JP5543852B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値に応じて、空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の空燃比制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関の排気通路には、排ガスを浄化するための触媒が設けられており、この触媒の上流側にはＬＡＦセンサが、下流側には酸素濃度センサがそれぞれ配置されている。ＬＡＦセンサは、排ガスの空燃比をリニアに検出し、酸素濃度センサは、排ガスの空燃比を検出するとともに、理論空燃比に相当する排ガス空燃比の前後において急激に変化する出力特性を有する。

この空燃比制御装置では、ＬＡＦセンサによって検出された排ガス空燃比が目標空燃比になるように、燃料噴射量をフィードバック制御する。また、酸素濃度センサによって検出された排ガス空燃比に応じて、燃料噴射量を補正する補正量を算出する。

また、ＬＡＦセンサで検出された排ガス空燃比が理論空燃比よりもリッチ側を示すのに対し、酸素濃度センサで検出された排ガス空燃比が理論空燃比よりもリーン側を示しているときには、酸素濃度センサに、検出値がリーン側にシフトするリーンスタック異常が発生していると判定し、補正量の上限値をよりも小さな値に設定する。これにより、酸素濃度センサにリーンスタック異常が発生しているときの補正量の過大化を防止し、燃料噴射量を適切に制御するようにしている。

特許第４３５３０７０号公報

しかし、上述した従来の空燃比制御装置では、ＬＡＦセンサの検出値と酸素濃度センサの検出値の比較結果に応じて、酸素濃度センサにリーンスタック異常が発生しているか否かを判定する。したがって、このリーンスタック異常の判定を行うためには、酸素濃度センサに加えてＬＡＦセンサを設けなければならない。また、従来の空燃比制御装置では、ＬＡＦセンサの検出値が理論空燃比よりもリッチ側を示し、かつ、酸素濃度センサの検出値が理論空燃比よりもリーン側を示すときに、リーンスタック異常が発生していると判定する。このため、例えば、ＮＯｘの低減などのために、酸素濃度センサで検出された排ガス空燃比の目標値が理論空燃比よりもリッチ側に設定されている場合には、酸素濃度センサにリーンスタック異常が発生していたとしても、その検出値が理論空燃比よりもリッチ側にあることが多くなるため、リーンスタック異常の発生を適切に判定できない。

また、リーンスタック異常が発生していると判定されたときに、上限値によって補正量全体を制限するので、補正量をきめ細かく適切に算出することができない。例えば、補正量の算出を酸素濃度センサの出力値と目標値に基づくフィードバック制御によって行う場合、そのフィードバック成分の中に、リーンスタック異常による酸素濃度センサの出力値のずれの影響が大きいものと小さいものが存在するときでも、そのような影響度合の相違にかかわらず、補正量全体に上限値が適用されてしまう。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、空燃比センサの出力特性の変化を適切に補償しながら、空燃比センサの出力値および目標値に基づくフィードバック制御に用いられる制御入力を適切に算出でき、それにより、空燃比の制御精度を向上させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る内燃機関の空燃比制御装置１は、内燃機関３の排気通路（排気管５）に設けられ、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ（酸素濃度センサ２１）と、空燃比センサの出力値（Ｏ２出力値ＳＶＯ２）に応じて、制御入力（目標空燃比ＫＣＭＤ）を算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、図４）と、算出された制御入力を用いて、空燃比センサの出力値を所定の目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるようにフィードバック制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２、図３）と、出力値が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤよりもリーン側にあり、かつ、出力値が、空燃比センサの出力の飽和により空燃比センサの出力値が低下し始める値に相当する第１所定値Ｖ１よりもリッチ側にあるときに、制御入力の算出に用いられるゲイン（第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎ）を出力値に応じて算出するゲイン算出手段（ＥＣＵ２、図５ステップ２３、図６）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関は、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサを備えている。ここで、「排ガスの空燃比」とは、排ガス中の空気と可燃性気体との重量比をいう。この空燃比制御装置では、空燃比センサの出力値に応じて制御入力を算出するとともに、算出された制御入力を用いて、空燃比センサの出力値を所定の目標値になるようにフィードバック制御する。

上記のような空燃比センサは、その素子が有する起電力を利用して、排ガス空燃比に応じた電圧を検出信号として出力するように構成されている。このため、素子の硫黄被毒など、起電力の発生を妨げる原因が生じた状態では、起電力が不足することで、出力が飽和しやすく、その場合には、空燃比センサの出力値は、飽和していない正常時の値よりもリーン側の値を示す。

本発明によれば、空燃比センサの出力値が目標値よりもリーン側にあり、かつ、出力値が、空燃比センサの出力の飽和により出力値が低下し始める値に相当する第１所定値よりもリッチ側にあるときに、出力値に応じて、制御入力の算出に用いられるゲインを算出する。したがって、空燃比センサの出力が飽和している場合には、それに起因する出力特性の変化を適切に補償しながら、ゲインの算出を適切に行うことができる。また、そのように算出されたゲインを用いて算出した制御入力を用いて、空燃比センサの出力値と目標値に基づくフィードバック制御を行うので、空燃比の制御精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置１において、ゲイン算出手段は、空燃比センサの出力値が第１所定値Ｖ１よりもリッチ側にあり、かつ、空燃比センサの出力の飽和時における出力値と空燃比センサの正常時における出力値との差が拡大し始める値に相当する第２所定値Ｖ２よりもリーン側にあるときに、出力値がリッチ側にあるほど、ゲインをより小さな値に算出し、出力値が第２所定値Ｖ２と等しいか、または第２所定値Ｖ２よりもリッチ側にあるときに、ゲインを値０に設定する（図６のステップ３３、図７）ことを特徴とする。

空燃比センサの出力が飽和することは、排ガス空燃比が理論空燃比に相当する値よりもリッチ側にあるときに発生しやすく、また、飽和時における空燃比センサの出力値の正常時の値に対するずれは、排ガス空燃比がリッチ側にあるほど、より大きくなる。この構成によれば、出力値が第１所定値よりもリッチ側にあり、かつ、空燃比センサの出力の飽和時における出力値と空燃比センサの正常時における出力値との差が拡大し始める値に相当する第２所定値よりもリーン側にあるときに、出力値がリッチ側にあるほど、ゲインをより小さな値に算出する。これにより、出力が飽和したときの空燃比センサの出力特性に応じて、ゲインを適切に算出することができる。その結果、制御入力をより適切に算出でき、したがって、空燃比の制御精度をさらに向上させることができる。
また、前述した構成によれば、出力値が第２所定値と等しいか、または第２所定値よりもリッチ側にあるときに、ゲインが値０に設定される。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置１において、制御入力は積分項を含み、ゲインは、積分項の算出に用いられる（図５のステップ２４，２５，２８）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項１または２で算出されたゲインは、制御入力に含まれる積分項の算出に用いられる。積分項は累積的に加算されることで算出されるので、ゲインの精度の影響が他のフィードバック成分と比較して大きい。したがって、上記のように適切に算出されたゲインを積分項の算出に用いることにより、積分項が不適切に際限なく増大することを回避できる。また、積分項以外のフィードバック成分は、累積的に算出するものではないので、空燃比センサの出力値のずれによる影響度合が小さい。したがって、ゲインをこれらのフィードバック成分には用いないことによって、フィードバックの応答性などを確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置１において、空燃比センサは、内燃機関３から排出された排ガスを浄化する触媒８の下流側に設けられており、触媒８の上流側に設けられ、排ガスの空燃比を検出するとともに、排ガスの空燃比に応じてリニアに変化する出力特性を有する上流側空燃比センサ（ＬＡＦセンサ２２）をさらに備え、空燃比制御手段は、空燃比センサの出力値が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるように、スライディングモード制御により、制御入力として目標空燃比ＫＣＭＤを算出する（図４）とともに、上流側空燃比センサにより検出された排ガスの空燃比が目標空燃比ＫＣＭＤになるように、内燃機関３に供給される燃料量（燃料噴射量Ｔｏｕｔ）を制御し、制御入力は、ゲインを用いて算出される適応則入力ＵＡＤＰを含むこと特徴とする。

この構成によれば、空燃比センサは触媒の下流側に設けられており、触媒の上流側にはさらに、排ガスの空燃比に応じてリニアに変化する出力特性を有する上流側空燃比センサが設けられている。また、制御入力としての目標空燃比を、空燃比センサの出力値が目標値になるように、スライディングモード制御により算出する。したがって、空燃比センサで検出された排ガスの空燃比を用い、外乱の影響が少なく、かつ目標値への収束が早いという特性を有するスライディングモード制御によって、目標空燃比を適切に算出することができる。

また、そのように算出された目標空燃比を用いて、上流側空燃比センサにより検出された排ガスの空燃比が目標空燃比になるように、内燃機関に供給される燃料量を制御するので、空燃比の制御精度をさらに向上させることができる。また、制御入力は、スライディングモード制御における適応則入力を含み、この適応則入力は、積分項に相当するとともに、ゲインを用いて算出される。したがって、ゲインを積分項に適用することによる前述した請求項３の利点を同様に得ることができる。

本発明の実施形態による空燃比制御装置を、内燃機関とともに示す図である。 酸素濃度センサの出力特性を示す図である。 燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。 目標空燃比の算出処理を示すフローチャートである。 適応則入力の算出処理を示すフローチャートである。 第１ゲインの算出処理を示すフローチャートである。 第１ゲインを算出するためのマップである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、本発明を適用した空燃比制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の空燃比制御を含む各種の制御処理を行う。エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒のガソリンエンジンである。エンジン３の吸気管４には、スロットル弁６が設けられ、その下流側の吸気マニホールド４ａには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）７が設けられている。インジェクタ７の開弁時間および開閉タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射量Ｔｏｕｔおよび燃料噴射時期が制御される。

一方、排気管５の下流側には、触媒８が設けられている。この触媒８は、三元触媒で構成されており、酸化還元作用によって、排ガス中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する。

また、排気管５の触媒８よりも下流側には、酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２１が設けられている。Ｏ２センサ２１は、触媒８の下流側で排ガス中の酸素濃度を検出し、その酸素濃度に応じた電圧を有する信号をＥＣＵ２に出力する。

図２に示すように、Ｏ２センサ２１は、混合気の理論空燃比に相当する排ガスの空燃比（以下「理論排ガス空燃比」という）Ａ／ＦＥＸＴＨの前後において急激に変化する出力特性を有する。具体的には、Ｏ２センサ２１の出力信号の電圧値（以下「Ｏ２出力値」という）ＳＶＯ２は、理論空燃比よりもリッチな混合気が燃焼し、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸがリッチなときには、高い値（例えば６００ｍＶ以上）を示し、理論空燃比よりもリーンな混合気が燃焼し、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸがリーンなときには、低い値（例えば２００ｍＶ以下）を示すとともに、理論空燃比付近の混合気が燃焼し、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸが理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨ付近のときには、上記の値の間で急激に変化する。

また、同図の破線は、硫黄被毒の発生などにより出力が飽和したときのＯ２センサ２１の出力特性を示す。この破線に示すように、硫黄被毒が発生すると、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸが理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨよりもリッチな領域において、Ｏ２センサ２１の出力が飽和し、そのときのＯ２出力値ＳＶＯ２は、飽和していない正常時の値（実線）よりも小さくなり、また、正常時の値との差は、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸがリッチ側にあるほど、より大きくなる。

また、排気管５の触媒８よりも上流側には、ＬＡＦセンサ２２が設けられている。ＬＡＦセンサ２２は、理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨに対してリッチ側からリーン側までの広い範囲において、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、酸素濃度に応じた排ガス空燃比（以下「実空燃比」という）ＫＡＣＴを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この実空燃比ＫＡＣＴ、および後述する目標空燃比ＫＣＭＤは、当量比で表される。

また、吸気管４のスロットル弁６よりも上流側にはエアフローメータ２３が、下流側には吸気圧センサ２４が、それぞれ設けられている。エアフローメータ２３は、吸気管４を流れる空気の質量（以下「空気質量」という）ＧＡＩＲを検出し、吸気圧センサ２４は、吸気の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＥＣＵ２には、水温センサ２６からエンジン３の冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が出力される。

一方、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ２５が設けられている。クランク角センサ２５は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒（図示せず）においてピストン（図示せず）が吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。ＥＣＵ２は、上述したセンサ２１〜２６からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて、空燃比制御などのための各種の演算処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、制御入力算出手段、空燃比制御手段およびゲイン算出手段に相当する。

次に、図３〜図７を参照しながら、ＥＣＵ２で実行される空燃比制御処理について説明する。この空燃比制御処理は、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるように目標空燃比ＫＣＭＤを算出するとともに、実空燃比ＫＡＣＴが算出した目標空燃比ＫＣＭＤになるように燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出することによって、エンジン３で燃焼する混合気の空燃比および排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸを制御するものである。なお、本実施形態では、ＮＯｘの低減などのために、目標値ＳＶＯ２ＣＭＤは、理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨに相当する値（例えば５９０ｍＶ）よりも若干大きな値（例えば６５０ｍＶ）、すなわち若干リッチ側に設定されている。

図３は、燃料噴射量Ｔｏｕｔの算出処理を示す。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することよって、基本燃料量ＴＩｂａｓｅを算出する。この基本燃料量ＴＩｂａｓｅは、燃料噴射量Ｔｏｕｔの基本値であり、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、吸気圧ＰＢＡが高いほど、より大きな値に設定されている。なお、この基本燃料量ＴＩｂａｓｅの算出を、エアフローメータ２３で検出された空気質量ＧＡＩＲを用いてもよい。次に、ステップ２において、目標空燃比ＫＣＭＤを算出する。その詳細については後述する。

次に、ステップ３において、ＰＩＤフィードバック制御によって、ＬＡＦセンサ２２で検出された実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに収束するように、空燃比補正係数ＫＡＦを算出する。なお、空燃比補正係数ＫＡＦの算出を、ＳＴＲ（セルフチューニングレギュレータ）などを用いて行ってもよい。

次に、ステップ４において、総補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出する。この総補正係数ＫＴＯＴＡＬは、エンジン水温ＴＷに応じて算出される水温補正係数などを含む各種の補正係数を互いに乗算することによって算出される。

次に、ステップ５において、ステップ１〜４で算出された基本燃料量ＴＩｂａｓｅ、目標空燃比ＫＣＭＤ、空燃比補正係数ＫＡＦおよび総補正係数ＫＴＯＴＡＬを用い、次式（１）によって、燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出し、本処理を終了する。
Ｔｏｕｔ＝ＴＩｂａｓｅ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦ・ＫＴＯＴＡＬ ・・・・（１）

以下、図４を参照しながら、図３のステップ２において実行される目標空燃比ＫＣＭＤの算出処理について説明する。本処理は、後述する式（２）〜（７）に示すスライディングモード制御アルゴリズムによって、目標空燃比ＫＣＭＤを算出するものである。本処理ではまず、ステップ１１において、適応則入力ＵＡＤＰを算出する。図５は、そのサブルーチンを示す。

本処理ではまず、ステップ２１において、Ｏ２出力値ＳＶＯ２と目標値ＳＶＯ２ＣＭＤとの差を、出力偏差ＳＶＯ２Ｐとして算出し、ステップ２２において、算出された出力偏差ＳＶＯ２Ｐに応じ、変換値ＥＲＲＡＤＰＮを算出する。次に、ステップ２３において、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを算出する。図６は、そのサブルーチンを示す。

本処理ではまず、ステップ３１において、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤよりも小さいか否かを判別する。この答がＮＯで、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤに対してリッチ側にあるときには、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを値１．０に設定し、本処理を終了する。

一方、上記ステップ３１の答がＹＥＳで、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤに対してリーン側にあるときには、ステップ３３において、Ｏ２出力値ＳＶＯ２に応じ、図７に示すマップを検索することによって、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを算出し、本処理を終了する。

このマップでは、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎは、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が第１所定値Ｖ１以下の範囲では、値１．０に設定され、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が第１所定値Ｖ１よりも大きく、第２所定値Ｖ２よりも小さい範囲では、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が大きいほど、より小さな値に設定されている。また、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が第２所定値Ｖ２以上の範囲では、値０に設定されている。

図２に示すように、上記の第１所定値Ｖ１は、Ｏ２センサ２１の出力の飽和によりＯ２出力値ＳＶＯ２が低下し始める値に相当する。また、第２所定値Ｖ２は、Ｏ２センサ２１の出力の飽和時に、正常時の値とＯ２出力値ＳＶＯ２との差が拡大し始める値に相当する。これらの第１および第２所定値Ｖ１，Ｖ２は、実験などによりあらかじめ求められ、本実施形態では、例えば、Ｖ１＝６３０ｍＶ，Ｖ２＝６５０ｍＶにそれぞれ設定されている。

以上から、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎは、Ｏ２センサ２１の出力の飽和によりＯ２出力値ＳＶＯ２がほとんど低下しない範囲（ＳＶＯ２≦Ｖ１）では、値１．０に設定され、正常時の値とＯ２出力値ＳＶＯ２との差が大きい範囲（ＳＶＯ２≧Ｖ２）では、値０に設定され、それらの間（Ｖ１＜ＳＶＯ２＜Ｖ２）では、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が増加するにつれて、値１．０から０までリニアに減少するように設定される。

図５に戻り、ステップ２３に続くステップ２４では、空気質量ＧＡＩＲに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、第２ゲインＫＡＤＰＡＩＲＮを算出し、ステップ２５において、算出された第２ゲインＫＡＤＰＡＩＲＮを前述した第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎに乗算することによって、総ゲインＳＬＤＫＡＤＰＮを算出する。

次に、ステップ２６において、今回および前回の変換値ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ），ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ−１）と、所定の応答指定パラメータｓ（−１＜ｓ＜０）を用い、次式（２）によって、切換関数σ（ｋ）を算出する。
σ（ｋ）＝ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ）＋ｓ・ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ−１）・・・・（２）

次に、ステップ２７において、次式（３）によって、切換関数σ（ｋ）の積分値Ｓｕｍσ（ｋ）を算出する。
Ｓｕｍσ（ｋ）＝Ｓｕｍσ（ｋ−１）＋ＳＬＤＫＡＤＰＮ・σ（ｋ）
・・・・（３）

次に、ステップ２８において、算出された積分値Ｓｕｍσ（ｋ）および総ゲインＳＬＤＫＡＤＰＮを用い、次式（４）によって、適応則入力の基本値ＵＡＤＰｂａｓｅを算出する。
ＵＡＤＰｂａｓｅ（ｋ）
＝ＵＡＤＰｂａｓｅ（ｋ−１）＋ＳＬＤＫＡＤＰＮ・σ（ｋ）
＝Ｓｕｍσ（ｋ） ・・・・（４）

次に、ステップ２９において、算出された適応則入力の基本値ＵＡＤＰｂａｓｅにリミット処理を行うことによって、適応則入力ＵＡＤＰを算出し、本処理を終了する。このリミット処理は、具体的には、基本値ＵＡＤＰｂａｓｅが所定の上限値ＵＡＤＰＬＭＴＨよりも大きいときには、適応則入力ＵＡＤＰを上限値ＵＡＤＰＬＭＴＨに設定する。また、基本値ＵＡＤＰｂａｓｅが下限値ＵＡＤＰＬＭＴＬよりも小さいときには、適応則入力ＵＡＤＰを下限値ＵＡＤＰＬＭＴＬに設定する。また、上記以外のときには、適応則入力ＵＡＤＰを基本値ＵＡＤＰｂａｓｅに設定する。

図４に戻り、ステップ１１に続くステップ１２では、所定の到達則ゲインＫＲＣＨおよび切換関数σ（ｋ）を用い、次式（５）によって、到達則入力の基本値ＵＲＣＨｂａｓｅを算出するとともに、その値にリミット処理を施した値を、最終的な到達則入力ＵＲＣＨとして算出する。
ＵＲＣＨ＝ＫＲＣＨ・σ（ｋ） ・・・・（５）

次に、ステップ１３において、算出された適応則入力ＵＡＤＰおよび到達則入力ＵＲＣＨを用い、次式（６）によって、補正値ＵＳＬを算出する。
ＵＳＬ＝ＵＡＤＰ＋ＵＲＣＨ ・・・・（６）

次に、ステップ１４において、所定の空燃比基準値ＦＬＡＦＢＡＳＥおよび算出された補正値ＵＳＬを用い、次式（７）によって、目標空燃比ＫＣＭＤを算出し、本処理を終了する。
ＫＣＭＤ＝ＦＬＡＦＢＡＳＥ−ＵＳＬ ・・・・（７）

以上のように、本実施形態によれば、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤよりも小さく、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸをリッチ側に制御するときには、Ｏ２出力値ＳＶＯ２に応じて、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを算出する。したがって、Ｏ２センサ２１の出力が飽和している場合には、排ガス理論空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨよりもリッチ側におけるＯ２出力値ＳＶＯ２の低下を適切に補償しながら、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎの算出を適切に行うことができる。また、そのように算出された第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを用いて算出した目標空燃比ＫＣＭＤを用いて、Ｏ２出力値ＳＶＯ２と目標値ＳＶＯ２に基づくフィードバック制御を行うので、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸの制御精度を向上させることができる。

また、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が第１所定値Ｖ１よりも大きいときに、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が大きいほど、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎをより小さな値に算出する。これにより、Ｏ２センサ２１の出力が飽和したときに、Ｏ２出力値ＳＶＯ２の正常時の値に対するずれが、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸがリッチ側にあるほど、より大きくなるという出力特性に応じて、総ゲインＳＬＤＫＡＤＰＮを適切に算出することができる。その結果、目標空燃比ＫＣＭＤをより適切に算出でき、したがって、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸの制御精度をさらに向上させることができる。

また、上記のように適切に算出された第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを適応則入力ＵＡＤＰの算出に用いることにより、適応則入力ＵＡＤＰが不適切に際限なく増大することを回避できる。また、到達則入力ＵＲＣＨの算出には、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを用いず、到達則ゲインＫＲＣＨを用いるので、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎが０で、適応則入力ＵＡＤＰが０のときでも、それに影響されることなく、フィードバックの応答性などを確保することができる。

また、目標空燃比ＫＣＭＤを、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるように、スライディングモード制御により算出する。したがって、Ｏ２センサ２１で検出された排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸを用い、外乱の影響が少なく、かつ目標値への収束が早いという特性を有するスライディングモード制御によって、目標空燃比ＫＣＭＤを適切に算出することができる。また、そのように算出された目標空燃比ＫＣＭＤを用いて、ＬＡＦセンサ２２で検出された実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、燃料噴射量Ｔｏｕｔを制御するので、混合気の空燃比および排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸの制御精度をさらに向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、触媒８の下流側に設けられたＯ２センサ２１は、いわゆる反転タイプのものであるが、上流側のＬＡＦセンサ２２と同様、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出するタイプのものでもよい。

また、実施形態では、目標空燃比ＫＣＭＤの算出を、スライディングモード制御により行っているが、ＰＩＤフィードバック制御によって行ってもよい。その場合には、フィードバック制御の積分項Ｉは、出力偏差ＳＶＯ２Ｐおよび積分項ゲインＫＩを用い、次式（８）によって算出され、本発明は、この積分項ゲインＫＩを算出するのに適用される。
Ｉ（ｋ）＝ＫＩ・ＳＶＯ２Ｐ＋Ｉ（ｋ−１） ・・・・（８）

また、実施形態では、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを、出力値ＳＶＯ２がＶ１＜ＳＶＯ２＜Ｖ２の範囲では、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が大きくなるにつれて、リニアに減少するように設定しているが、その減少度合が変化するように設定してもよい。また、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎの算出を、実施形態のマップに代えて、所定の数式を用いて行ってもよい。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 空燃比制御装置
２ ＥＣＵ（制御入力算出手段、空燃比制御手段、ゲイン算出手段）
３ 内燃機関
５ 排気管（排気通路）
８ 触媒
２１ 酸素濃度センサ（空燃比センサ）
２２ ＬＡＦセンサ（上流側空燃比センサ）
ＳＶＯ２ Ｏ２出力値（空燃費センサの出力値）
ＳＶＯ２ＣＭＤ 目標値
ＫＣＭＤ 目標空燃比（制御入力）
ＫＡＤＰＶＯ２Ｎ 第１ゲイン（ゲイン）
Ｔｏｕｔ 燃料噴射量（内燃機関に供給される燃料量）
ＵＡＤＰ 適応則入力

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
   当該空燃比センサの出力値に応じて制御入力を算出する制御入力算出手段と、
   当該算出された制御入力を用いて、前記空燃比センサの前記出力値を所定の目標値になるようにフィードバック制御する空燃比制御手段と、
   前記出力値が前記目標値よりもリーン側にあり、かつ、前記出力値が、前記空燃比センサの出力の飽和により前記空燃比センサの出力値が低下し始める値に相当する第１所定値よりもリッチ側にあるときに、前記制御入力の算出に用いられるゲインを前記出力値に応じて算出するゲイン算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記ゲイン算出手段は、前記空燃比センサの前記出力値が前記第１所定値よりもリッチ側にあり、かつ、前記空燃比センサの出力の飽和時における出力値と前記空燃比センサの正常時における出力値との差が拡大し始める値に相当する第２所定値よりもリーン側にあるときに、前記出力値がリッチ側にあるほど、前記ゲインをより小さな値に算出し、前記出力値が前記第２所定値と等しいか、または当該第２所定値よりもリッチ側にあるときに、前記ゲインを値０に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。
3. 前記制御入力は積分項を含み、前記ゲインは、当該積分項の算出に用いられることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記空燃比センサは、前記内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の下流側に設けられており、
   当該触媒の上流側に設けられ、排ガスの空燃比を検出するとともに、排ガスの空燃比に応じてリニアに変化する出力特性を有する上流側空燃比センサをさらに備え、
   前記空燃比制御手段は、前記空燃比センサの前記出力値が前記目標値になるように、スライディングモード制御により、前記制御入力として目標空燃比を算出するとともに、
   前記上流側空燃比センサにより検出された排ガスの空燃比が前記目標空燃比になるように、内燃機関に供給される燃料量を制御し、
   前記制御入力は、前記ゲインを用いて算出される適応則入力を含むこと特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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