JP3748418B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents

Description

【００３９】
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を生成するプラントであるとみなして、該対象排気系Ｅを離散系でモデル化してなるもの（無駄時間を有する自己回帰モデル）であり、上式（１）において、「ｋ」は離散時間的な制御サイクルの番数を示し、「ｄ」は対象排気系Ｅの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、本実施形態では、対象排気系Ｅの無駄時間は、例えば制御サイクルの周期を３０〜１００ｍｓとして、ｄ制御サイクル分の時間（ｄ＝３〜１０）とされている。また、上式（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、２次目の自己回帰項のゲイン係数である。さらに、上式（１）の右辺第３項は対象排気系Ｅの無駄時間要素に対応するもので、「b1」はその無駄時間要素に係わるゲイン係数である。これらのゲイン係数a1，a2，b1は離散系モデルを規定するパラメータである。
【００４０】
本実施形態における前記空燃比操作量決定部１３は、式（１）により表される離散系モデルに基づき、所定（一定）の制御サイクルで前述のような制御処理を行うもので、その機能的構成は、図３に示すように大別される。
【００４１】
すなわち、空燃比操作量決定部１３は、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kact及びＯ₂センサ６の偏差出力VO2のデータから、前記離散系モデルの設定すべきパラメータである前記ゲイン係数a1，a2，b1の値を制御サイクル毎に逐次同定する同定器２５と、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kact及びＯ₂センサ６の偏差出力VO2のデータから、前記同定器２５により同定された前記ゲイン係数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）を用いて対象排気系Ｅの無駄時間ｄ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、該推定器２６により求められたＯ₂センサ６の推定偏差出力VO2バーから、前記同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用いて適応スライディングモード制御によりＬＡＦセンサ５の箇所の排ガス（触媒装置３に進入する排ガス）の目標空燃比KCMDを制御サイクル毎に逐次決定するスライディングモード制御器２７とにより構成されている。
【００４２】
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前記離散系モデルに基づいて以下のように構築されている。
【００４３】
まず、前記同定器２５に関し、前記離散系モデルのゲイン係数a1，a2，b1に対応する実際の対象排気系Ｅのゲイン係数は一般に該対象排気系Ｅの挙動状態や経時的な特性変化等によって変化する。従って、前記離散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少なくして該離散系モデルの精度を高めるためには、離散系モデルのゲイン係数a1，a2，b1を実際の対象排気系Ｅの挙動状態等に則して適宜、リアルタイムで同定することが好ましい。
【００４４】
前記同定器２５は、上記のように離散系モデルのモデル化誤差を極力小さくするために、前記ゲイン係数a1，a2，b1をリアルタイムで逐次同定するものであり、その同定処理は次のように行われる。
【００４５】
すなわち、同定器２５は、所定の制御サイクル毎に、まず、今現在設定されている離散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ハット(k-1)，a2ハット(k-1)，b1ハット(k-1)と、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kact及びＯ₂センサ６の偏差出力VO2の過去に得られたデータとを用いて、次式（２）により今現在設定されている離散系モデル上でのＯ₂センサ６の今現在の偏差出力VO2の同定値VO2ハット（以下、同定偏差出力VO2ハットという）を求める。
【００４６】
【数２】

【００４７】
尚、この式（２）は、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を同定ゲイン係数a1ハット(k-1)，a2ハット(k-1)，b1ハット(k-1)で置き換えたものである。また、式（２）の第３項で用いる「ｄ」は、対象排気系Ｅの無駄時間の設定値（より詳しくは無駄時間の設定値を制御サイクル数で表したもの）であり、その設定値は対象排気系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時間になるように設定されている。
【００４８】
ここで、次式（３），（４）で定義されるベクトルΘ及びξを導入すると（式（３），（４）中の添え字「Ｔ」は転置を意味する。以下同様。）、
【００４９】
【数３】

【００５０】
【数４】

【００５１】
前記式（２）は、次式（５）により表される。
【００５２】
【数５】

【００５３】
さらに同定器２５は、前記式（２）あるいは式（５）により求められるＯ₂センサ６の同定偏差出力VO2ハットと今現在のＯ₂センサ６の偏差出力VO2との偏差id/eを離散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（６）により求める（以下、偏差id/eを同定誤差id/eという）。
【００５４】
【数６】

【００５５】
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、その算出を、次式（７）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ハット(k-1)，a2ハット(k-1)，b1ハット(k-1)を、同定誤差id/e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。
【００５６】
【数７】

【００５７】
ここで、式（７）中の「Ｋθ」は次式（８）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。
【００５８】
【数８】

【００５９】
また、上式（８）中の「Ｐ」は次式（９）の漸化式により決定される三次の正方行列である。
【００６０】
【数９】

【００６１】
尚、式（９）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。
【００６２】
この場合、式（９）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。
【００６３】
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離散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、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。
【００６４】
尚、本実施形態における同定器２５は、前記同定誤差id/eの算出に際して、Ｏ₂センサ６の前記同定偏差出力VO2ハットとＯ₂センサ６の偏差出力VO2とにフィルタリング処理を施したり、ゲイン係数a1，a2，b1の同定（同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットの更新）を対象排気系Ｅの特定の挙動状態において行ったりするのであるが、これについては後述する。
【００６５】
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の決定処理に際しての対象排気系Ｅの無駄時間ｄの影響を補償するために、該無駄時間ｄ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り、その推定処理は次のように行われる。
【００６６】
まず、前記式（１）で表される離散系モデルにおいて、次式（１０）により定義されるベクトルＸを導入すると、
【００６７】
【数１０】

【００６８】
式（１）は次式（１１）に書き換えられる。
【００６９】
【数１１】

【００７０】
ここで、式（１１）の漸化式を繰り返し用いると、無駄時間ｄ後のＸ(k+d)は、式（１１）中で定義した行列Ａ及びベクトルＢやＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの時系列データkact(k-j)（ｊ＝1,2, d）を用いて、次式（１２）により表される。
【００７１】
【数１２】

【００７２】
この場合、式（１２）の左辺の第１行成分が無駄時間ｄ後のＯ₂センサ６の偏差出力VO2(k+d)であるから、その推定値（推定偏差出力）VO2(k+d)バーは、式（１２）の右辺の第１行成分を演算することで求めることができる。
【００７３】
そこで、式（１２）の両辺の第１行成分に着目し、右辺第１項の行列Ａ^dの第１行第１列成分及び第１行第２列成分をそれぞれα1，α2とおき、右辺第２項のベクトルＡ^j-1・Ｂ（ｊ＝1,2, d）の第１行成分をそれぞれβj（ｊ＝1,2, d）とおくと、Ｏ₂センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーは、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、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの時系列データkact(k-j)（ｊ＝1,2, d）とを用いて次式（１３）により求めることができる。
【００７４】
【数１３】

【００７５】
また、式（１３）中の係数値α1，α2及びβj（ｊ＝1,2, d）は、行列Ａ及びベクトルＢの成分（式（１１）参照）を構成するゲイン係数a1，a2，b1として、前記同定器２５により求められた同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用い、それらの行列Ａ及びベクトルＢから前記式（１２）中の行列Ａ^d及びベクトルＡ^j-1・Ｂ（ｊ＝1,2, d）を求めることで決定することができる。
【００７６】
よって、本実施形態における推定器２６は、基本的には同定器２５により求められる前記同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b2ハット（詳しくは現在の制御サイクルで求められた同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハット，b2(k)ハット）を用いて、式（１３）中の係数値α1，α2及びβj（ｊ＝1,2, d）を算出する。さらに、その算出した係数値α1，α2及びβjと、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2の現在以前の時系列データVO2(k)及びVO2(k-1)と、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactの過去の時系列データkact(k-j)（ｊ＝1,2, d）とから式（１３）の演算を行うことで、Ｏ₂センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーを求める。これが推定器２６における基本的な演算処理（推定アルゴリズム）である。
【００７７】
尚、本実施形態における推定器２６は、Ｏ₂センサ６の推定偏差出力VO2(k+d)バーの算出に際して、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactにフィルタリング処理を施すのであるがこれについては後述する。
【００７８】
次に、前記スライディングモード制御器２７を詳細に説明する。
【００７９】
ここで、まず、一般的なスライディングモード制御について図４を参照して簡単に説明しておく。
【００８０】
スライディングモード制御は、可変構造型のフィードバック制御手法であり、この制御手法においては、例えば制御対象の制御すべき状態量をｘ₁，ｘ₂の二つとした場合、これらの状態量ｘ₁，ｘ₂を変数とする線形関数σ＝ｓ₁ｘ₁＋ｓ₂ｘ₂（ｓ₁，ｓ₂は係数）を用いて、σ＝０により表される超平面をあらかじめ設計しておく。この超平面σ＝０は位相空間が二次系の場合（状態量が二つの場合）は、しばしば切換線と呼ばれ、線形関数σは切換関数と呼ばれている。位相空間の次数がさらに大きくなると、切換線から切換面となり、さらには幾何学的に図示できなくなる超平面になる。尚、超平面はすべり面と呼ばれることもある。本明細書においては、これらを代表して線形関数及び超平面と表現した。
【００８１】
そして、このスライディングモード制御は、例えば図４の点Ｐで示すように、状態量ｘ₁，ｘ₂がσ≠０となっている場合に、所謂、到達則に従って、状態量ｘ₁，ｘ₂をハイゲイン制御によって超平面σ＝０上に高速で収束させ（モード１）、さらに所謂、等価制御入力によって状態量ｘ₁，ｘ₂を超平面σ＝０上に拘束しつつ超平面σ＝０上の平衡点（ｘ₁＝ｘ₂＝０の点）に収束させる（モード２）ものである。
【００８２】
このようなスライディングモード制御においては、状態量ｘ₁，ｘ₂を超平面σ＝０上に収束させさえすれば、等価制御入力によって、外乱等の影響を受けることなく、極めて安定に状態量ｘ₁，ｘ₂を超平面σ＝０上に拘束して、該超平面σ＝０の平衡点に収束させることができるという特性をもっている。尚、外乱や制御対象のモデル化誤差があると、状態量ｘ₁，ｘ₂は厳密には上記平衡点（ｘ₁＝ｘ₂＝０の点）には収束せず、該平衡点の近傍に収束する。
【００８３】
かかるスライディングモード制御では、特に、上記モード１において状態量ｘ₁，ｘ₂をいかにして安定に超平面σ＝０上に収束させるかが重要な課題となる。この場合、外乱等の影響があると、一般には、前記到達則だけでは、状態量ｘ₁，ｘ₂を超平面σ＝０上に安定に収束させることが困難である。このため、近年では、例えばコロナ社により１９９４年１０月２０日に発刊された「スライディングモード制御 −非線形ロバスト制御の設計理論−」と題する文献の第１３４頁〜第１３５頁に見られるように、到達則に加えて、外乱の影響を排除しつつ状態量を超平面上に収束させるための適応則を用いた適応スライディングモード制御という手法が提案されている。
【００８４】
本実施形態の前記スライディングモード制御器２７は、このような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/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（詳しくは、ＬＡＦセンサ５で検出される排ガスの空燃比と前記基準値FLAF/BASEとの偏差で、これはＬＡＦセンサ５の偏差出力kactに相当する。以下、この入力を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。
【００８５】
まず、スライディングモード制御器２７の適応スライディングモード制御に必要な超平面の構築について説明する。
【００８６】
スライディングモード制御器２７は、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2を「０」に収束させるように制御を行うものであるので、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2の時系列データを「０」に収束させるように対象排気系Ｅに与えるべき前記ＳＬＤ操作入力ｕslを決定すればよい。
【００８７】
そこで、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超平面を規定する線形関数σを次式（１４）により設定する。
【００８８】
【数１４】

【００８９】
尚、本実施形態では、線形関数の変数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。
【００９０】
上記のように線形関数σを定義したとき、スライディングモード制御用の超平面はσ＝０により表され（この場合、状態量は二つであるので超平面は直線となる。図４参照）、この超平面σ＝０を規定する線形関数σの係数ｓ₁，ｓ₂（式（１４）参照）は、本実施形態ではあらかじめ次のように設定する。
【００９１】
すなわち、前記状態量VO2(k)，VO2(k-1)を成分とする式（１４）中のベクトルＸ（以下、単に状態量Ｘという）が超平面σ＝０上に収束した状態では、線形関数σの値が「０」であるので、これと式（１４）とから次式（１５）が得られる。
【００９２】
【数１５】

【００９３】
ここで、式（１５）により表される系は、入力の無い一次遅れ系であるので、状態量Ｘが超平面σ＝０の平衡点（VO2(k)＝VO2(k-1)＝０となる点）に安定に収束するための条件は、式（１５）により表される系の極（この場合、この極は「−ｓ₂／ｓ₁」である）が単位円内に存在することとなる。
【００９４】
従って、本実施形態では、線形関数σの係数ｓ₁，ｓ₂は、次式（１６）の条件を満たすように設定する。
【００９５】
【数１６】

【００９６】
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の値を設定する。
【００９７】
一方、上記のように設定された超平面σ＝０の平衡点に前記状態量Ｘを収束させるためにスライディングモード制御器２７が適応スライディングモード制御により生成すべき前記ＳＬＤ操作入力ｕsl（ＬＡＦセンサ５で検出される排ガスの空燃比と前記基準値FLAF/BASE との偏差）は、前記状態量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に与えるべき等価制御入力ｕeqと、状態量Ｘを超平面σ＝０に収束させるための到達則に従って対象排気系Ｅに与えるべき入力ｕrch（以下、到達則入力ｕrchという）と、外乱等の影響を補償して状態量Ｘを超平面σ＝０に収束させるための適応則に従って対象排気系Ｅに与えるべき入力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）参照）。
【００９８】
【数１７】

【００９９】
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（１）あるいは式（１１）により表される離散系モデルに基づいて、次のように求めることができる。
【０１００】
まず、等価制御入力ｕeqに関し、前記状態量Ｘが超平面σ＝０上に留まる条件は、σ(k+1)＝σ(k)＝０であり、この条件は、前記式（１１）及び式（１４）を用いて、次式（１８）に書き換えられる。
【０１０１】
【数１８】

【０１０２】
ここで、等価制御入力ｕeqは、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（ＬＡＦセンサ５で検出される排ガスの空燃比と前記基準値FLAF/BASEとの偏差）であるので、上記式（１８）の条件を満たすＬＡＦセンサ５の偏差出力kactが等価制御入力ｕeqである。
【０１０３】
従って、式（１８）から次式（１９）が得られ、
【０１０４】
【数１９】

【０１０５】
さらに、この式（１９）の両辺を無駄時間ｄ分シフトすることで、次式（２０）が得られる。
【０１０６】
【数２０】

【０１０７】
この式（２０）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を求めるための基本式である。
【０１０８】
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（２１）により決定するものとする。
【０１０９】
【数２１】

【０１１０】
すなわち、到達則入力ｕrchは、無駄時間ｄの影響を考慮し、無駄時間ｄ後の線形関数σの値σ(k+d)に比例させるように決定する。
【０１１１】
この場合、式（２１）中の係数Ｆ（これは到達則のゲインを規定する）は、次にように設定される。
【０１１２】
すなわち、前記式（１１）において、kact(k)＝ｕeq(k)＋ｕrch(k)とし、さらに式（１４）、（２０）、（２１）を用いると、次式（２２）が得られる。
【０１１３】
【数２２】

【０１１４】
ここで、式（２２）により表される系は、入力の無い一次遅れ系であるので、線形関数σの値が超平面σ＝０に安定に収束する（状態量Ｘが超平面σ＝０に安定に収束する）ための条件は、式（２２）により表される系の極（この場合、この極は「１−Ｆ」である）が単位円内に存在することとなる。
【０１１５】
従って、本実施形態では、到達則入力ｕrchを規定する係数Ｆは、次式（２３）の条件を満たすように設定する。
【０１１６】
【数２３】

【０１１７】
尚、線形関数σの値の挙動に関しては、該線形関数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、式（２２）により表される系の極「１−Ｆ」が上記の条件に加えて０＜１−Ｆ＜１なる条件を満たすことが好ましい。
【０１１８】
従って、到達則入力ｕrchを規定する係数Ｆは、より好ましくは、次式（２４）の条件を満たすように設定する。
【０１１９】
【数２４】

【０１２０】
次に、前記適応則入力ｕad pは、本実施形態では、基本的には次式（２５）により決定するものとする（式（２５）中のΔＴは制御サイクルの周期である）。
【０１２１】
【数２５】

【０１２２】
すなわち、適応則入力ｕadpは、無駄時間ｄの影響を考慮し、無駄時間ｄ後までの線形関数σの値の制御サイクル毎の積算値（これは線形関数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。
【０１２３】
この場合、式（２５）中の係数Ｇ（これは適応則のゲインを規定する）は、次にように設定される。
【０１２４】
まず、ＬＡＦセンサ５で検出される空燃比と目標空燃比KCMDとの間の外乱等の影響による誤差成分をｖとすると、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactは、前記等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrch及び適応則入力ｕadp、並びに上記誤差成分ｖを用いて、次式（２６）により表現することができる。
【０１２５】
【数２６】

【０１２６】
そして、この式（２６）を前記式（１１）に適用し、さらに式（１４）、（２０）、（２１）、（２５）を用いると、次式（２７）が得られる。
【０１２７】
【数２７】

【０１２８】
ここで、式（２７）の両辺をＺ変換すると次式（２８）となり、
【０１２９】
【数２８】

【０１３０】
さらにこの式（２８）を変形して整理すると、次式（２９）が得られる。
【０１３１】
【数２９】

【０１３２】
尚、式（２８）、（２９）における「Σ」及び「Ｖ」はそれぞれ線形関数σ及び前記誤差成分ｖをＺ変換したものである。また、式（２９）のＭ（Ｚ）は誤差成分ｖに対する線形関数σのパルス伝達関数で、式（２９）の上段の分数式により表されるものである。
【０１３３】
この場合、線形関数σが誤差成分ｖ（外乱）に対して、安定となる条件は、前記パルス伝達関数Ｍ（Ｚ）の極、すなわち、次式（３０）により示される特性方程式の解（この解は二つある）が単位円内に存在することであり、
【０１３４】
【数３０】

【０１３５】
上記特性方程式（３０）の二つの解はそれをλm1、λm2とすると、次式（３１）、（３２）により与えられる。
【０１３６】
【数３１】

【０１３７】
【数３２】

【０１３８】
従って、線形関数σが誤差成分ｖ（外乱）に対して安定となる条件は、上式（３１）、（３２）により与えられるλm1、λm2が単位円内に存在することである。
【０１３９】
そこで、本実施形態ではこの条件を満たすために、前記係数Ｇは、次式（３３）により設定する。
【０１４０】
【数３３】

【０１４１】
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（２０）、（２１）、（２５）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＋ｕrc h＋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（２０）、（２１）、（２５）で使用するＯ₂センサ６の偏差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)や、線形関数σの値σ(k+d) 等は未来値であるので実際には得られないものである。
【０１４２】
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（２０）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２６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（３４）により制御サイクル毎の等価制御入力ｕeqを算出する。
【０１４３】
【数３４】

【０１４４】
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（１４）により設定された線形関数σに代えて、次式（３５）により線形関数σバーを定義する（この線形関数σバーは、前記式（１４）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）。
【０１４５】
【数３５】

【０１４６】
そして、スライディングモード制御器２７は、前記式（２１）により前記到達則入力ｕrchを決定するための線形関数σの値の代わりに、前記式（３５）により表される線形関数σバーの値を用いて次式（３６）により制御サイクル毎の到達則入力ｕrchを算出する。
【０１４７】
【数３６】

【０１４８】
同様に、スライディングモード制御器２７は、前記式（２５）により前記適応則入力ｕadpを決定するための線形関数σの値の代わりに、前記式（３５）により表される線形関数σバーの値を用いて次式（３７）により制御サイクル毎の適応則入力ｕadpを算出する。
【０１４９】
【数３７】

【０１５０】
尚、前記式（３４），（３６），（３７）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，a2，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。
【０１５１】
そして、スライディングモード制御器２７は、前記式（３４）、（３６）、（３７）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ＳＬＤ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（３４）、（３６）、（３７）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。
【０１５２】
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を制御サイクル毎に決定するための基本的な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バーを目標値VO2/TARGETに収束させるように）決定される。
【０１５３】
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ｕslは、ＬＡＦセンサ５で検出される排ガスの空燃比と前記基準値FLAF/BASEとの偏差の目標値を意味する。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（３８）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FL AF/BASEを加算することで、目標空燃比KCMDを決定する。
【０１５４】
【数３８】

【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
次に、前記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。
【０１５８】
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KACT（検出空燃比）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。
【０１５９】
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もので、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５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２８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２９とにより構成されている。
【０１６０】
ここで、パラメータ調整部２８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（３９），（４０）のようにおいたとき、パラメータ調整部２８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（４１）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２８への入力ζ(j)は、式（４２）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ｄ_p（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（３９）〜式（４２）でｍ＝ｎ＝１，ｄ_p＝３とし、設定する適応パラメータはｓ₀，ｒ₁，ｒ₂，ｒ₃，ｂ₀の５個とした（図５参照）。尚、式（４２）の上段式及び中段式におけるｕ_s，ｙ_s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（検出空燃比）とし、パラメータ調整部２８への入力ζ(j)を、式（４２）の下段式により表す（図５参照）。
【０１６１】
【数３９】

【０１６２】
【数４０】

【０１６３】
【数４１】

【０１６４】
【数４２】

【０１６５】
ここで、前記式（４１）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^-1（Ｚ^-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（４３）〜（４５）により表現される（図５の操作量算出部２９のブロック図を参照）。
【０１６６】
【数４３】

【０１６７】
【数４４】

【０１６８】
【数４５】

【０１６９】
パラメータ調整部２８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（２６）に示す適応パラメータθハットとして操作量算出部２９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KACT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。
【０１７０】
この場合、具体的には、適応パラメータθハットは、次式（４６）により算出する。
【０１７１】
【数４６】

【０１７２】
同式（４６）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＋ｄ_p）、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（４７），（４８）のような漸化式で表される。
【０１７３】
【数４７】

【０１７４】
【数４８】

【０１７５】
ここで、式（４８）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。
【０１７６】
尚、式（４７）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。
【０１７７】
前述のようにパラメータ調整部２８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、前記空燃比操作量決定部１３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２９は、次式（４９）の漸化式により、フィードバック操作量KSTRを求める。図５の操作量算出部２９は、同式（４９）の演算をブロック図で表したものである。
【０１７８】
【数４９】

【０１７９】
尚、式（４９）に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KCMD」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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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（検出空燃比）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の回転数と吸気圧とから、あらかじめ定められたマップを用いて決定される。
【０１８４】
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６の出力KACT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（検出空燃比）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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
次に本実施形態の装置の作動の詳細を説明する。
【０１８７】
ここで、まず、制御ユニット７が行う処理の制御サイクルについて説明しておく。前記エンジン１の燃料供給量（燃料噴射量）の制御は、該エンジン１の回転数に同期させる必要があり、このため、本実施形態では、前記基本燃料噴射量算出部８、第１補正係数算出部９、第２補正係数算出部１０、及びフィードバック制御部１４の処理は、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で行うようにしている。また、この場合、ＬＡＦセンサ５やＯ₂センサ６等の各種センサの出力データの読込もクランク角周期（所謂ＴＤＣ）に同期した制御サイクルで行うようにしている。
【０１８８】
一方、前記空燃比操作量決定部１３による触媒装置３の上流側の排ガスの目標空燃比KCMDの決定処理は、触媒装置３に存する無駄時間や演算負荷等を考慮すると一定周期の制御サイクルで行うことが好ましい。このため、本実施形態では、空燃比操作量決定部１３における前述したような処理やその処理のために必要な前記偏差出力kact，VO2を算出する前記減算処理部１１，１２の処理は一定周期（例えば３０〜１００ｍｓ）の制御サイクルで行うようにしている。
【０１８９】
尚、この一定周期は、制御対象である触媒装置３の種類や反応速度、容積等に応じて決定すればよい。また、本実施形態では、前記空燃比操作量決定部１３による処理を行っているような運転状態（より具体的にはエンジン回転数の状態）において、上記一定周期の時間間隔が前記クランク角周期（ＴＤＣ）の時間間隔よりも大きくなるように設定している。
【０１９０】
以上のことを前提として、まず、図６及び図７のフローチャートを参照して、エンジン１の燃料供給量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。制御ユニット７は、各気筒毎の出力燃料噴射量#nＴoutをエンジン１のクランク角周期と同期した制御サイクルで次のような処理を行う。
【０１９１】
まず、図６を参照して、制御ユニット７は前記ＬＡＦ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。
【０１９２】
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（ＳＴＥＰｂ）、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）。
【０１９３】
次いで、制御ユニット７は、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KCMDを使用するか否か（ここでは、空燃比操作量決定部１３のＯＮ／ＯＦＦという）の判別処理を行って、空燃比操作量決定部１３のＯＮ／ＯＦＦを規定するフラグf/prism/onの値を設定する（ＳＴＥＰｄ）。尚、フラグf/prism/onの値は、それが「０」のとき、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KCMDを使用しないこと（ＯＦＦ）を意味し、「１」のとき、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KCMDを使用すること（ＯＮ）を意味する。
【０１９４】
上記の判別処理では、図７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（ＳＴＥＰｄ−１，ｄ−２）が行われ、いずれかが活性化していない場合には、空燃比操作量決定部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/onの値を「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０１９５】
また、エンジン１のリーン運転中（希薄燃焼運転）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であるか否か（ＳＴＥＰｄ−６）の判別が行われ、これらのいずれかの条件が成立している場合には、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比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ので、フラグf/prism/onの値を「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０１９６】
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にあるか否かの判別が行われ（ＳＴＥＰｄ−７，ｄ−８）、いずれかが所定範囲内にない場合には、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比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ので、フラグf/prism/onの値を「０」にセットする（ＳＴＥＰｄ−１０）。
【０１９７】
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、空燃比操作量決定部１３で生成される目標空燃比KCMDをエンジン１の燃料供給の制御に使用すべく、フラグf/prism/onの値を「１」にセットする（ＳＴＥＰｄ−９）。
【０１９８】
図６に戻って、上記のようにフラグf/prism/onの値を設定した後、制御ユニット７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、空燃比操作量決定部１３で生成された最新の目標空燃比KCMDを読み込む（ＳＴＥＰｆ）。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。
【０１９９】
次いで、制御ユニット７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を算出し（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）。
【０２００】
この場合、大局的フィードバック制御部１５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KLAF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を選択し（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）、それ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。 尚、フィードバック補正係数KFBを、ＰＩＤ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。
【０２０１】
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）。
【０２０２】
次いで、制御ユニット７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K TOTAL、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）。
【０２０３】
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。
【０２０４】
以上のような各気筒毎の出力燃料噴射量#nＴout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（触媒装置３に進入する排ガスの検出空燃比）が、目標空燃比KCMDに収束するように、エンジン１の燃料供給量（燃料噴射量）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、適応制御部１８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。
【０２０５】
一方、前述のようなエンジン１の燃料制御と並行して、前記空燃比操作量決定部１３は、一定周期の制御サイクルで図８のフローチャートに示すメインルーチン処理を行う。
【０２０６】
すなわち、図８のフローチャートを参照して、空燃比操作量決定部１３は、まず、自身の演算処理（前記同定器２５、推定器２６及びスライディングモード制御器２７の演算処理）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、空燃比操作量決定部１３における演算処理を行わないことを意味し、「１」のとき、空燃比操作量決定部１３における演算処理を行うことを意味する。
【０２０７】
上記の判別処理は、図９のフローチャートに示すように行われる。
【０２０８】
すなわち、前記図６のＳＴＥＰｄの場合と同様に、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（ＳＴＥＰ１−１，１−２）が行われ、いずれかが活性化していない場合には、空燃比操作量決定部１３の演算処理に使用する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、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。
【０２０９】
また、エンジン１のリーン運転中（希薄燃焼運転）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、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、それがエンジン１の燃料制御に使用されることはないので、フラグf/prism/calの値を「０」にセットし（ＳＴＥＰ１−６）、さらに同定器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）。
【０２１０】
図８に戻って、上記のような判別処理を行った後、空燃比操作量決定部１３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（ＳＴＥＰ２）。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。
【０２１１】
このＳＴＥＰ２の判別処理は、図１０のフローチャートに示すように行われる。
【０２１２】
すなわち、エンジン１のスロットル弁が全開であるか否か（ＳＴＥＰ２−１）、エンジン１への燃料供給の停止中であるか否か（ＳＴＥＰ２−２）、及びエンジン１のアイドル運転中であるか否か（ＳＴＥＰ２−３）の判別が行われ、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（ＳＴＥＰ２−５）。そして、ＳＴＥＰ２−１〜２−３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（ＳＴＥＰ２−４）。
【０２１３】
図８に戻って、空燃比操作量決定部１３は、次に、前記減算処理部１１，１２からそれぞれ最新の前記偏差出力kact(k)（＝KACT−FLAF/BASE）及びVO2(k)（＝VO2/OUT−VO2/TARGET）を取得する（ＳＴＥＰ３）。この場合、減算処理部１１，１２は、前記図６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ＬＡＦ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VO2(k)を算出し、それを空燃比操作量決定部１３に与える。そして、該空燃比操作量決定部１３に与えられた偏差出力kact(k)及びVO2(k)は、該空燃比操作量決定部１３内において、過去に与え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、空燃比操作量決定部１３は、前記ＳＴＥＰ１で設定されたフラグf/prism/calの値を判断し（ＳＴＥＰ４）、f/prism/cal＝０である場合、すなわち、空燃比操作量決定部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で求めるべき前記対象排気系ＥへのＳＬＤ操作入力ｕsl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ｕslの値とする。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、空燃比操作量決定部１３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KCMDを決定し（ＳＴＥＰ１３）、今回の制御サイクルの処理を終了する。
【０２１５】
一方、ＳＴＥＰ４の判断で、f/prism/cal＝１である場合、すなわち、空燃比操作量決定部１３の演算処理を行う場合には、空燃比操作量決定部１３は、前記同定器２５による演算処理を行う（ＳＴＥＰ５）。
【０２１６】
この同定器２５による演算処理は図１１のフローチャートに示すように行われる。
【０２１７】
すなわち、同定器２５は、まず、前記ＳＴＥＰ２で設定されたフラグf/id/calの値を判断する（ＳＴＥＰ５−１）。このときf/id/cal＝０であれば、前述の通り同定器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８のメインルーチンに復帰する。
【０２１８】
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等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２５の初期化を行う（ＳＴＥＰ５−３）。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（３）の同定ゲイン係数ベクトルΘの初期化）、また、前記式（９）の行列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。
【０２１９】
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)ハットを用いて表される対象排気系Ｅの離散系モデル（前記式（２）参照）におけるＯ₂センサ６の前記同定偏差出力VO2(k)ハットを、前記ＳＴＥＰ３で制御サイクル毎に取得される偏差出力VO2及びkactの過去のデータVO2(k-1)，VO2(k-2)，kact(k-d-1)と、上記同定ゲイン係数a1(k-1)ハット，a2(k-1)ハット，b1(k-1) ハットとを用いて前記式（２）あるいはこれと等価の前記式（５）により算出する（ＳＴＥＰ５−４）。
【０２２０】
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（８）により算出した後（ＳＴＥＰ５−５）、以下に説明する同定器２５のマネージメント処理を行う（ＳＴＥＰ５−６）。
【０２２１】
ここで、まず、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2の挙動と、前記対象排気系Ｅの離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1の同定器２５による同定との関係について説明しておく。
【０２２２】
図１２を参照して、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2は、触媒装置３を通過した排ガスの空燃比を示すものであり、この排ガスの空燃比は、一般に、図示のようにリーン側からリッチ側への変化が比較的急激に行われ（Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2の時間的な変化度合いが比較的大きい）、リッチ側からリーン側への変化は比較的緩やかに行われる（Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2の時間的な変化度合いが比較的小さい）。そして、本願発明者等の知見によれば、対象排気系Ｅの離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1をＯ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2を用いて同定する場合、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2の時間的変化度合いが比較的小さい状態では、ゲイン係数a1,a2,b1の同定値が小さくなり過ぎる等して、適正な同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットが得られない場合が生じやすい。
【０２２３】
そこで、本実施形態では、同定器２５による前記ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）を、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2により示される空燃比が、リーン側からリッチ側に変化する挙動状態において行うようにしており、前記マネージメント処理は、上記のような挙動状態を特定するための処理である。
【０２２４】
一方、図１３を参照して、適応スライディングモード制御を用いた本実施形態の制御によれば、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2の前記状態量Ｘ（VO2(k)，VO2(k-1)）は、その状態量Ｘの初期状態が例えば図中の点Ｑであるとしたとき、該状態量Ｘは、前記超平面σ＝０に対して軌跡線Ｗで示すように変化する。そして、この場合、同図において、基本的には状態量Ｘが超平面σ＝０の上側で変化している状態（このとき状態量Ｘにより規定される線形関数σの値は正となる）が、触媒装置３を通過した排ガスの空燃比のリーン側からリッチ側への変化状態であり、状態量Ｘが超平面σ＝０の下側で変化している状態（このとき状態量Ｘにより規定される線形関数σの値は負となる）が、リッチ側からリーン側への変化状態である。
【０２２５】
従って、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変化する挙動状態であるか否かの判断は、基本的には、線形関数σの値が正であるか否かによって判断することができる。但し、このように線形関数σの値が正であるか否かによって排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態であるか否かを判断するようにすると、状態量Ｘが超平面σ＝０上から僅かに変化しただけで、排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態であるか否かの判断結果が変わってしまい、その判断結果に応じて前記ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）処理を安定して行う上では好ましくない。
【０２２６】
このため、本実施形態では、次式（５０）により偏差出力VO2の時系列データを用いて定義されるマネージメント関数γを導入し、
【０２２７】
【数５０】

【０２２８】
このマネージメント関数γの係数m1,m2,m3を、γ＝０により表されるマネージメント用超平面（この場合は直線）が、前記図１３に示したように、スライディングモード制御用の超平面σ＝０から若干上側（σ＞０の領域）に存するように設定した。尚、本実施形態では、線形関数σの係数ｓ₁を「１」に設定していることに合わせて、マネージメント関数γの係数m1は「１」に設定している。
【０２２９】
このようなマネージメント関数γを導入すると、γ≧０となる状態では、確実に排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態となり、この挙動状態であるか否かの判断は、マネージメント関数γの値が正（「０」を含む）であるか否かによって安定して行うことができる。
【０２３０】
前記ＳＴＥＰ５−６のマネージメント処理は、上記のように定義されたマネージメント関数γを用いて、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2により示される排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態、すなわち、同定器２５による前記ゲイン係数a 1,a2,b1の同定（更新）に好適な挙動状態であるか否かの判断を行うものであり、その処理は具体的には次のように行われる。
【０２３１】
すなわち、図１４のフローチャートを参照して、同定器２５は、前記ＳＴＥＰ３（図８参照）で取得された最新の偏差出力VO2(k)と前回の制御サイクルにおける偏差出力VO2(k-1)とを用いて、式（５０）によりマネージメント関数γの値を算出する（ＳＴＥＰ５−６−１）。
【０２３２】
次いで、同定器２５は、γ≧０であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−６−２）、γ≧０である場合には、排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態であるか否かを示すフラグf/id/mngの値を「１」に設定し（ＳＴＥＰ５−６−３）、γ＜０である場合には、フラグf/id/mngの値を「０」に設定する（ＳＴＥＰ５−６−４）。
【０２３３】
これにより、排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態であるか否か、すなわち、同定器２５による前記ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）に好適な挙動状態であるか否かが、f/id/mngの値により示されることとなる。
【０２３４】
図１１の説明に戻って、同定器２５は、前述のようにマネージメント処理を行った後、その処理において設定されるフラグf/id/mngの値を判断し（ＳＴＥＰ５−７）、f/id/mng＝１である場合、すなわち、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変化する挙動状態（ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）に好適な挙動状態）である場合には、前記同定誤差id/e（離散系モデル上でのＯ₂センサの同定偏差出力VO2ハットと、実際の偏差出力VO2との偏差。式（６）参照）を算出し（ＳＴＥＰ５−８）、f/id/mng＝０である場合には、前記同定誤差id/eの値を強制的に「０」とする（ＳＴＥＰ５−９）。
【０２３５】
そして、同定器２５は、ＳＴＥＰ５−８あるいはＳＴＥＰ５−９で得られた同定誤差id/eと、前記ＳＴＥＰ５−５で算出されたＫθとを用いて前記式（７）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（ＳＴＥＰ５−１０）。
【０２３６】
ここで、前記ＳＴＥＰ５−８における同定誤差id/eは、基本的には、前記式（６）に従って算出すればよいのであるが、本実施形態では、例えば図１５（ａ）にブロック図で示すように前記ＳＴＥＰ３（図８参照）で制御サイクル毎に取得する偏差出力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ハットとにそれぞれ同一特性のフィルタリングを施した上で、ＳＴＥＰ５−８における同定誤差id/eの算出を行う。
【０２３７】
すなわち、図１６を参照して、前記触媒装置３を含む対象排気系Ｅの入力変化（ＬＡＦセンサ５の出力KACTあるいは偏差出力kactの変化）に対する、該対象排気系Ｅの出力変化（Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTあるいは偏差出力VO2の変化）のゲインの周波数特性は、一般に図に実線で示すように低周波数帯Ｃの周波数通過特性を有するローパス特性となる。従って、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUT（対象排気系Ｅの出力）を目標値VO2/TARGETに制御すべく前記スライディングモード制御器２７により目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅの入力の目標値）を決定する上では、上記低周波数帯Ｃを重視する必要がある。
【０２３８】
そして、スライディングモード制御器２７は、基本的には、前述の通り同定器２５で前記式（７）により同定した離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1、すなわち同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用いて目標空燃比KCMDを求めるものであるため、該同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットにより定まる離散系モデルの周波数特性も、実際の対象排気系Ｅの周波数特性と同じような傾向の周波数特性（低周波数帯Ｃの周波数通過特性を有するローパス特性）となることが好ましい。
【０２３９】
一方、同定器２５による離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1の同定のための演算処理（式（７）〜（９）を参照）は、対象排気系Ｅがローパス特性を有するため、例えば図１６に仮想線で示すように前記低周波数帯Ｃよりも高周波側に重みを有する。このため、前記同定偏差出力VO2ハット及び偏差出力VO2をそのまま用いて求めた同定誤差id/eに応じて同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを求めるようにすると、その同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットにより定まる離散系モデルの周波数特性が、実際の対象排気系Ｅの周波数特性と適合せず、前記低周波数帯Ｃ外での対象排気系Ｅのゲイン特性を重視した特性となる。特に、該低周波数帯Ｃにおける離散系モデルのゲインが実際の対象排気系Ｅのゲインよりも小さなものとなりやすい。
【０２４０】
そこで、本実施形態では、図１６に一点鎖線で示すように低周波数帯Ｃに重みを有する特性（ローパス特性）のフィルタリングを、偏差出力VO2と同定偏差出力VO2ハットとに施した上で、ＳＴＥＰ５−８における同定誤差id/eの算出を行う。
【０２４１】
尚、このようなローパス特性のフィルタリング処理は、前記ＳＴＥＰ３（図８）で取得する偏差出力VO2と前記ＳＴＥＰ５−４で算出する同定偏差出力VO2ハットとをそれぞれ時系列的に記憶保持しておき、該偏差出力VO2及び同定偏差出力VO2ハットの時系列データのそれぞれについて、制御サイクル毎に、現在から過去に逆上った所定数のデータの加算平均あるいは重み付き加算平均を算出することで行われる。これは、ディジタルフィルタの一手法で、一般に移動平均処理といわれる手法である。そして、ＳＴＥＰ５−８における同定誤差id/eの算出は、上記のような移動平均処理で得られた偏差出力VO2のフィリタリング値から同定偏差出力VO2ハットのフィルタリング値を減算することで行われる。
【０２４２】
このようなフィルタリング処理を行うことによって、該同定誤差id/eから前記式（７）によって求められる同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットにより定まる離散系モデルの周波数特性を、例えば図１７（ａ）に示すように、実際の対象排気系Ｅの周波数特性と同じような傾向の周波数特性にすることができる。
【０２４３】
この場合、本実施形態では、さらに、同図１７（ａ）に示すように、離散系モデルの各周波数におけるゲインが対象排気系Ｅの各周波数におけるゲインよりも全体的に若干大きくなるように前記フィルタリングの重み特性を設定しておく。このようにすることで、離散系モデル及び対象排気系Ｅにおいて、ある出力変化（具体的にはＯ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに一致させるような出力変化）を生ぜしめる入力変化（ＬＡＦセンサ５の出力KACTあるいは偏差出力kactの変化）は、離散系モデルの方が対象排気系Ｅよりも小さくなる。このため、このような離散系モデルの同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用いて前記スライディングモード制御器２７により対象排気系Ｅに与えるべき入力として求められる前記ＳＬＤ操作入力ｕslは各周波数において、小さめの値となり、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を高めることができる。
【０２４４】
尚、本実施形態では、図１７（ａ）のように、離散系モデルの各周波数におけるゲインが対象排気系Ｅの各周波数におけるゲインよりも全体的に若干大きくなるように前記フィルタリングの重み特性を設定したが、例えば図１７（ｂ）に示すように、前記低周波数帯Ｃにおける離散系モデルのゲインの周波数特性が対象排気系Ｅのゲインの周波数特性と略同一となり、且つ、低周波数帯Ｃよりも高周波側の周波数帯では、図１７（ａ）の場合と同様に、離散系モデルのゲインが対象排気系Ｅのゲインよりも若干大きくなるように前記フィルタリングの重み特性を設定しておくようにしてもよい。
【０２４５】
このようにすると、低周波数帯Ｃよりも高周波側（対象排気系Ｅのゲインが比較的小さい周波数帯）では、図１７（ａ）の場合と同様に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高まると同時に、その制御上重要な低周波数帯Ｃでは、実際の対象排気系Ｅの特性に適合した前記ＳＬＤ操作入力ｕslをスライディングモード制御器２７によって求めることができ、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束の迅速な追従性（速応性）を確保することができる。
【０２４６】
また、本実施形態では、前記図１５（ａ）にブロック図で示したように、偏差出力VO2 と同定偏差出力VO2 ハットとに前記フィルタリングを施した上で、同定誤差id/eの算出を行うようにしたが、例えば図１５（ｂ）に示すように、前記ＳＴＥＰ５−４で同定偏差出力VO2ハットを算出する前に、その算出に使用する偏差出力kact，VO2に同一特性のフィルタリングを施しておき、それらのフィルタリング値から前記式（５）により算出した同定偏差出力VO2ハットと、先にフィルタリングを施した偏差出力VO2のフィルタリング値とから同定誤差id/eを算出するようにしてもよい。あるいは、図１５（ｃ）に示すように偏差出力kact，VO2をそのまま用いて算出した同定偏差出力VO2ハットと、偏差出力VO2から前記式（６）をそのまま用いて同定誤差id/eを算出した後に、該同定誤差id/eにフィルタリングを施すようにしてもよい。つまり、同定誤差id/eの算出に際しての前述したようなフィルタリング処理は、結果的に偏差出力VO2と同定偏差出力VO2ハットとに同一特性のフィルタリングが施されていればよく、そのフィルタリング処理のタイミングは、任意に選択することが可能である。
【０２４７】
図１１の説明に戻って、同定器２５は、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）を算出した後、その評価処理を行う（ＳＴＥＰ５−１１）。この評価処理では、図１８のフローチャートに示すように、同定器２５は、まず同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットのうち、同定ゲイン係数b1ハットの値が所定範囲内にあるか否かを判断することで、同定器２５の同定処理の安定性を判断し（ＳＴＥＰ５−１１−１）、同定ゲイン係数b1ハットの値が所定範囲内にある場合には、さらに、前記ＳＴＥＰ５−８で算出された同定誤差id/eの大きさが所定値ε0以下の十分小さなものとなったか否か（id/eがほぼ「０」に収束して、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットがほぼ確定した状態になったか否か）を判断する（ＳＴＥＰ５−１１−３）。このとき、｜id/e｜≦ε0であれば、そのまま図１１のフローチャートの処理に復帰する。
【０２４８】
一方、ＳＴＥＰ５−１１−１の判断で、同定ゲイン係数b1ハットの値が所定範囲内に無い場合には、同定器２５によるゲイン係数a1,a2,b1の同定処理が不安定で、適正な同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを求めることが困難な状態であると考えられるので、前記ＳＴＥＰ５−３の場合と同様に同定器２５の初期化を行い（ＳＴＥＰ５−１１−２）、さらに、後述のスライディングモード制御の安定性の判断の際に使用するタイマカウンタ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。ＳＴＥＰ５−１１−４）。また、ＳＴＥＰ５−１１−３の判断で、｜id/e｜＞ε0である場合、すなわち、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットがまだ十分に確定していない状態では、ＳＴＥＰ５−１１−４の処理を行って、前記タイマカウンタｔmの値を初期値ＴMにセットする（タイマカウンタｔmの起動）。
【０２４９】
尚、本実施形態では、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットのうち、同定ゲイン係数b1ハットの値が所定範囲内にあるか否かにより同定器２５の同定処理の安定性を判断したが、他の同定ゲイン係数a1ハット，a2ハットについても同様の評価を行い、それらの値が不適切なものである場合にも同定器２５の同定処理が不安定であるとして、ＳＴＥＰ５−１１−２及びＳＴＥＰ５−１１−４の処理を行うようにしてもよい。
【０２５０】
図１１の説明に戻って、前述のように同定ゲイン係数ベクトルΘの評価処理を行った後、同定器２５は、前記ＳＴＥＰ５−６で設定されるフラグf/id/mngの値を判断し（ＳＴＥＰ５−１２）、f/id/mng＝１である場合、すなわち、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変化する挙動状態（ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）に好適な挙動状態）である場合には、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（９）により算出し（ＳＴＥＰ５−１３）、図８のメインルーチンの処理に復帰する。また、f/id/mng＝０である場合には、次回の制御サイクルの処理の際に使用する前記行列Ｐ(k)を今現在の行列Ｐ(k-1) に維持し（ＳＴＥＰ５−１４）、図８のメインルーチンの処理に復帰する。
【０２５１】
以上が図８のＳＴＥＰ５における同定器２５の演算処理である。
【０２５２】
図８のメインルーチン処理の説明に戻って、前述の通り同定器２５の演算処理が行われた後、空燃比操作量決定部１３はゲイン係数a1,a2,b1を決定する（ＳＴＥＰ６）。この処理では、図１９のフローチャートに示すように、前記ＳＴＥＰ２で設定されたフラグf/id/calの値が判断され（ＳＴＥＰ６−１）、f/id/cal＝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ＳＴＥＰ５−１０（図１１参照）で前述の通り同定器２５により求められた同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットにそれぞれ所定のスケーリング係数g1,g2,g3によりスケーリングを施したものを設定する（ＳＴＥＰ６−２）。尚、本実施形態ではスケーリング係数g1,g2,g3の値は、いずれも「１」としている。
【０２５３】
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（ＳＴＥＰ６−３）。
【０２５４】
次いで、空燃比操作量決定部１３は、図８のメインルーチンにおいて、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（ＳＴＥＰ７）。
【０２５５】
この推定器２６の演算処理は図２０のフローチャートに示すように行われる。すなわち、推定器２６は、前記ＳＴＥＰ６で決定されたゲイン係数a1,a2,b1を用いて、前記式（１３）で使用する係数α1，α2，βj（j=1〜d）を前述したように算出する（式（１１）、（１２）参照）（ＳＴＥＰ７−１）。さらに、推定器２６は、式（１３）で使用するＬＡＦセンサ５の偏差出力kact（前記図８のＳＴＥＰ３で取得されたもの）のフィルタリング処理（ローパス特性のフィルタリング）を行った後（ＳＴＥＰ７−２）、その偏差出力kactのフィルタリング値の時系列データと、Ｏ₂センサの偏差出力VO2の時系列データ（前記図８のＳＴＥＰ３で取得されたもの）とＳＴＥＰ７−１で算出した係数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無駄時間ｄ後の偏差出力VO2の推定値）を算出する（ＳＴＥＰ７−３）。
【０２５６】
ここで、前記ＳＴＥＰ７−２においてＬＡＦセンサ５の偏差出力kactのフィルタリングを行うのは次の理由による。すなわち、前述したように触媒装置３を含む対象排気系Ｅはローパス特性の周波数特性を有するため（図１６参照）、該対象排気系Ｅの出力としての前記Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに制御する上では、前記低周波数帯Ｃ（図６参照）を重視する必要がある。従って、スライディングモード制御器２７が前記ＳＬＤ操作入力ｕslを決定するために用いる推定偏差出力VO2バーを前記式（１３）により求めるに際しても、低周波数帯Ｃ（図６参照）を重視することが好ましい。この場合、推定偏差出力VO2バーを求めるために式（１３）で使用するＯ₂センサ６の偏差出力VO2及びＬＡＦセンサ５の偏差出力kactのうち、偏差出力VO2は、対象排気系Ｅがローパス特性であるために、高周波成分をほとんど含まないが、偏差出力kactは一般に高周波成分も含みやすい。このために、本実施形態では、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactのフィルタリング、すなわち、偏差出力kactの高周波成分の除去を行った上で、前記式（１３）により推定偏差出力VO2バーを求めるようにしている。
【０２５７】
尚、上記のようなフィルタングは、前記同定器２５におけるフィルタリングの場合と同様に、移動平均処理によって行われる。
【０２５８】
図８の説明に戻って、空燃比操作量決定部１３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を算出する（ＳＴＥＰ８）。
【０２５９】
このＳＬＤ操作入力ｕslの算出は、図２１のフローチャートに示すように行われる。
【０２６０】
すなわち、スライディングモード制御器２７は、まず、前記ＳＴＥＰ８で推定器２により求められた推定偏差出力VO2バーの時系列データ（詳しくは、今回の制御サイクルで求められたVO2(k+d)バーと、前回の制御サイクルで求められたVO2(k+d-1)バー）を用いて、前記式（３５）により定義された線形関数σバーの今回の制御サイクルから無駄時間ｄ後の値σ(k+d)バー（これは、式（１４）で定義された線形関数σの無駄時間ｄ後の推定値に相当する）を算出する（ＳＴＥＰ８−１）。
【０２６１】
次いで、スライディングモード制御器２７は、上記ＳＴＥＰ８−１で制御サイクル毎に算出されるσ(k+d)バーを累積的に加算していく（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)を加算する）ことで、σ(k+d)バーの積算値（これは式（３７）の右端の項に相当する）を算出する（ＳＴＥＰ８−２）。尚、この場合、本実施形態では、σ(k+d)バーの積算値があらかじめ定めた所定範囲内に収まるようにし、σ(k+d)バーの積算値が所定の上限値又は下限値を超えた場合には、それぞれσ(k+d)バーの積算値を該上限値又は下限値に制限するようにしている。これは、σ(k+d)バーの積算値の大きさが過大になると、前記式（３７）により求められる適応則入力ｕadpが過大となって、制御性が損なわれる虞れがあるからである。
【０２６２】
次いで、スライディングモード制御器２７は、前記図８のＳＴＥＰ６で決定されたゲイン係数b1のリミット処理を次のように行う（ＳＴＥＰ８−３）。
【０２６３】
すなわち、図２２のフローチャートを参照して、スライディングモード制御器２７はゲイン係数b1の大きさがあらかじめ定めた所定値ε1よりも小さいか否かを判断し（ＳＴＥＰ３−１）、｜b1｜≧ε1である場合には、そのまま図２１のフローチャートの処理に復帰する。
【０２６４】
一方、｜b1｜＜ε1である場合（b1≒０の場合）には、ゲイン係数b1の符号が正（b1＝０の場合を含む）であるか否かに応じて、それぞれゲイン係数b1の値をあらかじめ定めた正の所定値（≧ε1）及び負の所定値（≦−ε1）に強制的に制限する。このように、ゲイン係数b1の大きさを制限して、該ゲイン係数b1が過小なものとなるのを防止するのは、前記式（３４）、（３６）、（３７）を参照して明らかなように、ゲイン係数b1が、等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrch及び適応則入力ｕadpの算出する際に、分母項として使用するものであるため、該ゲイン係数b1の大きさが小さ過ぎると、過大な等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrch及び適応則入力ｕadpが算出されてしまうからである。
【０２６５】
尚、本実施形態では、ゲイン係数b1の値のみを制限するようにしたが、他のゲイン係数a1,a2の値も制限するようにしてもよい。
【０２６６】
図２１の説明に戻って、上記のようにゲイン係数b1のリミット処理を行った後、スライディングモード制御器２７は前記ＳＴＥＰ８で推定器２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)バーと、ＳＴＥＰ８−１及び８−２でそれぞれ求められた線形関数の値σ(k+d)バー及びその積算値と、ＳＴＥＰ６で決定したゲイン係数a1ハット，a2ハット及びＳＴＥＰ８−３で決定したゲイン係数b1ハットとを用いて、前記式（３４）、（３６）、（３７）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（ＳＴＥＰ８−４）。
【０２６７】
さらにスライディングモード制御器２７は、ＳＴＥＰ８−４で求めた等価制御入力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/TARGETに収束させるために必要な対象排気系Ｅへの入力（ＬＡＦセンサ５で検出される排ガスの空燃比と基準値FLAF/BASEとの偏差）を算出する（ＳＴＥＰ８−５）。
【０２６８】
図８に戻って、上記のようにＳＬＤ操作入力ｕslを算出した後、空燃比操作量決定部１３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の判別処理を行って、該適応スライディングモード制御が安定であるか否かを示すフラグf/sld/stbの値を設定する（ＳＴＥＰ８−６）。
【０２６９】
この安定性の判別処理は図２３のフローチャートに示すように行われる。
【０２７０】
すなわち、空燃比操作量決定部１３は、まず、前記ＳＴＥＰ８−１で算出される線形関数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（これは線形関数のσバーの変化速度に相当する）を算出する（ＳＴＥＰ９−１）。
【０２７１】
次いで、空燃比操作量決定部１３は、ＳＴＥＰ９−１で算出した偏差Δσバーと線形関数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ε2（≧０）以下であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ９−２）。
【０２７２】
この場合、Δσバー・σ(k+d)バー＞ε2となる状態は、σバー²が増加する側で、前記推定偏差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)が前記超平面σ＝０から離間する方向へ変移している状態であるので、適応スライディングモード制御が不安定（前記ＳＴＥＰ８で算出されるＳＬＤ操作入力ｕslが不適切）であると考えられる。このため、ＳＴＥＰ９−２の判断で、Δσバー・σ(k+d)バー＞ε2である場合には、適応スライディングモード制御が不安定であるとして、同定器２５の初期化を行うべく前記フラグf/id/resetの値を「１」に設定し（ＳＴＥＰ９−４）、さらに、前記ＳＴＥＰ８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。ＳＴＥＰ９−５）。そして、前記フラグf/sld/stbの値を「０」（f/sld/stb＝０は適応スライディングモード制御が不安定であることを示す）に設定する（ＳＴＥＰ９−６）。
【０２７３】
尚、ＳＴＥＰ９−２の判断で使用する所定値ε2は理論上は「０」でよいが、確率的外乱の影響を考慮すると、「０」よりも若干大きな値とすることが好ましい。
【０２７４】
一方、前記ＳＴＥＰ９−２の判断で、Δσバー・σ(k+d)バー≦ε2である場合には、空燃比操作量決定部１３は、線形関数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（ＳＴＥＰ９−３）。
【０２７５】
この場合、線形関数σバーの今回値σ(k+d)バーが、所定範囲内に無い状態は、前記推定偏差出力VO2(k+d)，VO2(k+d-1)が前記超平面σ＝０から大きく離間している状態であるので、適応スライディングモード制御が不安定（前記ＳＴＥＰ８で算出されるＳＬＤ操作入力ｕslが不適切）であると考えられる。このため、ＳＴＥＰ９−２の判断で、線形関数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、適応スライディングモード制御が不安定であるとして、前述の場合と同様に、ＳＴＥＰ９−５〜９−６の処理を行って、同定器２５の初期化を行うべく前記フラグf/id/resetの値を「１」に設定すると共に、タイマカウンタｔm を起動する。
【０２７６】
また、ＳＴＥＰ９−３の判断で、線形関数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、空燃比操作量決定部１３は、前記タイマカウンタｔmを所定時間Δｔm分、カウントダウンし（ＳＴＥＰ９−７）、さらに、該タイマカウンタ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（ＳＴＥＰ９−８）。
【０２７７】
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ＳＴＥＰ９−３の判断で適応スライディングモード制御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状態で、適応スライディングモード制御が不安定なものとなりやすいので、前記ＳＴＥＰ９−６の処理を行って前記フラグf/sld/stbの値を「０」に設定する。
【０２７８】
そして、ＳＴＥＰ９−８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、適応スライディングモード制御が安定であるとして、フラグf/sld/stbの値を「１」（f/sld/stb＝１は適応スライディングモード制御が安定であることを示す）に設定する（ＳＴＥＰ９−９）。
【０２７９】
尚、前記タイマカウンタｔmは、前記同定器２５における同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットの前述の評価処理（前記図１８のフローチャートの処理）において、前記同定誤差id/eが未収束状態で、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットがまだ十分に確定していない場合でも起動される。このため、ＳＴＥＰ９−２あるいはＳＴＥＰ９−３の条件が満たされた場合であっても、ＳＴＥＰ９−８の判断でｔm＞０となる場合があり、前記フラグf/sld/stbの値が「０」に設定される。これは、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットがまだ十分に確定していない段階では、該同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットを用いた適応スライディングモード制御が不安定なものとなり易いからである。
【０２８０】
以上のような処理によって、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。
【０２８１】
尚、本実施形態では、適応スライディングモード制御の安定性の判断は、基本的には、前記ＳＴＥＰ９−２及び９−３の条件判断で行うようにしたが、いずれか一方の条件判断で行うようにしてもよく、あるいは、線形関数σバーの変化速度に相当する前記偏差Δσバーの大きさ（絶対値）を所定値と比較することで、適応スライディングモード制御の安定性の判断を行うようにすることも可能である。
【０２８２】
図８に戻って、上記のように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を示すフラグf/sld/stbの値を設定した後、空燃比操作量決定部１３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、適応スライディングモード制御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によって、前記ＳＴＥＰ８で算出されたＳＬＤ操作入力ｕslのリミット処理が行われる（ＳＴＥＰ１１）。このリミット処理では、ＳＬＤ操作入力ｕslの値や、その値の変化幅が所定範囲に制限され、ＳＴＥＰ８で算出されたＳＬＤ操作入力ｕslの今回値ｕsl(k)が所定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の値が強制的に該上限値又は下限値に設定される。また、ＳＴＥＰ８で算出されたＳＬＤ操作入力ｕslの今回値ｕsl(k)の前回値ｕsl(k-1)からの変化量が所定量を超えている場合には、ＳＬＤ操作入力ｕslの値が強制的に前回値ｕsl(k-1) に該所定量を加えた値に設定される。
【０２８３】
そして、空燃比操作量決定部１３は、上記のようなＳＬＤ操作入力ｕslのリミット処理の後、スライディングモード制御器２７によって、前記式（３８）に従って前記目標空燃比KCMDを算出せしめ（ＳＴＥＰ１３）、今回の制御サイクルの処理終了する。
【０２８４】
また、前記ＳＴＥＰ１０の判断でf/sld/stb＝０である場合、すなわち、適応スライディングモード制御が不安定であると判断された場合には、空燃比操作量決定部１３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）、スライディングモード制御器２７によって、前記式（３８）に従って前記目標空燃比KCMDを算出せしめ（ＳＴＥＰ１３）、今回の制御サイクルの処理終了する。
【０２８５】
尚、ＳＴＥＰ１３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１７等が、空燃比操作量決定部１３で決定された目標空燃比KCMDを用いるに際しては（図６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。
【０２８６】
以上説明した内容が本実施形態の装置の詳細な作動である。
【０２８７】
すなわち、その作動を要約すれば、基本的には空燃比操作量決定部１３によって、触媒装置３の下流側のＯ₂センサ６の出力VO2/OUT（これはプラントとしての対象排気系Ｅの出力に相当する）を目標値VO2/TARGETに収束（整定）させるように、触媒装置３に進入する排ガスの目標空燃比KCMD（これは、対象排気系Ｅの目標入力に相当する）が逐次決定され、この目標空燃比KCMDに従って、対象排気系Ｅへの入力（排ガスの空燃比）を生成するアクチュエータとしてのエンジン１の燃料供給量が該目標空燃比KCMD及び触媒装置３の上流側のＬＡＦセンサ５の出力KACTに基づきフィードバック制御される。そして、上記のように触媒装置３の下流側のＯ₂センサ６の出力VO2/OUT を目標値VO2/TARGETに整定させることで、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。
【０２８８】
この場合、空燃比操作量決定部１３は、本来的に外乱等の影響を受けにくいという特性を有するスライディングモード制御を用い、特に外乱等の影響を極力排除するための適応則を付加した適応スライディングモード制御を用いて前記目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅの目標入力）を決定するため、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUT（対象排気系Ｅの出力）を目標値VO2/TARGETに整定させる上で的確な目標空燃比KCMDを外乱等の影響を極力抑えて安定して求めることができ、ひいては、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの制御を安定して精度よく行うことができる。
【０２８９】
また、空燃比操作量決定部１３のスライディングモード制御器２７が適応スライディングモード制御により目標空燃比KCMDを決定するに際しては、推定器２６により求められた推定偏差出力VO2、すなわち対象排気系Ｅの無駄時間ｄ後のＯ₂センサ６の偏差出力VO2の推定値を用い、その推定偏差出力VO2により示される無駄時間ｄ後のＯ₂センサ６の出力VO2/OUT（対象排気系Ｅの出力）の推定値を目標値VO2/TARGETに収束させるように目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅの目標入力）が決定される。このため、対象排気系Ｅに存する無駄時間ｄの影響が補償（排除）され、これによっても、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を高めることができる。
【０２９０】
さらに、本実施形態では、スライディングモード制御器２７により制御すべき状態量Ｘとして、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2 の現在以前の時系列データVO2(k)，VO2(k-1)（より詳しくは、Ｏ₂センサ６の推定偏差出力VO2バーの最新値以前の時系列データVO2(k+d)バー，VO2(k+d-1)バー）を用いることで、スライディングモード制御器２７の演算処理を対象排気系Ｅの離散系モデル上で構築することができ、スライディングモード制御器２７の演算処理を離散時間的なコンピュータ処理に適した簡素なものとすることができる。
【０２９１】
さらに、上記のようにスライディングモード制御器２７の演算処理のために対象排気系Ｅの離散系モデルを用いることで、該離散系モデルの設定すべきパラメータとしての前記ゲイン係数a1,a2,b1を、本実施形態のような同定器２５を用いてリアルタイムで同定して、離散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実際の対象排気系Ｅの挙動状態に則して最小限に留めることができる。そして、該同定器２５で同定したゲイン係数a1,a2,b1を用いてスライディングモード制御器２７の演算処理を行って目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅの目標入力）を決定することで、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO 2/TARGETに収束制御する上で、的確な目標空燃比KCMDを対象排気系Ｅの実際の挙動状態に則して決定することができ、ひいては、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束制御の精度を高めることができる。特に、スライディングモード制御器２７により制御すべき状態量Ｘが前記超平面σ＝０に収束していない段階でのモデル化誤差の影響が極力抑えられるため、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を高めることができる。
【０２９２】
また、前記推定器２６にあっても、対象排気系Ｅの離散系モデルを用いて演算処理を行うことで、その演算処理をコンピュータ処理に適した簡素なものとすることができる。そして、前記同定器２５によりリアルタイムで同定された離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1を用いて推定器２５の演算処理を行うことで、対象排気系Ｅの無駄時間ｄ後のＯ₂ センサ６の出力VO2/OUTの推定値を表す前記推定偏差出力VO2バーの精度を高めることができ、このような推定偏差出力VO2バーを用いてスライディングモード制御器２７により目標空燃比KCMDを決定することで、無駄時間ｄの影響を確実に排除して、Ｏ₂ センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束制御を行うことができる。
【０２９３】
また、本実施形態では、同定器２５による離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1の同定処理に際して、その処理に用いる前記同定偏差出力VO2ハット（これは対象排気系Ｅの離散系モデル上での出力に相当する）と、前記偏差出力VO2（これは対象排気系Ｅの実際の出力に相当する）とに、対象排気系Ｅの入力変化に対する出力変化のゲインが比較的大きなものとなる周波数帯（図１６の低周波数帯Ｃ）に重みを有するフィリタリングを施すことによって、離散系モデルの周波数特性が実際の対象排気系Ｅの周波数特性に適合するように前記同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットを算出することができる。そして、このような同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットを用いてスライディングモード制御器２７によって目標空燃比KCMDを決定すると共に推定器２６による推定偏差出力VO2バーの算出処理を行うことで、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに収束制御する上で重要な周波数帯における制御性を高めることができる。また、上記のフィルタリングの重み特性を適切に設定することで、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や、速応性を高めることができる。
【０２９４】
また、本実施形態では、Ｏ₂センサ６の偏差出力VO2により把握される対象排気系Ｅの出力の挙動状態が、触媒装置３を通過した排ガスの空燃比（これはＯ₂センサ６の出力VO2/OUTに相当する）がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態、すなわち、ゲイン係数a1,a2,b1の同定（更新）に好適な特定の挙動状態である場合において、離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1の同定処理を行うようにしているため、スライディングモード制御器２７による目標空燃比KCMDの決定処理や推定器２６による推定偏差出力VO2バーの算出処理を的確に行う上で好適な同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットを算出することができ、ひいては、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの収束制御を確実に行うことができる。
【０２９５】
また、本実施形態では、同定器２５による同定処理の安定性や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を判断し、それらが不安定と判断される場合に、同定器２５の初期化を行うため、不適正な同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットを用いて、スライディングモード制御器２７により不適正な目標空燃比KCMDが決定されたり、推定器２６により不適正な推定偏差出力VO2バーが算出されたりするような事態を回避することができる。
【０２９６】
また、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が不安定であると判断された場合や、その判断後、前記タイマカウンタｔmの初期値ＴM分の所定時間が経過するまでは、前記ＳＬＤ操作入力ｕslを所定値として目標空燃比KCMDを決定するため、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTが異常な状態に制御されるような事態を確実に排除することができる。
【０２９７】
次に、本発明の第２の実施形態を図２４乃至図２６を参照して説明する。尚、本実施形態は、前述の第１の実施形態において前記同定器２５による前記ＳＴＥＰ５−１１の処理、すなわち同定ゲイン係数ベクトルΘの評価処理（図１１及び図１８参照）の内容のみが、第１の実施形態のものと相違するものである。従って、本実施形態の説明では、第１の実施形態と同一構成部分については第１の実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。
【０２９８】
本実施形態は、前記同定器２５が同定するパラメータであるゲイン係数ａ1,ａ2,b1の値、すなわち、前記同定ゲイン係数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）を所定の条件を満たすように制限し、その制限した同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットの値を用いて、前記第１の実施形態で説明した如く推定器２６及びスライディングモード制御器２７による演算処理を行うものである。
【０２９９】
この場合、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ための前記所定の条件は、前記式（１）で表した離散系モデルの応答遅れ要素（より詳しくは１次目の自己回帰項及び２次目の自己回帰項）に係わる同定ゲイン係数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ための条件（以下、第１制限条件という）と、上記離散系モデルの無駄時間要素に係わる同定ゲイン係数b1ハットの値を制限するための条件（以下、第２制限条件という）とがある。
【０３００】
ここで、これらの第１及び第２制限条件を説明する前に、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理由を説明しておく。
【０３０１】
前述の第１の実施形態では、同定器２５が同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットを求めるに際して、それらの値に特別な制限を加えず、同定器２５が不安定であると判断した場合に同定器２５の初期化を行うようにしている。ところが、本願発明者等の知見によれば、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUT（触媒装置３を通過した排ガスの酸素濃度）がその目標値VO2/TARGETに安定して制御されている状態で、スライディングモード制御器２７により前述の如く求められる目標空燃比KCMD（空燃比の操作量）が平滑的な時間変化を呈する状況と、高周波振動的な時間変化を呈する状況とが生じることが判明した。この場合、いずれの状況においても、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTをその目標値VO2/TARGETに制御する上では支障がないものの、目標空燃比KCMDが高周波振動的な時間変化を呈する状況は、該目標空燃比KCMDに基づいて制御されるエンジン１の円滑な運転を行う上では、あまり好ましくない。
【０３０２】
そして、上記の現象について本願発明者等が検討したところ、スライディングモード制御器２７が求める目標空燃比KCMDが平滑的なものとなるか高周波振動的なものとなるかは、同定器２５により同定するゲイン係数a1，a2の値の組み合わせや、ゲイン係数b1の値の影響を受けることが判明した。
【０３０３】
そこで、本実施形態は、前記第１制限条件と第２制限条件とを適切に設定し、これらの条件により、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値の組み合わせや、同定ゲイン係数b1ハットの値を適切に制限することで、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの安定した制御性を確保しつつ、目標空燃比KCMDが高周波振動的なものとなるような状況を排除するものである。
【０３０４】
このような背景に鑑み、本実施形態では前記第１制限条件及び第２制限条件は次のように設定する。
【０３０５】
まず、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値の組み合わせを制限するための第１制限条件に関し、本願発明者等の検討によれば、目標空燃比KCMDが平滑的なものとなるか高周波振動的なものとなるかは、ゲイン係数a1，a2の値により定まる前記式（１３）の係数値α1，α2、すなわち、前記推定器２６が前記推定偏差出力VO2(k+d)バーを前記式（１３）に従って求めるために使用する前記係数値α1，α2（これらの係数値α1，α2は前記式（１１）で定義した行列Ａの巾乗Ａ^dの第１行第１列成分及び第１行第２列成分である）の組み合わせが密接に関連している。
【０３０６】
具体的には、図２４に示すように係数値α1，α2をそれぞれ成分とする座標平面を設定したとき、係数値α1，α2の組により定まる該座標平面上の点が図２４の斜線を付した領域（三角形Ｑ₁Ｑ₂Ｑ₃で囲まれた領域（境界を含む）。以下この領域を推定係数安定領域という）に存するとき、目標空燃比KCMDの時間的変化が平滑的なものとなりやすい。逆に、係数値α1，α2の組により定まる点が上記の推定係数安定領域を逸脱しているような場合には、目標空燃比KCMDの時間的変化が高周波振動的なものとなったり、あるいは、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTの目標値VO2/TARGETへの制御性が悪化しやすい。
【０３０７】
従って、同定器２５により同定するゲイン係数ａ1，ａ2の値、すなわち同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値の組み合わせは、これらの値により定まる係数値α1，α2の組に対応する図２４の座標平面上の点が上記推定係数安定領域内に存するように制限することが好ましい。
【０３０８】
尚、図２４において、上記推定係数安定領域を含んで座標平面上に表した三角形領域Ｑ₁Ｑ₄Ｑ₃は、次式（５１）により定義される系、すなわち、前記式（１３）の右辺のVO2(k)及びVO2(k-1)をそれぞれVO2(k)バー及びVO2(k-1)バー（これらのVO2(k)バー及びVO2(k-1)バーは、それぞれ、推定器２６により無駄時間ｄ前に求められる推定偏差出力及びその１制御サイクル前に求められる推定偏差出力を意味する）により置き換えてなる式により定義される系が、理論上、安定となるような係数値α1，α2の組み合わせを規定する領域である。
【０３０９】
【数５１】

【０３１０】
すなわち、式（５１）により表される系が安定となる条件は、その系の極（これは、次式（５２）により与えられる）が複素平面上の単位円内に存在することである。
【０３１１】
【数５２】

【０３１２】
そして、図２４の三角形領域Ｑ₁Ｑ₄Ｑ₃は、上記の条件を満たす係数値α1，α2の組み合わせを規定する領域である。従って、前記推定係数安定領域は、前記式（５１）により表される系が安定となるような係数値α1，α2の組み合わせのうち、α1≧０となる組み合わせを表す領域である。
【０３１３】
一方、係数値α1，α2は、ゲイン係数ａ1，ａ2の値の組み合わせにより定まるので、逆算的に、係数値α1，α2の組み合わせからゲイン係数ａ1，ａ2の値の組み合わせも定まる。従って、係数値α1，α2の好ましい組み合わせを規定する図２４の推定係数安定領域は、ゲイン係数a1，a2を座標成分とする図２５の座標平面上に変換することができ、この変換を行うと、該推定係数安定領域は、図２５の座標平面上では、例えば図２５の仮想線で囲まれた領域（下部に凹凸を有する大略三角形状の領域。以下、同定係数安定領域という）に変換される。すなわち、ゲイン係数a1，a2の値の組により定まる図２５の座標平面上の点が、同図の仮想線で囲まれた同定係数安定領域に存するとき、それらのゲイン係数a1，a2の値により定まる係数値α1，α2の組に対応する図２４の座標平面上の点が前記推定係数安定領域内に存することとなる。
【０３１４】
従って、同定器２５により求める同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値を制限するための前記第１制限条件は、基本的には、それらの値により定まる図２５の座標平面上の点が前記同定係数安定領域に存することとして設定することが好ましい。
【０３１５】
但し、図２５に仮想線で示した同定係数安定領域の境界の一部（図の下部）は凹凸を有する複雑な形状を呈しているため、実用上、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値により定まる図２５の座標平面上の点を同定係数安定領域内に制限するための処理が煩雑なものとなりやすい。
【０３１６】
そこで、本実施形態では、同定係数安定領域を、例えば図２５の実線で囲まれた四角形Ｑ₅Ｑ₆Ｑ₇Ｑ₈の領域（境界を直線状に形成した領域。以下、同定係数制限領域という）により大略近似する。この場合、この同定係数制限領域は、図示の如く、｜a1｜＋a2＝１なる関数式により表される折れ線（線分Ｑ₅Ｑ₆及び線分Ｑ₅Ｑ₈を含む線）と、a1＝A1L（A1L：定数）なる定値関数式により表される直線（線分Ｑ₆Ｑ₇を含む直線）と、a2＝A2L（A2L：定数）なる定値関数式により表される直線（線分Ｑ₇Ｑ₈を含む直線）とにより囲まれた領域である。そして、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値を制限するための前記第１制限条件を、それらの値により定まる図２５の座標平面上の点が上記同定係数制限領域に存することとして設定し、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値により定まる点が同定係数制限領域に存するようにそれらの値を制限する。この場合、同定係数制限領域の下辺部の一部は、前記同定係数安定領域を逸脱しているものの、現実には同定器２５が求める同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値により定まる点は上記の逸脱領域には入らないことを実験的に確認している。従って、上記の逸脱領域があっても、実用上は支障がない。
【０３１７】
尚、このような同定係数制限領域の設定の仕方は例示的なもので、該同定係数制限領域は、基本的には、前記同定係数安定領域に等しいか、もしくは該同定係数安定領域を大略近似し、あるいは、同定係数制限領域の大部分もしくは全部が同定係数安定領域に属するように設定すれば、どのような形状のものに設定してもよい。つまり、同定係数制限領域は、同定ゲイン係数a1ハット、a2ハットの値の制限処理の容易さ、実際上の制御性等を考慮して種々の設定が可能である。例えば本実施形態では、同定係数制限領域の上半部の境界を｜a1｜＋a2＝１なる関数式により規定しているが、この関数式を満たすゲイン係数a1，a2の値の組み合わせは、前記式（５２）により与えられる系の極が複素平面上の単位円周上に存するような理論上の安定限界の組み合わせである。従って、同定係数制限領域の上半部の境界を例えば｜a1｜＋a2＝ｒ（但し、ｒは上記の安定限界に対応する「１」よりも若干小さい値で、例えば０．９９）なる関数式により規定し、制御の安定性をより高めるようにしてもよい。
【０３１８】
また、前記同定係数制限領域の基礎となる図２５の同定係数安定領域も例示的なものであり、図２４の推定係数安定領域に対応する同定係数安定領域は、係数値α1，α2の定義から明らかなように（式（１２）、（１３）を参照）、無駄時間ｄ（より正確にはその設定値）の影響も受け、該無駄時間ｄの値によって、同定係数安定領域の形状が変化する。この場合、同定係数安定領域がどのような形状のものであっても、前記同定係数制限領域は、同定係数安定領域の形状に合わせて前述の如く設定すればよい。
【０３１９】
次に、同定器２５が同定する前記ゲイン係数ｂ1の値、すなわち同定ゲイン係数ｂ1ハットの値を制限するための前記第２制限条件は本実施形態では次のように設定する。
【０３２０】
すなわち、本願発明者等の知見によれば、前記目標空燃比KCMDの時間的変化が高周波振動的なものとなる状況は、同定ゲイン係数ｂ1ハットの値が過大もしくは過小となるような場合にも生じ易い。そこで、本実施形態では、同定ゲイン係数ｂ1ハットの値の上限値B1H及び下限値B1L（B1H＞B1L＞０）をあらかじめ実験やシミュレーションを通じて定めておく。そして、前記第２制限条件を、同定ゲイン係数ｂ1ハットの値が上限値B1H以下で且つ下限値B1L以上の値になること（B1L≦ｂ1ハット≦B1Hの不等式を満たすこと）として設定する。
【０３２１】
以上説明した如く設定した第１制限条件及び第２制限条件により同定ゲイン係数a1ハット、a2ハット、b1ハットの値を制限するための処理は、本実施形態では、前記ＳＴＥＰ５−１１における同定ゲイン係数ベクトルΘの評価処理において、次のように行われる。
【０３２２】
すなわち、図２６のフローチャートを参照して、同定器２５は、前記図１１のＳＴＥＰ５−１０で前述の如く求めた同定ゲイン係数a1(k)ハット、a2(k)ハット、b1(k)ハットについて、まず、同定ゲイン係数a1(k)ハット、a2(k)ハットの値の組み合わせを前記第１制限条件により制限するための処理をＳＴＥＰ５−１１−５〜５−１１−１で行う。
【０３２３】
具体的には、同定器２５は、まず、ＳＴＥＰ５−１０で求めた同定ゲイン係数a2(k)ハットの値が、前記同定係数制限領域におけるゲイン係数a2の下限値A2L（図２５参照）以上の値であるか否かを判断する（ＳＴＥＰ５−１１−５）。
【０３２４】
このとき、a2(k)ハット＜A2Lであれば、同定ゲイン係数a1(k)ハット、a2(k)ハットの値の組により定まる図２５の座標平面上の点（以下、この点を（a1(k)ハット，a2(k)ハット）で表す）が同定係数制限領域から逸脱しているので、a2(k)ハットの値を強制的に上記下限値A2Lに変更する（ＳＴＥＰ５−１１−６）。この処理により、図２５の座標平面上の点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）は、少なくともa2＝A2Lにより表される直線（線分Ｑ₇Ｑ₈を含む直線）の上側（該直線上を含む）の点に制限される。
【０３２５】
次いで、同定器２５は、ＳＴＥＰ５−１０で求めた同定ゲイン係数a1(k)ハットの値が、前記同定係数制限領域におけるゲイン係数a1の下限値A1L（図２５参照）以上の値であるか否か、並びに、同定係数制限領域におけるゲイン係数a1の上限値A1H（図２５参照）以下の値であるか否かを順次判断する（ＳＴＥＰ５−１１−７、５−１１−９）。尚、同定係数制限領域におけるゲイン係数a1の上限値A1Hは、図２５から明らかなように折れ線｜a1｜＋a2＝１（但しa1＞０）と、直線a2＝A2Lとの交点Ｑ₈のa1座標成分であるので、A1H＝１−A2Lである。
【０３２６】
このとき、a1(k)ハット＜A1Lである場合、あるいは、a1(k)ハット＞A1Hである場合には、図２５の座標平面上の点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）が同定係数制限領域から逸脱しているので、a1(k)ハットの値をそれぞれの場合に応じて、強制的に上記下限値A1Lあるいは上限値A1Hに変更する（ＳＴＥＰ５−１１−８、５−１１−１０）。
【０３２７】
この処理により、図２５の座標平面上の点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）は、a1＝A1Lにより表される直線（線分Ｑ₆Ｑ₇を含む直線）と、a1＝A1Hにより表される直線（点Ｑ₈を通ってa1軸に直行する直線）との間の領域（両直線上を含む）に制限される。
【０３２８】
尚、ＳＴＥＰ５−１１−７及び５−１１−８の処理と、ＳＴＥＰ５−１１−９及び５−１１−１０の処理とは順番を入れ換えてもよい。また、前記ＳＴＥＰ５−１１−５及び５−１１−６の処理は、ＳＴＥＰ５−１１−７〜５−１１−１０の処理の後に行うようにしてもよい。
【０３２９】
次いで、同定器２５は、前記ＳＴＥＰ５−１１−５〜５−１１−１０を経た今現在のa1(k)ハット，a2(k)ハットの値が｜a1｜＋a2≦１なる不等式を満たすか否か、すなわち、点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）が｜a1｜＋a2＝１なる関数式により表される折れ線（線分Ｑ₅Ｑ₆及び線分Ｑ₅Ｑ₈を含む線）の下側（折れ線上を含む）にあるか上側にあるかを判断する（ＳＴＥＰ５−１１−１１）。
【０３３０】
このとき、｜a1｜＋a2≦１なる不等式が成立しておれば、前記ＳＴＥＰ５−１１−５〜５−１１−１０を経たa1(k)ハット，a2(k)ハットの値により定まる点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）は、同定係数制限領域（その境界を含む）に存している。
【０３３１】
一方、｜a1｜＋a2＞１である場合は、点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）が、同定係数制限領域からその上方側に逸脱している場合であり、この場合には、a2(k)ハットの値を強制的に、a1(k)ハットの値に応じた値（１−｜a1(k)ハット｜）に変更する（ＳＴＥＰ５−１１−１２）。換言すれば、a1(k)ハットの値を現状に保持したまま、点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）を｜a1｜＋a2＝１なる関数式により表される折れ線上（同定係数制限領域の境界である線分Ｑ₅Ｑ₆上、もしくは線分Ｑ₅Ｑ₈上）に移動させる。
【０３３２】
以上のようなＳＴＥＰ５−１１−５〜５−１１−１２の処理によって、同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハットの値は、それらの値により定まる点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）が同定係数制限領域内に存するように制限される。尚、前記ＳＴＥＰ５−１０で求められた同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハットの値に対応する点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）が同定係数制限領域内に存する場合は、それらの値は保持される。
【０３３３】
この場合、前述の処理によって、前記離散系モデルの１次目の自己回帰項に係わる同定ゲイン係数a1(k)ハットに関しては、その値が、同定係数制限領域における下限値A1L及び上限値A1Hの間の値となっている限り、その値が強制的に変更されることはない。また、a1(k)ハット＜A1Lである場合、あるいは、a1(k)ハット＞A1Hである場合には、それぞれ、同定ゲイン係数a1(k)ハットの値は、同定係数制限領域においてゲイン係数a1が採りうる最小値である下限値A1Lと、同定係数制限領域においてゲイン係数a1が採りうる最大値である下限値A1Hとに強制的に変更されるので、これらの場合における同定ゲイン係数a1(k)ハットの値の変更量は最小なものとなる。つまり、ＳＴＥＰ５−１０で求められた同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハットの値に対応する点（a1(k)ハット，a2(k)ハット）が同定係数制限領域から逸脱している場合には、同定ゲイン係数a1(k)ハットの値の強制的な変更は最小限に留められる。
【０３３４】
このようにして、同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハットの値を制限したのち、同定器２５は、同定ゲイン係数b1(k)ハットの値を前記第２制限条件に従って制限する処理をＳＴＥＰ５−１１−１３〜５−１１−１６で行う。
【０３３５】
すなわち、同定器２５は、前記ＳＴＥＰ５−１０で求めた同定ゲイン係数b1(k)ハットの値が、前記下限値B1L以上であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−１１−１３）、B1L＞b1(k)ハットである場合には、b1(k)ハットの値を強制的に上記下限値B1Lに変更する（ＳＴＥＰ５−１１−１４）。
【０３３６】
さらに、同定器２５は、同定ゲイン係数b1(k)ハットの値が、前記上限値B1H以上であるか否かを判断し（ＳＴＥＰ５−１１−１５）、B1H＜b1(k)ハットである場合には、b1(k)ハットの値を強制的に上記上限値B1Hに変更する（ＳＴＥＰ５−１１−１６）。
【０３３７】
このようなＳＴＥＰ５−１１−１３〜５−１１−１６の処理によって、同定ゲイン係数b1(k)ハットの値は、下限値B1L及び上限値B1Hの間の範囲の値に制限される。
【０３３８】
このようにして、同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハットの値の組み合わせと同定ゲイン係数b1(k)ハットの値とを制限した後には、同定器２５は、前記図１８のＳＴＥＰ５−１１−３及び５−１１−４と同じ処理を行う。すなわち、前記ＳＴＥＰ５−８（図１１参照）で算出された同定誤差id/eの大きさが所定値ε0以下の十分小さなものとなったか否か（id/eがほぼ「０」に収束して、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットがほぼ確定した状態になったか否か）を判断する（ＳＴＥＰ５−１１−１７）。このとき、｜id/e｜≦ε0であれば、そのまま図１１のフローチャートの処理に復帰する。
【０３３９】
一方、ＳＴＥＰ５−１１−１７の判断で、｜id/e｜＞ε0である場合には、前述の第１の実施形態で説明した如くスライディングモード制御の安定性の判断の際に使用するタイマカウンタｔm（カウントダウンタイマ）の値を所定の初期値ＴMにセットした後（タイマカウンタｔmの起動。ＳＴＥＰ５−１１−１８）、図１１のフローチャートの処理に復帰する。
【０３４０】
以上説明した以外の他の作動は、前述の第１の実施形態と全く同一である。この場合において、図１１のＳＴＥＰ５−１０で同定ゲイン係数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ＳＴＥＰ５−１１の処理で前述の如く第１及び第２制限条件により制限を行った同定ゲイン係数の値である。このため、各制御サイクルにおいて前記ＳＴＥＰ５−１０で求められる同定ゲイン係数a1(k)ハット，a2(k)ハット，b1(k)ハットの値は前記第１及び第２の制限条件を満たす値に収まりやすくなる。
【０３４１】
尚、本実施形態では、同定ゲイン係数b1の値は前記ＳＴＥＰ５−１１−１３〜５−１１−１６の処理により、その上限及び下限が正の値に制限されるので、前記図２１のＳＴＥＰ８−３の処理を省略してもよい。
【０３４２】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんであるが、同定器２５により求める同定ゲイン係数a1ハット，a2ハット，b1ハットの値を前述の如く設定した第１及び第２制限条件に従って制限することで、特に、スイディングモード制御器２７が求める目標空燃比KCMDが高周波振動的な変化を生じるのを確実に排除することができ、エンジン１の円滑な運転を行いつつ、触媒装置３の下流側のＯ₂センサ６の出力VO2/OUT を目標値VO2/TARGETに高精度で制御することができる。すなわち、エンジン１の円滑な運転を行いつつ、触媒装置３の最適な浄化性能を確保することができる。
【０３４３】
この場合、特に対象排気系Ｅの離散系モデルの応答遅れ要素に係わる同定ゲイン係数a1ハット，a2ハットについては、それらの値を個別に制限するのではなく、それらの値を、両者の値の相関性をもった組み合わせにより制限することで、Ｏ₂センサ６の出力VO2/OUTを目標値VO2/TARGETに制御し、また、目標空燃比KCMDが高周波振動的な変化を生じるのを確実に排除する上で最適な同定ゲイン係数a1ハット，a2ハットの値を得ることができる。
【０３４４】
また、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハットの値の組み合わせの制限に際しては、式（１）の右辺の自己回帰項のうちの低次側の自己回帰項（１次目の自己回帰項）に係わる同定ゲイン係数a1ハット、別の言い方をすれば式（１）により表現した離散系モデルにおいて、Ｏ₂センサ６のより新しい出力VO2/OUTもしくは偏差出力VO2 に係わる同定ゲイン係数a1ハットの値の変更量が最小となるようにa1ハット，a2ハットの値の組み合わせの制限を行うことで、より信頼性の高い目標空燃比KCMDを算出することができ、安定した制御を行うことができる。
【０３４５】
さらに、同定ゲイン係数a1ハット，a2ハットの値の組み合わせを制限するための前記同定係数制限領域（図２５参照）は、その境界を直線状に設定したため、a1ハット，a2ハットの値を制限するための処理を容易に行うことができる。
【０３４６】
尚、本発明、特に本発明の内燃機関の排気系の空燃比制御装置は、前述した第１及び第２の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。
【０３４７】
すなわち、前記第１及び第２の実施形態では、第２排ガスセンサとして、ＬＡＦセンサ（広域空燃比センサ）５を用いたが、第２排気ガスセンサは排ガスの空燃比を検出できるものであれば、通常のＯ₂センサ等、他の形式のセンサを用いてもよい。
【０３４８】
また、前記第１及び第２の実施形態では、第１排ガスセンサとしてＯ₂センサ６を用いたが、第１排ガスセンサは、制御すべき触媒装置下流の排ガスの特定成分の濃度を検出できるセンサであれば、他のセンサを用いてもよい。すなわち、例えば触媒装置下流の排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を制御する場合はＣＯセンサ、窒素酸化物（ＮＯ_X）を制御する場合にはＮＯ_Xセンサ、炭化水素（ＨＣ）を制御する場合にはＨＣセンサを用いる。三元触媒装置を使用した場合には、上記のいずれのガス成分の濃度を検出するようにしても、触媒装置の浄化性能を最大限に発揮させるように制御することができる。また、還元触媒装置や酸化触媒装置を用いた場合には、浄化したいガス成分を直接検出することで、浄化性能の向上を図ることができる。
【０３４９】
また、第１及び第２の実施形態では、対象排気系Ｅの離散系モデルや、同定器２５、推定器２６、スライディングモード制御器２７の演算処理において、ＬＡＦセンサ５の偏差出力kactやＯ₂センサ６の偏差出力VO2を用いたが、ＬＡＦセンサ５の出力KACTやＯ₂センサ６の出力VO2/OUTをそのまま用いて、対象排気系Ｅの離散系モデルを構築したり、同定器２５、推定器２６、スライディングモード制御器２７の演算処理を行うようにしてもよい。但し、離散系モデルの簡素化や同定器２５、推定器２６、スライディングモード制御器２７の演算処理の簡素化を図る上では、本実施形態のように偏差出力kact，VO2を用いることが好ましい。また、この場合において、偏差出力kact（＝KACT−FLAF/BASE）に係わる前記基準値FLAF/BASEは必ずしも一定値とする必要はなく、該基準値FLAF/BASEをエンジン１の回転数NEや吸気圧PB等に応じて設定するようにしてもよい。
【０３５０】
また、第１及び第２の実施形態では、空燃比操作量決定部１３により決定する操作量を触媒装置３に進入する排ガスの目標空燃比KCMD（対象排気系Ｅの目標入力）とし、その目標空燃比KCMDに従ってエンジン１の燃料供給量をフィードバック制御するようにしたが、例えばエンジン１の燃料供給量の補正量を空燃比操作量決定部１３により決定するようにすることも可能であり、また、目標空燃比KCMDからフィードフォワード的にエンジン１の燃料供給量を制御するようにすることも可能である。
【０３５１】
また、第１及び第２の実施形態では、スライディングモード制御器２７は、外乱の影響を考慮した適応則を有する適応スライディングモード制御を用いたが、該適応則を省略した一般のスライディングモード制御を用いるようにしてもよい。
【０３５２】
また、第１及び第２の実施形態では、スライディングモード制御器２７は、制御すべき状態量を二つの偏差出力VO2(k)，VO2(k-1)としたが、さらに多くの偏差出力（例えばVO2(k)，VO2(k-1)，VO2(k-2)等）を制御すべき状態量として用いるようにしてもよい。
【０３５３】
また、第１及び第２の実施形態では、適応スライディングモード制御が不安定であると判断した場合に、前記ＳＬＤ操作入力ｕslを強制的に所定値とし、従って、目標空燃比KCMDも所定値となるようにしたが、適応スライディングモード制御が不安定であると判断した場合に、例えばＰＩＤ制御器等、空燃比操作量決定部１３とは別に備えた制御器を用いて、暫定的にＯ₂センサ６の出力VO2/OUTが目標値VO2/TARGETに収束するように目標空燃比KCMDを決定するようにしてもよい。
【０３５４】
また、第１及び第２の実施形態では、推定器２６による演算処理とスライディングモード制御器２７の演算処理とを、前記式（１）により表される対象排気系Ｅの同一の離散系モデルに基づいて行うようにしたが、推定器２６とスライディングモード制御器２７とで各別の離散系モデルに基づいて演算処理を行うようにしてもよい。さらにこの場合、推定器２６用の離散系モデルのパラメータは、あらかじめ定めた所定値に保持したり、エンジン１の運転状態や触媒装置３の劣化状態に応じてマップ等を用いて適宜設定するようにしてもよく、さらには、推定器２６による演算処理は、対象排気系Ｅの連続系モデルに基づいて行うようにしてもよい。
【０３５５】
さらに、排気系の無駄時間が十分に小さいような場合にあっては、推定器２６を省略するようにしてもよく、この場合には、例えば前記第１の実施形態において、無駄時間ｄ＝０として、推定器２６の処理を省略すればよい。この場合、スライディングモード制御器は、前記式（２０）、（２１）、（２５）において、ｄ＝０とした式によって、目標空燃比KCMDを決定するための等価制御入力ｕeq、到達則入力ｕrch及び適応則入力ｕadpを求めるようにすればよい。また、この場合において、第２の実施形態のように同定器２５により同定するパラメータの値を制限する場合には、その制限条件は、推定器２６の処理と無関係に、制御の安定性等を考慮し、各種実験やシミュレーションを通じて設定すればよい。
【０３５６】
また、第１及び第２の実施形態では、スライディングモード制御器２７により同定器２５で同定された離散系モデルのゲイン係数a1,a2,b1を用いて目標空燃比KCMDを決定するようにしたが、適応制御器等の他の漸化式形式の制御器により同定されたゲイン係数a1,a2,b1を用いて目標空燃比KCMDを決定するようにしてもよく、さらには、同定されたゲイン係数a1,a2,b1を用いて目標空燃比KCMDを決定し得るものであれば、ファジー制御器やニューラルネットワーク型の制御器を用いてよい。
【０３５７】
また、第１及び第２の実施形態では、対象排気系Ｅの無駄時間ｄをあらかじめ定めた値に設定したが、ゲイン係数a1,a2,b1と共に該無駄時間ｄを同定するようにすることも可能である。そして、この場合において、同定する無駄時間ｄの値を前記第２の実施形態と同様に適当な条件によって制限するようにしてもよい。
【０３５８】
また、第１及び第２の実施形態では、同定器２５によるゲイン係数a1,a2,b1の同定を触媒装置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変化する挙動状態において行うようにしたが、該空燃比がリッチ側からリーン側に変化する挙動状態において同定を行うようにしてもよく、さらには、該挙動状態を区別することなく任意の挙動状態において、逐次ゲイン係数a1,a2,b1の同定を行ったり、あるいは排ガスの空燃比がリーン側からリッチ側に変化する挙動状態と排ガスの空燃比がリッチ側からリーン側に変化する挙動状態とで各別にゲイン係数a1,a2,b1の同定を行うようにしてもよい。このような場合には、推定器２６とスライディングモード制御器２７とで用いるゲイン係数a1,a2,b1は、同定器２５で実際に今回の制御サイクルで同定したゲイン係数を用いることとなる。
【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の実施形態の全体的システム構成図。
【図２】図１の装置で使用するＯ₂センサの出力特性図。
【図３】図１の装置の空燃比操作量決定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の装置の適応制御器の基本構成を示すブロック図。
【図６】図１の装置のエンジンの燃料制御に係わる処理を説明するためのフローチャート。
【図７】図６のフローチャートにおけるサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図８】図１の装置の空燃比操作量決定部の全体的処理を説明するためのフローチャート。
【図９】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図１０】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図１１】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図１２】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するための説明図。
【図１３】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するための説明図。
【図１４】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図１５】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するための説明図。
【図１６】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するための説明図。
【図１７】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するための説明図。
【図１８】図１１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図１９】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図２０】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図２１】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図２２】図２１のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図２３】図８のフローチャートのサブルーチン処理を説明するためのフローチャート。
【図２４】本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第２の実施形態を説明するための説明図。
【図２５】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第２の実施形態を説明するための説明図
。
【図２６】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置の第２の実施形態の作動を説明するための
フローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、Ｅ…対象排気系（制御対象の系）、６…Ｏ₂センサ（排ガスセンサ）、１３…空燃比操作量決定部、２５…同定器、２６…推定器、２７…スライディングモード制御器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
For example, in a system in which exhaust gas from an internal combustion engine such as an automobile is purified and released by a catalyst device such as a three-way catalyst, the air-fuel ratio of the exhaust gas entering the catalyst device is controlled so that the exhaust gas purification ability of the catalyst device is exhibited well. This is desired from the viewpoint of environmental protection.
[0003]
In order to perform such control, conventionally, as seen in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-321721, an exhaust gas sensor (oxygen concentration sensor) in which the oxygen concentration of exhaust gas that has passed through the catalyst device is disposed downstream of the catalyst device. ), The target air-fuel ratio of the exhaust gas upstream of the catalyst device is determined using PID control so that the detected value becomes a predetermined appropriate value, and the internal combustion engine is controlled according to the target air-fuel ratio. The applicant of the present invention has proposed that the air-fuel ratio of exhaust gas entering the catalyst device is set within a predetermined window that can exhibit good purification performance of the catalyst device.
[0004]
On the other hand, by further study by the inventors of the present application, in order to maximize the purification capacity of the catalytic device as much as possible without depending on the operating state of the internal combustion engine, deterioration with time of the catalytic device, etc., the catalytic device is It has been found that it is necessary to stabilize the concentration of a specific component such as oxygen concentration in the exhaust gas that has passed through to a predetermined appropriate value (a constant value) with high accuracy and stability. As described above, in the conventional control method using PID control, the oxygen concentration or the like in the exhaust gas that has passed through the catalyst device as described above is affected by disturbance, dead time existing in the exhaust system including the catalyst device, or the like. It has been found that it is difficult to stably set the predetermined value (a constant value) with high accuracy.
[0005]
For this reason, the inventors of the present application modeled the exhaust system from the upstream side to the downstream side of the catalyst device in a continuous system (specifically, a continuous time system), and based on the model, the oxygen concentration in the exhaust gas that passed through the catalyst device Have previously devised a system for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas entering the catalyst device so that the value of the above becomes a predetermined appropriate value (see, for example, Japanese Patent Application Nos. 9-67591 and 8-84048).
[0006]
The above-described modeling compensates (eliminates) the effects of dead time existing in the exhaust system including the catalyst device, and provides a control method (for example, sliding mode control) that has higher control stability against disturbance than PID control. ) Can be constructed, and as a result, the accuracy and stability of the air-fuel ratio control of the exhaust system can be improved.
[0007]
In such an air-fuel ratio control device, it is desired to increase the stability of control regardless of the operating state of the internal combustion engine.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of such a background, the present invention provides an internal combustion engine capable of stably and highly accurately controlling the air-fuel ratio of exhaust gas so that the concentration of a specific component in the exhaust gas becomes a predetermined target value. An object is to provide an air-fuel ratio control device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the first aspect of the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention is an exhaust gas provided in an exhaust system of the internal combustion engine to detect the concentration of a specific component in the exhaust gas of the internal combustion engine. In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that includes a sensor and controls the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine so that the output of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target value, an operation amount that defines the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine An air-fuel ratio manipulated variable determining means that uses a sliding mode control, and an identifying means for identifying a parameter to be set in a model of a system that is controlled by the air-fuel ratio manipulated variable determiner, Quantity determination means , As the parameter value of the model, The identification value of the parameter identified by the identification means and the predetermined value are selectively used according to the operating state of the internal combustion engine. , By a predetermined arithmetic expression of the sliding mode control including the coefficient defined by the value of the parameter of the model The operation amount is determined.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, the air-fuel ratio manipulated variable determining means determines the manipulated variable by using a parameter value of the model by sliding mode control. In this case, as the value of this parameter, an identification value obtained by the identification means and a predetermined value different from the identification value are selectively used according to the operating state of the internal combustion engine. As a result, it is possible to stably control the air-fuel ratio of the exhaust gas so that the output of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target value regardless of the operating state of the internal combustion engine.
[0011]
A second aspect of the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention includes an exhaust gas sensor provided in an exhaust system of the internal combustion engine for detecting the concentration of a specific component in the exhaust gas of the internal combustion engine, and the exhaust gas In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that controls the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine so that the output of the sensor becomes a predetermined target value, the air-fuel ratio operation for determining an operation amount that defines the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine The amount determining means and the air-fuel ratio manipulated variable determining means generate data indicating the estimated value of the exhaust gas sensor output after the dead time of the system that is the control target and that generates the exhaust gas sensor output. An estimation unit; and an identification unit that identifies a parameter to be set in a model of the system to be controlled; , As the parameter value of the model, The identification value of the parameter identified by the identification means and the predetermined value are selectively used according to the operating state of the internal combustion engine. , By a predetermined calculation formula for estimation including a coefficient defined by the parameter value of the model Data indicating an estimated value of the output of the exhaust gas sensor is generated, and the air-fuel ratio manipulated variable determining means determines the manipulated variable so that the estimated value indicated by the data generated by the estimating means becomes the target value. It is characterized by that.
[0012]
According to the second aspect of the present invention, the estimation means generates data representing an estimated value of the output of the exhaust gas sensor after the dead time using the parameter value of the model. In this case, as the value of this parameter, an identification value obtained by the identification means and a predetermined value different from the identification value are selectively used according to the operating state of the internal combustion engine. The air-fuel ratio manipulated variable determining means determines the manipulated variable so that the estimated value of the output of the exhaust gas sensor indicated by the data generated by the estimating means becomes the target value. As a result, it is possible to stably control the air-fuel ratio of the exhaust gas so that the output of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target value regardless of the operating state of the internal combustion engine.
[0013]
In the first and second aspects of the present invention, the operating state of the internal combustion engine includes whether the throttle valve of the internal combustion engine is fully open, whether fuel supply to the internal combustion engine is stopped, or not. In this state, it is preferable that the engine is idling.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0015]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the control device of this embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes, for example, a four-cylinder engine (internal combustion engine). The exhaust gas generated for each cylinder of the engine 1 is collected in a common exhaust pipe 2 in the vicinity of the engine 1 and is released into the atmosphere through the exhaust pipe 2. The exhaust pipe 2 is provided with two catalytic devices 3 and 4 using a three-way catalyst in order from the upstream side of the exhaust pipe 2 in order to purify the exhaust gas. Note that this may be omitted from the downstream side catalyst device 4.
[0016]
The control device of the present embodiment controls the air-fuel ratio of the exhaust system of the engine 1 and is provided in the exhaust pipe 2 on the upstream side of the catalyst device 3 (more specifically, the exhaust gas collecting location for each cylinder of the engine 1). The wide air-fuel ratio sensor 5 as the second exhaust gas sensor and the O as the first exhaust gas sensor provided in the exhaust pipe 2 on the downstream side of the catalyst device 3 (upstream side of the catalyst device 4). ₂ A sensor (oxygen concentration sensor) 6 and a control unit 7 that performs a control process described later based on outputs of these sensors 5 and 6 and the like. The control unit 7 includes the wide area air-fuel ratio sensor 5 and O. ₂ In addition to the output of the sensor 6, detection signals of various sensors such as a rotation speed sensor, an intake pressure sensor, and a cooling water temperature sensor (not shown) for detecting the operation state of the engine 1 are given.
[0017]
The wide area air-fuel ratio sensor 5 is O ₂ The air-fuel ratio of the exhaust gas of the engine 1 entering the catalyst device 3 (this is indicated by the oxygen concentration of the exhaust gas entering the catalyst device 3 and is combusted in the engine 1). A level of output corresponding to the air-fuel ratio is generated. In this case, the wide area air-fuel ratio sensor 5 (hereinafter referred to as the LAF sensor 5) is an O ₂ A detection circuit such as a linearizer (not shown) from the output of the sensor generates an output KACT at a level proportional to the air-fuel ratio of the exhaust gas entering the catalyst device 3 over a wide range, that is, an output KACT indicating the detected value of the air-fuel ratio of the exhaust gas. Is to be generated. Such a LAF sensor 5 is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-369471 by the applicant of the present application, and therefore further explanation is omitted here.
[0018]
Further, O downstream of the catalyst device 3 ₂ The sensor 6 outputs an output VO2 / OUT at a level corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3, that is, an output VO2 / OUT indicating a detected value of the oxygen concentration in the exhaust gas. ₂ It is generated in the same way as the sensor. This O ₂ As shown in FIG. 2, the output VO2 / OUT of the sensor 6 is the oxygen concentration of the exhaust gas in a state where the air-fuel ratio (oxygen concentration) of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3 is in the range Δ in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio. A high-sensitivity change approximately proportional to
[0019]
The control unit 7 is configured using a microcomputer, and as its main functional configuration, a basic fuel injection amount calculation unit 8 for obtaining a basic fuel injection amount Tim to the engine 1 and a basic fuel injection amount Tim are provided. A first correction coefficient calculation unit 9 and a second correction calculation unit 10 that respectively obtain a first correction coefficient KTOTAL and a second correction coefficient KCMDM for correction are provided.
[0020]
The basic fuel injection amount calculation unit 8 obtains the reference fuel injection amount of the engine 1 defined by the engine speed NE and the intake pressure PB using a map set in advance, and determines the reference fuel injection amount. The basic fuel injection amount Tim is calculated by correcting the fuel injection amount according to the effective opening area of a throttle valve (not shown) of the engine 1.
[0021]
Further, the first correction coefficient KTOTAL obtained by the first correction coefficient calculation unit 9 is the exhaust gas recirculation rate of the engine 1 (ratio of exhaust gas contained in the intake air of the engine 1) or when the canister (not shown) of the engine 1 is purged. This is for correcting the basic fuel injection amount Tim in consideration of the purge amount of fuel supplied to the engine 1, the cooling water temperature of the engine 1, the intake air temperature, and the like.
[0022]
The second correction coefficient KCMDM obtained by the second correction coefficient calculation unit 10 is sucked by the cooling effect of the fuel flowing into the engine 1 corresponding to the target air-fuel ratio KCMD determined by the air-fuel ratio manipulated variable determination unit 13 described later. This is for correcting the basic fuel injection amount Tim in consideration of the air charging efficiency.
[0023]
The basic fuel injection amount Tim is corrected by the first correction coefficient KTOTAL and the second correction coefficient KCMDM by multiplying the basic fuel injection amount Tim by the first correction coefficient KTOTAL and the second correction coefficient KCMDM. By this correction, the required fuel injection amount Tcyl of the engine 1 is obtained.
[0024]
Since the applicant of the present invention has disclosed a more specific calculation method of the basic fuel injection amount Tim, the first correction coefficient KTOTAL, and the second correction coefficient KCMDM in Japanese Patent Laid-Open No. 5-79374, etc. Then, detailed description is abbreviate | omitted.
[0025]
In addition to the functional configuration described above, the control unit 7 includes the output KACT of the LAF sensor 5 and a predetermined reference value FLAF / BASE (in the present embodiment, this reference value FLAF / BASE is approximately “1” (a constant value in air-fuel ratio conversion). )) And a subtraction processing unit 11 for obtaining a deviation kact (= KACT−FLAF / BASE), and O ₂ Deviation VO2 between the output VO2 / OUT of the sensor 6 and its target value VO2 / TARGET (in this embodiment, the target value VO2 / TARGET is a predetermined constant value that provides optimum purification performance of the catalyst device 3) (= VO2 / OUT−VO2 / TARGET) to obtain the subtraction processing unit 12 and the data of these deviations kact and VO2 are output from the LAF sensor 5 and O ₂ It is used as data indicating the output of the sensor 6 (hereinafter, the deviations kact and VO2 are respectively used as the deviation output kact and O ₂ An air-fuel ratio manipulated variable determining unit that determines the target air-fuel ratio KCMD of the exhaust gas at the location of the LAF sensor 5 as the manipulated variable that defines the air-fuel ratio of the exhaust gas of the engine 1 entering the catalyst device 3. 13 and feedback control of the fuel injection amount (fuel supply amount) of the engine 1 so that the output KACT of the LAF sensor 5 (the detected air-fuel ratio of the exhaust gas entering the catalyst device 3) matches (converges) with this target air-fuel ratio KCMD. And a feedback control unit 14 for performing the operation.
[0026]
Although the details of the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 will be described later, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 starts from the location of the LAF sensor 5 in the exhaust pipe 2. ₂ The exhaust system including the catalyst device 3 extending to the position of the sensor 6 (the part denoted by reference symbol E in FIG. 1) is the control target, and the dead time existing in the target exhaust system E (plant) and the behavior of the target exhaust system E Taking into account changes etc., use sliding mode control (more specifically, adaptive sliding mode control). ₂ Set the output VO2 / OUT of sensor 6 to its target value VO2 / TARGET (O ₂ The target air-fuel ratio KCMD at the location of the LAF sensor 5 is sequentially determined so that the deviation output VO2 of the sensor 6 converges to “0”).
[0027]
Further, in this embodiment, the feedback control unit 14 feedbacks the fuel injection amount for each cylinder of the engine 1 and the global feedback control unit 15 that performs feedback control of the overall fuel injection amount to each cylinder of the engine 1. It is comprised by the local feedback control part 16 to control.
[0028]
The global feedback control unit 15 corrects the required fuel injection amount Tcyl (multiplies the required fuel injection amount Tcyl) so that the output KACT of the LAF sensor 5 converges to the target air-fuel ratio KCMD. And a PID controller 17 for generating a feedback manipulated variable KLAF as the feedback correction coefficient KFB using well-known PID control according to the deviation between the output KACT of the LAF sensor 5 and the target air-fuel ratio KCMD, A recurrence formula that adaptively obtains the feedback manipulated variable KSTR that defines the feedback correction coefficient KFB from the output KACT of the LAF sensor 5 and the target air-fuel ratio KCMD in consideration of changes in the operating state and characteristics of the engine 1 And an adaptive controller 18 (referred to as STR in the figure), each of which is an independent controller.
[0029]
In this embodiment, the feedback manipulated variable KLAF generated by the PID controller 17 is “1” when the output KACT (detected air-fuel ratio) of the LAF sensor 5 matches the target air-fuel ratio KCMD. The manipulated variable KLAF can be used as it is as the feedback correction coefficient KFB. On the other hand, the feedback manipulated variable KSTR generated by the adaptive controller 18 becomes “target air / fuel ratio KCMD” when the output KACT of the LAF sensor 5 coincides with the target air / fuel ratio KCMD. A feedback manipulated variable kstr (= KSTR / KCMD) divided by the target air-fuel ratio KCMD in 19 can be used as the feedback correction coefficient KFB.
[0030]
Then, the global feedback control unit 15 generates a feedback operation amount KLAF generated by the PID controller 17 and a feedback operation amount kstr obtained by dividing the feedback operation amount KSTR generated by the adaptive controller 18 by the target air-fuel ratio KCMD. Is appropriately or alternatively selected by the switching unit 20, and one of the feedback manipulated variables KLAF or kstr is used as the feedback correction coefficient KFB, and the required fuel injection quantity Tcyl is multiplied by the correction coefficient KFB. Thus, the required fuel injection amount Tcyl is corrected. The global feedback control unit 15 (especially the adaptive controller 18) will be described in detail later.
[0031]
The local feedback control unit 16 estimates an actual air-fuel ratio # nA / F (n = 1, 2, 3, 4) for each cylinder from the output KACT of the LAF sensor 5, and the observer 21 The PID control is used to obtain the feedback correction coefficient #nKLAF of the fuel injection amount for each cylinder so as to eliminate the variation in the air-fuel ratio for each cylinder from the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder estimated by A plurality of (several cylinders) PID controllers 22.
[0032]
Here, in brief, the observer 21 estimates the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder as follows. That is, the system from the engine 1 to the location of the LAF sensor 5 (the exhaust gas collecting portion for each cylinder) generates the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the LAF sensor 5 from the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder. This is a model that takes into account the detection response delay (for example, first-order delay) of the LAF sensor 5 and the temporal contribution of the air-fuel ratio of each cylinder to the air-fuel ratio in the exhaust gas collection portion of each cylinder. Turn into. Then, based on the model, the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder is estimated in reverse from the output KACT (detected air-fuel ratio) of the LAF sensor 5.
Such an observer 21 is disclosed in detail by the applicant of the present application in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-83094, and further description thereof is omitted here.
[0033]
Further, each PID controller 22 of the local feedback control unit 16 uses the average value for all cylinders of the feedback correction coefficient #nKLAF obtained by each PID controller 22 in the previous control cycle for the output KACT of the LAF sensor 5. As a target value of the air-fuel ratio of each cylinder, a value obtained by dividing by the above-mentioned control is performed so that the deviation between the target value and the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder obtained by the observer 21 is eliminated. Find the feedback correction coefficient #nKLAF for each cylinder in the cycle.
The local feedback control unit 16 multiplies the value obtained by multiplying the required fuel injection amount Tcyl by the feedback correction coefficient KFB of the global feedback control unit 15 by the feedback correction coefficient #nKLAF for each cylinder. Then, output fuel injection amount #nTout (n = 1, 2, 3, 4) of each cylinder is obtained.
The output fuel injection amount #nTout of each cylinder obtained in this way is corrected for each cylinder by the adhesion correction unit 23 for each cylinder provided in the control unit 7 for each cylinder. Fuel is injected into each cylinder of the engine 1 at an output fuel injection amount #nTout which is given to a fuel injection device (not shown) of the engine 1 and whose adhesion is corrected.
[0034]
The adhesion correction is disclosed in detail in, for example, JP-A-8-21273 by the applicant of the present application, and further description thereof is omitted here. In FIG. 1, the sensor output selection processing unit denoted by reference numeral 24 outputs the output KACT of the LAF sensor 5 suitable for estimating the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder by the observer 21 to operate the engine 1. This is selected according to the state, and since this is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-259488 by the applicant of the present application, further explanation is omitted here.
[0035]
Next, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 will be described in detail.
[0036]
As described above, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 uses the adaptive sliding mode control while taking into account the dead time existing in the target exhaust system E, the behavior change of the exhaust system A, and the like. ₂ The target air-fuel ratio KCMD of exhaust gas at the location of the LAF sensor 5 is sequentially determined so that the output VO2 / OUT of the sensor 6 is set to the target value VO2 / TARGET. In order to perform such control processing, in the present embodiment, the target exhaust system E is preliminarily determined from the output KACT of the LAF sensor 5 (the air-fuel ratio of exhaust gas entering the catalyst device 3) and the response time factor. O through delay element ₂ It is regarded as a plant that generates the output VO2 / OUT of the sensor 6 (oxygen concentration in the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3), and is modeled in a discrete system.
[0037]
In this case, in this embodiment, in order to simplify the processing by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13, the outputs KACT and O of the LAF sensor 5 are used. ₂ Instead of the output VO2 / OUT of the sensor 6, the deviation output kact (= KACT−FLAF / BASE) of the LAF sensor 5 and O ₂ A discrete system model of the target exhaust system E is expressed by the following equation (1) using the deviation output VO2 (= VO2 / OUT−VO2 / TARGET) of the sensor 6.
[0038]
[Expression 1]

[0039]
This equation (1) indicates that the target exhaust system E is detected from the deviation output kact of the LAF sensor 5 through the dead time element and the response delay element. ₂ It is assumed that the plant generates the deviation output VO2 of the sensor 6, and the target exhaust system E is modeled as a discrete system (autoregressive model with dead time). “k” indicates the number of discrete-time control cycles, and “d” indicates the dead time of the target exhaust system E in terms of the number of control cycles. In this case, in this embodiment, the dead time of the target exhaust system E is, for example, a time corresponding to d control cycles (d = 3 to 10), where the cycle of the control cycle is 30 to 100 ms. The first term and the second term on the right side of the above equation (1) correspond to response delay elements of the target exhaust system E, respectively. The first term is the first-order autoregressive term, and the second term is the second-order term. It is an autoregressive term for the eye. “A1” and “a2” are gain coefficients of the first-order autoregressive term and the second-order autoregressive term, respectively. Further, the third term on the right side of the above equation (1) corresponds to a dead time element of the target exhaust system E, and “b1” is a gain coefficient related to the dead time element. These gain coefficients a1, a2, and b1 are parameters that define the discrete system model.
[0040]
The air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 in the present embodiment performs the above-described control processing in a predetermined (constant) control cycle based on the discrete system model expressed by the equation (1). The configuration is roughly divided as shown in FIG.
[0041]
That is, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 determines the deviation outputs kact and OF of the LAF sensor 5. ₂ An identifier 25 for sequentially identifying the values of the gain coefficients a1, a2, and b1, which are parameters to be set for the discrete system model, from the deviation output VO2 data of the sensor 6 for each control cycle, and the deviation output of the LAF sensor 5 kact and O ₂ Identification values a1 hat, a2 hat, b1 hat of the gain coefficients a1, a2, b1 identified by the identifier 25 from the deviation output VO2 data of the sensor 6 (hereinafter, identified gain coefficients a1, hat, a2 hat, b1) O) after the dead time d of the target exhaust system E ₂ An estimator 26 for sequentially obtaining an estimated value VO2 bar (hereinafter referred to as an estimated deviation output VO2 bar) of the deviation output VO2 of the sensor 6 for each control cycle, and an O obtained by the estimator 26 ₂ From the estimated deviation output VO2 bar of the sensor 6, the target air-fuel ratio of the exhaust gas (exhaust gas entering the catalytic device 3) at the location of the LAF sensor 5 by adaptive sliding mode control using the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat. A sliding mode controller 27 that sequentially determines KCMD for each control cycle.
[0042]
The algorithm of the arithmetic processing by the identifier 25, the estimator 26, and the sliding mode controller 27 is constructed as follows based on the discrete system model.
[0043]
First, with respect to the identifier 25, the actual gain coefficient of the target exhaust system E corresponding to the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model is generally determined by the behavioral state of the target exhaust system E, changes in characteristics over time, and the like. Change. Therefore, in order to increase the accuracy of the discrete system model by minimizing the modeling error of the discrete system model with respect to the actual target exhaust system E, the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model are set to the actual target exhaust system. It is preferable to identify in real time as appropriate according to the behavioral state of the system E.
[0044]
The identifier 25 sequentially identifies the gain coefficients a1, a2, and b1 in real time in order to minimize the modeling error of the discrete system model as described above, and the identification process is as follows. Done.
[0045]
That is, for each predetermined control cycle, the identifier 25 first identifies the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat of the currently set discrete system model, that is, the identification gain coefficient a1 determined in the previous control cycle. Hat (k-1), a2 hat (k-1), b1 hat (k-1), deviation output kact and O of LAF sensor 5 ₂ Using the data obtained in the past of the deviation output VO2 of the sensor 6, O on the discrete system model currently set by the following equation (2) ₂ An identification value VO2 hat of the current deviation output VO2 of the sensor 6 (hereinafter referred to as an identification deviation output VO2 hat) is obtained.
[0046]
[Expression 2]

[0047]
This equation (2) is obtained by shifting equation (1) to the past by one control cycle, and changing the gain coefficients a1, a2, and b1 to the identification gain coefficients a1 hat (k-1), a2 hat (k-1). ), B1 hat (k-1). Further, “d” used in the third term of the expression (2) is a set value of the dead time of the target exhaust system E (more specifically, the set value of the dead time is expressed by the number of control cycles), and the setting is made. The value is set to be equal to or slightly longer than the actual dead time of the target exhaust system E.
[0048]
Here, when the vectors Θ and ξ defined by the following equations (3) and (4) are introduced (subscript “T” in equations (3) and (4) means transposition, the same applies hereinafter).
[0049]
[Equation 3]

[0050]
[Expression 4]

[0051]
The formula (2) is represented by the following formula (5).
[0052]
[Equation 5]

[0053]
Further, the identifier 25 is obtained from the equation (2) or the equation (5). ₂ Identification deviation output VO2 hat of sensor 6 and current O ₂ The deviation id / e with respect to the deviation output VO2 of the sensor 6 is obtained by the following equation (6) as a modeling error for the actual target exhaust system E of the discrete system model (hereinafter, the deviation id / e is identified as the identification error id / e).
[0054]
[Formula 6]

[0055]
Then, the identifier 25 creates new identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, b1 (k) hat, in other words, these identification gains so as to minimize the identification error id / e. A new vector Θ (k) having coefficients as elements (hereinafter, this vector is referred to as an identification gain coefficient vector Θ) is obtained, and the calculation is performed by the following equation (7). That is, the identifier 25 makes the identification gain coefficients a1 hat (k-1), a2 hat (k-1), and b1 hat (k-1) determined in the previous control cycle proportional to the identification error id / e. The new identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, and b1 (k) hat are obtained by changing the amount by the specified amount.
[0056]
[Expression 7]

[0057]
Here, “Kθ” in equation (7) is a third-order vector determined by the following equation (8) (the degree of change corresponding to the identification error id / e of each identification gain coefficient a1 hat, a2 hat, b1 hat). (Gain coefficient vector to be defined).
[0058]
[Equation 8]

[0059]
Further, “P” in the above equation (8) is a cubic square matrix determined by the recurrence equation of the following equation (9).
[0060]
[Equation 9]

[0061]
In the equation (9), “λ ₁ ”,“ Λ ₂ Is 0 <λ ₁ ≦ 1 and 0 ≦ λ ₂ The initial value P (0) of “P” is a diagonal matrix in which each diagonal component is a positive number.
[0062]
In this case, “λ in equation (9) ₁ ”,“ Λ ₂ Depending on the setting method, various specific algorithms such as a fixed gain method, a gradually decreasing gain method, a weighted least square method, a least square method, a fixed trace method, and the like are configured. In the present embodiment, for example, the least square method ( In this case, λ ₁ = Λ ₂ = 1) is adopted.
[0063]
In the present embodiment, the identifier 25 basically uses the algorithm (calculation processing) as described above to minimize the identification error id / e so that the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 of the discrete system model are minimized. The hat is sequentially obtained for each control cycle. Through such processing, the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat suitable for the actual target exhaust system E are sequentially obtained.
[0064]
Note that the identifier 25 in the present embodiment, when calculating the identification error id / e, ₂ The identification deviation output VO2 hat and O of the sensor 6 ₂ Filtering is performed on the deviation output VO2 of the sensor 6, and identification of the gain coefficients a1, a2, and b1 (update of the identified gain coefficients a1, hat, and b1 hats) is performed in a specific behavior state of the target exhaust system E. This will be described later.
[0065]
Next, in order to compensate for the influence of the dead time d of the target exhaust system E when the target air-fuel ratio KCMD is determined by the sliding mode controller 27, which will be described in detail later, the estimator 26 is after the dead time d. O ₂ The estimated deviation output VO2 bar, which is an estimated value of the deviation output VO2 of the sensor 6, is obtained sequentially for each control cycle, and the estimation process is performed as follows.
[0066]
First, when a vector X defined by the following equation (10) is introduced into the discrete system model represented by the equation (1),
[0067]
[Expression 10]

[0068]
Expression (1) can be rewritten as the following expression (11).
[0069]
## EQU11 ##

[0070]
Here, when the recurrence formula of the equation (11) is repeatedly used, X (k + d) after the dead time d is the deviation output kact of the matrix A and the vector B defined in the equation (11) and the LAF sensor 5. This time series data kact (kj) (j = 1, 2, d) is used, and is expressed by the following equation (12).
[0071]
[Expression 12]

[0072]
In this case, the first row component on the left side of Equation (12) is O after the dead time d. ₂ Since it is the deviation output VO2 (k + d) of the sensor 6, the estimated value (estimated deviation output) VO2 (k + d) bar is obtained by calculating the first row component on the right side of Equation (12). Can do.
[0073]
Therefore, focusing on the first row components on both sides of Equation (12), the matrix A of the first term on the right side ^d The first row, first column component and the first row, second column component of .alpha. ^j-1 If the first row component of B (j = 1, 2, d) is set as βj (j = 1, 2, d), O ₂ The estimated deviation output VO2 (k + d) bar of the sensor 6 is O ₂ The time series data VO2 (k) and VO2 (k-1) of the deviation output VO2 of the sensor 6 and the time series data kact (kj) (j = 1, 2, d) of the deviation output kact of the LAF sensor 5 are used. The following equation (13) can be obtained.
[0074]
[Formula 13]

[0075]
Also, the coefficient values α1, α2 and βj (j = 1, 2, d) in the equation (13) are gain coefficients a1, a2, b1 constituting the components of the matrix A and the vector B (see equation (11)). The identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat obtained by the identifier 25 are used as the matrix A in the above equation (12) from the matrix A and the vector B. ^d And vector A ^j-1 It can be determined by obtaining B (j = 1, 2, d).
[0076]
Therefore, the estimator 26 in this embodiment is basically the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b2 hat obtained by the identifier 25 (specifically, the identification gain coefficient a1 (k obtained in the current control cycle). ) Hat, a2 (k) hat, b2 (k) hat), the coefficient values α1, α2 and βj (j = 1, 2, d) in equation (13) are calculated. Further, the calculated coefficient values α1, α2 and βj and O ₂ The time series data VO2 (k) and VO2 (k-1) before the present of the deviation output VO2 of the sensor 6 and the past time series data kact (kj) of the deviation output kact of the LAF sensor 5 (j = 1, 2, By calculating the equation (13) from d), O ₂ The estimated deviation output VO2 (k + d) bar of the sensor 6 is obtained. This is a basic calculation process (estimation algorithm) in the estimator 26.
[0077]
Note that the estimator 26 in this embodiment is an O ₂ When the estimated deviation output VO2 (k + d) bar of the sensor 6 is calculated, a filtering process is performed on the deviation output kact of the LAF sensor 5, which will be described later.
[0078]
Next, the sliding mode controller 27 will be described in detail.
[0079]
First, general sliding mode control will be briefly described with reference to FIG.
[0080]
The sliding mode control is a variable structure type feedback control technique. In this control technique, for example, the state quantity of the controlled object to be controlled is represented by x. ₁ , X ₂ These state quantities x ₁ , X ₂ Is a linear function σ = s ₁ x ₁ + S ₂ x ₂ (S ₁ , S ₂ Is used in advance to design a hyperplane represented by σ = 0. This hyperplane σ = 0 is often called a switching line when the phase space is a quadratic system (when there are two state quantities), and the linear function σ is called a switching function. When the order of the phase space is further increased, the switching line becomes a switching surface, and further, a hyperplane that cannot be geometrically illustrated. The hyperplane is sometimes called a slip plane. In the present specification, these are represented as a linear function and a hyperplane.
[0081]
Then, this sliding mode control is performed, for example, as shown by a point P in FIG. ₁ , X ₂ When σ ≠ 0, the state quantity x follows the so-called reaching law ₁ , X ₂ Is converged at high speed on the hyperplane σ = 0 by high gain control (mode 1), and the state quantity x is further controlled by so-called equivalent control input. ₁ , X ₂ On the hyperplane σ = 0 and the equilibrium point (x ₁ = X ₂ (Point of 0)) (mode 2).
[0082]
In such sliding mode control, the state quantity x ₁ , X ₂ As long as it converges on the hyperplane σ = 0, the state quantity x is extremely stable without being affected by disturbance or the like by the equivalent control input. ₁ , X ₂ Is constrained on the hyperplane σ = 0 and converged to the equilibrium point of the hyperplane σ = 0. If there is a disturbance or a modeling error of the controlled object, the state quantity x ₁ , X ₂ Strictly speaking, the above equilibrium point (x ₁ = X ₂ = 0), it converges in the vicinity of the equilibrium point.
[0083]
In such sliding mode control, in particular, in the mode 1, the state quantity x ₁ , X ₂ It is an important issue how to stably converge on the hyperplane σ = 0. In this case, if there is an influence such as disturbance, in general, the state quantity x ₁ , X ₂ Is difficult to stably converge on the hyperplane σ = 0. For this reason, in recent years, for example, as seen on pages 134 to 135 of a document entitled “Sliding Mode Control—Design Theory of Nonlinear Robust Control” published on October 20, 1994 by Corona, for example, In addition to the reaching law, a technique called adaptive sliding mode control using an adaptive law for converging the state quantity on the hyperplane while eliminating the influence of disturbance has been proposed.
[0084]
The sliding mode controller 27 of the present embodiment uses such adaptive sliding mode control to ₂ Set the output VO2 / OUT of sensor 6 to its target value VO2 / TARGET (O ₂ The deviation output VO2 of the sensor 6 is converged to “0”, and the input to be given to the target exhaust system E to be controlled (specifically, the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the LAF sensor 5 and the reference value FLAF) / BASE, which corresponds to the deviation output kact of the LAF sensor 5. This input is hereinafter referred to as SLD operation input usl), and the target air-fuel ratio KCMD is determined from the determined SLD operation input usl. To decide. An algorithm for the processing is constructed as follows.
[0085]
First, the construction of the hyperplane necessary for the adaptive sliding mode control of the sliding mode controller 27 will be described.
[0086]
The sliding mode controller 27 is ₂ Since the control is performed so that the deviation output VO2 of the sensor 6 converges to “0”, O ₂ The SLD operation input usl to be given to the target exhaust system E may be determined so that the time series data of the deviation output VO2 of the sensor 6 converges to “0”.
[0087]
Therefore, as a basic idea of the sliding mode control in the present embodiment, as the state quantity to be controlled, for example, the O obtained in each control cycle. ₂ Using the deviation output VO2 (k) of the sensor 6 and the deviation output VO2 (k-1) obtained one control cycle before, a linear function σ defining a hyperplane for sliding mode control is expressed by the following equation (14): ) To set.
[0088]
[Expression 14]

[0089]
In the present embodiment, the time series data of the estimated deviation output VO2 bar obtained by the estimator 26 is actually used as the state quantity that is a variable of the linear function. This will be described later.
[0090]
When the linear function σ is defined as described above, the hyperplane for sliding mode control is represented by σ = 0 (in this case, since there are two state quantities, the hyperplane is a straight line, see FIG. 4). The coefficient s of the linear function σ defining this hyperplane σ = 0 ₁ , S ₂ In the present embodiment, (see formula (14)) is set in advance as follows.
[0091]
That is, in a state where the vector X (hereinafter simply referred to as the state quantity X) in the equation (14) having the state quantities VO2 (k) and VO2 (k-1) as components converges on the hyperplane σ = 0, Since the value of the linear function σ is “0”, the following equation (15) is obtained from this and equation (14).
[0092]
[Expression 15]

[0093]
Here, since the system represented by Expression (15) is a first-order lag system with no input, the equilibrium point (VO2 (k) = VO2 (k-1) = 0 where the state quantity X is hyperplane σ = 0. The condition for stable convergence to the point is that the pole of the system represented by the equation (15) (in this case, this pole is “−s ₂ / S ₁ Is present in the unit circle.
[0094]
Therefore, in this embodiment, the coefficient s of the linear function σ ₁ , S ₂ Is set so as to satisfy the condition of the following equation (16).
[0095]
[Expression 16]

[0096]
In the present embodiment, the coefficient s is used for simplification. ₁ = 1 (in this case s ₂ / S ₁ = S ₂ ) <-1 <s ₂ <Coefficient s to satisfy condition of 1 ₂ Set the value of.
[0097]
On the other hand, the SLD operation input usl (LAF sensor 5) to be generated by the sliding mode controller 27 by adaptive sliding mode control in order to converge the state quantity X to the equilibrium point of the hyperplane σ = 0 set as described above. (The deviation between the air-fuel ratio of the exhaust gas detected in step 1 and the reference value FLAF / BASE) is equivalent control input to be given to the target exhaust system E according to the control law for constraining the state quantity X on the hyperplane σ = 0. ueq, the input urch to be applied to the target exhaust system E in accordance with the reaching law for converging the state quantity X to the hyperplane σ = 0 (hereinafter referred to as the reaching law input urch), and the state quantity by compensating for the influence of disturbance, etc. It is represented by the sum total with an input uadp (hereinafter referred to as an adaptive law input uadp) to be given to the target exhaust system E according to an adaptive law for converging X to the hyperplane σ = 0 (see the following equation (17)).
[0098]
[Expression 17]

[0099]
In the present embodiment, the equivalent control input ueq, the reaching law input urch, and the adaptive law input uadp are based on the discrete system model represented by the above formula (1) or (11) as follows. Can be sought.
[0100]
First, regarding the equivalent control input ueq, the condition for the state quantity X to remain on the hyperplane σ = 0 is σ (k + 1) = σ (k) = 0. Using equation (14), the following equation (18) can be rewritten.
[0101]
[Formula 18]

[0102]
Here, the equivalent control input ueq is an input to be given to the target exhaust system E in order to constrain the state quantity X to the hyperplane σ = 0 (the exhaust gas air-fuel ratio detected by the LAF sensor 5 and the reference value FLAF / BASE Therefore, the deviation output kact of the LAF sensor 5 that satisfies the condition of the above equation (18) is the equivalent control input ueq.
[0103]
Therefore, the following equation (19) is obtained from the equation (18):
[0104]
[Equation 19]

[0105]
Furthermore, the following equation (20) is obtained by shifting both sides of the equation (19) by the dead time d.
[0106]
[Expression 20]

[0107]
This equation (20) is a basic equation for obtaining the equivalent control input ueq for each control cycle in this embodiment.
[0108]
Next, in the present embodiment, the reaching law input urch is basically determined by the following equation (21).
[0109]
[Expression 21]

[0110]
That is, the reaching law input urch is determined so as to be proportional to the value σ (k + d) of the linear function σ after the dead time d in consideration of the influence of the dead time d.
[0111]
In this case, the coefficient F in equation (21) (which defines the reaching law gain) is set as follows.
[0112]
That is, in the above equation (11), when kact (k) = ueq (k) + urch (k) and further using equations (14), (20), and (21), the following equation (22) is obtained.
[0113]
[Expression 22]

[0114]
Here, since the system represented by Expression (22) is a first-order lag system with no input, the value of the linear function σ converges stably on the hyperplane σ = 0 (the state quantity X is hyperplane σ = 0). The condition is that the pole of the system represented by the equation (22) (in this case, this pole is “1-F”) is present in the unit circle.
[0115]
Therefore, in this embodiment, the coefficient F that defines the reaching law input urch is set so as to satisfy the condition of the following equation (23).
[0116]
[Expression 23]

[0117]
Regarding the behavior of the value of the linear function σ, there is a possibility that the value of the linear function σ may cause a vibrational change (so-called chattering) with respect to the hyperplane σ = 0. The pole “1-F” of the system represented by the formula (22) preferably satisfies the condition of 0 <1-F <1 in addition to the above condition.
[0118]
Therefore, the coefficient F that defines the reaching law input urch is more preferably set so as to satisfy the condition of the following equation (24).
[0119]
[Expression 24]

[0120]
Next, in this embodiment, the adaptive law input uad p is basically determined by the following equation (25) (ΔT in equation (25) is the cycle of the control cycle).
[0121]
[Expression 25]

[0122]
That is, the adaptive law input uadp considers the effect of the dead time d, and the integrated value for each control cycle of the value of the linear function σ until after the dead time d (this corresponds to the integrated value of the value of the linear function σ). To be proportional to
[0123]
In this case, the coefficient G in equation (25) (which defines the gain of the adaptive law) is set as follows.
[0124]
First, assuming that an error component due to the influence of disturbance or the like between the air-fuel ratio detected by the LAF sensor 5 and the target air-fuel ratio KCMD is v, the deviation output kact of the LAF sensor 5 is the equivalent control input ueq, the reaching law input. Using urch, the adaptive law input uadp, and the error component v, it can be expressed by the following equation (26).
[0125]
[Equation 26]

[0126]
Then, when this equation (26) is applied to the above equation (11) and further equations (14), (20), (21), and (25) are used, the following equation (27) is obtained.
[0127]
[Expression 27]

[0128]
Here, when both sides of the equation (27) are Z-transformed, the following equation (28) is obtained.
[0129]
[Expression 28]

[0130]
Further, when this equation (28) is modified and arranged, the following equation (29) is obtained.
[0131]
[Expression 29]

[0132]
In the equations (28) and (29), “Σ” and “V” are obtained by Z-transforming the linear function σ and the error component v, respectively. Further, M (Z) in the equation (29) is a pulse transfer function of the linear function σ with respect to the error component v, and is represented by the upper partial expression of the equation (29).
[0133]
In this case, the condition for the linear function σ to be stable with respect to the error component v (disturbance) is the pole of the pulse transfer function M (Z), that is, the solution of the characteristic equation represented by the following equation (30) (this There are two solutions) in the unit circle,
[0134]
[30]

[0135]
The two solutions of the characteristic equation (30) are given by the following equations (31) and (32), where λm1 and λm2 are the solutions.
[0136]
[31]

[0137]
[Expression 32]

[0138]
Accordingly, the condition that the linear function σ is stable with respect to the error component v (disturbance) is that λm1 and λm2 given by the above equations (31) and (32) exist in the unit circle.
[0139]
Therefore, in this embodiment, in order to satisfy this condition, the coefficient G is set by the following equation (33).
[0140]
[Expression 33]

[0141]
The sliding mode controller 27 in the present embodiment is basically the sum (ueq + urc) of the equivalent control input ueq, the reaching law input urch and the adaptive law input uadp determined by the equations (20), (21) and (25). h + uadp) is determined as the SLD operation input usl to be given to the target exhaust system E, and is used in the equations (20), (21), and (25). ₂ The deviation outputs VO2 (k + d) and VO2 (k + d-1) of the sensor 6, the value σ (k + d) of the linear function σ, etc. are future values and cannot be actually obtained.
[0142]
Therefore, in the present embodiment, the sliding mode controller 27 is actually an O for determining the equivalent control input ueq by the equation (20). ₂ Instead of the deviation outputs VO2 (k + d) and VO2 (k + d-1) of the sensor 6, the estimated deviation output VO2 (k + d) bar obtained by the estimator 26, VO2 (k + d-1) Using the bar, the equivalent control input ueq for each control cycle is calculated by the following equation (34).
[0143]
[Expression 34]

[0144]
In the present embodiment, actually, the time series data of the estimated deviation output VO2 bar sequentially obtained by the estimator 26 as described above is set as a state quantity to be controlled, and the linear function set by the equation (14) is used. Instead of σ, a linear function σ bar is defined by the following equation (35) (this linear function σ bar is the time series data of the deviation output VO2 of the equation (14) as the time series data of the estimated deviation output VO2 bar. Equivalent to the replacement).
[0145]
[Expression 35]

[0146]
Then, the sliding mode controller 27 uses the value of the linear function σ bar represented by the equation (35) instead of the value of the linear function σ for determining the reaching law input urch by the equation (21). Using the following equation (36), the reaching law input urch for each control cycle is calculated.
[0147]
[Expression 36]

[0148]
Similarly, the sliding mode controller 27 uses the value of the linear function σ bar represented by the equation (35) instead of the value of the linear function σ for determining the adaptive law input uadp according to the equation (25). Is used to calculate the adaptive law input uadp for each control cycle according to the following equation (37).
[0149]
[Expression 37]

[0150]
The gain coefficients a1, a2, and b1 required for calculating the equivalent control input ueq, the reaching law input urch, and the adaptive law input uadp by the equations (34), (36), and (37) are as follows: In the embodiment, the latest identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, and b1 (k) hat obtained by the identifier 25 are basically used.
[0151]
The sliding mode controller 27 should give the target exhaust system E the sum of the equivalent control input ueq, the reaching law input urch, and the adaptive law input uadp respectively obtained by the equations (34), (36), and (37). Obtained as the SLD operation input usl (see the equation (17)). In this case, the coefficient s used in the equations (34), (36), and (37). ₁ , S ₂ , F, G are set as described above.
[0152]
This is a basic algorithm for determining the SLD operation input usl to be given to the target exhaust system E for each control cycle by the sliding mode controller 27 in the present embodiment. By determining the SLD operation input usl in this way, the SLD operation input usl becomes O ₂ The estimated deviation output VO2 bar of the sensor 6 is converged to “0” (resulting in O ₂ The output VO2 bar of the sensor 6 is determined to converge to the target value VO2 / TARGET).
[0153]
By the way, although the sliding mode controller 27 in this embodiment finally obtains the target air-fuel ratio KCMD sequentially for each control cycle, the SLD operation input usl obtained as described above is detected by the LAF sensor 5. Means a target value of deviation between the air-fuel ratio of exhaust gas and the reference value FLAF / BASE. Therefore, the sliding mode controller 27 finally adds the reference value FL AF / BASE to the SLD operation input usl obtained as described above for each control cycle as shown in the following equation (38). Thus, the target air-fuel ratio KCMD is determined.
[0154]
[Formula 38]

[0155]
The above is the basic algorithm for determining the target air-fuel ratio KCMD by the sliding mode controller 27 in the present embodiment.
[0156]
In the present embodiment, the stability of the adaptive sliding mode control process by the sliding mode controller 27 is determined to limit the value of the SLD operation input usl, which will be described later.
[0157]
Next, the global feedback control unit 15, particularly the adaptive controller 18, will be further described.
[0158]
Referring to FIG. 1, the global feedback control unit 15 performs feedback control so as to converge the output KACT (detected air-fuel ratio) of the LAF sensor 5 to the target air-fuel ratio KCMD as described above. At this time, if such feedback control is performed only by the well-known PID control, stable controllability is secured against dynamic behavior changes such as changes in the operating state of the engine 1 and changes over time. Is difficult.
[0159]
The adaptive controller 18 enables feedback control that compensates for the dynamic behavior change of the engine 1 as described above. D. As shown in FIG. 5, using the parameter adjustment rule proposed by Landau et al., The parameter adjustment unit 28 for setting a plurality of adaptive parameters, and the feedback manipulated variable KSTR is calculated using the set adaptive parameters. The operation amount calculation unit 29 is configured.
[0160]
Here, the parameter adjustment unit 28 will be described. According to Landau's adjustment rule, the transfer function B (Z ^-1 ) / A (Z ^-1 ) In general, the adaptive parameter θ hat (j) (j indicates the number of the control cycle) set by the parameter adjustment unit 28 when the polynomial in the denominator numerator is set as in the following formulas (39) and (40). ) Is represented by a vector (transposed vector) as shown in Expression (41). Further, the input ζ (j) to the parameter adjustment unit 28 is expressed as in Expression (42). In this case, in the present embodiment, the engine 1 that is the control target of the global feedback control unit 15 is the primary system and is a dead time d for three control cycles. _p Considering that the plant has (the time corresponding to three combustion cycles of the engine 1), m = n = 1, d in the equations (39) to (42). _p = 3 and the adaptive parameter to be set is s ₀ , R ₁ , R ₂ , R _Three , B ₀ (See FIG. 5). It should be noted that u in the upper and middle formulas of formula (42) _s , Y _s Is a general representation of the input (operation amount) to the controlled object and the output (controlled amount) of the controlled object. In this embodiment, the input is the feedback manipulated variable KSTR, the controlled object (engine). The output of 1) is the output KACT (detected air-fuel ratio) of the LAF sensor 5, and the input ζ (j) to the parameter adjustment unit 28 is expressed by the lower equation of equation (42) (see FIG. 5).
[0161]
[39]

[0162]
[Formula 40]

[0163]
[Expression 41]

[0164]
[Expression 42]

[0165]
Here, the adaptive parameter θ hat shown in the equation (41) is a scalar quantity element b that determines the gain of the adaptive controller 18. ₀ hat ^-1 (Z ^-1 , J), control element BR hat (Z ^-1 , J) and the control element S (Z expressed using the control amount ^-1 , J), and are expressed by the following equations (43) to (45) (see the block diagram of the operation amount calculation unit 29 in FIG. 5).
[0166]
[Equation 43]

[0167]
(44)

[0168]
[Equation 45]

[0169]
The parameter adjustment unit 28 sets each coefficient of these scalar quantity elements and control elements, and gives them to the operation quantity calculation unit 29 as the adaptive parameter θ hat shown in the equation (26). Using the time series data of the feedback manipulated variable KSTR and the output KACT of the LAF sensor 5, the adaptive parameter θ hat is calculated so that the output KACT matches the target air-fuel ratio KCMD.
[0170]
In this case, specifically, the adaptive parameter θ hat is calculated by the following equation (46).
[0171]
[Equation 46]

[0172]
In the equation (46), Γ (j) is a gain matrix that determines the setting speed of the adaptive parameter θ hat (the order of this matrix is m + n + d _p ), E asterisk (j) indicates an estimation error of the adaptive parameter θ hat, and is represented by a recurrence formula as shown in equations (47) and (48), respectively.
[0173]
[Equation 47]

[0174]
[Formula 48]

[0175]
Here, “D (Z ^-1 ) "Is an asymptotically stable polynomial for adjusting the convergence. In this embodiment, D (Z ^-1 ) = 1.
[0176]
Note that λ in equation (47) ₁ (j), λ ₂ Depending on how (j) is selected, various specific algorithms such as a gradual decrease gain algorithm, a variable gain algorithm, a fixed trace algorithm, and a fixed gain algorithm can be obtained. In a time-varying plant such as fuel injection or air-fuel ratio of the engine 1, any of a gradually decreasing gain algorithm, a variable gain algorithm, a fixed gain algorithm, and a fixed trace algorithm is suitable.
[0177]
As described above, the adaptive parameter θ hat (s ₀ , R ₁ , R ₂ , R _Three , B ₀ ) And the target air-fuel ratio KCMD determined by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13, the manipulated variable calculator 29 obtains the feedback manipulated variable KSTR by the recurrence formula of the following equation (49). The operation amount calculation unit 29 in FIG. 5 represents the calculation of the equation (49) in a block diagram.
[0178]
[Formula 49]

[0179]
The feedback manipulated variable KSTR obtained by the equation (49) becomes “target air-fuel ratio KCMD” when the output KACT of the LAF sensor 5 matches the target air-fuel ratio KCMD. Therefore, as described above, the feedback operation amount KSTR that can be used as the feedback correction coefficient KFB is obtained by dividing the feedback operation amount KSTR by the target air-fuel ratio KCMD by the division processing unit 19.
[0180]
As is apparent from the above, the adaptive controller 18 constructed in this way is a recursive controller that takes into account the dynamic behavior change of the engine 1 to be controlled. In other words, In order to compensate for the dynamic behavior change of the engine 1, it is a controller described in a recursive form. More specifically, it can be defined as a controller having an adaptive parameter adjustment mechanism in a recurrence form.
[0181]
Note that this type of recurrence type controller may be constructed using a so-called optimum regulator. In this case, however, the parameter adjusting mechanism is generally not provided, and the dynamics of the engine 1 are not provided. In order to compensate for such a change in behavior, the adaptive controller 18 configured as described above is suitable.
[0182]
The above is the details of the adaptive controller 18 employed in the present embodiment.
[0183]
The PID controller 17 provided in the global feedback control unit 15 together with the adaptive controller 18 is similar to general PID control, and outputs KACT (detected air-fuel ratio) of the LAF sensor 5 and its target air-fuel ratio KCMD. From the deviation, a proportional term (P term), an integral term (I term) and a differential term (D term) are calculated, and the sum of these terms is calculated as a feedback manipulated variable KLAF. In this case, in this embodiment, by setting the initial value of the integral term (I term) to “1”, the feedback manipulated variable KLAF is “1” when the output KACT of the LAF sensor 5 matches the target air-fuel ratio KCMD. The feedback manipulated variable KLAF can be used as it is as the feedback correction coefficient KFB for correcting the fuel injection amount. Further, the gains of the proportional term, the integral term, and the differential term are determined using a predetermined map from the rotation speed of the engine 1 and the intake pressure.
[0184]
In addition, the switching unit 20 of the global feedback control unit 15 is likely to cause unstable combustion of the engine 1 such as when the cooling water temperature of the engine 1 is low, during high-speed rotation operation, or when the intake pressure is low. Alternatively, when the change in the target air-fuel ratio KCMD is large, or immediately after the start of air-fuel ratio feedback control, the output KACT of the LAF sensor 6 corresponding thereto is not reliable due to the response delay of the LAF sensor 5 or the like. Alternatively, when the operating state of the engine 1 is extremely stable, such as when the engine 1 is idling, and high gain control by the adaptive controller 18 is not required, the feedback manipulated variable KLAF obtained by the PID controller 17 Is output as a feedback correction amount number KFB for correcting the fuel injection amount. In a state other than the above case, a feedback correction coefficient KFB for correcting the fuel injection amount is a feedback operation amount kstr obtained by dividing the feedback operation amount KSTR obtained by the adaptive controller 18 by the target air-fuel ratio KCMD. Output as. This is because the adaptive controller 18 functions so as to rapidly converge the output KACT (detected air-fuel ratio) of the LAF sensor 5 to the target air-fuel ratio KCMD with high gain control. If the feedback operation amount KSTR of the adaptive controller 18 is used when the output becomes unstable or the output KACT of the LAF sensor 5 is not reliable, the air-fuel ratio control may become unstable. Because there is.
[0185]
Such an operation of the switching unit 20 is disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 8-105345 by the applicant of the present application, and further description thereof is omitted here.
[0186]
Next, details of the operation of the apparatus of the present embodiment will be described.
[0187]
Here, first, a control cycle of processing performed by the control unit 7 will be described. The control of the fuel supply amount (fuel injection amount) of the engine 1 needs to be synchronized with the rotation speed of the engine 1, and in this embodiment, therefore, in the present embodiment, the basic fuel injection amount calculation unit 8 and the first correction coefficient. The processes of the calculation unit 9, the second correction coefficient calculation unit 10, and the feedback control unit 14 are performed in a control cycle synchronized with the crank angle cycle (so-called TDC) of the engine 1. In this case, the LAF sensor 5 and the O ₂ Reading of output data of various sensors such as the sensor 6 is also performed in a control cycle synchronized with a crank angle cycle (so-called TDC).
[0188]
On the other hand, the determination processing of the target air-fuel ratio KCMD of the exhaust gas upstream of the catalyst device 3 by the air-fuel ratio manipulated variable determination unit 13 is performed in a constant control cycle in consideration of dead time, calculation load, etc. existing in the catalyst device 3. It is preferable. For this reason, in the present embodiment, the processing as described above in the air-fuel ratio manipulated variable determination unit 13 and the processing of the subtraction processing units 11 and 12 for calculating the deviation outputs kact and VO2 necessary for the processing are performed at a constant cycle. The control cycle is (for example, 30 to 100 ms).
[0189]
In addition, what is necessary is just to determine this fixed period according to the kind, reaction rate, volume, etc. of the catalyst apparatus 3 which is a control object. Further, in the present embodiment, in the operation state (more specifically, the state of the engine speed) in which the process by the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 is being performed, the time interval of the constant cycle is the crank angle cycle. It is set to be larger than the time interval of (TDC).
[0190]
Assuming the above, first, referring to the flowcharts of FIGS. 6 and 7, the output fuel injection amount #nTout (n = 1, n) for each cylinder of the engine 1 for controlling the fuel supply amount of the engine 1 2, 3, 4) calculation processing will be described. The control unit 7 performs the following processing in a control cycle in which the output fuel injection amount #nTout for each cylinder is synchronized with the crank angle cycle of the engine 1.
[0191]
First, referring to FIG. 6, the control unit 7 includes the LAF sensor 5 and O ₂ The outputs of various sensors including the sensor 6 are read (STEPa). In this case, the outputs KACT and O of the LAF sensor 5 ₂ The outputs VO2 / OUT of the sensors 6 are stored and held in a memory (not shown) in a time series including those obtained in the past.
[0192]
Next, the basic fuel injection amount Tim obtained by correcting the fuel injection amount corresponding to the engine speed NE and the intake pressure PB according to the effective opening area of the throttle valve by the basic fuel injection amount calculation unit 8 as described above. Further, the first correction coefficient KTOTAL corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, the purge amount of the canister, etc. is calculated by the first correction coefficient calculator 9 (STEPc).
[0193]
Next, the control unit 7 performs a determination process of whether or not to use the target air-fuel ratio KCMD generated by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 (herein referred to as ON / OFF of the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13). Thus, the value of the flag f / prism / on that defines ON / OFF of the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 is set (STEPd). When the value of the flag f / prism / on is “0”, it means that the target air-fuel ratio KCMD generated by the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 is not used (OFF), and is “1”. Means that the target air-fuel ratio KCMD generated by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 is used (ON).
[0194]
In the above discrimination processing, as shown in FIG. ₂ It is determined whether or not the sensor 6 and the LAF sensor 5 are activated (STEPd-1, d-2). If any of them is not activated, it is used for the processing of the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13. O to do ₂ Since the detection data of the sensor 6 and the LAF sensor 5 cannot be obtained with high accuracy, the value of the flag f / prism / on is set to “0” (STEP d-10).
[0195]
Whether or not the engine 1 is in a lean operation (lean combustion operation) (STEP d-3), the ignition timing of the engine 1 is retarded in order to activate the catalyst device 3 immediately after the engine 1 is started. (STEPd-4), whether the throttle valve of the engine 1 is fully open (STEPd-5), and whether the fuel supply to the engine 1 is stopped (STEPd-6) ) Is determined and the fuel supply of the engine 1 is controlled using the target air-fuel ratio KCMD generated by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13. Is not preferable, the value of the flag f / prism / on is set to “0” (STEPd-10).
[0196]
Further, it is determined whether or not the engine speed NE and the intake pressure PB are within a predetermined range (STEP d-7, d-8). Since it is not preferable to control the fuel supply of the engine 1 using the target air-fuel ratio KCMD generated by the fuel ratio manipulated variable determiner 13, the value of the flag f / prism / on is set to “0” (STEPd− 10).
[0197]
When the conditions of STEPd-1, d-2, d-7, and d-8 are satisfied and the conditions of STEPd-3, d-4, d-5, and d-6 are not satisfied, The value of the flag f / prism / on is set to “1” in order to use the target air-fuel ratio KCMD generated by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 for controlling the fuel supply of the engine 1 (STEP d-9).
[0198]
Returning to FIG. 6, after setting the value of the flag f / prism / on as described above, the control unit 7 determines the value of the flag f / prism / on (STEPe), and f / prism / on = 1. If it is, the latest target air-fuel ratio KCMD generated by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 is read (STEPf). If f / prism / on = 0, the target air-fuel ratio KCMD is set to a predetermined value (STEPg). In this case, the predetermined value set as the target air-fuel ratio KCMD is determined using, for example, a map determined in advance from the rotational speed NE of the engine 1 or the intake pressure PB.
[0199]
Next, the control unit 7 uses the PID controller 22 based on the actual air-fuel ratio # nA / F for each cylinder estimated from the output KACT of the LAF sensor 5 by the observer 21 in the local feedback control unit 16 as described above. The feedback correction coefficient #nKLAF is calculated so as to eliminate the variation among the cylinders (STEPh), and the feedback correction coefficient KFB is calculated by the global feedback control unit 15 (STEPi).
[0200]
In this case, as described above, the global feedback control unit 15 divides the feedback manipulated variable KLAF obtained by the PID controller 17 and the feedback manipulated variable KSTR obtained by the adaptive controller 18 by the target air-fuel ratio KCMD. From the operation amount kstr, either one of the feedback operation amounts KLAF or kstr is selected by the switching unit 20 according to the operating state of the engine 1 (usually, the feedback operation amount kstr on the adaptive controller 18 side is selected). ), And output it as a feedback correction amount KFB for correcting the fuel injection amount. Note that when the feedback correction coefficient KFB is switched from the feedback operation amount KLAF on the PID controller 17 side to the feedback operation amount kstr on the adaptive controller 18 side, in order to avoid a sudden change of the correction coefficient KFB, the adaptive controller 18 determines the feedback manipulated variable KSTR so that the correction coefficient KFB is held at the previous correction coefficient KFB (= KLAF) only in the control cycle at the time of switching. Similarly, when switching the correction coefficient KFB from the feedback manipulated variable kstr on the adaptive controller 18 side to the feedback manipulated variable KLAF on the PID controller 17 side, the PID controller 17 obtains itself in the previous control cycle. The current correction coefficient KLAF is calculated assuming that the feedback manipulated variable KLAF was the previous correction coefficient KFB (= kstr).
[0201]
After the feedback correction coefficient KFB is calculated as described above, the second correction coefficient KCMDM corresponding to the target air-fuel ratio KCMD determined in STEPf or STEPg is further calculated by the second correction coefficient calculator 10 ( STEPj).
[0202]
Next, the control unit 7 adds the first correction coefficient K TOTAL, the second correction coefficient KCMDM, the feedback correction coefficient KFB, and the feedback correction coefficient #nKLAF for each cylinder to the basic fuel injection amount Tim obtained as described above. By multiplying, the output fuel injection amount #nTout for each cylinder is obtained (STEPk). Then, after the output fuel injection amount #nTout for each cylinder is corrected by the adhesion correction unit 23 in consideration of the adhesion of the wall surface of the intake pipe of the engine 1 (STEPm), the fuel injection device (not shown) of the engine 1 (STEPn).
[0203]
In the engine 1, fuel is injected into each cylinder according to the output fuel injection amount #nTout for each cylinder.
[0204]
The calculation of the output fuel injection amount #nTout for each cylinder as described above and the fuel injection to the engine 1 according to the calculation are sequentially performed at a cycle time synchronized with the crank angle cycle of the engine 1, thereby the output of the LAF sensor 5. The fuel supply amount (fuel injection amount) of the engine 1 is controlled so that KACT (the detected air-fuel ratio of the exhaust gas entering the catalyst device 3) converges to the target air-fuel ratio KCMD. In this case, in particular, when the feedback manipulated variable kstr on the adaptive control unit 18 side is used as the feedback correction coefficient KFB, high stability against changes in behavior such as changes in the operating state of the engine 1 and changes in characteristics. Therefore, the output KACT of the LAF sensor 5 is rapidly controlled to converge to the target air-fuel ratio KCMD.
[0205]
On the other hand, in parallel with the fuel control of the engine 1 as described above, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 performs a main routine process shown in the flowchart of FIG. 8 in a constant control cycle.
[0206]
That is, referring to the flowchart of FIG. 8, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 first executes its own calculation process (the calculation process of the identifier 25, the estimator 26, and the sliding mode controller 27). Is determined, and the value of the flag f / prism / cal that defines whether or not the execution is possible is set (STEP 1). When the value of the flag f / prism / cal is “0”, it means that the arithmetic processing in the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 is not performed, and when it is “1”, the air-fuel ratio manipulated variable determiner This means that the calculation processing in 13 is performed.
[0207]
The above determination processing is performed as shown in the flowchart of FIG.
[0208]
That is, as in the case of STEPd in FIG. ₂ It is determined whether or not the sensor 6 and the LAF sensor 5 are activated (STEP 1-1 and 1-2), and when any of them is not activated, the calculation processing of the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 is performed. O to use ₂ Since the detection data of the sensor 6 and the LAF sensor 5 cannot be obtained with high accuracy, the value of the flag f / prism / cal is set to “0” (STEP 1-6). Further, at this time, in order to perform the initialization of the identifier 25 which will be described later, the value of the flag f / id / reset that defines whether or not to perform the initialization is set to “1” (STEP 1-7). Here, the value of the flag f / id / reset means that initialization is performed when it is “1”, and that initialization is not performed when it is “0”.
[0209]
Further, whether or not the engine 1 is in a lean operation (lean combustion operation) (STEP 1-3) and the ignition timing of the engine 1 is retarded in order to activate the catalyst device 3 immediately after the engine 1 is started. Whether or not (STEP1-4) is controlled, and if any of these conditions is satisfied, O ₂ Even if the target air-fuel ratio KCMD is calculated so that the output VO2 / OUT of the sensor 6 is set to the target value VO2 / TARGET, it is not used for fuel control of the engine 1, so the flag f / prism / cal Is set to “0” (STEP 1-6), and the value of the flag f / id / reset is set to “1” in order to initialize the identifier 25 (STEP 1-7).
[0210]
Returning to FIG. 8, after performing the discrimination processing as described above, the air-fuel ratio manipulated variable determination unit 13 further executes the identification (update) processing of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25. A determination process of whether or not to execute is performed, and a value of a flag f / id / cal that defines whether or not the execution is possible is set (STEP 2). When the value of the flag f / id / cal is “0”, it means that the identification (update) processing of the gain coefficients a1, a2, b1 by the identifier 25 is not performed. It means that identification (update) processing is performed.
[0211]
The determination process of STEP2 is performed as shown in the flowchart of FIG.
[0212]
That is, whether the throttle valve of the engine 1 is fully open (STEP 2-1), whether the fuel supply to the engine 1 is stopped (STEP 2-2), and whether the engine 1 is idling. (STEP2-3) is determined, and if any of these conditions is satisfied, it is difficult to properly identify the gain coefficients a1, a2, and b1, so the flag f The value of / id / cal is set to “0” (STEP 2-5). If none of the conditions in STEP2-1 to 2-3 is satisfied, the flag f / id / cal is used to execute the identification (update) processing of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25. Is set to "1" (STEP2-4).
[0213]
Returning to FIG. 8, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 next receives the latest deviation outputs kact (k) (= KACT−FLAF / BASE) and VO2 (k) ( = VO2 / OUT-VO2 / TARGET) is acquired (STEP 3). In this case, the subtraction processing units 11 and 12 output the outputs KACT and O of the LAF sensor 5 taken in STEPa of FIG. 6 and stored in a memory (not shown). ₂ The latest output is selected from the time series data of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to calculate the deviation outputs kact (k) and VO2 (k), which are given to the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13. The deviation outputs kact (k) and VO2 (k) given to the air / fuel ratio manipulated variable determiner 13 are time-series including those given in the past in the air / fuel ratio manipulated variable determiner 13. Are stored in a memory (not shown).
[0214]
Next, the air / fuel ratio manipulated variable determiner 13 determines the value of the flag f / prism / cal set in STEP 1 (STEP 4). If f / prism / cal = 0, that is, the air / fuel ratio manipulated variable is determined. When the calculation process of the unit 13 is not performed, the SLD operation input usl to the target exhaust system E to be obtained by the sliding mode controller 27 is forcibly set to a predetermined value (STEP 12). In this case, the predetermined value is, for example, a predetermined fixed value (for example, “0”) or the value of the SLD operation input usl determined in the previous control cycle. When the SLD operation input usl is set to a predetermined value as described above, the air-fuel ratio operation amount determination unit 13 adds the reference value FLAF / BASE to the SLD operation input usl having the predetermined value, thereby controlling the current control. The target air-fuel ratio KCMD in the cycle is determined (STEP 13), and the process of the current control cycle is terminated.
[0215]
On the other hand, if it is determined in STEP 4 that f / prism / cal = 1, that is, when the calculation process of the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 is performed, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 uses the identifier 25. Arithmetic processing is performed (STEP 5).
[0216]
The arithmetic processing by the identifier 25 is performed as shown in the flowchart of FIG.
[0217]
That is, the identifier 25 first determines the value of the flag f / id / cal set in STEP 2 (STEP 5-1). If f / id / cal = 0 at this time, the identification processing of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25 is not performed as described above, and the process immediately returns to the main routine of FIG.
[0218]
On the other hand, if f / id / cal = 1, the identifier 25 further sets the value of the flag f / id / reset related to the initialization of the identifier 25 (this value is set in STEP 1 or the like). (STEP5-2), and if f / id / reset = 1, the identifier 25 is initialized (STEP5-3). In this initialization, the values of the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat are set to predetermined initial values (initialization of the identification gain coefficient vector Θ in Expression (3)), and the expression ( Each component of the matrix P (diagonal matrix) in 9) is set to a predetermined initial value. Further, the value of the flag f / id / reset is reset to “0”.
[0219]
Next, the identifier 25 is a discrete system model of the target exhaust system E expressed using the current identification gain coefficients a1 (k-1) hat, a2 (k-1) hat, and b1 (k-1) hat ( O in the formula (2)) ₂ The identification deviation output VO2 (k) hat of the sensor 6 is used as the deviation output VO2 and kact past data VO2 (k-1), VO2 (k-2), kact (kd) acquired for each control cycle in STEP3. -1) and the identification gain coefficient a1 (k-1) hat, a2 (k-1) hat, and b1 (k-1) hat, the above equation (2) or the equivalent equation (5) ) (STEP 5-4).
[0220]
Further, the identifier 25 calculates the vector Kθ (k) to be used when determining new identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat by the equation (8) (STEP 5-5), and will be described below. Management processing of the identifier 25 to be performed is performed (STEP 5-6).
[0221]
Here, first, O ₂ The relationship between the behavior of the output VO2 / OUT or the deviation output VO2 of the sensor 6 and the identification by the identifier 25 of the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model of the target exhaust system E will be described.
[0222]
Referring to FIG. ₂ The output VO2 / OUT or the deviation output VO2 of the sensor 6 indicates the air-fuel ratio of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3, and the air-fuel ratio of this exhaust gas generally changes from the lean side to the rich side as shown in the figure. Is performed relatively rapidly (O ₂ The output VO2 / OUT or the deviation output VO2 of the sensor 6 has a relatively large temporal change degree), and the change from the rich side to the lean side is performed relatively slowly (O ₂ The temporal change degree of the output VO2 / OUT of the sensor 6 or the deviation output VO2 is relatively small). According to the knowledge of the present inventors, the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model of the target exhaust system E are set to O ₂ When identifying using output VO2 / OUT or deviation output VO2 of sensor 6, O ₂ In a state where the temporal change degree of the output VO2 / OUT or the deviation output VO2 of the sensor 6 is relatively small, the identification values of the gain coefficients a1, a2, and b1 become too small, and the appropriate identification gain coefficients a1 hat and a2 It is likely that the hat and b1 hat cannot be obtained.
[0223]
Therefore, in this embodiment, the identification (update) of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25 is performed as O ₂ The air-fuel ratio indicated by the output VO2 / OUT or the deviation output VO2 of the sensor 6 is set in a behavior state in which the air-fuel ratio changes from the lean side to the rich side, and the management process specifies the behavior state as described above. It is processing of.
[0224]
On the other hand, referring to FIG. 13, according to the control of the present embodiment using the adaptive sliding mode control, O ₂ The state quantity X (VO2 (k), VO2 (k-1)) of the deviation output VO2 of the sensor 6 is the state quantity X when the initial state of the state quantity X is, for example, a point Q in the figure. Changes as shown by the locus line W with respect to the hyperplane σ = 0. In this case, in this figure, basically, the state quantity X is changing above the hyperplane σ = 0 (at this time, the value of the linear function σ defined by the state quantity X is positive). Is a change state of the air-fuel ratio of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3 from the lean side to the rich side, and the state quantity X is changing below the hyperplane σ = 0 (at this time, depending on the state quantity X The value of the defined linear function σ is negative), but is a change state from the rich side to the lean side.
[0225]
Therefore, the determination as to whether or not the air-fuel ratio of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3 changes from the lean side to the rich side basically depends on whether or not the value of the linear function σ is positive. Judgment can be made. However, if it is determined whether or not the behavior state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas changes from the lean side to the rich side depending on whether or not the value of the linear function σ is positive in this way, the state quantity X exceeds Even if the plane σ = 0 slightly changes, the determination result as to whether the air-fuel ratio of the exhaust gas changes from the lean side to the rich side changes, and the gain coefficient depends on the determination result. It is not preferable for stably performing identification (update) processing of a1, a2, and b1.
[0226]
For this reason, in the present embodiment, a management function γ defined using time series data of the deviation output VO2 is introduced by the following equation (50),
[0227]
[Equation 50]

[0228]
The management hyperplane (in this case, a straight line) represented by the coefficients m1, m2, and m3 of the management function γ is represented by γ = 0, as shown in FIG. 13, the sliding plane control hyperplane σ = It was set to be slightly above 0 (region where σ> 0). In this embodiment, the coefficient s of the linear function σ ₁ Is set to “1”, the coefficient m1 of the management function γ is set to “1”.
[0229]
When such a management function γ is introduced, in a state where γ ≧ 0, the air-fuel ratio of the exhaust gas surely changes from the lean side to the rich side. This can be performed stably depending on whether the value of the function γ is positive (including “0”).
[0230]
The management processing in STEP 5-6 is performed using the management function γ defined as described above. ₂ A behavior state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas indicated by the deviation output VO2 of the sensor 6 changes from the lean side to the rich side, that is, a behavior state suitable for identification (updating) of the gain coefficients a1, a2, b1 by the identifier 25 The process is specifically performed as follows.
[0231]
That is, referring to the flowchart of FIG. 14, the identifier 25 determines the latest deviation output VO2 (k) acquired in STEP 3 (see FIG. 8) and the deviation output VO2 (k-1) in the previous control cycle. Is used to calculate the value of the management function γ using the equation (50) (STEP 5-6-1).
[0232]
Next, the identifier 25 determines whether or not γ ≧ 0 (STEP 5-6-2). If γ ≧ 0, the behavior state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas changes from the lean side to the rich side. Is set to “1” (STEP 5-6-3). When γ <0, the value of the flag f / id / mng is set to “0”. "(STEP 5-6-4).
[0233]
Thereby, it is a behavior state suitable for the identification (update) of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25, that is, whether or not the behavior of the exhaust gas air-fuel ratio changes from the lean side to the rich side. Is indicated by the value of f / id / mng.
[0234]
Returning to the description of FIG. 11, after performing the management process as described above, the identifier 25 determines the value of the flag f / id / mng set in the process (STEP 5-7), and f / id. When / mng = 1, that is, a behavior state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas that has passed through the catalytic device 3 changes from the lean side to the rich side (behavior state suitable for identifying (updating) the gain coefficients a1, a2, and b1) The identification error id / e (O on the discrete system model) ₂ Deviation between the sensor's identified deviation output VO2 hat and the actual deviation output VO2. (See Expression (6)) (STEP 5-8), and when f / id / mng = 0, the value of the identification error id / e is forcibly set to “0” (STEP 5-9) .
[0235]
Then, the identifier 25 uses the identification error id / e obtained in STEP 5-8 or STEP 5-9 and Kθ calculated in STEP 5-5 to obtain a new identification gain coefficient vector according to the equation (7). Θ (k), that is, new identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, and b1 (k) hat are calculated (STEP 5-10).
[0236]
Here, the identification error id / e in STEP 5-8 may be basically calculated according to the equation (6). In the present embodiment, for example, FIG. 15A shows a block diagram. As described above, after filtering the same characteristics to the deviation output VO2 acquired for each control cycle in STEP3 (see FIG. 8) and the identification deviation output VO2 hat calculated for each control cycle in STEP5-4, The identification error id / e is calculated in STEP5-8.
[0237]
That is, referring to FIG. 16, the output change (O of the target exhaust system E with respect to the input change of the target exhaust system E including the catalyst device 3 (change in the output KACT or deviation output kact of the LAF sensor 5). ₂ The gain frequency characteristic of the output VO2 / OUT or the deviation output VO2 of the sensor 6 is generally a low-pass characteristic having a frequency pass characteristic in the low frequency band C as indicated by a solid line in the figure. Therefore, O ₂ In order to control the output VO2 / OUT of the sensor 6 (output of the target exhaust system E) to the target value VO2 / TARGET, the target air-fuel ratio KCMD (target value of input of the target exhaust system E) is determined by the sliding mode controller 27. Above, it is necessary to emphasize the low frequency band C.
[0238]
The sliding mode controller 27 basically has the gain coefficients a1, a2, b1 of the discrete system model identified by the above-described equation (7) by the identifier 25 as described above, that is, the identified gain coefficients a1 hat, a2 hat. , B1 hat is used to obtain the target air-fuel ratio KCMD, the frequency characteristics of the discrete system model determined by the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat are also the same as the frequency characteristics of the actual target exhaust system E It is preferable to have a frequency characteristic with such a tendency (a low-pass characteristic having a frequency pass characteristic in the low frequency band C).
[0239]
On the other hand, the arithmetic processing (see formulas (7) to (9)) for identifying the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model by the identifier 25 is performed because, for example, the target exhaust system E has a low-pass characteristic. As shown by a virtual line in FIG. 16, the low frequency band C has a weight on the high frequency side. For this reason, if the identification gain coefficients a1, hat, b1 hat are obtained according to the identification error id / e obtained using the identification deviation output VO2 hat and the deviation output VO2 as they are, the identification gain coefficient a1 hat is obtained. , A2 hat, b1 hat frequency characteristics of the discrete system model is not compatible with the actual frequency characteristics of the target exhaust system E, the characteristics that emphasize the gain characteristics of the target exhaust system E outside the low frequency band C Become. In particular, the gain of the discrete system model in the low frequency band C tends to be smaller than the actual gain of the target exhaust system E.
[0240]
Therefore, in the present embodiment, as shown by the alternate long and short dash line in FIG. 16, after filtering the characteristic having a weight in the low frequency band C (low-pass characteristic) on the deviation output VO2 and the identification deviation output VO2 hat, STEP5 The identification error id / e at -8 is calculated.
[0241]
In this low pass characteristic filtering process, the deviation output VO2 acquired in STEP 3 (FIG. 8) and the identification deviation output VO2 hat calculated in STEP 5-4 are respectively stored in time series. For each of the time-series data of the deviation output VO2 and the identified deviation output VO2 hat, the calculation is performed by calculating the addition average or the weighted addition average of a predetermined number of data that has been reversed from the present to the past for each control cycle. . This is a technique of a digital filter and is a technique generally called moving average processing. Then, the calculation of the identification error id / e in STEP5-8 is performed by subtracting the filtering value of the identification deviation output VO2 hat from the filtering value of the deviation output VO2 obtained by the above moving average process.
[0242]
By performing such filtering processing, the frequency characteristics of the discrete system model determined by the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat obtained from the identification error id / e by the above equation (7) are shown in FIG. As shown to a), it can be set as the frequency characteristic of the tendency similar to the frequency characteristic of the actual target exhaust system E. FIG.
[0243]
In this case, in this embodiment, as shown in FIG. 17A, the gain at each frequency of the discrete system model is further slightly larger than the gain at each frequency of the target exhaust system E as a whole. Set weighting characteristics for filtering. By doing so, in the discrete system model and the target exhaust system E, a certain output change (specifically, O ₂ An input change (change in the output KACT or deviation output kact of the LAF sensor 5) that causes the output VO2 / OUT of the sensor 6 to coincide with the target value VO2 / TARGET) is the target exhaust in the discrete model. It becomes smaller than the system E. For this reason, the SLD operation input usl obtained as an input to be given to the target exhaust system E by the sliding mode controller 27 using the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat of such a discrete system model is each frequency. Becomes a small value, and O ₂ The stability of the convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be improved.
[0244]
In this embodiment, as shown in FIG. 17A, the weighting characteristic of the filtering is set so that the gain at each frequency of the discrete system model is slightly larger overall than the gain at each frequency of the target exhaust system E. For example, as shown in FIG. 17B, the frequency characteristic of the gain of the discrete system model in the low frequency band C is substantially the same as the frequency characteristic of the gain of the target exhaust system E, and the low frequency band C In the frequency band on the higher frequency side, the filtering weight characteristic is set so that the gain of the discrete system model is slightly larger than the gain of the target exhaust system E, as in the case of FIG. It may be.
[0245]
In this way, on the higher frequency side than the low frequency band C (frequency band in which the gain of the target exhaust system E is relatively small), as in the case of FIG. ₂ The stability of the convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET is improved, and at the same time, the SLD operation adapted to the characteristics of the actual target exhaust system E in the low frequency band C important for the control. The input usl can be determined by the sliding mode controller 27 and O ₂ It is possible to ensure quick follow-up (rapid response) of convergence of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET.
[0246]
Further, in the present embodiment, as shown in the block diagram of FIG. 15A, after the filtering is performed on the deviation output VO2 and the identification deviation output VO2 hat, the identification error id / e is calculated. However, as shown in FIG. 15B, for example, before calculating the identification deviation output VO2 hat in STEP 5-4, the deviation outputs kact and VO2 used for the calculation are filtered with the same characteristics. Alternatively, the identification error id / e may be calculated from the identification deviation output VO2 hat calculated from the filtering values according to the equation (5) and the filtering value of the deviation output VO2 previously filtered. Alternatively, as shown in FIG. 15 (c), the identification error id / e is calculated from the identification deviation output VO2 hat calculated using the deviation outputs kact and VO2 as they are and the deviation output VO2 using the equation (6) as it is. Later, the identification error id / e may be filtered. In other words, the filtering process as described above in calculating the identification error id / e only requires that the deviation output VO2 and the identification deviation output VO2 hat are filtered with the same characteristics, and the timing of the filtering process. Can be arbitrarily selected.
[0247]
Returning to the description of FIG. 11, the identifier 25 calculates the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat (identification gain coefficient vector Θ), and then performs the evaluation process (STEP 5-11). In this evaluation process, as shown in the flowchart of FIG. 18, the identifier 25 first determines whether the value of the identified gain coefficient b1 hat among the identified gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat is within a predetermined range. To determine the stability of the identification process of the identifier 25 (STEP 5-11-1), and if the value of the identification gain coefficient b1 hat is within a predetermined range, further in STEP 5-8 Whether the magnitude of the calculated identification error id / e has become a sufficiently small value equal to or less than a predetermined value ε0 (id / e converges to almost “0”, and identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat Is determined or not (STEP 5-11-3). At this time, if | id / e | ≦ ε0, the process returns to the process of the flowchart of FIG.
[0248]
On the other hand, if the value of the identification gain coefficient b1 hat is not within the predetermined range as determined in STEP5-11-1, the identification process of the gain coefficients a1, a2, b1 by the identifier 25 is unstable and appropriate identification is performed. Since it is considered that it is difficult to obtain the gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat, the identifier 25 is initialized in the same manner as in STEP5-3 (STEP5-11-2). Then, the value of a timer counter tm (countdown timer) used in determining the stability of the sliding mode control described later is set to a predetermined initial value TM (starting of the timer counter tm, STEP 5-11-4). If it is determined in STEP 5-11-3 that | id / e |> ε0, that is, if the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat are not yet fully determined, STEP 5-11- 4 is performed to set the value of the timer counter tm to the initial value TM (activation of the timer counter tm).
[0249]
In the present embodiment, the stability of the identification process of the identifier 25 is determined based on whether or not the value of the identification gain coefficient b1 hat is within a predetermined range among the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat. However, the same evaluation is performed for the other identification gain coefficients a1 hat and a2 hat, and it is assumed that the identification process of the identifier 25 is unstable even when those values are inappropriate. 2 and STEP 5-11-4 may be performed.
[0250]
Returning to the description of FIG. 11, after the identification gain coefficient vector Θ is evaluated as described above, the identifier 25 determines the value of the flag f / id / mng set in STEP 5-6 ( (STEP 5-12), when f / id / mng = 1, that is, a behavior state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3 changes from the lean side to the rich side (identification of gain coefficients a1, a2, b1 ( 8), the matrix P (k) is calculated by the equation (9) for the processing of the next control cycle (STEP 5-13), and the main routine of FIG. Return to processing. If f / id / mng = 0, the matrix P (k) used in the next control cycle processing is maintained at the current matrix P (k-1) (STEP 5-14). ), The process returns to the main routine of FIG.
[0251]
The above is the arithmetic processing of the identifier 25 in STEP 5 of FIG.
[0252]
Returning to the description of the main routine process of FIG. 8, after the calculation process of the identifier 25 is performed as described above, the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 determines the gain coefficients a1, a2, and b1 (STEP 6). In this process, as shown in the flowchart of FIG. 19, the value of the flag f / id / cal set in STEP 2 is determined (STEP 6-1), and f / id / cal = 1, that is, identification When the identification processing of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the detector 25 is performed, the gain coefficients a1, a2, and b1 are obtained by the identifier 25 as described above in STEP 5-10 (see FIG. 11). The identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat obtained by scaling with predetermined scaling coefficients g1, g2, and g3 are set (STEP 6-2). In the present embodiment, the values of the scaling coefficients g1, g2, and g3 are all “1”.
[0253]
In addition, when f / id / cal = 0, that is, when the identification processing of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25 is not performed, the values of the gain coefficients a1, a2, and b1 are respectively determined in advance. The predetermined value is set (STEP 6-3).
[0254]
Next, in the main routine of FIG. 8, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 performs a calculation process (estimated deviation output VO2 bar calculation process) by the estimator 26 (STEP 7).
[0255]
The calculation process of the estimator 26 is performed as shown in the flowchart of FIG. That is, the estimator 26 uses the gain coefficients a1, a2, and b1 determined in STEP 6 to determine the coefficients α1, α2, and βj (j = 1 to d) used in the equation (13) as described above. Calculate (see formulas (11) and (12)) (STEP 7-1). Further, the estimator 26 performs the filtering process (low-pass characteristic filtering) of the deviation output kact of the LAF sensor 5 used in Expression (13) (obtained in STEP 3 of FIG. 8) (STEP 7-2). ), Time series data of the filtering value of the deviation output kact, and O ₂ Using the time series data of sensor deviation output VO2 (obtained in STEP 3 of FIG. 8) and the coefficients α1, α2, βj calculated in STEP 7-1, the estimated deviation output VO2 ( k + d) bar (estimated value of deviation output VO2 after dead time d from the time of the current control cycle) is calculated (STEP 7-3).
[0256]
Here, the reason why the deviation output kact of the LAF sensor 5 is filtered in STEP 7-2 is as follows. That is, as described above, the target exhaust system E including the catalytic device 3 has a low-pass frequency characteristic (see FIG. 16). ₂ In controlling the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET, the low frequency band C (see FIG. 6) needs to be emphasized. Accordingly, when the estimated deviation output VO2 bar used by the sliding mode controller 27 to determine the SLD operation input usl is obtained by the equation (13), it is preferable to place importance on the low frequency band C (see FIG. 6). . In this case, the O used in equation (13) to determine the estimated deviation output VO2 bar. ₂ Of the deviation output VO2 of the sensor 6 and the deviation output kact of the LAF sensor 5, the deviation output VO2 contains almost no high-frequency component because the target exhaust system E has a low-pass characteristic, but the deviation output kact generally includes a high-frequency component. Easy to include. Therefore, in this embodiment, the deviation output kact of the LAF sensor 5 is filtered, that is, the high frequency component of the deviation output kact is removed, and the estimated deviation output VO2 bar is obtained by the above equation (13). ing.
[0257]
The filtering as described above is performed by a moving average process as in the case of filtering in the identifier 25.
[0258]
Returning to the description of FIG. 8, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 next calculates the SLD operation input usl by the sliding mode controller 27 (STEP 8).
[0259]
The calculation of the SLD operation input usl is performed as shown in the flowchart of FIG.
[0260]
That is, the sliding mode controller 27 first calculates time series data of the estimated deviation output VO2 bar obtained by the estimator 2 in STEP 8 (specifically, the VO2 (k + d) bar obtained in the current control cycle). VO2 (k + d-1) bar determined in the previous control cycle), the value σ () after the dead time d from the current control cycle of the linear function σ bar defined by the equation (35). k + d) bar (this corresponds to the estimated value after the dead time d of the linear function σ defined by the equation (14)) (STEP 8-1).
[0261]
Next, the sliding mode controller 27 cumulatively adds the σ (k + d) bar calculated for each control cycle in STEP 8-1 (this result is added to the addition result obtained in the previous control cycle). By adding σ (k + d) calculated in the control cycle), an integrated value of σ (k + d) bar (this corresponds to the rightmost term of equation (37)) is calculated (STEP8− 2). In this case, in this embodiment, the integrated value of the σ (k + d) bar is within a predetermined range, and the integrated value of the σ (k + d) bar is a predetermined upper limit value or lower limit value. Is exceeded, the integrated value of each σ (k + d) bar is limited to the upper limit value or the lower limit value. This is because if the integrated value of the σ (k + d) bar becomes excessive, the adaptive law input uadp obtained by the equation (37) becomes excessive, which may impair controllability. is there.
[0262]
Next, the sliding mode controller 27 performs limit processing of the gain coefficient b1 determined in STEP 6 of FIG. 8 as follows (STEP 8-3).
[0263]
That is, referring to the flowchart of FIG. 22, the sliding mode controller 27 determines whether or not the magnitude of the gain coefficient b1 is smaller than a predetermined value ε1 (STEP 3-1), and | b1 | ≧ ε1. If it is, the process returns to the process of the flowchart of FIG.
[0264]
On the other hand, when | b1 | <ε1 (when b1≈0), each of the gain coefficients b1 depends on whether the sign of the gain coefficient b1 is positive (including the case where b1 = 0). The value is forcibly limited to a predetermined positive value (≧ ε1) and a negative predetermined value (≦ −ε1). As described above, it is apparent with reference to the equations (34), (36), and (37) that the magnitude of the gain coefficient b1 is limited to prevent the gain coefficient b1 from becoming excessively small. Since the gain coefficient b1 is used as a denominator term when calculating the equivalent control input ueq, the reaching law input urch, and the adaptive law input uadp, if the magnitude of the gain coefficient b1 is too small, This is because an excessive equivalent control input ueq, reaching law input urch, and adaptive law input uadp are calculated.
[0265]
In the present embodiment, only the value of the gain coefficient b1 is limited. However, the values of the other gain coefficients a1 and a2 may be limited.
[0266]
Returning to the description of FIG. 21, after the limit processing of the gain coefficient b1 as described above, the sliding mode controller 27 performs time series data VO2 () of the estimated deviation output VO2 bar obtained by the estimator 2 in STEP8. k + d) bar, VO2 (k + d-1) bar, linear function value σ (k + d) bar obtained in STEP8-1 and 8-2, respectively, and its integrated value, and determined in STEP6 Using the gain coefficient a1 hat, a2 hat, and the gain coefficient b1 hat determined in STEP 8-3, the equivalent control input ueq, the reaching law input urch, and the adaptation according to the equations (34), (36), and (37), respectively. The law input uadp is calculated (STEP 8-4).
[0267]
Further, the sliding mode controller 27 adds the equivalent control input ueq, the reaching law input urch, and the adaptive law input uadp obtained in STEP 8-4, so that the SLD operation input usl, that is, O ₂ Input to the target exhaust system E required to converge the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET (deviation between the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the LAF sensor 5 and the reference value FLAF / BASE) Calculate (STEP 8-5).
[0268]
Returning to FIG. 8, after calculating the SLD operation input usl as described above, the air-fuel ratio operation amount determination unit 13 performs a determination process of the stability of the adaptive sliding mode control by the sliding mode controller 27 and performs the adaptive processing. A value of a flag f / sld / stb indicating whether or not the sliding mode control is stable is set (STEP 8-6).
[0269]
This stability determination process is performed as shown in the flowchart of FIG.
[0270]
That is, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 firstly deviates between the current value σ (k + d) bar and the previous value σ (k + d-1) bar of the linear function σ bar calculated in STEP 8-1. Δσ bar (this corresponds to the change speed of σ bar of the linear function) is calculated (STEP 9-1).
[0271]
Next, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 calculates the product Δσ bar · σ (k + d) bar (this is the product of the deviation Δσ bar calculated in STEP 9-1 and the current value σ (k + d) bar of the linear function σ bar (this) Is the Lyapunov function σ bar for σ bar ² It is determined whether or not (corresponding to a time differential function of / 2) is equal to or smaller than a predetermined value ε2 (≧ 0) (STEP 9-2).
[0272]
In this case, the state where Δσ bar · σ (k + d) bar> ε 2 is ² Since the estimated deviation outputs VO2 (k + d) and VO2 (k + d-1) are shifted in a direction away from the hyperplane σ = 0, the adaptive sliding mode control is performed. Is unstable (the SLD operation input usl calculated in STEP 8 is inappropriate). For this reason, if Δσ bar · σ (k + d) bar> ε 2 as determined in STEP 9-2, it is determined that the adaptive sliding mode control is unstable, and the flag is set to initialize the identifier 25. The value of f / id / reset is set to “1” (STEP 9-4), and a timer for prohibiting the determination of the target air-fuel ratio KCMD using the SLD operation input usl calculated in STEP 8 for a predetermined time. The value of the counter tm (countdown timer) is set to a predetermined initial value TM (start of the timer counter tm, STEP 9-5). Then, the value of the flag f / sld / stb is set to “0” (f / sld / stb = 0 indicates that the adaptive sliding mode control is unstable) (STEP 9-6).
[0273]
It should be noted that the predetermined value ε2 used in the determination of STEP 9-2 may theoretically be “0”, but is preferably a value slightly larger than “0” in consideration of the influence of stochastic disturbance.
[0274]
On the other hand, if it is determined in STEP 9-2 that Δσ bar · σ (k + d) bar ≦ ε 2, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 determines the current value σ (k + d) of the linear function σ bar. It is determined whether or not the bar is within a predetermined range (STEP 9-3).
[0275]
In this case, when the current value σ (k + d) bar of the linear function σ bar is not within the predetermined range, the estimated deviation outputs VO2 (k + d) and VO2 (k + d-1) are the hyperplanes. Since it is in a state far away from σ = 0, it is considered that the adaptive sliding mode control is unstable (the SLD operation input usl calculated in STEP 8 is inappropriate). For this reason, if the current value σ (k + d) bar of the linear function σ bar is not within the predetermined range as determined in STEP 9-2, the adaptive sliding mode control is assumed to be unstable. Similarly, the processing of STEPs 9-5 to 9-6 is performed, the value of the flag f / id / reset is set to “1” in order to initialize the identifier 25, and the timer counter tm is started.
[0276]
If the current value σ (k + d) bar of the linear function σ bar is within the predetermined range as determined in STEP 9-3, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 sets the timer counter tm to the predetermined time. Counts down by Δtm (STEP 9-7), and further whether or not the value of the timer counter tm is equal to or less than "0", that is, a predetermined time of the initial value TM has elapsed since the timer counter tm was started. It is determined whether or not (STEP 9-8).
[0277]
At this time, if tm> 0, that is, if the timer counter tm has been timed and has not yet timed out, it is determined that the adaptive sliding mode control is unstable according to STEP 9-2 or STEP 9-3. Since the adaptive sliding mode control is likely to become unstable in a state where not much time has elapsed since then, the processing of STEP 9-6 is performed to set the value of the flag f / sld / stb to “0”. Set.
[0278]
If tm ≦ 0 in the judgment of STEP 9-8, that is, if the timer counter tm has timed up, the value of the flag f / sld / stb is set to “ 1 ”(f / sld / stb = 1 indicates that the adaptive sliding mode control is stable) (STEP 9-9).
[0279]
The timer counter tm indicates that the identification error id / e has not converged in the evaluation process of the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, b1 hat in the identifier 25 (the process of the flowchart of FIG. 18). Thus, the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat are activated even when they are not yet fully determined. For this reason, even if the conditions of STEP 9-2 or STEP 9-3 are satisfied, there is a case where tm> 0 in the determination of STEP 9-8, and the value of the flag f / sld / stb is “0”. Set to This is because the adaptive sliding mode control using the identified gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat becomes unstable at the stage where the identified gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat are not yet fully determined. It is easy.
[0280]
Through the processing described above, the stability of the adaptive sliding mode control by the sliding mode controller 27 is determined. If it is determined that the stability is unstable, the value of the flag f / sld / stb is set to “0”. If it is determined that the value is stable, the value of the flag f / sld / stb is set to “1”.
[0281]
In the present embodiment, the determination of the stability of the adaptive sliding mode control is basically performed based on the condition determination in STEPs 9-2 and 9-3. Alternatively, the stability of the adaptive sliding mode control may be determined by comparing the magnitude (absolute value) of the deviation Δσ bar corresponding to the changing speed of the linear function σ bar with a predetermined value. It is also possible to do.
[0282]
Returning to FIG. 8, after setting the value of the flag f / sld / stb indicating the stability of the adaptive sliding mode control by the sliding mode controller 27 as described above, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 sets the flag f / s The value of sld / stb is determined (STEP 10). At this time, if f / sld / stb = 1, that is, if it is determined that the adaptive sliding mode control is stable, the sliding mode controller 27 sets the SLD operation input usl calculated in STEP 8 above. Limit processing is performed (STEP 11). In this limit processing, the value of the SLD operation input usl and the change width of the value are limited to a predetermined range, and the current value usl (k) of the SLD operation input usl calculated in STEP 8 has a predetermined upper limit value or lower limit value. When the values exceed the values, the value of the SLD operation input usl is forcibly set to the upper limit value or the lower limit value. In addition, when the amount of change of the current value usl (k) of the SLD operation input usl calculated in STEP 8 from the previous value usl (k-1) exceeds a predetermined amount, the value of the SLD operation input usl is compulsory. Therefore, it is set to a value obtained by adding the predetermined amount to the previous value usl (k-1).
[0283]
Then, after the limit processing of the SLD operation input usl as described above, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 causes the sliding mode controller 27 to calculate the target air-fuel ratio KCMD according to the equation (38) (STEP 13). The process of this control cycle ends.
[0284]
Further, when f / sld / stb = 0 is determined in STEP 10, that is, when it is determined that the adaptive sliding mode control is unstable, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 determines the current control cycle. After the SLD operation input usl is forcibly set to a predetermined value (a fixed value or the previous value of the SLD operation input usl) (STEP 12), the sliding mode controller 27 performs the target air-fuel ratio according to the equation (38). KCMD is calculated (STEP 13), and the process of the current control cycle ends.
[0285]
Note that the target air-fuel ratio KCMD finally determined in STEP 13 is stored and held in time series in a memory (not shown) for each control cycle. When the global feedback controller 17 or the like uses the target air-fuel ratio KCMD determined by the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 (see STEPf in FIG. 6), it is stored and held in time series as described above. The latest target air-fuel ratio KCMD is selected.
[0286]
What has been described above is the detailed operation of the apparatus of the present embodiment.
[0287]
That is, if the operation is summarized, basically, the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 performs O 2 on the downstream side of the catalyst device 3. ₂ The target air-fuel ratio KCMD of the exhaust gas entering the catalyst device 3 so that the output VO2 / OUT of the sensor 6 (this corresponds to the output of the target exhaust system E as a plant) converges (sets) to the target value VO2 / TARGET. (This corresponds to the target input of the target exhaust system E) is sequentially determined, and the fuel of the engine 1 as an actuator that generates the input (the exhaust gas air-fuel ratio) to the target exhaust system E according to the target air-fuel ratio KCMD. The supply amount is feedback controlled based on the target air-fuel ratio KCMD and the output KACT of the LAF sensor 5 on the upstream side of the catalyst device 3. As described above, the downstream O of the catalytic device 3 ₂ By setting the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET, the optimum exhaust gas purification performance of the catalyst device 3 can be ensured regardless of the deterioration of the catalyst device 3 over time.
[0288]
In this case, the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 uses a sliding mode control having a characteristic that it is inherently less susceptible to disturbances and the like, and in particular adaptive sliding with an adaptive law added to eliminate the influences of disturbances and the like as much as possible. In order to determine the target air-fuel ratio KCMD (target input of the target exhaust system E) using mode control, O ₂ In order to set the output VO2 / OUT of the sensor 6 (the output of the target exhaust system E) to the target value VO2 / TARGET, the accurate target air-fuel ratio KCMD can be obtained stably while minimizing the influence of disturbances, etc. , O ₂ Control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be performed stably and accurately.
[0289]
Further, when the sliding mode controller 27 of the air-fuel ratio manipulated variable determining unit 13 determines the target air-fuel ratio KCMD by adaptive sliding mode control, the estimated deviation output VO2 obtained by the estimator 26, that is, the waste of the target exhaust system E is discarded. O after time d ₂ The estimated value of the deviation output VO2 of the sensor 6 is used, and O after the dead time d indicated by the estimated deviation output VO2. ₂ The target air-fuel ratio KCMD (target exhaust system E target input) is determined so that the estimated value of the output VO2 / OUT of the sensor 6 (output of the target exhaust system E) converges to the target value VO2 / TARGET. For this reason, the influence of the dead time d existing in the target exhaust system E is compensated (excluded). ₂ The stability of the convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be improved.
[0290]
Furthermore, in this embodiment, the state quantity X to be controlled by the sliding mode controller 27 is O ₂ Time series data VO2 (k), VO2 (k-1) before the present of the deviation output VO2 of the sensor 6 (more specifically, O ₂ By using the time series data VO2 (k + d) bar and VO2 (k + d-1) bar before the latest value of the estimated deviation output VO2 bar of the sensor 6, the calculation processing of the sliding mode controller 27 is subject to exhaust. It can be constructed on the discrete system model of the system E, and the arithmetic processing of the sliding mode controller 27 can be made simple and suitable for discrete-time computer processing.
[0291]
Further, by using the discrete system model of the target exhaust system E for the arithmetic processing of the sliding mode controller 27 as described above, the gain coefficients a1, a2, and b1 as parameters to be set for the discrete system model are set. Then, identification is performed in real time using the identifier 25 as in the present embodiment, and the modeling error for the actual target exhaust system E of the discrete system model is minimized in accordance with the behavior state of the actual target exhaust system E. Can be fastened. Then, calculation processing of the sliding mode controller 27 is performed using the gain coefficients a1, a2, and b1 identified by the identifier 25 to determine the target air-fuel ratio KCMD (target input of the target exhaust system E). ₂ In controlling convergence of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET, an accurate target air-fuel ratio KCMD can be determined in accordance with the actual behavior state of the target exhaust system E, and O ₂ The accuracy of the convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be improved. In particular, since the influence of the modeling error at the stage where the state quantity X to be controlled by the sliding mode controller 27 does not converge to the hyperplane σ = 0 is suppressed as much as possible. ₂ The stability of the convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be improved.
[0292]
Further, even in the estimator 26, by performing the arithmetic processing using the discrete system model of the target exhaust system E, it is possible to simplify the arithmetic processing suitable for computer processing. Then, by performing arithmetic processing of the estimator 25 using the gain coefficients a1, a2, b1 of the discrete system model identified in real time by the identifier 25, O after the dead time d of the target exhaust system E. ₂ The accuracy of the estimated deviation output VO2 bar representing the estimated value of the output VO2 / OUT of the sensor 6 can be increased, and the target air-fuel ratio KCMD is determined by the sliding mode controller 27 using such estimated deviation output VO2 bar. Thus, the influence of the dead time d is surely eliminated, and O ₂ The convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be performed.
[0293]
Further, in the present embodiment, when the identification unit 25 performs identification processing of the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model, the identification deviation output VO2 hat used for the processing (this is on the discrete system model of the target exhaust system E). And the deviation output VO2 (which corresponds to the actual output of the target exhaust system E), and the frequency at which the gain of the output change with respect to the input change of the target exhaust system E becomes relatively large. The identification gain coefficients a1 hat, a2 hat so that the frequency characteristic of the discrete system model matches the actual frequency characteristic of the target exhaust system E by applying weighting filtering to the band (low frequency band C in FIG. 16). , B1 hat can be calculated. Then, the target air-fuel ratio KCMD is determined by the sliding mode controller 27 using such identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat, and the estimated deviation output VO2 bar is calculated by the estimator 26. O ₂ Controllability in a frequency band important for controlling the output VO2 / OUT of the sensor 6 to converge to the target value VO2 / TARGET can be improved. In addition, by appropriately setting the weighting characteristic of the above filtering, O ₂ It is possible to improve the stability of the convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET and the quick response.
[0294]
In this embodiment, O ₂ The behavior state of the output of the target exhaust system E grasped by the deviation output VO2 of the sensor 6 is the air-fuel ratio of exhaust gas that has passed through the catalyst device 3 (this is O ₂ In a behavior state in which the output VO2 / OUT of the sensor 6) changes from the lean side to the rich side, that is, in a specific behavior state suitable for identification (update) of the gain coefficients a1, a2, and b1, discrete Since the identification process of the gain coefficients a1, a2, and b1 of the system model is performed, the target air-fuel ratio KCMD determination process by the sliding mode controller 27 and the estimated deviation output VO2 bar calculation process by the estimator 26 are accurately performed. It is possible to calculate identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat suitable for execution. ₂ The convergence control of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET can be reliably performed.
[0295]
In the present embodiment, the stability of the identification process by the identifier 25 and the stability of the adaptive sliding mode control by the sliding mode controller 27 are determined, and when these are determined to be unstable, the initial stage of the identifier 25 is determined. Therefore, an inappropriate target air-fuel ratio KCMD is determined by the sliding mode controller 27 using an inappropriate identification gain coefficient a1 hat, a2 hat, b1 hat, or an incorrect estimated deviation is estimated by the estimator 26. A situation where the output VO2 bar is calculated can be avoided.
[0296]
In this embodiment, when it is determined that the adaptive sliding mode control by the sliding mode controller 27 is unstable, or after the determination, a predetermined time corresponding to the initial value TM of the timer counter tm has elapsed. In order to determine the target air-fuel ratio KCMD using the SLD operation input usl as a predetermined value, O ₂ A situation in which the output VO2 / OUT of the sensor 6 is controlled to an abnormal state can be reliably eliminated.
[0297]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, only the contents of the processing of STEP 5-11 by the identifier 25, that is, the evaluation processing of the identification gain coefficient vector Θ (see FIGS. 11 and 18) in the first embodiment described above, This is different from that of the first embodiment. Therefore, in the description of the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0298]
In this embodiment, values of gain coefficients a1, a2, and b1, which are parameters identified by the identifier 25, that is, the identification gain coefficients a1, hat, and b1 (elements of the identification gain coefficient vector Θ) are predetermined. The calculation by the estimator 26 and the sliding mode controller 27 as described in the first embodiment is performed using the limited identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat values. The processing is performed.
[0299]
In this case, the predetermined condition for limiting the values of the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat is the response delay element (more specifically, the first order) of the discrete system model expressed by the above equation (1). A condition for limiting the combination of the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat related to the autoregressive term and the second order autoregressive term to a predetermined combination (hereinafter referred to as a first limiting condition), and the discrete system There is a condition for limiting the value of the identification gain coefficient b1 hat related to the dead time element of the model (hereinafter referred to as a second limiting condition).
[0300]
Here, before explaining these first and second limiting conditions, the reason for limiting the values of the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat will be described.
[0301]
In the first embodiment described above, when the identifier 25 calculates the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat, it is determined that the identifier 25 is unstable without adding any special restriction to these values. In this case, the identifier 25 is initialized. However, according to the knowledge of the present inventors, O ₂ While the output VO2 / OUT of the sensor 6 (oxygen concentration of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3) is stably controlled to the target value VO2 / TARGET, the target sky obtained as described above by the sliding mode controller 27. It has been found that there are situations in which the fuel ratio KCMD (air-fuel ratio manipulated variable) exhibits a smooth time change and a situation in which a high frequency oscillation time change occurs. In this case, in any situation, O ₂ Although there is no problem in controlling the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET, the situation in which the target air-fuel ratio KCMD exhibits a time-varying high frequency oscillation is controlled based on the target air-fuel ratio KCMD. This is not preferable for smooth operation of the engine 1.
[0302]
The inventors of the present invention have examined the above phenomenon, and it is identified by the identifier 25 whether the target air-fuel ratio KCMD required by the sliding mode controller 27 is smooth or high-frequency oscillating. It has been found that it is affected by the combination of the gain coefficients a1 and a2 and the value of the gain coefficient b1.
[0303]
Therefore, in the present embodiment, the first limiting condition and the second limiting condition are appropriately set, and the combination of the identification gain coefficient a1 hat and a2 hat values and the identification gain coefficient b1 hat value are determined according to these conditions. By properly limiting the ₂ While ensuring stable controllability of the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET, the situation where the target air-fuel ratio KCMD becomes high-frequency oscillation is eliminated.
[0304]
In view of such a background, in the present embodiment, the first restriction condition and the second restriction condition are set as follows.
[0305]
First, regarding the first limiting condition for limiting the combination of the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat, according to the study by the inventors of the present application, the target air-fuel ratio KCMD becomes smooth or high-frequency oscillating. Is determined by the values of the gain coefficients a1 and a2, that is, the coefficient values α1 and α2 of the equation (13), that is, the estimator 26 uses the estimated deviation output VO2 (k + d) bar as the equation (13). 13) The coefficient values α1 and α2 used for the determination according to (the coefficient values α1 and α2 are the power A of the matrix A defined by the equation (11). ^d The first row first column component and the first row second column component) are closely related.
[0306]
Specifically, as shown in FIG. 24, when coordinate planes having coefficient values α1 and α2 as components are set, points on the coordinate plane determined by the set of coefficient values α1 and α2 are hatched in FIG. Area (triangle Q ₁ Q ₂ Q _Three The area enclosed by (including the border). When this region is hereinafter referred to as an estimation coefficient stable region), the temporal change in the target air-fuel ratio KCMD tends to be smooth. On the contrary, when the point determined by the set of coefficient values α1, α2 deviates from the estimated coefficient stable region, the temporal change in the target air-fuel ratio KCMD becomes high-frequency oscillation, or , O ₂ Controllability to the target value VO2 / TARGET of the output VO2 / OUT of the sensor 6 tends to deteriorate.
[0307]
Therefore, the values of the gain coefficients a1 and a2 identified by the identifier 25, that is, the combination of the values of the identified gain coefficients a1 and a2 hat are the coordinates of FIG. 24 corresponding to the set of coefficient values α1 and α2 determined by these values. It is preferable to limit the points on the plane so that they lie within the estimated coefficient stable region.
[0308]
In FIG. 24, the triangular area Q represented on the coordinate plane including the estimated coefficient stable area. ₁ Q _Four Q _Three Is a system defined by the following equation (51), that is, VO2 (k) and VO2 (k-1) on the right side of the equation (13) are represented by VO2 (k) bar and VO2 (k-1) bar ( These VO2 (k) bar and VO2 (k-1) bar mean the estimated deviation output obtained by the estimator 26 before the dead time d and the estimated deviation output obtained by one control cycle), respectively. The system defined by the replaced expression is a region that prescribes a combination of coefficient values α1 and α2 that is theoretically stable.
[0309]
[Formula 51]

[0310]
That is, the condition for the system represented by the equation (51) to be stable is that the pole of the system (which is given by the following equation (52)) exists in the unit circle on the complex plane.
[0311]
[Formula 52]

[0312]
And the triangular area Q in FIG. ₁ Q _Four Q _Three Is an area that defines a combination of coefficient values α1 and α2 that satisfy the above conditions. Therefore, the estimated coefficient stable region is a region representing a combination of α1 ≧ 0 among combinations of coefficient values α1, α2 that stabilize the system represented by the equation (51).
[0313]
On the other hand, since the coefficient values α1 and α2 are determined by the combination of the gain coefficients a1 and a2, the combination of the gain coefficients a1 and a2 is determined from the combination of the coefficient values α1 and α2 in a reverse calculation. Therefore, the estimated coefficient stable region in FIG. 24 that defines a preferable combination of the coefficient values α1 and α2 can be converted to the coordinate plane in FIG. 25 having the gain coefficients a1 and a2 as coordinate components. On the coordinate plane of FIG. 25, the estimated coefficient stable region is converted into, for example, a region surrounded by an imaginary line in FIG. 25 (a roughly triangular region having irregularities at the bottom, hereinafter referred to as an identification coefficient stable region). The That is, when the point on the coordinate plane of FIG. 25 determined by the pair of gain coefficients a1 and a2 exists in the identification coefficient stable region surrounded by the phantom line in FIG. 25, the values of the gain coefficients a1 and a2 A point on the coordinate plane of FIG. 24 corresponding to a set of the determined coefficient values α1 and α2 exists in the estimated coefficient stable region.
[0314]
Therefore, the first limiting condition for limiting the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat obtained by the identifier 25 is basically that the points on the coordinate plane of FIG. It is preferable to set as existing in the coefficient stable region.
[0315]
However, since a part of the boundary of the identification coefficient stable region shown in the phantom line in FIG. 25 (lower part of the figure) has a complex shape with irregularities, the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat are practically used. Therefore, the process for limiting the points on the coordinate plane of FIG.
[0316]
Therefore, in the present embodiment, the identification coefficient stable region is defined by, for example, the quadrangle Q surrounded by the solid line in FIG. _Five Q ₆ Q ₇ Q ₈ (A region in which the boundary is formed in a straight line; hereinafter referred to as an identification coefficient limited region). In this case, the identification coefficient limited region is a polygonal line (line segment Q) represented by a function expression of | a1 | + a2 = 1 as shown in the figure. _Five Q ₆ And line segment Q _Five Q ₈ And a straight line (line segment Q) expressed by a constant function equation a1 = A1L (A1L: constant) ₆ Q ₇ And a straight line (line segment Q) expressed by a constant function expression a2 = A2L (A2L: constant) ₇ Q ₈ A straight line including Then, the first restriction condition for restricting the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat is set as a point on the coordinate plane of FIG. 25 determined by these values exists in the identification coefficient restriction region, The values are limited so that the points determined by the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat exist in the identification coefficient restriction region. In this case, although a part of the lower side of the identification coefficient limiting area deviates from the identification coefficient stable area, the point determined by the values of the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat obtained by the identifier 25 is actually the above point. It has been confirmed experimentally that it does not enter the deviation area. Therefore, even if there is the above-mentioned deviation area, there is no practical problem.
[0317]
Note that the method of setting the identification coefficient restriction area is exemplary, and the identification coefficient restriction area is basically equal to the identification coefficient stability area or approximately approximate the identification coefficient stability area. Alternatively, any shape may be set as long as most or all of the identification coefficient limited region belongs to the identification coefficient stable region. That is, the identification coefficient restriction region can be set in various ways in consideration of the ease of restriction processing of the values of the identification gain coefficients a1 and a2 and the actual controllability. For example, in this embodiment, the boundary of the upper half part of the identification coefficient restriction region is defined by a function expression of | a1 | + a2 = 1. The combination of the values of the gain coefficients a1 and a2 satisfying this function expression is as described above. This is a combination of theoretical stability limits such that the poles of the system given by equation (52) lie on the unit circumference on the complex plane. Therefore, the boundary of the upper half of the identification coefficient limiting region is, for example, a function expression of | a1 | + a2 = r (where r is a value slightly smaller than “1” corresponding to the stability limit, for example, 0.99). The stability of control may be further increased.
[0318]
Also, the identification coefficient stability region of FIG. 25 that is the basis of the identification coefficient restriction region is also exemplary, and the identification coefficient stability region corresponding to the estimated coefficient stability region of FIG. 24 is derived from the definitions of the coefficient values α1 and α2. As is clear (see equations (12) and (13)), the shape of the identification coefficient stable region changes depending on the value of the dead time d (more precisely, the set value). To do. In this case, regardless of the shape of the identification coefficient stable region, the identification coefficient restriction region may be set as described above according to the shape of the identification coefficient stable region.
[0319]
Next, the second limiting condition for limiting the value of the gain coefficient b1 identified by the identifier 25, that is, the value of the identified gain coefficient b1 hat is set as follows in this embodiment.
[0320]
That is, according to the knowledge of the inventors of the present application, the situation in which the temporal change of the target air-fuel ratio KCMD is high-frequency oscillation is also the case where the value of the identification gain coefficient b1 hat is too large or too small. It is likely to occur. Therefore, in the present embodiment, the upper limit value B1H and the lower limit value B1L (B1H>B1L> 0) of the value of the identification gain coefficient b1 hat are determined in advance through experiments and simulations. Then, the second limiting condition is set such that the value of the identification gain coefficient b1 hat is not more than the upper limit value B1H and not less than the lower limit value B1L (satisfying the inequality of B1L ≦ b1 hat ≦ B1H).
[0321]
The processing for limiting the values of the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat by the first restriction condition and the second restriction condition set as described above is the identification gain coefficient in STEP 5-11 in this embodiment. The evaluation process of the vector Θ is performed as follows.
[0322]
That is, referring to the flowchart of FIG. 26, the identifier 25 determines the identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, and b1 (k) hat obtained as described above in STEP 5-10 of FIG. First, processing for limiting the combination of the values of the identification gain coefficients a1 (k) hat and a2 (k) hat by the first restriction condition is performed in STEPs 5-11-5 to 5-11-1.
[0323]
Specifically, the identifier 25 first has a value of the identification gain coefficient a2 (k) hat obtained in STEP 5-10 equal to or greater than a lower limit value A2L (see FIG. 25) of the gain coefficient a2 in the identification coefficient restriction region. Whether it is a value or not is determined (STEP 5-11-5).
[0324]
At this time, if a2 (k) hat <A2L, a point on the coordinate plane of FIG. 25 determined by a set of identification gain coefficient a1 (k) hat and a2 (k) hat values (hereinafter, this point (a1 (k) hat and a2 (k) hat) deviate from the identification coefficient restriction region, and the value of a2 (k) hat is forcibly changed to the lower limit value A2L (STEP 5-11-6). ). By this processing, the points (a1 (k) hat, a2 (k) hat) on the coordinate plane in FIG. 25 are at least a straight line (line segment Q) represented by a2 = A2L. ₇ Q ₈ To a point on the upper side (including the straight line).
[0325]
Next, the identifier 25 determines whether or not the value of the identification gain coefficient a1 (k) hat obtained in STEP 5-10 is equal to or greater than the lower limit value A1L (see FIG. 25) of the gain coefficient a1 in the identification coefficient restriction region. In addition, it is sequentially determined whether or not the value is equal to or less than the upper limit value A1H (see FIG. 25) of the gain coefficient a1 in the identification coefficient restriction region (STEP 5-11-7, 5-11-9). Note that the upper limit value A1H of the gain coefficient a1 in the identification coefficient restriction region is the intersection point Q between the broken line | a1 | + a2 = 1 (where a1> 0) and the straight line a2 = A2L, as is apparent from FIG. ₈ A1H = 1-A2L because of the a1 coordinate component.
[0326]
At this time, if a1 (k) hat <A1L, or if a1 (k) hat> A1H, the points on the coordinate plane of FIG. 25 (a1 (k) hat, a2 (k) hat) Deviates from the identification coefficient limit region, and the value of the a1 (k) hat is forcibly changed to the lower limit value A1L or the upper limit value A1H according to each case (STEPs 5-11-8, 5- 11-10).
[0327]
With this processing, the points (a1 (k) hat, a2 (k) hat) on the coordinate plane in FIG. 25 are represented by a straight line (line segment Q) represented by a1 = A1L. ₆ Q ₇ And a straight line represented by a1 = A1H (point Q) ₈ And a straight line passing through the a1 axis) (including both straight lines).
[0328]
Note that the order of STEPs 5-11-7 and 5-11-8 and the processes of STEPs 5-11-9 and 5-11-10 may be interchanged. The processing of STEPs 5-11-5 and 5-11-6 may be performed after the processing of STEPs 5-11-7 to 5-11-10.
[0329]
Next, the identifier 25 determines whether or not the current values of a1 (k) hat and a2 (k) hat that have passed through the STEPs 5-11-5 to 5-11-10 satisfy the inequality that | a1 | + a2 ≦ 1. That is, a polyline (line segment Q) where the points (a1 (k) hat, a2 (k) hat) are represented by a function expression of | a1 | + a2 = 1 _Five Q ₆ And line segment Q _Five Q ₈ It is determined whether it is on the lower side (including the broken line) or the upper side (STEP 5-11-11).
[0330]
At this time, if the inequality | a1 | + a2 ≦ 1 holds, a point (a1) determined by the values of a1 (k) hat and a2 (k) hat that have passed through the STEPs 5-11-5 to 5-11-10. (k) hat and a2 (k) hat) exist in the identification coefficient limited region (including its boundary).
[0331]
On the other hand, when | a1 | + a2> 1, the point (a1 (k) hat, a2 (k) hat) deviates from the identification coefficient restriction region to the upper side. In this case, , A2 (k) hat value is forcibly changed to a value (1- | a1 (k) hat |) corresponding to the value of a1 (k) hat (STEP 5-11-12). In other words, the point (a1 (k) hat, a2 (k) hat) is kept on the polygonal line represented by the function expression of | a1 | + a2 = 1 (identification) while keeping the value of the a1 (k) hat as it is. Line segment Q that is the boundary of the coefficient limited area _Five Q ₆ Top or line segment Q _Five Q ₈ Move to top).
[0332]
By the processing of STEPs 5-11-5 to 5-11-12 as described above, the values of the identification gain coefficients a1 (k) hat and a2 (k) hat are determined by those values (a1 (k) hat, a2 (k) hat) is limited to exist in the identification coefficient limiting region. Note that points (a1 (k) hat, a2 (k) hat) corresponding to the values of the identification gain coefficients a1 (k) hat and a2 (k) hat obtained in STEP 5-10 are within the identification coefficient restriction region. If present, those values are retained.
[0333]
In this case, the identification gain coefficient a1 (k) hat related to the first-order autoregressive term of the discrete system model is determined by the above-described processing so that the values are the lower limit value A1L and the upper limit value A1H in the identification coefficient limit region. As long as the value is between, the value is not forcibly changed. When a1 (k) hat <A1L, or when a1 (k) hat> A1H, the value of the identification gain coefficient a1 (k) hat is the gain coefficient a1 in the identification coefficient restriction region, respectively. Is forcibly changed to the lower limit value A1L, which is the minimum value that can be taken, and the lower limit value A1H, which is the maximum value that can be taken by the gain coefficient a1 in the identification coefficient restriction region, so that the identification gain coefficient a1 (k ) The amount of change in the hat value is minimal. That is, the points (a1 (k) hat, a2 (k) hat) corresponding to the values of the identification gain coefficients a1 (k) hat and a2 (k) hat obtained in STEP 5-10 deviate from the identification coefficient restriction region. The forced change of the identification gain coefficient a1 (k) hat value is kept to a minimum.
[0334]
In this way, after limiting the values of the identification gain coefficient a1 (k) hat and a2 (k) hat, the identifier 25 limits the value of the identification gain coefficient b1 (k) hat according to the second restriction condition. Processing is performed in STEPs 5-11-13 to 5-11-16.
[0335]
That is, the identifier 25 determines whether or not the value of the identification gain coefficient b1 (k) hat obtained in STEP 5-10 is equal to or greater than the lower limit value B1L (STEP 5-11-13), and B1L> b1 If it is a (k) hat, the b1 (k) hat value is forcibly changed to the lower limit B1L (STEP 5-11-14).
[0336]
Further, the identifier 25 determines whether or not the value of the identification gain coefficient b1 (k) hat is equal to or greater than the upper limit value B1H (STEP 5-11-15), and if B1H <b1 (k) hat is satisfied. The b1 (k) hat value is forcibly changed to the upper limit value B1H (STEP 5-11-16).
[0337]
By such processing of STEPs 5-11-13 to 5-11-16, the value of the identification gain coefficient b1 (k) hat is limited to a value in a range between the lower limit value B1L and the upper limit value B1H.
[0338]
Thus, after limiting the combination of the identification gain coefficient a1 (k) hat and the value of the a2 (k) hat and the identification gain coefficient b1 (k) hat value, the identifier 25 of FIG. The same processing as STEP 5-11-3 and 5-11-4 is performed. That is, whether or not the size of the identification error id / e calculated in STEP 5-8 (see FIG. 11) has become sufficiently small below a predetermined value ε0 (id / e converges to almost “0”). Then, it is determined whether or not the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat are almost finalized (STEP 5-11-17). At this time, if | id / e | ≦ ε0, the process returns to the process of the flowchart of FIG.
[0339]
On the other hand, if it is determined in STEP 5-11-17 that | id / e |> ε0, the timer counter used in the determination of the stability of the sliding mode control as described in the first embodiment. After the value of tm (countdown timer) is set to a predetermined initial value TM (timer counter tm activation. STEP 5-11-18), the process returns to the flowchart of FIG.
[0340]
Other operations than those described above are exactly the same as those of the first embodiment. In this case, the previous value a1 (k-1) hat of the identification gain coefficient used for obtaining the identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, b1 (k) hat in STEP5-10 of FIG. , A2 (k-1) hat, b1 (k-1) hat are the values of the identification gain coefficients that are limited by the first and second limiting conditions as described above in the processing of STEP 5-11 in the previous control cycle. is there. Therefore, the values of the identification gain coefficients a1 (k) hat, a2 (k) hat, and b1 (k) hat obtained in STEP 5-10 in each control cycle are values satisfying the first and second limiting conditions. Easier to fit.
[0341]
In this embodiment, the value of the identification gain coefficient b1 is limited to a positive value by the processing of STEPs 5-11-13 to 5-11-16, so that STEP8- in FIG. The process 3 may be omitted.
[0342]
According to the present embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. However, the values of the identification gain coefficients a1 hat, a2 hat, and b1 hat obtained by the identifier 25 are set as described above. By limiting according to the first and second limiting conditions set as described above, in particular, it is possible to reliably eliminate the occurrence of a high-frequency oscillation change in the target air-fuel ratio KCMD required by the switching mode controller 27. The O on the downstream side of the catalyst device 3 is ₂ The output VO2 / OUT of the sensor 6 can be controlled to the target value VO2 / TARGET with high accuracy. That is, the optimal purification performance of the catalyst device 3 can be ensured while the engine 1 is smoothly operated.
[0343]
In this case, in particular, for the identification gain coefficients a1 hat and a2 hat related to the response delay element of the discrete system model of the target exhaust system E, those values are not restricted individually, but those values are set to the values of both. By limiting by combinations with correlation, O ₂ In order to control the output VO2 / OUT of the sensor 6 to the target value VO2 / TARGET and to surely eliminate the target air-fuel ratio KCMD from causing a high frequency oscillation change, the optimum identification gain coefficients a1 hat and a2 hat A value can be obtained.
[0344]
Further, when limiting the combination of the identification gain coefficient a1 hat and a2 hat values, it relates to the lower-order autoregressive term (first-order autoregressive term) of the autoregressive terms on the right side of Equation (1). The identification gain coefficient a1 hat, in other words, in the discrete system model expressed by equation (1), O ₂ More reliable by limiting the combination of a1 hat and a2 hat values so that the amount of change in the value of the identified gain coefficient a1 hat related to the newer output VO2 / OUT or deviation output VO2 of the sensor 6 is minimized. A high target air-fuel ratio KCMD can be calculated, and stable control can be performed.
[0345]
Further, since the boundary of the identification coefficient limiting region (see FIG. 25) for limiting the combination of the identification gain coefficient a1 hat and a2 hat values is set to be linear, the values of the a1 hat and a2 hat are limited. Can be easily performed.
[0346]
The air-fuel ratio control apparatus for an exhaust system of an internal combustion engine of the present invention is not limited to the first and second embodiments described above, and for example, the following modifications are possible. .
[0347]
That is, in the first and second embodiments, the LAF sensor (wide area air-fuel ratio sensor) 5 is used as the second exhaust gas sensor. However, if the second exhaust gas sensor can detect the air-fuel ratio of the exhaust gas, Normal O ₂ Other types of sensors such as sensors may be used.
[0348]
In the first and second embodiments, the first exhaust gas sensor is O. ₂ Although the sensor 6 is used, the first exhaust gas sensor may be another sensor as long as it can detect the concentration of the specific component of the exhaust gas downstream of the catalyst device to be controlled. That is, for example, when controlling carbon monoxide (CO) in the exhaust gas downstream of the catalyst device, a CO sensor, nitrogen oxide (NO _X ) When controlling _X An HC sensor is used to control the sensor and hydrocarbon (HC). When a three-way catalyst device is used, control can be performed so as to maximize the purification performance of the catalyst device, regardless of the concentration of any of the above gas components. Further, when a reduction catalyst device or an oxidation catalyst device is used, purification performance can be improved by directly detecting a gas component to be purified.
[0349]
In the first and second embodiments, in the discrete system model of the target exhaust system E and the arithmetic processing of the identifier 25, the estimator 26, and the sliding mode controller 27, the deviation output kact and O ₂ The deviation output VO2 of the sensor 6 is used, but the output KACT or O of the LAF sensor 5 is used. ₂ Using the output VO2 / OUT of the sensor 6 as it is, a discrete system model of the target exhaust system E may be constructed, or the arithmetic processing of the identifier 25, the estimator 26, and the sliding mode controller 27 may be performed. However, in order to simplify the discrete system model and simplify the arithmetic processing of the identifier 25, the estimator 26, and the sliding mode controller 27, it is preferable to use the deviation outputs kact and VO2 as in this embodiment. In this case, the reference value FLAF / BASE related to the deviation output kact (= KACT−FLAF / BASE) is not necessarily set to a constant value. You may make it set according to atmospheric pressure PB.
[0350]
In the first and second embodiments, the operation amount determined by the air-fuel ratio operation amount determination unit 13 is set as the target air-fuel ratio KCMD (target input of the target exhaust system E) of exhaust gas entering the catalyst device 3, and the target Although the feedback control of the fuel supply amount of the engine 1 is performed according to the air-fuel ratio KCMD, for example, the correction amount of the fuel supply amount of the engine 1 can be determined by the air-fuel ratio manipulated variable determination unit 13. It is also possible to control the fuel supply amount of the engine 1 in a feedforward manner from the target air-fuel ratio KCMD.
[0351]
In the first and second embodiments, the sliding mode controller 27 uses the adaptive sliding mode control having an adaptive law in consideration of the influence of disturbance. However, the general sliding mode control without the adaptive law is performed. You may make it use.
[0352]
In the first and second embodiments, the sliding mode controller 27 sets the state quantities to be controlled as two deviation outputs VO2 (k) and VO2 (k-1), but more deviation outputs ( For example, VO2 (k), VO2 (k-1), VO2 (k-2), etc.) may be used as a state quantity to be controlled.
[0353]
In the first and second embodiments, when it is determined that the adaptive sliding mode control is unstable, the SLD operation input usl is forcibly set to a predetermined value. Therefore, the target air-fuel ratio KCMD is also set to a predetermined value. However, when it is determined that the adaptive sliding mode control is unstable, for example, a controller provided separately from the air-fuel ratio manipulated variable determiner 13 such as a PID controller is used for provisional O ₂ The target air-fuel ratio KCMD may be determined so that the output VO2 / OUT of the sensor 6 converges to the target value VO2 / TARGET.
[0354]
In the first and second embodiments, the arithmetic processing by the estimator 26 and the arithmetic processing by the sliding mode controller 27 are combined into the same discrete system model of the target exhaust system E expressed by the above equation (1). However, the estimator 26 and the sliding mode controller 27 may perform arithmetic processing based on different discrete models. Further, in this case, the parameters of the discrete system model for the estimator 26 are held at a predetermined value set in advance, or appropriately set using a map or the like according to the operating state of the engine 1 or the deterioration state of the catalyst device 3. In addition, the arithmetic processing by the estimator 26 may be performed based on a continuous system model of the target exhaust system E.
[0355]
Furthermore, when the dead time of the exhaust system is sufficiently small, the estimator 26 may be omitted. In this case, for example, in the first embodiment, the dead time d = 0. As a result, the processing of the estimator 26 may be omitted. In this case, the sliding mode controller uses the equivalent control input ueq and the reaching law input urch for determining the target air-fuel ratio KCMD according to the equation where d = 0 in the equations (20), (21), and (25). And the adaptive law input uadp may be obtained. Further, in this case, when the value of the parameter identified by the identifier 25 is restricted as in the second embodiment, the restriction condition is not limited to the processing of the estimator 26, and the control stability is controlled. This can be set through various experiments and simulations.
[0356]
In the first and second embodiments, the target air-fuel ratio KCMD is determined using the gain coefficients a1, a2, and b1 of the discrete system model identified by the identifier 25 by the sliding mode controller 27. The target air-fuel ratio KCMD may be determined using the gain coefficients a1, a2, and b1 identified by another recursive controller such as an adaptive controller, and further, the identified gain coefficient As long as the target air-fuel ratio KCMD can be determined using a1, a2, and b1, a fuzzy controller or a neural network controller may be used.
[0357]
In the first and second embodiments, the dead time d of the target exhaust system E is set to a predetermined value. However, the dead time d may be identified together with the gain coefficients a1, a2, and b1. Is possible. In this case, the value of the dead time d to be identified may be limited by an appropriate condition as in the second embodiment.
[0358]
In the first and second embodiments, the identification of the gain coefficients a1, a2, and b1 by the identifier 25 is performed in a behavior state in which the air-fuel ratio of the exhaust gas that has passed through the catalyst device 3 changes from the lean side to the rich side. However, the identification may be performed in a behavior state in which the air-fuel ratio changes from the rich side to the lean side. Further, in any behavior state without distinguishing the behavior state, the sequential gain coefficients a1, Gain coefficients a1, a2 for each of the behavior state in which the a2 and b1 are identified or the behavior state in which the exhaust gas air-fuel ratio changes from the lean side to the rich side and the behavior state in which the exhaust gas air-fuel ratio changes from the rich side to the lean side , b1 may be identified. In such a case, the gain coefficients a1, a2, and b1 used by the estimator 26 and the sliding mode controller 27 are the gain coefficients actually identified by the identifier 25 in the current control cycle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall system configuration diagram of a first embodiment of an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 shows the O used in the apparatus of FIG. ₂ The output characteristic figure of a sensor.
FIG. 3 is a block diagram showing a basic configuration of an air-fuel ratio manipulated variable determining unit of the apparatus of FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a sliding mode control used in the apparatus of FIG. 1;
5 is a block diagram showing a basic configuration of an adaptive controller of the apparatus of FIG.
6 is a flowchart for explaining processing related to fuel control of the engine of the apparatus of FIG. 1;
7 is a flowchart for explaining a subroutine process in the flowchart of FIG. 6;
8 is a flowchart for explaining overall processing of an air-fuel ratio manipulated variable determining unit of the apparatus of FIG.
FIG. 9 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 8;
10 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 8;
11 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 8;
12 is an explanatory diagram for explaining a subroutine process of the flowchart of FIG. 11;
13 is an explanatory diagram for explaining a subroutine process of the flowchart of FIG. 11. FIG.
14 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 11. FIG.
15 is an explanatory diagram for explaining a subroutine process of the flowchart of FIG. 11;
16 is an explanatory diagram for explaining a subroutine process of the flowchart of FIG. 11;
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 11;
18 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 11;
FIG. 19 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 8;
20 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 8;
FIG. 21 is a flowchart for explaining a subroutine process of the flowchart of FIG. 8;
22 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 21;
FIG. 23 is a flowchart for explaining subroutine processing of the flowchart of FIG. 8;
FIG. 24 is an explanatory diagram for explaining a second embodiment of the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 25
Explanatory drawing for demonstrating 2nd Embodiment of the air fuel ratio control apparatus of the internal combustion engine of this invention
.
FIG. 26
For explaining the operation of the second embodiment of the air-fuel ratio control apparatus of the internal combustion engine of the present invention
flowchart.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine (internal combustion engine), E ... Target exhaust system (system of control object), 6 ... O ₂ Sensor (exhaust gas sensor), 13 ... Air-fuel ratio manipulated variable determining unit, 25 ... Identifier, 26 ... Estimator, 27 ... Sliding mode controller.

Claims (5)

An exhaust gas sensor provided in the exhaust system of the internal combustion engine for detecting the concentration of a specific component in the exhaust gas of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine so that the output of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target value In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that controls
Air-fuel ratio manipulated variable determining means for determining the manipulated variable that defines the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine using sliding mode control, and parameters to be set in the model of the system to be controlled by the air-fuel ratio manipulated variable determiner a identification means for identifying, the air-fuel ratio manipulated variable determining means, as the value of the parameter of the model, according to identified values of the parameters before Symbol identifying means has identified with a predetermined value to the operating state of the internal combustion engine An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, wherein the operation amount is determined by a predetermined arithmetic expression of sliding mode control including a coefficient defined by a parameter value of the model . An exhaust gas sensor provided in the exhaust system of the internal combustion engine for detecting the concentration of a specific component in the exhaust gas of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine so that the output of the exhaust gas sensor becomes a predetermined target value In an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine that controls
An air-fuel ratio manipulated variable determining means for determining an operation amount that defines an air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine, and a system that is controlled by the air-fuel ratio manipulated variable determiner and that generates an output of the exhaust gas sensor. An estimation unit for generating data indicating an estimated value of the output of the exhaust gas sensor after the dead time, and an identification unit for identifying a parameter to be set in the model of the system to be controlled,
The estimating means, as the value of the parameter of the model, selectively used according to identified values of the parameters before Symbol identifying means has identified with a predetermined value to the operating state of the internal combustion engine, the values of the parameters of the model Data indicating an estimated value of the output of the exhaust gas sensor is generated by a predetermined calculation formula for estimation including a specified coefficient, and the air-fuel ratio manipulated variable determining means is an estimated value indicated by the data generated by the estimating means An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, wherein the manipulated variable is determined so that becomes the target value. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the operation state of the internal combustion engine is a state of whether or not a throttle valve of the internal combustion engine is fully opened. The air-fuel ratio control of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the operation state of the internal combustion engine is a state of whether or not the fuel supply of the internal combustion engine is stopped. apparatus. The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the operating state of the internal combustion engine is a state of whether or not the internal combustion engine is idling.

Images