CN101313133A - 用于内燃机的空燃比控制设备 - Google Patents

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Abstract

用于内燃机的空燃比控制设备基于下游空燃比传感器(67)的输出值Voxs和上游空燃比传感器(66)的输出值Vabyfs从下游侧反馈校正值Vafsfb(k)获得复合空燃比abyfs，并基于复合空燃比abyfs获得上游侧反馈校正值DFi。将燃料喷射量Fi确定为通过将上游侧反馈校正值DFi增加到控制用基本燃料喷射量Fbasec(＝基本燃料喷射量Fbase·系数Ksub)而获得的值。基于下游侧反馈校正值Vafsfb(k)确定系数Ksub，从而确定控制用基本燃料喷射量Fbasec(从而，确定燃料喷射量Fi)，使得上游空燃比传感器(66)的输出值Vabyfs在抵消下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的变化的方向上变化。

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分别位于同样设置在排气通路内的催化剂单元(三元催化剂单元)上游和下游的空燃比传感器，该设备基于空燃比传感器的相应输出对供给到内燃机的混合气的空燃比(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(下文有时简称为“发动机”)的空燃比控制设备中，获得复合空燃比，该复合空燃比是基于上游空燃比传感器的输出值和下游侧反馈校正值之和的值，该下游侧反馈校正值是基于下游空燃比传感器的输出值偏离预定下游侧目标值的偏差(通过比例积分微分处理(PID处理))计算出来的。基于与复合空燃比偏离目标空燃比的偏差相对应的值(通过将缸内进气量除以复合空燃比而获得的缸内燃料供给量偏离通过将缸内进气量除以目标空燃比而获得的目标缸内燃料供给量的偏差)计算出(通过比例积分处理(PI处理))上游侧反馈校正值。燃料喷射量基于上游侧反馈校正值和基本燃料喷射量而计算出的，该基本燃料喷射量是基于发动机的工作状态为获得目标空燃比所需的燃料量。用于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，由于干扰等的影响可能在下游侧反馈校正值中产生波动。在此情况下，如图17所示，下游侧反馈校正值中产生的波动被作为基于该下游侧反馈校正值所获得的复合空燃比的波动传递，而该复合空燃比的波动被传递到上游侧反馈校正值。
当波动被传递到上游侧反馈校正值时，波动也传递到基于上游侧反馈校正值计算出的燃料喷射量。当波动被传递到燃料喷射量时，波动也传递到基于该燃料喷射量的空燃比(即排气的空燃比)。因此，波动被传递到来自上游侧传感器的输出值和来自下游侧传感器的输出值。结果，波动被传递到基于来自下游空燃比传感器的输出值的下游侧反馈校正值。以这种方式传递波动的一系列流动被称为“波动传递环”。
由于如上所述复合空燃比是基于来自上游空燃比传感器的输出值与下游侧反馈校正值之和的值，所以复合空燃比的波动可以增大到比来自上游空燃比传感器的输出值的波动更大。因此，当“波动传递环”重复时，在基于复合空燃比计算出来的上游侧反馈校正值中产生的波动逐渐增大，从而导致空燃比波动增大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于内燃机的空燃比控制设备，该设备通过基于上游侧反馈校正值计算燃料喷射量对空燃比进行反馈控制，该上游侧反馈校正值基于复合空燃比，并且该设备能够抑制由“波动传递环”的重复所引起的空燃比波动的增大。
根据本发明的空燃比控制设备应用于这样一种内燃机，所述内燃机包括催化剂单元、上游空燃比传感器、下游空燃比传感器以及用于根据指令喷射燃料的燃料喷射装置(例如喷射器)。
本发明提供了一种空燃比控制设备，其包括：获取基本燃料喷射量的基本燃料喷射量获取装置；计算下游侧反馈校正值的下游侧反馈校正值计算装置；基于所获取的基本燃料喷射量和所计算出的下游侧反馈校正值获取控制用基本燃料喷射量的控制用基本燃料喷射量获取装置，所述控制用基本燃料喷射量是用于对空燃比进行反馈控制的基本燃料喷射量；基于来自所述上游空燃比传感器的输出值和所计算出的下游侧反馈校正值获取与复合空燃比相对应的值的复合空燃比获取装置；基于所获取的与复合空燃比相对应的值计算上游侧反馈校正值的上游侧反馈校正值计算装置；燃料喷射量计算装置，所述燃料喷射量计算装置基于所获取的控制用基本燃料喷射量和所计算出的上游侧反馈校正值计算燃料喷射量；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计算出的燃料喷射量喷射燃料的指令，对空燃比进行反馈控制。
在此，所述与复合空燃比相对应的值是：来自上游空燃比传感器的输出值与下游侧反馈校正值之和；作为与来自上游空燃比传感器的输出值和下游侧反馈校正值之和相对应的空燃比的复合空燃比；或者作为通过将缸内进气量除以复合空燃比而得到的值的缸内燃料供应量，但并不限于此。
通过这种构造，燃料喷射量是基于控制用基本燃料喷射量而计算出的，由此可以通过使用控制用基本燃料喷射量积极地调节来自上游空燃比传感器的输出值。另外，控制用基本燃料喷射量是基于下游侧反馈校正值而获得的。因此，控制用基本燃料喷射量能够被确定为，使得来自上游空燃比传感器的输出值在抵消下游侧反馈校正值的变化的方向上变化。
因此，即使下游侧反馈校正值变化，也能够抑制复合空燃比的变化。从而，即使上述“波动传递环”重复，也防止了根据复合空燃比的上游侧反馈校正值的波动逐渐增大，由此能够抑制空燃比的波动的增大。
优选的是，所述控制用基本燃料喷射量获取装置构造为，通过将所获取的基本燃料喷射量乘以一种值来获取所述控制用基本燃料喷射量，所述一种值是通过对将所计算出的下游侧反馈校正值乘以预定系数得到的值加1而得到的。
通常，下游侧反馈校正值在“0”的基础上变化。当通过将基本燃料喷射量乘以根据下游侧反馈校正值而改变的值来获取控制用基本燃料喷射量时，需要将值的变化的基础从“0”变为“1”。因此，在此情况下，上述构造使得可以通过简单的计算来确定控制用基本燃料喷射量，使得来自上游空燃比传感器的输出值在抵消下游侧反馈校正值的变化的方向上变化。
优选的是，所述复合空燃比获取装置构造为，在获取所述与复合空燃比相对应的值时，使用通过对所述下游侧反馈校正值进行延迟处理而得到的值(以及使用来自上游空燃比传感器的输出值自身)。
通常，在进气冲程期间(或在进气冲程之前)执行燃料喷射(喷射指令)，并在随后到来的压缩上止点附近使所喷射的燃料在燃烧室内点燃(燃烧)。结果，所产生的排气从燃烧室经排气阀排出到排气通道，然后通过排气在排气通道中的运动而到达上游空燃比传感器(的检测段)。另外，到达上游空燃比传感器的检测段的排气的空燃比的变化经过预定时间才表现为来自同一传感器的输出值的变化。
从以上，在从发出喷射燃料的指令到根据按照喷射指令喷射的燃料的燃烧而产生的排气的空燃比表现为来自上游空燃比传感器的输出值的时间段期间，需要由与燃烧冲程相关的延迟(冲程延迟)、与排气在排气通道中的运动相关的延迟(输送延迟)、以及与上游空燃比传感器的响应相关的延迟(响应延迟)所导致的延迟时间。
因此，即使控制用基本燃料喷射量以使得来自上游空燃比传感器的输出值在抵消下游侧反馈校正值的变化的方向上变化的方式改变，当下游侧反馈校正值改变时，按照以基于控制用基本燃料喷射量的燃料喷射量喷射燃料的指令产生的排气的空燃比的变化在由冲程延迟、输送延迟和响应延迟所导致的延迟时间之后表现为来自上游空燃比传感器的输出值的变化。
换言之，当下游侧反馈校正值变化时，用于抵消下游侧反馈校正值的变化的来自上游空燃比传感器的输出值的变化以由冲程延迟、输送延迟和响应延迟所导致的延迟时间出现。因此，当使用下游侧反馈校正值自身来获得复合空燃比时，无法有效抵消下游侧反馈校正值的变化，结果是无法有效防止复合空燃比的变化(相应地，上游侧反馈校正值的变化)。
另一方面，当在获取复合空燃比时使用通过对下游侧反馈校正值进行延迟处理而获得的值时，用于获得复合空燃比的下游侧反馈校正值的变化可以按照用于抵消下游侧反馈校正值的变化的来自上游空燃比传感器的输出值的变化的延迟而被延迟。结果，可以有效抵消下游侧反馈校正值的变化，由此可以有效抑制复合空燃比的变化(相应地，上游侧反馈校正值的变化)。
另外，根据本发明的空燃比控制设备包括获取空耗时间的空耗时间获取装置，所述空耗时间是从发出喷射燃料的指令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，并且所述复合空燃比获取装置优选构造为使用在比当前时间点提前所述空耗时间的时间点处计算出的所述下游侧反馈校正值作为通过对所述下游侧反馈校正值进行延迟处理而得到的值。
在此，所述空耗时间对应于与冲程延迟相关的时间和与输送延迟相关的时间之和。前述构造使得来自上游空燃比传感器的输出值的变化的定时与下游侧反馈校正值的变化的定时相适配。结果，可以有效抵消下游侧反馈校正值的变化。
在此，所述空耗时间获取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。空耗时间根据发动机的运行状态例如运行速度、缸内进气量等而变化。因此，根据前述构造，可以与发动机的运行状态无关地正确获取空耗时间。
根据本发明的空燃比控制设备还包括向所述下游侧反馈校正值提供低通滤波处理的低通滤波处理装置，并且所述复合空燃比获取装置优选构造为使用通过对所述下游侧反馈校正值进行所述低通滤波处理而得到的值作为通过对所述下游侧反馈校正值进行延迟处理而得到的值。
此构造使得通过低通滤波处理得到的下游侧反馈校正值的变化的延迟程度与来自上游空燃比传感器的输出值的变化的响应延迟程度相适配，由此即使下游侧反馈校正值急剧改变(例如以阶跃的方式改变)，也可以有效抵消下游侧反馈校正值的变化。
所述低通滤波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。通过此构造，使与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)按照例如发动机的运行状态如运行速度、缸内进气量等而变化。结果，与发动机的运行状态无关，低通滤波处理所提供到的下游侧反馈校正值的变化的延迟程度可以与来自上游空燃比传感器的输出值的变化的响应延迟程度相匹配。
同时，一般而言，在进气通道中的空气流量(该流量通过空气流量计测得并用于获得基本燃料喷射量)与实际空气流量之间、以及在用于喷射燃料的喷射器根据指令而喷射的燃料喷射量与实际燃料喷射量之间会不可避免地出现差异(这些差异下面称为“基本燃料喷射量的误差”)。为了在补偿基本燃料喷射量的误差的同时使空燃比收敛到目标空燃比，可以在上游侧反馈控制期间执行一个处理(即积分处理(I处理))，例如用于基于作为与目标空燃比相对应的值和与复合空燃比相对应的值之间的差的时间积分值，来计算上游侧反馈控制校正值。
因此，基于该认知，所述上游侧反馈校正值计算装置优选构造为，基于通过对与所述目标空燃比相对应的值和所获得的与复合空燃比相对应的值之间的差至少进行积分处理而得到的值，来计算所述上游侧反馈校正值。
通过该构造，通过积分处理重复更新与目标空燃比相对应的值和与复合空燃比相对应的值之间的差的时间积分值，由此确定上游侧反馈校正值。结果，可以在补偿基本燃料喷射量的误差的同时使空燃比收敛到目标空燃比。
例如，“与目标空燃比相对应的值和与复合空燃比相对应的值之间的差”是：与目标空燃比相对应的来自上游空燃比传感器的输出值和以下和值之间的差，所述和值为来自上游空燃比传感器的输出值和下游侧反馈校正值之和；目标空燃比和复合空燃比之间的差；以及通过将缸内进气量除以目标空燃比得到的目标缸内燃料供应量和通过将缸内进气量除以复合空燃比得到的缸内燃料供应量之间的差，但并不限于此。
根据本发明的空燃比控制设备还包括基本燃料喷射量校正装置，所述基本燃料喷射量校正装置校正所述基本燃料喷射量，使得当假定向所述燃料喷射装置发出了用于以所述基本燃料喷射量喷射燃料的指令时，由所述燃料喷射装置实际喷射的燃料量变成用于使供给到所述内燃机的所述混合气的实际空燃比等于所述目标空燃比所必需的量。
当基本燃料喷射量的误差快速增大时，其中通过时间积分值的重复更新而确定用于补偿基本燃料喷射量误差的上游侧反馈校正值的积分处理无法立即补偿基本燃料喷射量的误差，从而排放的排气量会暂时增加。
另一方面，根据上述构造，由基本燃料喷射量校正装置将基本燃料喷射量立即确定为适当补偿基本燃料喷射量误差的值，由此可以立即补偿基本燃料喷射量的误差，而不必在上游侧反馈控制期间进行积分处理。结果，可以防止由于基本燃料喷射量误差增大而导致的排放的排气量的暂时增加。
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为根据本发明第一实施例的空燃比控制设备所应用的内燃机的示意图；
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为图1中所示的CPU所参考的图，该图示出了限定缸内进气量以及运行速度和与空耗时间相应的冲程之间关系的表；
图6为当常规设备执行空燃比反馈控制时的功能框图；
图7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序图；
图8为示出当第一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序图；
图9为示出当第二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序图；
图10为图1中所示的CPU所引用的图，该图示出了限定缸内进气量以及运行速度与低通滤波处理的时间常数之间的关系的表；
图11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序图；
图12为示出图1中所示的CPU执行的用于计算燃料喷射量并且发出喷射指令的例程的流程图；
图13为示出图1中所示的CPU执行的用于计算上游侧反馈校正值的例程的流程图；
图14为示出图1中所示的CPU执行的用于计算下游侧反馈校正值的例程的流程图；
图15为当根据第二实施例的空燃比控制设备执行空燃比反馈控制时的功能框图；
图16为当图15中所示的基本燃料喷射量校正系数设定装置设定基本燃料喷射量校正系数时的功能框图；
图17为说明波动传递环的图。
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。
第一实施例：
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第一实施例的空燃比控制设备被应用于火花点火式多缸(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。
对于每个气缸或所有气缸，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的致动器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；以及节气门致动器43a，该致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内且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；设置在排气通路内且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汇合在一起处的汇合部分)的空燃比传感器66(下文称作“上游空燃比传感器66”)；设置在排气通路内且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。该信号表示运行速度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变成上游侧目标值Vstoich。从图2可以清楚，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，在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(查找表、脉谱图)、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的致动器33a、点火器38、喷射器39以及节气门致动器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控制，即，使得下游空燃比传感器67的输出值变得等于与理论空燃比对应的下游侧目标值Voxsref(0.5V)。
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A18。将参照图4对各装置A1至A18进行说明。
<控制用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的输出获得的运行速度NE以及存储在ROM72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，例如运行速度NE和节气门开度TA，确定上游侧目标空燃比abyfr(k)。除了特殊情况外，在内燃机10的暖机完成后上游侧目标空燃比abyfr(k)被设定为理论空燃比。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。
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)来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发动机的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。
控制用基本燃料喷射量计算装置A4基于以下方程(1)通过将由基本燃料喷射量计算装置A3获得的基本燃料喷射量Fbase乘以由系数计算装置16获得的控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub来计算控制用基本燃料喷射量Fbasec。系数计算装置16将在后面描述。控制用基本燃料喷射量计算装置A4对应于控制用基本燃料喷射量获取装置。
Fbasec＝Ksub·Fbase    方程(1)
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、基本燃料喷射量计算装置A3、控制用基本燃料喷射量计算装置A4和系数计算装置16获得控制用基本燃料喷射量Fbasec。
<燃料喷射量的计算>
燃料喷射量计算装置A5根据下述方程(2)通过将下文说明的上游侧反馈校正值DFi加到由控制用基本燃料喷射量计算装置A4获得的控制用基本燃料喷射量Fbasec上来计算燃料喷射量Fi。燃料喷射量计算装置A5对应于燃料喷射量计算装置。
Fi＝Fbasec+DFi    方程(2)
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通过对控制用基本燃料喷射量Fbasec进行校正而获得，该校正由燃料喷射量计算装置A5基于上游侧反馈校正值DFi执行。发出燃料喷射指令的装置对应于空燃比控制装置。
<下游侧反馈校正值的计算>
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A6基于内燃机10的运行状态，例如运行速度NE和节气门开度TA，来确定下游侧目标值Voxsref。除了特殊情况外，下游侧目标值Voxsref被设定为0.5V，这是在内燃机10的暖机完成后与理论空燃比相对应的值(参见图3)。另外，在本实施例中，下游侧目标值Voxsref被设定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A7根据下述方程(3)，即，通过从下游侧目标值设定装置A6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，来获得输出偏差DVoxs。
DVoxs＝Voxsref-Voxs    方程(3)
PID控制器A8根据下述方程(4)，即，通过对输出偏差DVoxs执行比例积分微分处理(PID处理)，来获取下游侧反馈校正值Vafsfb(k)。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，将下游侧反馈校正值Vafsfb存储在RAM 73中。
Vafsfb(k)＝Kp·DVoxs+Ki·SDVoxs+Kd·DDVoxs    方程(4)
在方程(4)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。因为PID控制器A8包含积分项Ki·SDVoxs，所以在稳态状态下，确保输出偏差DVoxs变成零。换言之，下游空燃比传感器67的输出值Voxs偏离下游侧目标值Voxsref的稳态偏差变为零。
以上述方式，本设备以使得下游空燃比传感器67的输出值Voxs偏离下游侧目标值Voxsref的稳态偏差变为零的方式，基于输出值Voxs来获得下游侧反馈校正值Vafsfb(k)。如下所述，该下游侧反馈校正值Vafsfb(k)被用于计算控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub，以及获取复合空燃比abyfs。下游侧目标值设定装置A6、输出偏差计算装置A7和PID控制器A8对应于下游侧反馈校正值计算装置。
<复合空燃比的获取>
复合空燃比对应输出值计算装置A9通过将通过低通滤波器的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)增加到当前时刻的来自上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs来获得复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfblow(k-N))。通过低通滤波器的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)是通过利用后述下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18对下游侧反馈校正值Vafsfb(k)进行延迟处理而获得的值。
表转换装置A10基于由复合空燃比对应输出值计算装置A9计算出的复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfblow(k-N))，并参考前述图2所示的表Mapabyfs，来获得当前时刻的复合空燃比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。
如上所述，本设备通过利用下游侧反馈校正值延迟装置A17、低通滤波器A18、复合空燃比对应输出值计算装置A9和表转换装置A10获得复合空燃比abyfs。下游侧反馈校正值延迟装置A17、低通滤波器A18、复合空燃比对应输出值计算装置A9和表转换装置A10对应于复合空燃比获取装置。
<上游侧反馈校正值的计算>
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A11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)。冲程数N对应于冲程延迟所花费的时间与输送延迟所花费的时间之和(以下称为“空耗时间L”)。
在此空耗时间L中，冲程延迟所花费的时间随着运行速度NE的增加而缩短，而输送延迟所花费的时间随着运行速度NE的增加以及缸内进气量Mc(k)的增加而缩短。具体地，空耗时间L随着运行速度NE的增加以及缸内进气量Mc(k)的增加而缩短。因此，空耗时间L(相应地，冲程数N)可以基于缸内进气量Mc(k)、运行速度NE以及图5中所示的表MapN(Mc(k)，NE)而获得，所述表MapN限定了缸内进气量Mc(k)以及运行速度NE和冲程数N之间的关系。
通过将由缸内进气量延迟装置A11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A10获得的此次的复合空燃比abyfs，缸内燃料供给量计算装置A12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复合空燃比abyfs来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，从喷射燃料的指令开始，基于燃烧室25中的燃烧而产生的排气到达上游空燃比传感器66需要花费与N个冲程对应的空耗时间L。
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A13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)。
缸内燃料供给量偏差计算装置A14根据下述方程(5)，即，通过从由目标缸内燃料供给量延迟装置A13设定的在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)减去由缸内燃料供给量计算装置A12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。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＝Fcr(k-N)-Fc(k-N)    方程(5)
PI控制器A15根据下述方程(6)，即，通过对由缸内燃料供给量偏差计算装置A14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)，来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/不足的上游侧反馈校正值DFi。
DFi＝(Gp·DFc+Gi·SDFc)·KFB    方程(6)
在方程(6)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优选地根据运行速度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”。上游侧反馈校正值DFi被上述燃料喷射量计算装置A5用于获得燃料喷射量Fi。
因为PI控制器A15包含积分项Gi·SDFc，所以确保了缸内燃料供给量偏差DFc在稳态下变成零。换言之，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)偏离在当前时间点前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)的稳态偏差变为零(复合空燃比abyfs偏离上游侧目标空燃比abyfr的稳态偏差变为零)。这意味着在稳态下，确保了复合空燃比abyfs与上游侧目标空燃比abyfr一致，并因此确保了第一催化剂单元53的上游和下游侧上的空燃比与上游侧目标空燃比abyfr一致。另外，因为在稳态下比例项Gp·DFc由于缸内燃料供给量偏差DFc变成零而变成零，所以上游侧反馈校正值DFi变成等于积分项Gi·SDFc。此积分项Gi·SDFc的值变成与上述基本燃料喷射量Fbase的误差相对应的值。因而，可以补偿基本燃料喷射量Fbase的误差。
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)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)一致的方式反馈空燃比。换言之，空燃比被反馈，使得在当前时刻的复合空燃比abyfs与上游侧目标空燃比abyfr(在当前时间点前N个冲程的时间点处)一致。
由于复合空燃比abyfs与从上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs获得的空燃比相差通过低通滤波器的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)(即下游侧反馈校正值Vafsfb(k))，所以复合空燃比abyfs还要根据下游空燃比传感器67的输出值Voxs偏离下游侧目标值Voxsref的输出偏差DVoxs而改变。结果，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。
缸内进气量延迟装置A11、缸内燃料供给量计算装置A12、目标缸内燃料供给量延迟装置A13、缸内燃料供给量偏差计算装置A14以及PI控制器A15对应于上游侧反馈校正值计算装置。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。
<对空燃比波动增加的抑制>
随后，将详细说明系数计算装置A16、下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18。本设备包括系数计算装置A16、下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18，由此即使下游侧反馈校正值Vafsfb(k)波动，也可以防止上游侧反馈校正值DFi的波动由于上述“波动传递环”的重复而逐渐增大，从而可以抑制空燃比的波动增加。
为了说明工作和效果，首先考虑在图6的功能框图中示出的设备(以下称为“常规设备”)。该常规设备与图4的功能框图所示的本设备的不同之处在于，常规设备不包括系数计算装置A16(和控制用基本燃料喷射量计算装置A4)、下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18。具体地，常规设备通过将上游侧反馈校正值DFi增加到基本燃料喷射量Fbase自身来计算燃料喷射量Fi，并通过将下游侧反馈校正值Vafsfb(k)自身增加到上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs来计算复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))。
图7为示出当将常规设备应用于内燃机10时各个变量等变化的一个例子的时序图。为了简化说明，此例子描述了在缸内进气量Mc(k)和运行速度NE为常数(即基本燃料喷射量Fbase如(E)所示为常数)的情况下，假设下游侧反馈校正值Vafsfb(k)以阶跃的方式仅变化一次时，各个变量等的变化。
在此例子中，在下游侧反馈校正值Vafsfb(k)变化的时刻t1之前，如(A)所示，下游侧反馈校正值Vafsfb(k)保持为“0”，如(B)所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs保持为与理论空燃比对应的上游侧目标值Vstoich(参见图2)，如(C)所示，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))保持为上游侧目标值Vstoich，并且如(D)所示，上游侧反馈校正值DFi保持为“0”。具体地，在时刻t1之间排气的空燃比保持为理论空燃比。
当下游侧反馈校正值Vafsfb(k)如(A)所示在t1时刻以阶跃方式改变为正值Vafsfb1时，如(C)所示，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))改变为比上游侧目标值Vstoich大值Vafsfb1的值。相应地，因为由缸内燃料供给量偏差计算装置A14获得的缸内燃料供给量偏差DFc改变到正值，所以如(D)所示，上游侧反馈校正值DFi改变到正值。结果，在时刻t1之后，新产生的排气的空燃比与理论空燃比相比，以与上游侧反馈校正值DFi对应的量改变到浓侧的空燃比。
另一方面，在时刻t1之后浓侧排气空燃比的变化表现为在时刻t2之后上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化，该时刻t2是从时刻t1起经过了空耗时间L的点。因此，如(B)所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs直到时刻t2都保持为上游侧目标值Vstoich，在时刻t2之后，其以上游空燃比传感器66的响应延迟而向着值Vabyfs1(＝Vstoich-Vafsfb1)减小，并在时刻t3收敛到值Vabyfs1。
对此，如(C)所示，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))从时刻t1到时刻t2保持为比上游侧目标值Vstoich大值Vabyfs1的值，在时刻t2之后以上游空燃比传感器66的响应延迟而向着上游侧目标值Vstoich减小，并在时刻t3收敛到上游侧目标值Vstoich。
如上所述，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))在从时刻t1到时刻t3的时间段期间保持为比上游侧目标值Vstoich大的值。相应地，缸内燃料供给量偏差DFc在从时刻t1到时刻t3的时间段期间保持为正值，并在时刻t3之后保持为“0”。结果，缸内燃料供给量偏差DFc的时间积分值SDFc在从时刻t1到时刻t3的时间段期间从“0”逐渐增大，并在时刻t3之后保持为时刻t3时的值(正值)。
相应地，根据方程(6)计算出的上游侧反馈校正值DFi在从时刻t1到时刻t3的时间段期间从“0”逐渐增大，并在时刻t3收敛到一正值，该正值与时刻t1处的值“0”大大地不同。注意，此值等于前述方程(6)中的积分项Gi·SDFc。
如上所述，当下游侧反馈校正值Vafsfb(k)以阶跃方式改变时，上游侧反馈校正值DFi收敛到与在下游侧反馈校正值Vafsfb(k)改变之前的点处的值有很大不同的值。这意味着，当在下游侧反馈校正值Vafsfb(k)上发生波动时，上游侧反馈校正值DFi上的波动由于前述“波动传递环”的重复而逐渐增大，因此空燃比的波动增大。
<系数计算装置A16的作用和效果>
随后考虑在图6的功能框图中示出的设备(以下称为“第一设备”)。该第一设备通过将系数计算装置A16(和控制用基本燃料喷射量计算装置A4)增加到常规设备而形成(即通过从图4的功能框图所示的本设备省略下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18而形成)。
系数计算装置A16通过将预定系数K乘以以下值来获得控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub，所述值通过将由PID控制器A8获得的下游侧反馈校正值Vafsfb(k)除以由上游侧目标空燃比设定装置A2获得的上游侧目标空燃比abyfr(k)并对所得到的值加“1”而得到。系数K是使值(Vafsfb(k)/abyfr(k))无量纲的单位转换系数。
Ksub＝(Vafsfb(k)/abyfr(k))·K+1    方程(7)
在此，下游侧反馈校正值Vafsfb(k)是如前所述在“0”基础上变化的值。因此，从方程(7)容易理解，控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub变成根据下游侧反馈校正值Vafsfb(k)在“1”的基础上变化的值。
控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub被如上所述的控制用基本燃料喷射量计算装置A4乘以基本燃料喷射量Fbase，结果是计算出用于根据方程(2)计算燃料喷射量Fi的控制用基本燃料喷射量Fbasec(参见方程(1))。
图8为对应于图7的时序图，示出当第一设备应用于内燃机10时各个变量等变化的一个例子。图8中的时刻t1、t2和t3分别对应于图7中的时刻t1、t2和t3(这也适用于后述图9和10)。在此情况下，类似于图7所示情况，当如(A)所示下游侧反馈校正值Vafsfb(k)以阶跃的方式从“0”变到值Vafsfb1时，控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub以阶跃的方式从“1”变到大于“1”的值，从而控制用基本燃料喷射量Fbasec如(E)所示以阶跃的方式从基本燃料喷射量Fbase变到大于基本燃料喷射量Fbase的值(参见方程(1)和(7))。
结果，在时刻t1之后，新产生排气的空燃比与理论空燃比相比，以与上游侧反馈校正值DFi(在时刻t1改变为正值)对应的量加上与值(Fbasec-Fbase)相对应的值改变到浓侧的空燃比，如(D)所示。换言之，新产生排气的空燃比比图7中时刻t1之后新产生的空燃比以与值(Fbasec-Fbase)相对应的值改变为更浓侧的空燃比。
另一方面，类似于图7(B)的情况，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs如(B)所示直到时刻t2都保持为上游侧目标值Vstoich，从而如(C)和(D)所示，在从时刻t1到时刻t2的时间段期间，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))和上游侧反馈校正值DFi以与图7中的(C)和(D)所示情况相同的方式改变。
因为前述具有“更浓侧空燃比”的排气在时刻t2之后到达上游空燃比传感器66，所以如(B)所示，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs从上游侧目标值Vstoich比图7(B)所示情况更剧烈地降低，在时刻t3到达值Vabyfs1，并在时刻t3之后仍然从值Vabyfs1降低。
相应地，如(C)所示，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))在从时刻t2到时刻t3的时间段期间保持为大于上游侧目标值Vstoich的值，而值(Vabyfs+Vafsfb(k))在时刻t3之后变成小于上游侧目标值Vstoich的值。结果，如(D)所示，上游侧反馈校正值DFi从时刻t2到时刻t3增大，而值(Vabyfs+Vafsfb(k))在时刻t3之后减小。
当上游侧反馈校正值DFi如上所述在时刻t3之后减小时，新产生排气的空燃比改变到稀侧。排气空燃比向着稀侧的改变表现为上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs以空耗时间L的延迟而出现的改变。结果，如(B)所示，在时刻t3之后降低的上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs然后升高而在时刻t4收敛到值Vabyfs1。
具体地，如(C)所示，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))从时刻t3到时刻t4保持为小于上游侧目标值Vstoich的值，并在时刻t4收敛到上游侧目标值Vstoich。结果，如(D)所示，上游侧反馈校正值DFi从时刻t3到时刻t4一直降低，并在时刻t4收敛到作为时刻t1时的值的“0”。
如上所述，当下游侧反馈校正值Vafsfb(k)以阶跃方式改变时，控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub(相应地，控制用基本燃料喷射量Fbasec)以阶跃方式改变，使得上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs在抵消下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的变化的方向上变化。因此，上游侧反馈校正值DFi能够收敛到在下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的变化之前的时间点处的值。
这意味着当在下游侧反馈校正值Vafsfb(k)中出现波动时，通过系数计算装置A16的工作，可以防止由于前述“波动传递环”的重复而使上游侧反馈校正值DFi逐渐变大，并因此可以防止空燃比的波动的增大。
在此实施例中，当下游侧反馈校正值Vafsfb(k)从“0”偏移时，计算控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub，以使得控制用基本燃料喷射量Fbasec与用于获得对应于上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的空燃比的燃料量相一致，该输出值Vabyfs在抵消偏差的方向上与上游侧目标值Vstoich偏移等于该偏差的量。换言之，系数K在方程(7)中被设定以建立上述关系。
<下游侧反馈校正值延迟装置A17的工作和效果>
如图8(D)所示，在第一设备中，在从时刻t1到时刻t4的时间段期间上游侧反馈校正值DFi的变化相对较大。为了有效防止上游侧反馈校正值DFi的波动的增大，优选更多地减小上游侧反馈校正值DFi的变化。
第一设备中上游侧反馈校正值DFi的变化相对较大是由以下原因导致的，即由于在从时刻t1到时刻t2的时间段期间复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))保持为大于上游侧目标值Vstoich的值，使得在从时刻t1到时刻t2的时间段期间上游侧反馈校正值DFi一直升高。
在从时刻t1到时刻t2的时间段期间复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))保持为大于上游侧目标值Vstoich的值是基于以下考虑，即复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k))的计算方式使得将下游侧反馈校正值Vafsfb(k)自身增加到上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs，该上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs以空耗时间L的延迟而在抵消下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的变化的方向上变化。
具体地，为了在从时刻t1到时刻t2的时间段期间将复合空燃比对应输出值保持为上游侧目标值Vstoich以防止上游侧反馈校正值DFi的升高，可以使用在当前时间点之前空耗时间L的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)来代替下游侧反馈校正值Vafsfb(k)自身，作为在计算复合空燃比对应输出值时增加到上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的值。
鉴于这一点，考虑一种设备(以下称为“第二设备”)，此设备通过对第一设备增加下游侧反馈校正值延迟装置A17而得到(即，从图4的功能框图所示的本设备省略低通滤波器A18)。
下游侧反馈校正值延迟装置A17在由PID控制器A8对各个进气冲程获得并存储在RAM 73中的下游侧反馈校正值Vafsfb之中，从RAM 73读取在当前时间点之前对应于空耗时间L的N个冲程(N个进气冲程)的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)。
因此，在第二设备中，在当前时间点之前N个冲程的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)被增加到上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs，由此由复合空燃比对应输出值计算装置A9计算复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))。
图9为对应于图8的时序图，示出当第二设备应用于内燃机10时各个变量等变化的一个例子。类似于图8所示情况，当如(A)所示在时刻t1处下游侧反馈校正值Vafsfb(k)以阶跃的方式从“0”变到值Vafsfb1时，如(A′)所示，在当前时间点之前N个冲程的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)从时刻t1到时刻t2保持为“0”，并在时刻t2以阶跃方式从“0”改变到值Vafsfb1。因此，在当前时间点之前N个冲程的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)的变化的正时与上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化的正时彼此在时刻t2一致。
因此，如(C)所示，从时刻t1到时刻t2，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))保持为上游侧目标值Vstoich。在时刻t2，在当前时间点之前N个冲程的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)以阶跃方式改变，而上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs开始以上游空燃比传感器66的响应延迟而降低。相应地，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))在时刻t2以阶跃方式增大到大于上游侧目标值Vstoich的值，在时刻t2之后降低，并在时刻t3在降低的同时经过上游侧目标值Vstoich。换言之，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))仅仅在从时刻t2到时刻t3的时间段期间变成大于上游侧目标值Vstoich的值。
由此，如(D)所示，上游侧反馈校正值DFi从时刻t1到时刻t2保持为“0”，并仅仅在从时刻t2到时刻t3的时间段期间增大。结果，与其中上游侧反馈校正值DFi在从时刻t1到时刻t3的时间段上增大的第一设备相比，当上游侧反馈校正值DFi增大时的时间段变短，由此上游侧反馈校正值DFi的变化比第一设备中的变化小很多。具体地，由于下游侧反馈校正值延迟装置A17的工作，第二设备能够更有效地防止上游侧反馈校正值DFi的波动的增大(相应地，防止空燃比的波动的增大)。
<低通滤波器A18的工作和效果>
如图9中的(C)和(D)所示，在第二设备中，由于复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))在时刻t2以阶跃方式增大，在从时刻t2到时刻t3的时间段期间上游侧反馈校正值DFi的变化仍然较大。这是基于以下原因，即相对于以阶跃方式增大的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)，上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs以上游空燃比传感器66的响应延迟而开始降低。
具体地，为了进一步减小在从时刻t2到时刻t3的时间段期间上游侧反馈校正值DFi的变化，可使用下述值作为在计算复合空燃比对应输出值时增加到上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的值。具体地，所使用的值(下文称作“经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)”)为对当前时间点之前N个冲程的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)进行具有时间常数τ的低通滤波处理而获取的值，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，于是考虑通过将低通滤波器A18加到第二设备而形成的设备(即，本设备)。
低通滤波器A18为由下述方程(8)表示的一阶滤波器，该方程使用拉普拉斯算子s来表达滤波器的特性。在方程(8)中，τ为时间常数(与响应性相关的参数)。低通滤波器A18实质地阻止频率高于频率(1/τ)的高频分量的通过。低通滤波器A18接收由下游侧反馈校正值延迟装置A17获得的在当前时间点之前N个冲程的时间点处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)，并输出按照方程(8)的经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)。
1/(1+τ·s)    方程(8)
上游空燃比传感器66的响应延迟程度倾向于随着缸内进气量Mc(k)的增大而降低，并随着运行速度NE的升高而降低。因此，可以基于缸内进气量Mc(k)和运行速度NE并参照图10所示的表Mapτ(Mc(k)，NE)来获得时间常数τ，该表限定了缸内进气量Mc(k)、运行速度NE和时间常数τ之间的关系。所以，可以使经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)的变化的延迟程度接近上游空燃比传感器66的响应延迟的程度。
因此，在本设备中，将经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)增加到上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs，由此如上所述由复合空燃比对应输出值计算装置A9计算复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))。
图11为与图9对应的时序图，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。与图9所示情况类似，当下游侧反馈校正值Vafsfb(k)如(A)所示在时刻t1以阶跃方式从“0”变化到值Vafsfb1时，如(A’)所示，经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)在时刻t2后以与时间常数τ对应的响应延迟从“0”向着值Vafsfb1变化。
所以，经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)的变化的正时和上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化的正时彼此一致，并且经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)的变化的延迟程度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。
因此，复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfblow(k-N))在时刻t2决不会以阶跃方式增大很多，而是如(C)所示在从时刻t2到时刻t3的时间段期间从上游侧目标值Vstoich稍稍增大。增大的量对应于时间常数τ和与上游空燃比传感器66的响应延迟对应的前述时间常数之间的误差。
结果，如(D)所示，上游侧反馈校正值DFi在从时刻t2到时刻t3的时间段期间的变化相比于第二设备中的变化小很多。具体地，由于低通滤波器A18的工作，本设备能够更有效地防止上游侧反馈校正值DFi的波动的增大(相应地，防止空燃比的波动的增大)。
实际工作：
接下来，将对空燃比控制设备的实际工作进行说明。为便于说明，“MapX(a1，a2，......)”代表用于获取具有自变量a1、a2、......的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12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1200开始进行处理，并前进到步骤1205，在步骤1205中，CPU 71基于表MapMc(NE，Ga)来估计并确定此次被吸入开始此次进气冲程的气缸(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前进到步骤1210，以通过将缸内进气量Mc(k)除以此时的目标空燃比abyfr(k)来确定基本燃料喷射量Fbase。然后，CPU 71前进到步骤1215，以按照在步骤1215中描述的对应于方程(7)的方程来获得控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub。在此，使用由下文所述例程(在前次燃料喷射时)获得的最新值作为下游侧反馈校正值Vafsfb(k)。
而后，CPU 71前进到步骤1220，以通过按照方程(1)将基本燃料喷射量Fbase乘以控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub来确定控制用基本燃料喷射量Fbasec。然后，CPU 71前进到步骤1225，以按照方程(2)通过将在下文所述例程中(在前次燃料喷射时)获得的最新上游侧反馈校正值DFi加到控制用基本燃料喷射量Fbasec上来确定燃料喷射量Fi。
然后，CPU 71前进到步骤1230，以发出以燃料喷射量Fi喷射燃料的指令，然后CPU 71前进到步骤1295从而暂时结束本例程。由上述内容，控制用基本燃料喷射量Fbasec是基于下游侧反馈校正值Vafsfb(k)计算出的，并且以通过对控制用基本燃料喷射量Fbasec进行反馈校正而获得的喷射燃料量Fi喷射燃料的指令被发送给燃料喷射气缸。
<上游侧反馈校正值的计算>
下面将说明计算上游侧反馈校正值DFi的工作。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13中的流程图所示的例程。因此，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1300进行处理，并且前进到步骤1305，在步骤1305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(包括激活状态)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1305处做出“是”的判断，并且前进到步骤1310以基于表MapN(Mc(k)，NE)(参见图5)来确定冲程数N。然后，CPU 71前进到步骤1315，以通过基于表Mapabyfs(Vabyfs+Vafsfblow(k-N))(参见图2)转换复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))来获得当前的复合空燃比abyfs，所述复合空燃比对应输出值(Vabyfs+Vafsfb(k-N))是当前的上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs与通过下文所述例程获得的在当前时间点之前N个冲程的时间点处的经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)之和。
随后，CPU 71前进到步骤1320，以通过将缸内进气量Mc(k-N)除以上述复合空燃比abyfs来获取在当前时间点前N个冲程的时间点处的实际缸内燃料供给量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。
然后，CPU 71前进到步骤1325，以通过将当前时间点前N个冲程的时间点处的缸内进气量Mc(k-N)除以当前时间点前N个冲程处的目标空燃比abyfr(k-N)来获得当前时间点前N个冲程处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)。
而后，CPU 71前进到步骤1330，以按照方程(5)，通过从目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)中减去缸内燃料供给量Fc(k-N)来获取缸内燃料供给量偏差DFc。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。
然后，CPU 71前进到步骤1335，以按照在步骤1335中描述的与方程(6)对应的方程来获取上游侧反馈校正值DFi。在随后的步骤1340中，CPU 71通过将在步骤1330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上来获取缸内燃料供给量偏差的新的积分值SDFc，然后前进到步骤1395以暂时结束本例程。
以此方式，获得上游侧反馈校正值DFi，并且由于上游侧反馈校正值DFi由图12中的步骤1225反映在燃料喷射量Fi中，所以空燃比反馈控制得以执行。
另一方面，当在步骤1305的判断中上游侧反馈条件不成立时，CPU 71在步骤1305处做出“否”的判断，并前进到步骤1345以将上游侧反馈校正值DFi设置为“0”，然后前进到步骤1395以暂时结束本例程。当上游侧反馈条件不满足时，上游侧反馈校正值DFi被设置为“0”，且不会如上所述对空燃比进行校正。
<下游侧反馈校正值的计算>
下面将说明计算下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的工作。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。因此，当燃料喷射气缸的燃料喷射开始时刻到来时，CPU 71从步骤1400开始进行处理，并且前进到步骤1405，在步骤1405中，CPU 71判断下游侧反馈条件是否成立。这里，例如，除了在步骤1305中的前述上游侧反馈条件之外，当发动机的冷却水温度THW不小于比第一预设温度更高的第二预设温度时，下游侧反馈条件就成立。
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1405做出“是”的判断，并且前进到步骤1410，以按照方程(3)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来获取输出偏差DVoxs。然后，CPU 71前进到步骤1415，以基于下述方程(9)来获取输出偏差DVoxs的微分值DDVoxs。
DDVoxs＝(DVoxs-DVoxs1)/Δt    方程(9)
在方程(9)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1425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1420，以按照在步骤1420中描述的与方程(4)对应的方程来获取此次的下游侧反馈校正值Vafsfb(k)。该下游侧反馈校正值Vafsfb(k)在下次执行图12所示的例程时在步骤1215处被用于获取控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub。
随后，CPU 71前进到步骤1425，以通过将在步骤1410获得的输出偏差DVoxs加到在该时间点输出偏差的积分值SDVoxs上来获取输出偏差的新的积分值SDVoxs，在下一步骤1430中，CPU 71将输出偏差DVoxs的先前值DVoxs1设置为在步骤1410得到的输出偏差DVoxs。
然后，CPU 71前进到步骤1435以基于表MapN(Mc(k)，NE)来确定冲程数N，并在下一步骤1440，其基于表MapN(Mc(k)，NE)(参见图10)来确定用于在下一步骤1445执行的低通滤波处理的时间常数τ。
然后，CPU 71前进到步骤1445以通过由低通滤波器A18按时间常数τ对当前时间点前N个冲程处的下游侧反馈校正值Vafsfb(k-N)进行低通滤波处理来获取经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)，然后前进到步骤1495以暂时结束本例程。经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)在下一次执行图13所示例程时在步骤1315处被用于获取复合空燃比abyfs。
另一方面，当在步骤1405确定下游侧反馈条件不满足时，CPU 71在步骤1405做出“否”的判断，然后前进到步骤1450以将下游侧反馈校正值Vafsfb(k)设置为“0”。之后，在下一步骤1455，CPU 71将当前时间点前N个冲程处的经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)设置为“0”，然后前进到步骤1495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，下游侧反馈校正值Vafsfb(k)被设置为“0”，由此在图12中的步骤1215中控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub被设为“1”，结果控制用基本燃料喷射量Fbasec在步骤1220被设为等于基本燃料喷射量Fbase的值。另外，因为在当前时间点前N个冲程处的经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)被设置为“0”，所以复合空燃比对应输出值变成等于上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs，结果是在图13的步骤1310，复合空燃比abyfs变成等于由上游空燃比传感器66检测到的空燃比。
如上所述，根据本发明的用于内燃机的空燃比控制设备的第一实施例，基于第一催化剂单元53下游侧的下游空燃比传感器67的输出值Voxs和第一催化剂单元53上游侧的上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs从下游侧反馈校正值Vafsfb(k)获得复合空燃比abyfs，并基于复合空燃比abyfs获得上游侧反馈校正值DFi。燃料喷射量Fi被确定为通过将上游侧反馈校正值DFi增加到控制用基本燃料喷射量Fbasec(＝基本燃料喷射量Fbase·控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub)而获得的值。
在此，基于下游侧反馈校正值Vafsfb(k)确定控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub，从而确定控制用基本燃料喷射量Fbasec(相应地，确定燃料喷射量Fi)，使得上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs在抵消下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的变化的方向上变化(参见方程(7))。因此，即使下游侧反馈校正值Vafsfb(k)改变，也能够抑制复合空燃比abyfs的变化(相应地，能够抑制上游侧反馈校正值DFi的变化)。
因此，即使前述“波动传递环”由于下游侧反馈校正值Vafsfb(k)的波动而重复，也能够防止基于复合空燃比abyfs的上游侧反馈校正值DFi的波动的增大，由此能够抑制空燃比的波动的增大。
另外，当获得复合空燃比abyfs时，经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)的变化的正时和上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的变化的正时彼此一致，并且经过低通滤波器后的下游侧反馈校正值Vafsfblow(k-N)的变化的延迟程度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，所述值Vafsfblow(k-N)是通过由下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18对下游侧反馈校正值Vafsfb(k)进行延迟处理而获得的值。结果，能够更有效地抑制上游侧反馈校正值DFi的波动的增大(从而，抑制空燃比的波动的增大)。
第二实施例
下面将描述根据本发明第二实施例的空燃比控制设备。该第二实施例与图4的功能框图所示第一实施例的不同之处在于，使用P控制器A19来代替PI控制器A15，并另外增加基本燃料喷射量校正系数设定装置A20和预校正基本燃料喷射量校正装置A21。下面主要说明不同点。
P控制器A19对由缸内燃料供给量偏差计算装置A14计算出的缸内燃料供给量偏差DFc进行比例处理(P处理)，由此按照下述方程(10)获得用于补偿当前时间点之前N个冲程的时间点处的燃料供给量的过量/不足的上游侧反馈校正值DFi。在方程(10)中，Gp为预设的比例增益(比例常数)。
DFi＝Gp·DFc    方程(10)
因为P控制器A19与第一实施例中的PI控制器A15不同，并不包括积分项，所以无法补偿基本燃料喷射量的误差。因此，与P控制器A19的校正分开(从而，与上游侧反馈校正分开)，需要补偿基本燃料喷射量的误差。为了实现该工作，必须以如下方式进行校正，使得已校正的基本燃料喷射量Fbase变成等于(接近于)下述燃料量(以下称为“目标基本燃料喷射量Fbaset”)，所述燃料量是应该指示喷射器39从已经开始进气冲程的气缸喷射以使实际空燃比为目标空燃比abyfr的燃料量，所述已校正的基本燃料喷射量Fbase是通过校正由基本燃料喷射量计算装置A3计算出的基本燃料喷射量Fbase而获得的值。以下，由基本燃料喷射量计算装置A3计算出的基本燃料喷射量称为“预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)”。
在第二实施例中，如图15所示，引入基本燃料喷射量校正系数KF(k)，并由基本燃料喷射量校正系数设定装置A20设定基本燃料喷射量校正系数KF(k)，以使得由预校正基本燃料喷射量校正装置A21将预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)乘以基本燃料喷射量校正系数KF(k)而得到的值(以下称为“已校正的基本燃料喷射量Fbase”)变成等于(接近于)目标基本燃料喷射量Fbaset。该已校正的基本燃料喷射量Fbase被用于由控制用基本燃料喷射量计算装置A4进行的控制用基本燃料喷射量Fbasec的计算。基本燃料喷射量校正系数设定装置A20和预校正基本燃料喷射量计算装置A21将在下面说明。
一般而言，在假定燃烧室所吸入的缸内进气量不变的情况下，燃料喷射量和空燃比(相应地，排气的空燃比)的乘积变成不变的。因此，在此假定下，建立关系以使得在当前时间点之前N个冲程处的燃料喷射量Fi(k-N)和从上游空燃比传感器66获得的当前点处的空燃比(以下称为“检测到的空燃比abyfd(k)”)的乘积等于目标基本燃料喷射量Fbaset和此时的目标空燃比abyfr(k)的乘积，所述燃料喷射量Fi(k-N)是在当前时间点之前对应于空耗时间L的N个冲程(N个进气冲程)的时间点(具体地，此时的燃料喷射量Fi(k)的喷射指令开始点)处执行燃料喷射指令相关的燃料喷射量，其中要求所述目标基本燃料喷射量Fbaset使得供给到燃烧室的混合气的实际空燃比为此时的目标空燃比abyfr(k)。因此，目标基本燃料喷射量Fbaset一般可以由下述方程(11)表示。
Fbaset＝(abyfd(k)/abyfr(k))·Fi(k-N)    方程(11)
如上所述，使用此时的检测到的空燃比abyfd(k)作为计算目标基本燃料喷射量Fbaset时的检测到的空燃比abyfd，而使用当前时间点之前N个冲程处的燃料喷射量Fi(k-N)作为燃料喷射量Fi。这是因为在从发出燃料喷射指令到基于燃烧室25中的燃烧产生的排气到达上游空燃比传感器66的时刻的时间段期间要花费对应于N个冲程的空耗时间L。
根据上述知识，基本燃料喷射量校正系数设定装置A20通过利用方程(11)来设定基本燃料喷射量校正系数KF(k)。此外，当发动机处于过渡运行状态时，检测到的空燃比abyfd、燃料喷射量Fi和预校正基本燃料喷射量Fbaseb可能会以不小于预定频率的高频率独立出现很大的变化。在此情况下，方程(11)表示的关系可能会无法维持。因此，优选使用低通滤波处理以实现基本燃料喷射量的稳定校正。
从上面可知，如图16的功能框图所示，基本燃料喷射量校正系数设定装置A20包括各个装置A20a至A20d。如上所述，RAM 73存储燃料喷射量计算装置A5为各个进气冲程获得的燃料喷射量Fi。燃料喷射量延迟装置A20a从RAM 73读取当前时间点之前N个冲程的时间点处的燃料喷射量Fi(k-N)。
目标基本燃料喷射量计算装置A20b通过按照方程(11)将以下值乘以由燃料喷射量延迟装置A20a读取的在当前时间点之前N个冲程的时间点处的燃料喷射量Fi(k-N)来获取目标基本燃料喷射量Fbaset，所述值通过将此时的检测到的空燃比abyfd(k)除以此时的目标空燃比abyfr(k)而得到。
基本燃料喷射量校正系数设定装置A20c通过按照方程(12)将由目标基本燃料喷射量计算装置A20b获得的目标基本燃料喷射量Fbaset除以预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)来获取在低通滤波处理之前的燃料喷射量校正系数KFb。
KFb＝Fbaset/Fbaseb(k)    方程(12)
低通滤波器A20d为由下述方程(13)表示的一阶滤波器，该方程使用拉普拉斯算子s来表达滤波器的特性。在方程(13)中，T为时间常数。低通滤波器A20d接收在低通滤波处理之前的燃料喷射量校正系数KFb，按照方程(13)对在低通滤波处理之前的燃料喷射量校正系数KFb进行低通滤波处理以获取基本燃料喷射量校正系数KF(k)，并且输出该系数KF(k)。
1/(1+T·s)    方程(13)
预校正基本燃料喷射量校正装置A21将由基本燃料喷射量计算装置A3获得的预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)乘以由基本燃料喷射量校正系数设定装置A20设定的基本燃料喷射量校正系数KF(k)，由此按照下述方程(14)获取已校正的基本燃料喷射量Fbase。类似于根据第一实施例的空燃比控制设备，将控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub乘以这样获得的已校正的基本燃料喷射量Fbase，由此获得控制用基本燃料喷射量Fbasec。
Fbase＝KF(k)·Fbaseb(k)   方程(14)
以上是设定基本燃料喷射量校正系数的方法，并且基本燃料喷射量校正系数设定装置A20和预校正基本燃料喷射量校正装置A21对应于基本燃料喷射量校正装置。
如上所述，根据本发明的用于内燃机的空燃比控制设备的第二实施例，已校正的基本燃料喷射量Fbase被确定为与以下燃料量一致(接近)，所述燃料量应该被指示喷射以使空燃比为目标空燃比abyfr。结果，类似于根据第一实施例的空燃比控制设备，可以防止空燃比波动的增大，并可以立即补偿基本燃料喷射量的误差，而不必在上游侧反馈控制中进行积分处理，由此可以防止由于基本燃料喷射量的误差的增大而导致的排放量的暂时增大。
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，低通滤波器A20d从检测到的空燃比abyfd(k)、燃料喷射量Fi(k-N)和预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)来获得在低通滤波处理之前的基本燃料喷射量校正系数KFb(＝(abyfd(k)·Fi(k-N)/abyfr(k)·Fbaseb(k)))，并对在低通滤波处理之前的基本燃料喷射量校正系数KFb进行低通滤波处理，由此获得基本燃料喷射量校正系数KF(k)。但是，代替这，可以对检测到的空燃比abyfd(k)、燃料喷射量Fi(k-N)和预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)中的每个独立进行低通滤波处理，然后可以使用已经经历低通滤波处理的各个值来获得基本燃料喷射量校正系数KF(k)。
在第二实施例中，如图16所示，基本燃料喷射量校正系数KF(k)是基于此时检测到的空燃比abyfd(k)、当前时间点之前N个冲程的时间点处的燃料喷射量Fi(k-N)、此时的目标空燃比abyfr(k)以及此时的预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k)而获得的。但是，基本燃料喷射量校正系数KF可以基于检测到的空燃比abyfd(k)、当前时间点之前N个冲程的时间点处的燃料喷射量Fi(k-N)、当前时间点之前N个冲程的时间点处的目标空燃比abyfr(k-N)以及当前时间点之前N个冲程的时间点处的预校正基本燃料喷射量Fbaseb(k-N)获得。
尽管在第二实施例中，目标基本燃料喷射量Fbaset是基于方程(11)获得的，但目标基本燃料喷射量Fbaset可以利用以下方程获得，在该方程中用复合空燃比abyfs代替方程(11)中的检测到的空燃比abyfd(k)。该配置对于在上游空燃比传感器66的检测到的空燃比abyfd中产生误差的情况有效。
在上述各个实施例中，控制用基本燃料喷射量Fbasec是通过将基本燃料喷射量Fbase乘以控制用基本燃料喷射量计算系数Ksub而得到的。但是，代替这，可以按照下述方程(15)通过将控制用基本燃料喷射量计算常数Dsub增加到基本燃料喷射量Fbase来获得控制用基本燃料喷射量Fbasec。控制用基本燃料喷射量计算常数Dsub可以按照下述方程(16)通过将由PID控制器A8获得的下游侧反馈校正值Vafsfb(k)乘以预定系数K1而得到。
Fbasec＝Fbase+Dsub    方程(15)
Dsub＝K1·Vafsfb(k)   方程(16)
在此情况下，当下游侧反馈校正值Vafsfb(k)从“0”偏差时，优选的是计算控制用基本燃料喷射量计算常数Dsub，使得控制用基本燃料喷射量Fbasec与用于获得对应于上游空燃比传感器66的输出值Vabyfs的空燃比的燃料量一致，该输出值从上游侧目标值Vstoich在抵消偏差的方向上偏离与该偏差相等的量。换言之，优选的是设定方程(16)中的系数K1以建立上述关系。
在上述各个实施例中，设置下游侧反馈校正值延迟装置A17和低通滤波器A18以对下游侧反馈校正值Vafsfb(k)进行延迟处理。但是，可以设置其中任一个，或者可以两者都不设置。
在上述各个实施例中，在上游侧反馈控制时基于缸内燃料供给量偏差DFc来获得上游侧反馈校正值DFi，该缸内燃料供给量偏差DFc是通过从当前时间点之前N个冲程的时间点处的目标缸内燃料供给量Fcr(k-N)减去当前时间点之前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。但是，上游侧反馈校正值DFi可以基于通过从此时的复合空燃比abyfs(k)减去当前时间点之前N个冲程的时间点处的目标空燃比abyfr(k-N)得到的值而获得。

Claims (9)

1.一种用于内燃机的空燃比控制设备，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；
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；
设置在所述排气通路内并位于所述催化剂单元下游的下游空燃比传感器；以及
根据指令喷射燃料的燃料喷射装置，
所述空燃比控制设备包括：
基于所述内燃机的运行状态获取基本燃料喷射量的基本燃料喷射量获取装置，所述基本燃料喷射量为用于得到目标空燃比的燃料量；
基于来自所述下游空燃比传感器的输出值计算下游侧反馈校正值的下游侧反馈校正值计算装置，所述下游侧反馈校正值是用于对供给到所述内燃机的混合气的空燃比进行反馈控制的反馈校正值；
基于所获取的基本燃料喷射量和所计算出的下游侧反馈校正值获取控制用基本燃料喷射量的控制用基本燃料喷射量获取装置，所述控制用基本燃料喷射量是用于对供给到所述内燃机的所述混合气的空燃比进行反馈控制的燃料喷射量；
基于来自所述上游空燃比传感器的输出值和所计算出的下游侧反馈校正值获取与复合空燃比相对应的值的复合空燃比获取装置，所述复合空燃比对应于用于对供给到所述内燃机的所述混合气的空燃比进行反馈控制的空燃比；
基于所获取的与复合空燃比相对应的值计算上游侧反馈校正值的上游侧反馈校正值计算装置，所述上游侧反馈校正值是用于对供给到所述内燃机的所述混合气的空燃比进行反馈控制的反馈校正值；
燃料喷射量计算装置，所述燃料喷射量计算装置基于所获取的控制用基本燃料喷射量和所计算出的上游侧反馈校正值计算燃料喷射量；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所述混合气的空燃比进行反馈控制。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其中
所述控制用基本燃料喷射量获取装置构造为，通过将所获取的基本燃料喷射量乘以一种值来获取所述控制用基本燃料喷射量，所述一种值是通过对将所计算出的下游侧反馈校正值乘以预定系数得到的值加1而得到的。
3.根据权利要求1或2所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其中
所述复合空燃比获取装置构造为，在获取所述与复合空燃比相对应的值时，使用通过对所述下游侧反馈校正值进行延迟处理而得到的值。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的空燃比控制设备，还包括
获取空耗时间的空耗时间获取装置，所述空耗时间是从发出喷射燃料的指令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，并且
所述复合空燃比获取装置构造为，使用在比当前时间点提前所述空耗时间的时间点处计算出的所述下游侧反馈校正值作为通过对所述下游侧反馈校正值进行延迟处理而得到的值。
5.根据权利要求4所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其中所述空耗时间获取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。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制设备，还包括
向所述下游侧反馈校正值提供低通滤波处理的低通滤波处理装置，并且
所述复合空燃比获取装置构造为，使用通过对所述下游侧反馈校正值进行所述低通滤波处理而得到的值作为通过对所述下游侧反馈校正值进行延迟处理而得到的值。
7.根据权利要求6所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其中
所述低通滤波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。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制设备，其中
所述上游侧反馈校正值计算装置构造为，基于通过对与所述目标空燃比相对应的值和所获得的与复合空燃比相对应的值之间的差至少进行积分处理而得到的值，来计算所述上游侧反馈校正值。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的用于内燃机的空燃比控制设备，还包括：
基本燃料喷射量校正装置，所述基本燃料喷射量校正装置校正所述基本燃料喷射量，使得当假定向所述燃料喷射装置发出了用于以所述基本燃料喷射量喷射燃料的指令时，由所述燃料喷射装置实际喷射的燃料量变成用于使供给到所述内燃机的所述混合气的实际空燃比等于所述目标空燃比所必需的量。
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