JP3788497B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置し、これら２つのセンサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車のエンジン制御システムでは、空燃比制御精度を高めて三元触媒の排出ガス浄化率を高めるために、触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ（酸素センサ又は広帯域空燃比センサ）を設置し、下流側センサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比フィードバック制御の目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を実施しながら、上流側センサの出力に基づいて触媒上流側の実空燃比を目標空燃比に一致させるようにフィードバック制御するようにした、いわゆる２センサ空燃比制御システムがある。
【０００３】
このような２センサ空燃比制御システムでは、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時に、目標空燃比が理論空燃比付近の時と同様の条件で、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を継続すると、空燃比を正確に制御できないことが知られている（特開平１０−３０４７８号公報参照）。つまり、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた状態が暫く続くと、触媒のリーン／リッチ成分の吸着状態がほぼ飽和状態になることがあり、この状態で、目標空燃比が理論空燃比付近の時（触媒が飽和していない時）と同様の条件で、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を継続すると、触媒上流側の目標空燃比の補正を過剰に実施してしまい、触媒上流側の空燃比が理論空燃比付近に制御される状態に戻っても、触媒の吸着物質により触媒下流側の空燃比の遅れが大きくなり、過補正状態からの復帰が遅くなる。
【０００４】
そこで、特開平１０−３０４７８号公報のように、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時に、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を禁止することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時に、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を禁止して、上流側センサの出力のみで空燃比フィードバック制御を行うと、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を空燃比フィードバック制御に全く反映させることができないため、排出ガス浄化率が低下する場合がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時でも、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を空燃比フィードバック制御に適度に反映させることができ、排出ガス浄化率を向上できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の空燃比制御装置は、触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置し、上流側センサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比フィードバック制御を空燃比フィードバック制御手段により行い、下流側センサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比フィードバック制御を補正するサブフィードバック制御をサブフィードバック制御手段により行う際に、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差に応じてサブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータをパラメータ可変手段により可変設定する。この際、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定値よりも大きいときに、サブフィードバック制御による補正量を前記偏差が前記所定値以下のときの補正量の最大値よりも小さくするように前記サブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを可変設定する。これにより、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が大きい時（従来システムでサブフィードバック制御が禁止された領域）においても、過補正とならない範囲で、サブフィードバック制御を実施して、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を触媒上流側の空燃比フィードバック制御に適度に反映させることができ、従来システムと比較して、排出ガス浄化率を向上できる。
【０００８】
この場合、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差を判定する際に、触媒上流側の空燃比は、請求項２のように上流側センサの検出値（実空燃比）を用いても良いし、請求項３のように、触媒上流側の空燃比フィードバック制御の目標空燃比を用いても良い。上流側センサの検出値（触媒上流側の実空燃比）は触媒上流側の目標空燃比に追従して変化するが、その変化には若干の遅れがある。定常運転時には、この遅れがほとんど無視できるので、請求項２のように、上流側センサの検出値（実空燃比）を用いれば、定常運転時の空燃比制御の精度を向上でき、一方、請求項３のように、触媒上流側の目標空燃比を用いれば、請求項２と比較して過渡運転時のサブフィードバック制御の応答性を向上できる。
【０００９】
また、請求項４のように、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時に該空燃比偏差が大きくなるほどサブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを大きくし、該空燃比偏差が所定範囲外の時に該パラメータを前記所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定するようにしても良い。このようにすれば、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時に、サブフィードバック制御による目標空燃比の補正が過補正とならない範囲で、該空燃比偏差に応じて最大限にパラメータを大きくしてサブフィードバック制御の効果を高めることができ、応答性に優れた空燃比フィードバック制御を実施できる。また、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲外の時にサブフィードバック制御のパラメータを小さい所定値に固定することで、下流側センサの出力を触媒上流側の目標空燃比に反映させる割合を少なくすることができ、サブフィードバック制御による触媒上流側の目標空燃比の過補正を防止できる。ここで、“所定範囲”は、例えば下流側センサが触媒下流側の空燃比を検出可能な範囲に設定すれば良い。
【００１０】
尚、本発明は、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時には、該空燃比偏差に応じたパラメータの可変設定を行わないようにしても良く、請求項５のように、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲外の時に、パラメータを所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定するだけにしても良い。このようにしても、従来のシステムでサブフィードバック制御が禁止された領域で、過補正とならない範囲でサブフィードバック制御を実施して、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を触媒上流側の空燃比フィードバック制御に適度に反映させることができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。
【００１２】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１３】
一方、エンジン１１の排気管２１（排気通路）の途中には、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側と下流側には、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ２３，２４が設置されている。本実施形態（１）では、上流側センサ２３は、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する広帯域空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）が用いられ、下流側センサ２４は、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサが用いられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２５や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２６が取り付けられている。
【００１４】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２の空燃比フィードバック制御プログラムと図３のサブフィードバック制御プログラムを実行し、上流側空燃比センサ２３と下流側酸素センサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比を制御する。この場合、図２の空燃比フィードバック制御プログラムは、上流側空燃比センサ２３の出力に基づいて触媒２２上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比λＴＧに一致させるように空燃比（燃料噴射量）をフィードバック制御し、特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段としての役割を果たす。
【００１５】
一方、図３のサブフィードバック制御プログラムは、触媒２２下流側の空燃比を制御目標値（例えば理論空燃比付近）に一致させるように、下流側酸素センサ２４の出力に基づいて触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧを補正するサブフィードバック制御を行い、特許請求の範囲でいうサブフィードバック制御手段としての役割を果たす。サブフィードバック制御では、触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧを補正する際に、図４〜図７の各プログラムによって、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じてサブフィードバック制御のパラメータ（リッチ積分項λＩＲ、リーン積分項λＩＬ、リッチスキップ項λＳＫＲ、リーンスキップ項λＳＫＬ）を算出する。この機能が特許請求の範囲でいうパラメータ可変手段としての役割を果たす。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【００１６】
図２に示す空燃比制御プログラムは、空燃比フィードバック制御によって要求燃料噴射量ＴＡＵを算出するプログラムであり、所定クランク角毎（例えば４気筒エンジンであれば１８０℃Ａ毎）に起動される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、前記各種センサからの検出信号（例えばエンジン回転速度、スロットル開度、吸気管圧力、冷却水温、上流側空燃比センサ２３の出力、下流側酸素センサ２４の出力等）を読み込む。この後、ステップ１０２で、エンジン運転状態（エンジン回転速度、吸気管圧力等）に応じてマップ等から基本燃料噴射量Ｔｐを演算する。
【００１７】
そして、次のステップ１０３で、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かを判定する。ここで、空燃比フィードバック条件は、例えば、冷却水温が所定値以上で、且つ高回転・高負荷状態でない時等に成立する。このステップ１０３で、空燃比フィードバック条件が不成立と判定された場合には、ステップ１０４に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをフィードバック補正なしを意味する「１．０」に設定して、ステップ１０７に進む。
【００１８】
一方、上記ステップ１０３で、空燃比フィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１０５に進み、後述する図３のサブフィードバック制御プログラムを実行し、下流側酸素センサ２４の出力ＶＯＸ２（触媒２２下流側の実空燃比）に基づいて触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧを補正した後に、ステップ１０６に進み、触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧと上流側空燃比センサ２３の出力λ（触媒２２上流側の実空燃比）とに基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを次式により算出する。
【００１９】
ＦＡＦ（ｉ）＝Ｋ１・λ（ｉ）＋Ｋ２・ＦＡＦ（ｉ−３）＋Ｋ３・ＦＡＦ（ｉ−２）＋Ｋ４・ＦＡＦ（ｉ−１）＋ＺＩ（ｉ）
但し、ＺＩ（ｉ）＝ＺＩ（ｉ−１）＋Ｋａ・｛λＴＧ−λ（ｉ）｝
ここで、添字の（ｉ）は今回値、（ｉ−１）は１回前の値、（ｉ−２）は２回前の値、（ｉ−３）は３回前の値を示す。Ｋ１〜Ｋ４は最適フィードバック定数、Ｋａは積分定数である。このステップ１０６の処理によって、上流側空燃比センサ２３の出力λに基づく空燃比フィードバック制御が行われる。
【００２０】
そして、次のステップ１０７で、基本燃料噴射量Ｔｐと空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとを用いて、次式により要求燃料噴射量ＴＡＵを算出して本プログラムを終了する。
ＴＡＵ＝Ｔｐ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
ここで、ＦＡＬＬは、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ以外の補正係数（例えば冷却水温による補正係数、加減速時の補正係数等）である。
【００２１】
図３に示すサブフィードバック制御プログラムは、図２の空燃比制御プログラムのステップ１０５で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、今回の触媒２２下流側の空燃比がリーンであるか否かを下流側酸素センサ２４の出力ＶＯＸ２が理論空燃比に相当する電圧（例えば０．４５Ｖ）以下であるか否かによって判定し、リーン（ＶＯＸ２≦０．４５）であれば、ステップ２０２に進み、前回も下流側の空燃比がリーンであったか否かを判定する。
【００２２】
もし、前回も今回と同じくリーンであれば、ステップ２０３に進み、図４に示すリッチ積分項λＩＲ算出プログラムを実行し、次のようにして、リッチ積分項λＩＲを算出する。まず、ステップ３１１で、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＲ（＝λ−１．０）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｋは、下流側酸素センサ２４が触媒２２下流側の空燃比を検出可能な範囲の限界値に設定されている。
【００２３】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３１２に進み、リッチ積分項λＩＲを、空燃比偏差ΔＡＦＲに所定のゲインａ1 を乗算して求める。
λＩＲ＝ΔＡＦＲ×ａ1
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時は、リッチ積分項λＩＲが空燃比偏差ΔＡＦＲに比例して増加する。
【００２４】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３１３に進み、リッチ積分項λＩＲを一定値ｂ1 に設定する。この一定値ｂ1 は、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時のリッチ積分項λＩＲの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋの時のリッチ積分項λＩＲ）よりも小さい値に設定されている。
【００２５】
以上のようにして、リッチ積分項λＩＲを設定した後、図３のステップ２０４に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧからリッチ積分項λＩＲを差し引いた値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ−λＩＲ
【００２６】
一方、触媒２２下流側の空燃比が前回リッチで、今回リーンの場合、つまり、触媒２２下流側の空燃比がリッチからリーンに反転した直後であれば、ステップ２０２からステップ２０５に進み、図５に示すリッチスキップ項λＳＫＲ算出プログラムを実行し、次のようにしてリッチスキップ項λＳＫＲを算出する。まず、ステップ３２１で、前記ステップ３１１と同じく、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＲ（＝λ−１．０）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。
【００２７】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３２２に進み、リッチスキップ項λＳＫＲを、空燃比偏差ΔＡＦＲに所定のゲインａ2 を乗算して求める。
λＳＫＲ＝ΔＡＦＲ×ａ2
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時は、リッチスキップ項λＳＫＲが空燃比偏差ΔＡＦＲに比例して増加する。
【００２８】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３２３に進み、リッチスキップ項λＳＫＲを一定値ｂ2 に設定する。この一定値ｂ2 は、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時のリッチスキップ項λＳＫＲの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋの時のリッチスキップ項λＳＫＲ）よりも小さい値に設定されている。
【００２９】
以上のようにして、リッチスキップ項λＳＫＲを設定した後、図３のステップ２０６に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧからリッチ積分項λＩＲとリッチスキップ項λＳＫＲを差し引いた値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ−λＩＲ−λＳＫＲ
【００３０】
一方、前述したステップ２０１で、今回の触媒２２下流側の空燃比がリッチ（ＶＯＸ２＞０．４５Ｖ）と判定されると、ステップ２０７に進み、前回も触媒２２下流側の空燃比がリッチであったか否かを判定する。もし、前回も今回と同じくリッチであれば、ステップ２０８に進み、図６に示すリーン積分項λＩＬ算出プログラムを実行し、次のようにしてリーン積分項λＩＬを算出する。まず、ステップ３３１で、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＬ（＝１．０−λ）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｋは、下流側酸素センサ２４が触媒２２下流側の空燃比を検出可能な範囲の限界値に設定されている。
【００３１】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３３２に進み、リーン積分項λＩＬを、空燃比偏差ΔＡＦＬに所定のゲインａ3 を乗算して求める。
λＩＬ＝ΔＡＦＬ×ａ3
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時は、リーン積分項λＩＬが空燃比偏差ΔＡＦＬに比例して増加する。
【００３２】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３３３に進み、リーン積分項λＩＬを一定値ｂ3 に設定する。この一定値ｂ3 は、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時のリーン積分項λＩＬの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋの時のリーン積分項λＩＬ）よりも小さい値に設定されている。
【００３３】
以上のようにして、リーン積分項λＩＬを設定した後、図３のステップ２０９に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧにリーン積分項λＩＬを加算した値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ＋λＩＬ
【００３４】
一方、触媒２２下流側の空燃比が前回リーンで、今回リッチの場合、つまり、触媒２２下流側の空燃比がリーンからリッチに反転した直後であれば、ステップ２０７からステップ２１０に進み、図７に示すリーンスキップ項λＳＫＬ算出プログラムを実行し、次のようにしてリーンスキップ項λＳＫＬを算出する。まず、ステップ３４１で、前記ステップ３３１と同じく、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＬ（＝１．０−λ）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。
【００３５】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３４２に進み、リーンスキップ項λＳＫＬを、空燃比偏差ΔＡＦＬに所定のゲインａ4 を乗算して求める。
λＳＫＬ＝ΔＡＦＬ×ａ4
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時は、リーンスキップ項λＳＫＬが空燃比偏差ΔＡＦＬに比例して増加する。
【００３６】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３４３に進み、リーンスキップ項λＳＫＬを一定値ｂ4 に設定する。この一定値ｂ4 は、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時のリーンスキップ項λＳＫＬの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋの時のリーンスキップ項λＳＫＬ）よりも小さい値に設定されている。
【００３７】
リーンスキップ項λＳＫＬの設定後、図３のステップ２１１に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧからリーン積分項λＩＬとリーンスキップ項λＳＫＬを加算した値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ＋λＩＬ＋λＳＫＬ
【００３８】
以上のようにして、ステップ２０４，２０６，２０９，２１１のいずれかで、今回の目標空燃比λＴＧを設定した後、ステップ２１２に進み、今回の触媒２２下流側の空燃比のリッチ／リーンを記憶し、本プログラムを終了する。
【００３９】
以上説明した本実施形態の空燃比フィードバック制御の効果を図８のタイムチャートを用いて説明する。図８のタイムチャートは、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に制御されている状態からリッチ側に所定値Ｋ以上ずれた状態となり、その後、所定時間経過後に、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻る場合の制御例を示している。図８に破線で示した比較例は、サブフィードバック制御のパラメータ（リッチ積分項λＩＲ、リーン積分項λＩＬ、リッチスキップ項λＳＫＲ、リーンスキップ項λＳＫＬ）を常に一定値に固定して目標空燃比λＴＧを補正する。
【００４０】
本実施形態では、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋ以下の時は、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを空燃比偏差に比例して増加させる。これにより、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋ以下の時は、サブフィードバック制御による目標空燃比λＴＧの補正が過補正とならない範囲で、該空燃比偏差に応じて最大限にパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを大きくしてサブフィードバック制御の効果を高め、応答性に優れた空燃比フィードバック制御を実施する。
【００４１】
その後、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋよりも大きくなると、本実施形態では、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを小さい値に設定して、サブフィードバック制御を継続し、目標空燃比λＴＧを少しずつ更新する。
【００４２】
一方、比較例では、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋよりも大きくなっても、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを変化させることなく、サブフィードバック制御を継続するため、目標空燃比λＴＧがリーン側に大きくずれていく。このため、その後、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻って、下流側酸素センサ２４の出力がリーン側に反転しても、目標空燃比λＴＧが理論空燃比付近に戻るまでに暫く時間がかかり、その間、触媒２２下流側の実空燃比がリーン側に大きくずれた状態が続き、触媒２２下流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻るまでに暫く時間がかかり、触媒２２の排出ガス浄化率が低下する。
【００４３】
これに対し、本実施形態では、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋよりも大きくなると、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを小さい値に設定して、サブフィードバック制御を継続し、目標空燃比λＴＧを更新する。これにより、目標空燃比λＴＧの補正が過補正とならない範囲で、目標空燃比λＴＧが理論空燃比付近で少しずつ更新される。このため、その後、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻って、下流側酸素センサ２４の出力がリーン側に反転すると、目標空燃比λＴＧが速やかに理論空燃比付近に戻り、触媒２２下流側の実空燃比がリーン側に大きくずれることなく、理論空燃比付近に応答性良く制御される。これにより、触媒２２の排出ガス浄化率が比較例よりも向上する。
【００４４】
尚、本実施形態では、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じてサブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定するようにしたが、触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧと理論空燃比との偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに応じてサブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定するようにしても良い。この場合、図４〜図７の各プログラムにおいて、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬを目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに代えれば良い。
【００４５】
また、図４〜図７の各プログラムでは、パラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを、空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬを変数とする数式を用いて算出するようにしたが、図９に示すように、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬ（又は目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧ）とパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬとの関係を規定するテーブルを用いて、空燃比偏差に応じてパラメータを可変設定するようにしても良い。このテーブルのデータ特性も、空燃比偏差が所定値以下の時に、該空燃比偏差に比例してパラメータを増加させ、空燃比偏差が所定値よりも大きい時に、パラメータを小さい所定値に固定するようにすると良い。
【００４６】
また、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じて積分項λＩＲ、λＩＬを可変設定し、且つ、目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに応じてスキップ項λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定するようにしても良く、或は、これとは反対に、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じてスキップ項λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定し、且つ、目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに応じて積分項λＩＲ、λＩＬを可変設定するようにしても良い。
【００４７】
また、本実施形態では、空燃比偏差に応じて積分項とスキップ項の両方を可変設定するようにしたが、積分項とスキップ項のいずれか一方のみを可変設定するようにしても良い。
【００４８】
また、本実施形態では、空燃比偏差が所定値Ｋ以下の時に、該空燃比偏差に応じてパラメータを可変設定するようにしたが、空燃比偏差が所定値Ｋ以下の時には、空燃比偏差に応じたパラメータの可変設定を行わないようにしても良く、この場合でも、空燃比偏差が所定値Ｋより大きい時に、本実施形態と同じく、パラメータを小さい所定値に固定してサブフィードバック制御を行えば、目標空燃比の補正が過補正とならない範囲でサブフィードバック制御を実施することができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【００４９】
その他、本発明は、上流側センサ２３と下流側センサ２４は、広帯域空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）と酸素センサのいずれを用いても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】空燃比フィードバック制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】サブフィードバック制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】リッチ積分項λＩＲ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】リッチスキップ項λＳＫＲ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】リーン積分項λＩＬ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】リーンスキップ項λＳＫＬ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】空燃比制御の挙動を示すタイムチャート
【図９】空燃比偏差に応じたパラメータを算出するテーブルの一例を示す図
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排気通路）、２２…触媒、２３…上流側センサ、２４…下流側センサ、２７…ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段，サブフィードバック制御手段，パラメータ可変手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置し、これら２つのセンサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車のエンジン制御システムでは、空燃比制御精度を高めて三元触媒の排出ガス浄化率を高めるために、触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ（酸素センサ又は広帯域空燃比センサ）を設置し、下流側センサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比フィードバック制御の目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を実施しながら、上流側センサの出力に基づいて触媒上流側の実空燃比を目標空燃比に一致させるようにフィードバック制御するようにした、いわゆる２センサ空燃比制御システムがある。
【０００３】
このような２センサ空燃比制御システムでは、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時に、目標空燃比が理論空燃比付近の時と同様の条件で、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を継続すると、空燃比を正確に制御できないことが知られている（特開平１０−３０４７８号公報参照）。つまり、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた状態が暫く続くと、触媒のリーン／リッチ成分の吸着状態がほぼ飽和状態になることがあり、この状態で、目標空燃比が理論空燃比付近の時（触媒が飽和していない時）と同様の条件で、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を継続すると、触媒上流側の目標空燃比の補正を過剰に実施してしまい、触媒上流側の空燃比が理論空燃比付近に制御される状態に戻っても、触媒の吸着物質により触媒下流側の空燃比の遅れが大きくなり、過補正状態からの復帰が遅くなる。
【０００４】
そこで、特開平１０−３０４７８号公報のように、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時に、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を禁止することが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時に、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御を禁止して、上流側センサの出力のみで空燃比フィードバック制御を行うと、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を空燃比フィードバック制御に全く反映させることができないため、排出ガス浄化率が低下する場合がある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、触媒上流側の目標空燃比が理論空燃比付近からずれた時でも、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を空燃比フィードバック制御に適度に反映させることができ、排出ガス浄化率を向上できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の空燃比制御装置は、触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置し、上流側センサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比フィードバック制御を空燃比フィードバック制御手段により行い、下流側センサの出力に基づいて触媒上流側の空燃比フィードバック制御を補正するサブフィードバック制御をサブフィードバック制御手段により行う際に、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差に応じてサブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータをパラメータ可変手段により可変設定する。この際、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定値よりも大きいときに、サブフィードバック制御による補正量を前記偏差が前記所定値以下のときの補正量の最大値よりも小さくするように前記サブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを可変設定する。これにより、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が大きい時（従来システムでサブフィードバック制御が禁止された領域）においても、過補正とならない範囲で、サブフィードバック制御を実施して、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を触媒上流側の空燃比フィードバック制御に適度に反映させることができ、従来システムと比較して、排出ガス浄化率を向上できる。
【０００８】
この場合、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差を判定する際に、触媒上流側の空燃比は、請求項２のように上流側センサの検出値（実空燃比）を用いても良いし、請求項３のように、触媒上流側の空燃比フィードバック制御の目標空燃比を用いても良い。上流側センサの検出値（触媒上流側の実空燃比）は触媒上流側の目標空燃比に追従して変化するが、その変化には若干の遅れがある。定常運転時には、この遅れがほとんど無視できるので、請求項２のように、上流側センサの検出値（実空燃比）を用いれば、定常運転時の空燃比制御の精度を向上でき、一方、請求項３のように、触媒上流側の目標空燃比を用いれば、請求項２と比較して過渡運転時のサブフィードバック制御の応答性を向上できる。
【０００９】
また、請求項４のように、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時に該空燃比偏差が大きくなるほどサブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを大きくし、該空燃比偏差が所定範囲外の時に該パラメータを前記所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定するようにしても良い。このようにすれば、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時に、サブフィードバック制御による目標空燃比の補正が過補正とならない範囲で、該空燃比偏差に応じて最大限にパラメータを大きくしてサブフィードバック制御の効果を高めることができ、応答性に優れた空燃比フィードバック制御を実施できる。また、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲外の時にサブフィードバック制御のパラメータを小さい所定値に固定することで、下流側センサの出力を触媒上流側の目標空燃比に反映させる割合を少なくすることができ、サブフィードバック制御による触媒上流側の目標空燃比の過補正を防止できる。ここで、“所定範囲”は、例えば下流側センサが触媒下流側の空燃比を検出可能な範囲に設定すれば良い。
【００１０】
尚、本発明は、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時には、該空燃比偏差に応じたパラメータの可変設定を行わないようにしても良く、請求項５のように、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲外の時に、パラメータを所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定するだけにしても良い。このようにしても、従来のシステムでサブフィードバック制御が禁止された領域で、過補正とならない範囲でサブフィードバック制御を実施して、触媒を通過する排出ガスの浄化状態（触媒下流側の空燃比）を触媒上流側の空燃比フィードバック制御に適度に反映させることができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられている。
【００１２】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００１３】
一方、エンジン１１の排気管２１（排気通路）の途中には、排出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側と下流側には、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサ２３，２４が設置されている。本実施形態（１）では、上流側センサ２３は、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する広帯域空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）が用いられ、下流側センサ２４は、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサが用いられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２５や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２６が取り付けられている。
【００１４】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２の空燃比フィードバック制御プログラムと図３のサブフィードバック制御プログラムを実行し、上流側空燃比センサ２３と下流側酸素センサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比を制御する。この場合、図２の空燃比フィードバック制御プログラムは、上流側空燃比センサ２３の出力に基づいて触媒２２上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比λＴＧに一致させるように空燃比（燃料噴射量）をフィードバック制御し、特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段としての役割を果たす。
【００１５】
一方、図３のサブフィードバック制御プログラムは、触媒２２下流側の空燃比を制御目標値（例えば理論空燃比付近）に一致させるように、下流側酸素センサ２４の出力に基づいて触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧを補正するサブフィードバック制御を行い、特許請求の範囲でいうサブフィードバック制御手段としての役割を果たす。サブフィードバック制御では、触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧを補正する際に、図４〜図７の各プログラムによって、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じてサブフィードバック制御のパラメータ（リッチ積分項λＩＲ、リーン積分項λＩＬ、リッチスキップ項λＳＫＲ、リーンスキップ項λＳＫＬ）を算出する。この機能が特許請求の範囲でいうパラメータ可変手段としての役割を果たす。以下、これら各プログラムの処理内容を説明する。
【００１６】
図２に示す空燃比制御プログラムは、空燃比フィードバック制御によって要求燃料噴射量ＴＡＵを算出するプログラムであり、所定クランク角毎（例えば４気筒エンジンであれば１８０℃Ａ毎）に起動される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、前記各種センサからの検出信号（例えばエンジン回転速度、スロットル開度、吸気管圧力、冷却水温、上流側空燃比センサ２３の出力、下流側酸素センサ２４の出力等）を読み込む。この後、ステップ１０２で、エンジン運転状態（エンジン回転速度、吸気管圧力等）に応じてマップ等から基本燃料噴射量Ｔｐを演算する。
【００１７】
そして、次のステップ１０３で、空燃比フィードバック条件が成立しているか否かを判定する。ここで、空燃比フィードバック条件は、例えば、冷却水温が所定値以上で、且つ高回転・高負荷状態でない時等に成立する。このステップ１０３で、空燃比フィードバック条件が不成立と判定された場合には、ステップ１０４に進み、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦをフィードバック補正なしを意味する「１．０」に設定して、ステップ１０７に進む。
【００１８】
一方、上記ステップ１０３で、空燃比フィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１０５に進み、後述する図３のサブフィードバック制御プログラムを実行し、下流側酸素センサ２４の出力ＶＯＸ２（触媒２２下流側の実空燃比）に基づいて触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧを補正した後に、ステップ１０６に進み、触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧと上流側空燃比センサ２３の出力λ（触媒２２上流側の実空燃比）とに基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを次式により算出する。
【００１９】
ＦＡＦ（ｉ）＝Ｋ１・λ（ｉ）＋Ｋ２・ＦＡＦ（ｉ−３）＋Ｋ３・ＦＡＦ（ｉ−２）＋Ｋ４・ＦＡＦ（ｉ−１）＋ＺＩ（ｉ）
但し、ＺＩ（ｉ）＝ＺＩ（ｉ−１）＋Ｋａ・｛λＴＧ−λ（ｉ）｝
ここで、添字の（ｉ）は今回値、（ｉ−１）は１回前の値、（ｉ−２）は２回前の値、（ｉ−３）は３回前の値を示す。Ｋ１〜Ｋ４は最適フィードバック定数、Ｋａは積分定数である。このステップ１０６の処理によって、上流側空燃比センサ２３の出力λに基づく空燃比フィードバック制御が行われる。
【００２０】
そして、次のステップ１０７で、基本燃料噴射量Ｔｐと空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとを用いて、次式により要求燃料噴射量ＴＡＵを算出して本プログラムを終了する。
ＴＡＵ＝Ｔｐ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
ここで、ＦＡＬＬは、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ以外の補正係数（例えば冷却水温による補正係数、加減速時の補正係数等）である。
【００２１】
図３に示すサブフィードバック制御プログラムは、図２の空燃比制御プログラムのステップ１０５で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、今回の触媒２２下流側の空燃比がリーンであるか否かを下流側酸素センサ２４の出力ＶＯＸ２が理論空燃比に相当する電圧（例えば０．４５Ｖ）以下であるか否かによって判定し、リーン（ＶＯＸ２≦０．４５）であれば、ステップ２０２に進み、前回も下流側の空燃比がリーンであったか否かを判定する。
【００２２】
もし、前回も今回と同じくリーンであれば、ステップ２０３に進み、図４に示すリッチ積分項λＩＲ算出プログラムを実行し、次のようにして、リッチ積分項λＩＲを算出する。まず、ステップ３１１で、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＲ（＝λ−１．０）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｋは、下流側酸素センサ２４が触媒２２下流側の空燃比を検出可能な範囲の限界値に設定されている。
【００２３】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３１２に進み、リッチ積分項λＩＲを、空燃比偏差ΔＡＦＲに所定のゲインａ1 を乗算して求める。
λＩＲ＝ΔＡＦＲ×ａ1
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時は、リッチ積分項λＩＲが空燃比偏差ΔＡＦＲに比例して増加する。
【００２４】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３１３に進み、リッチ積分項λＩＲを一定値ｂ1 に設定する。この一定値ｂ1 は、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時のリッチ積分項λＩＲの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋの時のリッチ積分項λＩＲ）よりも小さい値に設定されている。
【００２５】
以上のようにして、リッチ積分項λＩＲを設定した後、図３のステップ２０４に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧからリッチ積分項λＩＲを差し引いた値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ−λＩＲ
【００２６】
一方、触媒２２下流側の空燃比が前回リッチで、今回リーンの場合、つまり、触媒２２下流側の空燃比がリッチからリーンに反転した直後であれば、ステップ２０２からステップ２０５に進み、図５に示すリッチスキップ項λＳＫＲ算出プログラムを実行し、次のようにしてリッチスキップ項λＳＫＲを算出する。まず、ステップ３２１で、前記ステップ３１１と同じく、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＲ（＝λ−１．０）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。
【００２７】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３２２に進み、リッチスキップ項λＳＫＲを、空燃比偏差ΔＡＦＲに所定のゲインａ2 を乗算して求める。
λＳＫＲ＝ΔＡＦＲ×ａ2
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時は、リッチスキップ項λＳＫＲが空燃比偏差ΔＡＦＲに比例して増加する。
【００２８】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３２３に進み、リッチスキップ項λＳＫＲを一定値ｂ2 に設定する。この一定値ｂ2 は、空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋ以下の時のリッチスキップ項λＳＫＲの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＲが所定値Ｋの時のリッチスキップ項λＳＫＲ）よりも小さい値に設定されている。
【００２９】
以上のようにして、リッチスキップ項λＳＫＲを設定した後、図３のステップ２０６に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧからリッチ積分項λＩＲとリッチスキップ項λＳＫＲを差し引いた値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ−λＩＲ−λＳＫＲ
【００３０】
一方、前述したステップ２０１で、今回の触媒２２下流側の空燃比がリッチ（ＶＯＸ２＞０．４５Ｖ）と判定されると、ステップ２０７に進み、前回も触媒２２下流側の空燃比がリッチであったか否かを判定する。もし、前回も今回と同じくリッチであれば、ステップ２０８に進み、図６に示すリーン積分項λＩＬ算出プログラムを実行し、次のようにしてリーン積分項λＩＬを算出する。まず、ステップ３３１で、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＬ（＝１．０−λ）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。ここで、所定値Ｋは、下流側酸素センサ２４が触媒２２下流側の空燃比を検出可能な範囲の限界値に設定されている。
【００３１】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３３２に進み、リーン積分項λＩＬを、空燃比偏差ΔＡＦＬに所定のゲインａ3 を乗算して求める。
λＩＬ＝ΔＡＦＬ×ａ3
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時は、リーン積分項λＩＬが空燃比偏差ΔＡＦＬに比例して増加する。
【００３２】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３３３に進み、リーン積分項λＩＬを一定値ｂ3 に設定する。この一定値ｂ3 は、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時のリーン積分項λＩＬの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋの時のリーン積分項λＩＬ）よりも小さい値に設定されている。
【００３３】
以上のようにして、リーン積分項λＩＬを設定した後、図３のステップ２０９に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧにリーン積分項λＩＬを加算した値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ＋λＩＬ
【００３４】
一方、触媒２２下流側の空燃比が前回リーンで、今回リッチの場合、つまり、触媒２２下流側の空燃比がリーンからリッチに反転した直後であれば、ステップ２０７からステップ２１０に進み、図７に示すリーンスキップ項λＳＫＬ算出プログラムを実行し、次のようにしてリーンスキップ項λＳＫＬを算出する。まず、ステップ３４１で、前記ステップ３３１と同じく、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比（空気過剰率λ）と理論空燃比（λ＝１．０）との偏差ΔＡＦＬ（＝１．０−λ）を算出し、この空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であるか否かを判定する。
【００３５】
もし、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下であれば、ステップ３４２に進み、リーンスキップ項λＳＫＬを、空燃比偏差ΔＡＦＬに所定のゲインａ4 を乗算して求める。
λＳＫＬ＝ΔＡＦＬ×ａ4
これにより、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時は、リーンスキップ項λＳＫＬが空燃比偏差ΔＡＦＬに比例して増加する。
【００３６】
一方、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋよりも大きければ、ステップ３４３に進み、リーンスキップ項λＳＫＬを一定値ｂ4 に設定する。この一定値ｂ4 は、空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋ以下の時のリーンスキップ項λＳＫＬの最大値（つまり空燃比偏差ΔＡＦＬが所定値Ｋの時のリーンスキップ項λＳＫＬ）よりも小さい値に設定されている。
【００３７】
リーンスキップ項λＳＫＬの設定後、図３のステップ２１１に進み、今回の目標空燃比λＴＧを、前回の目標空燃比λＴＧからリーン積分項λＩＬとリーンスキップ項λＳＫＬを加算した値に設定する。
λＴＧ←λＴＧ＋λＩＬ＋λＳＫＬ
【００３８】
以上のようにして、ステップ２０４，２０６，２０９，２１１のいずれかで、今回の目標空燃比λＴＧを設定した後、ステップ２１２に進み、今回の触媒２２下流側の空燃比のリッチ／リーンを記憶し、本プログラムを終了する。
【００３９】
以上説明した本実施形態の空燃比フィードバック制御の効果を図８のタイムチャートを用いて説明する。図８のタイムチャートは、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に制御されている状態からリッチ側に所定値Ｋ以上ずれた状態となり、その後、所定時間経過後に、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻る場合の制御例を示している。図８に破線で示した比較例は、サブフィードバック制御のパラメータ（リッチ積分項λＩＲ、リーン積分項λＩＬ、リッチスキップ項λＳＫＲ、リーンスキップ項λＳＫＬ）を常に一定値に固定して目標空燃比λＴＧを補正する。
【００４０】
本実施形態では、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋ以下の時は、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを空燃比偏差に比例して増加させる。これにより、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋ以下の時は、サブフィードバック制御による目標空燃比λＴＧの補正が過補正とならない範囲で、該空燃比偏差に応じて最大限にパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを大きくしてサブフィードバック制御の効果を高め、応答性に優れた空燃比フィードバック制御を実施する。
【００４１】
その後、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋよりも大きくなると、本実施形態では、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを小さい値に設定して、サブフィードバック制御を継続し、目標空燃比λＴＧを少しずつ更新する。
【００４２】
一方、比較例では、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋよりも大きくなっても、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを変化させることなく、サブフィードバック制御を継続するため、目標空燃比λＴＧがリーン側に大きくずれていく。このため、その後、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻って、下流側酸素センサ２４の出力がリーン側に反転しても、目標空燃比λＴＧが理論空燃比付近に戻るまでに暫く時間がかかり、その間、触媒２２下流側の実空燃比がリーン側に大きくずれた状態が続き、触媒２２下流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻るまでに暫く時間がかかり、触媒２２の排出ガス浄化率が低下する。
【００４３】
これに対し、本実施形態では、触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差が所定値Ｋよりも大きくなると、サブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを小さい値に設定して、サブフィードバック制御を継続し、目標空燃比λＴＧを更新する。これにより、目標空燃比λＴＧの補正が過補正とならない範囲で、目標空燃比λＴＧが理論空燃比付近で少しずつ更新される。このため、その後、触媒２２上流側の実空燃比が理論空燃比付近に戻って、下流側酸素センサ２４の出力がリーン側に反転すると、目標空燃比λＴＧが速やかに理論空燃比付近に戻り、触媒２２下流側の実空燃比がリーン側に大きくずれることなく、理論空燃比付近に応答性良く制御される。これにより、触媒２２の排出ガス浄化率が比較例よりも向上する。
【００４４】
尚、本実施形態では、上流側空燃比センサ２３で検出した触媒２２上流側の実空燃比と理論空燃比との偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じてサブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定するようにしたが、触媒２２上流側の目標空燃比λＴＧと理論空燃比との偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに応じてサブフィードバック制御のパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定するようにしても良い。この場合、図４〜図７の各プログラムにおいて、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬを目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに代えれば良い。
【００４５】
また、図４〜図７の各プログラムでは、パラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬを、空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬを変数とする数式を用いて算出するようにしたが、図９に示すように、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬ（又は目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧ）とパラメータλＩＲ、λＩＬ、λＳＫＲ、λＳＫＬとの関係を規定するテーブルを用いて、空燃比偏差に応じてパラメータを可変設定するようにしても良い。このテーブルのデータ特性も、空燃比偏差が所定値以下の時に、該空燃比偏差に比例してパラメータを増加させ、空燃比偏差が所定値よりも大きい時に、パラメータを小さい所定値に固定するようにすると良い。
【００４６】
また、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じて積分項λＩＲ、λＩＬを可変設定し、且つ、目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに応じてスキップ項λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定するようにしても良く、或は、これとは反対に、実空燃比偏差ΔＡＦＲ、ΔＡＦＬに応じてスキップ項λＳＫＲ、λＳＫＬを可変設定し、且つ、目標空燃比偏差ΔＡＦＲＴＧ、ΔＡＦＬＴＧに応じて積分項λＩＲ、λＩＬを可変設定するようにしても良い。
【００４７】
また、本実施形態では、空燃比偏差に応じて積分項とスキップ項の両方を可変設定するようにしたが、積分項とスキップ項のいずれか一方のみを可変設定するようにしても良い。
【００４８】
また、本実施形態では、空燃比偏差が所定値Ｋ以下の時に、該空燃比偏差に応じてパラメータを可変設定するようにしたが、空燃比偏差が所定値Ｋ以下の時には、空燃比偏差に応じたパラメータの可変設定を行わないようにしても良く、この場合でも、空燃比偏差が所定値Ｋより大きい時に、本実施形態と同じく、パラメータを小さい所定値に固定してサブフィードバック制御を行えば、目標空燃比の補正が過補正とならない範囲でサブフィードバック制御を実施することができ、排出ガス浄化率を向上できる。
【００４９】
その他、本発明は、上流側センサ２３と下流側センサ２４は、広帯域空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）と酸素センサのいずれを用いても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】空燃比フィードバック制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】サブフィードバック制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】リッチ積分項λＩＲ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図５】リッチスキップ項λＳＫＲ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】リーン積分項λＩＬ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図７】リーンスキップ項λＳＫＬ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】空燃比制御の挙動を示すタイムチャート
【図９】空燃比偏差に応じたパラメータを算出するテーブルの一例を示す図
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排気通路）、２２…触媒、２３…上流側センサ、２４…下流側センサ、２７…ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段，サブフィードバック制御手段，パラメータ可変手段）。
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に設置された排気浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した内燃機関の空燃比制御装置において、
上流側センサの出力に基づいて前記触媒上流側の空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、
下流側センサの出力に基づいて前記触媒上流側の空燃比フィードバック制御を補正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、
前記触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差に応じて前記サブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを可変設定するパラメータ可変手段と
を備え、
前記パラメータ可変手段は、前記触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定値よりも大きいときに、前記サブフィードバック制御による補正量を前記偏差が前記所定値以下のときの補正量の最大値よりも小さくするように前記サブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを可変設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記パラメータ可変手段は、前記触媒上流側の空燃比として前記上流側センサの検出値を用い、この検出値と理論空燃比との偏差に応じて前記パラメータを可変設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記パラメータ可変手段は、前記触媒上流側の空燃比として前記触媒上流側の空燃比フィードバック制御の目標空燃比を用い、この目標空燃比と理論空燃比との偏差に応じて前記パラメータを可変設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記パラメータ可変手段は、前記触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時に該空燃比偏差が大きくなるほど前記サブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを大きくし、該空燃比偏差が所定範囲外の時に該パラメータを前記所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記パラメータ可変手段で可変設定する前記パラメータは、積分項及び／又はスキップ項であり、
前記サブフィードバック制御手段は、前記積分項及びスキップ項を用いて前記触媒上流側の空燃比フィードバック制御の目標空燃比を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 内燃機関の排気通路に設置された排気浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出するセンサを設置した内燃機関の空燃比制御装置において、
上流側センサの出力に基づいて前記触媒上流側の空燃比フィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、
下流側センサの出力を前記触媒上流側の空燃比フィードバック制御に反映させるためのサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、
前記触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲外の時に前記サブフィードバック制御の少なくとも１つのパラメータを前記所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定するパラメータ可変手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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