DE10306278B4 - Regelvorrichtung und Regelverfahren - Google Patents

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Abstract

Regelvorrichtung umfassend: ein Abweichungsberechnungsmittel (22) zum Berechnen einer Abweichung (VO2) zwischen einer Ausgabe (Vout) von einem geregelten Objekt (27) und einem vorbestimmten Sollwert (Vop) mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode (ΔTk); und ein Regeleingabeberechnungsmittel (24) zum Berechnen einer Regeleingabe (KCMD) zu dem geregelten Objekt (27), um die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) auf den Sollwert (Vop) zu konvergieren, gemäß der berechneten Abweichung (VO2) auf der Basis eines Δ Modulationsalgorithmus, oder eines ΔΣ Modulationsalgorithmus oder eines ΣΔ Modulationsalogrithmus mit einer vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode (ΔTk).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung und ein Regelverfahren zum Berechnen einer Regeleingabe in ein geregeltes Objekt, z. B. auf der Basis eines ΔΣ-Modulationsalgorithmus, um eine Ausgabe von dem geregelten Objekt zu regeln.
  • Beschreibung vom Stand der Technik
  • Herkömmlich ist eine Regelvorrichtung der oben erwähnten Art z. B. in der JP 2001-154704 A offenbart worden. Die Regelvorrichtung enthält ein Erfassungsmittel, das eine Ausgabe von einem geregelten Objekt (d. h. einem geregelten System) erfasst und dann ein Erfassungssignal einer analogen Größe ausgibt, die die sensierte Ausgabe indiziert, ein Abweichungsberechnungsmittel, das eine Abweichung zwischen einem Sollwert einer von einem Hostsystem eingegebenen analogen Größe und dem Erfassungssignal berechnet, ein Umwandlungsmittel, das die berechnete Abweichung in ein 1-Bit-Digitalsignal umwandelt, sowie ein Kompensationsmittel, das eine Kompensation für das von dem Umwandlungsmittel gelieferte 1-Bit-Digitalsignal durchführt und dann dasselbe in das geregelte Objekt als ein Eingangssignal eingibt (siehe 6 der Schrift).
  • In dieser Regelvorrichtung wird die Abweichung (die analoge Größe) zwischen dem Erfassungssignal und dem Sollwert durch das Abweichungsberechnungsmittel berechnet, wird die berechnete Abweichung in das 1-Bit-Digitalsignal mittels ΔΣ-Modulation durch das Umwandlungsmittel umgewandelt, und dann wird das 1-Bit-Digitalsignal durch das Kompensationsmittel kompensiert, wonach es als das Eingangssignal in das geregelte Objekt eingegeben wird. In dem obigen Prozess wird eine Arbeitsgröße, die eine zur Abweichung entgegengesetzte Phase hat, erzeugt, um die Abweichung zwischen der Ausgabe von dem geregelten Objekt und dem Sollwert aufzuheben, und wird in das geregelte Objekt eingegeben. Im Ergebnis wird die Ausgabe von dem geregelten Objekt durch Rückkopplung geregelt, um zu dem Sollwert zu konvergieren.
  • Wenn bei der obigen herkömmlichen Regelvorrichtung die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts eine relativ große Phasenverzögerung oder Totzeit enthalten, braucht es Zeit, bevor ein Ausgangssignal, das das Eingangssignal wiederspiegelt, von dem geregelten Objekt ausgegeben wird, nach Eingabe des Eingabesignals in das geregelte Objekt, was eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts hervorruft. Im Ergebnis wird die Regelbarkeit des geregelten Objekts verschlechtert, was das Regelsystem unstabil macht. Wenn z. B. die Kraftstoffeinspritzmenge eines Verbrennungsmotors als Eingabe für die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgasen von dem Motor benutzt wird, braucht es, nach Ausführung der Kraftstoffeinspritzung, Zeit, bis sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase tatsächlich ändert, was eine Verschlechterung der Stabilität und Regelbarkeit bei der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses hervorruft, wodurch die Charakteristiken der durch einen Katalysator gereinigten Abgase unstabil gemacht werden.
  • Eine Regeltechnik zum Kompensieren der oben erwähnten Verzögerung in der Steuerzeit in einem geregelten Objekt mit einer signifikanten Phasenverzögerung oder Totzeit, ist z. B. in der JP 2000-179385 A offenbart worden. In dieser Regeltechnik wird ein vorhergesagter Wert einer Ausgabe von einem geregelten Objekt, worin eine Ansprechverzögerung aufgrund einer Phasenverzögerung oder Totzeit in dem geregelten Objekt berücksichtigt wird, durch einen Identifizierer und einen Zustandsvorhersager berechnet. Insbesondere wird vom geregelten Objekt, das ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als seine Eingabe hat und eine Ausgabe von einem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor seine Ausgabe, ein Diskretzeitsystemmodell aufgestellt, in dem die Ansprechverzögerung berücksichtigt wird. Modellparameter des Diskretzeitsystemmodells werden durch den Identifizierer berechnet, und ein vorhergesagter Wert einer Abweichung zwischen der Ausgabe von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und dem vorbestimmten Sollwert wird durch den Zustandsvorhersager berechnet.
  • Wenn jedoch die oben beschriebene Regeltechnik auf die vorgenannte herkömmliche Regelvorrichtung angewendet wird, tritt das folgende Problem auf: Die herkömmliche Regelvorrichtung führt die Regelung unter Verwendung eines ΔΣ-Modulationsalgorithmus aus, und daher wird, wenn eine Regelperiode (Wiederholperiode bzw. -dauer der Regelung) kürzer wird, die Regelung genauer. In anderen Worten, je länger die Regelperiode gesetzt wird, desto schlechter wird die Regelgenauigkeit. Wenn man jedoch in der obigen Regeltechnik unter Verwendung des Identifizierers und des Zustandsvorhersagers eine Berechnungsperiode des Identifizierers und des Zustandsvorhersagers kürzer einstellt, führt dies nicht notwendigerweise zu einer Verbesserung der Genauigkeit der Berechnung der identifizierten Werte der Modellparameter und des vorhergesagten Werts, sondern verschlechtert in einigen Fällen die Berechnungsgenauigkeit. Zum Beispiel in einer Situation, wo Änderungen in der Eingabe und Ausgabe des geregelten Objekts oder Sollwerts der Ausgabe von dem geregelten Objekt klein sind, kann, wenn die Berechnungsperiode des Identifizierers und des Zustandvorhersagers auf kurz eingestellt sind, die durch den Identifizierer und den Zustandsvorhersager berechneten Werte die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts nicht geeignet Wiederspiegeln, was zu einer Verschlechterung der Berechnungsgenauigkeit führt.
  • Die DE 199 83 795 T1 zeigt Regelvorrichtungen mit Delta-Sigma-Modulationsalgorithmen.
  • Die US 5 623 432 A zeigt eine Regelvorrichtung, umfassend: ein Abweichungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Abweichung zwischen einer Ausgabe von einem geregelten Objekt und einem vorbestimmten Sollwert mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode; und ein Regeleingabeberechnungsmittel zum Berechnen einer Regeleingabe zu dem geregelten Objekt, um die Ausgabe von dem geregelten Objekt auf den Sollwert zu konvergieren, gemäß der berechneten Abweichung auf Basis eines Delta-Sigma-Modulationsalgorithmusses.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelvorrichtung und ein Regelverfahren anzugeben, die in der Lage sind, ein geregeltes Objekt mit einer relativ großen Phasenverzögerung und Totzeit zu regeln, während eine Beseitigung der Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts und gleichzeitig eine Verbesserung der Regelgenauigkeit erreicht wird.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Regelvorrichtung gemäß Anspruch 1 angegeben.
  • Gemäß dieser Regelvorrichtung wird eine Abweichung zwischen einer Ausgabe von einem geregelten Objekt und einem vorbestimmten Sollwert durch das Abweichungsberechnungsmittel mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode berechnet, und eine Regeleingabe in das geregelte Objekt, um die Ausgabe von dem geregelten Objekt auf den Sollwert zu konvergieren, wird durch das Regeleingabeberechnungsmittel gemäß der berechneten Abweichung berechnet, auf der Basis eines des Δ-Modulationsalgorithmus, des ΔΣ-Modulationsalgorithmus und des ΣΔ-Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode. Die Abweichung zwischen der Ausgabe von dem geregelten Objekt und dem vorbestimmten Sollwert wird mit der vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode berechnet, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, wie oben beschrieben. Aus diesem Grund kann, auch wenn die Ansprechverzögerung (Phasenverzögerung oder Totzeit) in dem geregelten Objekt groß ist, oder wenn eine Fluktuationsfrequenz des Sollwerts der Ausgabe von dem geregelten Objekt niedrig ist, die Genauigkeit in der Berechnung der Regeleingabe verbessert werden, indem die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode bzw. -dauer so kurz wie möglich gesetzt wird. Aus dem gleichen Grund ist es ferner, auch wenn sich ein hochfrequentes Rauschen in die Ausgabe von geregelten Objekt aufgrund der kurzen Regeleingabeberechnungsdauer einmischt, möglich, das Einmischen des hochfrequenten Rauschens in dem berechneten Wert der Abweichung zu vermeiden, sodass die Genauigkeit in der Berechnung der Abweichung sichergestellt werden kann. Somit ist die Regelvorrichtung des ersten Aspekts der Erfindung in der Lage, die Regelbarkeit des geregelten Objekts zu verbessern.
  • Bevorzugt berechnet das Regeleingabeberechnungsmittel einen ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet die Regeleingabe auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  • Allgemein bestimmen der Δ-Modulationsalgorithmus, der ΔΣ-Modulationsalgorithmus und der ΣΔ-Modulationsalgorithmus alle eine Regeleingabe unter der Annahme, dass der Verstärkungsfaktor eines geregelten Objekts gleich 1 ist, und daher kann, wenn der tatsächliche Verstärkungsfaktor des geregelten nicht gleich 1 ist, die Regeleingabe nicht als ein geeigneter Wert berechnet werden, was zu einer verschlechterten Regelbarkeit führt. Wenn z. B. der aktuelle Verstärkungsfaktor des geregelten Objekts größer als 1 ist, wird die Regeleingabe als ein Wert berechnet, der größer als erforderlich ist, sodass das geregelte Objekt in einen Überverstärkungszustand versetzt werden kann. Da jedoch gemäß der obigen bevorzugten Ausführung die Regeleingabe auf der Basis des Werts berechnet wird, der erhalten wird durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit dem vorbestimmten Faktor, kann eine exzellente Regelbarkeit erreicht werden, indem der vorbestimmte Faktor geeignet gesetzt wird.
  • Bevorzugt berechnet das Regeleingabeberechnungsmittel einen zweiten Zwischenwert entsprechend der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Allgemein sind der Δ-Modulationsalgorith mus, der ΔΣ-Modulationsalgorithmus und der ΣΔ-Modulationsalgorithmus alle in der Lage, nur eine Regeleingabe zu berechnen, deren Vorzeichen in Bezug auf einen Wert von 0 wiederholt umgekehrt wird. Da jedoch gemäß dieser bevorzugten Ausführung das Regeleingabeberechnungsmittel die Regeleingabe berechnet, indem sie den vorbestimmten Wert zu dem zweiten Zwischenwert addiert, der auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen berechnet ist, ist es möglich, die Regeleingabe nicht nur als einen Wert zu berechnen, dessen Vorzeichen in Bezug auf einen Wert von 0 wiederholt umgekehrt wird, sondern auch als einen Wert, der innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf den vorbestimmten Wert wiederholt vergrößert und verkleinert wird, was zu einer Verbesserung des Regelfreiheitsgrads führt.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung eine Regelvorrichtung gemäß Anspruch 4 angegeben.
  • Gemäß dieser Regelvorrichtung wird der vorhergesagte Wert des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, durch das Vorhersagewertberechnungsmittel auf der Basis des prediktiven Algorithmus mit der vorbestimmten Vorhersagewertberechnungsperiode berechnet, und dann wird die Regeleingabe in das geregelte Objekt zur Regelung der Ausgabe von dem geregelten Objekt durch das Regeleingabeberechnungsmittel gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert berechnet, auf der Basis eines des Δ-Modulationsalgorithmus, des ΔΣ-Modulationsalgorithmus und des ΣΔ-Modulationsalgorithmus mit der vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode, deren jede kürzer ist als die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode. Wenn wie oben beschrieben in einer Situation, in der Änderungen in der Eingabe/Ausgabe des geregelten Objekts klein sind, die Berechnungsperiode des Zustandsvorhersagers auf kurz eingestellt sind, können die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts in dem vorhergesagten Wert nicht geeignet wiedergespiegelt werden, was zu einer Verschlechterung der Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts führt.
  • Da jedoch in dem Regelsystem nach dem zweiten Aspekt der Erfindung die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode länger eingestellt ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, wird es in dem Fall der Regelung eines geregelten Objekts mit einer großen Phasenverzögerung und Totzeit, in dem die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode auf eine Zeitperiode gesetzt wird, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode und die von den Frequenzcharakteristiken abhängig ist, möglich, den vorhergesagten Wert als einen geeigneten Wert, der die dynamischen Charakteristiken wie etwa die Ansprechzeit und Totzeit, des geregelten Objekts wiederspiegelt, akkurat zu berechnen. Dies macht es möglich, eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts geeignet zu beseitigen, indem die Regeleingabe auf der Basis des akkurat vorhergesagten Werts berechnet wird. Aus dem gleichen Grund können, wenn das Vorhersagewertberechnungsmittel und das Regeleingabeberechnungsmittel durch eine Arithmetikoperationseinheit wie etwa einen Mikrocomputer implementiert sind, Arithmetikoperationen, die zur Berechnung des vorhergesagten Werts erforderlich sind, reduziert werden im Vergleich zu einem Fall, in dem die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode gleich der Regeleingabeberechnung gesetzt wird, was zu einer Minderung der Arbeitslast an der Arithmetikoperationseinheit beiträgt. Im Ergebnis kann die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode kürzer gesetzt werden, was es möglich macht, die Genauigkeit bei der Berechnung der Regeleingabe zu verbessern. Somit ist die Regelvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung in der Lage, die Regelbarkeit des geregelten Objekts zu verbessern.
  • Bevorzugt berechnet das Regeleingabeberechnungsmittel einen ersten Zwischenwert gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet die Regeleingabe auf der Basis eines Werts berechnet, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  • Auch bevorzugt berechnet das Regeleingabeberechnungsmittel einen zweiten Zwischenwert gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet die Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung können die gleichen vorteilhaften Effekte erhalten werden, wie sie durch die entsprechenden bevorzugten Ausführungen des ersten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Bevorzugt enthält die Regelvorrichtung ferner ein Ausgabeabtastmittel zum Abtasten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als diskrete Daten mit einer vorbestimmten Ausgabeabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus zum Berechnen des vorhergesagten Werts gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, durch das Ausgabeabtastmittel abgetastet, und der vorhergesagte Wert wird durch das Vorhersagewertberechnungsmittel auf der Basis des Vorhersagealgorithmus gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, berechnet. Indem man die Ausgabe der Abstastperiode auf eine geeignete Zeitperiode entsprechend einem Frequenzbereich setzt, wo ein Leistungsspektrum des Werts vorhanden ist, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, ist es daher möglich, die Frequenzcharakteristiken des Vorhersagewerts des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, auf jene des geregelten Objekts einzustellen, um hierdurch die Regelbarkeit des geregelten Objekts weiter zu verbessern.
  • Noch bevorzugter umfasst die Regelvorrichtung ferner ein Eingabeabtastmittel zum Abtasten eines Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder eines Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Eingabeabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, zu berechnen.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe wiederspiegelt, durch das Eingabeabtastmittel mit der ersten vorbestimmten Eingabeabtastperiode abgetastet, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, und der vorhergesagte Wert wird durch. das Vorhersagewertberechnungsmittel auf der Basis des prediktiven Algorithmus gemäß den abgetasteten diskreten Daten berechnet. Somit wird der vorhergesagte Wert, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, ferner gemäß den diskreten Daten des Werts berechnet, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder den diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe wiederspiegelt. Und auch in dem Fall der Regelung eines geregelten Objekts mit einer großen Phasenverzögerung und Totzeit ist es möglich, den vorhergesagten Wert als einen geeigneten Wert, der die dynamischen Charakteristiken, wie etwa Phasenverzögerung und Totzeit, widerspiegelt, des geregelten Objekts akkurat zu berechnen, während das Einmischen von hochfrequentem Rauschen aufgrund der kurzen Regeleingabeberechnungsperiode in den berechneten vorhergesagten Wert vermieden wird und eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts mit hoher Genauigkeit beseitigt wird. Dies macht es möglich, die Regelbarkeit des geregelten Objekts weiter zu verbessern.
  • Weiter bevorzugt tastet das Eingabeabtastmittel die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, die die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Eingabeabtastperiode ab, indem es eine Dezimierung von Werten davon durchführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Eingabeabtastperiode abgetastet sind, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Eingabeabtastperiode.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe wiederspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Eingabeabtastperiode abgetastet, indem eine Dezimierung von Werten davon ausgeführt wird, die mit der zweiten vorbestimmten Eingabeabtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode, wodurch bei der Berechnung des vorhergesagten Werts der Wert, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, es möglich ist, das Einmischen von hochfrequentem Rauschen aufgrund der kurzen Regeleingaberechenperiode in den berechneten vorhergesagten Wert zuverlässig zu vermeiden. Wenn ferner die zweite Eingabeabtastperiode auf die gleiche Zeitperiode auf die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode gesetzt wird, ist es möglich, die Rechenarbeitslast zu reduzieren.
  • Bevorzugt ist der Vorhersageralgorithmus ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert auf der Basis eines geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, oder des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt widerspiegelt, als Variable zu berechnen.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung wird der vorhergesagte Wert auf der Basis des geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe wiederspiegelt, oder des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als Variablen berechnet. In dem das geregelte Objektmodell so definiert wird, dass die dynamischen Charakteristiken wie etwa Phasenverzögerung und Totzeit des geregelten Objekts daran wiedergespiegelt werden, ist es möglich, den vorhergesagten Wert als einen Wert zu berechnen, der die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts geeignet wiederspiegeln. Im Ergebnis kann die Regelstabilität eingehalten werden, und die Regelbarkeit kann verbessert werden.
  • Noch bevorzugter umfasst die Regelvorrichtung ferner ein Abtastmittel zum Abtasten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Abtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, und das geregelte Objektmodell ist ein Diskretzeitsystemmodell, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung ist das geregelte Objektmodell ein Diskretzeitsystemmodell, das diskrete Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder diskrete Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe wiederspiegelt, und diskrete Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt wiederspiegelt, die beide mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, als Variablen benutzen. Daher ist es durch geeignetes Setzen der ersten vorbestimmten Abtastperiode möglich, zu bewirken, dass das Diskretzeitsystemmodell die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts geeignet wiederspiegelt, was zu einer Verbesserung der Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts beiträgt. Da ferner das Diskretzeitsystemmodell als ein geregeltes Objektmodell verwendet wird, ist es möglich, die Modellparameter leichter zu identifizieren, indem ein allgemeiner Identifikationsalgorithmus, wie etwa die Methode der kleinsten Quadrate, verwendet wird, im Vergleich zu einem Fall, wo ein Fortlaufzeitsystemmodell verwendet wird.
  • Weiter bevorzugt tastet das Abtastmittel die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode ab, indem es eine Dezimierung von Werten davon ausführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die obige bevorzugte Ausführung in Bezug auf das Eingabeabtastmittel erzielt werden.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Regelvorrichtung ferner ein Identifikationsmittel zum Identifizieren von Modellparametern des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die Modellparameter des Diskretzeitsystemmodells durch das Identifikationsmittel identifiziert, gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt. Auch wenn daher die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts sich mit dem Ablauf der Zeit verändern oder zwischen einzelnen geregelten Objekten variieren, ist es möglich, die Modellparameter in einer Weise richtig zu identifizieren, welche dieses berücksichtigt, was es ermöglicht, dass die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objektmodells an die realen dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts angepasst werden. Dies trägt zu einer Verbesserung der Regelbarkeit und Regelstabilität bei. Darüber hinaus erleichtert die Verwendung des Diskretzeitsystemmodells eine Identifizierung der Modellparameter durch das Identifikationsmittel.
  • Noch bevorzugter identifiziert das Identifikationsmittel die Modellparameter ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe anzeigt.
  • Da gemäß dieser bevorzugten Ausführung die Modellparameter durch das Identifizierungsmittel identifiziert werden, nicht nur gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, sondern auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder der diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe wiederspiegelt, ist es möglich, die Modellparameter zu identifizieren, während die Korrelation zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts beobachtet wird, um hierdurch die Identifikationsgenauigkeit zu verbessern. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Regelbarkeit und der Regelstabilität.
  • Noch bevorzugter wird eine Identifikationsperiode, mit der die Modellparameter durch das Identifikationsmittel identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode.
  • Allgemein erfordert in einer Arithmetikoperationseinheit eine übermäßige Arbeitslast, die durch eine arithmetische Operation verursacht wird, die von einem Identifikationsmittel, wie etwa einem Identifizierer zum Identifizieren von Modellparametern ausgeführt wird, manchmal eine Zunahme in der Länge der vorbestimmten Eingabeberechnungsperiode, was die Regelbarkeit verschlechtern kann. Da jedoch gemäß dieser bevorzugten Ausführung die Identifikationsperiode auf eine längere Zeitdauer gesetzt wird als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, kann die auf die Arithmetikoperationseinheit ausgeübte Arbeitslast reduziert werden, was es möglich macht, die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode zu verkürzen, um hierdurch die Regelbarkeit des geregelten Objekts weiter zu verbessern.
  • Gemäß einem dritten Aspekt dient die Regelvorrichtung zum Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Verbrennungsmotor zugefügten Luft-Kraftstoff-Gemisches. In der Abgasleitung des Verbrennungsmotors ist ein Katalysator angeordnet. Hierbei umfasst die Regelvorrichtung:
    einen stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Ausgeben eines Erfassungssignals, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromabwärtigen Seite des in der Abgasleitung angeordneten Katalysators anzeigt.
  • Das Abweichungsberechnungsmittel berechnet eine Abweichung zwischen einer Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und eines vorbestimmten Sollwerts mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode. Das Regeleingabeberechnungsmittel ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel zum Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor zuzuführenden Gemisches, um die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor auf den vorbestimmten Sollwert zu konvergieren, gemäß der berechneten Abweichung, auf der Basis des Δ Modulationsalgorithmus oder des ΔΣ Modulationsalgorithmus oder des ΣΔ Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode.
  • Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelmittel regelt ein Luft-Kraftstoff-Verhältniss des dem Motor zuzuführenden Gemisches gemäß dem berechneten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Gemäß dieser Regelvorrichtung wird die Abweichung zwischen der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor, die als Erfassungssignal ausgegeben wird, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an der stromabwärtigen Seite des Katalysators anzeigt, und dem vorbestimmten Sollwert durch das Abweichungsberechnungsmittel mit der vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode berechnet, und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Gemischs, um die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor auf den Sollwert zu konvergieren, wird durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel berechnet, auf der Basis des Δ-Modulationsalgorithmus oder des ΔΣ-Modulationsalgorithmus oder des ΣΔ-Modulationsalgorithmus, gemäß der berechneten Abweichung, mit der vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode. Wie oben beschrieben, wird die Abweichung zwischen der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und dem Sollwert als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode berechnet, die länger ist als die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode. Auch im Falle eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozesses, in dem eine Verzögerung (Phasenverzögerung oder Totzeit) in Antwort auf die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Zuführen des Gemischs mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Motor, groß ist, oder falls die Fluktuationsfrequenz des Sollwerts niedrig ist, kann die Genauigkeit bei der Berechnung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses verbessert werden, indem die Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode so kurz wie möglich eingestellt wird. Auch wenn sich hochfrequentes Rauschen in die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufgrund der kurzen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisperiode einmischt, ist es aus dem gleichen Grund möglich, das Einmischen des hochfrequenten Rauschens in den berechneten Wert der Abweichung zu vermeiden, wodurch die Genauigkeit bei der Berechnung der Abweichung sichergestellt werden kann. Somit kann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ein Wert berechnet werden, der in der Lage ist, die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor auf den Sollwert akkurat zu konvergieren, was zu einer Verbesserung der Regelbarkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beiträgt. Indem man daher den Sollwert auf einen geeigneten Wert setzt, ist es möglich die Abgasreinigungsrate durch den Katalysator zu verbessern.
  • Bevorzugt berechnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnisregel mittel den ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  • Allgemein bestimmen der Δ-Modulationsalgorithmus, der ΔΣ-Modulationsalgorithmus und der ΣΔ-Modulationsalgorithmus alle eine Regeleingabe, d. h. ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, unter der Annahme, dass der Verstärkungsfaktor eines geregelten Objekts gleich 1 ist, und wenn daher der aktuelle Verstärkungsfaktor des geregelten Objekts nicht gleich 1 ist, kann das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht als ein geeigneter Wert berechnet werden, was zu einer verschlechterten Regelbarkeit des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses führt. Wenn z. B. der aktuelle Verstärkungsfaktor des geregelten Objekts größer als 1 ist, wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als ein Wert berechnet, der größer ist als erforderlich, sodass das geregelte Objekt in einen Überverstärkungszustand versetzt werden kann. Da jedoch gemäß dieser bevorzugten Ausführung das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis des Werts berechnet wird, der erhalten wird durch Multiplizieren des ersten Zwischenwerts, der auf der Basis des einen Modulationsalgorithmus berechnet ist, mit dem vorbestimmten Verstärkungsfaktor, ist es, indem der vorbestimmte Faktor geeignet gesetzt wird, möglich, eine exzellente Regelbarkeit des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu erreichen.
  • Bevorzugt berechnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel den zweiten Zwischenwert gemäß der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Allgemein sind der Δ-Modulationsalgorithmus, der ΔΣ-Modulationsalgorithmus und der ΣΔ-Modulationsalgorithmus alle in der Lage, nur eine Regeleingabe zu berechnen, deren Vorzeichen in Bezug auf einen Wert von 0 wiederholt umgekehrt werden. Da jedoch gemäß dieser bevorzugten Ausführung das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis als eine Regeleingabe berechnet, durch Addieren des vorbestimmten Werts zu dem zweiten Zwischenwert, der auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen berechnet ist, ist es möglich, die Regeleingabe nicht nur als einen Wert zu berechnen, dessen Vorzeichen in Bezug auf einen Wert von 0 wiederholt umgekehrt wird, sondern auch als einen Wert, der in Bezug auf den vorbestimmten Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs wiederholt vergrößert und verkleinert wird, was zu einer Verbesserung des Freiheitsgrads bei der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beiträgt.
  • Gemäß einem vierten Aspekt dient die Regelvorrichtung zum Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines zugefügten Luft-Kraftstoff-Gemisches. In der Abgasleitung des Verbrennungsmotors ist ein Katalysator angeordnet. Hierbei umfasst die Regelvorrichtung:
    einen stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Ausgeben eines Erfassungssignals, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromabwärtigen Seite des in der Abgasleitung angeordneten Katalysators anzeigt.
  • Das Vorhersagewertberechnungsmittel berechnet einen vorhergesagten Wert eines Werts, der eine Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, auf der Basis eines Vorhersagealgorithmus mit einer vorbestimmten Vorhersagewertberechnungsperiode.
  • Das Regeleingabeberechnungsmittel ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel zum Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor zuzuführenden Gemisches zum Regeln der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert auf der Basis des Δ Modulationsalgorithmus oder des ΔΣ Modulationsalgorithmus oder des ΣΔ Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode.
  • Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelmittel regelt ein Luft-Kraftstoff-Verhältniss des dem Motor zuzuführenden Gemisches gemäß dem berechneten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Gemäß dieser Regelvorrichtung wird der vorhergesagte Wert des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, durch das Vorhersagewertberechnungsmittel auf der Basis des Vorhersagealgorithmus mit der vorbestimmten Vorhersagewertberechnungsperiode berechnet, und dann wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Gemischs zum Regeln der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel gemäß dem berechneten Vorhersagewert auf der Basis eines des Δ-Modulationsalgorithmus, des ΔΣ-Modulationsalgorithmus und des ΣΔ-Modulationsalgorithmus mit der vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode berechnet, die kürzer ist als die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode. Da wie zuvor beschrieben eine Situation, wo Änderungen in der Eingabe/Ausgabe des geregelten Objekts, d. h. des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor klein sind, wenn die Periode, mit der der vorhergesagte Wert durch den Zustandsvorhersager berechnet wird, auf kurz gesetzt wird, kann der berechnete vorhergesagte Wert die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts nicht richtig wiederspiegeln, was zu einer verschlechterten Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts führt.
  • Da jedoch in dem Regelsystem gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode länger gesetzt ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, ist es im Falle der Regelung von der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemischs, d. h. im Falle der Regelung des geregelten Objekts mit großer Phasenverzögerung und Totzeit, in dem die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode auf eine längere Zeitdauer gesetzt wird als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisperiode und in Abhängigkeit von den Frequenzcharakteristiken ders geregelten Objekts gesetzt wird, möglich, den vorhergesagten Wert genau als einen geeigneten Wert zu berechnen, der die dynamischen Charakteristiken, wie etwa Ansprechverzögerung und Totzeit des geregelten Objekts wiederspiegelt, während der Einfluss von hochfrequentem Rauschen, das in den berechneten Wert des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses aufgrund der kurzen Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode eingemischt wird, vermieden wird. Im Ergebnis ist es, indem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis des akuraten vorhergesagten Werts berechnet wird, möglich, eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor zugeführten Gemischs und der Ausgabe von der stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor geeignet zu beseitigen.
  • Wenn das Vorhersagewertberechnungsmittel und das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel durch eine arithmetische Operationseinheit wie etwa einem Mikrocomputer implementiert sind, können Arithmetikoperationen, die zur Berechnung des vorhergesagten Werts erforderlich sind, aus dem gleichen Grund reduziert werden im Vergleich zu einem Fall, worin die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode gleich der vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode gesetzt wird, was zu einer Minderung der Arbeitslast an der Arithmetikoperationseinheit beiträgt. Im Ergebnis kann die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode kürzer gesetzt werden, was es möglich macht, die Genauigkeit bei der Berechnung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu verbessern. Somit ist die Regelvorrichtung gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung in der Lage, die Regelbarkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu verbessern und die Abgasreinigungsrate zu verbessern.
  • Bevorzugt berechnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel den ersten Zwischenwert gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  • Auch bevorzugt berechnet das Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel den zweiten Zwischenwert gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (KCMD) durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Gemäß diesen bevorzugten Ausführungen können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die entsprechenden bevorzugten Ausführungen des dritten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Das Ausgabeabtastmittel dient zum Abtasten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als diskrete Daten mit einer vorbestimmten Ausgabeabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, zu berechnen.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, durch das Ausgabeabtastmittel abgetastet, und dann wird der vorhergesagte Wert durch das Vorhersagewertrechnungsmittel auf der Basis der abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, berechnet. Indem daher die Ausgabeabtastperiode entsprechend einem Frequenzbereich geeignet gesetzt wird, wo das Leistungsspektrum des Werts vorhanden ist, der die Ausgabe von stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, ist es möglich, die Frequenzcharakteristiken des vorhergesagten Werts des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, auf die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts einzustellen, was zu einer weiteren Verbesserung der Regelbarkeit und einer weiteren Verbesserung der Abgasreinigungsrate beiträgt.
  • Hier ist das Eingabeabtastmittel ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel zum Abtasten eines Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, zu berechnen.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel mit der ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastet, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und dann wird der vorhergesagte Wert durch das Vorhersagewertberechnungsmittel gemäß den abgetasteten diskreten Daten auf der Basis des prediktiven Algorithmus berechnet. Somit wird der vorhergesagte Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, berechnet, und daher ist es auch in dem Fall der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Verbrennungsmotors, d. h. eines geregelten Objekts mit größer Phasenverzögerung und Totzeit, möglich, den vorhergesagten Wert als einen geeigneten. Wert akkurat zu berechnen, der die dynamischen Charakteristiken, wie etwa Phasenverzögerung und Totzeit, des geregelten Objekts wiederspiegelt, während das Einmischen von hochfrequentem Rauschen aufgrund der kurzen Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode in den berechneten Wert des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vermieden wird, um hierdurch eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor, d. h. zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts, mit hoher Genauigkeit zu beseitigen. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung der Regelbarkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei.
  • Bevorzugt tastet das Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode ab, indem es eine Dezimierung von Werten davon ausführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastet sind, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastet, indem eine Dezimierung von Werten durchgeführt wird, die mit der zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode, wodurch bei der Berechnung des vorhergesagten Werts des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, es möglich ist, das Einmischen von hochfrequentem Rauschen aufgrund der kurzen Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode in den berechneten Wert des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses positiv zu vermeiden. Wenn ferner die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode auf die gleiche Zeitperiode wie die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode gesetzt wird, ist es möglich, die arithmetische Arbeitslast zu reduzieren.
  • Bevorzugt ist der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert auf der Basis des geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen zu berechnen.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird der vorhergesagte Wert des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, auf der Basis des geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts berechnet, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen. Daher ist es durch Definition des geregelten Objektmodells derart, dass die dynamischen Charakteristiken, wie etwa Phasenverzögerung und Totzeit, des geregelten Objekts darin wiedergespiegelt werden, möglich, den vorhergesagten Wert als einen Wert zu berechnen, der die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts richtig wiederspiegelt. Im Ergebnis kann eine Stabiliät in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung erhalten werden, und die Regelbarkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann verbessert werden.
  • Weiter bevorzugt umfasst die Regelvorrichtung ferner ein Abtastmittel zum Abtasten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Abtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und das geregelte Objektmodell ist ein Diskretzeitsystemmodell, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist das geregelte Objektmodell ein Diskretzeitsystemmodell, das die diskreten Daten des Werts benutzt, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, sowie die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, deren beide mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, als Variablen. Indem daher die erste vorbestimmte Abtastperiode richtig eingestellt wird, ist es möglich, zu bewirken, dass das Diskretzeitsystemmodell die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts mit dem Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und dem Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als dessen jeweilige Eingabe und Ausgabe richtig wiederspiegelt, was zu einer Verbesserung der Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts beiträgt. Da ferner das Diskretzeitsystemmodell als das geregelte Objektmodell verwendet wird, ist es möglich, Modellparameter leicht zu identifizieren, indem ein allgemeiner Identifikationsalgorithmus verwendet wird, wie etwa die Methode der kleinsten Quadrate, im Vergleich zu einem Fall, wo ein Fortlaufzeitsystemmodell verwendet wird.
  • Weiter bevorzugt tastet das Abtastmittel die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode ab, indem es eine Dezimierung von Werten davon durchgeführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet sind, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die obige bevorzugte Ausführung in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel erzielt werden.
  • Hier dient das Identifikationsmittel zum Identifizieren von Modellparametern des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung werden die Modellparameter des Diskretzeitsystemmodells durch das Identifikationsmittel gemäß den diskreten Daten des Werts identifiziert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, und auch wenn die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts mit dem Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und dem Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als die jeweiligen Eingaben und Ausgaben davon sich mit dem Lauf der Zeit ändern oder zwischen individuellen geregelten Objekten variieren, ist es daher möglich, die Modellparameter in einer Weise richtig zu identifizieren, die dies berücksichtigt, was es ermöglicht, dass die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts an die realen dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts angepasst werden. Im Ergebis können die Genauigkeit und Stabilität der Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung verbessert werden, was zu einer Verbesserung der Abgasreinigungsrate beiträgt. Darüber hinaus erleichtert die Verwendung des Diskretzeitsystemmodells die Identifizierung der Modellparameter durch das Identifizierungsmittel.
  • Noch bevorzugter identifiziert das Identifikationsmittel die Modellparameter ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt.
  • Da gemäß dieser bevorzugten Ausführung die Modellparameter durch das Identifikationsmittel identifiziert werden, nicht nur gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, sondern auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, ist es möglich, die Modellparameter zu identifizieren, während die Korrelation zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts beobachtet wird, um hierdurch die Genauigkeit bei der Identifizierung der Modellparameter zu verbessern. Im Ergebnis kann die Genauigkeit und Stabilität der Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung weiter verbessert werden, was zu einer weiteren Verbesserung der Abgasreinigungsrate beiträgt.
  • Noch bevorzugter wird die Identifikationsperiode bzw. -dauer, mit der die Modellparameter durch das Identifikationsmittel identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode.
  • Allgemein erfordert in einer arithmetischen Operationseinheit eine übermäßige Arbeitslast, die durch eine arithmetische Operation verursacht wird, die durch das Identifikationsmittel ausgeführt wird, wie etwa einen Identifizierer, um die Modellparameter zu identifizieren, manchmal eine zunehmende Länge der Berechnungsperiode des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als der Regeleingabe, was die Regelbarkeit verschlechtern kann. Da jedoch gemäß dieser bevorzugten Ausführung die Identifizierungsperiode auf eine längere Zeitperiode gesetzt wird als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, kann die auf die Arithmetikoperationseinheit wirkende Arbeitslast reduziert werden, was es möglich macht, die Periode zu verkürzen, mit der der Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, berechnet wird. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelung bei und macht es möglich, eine weiter verbesserte Abgasreinigungsrate zu erreichen.
  • Noch bevorzugter umfasst die Regelvorrichtung ferner einen stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Ausgeben eines Erfassungssignals, das ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromaufwärtigen Seite des in der Abgasleitung des Motors angeordneten Katalysators anzeigt, und
    ein Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel zum Abtasten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder eines Werts, der eine Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und
    der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, zu berechnen.
  • Wenn gemäß dieser bevorzugten Ausführung der vorhergesagte Wert nicht nur gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, sondern auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, berechnet wird, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende vierte bevorzugte Ausführung des vierten Aspekts der Erfindung erzielt werden. Wenn ferner die Vorhersagedaten nicht nur gemäß den diskreten Daten des Werts berechnet werden, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, oder gemäß diesen und diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, sondern auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, kann der Zustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in dem vorhergesagten Wert wiedergespiegelt werden, was es möglich macht, die Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts weiter zu verbessern.
  • Weiter bevorzugt tastet das Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode ab, indem es eine Dezimierung von Werten davon ausführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode.
  • Wenn gemäß dieser bevorzugten Ausführung die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, abgetastet werden, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende fünfte bevorzugte Ausführung des gegenwärtigen Aspekts der Erfindung erzielt werden. Wenn ferner die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, oder diese und die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, abgetastet werden, ist es möglich, das Einmischen von hochfrequentem Rauschen aufgrund der kurzen Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode in die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, zuverlässig zu vermeiden, was es möglich macht, die Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, weiter zu verbessern.
  • Bevorzugt umfasst die Regelvorrichtung ferner einen stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor zum Ausgeben eines Erfassungssignals, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromaufwärtigen Seite des in der Abgasleitung des Motors angeordneten Katalysators anzeigt, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert auf der Basis eines geregelten Objektmodells zu berechnen, das den Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, oder den Wert, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, oder den Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Wenn gemäß dieser bevorzugten Ausführung das geregelte Objektmodell den Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und den Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, als Variablen benutzt, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende sechste bevorzugte Ausführung des vorliegenden Aspekts erzielt werden. Wenn ferner das geregelte Objektmodell den Wert, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, und den Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen benutzt, kann der Zustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in dem geregelten Objektmodell wiedergespiegelt werden, was es möglich macht, die Genauigkeit in der Berechnung des vorhergesagten Werts weiter zu verbessern.
  • Noch bevorzugter umfasst die Regelvorrichtung ferner ein Abtastmittel zum Abtasten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, und/oder des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Abtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und das geregelte Objektmodell ist ein Diskretzeitsystemmodell, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-verhältnissensor anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Wenn gemäß dieser bevorzugten Ausführung das geregelte Objektmodell die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen benutzt, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende siebte bevorzugte Ausführung des vorliegenden Aspekts erzielt werden. Wenn ferner das geregelte Objektmodell die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, sowie die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, als Variablen enthält, kann der Zustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators in dem geregelten Objektmodell wiedergespiegelt werden, d. h. der vorhergesagten Wert, was es möglich macht, die Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts weiter zu verbessern.
  • Weiter bevorzugt tastet das Abtastmittel die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromauwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode ab, indem es eine Dezimierung von Werten davon durchführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende bevorzugte Ausführung in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel erzielt werden.
  • Das Identifikationsmittel dient zum Identifizieren von Modellparametern des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende bevorzugte Ausführung in Bezug auf das Identifizierungsmittel erzielt werden.
  • Noch weiter bevorzugt identifiziert das Identifikationsmittel die Modellparameter ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, oder der diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt.
  • Wenn gemäß dieser bevorzugten Ausführung Modellparameter auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, identifiziert werden, können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende zehnte bevorzugte Ausführung des vorliegenden Aspekts erzielt werden. Wenn andererseits die Modellparameter auch gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, identifiziert werden, ist es möglich, die Modellparameter zu identifizieren, während die Korrelation zwischen dem Wert, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und dem Wert, der die Ausgabe von dem stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, beobachtet wird, unter Verwendung der diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor anzeigt, der eine kleinere Totzeit hat als der Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, um hierdurch die Genauigkeit bei der Identifizierung der Modellparameter zu verbessern.
  • Noch bevorzugter wird die Identifikationsperiode, mit der die Modellparameter durch das Identifikationsmittel identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode.
  • Gemäß dieser bevorzugten Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die vorstehende elfte bevorzugte Ausführung des vorliegenden Aspekts erzielt werden.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ein Regelverfahren gemäß Anspruch 17 angegeben.
  • Gemäß diesem fünften Aspekt der Erfindung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden wie sie durch den ersten Aspekt der Erfindung erzielt werden.
  • Bevorzugt enthält der Regeleingabeberechnungsschritt: Berechnen eines ersten Zwischenwerts gemäß der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten wird.
  • Bevorzugt enthält der Regeleingabeberechnungsschritt: Berechnen eines zweiten Zwischenwerts gemäß der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Gemäß diesen bevorzugten Ausführungen können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung des ersten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung ein Regelverfahren gemäß Anspruch 20 angegeben.
  • Gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden wie sie durch den zweiten Aspekt der Erfindung erzielt werden.
  • Bevorzugt enthält der Regeleingabeberechnungsschritt: Berechnen eines ersten Zwischenwerts gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  • Bevorzugt enthält der Regeleingabeberechnungsschritt: Berechnen eines zweiten Zwischenwerts gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Bevorzugt umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt: Abtasten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als diskrete Daten mit einer vorbestimmten Ausgabeabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, und worin der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus zum Berechnen des vorhergesagten Werts gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts ist, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt.
  • Noch bevorzugter umfasst das Regelverfahren den Schritt: Abtasten eines Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder eines Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Eingabeabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, zu berechnen.
  • Weiter bevorzugt enthält der Schritt des Abtastens eines Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder eines Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Eingabeabtastperiode abzutasten, indem es eine Dezimierung von Werten davon durchführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Eingabeabtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Eingabeabtastperiode.
  • Bevorzugt ist der prädiktive Algorithmus ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert auf der Basis eines geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt widerspiegelt, als Variablen zu berechnen.
  • Noch bevorzugter umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt: Abtasten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Abtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode, und das geregelte Objektmodell ist ein Diskretzeitsystemmodell, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Weiter bevorzugt enthält der Schritt des Abtastens des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt, die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode abzutasten, indem er eine Dezimierung von Werten davon ausführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt des Identifizierens von Modellparametern des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe von dem geregelten Objekt anzeigt.
  • Noch bevorzugter enthält der Identifizierungsschritt die Modellparameter ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe anzeigt, und den diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe widerspiegelt, zu identifizeren.
  • Noch bevorzugter wird eine Identifikationsperiode, mit der die Modellparameter in dem Identifikationsschritt identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt wird als die vorbestimmte Eingabeberechnungsperiode.
  • Gemäß diesen bevorzugten Ausführungen können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung des zweiten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Gemäß einem siebten Aspekt regelt das Regelverfahren ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches. In der Abgasleitung des Verbrennungsmotors ist ein Katalysator angeordnet. Hierbei umfasst das Regelverfahren die Schritte:
    Erfassen eines Parameters, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromabwärtigen Seite des in der Abgasleitung angeordneten Katalysators anzeigt;
    Berechnen einer Abweichung zwischen dem Parameter und einem vorbestimmten Sollwert mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode;
    Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor zuzuführenden Gemisches, um den Parameter auf den vorbestimmten Sollwert zu bringen, gemäß der berechneten Abweichung auf der Basis des Δ Modulationsalgorithmus, oder des ΔΣ Modulationsalgorithmus oder des ΣΔ Modulationsalgorithmus, mit einer vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode; und
    Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des dem Motor zuzuführenden Gemisches gemäß dem berechenten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch den dritten Aspekt der Erfindung erzielt werden.
  • Bevorzugt enthält der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsschritt den ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen zu berechnen und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der Basis eines Werts zu berechnen, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten wird.
  • Bevorzugt enthält der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsschritt den zweiten Zwischenwert entsprechend der Abweichung auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen zu berechnen und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert zu berechnen.
  • Gemäß diesen bevorzugten Ausführungen können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung des dritten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Gemäß einem achten Aspekt regelt das Regelverfahren ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft Kraftstoff-Gemisches. In der Abgasleitung des Verbrennungsmotors ist ein Katalysator angeordnet. hierbei umfasst das Regelverfahren die Schritte:
    Erfassen eines Parameters, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromabwärtigen Seite des in der Abgasleitung angeordneten Katalysators anzeigt;
    Berechnen eines vorhergesagten Werts eines den Parameter anzeigenden Werts auf der Basis eines Vorhersagealgorithmus mit einer vorbestimmten Vorhersagewertberechnungsperiode;
    Berechnen eines Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines dem Motor zuzuführenden Gemisches zum Regeln des Parameters gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert auf der Basis des Δ Modulationsalgorithmus oder des ΔΣ Modulationsalgorithmus oder des ΣΔ Modulationsalgorithmus, mit einer vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode; und
    Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des dem Motor zuzuführenden Gemisches gemäß dem berechneten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Gemäß dem achten Aspekt der Erfindung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch den vierten Aspekt der Erfindung erzielt werden.
  • Bevorzugt enthält der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsschritt Berechnen des ersten Zwischenwerts gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten wird.
  • Bevorzugt enthält der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsschritt Berechnen des zweiten Zwischenwerts gemäß dem vorhergesagten Wert auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  • Bevorzugt umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt den Wert abzutasten, der den Parameter anzeigt, als diskrete Daten mit einer vorbestimmten Ausgabeabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der den Parameter anzeigt, zu berechnen.
  • Noch bevorzugter umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt einen Wert abzutasten, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, zu berechnen.
  • Weiter bevorzugt enthält der Schritt des Abtastens eines Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abzutasten, indem eine Dezimierung von Werten davon ausgeführt wird, die mit einer zweiten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastete werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode.
  • Bevorzugt ist der prädiktive Algorithmus ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert auf der Basis eines geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und des Werts, der den Parameter anzeigt, als Variablen zu berechnen.
  • Noch bevorzugter umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt, den Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und den Wert, der den Parameter anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Abtastperiode abzutasten, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und das geregelte Objektmodell ist ein Diskretzeitsystemmodell, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der den Parameter anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Weiter bevorzugt enthält der Schritt des Abtastens des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und des Werts, der den Parameter anzeigt, die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode abzutasten, indem eine Dezimierung von Werten davon durchgeführt wird, die mit einer zweiten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt, Modellparameter des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der den Parameter anzeigt, zu identifizieren.
  • Noch bevorzugter enthält der Identifizierungsschritt die Modellparameter ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, zu identifzieren.
  • Noch weiter bevorzugt wird die Identifikationsperiode bzw. -dauer, mit der die Modellparameter in dem Identifizierungsschritt identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode.
  • Noch bevorzugter umfasst das Regelverfahren ferner die Schritte Erfassen eines stromaufwärtigen Parameters, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromaufwärtigen Seite des in der Abgasleitung des Motors angeordneten Katalysators anzeigt, und Abtasten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder eines Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und worin der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus ist, um den vorhergesagten Wert ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, zu berechnen.
  • Noch bevorzugter umfasst der Schritt des Abtastens des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder eines Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abzutasten, indem eine Dezimierung von Werten davon ausgeführt wird, die mit einer zweiten vorbestimmten Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhätlnisabtastperiode.
  • Bevorzugt umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt einen stromaufwärtigen Parameter zu erfassen, der ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen an einer stromaufwärtigen Seite des in der Abgasleitung des Motors angeordneten Katalysators anzeigt, und der Vorhersagealgorithmus ist ein Algorithmus, um den vorhergesagten Wert auf der Basis eines geregelten Objektmodells zu berechnen, das den Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, oder den Wert, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, oder den Wert, der den Parameter anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Noch bevorzugter umfasst das Regelverfahren den Schritt, den Wert, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder den Wert, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, und/oder den Wert, der den Parameter anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Abtastperiode abzutasten, die länger ist als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode, und das geregelte Objektmodell ist ein Diskretzeitsystemmodell, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, oder die abgetastete diskreten Daten des Werts, der den Parameter anzeigt, als Variablen benutzt.
  • Weiter bevorzugt umfasst der Schritt des Abtastens des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder des Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, und/oder des Werts, der den Parameter anzeigt, die diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, mit der ersten vorbestimmten Abtastperiode abzutasten, indem eine Dezimierung von Werten davon ausgeführt wird, die mit einer zweiten vorbestimmten Abtastperiode abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Abtastperiode.
  • Weiter bevorzugt umfasst das Regelverfahren ferner den Schritt, Modellparameter des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der den Parameter anzeigt, zu identifizieren.
  • Noch bevorzugter enthält der Identifizierungsschritt die Modellparameter ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis anzeigt, oder den diskreten Daten des Werts, der den stromaufwärtigen Parameter anzeigt, zu identifizieren.
  • Noch bevorzugter wird eine Identifikationsperiode bzw. -dauer, mit der die Modellparameter in dem Identifizierungsschritt identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt als die vorbestimmte Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode.
  • Gemäß diesen bevorzugten Ausführungen können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung des dritten Aspekts der Erfindung erzielt werden.
  • Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung sowie einen Verbrennungsmotor zeigt, an der die Regelvorrichtung angewendet ist;
  • 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der jeweiligen Messergebnisse von KW-Reinigungsraten und NOx-Reinigungsraten einer ersten Katalysatorvorrichtung zeigt, und entsprechende Ausgaben Vout eines O2-Sensors 15, jeweils gemessen in Bezug auf eine Ausgabe KACT von einem LAF-Sensor 14, wenn die erste Katalysatorvorrichtung in einem verschlechterten und in einem nicht verschlechterten Zustand war;
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung eines ADSM-Reglers und eines PRISM-Reglers der Regelvorrichtung gemäß der ersten Ausführung zeigt;
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung eines Reglers zur Ausführung von ΔΣ-Modulation und eines damit ausgestatteten Regelsystems zeigt;
  • 5A bis 5E bilden ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel der Regelung durch das Regelsystem von 4 zeigt;
  • 6 ist ein Zeitdiagramm, das zur Erläuterung der Prinzipien der adaptiven Vorhersage ΔΣ-Modulationsregelung durch den ADSM-Regler, der in der ersten Ausführung verwendet wird;
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung eines in dem ADSM-Regler enthaltenen DSM-Reglers zeigt;
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines Kraftstoffeinspritzregelprozesses, der für einen Verbrennungsmotor ausgeführt wird;
  • 9 ist ein Flussdiagramm eines adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozesses;
  • 10 ist eine Fortsetzung des Flussdiagramms von 9;
  • 11 ist ein Flussdiagramm für einen Startbestimmungsprozess, der in Schritt S21 in 9 ausgeführt wird;
  • 12 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbestimmungsprozesses, der in Schritt S23 in 9 ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob ein PRISM/ADSM-Prozess ausgeführt werden sollte oder nicht;
  • 13 ist ein Flussdiagramm eines Ausführungsbestimmungsprozesss, der in Schritt S24 in 9 ausgeführt wird, um zu bestimmen, ob durch einen Identifizierer eine Arithmetikoperation ausgeführt werden sollte oder nicht;
  • 14 ist ein Flussdiagramm eines Berechnungsprozesses, der in Schritt S25 in 9 ausgeführt wird, um verschiedene Parameter zu berechnen;
  • 15 zeigt ein Beispiel einer Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung der Totzeit CAT_DELAY und KACT_D;
  • 16 zeigt ein Beispiel einer Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung eines Wichtungsparameters λ1;
  • 17 zeigt ein Beispiel einer Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung von Grenzwerten X_IDA2L, X_IDB1L und X_IDB1H zum Begrenzen der jeweiligen Werte von Modellparametern a1, a2 und b1;
  • 18 zeigt ein Beispiel einer Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung einer Filterordnung n;
  • 19 ist ein Flussdiagramm in einem Arithmetikoperationsprozess, der von dem Identifizierer in Schritt S31 in 9 ausgeführt wird;
  • 20 ist ein Flussdiagramm eines θ(k)-Stabilisierungsprozesses, der in Schritt S94 in 19 ausgeführt wird;
  • 21 ist ein Flussdiagramm eines a1' & a2'-Begrenzungsprozesses, der in Schritt S101 in 20 ausgeführt wird;
  • 22 ist ein Diagramm, das einen begrenzten Bereich zeigt, auf den Kombinationen von a1' & a2' durch den Prozess von 21 begrenzt werden;
  • 23 ist ein Flussdiagramm eines b1'-Begrenzungsprozesses, der in Schritt S102 in 20 ausgeführt wird;
  • 24 ist ein Flussdiagramm eines Arithmetikoperationsprozesses, der durch den Zustandsvorhersageschritt S33 in 10 ausgeführt wird;
  • 25 ist ein Flussdiagramm eines Usl-Berechnungsprozesses, der in Schritt S34 in 10 ausgeführt wird, um einen Regelbetrag Usl zu berechnen;
  • 26 ist ein Flussdiagramm eines Integralwertberechnungsprozesses, der in Schritt S151 in 25 ausgeführt wird, um einen Integralwert σPRE zu berechnen;
  • 27 ist ein Flussdiagramm eines DKCMDSLD-Berechnungsprozesses, der in Schritt S36 in 10 ausgeführt wird, um einen Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD zu berechnen;
  • 28 ist eine Fortsetzung des Flussdiagramms von 27;
  • 29 ist ein Flussdiagramm eines DKCMDDSM-Berechnungsprozesses, der in Schritt S37 in 10 ausgeführt wird, um einen ΔΣ-Modulationsregelbetrag DKCMDDSM zu berechnen;
  • 30 zeigt ein Beispiel einer Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung von KDSM;
  • 31 ist ein Flussdiagramm des KCMDSLD-Berechnungsprozesses, der in Schritt S38 in 10 ausgeführt wird, um ein adaptives Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD zu berechnen;
  • 32 ist ein Flussdiagramm eines FLAFADP-Berechnungsprozesses, der in Schritt S39 in 10 ausgeführt wird, um einen adaptiven Korrekturterm FLAFADP zu berechnen;
  • 33 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 34 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 35 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 36 ist ein Beispiel einer Tabelle, die in einem Parameterplaner (Scheduler) der Regelvorrichtung gemäß der vierten Ausführung verwendet wird, um Modellparameter zu berechnen;
  • 37 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung eines SDM-Reglers einer Regelvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 38 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung eines DM-Reglers einer Regelvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 39 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung eines Verbrennungsmotors zeigt, der eine Regelvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung der Erfindung enthält;
  • 40 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung der Regelvorrichtung gemäß der siebten Ausführung zeigt;
  • 41 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer achten Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 42 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer neunten Ausführung der Erfindung zeigt;
  • 43 ist ein Zeitdiagramm, das Steuerzeiten der Berechnung und der Abtastung verschiedener Werte zeigt, die durch die Regelvorrichtung gemäß der neunten Ausführung ausgeführt werden; und
  • 44 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführung der Erfindung zeigt.
  • DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
  • Die Erfindung wird nun im Detail in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die bevorzugte Ausführungen davon zeigen. In diesen Ausführungen ist eine Regelvorrichtung (ein Regelverfahren) gemäß der Erfindung konfiguriert, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einem Verbrennungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs zu steuern bzw. zu regeln. Zuerst ist in Bezug auf 1 schematisch die Anordnung einer Regelvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung gezeigt, sowie ein Verbrennungsmotor 3, an dem die Regelvorrichtung 1 angewendet ist. Wie in der Figur gezeigt, enthält die Regelvorrichtung 1 eine ECU 2, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, das dem Verbrennungsmotor (nachfolgend einfach als ”der Motor” bezeichnet) 3, wie nachfolgend beschrieben wird, zugeführt wird, gemäß den Betriebszuständen des Motors 3 steuert/regelt.
  • Der Motor 3 ist ein Reihenvierzylinderbenzinmotor, der an einen nicht gezeigten Kraftfahrzeug installiert ist, und hat erste bis vierte Zylinder #1 bis #4. In der Nähe eines Drosselventils 5, das in einem Ansaugrohr 4 des Motors 3 angeordnet ist, ist ein Drosselventilöffnungssensor 10 vorgesehen, der z. B. durch ein Potenziometer implementiert ist, um den Öffnungsgrad (nachfolgend als ”Drosselventilöffnung” bezeichnet) θTH des Drosselventils zu erfassen, um der ECU 2 ein elektrisches Signal zu liefern, das die sensierte Drosselöffnung θTH anzeigt.
  • Ferner ist ein Ansaugrohrabsolutdrucksensor 11 an einer Stelle stromab des Drosselventils 5 in Verbindung mit der Innenseite des Ansaugrohrs 4 angeordnet. Der Ansaugrohrabsolutdrucksensor 11 ist z. B. durch einen Halbleiterdrucksensor implementiert, um den Ansaugrohrabsolutdruck PBA innerhalb des Ansaugrohrs zu erfassen, um der ECU 2 ein elektrisches Signal zu liefern, das den sensierten Ansaugrohrabsolutdruck PBA anzeigt.
  • Das Ansaugrohr 4 ist mit den vier Zylindern #1 bis #4 über vier Zweigabschnitte 4b eines Ansaugkrümmers 4a verbunden. In die Zweigabschnitte 4b sind Einspritzdüsen 6 an jeweiligen Orten stromauf nicht gezeigter Ansaugöffnungen für die vier Zylinder angeordnet. Jede Einspritzdüse 6 wird auf eine Endkraftstoffeinspritzmenge TOUT, über die die Einspritzdüse 6 offen ist, und eine Kraftstoffeinspritzzeit durch ein Treibersignal gesteuert, das von der ECU 2 während des Betriebs des Motor 3 geliefert wird.
  • Ferner ist ein Motorkühlmitteltemperatursensor 12, der z. B. durch einen Thermistor gebildet ist, in einem Zylinderblock des Motors 3 angebracht. Der Motorkühlmitteltemperatursensor 12 sensiert eine Motorkühlmitteltemperatur TW, die die Temperatur des durch den Zylinderblock 3 des Motors zirkulierenden Motorkühlmittels ist, und liefert der ECU 2 ein Signal, das die sensierte Motorkühlmitteltemperatur TW anzeigt.
  • Ein Kurbelwinkelstellungssensor 13 ist für eine nicht gezeigte Kurbelwelle des Motors 3 angeordnet, um der ECU 2 entsprechend der Drehung der Kurbelwelle ein CRK-Signal und ein OT-Signal zu liefern, die beide Impulssignale sind.
  • Jeder Impuls des CRK-Signals wird erzeugt, wenn immer sich die Kurbelwelle um einen vorbestimmten Winkel (z. B. 30 Grad) dreht. Die ECU 2 bestimmt eine Drehzahl (nachfolgend als ”die Motordrehzahl” bezeichnet) NE des Motors 3 auf der Basis des CRK-Signals. Das OT-Signal indiziert, dass jeder Kolben, nicht gezeigt, in einem zugeordneten Zylinder in einer vorbestimmten Kurbelwinkelstellung unmittelbar vor der OT-Stellung beim Beginn des Ansaughubs ist, und jeder Impuls des OT-Signals wird erzeugt, wenn immer sich die Kurbelwelle um einen vorbestimmten Winkel dreht.
  • Andererseits sind erste und zweite Katalysatorvorrichtungen 8a, 8b (Katalysator) in der genannten Reihenfolge von der stromaufwärtigen zur stromabwärtigen Seite in einem Auspuffrohr 7 (Abgasleitung) an jeweiligen Stellen stromab eines Auslasskrümmers 7a davon angeordnet. Jede Katalysatorvorrichtung 8a (8b) ist eine Kombination eines NOx-Katalysators und eines Dreiwegekatalysators. Obwohl nicht gezeigt, ist der NOx-Katalysator gebildet, indem eine Oberfläche eines Basismaterials mit einer Bienenwabenstruktur mit einem Iridiumkatalysator beschichtet wird (calciniertes Material von Silika und Siliciumcarbidwhiskerpulver, das Iridium trägt), und in dem dann ferner eine Schicht aus Perovskit-Doppeloxid (calciniertes Material von LaCoO3-Pulver und Silika) auf die beschichtete Oberfläche des Basismaterials aufgetragen wird. Die Katalysatorvorrichtung 8a (8b) beseitigt NOx aus den Abgasen, die während eines Magerverbrennungsbetriebs des Motors 3 abgegeben werden, durch katalytische Oxidationsreduktionvorgänge des NOx-Katalysators, und beseitigt CO, KW und NOx aus den Abgasen, die während anderen Betrieben des Motors 3 als dem Magerverbrennungsbetrieb abgegeben werden, durch katalytische Oxidationsreduktionsvorgänge des Dreiwegekatalysators. Angemerkt werden sollte, dass die Katalysatorvorrichtung 8a (8b) nicht auf die Kombination eines NOx-Katalysators und eines Dreiwegekatalysators beschränkt ist, sondern durch irgendeinen Katalysator implementiert werden kann, der in der Lage ist, CO, KW und NOx aus Abgasen zu beseitigen. Zum Beispiel kann die Katalysatorvorrichtung 8a (8b) durch einen nicht-Metallkatalysator gebildet sein, wie etwa einen Perovskit-Katalysator und/oder einem Metallkatalysator, wie etwa einen Dreiwegekatalysator.
  • Ein Sauerstoffkonzentrationssensor (nachfolgend als ”der O2-Sensor” bezeichnet) 15 ist in das Auspuffrohr 7 zwischen den ersten und zweiten Katalysatorvorrichtungen 8a, 8b eingesetzt. Der O2-Sensor 15 (stromabwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor) ist aus einer Zirkoniumschicht- und Platinelektrode aufgebaut und liefert der ECU 2 eine Ausgabe Vout in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration, die in den Abgasen stromab der ersten Katalysatorvorrichtung 8a enthalten ist. Die Ausgabe Vout (Ausgabe von einem geregelten Objekt) nimmt einen Hochpegelspannungswert (z. B. 0,8 V) ein, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das ein fetteres Luft-Kraftstoff-Gemisch als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, verbrannt worden ist, wohingegen es einen Niedrigpegel-Spannungswert (z. B. 0,2 V) einnimmt, wenn ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das ein magereres Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist, verbrannt worden ist. Wenn ferner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, nimmt die Ausgabe Vout einen vorbestimmten Sollwert Vop (z. B. 0,6 V) ein (siehe 2).
  • Ferner ist ein LAF-Sensor 14 (stromaufwärtiger Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor) in der Nähe des Basisabschnitts des Auslasskrümmers 7a angebracht. Der LAF-Sensor 14 ist gebildet durch Kombination eines Sensors ähnlich dem O2-Sensor 15 und einer Erfassungsschaltung, wie etwa einem Linearisierer, und erfasst die Sauerstoffkonzentration, die in den Abgasen enthalten ist, linear in einem weiten Bereich des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das von einem fetten Bereich zu einem mageren Bereich reicht, um der ECU 2 eine Ausgabe KACT zu liefern, die zu der sensierten Sauerstoffkonzentration proportional ist.
  • Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Abgasreinigungsrate der ersten Katalysatorvorrichtung 8a und der Ausgabe Vout (Spannungswert) von dem O2-Sensor 15 in Bezug auf 2 beschrieben. Die Figur stellt KW-Reinigungsraten und NOx-Reinigungsraten der ersten Katalysatorvorrichtung 8a und entsprechend der Ausgaben Vout von dem O2-Sensor 15 dar, jeweils gemessen, wenn die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14, d. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Motor 3 zugeführten Gemischs, über das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis hinweg verändert wird, in jeweiligen Zuständen, indem die Reinigungsfähigkeit der ersten Katalysatorvorrichtung 8a aufgrund langdauernden Gebrauchs schlechter geworden ist, und worin die Reinigungsfähigkeit noch nicht schlechter geworden ist. In der Figur repräsentieren unterbrochene Linien jeweils ein Messergebnis, das erhalten wird, wenn die erste Katalysatorvorrichtung 8a in dem nicht verschlechterten Zustand ist, wohingegen die durchgehenden Linien jeweils ein Messergebnis repräsentieren, das erhalten wird, wenn die erste Katalysatorvorrichtung 8a in dem verschlechterten Zustand ist. Ferner zeigt die Figur, dass, wenn die Ausgabe KACT von LAF-Sensor 14 größer wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs fetter wird.
  • Wenn, wie in der Figur gezeigt, die erste Katalysatorvorrichtung 8a schlechter wird, sinkt dessen Reinigungsfähigkeit im Vergleich zu jener im nicht verschlechterten Zustand, und dann quert die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 den Sollwert Vop, wenn die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 einen Wert KACT 1 an einer mageren Seite einnimmt. Die erste Katalysatorvorrichtung 8a hat eine Charakteristik, KW und NOx am effizientesten zu beseitigen, wenn die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 gleich dem Sollwert Vop ist, unabhängig davon, ob die erste Katalysatorvorrichtung 8a im verschlechterten Zustand ist oder nicht. Durch Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemischs, derart, dass die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 gleich dem Sollwert Vop wird, ist es dementsprechend möglich, die effizienteste Reinigung der Abgase durch die erste Katalysatorvorrichtung 8a zu erreichen. Aus diesem Grund wird in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess, der im Detail später beschrieben wird, ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD derart geregelt, dass die Ausgabe Vout zu dem Sollwert Vop konvergiert.
  • Ferner sind mit der ECU 2 ein Gaspedalöffnungssensor 16, ein Atmosphärendrucksensor 17, ein Ansauglufttemperatursensor 18 und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 verbunden. Der Gaspedalöffnungssensor 16 erfasst einen Druckbetrag (nachfolgend als ”Gaspedalöffnung” bezeichnet) AP eines Gaspedals, nicht gezeigt, des Fahrzeugs und liefert der ECU 12 ein Signal, das die sensierte Gaspedalöffnung AP anzeigt. Ferner erfassen der Atmosphärendrucksensor 17, der Ansauglufttemperatursensor 18 und der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 19 jeweils einen Atmosphärendruck AP, eine Ansauglufttemperatur TA bzw. eine Fahrzeuggeschwindigkeit VP und liefern der ECU 2 entsprechende Signale, die den erfassten Atmosphärendruck AP, die Ansauglufttemperatur TA und die Fahrzeuggeschwindigkeit VP anzeigen.
  • Als nächstes wird die ECU 2 beschrieben (Abweichungsberechnungsmittel, Regeleingabeberechnungsmittel, Vorhersagewertberechnungsmittel, Ausgabeabtastmittel, Eingabeabtastmittel, Abtastmittel, Identifikationsmittel, Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel, Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelmittel, Luft-Kraftstoff-Verhältnisabtastmittel).
  • Die ECU 2 ist durch einen Mikrocomputer implementiert, der eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, eine CPU, ein RAM und ein ROM (keine davon ist gezeigt) enthält. Die ECU 2 bestimmt Betriebszustände des Motors 3 auf der Basis der Ausgaben von den oben erwähnten Sensoren 10 bis 19. Ferner führt die ECU 2 einen adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess oder einen Kennfeldabfrageprozess durch, der nachfolgend im Detail beschrieben wird, gemäß Steuerprogrammen, die aus dem ROM gelesen werden, Daten, die in dem RAM gespeichert sind, und dgl., um hier das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen (das als ein Äquivalenzverhältnis berechnet wird, das zum Kehrwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses proportional ist), um die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop zu konvergieren. Ferner berechnet, wie nachfolgend beschrieben, die ECU 2 die Endkraftstoffeinspritzmenge TOUT jeder Einspritzdüse 6 auf zylinderweiser Basis und betreibt die Einspritzdüse 6 durch ein Treibersignal, das auf der Basis der berechneten Endkraftstoffeinspritzmenge TOUT erzeugt wird, um hierdurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches derart in Rückkopplung zu regeln, dass die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD wird.
  • Wie in 3 gezeigt, enthält die Regelvorrichtung 1 einen ADSM-Regler 20 und einen PRISM-Regler 21, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (Regeleingabe) zu berechnen, und insbesondere sind die zwei Regler 20, 21 durch die ECU 2 implementiert.
  • Nun wird nachfolgend der ADSM-Regler 20 beschrieben. Der ADSM-Regler 20 berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD, um die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop zu konvergieren, unter Verwendung eines Regelalgorithmus für einen adaptiven Vorhersage ΔΣ (Delta Sigma) Modulationsregel (nachfolgend als ”ADSM” bezeichnet) Prozess, der im Detail nachfolgend beschrieben wird. Der ADSM-Regler 20 umfasst einen Zustandsvorhersager 22, einen kartenintegrierten (onboard-)Identifizierer 23 sowie einen DSM-Regler 24. Ein spezifisches Programm für den ADSM-Prozess wird im Detail später beschrieben.
  • Zuerst wird der Zustandsvorhersager 22 beschrieben. Der Zustandsvorhersager 22 vorhersagt (berechnet) einen vorhergesagten Wert PREVO2 einer Ausgabeabweichung VO2 unter Verwendung eines unten beschriebenen Vorhersagealgorithmus. In der vorliegenden Ausführung wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD als Regeleingabe in ein geregeltes Objekt verwendet, und die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor wird als Ausgabe von dem geregelten Objekt verwendet. Ferner wird ein System, das sich von dem Ansaugsystem des Motors 3 einschließlich den Einspritzdüsen 6 zu dem O2-Sensor erstreckt, der stromab des ersten Katalysators 8a in dem Auspuffsystem des Motors 3 einschließlich dem ersten Katalysator 8a angeordnet ist, als das geregelte Objekt betrachtet, und von dem geregelten Objekt wird ein ARX-Modell aufgestellt (ein autoregressives Modell mit exogener Eingabe), das ein Diskretzeitsystemmodell ist, ausgedrückt durch die folgende Gleichung (1): VO2(k) = a1·VO2(k – 1) + a2·VO2(k – 2) + b1·DKCMD(k – dt) (1) wobei VO2 eine Ausgabeabweichung als Abweichung (Vout – Vop) zwischen der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 und dem Sollwert Vop repräsentiert; DKCMD eine Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung als eine Abweichung (KCMD – FLAFBASE) zwischen dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD (= ϕop) und einem Referenzwert FLAFBASE repräsentiert; und das Symbol k eine Zeitperiode bzw. -dauer repräsentiert, die durch Abtastung diskretisiert ist. Der Referenzwert FLAFBASE wird auf einen vorbestimmten konstanten Wert gesetzt. Ferner repräsentieren a1, a2 und b1 Modellparameter, die durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 sequenziell identifiziert werden, wie nachfolgend beschrieben.
  • Ferner repräsentiert das Symbol dt in der obigen Gleichung (1) die vorhergesagte Zeit, die berechnet wird als Zeitdauer, die es ab einem Zeitpunkt braucht, zu dem ein Gemisch mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD dem Ansaugsystem durch eine Einspritzdüse 6 zugeführt wird, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs in der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 wiederspiegelt. Die vorhergesagte Zeit dt wird durch die folgende Gleichung definiert: dt = d + d' + dd (2) worin d eine Totzeit in dem Auspuffsystem von dem LAF-Sensor 14 zu dem O2-Sensor 15 repräsentiert, d' eine Totzeit repräsentiert, die in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbetriebssystem von den Einspritzdüsen 6 zu dem LAF-Sensor 14 auftritt; und dd eine Phasenverzögerungszeit zwischen dem Auspuffsystem und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnisbetriebssystem repräsentiert (angemerkt werden sollte, dass in einem Steuerprogramm für den adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess, der im Detail nachfolgend beschrieben wird, das Umschalten zwischen dem ADSM-Prozess und einem PRISM-Prozess derart durchgeführt wird, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen, und dann die Phasenverzögerungszeit dd auf 0 gesetzt wird).
  • Der Grund dafür, warum das geregelte Objektmodell unter Verwendung diskreter Daten (zeitserieller Daten) der Ausgabeabweichung VO2 und diskreter Daten der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung DKCMD wie oben beschrieben aufgestellt wird, ist wie folgt: Es ist bekannt, dass allgemein in einem geregelten Objektmodell, wenn Variablen, die die Eingabe/Ausgabe anzeigen, durch Abweichungen zwischen der Eingabe/Ausgabe eines geregelten Objekts und jeweils entsprechenden vorbestimmten Referenzwerten definiert werden, es möglich wird, Modellparameter genauer zu identifizieren oder zu definieren als dann, wenn dieselben durch jeweilige Absolutwerte der Eingabe/Ausgabe definiert werden, was es ermöglicht, dass die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objektmodells an die realen dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts adaptiert werden. Da gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung das geregelte Objektmodell unter Verwendung der diskreten Daten der Ausgabeabweichung VO2 und der diskreten Daten der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung DKCMD gebildet wird, ist es daher möglich, die Adaptationsfähigkeit der dynamischen Charakteristiken des geregelten Objektmodells an die realen dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts zu verbessern, im Vergleich zu dem Fall, wo die Absolutwerte der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 und das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD verwendet werden, um hierdurch die Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 zu verbessern.
  • Der vorhergesagte Wert PREVO2 ist ein Wert, der eine Ausgabeabweichung VO2(k + dt) vorhersagt, die erhalten wird, wenn die vorhergesagte Zeit dt abgelaufen ist, nachdem das Gemisch mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD dem Ansaugsystem zugeführt worden ist. Aus der Gleichung (1) kann eine Gleichung (3) zum Berechnen des vorhergesagten Werts PREVO2 erhalten werden wie folgt: PREVO2 ≒ VO2(k + dt) = a1·VO2(k + dt – 1) + a2·VO2(k + dt – 2) + b1·DKCMD(k) (3)
  • Diese Gleichung (3) erfordert die Berechnung von VO2(k + dt – 1) und VO2(k + dt – 2), die jeweils einem künftigen Wert einer Ausgabeabweichung VO2(k) entsprechen, und daher ist es schwierig, die Gleichung (3) aktuell zu programmieren. Aus diesem Grund werden Matrizes A, B durch die unten gezeigten Gleichungen (4), (5) definiert, unter Verwendung der Modellparamter a1, a2, b1, und die Gleichung (3) wird durch wiederholte Anwendung einer Rekursionsformel davon umgeformt, wodurch die unten gezeigte Gleichung (6) erhalten wird. Wenn diese Gleichung (6) als der Vorhersagealgorithmus angewendet wird, d. h. eine Formel zur Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2, wird der vorhergesagte Wert PREVO2 auf der Basis der Ausgabeabweichung VO2 und der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung DKCMD berechnet.
    Figure 00610001
    worin
    • α1:
    erste-Reihe erste-Säule-Element von Adt
    α2:
    erste-Reihe zweite-Säule-Element von Adt
    β1:
    erste-Reihe-Element von Ai-1B
  • Wenn nun eine LAF-Ausgabeabweichung DKACT definiert wird als Abweichung (KACT – FLAFBASE) zwischen der Ausgabe KACT (= ϕin) von dem LAF-Sensor 14 und dem Referenzwert FLAFBASE, dann gilt DKACT(k) = DKCMD(k – d'). Indem man diese Beziehung zwischen der LAF-Ausgabeabweichung und der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung auf Gleichung (6) anwendet, kann die unten gezeigte Gleichung (7) erhalten werden.
    Figure 00620001
    wobei
    • βj:
    erste-Reihe-Element von Aj-1B.
  • Wenn der vorhergesagte Wert PREVO2, der unter Verwendung der Gleichung (6) oder der Gleichung (7) berechnet ist, benutzt wird, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen, wie nachfolgend beschrieben wird, ist es möglich, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen, während die Ansprechverzögerung oder Totzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts kompensiert wird. Insbesondere wenn die Gleichung (7) als der Vorhersagealgorithmus angewendet wird, wird der vorhergesagte Wert PREVO2 auf der Basis der Ausgabeabweichung VO2, der LAF-Ausgabeabweichung DKCAT und der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung DKCMD berechnet, sodass der vorhergesagte Wert PREVO2 einen Zustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von Abgasen, die der ersten Katalysatorvorrichtung 8a aktuell zugeführt werden, wiederspiegeln kann. Daher ist es möglich, die Genauigkeit bei der Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 zu verbessern, d. h. die Vorhersagegenauigkeit des vorhergesagten Werts PREVO2, anstatt dann, wenn die Gleichung (6) verwendet wird. Wenn ferner die Gleichung (7) verwendet wird, sofern angenommen werden kann, dass d' ≤ 1 gilt, ist es möglich, den vorhergesagten Wert PREVO2 zu berechnen, ohne die Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung DKCMD zu verwenden, sondern indem die Ausgabeabweichung VO2 und die LAF-Ausgabeabweichung DKACT allein verwendet werden. Da in der vorliegenden Ausführung der LAF-Sensor 14 in dem Motor 3 vorgesehen ist, wird die Gleichung (7) als der Vorhersagealgorithmus angewendet.
  • Angemerkt werden sollte, dass dann, wenn die Beziehung DKACT(k) = DKCMD(k – d') auf die zuvor erwähnte Gleichung (1) angewendet wird, das durch die Gleichung (1) ausgedrückte geregelte Objektmodell auch als ein Modell definiert werden kann, das die Ausgabeabweichung VO2 und die LAF-Ausgabeabweichung DKACT als Variablen hat.
  • Als nächstes wird der kartenintegrierte Identifizierer 23 (Identifizierungsmittel) beschrieben. Der kartenintegrierte Identifizierer 23 identifiziert (berechnet) die Modellparameter a1, a2, b1 in Gleichung (1) unter Verwendung eines sequenziellen Identifikationsalgorithmus, der nachfolgend beschrieben wird. Insbesondere wird ein Vektor θ(k) der Modellparameter unter Verwendung der unten gezeigten Gleichungen (8) und (9) berechnet. θ(k) = θ(k – 1) + KP(k)·ide_f(k) (8) θ(k)T = [a1'(k), a2'(k), b1'(k)] (9)
  • In der Gleichung (8) repräsentiert KP(k) einen Vektor eines Verstärkungskoeffizienten, und ide_f(k) repräsentiert einen Identifikationsfehler-gefilterten Wert. Ferner repräsentiert θ(k)T in Gleichung (9) die transponierte Matrix von θ(k), während a1'(k), a2'(k) und b1'(k) jeweilige Modellparameter repräsentieren, die noch nicht einem Begrenzungsprozess unterzogen worden sind, wie nachfolgend beschrieben wird. In der folgenden Beschreibung wird das Wort ”Vektor” weggelassen, wenn dies geeignet scheint.
  • Der Identifikationsfehler-gefilterte Wert ide_f(k) in Gleichung (8) ist ein Wert, der erhalten wird, indem man einen Identifikationsfehler ide(k), der unter Verwendung der unten gezeigten Gleichungen (11) bis (13) berechnet ist, einem bewegenden Mittelwertfilterprozess unterzieht, der durch eine unten gezeigte Gleichung (10) ausgedrückt ist. Ein Symbol n in der Gleichung (10) repräsentiert eine Filterordnung (eine ganze Zahl gleich oder größer als 1) in dem bewegenden Mittelwertfilterprozess, und VO2HAT(k) in Gleichung (12) repräsentiert einen identifizierten Wert der Ausgabeabweichung VO2.
  • Figure 00640001
  • Der Identifikationsfehler-gefilterte Wert ide_f(k) wird aus dem folgenden Grund verwendet: Das geregelte Objekt in der vorliegenden Ausführung verwendet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD als Regeleingabe und die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor als eine Ausgabe davon, und hat als Frequenzcharakteristiken Tiefpasscharakteristiken. In dem geregelten Objekt mit den Tiefpasscharakteristiken werden die Modellparameter in einem Zustand identifiziert, indem die Hochfrequenzcharakteristiken des geregelten Objekts aufgrund des Identifikationsalgorithmus des kartenintegrierten Identifizieres 23 herausgehoben sind, oder genauer, aufgrund der Frequenzwichtungscharakteristiken eines Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate, wie nachfolgend beschrieben, und daher zeigen die Verstärkungscharakteristiken des geregelten Objektmodells eine Tendenz, dass sie niedriger werden als die tatsächlichen Verstärkungscharakteristiken des geregelten Objekts. Im Ergebnis wird, wenn der ADSM-Prozess oder der PRISM-Prozess durch die Regelvorrichtung 1 ausgeführt wird, das geregelte Objekt in einen Überverstärkungszustand versetzt, was das gesamte Regelsystem divergent und unstabil machen kann.
  • Daher wird in der vorliegenden Ausführung der Identifikationsfehlergefilterte Wert ide_f(k), der erhalten ist, indem der Identifikationsfehler ide(k) dem bewegenden Mittelwertfilterprozess unterzogen wird, angewendet, und die Filterordnung n für den bewegenden Mittelwertfilterprozess wird gemäß dem Abgasvolumen AB_SV gesetzt, wie nachfolgend beschrieben wird, um die Frequenzwichtungscharakteristiken des Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate geeignet zu korrigieren, um hierdurch die Verstärkungscharakteristiken des geregelten Objektmodells auf die aktuellen Verstärkungscharakteristiken des geregelten Objekts einzustellen.
  • Ferner wird der Vektor KP(k) des Verstärkungskoeffizienten in der vorgenannten Gleichung (8) unter Verwendung einer unten gezeigten Gleichung (14) berechnet. Ein Symbol P(k) in der Gleichung (14) repräsentiert die Quadratmatrix dritter Ordnung, die durch eine unten gezeigte Gleichung (15) definiert ist.
    Figure 00660001
    wobei
    • I
    eine Einheitsmatrix repräsentiert.
  • In dem oben beschriebenen Identifikationsalgorithmus wird einer der folgenden vier Identifikationsalgorithmen in Abhängigkeit von der Einstellung der Wichtungsparameter λ1, λ2 in Gleichung (15) ausgewählt:
    λ1 = 1, λ2 = 0; Algorithmus mit fester Verstärkung
    λ1 = 1, λ2 = 1; Algorithmus der kleinsten Quadrate
    λ1 = 1, λ2 = λ; Algorithmus mit progressiv abnehmender Verstärkung
    λ1 = λ, λ2 = 1; Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate
    λ ist ein vorbestimmter Wert, der so gesetzt ist, dass 0 < λ < 1 gilt.
  • In der vorliegenden Ausführung wird der Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate für die vier Identifikationsalgorithmen verwendet. Der Grund hierfür ist, dass es möglich ist, die Identifikationsgenauigkeit und Konvergenzgeschwindigkeit der Modellparameter auf einen Optimalwert richtig einzustellen, indem der Wert des Wichtungsparameters λ1 gemäß den Betriebszuständen des Motors 3 eingestellt wird, oder insbesondere gemäß dem Abgasvolumen AB_SV. Wenn z. B. der Motor 3 in einem Niederlastbetriebszustand ist, wird der Wichtungsparameter λ1 gemäß dem Betriebszustand auf einen Wert nahe 1 gesetzt, d. h., der Wichtungsparameter λ1 wird so gesetzt, dass ein Algorithmus in der Nähe des Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate gewählt wird, wodurch eine exzellente Identifikationsgenauigkeit beibehalten werden kann, wohingegen dann, wenn der Motor 3 in einem Hochlastbetriebszustand ist, der Wichtungsparameter λ1 gemäß dem Betriebszustand auf einen Wert gesetzt wird, der kleiner ist als der Wert, der in dem Niederlastbetriebszustand gesetzt ist, wodurch die Modellparameter prompt auf einen Optimalwert konvergiert werden können. Wie oben beschrieben, ist es durch Setzen des Werts des Wichtungsparameters λ1 gemäß dem Abgasvolumen AB_SV möglich, die Identifikationsgenauigkeit und die Konvergenzgeschwindigkeit der Modellparameter auf einen Optimalwert richtig einzustellen, um hierdurch die Rate der Abgasreinigung durch die Katalysatorvorrichtungen 8a, 8b zu verbessern.
  • Wenn die Beziehung von DKACT(k) = DKCMD(k – d') auf den Identifikationsalgorithmus angewendet wird, der durch die Gleichungen (8) bis (15) ausgedrückt ist, kann ein Identifikationsalgorithmus erhalten werden, der durch die gezeigten Gleichungen (16) bis (23) ausgedrückt wird.
    Figure 00670001
    wobei
    • I
    eine Einheitsmatrix repräsentiert.
  • Da in der vorliegenden Ausführung der LAF-Sensor 14 in dem Motor 3 vorgesehen ist, werden die Gleichungen (16) bis (23) verwendet. Wenn die Gleichungen (16) bis (23) verwendet werden, ist es, aus dem oben beschriebenen Grund, möglich, die Modellparameter als Werte zu identifizieren, die einen Zustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase, die der Katalysatorvorrichtung 8a aktuell zugeführt werden, besser wiederzuspiegeln, um hierdurch die Identifikationsgenauigkeit der Modellparameter weiter zu verbessern als in dem Fall der Verwendung des Identifikationsalgorithmus, der durch die Gleichungen (8) bis (15) ausgedrückt ist.
  • Ferner werden in dem kartenintegrierten Identifizierer 23 die Modellparameter a1'(k), a2'(k) und b1'(k), die unter Verwendung des obigen Identifikationsalgorithmus berechnet sind, einem Begrenzungsprozess unterzogen, der im Detail nachfolgend beschrieben wird, um hierdurch die Modellparameter a1(k), a2(k) und b1(k) zu berechnen. Ferner wird in dem zuvor beschriebenen Zustandsvorhersager 22 der vorhergesagte Wert PREVO2 auf der Basis der Modellparameter a1(k), a2(k) und b1(k) berechnet, die durch den Begrenzungsprozess erhalten sind.
  • Als nächstes wird der DSM-Regler 24 beschrieben. Der DSM-Regler 24 erzeugt (berechnet) eine Regeleingabe ϕop(k) (= Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD) auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2, der durch den Zustandsvorhersager 22 berechnet ist, unter Verwendung eines Regelalgorithmus, auf den der ΔΣ-Modulationsalgorithmus angewendet wird, und gibt die Regeleingabe ϕop(k) in das geregelte Objekt ein, um hierdurch die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 als die Ausgabe von dem geregelten Objekt derart zu regeln, dass die Ausgabe Vout zu dem Sollwert Vop konvergiert.
  • Zuerst wird ein allgemeiner ΔΣ-Algorithmus beschrieben. 4 zeigt die Anordnung eines Regelsystems, indem ein Regler 26, auf den der ΔΣ-Modulationsalgorithmus angewendet wird, ein geregeltes Objekt 27 regelt. Wie in der Figur gezeigt, wird in dem Regler 26 ein Abweichungssignal δ(k) durch einen Differentiator 26a erzeugt, als eine Abweichung zwischen einem Referenzsignal r(k) und einem DSM-Signal u(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 26b verzögert ist. Dann wird ein Integral der Abweichung (nachfolgend als ”Abweichungsintegralwert” bezeichnet) σd(k) durch einen Integrator 26c erzeugt, als die Summe des Abweichungssignals δ(k) und eines Abweichungsintegralwerts σd(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 26d verzögert ist. Anschließend wird ein DSM-Signal u(k) durch einen Quantifizierer 26e erzeugt (Vorzeichen (Signum) Funktion) als ein Signal, das ein Vorzeichen anzeigt, das auf der Basis des Abweichungsintegralwerts σd(k) bestimmt ist. Das so erzeugte DSM-Signal u(k) wird in das geregelte Objekt (27) eingegeben, und ein Ausgabesignal y(k) wird von dem geregelten Objekt 27 ausgegeben.
  • Der obige ΔΣ-Modulationsalgorithmus kann durch die folgenden Gleichungen (24) bis (26) ausgedrückt werden: δ(k) = r(k) – u(k – 1) (24) σd(k) = σd(k – 1) + δ(k) (25) u(k) = sgn(σd(k)) (26)
  • Die Vorzeichenfunktion sgn(σd(k)) hat einen Wert, der gleich 1 wird, wenn σd(k) ≥ 0 gilt, und wird gleich –1, wenn σd(k) < 0 gilt (die Vorzeichenfunktion sgn(σd(k)) kann so konfiguriert sein, dass sie gleich 0 wird, wenn σd(k) = 0 gilt).
  • Die 5A bis 5E zeigen Simulationsergebnisse der Regelung durch das obige Regelsystem. Wenn, wie in 5A gezeigt, das sinusförmige Referenzsignal r(k) in das Regelsystem eingegeben wird, wird das in 5D gezeigte DSM-Signal u(k) als Rechtecksignal erzeugt, und wenn das DSM-Signal u(k) in das geregelte Objekt 27 eingegeben wird, wird von dem geregelten Objekt 27 das in 5E gezeigte Ausgangssignal y(k) ausgegeben, das sich in der Amplitude von dem Referenzsignal r(k) unterscheidet, jedoch die gleiche Frequenz hat wie diese. Obwohl es rauscht, hat das Ausgangssignal y(k) einen Wellenverlauf, der insgesamt dem des Referenzsignals r(k) ähnlich ist. Wie oben beschrieben, ist der ΔΣ-Modulationsalgorithmus dadurch gekennzeichnet, dass das DSM-Signal u(k) aus dem Referenzsignal r(k) als ein Wert erzeugt werden kann, der dann, wenn er in das geregelte Objekt 27 eingegeben wird, bewirkt, dass die Ausgabe y(k) von dem geregelten Objekt 27 als ein Signal erzeugt wird, das sich in der Amplitude von dem Referenzsignal r(k) unterscheidet, jedoch in der Frequenz identisch ist und im Wellenverlauf insgesamt zu diesem ähnlich ist. In anderen Worten, die Charakteristik des ΔΣ-Modulationsalgorithmus liegt darin, dass das DSM-Signal u(k) als ein Wert erzeugt werden kann, der bewirkt, dass das Referenzsignal r(k) in der aktuellen Ausgabe y(k) von dem geregelten Objekt 27 reproduziert werden kann, wenn in dieses der Wert eingegeben wird.
  • Der DSM-Regler 24 nutzt die obige Charakteristik des ΔΣ-Modulationsalgorithmus, um die Regeleingabe ϕop(k) zu berechnen, um die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop zu konvergieren. Das Prinzip kann wie folgt erläutert werden: Falls z. B. die Ausgabeabweichung VO2 in Bezug auf den Wert von 0 fluktuiert (d. h. die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 fluktuiert in Bezug auf den Sollwert Vop), wie in 6 in der Einpunktkettenlinie dargestellt, ist es möglich, die Ausgabeabweichung VO2 auf den Wert von 0 zu konvergieren (d. h. die Ausgabe Vout auf den Sollwert Vop zu konvergieren), indem man einfach die Regeleingabe ϕop(k) derart erzeugt, dass eine Ausgabeabweichung VO2*, die den gegenphasigen Wellenverlauf hat, wie in 6 mit der unterbrochenen Linie dargestellt, erzeugt wird, um die Ausgabeabweichung VO2 aufzuheben.
  • Jedoch tritt in dem geregelten Objekt in der vorliegenden Ausführung, wie zuvor beschrieben, eine Zeitverzögerung in Höhe der vorhergesagten Zeit dt zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD als die Regeleingabe ϕop(k) in das geregelte Objekt eingegeben wird, und dem Zeitpunkt, zu dem es sich in der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 wiederspiegelt, auf, und daher verzögert sich eine Ausgabeabweichung VO2#, die durch Erzeugen der Regeleingabe ϕop(k) auf der Basis der gegenwärtigen Ausgabeabweichung VO2 erhalten ist, in Bezug auf die Ausgabeabweichung VO2*, wie in 6 mit durchgehenden Linie dargestellt. Somit tritt eine Verzögerung in der Steuerzeit auf. Um daher die Verzögerung zu kompensieren, benutzt der DSM-Regler 24 in dem ADSM-Regler 20 der vorliegenden Ausführung den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2, um die Regeleingabe ϕop(k) als ein Signal zu erzeugen, um eine Ausgabeabweichung hervorzurufen (eine Ausgabeabweichung ähnlich der Ausgabeabweichung VO2* mit dem gegenphasigen Wellenverlauf), um die gegenwärtige Ausgabeabweichung VO2 aufzuheben, ohne die Verzögerung in der Steuerzeit hervorzurufen.
  • Insbesondere erzeugt in dem DSM-Regler 24, wie in 7 gezeigt, ein Invertierverstärker 24a das Referenzsignal r(k) als ein Signal, erhalten als das Produkt, das durch Multiplizieren des Werts von –1, einem Verstärkungsfaktor Gd für das Referenzsignal, mit dem vorhergesagten Wert PREVO2 erhalten ist. Dann erzeugt ein Differentiator 24b das Abweichungssignal δ(k) als Abweichung zwischen dem Referenzsignal r(k) und einem DSM-Signal u''(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 24c verzögert ist.
  • Anschließend erzeugt ein Integrator 24d den Abweichungsintegralwert σd(k) als ein Signal als die Summe, die erhalten wird, indem das Abweichungssignal δ(k) mit dem Abweichungsintegralwert σd(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 24e verzögert ist, zusammen addiert wird, wonach ein Quantifizierer 24f (Vorzeichenfunktion) ein DSM-Signal u''(k) als einen Wert erzeugt, der auf der Basis des Abweichungsintegralwerts σd(k) bestimmt wird. Ferner erzeugt ein Verstärker 24g ein verstärktes DSM-Signal u(k) als einen Wert, das erhalten wird, indem das DSM-Signal u''(k) mit einem vorbestimmten Faktor Fd verstärkt wird, und dann erzeugt ein Addierer 24h die Regeleingabe ϕop(k) als einen Wert, der erhalten wird, indem das verstärkte DSM-Signal u(k) zu dem vorbestimmten Referenzwert FLAFBASE addiert wird.
  • Der Regelalgorithmus, der durch den obigen DSN-Regler 24 benutzt wird, kann durch die folgenden Gleichungen (27) bis (32) ausgedrückt werden: r(k) = –1·Gd·PREVO2(k) (27) δ(k) = r(k) – u''(k – 1) (28) σd(k) = σd(k – 1) + δ(k) (29) u''(k) = sgn(σd(k)) (30) u(k) = Fd·u''(k) (31) ϕop(k) = FLAFBASE + u(k) (32) wobei Gd und Fd Verstärkungsfaktoren repräsentieren; und die Vorzeichenfunktion sgn(σd(k) einen Wert hat, der gleich 1 wird, wenn σd(k) ≥ 0 gilt, und gleich –1 wird, wenn σd(k) < 0 gilt (die Vorzeichenfunktion sgn(σd(k)) kann so konfiguriert sein, dass sie gleich 0 wird, wenn σd(k) = 0 gilt).
  • Wie oben beschrieben wird in dem DSM-Regler 24 die Regeleingabe ϕop(k) unter Verwendung des mit den Gleichungen (27) bis (32) ausgedrückten Algorithmus berechnet, als der Wert zum Bewirken, dass die Ausgabeabweichung VO2* die Ausgabeabweichung VO2 aufhebt, um eine Verzögerung in der Steuerzeit hervorzurufen. In anderen Worten, die Regeleingabe ϕop(k) wird als der Wert berechnet, der in der Lage ist, die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop zu konvergieren. Da ferner die Regeleingabe ϕop(k) als der Wert berechnet wird, der erhalten wird, indem das verstärkte DSM-Signal u(k) zu dem vorbestimmten Referenzwert FLAFBASE addiert wird, ist es möglich, die Regeleingabe ϕop(k) nicht als einen Wert zu berechnen, dessen Vorzeichen in Bezug auf einen Wert von 0 wiederholt umgekehrt wird, sondern als einen Wert, der von dem Referenzwert FLAFBASE wiederholt vergrößert und verkleinert wird. Somit kann der hier verwendete Algorithmus den Freiheitsgrad der Regelung eher verbessern als der herkömmliche ΔΣ-Modulationsalgorithmus.
  • Als nächstes wird der PRISM-Regler 21 beschrieben. Der PRISM-Regler 21 verwendet einen Steueralgorithmus für einen kartenintegrierten Identifikationsgleitmodusregelprozess (nachfolgend als ”PRISM-Regelung” bezeichnet), der nachfolgend beschrieben wird, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen, um die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop zu konvergieren. Der PRISM-Regler 21 umfasst den Zustandsvorhersager 22, den kartenintegrierten Identifizierer 23 sowie den Gleitmodusregler (nachfolgend als ”der SLD-Regler” bezeichnet) 25. Ein spezifisches Programm für die PRISM-Regelung wird im Detail später beschrieben.
  • Der Zustandsvorhersager 22 und der kartenintegrierte Identifizierer 23 sind zuvor beschrieben worden, und daher wird in der folgenden Beschreibung nur der SLD-Regler 25 angegeben. Der SLD-Regler 25 führt eine Gleitmodusregelung auf der Basis eines Gleitmodussteueralgorithmus aus. Nun wird ein allgemeiner Gleitmodussteueralgorithmus erläutert. In dem Gleitmodussteueralgorithmus wird das Diskretzeitsystemmodell, ausgedrückt durch die vorgenannte Gleichung (1), als ein geregeltes Objektmodell verwendet, sodass eine Schaltfunktion σ als eine lineare Funktion zeitserieller Daten der Ausgabeabweichung VO2 gesetzt wird, wie durch die folgende Gleichung (33) gezeigt: σ(k) = S1·VO2(k) + S2·VO2(k – 1) (33) worin S1 und S2 Koeffizienten sind, die so gesetzt sind, dass –1 < (S2/S1) < 1 gilt.
  • Wenn allgemein in dem Gleitmodusregelsteueralgorithmus die Schaltfunktion σ durch zwei Zustandsvariablen gebildet wird (Zeitseriendaten der Ausgabeabweichung VO2 in der vorliegenden Ausführung), bildet ein Phasenraum, der durch die zwei Zustandsvariablen aufgestellt ist, eine zweidimensionale Phasenebene, die die Zustandsvariablen als die Ordinate und die Abszisse hat, und daher liegt auf der Phasenebene eine Kombination zweier Werte der Zustandsvariablen, die einer Gleichung σ = 0 genügt, auf einer geraden Linie, die als Umschaltlinie bezeichnet wird. Um daher eine Regeleingabe in ein geregeltes Objekt derart richtig zu bestimmen, dass die Kombination der zwei Zustandsvariablen auf die Umschaltlinie konvergiert, ist es möglich, die zwei Zustandsvariablen auf einen Gleichgewichtspunkt zu konvergieren (zu verschieben), an der sie gleich dem Wert von 0 werden. Ferner ist es in dem Gleitmodussteueralgorithmus möglich, die Schaltfunktion σ zu setzen, um hierdurch die dynamischen Charakteristiken zu spezifizieren, oder noch genauer, um das Verhalten und die Geschwindigkeit des Zustandsvariablen zu konvergieren. Wenn z. B. die Schaltfunktion σ durch zwei Zustandsvariablen wie in der vorliegenden Ausführung gebildet wird, dann wird, wenn die Steigung der geraden Umschaltlinie in die Nähe des Werts von 1 gesetzt wird, die Konvergenzgeschwindigkeit der Zustandsvariablen langsam, wohingegen dann, wenn die Steigung der geraden Umschaltlinie in die Nähe des Werts von 0 gesetzt wird, diese langsam wird.
  • In der vorliegenden Ausführung ist die Schaltfunktion σ durch zwei Zeitseriendaten gebildet, insbesondere den gegenwärtigen Wert VO2(k) und den unmittelbar vorhergehenden Wert VO2(k – 1) der Ausgabeabweichung VO2, wie in Gleichung (33) gezeigt, und daher ist es nicht nur erforderlich, dass die Regeleingabe in das geregelte Objekt, d. h. das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD derart gesetzt wird, dass die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des unmittelbar vorhergehenden Werts VO2(k – 1) auf die gerade Umschaltlinie hin konvergiert. Insbesondere wenn ein Regelbetrag Usl(k) als ein Wert definiert wird, der zu dem Referenzwert FLAFBASE addiert wird, um das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu bilden, wird der Regelbetrag Usl(k), der zum Konvergieren der Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des unmittelbar vorhergehenden Werts VO2(k – 1) auf die gerade Umschaltlinie erforderlich ist, durch einen adaptiven Gleitmodusregelalgorithmus gesetzt, der durch eine unten gezeigte Gleichung (34) ausgedrückt ist, als eine Gesamtsumme einer äquivalenten Regeleingabe Ueq(k), einer Reaching-Vorschrifteingabe (Eingabe einer Reaching-Vorschrift) Urch(k) und einer Adaptivvorschrifteingabe Uadp(k). Usl(k) = Ueq(k) + Urch(k) + Uadp(k) (34)
  • Die äquivalente Regeleingabe Ueq(k) wird verwendet, um die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des unmittelbar vorhergehenden Werts VO2(k – 1) auf der geraden Umschaltlinie zu halten, und ist insbesondere durch eine unten gezeigte Gleichung (35) definiert. Die Reaching-Vorschrifteingabe Urch(k) wird verwendet, um die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des unmittelbar vorhergehenden Werts VO2(k – 1) auf die gerade Umschaltlinie zu konvergieren, wenn die Werte von der geraden Umschaltlinie aufgrund einer Störung oder eines Modellbildungsfehlers abgewichen sind, und ist insbesondere durch eine unten gezeigte Gleichung (36) definiert. In der Gleichung (36) repräsentiert F einen Verstärkungsfaktor. Ueq(k) = –1 / S1·b1{(S1·(a1 – 1) + S2]·VO2(k + dt) + (S1·a2 – S2)·VO2(k + dt – 1)} (35) Urch(k) = –F / S1·b1·σ(k + dt) (36)
  • Ferner wird die Adaptivvorschrifteingabe Uadp(k) verwendet, um die Kombination des gegenwärtigen Werts VO2(k) und des unmittelbar vorhergehenden Werts VO2(k – 1) positiv auf die gerade Umschaltlinie zu konvergieren, während Einflüsse einer Dauerzustandsabweichung, eines Modellbildungsfehlers und einer Störung in dem geregelten Objekt unterdrückt werden, und ist insbesondere durch eine unten gezeigte Gleichung (37) definiert. In Gleichung (37) repräsentiert G einen Verstärkungsfaktor, und ΔT repräsentiert eine Steuerperiode bzw. -dauer.
  • Figure 00760001
  • Da in dem PRISM-Regler 21 und dem SLD-Regler 25 in der vorliegenden Ausführung der vorhergesagte Wert PREVO2 anstelle der Ausgabeabweichung VO2 verwendet wird, wie zuvor beschrieben, wird ein Algorithmus, der durch die unten gezeigten Gleichungen (38) bis (42) ausgedrückt ist, verwendet, die erhalten werden durch Umschreiben der Gleichungen (33) bis (37) des obigen Algorithmus, indem darauf die Beziehung von PREVO2(k) – VO2(k + dt) angewendet wird. Ein Symbol σPRE in der Gleichung (38) repräsentiert einen Wert einer Schaltfunktion (nachfolgend als ”die prädiktive Schaltfunktion” bezeichnet im Falle der Verwendung des vorhergesagten Werts PREVO2. Kurz gesagt, wird in dem SLD-Regler 25 in der vorliegenden Ausführung der Regelbetrag Usl(k), der unter Verwendung des obigen Algorithmus berechnet ist, zu dem Referenzwert FLAFBASSE addiert, um hierdurch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD zu berechnen.
  • Figure 00770001
  • Im Folgenden wird ein Prozess zur Berechnung einer Kraftstoffeinspritzmenge, der durch die ECU 2 ausgeführt wird, in Bezug auf 8 beschrieben. In der folgenden Beschreibung ist das Symbol (k), das einen gegenwärtigen Wert repräsentiert, weggelassen, wenn es geeignet scheint. 8 zeigt eine Hauptroutine zur Ausführung des Regelprozesses, der durch eine Unterbrechungsroutine synchron mit der Eingabe jedes OT-Singalimpulses ausgeführt wird. In diesem Prozess wird eine Kraftstoffeinspritzmenge TOUT auf zylinderweiser Basis unter Verwendung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD berechnet, das durch den adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess oder den Kennfeldabfrageprozess berechnet ist, der nachfolgend beschrieben wird.
  • Zuerst werden in Schritt S1 Ausgaben von den zuvor beschriebenen Sensoren 10 bis 19 eingelesen und in dem RAM gespeichert.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S2 weiter, wo eine Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim berechnet wird. In diesem Prozess wird die Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim durch Absuchen eines nicht gezeigten Kennfelds entsprechend der Motordrehzahl NE und dem Ansaugrohrabsolutdruck PBA berechnet.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S3 weiter, worin ein Gesamtkorrekturkoeffizent KTOTAL berechnet wird. Der Gesamtkorrekturkoeffizient KTOTAL wird erhalten, indem verschiedene Korrekturkoeffizienten durch Absuchen von Tabellen und Kennfeldern gemäß verschiedenen Betriebsparametern berechnet werden (z. B. der Ansauglufttemperatur TA, dem Atmosphärendruck PA, der Motorkühlmitteltemperatur TW, der Gaspedalöffnung AP etc.), und indem dann die Korrekturkoeffizenten miteinander multipliziert werden.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S4 weiter, worin ein Prozess des Setzens eines Adaptivregelungsflag F_PRISMON ausgeführt wird. Insbesondere wird, obwohl ein Programm zur Ausführung dieses Prozesses nicht gezeigt ist, wenn die unten gezeigten Bedingungen (A) bis (F) alle erfüllt sind, gewertet, dass die Bedingungen zur Verwendung des im adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess berechneten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD erfüllt sind, und das Adaptivregelungsflag F_PRISMON wird auf 1 gesetzt, um die Wertung anzuzeigen. Wenn andererseits zumindest eine der Bedingungen (A) bis (F) nicht erfüllt ist, wird das Adaptivregelungsflag F_PRISMON auf 0 gesetzt.
    • (A) Der LAF-Sensor 14 und der O2-Sensor 15 sind beide aktiv.
    • (B) Der Motor 3 führt keinen Magerverbrennungsbetrieb durch.
    • (C) Das Drosselventil 5 ist nicht vollständig offen.
    • (D) Die Verzögerung des Zündzeitpunkts wird nicht ausgeführt.
    • (E) Der Motor 3 führt keinen Kraftstoffsperrbetrieb aus.
    • (F) Die Motordrehzahl NE und der Ansaugrohrabsolutdruck PBA liegen innerhalb jeweiliger vorbestimmter Bereiche.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S5 weiter, worin bestimmt wird, ob das Adaptivregelungsflag F_PRISMON, das in Schritt S4 gesetzt ist, 1 einnimmt oder nicht. Wenn die Antwort auf diese Frage zustimmend ist (JA), geht das Programm zu Schritt S6 weiter, worin das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD auf ein adaptives Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD gesetzt wird, das in dem nachfolgend beschriebenen adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess berechnet wird.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage in Schritt S5 negativ ist (NEIN), geht das Programm zu Schritt S7 weiter, worin das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD auf einen Kennfeldwert KCMDMPAP gesetzt wird. Dieser Kennfeldwert KCMDMAP wird durch Absuchen eines nicht gezeigten Kennfelds gemäß der Motordrehzahl NE und dem Ansaugrohrabsolutdruck PBA berechnet.
  • Im den Schritten S6 oder S7 folgenden Schritt S8 werden Beobachterrückkopplungskoeffizienten #nKLAF auf zylinderweiser Basis berechnet. Die Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF werden verwendet, um Schwankungen in den aktuellen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen der jeweiligen Zylinder zu korrigieren. Insbesondere wird ein aktuelles Luft-Kraftstoff-Verhältnis in jedem Zylinder aus der Ausgabe KACT von jedem LAF-Sensor 14 durch einen Beobachter geschätzt, und dann wird ein Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizient #nKLAF durch PID-Regelung berechnet, jeweils gemäß den geschätzten Luft-Kraftstoff-Verhältnissen. Angemerkt werden sollte, dass das Symbol #n des Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF eine der Zylinderzahlen #1 bis #4 repräsentiert. Dies gilt auch für eine erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL und eine Endkraftstoffeinspritzmenge #nTOUT.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S9 weiter, worin ein Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB berechnet wird. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB bewirkt, dass die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD wird. Der Rückkopplungskorrekturkoeffizient KFB wird wie folgt berechnet: Ein Rückkopplungskoeffizient KLAF wird gemäß einer Abweichung zwischen der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 und dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD berechnet; ferner wird ein Rückkopplungskorrekturkoeffizient KSTR durch einen adaptiven Regler vom selbstabstimmenden Reglertyp berechnet, nicht gezeigt, und dann wird der berechnete Koeffizient KSTR durch das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD geteilt, um einen Rückkopplungskorrekturkoeffizienten kstr zu erhalten; und einer des Rückkopplungskoeffizienten KLAF und des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten kstr wird auf den Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB gesetzt.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S10 weiter, worin ein korrigiertes Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDM berechnet wird. Das korrigierte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDM dient zum Kompensieren einer Änderung im Ladegrad aufgrund einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F. Das korrigierte Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDM wird berechnet, indem eine nicht gezeigte Tabelle gemäß dem in Schritt S6 oder S7 berechneten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD abgesucht wird.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S11 weiter, worin die erforderlichen Kraftstoffeinspritzmengen #nTCYL auf zylinderweiser Basis unter Verwendung einer unten gezeigten Gleichung (43) berechnet werden, auf der Basis der Basiskraftstoffeinspritzmenge Tim, des Gesamtkorrekturkoeffizienten KTOTAL, des Beobachterrückkopplungskorrekturkoeffizienten #nKLAF, des Rückkopplungskorrekturkoeffizienten KFB und des korrigierten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMDM, die jeweils wie oben berechnet sind. #nTCYL = Tim·KTOTAL·KCMDM·KFB·#nKLAF (43)
  • Dann geht das Programm zu Schritt S12 weiter, worin die Endkraftstoffeinspritzmengen #nTOUT berechnet werden, indem die erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL um eine Kraftstoffanhaftungsmenge korrigiert wird. Insbesondere wird die Endkraftstoffeinspritzmenge #nTOUT erhalten, indem das Verhältnis von Kraftstoff, der an einer Innenwand einer Brennkammer anhaftet, zu dem gesamten Kraftstoff, der von der Einspritzdüse 6 in dem gegenwärtigen Verbrennungszyklus eingespritzt wird, gemäß einem Betriebszustand des Motors berechnet wird, und indem dann die korrespondierende erforderliche Kraftstoffeinspritzmenge #nTCYL auf der Basis des berechneten Verhältnisses von anhaftendem Kraftstoff korrigiert wird.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S13 weiter, und es wird ein Treibersignal, das auf der Basis der oben berechneten Endkraftstoffeinspritzmenge #nTOUT erzeugt wird, der Einspritzdüse 6 des entsprechenden Zylinders geliefert, wonach das Programm endet. Somit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches in Rückkopplung geregelt, sodass die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 gleich dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD wird.
  • Als Nächstes wird der adaptive Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess einschließlich dem ADSM-Prozess und dem PRISM-Prozess in Bezug auf die 9 und 10 beschrieben. Dieser Prozess wird mit vorbestimmten Steuerperioden von ΔT (30 Millisekunden) ausgeführt. In dem adaptiven Luft-Kraftstoff-Verhältnisregelprozess wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD gemäß den Betriebszuständen des Motors 3 durch ADSM-Prozess, den PRISM-Prozess oder einen Prozess des Setzens des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD auf einen vorbestimmten Wert SLDHOLD berechnet.
  • In dem vorliegenden Prozess wird zuerst ein Nach-F/C-Bestimmungsprozess in Schritt S20 ausgeführt. Obwohl ein Programm dieses Prozesses nicht gezeigt ist, wird während eines Kraftstoffsperrbetriebs des Motors ein Nach-F/C-Bestimmungsflag F_AFC auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass der Motor einen Kraftstoffsperrbetrieb ausführt, wohingegen dann, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer X_TM_AFC nach Ende des Kraftstoffsperrbetriebs abgelaufen ist, das Flag F_AFC auf 0 gesetzt wird, um das Ende des Kraftstoffsperrbetriebs anzuzeigen.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S21 weiter, worin ein Anfahrbestimmungsprozess ausgeführt wird, um auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit VP zu bestimmen, ob das Fahrzeug, an dem Motor 3 installiert ist, angefahren ist oder nicht. Wie in 11 gezeigt, wird zuerst in dem Anfahrbestimmungsprozess in Schritt S49 bestimmt, ob ein Leerlaufflag F_IDLE 1 einnimmt oder nicht. Das Leerlaufflag F_IDLE wird auf 1 gesetzt, wenn der Motor 3 einen Leerlaufbetrieb ausführt, und wird auf 0 gesetzt, wenn der Motor keinen Leerlaufbetrieb ausführt.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn der Motor 3 den Leerlaufbetrieb ausführt, geht das Programm zu Schritt S50 weiter, worin bestimmt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit VP niedriger als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit VSTART ist (z. B. 1 km/h). Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn das Fahrzeug steht, geht das Programm zu Schritt S51 weiter, worin eine Zeitzählung TMVOTVST eines ersten Anfahrbestimmungstimers als ein Herunterzähltimer auf eine erste vorbestimmte Zeitdauer TVOTVST (z. B. 3 Millisekunden) gesetzt wird.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S52 weiter, worin ein Zeitzähler TMVST eines zweiten Anfahrbestimmungstimers als Herunterzähltimer auf eine zweite vorbestimmte Zeitdauer TVST (z. B. 500 Millisekunden) gesetzt wird, die länger ist als die erste vorbestimmte Zeitdauer TVOTVST. Danach werden die ersten und zweiten Anfahrflags F_VOTVST und F_VST in jeweiligen Schritten 53 und 54 beide auf 0 gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S49 oder S50 negativ ist (NEIN), d. h. wenn der Motor keinen Leerlaufbetrieb ausführt, oder wenn das Fahrzeug angefahren ist, geht der Prozess zu Schritt S55 weiter, worin bestimmt wird, ob der Zeitzähler TMVOTVST des ersten Anfahrbestimmungstimers größer ist als der Wert von 0. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die vorbestimmte Zeitdauer TVOTVST nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder dem Anfahren des Fahrzeugs nicht abgelaufen ist, wird gewertet, dass der Motor 3 in einem ersten Anfahrmodus ist, und das Programm geht zu Schritt S56 weiter, worin das erste Anfahrflag F_VOTVST auf 1 gesetzt wird.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S55 negativ ist (NEIN), d. h. wenn die erste vorbestimmte Zeitdauer TVOTVST nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder dem Anfahren des Fahrzeugs abgelaufen ist, wird gewertet, dass der erste Anfahrmodus beendet ist, und das Programm geht zu Schritt S57 weiter, worin das erste Anfahrflag F_VOTVST auf 0 gesetzt wird.
  • Im dem Schritt S56 oder S57 folgenden Schritt S58 wird bestimmt, ob der Zeitzähler TMVST des zweiten Anfahrbestimmungstimers größer ist als der Wert von 0 oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die zweite vorbestimmte Zeitdauer TVST nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder dem Anfahren des Fahrzeugs nicht abgelaufen ist, wird gewertet, dass der Motor 3 in einem zweiten Anfahrmodus ist, und das Programm geht zu Schritt S59 weiter, worin das zweite Anfahrflag F_VST auf 1 gesetzt wird, wonach das gegenwärtige Programm beendet wird.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage in Schritt S58 negativ ist (NEIN), d. h. wenn die zweite vorbestimmte Zeitdauer TVST nach dem Ende des Leerlaufbetriebs oder dem Anfahren des Fahrzeugs abgelaufen ist, wird gewertet, dass der zweite Anfahrmodus beendet ist, und es wird Schritt S54 ausgeführt, wonach das Programm endet.
  • Wieder zurück zu 9. In einem dem Schritt S21 folgenden Schritt S22 wird ein Prozess des Setzens der Zustandsvariablen ausgeführt. In diesem Prozess werden, obwohl nicht gezeigt, die jeweiligen Zeitseriendaten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD, die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 und die Ausgabeabweichung VO2 jeweils um einen Abtastzyklus zur vergangenen Seite hin verschoben. Dann werden die gegenwärtigen Werte von KCMD, KACT und VO2 auf der Basis der letzten Werte der Zeitseriendaten von KCMD, KACT und VO2, der Referenzwert FLAFBASE und ein adaptiver Korrekturterm FLAFADP, die später beschrieben werden, berechnet.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S23 weiter, worin ein PRISM/ADSM-Prozess-Ausführungsbestimmungsprozess ausgeführt wird. Dieser Prozess dient zur Bestimmung, ob Bedingungen zur Ausführung des PRISM-Prozesses oder des ADSM-Prozesses erfüllt sind oder nicht, und wird insbesondere so ausgeführt, wie im Flussdiagramm von 12 gezeigt.
  • Wenn die unten gezeigten Bedingungen (G) bis (J) in den Schritten S60 bis S63 in 12 alle erfüllt sind, wird gewertet, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der PRISM-Prozess oder ADSM-Prozess ausgeführt werden soll, und wird in Schritt S64 ein PRISM/ADSM-Ausführungsflag F_PRSMCAL auf 1 gesetzt, um die Bewertung anzuzeigen, wonach das Programm endet. Wenn andererseits zumindest eine der Bedingungen (G) bis (J) nicht erfüllt ist, wird gewertet, dass der Motor 3 nicht in dem Betriebszustand ist, in dem der PRISM-Prozess oder der ADSM-Prozess ausgeführt werden sollte, und wird in Schritt S65 das PRISM/ADSM-Ausführungsflag F_PRSMCAL auf 0 gesetzt, um die Bewertung anzuzeigen, wonach das Programm endet.
    • (G) Der O2-Sensor 15 ist aktiv.
    • (H) Der LAF-Sensor 14 ist aktiv.
    • (I) Der Motor 3 führt keinen Magerverbrennungsbetrieb durch.
    • (J) Die Verzögerung des Zündzeitpunkts wird nicht ausgeführt.
  • Wieder zurück zu 9. In einem dem Schritt S23 folgenden Schritt S24 wird ein Identifiziererbetrieb-Ausführungsbestimmungsprozess ausgeführt. Dieser Prozess dient zur Bestimmung, ob Bedingungen zur Ausführung der Parameteridentifikation durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 erfüllt sind, und wird insbesondere so ausgeführt, wie im Flussdiagramm von 13 gezeigt.
  • D. h. wenn die Antworten auf die Fragen der Schritte S70 und S71 in 13 beide negativ sind (NEIN), in anderen Worten, wenn die Drosselventilöffnung θTH nicht vollständig offen ist und der Motor 3 keinen Kraftstoffsperrbetrieb ausführt, wird gewertet, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem die Parameteridentifizierung ausgeführt werden soll, und das Programm geht zu Schritt S72 weiter, wonach das Programm endet. Wenn andererseits entweder die Antwort auf die Frage von Schritt S70 oder jene auf die Frage von Schritt S71 zustimmend ist (JA), wird gewertet, dass der Motor 3 nicht in dem Betriebszustand ist, in dem die Parameteridentifizierung ausgeführt werden sollte, und das Programm geht zu Schritt S73 weiter, worin das Identifizierungsausführungsflag F_IDCAL auf 0 gesetzt wird, wonach das gegenwärtige Programm endet.
  • Zurück zu 19. In einem dem Schritt S24 folgenden Schritt S25 werden die verschiedenen Parameter (einschließlich dem Abgasvolumen AB SV) berechnet. Dieser Prozess wird im Detail nachfolgend beschrieben.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S26 weiter, worin bestimmt wird, ob das in Schritt S23 gesetzte PRISM/ADSM-Ausführungsflag F_FRSMCAL 1 einnimmt oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die Bedingungen zur Ausführung des PRISM-Prozesses oder des ADSM-Prozesses erfüllt sind, geht das Programm zu Schritt S27 weiter, worin bestimmt wird, ob das in Schritt S24 gesetzte Identifikationsausführungsflag F_IDCAL 1 einnimmt oder nicht.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn der Motor 3 in dem Betriebszustand ist, in dem die Parameteridentifizierung durch den kartenintegrierten Identifzierer 23 ausgeführt werden sollte, geht das Programm zu Schritt S28 weiter, worin bestimmt wird, ob ein Parameterinitialisierungsflag F_IDRSET 1 einnnimmt oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), was bedeutet, dass eine Initialisierung der in dem RAM gespeicherten Modellparameter a1, a2 und b1 nicht erforderlich ist, geht das Programm sofort zu Schritt S31 weiter, auf den nachfolgend Bezug genommen wird.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die Initialisierung der Modellparameter a1, a2 und b1 erforderlich ist, geht das Programm zu Schritt S29 weiter, worin die Modellparameter a1, a2 und b1 auf jeweilige Anfangswerte davon gesetzt werden, und dann wird im folgenden Schritt S30 das Parameterinitialisierungsflag F_IDRSET auf 0 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Parameter initialisiert worden sind.
  • Im dem Schritt S30 oder Schritt S28 folgenden Schritt S31 wird eine Arithmetikoperation durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 ausgeführt, um die Modellparameter a1, a2 und b1 zu identifizieren, und dann geht das Programm zu Schritt S32 in 10 weiter. Die Arithmetikoperation durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 wird im Detail nachfolgend beschrieben.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S27 negativ ist (NEIN), d. h. wenn der Motor 3 nicht in dem Betriebszustand ist, in dem die Parameteridentifizierung ausgeführt werden sollte, werden die obigen Schritte S28 bis S31 zu Schritt S32 in 10 übersprungen. Im dem Schritt S27 oder S31 folgenden Schritt S32 werden identifizierte Werte oder vorbestimmte Werte als die Modellparameter a1, a2 und b1 ausgewählt. Insbesondere, obwohl ein Programm zur Ausführung dieses Prozesses nicht gezeigt ist, werden, wenn das in Schritt S24 gesetzte Identifikationsausführungsflag F_IDCAL 1 einnimmt, die Modellparameter a1, a2 und b1 auf die in Schritt S31 identifizierten Werte gesetzt, wohingegen dann, wenn das Flag F_IDCAL 0 einnimmt, die Modellparameter a1, a2 und b1 auf die vorbestimmten Werte gesetzt werden.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S33 weiter, worin ein Arithmetikbetrieb durch den Zustandsvorsager 22 ausgeführt wird, um den vorhergesagten Wert PREVO2 zu berechnen. Danach geht das Programm zu Schritt S34 weiter, worin der Regelbetrag Usl berechnet wird, wie nachfolgend beschrieben.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S35 weiter, worin eine Stabilitätsbestimmung des SLD-Reglers 25 ausgeführt wird. Insbesondere wird, obwohl ein Programm zur Ausführung dieses Prozesses nicht gezeigt ist, auf der Basis des Werts der prädiktiven Schaltfunktion σPRE bestimmt, ob die Gleitmodusregelung durch den SLD-Regler 25 in einem stabilen Zustand ist oder nicht.
  • Dann werden in Schritten S36 und S37 der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD und der ΔΣ Modulationsregelbetrag DKCMDDSM durch den SLD-Regler 25 bzw. den DSM-Regler 24 berechnet, wie nachfolgend beschrieben.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S38 weiter, worin das adaptive Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD unter Verwendung des durch den SLD-Regler 25 berechneten Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD oder des durch den DSM-Regler 24 berechneten ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM berechnet. Danach wird in Schritt S39 das adaptive Korrekturterm FLAFADP berechnet, wie im Detail nachfolgend beschrieben, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S26 in 9 negativ ist (NEIN), d. h. wenn keine der Bedingungen zur Ausführung des PRISM-Prozesses und des ADSM-Prozesses erfüllt sind, geht das Programm zu Schritt S40 weiter, worin das Parameterinitialisierungsflag F_IDRSET auf 1 gesetzt wird. Dann geht das Programm zu Schritt S41 in 10 weiter, worin der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den vorbestimmten Wert SLDHOLD gesetzt wird. Anschließend werden die Schritte S38 und S39 ausgeführt, wonach das Programm endet.
  • Als Nächstes wird der Schritt 25 Prozess der Berechnung der Parameter in Bezug auf 14 beschrieben. In diesem Prozess wird zuerst in Schritt S80 das Abgasvolumen AB_SV (geschätzter Wert der räumlichen Geschwindigkeit) unter Verwendung der folgenden Gleichung (44) berechnet: AB_SV = (NE/1500)·PBA·X_SVPRA (44) worin X_SVPRA einen vorbestimmten Koeffizienten repräsentiert, der auf der Basis des Motorhubraums bestimmt ist.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S81 weiter, worin die Totzeit KACT-D (= d') in dem vorgenannten Luft-Kraftstoff-Verhältnisbetriebssystem, die Totzeit CAT_DELAY (= d) in dem Abgassystem und die vorhergesagte Zeit dt berechnet werden. Insbesondere werden die Totzeit KACT D und die Totzeit CAT_DELAY durch Absuchen einer in 15 gezeigten Tabelle gemäß dem in Schritt 80 berechneten Abgasvolumen AB SV berechnet, und die Summe (KACT D + CAT_DELAY) der zwei Totzeiten wird auf die vorhergesagte Zeit dt gesetzt. In anderen Worten, wird in dem vorliegenden Regelprozess die Phasenverzögerungszeit dd auf einen Wert von 0 gesetzt.
  • In der Tabelle von 15 werden die Totzeiten KACT_D und CAT_DELAY jeweils auf entsprechende kleinere Werte gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Der Grund hierfür ist, dass dann, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird, die Fließgeschwindigkeit der Abgase höher wird, was die Totzeiten KACT_D und CAT_DELAY reduziert. Da die Totzeiten KACT_D und CAT_DELAY und die vorhergesagte Zeit dt gemäß dem Abgasvolumen berechnet werden, ist es möglich, eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts zu eliminieren, indem das adaptive Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD, was nachfolgend im Detail beschrieben wird, auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2 und der Ausgabeabweichung VO2 berechnet wird, die unter Verwendung der Totzeiten KACT_D und CAT_DELAY und der vorhergesagten Zeit dt berechnet sind. Da ferner die Modellparameter a1, a2 und b1 unter Verwendung der Totzeit CAT-DELAY identifiziert werden, lässt sich bewirken, dass die dynamischen Charakteristiken des geregelten Objektmodells an die aktuellen dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts angepasst werden, um hierdurch eine Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts noch effektiver zu beseitigen.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S82 weiter, worin die Werte der Wichtungsparameter λ1, λ2 des Identifikationsalgorithmus berechnet werden. Insbesondere wird der Wichtungsparameter λ2 auf den Wert von 1 gesetzt, und dann wird der Wichtungsparameter λ1 durch Absuchen einer in 16 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV berechnet.
  • Wenn in der Tabelle von 16 das Abgasvolumen AB_SV größer wird, wird der Wichtungsparamter λ1 auf einen kleineren Wert gesetzt, oder in anderen Worten, wenn das Abgasvolumen AB-SV kleiner wird, wird der Wichtungsparamter λ1 auf einen größeren Wert und näher an einen Wert von 1 gesetzt. Der Grund hierfür ist, dass es notwendig ist, die Identifizierung der Modellparameter schneller auszuführen, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird, oder in anderen Worten, der Motor 3 in einem höheren Lastbetriebszustand ist, und es daher erforderlich ist, den Wichtungsparameter λ1 auf einen kleineren Wert zu setzen, um hierdurch die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der die Modellparameter zu den jeweiligen Optimalwerten konvergieren. Da zusätzlich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eher zur Änderung neigt, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner ist, oder nämlich der Motor 3 in einem niedrigeren Lastbetriebszustand ist, ist es notwendig, eine hohe Genauigkeit in der Identifizierung der Modellparameter einzuhalten, und ist es daher erforderlich, den Wichtungsparamter λ1 auf einen Wert näher an einen Wert von 1 zu setzen (den Algorithmus dem der kleinen Quadrate anzunähern), um hierdurch die Identifikationsgenauigkeit der Modellparameter zu verbessern.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S83 weiter, worin ein unterer Grenzwert X_IDA2L zum Begrenzen der Werte der Modellparameter a1, a2 und ein unterer Grenzwert X_IDB1L und ein oberer Grenzwert X_IDB1H zum Begrenzen des Werts des Modellparameters b1 durch Absuchen einer in 17 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV berechnet werden.
  • In der Tabelle von 17 wird der untere Grenzwert X_IDA2L auf einen größeren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Der Grund hierfür ist, dass die Kombination der Modellparameter a1, a2 zum Halten des Regelsystems in einem stabilen Zustand sich mit einer Zunahme oder Abnahme der Totzeit in Abhängigkeit von einer Änderung im Abgasvolumen AB_SV verändert. Ferner werden die Unter- und Obergrenzwerte X_IDB1L und X_IDB1H auch auf jeweilige größere Werte gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Der Grund hierfür ist, dass, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird, der Einfluss eines Vor-Katalysator-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgasen stromauf der ersten Katalysatorvorrichtung 8a auf die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 zunimmt, oder in anderen Worten, der Verstärkungsfaktor des geregelten Objekts weiter zunimmt.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S84 weiter, und es wird die Filterordnung n zur Verwendung in dem Bewegenden-Mittelwert-Filterprozess berechnet, wonach das Programm endet. In diese Prozess wird die Filterordnung n durch Absuche einer Tabelle von 18 gemäß dem Abgasvolumen AB_SV berechnet.
  • In dieser Tabelle wird die Filterordnung n auf einen kleineren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV größer wird. Der Grund hierfür ist wie folgt: Da, wie oben beschrieben, eine Änderung in dem Abgasvolumen AB_SV eine Änderung in den Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts hervorruft, insbesondere in den Verstärkungscharakteristiken davon, ist es erforderlich, Frequenzwichtungscharakteristiken des Algorithmus der gewichteten kleinsten Quadrate gemäß dem Abgasvolumen richtig zu korrigieren, um die Verstärkungscharakteristiken des geregelten Objektsmodells auf die aktuellen Verstärkungscharakteristiken des geregelten Objekts einzustellen. Indem man daher die Filterordnung ändert, in dem Bewegenden-Mittelwert-Filterprozess gemäß dem Abgasvolumen AB_SV setzt, wie durch die Tabelle von 18 gezeigt, ist es möglich, ein konstantes Identifiktionsgewicht in dem Identifikationsalgorithmus beizubehalten, wenn sich das Abgasvolumen AB_SV ändert, und die Konformität in den Verstärkungscharakteristiken zwischen dem Geregelten-Objekt-Modell un dem geregelten Objekt sicherzsutellen, um hierdurch die Identifikationsgenauigkeit zu verbessern.
  • Als Nächstes wird die Arithmetikoperation, die durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 in Schritt S31 ausgeführt wird, in Bezug auf 19 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, wird in diesem Prozess zuerst in Schritt S90 der Verstärkungskoeffizient KP(k) unter Verwendung der Gleichung 22 berechnet. Das Programm geht zu Schritt S91 weiter, worin der identifizierte Wert VO2HAT(k) der Ausgabeabweichung VO2 unter Verwendung der Gleichung 20 berechnet wird.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S92 weiter, worin der Identifikationsfehler-gefilterte Wert ide_f(k) unter Verwendung der Gleichungen (18) und (19) berechnet wird. Dann wird in dem folgenden Schritt S93 der Vektor θ(k) der Modellparameter unter Verwendung der Gleichung (16) berechnet, wonach in Schritt S94 der Vektor θ(k) der Modellparameter stabilisiert wird. Dieser Stabilisierungsprozess wird im Detail nachfolgend beschrieben.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S95 weiter, worin der unmittelbar folgende Wert P(k + 1) einer Quadratmatrix P(k) unter Verwendung der Gleichung (23) berechnet wird. Dieser Wert P(k + 1) wird als der Wert der Quadratmatrix P(k) bei der Berechnung in der unmittelbar folgenden Schleife verwendet.
  • Als Nächstes wird der Stabilisierungsprozess zum Stabilisieren des Vektors θ(k) der Modellparameter in Bezug auf 20 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, werden zuerst in Schritt S100 drei Flags F_A1STAB, F_A2STAB und F_B1STAB alle auf 0 gesetzt.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S101 weiter, worin ein a1'- & a2'-Begrenzungsprozess ausgeführt wird, wie nachfolgend beschrieben. Dann wird ein b1'-Begrenzungsprozess in Schritt S102 ausgeführt, wie nachfolgend beschrieben, wonach das Programm endet.
  • Im Folgenden wird der a1'- & a2'-Begrenzungsprozess, der in Schritt S101 ausgeführt wird, im Detail in Bezug auf 21 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, wird zuerst in Schritt S110 bestimmt, ob der identifizierte Wert a2' des in Schritt S93 berechneten Modellparameters gleich oder größer als der untere Grenzwert X_IDA2L ist, der in Schritt S83 in 14 berechnet ist. Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), geht das Programm zu Schritt S111 weiter, worin der Modellparameter a2 auf den unteren Grenzwert X_IDA2L gesetzt wird, um das Regelsystem zu stabilisieren, und das Flag F_A2STAB auf 1 gesetzt wird, um anzuzeigen, dass die Stabilisierung des Modellparameters a2 ausgeführt worden ist. Wenn andererseits die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn a2' ≥ X_IDA2L gilt, geht das Programm zu Schritt S112 weiter, worin der Modellparameter a2 aufu den identifizierten Wert a2' gesetzt wird.
  • In einem dem Schritt S111 oder S112 folgenden Schritt S113 wird bestimmt, ob der in Schritt S93 identifizierte Wert a1' des Modellparameters gleich oder größer als ein vorbestimmter unterer Grenzwert X_IDA1L ist (z. B. ein fester Wert gleich oder größer als ein Wert von –2 und kleiner als ein Wert von 0). Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), geht das Programm zu Schritt S114 weiter, worin der Modellparameter a1 auf den unteren Grenzwert X_IDA2L gesetzt wird, um das Regelsystem zu stabilisieren, und das Flag F_A1STAB auf 1 gesetzt wird, um anzuzeigen, dass die Stabilisierung des Modellparameters a1 ausgeführt worden ist.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S113 zustimmend ist (JA), geht das Programm zu Schritt S115 weiter, worin bestimmt wird, ob der identifizierte Wert a1' gleich oder kleiner als ein vorbestimmter oberer Grenzwert X_IDA1H ist oder nicht (z. B. ein Wert von 2). Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn X_IDA1L ≤ a1' ≤ X_IDA1H gilt, geht das Programm zu Schritt S116 weiter, worin der Modellparamter a1 auf den identifizierten Wert a1' gesetzt wird, wohingegen dann, wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn X_IDA1H < a1' gilt, geht das Programm zu Schritt S117 weiter, worin der Modellparameter a1 auf den oberen Grenzwert X_IDA1H gesetzt wird, und dann wird das Flag F_A1STAB auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Stabilisierung des Modellparameters a1 ausgeführt worden ist.
  • In einem dem Schritt S114, S116 oder S117 folgenden Schritt S118 wird bestimmt, ob die Summe (|a1| + a2) des oben berechneten Absolutwerts des Modellparamaters a1 und des Modellparameters a2 gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert S_A2STAB ist oder nicht (z. B. ein Wert von 0,9). Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), wird gewertet, dass die Kombination der Modellparameter a1, a2 innerhalb eines Bereichs liegt (einem begrenzten Bereich, der in 22 als schraffierte Fläche gezeigt ist, der eine Stabilität des Regelsystems sicherstellt, und wird das Programm sofort beendet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S118 negativ ist (NEIN), geht das Programm zu Schritt S119 weiter, worin bestimmt wird, ob der Modellparameter a1 gleich oder kleiner als ein Wert (X_A2STAB – X_IDA2L) ist, der durch Subtrahieren des unteren Grenzwerts X_IDA2L von dem Referenzwert X_A2STAB erhalten ist. Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S118 zustimmend ist (JA), wird im folgenden Schritt S120 der Modellparameter a2 auf einen Wert (X_A2STAB – |a1|) gesetzt wird, der durch Subtrahieren des Absolutwerts des Modellparameters a1 von dem Referenzwert X_A2STAB erhalten ist, und das Flag F_A2STAB wird auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Stabilisierung des Modellparameters a2 ausgeführt wurde, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S119 negativ ist (NEIN), d. h. wenn a1 > (X_A2STAB – X_IDA2L) gilt, geht das Programm zu Schritt S121 weiter, worin der Modellparameter a1 auf den Wert (X_A2STAB – X_IDA2L) gesetzt wird, der durch Subtrahieren des unteren Grenzwerts X_IDA2L von dem Referenzwert X_A2STAB erhalten ist, und der Modellparameter a2 wird auf den unteren Grenzwert X_IDA2L gesetzt. Gleichzeitig werden die Flags F_A1STAB und F_A2STAB beide auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass die Stabilisierung der Modellparameter a1, a2 ausgeführt worden ist, wonach das Programm endet.
  • Wenn, wie oben beschrieben, gemäß dem sequenziellen Identifikationsalgorithmus die Eingabe/Ausgabe des geregelten Objekts in einen Dauerzustand (steady state) kommt, tritt leicht ein sogenanntes Drift-Phänomen auf, in dem die Absolutwerte der identifizierten Modellparameter aufgrund ungenügender Bedingungen der Selbstanregung zunehmen, was das Regelsystem unstabil machen kann oder dasselbe in einen schwingenden Zustand versetzen kann. Ferner ändert sich die Stabilitätsgrenze des Regelsystems in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors 3. Wenn z. B. der Motor 3 in einem Niederlastbetriebszustand ist, wird das Abgasvolumen AB_SV kleiner, was eine erhöhte Ansprechverzögerung der Abgase auf ein zugeführtes Gemisch und der Totzeit hervorruft. Dies versetzt tendenziell die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 in einen oszillierenden Zustand.
  • Um dieses Problem zu überwinden, wird in dem obigen a1'- & a2'-Begrenzungsprozess die Kombination der Modellparameter a1, a2 so gesetzt, dass sie innerhalb des begrenzten Bereichs gehalten werden, wie in 22 mit der schraffierten Fläche gezeigt, und der untere Grenzwert X_IDA2L, der den Begrenzungsbereich bestimmt, wird gemäß dem Abgasvolumen AB_SV gesetzt, sodass der begrenzte Bereich als ein Bereich geeigneter Stabilität gesetzt werden kann, der eine Änderung in der Stabilitätsgrenze aufgrund einer Änderung in den Betriebszuständen des Motors 3 widerspiegelt, d. h. eine Änderung in den dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts, und es kann auch das Drift-Phänomen durch Verwendung der Modellparameter a1, a2 in dem begrenzten Bereich vermieden werden, die eine Stabilität des Regelsystems sicherstellen. Indem die Kombination der Modellparameter a1, a2 als ein Wert innerhalb des obigen begrenzten Bereichs gesetzt wird, der die Stabilität des Regelsystems sicherstellt, ist es zusätzlich möglich, das Auftreten eines unstabilen Zustands des geregelten Objekts zu vermeiden, der hervorgerufen werden könnte, wenn der Modellparameter a1 und der Modellparameter a2 separat begrenzt werden. Somit kann die Stabilität des Regelsystems verbessert werden, was zu einer Verbesserung der Abgasreinigungsrate beiträgt.
  • Als Nächstes wird der in Schritt S102 ausgeführte b1'-Begrenzungsprozess in Bezug auf 23 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, wird in diesem Prozess in einem Schritt S130 bestimmt, ob der in Schritt S93 berechnete identifizierte Wert b1' gleich oder größer als der in Schritt S83 in 14 berechnete untere Grenzwert X_IDB1L ist oder nicht.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn b1' ≥ X_IDB1L gilt, geht das Programm zu Schritt S131 weiter, worin bestimmt wird, ob der identifizierte Wert b1' gleich oder kleiner als der in Schritt S83 in 14 berechnete obere Grenzwert X_IDB1H ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn X_IDB1L ≤ b1' ≤ X_IDB1H gilt, wird in Schritt S132 der Modellparameter b1 auf den identifizierten Wert b1' gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S131 negativ ist (NEIN), d. h. wenn b1' > X_IDB1H gilt, geht das Programm zu Schritt S133 weiter. In dem Schritt S133 wird der Modellparameter b1 auf den oberen Grenzwert X_IDB1H gesetzt, und dann wird ein Flag F_B1LMT auf 1 gesetzt, um die Tatsache anzuzeigen, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S130 negativ ist (NEIN), d. h. wenn b1' > X_IDB1H gilt, geht das Programm zu Schritt S134 weiter. In dem Schritt S134 wird der Modellparameter b1 auf den oberen Grenzwert X_IDB1H gesetzt, und dann wird ein Flag F_B1LMT auf 1 gesetzt, um die Tatsache anzuzeigen, wonach das Programm endet.
  • Die Ausführung des b1'-Begrenzungsprozesses macht es möglich, den Modellparameter b1 auf einen Wert zu begrenzen, der innerhalb des zwischen X_IDB1L und X_IDB1H definierten Bereichs begrenzt ist, um hierdurch zu verhindern, dass das Drift-Phänomen aufgrund der Verwendung des sequenziellen Identifikationsalgorithmus hervorgerufen wird. Da ferner die oberen und unteren Grenzwerte X_IDB1H und X_IDB1L gemäß dem Abgasvolumen AB_SV gesetzt sind, wie oben beschrieben, kann der begrenzte Bereich als ein Bereich geeigneter Stabilität gesetzt werden, der eine Änderung in der Stabilitätsgrenze aufgrund einer Änderung in den Betriebszuständen des Motors 3 widerspiegelt, d. h. eine Änderung in den dynamischen Charakteristiken des geregelten Objekts, und die Stabilität des Regelsystems kann unter Verwendung des in dem begrenzten Bereich begrenzten Modellparameters b1 sichergestellt werden. Somit kann die Stabilität des Regelsystems verbessert werden, was zu einer Verbesserung der Abgasreinigungsrate beiträgt.
  • Als Nächstes wird die Arithmetikoperation, die durch den Zustandsvorhersager 22 in dem Schritt S33 ausgeführt wird, in Bezug auf 24 beschrieben. In diesem Prozess werden zuerst in einem Schritt S140 Matrixelemente α1, α2, β1, βj der Gleichung (7) berechnet. Dann werden in dem folgenden Schritt S141 die Matrixelemente α1, α2, βi, βj, die in Schritt S140 erhalten sind, auf die Gleichung (7) angewendet, um den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 zu berechnen, wonach das Programm endet.
  • Als Nächstes wird der Prozess zur Berechnung des Regelbetrags Usl, der in Schritt S34 ausgeführt worden ist, im Detail in Bezug auf 25 beschrieben. In diesem Prozess wird zuerst in Schritt S150 die prädiktive Schaltfunktion σPRE unter Verwendung der Gleichung (38) berechnet.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S151 weiter, worin ein integrierter Wert SUMSIGMA der prediktiven Schaltfunktion σPRE berechnet wird. In diesem Prozess wird zuerst, wie in 26 gezeigt, in Schritt S160 bestimmt, ob zumindest eine der folgenden Bedingungen (L) bis (M) erfüllt ist oder nicht:
    • (L) Das adaptive Regelflag F_PRISMON nimmt 1 ein.
    • (M) Ein Integralwerthalteflag F_SS_HOLD, auf das nachfolgend Bezug genommen wird, nimmt 0 ein.
    • (N) Ein ADMS-Beendigungsflag F_KOPR, auf das nachfolgend Bezug genommen wird, nimmt 0 ein.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S160 zustimmend ist (JA), d. h. wenn zumindest eine der Bedingungen zum Berechnen des Integralwerts SUMSIGMA erfüllt ist, geht das Programm zu Schritt S161 weiter, worin der vorliegende Wert SUMSIGMA(k) des Integralwerts SUMSIGMA auf einen Wert [SUMSIGMA(k – 1) + ΔT·σPRE] gesetzt wird, der erhalten wird durch Addieren eines Produkts der Regelperiode ΔT und der prädiktiven Schaltfunktion σPRE zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert SUMSIGMA(k – 1).
  • Dann geht das Programm zu Schritt S162 weiter, worin bestimmt wird, ob der in Schritt S161 erhaltene gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) größer ist als ein vorbestimmter unterer Grenzwert SUMSL. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), geht das Programm zu Schritt S163 weiter, worin bestimmt wird, ob der gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) kleiner als ein vorbestimmter oberer Grenzwert SUMSH ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn SUMSL < SUMSIGMA(k) < SUMSH gilt, wird das Programm sofort beendet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S163 negativ ist (NEIN), d. h. wenn SUMSIGMA(k) ≥ SUMSH gilt, wird in Schritt S164 der gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) auf den oberen Grenzwert SUMSH gesetzt, wonach das Programm endet. Wenn ferner die Antwort auf die Frage von Schritt S162 negativ ist (NEIN), d. h. wenn SUMSIGMA(k) ≤ SUMSH gilt, wird in Schritt S165 der gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) auf den unteren Grenzwert SUMSL gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S160 negativ ist (NEIN), d. h. wenn keine der drei Bedingungen (L) bis (N) zum Berechnen des Integralwerts SUMSIGMA erfüllt ist, geht das Programm zu Schritt S166 weiter, worin der gegenwärtige Wert SUMSIGMA(k) auf den unmittelbar vorhergehenden Wert SUMSIGMA(k – 1) gesetzt wird. D. h. der Integralwert SUMSIGMA wird gehalten, und dann wird das Programm beendet.
  • Zurück zu 25. In dem Schrit S151 folgenden Schritten S152 bis S154 werden die äquivalente Regeleingabe Ueq, die Reaching-Vorschrifteingabe Urch(k) und die Adaptivvorschrifteingabe Uadp(k) jeweils unter Verwendung der jeweiligen Gleichungen (40) bis (42) berechnet.
  • Dann wird der Regelbetrag Usl auf die Summe der äquivalenten Regeleingabe Ueq, der Reaching-Vorschrifteingabe Urch(k) und der Adaptivvorschrifteingabe Uadp(k) in Schritt S155 gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Als Nächstes wird der Prozess der Berechnung des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD, der in dem Schritt 36 in 10 ausgeführt wird, im Detail in Bezug auf die 27 und 28 beschrieben. In diesem Prozess wird zuerst in Schritt S170 ein Prozess der Berechnung von Grenzwerten des Regelbetrags Usl ausgeführt. In dem Grenzwertberechnungsprozess werden, obwohl eine detaillierte Beschreibung weggelassen ist, obere und untere Grenzwerte Usl_ahf, Usl_alf für den Nicht-Leerlaufbetrieb und obere und untere Grenzwerte Usl_ahfi, Usl_alfi für den Leerlaufbetrieb auf der Basis der Bestimmung durch den Reglerstabilitätsbestimmungsprozess berechnet, der in Schritt S35 ausgeführt wird, sowie die jeweiligen adaptiven oberen und unteren Grenzwerte Usl_ah, Usl_al, nachfolgend beschrieben, des Regelbetrags Usl.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S171 weiter, worin bestimmt wird, ob das Leerlaufflag F_IDLE 0 einnimmt oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn der Motor 3 keinen Leerlaufbetrieb ausführt, geht das Programm zu Schritt S172 weiter, worin bestimmt wird, ob der im Prozess von 25 erhaltene Regelbetrag Usl gleich oder kleiner als der untere Grenzwert Usl_alf für den Leerlaufbetrieb ist oder nicht.
  • Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn Usl > Usl_alf gilt, geht das Programm zu Schritt S173 weiter, worin bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl gleich oder größer als der obere Grenzwert Usl_ahf für den Nicht-Leerlaufbetrieb ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn Usl_alf < Usl < Usl_ahf gilt, geht das Programm zu Schritt S174 weiter, worin der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den Regelbetrag Usl gesetzt wird und gleichzeitig das Integralwerthalteflag F_SS_HOLD auf 0 gesetzt wird.
  • In dem folgenden Schritt S175 wird der gegenwärtige Wert Usl_al(k) des adaptiven unteren Grenzwerts auf einen Wert [Usl_al(k – 1) + X_AL_DEC] gesetzt, der erhalten wird durch Addieren eines vorbestimmten Werts X_AL_DEC an der abnehmenden Seite zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert Usl_al(k – 1) des adaptiven unteren Grenzwerts, und gleichzeitig wird der gegenwärtige Wert Usl_ah(k) des adaptiven oberen Grenzwerts auf einen Wert [Usl_ah(k – 1) – X_AL_DEC] gesetzt, der erhalten wird durch Subtrahieren des vorbestimmten Werts X_AL_DEC an der abnehmenden Seite von dem unmittelbar vorhergehenden Wert Usl_ah(k – 1) des adaptiven unteren Grenzwerts, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S173 zustimmend ist (JA), d. h. wenn Usl ≥ Usl_ahf gilt, geht das Programm zu Schritt S176 weiter, worin der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den adaptiven oberen Grenzwert Usl_ahf für den Nicht-Leerlaufbetrieb gesetzt wird und gleichzeitig das Integralwerthalteflag F_SS_HOLD auf 1 gesetzt wird.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S177 weiter, worin bestimmt wird, ob ein Zeitzähler TMACR eines Nachstarttimers kleiner als eine vorbestimmte Zeitdauer X_TMAWAST ist oder nicht oder das Nach-F/C-Bestimmungsflag F_AFC 1 einnimmt. Der Nachstarttimer ist ein Hochzähltimer zum Zählen einer Zeitdauer, die nach dem Start des Motors 3 abgelaufen ist.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die vorbestimmte Zeitdauer X_TMAWAST seit dem Start des Motors nicht abgelaufen ist, oder die vorbestimmte Zeitdauer X_TM_AFC nach dem Ende des Kraftstoffsperrbetriebs nicht abgelaufen ist, wird das Programm sofort beendet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S177 negativ ist (NEIN), d. h. wenn die vorbestimmte Zeitdauer X_TMAWAST seit dem Start des Motors abgelaufen ist und die vorbestimmte Zeitdauer X_TM_AFC seit dem Ende des Kraftstoffsperrbetriebs abgelaufen ist, wird im folgenden Schritt S178 der gegenwärtige Wert Usl_al(k) des adaptiven unteren Grenzwerts auf den Wert [Usl_al(k – 1) + X_AL_DEC] gesetzt, der erhalten wird durch Addieren des vorbestimmten Werts X_AL_DEC an der abnehmenden Seite zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert Usl_al(k – 1) des adaptiven unteren Grenzwerts, und gleichzeitig wird der gegenwärtige Wert Usl_ah(k) des adaptiven oberen Grenzwerts auf einen Wert [Usl_ah(k – 1) + X_AL_INC] gesetzt, der erhalten wird durch Addieren des vorbestimmten Werts X_AL_INC an der zunehmenden Seite zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert Usl_ah(k – 1) des adaptiven unteren Grenzwerts, wonach das Programm endet.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S172 zustimmend ist (JA), d. h. wenn Usl ≤ Usl_alf gilt, geht das Programm zu Schritt S179 weiter, worin der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den adaptiven unteren Grenzwert Usl_alf für den Nicht-Leerlaufbetrieb gesetzt wird und gleichzeitig das Integralwerthalteflag F_SS_HOLD auf 1 gesetzt wird.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S180 weiter, worin bestimmt wird, ob das zweite Startflag F_VST 1 einnimmt oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die zweite vorbestimmte Zeitdauer TVST nach dem Anfahren des Fahrzeugs nicht abgelaufen ist, was bedeutet, dass der Motor 3 in dem zweiten Startmodus ist, wird das Programm sofort beendet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S180 negativ ist (NEIN), d. h. wenn die zweite vorbestimmte Zeitdauer TVST seit dem Anfahren des Fahrzeugs abgelaufen ist, was das Ende des zweiten Startmodus bedeutet, geht das Programm zu Schritt S181 weiter. Dann wird in Schritt S181 der gegenwärtige Wert Usl_al(k) des adaptiven unteren Grenzwerts auf einen Wert [Usl_ah(k – 1) – X_AL_INC] gesetzt, der erhalten wird durch Subtrahieren des vorbestimmten Werts X_AL_INC an der zunehmenden Seite von dem unmittelbar vorhergehenden Wert Usl_ah(k – 1) des adaptiven unteren Grenzwerts, und gleichzeitig wird der gegenwärtige Wert Usl_ah(k) des adaptiven oberen Grenzwerts auf einen Wert [Usl_al(k – 1) – X_AL_DEC] gesetzt, der erhalten wird durch Subtrahieren des vorbestimmten Werts X_AL_DEC an der abnehmenden Seite von dem unmittelbar vorhergehenden Wert Usl_ah(k – 1) des adaptiven oberen Grenzwerts, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S171 negativ ist (NEIN), d. h. wenn der Motor 3 den Leerlaufbetrieb ausführt, geht das Programm zu Schritt S182 in 28 weiter, worin bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl gleich oder kleiner als der untere Grenzwert Usl_alfi für Leerlaufbetrieb ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn Usl > Usl_alfi gilt, geht das Programm zu Schritt S183 weiter, worin bestimmt wird, ob der Regelbetrag Usl gleich oder größer als der obere Grenzwert Usl_ahfi für den Leerlaufbetrieb ist oder nicht.
  • Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn Usl_alfi < Usl < Usl_ahfi gilt, geht das Programm zu Schritt S184 weiter. Dann wird der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD in Schritt S184 auf den Regelbetrag Usl gesetzt, und gleichzeitig wird das Integralwerthalteflag F_SS_HOLD auf 0 gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S183 zustimmend ist (JA), d. h. wenn Usl ≥ Usl_ahfi gilt, wird in Schritt S185 der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den oberen Grenzwert Usl_ahfi für Leerlaufbetrieb gesetzt, und gleichzeitig wird das Integralwerthalteflag F_SS_HOLD auf 1 gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S182 zustimmend ist (JA), d. h. wenn Usl ≤ Usl_alfi gilt, wird in Schritt S186 der Gleitmodusregelbetrag DKCMDSLD auf den unteren Grenzwert Usl_alfi für Leerlaufbetrieb gesetzt, und gleichzeitig wird das Integralwerthalteflag F_SS_HOLD auf 1 gesetzt, wonach das Programm endet.
  • Als Nächstes wird der Prozess der Berechnung des ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDSM, der in Schritt S37 in 10 ausgeführt wurde, in Bezug auf 29 im Detail beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, wird zuerst in diesem Prozess in Schritt S190 der gegenwärtige Wert DSMSGNS(k) [= u''(k)] des DSM-Signalwerts, der in der unmittelbar vorhergehenden Schleife berechnet und in dem RAM gespeichert ist, als der unmittelbar vorhergehende Wert DSMSGNS(k – 1) [= u''(k – 1)] gesetzt.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S191 weiter, worin der gegenwärtige Wert DSMSIGMA(k)[= σd(k)] des Abweichungssignalwerts, der in der unmittelbar vorhergehenden Schleife berechnet und in dem RAM gespeichert ist, als der unmittelbar vorhergehende Wert DSMSIGMA(k – 1) [= σd(k – 1)] gesetzt.
  • Dann geht das Programm zu Schritt S192 weiter, worin bestimmt wird, ob der vorhergesagte Wert PREVO2(k) der Ausgabeabweichung gleich oder größer als ein Wert von 0 ist. Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), wird gewertet, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches magerer sein sollte, und in Schritt S193 wird der Verstärkungsfaktor KRDSM (= Gd) für den Referenzsignalwert auf einen Abmagerungsverstärkungswert KRDSML gesetzt, wonach das Programm zu einem Schritt S195 weitergeht, auf den nachfolgend Bezug genommen wird.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S192 negativ ist (NEIN), wird gewertet, dass der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches fetter gemacht werden soll, und in Schritt S194 wird der Verstärkungsfaktor KRDSM für den Referenzsignalwert auf einen Anreicherungsverstärkungswert KRDSMR gesetzt, der größer ist als der Abmagerungsverstärkungswert KRDSML, wonach das Programm zu Schritt S195 weitergeht.
  • Der Grund dafür, warum der Abmagerungsverstärkungswert KRDSML und der Anreicherungsverstärkungswert KRDSMR auf jeweils voneinander unterschiedliche Wert gesetzt werden, ist wie folgt. Wenn es erforderlich ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches magerer zu machen, wird der Abmagerungsverstärkungswert KRDSML auf einen kleineren Wert als den Anreicherungsverstärkungswert KRDSMR gesetzt, um eine Unterdrückung der NOx-Emission durch Magervorspannung zu erreichen, um die NOx-Reinigungsrate der ersten Katalysatorvorrichtung 8a beizubehalten, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so geregelt wird, dass die Konvergenzgeschwindigkeit der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop langsamer wird als dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angereichert wird. Wenn es andererseits erforderlich ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches fetter zu machen, wird der Anreicherungsverstärkungswert KRDSMR auf einen größeren Wert gesetzt als den Abmagerungsverstärkungswert KRDMSL, um die NOx-Reinigungsraten der jeweiligen ersten und zweiten Katalysatorvorrichtungen 8a, 8b ausreichend wiederherzustellen, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart geregelt wird, dass die Konvergenzgeschwindigkeit der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 auf den Sollwert Vop schneller wird als dann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Somit kann in dem Prozess, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches fetter oder magerer zu machen, eine exzellente Abgasreinigungsrate beibehalten werden.
  • Im dem Schritt S193 oder S194 folgenden Schritt S195 wird ein Wert [–1·KRDSM·PREVO2(k) – DSMSGNS(k – 1)], der erhalten ist durch Subtrahieren des unmittelbar vorhergehenden Werts DMSGNS(k – 1) des in Schritt S190 berechneten DSM-Signalwerts von einem Wert, der erhalten ist durch Multiplizieren eines Werts von –1, des Verstärkungsfaktors KRDSM für den Referenzsignalwert und des gegenwärtigen Werts PREVO2(k) des vorhergehenden Werts miteinander, als ein Abweichungssignalwert DSMDELTA [= δ(k)] gesetzt wird. Dieser Prozess entspricht den Gleichungen (27) und (28).
  • Dann geht das Programm zu Schritt S196 weiter, worin der gegenwärtige Wert DSMSIGMA(k) des Abweichungsintegralwerts auf eine Summe [DSMSIGMA(k – 1) + DSMDELTA] des in Schritt S191 berechneten unmittelbar vorhergehenden Werts DSMSIGMA(k – 1) und des Abweichungssignalwerts DSMDELTA gesetzt. Dieser Prozess entspricht der Gleichung (29).
  • Wenn dann in den Schritten S197 bis S199 der gegenwärtige Wert DSMSIGMA(k) des Abweichungssignalwerts gleich oder größer als 0 ist, wird der gegenwärtige Wert DSMSGNS(k) des DSM-Signalwerts auf 1 gesetzt, wohingegen dann, wenn der gegenwärtige Wert DSMSIGMA(k) des Abweichungssignalwerts kleiner als 0 ist, der gegenwärtige Wert DSMSGNS(k) des DSM-Signalwerts auf –1 gesetzt wird. Der Prozess in den Schritten S197 bis S199 entspricht der Gleichung (30).
  • Dann wird in Schritt S200 der Verstärkungsfaktor KDSM (= Fd) für den DSM-Signalwert durch Absuchen einer in 30 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV berechnet. Wie in der Figur gezeigt, wird der Verstärkungsfaktor KDSM auf einen größeren Wert gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner ist. Der Grund hierfür ist, dass, wenn das Abgasvolumen AB_SV kleiner wird, d. h. die Betriebslast auf den Motor 3 kleiner wird, die Reaktionsfähigkeit der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 absinkt und es daher erforderlich ist, die verringerte Reaktionsfähigkeit zu kompensieren. Indem der Verstärkungsfaktor KDSM wie oben gesetzt wird, ist es möglich, den ΔΣ Modulationsregelbetrag DKCMDDSM entsprechend den Betriebszuständen des Motors 3 richtig zu berechnen, während ein Überverstärkungszustand oder dgl. vermieden wird, um hierdurch die Abgasreinigungsrate zu verbessern.
  • Eine Tabelle zur Verwendung bei der Berechnung des Verstärkungsfaktors KDSM ist nicht auf die obige Tabelle beschränkt, in der der Verstärkungsfaktor KDSM gemäß dem Abgasvolumen AB_SV gesetzt wird, sondern es kann jede Tabelle verwendet werden, in der der Verstärkungsfaktor KDSM gemäß einem Parameter (z. B. der Basis kraftstoffeinspritzmenge (Zeitdauer) Tim), der einen Betriebslastzustand des Motors 3 anzeigt, voreingestellt ist. Wenn ferner eine Verschlechterungsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Verschlechterung der Katalysatorvorrichtungen 8a, 8b vorgesehen ist, kann der Verstärkungsfaktor KDSM auf einen kleineren Wert korrigiert werden, wenn der Verschlechterungsgrad der Katalystorvorrichtungen 8a, 8b, der durch die Verschlechterungsbestimmungsvorrichtung bestimmt ist, größer ist.
  • Dann wird in dem folgenden Schritt S201 der ΔΣ Modulationsregelbetrag DKCMDDSM auf einen Wert [KDSM·DSMSGNS(k)] gesetzt, der erhalten wird durch Multiplizieren des Verstärkungsfaktors KDSM für den DSM-Signalwert mit dem gegenwärtigen Wert DSMSGNS(k) des DSM-Signalwerts, wonach das Programm endet. Dieser Prozess entspricht der Gleichung (31).
  • Als Nächstes wird der Prozess der Berechnung des adaptiven Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMDSLD, der in Schritt S38 in 10 ausgeführt wird, in Bezug auf 31 im Detail beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, wird in diesem Prozess zuerst in einem Schritt S210 bestimmt, ob das Leerlaufflag F_IDLE und ein Leerlaufzeit ADMS-Ausführungsflag F_SWOPRI beide 1 einnehmen oder nicht. Das Leerlaufzeit ADMS-Ausführungsflag F_SWOPRI wird auf 1 gesetzt, wenn der Motor 3 in einem Leerlaufbetrieb ist und in einem Betriebszustand ist, in dem der ADMS-Prozess ausgeführt werden sollte, und wird auf 0 gesetzt, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn der Motor 3 in dem Leerlaufbetrieb und in dem Betriebszustand ist, in dem das adaptive Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD durch den ADMS-Prozess berechnet werden sollte, geht das Programm zu Schritt S211 weiter, worin das adaptive Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD auf einen Wert [FLAFBASE + DKCMDDSM] gesetzt wird, der erhalten wird durch Addieren des ΔΣ Modulationsregelbetrags DKCMDDSM zu dem Referenzwert FLAFBASE. Dieser Prozess entspricht der Gleichung (32).
  • Dann wird im folgenden Schritt S212 das ADMS-Beendigungsflag F_KOPR auf 1 gesetzt, um anzuzeigen, dass der ADMS-Prozess ausgeführt worden ist, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S210 negativ ist (NEIN), geht das Programm zu Schritt S213 weiter, worin bestimmt wird, ob ein Katalysator/O2-Sensorflag F_FCATDSM 1 einnimmt oder nicht. Das Katalysator/O2-Sensorflag F_FCATDSM wird auf 1 gesetzt, wenn zumindest eine der folgenden vier Bedingungen (O) bis (R) erfüllt ist, und wird auf 0 gesetzt, wenn keine dieser Bedingungen erfüllt ist.
    • (O) Die Katalysatorkapazität der ersten Katalysatorvorrichtung 8a ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert.
    • (P) Der Edelmetallgehalt der ersten Katalysatorvorrichtung 8a ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert.
    • (Q) Der LAF-Sensor 14 ist nicht in dem Auspuffrohr 7 des Motors 3 angeordnet.
    • (R) Der O2-Sensor 15 ist an einer Stelle stromab der zweiten Katalysatorvorrichtung 8b angeordnet.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), geht das Programm zu Schritt S214 weiter, worin bestimmt wird, ob das erste Startflag F_VOTVST und ein Nach-Start ADMS-Ausführungsflag F_SWOPRVST beide 1 einnehmen oder nicht. Das Nach-Start ADMS-Ausführungsflag F_SWOPRVST wird nach dem Anfahren des Fahrzeugs auf 1 gesetzt, und wenn sich der Motor 3 in dem Betriebszustand befindet, in dem der ADMS-Prozess ausgeführt werden soll, und wird auf 0 gesetzt, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn nach dem Anfahren des Fahrzeugs die erste vorbestimmte Zeitdauer TVOTVST abgelaufen ist und der Motor 3 in einem Betriebszustand ist, in dem der ADMS-Prozess ausgeführt werden sollte, werden die Schritte S211, S212 ausgeführt wie oben beschrieben, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S214 negativ ist (NEIN), geht das Programm zu Schritt S215 weiter, worin bestimmt wird, ob das Abgasvolumen AB_SV gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert OPRSVH ist oder nicht und ob ein geringes Abgasvolumen-Zeit ADMS-Ausführungsflag F_SWOPRSV gleichzeitig 1 einnimmt oder nicht. Das Geringes-Abgasvolumen-Zeit ADSM-Ausführungsflag F_SWOPRSV wird auf 1 gesetzt, wenn das Abgasvolumen AB_SV des Motors 3 gering ist und der Motor 3 in dem Betriebszustand ist, in dem der ADMS-Prozess ausgeführt werden sollte, und wird auf 0 gesetzt, wenn diese Bedingungen nicht erfüllt sind.
  • Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn das Abgasvolumen AB_SV gering ist und der Motor 3 in dem Betriebszustand ist, in dem der ADMS-Prozess ausgeführt werden sollte, werden die Schritte S211, S212 ausgeführt, wie oben beschrieben, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage in Schritt S215 negativ ist (NEIN), wird gewertet, dass der Motor 3 in dem Betriebszustand ist, in dem der PRISM-Prozess ausgeführt werden sollte, und das Programm geht zu Schritt S216 weiter, worin das adaptive Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD auf einen Wert [FLAFBASE + FLAFADP + DKCMDSLD] gesetzt wird, der erhalten wird durch Addieren des additiven Korrekturterms FLAFADP und des Gleitmodusregelbetrags DKCMDSLD zu dem Referenzwert FLAFBASE. Dann wird im folgenden Schritt S217 das ADMS-Beendigungsflag F_KOPR auf 0 gesetzt, um anzuzeigen, dass der PRISM-Prozess ausgeführt worden ist, wonach das Programm endet.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S213 negativ ist (NEIN), d. h. wenn keine der vier Bedingungen (O) bis (R) erfüllt sind, werden die Schritte S214, S215 übersprungen, und es werden die Schritte S216, S217 ausgeführt, wonach das Programm endet. Wie oben beschrieben, erfolgt in dem KCMDSLD-Berechnungsprozess das Umschalten zwischen dem ADMS-Prozess und dem PRISM-Prozess in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors 3, um das adaptive Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMDSLD zu berechnen.
  • Als Nächstes wird der Prozess der Berechnung des adaptiven Korrekturterms FLAFADP, der in Schritt S39 in 10 ausgeführt wird, in Bezug auf 32 im Detail beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, wird in diesem Prozess zuerst in Schritt S220 bestimmt, ob die Ausgabeabweichung VO2 einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einnimmt oder nicht (ADL < VO2 < ADH). Wenn die Antwort auf die Frage zustimmend ist (JA), d. h. wenn die Ausgabeabweichung VO2 klein ist und die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor in der Nähe des Sollwerts Vop liegt, geht das Programm zu Schritt S221 weiter, worin bestimmt wird, ob die Adaptivvorschrifteingabe Uadp kleiner ist als ein vorbestimmter unterer Grenzwert NRL oder nicht.
  • Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn Uadp ≥ NRL gilt, geht das Programm zu Schritt S222 weiter, worin bestimmt wird, ob die Adaptivvorschrifteingabe Uadp größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert NRH ist oder nicht. Wenn die Antwort auf die Frage negativ ist (NEIN), d. h. wenn NRL ≤ Uadp ≤ NRH gilt, geht das Programm zu Schritt S223 weiter, und der gegenwärtige Wert FLAFADP(k) des adaptiven Korrekturterms wird auf den unmittelbar vorhergehenden Wert FLAFADP(k – 1) gesetzt, d. h. der Wert des adaptiven Korrekturterms FLAFADP wird gehalten, wonach das Programm endet.
  • Wenn andererseits die Antwort auf die Frage von Schritt S222 zustimmend ist (JA), d. h. wenn Uadp > NRH gilt, geht das Programm zu Schritt S224 weiter, worin der gegenwärtige Wert FLAFADP(k) des adaptiven Korrekturterms auf einen Wert [FLAFADP(k – 1) + X_FLAFDLT] gesetzt wird, der erhalten wird durch Addieren des vorhergehenden Aktualisierungswerts F_FLAFDLT zu dem unmittelbar vorhergehenden Wert FLAFADP(k – 1), wonach das Programm endet.
  • Wenn die Antwort auf die Frage von Schritt S221 zustimmend ist (JA), d. h. wenn Uadp < NRL gilt, geht das Programm zu Schritt S225 weiter, und der gegenwärtige Wert FLAFADP(k) des adaptiven Korrekturterms wird auf einen Wert [FLAFADP(k – 1) – X_FLAFDLT] gesetzt, der erhalten wird durch Subtrahieren des vorbestimmten Aktualisierungswerts X_FLAFDLT von dem unmittelbar vorhergehenden Wert FLAFADP(k – 1), wonach das Programm endet.
  • Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Regelvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführung möglich, die Zeitverzögerung in der Steuerzeit zwischen der Ausgabe und der Eingabe des geregelten Objekts zu beseitigen, das dynamische Charakteristiken mit einer relativ großen Phasenverzögerung und Totzeit hat, mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD als Regeleingabe und der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 als seine Ausgabe, um hierdurch die Regelstabilität und die Regelbarkeit des geregelten Objekts zu verbessern und die Abgasreinigungsrate zu verbessern.
  • Im Folgenden wird eine Beschreibung von Regelvorrichtungen gemäß zweiten bis zehnten Ausführungen der Erfindung beschrieben. In der folgenden Beschreibung jeder Ausführung sind Bauteile und Elemente, die zu jener der ersten Ausführung ähnlich oder äquivalent sind, mit identischen Bezugszahlen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon ist weggelassen, wenn dies geeignet scheint.
  • Zuerst wird die Regelvorrichtung der zweiten Ausführung in Bezug auf 33 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, unterscheidet sich die Regelvorrichtung 1 der zweiten Ausführung von der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung nur im Betrieb des kartenintegrierten Identifizierers 23. Insbesondere unterscheidet sich der kartenintegrierte Identifizierer 23 der vorliegenden Ausführung von jenem der ersten Ausführung, in der die Modellparameter a1, a2, b1 auf der Basis von KACT und Vout berechnet werden, darin, dass die Modellparameter a1, a2, b1 auf der Basis von Vout und ϕop berechnet werden.
  • Noch spezifischer, verwendet der kartenintegrierte Identifizierer 23 in der vorliegenden Ausführung den Identifikationsalgorithmus, der durch die Gleichungen (8) bis (15) ausgedrückt ist, anstelle des in der ersten Ausführung verwendeten Identifikationsalgorithmus, der durch die Gleichungen (16) bis (23) ausgedrückt ist, um die identifizierten Werte a1', a2', b1' der Modellparameter zu berechnen, und führt die jeweiligen Begrenzungsprozesse der 21 und 23 an den identifizierten Werten a1', a2' und b1' durch, um hierdurch die Modellparameter a1, a2, b1 zu berechnen. Ein spezifisches Programm, nicht gezeigt, zur Ausführung der Arithmetikoperation durch den vorliegenden kartenintegrierten Identifizierer 23 ist dem in der ersten Ausführung angenähert ähnlich. Gemäß der obigen Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung werden die gleichen vorteilhaften Wirkungen erzielt, die durch die Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung erhalten werden können.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer dritten Ausführung in Bezug auf 34 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, unterscheidet sich die Regelvorrichtung 1 der dritten Ausführung von der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung nur im Betrieb des Zustandsvorhersagers 22. Insbesondere unterscheidet sich der Zustandsvorhersager 22 der vorliegenden Ausführung von jenem der ersten Ausführung, in der der vorhergesagte Wert PREVO2 auf der Basis von a1, a2, b1, KACT, Vout und ϕop(KCMD) berechnet wird, darin, dass der vorhergesagte Wert PREVO2 auf der Basis von a1, a2, b1, Vout und ϕop berechnet wird.
  • Noch spezifischer verwendet der Zustandsvorhersager 22 der vorliegenden Ausführung den Vorhersagealgorithmus, der durch die Gleichung (6) ausgedrückt ist, anstelle des in der ersten Ausführung verwendeten Vorhersagealgorithmus, der durch die Gleichung (7) ausgedrückt ist, um den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 zu berechnen. Ein spezifisches Programm, nicht gezeigt, zur Ausführung der Arithmetikoperation durch den vorliegenden Zustandsvorhersageer 22 ist im Wesentlichen das gleiche wie jenes in der ersten Ausführung. Gemäß der obigen Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung werden die gleichen vorteilhaften Wirkungen erzielt, wie sie durch die Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung erhalten werden können.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer vierten Ausführung in Bezug auf 35 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, unterscheidet sich die Regelvorrichtung 1 der vierten Ausführung von der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung nur darin, dass die Modellparameter a1, a2, b1 berechnet werden, indem ein geplanter (scheduled) DSM-Regler 20A, ein Geplanter-Zustand-Vorhersage-Gleitmodusregler 21A und ein Parameterplaner (Scheduler) 28 verwendet werden anstelle des ADSM-Regler 20, des PRISM-Reglers 21 und des kartenintegrierten Identifizierers 23.
  • In dem Parameterplaner 28 wird zuert das Abgasvolumen AB_SV auf der Basis der Motordrehzahl NE und dem Ansaugrohrabsolutdruck PBA unter Verwendung der Gleichung (44) berechnet. Dann werden die Modellparameter a1, a2, b1 durch Absuchen einer in 36 gezeigten Tabelle gemäß dem Abgasvolumen AB_SV berechnet.
  • Wenn in dieser Tabelle das Abgasvolumen AB_SV größer wird, wird der Modellparameter a1 auf einen kleineren Wert gesetzt, wonhingegen die Modellparameter a2, b1 jeweils auf einen größeren Wert gesetzt werden. Der Grund hierfür ist, dass die Ausgabe von dem geregelten Objekt, d. h. die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15, mit einer Zunahme des Abgasvolumens AB_SV stabiler wird, wohingegen die Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 mit einer Abnahme des Abgasvolumens AB_SV eher oszillierend wird.
  • Der geplante DSM-Regler 20A berechnet das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch einen DSM-Regler 24 ähnlich jenem der ersten Ausführung, auf der Basis der Modellparameter a1, a2, b1, die wie oben erhalten sind. Ähnlich berechnet der Geplanter-Zustand-Vorhersagegleitmodusregler 21A das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch einen SLD-Regler 25 ähnlich jenem in der ersten Ausführung auf der Basis der Modellparameter a1, a2, b1, die wie oben erhalten sind.
  • Gemäß der obigen Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung erzielt werden. Zusätzlich macht es die Verwendung des Parameterplaners 28 möglich, die Modellparameter a1, a2, b1 schneller zu berechnen als die Verwendung des kartenintegrierten Identifizierers 23. Somit ist es möglich, das Regelansprechverhalten zu verbessern, um hierdurch schneller eine exzellente Abgasreinigungsrate zu erreichen.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer fünften Ausführung in Bezug auf 37 beschrieben. Die Regelvorrichtung 1 der fünften Ausführung unterscheidet sich von der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung nur darin, dass der SDM-Regler 29 anstelle des DSM-Reglers 24 verwendet wird. Der SDM-Regler 29 berechnet die Regeleingabe ϕop(k) auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2(k) unter Verwendung eines Regelalgorithmus, der auf den ΣΔ Modulationsalgorithmus angewendet wird.
  • Insbesondere zeigt, wie in der Figur gezeigt, in dem SDM-Regler 29 ein Invertierverstärker 29a das Referenzsignal r(k) als ein Signal, das durch Multiplizieren eines Werts von –1, der Verstärkung Gd für das Referenzsignal, und des vorhergesagten Werts PREVO2 miteinander erhalten wird. Dann erzeugt ein Integrator 29b einen Referenzsignalintegralwert σdr(k) als die Summe eines Referenzsignalintegralwerts σdr(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 29c verzögert ist, und des Referenzsignals r(k). Andererseits erzeugt ein Integrator 29d einen SDM-Signalintegralwert σdu(k) als die Summe eines SDM-Signalintegralwerts σdu(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 29e verzögert ist, und eines SDM-Signals u''(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 29j verzögert ist. Dann erzeugt ein Differentiator 29f ein Abweichungssignal δ''(k), das eine Abweichung zwischen dem Referenzsignalintegralwert σdr(k) und dem SDM-Signalintegralwert σdu(k) anzeigt.
  • Anschließend erzeugt ein Quantifizierer 29g (Vorzeichenfunktion) ein SDM-Signal u''(k) als einen Wert, der ein Vorzeichen anzeigt, das auf der Basis des Abweichungssignals δ''(k) bestimmt ist. Ferner erzeugt ein Verstärker 29h ein verstärktes SDM-Signal u(k) als einen Wert, der erhalten wird durch Verstärken des SDM-Signals u''(k) mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor Fd, und dann erzeugt ein Addierer 29i die Regeleingabe ϕop(k) als einen Wert, der erhalten wird durch Addieren des verstärkten SDM-Signals u(k) zu dem vorbestimmten Referenzwert FLAFBASE.
  • Der von dem SDM-Regler 29 verwendete Regelalgorithmus kann durch die folgenden Gleichungen (45) bis (51) ausgedrückt werden: r(k) = –1·Gd·PREVO2(k) (45) σdr(k) = σdr(k – 1) + r(k) (46) σdu(k) = σdu(k – 1) + u''(k – 1) (47) δ''(k) = σdr(k) – σdu(k) (48) u''(k) = sgn(δ''(k)) (49) u(k) = Fd·u''(k) (50) ϕop(k) = FLAFBASE + u(k) (51) wobei Gd und Fd Verstärkungsfaktoren repräsentieren. Ferner wird die Vorzeichenfunktion sgn(δ''(k)) gleich 1, wenn δ''(k) ≥ 0 gilt, während sie gleich –1 wird, wenn δ''(k) < 0 gilt (sgn(δ''(k) kann so konfiguriert sein, dass es gleich 0 wird, wenn δ''(k) = 0 gilt).
  • Ähnlich dem ΔΣ Modulationsalgorithmus ist der ΣΔ Modulationsalgorithmus dadurch gekennzeichnet, dass das SDM-Signal u(k) als ein Wert erzeugt werden kann, der bewirkt, dass das Referenzsignal r(k) in der Ausgabe von dem geregelten Objekt reproduziert wird, wenn der Wert in das geregelte Objekt eingegeben wird. Kurz gesagt, der SDM-Regler 29 ist in der Lage, die Regeleingabe ϕop(k) ähnlich jener zu erzeugen, die durch den vorgenannten DSM-Regler 24 erzeugt wird. Daher können, gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung, die den SDM-Regler 29 verwendet, die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung erzielt werden. Angemerkt werden sollte, dass ein spezifisches Programm (nicht gezeigt), das von dem SDM-Regler 29 ausgeführt wird, im Wesentlichen gleich jenem konfiguriert ist, das von dem DSM-Regler 24 ausgeführt wird.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführung in Bezug auf 38 beschrieben. Die Regelvorrichtung 1 der sechsten Ausführung unterscheidet sich von der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung nur darin, dass ein DM-Regler 30 anstelle des DSM-Reglers 24 verwendet wird. Der DM-Regler 30 berechnet die Regeleingabe ϕop(k) auf der Basis des vorhergesagten Werts PREVO2(k) unter Verwendung eines Regelalgorithmus, der auf einen Δ Modulationsalgorithmus angewendet wird.
  • Insbesondere erzeugt, wie in der Figur gezeigt, in dem DM-Regler 30 ein Invertierverstärker 30a das Referenzsignal r(k) als ein Signal, das erhalten wird durch Multiplizieren eines Werts von –1, der Verstärkung Gd für das Referenzsignal und des vorhergesagten Werts PREVO2 miteinander. Andererseits erzeugt ein Integrator 30b einen DM-Signalintegralwert σdu(k) als die Summe eines DM-signalintegralwerts σdu(k – 1), der durch ein Verzögerungselement 30c verzögert ist, und eines DM-Signals u''(k – 1), das durch ein Verzögerungselement 30h verzögert ist. Dann erzeugt ein Differentiator 30d ein Abweichungssignal δ''(k), das eine Abweichung zwischen dem Referenzsignal r(k) und dem DM-Signalintegralwert σdu(k) anzeigt.
  • Anschließend erzeugt ein Quantifizierer 30e (Vorzeichenfunktion) ein DM-Signal u''(k) als ein Signal, das ein auf der Basis des Abweichungssignals δ''(k) bestimmtes Vorzeichen anzeigt. Ferner erzeugt ein Verstärker 30f ein verstärktes DM-Signal u(k) als einen Wert, der erhalten wird durch Verstärken des DM-Signals u''(k) mit einem vorbestimmten Faktor Fd, und dann erzeugt ein Addierer 30g die Regeleingabe ϕop(k) als einen Wert, der erhalten wird durch Addieren des verstärkten DM-Signals u(k) zu dem vorbestimmten Referenzwert FLAFBASE.
  • Der durch den DM-Regler 29 verwendete Regelalgorithmus kann durch die folgenden Gleichungen (52) bis (57) ausgedrückt werden: r(k) = –1·Gd·PREVO2(k) (52) σdu(k) = σdu(k – 1) + u''(k – 1) (53) δ''(k) = r(k) – σdu(k) (54) u''(k) = sgn(δ''(k)) (55) u(k) = Fd·u''(k) (56) ϕop(k) = FLAFBASE + u(k) (57) worin Gd und Fd Verstärkungsfaktoren repräsentieren. Ferner wird die Vorzeichenfunktion sgn(δ''(k)) gleich 1, wenn δ''(k) ≥ 0 gilt, wohingegen sie gleich –1 wird, wenn δ''(k) < 0 gilt (sgn(δ''(k) kann so konfiguriert sein, dass es gleich 0 wird, wenn δ''(k) = 0 gilt).
  • Ähnlich dem ΔΣ Modulationsalgorithmus und dem ΣΔ Modulationsalgorithmus hat der von dem obigen DM-Regler 30 verwendete Regelalgorithmus, d. h. der Δ Modulationsalgorithmus, eine Charakteristik, dass das DM-Signal u(k) als ein Wert erzeugt werden kann, der bewirkt, dass das Referenzsignal r(k) in der Ausgabe von dem geregelten Objekt reproduziert wird, wenn der Wert in das geregelte Objekt eingegeben wird. Kurz gesagt, ist der DM-Regler in der Lage, eine Regeleingabe ϕop(k) ähnlich jener zu erzeugen, die durch den DSM-Regler 24 oder den SMD-Regler 29 erzeugt wird. Daher können gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung, die den DM-Regler 30 verwendet, die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung erzielt werden. Angemerkt werden sollte, dass ein spezifisches Programm, nicht gezeigt, das von dem DM-Regler 29 ausgeführt wird, im Wesentlichen genauso konfiguriert ist wie dasjenige, das von dem DSM-Regler 24 ausgeführt wird.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer siebten Ausführung in Bezug auf die 39 und 40 beschrieben. Wie in 39 gezeigt, unterscheidet sich die Regelvorrichtung 1 der siebten Ausführung von der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung nur darin, dass der Motor 3 nicht mit dem LAF-Sensor 14 versehen ist und dass der O2-Sensor 15 an einer Stelle stromab der zweiten Katalysatorvorrichtung 8b angeordnet ist.
  • Da der LAF-Sensor 14 nicht vorgesehen ist, werden in der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung, wie in 40 gezeigt, die Modellparameter a1, a2, b1 durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 auf der Basis der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 und der Regeleingabe ϕop(k) (Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD) berechnet. Insbesondere berechnet der kartenintegrierte Identifizierer 23 die identifizierten Werte a1', a2', b1' der Modellparameter unter Verwendung des durch die Gleichungen (8) bis (15) ausgedrückten Identifikationsalgorithmus und führt dann den vorgenannten Begrenzungsprozess an den identifizierten Werten a1', a2', b1' aus, um hierdurch die Modellparameter a1, a2, b1 zu berechnen.
  • Ferner berechnet der Zustandsvorhersager 22 den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichtung VO2 auf der Basis der Modellparameter a1, a2, b1 und der Regeleingabe ϕop(k). Kurz gesagt, der Zustandsvorhersager 22 berechnet den vorhergesagten Wert PREVO2 der Ausgabeabweichung VO2 unter Verwendung des durch Gleichung (6) ausgedrückten Vorhersagealgorithmus. Angemerkt werden sollte, dass spezifische Programme, nicht gezeigt, zur Ausführung jeweiliger Arithmetikoperationen durch den Zustandsvorhersager 22 und den kartenintegrierten Identifizierer 23 im Wesentlichen genauso konfiguriert sind wie jene in der ersten Ausführung, und die anderen Programme als diese auch so ähnlich konfiguriert sein können wie jene in der ersten Ausführung.
  • Gemäß der obigen Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung erzielt werden. Indem man insbesondere den Faktor KRDSM für den Referenzsignalwert auf unterschiedliche Werte in jeweiligen Fällen der Abgasregelung zur mageren Seite und zur fetteren Seite in den Schritt S192 bis S194 in 29 setzt, um hierdurch die Konversionsgeschwindigkeit des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf den Sollwert Vop zu ändern, ist es möglich, positiv eine exzellente Abgasreinigungsrate zu erhalten, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches fetter oder magerer gemacht wird auch in dem Fall, dass der O2-Sensor 15 allein für die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wie in der vorliegenden Ausführung verwendet wird. Da ferner die exzellente Abgasreinigungsrate positiv sichergestellt werden kann, ohne den LAF-Sensor 14 zu verwenden, ist es möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer achten Ausführung in Bezug auf 41 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, sind in der Regelvorrichtung 1 der achten Ausführung der ADSM-Regler 20, der PRISM-Regler 21 und der kartenintegrierte Identifizierer 23 in der Regelvorrichtung 1 der siebten Ausführung durch den geplanten DSM-Regler 20A, den geplanten (scheduled) DSM-Regler 20A, den Geplanter-Zustand-Vorhersage-Gleitmodusregler 21A und den Parameterplaner (Scheduler) 28 in der vierten Ausführung ersetzt. Die Regler 20A, 21A und der Parameterplaner 28 in der vorliegenden Ausführung sind im Wesentlichen ähnlich jenen der vierten Ausführung. Gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung können die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung 1 der siebten Ausführung erzielt werden. Darüber hinaus macht es die Verwendung des Parameterplaners 28 möglich, die Modellparameter a1, a2, b1 schneller zu berechnen als im Falle der Verwendung des kartenintegrierten Identifizierers 23. Somit ist es möglich, das Ansprechverhalten der Regelung zu verbessern, um hierdurch eine exzellente Abgasreinigungsrate schneller zu erreichen.
  • Als Nächstes wird eine Regelvorrichtung gemäß einer neunten Ausführung in Bezug auf die 42 und 43 beschrieben. Wie in 42 gezeigt, ist die Regelvorrichtung 1 der neunten Ausführung gebildet, indem zwei Dezimierungsfilter 40, 40 (Eingabeabtastmittel, Abtastmittel) und einen Überabtaster 41 zu der Regelvorrichtung 1 der ersten Ausführung hinzugefügt werden. Dementsprechend werden in der Regelvorrichtung 1 der neunten Ausführung, wie nachfolgend beschrieben, eine Berechnungsperiode (Wiederholperiode der Berechnung) ΔTm (Regeleingabeberechnungsperiode, Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsperiode) zum Berechnen des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD durch den DSM-Regler 24 sowie eine Berechnungsperiode ΔTk (Abweichungberechnungsperiode, Vorhergesagter-Wert-Berechnungsperiode) für die Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 und der Modellparameter a1, a2, b1 durch den Zustandsvorhersager 22 und den kartenintegrierten Identifizierer 23 auf jeweils voneinander unterschiedliche Werte gesetzt (siehe 43).
  • Einer der Dezimierungsfilter 40, 40 führt einen Dezimierungsprozess an dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch, das durch den DSM-Regler 24 berechnet ist, und tastet einen Dezimierungswert DKCMD'(k) (mit dem gefüllten Punkt in (h) von 43 angegeben) in der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung ab, auf der Basis eines Dezimierungswerts FD (KCMD) des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und des Referenzwerts FLAFBASE. Insbesondere werden zuerst Werte des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD jeweils mit einer vorbestimmten Abtastperiode von ΔTsm (10 Millisekunden) abgetastet. Dann werden die abgetasteten Werte (mit gefüllten Punkten und hohlen Punkten in (g) von 43 angegeben), tiefpassgefiltert, und dann mit einer Abtastperiode von ΔTsk (40 Millisekunden) abgetastet, die vier Mal länger ist als ΔTsm, um hierdurch einen Dezimierungswert FD (KCMD) (mit einem gefüllten Punkt in (g) von 43 angegeben) des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abzutasten. Danach wird die Abweichung zwischen dem Dezimierungswert FD (KCMD) und dem Referenzwert FLAFBASE als ein Dezimierungswert DKCMD'(k) der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung abgetastet.
  • Der andere Dezimierungsfilter 40 führt einen ähnlichen Dezimierungsprozess wie oben an der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 aus und tastet einen Dezimierungswert DKACT'(k) (mit einem gefüllten Punkt in (c) von 43 angegeben) der LAF-Ausgabeabweichung ab, auf der Basis eines Dezimierungswerts FD (KACT) der Ausgabe KACT und des Referenzwerts FLAFBASE.
  • Insbesondere werden Werte der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 jeweils mit einer vorbestimmten Abtastperiode von ΔTsm (10 Millisekunden) abgetastet, und dann werden die abgetasteten Werte (mit gefüllten und hohlen Punkten in (b) von 43 angegeben) tiefpassgefiltert, wonach sie mit einer Abtastperiode von ΔTsk (40 Millisekunden) abgetastet werden, die vier Mal länger ist als ΔTsm, um einen Dezimierungswert FD (KACT) abzutasten (mit dem gefüllten Punkt in (b) von 43 angegeben). Anschließend wird eine Abweichung zwischen dem Dezimierungswert FD (KACT) und dem Referenzwert FLAFBASE als ein Dezimierungswert DKACT'(k) der LAF-Ausgabeabweichung abgetastet. Angemerkt werden sollte, dass in jedem der obigen Dezimierungsprozesse der Abtastprozess mit einer Abtastperiode von ΔTsk ausgeführt werden sollte und der Tiefpassfilterprozess in der umgekehrten Reihenfolge zu oben ausgeführt werden sollte.
  • Ferner wird ein abgetasteter Wert Vout (k) (mit einem gefüllten Punkt in (a) von 43 angegeben) der Ausgabe von dem O2-Sensor 15 durch einen nicht gezeigten Abtaster (Sampler) mit der Abtastperiode von ΔTsk erhalten. Die drei Arten abgetasteter Werte DKCMD'(k), DKACT'(k) und Vout(k) werden mit der gleichen Zeitgebung erhalten (siehe 43).
  • Der kartenintegrierte Identifizierer 23 (Identifizierungsmittel) berechnet (identifiziert) die Ausgabeabweichung VO2 und die Modellparameter a1, a2, b1 auf der Basis des abgetasteten Werts Vout(k) und des Dezimierungswerts DKACT'(k) synchron mit der Abtastzeitgebung der drei abgetasteten Werte DKCMD'(k), DKACT'(k) und Vout(k) (siehe (d) von 43). Kurz gesagt, die Berechnungsperiode ΔTk zum Berechnen der Modellparameter a1, a2, b1 durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 wird auf die gleiche Abtastperiode (40 Millisekunden) wie die Abtastperiode ΔTsk gesetzt.
  • Ferner berechnet der Zustandsvorhersager 22 (Vorhergesagter-Wert-Berechnungsmittel, Abweichungsberechnungsmittel) die Ausgabeabweichung VO2 und den vorhergesagten Wert PREVO2 auf der Basis der identifizierten Werte der Modellparameter a1, a2, b1 und der drei abgetasteten Werte DKCMD'(k), DKACT'(k), Vout(k) synchron mit der obigen Abtastzeitgebung (siehe 43E). Kurz gesagt, die vorhergesagten Werte PREVO2 werden ebenfalls mit den Berechnungsperioden von ΔTk berechnet.
  • Dann erhält der Überabtaster 41 die überabgetasteten Werte Fo (PREVO2) des vorhergesagten Werts PREVO2. Insbesondere wird der vorhergesagte Wert PREVO2 mit der Abtastperiode von ΔTsm überabgetastet, wodurch die überabgetasteten Werte Fo (PREVO2) (die jeweils durch einen hohlen Punkt in (f) von 43 angegeben sind) erhalten.
  • Dann berechnet der DSM-Regler 24 (Regeleingabeberechnungsmittel, Luft-Kraftstoff-Verhältnisberechnungsmittel) das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD auf der Basis der überabgetasteten Werte Fo (PREVO2) synchron mit der Abtastzeitgebung mit einer Berechnungsperiode von ΔTm, die die gleiche Zeitperiode (10 Millisekunden) ist wie die Abtastperiode ΔTsm.
  • Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Vorhersagealgorithmus, der durch den Zustandsvorhersager 22 in der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung verwendet wird. Wie oben beschrieben, werden der Dezimierungswert DKCMD'(k) der Luft-Kraftstoff-Verhältnisabweichung und der Dezimierungswert DKACT'(k) der LAF-Ausgabeabweichung jeweils durch die folgenden Gleichungen (58) und (59) definiert: DKCMD'(k) = Fd(ϕop(m)) – FLAFBASE = Fd(KCMD(m)) – FLAFBASE (58) DKACT'(k) = Fd(ϕin(m)) – FLAFBASE = Fd(KACT(m)) – FLAFBASE (59) worin das Symbol m eine Zeitperiode repräsentiert, die durch Abtasten mit der Abtastperiode von ΔTsm diskretisiert ist, und das Symbol k eine Zeitperiode repräsentiert, die durch Abtastung mit der Abtastperiode von ΔTsk diskretisiert ist. Ferner repräsentieren KCMD(m) und KACT(m) diskrete Daten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD bzw. diskrete Daten der Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14.
  • Ferner wird ein geregeltes Objektmodell durch die folgende Gleichung (60) definiert: VO2(k) = a1·VO2(k – 1) + a2·VO2(k – 2) + b1·DKCMD'(k – dt) (60)
  • Angemerkt werden sollte, dass dann, wenn die Beziehung von DAKT'(k) = DKCMD'(k – d') auf diese Gleichung (60) angewendet wird, es ebenfalls möglich ist, das geregelte Objektmodell durch die Beziehung zwischen VO2 und DAKT'(k) auszudrücken.
  • Wenn ferner die gleiche Technik, wie sie in der ersten Ausführung verwendet wird, auf der Basis des durch die obige Gleichung (60) ausgedrückten geregelten Objektmodells angewendet wird, wird eine Formel zur Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 durch die folgende Gleichung (61) definiert:
    Figure 01260001
  • Andererseits wird ein Identifikationsalgorithmus, der durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 benutzt wird, durch die folgenden Gleichungen (62) bis (69) definiert:
    Figure 01270001
  • Ferner wird ein Regelalgorithmus, der durch den DSM-Regler 24 verwendet wird, durch die folgenden Gleichungen (70) bis (75) ausgedrückt: r(m) = –1·Gd·PREVO2(m) (70) δ(m) = r(m) – u''(m – 1) (71) σd(m) = σd(m – 1) + δ(m) (72) u''(m) = sgn(σd(m)) (73) u(m) = Fd·u''(m) (74) ϕop(m) = KCMD(m) = FLAFBASE + u(m) (75) wobei die Vorzeichenfunktion sgn(σd(m)) gleich 1 wird, wenn σd(m) ≥ 0 gilt, wohingegen sie gleich –1 wird, wenn σd(m) < 0 gilt (sgn(σd(m) kann so konfiguriert sein, dass es gleich 0 wird, wenn σd(m) gleich 0 ist).
  • Wie oben beschrieben, werden, gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung, der vorhergesagte Wert PREVO2 und die Modellparameter a1, a2, b1 jeweils mit der gleichen vorbestimmten Berechnungsperiode von ΔTk (40 Millisekunden) auf der Basis der Werte DKCMD', DKACT', Vout(k) berechnet, die mit der gleichen vorbestimmten Abtastperiode von ΔTsk abgetastet werden (40 Millisekunden). Ferner wird das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD durch den DSM-Regler 24 mit der Berechnungsperiode von ΔTm (10 Millisekunden) berechnet, was ein Viertel der Berechnungsperiode ΔTk ist. Der Grund hierfür ist wie folgt:
    In dem DSM-Regler 24 wird, wenn die Berechnungsperiode ΔTm kürzer wird, die Genauigkeit der Berechnung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD weiter verbessert. Andererseits existiert allgemein ein Leistungsspektrum der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 in einem Frequenzbereich von 0 bis 5 Hz, und daher können, wenn die Abtastperiode ΔTsk und die Berechnungsperiode ΔTk kürzer sind als 20 Millisekunden, die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts in den identifizierten Werten der Modellparameter a1, a2, b1 und dem geregelten Objektmodell nicht richtig widergespiegelt werden, und manchmal in einem berechneten Wert des vorhergesagten Werts PREVO2, wodurch eine reduzierte Genauigkeit in der Berechnung der Modellparameter a1, a2, b1 und des vorhergesagten Werts PREVO2 hervorgerufen wird. Um dieses Problem zu überwinden, werden gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung die Abtastperiode ΔTsk und die Berechnungsperiode ΔTk auf den obigen Wert gesetzt, wodurch die Frequenzcharakteristiken des geregelten Objekts in dem geregelten Objektmodell richtig widergespiegelt werden können, und daher in den berechneten Werten der Modellparameter a1, a2, b1 und des vorhergesagten Werts PREVO2. Im Ergebnis wird die Genauigkeit der Berechnung der Modellparameter a1, a2, b1 und des vorhergesagten Werts PREVO2 weiter verbessert als in der ersten Ausführung, und da die Berechnungsperiode ΔTm so konfiguriert ist, dass sie kürzer ist als die Berechnungsperiode ΔTk, ist es auch möglich, die hohe Genauigkeit in der Berechnung des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD sicherzustellen. Ferner können gemäß der Regelvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführung die gleichen vorteilhaften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung der ersten Ausführung erzielt werden.
  • Angemerkt werden sollte, dass die Dezimationsfilter 40 zum Abtasten des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses KCMD und die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 14 mit den Abtastperioden von ΔTsk durch Abtaster ersetzt werden können, die in der Lage sind, diese mit der Abtastperiode von ΔTsk abzutasten. Ferner können der vorgenannte SDM-Regler 29 oder DM-Regler 30 anstelle des DSM-Reglers 24 verwendet werden. Ferner sind die Berechnungsperioden ΔTm, ΔTk und die Abtastperioden ΔTsm, ΔTsk nicht auf die oben erwähnten Werte begrenzt, sondern jede von ihnen kann auf einen geeigneten Wert gesetzt werden. Z. B. können die Berechnungsperiode ΔTm und die Abtastperiode ΔTsm auf einen kleineren Wert als den oben erwähnten Wert (10 Millisekunden) gesetzt werden, und können die Berechnungsperiode ΔTk und die Abtastperiode ΔTsk auf einen größeren Wert gesetzt werden als den oben erwähnten Wert (40 Millisekunden).
  • Als Nächstes folgt eine Beschreibung einer Regelvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführung. Ähnlich dem Beispiel von 39 wird die vorliegende Regelvorrichtung 1 auf einen Motor angewendet, der mit keinem LAF-Sensor 14 versehen ist, und der einen O2-Sensor 15 aufweist, der an einer Stelle stromab der zweiten Katalysatorvorrichtung 8b angeordnet ist. Dann werden, wie in 44 gezeigt, in dieser Regelvorrichtung 1 ein abgetasteter Wert der Ausgabe Vout von dem O2-Sensor 15 und ein Dezimierungswert DKCMD' des Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für die Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 durch einen Zustandsvorhersager 22 und Identifizierung der Modellparameter a1, a2, b1 durch einen kartenintegrierten Identifizierer 23 verwendet.
  • Ferner ist in einem Vorhersagealgorithmus, der durch den Zustandsvorhersager 22 verwendet wird, eine Formel zur Berechnung des vorhergesagten Werts PREVO2 durch eine unten gezeigte Gleichung (76) definiert, auf der Basis des durch die Gleichung (60) ausgedrückten geregelten Objektmodells. Andererseits ist ein Identifikationsalgorithmus, der durch den kartenintegrierten Identifizierer 23 ausgeführt wird, durch die unten gezeigten Gleichungen (77) bis (84) ausgedrückt. Der durch den DSM-Regler 24 verwendete Regelalgorithmus wird durch die Gleichungen (70) bis (75) ausgedrückt:
    Figure 01300001
    Figure 01310001
  • Gemäß der obigen Regelvorrichtung 1 können die gleichen vorteilahften Wirkungen erhalten werden, wie sie durch die Regelvorrichtung der neunten Ausführung erzielt werden. Da zusätzlich das Regelsystem 1 der vorliegenden Ausführung keinen LAF-Sensor 14 benötigt, ist es möglich, die Herstellungskosten zu reduzieren.
  • Ferner können in dem Regelsystem 1 der zehnten Ausführung, ähnlich der Regelvorrichtung 1 der neunten Ausführung, die Dezimierungsfilter 40 z. B. durch Abtaster ersetzt werden, die in der Lage sind, das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis KCMD mit der Abtastperiode von ΔTsk abzutasten, und der SDM-Regler 29 oder der DM-Regler 30 können an der Stelle des DSM-Reglers 24 verwendet werden.
  • Obwohl in jeder der obigen Ausführungen die Regelvorrichtung der Erfindung verwendet wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Verbrennungsmotor 3 zu regeln, ist dies nicht einschränkend, sondern die Erfindung kann auch in weitem Maße an Regelvorrichtungen zum Regeln anderer geregelter Objekte angewendet werden. Ferner können der ADSM-Regler 20 und der PRISM-Regler 21 durch jeweilige elektrische Schaltungen implementiert werden, an der Stelle der Programme, die in den Ausführungen verwendet werden.
  • Für den Fachmann versteht es sich ferner, dass das Vorstehende eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang davon abzuweichen.
  • Es wird eine Regelvorrichtung und ein Regelverfahren angegeben, die in der Lage sind, ein geregeltes Objekt mit einer relativ großen Phasenverzögerung und Totzeit zu regeln, während eine Beseitigung der Verzögerung in der Steuerzeit zwischen der Eingabe und der Ausgabe des geregelten Objekts und gleichzeitig eine Verbesserung der Regelgenauigkeit erreicht werden. Ein Zustandsvorhersager berechnet eine Abweichung (Ausgabeabweichung) zwischen einer Ausgabe von einem Sauerstoffkonzentrationssensor und einem vorbestimmten Sollwert mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode. Dann berechnet ein DSM-Regler ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um die Ausgabe von dem Sauerstoffkonzentrationssensor auf den vorbestimmten Sollwert zu konvergieren, gemäß der berechneten Abweichung auf der Basis eines Δ Modulationsalgorithmus, eines ΔΣ Modulationsalgorithmus oder eines ΣΔ Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Berechnungsperiode, die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungs-Berechnungsperiode.

Claims (32)

  1. Regelvorrichtung umfassend: ein Abweichungsberechnungsmittel (22) zum Berechnen einer Abweichung (VO2) zwischen einer Ausgabe (Vout) von einem geregelten Objekt (27) und einem vorbestimmten Sollwert (Vop) mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode (ΔTk); und ein Regeleingabeberechnungsmittel (24) zum Berechnen einer Regeleingabe (KCMD) zu dem geregelten Objekt (27), um die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) auf den Sollwert (Vop) zu konvergieren, gemäß der berechneten Abweichung (VO2) auf der Basis eines Δ Modulationsalgorithmus, oder eines ΔΣ Modulationsalgorithmus oder eines ΣΔ Modulationsalogrithmus mit einer vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode (ΔTk).
  2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeleingabeberechnungsmittel (24) einen ersten Zwischenwert gemäß der Abweichung (VO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen berechnet und die Regeleingabe (KCMD) auf der Basis eines Werts berechnet, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeleingabeberechnungsmittel (24) einen zweiten Zwischenwert entsprechend der Abweichung (VO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen berechnet und die Regeleingabe (KCMD) durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert berechnet.
  4. Regelvorrichtung, umfassend: ein Vorhersagewert-Berechnungsmittel (22) zum Berechnen eines vorhergesagten Werts (PREVO2) eines Werts, der eine Ausgabe (Vout) von einem geregelten Objekt (27) anzeigt, auf der Basis eines Vorhersagealgorithmus mit einer vorbestimmten Vorhersagewertberechnungsperiode (ΔTk); und Regeleingabeberechnungsmittel (24) zum Berechnen einer Regeleingabe (KCMD) des geregelten Objekts (27), um die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert (PREVO2) zu regeln, auf der Basis eines Δ Modulationsalgorithmus, oder eines ΔΣ Modulationsalgorithmus oder eines ΣΔ Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), die kürzer ist als die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode (ΔTk).
  5. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeleingabeberechnungsmittel (24) einen ersten Zwischenwert gemäß dem vorhergesagten Wert (PREVO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen berechnet und die Regeleingabe (KCMD) auf der Basis eines Werts berechnet, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  6. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Regeleingabeberechnungsmittel (24) einen zweiten Zwischenwert gemäß dem vorhergesagten Wert (PREVO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen berechnet und die Regeleingabe (KCMD) durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert berechnet.
  7. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Ausgabeabtastmittel (40) zum Abtasten des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, als diskrete Daten mit einer vorbestimmten Regelausgabeabtastperiode (ΔTsk), die länger ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm) und worin der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus zum Berechnen des vorhergesagten Werts (PREVO2) gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts ist, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt.
  8. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Eingabeabtastmittel (40) zum Abtasten eines Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder eines Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk), die länger ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), und worin der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus ist, um den vorhergesagten Wert (PREVO2) ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, zu berechnen.
  9. Regelvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabeabtastmittel (40) die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, die die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleegeleingabe (KCMD) widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk) abtastet, indem es eine Dezimierung von Werten davon durchführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Eingabeabtastperiode (ΔTsm) abgetastet sind, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Eingabeabtastperiode (ΔTsk).
  10. Regelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus ist, um den vorhergesagten Wert (PREVO2) auf der Basis eines geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, oder des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, oder des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) widerspiegelt, als Variable zu berechnen.
  11. Regelvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Abtastmittel (40) zum Abtasten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk), die länger ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), und worin das geregelte Objektmodell ein Diskretzeitsystemmodell ist, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, als Variablen benutzt.
  12. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastmittel (40) die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Regeleingabebtastperiode (ΔTsk) abtastet, indem es eine Dezimierung von Werten davon ausführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsm) abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk).
  13. Regelvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Identifikationsmittel (23) zum Identifizieren von Modellparametern (a1, a2, b1) des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt.
  14. Regelvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationsmittel (23) die Modellparameter (a1, a2, b1) ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) anzeigt, identifiziert.
  15. Regelvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Identifikationsperiode, mit der die Modellparameter (a1, a2, b1) durch das Identifikationsmittel (23) identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm).
  16. Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Regelvorrichtung eine Vorrichtung zum Regeln eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines einem Verbrennungsmotor (3) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs ist.
  17. Regelverfahren, welches die Schritte umfasst: Berechnen einer Abweichung (VO2) zwischen einer Ausgabe (Vout) von einem geregelten Objekt (27) und einem vorbestimmten Sollwert (Vop) mit einer vorbestimmten Abweichungsberechnungsperiode (ΔTk); und Berechnen einer Regeleingabe (KCMD) des geregelten Objekts (27), um die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) auf den Sollwert (Vop) zu konvergieren, gemäß der berechneten Abweichung, auf der Basis eines Δ Modulationsalgorithmus, oder eines ΔΣ Modulationsalgorithmus oder eines ΣΔ Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), die kürzer ist als die vorbestimmte Abweichungsberechnungsperiode (ΔTk).
  18. Regelverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleingabeberechnungsschritt enthält: Berechnen eines ersten Zwischenwerts gemäß der Abweichung (VO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe (KCMD) auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten wird.
  19. Regelverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleingabeberechnungsschritt enthält: Berechnen eines zweiten Zwischenwerts gemäß der Abweichung (VO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe (KCMD) durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  20. Regelverfahren, welches die Schritte umfasst: Berechnen eines vorhergesagten Werts (PREVO2) eines Werts, der eine Ausgabe (Vout) von einem geregelten Objekt (27) anzeigt, auf der Basis eines Vorhersagealgorithmus mit einer vorbestimmten Vorhersagewertberechnungsperiode (ΔTk); und Berechnen einer Regeleingabe (KCMD) in das geregelte Objekt (27), um die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) gemäß dem berechneten vorhergesagten Wert (PREVO2) zu regeln, auf der Basis eines Δ Modulationsalgorithmus, oder eines ΔΣ Modulationsalgorithmus oder eines ΣΔ Modulationsalgorithmus mit einer vorbestimmten Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), die kürzer ist als die vorbestimmte Vorhersagewertberechnungsperiode (ΔTk).
  21. Regelverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleingabeberechnungsschritt enthält: Berechnen eines ersten Zwischenwerts gemäß dem vorhergesagten Wert (PREVO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe (KCMD) auf der Basis eines Werts, der durch Multiplizieren des berechneten ersten Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Faktor erhalten ist.
  22. Regelverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeleingabeberechnungsschritt enthält: Berechnen eines zweiten Zwischenwerts gemäß dem vorhergesagten Wert (PREVO2) auf der Basis des einen der Modulationsalgorithmen und Berechnen der Regeleingabe (KCMD) durch Addieren eines vorbestimmten Werts zu dem berechneten zweiten Zwischenwert.
  23. Regelverfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch den Schritt: Abtasten des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, als diskrete Daten mit einer vorbestimmten Regelausgabeabtastperiode (ΔTsk), die länger ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), und worin der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus zum Berechnen des vorhergesagten Werts (PREVO2) gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts ist, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt.
  24. Regelverfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Schritt: Abtasten eines Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder eines Werts, der die in das geregelte Objekt eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk), die länger ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), und worin der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus ist, um den vorhergesagten Wert (PREVO2) ferner gemäß den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder den abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, zu berechnen.
  25. Regelverfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abtastens eines Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder eines Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, enthält, die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk) abzutasten, indem es eine Dezimierung von Werten davon durchführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsm) abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Eingabeabtastperiode (ΔTsk).
  26. Regelverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorhersagealgorithmus ein Algorithmus ist, um den vorhergesagten Wert (PREVO2) auf der Basis eines geregelten Objektmodells unter Verwendung des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, oder des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) widerspiegelt, als Variablen zu berechnen.
  27. Regelverfahren nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch den Schritt: Abtasten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder des Werts, der die in, das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, als diskrete Daten mit einer ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk), die länger ist als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm), und worin das geregelte Objektmodell ein Diskretzeitsystemmodell ist, das die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, oder die abgetasteten diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, als Variablen benutzt.
  28. Regelverfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Abtastens des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, und/oder des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt, enthält, die diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und/oder die diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, mit der ersten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk) abzutasten, indem er eine Dezimierung von Werten davon ausführt, die mit einer zweiten vorbestimmten Regeleingabeabtastperiode (ΔTsm) abgetastet werden, die kürzer ist als die erste vorbestimmte Regeleingabeabtastperiode (ΔTsk).
  29. Regelverfahren nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch den Schritt des Identifizierens von Modellparametern (a1, a2, b1) des Diskretzeitsystemmodells gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Ausgabe (Vout) von dem geregelten Objekt (27) anzeigt.
  30. Regelverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifikationsschritt enthält, die Modellparameter (a1, a2, b1) ferner gemäß den diskreten Daten des Werts, der die Regeleingabe (KCMD) anzeigt, und den diskreten Daten des Werts, der die in das geregelte Objekt (27) eingegebene Regeleingabe (KCMD) widerspiegelt, zu identifizeren.
  31. Regelverfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Identifikationsperiode, mit der die Modellparameter (a1, a2, b1) in dem Identifikationsschritt identifiziert werden, auf eine längere Zeitperiode gesetzt wird als die vorbestimmte Regeleingabeberechnungsperiode (ΔTm).
  32. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelverfahren ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einem Verbrennungsmotor (3) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs regelt.
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