DE60222966T2 - Steuereinrichtung, Steuerverfahren und Motorsteuereinheit - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuer/Regelvorrichtung, ein Steuer/Regelverfahren sowie eine Motorsteuer/regeleinheit, die eine Ausgabe eines geregelten Objekts zum Konvergieren auf einen Sollwert gemäß einer Abweichung der Ausgabe von dem Sollwert steuern/regeln.
  • Beschreibung der herkömmlichen Technik
  • Herkömmlich ist eine Steuer/Regelvorrichtung des oben erwähnten Typs z. B. aus der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-179385 bekannt. Insbesondere beschreibt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-179385 eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine zum Steuern/Regeln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von Abgasen in einem Auspuffrohr der Brennkraftmaschine. Ein LAF-Sensor und ein O2-Sensor sind jeweils an dem stromauf liegenden Ort und einem stromab liegenden Ort eines Katalysators vorgesehen, der in einem Auslasskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Der LAF-Sensor erfasst linear eine Sauerstoffkonzentration in Abgasen in einem weiten Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von einem fetten Bereich zu einem mageren Bereich, um ein Erfassungssignal KACT auszugeben, das proportional zur erfassten Sauerstoffkonzentration ist. Der O2-Sensor erzeugt wiederum eine Erfassungsausgabe VO2OUT mit hohem Pegel (z. B. 0,8 Volt), wenn ein Luft/Kraftstoff-Gemisch fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis; mit niedrigem Pegel (z. B. 0,2 Volt), wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch mager ist; und mit einem vorbestimmten Sollwert VO2TARGET (z. B. 0,6 Volt) zwischen dem hohen Pegel und dem niedrigen Pegel, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet.
  • Die vorstehende Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung beruht auf der folgenden Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgasen auf einen Sollwert zu korrigieren. Zuerst berechnet die Steuervorrichtung eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim und einen Korrekturkoeffizienten KTOTAL dafür basierend auf einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Dann bestimmt die Steuervorrichtung, ob die Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten Betriebsmodus ist oder nicht, worin die Steuervorrichtung ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD verwenden sollte, das durch adaptive Gleitmodusregelung berechnet wird, welche sich dieser Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung unterscheidet. In diesem Fall bestimmt die Steuervorrichtung, dass die Brennkraftmaschine in dem vorbestimmten Betriebsmodus ist, wenn der O2-Sensor und der LAF-Sensor aktiviert sind, und wenn die Motordrehzahl NE und der absolute Ansaugrohrinnendruck PBA innerhalb jeweiliger vorbestimmter Bereiche liegen. Wenn sich die Brennkraftmaschine in dem festgestellten vorbestimmten Betriebsmodus befindet, liest die Steuervorrichtung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, das durch die adaptive Gleitmodusregelung berechnet ist.
  • Wenn sich andererseits die Brennkraftmaschine nicht in dem vorbestimmten Betriebsmodus befindet, sucht die Steuervorrichtung ein Kennfeld basierend auf der Motordrehzahl NE und dem absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA ab, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen. Dann berechnet die Steuervorrichtung verschiedene Rückkopplungskoeffizienten #nKLAF, KFB. Dann korrigiert die Steuervorrichtung das so berechnete Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß der Luftdichte, um ein korrigiertes Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDM zu berechnen. Die Steuervorrichtung multipliziert die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim mit dem Gesamtkorrekturkoeffizienten KTOTAL, dem korrigierten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDM und Rückkopplungskoeffizienten #nKLAF, KFB, um eine Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT für jeden Zylinder zu berechnen und die resultierende Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT auf Anhaftung zu korrigieren. Anschließend gibt die Steuervorrichtung ein Treibersignal basierend auf der auf Anhaftung korrigierten Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT an eine Kraftstoffeinspritzung aus.
  • In der vorstehenden Weise regelt die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelvorrichtung die Ausgabe KACT des LAF-Sensors zum Konvergieren auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, und regelt dementsprechend die Augabe VO2OUT des O2-Sensors, um auf den Sollwert VO2TARGET zu konvergieren. Insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine in dem vorbestimmten Betriebsmodus ist, verwendet die Steuervorrichtung die adaptive Gleitmodusregelung, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen, sodass die Ausgabe VO2OUT des O2-Sensors rascher auf den Sollwert VO2TARGET konvergiert werden kann als dann, wenn sich die Brennkraftmaschine nicht in dem vorbestimmten Betriebsmodus befindet. In anderen Worten, die Steuervorrichtung regelt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Luft/Kraftstoff-Gemisches für die Brennkraftmaschine akkurat so, dass es mit gutem Ansprechverhalten dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis näher kommt. Allgemein reinigt ein Katalysator sehr effizient HC, CO und NOx, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses liegt, sodass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung für eine zufriedenstellende Abgascharakteristik sorgen kann.
  • Die oben beschriebene herkömmliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuervorrichtung kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit gutem Ansprechverhalten vorteilhaft regeln, wenn sich die Brennkraftmaschine in dem vorbestimmten Betriebsmodus befindet, durch Anwendung der adaptiven Gleitmodusregelung, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen. Wenn jedoch die Steuervorrichtung die vorstehende adaptive Gleitmodusregelung durchführt, während sich die Brennkraftmaschine in einem extremen Niederlastbetriebsmodus befindet, wie etwa einem Leerlaufbetriebsmodus, verursachen ein reduziertes Abgasvolumen, eine längere Ansprechverzögerung und Totzeit des O2-Sensors beim Erzeugen der Ausgabe der VO2OUT, sowie ein reduzierter Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, in dem ein stabiler Verbrennungszustand für die Brennkraftmaschine sichergestellt werden kann, eine verschlechterte Regelbarkeit der Ausgabe VO2OUT des O2-Sensors in Bezug auf den Sollwert VO2TARGET. Im Ergebnis fluktuiert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemisches um das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis herum, wodurch der Reinigungsprozentsatz der Abgase durch den Katalysator reduziert wird, was möglicherweise in einer verschlechterten Charakteristik der vom Katalysator gereinigten Abgase resultiert (nachfolgend die "Nach-Katalysator-Abgascharakteristik" genannt).
  • Gemäß Burr-Brown Corporation ADS 1201 (1999, S. 1–10) wird der Delta-Sigma-Modulator in einer industriellen Prozessregelung verwendet.
  • Eine solche industrielle Prozessregelung ist z. B. in der EP-A-0908801 (1) bekannt, gemäß der die Differenz eines momentanen Lambda-Sondensignals KACT und eines Soll-A/F-Werts KCMD dazu benutzt wird, die Maschine auf den Sollwert zu regeln.
  • ZIEL UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist zur Lösung des vorstehenden Problems gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Steuer/Regelvorrichtung, ein Steuer/Regelverfahren sowie eine Motorsteuer/regeleinheit anzugeben, die in der Lage sind, eine Ausgabe eines geregelten Objekts, dessen Regeleingabe auf einen verfügbaren Bereich für die beschränkt ist, eines geregelten Objekts, das eine relativ starke Ansprechverzögerung und/oder Totzeit hat, und dgl. zu regeln, um rasch und genau auf einen Sollwert zu konvergieren. Insbesondere, wenn die Ausgabe des geregelten Objekts als jene eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in einer Brennkraftmaschine ausgewählt wird, können die Steuer/Regelvorrichtung, das Steuer/Regelverfahren und die Motorsteuer/regeleinheit die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors rasch und genau auf einen Sollwert regeln, selbst wenn sich die Brennkraftmaschine in einem extremen Niederlastbetriebsmodus befindet, um hierdurch für eine zufriedenstellende Nach-Katalysator-Abgascharakteristik zu sorgen.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1 angegeben, umfassend: ein Abweichungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Abweichung einer Ausgabe eines geregelten Objekts von einem vorbestimmten Sollwert; sowie ein Regeleingabeberechnungsmittel zum Berechnen einer Regeleingabe zu dem geregelten Objekt basierend auf einem Modulationsalgorithmus, der aus einem Δ Modulationsalgorithmus, einem ΔΣ-Modulationsalgorithmus und einem ΣΔ Modulationsalgorithmus ausgewählt ist, um die Ausgabe des Objekts auf den Sollwert gemäß der berechneten Abweichung zu korrigieren.
  • Gemäß dieser Steuer/Regelvorrichtung wird die Regeleingabe zu dem geregelten Objekt basierend auf einem Modulationsalgorithmus berechnet, der aus einem Δ Modulationsalgorithmus, einem ΔΣ Modulationsalgorithmus und einem ΣΔ Modulationsalgorithmus ausgewählt ist (nachfolgend der "eine Modulationsalgorithmus" genannt), gemäß der Abweichung der Ausgabe des geregelten Objekts von dem vorbestimmten Sollwert, und die Ausgabe des geregelten Objekts wird durch die berechnete Regeleingabe geregelt, um auf den Sollwert zu konvergieren. Da die Regeleingabe so gemäß der Abweichung der Ausgabe des geregelten Objekts von dem Sollwert basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet wird, kann die Regeleingabe berechnet werden, um die Ausgabe des geregelten Objekts zum Erzeugen der Abweichung herzuleiten, die einen zur Abweichung der Ausgabe des geregelten Objekts von dem Sollwert einen gegenphasigen Wellenverlauf hat, um denselben aufzuheben. Es ist daher möglich, die Ausgabe eines geregelten Objekts, dem eine sich in einem engen Bereich ändernde Eingabe zugeführt wird, eines geregelten Objekts mit niedriger Ansprechgenauigkeit einer momentanen Eingabe auf eine Regeleingabe, eines geregelten Objekts mit einer Totzeit und Ansprechverzögerung, eines geregelten Objekts mit einer großen Ansprechverzögerung und dgl. ohne Schwankungen auf einen Sollwert genau und rasch zu konvergieren (es sollte angemerkt werden, dass in dieser Beschreibung "Berechnung" in "Berechnung einer Abweichung", "Berechnung einer Regeleingabe" und dgl. nicht auf eine programmbasierende Operation beschränkt ist, sondern auch Erzeugung auf Hardwarebasis elektrische Signale enthält, welche diese Werte angeben).
  • Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Steuer/Regelverfahren gemäß Anspruch 8 angegeben, umfassend die Schritte: Berechnen einer Abweichung einer Ausgabe eines geregelten Objekts von einem vorbestimmten Sollwert; und Berechnen einer Regeleingabe zu dem geregelten Objekt basierend auf einem Modulationsalgorithmus, der aus einem Δ Modulationsalgorithmus, einem ΔΣ Modulationsalgorithmus und einem ΣΔ Modulationsalgorithmus ausgewählt ist, um die Ausgabe des geregelten Objekts auf den Sollwert gemäß der berechneten Abweichung zu konvergieren.
  • Dieses Steuer/Regelverfahren bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie sie oben in Bezug auf die Steuer/Regelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben sind.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung eine Motorsteuer/regeleinheit mit einem Steuerprogramm gemäß Anspruch 15 angegeben, um zu bewirken, dass ein Computer eine Abweichung einer Ausgabe eines geregelten Objekts von einem vorbestimmten Sollwert berechnet, und eine Regeleingabe des geregelten Objekts basierend auf einem Modulationsalgorithmus berechnet, der aus einem Δ Modulationsalgorithmus, einem ΔΣ Modulationsalgorithmus und einem ΣΔ Modulationsalgorithmus ausgewählt ist, um die Ausgabe des geregelten Objekts gemäß der berechneten Abweichung auf den Sollwert zu konvergieren.
  • Die Motorsteuereinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wie sie oben in Bezug auf die Steuer/Regelvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben sind.
  • Gemäß Anspruch 1 berechnet das Regeleingabeberechnungsmittel einen ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus und berechnet die Regeleingabe basierend auf einem Produkt des berechneten ersten Zwischenwerts und einer vorbestimmten Verstärkung.
  • Allgemein bestimmt jeweils der ΔΣ-Modulationsalgorithmus, der ΣΔ-Modulationsalgorithmus und Δ-Modulationsalgorithmus eine Regeleingabe unter der Annahme, dass ein geregeltes Objekt eine einheitliche Verstärkung hat, sodass dann, wenn das geregelte Objekt eine Ist-Verstärkung hat, die sich von einem einheitlichen Wert unterscheidet, die Regelbarkeit aufgrund eines Fehlers bei der Berechnung einer geeigneten Regeleingabe verschlechtert werden könnte. Wenn z. B. das geregelte Objekt eine Ist-Verstärkung von größer als eins hat, wird die Regeleingabe als ein Wert berechnet, der größer ist als erforderlich, was in einem Überverstärkungszustand resultiert. Andererseits wird gemäß dieser Steuer/Regelvorrichtung die Regeleingabe basierend auf dem ersten Zwischenwert berechnet, der basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet ist, multipliziert mit einer vorbestimmten Verstärkung, sodass eine zufriedenstellende Regelbarkeit sichergestellt werden kann, indem die vorbestimmte Verstärkung auf einen geeigneten Wert gesetzt wird.
  • Gemäß Anspruch 8 enthält der Schritt der Berechnung einer Regeleingabe die Berechnung eines ersten Zwischenwerts gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus, sowie die Berechnung der Regeleingabe basierend auf einem Produkt des berechneten ersten Zwischenwerts und einer vorbestimmten Verstärkung.
  • Das Steuer/Regelverfahren bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wie sie durch die entsprechende Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • In der Motorsteuer/regeleinheit gemäß Anspruch 15 bewirkt das Steuerprogramm ferner, dass der Computer einen ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet und die Regeleingabe basierend auf einem Produkt des berechneten ersten Zwischenwerts und einer vorbestimmten Verstärkung berechnet.
  • Die Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wie sie udrch die entsprechende Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Gemäß Anspruch 1 umfasst die oben beschriebene Steuer/Regelvorrichtung ferner ein Verstärkungsparametererfassungsmittel zum Erfassen eines Verstärkungsparameters, der eine Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts angibt; sowie ein Verstärkungssetzmittel zum Setzen der Verstärkung auf einen Wert, der der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts entspricht, gemäß dem erfassten Verstärkungsparameter.
  • Da gemäß dieser Steuer/Regelvorrichtung die Verstärkung zur Verwendung bei der Berechnung der Regeleingabe gemäß der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts gesetzt wird, kann die Regeleingabe als ein Wert berechnet werden, der eine geeignete Energie hat, gemäß der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts, wodurch es möglich gemacht wird, einen Überverstärkungszustand und dgl. zu vermeiden, um eine zufriedenstellende Regelbarkeit sicherzustellen.
  • Gemäß Anspruch 8 umfasst das oben beschriebene Steuer/Regelverfahren ferner den Schritt der Erfassung eines Verstärkungsparameters, der eine Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts angibt; und das Setzen der Verstärkung auf einen Wert, der der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts entspricht, gemäß dem erfassten Verstärkungsparameter.
  • Dieses Steuer/Regelverfahren bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Gemäß Anspruch 15 veranlasst, in der oben beschriebenen Motorsteuer/regeleinheit, das Steuerprogramm den Computer, einen Verstärkungsparameter zu erfassen, der eine Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts angibt; und die Verstärkung gemäß der erfassten Verstärkung auf einen Wert zu setzen, der der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts entspricht, gemäß dem erfassten Verstärkungsparameter.
  • Diese Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt berechnet, in der oben beschriebenen Steuer/Regelvorrichtung, das Regeleingabeberechnungsmittel einen zweiten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet und die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Allgemein kann jeder des Δ-Modulationsalgorithmus, ΔΣ-Modulationsalgorithmus und ΣΔ-Modulationsalgorithmus nur eine Positiv-Negativ-Inversionsregeleingabe berechnen, die auf null zentriert ist. Hingegen berechnet gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe durch Addieren des vorbestimmten Werts zu dem zweiten vorbestimmten Zwischenwert, der auf der Basis des einen Modulationsalgorithmus berechnet ist, sodass das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe nicht nur als einen Wert berechnen kann, der um null herum positiv und negativ invertiert, sondern auch auf einen Wert, der eine vorbestimmte Zunahme und Abnahme um einen vorbestimmten Wert herum wiederholt, wodurch es möglich gemacht wird, den Freiheitsgrad bei der Regelung zu verbessern.
  • Bevorzugt enthält, in dem oben beschriebenen Steuer/Regelverfahren, der Schritt des Berechnens einer Regeleingabe, einen zweiten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus zu berechnen und die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert zu berechnen.
  • Diese bevorzugte Ausführung des Steuer/Regelverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, wie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt veranlasst, in der oben beschriebenen Steuer/Regeleinheit, das Steuerprogramm den Computer, einen zweiten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus zu berechnen und die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert zu berechnen.
  • Diese bevorzugte Ausführung der Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt enthält, in der oben beschriebenen Steuer/Regelvorrichtung, das Abweichungsberechnungsmittel ein Vorhersagewertberechnungsmittel, um einen vorhergesagten Wert der Abweichung gemäß der Abweichung basierend auf einem vorbestimmten Vorhersagealgorithmus zu berechnen, worin das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet.
  • Da gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung der vorhergesagte Wert der Abweichung gemäß der Abweichung basierend auf dem Vorhersagealgorithmus berechnet wird und die Regeleingabe gemäß diesem vorhergesagten Wert berechnet wird, ist es möglich, einen Schlupf in der Steuerzeitgebung zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts zu beseitigen, indem dieser vorhergesagte Wert als ein solcher Wert berechnet wird, der eine dynamische Charakteristik, z. B. eine Phasenverzögerung, eine Totzeit und dgl., des geregelten Objekts widerspiegelt. Im Ergebnis kann die Steuervorrichtung der Erfindung die Stabilität der Regelung und eine Verbesserung der Regelbarkeit sicherstellen.
  • Bevorzugt enthält, in dem oben beschriebenen Steuer/Regelverfahren, der Schritt des Berechnens einer Abweichung, einen vorbestimmten Wert der Abweichung gemäß Abweichung basierend auf einem Vorhersagealgorithmus zu berechnen, und der Schritt des Berechnens einer Regeleingabe enthält, die Regeleingabe gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus zu berechnen.
  • Diese bevorzugte Ausführung des Steuer/Regelverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt veranlasst, in der oben beschriebenen Motorsteuer/regeleinheit, das Steuerprogramm den Computer, einen vorhergesagten Wert der Abweichung gemäß der Abweichung basierend auf dem Vorhersagealgorithmus zu berechnen, und die Regeleingabe gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus zu berechnen.
  • Diese bevorzugte Ausführung der Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt berechnet, in der oben beschriebenen Steuer/Regelvorrichtung, das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe gemäß der Abweichung ferner basierend auf einem Regelobjektmodell, das ein Modell des geregelten Objekts bildet.
  • Da gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung die Regeleingabe basierend auf einem des Δ-Modulationsalgorithmus, des ΔΣ-Modulationsalgorithmus und des ΣΔ-Modulationsalgorithmus berechnet wird und das Regelobjektmodell das geregelte Objekt als Modell erstellt, kann die Regeleingabe als ein Wert berechnet werden, der die dynamische Charakteristik des geregelten Objekts widerspiegelt, indem das Regelobjektmodell so definiert wird, dass es die dynamische Charakteristik, wie etwa Phasenverzögerung, Totzeit und dgl., des geregelten Objekts geeignet widerspiegelt. Im Ergebnis kann die Steuer/Regelvorrichtung der Erfindung die Stabilität der Regelung und eine Verbesserung der Regelbarkeit sicherstellen.
  • Bevorzugt enthält in dem oben beschriebenen Steuer/Regelverfahren, der Schritt der Berechnung einer Regeleingabe die Berechnung der Regeleingabe gemäß der Abweichung ferner basierend auf einem Regelobjektmodell, das ein Modell des geregelten Objekts bildet.
  • Diese bevorzugte Ausführung des Steuer/Regelverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt veranlasst, in der oben beschriebenen Motorsteuer/regeleinheit, das Steuerprogramm den Computer, die Regeleingabe gemäß der Abweichung ferner basierend auf einem Regelobjektmodell zu berechnen, das ein Modell des geregelten Objekts bildet.
  • Diese bevorzugte Ausführung der Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt umfasst die oben beschriebene Steuer/Regelvorrichtung ferner ein Identifiziermittel zum Identifizieren eines Modellparameters für das Regelobjektmodell gemäß der berechneten Regeleingabe oder einem Wert, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und eine Ausgabe des geregelten Objekts.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung kann der Modellparameter für das Regelobjektmodell gemäß der berechneten Regeleingabe oder einem Wert, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und einer Ausgabe des geregelten Objekts identifizieren, und dementsprechend kann die Regeleingabe basierend auf dem Regelobjektmodell berechnet werden.
  • Bevorzugt umfasst das oben beschriebene Steuer/Regelverfahren den Schritt, einen Modellparameter für das Regelobjektmodell gemäß der berechneten Regeleingabe oder einem Wert, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und einer Ausgabe des geregelten Objekts zu identifzieren.
  • Diese bevorzugte Ausführung des Steuer/Regelverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt veranlasst, in der oben beschriebenen Motorsteuer/regeleinheit, das Steuerprogramm ferner den Computer, einen Modellparameter für das Regelobjektmodell gemäß der berechneten Regeleingabe oder einem Wert, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und einer Ausgabe des geregelten Objekts zu identifzieren.
  • Diese bevorzugte Ausführung der Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt umfasst, in der oben beschriebenen Steuer/Regelvorrichtung, das Regelobjektmodell ein Diskretzeitsystemmodell, worin das Identifiziermittel einen Modellparameter für das Diskretzeitsystemmodell gemäß diskreten Daten der Regeleingabe oder diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und diskreten Daten der Ausgabe des geregelten Objekts identifiziert.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung wird der Modellparameter für das Diskretzeitsystemmodell gemäß den diskreten Daten der Regeleingabe oder den diskreten Daten eines Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und diskreten Daten der Ausgabe des geregelten Objekts identifiziert. Selbst wenn sich daher die dynamische Charakteristik des geregelten Objekt über die Zeit hinweg ändert oder schwankt, kann der Modellparameter gemäß dieser dynamischen Charakteristik geeignet identifiziert werden, sodass die dynamische Charakteristik des Regelobjektmodells an die tatsächliche dynamische Charakteristik des geregelten Objekts angepasst werden kann. Im Ergebnis kann die Steuer/Regelvorrichtung der Erfindung die Regelbarkeit und die Stabilität der Regelung verbessern. Zusätzlich kann die Verwendung des Diskretzeitsystemmodells die Identifizierung des Modellparameters erleichtern und eine Zeit reduzieren, die für die Identifizierung erforderlich ist, mit einem allgemeinen Identifikationsalgorithmus, z. B. der Methoden der kleinsten Quadrate oder dgl., im Vergleich zur Verwendung eines kontinuierlichen Zeitsystemmodells.
  • Bevorzugt umfasst in dem oben beschriebenen Steuer/Regelverfahren das Regelobjektmodell ein Diskretzeitsystemmodell, worin der Schritt des Identifizierens enthält, einen Modellparameter für das Diskretzeitsystemmodell gemäß diskreten Daten der Regeleingabe oder diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und diskreten Daten der Ausgabe des geregelten Objekts zu identifizieren.
  • Diese bevorzugte Ausführung des Steuer/Regelverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt umfasst, in der oben beschriebenen Motorsteuereinheit das Objektmodell ein Diskretzeitsystemmodell, worin das Steuerprogramm den Computer veranlasst, einen Modellparameter für das Diskretzeitsystemmodell gemäß der diskreten Daten der Regeleingabe oder diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt angegebene Regeleingabe widerspiegelt, und diskreten Daten der Ausgabe des geregelten Objekts zu identifzieren.
  • Diese bevorzugte Ausführung der Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt umfasst die oben beschriebene Steuer/Regelvorrichtung ferner ein Dynamischer-Kennparameter-Erfassungsmittel zum Erfassen eines dynamischen Kennparameters, der eine Änderung in der dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts angibt; und ein Modellparametersetzmittel zum Setzen eines Modellparameters für das Regelobjektmodell gemäß dem erfassten dynamischen Kennparameter.
  • Da gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung das dynamische Kennparametererfassungsmittel einen dynamischen Kennparameter erfasst, der eine Änderung in der dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts angibt, und das Modellparametersetzmittel einen Modellparameter für das Regelobjektmodell gemäß dem erfassten dynamischen Kennparameter setzt, kann die dynamische Charakteristik des Regelobjektmodells rasch an die tatsächliche dynamische Charakteristik des geregelten Objekts angepasst werden. Im Ergebnis kann die Steuer/Regelvorrichtung einen Schlupf in der Regelzeitgebung zwischen der Eingabe und der Ausgabe, der durch die dynamische Charakteristik des geregelten Objekts hervorgerufen wird, z. B. Ansprechverzögerung, Totzeit oder dgl., rasch und genau korrigiert, wodurch es möglich gemacht wird, die Stabilität der Regelung und die Regelbarkeit zu verbessern.
  • Bevorzugt umfasst das oben beschriebene Steuer/Regelverfahren die Schritte: Erfassen eines dynamischen Kennparameters, der eine Änderung in einer dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts angibt; und Setzen eines Modellparameters für das Regelobjektmodell gemäß dem erfassten dynamischen Kennparameter.
  • Diese bevorzugte Ausführung des Steuer/Regelverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • Bevorzugt veranlasst, in der oben beschriebenen Steuer/Regeleinheit, das Steuerprogramm den Computer ferner, einen dynamischen Kennparameter zu erfassen, der eine Änderung in der dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts angibt; und einen Modellparameter für das Regelobjektmodell gemäß dem erfassten dynamischen Kennparameter zu setzen.
  • Diese bevorzugte Ausführung der Motorsteuer/regeleinheit bietet die gleichen vorteilhaften Wirkungen, die durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Steuer/Regelvorrichtung erzielt werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das allgemein eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt, sowie eine Brennkraftmaschine, auf die die Steuer/Regelvorrichtung angewendet wird;
  • 2 ist ein Graph, der ein beispielhaftes Ergebnis von Messungen zeigt, die mit einem schlechter gewordenen und einem normalen ersten Katalysator für die KW- und NOx-Reinigungsprozentsätze beider erster Katalysatoren und einer Ausgabe VOUT eines O2-Sensors 15 in Bezug auf eine Ausgabe KACT eines LAF-Sensors jeweils durchgeführt wurden;
  • 3 ist ein Graph, der das Ergebnis der Messung der Mengen von CO, KW und O2 zeigt, die in den Abgasen nahe einem ersten und einem zweiten Katalysator während einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung verbleiben;
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines ΣΔ-Modulationsalgorithmus sowie ein beispielhaftes Steuer/Regelsystem, das den ΔΣ-Modulationsalgorithmus anwendet, darstellt;
  • 5 zeigt das Ergebnis einer beispielhaften Regelungssimulation für das Steuer/Regelsystem von 4;
  • 6 ist ein beispielhaftes Diagramm zur Erläuterung der Regelcharakteristik eines ΔΣ-Modulationsreglers;
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das den ΔΣ-Modulationsregler sowie ein beispielhaftes Steuer/Regelsystem, das den ΔΣ-Modulationsregler anwendet, darstellt;
  • 8 zeigt das Ergebnis einer beispielhaften Regelsimulation für das Steuersystem von 7;
  • 9 ist ein Blockdiagramm eines adaptiven Gleitmodusreglers;
  • 10 und 11 sind Flussdiagramme, die in Kombination eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge darstellen;
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des KCMD gemäß einer adaptiven Gleitmodusregelung darstellt;
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der ΔΣ-Modulationsregelung darstellt;
  • 14 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung einer Verstärkung FDSM in Schritt 39 in 13 zeigt;
  • 15 ist ein Blockdiagramm, das einen ΣΔ-Modulationsalgorithmus sowie ein beispielhaftes Regelsystem, das einen ΣΔ-Modulationsalgorithmus anwendet, darstellt;
  • 16 ist ein Blockdiagrammm, das einen Δ-Modulationsalgorithmus sowie ein beispielhaftes Regelsystem, das einen Δ-Modulationsalgorithmus anwendet, darstellt;
  • 17 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines ADSM-Reglers und eines PRISM-Reglers in der Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung darstellt;
  • 18 zeigt einen Satz beispielhafter Gleichungen, die einen Vorhersagealgorithmus für eine Zustandsvorhersage ausdrücken;
  • 19 zeigt einen Satz beispielhafter Gleichungen, die einen Identifikationsalgorithmus für einen Onboard-Identifizierer ausdrücken;
  • 20 zeigt einen anderen Satz beispielhafter Gleichungen, die einen Identifikationsalgorithmus für den Onboard-Identifizierer ausdrücken;
  • 21 ist ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Prinzipien einer adaptiven vorhersagenden ΔΣ Modulationsregelung, die durch den ADSM Regler in der zweiten Ausführung durchgeführt wird;
  • 22 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines DSM Reglers und des ADSM Reglers darstellt;
  • 23 zeigt Gleichungen, die einen Gleitmodusregelalgorithmus ausdrücken;
  • 24 zeigt Gleichungen, die einen Gleitmodusregelalgorithmus für den PRISM Regler ausdrücken;
  • 25 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Ausführen eines Kraftstoffeinspritzregelungsprozesses für eine Brennkraftmaschine darstellt;
  • 26 und 27 sind Flussdiagramme, die eine Kombination einer Routine zur Ausführung eines adaptiven Luft/Kraftstoffverhältnisregelprozesses darstellen;
  • 28 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung eines Anfahrbestimmungsprozesses in Schritt 121 in 26 darstellt;
  • 29 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung eines PRISM/ADSM Ausführungsbestimmungsprozesses in Schritt 123 in 26 darstellt;
  • 30 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Bestimmung darstellt, ob der Identifizierer seinen Betrieb in Schritt 124 in 26 ausführen sollte oder nicht;
  • 31 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung einer Vielzahl von Parametern in Schritt 125 in 26 darstellt;
  • 32 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung von Totzeiten CAT_DELAY, KACT_D;
  • 33 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung eines Wichtungsparameters λ1;
  • 34 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung von Grenzwerten X_IDA2L, X_IDB1L, X_IDB1H für Begrenzungsbereiche der Modellparameter a1, a2, b1;
  • 35 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung einer Filterordnung n;
  • 36 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Betriebs des Identifizierers in Schritt 131 in 26 darstellt;
  • 37 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung eines θ(k) Stabilisierungsprozesses in Schritt 194 in 36 darstellt;
  • 38 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zum Begrenzen von identifizierten Werten a1' und a2' in Schritt 201 in 37 darstellt;
  • 39 ist ein Diagramm, das einen Begrenzungsbereich zeigt, in dem eine Kombination der identifizierten Werte a1' und a2' durch den Prozess von 38 begrenzt wird;
  • 40 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Begrenzung eines identifizierten Werts b1' in Schritt 202 in 37 darstellt;
  • 41 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb darstellt, der durch den Zustandsvorhersager in Schritt 133 in 27 durchgeführt wird;
  • 42 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung des Regelbetrags UsI in Schritt 134 in 27 darstellt;
  • 43 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung eines integrierten Werts einer Vorhersageumschaltfunktion σPRE in Schritt 251 in 42 darstellt;
  • 44 und 45 sind Flussdiagramme, die in Kombination einer Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung eines Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD in Schritt 136 in 27 darstellen;
  • 46 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Durchführung eines ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM in Schritt 137 in 27 darstellt;
  • 47 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung einer Verstärkung KDSM;
  • 48 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung eines adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisprozesses KCMDSLD in Schritt 138 in 27 darstellt;
  • 49 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Ausführung des Prozesses zur Berechnung eines adaptiven Korrekturterms FLAFADP in Schritt 139 in 27 darstellt;
  • 50 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung darstellt;
  • 51 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung darstellt;
  • 52 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung darstellt;
  • 53 zeigt eine beispielhafte Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung von Modellparametern in einem Parameterplaner in der Steuer/Regelvorrichtung gemäß der fünften Ausführung;
  • 54 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration eines SDM Reglers in einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführung darstellt;
  • 55 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration eines DM Reglers in einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung darstellt;
  • 56 ist ein Blockdiagramm, das allgemein eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer achten Ausführung sowie eine Brennkraftmaschine, auf die die Steuer/Regelvorrichtung angewendet wird, darstellt;
  • 57 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß der achten Ausführung darstellt; und
  • 58 ist ein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer neunten Ausführung darstellt.
  • DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGEN
  • Im folgenden wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Steuer/Regelvorrichtung gemäß der ersten Ausführung ist konfiguriert, um zum Beispiel ein Luft/Kraftstoffverhältnis einer Brennkraftmaschine zu steuern/regeln. 1 stellt allgemein die Konfiguration der Steuer/Regelvorrichtung 1 sowie einer Brennkraftmaschine (nachfolgend als „Motor" bezeichnet) 3 dar, welche die Steuer/Regelvorrichtung 1 anwendet. Wie dargestellt, umfasst die Steuer/Regelvorrichtung 1 eine elektronische Steuereinheit (ECU) 2, die das Luft/Kraftstoffverhältnis eines dem Motor 3 zugeführten Luft/Kraftstoffgemischs gemäß einem Betriebszustand davon steuert/regelt, wie später beschrieben wird.
  • Der Motor 3 ist ein Reihenvierzylinderbenzinmotor, der in ein nicht gezeigtes Fahrzeug eingebaut ist, und hat vier, nämlich erste bis vierte Zylinder #1–#4. Ein Drosselventilöffnungssensor 10, der zum Beispiel aus einem Potentiometer oder dergleichen gebildet ist, ist nahe einem Drosselventil 5 im Ansaugrohr 4 des Motors 3 vorgesehen. Der Drosselventilöffnungssensor 10 implementiert das Regelobjektzustand-Erfassungsmittel sowie ein Betriebszustandparametererfassungsmittel. Der Drosselventilöffnungssensor 10 erfasst eine Drosselöffnung θTH des Drosselventils 5 (nachfolgend die "Drosselventilöffnung" genannt) und sendet ein Erfassungssignal, das die Drosselventilöffnung θTH angibt, an die ECU 2. In dieser Ausführung entspricht die Drosselventilöffnung θTH einem Betriebszustandparameter und einem Parameter, der den Zustand eines geregelten Objekts angibt.
  • Ein Absolut-Ansaugrohrinnendrucksensor 11 ist ferner an einer Stelle des Ansaugrohrs 4 stromab des Drosselventils 5 vorgesehen. Der Absolut-Ansaugrohrinnendrucksensor 11, der ein Verstärkungsparametererfassungsmittel, ein Dynamischer-Kennparameter-Erfassungsmittel, ein Regelobjektzustandserfassungsmittel und ein Betriebszustandparametererfassungsmittel implementiert, ist zum Beispiel aus einem Halbleiterdrucksensor oder dergleichen gebildet, um einen absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA innerhalb des Ansaugrohrs 4 zu erfassen, zur Ausgabe eines Erfassungssignals, das den absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA angibt, an die ECU 2. In dieser Ausführung entspricht der Absolut-Ansaugrohrinnendrucksensor PBA einem Verstärkungsparameter, einem dynamischen Kennparameter, einem den Zustand eines geregelten Objekts angebenden Parameter und einem Betriebszustandparameter.
  • Das Ansaugrohr 4 ist mit den vier Zylindern #1–#4 jeweils durch vier Zweige 4b eines Ansaugkrümmers 4a verbunden. Eine Einspritzdüse 6 ist an jedem der Zweige 4b an einer Stelle stromauf einer jeweiligen Einlassöffnung angebracht, die nicht für jeden Zylinder geeignet ist. Jede Einspritzdüse 6 wird durch ein Treibersignal von der ECU 2 in Hinblick auf eine Endkraftstoffeinspritzmenge TOUT, die eine Ventilöffnungszeit angibt, und eine Einspritzzeitgebung, wenn der Motor 3 in Betrieb ist, angesteuert.
  • Ein Wassertemperatursensor 12, der zum Beispiel aus einem Thermistor oder dergleichen gebildet ist, ist am Körper des Motors 3 angebracht. Der Wassertemperatursensor 12 erfasst eine Motorwassertemperatur TW, welche die Temperatur von Kühlwasser ist, das im Zylinderblock des Motors 3 zirkuliert, und gibt ein Erfassungssignal, das die Motorwassertemperatur TW angibt, an die ECU 2 aus.
  • Ein Kurbelwinkelsensor 13 ist an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors 3 angebracht. Der Kurbelwinkelsensor 13, der ein Verstärkungsparametererfassungsmittel, ein Betriebszustanderfassungsmittel sowie ein Dynamik-Kennparametererfassungsmittel implementiert, gibt ein CRK Signal und ein OT Signal, die beide Pulssignale sind, an die ECU 2 aus, wenn sich die Kurbelwelle dreht.
  • Das CRK Signal erzeugt einen Puls bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel (zum Beispiel 30°). Die ECU 2 berechnet eine Drehzahl NE des Motors 3 (nachfolgend die „Motordrehzahl" genannt) in Antwort auf das CRK Signal. In dieser Ausführung entspricht die Motordrehzahl NE einem Verstärkungsparameter, einem dynamischen Kennparameter, einem den Zustand eines geregelten Objekts angebenden Parameter und einem Betriebszustandparameter. Das OT Signal gibt wiederum an, dass sich ein Kolben (nicht gezeigt) jedes Zylinders in einer vorbestimmten Kurbelwinkelstellung befindet, die sich etwas vor einer OT (oberer Totpunkt) Stellung im Ansaugtakt befindet, und erzeugt bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel einen Puls.
  • An Stellen stromab eines Auspuffkrümmers 7a in einem Auspuffrohr (Auspuffkanal) sind ein erster und ein zweiter Katalysator 8a, 8b (Katalysatoren) in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite, mit Abstand voneinander, vorgesehen. Jeder Katalysator 8a, 8b ist eine Kombination eines NOx Katalysators und eines Drei-Wege-Katalysators. Der NOx Katalysator ist aufgebaut aus einem Iridiumkatalysator (einem gesinterten Produkt aus Iridium, das auf Siliciumcarbidwhiskerpulver getragen ist, und Silica), der auf die Oberfläche des Basismaterials in einer Bienenwabenstruktur aufgelagert ist, sowie ein Perovskit-Doppeloxid (ein gesintertes Produkt aus LaCoO3 Pulver und Silica), das auf den Iridiumkatalysator aufgelagert ist. Die Katalysatoren 8a, 8b reinigen NOx in den Abgasen während eines Magerverbrennungsbetriebs durch Oxidation/Reduktions-Wirkungen des NOx Katalysators, und reinigen CO, KW und NOx in den Abgasen während einem anderen Betrieb als dem Magerverbrennungsbetrieb durch Oxidation/Reduktions-Wirkungen des Drei-Wege-Katalysators. Es sollte angemerkt werden, dass die Katalysatoren 8 nicht auf eine Kombination eines NOx Katalysators und eines Drei-Wege-Katalysators beschränkt sind, sondern aus jedem Material gemacht sein können, solange sie CO, KW und NOx in den Abgasen reinigen können. Zum Beispiel können die Katalysatoren 8a, 8b aus einem Nicht-Metall Katalysator wie etwa einem Perovskit-Katalysator oder dergleichen gebildet sein, und/oder einem Katalysator auf Metallbasis, wie etwa einem Drei-Wege-Katalysator und dergleichen.
  • Aus dem später angegebenen Grund ist die Gesamtmenge des Nicht-Metallkatalysators und des Metallkatalysators, die auf den ersten Katalysator 8a geladen sind, auf eine vorbestimmte Beladungsmenge M11 (z. B. 8 g) gesetzt, wohingegen die Gesamtmenge des Nicht-Metallkatalysators und des Metallkatalysators, die in den zweiten Katalysator 8b geladen sind, auf eine vorbestimmte Beladungsmenge M1 gesetzt sind (z. B. 0,75 bis 1,5 g), die kleiner ist als die vorbestimmte Beladungsmenge M1. Ferner enthält der erste Katalysator 8 einen Träger, dessen Länge (entlang dem Auspuffrohr 7) auf eine vorbestimmte Länge L1 gesetzt ist (z. B. 115 mm für einen Katalysator mit einer Kapazität von einem Liter).
  • Ein Sauerstoffkonzentrationssensor (nachfolgend der „O2 Sensor" genannt) 15 ist zwischen den ersten und zweiten Katalysatoren 8a, 8b angebracht. Der O2 Sensor 15 (der einen stromabwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor implementiert) ist aus Zirkonium, einer Platinelektrode und dergleichen gebildet und sendet eine Ausgabe Vout an die ECU 2 auf der Basis der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen stromab des ersten Katalysators 8a. Die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 (die Ausgabe eines geregelten Objekts) geht zu einem Spannungswert auf hohem Pegel (zum Beispiel 0,8 V), wenn ein Luft/Kraftstoffgemisch, das fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis, verbrannt wird, und geht zu einem Spannungswert auf niedrigem Pegel (zum Beispiel 0,2 V), wenn das Luft/Kraftstoffgemisch mager ist. Auch geht die Ausgabe Vout auf einen vorbestimmten Sollwert Vop (zum Beispiel 0,6 V), wenn das Luft/Kraftstoffgemisch nahe dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis liegt (siehe 2).
  • Ein LAF Sensor 14 (der einen stromaufwärtigen Luft/Kraftstoffverhältnissensor implementiert), ist nahe einem Anschluss des Auspuffkrümmers 7a stromauf des ersten Katalysators 8 angebracht. Der LAF Sensor 14 ist aus einem Sensor gebildet, der dem O2 Sensor 15 ähnlich ist, und eine Erfassungsschaltung, wie etwa einem Linearisierer in Kombination zum linearen Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in Abgasen über einen weiten Bereich des Luft/Kraftstoffverhältnisses, der von einem fetten Bereich zu einem mageren Bereich reicht, um eine Ausgabe KACT, die proportional zur erfassten Sauerstoffkonzentration ist, zur ECU 2 zu schicken. Die Ausgabe KACT wird als equivalentes Verhältnis angegeben, das proportional zum Kehrwert des Luft/Kraftstoffverhältnisses ist.
  • Als Nächstes wird, in Bezug auf 2, die Beziehung zwischen einem durch den ersten Katalysator 8a erzielten Abgasreinigungsprozentsatz und der Ausgabe Vout (einem Spannungswert) des O2 Sensors 15 beschrieben. 2 zeigt beispielhafte Ergebnisse der Messung des KW und NOx Reinigungsprozentsatzes, der durch den ersten Katalysator 8a erzielt wird, und der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15, wenn die Ausgabe KACT des LAF Sensors 14, das heißt das Luft/Kraftstoffverhältnis des dem Motor 3 zugeführten Luft/Kraftstoffgemischs sich nahe dem stoichiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis ändert, für zwei Fälle, wo der erste Katalysator 8a auf Grund langfristigem Gebrauch schlechter geworden ist und daher schlechtere Reinigungsfähigkeiten hat, und wo der erste Katalysator 8a nicht schlechter geworden ist und daher hohe Reinigungsfähigkeiten hat. In 2 zeigen die mit den unterbrochenen Linien angebenden Daten die Messergebisse, wenn der erste Katalysator 8a nicht schlechter geworden ist, und Daten, die mit den durchgehenden Linien angegeben sind, zeigen die Messergebisse, wenn der erste Katalysator 8a schlechter geworden ist. 2 zeigt auch, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs fetter wird, wenn die Ausgabe KACT des LAF Sensors 14 größer wird.
  • Wenn, wie in 2 gezeigt, der erste Katalysator 8a schlechter geworden ist, sind seine Fähigkeiten bei der Reinigung von Abgasen schlechter geworden, im Vergleich zu einem solchen, der nicht schlechter geworden ist, so dass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 den Sollwert Vop kreuzt, wenn die Ausgabe KACT des LAF Sensors 14 auf einem Wert KACT1, tiefer im mageren Bereich, liegt. Andererseits hat der erste Katalysator 8a die Charakteristik, KW und NOx besonders effizient zu reinigen, wenn die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf dem Sollwert Vop liegt, unabhängig davon, ob der erste Katalysator 8a schlechter geworden ist oder nicht. Es wird daher angenommen, dass die Abgase besonders effizient durch den ersten Katalysator 8a gereinigt werden können, in dem das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs so geregelt wird, dass es die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop bringt. Aus diesem Grund wird in der später beschriebenen Luft/Kraftstoffverhältnisregelung ein Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD derart geregelt, dass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop konvergiert.
  • Als Nächstes folgt in Bezug auf 3 eine Beschreibung der Beziehung zwischen dem Zustand von Abgasen, die durch die ersten und zweiten Katalysatoren 8a, 8b gereinigt sind, und der Gesamtmenge des Nicht-Metallkatalysators und Metallkatalysators, die auf die ersten und zweiten Katalysatoren 8a, 8b geladen sind. 3 zeigt das Ergebnis der Mengen von CO, KW und NOx, die in Abgasen in dem Auspuffrohr 7 an einer Stelle stromauf des ersten Katalysators 8a, an einer Stelle zwischen dem ersten Katalysator 8a und dem zweiten Katalysator 8b sowie an Stellen stromab des zweiten Katalysators 8b verbleiben, wenn aus dem oben genannten Grund das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD derart geregelt wird, dass die Ausgabe VOUT des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop konvergiert. Insbesondere erhält man, für die CO-Restmenge das mit durchgehender Linie angegebene Messergebis, wenn die ersten und zweiten Katalysatoren 8a, 8b in dieser Ausführung verwendet werden, während man das mit der unterbrochenen Linie angegebene Messergebis in einem Vergleichsbeispiel erhält, worin die Gesamtmenge des Nicht-Metallkatalysators und Metallkatalysators, die in den zweiten Katalysator 8b geladen sind, identisch zur Gesamtmenge des Nicht-Metallkatalysators und Metallkatalysators, die in den ersten Katalysator 8a geladen sind, gesetzt ist, zum Zwecke des Vergleichs.
  • In Bezug auf 3 ist ersichtlich, dass dann, wenn die ersten und zweiten Katalysatoren 8a, 8b in dieser Ausführung verwendet werden, die CO-, KW- und NOx-Restmengen an den Stellen stromab des ersten Katalysators 8a kleiner sind als an den Stellen stromauf des ersten Katalysators 8a, und an der Stelle stromab des zweiten Katalysators 8b kleiner sind als an der Stelle stromab des ersten Katalysators 8a, sodass die zwei Katalysatoren 8a, 8b ihre Reinigungsleistungsfähigkeit vollständig demonstrieren. Jedoch ist in dem mit der unterbrochenen Linie angegebenen Messergebis im Vergleichsbeispiel ersichtlich, das die CO-Restmenge an der Stelle stromab des ersten Katalysators 8a kleiner ist als an der Stelle stromauf des ersten Katalysators 8a, wohingegen die CO-Restmenge an der Stelle stromab des zweiten Katalysators 8b größer ist als an der Stelle stromab des ersten Katalysators 8a. Wenn daher die in den zweiten Katalysator 8b geladene Gesamtmenge von Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator größer ist als die in den ersten Katalysator 8a geladene Gesamtmenge von Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator, wird CO in dem zweiten Katalysator regeneriert. Diese Tatsache ist durch ein Experiment erkannt worden. Das Gleiche gilt dann, wenn der zweite Katalysator 8b nur den Nicht-Metallkatalysator oder Metallkatalysator aufweist, der von dem Träger getragen wird. Aus dem vorstehenden Grund wird in dieser Ausführung die Gesamtmenge an Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator, die in den zweiten Katalysator 8b geladen ist, auf die vorbestimmte Beladungsmenge M2 gesetzt, die kleiner ist als die Gesamtmenge M1 von Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator, die in den ersten Katalysator 8a geladen sind.
  • Die ECU 2 ist ferner mit einem Akzeleratoröffnungssensor 16, einem Atmosphärendrucksensor 17, einem Ansauglufttemperatursensor 18, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 und dergleichen verbunden. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 implementiert das Regelobjektzustand-Erfassungsmittel und das Betriebszustandparametererfassungsmittel. Der Akzleratoröffnungssensor 16 erfasst einen Betrag AP, um den der Fahrer auf ein nicht gezeigtes Gaspedal des Fahrzeugs tritt (nachfolgend „Akzeleratoröffnung" genannt), und gibt an die ECU 2 ein Erfassungssignal aus, das die Akzeleratoröffnung AP angibt. Ähnlich erfasst der Atmosphärendrucksensor 17, der Ansauglufttemperatursensor 18 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor den Atmosphärendruck PA, eine Ansauglufttemperatur TA beziehungsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit VP, und geben Erfassungssignale, die die jeweiligen erfassten Werte angeben, an die ECU 2 aus.
  • Die ECU 2 beruht auf einem Mikrocomputer, der eine I/O Schnittstelle, eine CPU, ein RAM, ein ROM und dergleichen aufweist. Die ECU 2 bestimmt einen Betriebszustand des Motors 3 gemäß den Ausgaben der oben erwähnten Vielzahl von Sensoren 10–19, und berechnet das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD (die Regeleingabe) durch Ausführen eines adaptiven Luft/Kraftstoffverhältnisregelprozesses oder Kennfeldsuchprozesses, wie später beschrieben, gemäß einem zuvor in dem ROM gespeicherten Steuerprogramm und in dem RAM gespeicherten Daten. Ferner berechnet, wie später beschrieben wird, die ECU 2 die Endkraftstoffeinspritzmenge TOUT der Einspritzdüse 6 für jeden Zylinder auf der Basis des berechneten Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD, und treibt die Einspritzdüse 6 unter Verwendung eines Treibersignals auf der Basis der berechneten Endkraftstoffeinspritzmenge TOUT an, um das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs zu regeln. In dieser Ausführung implementiert die ECU 2 ein Abweichungsberechnungsmittel, ein Regeleingabeberechnungsmittel, ein Verstärkungsparametererfassungsmittel, ein Verstärkungssetzmittel, ein erstes Regeleingabeberechnungsmittel, ein zweites Regeleingabeberechnungsmittel, ein Regelobjektzustand-Erfassungsmittel, ein Regeleingabewählmittel, ein Ausgabeabweichungsberechnungsmittel, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelmittel, ein Betriebszustandparametererfassungsmittel, ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel, ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel, ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Wählmittel sowie ein Betriebsmodusunterscheidungsmittel.
  • Als Nächstes wird die von der ECU 2 ausgeführte ΔΣ-Modulationsregelung beschrieben. In der ΔΣ-Modulationsregelung wird ein ΔΣ-Modulationsregler 40, der den ΔΣ-Modulationsalgorithmus anwendet, dazu benutzt, eine Regeleingabe Φop(k) (= Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD) basierend auf einer Abweichung der Ausgabe VOUT des O2 Sensors von dem Sollwert Vop zu berechnen, und die Regeleingabe Φop(k) wird in ein geregeltes Objekt eingegeben, d. h. den O2 Sensor, um den O2 Sensor derart zu regeln, dass seine Ausgabe VOUT auf den Sollwert Vop konvergiert. Ein spezifisches Programm zur Ausführung der ΔΣ-Modulationsregelung wird im Detail später beschrieben.
  • Zuerst wird in Bezug auf ein Blockdiagramm von 4 die Charakteristik des ΔΣ-Modulationsalgorithmus beschrieben. Wie in 4 dargstellt, erzeugt in einem Regelungssystem, das den ΔΣ-Modulationsalgorithmus implementiert, ein Subtrahierer 41 eine Abweichung δ(k) zwischen einem Referenzsignal r(k) und einem DSM-Signal u(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 42 verzögert ist. Als Nächstes erzeugt ein Integrator 43 einen integrierten Abweichungswert σd(k) als Signal, das die Summe der Abweichung δ(k) und eines integrierten Abweichungswerts σd(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 44 verzögert ist, angibt.
  • Als Nächstes erzeugt ein Quantifizierer 45 (Vorzeichenfunktion) ein DSM Signal u(k) als Vorzeichen des integrierten Abweichungswerts σd(k). Demzufolge wird das so erzeugte DSM Signal u(k) in ein geregeltes Objekt 49 eingegeben, das in Antwort hierauf ein Ausgangssignal y(k) liefert.
  • Der vorstehende ΔΣ Modulationsalgorithmus wird durch die folgenden Gleichungen (1)–(3) ausgedrückt: δ(k) = r(k) – u(k – 1) (1) σd(k) = σd(k – 1) + δ(k) (2) u(k) = sgn(σd(k)) (3)wobei der Wert der Vorzeichenfunktion sgn(σd(k)) 1 einnimmt (sgn(σd(k)) = 1), wenn σd(k) ≥ 0, und –1 (sgn(σd(k) = –1), wenn σd(k) < 0; (sgn(σd(k)) kann auf null gesetzt werden (sgn(σd(k)) = 0), wenn σd(k) = 0).
  • Als Nächstes wird in Bezug auf 5 das Ergebnis einer Regelungssimulation für ein Regelsystem beschrieben, das den vorstehenden ΔΣ-Modulationsalgorithmus anwendet. Wenn, wie in 5 gezeigt, das Sinusreferenzsignal r(k) in das Regelsystem eingegeben wird, das DSM Signal u(k) als Rechteckwellensignal erzeugt und wird dem geregelten Objekt 49 zugeführt, das in Antwort hierauf das Ausgangssignal y(k) ausgibt, das eine unterschiedliche Amplitude vom und die gleiche Frequenz wie das Referenzsignal r(k) aufweist, und hat allgemein einen ähnlichen Wellenverlauf, obwohl Rauschen enthalten ist. Wie beschrieben, ist der ΔΣ-Modulationsalgorithmus dadurch gekennzeichnet, dass das DMS Signal u(k) erzeugt werden kann, wenn das geregelte Objekt 49 mit dem DSM Signal u(k) gespeist wird, das von dem Referenzsignal r(k) erzeugt ist, sodass das geregelte Objekt 49 das Ausgangssignal y(k) erzeugt, das eine unterschiedliche Amplitude vom und die gleiche Frequenz wie das Referenzsignal r(k) hat und einen allgemein ähnlichen Wellenverlauf wie das Referenzsignal r(k) hat. In anderen Worten, der ΔΣ-Modulationsalgorithmus ist dadurch gekennzeichnet, dass das DMS Signal u(k) derart erzeugt (berechnet) werden kann, dass das Referenzsignal r(k) in der tatsächlichen Ausgabe y(k) des geregelten Objekts 49 reproduziert wird.
  • Als Nächstes wird in Bezug auf 6 die Charakteristik des DSM Reglers 40 in dieser Ausführung beschrieben. Der DSM Regler 40 nutzt den Vorteil der Charakteristik des oben beschriebenen ΔΣ-Modulationsalgorithmus, um die Regeleingabe Φop(k) zu erzeugen, um die Ausgabe Vout des O2 Sensors auf den Sollwert Vop zu konvergieren. Wenn man die Prinzipien der Berechnung beschreibt, fluktuiert die Ausgabe Vout des O2 Sensors in Bezug auf den Sollwert Vop z. B. so, wie in 6 mit der durchgehenden Linie angegeben, wobei die Regeleingabe Φop(k) erzeugt werden kann, um eine Ausgabe Vout' mit gegenphasigem Wellenverlauf zu erzeugen, wie in 6 mit unterbrochener Linie angegeben, aus dem geregelten Objekt 49, um die Ausgabe Vout des O2 Sensors auf den Sollwert Vop zu konvergieren. Hierin sei angenommen, dass eine Abweichung von Abtastdaten Vout(k) der Ausgabe von dem O2 Sensor von dem Sollwert Vop eine Ausgabeabweichung VO2(k) (= Vour(k) – Vop) ist, wobei eine Ausgabeabweichung VO2'(k), die einen gegenphasigen Wellenverlauf hat, um die Abweichung aufzuheben, einen Wert darstellt, der einer Beziehung VO2'(k) = –VO2(k) genügt. Daher kann die Regeleingabe Φop(k) erzeugt werden, um die Ausgabeabweichung VO2'(k) herzuleiten. Der DSM Regler 40 erzeugt die Regeleingabe Φop(k), um die Ausgabe Vout zum Erzeugen der Ausgabeabweichung VO2'(k) herzuleiten, die den zur Ausgabeabweichung VO2(k) gegenphasigen Wellenverlauf hat, um dieselbe aufzuheben. Mit dieser Regeleingabe Φop(k) kann die Ausgabe Vout auf den Sollwert Vop konvergiert werden.
  • Als Nächstes wird in Bezug auf ein Blockdiagramm von 7 der DSM Regler 40 beschrieben. In dieser Ausführung implementiert der DSM Regler 40 das Regeleingabeberechnungsmittel, das erste Regeleingabeberechnungsmittel, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel und das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel. In 7 sind Komponenten, die zu jenen in 4 identisch sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon wird weggelassen. In dem DSM Regler 40 erzeugt ein Subtrahierer 48 ein Referenzsignal r(k) als Abweichung (Ausgabeabweichung VO2'(k) einer Ausgabe y(k) (= Vout(k)) des geregelten Objekts 40 von dem Sollwert Vop.
  • In Verstärker 46 erzeugt ein verstärktes DSM Signal u'(k) als Produkt eines DSM Signals u''(k), das von einem Quantifizierer 45 erzeugt wird, und einer Verstärkung F. Als Nächstes erzeugt ein Addierer 47 die Regeleingabe Φop(k) als die Summe des verstärkten DSM-Signals u'(k) und 1. Wenn dann die so erzeugte Regeleingabe Φop(k) (Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD) in das geregelte Objekt 49 eingegeben ist, gibt das geregelte Objekt 49 die Ausgabe Vout(k) aus, die auf den Sollwert Vop konvergiert. Wie später beschrieben, wird in dieser Ausführung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, das die Regeleingabe Φop(k) ist, in das geregelte Objekt 49 als Treibersignal basierend auf der End-Kraftstoffeinspritzmenge TOUT eingegeben, die entsprechend dem Betriebszustand des Motors 3 korrigiert worden ist. Das Regelobjekt 49 entspricht einem System von einem Ansaugsystem des Motors 3 einschließlich der Einspritzdüse 6 bis zur stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 8a in dem Auspuffsystem einschließlich des ersten Katalysators 8a.
  • Der Algorithmus des vorstehenden DSM Reglers 40 wird durch die folgenden Gleichungen (4)–(9) ausgedrückt: r(k) = VO2'(k) = Vop – Vout(k) (4) δ(k) = r(k) – u''(k – 1) (5) σd(k) = σd(k – 1) + δ(k) (6) u''(k) = sgn(σd(k)) (7) u'(k) = Fd·u''(k) (8) Φop(k) = 1 + u'(k) (9)
  • Der Wert der Vorzeichenfunktion sgn(σd(k)) nimmt 1 ein (sgn(σd(k)) = 1), wenn σd(k) ≥ 0, und –1 (sgn(σd(k)) = –1), wenn σd(k) < 0 sind; (sgn(σd)(k)) kann auf null gesetzt werden (sgn(σd(k)) = 0), wenn σd(k) = 0).
  • Als Nächstes wird in Bezug auf 8 das Ergebnis der Regelungssimulation für den oben beschriebenen DSM Regler 40 beschrieben. 8 zeigt das Ergebnis einer beispielhaften Simulation, worin eine sinusartige Störung in das geregelte Objekt 49 eingegeben wird, worin die durchgehend linierte Kurve den Wellenverlauf der Ausgabe Vout angibt, wenn der DSM Regler 49 die ΔΣ Modulationsregelung durchführt, und die Kurve mit Einpunktkettenlinie gibt den Wellenverlauf der Ausgabe Vout an, wenn die ΔΣ Modulationsregelung nicht ausgeführt wird. In Bezug auf beide Wellenverläufe ist ersichtlich, dass die Ausgabe Vout ohne die ΔΣ Modulationsregelung nicht auf den Sollwert Vop konvergiert, sondern fluktuiert, da dies die Störung widerspiegelt, wohingegen die Ausgabe Vout mit der ΔΣ Modulationsregelung auf den Sollwert Vop konvergiert. Auf diese Weise kann bestätigt werden, dass die Ausgabe Vout auf den Sollwert Vop gemäß der ΔΣ Modulationsregelung, welche mit dem DSM Regler 40 ausgeführt wird, konvergiert werden kann.
  • Als Nächstes wird die adaptive Gleitmodusregelung (Onboard-Identifikationsgleitmodusregelung) becshrieben, welche in der ECU 2 ausgeführt wird. Die adaptive Gleitmodusregelung einen Gleitmodusregler 52, später beschrieben, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD als Regeleingabe gemäß einer Ausgabe KACT des LAF Sensors 14, der Ausgabe Vout des O2 Sensors und dem Sollwert Vop zu berechnen. Ein Programm zur Ausführung der adaptiven Gleitmodusregelung wird später beschrieben.
  • Im Folgenden wird der PRISM Regler 50 zur Ausführung der adaptiven Gleitmodusregelung in Bezug auf ein Blockdiagramm von 9 beschrieben. Obwohl hierin nicht beschrieben, ist der Algorithmus des PRISM Reglers 50 ähnlich dem Algorithmus eines PRISM Reglers 21 konfiguriert, wie er später in 17 beschrieben wird. Der PRISM Regler 50 umfasst eine Referenzwertsetzeinheit 51, einen Regelbetraggenerator 52, einen Begrenzer 53, Subtrahierer 54, 55, einen Addierer 56 und dgl.
  • In dem PRISM Regler 50 erzeugt die Referenzwertsetzeinheit 51 einen Referenzwert FLAFBASE für ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den Motor 3. Der Subtrahierer 54 berechnet eine Abweichung kact der Ausgabe KACT des LAF Sensors 14 von dem Referenzwert FLAFBASE. Der Subtrahierer 54 berechnet wiederum eine Ausgabeabweichung VO2 der Ausgabe Vout des O2 Sensors von dem Sollwert Vop.
  • Der Regelbetraggenerator 52 erzeugt einen Regelbetrag Us1 zum Konvergieren der Ausgabe Vout auf den Sollwert Vop gemäß der Ausgabeabweichung VO2 und der Abweichung kact. Der Regelbetraggenerator 52 umfasst einen Gleitmodusregler 52a, einen Onboard-Identifizierer 52b und einen Zustandsvorhersager 52c. Obwohl hierin nicht beschrieben, sind die Algorithmen des Gleitmodusreglers 52a, des Onboard-Identifizierers 52b und des Zustandsvorhersagers 52c in ähnlicher Weise konfiguriert wie die Algorithmen eines Gleitmodusreglers 25, eines Onboard-Identifizierer 23 und eines Zustandsvorhersagers 22, die 17 später beschrieben sind.
  • Ferner begrenzt der Begrenzer 55 den Regelbetrag Us1, um einen Regelbetrag kcmd zu erzeugen. Dann addiert der Addierer 56 einen Referenzwert FLAFBASE zu dem Regelbetrag kcmd, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu erzeugen.
  • Im Folgenden wird der von der ECU 2 ausgeführte Prozess zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge in Bezug auf die 10 und 11 beschrieben. Die 10 und 11 stellen eine Hauptroutine dieses Steuerprozesses dar, der synchron mit einem eingegebenen OT-Signal als Interrupt ausgeführt wird. In diesem Prozess verwendet die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, das gemäß dem ΔΣ Modulationsregelprozess, dem adaptiven Gleitmodusregelprozess oder einem Kennfeldsuchprozess berechnet ist, um die Kraftstoffeinspritzmenge TOUT für jeden Zylinder zu berechnen, wie später beschrieben wird.
  • Zuerst liest in Schritt 1 (In der Figur als "S1" abgekürzt. Das Gleiche gilt für die folgenden Figuren), die ECU 2 Ausgaben der verschiedenen vorgenannten Sensoren 10–19.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 2 weiter, worin die ECU 2 eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim berechnet. In diesem Prozess berechnet die ECU 2 die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim durch Absuchen eines nicht gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und dem absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 3 weiter, wo die ECU 2 einen Gesamtkorrekturkoeffizienten KTOTAL berechnet. Für die Berechnung des Gesamtkorrekturkoeffizienten KTOTAL berechnet die ECU 2 eine Vielzahl von Korrekturkoeffizienten durch Absuchen einer Vielzahl von Tabellen und Kennfeldern gemäß einer Vielzahl von Betriebszustandparametern (z. B. der Ansauglufttemperatur TA, dem Atmosphärendruck PA, der Motorwassertemperatur TW, der Akzeleratoröffnung AP und dgl.) und multipliziert diese Korrekturkoeffizienten miteinander.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 4 weiter, wo bestimmt wird, ob eine Bedingung erfüllt worden ist, zur Verwendung eines im KCMD-Berechnungsprozess berechneten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung, später beschrieben. In anderen Worten, es wird bestimmt, ob der Motor 3 in einem Betriebsmodus ist, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im adaptiven Gleitmodus geregelt werden sollte. Es wird hierin bestimmt, dass die Bedingung (Wählbedingung) für die Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung erfüllt ist, wenn die folgenden Bedingungen (f1)–(f6) vollständig erfüllt sind.
    • (f1) Der LAF Sensor 14 und der O2 Sensor 15 sind beide aktiviert;
    • (f2) der Motor 3 ist nicht im Magerverbrennungsbetrieb;
    • (f3) das Drosselventil 5 ist nicht vollständig geöffnet;
    • (f4) die Zündzeit wird nicht auf spät gesteuert;
    • (f5) der Motor 3 ist nicht im Kraftstoffsperrbetrieb; und
    • (f6) die Motordrehzahl NE und der absolute Ansaugrohrinnendruck PBA liegen beide innerhalb ihrer jeweiligen vorbestimmten adaptiven Gleitmodusregelungs-Bereiche.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 4 JA ist, d. h. wenn die Bedingung zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt 5 weiter, unter der Annahme, dass sich der Motor 3 in einem Betriebsmodus befindet, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung geregelt werden soll, wo die ECU 2 das in dem KCMD-Berechnungsprozess berechnete Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung liest.
  • 12 stellt den KCMD-Berechnungsprozess gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung dar. In Schritt 20 berechnet die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD. Obwohl spezifische Details zu Schritt 20 weggelassen sind, führt die ECU 2 ähnliche Prozesse wie in den Schritten 120–139 (außer für Schritt 137) in den 26, 27 aus, die später beschrieben sind.
  • Wenn, zurück zu 10, das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 4 NEIN ist, d. h. wenn die Bedingung zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der adaptiven Gleitmodusregelung nicht erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt 6 weiter, wo bestimmt wird, ob eine Bedingung zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD, das in dem KCMD Berechnungsprozess gemäß einer ΔΣ Modulationsregelung, später beschrieben, berechnet ist, erfüllt ist oder nicht. Anders gesagt, es wird bestimmt, ob der Motor 3 in einem Betriebsmodus ist, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß der ΔΣ Modulationsregelung geregelt werden sollte. Es wird hierin bestimmt, dass die Bedingung (Wählbedingung) für die Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der ΔΣ Modulationsregelung erfüllt ist, wenn die folgenden Bedingungen (f7–f12) vollständig erfüllt sind:
    • (f7) der Motor 3 ist nicht in einem Magerverbrennungsbetrieb;
    • (f8) der LAF Sensor 14 und der O2 Sensor 15 sind beide aktiviert;
    • (f9) das Drosselventil 5 ist nicht vollständig geöffnet;
    • (f10) der Motor 3 ist nicht im Kraftstoffsperrbetrieb;
    • (f11) die Zündzeit wird nicht auf spät gesteuert; und
    • (f12) die Motordrehzahl NE und der absolute Ansaugrohrinnendruck PBA liegen beide innerhalb ihrer jeweiligen vorbestimmten ΔΣ Modulationsregelungsbereiche (z. B. innerhalb eines extremen Niederlastbetriebsmodus).
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 6 JA ist, d. h. die Bedingung zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der ΔΣ Modulationsregelung erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt 7 unter der Annahme weiter, dass der Motor in einem Betriebsmodus ist, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß der ΔΣ Modulationsregelung geregelt werden sollte, wobei die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD ausliest, das in dem KCMD Berechnungsprozess gemäß der ΔΣ Modulationsregelung berechnet wurde, wie in 13 dargestellt. Spezifische Details für den KCMD Berechnungsprozess gemäß der ΔΣ Modulationsregelung werden später beschrieben.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 6 NEIN ist, d. h. wenn die Bedingung zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der ΔΣ Modulationsregelung nicht erfüllt ist, geht der Fluss zu Schritt 8 weiter, wo die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch Absuchen eines nicht gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und dem absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA berechnet.
  • In Schritt 9, der sich am vorstehenden Schritt 5, 7 oder 8 anschließt, berechnet die ECU 2 einen Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF für jeden Zylinder. Der Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizient #nKLAF ist zum Korrigieren von Schwankungen in dem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für jeden Zylinder vorgesehen. Insbesondere berechnet die ECU 2 den Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF basierend auf PID Regelung gemäß einem Ist-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das von dem Beobachter für jeden Zylinder aus der Ausgabe KACT des LAF Sensors 14 geschätzt wird. Das Symbol #n im Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF repräsentiert die Zylinderzahl #1–#4. Das gleiche gilt auch für eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL und eine End-Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT, später beschrieben.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 10 weiter, wo die ECU 2 einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB berechnet. Insbesondere berechnet die ECU 2 den Rückkopplungskoeffizienten KFB in der folgenden Weise. Die ECU 2 berechnet einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KLAF basierend auf PID Regelung gemäß einer Abweichung der Ausgabe KACT des LAF Sensors 14 von dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD. Auch berechnet die ECU 2 einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR durch Berechnung des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSR durch einen nicht gezeigten selbstabstimmenden adaptiven Regler, und durch Dividieren des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR durch das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD. Dann setzt die ECU 2 einen dieser zwei Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KLAF und Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KSTR als den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gemäß einem Betriebszustand des Motors 3.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 11 weiter, wo die ECU 2 ein korrigiertes Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDM berechnet. Dieses korrigierte Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDM ist zum Kompensieren einer Änderung in dem Füllungsgrad aufgrund einer Änderung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis a/F vorgesehen. Die ECU 2 berechnet das korrigierte Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDM durch Absuchen einer nicht gezeigtne Tabelle gemäß dem in Schritt 5, 7 oder 8 berechneten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 12 weiter, wo die ECU 2 die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL für jeden Zylinder gemäß der folgenden Gleichung (10) unter Verwendung der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim, des Gesamtkorrekturkoeffizienten KTOTAL, des Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF, des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB und des korrigierten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMDM berechnet, die wie oben beschrieben berechnet worden sind. #nTCYL = Tim·KTOTAL·KCMDM·KFB·#nKLAF (10)
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 13 weiter, wo die ECU 2 die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL auf Anhaftung korrigiert, um die End-Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT zu berechnen. Insbesondere berechnet die ECU 2 diese End-Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT durch Berechnung des Anteils des von der Einspritzdüse 6 eingespritzten Kraftstoffs, der an der Innenwand der Brennkammer im Verlauf eines Verbrennungszyklus anhaftet, gemäß einem Betriebszustand des Motors 3, und durch Korrektur der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL basierend auf dem so berechneten Anteil.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 14 weiter, wo die ECU 2 ein Treibersignal basierend auf der in der vorstehenden Weise berechneten End-Kraftstoffeinspritzmenge #nTOUT an die Einspritzdüse 6 eines entsprechenden Zylinders ausgibt, wonach dieser Prozess endet.
  • Als Nächstes wird der KCMD Berechnungsprozess gemäß der oben diskutierten ΔΣ Modulationsregelung in Bezug auf die 13 und 14 beschrieben. Dieser Prozess wird mit einer vorbestimmten Periode (z. B. alle 30–60 ms) unter Verwendung eines nicht gezeigten Programmtimers ausgeführt.
  • Zuerst liest in Schritt 30 die ECU 2 Abtastdaten VOUT (= Vout(k), d. h. die Ausgabe des geregelten Objekts) der Ausgabe Vout des O2 Sensors. Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 13 weiter, wo die ECU 2 einen gegenwärtigen Wert SGNSIGMA[0] (= u''(k)) eines im RAM gespeicherten DSM Signals auf einen vorherigen Wert SGNSIGMA[1]) = u''(k – 1)) setzt.
  • Der Fluss geht als Nächstes zu Schritt 32 weiter, wo die ECU 2 einen gegenwärtigen Wert SIGMA[0] (= σd(k)) einer im RAM gespeicherten integrierten Abweichung auf einen vorherigen Wert SIGMA[1] (= σd(k – 1)) setzt.
  • Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 33 weiter, wo die ECU 2 die in Schritt 30 gelesenen Abtastdaten VOUT von einem Sollwert VO2TARGET (= Vop) subtrahiert, und den resultierenden Wert als Ausgabeabweichung VO2R (= VO2'(k) = r(k)) setzt. Dieser Prozess entspricht der vorstehenden Gleichung (4).
  • Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 34 weiter, wo die ECU 2 den vorherigen Wert SGNSIGMA[1] des DSM Signals von der Ausgabeabweichung VO2 subtrahiert und den resultierenden Wert als Abweichung DELTA (= σ(k)) setzt. Dieser Prozess entspricht der vorgenannten Gleichung (5).
  • Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 35 weiter, wo die ECU 2 die Abweichung DELTA zum vorherigen Wert SIGMA[1] der integrierten Abweichung addiert und die resultierende Summe auf den gegenwärtigen Wert SIGMA[0] der integrierten Abweichung setzt. Dieser Prozess entspricht der vorgenannten Gleichung (6).
  • Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 36 weiter, wo bestimmt wird, ob der in Schritt 35 berechnete gegenwärtige Wert SIGMA[0] der integrierten Abweichung gleich oder größer als "0" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 36 JA ist, setzt die ECU 2 den gegenwärtigen Wert SGNSIGMA[0] des DMS Signals auf "1" (Schritt 37). Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 36 NEIN ist, setzt die ECU 2 den gegenwärtigen Wert SGNSIGMA[0] des DSM signals auf "–1" (Schritt 38). Der vorhergehende Prozess in Schritten 36–38 entspricht der vorgenannten Gleichung (7).
  • In Schritt 39, der sich an Schritt 37 oder 38 anschließt, berechnet die ECU 2 eine Verstärkung FDSM (= Fd) durch Absuchen einer in 14 gezeigten Tabelle gemäß der in Schritt 2 berechneten Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim. In der in 14 gezeigten Tabelle wird die Verstärkung FDSM auf einen größeren Wert gesetzt, wenn die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim kleiner wird, d. h. wenn der Motor 3 im Betrieb leichter belastet wird. Diese Einstellung wird durchgeführt, um die Ausgabe Vout des O2 Sensors für das Ansprechverhalten zu kompensieren, das geringer wird, wenn der Motor 3 im Betrieb leichter belastet wird, um das Abgasvolumen zu reduzieren. Die Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung der Verstärkung FDSM ist nicht auf die vorstehende Tabelle beschränkt, worin die Verstärkung FDSM gemäß der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim gesetzt wird, sondern es kann stattdessen irgendeine andere Tabelle verwendet werden, solange die Verstärkung FDSM gemäß einem die Betriebslast des Motors 3 angebenden Parameter (z. B. das Abgasvolumen AB_SV) zuvor gesetzt worden ist. Wenn ein Verschlechterungsprüfer für die Katalysatoren 8a, 8b vorgesehen ist, kann die Verstärkung FDSM auf einen kleineren Wert korrigiert werden, wenn die Katalysatoren 8a, 8b um einen höheren Grad schlechter geworden sind, wie er durch den Verschlechterungsprüfer bestimmt wird.
  • Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 40 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert SGNSIGMA[0] des DSM Signals mit der Verstärkung FDSM multipliziert, und setzt das resultierende Produkt als verstärkten Zwischenwert DKCMDA (= u'(k)) des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD. Der Prozess in den Schritten 39, 40 entspricht der vorgenannten Gleichung (8).
  • Als Nächstes geht der Fluss zu Schritt 41 weiter, wo die ECU 2 zum verstärkten Zwischenwert DKCMDA eins addiert, und die resultierende Summe auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD (= Φop(k)) setzt, wonach der Prozess zur Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge beendet wird. Der Prozess in Schritt 41 entspricht der vorgenannten Gleichung (9).
  • Wie oben beschrieben, wird gemäß der Steuervorrichtung 1 dieser Ausführung der Prozess zur Berechnung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD entweder der adaptiven Gleitmodusregelung, der ΔΣ Modulationsregelung oder Kennfeldabsuche gemäß dem Betriebszustand des Motors 3 umgeschaltet. Daher ist es mit dem gemäß einem der vorstehenden Strategien berechneten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD möglich, für eine Vielzahl von Betriebsmodi des Motors 3 eine zufriedenstellendere Nachkatalysatorabgascharakteristik sicherzustellen, indem zuvor, durch Experimente oder dgl., das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD bestimmt wird, das die Ausgabe Vout ermöglicht, die am zufriedenstellendsten auf den Sollwert Vop konvergiert.
  • Wenn die Bedingung zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD gemäß der ΔΣ Modulationsregelung erfüllt ist, z. B. in einem extremen Niederlastbetriebsmodus, wie etwa Leerlaufbetriebsmodus, berechnet die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß der ΔΣ Modulationsregelung, in Anpassung an die Ausgabeabweichung VO2'(k) der Ausgabe Vout des O2 Sensors von dem Sollwert Vop. Es wird daher möglich, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD für ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu berechnen, um die Ausgabe Vout zu erzeugen, aus der eine Abweichung mit einem zur Ausgabeabweichung VO2(k) gegenphasigen Wellenverlauf hergeleitet wird, um die Ausgabeabweichung VO2(k) aufzuheben. Dann kann, durch Berechnung der End-Kraftstoffeinspritzmenge TOUT basierend auf dem so berechneten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, die End-Kraftstoffeinspritzmenge TOUT derart berechnet werden, dass die resultierende Ausgabe Vout auf den Sollwert Vop konvergiert. Wenn hingegen das Luft/Kraftstoff-Gemisch mit dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD dem Motor 3 zugeführt wird, kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen, das eine Ansprechverzögerung oder Totzeit zeigt, d. h. die Ausgabe Vout des O2 Sensors, akkurat und rasch auf den Sollwert Vop ohne Schwankungen konvergiert werden. Aus dem gleichen Grund kann die Ausgabe Vout des O2 Sensors auch in einem extremen Niederlastbetriebsmodus, worin ein reduziertes Abgasvolumen bewirkt, dass die Augabe Vout des O2 Sensors die Ansprechverzögerung oder Totzeit erhöht, akkurat und rasch auf den Sollwert Vop ohne Schwankungen konvergiert werden. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, kann die Ausgabe Vout des O2-Sensors auf den Sollwert Vop genau und rasch konvergiert werden, sodass der erste Katalysator 8a Abgase sehr effizient reinigen kann, wie oben beschrieben, um extrem zufriedenstellende Nachkatalysator-Abgase vorzusehen.
  • Auch berechnet in der ΔΣ Modulationsregelung die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD basierend auf dem Produkt des gegenwärtigen Werts SGNSIGMA[0] des DMS Signals und der Verstärkung FDSM, und setzt die Verstärkung FDSM gemäß der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge TCYL, sodass auch dann, wenn eine Änderung im Betriebszustand des Motors 3 in einer Änderung im Ansprechverhalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase resultiert, das geeignete Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD für das Luft/Kraftstoff-Gemisch mittels der Verstärkung FDSM berechnet werden kann, das gemäß der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge TCYL gesetzt worden ist, um gleichzeitig für ein rasches Konvergieren auf den Sollwert und eine hohe Ansprechempfindlichkeit zu sorgen.
  • Während die erste Ausführung als beispielhafte Konfiguration veranschaulicht worden ist, worin die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die Brennkraftmaschine 3 steuert/regelt, sollte es sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese besondere Konfiguration beschränkt ist, sondern auch auf Steuervorrichtungen zum Steuern/Regeln anderer beliebiger geregelter Objekte angewendet werden kann. Auch kann der DSM Regler 40 durch eine elektrische Schaltung implementiert werden, anstatt durch das Programm, wie in der Ausführung gezeigt.
  • Während die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführung auf dem ΔΣ Modulationsalgorithmus beruht, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen (zu erzeugen), kann der ΔΣ Modulationsalgorithmus auch durch den ΣΔ Modulationsalgorithmus ersetzt werden, um das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen. Im Folgenden wird die Charakteristik des ΣΔ Modulationsalgorithmus in Bezug auf ein Blockdiagramm von 15 beschrieben.
  • Wie in 15 dargestellt, erzeugt in einem Steuersystem, das den ΣΔ Modulationsalgorithmus anwendet, ein Integrator 60 einen Referenzsignal-Integralwert σdr(k) als die Summe des Referenzsignals r(k) und eines Referenzsignal-Integralwerts σdr(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 61 verzögert ist. Andererseits erzeugt ein Integralwert 63 einen SDM Signal-Integralwert σdu(k) als die Summe eines SDM Signal-Integralwerts σdu(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 64 verzögert ist, und eines SDM Signals u(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 65 verzögert ist. Dann erzeugt ein Subtrahierer 62 eine Abweichung δ'(k) des SDM Signal-Integralwerts σdu(k – 1) von dem Referenzsignal-Integralwert σdr(k).
  • Als Nächstes erzeugt ein Quantifizierer 66 (Vorzeichenfunktion) ein SDM Signal u(k) als das Vorzeichen der Abweichung δ'(k). Dann wird das in der vorstehenden Weise erzeugte SDM Signal u(k) in das geregelte Objekt 49 eingegeben, das in Antwort darauf das Ausgangssignal y(k) liefert.
  • Der vorstehende ΣΔ Modulationsalgorithmus wird durch die folgenden Gleichungen (11)–(14) ausgedrückt: σdr(k) = r(k) + σdr(k – 1) (11) σdu(k) = σdu(k – 1) + u(k – 1) (12) δ'(k) = σdr(k) – σdu(k) (13) u(k) = sgn(δ'(k)) (14)
  • Die Vorzeichenfunktion sgn(δ'(k)) nimmt den Wert von 1 ein (sgn(δ'(k)) = 1), wenn δ'(k) ≥ 0, und –1 (sgn(δ'(k)) = –1), wenn δ'(k) < 0 (alternativ kann sgn(δ'(k)) auf 0 gesetzt werden (sgn(δ'(k) = 0), wenn δ'(k) = 0).
  • Obwohl nicht gezeigt, ist, wie der vorstehende ΔΣ Modulationsalgorithmus, auch der vorstehende ΣΔ Modulationsalgorithmus dadurch gekennzeichnet, dass das SDM Signal u(k) als Regeleingabe in das geregelte Objetk 49 erzeugt werden kann, sodass das geregelte Objekt 49 die Ausgabe y(k) erzeugt, die eine unterschiedliche Amplitude von dem Referenzsignal r(k) und die gleiche Frequenz wie dieses hat und dessen Wellenverlauf im Allgemeinen ähnlich dem Referenzsignal r(k) ist. Daher kann ein Regler, der die Charakteristik des vorstehenden ΣΔ Modulationsalgorithmus verwendet, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD berechnen, um ähnliche Vorteile wie die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführung zu erreichen, welche auf dem ΔΣ Modulationsalgorithmus beruht.
  • Weiter kann alternativ das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß einem Δ Modulationsalgorithmus anstelle des ΔΣ Modulationsalgorithmus in der ersten Ausführung berechnet werden. Im Folgenden wird die Charakteristik des Δ Modulationsalgorithmus in Bezug auf ein Blockdiagramm von 16 beschrieben.
  • Wie in 16 dargstellt, erzeugt in dem Δ Modulationsalgorithmus ein Integrator 70 einen DM Signal-Integralwert σdu(k) als die Summe eines DM Signal-Integralwerts σdu(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 71 verzögert ist, und eines DM Signals u(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 74 verzögert ist. Dann erzeugt ein Subtrahierer 72 ein Abweichungssignal δ''(k) des DM Signal-Integralwerts σdu(k) von dem Referenzsignal r(k).
  • Als Nächstes erzeugt ein Quantifizierer 73 (Vorzeichenfunktion) ein DM Signal u(k) als Vorzeichen des Abweichungssignals δ''(k). Dann wird das so erzeugte SDM Signal u(k) in das geregelte Objekt 49 eingegeben, das in Antwort darauf das Ausgabesignal y(k) liefert.
  • Der vorstehende Δ Modulationsalgorithmus wird durch die folgenden Gleichungen (15)–(17) ausgedrückt: σdu(k) = σdu(k – 1) + u(k – 1) (15) δ''(k) = r(k) – σdu(k) (16) u(k) = sgn(δ''(k)) (17)
  • Die Vorzeichenfunktion sgn(δ''(k)) nimmt den Wert von 1 ein (sgn(δ''(k)) = 1), wenn σ(k) ≥ 0, und –1 (sgn(δ''(k)) = –1), wenn δ''(k) < 0 (alternativ kann sgn(δ''(k)) auf 0 gesetzt werden (sgn(δ''(k)) = 0), wenn δ''(k) = 0.
  • Obwohl nicht gezeigt, ist, wie der vorstehende ΔΣ Modulationsalgorithmus, auch der vorstehende Δ Modulationsalgorithmus dadurch gekennzeichnet, dass das DM signal u(k) als Regeleingabe in das geregelte Objekt 49 erzeugt werden kann, sodass das geregelte Objekt 49 das Ausgabesignal y(k) erzeugt, das eine unterschiedliche Amplitude von dem Referenzsignal r(k) und die gleiche Frequenz wie dieses hat, und im Wellenverlauf allgemein ähnlich dem Referenzsignal r(k) ist. Daher kann ein Regler, der die Charakteristik des vorstehenden Δ Modulationsalgorithmus verwendet, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD berechnen, um ähnliche Vorteile wie die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführung zu erzielen, die auf dem ΔΣ Modulationsalgorithmus beruht.
  • Als Nächstes wird eine Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie die Steuervorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführung ist auch die Steuervorrichtung 201 konfiguriert, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine Brennkraftmaschine allgemein in ähnlicher Weise wie in 1 dargestellt zu regeln.
  • Insbesondere umfasst die Steuervorrichtung 201 auch eine ECU 2 auf Mikrocomputerbasis. Die ECU 2 bestimmt einen Betriebszustand eines Motors 3 gemäß den Ausgaben der verschiedenen oben erwähnten Sensoren 10–19, berechnet ein Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD und regelt ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Luft/Kraftstoff-Gemisches durch Ausführung eines adaptiven Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelungsprozesses oder eines Kennfeldsuchprozesses, später beschrieben, gemäß einem Steuerprogramm, das vorab in dem ROM gespeichert ist, und gemäß in dem RAM gespeicherten Daten. Ferner berechnet die ECU 2 die End-Kraftstoffeinspritzmenge TOUT. In der zweiten Ausführung implementiert die ECU 2 ein Abweichungsberechnungsmittel, ein Regeleingabeberechnungsmittel, ein Verstärkungsparametererfassungsmittel, ein Verstärkungssetzmittel, ein Vorhergesagter-Wert-Berechnungsmittel, ein Identifizierungsmittel, ein Dynamikparametererfassungsmittel, ein Modellparametersetzmittel, ein erstes Regeleingabeberechnungsmittel, ein zweites Regeleingabeberechnungsmittel, ein Geregeltes-Objekt-Zustanderfassungsmittel, ein Regeleingabewählmittel, ein Ausgabeabweichungsberechnungsmittel, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelmittel, ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel, ein Betriebszustandparametererfassungsmittel, ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelmittel, ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelmittel, ein Wählmittel, ein Betriebszustandunterscheidungsmittel, ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel sowie ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel.
  • Wie in 17 gezeigt, umfasst die Steuer/Regelvorrichtung 201 einen ADSM Regler 20 sowie einem PRISM Regler 21 zum Berechnen des Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD. Insbesondere werden beide Regler 20, 21 durch die ECU 2 implementiert.
  • Im folgenden wird der ADSM Regler 20 beschrieben. Der ADSM Regler 20 berechnet das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD, um die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop gemäß einem Regelalgorithmus einer adaptiven Vorhersage ΔF Modulationsregelung (nachfolgend als „ADSM" abgekürzt), später beschrieben, zu konvergieren. Der ADSM Regler 20 umfasst eine Zustandsvorhersage 22, einen Onboard-Identifizierer 23 und einen DSM Regler 24. Ein spezifisches Programm zur Ausführung des ADSM Prozesses wird später beschrieben.
  • Es wird zuerst der Zustandsvorhersager 22 beschrieben (der ein Vorhersagewertberechnungsmittel implementiert). Der Zustandsvorhersager 22 vorhersagt (berechnet) einen vorhergesagten Wert PREVO2 einer Ausgabeabweichung VO2 gemäß einem Vorhersagealgorithmus, wie später beschrieben. In dieser Ausführung sei angenommen, dass eine Regeleingabe zu einem geregelten Objekt das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD eines Luft/Kraftstoffgemischs ist; die Ausgabe des geregelten Objekts der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 ist; und das geregelte Objekt ein System vom Ansaugsystem des Motors 3, einschließlich der Einspritzdüsen 6, bis zu dem O2 Sensor 15 stromab des ersten Katalysators 8a in einem den ersten Katalysator 8a enthaltenden Auspuffsystem ist. Dann wird ein Modell dieses geregelten Objekts erstrebt, wie durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt, als ein ARX Modell (ein autoregressives Modell mit exogener Eingabe), das ein Diskretzeit-Systemmodell ist. VO2(k) = a1·VO2(k – 1) + a2·VO2(K – 2) + b1·DKCMD(k – dt) (18)wobei VO2 eine Ausgabeabweichung repräsentiert, die eine Abweichung (Vout – Vop) zwischen der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 und dem vorgenannten Sollwert Vop ist; DKCMD eine Luft/Kraftstoffverhältnisabweichung repräsentiert, die eine Abweichung (KCMD-FLAFBASE) zwischen einem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD (= Φop) und einem Referenzwert FLAFBASE ist; und der Buchstabe k repräsentiert die Ordnung der jeweiligen Daten in einem Abtastzyklus. Der Referenzwert FLAFBASE wird auf einen vorbestimmten Festwert gesetzt. Modellparameter a1, a2, b1 werden sequentiell durch den Onboard-Identifizierer 23 in einer nachfolgend beschriebenen Weise identifiziert.
  • dt in Gleichung (18) repräsentiert eine Vorhersagezeitdauer ab der Zeit, zu der ein auf das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD gesetztes Luft/Kraftstoffgemisch dem Ansaugsystem durch die Einspritzdüse 6 zugeführt wird, bis zu der Zeit, zu der sich das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD in der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 wiederspiegelt, und wird durch die folgende Gleichung (19) definiert: dt = d + d' + dd (19) worin d eine Totzeit in dem Auspuffsystem vom LAF Sensor 14 zum O2 Sensor 15 definiert; d' eine Totzeit in einem Luft/Kraftstoffverhältniseinstellsystem von den Einspritzdüsen 6 bis zum LAF Sensor 14; und dd eine Phasenverzögerungszeit zwischen dem Auspuffsystem und dem Luft/Kraftstoffverhältniseinstellsystem (es sollte angemerkt werden, dass in einem Steuerungsprogramm für den adaptiven Luft/Kraftstoffverhältnisregelprozess, wie später beschrieben, die Phasenverzögerungszeit dd auf Null gesetzt wird (dd = 0), um das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD zu berechnen, während zwischen dem ADSM Prozess und dem PRISM Prozess umgeschaltet wird).
  • Das Regelobjektmodell umfasst Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2 und die Luft/Kraftstoffverhältnisabweichung DKCMD, wie oben beschrieben, aus den nachfolgend angegebenen Grund. Es ist für ein Regelobjektmodell allgemein bekannt, dass die dynamische Charakteristik des Regelobjektmodells enger an die tatsächliche dynamische Charakteristik des geregelten Objekts angepasst werden kann, wenn eine Abweichung der Eingabe/Ausgabe zwischen dem geregelten Objekt und einem vorbestimmten Wert als eine Variable definiert wird, die die Eingabe/Ausgabe repräsentiert, als dann, wenn ein Absolutwert der Eingabe/Ausgabe als Variable definiert wird, weil dies die Modellparameter präziser identifizieren oder definieren kann. Wenn daher, wie dies in der Steuer/Regelvorrichtung 1 dieser Ausführung geschieht, das Regelobjektmodell aus Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2 und der Luft/Kraftstoffverhältnisabweichung DKCMD gebildet ist, kann die dynamische Charakteristik des Regelobjektmodells enger an die tatsächliche dynamische Charakteristik des geregelten Objekts angepasst werden, im Vergleich zu dem Fall, wo Absolutwerte der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 und des Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD als Variablen gewählt werden, wodurch es möglich gemacht wird, den vorhergesagten Wert PREVO2 mit höherer Genauigkeit zu berechnen.
  • Der vorhergesagte Wert PREVO2 zeigt wiederum eine vorhergesagte Ausgabeabweichung VO2(k + dt) nach Ablauf der Vorhersagezeitdauer dt ab der Zeit, zu der das auf das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD gesetzte Luft/Kraftstoffgemisch dem Ansaugsystem zugeführt worden ist. Wenn eine Gleichung zur Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 auf der Basis der vorgenannten Gleichung (1) abgeleitet wird, wird die folgende Gleichung (20) definiert: PREVO2(k) = VO2(k + dt) = a1·VO2(k + dt – 1) + a2·VO2(k + dt – 2) + b1·DKCMD(k) (20)
  • In dieser Gleichung (20) ist es notwendig, VO2(k + dt – 1), VO2(k + dt – 2) entsprechend künftigen Werten der Ausgabeabweichung VO2(k) zu berechnen, so dass die tatsächliche Programmierung der Gleichung (3) schwierig ist. Daher werden Matrices A, B unter Verwendung der Modellparameter a1, a2, b1 als die in 18 gezeigten Gleichungen (21), (22) definiert, und es wird eine Rekursionsformel der Gleichung (20) wiederholt dazu benutzt, die Gleichung (20) zu transformieren, um die in 18 gezeigte Gleichung (23) abzuleiten. Wenn die Gleichung (23) als Vorhersagealgorithmus verwendet wird, das heißt eine Gleichung zur Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2, wird der vorhergesagte Wert PREVO2 aus der Ausgabeabweichung VO2 und der Luft/Kraftstoffverhältnisabweichung DKCMD berechnet.
  • Wenn dann eine LAF Ausgabeabweichung DKACT als Abweichung (KACT-FLAFBASE) zwischen der Ausgabe KACT (= Φin) des LAF Sensors 14 und dem Referenzwert FLAFBASE definiert wird, erhält man eine Beziehung, die durch DKACT(k) = DKCMD(k – d') ausgedrückt wird. Die in 18 gezeigte Gleichung (24) erhält man durch Anbindung dieser Beziehung auf die Gleichung (23) in 18.
  • Das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD kann berechnet werden, während eine Ansprechverzögerung und Totzeit zwischen der Eingabe/Ausgabe des geregelten Objekts geeignet kompensiert wird, in dem das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD unter Verwendung des vorhergesagten Werts PREVO2 berechnet wird, der durch die vorstehende Gleichung (23) oder (24) berechnet ist, wie später beschrieben wird. Insbesondere wenn die Gleichung (24) als der Vorhersagealgorithmus verwendet wird, wird der vorhergesagte Wert PREVO2 aus der LAF Ausgabeabweichung DKACT und dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD berechnet, so dass der vorhergesagte Wert PREVO2 als ein Wert berechnet werden kann, der das Luft/Kraftstoffverhältnis der dem ersten Katalysator 8a momentan zugeführten Abgase wiederspiegelt, um hierdurch die Berechnungsgenauigkeit, das heißt die Vorhersagegenauigkeit weiter zu verbessern als dann, wenn die Gleichung (23) verwendet wird. Auch wenn d' kleiner als 1 betrachtet werden kann (d' ≤ 1), wenn die Gleichung (24) verwendet wird, kann der vorhergesagte Wert PREVO2 nur aus der Ausgabeabweichung VO2 und der LAF Ausgabeabweichung DKACT berechnet werden, ohne die Luft/Kraftstoffverhältnisabweichung DKCMD zu verwenden. Weil in dieser Ausführung der Motor 3 mit dem LAF Sensor 14 versehen ist, wird die Gleichung (24) als der Vorhersagealgorithmus verwendet.
  • Das durch die Gleichung (18) ausgedrückte Regelobjektmodell kann als ein Modell definiert werden, das die Ausgabeabweichung VO2 und die LAF Ausgabeabweichung DKACT als Variablen verwendet, in dem eine durch DKACT(k) = DKCMD(k – d') ausgedrückte Beziehung auf die Gleichung (18) angewendet werden.
  • Als Nächstes wird der Onboard-Identifizierer 23 beschrieben (der das Identifizierungsmittel implementiert). Der Onboard-Identifizierer 23 identifiziert (berechnet) Modellparameter a1, a2, b1 in der vorgenannten Gleichung (18) gemäß einem unten beschriebenen sequentiellen Identifikationsalgorithmus. Insbesondere wird ein Vektor θ(k) für Modellparameter durch die in 19 gezeigten Gleichungen (25), (26) berechnet. In Gleichung (25) in 19 ist KP(k) ein Vektor für einen Verstärkungskoeffizienten, und ide_f(k) ist ein Identifikationsfehlerfilterwert. In der Gleichung (9) repräsentiert θ(k)T eine transponierte Matrix von θ(k), und a1'(k), a2'(k) und b1'(k) repräsentieren Modellparameter, bevor deren Bereich in einem später beschriebenen Begrenzungsprozess begrenzt wird. In der folgenden Beschreibung wird, sofern möglich, der Begriff „Vektor" weggelassen.
  • Ein Identifikationsfehlerfilterwert ide_f(k) in der Gleichung (25) wird abgeleitet, in dem ein in Gleichung (27) in 19 ausgedrückter gleitender Mittelwertfilterungsprozess auf den Identifikationsfehler ide(k) angewendet wird, der durch die in 19 gezeigten Gleichungen (28)–(30) berechnet wird. n in Gleichung (27) in 19 repräsentiert die Filterordnung (eine ganze Zahl gleich oder größer als eins) in dem gleitenden Mittelwertfilterungsprozess, und VO2HAT(k) in Gleichung (12) repräsentiert einen identifzierten Fehler der Ausgabeabweichung VO2.
  • Der Identifikationsfehlerfilterwert ide_f(k) wird aus dem nachfolgend genannten Grund verwendet. Insbesondere hat das geregelte Objekt in dieser Ausführung das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als Regeleingabe, und die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 als Ausgabe. Das geregelte Objekt hat auch eine Tiefpassfrequenzcharakteristik. In einem solchen geregelten Objekt, das die Tiefpassfrequenzcharakteristik hat, werden Modellparameter identifiziert, während die Hochfrequenzcharakteristik des geregelten Objekts, auf Grund einer Frequenzwichtungscharakteristik des Identifikationsalgorithmus des Onboard-Identifizierers 23 hervorgehoben, insbesondere einen Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate, wie später beschrieben wird, so dass das Regelobjektmodell tendenziell eine geringere Verstärkungscharakteristik hat als die tatsächliche Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts. Im Ergebnis kann dann, wenn der ADSM Prozess oder der PRISM Prozess durch die Regelvorrichtung 1 ausgeführt wird, das Regelsystem divergieren und daher instabil werden, und zwar wegen einer zu hohen Verstärkung, die möglicherweise aus dem Prozess resultiert.
  • Daher korrigiert in dieser Ausführung die Steuer/Regelvorrichtung 201 den Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate in geeigneter Weise nach der Frequenzwichtungscharakteristik, und verwendet den Identifikationsfehlerfilterwert ide_f(k), der mit dem gleitenden Mittelwertfilterungsprozess für den Identifikationsfehler ide_(k) angewendet wird, und setzt auch die Filterordnung n des gleitenden Mittelwertfilterungsprozesses gemäß einem Abgasvolumen AB_SV, um die Verstärkungscharakteristik des Regelobjektmodells an die tatsächliche Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts anzupassen, was später beschrieben wird.
  • Ferner wird der Vektor KP(k) für den Verstärkungskoeffizienten in Gleichung (25) in 19 durch die Gleichung (31) in 19 berechnet. P(k) in Gleichung (14) ist eine Quadratmatrix dritter Ordnung, wie durch Gleichung (32) in 19 definiert.
  • In dem oben beschriebenen Identifikationsalgorithmus wird einer der folgenden vier Identifikationsalgorithmen durch Setzen von Wichtungsparametern λ1, λ2 in der Gleichung (32) ausgewählt:
    λ1 = 1, λ2 = 0: Algorithmus mit fester Verstärkung;
    λ1 = 1, λ2 = 1: Algorithmus der kleinsten Quadrate;
    λ1 = 1, λ2 = λ: Algorithmus mit allmählich reduzierter Verstärkung; und
    λ1 = λ, λ2 = 1: Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate.
    wobei λ ein vorbestimmter Wert ist, der in einem Bereich von 0 < λ < 1 gesetzt ist.
  • (0197–0209) Diese Ausführung verwendet den Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate aus den vier Identifikationsalgorithmen. Dies ist so, weil der Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate eine Identifikationsgenauigkeit und eine Rate, mit der ein Modellparameter auf einem Optimalwert konvergiert, geeignet setzen kann, in dem er den Wichtungsparameter λ1 gemäß einem Betriebszustand des Motors 3 setzt, insbesondere, das Abgasvolumen AB_SV. Wenn zum Beispiel der Motor 3 im Betrieb leicht belastet ist, kann eine hohe Identifikationsgenauigkeit sichergestellt werden, in dem der Wichtungscharakter λ1 auf einen Wert nahe 1, gemäß diesem Betriebszustand, gesetzt wird, das heißt in den Algorithmus in der Nähe des Algorithmus der kleinsten Quadrate gesetzt wird. Wenn andererseits der Motor 3 im Betrieb hoch belastet ist, kann der Modellparameter rasch auf einen Optimalwert konvergiert werden, in dem der Wichtungsparameter λ1 auf einen Wert gesetzt wird, der kleiner ist als jener während des Niederlastbetriebs. In dem der Wichtungsparameter λ1 gemäß dem Abgasvolumen AB_SV in der vorstehenden Weise gesetzt wird, ist es möglich, die Identifikationsgenauigkeit und die Rate, mit der der Modellparameter auf einem Optimalwert konvergiert, geeignet zu setzen, um hierdurch die Nachkatalysatorabgascharakteristik zu verbessern.
  • Wenn die vorgenannte Beziehung, DKACT(k) = DKCMD(k – d') auf den durch die Gleichungen (25)–(32) ausgedrückten Identifikationsalgorithmus angewendet wird, erhält man einen Identifikationsalgorithmus, wie er durch die in 20 gezeigten Gleichungen (33)–(40) ausgedrückt ist. Da in dieser Ausführung der Motor 3 mit dem LAF Sensor 14 versehen wird, werden diese Gleichungen (33)–(40) angewendet. Wenn diese Gleichungen (33)–(40) angewendet werden, kann der Modellparameter als ein Wert identifiziert werden, der, aus dem oben genannten Grund, das Luft/Kraftstoffverhältnis der dem ersten Katalysator 8a tatsächlich zugeführten Abgase auf einen höheren Grad wiederspiegelt, und dementsprechend kann der Modellparameter mit einer höheren Genauigkeit identifiziert werden als dann, wenn der Identifikationsalgorithmus verwendet wird, der durch die Gleichungen (25)–(32) ausgedrückt wird.
  • Auch wendet der Onboard-Identifizierer 23 den später beschriebenen Begrenzungsprozess auf die Modellparameter a1'(k), a2'(k), b1'(k) an, die durch den vorstehenden Identifikationsalgorithmus berechnet sind, um die Modellparameter a1(k), a2(k), b1(k) zu berechnen. Ferner berechnet der vorgenannte Zustandsvorhersager 22 den vorhergesagten Wert PREVO2 auf der Basis der Modellparameter a1(k), a2(k), b1(k), nach dem deren Bereich in dem Begrenzungsprozess begrenzt worden ist.
  • Als Nächstes wird der DSM Regler 24 (der das Regeleingabeberechnungsmittel, erste Regeleingabeberechnungsmittel, Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel und erste Luft/Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel implementiert) beschrieben. Der DSM Regler 24 erzeugt (berechnet) die Regeleingabe Φop(k) (= Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD) gemäß einem Regelalgorithmus, auf den der ΔΣ Modulationsalgorithmus angewendet wird (ausgedrückt durch die vorgenannten Gleichungen (1)–(3)), basierend auf dem vom Zustandsvorhersager 22 berechneten vorhergesagten Wert PREVO2, und gibt die berechnete Regeleingabe Φop(k) in das geregelte Objekt ein, um die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 als Ausgabe des geregelten Objekts derart zu regeln, dass es auf den Sollwert Vop konvergiert. Da die Charakteristik des ΔΣ Modulationsalgorithmus in der ersten Ausführung beschrieben worden ist, wird die Beschreibung dazu hier weggelassen.
  • Die Prinzipien des DSM Reglers 24 werden in Bezug auf 21 beschrieben. Wenn die Ausgabeabweichung VO2 z. B. in Bezug auf den Wert von null fluktuiert, wie in 21 mit der Einpunktkettenlinie angegeben (d. h. die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 fluktuiert in Bezug auf den Sollwert Vop, kann die Regeleingabe Φop(k) erzeugt werden, um eine Ausgabeabweichung VO2* zu erzeugen, die einen gegenphasigen Wellenverlauf hat, und die Ausgabeabweichung VO2 aufzuheben, wie in 21 mit unterbrochener Linie angegeben, um die Ausgabeabweichung VO2 auf null zu konvergieren (d. h. die Ausgabe Vout auf den Sollwert Vop zu konvergieren), wie in der ersten Ausführung beschrieben.
  • Jedoch zeigt, wie oben beschrieben, das geregelte Objekt in dieser Ausführung eine Zeitverzögerung gleich der Vorhersagezeitdauer dt ab der Zeit, zu der das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD das geregelte Objekt als der Regeleingabe Φop(k) eingegeben wird, bis zu der Zeit, zu der sich dies in der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 wiederspiegelt. Daher ist eine Ausgabeabweichung VO2#, die man erhält, wenn die Regeleingabe Φop(k) auf der Basis der gegenwärtigen Ausgabeabweichung VO2 berechnet wird, von der Ausgabeabweichung VO2* verzögert, wie in 21 mit einer durchgehenden Linie angegeben, um hierdurch einen Versatz in der Steuerzeitgebung hervorzuholen. Um diesen Versatz der Steuerzeitgebung zu kompensieren, verwendet der DSM Regler 24 in dem ADSM Regler 20 gemäß dieser Ausführung den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2, um die Regeleingabe Φop(k) zu erzeugen, als ein Signal, das eine Ausgabeabweichung erzeugt (eine Ausgabeabweichung, die ähnlich der Ausgabeabweichung VO2* im gegenläufigen Phasenwellenverlauf ist), die die gegenwärtige Ausgabeabweichung VO2 aufhebt, ohne einen Versatz in der Steuerzeitgebung hervorzurufen.
  • Insbesondere erzeugt, wie in 22 dargestellt, ein invertierender Verstärker 24a in dem DSM Regler 24 das Referenzsignal r(k), in dem er den Wert von –1, eine Verstärkung Gd für das Referenzsignal und den vorhergesagten Wert PREVO2(k) multipliziert. Als Nächstes erzeugt ein Subtrahierer 24b das Abweichungssignal δ(k) als Abweichung zwischen dem Referenzsignal r(k) und dem DSM Signal u''(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 24c verzögert ist.
  • Als Nächstes erzeugt der Integrator 24d den integrierten Abweichungswert σd(k) als die Summe des Abweichungssignals δ(k) und eines integrierten Abweichungswerts σd(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 24e verzögert ist. Dann erzeugt ein Quantifizierer 24f (Vorzeichenfunktion) ein DSM Signal u''(k) als Vorzeichen des integrierten Abweichungswerts σd(k). Als Nächstes erzeugt ein Verstärker 24g ein verstärktes DSM Signal u(k) durch Verstärken des DSM Signals u''(k) mit einer vorbestimmten Verstärkung Fd. Schließlich addiert ein Addierer 24h das verstärkte DSM Signal u(k) zu einem vorbestimmten Referenzwert FLAFBASE, um die Regeleingabe Φop(k) zu erzeugen.
  • Der oben beschriebene Regelalgorithmus des DSM Reglers 24 wird durch die folgenden Gleichungen (41)–(46) ausgedrückt: r(k) = –1·Gd·PREVO2(k) (41) δ(k) = r(k) – u''(k – 1) (42) σd(k) = σd(k – 1) + δ(k) (43) u''(k) = sgn(σd(k)) (44) u(k) = Fd·u''(k) (45) Φop(k) = FLAFBASE + u(k) (46)wobei Gd, Fd Verstärkungsfaktoren repräsentieren. Der Wert der Vorzeichenfunktion sgn(σd(k)) nimmt 1 ein (sgn(σd(k)) = 1), wenn σd(k) ≥ 0, und –1 (sgn(σd(k)) = –1), wenn σd(k) < 0 ((sgn(σd(k)) kann auf Null gesetzt werden (sgn(σd(k)) = 0), wenn σd(k) = 0).
  • Der DSM Regler 24 berechnet gemäß dem durch die vorstehenden Gleichungen (41)–(46) ausgedrückten Algorithmus die Regeleingabe Φop(k) als einen Wert, der die Ausgabeabweichung VO2* erzeugt, die die Ausgabeabweichung VO2 aufhebt, ohne einen Versatz in der Steuerzeitgebung hervorzurufen, wie oben beschrieben. In anderen Worten, der DSM Regler 24 berechnet die Regeleingabe Φop(k) als einen Wert, der die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop konvergieren kann. Da auch der DSM Regler 24 die Regeleingabe Φop(k) berechnet, in dem er das verstärkte DSM Signal u(k) zu dem vorbestimmten Referenzwert FLAFBASE addiert, invertiert nicht nur die resultierende Regeleingabe Φop(k) um den Wert von Null herum in der positiven und negativen Richtung, sondern erhöht sich und verringert sich auch wiederholt und dem Referenzwert FLAFBASE herum. Dies kann den Freiheitsgrad der Regelung erhöhen, im Vergleich zum allgemeinen ΔΣ Modulationsalgorithmus.
  • Als Nächstes wird der vorgenannte PRISM Regler 21 beschrieben. Der PRISM Regler 21 beruht auf einen Regelalgorithmus für einen Onboard-Identifikations-Gleitmodusregelprozess (nachfolgend den „PRISM Prozess” genannt) wie später beschrieben, um das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD zum Konvergieren der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop zu berechnen. Der PRISM Regler 21 umfasst einen Zustandsvorhersager 22, den Onboard-Identifizierer 23 und den Gleitmodusregler (nachfolgend auch „SLD Regler" genannt) 25. Ein spezifisches Programm zur Ausführung des PRISM Prozesses wird später beschrieben.
  • Da der Zustandsvorhersager 22 und der Onboard-Identifizierer 23 in dem PRISM Regler 21 beschrieben worden sind, konzentriert sich die folgende Beschreibung auf den SLD Regler 25 (der das zweite Regeleingabeberechnungsmittel und da szweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel implementiert). Der SLD Regler 25 führt die Gleitmodusregelung auf der Basis des Gleitmodusregelalgorithmus durch. Im folgenden wird ein allgemeiner Gleitmodusregelalgorithmus beschrieben. Da der Gleitmodusregelalgorithmus das durch die Gleichung (18) ausgedrückte vorgenannte Diskretzeit-Systemmodell als Regelobjektmodell verwendet, wird eine Umschaltfunktion σ als lineare Funktion von Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2 gesetzt, wie durch die folgende Gleichung (47) ausgedrückt: σ(k) = S1·VO2(k) + S2·VO2(k – 1) (47)wobei S1, S2 vorbestimmte Koeffizienten sind, die so gesetzt sind, dass sie einen durch –1 < (S2/S1) < 1 ausgedrückten Beziehungen genügen.
  • Allgemein bildet in dem Gleitmodusregelalgorithmus dann, wenn die Umschaltfunktion σ aus zwei Zustandsvariablen aufgebaut ist (Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2 in dieser Ausführung), ein durch die zwei Zustandsvariablen definierter Phasenraum einen zweidimensionalen Phasenraum, in dem die zwei Zustandsvariablen durch die vertikale Achse bzw. die horizontale Achse ausgedrückt sind, so dass eine Kombination von Werten der zwei Zustandsvariablen, die σ = 0 genügt, auf einer „Umschaltlinie" genannten Linie liegt. Daher können die beiden Zustandsvariablen zu einer Gleichgewichtsposition konvergiert (verschoben) werden, an der die Zustandsvariablen den Wert von Null einnehmen, in dem eine Regeleingabe zu einem geregelten Objekt geeignet bestimmt wird, derart, dass eine Kombination der zwei Zustandsvariablen auf die Schaltlinie konvergiert (auf dieser liegt). Ferner kann der Gleitmodusregelalgorithmus die dynamische Charakteristik spezifizieren, insbesondere das Konvergenzverhalten und die Konversionsrate der Zustandsvariable, in dem diese Umschaltfunktion σ gesetzt wird. Wenn zum Beispiel, wie in dieser Ausführung, die Umschaltfunktion σ aus zwei Zustandsvariablen aufgebaut wird, konvergieren die Zustandsvariablen langsam, wenn die Steigung der Schaltlinie näher an eins gebracht wird, und schneller, wenn sie näher an Null gebracht wird. Es versteht sich, dass die Gleitmodusregelung eine Technik einer sogenannten reaktionsspezifizierenden Regelung ist.
  • In dieser Ausführung ist, wie in der vorgenannten Gleichung (47) gezeigt, die Umschaltfunktion σ aus zwei Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2 aufgebaut, das heißt einem gegenwärtigen Wert VO2(k) und dem vorangehenden Wert VO2(k – 1) der Ausgabeabweichung VO2, so dass die Regeleingabe zu dem geregelten Objekt, das heißt das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD, derart gesetzt werden kann, dass eine Kombination von diesem gegenwärtigen Wert VO2(k) und dem vorangehenden Wert VO2(k – 1) der Ausgabeabweichung VO2(k) auf die Umschaltlinie konvergiert wird. Insbesondere sei angenommen, dass die Summe eines Regelbetrags Usl(k) und des Referenzwerts FLAFBASE gleich dem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD ist, wobei der Regelbetrag Usl(k) zum Konvergieren der Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des vorangehenden Werts VO2(k – 1) auf die Umschaltlinie als eine Gesamtsumme einer äquivalenten Regeleingabe Ueq(k), einer Reaching-Vorschrifteingabe Urch(k) und einer adaptiven Vorschrifteingabe Uadp(k), wie der in 23 gezeigten Gleichung (48), gemäß einem adaptiven Gleitmodusalgorithmus gesetzt ist.
  • Die äquivalente Regeleingabe Ueq(k) ist vorgesehen, um die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des vorangehenden Werts VO2(k – 1) der Ausgabeabweichung VO2 auf der Umschaltlinie zu begrenzen, und ist insbesondere so definiert, wie in der in 23 gezeigten Gleichung (49). Die Reaching-Vorschrifteingabe Urch(k) ist vorgesehen, um die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des vorangehenden Werts VO2(k – 1) der Ausgabeabweichung VO2 auf die Umschaltlinie zu konvergieren, wenn sie auf Grund einer Störung, eines Modellbildungsfehlers oder dergleichen von der Umschaltlinie abweicht, und ist insbesondere so definiert, wie in der in 23 gezeigten Gleichung (50). In Gleichung (50) repräsentiert F eine Verstärkung.
  • Die adaptive Vorschrifteingabe Uadp(k) ist vorgesehen, um die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des vorangehenden Werts VO2(k – 1) der Ausgabeabweichung VO2 sicher auf eine Umschalthyperebene zu konvergieren, während der Einfluss einer Dauerzustandsabweichung des geregelten Objekts, eines Modellbildungsfehlers und einer Störung verhindert wird, und ist insbesondere so definiert, wie in der in 23 gezeigten Gleichung (51). In der Gleichung (51) repräsentiert G eine Verstärkung und ΔT eine Regelperiode.
  • Wie oben beschrieben, verwendet der SLD Regler 25 in dem PRISM Regler 21 gemäß dieser Ausführung den vorhergesagten Wert PREVO2 anstatt der Ausgabeabweichung VO2, so dass der durch die Gleichungen (47)–(51) ausgedrückte Algorithmen in die in 12 gezeigten Gleichungen (52)–(56) umgeschrieben wird, zur Verwendung bei der Regelung durch Anwendung einer Beziehung, ausgedrückt durch PREVO2(k)≒VO2(k + dt). σPRE in der Gleichung (52) repräsentiert den Wert der Umschaltfunktion, wenn der vorhergesagte Wert PREVO2 verwendet wird (nachfolgend die „Vorhersageumschaltfunktion" genannt). In anderen Worten, der SLD Regler 25 berechnet das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD, in dem er den Regelbetrag Usl(k), den gemäß dem vorstehenden Algorithmus berechnet ist, zu dem Referenzwert FLAFBASE addiert.
  • Im Folgenden wird der von der ECU 2 ausgeführte Prozess zur Berechnung einer Kraftstoffmenge in Bezug auf 25 beschrieben. Wie in 25 dargestellt, unterscheidet sich dieser Berechnungsprozess von den in den 10 und 11 gezeigten vorgenannten Berechnungsprozessen nur in den Schritten 104–107, wobei die verbleibenden Schritte identisch sind, sodass sich die folgende Beschreibung auf die Schritte 104–107 konzentriert. In der folgenden Beschreibung ist das Symbol (k), das einen gegenwärtigen Wert repräsentiert, falls möglich weggelassen.
  • In diesem Prozess setzt, im sich an Schritt 103 anschließenden Schritt 104, die ECU 2 ein adaptives Regelflag F_PRISMON. Obwohl Details dieses Prozesses in der Fig. nicht gezeigt sind, insbesondere wenn die folgenden Bedingungen (f14)–(f19) vollständig erfüllt sind, setzt die ECU 2 das adaptive Regelflag F_PRISMON auf „1", zur Bestimmung, dass die Bedingungen erfüllt ist, zur Verwendung des Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMD, das in dem adaptiven Luft/Kraftstoffverhältnisregelprozess berechnet ist. Wenn andererseits eine der Bedingungen (f14)–(f19) nicht erfüllt ist, setzt die ECU 2 das adaptive Regelflag F_PRISMON auf „0".
    • (f14) Der LAF Sensor 14 und der O2 Sensor 15 sind beide aktiviert;
    • (f15) der Motor 3 ist nicht im Magerverbrennungsbetrieb;
    • (f16) das Drosselventil 5 ist nicht vollständig geöffnet;
    • (f17) die Zündzeit wird nicht auf spät gesteuert;
    • (f18) der Motor 3 ist nicht im Kraftstoffsperrbetrieb; und
    • (f19) die Motordrehzahl NE und der absolute Ansaugrohrinnenrohrdruck PBA liegen beide innerhalb ihrer jeweiligen vorbestimmten Bereiche.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 105 weiter, wo bestimmt wird, ob das in Schritt 104 gesetzte adaptive Regelflag F_PRISMON „1" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 5 JA ist, geht die Routine zu Schritt 106 weiter, wo die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD auf das adaptive Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD setzt, das durch den später beschriebenen adaptiven Luft/Kraftstoffverhältnisregelprozess berechnet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 105 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 107 weiter, wo die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD auf einen Kennfeldwert KCMDMAP setzt. Der Kennfeldwert KCMDMAP wird durch Absuchen eines nicht gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und dem absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA gesetzt. Dann werden die nachfolgenden Schritte 108–113 in ähnlicher Weise wie die vorgenannten Schritte 9–14 in den 10 und 11 ausgedrückt.
  • Als Nächstes wird der adaptive Luft/Kraftstoffverhältnisregelprozess, der den ADSM Prozess und den PRISM Prozess enthält, in Bezug auf die 26 und 27 beschrieben, die Routinen zur Ausführung des ADSM bzw. PRISM Prozesses darstellen. Dieser Prozess wird mit einer vorbestimmten Periode (zum Beispiel alle 10 ms) ausgeführt. Auch berechnet in diesem Prozess die ECU 2 das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD gemäß einem Betriebszustand des Motors 3 durch den ADSM Prozess, PRISM Prozess oder einen Prozess zum Setzen eines Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD auf einen vorbestimmten Wert SLDHOLD.
  • Zuerst führt in diesem Prozess die ECU 2 in Schritt 120 einen Nach-F/C Bestimmungsprozess aus. Obwohl in der Fig. nicht im Detail gezeigt, setzt während eines Kraftstoffsperrbetriebs, die ECU 2 ein F/C Nach-Bestimmungsflag F_AFC auf „1 ", um anzuzeigen, dass der Motor 3 in einem Kraftstoffsperrbetrieb ist. Wenn nach dem Ende des Kraftstoffsperrbetriebs eine vorbestimmte Zeit X_TM_TM_AFC abgelaufen ist, setzt die ECU 2 das Nach-F/C-Bestimmungsflag F_AFC auf „0", um die Situation anzuzeigen.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 121 weiter, wo die ECU 2 einen Start-Bestimmungsprozess auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit VP durchführt, zur Bestimmung, ob das mit dem Motor 3 ausgestattete Fahrzeug losgefahren ist oder nicht. Wie in 28 dargestellt, die eine Routine zur Ausführung des Start-Bestimmungsprozesses zeigt, wird zuerst in Schritt 149 bestimmt, ob ein Leerlaufbetriebsflag F_IDLE „1" ist oder nicht. Das Leerlaufbetriebsflag F_IDLE wird basierend auf der Motordrehzahl NE, der Fahrzeuggeschwindigkeit VP, der Drosselventilöffnung θTH und dgl. gesetzt, indem bestimmt wird, ob der Motor 3 im Leerlaufbetriebsmodus ist oder nicht. Insbesondere wird das Leerlaufbetriebsflag F_IDLE während Leerlaufsbetrieb auf „1" gesetzt, und anderenfalls auf „0".
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 149 JA ist, was den Leerlaufbetrieb anzeigt, geht die Routine zu Schritt 150 weiter, wo bestimmt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit VP niedriger als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit VSTART (zum Beispiel 1 km/h) ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 150 JA ist, was anzeigt, dass das Fahrzeug gestoppt ist, geht die Routine zu Schritt 151 weiter, wo die ECU 2 einen Zeitwert TMVOTVST eines ersten Anfahrbestimmungstimers vom Herunterzähltyp auf einen ersten vorbestimmten Wert TVOTVST (zum Beispiel 3 msek) setzt.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 152 weiter, wo die ECU 2 einen Timerwert TMVST eines zweiten Anfahrbestimmungstimers vom Herunterzähltyp auf eine zweite vorbestimmte Zeit TVST (zum Beispiel 500 ms) setzt, die länger ist als die erste vorbestimmte Zeit TVOTVST. Dann setzt, in den Schritten 153, 154, die ECU 2 ein erstes und ein zweites Anfahrflag F_VOTVST, F_VST auf „0", wonach dieser Prozess endet.
  • Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis in Schritt 149 oder 150 NEIN ist, das heißt, wenn das Fahrzeug nicht im Leerlaufbetrieb ist oder wenn das Fahrzeug losgefahren ist, geht die Routine zu Schritt 155 weiter, wo bestimmt wird, ob der Timerwert TMVOTVST des ersten Anfahrbestimmungstimers größer als Null ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 155 JA ist, was anzeigt, dass die erste vorbestimmte Zeit TVOVST nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder nach dem Anfahren des Fahrzeugs nicht abgelaufen ist, geht die Routine zu Schritt 156 weiter, wo die ECU 2 das erste Anfahrflag F_VOTVST auf „1" setzt, um anzuzeigen, dass sich das Fahrzeug nun im ersten Anfahrmodus befindet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 155 NEIN ist, was anzeigt, dass nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder nach dem Losfahren des Fahrzeugs die erste vorbestimmte Zeit TVOTVST abgelaufen ist, geht die Routine zu Schritt 157 weiter, wo die ECU 2 das erste Anfahrflag F_VOTVST auf „0" setzt, um anzuzeigen, dass der erste Anfahrmodus beendet worden ist.
  • In Schritt 158, der sich an Schritt 156 oder 157 anschließt, wird bestimmt, ob der Timerwert TMVST des zweiten Anfahrbestimmungstimers größer als Null ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 158 JA ist, das heißt wenn nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder nach dem Anfahren des Fahrzeugs die zweite vorbestimmte Zeit TVST nicht abgelaufen ist, geht die Routine zu Schritt 159 weiter, wo die ECU 2 das zweite Anfahrflag F_VST auf „1" setzt, was anzeigt, dass sich das Fahrzeug nun in dem zweiten Anfahrmodus befindet, wonach dieser Prozess endet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 158 NEIN ist, das heißt, wenn die zweite vorbestimmte Zeit TVST nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder nach dem Losfahren des Fahrzeugs abgelaufen ist, führt die ECU 2 den vorgenannten Schritt 154 aus, unter der Berücksichtigung, dass der zweite Anfahrmodus beendet worden ist, wonach dieser Prozess endet.
  • Zurück zu 26. In Schritt 122, der sich an Schritt 121 anschließt, führt die ECU 2 einen Prozess zum Setzen von Zustandsvariablen durch. Obwohl nicht gezeigt, verschiebt in diesem Prozess die ECU 2 jeweils das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD, die Ausgabe KACT des LAF Sensors 14 und die Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2, die in dem RAM gespeichert sind, um einen Abtastzyklus in die Vergangenheit. Dann berechnet die ECU 2 gegenwärtige Werte von KCMD, KACT und VO2 auf der Basis der letzten Werte von KCMD, KACT und der Zeitseriendaten von VO2, dem Referenzwert FLAFBASE und einem adaptiven Korrekturterm FLFADP, wie später beschrieben.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 123 weiter, wo bestimmt wird, ob der PRISM/ADSM Prozess ausgeführt werden sollte oder nicht. Dieser Prozess bestimmt, ob die Bedingung zur Ausführung des PRISM Prozesses oder ADSM Prozesses erfüllt ist oder nicht. Insbesondere wird der Prozess entlang einem in 29 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt.
  • Insbesondere, wenn in den Schritten 160–163 in 29 die folgenden Bedingungen (f20)–(f23) vollständig erfüllt sind, setzt die ECU 2 in Schritt 64 ein PRISM/ADSM Ausführungsflag F_PRISMCAL auf „1 ", um anzuzeigen, dass sich das Fahrzeug in einem Betriebszustand befindet, in dem der PRISM Prozess oder ADSM Prozess ausgeführt werden soll, wonach dieser Prozess endet. Wenn andererseits einer der Bedingungen (f20)–(f23) nicht erfüllt wird, setzt die ECU 2 in Schritt 165 das PRISM/ADSM Ausführungsflag F_PRISMCAL auf „0", um anzuzeigen, dass sich das Fahrzeug nicht in einem Betriebszustand befindet, in dem der PRISM Prozess oder ADSM Prozess ausgeführt werden soll, wonach dieser Prozess endet.
    • (f20) Der O2 Sensor 15 ist aktiviert;
    • (f21) der LAF Sensor 14 ist aktiviert;
    • (f22) der Motor 3 ist nicht in einem Magerverbrennungsbetrieb; und
    • (f23) die Zündzeit wird nicht auf spät gesteuert.
  • Zurück zu 26, führt in Schritt 124, der sich an Schritt 123 anschließt, die ECU 2 einen Prozess aus, um zu bestimmen, ob der Identifizierer 23 dem Betrieb ausführen sollte oder nicht. Die ECU 2 bestimmt, ob die Bedingungen für den Onboard-Identifizierer 23 erfüllt sind oder nicht, um Parameter durch diesen Prozess zu identifizieren, der insbesondere entlang einem in 30 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt wird.
  • Wenn die Ergebnisse der Bestimmungen in Schritt 170 und 171 in 30 beide NEIN sind, in anderen Worten, wenn die Drosselventilöffnung θTH nicht vollständig geöffnet ist und der Motor 3 nicht im Kraftstoffsperrbetrieb ist, geht die Routine zu Schritt 172 weiter, wo die ECU 2 einen Identifikationsausführungsflag F_IDCAL auf „1" setzt, um zu bestimmen, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem die Identifikation der Parameter ausgeführt werden sollte, wonach der Prozess endet. Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung von Schritt 170 oder 171 JA ist, geht die Routine zu Schritt 173 weiter, wo die ECU 2 das Identifikationsausführungsflag F_IDCAL auf „0" setzt, um zu bestimmen, dass der Motor 3 nicht in einem Betriebszustand ist, in dem die Identifizierung von Parametern ausgeführt werden sollte, wonach der Prozess endet.
  • Zurück zu 26. In Schritt 125, der sich an Schritt 124 anschließt, berechnet die ECU 2 eine Vielzahl von Parametern (Abgasvolumen AB_SV und dergleichen). Spezifische Details dieser Berechnung werden später beschrieben.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 126 weiter, wo bestimmt wird, ob das in Schritt 123 gesetzte PRISM/ADSM Ausführungsflag F_PRISMCAL „1" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 126 JA ist, das heißt, wenn die Bedingungen zur Ausführung des PRISM Prozesses oder ADSM Prozesses erfüllt sind, geht die Routine zu Schritt 127 weiter, wo bestimmt wird, ob das in Schritt 124 gesetzte Identifikationsausführungsflag F_IDCAL „1" ist oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 127 JA ist, das heißt, wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der Onboard-Identifizierer 23 die Identifikation von Parametern ausführen sollte, geht die Routine zu Schritt 128 weiter, wo bestimmt wird, ob ein Parameterinitialisierungsflag F_IDRSET „1" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 24 NEIN ist, das heißt, wenn die Initialisierung für die im RAM gespeichertern Modellparameter a1, a2, b1 nicht erforderlich ist, geht die Routine zu Schritt 131 weiter, wie später beschrieben wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 128 JA ist, das heißt, wenn die Initialisierung für die Modellparameter a1, a2, b1 erforderlich ist, geht die Routine zu Schritt 129 weiter, wo die ECU 2 die Modellparameter a1, a2, b1 auf ihre jeweiligen Anfangswerte setzt. Dann geht die Routine zu Schritt 130 weiter, wo die ECU 2 das Parameterinitialisierungsflag F_IDRSET auf „0" setzt, um anzuzeigen, dass die Modellparameter a1, a2, b1 auf die Anfangswerte gesetzt worden sind.
  • In Schritt 131, der sich an Schritt 130 oder 128 anschließt, führt der Onboard-Identifizierer 23 den Betrieb zum Identifizieren der Modellparameter a1, a2, b1 aus, gefolgt durch die Routine, die zu Schritt 132 in 27 weitergeht, wie später beschrieben wird. Spezifische Details zum Betrieb des Onboard-Identifizierers 23 werden später beschrieben.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 127 NEIN ist, das heißt, wenn der Motor 3 nicht in einem Betriebszustand ist, in dem die Identifizierung der Parameter nicht ausgeführt werden sollte, überspringt die Routine die vorstehenden Schritte 128–131 und geht zu Schritt 32 in 27 weiter. In Schritt 132, der sich an Schritt 127 oder 131 anschließt, wählt die ECU 2 identifizierte Werte oder vorbestimmte Werte für die Modellparameter a1, a2, b1. Obwohl Details von diesem Vorgang nicht gezeigt sind, werden insbesondere die Modellparameter a1, a2, b1 auf die in Schritt 131 identifizierten Werte gesetzt, wenn das in Schritt 124 gesetzte Identifizierungsausführungsflag F_IDCAL „1" ist. Wenn andererseits das Identifizierungsausführungsflag F_IDCAL „0" ist, werden die Modellparameter a1, a2, b1 auf die vorbestimmten Werte gesetzt.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 133 weiter, wo ein Zustandsvorhersager 32 dem Vorgang zur Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 ausführt, wie später beschrieben wird. Anschließend geht die Routine zu Schritt 134, wo die ECU 2 den Regelbetrag Usl berechnet, wie später beschrieben wird.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 135 weiter, wo die ECU 2 einen Prozess ausführt, um zu bestimmen, ob der SLD Regler 25 stabil ist oder nicht. Obwohl Details dieses Prozesses nicht gezeigt sind, bestimmt insbesondere die ECU 2 auf der Basis des Werts der Vorhersageumschaltfunktion σPRE, ob die von dem SLD Regler 25 durchgeführte Gleitmodusregelung stabil ist oder nicht.
  • Als Nächstes berechnen in den Schritten 136 und 137 der SLD Regler 25 und der DSM Regler 24 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD bzw. den ΔΣ Modulationsregelbetrag DKCMDDSM, wie später beschrieben wird.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 138 weiter, wo die ECU 2 das adaptive Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD mittels des vom SLD Regler 25 berechneten Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD oder des vom DSM Regler 24 berechneten ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM berechnet. Anschließend geht die Routine zu Schritt 139 weiter, wo die ECU 2 den adaptiven Korrekturterm FLAFADP, wie später beschrieben, berechnet, wonach der Prozess endet.
  • Wieder zurück zu 26. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 126 NEIN ist, das heißt, wenn die Bedingungen zur Ausführung entweder des PRISM Prozesses oder des ADSM Prozesses nicht erfüllt sind, geht die Routine zu Schritt 140 weiter, wo die ECU 2 das Parameterinitialisierungsflag F_IDRSET auf „1" setzt. Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 141 in 17 weiter, wo die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf einen vorbestimmten Wert SLDHOLD setzt. Dann wird, nach Ausführung der vorgenannten Schritte 138, 139, der Prozess beendet.
  • Als Nächstes wird der Prozess zur Berechnung einer Vielzahl von Parametern in Schritt 125 in Bezug auf 31 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellt. Zuerst berechnet in diesem Prozess die ECU 2 das Abgasvolumen AB_SV (einen geschätzten Wert einer Raumgeschwindigkeit) gemäß der folgenden Gleichung (58) in Schritt 180: AB_SV = (NE/1500)·PBA·X_SVPRA (58)wobei X_SVPRA ein vorbestimmter Koeffizient ist, der auf der Basis des Hubraums vom Motor 3 bestimmt ist.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 181 weiter, wo die ECU 2 eine Totzeit KACT_D(= d') in dem vorgenannten Luft/Kraftstoffverhältniseinstellungssystem, eine Totzeit CAT_DELAY(= d) in dem Auspuffsystem und eine Vorhersagezeit dt berechnet. Insbesondere berechnet die ECU 2, durch Absuchen einer in 32 gezeigten Tabelle gemäß dem in Schritt 180 berechneten Abgasvolumen AB_SV die Totzeiten KACT_D, bzw. CAT_DELAY und setzt die Summe dieser Totzeiten (KACT_D + CAT_DELAY) als die Vorhersagezeit dt. In anderen Worten wird in diesem Steuerprogramm die Phasenverzögerungszeit dd auf Null gesetzt.
  • In der in 32 gezeigten Tabelle werden die Totzeiten KACT_D, CAT_DELAY auf kleinere Werte gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer ist. Dies ist so, weil die Totzeiten KACT_D, CAT_DELAY kürzer sind, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer ist, da die Abgase schneller fließen. Da wie oben beschrieben, die Totzeiten KACT_D, CAT_DELAY und die Vorhersagezeit dt gemäß dem Abgasvolumen AB_SV berechnet werden, ist es möglich, einen Versatz in der Steuerzeitgebung zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts zu eliminieren, in dem das adaptive Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD, wie später beschrieben, auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 berechnet wird, der unter Verwendung dieser berechnet worden ist. Auch da die Modellparameter a1, a2, b1 bei Verwendung der Totzeit CAT_DELAY fixiert, kann die dynamische Charakteristik des Regelobjektmodells an die tatsächliche dynamische Charakteristik des geregelten Objekts angepasst werden, wodurch es möglich gemacht wird, den Versatz in der Steuerzeitgebung zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts noch vollständiger zu beseitigen.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 182 weiter, worin die ECU 2 die Wichtungsparamter λ1, λ2 des Identifikationsalgorithmus berechnet. Insbesondere setzt die ECU 2 die Wichtungsparameter λ2 auf eins und berechnet gleichzeitig die Wichtungsparameter λ1 durch Absuchen einer in 33 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV.
  • In der in 33 gezeigten Tabelle wird der Wichtungsparameter λ1 auf einen kleineren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. In anderen Worten, der Wichtungsparameter λ1 wird auf einen größeren Wert nahe eins gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner wird. Dieses Setzen erfolgt aus dem folgenden Grund. Da die Modellparameter schneller identifiziert werden müssen, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird, oder in anderen Worten, wenn der Motor 3 im Betrieb noch schwerer belastet ist, werden die Modellparameter schneller auf Optimalwerte konvergiert, in dem der Wichtungsparameter λ1 auf einen kleineren Wert gesetzt wird. Zusätzlich ist, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner ist, das heißt, wenn der Motor 3 im Betrieb leichter belastet ist, das Luft/Kraftstoffverhältnis auf Fluktuationen empfindlicher, wodurch die Nach-Katalysator-Abgascharakteristik instabil wird, so dass für die Identifizierung der Modellparameter eine hohe Genauigkeit sichergestellt werden muss.
  • Somit wird der Wichtungsparameter λ1 näher an eins gebracht (zum Algorithmus der kleinsten Quadrate), um die Identifizierungsgenauigkeit für die Modellparameter zu verbessern.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 183 weiter, wo die ECU 2 einen unteren Grenzwert X_IDA2L berechnet, zulässige Bereiche der Modellparameter a1, a2 zu begrenzen, sowie einen unteren Grenzwert X_IDB1L und einen oberen Grenzwert X_IDB1H zum Begrenzen eines zulässigen Bereichs des Modellparameter b1 durch Absuchen einer in 34 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV.
  • In der in 34 gezeigten Tabelle wird der untere Grenzwert X_IDA2L auf einen größeren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Dies ist so, weil eine Zunahme und/oder eine Abnahme in den Totzeiten, die aus einer Änderung im Abgasvolumen AB_SV resultiert, eine Änderung in einer Kombination der Modellparameter a1, a2 hervorruft, die für einen stabilen Zustand in dem Steuerungssystem sorgen. Ähnlich werden der untere Grenzwert X_IDB1L und der obere Grenzwert X_IDB1H auf größere Werte gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Dies ist so, weil ein Vorkatalysatorluftkraftstoffverhältnis (ein Luft/Kraftstoffverhältnis von Abgasen stromauf des ersten Katalysators 8a) die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 stärker beeinflusst, das heißt die Verstärkung des geregelten Objekts wird größer, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 184 weiter, wo die ECU 2 die Filterordnung n des gleitenden Mittelwertfilterungsprozesses berechnet, wonach der Prozess endet. Insbesondere berechnet die ECU 2 die Filterordnung n durch Absuchen einer in 35 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV.
  • In der in 35 gezeigten Tabelle wird die Filterordnung n auf einen kleineren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Dieses Setzen erfolgt aus dem nachfolgend angegebenen Grund. Wie oben beschrieben, bewirkt eine Änderung im Abgasvolumen AB_SV Fluktuationen in der Frequenzcharakteristik, insbesondere der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts, so dass der Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate nach der Frequenzwichtungscharakteristik gemäß dem Abgasvolumen AB_SV geeignet korrigiert werden muss, um die Verstärkungscharakteristik des Regelobjektmodells an die tatsächliche Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts anzupassen. In dem daher die Filterordnung n des gleitenden Mittelwertfilterungsprozesses gemäß dem Abgasvolumen AB_SV so gesetzt wird, wie in der in 35 gezeigten Tabelle, kann eine konstante Identifikationsgewichtung in dem Identifikationsalgorithmus sichergestellt werden, unabhängig von einer Änderung im Abgasvolumen AB_SV, und das Regelobjektmodell kann in der Verstärkungscharakteristik an das geregelte Objekt angepasst werden, wodurch es möglich gemacht wird, die Identifikationsgenauigkeit zu verbessern.
  • Als Nächstes wird der von dem Onboard-Identifizierer 23 durchgeführte Prozess in Schritt 131 in Bezug auf 36 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung des Prozesses darstellt. Wie in 36 dargestellt, berechnet für diesen Vorgang der Onboard-Identifizierer 23 zuerst den Verstärkungskoeffizienten KP(k) gemäß der vorgenannten Gleichung (39) in Schritt 190. Dann geht die Routine zu Schritt 191 weiter, wo der Onboard-Identifizierer 23 den identifizierten Wert VO2HAT(k) für die Ausgabeabweichung VO2 gemäß der vorgenannten Gleichung (37) berechnet.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 192 weiter, wo der Onboard-Identifizierer 23 den Identifikationsfehlerfilterwert ide_f(k) gemäß den vorgenannten Gleichungen (35), (36) berechnet. Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 193 weiter, wo der Onboard-Identifizierer 23 den Vektor θ(k) für Modellparameter gemäß der vorgenannten Gleichung (33) berechnet, wonach die Routine zu Schritt 194 weitergeht, wo der Onboard-Identifizierer 23 den Prozess zur Stabilisierung des Vektors θ(k) für die Modellparameter ausführen. Der Stabilisierungsprozess wird später beschrieben.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 195 weiter, wo der Onboard-Identifizierer 23 den nächsten Wert P(k + 1) für die Quadratmatrix P(k) gemäß der vorgenannten Gleichung (23) berechnet. Dieser nächste Wert P(k + 1) wird als der Wert für die Quadratmatrix P(k) bei der Berechnung in der nächsten Schleife verwendet.
  • Im folgenden wird der Prozess zur Stabilisierung des Vektors θ(k) für die Modellparameter in Schritt 194 in Bezug auf 37 beschrieben. Wie in 37 dargestellt, setzt die ECU 2 zuerst in Schritt 200 drei Flags F_A1STAB, F_A2STAB, F_B1STAB auf „0".
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 201 weiter, wo die ECU 2 die identifizierten Werte a1', a2' begrenzt, wie später beschrieben. Als Nächstes begrenzt die ECU 2 in Schritt 202 den identifizierten Wert b1', wie später beschrieben, wonach der Prozess zur Stabilisierung des Vektors θ(k) für die Modellparameter beendet wird.
  • Im folgenden wird der Prozess, der bei der Begrenzung der identifizierten Werte a1', a2' in Schritt 201 involviert ist, in Bezug auf 38 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung des Prozesses darstellt. Wie dargestellt, wird zuerst in Schritt 210 bestimmt, ob der identifizierte Wert a2' für den in Schritt 193 berechneten Modellparameter gleich oder größer als der in Schritt 183 in 31 berechnete untere Grenzwert X_IDA2L ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 210 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 211 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter a2 auf den unteren Grenzwert X_IDA2L setzt, um das Steuerungssystem zu stabilisieren, und setzt gleichzeitig das Flag F_A2STAB auf „1", um anzuzeigen, dass die Stabilisierung für den Modellparameter a2 durchgeführt worden ist. Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 210 JA ist, was angibt, dass a2' ≥ X_IDA2L, geht die Routine zu Schritt 212 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter a2 auf den identifizierten Wert a2' setzt.
  • In Schritt 213, der sich an den vorstehenden Schritt 211 oder 212 anschließt, wird bestimmt, ob der identifizierte Wert a1' für den in Schritt 193 berechneten Modellparameter gleich oder größer als ein vorbestimmter unterer Grenzwert X_IDA1L ist (zum Beispiel ein konstanter Wert gleich oder größer als –2 und kleiner als 0). Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 213 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 214 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter a1 auf den unteren Grenzwert X_IDA1L setzt, um das Steuerungssystem zu stabilisieren, und setzt gleichzeitig das Flag F_A1STAB auf „1", um anzuzeigen, dass die Stabilisierung für die Modellparameter a1 durchgeführt worden ist.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 213 JA ist, geht die Routine zu Schritt 215 weiter, worin bestimmt wird, ob der identifizierte Wert a1' gleich oder kleiner als ein vorbestimmter oberer Grenzwert X_IDA1H (zum Beispiel 2) ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 215 JA ist, was anzeigt, dass X_IDA1L ≤ a1' ≤ X_IDA1H ist, geht die Routine zu Schritt 216 weiter, worin die ECU 2 den Modellparameter a1 auf den identifizierten Wert a1' setzt. Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 215 NEIN ist, was anzeigt, dass X_IDA1H < a1', geht die Routine zu Schritt 217 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter a1 auf den oberen Grenzwert X_IDA1H setzt, und setzt gleichzeitig das Flag F_A1STAB auf "1", um anzuzeigen, dass die Stabilisierung für den Modellparameter a1 durchgeführt worden ist.
  • In Schritt 218, der sich an die vorstehenden Schritte 214, 216 oder 217 anschließt, wird bestimmt, ob die Summe des Absolutwerts des In der oben beschriebenen Weise berechneten Modellparameters a1 und des Modellparameters a2(|a1| + a2) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Bestimmungswert X_A2STAB (zum Beispiel 0,9) ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 218 JA ist, wird der Prozess zur Begrenzung der identifizierten Werte a1', a2' ohne weitere Verarbeitung beendet, unter der Annahme, dass eine Kombination der Modellparameter a1, a2 innerhalb eines Bereichs liegt (eines in 39 mit der Schraffierung angegebenen Begrenzungsbereichs), in dem die Stabilität für das Steuer/Regelsystem sichergestellt werden kann.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 218 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 219 weiter, wo bestimmt wird, ob der Modellparameter a1 gleich oder kleiner als ein Wert ist oder nicht, der durch Subtrahieren des unteren Grenzwerts X_IDA2L von dem Bestimmungswert X_A2STAB berechnet ist (X_A2STAB – X_IDA2L). Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 219 JA ist, geht die Routine zu Schritt 220 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter a2 auf einen Wert setzt, der durch Subtrahieren des Absolutwerts des Modellparameters a1 von dem Bestimmungswert X_A2STAB berechnet ist (X_A2STAB – |a1|), und setzt gleichzeitig das Flag F-A2STAB auf „1", um anzuzeigen, dass die Stabilisierung für den Modellparameter a2 durchgeführt worden ist, wonach der Prozess zur Begrenzung der identifizierten Werte a1', a2' beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 219 NEIN ist, was anzeigt, dass a1 > (X_A2STAB – X_IDA2L), geht die Routine zu Schritt 221 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter a1 auf einen Wert setzt, der durch Subtrahieren des unteren Grenzwerts X_IDA2L von dem Bestimmungswert X_A2STAB berechnet ist (X_A2STAB – X_IDA2L), um das Steuer/Regelsystem zu stabilisieren, und setzt den Modellparameter a2 auf den unteren Grenzwert X_IDA2L. Gleichzeitig mit diesen Einstellungen setzt die ECU 2 beide Flags F_A1STAB, F_A2STAB auf „1", um anzuzeigen, dass die Stabilisierung für die Modellparameter a1, a2 durchgeführt worden ist, wonach der Prozess zur Begrenzung der identifizierten Werte a1', a2' beendet wird.
  • Wenn, wie oben beschrieben, in dem sequentiellen Identifikationsalgorithmus die Eingabe und Ausgabe eines geregelten Objekts in einen Dauerzustand eintreten, könnte das Steuer/Regelsystem instabil oder oszillatorisch werden, weil mit höherer Wahrscheinlichkeit ein sogenanntes Driftphänomen auftritt, worin Absolutwerte der identifizierten Modellparameter auf Grund eines Mangels eines Selbstanregungszustands zunehmen. Auch verändert sich dessen Stabilitätsgrenze in Abhänigkeit vom Betriebszustand des Motors 3. Zum Beispiel wird während eines Niederlastbetriebszustands das Abgasvolumen AB_SV kleiner, was eine Zunahme in der Ansprechverzögerung, der Totzeit und dergleichen der Abgase in Bezug auf ein zugeführtes Luft/Kraftstoffgemisch hervorruft, was eine hohe Empfindlichkeit auf eine oszillatorische Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 zur Folge hat.
  • Im Gegensatz hierzu setzt der vorstehende a1' und a2' Begrenzungsprozess eine Kombination von Modellparametern a1, a2 in den Begrenzungsbereich, der in 39 mit den Schraffierungen angezeigt ist, und setzt den unteren Grenzwert X_IDA2L zur Bestimmung dieses Begrenzungsbereichs gemäß dem Abgasvolumen AB_SV, so dass dieser Begrenzungsbereich als ein geeigneter Stabilitätsbegrenzungsbereich gesetzt werden kann, der eine Änderung in der Stabilitätsgrenze, die eine Änderung im Betriebszustand des Motors 3 zugeordnet ist, das heißt eine Änderung in der dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts, wiederspiegelt. Mit der Verwendung der Modellparameter a1, a2, die so begrenzt sind, dass sie in diesen Begrenzungsbereich fallen, ist es möglich, das Auftreten des Driftphänomens zu vermeiden, um die Stabilität des Steuer/Regelsystems sicherzustellen. In dem zusätzlich die Kombination der Modellparameter a1, a2 als Werte innerhalb der Begrenzungsbereichs gesetzt werden, in dem die Stabilität für das Steuer/Regelsystem sichergestellt werden kann, ist es möglich, einen instabilen Zustand des Steuer/Regelsystems zu vermeiden, der sich anderenfalls ergeben würde, wenn die Modellparameter a1, a2 unabhängig voneinander begrenzt würden. Mit der vorstehenden Strategie ist es möglich, die Stabilität des Steuer/Regelsystems und die Nach-Katalysator-Abgascharakteristik zu verbessern.
  • Als Nächstes wird der b1' Begrenzungsprozess in Schritt 202 in Bezug auf 40 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellt. Wie dargestellt, wird in Schritt 230 bestimmt, ob der identifizierte Wert b1' für den in Schritt 193 berechneten Modellparameter gleich oder größer als der in Schritt 183 in 31 berechnete untere Grenzwert X_IDB1L ist oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 230 JA ist, was anzeigt, dass b1' ≥ X_IDB1L, geht die Routine zu Schritt 231 weiter, wo bestimmt wird, ob der identifizierte Wert b1' für den Modellparameter gleich oder größer als der in Schritt 183 in 31 berechnete obere Grenzwert X_IDB1H ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 231 JA ist, was anzeigt, dass X_IDB1L ≤ b1' ≤ X_IDB1H, geht die Routine zu Schritt 232 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter b1 auf den identifizierten Wert b1' setzt, wonach der b1' Begrenzungsprozess beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 231 NEIN ist, was anzeigt, dass b1' > X_IDB1H, geht die Routine zu Schritt 233 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter b1 auf den oberen Grenzwert X_IDB1H setzt, und setzt gleichzeitig ein Flag F_B1LMT auf "1", um diese Einstellung anzuzeigen, wonach der b1' Begrenzungsprozess beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 230 NEIN ist, was anzeigt, dass b1' < X_IDB1L, geht die Routine zu Schritt 234 weiter, wo die ECU 2 den Modellparameter b1 auf den unteren Grenzwert X_IDB1L setzt und gleichzeitig das Flag F_B1LMT auf „1" setzt, um diese Einstellung anzuzeigen, wonach der b1' Begrenzungsprozess beendet wird.
  • Durch Ausführung des vorstehenden b1' Begrenzungsprozesses kann der Modellparameter b1 in den Begrenzungsbereich von X_IDB1L bis X_IDB1H begrenzt werden, um hierdurch das Driftphänomen zu vermeiden, das durch den sequentiellen Identifikationsalgorithmus hervorgerufen wird. Ferner werden, wie oben beschrieben, diese oberen und unteren Grenzwerte X_IDB1H, X_IDB1L gemäß dem Abgasvolumen AB_SV gesetzt, so dass der Begrenzungsbereich als ein geeigneter Stabilitätsbegrenzungsbereich gesetzt werden kann, der eine Änderung in der Stabilitätsgrenze, die einer Änderung in dem Betriebszustand des Motors 3, das heißt eine Änderung in der dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts zugeordnet ist, wiederspiegelt. Mit der Verwendung des in diesem Begrenzungsbereich begrenzten Modellparameters b1 kann die Stabilität für das Steuer/Regelsystem sichergestellt werden. Die vorstehende Strategie kann eine Verbesserung der Stabilität des Steuer/Regelsystems und eine resultierende Verbesserung der Nach-Katalysator-Abgascharakteristik erzielen.
  • Als Nächstes wird der vorgenannte Betrieb, der durch den Zustandsvorhersager 22 in Schritt 133 durchgeführt wird, in Bezug auf 41 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellen. Zuerst berechnet der Zustandsvorhersager 22 Matrixelemente α1, α2, βi, βj in der vorgenannten Gleichung (24) in Schritt 240. Dann geht die Routine zu Schritt 141 weiter, wo der Zustandsvorhersager 22 die in Schritt 240 berechneten Matrixelemente α1, α2, βi, βj auf die Gleichung (24) anwendet, um den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 zu berechnen, wonach der Prozess endet.
  • Als Nächstes wird der vorgenannte Prozess zur Berechnung des Regelbetrags Usl in Schritt 134 in 27 in Bezug auf 42 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellt. Zuerst berechnet in Schritt 150 die ECU 2 die Vorhersageumschaltfunktion σPRE gemäß der folgenden Gleichung (52) in 24.
  • Dann geht die Routine zu Schritt 251 weiter, wo die ECU 2 ein integrierten Wert SUMSIGMA der Vorhersageumschaltfunktion σPRE berechnet. Wie in 43 dargestellt, wird bei der Berechnung des integrierten Wert SUMSIGMA zuerst in Schritt 260 bestimmt, ob zumindest eine der folgenden drei Bedingungen (f24)–(f26) erfüllt ist oder nicht:
    • (f24) das adaptive Regelflag F_PRISMON ist "1";
    • (f25) ein Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD, später beschrieben, ist „0"; und
    • (f26) ein ADSM Ausführungsendeflag F_KOPR, später beschrieben, ist "0".
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 260 JA ist, das heißt dann, wenn die Bedingung zur Berechnung des integrierten Werts SUMSIGMA erfüllt ist, geht die Routine zu Schritt 261 weiter, wo die ECU 2 einen gegenwärtigen Wert SUMSIGMA (k) des integrierten Werts SUMSIGMA auf einen Wert setzt, der durch Addieren des Produkts einer Regelungsperiode ΔT und der Vorhersageumschaltfunktion σPRE zum vorangehenden Wert SUMSIGMA(k – 1) berechnet wird [SUMSIGMA(k – 1) + ΔT·σPRE].
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 262 weiter, wo bestimmt wird, ob der in Schritt 261 berechnete gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) größer als ein vorbestimmter unterer Grenzwert SUMSL ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 261 JA ist, geht die Routine zu Schritt 263 weiter, wo bestimmt wird, ob der gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) kleiner als ein vorbestimmter oberer Grenzwert SUMSH ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung von Schritt 263 JA ist, was anzeigt, dass SUMSL < SUMSIGMA(k) < SUMSH, wird der Prozess zur Berechnung der Vorhersageumschaltfunktion σPRE ohne weiteren Prozess beendet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 263 NEIN ist, was anzeigt, dass SUMSIGMA(k) ≥ SUMSH, geht die Routine zu Schritt 264 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert SUMSIGMA(k) auf den oberen Grenzwert SUMSH setzt, wonach der Prozess zur Berechnung der Vorhersageumschaltfunktion σPRE beendet wird. Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 262 NEIN ist, was anzeigt, dass SUMSIGMA(k) ≤ SUMSL, geht die Routine zu Schritt 265 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert SUMSIGMA(k) auf den unteren Grenzwert SUMSL setzt, wonach der Prozess zur Berechnung der Vorhersageumschaltfunktion σPRE beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 260 NEIN ist, das heißt, wenn eine der drei Bedingungen (f24)–(f26) nicht erfüllt ist, was in einer fehlerhaften Herstellung des Zustands zur Berechnung des integrierten Werts SUMSIGMA resultiert, geht die Routine zu Schritt 266 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert SUMSIGMA(k) auf den vorangehenden Wert SUMSIGMA(k – 1) setzt. In anderen Worten, der integrierte Wert SUMSIGMA wird unverändert gehalten. Anschließend wird der Prozess zur Berechnung der Vorhersageumschaltfunktion σPRE beendet.
  • Zurück zu 42. In den Schritten 252–254, die sich an Schritt 251 anschließt, berechnet die ECU 2 die äquivalente Regeleingabe Ueq, die Reaching-Vorschrifteingabe Urch und die adaptive Vorschrifteingabe Uadp jeweils gemäß dem vorgenannten Gleichungen (54)–(56) in 24.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 255 weiter, wo die ECU 2 die Summe der äquivalenten Regeleingabe Ueq, der Reaching-Vorschrifteingabe Urch und der adaptiven Vorschrifteingabe Uadp als Regelbetrag Usl setzt, wonach der Prozess zur Berechnung des Regelbetrags Usl beendet wird.
  • Als Nächstes wird der vorgenannte Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD in Schritt 136 in 27 im Detail in Bezug auf die 44 und 45 beschrieben, die Routinen zur Ausführung dieses Prozesses darstellen. Zuerst führt in Schritt 270 die ECU 2 einen Prozess zur Begrenzung eines Grenzwerts für den Regelbetrag Usl durch. In diesem Prozess berechnet, obwohl eine detaillierte Beschreibung weggelassen ist, die ECU 2 obere und untere Grenzwerte Usl_ahf, Usl_alf für den Nicht-Leerlaufbetrieb, sowie obere und untere Grenzwerte Usl_ahfi, Usi_alfi für den Leerlaufbetrieb, jeweils auf der Basis des Ergebnisses der Bestimmung zur Bestimmung der Stabilität des Reglers in Schritt 35, und adaptive obere und untere Grenzwerte Usl_ah, Usl_al, später beschrieben, für den Regelbetrag Usl.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 271 weiter, wo bestimmt wird, ob ein Leerlaufbetriebsflag F_IDLE „0" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 271 JA ist, was anzeigt, dass der Motor 3 nicht im Leerlaufbetrieb ist, geht die Routine zu Schritt 272 weiter, wo bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl, der in dem vorgenannten Prozess von 42 berechnet ist, gleich oder kleiner als der untere Grenzwert Usl_alf für den Nicht-Leerlaufbetrieb ist oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 272 NEIN ist, was anzeigt, dass Usl > Usl_alf, geht die Routine zu Schritt 273 weiter, wo bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl gleich oder größer als der obere Grenzwert Usl_ahf für den Nicht-Leerlaufbetrieb ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 273 NEIN ist, was anzeigt, dass Usl_alf < Usl < Usl_ahf, geht die Routine zu Schritt 274 weiter, wo die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den Regelbetrag Usl setzt und gleichzeitig das Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD auf „0" setzt.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 275 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert Usl_al(k) des adaptiven unteren Grenzwert auf einen Wert [Usl_al(k – 1) + X_AL_DEC] setzt, der durch Addieren eines vorbestimmten Dekrementierwerts X_AL_DEC zu dem vorangehenden Wert Usl_al(k – 1) berechnet ist, und setzt gleichzeitig den gegenwärtigen Wert Usl_ah(k) des adaptiven oberen Grenzwerts auf einen Wert, der durch Subtrahieren des vorbestimmten Dekrementierwerts X_AL_DEC von dem vorangehenden Wert Usl_ah(k – 1) berechnet ist [Usl_al(k – 1) – X_AL_DEC], wonach der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD endet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 273 JA ist, was anzeigt, dass Usl ≥ Usl_ahf, geht die Routine zu Schritt 276 weiter, wo die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den adaptiven oberen Grenzwert Usl_ahf für Nicht-Leerlaufbetrieb setzt, und setzt gleichzeitig das Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD auf "1".
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 277 weiter, wo bestimmt wird, ob ein Nach-Start-Timer einen Timerwert TMACR aufzeigt oder nicht, der kleiner ist als eine vorbestimmte Zeit X_TMAWAST, oder ob ein Nach-F/C-Bestimmungsflag F_AFC „1" ist oder nicht. Dieser Nach-Start-Timer ist ein Hochzähltimer zum Messen einer Zeit, die nach dem Start des Motors 3 abgelaufen ist.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 277 JA ist, das heißt, wenn die vorbestimmte Zeit X_TMAWAST nach dem Start des Motors 3 nicht abgelaufen ist, oder wenn eine vorbestimmte Zeit X_TM_AFC nach dem Ende des Kraftstoffsperrbetriebs nicht abgelaufen, wird der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD ohne weiteren Prozess beendet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 277 NEIN ist, das heißt, wenn die vorbestimmte Zeit X_TMAWAST nach dem Start des Motors 3 abgelaufen ist und wenn die vorbestimmte Zeit X_TM_AFC nach einem Kraftstoffsperrbetrieb abgelaufen ist, geht die Routine zu Schritt 278 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert Usl_al(k) des adaptiven unteren Grenzwerts auf einen Wert setzt, der durch Addieren des Dekrementierwerts X_AL_DEC zu dem vorangehenden Wert Usl_al(k – 1) berechnet ist [Usl_al(k – 1) + X_AL_DEC], und setzt gleichzeitig den gegenwärtigen Wert Usl_ah(k) des adaptiven oberen Grenzwerts auf einen Wert, der durch Addieren eines vorbestimmten Inkrementierwerts X_AL_INC zu dem vorangehenden Wert Usl_ah(k – 1) berechnet ist [Usl_ah(k – 1) + X_AL_INC], wonach der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 272 JA ist, was anzeigt, dass Usl ≤ Usl_alf, geht die Routine zu Schritt 279 weiter, wo die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den adaptiven unteren Grenzwert Usl_alf für Nicht-Leerlaufbetrieb setzt, und gleichzeitig den Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD auf „1" setzt.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 280 weiter, worin bestimmt wird, ob ein zweites Anfahrflag F_VST „1" ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 280 JA ist, das heißt, wenn eine zweite vorbestimmte Zeit TVST nach dem Anfahren des Fahrzeugs nicht abgelaufen ist, so dass das Fahrzeug noch immer in einem zweiten Anfahrmodus ist, wird der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD ohne weiteren Prozess beendet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 280 NEIN ist, das heißt, wenn die zweite vorbestimmte Zeit TVST nach dem Anfahren des Fahrzeugs abgelaufen ist, so dass der zweite Anfahrmodus beendet worden ist, geht die Routine zu Schritt 281 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert Usl_al(k) des adaptiven unteren Grenzwerts auf einen Wert setzt, der durch Subtrahieren des Inkrementierwerts X_AL_INC von den vorangehenden Wert Usl_al(k – 1) berechnet ist [Usl_al(k – 1) – X_AL_INC], und setzt gleichzeitig den gegenwärtigen Wert Usl_ah(k) des adaptiven oberen Grenzwerts auf einen Wert, der durch Subtrahieren des Dekrementierwerts X_AL_DEC von dem vorangehenden Wert Usl_ah(k – 1) berechnet ist [Usl_ah(k – 1) – X_AL_DEC], wonach der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 271 NEIN ist, was anzeigt, dass der Motor 3 im Leerlaufbetrieb ist, geht die Routine zu Schritt 282 in 45 weiter, worin bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl gleich oder kleiner als der untere Grenzwert Usl_alfi für Leerlaufbetrieb ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 282 NEIN ist, was anzeigt, dass Usl > Usl_alfi, geht die Routine zu Schritt 283 weiter, worin bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl gleich oder größer als der obere Grenzwert Usl_ahfi für Leerlaufbetrieb ist oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 283 NEIN ist, was anzeigt, dass Usl_alfi < Usl < Usl_ahfi, geht die Routine zu Schritt 284 weiter, worin die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den Regelbetrag Usl setzt und gleichzeitig das Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD auf „0" setzt, wonach der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 283 JA ist, was anzeigt, dass Usl ≥ Usl_ahfi, geht die Routine zu Schritt 285 weiter, wo die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den oberen Grenzwert Usl_ahfi für Leerlaufbetrieb setzt und setzt gleichzeitig das Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD auf „1", wonach der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 282 JA ist, was anzeigt, dass Usl ≤ Usl_alfi, geht die Routine zu Schritt 286 weiter, wo die ECU 2 den Gleitmodusregelbetrag DKSMDSLD auf den unteren Grenzwert Usl_alfi für Leerlaufbetrieb setzt und gleichzeitig das Integralwert-Halteflag F_SS_HOLD auf „1" setzt, wonach der Prozess zur Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKSMDSLD beendet wird.
  • Als Nächstes wird der Prozess zur Berechnung des ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM in Schritt 137 in 27 in Bezug auf 46 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellt. Wie dargestellt, setzt in Schritt 290 die ECU 2 zuerst einen gegenwärtigen Wert DSMSGNS(k) [= u''(k)] einen in der vorhergehenden Schleife berechneten DSM Signalwert, der in dem RAM gespeichert ist, als den vorangehenden Wert DSMSGNS(k – 1) [= u''(k – 1)].
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 291 weiter, wo die ECU 2 einen gegenwärtigen Wert DSMSIGMA(k) [= σd(k)] eines integrierten Abweichungswerts, der in der vorangehenden Schleife berechnet und in dem RAM gespeichert ist, als den vorangehenden Wert DSMSIGMA(k – 1) [= σd(k – 1)] setzt.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 292 weiter, wo bestimmt wird, ob der vorangehende Wert PREVO2(k) der Ausgabeabweichung gleich oder größer als Null ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 292 JA ist, geht die Routine zu Schritt 293 weiter, wo eine Verstärkung KRDSM(= Gd) für den Referenzsignalwert auf einen Abmagerungskoeffizienten KRDSML gesetzt wird, unter der Annahme, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs auf magerer geändert werden sollte. Dann geht die Routine zu Schritt 295 weiter, wie später beschrieben wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 292 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 294 weiter, wo die Verstärkung KRDSM für den Referenzsignalwert auf einen Anreicherungskoeffizienten KRDSMR gesetzt wird, der größer ist als der Abmagerungskoeffizient KRDSML, unter der Annahme, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs auf fetter geändert werden sollte. Dann geht die Routine zu Schritt 295 weiter.
  • Der Abmagerungskoeffizient KRDSML und der Anreicherungskoeffizient KRDSMR sind auf voneinander unterschiedliche Werte gesetzt, wie oben beschrieben, aus dem nachfolgend angegebenen Grund. Um das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs auf magerer zu ändern, wird der Abmagerungskoeffizient KRDSML auf einen Wert gesetzt, der kleiner ist als der Anreicherungskoeffizient KRDSMR, um die durch Abmagerung abgegebene NOx Menge wirkungsvoll zu unterdrücken, um einen NOx Reinigungsprozentsatz des ersten Katalysators 8a sicherzustellen. Somit wird das Luft/Kraftstoffverhältnis derart geregelt, das die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 langsamer auf den Sollwert Vop konvergiert als dann, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis auf fetter geändert wird. Um andererseits das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs auf fetter zu ändern, wird der Anreicherungskoeffizient KRDSMR auf einen größeren Wert gesetzt als den Abmagerungskoeffizienten KRDSML, um den NOx Reinigungsprozentsatz der ersten und zweiten Katalysatoren 8a, 8b ausreichend wieder herzustellen. Somit wird das Luft/Kraftstoffverhältnis derart geregelt, dass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 schneller auf den Sollwert Vop konvergiert als dann, wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis auf magerer geändert wird. In der vorstehenden Weise kann eine zufriedenstellende Nach-Katalysator-Abgascharakteristik sichergestellt werden, wenn immer das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs entweder auf magerer oder fetter geändert wird.
  • In Schritt 295, der sich an Schritt 293 oder 294 anschließt, setzt die ECU 2 einen Wert, der durch Subtrahieren des vorangehenden Werts DSMSGNS(k – 1) des im vorangehenden Schritt 290 berechneten DSM Signalwerts von dem Produkt eines Werts von –1, der Verstärkung KRDSM für den Referenzsignalwert und den gegenwärtigen Wert PREVO2(k) des vorangehenden Werts [–1·KRDSM·PREVO2(k) – DSMSGNS(k – 1)] als Abweichungssignalwert DSMDELTA[= δ(k)]. Dieses Setzen entspricht den vorgenannten Gleichungen (41), (42).
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 296 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert DSMSIGMA(k) des integrierten Abweichungswerts auf die in Schritt 291 berechnete Summe des vorangehenden Werts DSMSIGMA(k – 1) und den in Schritt 295 berechneten Abweichungssignalwert DSMDELTA setzt [DSMSIGMA(k – 1) + DSMDELTA]. Dieses Setzen entspricht der vorgenannten Gleichung (43).
  • Als Nächstes setzt in der Sequenz der Schritte 297–299 die ECU 2 den gegenwärtigen Wert DSMSGNS(k) des DSM Signalwerts auf 1, wenn der gegenwärtige Wert DSMSIMGA(k) des in Schritt 296 berechneten integrierten Abweichungswerts gleich oder größer als Null ist, und setzt den gegenwärtigen Wert DSMSGNS(k) des DSM Signalwerts auf –1, wenn der gegenwärtige Wert DSMSIGMA(k) des integrierten Abweichungswerts kleiner als 0 ist. Das Setzen in dieser Sequenz der Schritte 297–299 entspricht der vorgenannten Gleichung (44).
  • Als Nächstes berechnet die ECU 2 eine Verstärkung KDSM (= Fd) für den DSM Signalwert in Schritt 200 durch Absuchen einer in 47 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV. Wie in 47 gezeigt, wird die Verstärkung KDSM auf einen größeren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner ist. Dies ist so, weil das Ansprechverhalten der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 schlechter wird, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner wird, das heißt, wenn der Motor 3 mit geringerer Last arbeitet, so dass die Verstärkung KDSM größer gesetzt wird, um das verschlechterte Ansprechverhalten der Ausgabe Vout zu kompensieren. Durch diese Einstellung der Verstärkung KDSM kann der ΔΣ Modulationsregelbetrag DKCMDDSM gemäß einem Betriebszustand des Motors 3 geeignet berechnet werden, während zum Beispiel ein Überverstärkungszustand vermieden wird, wodurch es möglich gemacht wird, die Nach-Katalysator-Abgascharakteristik zu verbessern. 0303-0315 Die Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung der Verstärkung KDSM ist nicht auf die Tabelle von 47 beschränkt, die die Verstärkung KDSM gemäß dem Abgasvolumen AB_SV setzt, sondern es kann stattdessen jede beliebige Tabelle benutzt werden, solange sie zuvor die Verstärkung KDSM gemäß einem Parameter setzt, der eine Betriebslast des Motors 3 angibt (zum Beispiel eine Basiskraftstoffeinspritzzeit Tim). Auch wenn eine Verschlechterungsbestimmungseinheit für die Katalysatoren 8a, 8b vorgesehen ist, kann die Verstärkung KDSM auf einen kleineren Wert korrigiert werden, wenn die Katalysatoren 8a, 8b auf einen höheren Grad schlechter geworden sind, wie durch die Verschlechterungbestimmungseinheit bestimmt. Ferner kann die Verstärkung KDSM gemäß den vom Onboard-Identifizierer 23 identifizierten Modellparametern bestimmt werden. Z. B. kann die Verstärkung KDSM auf einen größeren Wert gesetzt werden, wenn der Kehrwert des Modellparameters b1 (1/b1) größer wird, in anderen Worten, der Modellparameter b1 kleiner wird.
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 301 weiter, wo die ECU 2 den ΔΣ Modulationsregelbetrag DKCMDDSM auf das Produkt der Verstärkung KDSM für den DSM Signalwert und des gegenwärtigen Werts DSMSGNS(k) des DSM Signalwerts setzt [KDSM·DSMSGNS(k)], wonach der Prozess zur Berechnung des ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM endet. Das Setzen in Schritt 301 entspricht der vorgenannten Gleichung (45).
  • Als Nächstes wird der vorgenannte Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMDSLD in Schritt 138 in 27 in Bezug auf 48 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellt. Wie dargestellt, wird in Schritt 310 zuerst bestimmt, ob das Leerlaufbetriebflag F_IDLE „1" ist oder nicht, und ob ein Leerlaufzeit ADSM Ausführungsflag F_SWOPRI „1" ist oder nicht. Das Leerlaufzeit ADSM Ausführungsflag F_SWOPRI wird auf „1" gesetzt, wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand leerläuft, in dem der ADSM Prozess ausgeführt werden sollte, und anderenfalls auf „0".
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 310 JA ist, das heißt wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand leerläuft, in dem das adaptive Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD durch den ADSM Prozess berechnet werden sollte, geht die Routine zu Schritt 311 weiter, wo die ECU 2 das adaptive Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD auf die Summe des Referenzwerts FLAFBASE und des ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM setzt [FLAFBASE + DKCMDDSM]. Dieses Setzen entspricht der vorgenannten Gleichung (46).
  • Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 312 weiter, wo die ECU 2 ein ADSM Ausführungsendeflag F_KOPR auf „1" setzt, um anzuzeigen, dass der ADSM Prozess ausgeführt worden ist, wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 310 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 313 weiter, wo bestimmt wird, ob ein Katalysator/O2 Sensor-Flag F_FCATDSM „1" ist oder nicht. Dieses Katalysator/O2 Sensor-Flag F_FCATDSM wird auf „1" gesetzt, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen (f27)–(f30) erfüllt ist, und anderenfalls auf „0":
    • (f27) der erste Katalysator 8a hat einen Träger, dessen Länge gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert L1 in einer Richtung ist, in der sich das Auspuffrohr 7 erstreckt;
    • (f28) in den ersten Katalysator 8a ist eine Gesamtmenge von Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator geladen, die gleich oder größer als eine vorbestimmte Beladungsmenge M1 ist;
    • (f29) der LAF Sensor 40 ist in dem Auspuffrohr 7 des Motors 3 nicht vorgesehen; und
    • (f30) der O2 Sensor ist stromab des stromabwärtigsten Katalysators (des zweiten Katalysators 8b in der zweiten Ausführung) vorgesehen
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 313 JA ist, geht die Routine zu Schritt 314 weiter, wo bestimmt wird, ob ein erstes Anfahrflag F_VOTVST und ein Nach-Anfahr-ADSM-Ausführungsflag F_SWOPRVST beide als „1" sind oder nicht. Das Nach-Anfahr-ADSM-Ausführungsflag F_SWOPRVST wird auf „1" gesetzt, wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der ADSM angeführt werden sollte, nach dem das Fahrzeug angefahren ist, und anderenfalls auf „0".
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 314 JA ist, das heißt, wenn ein erster vorbestimmter Wert TVOTVST nach dem Anfahren des Fahrzeugs abgelaufen ist und wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der ADSM Prozess ausgeführt werden sollte, führt die ECU 2 die Schritte 311, 312 in der oben beschriebenen Weise aus, wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 314 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 315 weiter, wo bestimmt wird, ob die folgenden Bedingungen beide erfüllt sind oder nicht: das Abgasvolumen AB_SV ist gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert OPRSVH, und ein Kleine-Abgasperiode-ADSM-Ausführungsflag F_SWOPRSV ist "1". Das Kleine-Abgasperiode-ADSM-Ausführungsflag F_SWOPRSV wird auf „1" gesetzt, wenn der Motor 3 ein kleines Abgasvolumen AB_SV hat und wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der ADSM Prozess ausgeführt werden sollte, und anderenfalls auf „0".
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 315 JA ist, das heißt, wenn das Abgasvolumen AB_SV klein ist und wenn der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der ADSM Prozess ausgeführt werden sollte, führt die ECU 2 die Schritte 311, 312 in der oben beschriebenen Weise aus, wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMDSLD beendet wird.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 315 NEIN ist, geht die Routine zu Schritt 316 weiter, wo bestimmt wird, ob eine Differenz ΔAB_SV zwischen dem gegenwärtigen Wert und dem vorangehenden Wert des Abgasvolumens AB_SV gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ΔAB_SVREF ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 315 JA ist, d. h. wenn der Motor 3 in einem Übergangsbetriebsmodus ist, in dem die Last stark fluktuiert, führt die ECU 2 die Schritte 311, 312 in der oben beschriebenen Weise aus, wobei bestimmt wird, dass der ADSM Porzess ausgeführt werden sollte, wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMDSLD endet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 316 NEIN ist, d. h. wenn der Motor 3 in einem Betriebsmodus, der einen Dauerzustandbetriebsmodus enthält, in dem Lastfluktuationen relativ gering sind, nicht leicht belastet ist, geht die Routine zu Schritt 317 weiter, die bestimmt, dass der PRISM Prozess ausgeführt werden soll, wo die ECU 2 das adaptive Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD auf die Summe des Referenzwerts FLAFBASE, des adaptiven Korrekturterms FLAFADP und des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD setzt [FLAFBASE + FLAFADP + DKCMDSLD]. Als Nächstes geht die Routine zu Schritt 318 weiter, wo die ECU 2 das ADSM Ausführungsendeflag F_KOPR auf "0" setzt, um anzuzeigen, dass der PRISM Prozess ausgeführt worden ist, wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMDSLD endet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 313 NEIN ist, das heißt, wenn eine der vier Bedingungen (f27)–(f30) nicht erfüllt ist, überspringt die ECU 2 die Schritte 314–316 und führt die vorgenannten Schritte 317, 318 aus, wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoffverhältnisses KCMDSLD endet. In diesem Fall ist das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 313 NEIN, wenn der Katalysator des ersten Katalysators 8a einen Träger hat, dessen Länge kleiner ist als die vorbestimmte Länge L1, oder wenn die Gesamtmenge an Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator, die in den ersten Katalysator 8a geladen ist, kleiner als die vorbestimmte Beladungsmenge M1 ist, wenn die Katalysatoren 8a, 8b, der LAF Sensor 14 und der O2 Sensor 15 alle so angeordnet sind wie in der zweiten Ausführung.
  • In der vorstehenden Weise berechnet die ECU 2, beim Prozess zur Berechnung des adaptiven Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMDSLD, das adaptive Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD für den ADS Prozess oder PRISM Prozess, der gemäß einem Betriebsmodus des Motors 3 geschaltet ist. Insbesondere wird das adaptive Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD, d. h. das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADS Prozess berechnet, unabhängig von der Anordnung der Katalysatoren 8a, 8b, des LAF Sensors 14 und des O2 Sensors 15, der Länge des Trägers des ersten Katalysators 8a und der Gesamtmenge der geladenen Katalysatoren. Dies ist dem folgenden Grund zuzurechnen. Wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem PRISM Prozess in einem extremen Niederlastmodus, wie etwa Leerlaufbetriebsmodus, berechnet wird, worin das Abgasvolumen AB_SV reduziert ist, um eine Betriebsverzögerung und Totzeit des O2 Sensors 15 zu erhöhen und den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Bereich zu verengen, indem ein stabiler Verbrennungszustand für den Motor sichergestellt werden kann, konvergiert die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 langsam auf den Sollwert Vop. Andererseits wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD, wenn es gemäß dem ADSM Prozess berechnet wird, derart hergeleitet, dass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 erzeugt wird, um eine Ausgabeabweichung vorzusehen, die den zur Ausgabeabweichung VO2 gegenphasigen Wellenverlauf hat, um denselben aufzuheben. Daher ist der ADSM Prozess frei von dem Problem, das durch den PRISM Prozess hervorgerufen würde, um es hierdurch möglich zu machen, eine zufriedenstellendere Konvergenz der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 auf den Sollwert Vop als mit dem PRISM Prozess sicherzustellen. Insofern wird in der zweiten Ausführung das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMDM im Leerlaufbetriebsmodus gemäß dem ADSM Prozess berechnet, wodurch die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 rasch auf den Sollwert Vop konvergiert werden kann, um eine zufriedenstellende Nachkatalysator-Abgascharakteristik sicherzustellen.
  • Auch wenn Vorrichtungen, wie etwa die Katalysatoren 8a, 8b, der LAF Sensor 14, der O2 Sensor 15 und dgl. wie in der zweiten Ausführung angeordnet sind, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem PRIS Prozess berechnet, wenn die Länge des Trägers des ersten Katalysators 8a kleiner ist als die vorbestimmte Länge L1 oder wenn die in den ersten Katalysator 8a geladene Gesamtmenge von Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator kleiner als die vorbestimmte Beladungsmenge M1 ist. Dies ist so, weil die Ausgabe Vout des O2 Sensors eine kleinere Ansprechverzögerung, Totzeit und dgl. in Bezug auf die dem ersten Katalysator 8a zugeführten Abgase zeigt, da in den stromauf des O2 Sensors 15 angeordneten ersten Katalysator 8a eine geringere Gesamtmenge von Katalysatoren geladen ist oder dieser eine geringere Länge des Trägers zum Tragen des Katalysators hat. Daher kann die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 rascher auf den Sollwert Vop konvergiert werden, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem PRISM Prozess berechnet wird, al sdann, wenn es gemäß dem ADSM Prozess berechnet wird. Wenn die Länge des Trägers des ersten Katalysators 8a kleiner ist als die vorbestimmte Länge L1, oder wenn die in den ersten Katalysator 8a geladene Gesamtmenge an Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator kleiner als die vorbestimmte Beladungsmenge M1 ist, d. h. sich in der Anordnung von jener in der zweiten Ausführung unterscheidet, wird insofern das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem PRISM Prozess berechnet, wodurch es möglich gemacht wird, die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 rascher auf den Sollwert Vop zu konvergieren.
  • Wenn ferner die jeweiligen Vorrichtungen so wie in der zweiten Ausführung angeordnet sind, wobei die Länge des Trägers des ersten Katalysators 8a gleich oder größer als die vorbestimmte Länge L1 ist oder wenn die in den ersten Katalysator 8a geladene Gesamtmenge an Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator gleich oder größer als die vorbestimmte Beladungsmenge M1 ist, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADSM Prozess berechnet, wenn der Motor 3 im ersten Anfahrmodus ist, im Niederlastbetriebsmodus, in dem das Abgasvolumen AB_SV kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, oder in einem Übergangsbetriebsmodus, in dem die Last stark fluktuiert. Den ADSM Prozess in diesem Fall anzuwenden, ist wie folgt gerechtfertigt. Unter der vorgenannten Bedingungen wird das Ansprechverhalten des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem ersten Katalysator 8a zugeführten Abgases durch Störungen (z. B. fluktuierende Last, Umschalten der Ventilsteuerzeit, EIN/AUS-Betrieb des AGR-Ventils und dgl., im Anfahrmodus, im Niederlastbetriebsmodus und im Übergangsbetriebsmodus verschlechtert, sodass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 rascher auf den Sollwert Vop konvergiert werden kann, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADSM Prozess berechnet wird, als dann, wenn es gemäß dem PRISM Prozess berechnet wird. Weil daher in der zweiten Ausführung der erste Katalysator 8a einen Träger hat, dessen Länge gleich oder größer als die vorbestimmte Länge L1 ist, wobei die in den ersten Katalysator 8a geladene Gesamtmenge an Nicht-Metallkatalysator und Metallkatalysator gleich oder größer als die vorbestimmte Beladungsmenge M1 ist, wird das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADSM Prozess berechnet, wodurch es möglich gemacht wird, die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 rascher auf den Sollwert Vop zu konvergieren.
  • Als Nächstes wird der Prozess zur Berechnung des adaptiven Korrekturterms FLAFADP in Schritt 139 in 27 in Bezug auf 49 beschrieben, die eine Routine zur Ausführung dieses Prozesses darstellt. Wie in 49 dargestellt, wird zuerst in Schritt 320 bestimmt, ob die Ausgabeabweichung VO2 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (ADL < VO2 < ADH) liegt oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 320 JA ist, das heißt, wenn die Ausgabeabweichung VO2 so klein ist, dass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 nahe dem Sollwert Vop ist, geht die Routine zu Schritt 321 weiter, wo bestimmt wird, ob die adaptive Vorschrifteingabe Uadp kleiner als ein vorbestimmter unterer Grenzwert NRL ist oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 321 NEIN ist, was anzeigt, dass Uadp ≥ NRL, geht die Routine zu Schritt 322 weiter, wo bestimmt wird, ob die adaptive Vorschrifteingabe Uadp größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert NRH ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 222 NEIN ist, was anzeigt, dass NRL ≤ Uadp ≤ NRH, geht die Routine zu Schritt 323 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert FLAFADP(k) des adaptiven Korrekturterms auf den vorangehenden Wert FLAFADP(k – 1) setzt.
  • In anderen Worten, der gegenwärtige Wert des adaptiven Korrekturterms FLAFADP wird gehalten. Dann wird der Prozess zur Berechnung des adaptiven Korrekturterms FLAFADP beendet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 322 JA ist, was anzeigt, dass Uadp > NRH, geht die Routine zu Schritt 324 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert FLAFADP(k) des adaptiven Korrekturterms auf die Summe des vorangehenden Werts FLAFADP(k – 1) und eines vorbestimmten Aktualisierungswerts X_FLAFDLT setzt [FLAFADP(k – 1) + X_FLAFDLT], wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Korrekturterms FLAFADP endet.
  • Wenn andererseits das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 321 JA ist, was anzeigt, dass Uapd < NRL, geht die Routine zu Schritt 325 weiter, wo die ECU 2 den gegenwärtigen Wert FLAFADP(k) des adaptiven Korrekturterms auf einen Wert setzt, der durch Subtrahieren des vorbestimmten Aktualisierungswerts X_FLAFDLT von dem vorangehenden Wert FLAFADP(k – 1) berechnet wird [FLAFADP(k – 1) – X_FLAFDLT], wonach der Prozess zur Berechnung des adaptiven Korrekturterms FLAFADP endet.
  • Wie oben beschrieben, kann die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung einen Versatz in der Steuerzeitgebung zwischen der Eingabe und der Ausgabe eines geregelten Objekts, das das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD als Regeleingabe und die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 als die Ausgabe hat und das die dynamische Charakteristik mit einer relativ großen Phasenverzögerung, Totzeit und dergleichen aufweist, geeignet eliminieren, wodurch es möglich gemacht wird, die Stabiltät und Regelbarkeit der Regelung zu verbessern und dementsprechend die Nach-Katalysator-Abgascharakteristik zu verbessern.
  • Im folgenden werden Steuer/Regelvorrichtungen gemäß dritten bis neunten Ausführungen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die 50–58 beschrieben. In der folgenden Beschreibung an den jeweiligen Ausführungen sind Komponenten, die mit jenen in der ersten Ausführung identisch oder hierzu äquivalent sind, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die Beschreibung dazu wird bei Bedarf weggelassen.
  • Zuerst wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung in Bezug auf 50 beschrieben. Wie in 50 dargestellt, unterscheidet sich die Steuer/Regelvorrichtung 301 in der dritten Ausführung von der Steuer/Regelvorrichtung 201 in der zweiten Ausführung nur in dem Onboard-Identifizierer 23. Insbesondere berechnet der Onboard-Identifizierer 23 in der zweiten Ausführung die Modellparameter a1, a2, b1 auf der Basis von KACT, Vout und Φop(KCMD), wohingegen der Onboard-Identifizierer 23 in der dritten Ausführung die Modellparameter a1, a2, b1 auf der Basis von Vout und Φop berechnet.
  • Insbesondere berechnet der Onboard-Identifizierer 23 identifizierte Werte a1', a2', b1' für die Modellparameter gemäß dem Identifikationsalgorithmus, der durch die Gleichungen (25)–(32) in 19 ausgedrückt ist, anstelle des in der zweiten Ausführung verwendeten Identifikationsalgorithmus, der durch die Gleichungen (33)–(40) in 20 ausgedrückt ist, und begrenzt die identifizierten Werte a1', a2', b1' so, wie in den 38, 40 dargestellt, und die Modellparameter a1, a2, b1 zu berechnen. Obwohl kein spezifisches Programm für den vom Onboard-Identifizierer 23 durchgeführten Prozess gezeigt ist, kann ein solches Programm in einer ähnlichen Weise organisiert werden wie das, das in der zweiten Ausführung verwendet wird. Die Steuer/Regelvorrichtung 301 gemäß der dritten Ausführung kann ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung erzielen.
  • Als Nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung in Bezug auf 51 beschrieben. Wie in 51 dargestellt, unterscheidet sich die Steuer/Regelvorrichtung 401 in der vierten Ausführung von der Steuer/Regelvorrichtung 1 in der zweiten Ausführung nur in dem Zustandsvorhersager 22. Insbesondere berechnet der Zustandsvorhersager 22 in der ersten Ausführung den vorhergesagten Wert PREVO2 auf der Basis von a1, a2, b1, KACT, Vout und Φop(KCMD), wohingegen der Zustandsvorhersager 22 in der dritten Ausführung den vorhergesagten Wert PREVO2 auf der Basis von a1, a2, b1 Vout und Φop berechnet.
  • Insbesondere berechnet der Zustandsvorhersager 22 in der dritten Ausführung den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 gemäß dem Vorhersagealgorithmus, der durch Gleichung (23) in 18 ausgedrückt ist, anstelle des in der ersten Ausführung verwendeten Vorhersagealgorithmus, der durch die Gleichung (24) in 18 ausgedrückt ist. Obwohl kein spezifisches Programm für den vom Zustandsvorhersager 22 durchgeführten Prozess gezeigt ist, kann ein solches Programm im Wesentlichen ähnlich jenem organisiert werden, das in der zweiten Ausführung verwendet wird. Die Steuer/Regelvorrichtung 401 gemäß der vierten Ausführung kann ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der ersten Ausführung erzielen.
  • Als Nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung in Bezug auf 52 beschrieben. Wie dargestellt, unterscheidet sich die Steuer/Regelvorrichtung 501 gemäß der vierten Ausführung von der Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung nur darin, dass ein planender DSM Regler 20A, ein planender Zustandsvorhersagegleitmodusregler 21A und ein Parameterplaner 28 (Modellparameterssetzmittel) zum Berechnen der Modellparameter a1, a2, b1 verwendet werden, anstelle des ADSM Reglers 20, des PRISM Reglers 21 und des Onboard-Identifizierers 23.
  • Der Parameterplaner 28 berechnet zuerst das Abgasvolumen AB_SV gemäß der vorgenannten Gleichung (58) auf der Basis der Motordrehzahl NE und des absoluten Ansaugrohrinnendrucks PBA. Als Nächstes berechnet der Parameterplaner 28 die Modellparameter a1, a2, b1 gemäß dem Abgasvolumen AB_SV mittels einer in 53 gezeigten Tabelle.
  • In der in 53 gezeigten Tabelle wird der Modellparameter a1 auf einen kleineren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Im Gegensatz zum Modellparameter a1 werden die Modellparameter a2, b1 auf größere Werte gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Dies ist so, weil die Ausgabe des geregelten Objekts, das heißt die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 stabiler wird, wenn das Abgasvolumen AB_SV zunimmt, wohingegen die Ausgabe Vout des O2 Sensors oszillatorisch wird, wenn das Abgasvolumen AB_SV abnimmt.
  • Der planende DSM Regler 20A berechnet das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD eines DSM Reglers 24 ähnlich jenem in der ersten Ausführung unter Verwendung der Modellparameter a1, a2, b1, die wie oben beschrieben, berechnet sind. Ähnlich berechnet der planende Zustandsvorhersagergleitmodusregler 21A das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD in einem SLD Regler 25 ähnlich jenem in der ersten Ausführung unter Verwendung der Modellparameter a1, a2, b1, die wie oben beschrieben, berechnet sind.
  • Die Steuer/Regelvorrichtung 501 gemäß der fünften Ausführung kann ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung erzielen. Zusätzlich können die Modellparameter a1, a2, b1 mittels des Parameterplaners 28 rascher berechnet werden als mittels des Onboard-Identifizierers 23. Es ist daher möglich, das Ansprechverhalten der Regelung zu verbessern und eine günstige Nach-Katalysator-Abgascharakteristik rascher sicherzustellen.
  • Als Nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführung in Bezug auf 54 beschrieben. Die Steuer/Regelvorrichtung 601 gemäß der sechsten Ausführung unterscheidet sich von der Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung nur darin, dass ein SDM Regler 29 anstelle des DSM Reglers 24 der Steuer/Regelvorrichtung 201 in der zweiten Ausführung verwendet wird. Der SDM Regler 29 berechnet die Regeleingabe Φop(k) gemäß einem Steueralgorithmus, der den ΣΔ Modulationsalgorithmus auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2(k) anwendet. In der sechsten Ausführung implementiert der SMD Regler 29 das Regeleingabeberechnungsmittel, erste Regeleingabeberechnungsmittel, Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel und das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel.
  • In dem in 54 dargestellten SDM Regler 29 erzeugt ein invertierender Verstärker 29a ein Referenzsignal r(k) das Produkt des Werts von –1, der Verstärkung Gd für das Referenzsignal und des vorhergesagten Werts PREVO2(k). Als Nächstes erzeugt ein Integrator 29b einen integrierten Referenzsignalwert σdr(k) als die Summe eines integrierten Referenzsignalwerts σdr(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 29c verzögert ist, und des Referenzsignals als r(k). Andererseits erzeugt ein Integrator 29d einen integrierten SDM Signalwert σdu(k) als die Summe eines integrierten SDM Signalwerts σdu(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 29e verzögert ist, und eines SDM Signals u''(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 29j verzögert ist. Dann erzeugt ein Subtrahierer 29f ein Abweichungssignal δ''(k) des integrierten SDM Signalwerts σdu(k) von dem integrierten Referenzsignalwert σdr(k).
  • Als Nächstes erzeugt ein Quantifizierer 29g (Vorzeichenfunktion) ein DM Signal u''(k) als Vorzeichen des Abweichungssignals δ''(k). Dann erzeugt ein Verstärker 29h ein verstärktes SDM Signal u(k) durch Verstärkung des SDM Signals u''(k) mit einer vorbestimmten Verstärkung Fd. Dann erzeugt ein Addierer 29i die Regeleingabe Φop(k) als die Summe des verstärkten SDM Signals u(k) und eines vorbestimmten Referenzwerts FLAFBASE.
  • Der vorstehende Regelalgorithmus des SDM Reglers 29 wird durch die folgenden Gleichungen (59)–(65) ausgedrückt: r(k) = –1·Gd·PREVO2(k) (59) σdr(k) = σdr(k – 1) + r(k) (60) σdu(k) = σdu(k – 1) + u''(k – 1) (61) δ''(k) = σdr(k) – σdu(k) (62) u''(k) = sgn(δ''(k)) (63) u(k) = Fd·u''(k) (64) Φop(k) = FLAFBASE + u(k) (65)wobei Gd und Fd Verstärkungen repräsentieren. Die Vorzeichenfunktion sgn(δ''(k)) nimmt den Wert von 1 ein (sgn(δ''(k)) = 1), wenn δ''(k) ≥ 0, und –1 (sgn(δ''(k)) = –1), wenn δ''(k) < 0 (alternativ kann sgn(δ''(k)) auf 0 gesetzt werden (sgn(δ''(k) = 0), wenn δ''(k) = 0).
  • Der ΣΔ Modulationsalgorithmusalgorithmus in dem Regelalgorithmus des SDM Reglers 29 ist dadurch gekennzeichnet, dass das SDM Signal u(k) derart erzeugt (berechnet) werden kann, dass das Referenzsignal r(k) an dem Ausgang des geregelten Objekts reproduziert wird, wenn das SDM Signal u(k) in das Regelobjekt eingegeben wird, wie etwa in dem Fall mit dem vorgenannten ΔΣ Modulationsalgorithmus. In anderen Worten, der SDM Regler 29 hat die Charakteristik, die Regeleingabe Φop(k) ähnlich den vorgenannten DSM Regler 24 zu erzeugen. Daher kann die Steuer/Regelvorrichtung 601 gemäß der sechsten Ausführung, die dem SDM Regler 29 verwendet, ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung erzielen. Obwohl für den SDM Regler 29 kein spezifisches Programm gezeigt ist, kann ein solches Programm im Wesentlichen so ähnlich wie der DSM Regler 24 organisiert werden.
  • Als Nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung in Bezug auf 55 beschrieben. Die Steuer/Regelvorrichtung 701 gemäß der sechsten Ausführung unterscheidet sich von der Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung nur darin, dass ein DM Regler 30 anstelle des DSM Reglers 24 verwendet wird. Der DM Regler 30 berechnet die Regeleingabe Φop(k) gemäß dem Regelalgorithmus (siehe Gleichungen (15)–(17)), der einen Δ Modulationsalgorithmus auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2(k) anwendet. In der siebten Ausführung implementiert der DM Regler 30 das Regeleingabeberechnungsmittel, erste Regeleingabeberechnungsmittel, Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel und das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungsmittel.
  • Insbesondere erzeugt, wie in 55 dargestellt, in dem DM Regler 30 ein invertierender Verstärker 30a das Referenzsignal r(k) als das Produkt des Werts von –1, der Verstärkung Gd für das Referenzsignal und des vorhergesagten Werts PREVO2(k). Ein Integrator 30b erzeugt einen integrierten DM Signalwert δdu(k) als die Summe eines integrierten DM Signalwerts δdu(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 30 verzögert ist, und eines DM Signals u''(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 30h verzögert ist. Dann erzeugt ein Subtrahierer 30d ein Abweichungssignal δ''(k) des integrierten DM Signalwerts δdu(k) aus dem Referenzsignal r(k).
  • Als Nächstes erzeugt ein Quantifizierer 30e (Vorzeichenfunktion) ein DM Signal u''(k) als Vorzeichen des Abweichungssignals δ''(k). Dann erzeugt ein Verstärker 30f ein verstärktes DM Signal u(k) durch Verstärkung des DM Signals u''(k) mit einer vorbestimmten Verstärkung Fd. Als Nächstes erzeugt ein Addierer 30g die Regeleingabe Φop(k) als die Summe des verstärkten DM Signals u(k) und des vorbestimmten Referenzwerts FLAFBASE.
  • Der vorstehende Steuerungsalgorihtmus des DM Reglers 30 wird durch die folgenden Gleichungen (60)–(71) ausgedrückt: r(k) = –1·Gd·PREVO2(k) (66) σdu(k) = σdu(k – 1) + u''(k – 1) (67) δ''(k) = r(k) – σdu(k) (68) u''(k) = sgn(δ''(k)) (69) u(k) = Fd·u''(k) (70) Φop(k) = FLAFBASE + u(k) (71)wobei Gd und Fd Verstärkungen repräsentieren. Die Vorzeichenfunktion sgn(δ''(k)) nimmt den Wert von 1 ein (sgn(δ''(k)) = 1) wenn δ''(k) ≥ 0, und –1 (sgn(δ''(k)) = –1), wenn δ''(k) < 0 (alternativ kann sgn(δ''(k) gleich 0 gesetzt werden (sgn(δ''(k) = 0), wenn δ''(k) = 0).
  • Der Steuerungsalgorithmus des DM Reglers 30, das heißt der Δ Modulationsalgorithmus ist dadurch gekennzeichnet, dass das DM Signal u(k) derart erzeugt (berechnet) werden kann, dass das Referenzsignal r(k) am Ausgang des geregelten Objekts reproduziert werden kann, wenn das DM Signal u(k) in das geregelte Objekt eingegeben wird, wie im Falle mit dem vorgenannten ΔΣ Modulationsalgorithmus und ΣΔ Modulationsalgorithmus. In anderen Worten, der DM Regler 30 hat die Charakteristik, die Regeleingabe Φop(k) ähnlich dem vorgenannten DSM Regler 24 und SDM Regler 29 zu erzeugen. Daher kann die Steuer/Regelvorrichtung 701 gemäß der siebten Ausführung, die DM Regler 30 benutzt, ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung erzielen. Obwohl kein spezifisches Programm für den DM Regler 30 gezeigt ist, kann ein Programm im Wesentlichen so ähnlich wie der DSM Regler 24 programmiert werden.
  • Als Nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer achten Ausführung in Bezug auf die 56 und 57 beschrieben. Wie in 56 dargestellt, unterscheidet sich die Steuer/Regelvorrichtung 801 gemäß der achten Ausführung von der Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung nur darin, dass der Motor 3 nicht mit dem LAF Sensor 14 versehen ist und der O2 Sensor 15 stromab des zweiten Katalysators 8b angeordnet ist.
  • Da der LAF Sensor 14 nicht vorgesehen ist, beruht die Steuer/Regelvorrichtung 801 auf dem Onboard-Identifizierer 23, um die Modellparameter a1, a2, b1 auf der Basis der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 und der Regeleingabe Φop(k) (Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD) zum Berechnen, wie in 57 dargestellt ist. In anderen Worten, der Onboard-Identifizierer 23 berechnet identifizierte Werte a1', a2', b1' für die Modellparameter gemäß dem Identifikationsalgorithmus, der durch die Gleichungen (25)–(32) in 19 ausgedrückt ist und begrenzt diese identifizierten Werte in der oben beschriebenen Weise, um die Modellparameter a1, a2, b1 zu berechnen.
  • Ferner berechnet der Zustandsvorhersager 22 den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 auf der Basis der Modellparameter a1, a2, b1, der Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 und der Regeleingabe Φop. In anderen Worten, der Zustandsvorhersager 22 berechnet den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 gemäß dem Vorhersagealgorithmus, der durch Gleichung (22) in 18 ausgedrückt ist. Obwohl keine spezifischen Programme für die Prozesse gezeigt sind, die durch den Zustandsvorhersager 22 und dem Onboard-Identifizierer 23 durchgeführt werden, können diese Programme im Wesentlichen so ähnlich wie jene in der ersten Ausführung organisiert werden. Auch die anderen Programme können in der ähnlichen Weise wie jene in der ersten Ausführung organisiert werden.
  • Da in der Steuer/Regelvorrichtung 801 der Motor 3 nicht mit dem LAF Sensor 14 versehen ist und an der Stelle stromab des zweiten Katalysators 8b mit dem O2 Sensor 15 versehen ist, ist in Schritt 313 in 48 das Bestimmungsergebnis JA. Somit wird, wie oben beschrieben, das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADSM Prozess berechnet, wenn der Motor 3 im ersten Anfahrmodus, im Niederlastbetriebsmodus, in dem das Abgasvolumen AB_SV kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und dem Übergangsbetriebsmodus ist. Dies wird wie folgt gerechtfertigt. Wenn der O2 Sensor 15 und die Katalysatoren 8a, 8b so angeordnet sind wie in der achten Ausführung, in anderen Worten, wenn eine Mehrzahl von Katalysatoren stromauf des O2 Sensors 15 angeordnet sind, zeigt die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 eine stärkere Ansprechverzögerung, Totzeit und dgl. in Bezug auf Abgase, die in den oben erwähnten Betriebsmodi dem ersten Katalysator 8a zugeführt werden, sodass die Ausgabe Vout des O2 Sensors 15 rascher auf den Sollwert Vop konvergiert werden kann, um einen Fluktuationsbereich in Abgasen, die in den ersten Katalysator 8a fließen, zu reduzieren, und demzufolge zufriedenstellend gereinigte Abgase von den Katalysatoren 8a, 8b, insbesondere dem ersten Katalysator 8a zu erhalten, der an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADSM Prozess berechnet wird, als dann, wenn es gemäß dem PRISM Prozess berechnet wird. Durch hierin nicht gezeigte experimentelle Daten ist durch Experimente bestätigt worden, dass in der von der Steuer/Regelvorrichtung 801 der achten Ausführung durchgeführten Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung die NOx-Menge in den Abgasen um mehrere Prozent, z.. B. Im Übergangsbetriebsmodus, reduziert werden kann, wenn das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß dem ADSM Prozess berechnet wird, im Vergleich zur Berechnung gemäß dem PRISM Prozess Die Steuer/Regelvorrichtung 801 gemäß der oben beschriebenen achten Ausführung kann ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 201 gemäß der zweiten Ausführung erzielen. Insbesondere wenn das Luft/Kraftstoffverhältnis nur durch den O2 Sensor 15 geregelt wird, kann durch Setzen der Verstärkung KRDSM für den Referenzsignalwert auf unterschiedliche Werte in den Schritten 292–294 in 46 zum Regeln der Abgase auf magerer und fetter, um das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis KCMD mit unterschiedlichen Raten auf den Sollwert Vop zu konvergieren, die Steuer/Regelvorrichtung 801 eine zufriedenstellende Nach-Katalysator-Abgascharakteristik ohne Fehler erzielen, um das Luft/Kraftstoffverhältnis des Luft/Kraftstoffgemischs auf fetter und magerer zu ändern. Weil darüber hinaus die geeignete Nachkatalysatorabgascharakteristik ohne den LAF Sensor 14 sichergestellt werden kann, können dementsprechend die Herstellungskosten eingespart werden.
  • Als Nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung gemäß einer neunten Ausführung in Bezug auf 58 beschrieben. Wie dargestellt, unterscheidet sich die Steuer/Regelvorrichtung 901 gemäß der neunten Ausführung von der Steuer/Regelvorrichtung 801 gemäß der achten Ausführung darin, dass der ADSM Regler 20, der PRISM Regler 21 und der Onboard-Identifizierer 23 in der achten Ausführung durch den planenden DSM Regler 20A ersetzt, den planenden Zustandsvorhersagegleitmodusregler 21A und den Parameterplaner 28 in der fünften Ausführung ersetzt werden. Diese Regler 20A, 21A und der Parameterplaner 28 sind so ähnlich konfiguriert wie jene in der vierten Ausführung. Die Steuer/Regelvorrichtung 901 gemäß der neunten Ausführung kann ähnliche Vorteile wie die Steuer/Regelvorrichtung 801 gemäß der achten Ausführung erzielen. Zusätzlich können die Modellparameter a1, a2, b1 schneller berechnet werden, wenn der Parameterplaner 28 verwendet wird, als dann, wenn der Onboard-Identifizierer 23 verwendet wird. Dies kann das Ansprechverhalten der Regelung verbessern und kann eine zufriedenstellende Nach-Katalysator-Abgascharakteristik rascher sicherstellen.
  • Die vorstehenden zweiten bis neunten Ausführungen haben beispielhafte Konfigurationen der Steuer/Regelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, um das Luft/Kraftstoffverhältnis der Brennkraftmaschine 3 zu steuern/regeln. Jedoch sollte sich verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungen beschränkt werden, sondern weithin auf Steuer/Regelvorrichtungen zum Steuern/Regeln anderer beliebiger geregelter Objekte angewendet werden kann. Darüber hinaus können der ADSM Regler 30 und der PRISM Regler 21 in Hardware implementiert werden, anstelle der Programme, wie sie in den Ausführungen dargestellt sind.
  • Während die vorstehenden ersten bis neunten Ausführungen beispielhafte Steuer/Regelvorrichtungen dargestellt haben, welche die Gleitmodusregelung als die reaktionsspezifizierende Regelung verwenden, ist die reaktionsspezifizierende Regelung nicht auf die Gleitmodusregelung beschränkt, sondern es kann jeder Ansatz angewendet werden, solange er ein Konversionsverhalten für die Ausgabeabweichung VO2 spezifizieren kann. Z. B. kann die reaktionsspezifizierende Regelung durch eine rückschreitende Regelung implementiert werden, die das Konversionsverhalten für die Ausgabeabweichung VO2 durch Einstellen von Designparametern spezifizieren kann, wobei in diesem Fall die vorgenannten Vorteile auch erlangt werden könen, indem ein Verfahren zum Setzen der Umschaltfunktion σ angewendet wird, ähnlich den Ausführungen.
  • Während ferner die vorstehenden zweiten bis neunten Ausführungen ein Diskretzeitsystemmodell als Regelobjektmodell verwenden, ist das Regelobjektmodell nicht auf dieses eine beschränkt, sondern es kann stattdessen auch ein kontinuierliches Zeitsystem verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann die Steuer/Regelvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausgabe eines geregelten Objekts, in dem ein verfügbarer Bereich für eine Regeleingabe beschränkt ist, eines geregelten Objekts, das eine relativ große Ansprechverzögerung und/oder Totzeit aufweist, und dgl. regeln, um rasch und genau auf einen Sollwert zu konvergieren. Insbesondere, wenn die Ausgabe des geregelten Objekts als jene eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in einer Brennkraftmaschine gewählt wird, kann die vorliegende Erfindung die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors regeln, um rasch und genau auf den Sollwert zu konvergieren, selbst wenn der Motor in einem extremen Niederlastbetriebsmodus ist, um hierdurch eine zufriedenstellende Nachkatalysatorabgascharakteristik zu bekommen.
  • Eine Steuer/Regelvorrichtung, ein Steuer/Regelverfahren sowie eine Motorsteuer/regeleinheit werden angegeben, um eine Ausgabe eines geregelten Objekts, das eine relativ große Ansprechverzögerung und/oder Totzeit hat, zu regeln, um rasch und genau auf einen Sollwert zu konvergieren. Wenn die Ausgabe des geregelten Objekts als jene eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in einer Brennkraftmaschine gewählt wird, kann auch in einem extremen Niederlastbetriebsmodus die Ausgabe des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensors so geregelt werden, dass sie rasch und genau auf einen Sollwert konvergiert. Die Regelvorrichtung umfasst einen ADSM Regler zum Berechnen eines Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß einem vorhergesagten Wert einer Ausgabeabweichung basierend auf einem ΔΣ Modulationsalgorithmus, sowie einen PRISM Regler zum Berechnen des Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem vorhergesagten Wert basierend auf einem Gleitmodusregelalgorithmus. Die Steuer/Regelvorrichtung wählt eines der von den zwei Reglern berechneten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, um mittels des einen gewählten das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu regeln.

Claims (15)

  1. Steuer/Regelvorrichtung, umfassend: ein Abweichungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Abweichung einer Ausgabe eines geregelten Objekts von einem vorbestimmten Sollwert; und ein Regeleingabeberechnungsmittel zum Berechnen einer Regeleingabe zu dem geregelten Objekt basierend auf einem Modulationsalgorithmus, der aus einem Δ Modulationsalgorithmus, einem ΔΣ Modulationsalgorithmus und einem ΣΔ Modulationsalgorithmus ausgewählt ist, zum Konvergieren der Ausgabe des geregelten Objekts auf den Sollwert gemäß der berechneten Abweichung; worin das Regeleingabeberechnungsmittel einen ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet und die Regeleingabe basierend auf einem Produkt des berechneten ersten Zwischenwerts und einer vorbestimmten Verstärkung berechnet; und worin die Steuer/Regelvorrichtung ferner umfasst: ein Verstärkungsparametererfassungsmittel zum Erfassen eines Verstärkungsparameters, der eine Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts angibt; und ein Verstärkungssetzmittel zum Setzen der Verstärkung auf einen Wert, der der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts entspricht, gemäß dem erfassten Verstärkungsparameter.
  2. Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Regeleingabeberechnungsmittel einen zweiten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet und die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert berechnet.
  3. Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 1, worin: das Abweichungsberechnungsmittel ein Vorhersagewertberechnungsmittel enthält, um einen vorhergesagten Wert der Abweichung gemäß der Abweichung basierend auf einem vorbestimmten Vorhersagealgorithmus zu berechnen, worin das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus berechnet.
  4. Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 1, worin: das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe gemäß der Abweichung ferner basierend auf einem Regelobjektmodell, das ein Modell des geregelten Objekts bildet, berechnet.
  5. Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend ein Identifiziermittel zum Identifizieren eines Modellparameters für das Regelobjektmodell gemäß der berechneten Regeleingabe oder einem Wert, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und einer Ausgabe des geregelten Objekts.
  6. Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 5, worin: das Regelobjektmodell ein Diskretzeitsystemmodell aufweist, worin das Identifiziermittel einen Modellparameter für das Diskretzeitsystemmodell gemäß diskreten Daten der Regeleingabe oder diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und diskreten Daten der Ausgabe des geregelten Objekts identifiziert.
  7. Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein Dynamischer-Kennparameter-Erfassungsmittel zum Erfassen eines dynamischen Kennparameters, der eine Änderung in der dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts angibt; und ein Modellparametersetzmittel zum Setzen eines Modellparameters für das Regelobjektmodell gemäß dem erfassten dynamischen Kennparameter.
  8. Steuer/Regelverfahren, welches die Schritte umfasst: Berechnen einer Abweichung einer Ausgabe eines geregelten Objekts von einem vorbestimmten Sollwert; und Berechnen einer Regeleingabe zu dem geregelten Objekt basierend auf einem Modulationsalgorithmus, der aus einem Δ Modulationsalgorithmus, einem ΔΣ Modulationsalgorithmus und einem ΣΔ Modulationsalgorithmus ausgewählt ist, zum Konvergieren der Ausgabe des geregelten Objekts auf den Sollwert gemäß der berechneten Abweichung; worin: der Schritt des Berechnens einer Regeleingabe enthält, einen ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus zu berechnen und die Regeleingabe basierend auf einem Produkt des berechneten ersten Zwischenwerts und einer vorbestimmten Verstärkung zu berechnen; wobei es ferner den Schritt umfasst: Erfassen eines Verstärkungsparameters, der eine Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts angibt; und Setzen der Verstärkung auf einen Wert, der der Verstärkungscharakteristik des geregelten Objekts entspricht, gemäß dem erfassten Verstärkungsparameter.
  9. Steuer/Regelverfahren nach Anspruch 8, worin der Schritt des Berechnens einer Regeleingabe enthält, einen zweiten Zwischenwert gemäß der Abweichung basierend auf dem einen Modellalgorithmus zu berechnen und die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert zu berechnen.
  10. Steuer/Regelverfahren nach Anspruch 8, worin: der Schritt des Berechnens einer Abweichung enthält, einen vorhergesagten Wert der Abweichung gemäß Abweichung basierend auf einem Vorhersagealgorithmus zu berechnen, und der Schritt des Berechnens einer Regeleingabe enthält, die Regeleingabe gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert der Abweichung basierend auf dem einen Modulationsalgorithmus zu berechnen.
  11. Steuer/Regelverfahren nach Anspruch 8, worin: der Schritt des Berechnens einer Regeleingabe enthält, die Regeleingabe gemäß der Abweichung ferner basierend auf dem Regelobjektmodell, das ein Modell des geregelten Objekts bildet, zu berechnen.
  12. Steuer/Regelverfahren nach Anspruch 11, das ferner den Schritt aufweist, einen Modellparameter für das Regelobjektmodell gemäß der berechneten Regeleingabe oder einem Wert, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und einer Ausgabe des geregelten Objekts zu identifizieren.
  13. Steuer/Regelverfahren nach Anspruch 12, worin: das Regelobjektmodell ein Diskretzeitsystemmodell aufweist, worin der Schritt des Identifizierens enthält, einen Modellparameter für das Diskretzeitsystemmodell gemäß diskreten Daten der Regeleingabe oder diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und diskreten Daten der Ausgabe des geregelten Objekts zu identifizieren.
  14. Steuer/Regelverfahren nach Anspruch 11, das ferner die Schritte umfasst: Erfassen eines dynamischen Kennparameters, der eine Änderung in einer dynamischen Charakteristik des geregelten Objekts angibt; und Setzen eines Modellparameters für das Regelobjektmodell gemäß dem erfassten dynamischen Kennparameter.
  15. Motorsteuer/regeleinheit, die ein Steuerprogramm enthält, um zu bewirken, dass ein Computer das Steuer/Regelverfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 durchführt.
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