CN101004153A

CN101004153A - 用于内燃机的空燃比控制设备

Info

Publication number: CN101004153A
Application number: CNA2006100641966A
Authority: CN
Inventors: 冈崎俊太郎; 加藤直人
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2026-12-14
Also published as: DE102006000524A1; DE102006000524B4; US20070131208A1; US7278394B2; CN100470036C; JP2007162565A

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的空燃比控制设备。该空燃比控制设备基于值Fcrlow(k－N)和值Fc(k－N)获取用于对空燃比进行反馈控制的上游侧反馈修正值DFi，所述值Fcrlow(k－N)通过以时间常数τ对与在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处的上游侧目标空燃比abyfr对应的值执行低通滤波处理而得到，其中所述空耗时间对应于从用于喷射燃料的指令发出的时刻到基于燃料的燃烧所产生的排气到达上游空燃比传感器(66)的时刻的时间段，所述值Fc(k－N)与在当前时刻上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs对应。低通滤波处理的时间常数τ设置为与上游空燃比传感器(66)的响应延迟时间常数相等的值。

Description

用于内燃机的空燃比控制设备

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的空燃比控制设备，该设备应用于这样一种内燃机中，该内燃机具有设置在排气通路内并位于同样设置在排气通路内的催化剂单元上游的上游空燃比传感器，该设备基于上游空燃比传感器的输出对供给到内燃机的气体混合物(混合气)的空燃比(下文称为“空燃比”)进行反馈控制。

背景技术

例如，公开号为2004-183585的日本未审专利申请公开了一种常规的这种类型的空燃比控制设备。在所公开的用于内燃机(下文有时称为“发动机”)的空燃比控制设备中，目标空燃比基于发动机的运行状态确定。基于与对应于上游空燃比传感器的输出值的空燃比(检测到的空燃比)与目标空燃比的偏差相对应的值(具体地，缸内进气量除以检测到的空燃比获得的值(检测到的缸内燃料供给量)与缸内进气量除以目标空燃比获得的值(目标缸内燃料供给量)的偏差)计算上游侧反馈修正值。燃料喷射量基于上游侧反馈修正值和基本燃料喷射量--该基本燃料喷射量是用于获得目标空燃比的燃料量--而计算，并且以所述燃料喷射量喷射燃料的指令被传递给喷射器，由此对空燃比进行反馈控制。

同时，当目标空燃比变化时，燃料喷射量(相应地，空燃比)由于基本燃料喷射量的改变也发生变化。通常，从发出喷射燃料的指令到燃料的燃烧所产生的排气到达上游空燃比传感器需要预定的时间(下文称为“空耗时间(滞后时间，延迟时间，dead time)”)。因此，空燃比将随着检测到的空燃比的变化伴随空耗时间延迟而发生变化。这样，当目标空燃比变化时，检测到的空燃比(相应地，检测到的缸内燃料供给量)伴随空耗时间延迟而发生变化。

另一方面，当目标空燃比变化时，目标缸内燃料供给量立即发生变化。因而，目标缸内燃料供给量变化的定时与检测到的缸内燃料供给量变化的定时不一致。因此，当检测到的缸内燃料供给量与目标缸内燃料供给量本身(当前值)的偏差用作前述偏差时，该偏差(相应地，上游侧反馈修正值)会暂时上升，由此可能会出现空燃比发生较大波动的情况。这对于空燃比迅速地收敛于目标空燃比是不利的。

鉴于此，在所公开的设备中，在计算前述偏差(相应地，上游侧反馈修正值)时，为了使目标缸内燃料供给量变化的定时与检测到的缸内燃料供给量变化的定时一致，使用在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处的目标缸内燃料供给量，而非目标缸内燃料供给量本身。

然而，在前述专利申请中所公开的空燃比控制设备中还伴有以下问题。现在考虑目标空燃比急剧变化的情况(例如，目标空燃比以阶跃方式发生变化的情况)。在这种情况下，在比目标空燃比急剧变化的时间点滞后一段空耗时间的时间点处，目标缸内燃料供给量将急剧变化。另一方面，由于上游空燃比传感器具有响应延迟，在比目标空燃比急剧变化的时间点滞后一段空耗时间的时间点处，检测到的缸内燃料供给量伴随该响应延迟发生较轻微的变化。

具体地，虽然目标缸内燃料供给量变化的定时与检测到的气缸燃料供应量变化的定时彼此一致，但是在变化的定时后各变化的延迟程度彼此差异很大。因此，上游侧反馈修正值仍然可能会暂时增大，从而导致出现空燃比难以迅速地收敛于目标空燃比的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种空燃比控制设备，所述空燃比控制设备以使得空燃比与目标空燃比一致的方式，通过基于目标空燃比和上游空燃比传感器的输出值计算燃料喷射量来对空燃比进行反馈控制，其中即使目标空燃比急剧变化，空燃比也能够迅速地收敛于目标空燃比。

根据本发明的空燃比控制设备应用于具有催化剂单元、上游空燃比传感器以及响应于指令喷射燃料的燃料喷射装置(例如，喷射器)的内燃机。

本发明提供了一种空燃比控制设备，该设备包括：确定目标空燃比的目标空燃比确定装置；获取基本燃料喷射量的基本燃料喷射量获取装置；获取与在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处已确定出的所述目标空燃比对应的值的第一延迟处理装置；获取通过对由所述第一延迟处理装置获取的所述值执行低通滤波处理得到的值的第二延迟处理装置；上游侧反馈修正值计算装置，所述上游侧反馈修正值计算装置基于由所述第二延迟处理装置获取的所述值和所述上游空燃比传感器的输出值计算上游侧反馈修正值；计算燃料喷射量的燃料喷射量计算装置；以及空燃比控制装置，所述空燃比控制装置通过向所述燃料喷射装置发出用于以所述计算出的燃料喷射量喷射燃料的指令，对供给到所述内燃机的气体混合物的空燃比进行反馈控制。

这里，除了在特殊情况下，例如紧接在取消了停止向燃烧室的燃料供给后，目标空燃比优选设置为理论空燃比。“与目标空燃比对应的值”的例子包括目标空燃比本身、与目标空燃比对应的上游空燃比传感器的输出值，以及通过将缸内进气量除以目标空燃比所获得的值(目标缸内燃料供给量)。

上游侧反馈修正值计算装置优选构造为基于由第二延迟处理装置获取的值与对应于上游空燃比传感器的输出值的值之间的偏差来计算上游侧反馈修正值。

这里，“由第二延迟处理装置获取的值与对应于上游空燃比传感器的输出值的值之间的偏差”的例子包括，但不局限于：通过对上游空燃比传感器的输出值进行低通滤波处理所得到的值与上游空燃比传感器的输出值之间的偏差，其中所述输出值对应于在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处确定的目标空燃比；通过对目标空燃比进行低通滤波处理所得到的值与检测到的空燃比之间的偏差，其中所述目标空燃比是在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处确定的值；以及通过对在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处的目标缸内燃料供给量进行低通滤波处理得到的值与检测到的缸内燃料供给量之间的偏差，其中所述目标缸内燃料供给量为通过将缸内进气量除以在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处确定的目标空燃比所得到的值，而所述检测到的缸内燃料供给量为通过将缸内进气量除以检测到的空燃比所得到的值。

通过前述构造，由第二延迟处理装置获取的值(例如，目标缸内燃料供给量)和对应于上游空燃比传感器的输出值的值(例如，检测到的缸内燃料供给量)被用于计算上游侧反馈修正值。由第二延迟处理装置获取的值即通过对与在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处的目标空燃比对应的值进行低通滤波处理所得到的值。

因此，与上述申请所公开的设备类似，由第二延迟处理装置获取的值变化的定时与对应于上游空燃比传感器的输出值的值变化的定时彼此一致。另外，由低通滤波处理造成的响应延迟程度与上游空燃比传感器的响应延迟程度相匹配，由此由第二延迟处理装置获取的值的变化延迟程度与对应于上游空燃比传感器的输出值的值的变化延迟程度在变化的定时之后能够彼此匹配。因此，即使目标空燃比急剧变化(例如，即使目标空燃比以阶跃方式变化)，上游侧反馈修正值的暂时增大也能得到抑制，结果使空燃比可以迅速收敛于目标空燃比。

在根据本发明的空燃比控制设备中，所述第一延迟处理装置优选构造为根据所述内燃机的运行状态改变所述空耗时间。通常，空耗时间根据发动机的运行状态而变化。因此，根据上述构造，由于能够在不考虑发动机运行状态的情况下正确地获取空耗时间，由第二延迟处理装置获取的值变化的定时与对应于上游空燃比传感器的输出值的值变化的定时能够精确地达到彼此一致。

此外，所述第一延迟处理装置优选构造为使用所述内燃机的转速和吸入所述内燃机的燃烧室内的空气量(缸内进气量)作为所述内燃机的运行状态。在发动机的运行状态中极大地影响空耗时间的因素的例子包括发动机的转速和缸内进气量。因此，根据前述构造能够更精确地获得空耗时间。

所述第一延迟处理装置优选构造为，使用比当前时间点提前与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数发出所述燃料喷射指令的时间点，作为所述比当前时间点提前一段空耗时间的时间点，并且基于所述内燃机的转速和所述进气量确定所述与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数。

如上所述，空耗时间受到发动机转速和缸内进气量的影响极大。另一方面，在空耗时间内发出的燃料喷射指令次数(燃料喷射次数)受到缸内进气量的影响极大，但是几乎不受发动机转速的影响。因此，即使发动机转速中存在检测误差，前述构造也能够防止由检测误差导致的包含在与空耗时间对应的燃料喷射指令次数中的误差(相应地，包含在空耗时间中的误差)的增大。

当比当前时间点提前与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数发出所述燃料喷射指令的时间点被用作在当前时间点前空耗时间的时间点时，所述第一延迟处理装置可以构造为仅基于所述缸内进气量来确定所述与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数。

该构造使得创建表(图)等成为可能，所述表(图)可具有作为自变量的、对与空耗时间对应的燃料喷射指令次数造成极大影响的单个参数，并且用于确定上面提到的次数。因此，可减少创建表等所需的工作量，并且还可减轻用于检索表等所需的CPU的负担。

在根据本发明的空燃比控制设备中，所述第二延迟处理装置优选构造为根据所述内燃机的运行状态改变与所述低通滤波处理的响应性相关的参数(例如，低通滤波处理的时间常数)。通常，上游空燃比传感器的响应延迟程度会根据发动机的运行状态而改变。因此，前述构造能够在不考虑发动机的运行状态的情况下，使得由低通滤波处理引起的响应延迟程度与上游空燃比传感器的响应延迟程度相匹配。因而，在不考虑发动机运行状态的情况下，在各自的变化定时之后，能够使得由目标空燃比变化造成的由第二延迟处理装置获取的值的变化延迟程度与由目标空燃比的变化造成的对应于上游空燃比传感器的输出值的值的变化延迟程度相匹配。

在这种情况下，所述第二延迟处理装置优选构造为使用所述内燃机的转速和所述缸内进气量作为所述内燃机的运行状态。上游空燃比传感器的输出值的变化的响应延迟程度受到缸内进气量的极大影响并且还受到发动机转速的影响。因此，上述构造能够精确地确定用于使由低通滤波处理造成的响应延迟程度与上游空燃比传感器的响应延迟程度相匹配的、与低通滤波处理的响应性相关的参数。

所述第二延迟处理装置可构造为仅使用所述缸内进气量作为所述内燃机的运行状态。这种构造能够创建表(图)等，所述表(图)具有作为自变量的、对上游空燃比传感器的响应延迟程度有极大影响的单个参数，并且用于确定与低通滤波处理的响应性相关的参数。因此，可减少创建表等所需的工作量，并且可以减轻用于检索表等所需的CPU的负担。

所述第二延迟处理装置还可优选构造为使用二阶延迟处理作为所述低通滤波处理。通过这种构造，在目标空燃比变化的情况下(相应地，在燃料喷射量变化的情况下)，由第二延迟处理装置获得的值的变化延迟特性可精确地接近于上游空燃比传感器的输出值的变化延迟特性。

所述第二延迟处理装置还可优选构造为使用一阶延迟处理作为所述低通滤波处理。通过这种构造，与使用二阶延迟处理的情况相比，与低通滤波处理的响应性相关并且需要适配的参数的数量减少。因此，可减少参数的适配所需的工作量，并可减轻确定所述参数值所需的CPU的负担。

附图说明

在结合附图考虑时参照以下详细说明的优选实施例，将容易认识到并且更好地理解本发明的各种其它目的、特征和许多附带的优点，附图中：

图1为根据本发明一实施例的空燃比控制设备应用于其中的内燃机的示意图；

图2为示出图1中所示的上游空燃比传感器的输出电压与空燃比之间的关系的图；

图3为示出图1中所示的下游空燃比传感器的输出电压与空燃比之间的关系的图；

图4为当图1中所示的空燃比控制设备执行空燃比反馈控制时的功能框图；

图5为示出空耗时间、转速及缸内进气量之间的关系的图；

图6为示出与空耗时间对应的冲程数、转速及缸内进气量之间的关系的图；

图7为图1中所示的CPU所引用的图，该图示出了限定冲程数和缸内进气量之间关系的表；

图8为当常规设备执行空燃比反馈控制时的功能框图；

图9为示出当常规设备执行空燃比反馈控制时各个变量等变化的一个例子的时间图；

图10为示出与图1中所示的上游空燃比传感器的响应延迟对应的时间常数、转速及缸内进气量之间的关系的图；

图11为图1中所示的CPU所引用的图，该图示出了限定低通滤波器的时间常数和缸内进气量之间的关系的表；

图12为示出当图1中所示的空燃比控制设备执行空燃比反馈控制时各个变量等变化的一个例子的时间图；

图13为示出图1中所示的CPU执行以计算燃料喷射量并且发出喷射指令的例程的流程图；

图14为示出图1中所示的CPU执行以计算上游侧反馈修正值的例程的流程图；

图15为示出图1中所示的CPU执行以计算下游侧反馈修正值的例程的流程图；

图16为示出图1中所示的CPU执行以进行低通滤波处理的例程的流程图。

具体实施方式

将参照附图对根据本发明的用于内燃机的空燃比控制设备的实施例进行说明。

图1示出了一系统的示意性结构图，该系统构造为根据本发明一实施例的空燃比控制设备被应用于火花点火的多缸(例如，4缸)内燃机10中。该内燃机10包括气缸体部分20，该气缸体部分包括气缸体、气缸体下壳体、油底壳等；固定在气缸体部分20上的气缸盖部分30；用于将汽油-空气混合物供给到气缸体部分20的进气系统40；以及用于将来自气缸体部分20的排气排放到发动机外部的排气系统50。

气缸体部分20包括气缸21、活塞22、连杆23和曲轴24。各活塞22在相应的气缸21内往复运动。活塞22的往复运动经由相应的连杆23传递给曲轴24，由此曲轴24旋转。气缸21和活塞22的头部以及气缸盖部分30一起形成了燃烧室25。

气缸盖部分30包括与燃烧室25连通的进气口31；用于开启和关闭进气口31的进气门32；包括用于驱动进气门32的进气凸轮轴并且适于连续地改变进气凸轮轴相位角的可变进气正时单元33；可变进气正时单元33的作动器33a；与燃烧室25连通的排气口34；用于开启和关闭排气口34的排气门35；用于驱动排气门35的排气凸轮轴36；火花塞37；点火器38，该点火器包括用于产生施加到火花塞37上的高压的点火线圈；以及用于将燃料喷射到进气口31内的喷射器(燃料喷射装置)39。

进气系统40包括：进气管41，该进气管包括进气歧管，与进气口31连通，并且与进气口31一同形成进气通路；设置在进气管41端部处的空气滤清器42；设置在进气管41内并且适于改变进气通路的横断面开口面积的节气门43；以及节气门作动器43a，该作动器由直流电机构成并且用作节气门驱动装置。

排气系统50包括：与相应的排气口34连通的排气歧管51；连接到排气歧管51上的排气管52(实际上，排气管连接到与相应排气口34连通的多个排气歧管51汇合在一起处的汇合部分)；设置在(插入到)排气管52内的上游三元催化剂单元53(也称作上游催化转化器或者起始催化转化器；然而，下文将其称作“第一催化剂单元53”)；以及设置在(插入到)排气管52内位于第一催化剂单元53下游的下游三元催化剂单元54(由于其设置在车辆地板下方，因此也将其称作地板下方催化转化器；然而，下文将其称作“第二催化剂单元54”)。排气口34、排气歧管51以及排气管52形成了排气通路。

同时，该系统还包括：热线式空气流量计61；节气门位置传感器62；凸轮位置传感器63；曲轴位置传感器64；水温传感器65；设置在排气通路内位于第一催化剂单元53上游(在本实施例中，位于排气歧管51汇合在一起处汇合部分)的空燃比传感器66(下文称作“上游空燃比传感器66”)；设置在排气通路内位于第一催化剂单元53与第二催化剂单元54之间的空燃比传感器67(下文称作“下游空燃比传感器67”)；以及加速器开度传感器68。

热线式空气流量计61检测单位时间内流过进气管41的进气的质量流量，并且输出表示该质量流量Ga的信号。节气门位置传感器62检测节气门43的开度并且输出表示节气门开度TA的信号。每当进气凸轮轴转过90°时(即每当曲轴24转过180°时)，凸轮位置传感器63产生一个呈现单脉冲形式的信号(G2信号)。曲轴位置传感器64输出一信号，该信号在曲轴24每转动10°时呈现窄脉冲的形式而在曲轴24每转动360°时呈现宽脉冲的形式。该信号表示转速NE。水温传感器65检测内燃机10的冷却水的温度并且输出表示该冷却水温度THW的信号。

上游空燃比传感器66为限流型氧浓度传感器。如图2所示，上游空燃比传感器66输出与测得的空燃比A/F对应的电流，并且输出电压值Vabyfs，该电压值与电流对应。当空燃比等于理论空燃比时，电压值Vabyfs变成值Vstoich。从图2可以看出，上游空燃比传感器66可在宽范围内精确地检测空燃比A/F。

下游空燃比传感器67为电动势型(浓差电池型)氧浓度传感器。如图3所示，下游空燃比传感器67输出一输出值Voxs，该值为在理论空燃比附近急剧变化的电压。更具体地，下游空燃比传感器67在测得的空燃比相对于理论空燃比位于稀侧时输出大约为0.1V，在测得的空燃比相对于理论空燃比位于浓侧时输出大约为0.9V，当测得的空燃比等于理论空燃比时输出大约为0.5V。加速器开度传感器68检测由驾驶员操作的加速器踏板81的操作量，并且输出表示加速器踏板81的操作量Accp的信号。

电子控制装置70为微型计算机，并且包括经由总线相互连接的以下部件：CPU 71；ROM 72，由CPU 71执行的例程(程序)、表(参照表、图)、常数等被预先存储在该ROM中；RAM 73，当需要时，CPU 71将数据暂时存储在该RAM中；备用RAM 74，其在电力处于接通状态时存储数据，并且即使电力被断开时仍然保持所存储的数据；以及包括AD转换器的接口75。接口75连接到传感器61至68。来自传感器61至68的信号经接口75输送到CPU 71。来自CPU 71的驱动信号经接口75传送给可变进气正时单元33的作动器33a、点火器38、喷射器39以及节气门作动器43a。

空燃比反馈控制概述：

接下来将说明由上述构造的空燃比控制设备执行的发动机空燃比反馈控制的概要。

本实施例的空燃比控制设备根据上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs(即，在第一催化剂单元53的上游测得的空燃比)(和在本实施例中下游空燃比传感器67的输出值Voxs(即，在第一催化剂单元53的下游测得的空燃比))，以如下方式对空燃比进行反馈控制，即，使得上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs变得等于与上游侧目标空燃比abyfr(k)对应的上游空燃比传感器66的输出值。

更具体地，如图4的功能框图所示，空燃比控制设备(下文可称作“本设备”)包括多种装置A1至A15。将参照图4对各装置A1至A15进行说明。

<基本燃料喷射量的计算>

首先，缸内进气量计算装置A1根据由空气流量计61测得的进气流量Ga、基于曲轴位置传感器64的输出获得的转速NE以及存储在ROM 72内的表MapMc计算缸内进气量Mc(k)，该进气量为此时开始进气冲程的气缸所吸入的空气量。应注意，下标(k)表示缸内进气量为与当前进气冲程相关的值(同样适用于其它物理量)。每当各气缸开始进气冲程时，以缸内进气量与各气缸的各进气冲程相关联的方式，缸内进气量Mc被存储到RAM 73中。

上游侧目标空燃比设定装置A2根据内燃机10的运行状态，例如转速NE和节气门开度TA，确定上游侧目标空燃比abyfr(k)。除了特殊情况，例如紧接在解除停止对燃烧室25的燃料供给(所谓的燃料切断)之后，以及空燃比从理论空燃比交替变化到浓侧或稀侧从而获得第一和第二催化剂单元53和54等的最大储氧量的情况(下文称作执行主动空燃比控制的情况)外，在内燃机10的暖机完成后上游侧目标空燃比abyfr(k)被设置成理论空燃比。该主动空燃比控制已被公开在例如日本未审专利申请No.5-133264中，因此这里省略了其详细说明。每当各气缸开始进气冲程时，以使缸内进气量与各气缸的各进气冲程相关联的方式，上游侧目标空燃比abyfr被存储到RAM 73中。上游侧目标空燃比设定装置A2对应于目标空燃比确定装置。

基本燃料喷射量计算装置A3通过将由缸内进气量计算装置A1获得的缸内进气量Mc(k)除以由上游侧目标空燃比设定装置A2设定的上游侧目标空燃比abyfr(k)而计算目标缸内燃料供给量Fcr(k)(即，基本燃料喷射量Fbase)，该缸内燃料供给量为使空燃比等于上游侧目标空燃比abyfr(k)所需的本进气冲程的燃料喷射量。每当各气缸开始进气冲程时，以使缸内进气量与各气缸的各进气冲程相关联的方式，目标缸内燃料供给量Fcr被存储到RAM 73中。基本燃料喷射量计算装置A3对应于基本燃料喷射量获取装置。

以上述方式，本设备通过利用缸内进气量计算装置A1、上游侧目标空燃比设定装置A2以及基本燃料喷射量计算装置A3获得目标缸内燃料供给量Fcr(k)(即，基本燃料喷射量Fbase)。

<燃料喷射量的计算>

燃料喷射量计算装置A4根据下述方程(1)通过将下文说明的上游侧反馈修正值DFi加到由基本燃料喷射量计算装置A3获得的基本燃料喷射量Fbase上而计算燃料喷射量Fi。燃料喷射量计算装置A4对应于燃料喷射量计算装置。

Fi＝Fbase+DFi 方程(1)

以这种方式，本设备使喷射器39以燃料喷射量Fi将燃料喷射到开始当前进气冲程的气缸中，所述燃料喷射量Fi通过基于上游侧反馈修正值DFi对基本燃料喷射量Fbase进行修正而获得，所述修正由燃料喷射量计算装置A4执行。发出燃料喷射指令的装置对应于空燃比控制装置。

<下游侧反馈修正值的计算>

首先，如上述的上游侧目标空燃比设定装置A2的情况，下游侧目标值设定装置A5基于内燃机10的运行状态，例如转速NE和节气门开度TA，来确定下游侧目标值Voxsref。在本实施例中，下游侧目标值Voxsref被设置为使得与下游侧目标值Voxsref对应的空燃比总是等于上述上游侧目标空燃比abyfr(k)。

输出偏差计算装置A6根据下述方程(2)，即，通过从下游侧目标值设定装置A5当前设定(确切地说，在开始此次Fi喷射指令的时间点处设定)的下游侧目标值Voxsref中减去此时下游空燃比传感器67的输出值Voxs，获得输出偏差DVoxs。

DVoxs＝Voxsref-Voxs 方程(2)

PID控制器A7根据下述方程(3)，即，通过对输出偏差DVoxs执行比例积分微分处理(PID处理)，获取下游侧反馈修正值Vafsfb。

Vafsfb＝Kp·DVoxs+Ki·SDVoxs+Kd·DDVoxs 方程(3)

在方程(3)中，Kp为预设的比例增益(比例常数)，Ki为预设的积分增益(积分常数)，Kd为预设的微分增益(微分常数)。此外，SDVoxs是由输出偏差DVoxs对时间进行积分获取的值，DDVoxs是由输出偏差DVoxs对时间进行微分获取的值。

以上述方式，本设备基于输出值Voxs，以使得下游空燃比传感器67的输出值Voxs与下游侧目标值Voxsref的稳态偏差变为零的方式，获得下游侧反馈修正值Vafsfb。该下游侧反馈修正值Vafsfb用于获得下述控制用空燃比abyfs。

<上游侧反馈修正值的计算>

控制用空燃比对应输出值计算装置A8通过将由PID控制器A7获得的下游侧反馈修正值Vafsfb与上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs相加，获得控制用空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb)。

表转换装置A9基于由控制用空燃比对应输出值计算装置A8计算出的控制用空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb)，并参考前述图2所示的表Mapabyfs，获得当前时刻的控制用空燃比abyfs，所述表Mapabyfs限定了空燃比A/F与上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs之间的关系。因此，控制用空燃比abyfs为不同于与来自上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs对应的空燃比(检测到的空燃比)的空燃比(表象空燃比)，两者相差与下游侧反馈修正值Vafsfb对应的量。

如上所述，RAM 73存储缸内进气量计算装置A1已为各进气冲程获得的缸内进气量Mc。缸内进气量延迟装置A10从RAM 73中读取在当前时间点之前N个冲程处已经开始进气冲程的气缸的缸内进气量Mc，并且将其存储为缸内进气量Mc(k-N)。假设从发出燃料喷射指令到随着燃烧室25内的燃料的燃烧而排出的排气到达上游空燃比传感器66的时间段被称为空耗时间L，则冲程数N与空耗时间L相对应。由于本实施例中的内燃机10为4缸内燃机，所以冲程数等于发出燃料喷射指令的次数。因而，在本实施例中，冲程数N等于与空耗时间L对应的燃料喷射指令次数。

空耗时间L表示为在燃烧冲程中的延迟(冲程延迟)所花费的时间和在排气通路内排气的输送的延迟(输送延迟)所花费的时间之和。冲程延迟所花费的时间随着转速NE的增加而缩短，而输送延迟所花费的时间随着转速NE的增加以及缸内进气量Mc(k)的增加而缩短。具体地，如图5所示，空耗时间L随着转速NE的增加以及缸内进气量Mc(k)的增加而缩短。

另一方面，如图6所示，冲程数N随着缸内进气量Mc(k)的增加而减小，但是几乎不受转速NE的影响。这是基于以下事实，即每单位时间内的冲程数与转速NE成正比。

因此，冲程数N可以基于缸内进气量Mc(k)以及图7中所示的表MapN而获得，所述表MapN限定了缸内进气量Mc(k)与冲程数N之间的关系。基于此，当缸内进气量Mc(k)增加时，冲程数N被确定为一较小值。如上所述使用具有单个自变量的表，由此，可以减少用于创建此表所需的工作量，并可以减轻用于检索此表所需的CPU 71的负担。

通过将由缸内进气量延迟装置A10获得的在当前时间点前N个冲程的时间点处的缸内进气量Mc(k-N)除以由表转换装置A9获得的此次的控制用空燃比abyfs，控制用缸内燃料供给量计算装置A11获得在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)。

将在当前时间点前N个冲程的时间点处的缸内进气量Mc(k-N)除以在当前时间点处的控制用空燃比abyfs以获取在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)的原因在于，当前时刻上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs代表基于在与空耗时间L对应的在当前时间点前N个冲程处的进气冲程期间吸入的气体混合物燃烧所产生的排气的空燃比。

如上所述，RAM 73存储基本燃料喷射量计算装置A3已为各进气冲程获得的目标缸内燃料供给量Fcr。目标缸内燃料供给量延迟装置A12从RAM 73在多个目标缸内燃料供给量Fcr中读取在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)。该值被输入到下文中说明的低通滤波器A15(第二延迟处理装置)中，该低通滤波器A15输出经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)。目标缸内燃料供给量延迟装置A12对应于第一延迟处理装置。因此，在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)对应于“由第一延迟处理装置获取的值”。

缸内燃料供给量偏差计算装置A13根据下述方程(4)，即，通过从在当前时间点前N个冲程的时间点处的经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)减去由控制用缸内燃料供给量计算装置A11获取的在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)，获取缸内燃料供给量偏差DFc。缸内燃料供给量偏差DFc是代表在当前时间点前N个冲程的时间点处已供给到气缸的燃料的过量/不足的量。

DFc＝Fcrlow(k-N)-Fc(k-N) 方程(4)

PI控制器A14根据下述方程(5)，即，通过对由缸内燃料供给量偏差计算装置A13计算出的缸内燃料供给量偏差DFc执行比例积分处理(PI处理)，获取用于补偿在当前时间点前N个冲程的时间点处的燃料供给量的过量/不足的上游侧反馈修正值DFi。

DFi＝(Gp·DFc+Gi·SDFc)·KFB 方程(5)

在方程(5)中，Gp为预设的比例增益(比例常数)，Gi为预设的积分增益(积分常数)。SDFc为缸内燃料供给量偏差DFc对时间积分获得的值。系数KFB优选地根据转速NE、缸内进气量Mc及其它因素变化；然而，在本实施例中，系数KFB设置为“1”。上游侧反馈修正值DFi被上述燃料喷射量计算装置A4用于获得燃料喷射量Fi。

如上所述，本设备基于来自上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs，以使得经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)与在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)一致的方式，对空燃比进行反馈控制。换句话说，空燃比被反馈，使得在当前时刻的控制用空燃比abyfs与在当前时间点前N个冲程的时间点处的上游侧目标空燃比abyfr(k-N)一致。

由于控制用空燃比abyfs与上游空燃比传感器66检测到的空燃比相差与上述下游侧反馈修正值Vafsfb对应的量，控制用空燃比abyfs还要根据下游空燃比传感器67的输出值Voxs与下游侧目标值Voxsref的输出偏差DVoxs而改变。因此，本设备以使得下游空燃比传感器67的输出值Voxs也与下游侧目标值Voxsref一致的方式对空燃比进行反馈控制。

控制用空燃比对应输出值计算装置A8、表转换装置A9、缸内进气量延迟装置A10、控制用缸内燃料供给量计算装置A11、缸内燃料供给量偏差计算装置A13以及PI控制器A14，对应于上游侧反馈修正值计算装置。以上为由以上述方式构造的空燃比控制设备执行的发动机空燃比反馈控制的概要。

<确保相对于目标空燃比的急剧变化，空燃比向目标空燃比迅速收敛>

下面将对低通滤波器A15进行说明。本设备具有低通滤波器A15，由此即使上游侧目标空燃比abyfr(k)急剧变化，本设备也能使空燃比迅速收敛于目标空燃比。

为了对作用和效果进行说明，首先考虑功能框图8所示的设备(下文称作“常规设备”)。该常规设备不同于本设备之处在于其不包括低通滤波器A15。具体地，在常规设备中，通过从由目标缸内燃料供给量延迟装置A12获取的在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)减去由控制用缸内燃料供给量计算装置A11获取的在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)，来获取缸内燃料供给量偏差DFc。

图9为示出将常规设备应用到内燃机10中时各个变量等的变化的一个例子的时间图。该例子描述了在缸内进气量Mc(k)为常数的情况下，假设上游侧目标空燃比abyfr(k)通过主动空燃比控制以阶跃的方式仅变化一次时，各个变量等的变化。为了简化说明，假设下游侧反馈修正值Vafsfb保持为“0”。具体地，假设检测到的空燃比和控制用空燃比abyfs彼此一致。

在此例子中，在上游侧目标空燃比abyfr(k)变化的时刻t1之前，如(A)所示，上游侧目标空燃比abyfr(k)变成abyfr1(例如，理论空燃比)，如(B)中所示，基本燃料喷射量Fbase变成与值abyfr1对应的值Fbase1，如(C)中所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs变成与值abyfr1对应的值Vabyfs1，如(D)所示，在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)和控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)变成值Fcr1(＝Fbase1)，如(E)所示，上游侧反馈修正值DFi保持为“0”。具体地，排气的空燃比在时刻t1之前保持为值abyfr1。

当上游侧目标空燃比abyfr(k)如(A)所示在t1时刻以阶跃方式下降为小于值abyfr1的值abyfr2时(由此，与值abyfr1相比向浓侧偏移)，基本燃料喷射量Fbase同时如(B)所示以阶跃方式从值Fbase1增大到与值abyfr2对应的值Fbase2(＞Fbase1)。另外，目标缸内燃料供给量Fcr(k)也在t1时刻以阶跃方式从值Fcr1增大至Fcr2(＝Fbase2)，由此，如(D)中的实线所示，目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)在时刻t2--该时刻t2为从时刻t1起经过空耗时间L后的时间点--之前保持为值Fcr1，并且在时刻t2处以阶跃方式从值Fcr1增大至值Fcr2。

由于基本燃料喷射量Fbase在时刻t1处的阶跃上升，新产生的排气的空燃比也在时刻t1处以阶跃的方式从值abyfr1向浓侧变化。排气的空燃比向浓侧的阶跃变化在时刻t2之前并没有表现为上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化。因此，如(C)所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs在时刻t2前保持为值Vabyfs1。

由此，如(D)中的虚线所示，与目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)相似，基于上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs确定的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)在时刻t2前也保持为值Fcr1。因此，由于缸内燃料供给量偏差DFc在时刻t2前保持为“0”，如(E)所示，上游侧反馈修正值DFi在时刻t2前也保持为“0”。由上述内容，在从时刻t1到时刻t2期间，新产生的排气的空燃比保持为与值abyfr2相等的值(参见方程(1))。

具有空燃比abyfr2的排气在时刻t2到达上游空燃比传感器66。上游空气燃料传感器66具有响应延迟。因此，如(C)所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs伴随响应延迟在时刻t2后从值Vabyfs1相对缓慢地减小。因此，如(D)中的虚线所示，控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)在时刻t2后也从值Fcr1相对缓慢地增加。

另一方面，目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)如上所述如图(D)中的实线所示在时刻t2以阶跃方式从值Fcr1增大至值Fcr2。因而，缸内燃料供给量偏差DFc紧接在时刻t2后变成大的正值，从而，如(E)所示，上游侧反馈修正值DFi也紧接在时刻t2后从“0”急剧增大。因此，新产生的排气的空燃比在时刻t2后变成以与上游侧反馈修正值DFi对应的量相对于值abyfr2向浓侧偏离很大的空燃比。

因此，如(C)和(D)中的虚线所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs和控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)在时刻t2后分别在与值abyfr2的对应的值Vabyfs2和值Fcr2的附近发生较大波动，然后在时刻t3处分别收敛于值Vabyfs2和值Fcr2，所述时刻t3为从时刻t2经过较长时间后的时间点。

另一方面，由于缸内燃料供给量偏差DFc的时间积分值SDFc的作用，上游侧反馈修正值DFi具有这样的特性，即，在缸内燃料供给量偏差DFc保持为正值期间继续增加，并且在缸内燃料供给量偏差DFc保持为负值期间继续减小(参见方程(5))。因此，如(E)中所示，上游侧反馈修正值DFi紧接在时刻t2后从“0”增大很多，在“0”附近处发生极大波动，然后在时刻t3收敛于“0”。

这意味着，在较长的时间段内，即，从时刻t2到时刻t3期间，空燃比产生了较大的波动，然后，空燃比在时刻t3收敛于上游侧目标空燃比abyfr(k)。

<低通滤波器A15的作用和效果>

如上所述，当上游侧目标空燃比abyfr(k)以阶跃方式变化时，在常规设备中空燃比不能迅速收敛于上游侧目标空燃比abyfr(k)。这是由上游侧反馈修正值DFi在时刻t2后较大的变化造成的。因此，为了使空燃比迅速收敛于上游侧目标空燃比abyfr(k)，优选做法为较大程度地减少上游侧反馈修正值DFi在时刻t2后的变化。

上游侧反馈修正值DFi在时刻t2后较大的变化是基于控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)，相对于目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)的阶跃上升，该控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)伴随上游空燃比传感器66的响应延迟开始增加。

具体地，为了减小在时刻t2后上游侧反馈修正值DFi的变化，可使用下述值代替目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)本身，作为缸内燃料供给量偏差DFc计算中被减去控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)的值。具体地，所使用的值(下文称作“经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)”)为对目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)执行具有时间常数τ的低通滤波处理获取的值，所述时间常数τ等于与上游空燃比传感器66的响应延迟对应的时间常数。因此，考虑到将低通滤波器A15加到常规设备上而构成的设备(即，本设备)。

低通滤波器A15为由下述方程(6)表示的一阶数字滤波器，该方程用一个拉普拉斯算子s来表达滤波器的特性。在方程(6)中，τ为时间常数(与响应性相关的参数)。该低通滤波器A15可基本阻止频率高于频率(1/τ)的高频分量的通过。

1/(1+τ·s) 方程(6)

上游空燃比传感器66的响应延迟程度受到缸内进气量Mc(k)的极大影响，并且受到转速NE的影响。然而，如图10所示，尽管与上游空燃比传感器66的响应延迟对应的时间常数随着缸内进气量Mc(k)的上升而下降，实际上它几乎不受转速NE的影响。

在本设备中，时间常数τ可由缸内进气量Mc(k)并且参照图11所示的表Mapτ获得，该表Mapτ限定了时间常数τ与缸内进气量Mc之间的关系。因此，随着缸内进气量Mc(k)的增加，时间常数τ被确定为较小的值。使用上述具有单个自变量的表降低了创建表所需的工作量，以及检索表所需的CPU 71的负担。

低通滤波器A15接收由目标缸内燃料供给量延迟装置A12获取的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)，并且将经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)输出至缸内燃料供给量偏差计算装置A13。低通滤波器A15对应于第二延迟处理装置。因此，经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)对应于“由第二延迟处理装置获取的值”。

在本设备中，如上所述，用缸内燃料供给量偏差计算装置A13从经过低通滤器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)中减去控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)，由此计算缸内燃料供给量偏差DFc。

图12为与图9对应的时间图，它示出了本设备应用于内燃机10时各个变量等变化的一个例子。在图12中的时刻t1、t2和t3分别与图9中的时刻t1、t2和t3对应。与图9所示情况类似，当上游侧目标空燃比abyfr(k)如(A)所示在时刻t1以阶跃方式从值abyfr1变化到值abyfr2时，经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)在时刻t2后以与时间常数τ对应的响应延迟从值Fcr1向值Fcr2变化，如(D)中的实线所示。

因此，经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)的变化的延迟程度被设置为接近于上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化的响应延迟程度。从而，上游侧反馈修正值DFi如(E)所示在时刻t2后仅从“0”略微上升。该上升量对应于低通滤波处理的时间常数τ和与上游空燃比传感器66的响应延迟对应的时间常数之间的误差。

因此，如(E)所示，上游侧反馈修正值DFi在从时刻t2到时刻t3期间的变化相比于常规设备中变得小很多，并且从时刻t2到时刻t3的时间段相比于常规设备中变得短很多。换句话说，使空燃比收敛于上游侧目标空燃比abyfr(k)所需的时间变得短很多。具体地，由于低通滤波器A15的作用，即使是上游侧目标空燃比abyfr(k)以阶跃方式变化，本设备也可以防止空燃比发生较大的波动。因此，空燃比能够迅速收敛于目标空燃比。

实际操作：

接下来，将对空燃比控制设备的实际操作进行说明。为便于说明，“MapX(a1，a2，......)”代表具有自变量a1、a2、......用于获取X的表。当自变量为传感器的检测值时，使用当前值。

<空燃比反馈控制>

每当各气缸的曲柄转角到达进气上止点前的预定曲柄转角(例如，BTDC 90°CA)时，CPU 71反复执行由图13中的流程图所示并且适用于计算燃料喷射量Fi和指示燃料喷射的例程。因此，当任意气缸的曲柄转角到达预定的曲柄转角时，CPU 71从步骤1300开始进行处理，并进行到步骤1305，在步骤1305中，CPU 71基于表MapMc(NE，Ga)估计并确定此时被吸入此时开始进气冲程的气缸(下文有时称之为“燃料喷射气缸”)的缸内进气量Mc(k)。

随后，CPU 71进行到步骤1310，以基于转速NE、节气门开度TA等内燃机10的运行状态获取此时的上游侧目标空燃比abyfr(k)。然后，CPU 71进行到步骤1315，以通过将缸内进气量Mc(k)除以上游侧目标空燃比abyfr(k)确定基本燃料喷射量Fbase。

而后，CPU 71进行到步骤1320，以将此时的目标缸内燃料供给量Fcr(k)设置为前述的基本燃料喷射量Fbase。该目标缸内燃料供给量Fcr(k)在后述例程中用于获得经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)。

然后，CPU 71进行到步骤1325，以根据方程(1)通过将在下文所述例程中(在前次燃料喷射的时间点处)获得的最新上游侧反馈修正值DFi加到基本燃料喷射量Fbase中来确定燃料喷射量Fi。

然后，CPU 71进行到步骤1330，以发出以燃料喷射量Fi喷射燃料的指令，然后进行到步骤1395以暂时结束本例程。由上述内容，基本燃料喷射量Fbase基于根据运行状态而变化的上游侧目标空燃比abyfr(k)计算出，并且以通过对基本燃料喷射量Fbase执行反馈修正获取的喷射燃料量Fi喷射燃料的指令被发送给燃料喷射气缸。

<上游侧反馈修正值的计算>

下面将说明计算上游侧反馈修正值DFi的操作。每当燃料喷射气缸的燃料喷射开始时刻(燃料喷射开始时间点)到来时，CPU 71反复执行由图14中的流程图所示的例程。由此，当燃料喷射气缸的燃料喷射开始时刻已经到来时，CPU 71开始从步骤1400处进行处理，并且进行到步骤1405，在步骤1405中，CPU 71判断上游侧反馈条件是否成立。这里，例如，当发动机的冷却水温度THW不低于第一预设温度、上游空燃比传感器66正常(包括活性(activated)状态)并且发动机每次旋转时进气量(负荷)不超过预设值时，上游侧反馈条件成立。

在上游侧反馈条件目前得到满足的假设下继续进行说明。CPU 71在步骤1405处做出“是”的判断，并且进行到步骤1410以根据表Mapabyfs(Vabyfs+Vafsfb)(参见图2)，通过对控制用空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb)的转换获取当前时刻的控制用空燃比abyfs，其中所述输出值为当前时刻的上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs与由下文所述的例程(在前一次燃料喷射的时间点)获取的下游侧反馈修正值Vafsfb之和。

随后，CPU 71进行到步骤1415，以通过将缸内进气量Mc(k-N)除以上述控制用空燃比abyfs而获取在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)，所述缸内进气量Mc(k-N)为在当前时间点前N个冲程(N个进气冲程)已开始进气冲程的气缸的空气量。在下述例程中获得的最新值被用作冲程数N。

而后，CPU 71进行到步骤1420，以根据方程(4)，通过从经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)中减去控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)而获取缸内燃料供给量偏差DFc。从后述例程获得的最新值被用作经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)。具体地，缸内燃料供给量偏差DFc是表示在当前时间点前N个冲程的时间点处已供给到气缸的燃料的过量/不足的量。

而后，CPU 71进行到步骤1425，以根据在步骤1425中描述的与方程(5)对应的方程获取上游侧反馈修正值DFi。在之后的步骤1430中，CPU71通过将在步骤1420获得的缸内燃料供给量偏差DFc加到当前时刻的缸内燃料供给量偏差DFc的积分值SDFc上获取缸内燃料供给量偏差的新的积分值SDFc，然后，进行到步骤1495以暂时结束本例程。

以此方式，根据经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)与控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)的差异获取上游侧反馈修正值DFi，并且由于上游侧反馈修正值DFi由图13中的步骤1325反映在燃料喷射量Fi中，空燃比反馈控制得以执行。

另一方面，当在步骤1405的判断中上游侧反馈条件不成立时，CPU 71在步骤1405处做出“否”的判断，并进行到步骤1435以将上游侧反馈修正值DFi设置为“0”，然后进行到步骤1440，以将缸内燃料供给量偏差的积分值SDFc设置为“0”。之后，CPU 71进行到步骤1495以暂时结束本例程。当上游侧反馈条件没能得到满足时，上游侧反馈修正值DFi被设置为“0”，且不会如上所述对空燃比执行修正。

<下游侧反馈修正值的计算>

下面将说明计算下游侧反馈修正值Vafsfb的操作。每当燃料喷射气缸的燃料喷射开始时刻(燃料喷射开始时间点)到来时，CPU 71反复执行由图15中的流程图所示的例程。由此，当燃料喷射气缸的燃料喷射开始时刻到来时，CPU 71从步骤1500开始进行处理，并且进行到步骤1505，在步骤1505中，CPU 71判断下游侧反馈条件是否成立。这里，除了在步骤1405中的前述上游侧反馈条件之外，还需要例如当发动机的冷却水温度THW不小于高于第一预设温度的第二预设温度时，下游侧反馈条件才得以设立。

将在下游侧反馈条件当前得以满足的假设下继续进行说明。CPU 71在步骤1505做出“是”的判断，并且前进到步骤1510，以根据方程(2)通过从下游侧目标值Voxsref中减去下游空燃比传感器67在当前时刻的输出值Voxs而获取输出偏差DVoxs。然后，CPU 71前进到步骤1515以基于下述方程(7)获取输出偏差DVoxs的微分值DDVoxs。

DDVoxs＝(DVoxs-DVoxs1)/Δt 方程(7)

在方程(7)中，DVoxs1表示输出偏差DVoxs的先前值，该值已在上次执行本例程时的后述步骤1530中设置(更新)。另外，Δt表示从上次执行本例程的时间点到此次执行本例程的时间点之间的时间段。

然后，CPU 71前进到步骤1520，以根据在步骤1520内描述的与方程(3)对应的方程获取下游侧反馈修正值Vafsfb。该下游侧反馈修正值Vafsfb用于获取下次执行图14所示的例程时步骤1410处的控制用空燃比abyfs。

随后，CPU 71前进到步骤1525，以通过将在步骤1510获取的输出偏差DVoxs加到在该时间点输出偏差的积分值SDVoxs上得到输出偏差的新的积分值SDVoxs，在下一步骤1530中，CPU 71将输出偏差DVoxs的先前值DVoxs1设置为在步骤1510得到的输出偏差DVoxs，然后进行到步骤1595以暂时结束本例程。

另一方面，当在步骤1505确定下游侧反馈条件不满足时，CPU 71在步骤1505做出“否”的判断，然后进行到步骤1535以将下游侧反馈修正值Vafsfb设置为“0”，在接下来的步骤1540，将输出偏差的积分值SDVoxs设置为“0”。此后，CPU71进行到步骤1595以暂时结束本例程。

以此方式，当下游侧反馈条件没能得到满足时，下游侧反馈修正值Vafsfb被设置为“0”，由此在图14的例程中的步骤1410中控制用空燃比对应输出值变为与上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs相等。具体地，根据下游空燃比传感器67的输出值Voxs的空燃比反馈控制不被执行。

<低通滤波处理>

下面将对由低通滤波器A15(参见图4)执行的低通滤波处理的操作进行说明，所述低通滤波器A15为数字滤波器。每当经过执行间隔Δt1(常数)时，CPU 71反复执行图16中的流程图所示的例程。执行间隔Δt1被设置为短于与假设最大转速NE对应的上述时间Δt(具体地，最短的Δt)。当预定的时刻到来时，CPU 71从步骤1600处开始进行处理，并且进行到步骤1605以基于表Mapτ(Mc(k))(参见图11)确定低通滤波处理的时间常数τ。

然后，CPU 71进行到步骤1610以基于表MapN(Mc(k))确定冲程数N(参见图7)。该冲程数N用于读取图14的上述例程中步骤1415处的在当前时间点前N个冲程的时间点处的缸内进气量Mc(k-N)，并且用于读取在本例程中后述步骤1620处的在当前时间点前N冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)。

接下来，CPU 71进行到步骤1615以基于时间常数τ和执行间隔Δt1获取钝化处理(dulling process)常数n(≥1)。所述钝化处理常数n用于在下一步骤1620执行的低通滤波处理中。由于钝化处理常数n与执行间隔Δt1的乘积正比于时间常数τ，因此，随着时间常数τ的增大钝化处理常数n被设置成较大的值。

随后，CPU 71进行到步骤1620，以基于钝化处理常数n、经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)的先前值Fcrlow1、在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)、以及在步骤1620描述的方程，得到经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)。在上次执行本例程期间在后述步骤1625处经过更新的最新值被用作先前值Fcrlow1。

接下来，CPU 71进行到步骤1625，以将经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)的先前值Fcrlow1设置(更新)为在步骤1620处获取的经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)，然后，进行到步骤1695以暂时结束本例程。

由上所述，每经过本例程的执行间隔Δt1时时间常数τ和冲程数N得到更新，并且根据时间常数τ对在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)进行低通滤波处理以得到经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)。将按照上述方法获取的经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)的最新值用于在图14所示的例程中的步骤1420处，由此获取缸内燃料供给量偏差DFc(相应地，上游侧反馈修正值DFi)。

如上所述，根据本发明实施例中用于内燃机的空燃比控制设备，上游侧反馈修正值DFi基于经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)与在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)之间的差而得到，其中所述经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)是以时间常数τ对与在比当前时间点提前N个冲程(相应地，提前空耗时间L)的时间点处的上游侧目标空燃比abyfr(k-N)对应的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)进行低通滤波处理得到的，而所述控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)与基于当前时刻上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的控制用空燃比abyfs对应。所述上游侧反馈较正值DFi反映在燃料喷射量Fi中，由此空燃比反馈控制得以执行。

因此，当上游侧目标空燃比abyfr(k)变化时，用于计算上游侧反馈修正值DFi的经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)的变化的定时与在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)的变化的定时彼此一致。此外，低通滤波处理的时间常数τ被设置为与和上游空燃比传感器66的响应延迟对应的时间常数相等的值。因此，经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)的变化延迟程度与在变化的定时后控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)的变化延迟程度彼此一致。结果，即使上游侧目标空燃比abyfr(k)急剧变化，上游侧反馈修正值DFi的暂时增大也能得到抑制，从而使空燃比能够迅速收敛于目标空燃比。

本发明不限于上述实施例，在不偏离本发明的范围的情况下可采用各种变型。例如，在上述第二实施例中，冲程数N是基于缸内进气量Mc(k)和表MapN得到的(参见图7和图16所示例程中的步骤1610)。然而，冲程数N也可以基于转速NE、缸内进气量Mc(k)以及限定冲程数N、转速NE和缸内进气量Mc之间的关系的表得到。在这种情况下，代替基于图16所示例程中的步骤1610处的MapN(Mc(k))确定冲程数N，基于MapN(NE，Mc(k))确定冲程数N。

在上述实施例中，在获取缸内进气量Mc(k-N)和在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)时，冲程数N用作与空耗时间L对应的燃料喷射指令次数。然而，也可使用空耗时间L本身。在这种情况下，代替基于图16所示的例程中的步骤1610处的MapN(Mc(k))确定冲程数N，可基于转速NE、缸内进气量Mc(k)以及限定空耗时间L、转速NE和缸内进气量Mc之间的关系的表来确定空耗时间L。此外，代替在图14所示例程中的步骤1415处使用缸内进气量Mc(k-N)和在图16所示例程中的步骤1620处使用在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)，分别使用在比当前时间点提前空耗时间L的时间点处确定的缸内进气量Mc的最新值和目标缸内燃料供给量Fcr的最新值得到控制用缸内燃料供给量Fc和经过低通滤波器后的缸内燃料供给量Fcrlow。

虽然在上述实施例中低通滤波处理的时间常数τ是基于缸内进气量Mc(k)和表Mapτ得到的(参见图11和图16所示例程中的步骤1605)，但是低通滤波处理的时间常数τ也可基于转速NE、缸内进气量Mc(k)以及限定低通滤波处理的时间常数τ、转速NE和缸内进气量Mc之间的关系的表得到。在这种情况下，代替在图16所示例程中的步骤1605处基于Mapτ(Mc(k))确定低通滤波处理的时间常数τ，基于Mapτ(NE，Mc(k))确定低通滤波处理的时间常数τ。

虽然在上述实施例中低通滤波处理的时间常数τ是基于缸内进气量Mc(k)和表Mapτ得到的，但是代替使用或者除了仅使用缸内进气量Mc(k)作为用于获得低通滤波处理的时间常数τ的表的自变量，可以使用进气门32的开启/关闭正时VT、点火正时CAig以及上游侧目标空燃比abyfr(k)中的至少一个。

虽然在上述实施例中为了减少与低通滤波处理响应性相关的参数的数目而使用一阶滤波器作为低通滤波器A15(参见方程(6)和图16所示例程中的步骤1620)，但是也可以使用二阶滤波器作为低通滤波器A15。通过这种构造，当上游侧目标空燃比abyfr(k)变化时，可使得经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)的变化延迟特性精确地接近上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化延迟特性。这是基于以下原因。具体地，当燃料喷射量Fi由于上游侧目标空燃比abyfr(k)的变化而变化时，附着在构成进气通路的部件(进气管41的壁表面以及进气门32的表面)上的燃料附着量也发生变化。当燃料附着量发生变化时，实际供给到燃烧室25的燃料量的变化相对于燃料喷射量Fi的变化而被延迟。

另外，在上述实施例中，上游侧反馈修正值DFi基于缸内燃料供给量偏差DFc而得到，其中所述缸内燃料供给量偏差DFc是通过从经过低通滤波器后的目标缸内燃料供给量Fcrlow(k-N)中减去在当前时间点前N个冲程的时间点处的控制用缸内燃料供给量Fc(k-N)而得到的值。然而，上游侧反馈修正值DFi也可以基于通过从此时的控制用空燃比abyfs(k)减去一个值所获取的值而得到，其中所减去的值通过对在当前时间点前N个冲程的时间点处的上游侧目标空燃比abyfr(k-N)进行低通滤波处理而得到。

Claims

1.一种用于内燃机(10)的空燃比控制设备，所述内燃机包括：

设置在所述内燃机的排气通路内的催化剂单元(53)；

设置在所述排气通路内并位于所述催化剂单元上游的上游空燃比传感器(66)；以及

根据指令喷射燃料的燃料喷射装置(39)，

所述空燃比控制设备包括：

确定目标空燃比的目标空燃比确定装置(A2)，所述目标空燃比根据所述内燃机的运行状态而变化；

获取基本燃料喷射量的基本燃料喷射量获取装置(A3)，所述基本燃料喷射量为用于得到所述确定出的目标空燃比的燃料量；

获取与在比当前时间点提前一段空耗时间的时间点处已确定出的所述目标空燃比对应的值的第一延迟处理装置(A12)，所述空耗时间被定义为从燃料喷射指令发出的时刻到基于所述燃料的燃烧所产生的排气到达所述上游空燃比传感器的时刻的时间段；

上游侧反馈修正值计算装置(A8、A9、A10、A11、A13、A14)，所述上游侧反馈修正值计算装置根据基于由所述第一延迟处理装置获取的所述值的值和所述上游空燃比传感器的输出值计算上游侧反馈修正值，所述上游侧反馈修正值是用于对供给到所述内燃机的气体混合物的空燃比进行反馈控制的反馈修正值；

燃料喷射量计算装置(A4)，所述燃料喷射量计算装置(A4)基于所述获取的基本燃料喷射量和所述计算出的上游侧反馈修正值计算燃料喷射量；

空燃比控制装置(1330)，所述空燃比控制装置(1330)通过向所述燃料喷射装置发出用于以所述计算出的燃料喷射量喷射燃料的指令，对供给到所述内燃机的气体混合物的空燃比进行反馈控制，所述空燃比控制设备的特征在于

所述空燃比控制设备包括

第二延迟处理装置(A15)，所述第二延迟处理装置(A15)获取通过对由所述第一延迟处理装置获取的所述值执行低通滤波处理得到的值，并且

所述上游侧反馈修正值计算装置构造为基于由所述第二延迟处理装置获取的所述值和所述上游空燃比传感器的所述输出值计算所述上游侧反馈修正值。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第一延迟处理装置构造为根据所述内燃机的运行状态改变所述空耗时间。

3.根据权利要求2所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第一延迟处理装置构造为使用所述内燃机的转速和吸入所述内燃机的燃烧室内的空气量作为所述内燃机的运行状态。

4.根据权利要求2所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第一延迟处理装置构造为，使用比当前时间点提前与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数发出所述燃料喷射指令的时间点，作为所述比当前时间点提前一段空耗时间的时间点，并且

基于所述内燃机的转速和吸入所述内燃机的燃烧室内的空气量确定所述与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数。

5.根据权利要求2所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

仅基于吸入所述内燃机的燃烧室内的空气量确定所述与所述空耗时间对应的燃料喷射指令次数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第二延迟处理装置构造为根据所述内燃机的运行状态改变与所述低通滤波处理的响应性相关的参数。

7.根据权利要求6所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第二延迟处理装置构造为使用所述内燃机的转速和吸入所述内燃机的燃烧室内的空气量作为所述内燃机的运行状态。

8.根据权利要求6所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第二延迟处理装置构造为仅使用吸入所述内燃机的燃烧室内的空气量作为所述内燃机的运行状态。

9.根据权利要求1所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第二延迟处理装置构造为使用二阶延迟处理作为所述低通滤波处理。

10.根据权利要求1所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其特征在于

所述第二延迟处理装置构造为使用一阶延迟处理作为所述低通滤波处理。