JP2002318604A - 制御装置 - Google Patents

制御装置

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JP2002318604A JP2001123248A JP2001123248A JP2002318604A JP 2002318604 A JP2002318604 A JP 2002318604A JP 2001123248 A JP2001123248 A JP 2001123248A JP 2001123248 A JP2001123248 A JP 2001123248A JP 2002318604 A JP2002318604 A JP 2002318604A
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Hidekazu Yoshizawa
秀和 吉澤
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Unisia Jecs Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】制御対象に含まれるむだ時間の変動に対応し
て、実際の制御対象を最もよく表現したモデルを選択し
て高精度な制御を実行する。 【解決手段】むだ時間の異なる複数の制御対象モデルを
備え、各制御対象モデルをそれぞれ同定し、該同定モデ
ルにより予測出力を算出する。予測出力と実際の出力と
の差が最小となる制御対象モデルを最終的な制御対象モ
デルとして選択し、該選択した制御対象モデルを用いて
制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、むだ時間を含む制
御対象への入力をフィードバック制御する制御装置を制
御対象モデルにより最適に制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、むだ時間を含む制御対象に対
し、該制御対象を伝達関数で表した制御対象モデル用い
てむだ時間経過後に現れる出力や状態を予測して制御対
象への入力を設定する制御装置が知られている。例え
ば、特開閉９−２７３４３８号公報では、触媒装置上流
側の空燃比を検出する第１排ガスセンサと触媒装置下流
側の酸素濃度を検出する第２排ガスセンサとを備え、触
媒装置を含む排気系の制御対象モデル（同定モデル）を
用いてむだ時間後の触媒装置下流側の酸素濃度を予測
し、スライディングモード制御により触媒装置上流側の
空燃比を補正する補正値を算出すると共に、該補正値と
触媒装置上流側の空燃比とに基づいて、触媒装置下流側
の酸素濃度が適正値となるように、空燃比をフィードバ
ック制御する空燃比制御装置が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、むだ時間を含む制御対象に対して同定モデルを用い
て制御を行う場合には、制御対象モデルに設定するむだ
時間を実際のむだ時間の変動に対応させる必要がある。
すなわち、モデルの同定により各パラメータを調整する
ことで、むだ時間の変動分を吸収してしまい正しい同定
が行われないおそれがある。
【０００４】特に、上記のような内燃機関の空燃比制御
においては、制御対象の特性変動が大きく、設定したむ
だ時間と実際のむだ時間とに大きなずれが生じてしまう
場合がある。その結果、前記むだ時間のずれを吸収した
同定モデルを用いて空燃比制御を行うこととなり、制御
精度を高く維持できないといった問題がある。本発明
は、上記実情に鑑みなされたものであって、むだ時間の
変化に対応して高精度な制御を実施できる制御装置及び
内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に係
る発明は、図１に示すように、むだ時間要素を含む制御
対象に対して、該制御対象を伝達関数で表した制御対象
モデルを用いて、むだ時間経過後の前記制御対象の出力
を予測して出力検出値と比較しつつ、制御対象への入力
をフィードバック制御する制御装置において、むだ時間
の異なる複数の制御対象モデルを備え、各制御対象モデ
ルを逐次同定する制御対象モデル同定手段と、前記複数
の制御対象モデルのうち、同定した各制御対象モデルに
より算出した予測出力と実際の出力との差が最小となる
制御対象モデルを最終的な制御対象モデルとして選択す
る制御対象モデル選択手段と、を含んで構成したことを
特徴とする。
【０００６】請求項２に係る発明は、前記制御対象モデ
ル選択手段が、同定した制御対象モデルを用いて算出し
た出力予測と実際の出力との差が最小となる制御対象モ
デルが所定回数以上連続して同一であるときに、該制御
対象モデルを最終的な制御対象モデルとして選択するこ
とを特徴とする。
【０００７】請求項３に係る発明は、前記制御対象モデ
ル選択手段が、いずれかの制御対象モデルが選択される
までは、あらかじめ設定された基準の制御対象モデルを
用いることを特徴とする。請求項４に係る発明は、図２
に示すように、前記制御対象が、目標空燃比と検出した
実際の空燃比との偏差に基づいて、フィードバック制御
量を算出して空燃比フィードバック制御を行う内燃機関
の空燃比制御系における燃料噴射手段から空燃比検出手
段までの部分であることを特徴とする。
【０００８】請求項５に係る発明は、前記フィードバッ
ク制御量が、スライディングモード制御を用いて算出さ
れることを特徴とする。請求項６に係る発明は、図３に
示すように、前記制御対象が、排気浄化触媒上流側で排
気中の酸素濃度を検出する第１酸素濃度検出手段から排
気浄化触媒下流側で該排気浄化触媒を通過した排気中の
酸素濃度を検出する第２酸素濃度検出手段までの部分で
あり、前記制御対象モデル同定手段が、前記第１酸素濃
度検出手段により検出される酸素濃度を入力とし、前記
第２酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度を出力
とする制御対象モデルを同定し、該同定した制御対象モ
デルを用いて前記排気浄化触媒の酸素吸着量を算出し、
該酸素吸着量が機関の運転状態に応じて設定される最適
酸素吸着量となるように前記排気浄化触媒上流側の空燃
比を制御することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、複数の制
御対象モデルを備え、該複数の制御対象モデルのうち、
同定した各制御対象モデルにより算出した予測出力と実
際の出力との差が最小となる制御対象モデルを最終的な
制御対象モデルとして選択することで、実際の制御対象
の状態におけるむだ時間を最もよく表現するプラントモ
デルを選択できるので、高精度な制御が可能となる。
【００１０】請求項２に係る発明によれば、制御対象モ
デルを用いて算出した予測出力と実際の出力との差が最
小となる制御対象モデルが所定回数以上連続して同一で
あるときに、該制御対象モデルを最終的な制御対象モデ
ルとして選択することで、制御対象モデルの切換えに伴
う不安定な状態を最小限に抑制することができる。
【００１１】請求項３に係る発明によれば、前記複数の
制御対象モデルのうち、いずれかの制御対象モデルが選
択されるまでは、あらかじめ設定された基準の制御対象
モデルを用いることで、はじめから安定した制御を確保
できる。請求項４に係る発明によれば、前記制御対象
を、目標空燃比と検出した空燃比との偏差に基づいて空
燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御系
における燃料噴射手段から空燃比検出手段間までの部分
として、むだ時間の異なる複数の制御対象モデルを設定
する。そして、該複数の制御対象モデルを同定し、同定
されたそれぞれの制御対象モデルにより算出した予測空
燃比と検出した実際の空燃比との差が最小となる制御対
象モデルを最終的な制御対象モデルとして選択する。
【００１２】これにより、燃料噴射弁から空燃比検出手
段までの状態（特に、輸送遅れを含むむだ時間）を最も
よく表現するモデルを選択でき、該選択されたモデルに
より空燃比制御を行うことができるので、高精度な空燃
比制御が実施できる。請求項５に係る発明によれば、制
御すべき空燃比の状態量を、制御対象に含まれるむだ時
間を補償しつつ、スライディングモード制御における切
換平面上に高速に収束した後、この切換平面上に拘束さ
れながら収束点、すなわち、空燃比の目標状態量を与え
る点に収束するよう制御される。そのため、切換平面上
に拘束された後は、外乱等の影響を排除して、安定性、
応答性を確保した空燃比制御を実行できる。
【００１３】請求項６に係る発明によれば、排気浄化触
媒上流側で排気中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出す
る第１酸素濃度検出手段から排気浄化触媒下流側で該排
気浄化触媒を通過した排気中の酸素濃度に基づいて空燃
比を検出する第２酸素濃度検出手段までの排気系を、第
１酸素濃度検出手段の検出する酸素濃度を入力、前記第
２酸素濃度検出手段の検出する酸素濃度を出力とし、む
だ時間の異なる複数の制御対象モデルを設定する。そし
て、各制御対象モデルを逐次同定し、それぞれの制御対
象モデルにより算出した排気浄化触媒下流側の予測酸素
濃度と第２酸素濃度検出手段で検出した実際の酸素濃度
との差が最小のものを最終的な制御対象モデルとして選
択する。
【００１４】これにより、排気浄化触媒を含む前記１酸
素濃度検出手段から前記第２酸素濃度検出手段までの排
気系の状態（特に、むだ時間）を最もよく表現したモデ
ルを選択できる。そして、該排気系の状態を最もよく表
現した同定モデルを用いて排気浄化触媒の酸素吸着量を
精度よく算出できるので、排気浄化触媒上流側の空燃比
を精度よく設定でき、ひいては、排気浄化効率を高く維
持した空燃比制御が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図４は、本発明の一実施形態を示す内
燃機関のシステム図である。図４において、機関（エン
ジン）１の吸気通路２には吸入空気流量Ｑａを検出する
エアフローメータ３が設けられ、スロットル弁４により
吸入空気量Ｑａを制御する。
【００１６】エンジン１の各気筒には、燃焼室５内に燃
料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）６、燃焼室５
内で火花点火を行う点火プラグ７が設けられており、吸
気弁８を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁
６から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記
燃焼室５内で圧縮し、点火プラグ７による火花点火によ
って着火する。
【００１７】排気通路１０には、排気通路１０には排気
浄化触媒１２が介装され、該排気浄化触媒１２の上流側
には、排気中における酸素濃度に応じて空燃比をリニア
に検出する広域型空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）１１
が、排気浄化触媒１２の下流側には、ストイキ型の酸素
濃度センサ（Ｏ2センサ）１３が配設されている。エン
ジン１の排気は、排気弁９を介して燃焼室５から排気通
路１０に排出され、排気浄化触媒１２及びマフラーを介
して大気中に放出される。
【００１８】Ｃ／Ｕ（コントロールユニット）２０に
は、空燃比センサ１１、クランク角センサ１４、水温セ
ンサ１５、エアフローメータ３等からの信号が入力さ
れ、前記スロットル弁４、燃料噴射弁６等の作動を制御
する。次に、本発明の第１実施形態に係る空燃比フィー
ドバック制御について説明する。
【００１９】図５に示すように、本実施形態における空
燃比フィードバック制御は、目標空燃比Ａ／Ｆcmdと検
出空燃比Ａ／Ｆoutとの偏差を算出する第１減算部（ｄ
１）と、該偏差に基づいてスライディングモード制御を
実施して制御量を算出し、該制御量を制御対象（燃料噴
射手段と前記空燃比検出手段間、以下、単にプラントと
いう）５１に印加するスライディングモード制御部（Ｓ
／Ｍ制御部）５２と、を備えたフィードバック制御系に
対して、Otto Smith（人名）が提案したむだ時間補償制
御に基づいて構成される補償演算部５３を設けた構成と
なっている。
【００２０】すなわち、Ｓ／Ｍ制御部５２からの制御量
を、プラントのむだ時間要素を含まないモデル（プラン
トモデル）５４を通して第３減算部（ｄ３）に出力し、
同じくＳ／Ｍ制御部５２からの操作量を、プラントのむ
だ時間を含むプラントモデル５５を通して第３減算部ｄ
３に出力する。そして、プラントモデル５４からの出力
とむだ時間を含むプラントモデル５５からの出力との偏
差を前記第１減算部ｄ１の出力側に設けた第２減算部ｄ
２に導入し、前記第１減算部ｄ１で演算された目標空燃
比Ａ／Ｆcmdと検出した空燃比Ａ／Ｆoutとの偏差から補
償演算部５３からの出力を減算してＳ／Ｍ制御部５２に
印加する。これによりむだ時間経過後の空燃比を予測し
て検出した空燃比と比較しつつ、空燃比制御を行う。
【００２１】ここで、本実施形態では複数のプラントモ
デル（同定モデル）を備えて、それぞれのプラントモデ
ルを同定し、同定した各プラントモデルを用いて算出し
た予測空燃比と検出した実際の空燃比との差が最小とな
るプラントモデルを選択することで、刻々と変化する実
際の制御対象を最もよく表現したモデルを用いて高精度
に空燃比フィードバック制御を行うよう構成したもので
ある。
【００２２】以下、プラントモデルの設定及び同定につ
いて説明する。まず、インジェクタ７とＡ／Ｆセンサ１
２間のプラントを、むだ時間を考慮した２次の自己回帰
モデル（ＡＲＸモデル）で表すと、式（１）、（２）の
ようになる。 A(z-1)y(t) = z-kb0u(t) + e(t) …（１） A(z-1) = 1 + a1z-1 + a2z-2 …（２） 但し、y(t)；実空燃比、u(t)；フィードバック制御量、
e(t)；不規則雑音、k；むだ時間（k≧１）である。
【００２３】ここで、本実施形態においては、前記むだ
時間kを、吸入空気量Ｑａに基づいて、あるいは、吸入
空気量Ｑａと排気温度等に基づいて算出される基準のむ
だ時間k0、該基準のむだ時間kよりも小さいむだ時間k1
（= k0 - α1）、基準のむだ時間k0よりも大きいむだ時
間k2(= k0 + α2)の３種類の制御対象モデルを備える構
成としてある（α1、α2は任意に設定）。
【００２４】次に、プラントモデルの同定について説明
する。なお、以下に示すものは、基準のむだ時間を有す
るプラントモデル（基準のプラントモデル）の同定につ
いて説明するが、他の（むだ時間を有する）プラントモ
デルの同定についても同様に行う。式（１）、（２）よ
り推定パラメータベクトルθ(t)及びデータベクトルψ
(t-k)は、下記（３）、（４）式のように表すことがで
きる。
【００２５】 θ(t) = 〔a1(t)，a2(t)，b0(t)〕T … （３） ψ(t-k) = 〔-y(t-1)，-y(t-2)、u(t-k0)〕T … （４） そして、下記３式（５）〜（７）に示す時間更新式によ
り構成される逐次最小二乗法（ＲＬＳ法）を利用して各
パラメータを調整しつつ、プラントモデルを同定する。
【００２６】 θ(t) = θ(t-1)+〔Γ(t-1)ψ(t-k0)〕/〔1+ψt(t-k0)Γ(t-1)ψ(t-k0)〕× ε(t) …（５） Γ(t) = [Γ(t-1)-〔λ2Γ(t-1)ψ(t-k0)ψT(t-k0)Γ(t-1)〕／〔λ1＋λ2 ψ(t)ψT(t-k0)Γ(t-1)ψ(t-k0)〕]／λ1 …（６） ε(t) = y(t)-θT(t-1)ψ(t-k0) … （７） 但し、λ1、λ2は忘却係数であり、例えば忘却要素なし
の場合は、λ1=λ2=1とし、忘却要素つきの場合は、λ1
=0.98、λ2=1とする。
【００２７】また、パラメータ調整則の初期値は、Γ
(0)=α・Ｉ（Ｉは単位行列）において、α=1000、θ(0)
=0（ゼロ行列）とする。同様にして、他のプラントモデ
ル（むだ時間k1、k2を設定したプラントモデル）を同定
した後、同定した各プラントモデルそれぞれを用いて予
測空燃比を算出する。
【００２８】そして、該予測空燃比と検出した実際の空
燃比との差が最小となるプラントモデルを選択し、該選
択されたプラントモデルによりむだ時間補償を行いつ
つ、空燃比フィードバック制御を実施する。なお、本実
施形態では、プラントモデルの切換えを正確かつ安定し
たものとするため、前記予測空燃比と検出した空燃比と
の差が最小となるプラントモデルが所定回以上同一であ
る場合に該プラントモデルを選択するようにした。
【００２９】以上のプラントモデルの選択を図６のフロ
ーチャートに示す。図６において、ステップ１（図で
は、Ｓ１と記す。以下同様）では、吸入空気量より基準
のむだ時間k0を求める。なお、該基準のむだ時間k0は、
上述したように、吸入空気量に基づいて設定してもよ
く、吸入空気量、排気温度等に基づいて排気体積流量を
算出して求めるようにしてもよい。
【００３０】ステップ２では、いずれかのプラントモデ
ル（同定モデル）に前記基準のむだ時間k0を設定し、基
準モデルとする。ステップ３では、他のプラントモデル
（同定モデル）に前記むだ時間k1、k2をそれぞれ設定す
る。ステップ４では、上述したように、逐次最小二乗法
を用いて各プラントモデルの逐次同定を実施する。そし
て、同定した各プラントモデルのモデル出力（すなわ
ち、予測空燃比）を算出する。
【００３１】ステップ５では、前記モデル出力と検出し
た実空燃比とを比較し、その差が最小となるプラントモ
デルを検出する。ステップ６では、ステップ５で検出し
たプラントモデルが所定回数（Ｎ回）連続したか否かを
判断する。所定回数以上連続して同一のプラントモデル
が検出されていれば、ステップ７に進み、該検出したプ
ラントモデルを空燃比制御に用いる制御対象モデルとし
て選択する。所定回数以上連続して同一のプラントモデ
ルが検出されなければ、ステップ８に進む。
【００３２】ステップ８では、モデル出力と実空燃比と
の差が最小となるプラントモデルを既に選択しているか
否かを判断する。すでに選択している場合は、ステップ
９に進み、前回選択したプラントモデル（すなわち、現
在選択されているプラントモデル）を維持する。まだ一
度もモデル出力と実空燃比との差が最小となるプラント
モデルを選択していない場合は、ステップ１０に進み、
基準のプラントモデルにより空燃比制御を行う。
【００３３】以上により、実際の制御対象の状態のむだ
時間を最もよく表現するプラントモデルを選択できるの
で、高精度な空燃比制御が可能となる。また、制御に用
いるプラントモデルの選択（切換え）を、モデル出力と
実空燃比との差が最小となるプラントモデルが所定回数
以上連続したときに行うようにすることで、ハンチング
を防止すると共に、制御対象の変化を確実に判断してか
らプラントモデルを変更することができ、安定した制御
が可能となる。
【００３４】次に、本発明の第２実施形態に係る排気浄
化触媒１２の酸素吸着量の算出及び排気浄化触媒１２の
上流側の排気の目標空燃比Ａ／Ｆcmdの設定について説
明する。本実施形態における目標空燃比の設定は、図７
中の破線で示されるブロック図に従って行われる。
【００３５】すなわち、触媒１２上流側のＡ／Ｆセンサ
１１（第１酸素濃度検出手段）から下流側のＯ2センサ
１３（第２酸素濃度検出手段）までの排気系を、Ａ／Ｆ
センサ１１に検出された空燃比λに基づいて触媒１２に
吸入される酸素量を算出し（酸素量算出部７１）、Ｏ2
センサ１３に検出される酸素濃度を出力とする触媒モデ
ルで表し、該触媒モデルを触媒モデル同定部７２で逐次
同定し、酸素吸着量算出部７３で同定パラメータを用い
て触媒１２の酸素吸着量を算出する。
【００３６】そして、算出された触媒１２の酸素吸着量
が機関の運転状態に基づいて設定される最適酸素吸着量
となるように目標空燃比設定部７４で触媒１２上流側の
目標空燃比を設定し、空燃比フィードバック制御部７５
にて空燃比が目標空燃比になるよう空燃比制御を実施す
る。なお、図７中、図３と同一のものについては、同じ
番号を付してある。
【００３７】以下、図７のブロック図に従って説明す
る。酸素量算出部７１は、触媒１２に吸入される酸化・
還元に利用されない酸素量を算出する。具体的には、Ａ
／Ｆセンサ１１によって検出された空燃比（実λ）と理
論空燃比（λ＝１）との差に吸入空気量Ｑａを乗算する
ことにより（式（８））、触媒１２の酸素量吸着量に影
響を与える酸素吸入量を算出する。
【００３８】 ｕ（ｔ）＝（実λ-１）×Ｑａ … （８） 触媒モデル同定部７２は、前記酸素量算出部７１で算出
された酸素吸入量ｕ（ｔ）を入力、触媒１２の下流側の
Ｏ2センサ検出値（排出酸素量）ｙ（ｔ）を出力とする
触媒モデル（同定モデル）を逐次最小二乗法（ＲＬＳ
法）を用いて同定する。
【００３９】ここで、図８に示すように、入力（波形８
１）に対して下流側のＯ2センサ検出値（排出酸素量）
が比較的速い応答を示す場合（波形８２）と遅い応答を
示す場合（波形８３）があることを考慮して、前記速い
応答（すなわち、速い時定数）のみを考慮して触媒１２
を伝達関数化した第１伝達関数と前記遅い応答（すなわ
ち、遅い時定数）のみを考慮して触媒１２を伝達関数化
した第２伝達関数をそれぞれ算出し、これら２つの伝達
関数を二次の伝達関数に合成したものを触媒１２の最終
的な伝達関数として扱うことにした（なお、本願発明者
らの実験により、該伝達関数を用いた場合に、触媒の実
際の酸素吸着挙動を精度よく表すことが確認された）。
【００４０】以下、触媒１２の伝達関数化、触媒モデル
の設定及び同定について説明する。なお、Ｏ2吸着量を
算出する式としてFreundlich型の吸着量演算式を用い
た。νを触媒１２のＯ2吸着量、ｐを触媒１２のＯ2吸入
量（Ｏ2の分圧の代用値として用いた）とすると、Ｏ2吸
着量νは、式（９）のように表すことができる。 ν=ap1/n … （９） 但し、a；Ｏ2吸着量の対数とＯ2吸入量（Ｏ2分圧）pの
対数との直線性から求まる定数、ｎ；Ｏ2吸着量の対数
とＯ2吸入量（Ｏ2分圧）pの対数との直線性から求まる
定数である。
【００４１】まず、速い時定数のみを考慮した場合の触
媒１２の伝達関数（第１伝達関数）Ｇ1を算出する。Δ
νを触媒１２のＯ2吸着量とＯ2排出量が等しい平衡状態
からのＯ2の変化吸着量、Δpを触媒１２のＯ2吸着量と
Ｏ2排出量が等しい平衡状態からのＯ2の変化吸入量（に
伴うＯ2分圧の変化量）とすると、Ｏ2吸着量の増減分は
以下のようにして算出される。式（９）より、 ν+Δν = a(p+Δp)1/n = ap1/n (1+Δp/p)1/n 展開して、 ν+Δν = ap1/n〔1 + 1/n・(Δp/p)+ (1-n)/2n・(Δp/
p)2 + …〕 …（１０）従って、式（９）、（１０）
より、Ｏ2変化吸着量Δνは式（１１ ）のように表す
ことができる（なお、本実施形態では二次の項までを考
慮して 近似した）。
【００４２】 Δν ≒ ap1/n〔1/n・(Δp/p) + (1-n)/2n・(Δp/p)2 〕 … （１１） ここで、Δqを触媒１２のＯ2吸着量とＯ2排出量が等し
い平衡状態からのＯ2の変化排出量とすると、速い時定
数の場合においては、変化吸着量Δνは変化吸入量Δp
と変化排出量Δqの差（Δν=Δp-Δq）と置くことがで
きるので上記式（１１）より、 ap1/n〔1/n・(Δp/p) + (1-n)/2n・(Δp/p)2 〕= Δp-Δq … （１２） となる。そして、式（１２）をラプラス変換すると ap1/n/np・1/s2・ΔＰ+ ap1/n(1-n)/2np2・2/s3・ΔＰ=
1/s2（ΔＰ-ΔＱ） となり、式（１３）のように整理できる。
【００４３】 ΔＱ = 〔1 - ap1/n/np - ap1/n(1-n)/np2・1/s〕ΔＰ … （１３） 従って、 ΔＱ/ΔＰ=〔1 - ap1/n/np - ap1/n(1-n)/np2・1/s〕=1
-X1-X2/s 但し、X1 = ap1/n/np、X2 = ap1/n(1-n)/np2である。そ
して、これをｚ変換すると式（１４）となり、これが速
い時定数のみを考慮した場合の第１伝達関数Ｇ1であ
る。
【００４４】 ΔＱ/ΔＰ = 1-X1-X2/(1-z-1) = 〔(1-X1+X2)+(X1-1)z-1〕/(1-z-1) =〔(1-X1+X2)z+(X1-1)〕/(z-1) （= Ｇ1） … （１４） 次に、遅い時定数のみを考慮した場合の触媒１２の伝達
関数（第２伝達関数）Ｇ2を算出する。速い時定数のみ
を考慮した場合は、テイラー展開したＯ2変化吸着量Δ
νの二次の項まで考慮したが（前記式（１１））、遅い
時定数のみを考慮した場合は一次の項のみで近似する。
すなわち、Ｏ2変化吸着量Δνは式（１５）のようにな
る。
【００４５】 Δν ≒ ap1/n〔1/n・(Δp/p)〕 … （１５） ここで、遅い時定数の場合においては、単位時間当りの
Ｏ2変化吸着量d(Δν)/dtが、変化吸入量Δpと変化排出
量Δqの差（d(Δν)/dt = Δp-Δq）と考えられるの
で、式（１５）より d(Δν)/dt = d〔ap1/n/n・（Δp/p）〕/dt= Δp-Δq … （１６） 式（１６）をラプラス変換すると ap1/n/np・1/s2・ΔＰ・s = 1/s2・(ΔＰ-ΔＱ) となり、式（１７）のように整理できる。
【００４６】 ΔＱ = (1 - ap1/n/np・s)ΔＰ … （１７） 従って、 ΔＱ/ΔＰ = (1 - ap1/n/np・s) =1 - X3s ≒ 1/(1+X3
s) =(1/X3)/(s+1/X3) 但し、X3 = ap1/n/npである。そして、これをｚ変換す
ると式（１８）となり、これが遅い時定数のみを考慮し
た場合の伝達関数Ｇ2である。
【００４７】 ΔＱ/ΔＰ = (1/X3)/(1-z-1e-T/X3) (=Ｇ2) … （１８） 触媒１２の（最終的な）伝達関数Ｇｓは、前記速い時定
数のみを考慮した場合の第１伝達関数Ｇ1（式（１
４））と遅い時定数のみを考慮した場合の第２伝達関数
Ｇ2（式（１８））を合成して算出する。 Ｇｓ= Ｇ1・Ｇ2 = 〔(1-X1-X2)z+(k1-1)〕/(z-1)・(1/X3)/(1-z-1e-T/k3) = 〔(1-X1-X2)z/X3 + (X1-1)/X3〕/〔z-(1+e-T/X3)+z-1e-T/X3〕 …（１ ９） ここで、a1=-(1+e-T/X3)、a2=e-T/X3、b1=(1-X1-X2)/X
3、b2=(X1-1)/X3、ｂ3=0とすると、触媒１２の伝達関数
Ｇｓは、 Ｇｓ= (b1z + b2 )/(z + a1+ a2z-1) となるが、この形では、後述するＲＬＳ法が適用できな
いので、 Ｇｓ＝(b1z + b2 )/(z2 + a1z+ a2) とし、これを用いて触媒モデルを表すと式（２０）のよ
うになる。
【００４８】 y(t)+a1y(t-1)+a2y(t-2)=b1u(t-k)+b2u(t-k-1) …（２０） 但し、y(t)；Ｏ2の変化排出量（Ｏ2センサ出力）、u
(t)；Ｏ2の変化入力量、k；むだ時間、である。従っ
て、y(t)についてパラメータベクトルθ(t)及びデータ
ベクトルψ(t)を定義すると式（２１）、（２２）（２
３）のように表すことができる。
【００４９】 y(t) =ψT(t)θ + e(t) … （２１） θ(t) = 〔ａ1(t)，ａ2(t)，ｂ1(t) , ｂ2(t) 〕T … （２２） ψ(t-k) = 〔-y(t-1)，-y(t-2), u(t-k), u(t-k-1)〕T … （２３） ここで、本実施形態においても、第１実施形態と同様
に、前記むだ時間kを、吸入空気量Ｑａに基づいて、あ
るいは、吸入空気量Ｑａと排気温度等に基づいて算出さ
れる基準のむだ時間k0、該基準のむだ時間k0よりも小さ
いむだ時間k1'（=k0 − α1'）、基準のむだ時間k0より
も大きいむだ時間k2'(= k0 + α2')の３種類の触媒モデ
ルを備える構成としてある（α1'、α2'は任意に設
定）。
【００５０】そして、第1実施形態と同様に、逐次最小
二乗法（ＲＬＳ法）を利用して前記各むだ時間が設定さ
れたモデルを同定し、それぞれのモデルにおいて各パラ
メータ（a1',a2,b1,b2）を求める。次に、同定した各触
媒モデルそれぞれを用いてＯ2センサの予測出力を算出
し、実際のＯ2センサ出力値との差が最小となる触媒モ
デルを選択する。
【００５１】ここで、第1実施形態と同様に、同一の触
媒モデルが所定回数以上連続したときに該触媒モデルを
選択し、いずれかも触媒モデル選択されるまでは、基準
の触媒モデルを用いるように構成してもよい。そして、
選択した触媒モデルのパラメータを用いて触媒の酸素吸
着量を以下のようにして算出する。
【００５２】a1=-(1+e-T/X3)、a2=e-T/X3、b1=(1-X1-X
2)/X3、b2=(X1-1)/X3、ｂ3=0であるので、同定パラメー
タa1,a2,b1,b2よりX1、X2、X3は式（２４）〜（２７）
により算出できる。 X1 = k3・b2 + 1 … （２４） X2 = 1 - X1 - X3・b1 = -X3・b2 - X3・b1 … （２５） X3 = -T / log(-a1-1) (a1＜1) … （２６） X3 = -T /log a2 (a2＞0) … （２７） 酸素吸着量算出部７３は、算出したX1(= ap1/n/np)、X2
(= ap1/n(1-n)/np2)を前記式（１１）に、X3(= ap1/n/
np)を前記式（１５）に代入して触媒１２のＯ 2吸着量の
変化量を算出し、更に積分処理してＯ2吸着量を算出す
る。
【００５３】なお、X3の算出については式（２６）、
（２７）のどちらを用いてもよい。目標空燃比設定部７
４は、前記酸素吸着量算出部７３で算出した触媒１２の
Ｏ 2吸着量と機関の運転状態（例えば、エンジン負荷Ｔ
ｐ、回転速度Ｎｅ等）に基づいて設定される最適酸素吸
着量とを比較してその差を演算して、その差を目標空燃
比に変換して空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御部７
５へ出力する。
【００５４】ここで、前記最適酸素吸着量とは、触媒１
２の浄化効率が最大となる範囲の酸素吸着量であり、前
記目標空燃比とは、触媒１２の上流側のＡ／Ｆセンサ１
１で検出される排気空燃比の目標値である。空燃比フィ
ードバック制御部７５では、例えば、前記第１実施形態
のように空燃比を目標空燃比へと制御する。
【００５５】以上のように、触媒１２含む排気系のむだ
時間を最適に表現する触媒モデル（同定モデル）を選択
し、該触媒モデルの同定パラメータを酸素吸着量演算に
用いることにより、触媒１２の劣化等の特性変動にも対
応して精度よく酸素吸着量を算出できる。そして、算出
した酸素吸着量と最適酸素吸着量とを比較して、その差
分を変換して目標空燃比として出力することで、触媒１
２の浄化効率を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を示すブロック図。
【図２】本発明に係る空燃比フィードバック制御を示す
ブロック図。
【図３】本発明に係る目標空燃比の設定制御を示すブロ
ック図。
【図４】本発明の一実施形態のシステム図。
【図５】本発明で用いるむだ時間補償制御を示すブロッ
ク図。
【図６】本発明に係る制御対象モデル選択のフローチャ
ート。
【図７】本発明の他の実施形態のシステム図。。
【図８】排気浄化触媒の過渡特性を示す図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 吸気通路 ３ エアフローメータ ４ スロットル弁 ６ 燃料噴射弁 ７ 点火プラグ ９ 排気弁 １０ 排気通路 １１ Ａ／Ｆセンサ １２ 排気浄化触媒 １３ Ｏ2センサ １４ クランク角センサ １５ 水温センサ ２０ コントロールユニット
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｂ 13/00 Ｇ０５Ｂ 13/00 Ａ 13/02 13/02 Ｄ Ｆターム(参考） 3G084 AA03 AA04 BA09 DA04 DA10 EC04 FA07 FA20 FA26 FA30 FA38 3G091 AA17 AA24 AB01 CB02 CB05 DA01 DA02 DA07 DB05 DB06 DB07 DB08 DB09 DB10 DB13 DC01 DC06 DC07 EA01 EA05 EA16 EA31 EA34 FB10 FB12 HA36 HA37 3G301 HA01 JA20 LB01 MA01 NB02 NB05 ND18 ND45 PD03Z PD04Z PD09Z 5H004 GA10 GA14 GB12 HA13 HB04 HB13 KA74 KC24 KC26 KC28 KC45 LA03 LB05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】むだ時間要素を含む制御対象に対して、該
    制御対象を伝達関数で表した制御対象モデルを用いて、
    むだ時間経過後の前記制御対象の出力を予測して出力検
    出値と比較しつつ、制御対象への入力をフィードバック
    制御する制御装置において、 むだ時間の異なる複数の制御対象モデルを備え、各制御
    対象モデルを逐次同定する制御対象モデル同定手段と、 前記複数の制御対象モデルのうち、同定した各制御対象
    モデルにより算出した予測出力と実際の出力との差が最
    小となる制御対象モデルを最終的な制御対象モデルとし
    て選択する制御対象モデル選択手段と、 を含んで構成したことを特徴とする制御装置。
  2. 【請求項２】前記制御対象モデル選択手段は、同定した
    制御対象モデルを用いて算出した出力予測と実際の出力
    との差が最小となる制御対象モデルが所定回数以上連続
    して同一であるときに、該制御対象モデルを最終的な制
    御対象モデルとして選択することを特徴とする請求項１
    に記載の制御装置。
  3. 【請求項３】前記制御対象モデル選択手段は、いずれか
    の制御対象モデルが選択されるまでは、あらかじめ設定
    された基準の制御対象モデルを用いることを特徴とする
    請求項２に記載の制御装置。
  4. 【請求項４】前記制御対象が、目標空燃比と検出した実
    際の空燃比との偏差に基づいて、フィードバック制御量
    を算出して空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の
    空燃比制御系における燃料噴射手段から空燃比検出手段
    までの部分であることを特徴とする請求項１から請求項
    ３のいずれか１つに記載の制御装置。
  5. 【請求項５】前記フィードバック制御量は、スライディ
    ングモード制御を用いて算出されることを特徴とする請
    求項４に記載の制御装置。
  6. 【請求項６】前記制御対象が、排気浄化触媒上流側で排
    気中の酸素濃度を検出する第１酸素濃度検出手段から排
    気浄化触媒下流側で該排気浄化触媒を通過した排気中の
    酸素濃度を検出する第２酸素濃度検出手段までの部分で
    あり、 前記制御対象モデル同定手段が、前記第１酸素濃度検出
    手段により検出される酸素濃度を入力とし、前記第２酸
    素濃度検出手段により検出される酸素濃度を出力とする
    制御対象モデルを同定し、 該同定した制御対象モデルを用いて前記排気浄化触媒の
    酸素吸着量を算出し、該酸素吸着量が機関の運転状態に
    応じて設定される最適酸素吸着量となるように前記排気
    浄化触媒上流側の空燃比を制御することを特徴とする請
    求項１から請求項３のいずれか１つに記載の制御装置。
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