JP2007107512A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気量が変化しても、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を一定する空燃比制御装置を提供すること。
【解決手段】本内燃機関の空燃比制御装置は、吸入空気量検出手段と、排気浄化触媒の上流側に配設されたリニア空燃比センサと、排気浄化触媒の下流側に配設されたＯ₂センサと、吸入空気量検出手段とＯ₂センサとの出力情報に基づいて排気浄化触媒に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御する目標空燃比制御手段と、該目標空燃比を達成するようにリニア空燃比センサの出力情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する燃料噴射量制御手段とを有し、目標空燃比制御手段は、吸入空気量が変化しても、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするように目標空燃比をフィードバック制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気通路に排気浄化触媒を有する内燃機関の空燃比制御装置において、特に、空燃比センサの出力値を用いて燃料供給量を制御し、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を所望の空燃比に制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来より、自動車用内燃機関においては、排気ガス浄化対策として、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯｘ（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が利用されている。そのような三元触媒による酸化・還元能力を高めるためには、内燃機関の燃焼状態を示す空燃比を理論空燃比近傍に制御する必要がある。そのため、内燃機関における燃料噴射制御においては、排気中の残留酸素濃度に基づき排気空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するＯ₂センサ（酸素濃度センサ）を設け、そのセンサ出力に基づいて燃料供給量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている。

かかる空燃比フィードバック制御では、酸素濃度を検出するＯ₂センサをできるだけ燃焼室に近い箇所であって三元触媒より上流側に設けているが、そのＯ₂センサの出力特性のばらつきを補償するために、三元触媒より下流側に第２のＯ₂センサを更に設けたダブルＯ₂センサシステムも実現されている。すなわち、三元触媒下流側では、排気ガスは十分に撹拌されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂センサの出力は、上流側Ｏ₂センサの出力よりも緩やかに変化し、混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ₂センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂センサによるメイン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂センサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するものであり、例えば、メイン空燃比フィードバック制御による関与する定数を、下流側Ｏ₂センサの出力に基づいて修正することにより、上流側Ｏ₂センサの出力特性のばらつきを吸収し、空燃比制御精度の向上を図っている。

また、近年においては、酸素ストレージ能を有する三元触媒を使用し、該三元触媒が常に一定の安定した浄化性能を発揮しうるように、該三元触媒に流入する排気の空燃比を制御する内燃機関も開発されている。三元触媒の酸素ストレージ能は、排気空燃比がリーン状態にあるときには過剰分の酸素を吸蔵し、排気空燃比がリッチ状態にあるときには不足分の酸素を放出することにより、排気を浄化するものであるが、このような能力は有限なものである。従って、酸素ストレージ能力を効果的に利用するためには、排気空燃比が次にリッチ状態またはリーン状態のいずれとなってもよいように、三元触媒中に貯蔵されている酸素量を所定量、例えば、最大酸素貯蔵量の半分に維持することが肝要であり、そのように維持されていれば、常に一定の酸素吸蔵・放出作用が可能となり、結果として三元触媒による一定の酸化・還元能力が常に得られる。

三元触媒の浄化性能を維持すべく酸素貯蔵量を一定に制御する内燃機関において、例えば、三元触媒の上流側と下流側との両方に空燃比センサが配置され、上流側に、空燃比をリニアに検出可能なリニア空燃比センサが配置され、下流側に、排気空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかに応じて異なる出力電圧を出力するＯ₂センサが配置される空燃比制御装置が知られている。該空燃比制御装置においては、三元触媒の上流側に配置されたリニア空燃比センサにおいて三元触媒に流入する排気空燃比を検出し、三元触媒の下流側に配置されたＯ₂センサにおいて三元触媒雰囲気の空燃比状態を検出し、三元触媒の酸素吸蔵量を一定に制御すべく、Ｏ₂センサの検出情報に基づいて三元触媒に流入する排気の目標空燃比が制御され、三元触媒に流入する排気の空燃比を該目標空燃比に制御すべく、リニア空燃比センサの出力情報を基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される。

特開平１１−８２１１４号明細書

上記のように、三元触媒の酸素吸蔵量を一定に制御すべく、Ｏ₂センサの検出情報に基づいて三元触媒に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、三元触媒に流入する排気の空燃比を該目標空燃比に制御すべく、リニア空燃比センサの出力情報を基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される空燃比制御装置においては、加速運転状態などの吸入空気量が大きい状態（以下、高Ｇａ状態とも称す）では、三元触媒の酸素吸蔵量に対する大きな補正量がかかり、三元触媒雰囲気が、三元触媒がＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの三成分の全てを８０％以上除去する理論空燃比近傍の空燃比幅（以下、浄化ウィンドウと称する）から大きく外れてしまい易いという課題がある。

三元触媒の酸素吸蔵量を一定に制御すべく、Ｏ₂センサの検出情報に基づいて三元触媒に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、三元触媒に流入する排気の空燃比を該目標空燃比に制御すべく、リニア空燃比センサの出力情報を基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される空燃比制御装置においては、三元触媒に流入する排気の目標空燃比が同一の目標空燃比値とされた場合でも、吸入空気量が異なれば、三元触媒に吸蔵あるいは放出される酸素の度合いは異なる。例えば、三元触媒に流入する排気の目標空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御された場合においては、吸入空気量が大きいほど、単位時間あたりに三元触媒に吸蔵される酸素量は大きくなり、三元触媒が貯蔵することが可能な酸素量すなわち最大酸素貯蔵量に、より早く達してしまうことになる。従って、三元触媒に流入する排気の目標空燃比が同一の目標空燃比値とされた場合であっても、吸入空気量が大きいほど、三元触媒に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量が大きく、すなわち、三元触媒の酸素吸蔵量に対する大きな補正量がかかり、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れてしまい易いという現象が生じうる。

本発明は上記課題に鑑み、吸入空気量が変化しても、酸素ストレージ能を有する三元触媒等の排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にすることができ、該排気浄化触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止でき、エミッションの向上を図ることが可能な空燃比制御装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明によれば、内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒と、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記排気浄化触媒の上流側に配設され、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するリニア空燃比センサと、前記排気浄化触媒の下流側に配設され、排気の空燃比がリッチかリーンかを感知するＯ₂センサと、前記吸入空気量検出手段と前記Ｏ₂センサとからの検出情報に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御する目標空燃比制御手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記目標空燃比に制御すべく、前記リニア空燃比センサの出力情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する燃料噴射量制御手段と、を有する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記目標空燃比制御手段は、前記吸入空気量が変化しても、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするように前記目標空燃比をフィードバック制御する、ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項１の発明では、目標空燃比制御手段により、吸入空気量が変化しても、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするように、すなわち、排気浄化触媒への単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは排気浄化触媒からの単位時間当たりの酸素放出量を一定にするように、目標空燃比をフィードバック制御することで、例えば、吸入空気量が大きい状態においても、排気浄化触媒雰囲気が、浄化ウィンドウから大きく外れることを防止でき、エミッションの向上を図ることが可能となる。

請求項２の発明によれば、前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比を少なくともＰＩ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、前記ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される所定の第二の補正係数が乗算される、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

請求項３の発明によれば、内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒と、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記排気浄化触媒の上流側に配設され、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するリニア空燃比センサと、前記排気浄化触媒の下流側に配設され、排気の空燃比がリッチかリーンかを感知するＯ₂センサと、前記吸入空気量検出手段と前記Ｏ₂センサとからの検出情報に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御する目標空燃比制御手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記目標空燃比に制御すべく、前記リニア空燃比センサの出力情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する燃料噴射量制御手段と、を有する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比を少なくともＰＩ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、前記ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される所定の第二の補正係数が乗算される、ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項２および請求項３の発明では、排気浄化触媒に流入する目標空燃比に対するフィードバック制御がＰＩ制御によりなされ、該ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される第二の補正係数が乗算され、これにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にする制御がなされる。

請求項４の発明によれば、前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比をＰＩＤ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、前記ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）補正項および微分（Ｄ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の前記第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される所定の前記第二の補正係数が乗算される、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項４の発明では、排気浄化触媒に流入する目標空燃比に対するフィードバック制御がＰＩ制御に加えてＤ制御がなされるＰＩＤ制御によりなされ、該ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）補正項および微分（Ｄ）補正項には、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される第二の補正係数が乗算され、これにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にする制御がなされる。

請求項５の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関の各気筒内に充填された新気の量を表す負荷率を検出する負荷率検出手段を有し、前記ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の前記第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記第二の補正係数の代わりに前記負荷率が大きくなるほど大きく設定される所定の第三の補正係数が乗算される、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項５の発明では、内燃機関の各気筒内に充填された新気の量を表す負荷率を検出する負荷率検出手段を有し、排気浄化触媒に流入する目標空燃比に対するフィードバック制御がＰＩ制御によりなされ、該ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される第二の補正係数の代わりに負荷率が大きくなるほど大きく設定される第三の補正係数が乗算され、これにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にする制御がなされる。

内燃機関の各機筒内に充填された新気の量を表す負荷率（ＫＬ）とは、内燃機関の負荷を表す一つのパラメータであり、例えば次式により定義される。
ＫＬ（％）＝Ｍｃａｉｒ／（（ＤＳＰ／ＮＣＹＬ）×ρａｓｔｄ）×１００
ここで、Ｍｃａｉｒは吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量（ｇ）を、ＤＳＰは機関の排気量（リットル）を、ＮＣＹＬは気筒数を、ρａｓｔｄは標準状態（１気圧、２５℃）における空気密度（約１．２ｇ／リットル）をそれぞれ示している。

積分補正項は、排気浄化触媒に流入させる排気の目標空燃比に対する実際の排気の空燃比（実空燃比）のずれを補正する役割を果すものであり、各気筒の筒内に充填される新気量は吸入空気量に依存して変化するため、吸入空気量に応じた補正を与えることで目標空燃比に対する実空燃比のずれを補正する目標空燃比のフィードバック制御を可能とする。しかしながら、各気筒の筒内に充填される新気量は機関回転数や気筒数等にも依存して変化するため、より精度良い目標空燃比のフィードバック制御を可能にするように、各気筒の筒内に充填された新気の量を検出する手段を有する場合には、吸入空気量に応じた補正の代わりに、各気筒の筒内に充填された新気の量に応じた補正が積分補正項に与えられてもよい。

請求項５の発明では、内燃機関の各気筒内に充填された新気の量を表す負荷率を検出する負荷率検出手段を有し、上記のような負荷率をパラメータとする第三の補正係数を、吸入空気量をパラメータとする第二の補正係数の代わりに積分補正項に乗算することで、負荷率に応じた、すなわち上記筒内充填新気量に応じた目標空燃比のフィードバック制御ができ、より精度の良い目標空燃比のフィードバック制御が可能となる。

請求項６の発明によれば、前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比をＰＩＤ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、前記ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）補正項および微分（Ｄ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の前記第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記第二の補正係数の代わりに前記負荷率が大きくなるほど大きく設定される所定の前記第三の補正係数が乗算される、
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項６の発明では、排気浄化触媒に流入する目標空燃比に対するフィードバック制御が、ＰＩＤ制御によりなされ、該ＰＩＤ制御における比例補正項および微分補正項には、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数が乗算され、積分補正項には、負荷率が大きくなるほど大きく設定される第三の補正係数が乗算され、これにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にする制御がなされる。

請求項７の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量を検出する酸素ストレージ能検出手段を更に有し、前記比例補正項に、前記最大酸素吸蔵量が大きくなるほど大きく設定される所定の第四の補正係数が更に乗算される、ことを特徴とする請求項２から請求項６の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

請求項８の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量を検出する酸素ストレージ能検出手段を有し、前記比例補正項および前記微分補正項に、前記最大酸素吸蔵量が大きくなるほど大きく設定される所定の第四の補正係数が更に乗算される、ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項７および請求項８の発明では、目標空燃比フィードバック制御がＰＩ制御による場合には比例補正項に、またＰＩＤ制御による場合には比例補正項および微分補正項に、更に、排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量に比例して設定される第四の補正係数が乗算される。これにより、排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量に応じた目標空燃比フィードバック制御が可能となり、例えば、排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、排気浄化触媒に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を小さくするよう制御することができ、排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量が劣化あるいは低下した場合であっても、排気浄化触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、エミッションの向上を図ることが可能となる。

請求項９の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関の始動後からの継続時間を検出し、前記内燃機関が始動直後の状態であるか否かを判定する始動状態判定手段を有し、前記始動状態判定手段は、前記内燃機関の始動後からの継続時間が所定時間に達していない場合には、前記内燃機関が始動直後の状態であると判定し、前記目量空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を禁止する、ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

請求項１０の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関への燃料供給がカットされた状態の継続時間、および、前記内燃機関への燃料供給のカットが中止され燃料供給が復帰されてからの継続時間を検出し、前記内燃機関が燃料供給カット状態にあるか否かを判定するＦ／Ｃ状態判定手段を有し、前記Ｆ／Ｃ状態判定手段は、前記内燃機関の燃料供給カット状態が所定時間以上継続した場合、または、前記内燃機関の燃料供給カット中止後の燃料供給の継続時間が所定時間に達していない場合には、前記内燃機関が燃料供給カット状態にあると判定し、前記目量空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を禁止する、ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

請求項１１の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関のアイドル運転状態の継続時間、および、前記内燃機関のアイドル運転終了後通常運転が開始されてからの継続時間を検出し、前記内燃機関がアイドル運転状態にあるか否かを判定するアイドル運転状態判定手段を有し、前記アイドル運転状態判定手段により、前記内燃機関のアイドル運転状態が所定時間以上継続した場合、または、前記内燃機関のアイドル運転終了後の通常運転の継続時間が所定時間に達していない場合には、前記内燃機関がアイドル運転状態にあると判定し、前記目量空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を禁止する、ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

内燃機関の始動直後、長い燃料供給カットからの復帰後、または長いアイドル運転放置後のような状態は、吸入空気量の小さい状態が継続する状態であり、排気浄化触媒温度が低下し易い状態である。排気浄化触媒温度が低下し易い環境下においては排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量が低下することが知られている。よって、このような状態においては、排気浄化触媒に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を小さくするよう制御する必要がある。しかしながら、内燃機関の始動直後、長い燃料供給カットからの復帰後、または長いアイドル運転放置後のような状態は吸入空気量が小さい状態でもあるため、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数、すなわち、吸入空気量が小さくなるほど大きく設定される第一の補正係数が比例補正項および微分補正項に乗算される目標空燃比フィードバック制御が実行された場合、排気浄化触媒に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を大きくするように制御されてしまうため、過度のハンチングを発生し、エミッションやドライバビリティの悪化をもたらす可能性があることが考えられる。そこで、請求項９、請求１０および請求項１１の発明では、内燃機関の始動直後、長い燃料供給カットからの復帰後、または長いアイドル運転放置後のような吸入空気量が小さい状態が継続する状態においては、目標空燃比フィードバック制御における比例補正項および微分補正項に対する、吸入空気量に依存した第一の補正係数の乗算する補正を禁止することで、過度のハンチングを防止し、エミッションやドライバビティの向上を図ることが可能となる。

請求項１２の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、機関回転数検出手段を有し、前記目標空燃比フィードバック制御における前記積分補正項の算出処理が、燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行される場合には、前記積分補正項に、更に、前記機関回転数が大きくなるほど小さく設定される第五の補正係数が乗算される、ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項１２の発明では、目標空燃比フィードバック制御における積分補正項の補正量の算出処理が燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行される場合の積分補正項の補正量の算出における機関回転数の影響を考慮して、目標空燃比のフィードバック制御における積分補正量を算出する際に、機関回転数が大きくなるほど小さく設定される第四の補正係数がパラメータとして加えられる。これにより、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にする制御に対する機関回転数の影響を抑制することが可能となる。

請求項１３の発明によれば、前記目標空燃比フィードバック制御における前記積分補正項の算出処理を、所定時間毎に同期する処理ルーチンで実行することを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項１３の発明では、目標空燃比フィードバック制御における積分補正量の算出処理を、燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行するのではなく、所定時間毎に同期する処理ルーチンで実行する。これにより、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にする制御に対する機関回転数の影響を抑制が可能となる。

請求項１４の発明によれば、前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関への燃料供給がカットされた状態からの復帰時に速やかに前記排気浄化触媒雰囲気をリッチ空燃比にするリッチ制御状態にあるか否かを判定するリッチ制御状態判定出段を有し、前記前記リッチ制御状態判定手段により、前記リッチ制御状態にあると判定された場合には、前記目標空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を所定期間禁止する、ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。

すなわち、請求項１４の発明では、リッチ制御状態判定手段により、燃料供給カットからの復帰時のリッチ制御状態にあると判定された場合には、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数の乗算する補正が所定期間禁止される。これにより、排気浄化触媒雰囲気を確実にリッチ空燃比とすることができ、燃料供給カットにより低下した排気浄化触媒の浄化作用を早期に適正な状態に回復することが可能となる。

各請求項の記載によれば、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量を一定に制御すべく、Ｏ₂センサの検出情報に基づいて排気浄化触媒に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を該目標空燃比に制御すべく、リニア空燃比センサの出力情報を基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される空燃比制御装置において、吸入空気量が変化しても、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にすることができ、排気浄化触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止でき、エミッションの向上を図ることが可能となる共通の効果を奏する。

以下、添付図面を参照して本発明の内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１において、１は内燃機関本体、２は排気管、３は三元触媒、４はリニア空燃比センサ、５は酸素センサ（以下、Ｏ₂センサと称す）、６は吸気管、７はスロットル弁、８はエアフローメータ、９は目標空燃比制御手段、１０は吸入空気量検出手段、１１は負荷率検出手段、１２は酸素ストレージ能検出手段、１３は始動状態判定手段、１４は燃料カット状態判定手段（以下、Ｆ／Ｃ状態判定手段と称す）、および、１５はアイドル運転状態判定手段、１６は燃料噴射量制御手段、をそれぞれ示す。

内燃機関本体１の排気管２には三元触媒３が配置され、その上流側には上流側空燃比センサとしてリニア空燃比センサ４が配置され、また、その下流側には下流側空燃比センサとしてＯ₂センサ５がそれぞれ配置される。

三元触媒３は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを最大効率で浄化する役割を果すものである。また、三元触媒３は、酸素ストレージ能を促進する助触媒として触媒担体に例えばセリアなどが添加されており、流入する排気の空燃比に応じて酸素を吸蔵したり、放出したりする酸素ストレージ能を有している。尚、本実施形態においては、内燃機関本体の排気通路に配置される排気浄化触媒を三元触媒としたが、酸素ストレージ能を有する他の排気浄化触媒が三元触媒の代わりに使用されてもよい。

三元触媒３の上流側に配置されたリニア空燃比センサ４は、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するセンサであり、三元触媒３の下流側に配置されたＯ₂センサ５は、排気の空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にあるか、あるいは、リーン側にあるかを検出する特性を有するセンサである。

内燃機関本体１の吸気管６には、スロットル弁７と、該スロットル弁７により調整された吸入空気量を測定するエアフローメータ８が配置されている。エアフローメータ８は、吸入空気量を直接計測する役割を果すものであって、ポテンシオメータなどを内蔵して吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生するものである。

吸入空気量検出手段１０は内燃機関への吸入空気量を検出する役割を果すものであり、負荷率検出手段１１は内燃機関の負荷率を検出する役割を果すものである。具体的な一実施形態においては、吸入空気量検出手段１０および負荷率検出手段１１は、エアフローメータ８を有して構成され、エアフローメータ８からの出力情報に基づいて吸入空気量および負荷率が算出される。

ここで負荷率（ＫＬ）とは、内燃機関の各機筒内に充填された新気の量を表すものであり、機関回転数を考慮した内燃機関の負荷を表す一つのパラメータであり、例えば次式により定義される。
ＫＬ（％）＝Ｍｃａｉｒ／（（ＤＳＰ／ＮＣＹＬ）×ρａｓｔｄ）×１００・・式１
式１の中で、Ｍｃａｉｒは吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量である筒内充填新気量（ｇ）を、ＤＳＰは機関の排気量（リットル）を、ＮＣＹＬは気筒数を、ρａｓｔｄは標準状態（１気圧、２５℃）における空気密度（約１．２ｇ／リットル）をそれぞれ示している。このような負荷率を使用する場合には、負荷率検出手段１１には、機関回転数を検出する機関回転数検出手段が含まれて構成されることになる。

酸素ストレージ能検出手段１２は、三元触媒３が吸蔵可能な最大酸素量すなわち最大酸素吸蔵量を検出する役割を果すものである。具体的な一実施形態においては、酸素ストレージ能検出手段１２は、リニア空燃比センサ４、Ｏ₂センサ５、エアフローメータ８を有して構成される。この場合、リニア空燃比センサ４、Ｏ₂センサ５およびエアフローメータ８の検出情報に基づいて、三元触媒３の吸蔵可能な最大酸素量が演算される。例えば、三元触媒上流の排気空燃比から換算して排気中の酸素の過剰または不足する割合である酸素過剰率を算出し、該酸素過剰率とそのときの吸入空気量とから三元触媒３に吸蔵される酸素量または放出される酸素量とがわかり、これを積算していくことで三元触媒３の吸蔵可能な最大酸素量が演算される。

始動状態判定手段１３は、内燃機関が始動直後の状態であるか否かを判定する役割を果すものである。具体的な一実施形態においては、始動状態判定手段１３は、内燃機関の始動後の継続時間をカウントし、内燃機関の始動後の継続時間が所定時間を越えているか否かを判定する始動状態タイマー手段を有して構成される。始動状態判定手段１３により、内燃機関の始動後の経過時間が所定時間に達していないと判定された場合には、内燃機関は始動直後の状態にあると判定される。

Ｆ／Ｃ状態判定手段１４は、内燃機関が長期間にわたり燃料供給カット状態にあるか否かを判定する役割を果すものである。具体的な一実施形態においては、Ｆ／Ｃ状態判定手段１４は、内燃機関への燃料供給がカットされた状態の継続時間、および、内燃機関への燃料供給のカットが中止され燃料供給が復帰されてからの継続時間を検出するＦ／Ｃ状態タイマー手段を有して構成される。Ｆ／Ｃ状態判定手段１４により、内燃機関の燃料供給カット状態が所定時間以上継続した場合、または、内燃機関の燃料供給カット中止後の燃料供給の継続時間が所定時間に達していない場合に、内燃機関が長期間にわたり燃料供給カット状態にあると判定される。

アイドル運転状態判定手段１５は、内燃機関がアイドル運転状態にあるか否かを判定する役割を果すものである。具体的な一実施形態においては、アイドル運転状態判定手段１５は、内燃機関のアイドル運転状態の継続時間、および、内燃機関のアイドル運転終了後通常運転が開始されてからの継続時間を検出するアイドル運転状態タイマー手段を有して構成される。アイドル運転状態判定手段１５により、内燃機関のアイドル運転状態が所定時間以上継続した場合、または、内燃機関のアイドル運転終了後の通常運転の継続時間が所定時間に達していない場合に、内燃機関がアイドル運転状態にあると判定される。

目標空燃比制御手段９は、三元触媒３の酸素吸蔵量を一定に維持するのに適当な、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御する役割を果すものである。目標空燃比制御手段９は、ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）補正項、積分（Ｉ）補正項および微分（Ｄ）補正項のそれぞれフィードバック補正量を算出するＰＩＤ制御部を備え、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比を演算する目標空燃比演算部を有して構成される。該目標空燃比演算部は、Ｏ₂センサ５、吸入空気量検出手段１０、負荷率検出手段１１、酸素ストレージ能検出手段１２、始動状態判定手段１３、Ｆ／Ｃ状態判定手段１４およびアイドル運転状態判定手段１５のそれぞれの各検出情報あるいは判定情報を取り込むことが可能なように構成される。

また、目標空燃比演算部は、ＰＩＤ制御を実行するにあたって、吸入空気量に依存して比例補正項および微分補正項に乗算する第一の補正係数を算出するための第一のマップと、負荷率に依存して積分補正項に乗算する第二の補正係数を算出するための第二のマップとを有する。具体的には、比例補正項および微分補正項に乗算する第一の補正係数は、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定され、積分補正項に乗算される第二の補正係数は、負荷率に比例して設定される。また、目標空燃比演算部は、さらに、三元触媒が吸蔵することが可能な酸素吸蔵量すなわち最大酸素吸蔵量に依存して比例補正項および微分補正項に乗算する第三の補正係数を算出するための第三のマップを有してもよい。この場合、比例補正項および微分補正項には、上記吸入空気量に依存して算出される第一の補正係数に加え、最大酸素吸蔵量に比例して設定される第三の補正係数が乗算することが可能となる。尚、上記各マップは、例えばメモリーなどに記憶されて格納される。

燃料噴射量制御手段１６は、三元触媒３に流入する排気の空燃比を、目標空燃比制御手段９により制御された目標空燃比にすべく、リニア空燃比センサ４の情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する役割を果すものであり、リニア空燃比センサ４の出力情報および目標空燃比制御手段９に制御された目標空燃比情報を取り込むことが可能なように構成される。

上述した各構成要素を有する図１に示す実施形態の内燃機関の空燃比制御装置の作用効果について以下に説明する。
図２は、本空燃比制御装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の制御ルーチンの第一実施形態を示すフローチャート図である。

図２に示す制御ルーチンでは、まず、Ｏ₂センサ５の出力情報に基づいて目標空燃比演算部にて、Ｏ₂センサ出力偏差、該出力偏差を積算することにより算出される積分値およびＯ₂センサ出力変化量が算出される。次に、吸入空気量が変化しても、三元触媒３の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定する、すなわち、単位時間あたりに三元触媒３に吸蔵されるあるいは三元触媒３から放出される酸素量を一定に最適制御にするように、内燃機関の吸入空気量および負荷率に基づいて、ＰＩＤ制御における比例補正項、微分補正項および積分補正項に乗算する各補正係数を、目標空燃比演算部に格納されたそれぞれの補正係数を算出するためのマップにより算出する。そして、以上の各算出値、および、ＰＩＤ制御において予めマップ等により設定される所定の比例ゲイン（以下、Ｐゲインと称す）、積分ゲイン（以下、Ｉゲインと称す）および微分ゲイン（以下、Ｄゲインと称す）に基づいて、比例（Ｐ）補正量、積分（Ｉ）補正量および微分（Ｄ）補正量が算出され、これらの各補正量に基づいて、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御がなされる。
以下に各ステップの詳細について説明する。

まず、ステップ１０１からステップ１０３において、Ｏ₂センサ出力偏差、該出力偏差の積分値およびＯ２センサ出力変化量が算出される。ステップ１０１において、目標空燃比制御手段９の目標空燃比演算部にてＯ₂センサ５の出力値に基づいて、Ｏ₂センサ出力の偏差が算出される。具体的には、三元触媒雰囲気が所望の空燃比状態、例えば理論空燃比状態であることを示すＯ₂センサ５に対して予め設定された目標電圧から実際のＯ₂センサ出力値を減算することにより算出される。ステップ１０２においては、目標空燃比制御手段９の目標空燃比演算部にて、ステップ１０１にて算出されたＯ₂センサ出力の偏差の積算値すなわち積分値が算出される。具体的には、ステップ１０１にて算出されたＯ₂センサ出力の偏差を積算することにより算出される。ステップ１０３においては、目標空燃比制御手段９の目標空燃比演算部にて、Ｏ₂センサ５の出力値に基づいて、Ｏ₂センサ出力の変化量が算出される。具体的には、Ｏ₂センサ５の出力値から前回のＯ₂センサ５の出力値を減算することにより算出される。

次に、ステップ１０４からステップ１０５にて、内燃機関の吸入空気量および負荷率に基づいて、ＰＩＤ制御における比例補正項、微分補正項および積分補正項に乗算する補正係数が、目標空燃比演算部に格納されたそれぞれの補正係数を算出するためのマップにより算出される。図３は、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、吸入空気量に依存して設定され比例補正項および微分補正項に乗算される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を算出するための第一のマップの一実施形態を示す図である。図４は、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、負荷率に依存して設定され積分補正項に乗算される第二の補正係数（Ｋｓｆｂ２）を算出するための第二のマップの一実施形態を示す図である。

ステップ１０４においては、吸入空気量検出手段１０の検出情報に基づいて、目標空燃比演算部に格納された第一のマップ（図３）から、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において比例補正項および微分補正項に乗算する第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を算出する。図３に示されている如く、該ＰＩＤ制御における比例補正項および微分補正項に乗算される第一の補正係数は、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される。

三元触媒３の酸素吸蔵量を一定に制御すべく、Ｏ₂センサ５の検出情報に基づいて三元触媒３に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、三元触媒３に流入する排気の空燃比を該目標空燃比に制御すべく、リニア空燃比センサ４の出力情報を基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される空燃比制御装置においては、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比が同一の目標空燃比値とされた場合でも、吸入空気量が異なれば、三元触媒３に吸蔵あるいは放出されるＯ₂の度合いは異なる。例えば、三元触媒に３流入する排気の目標空燃比が理論空燃比よりリーン側に制御された場合においては、吸入空気量が大きいほど、単位時間あたりに三元触媒３に吸蔵される酸素量は大きくなり、三元触媒３が貯蔵することが可能な酸素量すなわち最大酸素貯蔵量に、より早く達してしまうことになる。従って、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比が同一の目標空燃比値とされた場合であっても、吸入空気量が大きいほど、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量が大きく、すなわち、三元触媒３の酸素吸蔵量に対する大きな補正量がかかり、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れてしまい易いという現象が生じうる。

本空燃比制御装置おいては、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数を、ＰＩＤ制御における比例補正項および微分補正項に乗算することにより、吸入空気量が変化しても、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素の吸蔵量あるいは放出量を一定にすることができ、すなわち、三元触媒３の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量が一定することができ、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、エミッションを向上することが可能となる。

ステップ１０５においては、負荷率検出手段１１の検出情報に基づいて、目標空燃比演算部に格納された第二のマップ（図４）から、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において積分補正項に乗算する第二の補正係数（Ｋｓｆｂ２）を算出する。図４に示されている如く、該ＰＩＤ制御における積分補正項に乗算される第二の補正係数は、負荷率が大きくなるほど大きくなるように、負荷率に比例して設定される。該ＰＩＤ制御における積分補正項は、目標空燃比制御手段９により算出された目標空燃比に対する、三元触媒３に流入する排気の空燃比のずれを補正する役割を果すものであるため、内燃機関の負荷率に比例して補正を与えることで、該目標空燃比を精度よく一定に保つことを可能とする。

ステップ１０６からステップ１０８においては、ステップ１０１からステップ１０５において算出された各算出値、および、ＰＩＤ制御における所定のＰゲイン、ＩゲインおよびＤゲインに基づいて、比例（Ｐ）補正量、積分（Ｉ）補正量および微分（Ｄ）補正量が算出される。

ステップ１０６においては、ステップ１０１にて算出されたＯ₂センサ出力偏差とステップ１０４にて算出された第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）とＰゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正量が算出される。ステップ１０７においては、ステップ１０２にて算出されたＯ₂センサ出力偏差の積分値とステップ１０５にて算出された第二の補正係数（Ｋｓｆｂ２）とＩゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における積分補正量が算出される。ステップ１０８においては、ステップ１０３にて算出されたＯ₂センサ出力変化量とステップ１０４にて算出された第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）とＤゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における微分補正量が算出される。

続くステップ１０９においては、ステップ１０６からステップ１０８にて算出された、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正量、積分補正量および微分補正量のそれぞれを加算することによりフィードバック補正量が算出され、一連の制御ルーチンを終了する。

そして、図２に示した一連の制御ルーチンが終了後、燃料噴射量制御手段１６により、三元触媒３に流入する排気の空燃比を、ステップ１０９にて算出されたフィードバック補正量に基づいてフィードバック制御された目標空燃比にすべく、リニア空燃比センサ４により検出された三元触媒３に流入する排気の現状の空燃比情報に基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される。

図５は、本空燃比制御装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の制御ルーチンの第二実施形態を示すフローチャート図である。

三元触媒３が酸素を吸蔵することが可能な最大量すなわち最大酸素吸蔵量は、三元触媒３の熱劣化などに起因して劣化する可能性があることが知られている。従って、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比が同一の目標空燃比値とされ且つ吸入空気量が同一であっても、三元触媒３の最大酸素吸蔵量の劣化が大きいほど、三元触媒３への酸素吸蔵に対する許容範囲に、より早く達してしまうことになり、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れてしまう可能性が大きい。

このことに基づいて、図５に示される第二の実施形態の制御ルーチンおいては、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が劣化あるいは低下するような使用環境に高頻度に三元触媒３がさらされるような場合を考慮して、図２に示された制御ルーチンに対して、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正量および微分補正量を算出する際に、三元触媒３の最大酸素吸蔵量に比例して算出される第三の補正係数がパラメータとして加えられる。これにより、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が小さいほど、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を小さくするよう制御することができ、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が劣化あるいは低下した場合であっても、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、エミッションを向上することが可能となる。
以下に各ステップの詳細について説明する。

図５に示す第二実施形態の制御ルーチンにおいて、ステップ２０１からステップ２０５においては、Ｏ₂センサ出力偏差、Ｏ₂センサ出力偏差を積算することにより算出される積分値、Ｏ₂センサ出力の変化量、吸入空気量に依存した第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）、および、負荷率に依存した第二の補正係数（Ｋｓｆｂ２）が算出されるが、これらの各ステップの内容は、図２に示された第一実施形態の制御ルーチンのステップ１０１からステップ１０５と同様であるため、その説明を省略する。

ステップ２０６においては、酸素ストレージ能検出手段１２により検出された三元触媒３の最大酸素吸蔵量が目標空燃比制御手段９の目標空燃比演算部に取り込まれ、続くステップ２０７においては、ステップ２０６に検出された三元触媒３の最大酸素吸蔵量の検出情報に基づいて、目標空燃比演算部に格納された第三のマップ（図６）から、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において比例補正項および微分補正項に乗算する第三の補正係数（触媒劣化係数）を算出する。図６は、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、最大酸素吸蔵量に依存して設定され比例補正項および微分補正項に乗算される第三の補正係数（触媒劣化係数）を算出するための第三のマップを示す図である。図６に示されている如く、該ＰＩＤ制御における比例補正項および微分補正項に乗算される第三の補正係数は、最大酸素吸蔵量が大きくほど大きくなるように最大酸素吸蔵量に比例して設定される。これにより、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が小さいほど、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を小さくするよう制御することができ、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が劣化あるいは低下した場合であっても、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、エミッションを向上することが可能となる。

ステップ２０８からステップ２１０においては、ステップ２０１からステップ２０７において算出された各算出値、および、ＰＩＤ制御における所定のＰゲイン、ＩゲインおよびＤゲインに基づいて、比例補正量、積分補正量および微分補正量が算出される。

ステップ２０８においては、ステップ２０１にて算出されたＯ₂センサ出力偏差とステップ２０４にて算出された第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）とステップ２０７にて算出された第三の補正係数（触媒劣化係数）とＰゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正量が算出される。ステップ２０９においては、ステップ２０２にて算出されたＯ₂センサ出力偏差の積分値とステップ２０５にて算出された第二の補正係数（Ｋｓｆｂ２）とＩゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における積分補正量が算出される。ステップ２１０においては、ステップ２０３にて算出されたＯ₂センサ出力変化量とステップ２０４にて算出された第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）とステップ２０７にて算出された第三の補正係数（触媒劣化係数）とＤゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における微分補正量が算出される。

続くステップ２１１においては、ステップ２０８からステップ２１０にて算出された、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正量、積分補正量および微分補正量のそれぞれを加算することによりフィードバック補正量が算出され、一連の制御ルーチンを終了する。

そして、図５に示した一連の制御ルーチンが終了後、燃料噴射量制御手段１６により、三元触媒３に流入する排気の空燃比を、ステップ２１１にて算出されたフィードバック補正量に基づいてフィードバック制御された目標空燃比にすべく、リニア空燃比センサ４により検出された三元触媒３に流入する排気の現状の空燃比情報に基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される。

以上、図２から図６を参照して、本空燃比制御装置が適用された内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の第一の実施形態の制御ルーチンおよび第二の実施形態の制御ルーチンによれば、吸入空気量が変化しても、三元触媒３の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定することができ、すなわち、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素の吸蔵量あるいは放出量を一定にすることができ、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、エミッションの向上を図ることを可能とする。

ところで、吸入空気量が変化しても三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素の吸蔵量あるいは放出量を一定にするように目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正項および微分補正項に、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を乗算してフィードバック補正量を算出するフィードバック制御が、内燃機関の始動直後や長期間にわたる燃料カットからの復帰後、または長期間にわたるアイドル運転状態において適用された場合、過度のハンチングが発生し、エミッションやドライバビィティの悪化をもたらす可能性があることが考えられる。

内燃機関の始動直後、長い燃料供給カットからの復帰後、または長いアイドル運転放置後のような状態は、吸入空気量の小さい状態が継続する状態であり、三元触媒温度が低下し易い状態である。三元触媒温度が低下し易い環境下においては三元触媒３の最大酸素吸蔵量が低下することが知られている。よって、このような状態においては、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を小さくするよう制御する必要がある。しかしながら、内燃機関の始動直後、長い燃料供給カットからの復帰後、または長いアイドル運転放置後のような状態は吸入空気量が小さい状態でもあるため、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数、すなわち、吸入空気量が小さくなるほど大きく設定される第一の補正係数が比例補正項および微分補正項に乗算されるＰＩＤ制御が実行された場合、三元触媒３に対する単位時間当たりの酸素吸蔵量あるいは酸素放出量を大きくするように制御されてしまうため、過度のハンチングを発生し、エミッションやドライバビリティの悪化をもたらす可能性があることが考えられる。

このことに基づいて、内燃機関の始動直後や長期間にわたる燃料カットからの復帰後、または長期間にわたるアイドル運転状態において、目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御における比例補正項および微分補正項への、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算を禁止するような制御ルーチンが、図２および図５に示された制御ルーチンに更に加えられてよい。

図７は、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算を所定の条件において禁止する制御ルーチンの一実施形態を示す図である。図７に示す制御ルーチンにおいて、始動状態判定手段１３、Ｆ／Ｃ状態判定手段１４およびアイドル運転状態判定手段１５により、内燃機関の始動直後や長期間にわたる燃料カットからの復帰後、または長期間にわたるアイドル運転状態にある否かが判定され、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算する補正（以下、Ｇａ補正と称す）を許可するか禁止するかが判定される。
以下に、各ステップの詳細について説明する。

ステップ３０１において、始動状態判定手段１３の始動状態タイマー手段による始動後時間カウンタ（Ｔａｓｔ）の算出すなわち内燃機関の始動後の継続時間がカウントされ、内燃機関の始動後の継続時間が始動後のＧａ補正を許可する判定値（α）を越えているか否かが判定される。内燃機関の始動後の継続時間が始動後のＧａ補正を許可する判定値（α）を越えていないと判定された場合には、ステップ３０５に進み、Ｇａ補正が禁止される。内燃機関の始動後の継続時間が始動後のＧａ補正を許可する判定値（α）を越えたと判定された場合には、続くステップ３０２に進む。

ステップ３０２においては、Ｆ／Ｃ状態判定手段１４によるＧａ補正禁止フラグ（Ｘｆｃｌｎｇ）のＯＮ／ＯＦＦが判定される。Ｇａ補正禁止フラグがＯＮされていると判定された場合には、ステップ３０５に進み、Ｇａ補正が禁止される。Ｇａ補正禁止フラグがＯＦＦされていると判定された場合には、ステップ３０３に進む。

ステップ３０３においては、アイドル運転状態判定手段１５によるＧａ補正禁止フラグ（Ｘｉｄｌｎｇ）のＯＮ／ＯＦＦが判定される。Ｇａ補正禁止フラグがＯＮされていると判定された場合には、ステップ３０５に進み、Ｇａ補正が禁止される。Ｇａ補正禁止フラグがＯＦＦされていると判定された場合には、ステップ３０４に進み、Ｇａ補正が許可され、一連の制御ルーチンが終了される。尚、図７に示された本実施形態においては、内燃機関の始動直後状態、長期間にわたる燃料カットからの復帰後状態、および長期間にわたるアイドル運転状態のすべての条件がＧａ補正の許可条件を満たしたときにＧａ補正が許可されるが、これら三つの状態の内の任意の一つあるいは任意の二つの状態の条件がＧａ補正の許可条件を満たしたときにＧａ補正が許可されるように制御ルーチンが構成されてもよい。

図８は、図７に示された制御ルーチンのステップ３０１における始動後時間カウンタ（Ｔａｓｔ）すなわち内燃機関の始動後の継続時間をカウントする制御ルーチンの一実施形態を示す図である。図８に示す制御ルーチンにおいては、始動状態判定手段１３により、ステップ４０１にて内燃機関が始動後にあるか否かが判定され、始動後であると判定されると、ステップ４０２に進み、始動後の継続時間がカウントされ、始動後にないと判定されると、ステップ４０３に進み、カウントされた継続時間がクリアされる。

図９は、図７に示された制御ルーチンのステップ３０２における、Ｆ／Ｃ状態判定手段１４によるＧａ補正禁止フラグ（Ｘｆｃｌｎｇ）のＯＮ／ＯＦＦの判定の制御ルーチンの一実施形態を示す図である。図９に示す制御ルーチンにおいては、ステップ５０１にて内燃機関が燃料供給カット（Ｆ／Ｃ）中であるか否かが判定される。ステップ５０１において、燃料供給カット中であると判定されると、ステップ５０２およびステップ５０３に進み、燃料供給カット継続時間カウンタ（Ｔｆｃ）のインクリメントすなわち燃料供給カット継続時間のカウントがなされ、また、燃料供給カット復帰後の時間カウンタ（Ｔａｆｃ）がクリアされ、続くステップ５０４に進む。ステップ５０４においては、燃料供給カット継続時間が、Ｇａ補正を禁止する禁止判定値（β）を越えているか否かが判定される。燃料供給カット継続時間が、Ｇａ補正を禁止する禁止判定値（β）を越えていると判定されると、ステップ５０５に進み、Ｇａ補正禁止フラグがＯＮされてＧａ補正が禁止される。ステップ５０１において、燃料供給カット中でないと判定されると、ステップ５０６およびステップ５０７に進み、燃料供給カット継続時間カウンタ（Ｔｆｃ）がクリアされ、また、燃料供給カット復帰後の時間カウンタ（Ｔａｆｃ）のインクリメントすなわち燃料供給カット復帰後の時間のカウントがなされ、続くステップ５０８に進む。ステップ５０８においては、燃料供給カット復帰後の時間カウンタが、Ｇａ補正を許可する許可判定値（γ）を越えているか否かが判定される。燃料供給カット復帰後の時間カウンタが、Ｇａ補正を許可する許可判定値（γ）を越えていると判定されると、ステップ５０９に進み、Ｇａ補正禁止フラグがＯＦＦされてＧａ補正が許可される。

図１０は、図７に示された制御ルーチンのステップ３０３における、アイドル運転状態判定手段１５によるＧａ補正禁止フラグ（Ｘｉｄｌｎｇ）のＯＮ／ＯＦＦの判定の制御ルーチンの一実施形態を示す図である。図１０に示す制御ルーチンにおいては、ステップ６０１にて内燃機関がアイドル運転中であるか否かが判定される。ステップ６０１において、アイドル運転中であると判定されると、ステップ６０２およびステップ６０３に進み、アイドル運転継続カウンタ（Ｔｉｄｌｅ)のインクリメントすなわちアイドル運転継続時間のカウントがなされ、またアイドル運転終了後の時間カウンタ（Ｔａｉｄｌｅ）がクリアされ、続くステップ６０４に進む。ステップ６０４においては、アイドル運転継続カウンタが、Ｇａ補正を禁止する禁止判定値（τ）を越えているか否かが判定される。アイドル運転継続カウンタが、Ｇａ補正を禁止する禁止判定値（τ）を越えていると判定されると、ステップ６０５に進み、Ｇａ補正禁止フラグがＯＮされてＧａ補正が禁止される。ステップ６０１において、アイドル運転中でないと判定されると、ステップ６０６およびステップ６０７に進み、アイドル運転継続カウンタ（Ｔｉｄｌｅ）がクリアされ、また、アイドル運転終了後の時間カウンタ（Ｔａｉｄｌｅ）のインクリメントすなわちアイドル運転終了後の時間のカウントがなされ、続くステップ６０８に進む。ステップ６０８においては、アイドル運転終了後の通常運転状態の継続時間が、Ｇａ補正を許可する許可判定値（υ）を越えているか否かが判定される。アイドル運転終了後の通常運転状態の継続時間が、Ｇａ補正を許可する許可判定値（υ）を越えていると判定されると、ステップ６０９に進み、Ｇａ補正禁止フラグがＯＦＦされてＧａ補正が許可される。

尚、図２および図５を参照して、本空燃比制御装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の二つの制御ルーチンの実施形態を示しめてきたが、吸入空気量が変化しても酸素ストレージ能を有する三元触媒のような排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするという本発明の目的は、Ｄ制御のないＰＩ制御においても達成することが可能であり、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量は、ＰＩ制御によって算出された補正量が適用されてもよい。その場合には、図２および図５に参照された制御ルーチンから微分（Ｄ）補正項に関するステップが不要となる。

また、図２および図５に示された、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の二つの制御ルーチンの実施形態においては、吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量は吸入空気量とともに機関回転数や気筒数等にも依存して変化することを考慮して、より精度良い目標空燃比のフィードバック制御を可能にするように、積分補正項に、吸気弁が開弁し次いで閉弁したときに各気筒の筒内に充填されている新気の量を表す負荷率が大きくなるほど大きく設定される補正係数が乗算される。しかしながら、吸入空気量が変化しても酸素ストレージ能を有する三元触媒のような排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするという本発明の目的は、積分補正項に、負荷率に依存する補正係数を乗算する代わりに、吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される補正係数を乗算することでも達成することが可能であり、積分補正項に対する補正係数として、吸入空気量に依存する補正係数が適用されてもよい。その場合には、図２および図５に参照された制御ルーチンにおいて、負荷率が大きくなるほど大きく設定される補正係数の代わりに、吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される補正係数が積分（Ｉ）補正項に乗算されることになり、負荷率検出手段１１が不要となる。

図１１は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置のもう一つの実施形態に示す概略図である。図１１に示された各構成要素は、図１に示された空燃比制御装置とほぼ同様であり、同一または対応する部分には同一の参照符号が付けられている。図１に示された空燃比制御装置と異なる構成要素について以下に説明する。

図１１に示された目標空燃比制御手段５０の目標空燃比演算部は、Ｄ制御部を有さないＰＩ制御部で構成され、また、機関回転数に依存して積分補正項に乗算する第四の補正係数（ｋｓｆｂ４）を算出する第四のマップ（図１３）と、図１の実施形態と同様の吸入空気量に依存して比例補正項に乗算する第一の補正係数を算出する第一のマップ（図３）とを有する。積分補正項に乗算する第四の補正係数は、具体的には機関回転数が大きくなるほど小さく設定される。また、目標空燃比制御手段５０は、Ｏ₂センサ出力の偏差を積算することにより算出される積分値を学習制御する積分値学習手段を有する。更に、図１１に示された空燃比制御装置は、機関回転数を検出する機関回転数検出手段５１と、リッチ制御状態判定手段５２とを有する。該リッチ制御状態判定手段５２は、燃料噴射状態、機関回転数、排気浄化触媒の酸素吸蔵量の変化などに基づいて、燃料供給カットにより低下した排気浄化触媒の浄化作用を早期に適正な状態に回復するために燃料供給カット復帰時に排気浄化触媒雰囲気の空燃比をリッチ空燃比にするリッチ制御状態あるか否か、および、該リッチ制御状態が、吸入空気量が極めて小さいアイドル運転状態（アイドリング状態）になるまで燃料供給カットが継続されてから復帰されたような燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御状態であるか否かを判定する役割を果すものである。更に、目標空燃比制御手段５０の目標空燃比演算部は、上記燃料供給カット自然復帰時の上記リッチ制御が実行される際における、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数を比例補正項に乗算する補正を禁止する所定時間を、排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量に基づいて算出する第五のマップ（図１６）を有する。

図１２は、本空燃比制御装置が適用された図１１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出する制御ルーチンの第三の実施形態を示すフローチャート図である。尚、図１２に示す第三の実施形態の制御ルーチンにおいては、Ｄ制御のないＰＩ制御により、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量が算出される。

目標空燃比のフィードバック制御における補正量の算出処理のタイミング設定には種々の設定方法が考えられるが、燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで目標空燃比のフィードバック制御における補正量の算出処理が実行されることが一つの方法として考えられる。目標空燃比のフィードバック制御における積分補正項の補正量の算出に当たっては、処理ルーチン毎にＯ₂センサ出力偏差を積算して積算値すなわち積分値を算出する積分処理が実行されることになるが、目標空燃比のフィードバック制御における積分補正項の補正量の算出処理が燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行される場合、Ｏ₂センサ出力偏差が燃料噴射毎に積算されることになり、このことは、機関回転数に依存して単位時間当たりのＯ₂センサ出力偏差を積算することにより算出される積分値に相違をもたらし、単位時間当たりの積分補正項の補正量に相違をもたらすことになる。例えば、機関回転数が高くなるほど単位時間当たりの燃料噴射回数が多くなり、単位時間当たりの積算処理回数が多くなり、単位時間当たりの積分補正項の補正量は大きくなる。このような機関回転数の変動によりもたらされる積分補正項の補正量の変動は、内燃機関の運転状態によっては、Ｏ₂センサ出力偏差の過剰な積算をもたらし、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にする制御に大きな影響をもたらし、排気エミッションの悪化をもたらす可能性がある。

このことに基づいて、図１２に示される第三の実施形態の制御ルーチンにおいては、目標空燃比のフィードバック制御における積分補正項の補正量の算出処理が燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行される場合の積分補正項の補正量の算出における機関回転数の影響を考慮して、目標空燃比のフィードバック制御における積分補正量を算出する際に、機関回転数が大きくなるほど小さく設定される第四の補正係数がパラメータとして加えられる。これにより、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にする制御に対する機関回転数の影響を抑制することができ、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。
以下に各ステップの詳細について説明する。

まず、ステップ７０１において、目標空燃比制御手段５０の目標空燃比演算部にてＯ₂センサ５の出力値に基づいて、Ｏ₂センサ出力の偏差が算出される。具体的には、三元触媒雰囲気が所望の空燃比状態、例えば理論空燃比状態であることを示すＯ₂センサ５に対して予め設定された目標電圧から実際のＯ₂センサ出力値を減算することにより算出される。

続くステップ７０２およびステップ７０３において、内燃機関の吸入空気量および機関回転数に基づいて、ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項および積分（Ｉ）補正項に乗算する補正係数が、目標空燃比演算部に格納されたそれぞれの補正係数を算出するためのマップにより算出される。図１３は、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御において、機関回転数に依存して設定され積分補正項に乗算される第四の補正係数（Ｋｓｆｂ４）を算出するための第四のマップの一実施形態を示す図である。吸入空気量に依存して設定され比例補正項に乗算される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を算出には、図１に示した実施形態と同様に、図３に示す第一のマップが使用される。

ステップ７０２においては、吸入空気量検出手段１０の検出情報に基づいて、目標空燃比演算部に格納された第一のマップ（図３）から、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御において比例補正項に乗算する第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を算出する。図３に示されている如く、該ＰＩ制御における比例補正項に乗算される第一の補正係数は、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される。これにより、図２に示される制御ルーチンにおける作用効果と同様に、吸入空気量が変化しても、三元触媒３の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量が一定することができ、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、エミッションを向上することが可能となる。

ステップ７０３においては、機関回転数検出手段５１の検出情報に基づいて、目標空燃比演算部に格納された第四のマップ（図１３）から、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御において積分補正項に乗算する第四の補正係数（Ｋｓｆｂ４）を算出する。図１３に示されている如く、積分補正項に乗算される第四の補正係数は、機関回転数が大きくなるほど小さく設定される。

続くステップ７０４においては、機関回転数を考慮したＯ₂センサ出力偏差を積算して積分値を算出する積分処理が実行される。具体的には、ステップ７０１にて算出されたＯ₂センサ出力偏差に、ステップ７０３で算出された第四の補正係数が乗算された値を積算して積分値を算出する積分処理が実行される。これにより、例えば、機関回転数が高い場合におけるＯ₂センサ出力偏差の過剰な積算を防止し、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にする制御に対する機関回転数の影響を抑制することができ、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。尚、積分値の算出に当たっては、ステップ７０３で算出された第四の補正係数をＯ₂センサ出力偏差に乗算した値を積算して積分値を算出する代わりに、Ｏ₂センサ出力偏差を機関回転数で除算した値を積算して積分値を算出してもよい。

続くステップ７０５においては、積分値学習手段により積分値に対する学習値の更新が行われる。具体的には、今回のステップ７０４において算出された積分値に学習更新比率（１／ｎ）が乗算された値が、前回の本ステップ７０５において算出された学習値に加算されることでなされる。ここで、学習更新比率（１／ｎ）とは、学習速度を調整するパラメータとなるものであり、設計仕様により適宜に決定されるものである。

続くステップ７０６においては、ステップ７０５における積分値に対する学習値の更新に伴い、積分値の修正が行われる。具体的には、前回の本ステップ７０６において修正された積分値から、今回のステップ７０４において算出された積分値に学習更新比率が乗算された値が減算されることでなされる。

続くステップ７０７およびステップ７０８においては、ステップ７０１からステップ７０６において算出された各算出値、および、ＰＩ制御における所定のＰゲインおよびＩゲインに基づいて、比例（Ｐ）補正量および積分（Ｉ）補正量が算出される。

ステップ７０７においては、ステップ７０１にて算出されたＯ₂センサ出力偏差とステップ７０２にて算出された第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）とＰゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御における比例補正量が算出される。ステップ７０８においては、ステップ７０６にて算出された修正されたＯ₂センサ出力偏差の積分値とＩゲインとを乗算することにより、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御における積分補正量が算出される。

続くステップ７０９においては、ステップ７０５、ステップ７０７およびステップ７０８にて算出された、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御における学習値、比例補正量および積分補正量のそれぞれを加算することによりフィードバック補正量が算出され、一連の制御ルーチンを終了する。

そして、図１２に示した一連の制御ルーチンが終了後、燃料噴射量制御手段１６により、三元触媒３に流入する排気の空燃比を、ステップ７０９にて算出されたフィードバック補正量に基づいてフィードバック制御された目標空燃比にすべく、リニア空燃比センサ４により検出された三元触媒３に流入する排気の現状の空燃比情報に基づいて燃料噴射量がフィードバック制御される。

尚、図１２に示した制御ルーチンにおいては、目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御における積分補正項に対して学習制御を行うことにより、フィードバック制御の演算負荷を低減し、制御精度の向上を図っている。しかしながら、吸入空気量が変化しても酸素ストレージ能を有する三元触媒のような排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするという本発明の目的は、該学習制御が行われなくとも達成することが可能であり、該学習制御の適用が削除されてもよい。その場合には、図１２に示す制御ルーチンにおけるステップ７０５およびステップ７０６が不要となる。

図１４は、本空燃比制御装置が適用された図１１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出する制御ルーチンの第四の実施形態を示すフローチャート図である。尚、図１４に示す第四の実施形態の制御ルーチンにおいては、図１２に示された第三の実施形態と同様に、Ｄ制御のないＰＩ制御により、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量が算出される。

上述したように、目標空燃比のフィードバック制御における積分補正項の補正量の算出処理が燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行される場合においては、Ｏ₂センサ出力偏差が燃料噴射毎に積算されることになり、このことは、機関回転数に依存して単位時間当たりのＯ₂センサ出力偏差の積分値に相違をもたらし、単位時間当たりの積分補正項の補正量に相違をもたらすことになる。しかしながら、目標空燃比のフィードバック制御における積分補正項の補正量の算出処理を所定時間毎に同期する処理ルーチンで実行させることで、機関回転数に影響されることなく、単位時間当たりの積算処理回数を一定にすることができ、積分補正量の算出に当たっての機関回転数の影響を抑制することが可能となる。

このことに基づいて、図１４に示される第四の実施形態の制御ルーチンにおいては、目標空燃比制御手段５０によるフィードバック制御における積分補正量の算出処理を、燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行するのではなく、所定時間毎に同期する処理ルーチンで実行する。これにより、酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間あたりの補正量を一定にする制御に対する機関回転数の影響を抑制することができ、排気エミッションの悪化を防止することが可能となる。

図１４に示される制御ルーチンにおいて、ステップ８０１およびステップ８０２と、ステップ８０４からステップ８０８とはそれぞれ、図１２に示された制御ルーチンにおけるステップ７０１およびステップ７０２と、ステップ７０５からステップ７０９と同様であり、説明は省略する。
以下にステップ８０３についてのみ説明する。

図１４に示される第四の実施形態の制御ルーチンにおいては、目標空燃比制御手段５０によるフィードバック制御における積分補正量の算出処理を、燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行するのではなく、所定時間毎に同期する処理ルーチンで実行しているため、積分補正項の補正量の算出における機関回転数の影響は少ない。そのため、ステップ８０３においては、Ｏ₂センサ出力偏差を積算して積分値を算出する積分処理がなされる際、図１２に示された制御ルーチンにおけるステップ７０４のようにＯ₂センサ出力偏差に第四の補正係数が乗算された値を積算する積分処理が実行されることはなく、ステップ８０１にて算出されたＯ₂出力センサ出力偏差を直接的に積算する積分処理が実行される。

尚、図１２および図１４を参照して、本空燃比制御装置が適用された図１１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩ制御の二つの制御ルーチンの実施形態を示しめてきたが、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量は、図２および図５に示されたようなＰＩＤ制御によって算出された補正量が適用されてもよい。その場合には、図２および図５に示された制御ルーチンの微分（Ｄ）補正項に関するステップが図１２および図１４に示された制御ルーチンに加えられることになる。また、図２および図５に示された制御ルーチンにおけるような、負荷率あるいは吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される補正係数が積分補正量の算出に適用されてもよい。更に、図５に示された制御ルーチンにおけるような、最大酸素吸蔵量が大きくなるほど大きく設定される補正係数が比例補正量あるいは微分補正量の算出に適用されてもよい。

ところで、内燃機関において、燃料供給カットが実行されると、内燃機関内に吸入された空気がそのまま排気浄化触媒に流れ込むので、排気浄化触媒に酸素過多の状態が生じる。この状態では、排気浄化触媒の浄化作用が低下してしまうので、早期に適正な状態に回復するために、燃料供給カット復帰時に排気浄化触媒雰囲気の空燃比をリッチ空燃比にするいわゆるリッチ制御を行う技術がある。目標空燃比フィードバック制御における比例補正項および微分補正項に、吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を乗算してフィードバック補正量を算出するフィードバック制御が適用された状態で上記リッチ制御が実行された場合、燃料供給カット復帰時の吸入空気量が小さいことに起因して排気エミッションの悪化をもたらす可能性がある。特に、該目標空燃比フィードバック制御が適用されている状態で、吸入空気量が極めて小さいアイドル運転状態になるまで燃料供給カットが継続されてから復帰されるような燃料供給カット自然復帰時に上記リッチ制御が実行された場合には、吸入空気量が極めて小さいが故に、目標空燃比フィードバック制御における補正量は大きくなるように制御されてしまい、一旦、リッチ空燃比とされた排気浄化触媒雰囲気が、すぐにリーン空燃比雰囲気に戻されてしまい、低下した排気浄化作用を十分に回復させることができずに、排気エミッションの悪化をもたらす可能性が大きい。

このことに基づいて、上記のようなリッチ制御時において、目標空燃比制御手段による目標空燃比フィードバック制御における比例補正項および微分補正項への、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算を所定に条件において禁止するような制御が、目標空燃比フィードバック制御の制御ルーチンに更に加えられてよい。

図１５は、吸入空気量が極めて小さいアイドル運転状態になるまで燃料供給カットが継続されてから復帰されるような燃料供給カット自然復帰時に上記リッチ制御を実行する際に、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算を所定の条件において禁止する制御ルーチンの一実施形態を示す図である。図１５に示す制御ルーチンにおいて、リッチ制御状態判定手段５２により、燃料供給カットからの復帰時のリッチ制御状態あるか否か、および、該リッチ制御状態が燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御であるか否かが判定され、燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御であると判定された場合には、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算する補正（以下、Ｇａ補正と称する）が所定期間禁止される。これにより、排気浄化触媒雰囲気を確実にリッチ空燃比とすることができ、燃料供給カットにより低下した排気浄化触媒の浄化作用を早期に適正な状態に回復することが可能となる。
以下に、各ステップの詳細について説明する。

まず、ステップ９０１およびステップ９０２において、リッチ制御状態判定手段５２により、内燃機関の運転状態が、燃料供給カットからの復帰時のリッチ制御実行中であるか否か、および、該リッチ制御状態が燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御であるか否かの判定がなされる。内燃機関の運転状態が、燃料供給カット復帰時のリッチ制御状態あり、且つ、該リッチ制御状態が燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御であると判定されると続くステップ９０３に進む。

ステップ９０３においては、Ｇａ補正が禁止され、続くステップ９０４においては、燃料供給カット自然復帰時からのリッチ制御の継続時間をカウントするための時間カウンタがクリアされる。続くステップ９０５においては、Ｇａ補正が禁止中であるか否かが判定され、Ｇａ補正が禁止中であると判定されると、続くステップ９０６に進む。

ステップ９０６においては、Ｏ₂センサ５からの検出状態に基づいて、三元触媒雰囲気がリッチ空燃比状態にあるか否かの判定がなされる。三元触媒雰囲気がリッチ空燃比状態にあると判定されると、続くステップ９０７およびステップ９０８に進む。

ステップ９０７およびステップ９０８においては、酸素ストレージ能検出手段１２により検出された三元触媒３の最大酸素吸蔵量が目標空燃比制御手段５０の目標空燃比演算部に読み込まれ、検出された三元触媒３の最大酸素吸蔵量の検出情報に基づいて、目標空燃比演算部に格納された第五のマップ（図１６）から、Ｇａ補正を禁止する所定時間を算出する。図１６は、三元触媒３の最大酸素吸蔵量に依存して設定され燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御が実行される際におけるＧａ補正禁止時間（δ）を算出するための第五のマップを示す図である。図１６に示されている如く、燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御が実行される際におけるＧａ補正禁止時間は、最大酸素吸蔵量に大きくなるほど大きく設定される。これにより、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が小さいほど、燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御が実行される際のＧａ補正禁止時間を短くするよう制御することができ、三元触媒３の最大酸素吸蔵量が劣化あるいは低下した場合であっても、三元触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止することができ、排気エミッションを向上することが可能となる。

続くステップ９０９においては、ステップ９０４においてクリアされた時間カウンタが、ステップ９０８においては算出されたＧａ補正禁止時間に達しているか否かが判定される。燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御が実行されてからの経過時間がＧａ補正禁止時間に達していない場合には、ステップ９１０に進み、更にリッチ制御が継続され、時間カウンタのインクリメントすなわちリッチ制御継続時間のカウントがなされる。燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御が実行されてからの時間がＧａ補正禁止時間に達している場合には、ステップ９１１に進み、Ｇａ補正が許可される。

以上、図１５に示されたＧａ補正を所定条件において禁止する制御ルーチンよれば、燃料供給カット復帰時のリッチ制御の際、特に、燃料供給カット自然復帰時におけるリッチ制御の際において、Ｇａ補正により、一旦、リッチにした三元触媒雰囲気がすぐにリーン雰囲気に戻されてしまうことを防止することができ、燃料供給カットにより低下した排気浄化触媒の浄化作用を早期に適正な状態に回復することが可能となり、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

本発明の内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本空燃比制御装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の制御ルーチンの第一実施形態を示すフローチャート図である。 目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、吸入空気量に依存して設定され比例補正項および微分補正項に乗算する第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）を算出するための第一のマップの一実施形態を示す図である。 目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、負荷率に依存して設定され積分補正項に乗算する第二の補正係数（Ｋｓｆｂ２）を算出するための第二のマップの一実施形態を示す図である。 本空燃比制御装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出するＰＩＤ制御の制御ルーチンの第二実施形態を示すフローチャート図である。 目標空燃比制御手段９によるＰＩＤ制御において、最大酸素吸蔵量に依存して設定され比例補正項および微分補正項に乗算される第三の補正係数（触媒劣化係数）を算出するための第三のマップを示す図である。 吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算を禁止する制御ルーチンの一実施形態を示す図である。 図７に示された制御ルーチンのステップ３０１における始動後時間カウンタ（Ｔａｓｔ）すなわち内燃機関の始動後の継続時間をカウンタする制御ルーチンの一実施形態を示す図である。 図７に示された制御ルーチンのステップ３０２における、Ｆ／Ｃ状態判定手段１４によるＧａ補正禁止フラグ（Ｘｆｃｌｎｇ）のＯＮ／ＯＦＦの判定の制御ルーチンの一実施形態を示す図である。 図７に示された制御ルーチンのステップ３０３における、アイドル運転状態判定手段１５によるＧａ補正禁止フラグ（Ｘｉｄｌｎｇ)のＯＮ／ＯＦＦの判定の制御ルーチンの一実施形態を示す図である。 本発明の内燃機関の空燃比制御装置のもう一つの実施形態に示す概略図である。 本空燃比制御装置が適用された図１１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出する制御ルーチンの第三の実施形態を示すフローチャート図である。 目標空燃比制御手段５０によるＰＩ制御において、機関回転数に依存して設定され積分補正項に乗算される第四の補正係数（Ｋｓｆｂ４）を算出するための第四のマップの一実施形態を示す図である。 本空燃比制御装置が適用された図１１に示す内燃機関で実行される、三元触媒３に流入する排気の目標空燃比のフィードバック制御の補正量を算出する制御ルーチンの第四の実施形態を示すフローチャート図である。 吸入空気量が極めて小さいアイドル運転状態になるまで燃料供給カットが継続されてから復帰されるような燃料供給カット自然復帰時に該リッチ制御を実行する際に、吸入空気量に依存して設定される第一の補正係数（Ｋｓｆｂ１）の乗算を所定の条件において禁止する制御ルーチンの一実施形態を示す図である。 三元触媒３の最大酸素吸蔵量に依存して設定され燃料供給カット自然復帰時のリッチ制御が実行される際におけるＧａ補正禁止時間を算出するための第五のマップを示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関本体
２ 排気管
３ 三元触媒
４ リニア空燃比センサ
５ Ｏ₂センサ
６ 吸気管
７ スロットル弁
８ エアフローメータ
９ 目標空燃比制御手段
１０ 吸入空気量検出手段
１１ 負荷率検出手段
１２ 酸素ストレージ能検出手段
１３ 始動状態判定手段
１４ Ｆ／Ｃ（燃料カット）状態判定手段
１５ アイドル運転状態判定手段
５０ 目標空燃比制御手段
５１ 機関回転数検出手段
５２ リッチ制御状態判定手段

Claims (14)

1. 内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒と、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記排気浄化触媒の上流側に配設され、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するリニア空燃比センサと、
   前記排気浄化触媒の下流側に配設され、排気の空燃比がリッチかリーンかを感知するＯ₂センサと、
   前記吸入空気量検出手段と前記Ｏ₂センサとからの検出情報に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御する目標空燃比制御手段と、
   前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記目標空燃比に制御すべく、前記リニア空燃比センサの出力情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する燃料噴射量制御手段と、を有する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記目標空燃比制御手段は、前記吸入空気量が変化しても、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量を一定にするように前記目標空燃比をフィードバック制御する、
   ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比を少なくともＰＩ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、
   前記ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される所定の第二の補正係数が乗算される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 内燃機関の排気通路に配設され、流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒と、
   前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記排気浄化触媒の上流側に配設され、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するリニア空燃比センサと、
   前記排気浄化触媒の下流側に配設され、排気の空燃比がリッチかリーンかを感知するＯ₂センサと、
   前記吸入空気量検出手段と前記Ｏ₂センサとからの検出情報に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御する目標空燃比制御手段と、
   前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を前記目標空燃比に制御すべく、前記リニア空燃比センサの出力情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する燃料噴射量制御手段と、を有する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比を少なくともＰＩ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、
   前記ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される所定の第二の補正係数が乗算される、
   ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比をＰＩＤ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、
   前記ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）補正項および微分（Ｄ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の前記第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど大きく設定される所定の前記第二の補正係数が乗算される、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関の各気筒内に充填された新気の量を表す負荷率を検出する負荷率検出手段を有し、
   前記ＰＩ制御における比例（Ｐ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の前記第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記第二の補正係数の代わりに前記負荷率が大きくなるほど大きく設定される所定の第三の補正係数が乗算される、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記目標空燃比制御手段は、前記目標空燃比をＰＩＤ制御する目標空燃比フィードバック制御を実行し、
   前記ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）補正項および微分（Ｄ）補正項には、前記吸入空気量が大きくなるほど小さく設定される所定の前記第一の補正係数が乗算され、積分（Ｉ）補正項には、前記第二の補正係数の代わりに前記負荷率が大きくなるほど大きく設定される所定の前記第三の補正係数が乗算される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量を検出する酸素ストレージ能検出手段を更に有し、
   前記比例補正項に、前記最大酸素吸蔵量が大きくなるほど大きく設定される所定の第四の補正係数が更に乗算される、
   ことを特徴とする請求項２から請求項６の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記排気浄化触媒の最大酸素吸蔵量を検出する酸素ストレージ能検出手段を有し、
   前記比例補正項および前記微分補正項に、前記最大酸素吸蔵量が大きくなるほど大きく設定される所定の第四の補正係数が更に乗算される、
   ことを特徴とする請求項４または請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
9. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関の始動後からの継続時間を検出し、前記内燃機関が始動直後の状態であるか否かを判定する始動状態判定手段を有し、
   前記始動状態判定手段は、前記内燃機関の始動後からの継続時間が所定時間に達していない場合には、前記内燃機関が始動直後の状態であると判定し、前記目量空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を禁止する、
   ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
10. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関への燃料供給がカットされた状態の継続時間、および、前記内燃機関への燃料供給のカットが中止され燃料供給が復帰されてからの継続時間を検出し、前記内燃機関が燃料供給カット状態にあるか否かを判定するＦ／Ｃ状態判定手段を有し、
    前記Ｆ／Ｃ状態判定手段は、前記内燃機関の燃料供給カット状態が所定時間以上継続した場合、または、前記内燃機関の燃料供給カット中止後の燃料供給の継続時間が所定時間に達していない場合には、前記内燃機関が燃料供給カット状態にあると判定し、前記目量空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を禁止する、
    ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
11. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関のアイドル運転状態の継続時間、および、前記内燃機関のアイドル運転終了後通常運転が開始されてからの継続時間を検出し、前記内燃機関がアイドル運転状態にあるか否かを判定するアイドル運転状態判定手段を有し、
    前記アイドル運転状態判定手段により、前記内燃機関のアイドル運転状態が所定時間以上継続した場合、または、前記内燃機関のアイドル運転終了後の通常運転の継続時間が所定時間に達していない場合には、前記内燃機関がアイドル運転状態にあると判定し、前記目量空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を禁止する、
    ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
12. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、機関回転数検出手段を有し、
    前記目標空燃比フィードバック制御における前記積分補正項の算出処理が、燃料噴射毎に同期する処理ルーチンで実行される場合には、前記積分補正項に、更に、前記機関回転数が大きくなるほど小さく設定される第五の補正係数が乗算される、
    ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
13. 前記目標空燃比フィードバック制御における前記積分補正項の算出処理を、所定時間毎に同期する処理ルーチンで実行する、
    ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
14. 前記内燃機関の空燃比制御装置は、更に、前記内燃機関への燃料供給がカットされた状態からの復帰時に速やかに前記排気浄化触媒雰囲気をリッチ空燃比にするリッチ制御状態にあるか否かを判定するリッチ制御状態判定出段を有し、
    前記リッチ制御状態判定手段により、前記リッチ制御状態にあると判定された場合には、前記目標空燃比フィードバック制御における前記第一の補正係数を乗算する補正を所定期間禁止する、
    ことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一つの請求項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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