JP2002339783A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒装置の下流側のＯ₂センサの出力の目標値
を内燃機関の運転状態に応じて可変的に設定して、Ｏ₂
センサの出力をその目標値に収束させるように空燃比を
操作するものにおいて、目標値の可変化の影響を補償し
つつ、触媒装置の劣化状態の評価を適正に行うことがで
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Ｏ₂センサ６の出力VO2
/OUTをエンジン１の運転状態に応じた目標値VO2/TARGET
に収束させるように空燃比を操作しながら、Ｏ₂センサ
６の出力VO2/OUTの時系列データから劣化評価用パラメ
ータを求める。この劣化評価用パラメータの値をＯ₂セ
ンサ６の出力VO2/OUT又は目標値VO2/TARGETの平均値に
応じて補正し、その補正後の値に基づいて触媒装置３の
劣化状態を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
制御装置に関し、より詳しくは排ガス浄化用の触媒装置
の劣化状態を評価することができる空燃比制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に設けられた三元触
媒等の排ガス浄化用の触媒装置の適正な浄化性能を確保
するために、内燃機関で燃焼させる混合気の空燃比を制
御する技術が従来より知られている。例えば本願出願人
が、特開平９−３２４６８１号公報や特開平１１−１５
３０５１号公報に提案した技術が知られている。この技
術では、触媒装置の下流側にＯ₂センサ（酸素濃度セン
サ）を配置し、そのＯ₂センサの出力をあらかじめ定め
た所定の目標値（一定値）に収束させるように、フィー
ドバック制御（具体的にはスライディングモード制御）
の処理により混合気の空燃比を操作するものである。

【０００３】一方、前記触媒装置は、内燃機関の累積的
な運転に伴い次第に劣化し、排ガスの浄化能力が低下し
ていくので、その劣化がある程度進行した段階で新品の
触媒装置に交換する等の処置を採る必要がある。このた
め、触媒装置の劣化状態を適正に評価し得る技術が望ま
れ、この種の技術としては、例えば特許公報第２５２６
６４０号や、特開平７−１９０３３号公報に見られる技
術が従来より知られている。これらの従来技術では、内
燃機関で燃焼させる混合気の空燃比を積極的にリーン側
からリッチ側、あるいはリッチ側からリーン側に変化さ
せ、このとき、触媒装置の下流側に設けたＯ₂センサの
出力が反転するまでの時間や、該Ｏ₂センサの出力の反
転周期を計測する。そして、該従来技術は、その計測値
に基づいて触媒装置の劣化状態を評価するものである。

【０００４】しかし、これらの従来技術は、触媒装置の
劣化状態を評価するために積極的に空燃比を変化させる
必要があることから、該劣化状態の評価の際には、触媒
装置の適正な浄化性能を確保することが困難である。換
言すれば、触媒装置の適正な浄化性能を確保しながら、
触媒装置の劣化状態を評価することが困難なものであ
る。

【０００５】そこで、本願出願人は、前述のように触媒
装置の下流側のＯ₂センサの出力を所定の目標値に収束
させるように空燃比を操作しつつ、換言すれば、触媒装
置の良好な浄化性能を確保しつつ、触媒装置の劣化状態
を評価することが可能な装置の開発を試みている（例え
ば本願出願人による特願2000-139860号）。この技術
は、上記のような空燃比制御を実行している際における
触媒装置の下流側のＯ₂センサの出力のデータから、あ
る適当なパラメータを求めたとき、該パラメータの値が
触媒装置の劣化の進行に伴い特徴的な特性を持つことに
着目し、そのパラメータの値に基づき触媒装置の劣化状
態を評価するものである。このような技術によれば、触
媒装置の良好な浄化性能を確保しつつ、触媒装置の劣化
状態を評価することが可能となる。

【０００６】ところで、前述のように触媒装置の下流側
のＯ₂センサの出力を所定の目標値に収束させるように
空燃比を操作する技術（特許公報第２５２６６４０号や
特開平７−１９０３３号公報等）では、下流側のＯ₂セ
ンサの出力の目標値を基本的には所定の一定値としてい
るが、触媒装置の種類等によっては、該触媒装置の好適
な浄化性能を確保する上で、内燃機関の運転状態に応じ
てＯ₂センサの出力の目標値を可変的に設定することが
好ましいと考えられる場合もある。

【０００７】そして、このように触媒装置の下流側のＯ
₂センサの出力の目標値を可変的に設定して空燃比制御
を行なうものでは、その空燃比制御と並行して触媒装置
の劣化状態の評価を行なうようにしたとき、その劣化状
態の評価の信頼性に関して次のような不都合を生じる虞
れがある。

【０００８】すなわち、酸素濃度に対するＯ₂センサの
出力は非線形性を有するため（図２の実線ａを参照）、
Ｏ₂センサの出力の目標値が異なると、該Ｏ₂センサの出
力を目標値に収束制御している際の該Ｏ₂センサの出力
の変化の形態が異なるものになると考えられる。この結
果、該Ｏ₂センサの出力のデータから一義的に求めた前
記パラメータの値が、触媒装置の劣化状態以外の要因の
影響を受けるようになり、該パラメータの値に基づく触
媒装置の劣化状態の評価の信頼性が低下する虞れがあ
る。

【０００９】

【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、触媒装置の下流側のＯ₂セ
ンサの出力の目標値を内燃機関の運転状態に応じて可変
的に設定して、該Ｏ₂センサの出力をその目標値に収束
させるように空燃比を操作するものにおいて、該目標値
の可変化の影響を補償しつつ、触媒装置の劣化状態の評
価を適正に行うことができる内燃機関の空燃比制御装置
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の空燃
比制御装置はかかる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配置された酸素濃度センサと、該
酸素濃度センサの出力を内燃機関の運転状態に応じて設
定された所定の目標値に収束させるように該内燃機関で
燃焼させる混合気の空燃比を操作する空燃比操作手段
と、該空燃比操作手段の処理の実行中における前記酸素
濃度センサの出力のデータからあらかじめ定めた所定の
アルゴリズムにより前記触媒装置の劣化状態を評価する
ための劣化評価用パラメータを生成するパラメータ生成
手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、前
記劣化評価用パラメータを前記所定の目標値又は前記酸
素濃度センサの出力の平均値に応じて補正し、その補正
後の劣化評価用パラメータの値に基づき前記触媒装置の
劣化状態を評価する劣化状態評価手段を備えたことを特
徴とするものである。

【００１１】また、第２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配置された酸素濃度センサ
と、該酸素濃度センサの出力を内燃機関の運転状態に応
じて設定された所定の目標値に収束させるように該内燃
機関で燃焼させる混合気の空燃比を操作する空燃比操作
手段と、該空燃比操作手段の処理の実行中における前記
酸素濃度センサの出力のデータからあらかじめ定めた所
定のアルゴリズムにより前記触媒装置の劣化状態を評価
するための劣化評価用パラメータを生成するパラメータ
生成手段と、該劣化評価用パラメータの値を所定の判定
値と比較することにより前記触媒装置の劣化状態を評価
する劣化状態評価手段とを備えた内燃機関の空燃比制御
装置において、前記劣化状態評価手段は、前記判定値を
前記所定の目標値又は前記酸素濃度センサの出力の平均
値に応じて設定する手段を備え、その設定した判定値と
前記劣化評価用パラメータの値を比較することにより前
記触媒装置の劣化状態を評価することを特徴とするもの
である。

【００１２】かかる本発明によれば、前記酸素濃度セン
サの出力の目標値又は該酸素濃度センサの出力の平均値
に応じて、換言すれば、前記空燃比操作手段の処理によ
って酸素濃度センサの出力がどのようなレベル値に制御
されるかに応じて、前記酸素濃度センサの出力データか
ら生成される劣化評価用パラメータを補正し（第１の態
様）、あるいは、該劣化評価用パラメータと比較する前
記判定値を設定する（第２の態様）ので、酸素濃度セン
サの出力の目標値を内燃機関の運転状態に応じて可変的
に設定しても、その目標値によらずに、触媒装置の劣化
状態を適正に評価することが可能となる。

【００１３】すなわち、本発明の第１の態様では、劣化
評価用パラメータを前記目標値又は酸素濃度センサの出
力の平均値に応じて補正することで、その補正後の劣化
評価用パラメータの値を、酸素濃度センサの出力の目標
値によらずに触媒装置の劣化状態のみに応じて変化する
ようなものにすることができ、その結果、該補正後の劣
化評価用パラメータの値に基づいて、触媒装置の劣化状
態の評価を適正に行なうことができる。また、本発明の
第２の態様では、劣化評価用パラメータの値は、酸素濃
度センサの出力の目標値の影響を受けるものの、該劣化
評価用パラメータの値と比較する判定値を前記目標値又
は酸素濃度センサの出力の平均値に応じて設定すること
により、前記第１の態様と同等の効果を奏することがで
きる。そして、本発明では、前記空燃比操作手段の処理
の実行中、すなわち、前記酸素濃度センサの出力の前記
目標値への収束制御を行なっている状態における酸素濃
度センサの出力のデータから前記劣化評価用パラメータ
を生成するので、触媒装置の良好な浄化性能を確保しな
がら触媒装置の劣化状態を評価することができる。

【００１４】かかる本発明では、前記劣化評価用パラメ
ータは、前記酸素濃度センサの出力の時系列データを変
数成分として表した所定の劣化評価用線形関数の値のば
らつき度合いを表すデータであることが好適である。

【００１５】すなわち、酸素濃度センサの出力の前記目
標値への収束制御を行っている状態において、該酸素濃
度センサの時系列データから、その時系列データを変数
成分とする、ある適当な所定の線形関数（酸素濃度セン
サの出力の時系列データの線形結合の形に表現されるよ
うな関数）の値を求めたとき、その線形関数の値は、触
媒装置の劣化の進行度合いとの間に特徴的な相関性を呈
する傾向がある。例えば、触媒装置がほぼ新品状態であ
るときには、前記線形関数の値は、ある所定値の近傍に
集積するが、触媒装置の劣化が進行していくと、前記線
形関数の値は、上記所定値から離間した値を採り易くな
る傾向がある。つまり、触媒装置の劣化の進行に伴い該
線形関数の値のばらつき度合いが大きくなる。

【００１６】従って、前記線形関数の値のばらつき度合
いを表すデータを劣化評価用パラメータとして生成する
ことで、該劣化評価用パラメータの値と触媒装置の劣化
状態との相関性を高めることができ、ひいては、触媒装
置の劣化状態の評価の信頼性を高めることができる。

【００１７】この場合、前記劣化評価用パラメータは、
例えば前記劣化評価用線形関数の値と所定値との偏差の
二乗値や該偏差の絶対値等であってもよいが、好ましく
は、前記パラメータ生成手段は、前記劣化評価用線形関
数の値の時系列データの各データ値と該劣化評価用線形
関数の値の中心値としてあらかじめ定めた所定値との偏
差の二乗値又は絶対値にローパス特性のフィルタリング
処理を施すことにより前記劣化評価用パラメータを求め
る。

【００１８】このように前記偏差の二乗値又は絶対値に
ローパス特性のフィルタリング処理を施して劣化評価用
パラメータを求めたとき、その劣化評価用パラメータの
値は、劣化評価用線形関数の値のばらつき度合いを表す
ものとして適正なものとなると共に、触媒装置の劣化の
進行に伴い単調的に増加していくようになり、該触媒装
置の劣化状態との相関性が明白になる。従って、この劣
化評価用パラメータの値に基づいて、触媒装置の劣化状
態の評価を高い信頼性で確実に行うことが可能となる。

【００１９】また、前述のように劣化評価用パラメータ
を求めるために前記劣化評価用線形関数を用いる本発明
では、前記空燃比操作手段は、前記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スライディングモー
ド制御の処理により前記空燃比を操作するための操作量
を逐次生成しつつ、該操作量に応じて前記空燃比を操作
する手段であり、前記劣化評価用線形関数は、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
定められた線形関数であることが好適である。

【００２０】すなわち、前記劣化評価用線形関数の値の
前述のような触媒装置の劣化状態に応じた傾向は、前記
空燃比操作手段により空燃比を操作するための前記操作
量（例えば目標空燃比等）を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の処理により生成し
た場合に、好適に顕著なものとなりやすい。そして、こ
のようにスライディングモード制御の処理を用いて空燃
比を操作する場合には、特に、触媒装置の劣化状態との
相関性が高い劣化評価用線形関数は該スライディングモ
ード制御の処理に用いる切換関数に密接に関連してお
り、該切換関数に応じて定まる線形関数を劣化評価用線
形関数とすることが好適である。

【００２１】この場合、より具体的には、前記スライデ
ィングモード制御の処理では、例えば前記酸素濃度セン
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
分として表した線形関数を前記切換関数として用いる。
そして、このような切換関数をスライディングモード制
御の処理に用いる場合には、前記劣化評価用線形関数
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とすることが好適
である。尚、この線形関数は、スライディングモード制
御用の前記切換関数そのものであってもよい。

【００２２】このようにスライディングモード制御用の
切換関数に応じて定まる線形関数を前記劣化評価用線形
関数とすることで、該劣化評価用線形関数の値と触媒装
置の劣化状態との相関性が顕著なものとなり、該劣化評
価用線形関数の値に基づく触媒装置の劣化状態の評価を
適正に行うことができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態を図１〜図
２０を参照して説明する。

【００２４】図１は本実施形態の装置の全体的なシステ
ム構成を示すブロック図である。図中、１は、例えば自
動車やハイブリッド車にその車両の推進源として搭載さ
れた４気筒のエンジン（内燃機関）である。このエンジ
ン１の各気筒毎に燃料及び空気の混合気の燃焼により生
成される排ガスは、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。排気管２には、排ガスを浄化するために、
例えば三元触媒により構成された二つの触媒装置３，４
が上流側から順に介装されている。

【００２５】尚、本実施形態で劣化状態を評価する触媒
装置は、上流側の触媒装置３であり、下流側の触媒装置
４は省略してもよい。

【００２６】本実施形態の装置では、基本的には、触媒
装置３の最適な浄化性能を確保するようにエンジン１で
燃焼させる混合気の空燃比を操作する。また、この空燃
比制御を行いながら、触媒装置３の劣化状態を評価す
る。

【００２７】そして、このような処理を行うために、触
媒装置３の上流側（より詳しくはエンジン１の各気筒毎
の排ガスの集合箇所）で排気管２に設けられた空燃比セ
ンサ５と、触媒装置３の下流側（触媒装置４の上流側）
で排気管２に設けられたＯ₂センサ（酸素濃度センサ）
６と、これらのセンサ５，６の出力等に基づき後述の制
御処理や触媒装置３の劣化状態の評価を行う制御ユニッ
ト７とを備えている。

【００２８】尚、制御ユニット７には、前記空燃比セン
サ５やＯ₂センサ６の出力の他に、エンジン１の運転状
態を検出するための図示しない回転数センサや吸気圧セ
ンサ、冷却水温センサ等、各種のセンサの出力が与えら
れる。

【００２９】Ｏ₂センサ６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、その排ガス
を燃焼により生成し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６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、Ｏ ₂センサ６の出力VO2/OUTは飽和して、
ほぼ一定のレベルとなる。この場合、上記範囲Δにおい
て、酸素濃度に対するＯ₂センサ６の出力VO2/OUTの感度
（酸素濃度の変化に対する出力VO2/OUTの変化率）は、
該出力VO2/OUTの上限レベル及び下限レベルの間の中央
レベルVO2/OUT1の近傍で最大となり、この中央レベルVO
2/OUTよりも上側あるいは下側のレベル（例えば図２のV
O2/OUT2や、VO2/OUT3のレベル）では、該感度は若干低
下する。

【００３０】空燃比センサ５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（以下、この
空燃比を単にエンジン１の空燃比ということがある）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５は、例えば本願出願人が特開平４−３６９４
７１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６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５（以下、ＬＡＦセンサ５と
いう）は、排ガス中の酸素濃度に対応した空燃比の広範
囲にわたってそれに比例したレベルの出力KACTを生成す
るものである。

【００３１】制御ユニット７は、エンジン１の空燃比を
規定する操作量としての目標空燃比KCMD（ＬＡＦセンサ
５で検出される空燃比の目標値）を算出するための処
理、並びに触媒装置３の劣化状態を評価するための処理
を担う制御ユニット７ａ（以下、排気側制御ユニット７
ａという）と、上記目標空燃比KCMDに応じてエンジン１
の燃料噴射量（燃料供給量）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処理を担う制
御ユニット７ｂ（以下、機関側制御ユニット７ｂとい
う）とから構成されている。

【００３２】これらの制御ユニット７ａ，７ｂはマイク
ロコンピュータを用いて構成されたものであり、それぞ
れの処理を所定の制御サイクルで実行する。ここで、本
実施形態では、排気側制御ユニット７ａがその処理（目
標空燃比KCMDの生成処理や触媒装置３の劣化状態の評価
処理）を実行する制御サイクルは、触媒装置３に起因し
た後述の無駄時間や演算負荷等を考慮して、あらかじめ
定めた一定周期（例えば３０〜１００ｍｓ）としてい
る。

【００３３】また、機関側制御ユニット７ｂが実行する
処理（燃料噴射量の調整処理）は、エンジン１の回転数
（詳しくはエンジン１の燃焼サイクル）に同期させて行
う必要がある。このため、機関側制御ユニット７ｂがそ
の処理を実行する制御サイクルは、エンジン１のクラン
ク角周期（所謂ＴＤＣ）に同期した周期としている。

【００３４】尚、排気側制御ユニット７ａの制御サイク
ルの一定周期は、前記クランク角周期（ＴＤＣ）よりも
長いものとされている。

【００３５】前記機関側制御ユニット７ｂを図１を参照
してさらに説明する。機関側制御ユニット７ｂは、その
機能的構成として、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８と、基本燃料噴射量Ｔ
im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９及び第
２補正係数算出部１０とを具備する。

【００３６】前記基本燃料噴射量算出部８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
出するものである。

【００３７】また、第１補正係数算出部９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。

【００３８】また、第２補正係数算出部１０が求める第
２補正係数KCMDMは、排気側制御ユニット７ａが後述の
如く算出する目標空燃比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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】機関側制御ユニット７ｂは、上記の機能的
構成の他、さらに、排気側制御ユニット７ａが算出する
目標空燃比KCMDにＬＡＦセンサ５の出力KACT（エンジン
１の空燃比の検出値）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１４を備えている。

【００４２】このフィードバック制御部１４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１５
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１６とに分別され
る。

【００４３】前記大局的フィードバック制御部１５は、
ＬＡＦセンサ５の出力KACTが前記目標空燃比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。

【００４４】この大局的フィードバック制御部１５は、
ＬＡＦセンサ５の出力KACTと目標空燃比KCMD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１７と、ＬＡＦセンサ５の出力KACTと目
標空燃比KCMD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K FB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１８（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。

【００４５】ここで、本実施形態では、前記ＰＩＤ制御
器１７が生成するフィードバック操作量KLAFは、ＬＡＦ
センサ５の出力KACT（空燃比の検出値）が目標空燃比KC
MD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１８が生成す
るフィードバック操作量KSTRはＬＡＦセンサ５の出力KA
CTが目標空燃比KCMDに一致する状態で「目標空燃比KCM
D」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１９で目標空燃比KCMDにより除算
してなるフィードバック操作量kstr（＝KSTR／KCMD）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。

【００４６】大局的フィードバック制御部１５は、ＰＩ
Ｄ制御器１７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１８が生成するフィードバック操作量
KSTRを目標空燃比KCMD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２０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１５（特に適応制御
器１８）については後にさらに詳細に説明する。

【００４７】前記局所的フィードバック制御部１６は、
ＬＡＦセンサ５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２１と、この
オブザーバ２１により推定された各気筒毎の実空燃比#n
A/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２２とを具備する。

【００４８】ここで、オブザーバ２１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５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５で検出される空燃比を生成する系と考え
る。そして、この系を、ＬＡＦセンサ５の検出応答遅れ
（例えば一次遅れ）や、ＬＡＦセンサ５で検出される空
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５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。

【００４９】尚、このようなオブザーバ２１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。

【００５０】また、局所的フィードバック制御部１６の
各ＰＩＤ制御器２２は、ＬＡＦセンサ５の出力KACTを、
前回の制御サイクルで各ＰＩＤ制御器２２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２１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。

【００５１】そして、局所的フィードバック制御部１６
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１５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。

【００５２】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、機関側制御ユニット７ｂに備えた
各気筒毎の付着補正部２３により、吸気管での燃料の壁
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。

【００５３】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。また、図
１において、参照符号２４を付したセンサ出力選択処理
部は、前記オブザーバ２１による各気筒毎の実空燃比#n
A/Fの推定に適したＬＡＦセンサ５の出力KACTをエンジ
ン１の運転状態に応じて選択するもので、これについて
は、本願出願人が特開平７−２５９５８８号公報にて詳
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。

【００５４】一方、前記排気側制御ユニット７ａは、Ｌ
ＡＦセンサ５の出力K ACTと所定の基準値FLAF/BASEとの
偏差kact（＝KACT−FLAF/BASE）を求める減算処理部１
１と、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTとその目標値VO2/TARG
ETとの偏差VO2（＝VO2/OUT−VO2/TARGET）を求める減算
処理部１２とを備えている。

【００５５】ここで、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTに対す
る上記目標値VO2/TARGETは、触媒装置３の最適な浄化性
能が得られるようなＯ₂センサ６の出力値として排気側
制御ユニット７ａがエンジン１の運転状態に応じて逐次
決定するものである。そして、この場合、本実施形態で
は、排気側制御ユニット７ａは、エンジン１の回転数NE
及び吸気圧PBからあらかじめ設定されたマップを用いて
Ｏ₂センサ６の目標値VO2/TARGETを制御サイクル毎に決
定するようにしている。該目標値VO2/TARGETは、例えば
図２の出力値VO2/OUT2，VO2/OUT3の間の値である。

【００５６】尚、ＬＡＦセンサ５の出力KACTに対する前
記基準値FLAF/BASEは、本実施形態では、「理論空燃
比」に設定されている。また、以下の説明において、前
記減算処理部１１，１２がそれぞれ求める偏差kact，V
O2をそれぞれＬＡＦセンサ５の偏差出力kact及びＯ₂セ
ンサ６の偏差出力VO2と称する。

【００５７】排気側制御ユニット７ａはさらに、上記の
偏差出力kact，VO2のデータがそれぞれＬＡＦセンサ５
の出力及びＯ₂センサ６の出力のデータとして与えられ
る排気側主演算処理部１３を備えている。

【００５８】この排気側主演算処理部１３は、その機能
として、図３に示すように、前記偏差出力kact，VO2の
データに基づいてエンジン１の目標空燃比KCMDを逐次算
出する目標空燃比算出手段１３ａと、Ｏ₂センサ６の偏
差出力VO2のデータに基づいて触媒装置３の劣化状態を
評価する劣化状態評価手段１３ｂとを有する。

【００５９】この場合、より詳しくは目標空燃比算出手
段１３ａは、排気管２のＬＡＦセンサ５の箇所からＯ₂
センサ６の箇所にかけての触媒装置３を含む排気系（図
１で参照符号Ｅを付した部分）を制御対象とする。そし
て、この対象排気系Ｅが有する無駄時間や、前記エンジ
ン１及び機関側制御ユニット７ｂが有する無駄時間、対
象排気系Ｅの挙動変化等を考慮しつつ、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Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTをその目標値VO2/TA
RGETに収束させるようにエンジン１の目標空燃比KCMDを
逐次算出するものである。

【００６０】また、劣化状態評価手段１３ｂは、Ｏ₂セ
ンサ６の偏差出力VO2の時系列データから定まる後述の
劣化評価用線形関数の値に基づいて触媒装置３の劣化状
態を評価すると共に、その評価結果に応じて本実施形態
の装置に備えた劣化報知器２９（図１参照）の動作を制
御するものである。該劣化報知器２９は、ランプの点灯
もしくは点滅、あるいはブザーの鳴動、あるいは文字も
しくは図形の表示等により触媒装置３の劣化状態を外部
に報知するものである。

【００６１】尚、前記目標空燃比算出手段１３ａは、前
記機関側制御ユニット７ｂと併せて本発明における空燃
比操作手段に相当するものである。また、本実施形態に
おける前記劣化状態評価手段１３ｂは、本発明における
パラメータ生成手段としての機能を含むものである。

【００６２】前記目標空燃比算出手段１３ａ及び劣化状
態評価手段１３ｂをさらに説明する。

【００６３】まず、目標空燃比算出手段１３ａに関し、
本実施形態では、該手段１３ａの処理を行うために、前
記対象排気系Ｅを、前記ＬＡＦセンサ５の出力KACT（エ
ンジン１の空燃比の検出値）から無駄時間要素及び応答
遅れ要素を介してＯ₂センサ６の出力VO2/OUT（触媒装置
３を通過した排ガス中の酸素濃度の検出値）を生成する
系と見なし、その挙動をあらかじめ離散時間系でモデル
化している。

【００６４】さらに、前記エンジン１及び機関側制御ユ
ニット７ｂから成る系を、目標空燃比KCMDから無駄時間
要素を介してＬＡＦセンサ５の出力KACTを生成する系
（以下、この系を空燃比操作系と称する）と見なし、そ
の挙動をあらかじめ離散時間系でモデル化している。

【００６５】この場合、本実施形態では、対象排気系Ｅ
の挙動を離散時間系で表現するモデル（以下、排気系モ
デルという）は、ＬＡＦセンサ５の出力KACT及びＯ₂セ
ンサ６の出力VO2/OUTの代わりに、ＬＡＦセンサ５の前
記偏差出力kact（＝KACT−FLAF/BASE）とＯ₂センサ６の
前記偏差出力VO2（＝VO2/OUT−VO2/TARGET）とを用い
て、次式（１）により表現する。

【００６６】

【数１】

【００６７】この式（１）は、対象排気系ＥがＬＡＦセ
ンサ５の偏差出力kactから、無駄時間要素及び応答遅れ
要素を介してＯ₂センサ６の偏差出力VO2を生成する系で
あると見なして、該対象排気系Ｅの挙動を離散時間系の
モデル（より詳しくは対象排気系Ｅの入力量としての偏
差出力kactに無駄時間を有する自己回帰モデル）で表現
したものである。

【００６８】ここで、上式（１）において、「ｋ」は前
記排気側制御ユニット７ａの離散時間的な制御サイクル
の番数を示し（以下、同様）、「d1」は対象排気系Ｅに
存する無駄時間（詳しくはＬＡＦセンサ５が検出する各
時点の空燃比がＯ₂センサ６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）を制御サイクル数で
表したものである。この場合、対象排気系Ｅの無駄時間
は、排気側制御ユニット７ａの制御サイクルの周期（こ
れは本実施形態では一定である）を３０〜１００ｍｓと
したとき、一般的には、３〜１０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モデルにおける無駄時間d1の
値として、対象排気系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）を設定し
ている。

【００６９】また、式（１）の右辺第１項及び第２項は
それぞれ対象排気系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、対象排気系Ｅの出力量としてのＯ₂セン
サ６の偏差出力VO2に係る係数である。

【００７０】さらに、式（１）の右辺第３項は対象排気
系Ｅの入力量としてのＬＡＦセンサ５の偏差出力kactに
対象排気系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（＝ＬＡＦセンサ５の偏差出力
kact）に係るゲイン係数である。これらのゲイン係数a
1，a2，b1は排気系モデルの挙動を規定するパラメータ
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。

【００７１】一方、エンジン１及び機関側制御ユニット
７ｂからなる前記空燃比操作系の離散時間系のモデル
（以下、空燃比操作系モデルという）は、本実施形態で
は、排気系モデルの場合と同様にＬＡＦセンサ５の出力
KACTの代わりにＬＡＦセンサ５の前記偏差出力kact（＝
KACT−FLAF/BASE）を用いると共に、これに対応させて
目標空燃比KCMDの代わりに該目標空燃比KCMDの前記基準
値FLAF/BASEに対する偏差kcmd（＝KCMD−FLAF/BASE。こ
れはＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの目標値に相当す
る。以下、これを目標偏差空燃比kcmdという）とを用
い、次式（２）により表す。

【００７２】

【数２】

【００７３】この式（２）は空燃比操作系が前記目標偏
差空燃比kcmdから無駄時間要素を介してＬＡＦセンサ５
の偏差出力kactを生成する系（各制御サイクルにおける
偏差出力kactが無駄時間前の目標偏差空燃比kcmdに一致
するような系）であると見なして、該空燃比操作系を離
散時間系のモデルで表現したものである。

【００７４】ここで、式（２）において、「d2」が空燃
比操作系の無駄時間（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）を排気側制御ユニット７ａの制御
サイクル数で表したものである。この場合、空燃比操作
系の無駄時間は、エンジン１の回転数NE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。

【００７５】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ＬＡＦセ
ンサ５の出力KACTの応答遅れは、基本的には前記機関側
制御ユニット７ｂのフィードバック制御部１４（特に適
応制御器１８）によって補償されるため、排気側制御ユ
ニット７ａ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。

【００７６】前記排気側主演算処理部１３の目標空燃比
算出手段１３ａは、式（１）及び式（２）によりそれぞ
れ表現した排気系モデル及び空燃比操作系モデルに基づ
く目標空燃比KCMDの算出処理を排気側制御ユニット７ａ
の制御サイクルで実行するものである。そして、この処
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。

【００７７】すなわち、目標空燃比算出手段１３ａ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２５と、対象排気系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６の偏差出力VO2の推定値VO2バー
（以下、推定偏差出力VO2バーという）を制御サイクル
毎に逐次求める推定器２６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２７とを
具備する。

【００７８】これらの同定器２５、推定器２６及びスラ
イディングモード制御器２７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。

【００７９】まず、前記同定器２５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。

【００８０】すなわち、同定器２５は、排気側制御ユニ
ット７ａ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５の偏差出力kact及びＯ
₂センサ６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６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。

【００８１】

【数３】

【００８２】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項で用いる対象排気系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。

【００８３】ここで、次式（４），（５）で定義される
ベクトルΘ及びξを導入すると（式（４），（５）中の
添え字「Ｔ」は転置を意味する。以下同様。）、

【００８４】

【数４】

【００８５】

【数５】

【００８６】前記式（３）は、次式（６）により表され
る。

【００８７】

【数６】

【００８８】さらに同定器２５は、前記式（３）あるい
は式（６）により求められるＯ₂センサ６の同定偏差出
力VO2(k)ハットと今現在のＯ₂センサ６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対象排気系
Ｅに対するモデル化誤差を表すものとして次式（７）に
より求める（以下、偏差id/eを同定誤差id/eという）。

【００８９】

【数７】

【００９０】そして、同定器２５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）を求めるものであり、その算出を、次式（８）によ
り行う。すなわち、同定器２５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，a2(k)ハット，b1(k)ハットを求める。

【００９１】

【数８】

【００９２】ここで、式（８）中の「Ｋθ」は次式
（９）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，a 2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。

【００９３】

【数９】

【００９４】また、上式（９）中の「Ｐ」は次式（１
０）の漸化式により決定される三次の正方行列である。

【００９５】

【数１０】

【００９６】尚、式（１０）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。

【００９７】この場合、式（１０）中の「λ1」、「λ
2」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。

【００９８】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、実際の対象排気系Ｅに適合した同定ゲイン係数a1
ハット，a2ハット，b1ハットが逐次得られる。

【００９９】以上説明したアルゴリズムが同定器２５が
実行する基本的なアルゴリズムである。

【０１００】次に、前記推定器２６は、後に詳細を説明
するスライディングモード制御器２７による目標空燃比
KCMDの算出処理に際しての対象排気系Ｅの無駄時間d1及
び前記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６
の偏差出力VO2の推定値である前記推定偏差出力VO2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。

【０１０１】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（１１）が得られる。

【０１０２】

【数１１】

【０１０３】この式（１１）は、対象排気系Ｅ及び空燃
比操作系を合わせた系を、目標偏差空燃比kcmdから対象
排気系Ｅ及び空燃比操作系の両者の無駄時間要素と対象
排気系Ｅの応答遅れ要素とを介してＯ₂センサ６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。

【０１０４】そして、この式（１１）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６の偏差出力VO2(k+d)の推定値である前記推定偏差
出力VO2 (k+d)バーは、Ｏ₂センサ６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２７が求める目標空燃比KC
MD（具体的な求め方は後述する）に相当する目標偏差空
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（１
２）により表される。

【０１０５】

【数１２】

【０１０６】ここで、式（１２）において、α1，α2
は、それぞれ同式（１２）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Ａj-1（ｊ＝1，2，
…，d）と同式（１２）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。

【０１０７】さらに、式（１２）中の目標偏差空燃比kc
mdの過去値の時系列データkcmd(k-j)（ｊ＝1，2，…，
d）のうち、現在から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-d
2)，kcmd(k-d2-1)，…，kcmd(k-d)は前記式（２）によ
って、それぞれ、ＬＡＦセンサ５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（１３）が得られる。

【０１０８】

【数１３】

【０１０９】この式（１３）が本実施形態において、推
定器２６が前記推定偏差出力VO2(k+d)バーを算出するた
めの基本式である。つまり、本実施形態では、推定器２
６は、制御サイクル毎に、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2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２７が過去に求めた目標空燃比KCMDを表す目
標偏差空燃比kcmdの過去値の時系列データkcmd(k-j)
（ｊ＝1，…，d2-1）と、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kac
tの現在値及び過去値の時系列データkact(k-i)（ｉ＝
０，…，d1）とを用いて式（１３）の演算を行うことに
よって、Ｏ₂センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーを求
める。

【０１１０】この場合、本実施形態では、式（１３）に
より推定偏差出力VO2(k+d)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
（１２）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
（１３）の演算で必要となる無駄時間d1，d2の値は、前
述の如く設定した値を用いる。

【０１１１】尚、推定偏差出力VO2(k+d)バーは、ＬＡＦ
センサ５の偏差出力kactのデータを使用せずに、式（１
２）の演算により求めるようにしてもよいが、推定偏差
出力VO2(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５の偏差出力
kactのデータを用いた式（１３）の演算により推定偏差
出力VO2(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（１２）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５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+d
2)に置き換えることができる。このため、この場合に
は、推定偏差出力VO2(k+d)バーは、目標偏差空燃比kcmd
のデータを含まない次式（１４）により求めることがで
きる。

【０１１２】

【数１４】

【０１１３】次に、前記スライディングモード制御器２
７を説明する。

【０１１４】本実施形態のスライディングモード制御器
２７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（適応アルゴリズ
ム）を加味した適応スライディングモード制御によりＯ
₂センサ６の出力VO2/OUTをその目標値VO2/TARGETに整定
させるように（Ｏ₂センサ６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対象排気系Ｅに
与えるべき入力量（詳しくは、ＬＡＦセンサ５の出力KA
CT（空燃比の検出値）と前記基準値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。

【０１１５】まず、スライディングモード制御器２７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（これはすべり面とも言われる）とについて説明す
る。

【０１１６】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６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（１５）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（１５）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。

【０１１７】

【数１５】

【０１１８】この場合、切換関数σの係数s1，s2は、次
式（１６）の条件を満たすように設定する。

【０１１９】

【数１６】

【０１２０】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。

【０１２１】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。

【０１２２】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
際には前記推定器２６により求められる前記推定偏差出
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。

【０１２３】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）。

【０１２４】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２
７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
の制御則に従って対象排気系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対象排気
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対象排気系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
総和により表される（次式（１７））。

【０１２５】

【数１７】

【０１２６】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Uad pは、本実施形態では、
前記式（１１）により表される離散時間系のモデル（式
（１）中のＬＡＦセンサ５の偏差出力kact(k-d1)を合計
無駄時間ｄを用いた目標偏差空燃比kcmd(k-d)で置き換
えたモデル）に基づいて、次のように決定する。

【０１２７】まず、状態量Ｘを超平面σ＝０に拘束する
ために対象排気系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（１１）と式（１５）
とを用いて次式（１８）により与えられる。

【０１２８】

【数１８】

【０１２９】この式（１８）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。

【０１３０】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（１９）により決定するものとす
る。

【０１３１】

【数１９】

【０１３２】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。

【０１３３】この場合、式（１９）中の係数Ｆ（これは
到達則のゲインを規定する）は、次式（２０）の条件を
満たすように設定する。

【０１３４】

【数２０】

【０１３５】尚、切換関数σの値の挙動に関しては、該
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）を生じる虞れがあり、このチャタ
リングを抑制するためには、到達則入力Urchに係わる係
数Ｆは、さらに次式（２１）の条件を満たすように設定
することが好ましい。

【０１３６】

【数２１】

【０１３７】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（２２）により決定するものとす
る（式（２２）中のΔＴは排気側制御ユニット７ａの制
御サイクルの周期である）。

【０１３８】

【数２２】

【０１３９】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
値と排気側制御ユニット７ａ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。

【０１４０】この場合、式（２２）中の係数Ｇ（これは
適応則のゲインを規定する）は、次式（２３）の条件を
満たすように設定する。

【０１４１】

【数２３】

【０１４２】尚、前記式（１６）、（２０）、（２
１）、（２３）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。

【０１４３】本実施形態におけるスライディングモード
制御器２７は、基本的には前記式（１８）、（１９）、
（２２）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）
を対象排気系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（１８）、（１９）、（２
２）で使用するＯ₂センサ６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。

【０１４４】そこで、本実施形態では、スライディング
モード制御器２７は、実際には、前記式（１８）により
前記等価制御入力Ueqを決定するためのＯ₂センサ６の偏
差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)の代わりに、前記推定器２
６で求められる推定偏差出力VO2(k+d)バー，VO2(k+d-1)
バーを用い、次式（２４）により制御サイクル毎の等価
制御入力Ueqを算出する。

【０１４５】

【数２４】

【０１４６】また、本実施形態では、実際には、推定器
２６により前述の如く逐次求められた推定偏差出力VO2
バーの時系列データを制御すべき状態量とし、前記式
（１５）により設定された切換関数σに代えて、次式
（２５）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（１
５）の偏差出力VO2の時系列データを推定偏差出力VO2バ
ーの時系列データで置き換えたものに相当する）。

【０１４７】

【数２５】

【０１４８】そして、スライディングモード制御器２７
は、前記式（１９）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（２５）に
より表される切換関数σバーの値を用いて次式（２６）
により制御サイクル毎の到達則入力Urchを算出する。

【０１４９】

【数２６】

【０１５０】同様に、スライディングモード制御器２７
は、前記式（２２）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（２５）に
より表される切換関数σバーの値を用いて次式（２７）
により制御サイクル毎の適応則入力Uadpを算出する。

【０１５１】

【数２７】

【０１５２】尚、前記式（２４），（２６），（２７）
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。

【０１５３】そして、スライディングモード制御器２７
は、前記式（２４），（２６），（２７）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の総和を対象排気系Ｅに与えるべき前記Ｓ
ＬＤ操作入力Uslとして求める（前記式（１７）を参
照）。尚、この場合において、前記式（２４）、（２
６）、（２７）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。

【０１５４】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２７により、対象排気系Ｅに与えるべ
きＳＬＤ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６
の推定偏差出力VO2バーを「０」に収束させるように
（結果的にはＯ₂センサ６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。

【０１５５】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２７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U slは、ＬＡＦセンサ５で
検出される空燃比と前記基準値FLAF/BASE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２７は、最終的には、
次式（２８）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に前記基準値FLAF/BASEを
加算することで、目標空燃比KCMDを決定する。

【０１５６】

【数２８】

【０１５７】以上が本実施形態でスライディングモード
制御器２７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。

【０１５８】尚、本実施形態では、スライディングモー
ド制御器２７による適応スライディングモード制御の処
理の安定性を判別して、前記ＳＬＤ操作入力Uslの値を
制限したりするのであるが、これについては後述する。

【０１５９】次に、前記劣化状態評価手段１３ｂの処理
を説明する。

【０１６０】前述のようにスライディングモード制御器
２７により目標空燃比KCMDを逐次求め、この目標空燃比
KCMDにＬＡＦセンサ５の出力KACT（エンジン１の空燃比
の検出値）を収束させるように前記機関側制御ユニット
７ｂによりエンジン１の燃料噴射量を調整したとき、Ｏ
₂センサ６の出力VO2/OUTの時系列データは、例えば前記
超平面σ＝０に対して、触媒装置３の劣化状態に応じた
特徴的な変化を呈する。

【０１６１】この様子を図５〜図７を参照して説明す
る。これらの図５〜図７は、それぞれ新品の触媒装置
３、比較的小さな劣化度合いの触媒装置３、比較的大き
な劣化度合いの触媒装置３について上記のようにエンジ
ン１の燃料噴射量を目標空燃比KCMDに応じて調整した場
合に、排気側制御ユニット７ａの制御サイクル毎に得ら
れるＯ₂センサ６の偏差出力VO2の時系列データVO2(k)，
VO2(k-1)の組、すなわち前記状態量Ｘのサンプリングデ
ータを点描で示したものである。また、これらの図５〜
図７に併記した直線は、前記超平面σ＝０である。尚、
これらの図５〜図７では、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの
目標値VO2/TARGETは一定値としている。

【０１６２】これらの図５〜図７のうち、図５に見られ
るように、状態量Ｘは、触媒装置３の新品状態では、超
平面σ＝０の近傍に集積する傾向がある。そして、触媒
装置３の劣化が進行すると、図６や図７に見られるよう
に、状態量Ｘは、超平面σ＝０から離間する側に分散す
る（超平面σ＝０のまわりのばらつきが大きくなる）傾
向がある。しかも、その分散化は、触媒装置３の劣化度
合いが大きい程（劣化が進行している程）、高まる傾向
がある。換言すれば、前記式（１５）により定めた切換
関数σの値が、触媒装置３の劣化の進行に伴い「０」か
ら離間した値を採りやすくなり、切換関数σの値の
「０」に対するばらつきが大きくなる。これは、触媒装
置３の劣化の進行に伴い、前記式（１）の排気系モデル
の誤差が生じやすくなるため、状態量Ｘの超平面σ＝０
への収束性が低下するためであると考えられる。

【０１６３】尚、上記のような傾向は、Ｏ₂センサ６の
出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETは一定値とした場合、
推定器２６により求められる推定偏差出力VO2バーを変
数成分として前記式（２５）により定めた切換関数σバ
ー（本実施形態でスライディングモード制御用の切換関
数として実際に用いる切換関数）の値についても同様に
見られる傾向である。但し、切換関数σバーは、Ｏ₂セ
ンサ６の偏差出力VO2の推定値を用いるものであるのに
対し、式（１５）の切換関数はＯ₂センサ６の実際の偏
差出力VO2を用いるものであるため、触媒装置３の実際
の劣化状態がよりよく反映されるものと考えられる。

【０１６４】このようなことから、本実施形態では、前
記式（１５）により定めた切換関数σの値を用いて、触
媒装置３の劣化状態を評価するための劣化評価用パラメ
ータを後述のように生成し、その劣化評価用パラメータ
の値に基づいて触媒装置３の劣化状態を評価する。尚、
本実施形態では、スライディングモード制御用の実際の
切換関数は、前述の如く、推定器２６が求める推定偏差
出力VO2バーを変数成分として前記式（２５）により定
義した切換関数σバーである。つまり、厳密に言えば、
式（１５）により定めた切換関数σは、本実施形態での
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（１５）により定めた関数σ
を、劣化評価用線形関数σという。

【０１６５】前記劣化状態評価手段１３ｂが上記劣化評
価用線形関数σを用いて触媒装置３の劣化状態の評価を
行うための基本的アルゴリズムは、本実施形態では次の
ように構築されている。

【０１６６】すなわち、触媒装置３の劣化の進行に伴う
前述のような劣化評価用線形関数σの値の変化の傾向を
考慮し、劣化状態評価手段１３ｂは、該劣化評価用線形
関数σの値の二乗値σ²を制御サイクル毎に逐次求め
る。

【０１６７】そして、この二乗値σ²にローパス特性の
フィルタリング処理を施すことにより該二乗値σ²の中
心値（以下、これに参照符号LSσ²を付する）を基本的
な劣化評価用パラメータとして求める。

【０１６８】この場合、劣化評価用パラメータLSσ²を
求めるための上記フィルタリング処理は、逐次型の統計
処理アルゴリズムにより構成され、次式（２９）により
与えられる。

【０１６９】

【数２９】

【０１７０】すなわち、劣化評価用パラメータLSσ
²は、排気側制御ユニット７ａの制御サイクル毎に、該
劣化評価用パラメータLSσ²の前回値LSσ²(k-1)と、前
記二乗値σ²の現在値σ²(k)と、次式（３０）の漸化式
により制御サイクル毎に更新されるゲインパラメータBP
とから逐次更新されつつ求められる。

【０１７１】

【数３０】

【０１７２】ここで、式（３０）中の「η1」、「η2」
は０＜η1≦１及び０≦η2＜２の条件を満たすように設
定され、そ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、各種の具体的なアルゴリズムが構成される。
本実施形態では、例えばη1を「１」よりも小さな正の
所定値に設定する（０＜η1＜１）と共に、η2＝１と
し、重み付最小二乗法のアルゴリズムを採用している。

【０１７３】このようにして、劣化評価用線形関数σの
二乗値σ²の中心値（本実施形態では最小二乗中心値）
としての劣化評価用パラメータLSσ²を求めたとき、該
劣化評価用パラメータLSσ²の値は、触媒装置３の劣化
状態に対して、図８に示すような傾向を呈する（但し、
ここではＯ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGET
は一定であるとする）。図８は前記図５〜図７の触媒装
置３の各劣化状態において、前述のように求められる劣
化評価用パラメータLSσ²と触媒装置３を流れる排ガス
の流量（以下、排ガスボリュームという）との関係を示
すものである。

【０１７４】図８に見られるように、劣化評価用パラメ
ータLSσ²は、触媒装置３の各劣化状態において前記排
ガスボリュームによらずにほぼ一定となると共に、触媒
装置３の劣化の進行に伴い、値が大きくなる。従って、
劣化評価用パラメータLSσ²の値が触媒装置３の劣化度
合いを表すものとなる。

【０１７５】また、本実施形態では、例えば触媒装置３
の交換を要するかもしくはその交換時期が近い程度に該
触媒装置３が劣化した状態（以下、劣化進行状態とい
う）と、それほどには劣化していない状態（以下、未劣
化状態という）とに分けて触媒装置３の劣化状態を把握
することとし、上記「劣化進行状態」において、その旨
を前記劣化報知器２９により報知する。

【０１７６】そこで、本実施形態では、図８の破線で示
すように、劣化評価用パラメータLSσ²に対する閾値CAT
AGELMTをあらかじめ設定しておく。そして、本実施形態
の基本的な考え方では、劣化評価用パラメータLSσ²が
上記閾値CATAGELMT以上となったときに、触媒装置３の
劣化状態が「劣化進行状態」であると判断し、劣化評価
用パラメータLSσ²が上記閾値CATAGELMTに満たない場合
は、触媒装置３の劣化状態が「未劣化状態」であると判
断する。

【０１７７】ところで、上述した劣化状態評価手段１３
ｂのアルゴリズムの説明では、Ｏ₂センサ６の出力VO2/O
UTの目標値VO2/TARGETは一定であるとして説明したが、
本実施形態では、該目標値VO2/TARGETは、エンジン１の
運転状態（具体的には回転数NE及び吸気圧PB）に応じて
逐次可変的に決定される。そして、この場合、Ｏ₂セン
サ６の出力特性は非線形であるため（図２参照）、Ｏ₂
センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに収束させ
る制御を行なっている状態における前記劣化評価用線形
関数σの値の「０」に対するばらつき度合いは、触媒装
置３の劣化状態だけでなく、目標値VO2/TARGETの影響も
受ける。例えば、該目標値VO2/TARGETが、図２のVO2/OU
T1である状態とVO2/OUT2である状態とを比較すると、前
者の状態での目標値VO2/TARGET＝VO2/OUT1の近傍におけ
るＯ₂センサ６の出力の感度が高いため、Ｏ₂センサ６の
出力が目標値VO2/TARGETに対して変動を生じ易い。この
結果、VO2/TARGET＝VO2/OUT1である状態と、VO2/TARGET
＝VO2/OUT2である状態とでは、触媒装置３の劣化状態が
同じであっても、前者の状態の方が後者の状態よりも、
前記劣化評価用線形関数σの値のばらつき度合いが大き
くなり易く、ひいては劣化評価用パラメータLSσ²の値
が大きくなり易い。

【０１７８】そこで、本実施形態では、劣化状態評価手
段１３ｂは、前記式（２９）により劣化評価用パラメー
タLSσ²を算出するのと並行して、Ｏ₂センサ６の出力VO
2/OUTの平均値VO2/OUTAVEを逐次更新しつつ算出する。
そして、劣化状態評価手段１３ｂは、触媒装置３の劣化
状態を判断するに際しては、実際には、前記式（２９）
により最終的に得られる劣化評価用パラメータLSσ
²を、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVE
（最新値）に応じて補正し、その補正後の劣化評価用パ
ラメータを前記閾値CATAGELMTと比較することで、触媒
装置３の劣化状態が「未劣化状態」であるか「劣化進行
状態」であるかを判断する（以下の説明では、補正前の
劣化評価用パラメータLSσ²を基本劣化評価用パラメー
タLSσ²と称し、補正後の劣化評価パラメータを補正後
劣化評価用パラメータCLSσ²と称する）。

【０１７９】この場合、前記基本劣化評価用パラメータ
LSσ²の補正は例えば次のように行なわれる。すなわ
ち、劣化状態評価手段１３ｂは、図９に示すようにあら
かじめ定められたデータテーブルに基づいて基本劣化評
価用パラメータLSσ²を補正する）ための補正係数KRESS
（＞０）を求め、この求めた補正係数KRESSを基本劣化
評価用パラメータLSσ²に乗算することにより補正後劣
化評価用パラメータCLSσ ²を求める。ここで、図９のデ
ータテーブルでは、補正係数KRESSの値は、Ｏ₂センサ６
の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEがＯ₂センサ６の出力
VO2/OUTの感度がほぼ最大となる値、すなわち図２のVO2
/OUT1であるとき（これは、目標値VO2/TARGETの平均値
がVO2/OUT1の近傍の値であることと同等である）、最小
値となり、平均値VO2/OUTAVEのVO2/OUT1からの差｜VO2/
OUTAVE−VO2/OUT1｜が大きくなるに伴って補正係数KRES
Sの値が大きくなるように定められている。

【０１８０】このような補正係数KRESSを基本劣化評価
用パラメータLSσ²を乗算してなる補正後劣化評価用パ
ラメータCLSσ²は、基本的には、Ｏ₂センサ６の出力VO2
/OUTの目標値VO2/TARGETによらずに触媒装置３の劣化状
態のみに応じて変化するものとなる。

【０１８１】以上説明したアルゴリズムが、劣化状態評
価手段１３ｂによる触媒装置３の劣化状態の評価の基本
的なアルゴリズムである。尚、劣化状態評価手段１３ｂ
は、触媒装置３の劣化状態の評価に際して排ガスボリュ
ームの変化状態の把握等、付加的な処理も行うのである
が、これについては後述する。

【０１８２】次に、前記機関側制御ユニット７ｂの大局
的フィードバック制御部１５、特に前記適応制御器１８
をさらに説明する。

【０１８３】前記図１を参照して、大局的フィードバッ
ク制御部１５は、前述のようにＬＡＦセンサ５の出力KA
CT（空燃比の検出値）を目標空燃比KCMD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。

【０１８４】前記適応制御器１８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器であり、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１０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。

【０１８５】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（３１），（３２）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
（３３）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
（３４）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１５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（３１）〜式（３４）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１０参照）。尚、式
（３４）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５の出力KACT
（空燃比の検出値）とし、パラメータ調整部３０への入
力ζ(j)を、式（３４）の下段式により表す（図１０参
照）。

【０１８６】

【数３１】

【０１８７】

【数３２】

【０１８８】

【数３３】

【０１８９】

【数３４】

【０１９０】ここで、前記式（３３）に示される適応パ
ラメータθハットは、適応制御器１８のゲインを決定す
るスカラ量要素ｂ0ハット（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ハット（Ｚ^{- 1}，ｊ）から
なり、それぞれ、次式（３５）〜（３７）により表現さ
れる（図１０の操作量算出部３１のブロック図を参
照）。

【０１９１】

【数３５】

【０１９２】

【数３６】

【０１９３】

【数３７】

【０１９４】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
３）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５の出力KA
CTとを用いて、該出力KACTが前記目標空燃比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。

【０１９５】この場合、具体的には、適応パラメータθ
ハットは、次式（３８）により算出する。

【０１９６】

【数３８】

【０１９７】同式（３８）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アスタリスク(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（３９），（４０）のような漸化式で表される。

【０１９８】

【数３９】

【０１９９】

【数４０】

【０２００】ここで、式（４０）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。

【０２０１】尚、式（３９）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。

【０２０２】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、前記排気側主演算処理部１３の目標空燃
比算出手段１３ａにより決定される目標空燃比KCMDとを
用いて、操作量算出部３１は、次式（４１）の漸化式に
より、フィードバック操作量KSTRを求める。図１０の操
作量算出部３１は、同式（４１）の演算をブロック図で
表したものである。

【０２０３】

【数４１】

【０２０４】尚、式（４１）により求められるフィード
バック操作量KSTRは、ＬＡＦセンサ５の出力KACTが目標
空燃比KCMDに一致する状態において、「目標空燃比KCM
D」となる。このために、前述の如く、フィードバック
操作量KSTRを除算処理部１９によって目標空燃比KCMD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。

【０２０５】このように構築された適応制御器１８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。

【０２０６】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１８が好適であ
る。

【０２０７】以上が、本実施形態で採用した適応制御器
１８の詳細である。

【０２０８】尚、適応制御器１８と共に、大局的フィー
ドバック制御部１５に具備したＰＩＤ制御器１７は、一
般のＰＩＤ制御と同様に、ＬＡＦセンサ５の出力KACT
と、その目標空燃比KCMD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KLA F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５の出力
KACTが目標空燃比KCMD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。

【０２０９】また、大局的フィードバック制御部１５の
前記切換部２０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、あるいは、目標空燃
比KCMDの変化が大きい時や、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５の出力KA
CTが、そのＬＡＦセンサ５の応答遅れ等によって、信頼
性に欠ける場合、あるいは、エンジン１のアイドル運転
時のようエンジン１の運転状態が極めて安定していて、
適応制御器１８による高ゲイン制御を必要としない場合
には、ＰＩＤ制御器１７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
ック補正量数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１８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１８が、高ゲイン制御で、ＬＡＦセン
サ５の出力KACTを急速に目標空燃比KCMD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５の出力KACTの信頼性に
欠ける等の場合に、適応制御器１８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。

【０２１０】このような切換部２０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。

【０２１１】次に本実施形態の装置の作動の詳細を説明
する。

【０２１２】まず、図１１のフローチャートを参照し
て、前記機関側制御ユニット７ｂ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。機関側制御ユニット７ｂ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。

【０２１３】機関側制御ユニット７ｂは、まず、前記Ｌ
ＡＦセンサ５及びＯ₂センサ６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５
の出力KACT及びＯ₂センサ６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。

【０２１４】次いで、基本燃料噴射量算出部８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９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）。

【０２１５】次いで、機関側制御ユニット７ｂは、エン
ジン１の運転モードが排気側主演算処理部１３の目標空
燃比算出手段１３ａ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運転モード（以下、通常運転
モード）であるか否かの判別処理を行って、該運転モー
ドが通常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（ＳＴＥ
Ｐｄ）。

【０２１６】上記の判別処理では、図１２に示すよう
に、Ｏ₂センサ６及びＬＡＦセンサ５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、排気
側主演算処理部１３の処理に使用するＯ₂センサ６やＬ
ＡＦセンサ５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の運転モードは通常運転モード
ではなく、フラグf /prism/onの値を「０」にセットす
る（ＳＴＥＰｄ−１０）。

【０２１７】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、排気側主演算処理部
１３が生成する目標空燃比KCMDを使用してエンジン１の
燃料供給を制御することは好ましくないか、もしくは制
御することができない。従って、エンジン１の運転モー
ドは通常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）。

【０２１８】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、排気側主演
算処理部１３が生成する目標空燃比KCMDを使用してエン
ジン１の燃料供給を制御することは好ましくない。従っ
て、エンジン１の運転モードは通常運転モードではな
く、フラグf/prism/onの値を「０」にセットする（ＳＴ
ＥＰｄ−１０）。

【０２１９】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
（これは、エンジン１の通常的な運転状態である）に、
エンジン１の運転モードが通常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（ＳＴ
ＥＰｄ−９）。

【０２２０】図１１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、機関側制御ユニット７
ｂは、フラグf/prism/onの値を判断し（ＳＴＥＰｅ）、
f/prism/on＝１である場合には、排気側主演算処理部１
３で生成された最新の目標空燃比KCMDを読み込む（ＳＴ
ＥＰｆ）。また、f/prism/on＝０である場合には、目標
空燃比KCMDを所定値に設定する（ＳＴＥＰｇ）。この場
合、目標空燃比KCMD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。

【０２２１】次いで、機関側制御ユニット７ｂは、前記
局所的フィードバック制御部１６において、前述の如く
オブザーバ２１によりＬＡＦセンサ５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２２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（ＳＴＥＰｈ）。さらに、大局的フィードバック制
御部１５により、フィードバック補正係数KFBを算出す
る（ＳＴＥＰｉ）。

【０２２２】この場合、大局的フィードバック制御部１
５は、前述の如く、ＰＩＤ制御器１７により求められる
フィードバック操作量KL AFと、適応制御器１８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２０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１８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。

【０２２３】尚、フィードバック補正係数KFBを、ＰＩ
Ｄ制御器１７側のフィードバック操作量KLAFから適応制
御器１８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１８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１８側のフィードバック操作
量kstrからＰＩＤ制御器１７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１７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K LA
F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。

【０２２４】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で決定された目標空燃比KCMDに応じた第２補
正係数KCMDMが第２補正係数算出部１０により算出され
る（ＳＴＥＰｊ）。

【０２２５】次いで、機関側制御ユニット７ｂ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KTOTAL、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２３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）。

【０２２６】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。

【０２２７】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５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１
８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５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。

【０２２８】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、前記排気側制御ユニット７ａは、一
定周期の制御サイクルで図１３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。

【０２２９】すなわち、図１２を参照して、排気側制御
ユニット７ａは、まず、前記排気側主演算処理部１３に
おける演算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、排気側主演算処理部１３にお
ける演算処理を行わないことを意味し、「１」のとき、
排気側主演算処理部１３における演算処理を行うことを
意味する。

【０２３０】上記の判別処理は、図１４のフローチャー
トに示すように行われる。

【０２３１】すなわち、Ｏ₂センサ６及びＬＡＦセンサ
５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、排気側主演算処理部１３の処理に使用す
るＯ₂センサ６及びＬＡＦセンサ５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、同定器２５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
２５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。

【０２３２】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（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６の出
力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに整定させるような目標
空燃比KCMDを算出しても、それをエンジン１の燃料供給
の制御に使用することはないので、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２５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（ＳＴＥＰ１−
７）。

【０２３３】図１３の説明に戻って、上記のような判別
処理を行った後、排気側制御ユニット７ａは、さらに、
同定器２５による前記ゲイン係数a1，a2，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（Ｓ
ＴＥＰ２）。尚、フラグf/id/calの値は、それが「０」
のとき、同定器２５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。

【０２３４】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２５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。

【０２３５】次いで、排気側制御ユニット７ａは、エン
ジン１の現在の回転数NEと吸気圧PBとからあらかじめ定
めたマップによりＯ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO
2/TARGETの今回値を求めた後（ＳＴＥＰ３）、前記減算
処理部１１，１２によりそれぞれ最新の前記偏差出力ka
ct(k)（＝KACT(k)−FLAF/BASE）及びVO2(k)（＝VO2/OUT
(k)−VO2/TARGET）を算出する（ＳＴＥＰ４）。この場
合、減算処理部１１，１２は、前記図１１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Ｌ
ＡＦセンサ５の出力KACT及びＯ₂センサ６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VO 2(k)を算出する。また、特に、偏
差出力VO2(k)の算出においては、今回の制御サイクルに
おいてＳＴＥＰ４で求めた目標値VO2/TARGETが用いられ
る。そしてこの偏差出力kact(k)及びVO2(k)は、排気側
制御ユニット７ａにおいて、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。

【０２３６】次いで、排気側制御ユニット７ａは、前記
ＳＴＥＰ１で設定されたフラグf/prism/calの値を判断
する（ＳＴＥＰ５）。このとき、f/prism/cal＝０であ
る場合、すなわち、排気側主演算処理部１３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２７
で求めるべき前記ＳＬＤ操作入力Usl（目標偏差空燃比k
cmd）を強制的に所定値に設定する（ＳＴＥＰ１４）。
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Uslの値である。

【０２３７】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、排気側制御ユニット７ａは、そ
の所定値のＳＬＤ操作入力Uslに前記基準値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KC MDを決定し（ＳＴＥＰ１５）、今回の制御サイ
クルの処理を終了する。

【０２３８】一方、ＳＴＥＰ４の判断で、f/prism/cal
＝１である場合、すなわち、排気側主演算処理部１３の
演算処理を行う場合には、排気側制御ユニット７ａは、
まず、前記目標空燃比算出手段１３ａの同定器２５によ
る演算処理を行う（ＳＴＥＰ６）。

【０２３９】この同定器２５による演算処理は図１５の
フローチャートに示すように行われる。

【０２４０】すなわち、同定器２５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
ＴＥＰ６−１）。このときf/id/cal＝０であれば、同定
器２５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１３のメインルーチンに復帰する。

【０２４１】一方、f/id/cal＝１であれば、同定器２５
は、さらに該同定器２５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（ＳＴＥＰ６−２）、f/id/reset＝１
である場合には、同定器２５の初期化を行う（ＳＴＥＰ
６−３）。この初期化では、前記同定ゲイン係数a1ハッ
ト，a2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（４）の同定ゲイン係数ベクトルΘの
初期化）、また、前記式（９）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。

【０２４２】次いで、同定器２５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（ＳＴＥＰ６−
４）。

【０２４３】さらに同定器２５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（９）により算出した後
（ＳＴＥＰ６−５）、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
（７）参照）を算出する（ＳＴＥＰ６−６）。

【０２４４】ここで、前記同定誤差id/e(k)は、基本的
には、前記式（７）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１３のＳＴＥＰ４で制御サ
イクル毎に算出する偏差出力VO2と、前記ＳＴＥＰ６−
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（７）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。

【０２４５】これは、触媒装置３を含む対象排気系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、
対象排気系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。

【０２４６】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（７）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。

【０２４７】次いで、同定器２５は、ＳＴＥＰ６−６で
求めた同定誤差id/e(k)と、前記ＳＴＥＰ６−５で算出
したＫθ(k)とを用いて前記式（８）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（ＳＴＥＰ６−７）。

【０２４８】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２５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
Ｐ６−８）。そして、同定器２５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（１０）により
更新した後（ＳＴＥＰ６−９）、図１３のメインルーチ
ンの処理に復帰する。

【０２４９】この場合、上記ＳＴＥＰ６−８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、ＳＴＥＰ６
−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
６−７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。

【０２５０】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２７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。

【０２５１】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。

【０２５２】また、図１５のＳＴＥＰ６−７で新たな同
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ＳＴＥＰ６−８の制限処理を行った
後の同定ゲイン係数の値である。

【０２５３】以上が図１３のＳＴＥＰ６における同定器
２５の演算処理の詳細である。

【０２５４】図１３の説明に戻って、上記のように同定
器２５の演算処理を行った後、排気側制御ユニット７ａ
は、ゲイン係数a1，a2，b1の値を決定する（ＳＴＥＰ
７）。この処理では、前記ＳＴＥＰ２で設定されたフラ
グf/id/calの値が「１」である場合、すなわち、同定器
２５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ＳＴＥＰ５で前述の通り同定器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（ＳＴＥＰ６−８の制限処理を施したもの）
を設定する。また、f/id/cal＝０である場合、すなわ
ち、同定器２５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とする。

【０２５５】次いで、排気側制御ユニット７ａは、前記
推定器２６による演算処理（推定偏差出力VO2バーの算
出処理）を行う（ＳＴＥＰ８）。

【０２５６】すなわち、推定器２６は、まず、前記ＳＴ
ＥＰ７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（１３）で使用
する係数値α1，α2，βj（ｊ＝1，…，ｄ）を、式（１
２）の但し書きの定義に従って算出する。

【０２５７】次いで、推定器２６は、前記ＳＴＥＰ４で
制御サイクル毎に算出されるＯ₂センサ６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５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２７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（＝Ｓ
ＬＤ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（１３）により、推定偏差出力VO2(k+d)バー
（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）を算出する。

【０２５８】排気側制御ユニット７ａは、次に、スライ
ディングモード制御器２７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（ＳＴＥＰ
９）。

【０２５９】すなわち、スライディングモード制御器２
７は、まず、前記ＳＴＥＰ８で推定器２６により求めら
れた推定偏差出力VO2バーの時系列データVO2(k+d)バ
ー，VO2(k+d-1)バーを用いて、前記式（２５）により定
義された切換関数σバーの今回の制御サイクルから前記
合計無駄時間ｄ後の値σ(k+d)バー（これは、式（１
５）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。

【０２６０】尚、この場合、切換関数σバーの値があら
かじめ定めた所定の許容範囲内に収まるようにし、上記
の如く求められるσ(k+d)バーがその許容範囲の上限値
又は下限値を超えた場合には、それぞれσバーの値σ(k
+d)バーを強制的に該上限値又は下限値に制限する。こ
れは、切換関数σバーの値が過大になると、前記到達則
入力Urchが過大になると共に、前記適応則入力Uadpの急
変を生じるために、Ｏ ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値
VO2/TARGETへの収束制御の安定性が損なわれる虞れがあ
るからである。

【０２６１】さらに、スライディングモード制御器２７
は、上記切換関数σバーの値σ(k+d)バーに、排気側制
御ユニット７ａ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ΔＴとの積σ(k+d)バー・ΔＴを加算することで、
前記式（２７）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。

【０２６２】尚、この場合、本実施形態では、上記積算
値Σσバーがあらかじめ定めた所定の許容範囲内に収ま
るようにし、該積算値Σσバーがその許容範囲の上限値
又は下限値を超えた場合には、それぞれ該積算値Σσバ
ーを強制的に該上限値又は下限値に制限する。これは、
積算値Σσバーが過大になると、前記式（２７）により
求められる適応則入力Uadpが過大となって、Ｏ₂センサ
６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束制御の安
定性が損なわれる虞れがあるからである。

【０２６３】次いで、スライディングモード制御器２７
は、前記ＳＴＥＰ８で推定器２６により求められた推定
偏差出力VO2バーの現在値及び過去値の時系列データVO2
(k+d)バー，VO2(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（２４），（２６），（２７）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。

【０２６４】そして、スライディングモード制御器２７
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６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARG
ETに収束させるために必要な対象排気系Ｅへの入力量
（＝目標偏差空燃比kcmd）を算出する。

【０２６５】上記のようにＳＬＤ操作入力Uslを算出し
た後、排気側制御ユニット７ａは、スライディングモー
ド制御器２７による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６の出力VO2/OUTの制御状態（以下、Ｓ
ＬＤ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
（ＳＴＥＰ１０）。

【０２６６】この安定性の判別処理は図１６のフローチ
ャートに示すように行われる。

【０２６７】すなわち、排気側制御ユニット７ａは、ま
ず、前記ＳＴＥＰ８で算出される切換関数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Δσ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（ＳＴＥＰ１０−１）。

【０２６８】次いで、排気側制御ユニット７ａ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（ＳＴＥＰ１０−２）。

【０２６９】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。

【０２７０】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ＳＴＥＰ１０−２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。

【０２７１】そして、ＳＴＥＰ１０−２の判断で、Ｐst
b＞εである場合には、ＳＬＤ制御状態が不安定である
とし、前記ＳＴＥＰ９で算出される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。ＳＴＥＰ１０−４）。さらに、前記フラグf/sld/
stbの値を「０」に設定した後（ＳＴＥＰ１０−５）、
図１３のメインルーチンの処理に復帰する。

【０２７２】一方、前記ＳＴＥＰ１０−２の判断で、Ｐ
stb≦εである場合には、排気側制御ユニット７ａ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（ＳＴＥＰ１０−
３）。

【０２７３】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、ＳＴＥＰ１０−３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、
ＳＴＥＰ１０−４及び１０−５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。

【０２７４】尚、本実施形態では、前述のＳＴＥＰ９の
処理において、切換関数σバーの値を所定の許容範囲内
に制限するので、ＳＴＥＰ１０−３の判断処理は省略し
てもよい。

【０２７５】また、ＳＴＥＰ１０−３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、排気側制御ユニット７ａ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（ＳＴＥ
Ｐ１０−６）。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ｔ
m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（ＳＴＥＰ１０−７）。

【０２７６】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、ＳＴＥＰ１０−２あるいはＳＴＥ
Ｐ１０−３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、ＳＬ
Ｄ制御状態が不安定なものとなりやすい。このため、Ｓ
ＴＥＰ１０−７でｔm＞０である場合には、前記ＳＴＥ
Ｐ１０−５の処理を行って前記フラグf/sld/stbの値を
「０」に設定する。

【０２７７】そして、ＳＴＥＰ１０−７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（Ｓ
ＴＥＰ１０−８）。

【０２７８】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。

【０２７９】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。

【０２８０】図１３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、排気側制御ユニット７ａは、フラグf/sld/stb
の値を判断する（ＳＴＥＰ１１）。このとき、f/sld/st
b＝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、スライディングモード制御
器２７が前記ＳＴＥＰ９で算出したＳＬＤ操作入力Usl
のリミット処理を行う（ＳＴＥＰ１２）。このリミット
処理では、ＳＴＥＰ９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(k)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Us
l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。

【０２８１】尚、ＳＴＥＰ１２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、推定器
２６の前述の演算処理のために使用される。

【０２８２】次いで、排気側制御ユニット７ａは、触媒
装置３の劣化状態を評価する処理（詳細は後述する）を
排気側主演算処理部１３の劣化状態評価手段１３ｂによ
って実行した後（ＳＴＥＰ１３）、スライディングモー
ド制御器２７によって、ＳＴＥＰ１２のリミット処理を
経たＳＬＤ操作入力Uslに前記基準値FLAF/BASEを加算す
ることで、前記目標空燃比KCMDを算出し（ＳＴＥＰ１
５）、今回の制御サイクルの処理を終了する。

【０２８３】また、前記ＳＴＥＰ１１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、排気側制御ユニット７ａ
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Us
lの前回値）に設定した後（ＳＴＥＰ１４）、前記式
（２８）に従って前記目標空燃比KCMDを算出し（ＳＴＥ
Ｐ１５）、今回の制御サイクルの処理終了する。

【０２８４】尚、ＳＴＥＰ１５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１５等が、排気側制御ユニット７ａで決
定された目標空燃比KCMDを用いるに際しては（図１１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。

【０２８５】前記ＳＴＥＰ１３における触媒装置３の劣
化状態の評価処理を次に説明する。

【０２８６】この評価処理は、排気側制御ユニット７ａ
の劣化状態評価手段１３ｂによって図１７のフローチャ
ートに示すように行われる。

【０２８７】すなわち、劣化状態評価手段１３ｂは、ま
ず、前記式（１５）により定めた劣化評価用線形関数σ
の値を、前記図１３のＳＴＥＰ４で算出されるＯ₂セン
サ６の偏差出力VO2の時系列データVO2(k)，VO2(k-1)
（偏差出力VO2の現在値と１制御サイクル前の過去値）
から算出する（ＳＴＥＰ１３−１）。

【０２８８】尚、この場合に使用する係数s1，s2の値
は、前記ＳＴＥＰ９でスライディングモード制御器２７
が切換関数σバーの値を求めるために用いる係数s1，s2
の値と同一である。

【０２８９】次いで、劣化状態評価手段１３ｂは、フラ
グF/DONEの値を判断する（ＳＴＥＰ１３−２）。ここ
で、このフラグF/DONEは、エンジン１の現在の運転中
に、触媒装置３の劣化状態の評価を完了したか否かをそ
れぞれ値「１」、「０」で表すフラグであり、後述のＳ
ＴＥＰ１３−５の処理においてその値が「１」に設定さ
れるものである。そして、該フラグF/DONEは、エンジン
１の始動時にその値が「０」に初期化されるものであ
る。

【０２９０】このとき、F/DONE＝０である場合（触媒装
置３の劣化状態の評価が未完了の場合）には、劣化状態
評価手段１３ｂは、排ガスボリューム（排気管２を流れ
る排ガスの流量）の変動状態を判断する処理を行う（Ｓ
ＴＥＰ１３−３）。この処理は、より詳しくは、排ガス
ボリュームがほぼ一定に維持されている状態（以下、ク
ルーズ状態という）であるか否かを判断し、該クルーズ
状態であるか否かをそれぞれ値「１」、「０」で表すフ
ラグF/CRSの値を設定する処理である。この場合、本実
施形態では、この処理は、排気側制御ユニット７ａの制
御サイクルの周期（３０〜１００ms）よりも長い周期
（例えば１秒。以下、ここでは排ガスボリューム変動判
断周期という）で、図１８のフローチャートに示すよう
に行われる。

【０２９１】すなわち、まず、エンジン１の現在の回転
数NE及び吸気圧PBの検出データから、次式（４２）によ
って、現在の排ガスボリュームの推定値A BSV（以下、
推定排ガスボリュームという）を算出する（ＳＴＥＰ１
３−３−１）。

【０２９２】

【数４２】

【０２９３】ここで、本実施形態では、エンジン１の回
転数が１５００ｒｐｍであるときの排ガスボリュームを
基準としているため、上記式（４２）では、回転数NE
（検出値）を「１５００」で除算している。また、式
（４２）において、SVPRAは、エンジン１の排気量等に
応じてあらかじめ定めた定数である。

【０２９４】尚、排ガスボリュームは、上記のように推
定する他、例えばエンジン１の燃料供給量や吸入空気量
から推定したり、あるいはフローセンサを用いて直接的
に検出するようにしてもよい。

【０２９５】次いで、前記排ガスボリューム変動判断周
期毎にＳＴＥＰ１３−３−１で算出される推定排ガスボ
リュームABSVに所定のフィルタリング処理を施すことに
よって、排ガスボリュームの変動状態を表す排ガスボリ
ューム変動パラメータSVMAを求める（ＳＴＥＰ１３−３
−２）。

【０２９６】この場合、上記フィルタリング処理は、次
式（４３）により与えられる。

【０２９７】

【数４３】

【０２９８】すなわち、排ガスボリューム変動判断周期
毎の推定排ガスボリュームABSVの変化量の複数周期分
（本実施形態では３周期分）の移動平均を求めることに
より、排ガスボリューム変動パラメータSVMAを算出す
る。尚、式（４３）中の「ｎ」は、排ガスボリューム変
動判断周期のサイクル番数を表すものである。

【０２９９】このようにして排ガスボリューム変動パラ
メータSVMAを算出したとき、該変動パラメータSVMAは、
推定排ガスボリュームABSVの変化速度を表すものとな
る。従って、排ガスボリューム変動パラメータSVMAは、
その値が「０」に近い程、推定排ガスボリュームABSVの
経時的変化が小さい状態（推定排ガスボリュームABSVが
ほぼ一定である状態）であることを意味する。

【０３００】劣化状態評価手段１３ｂは次に、上記排ガ
スボリューム変動パラメータSVMAの値を二乗したもの、
すなわち、該変動パラメータSVMAの二乗値SVMA²をあら
かじめ定めた所定値δと比較する（ＳＴＥＰ１３−３−
３）。ここで、該所定値δは、「０」近傍の正の値であ
る。

【０３０１】このとき、SVMA²≧δである場合（現在の
排ガスボリュームの変動が比較的大きい場合）には、タ
イマカウンタ（カウントダウンタイマ）TMCRSJUDの値を
あらかじめ定めた初期値X/TMCRSJSTに設定する（ＳＴＥ
Ｐ１３−３−４）。さらに、排ガスボリュームの変動状
態が前記クルーズ状態（略一定に維持されている状態）
でないとして、前記フラグF/CRSの値を「０」に設定し
た後（ＳＴＥＰ１３−３−５）、図１７のルーチン処理
に復帰する。

【０３０２】一方、ＳＴＥＰ１３−３−３の判断処理に
おいて、SVMA²＜δである場合（現在の排ガスボリュー
ムの変動が比較的小さい場合）には、この状態が継続す
る限り前記タイマカウンタTMCRSJUDの値を排ガスボリュ
ーム変動判断周期毎に所定値ずつカウントダウンする
（ＳＴＥＰ１３−３−６）。そして、このタイマカウン
タTMCRSJUDの値が「０」以下になったか否か、すなわ
ち、該タイマカウンタTMCRSJUDがタイムアップしたか否
かを判断する（ＳＴＥＰ１３−３−７）。

【０３０３】このとき、TMCRSJUD≦０で、タイマカウン
タTMCRSJUDがタイムアップしている場合には、排ガスボ
リュームの変動状態が前記クルーズ状態であると判断し
て、タイマカウンタTMCRSJUDの値を「０」に保持すると
共に（ＳＴＥＰ１３−３−８）、前記フラグF/CRSの値
を「１」に設定する（ＳＴＥＰ１３−３−９）。そし
て、図１７のルーチン処理に復帰する。

【０３０４】また、ＳＴＥＰ１３−３−７の判断処理
で、TMCRSJUD＞０で、タイマカウンタTMCRSJUDがタイム
アップしていない場合には、前記ＳＴＥＰ１３−３−５
でフラグF/CRSの値を「０」に設定した後、図１７のル
ーチン処理に復帰する。

【０３０５】以上説明した処理が図１７のＳＴＥＰ１３
−３の処理である。このような処理によって、前記排ガ
スボリューム変動パラメータSVMAの二乗値SVMA²がSVMA²
＜δとなる状態、すなわち、排ガスボリュームの変動が
小さい状態が前記タイマカウンタTMCRSJUDの初期値X/TM
CRSJSTに相当する時間（例えば１０〜１５秒）、継続し
た場合に、前記クルーズ状態であるとして、フラグF/CR
Sの値が「１」に設定される。そして、これ以外の場合
には、排ガスボリュームの変動状態はクルーズ状態では
ないとしてフラグF/CRSの値が「０」に設定される。

【０３０６】このようなＳＴＥＰ１３−３の処理によ
り、排ガスボリュームがほぼ一定に維持されているよう
な状態を適正に把握することができる。尚、前記排ガス
ボリューム変動判断周期の１周期内における前記排気側
制御ユニット７ａの各制御サイクルでは、フラグF/CRS
の値は一定に維持される。

【０３０７】図１７の説明に戻って、前記劣化状態評価
手段１３ｂは、次に、前記基本劣化評価用パラメータLS
σ²とＯ2センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEと
を算出する処理を実行する（ＳＴＥＰ１３−４）。この
処理は、図１９のフローチャートに示すように行われ
る。

【０３０８】すなわち、劣化状態評価手段１３ｂは、基
本劣化評価用パラメータLSσ²を算出するための所定の
条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴＥＰ１３−
４−１）。ここで判断する条件としては、前記ＳＴＥＰ
１３−３で設定されるフラグF/CRSの値や、前記図１１
のＳＴＥＰｄで機関側制御ユニッット７ｂが設定するフ
ラグf/prism/onの値がある。

【０３０９】この場合、F/CRS＝１である場合、すなわ
ち排ガスボリュームの変動状態が前記クルーズ状態であ
る場合には、基本劣化評価用パラメータLSσ²を算出す
るための条件（以下、劣化評価条件という）が成立して
いないとして、基本劣化評価用パラメータLSσ²や平均
値VO2/OUTAVEの算出処理を行うことなく、直ちに図１７
のルーチン処理に復帰する。

【０３１０】このように前記クルーズ状態、すなわち排
ガスボリュームがほぼ一定に維持されている状態で、基
本劣化評価用パラメータLSσ²の算出を行わないのは、
次の理由による。すなわち、前記クルーズ状態では、Ｏ
₂センサ６の出力VO2/OUTは目標値VO2/TARGETに安定して
維持されやすいため、前記劣化評価用線形関数σの値
は、触媒装置３の劣化が進行した状態であってもその変
化が生じにくい。このため、前記クルーズ状態では、劣
化評価用線形関数σの値は、前記図５〜図７を参照して
説明したような触媒装置３の劣化状態に応じた傾向を生
じにくい。そこで、本実施形態では、前記クルーズ状態
では、基本劣化評価用パラメータLSσ²の算出は行わな
いこととし、また、これに伴い、平均値V O2/OUTAVEの
算出も行なわない。

【０３１１】また、ＳＴＥＰ１３−４−１でf/prism/on
＝０である場合、すなわち排気側制御ユニット７ａのス
ライディングモード制御器２７が求める目標空燃比KCMD
に応じてエンジン１の燃料供給の制御を行う通常運転モ
ード以外の運転モードである場合にも、前記劣化評価条
件が成立していないとして基本劣化評価用パラメータLS
σ²や平均値VO2/OUTAVEの算出処理を行うことなく、直
ちに図１７のルーチン処理に復帰する。これは、劣化評
価用パラメータLSσ²による触媒装置３の劣化状態の評
価を適正に行う上では、前記スライディングモード制御
器２７が適応スラーディングモード制御により生成する
目標空燃比KCMDに応じてエンジン１の空燃比を制御して
いる状態で得られるＯ₂センサ６の出力VO2/OUTのデータ
を用いて基本劣化評価用パラメータLSσ²を求めること
が好ましいからである。

【０３１２】尚、ＳＴＥＰ１３−４−１の条件判断で
は、フラグF/CRS及びフラグf/prism/onの値の他、例え
ばエンジン１を搭載している車両の車速が所定の範囲内
にあるか否か、エンジン１の始動後、ある程度の時間が
経過した状態であるか否か、触媒装置３が活性化してい
るか否か等の条件判断もなされ、これらの条件が満たさ
れていない場合には前記劣化評価条件が成立していない
として基本劣化評価用パラメータLSσ²や平均値VO2/OUT
AVEの算出処理を行うことなく、直ちに図１７のルーチ
ン処理に復帰する。

【０３１３】一方、ＳＴＥＰ１３−４−１で劣化評価条
件が成立している場合（このときF/CRS＝０且つf/prism
/on＝１である）には、劣化状態評価手段１３ｂは、前
記図１７のＳＴＥＰ１３−１で排気側制御ユニット７ａ
の制御サイクル毎に求められる劣化評価用線形関数σの
値の二乗値σ²を算出する（ＳＴＥＰ１３−４−２）。

【０３１４】そして、この二乗値σ²の現在値σ²(k)
と、基本劣化評価用パラメータLSσ²の現在値LSσ²(k-
1)と、前記式（３０）の漸化式により定まるゲインパラ
メータBPの現在値BP(k-1)とから、前記式（２９）によ
って、新たな基本劣化評価用パラメータLSσ²(k)を算出
する（ＳＴＥＰ１３−４−３）。

【０３１５】さらに、ゲインパラメータBPの値を式（３
０）により更新した後（ＳＴＥＰ１３−４−４）、基本
劣化評価用パラメータLSσ²及びゲインパラメータBPの
更新回数（これは基本劣化評価用パラメータLSσ²を求
めるために使用した劣化評価用線形関数σの値の個数に
相当する）をカウントするカウンタCB1Pの値を「１」だ
け増加させる（ＳＴＥＰ１３−４−５）。尚、カウンタ
CB1Pの値は、エンジン１の始動時に「０」に初期化され
る。

【０３１６】さらに、劣化状態評価手段１３ｂは、Ｏ₂
センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEを算出（更
新）した後（ＳＴＥＰ１３−４−６）、図１７のルーチ
ン処理に復帰する。この場合、平均値VO2/OUTAVEを算出
は、ＳＴＥＰ１３−４−６の処理を実行する毎にＯ₂セ
ンサ６の出力VO2/OUTの現在値を累積加算し、その累積
加算値をその累積加算の総回数で除算することにより算
出される。従って、平均値VO2/OUTAVEは、基本劣化評価
用パラメータLSσ²の算出に関与したＯ₂センサ６の出力
VO2/OUTの平均値である。

【０３１７】尚、上述のようにＳＴＥＰ１３−４−３，
１３−４−４でそれぞれ求める基本劣化評価用パラメー
タLSσ²、ゲインパラメータBP、並びに、ＳＴＥＰ１３
−４−６で平均値VO2/OUTAVEを算出する際に用いるＯ₂
センサ６の出力VO2/OUTの累積加算値及びその累積加算
の総回数の値は、エンジン１の運転停止中も失われるこ
とがないように、エンジン１の運転終了時に図示しない
ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリに記憶される。そし
て、次回のエンジン１の運転時には、その記憶された基
本劣化評価用パラメータLSσ²、ゲインパラメータBP、
累積加算値及び累積加算の基本総回数の値がそれらの初
期値として用いられる。また、エンジン１の最初の運転
時における基本劣化評価用パラメータLSσ²及びゲイン
パラメータBPの初期値はそれぞれ「０」、「１」であ
り、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの累積加算値及びその累
積加算の総回数の値の初期値はそれぞれ「０」である。
さらに前記カウンタCB1Pの値は、エンジン１の始動時に
「０」に初期化される。

【０３１８】図１７の説明に戻って、上記のように基本
劣化評価用パラメータLSσ²の値や平均値VO2/OUTAVEを
算出（更新）した後、劣化状態評価手段１３ｂは、基本
劣化評価用パラメータLSσ²の補正と、その補正により
得られる補正後劣化評価用パラメータCLSσ²に基づく触
媒装置３の劣化状態の評価とを行う処理を実行する（Ｓ
ＴＥＰ１３−５）。この処理は図２０のフローチャート
に示すように行われる。

【０３１９】すなわち、劣化状態評価手段１３ｂは、前
記ゲインパラメータBPの現在値BP(k)と前回値BP(k-1)と
が略等しいか否か（ゲインパラメータBPがほぼ収束した
か否か）の判断と、前記カウンタCB1Pの値が所定値CB1C
AT以上になったか否か（劣化評価用パラメータLSσ²を
求めるために使用した劣化評価用線形関数σの値の個数
が所定値CB1CATに達したか否か）の判断とを行う（ＳＴ
ＥＰ１３−５−１，１３−５−２）。

【０３２０】尚、本実施形態では、エンジン１の始動前
に図示しない車両のバッテリが一旦取り外された場合や
エンジン１の初回の運転時等のように、エンジン１の始
動時に前回の運転時の劣化評価用パラメータLSσ²及び
ゲインパラメータBPのデータが保持されていない場合
（それらの値が「０」に初期化されている場合）には、
前記ＳＴＥＰ１３−５−２で前記カウンタCB1Pの値と比
較する所定値は、上記のパラメータLSσ²及びBPが保持
されている場合よりも、大きな値に設定される。

【０３２１】上記ＳＴＥＰ１３−５−１，１３−５−２
の判断において、それらのいずれかの条件が満たされて
いない場合には、現在の制御サイクルにおいてＳＴＥＰ
１３−４で求められた基本劣化評価用パラメータLSσ²
は、劣化評価用線形関数σの値の二乗値σ²の中心値に
未だ十分に収束していないと考えられるので、触媒装置
３の劣化状態の評価を行うことなく、ＳＴＥＰ１３−５
の処理を終了する。

【０３２２】一方、ＳＴＥＰ１３−５−１，１３−５−
２のいずれの条件も満たされている場合には、ＳＴＥＰ
１３−４で求められた基本劣化評価用パラメータLSσ²
の今回値は、劣化評価用線形関数σの値の二乗値σ²の
中心値を表すものとなっている。そして、この場合に
は、劣化状態評価手段１３ｂは、Ｏ₂センサ６の出力VO2
/OUTの平均値VO2/OUTAVEの現在値（ＳＴＥＰ１３−４−
６で算出した最新値）から、前記図９のデータテーブル
に基づいて補正係数KRESSを求める（ＳＴＥＰ１３−５
−３）。さらに劣化状態評価手段１３ｂは、この補正係
数KRESSを基本劣化評価用パラメータLSσ²の現在値に乗
算することで該基本劣化評価用パラメータLSσ²を補正
し、補正後劣化評価用パラメータCLSσ²を求める（ＳＴ
ＥＰ１３−５−４）。

【０３２３】次いで、劣化状態評価手段１３ｂは、この
補正後劣化評価用パラメータCLSσ²を前記図９に示した
所定の閾値CATAGELMTと比較する（ＳＴＥＰ１３−５−
５）。

【０３２４】このときCLSσ²≧CATAGELMTである場合に
は、触媒装置３の劣化状態が前記「劣化進行状態」（触
媒装置３の交換を要するかもしくはその交換時期が近い
程度に触媒装置３が劣化した状態）であると判断して、
その旨を前記劣化報知器２９に報知させる（ＳＴＥＰ１
３−５−６）。そして、今回のエンジン１の運転中にお
ける触媒装置３の劣化状態の評価が終了したか否かをそ
れぞれ値「１」、「０」で表す前記フラグF/DONEの値を
「１」に設定した後（ＳＴＥＰ１３−５−７）、ＳＴＥ
Ｐ１３−５の処理を終了する。

【０３２５】また、ＳＴＥＰ１３−５−５で、CLSσ²＜
CATAGELMTである場合には、触媒装置３の劣化状態は前
記「未劣化状態」であるので、劣化報知器２９による報
知を行うことなく、前記ＳＴＥＰ１３−５−７でフラグ
F/DONEの値を「１」に設定し、ＳＴＥＰ１３−５の処理
を終了する。

【０３２６】以上説明した処理が、図１３のＳＴＥＰ１
３で劣化状態評価手段１３ｂが行う処理である。

【０３２７】以上説明した本実施形態の装置によれば、
排気側主演算処理部１３の目標空燃比算出手段１３ａに
よって、触媒装置３の下流側のＯ₂センサ６の出力VO2/O
UTを、エンジン１の運転状態（回転数NE、吸気圧PBの状
態）に応じて設定された目標値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（ＬＡＦセンサ５が
検出する空燃比の目標値）が逐次決定される。さらに、
この目標空燃比KCMDにＬＡＦセンサ５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、エンジン１の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６の出力V
O2/OUTが目標値VO2/TARGETに収束制御され、ひいては触
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。

【０３２８】また、このようなエンジン１の空燃比の制
御と並行して、排気側主演算処理部１３の劣化状態評価
手段１３ｂが、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2の時系列デー
タから劣化評価用線形関数σを逐次求める。さらにその
劣化評価用線形関数σの二乗値σ²の中心値（本実施形
態では最小二乗中心値）としての基本劣化評価用パラメ
ータLSσ²を、逐次型の統計処理アルゴリズム（本実施
形態では重み付最小二乗法のアルゴリズム）を用いて求
める。また、この基本劣化評価用パラメータLSσ²の算
出に用いられたＯ₂センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/
OUTAVEに応じて補正して、補正後劣化評価用パラメータ
CLSσ²を求め、この補正後劣化評価用パラメータCLSσ²
をあらかじめ定めた閾値CATAGELMTと比較することによ
って、触媒装置３の劣化状態を評価する。

【０３２９】これにより、エンジン１の運転状態に合わ
せて触媒装置３の最適な浄化性能を確保しながら触媒装
置３の劣化状態を適正に評価することができることとな
る。また、この評価のために用いる補正後劣化評価用パ
ラメータCLSσ²は、劣化評価用線形関数σの二乗値σ²
の中心値としての基本劣化評価用パラメータCLSσ²をＯ
₂センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEに応じて、
換言すれば、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTが平均的にどの
ようなレベルの目標値VO2/TARGETを中心にして制御され
たかに応じて補正したものであるので、Ｏ₂センサ６の
出力VO2/OUTを制御する目標値VO2/TARGETによらずに、
触媒装置３の劣化状態との相関性が高いものとなる。こ
の結果、該補正後劣化評価用パラメータCLSσ²に基づく
触媒装置３の劣化状態の評価を適正に行うことができ
る。

【０３３０】また、本実施形態では、排ガスボリューム
がほぼ一定に維持されるようなクルーズ状態、すなわ
ち、排ガスボリュームの変動が小さく、劣化評価用線形
関数σの値の変化も生じにくいような状況では、基本劣
化評価用パラメータLSσ²の算出やＯ₂センサ６の出力VO
2/OUTの平均値VO2/OUTAVEの算出を行わない。そして、
このような状況以外の状況で、基本劣化評価用パラメー
タLSσ²や平均値VO2/OUTAVEを算出し、それらの値によ
り定まる補正後劣化評価用パラメータCLSσ²に基づいて
触媒装置３の劣化状態を評価する。このため、触媒装置
３の劣化状態を表すものとしての補正後劣化評価用パラ
メータCLSσ²の信頼性が高まり、触媒装置３の劣化状態
の評価を正確に行うことができる。

【０３３１】従って、本実施形態の装置によれば、触媒
装置３の良好な浄化性能を確保しながら、該触媒装置３
の劣化状態の評価を高い信頼性で良好に行うことができ
る。

【０３３２】尚、以上説明した実施形態では、基本劣化
評価用パラメータLSσ²を、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUT
の平均値VO2/OUTAVEに応じて補正するようにしたが、エ
ンジン１の空燃比は、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標
値VO2/TARGETに収束させるように制御されるので、Ｏ₂
センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEは、目標値V
O2/TARGETの平均値とほぼ同等のものとなる。従って、
Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEの代り
に、目標値VO2/TARGETの平均値に応じて基本劣化評価用
パラメータLSσ²を補正するようにしてもよい。この場
合の実施形態に関しては、前記第１実施形態におけるＳ
ＴＥＰ１３−４−６（図１９参照）で、出力VO2/OUTの
平均値VO2 /OUTAVEを求める代りに目標値VO2/TARGETの
平均値を求めるようにすると共に、ＳＴＥＰ１３−５−
３で、該目標値VO2/TARGETの平均値から前記図９と同様
の形態のデータテーブルに基づいて補正係数KRESSを求
めるようにすればよい。そして、その他の処理は前記第
１実施形態と同一でよい。

【０３３３】次に本発明の第２実施形態を図２１〜図２
３を参照して説明する。尚、本実施形態は、触媒装置３
の劣化状態の評価に係わる処理の一部のみが前記第１実
施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一
構成部分及び同一処理部分については第１実施形態と同
一の図面及び同一の参照符号を用いて詳細な説明を省略
する。

【０３３４】本実施形態では、前記排気側主演算処理部
１３の劣化状態評価手段１３ｂは、前記図１３のＳＴＥ
Ｐ１３における処理（触媒装置３の劣化状態の評価処
理）を次のように行なう。

【０３３５】すなわち、図２１のフローチャートを参照
して、劣化状態評価手段１３ｂは、前記第１実施形態と
全く同様にＳＴＥＰ１３−１〜１３−４の処理を行なっ
た後、前記触媒装置３の劣化状態を判別するための閾値
CATAGELMT2の設定処理と、該基本劣化評価用パラメータ
LSσ²に基づく触媒装置３の劣化状態の評価を行なう処
理とを実行する（ＳＴＥＰ１３−５’）。この処理は図
２２のフローチャートに示すように行われる。

【０３３６】すなわち、劣化状態評価手段１３ｂは、前
記第１実施形態と全く同様にＳＴＥＰ１３−５−１及び
ＳＴＥＰ１３−５−２の判断処理を行なった後、ＳＴＥ
Ｐ１３−４（図２１参照）で求めたＯ₂センサ６の出力V
O2/OUTの平均値VO2/OUTAVEの現在値（最新値）から、図
２３に示すようにあらかじめ定められたデータテーブル
により閾値CATAGELMT2を求める（ＳＴＥＰ１３−５−
３’）。

【０３３７】ここで、閾値CATAGELMT2は、触媒装置３の
劣化状態が前記「未劣化状態」であるか「劣化進行状
態」であるかを判断するために前記基本劣化評価用パラ
メータLSσ²と比較する閾値である。そして、この閾値C
ATAGELMT2を設定するための図２３のデータテーブルで
は、前記基本劣化評価用パラメータLSσ²がＯ₂センサ６
の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETの変化によって受け
る影響を考慮し、閾値CATAGELMT2の値は、Ｏ₂センサ６
の出力VO2/OUTの平均値VO2/OUTAVEがＯ₂センサ６の出力
VO2/OUTの感度がほぼ最大となる値、すなわち図２のVO2
/OUT1であるとき、最大値となり、平均値VO2/OUTAVEのV
O2/OUT1からの差｜VO2/OUTAVE−VO2/OUT1｜が大きくな
るに伴って閾値CATAGELMTの値が小さくなるように定め
られている。つまり、目標値VO2/TARGETが図２のVO2/OU
T1に近い程、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの変動、ひいて
は前記劣化評価用線形関数σの値のばらつきが生じ易
く、基本劣化評価用パラメータLSσ²の値が大きくなり
やすいという傾向を考慮し、この傾向に合わせて閾値CA
TAGELMT2の値を増減させるように該閾値CATAGELMT2を設
定している。

【０３３８】そして、本実施形態では、劣化評価手段１
３ｂは、このように設定したCATAGELMT２を前記基本劣
化評価用パラメータLSσ²とＳＴＥＰ１３−５−５’で
比較し、LSσ²≧CATAGELMT２であるときには、触媒装置
３の劣化状態が「劣化進行状態」であるとして、劣化報
知器２９による報知を行わしめる（ＳＴＥＰ１３−５−
６）。そして、第１実施形態と同様に、ＳＴＥＰ１３−
５−７でフラグF/DONEの値を「１」に設定した後、前記
図１３のルーチン処理に復帰する。また、LSσ²＜CATAG
ELMT２であるときには、触媒装置３の劣化状態が「未劣
化状態」であるとして、劣化報知器２９による報知を行
うことなく、ＳＴＥＰ１３−５−７の処理を実行した
後、図１３のルーチン処理に復帰する。

【０３３９】以上説明した以外の構成及び処理は前記第
１実施形態と全く同一である。

【０３４０】かかる本実施形態の装置によれば、基本劣
化評価用パラメータLSσ²は、触媒装置３の劣化状態だ
けでなく、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARG
ETの変化の影響も受けるが、該目標値VO2/TARGETの変化
の影響に合わせて閾値CATAGELMT２を設定することによ
り、前記第１実施形態と同様に、目標値VO2/TARGETの変
化の影響によらずに適正に触媒装置３の劣化状態の評価
を行なうことができる。従って、本実施形態において
も、触媒装置３の良好な浄化性能を確保しながら、触媒
装置３の劣化状態の評価を適正に精度よく行なうことが
できる。

【０３４１】尚、本実施形態では、閾値CATAGELMT２を
設定するために、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの平均値VO
2/OUTAVEを用いたが、該平均値VO2/OUTAVEの代りに、Ｏ
₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETの平均値を
用いてもよい。この場合には、図２１のＳＴＥＰ１３−
４で、目標値VO2/TARGETの平均値を求めておき、図２２
のＳＴＥＰ１３−５−３’では、該目標値VO2/TARGETの
平均値から、図２３のデータテーブルと同様の形態のデ
ータテーブルにより、閾値CATAGELMT2を求めるようにす
ればよい。

【０３４２】また、本発明は前述した第１及び第２実施
形態に限定されるものではなく、例えば次のような変形
態様も可能である。

【０３４３】前記第１及び第２実施形態では、劣化評価
用線形関数σの二乗値σ²の最小二乗中心値を基本劣化
評価用パラメータLSσ²としたが、例えば劣化評価用線
形関数σの絶対値の最小二乗中心値を基本劣化評価用パ
ラメータとして求めるようにしてもよい。この場合に
は、前記図１７あるいは図２１のＳＴＥＰ１２−４にお
いて劣化評価用線形関数σの二乗値σ²の代わりに該線
形関数σの絶対値を求め、前記式（２９）中の「σ²」
をその絶対値で置き換えた演算処理を行うことによっ
て、触媒装置３の劣化状態に対して前記基本劣化評価用
パラメータLSσ²と同様の傾向を呈する基本劣化評価用
パラメータを得ることができる。そして、この基本劣化
評価用パラメータをＯ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは
目標値VO2/TARGETの平均値に応じて補正したものをあら
かじめ定めた所定の閾値と比較し、もしくは、該基本劣
化評価用パラメータを、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTある
いは目標値VO2/TARGETの平均値に応じて設定した閾値と
比較することで、前記第１又は第２実施形態と同様に、
触媒装置３の劣化状態を評価することができる。

【０３４４】さらには、劣化評価用線形関数σの二乗値
σ²あるいは絶対値の最小二乗中心値に限らず、それら
の二乗値σ²もしくは絶対値の平均値等の中心値を基本
劣化評価用パラメータとしてもよい。あるいは、例えば
劣化評価用線形関数σの値の分散（より正確には「０」
に対する分散で、劣化評価用線形関数σの値の二乗値σ
²の平均値）や、標準偏差（分散の平方根）を基本劣化
評価用パラメータとして求めるようにしてもよい。この
ようにしても、該基本劣化評価用パラメータは、触媒装
置３の劣化状態に対して、前記基本劣化評価用パラメー
タLSσ²と同様の傾向を呈する。

【０３４５】また、前記第１及び第２実施形態では、劣
化評価用線形関数σは、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2の二
つの時系列データを変数成分とする前記式（１５）によ
り定めたが、さらに多くの偏差出力VO2の時系列データ
を変数成分とする線形関数により劣化評価用線形関数を
定義してもよい。この場合、スライディングモード制御
用の切換関数は劣化評価用線形関数に含まれる偏差出力
VO2の時系列データを推定偏差出力VO2バーの時系列デー
タで置き換えた線形関数により定義することが好適であ
る。

【０３４６】また、劣化評価用線形関数は、例えば式
（１５）の偏差出力VO2(k)，VO2(k-1）をＯ₂センサ６の
出力VO2/OUT(k)，VO2/OUT(k-1)に置き換えた式によって
定めてもよい。この場合には、この劣化評価用線形関数
の値の中心値は、基本的には「（s1+s2）・VO2/TARGE
T」となる。そして、例えばこの中心値（s1+s2）・VO2/
TARGETと劣化評価用線形関数の値との偏差の二乗値ある
いは絶対値の最小二乗中心値等、該中心値（s1+s2）・V
O2/TARGETに対する劣化評価用線形関数の値のばらつき
度合いを表すパラメータを基本劣化評価用パラメータと
して求めれば、前記第１又第２実施形態と同様に触媒装
置３の劣化状態を評価することができる。

【０３４７】さらには、例えば前記式（２５）の切換関
数σバー、すなわち、Ｏ₂センサ６の推定偏差出力VO2バ
ーの時系列データを変数成分とする線形関数を劣化評価
用線形関数として用いてもよい。但し、Ｏ₂センサ６の
偏差出力VO2の前記合計無駄時間ｄ後の推定値である推
定偏差出力VO2バーを変数成分とする切換関数σバーよ
りも、Ｏ₂センサ６の実際の偏差出力VO2を変数成分とす
る式（１５）の劣化評価用線形関数σを用いた方が、触
媒装置３の実際の状態が該線形関数σにより良く反映さ
れるので、評価結果の信頼性を高める上で好ましいと考
えられる。

【０３４８】また、前記第１実施形態では、触媒装置３
の劣化状態を評価するために劣化評価用線形関数σの二
乗値σ²を用いたが、例えば該線形関数σの値とその変
化速度との積（これは前記ＳＬＤ制御状態の安定性の判
別のために前記ＳＴＥＰ１０で用いた安定判別パラメー
タＰstbである）を用いて触媒装置３の劣化状態を評価
するようにすることも可能である。この場合において
も、例えば上記積の分散（より一般的には該積の値のば
らつき度合いを表すもの）を劣化評価用パラメータとし
て求めれば、その劣化評価用パラメータの値に基づいて
触媒装置３の劣化状態を評価することが可能である。

【０３４９】また、前記第１実施形態では、触媒装置３
の劣化状態を「劣化進行状態」と「未劣化状態」との二
つに分けて評価するようにしたが、前記補正後劣化評価
用パラメータCLSσ²と比較する閾値、あるいは、前記基
本劣化評価用パラメータLSσ ²と比較する閾値をさらに
多くすれば、触媒装置３の劣化状態をさらに多くの劣化
度合いに分別して評価するようにすることも可能であ
る。そして、それぞれの劣化度合いに応じて各別の報知
をするようにすることも可能である。

【０３５０】また、前記第１及び第２実施形態では、目
標空燃比KCMDを算出するために、適応スライディングモ
ード制御の処理を用いたが、適応則（適応アルゴリズ
ム）を用いないスライディングモード制御の処理を用い
てもよい。この場合には、前記式（２８）から適応則入
力Uadpの項を除去した式によって、目標空燃比KCMDを求
めるようにすればよい。

【０３５１】また、前記第１及び第２実施形態では、目
標空燃比KCMDの算出に際しては、推定器２６により前記
合計無駄時間ｄの影響を補償するようにしたが、前記空
燃比操作系の無駄時間が無視できる程小さいような場合
には、対象排気系Ｅの無駄時間d1の影響のみを補償する
ようにしてもよい。この場合には、推定器２６は、前記
式（１２）の「kcmd」及び「ｄ」をそれぞれ「kact」及
び「d1」に置き換えた次式（４４）を用いて、前記実施
形態と同様にＯ2センサ６の偏差出力VO2の無駄時間d1後
の推定値VO2(k+d1)を制御サイクル毎に逐次求める。

【０３５２】

【数４４】

【０３５３】さらに、この場合には、スライディングモ
ード制御器２７は、前記式（２４）〜（２７）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Urch及び適応則入力Uadpを制御サイクル毎に
求め、それらを加算することで、目標偏差空燃比kcmdを
求める。このようにすることで、対象排気系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。

【０３５４】尚、この場合における同定器２５や劣化状
態評価手段１３ｂ、機関側制御ユニット７ｂの処理は、
前述の第１又は第２実施形態のものと同一でよい。

【０３５５】また、空燃比操作系の無駄時間d1だけでな
く対象排気系Ｅの無駄時間d1も無視できるほど小さいよ
うな場合には、前記推定器２６を省略してもよい。この
場合には、スライディングモード制御器２７や同定器２
５の演算処理は、ｄ＝d1＝０として行えばよい。

【０３５６】また、前記第１及び第２実施形態では、同
定器２５を備えたが、前記排気系モデルのゲイン係数a
1，a2，b1をあらかじめ定めた固定値としたり、エンジ
ン１の回転数や吸気圧等からマップ等を用いて適宜、ゲ
イン係数a1，a2，b1の値を設定するようにしてもよい。

【０３５７】また、前記第１及び第２実施形態では、Ｏ
₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに収束させ
るためのフィードバック制御手法としてスライディング
モード制御の処理を用いたが、他のフィードバック制御
手法の処理によってＯ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値
VO2/TARGETに収束制御しつつ、触媒装置３の劣化状態の
評価を行うことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第１実施
形態の全体的システム構成を示すブロック図。

【図２】図１の装置で使用するＯ₂センサ及び空燃比セ
ンサの出力特性図。

【図３】図１の装置の要部の基本構成を示すブロック
図。

【図４】図１の装置で用いるスライディングモード制御
を説明するための説明図。

【図５】図１の装置で用いる触媒装置の劣化状態の評価
手法を説明するための図。

【図６】図１の装置で用いる触媒装置の劣化状態の評価
手法を説明するための図。

【図７】図１の装置で用いる触媒装置の劣化状態の評価
手法を説明するための図。

【図８】図１の装置で用いる触媒装置の劣化状態の評価
手法を説明するための図。

【図９】図１の装置で用いる触媒装置の劣化状態の評価
手法を説明するための図。

【図１０】図１の装置で用いる適応制御器を説明するた
めのブロック図。

【図１１】図１の装置の機関側制御ユニットの処理を示
すフローチャート。

【図１２】図１１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１３】図１の装置の排気側制御ユニットの処理を示
すフローチャート。

【図１４】図１３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１５】図１３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１３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１３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１７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】図１７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２０】図１７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２１】本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第２実
施形態の処理を示すフローチャート。

【図２２】図２１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２３】図２２のフローチャートの要部の処理を説明
するための線図。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、２…排気管（排気通路）、
３…触媒装置、６…Ｏ ₂センサ、７ｂ…機関側制御ユニ
ット（空燃比操作手段）、１３ａ…目標空燃比算出手段
（空燃比操作手段）、１３ｂ…劣化状態評価手段（パラ
メータ生成手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田平 英樹 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 AA03 BA09 BA13 DA04 DA10 DA14 DA22 EB02 EB06 EB13 FA13 FA20 FA26 FA27 FA29 3G091 AA02 AA14 AA17 AA28 AB03 BA14 BA15 BA19 BA32 BA33 BA34 CB02 DA01 DA02 DB04 DB05 DB06 DB07 DB08 DB11 DB13 DB16 EA01 EA06 EA16 EA30 FB11 FC02 HA08 HA36 HA37 HB08 3G301 HA01 JA13 JA15 KA21 LB01 LC01 MA01 MA11 NA08 NB20 ND02 ND13 PB03Z PD02Z PD09Z PE08Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気通路に設けた触媒装置の下
   流側に配置された酸素濃度センサと、該酸素濃度センサ
   の出力を内燃機関の運転状態に応じて設定された所定の
   目標値に収束させるように該内燃機関で燃焼させる混合
   気の空燃比を操作する空燃比操作手段と、該空燃比操作
   手段の処理の実行中における前記酸素濃度センサの出力
   のデータからあらかじめ定めた所定のアルゴリズムによ
   り前記触媒装置の劣化状態を評価するための劣化評価用
   パラメータを生成するパラメータ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、 前記劣化評価用パラメータを前記所定の目標値又は前記
   酸素濃度センサの出力の平均値に応じて補正し、その補
   正後の劣化評価用パラメータの値に基づき前記触媒装置
   の劣化状態を評価する劣化状態評価手段を備えたことを
   特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】内燃機関の排気通路に設けた触媒装置の下
   流側に配置された酸素濃度センサと、該酸素濃度センサ
   の出力を内燃機関の運転状態に応じて設定された所定の
   目標値に収束させるように該内燃機関で燃焼させる混合
   気の空燃比を操作する空燃比操作手段と、該空燃比操作
   手段の処理の実行中における前記酸素濃度センサの出力
   のデータからあらかじめ定めた所定のアルゴリズムによ
   り前記触媒装置の劣化状態を評価するための劣化評価用
   パラメータを生成するパラメータ生成手段と、該劣化評
   価用パラメータの値を所定の判定値と比較することによ
   り前記触媒装置の劣化状態を評価する劣化状態評価手段
   とを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、 前記劣化状態評価手段は、前記判定値を前記所定の目標
   値又は前記酸素濃度センサの出力の平均値に応じて設定
   する手段を備え、その設定した判定値と前記劣化評価用
   パラメータの値を比較することにより前記触媒装置の劣
   化状態を評価することを特徴とする内燃機関の空燃比制
   御装置。
3. 【請求項３】前記劣化評価用パラメータは、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して表した
   所定の劣化評価用線形関数の値のばらつき度合いを表す
   データであることを特徴とする請求項１又は２記載の内
   燃機関の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】前記パラメータ生成手段は、前記劣化評価
   用線形関数の値の時系列データの各データ値と該劣化評
   価用線形関数の値の中心値としてあらかじめ定めた所定
   値との偏差の二乗値又は絶対値にローパス特性のフィル
   タリング処理を施すことにより前記劣化評価用パラメー
   タを求めることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の
   空燃比制御装置。
5. 【請求項５】前記空燃比操作手段は、前記酸素濃度セン
   サの出力を前記目標値に収束させるようにスライディン
   グモード制御の処理により前記空燃比を操作するための
   操作量を逐次生成しつつ、該操作量に応じて前記空燃比
   を操作する手段であり、 前記劣化評価用線形関数は、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線形関
   数であることを特徴とする請求項３又は４記載の内燃機
   関の空燃比制御装置。