DE19922175A1

DE19922175A1 - Anlagenregelungssystem

Info

Publication number: DE19922175A1
Application number: DE19922175A
Authority: DE
Inventors: Yuji Yasui; Shusuke Akazaki; Yoshihisa Iwaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 1999-12-23
Also published as: US6188953B1; JP3484074B2; JPH11324767A

Abstract

Ein Anlagenregelungssystem umfaßt eine Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer Eingabe in die Anlage, einen ersten Sensor zum Erfassen einer Ausgabe von der Anlage, eine Bestimmungseinheit für eine manipulierte Variable zum sequentiellen Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen, die die Eingabe in die Anlage bestimmt, um die Ausgabe von dem ersten Sensor auf einen vorbestimmen Zielwert anzugleichen, eine Betätigungsvorrichtungsregelung zum Regeln eines Betriebs der Betätigungsvorrichtung, basierend auf der manipulierten Variablen, die durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Variable bestimmt wurde, und eine Schätzvorrichtung zum sequentiellen Erzeugen von Daten, die einen Schätzwert der Ausgabe von dem ersten Sensor nach einer Gesamttotzeit, die die Summe einer ersten Totzeit der Anlage und einer zweiten Totzeit eines Systems ist, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregelung umfaßt, darstellen. Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Variable bestimmt die manipulierte Variable, basierend auf den Daten, die durch die Schätzvorrichtung bestimmt werden.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Anlagenregelungssystem zum Regeln einer Anlage.

Beschreibung des Standes der Technik

Die Erfinder haben bereits ein Regelungssystem zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraft stoff-Gemisches vorgeschlagen, das durch eine Verbrennungskraftmaschine zu verbrennen ist, um ein optimales Reinigungsverhalten eines katalytischen Konverters, wie z. B. eines katalytischen Drei wege-Konverters, der im Auspuffdurchgang der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, zu erreichen (vgl. japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 9-273438, die der US-Patentanmeldung Nr. 08/835192 entspricht).

Gemäß dem vorgeschlagenen Regelungssystem wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine geregelt, um die Konzentration einer bestimmten Komponente, z. B. Sauerstoff, in einem Abgas, das durch den katalytischen Konverter bzw. Katalysator hindurchgelaufen ist, hochgenau auf einen vorbestimmten optimalen Wert einzustellen, um dadurch den katalytischen Konverter maximal wirksam zu erhalten, um das Abgas ohne Rücksicht auf eine Alterung desselben zu reinigen. Der Regelungsprozeß wird wie folgt durchgeführt:
Das Regelungssystem weist einen O₂-Sensor auf, der stromabwärts von dem katalytischen Konverter zum Erfassen der Konzentration von Sauerstoff, das in dem durch den katalytischen Konverter gelaufenen Abgas enthalten ist, angeordnet ist. Das Regelungssystem bestimmt sequentiell eine manipulierte Veränderliche zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere eines Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses für das Abgas, so daß eine Ausgabe des O₂-Sensors einen vorgegebenen Zielwert aufweisen wird, der dem obigen vorbestimmten optimalen Wert für die Sauerstoffkonzentration entspricht. Das Regelungssystem regelt dann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis und regelt insbesondere die Menge eines Kraftstoffs, die an die Verbrennungskraftmaschine geliefert wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft-Kraftstoff-Mischung, die durch die Verbrennungskraftmaschine zu verbrennen ist, an ein Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis angeglichen wird. Beim Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine, genauer gesagt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Luft-Kraftstoff-Mischung, aus dem das Abgas, das in den katalytischen Konverter eintritt, durch Verbrennung erzeugt wird, durch einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor, der stromaufwärts von dem katalytischen Konverter angeordnet ist, erfaßt, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine wird durch einen Regelkreis derart geregelt, daß das erfaßte Luft-Kraft stoff-Verhältnis an das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis angeglichen wird.

Bei dem obigen Regelungssystem kann das Abgassystem, das den katalytischen Konverter umfaßt und das von einer Position stromaufwärts von dem katalytischen Konverter zu einer Position stromabwärts von dem katalytischen Konverter reicht, als eine Anlage zum Erzeugen und Emittieren eines Abgases betrachtet werden, das eine Sauerstoffkonzentration aufweist, die durch den O₂-Sensor von einem Abgas, das ein durch den Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Sensor erfaßtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist, erfaßt wird. Die Verbrennungskraftmaschine kann als eine Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen und Emittieren eines Abgases, das ein Luft-Kraft stoff-Verhältnis aufweist, das an die Anlage zu liefern ist, betrachtet werden. Folglich kann das obige von den Erfindern vorgeschlagene Regelungssystem als ein System zum Bestimmen einer Zieleingabe für die Anlage (allgemeiner gesagt einer manipulierten Veränderlichen, die eine Eingabe in die Anlage definiert) derart, daß eine Ausgabe von dem O₂-Sensor (eine Sauerstoffkonzentration des Abgases) als eine Ausgabe von der Anlage auf einen vorgegebenen Zielwert angeglichen wird, und zum Regeln einer Ausgabe der Verbrennungskraftmaschine (= eine Eingabe in die Anlage) als die Betätigungsvorrichtung gemäß der Zieleingabe ausgedrückt werden.

Gemäß dem obigen Regelungssystem ist es notwendig, die Ausgabe von dem O₂-Sensor hochgenau beim Zielwert zu regeln, um das optimale Reinigungsverhalten des katalytischen Konverters zu erreichen. Das Abgassystem, das den katalytischen Konverter umfaßt, weist jedoch eine relativ lange Totzeit auf, d. h. eine erforderliche Zeitspanne bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das dem Abgas entspricht, das in den katalytischen Konverter eintritt, in der Ausgabe von dem O₂-Sensor, der stromabwärts von dem katalytischen Konverter angeordnet ist, reflektiert wird, und die Totzeit tendiert dazu, den Regelungsprozeß des Regelungssystems nachteilig zu beeinflussen, d. h. tendiert dazu, die Stabilität und die schnelle Antwort der Konvergenz der Ausgabe von dem O₂-Sensor zu dem Zielwert hin zu reduzieren. Hinsichtlich der obigen Schwierigkeiten wird eine Ausgabe des O₂-Sen sors, d. h. ein zukünftiger Wert der Ausgabe des O₂-Sen sors, nach der Totzeit des Abgassystems sequentiell basierend auf der Ausgabe von dem O₂-Sensor und der Ausgabe von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor geschätzt. Unter Verwendung der geschätzten Ausgabe wird das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis bestimmt, um die Totzeit des Abgassystems zu kompensieren. Daher wird das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis hoch zuverlässig gemacht, und die Regelbarkeit der Ausgabe von dem O₂-Sensor beim Zielwert, d. h. die Stabilität und schnelle Antwort des Regelungsprozesses, wird erhöht.

Eine weitere, von den Erfindern durchgeführte Untersuchung hat offenbart, daß es wünschenswert ist, um die Regelbarkeit der Ausgabe von dem O₂-Sensor beim Zielwert zu erhöhen, nicht nur die Totzeit des Abgassystems, das den katalytischen Konverter umfaßt, zu kompensieren, sondern auch die Totzeit der Verbrennungskraftmaschine und einer Maschinenregelung zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis zu kompensieren. Im allgemeinen sind die Verbrennungskraftmaschine und die Maschinenregelung ein System zum Erzeugen eines Abgases, das in den katalytischen Konverter eintritt, aus den Daten des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses. Die Totzeit der Verbrennungskraftmaschine und der Maschinenregelung ist eine Zeitspanne, die erforderlich ist, bis die Daten des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses in dem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis reflektiert werden, das dem Abgas, das in den katalytischen Konverter eintritt, entspricht.

Insbesondere wird die Totzeit der Verbrennungskraftmaschine und der Maschinenregelung durch Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine beeinflußt. Obgleich diese Totzeit kurz genug sein kann, um den Prozeß des Regelns der Ausgabe von dem O₂-Sensor beim Zielwert nicht zu beeinträchtigen, kann diese auch abhängig von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine relativ lang sein. Falls die Totzeit relativ lang ist, dann wird die Regelbarkeit der Ausgabe von dem O₂-Sensor beim Zielwert abgesenkt.

ABRISS DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Anlagenregelungssystem zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen, die eine Eingabe zu einer Anlage derart bestimmt, daß eine Ausgabe der Anlage an einen vorbestimmten Zielwert angeglichen wird, und zum Regeln eines Betriebs einer Betätigungsvorrichtung, um die Eingabe in die Anlage basierend auf der manipulierten Veränderlichen zu erzeugen, wobei das Anlagenregelungssystem imstande ist, nicht nur die Totzeit der Anlage, sondern auch die Totzeit eines Systems, das die Betätigungsvorrichtung und einen Regler zum Regeln des Betriebs der Betätigungsvorrichtung basierend auf der manipulierten Veränderlichen umfaßt, zum Erhöhen der Regelbarkeit der Ausgabe der Anlage beim Zielwert, um die Ausgabe der Anlage mit hoher Genauigkeit stabil zu regeln, zu kompensieren, zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Anlagenregelungssystem zum Regeln einer Anlage, die ein Abgassystem umfaßt, das einen katalytischen Konverter zum Reinigen eines Abgases einschließt, das von einer Verbrennungskraftmaschine emittiert wird, wobei das Abgassystem von einer Position stromaufwärts von dem katalytischen Konverter zu einer Position stromabwärts von dem katalytischen Konverter reicht, und das Anlagenregelungssystem imstande ist, eine manipulierte Veränderliche zu bestimmen, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine derart bestimmt, daß die Konzentration einer bestimmten Komponente in dem Abgas stromabwärts von dem katalytischen Konverter an einen vorbestimmten Zielwert angeglichen wird, und zum Regeln des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine basierend auf der manipulierten Veränderlichen, anzugeben.

Um die obigen Aufgaben zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anlagenregelungssystem zum Regeln einer Anlage angegeben, das eine Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer Eingabe in die Anlage, eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Ausgabe von der Anlage, eine Einrichtung zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen, um sequentiell eine manipulierte Veränderliche zu bestimmen, die die Eingabe in die Anlage bestimmt, um die Ausgabe von der ersten Erfassungseinrichtung an einen vorbestimmten Zielwert anzugleichen, eine Betätigungsregeleinrichtung zum Regeln eines Betriebs der Betätigungsvorrichtung basierend auf der manipulierten Veränderlichen, die durch die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen bestimmt wird, und eine Schätzeinrichtung zum sequentiellen Erzeugen von Daten, die einen Schätzwert der Ausgabe von der ersten Erfassungseinrichtung, nach einer Gesamttotzeit, die die Summe einer ersten Totzeit der Anlage und einer zweiten Totzeit eines Systems ist, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsregeleinrichtung umfaßt, darstellen, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen eine Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen basierend auf den durch die Schätzeinrichtung erzeugten Daten umfaßt.

Die Schätzeinrichtung erzeugt sequentiell Daten, die einen Schätzwert der Ausgabe (die einen erfaßten Wert der Ausgabe der Anlage darstellt) von der ersten Erfassungseinrichtung nach einer Gesamttotzeit, die die Summe der ersten Totzeit und der zweiten Totzeit ist, darstellen. Basierend auf den erzeugten Daten bestimmt die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen die manipulierte Veränderliche, die die Eingabe in die Anlage (= die Ausgabe der Betätigungsvorrichtung) bestimmt. Daher kann die manipulierte Veränderliche, die die Eingabe in die Anlage bestimmt, die erforderlich ist, um die Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung zu dem Zielwert hin zu konvergieren, bestimmt werden, während nicht nur die erste Totzeit der Anlage, sondern auch die zweite Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, kompensiert werden. Dementsprechend regelt die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung den Betrieb der Betätigungsvorrichtung basierend auf der manipulierten Veränderlichen, um die Eingabe in die Anlage, wie sie durch die Betätigungsvorrichtung erzeugt wird, an eine Eingabe anzugleichen, die durch die manipulierte Veränderliche bestimmt wurde, um dadurch die Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung beim Zielwert zu regeln, während die erste und zweite Totzeit kompensiert werden.

Daher wird die Regelbarkeit der Ausgabe der Anlage beim Zielwert erhöht, und die Ausgabe der Anlage kann beim Zielwert stabil mit hoher Genauigkeit geregelt werden.

Die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, können ein Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung sein oder ein Schätzwert der Differenz zwischen dem Ausgabewert der ersten Erfassungseinrichtung und einem geeigneten gegebenen Wert (z. B. der obige Zielwert) sein.

Insbesondere umfaßt die Anlage ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, das von einer Position stromaufwärts eines katalytischen Konverters in dem Abgassystem bis zu einer Position stromabwärts des katalytischen Konverters reicht, und die Eingabe in die Anlage umfaßt ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases, das durch die Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung erzeugt und in den katalytischen Konverter eingeführt wird, und die Ausgabe von der Anlage umfaßt die Konzentration einer Komponente des Abgases, das durch den katalytischen Konverter hindurchgelaufen ist.

Da die Konzentration (dargestellt durch die Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung) einer Komponente des Abgases als die Ausgabe der Anlage beim Zielwert stabil mit hoher Genauigkeit geregelt wird, während die Totzeit des Abgassystems als die Anlage und die Totzeit des Systems, das die Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, kompensiert wird, wird es dem katalytischen Konverter ermöglicht, sein gewünschtes Reinigungsverhalten stabil und zuverlässig beizubehalten.

Die Schätzeinrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, gemäß einem vorbestimmten Algorithmus aus der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung und einem vorigen Wert der manipulierten Veränderlichen, der in der Vergangenheit durch die Bestimmungseinrichtung für die manipulierte Veränderliche bestimmt wurde.

Der vorbestimmte Algorithmus wird auf der Basis eines Modells, das die Anlage mit einem Antwortverzögerungselement und einem Totzeitelement der ersten Totzeit darstellt, und eines Modells aufgebaut, das das System, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung mit einem Totzeitelement der zweiten Totzeit umfaßt, darstellt. Daher ist es möglich, die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, geeignet zu erzeugen.

Eine Betätigungsvorrichtung, wie zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine, enthält im allgemeinen nicht nur ein Totzeitelement, sondern auch ein Antwortverzögerungselement. Da das Antwortverzögerungselement durch die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung kompensiert werden kann, ist es für die Bestimmungseinrichtung für die manipulierte Veränderliche nicht erforderlich, ein Antwortverzögerungselement eines Modells des Systems zu berücksichtigen, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt.

Da die Antwortverzögerung der Betätigungsvorrichtung durch die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung kompensiert werden kann, wird die Eingabe in die Anlage (die Ausgabe der Betätigungsvorrichtung) von Zeit zu Zeit grundsätzlich durch die manipulierte Veränderliche vor der zweiten Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, bestimmt.

Falls daher der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen, der verwendet wird, um die Daten zu erzeugen, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, mindestens einen vorigen Wert vor der zweiten Totzeit umfaßt, dann kann, wenn die Eingabe in die Anlage erfaßt wird, der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen vor der zweiten Totzeit durch einen erfaßten Wert der Eingabe in die Anlage, der durch den vorigen Wert bestimmt wird, ersetzt werden.

Das Anlagenregelungssystem umfaßt ferner eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Eingabe in die Anlage, und der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen, der für die Schätzeinrichtung erforderlich ist, um die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, zu erzeugen, umfaßt mindestens einen vorigen Wert vor der zweiten Totzeit, wobei die Schätzeinrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen der Daten aufweist, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, unter Verwendung eines Ausgabewertes - vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt - von der zweiten Erfassungseinrichtung anstelle von allen oder einigen der vorigen Werte der manipulierten Veränderlichen vor der zweiten Totzeit.

Wenn die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, unter Verwendung eines Ausgabewertes (eines erfaßten Wertes der Eingabe in die Anlage), vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt, von der zweiten Erfassungseinrichtung anstelle von allen oder einigen der vorigen Werte der manipulierten Veränderlichen vor der zweiten Totzeit erzeugt werden, wird die Zuverlässigkeit der Daten des Schätzwerts erhöht. Insbesondere wenn eine tatsächliche Eingabe in die Anlage (eine tatsächliche Ausgabe der Betätigungsvorrichtung), wie durch die Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung dargestellt, an einem Fehler infolge von Störungen etc. bezüglich der Eingabe in die Anlage, die durch die manipulierte Veränderliche bestimmt wird, krankt, können die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, unter Berücksichtigung der Störungen etc. erzeugt werden, d. h. abhängig von dem tatsächlichen Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Daten des Schätzwerts der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung erhöht, und die Regelbarkeit (Regelstabilität und Antwort) der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung beim Zielwert wird erhöht.

Abhängig von der Länge der zweiten Totzeit können alle die vorigen Werte der manipulierten Veränderlichen, die erforderlich sind, um die Daten zu erzeugen, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, vor der zweiten Totzeit sein. Wenn alle die vorigen Werte in einem solchen Fall durch den Ausgabewert der zweiten Erfassungseinrichtung vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt ersetzt werden, dann erzeugt die Schätzeinrichtung die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, gemäß dem vorbestimmten Algorithmus aus der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung und der Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung deckt einen solchen Aspekt ab.

Da die Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung (ein erfaßter Wert der Eingabe der Anlage) zu jedem Zeitpunkt der manipulierten Veränderlichen vor der zweiten Totzeit entspricht, umfaßt der Ausgabewert der zweiten Erfassungseinrichtung, der anstelle des vorigen Wertes der manipulierten Veränderlichen verwendet wird, einen Ausgabewert der zweiten Erfassungseinrichtung zu einem Zeitpunkt nach Ablauf der zweiten Totzeit von der Zeit, wenn der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen durch die Bestimmungseinrichtung für die manipulierte Veränderliche bestimmt wird.

Falls das Anlagenregelungssystem nicht notwendigerweise eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erzeugen der Daten benötigt, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, dann weist das Anlagenregelungssystem eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Eingabe in die Anlage auf, und der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen, der für die Schätzeinrichtung erforderlich ist, um die Daten zu erzeugen, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, umfaßt mindestens einen vorigen Wert vor der zweiten Totzeit. Die Schätzeinrichtung umfaßt Einrichtungen zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen, unter Verwendung eines Ausgabewertes - vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt - von der zweiten Erfassungseinrichtung anstelle von allen oder einigen der vorigen Werte der manipulierten Veränderlichen vor der zweiten Totzeit. Die manipulierte Veränderliche, die durch die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen bestimmt wurde, umfaßt eine Zieleingabe in die Anlage, wobei die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung eine Einrichtung für eine Rückführungsregelungsoperation der Betätigungsvorrichtung aufweist, um die Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung an die Zieleingabe in die Anlage anzugleichen.

Die manipulierte Veränderliche, die durch die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen bestimmt wird, umfaßt eine Zieleingabe in die Anlage, wobei die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung eine Einrichtung für eine Rückführungsregelungsoperation der Betätigungsvorrichtung aufweist, um die Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung an die Zieleingabe in die Anlage anzugleichen.

Wenn die Einrichtung zur Bestimmung der manipulierten Veränderlichen eine Zieleingabe in die Anlage aufweist, und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung eine Rückführungsregelung der Operation der Betätigungsvorrichtung durchführt, um die Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung an die Zieleingabe in die Anlage anzugleichen, kann die Eingabe in die Anlage stabil bei der Zieleingabe geregelt werden, die bestimmt wurde, um die Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung an den vorbestimmten Zielwert anzugleichen.

Die manipulierte Veränderliche, die durch die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen bestimmt wurde, ist nicht auf die Zieleingabe in die Anlage beschränkt, sondern kann eine korrigierende Quantität für die Operationsmenge der Betätigungsvorrichtung sein. Sogar wenn die manipulierte Veränderliche die Zieleingabe in die Anlage ist, kann die Operationsmenge der Betätigungsvorrichtung in einer vorwärtsregelnden Weise von der Zieleingabe, d. h. der Zielausgabe der Betätigungsvorrichtung, geregelt werden, um dadurch die Ausgabe der Betätigungsvorrichtung bei der Zieleingabe in die Anlage zu regeln.

Für einen rückführungsgeregelten Betrieb der Betätigungsvorrichtung sollte die Betätigungsvorrichtungsregelung vorzugsweise einen Regler der rekursiven Art umfassen.

Der Regler der rekursiven Art umfaßt einen adaptiven Regler oder einen Optimum-Regler. Wenn eine Operation der Betätigungsvorrichtung durch den Regler der rekursiven Art geregelt wird, um die Ausgabe der zweiten Erfassungseinrichtung an die Zieleingabe anzugleichen, kann die Eingabe in die Anlage bei der Zieleingabe mit einer hohen Nachführfähigkeit, ohne Rücksicht auf Änderungen in dem Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung und dynamische Änderungen derselben, wie beispielsweise alterungsinduzierte Eigenschaftsänderungen, geregelt werden. Da die Antwortverzögerung der Betätigungsvorrichtung ebenfalls geeignet kompensiert werden kann, wird die Zuverlässigkeit der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung, wie durch die Schätzeinrichtung erzeugt, darstellen, weiter erhöht. Folglich wird die Regelbarkeit der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung bei dem vorbestimmten Zielwert weiter erhöht.

Der Regler der rekursiven Art dient dazu, um eine neue rückkopplungsmanipulierte Veränderliche gemäß einer vorgegebenen rekursiven Formel, die eine vorbestimmte Anzahl von Zeitreihendaten umfaßt - vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt - von der rückkopplungsmanipulierten Veränderlichen für eine Operation der Betätigungsvorrichtung zu bestimmen (z. B. eine korrigierende Quantität für den Betrag der Operation der Betätigungsvorrichtung, eine korrigierende Quantität für die Kraftstoffmenge, die an die Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung zu liefern ist, etc.).

Der Regler der rekursiven Art umfaßt vorzugsweise einen adaptiven Regler.

Die Schätzeinrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Einstellen der zweiten Totzeit auf einen voreingestellten konstanten Wert und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung nach der Gesamttotzeit darstellen, die die Summe des voreingestellten konstanten Werts der zweiten Totzeit und der ersten Totzeit ist.

Der voreingestellte konstante Wert der zweiten Totzeit wird vorzugsweise als eine Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, festgelegt, während die Betätigungsvorrichtung in einem vorbestimmten Zustand arbeitet.

Falls die Anlage ein Abgassystem, das den katalytischen Konverters einschließt, umfaßt, und die Betätigungsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt, dann wird der voreingestellte konstante Wert der zweiten Totzeit vorzugsweise als eine Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, festgelegt, während die Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung in einem vorbestimmten niedrigen Geschwindigkeitsbereich arbeitet.

Die Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, tendiert dazu, abhängig von dem Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung zu schwanken. Falls die Betätigungsvorrichtung beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt, dann variiert die Totzeit (zweite Totzeit) des Systems, das die Verbrennungskraftmaschine und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, das eine Regelung im Gleichlauf mit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine benötigt, abhängig von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und sie wird länger, wenn die Drehzahl höher wird. Zum Kompensieren der Totzeit unabhängig von dem Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung, wie beispielsweise der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, wird es bevorzugt, die maximale Totzeit zu kompensieren, die das System der Betätigungsvorrichtung und der Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung annehmen kann.

Falls die zweite Totzeit auf einen voreingestellten konstanten Wert eingestellt wird, dann sollte ein derartiger konstanter Wert vorzugsweise als die Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, festgelegt werden, wenn sich die Betätigungsvorrichtung in einem bestimmten Betriebszustand befindet, z. B. der Betriebszustand, in dem die Totzeit, die das System der Betätigungsvorrichtung und der Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung annehmen kann, maximal ist. Falls die Betätigungsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt, dann sollte vorzugsweise der voreingestellte Wert der zweiten Totzeit als die Totzeit des Systems eingerichtet werden, das die Verbrennungskraftmaschine und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, wenn die Verbrennungskraftmaschine in einem niedrigen Drehzahlbereich, z. B. in einem Leerlaufdrehzahlbereich, arbeitet.

Wenn der voreingestellte Wert der zweiten Totzeit und die Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung nach der Gesamttotzeit des voreingestellten Werts der zweiten Totzeit und der ersten Totzeit darstellen, somit festgelegt sind, ist es möglich, die Totzeit des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, ohne Rücksicht auf den Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung zu kompensieren, und folglich die Regelbarkeit der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung bei dem vorbestimmten Zielwert ohne Rücksicht auf den Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung zu erhöhen. Dies gilt, wenn die Betätigungsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt.

Zusätzlich zum Einstellen der zweiten Totzeit auf den gegenwärtigen konstanten Wert, kann die zweite Totzeit auf einen veränderlichen Wert eingestellt werden. Insbesondere umfaßt die Schätzeinrichtung eine Einrichtung zum Festlegen der zweiten Totzeit, um damit in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung veränderbar zu sein, und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung nach der Gesamttotzeit, die die Summe der eingerichteten zweiten Totzeit und der ersten Totzeit ist, darstellen.

Insbesondere wenn die Betätigungsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt, dann umfaßt die Schätzeinrichtung eine Einrichtung zum Einrichten der zweiten Totzeit, um abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, die als die Betätigungsvorrichtung arbeitet, veränderbar zu sein, und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung nach der Gesamttotzeit, die die Summe der eingerichteten zweiten Totzeit und der ersten Totzeit ist, darstellen. Der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zum Festlegen der zweiten Totzeit umfaßt mindestens eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Schätzeinrichtung eine Einrichtung zum Erhöhen der zweiten Totzeit umfaßt, wenn die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine niedriger ist.

Sogar mit der somit variierbar in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung eingerichteten zweiten Totzeit, kann die Totzeit (zweite Totzeit) des Systems, das die Betätigungsvorrichtung und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, ohne Rücksicht auf den Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung kompensiert werden, und die Regelbarkeit der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung bei dem vorbestimmten Zielwert kann ohne Rücksicht auf den Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung erhöht werden. Insbesondere wenn die Betätigungsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt, dann kann die Totzeit (zweite Totzeit) des Systems, das die Verbrennungskraftmaschine und die Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung umfaßt, ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine kompensiert werden, und die Regelbarkeit der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung bei dem vorbestimmten Zielwert kann ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine erhöht werden.

Falls die Betätigungsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine umfaßt, dann kann der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zum Festlegen der zweiten Totzeit einen anderen Einlaß- bzw. Ansaugzustand der Verbrennungskraftmaschine etc., der von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verschieden ist, umfassen.

Die Schätzeinrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Festlegen der ersten Totzeit auf einen voreingestellten konstanten Wert, und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung nach der Gesamttotzeit, die die Summe des voreingestellten konstanten Wertes der ersten Totzeit und des voreingestellten konstanten Wertes der zweiten Totzeit ist, darstellen. Wenn die zweite Totzeit ebenfalls auf den konstanten Wert eingestellt ist, ist es für die Schätzeinrichtung leicht, die Daten zu erzeugen, die den Schätzwert der Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung darstellen.

Die Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen umfaßt eine Einrichtung zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen, um den Schätzwert der Ausgabe von der ersten Erfassungseinrichtung, wie durch die durch die Schätzeinrichtung erzeugten Daten dargestellt, gemäß einem Schiebemodus-Regelungsprozeß zu dem Zielwert hin zu konvergieren.

Der Schiebemodus-Regelungsprozeß ist ein Rückkopplungsregelungsprozeß mit variabler Struktur und ist weniger empfänglich für Störungen als der PID-Regelungsprozeß und folglich hochstabil. Beim Bestimmen der manipulierten Veränderlichen, um den Schätzwert der Ausgabe von der ersten Erfassungseinrichtung gemäß dem Schiebemodus-Regelungsprozeß zu konvergieren, können die ersten und zweiten Totzeiten kompensiert werden, und die Ausgabe der ersten Erfassungseinrichtung kann bei dem vorbestimmten Zielwert stabil mit hoher Genauigkeit geregelt werden.

Der Schiebemodus-Regelungsprozeß sollte vorzugsweise ein adaptiver Schiebemodus-Regelungsprozeß sein, der eine Kombination eines gewöhnlichen Schiebemodus-Rege lungsprozesses und eines Regelungsgesetzes, das als ein adaptives Gesetz (adaptiver Algorithmus) bezeichnet wird, ist.

Wenn die Anlage ein Abgassystem, das den katalytischen Konverter aufweist, umfaßt, dann wird vorzugsweise ein Sauerstoffkonzentrations-Sensor (O₂-Sensor) als die erste Erfassungseinrichtung und ein konstanter Wert als ein Zielwert verwendet, um dadurch das gewünschte Reinigungsverhalten des katalytischen Konverters beizubehalten.

Die obigen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutern, erfolgt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Gesamtanordnung eines Luft-Kraft stoff-Verhältnisregelungssystems für eine Verbrennungskraftmaschine und eines Anlagenregelungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das Ausgabeeigenschaften eines O₂-Sensors, der in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung verwendet wird, zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine Basis-Anordnung einer Bestimmungseinheit für eine manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der in Fig. 1 gezeigten Anordnung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Totzeit eines Maschinensystems der in Fig. 1 gezeigten Anordnung darstellt;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das einen Schiebe modus-Regelungsprozeß darstellt, der von der in Fig. 1 gezeigten Anordnung verwendet wird;

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm eines adaptiven Reglers in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung;

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm eines Maschinenkraftstoffregelungsprozesses, der von der in Fig. 1 gezeigten Anordnung durchgeführt wird;

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms des in Fig. 7 gezeigten Maschinenkraftstoffregelungsprozesses;

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm eines Gesamtprozesses, der von der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der in Fig. 1 gezeigten Anordnung durchgeführt wird;

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Prozesses;

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm eines weiteren Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Prozesses;

Fig. 12 ist ein Flußdiagramm eines noch weiteren Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Prozesses;

Fig. 13 ist ein Diagramm, das das in Fig. 12 gezeigte Unterprogramm erläutert;

Fig. 14 ist ein Diagramm, das das in Fig. 12 gezeigte Unterprogramm erläutert;

Fig. 15 ist ein Diagramm, das das in Fig. 12 gezeigte Unterprogramm erläutert;

Fig. 16 ist ein Flußdiagramm eines Unterprogramms des in Fig. 12 gezeigten Unterprogramms;

Fig. 17 ist ein Flußdiagramm eines weiteren Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Unterprogramms;

Fig. 18 ist ein Flußdiagramm eines noch weiteren Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Prozesses;

Fig. 19 ist ein Flußdiagramm eines weiteren Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Prozesses;

Fig. 20 ist ein Flußdiagramm eines noch weiteren Unterprogramms des in Fig. 9 gezeigten Prozesses;

Fig. 21 ist ein Diagramm, das eine Modifikation eines Regelungsprozesses, das von der in Fig. 1 gezeigten Anordnung durchgeführt wird, erläutert; und

Fig. 22 ist ein Blockdiagramm eines Anlagenregelungssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein Anlagenregelungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf Fig. 1 bis 20 beschrieben. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Anlagenregelungssystem ein System zum Regeln einer Anlage, die ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine umfaßt, das von einer Position stromaufwärts eines katalytischen Konverters, der in einem Abgasdurchgang der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, zum Reinigen eines Abgases, das von der Verbrennungskraftmaschine emittiert wird, bis zu einer Position stromabwärts des katalytischen Konverters reicht.

Fig. 1 zeigt in Blockform das Anlagenregelungssystems gemäß der Ausführungsform. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, erzeugt eine Verbrennungskraftmaschine 1, wie zum Beispiel eine Vierzylinder-Verbrennungskraftmaschine, ein Abgas, das erzeugt wird, wenn eine Mischung von Luft und Kraftstoff in jedem Zylinder verbrannt wird und von jedem Zylinder in ein gemeinsames Abgasrohr 2 emittiert wird, das nahe der Verbrennungskraftmaschine 1 positioniert ist, von dem das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird. Zwei katalytische Dreiwege-Konverter 3, 4 werden in dem gemeinsamen Abgasrohr 2 an aufeinanderfolgenden stromabwärtigen Stellen daran montiert.

Auf den stromabwärtigen katalytischen Konverter 4 kann verzichtet werden. Die Verbrennungskraftmaschine 1 entspricht einer Betätigungsvorrichtung.

Das Anlagenregelungssystem dient dazu, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1, d. h. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer Mischung von Luft und Kraftstoff, die in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennen ist, zu regeln. Das Anlagenregelungssystem umfaßt einen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 5 mit einem breiten Bereich, der als eine zweite Erfassungseinrichtung an dem Abgasrohr 2 stromaufwärts von dem katalytischen Konverter 3 montiert ist, oder genauer gesagt an einer Position, wo Abgase von den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 1 zusammengebracht werden, einen O₂-Sensor (Sauerstoffkonzentrations-Sensor) 6, der als eine erste Erfassungseinrichtung an dem Abgasrohr 2 stromabwärts von dem katalytischen Konverter 3 und stromaufwärts von dem katalytischen Konverter 4 montiert wird, und eine Regeleinheit 7 zum Durchführen eines Regelungsprozesses (später beschrieben) basierend auf erfaßten Ausgabesignalen von den Sensoren 5, 6. Die Regeleinheit 7 wird mit erfaßten Ausgabesignalen von den Sensoren 5, 6 und ferner Ausgabesignalen von verschiedenen weiteren Sensoren, die einen Maschinendrehzahlsensor, einen Ansaugdrucksensor, einen Kühlmitteltemperatursensor, etc. umfassen, zum Erfassen von Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 1 beliefert.

Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 5 mit breitem Bereich liegt in Form eines O₂-Sensors vor und gibt ein Signal aus, das ein Niveau abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das durch die Verbrennungskraftmaschine 1 verbrannt wird (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird gemäß der Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas erkannt, das erzeugt wird, wenn die Luft-Kraftstoff-Mischung verbrannt wird), aufweist. Das Ausgabesignal von dem Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Sensor mit breitem Bereich 5 (nachstehend als ein LAF-Sensor 5 bezeichnet) wird durch eine Erfassungsschaltung, wie zum Beispiel einen Linearisierer (nicht gezeigt) in ein Signal verarbeitet, das ein Ausgangssignal KACT aufweist, das ein Niveau aufweist, das proportional zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine in einem weiten Bereich von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen derselben ist, d. h. ein Ausgangssignal KACT, das für einen erfaßten Wert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses repräsentativ ist. Der LAF-Sensor 5 wird detailliert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-369471 offenbart, die dem US-Patent Nr. 5 391 282 entspricht, und wird unten nicht beschrieben.

Der O₂-Sensor 6, der stromabwärts von dem katalytischen Konverter 3 angeordnet ist, erzeugt ein Ausgangssignal VO2/OUT, das ein Niveau abhängig von der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das durch den katalytischen Konverter 3 hindurchgegangen ist, aufweist, d. h. ein Ausgangssignal VO2/OUT, das einen erfaßten Wert der Sauerstoffkonzentration des Abgases darstellt, wie bei gewöhnlichen O₂-Sensoren. Das Ausgangssignal VO2/OUT von dem O₂-Sensor 6 wird sich mit hoher Empfindlichkeit im Verhältnis zu der Sauerstoffkonzentration des Abgases, das durch den katalytischen Konverter 3 hindurchgegangen ist, ändern, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das als die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das durch den katalytischen Konverter 3 hindurchgegangen ist, erkannt wurde, in einem Bereich Δ liegt, der nahe an einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt.

Die Regeleinheit 7 umfaßt einen Mikrocomputer und ist grundsätzlich in eine Regeleinheit 7a (nachstehend als eine "Abgasregeleinheit 7a" bezeichnet) zum Bewirken eines Regelungsprozesses, um sequentiell ein Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD für die Verbrennungskraftmaschine 1 zu bestimmen, und in eine Steuereinheit 7b (nachstehend als eine "Maschinenregeleinheit 7b" bezeichnet) zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine 1 basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD aufgeteilt. Die Abgasregeleinheit 7a entspricht einer Einrichtung zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen, und die Maschinenregeleinheit 7b entspricht einer Betätigungsvorrichtungsregeleinrichtung.

Die Maschinenregeleinheit 7b weist als ihre Hauptfunktionen einen Basis-Kraftstoffeinspritz mengen-Berechner 8 zum Bestimmen einer Basis-Kraft stoffeinspritzmenge Tim, die in die Verbrennungskraftmaschine 1 einzuspritzen ist, einen ersten Korrekturkoeffizient-Berechner 9 zum Bestimmen eines ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL, um die Basis-Kraft stoffeinspritzmenge Tim zu korrigieren, und einen zweiten Korrekturkoeffizient-Berechner 10, zum Bestimmen eines zweiten Korrekturkoeffizienten KCMD, um die Basis-Kraft stoffeinspritzmenge Tim zu korrigieren, auf.

Der Basis-Kraftstoffeinspritzmengen-Berechner 8 bestimmt eine Bezugs-Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoffversorgungsmenge) aus der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Verwendung einer vorbestimmten Tabelle bzw. Zuordnung und korrigiert die bestimmte Bezugskraftstoffeinspritzmenge abhängig von dem wirksamen Durchlaßquerschnitt einer Drosselklappe (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 1, um dadurch eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim zu berechnen.

Der erste Korrekturkoeffizient KTOTAL, der durch den ersten Korrekturkoeffizienten-Berechner 9 bestimmt wurde, dient dazu, die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim hinsichtlich eines Abgas-Umlaufverhältnisses der Verbrennungskraftmaschine 1, d. h. des Verhältnisses eines Abgases, das in einer Luft-Kraftstoff-Mischung enthalten ist, die in die Verbrennungskraftmaschine 1 eingeführt wurde, einer Menge an entleertem Kraftstoff, die der Verbrennungskraftmaschine 1 zugefügt wird, wenn ein Kanister (nicht gezeigt) entleert wird, einer Kühlmitteltemperatur, einer Einlaßtemperatur etc., zu korrigieren.

Der zweite Korrekturkoeffizient KCMDM, der durch den zweiten Korrekturkoeffizient-Berechner 10 bestimmt wird, dient dazu, die Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim hinsichtlich der Ladungswirksamkeit einer Luft-Kraftstoff-Mischung infolge des Kühleffekts von Kraftstoff, der in die Verbrennungskraftmaschine 1 fließt, abhängig von einem Ziel-Luft-Kraftstoffverhältnis KCMD, das durch die Abgasregeleinheit 7a bestimmt wird, wie später beschrieben wird, zu korrigieren.

Die Regeleinheit 7 korrigiert die Basis-Kraft stoffeinspritzmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM durch Multiplizieren der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, wobei folglich eine Kraftstoffeinspritzbedarfsmenge Tcyl für die Verbrennungskraftmaschine 1 erzeugt wird.

Spezifische Einzelheiten der Prozesse zum Berechnen der Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim, des ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL und des zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM werden ausführlich in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 5-79374 (US-Patent Nr. 5 253 630) offenbart und werden unten nicht beschrieben.

Die Maschinenregeleinheit 7b weist ferner zusätzlich zu den obigen Funktionen einen Rückführungsregler 14 für eine Rückführungsregelung des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine 1 durch Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge der Verbrennungskraftmaschine 1 auf, um das Ausgangssignal KACT des LAF-Sensors 5 (das erfaßte Luft-Kraft stoff-Verhältnis) zu dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD hin zu konvergieren, das durch die Abgasregeleinheit 7a (später ausführlich unten beschrieben) sequentiell bestimmt wird.

Der Rückführungsregler 14 umfaßt einen allgemeinen Rückführungsregler 15 zur Rückführungsregelung einer Gesamtkraftstoffeinspritzmenge für alle Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 und einen lokalen Rückkopplungsregler 16 zur Rückkopplungsregelung einer Kraftstoffeinspritzmenge für jeden der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1.

Der allgemeine Rückkopplungsregler 15 bestimmt sequentiell einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB, um die Kraftstoffeinspritzbedarfsmenge Tcyl (durch Multiplizieren der Kraftstoffeinspritzbedarfsmenge Tcyl) zu korrigieren, um das Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5 zu dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD hin zu konvergieren. Der allgemeine Rückkopplungsregler 15 umfaßt einen PID-Regler 17 zum Bestimmen einer Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KLAF als dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB abhängig von der Differenz zwischen dem Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5 und dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD gemäß einem bekannten PID-Regelungsprozeß, und einen adaptiven Regler 18 (gekennzeichnet durch "STR" in Fig. 1) zum adaptiven Bestimmen einer Rückkopplung-mani pulierten Veränderlichen KSTR zum Bestimmen des Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB hinsichtlich Änderungen in Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 1 oder charakteristischen Änderungen derselben aus dem Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5 und dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD.

Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KLAF, die durch den PID-Regler 17 erzeugt wird, aus "1" und kann direkt als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet werden, wenn das Ausgangssignal KACT (das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis) von dem LAF-Sensor 5 gleich dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD ist. Die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR, die durch den adaptiven Regler 18 erzeugt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, wenn das Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5 gleich dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD ist. Eine Rückkopplung-manipulierte Veränderliche kstr (= KSTR/KCMD), die durch Dividieren der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR durch das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD mit einer Teilungsvorrichtung 19 erzeugt wird, kann als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet werden.

Die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KLAF, die durch den PID-Regler 17 erzeugt wird, und die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR, die durch Dividieren der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR von dem adaptiven Regler 18 durch das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD erzeugt wird, werden einzeln durch eine Schaltvorrichtung 20 ausgewählt. Eine aus der der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KLAF und der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR ausgewählte Veränderliche wird als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet. Die Kraftstoffeinspritzbedarfsmenge Tcyl wird durch Multiplizieren mit dem Rückkopplungs-Korrek turkoeffizienten KFB korrigiert. Einzelheiten des allgemeinen Rückkopplungsreglers 15 (insbesondere des adaptiven Reglers 18) werden später beschrieben.

Der lokale Rückkopplungsregler 16 umfaßt eine Beobachtungsvorrichtung 21 zum Schätzen von tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen #nA/F (n=1, 2, 3, 4) der jeweiligen Zylinder aus dem Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5, und eine Mehrzahl von PID-Reglern 22 (ebenso viele wie die Anzahl der Zylinder) zum Bestimmen der jeweiligen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF für Kraftstoffeinspritzmengen für die Zylinder aus den jeweiligen tatsächlichen Luft-Kraft stoff-Verhältnissen #nA/F, die durch die Beobachtungsvorrichtung 21 gemäß einem PID-Regelungsprozeß geschätzt wurden, um Variationen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse der Zylinder zu eliminieren.

Kurz gesagt schätzt die Beobachtungsvorrichtung 21 ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F von jedem der Zylinder wie folgt: ein System von der Verbrennungskraftmaschine 1 zu dem LAF-Sensor 5 (wo die Abgase von den Zylindern vereinigt werden) wird als ein System zum Erzeugen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses betrachtet, das durch den LAF-Sensor 5 aus einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F von jedem der Zylinder erfaßt wird, und wird hinsichtlich einer Erfassungs-Antwortverzögerung (z. B. einer Zeitverzögerung der ersten Ordnung) des LAF-Sensors 5 und eines chronologischen Beitrags des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses von jedem der Zylinder zu dem durch den LAF-Sensor 5 erfaßten Luft-Kraftstoff-Verhältnis modelliert. Basierend auf dem modellierten System wird ein tatsächliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F von jedem der Zylinder aus dem Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5 geschätzt.

Einzelheiten der Beobachtungsvorrichtung 21 sind in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 7-83094 offenbart, die beispielsweise dem US-Patent Nr. 5 531 208 entspricht, und werden unten nicht beschrieben.

Jeder der PID-Regler 22 des lokalen Rückkopplungsreglers 16 teilt das Ausgangssignal KACT von dem LAF-Sensor 5 durch einen Durchschnittswert der Rückkopplungs-Korrek turkoeffizienten #nKLAF, die durch die jeweiligen PID-Regler 22 in einem vorherigen Regelzyklus bestimmt wurden, um einen Quotientenwert zu erzeugen, und verwendet den Quotientenwert als ein Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis für den entsprechenden Zylinder. Jeder der PID-Regler 22 bestimmt dann einen Rückkopplungs-Korrek turkoeffizienten #nKLAF in einem gegenwärtigen Regelzyklus, um jegliche Differenz zwischen dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis und dem jeweiligen tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis #nA/F, das durch die Beobachtungsvorrichtung 21 bestimmt wurde, zu eliminieren.

Der lokale Rückkopplungsregler 16 multipliziert einen Wert, der durch Multiplizieren der Kraftstoff-Einspritz bedarfsmenge Tcyl mit dem ausgewählten Rückkopplungs-Kor rekturkoeffizienten KFB, der durch den allgemeinen Rückkopplungsregler 15 erzeugt wurde, erzeugt wurde, mit dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF für jeden der Zylinder erzeugt wird, wodurch eine Ausgabe-Kraft stoffeinspritzmenge #nTout (n=1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder bestimmt wird.

Die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout, die so für jeden der Zylinder bestimmt wurde, wird bezüglich akkumulierte Kraftstoffpartikel auf Ansaugrohrwänden der Verbrennungskraftmaschine 1 durch eine Kraft stoff-Akkumulierungskorrigiervorrichtung 23 in der Regelungseinheit 7 korrigiert. Die korrigierte Ausgabe-Kraft stoff-Einspritzmenge #nTout wird auf jeden der Kraftstoffeinspritzer (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 1 angewendet, die Kraftstoff in jeden der Zylinder mit der korrigierten Ausgabe-Kraft stoffeinspritzmenge #nTout einspritzt.

Die Korrektur der Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge hinsichtlich der akkumulierten Kraftstoffpartikel auf Ansaugrohrwänden wird ausführlich in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 8-21273 offenbart, die beispielsweise dem US-Patent Nr. 5 568 799 entspricht, und wird unten nicht ausführlich beschrieben.

Ein in Fig. 1 gezeigter Sensor-Ausgabeselektor 24 dient dazu, das Ausgabesignal KACT von dem LAF-Sensor 5 auszuwählen, das für die Schätzung eines tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses #nA/F von jedem Zylinder mit der Beobachtungsvorrichtung 21, abhängig von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 1, geeignet ist. Einzelheiten des Sensor-Ausgabeselektors 24 werden ausführlich in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 7-259588 offenbart, die dem US-Patent Nr. 5 540 209 entspricht, und werden unten nicht ausführlich beschrieben.

Die Abgasregeleinheit 7a weist eine Subtrahiervorrichtung 11 zum Bestimmen einer Differenz kact (= KACT - FLAF/BASE) zwischen dem Ausgangssignal KACT aus dem LAF-Sensor 5 und einem vorbestimmten Bezugswert FLAF/BASE und eine Subtrahiervorrichtung 12 zum Bestimmen einer Differenz VO2 (= VO2/OUT-VO2/TARGET) zwischen dem Ausgangssignal VO2/OUT aus dem O₂-Sensor 6 und einem Zielwert VO2/TARGET desselben auf. Der Bezugswert FLAF/BASE wird als ungefähr "1" (konstanter Wert) festgelegt, der als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der vorliegenden Ausführungsform konvertiert wird. Der Zielwert VO2/TARGET wird als ein konstanter Wert zum Erreichen eines optimalen Abgas-Reini gungsleistungsverhaltens des katalytischen Konverters 3 in der vorliegenden Ausführungsform festgelegt.

Die Differenzen kact, VO2, die jeweils durch die Subtrahiervorrichtungen 11, 12 bestimmt werden, werden als eine differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 bzw. eine differentielle Ausgabe VO2 des O₂-Sensors 6 bezeichnet.

Die Abgasregeleinheit 7a umfaßt ferner eine Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 zum sequentiellen Bestimmen eines Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD für die Verbrennungskraftmaschine 1 (ein Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD für die Verbrennungskraftmaschine 1, erfaßt durch den LAF-Sensor 5) als eine manipulierte Veränderliche zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Verhält nisses der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Verwendung von Daten der differentiellen Ausgaben kact, VO2 als Daten, die die Ausgangssignale von dem LAF-Sensor 5 und dem O₂-Sensor 6 darstellen.

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 bestimmt sequentiell das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, um das Ausgangssignal VO2/OUT des O₂-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET dafür einzustellen, d. h. das Ausgangssignal VO2/OUT des O₂-Sensors 6 zu "0" hin zu konvergieren, wobei ein Abgassystem (in Fig. 1 als E bezeichnet), das den katalytischen Konverter 3 umfaßt, das von dem LAF-Sensor 5 zu dem O₂-Sensor 6 entlang des Abgasrohrs 2 reicht, als eine zu regelnde Anlage gehandhabt wird.

Insbesondere bestimmt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 sequentiell das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD für die Verbrennungskraftmaschine 1, um das Ausgangssignal VO2/OUT des O₂-Sensors 6 an den Zielwert VO2/TARGET dafür gemäß einem Schiebemodus-Rege lungsprozeß hinsichtlich einer Totzeit (erste Totzeit), die in dem zu regelnden Abgassystem E vorliegt, einer Totzeit (zweite Totzeit), die in einem System, das die Verbrennungskraftmaschine 1 und die Maschinenregeleinheit 7b umfaßt, und Verhaltensänderungen des Abgassystems E einzustellen.

Um einen solchen Regelungsprozeß gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen, wird das Abgassystem E als eine Anlage zum Erzeugen des Ausgangssignals VO2/OUT des O₂-Sensors 6 (die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das durch den katalytischen Konverter 3 durchgelaufen ist) aus dem Ausgangssignal KACT des LAF-Sensors 5 (das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis) über ein Totzeitelement und einem Antwortverzögerungselement betrachtet, und die Anlage wird als ein diskretes System oder, genauer gesagt, als ein diskretes Zeitsystem modelliert ist. Zusätzlich wird das System, das die Verbrennungskraftmaschine 1 und die Maschinenregeleinheit 7b umfaßt, als ein System zum Erzeugen des Ausgangssignals KACT des LAF-Sensors 5 aus dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD über ein Totzeitelement betrachtet, und dieses System wird als ein diskretes System modelliert.

Um die Verarbeitung durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 zu vereinfachen, wird das diskrete Systemmodell des Abgassystems E unter Verwendung der differentiellen Ausgabe kact (= KACT-FLAF/BASE) von dem LAF-Sensor 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 (= VO2/OUT-VO2/TARGET) von dem O₂-Sensor 6 anstelle des Ausgangssignals KACT des LAF-Sensors 5 und des Ausgangssignals VO2/OUT des O₂-Sensors 6 gemäß der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt:

VO2(k+1) = a1.VO2(k) + a2.VO2(k-1) + b1.kact(k-d1) (1).

Gemäß der Gleichung (1) wird das Abgassystem E als eine Anlage zum Erzeugen der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 aus der differentiellen Ausgabe kact von dem LAF-Sensor 5 über ein Totzeitelement und ein Antwortverzögerungselement betrachtet und als ein diskretes System modelliert (genauer gesagt als ein autoregressives Modell, das eine Totzeit in der differentiellen Ausgabe kact als eine Eingabe in das Abgassystem E aufweist).

In der Gleichung (1) stellt "k" die Anzahl von diskreten Zeitregelzyklen und "d1" die Totzeit (erste Totzeit) des Abgassystems E dar. Die Totzeit des Abgassystems E (die benötigte Zeit bis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das durch den LAF-Sensor 5 zu jedem Zeitpunkt erfaßt wird, in dem Ausgangssignal VO2/OUT von dem O₂-Sensor 6 reflektiert wird) ist im allgemeinen gleich der Zeit von 3-10 Regelzyklen (d1=3-10), falls die Periode (konstant in der vorliegenden Ausführungsform) der Regelzyklen der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 von 30 bis 100 ms reicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein voreingestellter konstanter Wert (d1=7 in der vorliegenden Ausführungsform), der gleich oder geringfügig länger als die tatsächliche Totzeit des Abgassystems E ist, als die Totzeit d1 in dem diskreten Systemmodell des Abgassystems E, wie durch die Gleichung (1) dargestellt ist, verwendet. Die ersten und zweiten Glieder der rechten Seite der Gleichung (1) entsprechen einem Antwort-Verzögerungselement des Abgassystems E, wobei das erste Glied ein primäres autoregressives Glied und das zweite Glied ein sekundäres autoregressives Glied ist. In den ersten und zweiten Gliedern stellen "a1", "a2" jeweilige Verstärkungskoeffizienten des primären autoregressiven Glieds und des sekundären autoregressiven Glieds dar. Das dritte Glied der rechten Seite der Gleichung (1) entspricht einem Totzeitelement des Abgassystems E und stellt insbesondere die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 als eine Eingabe in das Abgassystem E einschließlich der Totzeit dar. In dem dritten Glied stellt "b1" einen Verstärkungskoeffizienten des Totzeitelementes dar. Die Verstärkungskoeffizienten "a1", "a2", "b1" sind Parameter, die das Verhalten des diskreten Systemmodells beschreiben, und werden sequentiell durch eine Identifiziervorrichtung identifiziert, die später beschrieben wird.

Das diskrete Systemmodell des Luft-Kraftstoff-Ver hältnis-Manipulationssystems (das System, das die Verbrennungskraftmaschine 1 und die Maschinenregeleinheit 7b umfaßt) wird unter Verwendung der differentiellen Ausgabe kact (= KACT-FLAF/BASE) aus dem LAF-Sensor 5 anstelle der Ausgabe KACT aus dem LAF-Sensor 5 und ferner unter Verwendung einer Differenz kcmd (= KCMD - FLAF/BASE, die einem Zielwert für die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 entspricht und als ein "differentielles Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd" bezeichnet wird) zwischen dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD und dem Bezugswert FLAF/BASE anstelle des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD gemäß der folgenden Gleichung (2) ausgedrückt:

kact(k) = kcmd (k-d2) (2).

Die Gleichung (2) drückt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystem als ein diskretes Systemmodell aus, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystem als ein System zum Erzeugen der differentiellen Ausgabe kact von dem LAF-Sensor 5 aus dem differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd über ein Totzeitelement betrachtet wird, d. h. ein System, bei dem die differentielle Ausgabe kact in jedem Regelzyklus gleich dem differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd vor der Totzeit ist.

In der Gleichung (2) stellt "d2" die Totzeit (zweite Totzeit) des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems in Form der Anzahl der Regelzyklen der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 dar. Die Totzeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems (die benötigte Zeit, bis das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd zu jedem Zeitpunkt in dem Ausgangssignal KACT des LAF-Sensors 5 reflektiert wird) variiert mit der Drehzahl NE der Verbrennungskraftmaschine 1, wie in Fig. 4 gezeigt ist, und ist länger, wenn die Drehzahl NE der Verbrennungskraftmaschine 1 niedriger ist. Hinsichtlich der obigen Eigenschaften der Totzeit der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13, wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein voreingestellter konstanter Wert (d2=3 in der vorliegenden Ausführungsform) verwendet, der gleich oder geringfügig länger als die tatsächliche Totzeit des Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Manipulationssystems bei einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 ist, die eine Drehzahl in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 ist (die tatsächliche Totzeit ist eine maximale Totzeit, die dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystem bei einer beliebigen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 entnommen werden kann).

Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystem umfaßt tatsächlich ein Totzeitelement und ein Antwortverzögerungselement der Verbrennungskraftmaschine.

1. Da eine Antwortverzögerung der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 hinsichtlich des Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses KCMD grundsätzlich durch den Rückführungsregler 14 (insbesondere des adaptiven Reglers 18) kompensiert wird, wird kein Problem entstehen, falls ein Antwort-Verzögerungselement der Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Manipulationssystem im Hinblick auf die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 nicht berücksichtigt wird.

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 führt in der vorliegenden Ausführungsform den Regelungsprozeß durch, um das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD in vorbestimmten (konstanten) Regelzyklen basierend auf dem diskreten Systemmodell, das durch die Gleichungen (1), (2) ausgedrückt wird, zu bestimmen. Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 weist die in Fig. 3 gezeigten Funktionen auf.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 eine Identifiziervorrichtung 25 zum sequentiellen Identifizieren in jedem Regelzyklus von Werten der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, die Parameter sind, die für das diskrete Systemmodell des Abgassystems E festzulegen sind, aus den Daten der differentiellen Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6, eine Schätzvorrichtung 26 (Schätzeinrichtung) zum sequentiellen Schätzen in jedem Regelzyklus eines geschätzten Wertes VO2 Balken der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 (nachstehend als eine geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken bezeichnet) nach der Gesamttotzeit d (=d1+d2), die die Summe der Totzeit d1 des Abgassystems E und der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems ist, unter Verwendung von identifizierten Werten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, die durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert sind (nachstehend als identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut bezeichnet), aus den Daten der differentiellen Ausgabe kact von dem LAF-Sensor 5, den Daten der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 und den Daten des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD (genauer das differentielle Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis kcmd), das in der Vergangenheit durch einen Schiebemodus-Regler 27 (unten beschrieben) bestimmt wurde, und einen Schiebemodus-Regler 27 zum sequentiellen Bestimmen in jedem Regelzyklus eines Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses KCMD unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut von der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken von dem O₂-Sensor 6, die durch die Schätzvorrichtung 26 gemäß einem adaptiven Schiebe modus-Regelungsprozeß bestimmt wurde.

Der Algorithmus einer durch die Identifiziervorrichtung 25, die Schätzvorrichtung 26 und den Schiebemodus-Regler 27 durchzuführenden Verarbeitungsoperation wird auf der Basis des diskreten Systemmodells wie folgt aufgebaut:
Bezüglich der Identifiziervorrichtung 25 variieren im allgemeinen die tatsächlichen Verstärkungskoeffizienten des Abgassystems E, die den Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des diskreten Systemmodells entsprechen, abhängig von Umgebungsbedingungen und zeitabhängigen charakteristischen Änderungen des Abgassystems E. Um einen Modellfehler des diskreten Systemmodells (die Gleichung (1)) hinsichtlich des tatsächlichen Abgassystems E zum Erhöhen der Genauigkeit des diskreten Systemmodells zu minimieren, ist es vorzuziehen, die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des diskreten Systemmodells auf einer Echtzeitbasis abhängig von den Verhaltensbedingungen und den zeitabhängigen charakteristischen Änderungen des tatsächlichen Abgassystems E zu minimieren.

Die Identifiziervorrichtung 25 dient dazu, die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 sequentiell auf einer Echtzeitbasis für den Zweck eines Minimierens eines Modellfehlers des diskreten Systemmodells zu identifizieren. Die Identifiziervorrichtung 25 führt ihren identifizierenden Prozeß wie folgt durch:
In jedem Regelzyklus bestimmt die Identifiziervorrichtung 25 einen identifizierten Wert VO2 Hut der vorliegenden differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 (nachstehend als eine identifizierte differentielle Ausgabe VO2 Hut bezeichnet) an dem gegenwärtig festgelegten diskreten Systemmodell unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut des gegenwärtig festgelegten diskreten Systemmodells, d. h. identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1 Hut (k-1), a2 Hut (k-1), b1 Hut (k-1) die in einem vorherigen Regelzyklus bestimmt wurden, und voriger Daten der differentiellen Ausgabe kact von dem LAF-Sensor 5 und der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 gemäß der folgenden Gleichung (3):

Die Gleichung (3) entspricht der Gleichung (1), die um einen Regelzyklus in die Vergangenheit geschoben wird, wobei die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 durch die jeweiligen Verstärkungskoeffizienten a1 Hut (k-1), a2 Hut (k-1), b1 Hut (k-1) ersetzt werden. "d1" des Abgassystems E in dem dritten Glied der Gleichung (3) stellt einen voreingestellten Wert (d1=7), wie oben beschrieben ist, dar.

Falls die durch die folgenden Gleichungen (4), (5) definierten Vektoren Θ, ζ eingeführt werden (der Buchstabe T in den Gleichungen (4), (5) und weiteren Gleichungen stellt eine Transposition dar), dann wird die Gleichung (3) durch die Gleichung (6) ausgedrückt:

Die Identifiziervorrichtung 25 bestimmt ferner eine Differenz id/e zwischen der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2 Hut von dem O₂-Sensor 6, die durch die Gleichung (3) oder (6) bestimmt wird, und der vorliegenden differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6, die einen Modellfehler des diskreten Systemmodells hinsichtlich des tatsächlichen Abgassystems E darstellt (die Differenz id/e wird nachstehend als ein identifizierter Fehler id/e bezeichnet) gemäß der folgenden Gleichung (7):

id/e(k) = VO2(k) - VÔ2(k) (7).

Die Identifiziervorrichtung 25 bestimmt ferner neue identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, b1(k) Hut, anders gesagt einen neuer Vektor Θ(k), der diese identifizierten Verstärkungselemente als Elemente aufweist (nachstehend wird der neue Vektor Θ(k) als ein identifizierter Verstärkungskoeffizientenvektor Θ bezeichnet), um den identifizierten Fehler id/e gemäß der unten angegebenen Gleichung (8) zu minimieren. Das heißt, die Identifiziervorrichtung 25 variiert die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut (k-1), a2 Hut (k-1), b1 Hut (k-1), die in dem vorherigen Regelzyklus durch eine Menge bestimmt wurden, die proportional zu dem identifizierten Fehler id/e ist, um dadurch die neuen identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, b1(k) Hut zu bestimmen.

Θ(k) = Θ(k-1) + kθ(k).id/e(k) (8)

wobei kθ einen kubischen Vektor darstellt, der durch die folgende Gleichung (9) bestimmt wird, d. h. ein Verstärkungskoeffizientenvektor zum Bestimmen einer Änderung abhängig von dem identifizierten Fehler id/e der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut:

wobei P eine kubische quadratische Matrix darstellt, die durch eine rekursive Formel bestimmt wird, die durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt wird:

wobei I eine Einheitsmatrix darstellt.

In der Gleichung (10) werden λ₁, λ₂ festgelegt, um die Bedingungen 0<λ₁≦1 und 0≦λ₂<2 zu erfüllen, und ein Anfangswert P(0) von P stellt eine diagonale Matrix dar, deren diagonale Komponenten positive Zahlen sind.

Abhängig davon, wie λ₁, λ₂ in der Gleichung (10) festgelegt sind, kann jeder der verschiedenen spezifischen Algorithmen, die ein festes Verstärkungsverfahren, ein degressives Verstärkungsverfahren, ein Verfahren von gewichteten kleinsten Quadraten, ein Verfahren der kleinsten Quadrate, ein festes Verfolgungsverfahren, etc. aufweisen, verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise ein Verfahren der kleinsten Quadrate (λ₁=λ₂=1) verwendet.

Grundsätzlich bestimmt die Identifiziervorrichtung 25 sequentiell in jedem Regelzyklus die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut des diskreten Systemmodells, um den identifizierten Fehler id/e gemäß dem obigen Algorithmus (Rechenoperation) zu minimieren. Durch diese Operation ist es möglich, die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut zu bestimmen, die dem tatsächlichen Abgassystem E angepaßt sind.

Die Berechnungsoperation ist die Basis-Verarbeitung, die durch die Identifiziervorrichtung 25 durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform führt die Identifiziervorrichtung 25 zusätzliche Prozesse, wie zum Beispiel ein Grenzwertverfahren, an den identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut durch, um diese zu bestimmen. Derartige Operationen der Identifiziervorrichtung 25 werden später beschrieben.

Die Schätzvorrichtung 26 bestimmt in jedem Regelzyklus sequentiell die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken, die ein geschätzter Wert der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 nach der Gesamttotzeit d (=d1+d2) ist, um den Effekt der Totzeit d1 des Abgassystems E und den Effekt der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD mit dem Schiebemodus-Regler 27 zu kompensieren, wie ausführlich später beschrieben wird. Die Schätzvorrichtung 26 bestimmt die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 wie folgt:
Falls die Gleichung (2), die das Modell des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems ausdrückt, auf Gleichung (1) angewendet wird, die das diskrete Systemmodell des Abgassystems E ausdrückt, dann kann die Gleichung (1) als die folgende Gleichung (11) neu geschrieben werden:

VO2(k+2) = a1.VO2(k) + a2.VO2(k-1) + b1.kcmd(k - d1 - d2) = a1.VO2(k) + a2.VO2(k-1) + b1.kcmd(k-d) (11).

Die Gleichung (11) drückt ein System aus, das eine Kombination des Abgassystems E und des Luft-Kraft stoff-Manipulationssystems als ein diskretes Systemmodell ist, wobei ein solches System als ein System zum Erzeugen des Ausgangssignals VO2/OUT von dem O₂-Sensor 6 aus dem differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd über Totzeitelemente des Abgassystems E und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems und ein Antwort-Verzögerungselement des Abgassystems E betrachtet wird.

Falls ein durch die folgende Gleichung (12) definierter Vektor X in das durch die Gleichung (11) ausgedrückte diskrete Systemmodell eingeführt wird, kann die Gleichung (11) als die Gleichung (13) neu geschrieben werden:

Wenn die rekursive Formel gemäß der Gleichung (13) wiederholt verwendet wird, wird ein Vektor X(k+d) nach der Gesamttotzeit d durch die folgende Gleichung (14) unter Verwendung der Matrix A und des Vektors B, die in der Gleichung (13) definiert sind, und der Zeitreihendaten kcmd(k-j) (j=1, 2, . . ., d) des differentiellen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kcmd ausgedrückt:

Da das Element der ersten Reihe der linken Seite der Gleichung (14) die differentielle Ausgabe VO2(K+d) von dem O₂-Sensor 6 nach der Totzeit d darstellt, kann sein geschätzter Wert (geschätzte differentielle Ausgabe) VO2(k+d) Balken durch Berechnen des Elementes der rechten Seite der ersten Reihe der Gleichung (14) bestimmt werden.

Das Element der ersten Reihe in jeder der beiden Seiten der Gleichung (14) wird betrachtet, und es wird angenommen, daß α1, α2 für das Element der ersten Reihe und der ersten Spalte und das Element der ersten Reihe und der zweiten Spalte der Matrix A^d des ersten Glieds der rechten Seite substituiert werden, und βj (j=1, 2, . . ., d) für die Elemente der ersten Reihe des Vektors A^j-1.B (j=1, 2, . . ., d) des zweiten Glieds der rechten Seite substituiert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken für den O₂-Sensor 6 unter Verwendung von Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k-1) der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 und vorherigen Zeitreihendaten kcmd(k-j) (j=1, 2, . . ., d) des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielver hältnisses kcmd, das dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis entspricht (das, wie später ausführlich beschrieben ist, zu bestimmen ist), bestimmt durch den Schiebemodus-Regler 27 gemäß der folgenden Gleichung (15) bestimmt werden:

Die Koeffizienten α1, α2, βj (j=1, 2, . . ., d) in der Gleichung (15) können durch Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut, die durch die Identifiziervorrichtung 25 als die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bestimmt wurden, die als Elemente der Matrix A und des Vektors B (siehe Gleichung (13)) dienen und Bestimmen der Matrix A^d und des Vektors A^j-1.B (j=1, 2, . . ., d) in der Gleichung (14) aus der Matrix A und dem Vektor B bestimmt werden.

Der Wert der Gesamttotzeit d, der für die Berechnung der Gleichung (15) erforderlich ist, kann die Summe (d1+d2) des voreingestellten Werts der Totzeit d1 des Abgassystems E und des voreingestellten Werts der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems sein.

Der obige Prozeß stellt einen Basis-Algorithmus für die Schätzvorrichtung 26 dar, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken von dem O₂-Sensor 6 nach der Gesamttotzeit d zu bestimmen.

Von den vorigen Zeitreihendaten kcmd(k-j) (j=1, 2, . . ., d) des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd in der Gleichung (15), die eine Basis-Gleichung zum Bestimmen der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2(k+d) Balken ist, können die vorigen Zeitreihendaten kcmd(k-d2), kcmd(k-d2-1), . . ., kcmd(k-d) des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd vor der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems mit Daten kact(k), kact(k-1), . . ., bzw. kact(k-d+2) des LAF-Sensors 5 vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt ersetzt werden. Obgleich das differentielle Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd, das in der Gleichung (15) verwendet wird, einem berechneten Luft-Kraft stoff-Verhältnis entspricht, entspricht die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 einem tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1, das durch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystem erzeugt wird, das die Verbrennungskraftmaschine 1 und die Maschinenregeleinheit 7b umfaßt. Zum Bestimmen der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 abhängig von dem tatsächlichen Verhalten der Verbrennungskraftmaschine 1, etc., um die Zuverlässigkeit der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken zu erhöhen, sollte daher vorzugsweise die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken unter Verwendung der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 und nicht des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd bestimmt werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Schätzvorrichtung 26 in jedem Regelzyklus die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 nach der Totzeit d gemäß der folgenden Gleichung (16), die ähnlich der Gleichung (15) ist, ausgenommen, daß von den vorigen Zeitreihendaten kcmd(k-j) (j=1, 2, . . ., d) des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd alle die vorigen Zeitreihendaten kcmd(k-d2), kcmd(k-d2-1), . . ., kcmd(k-d) des differentiellen Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses kcmd vor der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems mit Daten kact(k), kact(k-1), . . ., bzw. kact(k-d+2) des LAF-Sensors 5 vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt ersetzt werden.

Anders ausgedrückt bestimmt die Schätzvorrichtung 26 die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 gemäß der Gleichung (16) unter Verwendung der Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k-1) der differentiellen Ausgabe VO2 des o₂-Sensors 6, der vorigen Daten kcmd(k-j) (j=1, . . ., d2-1) des differentiellen Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses kcmd, das das vorige Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD darstellt, das durch den Schiebemodus-Regler 27 bestimmt wurde, und der Zeitreihendaten kact(k-j) (j=0, . . ., d1) der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5.

Bei der vorliegenden Ausführungsform umfassen die Werte der Totzeiten d1, d2, die in der Gleichung (16) verwendet werden, die voreingestellten Werte, wie oben beschrieben wurde.

Insbesondere werden die Totzeiten d1, d2, auf d1=7, d2=3 eingestellt. In diesem Fall kann die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 gemäß der folgenden Gleichung (17) bestimmt werden:

VO2 (k + d) = α1.VO2 (k) + α2.VO2 (k-1)
+ β₁.kcmd(k-1)
+ β₂.kcmd(k-2)
+ β₃.kact (k) + . . . + β₁₀.kact(k-7) (17).

Der obige Prozeß ist ein Berechnungsprozeß (Schätzalgo rithmus) für die Schätzvorrichtung 26, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 zu bestimmen.

Die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems kann auf d2=1 abhängig von der Periode der Regelzyklen der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 oder der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1, deren Luft-Kraft stoff-Verhältnis zu regeln ist, eingestellt werden. In diesem Fall können alle die vorigen Zeitreihendaten kcmd(k-j) (j=1, 2, . . ., d) des differentiellen Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses kcmd in der Gleichung (15) durch die Daten kact(k), kact(k-1), . . ., kact(k-d+2) des LAF-Sensors 5 vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt ersetzt werden. Daher kann die Gleichung (15) in die folgende Gleichung (18) neu geschrieben werden, die keine Daten des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd aufweist:

Falls die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems ungefähr die gleiche wie die Periode der Regelzyklen der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 ist, dann kann daher die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken gemäß der Gleichung (18) unter Verwendung der Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k-1) der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 und der Zeitreihendaten kact(k-j) (j=1, . . ., d1) der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 bestimmt werden.

Durch Anwenden der Gleichung (2) können alle die Zeitreihendaten kcmd(k-j) (j=1, 2, . . ., d) in der Gleichung (15) formal durch jeweilige differentielle Ausgaben kact(k-j+d2) (j=1, 2, . . ., d) des LAF-Sensors 5 ersetzt werden. Sogar dann, wenn die Zeitreihendaten kcmd(k-j) auf diese Weise ersetzt werden - falls die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems d2<1 ist - dann ist ein zukünftiger Wert, d. h. kact(k+1) der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 erforderlich, wodurch es im wesentlichen unmöglich wird, die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken zu bestimmen. Das heißt, falls d2<1, dann ist mindestens ein Datenelement des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd notwendig.

Der Schiebemodus-Regler 27 wird unten ausführlich beschrieben.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird zuerst ein allgemeiner Schiebemodus-Regelungsprozeß unten kurz beschrieben.

Der Schiebemodus-Regelungsprozeß ist ein Rückkopplungs-Rege lungsprozeß von einer variablen Struktur. Falls es zwei Zustandsgrößen x₁, x₂ eines zu regelnden Objektes gibt, dann wird gemäß dem Schiebemodus-Regelungsprozeß eine Hyperebene, die durch σ=0 ausgedrückt wird, unter Verwendung einer linearen Funktion σ=s₁x₁+s₂x₂ (s₁, s₂ sind Koeffizienten) mit den Zustandsgrößen x₁, x₂, die darin als Veränderliche verwendet werden, vorher entwickelt. Die Hyperebene σ=0 wird oft als eine Schaltlinie bezeichnet, falls eine Phasenebene vom zweiten Grad ist (es gibt zwei Zustandsgrößen), und die lineare Funktion σ wird als eine Schaltfunktion bezeichnet. Falls der Grad der Phasenebene größer ist, dann ändert sich die Schaltlinie in eine Schaltebene und dann in eine Hyperebene, die geometrisch nicht dargestellt werden kann. Die Hyperebene kann ferner als eine Gleitebene (slip plane) bezeichnet werden.

Wenn die Zustandsgrößen x₁, x₂ derart sind, daß die Zustandsgrößen x₁, x₂ σ≠0 sind, wie durch einen Punkt P in Fig. 4 angegeben ist, werden die Zustandsgrößen x₁, x₂ veranlaßt, mit einer hohen Geschwindigkeit auf die Hyperebene σ=0 unter einer hohen Verstärkungsregelung gemäß dem sogenannten Erreichungs-Regelungsgesetz (reaching control law) (Modus 1) zu konvergieren, und dann, während eines Konvergierens auf die Hyperebene σ=0 gemäß der sogenannten äquivalenten Regeleingabe (Modus 2) zu einem abgeglichenen Punkt (ein Punkt, wo x₁=x₂=0 ist) auf der Hyperebene σ=0 hin zu konvergieren.

Bei dem Schiebemodus-Regelungsprozeß können die Zustandsgrößen 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002019922175 00004 99880x₁, x₂ hochstabil zu dem abgeglichenen Punkt auf der Hyperebene σ=0 gemäß der äquivalenten Regeleingabe konvergieren, ohne durch eine Störung etc. beeinflußt zu werden, einfach wenn die Zustandsgrößen x₁, x₂ auf die Hyperebene σ=0 konvergiert werden. Falls es eine Störung oder einen Modellfehler des zu regelnden Objekts gibt, dann konvergieren die Zustandsgrößen x₁, x₂ nicht streng zu dem abgeglichenen Punkt hin (der Punkt, wo x₁=x₂=0 ist), sondern zu einem Punkt nahe dem abgeglichenen Punkt hin.

Bei dem Konvergieren der Zustandsgrößen x₁, x₂ auf die Hyperebene σ=0 im Schiebemodus-Regelungsprozeß im Modus 1, ist es oft schwierig, falls eine Störung etc. auftritt, die Zustandsgrößen x₁, x₂ auf die Hyperebene H nur gemäß dem Erreichungs-Regelungsgesetz zu konvergieren. Hinsichtlich dessen wurde in den letzten Jahre ein adaptiver Schiebemodus-Regelungsprozeß vorgeschlagen, der ein adaptives Regelungsgesetz (adaptiver Algorithmus) zum Konvergieren von Zustandsgrößen auf eine Hyperebene, während die Auswirkung einer Störung eliminiert wird, zusätzlich zu dem Erreichungs-Regelungsgesetz verwendet, wie beispielsweise in "Sliding mode control - design theory of nonlinear robust control -", Seiten 134-135, veröffentlicht am 20. Oktober 1994 von Corona Co., Ltd. offenbart ist.

Der Schiebemodus-Regler 27 verwendet einen solchen adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozeß, um eine Eingabe zu bestimmen (die nachstehend als eine SLD-manipulierende Eingabe us1 bezeichnet wird), die dem Abgassystem E zugeführt werden soll (insbesondere ein Zielwert für die Differenz zwischen der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 (das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis) und dem Bezugswert FLAF/BASE, die gleich dem differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd ist), um das Ausgangssignal VO2/OUT von dem O₂-Sensor 6 auf seinen Zielwert VO2/TARGET einzustellen, und um das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD aus der bestimmten SLD-manipulierenden Eingabe us1 zu bestimmen. Ein Algorithmus für einen solchen Betrieb des Schiebemodus-Reglers 27 ist wie folgt angeordnet:
Zuerst wird unten der Aufbau einer Hyperebene, die für den adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozeß des Schiebemodus-Reglers 27 erforderlich ist, beschrieben.

Gemäß einem Basis-Konzept des Schiebemodus-Rege lungsprozesses bei der vorliegenden Ausführungsform werden die differentielle Ausgabe VO2(k) von dem O₂-Sensor 6 in jedem Regelzyklus und die differentielle Ausgabe VO2(k-1) in jedem vorhergehenden Regelzyklus verwendet, und die lineare Funktion σ, die eine Hyperebene für den Schiebemodus-Regelungsprozeß definiert, wird gemäß der folgenden Gleichung (19) festgelegt. Der Vektor X, der gemäß den Gleichungen (12), (19) als ein Vektor definiert ist, der differentielle Ausgaben VO2(k), VO2(k-1) als seine Komponenten aufweist, wird nachstehend als eine Zustandsgröße X bezeichnet.

Wenn die lineare Funktion σ, wie oben beschrieben ist, definiert ist, wird die Hyperebene für den Schiebe modus-Regelungsprozeß durch σ=0 ausgedrückt (da es zwei Zustandsgrößen gibt, ist die Hyperebene eine Gerade, wie in Fig. 5 gezeigt ist). Der abgeglichene Punkt auf der Hyperebene σ=0 ist ein Punkt, wo VO2(k)=VO2(k-1)=0 ist, d. h. ein Punkt, wo Zeitreihendaten VO2/OUT(k), VO2/OUT(k-1) der Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 gleich dem Zielwert VO2/TARGET sind.

Die Koeffizienten s₁, s₂ der linearen Funktion σ werden festgelegt, um die Bedingung der folgenden Gleichung (20) zu erfüllen:

Die Bedingung der Gleichung (20) ist eine Bedingung für ein stetiges Konvergieren der differentiellen Ausgabe VO2 des O₂-Sensors 6 zu "0", d. h. für ein Konvergieren der Zustandsgröße X auf der Hyperebene σ=0 zu dem ausgeglichenen Punkt auf der Hyperebene σ=0 hin. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Kürze wegen der Koeffizient s1 gleich s1=1 (s2/s1=s2) gesetzt, und der Koeffizient s2 wird festgelegt, um die Bedingung: -1<s2<1 zu erfüllen.

Die Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken, die durch die Schätzvorrichtung 26 bestimmt wird, werden tatsächlich als die Zustandsgröße verwendet, die eine Veränderliche der linearen Funktion ist, wie später beschrieben ist.

Die SLD-manipulierende Eingabe us1 (= das differentielle Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd), die gemäß dem Schiebemodus-Reglerprozeß für ein Konvergieren der Zustandsgröße X hin zu dem ausgeglichenen Punkt auf der Hyperebene σ=0 durch den Schiebemodus-Regler 27 zu erzeugen ist, wird als die Summe einer äquivalenten Regeleingabe ueq, die dem Abgassystem E gemäß dem Regelungsgesetz für ein Konvergieren der Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ=0 zugeführt wird, ausgedrückt, einer Eingabe urch (nachstehend als eine Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch bezeichnet), die dem Abgassystem E gemäß dem Erreichungs-Regelungsgesetz zum Konvergieren der Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ=0 zugeführt werden soll, und einer Eingabe uadp (nachstehend als eine adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp bezeichnet), die an das Abgassystem E gemäß dem adaptiven Regelungsgesetz zum Konvergieren der Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ=0 anzuwenden ist, während die Wirkung einer Störung kompensiert wird, etc. (siehe die folgende Gleichung (21)), ausgedrückt.

Us1 = Ueq + Urch + Uadp (21).

Die äquivalente Regelungseingabe ueq, die Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch und die adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp werden auf der Basis eines diskreten Systemmodells, das durch die Gleichung (11) ausgedrückt wird (ein Modell, wobei die differentielle Ausgabe kact(k-d1) des LAF-Sensors 5 in der Gleichung (1) durch das differentielle Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd(k-d) unter Verwendung der Gesamttotzeit d ersetzt wird), wie folgt bestimmt:
Bezüglich der äquivalenten Regelungseingabe ueq wird die von der Zustandsgröße X zu erfüllende Bedingung, um auf der Hyperebene σ=0 zu verbleiben, durch σ(k+1)=σ(k)=0 dargestellt, und diese Bedingung wird in die folgende Gleichung (22) unter Verwendung der Gleichungen (11), (19) neu geschrieben:

σ(k+1) = S.A.X(k) + S.B.kcmd(k-d) = S.X(k) = σ(k) ∴ S.(A-1).X(k) + S.B.kcmd(k-d) = 0 (22).

Da die äquivalente Regelungseingabe ueq eine Eingabe ist, die dem Abgassystem E zum Konvergieren der Zustandsgröße X auf die Hyperebene σ=0 zuzuführen ist, ist die äquivalente Regelungseingabe ueq gleich dem differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd, das die durch die Gleichung (22) ausgedrückte Bedingung erfüllt.

Aus der Gleichung (22) wird die äquivalente Regeleingabe ueq durch die folgende Gleichung (23) dargestellt:

Die Gleichung (23) ist eine Basis-Formel zum Bestimmen der äquivalenten Regelungeingabe ueq in jedem Regelzyklus.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Erreichungs-Regelungsgesetzeingabe urch grundsätzlich gemäß der folgenden Gleichung (24) bestimmt:

Insbesondere wird die Erreichungs-Regelungsgesetzeingabe urch im Verhältnis zu dem Wert σ(k+d) der linearen Funktion σ nach der Gesamttotzeit d hinsichtlich der Wirkung der Gesamttotzeit d bestimmt.

Der Koeffizient F, der die Erreichungs-Regelungsgesetz eingabe urch bestimmt, wird festgelegt, um die durch die folgende Gleichung (25) ausgedrückte Bedingung zu erfüllen:

0<F<2 (25).

Die durch die Gleichung (25) ausgedrückte Bedingung ist eine Bedingung für ein Konvergieren des Wertes σ(k) der linearen Funktion σ in der Abwesenheit jeglicher Störung.

Der Wert der linearen Funktion σ kann möglicherweise auf eine oszillierende Art hinsichtlich der Hyperebene σ=0 variieren (sogenanntes Flattern (chattering)). Um ein solches Flattern zu unterdrücken, wird der Koeffizient F relativ zu der Erreichungs-Regelungsgesetzeingabe urch vorzugsweise so festgelegt, daß er außerdem die Bedingung der folgenden Gleichung (26) erfüllt:

0<F<1 (26).

Die adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp wird grundlegend gemäß der folgenden Gleichung (27) bestimmt (ΔT stellt in der Gleichung (27) die Periode der Regelzyklen der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 dar):

Daher wird die adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp im Verhältnis zu einem integrierten Wert (der einem Integral der Werte der linearen Funktion σ entspricht) über die Regelzyklen der Werte der linearen Funktion σ bis nach der Gesamttotzeit d hinsichtlich der Wirkung der gesamten Totzeit d bestimmt.

Der Koeffizient G (der eine Verstärkung des adaptiven Regelungsgesetzes bestimmt) in der Gleichung (27) wird festgelegt, um die Bedingung der folgenden Gleichung (28) zu erfüllen:

Die Bedingung der Gleichung (28) ist eine Bedingung für ein stetiges Konvergieren des Wertes σ(k) der linearen Funktion σ auf die Hyperebene σ=0.

Ein spezifischer Prozeß zum Ableiten von Bedingungen zum Festlegen der Gleichungen (20), (25), (26), (28) wird ausführlich in der japanischen Patentanmeldung Nr. 9-251142 beschrieben, die der US-Patentanmeldung Nr. 09/153032 entspricht, und wird unten nicht ausführlich beschrieben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform bestimmt der Schiebemodus-Regler 27 die Summe (ueq+urch+uadp) der äquivalenten Regeleingabe ueq, der Erreichungs-Regelungs gesetzeingabe urch und der adaptiven Regelungsgesetzeingabe uadp, die gemäß der jeweiligen Gleichungen (23), (24), (27) als die SLD-manipulierte Eingabe us1 bestimmt wurde, die dem Abgassystem E zuzuführen ist. Die in den Gleichungen (23), (24), (27) verwendeten differentiellen Ausgaben VO2(k+3), VO2(k+d-1) des O₂-Sensors 6 und der Wert σ(k+d) der linearen Funktion σ, etc. können jedoch nicht direkt erhalten werden, da sie Werte in der Zukunft sind.

Daher verwendet gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Schiebemodus-Regler 27 tatsächlich die geschätzten differentiellen Ausgaben VO2(k+d) Balken, VO2(k+d-1) Balken, die durch die Schätzvorrichtung 26 bestimmt werden, anstelle der differentiellen Ausgaben VO2(K+d), VO2(k+d-1) von dem O₂-Sensor 6 zum Bestimmen der äquivalenten Regeleingabe ueq gemäß der Gleichung (23) und er berechnet die äquivalente Regeleingabe ueq in jedem Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (29):

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet der Schiebemodus-Regler 27 außerdem tatsächlich Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken, die sequentiell durch die Schätzvorrichtung 26 bestimmt werden, die als eine zu regelnde Zustandsgröße beschrieben wird, und er definiert eine lineare Funktion σ Balken gemäß der folgenden Gleichung (30) (die lineare Funktion σ Balken entspricht Zeitreihendaten der differentiellen Ausgabe VO2 in der Gleichung 19, die durch Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken ersetzt werden), anstelle der linearen Funktion σ, die gemäß der Gleichung (19) festgelegt wird:

σ(k) = s1.VO2(k) + s2.VO2(k-1) (30).

Der Schiebemodus-Regler 27 berechnet die Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch in jedem Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (31) unter Verwendung der linearen Funktion σ Balken, die durch die Gleichung (30) dargestellt ist, und nicht den Wert der linearen Funktion σzum Bestimmen der Erreichungs-Regeleingabe urch gemäß der Gleichung (24):

Ebenso berechnet der Schiebemodus-Regler 27 die adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp in jedem Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (32) unter Verwendung der linearen Funktion σ Balken, die durch die Gleichung (30) dargestellt ist, und nicht den Wert der linearen Funktion σzum Bestimmen der adaptiven Regelungsgesetzeingabe uadp gemäß der Gleichung (27):

Die letzten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, b1(k) Hut, die durch die Identifiziervorrichtung 25 bestimmt wurden, werden grundsätzlich als die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 verwendet, die benötigt werden, um die äquivalente Regelungseingabe ueq, die Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch und die adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp gemäß den Gleichungen (29), (31), (32) zu berechnen.

Der Schiebemodus-Regler 27 bestimmt die Summe der äquivalenten Regeleingabe ueq, der Erreichungs-Rege lungseingabe urch und der adaptiven Regelungsgesetzeingabe uadp, die gemäß den Gleichungen (29), (31), (32) als die SLD-manipulierte Eingabe us1 bestimmt wurden, die dem Abgassystem E zuzuführen ist (siehe Gleichung (21)). Die Bedingungen zum Festlegen der Koeffizienten s1, s2, F, G, die in den Gleichungen (29), (31), (32) verwendet werden, sind wie unten beschrieben.

Der obige Prozeß ist ein Basis-Algorithmus zum Bestimmen der SLD-manipulierenden Eingabe us1 (= differentielles Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd), die dem Abgassystem E mit dem Schiebemodus-Regler 27 zuzuführen ist. Gemäß dem obigen Algorithmus wird die SLD-manipulierende Eingabe us1 bestimmt, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken von dem O₂-Sensor 6 zu "0" hin zu konvergieren und als ein Ergebnis, die Ausgabe VO2 Balken von dem O₂-Sensor 6 zu dem Zielwert VO2/TARGET hin zu konvertieren.

Der Schiebemodus-Regler 27 bestimmt schließlich sequentiell das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD in jedem Regelzyklus. Die SLD-manipulierende Eingabe us1, die wie oben beschrieben bestimmt wurde, bezeichnet einen Zielwert für die Differenz zwischen dem Luft-Kraft stoff-Verhältnis des Abgases, das durch den LAF-Sensor 5 erfaßt wurde, und dem Bezugswert FLAF/BASE. Folglich bestimmt der Schiebemodus-Regler 27 schließlich das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD durch Addieren des Bezugswertes FLAF/BASE in jedem Regelzyklus gemäß der folgenden Gleichung (33) zu der bestimmten SLD-manipulierenden Eingabe us1:

KCMD(k) = US1(k) + FLAF/BASE
= Ueq(k) + Urch(k) + Uadp(k) + FLAF/BASE (33).

Der obige Prozeß ist ein Basis-Algorithmus zum Bestimmen des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD mit dem Schiebemodus-Regler 27 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Stabilität des adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozesses, der durch den Schiebemodus-Regler 27 durchgeführt wird, geprüft, um den Wert der SLD-manipulierenden Eingabe us1 zu begrenzen. Einzelheiten eines derartigen Prüfprozesses werden später beschrieben.

Der allgemeine Rückkopplungsregler 15 und insbesondere der adaptive Regler 13 werden unten beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, bewirkt der allgemeine Rückkopplungsregler 15 einen Rückkopplungsregelungsprozeß, um die Ausgabe KACT (erfaßtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) von dem LAF-Sensor 5 zu dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD hin zu konvergieren, wie oben beschrieben ist. Wenn ein derartiger Rückkopplungs-Regelungsprozeß nur mit der bekannten PID-Regelung durchgeführt werden würde, würde es schwierig sein, eine stabile Regelung gegen dynamische Verhaltensänderungen, einschließlich Änderungen in den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 1, charakteristischen Änderungen infolge von Alterung der Verbrennungskraftmaschine 1, etc., beizubehalten.

Der adaptive Regler 18 ist ein Regler vom rekursiven Typ, der es möglich macht, einen Rückkopplungsregelungsprozeß durchzuführen, während dynamische Verhaltensänderungen der Verbrennungskraftmaschine 1 kompensiert werden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, umfaßt der adaptive Regler 18 eine Parametereinstellvorrichtung 28 zum Festlegen einer Mehrzahl von adaptiven Parametern unter Verwendung des von I. D. Landau, et al. vorgeschlagenen Parameter-Ein stellgesetzes und einen Berechner für eine manipulierte Veränderliche 29 zum Berechnen der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR unter Verwendung der festgelegten adaptiven Parameter.

Die Parametereinstellvorrichtung 28 wird unten beschrieben. Gemäß dem von I. D. Landau et al. vorgeschlagenen Parameter-Einstellgesetz wird, wenn Polynome des Nenners und des Zählers einer Übertragungsfunktion B(Z^-1)/A(Z^-1) eines zu regelnden diskreten Systemobjekts im allgemeinen durch unten angegebene Gleichungen (34) bzw. (35) ausgedrückt werden, ein adaptiver Parameter θ Hut (j) (j gibt die Nummer des Regelzyklus an), der durch die Parametereinstellvorrichtung 28 festgelegt wird, durch einen Vektor (transponierten Vektor) gemäß der unten angegebenen Gleichung (36) dargestellt. Eine Eingabe ζ(j) in die Parametereinstellvorrichtung 28 wird durch die unten angegebene Gleichung (37) ausgedrückt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, daß die Verbrennungskraftmaschine 1, die ein durch den allgemeinen Rückkopplungsregler 15 zu regelndes Objekt ist, als eine Anlage eines Systems erster Ordnung betrachtet wird, das eine Totzeit d_p aufweist, die drei Steuerzyklen entspricht (eine Zeit, die drei Verbrennungszyklen der Verbrennungskraftmaschine 1 entspricht), und m=n=1, d_p=3 in den Gleichungen (34)-(37) und fünf adaptive Parameter s₀, r₁, r₂, r₃, b₀ werden festgelegt (siehe Fig. 6). In den oberen und mittleren Gliedern der Gleichung (37) stellen u_s, y_s im allgemeinen eine Eingabe (manipulierte Veränderliche) in das zu regelnde Objekt und eine Ausgabe (geregelte Veränderliche) von dem zu regelnden Objekt dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Eingabe die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR und die Ausgabe von dem Objekt (der Verbrennungskraftmaschine 1) ist die Ausgabe KACT (erfaßtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis) von dem LAF-Sensor 5, und die Eingabe ζ(j) in die Parametereinstellvorrichtung 28 wird durch den unteren Ausdruck der Gleichung (37) ausgedrückt (siehe Fig. 6).

Der adaptive Parameter θ Hut, der durch die Gleichung (36) ausgedrückt wird, besteht aus einem skalaren Größenelement b₀ Hut (Z^-1, j) zum Bestimmen der Verstärkung des adaptiven Reglers 18, einem Reglerelement BR Hut (Z^-1, j), das unter Verwendung einer manipulierten Veränderlichen ausgedrückt wird, und einem Steuerelement S Hut (Z^-1, j), das unter Verwendung einer geregelten Veränderlichen ausgedrückt wird, die jeweils durch die folgenden Gleichungen (38)-(40) (siehe den in Fig. 6 gezeigten Block des Berechners für die manipulierte Veränderliche 29) ausgedrückt werden:

Die Parametereinstellvorrichtung 28 legt Koeffizienten des oben beschriebenen skalaren Größenelements und der Regelelemente fest und liefert sie als den durch die Gleichung (36) ausgedrückten adaptiven Parameter θ Hut an den Berechner für die manipulierte Veränderliche 29. Die Parametereinstellvorrichtung 28 berechnet den adaptiven Parameter θ Hut, so daß die Ausgabe KACT von dem LAF-Sensor 5 mit dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD übereinstimmen wird, unter Verwendung von Zeitreihendaten der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR von der Gegenwart bis zur Vergangenheit und der Ausgabe KACT.

Insbesondere berechnet die Parametereinstellvorrichtung 28 den adaptiven Parameter θ Hut gemäß der folgenden Gleichung (41):

(j) = (j-1) + Γ(j-1).ζ(j-d_p).e*(j) (41)

wobei Γ(j) eine Verstärkungsmatrix (deren Grad durch m+n+d_p angegeben wird) zum Bestimmen einer Rate zum Festlegen des adaptiven Parameters θ Hut und e*(j) einen geschätzten Fehler des adaptiven Parameters θ Hut darstellt. Γ(j) und e*(j) werden jeweils durch die folgenden rekursiven Gleichungen (42), (43) ausgedrückt:

wobei D(Z^-1) ein asymptopisch stabiles Polynom zum Einstellen der Konvergenz darstellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist D(Z^-1)=1.

Verschiedene spezifische Algorithmen einschließlich des degressiven Verstärkungsalgorithmus, des veränderlichen Verstärkungsalgorithmus, des festen Spuralgorithmus und des festen Verstärkungsalgorithmus werden abhängig von λ₁(j), λ₂(j) in der Gleichung (47) erhalten. Für eine zeitabhängige Anlage, wie beispielsweise einen Kraftstoffeinspritzprozeß, ein Luft-Kraft stoff-Verhältnis, oder dergleichen der Verbrennungskraftmaschine 1, ist jeder der Algorithmen des degressiven Verstärkungsalgorithmus, des variablen Verstärkungsalgorithmus, des festen Verstärkungsalgorithmus und des festen Spuralgorithmus geeignet.

Unter Verwendung des adaptiven Parameters θ Hut (s₀, r₁, r₂, r₃, b₀), der durch die Parametereinstellvorrichtung 28 festgelegt wird, und des Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses KCMD, das durch den Berechner für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses 13 berechnet wurde, bestimmt der Berechner für die manipulierte Veränderliche 29 die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR gemäß einer durch die folgende Gleichung (44) ausgedrückten rekursiven Formel:

Der in Fig. 6 gezeigte Berechner für die manipulierte Veränderliche 29 stellt ein Blockdiagramm der Berechnungen gemäß der Gleichung (49) dar.

Die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR, die gemäß der Gleichung (44) bestimmt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD insoweit wie die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 mit dem Luft-Kraftstoff-Zielver hältnis KCMD übereinstimmt. Daher wird die Rückkopp lung-manipulierte Veränderliche kstr durch das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD durch den Teiler 19 aufgeteilt, um dadurch die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR zu bestimmen, die als der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB verwendet werden kann.

Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich ist, ist der so aufgebaute adaptive Regler 18 ein Regler vom rekursiven Typ, der dynamische Verhaltensänderungen der Verbrennungskraftmaschine 1 berücksichtigt, die ein zu regelndes Objekt ist. Anders ausgedrückt ist der adaptive Regler 18 ein Regler, der in rekursiver Form beschrieben wird, um dynamische Verhaltensänderungen der Verbrennungskraftmaschine 1 zu kompensieren, und insbesondere ein Regler, der einen Einstellmechanismus für einen adaptiven Parameter vom rekursiven Typ aufweist.

Ein Regler vom rekursiven Typ dieses Typs kann unter Verwendung eines Optimum-Regulators aufgebaut werden. In einem derartigen Fall weist er jedoch keinen Parameter-ein stellenden Mechanismus auf. Der adaptive Regler 18, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist zum Kompensieren von dynamischen Verhaltungsänderungen der Verbrennungskraftmaschine 1 geeignet.

Die Einzelheiten des adaptiven Reglers 18 wurden oben beschrieben.

Der PID-Regler 17, der zusammen mit dem adaptiven Regler 18 in dem allgemeinen Rückkopplungsregler 20 vorgesehen ist, berechnet einen proportionalen Ausdruck (P-Aus druck), einen integralen Ausdruck (I-Ausdruck) und einen differentiellen Ausdruck (D-Ausdruck) aus der Differenz zwischen der Ausgabe KACT (erfaßtes Luft-Kraft stoff-Verhältnis) des LAF-Sensors 5 und des Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses KCMD, und berechnet die Summe dieser Ausdrücke als die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KLAF, wie es bei dem allgemeinen PID-Regelungsprozeß der Fall ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KLAF auf "1" gesetzt, wenn die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 mit dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD übereinstimmt, indem ein Anfangswerts des integralen Ausdrucks (I-Ausdruck) auf "1" gesetzt wird, so daß die Rückkopplung-manipu lierte Veränderliche KLAF als der Rückkopplungs-Korrek turkoeffizient KFB zum direkten Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet werden kann. Die Verstärkungen des proportionalen Ausdrucks, des integralen Ausdrucks und des differentiellen Ausdrucks werden aus der Drehzahl und dem Ansaugdruck der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Verwendung einer vorbestimmten Tabelle bzw. Zuordnung bestimmt.

Die Schaltvorrichtung 20 des allgemeinen Rückkopplungsreglers 15 gibt die Rückkopplung-mani pulierte Veränderliche KLAF, die durch den PID-Regler 17 bestimmt wurde, als den Rückkopplungs-Korrek turkoeffizienten KFB zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge aus, falls die Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine 1 tendiert, instabil zu sein, wenn die Temperatur des Kühlmittels der Verbrennungskraftmaschine 1 niedrig ist, die Verbrennungskraftmaschine 1 mit hohen Drehzahlen rotiert oder der Ansaugdruck niedrig ist oder falls die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 aufgrund einer Antwortverzögerung des LAF-Sensors 5 nicht zuverlässig ist, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD stark ändert, oder sofort nachdem der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopp lungsregelungsprozeß begonnen hat, oder falls die Verbrennungskraftmaschine 1 sehr stabil arbeitet, wenn sie im Leerlauf ist und daher kein hochverstärkter Regelungsprozeß durch den adaptiven Regler 18 erforderlich ist. Andernfalls gibt die Schaltvorrichtung 20 die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche kstr, die durch Teilen der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR, die durch den adaptiven Regler 18 bestimmt wird, durch das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD wird, als den Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB zum Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge aus. Dies ist so, da der adaptive Regler 18 einen hoch verstärkenden Regelungsprozeß bewirkt, und wirksam ist, um die Ausgabe KACT (erfaßtes Luft-Kraftstoffverhältnis) des LAF-Sensors 5 schnell zu dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD hin zu konvergieren, und falls die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR, die durch den adaptiven Regler 18 bestimmt wird, verwendet wird, wenn die Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine 1 instabil oder die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 nicht zuverlässig ist, dann tendiert der Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Regelungsprozeß dazu, instabil zu sein.

Ein derartiger Betrieb der Schaltvorrichtung 20 wird ausführlich in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. 8-105345 offenbart, die dem US-Patent-Nr. 5 558 075 entspricht, und wird unten nicht ausführlich beschrieben.

Ein Betrieb des Anlagenregelungssystems wird unten beschrieben.

Regelzyklen eines Verarbeitungsbetriebs, die durch die Regelungseinheit 7 ausgeführt werden, werden zuerst unten beschrieben. Ein Regeln der Kraftstoffmenge (Kraftstoffeinspritzmenge), die an die Verbrennungskraftmaschine 1 geliefert wird, muß im Gleichlauf mit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform arbeitet die Maschinenregelungseinheit 7b in Regelzyklen im Gleichlauf mit einer Kurbelwellen-Winkelperiode (sogenanntes TDC) der Verbrennungskraftmaschine 1. Ausgabedaten von verschiedenen Sensoren, einschließlich des LAF-Sensors 5 und des O₂-Sensors 6, werden ebenfalls im Gleichlauf mit einer Kurbelwellen-Winkelperiode (sogenanntes TDC) der Verbrennungskraftmaschine 1 gelesen.

Es wird bevorzugt, daß der Betrieb der Abgasregelungseinheit 7a, um das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD zu bestimmen, die in Regelzyklen einer konstanten Periode hinsichtlich einer Totzeit, die in dem katalytischen Konverter 3 vorliegt, Berechnungslasten, etc. durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der obige Betrieb der Abgasregelungseinheit 7a in Regelzyklen einer konstanten Periode (z. B. 30-100 ms) durchgeführt.

Die konstante Periode kann abhängig von dem Typ, der Reaktionsrate, dem Volumen etc. des zu regelnden katalytischen Konverters 3 bestimmt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Zeitintervall der obigen konstanten Periode so ausgewählt, daß es größer als das Zeitintervall der Kurbelwellen-Winkelperiode (TDC) ist.

Zuerst wird ein Prozeß, der von der Maschinenregelungseinheit 7b ausgeführt wird, eines Berechnens einer Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmenge #nTout=1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 zum Regeln der an die Verbrennungskraftmaschine 1 zu liefernden Kraftstoffmenge unten mit Bezug auf Fig. 7 und 8 beschrieben. Die Maschinenregelungseinheit 7b berechnet eine Ausgabe-Kraft stoffeinspritzmenge #nTout (n=1, 2, 3, 4) für jeden der Zylinder im Gleichlauf mit einer Kurbelwellen-Winkel periode der Verbrennungskraftmaschine 1 wie folgt:
In Fig. 7 liest die Maschinenregelungseinheit 7b in SCHRITTa Ausgaben von verschiedenen Sensoren einschließlich des LAF-Sensors 5 und des O₂-Sensors 6. Zu diesem Zeitpunkt werden die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 und die Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6, einschließlich Daten, die in der Vergangenheit erhalten wurden, auf eine Zeitreihen-Weise in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert.

Dann korrigiert der Basis-Kraftstoffeinspritz mengen-Berechner 8 eine Kraftstoffeinspritzmenge, die der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Verbrennungskraftmaschine 1 entspricht, abhängig von der wirksamen Öffnungsfläche des Drosselventils, wodurch eine Basis-Kraftstoffeinspritzmenge Tim in SCHRITTb berechnet wird. Der erste Korrekturkoeffizienten-Berechner 9 berechnet in SCHRITTc einen ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL abhängig von der Kühlmitteltemperatur und der Menge, mit der der Kanister gereinigt wird.

Die Maschinenregelungseinheit 7b entscheidet in SCHRITTd, ob das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, das durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 verwendet werden soll oder nicht, d. h. bestimmt AN/AUS der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13, und stellt einen Wert der Flagge f/prism/on ein, die ein AN/AUS der Bestimmungseinheit der manipulierte Veränderlichen des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 darstellt. Wenn der Wert der Flagge f/prism/on gleich "0" ist, bedeutet dies, daß das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, das durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 erzeugt wird, nicht zu verwenden ist (AUS), und wenn der Wert der Flagge f/prism/on gleich "1" ist, bedeutet dies, daß das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, das von der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 erzeugt wird, zu verwenden ist (AN).

Das Entscheidungs-Unterprogramm von SCHRITTd wird ausführlich in Fig. 8 gezeigt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, bestimmt die Maschinenregelungseinheit 7b in SCHRITTd-1 bzw. SCHRITTd-2, ob der O₂-Sensor 6 und der LAF-Sensor 5 aktiviert sind oder nicht. Falls weder der O₂-Sensor 6 noch der LAF-Sensor 5 aktiviert ist, wird, da erfaßte Daten von dem O₂-Sensor 6 und dem LAF-Sensor 5 zur Verwendung durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 nicht genau genug sind, der Wert der Flagge f/prism/on in SCHRITTd-10 auf "0" gesetzt.

Dann entscheidet die Maschinenregelungseinheit 7b in SCHRITTd-3, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer mageren Luft-Kraftstoffmischung arbeitet oder nicht. Die Maschinenregelungseinheit 7b entscheidet in SCHRITTd-4, ob das Zündungstiming der Verbrennungskraftmaschine 1 für eine frühe Aktivierung des katalytischen Konverters 3 sofort nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 1 verzögert ist oder nicht. Die Maschinenregelungseinheit 7b entscheidet in SCHRITTd-5, ob das Drosselventil der Verbrennungskraftmaschine 1 voll geöffnet ist oder nicht. Die Maschinenregelungseinheit 7b entscheidet in SCHRITTd-6, ob die Kraftstoffzufuhr zur Verbrennungskraftmaschine 1 gestoppt wird oder nicht. Falls eine dieser Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, dann wird, da es nicht bevorzugt wird, die Kraftstoffzufuhr zu der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Verwendung des durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 erzeugten Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses KCMD zu regeln, der Wert der Flagge f/prism/on in SCHRITTd-10 auf "0" gesetzt.

Die Maschinenregelungseinheit 7b entscheidet dann in SCHRITTd-7, bzw. SCHRITTd-8, ob die Drehzahl NE und der Ansaugdruck PB der Verbrennungskraftmaschine 1 in die jeweiligen gegebenen Bereiche fallen oder nicht. Falls entweder die Drehzahl NE oder der Ansaugdruck PB nicht in seinen vorgegebenen Bereich fällt, dann wird, da es nicht bevorzugt wird, die Kraftstoffversorgung zu der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Verwendung des von der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 erzeugten Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD zu regeln, der Wert der Flagge f/prism/on in SCHRITTd-10 auf "0" gesetzt.

Falls die Bedingungen von SCHRITTd-1, SCHRITTd-2, SCHRITTd-7, SCHRITTd-8 erfüllt werden, und die Bedingungen von SCHRITTd-3, SCHRITTd-4, SCHRITTd-5, SCHRITTd-6 nicht erfüllt werden, dann wird der Wert der Flagge f/prism/on in SCHRITTd-9 auf "1" gesetzt, um das durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 erzeugte Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD zum Steuern der Kraftstoffversorgung in der Verbrennungskraftmaschine 1 zu verwenden.

Nachdem der Wert der Flagge f/prism/on in Fig. 7 eingestellt wurde, bestimmt die Maschinenregelungseinheit 7b in SCHRITTe den Wert der Flagge f/prism/on. Falls f/prism/on= 1 ist, dann liest die Maschinenregelungseinheit 7b in SCHRITTf das durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 erzeugte Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD. Falls f/prism/on=0 ist, dann stellt die Maschinenregelungseinheit 7b in SCHRITTg das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD auf einen vorbestimmten Wert ein. Der vorbestimmte Wert, der als das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD festzulegen ist, wird beispielsweise aus der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Verbrennungskraftmaschine 1 unter Verwendung einer vorbestimmten Tabelle bzw. Zuordnung bestimmt.

In dem lokalen Rückkopplungsregler 16 bestimmt der PID-Regler 22 in SCHRITTh die jeweiligen Rückkopplungs-Korrek turkoeffizienten #nKLAF, um Variationen zwischen den Zylindern, basierend auf tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnissen #nA/F der jeweiligen Zylinder, zu eliminieren, die von der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 durch die Beobachtungsvorrichtung 21 geschätzt wurden. Dann berechnet der allgemeine Rückkopplungsregler 15 in SCHRITTi einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB.

Abhängig von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 1 wählt die Schaltvorrichtung 20 entweder die durch den PID-Regler 17 bestimmte Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KLAF oder die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche kstr, die durch Teilen der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KSTR, die durch den adaptiven Regler 18 bestimmt wurde, durch das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD erzeugt wurde (normalerweise wählt die Schaltvorrichtung 20 die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche kstr). Die Schaltvorrichtung 20 gibt dann die gewählte Rückkopplung-mani pulierte Veränderliche KLAF oder kstr als einen Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB aus.

Wenn der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB von der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KLAF von dem PID-Regler 17 zu der Rückkopplung-manipulierten Veränderliche kstr von dem adaptiven Regler 18 geschaltet wird, dann bestimmt der adaptive Regler 18 eine Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KSTR auf eine Art und Weise, um den Korrekturkoeffizienten KFB bei dem vorhergehenden Korrekturkoeffizienten KFB (= KLAF) solange wie in der Zykluszeit zum Schalten zu halten. Wenn der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB von der Rückkopplung-manipulierten Veränderliche kstr von dem adaptiven Regler 18 zu der Rückkopplung-manipulierten Veränderlichen KLAF von dem PID-Regler 17 geschaltet wird, berechnet der PID-Regler 17 einen gegenwärtigen Korrekturkoeffizienten KLAF auf eine Art und Weise, um die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche KLAF, die durch sich selbst in der vorhergehenden Zykluszeit bestimmt wurde, als den vorhergehenden Korrekturkoeffizienten KFB (= kstr) zu betrachten.

Nachdem der Rückkopplungs-Korrekturkoeffizient KFB berechnet wurde, berechnet der zweite Korrekturkoeffizienten-Berechner 10 in SCHRITTj einen zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM abhängig von dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, das in SCHRITTf oder SCHRITTg bestimmt wurde.

Dann multipliziert die Regelungseinheit 7 die Basis-Kraft stoffeinspritzmenge Tim, die wie oben beschrieben bestimmt wurde, mit dem ersten Korrekturkoeffizienten KTOTAL, dem zweiten Korrekturkoeffizienten KCMDM, dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten KFB und dem Rückkopplungs-Korrekturkoeffizienten #nKLAF der jeweiligen Zylinder, um Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen #nTout der jeweiligen Zylinder in SCHRITTk zu bestimmen. Die Ausgabe-Kraftstoffeinspritzmengen #nTout werden dann bezüglich akkumulierter Kraftstoffpartikel an Ansaugrohrwänden der Verbrennungskraftmaschine 1 durch die Kraftstoff-Akkumulierungskorrekturvorrichtung 23 in SCHRITTm korrigiert. Die korrigierten Ausgabe-Kraft stoffeinspritzmengen #nTout werden den nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzern der Verbrennungskraftmaschine 1 in SCHRITTn zugeführt.

In der Verbrennungskraftmaschine 1 spritzen die Kraftstoffeinspritzer Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder gemäß der jeweiligen Ausgabe-Kraft stoffeinspritzmengen #nTout ein.

Die obige Berechnung der Ausgabe-Kraft stoffeinspritzmengen #nTout und der Kraftstoffeinspritzung der Verbrennungskraftmaschine 1 werden in aufeinanderfolgenden Zykluszeiten im Gleichlauf mit der Kurbelwellen-Winkelperiode der Verbrennungskraftmaschine 1 zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Verbrennungskraftmaschine 1 durchgeführt, um die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 (das erfaßte Luft-Kraftstoff-Verhältnis) zu dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD hin zu konvergieren. Während die Rückkopplung-manipulierte Veränderliche kstr von dem adaptiven Regler 18 als der Rückkopplungs-Korrek turkoeffizient KFB verwendet wird, wird die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 schnell zu dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD mit hoher Stabilität gegen Verhaltensänderungen wie z. B. Änderungen in den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 1 oder charakteristischen Änderungen derselben, hin konvergiert. Eine Antwortverzögerung der Verbrennungskraftmaschine 1 wird ebenfalls geeignet kompensiert.

Gleichzeitig mit der obigen Kraftstoffregelung für die Verbrennungskraftmaschine 1 führt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 eine in Fig. 9 gezeigte Hauptroutine in Regelzyklen einer konstanten Periode durch.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, entscheidet die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT1, ob ihre eigene Verarbeitung (die Verarbeitung der Identifiziervorrichtung 25, der Schätzvorrichtung 26 und des Schiebemodus-Reglers 27) auszuführen ist oder nicht und setzt einen Wert einer Flagge f/prim/cal, der angibt, ob die Verarbeitung auszuführen ist oder nicht. Wenn der Wert der Flagge f/prim/cal "0" ist, bedeutet dies, daß die Verarbeitung der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 nicht durchzuführen ist, und wenn der Wert der Flagge f/prim/cal "1" ist, bedeutet dies, daß die Verarbeitung der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 auszuführen ist.

Das Entscheidungs-Unterprogramm in SCHRITT1 wird ausführlich in Fig. 10 gezeigt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, entscheidet die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT1-1 bzw. SCHRITT1-2, ob der O₂-Sensor 6 und der LAF-Sensor 6 aktiviert sind oder nicht. Falls weder der O₂-Sensor 6 noch der LAF-Sensor 5 aktiviert ist, wird, da erfaßte Daten von dem O₂-Sensor 6 und dem LAF-Sensor 5 zur Verwendung durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 nicht genau genug sind, der Wert der Flagge f/prism/cal in SCHRITT1-6 auf "0" gesetzt. Um die Identifiziervorrichtung 25, die später beschrieben ist, zu initialisieren, wird der Wert einer Flagge f/id/reset, die angibt, ob die Identifiziervorrichtung 25 zu initialisieren ist oder nicht, in SCHRITT1-7 auf "1" gesetzt. Wenn der Wert der Flagge f/id/reset auf "1" gesetzt ist, bedeutet dies, daß die Identifiziervorrichtung 25 zu initialisieren ist, und wenn der Wert der Flagge f/id/reset "0" ist, bedeutet dies, daß die Identifiziervorrichtung 25 nicht zu initialisieren ist.

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 entscheidet in SCHRITT1-3, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer mageren Luft-Kraftstoff-Mischung arbeitet oder nicht. Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 bestimmt in SCHRITT1-4, ob das Zündungstiming der Verbrennungskraftmaschine 1 für eine frühe Aktivierung des katalytischen Konverters 3 sofort nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 1 verzögert ist oder nicht. Falls die Bedingung dieser Schritte erfüllt werden, wird, da das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD, das berechnet wurde, um die Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 an den Zielwert VO2/TARGET anzupassen, nicht für die Kraftstoffregelung der Verbrennungskraftmaschine 1 verwendet, der Wert der Flagge f/id/cal in SCHRITT1-6 auf "0" gesetzt, und der Wert der Flagge f/id/reset wird in SCHRITT1-7 auf "1" gesetzt, um die Identifiziervorrichtung 25 zu initialisieren.

Nach dem obigen Entscheidungs-Unterprogramm entscheidet in Fig. 9 die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13, ob ein Prozeß eines Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1, mit der Identifiziervorrichtung 25 auszuführen ist oder nicht, und stellt einen Wert einer Flagge f/id/cal ein, der angibt, ob der Prozeß eines Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 in SCHRITT2 auszuführen ist oder nicht. Wenn der Wert der Flagge f/id/cal "0" ist, bedeutet dies, daß der Prozeß eines Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 nicht auszuführen ist, und wenn der Wert der Flagge f/id/cal "1" ist, bedeutet dies, daß der Prozeß eines Identifizierens (Aktualisierens) der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 auszuführen ist.

Das Entscheidungs-Unterprogramm von SCHRITT2 wird ausführlich in Fig. 11 gezeigt.

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 entscheidet in SCHRITT2-1, ob das Drosselventil der Verbrennungskraftmaschine 1 voll geöffnet ist oder nicht. Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 entscheidet in SCHRITT2-2, ob die Kraftstoffversorgung zu der Verbrennungskraftmaschine 1 gestoppt wird oder nicht. Falls eine der Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, dann wird, da es schwierig ist, die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 geeignet einzustellen, der Wert der Flagge f/id/cal in SCHRITT2-4 auf "0" gesetzt. Falls keine der Bedingungen dieser Schritte erfüllt ist, dann wird in SCHRITT2-3 der Wert der Flagge f/id/cal auf "1" gesetzt, um die Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit der Identifiziervorrichtung 25 zu identifizieren (aktualisieren).

Zurückverweisend auf Fig. 9, erfaßt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT3 die letzten differentiellen Ausgaben kact(k)=(KACT-FLAF/BASE), VO2(k) (= VO2/OUT-VO2/TARGET) von den Subtrahiervorrichtungen 11 bzw. 12. Insbesondere wählen die Subtrahiervorrichtungen 11, 12 die letzten der Zeitreihendaten, die in dem nicht dargestellten Speicher in dem in Fig. 7 gezeigten SCHRITTa gelesen und gespeichert wurden, berechnen die differentiellen Ausgaben kact(k), VO2(k) und geben die berechneten differentiellen Ausgaben kact(k), VO2(k) an die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 aus. Die an die Bestimmungseinheit der manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 gegebenen differentiellen Ausgaben kact(k), VO2(k) sowie auch Daten, die in der Vergangenheit gegeben wurden, werden auf eine Zeitreihen-Weise in einem Speicher (nicht gezeigt) in der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 gespeichert.

Dann bestimmt in SCHRITT4 die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 den Wert der Flagge f/prism/cal, der in SCHRITT1 gesetzt wurde. Falls der Wert der Flagge f/prism/cal "0" ist, d. h. falls die Verarbeitung der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 nicht auszuführen ist, dann stellt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT12 die SLD-manipulierte Eingabe us1, die durch den Schiebemodus-Regler 27 für das Abgassystem E zu bestimmen ist, zwangsweise auf einen vorbestimmten Wert ein. Der vorbestimmte Wert kann ein fester Wert (z. B. "0") oder der Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1, die in einem vorhergehenden Regelzyklus bestimmt wurde, sein. Nachdem die SLD-manipulierte Eingabe us1 auf den vorbestimmten Wert in SCHRITT12 gesetzt ist, addiert die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 den Bezugswert FLAF/BASE zu der SLD-manipulierten Eingabe us1, um dadurch ein Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD in dem vorliegenden Regelzyklus in SCHRITT13 zu bestimmen. Dann ist die Verarbeitung in dem vorliegenden Regelzyklus beendet.

Wenn der Wert der Flagge f/prism/cal in SCHRITT4 "1" ist, d. h. falls die Verarbeitung der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 auszuführen ist, dann bewirkt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT5 die Verarbeitung der Identifiziervorrichtung 25.

Das Verarbeitungs-Unterprogramm von SCHRITT5 wird ausführlich in Fig. 12 gezeigt.

Die Identifiziervorrichtung 25 bestimmt in SCHRITT5-1 den in SCHRITT2 gesetzten Wert der Flagge f/id/cal. Falls der Wert der Flagge f/id/cal "0" ist, dann springt, da der Prozeß eines Identifizierens der Verstärkungskoeffizienten a1, a1, b1 mit der Identifiziervorrichtung 25 nicht ausgeführt wird, die Regelung sofort zu der in Fig. 9 gezeigten Hauptroutine zurück.

Wenn der Wert der Flagge f/id/cal "1" ist, dann bestimmt die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-2 den Wert der in SCHRITT1 gesetzten Flagge f/id/reset hinsichtlich der Initialisierung der Identifiziervorrichtung 25. Falls der Wert der Flagge f/id/reset "l" ist, dann wird die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-3 initialisiert. Wenn die Identifiziervorrichtung 25 initialisiert wird, werden die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut auf vorbestimmte Anfangswerte (der gemäß der Gleichung (4) identifizierte Verstärkungskoeffizientenvektor Θ wird initialisiert) gesetzt, und die Elemente der Matrix P (diagonale Matrix) werden gemäß der Gleichung (9) auf vorbestimmte Anfangswerte gesetzt. Der Wert der Flagge f/id/reset wird auf "0" zurückgesetzt.

Dann berechnet die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-4 die identifizierte differentielle Ausgabe VO2(k) von dem O₂-Sensor 6 in dem diskreten Systemmodell (siehe Gleichung (3)) des Abgassystems E, die unter Verwendung der vorliegenden identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k-1) Hut, a2(k-1) Hut, b1(k-1) Hut ausgedrückt wird, gemäß der Gleichung (3) oder der dazu gleichwertigen Gleichung (6) unter Verwendung der vorigen Daten VO2(k-1), VO2(k-2), kact(k-d-1) der differentiellen Ausgaben VO2, kact, die in jedem Regelzyklus in SCHRITT3 erfaßt wurde, und der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k-1) Hut, a2(k-1) Hut, b1(k-1) Hut.

Die Identifiziervorrichtung 25 berechnet dann in SCHRITT5-5 den Vektor Kθ(k), der beim Bestimmen der neuen identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut gemäß der Gleichung (9) zu verwenden ist. Danach berechnet die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-6 den identifizierten Fehler id/e, d. h. die Differenz zwischen der identifizierten differentiellen Ausgabe VO2 Hut von dem O₂-Sensor 6 in dem diskreten Systemmodell und der tatsächlichen differentiellen Ausgabe VO2 (siehe Gleichung (7)).

Der in SCHRITT5-6 erhaltene identifizierte Fehler id/e kann grundsätzlich gemäß der Gleichung (7) berechnet werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch, wie in Fig. 13 gezeigt ist, ein Wert (=VO2-VO2 Hut), der gemäß der Gleichung (7) aus der differentiellen Ausgabe VO2, die in jedem Regelzyklus in SCHRITT3 gewonnen wurde (siehe Fig. 9), berechnet wird, und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2 Hut, die in SCHRITT5-4 in jedem Regelzyklus berechnet wird, mit Tiefpaß-Eigenschaften gefiltert, um den identifizierten Fehler id/e zu berechnen.

Dies ist so, da das Abgassystem E, das den katalytischen Konverter 3 umfaßt, im allgemeinen Tiefpaß-Eigenschaften aufweist, und es bevorzugt wird, dem Tieffre quenz-Verhalten des Abgassystems E beim geeigneten Identifizieren der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des diskreten Systemmodells des Abgassystems E Bedeutung zu schenken.

Sowohl die differentielle Ausgabe VO2 als auch die identifizierte differentielle Ausgabe VO2 Hut kann mit den gleichen Tiefpaß-Eigenschaften gefiltert werden. Nachdem die differentielle Ausgabe VO2 und die identifizierte differentielle Ausgabe VO2 Hut getrennt gefiltert wurden, kann beispielsweise die Gleichung (7) berechnet werden, um den identifizierten Fehler id/e zu bestimmen. Ein Bestimmen des identifizierten Fehlers id/e durch Filtern des Ergebnisses der Berechnung der Gleichung (7) wie bei der vorliegenden Ausführungsform bietet jedoch die folgenden Vorteile: Falls die Auflösungen der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 und der differentielle Ausgabe VO2 des O₂-Sensors 6, die der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 geliefert werden, niedriger sind als die berechnete Auflösung der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13, dann weist das Ergebnis der Berechnung der Gleichung (7) relativ große, schrittweise Änderungen auf. Durch Filtern des Ergebnisses der Berechnung der Gleichung (7) kann jede Änderung des identifizierten Fehlers id/e geglättet werden.

Das obige Filtern wird durch einen gleitenden Mittelwertbildungsprozeß, der ein digitaler Filterungsprozeß ist, durchgeführt.

Nachdem die Identifiziervorrichtung 25 den identifizierten Fehler id/e berechnet hat, berechnet die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-7 einen neuen identifizierten Verstärkungs-Koeffizientenvektor Θ, d. h. neue identifizierte Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, b1(k) Hut gemäß der Gleichung (8) unter Verwendung des identifizierten Fehlers id/e und kθ, der in SCHRITT5-5 berechnet wurde.

Die Identifiziervorrichtung 25 begrenzt ferner die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut (Elemente des identifizierten Verstärkungs-Koeffizienten vektor Θ), die begrenzt werden, um vorbestimmte Bedingungen zu erfüllen.

Die vorbestimmten Bedingungen zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut umfassen eine Bedingung (nachstehend als eine erste Grenzbedingung bezeichnet) zum Begrenzen von Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut relativ zu einem Antwortverzögerungselement des diskreten Systemmodells, das durch die Gleichung (1) ausgedrückt wird (genauer gesagt primäre und sekundäre autoregressive Glieder der rechten Seite der Gleichung (1)), auf eine vorbestimmte Kombination, und eine Bedingung (nachstehend als eine zweite Grenzbedingung bezeichnet) zum Begrenzen des Werts des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 Hut relativ zu einem Totzeitelement des diskreten Systemmodells.

Bevor die ersten und zweiten Grenzbedingungen und die besonderen Verarbeitungseinzelheiten des Schrittes 5-8 beschrieben werden, werden die Gründe für ein Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut im folgenden beschrieben.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, daß, falls die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut nicht besonders begrenzt werden, während das Ausgangssignal VO2/OUT des O₂-Sensors 6 stabil beim Zielwert VO2/TARGET geregelt wird, sich eine Situation entwickelt, bei der sich ein durch den Schiebemodus-Regler 27 bestimmtes Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD sanft mit der Zeit ändert, und eine Situation, bei der das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD mit der Zeit mit einer hohen Frequenz oszilliert. Keine dieser Situationen stellt Probleme beim Regeln der Ausgabe VO2/OUT des o₂-Sensors 6 auf den Zielwert VO2/TARGET dar. Die Situation, bei der das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD mit der Zeit bei einer hohen Frequenz oszilliert, wird jedoch bei einem sanften Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 nicht bevorzugt, die auf der Basis des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD geregelt wird.

Eine Untersuchung des obigen Phänomens durch die Erfinder hat gezeigt, daß, ob sich das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD, das durch den Schiebemodus-Regler 27 bestimmt wird, sanft ändert oder bei einer hohen Frequenz oszilliert, stark von den Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, die durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert wurden, und des Werts des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 Hut abhängt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die ersten und zweiten Grenzbedingungen geeignet festgelegt, und die Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut und des Werts des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 Hut werden geeignet begrenzt, um die Situation zu eliminieren, bei der das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD mit einer hohen Frequenz oszilliert.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die erste und zweite Grenzbedingung wie folgt festgelegt:
Hinsichtlich der ersten Grenzbedingung zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, zeigt die Untersuchung durch die Erfinder, daß, ob sich das durch den Schiebemodus-Regler 27 bestimmte Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD sanft ändert oder mit einer hohen Frequenz oszilliert, eng mit Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2 in den Gleichungen (15)-(18) verbunden ist, die durch die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt werden, d. h. die Koeffizientenwerte α1, α2, die von der Schätzvorrichtung 26 verwendet werden, um die geschätzte differentielle Ausgabe VO2(k+d) Balken (die Koeffizientenwerte α1, α2 sind das Element der ersten Reihe und der ersten Spalte und das Element der ersten Reihe und zweiten Spalte der Matrix A^d, die eine Potenz der Matrix A, die durch die Gleichung (13) bestimmt wird, ist) zu bestimmen.

Wenn, wie insbesondere in Fig. 14 gezeigt, eine Koordinatenebene, deren Koordinatenkomponenten oder Achsen durch die Koeffizientenwerte α1, α2 dargestellt werden, festgelegt wird, falls ein Punkt auf der Koordinatenebene, der durch eine Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 bestimmt wird, in einem schraffierten Bereich liegt, der von einem Dreieck Q₁Q₂Q₃ (einschließlich der Grenzen) umgeben ist und nachstehend als stabiler Bereich für einen Schätzkoeffizienten bezeichnet wird, dann tendiert die zeitabhängige Änderung des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD dazu, sanft zu sein. Im Gegensatz dazu, falls ein Punkt auf der Koordinatenebene, der durch eine Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 bestimmt wird, nicht in dem stabilen Bereich für den Schätzkoeffizienten liegt, dann tendiert die zeitabhängige Änderung des Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses KCMD dazu mit einer hohen Frequenz zu oszillieren, oder die Regelbarkeit der Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 am Zielwert VO2/TARGET tendiert dazu, schlecht zu sein.

Daher sollten die Kombinationen der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, die durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert werden, d. h. die Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, derart begrenzt sein, daß der in Fig. 14 gezeigte Punkt auf der Koordinatenebene, der der Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 entspricht, die durch die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 oder die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut bestimmt werden, innerhalb des stabilen Bereichs für den Schätzkoeffizienten liegen werden.

In Fig. 14 ist ein dreieckiger Bereich Q₁Q₄Q₃ auf der Koordinatenebene, der den stabilen Bereich für den Schätzkoeffizienten enthält, ein Bereich, der Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2 bestimmt, die ein System, das gemäß der folgenden Gleichung (45) bestimmt wird theoretisch stabil macht, d. h. ein System, das durch eine Gleichung ähnlich der Gleichung (11) definiert wird, ausgenommen, daß VO2(k), VO2(k-1) auf der rechten Seite der Gleichung (11) durch VO2(k) Balken bzw. VO2(k-1) Balken, VO2(k) Balken, VO2(k-1) Balken ersetzt werden, eine geschätzte differentielle Ausgabe, die vor der Totzeit d durch die Schätzvorrichtung 26 bestimmt wird, bzw. eine geschätzte differentielle Ausgabe, die in einem vorhergehenden Zyklus durch den Schätzvorrichtung 26 bestimmt wurde, bedeuten.

Die Bedingung dafür, daß das gemäß der Gleichung (45) definierte System stabil ist, ist, daß ein Pol des Systems (der durch die folgende Gleichung (46) gegeben wird) in einem Einheitskreis auf einer komplexen Ebene existiert:
Pol des Systems gemäß der Gleichung (45)

Der in Fig. 14 gezeigte dreieckige Bereich Q₁Q₄Q₃ ist ein Bereich zum Bestimmen der Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2, die die obige Bedingung erfüllen. Daher ist der stabile Bereich für den Schätzkoeffizienten ein Bereich, der diejenigen Kombinationen angibt, wobei α1≧0, der Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2, die das durch die Gleichung (45) definierte System stabil machen.

Da die Koeffizientenwerte α1, α2 durch eine Kombination der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt werden, wird eine Kombination der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 durch eine Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 bestimmt. Daher kann der der in Fig. 14 gezeigte stabile Bereich für den Schätzkoeffizienten, der bevorzugte Kombinationen der Koeffizientenwerte α1, α2 festlegt, in einen in Fig. 15 gezeigten Bereich auf einer Koordinatenebene konvertiert werden, dessen Koordinatenkomponenten oder Achsen durch die Verstärkungskoeffizienten a1, a2 dargestellt werden. Insbesondere wird der in Fig. 14 gezeigte stabile Bereich für den Schätzkoeffizienten in einen Bereich konvertiert, der von den imaginären Linien in Fig. 15 umschlossen wird, der im wesentlichen ein dreieckiger Bereich ist, der eine wellenförmige untere Seite auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene aufweist, und nachstehend als einen stabilen Bereich für einen Identifikationskoeffizienten bezeichnet wird. Anders ausgedrückt, wenn ein Punkt auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene, der durch eine Kombination der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt wird, sich in dem stabilen Bereich für den Identifikationskoeffizienten befindet, befindet sich ein Punkt auf der in Fig. 14 gezeigten Koordinatenebene, der der Kombination der Koeffizientenwerte α1, α2 entspricht, die durch jene Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2 bestimmt wurden, in dem stabilen Bereich des Schätzkoeffizienten.

Folglich sollte die erste Grenzbedingung zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, die durch die Identifiziervorrichtung 25 bestimmt werden, vorzugsweise grundsätzlich derart festgelegt werden, daß sich ein Punkt auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene, der durch jene Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, bestimmt wird, in dem stabilen Bereich für den Identifikationskoeffizienten befinden.

Da jedoch ein Rand bzw. Grenze (untere Seite) des stabilen Bereichs für den Identifikationskoeffizienten, die durch die imaginären Linien in Fig. 15 angegeben wird, von einer komplexen wellenförmigen Form ist, neigt ein praktischer Prozeß zum Begrenzen des Punkts auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene, der durch die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut bestimmt wird, dazu, komplex zu sein.

Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der stabile Bereich für den Identifikationskoeffizienten im wesentlichen durch einen vierwinkligen Bereich Q₅Q₆Q₇Q₈ angenähert, der von den durchgezogenen Linien in Fig. 15 umschlossen wird, der gerade Grenzen aufweist und nachstehend als ein Begrenzungsbereich für einen Identifikationskoeffizienten bezeichnet wird. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, ist der begrenzende Bereich für den Identifikationskoeffizienten ein Bereich, der von einer polygonalen Linie (einschließlich Liniensegmenten Q₅Q6 und Q₅Q₈), die durch einen funktionalen Ausdruck |a1|+a2=1 ausgedrückt wird, eine Gerade (einschließlich eines Liniensegments Q₆Q₇), die durch einen konstantwertigen funktionalen Ausdruck a1=A1L (A1L: Konstante) ausgedrückt wird, und eine Gerade (einschließlich eines Liniensegments Q₇Q₈) umschlossen ist, die durch einen festwertigen funktionalen Ausdruck a2=A2L (A2L: Kon stante) ausgedrückt wird. Die erste Grenzbedingung zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut wird derart festgelegt, daß der Punkt auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene, der durch diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut bestimmt wird, in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten liegt, und die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut derart begrenzt werden, daß der Punkt, der durch diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut bestimmt wird, in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten liegt. Obgleich ein Teil der unteren Seite des begrenzenden Bereichs des Identifikationskoeffizienten von dem stabilen Bereich des Identifikationskoeffizienten abweicht, wurde es experimentell bestätigt, daß der Punkt, der durch die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, die durch die Identifiziervorrichtung 25 bestimmt wurden, bestimmt wird, nicht tatsächlich in den abweichenden Bereich fällt. Daher wird der abweichende Bereich kein praktisches Problem darstellen.

Der obige begrenzende Bereich für den Identifikationskoeffizienten wird nur für darstellende Zwecke angegeben, und kann gleich dem stabilen Bereich für den Identifikationskoeffizienten sein oder diesem sich wesentlichen annähern, oder kann von jeder Form sein, insoweit als das meiste oder alles des begrenzenden Bereichs des Identifikationskoeffizienten zu dem stabilen Bereich des Identifikationskoeffizienten gehört. Daher kann der begrenzende Bereich des Identifikationskoeffizienten in verschiedenen Konfigurationen hinsichtlich der Leichtigkeit, mit der die Werte der identifizierenden Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut zu begrenzen sind, und der praktischen Regelbarkeit festgelegt werden. Wenn die Grenze eines oberen Abschnitts des begrenzenden Bereichs des Identifikationskoeffizienten beispielsweise durch den funktionalen Ausdruck |a1|+a2=1 in der dargestellten Ausführungsform definiert ist, sind Kombinationen der Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, die diesen funktionalen Ausdruck erfüllen, Kombinationen von theoretischen stabilen Grenzen, wobei ein Pol des Systems, der durch die Gleichung (46) definiert wird, auf einem Einheitskreis auf einer komplexen Ebene existiert. Daher kann der Rand des oberen Abschnitts des begrenzenden Bereichs des Identifikationskoeffizienten durch einen funktionalen Ausdruck |a1|+a2=r (r ist ein Wert, der geringfügig kleiner als "1" ist, z. B. 0,99, der den stabilen Grenzen entspricht) für eine höhere Regelstabilität bestimmt werden.

Der obige stabile Bereich für den Identifikationskoeffizienten, der in Fig. 15 als eine Basis für den begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten gezeigt ist, wird nur für darstellende Zwecke angegeben. Der stabile Bereich des Identifikationskoeffizienten, der dem in Fig. 14 gezeigten stabilen Bereich des Schätzkoeffizienten entspricht, wird durch die Totzeit d (genauer gesagt ihren Sollwert) beeinflußt, und dessen Form wird abhängig von der Totzeit d verändert, wie aus der Definition der Koeffizientenwerte α1, α2 (siehe Gleichungen (14), (15)) ersichtlich ist. Ungeachtet der Form des stabilen Bereichs des Identifikationskoeffizienten kann, wie oben beschrieben ist, der begrenzende Bereich des Identifikationskoeffizienten auf eine Art und Weise festgelegt werden, um der Form des stabilen Bereichs des Identifikationskoeffizienten angepaßt zu sein.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die zweite Grenzbedingung zum Begrenzen des Wertes des Verstärkungskoeffizienten b1, der durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert wird, d. h. der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 Hut, wie folgt festgelegt:
Die Erfinder haben herausgefunden, daß die Situation, bei der die zeitabhängige Änderung des Luft-Kraftstoff-Ziel-Ver hältnisses KCMD mit einer hohen Frequenz oszilliert, ebenfalls dazu tendiert stattzufinden, wenn der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 Hut unzulässig groß oder klein ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein oberer Grenzwert B1H und ein unterer Grenzwert B1L (B1H<B1L<0) für den identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1 Hut im voraus durch Experimentieren oder Simulation bestimmt. Dann wird die zweite Grenzbedingung derart festgelegt, daß der identifizierte Verstärkungskoeffizienten b1 Hut gleich oder kleiner als der obere Grenzwert B1H und gleich oder größer als der untere Grenzwert B1L (B1L≦b1 Hut≦B1H) ist.

Ein Prozeß eines Begrenzens der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut wird gemäß der ersten und zweiten Grenzbedingung in SCHRITT5-8 durchgeführt:
Wie in Fig. 16 gezeigt ist, begrenzt die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-8-1 bis SCHRITT5-8-8 Kombinationen der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, die in dem in Fig. 12 gezeigten SCHRITT5-7 bestimmt wurden, gemäß der ersten Begrenzungsbedingung.

Insbesondere entscheidet die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-8-1, ob oder ob nicht der Wert des in SCHRITT5-7 bestimmte identifizierten Verstärkungskoeffizienten a2(k) Hut gleich oder größer als der untere Grenzwert A2L (siehe Fig. 25) für den Verstärkungskoeffizienten a2 in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten ist.

Falls der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a2(k) kleiner als A2L ist, dann wird, da ein Punkt auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene, der durch (a1(k) Hut, a2(k) Hut) ausgedrückt wird und der durch die Kombination der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut bestimmt wurde, sich nicht in dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten befindet, der Wert von a2(k) Hut in SCHRITT5-8-2 zwangsweise auf den unteren Grenzwert A2L geändert. Daher wird der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut) auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene auf einen Punkt in einer Region an oder oberhalb einer Geraden begrenzt, d. h. die Gerade einschließlich des Liniensegments Q₇Q₈, die durch mindestens a2=A2L ausgedrückt wird.

Dann entscheidet die Identifiziervorrichtung 25 in SCHRITT5-8-3, ob oder ob nicht der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, der in SCHRITT5-7 bestimmt wurde, gleich oder größer als ein unterer Grenzwert A1L (siehe Fig. 15) für den Verstärkungskoeffizienten a1 in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten liegt, und entscheidet dann in SCHRITT5-8-5, ob oder ob nicht der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut gleich oder kleiner als ein oberer Grenzwert A1H (siehe Fig. 15) für den Verstärkungskoeffizienten a1 in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten ist. Der obere Grenzwert A1H für den Verstärkungskoeffizienten a1 in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten wird durch A1H=1-A2L dargestellt, da er eine a1-Koordinate des Punkts Q₈ ist, wo sich die polygonale Linie |a1|+a2=1 (a1<0) und die Gerade a1=A2L miteinander schneiden, wie in Fig. 15 gezeigt ist.

Falls der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut kleiner als der untere Grenzwert A1L oder größer als der obere Grenzwert A1H ist, dann wird, da der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut) sich auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene nicht in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten befindet, der Wert von a1(k) Hut zwangsweise in SCHRITT5-8-4 bzw. SCHRITT5-8-6 auf den unteren Grenzwert A1L oder den oberen Grenzwert A1H geändert.

Daher wird der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut) auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene auf eine Region auf und zwischen einer Geraden begrenzt, d. h. die Gerade einschließlich des Liniensegments Q₆Q₇, die durch a1=A1L ausgedrückt wird, und eine Gerade, d. h. der Geraden, die durch den Punkt Q₈ läuft und senkrecht zu der a1-Achse ist, die durch a1=A1H ausgedrückt wird.

Die Verarbeitung in SCHRITT5-8-3 und SCHRITT5-8-4 und die Verarbeitung in SCHRITT5-8-5 und SCHRITT5-8-6 kann umgeschaltet werden. Die Verarbeitung in SCHRITT5-8-1 und SCHRITT5-8-2 kann nach der Verarbeitung in SCHRITT5-8-3 bis 5-8-6 durchgeführt werden.

Dann entscheidet die Identifiziervorrichtung 25 nach SCHRITT5-8-1 bis SCHRITT5-8-6 in SCHRITT5-8-7, ob die vorliegenden Werte von a1(k) Hut, a2(k) Hut eine Ungleichung |a1|+a1≦1 oder nicht erfüllen, d. h. ob der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut), auf oder unter oder über der polygonalen Linie positioniert ist (einschließlich der Liniensegmente Q₅Q₆ und Q₅Q₈), die durch den funktionalen Ausdruck |a1|+a2=1 ausgedrückt wird.

Falls |a1|+a1≦1 ist, dann existiert der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut), der durch die Werte von a1(k) Hut, a2(k) Hut nach SCHRITT5-8-1 bis SCHRITT5-8-6 bestimmt wurde, in dem begrenzenden Bereich für den Identifikationskoeffizienten (einschließlich seiner Ränder).

Falls |a1|+a1<1 ist, dann wird, da der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut) in einer Richtung aufwärts von dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten abweicht, der Wert von a2(k) Hut in SCHRITT5-8-8 zwangsweise auf einen Wert (1-|a1(k) Hut|) abhängig von dem Wert von a1(k) Hut geändert. Anders ausgedrückt, während der Wert von a1(k) Hut unverändert beibehalten wird, wird der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut) auf eine polygonale Linie bewegt, die durch den funktionalen Ausdruck |a1|+a2=1 ausgedrückt wird, d. h. auf das Liniensegment Q₅Q₆ oder das Liniensegment Q₅Q₈, die eine Grenze des begrenzenden Bereichs des Identifikationskoeffizienten ist.

Durch die obige Verarbeitung in SCHRITT5-8-1 bis 5-8-8 werden die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut begrenzt, so daß der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut), der dadurch bestimmt wird, sich in dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten befindet. Falls der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut), der den Werten der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut entspricht, die in SCHRITT5-7 bestimmt wurden, in dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten existiert, dann werden diese Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut beibehalten.

Der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut bezüglich des primären autoregressiven Glieds des diskreten Systemmodells wird nicht zwangsweise geändert, insoweit wie sich der Wert zwischen dem unteren Grenzwert A1L und dem oberen Grenzwert A1H des begrenzenden Bereichs des Identifikationskoeffizienten befindet. Falls a1(k) Hut<A1L oder a1(k) Hut<A1H ist, dann ist, da der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut zwangsweise auf den unteren Grenzwert A1L, der ein Minimalwert ist, den der Verstärkungskoeffizient a1 in dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten annehmen kann, oder den oberen Grenzwert A1H geändert wird, der ein Maximalwert ist, den der Verstärkungskoeffizient a1 in dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten annehmen kann, die Änderung in dem Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) minimal. Anders ausgedrückt, falls der Punkt (a1(k) Hut, a2(k) Hut), der den Werten der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut entspricht, die in SCHRITT5-10 bestimmt wurden, von dem begrenzenden Bereich des Identifikationskoeffizienten abweicht, dann wird die Zwangsänderung in dem Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut bei einem Minimum gehalten.

Nachdem die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut begrenzt wurden, begrenzt die Identifizierungsvorrichtung 25 in SCHRITT5-8-9 bis SCHRITT5-8-12 den identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut gemäß der zweiten Grenzbedingung.

Insbesondere entscheidet die Identifizierungsvorrichtung 25 in SCHRITT5-8-9, ob oder nicht der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut, der in SCHRITT5-7 bestimmt wurde, gleich oder größer als der untere Grenzwert B1L ist. Falls der untere Grenzwert B1L größer als der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut ist, dann wird der Wert von b1(k) Hut in SCHRITT5-8-10 zwangsweise auf den unteren Grenzwert B1L geändert.

Die Identifizierungsvorrichtung 25 entscheidet in SCHRITT5-8-11, ob oder ob nicht der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut gleich oder kleiner als der obere Grenzwert B1H ist. Falls der obere Grenzwert B1H größer als der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut ist, wird der Wert von b1(k) Hut in SCHRITT5-8-12 zwangsweise auf den oberen Grenzwert B1H geändert.

Durch die obige Verarbeitung in SCHRITT5-8-9 bis SCHRITT5-8-12 wird der Wert des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut auf einen Bereich zwischen dem unteren Grenzwert B1L und dem oberen Grenzwert B1H beschränkt.

Nachdem die Identifizierungsvorrichtung 25 die Kombination der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut und des identifizierten Verstärkungskoeffizienten b1(k) Hut begrenzt hat, geht die Regelung zu der in Fig. 12 gezeigten Folge zurück. Die vorhergehenden Werte a1(k-1) Hut, a2(k-1) Hut, b1(k-1) Hut der identifizierten Verstärkungskoeffizienten, die in SCHRITT5-7 zum Bestimmen der in Fig. 12 gezeigten identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, b1(k) Hut verwendet wurden, sind die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten, die gemäß der ersten und zweiten Grenzbedingung in SCHRITT5-8 in dem vorhergehenden Regelzyklus begrenzt wurden.

Nachdem die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1(k) Hut, a2(k) Hut, b1(k) Hut, wie oben beschrieben ist, begrenzt wurden, aktualisiert die Identifizierungsvorrichtung 25 die Matrix P(k) gemäß der Gleichung 10 für die Verarbeitung eines nächsten Regelzyklus in SCHRITT5-9, worauf die Regelung zu der in Fig. 9 gezeigten Hauptroutine zurückkehrt.

Das Verarbeitungs-Unterprogramm von SCHRITT5 für die Identifizierungsvorrichtung 25 wurde oben beschrieben.

Nachdem die Verarbeitung der Identifizierungsvorrichtung 25, wie in Fig. 9 gezeigt, durchgeführt wurde, bestimmt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT6 die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1. Das Bestimmungs-Unter programm von SCHRITT6 wird ausführlich in Fig. 17 gezeigt. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, bestimmt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT6-1 den Wert der Flagge f/id/cal, der in SCHRITT2 eingestellt wurde. Falls der Wert der Flagge f/id/cal "1" ist, d. h. falls die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 durch die Identifizierungsvorrichtung 25 identifiziert wurden, dann werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 in SCHRITT6-2 auf jeweilige Werte gesetzt, die durch ein Skalieren der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b2 Hut, die durch die Identifizierungsvorrichtung 25 in SCHRITT5-10 bestimmt wurden (siehe Fig. 11), mit jeweiligen Skalierungskoeffizienten g1, g2, g3 erzeugt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist jeder der Skalierungskoeffizienten g1, g2, g3 einen Wert von "1" auf, und die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut dienen direkt als die Werte der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1.

Falls der Wert der Flagge f/id/cal "0" ist, d. h. falls die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 nicht durch die Identifizierungsvorrichtung 25 identifiziert wurden, dann werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 jeweils in SCHRITT6-3 auf vorbestimmte Werte eingestellt.

Dann bewirkt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT7 der in Fig. 9 gezeigten Hauptroutine eine Verarbeitungsoperation der Schätzvorrichtung 26, d. h. berechnet die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken.

Das Berechnungs-Unterprogramm von SCHRITT7 wird ausführlich in Fig. 18 gezeigt. Wie in Fig. 18 gezeigt ist, berechnet die Schätzvorrichtung 26 in SCHRITT7-1 die Koeffizienten α1, α2, βj (j=1, 2, . . ., d), die in der Gleichung (16) zu verwenden sind, unter Verwendung der in SCHRITT6 bestimmten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, (diese Werte sind grundsätzlich die identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut, die in dem in Fig. 12 dargestellten SCHRITT5-8 begrenzt wurden). Die Koeffizienten α1, α2 sind das Element der ersten Reihe und der ersten Spalte und das Element der ersten Reihe und der zweiten Spalte der Matrix A^d, und die Koeffizienten βj (j=1, 2, . . ., d) sind die Elemente der ersten Reihe des Vektors A^--1.B (j=1, 2, . . ., d) (siehe Gleichungen (13), (14)).

Dann berechnet die Schätzvorrichtung 26 in SCHRITT7-2 die geschätzte differentielle Ausgabe VO2(k+d) Balken (geschätzter Wert der differentiellen Ausgabe VO2 nach der Gesamttotzeit d von der Zeit des gegenwärtigen Regelzyklus) gemäß der Gleichung (16) (die Gleichung (17) in der vorliegenden Ausführungsform) unter Verwendung der Zeitreihendaten VO2(k), VO2(k-1) von bevor dem gegenwärtigen Regelzyklus aus der differentiellen Ausgabe VO2 des O₂-Sensors, die in jedem Regelzyklus erfaßt wurde, wie in SCHRITT3 in Fig. 9 gezeigt ist, der Zeitreihendaten kact(k-1) (j=0-d1) von vor dem gegenwärtigen Regelzyklus aus der differentiellen Ausgabe kact des LAF-Sensors 5, der Zeitreihendaten kcmd(k-j) (=us1(k-j) (j=1-d2-1) von bevor dem vorhergehenden Regelzyklus aus dem differentiellen Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis kcmd (= die SLD-manipulierte Eingabe us1), das in jedem Regelzyklus von dem Schiebemodus-Regler 27 angegeben wird, und der Koeffizienten α1, α2, βj, die in SCHRITT7-1 berechnet wurden.

Zurückverweisend auf Fig. 9 berechnet dann die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT8 die SLD-manipulierte Eingabe us1 (= das differentielle Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd) mit dem Schiebe modus-Regler 27.

Das Berechnungs-Unterprogramm von SCHRITT8 wird ausführlich in Fig. 19 gezeigt.

Wie in Fig. 19 gezeigt ist, berechnet der Schiebe modus-Regler 27 einen Wert σ(k+d) Balken (der einem geschätzten Wert nach der Totzeit d der linearen Funktion σ, die gemäß der Gleichung (14) definiert ist, entspricht) nach der Totzeit d von dem gegenwärtigen Regelzyklus, von der linearen Funktion σ Balken, die gemäß der Gleichung (35) definiert ist, unter Verwendung der Zeitreihendaten der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken, die durch die Schätzvorrichtung 26 in SCHRITT8 bestimmt wurde (insbesondere VO2(k+d) Balken, die in dem gegenwärtigen Regelzyklus bestimmt wird, und VO2(k+d-1) Balken, die in dem vorherigen Regelzyklus bestimmt wurde).

Dann akkumuliert der Schiebemodus-Regler 27 in SCHRITT8-2 Werte σ(k+d) Balken, die in jeweiligen Regelzyklen in SCHRITT8-1 berechnet wurden, d. h. addiert einen Wert σ(k+d), dem im gegenwärtigen Regelzyklus berechnet wird, zu der Summe, die in dem vorhergehenden Regelzyklus berechnet wurde, um dadurch einen integrierten Wert von σ(k+d) Balken zu berechnen (der dem Glied am rechten Ende der Gleichung (32) entspricht). Bei der vorliegenden Ausführungsform fällt der integrierte Wert von σ(k+d) Balken in einen vorbestimmten Bereich, und falls der integrierte Wert von σ(k+d) Balken eine vorgegebene obere oder untere Grenze über- bzw. unterschreitet, dann wird der integrierte Wert von σ(k+d) Balken auf die obere oder untere Grenze begrenzt. Dies ist so, da, falls der integrierte Wert von σ(k+d) Balken unzulässig groß ist, dann wird die adaptive Regelungsgesetzeingabe uadp, die gemäß der Gleichung (32) bestimmt wurde, unzulässig groß wird, wodurch die Regelbarkeit beeinträchtigt werden kann.

Dann berechnet der Schiebemodus-Regler 27 in SCHRITT8-3 die äquivalente Regeleingabe ueq, die Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch und das adaptive Regelungsgesetz uadp gemäß den jeweiligen Gleichungen (29), (30), (32) unter Verwendung der Zeitreihendaten VO2(k+d) Balken, VO2(k+d-1) Balken der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken, die durch die Schätzvorrichtung 26 im SCHRITT9 bestimmt wurde, den Wert σ(k+d) Balken der linearen Funktion und ihren integrierten Wert, die in SCHRITT8-1 bzw. 8-2 bestimmt werden, die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, die in SCHRITT6 bestimmt wurden (die grundsätzlich die Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut sind, die in dem in Fig. 12 gezeigten SCHRITT5-8 beschränkt wurden).

Der Schiebemodus-Regler 27 addiert dann in SCHRITT8-4 die äquivalente Regelungseingabe ueq, die Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch, und das adaptive Regelungsgesetz uadp, die in SCHRITT8-3 bestimmt wurden, um die SLD-manipulierte Eingabe us1 zu berechnen, d. h. die Eingabe (= das differentielle Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis kcmd), die dem Abgassystem E zuzuführen ist, um das Ausgangssignal VO2/OUT des O₂-Sensors 6 zu dem Zielwert VO2/TARGET hin zu konvergieren. SLD-manipulierte Eingaben us1 (= differentielle Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisse kcmd), die somit in jeweiligen Regelzyklen bestimmt wurden, werden auf eine Zeitreihen-Weise in einem Speicher (nicht gezeigt) zur Verwendung bei der obigen Verarbeitungsoperation der Schätzvorrichtung 26 gespeichert.

Nachdem die SLD-manipulierte Eingabe us1 berechnet wurde, bestimmt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT9 der Fig. 9 die Stabilität des adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozesses, der von dem Schiebemodus-Regler 27 ausgeführt wurde, und setzt einen Wert einer Flagge f/sld/stb, der angibt, ob der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß stabil oder nicht ist.

Das Bestimmungs-Unterprogramm von SCHRITT9 wird ausführlich in Fig. 20 gezeigt.

Wie in Fig. 20 gezeigt ist, berechnet die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT9-1 eine Differenz Δσ Balken (entsprechend einer Änderungsrate der linearen Funktion σ Balken) zwischen dem gegenwärtigen Wert σ(k+d) Balken, der in SCHRITT8-1 berechnet wurde, und einen vorhergehenden Wert σ(k+d-1) Balken der linearen Funktion σ Balken.

Dann entscheidet die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT9-2, ob oder ob nicht ein Produkt Δσ.σ(k+d) Balken (entsprechend der zeitdifferenzierten Funktion einer Lyapunov-Funktion σ Balken²/2 bezüglich dem σ Balken) der in SCHRITT9-1 berechneten Differenz Δσ und des gegenwärtigen Werts σ(k+d) Balken gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ε2 (≧0) ist.

Wenn die Differenz Δσ.σ(k+d) Balken größer als E2 ist, ändern sich die differentiellen Ausgaben VO2(k+d), VO2(k+d-1) von der Hyperebene σ=0 weg, wobei σ Balken² ansteigt, und folglich wird der adaptive Schiebe modus-Regelungsprozeß als instabil betrachtet, d. h. die in SCHRITT8 berechnete SLD-manipulierte Eingabe ist ungeeignet. Falls Δσ.σ(k+d) Balken <ε2 in SCHRITT9-2 ist, wird der adaptive Schiebemodus-Regelprozeß als instabil beurteilt, und der Wert eines Zeitgeber-Zählers tm (Rückwärtszähler-Zeitgeber) wird auf einen vorbestimmten Anfangswert TM gesetzt (der Zeitge ber-Zähler tm wird gestartet), um die Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses KCMD unter Verwendung der in SCHRITT8 berechneten SLD-manipulierten Eingabe us1 für eine vorbestimmte Zeit zu sperren. Danach wird der Wert der Flagge f/sld/stb in SCHRITT9-5 auf "0" gesetzt (die Flagge f/sld/stb=0 gibt an, daß der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß instabil ist).

Obgleich der in dem Entscheidungsschritt von SCHRITT9-2 verwendete Wert ε2 theoretisch "0" sein kann, sollte er vorzugsweise im Hinblick auf die Wirkung einer wahrscheinlichen Störung geringfügig größer als "0" sein.

Falls Δσ.σ(k+d) Balken ≦ε2 in SCHRITT9-2 ist, dann entscheidet die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT9-3, ob der vorliegende Wert σ(k+d) Balken der linearen Funktion σ Balken in einem vorbestimmten Bereich liegt oder nicht.

Falls der vorliegende Wert σ(k+d) Balken der linearen Funktion σ Balken nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt, sind die differentiellen Ausgaben VO2(k+d), VO2(k+d-1) weit voneinander von der Hyperebene σ=0 beabstandet, und folglich wird der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß als instabil angesehen, d. h. die in SCHRITT8 berechnete SLD-manipulierte Eingabe us1 ist ungeeignet. Falls der vorliegende Wert σ(k+d) Balken der linearen Funktion σ Balken nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs in SCHRITT9-3 liegt, dann wird der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß als instabil beurteilt, und die Verarbeitung von SCHRITT9-4 bis SCHRITT9-5 wird ausgeführt, um den Zeitgeber-Zähler tm zu starten und den Wert der Flagge f/id/reset auf "1" zu setzen.

Falls der vorliegende Wert σ(k+d) Balken der linearen Funktion σ Balken innerhalb des vorbestimmten Bereichs in SCHRITT9-3 liegt, dann zählt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 den Zeitgeber-Zähler tm in SCHRITT9-6 für eine vorbestimmte Zeit Δtm zurück. Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 entscheidet dann in SCHRITT9-7, ob oder ob nicht der Wert des Zeitge ber-Zählers tm gleich oder kleiner als "0" ist, d. h. ob eine Zeit entsprechend dem Anfangswert TM von dem Start des Zeitgeber-Zählers tm verstrichen ist oder nicht.

Falls tm<0, d. h. falls der Zeitgeber-Zähler tm noch Meßzeit mißt und seine eingestellte Zeit noch nicht abgelaufen ist, dann wird, da der adaptive Schiebe modus-Regelungsprozeß dazu neigt instabil zu sein, bevor eine wesentliche Zeit noch nicht verstrichen ist, da der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß als instabil in SCHRITT9-2 oder SCHRITT9-3 bewertet wurde, der Wert der Flagge f/sld/stb in SCHRITT9-5 auf "0" gesetzt.

Falls tm≦0 in SCHRITT9-7 ist, d. h. falls die eingestellte Zeit des Zeitgeber-Zählers tm verstrichen ist, dann wird der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß als stabil beurteilt, und der Wert der Flagge f/sld/stb wird in SCHRITT9-8 auf "l" gesetzt (die Flagge f/sld/stb=1 gibt an, daß der adaptive Schiebe modus-Regelungsprozeß stabil ist).

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 bestimmt die Stabilität des adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozesses, der durch den Schiebemodus-Regler 27 gemäß der in Fig. 20 gezeigten Unterprogramme durchgeführt wird. Falls der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß als instabil beurteilt wird, dann wird der Wert der Flagge f/sld/stb auf "0" gesetzt, und falls der adaptive Schiebe modus-Regelungsprozeß als stabil beurteilt wird, dann wird der Wert der Flagge f/sld/stb auf "1" gesetzt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Stabilität des adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozeß durch Beurteilung der Bedingungen von SCHRITT9-2, SCHRITT9-3 bestimmt. Die Stabilität des adaptiven Schiebe modus-Regelungsprozeß kann jedoch durch Beurteilen einer der Bedingungen von SCHRITT9-2, SCHRITT9-3 bestimmt werden. Alternativ kann die Stabilität des adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozesses durch Vergleichen der Größe (Absolutwert) der Differenz Δσ, die der Änderungsrate der linearen Funktion σ Balken entspricht, mit einem vorbestimmten Wert bestimmt werden.

Zurückverweisend auf Fig. 9, nachdem ein Wert der Flagge f/sld/stb, die die Stabilität des adaptiven Schiebe modus-Regelungsprozesses angibt, der durch den Schiebe modus-Regler 27 eingestellt wurde, bestimmt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT10 den Wert der Flagge f/sld/stb. Falls der Wert der Flagge f/sld/stb "l" ist, d. h. falls der adaptive Schiebemodus-Rege lungsprozeß als stabil beurteilt wird, dann begrenzt der Schiebemodus-Regler 27 in SCHRITT11 die SLD-manipulierte Eingabe us1, die in SCHRITT8 berechnet wurde. Insbesondere ist der Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1 oder ein Bereich, in dem der Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1 variieren kann, auf einen bestimmten Bereich begrenzt, und falls der vorliegende Wert us1(k) der SLD-manipulierten Eingabe us1, der in SCHRITT8 berechnet wurde, eine vorgegebene obere oder untere Grenze über- bzw. unterschreitet, dann wird der Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1 zwangsweise auf die ober 31995 00070 552 001000280000000200012000285913188400040 0002019922175 00004 31876e oder untere Grenze begrenzt. Falls eine Änderung des vorliegenden Wertes us1(k) der SLD-manipulierten Eingabe us1, der in SCHRITT8 von einem vorherigen Wert us1(k-1) desselben berechnet wurde, einen vorbestimmten Betrag überschreitet, dann wird der Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1 zwangsweise auf einen Wert gesetzt, der gleich der Summe des vorhergehenden Wertes us1(k-1) und des vorbestimmten Betrags ist.

Nachdem, wie oben beschrieben ist, die SLD-manipulierte Eingabe us1 begrenzt wurde, berechnet der Schiebe modus-Regler 27 in SCHRITT13 das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD gemäß der Gleichung (33). Dann ist die Verarbeitung des vorliegenden Regelzyklus beendet.

Falls der Wert der Flagge f/sld/stb "0" ist, d. h. falls der adaptive Schiebemodus-Regelungsprozeß als instabil beurteilt wird, dann stellt die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 in SCHRITT12 den Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1 in dem vorliegenden Regelzyklus zwangsweise auf einen vorbestimmten Wert ein, d. h. entweder einen Festwert oder einen vorhergehenden Wert der SLD-manipulierten Eingabe us1. Danach berechnet der Schiebemodus-Regler 27 in SCHRITT13 das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD gemäß der Gleichung (33) gefolgt von einem Ende, daß der Verarbeitung des vorliegenden Regelzyklus gesetzt wird.

Das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, das schließlich in SCHRITT13 bestimmt wird, wird als Zeitreihendaten für jeweilige Regelzyklen in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert. Wenn der allgemeine Rückkopplungsregler 15, etc., das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD, das durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 bestimmt wurde, zu verwenden hat (siehe SCHRITTf in Fig. 7), wählt der allgemeine Rückkopplungsregler 15 das letzte Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD aus den gespeicherten Zeitreihendaten desselben aus.

Der Betrieb des Anlagenregelungssystems wurde ausführlich oben beschrieben.

Der Betrieb des Anlagenregelungssystems wird wie folgt zusammengefaßt: Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 bestimmt sequentiell das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD (entsprechend der Zieleingabe für das Abgassystem E) für das in den katalytischen Konverter 3 eingeführte Abgas, um damit das Ausgangssignal VO2/OUT (entsprechend der Ausgabe des Abgassystems E als die Anlage) des O₂-Sensors 6 stromabwärts von dem katalytischen Konverter 3 auf den Zielwert VO2/TARGET dafür einzustellen (zu konvergieren). Die Kraftstoffmenge, die an die Verbrennungskraftmaschine 1 als die Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen der Eingabe (das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases) in das Abgassystem E geliefert wird, wird rückkopplungsgeregelt gemäß dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD und der Ausgabe KACT des LAF-Sensors 5 stromaufwärts von dem katalytischen Konverter 3. Durch Einstellen des Ausgangssignals VO2/OUT des O₂-Sensors 6 stromabwärts von dem katalytischen Konverter auf den Zielwert VO2/TARGET kann der katalytische Konverter 3 sein optimales Abgas-reinigendes Verhalten beibehalten, ohne daß derselbe durch seine eigene Alterung beeinflußt wird.

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 bestimmt das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD (die Zieleingabe für das Abgassystem E) unter Verwendung des Schiebemodus-Rege lungsprozesses, das im wesentlichen gegen Störungen widerstandsfähig ist, wird insbesondere unter Verwendung des adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozesses, dem das adaptive Regelungsgesetz zum Eliminieren der Auswirkung von Störungen so weit wie möglich hinzugefügt wird. Folglich kann die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD stabil bestimmen, während die Wirkung von Störungen so weit wie möglich unterdrückt wird, was für den Zweck eines Einstellens eines Ausgangssignals VO2/OUT (die Ausgabe des Abgassystems E) des O₂-Sensors 6 beim Zielwert VO2/TARGET geeignet ist. Demgemäß kann das Ausgangssignal VO2/OUT des O₂-Sensors 6 stabil und genau beim dem Zielwert VO2/TARGET geregelt werden.

Wenn der Schiebemodus-Regler 27 der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD gemäß dem adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozeß zu bestimmen hat, dann verwendet der Schiebemodus-Regler 27 den Schätzwert der differentiellen Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 nach der Gesamttotzeit d, die die Summe der Totzeit d1 des Abgassystems E und der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems ist (das die Verbrennungskraftmaschine 1 und die Maschinenregelungseinheit 7b umfaßt). Dann bestimmt der Schiebemodus-Regler 27 das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD (Zieleingabe für das Abgassystem E), um den Schätzwert der Ausgabe VO2/OUT (die Ausgabe des Abgassystems E) des O₂-Sensors 6 nach der Gesamttotzeit d, die durch die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 dargestellt wird, zu dem Zielwert VO2/TARGET hin zu konvergieren. Daher wird nicht nur die Wirkung der Totzeit d1, die in dem Abgassystem E existiert, sondern auch die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems kompensiert (eliminiert), wodurch die Stabilität des Regelungsprozesses zum Konvergieren der Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 zu dem Zielwert VO2/TARGET hin erhöht wird.

Die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems wird auf einen voreingestellten konstanten Wert eingestellt, der gleich oder geringfügig länger als die Totzeit ist, die das Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Manipulationssystem bei einer Leer lauf-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 annehmen kann, die eine Drehzahl in einem niedrigen Geschwindigkeitsbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 ist. Daher kann die Totzeit des Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Manipulationssystems bei im wesentlichen allen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine 1 kompensiert werden, und folglich kann die Stabilität des Regelungsprozesses zum Konvergieren der Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 zu dem Zielwert VO2/TARGET hin ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 beibehalten werden. Gleichzeitig kann die Verarbeitungsoperation der Schätzvorrichtung 26 leicht ausgeführt werden, indem die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems auf einen voreingestellten konstanten Wert gesetzt wird.

Außerdem bestimmt die Schätzvorrichtung 26 die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 gemäß der Gleichung (16) hinsichtlich solcher Zeitreihendaten, die durch die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 ersetzt werden können (solche vor der Totzeit d2), von allen Zeitreihendaten des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd in der Gleichung (15), die eine Basis-Gleichung des Schätzprozesses der Schätzvorrichtung 26 ist. Folglich ist es möglich, die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken abhängig von dem tatsächlichen Verhalten der Verbrennungskraftmaschine 1 zu erhalten. Folglich wird die Zuverlässigkeit der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken erhöht und die Stabilität des Regelungsprozesses zum Konvergieren der Ausgabe VO2/Out des O₂-Sensors 6 zu dem Zielwert VO2/TARGET hin erhöht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, als festzulegende Parameter für das diskrete Systemmodell des Abgassystems E auf einer Echtzeitbasis durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert, um den Modellfehler des diskreten Systemmodells, der durch die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bezüglich des tatsächlichen Abgassystems E abhängig von dem tatsächlichen Verhalten des Abgassystems E bestimmt wurde, zu minimieren. Unter Verwendung der durch die Identifiziervorrichtung 25 identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 wird die Verarbeitungsoperation des Schiebemodus-Reglers 27 und der Schätzvorrichtung 26 durchgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD (die Zieleingabe für das Abgassystem E) zu bestimmen. Das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD kann abhängig von dem tatsächlichen Verhalten des Abgassystems E bestimmt werden, und die Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 kann zu dem Zielwert VO2/TARGET mit hoher Genauigkeit hin konvergiert werden.

Da die Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 gemäß der ersten und zweiten Grenzbedingung, wie oben beschrieben ist, begrenzt sind, wenn sie durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert werden, wird das durch den Schiebe modus-Regler 27 bestimmte Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD daran gehindert, mit einer hohen Frequenz zu oszillieren. Als ein Ergebnis wird es der Verbrennungskraftmaschine 1 ermöglicht, sanft und stabil zu arbeiten, während es der Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 ermöglicht wird, mit hoher Genauigkeit beim Zielwert VO2/TARGET geregelt zu werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt sondern kann wie folgt abgewandelt werden:
Bei der obigen Ausführungsform ist die Totzeit d2 (zweite Totzeit) des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems (das die Verbrennungskraftmaschine 1 und die Maschinenregelungseinheit 7b umfaßt) auf einen konstanten Wert eingestellt. Wenn jedoch die tatsächliche Totzeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems abhängig von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1, wie in Fig. 4 gezeigt ist, variiert, kann die- Totzeit d2 variierbar abhängig von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 bestimmt werden.

In einem derartigen Fall wird der voreingestellte Wert der Totzeit d2 (ausgedrückt als die Anzahl der Regelzyklen) derart bestimmt, um schrittweise kleiner zu sein, wenn die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 höher ist, wie es in Fig. 21 gezeigt ist. Bei der Verarbeitungsoperation (SCHRITT7, SCHRITT8) in jedem Regelzyklus der Schätzvorrichtung 26 und des Schiebemodus-Reglers 27 wird ein voreingestellter Wert der Totzeit d2 aus einer in Fig. 21 gezeigten Datentabelle basierend auf einem erfaßten Wert der Drehzahl NE der Verbrennungskraftmaschine 1 bestimmt, und die obige Verarbeitungsoperation (in Fig. 18 und 19 gezeigt) wird unter Verwendung des bestimmten voreingestellten Wertes der Totzeit d2, des voreingestellten Wertes (konstanter Wert) der Totzeit d1 des Abgassystems E und seiner Gesamttotzeit d (=d1+d2) durchgeführt.

Zum Begrenzen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut, können insbesondere die Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut, des stabilen Bereichs der Identifikationskoeffizienten auf der in Fig. 15 gezeigten Koordinatenebene im voraus bestimmt werden, die dem stabilen Bereich der Schätzkoeffizienten, die in Fig. 14 hinsichtlich der Werte (vier Typen in Fig. 21) gezeigt sind, bestimmt werden, um als die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems eingestellt zu werden. Ein Bereich, der den stabilen Bereich des Identifikationskoeffizienten überlappt oder sich an diesen annähert wird als ein begrenzender Bereich für den Identifikationskoeffizienten bestimmt, und die Kombinationen der Werte der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut können auf die gleiche Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform durch den bestimmten begrenzten Bereich des Identifikationskoeffizienten begrenzt werden.

Die Totzeit d2 wird auf einen Wert eingestellt, der gleich oder geringfügig länger als die maximale Totzeit ist, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystem tatsächlich bei dem Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine 1, bei der die Totzeit d2 konstant ist, annehmen kann. In diesem Fall kann die andere Verarbeitung als die obige Verarbeitungsoperation die gleiche als wie mit der obigen Ausführungsform sein.

Sogar falls die Totzeit d2 des Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Manipulationssystems derart festgelegt wird, um eine Veränderliche abhängig von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 zu sein, kann die Totzeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems und ferner die Totzeit des Abgassystems E ohne Rücksicht auf die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 geeignet kompensiert werden, und die Regelbarkeit der Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 6 bei dem Zielwert VO2/TARGET kann erhöht werden.

Falls die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems derart festgelegt wird, um variierbar zu sein, kann diese nicht nur abhängig von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1, sondern ferner von der Last an der Verbrennungskraftmaschine 1, wie durch den Ansaugdruck derselben dargestellt wird, etc., festgelegt werden.

Bei der obigen Ausführungsform wird die Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystems auf einen konstanten Wert eingestellt, der der Leerlauf-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 entspricht. Die Totzeit d2 kann jedoch abhängig von einem Drehzahlbereich festgelegt werden, der anders ist, als die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1. Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1 beispielsweise durch die Abgas-Regelungseinheit 7a in einem bestimmten Drehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 geregelt wird, dann kann, wie oben beschrieben ist, die Totzeit d2 auf einen konstanten Wert oder auf einen variierbaren Wert abhängig von der tatsächlichen Totzeit, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Manipulationssystem in einem derartigen Drehzahlbereich annehmen kann, eingestellt werden.

Bei der obigen Ausführungsform wird die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken des O₂-Sensors 6 in jedem Regelzyklus durch die Schätzvorrichtung 26 gemäß der Gleichung (16) bestimmt, wobei alle Zeitreihendaten vor der Totzeit d2 des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Mani pulationssystems von den Zeitreihendaten des differentiellen Luft-Kraftstoff-Zielverhältnisses kcmd in der Gleichung (15) durch die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 ersetzt werden. Die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken kann jedoch gemäß einer Gleichung bestimmt werden, wobei nur einige der Zeitreihendaten des differentiellen Luft-Kraft stoff-Zielverhältnisses kcmd vor der Totzeit d2 in der Gleichung (15) durch die differentielle Ausgabe kact des LAF-Sensors 5 ersetzt werden. Alternativ kann ein derartiges Ersetzen von Daten nicht durchgeführt werden, sondern die geschätzte differentielle Ausgabe VO2 Balken kann gemäß der Gleichung (15) bestimmt werden. In diesem Fall kann nur die Verarbeitungsoperation der Schätzvorrichtung 26 auf die obige Verarbeitungsoperation geändert werden, wohingegen die andere Verarbeitungsoperation die gleiche wie bei der obigen Ausführungsform bleiben kann.

Bei der obigen Ausführungsform wird der LAF-Sensor 5 (Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 5 mit weitem Bereich) als zweite Erfassungseinrichtung verwendet. Die zweite Erfassungseinrichtung kann jedoch einen gewöhnlichen O₂-Sensor oder irgendeinen von verschiedenen weiteren Typen von Sensoren umfassen, insoweit dieser das Luft-Kraft stoff-Verhältnis eines Abgases erfassen kann.

Bei der obigen Ausführungsform wird der O₂-Sensor 6 als erste Erfassungseinrichtung verwendet. Die erste Erfassungseinrichtung kann jedoch irgendeine von verschiedenen weiteren Typen von Sensoren umfassen, insoweit sie die Konzentration einer bestimmten Komponente eines Abgassystems stromabwärts von dem zu regelnden katalytischen Konverter erfassen kann. Falls beispielsweise Kohlenstoffmonoxid in einem Abgas stromabwärts von dem katalytischen Konverter zu regeln ist, kann die erste Erfassungseinrichtung einen CO-Sensor umfassen. Falls Stickstoffoxid (NOx) in einem Abgas stromabwärts von dem katalytischen Konverter zu regeln ist, kann die erste Erfassungseinrichtung einen NOx-Sensor umfassen. Falls Kohlenwasserstoff (HC) in einem Abgas stromabwärts von dem katalytischen Konverter zu regeln ist, kann die erste Erfassungseinrichtung einen HC-Sensor umfassen. Wenn ein katalytischer Dreiwege-Kon verter bzw. Dreiwege-Katalysator verwendet wird, dann kann sogar dann, falls die Konzentration von irgendeiner der obigen Gaskomponenten erfaßt wird, dieser geregelt werden, um das Reinigungsverhalten des katalytischen Dreiwege-Konverters zu maximieren. Falls ein katalytischer Konverter für eine Oxidation oder eine Reduktion verwendet wird, dann kann das Reinigungsverhalten des katalytischen Konverters durch ein direktes Erfassen einer zu reinigenden Gaskomponente erhöht werden.

Bei der obigen Ausführungsform werden die differentielle Ausgabe kact von dem LAF-Sensor 5, die differentielle Ausgabe VO2 von dem O₂-Sensor 6 und das differentielle Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis kcmd beim Durchführen der Verarbeitungsoperation der Identifiziervorrichtung 25, der Schätzvorrichtung 26 und des Schiebemodus-Reglers 27 verwendet. Die Ausgabe KACT des LAF-Sensors 6, die Ausgabe VO2/OUT des O₂-Sensors 5 und das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD könne jedoch direkt beim Durchführen der Verarbeitungsoperation der Identifiziervorrichtung 25, der Schätzvorrichtung 26 und des Schiebemodus-Reglers 27 verwendet werden. Der Bezugswert FLAF/BASE bezüglich der differentiellen Ausgabe kact (= KACT-FLAF/BASE) muß nicht notwendigerweise ein konstanter Wert sein, sondern kann abhängig von der Drehzahl NE und dem Ansaugdruck PB der Verbrennungskraftmaschine 1 festgelegt werden.

Bei der obigen Ausführungsform wird die durch die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 bestimmte manipulierte Veränderliche als das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD (die Zieleingabe für das Abgassystem E) verwendet, und die Kraftstoffmenge, die an die Verbrennungskraftmaschine 1 geliefert wird, wird gemäß dem Luft-Kraftstoff-Zielver hältnis KCMD rückkopplungsgeregelt. Es ist jedoch für die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses 13 möglich, eine Korrekturgröße für die Kraftstoffmenge zu bestimmen, die an die Verbrennungskraftmaschine 1 geliefert wird, oder es ist ferner möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1 in einer vorwärtsregelnden Weise von dem Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD zu regeln.

Bei der obigen Ausführungsform führt der Schiebe modus-Regler 27 den adaptiven Schiebemodus-Regelungsprozeß, der das adaptive Regelungsgesetz umfaßt, hinsichtlich der Wirkung von Störungen aus. Der Schiebemodus-Regler 27 kann jedoch einen allgemeinen Schiebemodus-Regelungspro zeß frei von dem adaptiven Regelungsgesetz durchführen. In einem derartigen Fall kann die Summe der äquivalenten Regelungseingabe ueq und der Erreichungs-Rege lungsgesetzeingabe urch als die SLD-manipulierende Eingabe us1 bestimmt werden.

Bei der obigen Ausführungsform werden die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des diskreten Systemmodells des Abgassystems E durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert. Die Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 können jedoch auf vorbestimmte Werte festgelegt werden, oder können aus einer Tabelle bzw. Zuordnung oder dergleichen abhängig von Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine 1 und verschlechterten Zuständen des katalytischen Konverters 3 festgelegt werden.

Bei der obigen Ausführungsform wird das Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD durch den Schiebemodus-Regler 27 unter Verwendung der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 des diskreten Systemmodells bestimmt, die durch die Identifiziervorrichtung 25 identifiziert werden. Das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD kann jedoch unter Verwendung der Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1, die durch einen Regler des rekursiven Typs, wie zum Beispiel einen adaptiven Regler oder dergleichen, identifiziert werden, bestimmt werden. Alternativ kann ein Unschärferegler oder ein Neuronennetzwerk-Regler verwendet werden, insofern als dieser das Luft-Kraftstoff-Zielverhältnis KCMD unter Verwendung der identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1, a2, b1 bestimmen kann.

Bei der obigen Ausführungsform dient das Anlagenregelungssystem dazu, eine Anlage zu regeln, die das Abgassystem E umfaßt. Das Anlagenregelungssystem kann jedoch verwendet werden, um eine weitere Anlage zu regeln.

Ein Anlagenregelungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten mit Bezug auf Fig. 22 beschrieben.

Wie in Fig. 22 gezeigt ist, wird eine Anlage mit einer Laugenlösung mit einer Durchflußrate versorgt, die durch einen Durchflußregler (Betätigungsvorrichtung) 31 reguliert werden kann. Die Anlage 30 mischt die gelieferte Laugenlösung mit einer Säurelösung und rührt diese zu einer Mischlösung mit einer Rührvorrichtung 32.

Das Anlagenregelungssystem gemäß der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform dient dazu, die Durchflußrate der an die Anlage 30 gelieferten Laugenlösung zum Einstellen des pH-Werts der gemischten Lösung (die Mischung der Laugenlösung und der Säurelösung), die aus der Anlage 30 ausgetragen wurde, auf einen gewünschten pH-Wert, d. h. einem pH-Wert, der einem neutralen Wert entspricht, zu regeln.

Das Anlagenregelungssystem weist einen pH-Sensor 33 auf (erste Erfassungseinrichtung), der an dem Auslaß der Anlage 30 zum Erfassen des pH-Werts der gemischten Lösung, die aus der Anlage 30 ausgetragen wurde, einen Durchflußraten-Sensor 34 (zweite Erfassungseinrichtung), der an dem Einlaß der Anlage 30 zum Erfassen der Durchflußrate der an die Anlage 30 gelieferten Laugenlösung angeordnet ist, und einer Regelungseinheit 35 zum Durchführen einer Verarbeitungsoperation (später beschrieben) basierend auf den jeweiligen Ausgaben V1/OUT, V2/OUT des pH-Sensors 33 und des Durchflußraten-Sensors 34 auf.

Die Regelungseinheit 35 umfaßt einen Mikrocomputer oder dergleichen. Die Regelungseinheit 35 umfaßt einen Subtrahierer 36 zum Berechnen einer Differenz V1 (= V1/OUT-V1/TARGET) zwischen der Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 und einem Zielwert V1/TARGET (der einem Ziel-pH-Wert der gemischten Lösung entspricht) hiervon, als Daten, die die Ausgabe des pH-Sensors 33 darstellen, einen Subtrahierer 37 zum Berechnen einer Differenz V2 (= V2/OUT-V2/REF, die nachstehend als eine differentielle Ausgabe V2 von dem Durchflußraten-Sensor 34 bezeichnet wird) zwischen der Ausgabe V2/OUT des Durchfluß raten-Sensors 34 und einem vorbestimmten Bezugswert V2/REF (der ein beliebiger Wert sein kann), als Daten, die die Ausgabe des Durchflußraten-Sensors 34 darstellen, eine Bestimmungseinheit für eine manipulierte Veränderliche 38 zum Bestimmen einer Zieldurchflußrate V2CMD für die Laugenlösung, die an die Anlage 30 geliefert wird, zum Konvergieren der Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 zu dem Zielwert V1/TARGET hin basierend auf den differentiellen Ausgaben V1, V2 als eine manipulierte Veränderliche zum Bestimmen der Eingabe zu der Anlage 30, und einen Rückkopplungsregler 39 (Betätigungsvorrichtungsregelungseinrichtung) zur Rückkopplungsregelung einer geregelten Veränderlichen für den Durchflußregler 31 zum Angleichen der Ausgabe V2/OUT (erfaßte Durchflußrate) des Durchflußraten-Sensors 34 an die Zieldurchflußrate V2CMD.

Die Differenz (= V2CMD-V2/REF) zwischen der Zieldurchflußrate V2CMD und dem Bezugswert V2/REF wird als eine differentielle Zieldurchflußrate v2cmd bezeichnet (die dem differentiellen Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis kcmd in der obigen Ausführungsform entspricht). Ein System, das den Durchflußregler 31 und den Rückkopplungsregler 39 umfaßt, d. h. ein System zum Erzeugen einer Laugenlösung mit einer Rate, die durch den Durchflußraten-Sensor 34 aus der Zieldurchflußrate V2CMD bestimmt wird, wird als ein Durchflußraten-Mani pulationssystem bezeichnet (das dem Luft-Kraft stoff-Verhältnis-Manipulationssystem in der obigen Ausführungsform entspricht).

Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche 38 weist eine Identifiziervorrichtung, eine Schätzvorrichtung und einen Schiebemodus-Regler (nicht gezeigt) auf, die mit denen der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform identisch sind. Die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche 38 verwendet ein diskretes Systemmodell der Anlage 30, wobei VO2, kact in der oben beschriebenen Gleichung (1) jeweils durch die differentiellen Ausgaben V1, V2 ersetzt werden, und ein diskretes Systemmodell des Durchflußraten-manipulierenden Systems, wobei kact, kcmd in der Gleichung (2) durch die differentielle Ausgabe V2 bzw. die differentielle Zieldurchflußrate v2cmd ersetzt werden, und führt die gleichen Verarbeitungsoperationen wie diejenigen der Identifiziervorrichtung 25, der Schätzvorrichtung 26 und des Schiebemodus-Reglers 27 der Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses 13 aus.

Insbesondere berechnet die Bestimmungseinheit für die manipulierte Veränderliche 38 identifizierte Werte (die den identifizierten Verstärkungskoeffizienten a1 Hut, a2 Hut, b1 Hut in der obigen Ausführungsform entsprechen) von Parametern des diskreten Systemmodells der Anlage 30, einen Schätzwert (der der geschätzten differentiellen Ausgabe VO2 Balken in der obigen Ausführungsform entspricht) der Ausgabe V1/OUT oder der differentiellen Ausgabe V1 des pH-Sensors 33 nach einer Gesamttotzeit, die die Summe einer Totzeit ist, die in der Anlage 30 existiert, und einer Totzeit, die in dem Durchfluß raten-manipulierenden System existiert, und die Zieldurchflußrate V2CMD (die dem Luft-Kraft stoff-Zielverhältnis KCMD in der obigen Ausführungsform entspricht) unter Verwendung der identifizierten Werte der Parameter und dem geschätzten Wert der Ausgabe V1/OUT oder der differentiellen Ausgabe V1 des pH-Sensors 33.

Ein voreingestellter Wert der Totzeit (erste Totzeit) in dem Model der Anlage 30 kann durch Experimentieren bestimmt werden, um eine Zeit zu sein (z. B. ein konstanter Wert), die gleich oder größer als die tatsächliche Totzeit der Anlage 30 ist. Ein voreingestellter Wert der Totzeit (zweite Totzeit) in dem Model des Durchflußraten-Manipulationssystems kann durch Experimentieren bestimmt werden, um eine Zeit zu sein (z. B. ein konstanter Wert), die gleich oder größer als die tatsächliche Totzeit des Durchfluß raten-Manipulationssystems hinsichtlich der Betriebseigenschaften des Durchflußratenreglers 31 ist. Falls die Totzeit des Durchflußraten-Manipulationssystems abhängig von dem Betriebszustand des Durchflußratenreglers 31 stark schwankt, dann kann alternativ der voreingestellte Wert der Totzeit in dem Modell des Durchflußraten-Manipulationssystems bestimmt werden, um abhängig von dem Betriebszustand des Durchflußratenreglers 31 variierbar zu sein.

Zum Begrenzen der Werte von Parametern des diskreten Systemmodells, die durch die Identifiziervorrichtung wie bei der obigen Ausführungsform zu identifizieren sind, können Bedingungen zum Begrenzen der Werte der Parameter oder deren Kombinationen durch Experimentieren oder Simulation hinsichtlich der Regelbarkeit der Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33 beim Zielwert V1/TARGET, die Stabilität der Zieldurchflußrate V2CMD und der Stabilität des Betriebs des davon abhängigen Durchflußreglers 31 auf die gleiche Art und Weise wie bei der obigen Ausführungsform festgelegt werden.

Wie bei dem allgemeinen Rückkopplungsregler 15 gemäß der obigen Ausführungsform regelt der Rückkopplungsregler 39 den Betrieb des Durchflußreglers 31 durch eine Rückkopplungsregelung, um die Ausgabe V2/OUT (erfaßte Durchflußrate) des Durchflußraten-Sensors 34 auf die Zieldurchflußrate V2CMD mit einem PID-Regler, einem adaptiven Regler oder dergleichen (nicht gezeigt) zu regeln.

Das Anlagenregelungssystem gemäß der in Fig. 22 gezeigten Ausführungsform ist wirksam, um die Ausgabe V1/OUT des pH-Sensors 33, d. h. den pH-Wert der gemischten Lösung, die durch die Anlage 30 erzeugt wurde, genau bei einem gewünschten pH-Wert gemäß dem adaptiven Schiebe modus-Regelungsprozeß ohne Rücksicht auf die Wirkung von Störungen und der in der Anlage 30 existierenden Totzeit, ohne Erfassen des pH der mit der Laugenlösung in der Anlage 30 gemischten Säurelösung und der Durchflußrate der Säurelösung, zu regeln.

Das Anlagenregelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf die gleiche Art und Weise wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungssystem gemäß der obigen Ausführungsform abgewandelt werden.

Obgleich bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt wurden und ausführlich beschrieben wurden, sollte es offensichtlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen darin durchgeführt werden können, ohne daß vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abgewichen wird.

Claims

1. Ein Anlagenregelungssystem zum Regeln einer Anlage, mit folgenden Merkmalen:
eine Betätigungsvorrichtung zum Erzeugen einer Eingabe in die Anlage;
ein erstes Erfassungsmittel zum Erfassen einer Ausgabe von der Anlage;
ein Mittel das eine manipulierte Veränderliche bestimmt, zum sequentiellen Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen, die die Eingabe in die Anlage bestimmt, um die Ausgabe von dem ersten Erfassungsmittel auf einen vorbestimmten Zielwert anzugleichen;
ein Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel zum Regeln einer Operation der Betätigungsvorrichtung basierend auf der manipulierten Veränderlichen, die durch das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen bestimmt wird; und
ein Schätzmittel zum sequentiellen Erzeugen von Daten, die einen Schätzwert der Ausgabe von dem ersten Erfassungsmittel nach einer Gesamttotzeit, die die Summe einer ersten Totzeit der Anlage und einer zweiten Totzeit eines Systems, das die Betätigungsvorrichtung und das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel umfaßt, darstellen;
wobei das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen Mittel zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen basierend auf Daten, die durch das Schätzmittel erzeugt werden, umfaßt.

2. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Anlage ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine umfaßt, das sich von einer Position stromaufwärts eines katalytischen Konverters in dem Abgassystem zu einer Position stromabwärts des katalytischen Konverters erstreckt, und wobei die Eingabe in die Anlage ein Luft-Kraft stoff-Verhältnis eines Abgases umfaßt, das durch die Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung erzeugt wird und in den katalytischen Konverter eingeführt wird, und wobei die Ausgabe von der Anlage die Konzentration einer Komponente des Abgases umfaßt, die durch den katalytischen Konverter durchgelaufen ist.

3. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Schätzmittel ein Mittel zum Erzeugen der Daten umfaßt, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels gemäß einem vorbestimmten Algorithmus von der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels und einem vorigen Wert der manipulierten Veränderlichen darstellen, der durch das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen in der Vergangenheit bestimmt wurde, umfaßt.

4. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Algorithmus auf der Basis eines Modells, das die Anlage mit einem Antwortverzögerungselement und einem Totzeitelement der ersten Totzeit darstellt, und eines Modells, das das System darstellt, das die Betätigungsvorrichtung und das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel mit einem Totzeitelement der zweiten Totzeit umfaßt, aufgebaut ist.

5. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 3, ferner umfassend ein zweites Erfassungsmittel zum Erfassen der Eingabe in die Anlage, wobei der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen, der für das Schätzmittel erforderlich ist, um die Daten zu erzeugen, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels darstellen, mindestens einen vorigen Wert vor der zweiten Totzeit aufweist, wobei das Schätzmittel ein Mittel zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels darstellen, unter Verwendung eines Ausgabewertes, vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt, des zweiten Erfassungsmittels anstelle von allen oder einigen der vorigen Werte der manipulierten Veränderlichen vor der zweiten Totzeit, umfaßt.

6. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 5, wobei der Ausgabewert des zweiten Erfassungsmittels, der anstelle des vorigen Wertes der manipulierten Veränderlichen verwendet wird, einen Ausgabewert des zweiten Erfassungsmittels zu einem Zeitpunkt nach Ablauf der zweiten Totzeit von dem Zeitpunkt, wenn der vorige Wert der manipulierten Veränderlichen durch das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen bestimmt wird, umfaßt.

7. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend ein zweites Erfassungsmittel zum Erfassen der Eingabe in die Anlage, wobei die manipulierte Veränderliche, die durch das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen bestimmt wurde, eine Zieleingabe in die Anlage umfaßt, und wobei das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel Mittel für eine Rückführungs-Regelungsoperation der Betätigungsvorrichtung, um die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels an die Zieleingabe in die Anlage anzugleichen, umfaßt.

8. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 5, wobei die manipulierte Veränderliche, die durch das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen bestimmt wurde, eine Zieleingabe in die Anlage umfaßt, und wobei das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel Mittel für eine Rückführungs-Regelungsoperation der Betätigungsvorrichtung, um die Ausgabe des zweiten Erfassungsmittels an die Zieleingabe in die Anlage anzugleichen, umfaßt.

9. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 7, wobei das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel eine Regelung der rekursiven Art für die Rückführungs-Regelungsoperation der Betätigungsvorrichtung umfaßt.

10. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 8, wobei das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel eine Regelung der rekursiven Art für die Rückführungs-Regelungsoperation der Betätigungsvorrichtung umfaßt.

11. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 9, wobei die Regelung der rekursiven Art eine adaptive Regelung umfaßt.

12. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 10, wobei die Regelung der rekursiven Art eine adaptive Regelung umfaßt.

13. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das Schätzmittel Mittel zum Einstellen der zweiten Totzeit auf einen voreingestellten konstanten Wert und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Gesamttotzeit darstellen, die die Summe des voreingestellten konstanten Werts der zweiten Totzeit und der ersten Totzeit ist, umfaßt.

14. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 2, wobei das Schätzmittel Mittel zum Einstellen der zweiten Totzeit auf einen voreingestellten konstanten Wert und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Gesamttotzeit darstellen, die die Summe des voreingestellten konstanten Werts der zweiten Totzeit und der ersten Totzeit ist, umfaßt.

15. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 13, wobei der voreingestellte konstante Werte der zweiten Totzeit als eine Totzeit des Systems festgelegt wird, das die Betätigungsvorrichtung und das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel, während die Betätigungsvorrichtung in einem vorbestimmten Zustand arbeitet, umfaßt.

16. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 14, wobei der voreingestellte konstante Wert der zweiten Totzeit als eine Totzeit des Systems festgelegt wird, das die Betätigungsvorrichtung und das Betätigungsvorrichtungsregelungsmittel, während die Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung in einem vorbestimmten Niedrigdrehzahlbereich arbeitet, umfaßt.

17. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das Schätzmittel Mittel zum Festlegen der zweiten Totzeit, um abhängig von dem Betriebszustand der Betätigungsvorrichtung variierbar zu sein, und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Gesamttotzeit darstellen, die die Summe der festgelegten zweiten Totzeit der ersten Totzeit und der ersten Totzeit ist, umfaßt.

18. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 2, wobei das Schätzmittel Mittel zum Festlegen der zweiten Totzeit, um abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine als die Betätigungsvorrichtung variierbar zu sein, und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Gesamttotzeit darstellen, die die Summe der festgelegten zweiten Totzeit und der ersten Totzeit ist, umfaßt.

19. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 18, wobei der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine zum Festlegen der zweiten Totzeit mindestens eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine aufweist, und wobei das Schätzmittel Mittel zum Erhöhen der zweiten Totzeit umfaßt, wenn die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine niedriger ist.

20. Ein Anlagenregelungssystem gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das Schätzmittel Mittel zum Einstellen der ersten Totzeit auf einen voreingestellten konstanten Wert und zum Erzeugen der Daten, die den Schätzwert der Ausgabe des ersten Erfassungsmittels nach der Gesamttotzeit darstellen, die die Summe des voreingestellten konstanten Werts der ersten Totzeit und des voreingestellten konstanten Werts der zweiten Totzeit ist, umfaßt.

21. Ein Anlagenregelungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Mittel zum Bestimmen einer manipulierten Veränderlichen Mittel zum Bestimmen der manipulierten Veränderlichen umfaßt, um den Schätzwert der Ausgabe von dem ersten Erfassungsmittel, wie durch die durch das Schätzmittel erzeugten Daten dargestellt wird, gemäß einem Schiebe modus-Regelprozeß zu dem Zielwert hin zu konvergieren, umfaßt.