えばバートレイ法を適用し、第３減算部ｄ３の代わりに、実際のエンジンシステムを通した出力からモデルを通した出力を除する、即ち、（Ｇｐ×ｅ-Ls ）／（Ｇｍ×ｅ-gs ）の演算を行う除算部を設けて位相遅れを補償してもよい。
【００５８】
以上に説明したように、本発明によれば、エンジンシステムに存在するむだ時間要素による影響が排除された状態でフィードバック制御量を算出することができるため、制御系の安定性を維持することができるばかりでなく、機関運転状態全域に渡って大きなフィードバック制御量を出力することができるようになるため、制御系の応答性も確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の構成を示す図
【図３】同上実施形態に係る空燃比制御を流れを示す図
【図４】同上空燃比制御における検出空燃比の位相遅れ補償制御を示す図
【図５】伝達関数の切り換え制御の一例を示す図
【図６】本発明の一実施形態に係る空燃比制御における検出空燃比の位相遅れ補償制御の効果を示す図
【図７】同上空燃比制御におけるフィードバック制御量の算出手順を示す図
【図８】伝達関数の切り換え制御の他の例を示す図
【図９】むだ時間要素による影響を示す図
【符号の説明】
Ｅ  内燃機関
１  吸気通路
１１  エアクリーナ
１２  エアフロメータ
１３  スロットル弁
１４  燃料噴射弁
２１  燃焼室
２２  点火プラグ
３  排気通路
３１  空燃比センサ
３２  触媒コンバータ（三元触媒）
４１  電子制御ユニット
５１  クランク角センサ
５２  温度センサ
６１  アクセルペダル
７１  燃料通路
【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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