CN102733970A - 空燃比控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空燃比控制装置，即使不在催化剂的上游设置LAF传感器，也能够实现空燃比的适当化，能够促进系统的成本降低、空燃比控制对摩托车等的适用。预测催化剂的下游侧的空燃比的预测器(102)至少根据来自于氧气传感器的实际空燃比(SVO2)及第一校正系数(DKO2OP)的历史计算预测空燃比(DVPRE)，具有自适应模型修正器(122)，该自适应模型修正器将实际空燃比(SVO2)与预测空燃比(DVPRE)的偏差作为预测误差(ERPRE)，对第一校正系数(DKO2OP)重叠第二校正系数(KTIMB)以使预测误差为零。

Description

空燃比控制装置

技术领域

本发明涉及一种空燃比控制装置，例如涉及一种适合用于具备内燃机的车辆(摩托车等)的空燃比控制装置。

背景技术

例如在汽车等通过催化剂装置净化并释放内燃机(以下记为发动机)的排放气体的系统中，从保护环境的观点来看，希望将发动机的排放气体的空燃比控制在使催化剂装置的排放气体净化能力良好的适当空燃比。

作为进行这种空燃比控制的装置，例如有专利文献1所记载的空燃比控制装置。

在该专利文献1中，为了消除根据用于确定发动机中的燃料喷射量的燃料喷射量映射(发动机转速、节气门开度、负压等为参数)求出的燃料喷射量相对于目标空燃比的偏移，而公开了一种具有对上述燃料喷射量重叠了校正系数的结构的空燃比控制装置。

具体而言，在配置于发动机的排气管内的催化剂装置(净化器)的上游设置LAF传感器(在排放气体的氧气浓度(空燃比)广的范围内，转换为与其成比例的电平的信号的传感器)，在催化剂装置的下游设置氧气传感器(空燃比传感器)。并且，使用LAF传感器的检测值求出催化剂后的空燃比的预测值，使用该预测值例如通过滑动模式控制器求出校正系数。

专利文献1：日本专利第3373724号公报

发明内容

然而，由于LAF传感器昂贵，出于系统的成本降低、摩托车等中配置空间具有限制等理由，希望废除设置在催化剂装置的上游的LAF传感器。

但是，由于使作为排放的目标值的氧气传感器的输出值(SVO2)以将发动机的吸排气为模型的滑动模式控制器(SMC)的输入值即所述输出值(SVO2)为基础收敛于目标值，所以不在催化剂装置的上游设置LAF传感器时，无法测量催化剂前的空燃比，因此无法监控所述发动机的模型中的发动机的公差和老化、燃料喷射阀的喷射误差等预测，所述输出值(SVO2)的预测值的预测范围扩大，利用滑动模式控制器(SMC)进行的向目标值的收敛有可能耗费时间。

另外，由于滑动模式控制器(SMC)的收敛增益也具有调整的限度，因此也可以认为在不消除输出值(SOV2)的预测值的预测误差的情况下无法使输出值(SVO2)收敛于目标值。

本发明是考虑这种课题而完成的，其目的在于提供一种空燃比控制装置，即使不在催化剂装置的上游设置LAF传感器，也能够实现空燃比的适当化，能够促进系统的成本降低、空燃比控制对摩托车等的适用。

[1]本发明的技术方案1所涉及的空燃比控制装置，具备：基本燃料喷射映射(118)，至少根据发动机转速、节气门开度、吸入空气压的参数确定对于发动机(28)的燃料喷射量；空燃比检测单元(52)，被设置在设置于发动机(28)的排气管(32)的催化剂(50)的下游，检测空燃比；空燃比预测单元(102)，预测所述催化剂(50)的下游侧的空燃比；以及校正系数计算单元(104)，根据来自于所述空燃比预测单元(102)的预测空燃比，确定针对所述燃料喷射量的校正系数(DKO2OP)，其特征在于，所述空燃比预测单元(102)至少根据来自于所述空燃比检测单元(52)的实际空燃比(SVO2)及所述校正系数(DKO2OP)的历史计算所述预测空燃比(DVPRE)，所述空燃比控制装置具有自适应模型修正单元(122)，该自适应模型修正单元(122)将所述实际空燃比(SVO2)与对应于该实际空燃比的过去预测的所述预测空燃比(DVPRE)的偏差作为预测误差(ERPRE)，并对所述校正系数(DKO2OP)重叠第二校正系数(KTIMB)以使所述预测误差为零。

[2]本发明的技术方案2所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案1所述的空燃比控制装置中，具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)及所述自适应模型修正单元(122)，所述自适应模型修正单元(122)具有根据所述预测误差(ERPRE)判定预测精度的预测精度判定单元(146)，在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度下降的阶段，所述控制部(126)使所述校正系数计算单元(104)进行的处理暂时停止，在这期间缩短所述自适应模型修正单元(122)的启动周期。

[3]本发明的技术方案3所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案2所述的空燃比控制装置中，在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度下降的阶段，不使用所述空燃比预测单元(102)，而是进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

[4]本发明的技术方案4所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案2所述的空燃比控制装置中，在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度确保的阶段，所述控制部(126)将所述自适应模型修正单元(122)的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述校正系数计算单元(104)的暂时停止。

[5]本发明的技术方案5所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案1所述的空燃比控制装置中，具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)，所述自适应模型修正单元(122)具有根据所述预测误差(ERPRE)判定预测精度的预测精度判定单元(146)，在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度下降的阶段，所述控制部(126)使所述校正系数计算单元(104)进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

[6]本发明的技术方案6所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案1所述的空燃比控制装置中，具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)及所述自适应模型修正单元(122)，所述控制部(126)根据表示空燃比反馈条件成立的信号(Se)的输入，使所述校正系数计算单元(104)进行的处理暂时停止预先设定的时间，在这期间缩短所述自适应模型修正单元(122)的启动周期。

[7]本发明的技术方案7所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案6所述的空燃比控制装置中，根据表示空燃比反馈条件成立的信号(Se)的输入，不使用所述空燃比预测单元(102)，而是进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

[8]本发明的技术方案8所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案6所述的空燃比控制装置中，所述控制部(126)在经过了所述预先设定的时间的阶段，将所述自适应模型修正单元(122)的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述校正系数计算单元(104)的暂时停止。

[9]本发明的技术方案9所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案1所述的空燃比控制装置中，具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)，所述控制部(126)根据表示空燃比反馈条件成立的信号(Se)的输入，使所述校正系数计算单元(104)按照预先设定的时间进行反馈，以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

[10]本发明的技术方案10所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案3或7所述的空燃比控制装置中，具有专用的反馈单元，该专用的反馈单元进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

[11]本发明的技术方案11所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案10所述的空燃比控制装置中，所述反馈单元为滑动模式控制单元(124)或者PID控制单元。

[12]本发明的技术方案12所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案2或6所述的空燃比控制装置中，所述校正系数计算单元(104)是反馈所述校正系数(DKO2OP)以使所述预测空燃比(DVPRE)的误差为零的滑动模式控制单元(104)，所述控制部(126)使所述滑动模式控制单元(104)进行的控制动作暂时停止，并且使鉴别所述滑动模式控制单元(104)的参数的鉴别器(106)暂时停止。

[13]本发明的技术方案13所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案4或8所述的空燃比控制装置中，所述校正系数计算单元(104)是反馈所述校正系数(DKO2OP)以使所述预测空燃比(DVPRE)的误差为零的滑动模式控制单元(104)，所述控制部(126)将所述自适应模型修正单元(122)的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述滑动模式控制单元(104)的暂时停止，将鉴别所述滑动模式控制单元(104)的参数的鉴别器(106)的参数复位为初始值。

[14]本发明的技术方案14所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案1所述的空燃比控制装置中，所述基本燃料喷射映射(118)具有基于发动机转速和节气门开度的第一基本燃料喷射映射(118a)、以及基于发动机转速和吸入空气压的第二基本燃料喷射映射(118b)，所述空燃比控制装置进一步具有映射选择单元(142)，该映射选择单元(142)在所述第一基本燃料喷射映射(118a)及第二基本燃料喷射映射(118b)之中，根据发动机转速及节气门开度选择所使用的基本燃料喷射映射，在通过所述映射选择单元(142)选择出所述第一基本燃料喷射映射(118a)时，所述自适应模型修正单元(122)在一定时间周期内反馈预测误差校正量(θthIJ)以使反映了基于发动机转速和节气门开度的权重成分的预测误差(ERPRE)为零，根据规定的定时中的所述预测误差校正量(θthIJ)求出所述第二校正系数(KTIMB)。

[15]本发明的技术方案15所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案14所述的空燃比控制装置中，所述自适应模型修正单元(122)具有：加权单元(152)，在所述一定时间周期内，对所述预测误差(ERPRE)重叠以下权重成分，即，反映了对所述空燃比检测单元(52)的空燃比的灵敏度的第一权重成分(WSO2S)、反映了针对发动机转速和节气门开度的变化的所述第一基本燃料喷射映射(118a)的值的变化的第二权重成分(Wtha)、以及与将所述第一基本燃料喷射映射(118a)根据发动机转速和节气门开度划分出的多个区域对应的第三权重成分(WthIJ)，从而得到与所述多个区域对应的校正模型误差(EwIJ)；反馈单元(154)，在所述一定时间周期内，反馈与所述多个区域对应的预测误差校正量(θthIJ)，以使与所述多个区域对应的所述校正模型误差(EwIJ)分别为零；以及对所述规定的定时中的与所述多个区域对应的所述预测误差校正量(θthIJ)分别重叠与所述多个区域对应的第三权重成分(WthIJ)而求出与所述多个区域对应的修正系数(KTITHIJ)，并将所有的修正系数相加而求出所述第二校正系数(KTIMB)的单元。

[16]本发明的技术方案16所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案1所述的空燃比控制装置中，所述基本燃料喷射映射(118)具有基于发动机转速和节气门开度的第一基本燃料喷射映射(118a)、以及基于发动机转速和吸入空气压的第二基本燃料喷射映射(118b)，所述空燃比控制装置进一步具有映射选择单元(142)，该映射选择单元(142)在所述第一基本燃料喷射映射(118a)及第二基本燃料喷射映射(118b)之中，根据发动机转速及节气门开度选择所使用的基本燃料喷射映射，在通过所述映射选择单元(142)选择出所述第二基本燃料喷射映射(118b)时，所述自适应模型修正单元(122)在一定时间周期内反馈预测误差校正量以使反映了基于发动机转速和吸入空气压的权重成分的预测误差为零，根据规定的定时中的所述预测误差校正量求出所述第二校正系数(KTIMB)。

[17]本发明的技术方案17所涉及的空燃比控制装置，其特征在于，在技术方案16所述的空燃比控制装置中，所述自适应模型修正单元(122)具有：加权单元(152)，在所述一定时间周期内，对所述预测误差(ERPRE)重叠以下权重成分，即，反映了对所述空燃比检测单元(52)的空燃比的灵敏度的第一权重成分、反映了针对发动机转速和吸入空气压的变化的所述第二基本燃料喷射映射(118b)的值的变化的第二权重成分、以及与将所述第二基本燃料喷射映射(118b)根据发动机转速和吸入空气压划分出的多个区域对应的第三权重成分，从而得到与所述多个区域对应的校正模型误差(EwIJ)；反馈单元(154)，在所述一定时间周期内，反馈与所述多个区域对应的预测误差校正量(θthIJ)，以使与所述多个区域对应的所述校正模型误差(EwIJ)分别为零；以及对所述规定的定时中的与所述多个区域对应的所述预测误差校正量分别重叠与所述多个区域对应的第三权重成分而求出与所述多个区域对应的修正系数，并将所有的修正系数相加而求出所述第二校正系数(KTIMB)的单元。

发明效果：

(1)根据技术方案1所涉及的本发明，即使废除设置在催化剂装置的上游的LAF传感器，由于在自适应模型修正单元中，生成第二校正系数以使所述实际空燃比与对应于该实际空燃比的通过空燃比预测单元过去预测的所述预测空燃比的偏差为零，因此能够不使用LAF传感器就能够提高氧气传感器的输出值(SVO2)的预测值的准确性的精度，所以在不扩大输出值(SVO2)的预测值的预测范围的情况下，就能够通过校正系数计算单元迅速地使输出值(SVO2)的预测值收敛于目标值。因而，能够实现催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。因此，由于能够省略LAF传感器，所以能够省略与LAF传感器相关的电线束(harness)、ECU的接口电路，能够实现系统的成本降低、配置空间的省空间化等，还能够易于适用于摩托车等配置空间小的车辆。

(2)根据技术方案2所涉及的本发明，由于在判定为预测精度下降的阶段，暂时停止所述校正系数计算单元进行的处理，在这期间缩短所述自适应模型修正单元的启动周期，因此能够缩短使预测误差收敛为零的时间。

(3)根据技术方案3所涉及的本发明，由于在判定为预测精度下降的阶段，不使用所述空燃比预测单元，而是进行反馈以使所述实际空燃比与预先设定的目标值的误差为零，因此与使用了空燃比预测单元的情况相比，能够缩短确保预测精度为止的时间。

(4)根据技术方案4所涉及的本发明，由于在判定为预测精度确保的阶段，将自适应模型修正单元的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述校正系数计算单元的暂时停止，因此在预测精度确保的阶段，再次开始利用校正系数计算单元生成第一校正系数，所以能够进一步提高预测精度，加快催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

(5)根据技术方案5所涉及的本发明，由于在判定为预测精度下降的阶段，使得通过所述校正系数计算单元进行反馈以使所述实际空燃比与预先设定的目标值的误差为零，因此不需要专用的反馈单元，能够实现结构的简化。

(6)根据技术方案6所涉及的本发明，由于根据表示空燃比反馈条件成立的信号的输入，使所述校正系数计算单元进行的处理暂时停止预先设定的时间，在这期间缩短所述自适应模型修正单元的启动周期，因此即使在空燃比反馈条件成立之前开始因行驶条件等产生预测误差时，也能够从空燃比反馈条件成立的时间点开始在初始阶段消除预测误差。

(7)根据技术方案7所涉及的本发明，由于根据表示空燃比反馈条件成立的信号的输入，不使用所述空燃比预测单元，而是进行反馈以使所述实际空燃比与预先设定的目标值的误差为零，因此即使在空燃比反馈条件成立之前开始因行驶条件等产生预测误差时，也能够从空燃比反馈条件成立的时间点开始在初始阶段消除预测误差。

(8)根据技术方案8所涉及的本发明，在判定为预测精度下降之后，在经过了所述预先设定的时间(规定时间)的阶段，将所述自适应模型修正单元的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述校正系数计算单元的暂时停止，因此在经过了一次以上的规定时间之后，在预测精度确保的阶段，再次开始利用校正系数计算单元生成第一校正系数，所以能够进一步提高预测精度，加快催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。作为一次规定时间，设定为期待为预测精度确保的时间，在最长经过了两次规定时间的时间点处确保预测精度。

(9)根据技术方案9所涉及的本发明，由于根据表示空燃比反馈条件成立的信号的输入，使得通过所述校正系数计算单元按照预先设定的时间进行反馈以使所述实际空燃比与预先设定的目标值的误差为零，因此不需要专用的反馈单元，能够实现结构的简化。

(10)根据技术方案10所涉及的本发明，由于通过专用的反馈单元进行反馈以使所述实际空燃比与预先设定的目标值的误差为零，因此能够暂时停止校正系数计算单元进行的处理。由此，能够缩短所述自适应模型修正单元的启动周期，能够缩短使预测误差收敛为零的时间。

(11)根据技术方案11所涉及的本发明，由于将滑动模式控制单元或者PID控制单元用作为进行反馈以使所述实际空燃比与预先设定的目标值的误差为零的专用的所述反馈单元，因此能够尽早确保预测精度。特别是，如果使用PID控制单元，则能够进一步缩短确保预测精度为止的时间。

(12)根据技术方案12所涉及的本发明，由于在判定为预测精度下降的阶段，或者根据表示空燃比反馈条件成立的信号的输入，暂时停止所述滑动模式控制单元进行的控制动作，并且暂时停止鉴别所述滑动模式控制单元的参数的鉴别器，因此能够缩短所述自适应模型修正单元的启动周期，能够缩短使预测误差收敛为零的时间。

(13)根据技术方案13所涉及的本发明，由于在判定为预测精度确保的阶段，或者从表示空燃比反馈条件成立的信号输入的时间点起经过了预先设定的时间的阶段，将所述自适应模型修正单元的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述滑动模式控制单元的暂时停止，并将鉴别所述滑动模式控制单元的参数的鉴别器的参数复位为初始值，因此在预测精度确保时或者期待为预测精度确保的阶段，作为鉴别参数不使用预测精度下降时的鉴别参数，而是使用初始值，从而能够维持预测精度的确保，能够加快催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

(14)根据技术方案14所涉及的本发明，在自适应模型修正单元中，在一定时间周期内反馈预测误差校正量以使反映了对使用的第一基本燃料喷射映射的基于发动机转速和节气门开度的权重成分的预测误差为零，根据规定的定时中的所述预测误差校正量求出所述第二校正系数，因此即使废除设置在催化剂装置的上游的LAF传感器，也能够实现催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

(15)根据技术方案15所涉及的本发明，在一定时间周期内，为了使与将第一基本燃料喷射映射根据发动机转速和节气门开度划分出的多个区域对应的校正模型误差分别为零，反馈与所述多个区域对应的预测误差校正量，并根据规定的定时中的与所述多个区域对应的所述预测误差校正量求出与所述多个区域对应的修正系数，将所有的修正系数相加而求出所述第二校正系数，因此所述第二校正系数成为将所使用的映射值用多个区域的修正系数进行修正以使预测误差为零的值。因此，具有这种特性的第二校正系数与第一校正系数重叠，从而能够实现催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

特别是，由于对预测误差重叠以下权重成分，即，反映了对空燃比检测单元的空燃比的灵敏度的第一权重成分、反映了针对发动机转速和节气门开度的变化的第一基本燃料喷射映射的值的变化的第二权重成分、以及与将第一基本燃料喷射映射根据发动机转速和节气门开度划分出的多个区域对应的第三权重成分，从而作为校正模型误差，因此能够高精度地进行催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

(16)根据技术方案16所涉及的本发明，在自适应模型修正单元中，在一定时间周期内反馈预测误差校正量，以使反映了对使用的第二基本燃料喷射映射的基于发动机转速和吸入空气压的权重成分的预测误差为零，根据规定的定时中的所述预测误差校正量求出所述第二校正系数，因此即使废除设置在催化剂装置的上游的LAF传感器，也能够实现催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

(17)根据技术方案17所涉及的本发明，由于在一定时间周期内，为了使与将第二基本燃料喷射映射根据发动机转速和吸入空气压划分出的多个区域对应的校正模型误差分别为零，反馈与所述多个区域对应的预测误差校正量，并根据规定的定时中的与所述多个区域对应的所述预测误差校正量求出与所述多个区域对应的修正系数，将所有的修正系数相加而求出所述第二校正系数，因此所述第二校正系数成为将使用的映射值用多个区域的修正系数进行修正以使预测误差为零的值。因此，具有这种特性的第二校正系数与第一校正系数重叠，从而能够实现催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

特别是，由于对预测误差重叠以下权重成分，即，反映了对空燃比检测单元的空燃比的灵敏度的第一权重成分、反映了针对发动机转速和吸入空气压的变化的第二基本燃料喷射映射的值的变化的第二权重成分、以及与将第二基本燃料喷射映射根据发动机转速和吸入空气压划分出的多个区域对应的第三权重成分，从而作为校正模型误差，因此能够高精度地进行催化剂装置的下游中的空燃比的适当化。

附图说明

图1是表示设置有本实施方式所涉及的空燃比控制装置的摩托车的一例的立体图。

图2是表示摩托车的发动机的控制系统的一例的方框图。

图3是表示本实施方式所涉及的空燃比控制装置(空燃比控制部)的结构的控制方框图。

图4是表示比较例所涉及的空燃比控制部的结构的控制方框图。

图5是表示利用预测器的预测模型的说明图。

图6是表示滑动模式控制的动作概念的说明图。

图7是表示自适应模型修正器的结构的方框图。

图8是表示自适应模型修正器的具体结构的方框图。

图9A是表示相对于空燃比A/F的氧气传感器的输出的变化的特性图，图9B是表示相对于实际空燃比的第一加权成分的变化的特性图。

图10A是表示相对于节气门开度的基本燃料喷射量的变化的特性图，图10B是表示相对于节气门开度的第二加权成分的变化的特性图。

图11A是表示相对于发动机转速NE的加权函数的特性图，图11B是表示相对于节气门开度TH的加权函数的特性图。

图12是用于说明根据预测误差校正量求出修正系数的原理的图。

图13是表示第一变形例所涉及的空燃比控制部的结构的控制方框图。

图14是表示第二变形例所涉及的空燃比控制部的结构的控制方框图。

图15是表示第三变形例所涉及的空燃比控制部的结构的控制方框图。

图16是表示第四变形例所涉及的空燃比控制部的结构的控制方框图。

图17是表示第五变形例所涉及的空燃比控制部的结构的控制方框图。

符号说明

10...空燃比控制装置

12...摩托车

28...发动机

30...吸气管

32...排气管

38...节气门阀

40...燃料喷射阀

44...节气门传感器

48...PB传感器

50...催化剂装置

52...氧气传感器

62...ECU

100...空燃比控制部

102...预测器

104...第一滑动模式控制部

106...鉴别器

108...空燃比基准值计算部

110...LAF传感器

116...基本燃料喷射量计算部

118...基本燃料喷射映射(map)

118a...第一基本燃料喷射映射

118b...第二基本燃料喷射映射

122...自适应模型修正器

124...第二滑动模式控制部

126...控制部

128...切换部

140...选择用映射

142...映射选择部

144...过滤处理部

146...预测精度判定部

148a...第一校正量运算部

148b...第二校正量运算部

150a...第一校正系数运算部

150b...第二校正系数运算部

152...加权部

154...滑动模式控制部

具体实施方式

下面，参照图1～图17对例如将本发明所涉及的空燃比控制装置适用于摩托车的实施方式例进行说明。

首先，参照图1对搭载了本实施方式所涉及的空燃比控制装置10的摩托车12进行说明。

如图1所示，摩托车12是车体前部14与车体后部16经由较低的底板部18连结而构成。车体前部14在其上部旋转自如地安装有车把20，在下部轴支撑有前轮22。车体后部16在其上部安装有车座24，在下部轴支撑有后轮26。

如图2示意性所示，对于摩托车12的发动机28，设置有吸气管30和排气管32，在发动机28与空气过滤器34之间配设有吸气管30。在设置于吸气管30的节气门体36中设置有节气门阀38。在吸气管30上，在发动机28与节气门体36之间设置有燃料喷射阀40。

节气门阀38根据节气门手柄42(参照图1)的转动操作进行转动，由节气门传感器44探测其转动量(节气门阀38的开度)。根据驾驶员的节气门手柄42的操作，开闭节气门阀38，从而使向发动机28供给的空气量可变。

对于发动机28设置有探测发动机冷却水温的水温传感器46，对于吸气管30设置有探测吸入空气压(吸气负压)的PB传感器48。设置有氧气传感器52(空燃比检测单元)，该氧气传感器52被设置在设置于发动机28的排气管的催化剂装置的下游，检测催化剂装置50的下游侧的空燃比。由该氧气传感器52探测出的氧气浓度相当于通过了催化剂装置50之后的排放气体的实际空燃比。另外，对于发动机28设置有根据减速机构54的输出齿轮的转速探测车速的车速传感器56。起动开关58是根据点火钥匙的操作起动发动机28的开关。进而，在远离空气过滤器34的吸气管30的位置处，设置有大气压传感器60。

而且，发动机控制装置(发动机控制单元：ECU62)具有作为本实施方式所涉及的空燃比控制装置10发挥功能的空燃比控制部100。

如图3所示，该空燃比控制部100具有：预测器102(空燃比预测单元)，预测催化剂装置50的下游侧的空燃比；第一滑动模式控制部104(校正系数计算单元)，根据来自于该预测器102的预测空燃比DVPRE确定对燃料喷射量的第一校正系数DKO2OP(k)；鉴别器106，鉴别第一滑动模式控制部104与预测器102的参数；以及空燃比基准值计算部108，计算空燃比基准值。

这里，对于预测器102、第一滑动模式控制部104、鉴别器106以及空燃比基准值计算部108的动作，与图4的比较例(与专利文献1中记载的空燃比控制装置类似的空燃比控制部300)进行对比说明。

首先，图4的比较例所涉及的空燃比控制部300以如下为前提：在催化剂装置50的上游侧设置有LAF传感器110(参照图2的虚线框)，输入来自于该LAF传感器110的催化剂前空燃比A/F(k)。

预测器102为了确定催化剂装置50的下游侧的燃料喷射量(目标空燃比)，预测从当前时刻(k)起经过了空耗时间dt(与从燃料喷射阀40到氧气传感器52的距离对应的空耗时间)后的空燃比(VO2)。

在将当前时刻设为k时，该预测器102的预测模型如图5所示，如果知道时间点ta～时间点tb间的催化剂前的空燃比фin及氧气传感器52的输出Vout，则能够根据以下的关系式(1)预测k+dt时间点的输出Vout(k+dt)＝Vpre(k)。

【式1】

$\mathrm{Vpre}\left(k\right)=\mathrm{\α}1\×{V_{\mathrm{out}}}^{\′}\left(k\right)+\mathrm{\α}2\×{V_{\mathrm{out}}}^{\′}(k-1)+\underset{i=1}{\overset{\mathrm{dt}}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βj}+{{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{in}}}^{\′}(k+\mathrm{dt}-d-j)$

但是，由于j＝1～(dt-d-1)的фin无法在k时间点进行观测，因此由目标值(фop)代用。这里，Vout’(k)为k时间点下的氧气传感器52的输出与目标值的偏差，Vout’(k-1)表示k时间点的1单位时间(一定时间周期)前的氧气传感器52的输出与目标值的偏差。α1、α2以及βj为由鉴别器106确定的参数。

第一滑动模式控制部104进行与模型误差(预测空燃比-目标值)相应的喷射量的计算。通常，滑动模式控制为如下可变结构型的反馈控制手法：如图6示出其概念所示，预先构筑通过以控制对象的多个状态量为变量的线性函数表示的切换直线，通过高增益控制使这些状态量在切换直线上快速收敛(到达模式)，进而，通过所谓的等价控制输入，使状态量约束于切换直线上并收敛于切换直线上的所需的平衡点(收敛点)(滑动模式)。

这种滑动模式控制具有如下优异的特性：如果控制对象的多个状态量收敛于切换直线上，则几乎不会受到干扰等影响，能够使状态量稳定地收敛于切换直线上的平衡点。

为了使催化剂装置50的下游侧的排放气体的氧气浓度等特定成分的浓度沉降为规定的适当值，在求出发动机28的空燃比的校正量时，例如将催化剂装置50的下游侧的排放气体的特定成分的浓度的值和其变化速度作为控制对象即排放系统的状态量，为了使这些状态量分别使用滑动模式控制收敛于切换直线上的平衡点(浓度的值及其变化速度分别为规定的适当值及“0”的点)，求出空燃比的校正量。如果使用滑动模式控制求出空燃比的校正量，则与现有的PID控制等相比较，能够高精度地使催化剂的下游侧的排放气体的特定成分的浓度沉降为规定的适当值。

而且，滑动模式控制中的切换函数以及控制输入运算式如下所示。

【式2】

σ(k)＝V_out′(k)+SV_out′(k-1)         (- 1＜S＜0)

[控制输入运算式]

φ_op(k)＝U_eq(k)+U_rch(k)+U_adp(k)

等价法则输入

$U_{\mathrm{eq}}\left(k\right)=\frac{1}{b1\left(k\right)}\{(1-S-a1\left(k\right)){V_{\mathrm{out}}}^{\′}\left(k\right)+(S-a2\left(k\right)){V_{\mathrm{out}}}^{\′}(k-1)\}$

「σ(k+1)＝σ(k)」

到达法则输入

$U_{\mathrm{rch}}\left(k\right)=\frac{{-K}_{\mathrm{rch}}}{b1\left(k\right)}\mathrm{\σ}\left(k\right)$

适应法则输入

$U_{\mathrm{adp}}\left(k\right)=\frac{{-K}_{\mathrm{adp}}}{b1\left(k\right)}\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\σ}\left(i\right)$

这里，Ueq(k)为等价法则输入，Urch(k)为到达法则输入，Uadp(k)为适应法则输入，通过以上的式子进行计算。另外，这里的Vout’(k)及Vout’(k-1)表示模型误差，Vout’(k)表示k时间点处的预测空燃比与目标值的偏差，Vout’(k-1)表示k时间点的1单位时间(一定时间周期)前的预测空燃比与目标值的偏差。

此外，Krch、Kadp表示反馈增益，S表示切换函数设定参数。

鉴别器106通过修正预测器102的模型参数，来补偿预测器102中的预测精度。另外，对于第一滑动模式控制部104，调整参数a1(k)、a2(k)及b1(k)，以使通过基于与模型误差相应的σ(k)向切换直线的收敛速度(反馈增益)的调整的模型式【式3】

V_out′(k+1)＝a1×V_out′(k)+a2(k)×V_out′(k-1)+b1(k)×φ_in′(k-d)

计算出的Vout’(k+1)的偏差最小。这成为通过修正预测式的模型参数来修正相对于催化剂前空燃比φin和目标空燃比φop的Vout的对应关系。

如图4所示，空燃比基准值计算部108使用预先设定的映射求出根据来自于第一滑动模式控制部104的适应法则输入Uadp(k)规定的发动机28的空燃比基准值。

通过加法器112对来自于第一滑动模式控制部104的输出、即向排气系统的控制输入Uop(＝DKO2OP(k))与来自于空燃比基准值计算部108的空燃比基准值进行相加而求出目标空燃比KO2(k)。该目标空燃比KO2(k)被输入到后级的自适应控制部114。该自适应控制部114是根据LAF传感器110的检测空燃比φin(＝A/F(k))与目标空燃比φop(KO2(k))并考虑发动机28的运转状态的变化、特性变化等的动态变化来自适应地求出反馈校正系数KAF的递推式形式的控制器。

而且，基本燃料喷射量计算部116使用预先设定的基本燃料喷射映射118求出根据发动机转速NE、节气门开度TH、吸入空气压PB规定的基准的燃料喷射量，并通过按照节气门阀的有效开口面积校正该基准的燃料喷射量来计算基本燃料喷射量TIMB。该基本燃料喷射量TIMB被供给至乘法器120，根据来自于自适应控制部114的反馈校正系数KAF、以及由水温、吸气温、大气压等构成的环境校正系数KECO进行校正并作为燃料喷射时间Tout输出。

如上所述的比较例所涉及的空燃比控制部300由于使用昂贵的LAF传感器110，所以存在无法实现系统的成本降低、在配置空间具有限制的摩托车等中无法适用这样的问题。因此，可以预想到在比较例所涉及的空燃比控制部300中，在催化剂装置50的上游不设置LAF传感器110时，就无法测量催化剂前的空燃比φin，因此催化剂后的空燃比的预测精度会下降，因发动机28、燃料喷射阀40的特性差异、经年老化等而相对于理论空燃比产生了大幅偏移时，无法适当地求出校正系数，难以实现空燃比的适当化。

因此，如图3所示，本实施方式所涉及的空燃比控制部100具有：自适应模型修正器122(自适应模型修正单元)，将实际空燃比SVO2(k)与预测空燃比DVPRE(k-dt)的偏差作为预测误差ERPRE(k)，对第一校正系数DKO2OP(k)重叠第二校正系数KTIMB以使上述预测误差ERPRE(k)为零；第二滑动模式控制部124，在预测器102中的预测精度下降的阶段，进行反馈以使实际空燃比SVO2(k)与预先设定的目标值的误差为零；控制部126，至少控制第一滑动模式控制部104与自适应模型修正器122；以及切换部128，根据来自于控制部126的指示，对第一滑动模式控制部104侧的输出与第二滑动模式控制部124侧的输出进行切换。切换部128通常选择第一滑动模式控制部104侧的输出，根据来自于控制部126的切换指示信号切换为第二滑动模式控制部124侧的输出。

进而，该空燃比控制部100具有：时间调整部130，使来自于预测器102的预测空燃比DVPRE(k)延迟空耗时间dt；以及减法器132，取来自于时间调整部130的输出DVPRE(k-dt)与来自于氧气传感器52的实际空燃比SVO2(k)的差分来作为预测误差ERPRE(k)，其中，来自于该减法器132的预测误差ERPRE(k)被供给至自适应模型修正器122。由加法器134对从自适应模型修正器122输出的第二校正系数KTIMB加1。加法器134的输出与目标空燃比KO2(k)由乘法器136相乘而作为对目标空燃比KO2(k)重叠了第二校正系数KTIMB的校正空燃比输出。该校正空燃比由减法器138减去空燃比基准值，输入到预测器102及鉴别器106。

上述的基本燃料喷射映射118具有基于发动机转速NE和节气门开度TH的第一基本燃料喷射映射118a、以及基于发动机转速NE和吸入空气压PB的第二基本燃料喷射映射118b。因此，该空燃比控制部100具有映射选择部142，在第一基本燃料喷射映射118a及第二基本燃料喷射映射118b之中，根据发动机转速NE及节气门开度TH，从排列有应使用的基本燃料喷射映射的指标的选择用映射140中选择指示应使用的基本燃料喷射映射。如图7所示，选择用映射140配置有应使用第一基本燃料喷射映射118a的区域、以及应使用第二基本燃料喷射映射118b的区域。映射选择部根据输入的发动机转速NE与节气门开度TH，从选择用映射140中选择应使用的基本燃料喷射映射，输出其选择结果Sa。在发动机转速NE低时选择第一基本燃料喷射映射118a的概率变高，在发动机转速NE高时选择第二基本燃料喷射映射118b的概率变高。

因此，基本燃料喷射量计算部116使用由映射选择部142选择的基本燃料喷射映射求出根据发动机转速NE、节气门开度TH、吸入空气压PB规定的基准的燃料喷射量，并通过按照节气门阀38的有效开口面积校正该基准的燃料喷射量来计算基本燃料喷射量TIMB。对于该基本燃料喷射量TIMB根据来自于切换部128的目标空燃比KO2(k)、以及由水温、吸气温、大气压等构成的环境校正系数KECO进行校正并作为燃料喷射时间Tout输出。

而且，如图7所示，自适应模型修正器122具有：过滤处理部144，在初级对预测误差ERPRE(k)进行各种过滤处理；预测精度判定部146(预测精度判定单元)，根据过滤处理后的预测误差ERPRE(k)判定预测精度；与第一基本燃料喷射映射118a对应的第一校正量运算部148a及第一校正系数运算部150a；以及与第二基本燃料喷射映射118b对应的第二校正量运算部148b及第二校正系数运算部150b。

在由映射选择部142选择了第一基本燃料喷射映射118a时，第一校正量运算部148a在一定时间周期内反馈预测误差校正量θth(i，j)，以使反映了基于发动机转速NE与节气门开度TH的权重成分的预测误差ERPRE(k)为零。例如时间点k的空耗时间前、即从时间点(k-dt)开始运算，在一定时间周期内进行运算，在时间点k输出预测误差校正量θthIJ(k)。

具体而言，如图8所示，具有：加权部152，在一定时间周期内，对预测误差ERPRE(k)重叠以下权重成分，即反映了针对氧气传感器52的空燃比的灵敏度的第一权重成分WSO2S(k)、反映了相对发动机转速NE与节气门开度TH的变化的第一基本燃料喷射映射118a的值的变化的第二权重成分Wtha(k-dt)、以及与根据发动机转速NE和节气门开度TH划分第一基本燃料喷射映射118a而得到的多个区域对应的第三权重成分WthIJ(k-dt)，从而得到与多个区域对应的校正模型误差EwIJ(k)；以及滑动模式控制部154，在一定时间周期内，分别反馈与多个区域对应的预测误差校正量θthIJ(k)，以使与多个区域对应的校正模型误差EwIJ(k)分别为零。

对第一加权成分WSO2S(k)进行说明，如图9A所示，氧气传感器52的输出Vout对于空燃比A/F具有非线性的特性。在区域Za及Zc中，即使空燃比变化，氧气传感器52的输出Vout也几乎不变。另一方面，在区域Zb中，空燃比A/F的少许变化造成氧气传感器52的输出Vout较大变化。此外，在图9A中，实线La表示新品的催化剂后的特性，虚线Lb表示经年老化的催化剂后的特性。如果使这种特性直接反映到校正模型误差EwIJ(k)，则存在如下问题：区域Zb中的急剧的变化会被输入到滑动模式控制部154中，为了使校正模型误差EwIJ(k)为零而需要耗费时间。因此，如图9B所示，对于区域Zb设为使加权的值缩小的方向以缓和急剧的变化。

对第二加权成分Wtha进行说明，如图10A所示，基本燃料喷射量Tibs相对于节气门开度TH的变化的倾斜越大，氧气传感器52的输出SVO2由于节气门开度TH的探测误差而产生预测误差ERPRE的概率越高。在产生探测误差而基本燃料喷射映射中的基本燃料喷射量的值的参照点偏移时，“伴随着偏移的变化量÷参照点处的值”越大则空燃比的变化量越大。因此，对于各发动机转速NE，设定“(基本燃料喷射量Tibs相对于节气门开度TH的变化的倾斜)÷(基本燃料喷射量Tibs的值)”。其结果，如图10B所示，在发动机转速NE为高旋转时，节气门开度TH为全闭～全开的范围内第二权重成分Wtha大致相同，但随着发动机转速NE变为低旋转，节气门开度TH越小则第二加权成分Wtha越高。

第三加权成分WthIJ例如图11A所示，观察针对发动机转速NE为1000、2000、3000、4500(rpm)的加权函数时，成为以这些发动机转速NE为顶点而加权值从各顶点向相邻的顶点线性下降的函数。但是，在图11A中，在发动机转速为1000rpm以下、4500rpm以上时，将加权值设为一定。同样地，如图11B所示，观察针对节气门开度TH为1°、3°、5°、8°的加权函数时，成为以这些节气门开度TH为顶点而加权值从各顶点向相邻的顶点线性下降的函数。但是，在图11B中，在节气门开度为1°以下、8°以上时，将加权值设为一定。

然后，将基于发动机转速NE的加权Wthn(i)与基于节气门开度TH的加权Wtht(j)相乘而求出第三加权成分WthIJ。

此外，滑动模式控制部154对于第三加权成分WthIJ为WthIJ＞0的区域，反馈预测误差校正量θthIJ以使校正模型误差EwIJ为零，对于第三加权成分WthIJ为WthIJ＝0的区域，操作量＝0，从而进行不更新预测误差校正量θthIJ的动作。

第一校正系数运算部150a对与规定的定时(timing)中的多个区域对应的预测误差校正量θthIJ(k)分别重叠与多个区域对应的第三权重成分WthIJ来求出与多个区域对应的修正系数KTITHIJ，将所有的修正系数相加而求出第二校正系数KTIMB。这里，由于将所有的修正系数相加，因此第三加权成分WthIJ表示第一基本燃料喷射映射118a之中，包含由发动机转速NE和节气门开度TH确定的点的区域上的与该点的位置相应的加权。因此，如图12所示，形成以发动机转速1000、2000、3000、4500(rpm)与节气门开度1°、3°、5°、8°为格子点的多个区域，其中，在由输入的发动机转速NE与节气门开度TH确定的点为点A时，成为对于与点A对应的修正系数用其周围的四个点的修正系数补充的形式。

另一方面，第二校正量运算部148b在由映射选择部142选择了第二基本燃料喷射映射118b时，在一定时间周期内，反馈预测误差校正量，以使反映了基于发动机转速NE与吸入空气压PB的权重成分的预测误差为零。例如在时间点k的空耗时间前、即从时间点(k-dt)开始运算，在一定时间周期内进行运算，在时间点k输出预测误差校正量θpbIJ(k)。此外，该第二校正量运算部148b的具体结构与图8所示的第一校正量运算部148a大致相同，因此省略重复说明。

第二校正系数运算部150b对与规定的定时中的多个区域对应的预测误差校正量θpbIJ(k)分别重叠与多个区域对应的第三权重成分而求出与多个区域对应的修正系数，将所有的修正系数相加而求出第二校正系数KTIMB。该第二校正系数运算部150b的具体结构也与图8所示的第一校正系数运算部150a大致相同，因此省略其重复说明。

预测精度判定部146在过滤处理后的预测误差ERPRE(k)的移动平均高于预先设定的规定值的状态持续了设定次数以上时，视为预测精度下降而输出预测精度下降信号Sb。在过滤处理后的预测误差的移动平均为预先设定的规定值以下的状态持续了设定次数以上时，视为预测精度确保而输出预测精度确保信号Sc。这些预测精度下降信号Sb、预测精度确保信号Sc被供给至控制部126。

如图3所示，控制部126根据预测精度下降信号Sb的输入，暂时停止第一滑动模式控制部104的处理，同时暂时停止鉴别器，在这期间，缩短自适应模型修正器122的启动周期。即，缩短使第一校正量运算部148a及第二校正量运算部148b启动的一定时间周期。

另外，控制部126根据预测精度下降信号Sb的输入，向切换部128输出切换指示信号Sd。切换部128根据切换指示信号Sd的输入，切换为第二滑动模式控制部124侧的输出。控制部126另外根据预测精度下降信号Sb的输入，使第二滑动模式控制部124中的处理开始。这种情况下，不使用来自于预测器102的预测空燃比。第二滑动模式控制部124进行反馈以使实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值(例如表示理想配比区域的固定值)的误差为零。来自于第二滑动模式控制部124的输出经由切换部128被供给至乘法器120。基本燃料喷射量计算部116使用预先设定的基本燃料喷射映射、或者由映射选择部142选择的基本燃料喷射映射，求出根据发动机转速NE、节气门开度TH、以及吸入空气压PB规定的基准的燃料喷射量，按照节气门阀38的有效开口面积校正该基准的燃料喷射量，从而计算基本燃料喷射量TIMB。对于该基本燃料喷射量TIMB根据来自于切换部128的输出(目标空燃比KO2(k))、以及由水温、吸气温、大气压等构成的环境校正系数KECO进行校正而作为燃料喷射时间Tout输出。

对第一滑动模式控制部104及鉴别器106的暂时停止可以通过来自于预测精度判定部146的预测精度确保信号Sc的输出进行解除，也可以在经过预先设定的规定时间(期待为预测精度确保的时间)后进行解除。这种情况下，由于从控制部126向切换部128的切换指示信号Sd的供给被停止，因此切换部128切换为第一滑动模式控制部104侧的输出。另外，控制部126将使自适应模型修正器122中的第一校正量运算部148a及第二校正量运算部148b启动的一定时间周期恢复为原样。另外，控制部126解除第一滑动模式控制部104的暂时停止，将鉴别器106的参数复位为初始值。

如此，在本实施方式所涉及的空燃比控制装置10(空燃比控制部100)中，对预测器102及鉴别器106输入从对目标空燃比KO2(k)重叠了第二校正系数KTIMB的值中减去了空燃比基准值而得到的值。也就是，由于从预测器102根据实际空燃比SVO2(k)输出空耗时间dt后的预测空燃比DVPRE(k)，因此通过使预测空燃比DVPRE(k)延迟空耗时间dt，从而时间上一致的实际空燃比SVO2(k)与预测空燃比DVPRE(k-dt)的差分作为预测误差ERPRE(k)输入到自适应模型修正器122。由自适应模型修正器122对第一校正系数DKO2OP(k)重叠第二校正系数KTIMB以使预测误差ERPRE(k)为零，该值输入到预测器102及鉴别器106而反映于预测器102中的处理。

即，第一校正系数DKO2OP(k)与第二校正系数KTIMB被重叠而输入到预测器102，所述第一校正系数DKO2OP(k)是进行反馈以使来自于预测器102的预测空燃比DVPRE(k)与目标空燃比KO2(k)的偏差为零而得到的，第二校正系数KTIMB是进行反馈以使预测误差ERPRE(k)为零而得到的。因此，即使废除以往设置在催化剂装置50的上游侧的LAF传感器110，也能够确保催化剂装置50的下游侧的空燃比的预测精度，因此能够使催化剂装置50的下游侧的排气的空燃比收敛于适当值，其结果，能够确保催化剂装置50的净化性能。另外，即使因发动机28、燃料喷射阀40等的特性上的差异、经年老化等而产生了空燃比误差时，也能够避免预测精度的下降。如上所述，由于能够省略LAF传感器110，因此能够省略与LAF传感器110相关的电线束、ECU62的接口电路，能够实现系统的成本降低、配置空间的省空间化等，还能够易于适用于摩托车12等配置空间小的车辆。通常，LAF传感器110为了确保良好的动作特性，需要通过加热器维持一定的温度，但在本实施方式中，由于还能够省略用于LAF传感器的加热器，因此能够实现功耗的削减、耗油量的降低。

进而，在本实施方式中，根据预测精度下降信号Sb的输入，暂时停止了第一滑动模式控制部104的处理，因此能够消除自适应模型修正器122中的周期的制约，能够缩短使第一校正量运算部148a及第二校正量运算部148b启动的一定时间周期。因此，能够缩短使预测误差ERPRE(k)沉降为零的时间。

另外，根据预测精度下降信号Sb的输入，不使用来自于预测器102的预测空燃比DVPRE(k)，而开始了第二滑动模式控制部124中的处理，因此燃料喷射量被控制为实际空燃比SVO2(k)趋向规定的目标值，能够在短时间内确保预测精度。

通过这种处理动作，即使在以下的(a)～(c)所示的情况下，也能够尽早使催化剂装置50的下游侧的空燃比收敛于适当值，能够消除因无法将催化剂装置50的下游侧的排气的空燃比收敛于适当值的状态持续而造成的排放恶化。

(a)因发动机28、燃料喷射阀40等的特性的差异、经年老化等产生了空燃比误差，从而鉴别器106中存在超过预测器102可调整的范围的大预测误差的情况

(b)控制对象的运动特性急变的情况(由于行驶条件的变化导致的排气量变化、乙醇混合燃料的使用等)

(c)位于氧气传感器52的不敏感带域(即使空燃比变化，氧气传感器52的输出也几乎不变化的区域)的情况

另外，在本实施方式中，在判定为预测精度确保的阶段，将自适应模型修正器122的启动周期恢复为原来的启动周期，解除第一滑动模式控制部104的暂时停止，因此在预测精度确保的阶段，再次开始第一滑动模式控制部104的第一校正系数DKO2OP(k)的生成，所以能够进一步提高预测精度，加快催化剂装置50的下游中的空燃比的适当化。

这种情况下，由于将鉴别器106的参数复位为初始值，因此在预测精度确保时或者期待为预测精度确保的阶段，作为鉴别参数不使用预测精度下降时的鉴别参数，而是使用初始值，从而能够维持预测精度的确保，能够加快催化剂装置50的下游中的空燃比的适当化。

另外，在自适应模型修正器122的第一校正量运算部148a中，在一定时间周期内反馈预测误差校正量θthIJ以使反映了针对第一基本燃料喷射映射118a的基于发动机转速NE与节气门开度TH的权重成分的预测误差为零，在第一校正系数运算部150a中，根据规定的定时中的预测误差校正量θthIJ求出第二校正系数KTIMB，因此即使废除了设置在催化剂装置50的上游的LAF传感器110，也能够实现催化剂装置50的下游中的空燃比的适当化。

特别是，在一定时间周期内，为了使与将第一基本燃料喷射映射118a根据发动机转速NE和节气门开度TH划分出的多个区域对应的校正模型误差EwIJ分别为零，反馈与多个区域对应的预测误差校正量θthIJ，并根据规定的定时中的与多个区域对应的预测误差校正量θthIJ求出与多个区域对应的修正系数KTITHIJ，将所有的修正系数相加而求出了第二校正系数KTIMB，因此，第二校正系数KTIMB成为用多个区域的修正系数KTITHIJ修正所使用的映射值以使预测误差ERPRE(k)为零的值。因此，具有这种特性的第二校正系数KTIMB与第一校正系数DKO2OP重叠，从而能够实现催化剂装置50的下游中的空燃比的适当化。

这对于与第二基本燃料喷射映射118b对应的第二校正量运算部148b及第二校正系数运算部150b也同样。

在上述的例子中，在判定为预测精度下降的阶段，暂时停止第一滑动模式控制部104及鉴别器106的处理，由切换部128切换为来自于第二滑动模式控制部124的输出，但也可以例如根据来自于ECU62的表示空燃比反馈条件成立的信号Se的输入而暂时停止第一滑动模式控制部104及鉴别器106的处理，由切换部128切换为来自于第二滑动模式控制部124的输出。这种情况下，在从空燃比反馈条件成立之前因行驶条件等产生预测误差时，也能够从空燃比反馈条件成立的时间点起在初始阶段消除预测误差。此外，也可以从表示空燃比反馈条件成立的信号Se的输入时间点经过了预先设定的规定时间(期待为预测精度确保的时间)后，解除上述的暂时停止。

另外，在判定为预测精度下降之后，在经过了预先设定的时间(规定时间)的阶段，将自适应模型修正器122的启动周期恢复为原来的启动周期，解除第一滑动模式控制部104的暂时停止的情况下，在经过了一次以上的规定时间之后，在预测精度确保的阶段，再次开始第一滑动模式控制部104的第一校正系数DKO2OP(k)的生成，所以能够进一步提高预测精度，加快催化剂装置50的下游中的空燃比的适当化。作为一次规定时间，通过设定为期待为预测精度确保的时间，从而在最长经过了两次规定时间的时间点处预测精度会被确保。

另外，代替暂时停止第一滑动模式控制部104及鉴别器106的处理并缩短自适应模型修正器122中的启动周期，而与通常相比增大自适应模型修正器122的修正系数的操作增益，也能够得到同样的效果。

在上述的例子中，在预测精度下降的情况下，由第二滑动模式控制部124进行反馈控制(此时为滑动模式控制)以使实际空燃比SVO2(k)与预先设定的目标值的误差为零，但也可以使用通常的PID控制。这种情况下，能够尽早确保预测精度。

下面，参照图13～图17对本实施方式所涉及的空燃比控制部100的变形例进行说明。

如图13所示，第一变形例所涉及的空燃比控制部100a具有与本实施方式所涉及的空燃比控制部100大致同样的结构，但不同点在于：由加法器160对来自于加法器112的目标空燃比KO2(k)与来自于自适应模型修正器122的第二校正系数KTIMB进行相加。这种情况下，预测器102及鉴别器106中也被输入对第一校正系数DKO2OP(k)与第二校正系数KTIMB进行相加而得到的值。因此，能够得到与本实施方式所涉及的空燃比控制部100同样的效果。

如图14所示，第二变形例所涉及的空燃比控制部100b具有与本实施方式所涉及的空燃比控制部100大致同样的结构，但不同点在于：不使第二校正系数KTIMB反映于预测器102及鉴别器106，由乘法器162对来自于加法器112的输出(对来自于第一滑动模式控制部104的第一校正系数DKO2OP(k)与来自于空燃比基准值计算部108的空燃比基准值进行相加而得到的值(KO2OP(k))与来自于加法器134的输出(对第二校正系数KTIMB加1而得到的值)进行相乘而作为目标空燃比KO2(k)。这种情况下，由于第二校正系数KTIMB反映于基本燃料喷射量计算部116的输出，因此能够得到与本实施方式所涉及的空燃比控制部100同样的效果。

如图15所示，第三变形例所涉及的空燃比控制部100c具有与第二变形例所涉及的空燃比控制部100b大致同样的结构，但不同点在于：由加法器164对来自于加法器112的输出KO2OP(k)与来自于自适应模型修正器122的第二校正系数KTIMB进行相加而作为目标空燃比KO2(k)。这种情况下，由于第二校正系数KTIMB也反映于基本燃料喷射量计算部116的输出，因此能够得到与本实施方式所涉及的空燃比控制部100同样的效果。

如图16所示，第四变形例所涉及的空燃比控制部100d具有与本实施方式所涉及的空燃比控制部100大致同样的结构，但在预测器102与第一滑动模式控制部104之间设置第一切换部128a，在第一滑动模式控制部104的输出侧设置第二切换部128b。在通常时，由第一切换部128a选择预测器102，由第二切换部128b选择向加法器112的输出。由此，由于来自于预测器102的预测空燃比DVPRE(k)被输入到第一滑动模式控制部104，因此来自于第一滑动模式控制部104的第一校正系数DKO2OP(k)在加法器112中与空燃比基准值相加而作为目标空燃比KO2(k)输出。另一方面，如果从控制部126输出切换指示信号Sd，则第一切换部128a选择实际空燃比SVO2(k)的输入，第二切换部128b选择向乘法器120的输出。由此，第一滑动模式控制部104进行反馈以使实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值(例如表示理想配比区域的固定值)的误差为零。来自于该第一滑动模式控制部104的输出经由第二切换部128b被供给至乘法器120。因此，在该第四变形例中，也能够得到与本实施方式所涉及的空燃比控制部100同样的效果。特别是根据该第四变形例，能够省略第二滑动模式控制部124，能够实现结构的简化。

如图17所示，第五变形例所涉及的空燃比控制部100e具有与本实施方式所涉及的空燃比控制部100大致同样的结构，但不同点在于：在催化剂装置50的上游侧设置LAF传感器110，利用来自于该LAF传感器110的检测空燃比A/F(k)。这种情况下，在切换部128与乘法器120之间设置自适应控制部114。

通过利用LAF传感器110，从而能够尽早消除基本燃料喷射映射的精度不足造成的预测精度下降。当然，在本实施方式所涉及的空燃比控制部100、第一变形例所涉及的空燃比控制部100a～第四变形例所涉及的空燃比控制部100d中，使来自于第一滑动模式控制部104的第一校正系数DKO2OP(k)与来自于自适应模型修正器122的第二校正系数KTIMB重叠而输入到预测器102及鉴别器106，因此能够尽早消除预测精度的下降，但通过利用LAF传感器110，能够尽早消除基本燃料喷射映射118的精度不足造成的预测精度下降。

在上述本实施方式所涉及的空燃比控制部100以及各种变形例中，并不限于发动机的空燃比控制，还能够适用于从控制输入到输出的传送延迟时间长、需要构成预测器102的控制系统。

此外，本发明所涉及的空燃比控制装置并不限于上述的实施方式，当然不脱离本发明的宗旨能够采用各种结构。

Claims (17)

1.一种空燃比控制装置，具备：

基本燃料喷射映射(118)，至少根据发动机转速、节气门开度、吸入空气压的参数确定对于发动机(28)的燃料喷射量；

空燃比检测单元(52)，设置在设置于发动机(28)的排气管(32)的催化剂(50)的下游，检测空燃比；

空燃比预测单元(102)，预测所述催化剂(50)的下游侧的空燃比；以及

校正系数计算单元(104)，根据来自于所述空燃比预测单元(102)的预测空燃比确定对于所述燃料喷射量的校正系数(DKO2OP)，

所述空燃比控制装置的特征在于，

所述空燃比预测单元(102)至少根据来自于所述空燃比检测单元(52)的实际空燃比(SVO2)及所述校正系数(DKO2OP)的历史计算所述预测空燃比(DVPRE)，

所述空燃比控制装置具有自适应模型修正单元(122)，该自适应模型修正单元(122)将所述实际空燃比(SVO2)与对应于该实际空燃比的过去预测的所述预测空燃比(DVPRE)的偏差作为预测误差(ERPRE)，对所述校正系数(DKO2OP)重叠第二校正系数(KTIMB)以使所述预测误差为零。

2.根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其特征在于，

具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)及所述自适应模型修正单元(122)，

所述自适应模型修正单元(122)具有根据所述预测误差(ERPRE)判定预测精度的预测精度判定单元(146)，

在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度下降的阶段，所述控制部(126)使所述校正系数计算单元(104)进行的处理暂时停止，在这期间缩短所述自适应模型修正单元(122)的启动周期。

3.根据权利要求2所述的空燃比控制装置，其特征在于，

在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度下降的阶段，不使用所述空燃比预测单元(102)，而是进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

4.根据权利要求2所述的空燃比控制装置，其特征在于，

在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度确保的阶段，所述控制部(126)将所述自适应模型修正单元(122)的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述校正系数计算单元(104)的暂时停止。

5.根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其特征在于，

具有控制部(126)，至少控制所述校正系数计算单元(104)，

所述自适应模型修正单元(122)具有根据所述预测误差(ERPRE)判定预测精度的预测精度判定单元(146)，

在通过所述预测精度判定单元(146)判定为预测精度下降的阶段，所述控制部(126)使所述校正系数计算单元(104)进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

6.根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其特征在于，

具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)及所述自适应模型修正单元(122)，

所述控制部(126)根据表示空燃比反馈条件成立的信号(Se)的输入，使所述校正系数计算单元(104)进行的处理暂时停止预先设定的时间，在这期间缩短所述自适应模型修正单元(122)的启动周期。

7.根据权利要求6所述的空燃比控制装置，其特征在于，根据表示空燃比反馈条件成立的信号(Se)的输入，不使用所述空燃比预测单元(102)，而是进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

8.根据权利要求6所述的空燃比控制装置，其特征在于，所述控制部(126)在经过了所述预先设定的时间的阶段，将所述自适应模型修正单元(122)的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述校正系数计算单元(104)的暂时停止。

9.根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其特征在于，

具有控制部(126)，该控制部(126)至少控制所述校正系数计算单元(104)，

所述控制部(126)根据表示空燃比反馈条件成立的信号(Se)的输入，使所述校正系数计算单元(104)按照预先设定的时间进行反馈，以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

10.根据权利要求3或7所述的空燃比控制装置，其特征在于，

具有专用的反馈单元，该专用的反馈单元进行反馈以使所述实际空燃比(SVO2)与预先设定的目标值的误差为零。

11.根据权利要求10所述的空燃比控制装置，其特征在于，所述反馈单元为滑动模式控制单元(124)或者PID控制单元。

12.根据权利要求2或6所述的空燃比控制装置，其特征在于，

所述校正系数计算单元(104)是反馈所述校正系数(DKO2OP)以使所述预测空燃比(DVPRE)的误差为零的滑动模式控制单元(104)，

所述控制部(126)使所述滑动模式控制单元(104)进行的控制动作暂时停止，并且使鉴别所述滑动模式控制单元(104)的参数的鉴别器(106)暂时停止。

13.根据权利要求4或8所述的空燃比控制装置，其特征在于，

所述校正系数计算单元(104)是反馈所述校正系数(DKO2OP)以使所述预测空燃比(DVPRE)的误差为零的滑动模式控制单元(104)，

所述控制部(126)将所述自适应模型修正单元(122)的启动周期恢复为原来的启动周期，解除所述滑动模式控制单元(104)的暂时停止，将鉴别所述滑动模式控制单元(104)的参数的鉴别器(106)的参数复位为初始值。

14.根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其特征在于，

所述基本燃料喷射映射(118)具有基于发动机转速和节气门开度的第一基本燃料喷射映射(118a)、以及基于发动机转速和吸入空气压的第二基本燃料喷射映射(118b)，

所述空燃比控制装置进一步具有映射选择单元(142)，该映射选择单元(142)在所述第一基本燃料喷射映射(118a)及第二基本燃料喷射映射(118b)之中，根据发动机转速及节气门开度选择所使用的基本燃料喷射映射，

在通过所述映射选择单元(142)选择出所述第一基本燃料喷射映射(118a)时，所述自适应模型修正单元(122)在一定时间周期内反馈预测误差校正量(θthIJ)以使反映了基于发动机转速和节气门开度的权重成分的预测误差(ERPRE)为零，根据规定的定时中的所述预测误差校正量(θthIJ)求出所述第二校正系数(KTIMB)。

15.根据权利要求14所述的空燃比控制装置，其特征在于，

所述自适应模型修正单元(122)具有：

加权单元(152)，在所述一定时间周期内，对所述预测误差(ERPRE)重叠以下权重成分，即，反映了对所述空燃比检测单元(52)的空燃比的灵敏度的第一权重成分(WSO2S)、反映了针对发动机转速和节气门开度的变化的所述第一基本燃料喷射映射(118a)的值的变化的第二权重成分(Wtha)、以及与将所述第一基本燃料喷射映射(118a)根据发动机转速和节气门开度划分出的多个区域对应的第三权重成分(WthIJ)，从而得到与所述多个区域对应的校正模型误差(EwIJ)；

反馈单元(154)，在所述一定时间周期内，反馈与所述多个区域对应的预测误差校正量(θthIJ)，以使与所述多个区域对应的所述校正模型误差(EwIJ)分别为零；以及

对所述规定的定时中的与所述多个区域对应的所述预测误差校正量(θthIJ)分别重叠与所述多个区域对应的第三权重成分(WthIJ)而求出与所述多个区域对应的修正系数(KTITHIJ)，并将所有的修正系数相加而求出所述第二校正系数(KTIMB)的单元。

16.根据权利要求1所述的空燃比控制装置，其特征在于，

所述基本燃料喷射映射(118)具有基于发动机转速和节气门开度的第一基本燃料喷射映射(118a)、以及基于发动机转速和吸入空气压的第二基本燃料喷射映射(118b)，

所述空燃比控制装置进一步具有映射选择单元(142)，该映射选择单元(142)在所述第一基本燃料喷射映射(118a)及第二基本燃料喷射映射(118b)之中，根据发动机转速及节气门开度选择所使用的基本燃料喷射映射，

在通过所述映射选择单元(142)选择出所述第二基本燃料喷射映射(118b)时，所述自适应模型修正单元(122)在一定时间周期内反馈预测误差校正量以使反映了基于发动机转速和吸入空气压的权重成分的预测误差为零，根据规定的定时中的所述预测误差校正量求出所述第二校正系数(KTIMB)。

17.根据权利要求16所述的空燃比控制装置，其特征在于，

所述自适应模型修正单元(122)具有：

加权单元(152)，在所述一定时间周期内，对所述预测误差(ERPRE)重叠以下权重成分，即，反映了对所述空燃比检测单元(52)的空燃比的灵敏度的第一权重成分、反映了针对发动机转速和吸入空气压的变化的所述第二基本燃料喷射映射(118b)的值的变化的第二权重成分、以及与将所述第二基本燃料喷射映射(118b)根据发动机转速和吸入空气压划分出的多个区域对应的第三权重成分，从而得到与所述多个区域对应的校正模型误差(EwIJ)；

反馈单元(154)，在所述一定时间周期内，反馈与所述多个区域对应的预测误差校正量(θthIJ)，以使与所述多个区域对应的所述校正模型误差(EwIJ)分别为零；以及

对所述规定的定时中的与所述多个区域对应的所述预测误差校正量分别重叠与所述多个区域对应的第三权重成分而求出与所述多个区域对应的修正系数，并将所有的修正系数相加而求出所述第二校正系数(KTIMB)的单元。

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