JP2004036393A - 筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えて空燃比を理論空燃比に一致させるに際し、過剰な燃料増量補正が行われることに起因する空燃比の乱れを抑制する。
【解決手段】電子制御装置５０は、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードから目標空燃比を理論空燃比に設定して吸気行程に燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに内燃機関１０の燃焼モードを切り替える。排気センサ４６は、排気通路１３に設けられてリーン程度及びリッチ程度に応じた大きさの検出信号を出力する。電子制御装置５０は、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで排気センサ４６の検出信号に基づくフィードバック補正を禁止する。
【選択図】 図１
【解決手段】電子制御装置５０は、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードから目標空燃比を理論空燃比に設定して吸気行程に燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに内燃機関１０の燃焼モードを切り替える。排気センサ４６は、排気通路１３に設けられてリーン程度及びリッチ程度に応じた大きさの検出信号を出力する。電子制御装置５０は、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで排気センサ４６の検出信号に基づくフィードバック補正を禁止する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替え可能であり、吸気行程噴射モード時には実空燃比を理論空燃比に一致させるべく排気通路に設けられた排気センサの検出信号に基づいて空燃比のフィードバック補正を実行する筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした筒内噴射式の内燃機関にあっては、燃焼室内に燃料濃度の異なる混合気層を形成するなどして、混合気の燃料濃度が極めて薄い状況下で良好な燃焼を成立させることが可能になる。このため、こうした筒内噴射式内燃機関は、その燃料消費率の低減を図る等、吸気ポート噴射式内燃機関と比較して効率的な機関運転を行うことができる。
【０００３】
しかしながら、こうした筒内噴射式内燃機関にあっては、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにしている関係から、冷間始動時やその直後など燃焼室の温度が低いときには、噴射燃料の霧化が促進され難くなり、排気中に含まれる燃料の未燃成分が増大する傾向にある。
【０００４】
このため、例えば特開２０００−３１４３３８号公報等に記載されるように、冷間始動直後には、目標空燃比を理論空燃比よりも僅かにリーン側に設定するとともに、圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードに内燃機関の燃焼モードを設定するものが提案されている。このように目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定することにより、排気中の酸素濃度が通常よりも高くなるため、排気通路に排出された燃料未燃成分は、この酸素と反応して排気通路や特に同通路に設けられている触媒装置において燃焼するようになる。このように排気通路中において燃料未燃成分が排気中の酸素と反応して燃焼する現象は「後燃え」と称される。上記圧縮行程噴射モード時には、こうした後燃えの発生を促進させることにより、燃料未燃成分を外部に排出することなく燃焼して処理するとともに、その燃焼熱によって触媒装置を速やかに温度上昇させることができ、その早期活性化を図ることができるようになる。即ち、冷間始動時等のように、燃焼室から多くの燃料未燃成分が排出される状況下にあっては、こうした後燃えの促進が同燃料未燃成分がそのまま外部に排出されることを抑制するうえで極めて有効である。
【０００５】
但し、この圧縮行程噴射モードにあっては、通常、こうした後燃えの促進を図るために、点火時期を大幅に遅角させて混合気の燃焼を緩慢なものにすることにより排気温度を極力高めるようにしている。このため、目標空燃比を理論空燃比に設定して燃料噴射を吸気行程に行うようにした通常の吸気行程噴射モードと比較すると、機関出力の低下が避けきれず、燃料消費率の増大を招くこととなる。
【０００６】
このため、内燃機関の燃焼モードを圧縮行程噴射モードに所定期間保持することにより、触媒装置が温度上昇して所定の浄化性能が確保されると判断されるときには、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えてこうした燃料消費率の増大を極力抑えるようにするのが望ましい。
【０００７】
ところで、吸気行程噴射モード時には、混合気の実空燃比を理論空燃比に一致させることで上記触媒装置による排気浄化性能を最大限に高めるための燃料噴射量補正、即ち空燃比のフィードバック補正が実行される。この空燃比フィードバック制御では、排気通路に設けられた排気センサによって排気の酸素濃度が検出され、この酸素濃度から燃焼に供されている混合気の実空燃比が理論空燃比よりもリッチか或いかリーンであるかが判断される。
【０００８】
そして、その判断結果に基づいてフィードバック補正を行うための燃料噴射量補正係数を設定し、同補正係数に基づいて燃料噴射量を増量補正或いは減量補正することにより、実空燃比と理論空燃比とのずれを補償してこれらを一致させるようにしている。尚、このように、排気の酸素濃度に基づいて判断される混合気の実空燃比を以下では「排気空燃比」と称する。通常、内燃機関が定常運転状態にあるときには、この排気空燃比と実空燃比とは略一致するようになる。
【０００９】
図１０は、上記排気センサを用いた空燃比のフィードバック補正についてその一例を示している。尚、同図は、排気空燃比の変化、それに伴うセンサの検出信号（出力電圧）の変化、並びにフィードバック補正係数について、それら推移を示すものであり、ここでは内燃機関が定常運転状態にある場合についてその一例を示している。
【００１０】
同図１０に示されるように、排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側にある領域からリッチ側の領域に移行するのに伴って、センサの出力電圧はその基準電圧よりも低い状態から高い状態に移行する。この移行タイミングはスキップタイミングと称され、このスキップタイミングでは、フィードバック補正係数の値が所定のスキップ値Ｓをもって減少させられる。そして、このスキップタイミングから排気空燃比が再びリーン領域に移行するスキップタイミングまでの期間（積分期間）では、所定の積分値をもってフィードバック補正係数が徐々に減少させられるようになる。
【００１１】
一方、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にある領域からリーン側の領域に移行するスキップタイミングでは、フィードバック補正係数の値が所定のスキップ値Ｓをもって増大させられる。そして、その後の積分期間では、所定の積分値をもってフィードバック補正係数が徐々に増大させられるようになる。
【００１２】
このように、空燃比フィードバック制御に用いられる一般の排気センサは、基本的には、排気空燃比が理論空燃比を基準としてそれよりもリーン領域にあるか或いはリッチ領域にあるか、換言すればそれら領域を跨いで排気空燃比が変化するタイミングのみをその検出対象するものである。因みに、こうした排気センサとしては、例えば濃淡電池式のものがその代表例である。
【００１３】
従って、この種のセンサでは、リーン領域或いはリッチ領域においてそのリーン程度やリッチ程度に応じた大きさの検出信号を出力するものではなく、仮に排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側或いはリーン側に大幅にずれた場合であっても、そのずれ量に応じた制御を行うことは基本的にはできない。従って、この種のセンサを用いた空燃比フィードバック制御についても、上述したように、リーン・リッチの両領域間の切り替えタイミングに合わせてフィードバック補正係数を予め定められたスキップ値や積分値をもって変化させる、といった制御態様を採用せざるを得ない。
【００１４】
これに対して、近年では、より精密な空燃比フィードバック制御を行うために、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ領域にあるか或いはリーン領域にあるかのみならず、そのリッチ程度やリーン程度に応じた大きさの検出信号を出力可能な排気センサも採用されつつある。こうしたセンサを採用することにより、排気空燃比と理論空燃比とのずれ量に応じてフィードバック補正係数を設定することが可能になる。具体的には、そのずれ量に所定のフィードバックゲインを乗じたものをフィードバック補正係数として設定するなど、そのずれ量の大きさに基づいてこれを木目細かく設定することができ、燃料噴射量についてもこれに基づいてより精密に増減補正することが可能になる。
【００１５】
特に、筒内噴射式内燃機関のように、理論空燃比のみならず、同理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比まで幅広く目標空燃比が変化する内燃機関にあっては、こうした排気センサの採用により精密な空燃比のフィードバック補正を行うことが可能になる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにリーン程度或いはリッチ程度に応じてその検出信号の大きさが変化する排気センサを採用することにより、空燃比のフィードバック補正における精度や即応性を高めることができ、一般にはその補正精度の向上を図ることができるようになる。
【００１７】
しかしながら、本発明者らの実験の結果、こうした排気センサを上述したような冷間始動直後に燃焼モードの切り替えを行う内燃機関の空燃比制御に単に適用するようにすると、一時的にせよ、以下のような不都合が生じることが判明した。
【００１８】
図１１（ａ）〜（ｅ）は、上述したような燃焼モードの切り替えが行われる場合について、その燃焼モードの切替要求、目標空燃比、排気空燃比、フィードバック補正係数、並びに最終的な燃料噴射量の推移をそれぞれ示している。
【００１９】
同図１１に示されるように、触媒装置が温度上昇して所定の浄化性能が確保できると判断されると、圧縮行程噴射モードの要求が解除されて内燃機関の燃焼モードは吸気行程噴射モード（圧縮行程噴射モード要求：「ＯＦＦ」）に切り替えられる（同図（ａ）参照）。そして、この燃焼モードの切替要求に合わせて目標空燃比（同図（ｂ））はリーン空燃比から理論空燃比に変更されるとともに、燃料噴射も圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられるようになる。更に、燃料噴射量（同図（ｃ））もこうした目標空燃比の変更に見合う分だけ所定量増量されるようになる（タイミングｔ１）。
【００２０】
このように目標空燃比の変更に合わせて実空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に変更されると、排気空燃比もリーン空燃比から理論空燃比に向けて変化するようになる。但し、この場合、排気空燃比は、実空燃比と同期したかたちで即座に変化するようなことはなく、同図（ｃ）の実線に示されるように、応答遅れをもってリーン空燃比から徐々に理論空燃比にまで変化するようになる（タイミングｔ１〜タイミングｔ２）。
【００２１】
この場合、リッチ領域とリーン領域との切り替わりのみを検出するタイプの排気センサを採用している場合には、所定の積分量をもってフィードバック補正係数が徐々にしか増大することはない。このため、このフィードバック補正係数に基づいて補正される燃料噴射量についても一度に大幅な増量がなされることはなく、同フィードバック補正係数の増大に合わせて徐々に増量補正されるようになる（同図（ｄ）及び同図（ｅ）の実線参照）。
【００２２】
一方、リーン・リッチ程度に応じてその検出信号の大きさが変化する排気センサを採用する制御にあっては、燃焼モードの変更に伴って目標空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられた時点で、排気空燃比にはその目標値である理論空燃比との間に大きなずれが生じている旨の判断がなされる。このため、このずれを補償すべくそのずれ量（排気空燃比−理論空燃比）に基づいてフィードバック補正係数が算出される。その結果、フィードバック補正による補正分（同図（ｅ）参照）が極めて大きな値となり、これに合わせて燃料噴射量についても一度に大幅な増量補正が行われるようになる。
【００２３】
しかしながら、上述したように燃焼モードの切り替え時に生じる排気空燃比の目標空燃比に対するずれは、実際の燃焼に供されている混合気の実空燃比のずれを正確に反映するものではない。即ち、排気通路途中には圧縮行程噴射モード時にリーン空燃比のもとで燃焼した排気が残存しており、また燃焼室から排出された排気がセンサ近傍に到達するのにもある程度の時間を要する。このため、実際の空燃比の変化に対して排気空燃比の変化には所定の応答遅れが存在することになる。従って、こうした排気空燃比のずれをそのまま空燃比のフィードバック補正に反映させるようにすると、過剰な燃料増量操作が行われて実際の空燃比は過度にリッチ側に変更されてしまうようになる。その結果、こうした過度な補正によって、燃料未燃成分の排出量が増大するなどの排気性状の悪化や、ひいては燃焼状態の悪化を招くこととなる。更に、こうした過度な補正による影響もやはり所定の応答遅れをもって排気空燃比の変化としてその後に現われるようになるため、これに基づいてフィードバック補正が行われると、ハンチング等、制御の不安定化を招くおそれもある。
【００２４】
この発明は、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切替可能であり、排気通路に設けられて少なくとも理論空燃比よりもリーン側の領域において排気の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する排気センサを備えた筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置をその前提としている。そして、こうした内燃機関の空燃比制御装置にあって、上記燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えて空燃比を理論空燃比に一致させるに際し、過剰な燃料増量補正が行われることに起因する空燃比の乱れを抑制することをその目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための構成及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１記載の発明では、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードから目標空燃比を理論空燃比に設定して吸気行程に燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに内燃機関の燃焼モードを切り替える切替手段と、排気通路に設けられて理論空燃比よりも少なくともリーン側の領域において排気の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する排気センサと、前記内燃機関の燃焼モードが前記吸気行程噴射モードに切り替えられているときに実空燃比を理論空燃比に一致させるための燃料噴射量補正係数を前記排気センサの検出信号に基づいて算出し、同燃料噴射量補正係数に基づくフィードバック補正を実行するフィードバック制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記切替手段により燃焼モードが前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで前記フィードバック制御手段の前記フィードバック補正に制限を加える制限手段を備えるようにしている。
【００２６】
同構成では、内燃機関の燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで、空燃比にかかるフィードバック補正に制限を加えるようにしている。このため、仮に燃焼モードの切り替えた時点で排気空燃比が応答遅れの影響によって理論空燃比よりもリーン側に大きくずれるような状況下においても、そのずれに基づく燃料噴射量の増量補正が制限されるようになる。従って、過剰な燃料増量操作によって実際の空燃比が過度にリッチ側に補正され、それに起因して空燃比に乱れが生じるのを抑制することができるようになる。尚、請求項１記載の発明において「所定期間」は、燃焼モードの切り替えに際して発生する実空燃比と排気空燃比とのずれ量がその影響を無視できる所定量以下に減少するまでの期間になるように設定される。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は前記所定期間が経過するまで前記フィードバック補正を禁止するものであるとしている。
【００２８】
同構成によれば、上記燃焼モードの切替時点から所定期間が経過するまでフィードバック補正を禁止するようにしているため、請求項１記載の発明による作用効果をより確実なものとすることができるようになる。
【００２９】
また、上記フィードバック補正に制限を加える際の具体的な態様としては、請求項２に記載されるような構成の他、請求項３に記載される発明によるように、前記制限手段は前記所定期間が経過するまで前記フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合が低下するように前記燃料噴射量補正係数を変更する、といった構成を採用することもできる。
【００３０】
ところで、上述したような応答遅れによって生じる実空燃比と排気空燃比との間のずれは、燃焼モードを切り替えた直後に最も大きく、その後は徐々に小さくなって最終的にはその影響は殆ど無視できる範囲にまで減少するようになる。換言すると、排気センサの検出信号は、燃焼モードを切り替えた直後においては実際の空燃比の状態を示すものとしてその信頼性が低いものの、その後の経過時間が長くなるほど、その信頼性は高くなり、実際の空燃比の状態を反映したものになる。
【００３１】
請求項４記載の発明はこの点を考慮したものであり、請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は燃焼モードが前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた時点からの時間の経過に伴って前記補正度合を低下させる際の低下率が減少するように前記燃料噴射量補正係数を変更するものであるとしている。
【００３２】
同構成によれば、燃焼モードの切り替え直後にあっては、不必要な燃料増量を抑制すべくフィードバック補正の補正度合が相対的に小さく設定される一方、その後は徐々に同フィードバック補正の制限が緩和され、通常の燃料噴射量補正係数に基づくフィードバック補正に円滑に移行することができるようになる。従って、燃焼モードの切り替えに伴う過剰な燃料増量補正を抑制しつつ、こうした燃焼モードの切り替えに伴う応答遅れとは無関係に発生する、実空燃比と目標空燃比、即ち理論空燃比との間に実際に生じるずれについても対処することが可能になる。
【００３３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は前記フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみその制限を行うものであるとしている。
【００３４】
燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられることにより生じる空燃比の乱れは、基本的には燃焼モードの切り替え直後の排気空燃比がリーン領域にあるため、実空燃比も同リーン領域にある旨誤判断され、その誤判断に基づいて燃料噴射量の増量補正が行われることに起因する。従って、燃焼モードの切り替え直後の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を示しているときには、こうした燃焼モードの切り替えではなく別の理由に起因して実空燃比と理論空燃比との間に実際にずれが生じている可能性が高い。即ち、このような場合には寧ろ、フィードバック補正、即ち燃料噴射量の減量補正を行うことにより、こうした空燃比のリッチ傾向を打ち消すようにしたほうが望ましいことがある。
【００３５】
上記請求項５記載の構成によれば、フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみ同フィードバック補正を制限するようにしているため、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを回避することができるようになる。
【００３６】
請求項６記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は前記所定期間を前記内燃機関の吸入空気量に基づいて設定するものであるとしている。
【００３７】
上述したように、燃焼モードが切り替えられるときに発生する実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れは、排気通路途中に排気が残存していること、並びに燃焼室の排気がセンサ近傍に到達するのにある程度の時間を要すること等がその要因となっている。このため、吸入空気量が多くなれば、それに伴って排気の流速が増大するため、排気通路に残存する排気は速やかにその下流側に流れて排出されるようになり、また燃焼室から排出された排気がセンサ近傍に到達するのに要する時間も短くなるため、結果的に上記応答遅れ時間は短くなる。このように、吸入空気量と上記応答遅れ時間とは相関を有している。
【００３８】
この点、請求項６記載の構成では、例えばフィードバック補正に制限を加える際の上記所定期間を吸入空気量が多いときほどこれを短く設定する等、これを吸入空気量に基づいて設定するようにしている。このため、同所定期間をより適切なものに設定することができ、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを極力回避しつつ、燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れについてもこれを一層好適に抑制することができるようになる。
【００３９】
また、上記応答遅れが発生する要因として、圧縮行程噴射モード中に発生した排気が排気通路に残存している点や、燃焼室から排出された排気が排気センサの近傍に到達するまでに時間を要する点については上述したが、この応答遅れについてはこれら他、以下の点についても更に考慮するのが望ましい。即ち、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替える要求があった場合、燃焼モードが実際に吸気行程噴射モードに切り替えられ、同モードのもとで燃焼が行われた後、その排気が排気行程において燃焼室から排出されるまでにもある程度の時間を要する。例えば、機関回転速度が低速である場合には、燃焼モードの切替要求が出されてから吸気行程噴射モードのもとでの燃焼により発生した排気が排気通路に排出されるまでの時間は相対的に長くなるため、結果的に上記応答遅れは長くなる。一方、機関回転速度が高速である場合には、逆にこの時間は相対的に短くなるため、上記応答遅れもこれに合わせて短くなる。
【００４０】
この点、請求項７記載の構成では、例えばフィードバック補正に制限を加える際の上記所定期間を機関回転速度が高速であるときほどこれを短く設定する等、これを機関回転速度に基づいて設定するようにしている。このため、同所定期間をより適切なものに設定することができ、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを極力回避しつつ、燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れについてもこれを一層好適に抑制することができるようになる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
【００４２】
図１は本実施形態にかかる空燃比制御装置及び同装置の制御対象となる筒内噴射式多気筒内燃機関の構成を概略的に示している。
同図１に示されるように、内燃機関１０の燃焼室１２（同図にはその一つのみを示す）には、吸気通路１１及び排気通路１３がそれぞれ接続されている。吸気通路１１にはモータ（図示略）により開閉駆動されるスロットルバルブ２６が設けられている。このスロットルバルブ２６により調量された吸入空気が吸気バルブ２１の開弁に伴って燃焼室１２に導入される。燃料噴射弁２０から燃焼室１２に直接噴射された燃料は、この導入された吸入空気と混合された後、点火プラグ２２により点火され、燃焼した後、排気バルブ２３の開弁に伴って排気通路１３に排出される。
【００４３】
排気通路１３には排気浄化機能を有する触媒装置１６が設けられており、同触媒装置１６によって排気に含まれる未燃成分等が浄化される。この触媒装置１６は、三元触媒装置とＮＯｘ吸蔵還元触媒装置といった２つの触媒装置によって構成されている（図１ではこれら各触媒装置を１つにまとめて図示している）。三元触媒装置は、主に排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）をその酸化還元作用を通じて浄化する機能を有している。これに対して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒装置は、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、この吸蔵されるＮＯｘをリッチ空燃比或いは理論空燃比のもとで燃焼が行われているときの排気に含まれるＨＣ及びＣＯによって還元してこれを浄化する機能を有している。
【００４４】
燃料噴射弁２０は、各気筒の燃焼室１２内に燃料を直接噴射供給する筒内噴射式のものであり、デリバリパイプ２４から高圧の燃料が供給されている。デリバリパイプ２４は、図示しない高圧ポンプを介してフィードポンプ、燃料タンクに順に接続されており、同高圧ポンプにより加圧された燃料が供給される。
【００４５】
また、内燃機関１０には、機関運転状態等を検出するための各種センサが設けられている。例えば、吸気通路１１においてスロットルバルブ２６よりも上流側の部分には、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ４２が設けられている。機関ピストン１４の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト（図示略）の近傍には、その回転速度（機関回転速度）と回転位相（クランク角）を検出するクランク角センサ４３が設けられている。また、アクセルペダル６０の近傍にはその踏込量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ４４が設けられている。更に、内燃機関１０の本体１７には機関冷却水温を検出する水温センサ４５が設けられている。
【００４６】
また、排気通路１３において触媒装置１６より上流側の部分には、排気の酸素濃度を検出する、換言すれば排気空燃比を検出するための排気センサ４６が設けられている。この排気センサ４６は、いわゆる限界電流式の酸素濃度センサであり、排気空燃比に応じてその検出信号が変化する。
【００４７】
図２は、この排気センサ４６の出力特性を示すグラフである。同図に示されるように、排気センサ４６は、リッチ領域及びリーン領域の双方において、そのリッチ程度或いはリーン程度に応じて検出信号（出力電流値、通常「限界電流値」と称される）が連続的（線形的）に変化する出力特性を有している。従って、この排気センサ４６の検出信号に基づいてリッチ・リーンの切り替えタイミングのみならず、排気空燃比について理論空燃比との差、換言すればそのリッチ程度或いはリーン程度まで検出することができる。
【００４８】
また、排気センサ４６の内部には、ヒータ（図示略）が内蔵されている。排気センサ４６では、このヒータを通電制御して発熱させ、排気センサ４６の検出部を温度上昇させることにより、その早期活性化を図るようにしている。
【００４９】
これら各センサ４２〜４６の検出信号は内燃機関１０の各種制御を統括して実行する電子制御装置５０に取り込まれる。電子制御装置５０は、これら検出信号に基づいて、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２、スロットルバルブ２６を駆動するモータ等のアクチュエータを駆動することにより、燃焼モードの切替制御や空燃比制御といった各種制御を実行する。電子制御装置５０は、これら各種制御にかかる制御プログラムやその実行に必要となる関数マップ、並びにそれに基づく制御結果を記憶するためのメモリ５２を備えている。
【００５０】
例えば、燃焼モードの切替制御では、機関始動時の機関冷却水温が所定温度以下である等をその実行条件として、内燃機関１０の始動完了後、所定期間が経過するまでの間、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＮ」に設定され、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定される。このように燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されると、目標空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーン側に設定される。更に、排気温度を上昇させるために、点火時期が機関運転状態に基づいて設定される時期よりも大幅に遅角側の時期に設定されるとともに、それに合わせて燃料噴射時期も遅角側の時期に設定される。
【００５１】
こうした圧縮行程噴射モードのもとで機関燃焼が行われると、上述したような後燃えが生じるため、燃料未燃成分を外部に排出することなく排気通路１３内においてこれを燃焼して処理することができるようになる。更に、その燃料未燃成分の燃焼に伴って発生する燃焼熱によって触媒装置１６を速やかに温度上昇させることができ、その早期活性化を図ることができるようになる。
【００５２】
このように燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されることにより、触媒装置１６が活性化し、その所定の排気浄化機能が確保できると判断されると、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＦＦ」に設定される。尚、この圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣを「ＯＦＦ」とする判断は、例えば、上述したように、燃焼モードを圧縮行程噴射モードに切り替えてから所定時間が経過したことの他、
・圧縮行程噴射モード中における総燃料噴射量が所定量を超えたこと。
等々の条件が全て或いはそれらの少なくとその一つが満たされていることをもって行うことができる。因みに、上記所定時間や総燃料噴射量を機関冷却水温に応じて可変設定する等の方法も、所定の排気浄化機能が確保できる状態に触媒装置１６が移行したことをより正確に判断するうえで有効である。
【００５３】
次に、本実施形態にかかる装置の空燃比制御について図３〜図５を併せ参照して説明する。尚、図３及び図４は、この装置による空燃比制御の処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置５０によって所定クランク角毎の割込処理として実行される。また、図５はこの空燃比制御に基づく燃料噴射量等の推移例を示すタイミングチャートである。
【００５４】
この一連の処理に際しては、まず、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＦＦ」であるか否かが判断される（ステップＳ１００）。ここで、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＮ」である旨判断された場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、内燃機関１０の燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定される（図４ ステップＳ２００ 図５ タイミングｔ１以前）。
【００５５】
そして、次に排気センサ４６が活性化しているか、即ち同センサ４６が所定の活性化温度にまで温度上昇しているか否かが判断される。この排気センサ４６の活性化判断は、例えばそのヒータの内部抵抗値を検出し、その検出結果に基づいて排気センサ４６の温度を推定する、或いはヒータの通電時間等に基づいて行うことができる。
【００５６】
ここで、排気センサ４６が活性化している旨判断された場合には（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、それ以降、同センサ４６の検出結果を燃料噴射量の算出に反映させる空燃比のフィードバック補正が開始されるようになる。
【００５７】
尚、上述したように機関始動後、所定期間が経過するまで燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定され、その後、同燃焼モードは吸気行程噴射モードに切り替えられるが、通常はこうした燃焼モードの切り替えがなされる以前に排気センサ４６の活性化は完了する。このため、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに切り替えられている期間（図５のタイミングｔ１以前）において、その前半の期間では排気センサ４６の検出結果を反映させないオープンループ制御が実行され、その後の後半の期間では同検出結果を反映したフィードバック補正が実行される。従って、上記燃焼モードの切り替えは、圧縮行程噴射モードでのフィードバック補正が実行されているときに行われる。
【００５８】
このフィードバック補正にかかる一連の処理に際しては、まず、排気センサ４６の検出結果、即ち排気空燃比と目標空燃比との偏差ΔＲＡＦに基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが以下の演算式（１）を通じて算出される。ここでは、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されているため、目標空燃比は理論空燃比よりも僅かにリーンに設定されている。尚、フィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」を中心として、その上限値ＦＡＦＭＡＸ及び下限値ＦＡＦＭＩＮが予め定められており、それら上限値ＦＡＦＭＡＸ及び下限値ＦＡＦＭＩＮに間の範囲に収まるようにその変化量が規制されている。
【００５９】
ＦＡＦ←１．０＋ＫＰ・（ΔＲＡＦ） ・・・（１）
ＫＰ：補正係数（比例ゲイン）
因みに、このフィードバック補正係数ＦＡＦは、機関運転状態及び目標空燃比から求められる基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが排気空燃比を目標空燃比に一致させるものとして適切な値となるように補正するものである。ここでは、このフィードバック補正係数ＦＡＦを基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥに乗じてその燃料噴射量にかかる補正を行うものとしているため、排気空燃比と目標空燃比との間にずれが全く存在していない場合には、このフィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」に収束するようになる。
【００６０】
一方、排気空燃比が目標空燃比よりもリーンである場合には、上式（１）の右辺第２項は正の値になるため、フィードバック補正係数ＦＡＦは「１．０」よりも大きな値に設定される。従ってこの場合には、このフィードバック補正係数ＦＡＦに基づいて燃料噴射量の増量補正が行われる。
【００６１】
他方、排気空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合には、上式（１）の右辺第２項は負の値になるため、フィードバック補正係数ＦＡＦは「１．０」よりも小さな値に設定される。従ってこの場合には、このフィードバック補正係数ＦＡＦに基づいて燃料噴射量の減量補正が行われる。
【００６２】
このように排気空燃比と目標空燃比との間の偏差ΔＲＡＦに基づき、それに見合う大きさにフィードバック補正係数ＦＡＦが算出されることにより、そのときどきの排気空燃比と目標空燃比との間のずれが打ち消されるように燃料噴射量が適切に設定され、空燃比のフィードバック補正がなされる。
【００６３】
またここで、燃料噴射系の個体差や経時変化等に起因して基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥと排気空燃比を目標空燃比と一致させるのに必要な燃料噴射量との間に定常的な偏差が生じている場合には、上記フィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」からずれるようになる。このように制御対象値とその目標値との間に定常的な偏差が生じている場合に、上式（１）にて求められるようなフィードバック補正係数ＦＡＦ、即ち偏差ΔＲＡＦの大きさに比例して変化する、いわゆる比例項に、この定常偏差を補償する機能を持たせることは制御の安定性を確保するうえでは好ましくない。
【００６４】
そこで、本実施形態にかかる空燃比制御にあっては、こうした定常偏差が生じている場合には、これを補償するための補正量（以下、これを「空燃比学習値ＫＧ」と称する）をその定常偏差の大きさに基づいて求めるようにしている。そして、この空燃比学習値ＫＧに基づく燃料噴射量補正を通じて上記定常偏差を補償するとともに、外乱による排気空燃比と目標空燃比との一時的なずれについては、これをフィードバック補正係数ＦＡＦに基づく燃料噴射量補正を通じて補償するようにしている。尚、こうした上記定常偏差は通常は機関負荷状態に応じて変化する傾向があるため、空燃比学習値ＫＧは機関負荷（例えば吸入空気量）について複数に区分された領域毎に各別に用意されている。
【００６５】
先のステップＳ２１０において、排気センサ４６が活性されている旨判断された場合には（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、以下の演算式（２）に基づいて空燃比学習値ＫＧの更新が行われ、その更新値が新たな空燃比学習値ＫＧの値として現在の機関負荷領域に電子制御装置５０のメモリ５２に記憶される。即ち、ここでは、空燃比学習値ＫＧについて機関負荷領域毎にその学習が行われる（ステップＳ２２０）。
【００６６】
ＫＧ←ＫＩ・ΣΔＲＡＦ（ｉ） ・・・（２）
ＫＩ：補正係数（積分ゲイン）
ここで、上式（２）の「ΣΔＲＡＦ」は、予め定められた所定期間における上記偏差ΔＲＡＦの積算値であり、添え字「ｉ」はその所定期間中の各制御周期において算出される偏差ΔＲＡＦの値をそれぞれ示している。同式（２）から明らかなように、仮にフィードバック補正係数ＦＡＦに基づく燃料噴射量補正が実行されている場合に、排気空燃比と目標空燃比との間に定常的な偏差が存在していると、空燃比学習値ＫＧは徐々に増大し或いは減少するようになる。
【００６７】
そして、こうした空燃比学習値ＫＧの学習更新が行われることにより、排気空燃比と目標空燃比との間に定常的な偏差が存在する傾向が生じても、その傾向は空燃比学習値ＫＧに基づく燃料噴射量補正を通じて打ち消されるようになる。
【００６８】
このようにして燃焼モードが圧縮行程噴射モードに切り替えられているときに、空燃比学習値ＫＧが機関負荷領域毎に求められた後、次の演算式（３）に基づいて最終的な燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される（ステップＳ２３０）。
【００６９】
ＱＩＮＪ←ＱＢＡＳＥ・（ＦＡＦ＋ＫＧ） ・・・（３）
一方、先のステップＳ２１０において、排気センサ４６が活性化していない旨判断された場合には（ステップＳ２１０：ＮＯ）、空燃比のフィードバック補正は停止される。即ち、フィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値である「１．０」に設定され、これに基づくフィードバック補正が停止される。但し、以下の演算式（４）に示されるように、この場合にあっても空燃比学習値ＫＧのみに基づく燃料噴射量補正は継続して実行される（ステップＳ２４０）。
【００７０】
ＱＩＮＪ←ＱＢＡＳＥ・（１．０＋ＫＧ ・・・（４）
従って、燃料噴射系の個体差や経時変化によって基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが機関運転状態や目標空燃比に見合う適正値から定常的にずれている場合であっても、これを補償することができるようになる。
【００７１】
このようにしてステップＳ２３０，Ｓ２４０において、最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出されると、これに基づいて燃料噴射が実行される。そして、この一連の処理は一旦終了される。
【００７２】
尚、ここでは、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されているときに実行される空燃比制御について説明したが、同燃焼モードが吸気行程噴射モードであるときも同様の態様をもって同制御が実行される。但し、空燃比学習値ＫＧについては、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されているときに更新されるものとは別のものとして算出され、メモリ５２の別の記憶領域に格納される。
【００７３】
先の図３に示されるステップＳ１００において、燃焼モードを圧縮行程噴射モードに設定する必要がないとき、即ち、先の圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＦＦ」に設定されている場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃焼モードが吸気行程噴射モードに設定される（図３ ステップＳ１１０）。従って、目標空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられる（図５ タイミングｔ１）。そして、この切り替えに伴って基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが所定量だけ増量されるとともに、スロットルバルブ２６の開度がより大きな開度に変更され、それに合わせて吸入空気量の増量が図られるようになる。但し、このように目標空燃比が理論空燃比に変更されても排気空燃比は実空燃比よりも遅れて変化するため、同排気空燃比は理論空燃比に向けて徐々にしか変化しない（図５（ｃ） タイミングｔ１〜ｔ２）。
【００７４】
そして次に、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替わってからの経過時間に相当する経過時間カウンタ値ＣＳが次式（５）に基づいて算出される。即ち、現在の経過時間カウンタ値ＣＳに対して所定値αが加算され、その加算値（ＣＳ＋α）が新たな経過時間カウンタ値ＣＳとして設定される（Ｓ１２０）。
【００７５】
ＣＳ←ＣＳ＋α ・・・（５）
従って、この経過時間カウンタ値ＣＳは本処理の実行タイミングが到来する度に、所定量αをもって徐々に増大するようになる。尚、この一連の処理が所定クランク角毎の割込処理として行われているため、上記所定値αは経過時間カウンタ値ＣＳに加算される値が時間換算したときに常に一定になるように、機関回転速度に基づき、これと反比例するように設定されている。
【００７６】
次に、上記経過時間カウンタ値ＣＳが予め定められた判定値ＣＳＪと比較される。ここで、この判定値ＣＳＪは、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられるのに際し、応答遅れに起因する実空燃比と排気空燃比との間のずれ量が無視できる所定量以下に減少するまでの期間に設定されている。尚、この期間は、例えば燃焼室１２から排気センサ４６までの距離、排気通路１３の流路抵抗、内燃機関１０の排気量等々に応じて変化するが、ここでは実験やシミュレーション等を通じてこれら要素を総合的に考慮した一定の値として設定される。
【００７７】
そして、ここで、経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪに達していない旨の判断がなされた場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、空燃比のフィードバック補正が禁止され、先のステップＳ２４０と同様に、上式（４）に基づいて最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される（ステップＳ１４５）。即ち、燃料噴射量の補正に際し空燃比学習値ＫＧのみを用いた空燃比のオープンループ制御が行われる（図５ タイミングｔ１〜ｔ２）。
【００７８】
一方、経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪ以上である旨の判断がなされた場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、空燃比のフィードバック補正が許可される（ステップＳ１４０ 図５ タイミングｔ２以降）。従って、この場合には、先のステップＳ２３０と同様に、上式（３）に基づいて最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される。従って、燃焼モードの切り替えに伴って一時的に禁止していた空燃比のフィードバック補正が再開される。尚、これら各式（３），（４）に基づいて最終燃料噴射量ＱＩＮＪを算出するに際には、機関負荷状態の他、吸気行程噴射モードに対応する空燃比学習値ＫＧが用いられる。
【００７９】
このようにして最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出されると、これに基づいて燃料噴射が実行される。そして、この一連の処理は終了される。
このように、上記一連の処理によれば、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定され、排気センサ４６が活性化するのに伴って空燃比のフィードバック補正が一旦開始されていても、同燃焼モードが吸気行程噴射モードに切り替えられると、その時点から所定期間（図５ 「フィードバック補正禁止期間ＴＦＢＳ」）が経過して、実空燃比（理論空燃比）に対する排気空燃比の応答遅れが十分に低下するまでフィードバック補正が一時的に禁止される。
【００８０】
以上説明した態様をもって内燃機関１０の空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・本実施形態によれば、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまでの期間、空燃比のフィードバック補正を禁止することにより、同補正に制限を加えるようにしている。このため、仮に燃焼モードの切り替えた時点で排気空燃比が応答遅れの影響によって理論空燃比よりもリーン側に大きくずれるような状況下においても、そのずれに基づく燃料噴射量の増量補正が制限されるようになる。従って、過剰な燃料増量操作によって実空燃比が過度にリッチ側にされるのに起因する空燃比の乱れを抑制することができるようになる。
【００８１】
・特に、本実施形態では、上記フィードバック補正を制限するに際して同補正を禁止するようにしているため、こうした過剰な燃料増量操作に起因する空燃比の乱れをより確実に抑制することができるようになる。
【００８２】
・また、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されている場合でも、空燃比学習値ＫＧの更新を行うようにし、排気センサ４６が活性化する前は、この空燃比学習値ＫＧによる燃料噴射量の補正を行うようにしている。従って、燃料噴射系の個体差や経時変化によって基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが目標空燃比（ここではリーン空燃比）に見合う適正値から定常的にずれている場合であっても、これを補償することができるようになる。従って、燃焼モードが吸気行程噴射モードに設定されているときのみならず、圧縮行程噴射モードに設定されているときにあっても、空燃比の乱れを抑制することができるようになる。
【００８３】
［第２の実施形態］
次に、本発明にかかる第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８４】
上記第１の実施形態では、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えるに際して実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れが無視できる量にまで減少したことを判定する判定値ＣＳＪを一定の値に設定するようにした。
【００８５】
ここで、こうした応答遅れは、大きくは以下の２つの要因によって生じていると考えられる。
即ち、一つの要因は、燃焼モードの切替要求が生じた時点から目標空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられ、その理論空燃比のもとでの燃焼により生じた排気が排気行程において燃焼室１２から排気通路１３に実際に排出されるようになるまでの第１の期間Ｔ１が存在することによる。
【００８６】
またもう一つの要因は、このようにして排気が燃焼室１２から排気通路１３に排出された時点からその排気が排気センサ４６の近傍にまで到達して同排気センサ４６の出力値がその排気濃度に応じた値に変化するまでの第２の期間Ｔ２が存在することによる。
【００８７】
そして、これら第１の期間Ｔ１及び第２の期間Ｔ２はいずれも一定ではなく、そのときどきの機関運転状態に基づいて変化する。従って、経過時間カウンタ値ＣＳと上記判定値ＣＳＪとの比較に基づいて、排気空燃比の応答遅れが無視できる量にまで減少したことを正確に判定するうえでは、これら機関運転状態に応じた上記各期間Ｔ１，Ｔ２の変化を把握し、その変化を判定値ＣＳＪの設定にそれぞれ反映させるのが望ましい。
【００８８】
そこで、本実施形態では、この判定値ＣＳＪをこれら各期間Ｔ１，Ｔ２と相関を有するパラメータの関数として定め、これらパラメータに基づいて同判定値ＣＳＪを設定するようにしている。
【００８９】
以下、本実施形態におけるこの判定値ＣＳＪの設定手順について、図３の他、図６及び図７を参照して説明する。図６は、判定値ＣＳＪの設定手順を示すフローチャートであり、先の図３のステップ１２０〜ステップＳ１３０までの処理について、その変更部分のみを示している。
【００９０】
この一連の処理に際し、図３に示されるステップＳ１２０において経過時間カウンタ値ＣＳが算出されると、次に、図６に示されるステップＳ１２５において、機関回転速度及び吸入空気量に基づいて判定値ＣＳＪが算出される。具体的には、以下の式（６）に基づいて判定値ＣＳＪが算出される。
【００９１】
ＣＳＪ←ＣＳＪＮＥ＋ＣＳＪＱ ・・・（６）
ここで、上式（６）の右辺第１項である「ＣＳＪＮＥ」は、先の第１の期間Ｔ１を判定値ＣＳＪの設定に反映させるためのものである（以下、これを「判定値第１項」と称する）。この判定値第１項ＣＳＪＮＥは機関回転速度の関数であり、そのときどきの機関回転速度に基づいて算出される。従って、この判定値第１項ＣＳＪＮＥは第１の期間Ｔ１に対応してその大きさが変化する。
【００９２】
一方、上式（６）の右辺第２項である「ＣＳＪＱ」は、先の第２の期間Ｔ２を判定値ＣＳＪの設定に反映させるためのものである（以下、これを「判定値第２項」と称する）。この判定値第２項ＣＳＪＱは吸入空気量の関数であり、そのときどきの吸入空気量に基づいて算出される。従って、この判定値第２項ＣＳＪＱは第２の期間Ｔ２に対応してその大きさが変化する。
【００９３】
図７は、これら判定値第１項ＣＳＪＮＥ及び判定値第２項ＣＳＪＱの算出に際して用いられる関数マップを示している。この関数マップに示される判定値第１項ＣＳＪＮＥと機関回転速度との関係、並びに判定値第２項ＣＳＪＱと吸入空気量との関係は電子制御装置５０のメモリ５２に記憶されている。
【００９４】
同図７に示されるように、機関回転速度が低速である場合には、判定値第１項ＣＳＪＮＥは大きな値に設定され、同機関回転速度が高速になるにつれて判定値第１項ＣＳＪＮＥは減少するようになる。こうした機関回転速度と判定値第１項ＣＳＪＮＥとの関係は、上記第１の期間Ｔ１が短くなることに基づいている。
【００９５】
一方、判定値第２項ＣＳＪＱについてみると、吸入空気量が少ない場合には、判定値第２項ＣＳＪＱは大きな値に設定され、同吸入空気量が多くなるにつれて判定値第２項ＣＳＪＱは減少するようになる。こうした吸入空気量と判定値第２項ＣＳＪＱとの関係は、吸入空気量が多くなるほど排気通路１３を流れる排気の流速が増大し、この排気流速の増大に伴って上記第２の期間Ｔ２が短くなることに基づいている。
【００９６】
また、ここで、図７に示されるように、判定値第１項ＣＳＪＮＥ及び判定値第２項ＣＳＪＱについては、機関回転速度及び吸入空気量の大きさに関わらず、常に以下の大小関係が成立している。
【００９７】
ＣＳＪＱ＞ＣＳＪＮＥ ・・・（７）
上式（７）から明らかなように、第１の期間Ｔ１、即ち燃焼モードの切替要求が出されてから排気行程に移行するまでの時間と比較して、第２の期間Ｔ２、即ち排気通路１３に排出された排気が排気センサ４６近傍に到達するまでの時間は相対的に常に大きいことになる。
【００９８】
上式（６）に基づいて判定値ＣＳＪが算出されると（図６：ステップＳ１２５）、図３のステップＳ１３０において、経過時間カウンタ値ＣＳと、機関回転速度及び吸入空気量に基づいて設定された判定値ＣＳＪとが比較される。そして、第１の実施形態と同様に、その比較結果に基づいて空燃比のフィードバック補正が許可或いは禁止される。
【００９９】
以上説明した態様をもって空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・フィードバック補正の禁止期間を定める上記判定値ＣＳＪをそのときどきの吸入空気量の関数とし、吸入空気量が多くなるほどこの判定値ＣＳＪを小さく設定するようにした。従って、実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れが排気流速に応じて変化しても、これに合わせて上記判定値ＣＳＪを適切に設定することができる。その結果、フィードバック補正が不必要に禁止されるのを極力回避しつつ、燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れについてもこれを一層好適に抑制することができるようになる。
【０１００】
・更に、吸入空気量の他、上記判定値ＣＳＪをそのときどきの機関回転速度の関数とし、機関回転速度が高くなるほどこの判定値ＣＳＪを小さく設定するようにした。従って、実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れが機関回転速度に応じて変化しても、これに合わせて上記判定値ＣＳＪを適切に設定することができる。その結果、フィードバック補正の不必要な禁止及び燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れを一層好適に抑制することができるようになる。
【０１０１】
［第３の実施形態］
次に、本発明にかかる第３の実施形態について上記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０２】
上記第２の実施形態では、上記判定値ＣＳＪをそのときどきの機関回転速度及び吸入空気量に基づいて設定するようにした。従って、例えば、燃焼モードが切り替えられてから機関運転状態が略一定に維持される定常状態である場合には、実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れを考慮しつつ、この判定値ＣＳＪを適切に設定することができる。
【０１０３】
但し、この応答遅れが発生している期間に機関運転状態が頻繁に変動する過渡状態である場合には、その変動の履歴を考慮するのが、判定値ＣＳＪをより適切な値に設定するうえでは望ましい。例えば、燃焼モードが切り替えられてから、機関回転速度が低く且つ吸入空気量が少ない状態が継続した後に、一時的に機関回転速度が上昇し、併せて吸入空気量も増大したような場合には、それに応じて判定値ＣＳＪも小さい値に変更される。しかしながら、このような場合、それ以前に機関回転速度が低く且つ吸入空気量が少ない状態が継続していたことが考慮されなくなる。即ち、こうした一時的な機関回転速度の上昇や吸入空気量の増大に合わせて判定値ＣＳＪを即座に小さく設定するのは、機関運転状態が過渡状態にあるときには実際的ではない。
【０１０４】
そこで、本実施形態では、図６に示すステップＳ１２５において、以下の演算式（８）に基づいて判定値ＣＳＪを算出するようにしている。
ＣＳＪ←ＣＳＪＮＥ（ＮＥＡＶＥ）＋ＣＳＪＱ（ＱＡＶＥ）・・・（８）
ここで、「ＮＥＡＶＥ」、「ＱＡＶＥ」は燃焼モードの切り替えが行われてから現在の割込タイミングまでの期間における、機関回転速度の平均値、吸入空気量の平均値をそれぞれ示している。これら各平均値ＮＥＡＶＥ，ＱＡＶＥは例えば以下の各式に基づいてこれらを求めることができる。
【０１０５】
ＮＥＡＶＥ←Σ（ＮＥ（ｉ）・Δｔ（ｉ））／Ｔ ・・・（９）
ＱＡＶＥ←Σ（Ｑ（ｉ）・Δｔ（ｉ））／Ｔ ・・・（１０）
上式（９）において、「ＮＥ（ｉ）」、「Ｑ（ｉ）」は、現在の割込タイミング（ｉ）における機関回転速度であり、「Δｔ（ｉ）」は前回の割込タイミング（ｉ−１）から今回の割込タイミング（ｉ）までの期間を機関回転速度に基づいて時間換算した値である。また、「Ｔ」は燃焼モードの切り替えがなされた時点から現在の割込タイミング（ｉ）までの期間を時間換算したものであり、Σ（Δｔ（ｉ））と等しい。
【０１０６】
そして、このようにして求められた機関回転速度の平均値ＮＥＡＶＥ、及び吸入空気量の平均値ＱＡＶＥが算出された後、先の図７に示される関数マップに基づいて、これら各平均値ＮＥＡＶＥ，ＱＡＶＥに対応する判定値第１項ＣＳＪＮＥ、判定値第２項ＣＳＪＱが求められる。そして、これら判定値第１項ＣＳＪＮＥ、判定値第２項ＣＳＪＱから上式（８）に基づいて判定値ＣＳＪが算出される（図６：ステップＳ１２５）。
【０１０７】
上式（８）に基づいて判定値ＣＳＪが算出されると（図６：ステップＳ１２５）、図３のステップＳ１３０において、経過時間カウンタ値ＣＳと機関運転状態に基づいて設定された判定値ＣＳＪとが比較され、第１の実施形態と同様に、その比較結果に基づいて空燃比のフィードバック補正が許可或いは禁止される。
【０１０８】
以上説明した態様をもって空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・本実施形態では、燃焼モードの切り替えがなされた時点からの機関回転速度及び吸入空気量についてそれらの平均値を算出し、これら平均値に基づいて判定値ＣＳＪを算出するようにしている。従って、燃焼モードの切り替えがなされた時点からの機関運転状態が変動するような場合であっても、そうした機関運転状態の変動履歴まで考慮しつつ、判定値ＣＳＪを設定することができる。その結果、判定値ＣＳＪの設定に際してこうした機関運転状態の変動に起因する悪影響を抑制しつつ、フィードバック補正の不必要な禁止及び燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れを一層好適に抑制することができるようになる。
【０１０９】
［第４の実施形態］
次に、本発明にかかる第４の実施形態について第１の実施形態と相違点を中心に説明する。
【０１１０】
上記各実施形態では、燃焼モードの切り替えがなされた時点から所定期間が経過するまで空燃比のフィードバック補正を禁止するようにしたが、本実施形態では同所定期間が経過するまで、このフィードバック補正に基づく燃料噴射量の増量補正に対してこれが小さくなるように制限を加えるようにしている。具体的には、燃焼モードの切り替えがなされた時点でフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを「０」にまで一旦低下させ、その後、切り替え後の経過時間に応じてフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを通常時の値にまで徐々に増大させるようにしている。
【０１１１】
以下、こうした燃料噴射量の増量補正に対する制限手法について図８及び図９を参照して説明する。図８は、燃料噴射量増量補正を制限する際の処理手順を示すフローチャートであり、先の図３のステップ１２０〜ステップＳ１３０までの処理について、その変更部分のみを示している。また、図９は、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸについて経過時間カウンタ値ＣＳに基づく推移を示すグラフである。
【０１１２】
この一連の処理に際し、図３に示されるステップＳ１２０において経過時間カウンタ値ＣＳが算出されると、その後、図８に示されるステップＳ１３２において、次式（１１）に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸが補正される。
【０１１３】
ＦＡＦＭＡＸ←ＦＡＦＭＡＸＳ・ＣＳ／ＣＳＪ ・・・（１１）
但し ＣＳ≦ＣＳＪ
上式（１１）において、「ＦＡＦＭＡＸＳ」は、こうしたフィードバック補正にかかる制限が行われない場合における通常時の上限値ＦＡＦＭＡＸの値（一定値）であり、ここでは、上式（１１）において算出される補正後の上限値ＦＡＦＭＡＸと区別するためにこのように表記している。
【０１１４】
また、上式（１１）から明らかなように、右辺の「ＣＳ／ＣＳＪ」は時間の経過とともに増大して「１．０」に収束する。このため、図９に示されるように、補正後のフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸはその通常時の上限値ＦＡＦＭＡＸＳよりも常に小さく設定され、経過時間カウンタ値ＣＳの増大に伴って線形的に増加するようになる。因みに、このように上記上限値ＦＡＦＭＡＸを経過時間カウンタ値ＣＳに伴って増大させるようにしているのは以下の理由による。
【０１１５】
即ち、燃焼モードの切り替えによって生じる実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れは、燃焼モードを切り替えた直後に最も大きく、その後は徐々に小さくなって最終的にはその影響は殆ど無視できる範囲にまで減少するようになる。
換言すると、排気空燃比と目標空燃比との偏差ΔＲＡＦ、更にそれに基づいて算出されるフィードバック補正係数ＦＡＦは、燃焼モードを切り替えた直後においては実際の空燃比と目標空燃比とのずれ度合を示すものとしての信頼性が低い。しかしながら、その後の経過時間が長くなると、これらの信頼性は徐々に高くなり、最終的には上記ずれ度合を好適に反映したものになる。
【０１１６】
従って、本実施形態では、経過時間カウンタ値ＣＳの増大に合わせて上限値ＦＡＦＭＡＸを徐々に増加させ、フィードバック補正の燃料増量補正にかかる制限を緩和するようにしている。
【０１１７】
このようにしてフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを算出した後、次に先の式（１）に基づいて算出される吸気行程噴射モードに対応するフィードバック補正係数ＦＡＦと上式（１１）から求められるその上限値ＦＡＦＭＡＸとが比較される（ステップＳ１３４）。
【０１１８】
ここで、フィードバック補正係数ＦＡＦが補正後の上限値ＦＡＦＭＡＸを上回っている場合には（ステップＳ１３４：ＹＥＳ）、この上限値ＦＡＦＭＡＸがフィードバック補正係数ＦＡＦとして設定される（ステップＳ１３６）。従って、仮に、燃焼モードを切り替えた直後に排気空燃比が目標空燃比である理論空燃比よりも大幅にリーン側にずれているために、フィードバック補正係数ＦＡＦが大きな値に算出されても、この処理を通じて同フィードバック補正係数ＦＡＦは上限値ＦＡＦＭＡＸ未満に制限される。一方、フィードバック補正係数ＦＡＦが上限値ＦＡＦＭＡＸ以下である場合には、こうした制限は加えられない。
【０１１９】
このように本実施形態にかかる装置にあっては、フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合が低下するように燃料噴射量補正係数（フィードバック補正係数ＦＡＦ）が変更される。更に、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを燃焼モードの切替時点から徐々に増大させるようにしているため、その燃料噴射量補正度合の低下率は燃焼モードの切替時点から時間の経過とともに徐々に低下するようになる。
【０１２０】
このように必要に応じてフィードバック補正係数ＦＡＦに制限が加えられた後、図３に示されるステップＳ１４０の処理を通じて空燃比のフィードバック補正が実行される。従って、本実施形態にあっては、図３に示されるステップＳ１４５の処理は実行されず、燃焼モードの切り替えがなされたことのみに基づいて空燃比制御が一時的にオープンループ制御に切り替えられることはない。
【０１２１】
また因みに、上記処理では、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを経過時間カウンタ値ＣＳに基づいて可変設定することにより、同フィードバック補正係数ＦＡＦの最大値についてはこれを制限するようにしているが、その最小値には特にこうした制限を設けるようにしていない。これは以下の理由による。
【０１２２】
即ち、燃焼モードの切り替えに起因して生じる空燃比の乱れは、燃焼モードの切り替え直後の排気空燃比がリーン領域にあるために、実空燃比も同様にリーン領域にある旨誤判断され、その誤判断に基づいて燃料噴射量の増量補正が行われることに起因する。従って、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を示しているときには、こうした燃焼モードの切り替えによる影響ではなく、別の理由に起因して実空燃比と理論空燃比との間に実際にずれが生じている可能性が高い。即ち、このような場合には寧ろ、フィードバック補正、即ち燃料噴射量の減量補正を行うことにより、こうした空燃比のリッチ傾向を打ち消すようにしたほうが望ましいことがある。
【０１２３】
このため、本実施形態にかかる装置では、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを可変設定の対象とすることにより、フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみ、同補正を制限するようにしている。
【０１２４】
以上説明した態様をもって空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・本実施形態では、燃焼モードが切り替えられた時点でフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを通常時の値ＦＡＦＭＡＸＳよりも低下させ、その後の経過時間に応じて上限値ＦＡＦＭＡＸを増大させるようにしている。そして、この上限値ＦＡＦＭＡＸに基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦを制限することにより、その切り替え時点から所定時間が経過するまでは同フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合を低下させるようにしている。このため、仮に燃焼モードの切り替えた時点で排気空燃比が応答遅れの影響によって理論空燃比よりもリーン側に大きくずれるような状況下においても、そのずれに基づく燃料噴射量の増量補正が制限されるようになる。従って、過剰な燃料増量操作によって実際の空燃比が過度にリッチ側にされるのに起因する空燃比の乱れを抑制することができるようになる。
【０１２５】
・また、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを燃焼モードの切替時点から徐々に増大させるようにしている。このため、燃焼モードの切り替え直後にあっては、不必要な燃料増量を抑制すべくフィードバック補正の補正度合が相対的に小さく設定される。そして、その後は徐々に同フィードバック補正の制限が緩和され、即ちフィードバック補正係数ＦＡＦが燃料噴射量の補正に対して徐々に反映されて通常のフィードバック補正に円滑に移行するようになる。従って、燃焼モードの切り替えに伴う過剰な燃料増量補正を抑制しつつ、こうした燃焼モードの切り替えに伴う応答遅れとは無関係に発生する実空燃比と理論空燃比とのずれについても対処することが可能になる。
【０１２６】
・また、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸ及び下限値ＦＡＦＭＩＮのうち、上限値ＦＡＦＭＡＸについてのみ可変設定することにより、フィードバック補正を通じて燃料噴射量が増量補正されるときにのみその制限を行うようにしている。従って、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを回避することができるようになる。
【０１２７】
以上、この発明の各実施形態について説明したが、これら各実施形態は以下のようにその制御構造の一部を変更して実施することもできる。
・第４の実施形態では、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを経過時間カウンタ値ＣＳに基づいて可変設定し、フィードバック補正係数ＦＡＦの最大値を制限することにより、フィードバック補正を禁止することなくこれに制限を加えるようにした。これに対して、以下の（ａ）〜（ｅ）に示されるような態様をもって、こうしたフィードバック補正の制限を行うようにしてもよい。
【０１２８】
（ａ）経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪ未満であることを条件に、上式（１）に基づいて算出されるフィードバック補正係数ＦＡＦが所定値ＦＡＦ１（＞１．０）を超える場合に、そのフィードバック補正係数ＦＡＦをこの所定値ＦＡＦ１と等しく設定する。
【０１２９】
（ｂ）経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪ未満であることを条件に、上式（１）における補正係数（比例ゲイン）ＫＰを通常時よりも小さく設定する。
（ｃ）上記（ｂ）において、補正係数（比例ゲイン）ＫＰを経過時間カウンタ値ＣＳに応じて可変設定する。具体的には、フィードバック補正係数ＦＡＦを上式（１）に替えて次式（１２）に基づいて算出する。
【０１３０】
ＦＡＦ←１．０＋ＫＰ・（ΔＲＡＦ）・ＣＳ／ＣＳＪ ・・・（１２）
但し ＣＳ≦ＣＳＪ
（ｄ）上記（ｂ），（ｃ）において、フィードバック補正係数ＦＡＦが「１．０」よりも大きいこと、即ち同フィードバック補正係数ＦＡＦが燃料噴射量を増量補正するものであることを更に条件とする。
【０１３１】
（ｅ）フィードバック補正係数ＦＡＦの設定に際し、式（１）で示されるような比例項のみならず、偏差ΔＲＡＦの変化速度に応じて変化する微分項まで考慮するようにした場合にあっては、この微分項に制限を設けるようにしてもよい。
【０１３２】
・第２の実施形態及び第３の実施形態では、フィードバック補正を制限する期間を定める判定値ＣＳＪについてこれを機関回転速度及び吸入空気量の関数としたが、例えば、この判定値ＣＳＪを吸入空気量のみの関数、或いは機関回転速度のみの関数とするようにしてもよい。
【０１３３】
・上記第１〜３の実施形態では、経過時間カウンタ値ＣＳを増大させる際の加算値αを一定値としたが、これを機関回転速度、吸入空気量、或いはこれら双方の関数として設定するようにしてもよい。具体的には、機関回転速度が高いときほどこの加算値αを大きく設定する、或いは吸入空気量が多いときほどこの加算値αを大きく設定する、といった設定態様を採用するのが望ましい。こうした構成によれば、判定値ＣＳＪを一定値に設定していても、これと比較される経過時間カウンタ値ＣＳの変化速度が機関回転速度や吸入空気量に応じて変化するようになる。このため、実質的に判定値ＣＳＪ、即ちフィードバック補正に制限を加える期間をこれら機関回転速度や吸入空気量に応じて可変設定した場合と同様の作用効果を奏することができる。
【０１３４】
・空燃比学習値ＫＧは、これにより排気空燃比と目標空燃比との間の偏差が打ち消されるように設定されるものであればよく、その算出方法が上式（２）に示した方法に限定されるものではない。例えば、フィードバック補正係数ＦＡＦがその上限値ＦＡＦＭＡＸ（＞１．０）を超えたこと条件にこれを増大させる一方、同フィードバック補正係数ＦＡＦがその下限値ＦＡＦＭＩＮ（＜１．０）よりも低下したことを条件にこれを減少させるといった簡易な算出方法を採用することもできる。或いは、以下の式（１３）に示されるように、現在生じている偏差ΔＲＡＦについて重み付けをした加重積算値によって上記空燃比学習値ＫＧを求めることもできる。
【０１３５】
ＫＧ←ＫＩ・Σ（ΔＲＡＦｉ・ａｉ） ・・・（１３）
ａｉ：重み付け係数（ａ１＜ａ２＜・・・＜ａｎ）
・第３の実施形態では、機関回転速度及び吸入空気量の平均値を求め、これらに基づいて判定値ＣＳＪを設定するようにした。これに対して次式（１４）に基づいてこの判定値ＣＳＪを設定するようにしてもよい。
【０１３６】
ＣＳＪ←ＣＳＪＡＶＥ＋ΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ） ・・・（１４）
ＮＥ：機関回転速度
Ｑ：吸入空気量
上式（１４）において、「ＣＳＪＡＶＥ」は、機関運転状態（機関回転速度及び吸入空気量）に応じて変化する判定値ＣＳＪの平均的な値であり、第１の実施形態と同様に、基本的には実験やシミュレーション等を通じてこれを求めることができる。また、上式（１４）において、ΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ）はこの平均値ＣＳＪＡＶＥからの変化量を示すものである。そして、例えば、上記平均値ＣＳＪＡＶＥを求めたときの機関回転速度や吸入空気量の標準値よりも実際の機関回転速度が高いときほど、また実際の吸入空気量が多いときほど、このΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ）を負の値にしてより小さな値に設定する。一方、これら標準値よりも実際の機関回転速度が低いときほど、また実際の吸入空気量が少ないときほど、このΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ）を正の値にしてより大きな値に設定する。
【０１３７】
・上記各実施形態では、排気センサとしてリーン領域及びリッチ領域の双方においてそのリーン程度、リッチ程度に応じて出力値の変化するセンサを用いるようにした。これに対し、例えばリーン領域においてのみその出力値がリーン程度に応じて変化する排気センサ、いわゆるリーンミクスチャセンサを採用した内燃機関においても本発明にかかる装置は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置についてその概要を示す概略構成図。
【図２】排気センサの出力特性を示すグラフ。
【図３】空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図４】同じく空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図５】本実施形態の空燃比制御に基づく燃料噴射量等の推移例を示すタイミングチャート。
【図６】空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図７】機関回転速度と判定値第１項との関係並びに吸入空気量と判定値第２項ＣＳＪＱとの関係を示すグラフ。
【図８】空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図９】燃焼モードの切替後経過時間とフィードバック補正係数の上限値との関係を示す関数マップ。
【図１０】濃淡電池式の排気センサの出力特性並びにフィードバック補正係数の推移を示すタイミングチャート。
【図１１】従来の空燃比制御について目標空燃比、排気空燃比、フィードバック補正係数等の推移を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３…排気通路、１４…機関ピストン、１６…触媒装置、１７…本体、２０…燃料噴射弁、２１…吸気バルブ、２２…点火プラグ、２３…排気バルブ、２４…デリバリパイプ、２６…スロットルバルブ、４２…吸入空気量センサ、４３…クランク角センサ、４４…アクセルセンサ、４５…水温センサ、４６…排気センサ（フィードバック制御手段）、５０…電子制御装置（切替手段、フィードバック制御手段、制限手段）、５２…メモリ、６０…アクセルペダル、ＦＡＦ…フィードバック補正係数、ＣＳ…経過時間カウンタ値、ＣＳＪ…判定値。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替え可能であり、吸気行程噴射モード時には実空燃比を理論空燃比に一致させるべく排気通路に設けられた排気センサの検出信号に基づいて空燃比のフィードバック補正を実行する筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした筒内噴射式の内燃機関にあっては、燃焼室内に燃料濃度の異なる混合気層を形成するなどして、混合気の燃料濃度が極めて薄い状況下で良好な燃焼を成立させることが可能になる。このため、こうした筒内噴射式内燃機関は、その燃料消費率の低減を図る等、吸気ポート噴射式内燃機関と比較して効率的な機関運転を行うことができる。
【０００３】
しかしながら、こうした筒内噴射式内燃機関にあっては、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにしている関係から、冷間始動時やその直後など燃焼室の温度が低いときには、噴射燃料の霧化が促進され難くなり、排気中に含まれる燃料の未燃成分が増大する傾向にある。
【０００４】
このため、例えば特開２０００−３１４３３８号公報等に記載されるように、冷間始動直後には、目標空燃比を理論空燃比よりも僅かにリーン側に設定するとともに、圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードに内燃機関の燃焼モードを設定するものが提案されている。このように目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定することにより、排気中の酸素濃度が通常よりも高くなるため、排気通路に排出された燃料未燃成分は、この酸素と反応して排気通路や特に同通路に設けられている触媒装置において燃焼するようになる。このように排気通路中において燃料未燃成分が排気中の酸素と反応して燃焼する現象は「後燃え」と称される。上記圧縮行程噴射モード時には、こうした後燃えの発生を促進させることにより、燃料未燃成分を外部に排出することなく燃焼して処理するとともに、その燃焼熱によって触媒装置を速やかに温度上昇させることができ、その早期活性化を図ることができるようになる。即ち、冷間始動時等のように、燃焼室から多くの燃料未燃成分が排出される状況下にあっては、こうした後燃えの促進が同燃料未燃成分がそのまま外部に排出されることを抑制するうえで極めて有効である。
【０００５】
但し、この圧縮行程噴射モードにあっては、通常、こうした後燃えの促進を図るために、点火時期を大幅に遅角させて混合気の燃焼を緩慢なものにすることにより排気温度を極力高めるようにしている。このため、目標空燃比を理論空燃比に設定して燃料噴射を吸気行程に行うようにした通常の吸気行程噴射モードと比較すると、機関出力の低下が避けきれず、燃料消費率の増大を招くこととなる。
【０００６】
このため、内燃機関の燃焼モードを圧縮行程噴射モードに所定期間保持することにより、触媒装置が温度上昇して所定の浄化性能が確保されると判断されるときには、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えてこうした燃料消費率の増大を極力抑えるようにするのが望ましい。
【０００７】
ところで、吸気行程噴射モード時には、混合気の実空燃比を理論空燃比に一致させることで上記触媒装置による排気浄化性能を最大限に高めるための燃料噴射量補正、即ち空燃比のフィードバック補正が実行される。この空燃比フィードバック制御では、排気通路に設けられた排気センサによって排気の酸素濃度が検出され、この酸素濃度から燃焼に供されている混合気の実空燃比が理論空燃比よりもリッチか或いかリーンであるかが判断される。
【０００８】
そして、その判断結果に基づいてフィードバック補正を行うための燃料噴射量補正係数を設定し、同補正係数に基づいて燃料噴射量を増量補正或いは減量補正することにより、実空燃比と理論空燃比とのずれを補償してこれらを一致させるようにしている。尚、このように、排気の酸素濃度に基づいて判断される混合気の実空燃比を以下では「排気空燃比」と称する。通常、内燃機関が定常運転状態にあるときには、この排気空燃比と実空燃比とは略一致するようになる。
【０００９】
図１０は、上記排気センサを用いた空燃比のフィードバック補正についてその一例を示している。尚、同図は、排気空燃比の変化、それに伴うセンサの検出信号（出力電圧）の変化、並びにフィードバック補正係数について、それら推移を示すものであり、ここでは内燃機関が定常運転状態にある場合についてその一例を示している。
【００１０】
同図１０に示されるように、排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側にある領域からリッチ側の領域に移行するのに伴って、センサの出力電圧はその基準電圧よりも低い状態から高い状態に移行する。この移行タイミングはスキップタイミングと称され、このスキップタイミングでは、フィードバック補正係数の値が所定のスキップ値Ｓをもって減少させられる。そして、このスキップタイミングから排気空燃比が再びリーン領域に移行するスキップタイミングまでの期間（積分期間）では、所定の積分値をもってフィードバック補正係数が徐々に減少させられるようになる。
【００１１】
一方、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にある領域からリーン側の領域に移行するスキップタイミングでは、フィードバック補正係数の値が所定のスキップ値Ｓをもって増大させられる。そして、その後の積分期間では、所定の積分値をもってフィードバック補正係数が徐々に増大させられるようになる。
【００１２】
このように、空燃比フィードバック制御に用いられる一般の排気センサは、基本的には、排気空燃比が理論空燃比を基準としてそれよりもリーン領域にあるか或いはリッチ領域にあるか、換言すればそれら領域を跨いで排気空燃比が変化するタイミングのみをその検出対象するものである。因みに、こうした排気センサとしては、例えば濃淡電池式のものがその代表例である。
【００１３】
従って、この種のセンサでは、リーン領域或いはリッチ領域においてそのリーン程度やリッチ程度に応じた大きさの検出信号を出力するものではなく、仮に排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側或いはリーン側に大幅にずれた場合であっても、そのずれ量に応じた制御を行うことは基本的にはできない。従って、この種のセンサを用いた空燃比フィードバック制御についても、上述したように、リーン・リッチの両領域間の切り替えタイミングに合わせてフィードバック補正係数を予め定められたスキップ値や積分値をもって変化させる、といった制御態様を採用せざるを得ない。
【００１４】
これに対して、近年では、より精密な空燃比フィードバック制御を行うために、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ領域にあるか或いはリーン領域にあるかのみならず、そのリッチ程度やリーン程度に応じた大きさの検出信号を出力可能な排気センサも採用されつつある。こうしたセンサを採用することにより、排気空燃比と理論空燃比とのずれ量に応じてフィードバック補正係数を設定することが可能になる。具体的には、そのずれ量に所定のフィードバックゲインを乗じたものをフィードバック補正係数として設定するなど、そのずれ量の大きさに基づいてこれを木目細かく設定することができ、燃料噴射量についてもこれに基づいてより精密に増減補正することが可能になる。
【００１５】
特に、筒内噴射式内燃機関のように、理論空燃比のみならず、同理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比まで幅広く目標空燃比が変化する内燃機関にあっては、こうした排気センサの採用により精密な空燃比のフィードバック補正を行うことが可能になる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにリーン程度或いはリッチ程度に応じてその検出信号の大きさが変化する排気センサを採用することにより、空燃比のフィードバック補正における精度や即応性を高めることができ、一般にはその補正精度の向上を図ることができるようになる。
【００１７】
しかしながら、本発明者らの実験の結果、こうした排気センサを上述したような冷間始動直後に燃焼モードの切り替えを行う内燃機関の空燃比制御に単に適用するようにすると、一時的にせよ、以下のような不都合が生じることが判明した。
【００１８】
図１１（ａ）〜（ｅ）は、上述したような燃焼モードの切り替えが行われる場合について、その燃焼モードの切替要求、目標空燃比、排気空燃比、フィードバック補正係数、並びに最終的な燃料噴射量の推移をそれぞれ示している。
【００１９】
同図１１に示されるように、触媒装置が温度上昇して所定の浄化性能が確保できると判断されると、圧縮行程噴射モードの要求が解除されて内燃機関の燃焼モードは吸気行程噴射モード（圧縮行程噴射モード要求：「ＯＦＦ」）に切り替えられる（同図（ａ）参照）。そして、この燃焼モードの切替要求に合わせて目標空燃比（同図（ｂ））はリーン空燃比から理論空燃比に変更されるとともに、燃料噴射も圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられるようになる。更に、燃料噴射量（同図（ｃ））もこうした目標空燃比の変更に見合う分だけ所定量増量されるようになる（タイミングｔ１）。
【００２０】
このように目標空燃比の変更に合わせて実空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に変更されると、排気空燃比もリーン空燃比から理論空燃比に向けて変化するようになる。但し、この場合、排気空燃比は、実空燃比と同期したかたちで即座に変化するようなことはなく、同図（ｃ）の実線に示されるように、応答遅れをもってリーン空燃比から徐々に理論空燃比にまで変化するようになる（タイミングｔ１〜タイミングｔ２）。
【００２１】
この場合、リッチ領域とリーン領域との切り替わりのみを検出するタイプの排気センサを採用している場合には、所定の積分量をもってフィードバック補正係数が徐々にしか増大することはない。このため、このフィードバック補正係数に基づいて補正される燃料噴射量についても一度に大幅な増量がなされることはなく、同フィードバック補正係数の増大に合わせて徐々に増量補正されるようになる（同図（ｄ）及び同図（ｅ）の実線参照）。
【００２２】
一方、リーン・リッチ程度に応じてその検出信号の大きさが変化する排気センサを採用する制御にあっては、燃焼モードの変更に伴って目標空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられた時点で、排気空燃比にはその目標値である理論空燃比との間に大きなずれが生じている旨の判断がなされる。このため、このずれを補償すべくそのずれ量（排気空燃比−理論空燃比）に基づいてフィードバック補正係数が算出される。その結果、フィードバック補正による補正分（同図（ｅ）参照）が極めて大きな値となり、これに合わせて燃料噴射量についても一度に大幅な増量補正が行われるようになる。
【００２３】
しかしながら、上述したように燃焼モードの切り替え時に生じる排気空燃比の目標空燃比に対するずれは、実際の燃焼に供されている混合気の実空燃比のずれを正確に反映するものではない。即ち、排気通路途中には圧縮行程噴射モード時にリーン空燃比のもとで燃焼した排気が残存しており、また燃焼室から排出された排気がセンサ近傍に到達するのにもある程度の時間を要する。このため、実際の空燃比の変化に対して排気空燃比の変化には所定の応答遅れが存在することになる。従って、こうした排気空燃比のずれをそのまま空燃比のフィードバック補正に反映させるようにすると、過剰な燃料増量操作が行われて実際の空燃比は過度にリッチ側に変更されてしまうようになる。その結果、こうした過度な補正によって、燃料未燃成分の排出量が増大するなどの排気性状の悪化や、ひいては燃焼状態の悪化を招くこととなる。更に、こうした過度な補正による影響もやはり所定の応答遅れをもって排気空燃比の変化としてその後に現われるようになるため、これに基づいてフィードバック補正が行われると、ハンチング等、制御の不安定化を招くおそれもある。
【００２４】
この発明は、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切替可能であり、排気通路に設けられて少なくとも理論空燃比よりもリーン側の領域において排気の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する排気センサを備えた筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置をその前提としている。そして、こうした内燃機関の空燃比制御装置にあって、上記燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えて空燃比を理論空燃比に一致させるに際し、過剰な燃料増量補正が行われることに起因する空燃比の乱れを抑制することをその目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための構成及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１記載の発明では、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードから目標空燃比を理論空燃比に設定して吸気行程に燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに内燃機関の燃焼モードを切り替える切替手段と、排気通路に設けられて理論空燃比よりも少なくともリーン側の領域において排気の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する排気センサと、前記内燃機関の燃焼モードが前記吸気行程噴射モードに切り替えられているときに実空燃比を理論空燃比に一致させるための燃料噴射量補正係数を前記排気センサの検出信号に基づいて算出し、同燃料噴射量補正係数に基づくフィードバック補正を実行するフィードバック制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記切替手段により燃焼モードが前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで前記フィードバック制御手段の前記フィードバック補正に制限を加える制限手段を備えるようにしている。
【００２６】
同構成では、内燃機関の燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで、空燃比にかかるフィードバック補正に制限を加えるようにしている。このため、仮に燃焼モードの切り替えた時点で排気空燃比が応答遅れの影響によって理論空燃比よりもリーン側に大きくずれるような状況下においても、そのずれに基づく燃料噴射量の増量補正が制限されるようになる。従って、過剰な燃料増量操作によって実際の空燃比が過度にリッチ側に補正され、それに起因して空燃比に乱れが生じるのを抑制することができるようになる。尚、請求項１記載の発明において「所定期間」は、燃焼モードの切り替えに際して発生する実空燃比と排気空燃比とのずれ量がその影響を無視できる所定量以下に減少するまでの期間になるように設定される。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は前記所定期間が経過するまで前記フィードバック補正を禁止するものであるとしている。
【００２８】
同構成によれば、上記燃焼モードの切替時点から所定期間が経過するまでフィードバック補正を禁止するようにしているため、請求項１記載の発明による作用効果をより確実なものとすることができるようになる。
【００２９】
また、上記フィードバック補正に制限を加える際の具体的な態様としては、請求項２に記載されるような構成の他、請求項３に記載される発明によるように、前記制限手段は前記所定期間が経過するまで前記フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合が低下するように前記燃料噴射量補正係数を変更する、といった構成を採用することもできる。
【００３０】
ところで、上述したような応答遅れによって生じる実空燃比と排気空燃比との間のずれは、燃焼モードを切り替えた直後に最も大きく、その後は徐々に小さくなって最終的にはその影響は殆ど無視できる範囲にまで減少するようになる。換言すると、排気センサの検出信号は、燃焼モードを切り替えた直後においては実際の空燃比の状態を示すものとしてその信頼性が低いものの、その後の経過時間が長くなるほど、その信頼性は高くなり、実際の空燃比の状態を反映したものになる。
【００３１】
請求項４記載の発明はこの点を考慮したものであり、請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は燃焼モードが前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた時点からの時間の経過に伴って前記補正度合を低下させる際の低下率が減少するように前記燃料噴射量補正係数を変更するものであるとしている。
【００３２】
同構成によれば、燃焼モードの切り替え直後にあっては、不必要な燃料増量を抑制すべくフィードバック補正の補正度合が相対的に小さく設定される一方、その後は徐々に同フィードバック補正の制限が緩和され、通常の燃料噴射量補正係数に基づくフィードバック補正に円滑に移行することができるようになる。従って、燃焼モードの切り替えに伴う過剰な燃料増量補正を抑制しつつ、こうした燃焼モードの切り替えに伴う応答遅れとは無関係に発生する、実空燃比と目標空燃比、即ち理論空燃比との間に実際に生じるずれについても対処することが可能になる。
【００３３】
請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は前記フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみその制限を行うものであるとしている。
【００３４】
燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられることにより生じる空燃比の乱れは、基本的には燃焼モードの切り替え直後の排気空燃比がリーン領域にあるため、実空燃比も同リーン領域にある旨誤判断され、その誤判断に基づいて燃料噴射量の増量補正が行われることに起因する。従って、燃焼モードの切り替え直後の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を示しているときには、こうした燃焼モードの切り替えではなく別の理由に起因して実空燃比と理論空燃比との間に実際にずれが生じている可能性が高い。即ち、このような場合には寧ろ、フィードバック補正、即ち燃料噴射量の減量補正を行うことにより、こうした空燃比のリッチ傾向を打ち消すようにしたほうが望ましいことがある。
【００３５】
上記請求項５記載の構成によれば、フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみ同フィードバック補正を制限するようにしているため、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを回避することができるようになる。
【００３６】
請求項６記載の発明では、請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、前記制限手段は前記所定期間を前記内燃機関の吸入空気量に基づいて設定するものであるとしている。
【００３７】
上述したように、燃焼モードが切り替えられるときに発生する実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れは、排気通路途中に排気が残存していること、並びに燃焼室の排気がセンサ近傍に到達するのにある程度の時間を要すること等がその要因となっている。このため、吸入空気量が多くなれば、それに伴って排気の流速が増大するため、排気通路に残存する排気は速やかにその下流側に流れて排出されるようになり、また燃焼室から排出された排気がセンサ近傍に到達するのに要する時間も短くなるため、結果的に上記応答遅れ時間は短くなる。このように、吸入空気量と上記応答遅れ時間とは相関を有している。
【００３８】
この点、請求項６記載の構成では、例えばフィードバック補正に制限を加える際の上記所定期間を吸入空気量が多いときほどこれを短く設定する等、これを吸入空気量に基づいて設定するようにしている。このため、同所定期間をより適切なものに設定することができ、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを極力回避しつつ、燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れについてもこれを一層好適に抑制することができるようになる。
【００３９】
また、上記応答遅れが発生する要因として、圧縮行程噴射モード中に発生した排気が排気通路に残存している点や、燃焼室から排出された排気が排気センサの近傍に到達するまでに時間を要する点については上述したが、この応答遅れについてはこれら他、以下の点についても更に考慮するのが望ましい。即ち、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替える要求があった場合、燃焼モードが実際に吸気行程噴射モードに切り替えられ、同モードのもとで燃焼が行われた後、その排気が排気行程において燃焼室から排出されるまでにもある程度の時間を要する。例えば、機関回転速度が低速である場合には、燃焼モードの切替要求が出されてから吸気行程噴射モードのもとでの燃焼により発生した排気が排気通路に排出されるまでの時間は相対的に長くなるため、結果的に上記応答遅れは長くなる。一方、機関回転速度が高速である場合には、逆にこの時間は相対的に短くなるため、上記応答遅れもこれに合わせて短くなる。
【００４０】
この点、請求項７記載の構成では、例えばフィードバック補正に制限を加える際の上記所定期間を機関回転速度が高速であるときほどこれを短く設定する等、これを機関回転速度に基づいて設定するようにしている。このため、同所定期間をより適切なものに設定することができ、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを極力回避しつつ、燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れについてもこれを一層好適に抑制することができるようになる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
【００４２】
図１は本実施形態にかかる空燃比制御装置及び同装置の制御対象となる筒内噴射式多気筒内燃機関の構成を概略的に示している。
同図１に示されるように、内燃機関１０の燃焼室１２（同図にはその一つのみを示す）には、吸気通路１１及び排気通路１３がそれぞれ接続されている。吸気通路１１にはモータ（図示略）により開閉駆動されるスロットルバルブ２６が設けられている。このスロットルバルブ２６により調量された吸入空気が吸気バルブ２１の開弁に伴って燃焼室１２に導入される。燃料噴射弁２０から燃焼室１２に直接噴射された燃料は、この導入された吸入空気と混合された後、点火プラグ２２により点火され、燃焼した後、排気バルブ２３の開弁に伴って排気通路１３に排出される。
【００４３】
排気通路１３には排気浄化機能を有する触媒装置１６が設けられており、同触媒装置１６によって排気に含まれる未燃成分等が浄化される。この触媒装置１６は、三元触媒装置とＮＯｘ吸蔵還元触媒装置といった２つの触媒装置によって構成されている（図１ではこれら各触媒装置を１つにまとめて図示している）。三元触媒装置は、主に排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）をその酸化還元作用を通じて浄化する機能を有している。これに対して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒装置は、リーン空燃比のもとで燃焼が行われているときに排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、この吸蔵されるＮＯｘをリッチ空燃比或いは理論空燃比のもとで燃焼が行われているときの排気に含まれるＨＣ及びＣＯによって還元してこれを浄化する機能を有している。
【００４４】
燃料噴射弁２０は、各気筒の燃焼室１２内に燃料を直接噴射供給する筒内噴射式のものであり、デリバリパイプ２４から高圧の燃料が供給されている。デリバリパイプ２４は、図示しない高圧ポンプを介してフィードポンプ、燃料タンクに順に接続されており、同高圧ポンプにより加圧された燃料が供給される。
【００４５】
また、内燃機関１０には、機関運転状態等を検出するための各種センサが設けられている。例えば、吸気通路１１においてスロットルバルブ２６よりも上流側の部分には、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ４２が設けられている。機関ピストン１４の往復運動を回転運動に変換するクランクシャフト（図示略）の近傍には、その回転速度（機関回転速度）と回転位相（クランク角）を検出するクランク角センサ４３が設けられている。また、アクセルペダル６０の近傍にはその踏込量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ４４が設けられている。更に、内燃機関１０の本体１７には機関冷却水温を検出する水温センサ４５が設けられている。
【００４６】
また、排気通路１３において触媒装置１６より上流側の部分には、排気の酸素濃度を検出する、換言すれば排気空燃比を検出するための排気センサ４６が設けられている。この排気センサ４６は、いわゆる限界電流式の酸素濃度センサであり、排気空燃比に応じてその検出信号が変化する。
【００４７】
図２は、この排気センサ４６の出力特性を示すグラフである。同図に示されるように、排気センサ４６は、リッチ領域及びリーン領域の双方において、そのリッチ程度或いはリーン程度に応じて検出信号（出力電流値、通常「限界電流値」と称される）が連続的（線形的）に変化する出力特性を有している。従って、この排気センサ４６の検出信号に基づいてリッチ・リーンの切り替えタイミングのみならず、排気空燃比について理論空燃比との差、換言すればそのリッチ程度或いはリーン程度まで検出することができる。
【００４８】
また、排気センサ４６の内部には、ヒータ（図示略）が内蔵されている。排気センサ４６では、このヒータを通電制御して発熱させ、排気センサ４６の検出部を温度上昇させることにより、その早期活性化を図るようにしている。
【００４９】
これら各センサ４２〜４６の検出信号は内燃機関１０の各種制御を統括して実行する電子制御装置５０に取り込まれる。電子制御装置５０は、これら検出信号に基づいて、燃料噴射弁２０、点火プラグ２２、スロットルバルブ２６を駆動するモータ等のアクチュエータを駆動することにより、燃焼モードの切替制御や空燃比制御といった各種制御を実行する。電子制御装置５０は、これら各種制御にかかる制御プログラムやその実行に必要となる関数マップ、並びにそれに基づく制御結果を記憶するためのメモリ５２を備えている。
【００５０】
例えば、燃焼モードの切替制御では、機関始動時の機関冷却水温が所定温度以下である等をその実行条件として、内燃機関１０の始動完了後、所定期間が経過するまでの間、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＮ」に設定され、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定される。このように燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されると、目標空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーン側に設定される。更に、排気温度を上昇させるために、点火時期が機関運転状態に基づいて設定される時期よりも大幅に遅角側の時期に設定されるとともに、それに合わせて燃料噴射時期も遅角側の時期に設定される。
【００５１】
こうした圧縮行程噴射モードのもとで機関燃焼が行われると、上述したような後燃えが生じるため、燃料未燃成分を外部に排出することなく排気通路１３内においてこれを燃焼して処理することができるようになる。更に、その燃料未燃成分の燃焼に伴って発生する燃焼熱によって触媒装置１６を速やかに温度上昇させることができ、その早期活性化を図ることができるようになる。
【００５２】
このように燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されることにより、触媒装置１６が活性化し、その所定の排気浄化機能が確保できると判断されると、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＦＦ」に設定される。尚、この圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣを「ＯＦＦ」とする判断は、例えば、上述したように、燃焼モードを圧縮行程噴射モードに切り替えてから所定時間が経過したことの他、
・圧縮行程噴射モード中における総燃料噴射量が所定量を超えたこと。
等々の条件が全て或いはそれらの少なくとその一つが満たされていることをもって行うことができる。因みに、上記所定時間や総燃料噴射量を機関冷却水温に応じて可変設定する等の方法も、所定の排気浄化機能が確保できる状態に触媒装置１６が移行したことをより正確に判断するうえで有効である。
【００５３】
次に、本実施形態にかかる装置の空燃比制御について図３〜図５を併せ参照して説明する。尚、図３及び図４は、この装置による空燃比制御の処理手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置５０によって所定クランク角毎の割込処理として実行される。また、図５はこの空燃比制御に基づく燃料噴射量等の推移例を示すタイミングチャートである。
【００５４】
この一連の処理に際しては、まず、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＦＦ」であるか否かが判断される（ステップＳ１００）。ここで、圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＮ」である旨判断された場合には（ステップＳ１００：ＮＯ）、内燃機関１０の燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定される（図４ ステップＳ２００ 図５ タイミングｔ１以前）。
【００５５】
そして、次に排気センサ４６が活性化しているか、即ち同センサ４６が所定の活性化温度にまで温度上昇しているか否かが判断される。この排気センサ４６の活性化判断は、例えばそのヒータの内部抵抗値を検出し、その検出結果に基づいて排気センサ４６の温度を推定する、或いはヒータの通電時間等に基づいて行うことができる。
【００５６】
ここで、排気センサ４６が活性化している旨判断された場合には（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、それ以降、同センサ４６の検出結果を燃料噴射量の算出に反映させる空燃比のフィードバック補正が開始されるようになる。
【００５７】
尚、上述したように機関始動後、所定期間が経過するまで燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定され、その後、同燃焼モードは吸気行程噴射モードに切り替えられるが、通常はこうした燃焼モードの切り替えがなされる以前に排気センサ４６の活性化は完了する。このため、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに切り替えられている期間（図５のタイミングｔ１以前）において、その前半の期間では排気センサ４６の検出結果を反映させないオープンループ制御が実行され、その後の後半の期間では同検出結果を反映したフィードバック補正が実行される。従って、上記燃焼モードの切り替えは、圧縮行程噴射モードでのフィードバック補正が実行されているときに行われる。
【００５８】
このフィードバック補正にかかる一連の処理に際しては、まず、排気センサ４６の検出結果、即ち排気空燃比と目標空燃比との偏差ΔＲＡＦに基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが以下の演算式（１）を通じて算出される。ここでは、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されているため、目標空燃比は理論空燃比よりも僅かにリーンに設定されている。尚、フィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」を中心として、その上限値ＦＡＦＭＡＸ及び下限値ＦＡＦＭＩＮが予め定められており、それら上限値ＦＡＦＭＡＸ及び下限値ＦＡＦＭＩＮに間の範囲に収まるようにその変化量が規制されている。
【００５９】
ＦＡＦ←１．０＋ＫＰ・（ΔＲＡＦ） ・・・（１）
ＫＰ：補正係数（比例ゲイン）
因みに、このフィードバック補正係数ＦＡＦは、機関運転状態及び目標空燃比から求められる基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが排気空燃比を目標空燃比に一致させるものとして適切な値となるように補正するものである。ここでは、このフィードバック補正係数ＦＡＦを基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥに乗じてその燃料噴射量にかかる補正を行うものとしているため、排気空燃比と目標空燃比との間にずれが全く存在していない場合には、このフィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」に収束するようになる。
【００６０】
一方、排気空燃比が目標空燃比よりもリーンである場合には、上式（１）の右辺第２項は正の値になるため、フィードバック補正係数ＦＡＦは「１．０」よりも大きな値に設定される。従ってこの場合には、このフィードバック補正係数ＦＡＦに基づいて燃料噴射量の増量補正が行われる。
【００６１】
他方、排気空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合には、上式（１）の右辺第２項は負の値になるため、フィードバック補正係数ＦＡＦは「１．０」よりも小さな値に設定される。従ってこの場合には、このフィードバック補正係数ＦＡＦに基づいて燃料噴射量の減量補正が行われる。
【００６２】
このように排気空燃比と目標空燃比との間の偏差ΔＲＡＦに基づき、それに見合う大きさにフィードバック補正係数ＦＡＦが算出されることにより、そのときどきの排気空燃比と目標空燃比との間のずれが打ち消されるように燃料噴射量が適切に設定され、空燃比のフィードバック補正がなされる。
【００６３】
またここで、燃料噴射系の個体差や経時変化等に起因して基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥと排気空燃比を目標空燃比と一致させるのに必要な燃料噴射量との間に定常的な偏差が生じている場合には、上記フィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」からずれるようになる。このように制御対象値とその目標値との間に定常的な偏差が生じている場合に、上式（１）にて求められるようなフィードバック補正係数ＦＡＦ、即ち偏差ΔＲＡＦの大きさに比例して変化する、いわゆる比例項に、この定常偏差を補償する機能を持たせることは制御の安定性を確保するうえでは好ましくない。
【００６４】
そこで、本実施形態にかかる空燃比制御にあっては、こうした定常偏差が生じている場合には、これを補償するための補正量（以下、これを「空燃比学習値ＫＧ」と称する）をその定常偏差の大きさに基づいて求めるようにしている。そして、この空燃比学習値ＫＧに基づく燃料噴射量補正を通じて上記定常偏差を補償するとともに、外乱による排気空燃比と目標空燃比との一時的なずれについては、これをフィードバック補正係数ＦＡＦに基づく燃料噴射量補正を通じて補償するようにしている。尚、こうした上記定常偏差は通常は機関負荷状態に応じて変化する傾向があるため、空燃比学習値ＫＧは機関負荷（例えば吸入空気量）について複数に区分された領域毎に各別に用意されている。
【００６５】
先のステップＳ２１０において、排気センサ４６が活性されている旨判断された場合には（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、以下の演算式（２）に基づいて空燃比学習値ＫＧの更新が行われ、その更新値が新たな空燃比学習値ＫＧの値として現在の機関負荷領域に電子制御装置５０のメモリ５２に記憶される。即ち、ここでは、空燃比学習値ＫＧについて機関負荷領域毎にその学習が行われる（ステップＳ２２０）。
【００６６】
ＫＧ←ＫＩ・ΣΔＲＡＦ（ｉ） ・・・（２）
ＫＩ：補正係数（積分ゲイン）
ここで、上式（２）の「ΣΔＲＡＦ」は、予め定められた所定期間における上記偏差ΔＲＡＦの積算値であり、添え字「ｉ」はその所定期間中の各制御周期において算出される偏差ΔＲＡＦの値をそれぞれ示している。同式（２）から明らかなように、仮にフィードバック補正係数ＦＡＦに基づく燃料噴射量補正が実行されている場合に、排気空燃比と目標空燃比との間に定常的な偏差が存在していると、空燃比学習値ＫＧは徐々に増大し或いは減少するようになる。
【００６７】
そして、こうした空燃比学習値ＫＧの学習更新が行われることにより、排気空燃比と目標空燃比との間に定常的な偏差が存在する傾向が生じても、その傾向は空燃比学習値ＫＧに基づく燃料噴射量補正を通じて打ち消されるようになる。
【００６８】
このようにして燃焼モードが圧縮行程噴射モードに切り替えられているときに、空燃比学習値ＫＧが機関負荷領域毎に求められた後、次の演算式（３）に基づいて最終的な燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される（ステップＳ２３０）。
【００６９】
ＱＩＮＪ←ＱＢＡＳＥ・（ＦＡＦ＋ＫＧ） ・・・（３）
一方、先のステップＳ２１０において、排気センサ４６が活性化していない旨判断された場合には（ステップＳ２１０：ＮＯ）、空燃比のフィードバック補正は停止される。即ち、フィードバック補正係数ＦＡＦはその基準値である「１．０」に設定され、これに基づくフィードバック補正が停止される。但し、以下の演算式（４）に示されるように、この場合にあっても空燃比学習値ＫＧのみに基づく燃料噴射量補正は継続して実行される（ステップＳ２４０）。
【００７０】
ＱＩＮＪ←ＱＢＡＳＥ・（１．０＋ＫＧ ・・・（４）
従って、燃料噴射系の個体差や経時変化によって基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが機関運転状態や目標空燃比に見合う適正値から定常的にずれている場合であっても、これを補償することができるようになる。
【００７１】
このようにしてステップＳ２３０，Ｓ２４０において、最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出されると、これに基づいて燃料噴射が実行される。そして、この一連の処理は一旦終了される。
【００７２】
尚、ここでは、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されているときに実行される空燃比制御について説明したが、同燃焼モードが吸気行程噴射モードであるときも同様の態様をもって同制御が実行される。但し、空燃比学習値ＫＧについては、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されているときに更新されるものとは別のものとして算出され、メモリ５２の別の記憶領域に格納される。
【００７３】
先の図３に示されるステップＳ１００において、燃焼モードを圧縮行程噴射モードに設定する必要がないとき、即ち、先の圧縮行程噴射モード要求フラグＸＩＮＪＣが「ＯＦＦ」に設定されている場合には（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃焼モードが吸気行程噴射モードに設定される（図３ ステップＳ１１０）。従って、目標空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられる（図５ タイミングｔ１）。そして、この切り替えに伴って基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが所定量だけ増量されるとともに、スロットルバルブ２６の開度がより大きな開度に変更され、それに合わせて吸入空気量の増量が図られるようになる。但し、このように目標空燃比が理論空燃比に変更されても排気空燃比は実空燃比よりも遅れて変化するため、同排気空燃比は理論空燃比に向けて徐々にしか変化しない（図５（ｃ） タイミングｔ１〜ｔ２）。
【００７４】
そして次に、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替わってからの経過時間に相当する経過時間カウンタ値ＣＳが次式（５）に基づいて算出される。即ち、現在の経過時間カウンタ値ＣＳに対して所定値αが加算され、その加算値（ＣＳ＋α）が新たな経過時間カウンタ値ＣＳとして設定される（Ｓ１２０）。
【００７５】
ＣＳ←ＣＳ＋α ・・・（５）
従って、この経過時間カウンタ値ＣＳは本処理の実行タイミングが到来する度に、所定量αをもって徐々に増大するようになる。尚、この一連の処理が所定クランク角毎の割込処理として行われているため、上記所定値αは経過時間カウンタ値ＣＳに加算される値が時間換算したときに常に一定になるように、機関回転速度に基づき、これと反比例するように設定されている。
【００７６】
次に、上記経過時間カウンタ値ＣＳが予め定められた判定値ＣＳＪと比較される。ここで、この判定値ＣＳＪは、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられるのに際し、応答遅れに起因する実空燃比と排気空燃比との間のずれ量が無視できる所定量以下に減少するまでの期間に設定されている。尚、この期間は、例えば燃焼室１２から排気センサ４６までの距離、排気通路１３の流路抵抗、内燃機関１０の排気量等々に応じて変化するが、ここでは実験やシミュレーション等を通じてこれら要素を総合的に考慮した一定の値として設定される。
【００７７】
そして、ここで、経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪに達していない旨の判断がなされた場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、空燃比のフィードバック補正が禁止され、先のステップＳ２４０と同様に、上式（４）に基づいて最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される（ステップＳ１４５）。即ち、燃料噴射量の補正に際し空燃比学習値ＫＧのみを用いた空燃比のオープンループ制御が行われる（図５ タイミングｔ１〜ｔ２）。
【００７８】
一方、経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪ以上である旨の判断がなされた場合には（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、空燃比のフィードバック補正が許可される（ステップＳ１４０ 図５ タイミングｔ２以降）。従って、この場合には、先のステップＳ２３０と同様に、上式（３）に基づいて最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出される。従って、燃焼モードの切り替えに伴って一時的に禁止していた空燃比のフィードバック補正が再開される。尚、これら各式（３），（４）に基づいて最終燃料噴射量ＱＩＮＪを算出するに際には、機関負荷状態の他、吸気行程噴射モードに対応する空燃比学習値ＫＧが用いられる。
【００７９】
このようにして最終燃料噴射量ＱＩＮＪが算出されると、これに基づいて燃料噴射が実行される。そして、この一連の処理は終了される。
このように、上記一連の処理によれば、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定され、排気センサ４６が活性化するのに伴って空燃比のフィードバック補正が一旦開始されていても、同燃焼モードが吸気行程噴射モードに切り替えられると、その時点から所定期間（図５ 「フィードバック補正禁止期間ＴＦＢＳ」）が経過して、実空燃比（理論空燃比）に対する排気空燃比の応答遅れが十分に低下するまでフィードバック補正が一時的に禁止される。
【００８０】
以上説明した態様をもって内燃機関１０の空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・本実施形態によれば、燃焼モードが圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまでの期間、空燃比のフィードバック補正を禁止することにより、同補正に制限を加えるようにしている。このため、仮に燃焼モードの切り替えた時点で排気空燃比が応答遅れの影響によって理論空燃比よりもリーン側に大きくずれるような状況下においても、そのずれに基づく燃料噴射量の増量補正が制限されるようになる。従って、過剰な燃料増量操作によって実空燃比が過度にリッチ側にされるのに起因する空燃比の乱れを抑制することができるようになる。
【００８１】
・特に、本実施形態では、上記フィードバック補正を制限するに際して同補正を禁止するようにしているため、こうした過剰な燃料増量操作に起因する空燃比の乱れをより確実に抑制することができるようになる。
【００８２】
・また、燃焼モードが圧縮行程噴射モードに設定されている場合でも、空燃比学習値ＫＧの更新を行うようにし、排気センサ４６が活性化する前は、この空燃比学習値ＫＧによる燃料噴射量の補正を行うようにしている。従って、燃料噴射系の個体差や経時変化によって基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが目標空燃比（ここではリーン空燃比）に見合う適正値から定常的にずれている場合であっても、これを補償することができるようになる。従って、燃焼モードが吸気行程噴射モードに設定されているときのみならず、圧縮行程噴射モードに設定されているときにあっても、空燃比の乱れを抑制することができるようになる。
【００８３】
［第２の実施形態］
次に、本発明にかかる第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８４】
上記第１の実施形態では、燃焼モードを圧縮行程噴射モードから吸気行程噴射モードに切り替えるに際して実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れが無視できる量にまで減少したことを判定する判定値ＣＳＪを一定の値に設定するようにした。
【００８５】
ここで、こうした応答遅れは、大きくは以下の２つの要因によって生じていると考えられる。
即ち、一つの要因は、燃焼モードの切替要求が生じた時点から目標空燃比がリーン空燃比から理論空燃比に切り替えられ、その理論空燃比のもとでの燃焼により生じた排気が排気行程において燃焼室１２から排気通路１３に実際に排出されるようになるまでの第１の期間Ｔ１が存在することによる。
【００８６】
またもう一つの要因は、このようにして排気が燃焼室１２から排気通路１３に排出された時点からその排気が排気センサ４６の近傍にまで到達して同排気センサ４６の出力値がその排気濃度に応じた値に変化するまでの第２の期間Ｔ２が存在することによる。
【００８７】
そして、これら第１の期間Ｔ１及び第２の期間Ｔ２はいずれも一定ではなく、そのときどきの機関運転状態に基づいて変化する。従って、経過時間カウンタ値ＣＳと上記判定値ＣＳＪとの比較に基づいて、排気空燃比の応答遅れが無視できる量にまで減少したことを正確に判定するうえでは、これら機関運転状態に応じた上記各期間Ｔ１，Ｔ２の変化を把握し、その変化を判定値ＣＳＪの設定にそれぞれ反映させるのが望ましい。
【００８８】
そこで、本実施形態では、この判定値ＣＳＪをこれら各期間Ｔ１，Ｔ２と相関を有するパラメータの関数として定め、これらパラメータに基づいて同判定値ＣＳＪを設定するようにしている。
【００８９】
以下、本実施形態におけるこの判定値ＣＳＪの設定手順について、図３の他、図６及び図７を参照して説明する。図６は、判定値ＣＳＪの設定手順を示すフローチャートであり、先の図３のステップ１２０〜ステップＳ１３０までの処理について、その変更部分のみを示している。
【００９０】
この一連の処理に際し、図３に示されるステップＳ１２０において経過時間カウンタ値ＣＳが算出されると、次に、図６に示されるステップＳ１２５において、機関回転速度及び吸入空気量に基づいて判定値ＣＳＪが算出される。具体的には、以下の式（６）に基づいて判定値ＣＳＪが算出される。
【００９１】
ＣＳＪ←ＣＳＪＮＥ＋ＣＳＪＱ ・・・（６）
ここで、上式（６）の右辺第１項である「ＣＳＪＮＥ」は、先の第１の期間Ｔ１を判定値ＣＳＪの設定に反映させるためのものである（以下、これを「判定値第１項」と称する）。この判定値第１項ＣＳＪＮＥは機関回転速度の関数であり、そのときどきの機関回転速度に基づいて算出される。従って、この判定値第１項ＣＳＪＮＥは第１の期間Ｔ１に対応してその大きさが変化する。
【００９２】
一方、上式（６）の右辺第２項である「ＣＳＪＱ」は、先の第２の期間Ｔ２を判定値ＣＳＪの設定に反映させるためのものである（以下、これを「判定値第２項」と称する）。この判定値第２項ＣＳＪＱは吸入空気量の関数であり、そのときどきの吸入空気量に基づいて算出される。従って、この判定値第２項ＣＳＪＱは第２の期間Ｔ２に対応してその大きさが変化する。
【００９３】
図７は、これら判定値第１項ＣＳＪＮＥ及び判定値第２項ＣＳＪＱの算出に際して用いられる関数マップを示している。この関数マップに示される判定値第１項ＣＳＪＮＥと機関回転速度との関係、並びに判定値第２項ＣＳＪＱと吸入空気量との関係は電子制御装置５０のメモリ５２に記憶されている。
【００９４】
同図７に示されるように、機関回転速度が低速である場合には、判定値第１項ＣＳＪＮＥは大きな値に設定され、同機関回転速度が高速になるにつれて判定値第１項ＣＳＪＮＥは減少するようになる。こうした機関回転速度と判定値第１項ＣＳＪＮＥとの関係は、上記第１の期間Ｔ１が短くなることに基づいている。
【００９５】
一方、判定値第２項ＣＳＪＱについてみると、吸入空気量が少ない場合には、判定値第２項ＣＳＪＱは大きな値に設定され、同吸入空気量が多くなるにつれて判定値第２項ＣＳＪＱは減少するようになる。こうした吸入空気量と判定値第２項ＣＳＪＱとの関係は、吸入空気量が多くなるほど排気通路１３を流れる排気の流速が増大し、この排気流速の増大に伴って上記第２の期間Ｔ２が短くなることに基づいている。
【００９６】
また、ここで、図７に示されるように、判定値第１項ＣＳＪＮＥ及び判定値第２項ＣＳＪＱについては、機関回転速度及び吸入空気量の大きさに関わらず、常に以下の大小関係が成立している。
【００９７】
ＣＳＪＱ＞ＣＳＪＮＥ ・・・（７）
上式（７）から明らかなように、第１の期間Ｔ１、即ち燃焼モードの切替要求が出されてから排気行程に移行するまでの時間と比較して、第２の期間Ｔ２、即ち排気通路１３に排出された排気が排気センサ４６近傍に到達するまでの時間は相対的に常に大きいことになる。
【００９８】
上式（６）に基づいて判定値ＣＳＪが算出されると（図６：ステップＳ１２５）、図３のステップＳ１３０において、経過時間カウンタ値ＣＳと、機関回転速度及び吸入空気量に基づいて設定された判定値ＣＳＪとが比較される。そして、第１の実施形態と同様に、その比較結果に基づいて空燃比のフィードバック補正が許可或いは禁止される。
【００９９】
以上説明した態様をもって空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・フィードバック補正の禁止期間を定める上記判定値ＣＳＪをそのときどきの吸入空気量の関数とし、吸入空気量が多くなるほどこの判定値ＣＳＪを小さく設定するようにした。従って、実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れが排気流速に応じて変化しても、これに合わせて上記判定値ＣＳＪを適切に設定することができる。その結果、フィードバック補正が不必要に禁止されるのを極力回避しつつ、燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れについてもこれを一層好適に抑制することができるようになる。
【０１００】
・更に、吸入空気量の他、上記判定値ＣＳＪをそのときどきの機関回転速度の関数とし、機関回転速度が高くなるほどこの判定値ＣＳＪを小さく設定するようにした。従って、実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れが機関回転速度に応じて変化しても、これに合わせて上記判定値ＣＳＪを適切に設定することができる。その結果、フィードバック補正の不必要な禁止及び燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れを一層好適に抑制することができるようになる。
【０１０１】
［第３の実施形態］
次に、本発明にかかる第３の実施形態について上記第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【０１０２】
上記第２の実施形態では、上記判定値ＣＳＪをそのときどきの機関回転速度及び吸入空気量に基づいて設定するようにした。従って、例えば、燃焼モードが切り替えられてから機関運転状態が略一定に維持される定常状態である場合には、実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れを考慮しつつ、この判定値ＣＳＪを適切に設定することができる。
【０１０３】
但し、この応答遅れが発生している期間に機関運転状態が頻繁に変動する過渡状態である場合には、その変動の履歴を考慮するのが、判定値ＣＳＪをより適切な値に設定するうえでは望ましい。例えば、燃焼モードが切り替えられてから、機関回転速度が低く且つ吸入空気量が少ない状態が継続した後に、一時的に機関回転速度が上昇し、併せて吸入空気量も増大したような場合には、それに応じて判定値ＣＳＪも小さい値に変更される。しかしながら、このような場合、それ以前に機関回転速度が低く且つ吸入空気量が少ない状態が継続していたことが考慮されなくなる。即ち、こうした一時的な機関回転速度の上昇や吸入空気量の増大に合わせて判定値ＣＳＪを即座に小さく設定するのは、機関運転状態が過渡状態にあるときには実際的ではない。
【０１０４】
そこで、本実施形態では、図６に示すステップＳ１２５において、以下の演算式（８）に基づいて判定値ＣＳＪを算出するようにしている。
ＣＳＪ←ＣＳＪＮＥ（ＮＥＡＶＥ）＋ＣＳＪＱ（ＱＡＶＥ）・・・（８）
ここで、「ＮＥＡＶＥ」、「ＱＡＶＥ」は燃焼モードの切り替えが行われてから現在の割込タイミングまでの期間における、機関回転速度の平均値、吸入空気量の平均値をそれぞれ示している。これら各平均値ＮＥＡＶＥ，ＱＡＶＥは例えば以下の各式に基づいてこれらを求めることができる。
【０１０５】
ＮＥＡＶＥ←Σ（ＮＥ（ｉ）・Δｔ（ｉ））／Ｔ ・・・（９）
ＱＡＶＥ←Σ（Ｑ（ｉ）・Δｔ（ｉ））／Ｔ ・・・（１０）
上式（９）において、「ＮＥ（ｉ）」、「Ｑ（ｉ）」は、現在の割込タイミング（ｉ）における機関回転速度であり、「Δｔ（ｉ）」は前回の割込タイミング（ｉ−１）から今回の割込タイミング（ｉ）までの期間を機関回転速度に基づいて時間換算した値である。また、「Ｔ」は燃焼モードの切り替えがなされた時点から現在の割込タイミング（ｉ）までの期間を時間換算したものであり、Σ（Δｔ（ｉ））と等しい。
【０１０６】
そして、このようにして求められた機関回転速度の平均値ＮＥＡＶＥ、及び吸入空気量の平均値ＱＡＶＥが算出された後、先の図７に示される関数マップに基づいて、これら各平均値ＮＥＡＶＥ，ＱＡＶＥに対応する判定値第１項ＣＳＪＮＥ、判定値第２項ＣＳＪＱが求められる。そして、これら判定値第１項ＣＳＪＮＥ、判定値第２項ＣＳＪＱから上式（８）に基づいて判定値ＣＳＪが算出される（図６：ステップＳ１２５）。
【０１０７】
上式（８）に基づいて判定値ＣＳＪが算出されると（図６：ステップＳ１２５）、図３のステップＳ１３０において、経過時間カウンタ値ＣＳと機関運転状態に基づいて設定された判定値ＣＳＪとが比較され、第１の実施形態と同様に、その比較結果に基づいて空燃比のフィードバック補正が許可或いは禁止される。
【０１０８】
以上説明した態様をもって空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・本実施形態では、燃焼モードの切り替えがなされた時点からの機関回転速度及び吸入空気量についてそれらの平均値を算出し、これら平均値に基づいて判定値ＣＳＪを算出するようにしている。従って、燃焼モードの切り替えがなされた時点からの機関運転状態が変動するような場合であっても、そうした機関運転状態の変動履歴まで考慮しつつ、判定値ＣＳＪを設定することができる。その結果、判定値ＣＳＪの設定に際してこうした機関運転状態の変動に起因する悪影響を抑制しつつ、フィードバック補正の不必要な禁止及び燃焼モードの切り替えに際しての空燃比の乱れを一層好適に抑制することができるようになる。
【０１０９】
［第４の実施形態］
次に、本発明にかかる第４の実施形態について第１の実施形態と相違点を中心に説明する。
【０１１０】
上記各実施形態では、燃焼モードの切り替えがなされた時点から所定期間が経過するまで空燃比のフィードバック補正を禁止するようにしたが、本実施形態では同所定期間が経過するまで、このフィードバック補正に基づく燃料噴射量の増量補正に対してこれが小さくなるように制限を加えるようにしている。具体的には、燃焼モードの切り替えがなされた時点でフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを「０」にまで一旦低下させ、その後、切り替え後の経過時間に応じてフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを通常時の値にまで徐々に増大させるようにしている。
【０１１１】
以下、こうした燃料噴射量の増量補正に対する制限手法について図８及び図９を参照して説明する。図８は、燃料噴射量増量補正を制限する際の処理手順を示すフローチャートであり、先の図３のステップ１２０〜ステップＳ１３０までの処理について、その変更部分のみを示している。また、図９は、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸについて経過時間カウンタ値ＣＳに基づく推移を示すグラフである。
【０１１２】
この一連の処理に際し、図３に示されるステップＳ１２０において経過時間カウンタ値ＣＳが算出されると、その後、図８に示されるステップＳ１３２において、次式（１１）に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸが補正される。
【０１１３】
ＦＡＦＭＡＸ←ＦＡＦＭＡＸＳ・ＣＳ／ＣＳＪ ・・・（１１）
但し ＣＳ≦ＣＳＪ
上式（１１）において、「ＦＡＦＭＡＸＳ」は、こうしたフィードバック補正にかかる制限が行われない場合における通常時の上限値ＦＡＦＭＡＸの値（一定値）であり、ここでは、上式（１１）において算出される補正後の上限値ＦＡＦＭＡＸと区別するためにこのように表記している。
【０１１４】
また、上式（１１）から明らかなように、右辺の「ＣＳ／ＣＳＪ」は時間の経過とともに増大して「１．０」に収束する。このため、図９に示されるように、補正後のフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸはその通常時の上限値ＦＡＦＭＡＸＳよりも常に小さく設定され、経過時間カウンタ値ＣＳの増大に伴って線形的に増加するようになる。因みに、このように上記上限値ＦＡＦＭＡＸを経過時間カウンタ値ＣＳに伴って増大させるようにしているのは以下の理由による。
【０１１５】
即ち、燃焼モードの切り替えによって生じる実空燃比に対する排気空燃比の応答遅れは、燃焼モードを切り替えた直後に最も大きく、その後は徐々に小さくなって最終的にはその影響は殆ど無視できる範囲にまで減少するようになる。
換言すると、排気空燃比と目標空燃比との偏差ΔＲＡＦ、更にそれに基づいて算出されるフィードバック補正係数ＦＡＦは、燃焼モードを切り替えた直後においては実際の空燃比と目標空燃比とのずれ度合を示すものとしての信頼性が低い。しかしながら、その後の経過時間が長くなると、これらの信頼性は徐々に高くなり、最終的には上記ずれ度合を好適に反映したものになる。
【０１１６】
従って、本実施形態では、経過時間カウンタ値ＣＳの増大に合わせて上限値ＦＡＦＭＡＸを徐々に増加させ、フィードバック補正の燃料増量補正にかかる制限を緩和するようにしている。
【０１１７】
このようにしてフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを算出した後、次に先の式（１）に基づいて算出される吸気行程噴射モードに対応するフィードバック補正係数ＦＡＦと上式（１１）から求められるその上限値ＦＡＦＭＡＸとが比較される（ステップＳ１３４）。
【０１１８】
ここで、フィードバック補正係数ＦＡＦが補正後の上限値ＦＡＦＭＡＸを上回っている場合には（ステップＳ１３４：ＹＥＳ）、この上限値ＦＡＦＭＡＸがフィードバック補正係数ＦＡＦとして設定される（ステップＳ１３６）。従って、仮に、燃焼モードを切り替えた直後に排気空燃比が目標空燃比である理論空燃比よりも大幅にリーン側にずれているために、フィードバック補正係数ＦＡＦが大きな値に算出されても、この処理を通じて同フィードバック補正係数ＦＡＦは上限値ＦＡＦＭＡＸ未満に制限される。一方、フィードバック補正係数ＦＡＦが上限値ＦＡＦＭＡＸ以下である場合には、こうした制限は加えられない。
【０１１９】
このように本実施形態にかかる装置にあっては、フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合が低下するように燃料噴射量補正係数（フィードバック補正係数ＦＡＦ）が変更される。更に、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを燃焼モードの切替時点から徐々に増大させるようにしているため、その燃料噴射量補正度合の低下率は燃焼モードの切替時点から時間の経過とともに徐々に低下するようになる。
【０１２０】
このように必要に応じてフィードバック補正係数ＦＡＦに制限が加えられた後、図３に示されるステップＳ１４０の処理を通じて空燃比のフィードバック補正が実行される。従って、本実施形態にあっては、図３に示されるステップＳ１４５の処理は実行されず、燃焼モードの切り替えがなされたことのみに基づいて空燃比制御が一時的にオープンループ制御に切り替えられることはない。
【０１２１】
また因みに、上記処理では、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを経過時間カウンタ値ＣＳに基づいて可変設定することにより、同フィードバック補正係数ＦＡＦの最大値についてはこれを制限するようにしているが、その最小値には特にこうした制限を設けるようにしていない。これは以下の理由による。
【０１２２】
即ち、燃焼モードの切り替えに起因して生じる空燃比の乱れは、燃焼モードの切り替え直後の排気空燃比がリーン領域にあるために、実空燃比も同様にリーン領域にある旨誤判断され、その誤判断に基づいて燃料噴射量の増量補正が行われることに起因する。従って、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を示しているときには、こうした燃焼モードの切り替えによる影響ではなく、別の理由に起因して実空燃比と理論空燃比との間に実際にずれが生じている可能性が高い。即ち、このような場合には寧ろ、フィードバック補正、即ち燃料噴射量の減量補正を行うことにより、こうした空燃比のリッチ傾向を打ち消すようにしたほうが望ましいことがある。
【０１２３】
このため、本実施形態にかかる装置では、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを可変設定の対象とすることにより、フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみ、同補正を制限するようにしている。
【０１２４】
以上説明した態様をもって空燃比を制御するようにした本実施形態にかかる装置によれば以下の作用効果を奏することができる。
・本実施形態では、燃焼モードが切り替えられた時点でフィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを通常時の値ＦＡＦＭＡＸＳよりも低下させ、その後の経過時間に応じて上限値ＦＡＦＭＡＸを増大させるようにしている。そして、この上限値ＦＡＦＭＡＸに基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦを制限することにより、その切り替え時点から所定時間が経過するまでは同フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合を低下させるようにしている。このため、仮に燃焼モードの切り替えた時点で排気空燃比が応答遅れの影響によって理論空燃比よりもリーン側に大きくずれるような状況下においても、そのずれに基づく燃料噴射量の増量補正が制限されるようになる。従って、過剰な燃料増量操作によって実際の空燃比が過度にリッチ側にされるのに起因する空燃比の乱れを抑制することができるようになる。
【０１２５】
・また、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを燃焼モードの切替時点から徐々に増大させるようにしている。このため、燃焼モードの切り替え直後にあっては、不必要な燃料増量を抑制すべくフィードバック補正の補正度合が相対的に小さく設定される。そして、その後は徐々に同フィードバック補正の制限が緩和され、即ちフィードバック補正係数ＦＡＦが燃料噴射量の補正に対して徐々に反映されて通常のフィードバック補正に円滑に移行するようになる。従って、燃焼モードの切り替えに伴う過剰な燃料増量補正を抑制しつつ、こうした燃焼モードの切り替えに伴う応答遅れとは無関係に発生する実空燃比と理論空燃比とのずれについても対処することが可能になる。
【０１２６】
・また、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸ及び下限値ＦＡＦＭＩＮのうち、上限値ＦＡＦＭＡＸについてのみ可変設定することにより、フィードバック補正を通じて燃料噴射量が増量補正されるときにのみその制限を行うようにしている。従って、フィードバック補正に対して不必要な制限が加えられるのを回避することができるようになる。
【０１２７】
以上、この発明の各実施形態について説明したが、これら各実施形態は以下のようにその制御構造の一部を変更して実施することもできる。
・第４の実施形態では、フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値ＦＡＦＭＡＸを経過時間カウンタ値ＣＳに基づいて可変設定し、フィードバック補正係数ＦＡＦの最大値を制限することにより、フィードバック補正を禁止することなくこれに制限を加えるようにした。これに対して、以下の（ａ）〜（ｅ）に示されるような態様をもって、こうしたフィードバック補正の制限を行うようにしてもよい。
【０１２８】
（ａ）経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪ未満であることを条件に、上式（１）に基づいて算出されるフィードバック補正係数ＦＡＦが所定値ＦＡＦ１（＞１．０）を超える場合に、そのフィードバック補正係数ＦＡＦをこの所定値ＦＡＦ１と等しく設定する。
【０１２９】
（ｂ）経過時間カウンタ値ＣＳが判定値ＣＳＪ未満であることを条件に、上式（１）における補正係数（比例ゲイン）ＫＰを通常時よりも小さく設定する。
（ｃ）上記（ｂ）において、補正係数（比例ゲイン）ＫＰを経過時間カウンタ値ＣＳに応じて可変設定する。具体的には、フィードバック補正係数ＦＡＦを上式（１）に替えて次式（１２）に基づいて算出する。
【０１３０】
ＦＡＦ←１．０＋ＫＰ・（ΔＲＡＦ）・ＣＳ／ＣＳＪ ・・・（１２）
但し ＣＳ≦ＣＳＪ
（ｄ）上記（ｂ），（ｃ）において、フィードバック補正係数ＦＡＦが「１．０」よりも大きいこと、即ち同フィードバック補正係数ＦＡＦが燃料噴射量を増量補正するものであることを更に条件とする。
【０１３１】
（ｅ）フィードバック補正係数ＦＡＦの設定に際し、式（１）で示されるような比例項のみならず、偏差ΔＲＡＦの変化速度に応じて変化する微分項まで考慮するようにした場合にあっては、この微分項に制限を設けるようにしてもよい。
【０１３２】
・第２の実施形態及び第３の実施形態では、フィードバック補正を制限する期間を定める判定値ＣＳＪについてこれを機関回転速度及び吸入空気量の関数としたが、例えば、この判定値ＣＳＪを吸入空気量のみの関数、或いは機関回転速度のみの関数とするようにしてもよい。
【０１３３】
・上記第１〜３の実施形態では、経過時間カウンタ値ＣＳを増大させる際の加算値αを一定値としたが、これを機関回転速度、吸入空気量、或いはこれら双方の関数として設定するようにしてもよい。具体的には、機関回転速度が高いときほどこの加算値αを大きく設定する、或いは吸入空気量が多いときほどこの加算値αを大きく設定する、といった設定態様を採用するのが望ましい。こうした構成によれば、判定値ＣＳＪを一定値に設定していても、これと比較される経過時間カウンタ値ＣＳの変化速度が機関回転速度や吸入空気量に応じて変化するようになる。このため、実質的に判定値ＣＳＪ、即ちフィードバック補正に制限を加える期間をこれら機関回転速度や吸入空気量に応じて可変設定した場合と同様の作用効果を奏することができる。
【０１３４】
・空燃比学習値ＫＧは、これにより排気空燃比と目標空燃比との間の偏差が打ち消されるように設定されるものであればよく、その算出方法が上式（２）に示した方法に限定されるものではない。例えば、フィードバック補正係数ＦＡＦがその上限値ＦＡＦＭＡＸ（＞１．０）を超えたこと条件にこれを増大させる一方、同フィードバック補正係数ＦＡＦがその下限値ＦＡＦＭＩＮ（＜１．０）よりも低下したことを条件にこれを減少させるといった簡易な算出方法を採用することもできる。或いは、以下の式（１３）に示されるように、現在生じている偏差ΔＲＡＦについて重み付けをした加重積算値によって上記空燃比学習値ＫＧを求めることもできる。
【０１３５】
ＫＧ←ＫＩ・Σ（ΔＲＡＦｉ・ａｉ） ・・・（１３）
ａｉ：重み付け係数（ａ１＜ａ２＜・・・＜ａｎ）
・第３の実施形態では、機関回転速度及び吸入空気量の平均値を求め、これらに基づいて判定値ＣＳＪを設定するようにした。これに対して次式（１４）に基づいてこの判定値ＣＳＪを設定するようにしてもよい。
【０１３６】
ＣＳＪ←ＣＳＪＡＶＥ＋ΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ） ・・・（１４）
ＮＥ：機関回転速度
Ｑ：吸入空気量
上式（１４）において、「ＣＳＪＡＶＥ」は、機関運転状態（機関回転速度及び吸入空気量）に応じて変化する判定値ＣＳＪの平均的な値であり、第１の実施形態と同様に、基本的には実験やシミュレーション等を通じてこれを求めることができる。また、上式（１４）において、ΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ）はこの平均値ＣＳＪＡＶＥからの変化量を示すものである。そして、例えば、上記平均値ＣＳＪＡＶＥを求めたときの機関回転速度や吸入空気量の標準値よりも実際の機関回転速度が高いときほど、また実際の吸入空気量が多いときほど、このΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ）を負の値にしてより小さな値に設定する。一方、これら標準値よりも実際の機関回転速度が低いときほど、また実際の吸入空気量が少ないときほど、このΔＣＳＪ（ＮＥ，Ｑ）を正の値にしてより大きな値に設定する。
【０１３７】
・上記各実施形態では、排気センサとしてリーン領域及びリッチ領域の双方においてそのリーン程度、リッチ程度に応じて出力値の変化するセンサを用いるようにした。これに対し、例えばリーン領域においてのみその出力値がリーン程度に応じて変化する排気センサ、いわゆるリーンミクスチャセンサを採用した内燃機関においても本発明にかかる装置は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置についてその概要を示す概略構成図。
【図２】排気センサの出力特性を示すグラフ。
【図３】空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図４】同じく空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図５】本実施形態の空燃比制御に基づく燃料噴射量等の推移例を示すタイミングチャート。
【図６】空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図７】機関回転速度と判定値第１項との関係並びに吸入空気量と判定値第２項ＣＳＪＱとの関係を示すグラフ。
【図８】空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図９】燃焼モードの切替後経過時間とフィードバック補正係数の上限値との関係を示す関数マップ。
【図１０】濃淡電池式の排気センサの出力特性並びにフィードバック補正係数の推移を示すタイミングチャート。
【図１１】従来の空燃比制御について目標空燃比、排気空燃比、フィードバック補正係数等の推移を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…吸気通路、１２…燃焼室、１３…排気通路、１４…機関ピストン、１６…触媒装置、１７…本体、２０…燃料噴射弁、２１…吸気バルブ、２２…点火プラグ、２３…排気バルブ、２４…デリバリパイプ、２６…スロットルバルブ、４２…吸入空気量センサ、４３…クランク角センサ、４４…アクセルセンサ、４５…水温センサ、４６…排気センサ（フィードバック制御手段）、５０…電子制御装置（切替手段、フィードバック制御手段、制限手段）、５２…メモリ、６０…アクセルペダル、ＦＡＦ…フィードバック補正係数、ＣＳ…経過時間カウンタ値、ＣＳＪ…判定値。
Claims (7)
- 目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定して圧縮行程に燃料噴射を行う圧縮行程噴射モードから目標空燃比を理論空燃比に設定して吸気行程に燃料噴射を行う吸気行程噴射モードに内燃機関の燃焼モードを切り替える切替手段と、排気通路に設けられて理論空燃比よりも少なくともリーン側の領域において排気の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する排気センサと、前記内燃機関の燃焼モードが前記吸気行程噴射モードに切り替えられているときに実空燃比を理論空燃比に一致させるための燃料噴射量補正係数を前記排気センサの検出信号に基づいて算出し、同燃料噴射量補正係数に基づくフィードバック補正を実行するフィードバック制御手段とを備える筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置において、
前記切替手段により燃焼モードが前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた時点から所定期間が経過するまで前記フィードバック制御手段の前記フィードバック補正に制限を加える制限手段を備える
ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制限手段は前記所定期間が経過するまで前記フィードバック補正を禁止するものである
請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制限手段は前記所定期間が経過するまで前記フィードバック補正による燃料噴射量の補正度合が低下するように前記燃料噴射量補正係数を変更するものである
請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制限手段は燃焼モードが前記圧縮行程噴射モードから前記吸気行程噴射モードに切り替えられた時点からの時間の経過に伴って前記補正度合を低下させる際の低下率が減少するように前記燃料噴射量補正係数を変更するものである
請求項３記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制限手段は前記フィードバック補正により燃料噴射量が増量補正されるときにのみその制限を行うものである
請求項１乃至４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制限手段は前記所定期間を前記内燃機関の吸入空気量に基づいて設定するものである
請求項１乃至５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制限手段は前記所定時間を機関回転速度に基づいて設定するものである
請求項１乃至６のいずれかに記載の筒内噴射式１内燃機関の空燃比制御装置。
Priority Applications (1)
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| JP2002190256A JP2004036393A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002190256A JP2004036393A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=31700222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002190256A Pending JP2004036393A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | 筒内噴射式内燃機関の空燃比制御装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009068503A (ja) * | 2009-01-08 | 2009-04-02 | Denso Corp | 筒内噴射式内燃機関の制御装置 |
| JP2009150381A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-07-09 | Yamaha Motor Co Ltd | 自動車両用酸素センサの制御装置およびそれを備えた空燃比制御装置ならびに自動車両 |
-
2002
- 2002-06-28 JP JP2002190256A patent/JP2004036393A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009150381A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-07-09 | Yamaha Motor Co Ltd | 自動車両用酸素センサの制御装置およびそれを備えた空燃比制御装置ならびに自動車両 |
| JP2009068503A (ja) * | 2009-01-08 | 2009-04-02 | Denso Corp | 筒内噴射式内燃機関の制御装置 |
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