JP2002323904A - プラントの制御装置及び内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

プラントの制御装置及び内燃機関の空燃比制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒装置の下流に配置した排ガスセンサの出力
状態によらずに、排ガスセンサの出力を所定の目標値に
収束させる制御を高い速応性で良好に行うことができる
内燃機関の空燃比制御装置を提供する。 【解決手段】触媒装置３の下流の酸素濃度センサ５の出
力を所定の目標値に収束させるように目標空燃比KCMDを
生成する操作量生成手段７は、排気系Ｅの無駄時間後、
あるいはこの無駄時間と機関制御手段８及びエンジン１
から成る系の無駄時間とを合わせた合計無駄時間後の酸
素濃度センサ５の出力の推定値を示すデータを互いに異
なるアルゴリズムで生成する複数の推定手段を具備して
いる。操作量生成手段７は、それらの推定値から選択し
た値又はそれらの推定値を合成した値を用いて適応スラ
イディングモード制御の処理により目標空燃比KCMDを生
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラントの制御装
置及び内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、本願出願人は、内燃機関の排気通
路に設けた触媒装置による排ガスの所要の浄化性能を確
保するために、触媒装置を通過した排ガス中の特定成分
の濃度、例えば酸素濃度を検出する排ガスセンサ（酸素
濃度センサ）を触媒装置の下流側に配置し、この酸素濃
度センサの出力を所定の目標値（一定値）に収束させる
ように内燃機関で燃焼させる混合気の空燃比、ひいて
は、触媒装置に進入する排ガスの空燃比（以下、ここで
は触媒上流空燃比という）を制御する技術を特開平１１
−９３７４０号公報等に提案している。ここで、上記触
媒上流空燃比は、詳しくは、触媒装置に進入する排ガス
となった燃焼混合気の空燃比で、該排ガス中の酸素濃度
から把握される空燃比である。
【０００３】この技術では、触媒装置の上流側から下流
側の酸素濃度センサにかけての排気系を制御対象とし、
この排気系の出力量としての酸素濃度センサの出力を前
記目標値に収束させるように、該排気系の入力量として
の触媒上流空燃比を規定する操作量、例えば該排ガスの
目標空燃比を逐次生成する。そして、その目標空燃比に
応じて内燃機関で燃焼させる混合気の空燃比を操作する
ことで、前記触媒上流空燃比を目標空燃比に操作し、ひ
いては、酸素濃度センサの出力を前記目標値に収束制御
する。
【０００４】この場合、前記排気系は、これに含まれる
触媒装置に起因して一般に比較的長い無駄時間を有す
る。また、内燃機関の低速回転数域での運転時（例えば
アイドリング運転時）等では、前記目標空燃比から触媒
上流空燃比を生成する系（この系には内燃機関が含まれ
る。以下、ここではこの系を空燃比操作系という）が有
する無駄時間も比較的長いものとなることがある。そし
て、このような無駄時間は、酸素濃度センサの出力を前
記目標値を安定に収束させる上で悪影響を及ぼしやす
い。このため、前記技術では、前記排気系のあらかじめ
定めたモデル等に基づいて構築したアルゴリズムによっ
て、前記排気系の無駄時間後、あるいは、その無駄時間
と前記空燃比操作系の無駄時間とを合わせた無駄時間後
の酸素濃度センサの出力の推定値を表すデータを逐次生
成する。そして、その推定値を用いて前記目標空燃比を
生成する。また、この場合、目標空燃比の生成は、例え
ばフィードバック制御の一手法であるスライディングモ
ード制御（詳しくは適応スライディングモード制御）の
処理により行われる。
【０００５】尚、酸素濃度センサの出力が前記目標値に
収束している状態での排ガスの空燃比は、理論空燃比近
傍の空燃比である。
【０００６】このような技術によれば、前記排気系や空
燃比操作系の無駄時間の影響を補償しつつ、酸素濃度セ
ンサの出力の目標値への収束制御を安定して行うことが
でき、ひいては、触媒装置の良好な浄化性能を該触媒装
置の劣化状態等によらずに確保することが可能となる。
【０００７】尚、上記の技術において、前記排気系をプ
ラントとみなしたとき、前記内燃機関はこのプラントへ
の入力としての触媒上流空燃比を生成するアクチュエー
タ、前記酸素濃度センサはプラントの出力としての酸素
濃度を検出する検出手段とみなすことができる。
【０００８】ところで、自動車等に搭載される内燃機関
では、一般に、常に理論空燃比近傍の空燃比での内燃機
関の運転（以下、ストイキ運転という）を行うわけでは
なく、運転状況によっては、内燃機関のフュエルカット
を行ったり、空燃比のリーン領域での内燃機関の運転
（以下、リーン運転という）を行う場合もある。そし
て、前記酸素濃度センサの出力をその目標値に収束させ
る制御は、上記ストイキ運転の際に行われるものであ
る。
【０００９】一方、前記酸素濃度センサの出力は、前記
目標値の近傍領域（理論空燃比近傍の空燃比域）では酸
素濃度に対してほぼ線形な特性を示すが、その近傍領域
をはずれた領域では、非線形なものとなる（図２の実線
ａを参照）。このため、内燃機関のフュエルカットやリ
ーン運転の直後のストイキ運転では、酸素濃度センサの
出力が非線形な領域の出力となる。
【００１０】ところが、このように酸素濃度センサの出
力が非線形な領域で変化するときには、前記の技術で
は、推定値の精度が低下しやすく、該出力が線形な領域
にあるときと同等の精度を確保することが困難である。
また、加えて、触媒の化学反応に基づく還元作用を呈す
る場合（リーンからリッチへの変化の場合）と、酸化作
用を呈する場合（リッチからリーンへの変化の場合）と
では、触媒の応答が異なり、これによっても非線形性は
増す。この場合、前記目標空燃比を生成するために制御
の安定性が高いスライディングモード制御（特に適応ス
ライディングモード制御）の処理を用いることで、酸素
濃度センサの出力の制御の安定性が損なわれることは回
避できるが、前記推定値の精度の低下に起因して、酸素
濃度センサの出力の収束制御の速応性が損なわれること
がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑みてなされたものであり、プラントの出力を検出する
検出手段の出力が非線形性を呈するような場合であって
も、該検出手段の出力状態によらずに、該検出手段の出
力を所定の目標値に収束させるような制御を高い速応性
で良好に行うことができるプラントの制御装置を提供す
ることを目的とする。
【００１２】また、特に、内燃機関の排気通路の触媒装
置の下流に配置した排ガスセンサの出力が非線形性を呈
するような場合であっても、該排ガスセンサの出力状態
によらずに、該排ガスセンサの出力を所定の目標値に収
束させる制御を高い速応性で良好に行うことができ、触
媒装置による排ガスの浄化性能を高めることができる内
燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明のプラントの制御
装置は、前記の目的を達成するために、第１の態様と第
２の態様とがあり、その第１の態様は、所定の入力から
所定の出力を生成するプラントと、該プラントへの入力
を生成するアクチュエータと、前記プラントの出力を検
出する検出手段と、該検出手段の出力を所定の目標値に
収束させるように前記プラントへの入力を操作するため
の操作量を逐次生成する操作量生成手段とを基本構成と
して備えたプラントの制御装置に関するものである。ま
た、第２の態様は、さらに、上記基本構成に加えて、前
記操作量に応じて前記アクチュエータの動作を制御して
前記プラントへの入力を操作するアクチュエータ制御手
段を備えたプラントの制御装置に関するものである。
【００１４】そして、本発明のプラントの制御装置の第
１の態様は、前記プラントが有する無駄時間の影響を補
償して、前記検出手段の出力を前記所定の目標値に収束
させる制御を行うものであり、前記プラントが有する無
駄時間後の前記検出手段の出力の推定値を表すデータ
を、少なくとも該検出手段の出力のデータを用いて互い
に異なるアルゴリズムにより逐次生成する複数の推定手
段を備え、前記操作量生成手段は、前記複数の推定手段
がそれぞれ生成したデータのうちのいずれか一つのデー
タが表す推定値を所定の条件に応じて選択的に用いて、
又は該複数の推定手段のデータがそれぞれ表す推定値を
所定の条件に応じた形態で合成してなる推定値を用いて
前記操作量を生成することを特徴とするものである。
【００１５】また、第２の態様は、前記プラントが有す
る無駄時間と前記アクチュエータ制御手段及びアクチュ
エータからなる入力操作系（前記操作量からプラントへ
の入力を生成する系）が有する無駄時間とを合わせた合
計無駄時間の影響を補償して、前記検出手段の出力を前
記所定の目標値に収束させる制御を行うものであり、前
記合計無駄時間後の前記検出手段の出力の推定値を表す
データを、少なくとも該検出手段の出力のデータを用い
て互いに異なるアルゴリズムにより逐次生成する複数の
推定手段を備え、前記操作量生成手段は、前記複数の推
定手段がそれぞれ生成したデータのうちのいずれか一つ
のデータが表す推定値を所定の条件に応じて選択的に用
いて、又は該複数の推定手段のデータがそれぞれ表す推
定値を所定の条件に応じた形態で合成してなる推定値を
用いて前記操作量を生成することを特徴とするものであ
る。
【００１６】かかる本発明のプラントの制御装置の第１
及び第２の態様によれば、前記複数の推定手段が、それ
ぞれ互いに異なるアルゴリズムにより、前記無駄時間後
の前記検出手段の出力の推定値を表すデータを生成する
ので、前記検出手段の複数種類の出力状態（これはプラ
ントの出力状態に応じたものとなる）にそれぞれ適合す
るような複数の推定値を表すデータを生成することが可
能となる。従って、該検出手段の出力が非線形性を呈す
る場合であっても、前記複数の推定手段がそれぞれ生成
したデータのうちのいずれか一つのデータが表す推定値
を所定の条件（例えば検出手段の出力状態やこれと相関
性を有するものに係わる条件）に応じて選択し、あるい
は、それらの推定値を上記所定の条件に応じた形態で合
成してなる推定値を求めたとき、前記第１の態様では、
その選択した推定値あるいは合成してなる推定値を、前
記プラントの無駄時間後の推定値として精度の良い適正
なものとすることができる。同様に、前記第２の態様で
は、選択した推定値あるいは合成してなる推定値を、前
記プラントの無駄時間と前記入力操作系の無駄時間とを
合わせた前記合計無駄時間後の推定値として精度の良い
適正なものとすることができる。
【００１７】このため、このように選択した推定値ある
いは合成してなる推定値を用いて前記操作量を生成する
ことで、その操作量は、前記検出手段の出力状態あるい
はプラントの出力状態によらずに前記プラントの無駄時
間や、前記合計無駄時間の影響を補償して、前記検出手
段の出力を前記目標値に収束させる上で適正なものとな
る。この結果、前記検出手段の出力状態によらずに、該
検出手段の出力を所定の目標値に収束させる制御の速応
性を高めることができる。
【００１８】尚、本発明のプラントの制御装置におい
て、前記操作量としては、例えばプラントへの目標入力
やアクチュエータの動作量の補正量等が挙げられる。そ
して、前記操作量を例えばプラントへの目標入力とした
場合には、プラントへの入力を検出する検出手段を設
け、この検出手段の出力（プラントへの入力の検出値）
を上記目標入力に収束させるようにフィードバック制御
の処理によりプラントへの入力を操作することが好適で
ある。また、前記推定値を用いて前記操作量を生成する
前記操作量生成手段は、例えば、該推定値を前記検出手
段の出力の目標値に収束させるようにフィードバック制
御の処理により前記操作量を生成することで、前記プラ
ントの無駄時間や前記合計無駄時間の影響を適正に補償
し得る操作量を生成することが可能である。
【００１９】かかる第１および第２の態様の本発明のプ
ラントの制御装置では、前記操作量生成手段は、前記複
数の推定手段がそれぞれ生成したデータが表す推定値を
重み付けして合成してなる合成推定値を求める手段を有
し、各推定手段の表す推定値に係る重み係数を、前記所
定の条件に応じて可変的に設定することにより、前記各
推定手段の推定値を含む前記合成推定値を求め、その求
めた合成推定値を用いて前記操作量を生成することが好
ましい。
【００２０】これによれば、前記重み係数を前記所定の
条件に応じて可変的に設定することで、前記複数の推定
手段がそれぞれ生成したデータが表す推定値のいずれか
一つを前記合成推定値として得ることができる（例えば
当該一つの推定値に係る重み係数を「１」とし、他の推
定値に係る重み係数を「０」とする）と共に、それらの
推定値を複合的に合成した推定値を前記合成推定値とし
て得ることもできる。従って、前記操作量の生成に用い
る推定値の選択や合成を前記重み係数の設定によって一
括的に行うことができ、その選択や合成のためのアルゴ
リズムの構築が容易になる。
【００２１】また、本発明のプラントの制御装置では、
前記操作量生成手段は、種々様々のフィードバック制御
処理により前記操作量を生成することが可能であるが、
適応制御の処理により前記操作量を生成したり、あるい
はスライディングモード制御の処理により前記操作量を
生成することが好適である。
【００２２】すなわち、適応制御の処理により前記操作
量を生成することで、プラントの挙動状態に則して前記
操作量を生成することが可能となって、検出手段の出力
の目標値への収束制御の速応性を高めることが可能とな
る。また、スライディングモード制御は、一般に、外乱
や制御対象のモデル化誤差等に対する制御の安定性が高
いという特性を有している。従って、このようなスライ
ディングモード制御の処理により、前記操作量を生成す
るようにすることで、その処理に使用する前記推定値の
誤差が外乱等の影響で予想以上に大きくなったとして
も、その影響で前記検出手段の出力が不安定となるよう
な状況を最小限に抑えることが可能となり、該検出手段
の出力の前記目標値への制御の安定性を高めることがで
きる。
【００２３】尚、スライディングモード制御の処理で用
いる制御対象のモデルのパラメータを例えば制御対象の
挙動状態に則して逐次同定するようにすれば、適応制御
の処理とスライディングモード制御の処理とを複合させ
ることも可能である。
【００２４】また、前記スライディングモード制御は、
外乱等の影響を極力排除するために、通常のスライディ
ングモード制御に対して、所謂、適応則（適応アルゴリ
ズム）という制御則を加味した適応スライディングモー
ド制御であることが特に好適である。ここで、この適応
スライディングモード制御について補足説明をしておく
と、スライディングモード制御では、一般に制御量とそ
の目標値の偏差等を用いて構成される切換関数といわれ
る関数が用いられ、この切換関数の値を「０」に収束さ
せることが重要となる。この場合、通常のスライディン
グモード制御では、切換関数の値を「０」に収束させる
ために所謂、到達則という制御則が用いられる。しかる
に、外乱等の影響が受けると、この到達則だけでは切換
関数の値の収束のの安定性や速応性を十分に確保するこ
とが困難となる場合もある。これに対して、適応スライ
ディングモード制御は、外乱等の影響を極力排除して切
換関数の値を「０」に収束させるために上記到達則に加
えて、適応則（適応アルゴリズム）という制御則をも用
いるようにしたものである。
【００２５】また、本発明のプラントの制御装置では、
前記操作量の生成に使用する前記推定値を規定する前記
所定の条件、換言すれば、操作量の生成するために用い
る推定値の選択の仕方や合成の仕方を規定する前記所定
の条件は、例えば前記検出手段の出力のデータ値に基づ
く条件であることが好適である。すなわち、該検出手段
の出力のデータ値は、該検出手段の出力状態を直接的に
表す。このため、前記所定の条件を該検出手段の出力の
データ値に基づき定めることにより、その条件設定が容
易になると共に、検出手段の出力状態に適合した推定値
を選択し、あるいは該検出手段の出力状態に適合した合
成の推定値を得ることが可能となる。
【００２６】そして特に、前記操作量をスライディング
モード制御（適応スライディングモード制御を含む）の
処理により生成する場合には、前記所定の条件は、前記
検出手段の出力の時系列データを変数成分とすると共に
前記スライディングモード制御の処理に用いる切換関数
に応じて定められた所定の線形関数の値と、前記検出手
段の出力のデータ値との組み合わせの条件であることが
好適である。
【００２７】すなわち、前記操作量の生成にスライディ
ングモード制御の処理を用いた場合、そのスライディン
グモード制御用の切換関数に対応して定まるある線形関
数で、前記検出手段の出力の時系列データを変数成分と
する線形関数の値と、前記検出手段の出力のデータ値と
の組み合わせが、該検出手段の出力状態と高い相関性を
有する。従って、この組み合わせの条件を前記所定の条
件とすることで、検出手段の出力状態に適合した推定値
を選択し、あるいは該検出手段の出力状態に適合した合
成の推定値を得ることが可能となる。ひいては、検出手
段の出力状態に適した前記操作量を的確に生成すること
が可能となり、前記検出手段の出力の前記目標値への収
束制御の速応性を高めることができる。
【００２８】この場合、前記切換関数が、例えば前記検
出手段の出力と前記目標値との偏差の時系列データを変
数成分とする線形な関数である場合には、前記所定の線
形関数は、その変数成分に係る係数値を前記切換関数の
変数成分に係る係数値と同一とした線形関数であること
が好適である。
【００２９】このような線形関数を用いることで、前記
操作量を生成するために用いる前記推定値の選択の仕方
や合成の仕方を規定する前記組み合わせの条件を適正に
設定することができる。尚、この場合、上記所定の線形
関数は、切換関数と同じ形の関数であってもよい。
【００３０】また、前記組み合わせの条件は、前記線形
関数の値及び前記検出手段の出力のデータ値の組み合わ
せが、その両値を座標成分とする座標平面上にあらかじ
め定めた所定の領域に存するか否かの条件を含むことが
好適である。
【００３１】これによれば、前記線形関数の値及び前記
検出手段の出力のデータ値の組み合わせの分類、区別が
容易となり、該組み合わせの条件の設定を容易に適正に
行うことが可能となる。
【００３２】また、本発明のプラントの制御装置におけ
る各推定手段のアルゴリズムは、前記検出手段の出力特
性やプラントの出力の挙動特性等に合わせて構築すれば
よく、種々様々なアルゴリズムの選択が可能である。
【００３３】本発明のプラントの制御装置における推定
手段の形態としては、例えば次のような形態が好適であ
る。すなわち、本発明の第１の態様のプラントの制御装
置では、前記複数の推定手段は、例えば、前記プラント
が前記入力から応答遅れ要素及び無駄時間要素を介して
前記検出手段の出力を生成する系であるとして該プラン
トの挙動を表現すべくあらかじめ定めた該プラントのモ
デルに基づいて構築されたアルゴリズムにより前記推定
値を表すデータを生成する第１推定手段と、ファジー推
論のアルゴリズムより前記推定値を表すデータを生成す
る第２推定手段とからなることが好適である。
【００３４】また、本発明の第２の態様のプラントの制
御装置では、前記複数の推定手段は、例えば、前記プラ
ントが前記入力から応答遅れ要素及び無駄時間要素を介
して前記検出手段の出力を生成する系であるとして該プ
ラントの挙動を表現すべくあらかじめ定めた該プラント
のモデルと前記入力操作系が前記操作量から無駄時間要
素を介して前記プラントへの入力を生成する系であると
して該入力操作系の挙動を表現すべくあらかじめ定めた
該入力操作系のモデルとに基づいて構築されたアルゴリ
ズムにより前記推定値を表すデータを生成する第１推定
手段と、ファジー推論のアルゴリズムより前記推定値を
表すデータを生成する第２推定手段とからなることが好
適である。
【００３５】これらの第１推定手段及び第２推定手段に
より、検出手段の出力状態やプラントの出力状態に適合
した推定値を得ることが可能となる。
【００３６】次に、本発明の内燃機関の空燃比制御装置
は、前記プラントの制御装置と同様に前記の目的を達成
するために二つの態様があり、その第１の態様は、内燃
機関の排気通路に設けた触媒装置の下流側に該触媒装置
を通過した排ガス中の特定成分の濃度を検出すべく配置
した排ガスセンサと、該排ガスセンサの出力を所定の目
標値に収束させるように前記触媒装置に進入する排ガス
の空燃比を規定する操作量を逐次生成する操作量生成手
段とを基本構成として備えた内燃機関の空燃比制御装置
に関するものである。また、第２の態様は、上記の基本
構成に加えて、前記操作量に応じて前記内燃機関で燃焼
させる混合気の空燃比を操作する機関制御手段を備えた
内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【００３７】そして、本発明の内燃機関の空燃比制御装
置の第１の態様は、前記触媒装置の上流側から下流側の
前記排ガスセンサにかけての該触媒装置を含む排気系が
有する無駄時間後の該排ガスセンサの出力の推定値を表
すデータを、少なくとも該排ガスセンサの出力のデータ
を用いて互いに異なるアルゴリズムにより逐次生成する
複数の推定手段を備え、前記操作量生成手段は、前記複
数の推定手段がそれぞれ生成したデータのうちのいずれ
か一つのデータが表す推定値を所定の条件に応じて選択
的に用いて、又は該複数の推定手段のデータがそれぞれ
表す推定値を所定の条件に応じた形態で合成してなる推
定値を用いて前記操作量を生成することを特徴とするも
のである。
【００３８】また、本発明の内燃機関の空燃比制御装置
の第２の態様は、前記触媒装置の上流側から下流側の前
記排ガスセンサにかけての該触媒装置を含む排気系が有
する無駄時間と前記機関制御手段及び内燃機関から成る
空燃比操作系が有する無駄時間とを合わせた合計無駄時
間後の該排ガスセンサの出力の推定値を表すデータを、
少なくとも該排ガスセンサの出力のデータを用いて互い
に異なるアルゴリズムにより逐次生成する複数の推定手
段を備え、前記操作量生成手段は、前記複数の推定手段
がそれぞれ生成したデータのうちのいずれか一つのデー
タが表す推定値を所定の条件に応じて選択的に用いて、
又は該複数の推定手段のデータがそれぞれ表す推定値を
所定の条件に応じた形態で合成してなる推定値を用いて
前記操作量を生成することを特徴とするものである。
【００３９】尚、本発明の内燃機関の空燃比制御装置
（第１及び第２の態様の両者）は、基本的には、本発明
のプラントの制御装置の一形態とみなせるものであり、
前記プラントの制御装置に対応づけると、該空燃比制御
装置における前記排気系、内燃機関、排ガスセンサ、機
関制御手段、操作量生成手段がそれぞれ前記プラントの
制御装置における前記プラント、アクチュエータ、検出
手段、アクチュエータ制御手段、操作量生成手段に相当
するものとなる。また、前記触媒装置に進入する排ガス
の空燃比が、プラントしての前記排気系への入力に相当
するものとなり、前記排ガスセンサが検出する前記特定
成分の濃度が、プラントしての排気系の出力に相当する
ものとなる。
【００４０】かかる本発明の内燃機関の空燃比制御装置
の第１及び第２の態様によれば、前記複数の推定手段
が、それぞれ互いに異なるアルゴリズムにより、前記無
駄時間後の前記排ガスセンサの出力の推定値を表すデー
タを生成するので、前記排ガスセンサの複数種類の出力
状態（これは前記排気系の下流端の排ガス状態に応じた
ものとなる）にそれぞれ適合するような複数の推定値を
表すデータを生成することが可能となる。従って、該排
ガスセンサの出力が非線形性を呈する場合であっても、
前記複数の推定手段がそれぞれ生成したデータのうちの
いずれか一つのデータが表す推定値を所定の条件（例え
ば排ガスセンサの出力状態やこれと相関性を有するもの
に係わる条件）に応じて選択し、あるいは、それらの推
定値を上記所定の条件に応じた形態で合成してなる推定
値を求めたとき、その選択した推定値あるいは合成して
なる推定値を、前記排気系の無駄時間後の推定値（第１
の態様の場合）、あるいは、前記排気系の無駄時間と前
記空燃比操作系の無駄時間とを合わせた合計無駄時間後
の推定値（第２の態様の場合）として精度の良い適正な
ものとすることができる。
【００４１】このため、このように選択した推定値ある
いは合成してなる推定値を用いて前記操作量を生成する
ことで、その操作量は、前記排ガスセンサの出力状態あ
るいは前記排気系を通過した排ガスの成分状態によらず
に前記排気系の無駄時間や、前記合計無駄時間の影響を
補償して、前記排ガスセンサの出力を前記目標値に収束
させる上で適正なものとなる。この結果、前記排ガスセ
ンサの出力状態によらずに、該排ガスセンサの出力を所
定の目標値に収束させる制御の速応性を高めることがで
き、ひいては、触媒装置の所要の浄化性能を好適に確保
することができる。
【００４２】尚、本発明の内燃機関の空燃比制御装置に
おいて、前記操作量としては、例えば触媒装置に進入す
る排ガスの目標空燃比や内燃機関の燃料供給量の補正量
等が挙げられる。そして、前記操作量を例えば目標空燃
比とした場合には、触媒装置に進入する排ガスの空燃比
を検出する空燃比センサを触媒装置の上流側に設け、こ
の空燃比センサの出力（排ガスの空燃比の検出値）を上
記目標空燃比に収束させるようにフィードバック制御の
処理により、内燃機関で燃焼させる混合気の空燃比を操
作することが好適である。この場合におけるフィードバ
ック制御の処理は、適応制御器等の漸化式形式の制御器
により行うことが好適である。また、前記推定値を用い
て前記操作量を生成する前記操作量生成手段は、前記プ
ラントの制御装置の場合と同様、例えば、該推定値を前
記排ガスセンサの出力の目標値に収束させるようにフィ
ードバック制御の処理により前記操作量を生成すること
で、前記排気系の無駄時間や前記合計無駄時間の影響を
適正に補償し得る操作量を生成することが可能である。
【００４３】かかる第１及び第２の態様の本発明の内燃
機関の空燃比制御装置では、前記プラントの制御装置の
場合と同様、前記操作量生成手段は、前記複数の推定手
段がそれぞれ生成したデータが表す推定値を重み付けし
て合成してなる合成推定値を求める手段を有し、各推定
手段の表す推定値に係る重み係数を、前記所定の条件に
応じて可変的に設定することにより、前記各推定手段の
推定値を含む前記合成推定値を求め、その求めた合成推
定値を用いて前記操作量を生成することが好ましい。
【００４４】これによれば、前記重み係数を前記所定の
条件に応じて可変的に設定することで、前記複数の推定
手段がそれぞれ生成したデータが表す推定値のいずれか
一つを前記合成推定値として得ることができると共に、
それらの推定値を複合的に合成した推定値を前記合成推
定値として得ることもできるため、前記操作量の生成に
用いる推定値の選択や合成を前記重み係数の設定によっ
て一括的に行うことができ、その選択や合成のためのア
ルゴリズムの構築が容易になる。
【００４５】さらに、本発明の内燃機関の空燃比制御装
置では、前記プラントの制御装置の場合と同様、前記操
作量生成手段は、適応制御の処理により前記操作量を生
成したり、あるいは、スライディングモード制御（好ま
しくは、適応スライディングモード制御）の処理により
前記操作量を生成することが好適である。
【００４６】このように適応制御の処理により前記操作
量を生成することで、前記排気系の挙動状態に則して前
記操作量を生成することが可能となって、排ガスセンサ
の出力の前記目標値への収束制御の速応性を高めること
が可能となる。また、スライディングモード制御の処理
により前記操作量を生成することで、排ガスセンサの出
力の前記目標値への収束制御の安定性を高めることがで
きる。
【００４７】尚、前記プラントの制御装置で説明したよ
うに、適応制御の処理とスライディングモード制御の処
理（適応スライディングモード制御を含む）を複合させ
ることも可能である。
【００４８】また、本発明の内燃機関の空燃比制御装置
では、前記プラントの制御装置の場合と同様、前記操作
量の生成に使用する前記推定値を規定する前記所定の条
件（操作量を生成するために用いる推定値の選択の仕方
や合成の仕方を規定する所定の条件）は、例えば前記排
ガスセンサの出力のデータ値に基づく条件であることが
好適である。特に、スライディングモード制御の処理に
より前記操作量を生成する場合、前記所定の条件は、前
記排ガスセンサの出力の時系列データを変数成分とする
と共に前記スライディングモード制御の処理に用いる切
換関数に応じて定められた所定の線形関数の値と、前記
排ガスセンサの出力のデータ値との組み合わせの条件で
あることが好適である。
【００４９】これにより、前記排ガスセンサの出力状態
に適合した推定値を選択し、あるいは該排ガスセンサの
出力状態に適合した合成の推定値を得ることが可能とな
り、排ガスセンサの出力状態に適した前記操作量を的確
に生成することが可能となる。この結果、前記排ガスセ
ンサの出力の前記目標値への収束制御の速応性を高め、
ひいては前記触媒装置の浄化性能を好適に確保すること
ができる。
【００５０】さらにこの場合、前記切換関数が、例えば
前記排ガスセンサの出力と前記目標値との偏差の時系列
データを変数成分とする線形な関数である場合には、前
記所定の線形関数は、その変数成分に係る係数値を前記
切換関数の変数成分に係る係数値と同一とした線形関数
（切換関数と同じ形の関数であってもよい）であること
が好適である。
【００５１】このような線形関数を用いることで、前記
操作量を生成するために用いる前記推定値の選択の仕方
や合成の仕方を規定する前記組み合わせの条件を適正に
設定することができる。
【００５２】また、前記組み合わせの条件は、前記線形
関数の値及び前記検出手段の出力のデータ値の組み合わ
せが、その両値を座標成分とする座標平面上にあらかじ
め定めた所定の領域に存するか否かの条件を含むことが
好適である。
【００５３】これによれば、前記線形関数の値及び前記
排ガスセンサの出力のデータ値の組み合わせの分類、区
別が容易となり、該組み合わせの条件の設定を容易に適
正に行うことが可能となる。
【００５４】ところで、本発明の内燃機関の空燃比制御
装置では、前記触媒装置の最適な浄化性能を確保する上
では、前記排ガスセンサとして酸素濃度センサを用い、
その目標値を所定の一定値とすることが好適である。
【００５５】そして、このように前記排ガスセンサが酸
素濃度センサである場合、本発明の第１の態様の内燃機
関の空燃比制御装置では、前記複数の推定手段は、例え
ば前記排気系が前記触媒装置に進入する排ガスの空燃比
から応答遅れ要素及び無駄時間要素を介して前記酸素濃
度センサの出力を生成する系であるとして該排気系の挙
動を表現すべくあらかじめ定めた該排気系のモデルに基
づいて構築されたアルゴリズムにより前記推定値を表す
データを生成する第１推定手段と、ファジー推論のアル
ゴリズムより前記推定値を表すデータを生成する第２推
定手段とから構成することが好ましい。
【００５６】また、本発明の第２の態様の内燃機関の空
燃比制御装置では、前記複数の推定手段は、前記排気系
が前記触媒装置に進入する排ガスの空燃比から応答遅れ
要素及び無駄時間要素を介して前記酸素濃度センサの出
力を生成する系であるとして該排気系の挙動を表現すべ
くあらかじめ定めた該排気系のモデルと前記空燃比操作
系が前記操作量から無駄時間要素を介して前記触媒装置
に進入する排ガスの空燃比を生成する系であるとして該
空燃比操作系の挙動を表現すべくあらかじめ定めた該空
燃比操作系のモデルとに基づいて構築されたアルゴリズ
ムにより前記推定値を表すデータを生成する第１推定手
段と、ファジー推論のアルゴリズムより前記推定値を表
すデータを生成する第２推定手段とから構成することが
好ましい。
【００５７】すなわち、前記第１の態様の内燃機関の空
燃比制御装置では、基本的には、前記排気系のモデルに
基づいて構築したアルゴリズムにより、酸素濃度センサ
の出力が、排ガス中の酸素濃度に対してほぼ線形な変化
を呈するような領域（前記目標値の近傍領域）で変化す
るような状態における該排気系の無駄時間後における前
記推定値を表すデータを適正に生成することが可能であ
る。
【００５８】また、前記第２の態様の内燃機関の空燃比
制御装置では、基本的には、前記排気系のモデルと前記
空燃比操作系のモデル（前記空燃比操作系を単なる無駄
時間要素とみなしたモデル）とに基づいて構築したアル
ゴリズムにより、前記酸素濃度センサの出力が、排ガス
中の酸素濃度に対してほぼ線形な変化を呈するような領
域（前記目標値の近傍領域）で変化するような状態にお
ける前記合計無駄時間後における前記推定値を表すデー
タを比較的精度よく生成することが可能である。
【００５９】一方、本願発明者等の知見によれば、第１
及び第２の態様の内燃機関の空燃比制御装置のいずれに
おいても、酸素濃度センサの出力が、排ガス中の酸素濃
度に対して非線形な変化を呈するような領域で変化する
ような状態における前記排気系の無駄時間後、あるい
は、前記合計無駄時間後における前記推定値を表すデー
タは、例えばファジー推論のアルゴリズムによって比較
的精度よく生成することが可能である。
【００６０】そこで、本発明の内燃機関の空燃比制御装
置では、前記推定値のデータを生成するために前記排気
系のモデルに基づくアルゴリズム（第１の態様の場
合）、あるいは、該排気系のモデル及び前記空燃比操作
系のモデルに基づくアルゴリズム（第２の態様の場合）
を用いる前記第１推定手段と、ファジー推論のアルゴリ
ズムにより前記推定値のデータを生成する前記第２推定
手段とにより前記複数の推定手段を構成する。
【００６１】このようにすることにより、第１及び第２
推定手段により酸素濃度センサの互いに異なる出力状態
における前記推定値のデータを適正に生成することが可
能となるため、それらの推定値を選択的に用い、あるい
は、それらの推定値を合成したものを用いることで、酸
素濃度センサの出力状態によらずに、該酸素濃度センサ
の出力を前記目標値に収束させる上で適正な前記操作量
を生成することが可能となる。
【００６２】このように排ガスセンサを酸素濃度センサ
として、前記複数の推定手段を前記第１及び第２推定手
段により構成した場合において、特に、前記操作量を前
記スライディングモード制御の処理により生成する場合
には、前記第２推定手段のファジー推論のアルゴリズム
は、前記酸素濃度センサの出力の時系列データを変数成
分とすると共に前記スライディングモード制御の処理に
用いる切換関数に応じて定められた所定の線形関数の値
と、前記酸素濃度センサの出力のデータ値とを前記ファ
ジー推論の前件部のパラメータとし、前記推定値を表す
データを該ファジー推論の後件部のパラメータとして生
成するアルゴリズムであることが好ましい。
【００６３】すなわち、前記操作量の生成にスライディ
ングモード制御の処理を用いた場合、本願発明者等の知
見によれば、上記のようにファジー推論の前件部のパラ
メータと、後件部のパラメータとを設定することで、特
に、前記酸素濃度センサの出力が非線形領域で変化する
状態における前記推定値を表すデータを比較的精度よく
好適に得ることが可能となる。この結果、酸素濃度セン
サの出力が非線形領域に存するような状態からでも、該
酸素濃度センサの出力の前記目標値への収束制御の速応
性を高めることができる。
【００６４】尚、この場合、前述のように、前記所定の
条件（操作量を生成するために用いる推定値の選択の仕
方や合成の仕方を規定する所定の条件）を、前記スライ
ディングモード制御の処理に用いる切換関数に応じて定
められた所定の線形関数の値と、前記検出手段の出力の
データ値との組み合わせの条件としたときには、前記フ
ァジー推論の前件部に係わる線形関数は、この組み合わ
せ条件に係わる線形関数と同一であることが好適であ
る。
【００６５】これによれば、排ガスセンサ（酸素濃度セ
ンサ）の出力状態が、前記第２推定手段による推定値を
選択してもしくは重視して前記操作量を生成した方が良
い状態（ファジー推論による推定値がより良好な精度を
有するような状態）であるのか、前記第１推定手段によ
る推定値を選択してもしくは重視して前記操作量を生成
した方が良い状態（排気系のモデル等に基づく推定値が
より良好な精度を有するような状態）であるのかを、上
記組み合わせ条件によって適正に区別化することができ
る。このため、第１及び第２推定手段による推定値の選
択あるいは合成を、それぞれの推定値の精度状態に適合
させて行うことができ、ひいては、前記操作量の生成を
より適正に行うことが可能となる。
【００６６】また、前記ファジー推論のアルゴリズム
は、前記後件部のパラメータに係わるメンバーシップ関
数として複数の棒状関数を用いて、ｍｉｎ−ｍａｘ−重
心法に基づき構築されたアルゴリズムであることが好ま
しい。ここで、前記棒状関数は、その変数（パラメー
タ）の一つの値においてのみ、関数値を持つような関数
である。また、ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法は、ファジー推
論において一般的に用いられている公知の手法である。
【００６７】これによれば、ファジー推論のアルゴリズ
ムの構築が容易なものとなると共に、前記推定値を表す
データを生成するための演算負荷を軽減することができ
る。
【００６８】また、上述のように、排ガスセンサとして
酸素濃度センサを用いると共に第１及び第２推定手段を
備えた本発明の内燃機関の空燃比制御装置では、前記第
１推定手段に関しては、前記触媒装置に進入する排ガス
の空燃比を検出する空燃比センサと、該空燃比センサ及
び前記酸素濃度センサの出力のデータを用いて前記排気
系のモデルの設定すべきパラメータの値を逐次同定する
同定手段とを備え、前記第１推定手段のアルゴリズム
は、少なくとも前記酸素濃度センサ及び空燃比センサの
それぞれの出力のデータと前記同定手段により同定され
た前記排気系のモデルのパラメータとを用いて前記推定
値を表すデータを生成するアルゴリズムであることが好
ましい。
【００６９】すなわち、前記排気系の入力としての排ガ
スの空燃比（触媒装置に進入する排ガスの空燃比）を前
記空燃比センサにより検出し、この空燃比センサの出力
のデータと、前記排気系の出力としての排ガス中の酸素
濃度を検出する酸素濃度センサの出力のデータとを用い
て前記同定手段により前記排気系のモデルのパラメータ
を逐次同定することで、該モデルのパラメータが、排気
系の時々刻々の実際の挙動状態に則してリアルタイムで
同定されることとなる。このため、実際の排気系の挙動
に対する該排気系のモデルの誤差を極力低減することが
できる。この結果、酸素濃度センサの出力がほぼ線形な
領域で変化する状態における前記第１推定手段による前
記推定値のデータの精度を高めることが可能となり、ひ
いては、酸素濃度センサの出力の前記目標値への収束制
御の速応性を高めることができる。
【００７０】尚、第１推定手段のアルゴリズムに関して
は、前記第１の態様及び第２の態様のいずれの場合であ
っても、前記空燃比センサの出力のデータと前記操作量
のデータとの両者もしくはいずれか一方と、前記酸素濃
度センサの出力のデータと、前記排気系のモデルのパラ
メータとを用いて前記推定値を表すデータを生成するこ
とが可能である。
【００７１】また、前記第１推定手段のアルゴリズムの
基礎となる前記排気系のモデルは、基本的には離散時間
系で構築しておくことが好ましい。そして、この場合に
は、該排気系のモデルは、例えば、所定の制御サイクル
毎の酸素濃度センサの出力のデータを、その制御サイク
ルよりも過去の制御サイクルにおける該酸素濃度センサ
の出力のデータと、前記排気系の無駄時間以前の制御サ
イクルにおいて前記触媒装置に進入する排ガスの空燃比
を表すデータ（前記空燃比センサの出力のデータ、前記
操作量のデータ等）とにより表現するモデルであること
が好ましい。
【００７２】
【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１〜図
１８を参照して説明する。尚、本実施形態は、本発明の
内燃機関の空燃比制御装置の第２の態様の実施形態であ
ると同時に、本発明のプラントの制御装置の第２の態様
の実施形態でもある。
【００７３】図１は本実施形態における内燃機関の排ガ
スの空燃比制御装置の全体的システム構成を示すブロッ
ク図であり、図中、１は例えば自動車あるいはハイブリ
ッド車に車両の推進源（図示しない駆動輪の駆動源）と
して搭載された４気筒のエンジン（内燃機関）である。
このエンジン１が各気筒毎に燃料及び空気の混合気の燃
焼により生成する排ガスは、エンジン１の近傍で共通の
排気管２（排気通路）に集合され、該排気管２を介して
大気中に放出される。そして、排気管２には、排ガスを
浄化するために、図示しない三元触媒やＮＯx吸収材
（窒素酸化物吸収材）を用いて構成された触媒装置３が
介装されている。
【００７４】尚、触媒装置３に含まれるＮＯx吸収材
は、酸化バリウム（ＢａＯ）等から構成される吸蔵式の
ものと、ナトリウム（Ｎａ）、チタン（Ｔｉ）、ストロ
ンチウム（Ｓｒ）等から構成される吸着式のものとがあ
るが、そのいずれのタイプのものであってもよい。ま
た、本発明のプラントの制御装置に対応させると、エン
ジン１はアクチュエータに相当するものである。
【００７５】また、排気管２における触媒装置３の上流
側の箇所（詳しくはエンジン１の各気筒毎の排ガスの集
合箇所）と触媒装置３の下流側の箇所とにはそれぞれ空
燃比センサ４と排ガスセンサとしてのＯ2センサ５（酸
素濃度センサ）が設けられている。ここで、本発明のプ
ラントの制御装置に対応させると、触媒装置３の上流側
の空燃比センサ４から触媒装置３の下流側のＯ2センサ
５にかけての該触媒装置３を含む排気系（図１で参照符
号Ｅを付した部分）はプラントに相当し、Ｏ2センサ５
はこの排気系Ｅの出力を検出する検出手段に相当するも
のである。
【００７６】Ｏ2センサ５は、触媒装置３を通過した排
ガス中の酸素濃度に応じたレベルの出力VO2/OUT（酸素
濃度の検出値を示す出力）を生成する通常的なＯ2セン
サである。ここで、排ガス中の酸素濃度は、燃焼により
その排ガスとなった混合気の空燃比に応じたものとな
る。そして、このＯ2センサ５の出力VO2/OUTは、図２に
実線ａで示す如く、排ガス中の酸素濃度に対応する空燃
比が理論空燃比近傍の比較的狭い範囲Δに存するような
状態で、該排ガス中の酸素濃度に対してほぼ線形に高感
度な変化を生じるものとなる。また、その範囲Δを逸脱
した空燃比に対応する酸素濃度では、Ｏ2センサ５の出
力VO2/OUTは、酸素濃度の変化に対して非線形なものと
なり、ほぼ一定のレベルで飽和する。
【００７７】空燃比センサ4は、触媒装置３に進入する
排ガスの酸素濃度により把握される空燃比の検出値を表
す出力KACTを生成するものである。この空燃比センサ4
は、例えば本願出願人が特開平４−３６９４７１号公報
にて詳細に説明した広域空燃比センサにより構成された
ものであり、図２に実線ｂで示す如く、Ｏ2センサ５よ
りも排ガス中の酸素濃度の広範囲にわたってそれに比例
したレベルの出力を生成するものである。換言すれば、
該空燃比センサ４（以下、ＬＡＦセンサ４という）は、
排ガス中の酸素濃度に対応した空燃比の広範囲にわたっ
て線形な出力特性を示すものである。
【００７８】本実施形態のシステムでは、エンジン１で
燃焼させる混合気の空燃比を制御するために、マイクロ
コンピュータを用いて構成された制御ユニット６を備え
ている。この制御ユニット６には、その制御処理を行う
ために、ＬＡＦセンサ４の出力KACTやＯ2センサ５の出
力V O2/OUTが与えられる他、エンジン１の回転数、吸気
圧、冷却水温、スロットル弁の開度等、エンジン１の運
転状態を検出するための図示しない各種のセンサの出力
が与えられる。
【００７９】この制御ユニット６は、その処理機能を大
別すると、触媒装置３の最適な浄化性能を確保するよう
に、触媒装置に進入する排ガスの空燃比（以下、触媒上
流空燃比という）の目標値である目標空燃比KCMDを触媒
上流空燃比を規定する操作量として求める処理を逐次実
行する操作量生成手段７と、この目標空燃比KCMD等に応
じてエンジン１の燃料供給量を調整することによって触
媒上流空燃比を操作する処理を逐次実行する機関制御手
段８とを具備している。
【００８０】この場合、操作量生成手段７及び機関制御
手段８は、それぞれの制御処理を各別の制御サイクルで
実行するようにしている。すなわち、操作量生成手段７
は、その演算負荷や前記排気系Ｅが有する比較的長い無
駄時間を等を考慮し、あらかじめ定めた周期の制御サイ
クル（例えば３０〜１００ms）としている。また、機関
制御手段８の処理を実行する制御サイクルは、エンジン
１の燃料供給量の調整処理をエンジン１の燃焼サイクル
に同期させて行う必要があることから、エンジン１のク
ランク角周期（所謂ＴＤＣ）に同期した制御サイクルと
している。そして、操作量生成手段７の制御サイクルの
周期は、エンジン１のクランク角周期（ＴＤＣ）よりも
長いものとされている。
【００８１】尚、本実施形態では、エンジン１の運転モ
ードとして、エンジン１で燃焼させる混合気の空燃比、
ひいては触媒上流空燃比を理論空燃比近傍の空燃比とし
てエンジン１の運転を行うストイキ運転モードや、該混
合気の空燃比をリーン状態（理論空燃比よりも燃料が少
ない状態）の空燃比としてエンジン１の運転を行うリー
ン運転モード等がある。そして、前記操作量生成手段７
が生成する目標空燃比KCMDは、エンジン１の運転モード
がストイキ運転モードであるときに、触媒上流空燃比の
目標値として前記機関制御手段８が使用するものであ
る。
【００８２】前記操作量生成手段７及び機関制御手段８
をさらに説明する。
【００８３】まず、操作量生成手段７に関し、触媒装置
３の浄化性能（具体的には排ガス中のＮＯx、ＨＣ、Ｃ
Ｏ等の浄化率）は、該触媒装置３を流れる排ガスの空燃
比が理論空燃比近傍の空燃比状態であって、前記Ｏ2セ
ンサ５の出力VO2/OUTがある一定値VO2/TARGET（図２参
照）に整定するような空燃比状態であるときに触媒装置
３が含む三元触媒等の劣化状態によらずに最適な浄化性
能が得られる。このため、操作量生成手段７は、上記一
定値VO2/TARGETをＯ2センサ５の出力VO2/OUTの目標値と
し、その目標値VO2/TARGETにＯ2センサ５の出力VO2/OUT
を収束させるように触媒上流空燃比の目標値である前記
目標空燃比KCMDを逐次生成する。
【００８４】そして、この目標空燃比KCMDの生成に際し
ては、触媒装置３を含む前記排気系Ｅが有する無駄時間
や、前記エンジン１及び機関制御手段８からなる系が有
する無駄時間、排気系Ｅの挙動変化等を考慮しつつ、フ
ィードバック制御の一手法であるスライディングモード
制御（詳しくは適応スライディングモード制御）を用い
て目標空燃比KCMDを操作量生成手段７の制御サイクル
（所定の周期）で逐次生成する。
【００８５】このような操作量生成手段７の処理を行う
ために、本実施形態では、前記排気系Ｅが、ＬＡＦセン
サ４の出力KACT（ＬＡＦセンサ４が検出する触媒上流空
燃比）から、無駄時間要素及び応答遅れ要素を介してＯ
2センサ５の出力VO2/OUTを生成する系であるとして、該
排気系Ｅの挙動があらかじめ離散時間系でモデル化され
ている。さらに、前記エンジン１及び機関側制御手段８
からなる系（以下、この系を空燃比操作系という）が、
前記目標空燃比KCMDから無駄時間要素を介してＬＡＦセ
ンサ４の出力KACT（ＬＡＦセンサ４が検出する触媒上流
空燃比）を生成する系であるとして、該空燃比操作系の
挙動がモデル化されている。
【００８６】この場合、排気系Ｅのモデルに関しては、
ＬＡＦセンサ４の出力KACTとそれに対する所定の基準値
FLAF/BASEとの偏差（＝KACT−FLAF/BASE。以下、ＬＡＦ
センサ４の偏差出力kactという）を排気系Ｅに対する入
力量、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTと前記目標値VO2/TARG
ETとの偏差（＝VO2/OUT−VO2/TARGET。以下、Ｏ2センサ
５の偏差出力VO2という）を排気系Ｅの出力量とし、次
式（１）の自己回帰モデル（詳しくは、排気系Ｅの入力
量としてのＬＡＦセンサ４の偏差出力kactに無駄時間を
有する自己回帰モデル）により排気系Ｅの挙動が表現さ
れている。尚、ＬＡＦセンサ４の偏差出力kactに係わる
前記基準値FLAF/BASE（以下、空燃比基準値FLAF/BASEと
いう）は本実施形態では「理論空燃比」に設定されてい
る。
【００８７】
【数１】
【００８８】ここで、上式（１）において、「ｋ」は前
記操作量生成手段７の離散時間的な制御サイクルの番数
を示し（以下、同様）、「d1」は排気系Ｅに存する無駄
時間（詳しくはＬＡＦセンサ４が検出する各時点の触媒
上流空燃比がＯ2センサ５の出力VO2/OUTに反映されるよ
うになるまでに要する無駄時間）を操作量生成手段７の
制御サイクル数で表したものである。この場合、排気系
Ｅの無駄時間は、操作量生成手段７の制御サイクルの周
期を３０〜１００ｍｓとしたとき、一般的には、３〜１
０制御サイクル分の時間（d1＝３〜１０）である。そし
て、本実施形態では、式（１）により表した排気系Ｅの
モデル（以下、排気系モデルという）における無駄時間
d1の値として、排気系Ｅの実際の無駄時間と等しいか、
もしくはそれよりも若干長いものにあらかじめ設定した
所定の一定値（本実施形態では例えばd1＝７）が設定さ
れている。
【００８９】また、式（１）の右辺第１項及び第２項は
それぞれ排気系Ｅの応答遅れ要素に対応するもので、第
１項は１次目の自己回帰項、第２項は２次目の自己回帰
項である。そして、「a1」、「a2」はそれぞれ１次目の
自己回帰項のゲイン係数、２次目の自己回帰項のゲイン
係数である。これらのゲイン係数a1，a2は別の言い方を
すれば、排気系Ｅの出力量としてのＯ2センサ５の偏差
出力VO2に係る係数である。
【００９０】さらに、式（１）の右辺第３項は排気系Ｅ
の入力量としてのＬＡＦセンサ４の偏差出力kactに排気
系Ｅの無駄時間d1を含めて表現したものであり、「b1」
はその入力量に係るゲイン係数である。これらのゲイン
係数a1，a2，b1は排気系モデルの挙動を規定する上であ
る値に設定すべきパラメータであり、本実施形態では後
述の同定器によって逐次同定するものである。
【００９１】このように式（１）により定めた排気系モ
デルは、それを言葉で表現すれば、操作量生成手段７の
制御サイクル毎のＯ2センサ５の偏差出力VO2(k+1)を、
その制御サイクルよりも過去の制御サイクルにおけるＯ
2センサ５の偏差出力VO2(k)，VO2(k-1)と、排気系Ｅの
無駄時間ｄ以前の制御サイクルにおけるＬＡＦセンサ４
の偏差出力kact(k-d1)とにより表現するものである。
【００９２】この場合、排気系モデルは、式（１）から
明らかなように線形なモデルであるため、基本的には、
Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTが、排ガス中の酸素濃度に対
してほぼ線形な変化を呈するような領域で変化するよう
な状態、すなわち、排ガスの空燃比が理論空燃比近傍の
範囲Δ（図２参照）で変化するような状態での排気系Ｅ
の挙動をより良く近似するものとなる。
【００９３】一方、前記空燃比操作系のモデルに関して
は、前記目標空燃比KCMDと前記空燃比基準値FLAF/BASE
との偏差kcmd（＝KCMD−FLAF/BASE。以下、目標偏差空
燃比kcmdという）を空燃比操作系の入力量、ＬＡＦセン
サ５の前記偏差出力kactを空燃比操作系の出力量とし、
次式（２）のモデル（以下、空燃比操作系モデルとい
う）により空燃比操作系の挙動が表現されている。
【００９４】
【数２】
【００９５】ここで、式（２）において、「d2」は空燃
比操作系が有する無駄時間（詳しくは各時点の目標空燃
比KCMDがＬＡＦセンサ５の出力KACTに反映されるように
なるまでに要する無駄時間）を操作量生成手段７の制御
サイクル数で表したものである。従って、この式（２）
により表現した空燃比操作系モデルは、空燃比操作系
を、その出力量としてのＬＡＦセンサ５の偏差出力kact
が、該空燃比操作系の無駄時間d2前の時点における該空
燃比操作系への入力量としての目標偏差空燃比kcmdに一
致するような系として該空燃比操作系を離散時間系で表
現したものである。
【００９６】この場合、空燃比操作系の無駄時間は、該
空燃比操作系が含むエンジン１の回転数によって変化
し、エンジン１の回転数が低くなる程、長くなる。そし
て、本実施形態では、式（２）により表した空燃比操作
系モデルにおける無駄時間d2の値としては、上記のよう
な空燃比操作系の無駄時間の特性を考慮し、例えばエン
ジン１の低速回転域の回転数であるアイドリング回転数
において実際の空燃比操作系が有する無駄時間（これ
は、エンジン１の任意の回転数において空燃比操作系が
採り得る最大側の無駄時間である）と等しいか、もしく
はそれよりも若干長いものにあらかじめ設定した所定の
一定値（本実施形態では例えばd2＝３）を用いる。
【００９７】尚、前記空燃比操作系には、実際には、無
駄時間要素の他、エンジン１に起因した応答遅れ要素も
含まれる。しかるに、目標空燃比KCMDに対する触媒上流
空燃比の応答遅れは、基本的には詳細を後述する機関制
御手段８のフィードバック制御処理（特に後述する適応
制御器２４の処理）によって補償されるため、操作量生
成手段７から見た空燃比操作系では、エンジン１に起因
する応答遅れ要素を考慮せずとも支障はない。
【００９８】操作量生成手段７は、式（１），（２）に
よりそれぞれ表現した排気系モデルや空燃比操作系モデ
ル等に基づいて目標空燃比KCMDの生成処理を行うため
に、図３に示すような機能的構成を具備している。
【００９９】すなわち、操作量生成手段７は、前記ＬＡ
Ｆセンサ４の出力KACTから前記空燃比基準値FLAF/BASE
を減算することによりＬＡＦセンサ４の偏差出力kactを
制御サイクル毎に逐次求める減算処理部９と、Ｏ2セン
サ５の出力VO2/OUTから前記目標値VO2/TARGETを減算す
ることによりＯ2センサ５の偏差出力VO2を制御サイクル
毎に逐次求める減算処理部１０とを具備する。
【０１００】さらに操作量生成手段７は、前記排気系モ
デル（式（１））の設定すべきパラメータである前記ゲ
イン係数a1，a2，b1の同定値a1ハット，a2ハット，b1ハ
ット（以下、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハ
ットという）を制御サイクル毎に逐次求める同定器１１
（同定手段）と、排気系Ｅの無駄時間d1及び空燃比操作
系の無駄時間d2を合わせた合計無駄時間ｄ（＝d1＋d2）
後のＯ2センサ５の偏差出力VO2の２種類の推定値（予測
値）VO2Lバー、VO2Fバー（以下、推定偏差出力VO2Lバ
ー、VO2Fバーという）をそれぞれ互いに異なるアルゴリ
ズムにより制御サイクル毎に逐次求める第１推定器１２
（第１推定手段）及び第２推定器１３（第２推定手段）
と、これらの両推定器１２，１３がそれぞれ求めた推定
偏差出力VO2Lバー、VO2Fバーを合成してなる合成推定偏
差出力VO2バーを制御サイクル毎に逐次求める合成器１
４と、適応スライディングモード制御の処理により前記
目標空燃比KCMDを制御サイクル毎に逐次算出するスライ
ディングモード制御器１５とを具備する。
【０１０１】前記同定器１１、第１推定器１２、第２推
定器１３、合成器１４、及びスライディングモード制御
器１５による演算処理のアルゴリズムは以下のように構
築されている。
【０１０２】まず、同定器１１は、前記式（１）により
表現した排気系モデルの実際の対象排気系Ｅに対するモ
デル化誤差を極力小さくするように前記ゲイン係数a1，
a2，b1の値をリアルタイムで逐次同定するものであり、
その同定処理を次のように行う。
【０１０３】すなわち、同定器１１は、操作量生成手段
７の制御サイクル毎に、まず、今現在設定されている排
気系モデルの同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハ
ット、すなわち前回の制御サイクルで決定した同定ゲイ
ン係数a1(k-1)ハット，a2(k-1)ハット，b1(k-1)ハット
の値と、ＬＡＦセンサ４の偏差出力kact及びＯ2センサ
５の偏差出力VO2の過去値のデータkact(k-d1-1)，VO2(k
-1)，VO2(k-2)とを用いて、次式（３）により排気系モ
デル上でのＯ2センサ５の偏差出力VO2（排気系モデルの
出力）の値VO2(k)ハット（以下、同定偏差出力VO2(k)ハ
ットという）を求める。
【０１０４】
【数３】
【０１０５】この式（３）は、排気系モデルを表す前記
式（１）を１制御サイクル分、過去側にシフトし、ゲイ
ン係数a1，a2，b1として同定ゲイン係数a1(k-1)ハッ
ト，a2(k-1)ハット，b1(k-1)ハットを用いたものであ
る。また、式（３）の第３項で用いる排気系Ｅの無駄時
間d1の値は、前述の如く設定した一定値（本実施形態で
はd1＝７）を用いる。
【０１０６】尚、式（３）中の「Θ」、「ξ」は同式但
し書きで定義した通りのベクトルである。また、式
（３）で用いている添え時「Ｔ」は転置を意味する（以
下同様）。
【０１０７】さらに同定器１１は、前記式（３）により
求められるＯ2センサ５の同定偏差出力VO2(k)ハットと
今現在のＯ2センサ５の偏差出力VO2(k)との偏差id/e(k)
を排気系モデルの実際の排気系Ｅに対するモデル化誤差
を表すものとして次式（４）により求める（以下、偏差
id/eを同定誤差id/eという）。
【０１０８】
【数４】
【０１０９】そして、同定器１１は、上記同定誤差id/e
を最小にするように新たな同定ゲイン係数a1(k)ハッ
ト，a2(k)ハット，b1(k)ハット、換言すれば、これらの
同定ゲイン係数を要素とする新たな前記ベクトルΘ(k)
（以下、このベクトルを同定ゲイン係数ベクトルΘとい
う）を求めるもので、その算出を、次式（５）により行
う。すなわち、同定器１１は、前回の制御サイクルで決
定した同定ゲイン係数a1(k-1)ハット，a2(k-1)ハット，
b1(k-1)ハットを、同定誤差id/e(k)に比例させた量だけ
変化させることで新たな同定ゲイン係数a1(k)ハット，a
2(k)ハット，b1(k)ハットを求める。
【０１１０】
【数５】
【０１１１】ここで、式（５）中の「Ｋθ」は次式
（６）により決定される三次のベクトル（各同定ゲイン
係数a1ハット，a2ハット，b1ハットの同定誤差id/eに応
じた変化度合いを規定するゲイン係数ベクトル）であ
る。
【０１１２】
【数６】
【０１１３】また、上式（６）中の「Ｐ」は次式（７）
の漸化式により決定される三次の正方行列である。
【０１１４】
【数７】
【０１１５】尚、式（７）中の「λ1」、「λ2」は０＜
λ1≦１及び０≦λ2＜２の条件を満たすように設定さ
れ、また、「Ｐ」の初期値Ｐ(0)は、その各対角成分を
正の数とする対角行列である。
【０１１６】この場合、式（７）中の「λ1」、「λ2」
の設定の仕方によって、固定ゲイン法、漸減ゲイン法、
重み付き最小二乗法、最小二乗法、固定トレース法等、
各種の具体的な同定アルゴリズムが構成され、本実施形
態では、例えば最小二乗法（この場合、λ1＝λ2＝１）
を採用している。
【０１１７】本実施形態における同定器２５は基本的に
は前述のようなアルゴリズム（演算処理）によって、前
記同定誤差id/eを最小化するように排気系モデルの前記
同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを制御サ
イクル毎に逐次求めるものである。このような処理によ
って、実際の排気系Ｅに適合した同定ゲイン係数a1ハッ
ト，a2ハット，b1ハットが逐次、リアルタイムで得られ
る。
【０１１８】以上説明したアルゴリズムが同定器１１が
実行する基本的なアルゴリズムである。
【０１１９】次に、前記第１推定器１２は、後に詳細を
説明するスライディングモード制御器１５による目標空
燃比KCMDの算出処理に際しての排気系Ｅの無駄時間d1及
び空燃比操作系の無駄時間d2の影響を補償するために、
前記合計無駄時間ｄ（＝d1＋d2）後のＯ2センサ５の偏
差出力VO2の推定値である前記推定偏差出力VO2Lバーを
制御サイクル毎に逐次求めるものである。その推定処理
のアルゴリズムは次のように構築されている。
【０１２０】まず、排気系モデルを表す前記式（１）
に、空燃比操作系モデルを表す式（２）を適用すると、
次式（８）が得られる。
【０１２１】
【数８】
【０１２２】この式（８）は、排気系Ｅ及び空燃比操作
系を合わせた系を、目標偏差空燃比kcmdから排気系Ｅ及
び空燃比操作系の両者の無駄時間要素と排気系Ｅの応答
遅れ要素とを介してＯ2センサ５の偏差出力VO2を生成す
る系であるとして、該系の挙動を離散時間系のモデルで
表現したものである。
【０１２３】そして、この式（８）を用いることで、各
制御サイクルにおける前記合計無駄時間ｄ後のＯ2セン
サ５の偏差出力VO2(k+d)の推定値である前記推定偏差出
力VO2L(k+d)バーは、Ｏ2センサ５の偏差出力VO2の現在
値及び過去値の時系列データVO2(k)及びVO2(k-1)と、ス
ライディングモード制御器１５が後述のように求める目
標偏差空燃比kcmd（＝KCMD−FLAF/BASE）の過去値の時
系列データkcmd(k-j)（ｊ＝1，2，…，d）とを用いて次
式（９）により表される。
【０１２４】
【数９】
【０１２５】ここで、式（９）において、α1，α2は、
それぞれ同式（９）中のただし書きで定義した行列Ａの
巾乗Ａd（ｄ：合計無駄時間）の第１行第１列成分、第
１行第２列成分である。また、βj（ｊ＝1，2，…，d）
は、それぞれ行列Ａの巾乗Ａ j-1と同式（９）中のただ
し書きで定義したベクトルＢとの積Ａj-1・Ｂの第１行
成分である。
【０１２６】さらに、式（９）中の目標偏差空燃比kcmd
の過去値の時系列データkcmd(k-j)（ｊ＝1，2，…，d）
のうち、空燃比操作系の無駄時間d2以前の目標偏差空燃
比kcmdの過去値の時系列データkcmd(k-d2)，kcmd(k-d2-
1)，…，kcmd(k-d)は前記式（２）によって、それぞ
れ、ＬＡＦセンサ４の偏差出力kactの現在以前に得られ
るデータkact(k)，kact(k-1)，…，kact(k-d+d2)に置き
換えることができる。そして、この置き換えを行うこと
で、次式（１０）が得られる。
【０１２７】
【数１０】
【０１２８】この式（１０）が本実施形態において、第
１推定器１２が前記推定偏差出力VO2L(k+d)バーを制御
サイクル毎に算出するための基本式である。つまり、第
１推定器１２は、制御サイクル毎に、Ｏ2センサ５の偏
差出力VO2の現在値及び過去値の時系列データVO2(k)及
びVO2(k-1)と、スライディングモード制御器１５が過去
に求めた目標偏差空燃比kcmdの過去値の時系列データkc
md(k-j)（ｊ＝1，２，…，d2-1）と、ＬＡＦセンサ４の
偏差出力kactの現在値及び過去値の時系列データkact(k
-i)（ｉ＝０，１，…，d1）とを用いて式（１０）の演
算を行うことによって、Ｏ2センサ５の推定偏差出力VO2
L(k+d)バーを求める。
【０１２９】この場合、本実施形態では、式（１０）に
より推定偏差出力VO2Lバーを算出するために必要となる
係数α1，α2及びβj（ｊ＝1，2，…，d）の値は、基本
的には、前記ゲイン係数a1，a2，b1（これらは式（９）
のただし書きで定義した行列Ａ及びベクトルＢの成分で
ある）の同定値である前記同定ゲイン係数a1ハット，a2
ハット，b1ハットを用いて算出する。また、式（１０）
の演算で必要となる無駄時間d1，d2の値は、前述の如く
あらかじめ設定した値を用いる。
【０１３０】このようにして式（１０）により求められ
る推定偏差出力VO2L(k+d)バーは、該式（１０）や、こ
れの基礎となる排気系モデル等が線形なものであるた
め、基本的には、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTが、排ガス
中の酸素濃度に対してほぼ線形な変化を呈するような領
域で変化するような状態（排ガスの空燃比が理論空燃比
近傍で変化するような状態）において、比較的精度よく
前記合計無駄時間ｄ後のＯ2センサ５の偏差出力VO2(k+
d)に合致するものとなる。
【０１３１】尚、推定偏差出力V O2L(k+d)バーは、ＬＡ
Ｆセンサ４の偏差出力kactのデータを使用せずに、式
（９）の演算により求めるようにしてもよいが、推定偏
差出力VO2L(k+d)バーの信頼性を高める上では、エンジ
ン１等の実際の挙動が反映されるＬＡＦセンサ４の偏差
出力kactのデータを用いた式（１０）の演算により推定
偏差出力VO2L(k+d)バーを求めることが好ましい。ま
た、空燃比操作系の無駄時間d2を「１」に設定できるよ
うな場合には、式（９）中の目標偏差空燃比kcmdの過去
値の時系列データkcmd(k-j)（ｊ＝1，2，…，d）の全て
をそれぞれ、ＬＡＦセンサ４の偏差出力kactの現在以前
に得られる時系列データkact(k)，kact(k-1)，…，kact
(k-d+d2)に置き換えることができる。このため、この場
合には、制御サイクル毎の推定偏差出力VO2L(k+d)バー
は、目標偏差空燃比kcmdのデータを含まない次式（１
１）により求めることができる。
【０１３２】
【数１１】
【０１３３】次に、説明の便宜上、前記第２推定器１３
や合成器１４を説明する前に、前記スライディングモー
ド制御器１５の処理について説明する。
【０１３４】本実施形態のスライディングモード制御器
１５は、通常的なスライディングモード制御に、外乱等
の影響を極力排除するための適応則を加味した適応スラ
イディングモード制御によりＯ2センサ５の出力VO2/OUT
をその目標値VO2/TARGETに収束させるように（Ｏ2セン
サ５の偏差出力VO2を「０」に収束させるように）、制
御対象である前記排気系Ｅに与えるべき入力量（詳しく
は、触媒上流空燃比と前記空燃比基準値FLAF/BASEとの
偏差の目標値で、これは前記目標偏差空燃比kcmdに等し
い。以下、この入力量をＳＬＤ操作入力Uslと称する）
を決定し、その決定したＳＬＤ操作入力Uslから前記目
標空燃比KCMDを決定するものである。そして、その処理
のためのアルゴリズムは次のように構築されている。
【０１３５】まず、スライディングモード制御器１５が
実行する適応スライディングモード制御のアルゴリズム
に必要な切換関数と、この切換関数により定義される超
平面（これはすべり面等とも言われる）とについて説明
する。
【０１３６】本実施形態におけるスライディングモード
制御の基本的な考え方としては、制御すべき状態量（制
御量）として、例えば各制御サイクルで得られたＯ2セ
ンサ５の偏差出力VO2(k)と、その１制御サイクル前に得
られた偏差出力VO2(k-1)とを用い、スライディングモー
ド制御用の切換関数σを、次式（１２）のように、これ
らの偏差出力VO2(k)，VO2(k-1)を変数成分とする線形な
関数として定義する。尚、前記偏差出力VO2(k)，VO2(k-
1)を成分とするベクトルとして式（１２）中の但し書き
で定義したベクトルＸを以下、状態量Ｘという。
【０１３７】
【数１２】
【０１３８】この場合、切換関数σの係数s1，s2は、次
式（１３）の条件を満たすように設定される。
【０１３９】
【数１３】
【０１４０】尚、本実施形態では、簡略化のために係数
s1＝１とし（この場合、s2／s1＝s2である）、−１＜s2
＜１の条件を満たすように係数s2の値を設定している。
【０１４１】このような切換関数σに対して、スライデ
ィングモード制御用の超平面はσ＝０なる式によって定
義されるものである。この場合、状態量Ｘは二次系であ
るので超平面σ＝０は図４に示すように直線となる。該
超平面は、位相空間の次数によって、切換線又は切換面
とも言われる。
【０１４２】尚、本実施形態では、スライディングモー
ド制御用の切換関数の変数成分である状態量として、実
際には詳細を後述する合成器１４により求められる合成
推定偏差出力VO2バーの時系列データを用いるのである
が、これについては後述する。
【０１４３】本実施形態で用いる適応スライディングモ
ード制御は、状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）を上記の
如く設定した超平面σ＝０に収束させるための制御則で
ある到達則と、その超平面σ＝０への収束に際して外乱
等の影響を補償するための制御則である適応則（適応ア
ルゴリズム）とにより該状態量Ｘを超平面σ＝０に収束
させる（図４のモード１）。そして、該状態量Ｘを所
謂、等価制御入力によって超平面σ＝０に拘束しつつ、
該状態量Ｘを超平面σ＝０上の平衡点であるVO2(k)＝VO
2(k-1)＝０となる点、すなわち、Ｏ2センサ６の出力VO2
/OUTの時系列データVO2/OUT(k)，VO2/OUT(k-1)が目標値
VO2/TARGETに一致するような点に収束させる（図４のモ
ード２）。
【０１４４】上記のように状態量Ｘを超平面σ＝０の平
衡点に収束させるためにスライディングモード制御器１
５が生成する前記ＳＬＤ操作入力Usl（＝目標偏差空燃
比kcmd）は、状態量Ｘを超平面σ＝０上に拘束するため
の制御則に従って排気系Ｅに与えるべき入力成分である
等価制御入力Ueqと、前記到達則に従って排気系Ｅに与
えるべき入力成分Urch（以下、到達則入力Urchという）
と、前記適応則に従って排気系Ｅに与えるべき入力成分
Uadp（以下、適応則入力Uadpという）との総和として与
えられる（次式（１４））。
【０１４５】
【数１４】
【０１４６】そして、これらの等価制御入力Ueq、到達
則入力Urch及び適応則入力Uadpは、本実施形態では、前
記式（８）により表される離散時間系のモデル（排気系
モデルと空燃比操作系のモデルとを合成したモデル）に
基づいて、次のように決定する。
【０１４７】まず、状態量Ｘを超平面σ＝０に拘束する
ために排気系Ｅに与えるべき入力成分である前記等価制
御入力Ueqは、σ(k+1)＝σ(k)＝０なる条件を満たす目
標偏差空燃比kcmdである。そして、このような条件を満
たす等価制御入力Ueqは、式（８）と式（１２）とを用
いて次式（１５）により与えられる。
【０１４８】
【数１５】
【０１４９】この式（１５）が本実施形態において、制
御サイクル毎に等価制御入力Ueq(k)を求めるための基本
式である。
【０１５０】次に、前記到達則入力Urchは、本実施形態
では、基本的には次式（１６）により決定するものとす
る。
【０１５１】
【数１６】
【０１５２】すなわち、到達則入力Urchは、前記合計無
駄時間ｄを考慮し、合計無駄時間ｄ後の切換関数σの値
σ(k+d)に比例させるように決定する。
【０１５３】この場合、式（１６）中の係数Ｆ（これは
到達則のゲインを規定する）は、次式（１７）の条件を
満たすように設定する。
【０１５４】
【数１７】
【０１５５】尚、式（１７）に括弧書きで示した条件
は、切換関数σの値が超平面σ＝０に対して振動的な変
化（所謂チャタリング）を生じるのを抑制する上で好適
な係数Ｆの条件である。
【０１５６】次に、前記適応則入力Uadpは、本実施形態
では、基本的には次式（１８）により決定するものとす
る（式（１８）中のΔＴは操作量生成手段７の制御サイ
クルの周期である）。
【０１５７】
【数１８】
【０１５８】すなわち、適応則入力Uadpは、合計無駄時
間ｄを考慮し、該合計無駄時間ｄ後までの切換関数σの
値と操作量生成手段７の制御サイクルの周期ΔＴとの積
の制御サイクル毎の積算値（これは切換関数σの値の積
分値に相当する）に比例させるように決定する。
【０１５９】この場合、式（１８）中の係数Ｇ（これは
適応則のゲインを規定する）は、次式（１９）の条件を
満たすように設定する。
【０１６０】
【数１９】
【０１６１】尚、前記式（１３）、（１７）、（１９）
の設定条件のより具体的な導出の仕方については、本願
出願人が既に特開平１１−９３７４１号公報等にて詳細
に説明しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１６２】本実施形態におけるスライディングモード
制御器１５は、基本的には前記式（１５）、（１６）、
（１８）により決定される等価制御入力Ueq、到達則入
力Urch及び適応則入力Uadpの総和（Ueq＋Urch＋Uadp）
を排気系Ｅに与えるべきＳＬＤ操作入力Uslとして決定
するのであるが、前記式（１５）、（１７）、（１９）
で使用するＯ2センサ５の偏差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-
1)や、切換関数σの値σ(k+d)等は未来値であるので直
接的には得られない。
【０１６３】そこで、本実施形態では、スライディング
モード制御器１５は、実際には、前記式（１５）により
前記等価制御入力Ueqを決定するためのＯ2センサ５の偏
差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)の代わりに、詳細を後述す
る合成器１４により前記合計無駄時間ｄ後のＯ2センサ
５の偏差出力VO2の推定値に相当するものとし制御サイ
クル毎に求められる合成推定偏差出力VO2バーの今回値V
O2(k+d)バー及び前回値VO2(k+d-1)バーを用い、次式
（２０）により制御サイクル毎の等価制御入力Ueq(k)を
算出する。
【０１６４】
【数２０】
【０１６５】また、本実施形態では、実際には、前記合
成器１４により後述のように求められる合成推定値VO2
バーの時系列データを制御すべき状態量とし、前記式
（１２）の切換関数σに代えて、次式（２１）によりス
ライディングモード制御用の切換関数σバーを定義する
（この切換関数σバーは、前記式（１２）の偏差出力VO
2の時系列データを合成推定偏差出力VO2バーの時系列デ
ータで置き換えたものに相当する）。
【０１６６】
【数２１】
【０１６７】そして、スライディングモード制御器１５
は、前記式（１６）により前記到達則入力Urchを決定す
るための切換関数σの値の代わりに、前記式（２１）に
より表される切換関数σバーの値を用いて次式（２２）
により制御サイクル毎の到達則入力Urchを算出する。
【０１６８】
【数２２】
【０１６９】同様に、スライディングモード制御器１５
は、前記式（１８）により前記適応則入力Uadpを決定す
るための切換関数σの値の代わりに、前記式（２１）に
より表される切換関数σバーの値を用いて次式（２３）
により制御サイクル毎の適応則入力Uadpを算出する。
【０１７０】
【数２３】
【０１７１】尚、前記式（２０），（２２），（２３）
により等価制御入力Ueq、到達則入力Urch及び適応則入
力Uadpを算出する際に必要となる前記ゲイン係数a1，a
2，b1としては、本実施形態では基本的には前記同定器
２５により求められた最新の同定ゲイン係数a1(k)ハッ
ト，a2(k)ハット，b1(k)ハットを用いる。
【０１７２】そして、スライディングモード制御器１５
は、前記式（２０），（２２），（２３）によりそれぞ
れ求められる等価制御入力Ueq、到達則入力Urch及び適
応則入力Uadpの総和を排気系Ｅに与えるべき前記ＳＬＤ
操作入力Uslとして求める（前記式（１４）を参照）。
尚、この場合において、前記式（２０）、（２２）、
（２３）中で用いる前記係数s1，s2，Ｆ，Ｇの設定条件
は前述の通りである。
【０１７３】これが、本実施形態において、スライディ
ングモード制御器１５により、排気系Ｅに与えるべきＳ
ＬＤ操作入力Usl（＝目標偏差空燃比kcmd）を制御サイ
クル毎に決定するための基本的な演算処理（アルゴリズ
ム）である。このようにしてＳＬＤ操作入力Uslを決定
することで、該ＳＬＤ操作入力Uslは、Ｏ2センサ５の合
成推定偏差出力VO2バーを「０」に収束させるように
（結果的にはＯ2センサ５の出力VO2/OUTを目標値VO2/TA
RGETに収束させるように）決定される。
【０１７４】ところで、本実施形態におけるスライディ
ングモード制御器１５は最終的には前記目標空燃比KCMD
を制御サイクル毎に逐次求めるものあるが、前述のよう
に求められるＳＬＤ操作入力Uslは、ＬＡＦセンサ４で
検出される触媒上流空燃比と前記空燃比基準値FLAF/BAS
Eとの偏差の目標値、すなわち前記目標偏差空燃比kcmd
である。このため、スライディングモード制御器１５
は、最終的には、次式（２４）に示すように、制御サイ
クル毎に、前述の如く求めたＳＬＤ操作入力Uslに前記
空燃比基準値FLAF/BASEを加算することで、目標空燃比K
CMDを決定する。
【０１７５】
【数２４】
【０１７６】以上が本実施形態でスライディングモード
制御器１５により目標空燃比KCMDを決定するための基本
的アルゴリズムである。
【０１７７】尚、本実施形態では、スライディングモー
ド制御器１５は、その処理において前記同定器１１によ
り求められる同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハ
ットを用いるため、このスライディングモード制御器１
５と同定器１１とを合わせたものの処理は、適応制御の
処理の一形態となる。従って、本実施形態では、前記Ｓ
ＬＤ操作入力Usl、ひいては操作量としての目標空燃比K
CMDは、適応制御の処理によって生成されるというよう
に言い換えることもできる。
【０１７８】次に、前記第２推定器１３を説明する。該
第２推定器１３は、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTが非線形
領域で変化するような状態における前記第１推定器１２
の推定偏差出力VO2Lバーの精度の低下を補完するため
に、第１推定器１２とは別のアルゴリズムによって、前
記合計無駄時間ｄ（＝d1＋d2）後のＯ2センサ５の偏差
出力VO2の推定値である前記推定偏差出力VO2Fバーを制
御サイクル毎に逐次求めるものである。そして、この推
定処理のアルゴリズムは次のように構築されている。
【０１７９】前記スライディングモード制御器１５によ
り目標空燃比KCMDを生成し、この目標空燃比KCMDにＬＡ
Ｆセンサ４の出力KACTを収束させるように詳細を後述す
る機関制御手段８によりエンジン１で燃焼させる混合気
の空燃比を操作しているときに、触媒装置３を通過した
排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に、あるいはリ
ッチ側からリーン側に比較的大きく変化した場合におい
ては（この変化は、Ｏ 2センサ５の出力VO2/OUTの非線形
領域を含む変化である）、Ｏ2センサ５の偏差出力VO2の
現在値VO2(k)及び過去値VO2(k-1)の時系列データから成
る前記状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）は、前記式（１
２）の切換関数σに係わる超平面σ＝０に対してある特
徴的な変化を呈する。
【０１８０】すなわち、図５に示すように、Ｏ2センサ
５の箇所の排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に大
きく変化すると、状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）は、
実線ｅで示す如く、超平面σ＝０からその上側（σ＞０
となる領域）に離間するような軌跡を描いて変化する。
また、排ガスの空燃比がリッチ側からリーン側に大きく
変化すると、状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）は、実線
ｆで示す如く、超平面σ＝０からその下側（σ＜０とな
る領域）に離間するような軌跡を描いて変化する。そし
て、このような状態量Ｘの変化の仕方は、エンジン１の
運転状態等によらずに概ね一定となる。
【０１８１】Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTの非線形領域で
の挙動に係わる上記のような特性に着目し、本実施形態
の第２推定器１３では、Ｏ2センサ５の偏差出力VO2の前
記合計無駄時間ｄ後の推定値である前記推定偏差出力VO
2Fバーをファジー推論により求めることとし、このファ
ジー推論の前件部のパラメータ（入力パラメータ）を、
制御サイクル毎の前記式（１２）の切換関数σの値σ
(k)とＯ2センサ５の偏差出力VO2の現在値VO2(k)との二
つとすると共に、ファジー推論の後件部のパラメータ
（出力パラメータ）を制御サイクル毎の推定偏差出力VO
2F(k+d)バーとしている。
【０１８２】尚、本実施形態でスライディングモード制
御器１５が実際に用いる切換関数は、前記式（２１）で
定義した切換関数σバーであるので、前記式（１２）の
切換関数σは、正確にはスライディングモード制御用の
切換関数ではない。そこで、以下の説明では、式（１
２）の関数σをファジー用線形関数σと称する。このフ
ァジー用線形関数σは前述したことから明らかなよう
に、スライディングモード制御用の切換関数σバーと同
じ形で、その変数成分のみが相違するものである。
【０１８３】そして、本実施形態における第２推定器１
３のファジー推論では、前件部のパラメータであるファ
ジー用線形関数σの値σ(k)に関しては、図６（ａ）に
示すように、Ｎ（負），Ｚ（ゼロ），Ｐ（正）の三つの
メンバーシップ関数が設定されている。この場合、メン
バーシップ関数Ｎ（負）、Ｐ（正）は台形状の関数であ
り、メンバーシップ関数Ｚ（ゼロ）は、三角形状の関数
である。
【０１８４】同様に、前件部の他のパラメータである偏
差出力VO2の値VO2(k)に関しては、図６（ｂ）に示すよ
うに、Ｎ（負），Ｚ（ゼロ），Ｐ（正）の三つのメンバ
ーシップ関数が設定され、それぞれ形状は、台形状、三
角形状、台形状である。
【０１８５】また、ファジー推論の後件部のパラメータ
である推定偏差出力VO2Fバーの値VO2F(k+d)に関して
は、図６（ｃ）に示すように、Ｎ（負），Ｚ（ゼロ），
Ｐ（正）の三つのメンバーシップ関数が設定されてい
る。この場合、各メンバーシップ関数Ｎ（負），Ｚ（ゼ
ロ），Ｐ（正）は、それぞれ、推定偏差出力VO2Fバーの
単一の特定値VO2FN（＜０）、「０」、VO2FP（＞０）に
おいてのみ適合度（メンバーシップ関数の関数値）が最
大（＝１）となるような棒状関数（所謂、シングルトン
の棒状関数）である。ここで、メンバーシップ関数Ｎ
（負）、Ｐ（正）に係わる上記特定値VO2FN，VO2FPは、
それぞれＯ2センサ５の出力VO2/OUTが飽和した状態（図
２参照）での該出力VO2/OUT（一定値）に対応する値で
ある。
【０１８６】さらに、これらの図６（ａ）〜（ｃ）のメ
ンバーシップ関数に対して、ファジー推論のファジール
ールは、本実施形態では、図７に示すように９種類のル
ールが設定されている。このファジールールでは、前件
部のファジー用線形関数σの値σ(k)が負、ゼロ、正の
いずれであるかによって、それぞれ後件部の推定偏差出
力VO2F(k+d)が負、ゼロ、正に定まるようになってい
る。
【０１８７】上述のようにメンバーシップ関数及びファ
ジールールが設定された本実施形態では、第２推定器１
３は、ファジー推論技術で公知のmin−max−重心法のア
ルゴリズムにより、制御サイクル毎に得られるファジー
用線形関数σの値σ(k)及びＯ2センサ５の偏差出力VO2
の値VO2(k)から前記推定偏差出力VO2F(k+d)バーを求め
る。
【０１８８】すなわち、第２推定器１３は、まず、各ル
ールナンバーｉ（ｉ＝１，２，…，９）のファジールー
ルにおいて、前件部のパラメータσ(k)，VO2(k)のそれ
ぞれに対する適合度（以下、それぞれの適合度に参照符
号Ｗσ(i)、Ｗv(i)を付する）を、各パラメータσ(k)，
VO2(k)の値と、各ファジールールの前件部の対応するメ
ンバーシップ関数とから求める。例えば、図７のルール
ナンバー１において、パラメータσ(k)に対する適合度
Ｗσ(1)はそのパラメータσ(k)の値における図６（ａ）
のメンバーシップ関数Ｎ（負）の関数値として求めら
れ、パラメータVO2(k)に対する適合度Ｗv(1)はそのパラ
メータVO2(k)の値における図６（ｂ）のメンバーシップ
関数Ｎ（負）の関数値として求められる。他のファジー
ルールについても同様である。
【０１８９】さらに、第２推定器１３は、各ルールナン
バーｉ（ｉ＝１，２，…，９）のファジールールにおい
て、前件部の各パラメータσ(k)，VO2(k)のそれぞれに
対する適合度Ｗσ(i)、Ｗv(i)のうちの小さい方、すな
わち、min（Ｗσ(i)，Ｗv(i)）を該ファジールールにお
ける前件部の総合的な適合度Wpre(i)として求める。
【０１９０】そして、第２推定器１３は、各ファジール
ール毎の上記適合度Wpre(i)（ｉ＝１，２，…，９）を
用いて、次式（２５）により、Ｏ2センサ５の偏差出力V
O2の前記合計無駄時間ｄ後の推定値としての推定偏差出
力VO2F(k+d)を算出する。
【０１９１】
【数２５】
【０１９２】ここで、上式（２５）において、Ｗwpre
(i)は、各ルールナンバーｉ（ｉ＝１，２，…，９）の
ファジールールにおける後件部に対応する図６（ｃ）の
メンバーシップ関数（棒状関数）の関数値であり、Ｗpp
re(i)は、そのメンバーシップ関数に係わる前記特定値V
O2FN又は「０」又はVO2FPである。この場合、本実施形
態では、後件部のメンバーシップ関数Ｎ（負）、Ｚ（ゼ
ロ）、Ｐ（正）の関数値はいずれも「１」であり、従っ
て、Ｗwpre(i)＝１（ｉ＝１，２，…，９）である。ま
た、図７のファジールールと図６（ｃ）のメンバーシッ
プ関数とから明らかなように、ルールナンバー１〜３の
各ファジールールに対してはＷppre(i)＝VO2FNであり、
ルールナンバー４〜６の各ファジールールに対しては、
Ｗppre(i)＝０であり、ルールナンバー７〜９の各ファ
ジールールに対しては、Ｗppre(i)＝VO2FPである。
【０１９３】以上説明したアルゴリズムが、第２推定器
１３が制御サイクル毎に、推定偏差出力VO2F(k+d)をフ
ァジー推論により求めるアルゴリズムである。このよう
にして第２推定器１３が求める推定偏差出力VO2F(k+d)
は、特にＯ2センサ５の出力VO2/OUTが非線形な領域で変
動するような場合において、前記合計無駄時間ｄ後のＯ
2センサ５の偏差出力VO2(k+d)の推定値として比較的精
度の良いものとなる。
【０１９４】次に、前記合成器１４について説明する。
【０１９５】まず、本願発明者等の知見によれば、Ｏ2
センサ５の出力状態が、第１推定器１２が比較的精度の
よい推定偏差出力VO2L(k+d)バーを算出することができ
る出力状態（前記目標値VO2/TARGETの近傍の線形領域で
の変動状態）にあるか、第２推定器１３が比較的精度の
よい推定偏差出力VO2L(k+d)バーを算出することができ
る出力状態（前記目標値VO2/TARGETの近傍の線形領域で
の変動状態）にあるかは、スライディングモード制御用
の切換関数（本実施形態では式（２１）のσバー）と密
接に関連する。そして、例えば該切換関数σバーと同種
の線形関数である前記ファジー用線形関数σ（式（１
２）参照）に着目したとき、前記状態量Ｘ＝（VO2(k)，
VO2(k-1)）が、該線形関数σに係わる超平面σ＝０に対
して、前記図５に斜線を付して示した楕円形状の領域Ａ
に存するときに、第１推定器１２の推定偏差出力VO2L(k
+d)バーの精度が良好となるようなＯ2センサ５の出力状
態であり、状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）が、上記領
域Ａの外に存するときに、第２推定器１３の推定偏差出
力VO2F(k+d)バーの精度が良好となるようなＯ2センサ５
の出力状態となる（以下、領域Ａを線形的挙動領域Ａと
いう）。
【０１９６】従って、基本的には、状態量Ｘ＝（VO2
(k)，VO2(k-1)）が上記線形的挙動領域Ａに存するか否
かによって、スライディングモード制御器１５で使用す
べき推定偏差出力VO2L(k+d)バー又はVO2F(k+d)バーを選
択するようにすればよい。但し、線形的挙動領域Ａの境
界近傍で状態量Ｘが動くような状態では、両推定器１
２，１３の推定偏差出力VO2Lバー、VO2Fバーを二者択一
的にスライディングモード制御器１５の演算処理に用い
るようにすると、使用する推定偏差出力の値が不連続的
に変動する虞れがある。
【０１９７】また、図８に示すように、ファジー用線形
関数σの値σ(k)とＯ2センサ５の偏差出力VO2(k)とを座
標成分とする直交座標軸を設定したとき、前記図５の線
形的挙動領域Ａは、図８の座標平面上では単純な楕円形
状の領域Ｂに変換され、前記状態量Ｘが図５の線形的挙
動領域Ａ内に存するということは、図８の座標平面上で
は、ファジー用線形関数σの値σ(k)とＯ2センサ５の偏
差出力VO2(k)との組により定まる該座標平面上の点が領
域Ｂ内に存することと等価である。
【０１９８】そこで、本実施形態では前記合成器１４
は、次式（２６）に示すように、制御サイクル毎に各推
定器１２，１３が求める推定偏差出力VO2L(k+d)バー，V
O2F(k+d)バーにそれぞれ重み係数Cw、（１−Cw）を付し
て合成する（加算する）ことで、スライディングモード
制御器１５で使用する合成推定偏差出力VO2(k+d)バーを
制御サイクル毎に逐次算出する。
【０１９９】
【数２６】
【０２００】そして、このとき、合成器１４は、上記重
み係数Cwの値を、次式（２７）により定義される楕円関
数OVAL(k)の値に応じて、図９のデータテーブルにより
設定し、その重み係数Cwの値を用いて式（２６）の演算
を行う。
【０２０１】
【数２７】
【０２０２】尚、式（２７）中のａ，ｂは、図８に示す
ように楕円領域Ｂの境界と各座標軸σ(k)，VO2(k)との
交点における正の値である。
【０２０３】この場合、図９のデータテーブルでは、OV
AL(k)≦１であるときには（これは、前記状態量Ｘが図
５の線形的挙動領域Ａ（境界を含む）に存することを意
味する）、前記重み係数Cwが「１」に設定され、１＜OV
AL(k)＜１＋δ（但し、δは小さい正の値）であるとき
には（これは状態量Ｘが図５の線形的挙動領域Ａ外で該
領域Ａの近傍に存することを意味する）、楕円関数OVAL
(k)の値が大きくなるに伴って重み係数Cwの値が「１」
から「０」に向かって漸減するように該重み係数Cwが設
定される。そして、１＋δ≦OVAL(k)であるときには
（これは、状態量Ｘが完全に図５の線形的挙動領域Ａの
外に存することを意味する）、重み係数Cwが「０」に設
定される。
【０２０４】従って、状態量Ｘが線形的挙動領域Ａ内に
存するときには、前記式（２６）によって、VO2(k+d)バ
ー＝VO2L(k+d)バーとなり、合成器１４は、第１推定器
１２による推定偏差出力Cがスライディングモード制御
器１５の演算処理で用いる合成推定偏差出力VO2バーと
して選択的に出力することとなる。また、状態量Ｘが安
全に線形的挙動領域Ａの外に存するときには、VO2(k+d)
バー＝VO2F(k+d)バーとなり、合成器１４は、第２推定
器１３による推定偏差出力VO2F(k+d)バーがスライディ
ングモード制御器１５の演算処理で用いる合成推定偏差
出力VO2バーとして選択的に出力することとなる。さら
に、状態量Ｘが線形的挙動領域Ａの外で該領域Ａの近傍
に存するときには、合成器１４は、両推定器１２，１３
による推定偏差出力VO2L(k+d)バー，VO2F(k+d)バーの重
み付き平均値を合成推定偏差出力VO2バーとして出力す
ることとなる。
【０２０５】以上説明した処理が、合成器１４の処理で
ある。
【０２０６】次に、前記機関制御手段８についてさらに
図１０及び図１１を参照して説明する。
【０２０７】図１０のブロック図を参照して、機関制御
手段８は、その機能的構成として、エンジン１で燃焼さ
せる混合気の空燃比を操作するために実際に使用する触
媒上流空燃比の目標値としての実使用目標空燃比RKCMD
を決定する目標空燃比選択設定部１６を具備する。
【０２０８】この目標空燃比選択設定部１６は、前記ス
トイキ運転モードでは、前記操作量生成手段７のスライ
ディングモード制御器１５が前述のように生成する目標
空燃比KCMDを実使用目標空燃比RKCMDとして決定する。
そして、ストイキ運転モード以外の運転モード、例えば
リーン運転モードでは、エンジン１の回転数NEや吸気圧
PB等から、マップやデータテーブルを用いて求められる
リーン側の空燃比を実使用目標空燃比RKCMDとして決定
する。
【０２０９】さらに、機関制御手段８は、エンジン１へ
の基本燃料噴射量Ｔimを求める基本燃料噴射量算出部１
７と、基本燃料噴射量Ｔimを補正するための第１補正係
数KTOTAL及び第２補正係数KCMDMをそれぞれ求める第１
補正係数算出部１８及び第２補正係数算出部１９とを具
備する。
【０２１０】前記基本燃料噴射量算出部１７は、エンジ
ン１の回転数NEと吸気圧PBとから、それらにより規定さ
れるエンジン１の基準の燃料噴射量（燃料供給量）をあ
らかじめ設定されたマップを用いて求め、その基準の燃
料噴射量をエンジン１の図示しないスロットル弁の有効
開口面積に応じて補正することで基本燃料噴射量Ｔimを
算出する。この基本燃料噴射量Ｔimは、基本的には、エ
ンジン１で燃焼させる混合気の空燃比が理論空燃比とな
るような燃料噴射量である。
【０２１１】また、第１補正係数算出部１８が求める第
１補正係数KTOTALは、エンジン１の排気還流率（エンジ
ン１の吸入空気中に含まれる排ガスの割合）や、エンジ
ン１の図示しないキャニスタのパージ時にエンジン１に
供給される燃料のパージ量、エンジン１の冷却水温、吸
気温等を考慮して前記基本燃料噴射量Ｔimを補正するた
めのものである。
【０２１２】また、第２補正係数算出部１９が求める第
２補正係数KCMDMは、前記目標空燃比選択設定部１６が
決定した実使用目標空燃比R KCMDに対応してエンジン１
へ流入する燃料の冷却効果による吸入空気の充填効率を
考慮して基本燃料噴射量Ｔimを補正するためのものであ
る。
【０２１３】これらの第１補正係数KTOTAL及び第２補正
係数KCMDMによる基本燃料噴射量Ｔimの補正は、第１補
正係数KTOTAL及び第２補正係数KCMDMを基本燃料噴射量
Ｔimに乗算することで行われ、この補正によりエンジン
１の要求燃料噴射量Ｔcylが得られる。
【０２１４】尚、前記基本燃料噴射量Ｔimや、第１補正
係数KTOTAL、第２補正係数KCMDMのより具体的な算出手
法は、特開平５−７９３７４号公報等に本願出願人が開
示しているので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０２１５】機関制御手段８は、上記の機能的構成の
他、さらに、前記実使用目標空燃比RKCMDにＬＡＦセン
サ４の出力KACT（触媒上流空燃比の検出値）を収束させ
るようにフィードバック制御によりエンジン１の燃料噴
射量を調整することでエンジン１で燃焼させる混合気の
空燃比を操作するフィードバック制御部２０を備えてい
る。
【０２１６】このフィードバック制御部２０は、本実施
形態では、エンジン１の各気筒の全体的な空燃比をフィ
ードバック制御する大局的フィードバック制御部２１
と、エンジン１の各気筒毎の空燃比をフィードバック制
御する局所的フィードバック制御部２２とに分別され
る。
【０２１７】前記大局的フィードバック制御部２１は、
ＬＡＦセンサ４の出力KACTが前記実使用目標空燃比KCMD
に収束するように、前記要求燃料噴射量Ｔcylを補正す
る（要求燃料噴射量Ｔcylに乗算する）フィードバック
補正係数KFBを逐次求めるものである。
【０２１８】この大局的フィードバック制御部２１は、
ＬＡＦセンサ４の出力KACTと実使用目標空燃比RKCMDと
の偏差に応じて周知のＰＩＤ制御を用いて前記フィード
バック補正係数KFBとしてのフィードバック操作量KLAF
を生成するＰＩＤ制御器２３と、ＬＡＦセンサ４の出力
KACTと実使用目標空燃比RKCMDとからエンジン１の運転
状態の変化や特性変化等を考慮して前記フィードバック
補正係数KFBを規定するフィードバック操作量KSTRを適
応的に求める適応制御器２４（図ではＳＴＲと称してい
る）とをそれぞれ独立的に具備している。
【０２１９】ここで、本実施形態では、前記ＰＩＤ制御
器２３が生成するフィードバック操作量KLAFは、ＬＡＦ
センサ４の出力KACT（空燃比の検出値）が実使用目標空
燃比RKCMDに一致している状態で「１」となり、該操作
量KLAFをそのまま前記フィードバック補正係数KFBとし
て使用できるようになっている。一方、適応制御器２４
が生成するフィードバック操作量KSTRはＬＡＦセンサ４
の出力KACTが実使用目標空燃比RKCMDに一致する状態で
「実使用目標空燃比RKCMD」となるものである。このた
め、該フィードバック操作量KSTRを除算処理部２５で実
使用目標空燃比RKCMDにより除算してなるフィードバッ
ク操作量kstr（＝KSTR／RKCMD）が前記フィードバック
補正係数KFBとして使用できるようになっている。
【０２２０】大局的フィードバック制御部２１は、ＰＩ
Ｄ制御器２３により生成されるフィードバック操作量KL
AFと、適応制御器２４が生成するフィードバック操作量
KSTRを実使用目標空燃比RKCMDにより除算してなるフィ
ードバック操作量kstrとを切換部２６で適宜、択一的に
選択する。そして、いずれか一方のフィードバック操作
量KLAF又はkstrを前記フィードバック補正係数KFBとし
て使用し、該補正係数KFBを前記要求燃料噴射量Ｔcylに
乗算することにより該要求燃料噴射量Ｔcylを補正す
る。尚、かかる大局的フィードバック制御部２１（特に
適応制御器２４）については後にさらに詳細に説明す
る。
【０２２１】前記局所的フィードバック制御部２２は、
ＬＡＦセンサ４の出力KACTから各気筒毎の実空燃比#nA/
F(ｎ＝１，２，３，４）を推定するオブザーバ２７と、
このオブザーバ２７により推定された各気筒毎の実空燃
比#nA/Fから各気筒毎の空燃比のばらつきを解消するよ
う、ＰＩＤ制御を用いて各気筒毎の燃料噴射量のフィー
ドバック補正係数#nKLAFをそれぞれ求める複数（気筒数
個）のＰＩＤ制御器２８とを具備する。
【０２２２】ここで、オブザーバ２７は、それを簡単に
説明すると、各気筒毎の実空燃比#nA/Fの推定を次のよ
うに行うものである。すなわち、エンジン１からＬＡＦ
センサ４の箇所（各気筒毎の排ガスの集合部）にかけて
の系を、エンジン１の各気筒毎の実空燃比#nA/FからＬ
ＡＦセンサ４で検出される触媒上流空燃比を生成する系
と考える。そして、この系を、ＬＡＦセンサ４の検出応
答遅れ（例えば一次遅れ）や、ＬＡＦセンサ４で検出さ
れる触媒上流空燃比に対するエンジン１の各気筒毎の空
燃比の時間的寄与度を考慮してモデル化する。そして、
そのモデルの基で、ＬＡＦセンサ４の出力KACTから、逆
算的に各気筒毎の実空燃比#nA/Fを推定する。
【０２２３】尚、このようなオブザーバ２７は、本願出
願人が例えば特開平７−８３０９４号公報に詳細に開示
しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。
【０２２４】また、局所的フィードバック制御部２２の
各ＰＩＤ制御器２８は、ＬＡＦセンサ４の出力KACTを、
前回の制御サイクルで各ＰＩＤ制御器２８により求めら
れたフィードバック補正係数#nKLAFの全気筒についての
平均値により除算してなる値を各気筒の空燃比の目標値
とする。さらに、その目標値とオブザーバ２７により求
められた各気筒毎の実空燃比#nA/Fの推定値との偏差が
解消するように、今回の制御サイクルにおける、各気筒
毎のフィードバック補正係数#nKLAFを求める。
【０２２５】そして、局所的フィードバック制御部２２
は、前記要求燃料噴射量Ｔcylに大局的フィードバック
制御部２１のフィードバック補正係数KFBを乗算してな
る値に、各気筒毎のフィードバック補正係数#nKLAFを乗
算することで、各気筒の出力燃料噴射量#nＴout（ｎ＝
１，２，３，４）を求める。
【０２２６】このようにして求められる各気筒の出力燃
料噴射量#nＴoutは、機関制御手段８に備えた各気筒毎
の付着補正部２９により吸気管の壁面付着を考慮した補
正が各気筒毎になされた後、エンジン１の図示しない燃
料噴射装置に与えられる。そして、その付着補正がなさ
れた出力燃料噴射量#nＴoutに従って、エンジン１の各
気筒への燃料噴射が行われるようになっている。
【０２２７】尚、上記付着補正については、本願出願人
が例えば特開平８−２１２７３号公報に詳細に開示して
いるので、ここではさらなる説明を省略する。
【０２２８】前記大局的フィードバック制御部２１、特
に前記適応制御器２４をさらに説明する。
【０２２９】大局的フィードバック制御部２１は、前述
のようにＬＡＦセンサ４の出力KACT（触媒上流空燃比の
検出値）を実使用目標空燃比RKCMDに収束させるように
フィードバック制御を行うものであるが、このとき、こ
のようなフィードバック制御を周知のＰＩＤ制御だけで
行うようにすると、エンジン１の運転状態の変化や経年
的特性変化等、動的な挙動変化に対して、安定した制御
性を確保することが困難である。
【０２３０】前記適応制御器２４は、上記のようなエン
ジン１の動的な挙動変化を補償したフィードバック制御
を可能とする漸化式形式の制御手段であり、Ｉ．Ｄ．ラ
ンダウ等により提唱されているパラメータ調整則を用い
て、図１１に示すように、複数の適応パラメータを設定
するパラメータ調整部３０と、設定された適応パラメー
タを用いて前記フィードバック操作量KSTRを算出する操
作量算出部３１とにより構成されている。
【０２３１】ここで、パラメータ調整部３０について説
明すると、ランダウ等の調整則では、離散系の制御対象
の伝達関数Ｂ（Ｚ-1）／Ａ（Ｚ-1）の分母分子の多項式
を一般的に下記の式（２８），（２９）のようにおいた
とき、パラメータ調整部３０が設定する適応パラメータ
θハット(j)（ｊは制御サイクルの番数を示す）は、式
（３０）のようにベクトル（転置ベクトル）で表され
る。また、パラメータ調整部３０への入力ζ(j)は、式
（３１）のように表される。この場合、本実施形態で
は、大局的フィードバック制御部２１の制御対象である
エンジン１が一次系で３制御サイクル分の無駄時間ｄp
（エンジン１の燃焼サイクルの３サイクル分の時間）を
持つプラントと考え、式（２８）〜式（３１）でｍ＝ｎ
＝１，ｄp＝３とし、設定する適応パラメータはｓ0，ｒ
1，ｒ2，ｒ3，ｂ0の５個とした（図１１参照）。尚、式
（３１）の上段式及び中段式におけるｕs，ｙsは、それ
ぞれ、制御対象への入力（操作量）及び制御対象の出力
（制御量）を一般的に表したものであるが、本実施形態
では、上記入力をフィードバック操作量KSTR、制御対象
（エンジン１）の出力を前記ＬＡＦセンサ４の出力KACT
（触媒上流空燃比の検出値）とし、パラメータ調整部３
９への入力ζ(j)を、式（３１）の下段式により表す
（図１１参照）。
【０２３２】
【数２８】
【０２３３】
【数２９】
【０２３４】
【数３０】
【０２３５】
【数３１】
【０２３６】ここで、前記式（３０）に示される適応パ
ラメータθハットは、適応制御器２４のゲインを決定す
るスカラ量要素ｂ0ハット-1（ｊ）、操作量を用いて表
現される制御要素ＢRハット（Ｚ-1，ｊ）、及び制御量
を用いて表現される制御要素Ｓ（Ｚ-1，ｊ）からなり、
それぞれ、次式（３２）〜（３４）により表現される
（図１１の操作量算出部３１のブロック図を参照）。
【０２３７】
【数３２】
【０２３８】
【数３３】
【０２３９】
【数３４】
【０２４０】パラメータ調整部３０は、これらのスカラ
量要素や制御要素の各係数を設定して、それを式（３
０）に示す適応パラメータθハットとして操作量算出部
３１に与えるもので、現在から過去に渡るフィードバッ
ク操作量KSTRの時系列データとＬＡＦセンサ４の出力KA
CTとを用いて、該出力KACTが前記実使用目標空燃比KCMD
に一致するように、適応パラメータθハットを算出す
る。
【０２４１】この場合、具体的には、適応パラメータθ
ハットは、次式（３５）により算出する。
【０２４２】
【数３５】
【０２４３】同式（３５）において、Γ(j)は、適応パ
ラメータθハットの設定速度を決定するゲイン行列（こ
の行列の次数はｍ＋ｎ＋ｄp）、ｅ*(j)は、適応パラメ
ータθハットの推定誤差を示すもので、それぞれ式（３
６），（３７）のような漸化式で表される。
【０２４４】
【数３６】
【０２４５】
【数３７】
【０２４６】ここで、式（３７）中の「Ｄ（Ｚ-1）」
は、収束性を調整するための、漸近安定な多項式であ
り、本実施形態ではＤ（Ｚ-1）＝１としている。
【０２４７】尚、式（３６）のλ1(j)，λ2(j)の選び方
により、漸減ゲインアルゴリズム、可変ゲインアルゴリ
ズム、固定トレースアルゴリズム、固定ゲインアルゴリ
ズム等の種々の具体的なアルゴリズムが得られる。エン
ジン１の燃料噴射あるいは空燃比等の時変プラントで
は、漸減ゲインアルゴリズム、可変ゲインアルゴリズ
ム、固定ゲインアルゴリズム、および固定トレースアル
ゴリズムのいずれもが適している。
【０２４８】前述のようにパラメータ調整部３０により
設定される適応パラメータθハット（ｓ0，ｒ1，ｒ2，
ｒ3，ｂ0）と、前記目標空燃比選択設定部１６により決
定される実使用目標空燃比RKCMDとを用いて、操作量算
出部３１は、次式（３８）の漸化式により、フィードバ
ック操作量KSTRを求める。図１１の操作量算出部３１
は、同式（３８）の演算をブロック図で表したものであ
る。
【０２４９】
【数３８】
【０２５０】尚、式（３８）により求められるフィード
バック操作量KSTRは、ＬＡＦセンサ４の出力KACTが実使
用目標空燃比RKCMDに一致する状態において、「実使用
目標空燃比RKCMD」となる。このために、前述の如く、
フィードバック操作量K STRを除算処理部２５によって
実使用目標空燃比RKCMDで除算することで、前記フィー
ドバック補正係数KFBとして使用できるフィードバック
操作量kstrを求めるようにしている。
【０２５１】このように構築された適応制御器２４は、
前述したことから明らかなように、制御対象であるエン
ジン１の動的な挙動変化を考慮した漸化式形式の制御器
であり、換言すれば、エンジン１の動的な挙動変化を補
償するために、漸化式形式で記述された制御器である。
そして、より詳しくは、漸化式形式の適応パラメータ調
整機構を備えた制御器と定義することができる。
【０２５２】尚、この種の漸化式形式の制御器は、所
謂、最適レギュレータを用いて構築する場合もあるが、
この場合には、一般にはパラメータ調整機構は備えられ
ておらず、エンジン１の動的な挙動変化を補償する上で
は、前述のように構成された適応制御器３１が好適であ
る。
【０２５３】以上が、本実施形態で採用した適応制御器
２４の詳細である。
【０２５４】尚、適応制御器２４と共に、大局的フィー
ドバック制御部２１に具備したＰＩＤ制御器２３は、一
般のＰＩＤ制御と同様に、ＬＡＦセンサ４の出力KACT
と、実使用目標空燃比RKCMDとの偏差から、比例項（Ｐ
項）、積分項（Ｉ項）及び微分項（Ｄ項）を算出し、そ
れらの各項の総和をフィードバック操作量KLAFとして算
出する。この場合、本実施形態では、積分項（Ｉ項）の
初期値を「１」とすることで、ＬＡＦセンサ４の出力KA
CTが実使用目標空燃比RKCMDに一致する状態において、
フィードバック操作量KLAFが“１”になるようにし、該
フィードバック操作量KLAFをそのまま燃料噴射量を補正
するための前記フィードバック補正係数KFBとして使用
することができるようしている。また、比例項、積分項
及び微分項のゲインは、エンジン１の回転数NEと吸気圧
PBとから、あらかじめ定められたマップを用いて決定さ
れる。
【０２５５】また、大局的フィードバック制御部２１の
前記切換部２６は、エンジン１の冷却水温の低温時や、
高速回転運転時、吸気圧の低圧時等、エンジン１の燃焼
が不安定なものとなりやすい場合、空燃比のフィードバ
ック制御の開始直後等、これに応じたＬＡＦセンサ４の
出力KACTが、そのＬＡＦセンサ４の応答遅れ等によっ
て、信頼性に欠ける場合には、ＰＩＤ制御器２３により
求められるフィードバック操作量KLAFを燃料噴射量を補
正するためのフィードバック補正係数KFBとして出力す
る。そして、上記のような場合以外の状態で、適応制御
器２４により求められるフィードバック操作量KSTRを実
使用目標空燃比RKCMDで除算してなるフィードバック操
作量kstrを燃料噴射量を補正するためのフィードバック
補正係数KFBとして出力する。これは、適応制御器２４
が、高ゲイン制御で、ＬＡＦセンサ４の出力KACTを急速
に実使用目標空燃比RKCMDに収束させるように機能する
ため、上記のようにエンジン１の燃焼が不安定となった
り、ＬＡＦセンサ４の出力KACTの信頼性に欠ける等の場
合に、適応制御器２４のフィードバック操作量KSTRを用
いると、かえって空燃比の制御が不安定なものとなる虞
れがあるからである。
【０２５６】このような切換部２６の作動は、例えば特
開平８−１０５３４５号公報に本願出願人が詳細に開示
しているので、ここでは、さらなる説明を省略する。
【０２５７】次に本実施形態の装置の作動の詳細を説明
する。
【０２５８】まず、図１２のフローチャートを参照し
て、前記制御ユニット６の機関制御手段８によるエンジ
ン１の空燃比の制御のためのエンジン１の各気筒毎の出
力燃料噴射量#nＴout（ｎ＝1，2，3，4）の算出処理に
ついて説明する。機関制御手段８は、各気筒毎の出力燃
料噴射量#nＴoutの算出処理をエンジン１のクランク角
周期（ＴＤＣ）と同期した制御サイクルで次のように行
う。
【０２５９】機関制御手段８は、まず、前記ＬＡＦセン
サ４及びＯ2センサ５を含む各種センサの出力を読み込
む（ＳＴＥＰａ）。この場合、ＬＡＦセンサ４の出力KA
CT及びＯ2センサ５の出力VO2/OUTはそれぞれ過去に得ら
れたものを含めて時系列的に図示しないメモリに記憶保
持される。
【０２６０】次いで、基本燃料噴射量算出部１７によっ
て、前述の如くエンジン１の回転数NE及び吸気圧PBに対
応する燃料噴射量をスロットル弁の有効開口面積に応じ
て補正してなる基本燃料噴射量Ｔimが求められる（ＳＴ
ＥＰｂ）。さらに、第１補正係数算出部１８によって、
エンジン１の冷却水温やキャニスタのパージ量等に応じ
た第１補正係数KTOTALが算出される（ＳＴＥＰｃ）。
【０２６１】次いで、機関制御手段８は、エンジン１の
運転モードが前記操作量生成手段７が生成する目標空燃
比KCMDを使用して燃料噴射量の調整を行うストイキ運転
モードであるか否かの判別処理を行って、該運転モード
がストイキ運転モードであるか否かをそれぞれ値
「１」，「０」で表すフラグf/prism/onの値を設定する
（ＳＴＥＰｄ）。
【０２６２】上記の判別処理では、図１３に示すよう
に、Ｏ2センサ５及びＬＡＦセンサ４が活性化している
か否かの判別が行われる（ＳＴＥＰｄ−１，ｄ−２）。
このとき、いずれかが活性化していない場合には、操作
量生成手段７の処理に使用するＯ2センサ５やＬＡＦセ
ンサ４の検出データを精度よく得ることができない。従
って、エンジン１の運転モードはストイキ運転モードで
はなく、フラグf/prism/onの値を「０」にセットする
（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０２６３】また、エンジン１のリーン運転中（希薄燃
焼運転中）であるか否か（ＳＴＥＰｄ−３）、エンジン
１の始動直後の触媒装置３の早期活性化を図るためにエ
ンジン１の点火時期が遅角側に制御されているか否か
（ＳＴＥＰｄ−４）、エンジン１のスロットル弁が略全
開であるか否か（ＳＴＥＰｄ−５）、及びエンジン１へ
の燃料供給の停止中（フュエルカット中）であるか否か
（ＳＴＥＰｄ−６）の判別が行われる。これらのいずれ
かの条件が成立している場合には、エンジン１の運転モ
ードはストイキ運転モードではなく、フラグf/prism/on
の値を「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０２６４】さらに、エンジン１の回転数NE及び吸気圧
PBがそれぞれ所定範囲内（正常な範囲内）にあるか否か
の判別が行われる（ＳＴＥＰｄ−７，ｄ−８）。このと
き、いずれかが所定範囲内にない場合には、エンジン１
の運転モードはストイキ運転モードではなく、フラグf/
prism/onの値を「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１
０）。
【０２６５】そして、ＳＴＥＰｄ−１，ｄ−２，ｄ−
７，ｄ−８の条件が満たされ、且つ、ＳＴＥＰｄ−３，
ｄ−４，ｄ−５，ｄ−６の条件が成立していない場合
に、エンジン１の運転モードがストイキ運転モードであ
るとして、フラグf/prism/onの値を「１」にセットする
（ＳＴＥＰｄ−９）。
【０２６６】図１２の説明に戻って、上記のようにフラ
グf/prism/onの値を設定した後、機関制御手段８は、目
標空燃比選択設定部１６によりフラグf/prism/onの値を
判断し（ＳＴＥＰｅ）、このフラグf/prism/onの値に応
じて前記実使用目標空燃比RKCMDを設定する。すなわ
ち、機関制御手段８の目標空燃比選択設定部１６は、f/
prism/on＝１である場合（エンジン１の運転モードがス
トイキ運転モードである場合）には、操作量生成手段７
で生成された最新の目標空燃比KCMDを読み込み、それを
実使用目標空燃比RKCMDとして設定する（ＳＴＥＰ
ｆ）。また、エンジン１の運転モードがリーン運転モー
ドである場合等、f/prism/on＝０である場合には、実使
用目標空燃比RKCMDを所定値に設定する（ＳＴＥＰ
ｇ）。この場合、実使用目標空燃比RKCMDとして設定す
る所定値は、例えばエンジン１の回転数NEや吸気圧PBか
らあらかじめ定めたマップ等を用いて決定する。
【０２６７】次いで、機関制御手段８は、前記局所的フ
ィードバック制御部２２において、前述の如くオブザー
バ２７によりＬＡＦセンサ４の出力KACTから推定した各
気筒毎の実空燃比#nA/F（ｎ＝1，2，3，4）に基づき、
ＰＩＤ制御器２８により、各気筒毎のばらつきを解消す
るようにフィードバック補正係数#nKLAFを算出する（Ｓ
ＴＥＰｈ）。さらに、大局的フィードバック制御部２１
により、フィードバック補正係数KFBを算出する（ＳＴ
ＥＰｉ）。
【０２６８】この場合、大局的フィードバック制御部２
１は、前述の如く、ＰＩＤ制御器２３により求められる
フィードバック操作量KLAFと、適応制御器２４により求
められるフィードバック操作量KSTRを目標空燃比KCMDで
除算してなるフィードバック操作量kstrとから、切換部
２６によってエンジン１の運転状態等に応じていずれか
一方のフィードバック操作量KLAF又はkstrを選択する
（通常的には適応制御器２４側のフィードバック操作量
kstrを選択する）。そして、選択したフィードバック操
作量KLAF又はkstrを燃料噴射量を補正するためのフィー
ドバック補正量数KFBとして出力する。
【０２６９】尚、フィードバック補正係数KFBを、ＰＩ
Ｄ制御器２３側のフィードバック操作量KLAFから適応制
御器２４側のフィードバック操作量kstrに切り換える際
には、該補正係数KFBの急変を回避するために、適応制
御器２４は、その切換えの際の制御サイクルに限り、補
正係数KFBを前回の補正係数KFB（＝KLAF）に保持するよ
うに、フィードバック操作量KSTRを求める。同様に、補
正係数KFBを、適応制御器２４側のフィードバック操作
量kstrからＰＩＤ制御器２３側のフィードバック操作量
KLAFに切り換える際には、ＰＩＤ制御器２３は、自身が
前回の制御サイクルで求めたフィードバック操作量KLAF
が、前回の補正係数KFB（＝kstr）であったものとし
て、今回の補正係数KLAFを算出する。
【０２７０】上記のようにしてフィードバック補正係数
KFBが算出された後、さらに、前記ＳＴＥＰｆあるいは
ＳＴＥＰｇで決定された実使用目標空燃比RKCMDに応じ
た第２補正係数KCMDMが第２補正係数算出部１９により
算出される（ＳＴＥＰｊ）。
【０２７１】次いで、機関制御手段８は、前述のように
求められた基本燃料噴射量Ｔimに、第１補正係数KTOTA
L、第２補正係数KCMDM、フィードバック補正係数KFB、
及び各気筒毎のフィードバック補正係数#nKLAFを乗算す
ることで、各気筒毎の出力燃料噴射量#nＴoutを求める
（ＳＴＥＰｋ）。そして、この各気筒毎の出力燃料噴射
量#nＴoutが、付着補正部２９によって、エンジン１の
吸気管における燃料の壁面付着を考慮した補正を施され
た後（ＳＴＥＰｍ）、エンジン１の図示しない燃料噴射
装置に出力される（ＳＴＥＰｎ）。
【０２７２】そして、エンジン１にあっては、各気筒毎
の出力燃料噴射量#nＴoutに従って、各気筒への燃料噴
射が行われる。
【０２７３】以上のような各気筒毎の出力燃料噴射量#n
Ｔoutの算出及びそれに応じたエンジン１への燃料噴射
がエンジン１のクランク角周期に同期したサイクルタイ
ムで逐次行われ、これによりＬＡＦセンサ４の出力KACT
（空燃比の検出値）が、目標空燃比KCMDに収束するよう
に、エンジン１の空燃比が制御される。この場合、特
に、フィードバック補正係数KFBとして、適応制御器２
４側のフィードバック操作量kstrを使用している状態で
は、エンジン１の運転状態の変化や特性変化等の挙動変
化に対して、高い安定性を有して、ＬＡＦセンサ４の出
力KACTが迅速に目標空燃比KCMDに収束制御される。ま
た、エンジン１が有する応答遅れの影響も適正に補償さ
れる。
【０２７４】一方、前述のようなエンジン１の燃料供給
の制御と並行して、制御ユニット６の操作量生成手段７
は、一定周期の制御サイクルで図１４のフローチャート
に示すメインルーチン処理を実行する。
【０２７５】すなわち、図１４を参照して、操作量生成
手段７は、まず、自身の演算処理（目標空燃比KCMDを生
成する処理）を実行するか否かの判別処理を行って、そ
の実行の可否を規定するフラグf/prism/calの値を設定
する（ＳＴＥＰ１）。尚、フラグf/prism/calの値は、
それが「０」のとき、操作量生成手段７の演算処理を行
わないことを意味し、「１」のとき、操作量生成手段７
の演算処理を行うことを意味する。
【０２７６】上記の判別処理は、図１５のフローチャー
トに示すように行われる。
【０２７７】すなわち、Ｏ2センサ５及びＬＡＦセンサ
４が活性化しているか否かの判別が行われる（ＳＴＥＰ
１−１，１−２）。このとき、いずれかが活性化してい
ない場合には、操作量生成手段７の処理に使用するＯ2
センサ５及びＬＡＦセンサ４の検出データを精度よく得
ることができないため、フラグf/prism/calの値を
「０」にセットする（ＳＴＥＰ１−６）。さらにこのと
き、前記同定器１１の後述する初期化を行うために、そ
の初期化を行うか否かを規定するフラグf/id/resetの値
を「１」にセットする（ＳＴＥＰ１−７）。ここで、フ
ラグf/id/resetの値は、それが「１」であるとき、同定
器１１の初期化を行うことを意味し、「０」であると
き、初期化を行わないことを意味する。
【０２７８】また、エンジン１のリーン運転中であるか
否か（ＳＴＥＰ１−３）、及びエンジン１の始動直後の
触媒装置３の早期活性化を図るためにエンジン１の点火
時期が遅角側に制御されているか否か（ＳＴＥＰ１−
４）の判別が行われる。これらのいずれかの条件が成立
している場合には、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTを目標値
VO2/TARGETに収束させる制御は行わないので、フラグf/
prism/calの値を「０」にセットする（ＳＴＥＰ１−
６）。さらにこのとき、同定器１１の初期化を行うため
に、フラグf/id/resetの値を「１」にセットする（ＳＴ
ＥＰ１−７）。
【０２７９】そして、操作量生成手段７は、ＳＴＥＰ１
−１，１−２の条件が満たされ、且つ、ＳＴＥＰ１−
３，１−４の条件が成立しない場合にのみ、フラグf/pr
ism/calの値を「１」にセットする。
【０２８０】図１４の説明に戻って、上記のような判別
処理を行った後、操作量生成手段７は、さらに、同定器
１１による前記ゲイン係数a1，a 2，b1の同定（更新）
処理を実行するか否かの判別処理を行って、その実行の
可否を規定するフラグf/id/calの値を設定する（ＳＴＥ
Ｐ２）。尚、フラグf/id/calの値は、それが「０」のと
き、同定器１１による前記ゲイン係数a1，a2，b1の同定
（更新）処理を行わないことを意味し、「１」のとき、
同定（更新）処理を行うことを意味する。
【０２８１】このＳＴＥＰ２の判別処理では、エンジン
１のスロットル弁が略全開であるか否か、及びエンジン
１への燃料供給の停止中（フュエルカット中）であるか
否かの判別が行われる。これらのいずれかの条件が成立
している場合には、前記ゲイン係数a1，a2，b1を適正に
同定することが困難であるため、フラグf/id/calの値を
「０」にセットする。そして、上記のいずれの条件も成
立していない場合には、同定器１１による前記ゲイン係
数a1，a2，b1の同定（更新）処理を実行すべくフラグf/
id/calの値を「１」にセットする。
【０２８２】次いで、操作量生成手段７は、前記減算処
理部９，１０によりそれぞれ最新の前記偏差出力kact
(k)（＝KACT(k)−FLAF/BASE）及びVO2(k)（＝VO2/OUT
(k)−VO2/TARGET）を算出する（ＳＴＥＰ３）。この場
合、減算処理部９，１０は、前記図１２のＳＴＥＰａに
おいて取り込まれて図示しないメモリに記憶されたＬＡ
Ｆセンサ４の出力KACT及びＯ2センサ５の出力VO2/OUTの
時系列データの中から、最新のものを選択して前記偏差
出力kact(k)及びVO2(k)を算出する。そしてこの偏差出
力kact(k)及びVO2(k)は、過去に算出したものを含めて
時系列的に図示しないメモリに記憶保持される。
【０２８３】次いで、操作量生成手段７は、前記ＳＴＥ
Ｐ１で設定されたフラグf/prism/calの値を判断する
（ＳＴＥＰ４）。このとき、f/prism/cal＝０である場
合、すなわち、自身の演算処理を行わない場合には、ス
ライディングモード制御器１５で求めるべき前記ＳＬＤ
操作入力Usl（＝目標偏差空燃比kcmd）を強制的に所定
値に設定する（ＳＴＥＰ１２）。この場合、該所定値
は、例えばあらかじめ定めた固定値（例えば「０」）あ
るいは前回の制御サイクルで決定したＳＬＤ操作入力Us
lの値である。
【０２８４】尚、このようにＳＬＤ操作入力Uslを所定
値とした場合において、操作量生成手段７は、その所定
値のＳＬＤ操作入力Uslに前記空燃比基準値FLAF/BASEを
加算することで、今回の制御サイクルにおける目標空燃
比KCMDを決定し（ＳＴＥＰ１３）、今回の制御サイクル
の処理を終了する。
【０２８５】一方、ＳＴＥＰ４の判断で、f/prism/cal
＝１である場合、すなわち、操作量生成手段７の演算処
理を行う場合には、操作量生成手段７は、まず、前記同
定器１１による演算処理を行う（ＳＴＥＰ５）。
【０２８６】この同定器１１による演算処理は図１６の
フローチャートに示すように行われる。
【０２８７】すなわち、同定器１１は、まず、前記ＳＴ
ＥＰ２で設定されたフラグf/id/calの値を判断する（Ｓ
ＴＥＰ５−１）。このときf/id/cal＝０であれば、同定
器１１によるゲイン係数a1，a2，b1の同定処理を行わな
いので、直ちに図１４のメインルーチンに復帰する。
【０２８８】一方、f/id/cal＝１であれば、同定器１１
は、さらに該同定器１１の初期化に係わる前記フラグf/
id/resetの値（これは、前記ＳＴＥＰ１でその値が設定
される）を判断し（ＳＴＥＰ５−２）、f/id/reset＝１
である場合には、同定器１１の初期化を行う（ＳＴＥＰ
５−３）。この初期化では、前記同定ゲイン係数a1ハッ
ト，a 2ハット，b1ハットの各値があらかじめ定めた初
期値に設定され（式（３）中の同定ゲイン係数ベクトル
Θの初期化）、また、前記式（６）で用いる行列Ｐ（対
角行列）の各成分があらかじめ定めた初期値に設定され
る。さらに、フラグf/id/resetの値は「０」にリセット
される。
【０２８９】次いで、同定器１１は、現在の同定ゲイン
係数a1(k-1)ハット，a2(k-1)ハット，b1(k-1)ハットの
値と、前記ＳＴＥＰ３で制御サイクル毎に算出される偏
差出力VO2及びkactの過去値のデータVO2(k-1)，VO2(k-
2)，kact(k-d-1)とを用いて、前記式（３）により前記
同定偏差出力VO2(k)ハットを算出する（ＳＴＥＰ５−
４）。
【０２９０】さらに同定器１１は、新たな同定ゲイン係
数a1ハット，a2ハット，b1ハットを決定する際に使用す
る前記ベクトルＫθ(k)を式（６）により算出した後
（ＳＴＥＰ５−５）、前記同定誤差id/e(k)（前記同定
偏差出力VO2ハットと、実際の偏差出力VO2との偏差。式
（４）参照）を算出する（ＳＴＥＰ５−６）。
【０２９１】ここで、前記同定誤差id/e(k)は、基本的
には、前記式（４）に従って算出すればよいのである
が、本実施形態では、前記図１４のＳＴＥＰ３で制御サ
イクル毎に算出する偏差出力VO2と、前記ＳＴＥＰ５−
４で制御サイクル毎に算出する同定偏差出力VO2ハット
とから式（４）の演算により得られた値（＝VO2(k)−VO
2(k)ハット）に、さらにローパス特性のフィルタリング
を施すことで同定誤差id/e(k)を求める。
【０２９２】これは、触媒装置３を含む排気系Ｅの挙動
は一般にローパス特性を有するため、前記排気系モデル
のゲイン係数a1，a2，b1を適正に同定する上では、排気
系Ｅの低周波数側の挙動を重視することが好ましいから
である。
【０２９３】尚、このようなフィルタリングは、結果的
に、偏差出力VO2及び同定偏差出力VO2ハットの両者に同
じローパス特性のフィルタリングが施されていればよ
く、例えば偏差出力VO2及び同定偏差出力VO2ハットにそ
れぞれ各別にフィルタリングを施した後に式（４）の演
算を行って同定誤差id/e(k)を求めるようにしてもよ
い。また、前記のフィルタリングは、例えばディジタル
フィルタの一手法である移動平均処理によって行われ
る。
【０２９４】次いで、同定器１１は、ＳＴＥＰ５−６で
求めた同定誤差id/e(k)と、前記ＳＴＥＰ５−５で算出
したＫθ( k)とを用いて前記式（５）により新たな同定
ゲイン係数ベクトルΘ(k)、すなわち、新たな同定ゲイ
ン係数a1(k)ハット，a2(k)ハット，b1(k)ハットを算出
する（ＳＴＥＰ５−７）。
【０２９５】このようにして新たな同定ゲイン係数a1
(k)ハット，a2(k)ハット，b1(k)ハットを算出した後、
同定器１１は、該同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，
b1ハット（同定ゲイン係数ベクトルΘの要素）の値を、
所定の条件を満たすように制限する処理を行う（ＳＴＥ
Ｐ５−８）。そして、同定器１１は次回の制御サイクル
の処理のために前記行列Ｐ(k)を前記式（７）により更
新した後（ＳＴＥＰ５−９）、図１４のメインルーチン
の処理に復帰する。
【０２９６】この場合、上記ＳＴＥＰ５−８において同
定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットの値を制限
する処理は、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハットの値の
組み合わせを所定の組み合わせに制限する処理（同定ゲ
イン係数a1ハット，a2ハットを成分とする座標平面上の
所定の領域内に点（a1ハット，a2ハット）を制限する処
理）と、同定ゲイン係数b1ハットの値を所定の範囲内に
制限する処理とからなる。前者の処理では、ＳＴＥＰ５
−７で算出した同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハッ
トにより定まる上記座標平面上の点（a1(k)ハット，a2
(k)ハット）が該座標平面上にあらかじめ定めた所定の
領域から逸脱している場合に同定ゲイン係数a1(k)ハッ
ト，a2(k)ハットの値を強制的に上記所定の領域内の点
の値に制限する。また、後者の処理では、前記ＳＴＥＰ
５−７で算出した同定ゲイン係数b1(k)ハットの値が所
定の範囲の上限値あるいは下限値を超えている場合に、
該同定ゲイン係数b1(k)ハットの値を強制的にその上限
値あるいは下限値に制限する。
【０２９７】このような同定ゲイン係数a1ハット，a2ハ
ット，b1ハットの制限処理は、スライディングモード制
御器１５が算出するＳＬＤ操作入力Usl（目標偏差空燃
比kcmd）、ひいては目標空燃比KCMDの安定性を確保する
ためのものである。
【０２９８】尚、このような同定ゲイン係数a1ハット，
a2ハット，b1ハットの制限処理のより具体的な手法につ
いては、本願出願人が例えば特開平１１−１５３０５１
号公報にて詳細に説明しているので、ここでは詳細な説
明を省略する。
【０２９９】また、図１６のＳＴＥＰ５−７で新たな同
定ゲイン係数a1(k)ハット，a 2(k)ハット，b1(k)ハット
を求めるために使用する同定ゲイン係数の前回値a1(k-
1)ハット，a2(k-1)ハット，b1(k-1)ハットは、前回の制
御サイクルにおけるＳＴＥＰ５−８の制限処理を行った
後の同定ゲイン係数の値である。
【０３００】以上が図１４のＳＴＥＰ５における同定器
１１の演算処理の詳細である。
【０３０１】図１４の説明に戻って、上記のように同定
器１１の演算処理を行った後、操作量生成手段７は、ゲ
イン係数a1，a2，b1の値を決定する（ＳＴＥＰ６）。こ
の処理では、前記ＳＴＥＰ２で設定されたフラグf/id/c
alの値が「１」である場合、すなわち、同定器１１によ
るゲイン係数a1，a2，b1の同定処理を行った場合には、
ゲイン係数a1，a2，b1の値として、それぞれ前記ＳＴＥ
Ｐ５で前述の通り同定器１１により求められた最新の同
定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハット，b1(k)ハット
を設定する。また、f/id/cal＝０である場合、すなわ
ち、同定器１１によるゲイン係数a1，a2，b1の同定処理
を行わなかった場合には、ゲイン係数a1，a2，b1の値を
それぞれあらかじめ定めた所定値（例えば前回の制御サ
イクルで決定された値等）とする。
【０３０２】次いで、操作量生成手段７は、前記第１及
び第２推定器１２，１３、並びに合成器１４による演算
処理（前記合成推定偏差出力VO2バーを算出する処理）
を行う（ＳＴＥＰ７）。この処理は、図１７のフローチ
ャートに示すように行われる。
【０３０３】すなわち、操作量生成手段７は、まず、Ｏ
2センサ５の偏差出力VO2の今回値VO2(k)及び前回値VO2
(k-1)を用いて前記式（１２）のファジー用線形関数σ
の値σ(k)を算出する（ＳＴＥＰ７−１）。
【０３０４】さらに操作量生成手段７は、この算出した
ファジー用線形関数σの値σ(k)と、偏差出力VO2の今回
値VO2(k)とを用いて前記式（２７）の楕円関数の値OVAL
(k)を算出する（ＳＴＥＰ７−２）。
【０３０５】次いで、操作量生成手段７は、前記第１推
定器１２により、Ｏ2センサ５の推定偏差出力VO2L(k+d)
バーを算出する（ＳＴＥＰ７−３）。このとき、第１推
定器１２は、まず、前記ＳＴＥＰ６で決定されたゲイン
係数a1，a2，b1（これらの値は基本的には、前記同定ゲ
イン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットである）を用い
て、前記式（９）で使用する係数値α1，α2，βj（ｊ
＝1，…，ｄ）を、同式（９）の但し書きの定義に従っ
て算出する。
【０３０６】次いで、第１推定器１２は、Ｏ2センサ５
の偏差出力VO2の現在の制御サイクル以前の時系列デー
タVO2(k)，VO2(k-1)、並びにＬＡＦセンサ４の偏差出力
kactの現在の制御サイクル以前の時系列データkact(k-
j)（ｊ＝０，…，d1）と、スライディングモード制御器
１５から制御サイクル毎に与えられる前記目標偏差空燃
比kcmd（＝ＳＬＤ操作入力Usl）の前回の制御サイクル
以前の時系列データkcmd(k-j)（＝Usl(k-j)。ｊ＝１，
…，d2−１）と、上記の如く算出した係数値α1，α2，
βjとを用いて前記式（９）により、今回の制御サイク
ルの時点から前記合計無駄時間ｄ後の偏差出力VO2の推
定値としての推定偏差出力VO2L(k+d)バー前記を算出す
る。
【０３０７】このように第１推定器１２の演算処理を行
った後、さらに、操作量生成手段７は、前記第２推定器
１３により、Ｏ2センサ５の推定偏差出力VO2F(k+d)を算
出する（ＳＴＥＰ７−４）。このとき、第２推定器１３
は、Ｏ2センサ５の偏差出力VO2の今回値VO2(k)と、前記
ＳＴＥＰ７−１で算出したファジー用線形関数σの今回
値σ(k)とを用いて、前述の如く、各ファジールールに
前件部に係わる適合度Ｗpre(i)（ｉ＝１，２，…，９）
を求め、さらに、前記式（２５）により、今回の制御サ
イクルの時点から前記合計無駄時間ｄ後の偏差出力VO2
の推定値としての推定偏差出力VO2F(k+d)バー前記を算
出する。
【０３０８】次いで、操作量生成手段７は、前記ＳＴＥ
Ｐ７−２で求めた楕円関数の値OVAL(k)から前記図９の
データテーブルにより前記重み係数Cwを求めた後（ＳＴ
ＥＰ７−５）、この重み係数Cwを用いた前記式（２６）
により、第１及び第２推定器１２，１３がそれぞれＳＴ
ＥＰ７−３，７−４で求めた推定偏差出力VO2L(k+d)バ
ー，VO2F(k+d)バーを合成してなる合成推定偏差出力VO2
(k+d)バーを算出する（ＳＴＥＰ７−６）。
【０３０９】そして、操作量生成手段７は、この合成推
定偏差出力VO2(k+d)バーの値にリミット処理（ＳＴＥＰ
７−７）を施した後、図１４のメインルーチンの処理に
復帰する。ここで、ＳＴＥＰ７−７のリミット処理は、
合成推定偏差出力VO2(k+d)バーの値があらかじめ定めた
上限値を超え、あるいは下限値を下回っていた場合に、
該合成推定偏差出力VO2(k+d)バーの値を強制的にそれぞ
れ該上限値、下限値に制限する処理である。
【０３１０】以上説明したＳＴＥＰ７の処理により、制
御サイクル毎に、前記合計無駄時間ｄ後の偏差出力VO2
の推定値としての合成推定偏差出力VO2(k)バーが算出さ
れる。
【０３１１】図１４の説明に戻って、操作量生成手段７
は、次に、スライディングモード制御器１５によって、
前記ＳＬＤ操作入力Usl（＝目標偏差空燃比kcmd）を算
出する（ＳＴＥＰ８）。
【０３１２】すなわち、スライディングモード制御器１
５は、まず、前記ＳＴＥＰ７で合成器１４により求めら
れた合成推定偏差出力VO2バーの今回値及び前回値の時
系列データVO2(k+d)バー，VO2(k+d-1)バーを用いて、前
記式（２１）により定義された切換関数σバーの前記合
計無駄時間ｄ後の値σ(k+d)バー（これは、式（１２）
で定義された線形関数σの合計無駄時間ｄ後の推定値に
相当する）を算出する。
【０３１３】さらに、スライディングモード制御器１５
は、上記切換関数σバーの値σ(k+d)バーに、操作量生
成手段７の制御サイクルの周期ΔＴ（一定周期）を乗算
したものσ(k+d)バー・ΔＴを累積的に加算していく、
すなわち、前回の制御サイクルで求められた加算結果に
今回の制御サイクルで算出されたσ(k+d)バーと周期Δ
Ｔとの積σ(k+d)バー・ΔＴを加算することで、前記式
（２３）のΣ（σバー・ΔＴ）の項の演算結果であるσ
バーの積算値（以下、この積算値をΣσバーにより表
す）を算出する。
【０３１４】次いで、スライディングモード制御器１５
は、前記ＳＴＥＰ７で合成器１４により求められた合成
推定偏差出力VO2バーの今回値VO2(k+d)バー及び前回値V
O2(k+d-1)バーと、上記の如く求めた切換関数σバーの
値σ(k+d)バー及びその積算値Σσバーと、ＳＴＥＰ６
で決定したゲイン係数a1，a2，b1（これらの値は基本的
には、最新の同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハッ
ト，b1(k)ハットである）とを用いて、前記式（２
０），（２２），（２３）に従って、それぞれ等価制御
入力Ueq、到達則入力Urch及び適応則入力Uadpを算出す
る。
【０３１５】そして、スライディングモード制御器１５
は、この等価制御入力Ueq、到達則入力Urch及び適応則
入力Uadpを加算することで、前記ＳＬＤ操作入力Usl、
すなわち、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARG
ETに収束させるために必要な排気系Ｅへの入力量（＝目
標偏差空燃比kcmd）を算出する。
【０３１６】上記のようにＳＬＤ操作入力Uslを算出し
た後、スライディングモード制御器１５は、適応スライ
ディングモード制御の安定性（より詳しくは、適応スラ
イディングモード制御に基づくＯ2センサ５の出力VO2/O
UTの制御状態（以下、ＳＬＤ制御状態という）の安定
性）を判別する処理を行って、該ＳＬＤ制御状態が安定
であるか否かをそれぞれ値「１」、「０」で表すフラグ
f/sld/stbの値を設定する（ＳＴＥＰ９）。
【０３１７】この安定性の判別処理は図１８のフローチ
ャートに示すように行われる。
【０３１８】すなわち、スライディングモード制御器１
５は、まず、前記ＳＴＥＰ８で算出した切換関数σバー
の今回値σ(k+d)バーと前回値σ(k+d-1)バーとの偏差Δ
σバー（これは切換関数σバーの変化速度に相当する）
を算出する（ＳＴＥＰ９−１）。
【０３１９】次いで、スライディングモード制御器１５
は、上記偏差Δσバーと切換関数σバーの今回値σ(k+
d)バーとの積Δσバー・σ(k+d)バー（これはσバーに
関するリアプノフ関数σバー2／２の時間微分関数に相
当する）があらかじめ定めた所定値ε（≧０）以下であ
るか否かを判断する（ＳＴＥＰ９−２）。
【０３２０】ここで、上記積Δσバー・σ(k+d)バー
（以下、これを安定判別パラメータＰstbという）につ
いて説明すると、この安定判別パラメータＰstbの値が
Ｐstb＞０となる状態は、基本的には、切換関数σバー
の値が「０」から離間しつつある状態である。また、安
定判別パラメータＰstbの値がＰstb≦０となる状態は、
基本的には、切換関数σバーの値が「０」に収束してい
るか、もしくは収束しつつある状態である。そして、一
般に、スライディングモード制御ではその制御量を目標
値に安定に収束させるためには、切換関数の値が安定に
「０」に収束する必要がある。従って、基本的には、前
記安定判別パラメータＰstbの値が「０」以下であるか
否かによって、それぞれ前記ＳＬＤ制御状態が安定、不
安定であると判断することができる。
【０３２１】但し、安定判別パラメータＰstbの値を
「０」と比較することでＳＬＤ制御状態の安定性を判断
すると、切換関数σバーの値に僅かなノイズが含まれた
だけで、安定性の判別結果に影響を及ぼしてしまう。こ
のため、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ９−２で安定判
別パラメータＰstbと比較する所定値εは、「０」より
も若干大きな正の値としている。
【０３２２】そして、ＳＴＥＰ９−２の判断で、Ｐstb
＞εである場合には、ＳＬＤ制御状態が不安定であると
し、前記ＳＴＥＰ８で算出したＳＬＤ操作入力Uslを用
いた目標空燃比KCMDの決定を所定時間禁止するためにタ
イマカウンタｔm（カウントダウンタイマ）の値を所定
の初期値ＴMにセットする（タイマカウンタｔmの起動。
ＳＴＥＰ９−４）。さらに、前記フラグf/sld/stbの値
を「０」に設定した後（ＳＴＥＰ９−５）、図１４のメ
インルーチンの処理に復帰する。
【０３２３】一方、前記ＳＴＥＰ９−２の判断で、Ｐst
b≦εである場合には、スライディングモード制御器１
５は、切換関数σバーの今回値σ(k+d)バーがあらかじ
め定めた所定範囲内にあるか否かを判断する（ＳＴＥＰ
９−３）。
【０３２４】この場合、切換関数σバーの今回値σ(k+
d)バーが、所定範囲内に無い状態は、該今回値σ(k+d)
バーが「０」から大きく離間している状態であるので、
ＳＬＤ制御状態が不安定であると考えられる。このた
め、ＳＴＥＰ９−３の判断で、切換関数σバーの今回値
σ(k+d)バーが、所定範囲内に無い場合には、ＳＬＤ制
御状態が不安定であるとして、前述の場合と同様に、Ｓ
ＴＥＰ９−４及び９−５の処理を行って、タイマカウン
タｔmを起動すると共に、フラグf/sld/stbの値を「０」
に設定する。
【０３２５】また、ＳＴＥＰ９−３の判断で、切換関数
σバーの今回値σ(k+d)バーが、所定範囲内にある場合
には、スライディングモード制御器１５は、前記タイマ
カウンタｔmを所定時間Δｔm分、カウントダウンする
（ＳＴＥＰ９−６）。そして、このタイマカウンタｔm
の値が「０」以下であるか否か、すなわち、タイマカウ
ンタｔmを起動してから前記初期値ＴM分の所定時間が経
過したか否かを判断する（ＳＴＥＰ９−７）。
【０３２６】このとき、ｔm＞０である場合、すなわ
ち、タイマカウンタｔmが計時動作中でまだタイムアッ
プしていない場合は、ＳＴＥＰ９−２あるいはＳＴＥＰ
９−３の判断でＳＬＤ制御状態が不安定であると判断さ
れてから、さほど時間を経過していないので、ＳＬＤ制
御状態が不安定なものとなりやすい。このため、ＳＴＥ
Ｐ９−７でｔm＞０である場合には、前記ＳＴＥＰ９−
５の処理を行って前記フラグf/sld/stbの値を「０」に
設定する。
【０３２７】そして、ＳＴＥＰ９−７の判断でｔm≦０
である場合、すなわち、タイマカウンタｔmがタイムア
ップしている場合には、ＳＬＤ制御状態が安定であると
して、フラグf/sld/stbの値を「１」に設定する（ＳＴ
ＥＰ９−８）。
【０３２８】以上のような処理によって、ＳＬＤ制御状
態の安定性が判断され、不安定であると判断した場合に
は、フラグf/sld/stbの値が「０」に設定され、安定で
あると判断した場合には、フラグf/sld/stbの値が
「１」に設定される。
【０３２９】尚、以上説明したＳＬＤ制御状態の安定性
の判断の手法は例示的なもので、この他の手法によって
安定性の判断を行うようにすることも可能である。例え
ば制御サイクルよりも長い所定期間毎に、各所定期間内
における前記安定判別パラメータＰstbの値が前記所定
値εよりも大きくなる頻度を計数する。そして、その頻
度があらかじめ定めた所定値を超えるような場合にＳＬ
Ｄ制御状態が不安定であると判断し、逆の場合に、ＳＬ
Ｄ制御状態が安定であると判断するようにしてもよい。
【０３３０】図１４の説明に戻って、上記のようにＳＬ
Ｄ制御状態の安定性を示すフラグf/sld/stbの値を設定
した後、スライディングモード制御器１５は、フラグf/
sld/stbの値を判断する（ＳＴＥＰ１０）。このとき、f
/sld/stb＝１である場合、すなわち、ＳＬＤ制御状態が
安定であると判断された場合には、前記ＳＴＥＰ８で算
出したＳＬＤ操作入力Uslのリミット処理を行う（ＳＴ
ＥＰ１１）。このリミット処理では、ＳＴＥＰ８で算出
されたＳＬＤ操作入力Uslの今回値Usl(k)が所定の許容
範囲内にあるか否かが判断され、該今回値Uslがその許
容範囲の上限値又は下限値を超えている場合には、それ
ぞれ、ＳＬＤ操作入力Uslの今回値Usl(k)が強制的に該
上限値又は下限値に制限される。
【０３３１】尚、ＳＴＥＰ１１のリミット処理を経たＳ
ＬＤ操作入力Usl（＝目標偏差空燃比kcmd）は、図示し
ないメモリに時系列的に記憶保持され、それが、前記第
１推定器１２の前述の演算処理のために使用される。
【０３３２】次いで、スライディングモード制御器１５
は、ＳＴＥＰ１１のリミット処理を経たＳＬＤ操作入力
Uslに前記空燃比基準値FLAF/BASEを加算することで、前
記目標空燃比KCMDを算出し（ＳＴＥＰ１３）、今回の制
御サイクルの処理を終了する。
【０３３３】また、前記ＳＴＥＰ１０の判断でf/sld/st
b＝０である場合、すなわち、ＳＬＤ制御状態が不安定
であると判断された場合には、スライディングモード制
御器１５は、今回の制御サイクルにおけるＳＬＤ操作入
力Uslの値を強制的に所定値（固定値あるいはＳＬＤ操
作入力Uslの前回値）に設定した後（ＳＴＥＰ１２）、
前記式（２４）に従って前記目標空燃比KCMDを算出し
（ＳＴＥＰ１３）、今回の制御サイクルの処理終了す
る。
【０３３４】尚、ＳＴＥＰ１４で最終的に決定される目
標空燃比KCMDは、制御サイクル毎に図示しないメモリに
時系列的に記憶保持される。そして、前記大局的フィー
ドバック制御器２１等が、スライディングモード制御器
１５で求められた目標空燃比KCMDを用いるに際しては
（図１２のＳＴＥＰｆを参照）、上記のように時系列的
に記憶保持された目標空燃比KCMDの中から最新のものが
選択される。
【０３３５】以上説明した本実施形態の装置によれば、
制御ユニット６のエンジン１のストイキ運転モードでは
操作量生成手段７によって、触媒装置３の下流側のＯ2
センサ５の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに収束（整
定）させるように、適応スライディングモード制御の処
理を用いてエンジン１の目標空燃比KCMD（触媒上流空燃
比の目標値）が逐次決定される。さらに、制御ユニット
６の機関制御手段８が、この目標空燃比KCMDにＬＡＦセ
ンサ４の出力KACTを収束させるようにエンジン１の燃料
噴射量を調整することによって、触媒上流空燃比が目標
空燃比KCMDにフィードバック制御される。これにより、
Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTが目標値VO2/TARGETに収束制
御され、ひいては触媒装置３の経時劣化等によらずに、
触媒装置３の最適な排ガス浄化性能を確保することがで
きる。
【０３３６】この場合、スライディングモード制御器１
５が目標空燃比KCMDを算出するために用いるＯ2センサ
５の合成推定偏差出力VO2バーは、Ｏ2センサ５の偏差VO
2の状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）が前記図５の線形
的挙動領域Ａに存するとき、すなわち、Ｏ2センサ５の
出力VO2/OUTが酸素濃度もしくは排ガスの空燃比に対し
てほぼ線形に変化するような状態では、前記第１推定器
１２が排気系モデル等に基づくアルゴリズムによって算
出した推定偏差出力VO2Lである。また、状態量Ｘ＝（VO
2(k)，VO2(k-1)）が前記線形的挙動領域Ａの外に存する
とき、すなわち、Ｏ 2センサ５の出力VO2/OUTが酸素濃度
もしくは排ガスの空燃比に対して非線形な変化を呈する
状態では、基本的には、合成推定偏差出力VO2バーは、
前記第２推定器１２がファジー推論のアルゴリズムによ
って算出した推定偏差出力VO2Fである。
【０３３７】このため、Ｏ2センサ５の出力状態あるい
は排ガスの空燃比状態によらずに、制御サイクル毎の前
記合計無駄時間ｄ後のＯ2センサ５の偏差出力VO2の推定
値としての前記合成推定偏差出力VO2バーの精度を良好
に確保することができる。従って、エンジン１のストイ
キ運転モードでは、常時、排気系Ｅの無駄時間d1や前記
空燃比操作系の無駄時間d2の影響を適正に補償して、Ｏ
2センサ５の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束制
御を高い速応性で且つ安定に行うことができる。例え
ば、リーン運転モードからストイキ運転モードへの移行
の直後や、フュエルカット直後の状態等、Ｏ2センサ５
の出力VO2/OUTが目標値VO2/TARGETから大きくずれてい
るような場合であっても、目標値VO2/TARGETへの収束制
御を安定且つ迅速に行うことができる。
【０３３８】また、両推定器１２，１３の推定偏差出力
VO2Lバー，VO2Fバーの合成推定偏差出力VO2バーとして
の選択の形態、あるいは、両推定偏差出力VO2L，VO2Fの
合成値しての合成推定偏差出力VO2バーの生成の形態を
規定する条件は、スライディングモード制御器１５の処
理に用いる切換関数σバーに対応するファジー用線形関
数σに関連して定められた前記線形的挙動領域Ａ（図５
参照）に状態量Ｘ＝（VO2(k)，VO2(k-1)）が存するか否
か（これは、前記楕円関数の値OVALが「１」以下である
か否かと等価である）によって定められている。このた
め、各推定器１２，１３の推定偏差出力VO2Lバー，VO2F
バーを、それぞれの精度の特性に適合した最適な条件下
で、合成推定偏差出力VO2としてスライディングモード
制御器１５の処理（目標空燃比KCMDの算出処理）に使用
することができる。この結果、該スライディングモード
制御器１５が生成する目標空燃比KCMDがＯ2センサ５の
出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに収束させる上で最適
なものとなる。
【０３３９】さらに、前記合成器１４が求める合成推定
偏差出力VO2バーは、基本的には、両推定器１２，１３
の推定偏差出力VO2Lバー，VO2Fバーのいずれかの値であ
るが、前記状態量Ｘが線形的挙動領域Ａの境界近傍に存
するときには、前記重み係数Cwを楕円関数の値OVALに応
じて可変的に設定しつつ、両推定偏差出力VO2Lバー，VO
2Fバーを合成してなる合成値である。このため、状態量
Ｘが線形的挙動領域Ａの境界近傍で変化するような場合
における合成推定偏差出力VO2バーの値が急変するよう
なことがなく、ひいては、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTの
制御の安定性を高めることができる。
【０３４０】また、前記第２推定器１３のファジー推論
では、min−max−重心法を用いると共に、後件部のパラ
メータVO2Fバーに係わるメンバーシップ関数を棒状関数
により設定しているため、簡単なファジー推論アルゴリ
ズムにより推定偏差出力VO2Fバーを求めることができ
る。
【０３４１】さらに、第１推定器１２のアルゴリズムに
関しては、排気系モデルのパラメータであるゲイン係数
a1，a2，b1を排気系Ｅの挙動状態に則して同定器１１に
よりリアルタイムで同定し、その同定ゲイン係数a1ハッ
ト、a2ハット、b1ハットを用いて推定偏差出力VO2Lバー
を算出するため、特に、Ｏ2センサ５の線形領域におけ
る推定偏差出力VO2Lバーの精度が高まる。この結果、Ｏ
2センサ５の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束制
御の安定性を高めることができる。
【０３４２】次に本発明の第２実施形態を説明する。
尚、本実施形態は、前記第１実施形態のものとその構成
は同一で、前記第１推定器１２の演算処理等の一部の演
算処理のみが前記第１実施形態のものと相違するので、
前記第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明すると
共に、同一部分については詳細な説明を省略する。
【０３４３】前記第１実施形態では、排気系Ｅの無駄時
間d1と空燃比操作系（エンジン１及び機関制御手段８か
ら成る系）の無駄時間d2とを合わせた合計無駄時間ｄの
影響を補償するために、該合計無駄時間ｄ後のＯ2セン
サ５の推定偏差出力VOLバー，VO2Fバーをそれぞれ第１
推定器１２及び第２推定器１３により算出するようにし
ている。
【０３４４】しかるに、排気系Ｅの無駄時間d1に比して
空燃比操作系の無駄時間d2が十分に小さい場合には、排
気系Ｅの無駄時間d1のみを考慮して、この無駄時間d1後
のＯ 2センサ５の偏差出力VO2の推定値VO2L(k+d1)バー，
VO2F(k+d1)バーを第１及び第２推定器１２，１３により
それぞれ制御サイクル毎に逐次求め、それらの推定値
（以下、第２推定偏差出力という）VO2L(k+d1)バー，VO
2F(k+d1)バーを前記第１実施形態と同様に合成器１４に
より合成してなる合成推定偏差出力VO2(k+d1)バーを用
いてスライディングモード制御器１５により目標空燃比
KCMDを算出するようにしてもよい。本実施形態は、この
ような第２推定偏差出力VO2L(k+d1)バー，VO2F(k+d1)バ
ーを求めて、Ｏ2センサ５の出力VO2/OUTの目標値VO2/TA
RGETへの収束制御を行うものである。
【０３４５】この場合、前記第１推定器１２は、前記式
（９）の「kcmd」及び「ｄ」をそれぞれ「kact」及び
「d1」に置き換えた次式（３９）を用いて、前記実施形
態と同様にＯ2センサ５の偏差出力VO2の無駄時間d1後の
推定値としての第２推定偏差出力VO2L(k+d1)バーを制御
サイクル毎に逐次求める。
【０３４６】
【数３９】
【０３４７】尚、この式（３９）は、排気系モデルの式
（１）から得ることができる式である。また、この式
（３９）の演算に必要なゲイン係数a1，a2，b1として
は、前記第１実施形態と同様、前記同定器１１により求
めた同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットを用
いる。
【０３４８】また、前記第２推定器１３に関しては、そ
のファジー推論のアルゴリズム（min−max−重心法のア
ルゴリズム）、ファジールール（図７参照）、並びに後
件部に係わるメンバーシップ関数（図６（ｃ）参照）
は、前記第１実施形態の場合と同一でよい。但し、この
場合、前件部のパラメータσ(k)，VO2(k)にそれぞれ係
わるメンバーシップ関数（Ｎ（負）、Ｚ（ゼロ）、Ｐ
（正）の三つの関数）については、図示は省略するが、
その形状（具体的には、各メンバーシップ関数の位置
や、その台形状、三角形状の傾斜部分の傾き）を前記第
１実施形態の場合と若干異なるものとしておく。この場
合、これらのメンバーシップ関数の具体的な設定は、フ
ァジー推論による第２推定偏差出力VO2F(k+d1)バーが、
Ｏ2センサ５の非線形領域での挙動時における無駄時間d
1後の実際の偏差出力VO2(k+d1)に精度良く合致するよう
に、実験やシミュレーションに基づいて行うようにすれ
ばよい。
【０３４９】そして、本実施形態では、前記合成器１４
は、上述のようなアルゴリズムによって第１及び第２推
定器１２，１３がそれぞれ求める第２推定偏差出力VO2L
(k+d1)バー、VO2F(k+d1)バーから前記第１実施形態と全
く同様に、合成推定偏差出力VO2(k+d1)を算出する。す
なわち、合成器１４は、前記式（２６）の「ｄ」を「d
1」に置き換えた式により合成推定偏差出力VO2(k+d1)を
算出する。
【０３５０】また、前記スライディングモード制御器１
５は、前記式（２０）〜（２３）で「ｄ」を「d1」に置
き換えた式によって、等価制御入力Usl、到達則入力Urc
h及び適応則入力Uadpを制御サイクル毎に求め、それら
を加算してなる目標偏差空燃比kcmd（＝ＳＬＤ操作入力
Usl）に前記空燃比基準値FLAF/BASEを加算することで、
目標空燃比KCMDを求める。これにより、排気系Ｅの無駄
時間d1の影響を補償した目標空燃比KCMDを求めることが
できる。
【０３５１】以上説明した以外の処理については、前記
第１実施形態と全く同一でよい。かかる本実施形態の装
置においても、前記第１実施形態と同様の効果を奏する
ことができる。
【０３５２】尚、本発明は、以上説明した第１及び第２
実施形態に限定されるものではなく、各種の変形態様が
可能である。
【０３５３】例えば、前記合計無駄時間d後のＯ2センサ
５の出力もしくは偏差出力の推定値、あるいは排気系Ｅ
の無駄時間d1後のＯ2センサ５の出力もしくは偏差出力
の推定値をそれぞれ求める第１及び第２推定器１２，１
３は、それぞれ、前記第１及び第２実施形態と異なるア
ルゴリズムを用いて前記推定値を求めるようにしてもよ
い。各推定器１２，１３のアルゴリズムは、基本的に
は、それぞれＯ2センサ５の互いに異なる特定の出力状
態において比較的精度の良い推定値を求めることができ
るものであればよい。
【０３５４】さらに、前記合計無駄時間ｄあるいは無駄
時間d1後の推定値を、さらに多くの推定器（例えば３
個、４個等の推定器）を用いて算出し、それらから択一
的に選択したもの、あるいはそれらを合成したものを用
いて目標空燃比KCMDを求めるようにしてもよい。
【０３５５】また、合計無駄時間ｄあるいは無駄時間d1
後の推定値を用いた目標空燃比KCMDの算出処理は、適応
則（適応アルゴリズム）を含まない通常的なスライディ
ングモード制御により行うようにしてもよく、さらに
は、スライディングモード制御以外のフィードバック制
御処理を用いてもよい。
【０３５６】また、触媒装置３の下流の排ガスセンサ
は、Ｏ2センサ以外の排ガスセンサ（例えばＮＯｘセン
サ、ＨＣセンサ、ＣＯセンサ）であってもよい。この場
合、前記合計無駄時間ｄあるいは無駄時間d1後の排ガス
センサの出力の推定値データを求める各推定器のアルゴ
リズムや、その個数は、該排ガスセンサの出力特性を考
慮して選択、設定するようにすればよい。
【０３５７】また、本発明のプラントの制御装置に関
し、前記第１及び第２実施形態では、内燃機関の空燃比
制御装置を例にとって説明したが、本発明のプラントの
制御装置は、前記実施形態に限定されるものではない。
【０３５８】以下に本発明のプラントの制御装置の他の
実施形態を図１９を参照して説明する。
【０３５９】図１９において、３２はプラントであり、
このプラント３２には、流量制御弁３３（アクチュエー
タ）により流量を調整可能なアルカリ液が入力される。
そして、該プラント３２は、与えられたアルカリ液に酸
性液を合流させ、それを攪拌器３４により攪拌してなる
混合液を出力するものである。
【０３６０】本実施形態の制御装置は、このようなプラ
ント３２が出力する混合液（アルカリ液と酸性液との混
合液）のｐＨが所望のｐＨ（例えば中性に相当するｐＨ
値）になるようにプラント３２に入力されるアルカリ液
の流量を制御するもので、その制御のために次のような
構成を備えている。
【０３６１】すなわち、本実施形態の制御装置は、プラ
ント３２の出力側に該プラント３２の出力である前記混
合液のｐＨを検出すべく設けられた検出手段としてのｐ
Ｈセンサ３５と、プラント３２の入力側に該プラントの
入力であるアルカリ液の流量を検出すべく設けられた流
量センサ３６と、これらのｐＨセンサ３５及び流量セン
サ３６のそれぞれの出力V1/OUT，V2/OUTに基づき後述の
演算処理を行う制御ユニット３７とを具備する。
【０３６２】尚、本実施形態におけるｐＨセンサ３５
は、例えば前述の第１及び第２実施形態における酸素濃
度センサと同様、その出力特性は、目標値とするｐＨ値
を含む比較的狭い範囲のｐＨ値に対してほぼ線形に出力
V1/OUTが変化し、その狭い範囲を逸脱したｐＨ値では、
飽和してほぼ一定の出力となるようなものである。
【０３６３】制御ユニット３７は、マイクロコンピュー
タ等により構成されたもので、ｐＨセンサ３５の出力V1
/OUTとその目標値V1/TARGET（これは前記混合液の目標
ｐＨに相当する）との偏差V1（＝V1/OUT−V1/TARGET）
をｐＨセンサ３５の出力を示すデータとして算出する減
算処理部３８と（以下、偏差V1をｐＨセンサ３５の偏差
出力V1という）、流量センサ３６の出力V2/OUTと所定の
基準値V2/REF（これは任意に設定してよい）との偏差V2
（＝V2/OUT−V2/REF）を流量センサ３６の出力を示すデ
ータとして算出する減算処理部３９と（以下、偏差V2を
流量センサ３６の偏差出力V2という）、上記偏差出力V
1，V2に基づいて、ｐＨセンサ３５の出力V1/OUTをその
目標値V1/TARGETに収束させるためにプラント３２に与
えるべきアルカリ液の目標流量V2CMDをプラント３２へ
の入力を規定する操作量として決定する操作量生成手段
４０と、流量センサ３６の出力V2/OUT（検出流量）を目
標流量V2CMDに一致させるように前記流量制御弁３３の
動作量をフィードバック制御する弁制御手段４１（アク
チュエータ制御手段）とを機能的構成として具備してい
る。
【０３６４】尚、以下の説明において、前記目標流量V2
CMDの前記基準値V2/ REFに対する偏差（＝V2CMD−V2/RE
F）を目標偏差流量v2cmd（これは前述の実施形態におけ
る目標偏差空燃比kcmdに対応する）と称する。また、流
量制御弁３３及び弁制御手段４１を合わせた系、すなわ
ち、目標流量V2CMDから流量センサ３６が検出する流量
のアルカリ液を生成するシステムを流量操作系（これは
前述の実施形態における空燃比操作系に対応する）と称
する。
【０３６５】前記操作量生成手段４０は、前述の第１実
施形態の操作量生成手段７と同様にその機能的構成とし
て図示を省略する同定器、第１及び第２推定器、合成
器、及びスライディングモード制御器を備えている。そ
して、本実施形態における操作量生成手段４０の同定
器、第１推定器は、例えば前記式（１）のVO2，kactを
それぞれ前記偏差出力V1，V2で置き換えて成るプラント
３２のモデルと、前記式（２）のkact，kcmdをそれぞれ
前記偏差出力V2、目標偏差流量v2cmdで置き換えて成る
前記流量操作系のモデルとを用い、前述の第１実施形態
における操作量生成手段７の同定器１１及び推定器１２
と同様の演算処理を行う。
【０３６６】すなわち、本実施形態における操作量生成
手段４０は、プラント３２のモデルのパラメータの同定
値（これは前述の実施形態における同定ゲイン係数a1ハ
ット、a2ハット、b1ハットに対応する）の算出や、プラ
ント３２に存する無駄時間と流量操作系に存する無駄時
間とを合わせた合計無駄時間後のｐＨセンサ３５の偏差
出力V1の推定値（これは前述の実施形態における推定偏
差出力VO2Lバーに対応する）の算出を行う。この場合、
プラント３２のモデルにおける無駄時間の設定値は、プ
ラント３２の実際の無駄時間以上となるような時間（例
えば一定値）に実験等を通じて定めておけばよい。ま
た、流量操作系のモデルにおける無駄時間の設定値は、
流量制御弁３３の動作特性を考慮し、流量操作系の実際
の無駄時間以上となるような時間（例えば一定値）に実
験等を通じて定めておけばよい。
【０３６７】また、操作量生成手段４０の第２推定器
は、前述の実施形態における第２推定器１３と同様に構
築されたファジー推論のアルゴリズム（min−max−重心
法のアルゴリズム）により、上記合計無駄時間後のｐＨ
センサ３５の偏差出力V1の推定値（これは前述の第１実
施形態における推定偏差出力VO2Fバーに対応する）の算
出を行う。この場合、ファジー推論のファジールール
は、例えば前述の実施形態のものと同一でよく、また、
後件部のパラメータ（ｐＨセンサ３５の偏差出力V1の推
定値）に係わるメンバーシップ関数は、前述の実施形態
と同様にＮ（負）、Ｚ（ゼロ）、Ｐ（正）の三種類の棒
状関数により設定することができる。また、前件部のパ
ラメータ（前述の第１実施形態におけるファジー用線形
関数σに相当する線形関数の値と、該偏差出力V1の値）
に係わるメンバーシップ関数も、基本的には、Ｎ
（負）、Ｚ（ゼロ）、Ｐ（正）の三種類の三角形状、あ
るいは台形状の関数により設定することができる。これ
らのメンバーシップ関数の具体的な形状は、ｐＨセンサ
３５の出力特性を考慮して、実験等を通じて設定すれば
よい。
【０３６８】また、操作量生成手段４０の合成器は、前
述の実施形態と全く同様に、両推定器による推定値の重
み付き合成により該推定値の合成値（これは、前述の実
施形態における合成推定偏差出力VO2バーに相当する）
を生成する。
【０３６９】そして、操作量生成手段４０のスライディ
ングモード制御器は、上記合成値を用いて、前述の第１
実施形態と全く同様の演算処理（適応スライディングモ
ード制御の処理）を行うことにより、前記目標流量V2CM
D（これは前述の実施形態における目標空燃比KCMDに対
応する）の算出を行う。
【０３７０】尚、前記弁制御手段４１は、例えば前述の
第１実施形態の大局的フィードバック制御部２１と同様
に、図示しないＰＩＤ制御器あるいは適応制御器等によ
り、流量センサ３６の出力V2/OUT（検出流量）が前記目
標流量V2CMDに一致するように流量制御弁３３の動作を
フィードバック制御する。
【０３７１】このような本実施形態の装置によれば、プ
ラント３２に与えられるアルカリ液のｐＨや、該アルカ
リ液にプラント３２内で混合する酸性液のｐＨ、該酸性
液の流量を把握せずとも、外乱の影響やプラント３２の
無駄時間、流量操作系の無駄時間の影響、さらには、ｐ
Ｈセンサ３５の出力状態によらずに、高い速応性で安定
にｐＨセンサ３５の出力V1/OUT、すなわちプラント３２
が生成する混合液のｐＨを所望のｐＨに制御することが
できる。
【０３７２】尚、本実施形態のプラントの制御装置で
は、プラント３２の無駄時間と流量操作系の無駄時間と
の両者の無駄時間の影響を補償するようにしたが、後者
の無駄時間が前者の無駄時間に比して十分に小さい場合
には、前記第２実施形態の場合と同様に、プラント３２
の無駄時間後のｐＨセンサ３５の偏差出力V1の推定値を
二つの推定器により求めるようにし、それを合成器で合
成してなる合成値を用いて前記目標流量V2CMDをスライ
ディングモード制御器により生成するようにしてもよ
い。
【０３７３】また、本実施形態のプラントの制御装置で
は、前記空燃比制御装置の実施形態について説明した変
形態様と同様の各種の変形態様が可能である。
【０３７４】また、本実施形態のプラントの制御装置に
関しては、例えばプラント３２と流量制御弁３３とを合
わせた系を改めてプラントとみなして、制御システムを
構築するようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の装置のシステム構成図。
【図２】図１の装置に備えたセンサの出力特性を示す線
図。
【図３】図１の装置の操作量生成手段の構成を示すブロ
ック図。
【図４】図３のスライディングモード制御器が実行する
スライディングモード制御を説明するための線図。
【図５】図３の第２推定器の処理を説明するための線
図。
【図６】図３の第２推定器の処理（ファジー推論処理）
に用いるメンバーシップ関数を示す線図。
【図７】図３の第２推定器の処理（ファジー推論処理）
に用いるファジールールの説明図。
【図８】図３の合成器の処理を説明するための線図。
【図９】図３の合成器の処理を説明するための線図。
【図１０】図１の機関制御手段の構成を示すブロック
図。
【図１１】図１０の要部の構成を示すブロック図。
【図１２】図１の機関制御手段の処理を示すフローチャ
ート。
【図１３】図１２のフローチャートのサブルーチン処理
を示すフローチャート。
【図１４】図１の操作量生成手段の処理を示すフローチ
ャート。
【図１５】図１４のフローチャートのサブルーチン処理
を示すフローチャート。
【図１６】図１４のフローチャートのサブルーチン処理
を示すフローチャート。
【図１７】図１４のフローチャートのサブルーチン処理
を示すフローチャート。
【図１８】図１４のフローチャートのサブルーチン処理
を示すフローチャート。
【図１９】本発明のプラントの制御装置の他の実施形態
の装置のシステム構成図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関、アクチュエータ）、２…排気
管（排気通路）、３…触媒装置、４…空燃比センサ、５
…酸素濃度センサ（排ガスセンサ、検出手段）、７…操
作量生成手段、８…機関制御手段（アクチュエータ制御
手段）、１１…同定器（同定手段）、１２…第１推定器
（第１推定手段）、１３…第２推定器（第２推定手
段）、１４…合成器、１５…スライディングモード制御
器、Ｅ…排気系（プラント）、３２…プラント、３３…
流量制御弁（アクチュエータ）、３５…ｐＨセンサ（検
出手段）、４０…操作量生成手段、４１…弁制御手段
（アクチュエータ制御手段）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｂ 11/36 ５０３ Ｇ０５Ｂ 11/36 ５０３Ａ 13/02 13/02 Ｎ 13/04 13/04 (72)発明者 田上 裕 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 森下 邦裕 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G084 AA00 BA09 DA05 DA10 EA07 EB08 EB11 EB13 EC04 FA10 FA11 FA20 FA29 FA33 3G301 HA00 JA11 JA21 NC02 ND05 ND18 ND43 ND45 PA07Z PA11Z PD04A PD04Z PE01Z PE08Z 5H004 GA10 GB01 GB12 HA04 HA13 HB04 JB08 JB16 JB17 JB29 KA66 KA74 KB02 KB04 KB06 KC22 KC28 KC38 KC39 KC42 KC46 KC54 KD07 KD26 LA02 LA03 LA08 LB06

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の入力から所定の出力を生成するプラ
    ントと、前記プラントの出力を検出する検出手段と、該
    検出手段の出力を所定の目標値に収束させるように前記
    プラントへの入力を操作するための操作量を逐次生成す
    る操作量生成手段とを備えたプラントの制御装置におい
    て、 前記プラントが有する無駄時間後の前記検出手段の出力
    の推定値を表すデータを、少なくとも該検出手段の出力
    のデータを用いて互いに異なるアルゴリズムにより逐次
    生成する複数の推定手段を備え、 前記操作量生成手段は、前記複数の推定手段がそれぞれ
    生成したデータのうちのいずれか一つのデータが表す推
    定値を所定の条件に応じて選択的に用いて、又は該複数
    の推定手段のデータがそれぞれ表す推定値を所定の条件
    に応じた形態で合成してなる推定値を用いて前記操作量
    を生成することを特徴とするプラントの制御装置。
  2. 【請求項２】所定の入力から所定の出力を生成するプラ
    ントと、該プラントへの入力を生成するアクチュエータ
    と、前記プラントの出力を検出する検出手段と、該検出
    手段の出力を所定の目標値に収束させるように前記プラ
    ントへの入力を操作するための操作量を逐次生成する操
    作量生成手段と、該操作量に応じて前記アクチュエータ
    の動作を制御して前記プラントへの入力を操作するアク
    チュエータ制御手段とを備えたプラントの制御装置にお
    いて、 前記プラントが有する無駄時間後と前記アクチュエータ
    制御手段及びアクチュエータから成る入力操作系の無駄
    時間とを合わせた合計無駄時間後の前記検出手段の出力
    の推定値を表すデータを、少なくとも該検出手段の出力
    のデータを用いて互いに異なるアルゴリズムにより逐次
    生成する複数の推定手段を備え、 前記操作量生成手段は、前記複数の推定手段がそれぞれ
    生成したデータのうちのいずれか一つのデータが表す推
    定値を所定の条件に応じて選択的に用いて、又は該複数
    の推定手段のデータがそれぞれ表す推定値を所定の条件
    に応じた形態で合成してなる推定値を用いて前記操作量
    を生成することを特徴とするプラントの制御装置。
  3. 【請求項３】前記複数の推定手段は、前記プラントが前
    記入力から応答遅れ要素及び無駄時間要素を介して前記
    検出手段の出力を生成する系であるとして該プラントの
    挙動を表現すべくあらかじめ定めた該プラントのモデル
    に基づいて構築されたアルゴリズムにより前記推定値を
    表すデータを生成する第１推定手段と、ファジー推論の
    アルゴリズムより前記推定値を表すデータを生成する第
    ２推定手段とからなることを特徴とする請求項１記載の
    プラントの制御装置。
  4. 【請求項４】前記複数の推定手段は、前記プラントが前
    記入力から応答遅れ要素及び無駄時間要素を介して前記
    検出手段の出力を生成する系であるとして該プラントの
    挙動を表現すべくあらかじめ定めた該プラントのモデル
    と前記入力操作系が前記操作量から無駄時間要素を介し
    て前記プラントへの入力を生成する系であるとして該入
    力操作系の挙動を表現すべくあらかじめ定めた該入力操
    作系のモデルとに基づいて構築されたアルゴリズムによ
    り前記推定値を表すデータを生成する第１推定手段と、
    ファジー推論のアルゴリズムより前記推定値を表すデー
    タを生成する第２推定手段とからなることを特徴とする
    請求項２記載のプラントの制御装置。
  5. 【請求項５】前記操作量生成手段は、前記複数の推定手
    段がそれぞれ生成したデータが表す推定値を重み付けし
    て合成してなる合成推定値を求める手段を有し、各推定
    手段の表す推定値に係る重み係数を、前記所定の条件に
    応じて可変的に設定することにより、前記各推定手段の
    推定値を含む前記合成推定値を求め、その求めた合成推
    定値を用いて前記操作量を生成することを特徴とする請
    求項１〜４のいずれか１項に記載のプラントの制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記操作量生成手段は、適応制御の処理に
    より前記操作量を生成することを特徴とする請求項１〜
    ５のいずれか１項に記載のプラントの制御装置。
  7. 【請求項７】前記操作量生成手段は、スライディングモ
    ード制御の処理により前記操作量を生成することを特徴
    とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプラントの
    制御装置。
  8. 【請求項８】前記所定の条件は、前記検出手段の出力の
    データ値に基づく条件であることを特徴とする請求項１
    〜７のいずれか１項に記載のプラントの制御装置。
  9. 【請求項９】前記所定の条件は、前記検出手段の出力の
    時系列データを変数成分とすると共に前記スライディン
    グモード制御の処理に用いる切換関数に応じて定められ
    た所定の線形関数の値と、前記検出手段の出力のデータ
    値との組み合わせの条件であることを特徴とする請求項
    ７記載のプラントの制御装置。
  10. 【請求項１０】前記切換関数は、前記検出手段の出力と
    前記目標値との偏差の時系列データを変数成分とする線
    形な関数であり、前記所定の線形関数は、その変数成分
    に係る係数値を前記切換関数の変数成分に係る係数値と
    同一とした線形関数であることを特徴とする請求項９記
    載のプラントの制御装置。
  11. 【請求項１１】前記組み合わせの条件は、前記線形関数
    の値及び前記検出手段の出力のデータ値の組み合わせ
    が、その両値を座標成分とする座標平面上にあらかじめ
    定めた所定の領域に存するか否かの条件を含むことを特
    徴とする請求項９又は１０記載のプラントの制御装置。
  12. 【請求項１２】内燃機関の排気通路に設けた触媒装置の
    下流側に該触媒装置を通過した排ガス中の特定成分の濃
    度を検出すべく配置した排ガスセンサと、該排ガスセン
    サの出力を所定の目標値に収束させるように前記触媒装
    置に進入する排ガスの空燃比を規定する操作量を逐次生
    成する操作量生成手段とを備えた内燃機関の空燃比制御
    装置において、 前記触媒装置の上流側から下流側の前記排ガスセンサに
    かけての該触媒装置を含む排気系が有する無駄時間後の
    該排ガスセンサの出力の推定値を表すデータを、少なく
    とも該排ガスセンサの出力のデータを用いて互いに異な
    るアルゴリズムにより逐次生成する複数の推定手段を備
    え、 前記操作量生成手段は、前記複数の推定手段がそれぞれ
    生成したデータのうちのいずれか一つのデータが表す推
    定値を所定の条件に応じて選択的に用いて、又は該複数
    の推定手段のデータがそれぞれ表す推定値を所定の条件
    に応じた形態で合成してなる推定値を用いて前記操作量
    を生成することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
    置。
  13. 【請求項１３】前記操作量生成手段は、前記複数の推定
    手段がそれぞれ生成したデータが表す推定値を重み付け
    して合成してなる合成推定値を求める手段を有し、各推
    定手段の推定値に係る重み係数を、前記所定の条件に応
    じて可変的に設定することにより、前記各推定手段の推
    定値を含めた前記合成推定値を求め、その求めた合成推
    定値を用いて前記操作量を生成することを特徴とする請
    求項１２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  14. 【請求項１４】前記操作量生成手段は、適応制御の処理
    により前記操作量を生成することを特徴とする請求項１
    ２又は１３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  15. 【請求項１５】前記操作量生成手段は、スライディング
    モード制御の処理により前記操作量を生成することを特
    徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の内燃
    機関の空燃比制御装置。
  16. 【請求項１６】前記所定の条件は、前記排ガスセンサの
    出力のデータ値に基づく条件であることを特徴とする請
    求項１２〜１５のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
  17. 【請求項１７】前記所定の条件は、前記排ガスセンサの
    出力の時系列データを変数成分として、前記スライディ
    ングモード制御の処理に用いる切換関数に応じて定めら
    れた所定の線形関数の値と、前記排ガスセンサの出力の
    データ値との組み合わせの条件であることを特徴とする
    請求項１５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  18. 【請求項１８】前記切換関数は、前記排ガスセンサの出
    力と前記目標値との偏差の時系列データを変数成分とす
    る線形な関数であり、前記所定の線形関数は、その変数
    成分に係る係数値を前記切換関数の変数成分に係る係数
    値と同一とした線形関数であることを特徴とする請求項
    １７記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  19. 【請求項１９】前記組み合わせの条件は、前記線形関数
    の値及び前記排ガスセンサの出力のデータ値の組み合わ
    せが、その両値を座標成分とする座標平面上にあらかじ
    め定めた所定の領域に存するか否かの条件を含むことを
    特徴とする請求項１７又は１８記載の内燃機関の空燃比
    制御装置。
  20. 【請求項２０】前記排ガスセンサは酸素濃度センサであ
    り、前記複数の推定手段は、前記排気系が前記触媒装置
    に進入する排ガスの空燃比から応答遅れ要素及び無駄時
    間要素を介して前記酸素濃度センサの出力を生成する系
    であるとして該排気系の挙動を表現すべくあらかじめ定
    めた該排気系のモデルに基づいて構築されたアルゴリズ
    ムにより前記推定値を表すデータを生成する第１推定手
    段と、ファジー推論のアルゴリズムより前記推定値を表
    すデータを生成する第２推定手段とからなることを特徴
    とする請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の内燃機
    関の空燃比制御装置。
  21. 【請求項２１】前記排ガスセンサは酸素濃度センサであ
    り、前記複数の推定手段は、前記排気系が前記触媒装置
    に進入する排ガスの空燃比から応答遅れ要素及び無駄時
    間要素を介して前記酸素濃度センサの出力を生成する系
    であるとして該排気系の挙動を表現すべくあらかじめ定
    めた該排気系のモデルに基づいて構築されたアルゴリズ
    ムにより前記推定値を表すデータを生成する第１推定手
    段と、ファジー推論のアルゴリズムより前記推定値を表
    すデータを生成する第２推定手段とからなり、前記第２
    推定手段のファジー推論のアルゴリズムは、前記酸素濃
    度センサの出力の時系列データを変数成分とすると共に
    前記スライディングモード制御の処理に用いる切換関数
    に応じて定められた所定の線形関数の値と、前記酸素濃
    度センサの出力のデータ値とを前記ファジー推論の前件
    部のパラメータとし、前記推定値を表すデータを該ファ
    ジー推論の後件部のパラメータとして生成するアルゴリ
    ズムであることを特徴とする請求項１５記載の内燃機関
    の空燃比制御装置。
  22. 【請求項２２】前記排ガスセンサは酸素濃度センサであ
    り、前記複数の推定手段は、前記排気系が前記触媒装置
    に進入する排ガスの空燃比から応答遅れ要素及び無駄時
    間要素を介して前記酸素濃度センサの出力を生成する系
    であるとして該排気系の挙動を表現すべくあらかじめ定
    めた該排気系のモデルに基づいて構築されたアルゴリズ
    ムにより前記推定値を表すデータを生成する第１推定手
    段と、ファジー推論のアルゴリズムより前記推定値を表
    すデータを生成する第２推定手段とからなり、前記第２
    推定手段のファジー推論のアルゴリズムは、前記所定の
    線形関数の値と、前記酸素濃度センサの出力のデータ値
    とを前記ファジー推論の前件部のパラメータとし、前記
    推定値を表すデータを該ファジー推論の後件部のパラメ
    ータとして生成するアルゴリズムであることを特徴とす
    る請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の内燃機関の
    空燃比制御装置。
  23. 【請求項２３】前記ファジー推論のアルゴリズムは、前
    記後件部のパラメータに係わるメンバーシップ関数とし
    て複数の棒状関数を用いて、ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法に
    基づき構築されたアルゴリズムであることを特徴とする
    請求項２１又は２２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  24. 【請求項２４】前記触媒装置に進入する排ガスの空燃比
    を検出する空燃比センサと、該空燃比センサ及び前記酸
    素濃度センサの出力のデータを用いて前記排気系のモデ
    ルの設定すべきパラメータの値を逐次同定する同定手段
    とを備え、前記第１推定手段のアルゴリズムは、少なく
    とも前記酸素濃度センサ及び空燃比センサのそれぞれの
    出力のデータと前記同定手段により同定された前記排気
    系のモデルのパラメータとを用いて前記推定値を表すデ
    ータを生成するアルゴリズムであることを特徴とする請
    求項２０〜２３のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
  25. 【請求項２５】内燃機関の排気通路に設けた触媒装置の
    下流側に該触媒装置を通過した排ガス中の特定成分の濃
    度を検出すべく配置した排ガスセンサと、該排ガスセン
    サの出力を所定の目標値に収束させるように前記触媒装
    置に進入する排ガスの空燃比を規定する操作量を逐次生
    成する操作量生成手段と、該操作量に応じて前記内燃機
    関で燃焼させる混合気の空燃比を操作する機関制御手段
    とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、 前記触媒装置の上流側から下流側の前記排ガスセンサに
    かけての該触媒装置を含む排気系が有する無駄時間と前
    記機関制御手段及び内燃機関から成る空燃比操作系が有
    する無駄時間とを合わせた合計無駄時間後の該排ガスセ
    ンサの出力の推定値を表すデータを、少なくとも該排ガ
    スセンサの出力のデータを用いて互いに異なるアルゴリ
    ズムにより逐次生成する複数の推定手段を備え、 前記操作量生成手段は、前記複数の推定手段がそれぞれ
    生成したデータのうちのいずれか一つのデータが表す推
    定値を所定の条件に応じて選択的に用いて、又は該複数
    の推定手段のデータがそれぞれ表す推定値を所定の条件
    に応じた形態で合成してなる推定値を用いて前記操作量
    を生成することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装
    置。
  26. 【請求項２６】前記操作量生成手段は、前記複数の推定
    手段がそれぞれ生成したデータが表す推定値を重み付け
    して合成してなる合成推定値を求める手段を有し、各推
    定手段の推定値に係る重み係数を、前記所定の条件に応
    じて可変的に設定することにより、前記各推定手段の推
    定値を含めた前記合成推定値を求め、その求めた合成推
    定値を用いて前記操作量を生成することを特徴とする請
    求項２５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  27. 【請求項２７】前記操作量生成手段は、適応制御の処理
    により前記操作量を生成することを特徴とする請求項２
    ５又は２６記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  28. 【請求項２８】前記操作量生成手段は、スライディング
    モード制御の処理により前記操作量を生成することを特
    徴とする請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の内燃
    機関の空燃比制御装置。
  29. 【請求項２９】前記所定の条件は、前記排ガスセンサの
    出力のデータ値に基づく条件であることを特徴とする請
    求項２５〜２８のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
  30. 【請求項３０】前記所定の条件は、前記排ガスセンサの
    出力の時系列データを変数成分として、前記スライディ
    ングモード制御の処理に用いる切換関数に応じて定めら
    れた所定の線形関数の値と、前記排ガスセンサの出力の
    データ値との組み合わせの条件であることを特徴とする
    請求項２８記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  31. 【請求項３１】前記切換関数は、前記排ガスセンサの出
    力と前記目標値との偏差の時系列データを変数成分とす
    る線形な関数であり、前記所定の線形関数は、その変数
    成分に係る係数値を前記切換関数の変数成分に係る係数
    値と同一とした線形関数であることを特徴とする請求項
    ３０記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  32. 【請求項３２】前記組み合わせの条件は、前記線形関数
    の値及び前記排ガスセンサの出力のデータ値の組み合わ
    せが、その両値を座標成分とする座標平面上にあらかじ
    め定めた所定の領域に存するか否かの条件を含むことを
    特徴とする請求項３０又は３１記載の内燃機関の空燃比
    制御装置。
  33. 【請求項３３】前記排ガスセンサは、酸素濃度センサで
    あり、 前記複数の推定手段は、前記排気系が前記触媒装置に進
    入する排ガスの空燃比から応答遅れ要素及び無駄時間要
    素を介して前記酸素濃度センサの出力を生成する系であ
    るとして該排気系の挙動を表現すべくあらかじめ定めた
    該排気系のモデルと前記空燃比操作系が前記操作量から
    無駄時間要素を介して前記触媒装置に進入する排ガスの
    空燃比を生成する系であるとして該空燃比操作系の挙動
    を表現すべくあらかじめ定めた該空燃比操作系のモデル
    とに基づいて構築されたアルゴリズムにより前記推定値
    を表すデータを生成する第１推定手段と、ファジー推論
    のアルゴリズムより前記推定値を表すデータを生成する
    第２推定手段とからなることを特徴とする請求項２５〜
    ３２のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  34. 【請求項３４】前記排ガスセンサは、酸素濃度センサで
    あり、 前記複数の推定手段は、前記排気系が前記触媒装置に進
    入する排ガスの空燃比から応答遅れ要素及び無駄時間要
    素を介して前記酸素濃度センサの出力を生成する系であ
    るとして該排気系の挙動を表現すべくあらかじめ定めた
    該排気系のモデルと前記空燃比操作系が前記操作量から
    無駄時間要素を介して前記触媒装置に進入する排ガスの
    空燃比を生成する系であるとして該空燃比操作系の挙動
    を表現すべくあらかじめ定めた該空燃比操作系のモデル
    とに基づいて構築されたアルゴリズムにより前記推定値
    を表すデータを生成する第１推定手段と、ファジー推論
    のアルゴリズムより前記推定値を表すデータを生成する
    第２推定手段とからなり、 前記第２推定手段のファジー推論のアルゴリズムは、前
    記酸素濃度センサの出力の時系列データを変数成分とす
    ると共に前記スライディングモード制御の処理に用いる
    切換関数に応じて定められた所定の線形関数の値と、前
    記酸素濃度センサの出力のデータ値とを前記ファジー推
    論の前件部のパラメータとし、前記推定値を表すデータ
    を該ファジー推論の後件部のパラメータとして生成する
    アルゴリズムであることを特徴とする請求項２８記載の
    内燃機関の空燃比制御装置。
  35. 【請求項３５】前記排ガスセンサは、酸素濃度センサで
    あり、 前記複数の推定手段は、前記排気系が前記触媒装置に進
    入する排ガスの空燃比から応答遅れ要素及び無駄時間要
    素を介して前記酸素濃度センサの出力を生成する系であ
    るとして該排気系の挙動を表現すべくあらかじめ定めた
    該排気系のモデルと前記空燃比操作系が前記操作量から
    無駄時間要素を介して前記触媒装置に進入する排ガスの
    空燃比を生成する系であるとして該空燃比操作系の挙動
    を表現すべくあらかじめ定めた該空燃比操作系のモデル
    とに基づいて構築されたアルゴリズムにより前記推定値
    を表すデータを生成する第１推定手段と、ファジー推論
    のアルゴリズムより前記推定値を表すデータを生成する
    第２推定手段とからなり、 前記第２推定手段のファジー推論のアルゴリズムは、前
    記所定の線形関数の値と、前記酸素濃度センサの出力の
    データ値とを前記ファジー推論の前件部のパラメータと
    し、前記推定値を表すデータを該ファジー推論の後件部
    のパラメータとして生成するアルゴリズムであることを
    特徴とする請求項３０〜３２のいずれか１項に記載の内
    燃機関の空燃比制御装置。
  36. 【請求項３６】前記ファジー推論のアルゴリズムは、前
    記後件部のパラメータに係わるメンバーシップ関数とし
    て複数の棒状関数を用いて、ｍｉｎ−ｍａｘ−重心法に
    基づき構築されたアルゴリズムであることを特徴とする
    請求項３４又は３５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  37. 【請求項３７】前記触媒装置に進入する排ガスの空燃比
    を検出する空燃比センサと、該空燃比センサ及び前記酸
    素濃度センサの出力のデータを用いて前記排気系のモデ
    ルの設定すべきパラメータの値を逐次同定する同定手段
    とを備え、前記第１推定手段のアルゴリズムは、少なく
    とも前記酸素濃度センサ及び空燃比センサのそれぞれの
    出力のデータと前記同定手段により同定された前記排気
    系のモデルのパラメータとを用いて前記推定値を表すデ
    ータを生成するアルゴリズムであることを特徴とする請
    求項３３〜３６のいずれか１項に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
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