ES2304994T3

ES2304994T3 - Aparato para controlar la relacion aire-carburante en un motor de combustion interna.

Info

Publication number: ES2304994T3
Application number: ES00987695T
Authority: ES
Inventors: Masaki K. K. Honda Gijutsu kenkyusho UENO; Shusuke K. K. Honda Gijutsu kenkyusho AKAZAKI; Yoshihisa K. K. Honda Gijutsu kenkyusho IWAKI; Hiroshi K. K. Honda Gijutsu kenkyusho KITAGAWA
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2008-11-01
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: CN1434896A; CA2395582C; CA2395582A1; KR20020072559A; WO2001046569A1; TW452629B; US20030093989A1; EP1243769A4; MXPA02006209A; JP3967524B2; DE60038744T2; KR100739534B1; US6698186B2; MY122697A; DE60038744D1; BR0016604A; EP1243769B1; CN1274950C; EP1243769A1; JP2001241349A

Abstract

Un aparato para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna, incluyendo: un sensor de gases de escape (6) dispuesto hacia abajo de un convertidor catalítico (3) que está dispuesto en un paso de escape (2) de un motor de combustión interna (1), para detectar la concentración de un componente particular de los gases de escape emitidos por el motor de combustión interna (1) y que ha pasado a través del convertidor catalítico (3); medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) para generar secuencialmente una variable manipulada para determinar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3) para converger una salida de dicho sensor de gases de escape (6) a un valor deseado predeterminado; medios de manipulación de relación aire-carburante (7b) para manipular la relación aire-carburante de una mezcla de aire-carburante a quemar en dicho motor de combustión interna (1) dependiendo de dicha variable manipulada; y medios de evaluación de estado deteriorado (13b) para determinar secuencialmente el valor de una función lineal de evaluación de deterioro a partir de datos de series temporales de la salida de dicho sensor de gases de escape (6), teniendo dicha función lineal de evaluación de deterioro componentes variables representados por dichos datos de series temporales de la salida de dicho sensor de gases de escape (6), y evaluar un estado deteriorado de dicho convertidor catalítico (3) en base al valor determinado de la función lineal de evaluación de deterioro, mientras que la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante está siendo manipulada por dichos medios de manipulación de relación aire-carburante (7b); caracterizándose dicho aparato porque: dichos medios de generación de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) incluyen medios (27) para generar dicha variable manipulada según un proceso de control de modo deslizante; y dicha función lineal de evaluación de deterioro incluye una función lineal que se determina dependiendo de una función de conmutación utilizada en dicho proceso de control de modo deslizante.

Description

Aparato para controlar la relación aire-carburante en un motor de combustión interna.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna, y más en concreto a un aparato de control de relación aire-carburante que es capaz de evaluar el estado deteriorado de un convertidor catalítico para purificar gases de escape.

Técnica anterior

Por la Publicación de Patente japonesa número 2.526.640 (cf. US 5.088.281) y la Publicación de Patente japonesa número 7-19033, por ejemplo, se conocen procesos convencionales de determinar el estado deteriorado de un convertidor catalítico para purificar gases de escape que está dispuesto en el paso de escape de un motor de combustión interna.

Las técnicas descritas se basan en el hecho de que, cuando la relación aire-carburante de una mezcla de aire-carburante a quemar por un motor de combustión interna se cambia de un valor más pobre a un valor más rico o de un valor más rico a un valor más pobre, se invierten las salidas de sensores de concentración de oxígeno que están colocados respectivamente hacia arriba y hacia abajo de un convertidor catalítico combinado con el motor de combustión interna. Más específicamente, en algunas condiciones operativas del motor de combustión interna, es decir, cuando la salida de potencia del motor de combustión interna se incrementa o el carburante suministrado al motor de combustión interna se corta como se describe en la Publicación de Patente japonesa número 2.526.640 o cuando se cumplen ciertas condiciones, por ejemplo, la carga y velocidad rotacional del motor de combustión interna están en rangos predeterminados como se describe en la Publicación de Patente japonesa número 7-19033, la relación aire-carburante se cambia positivamente de un valor más pobre a un valor más rico o de un valor más rico a un valor más pobre. Entonces, se mide el tiempo consumido después de invertirse la salida del sensor de concentración de oxígeno situado hacia arriba hasta que se invierte la salida del sensor de concentración de oxígeno situado hacia abajo, y el período en que se invierte la salida del sensor de concentración de oxígeno situado hacia abajo, y el estado deteriorado del convertidor catalítico se evalúa en base a los valores medidos.

Según estas técnicas, cuando el motor de combustión interna está operando en condiciones ordinarias, es decir, condiciones sin estimar el estado deteriorado del convertidor catalítico, la relación aire-carburante es controlada en realimentación dependiendo de la inversión de las salidas de los sensores de concentración de oxígeno con el fin de mantener la relación aire-carburante del motor de combustión interna cerca de una relación estequiométrica aire-carburante, para permitir por ello que el convertidor catalítico mantenga una capacidad purificadora apropiada.

Sin embargo, según el proceso anterior de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico, hay que cambiar positivamente la relación aire-carburante de un valor más pobre a un valor más rico o de un valor más rico a un valor más pobre con el fin de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico. En consecuencia, mientras la relación aire-carburante del motor de combustión interna es controlada en realimentación con el fin de permitir que el convertidor catalítico mantenga una capacidad purificadora apropiada, es imposible evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico. Por lo tanto, al tiempo de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico, es difícil que el convertidor catalítico mantenga una capacidad purificadora apropiada.

El solicitante de la presente aplicación ha propuesto otra técnica para lograr una capacidad purificadora apropiada de un convertidor catalítico (véase, por ejemplo, la Publicación de Patente japonesa número 9-324681, cf. EP 0 799 985, la Publicación de Patente japonesa número 11-153051, cf. EP 0 915 399, la Patente de Estados Unidos número 5.852.930, y la Patente de Estados Unidos número 6.112.517). Según la propuesta, un sensor de gases de escape para detectar la concentración de un cierto componente, por ejemplo, oxígeno, de gases de escape se coloca hacia abajo del convertidor catalítico, y la relación aire-carburante de una mezcla de aire-carburante a quemar por un motor de combustión interna se manipula con el fin de converger la salida del sensor de gases de escape a un valor deseado predeterminado.

Más específicamente, con el fin de converger la salida (el valor detectado de la concentración de oxígeno) del sensor de gases de escape a un valor deseado predeterminado (valor constante), un valor deseado (relación aire-carburante deseada) para la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico, o específicamente la relación aire-carburante reconocida a partir de la concentración de oxígeno de los gases de escape, se calcula sucesivamente según un proceso de control de modo deslizante. La relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante a quemar por un motor de combustión interna se manipula entonces dependiendo de la relación aire-carburante deseada para lograr la capacidad purificadora apropiada del convertidor catalítico.

Dado que la técnica propuesta anteriormente es capaz de mantener establemente la capacidad purificadora apropiada del convertidor catalítico controlando la relación aire-carburante como se ha descrito anteriormente, es deseable poder evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico realizando al mismo tiempo el proceso de control de aire-carburante anterior.

Por ejemplo, EP 0 588 324 A y US 5.377.484 describen un motor de combustión interna que es capaz de controlar la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante evaluando al mismo tiempo el estado deteriorado del convertidor catalítico.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna, que es capaz de evaluar apropiadamente el estado deteriorado de un convertidor catalítico manteniendo al mismo tiempo una capacidad de purificación deseada del convertidor catalítico que está dispuesto en el paso de escape del motor de combustión interna.

Descripción de la invención

Para lograr el objeto anterior, se facilita según la presente invención un aparato para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna según la reivindicación 1, incluyendo un sensor de gases de escape dispuesto hacia abajo de un convertidor catalítico que está dispuesto en un paso de escape de un motor de combustión interna, para detectar la concentración de un componente particular de los gases de escape emitidos por el motor de combustión interna y que han pasado a través del convertidor catalítico, medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante para generar secuencialmente una variable manipulada para determinar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico para converger una salida del sensor de gases de escape a un valor deseado predeterminado, medios de manipulación de relación aire-carburante para manipular la relación aire-carburante de una mezcla de aire-carburante a quemar en el motor de combustión interna dependiendo de la variable manipulada, y medios de evaluación de estado deteriorado para determinar secuencialmente el valor de una función lineal de evaluación de deterioro de datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape, teniendo la función lineal de evaluación de deterioro componentes variables representados por los datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape, y evaluar un estado deteriorado del convertidor catalítico en base al valor determinado de la función lineal de evaluación de deterioro, mientras que la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante está siendo manipulada por los medios de manipulación de relación aire-carburante.

Los autores de la presente invención han hallado que mientras que una variable manipulada para la relación aire-carburante (por ejemplo, un valor deseado para la relación aire-carburante) de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico para converger la salida del sensor de gases de escape hacia abajo del convertidor catalítico a un valor deseado dado está siendo generada secuencialmente y la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante está siendo manipulada dependiendo de la variable manipulada, cuando una función lineal apropiada cuyos componentes variables se representan por datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape, es decir, una función lineal expresada como un acoplamiento lineal de los datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape, se determina a partir de los datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape, el valor de la función lineal tiene tendencia a exhibir una correlación característica entre sí misma y el grado en que progresa el deterioro del convertidor catalítico.

Por ejemplo, cuando el convertidor catalítico es sustancialmente nuevo, el valor de la función lineal tiende a acumularse cerca de un cierto valor. Cuando el deterioro del convertidor catalítico progresa, el valor de la función lineal tiende a alejarse de dicho valor. Indicado de otro modo, a medida que progresa el deterioro del convertidor catalítico, es mayor el grado en que varía el valor de la función lineal.

Los medios de evaluación de estado deteriorado emplean la función lineal anterior como la función lineal de evaluación de deterioro, y determinan secuencialmente el valor de la función lineal de evaluación de deterioro a partir de los datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape. Los medios de evaluación de estado deteriorado determinan el estado deteriorado del convertidor catalítico en base al valor de la función lineal de evaluación de deterioro.

El valor de la función lineal de evaluación de deterioro como base para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico se determina a partir de datos de series temporales de la salida del sensor de gases de escape mientras que los medios de manipulación de relación aire-carburante están manipulando la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante dependiendo de la variable manipulada generada por los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante con el fin de converger la salida del sensor de gases de escape al valor deseado. Por lo tanto, el valor de la función lineal de evaluación de deterioro se obtiene mientras la relación aire-carburante está siendo manipulada para mantener la capacidad de purificación deseada del convertidor catalítico.

Así, el estado deteriorado del convertidor catalítico puede ser evaluado manteniendo al mismo tiempo la capacidad de purificación deseada del convertidor catalítico, evaluando el estado deteriorado del convertidor catalítico en base al valor de la función lineal de evaluación de deterioro.

En la presente invención, la tendencia anterior del valor de la función lineal de evaluación de deterioro dependiendo del grado en que progresa el deterioro del convertidor catalítico, será probablemente clara cuando la variable manipulada sea generada por los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante según un proceso de control de modo deslizante como un proceso de control de realimentación. Cuando los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante incluyen medios para generar la variable manipulada según el proceso de control de modo deslizante, la función lineal de evaluación de deterioro que está altamente correlacionada con el estado deteriorado del convertidor catalítico, está estrechamente relacionada con una función de conmutación usada en el proceso de control de modo deslizante. Por lo tanto, una función lineal determinada dependiendo de la función de conmutación se usa preferiblemente como la función lineal de evaluación de deterioro.

Más específicamente, el proceso de control de modo deslizante usado por los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante emplea una función lineal cuyos componentes variables se representan por datos de series temporales de la diferencia entre la salida del sensor de gases de escape y el valor deseado, por ejemplo, como la función de conmutación. Si esta función de conmutación se usa en el proceso de control de modo deslizante, la función lineal de evaluación de deterioro incluye preferiblemente una función lineal que tiene coeficientes de componentes variables que son idénticos a los coeficientes de los componentes variables de la función de conmutación. La función lineal puede ser la función de conmutación propiamente dicha para el proceso de control de modo deslizante.

Utilizando la función lineal determinada dependiendo de la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante como la función lineal de evaluación de deterioro, aparece la correlación entre el valor de la función lineal de evaluación de deterioro y el estado deteriorado del convertidor catalítico, permitiendo que el estado deteriorado del convertidor catalítico sea evaluado apropiadamente en base al valor de la función lineal de evaluación de deterioro.

Se contemplan otras disposiciones, que no caen dentro del alcance de las reivindicaciones, donde la variable manipulada es generada por alguno de otros varios procesos de control de realimentación incluyendo un proceso de control PID (proporcional más integral más derivado). En estas disposiciones, una función lineal similar a la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante se determina como la función lineal de evaluación de deterioro de modo que es posible obtener una correlación de la tendencia anterior entre el valor de la función lineal de evaluación de deterioro y el estado deteriorado del convertidor catalítico.

Según una realización preferida de la presente invención, los medios de evaluación de estado deteriorado incluyen medios para determinar datos que representan el grado en que varían datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro, como un parámetro de evaluación de deterioro a partir de los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro, y evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico en base al valor del parámetro de evaluación de deterioro determinado.

Específicamente, cuando el deterioro del convertidor catalítico progresa, el valor de la función lineal de evaluación de deterioro es propenso a cambiar alejándose de un cierto valor, dando lugar a una variación grande del valor de la función lineal de evaluación de deterioro. Según una realización preferida de la presente invención, los datos que representan el grado en que varían los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro, se usan como el parámetro de evaluación de deterioro, y el parámetro de evaluación de deterioro se determina a partir de los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro. Cuando el parámetro de evaluación de deterioro se determina así, la correlación entre su valor y el estado deteriorado del convertidor catalítico es claro, haciendo posible evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico más apropiadamente en base al valor del parámetro de evaluación de deterioro.

El parámetro de evaluación de deterioro puede incluir el valor cuadrado o absoluto de la diferencia entre el valor de la función lineal de evaluación de deterioro y un valor predeterminado. Preferiblemente, sin embargo, el parámetro de evaluación de deterioro se determina efectuando un proceso de filtración de paso bajo en el valor cuadrado o absoluto de la diferencia entre cada uno de los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro y un valor predeterminado como un valor central del valor de la función lineal de evaluación de deterioro.

Cuando el parámetro de evaluación de deterioro se determina efectuando el proceso de filtración de paso bajo en el valor cuadrado o absoluto de la diferencia, el valor del parámetro de evaluación de deterioro es adecuado como un valor que representa el grado en que varía el valor de la función lineal de evaluación de deterioro. Cuando el deterioro del convertidor catalítico aumenta, el valor del parámetro de evaluación de deterioro aumenta de forma monótona, indicando claramente una correlación entre sí mismo y el estado deteriorado del convertidor catalítico. Por lo tanto, es posible evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico con alta fiabilidad en base al valor del parámetro de evaluación de deterioro.

El proceso de filtración de paso bajo incluye preferiblemente un proceso de filtración según un algoritmo estadístico secuencial.

Determinando el parámetro de evaluación de deterioro en el proceso de filtración según el algoritmo estadístico secuencial, el parámetro de evaluación de deterioro puede ser almacenado en una memoria de capacidad reducida sin la necesidad de una memoria para almacenar muchos datos de la diferencia y su valor cuadrado o absoluto.

El algoritmo estadístico secuencial puede incluir preferiblemente un método de cuadrados mínimos, un método de cuadrados mínimos ponderados, un método de ganancia degresiva, un método de ganancia fija, etc.

El parámetro de evaluación de deterioro aumenta de forma monótona cuando el deterioro del convertidor catalítico progresa. Por lo tanto, los medios de evaluación de estado deteriorado pueden incluir medios para comparar el parámetro de evaluación de deterioro con un umbral predeterminado para determinar si el convertidor catalítico se ha deteriorado en un grado correspondiente al umbral o no.

Dependiendo de un cambio en la tasa de flujo de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico, puede no ser posible obtener el valor de la función lineal de evaluación de deterioro o el valor del parámetro de evaluación de deterioro que es adecuado para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico. Por lo tanto, los medios de evaluación de estado deteriorado pueden incluir medios para determinar si el estado deteriorado del convertidor catalítico ha de ser evaluado o no dependiendo de un cambio en la tasa de flujo de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico.

Específicamente, cuando la tasa de flujo de los gases de escape se mantiene establemente a un nivel constante, dado que la perturbación es pequeña, la salida del sensor de gases de escape probablemente se mantendrá estable constantemente en el valor deseado según el proceso de control de realimentación tal como el proceso de control de modo deslizante. En tal situación, incluso cuando el deterioro del convertidor catalítico ha progresado, el valor de la función lineal de evaluación de deterioro se puede acumular cerca de un cierto valor, haciendo difícil distinguir el convertidor catalítico de un convertidor catalítico recién salido de fábrica.

Para mitigar dicho inconveniente, los medios de evaluación de estado deteriorado pueden incluir medios para no evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico se mantiene a un nivel sustancialmente constante, y evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico no se mantiene al nivel sustancialmente constante.

Dado que el estado deteriorado del convertidor catalítico es evaluado solamente cuando la tasa de flujo de los gases de escape cambia adecuadamente, es decir, cuando la tasa de flujo de los gases de escape experimenta una cierta variación, la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico se hace altamente fiable.

Los medios de evaluación de estado deteriorado pueden incluir medios para no determinar el parámetro de evaluación de deterioro si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico se mantiene a un nivel sustancialmente constante, y determinar el parámetro de evaluación de deterioro si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico no se mantiene al nivel sustancialmente constante. Con esta disposición, el estado deteriorado del convertidor catalítico puede ser evaluado usando solamente el parámetro de evaluación de deterioro que se calcula mientras la tasa de flujo de los gases de escape es apropiada, y la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico es altamente fiable.

Los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante pueden incluir medios de estimación para determinar secuencialmente datos que representan un valor estimado de la salida del sensor de gases de escape después de un tiempo muerto de un sistema que va desde una posición hacia arriba del convertidor catalítico al sensor de gases de escape, y medios para generar la variable manipulada usando los datos determinados por los medios de estimación.

Alternativamente, los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante pueden incluir medios de estimación para determinar secuencialmente datos que representan un valor estimado de la salida del sensor de gases de escape después de un tiempo total de datos que es la suma de un tiempo muerto de un sistema que va desde una posición hacia arriba del convertidor catalítico al sensor de gases de escape y un tiempo muerto de un sistema incluyendo el sistema de manipulación de relación aire-carburante y el motor de combustión interna, y medios para generar la variable manipulada usando los datos determinados por los medios de estimación.

El sistema que va desde la posición hacia arriba del convertidor catalítico al sensor de gases de escape, es decir, un sistema para generar la salida del sensor de gases de escape a partir de la relación aire-carburante de los gases de escape determinada por la variable manipulada (denominado a continuación "sistema de escape objeto"), generalmente tiene un tiempo muerto relativamente largo debido al convertidor catalítico incluido en el sistema de escape objeto. Cuando la velocidad rotacional del motor de combustión interna es comparativamente baja, incluyendo el sistema el sistema de manipulación de relación aire-carburante y el motor de combustión interna, es decir, un sistema para generar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico a partir de la variable manipulada (denominada a continuación "sistema de manipulación de relación aire-carburante"), también tiene un tiempo muerto relativamente largo. Estos tiempos muertos deberán ser compensados preferiblemente puesto que pueden afectar posiblemente adversamente al proceso de convertir la salida del sensor de gases de escape al valor deseado.

Los medios de estimación determinan datos que representan el valor estimado de la salida del sensor de gases de escape después del tiempo muerto del sistema de escape objeto, o datos que representan el valor estimado de la salida del sensor de gases de escape después del tiempo total de datos que es la suma del tiempo muerto anterior y el tiempo muerto del sistema de manipulación de relación aire-carburante, y la variable manipulada se genera usando los datos determinados por los medios de estimación.

Dado que el efecto del tiempo muerto puede ser compensado así, el proceso de convertir la salida del sensor de gases de escape al valor deseado se puede realizar bien. Como resultado, el estado deteriorado del convertidor catalítico puede ser evaluado manteniendo bien la capacidad de purificación deseada o rendimiento del convertidor catalítico.

Con los medios de estimación así empleados, los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante incluyen medios para generar la variable manipulada para converger el valor estimado de la salida del sensor de gases de escape representado por los datos determinados por los medios de estimación al valor deseado, según el proceso de control de modo deslizante. El proceso de convertir la salida del sensor de gases de escape al valor deseado se realiza así de forma altamente estable, y por lo tanto la capacidad de purificación deseada del convertidor catalítico se puede mantener estable.

Los datos que representan el valor estimado de la salida del sensor de gases de escape pueden ser generados usando la salida del sensor de gases de escape y la variable manipulada generada en el pasado por los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante o el valor detectado de la relación aire-carburante de los gases de escape hacia arriba del convertidor catalítico que depende de la variable manipulada.

El proceso de control de modo deslizante preferiblemente incluye un proceso de control de modo deslizante adaptativo.

El proceso de control de modo deslizante adaptativo es una combinación de un proceso de control de modo deslizante ordinario y una ley de control denominada una ley adaptiva (algoritmo adaptativo). Cuando la variable manipulada es generada según el proceso de control de modo deslizante adaptativo, la fiabilidad de la variable manipulada se incrementa, permitiendo que la salida del sensor de gases de escape converja al valor deseado con una respuesta rápida. Se evita el efecto de una simple perturbación distinta del estado deteriorado del convertidor catalítico en el valor de la función lineal de evaluación de deterioro determinado dependiendo de la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante. En consecuencia, se incrementa la fiabilidad de la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico en base al parámetro de evaluación de deterioro que representa el grado en que varía el valor de la función lineal de evaluación de deterioro.

La variable manipulada generada por los medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante incluye una relación aire-carburante deseada para los gases de escape que entran en el convertidor catalítico, y el aparato incluye además un sensor de relación aire-carburante dispuesto hacia arriba del convertidor catalítico para detectar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico, incluyendo los medios de manipulación de relación aire-carburante medios para manipular la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante según un proceso de control de realimentación para converger la salida del sensor de relación aire-carburante a la relación aire-carburante deseada.

Incluyendo la variable manipulada la relación aire-carburante deseada para los gases de escape que entran en el convertidor catalítico, la salida del sensor de relación aire-carburante que detecta la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico, es decir, el valor detectado de la relación aire-carburante, es controlada en realimentación a la relación aire-carburante deseada. Por lo tanto, la salida del sensor de gases de escape puede converger bien al valor deseado, y por lo tanto se puede mantener bien la capacidad de purificación deseada del convertidor catalítico.

La variable manipulada puede incluir una cantidad correctiva para la cantidad de carburante suministrada al motor de combustión interna, por ejemplo, distinta de la relación aire-carburante deseada. La relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante se puede manipular dependiendo de la variable manipulada según un proceso de control de alimentación directa en base a la variable manipulada. Para mantener la capacidad de purificación óptima del convertidor catalítico y evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico, el sensor de gases de escape deberá ser preferiblemente un sensor de concentración de oxígeno, es decir, un sensor de O_{2}, y su valor deseado deberá ser preferiblemente un valor constante.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es un diagrama de bloques de una disposición general de un aparato para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna según una primera realización de la presente invención; la figura 2 es un diagrama que representa características de salida de un sensor de O_{2} y un sensor de relación aire-carburante usado en el aparato representado en la figura 1; la figura 3 es un diagrama de bloques que representa una disposición básica de un procesador principal de lado de escape del aparato representado en la figura 1; la figura 4 es un diagrama ilustrativo de un proceso de control de modo deslizante empleado por el aparato representado en la figura 1; la figura 5 es un diagrama ilustrativo de un proceso de evaluar el estado deteriorado de un convertidor catalítico empleado por el aparato representado en la figura 1; la figura 6 es un diagrama ilustrativo del proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico empleado por el aparato representado en la figura 1; la figura 7 es un diagrama ilustrativo del proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico empleado por el aparato representado en la figura 1; la figura 8 es un diagrama ilustrativo del proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico empleado por el aparato representado en la figura 1; la figura 9 es un diagrama de bloques de un controlador adaptativo empleado en el aparato representado en la figura 1; la figura 10 es un diagrama de flujo de una secuencia de procesado de una unidad de control de lado de motor del aparato representado en la figura 1; la figura 11 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 10; la figura 12 es un diagrama de flujo de una secuencia de procesado de una unidad de control de lado de escape del aparato representado en la figura 1; la figura 13 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 12; la figura 14 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 12; la figura 15 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 12; la figura 16 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 12; la figura 17 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 16; la figura 18 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 16; la figura 19 es un diagrama de flujo de una subrutina de la secuencia de procesado representada en la figura 16; la figura 20 es un diagrama de bloques de una unidad de control de lado de motor de un aparato alternativo para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna; la figura 21 es un diagrama de flujo de una secuencia de procesado de la unidad de control de lado de escape del aparato representado en la figura 20; y la figura 22 es un diagrama que representa una tabla de datos empleada en la secuencia de procesado representada en la figura 21.

Una primera realización de la presente invención se describirá a continuación con referencia a las figuras 1 a 19.

La figura 1 representa en forma de bloques el aparato según la realización. Como se representa en la figura 1, un motor de combustión interna 1, tal como un motor de combustión interna de cuatro cilindros, está montado como una fuente de propulsión en un automóvil o un vehículo híbrido, por ejemplo. Cuando se quema una mezcla de carburante y aire en cada cilindro del motor de combustión interna 1, se generan gases de escape y salen de cada cilindro a un tubo de descarga común 2 colocado cerca del motor de combustión interna 1, del que los gases de escape son descargados a la atmósfera. Dos convertidores catalíticos de tres vías 3, 4 están montados en el tubo de escape común 2 en posiciones situadas sucesivamente hacia abajo.

Se evalúa el estado deteriorado del convertidor catalítico situado hacia arriba 3 según la presente invención. Se puede prescindir del convertidor catalítico situado hacia abajo 4.

El aparato sirve para controlar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico 3, o específicamente la relación aire-carburante conocida a partir de la concentración de oxígeno en los gases de escape que entran en el convertidor catalítico 3 (denominada a continuación la "relación aire-carburante del motor de combustión interna") con el fin de lograr una capacidad de purificación óptima del convertidor catalítico 3. Controlando la relación aire-carburante, el aparato también evalúa el estado deteriorado del convertidor catalítico 3.

Con el fin de realizar el procesado anterior, el aparato tiene un sensor de relación aire-carburante 5 montado en el tubo de escape 2 hacia arriba del convertidor catalítico 3, o más exactamente en una posición donde se juntan los gases de escape de los cilindros del motor de combustión interna 1, un sensor de O_{2} (sensor de concentración de oxígeno) 6 montado como un sensor de gases de escape en el tubo de escape 2 hacia abajo del convertidor catalítico 3 y hacia arriba del convertidor catalítico 4, y una unidad de control 7 para llevar a cabo un proceso de control (descrito más tarde) y evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base a las salidas detectadas de los sensores 5, 6.

La unidad de control 7 recibe las salidas detectadas de los sensores 5, 6 y también las salidas detectadas de otros varios sensores para detectar las condiciones operativas del motor de combustión interna 1, incluyendo un sensor de velocidad del motor, un sensor de presión de admisión, un sensor de temperatura del refrigerante, etc.

El sensor de O_{2} 6 incluye un sensor de O_{2} ordinario para generar una salida VO2/OUT que tiene un nivel que depende de la concentración de oxígeno en los gases de escape que han pasado a través del convertidor catalítico 3, es decir, una salida VO2/OUT que representa un valor detectado de la concentración de oxígeno de los gases de escape. La concentración de oxígeno en los gases de escape es proporcional a la relación aire-carburante de una mezcla de aire-carburante que, cuando se quema, produce los gases de escape. La salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 cambiará con alta sensibilidad en proporción a la concentración de oxígeno en los gases de escape, estando la relación aire-carburante correspondiente a la concentración de oxígeno en los gases de escape en un rango \Delta próximo a una relación estequiométrica aire-carburante, como indica la curva de línea continua a en la figura 2. A concentraciones de oxígeno correspondientes a las relaciones aire-carburante fuera del rango \Delta, la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 está saturada y es de un nivel sustancialmente constante.

El sensor de relación aire-carburante 5 genera una salida KACT que representa un valor detectado de la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 que es conocida a partir de la concentración de oxígeno en los gases de escape que entran en el convertidor catalítico 3. El sensor de relación aire-carburante 5 incluye un sensor de relación de aire-carburante de amplio alcance descrito con detalle en la Publicación de Patente japonesa número 4-369471, que corresponde a la Patente de Estados Unidos número 5.391.282. Como indica la curva de línea continua b en la figura 2, el sensor de relación aire-carburante 5 genera una salida cuyo nivel es proporcional a la concentración de oxígeno en los gases de escape en un rango más amplio que el sensor de O_{2} 6. Indicado de otro modo, el sensor de relación aire-carburante 5 (denominado a continuación "sensor LAF 5") genera una salida cuyo nivel corresponde a la concentración de oxígeno en los gases de escape en un amplio rango de relaciones aire-carburante.

La unidad de control 7 incluye una unidad de control 7a (denominada a continuación una "unidad de control de lado de escape 7a") para realizar un proceso de calcular una relación aire-carburante deseada KCMD como una variable manipulada para determinar la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 y realizar un proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3, y una unidad de control 7b (denominada a continuación una "unidad de control de lado de motor 7b") para llevar a cabo un proceso de controlar la relación aire-carburante de una relación aire-carburante a quemar en el motor de combustión interna 1 en base a la relación aire-carburante deseada KCMD ajustando la cantidad de inyección de carburante (cantidad de suministro de carburante) del motor de combustión interna 1 dependiendo de la relación aire-carburante deseada KCMD.

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Las unidades de control 7a, 7b incluyen un microordenador, y realizan sus respectivos procesos de control en ciclos de control dados. En la presente realización, cada uno de los ciclos de control en los que la unidad de control de lado de escape 7a realiza sus procesos de generar la relación aire-carburante deseada KCMD y evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 tiene un período predeterminado (por ejemplo, del orden de 30 a 100 ms) en vista del tiempo muerto (descrito más tarde) presente en el convertidor catalítico 3, calcular cargas, etc.

El proceso de ajustar la cantidad de inyección de carburante, que lleva a cabo la unidad de control de lado de motor 7b, tiene que estar en sincronismo con la velocidad rotacional del motor de combustión interna 1, o más específicamente los ciclos de combustión del motor de combustión interna 1. Por lo tanto, cada uno de los ciclos de control en los que la unidad de control de lado de motor 7b realiza su proceso, tiene un período en sincronismo con el período de ángulo del cigüeñal (denominado TDC) del motor de combustión interna 1.

El período constante de los ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a es más largo que el período de ángulo del cigüeñal (denominado TDC) del motor de combustión interna 1.

La unidad de control de lado de motor 7b se describirá mejor a continuación con referencia a la figura 1. La unidad de control de lado de motor 7b tiene, como sus funciones principales, un calculador de cantidad básica de inyección de carburante 8 para determinar una cantidad básica de inyección de carburante Tim a inyectar al motor de combustión interna 1, un primer calculador de coeficiente de corrección 9 para determinar un primer coeficiente de corrección KTOTAL para corregir la cantidad básica de inyección de carburante Tim, y un calculador de segundo coeficiente de corrección 10 para determinar un segundo coeficiente de corrección KCMDM para corregir la cantidad básica de inyección de carburante Tim.

El calculador de cantidad básica de inyección de carburante 8 determina una cantidad de inyección de carburante de referencia (cantidad de suministro de carburante) a partir de la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 usando un mapa predeterminado, y corrige la cantidad de inyección de carburante de referencia determinada dependiendo de la zona de abertura efectiva de una válvula estranguladora (no representada) del motor de combustión interna 1, calculando por ello una cantidad básica de inyección de carburante Tim.

El primer coeficiente de corrección KTOTAL determinado por el primer calculador de coeficiente de corrección 9 sirve para corregir la cantidad básica de inyección de carburante Tim en vista de la relación de recirculación de los gases de escape del motor de combustión interna 1, es decir, la proporción de los gases de escape contenidos en una mezcla de aire-carburante introducida en el motor de combustión interna 1, una cantidad de carburante purgado suministrado al motor de combustión interna 1 cuando se purga un bote (no representado), una temperatura del refrigerante, una temperatura de admisión, etc.

El segundo coeficiente de corrección KCMDM determinado por el calculador de segundo coeficiente de corrección 10 sirve para corregir la cantidad básica de inyección de carburante Tim en vista de la eficiencia de carga de una mezcla de aire-carburante debido al efecto de enfriamiento del carburante que fluye al motor de combustión interna 1 dependiendo de una relación aire-carburante deseada KCMD determinada por la unidad de control de lado de escape 7a, como se describe más adelante.

La unidad de control de lado de motor 7b corrige la cantidad básica de inyección de carburante Tim con el primer coeficiente de corrección KTOTAL y el segundo coeficiente de corrección KCMDM multiplicando la cantidad básica de inyección de carburante Tim por el primer coeficiente de corrección KTOTAL y el segundo coeficiente de corrección KCMDM, produciendo así una cantidad de inyección de carburante de demanda Tcyl para el motor de combustión interna 1.

Detalles específicos de los procesos para calcular la cantidad básica de inyección de carburante Tim, el primer coeficiente de corrección KTOTAL, y el segundo coeficiente de corrección KCMDM se describen con detalle en la Publicación de Patente japonesa número 5-79374 (cf. EP 0 533 495) y la Patente de Estados Unidos número 5.253.630, y no se describirán más adelante.

La unidad de control de lado de motor 7b también tiene, además de las funciones anteriores, un controlador de realimentación 14 para controlar en realimentación la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante a quemar en el motor de combustión interna 1 ajustando una cantidad de inyección de carburante del motor de combustión interna 1 con el fin de converger la salida KACT del sensor LAF 5 (la relación aire-carburante detectada del motor de combustión interna 1) hacia la relación aire-carburante deseada KCMD que es calculada por la unidad de control de lado de escape 7a.

El controlador de realimentación 14 incluye un controlador de realimentación general 15 para controlar en realimentación una cantidad total de inyección de carburante para todos los cilindros del motor de combustión interna 1 y un controlador de realimentación local 16 para controlar en realimentación una cantidad de inyección de carburante para cada uno de los cilindros del motor de combustión interna 1.

El controlador de realimentación general 15 determina secuencialmente un coeficiente de corrección de realimentación KFB para corregir la cantidad de inyección de carburante de demanda Tcyl (multiplicando la cantidad de inyección de carburante de demanda Tcyl) con el fin de converger la salida KACT del sensor LAF 5 hacia la relación aire-carburante deseada KCMD.

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El controlador de realimentación general 15 incluye un controlador PID 17 para generar una variable de realimentación manipulada KLAF como el coeficiente de corrección de realimentación KFB dependiendo de la diferencia entre la salida KACT del sensor LAF 5 y la relación aire-carburante deseada KCMD según un proceso de control PID conocido, y un controlador adaptativo 18 (indicado por "STR" en la figura 1) para determinar de forma adaptativa una variable de realimentación manipulada KSTR para determinar el coeficiente de corrección de realimentación KFB en vista de cambios en las condiciones operativas del motor de combustión interna 1 o sus cambios característicos de la salida KACT del sensor LAF 5 y la relación aire-carburante deseada KCMD.

En la presente realización, la variable de realimentación manipulada KLAF generada por el controlador PID 17 es "1" y puede ser usada directamente como el coeficiente de corrección de realimentación KFB cuando la salida KACT (la relación aire-carburante detectada) del sensor LAF 5 es igual a la relación aire-carburante deseada KCMD. La variable de realimentación manipulada KSTR generada por el controlador adaptativo 18 es la relación aire-carburante deseada KCMD cuando la salida KACT del sensor LAF 5 es igual a la relación aire-carburante deseada KCMD. Una variable de realimentación manipulada kstr (= KSTR/KCMD) que se produce dividiendo la variable de realimentación manipulada KSTR por la relación aire-carburante deseada KCMD con un divisor 19 puede ser usada como el coeficiente de corrección de realimentación KFB.

La variable de realimentación manipulada KLAF generada por el controlador PID 17 y la variable de realimentación manipulada kstr que se produce dividiendo la variable de realimentación manipulada KSTR del controlador adaptativo 18 por la relación aire-carburante deseada KCMD son seleccionadas una cada vez por un dispositivo de conmutación 20. La seleccionada de la variable de realimentación manipulada KLAF y la variable de realimentación manipulada KSTR se usa como el coeficiente de corrección de realimentación KFB. La cantidad de inyección de carburante de demanda Tcyl se corrige multiplicándola por el coeficiente de corrección de realimentación KFB. Detalles del controlador de realimentación general 15 (en particular, el controlador adaptativo 18) se describirán más adelante.

El controlador de realimentación local 16 incluye un observador 21 para estimar relaciones aire-carburante reales #nA/F (n = 1, 2, 3, 4) de los cilindros respectivos de la salida KACT del sensor LAF 5, y una pluralidad de controladores PID 22 (tantos como el número de cilindros) para determinar respectivos coeficientes de corrección de realimentación #nKLAF de las cantidades de inyección de carburante de los cilindros a partir de las respectivas relaciones aire-carburante reales #nA/F estimadas por el observador 21 según un proceso de control PID con el fin de eliminar variaciones de las relaciones aire-carburante de los cilindros.

Indicado brevemente, el observador 21 estima una relación aire-carburante real #nA/F de cada uno de los cilindros como sigue: se considera que un sistema del motor de combustión interna 1 al sensor LAF 5 (donde se combinan los gases de escape de los cilindros) es un sistema para generar una relación aire-carburante detectada por el sensor LAF 5 de una relación aire-carburante real #nA/F de cada uno de los cilindros, y se modela en vista de un retardo de respuesta de detección (por ejemplo, un retardo de tiempo de primer orden) del sensor LAF 5 y una contribución cronológica de la relación aire-carburante de cada uno de los cilindros a la relación aire-carburante detectada por el sensor LAF 5. En base al sistema modelado, se estima una relación aire-carburante real #nA/F de cada uno de los cilindros a partir de la salida KACT del sensor LAF 5.

Detalles del observador 21 se describen en la Publicación de Patente japonesa número 7-83094 y la Patente de Estados Unidos número 5.531.208, y no se describirán más adelante.

Cada uno de los controladores PID 22 del controlador de realimentación local 16 divide la señal de salida KACT del sensor LAF 5 por un valor medio de los coeficientes de corrección de realimentación #nKLAF determinados por los respectivos controladores PID 22 en un ciclo de control precedente para producir un valor cociente, y usa el valor cociente como una relación aire-carburante deseada para el cilindro correspondiente. Cada uno de los controladores PID 22 determina entonces un coeficiente de corrección de realimentación #nKLAF en un ciclo de control presente con el fin de eliminar toda diferencia entre la relación aire-carburante deseada y la relación aire-carburante real correspondiente #nA/F determinada por el observador 21.

El controlador de realimentación local 16 multiplica un valor, que se ha producido multiplicando la cantidad de inyección de carburante de demanda Tcyl por el coeficiente de corrección de realimentación seleccionado KFB producido por el controlador de realimentación general 15, por el coeficiente de corrección de realimentación #nKLAF para cada uno de los cilindros, determinando por ello una cantidad de inyección de carburante de salida #nTout (n = 1, 2, 3, 4) para cada uno de los cilindros.

La cantidad de inyección de carburante de salida #nTout así determinada para cada uno de los cilindros es corregida por las partículas de carburante acumuladas en las paredes del tubo de admisión del motor de combustión interna 1 por un corrector de acumulación de carburante 23 en la unidad de control de lado de motor 7b. La cantidad de inyección de carburante de salida corregida #nTout es aplicada a cada inyector de carburante (no representado) del motor de combustión interna 1, que inyecta carburante a cada uno de los cilindros en la cantidad de inyección de carburante de salida corregida #nTout.

La corrección de la cantidad de inyección de carburante de salida en vista de las partículas de carburante acumuladas en las paredes del tubo de admisión se describe con detalle en la Publicación de Patente japonesa número 8-21273 y la Patente de Estados Unidos número 5.568.799, y no se describirán con detalle a continuación.

Un selector de salida de sensor 24 representado en la figura 1 sirve para seleccionar la salida KACT del sensor LAF 5, que es adecuada para la estimación de una relación aire-carburante real #nA/F de cada cilindro con el observador 21, dependiendo de las condiciones operativas del motor de combustión interna 1. Detalles del selector de salida de sensor 24 se describen en detalle en la Publicación de Patente japonesa número 7-259588 y la Patente de Estados Unidos número 5.540.209, y no se describirán con detalle a continuación.

La unidad de control de lado de escape 7a tiene un sustractor 11 para determinar una diferencia kact (= KACT-FLAF/BASE) entre la salida KACT del sensor LAF 5 y un valor de referencia predeterminado FLAF/BASE y un sustractor 12 para determinar una diferencia VO2 (= VO2/OUT-VO2/TARGET) entre la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 y un valor deseado VO2/TARGET.

El convertidor catalítico 3 logra una capacidad de purificación óptima independientemente de su estado deteriorado en la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 que hace que la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 se establezca a un cierto valor constante VO2/TARGET (véase la figura 2). Por lo tanto, en la presente realización, el valor constante VO2/TARGET se usa como el valor deseado VO2/TARGET para la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6. El valor de referencia FLAF/BASE con respecto a la salida KACT del sensor LAF 5 se pone a una "relación aire-carburante estequiométrica".

Las diferencias kact, VO2 determinadas respectivamente por los sustractores 11, 12 se denominan una salida diferencial kact del sensor LAF 5 y una salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, respectivamente.

La unidad de control de lado de escape 7a también tiene un procesador principal de lado de escape 13 que recibe los datos de las salidas diferenciales kact, VO2 como los datos de la salida del sensor LAF 5 y la salida del sensor de O_{2} 6.

Como se representa en la figura 3, el procesador principal de lado de escape 13 incluye, como sus funciones, unos medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a como unos medios de determinación de variable manipulada de relación aire-carburante para determinar secuencialmente una relación aire-carburante deseada KCMD para el motor de combustión interna 1 en base a los datos de las salidas diferenciales kact, VO2, y unos medios de evaluación de estado deteriorado 13b para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base a los datos de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6.

Los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a sirven para controlar un sistema de escape objeto (denotado por E en la figura 1) incluyendo el convertidor catalítico 3, que va del sensor LAF 5 al sensor de O_{2} 6 a lo largo del tubo de escape 2. Los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a determinan secuencialmente la relación aire-carburante deseada KCMD para el motor de combustión interna 1 de manera que converja la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET según un proceso de control de modo deslizante, o específicamente un proceso de control de modo deslizante adaptativo, en vista de un tiempo muerto presente en el sistema de escape objeto E a controlar, un tiempo muerto presente en el motor de combustión interna 1 y la unidad de control de lado de motor 7b, y de cambios de comportamiento del sistema de escape objeto E.

Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b sirven para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base al valor de una función lineal de evaluación de deterioro, descrita más tarde, que se determina a partir de datos de series temporales de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, y controlan la operación de un indicador de deterioro 29 conectado al aparato de control de relación aire-carburante dependiendo de la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico 3. El indicador de deterioro 29 puede incluir una lámpara, un zumbador, o una unidad de visualización para presentar caracteres, una imagen gráfica, etc, para indicar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3.

Los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a y los medios de evaluación de estado deteriorado 13b se describirán mejor a continuación.

Con el fin de llevar a la práctica el proceso de los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a, según la presente realización, el sistema de escape objeto E se considera como un sistema para generar la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 (el valor detectado de la concentración de oxígeno de los gases de escape que han pasado a través del convertidor catalítico 3) a partir de la salida KACT del sensor LAF 5 (el valor detectado de la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1) mediante un elemento de tiempo muerto y un elemento de retardo de respuesta, y el comportamiento del sistema es modelado como un sistema de tiempo discreto.

Además, el sistema que incluye el motor de combustión interna 1 y la unidad de control de lado de motor 7b se considera como un sistema (denominado a continuación "sistema de manipulación de relación aire-carburante") para generar la salida KACT del sensor LAF 5 a partir de la relación aire-carburante deseada KCMD mediante un elemento de tiempo muerto, y el comportamiento de este sistema es modelado como un sistema de tiempo discreto.

El modelo (denominado a continuación "modelo de sistema de escape") en que el comportamiento del sistema de escape objeto E se expresa como un sistema de tiempo discreto se expresa, usando la salida diferencial kact (= KACT-FLAF/BASE) del sensor LAF 5 y la salida diferencial VO2 (= VO2/OUT-VO2/TARGET) del sensor de O_{2} 6, en lugar de la salida KACT del sensor LAF 5 y la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6, según la ecuación siguiente (1):

(1)VO2(k+1) = a1\cdotVO2(k)+a2\cdotVO2(k-1)+b1\cdotkact(k-d1)

Según la ecuación (1), el sistema de escape objeto E se considera como un sistema para generar la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 a partir de la salida diferencial kact del sensor LAF 5 mediante un elemento de tiempo muerto y un elemento de retardo de respuesta, y expresa el comportamiento del sistema de escape objeto E con el modelo de un sistema de tiempo discreto (más específicamente, un modelo autorregresivo que tiene un tiempo muerto en la salida diferencial kact como una entrada al sistema de escape.

En la ecuación (1), "k" representa el número ordinal de un ciclo de control de tiempo discreto de la unidad de control de lado de escape 7a, y "d1" el tiempo muerto (más específicamente, el tiempo muerto requerido hasta que la relación aire-carburante detectada en cada punto de tiempo por el sensor LAF 5 se refleja en la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6) del sistema de escape objeto E como representa el número de ciclos de control. El tiempo muerto del sistema de escape objeto E es generalmente igual al tiempo de 3-10 ciclos de control (d1 = 3-10) si el período (constante en la presente realización) de ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a es del rango de 30 a 100 ms. En la presente realización, un valor constante preestablecido (d1 = 7, por ejemplo) que es igual o ligeramente mayor que el tiempo muerto real del sistema de escape objeto E se usa como el tiempo muerto d1 en el modelo de sistema discreto del sistema de escape objeto E como muestra la ecuación (1).

Los términos primero y segundo del lado derecho de la ecuación (1) corresponden a un elemento de retardo de respuesta del sistema de escape objeto E, siendo el primer término un término autorregresivo primario y siendo el segundo término un término autorregresivo secundario. En los términos primero y segundo, "a1", "a2" representan respectivos coeficientes de ganancia del término autorregresivo primario y el término autorregresivo secundario. Indicado de otro modo, estos coeficientes de ganancia a1, a2 son relativos a la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 como una salida del sistema de control E.

El tercer término del lado derecho de la ecuación (1) representa la salida diferencial kact del sensor LAF 5 como una entrada al sistema de escape objeto E, incluyendo el tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E. En el tercer término, "b1" representa un coeficiente de ganancia relativo a la entrada al sistema de escape objeto E, es decir, la salida diferencial kact del sensor LAF 5. Estos coeficientes de ganancia "a1" "a2", "b1" son parámetros que definen el comportamiento del modelo de sistema de escape, y son identificados secuencialmente por un identificador que se describirá más adelante.

El modelo (denominado a continuación "modelo de sistema de manipulación de relación aire-carburante") del sistema de tiempo discreto del sistema de manipulación de relación aire-carburante que incluye el motor de combustión interna 1 y la unidad de control de lado de motor 7b se expresa, usando la salida diferencial kact (= KACT-FLAF/BASE) del sensor LAF 5 en lugar de la salida KACT del sensor LAF 5 y usando también una diferencia kcmd (= KCMD-FLAP/BASE, que corresponde a un valor deseado de la salida diferencial kact del sensor LAF 5, y se denominará "relación diferencial aire-carburante deseada kcmd") entre la relación aire-carburante deseada KCMD y el valor de referencia FLAF/BASE en lugar de la relación aire-carburante deseada KCMD, según la ecuación siguiente (2):

(2)kact(k) = kcmd (k-d2)

La ecuación (2) expresa el sistema de manipulación de relación aire-carburante como el modelo de un sistema de tiempo discreto, considerando el sistema de manipulación de relación aire-carburante como un sistema para generar la salida diferencial kact del sensor LAF 5 de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd mediante un elemento de tiempo muerto, es decir, un sistema en que la salida diferencial kact en cada ciclo de control es igual a la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd anterior al tiempo muerto.

En la ecuación (2), "d2" representa el tiempo muerto del sistema de manipulación de relación aire-carburante (más específicamente, el tiempo requerido hasta que la relación aire-carburante deseada KCMD en cada punto de tiempo es reflejada en la señal de salida KACT del sensor LAF 5) en términos del número de ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a. El tiempo muerto del sistema de manipulación de relación aire-carburante varía con la velocidad rotacional NE del motor de combustión interna 1, y es más largo cuando la velocidad rotacional NE del motor de combustión interna 1 es más baja. En la presente realización, en vista de las características anteriores del tiempo muerto del sistema de manipulación de relación aire-carburante, un valor constante preestablecido (por ejemplo, d2 = 3) que es igual o ligeramente más largo que el tiempo muerto real del sistema de manipulación de relación aire-carburante a una velocidad rotacional de marcha en vacío del motor de combustión interna 1, que es una velocidad rotacional en un rango de bajas velocidades del motor de combustión interna 1 (el tiempo muerto real es un tiempo muerto máximo que puede tardar el sistema de manipulación de relación aire-carburante a una velocidad rotacional arbitraria del motor de combustión interna 1), usado como el valor del tiempo muerto d2 en el modelo de sistema de manipulación de relación aire-carburante expresado por la ecuación (2).

El sistema de manipulación de relación aire-carburante incluye realmente un elemento de tiempo muerto y un elemento de retardo de respuesta del motor de combustión interna 1. Dado que un retardo de respuesta de la salida KACT del sensor LAF 5 con respecto a la relación aire-carburante deseada KCMD es compensado básicamente por el controlador de realimentación 14 (en particular el controlador adaptativo 18) de la unidad de control de lado de motor 7b, no surgirá ningún problema si un elemento de retardo de respuesta del motor de combustión interna 1 no se toma en cuenta en el sistema de manipulación de relación aire-carburante según se ve desde la unidad de control de lado de escape 7a.

Los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a del procesador principal de lado de escape 13 llevan a cabo el proceso para calcular la relación aire-carburante deseada KCMD en base al modelo de sistema de escape y el modelo de sistema de manipulación de relación aire-carburante expresado respectivamente por las ecuaciones (1), (2) en ciclos de control constantes de la unidad de control de lado de escape 7a. Con el fin de llevar a la práctica el proceso anterior, los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a tienen sus funciones como se representa en la figura 3.

Como se representa en la figura 3, los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a incluyen un identificador 25 para determinar secuencialmente en cada ciclo de control valores identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ de los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 (denominados a continuación "coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^") que son parámetros a establecer para el modelo de sistema de escape (la ecuación (1)), un estimador 26 para determinar secuencialmente en cada ciclo de control un valor estimado VO2 barra de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 (denominada a continuación "salida diferencial estimada VO2 barra") después del tiempo muerto total d (= d1 + d2) que es la suma del tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E y el tiempo muerto d2 del sistema de manipulación de relación aire-carburante, y un controlador de modo deslizante 27 para determinar secuencialmente en cada ciclo de control una relación aire-carburante deseada KCMD según un proceso de control de modo deslizante adaptativo.

El algoritmo de una operación de procesado a realizar por el identificador 25, el estimador 26, y el controlador de modo deslizante 27 se construye como sigue:

El identificador 25 sirve para identificar los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 secuencialmente en base en tiempo real al objeto de minimizar un error de modelado del sistema de escape objeto real E del modelo de sistema de escape expresado por la ecuación (1). El identificador 25 lleva a cabo su proceso de identificación como sigue:

En cada ciclo de control, el identificador 25 determina un valor identificado VO2(k)^ de la salida diferencial VO2 (la salida del modelo de sistema de escape) del sensor de O_{2} 6 (denominada a continuación "salida diferencial identificada VO2(k)^") en el modelo de sistema de escape, usando los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^
del modelo de sistema de escape actualmente establecido, es decir, coeficientes de ganancia identificados a1(k-1) ^,
a2(k-1) ^, b1(k-1) ^ determinados en un ciclo de control precedente, y datos pasados kact(k-d1-1),
VO2(k-1) VO2(k-2) de la salida diferencial kact del sensor LAF 5 y la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, según la ecuación siguiente (3):

1

La ecuación (3) corresponde a la ecuación (1) que se desplaza al pasado un ciclo de control, sustituyéndose los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 por los respectivos coeficientes de ganancia identificados a1(k-1) ^, a2(k-1) ^, b1(k-1) ^. El valor constante (d1 = 7) establecido como se ha descrito anteriormente se usa como el valor del tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E en el tercer término de la ecuación (3).

Si se introducen los vectores \Theta, \xi definidos por las ecuaciones siguientes (4), (5) (la letra T en las ecuaciones (4), (5) representa una transposición), la ecuación (3) se expresa por la ecuación (6):

2

El identificador 25 también determina una diferencia id/e(k) entre la salida diferencial identificada VO2(k) ^ del sensor de O_{2} 6 que se determina por la ecuación (3) o (6) y la salida diferencial presente VO2(k) del sensor de O_{2} 6, como representativa de un error de modelado del modelo de sistema de escape con respecto al sistema de escape objeto real E (a continuación la diferencia id/e se denominará "error identificado id/e"), según la ecuación siguiente (7):

3

El identificador 25 determina además nuevos coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^; indicado de otro modo, un nuevo vector \Theta(k) que tiene estos coeficientes de ganancia identificados como elementos (a continuación el nuevo vector \Theta (k) se denominará "vector de coeficiente de ganancia identificado \Theta"), con el fin de minimizar el error identificado id/e, según la ecuación (8) dada a continuación. Es decir, el identificador 25 varía los coeficientes de ganancia identificados a1 ^ (k-1), a2 ^ (k-1), b1 ^ (k-1) determinados en el ciclo de control precedente en una cantidad proporcional al error identificado id/e(k) para determinar por ello los nuevos coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^.

4

donde K\Theta representa un vector cúbico determinado por la ecuación siguiente (9), es decir, un vector de coeficiente de ganancia para determinar un cambio dependiendo del error identificado id/e de los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^):

5

donde P representa una matriz cuadrada cúbica determinada por una fórmula recursiva expresada por la ecuación siguiente (10):

6

donde I representa una matriz unitaria.

En la ecuación (10), \lambda_{1}, \lambda_{2} se establecen para satisfacer las condiciones 0 < \lambda_{1} \leq \lambda_{1} y 0 \leq \lambda_{2} < 2, y un valor inicial P(0) de P representa una matriz diagonal cuyos componentes diagonales son números positivos.

Dependiendo de cómo se establecen \lambda_{1}, \lambda_{2} en la ecuación (10), se puede emplear alguno de varios algoritmos específicos incluyendo un método de ganancia fija, un método de ganancia degresiva, un método de cuadrados mínimos ponderados, un método de cuadrados mínimos, un método de rastreo fijo, etc. Según la presente realización, se emplea un método de cuadrados mínimos (\lambda_{1} = \lambda_{2} = 1), por ejemplo.

Básicamente, el identificador 25 determina secuencialmente en cada ciclo de control los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ del modelo de sistema de escape con el fin de minimizar el error identificado id/e según el algoritmo anterior (operación de cálculo). Mediante esta operación, es posible obtener secuencialmente los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ que concuerdan con el sistema de escape objeto real E.

El algoritmo descrito anteriormente es el algoritmo básico que lleva a cabo el identificador 25.

El estimador 26 determina secuencialmente en cada ciclo de control la salida diferencial estimada VO2 barra que es un valor estimado de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 después del tiempo muerto total d (= d1 + d2) con el fin de compensar el efecto del tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E y el efecto del tiempo muerto d2 del sistema de manipulación de relación aire-carburante para el cálculo de la relación aire-carburante deseada KCMD con el controlador de modo deslizante 27 como se describe con detalle más adelante. El algoritmo para que el estimador 26 determine la salida diferencial estimada VO2 barra se construye como sigue:

Si la ecuación (2) que expresa el modelo del sistema de manipulación de relación aire-carburante se aplica a la ecuación (1) que expresa el modelo del sistema de escape objeto E, entonces la ecuación (1) puede ser reescrita como la ecuación siguiente (11):

7

La ecuación (11) expresa el comportamiento de un sistema que es una combinación del sistema de escape objeto E y el sistema de manipulación de aire-carburante como el modelo de un sistema de tiempo discreto, considerando tal sistema como un sistema para generar la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 a partir de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd mediante elementos de tiempo muerto del sistema de escape objeto E y el sistema de manipulación de aire-carburante y un elemento de retardo de respuesta del sistema de escape objeto E.

Usando la ecuación (11), la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra que es un valor estimado de la salida diferencial VO2(k+d) del sensor de O_{2} 6 después del tiempo muerto total d en cada ciclo de control se puede expresar usando datos de series temporales VO2(k), VO2(k-1) de valores presentes y pasados de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 y datos de series temporales kcmd(k-j) (j = 1, 2, ..., d) de los valores pasados de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd (= KCMD-FLAF/BASE) que corresponde a la relación aire-carburante deseada KCMD determinada por el controlador de modo deslizante 27 (su proceso específico de determinar la relación aire-carburante deseada KCMD se describirá más adelante), según la ecuación siguiente (12):

8

donde

\alpha1 = el elemento de primera fila, primera columna de A^{d},

\alpha2 = el elemento de primera fila, segunda columna de A^{d},

\betaj = los elementos de primera fila de A^{j-1}\cdot B

9

En la ecuación (12), "\alpha1", "\alpha2" representan el elemento de primera fila, primera columna y el elemento de primera fila, segunda columna, respectivamente, de la d-ésima potencia A^{d} (d: tiempo muerto total) de la matriz A definida como se ha descrito anteriormente con respecto a la ecuación (12), y "\betaj" (j = 1, 2, ..., d) representa los elementos de primera fila del producto A^{j-1} \cdot B de la (j-1)-ésima potencia A^{j-1} (j = 1, 2, ..., d) de la matriz A y el vector B definido como se ha descrito anteriormente con respecto a la ecuación (12).

De los datos de series temporales de los valores pasados de la relación aire-carburante diferencial combinada deseada kcmd según la ecuación (12), los datos de series temporales kcmd(k-d2), kcmd(k-d2-1), ..., kcmd(k-d) desde el presente anterior al tiempo muerto d2 del sistema de manipulación de aire-carburante pueden ser sustituidos respectivamente por datos kact(k), kact(k-1), ..., kact(k-d+d2) obtenidos antes del tiempo presente de la salida diferencial kact del sensor LAF 5. Cuando los datos de series temporales son sustituidos así, se obtiene la ecuación siguiente (13):

10

La ecuación (13) es una fórmula básica para que el estimador 26 determine la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra. Indicado de otro modo, el estimador 26 determina, en cada ciclo de control, la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra del sensor de O_{2} 6 según la ecuación (13), usando los datos de series temporales VO2(k), VO2(k-1) de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, los datos de series temporales kcmd(k-j) (j = 1, ..., d2-1) de los valores pasados de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd que representan la relación aire-carburante deseada KCMD determinada en el pasado por el controlador de modo deslizante 27, y los datos de series temporales kact(k-i) (i = 0, ..., d1) de la salida diferencial kact del sensor LAF 5.

En la presente realización, los valores de los coeficientes \alpha1, \alpha2, \betaj (j = 1, 2, ..., d) requeridos para calcular la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra según la ecuación (13) se calculan básicamente usando los coeficientes de ganancia identificados a1^, a2^, b1^ que son los valores identificados de los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 (que son elementos de los vectores A, B definidos con respecto a la ecuación (12)). Los valores de los tiempos muertos d1, d2 requeridos en la ecuación (13) incluyen los valores preestablecidos como se ha descrito anteriormente.

La salida diferencial estimada VO2(k+d) barra puede ser determinada según la ecuación (12) sin usar los datos de la salida diferencial kact del sensor LAF 5. Sin embargo, para incrementar la fiabilidad de la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra, es preferible determinar la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra según la ecuación (13) usando los datos de la salida diferencial kact del sensor LAF 5 que reflejan el comportamiento real del motor de combustión interna 1. Si el tiempo muerto d2 del sistema de manipulación de relación aire-carburante se puede poner a "1", todos los datos de series temporales kcmd(k-j) (j = 1, 2, ..., d) de los valores pasados de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd en la ecuación (12) pueden ser sustituidos por los datos de series temporales kact(k), kact(k-1), ..., kact(k-d+d2), respectivamente, antes del tiempo presente de la salida diferencial kact del sensor LAF 5. En este caso, la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra puede ser determinada según la ecuación siguiente (14) que no incluye los datos de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd:

11

El controlador de modo deslizante 27 se describirá con detalle a continuación.

El controlador de modo deslizante 27 determina una cantidad de entrada a dar al sistema de escape objeto E (que es específicamente un valor deseado para la diferencia entre la salida KACT del sensor LAF 5 (el valor detectado de la relación aire-carburante) y el valor de referencia FLAF/BASE, valor deseado que es igual a la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) (la cantidad de entrada se denominará "entrada de manipulación SLD Us1") con el fin de hacer que la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 esté al valor deseado VO2/TARGET, es decir, de manera que converja la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 a "0" según un proceso de control de modo deslizante adaptativo que incorpora una ley de control adaptativo para minimizar el efecto de una perturbación, en un proceso de control de modo deslizante normal, y determina la relación aire-carburante deseada KCMD a partir de la entrada de manipulación SLD determinada Usl. Un algoritmo para llevar a cabo el proceso de control de modo deslizante adaptativo se construye de la siguiente manera:

Una función de conmutación requerida para el algoritmo del proceso de control de modo deslizante adaptativo que lleva a cabo el controlador de modo deslizante 27 y un hiperplano definido por la función de conmutación (también denominado un plano deslizante) se describirá en primer lugar.

Según un concepto básico del proceso de control de modo deslizante, la salida diferencial VO2(k) del sensor de O_{2} 6 obtenida en cada ciclo de control y la salida diferencial VO2(k-1) obtenida en un ciclo de control precedente se usan como una cantidad de estado a controlar (cantidad controlada), y una función de conmutación \sigma para el proceso de control de modo deslizante se define como una función lineal cuyos componentes variables están representados por las salidas diferenciales V02(k), V02(k-1) según la ecuación siguiente (15):

12

donde

S = [s1 s2],

13

Un vector X definido anteriormente con respecto a la ecuación (15) como un vector cuyos elementos se representan por las salidas diferenciales VO2(k), VO2(k-1) se denominará a continuación una cantidad de estado X.

Los coeficientes s1, s2 de la función lineal 6 se ponen con el fin de cumplir la condición de la ecuación siguiente (16):

14

(cuando s1=1,-1 < s2 < 1).

En la presente realización, por razones de brevedad, el coeficiente s1 se pone a s1 = 1 (s2/s1 = s2), y el coeficiente s2 se establece para satisfacer la condición: -1 < s2 < 1.

Con la función de conmutación \sigma así definida, el hiperplano para el proceso de control de modo deslizante se define por la ecuación \sigma = 0. Dado que la cantidad de estado X es del segundo grado, el hiperplano \sigma = 0 se representa con una línea recta como se representa en la figura 4. Entonces, el hiperplano también se denomina una línea de conmutación o un plano de conmutación dependiendo del grado de un espacio topológico.

En la presente realización, los datos de series temporales de la salida diferencial estimada VO2 barra determinados por el estimador 24 se utilizan realmente como los componentes variables de la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante, como se describe más adelante.

El proceso de control de modo deslizante adaptativo sirve para hacer converger la cantidad de estado X sobre el hiperplano \sigma = 0 según una ley de control de alcanzabilidad que es una ley de control para converger la cantidad de estado X (= VO2(k), VO2(k-1)) sobre el hiperplano \sigma = 0, y una ley de control adaptativo (algoritmo adaptativo) que es una ley de control para compensar el efecto de una perturbación al converger la cantidad de estado X sobre el hiperplano \sigma = 0 (modo 1 en la figura 4). Manteniendo al mismo tiempo la cantidad de estado X sobre el hiperplano \sigma = 0 según una entrada de control equivalente, la cantidad de estado X se hace converger a un punto equilibrado en el hiperplano \sigma = 0 donde VO2(k) = VO2(k-1) = 0, es decir, un punto donde los datos de series temporales VO2/OUT(k), VO2/OUT(k-1) de la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 son iguales al valor deseado VO2/TARGET (modo 2 en la figura 4).

La entrada de manipulación SLD Usl (= la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) a generar por el controlador de modo deslizante 27 para converger la cantidad de estado X hacia el punto equilibrado en el hiperplano \sigma = 0 se expresa como la suma de una entrada de control equivalente Ueq a aplicar al sistema de escape objeto E según la ley de control para converger la cantidad de estado X sobre el hiperplano \sigma = 0, una entrada Urch (denominada a continuación "entrada de ley de control de alcanzabilidad Urch") a aplicar al sistema de escape objeto E según la ley de control de alcanzabilidad, y una entrada Uadp (denominada a continuación "ley de control adaptativo Uadp") a aplicar al sistema de escape objeto E según la ley de control adaptativo (véase la ecuación siguiente (17)).

15

La entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la entrada de la ley de control adaptativo Uadp se determinan en base al modelo del sistema de tiempo discreto expresado por la ecuación (11), es decir, el modelo en el que la salida diferencial kact(k-d1) del sensor LAF 5 en la ecuación (11) es sustituido por la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd(k-d) usando el tiempo muerto total d, de la siguiente manera:

La entrada de control equivalente Ueq que es un componente de entrada a aplicar al sistema de escape objeto E para converger la cantidad de estado X sobre el hiperplano \sigma = 0 es la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd que satisface la condición: \sigma (k+1) = \sigma (k) = 0. Usando las ecuaciones (11), (15), la entrada de control equivalente Ueq que satisface la condición anterior viene dada por la ecuación siguiente (18):

16

La ecuación (18) es una fórmula básica para determinar la entrada de ley de control equivalente Ueq(k) en cada ciclo de control.

Según la presente realización, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch se determina básicamente según la ecuación siguiente (19):

17

Específicamente, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch se determina en proporción al valor \sigma (k+d) de la función de conmutación \sigma después del tiempo muerto total d, en vista del efecto del tiempo muerto total d.

El coeficiente F en la ecuación (19) que determina la ganancia de la ley de control de alcanzabilidad se establece para satisfacer la condición expresada por la ecuación siguiente (20):

(20)0 < F < 2

El valor de la función lineal \sigma puede variar posiblemente de forma oscilante (denominada vibración) con respecto al hiperplano \sigma = 0. Con el fin de suprimir dicha vibración, es preferible que el coeficiente F relativo a la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch se establezca para satisfacer además la condición de la ecuación siguiente (21):

(21)0 < F < 1

La entrada de la ley de control adaptativo Uadp se determina básicamente según la ecuación siguiente (22) (\DeltaT en la ecuación (22) representa el período de los ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a):

18

La entrada de la ley de control adaptativo Uadp se determina en proporción a un valor integrado (que corresponde a una integral de los valores de la función de conmutación \sigma) en ciclos de control del producto de valores de la función de conmutación \sigma y el período \DeltaT de la unidad de control de lado de escape 7a hasta después del tiempo muerto total d, en vista del efecto del tiempo muerto total d.

El coeficiente G (que determina la ganancia de la ley de control adaptativo) en la ecuación (22) se establece para satisfacer la condición de la ecuación siguiente (23):

19

Un proceso específico de derivar condiciones para establecer las ecuaciones (16), (20), (21), (23) se describe con detalle en la Solicitud de Patente japonesa número 11-93741 y la Patente de Estados Unidos número 6.082.099, y no se describirá con detalle a continuación.

En la presente realización, el controlador de modo deslizante 27 determina la suma (Ueq + Urch + Uadp) de la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la ley de control adaptativo Uadp determinada según las ecuaciones respectivas (18), (19), (22) como la entrada de manipulación SLD Usl a aplicar al sistema de escape objeto E. Sin embargo, las salidas diferenciales VO2(K+d), VO2(k+d-1) del sensor de O_{2} 6 y el valor \sigma (k+d) de la función de conmutación \sigma, etc, usados en las ecuaciones (18), (19), (22) no pueden obtenerse directamente puesto que son valores en el futuro.

Por lo tanto, según la presente realización, el controlador de modo deslizante 27 utiliza realmente las salidas diferenciales estimadas VO2(k+d) barra, VO2(k+d-1) barra determinadas por el estimador 26, en lugar de las salidas diferenciales VO2(K+d), VO2(k+d-1) del sensor de O_{2} 6 para determinar la entrada de control equivalente Ueq según la ecuación (18), y calcula la entrada de control equivalente Ueq en cada ciclo de control según la ecuación siguiente (24):

20

Según la presente realización, además, el controlador de modo deslizante 27 utiliza realmente datos de series temporales de la salida diferencial estimada VO2 barra determinados secuencialmente por el estimador 26 como se ha descrito anteriormente como una cantidad de estado a controlar, y define una función de conmutación \sigma barra según la ecuación siguiente (25) (la función de conmutación \sigma barra corresponde a datos de series temporales de la salida diferencial VO2 en la ecuación (15) que es sustituida por datos de series temporales de la salida diferencial estimada VO2 barra), en lugar de la función de conmutación \sigma establecida según la ecuación (25):

21

El controlador de modo deslizante 27 calcula la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch en cada ciclo de control según la ecuación siguiente (26), usando la función de conmutación \sigma barra representada por la ecuación (25), más bien que el valor de la función de conmutación \sigma para determinar la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch según la ecuación (19):

22

Igualmente, el controlador de modo deslizante 27 calcula la entrada de la ley de control adaptativo Uadp en cada ciclo de control según la ecuación siguiente (27), usando el valor de la función de conmutación \sigma barra representado por la ecuación (25), más bien que el valor de la función de conmutación \sigma para determinar la entrada de la ley de control adaptativo Uadp según la ecuación (22):

23

Los últimos coeficientes de ganancia identificados a1(k)^, a2(k)^, b1 (k)^ que han sido determinados por el identificador 25 se utilizan básicamente como los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 que se requieren para calcular la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la entrada de la ley de control adaptativo Uadp según las ecuaciones (24), (26), (27).

El controlador de modo deslizante 27 determina la suma de la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la entrada de la ley de control adaptativo Uadp determinada según las ecuaciones (24), (26), (27), como la entrada de manipulación SLD Usl a aplicar al sistema de escape objeto E (véase la ecuación (17)). Las condiciones para establecer los coeficientes s1, s2, F, G utilizados en las ecuaciones (24), (26), (27) son las descritas anteriormente.

El proceso anterior es un algoritmo básico para determinar la entrada de manipulación SLD Usl (= relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) a aplicar al sistema de escape objeto E con el controlador de modo deslizante 27. Según el algoritmo anterior, la entrada de manipulación SLD Usl se determina de manera que converja la salida diferencial estimada VO2 barra del sensor de O_{2} 6 hacia "0", y como resultado, convierta la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 hacia el valor deseado VO2/TARGET.

El controlador de modo deslizante 27 determina eventualmente de forma secuencial la relación aire-carburante deseada KCMD en cada ciclo de control. La entrada de manipulación SLD Usl determinada como se ha descrito anteriormente significa un valor deseado para la diferencia entre la relación aire-carburante de los gases de escape detectados por el sensor LAF 5 y el valor de referencia FLAF/BASE, es decir, la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd. En consecuencia, el controlador de modo deslizante 27 determina eventualmente la relación aire-carburante deseada KCMD añadiendo el valor de referencia FLAF/BASE a la entrada de manipulación SLD determinada Usl en cada ciclo de control según la ecuación siguiente (28):

24

El proceso anterior es un algoritmo básico para determinar la relación aire-carburante deseada KCMD con el controlador de modo deslizante 27 según la presente realización.

En la presente realización, la estabilidad del proceso de control de modo deslizante adaptativo realizado por el controlador de modo deslizante 27 es verificada para limitar el valor de la entrada de manipulación SLD Usl. Los detalles de tal proceso de verificación se describirán más adelante.

Más adelante se describirá un proceso realizado por los medios de evaluación de estado deteriorado 13b.

Varios estudios realizados por los inventores han revelado que cuando la relación aire-carburante deseada KCMD se determina por el controlador de modo deslizante 27 y la cantidad de inyección de carburante del motor de combustión interna 1 es ajustada por la unidad de control de lado de motor 7b para converger la salida KACT (el valor detectado de la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1) del sensor LAF a la relación aire-carburante deseada KCMD, los datos de series temporales de la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 exhiben cambios característicos dependiendo del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 con respecto al hiperplano \sigma = 0.

Tales cambios característicos se describirán a continuación con referencia a las figuras 5 a 7. Las figuras 5 a 7 muestran datos muestrados, representados por puntos moteados, del conjunto de los datos de series temporales VO2(k),
VO2(k-1) de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, es decir, la cantidad de estado X, que se obtienen en respectivos ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a cuando la cantidad de inyección de carburante del motor de combustión interna 1 se ajusta dependiendo de la relación aire-carburante deseada KCMD, con respecto a un convertidor catalítico recién salido de fábrica 3, un convertidor catalítico 3 que ha sido deteriorado en grado relativamente pequeño, y un convertidor catalítico 3 que ha sido deteriorado en grado relativamente grande. En cada una de las figuras 5 a 7, la línea recta representa el hiperplano \sigma = 0.

Como se representa en la figura 5, cuando el convertidor catalítico 3 es nuevo, las cantidades de estado X tienden a concentrarse cerca del hiperplano \sigma = 0. Cuando el deterioro del convertidor catalítico 3 progresa, como se representa en las figuras 6 y 7, las cantidades de estado X tienden a distribuirse lejos del hiperplano \sigma = 0, es decir, varían en mayor rango alrededor del hiperplano \sigma = 0. Las cantidades de estado X tienden a distribuirse más ampliamente cuando el convertidor catalítico 3 se deteriora en mayor grado, es decir, cuando el deterioro del convertidor catalítico 3 progresa en mayor medida. Indicado de otro modo, cuando el deterioro del convertidor catalítico 3 progresa, la función de conmutación \sigma determinada según la ecuación (15) es probable que tenga un valor más remoto de "0", y por lo tanto que varíe más ampliamente desde "0". Esto parece deberse al hecho de que cuando el deterioro del convertidor catalítico 3 progresa, el modelo de sistema de escape según la ecuación (1) tiende a padecer un error, y por lo tanto la capacidad de la cantidad de estado X para converger al hiperplano \sigma = 0 disminuye.

La tendencia anterior también la exhibe el valor de la función de conmutación \sigma barra determinado por la ecuación (25) donde la salida diferencial estimada VO2 barra determinada por el estimador 26 se usa como un componente variable, es decir, la función de conmutación usada realmente como la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante. Mientras que la función de conmutación \sigma barra emplea el valor estimado de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, la función de conmutación según la ecuación (15) emplea la salida diferencial real VO2 del sensor de O_{2} 6. Por lo tanto, lo último parece reflejar mejor el estado deteriorado real del convertidor catalítico 3.

Por la razón anterior, según la presente realización, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es evaluado en base al valor de la función de conmutación \sigma según la ecuación (15). Como se ha descrito anteriormente, la función de conmutación real para el proceso de control de modo deslizante es la función de conmutación \sigma barra definida según la ecuación (25) donde la salida diferencial estimada VO2 barra determinada por el estimador 26 se usa como un componente variable. En sentido estricto, la función de conmutación \sigma según la ecuación (15) no es la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante según la presente realización. La función de conmutación \sigma según la ecuación (15) se denominará a continuación "función lineal de evaluación de deterioro \sigma".

Un algoritmo para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base a la función lineal de evaluación de deterioro \sigma con los medios de evaluación de estado deteriorado 13b se construye como sigue:

En vista de la tendencia anterior de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma a cambiar cuando el deterioro del convertidor catalítico 3 progresa, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan secuencialmente el cuadrado \sigma_{2} del valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma en cada ciclo de control.

Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b efectúan un proceso de filtración de paso bajo en el cuadrado \sigma_{2} para determinar un valor central del cuadrado \sigma_{2} (a continuación representado por LS\sigma_{2}) como un parámetro de evaluación de deterioro.

El proceso de filtración anterior para determinar el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} incluye un algoritmo de procesado estadístico secuencial, y se representa por la ecuación siguiente (29):

25

Así, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} se determina estando al mismo tiempo secuencialmente actualizado, en cada ciclo de control de la unidad de control de lado de escape 7a, desde un valor previo LS\sigma^{2}(k-1) del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, un valor presente \sigma^{2}(k) del cuadrado \sigma_{2}, y un parámetro de ganancia BP actualizado en cada ciclo de control por una fórmula recursiva expresada por la ecuación siguiente (30):

26

En la ecuación (30), \eta1, \eta2 se ponen a valores que satisfacen las condiciones: 0 < \eta1 \leq 1 y 0 \leq \eta2 < 2. Dependiendo de cómo se ponen los valores de \eta1, \eta2, se forman varios algoritmos específicos incluyendo un método de ganancia fija, un método de degresión, un método de cuadrados mínimos ponderados, un método de cuadrados mínimos, un método de rastreo fijo, etc. Según la presente realización, \eta1 se pone a un valor positivo dado menor que "1" (0 < \eta1 < 1), y \eta2 = 1, y se emplea el algoritmo del método de cuadrados mínimos ponderados.

Cuando se determina el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} como el valor central (el valor central del cuadrado mínimo en la presente realización) del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro\sigma, el valor del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} exhibe una tendencia representada en la figura 8 con respecto al estado deteriorado del convertidor catalítico 3. La figura 8 representa la relación entre el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} determinado como se ha descrito anteriormente y la tasa de flujo de los gases de escape a través del convertidor catalítico 3 (denominada a continuación "volumen de gases de escape") en los respectivos estados deteriorados de los convertidores catalíticos 3 representados en las figuras 5 a 7.

Como se representa en la figura 8, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} permanece sustancialmente constante independientemente del volumen de los gases de escape en cada uno de los estados deteriorados de los convertidores catalíticos 3, y aumenta su valor cuando el deterioro de los convertidores catalíticos 3 progresa. Por lo tanto, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} representa el grado en que el convertidor catalítico 3 se ha deteriorado.

En la presente realización, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 se evalúa para determinar si el convertidor catalítico 3 está en un estado donde ha sido deteriorado en tal grado que tenga que ser sustituido inmediatamente o pronto (tal estado deteriorado se denominará a continuación "estado de deterioro en progreso", o no (un estado del convertidor catalítico 3 que no está en el estado de deterioro en progreso se denominará a continuación "estado no deteriorado"). El estado de deterioro en progreso se indica por el indicador de deterioro 29.

Como indica la línea discontinua en la figura 8, un umbral CATAGELMT se preestablece con respecto al parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}. Si el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} es igual o mayor que el umbral CATAGELMT, se determina que el convertidor catalítico 3 está en el estado de deterioro en progreso. Si el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} es menor que el umbral CATAGELMT, se determina que el convertidor catalítico 3 está en el estado no deteriorado.

El algoritmo descrito anteriormente es un algoritmo básico para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 con los medios de evaluación de estado deteriorado 13b. Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b también realizan un proceso adicional de reconocer cómo el volumen de los gases de escape cambia al evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3. Tal proceso adicional de reconocer cómo cambia el volumen de los gases de escape se describirá más adelante.

El controlador de realimentación general 15 de la unidad de control de lado de motor 7b, en particular, el controlador adaptativo 18, se describirá mejor a continuación.

En la figura 1, el controlador de realimentación general 15 efectúa un proceso de control de realimentación de manera que converja la salida KACT (el valor detectado de la relación aire-carburante) del sensor LAF 5 hacia la relación aire-carburante deseada KCMD como se ha descrito anteriormente. Si tal proceso de control de realimentación se realizase bajo el control PID conocido solamente, sería difícil mantener una controlabilidad estable contra cambios de comportamiento dinámicos incluyendo cambios en las condiciones operativas del motor de combustión interna 1, cambios característicos debidos a envejecimiento del motor de combustión interna 1, etc.

El controlador adaptativo 18 es un controlador de tipo recursivo que hace posible llevar a la práctica un proceso de control de realimentación compensando al mismo tiempo cambios de comportamiento dinámicos del motor de combustión interna 1. Como se representa en la figura 9, el controlador adaptativo 18 incluye un regulador de parámetros 30 para establecer una pluralidad de parámetros adaptativos usando la ley de regulación de parámetros propuesta por I. D. Landau y colaboradores, y un calculador de variables manipuladas 31 para calcular la variable de realimentación manipulada KSTR usando los parámetros adaptativos establecidos.

El regulador de parámetros 30 se describirá a continuación. Según la ley de regulación de parámetros propuesta por I. D. Landau y colaboradores, cuando los polinomios del denominador y el numerador de una función de transferencia B(Z^{-1})/A(Z^{-1}) de un sistema discreto objeto a controlar se expresan generalmente respectivamente por las ecuaciones (31), (32), expuestas a continuación, un parámetro adaptativo \theta^ (j) (j indica el número ordinal de un ciclo de control) establecido por el regulador de parámetros 30 se representa por un vector (vector transpuesto) según la ecuación (33) indicada a continuación. Una entrada \zeta(j) al regulador de parámetros 30 se expresa por la ecuación (34) expuesta a continuación.

En la presente realización, se supone que el motor de combustión interna 1, que es un objeto a controlar por el controlador de realimentación general 15, se considera una planta de un sistema de primer orden que tiene un tiempo muerto dp correspondiente al tiempo de tres ciclos de combustión del motor de combustión interna 1, y m = n = 1, dp= 3 en las ecuaciones (31)-(34), y se establecen cinco parámetros adaptativos s0, r1, r2, r3, b0 (véase la figura 7). En las expresiones superior y media de la ecuación (34), us, ys representan generalmente una entrada (variable manipulada) al objeto a controlar y una salida (variable controlada) del objeto a controlar. En la presente realización, la entrada es la variable de realimentación manipulada KSTR y la salida del objeto (el motor de combustión interna 1) es la salida KACT (relación aire-carburante detectada) del sensor LAF 4, y la entrada \zeta(j) al regulador de parámetros 30 se expresa por la expresión inferior de la ecuación (34) (véase la figura 9).

27

28

29

El parámetro adaptativo \theta expresado por la ecuación (33) se hace de un elemento de cantidad escalar b0 ^ (j) para determinar la ganancia del controlador adaptativo 18, un elemento de control BR ^ (Z-^{1},j) expresado usando una variable manipulada, y un elemento de control S (Z^{-1},j) expresado usando una variable controlada, que se expresan respectivamente por las ecuaciones siguientes (35)-(37) (véase el bloque del calculador de variable manipulada 31 representado en la figura 9):

30

31

32

El regulador de parámetros 30 establece coeficientes del elemento de cantidad escalar y los elementos de control, descritos anteriormente, y los suministra como el parámetro adaptativo \theta^ expresado por la ecuación (33) al calculador de variables manipuladas 31. El regulador de parámetros 30 calcula el parámetro adaptativo \theta^ de modo que la salida KACT del sensor LAF 5 concuerde con la relación aire-carburante deseada KCMD, usando datos de series temporales de la variable de realimentación manipulada KSTR del presente al pasado y la salida KACT del sensor LAF 5.

Específicamente, el regulador de parámetros 30 calcula el parámetro adaptativo \theta^ según la ecuación siguiente (38):

33

donde \Gamma(j) representa una matriz de ganancia (cuyo grado se indica por m+n+dp) para determinar una tasa de establecer el parámetro adaptativo \theta^, y e*(j) un error estimado del parámetro adaptativo \theta^. \Gamma(j) y e*(j) se expresan respectivamente por las fórmulas recursivas siguientes (39), (40):

\vskip1.000000\baselineskip

34

donde 0<\lambda1(j)\leq 1,0 \leq \lambda2(j)< 2,\Gamma(0) > 0.

35

donde D(Z^{-1}) representa un polinomio asintóticamente estable para regular la convergencia. En la presente realización, D(Z^{-1}) = 1.

Varios algoritmos específicos incluyendo el algoritmo de ganancia degresiva, el algoritmo de ganancia variable, el algoritmo de trazado fijo, y el algoritmo de ganancia fija se obtienen dependiendo de cómo se seleccionan \lambda1(j), \lambda2(j) en la ecuación (39). Para una planta dependiente del tiempo tal como un proceso de inyección de carburante, es adecuada una relación aire-carburante, o análogos del motor de combustión interna 1, o uno del algoritmo de ganancia degresiva, el algoritmo de ganancia variable, el algoritmo de ganancia fija, y el algoritmo de trazado fijo.

Utilizando el parámetro adaptativo \theta^ (s0, r1, r2, r3, b0) establecido por el regulador de parámetros 30 y la relación aire-carburante deseada KCMD determinada por los medios de evaluación de estado deteriorado 13a del procesador principal de lado de escape 13, el calculador de variable manipulada 3l determina la variable de realimentación manipulada KSTR según una fórmula recursiva expresada por la ecuación siguiente (41):

36

El calculador de variables manipuladas 31 representado en la figura 9 representa un diagrama de bloques de los cálculos según la ecuación (41).

La variable de realimentación manipulada KSTR determinada según la ecuación (41) es la relación aire-carburante deseada KCMD en la medida en que la salida KACT del sensor LAF 4 concuerda con la relación aire-carburante deseada KCMD. Por lo tanto, la variable de realimentación manipulada KSTR es dividida por la relación aire-carburante deseada KCMD por el divisor 19 para determinar por ello la variable de realimentación manipulada kstr que puede ser utilizada como el coeficiente de corrección de realimentación KFB.

Como es evidente por la descripción anterior, el controlador adaptativo 18 así construido es un controlador de tipo recursivo que tiene en cuenta cambios de comportamiento dinámicos del motor de combustión interna 1 que es un objeto a controlar. Indicado de otro modo, el controlador adaptativo 18 es un controlador descrito en una forma recursiva para compensar cambios de comportamiento dinámicos del motor de combustión interna 1, y más en concreto un controlador que tiene un mecanismo de regulación de parámetro adaptativo de tipo recursivo.

Un controlador de tipo recursivo de este tipo se puede construir usando un regulador óptimo. En tal caso, sin embargo, generalmente no tiene mecanismo de regulación de parámetro. El controlador adaptativo 18 construido como se ha descrito anteriormente es adecuado para compensar los cambios de comportamiento dinámicos del motor de combustión interna 1.

Los detalles del controlador adaptativo 18 se han descrito anteriormente.

El controlador PID 17, que se ha previsto conjuntamente con el controlador adaptativo 18 en el controlador de realimentación general 15, calcula un término proporcional (término P), un término integral (término I), y un término derivado (término D) a partir de la diferencia entre la salida KACT del sensor LAF 5 y la relación aire-carburante deseada KCMD, y calcula el total de los términos como la variable de realimentación manipulada KLAF, como es el caso con el proceso de control PID general. En la presente realización, la variable de realimentación manipulada KLAF se pone a "1" cuando la salida KACT del sensor LAF 5 concuerda con la relación aire-carburante deseada KCMD poniendo un valor inicial del término integral (término I) a "1", de modo que la variable de realimentación manipulada KLAF pueda ser usada como el coeficiente de corrección de realimentación KFB para corregir directamente la cantidad de inyección de carburante. Las ganancias del término proporcional, el término integral, y el término derivado se determinan a partir de la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 usando un mapa predeterminado.

El conmutador 20 del controlador de realimentación general 15 envía la variable de realimentación manipulada KLAF determinada por el controlador PID 17 como el coeficiente de corrección de realimentación KFB para corregir la cantidad de inyección de carburante si la combustión en el motor de combustión interna 1 tiende a ser inestable como cuando la temperatura del refrigerante del motor de combustión interna 1 es baja, el motor de combustión interna 1 gira a altas velocidades, o la presión de admisión es baja, o si la salida KACT del sensor LAF 5 no es fiable debido a un retardo de respuesta del sensor LAF 5 como cuando la relación aire-carburante deseada KCMD cambia en gran parte o inmediatamente después de haber empezado el proceso de control de realimentación de relación aire-carburante, o si el motor de combustión interna 1 opera de forma altamente estable como cuando marcha en vacío y por lo tanto no se requiere ningún proceso de control de alta ganancia por el controlador adaptativo 18. De otro modo, el conmutador 20 envía la variable de realimentación manipulada kstr que se produce dividiendo la variable de realimentación manipulada KSTR determinada por el controlador adaptativo 18 por la relación aire-carburante deseada KCMD, como el coeficiente de corrección de realimentación KFB para corregir la cantidad de inyección de carburante. Esto es porque el controlador adaptativo 18 efectúa un proceso de control de alta ganancia y funciona de manera que converja la salida KACT del sensor LAF 5 rápidamente hacia la relación aire-carburante deseada KCMD, y si la variable de realimentación manipulada KSTR determinada por el controlador adaptativo 18 se usa cuando la combustión en el motor de combustión interna 1 es inestable o la salida KACT del sensor LAF 5 no es fiable, entonces el proceso de control de la relación aire-carburante tiende a ser inestable.

Tal operación del conmutador 20 se describe con detalle en la Publicación de Patente japonesa número 8-105345 o la Patente de Estados Unidos número 5.558.075, y no se describirá con detalle a continuación.

A continuación se describe la operación de todo el sistema según la presente realización.

En primer lugar, un proceso, realizado por la unidad de control de lado de motor 7b, de calcular una cantidad de inyección de carburante de salida #nTout (n = 1, 2, 3, 4) para cada uno de los cilindros del motor de combustión interna 1 para controlar la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 se describirá a continuación con referencia a la figura 10. La unidad de control de lado de motor 7b calcula una cantidad de inyección de carburante de salida #nTout (n = 1, 2, 3, 4) para cada uno de los cilindros en sincronismo con un período de ángulo del cigüeñal (TDC) del motor de combustión interna 1 como sigue:

En la figura 10, la unidad de control de lado de motor 7b lee salidas de varios sensores incluyendo el sensor LAF 5 y el sensor de O_{2} 6 en el PASO a. Entonces, la salida KACT del sensor LAF 5 y la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6, incluyendo datos obtenidos en el pasado, son almacenadas en una forma de series temporales en una memoria (no representada).

Entonces, el calculador de cantidad básica de inyección de carburante 8 corrige una cantidad de inyección de carburante correspondiente a la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 dependiendo de la zona de abertura efectiva de la válvula estranguladora, calculando por ello una cantidad básica de inyección de carburante Tim en el PASO b. El primer calculador de coeficiente de corrección 9 calcula un primer coeficiente de corrección KTOTAL dependiendo de la temperatura del refrigerante y la cantidad en la que el bote se purga en el PASOc.

La unidad de control de lado de motor 7b decide si el modo de operación del motor de combustión interna 1 es un modo de operación (denominado a continuación "modo de operación normal") en el que la cantidad de inyección de carburante se ajusta usando la relación aire-carburante deseada KCMD generada por los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a, y pone un valor de un señalizador f/prism/on en el PASO d. Cuando el valor del señalizador f/prism/on es "1", significa que el modo de operación del motor de combustión interna 1 es el modo de operación normal, y cuando el valor del señalizador f/prism/on es "0", significa que el modo de operación del motor de combustión interna 1 no es el modo de operación normal.

La subrutina de decisión del PASO d se representa en detalle en la figura 11. Como se representa en la figura 11, la unidad de control de lado de motor 7b decide si el sensor de O_{2} 6 y el sensor LAF 5 están activados o no respectivamente en el PASO d-1, PASO d-2. Si ninguno del sensor de O_{2} 6 y el sensor LAF 5 está activado, dado que los datos detectados del sensor de O_{2} 6 y el sensor LAF 5 para uso por el procesador principal de lado de escape 13 no son suficientemente exactos, el modo de operación del motor de combustión interna 1 no es el modo de operación normal, y el valor del señalizador f/prism/on se pone a "0" en el PASO d-10.

Entonces, la unidad de control de lado de motor 7b decide si el motor de combustión interna 1 está operando con una mezcla pobre de aire-carburante o no en el PASO d-3. La unidad de control de lado de motor 7b decide si el tiempo de encendido del motor de combustión interna 1 se retarda para la temprana activación del convertidor catalítico 3 inmediatamente después del arranque del motor de combustión interna 1 o no en el PASO d-4. La unidad de control de lado de motor 7b decide si la válvula estranguladora del motor de combustión interna 1 está abierta de forma sustancialmente completa o no en el PASO d-5. La unidad de control de lado de motor 7b decide si el suministro de carburante al motor de combustión interna 1 está siendo parado o no en el PASO d-6. Si se cumple una de las condiciones de estos pasos, entonces dado que no es preferible o no es posible controlar el suministro de carburante al motor de combustión interna 1 usando la relación aire-carburante deseada KCMD generada por el procesador principal de lado de escape 13, el modo de operación del motor de combustión interna 1 no es el modo de operación normal, y el valor del señalizador f/prism/on se pone a "0" en el PASO d-10.

La unidad de control de lado de motor 7b decide entonces si la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 caen dentro de respectivos rangos dados o no respectivamente en el PASO d-7, PASO d-8. Si una de la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB no cae dentro de su rango dado, entonces dado que no es preferible controlar el suministro de carburante al motor de combustión interna 1 usando la relación aire-carburante deseada KCMD generada por el procesador principal de lado de escape 13, el modo de operación del motor de combustión interna 1 no es el modo de operación normal, y el valor del señalizador f/prism/on se pone a "0" en el PASO d-10.

Si se cumplen las condiciones del PASO d-1, PASO d-2, PASO d-7, PASO d-8, y no se cumplen las condiciones del PASO d-3, PASO d-4, PASO d-5, PASO d-6 (entonces, el motor de combustión interna 1 está en el modo de operación normal), entonces el modo de operación del motor de combustión interna 1 se determina como el modo de operación normal, y el valor del señalizador f/prism/on se pone a "1" en el PASO d-9.

En la figura 10, después de poner el valor del señalizador f/prism/on, la unidad de control de lado de motor 7b determina el valor del señalizador f/prism/on en el PASO e. Si f/prism/on =1, entonces la unidad de control de lado de motor 7b lee la relación aire-carburante deseada KCMD generada por el procesador principal de lado de escape 13 en el PASO f. Si f/prism/on = 0, entonces la unidad de control de lado de motor 7b pone la relación aire-carburante deseada KCMD a un valor predeterminado en el PASO g. El valor predeterminado a establecer como la relación aire-carburante deseada KCMD se determina a partir de la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 usando un mapa predeterminado, por ejemplo.

En el controlador de realimentación local 16, los controladores PID 22 calculan respectivos coeficientes de corrección de realimentación #nKLAF con el fin de eliminar variaciones entre los cilindros, en base a relaciones aire-carburante reales #nA/F (n = 1, 2, 3, 4) de los cilindros respectivos que han sido estimadas a partir de la salida KACT del sensor LAF 5 por el observador 21, en el PASO h. Entonces, el controlador de realimentación general 15 calcula un coeficiente de corrección de realimentación KFB en el PASO i.

Dependiendo de las condiciones operativas del motor de combustión interna 1, el conmutador 20 selecciona la variable de realimentación manipulada KLAF determinada por el controlador PID 17 o la variable de realimentación manipulada kstr que ha sido producida dividiendo la variable de realimentación manipulada KSTR determinada por el controlador adaptativo 18 por la relación aire-carburante deseada KCMD (normalmente, el conmutador 20 selecciona la variable de realimentación manipulada kstr). El conmutador 20 envía entonces la variable de realimentación manipulada seleccionada KLAF o kstr como un coeficiente de corrección de realimentación KFB.

Al conmutar el coeficiente de corrección de realimentación KFB de la variable de realimentación manipulada KLAF del controlador PID 17 a la variable de realimentación manipulada kstr del controlador adaptativo 18, el controlador adaptativo 18 determina una variable de realimentación manipulada KSTR para mantener el coeficiente de corrección KFB al coeficiente de corrección precedente KFB (= KLAF) mientras esté en el ciclo de control para la conmutación. Al conmutar el coeficiente de corrección de realimentación KFB de la variable de realimentación manipulada kstr del controlador adaptativo 18 a la variable de realimentación manipulada KLAF del controlador PID 17, el controlador PID 17 calcula un coeficiente de corrección presente KLAF de manera que considere la variable de realimentación manipulada KLAF determinada por sí mismo en el tiempo de ciclo precedente como el coeficiente de corrección precedente KFB (= kstr).

Después de que el coeficiente de corrección de realimentación KFB ha sido calculado, el calculador de segundo coeficiente de corrección 10 calcula en el PASO j un segundo coeficiente de corrección KCMDM dependiendo de la relación aire-carburante deseada KCMD determinada en el PASO f o el PASO g.

Entonces, la unidad de control de lado de motor 7b multiplica la cantidad básica de inyección de carburante Tim determinada como se ha descrito anteriormente, por el primer coeficiente de corrección KTOTAL, el segundo coeficiente de corrección KCMDM, el coeficiente de corrección de realimentación KFB, y los coeficientes de corrección de realimentación #nKLAF de los cilindros respectivos, determinando las cantidades de inyección de carburante de salida #nTout de los cilindros respectivos en el PASO k. Las cantidades de inyección de carburante de salida #nTout son corregidas entonces con respecto a las partículas de carburante acumuladas en paredes del tubo de admisión del motor de combustión interna 1 por el corrector de acumulación de carburante 23 en el PASO m. Las cantidades de inyección de carburante de salida corregidas #nTout son aplicadas a los inyectores de carburante no ilustrados del motor de combustión interna 1 en el PASO n.

En el motor de combustión interna 1, los inyectores de carburante inyectan carburante a los cilindros respectivos según las respectivas cantidades de inyección de carburante de salida #nTout.

El cálculo anterior de las cantidades de inyección de carburante de salida #nTout y la inyección de carburante del motor de combustión interna 1 se realizan en ciclos de tiempo sucesivos síncronos con el período de ángulo del cigüeñal del motor de combustión interna 1 para controlar la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 con el fin de hacer converger la salida KACT del sensor LAF 5 (la relación aire-carburante detectada) hacia la relación aire-carburante deseada KCMD. Mientras la variable de realimentación manipulada kstr del controlador adaptativo 18 está siendo utilizada como el coeficiente de corrección de realimentación KFB, la salida KACT del sensor LAF 5 se hace converger rápidamente hacia la relación aire-carburante deseada KCMD con alta estabilidad contra cambios de comportamiento tales como los cambios en las condiciones operativas del motor de combustión interna 1 o sus cambios característicos. Un retardo de respuesta del motor de combustión interna 1 también es compensado apropiadamente.

Simultáneamente con el control anterior para el motor de combustión interna 1, el procesador principal de lado de escape 13 ejecuta una rutina principal representada en la figura 12 en ciclos de control de un período constante.

Como se representa en la figura 12, la unidad de control de lado de escape 7a decide si el procesado del procesador principal de lado de escape 13 se ha de ejecutar o no, y pone un valor de un señalizador f/prism/cal indicativo de si el procesado se ha de ejecutar o no en el PASO 1. Cuando el valor del señalizador f/prism/cal es "0", significa que el procesado del procesador principal de lado de escape 13 no ha de ser ejecutado, y cuando el valor del señalizador f/prism/cal es "1", significa que el procesado del procesador principal de lado de escape 13 se ha de ejecutar.

La subrutina de decisión en el PASO 1 se representa en detalle en la figura 13. Como se representa en la figura 13, la unidad de control de lado de escape 7a decide si el sensor de O_{2} 6 y el sensor LAF 5 están activados o no respectivamente en el PASO 1-1, PASO 1-2. Si ninguno del sensor de O_{2} 6 y el sensor LAF 5 está activado, dado que los datos detectados del sensor de O_{2} 6 y el sensor LAF 5 para uso por el procesador principal de lado de escape 13 no son suficientemente exactos, el valor del señalizador f/prism/cal se pone a "0" en el PASO 1-6. Entonces, con el fin de inicializar el identificador 25 como se describe más adelante, el valor de un señalizador f/id/reset indicativo de si el identificador 25 ha de ser inicializado o no se pone a "1" en el PASO 1-7. Cuando el valor del señalizador f/id/reset es "1", significa que el identificador 25 ha de ser inicializado, y cuando el valor del señalizador f/id/reset es "0", significa que el identificador 25 no ha de ser inicializado.

La unidad de control de lado de escape 7a decide si el motor de combustión interna 1 está operando con una mezcla pobre de aire-carburante o no en el PASO 1-3. La unidad de control de lado de escape 7a decide si el tiempo de encendido del motor de combustión interna 1 se retarda por la temprana activación del convertidor catalítico 3 inmediatamente después del inicio del motor de combustión interna 1 o no en el PASO 1-4. Si se cumplen las condiciones de estos pasos, entonces dado que la relación aire-carburante deseada KCMD calculada para regular la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET no se usa para el control de carburante para el motor de combustión interna 1, el valor del señalizador f/prism/cal se pone a "0" en el PASO 1-6, y el valor del señalizador f/id/reset se pone a "1" con el fin de inicializar el identificador 25 en el PASO 1-7.

En la figura 12, después de la subrutina de decisión anterior, la unidad de control de lado de escape 7a decide si un proceso de identificar (actualizar) los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 con el identificador 25 se ha de ejecutar o no, y pone un valor de un señalizador f/id/cal indicativo de si el proceso de identificar (actualizar) los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 se ha de ejecutar o no en el PASO 2. Cuando el valor del señalizador f/id/cal es "0", significa que el proceso de identificar (actualizar) los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 no ha de ser ejecutado, y cuando el valor del señalizador f/id/cal es "1", significa que el proceso de identificar (actualizar) los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 se ha de ejecutar.

En el proceso de decisión del PASO 2, la unidad de control de lado de escape 7a decide si la válvula estranguladora del motor de combustión interna 1 está abierta de forma sustancialmente completa o no, y también decide si el suministro de carburante al motor de combustión interna 1 está siendo parado o no. Si se cumple alguna de estas condiciones, entonces dado que es difícil regular los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 apropiadamente, el valor del señalizador f/id/cal se pone a "0". Si no se cumple ninguna de estas condiciones, entonces el valor del señalizador f/id/cal se pone a "1" para identificar (actualizar) los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 con el identificador 25.

Con referencia de nuevo a la figura 12, la unidad de control de lado de escape 7a calcula las últimas salidas diferenciales kact(k) (= KACT(k)-FLAF/BASE), VO2(k) (= VO2/OUT(k)-VO2/TARGET) respectivamente de los sustractores 11, 12 en el PASO 3. Específicamente, los sustractores 11, 12 seleccionan los últimos datos de series temporales leídos y almacenados en la memoria no ilustrada en el PASO a representado en la figura 10, y calculan las salidas diferenciales kact(k), VO2(k). Las salidas diferenciales kact(k), VO2(k), así como los datos dados en el pasado, son almacenados a modo de series temporales en una memoria (no representada) en la unidad de control de lado de escape 7a.

Entonces, en el PASO 4, la unidad de control de lado de escape 7a determina el valor del señalizador f/prism/cal puesto en el PASO 1. Si el valor del señalizador f/prism/cal es "0", es decir, si el procesado del procesador principal de lado de escape 13 no ha de ser ejecutado, entonces la unidad de control de lado de escape 7a fuerza la entrada de manipulación SLD Usl (la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) a determinar por el controlador de modo deslizante 27, a un valor predeterminado en el PASO 13. El valor predeterminado puede ser un valor fijo (por ejemplo, "0") o el valor de la entrada de manipulación SLD Usl determinado en un ciclo de control precedente.

Después de poner la entrada de manipulación SLD Usl al valor predeterminado en el PASO 12, la unidad de control de lado de escape 7a añade el valor de referencia FLAF/BASE a la entrada de manipulación SLD Usl para determinar por ello una relación aire-carburante deseada KCMD en el ciclo de control presente en el paso 14. Entonces, termina el procesado en el ciclo de control presente.

Si el valor del señalizador f/prism/cal es "1" en el PASO 4, es decir, si el procesado del procesador principal de lado de escape 13 se ha de ejecutar, entonces la unidad de control de lado de escape 7a efectúa el procesado del identificador 25 en el PASO 5.

La subrutina de procesado del PASO 5 se representa en detalle en la figura 14.

El identificador 25 determina el valor del señalizador f/id/cal puesto en el PASO 2 en el PASO 5-1. Si el valor del señalizador f/id/cal es "0", entonces dado que el proceso de identificar los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 con el identificador 25 no se lleva a cabo, el control vuelve inmediatamente a la rutina principal representada en la figura 12.

Si el valor del señalizador f/id/cal es "1", entonces el identificador 25 determina el valor del señalizador f/id/reset puesto en el PASO 1 con respecto a la inicialización del identificador 25 en el PASO 5-2. Si el valor del señalizador f/id/reset es "1", el identificador 25 es inicializado en el PASO 5-3. Cuando el identificador 25 es inicializado, los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ se ponen a valores iniciales predeterminados (el vector de coeficiente de ganancia identificado \Theta según la ecuación (4) es inicializado), y los elementos de la matriz P (matriz diagonal) según la ecuación (9) se ponen a valores iniciales predeterminados. El valor del señalizador f/id/reset se reposiciona a "0".

Entonces, el identificador 25 calcula la salida diferencial identificada VO2(k) ^ usando los coeficientes de ganancia identificados presentes a1(k-1) ^, a2(k-1) ^, b1(k-1) ^ y los datos pasados VO2(k-1), VO2(k-2), kact(k-d-1) de las sa-
lidas diferenciales VO2, kact calculadas en cada ciclo de control en el PASO 3, según la ecuación (3) en el PASO 5-4.

El identificador 25 calcula entonces el vector K\theta(k) a usar al determinar los nuevos coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ según la ecuación (9) en el PASO 5-5. A continuación, el identificador 25 calcula el error identificado id/e(k), es decir, la diferencia entre la salida diferencial identificada VO2 ^ y la salida diferencial real VO2 (véase la ecuación (7)), en el PASO 5-6.

El error identificado id/e(k) obtenido en el PASO 5-6 se puede calcular básicamente según la ecuación (7). En la presente realización, sin embargo, un valor (= VO2(k)-VO2(k) ^) calculado según la ecuación (7) a partir de la salida diferencial VO2 adquirida en cada ciclo de control en el PASO 3 (véase la figura 12), y la salida diferencial identificada VO2 ^ calculada en cada ciclo de control en el PASO S-4 es filtrado con características de paso bajo para calcular el error identificado id/e(k).

Esto es porque dado que el sistema de escape objeto E incluyendo el convertidor catalítico 3 tiene generalmente características de paso bajo, es preferible dar importancia al comportamiento de baja frecuencia del sistema de escape objeto E al identificar apropiadamente los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 del modelo de sistema de escape.

La salida diferencial VO2 y la salida diferencial identificada VO2 ^ pueden ser filtradas con las mismas características de paso bajo. Por ejemplo, después de que la salida diferencial VO2 y la salida diferencial identificada VO2 ^ han sido filtradas por separado, se puede calcular la ecuación (7) para determinar el error identificado id/e(k). La filtración anterior se lleva a cabo por un proceso de media móvil que es un proceso de filtración digital.

A continuación, el identificador 25 calcula un nuevo vector de coeficiente de ganancia identificado \Theta (k), es decir, nuevos coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^, según la ecuación (8) usando el error identificado id/e(k) determinado en el PASO S-6 y K\theta(k) calculado en SETP5-5 en el PASO S-7.

Después de haber calculado los nuevos coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^, el identificador 25 limita además los valores de los coeficientes de ganancia a1 ^, a2 ^, b1 ^ (elementos del vector de coeficiente de ganancia identificado \Theta) para cumplir condiciones predeterminadas en el PASO 5-8. Entonces, el identificador 25 actualiza la matriz P(k) según la ecuación (10) para el procesado de un ciclo de control siguiente en el PASO 5-9, después de lo que el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 12.

El proceso de limitar los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ en el PASO 5-8 incluye un proceso de limitar los valores de los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ a una cierta combinación, es decir, un proceso de limitar un punto (a1 ^, a2 ^) a una región dada en un plano de coordenadas que tiene los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^ como su componente, y un proceso de limitar el valor del coeficiente de ganancia identificado b1 ^ dentro de un rango dado. Según el primer proceso, si un punto (a1(k) ^, a2(k) ^) en el plano de coordenadas que se determina por los coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^ calculados en el PASO 5-7 se desvía de la región dada en el plano de coordenadas, entonces los valores de los coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^ se limitan a los valores del punto en la región dada. Según el último proceso, si el valor del coeficiente de ganancia identificado b1(k) ^ calculado en el PASO 5-7 excede del límite superior o inferior del rango dado, entonces el valor del coeficiente de ganancia identificado b1(k) ^ se limita al límite superior o inferior del rango dado.

El proceso anterior de limitar los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ sirve para mantener la estabilidad de la entrada de manipulación SLD Usl (la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) calculada por el controlador de modo deslizante 27, y por lo tanto la relación aire-carburante deseada KCMD.

Detalles específicos del proceso de limitar los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^ se describen en la Publicación de Patente japonesa número 11-153051 y la Patente de Estados Unidos número 6.112.517, y no se describirán aquí.

Los valores precedentes a1(k-1) ^, a2(k-1) ^, b1(k-1) ^ de los coeficientes de ganancia identificados usados para determinar los nuevos coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^ en el PASO 5-7 son los valores de los coeficientes de ganancia identificados después de haberse limitado en el PASO 5-8 en el ciclo de control precedente.

Detalles del procesado del identificador 25 en el PASO 5 representado en la figura 12 se han descrito anteriormente.

En la figura 12, después de realizar el procesado del identificador 25, la unidad de control de lado de escape 7a determina los valores de los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 en el PASO 6. Específicamente, si el valor del señalizador f/id/cal puesto en el PASO 2 es "1", es decir, si los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 han sido identificados por el identificador 25, entonces los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 se ponen a los últimos coeficientes de ganancia identificados a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^ determinados por el identificador 25 en el PASO 5 (limitados en el PASO 5-8). Si el valor del señalizador f/id/cal es "0", es decir, si los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 no han sido identificados por el identificador 25, entonces los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 se ponen a valores predeterminados, respectivamente.

Entonces, la unidad de control de lado de escape 7a efectúa una operación de procesado del estimador 26, es decir, calcula la salida diferencial estimada VO2 barra, en el PASO 7.

El estimador 26 calcula los coeficientes \alpha1, \alpha2, \betaj (j = 1, 2, ..., d) a usar en la ecuación (13), usando los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 determinados en el PASO 6 (estos valores son básicamente los coeficientes de ganancia identificados a1 ^, a2 ^, b1 ^) según la ecuación (12).

Entonces, el estimador 26 calcula la salida diferencial estimada VO2(k+d) barra (valor estimado de la salida diferencial VO2 después del tiempo muerto total d desde el tiempo del ciclo de control presente) según la ecuación (13), usando los datos de series temporales VO2(k), VO2(k-1), desde antes del ciclo de control presente, de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} calculada en cada ciclo de control en el PASO 3, los datos de series temporales kact(k-j) (j = 0, ..., d1), desde antes del ciclo de control presente, de la salida diferencial kact del sensor LAF 5, los datos de series temporales kcmd(k-j) (= Usl(k-j), j = 1, ..., d2-1), desde antes del ciclo de control precedente, de la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd (= la entrada de manipulación SLD Usl) dada en cada ciclo de control del controlador de modo deslizante 27, y los coeficientes \alpha1, \alpha2, \betaj calculados como se ha descrito anteriormente.

Entonces, la unidad de control de lado de escape 7a calcula la entrada de manipulación SLD Usl (= la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) con el controlador de modo deslizante 27 en el PASO 8.

Específicamente, el controlador de modo deslizante 27 calcula un valor \sigma (k+d) barra (correspondiente a un valor estimado, después del tiempo muerto total d, de la función lineal \sigma definida según la ecuación (15)), después del tiempo muerto total d desde el ciclo de control presente, de la función de conmutación \sigma barra definida según la ecuación (25), usando los datos de series temporales VO2(k+d) barra, VO2(k+d-1) barra de la salida diferencial estimada VO2 barra determinada por el estimador 26 en el PASO 7.

Entonces, el controlador de modo deslizante 27 mantiene el valor de la función de conmutación \sigma barra dentro de un rango predeterminado permisible. Si el valor \sigma (k+d) barra determinado como se ha descrito anteriormente excede del límite superior o inferior del rango permisible, entonces el controlador de modo deslizante 27 limita el valor \sigma (k+d) barra al límite superior o inferior del rango permisible. Esto es porque si el valor de la función de conmutación \sigma barra fuese excesivo, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch sería excesiva, y la ley de control adaptativo Uadp cambiaría bruscamente, tendiendo a deteriorar la estabilidad del proceso de converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET.

Entonces, el controlador de modo deslizante 27 añade acumulativamente valores \sigma (k+d) barra \cdot \DeltaT, producidos multiplicando el valor \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra por el período \DeltaT (período constante) de los ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a. Es decir, el controlador de modo deslizante 27 añade el producto \sigma (k+d) barra \cdot \DeltaT del valor \sigma (k+d) barra y el período \DeltaT calculado en el ciclo de control presente a la suma determinada en el ciclo de control precedente, calculando así un valor integrado \sigma barra (a continuación representado por "\Sigma\sigma barra") que es el resultado calculado del término \sigma (\sigma barra \cdot \DeltaT) de la ecuación (27).

En la presente realización, el controlador de modo deslizante 27 mantiene el valor integrado \Sigma\sigma barra en un rango predeterminado permisible. Si el valor integrado \Sigma\sigma barra excede del límite superior o inferior del rango permisible, entonces el controlador de modo deslizante 27 limita el valor integrado \Sigma\sigma barra al límite superior o inferior del rango permisible. Esto es porque si el valor integrado \Sigma \sigma barra fuese excesivo, la ley de control adaptativo Uadp determinada según la ecuación (27) sería excesiva, tendiendo a deteriorar la estabilidad del proceso de converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET.

Entonces, el controlador de modo deslizante 27 calcula la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la ley de control adaptativo Uadp según las ecuaciones respectivas (24), (26), (27), usando los datos de series temporales VO2(k+d)barra, VO2(k+d-1) barra de los valores presentes y pasados de la salida diferencial estimada VO2 barra determinada por el estimador 26 en el PASO 7, el valor \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra y su valor integrado \Sigma\sigma barra que se determinan como se ha descrito anteriormente, y los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 determinados en el paso 6 (que son básicamente los coeficientes de ganancia a1(k) ^, a2(k) ^, b1(k) ^).

El controlador de modo deslizante 27 añade entonces la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la ley de control adaptativo Uadp para calcular la entrada de manipulación SLD Usl, es decir, la entrada (= la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) a aplicar al sistema de escape objeto E para converger la señal de salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 hacia el valor deseado VO2/TARGET.

Después de haber calculado la entrada de manipulación SLD Usl, la unidad de control de lado de escape 7a determina la estabilidad del proceso de control de modo deslizante adaptativo realizado por el controlador de modo deslizante 27, o más específicamente, la capacidad del estado controlado de la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 en base al proceso de control de modo deslizante adaptativo (denominado a continuación "estado controlado SLD"), y pone un valor de un señalizador f/sld/stb indicativo de si el estado controlado SLD es estable o no en el PASO 9.

La subrutina de determinación del PASO 9 se representa en detalle en la figura 15.

Como se representa en la figura 15, la unidad de control de lado de escape 7a calcula una diferencia \Delta\sigma barra (correspondiente a una tasa de cambio de la función de conmutación \sigma barra) entre el valor presente \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra calculado en el PASO 8 y su valor precedente \sigma(k+d-1) barra en el PASO 9-1.

Entonces, la unidad de control de lado de escape 7a decide si o no un producto \Delta\sigma barra \cdot \sigma(k+d) barra (correspondiente a la función diferenciada en el tiempo de una función Lyapunov \sigma barra^{2}/2 relativa a la \sigma barra) de la diferencia \Delta\sigma barra y el valor presente \sigma (k+d) barra es igual o menor que un valor predeterminado \varepsilon (\geq 0) en el PASO 9-2.

La diferencia \Delta\sigma barra \cdot \sigma(k+d) barra (denominada a continuación "parámetro de determinación de estabilidad Pstb") se describirá más adelante. Si el parámetro de determinación de estabilidad Pstb es mayor que 0 (Pstb > 0), entonces el valor de la función de conmutación \sigma barra cambia básicamente alejándose de "0". Si el parámetro de determinación de estabilidad Pstb es igual o menor que 0 (Pstb \leq 0), entonces el valor de la función de conmutación \sigma barra ha convergido básicamente o está convergiendo a "0". Generalmente, con el fin de converger una variable controlada a su valor deseado según el proceso de control de modo deslizante, es necesario que el valor de la función de conmutación converja establemente a "0". Básicamente, por lo tanto, es posible determinar si el estado controlado SLD es estable o inestable dependiendo de si el valor del parámetro de determinación de estabilidad Pstb es o no igual o menor que 0.

Sin embargo, si la estabilidad del estado controlado SLD se determina comparando el valor del parámetro de determinación de estabilidad Pstb con "0", entonces el resultado determinado de la estabilidad queda afectado incluso por ligero ruido contenido en el valor de la función de conmutación \sigma barra. Por lo tanto, según la presente invención, el valor predeterminado \varepsilon con que el parámetro de determinación de estabilidad Pstb se ha de comparar en el PASO 9-2 es de un valor positivo ligeramente mayor que "0".

Si Pstb > \varepsilon en el PASO 9-2, entonces el estado controlado SLD se determina como inestable, y el valor de un contador temporizador tm (temporizador de recuento descendente) se pone a un valor inicial predeterminado T_{M} (el contador temporizador tm ha arrancado) con el fin de inhibir la determinación de la relación aire-carburante deseada KCMD usando la entrada de manipulación SLD Usl calculada en el PASO 8 durante un tiempo predeterminado en el PASO 9-4. A continuación, el valor del señalizador f/sld/stb se pone a "0" en el PASO 9-5, después de lo que el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 12.

Si Pstb \leq \varepsilon en el PASO 9-2, entonces la unidad de control de lado de escape 7a decide si el valor presente \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra cae dentro de un rango predeterminado o no en el PASO 9-3.

Si el valor presente \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra no cae dentro del rango predeterminado, entonces dado que el valor presente \sigma (k+d) barra está ampliamente separado de "0", se considera que el estado controlado SLD es inestable. Por lo tanto, si el valor presente \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra no cae dentro del rango predeterminado en el PASO 9-3, entonces se determina que el estado controlado SLD es inestable, y se ejecuta el procesado del PASO 9-4 al PASO 9-5 para arrancar el contador temporizador tm y poner el valor del señalizador f/sld/stb a "0".

En la presente realización, dado que el valor de la función de conmutación \sigma barra se limita dentro del rango permisible en el PASO 8, se puede prescindir del procesado de decisión en el PASO 9-3.

Si el valor presente \sigma (k+d) barra de la función de conmutación \sigma barra cae dentro del rango predeterminado en el PASO 9-3, entonces la unidad de control de lado de escape 7a disminuye el contador temporizador tm durante un tiempo predeterminado \Deltatm en el PASO 9-6. La unidad de control de lado de escape 7a decide entonces si el valor del contador temporizador tm es igual o menor que "0" o no, es decir, si ha transcurrido un tiempo correspondiente al valor inicial TM desde el inicio del contador temporizador tm o no, en el PASO 9-7.

Si tm > 0, es decir, si el contador temporizador tm todavía está midiendo el tiempo y su tiempo establecido todavía no ha transcurrido, entonces dado que no ha transcurrido tiempo sustancial después de que el estado controlado SLD se considere inestable en el PASO 9-2 o PASO 9-3, el estado controlado SLD tiende a ser inestable. Por lo tanto, si tm > 0 en el PASO 9-7, entonces el valor del señalizador f/sld/stb se pone a "0" en el PASO 9-5.

Si tm \leq 0 en el PASO 9-7, es decir, si el tiempo establecido del contador temporizador tm ha transcurrido, entonces la etapa controlada SLD se determina como estable, y el valor del señalizador f/sld/stb se pone a "1" en el PASO 9-8.

Según el procesado anterior, si el estado controlado SLD se determina como inestable, entonces el valor del señalizador f/sld/stb se pone a "0", y si el estado controlado SLD se determina como estable, entonces el valor del señalizador f/sld/stb se pone a "1".

En la presente realización, el proceso anterior de determinar la estabilidad del estado controlado SLD es a modo de ejemplo ilustrativo solamente. La estabilidad del estado controlado SLD puede ser determinada por cualesquiera otros varios procesos. Por ejemplo, en cada período dado más largo que el ciclo de control, se cuenta la frecuencia con que el valor del parámetro de determinación de estabilidad Pstb en el período es mayor que el valor predeterminado \varepsilon. Si la frecuencia es superior a un valor predeterminado, entonces el estado controlado SLD se determina como inestable. De otro modo, el estado controlado SLD se determina como estable.

Con referencia de nuevo a la figura 12, después de haber puesto un valor del señalizador f/sld/stb indicativo de la estabilidad del estado controlado SLD, la unidad de control de lado de escape 7a determina el valor del señalizador f/sld/stb en el PASO 10. Si el valor del señalizador f/sld/stb es "1", es decir, si el estado controlado SLD se determina como estable, entonces el controlador de modo deslizante 27 limita la entrada de manipulación SLD Usl calculada en el paso 8 en el PASO 11. Específicamente, el controlador de modo deslizante 27 determina si el valor presente de la entrada de manipulación SLD Usl calculado en el PASO 8 cae en un rango predeterminado permisible o no. Si el valor presente de la entrada de manipulación SLD Usl excede del límite superior o inferior del rango permisible, entonces el controlador de modo deslizante 27 limita el valor presente Usl(k) de la entrada de manipulación SLD Usl al límite superior o inferior del rango permisible.

La entrada de manipulación SLD Usl (= la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) limitada en el PASO 11 se almacena en una memoria (no representada) en forma de series temporales, y se utilizará en la operación de procesado del estimador 26.

Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b del procesador principal de lado de escape 13 realizan el proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 (descrito más adelante) en el PASO 12. El controlador de modo deslizante 27 añade el valor de referencia FLAF/BASE a la entrada de manipulación SLD Usl limitada en el PASO 11, calculando así la relación aire-carburante deseada KCMD en el PASO 14. El procesado en el ciclo de control presente termina entonces.

Si f/sld/stb = 0 en el PASO 10, es decir, si el estado controlado SLD se determina como inestable, entonces la unidad de control de lado de escape 7a fuerza la entrada de manipulación SLD Usl en el ciclo de control presente a un valor predeterminado (el valor fijado o el valor precedente de la entrada de manipulación SLD Usl) en el PASO 13. La unidad de control de lado de escape 7a calcula la relación aire-carburante deseada KCMD según la ecuación (28) en el paso 14. Entonces, el procesado en el ciclo de control presente ha terminado.

La relación aire-carburante deseada KCMD finalmente determinada en el PASO 14 se guarda en una memoria (no representada) en forma de series temporales en cada ciclo de control. Cuando el controlador de realimentación general 15 ha de usar la relación aire-carburante deseada KCMD determinada por la unidad de control de lado de escape 7a (véase el PASO f en la figura 10), se selecciona el último de los datos de series temporales de la relación aire-carburante deseada KCMD así almacenado.

El proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en el PASO 12 se describirá a continuación con referencia a la figura 16.

Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b calculan el valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma determinado según la ecuación (15), a partir de los datos de series temporales VO2(k), VO2(k-1) de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 que se calcula en el PASO 3 representado en la figura 12, es decir, el valor presente de la salida diferencial VO2 y su valor pasado en el ciclo de control precedente, en el PASO 12-1.

Los valores de los coeficientes s1 s2 usados para calcular el valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma son idénticos a los valores de los coeficientes s1, s2 usados por el controlador de modo deslizante 27 para determinar el valor de la función de conmutación \sigma barra.

Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan el valor de un señalizador F/DONE en el PASO 12-2. Cuando el valor del señalizador F/DONE es "1", entonces indica que la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 ha terminado durante la presente operación del motor de combustión interna 1, y cuando el valor del señalizador F/DONE es "0", entonces indica que la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 no ha terminado durante la presente operación del motor de combustión interna 1. Cuando el motor de combustión interna 1 empieza a operar, el valor del señalizador F/DONE se inicializa a "0".

Si F/DONE = 0, es decir, si la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 no ha terminado, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b realizan un proceso de determinar un estado variable del volumen de los gases de escape (la tasa de flujo de los gases de escape a través del tubo de escape 2) en el PASO 12-3. Más específicamente, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan si el volumen de los gases de escape se mantiene a un nivel sustancialmente constante, es decir, en un estado de crucero, o no, y ponen el valor de un señalizador F/CRS. Cuando el valor del señalizador F/CRS es "1", entonces indica que el volumen de los gases de escape está en el estado de crucero, y cuando el valor del señalizador F/CRS es "0", entonces indica que el volumen de los gases de escape no está en el estado de crucero. El proceso de determinar un estado variable del volumen de los gases de escape se lleva a cabo en un período de 1 segundo, por ejemplo (denominado a continuación "período de determinación de la variación del volumen de gases de escape") más largo que el período (30-100 ms) de los ciclos de control de la unidad de control de lado de escape 7a, y se representa en detalle en la figura 17.

Como se representa en la figura 17, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b calculan un valor estimado ABSV del volumen presente de gases de escape (denominado a continuación "volumen estimado de gases de escape") a partir de los datos detectados de la velocidad rotacional presente NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 según la ecuación siguiente (42) en el PASO 12-3-1:

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En la presente realización, el volumen de los gases de escape cuando la velocidad rotacional del motor de combustión interna 1 es 1500 rpm se usa como referencia. Por lo tanto, el valor detectado de la velocidad rotacional NE se divide por "1500" en la ecuación anterior (42). En la ecuación (42), SVPRA representa una constante predeterminada dependiendo del desplazamiento del motor de combustión interna 1.

En lugar de estimar el volumen de los gases de escape como se ha descrito anteriormente, el volumen de los gases de escape puede ser estimado a partir de la cantidad de suministro de carburante y la cantidad de aire de admisión del motor de combustión interna 1 o puede ser detectado directamente usando el sensor de flujo.

Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b efectúan un proceso de filtración predeterminado en el volumen estimado de gases de escape calculado en el PASO 12-3-1 en cada período de determinación de la variación del volumen de gases de escape para determinar por ello el parámetro de variación del volumen de gases de escape SVMA que representa el estado variable del volumen de los gases de escape en el PASO 12-3-2.

El proceso de filtración anterior se expresa por la ecuación siguiente (43):

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Específicamente, el parámetro de variación del volumen de gases de escape SVMA se calcula determinando una media móvil de los cambios del volumen estimado de gases de escape ABSV en una pluralidad de períodos de determinación de la variación del volumen de gases de escape (tres períodos de determinación de la variación del volumen de gases de escape en la presente realización). En la ecuación (43), "n" representa el número ordinal del ciclo del período de determinación de la variación del volumen de los gases de escape.

El parámetro de variación del volumen de gases de escape SVMA así calculado representa una tasa de cambio en el volumen estimado de gases de escape ABSV. En consecuencia, cuando el valor del parámetro de variación del volumen de gases de escape SVMA es más próximo a "0", el cambio dependiente del tiempo del volumen estimado de gases de escape ABSV es menor, es decir, el volumen estimado de gases de escape ABSV es sustancialmente constante.

Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b comparan el cuadrado del parámetro de variación del volumen de gases de escape SVMA, es decir, el cuadrado SVMA^{2}, con un valor predeterminado \delta en el PASO 12-3-3. El valor predeterminado \delta es un valor positivo próximo a "0".

Si SVMA^{2} \leq \delta, es decir, si el volumen presente de gases de escape experimenta una variación relativamente grande, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b ponen el valor de un contador temporizador (temporizador de recuento descendente) TMCRSJUD a un valor inicial predeterminado X/TMCRSJST en el PASO 12-3-4. Cuando el volumen de los gases de escape no está en el estado de crucero, es decir, el volumen de los gases de escape no se mantiene a un nivel sustancialmente constante, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b ponen el señalizador F/CRS a "0" en el PASO 12-3-5, después de lo que el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16.

Si SVMA^{2} < \delta en el PASO 12-3-3, es decir, si el volumen presente de gases de escape experimenta una variación relativamente pequeña, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b cuentan hacia abajo el valor del contador temporizador TMCRSJUD por un valor predeterminado en cada período de determinación de la variación del volumen de gases de escape mientras el volumen presente de gases de escape experimenta una variación relativamente pequeña, en el PASO 12-3-6. Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan si el valor del contador temporizador TMCRSJUD es "0" o menor o no, es decir, si el tiempo establecido del contador temporizador TMCRSJUD ha transcurrido o no, en el PASO 12-3-7.

Si TMCRSJUD \leq 0, es decir, si el tiempo establecido del contador temporizador TMCRSJUD ha transcurrido, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b deciden que el volumen de los gases de escape está en el estado de crucero, y mantienen el valor del contador temporizador TMCRSJUD a "0" en el PASO 12-3-8. Entonces, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b ponen el valor del señalizador F/CRS a "1" en el PASO 12-3-9, después de lo que el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16.

Si TMCRSJUD > 0 en el PASO 12-3-7, es decir, si el tiempo establecido del contador temporizador TMCRSJUD no ha transcurrido, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b ponen el valor del señalizador F/CRS a "0" en el PASO 12-3-5, después de lo que el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16.

La secuencia de procesado descrita anteriormente con referencia a la figura 17 representa el procesado en el PASO 12-3 representado en la figura 16. Según el procesado en el PASO 12-3, si el cuadrado SVMA^{2} del parámetro de variación del volumen de gases de escape SVMA es SVMA^{2} < \delta, es decir, la variación del volumen de los gases de escape es pequeña, de forma continua durante un tiempo, por ejemplo, 10 a 15 segundos, correspondiente al valor inicial X/TMCRSJST del contador temporizador TMCRSJUD, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b deciden que el volumen de los gases de escape está en el estado de crucero, y ponen el valor del señalizador F/CRS a "1". De otro modo, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b deciden que el volumen de los gases de escape no está en el estado de crucero, y ponen el valor del señalizador F/CRS a "0".

El procesado en el PASO 12-3 permite un reconocimiento apropiado del estado en que el volumen de los gases de escape se mantiene a un nivel sustancialmente constante. En cada ciclo de control de la unidad de control de lado de escape 7a en un período de determinación de la variación del volumen de gases de escape, el valor del señalizador F/CRS se mantiene constante.

Con referencia de nuevo a la figura 16, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b realizan un proceso de calcular el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} en el PASO 12-4. El proceso de calcular el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} se describirá a continuación con referencia a la figura 18.

Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan en el PASO 12-4-1 si algunas condiciones para calcular el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} se cumplen o no. Las condiciones incluyen el valor del señalizador F/CRS puesto en el PASO 12-3 y el valor del señalizador f/prism/on puesto por la unidad de control de lado de motor 7b en el PASO d representado en la figura 10.

Si F/CRS = 1, es decir, si el volumen de los gases de escape está en el estado de crucero, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b deciden que la condición para calcular el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} (denominada a continuación "condición de evaluación de deterioro") no se cumple. Por lo tanto, sin calcular el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16.

Mientras que el volumen de los gases de escape está en el estado de crucero, es decir, mientras el volumen de gases de escape se mantiene a un nivel sustancialmente constante, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} no se calcula por la razón siguiente: en el estado de crucero, es probable que la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 se mantenga establemente al valor deseado VO2/TARGET, y por lo tanto el valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma es menos propenso a cambiar incluso cuando el deterioro del convertidor catalítico 3 ha progresado. Por lo tanto, en el estado de crucero, el valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma no tiende a tener una tendencia dependiendo del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 descrito anteriormente con referencia a la figura 7. En la
presente realización, por lo tanto, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} no se calcula en el estado de crucero.

Si f/prism/on = 0 en el PASO 12-4-1, es decir, si el modo de operación del motor de combustión interna 1 es distinto del modo de operación normal en el que el suministro de carburante del motor de combustión interna 1 se controla dependiendo de la relación aire-carburante deseada KCMD que se determina por el controlador de modo deslizante 27 de la unidad de control de lado de escape 7a, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b también deciden que no se cumple la condición de evaluación de deterioro, y no calculan el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, y el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16. Esto es porque para evaluar apropiadamente el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 con el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, es preferible determinar el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} usando los datos de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 que se obtienen mientras la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 está siendo controlada dependiendo de la relación aire-carburante deseada KCMD generada por el controlador de modo deslizante 27 según el proceso de control de modo deslizante adaptativo.

En el PASO 12-4-1, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b también determinan si la velocidad del vehículo con el motor de combustión interna 1 montado está en un rango predeterminado o no, si ha transcurrido un cierto tiempo después del arranque del motor de combustión interna 1 o no, y si el convertidor catalítico 3 ha sido activado o no. Si estas condiciones no se cumplen, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan que la condición de evaluación de deterioro no se cumple. Por lo tanto, sin calcular el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16.

Si la condición de evaluación de deterioro se cumple en el PASO 12-4-1 (en este tiempo, F/CRS = 0 y f/prism/on = 1), entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b calculan el cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma determinada en cada ciclo de control de la unidad de control de lado de escape 7a en el PASO 12-1 representado en la figura 16 en el PASO 12-4-2.

Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b calculan un nuevo parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma2(k) a partir del valor presente \sigma2(k) del cuadrado \sigma_{2}, el valor presente LS\sigma^{2}(k-1) del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, y el valor presente BP(k-1) del parámetro de ganancia BP determinado por la fórmula recursiva expresada por la ecuación (30), según la ecuación (29) en el PASO 12-4-3.

Después de actualizar el valor del parámetro de ganancia BP según la ecuación (30) en el PASO 12-4-4, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b aumenten en "1" el valor de un contador CB1P que cuenta el número de veces que el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} y el parámetro de ganancia BP son actualizados, número que corresponde al número de valores de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma usada para determinar el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, en el PASO 12-4-5. A continuación, el control vuelve a la rutina principal representada en la figura 16.

Los valores del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} y el parámetro de ganancia BP que se determinan respectivamente en el PASO 12-4-3 y PASO 12-4-4, se guardan en una memoria no volátil tal como una EEPROM o análogos (no representada) cuando el motor de combustión interna 1 está apagado, de modo que los valores no se pierdan cuando el motor de combustión interna 1 no esté operando. Cuando el motor de combustión interna 1 opere la próxima vez, los valores almacenados del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} y el parámetro de ganancia BP se usan como sus valores iniciales. Los valores iniciales del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} y el parámetro de ganancia BP al tiempo que el motor de combustión interna 1 opera por vez primera son "0" y "1", respectivamente. El valor del contador CB1P es inicializado a "0" al tiempo del arranque del motor de combustión interna 1.

En la figura 16, después de calcular (actualizar) el valor del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} como se ha descrito anteriormente, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b evalúan el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base al parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} en el PASO 12-5. El proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 se describirá a continuación con referencia a la figura 19.

Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan si el valor presente BP(k) del parámetro de ganancia BP y su valor precedente BP(k-1) son sustancialmente iguales uno a otro o no, es decir, si el parámetro de ganancia BP ha convergido sustancialmente o no, en el PASO 12-5-1, y determinan entonces si el valor del contador CB1P es o no igual o mayor que un valor predeterminado CB1CAT, es decir, si el número de valores de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma usada para determinar el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} ha alcanzado el valor predeterminado CB1CAT o no, en el PASO 12-5-2.

En la presente realización, si los datos del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} y el parámetro de ganancia BP no se mantienen, es decir, si sus valores son inicializados a "0", como cuando la batería del vehículo (no representada) se quita temporalmente antes de que el motor de combustión interna 1 arranque o como cuando el motor de combustión interna 1 opera por vez primera, entonces el valor predeterminado a comparar con el valor del contador CB1P en el PASO 12-5-2 se pone a un valor más grande que si los datos del parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} y el parámetro de ganancia BP se mantuviesen.

Si alguna de las condiciones en el PASO 12-5-1 y PASO 12-5-2 no se cumple, entonces el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} determinado en el PASO 12-4 en el ciclo de control presente se considera que no converge suficientemente al valor central del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma. Por lo tanto, el procesado en el PASO 12-5 se acaba sin evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base al parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}.

Si se cumple alguna de las condiciones en el PASO 12-5-1 y PASO 12-5-2, entonces dado que el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} determinado en el PASO 12-4 en el ciclo de control presente es representativo del valor central del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b comparan el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} con el umbral CATAGELMT representado en la figura 8 en el PASO 12-5-3.

Si LS\sigma_{2} \geq CATAGELMT, entonces los medios de evaluación de estado deteriorado 13b deciden que el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 está en el estado de deterioro en progreso en el que tiene que ser sustituido inmediatamente o pronto. Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b controlan el indicador de deterioro 29 para indicar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en el PASO 12-5-4. Después de poner el valor del señalizador F/DONE a "1", indicando que la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 ha terminado, en el PASO 12-5-5. El procesado en el PASO 12-5 finaliza ahora.

Si LS\sigma_{2} < CATAGELMT en el PASO 12-5-3, dado que el convertidor catalítico 3 está en el estado no deteriorado, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b no controlan el indicador de deterioro 29, sino que ponen el valor del señalizador F/DONE a "1" en el PASO 12-5-5. El procesado en el PASO 12-5 finaliza ahora.

El procesado anterior representa el proceso que llevan a cabo los medios de evaluación de estado deteriorado 13b en el PASO 12 representado en la figura 12.

En el aparato según la realización anterior, los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a del procesador principal de lado de escape 13 determinan secuencialmente una relación aire-carburante deseada para el motor de combustión interna 1, es decir, un valor deseado para la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en el convertidor catalítico 3, según el proceso de control de modo deslizante adaptativo con el fin de converger (establecer) la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 hacia abajo del convertidor catalítico 3 al valor deseado VO2/TARGET. Los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 13a regulan la cantidad de carburante inyectado al motor de combustión interna 1 con el fin de converger la salida KACT del sensor LAF 5 a la relación aire-carburante deseada KCMD, para controlar por ello en realimentación la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 en la relación aire-carburante deseada KCMD. De esta manera, la señal de salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 es convertida al valor deseado VO2/TARGET, y el convertidor catalítico 3 puede mantener su rendimiento óptimo de purificación de gases de escape sin quedar afectado por su propio envejecimiento.

Simultáneamente con el anterior control de la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b del procesador principal de lado de escape 13 determinan secuencialmente una función lineal de evaluación de deterioro \sigma a partir de los datos de series temporales de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6. Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b determinan un parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} como el valor central (el valor central del mínimo cuadrado en la presente realización) del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma, según el algoritmo de procesado estadístico secuencial (el algoritmo del método de cuadrados mínimos ponderados en la presente realización). Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b comparan entonces el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} con el umbral predeterminado CATAGELMT para evaluar por ello el estado deteriorado del convertidor catalítico 3.

De esta forma, es posible evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 manteniendo al mismo tiempo las prestaciones de purificación óptimas del convertidor catalítico 3. Dado que el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} es el valor central del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma, su correlación al estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es alta, de modo que el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado apropiadamente en base al parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}.

En la presente realización, en situaciones donde el volumen de los gases de escape se mantiene a un nivel sustancialmente constante, es decir, en el estado de crucero, es decir, las variaciones del volumen de los gases de escape son pequeñas y el valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma es improbable que cambie, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} no se calcula. En otras situaciones, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} se calcula para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3. Por lo tanto, el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} representativo del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es altamente fiable, permitiendo que el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 sea evaluado exactamente.

El controlador de modo deslizante 27 calcula una relación aire-carburante deseada KCMD para converger la salida diferencial estimada VO2 barra del sensor de O_{2} 6 determinada por el estimador 26 a "0" y, como resultado, para converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET. Así, es posible compensar el efecto del tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E y el efecto del tiempo muerto t2 del sistema de manipulación de relación aire-carburante formado por el motor de combustión interna 1 y la unidad de control de lado de motor 7b, y aumentar la estabilidad del proceso de control de converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET. En la medida en que los coeficientes de ganancia a1, a2, b1, que son parámetros del modelo de sistema de escape que usan el controlador de modo deslizante 27 y el estimador 26 en sus procesos, son identificados secuencialmente por el identificador 25, el efecto que los cambios de comportamiento del sistema de escape objeto E tienen en el proceso de control de converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET se mantiene al mínimo. Como consecuencia, el proceso de control de converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET puede ser realizado de forma estable.

Por lo tanto, en el aparato según la presente realización, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado de forma altamente fiable mientras que el rendimiento purificador deseado del convertidor catalítico 3 se mantiene fiablemente.

La presente invención no se limita a la primera realización anterior, sino que puede ser modificada como sigue:

En la primera realización, el valor central del mínimo cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma se usa como el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}. Sin embargo, el valor central del mínimo cuadrado del valor absoluto de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma puede ser determinado como el parámetro de evaluación de deterioro. Según tal modificación, en el PASO 12-4 representado en la figura 16, el valor absoluto de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma se determina en lugar del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma, y "\sigma^{2}" en la ecuación (29) es sustituido por el valor determinado absoluto para obtener un parámetro de evaluación de deterioro que exhibe la misma tendencia que el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} con respecto al estado deteriorado del convertidor catalítico 3. Comparando el parámetro de evaluación de deterioro obtenido con un valor predeterminado, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado de la misma manera que con la primera realización.

En vez del cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma o el valor central del mínimo cuadrado del valor absoluto, el valor central de un valor medio del cuadrado \sigma_{2} o el valor absoluto puede ser determinado como el parámetro de evaluación de deterioro. Alternativamente, una varianza del valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma, o más exactamente una variación con respecto a "0" y un valor medio del cuadrado \sigma_{2} del valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma, o una desviación estándar (la raíz cuadrada de una varianza) puede ser determinada como el parámetro de evaluación de deterioro. El parámetro de evaluación de deterioro así determinado exhibe la misma tendencia que el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} con respecto al estado deteriorado del convertidor catalítico 3. Por lo tanto, comparando el parámetro de evaluación de deterioro obtenido con un valor predeterminado, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado.

En la primera realización, la función lineal de evaluación de deterioro \sigma se determina según la ecuación (15) cuyos componentes variables se representan con dos datos de series temporales de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6. Sin embargo, la función lineal de evaluación de deterioro puede ser definida por una función lineal cuyos componentes variables se representan por más datos de series temporales de la salida diferencial VO2. Según tal modificación, la función de conmutación del proceso de control de modo deslizante se define preferiblemente por una función lineal donde los datos de series temporales de la salida diferencial VO2 incluida en la función lineal de evaluación de deterioro son sustituidos por los datos de series temporales de la salida diferencial estimada VO2 barra.

La función lineal de evaluación de deterioro puede ser determinada alternativamente por una ecuación similar a la ecuación (15) donde las salidas diferenciales VO2(k), VO2(k-1) de la ecuación (15) son sustituidas por las salidas VO2/OUT(k), VO2/OUT(k-1) del sensor de O_{2} 6. Según esta modificación, el valor central de la función lineal de evaluación de deterioro está representado básicamente por "(s1+s2) \cdotVO2/TARGET". Si un parámetro que representa el grado en que el valor de la función lineal de evaluación de deterioro varía con respecto al valor central (s1+s2)\cdotVO2/TARGET, tal como el cuadrado de la diferencia entre el valor central (s1+s2)\cdotVO2/TARGET y el valor de la función lineal de evaluación de deterioro, o el valor central del mínimo cuadrado del valor absoluto, se determina como el parámetro de evaluación de deterioro, entonces el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado de la misma manera que con la primera realización.

Además, se puede utilizar una función lineal cuyos componentes variables se representan por datos de series temporales de la función de conmutación \sigma barra según la ecuación (6), es decir, datos de series temporales de la salida diferencial estimada VO2 barra del sensor de O_{2} 6, como la función lineal de evaluación de deterioro. Para incrementar la fiabilidad del resultado evaluado es preferible usar la función lineal de evaluación de deterioro \sigma según la ecuación (15) que emplea la salida diferencial real VO2 del sensor de O_{2} 6 como un componente variable, más bien que la función de conmutación \sigma barra que emplea la salida diferencial estimada VO2 barra que es un valor estimado después del tiempo muerto total d de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, porque la función lineal de evaluación de deterioro \sigma refleja mejor el estado real del convertidor catalítico 3.

En la primera realización, el cuadrado \sigma_{2} de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma se usa para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3. Sin embargo, es posible utilizar el producto del valor de la función lineal \sigma y su tasa de cambio, que representa el parámetro de determinación de estabilidad Pstb usado en el PASO 9 para determinar la estabilidad del estado controlado SLD, para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3. En tal modificación, si una varianza del producto, o más generalmente un valor que representa el grado en que varía el valor del producto, se determina como el parámetro de evaluación de deterioro, entonces es posible evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en base al parámetro de evaluación de deterioro así determinado.

En la primera realización, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es evaluado como uno de los dos estados, es decir, el estado de deterioro en progreso y el estado no deteriorado. Sin embargo, si se utiliza un mayor número de umbrales para comparación con el parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2}, entonces el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado como tres o más estados deteriorados. En este caso, se pueden indicar diferentes evaluaciones dependiendo de los tres o más estados deteriorados.

En la primera realización, el algoritmo del proceso de control de modo deslizante se construye en base a un modelo de sistema de escape expresado como un sistema de tiempo discreto. Sin embargo, el algoritmo del proceso de control de modo deslizante se puede construir en base a un modelo que expresa el sistema de escape objeto E como un sistema de tiempo continuo. En esta modificación, la función de conmutación para el proceso de control de modo deslizante puede ser expresada por una función lineal cuyos componentes variables se representan por la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 y su tasa de cambio, por ejemplo.

En la primera realización, se emplea el proceso de control de modo deslizante adaptativo para calcular la relación aire-carburante deseada KCMD. Sin embargo, se puede emplear el proceso de control de modo deslizante que no utiliza la ley de control adaptativo (algoritmo adaptativo). En esta modificación, la relación aire-carburante deseada KCMD puede ser determinada según una ecuación que es similar a la ecuación (28) a excepción de que se quita el término de la entrada de la ley de control adaptativo Uadp.

En la primera realización, el efecto del tiempo muerto total d es compensado por el estimador 26 al calcular la relación aire-carburante deseada KCMD. Si el tiempo muerto del sistema de manipulación de relación aire-carburante es despreciablemente pequeño, entonces solamente el tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E puede ser compensado. En esta modificación, el estimador 26 determina secuencialmente en cada ciclo de control el valor estimado VO2(k+d1) después del tiempo muerto d1 de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6, según la ecuación siguiente (44) que es similar a la ecuación (12) excepto que "kcmd" y "d" son sustituidos respectivamente por "kact" y "d1":

39

donde

\alpha1 = el elemento de primera fila, primera columna de A^{d1},

\alpha2 = el elemento de primera fila, segunda columna de A^{d1},

\betaj = los elementos de primera fila de A^{j-1}.B

40

En esta modificación, el controlador de modo deslizante 27 determina en cada ciclo de control la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la entrada de la ley de control adaptativo Uadp según ecuaciones que son similares a las ecuaciones (24)-(27) excepto que "d" es sustituido por "d1", y añade la entrada de control equivalente Ueq, la entrada de la ley de control de alcanzabilidad Urch, y la entrada de la ley de control adaptativo Uadp para determinar la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd para determinar por ello la relación aire-carburante deseada KCMD en la que se ha compensado el efecto del tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E.

Según la modificación anterior, el procesado del identificador 25, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b, y la unidad de control de lado de motor 7b pueden ser los mismos que su procesado en la primera realización.

Si el tiempo muerto d1 del sistema de escape objeto E así como el tiempo muerto d1 del sistema de manipulación de relación aire-carburante es despreciablemente pequeño, entonces se puede prescindir del estimador 26. En esta modificación, la operación de procesado del controlador de modo deslizante 27 y el identificador 25 se puede realizar con d = d1 = 0.

El identificador 25 se emplea en la primera realización. Sin embargo, los coeficientes de ganancia a1, a2, b1 del modelo de sistema de escape pueden ser de valores fijos predeterminados, o se pueden poner a valores adecuados de la velocidad rotacional y presión de admisión del motor de combustión interna 1 usando un mapa.

En la primera realización, el sensor de O_{2} 6 se usa como el sensor de gases de escape hacia abajo del convertidor catalítico 3. Sin embargo, para mantener el rendimiento purificador deseado del convertidor catalítico 3, se puede emplear alguno de otros varios sensores en la medida en que puedan detectar la concentración de un cierto componente de los gases de escape hacia abajo del convertidor catalítico a controlar. Por ejemplo, se emplea un sensor de CO si se controla el monóxido de carbono (CO) en los gases de escape hacia abajo del convertidor catalítico, se emplea un sensor de NOx si se controla el óxido de nitrógeno (NOx) en los gases de escape hacia abajo del convertidor catalítico, y se emplea un sensor de HC si se controla el hidrocarbono (HC) en los gases de escape hacia abajo del convertidor catalítico. Si se emplea un convertidor catalítico de tres vías, entonces puede ser controlado para maximizar su rendimiento de purificación independientemente de cuál de los componentes gaseosos anteriores se detecta su concentración. Si se emplea un convertidor catalítico reductor o un convertidor catalítico oxidante, entonces su rendimiento de purificación se puede incrementar detectando directamente un gas componente a purificar.

En la primera realización se emplea el proceso de control de modo deslizante como el proceso de control de realimentación para converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET. Sin embargo, también se contemplan disposiciones que no caen dentro del alcance de las reivindicaciones que se pueda emplear otro proceso de control de realimentación para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 convergiendo al mismo tiempo la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET. Tal disposición se describirá a continuación con referencia a las figuras 20 a 22.

La disposición difiere de la primera realización solamente en cuanto a la estructura funcional y procesado de la unidad de control de lado de escape 7a. Los detalles estructurales y de procesado de la disposición que son idénticos a los de la primera realización se representan en figuras idénticas y se designan con caracteres de referencia idénticos, y no se describirán con detalle a continuación.

La figura 20 representa en forma de bloques una estructura funcional de una unidad alternativa de control de lado de motor 7a. Como con la primera realización, la unidad de control de lado de motor 7a de la figura 20 realiza, en ciclos de control dados, un proceso de generar secuencialmente una relación aire-carburante deseada KCMD (un valor deseado para la relación aire-carburante detectada por el sensor LAF 5) para converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 hacia abajo del convertidor catalítico 3 (véase la figura 1) al valor deseado VO2/TARGET, y un proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3. Los ciclos de control de la unidad de control de lado de motor 7a son de un período constante como en la primera realización.

Para realizar los procesos anteriores, la unidad de control de lado de motor 7a tiene el sustractor 12 para calcular secuencialmente una diferencia (= VO2/OUT-VO2/TARGET) entre la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 y el valor deseado VO2/TARGET, es decir, la salida diferencial VO2, y los medios de evaluación de estado deteriorado 13b para evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 usando los datos de series temporales de la salida diferencial VO2 y controlando el indicador de deterioro 29 para su operación, como en la primera realización. La unidad de control de lado de motor 7a también tiene unos medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 como unos medios de determinación de variable manipulada de relación aire-carburante para calcular secuencialmente la relación aire-carburante deseada KCMD de los datos de la salida diferencial VO2 según un proceso de control PID (proporcional más integral más derivado) que sirve como un proceso de control de realimentación.

El procesado del sustractor 12 y los medios de evaluación de estado deteriorado 13b es idéntico al de la primera realización. Los valores de los coeficientes s1, s2 de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma requeridos para el procesado de los medios de evaluación de estado deteriorado 13b (véase el PASO 12-1 representado en la figura 16) pueden ser idénticos a los usados en la primera realización. Básicamente, mientras se está controlando la relación aire-carburante del motor de combustión interna dependiendo de la relación aire-carburante deseada calculada por los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 como se describe más adelante, los valores de los coeficientes s1, s2 para hacer que el valor de la función lineal de evaluación de deterioro \sigma exhiba claramente la tendencia representada en las figuras 5 a 7 con respecto al estado deteriorado del convertidor catalítico 3 se pueden establecer mediante experimentación o análogos.

Los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 incluyen un controlador PID 31 para generar secuencialmente una variable manipulada de relación aire-carburante Upid requerida para converger la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 a "0" según el proceso de control PID (descrito en detalle más adelante), y un sumador 32 para añadir un valor de referencia de relación aire-carburante predeterminado KBS a la variable manipulada de relación aire-carburante Upid para calcular por ello una relación aire-carburante deseada KCMD.

La variable manipulada de relación aire-carburante Upid se indica como una cantidad correctiva de la relación aire-carburante deseada KCMD con respecto al valor de referencia de relación aire-carburante KBS, y corresponde a la entrada de manipulación SLD Usl (= la relación aire-carburante diferencial deseada kcmd) en la primera realización. El valor de referencia de relación aire-carburante KBS añadido a la variable manipulada de relación aire-carburante Upid es una relación aire-carburante central para la relación aire-carburante deseada KCMD, y corresponde al valor de referencia FLAF/BASE en la primera realización. El valor de referencia de relación aire-carburante KBS es un valor próximo a una relación estequiométrica aire-carburante que se determina a partir de los valores detectados de la velocidad rotacional NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 usando un mapa predeterminado.

Otros detalles de la unidad de control de lado de escape anterior 7a, es decir, la disposición funcional de la unidad de control de lado de motor 7b y la disposición del sistema de escape del motor de combustión interna 1, son exactamente los mismos que los de la primera realización.

La operación del aparato de esta disposición, incluyendo el procesado detallado de los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30, se describirá más adelante.

El proceso realizado por la unidad de control de lado de motor 7b es idéntico al proceso en la primera realización, y la secuencia de procesado representada en las figuras 10 y 11, es decir, el proceso de ajustar la cantidad de inyección de carburante del motor de combustión interna 1, lo ejecuta secuencialmente la unidad de control de lado de motor 7b en ciclos de control en sincronismo con el TDC (período de ángulo del cigüeñal). Sin embargo, la relación aire-carburante deseada KCMD leída por la unidad de control de lado de motor 7b en el PASO f representado en la figura 10 es la última relación aire-carburante deseada KCMD calculada por los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 de la unidad de control de lado de escape 7a.

La unidad de control de lado de escape 7a ejecuta una rutina principal representada en la figura 21 en ciclos de control dados simultáneamente con el procesado de la unidad de control de lado de motor 7b.

Específicamente, la unidad de control de lado de escape 7a determina el valor de referencia de relación aire-carburante KBS a partir de la velocidad rotacional presente NE y la presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 usando un mapa predeterminado en el PASO 21.

Entonces, la unidad de control de lado de escape 7a determina el valor del señalizador f/prism/on que la unidad de control de lado de motor 7b pone en el PASO d representado en la figura 10 en el PASO 22. Si f/prism/on = 0, es decir, si el modo de operación del motor de combustión interna 1 no es el modo de operación normal en que la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 es manipulada para converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 al valor deseado VO2/TARGET, entonces la unidad de control de lado de escape 7a pone la relación aire-carburante deseada KCMD(k) en el ciclo de control presente al valor de referencia de relación aire-carburante KBS determinado en el PASO 21 en el PASO 30. A continuación, finaliza el procesado en el ciclo de control presente.

Si f/prism/on = 1 en el PASO 22, es decir, si el modo de operación del motor de combustión interna 1 es el modo de operación normal, entonces el sustractor 12 calcula la última salida diferencial VO2(k) (= VO2/OUT-VO2/TARGET) del sensor de O_{2} 6 en el PASO 23. Específicamente, el sustractor 12 selecciona el último de los datos de series temporales de la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 que se han leído y almacenado en la memoria no ilustrada en el PASO a representado en la figura 10, y calcula la salida diferencial VO2(k). La salida diferencial VO2(k), incluyendo datos calculados en el pasado (es decir, la salida diferencial VO2(k-1) calculada en el ciclo de control precedente), se almacena en una memoria (no representada).

Entonces, la unidad de control de lado de escape 7a realiza el procesado de los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 en el PASO 24-PASO 27.

El controlador PID 31 de los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 determina los valores de respectivos coeficientes de ganancia KVP, KVI, KVD de términos proporcional, integral, y derivado con relación al proceso de control PID para converger la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 a "0", a partir de la presente velocidad rotacional NE y presión de admisión PB del motor de combustión interna 1 usando un mapa predeterminado en el PASO 24.

Entonces, el controlador PID 31 calcula las ecuaciones (45)-(47), expuestas más adelante, usando valores presentes y precedentes VO2(k), VO2(k-1) de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 determinada en el PASO 23, y los últimos coeficientes de ganancia KVP, KVI, KVD determinados en el PASO 24, para determinar valores presentes VREFP(k), VREFI(k), VREFD(k) de los términos proporcional, integral y derivado, respectivamente. El controlador PID 31 también añade los valores presentes VREFP(k), VREFI(k), VREFD(k) de los términos proporcional, integral y derivado según la ecuación (48), expuesta más adelante, para determinar una variable manipulada básica VREF como una base para la variable manipulada de relación aire-carburante Usl en el PASO 25.

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Además, el controlador PID 31 realiza un proceso limitador para limitar la variable manipulada básica VREF en el PASO 26. En el proceso limitador, si la variable manipulada básica VREF determinada en el PASO 25 excede de un límite superior o inferior predeterminado, el controlador PID 31 limita la variable manipulada básica VREF al límite superior o inferior.

Entonces, el controlador PID 31 determina una variable manipulada de relación aire-carburante Upid a partir de la variable manipulada básica limitada VREF usando una tabla de datos predeterminada representada en la figura 22.

La tabla de datos representada en la figura 22 está dispuesta básicamente de modo que cuando la variable manipulada básica VREF sea mayor, la variable manipulada de relación aire-carburante Upid sea mayor. En un rango de valores de la variable manipulada básica VREF, es decir, un rango S en la figura 22, que son determinados por el controlador PID 31 mientras la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 converge sustancialmente cerca del valor deseado VO2/TARGET, la variable manipulada de relación aire-carburante Upid cambia en grado pequeño cuando la variable manipulada básica VREF cambia, y se mantiene sustancialmente cerca de "0". Esto es porque cerca del valor deseado VO2/TARGET, la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 cambia en gran medida incluso cuando la relación aire-carburante cambia ligeramente, como indica la curva de línea continua a en la figura 2.

Después de determinar la variable manipulada de relación aire-carburante Upid, el sumador 32 de los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 añade el valor de referencia de relación aire-carburante KBS a la variable manipulada de relación aire-carburante Upid, determinando así la relación aire-carburante deseada KCMD(k) en el ciclo de control presente en el PASO 28.

La relación aire-carburante deseada KCMD así determinada se guarda en una memoria (no representada) en forma de series temporales en cada ciclo de control de la unidad de control de lado de escape 7a. Cuando la unidad de control de lado de motor 7b lee la relación aire-carburante deseada KCMD en el PASO f representado en la figura 10, selecciona los últimos datos de la relación aire-carburante deseada KCMD así almacenados en la memoria.

Después de que los medios de cálculo de relación aire-carburante deseada 30 han determinado la relación aire-carburante deseada KCMD como se ha descrito anteriormente, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b realizan un proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 en el PASO 29. El proceso de evaluar el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 realizado por los medios de evaluación de estado deteriorado 13b en el PASO 29 es exactamente el mismo que el proceso de la primera realización. Específicamente, los medios de evaluación de estado deteriorado 13b llevan a cabo la secuencia de procesado representada en las figuras 16 a 19 como se ha descrito anteriormente, usando los datos de series temporales de la salida diferencial VO2 del sensor de O_{2} 6 determinada en cada ciclo de control en el PASO 23. Los medios de evaluación de estado deteriorado 13b evalúan el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 como el estado de deterioro en progreso o el estado no deteriorado. Si el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es el estado de deterioro en progreso, entonces el estado deteriorado lo indica el indicador de deterioro 29.

En esta disposición, como con la primera realización, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es evaluado mientras que la relación aire-carburante del motor de combustión interna 1 está siendo manipulado para converger la salida VO2/OUT del sensor de O_{2} 6 hacia abajo del convertidor catalítico 3 al valor deseado VO2/TARGET. Por lo tanto, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado manteniendo al mismo tiempo el apropiado rendimiento de purificación del convertidor catalítico 3.

Dado que el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es evaluado exactamente de la misma manera que en la primera realización, el estado deteriorado del convertidor catalítico 3 puede ser evaluado apropiadamente en base al parámetro de evaluación de deterioro LS\sigma_{2} cuya correlación al estado deteriorado del convertidor catalítico 3 es alta y que es altamente fiable.

La unidad de control de lado de escape 7a realiza su procesado en ciclos de control de un período constante. Sin embargo, la unidad de control de lado de escape 7a puede realizar su procesado en sincronismo con el TDC con la unidad de control de lado de motor 7b, o en ciclos de control de un período que es varias veces (múltiples veces) un TDC.

El parámetro de evaluación de deterioro y la evaluación del estado deteriorado del convertidor catalítico 3 basada en él se pueden modificar de la misma forma que en la primera realización como se ha descrito anteriormente.

Aplicabilidad industrial

Como es claro por la descripción anterior, según la presente invención, el estado deteriorado de un convertidor catalítico, tal como un convertidor catalítico de tres vías, que está dispuesto en el sistema de escape del motor de combustión interna montado en un automóvil o un vehículo híbrido, puede ser evaluado automática y apropiadamente, así la presente invención es de uso efectivo, por ejemplo, al referir los resultados de la evaluación.

Claims

1. Un aparato para controlar la relación aire-carburante de un motor de combustión interna, incluyendo:

un sensor de gases de escape (6) dispuesto hacia abajo de un convertidor catalítico (3) que está dispuesto en un paso de escape (2) de un motor de combustión interna (1), para detectar la concentración de un componente particular de los gases de escape emitidos por el motor de combustión interna (1) y que ha pasado a través del convertidor catalítico (3);

medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) para generar secuencialmente una variable manipulada para determinar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3) para converger una salida de dicho sensor de gases de escape (6) a un valor deseado predeterminado;

medios de manipulación de relación aire-carburante (7b) para manipular la relación aire-carburante de una mezcla de aire-carburante a quemar en dicho motor de combustión interna (1) dependiendo de dicha variable manipulada;
y

medios de evaluación de estado deteriorado (13b) para determinar secuencialmente el valor de una función lineal de evaluación de deterioro a partir de datos de series temporales de la salida de dicho sensor de gases de escape (6), teniendo dicha función lineal de evaluación de deterioro componentes variables representados por dichos datos de series temporales de la salida de dicho sensor de gases de escape (6), y evaluar un estado deteriorado de dicho convertidor catalítico (3) en base al valor determinado de la función lineal de evaluación de deterioro, mientras que la relación aire-carburante de la mezcla de aire-carburante está siendo manipulada por dichos medios de manipulación de relación aire-carburante (7b);

caracterizándose dicho aparato porque:

dichos medios de generación de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) incluyen medios (27) para generar dicha variable manipulada según un proceso de control de modo deslizante; y

dicha función lineal de evaluación de deterioro incluye una función lineal que se determina dependiendo de una función de conmutación utilizada en dicho proceso de control de modo deslizante.

2. Un aparato según la reivindicación 1, donde proceso de control de modo deslizante emplea, como dicha función de conmutación, una función lineal cuyos componentes variables están representados por datos de series temporales de la diferencia entre la salida de dicho sensor de gases de escape (6) y dicho valor deseado, incluyendo dicha función lineal de evaluación de deterioro una función lineal que tiene coeficientes de componentes variables que son idénticos a componentes de los componentes variables de dicha función de conmutación.

3. Un aparato según la reivindicación 1 o 2, donde dicho proceso de control de modo deslizante incluye un proceso de control de modo deslizante adaptativo.

4. Un aparato según la reivindicación 1, 2 o 3, donde dichos medios de evaluación de estado deteriorado (13b) incluyen:

medios para determinar si el estado deteriorado de dicho convertidor catalítico (3) se ha de evaluar o no dependiendo de un cambio en la tasa de flujo de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3).

5. Un aparato según la reivindicación 4, donde dichos medios de evaluación de estado deteriorado (13b) incluyen:

medios para no evaluar el estado deteriorado de dicho convertidor catalítico (3) si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3) se mantiene a un nivel sustancialmente constante, y evaluar el estado deteriorado de dicho convertidor catalítico (3) si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3) no se mantiene al nivel sustancialmente constante.

6. Un aparato según cualquier reivindicación precedente, donde dichos medios de evaluación de estado deteriorado (13b) incluyen:

medios para determinar datos que representan el grado en que varían los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro, como un parámetro de evaluación de deterioro de los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro, y evaluar el estado deteriorado de dicho convertidor catalítico (3) en base al valor del parámetro de evaluación de deterioro determinado.

7. Un aparato según la reivindicación 6, donde dichos medios de evaluación de estado deteriorado (13b) incluyen:

medios para determinar dicho parámetro de evaluación de deterioro efectuando un proceso de filtración de paso bajo en el valor cuadrado o absoluto de la diferencia entre cada uno de los datos de series temporales del valor de la función lineal de evaluación de deterioro y un valor predeterminado como un valor central del valor de la función lineal de evaluación de deterioro.

8. Un aparato según la reivindicación 7, donde dicho proceso de filtración de paso bajo incluye un proceso de filtración según un algoritmo estadístico secuencial.

9. Un aparato según la reivindicación 6, 7 o 8, donde dichos medios de evaluación de estado deteriorado (13b) incluyen:

medios para comparar dicho parámetro de evaluación de deterioro con un umbral predeterminado para determinar si dicho convertidor catalítico (3) se ha deteriorado en una extensión correspondiente a dicho umbral o no.

10. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, donde dichos medios de evaluación de estado deteriorado (13b) incluyen:

medios para no determinar el parámetro de evaluación de deterioro si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3) se mantiene a un nivel sustancialmente constante, y determinar el parámetro de evaluación de deterioro si la tasa de flujo de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3) no se mantiene al nivel sustancialmente constante.

11. Un aparato según cualquier reivindicación precedente, donde dichos medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) incluyen:

medios de estimación (26) para determinar secuencialmente datos que representan un valor estimado de la salida de dicho sensor de gases de escape (6) después de un tiempo muerto de un sistema que va desde una posición hacia arriba de dicho convertidor catalítico (3) a dicho sensor de gases de escape (6); y

medios para generar dicha variable manipulada usando los datos determinados por dichos medios de estimación (26).

12. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde dichos medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) incluyen:

medios de estimación (26) para determinar secuencialmente datos que representan un valor estimado de la salida de dicho sensor de gases de escape (6) después de un tiempo total de datos que es la suma de un tiempo muerto de un sistema que va desde una posición hacia arriba de dicho convertidor catalítico (3) a dicho sensor de gases de escape (6) y un tiempo muerto de un sistema incluyendo dicho sistema de manipulación de relación aire-carburante (7b) y dicho motor de combustión interna (1); y

13. Un aparato según la reivindicación 11 o 12, donde dichos medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) incluyen:

medios para generar dicha variable manipulada para converger el valor estimado de la salida de dicho sensor de gases de escape (6) representado por los datos determinados por dichos medios de estimación (26) a dicho valor deseado, según dicho proceso de control de modo deslizante,

14. Un aparato según cualquier reivindicación precedente, donde dicha variable manipulada generada por dichos medios generadores de variable manipulada de relación aire-carburante (13a) incluye una relación aire-carburante deseada para los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3), incluyendo además:

un sensor de relación aire-carburante (5) dispuesto hacia arriba de dicho convertidor catalítico (3) para detectar la relación aire-carburante de los gases de escape que entran en dicho convertidor catalítico (3);

incluyendo dichos medios de manipulación de relación aire-carburante (7b):

medios (14) para manipular la relación aire-carburante de dicha mezcla de aire-carburante según un proceso de control de realimentación para converger la salida de dicho sensor de relación aire-carburante (5) a dicha relación aire-carburante deseada.