JP2006307706A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、触媒の下流に配置された酸素センサの出力信号を用いて空燃比をフィードバック制御する際、酸素センサの出力信号が急変するときの排気エミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】 フィードバック制御の実行中、酸素センサの出力信号の急変を事前に予測する。酸素センサの出力信号の急変が予測されたら、フィードバック制御のフィードバック制御信号を通常時よりも減少させる。酸素センサの出力信号の急変は、フィードバック制御信号の積分値に基づいて予測することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、触媒の下流側に理論空燃比の前後において出力値が急変する出力特性を有する酸素センサを配置し、酸素センサの出力信号に基づいて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来、排気通路における触媒（三元触媒）の上流側にＡ／Ｆセンサを配置し、触媒の下流側にＯ₂センサを配置し、これら２つの酸素センサの出力信号に基づいて空燃比を制御する装置が知られている（例えば特許文献１，２を参照）。Ａ／Ｆセンサは空燃比に対してリニアな出力特性を有する酸素センサであり、Ｏ₂センサは空燃比に対し理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有する酸素センサである。このような２つの酸素センサを備えた空燃比制御装置（以下、従来装置という）では、Ａ／Ｆセンサの出力信号に基づき、触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比になるよう燃料量がフィードバック制御されている（以下、この制御をメインフィードバック制御という）。また、このメインフィードバック制御と併せて、Ｏ₂センサの出力信号に基づきＡ／Ｆセンサの出力信号を補正する制御も行われている（以下、この制御をサブフィードバック制御という）。

従来装置は、メインフィードバック制御において、Ａ／Ｆセンサの出力信号と目標空燃比に応じた目標信号との偏差からフィードバック制御信号を算出している。メインフィードバック制御で用いられる目標空燃比は、触媒が最も効率的に排気ガスを浄化することのできる空燃比（通常は理論空燃比）に設定されている。ところが、Ａ／Ｆセンサのゼロ出力点のズレや出力特性の変化等、種々の要因により、メインフィードバック制御が実行されているにもかかわらず、排気ガスの実空燃比が理論空燃比に対してリッチ側、或いはリーン側に偏ることがある。触媒には酸素を吸蔵する能力があり、酸素の吸蔵／放出によって触媒雰囲気を理論空燃比近傍に保持している。しかし、排気空燃比が何れかの側に偏った傾向が継続すれば、やがて触媒の酸素吸蔵状態が枯渇状態になって排気ガス中のＨＣやＣＯを浄化できなくなったり（リッチ側に偏った場合）、逆に触媒の酸素吸蔵状態が飽和状態になってＮＯｘを浄化できなくなったりしてしまう（リーン側に偏った場合）。

サブフィードバック制御は、メインフィードバック制御を補完し、内燃機関のエミッション特性を向上させるために実行される。従来装置は、サブフィードバック制御において、Ｏ₂センサの出力信号と理論空燃比に応じた基準信号との偏差からＡ／Ｆセンサ出力の補正量を算出し、Ａ／Ｆセンサの出力信号を補正している。これによれば、排気空燃比の理論空燃比からのずれがメインフィードバック制御のフィードバック制御信号に反映されることになるので、Ａ／Ｆセンサのゼロ出力点のずれ等による空燃比制御のずれを補正して正確な空燃比制御を行うことが可能になる。

また、サブフィードバック制御は、排気エミッションが悪化しないように、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態でも飽和状態でもない適正状態に保つための制御とも言える。上記の従来装置では、Ｏ₂センサの出力信号がリーン出力からリッチ出力に反転したら、触媒内酸素吸蔵量を増大させるべく、排気空燃比がリーンになるように燃料量の補正が行われる。逆に、Ｏ₂センサの出力信号がリッチ出力からリーン出力に反転したら、触媒内酸素吸蔵量を減少させるべく、排気空燃比がリッチになるように燃料量の補正が行われる。このように、Ｏ₂センサの出力信号の反転に応じて燃料量を補正し、排気空燃比を反転させることで、触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に保つことができる。
特開平７−１９７８３７号公報 特開２００４−１８３５８５号公報

しかしながら、Ｏ₂センサの出力信号が反転するのは触媒の酸素吸蔵状態が適正状態から外れるからであり、少なくともその瞬間は、排気エミッションの悪化が生じることになる。上記の従来装置のように積分動作（Ｉ動作）を含むサブフィードバック制御を行う場合には、そのフィードバック制御信号は積分動作によって段々と大きくなっていき、Ｏ₂センサの出力信号の反転時に最大になる。燃料量はフィードバック制御信号に応じて補正されるため、従来装置では、触媒の酸素吸蔵状態が適正状態から外れている状況で燃料量が大きく補正されることになり、燃料量の過剰な増量或いは減量によって排気空燃比の理論空燃比からのずれが拡大し、排気エミッションが大きく悪化してしまうおそれがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の下流に配置された酸素センサの出力信号を用いて空燃比をフィードバック制御する際、酸素センサの出力信号が急変するときの排気エミッションの悪化を抑制した内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路において触媒の下流に配置され、理論空燃比の前後において出力信号が急変する出力特性を有する酸素センサと、
前記酸素センサの出力信号が所定の基準信号に一致するように、前記酸素センサの出力信号を用いて空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
前記フィードバック制御の実行中に前記酸素センサの出力信号の急変を事前に予測する予測手段と、
前記酸素センサの出力信号の急変が予測されてから実際に前記酸素センサの出力信号が急変するまでの間、前記フィードバック制御によるフィードバック制御信号のゲインを通常時よりも低下させるゲイン調整手段と、
を備えることを特徴としている。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記予測手段は、前記フィードバック制御信号の積分値に基づいて前記酸素センサの出力信号の急変を予測することを特徴としている。

第１の発明によれば、酸素センサの出力信号の急変に先立ってフィードバック制御のフィードバック制御信号のゲインを低下させるので、酸素センサの出力信号の急変時に空燃比が過度に増大或いは減少されることを抑制することができる。これにより、排気空燃比の理論空燃比からのずれは抑制され、排気エミッションの悪化は抑制される。

また、フィードバック制御のフィードバック制御信号の積分値は触媒の酸素吸蔵量に対応しているので、第２の発明によれば、酸素センサの出力信号の急変を的確に予測することができる。

［エンジンシステムの構成］
図１は本発明の実施の形態としての内燃機関の空燃比制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。本実施形態にかかる内燃機関２の燃焼室１６には、吸気通路４と排気通路６が接続されている。燃焼室１６と吸気通路４との接続部にはその連通状態を制御する吸気弁８が設けられ、燃焼室１６と排気通路６との接続部にはその連通状態を制御する排気弁１０が設けられている。吸気通路４にはエアクリーナ２０が配置され、エアクリーナ２０の下流には燃焼室１６内へ流入する新気の量を調整する電子制御式のスロットル弁１８が配置されている。吸気通路４の吸気弁８の近傍には、燃焼室１６に燃料を供給するためのインジェクタ１２が取り付けられている。排気通路６には排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４０が配置されている。

内燃機関２はその制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は複数のセンサによって検出される内燃機関２の作動データに基づき内燃機関２の作動に係わる各種機器を総合的に制御する。ＥＣＵ３０の入力側にはＡ／Ｆセンサ３２、Ｏ₂センサ３４、及びエアフローメータ３６が接続されている。Ａ／Ｆセンサ３２は排気通路６において三元触媒４０の上流に配置され、三元触媒４０に流入する排気ガスの空燃比にリニアに対応する信号を出力する。Ｏ₂センサ３４は排気通路６において三元触媒４０の下流に配置され、三元触媒４０から流出する排気ガスの空燃比の状態（リーン或いはリッチ）を示す信号を出力する。Ｏ₂センサ３４は空燃比に対し理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有している。また、エアフローメータ３６はエアクリーナ２０の直ぐ下流部分に設けられ、吸入空気流量に応じた信号を出力する。一方、ＥＣＵ３０の出力側にはインジェクタ１２が接続されている。ＥＣＵ３０は、各センサ３２，３４，３６からの信号に基づいて燃料噴射量や燃料噴射タイミングを演算し、インジェクタ１２に駆動信号を供給している。なお、ＥＣＵ３０にはこれらのセンサ３２，３４，３６やインジェクタ１２以外にも複数のセンサや機器が接続されているが、ここではその説明は省略する。

［空燃比制御の説明］
ＥＣＵ３０は、内燃機関２の制御の一つとして、内燃機関２の運転中、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるようにインジェクタ１２から噴射される燃料量を制御する空燃比制御を実施している。空燃比制御は、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号に基づいて燃料量を制御するメインフィードバック制御と、Ｏ₂センサ３４の出力信号に基づいて燃料量を制御するサブフィードバック制御とからなる。図２はＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する際の機能ブロック図である。以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ３０により実行される空燃比制御について説明する。

（１）基本燃料量の算出
ＥＣＵ３０は、目標空燃比設定部１０２と基本燃料量算出部１０４を含んでいる。目標空燃比設定部１０２は、エンジン回転数やスロットル開度に基づき、内燃機関２に供給される混合気の目標空燃比afrefを設定する。基本燃料量算出部１０４は、エアフローメータ３６の出力信号から得られた吸入空気量Gaを、目標空燃比設定部１０２で設定された目標空燃比afrefで割算することにより、基本燃料量firefを算出する。なお、吸入空気量Gaはサイクル毎に取得され、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されていく。

（２）最終燃料量の算出
ＥＣＵ３０は、サブ燃料量補正部１０６とメイン燃料量補正部１０８を含んでいる。サブ燃料量補正部１０６は、基本燃料量算出部１０４で得られた基本燃料量firefに、後述するサブフィードバック制御によって得られたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbを加算する。メイン燃料量補正部１０８は、サブ燃料量補正部１０６で補正された燃料量に、さらに、後述するメインフィードバック制御によって得られたメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを加算する。こうして、基本燃料量firefにサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb及びメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを加算して得られる燃料量（firef＋fisfb＋fimfb）が最終燃料量となり、この最終燃料量がインジェクタ１２から噴射される。

（３）メインＦ／Ｂ補正燃料量の算出
メインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbは、以下に説明するメインフィードバック制御を実行することにより得られる。ＥＣＵ３０は、メインフィードバック制御のための手段として、目標燃料量設定部１１０、実燃料量算出部１１４、吸入空気量遅延部１１２、Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６、除去燃料量設定部１４２、燃料偏差量算出部１１８、及びＰＩコントローラ１２０を含んでいる。

本実施形態にかかるメインフィードバック制御では、フィードバック制御の目標値として目標燃料量firef(i-n)が用いられる。目標燃料量firef(i-n)は、現時点（第ｉサイクル）からｎサイクル前の基本燃料量firefである。基本燃料量firefは基本燃料量算出部１０４においてサイクル毎に算出され、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されていく。目標燃料量設定部１１０は、メモリに記憶されている基本燃料量firefのうち、現時点からｎサイクル前の基本燃料量firef(i-n)を読み出して目標燃料量として設定する。なお、ｎはインジェクタ１２から燃料が噴射されてから、その燃料を含む排気ガスがＡ／Ｆセンサ３２に到達するまでの時間（サイクル数）に相当している。

メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号が用いられる。Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号は、電圧−空燃比マップによって空燃比abyfに変換される。実燃料量算出部１１４は、吸入空気量Ga(i-n)を空燃比abyfで割算することにより、空燃比abyfを燃料量（実燃料量）fiactに換算する。吸入空気量Ga(i-n)は、吸入空気量遅延部１１２によってＥＣＵ３０のメモリから読み出される。吸入空気量遅延部１１２は、メモリに記憶されている吸入空気量Gaのうち、現時点（第ｉサイクル）からｎサイクル前の吸入空気量Ga(i-n)を読み出す。

Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６は、実燃料量算出部１１４で算出された実燃料量fiactから、除去対象燃料量を差し引くことにより、メインフィードバック制御の対象となる燃料量（Ｆ／Ｂ対象燃料量）fimを算出する。除去対象燃料量は、現時点（第ｉサイクル）からｎサイクル前のサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)である。サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbは、後述するサブフィードバック制御によってサイクル毎に算出され、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されていく。除去燃料量設定部１４２は、メモリに記憶されているサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのうち、現時点からｎサイクル前のサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)を読み出して除去対象燃料量として設定する。このように、実燃料量fiactからサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)を差し引いてＦ／Ｂ対象燃料量fimとすることで、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されるのを防止することができる。

燃料偏差量算出部１１８は、Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６で算出されたＦ／Ｂ対象燃料量fimと、目標燃料量設定部１１０で設定された目標燃料量firef(i-n)との燃料偏差量dfim（dfim＝fim−firef(i-n)）を算出する。

ＰＩコントローラ１２０は、次式（１）で示すように、燃料偏差量算出部１１８で算出された燃料偏差量dfimを入力信号（メインフィードバック入力信号）とし、このメインフィードバック入力信号をＰＩ制御することによってメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを算出する。式（１）において、dfisumは燃料偏差量dfimの時間積分値である。また、GainpはＰ動作（比例動作）の比例ゲイン、GainiはＩ動作（積分動作）の積分ゲインである。
fimfb = Gainp・dfim + Gaini・dfisum ・・・（１）
算出されたメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbは、メイン燃料量補正部１０８へ出力される。

（４）サブＦ／Ｂ補正燃料量の算出
サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbは、以下に説明するサブフィードバック制御を実行することにより得られる。ＥＣＵ３０は、サブフィードバック制御のための手段として、電圧−空燃比変換マップ１４８、燃料量換算部１３４、吸入空気量遅延部１３２、基準空燃比設定部１３０、基準燃料量設定部１３６、燃料偏差量算出部１３８、ＰＩコントローラ１４０、及びゲイン調整部１５０を含んでいる。

Ｏ₂センサ３４の出力信号は、触媒４０の下流における排気ガスの空燃比に応じて変化する。理論空燃比に対応するＯ₂センサ３４の出力信号（基準信号）は０．５Ｖであり、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときにはＯ₂センサ３４の出力信号は０．５Ｖよりも大きく、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときにはＯ₂センサ３４の出力信号は０．５Ｖよりも小さくなる。電圧−空燃比変換マップ１４８は、Ｏ₂センサ３４の出力信号（電圧値）を排気ガスの空燃比に変換するためのマップである。Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsは、電圧−空燃比変換マップ１４８において空燃比afoxsに変換され、燃料量換算部１３４へ出力される。

燃料量換算部１３４は、吸入空気量Ga(i-m)を空燃比afoxsで割算することにより、空燃比afoxsを燃料量fisに換算する。吸入空気量Ga(i-m)は、吸入空気量遅延部１３２によってＥＣＵ３０のメモリから読み出される。吸入空気量遅延部１３２は、メモリに記憶されている吸入空気量Gaのうち、現時点（第ｉサイクル）からｍサイクル前の吸入空気量Ga(i-m)を読み出す。なお、ｍはインジェクタ１２から燃料が噴射されてから、その燃料を含む排気ガスがＯ₂センサ３４に到達するまでの時間（サイクル数）に相当している。

基準燃料量設定部１３６は、サブフィードバック制御の目標値としての基準燃料量fisrefを設定する。基準燃料量fisrefは、基準空燃比設定部１３０で設定される基準空燃比afoxsrefを吸入空気量Ga(i-m)で割算することによって算出される。基準空燃比設定部１３０は、Ｏ₂センサ３４の基準信号に対応する理論空燃比を基準空燃比afoxsrefとして設定している。

燃料偏差量算出部１３８は、燃料量換算部１３４で空燃比afoxsから換算された燃料量fisと、基準燃料量設定部１３６で設定された基準燃料量fisrefとの燃料偏差量dfis（dfis＝fis−fisref）を算出する。この燃料偏差量dfisはＯ₂センサ３４の出力信号oxsと基準信号（０．５Ｖ）との偏差に基づく値であり、この燃料偏差量dfisがサブフィードバック制御におけるサブフィードバック入力信号となる。

ＰＩコントローラ１４０は、次式（２）で示すように、燃料量換算部１３４で得られた燃料偏差量dfisをサブフィードバック入力信号とし、このサブフィードバック入力信号をＰＩＤ制御することによって基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbを算出する。式（２）において、Sdfisは燃料偏差量dfisの時間積分値であり、Ddfisは燃料偏差量dfisの時間微分値である。また、Gp_sfbはＰ動作（比例動作）の比例ゲイン、Gi_sfbはＩ動作（積分動作）の積分ゲインである。
fisfbb = Gp_sfb・dfis + Gi_sfb・Sdfis ・・・（２）

ゲイン調整部１５０は、次式（３）に示すように、ＰＩコントローラ１４０で算出された基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbに補正係数Ksfbをゲインとして乗算する。
fisfb = Ksfb・fisfbb ・・・（３）
上記式（３）によって得られた燃料量fisfbは、サブＦ／Ｂ補正燃料量としてサブ燃料量補正部１０６へ出力される。補正係数Ksfbは１以下の値をとる変数であり、ゲイン調整部１５０は、補正係数Ksfbの値を変化させてサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整を行っている。サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整の具体的内容については、後で詳細に説明する。

（５）サブＦ／Ｂ補正燃料量のゲイン調整
ＥＣＵ３０は、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整を、図３に示すルーチンに従って実行する。図３は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行するサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整のルーチンを示すフローチャートである。最初のステップＳ１００では、ＰＩコントローラ１４０によるＰＩ制御によって基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbが算出される。

次のステップＳ１０２では、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsがリーン側（０．５Ｖよりも小さい値）からリッチ側（０．５Ｖよりも大きい値）に、或いはリッチ側からリーン側に反転したか否か判定される。図５には、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsの変化と、それに伴うサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbの変化、及び、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbの積算値sumsfbの変化が併せて示されている。上述のサブフィードバック制御が実行されることで、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsは周期的に変化している。

ステップＳ１０２の判定の結果、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsが反転した場合には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、前回サイクル、すなわち、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsが反転する直前の積算値sumsfb(i-1)が読込まれ、図５に示すように、その絶対値が反転時積算値fsumsfbとして記憶される。積算値sumsfb(i)は後述するステップＳ１１６においてサイクル毎に更新され、ステップＳ１０４の処理が実行された後のステップＳ１０６でリセットされる。

次のステップＳ１０８では、ステップＳ１０４で記憶された反転時積算値fsumsfbを用い、次式（４）によって反転時積算値fsumsfbの平均値が学習される。式（４）において、fsumsfbg(i)は今回サイクルで得られた反転時積算値fsumsfbの学習値であり、fsumsfbg(i-1)は前回サイクルで得られた学習値である。
fsumsfbg(i) = fsumsfbg(i-1) + (fsumsfb - fsumsfbg(i-1))/8 ・・・（４）
式（４）では、反転時積算値fsumsfbを１／８なまし処理した値を平均値として学習している。

以上のステップＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８の処理は、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsが反転した直後のサイクルのみ実行される。次回サイクルからは、再びＯ₂センサ３４の出力信号oxsが反転するまで、ステップＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８の処理は省略されてステップＳ１１０以降の処理が実行される。

ステップＳ１１０では、現在の積算値sumsfbが反転時積算値の学習値fsumsfbgで割算され、その値の絶対値が触媒雰囲気係数Ksumsfbとして算出される。触媒雰囲気係数Ksumsfbは触媒４０の雰囲気の変化を表しており、触媒雰囲気係数Ksumsfbが１に近づくほど、触媒４０の酸素吸蔵状態が枯渇状態或いは飽和状態に近づいたこと、すなわち、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsの反転時期が近いことを示す。反転時積算値の学習値fsumsfbgは触媒４０の最大酸素吸蔵量に対応し、積算値sumsfbは現在の酸素吸蔵量に対応しているので、触媒雰囲気係数Ksumsfbによれば、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsの反転を的確に予測することができる。

次のステップＳ１１２では、触媒雰囲気係数Ksumsfbに応じた補正係数Ksfbがマップから求められる。図４は、補正係数Ksfbを触媒雰囲気係数Ksumsfbから求めるためのマップの一例である。このマップでは、触媒雰囲気係数Ksumsfbが約０．５を超えるまでは補正係数Ksfbは１に設定され、触媒雰囲気係数Ksumsfbが約０．５を超えると補正係数Ksfbは徐々に小さくなるように設定されている。触媒雰囲気係数Ksumsfbが１を超えたら補正係数Ksfbは一定値に保持される。

ステップＳ１１４では、前掲の式（３）に示したように、ステップＳ１１２で求められた補正係数Ksfbがゲインとして基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbに乗じられることで、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbが算出される。補正係数Ksfbと触媒雰囲気係数Ksumsfbとの関係が図４のように設定されている結果、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsが反転してから暫くの間は、基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbがそのままサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbとして出力される。しかし、Ｏ₂センサ３４の出力信号oxsの反転時期が近づくと、補正係数Ksfbの減少に伴い、基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbよりも小さい値がサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbとして出力されることになる。

最後のステップＳ１１６では、ステップＳ１１４で算出されたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbが前回サイクルの積算値sumsfb(i-1)に積算される。そして、積算により得られた値が今回サイクルの積算値sumsfb(i)として記憶される。

［本実施形態の空燃比制御装置の利点］
図６は、補正係数Ksfbを図４のように設定した場合のサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbの積算値sumsfbの時間変化（図中に実線で示す）と、補正係数Ksfbを常に１に固定した場合の積算値sumsfbの時間変化（図中に破線で示す）とを比較して示す図である。つまり、Ｏ₂センサ３４の出力信号の反転に先立ってサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲインを低下させる場合の積算値sumsfbの時間変化と、ゲインを一定にしたままでの積算値sumsfbの時間変化とを比較して示す図である。

図６に示すように、Ｏ₂センサ３４の出力信号の反転に先立ってサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲインを低下させることで、Ｏ₂センサ３４の出力信号の反転時における積算値sumsfbの大きさは小さくなる。これは、触媒４０の酸素吸蔵状態が適正状態を外れてからＯ₂センサ３４の出力が反転するまでには遅れ時間が存在し、Ｏ₂センサ３４の出力信号の反転に先立ってサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲインを低下させることで、遅れ時間内での燃料の過剰な増量或いは減量が抑制されることによる。遅れ時間内で供給された補正燃料量は空燃比を過度にリッチ化或いはリーン化させるものであり、その量が多いほど排気エミッションを悪化させることになる。本実施形態の空燃比制御装置によれば、Ｏ₂センサ３４の出力信号の反転時に燃料を過剰に増量或いは減量してしまうことを防止することができるので、排気空燃比の理論空燃比からのずれを抑制し、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

［その他］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態のサブフィードバック制御では、Ｏ₂センサ３４の出力信号を用いて直接、燃料量を補正しているが、メインフィードバック制御で用いるＡ／Ｆセンサの出力信号を補正することで、間接的に燃料量を補正するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、基本サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbbに補正係数Ksfbを乗算したものをサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbとし、補正係数Ksfbを変化させることでサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整を行っているが、Ｐ動作の比例ゲインGp_sfbとＩ動作の積分ゲインGi_sfbの何れか一方、或いは双方を変化させることでサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整を行ってもよい。

本発明の実施の形態としての内燃機関の空燃比制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の実施の形態においてＥＣＵが空燃比制御装置として機能する際の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態において実行されるサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのゲイン調整のルーチンを示すフローチャートである。 補正係数Ksfbを触媒雰囲気係数Ksumsfbから求めるためのマップである Ｏ₂センサの出力信号oxsの変化と、それに伴うサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbの変化、及び、サブＦ／Ｂ補正燃料量の積算値sumsfbの変化を併せて示す図である。 Ｏ₂センサ３４の出力信号の反転に先立ってサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbを減少させる場合と、減少させない場合とで積算値sumsfbの時間変化を比較して示す図である。

符号の説明

２ 内燃機関
４ 吸気通路
６ 排気通路
１２ インジェクタ
１６ 燃焼室
３０ ＥＣＵ
３２ Ａ／Ｆセンサ
３４ Ｏ₂センサ
３６ エアフローメータ
４０ 三元触媒

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路において触媒の下流に配置され、理論空燃比の前後において出力信号が急変する出力特性を有する酸素センサと、
   前記酸素センサの出力信号が所定の基準信号に一致するように、前記酸素センサの出力信号を用いて空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
   前記フィードバック制御の実行中に前記酸素センサの出力信号の急変を事前に予測する予測手段と、
   前記酸素センサの出力信号の急変が予測されてから実際に前記酸素センサの出力信号が急変するまでの間、前記フィードバック制御によるフィードバック制御信号のゲインを通常時よりも低下させるゲイン調整手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記予測手段は、前記フィードバック制御信号の積分値に基づいて前記酸素センサの出力信号の急変を予測することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
   

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