JP2007239462A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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値の信頼性が混合気の空燃比制御に与える影響を低減できるようにする。
【解決手段】下流側酸素センサの出力値に基づいて空燃比制御に使用するパラメータを補正するための補正値を算出する。この補正値には下流側酸素センサの出力値と所定の基準値との偏差の積分値が含まれている。積分値は前記偏差から算出される積分更新量が加算されて更新されていくが、この積分更新量を下流側酸素センサの出力値の信頼性の低さに応じて低下させるようにする。具体例としては、排気ガス流量が少ないほど下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断できるので、負荷率の低さに応じて積分更新量の積分補正係数を小さくする。
【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、排気浄化触媒の上流に配置された酸素センサの出力値に基づく空燃比制御を排気浄化触媒の下流に配置された酸素センサの出力値に基づいて補正する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来、排気浄化触媒（例えば、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値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内燃機関の空燃比制御装置では、Ａ／Ｆセンサの出力値に基づき、排気浄化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混合気の空燃比が制御され、その際、Ｏ₂センサの出力値に基づいてＡ／Ｆセンサの出力値の補正が行われている。

Ｏ₂センサ出力を用いたＡ／Ｆセンサ出力の補正方法は、具体的には、Ｏ₂センサの出力値と理論空燃比に応じた基準値との偏差に基づいて補正値を算出し、この補正値をＡ／Ｆセンサの出力値に加算するという方法が採られている。補正値には、Ｏ₂センサの出力値と基準値との偏差に比例する比例値、偏差の積分値、及び偏差の微分値が含まれている。補正値をＡ／Ｆセンサの出力値に加算することで排気空燃比の理論空燃比からのずれが空燃比制御に反映されることになり、より精度の高い空燃比制御を行うことが可能になる。
特開平７−１９７８３７号公報 特開平８−２９１７３８号公報

しかしながら、Ｏ₂センサは排気ガス中の酸素濃度に応じた値を常に正確に出力しているとは限らない。例えば、アイドル時のように排気ガスの流量が少ない状況ではＯ₂センサの出力値の信頼性は低下する。図８は負荷率の変化に対するＯ₂センサの出力値の挙動を示す図である。この図に示すように、負荷率が大きく低下したときには、Ｏ₂センサの出力値もそれにつられて低下してしまう、すなわち、本来出すべき出力値よりもリーン側の出力値を出してしまう。これは、Ｏ₂センサのセンサ素子はその周囲をカバーで覆われているため、排気ガスの流量が少ないとカバー内のガス交換が進まず、センサ素子の周囲雰囲気と排気通路内の雰囲気にずれが生じてしまうためである。

また、センサ素子の素心温度が低い場合にもＯ₂センサの出力値と実際の酸素濃度との関係にはずれが生じやすい。図９はフューエルカット（ＦＣ）が入った場合のＯ₂センサの素子温度とＯ₂センサの出力値の挙動を示す図である。この図に示すように、フューエルカットが入ると排気温度の低下によってＯ₂センサの素子温度は低下する。そして、素子温度がＯ₂センサの活性温度を下回ったときには、Ｏ₂センサの出力値にはずれが生じ、本来出すべき出力値よりもリーン側の出力値を出してしまう。

Ｏ₂センサの出力値の信頼性が低いにもかかわらず、Ｏ₂センサの出力値に基づいてＡ／Ｆセンサの出力値の補正を行うと、空燃比制御の精度を逆に低下させてしまうことになりかねない。

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値の信頼性が混合気の空燃比制御に与える影響を低減できるように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上流に配置された上流側酸素センサと、
前記触媒の下流に配置された下流側酸素センサと、
前記触媒に流入する排気ガスの排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記上流側酸素センサの出力値に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記下流側酸素センサの出力値に基づいて空燃比制御に使用するパラメータを補正するための補正値を算出する補正値演算手段と、
前記下流側酸素センサの出力値の信頼性の高低について判断する判断手段とを備え、
前記補正値には前記下流側酸素センサの出力値と所定の基準値との偏差の積分値が含まれ、前記補正値演算手段は、前記下流側酸素センサの出力値の信頼性の低さに応じて前記偏差から算出される前記積分値の積分更新量を低下させることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記判断手段は、排気ガスの流量が少ないほど前記下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断することを特徴としている。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記判断手段は、前記下流側酸素センサの素子温度が低いほど前記下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断することを特徴としている。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記判断手段は、前記偏差が小さいほど前記下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断することを特徴としている。

補正値に含まれる下流側酸素センサの出力値と基準値との偏差の積分値は、上流側酸素センサの出力値の目標値からの定常的なずれを示す値であり、上流側酸素センサの出力値に基づく空燃比制御の制御中心となる。第１の発明によれば、下流側酸素センサの出力値の信頼性の低さに応じて補正値に含まれる積分値の積分更新量を低下させることで、下流側酸素センサの出力値の信頼性が積分値に与える影響を低減することができ、空燃比制御の制御中心のずれによる排気エミッションの悪化を防止することができる。

下流側酸素センサのセンサ素子がカバーで覆われている場合、排気ガスの流量が少ないときにはカバー内のガス交換不良によって排気ガス中の酸素濃度と下流側酸素センサの出力値との間にずれが生じる可能性がある。この点に関し、第２の発明によれば、排気ガスの流量が空燃比制御の精度に与える影響を低減することができる。

下流側酸素センサの素子温度が活性化温度に達していないときには排気ガス中の酸素濃度と下流側酸素センサの出力値との間にずれが生じる可能性がある。この点に関し、第３の発明によれば、下流側酸素センサの素子温度が空燃比制御の精度に与える影響を低減することができる。

下流側酸素センサが空燃比の変化に対し基準値を跨いで出力値が急激に変化する出力特性を有する場合、出力値と基準値との偏差が小さいときの排気ガス中の酸素濃度に対する出力値の精度は必ずしも高くはない。この点に関し、第４の発明によれば、下流側酸素センサの出力特性が空燃比制御の精度に与える影響を低減することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１としての空燃比制御装置が適用された内燃機関（以下、エンジンという）の概略構成図である。本実施の形態にかかるエンジン２は燃焼室１６を備えている。燃焼室１６の頂部には点火プラグ１４が配置され、点火プラグ１４の周囲に吸気通路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との接続部には排気弁１０が設けられている。

吸気通路４の入口にはエアクリーナ２０が配置され、その直ぐ下流にはエアフローメータ３６が取り付けられている。エアフローメータ３６は吸入空気流量に応じた信号を出力する。エアフローメータ３６のさらに下流には、燃焼室１６内へ流入する吸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）を浄化するための排気浄化触媒４０が配置されている。排気通路６において排気浄化触媒４０の上流にはＡ／Ｆセンサ３２が取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ３２は排気浄化触媒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酸素センサであり、第１の発明にかかる「上流側酸素センサ」に相当している。また、排気通路６において排気浄化触媒４０の下流にはＯ₂センサ３４が取り付けられている。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する酸素センサであり、第１の発明にかかる「下流側酸素センサ」に相当している。Ｏ₂センサ３４の信号は排気浄化触媒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）を示している。

エンジン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エンジン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の入力部にはＡ／Ｆセンサ３２、Ｏ₂センサ３４、及びエアフローメータ３６の他、図示しない複数のセンサが接続されている。ＥＣＵ３０の出力部にはインジェクタ１２の他、図示しない複数の機器が接続されている。ＥＣＵ３０は、例えば、インジェクタ１２に対しては、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、駆動信号を供給している。

ＥＣＵ３０は、エンジン制御の一つとして、エンジン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。図２は、ＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する際のブロック図である。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。

空燃比制御では、ＥＣＵ３０は、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック制御部５０と、Ｏ₂センサ３４の出力信号をメインフィードバック制御に反映させるサブフィードバック制御部７０として機能する。

先ず、ＥＣＵ３０がメインフィードバック制御部５０として機能する場合の構成と、メインフィードバック制御の内容について説明する。

Ａ／Ｆセンサ３２の出力値は、後述するサブフィードバック制御部７０によって補正され、補正された出力値がメインフィードバック制御部５０に入力される。補正された出力値は、排気浄化触媒４０に流入する排気ガスの実空燃比に対応しており、電圧−Ａ／Ｆ変換部６４において電圧値から空燃比（Ａ／Ｆ）に変換される。

実空燃比は換算部５８において実燃料噴射量に換算される。実空燃比から実燃料噴射量へは、吸入空気流量を実空燃比で除すことで換算することができる。なお、吸入空気流量はエアフローメータ３６の出力値を遅延処理部６２で遅延処理したものが用いられる。また、別の換算部５６では、吸入空気流量を目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）で除すことで、目標空燃比の目標燃料噴射量への換算が行われる。

目標燃料噴射量と実燃料噴射量とは比較部５４で比較され、比較部５４では目標燃料噴射量と実燃料噴射量との偏差である偏差燃料量が算出される。偏差燃料量はＰＩ制御部５２に入力されてＰＩ制御が行われる。ＰＩ制御では、偏差燃料量に比例したメインＦＢ比例補正量（比例項）と偏差燃料量の積分値に比例したメインＦＢ積分補正量（積分項）とが演算され、その和がメインＦＢ補正量として算出される。

ＰＩ制御部５２で算出されたメインＦＢ補正量は、加算部６０において基本噴射量に加算される。基本噴射量は目標空燃比から算出される。メインＦＢ補正量は、排気浄化触媒４０に流入する排気ガスの実空燃比が目標空燃比に一致するように基本噴射量を補正するための補正燃料量である。

次に、ＥＣＵ３０がサブフィードバック制御部７０として機能する場合の構成と、サブフィードバック制御の内容について説明する。

サブフィードバック制御部７０では、Ｏ₂センサ３４の出力値が比較部７４において基準値と比較され、比較部７４からは基準値とＯ₂センサ３４の出力値との出力偏差が出力される。基準値は理論空燃比に相当するＯ₂センサ３４の出力値であり、排気浄化触媒４０から流出する排気ガスの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の出力値は基準値よりも大きい値を示し、逆にリーンのときには小さい値を示す。このため、出力偏差は、排気浄化触媒４０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには負の値となり、排気浄化触媒４０から流出する排気ガスの空燃比がリーンのときには正の値となる。

Ｏ₂センサ３４の出力偏差はＰＩＤ制御部７２に入力され、ＰＩＤ制御によってサブＦＢ補正量が算出される。サブＦＢ補正量は次の式（１）によって表される。式（１）において、dvoxsはＯ₂センサ３４の出力偏差、すなわち、基準値からＯ₂センサ３４の出力値を引いた値であり、sumvoは出力偏差を積算して得られるサブＦＢ積分値、dfvoxsはＯ₂センサ３４の出力値の微分値である。また、Gpは比例ゲイン、Giは積分ゲイン、Gdは微分ゲインである。
サブＦＢ補正量 ＝ dvoxs*Gp ＋ sumvo*Gi ＋ dfvoxs*Gd ・・・（１）
式（１）の右辺第１項は出力偏差に比例したサブＦＢ比例補正量（比例項）であり、右辺第２項は出力偏差の積分値に比例したサブＦＢ積分補正量（積分項）であり、右辺第３項はは出力偏差の微分値に比例したサブＦＢ微分補正量（微分項）である。

ＰＩＤ制御部７２で算出されたサブＦＢ補正量は、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値と実際の空燃比（排気浄化触媒４０の上流での排気空燃比）との間のずれ量に相当する。サブＦＢ補正量が加算部７６においてＡ／Ｆセンサ３２の出力値に加算されことで、Ａ／Ｆセンサ３２の出力のずれが補正される。前述のメインフィードバック制御では、サブフィードバック制御によってずれを補正されたＡ／Ｆセンサ３２の出力信号を燃料噴射量にフィードバックすることで、精度の高い空燃比制御を可能にしている。

本実施の形態にかかる空燃比制御は、サブフィードバック制御におけるサブＦＢ補正量の算出方法、より詳しくは、出力偏差の積算値であるサブＦＢ積分値の算出方法に特徴がある。本実施の形態では、サブＦＢ積分値は次の式（２）によって算出される。
sumvo(k) ＝ sumvo(k-1) ＋ dvoxs(k)*K ・・・（２）
式（２）において、ｋは計算サイクル数であり、右辺のsumvo(k)は今回サイクルで算出されるサブＦＢ積分値、右辺のsumvo(k-1)は前回サイクルで算出されたサブＦＢ積分値である。また、右辺の第２項はサブＦＢ積分値の積分更新量であり、dvoxs(k)は今回サイクルにおけるＯ₂センサ３４の出力偏差、Kは積分補正係数である。

サブＦＢ補正量のうち積分項であるサブＦＢ積分補正量は、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値の目標値（目標空燃比に相当する出力値）からの定常的なずれ量に相当する。前述のメインフィードバック制御では、このサブＦＢ積分補正量がメインフィードバック制御の制御中心となる。サブＦＢ積分補正量には、式（２）に示すように、サブＦＢ積分値の積分更新量としてＯ₂センサ３４の出力偏差が反映されており、その反映度の大きさを決めるゲインが積分補正係数である。積分補正係数の値が大きければ、その分、出力偏差のサブＦＢ積分補正量に対する反映度も大きくなり、逆に積分補正係数の値が小さければ、その分、出力偏差のサブＦＢ積分補正量に対する反映度も小さくなる。

本実施の形態では、積分補正係数は補正係数設定部７８において設定される。具体的には、図３に示すように、エンジン２の負荷率に応じて積分補正係数が決定されるようになっている。エンジン２の負荷率はエンジン回転数と吸入空気流量から算出される。図３では、負荷率がある程度以上の大きさであれば積分補正係数は１に設定され、Ｏ₂センサ３４の出力偏差がそのままサブＦＢ積分補正量に反映されるようになっている。一方、負荷率が所定値以下のときには、負荷率が小さいほど積分補正係数も小さい値に設定され、出力偏差のサブＦＢ積分補正量に対する反映度が低減されるようになっている。ただし、積分補正係数には下限値が定められている。この下限値は０であってもよい。図３に示す関係はマップとしてＥＣＵ３０に記憶されている。

エンジン２の負荷率に応じて積分補正係数を決定するのは、負荷率がＯ₂センサ３４の出力値の信頼性に関係するためである。この関係は、Ｏ₂センサ３４の構造に起因する。一般的なＯ₂センサ３４は、センサ素子の周囲に保護用のカバーを配置した構造を有している。カバーにはその内外のガス交換のための複数の換気孔があけられている。しかし、カバー内の酸素はセンサ素子のポンピング作用によって大気室側に絶えず吸い出されているため、排気ガスの流量が少ない状況では、カバー内のガス交換不良によってカバー内の酸素濃度が排気ガス中の酸素濃度よりも低くなる可能性がある。Ｏ₂センサ３４はセンサ素子の周囲雰囲気の酸素濃度に応じた信号を出力するため、このような状況では、Ｏ₂センサ３４の出力値は実際の排気空燃比よりもリーン側にずれている可能性が高い。つまり、負荷率が低く排気ガス流量が少ないときには、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性が低下している可能性があり、その可能性は排気ガス流量が少ないほど大きくなる。

そこで、本実施の形態にかかる空燃比制御では、排気ガス流量が少なくＯ₂センサ３４の出力値の信頼性が低い状況では、上記のように負荷率の低さに応じて、つまり、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性の低さに応じて積分補正係数を小さくし、サブＦＢ積分値の積分更新量を低下させるようにしている。これによれば、サブＦＢ積分補正量へのＯ₂センサ３４の出力偏差の反映度が低減されるため、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性がサブＦＢ積分補正量に与える影響を低減することができる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる空燃比制御によれば、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性の低さに応じてサブＦＢ積分値の積分更新量を低下させることで、排気ガスの流量が空燃比制御の精度に与える影響を低減することができる。これにより、低負荷時のように排気ガスの流量が少ない状況でも、空燃比制御の制御中心のずれによる排気エミッションの悪化は防止される。

なお、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性が低下している状況では、サブＦＢ積分補正量だけでなく、サブＦＢ比例補正量やサブＦＢ微分補正量もその影響を受けている。このため、比例ゲインや微分ゲインを小さくすることで、サブＦＢ比例補正量やサブＦＢ微分補正量の精度が空燃比制御に与える影響を低減させてもよい。しかし、Ｏ₂センサ３４の構造や特性により、また、同じ構造や特性でもその個体差により、必ずしも負荷率が低い状況で出力値の信頼性が低下するとは限らない。また、サブＦＢ比例補正量やサブＦＢ微分補正量の精度が低下するとしても、それはＯ₂センサ３４の出力値の信頼性が低下している期間内のみであるので、その後の空燃比制御の精度に影響を与えることはない。これに対し、サブＦＢ積分補正量は空燃比制御の制御中心であり、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性が戻った後も空燃比制御の精度に影響を与える重要な要素である。このような理由から、本実施の形態にかかる空燃比制御では、サブＦＢ比例補正量やサブＦＢ微分補正量については補正は行なわず、上記のように、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性の低さに応じてサブＦＢ積分値の積分更新量を低下させることのみを行っている。

ところで、本実施の形態ではエンジン２の負荷率に応じて積分補正係数を設定しているが、排気ガス流量を計測或いは予測して排気ガス流量に応じて積分補正係数を設定してもよい。例えば、エアフローメータ３６で計測される吸入空気流量に、エアフローメータ３６からエアフローメータ３６までの距離を考慮した遅れ処理を施すことで、排気ガス流量を求めてもよい。

また、排気ガス流量の減少によるＯ₂センサ３４の出力値の信頼性の低下が顕著になるのは、エンジン２がアイドル運転をしている場合である。したがって、エンジン２がアイドル運転をしている場合に限って、サブＦＢ積分値の積分更新量を小さくするようにしてもよい。つまり、アイドル運転時以外では積分更新量の積分補正係数を１に設定し、アイドル運転時には積分更新量の積分補正係数を１より小さい所定値に設定する。これによれば、アイドル運転時の空燃比制御の精度の低下を防止することができる。

上述した実施の形態においては、メインフィードバック制御部５０が、第１の発明にかかる「空燃比制御手段」に相当し、サブフィードバック制御部７０のＰＩＤ制御部７２が、第１の発明にかかる「補正値演算手段」に相当している。また、サブフィードバック制御部７０の補正係数設定部７８が図３に示すマップに従い積分補正係数を決定することで、第１及び第２の発明にかかる「判断手段」が実現されている。

実施の形態２．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。
本発明の実施の形態２としての空燃比制御装置は、実施の形態１と同じく図１に示す構成の内燃機関に適用される。そして、図２のブロック図に示すように、ＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する。

本実施の形態は、実施の形態１とは補正係数設定部７８における積分補正係数の決定方法が異なっている。具体的には、図４に示すように、Ｏ₂センサ３４の素子温度に応じて積分補正係数が決定されるようになっている。素子温度は温度計によって直接測定してもよく、排気ガス温度から推定してもよい。図４では、素子温度がセンサ素子の活性温度に達していれば積分補正係数は１に設定され、Ｏ₂センサ３４の出力偏差がそのままサブＦＢ積分補正量に反映されるようになっている。一方、素子温度がセンサ素子の活性温度に達していないときには、素子温度が低いほど積分補正係数も小さい値に設定され、出力偏差のサブＦＢ積分補正量に対する反映度が低減されるようになっている。ただし、積分補正係数には下限値が定められている。この下限値は０であってもよい。図４に示す関係はマップとしてＥＣＵ３０に記憶されている。

Ｏ₂センサ３４の素子温度に応じて積分補正係数を決定するのは、素子温度がＯ₂センサ３４の出力値の信頼性に関係しているためである。Ｏ₂センサ３４にはセンサ素子には活性温度があり、素子温度が活性化温度に達していないときにはＯ₂センサ３４の出力は低下する。このため、Ｏ₂センサ３４の素子温度が低下している状況では、Ｏ₂センサ３４の出力値は実際の排気空燃比よりもリーン側にずれている可能性が高い。つまり、素子温度が低くセンサ素子が非活性のときには、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性が低下している可能性があり、その可能性は素子温度が低いほど大きくなる。

そこで、本実施の形態にかかる空燃比制御では、素子温度が低くＯ₂センサ３４の出力値の信頼性が低い状況では、上記のように素子温度の低さに応じて、つまり、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性の低さに応じて積分補正係数を小さくし、サブＦＢ積分値の積分更新量を低下させるようにしている。これによれば、サブＦＢ積分補正量へのＯ₂センサ３４の出力偏差の反映度が低減されるため、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性がサブＦＢ積分補正量に与える影響を低減することができる。

以上説明したように、本実施の形態にかかる空燃比制御によれば、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性の低さに応じてサブＦＢ積分値の積分更新量を低下させることで、Ｏ₂センサ３４の素子温度が空燃比制御の精度に与える影響を低減することができる。これにより、エンジンの始動直後やフューエルカット後などのようにＯ₂センサ３４の素子温度が低い状況でも、空燃比制御の制御中心のずれによる排気エミッションの悪化は防止される。

なお、上述した実施の形態においては、サブフィードバック制御部７０の補正係数設定部７８が図４に示すマップに従い積分補正係数を決定することで、第１及び第３の発明にかかる「判断手段」が実現されている。

実施の形態３．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態３について説明する。
本発明の実施の形態３としての空燃比制御装置は、実施の形態１及び実施の形態２と同じく図１に示す構成の内燃機関に適用される。そして、図２のブロック図に示すように、ＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する。

本実施の形態は、実施の形態１及び実施の形態２とは補正係数設定部７８における積分補正係数の決定方法が異なっている。本実施の形態では、Ｏ₂センサ３４の出力特性を考慮した積分補正係数の決定が行われる。Ｏ₂センサ３４は、空燃比の変化に対して理論空燃比の前後で基準値を跨いで出力値が急激に変化する出力特性を有している。このため、基準値と出力値との間の差が小さいときの排気ガス中の酸素濃度に対する出力値の精度は必ずしも高くはなく、Ｏ₂センサ３４の出力偏差に含まれる誤差は大きい。しかし、その一方で、図５に示すように、サブＦＢ積分補正量が一定値に収束してきたとき、つまり、空燃比制御の制御中心が安定してきたときには、Ｏ₂センサ３４の出力偏差は小さくなる。制御中心のずれを防止して空燃比制御の安定性を向上させるためには、出力偏差が小さいときのＯ₂センサ３４の出力値の信頼性の低さがサブＦＢ積分補正量に与える影響を低減することが望まれる。

そこで、本実施の形態にかかる空燃比制御では、サブＦＢ積分補正量が一定値に収束してＯ₂センサ３４の出力偏差が小さくなっている状況では、積分補正係数を１よりも小さく設定してサブＦＢ積分値の積分更新量を低下させるようにしている。これによれば、サブＦＢ積分補正量へのＯ₂センサ３４の出力偏差の反映度が低減されるため、Ｏ₂センサ３４の出力値の信頼性がサブＦＢ積分補正量に与える影響を低減することができる。

具体的には、図６及び図７の各フローチャートに示すルーチンに従って積分補正係数が決定される。図６は積分補正係数を決定するためのメインルーチンであり、図７はメインルーチンの途中で実行されるサブルーチンである。まず、メインルーチンの最初のステップＳ１００では、サブフィードバック制御の実行中か否かについて判定される。サブフィードバック制御が実行されていない状況では、そもそも積分補正係数を決定する必要はないため本ルーチンは終了する。サブフィードバック制御の実行中であれば（サブＦＢがＯＮの場合）、ステップＳ１０２に進んでＯ₂センサ３４の出力偏差の判定処理が行われる。この処理において、図７に示すサブルーチンが実行される。

サブルーチンの最初のステップＳ２００では、インジェクタ１２からの燃料噴射回数を示すカウンタの値Ninjが所定の基準値Xを超えたか否か判定される。カウンタの値Ninjは、基準値Xを超える度にクリアされて０に戻るようになっている。カウンタの値NinjがX以下の場合にはステップＳ２０２乃至Ｓ２０６の処理が行われ、カウンタの値NinjがXを超える場合にはステップＳ２０８乃至Ｓ２１２の処理が行われる。

ステップＳ２０２では、今回測定されたＯ₂センサ３４の出力偏差の絶対値|dvoxs|とメモリ内の出力偏差最大値格納ワークの値dvoxsmxとが比較される。|dvoxs|がdvoxsmxよりも大きい場合には、ステップＳ２０４の処理が行われる。ステップＳ２０４では、dvoxsmxの値が|dvoxs|に更新される。つまり、今回測定されたＯ₂センサ３４の出力偏差が新たに出力偏差最大値格納ワークに格納される。ステップＳ２０４の処理後は、ステップＳ２０６においてカウンタNinjの値がカウントアップされる。また、ステップＳ２０２の判定で|dvoxs|がdvoxsmx以下の場合には、出力偏差最大値格納ワークの更新は行わずにステップＳ２０６に進み、カウンタNinjのカウントアップのみが行われる。

カウンタの値NinjがXを超えてステップＳ２０８に進んだ場合には、その時点での出力偏差最大値格納ワークの値dvoxsmxが出力偏差最大値Δoxsとして設定される。出力偏差最大値Δoxsは、次回のステップＳ２０８の処理によって更新されるまで、現在の値に保持される。次のステップＳ２１０では、出力偏差最大値格納ワークの値dvoxsmxが０にリセットされ、さらに次のステップＳ２１２では、カウンタの値Ninjがクリアされる。

上記のサブルーチンは繰り返し実行されており、ステップＳ１０２では、その処理時点における出力偏差最大値Δoxsがメインルーチンに読込まれる。そして、次のステップＳ１０４では、現時点における出力偏差最大値Δoxsと所定の基準値αとが比較される。基準値αは、Ｏ₂センサ３４の出力偏差に含まれる誤差が空燃比制御に影響を与える程度に大きくなる可能性のある範囲（図５に示す誤差大範囲）の境界値である。出力偏差最大値Δoxsが基準値α以上であれば、ステップＳ１０８において積分補正係数は１に設定され、出力偏差最大値Δoxsが基準値αよりも小さいときには、ステップＳ１０６において積分補正係数は１よりも小さい所定値βに設定される。この所定値βは０であってもよい。

上記のルーチンに従って積分補正係数が決定されることで、Ｏ₂センサ３４の出力偏差が大きくＯ₂センサ３４の出力値の信頼性が高いときには、Ｏ₂センサ３４の出力偏差をそのままサブＦＢ積分補正量に反映させてサブＦＢ積分補正量の収束を速めることができる。一方、サブＦＢ積分補正量が一定値に収束してＯ₂センサ３４の出力偏差が小さくなったときには、出力偏差のサブＦＢ積分補正量に対する反映度を低減することで、Ｏ₂センサ３４の出力特性が空燃比制御の精度に与える影響を低減し、空燃比制御の安定性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、サブフィードバック制御部７０の補正係数設定部７８が図６及び図７に示すルーチンに従い補正係数を決定することで、第１及び第４の発明にかかる「判断手段」が実現されている。

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。

本発明の実施の形態１としての内燃機関の空燃比制御装置が適用された内燃機関の概略構成図である。 本発明の実施の形態１においてＥＣＵが空燃比制御装置として機能する際のブロック図である。 本発明の実施の形態１においてサブフィードバック制御にかかる積分補正係数の設定に用いられるマップを示す図である。 本発明の実施の形態２においてサブフィードバック制御にかかる積分補正係数の設定に用いられるマップを示す図である。 サブＦＢ積分補正量の時間変化とＯ₂センサの出力値の時間変化とを対応させて示す図である。 本発明の実施の形態３においてサブフィードバック制御にかかる積分補正係数を決定するために実行されるルーチンを示すフローチャートである。 図６のルーチンにおいて実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。 負荷率の時間変化にＯ₂センサの出力値の時間変化を対応させて示す図である。 空燃比（Ａ／Ｆ）の時間変化にＯ₂センサの素子温度の時間変化とＯ₂センサの出力値の時間変化とを対応させて示す図である。

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 排気浄化触媒

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路において排気浄化触媒の上流に配置された上流側酸素センサと、
   前記排気浄化触媒の下流に配置された下流側酸素センサと、
   前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記上流側酸素センサの出力値に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
   前記下流側酸素センサの出力値に基づいて空燃比制御に使用するパラメータを補正するための補正値を算出する補正値演算手段と、
   前記下流側酸素センサの出力値の信頼性の高低について判断する判断手段とを備え、
   前記補正値には前記下流側酸素センサの出力値と所定の基準値との偏差の積分値が含まれ、前記補正値演算手段は、前記下流側酸素センサの出力値の信頼性の低さに応じて前記偏差から算出される前記積分値の積分更新量を低下させることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記判断手段は、排気ガスの流量が少ないほど前記下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断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。
3. 前記判断手段は、前記下流側酸素センサの素子温度が低いほど前記下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断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。
4. 前記判断手段は、前記偏差が小さいほど前記下流側酸素センサの出力値の信頼性は低いと判断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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