JP2009108757A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実空燃比を安定に目標空燃比に収束可能なエンジン制御装置を得る。
【解決手段】各種センサ１５と、酸素センサ１１と、空燃比フィードバック制御手段２０とを備えている。空燃比フィードバック制御手段２０は、酸素センサ出力値ＡＦを実空燃比ＡＦｒに変換するセンサ出力変換手段２２と、エンジン回転速度およびスロットル開度θに基づいて理論空燃比および理論空燃比以外の目標空燃比ＡＦｏを決定する目標空燃比決定手段２１と、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとの空燃比偏差に基づいて比例ゲインＧｐを決定する比例ゲイン演算手段２３と、目標空燃比ＡＦｏに対して実空燃比ＡＦｒがリッチ／リーン側であるかの判定結果に基づいて積分ゲインＧｉを更新する積分ゲイン演算手段２４と、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの少なくとも一方に基づいて空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを決定する制御補正量演算手段２５とを備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、排気ガス中の酸素濃度に感応して酸素センサ出力値が変化する酸素センサを備えた車両用のエンジン制御装置に関し、特に酸素センサ出力値に基づいて燃料噴射量を調整することにより、空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する技術に関するものである。

従来のエンジン制御装置においては、エンジンの排気管に酸素センサを設け、排気ガス中の酸素濃度に応じて変化する酸素センサ出力値を空燃比データに変換し、空燃比データから実際の空燃比（以下、「実空燃比」という）を算出し、実空燃比と目標空燃比（理論空燃比）との空燃比偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を実現している（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載のシステム構成によれば、理論空燃比に対する実空燃比がリッチまたはリーン状態であるかの判定結果のみに基づく空燃比フィードバック制御と比べて、空燃比偏差に応じたフィードバック制御が可能になることから、素早く目標空燃比（理論空燃比）に収束させることができるという利点がある。また、上記の酸素センサは、空燃比をリニアに検出する空燃比センサに比べて安価なので、コスト低減を実現することができる。

ところで、通常の４輪車両と比べて趣味性の高い２輪車の場合においては、エンジンの出力トルクを高めるために、大型または小型にかかわらず、理論空燃比域で走行する場合よりも、エンリッチ域（理論空燃比域さらにリッチとなる運転領域）で走行する場合が多い。特に、小型２輪車においては、最大出力トルク自体が低いので、スロットル開度が全開付近での走行が高頻度で行われる。

しかし、上記特許文献１に記載の空燃比フィードバック制御においては、酸素センサを用いて目標空燃比を理論空燃比に収束させることを目標としており、理論空燃比以外の領域で走行する場合には、フィードバック制御を適用することができないので、オープンループ制御が行われている。

オープンループ制御の場合には、燃料噴射量に影響するコンポーネント（スロットルポジションセンサ、インジェクタ、燃圧レギュレータなど）の特性ばらつきや経年特性変化への対応が困難であることから、フィードバック制御のように空燃比を目標空燃比に維持させることができず、燃料噴射量にばらつきが生じて、ドライバビリティおよび燃費などに悪影響を及ぼすことになる。

一方、酸素センサを用いた空燃比フィードバック制御の場合に、上記理論空燃比以外の領域に対して適応することができない理由として、本来、酸素センサは、理論空燃比付近を測定することを目的としているので、理論空燃比付近では出力が急変するものの、理論空燃比付近から離れると、空燃比変化に対する酸素センサ出力値の変化量が小さくなり、酸素センサ出力値の微小なばらつきでも、空燃比の検出結果が大きく異なる可能性があるという点があげられる。

また、酸素センサの温度特性によって酸素センサの温度が変化すると、理論空燃比以外の酸素センサ出力値も変化してしまうことから、理論空燃比以外では空燃比を正確に測定することが困難になる点があげられる。
さらに、酸素センサに代えて、空燃費に対しリニアな出力が得られる空燃比センサを用いた場合には、理論空燃比にかかわらず全領域での空燃比フィードバック制御が可能となるが、空燃比センサが酸素センサに比べて高価なので、コスト低減を求められる２輪車（特に、小型２輪車）では空燃比センサの採用は現実的ではない。

特開２００２−３６４４２３号公報

従来のエンジン制御装置では、酸素センサを用いた空燃比制御において、理論空燃比以外の領域で走行する場合にオープンループ制御が行われているので、燃料噴射量に影響するコンポーネントの特性ばらつきや経年特性変化に対応することができず、燃料噴射量にばらつきが生じて、ドライバビリティおよび燃費などに悪影響を及ぼすという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、実空燃比を安定に目標空燃比に収束させることのできるエンジン制御装置を得ることを目的とする。

この発明によるエンジン制御装置は、エンジン回転速度およびスロットル開度を含むエンジンの運転状態を検出する各種センサと、エンジンの排気ガス中の酸素濃度に感応して酸素センサ出力値が変化する酸素センサと、運転状態および酸素センサ出力値に基づいてエンジンへの燃料噴射量を調整する空燃比フィードバック制御手段と、を備えたエンジン制御装置であって、空燃比フィードバック制御手段は、酸素センサ出力値を実空燃比に変換するセンサ出力変換手段と、エンジン回転速度およびスロットル開度に基づいて理論空燃比および理論空燃比以外の目標空燃比を決定する目標空燃比決定手段と、実空燃比と目標空燃比との空燃比偏差に基づいて比例ゲインを決定する比例ゲイン演算手段と、目標空燃比に対して実空燃比がリッチ側またはリーン側のいずれであるかの判定結果に基づいて積分ゲインを更新する積分ゲイン演算手段と、比例ゲインおよび積分ゲインの少なくとも一方に基づいて空燃比フィードバック制御補正量を決定する制御補正量演算手段と、を含むものである。

この発明によれば、空燃比偏差に基づく比例ゲインにより目標空燃比への早い収束が可能となり、かつ、積分ゲインにより徐々に目標空燃比に近づけることが可能となり、安定に目標空燃比に収束させることができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置がエンジンに取り付けられた状態を示す構成図であり、図２は図１内のコントロールユニット１の機能構成を示すブロック図である。

図１において、コントロールユニット１は、エンジン制御装置の主要部を構成するＣＰＵおよびメモリを含むマイクロコンピュータからなり、エンジン１９の全体の動作を制御するためのプログラムやマップを格納している。

エンジン１９に吸入空気Ａを導入する吸気管１４には、エンジン１９への吸入空気Ａの温度（吸気温）Ｔａを計測する吸気温センサ２と、スロットルアクチュエータ４Ａにより開閉駆動されるスロットル弁３と、スロットル弁３の開度θを計測するスロットルポジションセンサ４と、スロットル弁３の下流の吸気圧Ｐａを計測する吸気圧センサ５と、燃料Ｆを噴射するためのインジェクタを含む燃料噴射モジュール８とが設けられている。

また、エンジン１９には、エンジン１９の壁面温度（エンジン温度）Ｔｗを計測するエンジン温度センサ６と、エンジン回転速度Ｎｅおよびクランク位置に対応したクランク角信号ＳＧＴ（パルス）を出力するクランク角センサ７と、点火コイル９により駆動される点火プラグ９Ａとが設けられている。

さらに、エンジン１９からの排気ガスＡｈを排出する排気管１０には、空燃比センサとして機能する酸素センサ１１と、排気ガスＡｈを浄化するための三元触媒コンバータ（以下、単に「三元触媒」という）１２とが設けられている。
酸素センサ１１からの酸素センサ出力値ＡＦは、図３に示すように、排気ガスＡｈ中の酸素濃度に感応して変化する。

酸素センサ１１は、試験管状のジルコニア素子の両面に白金電極が設けられた構成からなり、また、各白金電極を保護するために、白金電極の外側がセラミックスでコーティングされた構成を有し、ジルコニア素子の性質（高温で内外面の酸素濃度差があると起電力を発生する）を用いている。

図３において、横軸は空燃比、縦軸は酸素センサ出力値ＡＦであり、実線は基準温度Ｔｓｔにおける出力特性、破線は基準温度Ｔｓｔよりも低温の場合の出力特性、２点鎖線は基準温度Ｔｓｔよりも高温の場合の出力特性、をそれぞれ示している。
酸素センサ出力値ＡＦ［Ｖ］は、理論空燃比（＝１４．７）を境界として急変し、理論空燃比よりもリッチ側では起電力が高く、理論空燃比よりもリーン側では起電力が低くなる特性を有している。また、理論空燃比を境界とした酸素センサ出力値ＡＦの変化量は、センサ素子温度が高くなるほど小さくなる。

酸素センサ１１および各種センサ２、４〜７による検出信号は、エンジン１９の運転状態を示す情報として、コントロールユニット１に入力される。
コントロールユニット１は、各種の運転状態情報（吸気温Ｔａ、スロットル開度θ、吸気圧Ｐａ、エンジン温度Ｔｗ、エンジン回転速度Ｎｅ、クランク角信号ＳＧＴ、酸素センサ出力値ＡＦ）に基づいて、各種アクチュエータに対する駆動信号を出力する。
また、コントロールユニット１には、エンジン１９の制御状態や警告情報などを車両の運転者に知らせる装置として、表示装置１３が設けられている。

コントロールユニット１は、運転状態に基づき吸気管１４に対する適切な燃料噴射時期および燃料噴射量を演算して、燃料噴射モジュール８に対する駆動信号を出力する。
また、コントロールユニット１は、運転状態に基づき適切な点火時期を演算して点火信号を点火コイル９に出力し、点火プラグ９Ａに火花放電用の高電圧を印加して、エンジン１９の燃焼室内の混合気を爆発燃焼させる。

エンジン１９からの排気ガスＡｈは、排気管１０から大気中に排出されるが、排気管１０には、排気浄化用の三元触媒１２が設けられている。
三元触媒１２は、排出ガスＡｈの有毒成分を同時に低減させる有効な装置であり、ＨＣまたはＣＯの酸化反応と、ＮＯｘの還元反応とが同時に行われる。

図２において、各種センサ１５は、図１内の各センサ２、４〜７を含み、運転状態情報として、吸気温Ｔａ、スロットル開度θ、吸気圧Ｐａ、エンジン温度Ｔｗ、エンジン回転速度Ｎｅ、クランク角信号ＳＧＴ、酸素センサ出力値ＡＦをコントロールユニット１に入力する。同様に、酸素センサ１１は、酸素センサ出力値ＡＦをコントロールユニット１に入力する。

コントロールユニット１は、点火時期制御手段（図示せず）に加えて、燃料噴射制御手段に関連した空燃比フィードバック制御手段２０を備えており、各種センサ１５からの運転状態情報および酸素センサ出力値ＡＦに基づいてエンジン１９への燃料噴射量を調整するようになっている。
コントロールユニット１内の空燃比フィードバック制御手段２０は、酸素センサ出力値ＡＦに基づく実空燃比ＡＦｒを目標空燃比ＡＦｏに一致させるように、空燃比フィードバック制御を行う。

空燃比フィードバック制御手段２０は、目標空燃比ＡＦｏを決定する目標空燃比決定手段２１と、酸素センサ出力値ＡＦを実空燃比ＡＦｒに変換するセンサ出力変換手段２２と、空燃比フィードバック制御の比例項に対応した比例ゲインＧｐを演算する比例ゲイン演算手段２３と、空燃比フィードバック制御の積分項に対応した積分ゲインＧｐを演算する積分ゲイン演算手段２４と、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを決定する制御補正量演算手段２５と、燃料噴射モジュール８を駆動する燃料噴射駆動手段２６とを備えている。

目標空燃比決定手段２１は、クランク角信号ＳＧＴに基づくエンジン回転速度Ｎｅと、スロットルポジションセンサ４からのスロットル開度θとに基づいて、理論空燃比（＝１４．７）および理論空燃比以外の目標空燃比ＡＦｏを決定する。
センサ出力変換手段２２は、後述するように、センサ素子温度Ｔｏｅを、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに基づいて推定演算する。

比例ゲイン演算手段２３は、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとの空燃比偏差ｄＡＦに基づいて比例ゲインＧｐを決定する。
積分ゲイン演算手段２４は、目標空燃比ＡＦｏに対して実空燃比ＡＦｒがリッチ側またはリーン側のいずれであるかの判定結果に基づいて積分ゲインＧｉを更新する。
また、積分ゲイン演算手段２４は、実空燃比ＡＦｒのリッチまたはリーンの判定結果に基づく積分ゲインＧｉの更新量を、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとの空燃比偏差ｄＡＦに基づいて補正する。

制御補正量演算手段２５は、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの少なくとも一方に基づいて空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを決定する。
また、制御補正量演算手段２５は、後述するように、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂに対して、酸素センサ１１の誤検出による過リーン化制御を防止するための下限制限値を設定し、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの少なくとも一方に基づく空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂが下限制限値よりも小さい場合には、最終的な空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂとして下限制限値を決定する。

また、制御補正量演算手段２５は、下限制限値を設定するための学習機能を有し、目標空燃比ＡＦｏを理論空燃比に設定した場合での、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの平均値（後述する空燃比学習補正量ＫＡＦＬ）を、下限制限値として設定する。
さらに、制御補正量演算手段２５は、後述するように、積分ゲインＧｉの平均値Ｇｉａｖｅを算出して記憶し、積分ゲインの平均値Ｇｉａｖｅに基づいて、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの平均値を設定する。

以下、図１〜図３とともに、図４のフローチャートおよび図５〜図１１の説明図を参照しながら、空燃比フィードバック制御手段２０の動作について詳細に説明する。
図４において、まず、空燃比フィードバック制御手段２０は、エンジン１９の運転状態を示す各センサ信号を読込む（ステップＳ１）。すなわち、コントロールユニット１に接続された酸素センサ１１および各種センサ１５（吸気温センサ２、スロットルポジションセンサ４、吸気圧センサ５、エンジン温度センサ６、クランク角センサ７）からの出力信号（クランク角信号ＳＧＴから演算されるエンジン回転速度Ｎｅなど）を読込む。

続いて、目標空燃比決定手段２１は、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに基づく目標空燃比マップ（図５参照）から、エンジン１９の負荷に応じた目標空燃比ＡＦｏをマップ演算により決定する（ステップＳ２）。

図５に示す目標空燃比マップにおいて、目標空燃比ＡＦｏは、理論空燃比（＝１４．７）のみに設定されるのではなく、たとえば、スロットル開度全開付近（２０＜θ≦９０［ｄｅｇ］）および高速回転領域（Ｎｅ＞８０００［ｒｍｉｎ］）では、エンリッチ（＜１４．７）に設定されるなどにより、幅広い範囲の目標空燃比ＡＦｏの設定が可能となっている。

次に、空燃比フィードバック制御手段２０は、空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的な空燃比フィードバック制御条件としては、酸素センサ１１が活性化していること、酸素センサ１１が故障中でないこと、燃料カット中でないことなどが挙げられる。したがって、車両が正常な状態であれば、運転領域のほぼ全域で空燃比フィードバック制御条件が成立することになる。

ステップＳ３において、酸素センサ１１に異常発生中または燃料カット中などにより、空燃比フィードバック制御条件が不成立（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを無効とするために、Ｋｆｂ＝１．０に設定して（ステップＳ１６）、ステップＳ１７（後述する）に進む。

一方、ステップＳ３において、空燃比フィードバック制御条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、空燃比フィードバック制御手段２０は、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに基づく酸素センサ基本温度マップ（図６参照）を用いて、酸素センサ１１のセンサ素子温度Ｔｏｅを推定演算する（ステップＳ４）。

酸素センサ１１は、図３に示すように、理論空燃比（＝１４．７）を示す出力値Ｖ０がセンサ素子温度によらず一定となるように作られているが、理論空燃比以外の領域では、センサ素子温度Ｔｏｅの変化によって酸素センサ出力値ＡＦと空燃比との関係が変化する特性を有する。
そこで、後述する温度補正演算により、理論空燃比以外の領域での空燃比を正確に把握するために、酸素センサ１１の現在温度を、センサ素子温度Ｔｏｅとして推定演算する必要がある。

なお、センサ素子温度Ｔｏｅを推定演算せずに、酸素センサ１１に温度センサを取り付け、センサ素子温度を直接測定してもよい。センサ素子温度を直接測定する場合には、ステップＳ４を実行せずに、次のステップＳ５に進む。

以下、ステップＳ４におけるセンサ素子温度Ｔｏｅの推定演算方法について説明する。
まず、エンジン回転数Ｎｅおよびスロットル開度θを軸とする酸素センサ基本温度マップ（図６）から、センサ素子温度Ｔｏｅの基本値となるセンサ推定基本温度Ｔｏｅｂを算出する。

図６の酸素センサ基本温度マップは、車両出荷前の適合時において、酸素センサ１１にセンサ素子温度を直接測定可能な温度センサを装着し、図５の目標空燃比マップにしたがう各エンジン負荷状態で目標空燃比ＡＦｏにオープンループ制御させた状態での、酸素センサ１１のセンサ素子温度を正確に測定して得られたものである。

なお、酸素センサ１１に温度センサが装着されるのは車両適合時のみであり、量産車両の場合、センサ素子温度Ｔｏｅの推定演算時（ステップＳ４）には、一般に温度センサが装着されない。

また、酸素センサ１１を活性化させるためにＯ２ヒータ（図示せず）が装着されている車両の場合には、Ｏ２ヒータの発熱量がセンサ素子温度Ｔｏｅに与える影響や、エンジン１９の点火時期や空燃比変化による排気温度変化などの外乱変化に対応する補正が行われる。

具体的な補正内容として、たとえばＯ２ヒータに対しては、車載バッテリ（図示せず）の電源電圧変化による発熱量変化を防ぐために、酸素センサ１１の活性から一定時間経過後、ＰＷＭ制御によりＯ２ヒータへの電圧を制御する。
これにより、電源電圧変化によらず、Ｏ２ヒータの発熱量を一定に保つことが可能となり、図６の酸素センサ基本温度マップ作成時のＯ２ヒータ発熱量を再現可能となる。

また、点火時期が進角側から遅角側に変化した際の排気温度上昇の対応として、点火時期を軸とする補正マップ（図示せず）を用意し、図６の酸素センサ基本温度マップ作成時の点火時期よりも遅角側に変化した場合に、推定演算したセンサ素子温度Ｔｏｅを補正する。

同様に、空燃比がリッチ側では排気温度が低くなり、リーン側では排気温度が高くなることから、空燃比を軸とする補正マップ（図示せず）を用意し、空燃比変化に応じて推定演算したセンサ素子温度Ｔｏｅを補正する。

また、たとえばエンジン１９の吸気温Ｔａが高くなると排気温度も高くなるので、図６の酸素センサ基本温度マップ（図６）作成時の吸気温Ｔａと比較することにより、センサ素子温度Ｔｏｅの推定値を補正する。
以上の補正処理をセンサ推定基本温度Ｔｏｅｂに施すことにより、最終的なセンサ素子温度（推定値）Ｔｏｅを算出する。

さらに、図６から明らかなように、運転状態の変化（たとえば、Ｎｅ＞４０００［ｒｍｉｎ］、θ＞２０［ｄｅｇ］）に応じて、センサ素子温度が急変する箇所があるが、このようにセンサ素子温度Ｔｏｅの推定値が大きく変化すると、燃料噴射モジュール８からの燃料噴射量も影響を受けるので、センサ素子温度Ｔｏｅの急変は好ましくない。
したがって、算出したセンサ素子温度Ｔｏｅに対してフィルタ演算処理を施し、以下の式（１）のように、フィルタ演算処理後のセンサ素子温度Ｔｏｅｆを算出する。

Ｔｏｅｆ（ｎ）＝Ｔｏｅ＋Ｃｆ×（Ｔｏｅ−Ｔｏｅｆ（ｎ−１））／Ｒ・・・（１）

式（１）において、Ｔｏｅｆ（ｎ）は最新のフィルタ演算処理後の酸素センサ素子温度であり、Ｔｏｅｆ（ｎ−１）は前回値を示す。また、Ｃｆは分解能Ｒのフィルタ係数である。
こうして、ステップＳ４において、式（１）によるフィルタ処理（なまし算出）後のセンサ素子温度Ｔｏｅｆが最終的なセンサ素子温度Ｔｏｅとして設定される。

次に、センサ出力変換手段２２は、酸素センサ出力値ＡＦを実空燃比ＡＦｒに変換し、変換後の実空燃比ＡＦｒを検出値として設定する（ステップＳ５）。
酸素センサ出力値ＡＦから実空燃比ＡＦｒへの変換は、酸素センサ出力値ＡＦと実空燃比ＡＦｒとの関係を示す空燃比変換マップ（図７参照）にしたがって行われる。

図７の空燃比変換マップは、酸素センサ１１のセンサ素子特性に基づき、所定の基準温度Ｔｓｔにおける酸素センサ出力値ＡＦ（ｔ）と実空燃比ＡＦｒ（ｔ）との関係を記憶したテーブルからなる。
したがって、酸素センサ１１の素子温度が基準温度Ｔｓｔから変化した場合には、図７の空燃比変換マップ（酸素センサ出力値ＡＦ（ｔ）と実空燃比ＡＦｒ（ｔ）との関係）と、実際の酸素センサ出力値ＡＦと実空燃比ＡＦｒとの関係との間にズレが生じる。

そこで、センサ出力変換手段２２は、ステップＳ５に続いて、酸素センサ１１の温度特性による実空燃比ＡＦｒのズレを補正する（ステップＳ６）。
最終的な実空燃比は、後述の式（４）のように、ステップＳ５で変換した実空燃比（検出値）ＡＦｒに対して、実空燃比補正量Ｃａｆを加算することにより算出される。これにより、酸素センサ１１の温度特性に起因した出力値ズレに基づく誤差は補正される。
なお、実空燃比補正量Ｃａｆは、以下の式（２）のように表される。

Ｃａｆ＝（ＡＦｒ−１４．７）×Ｃｔ ・・・（２）

式（２）において、Ｃｔは温度偏差補正係数であり、酸素センサ出力値ＡＦと実空燃比ＡＦｒとの関係を設定した空燃比変換マップ（図７）作成時の基準温度Ｔｓｔと、現在のセンサ素子温度Ｔｏｅとの温度偏差ｄＴｏから算出された値である。
なお、ステップＳ４（センサ素子温度Ｔｏｅの推定演算）を実行せずに、センサ素子温度を直接測定した場合には、測定温度がセンサ素子温度Ｔｏｅとなる。以下、推定演算した場合でも直接測定した場合でも、センサ素子温度Ｔｏｅと表記するものとする。

以下、温度偏差補正係数Ｃｔの算出方法について説明する。
まず、酸素センサ１１の基準温度Ｔｓｔと、ステップＳ４で算出したセンサ素子温度Ｔｏｅとの温度偏差ｄＴｏを、以下の式（３）のように算出する。

ｄＴｏ＝Ｔｏｅ−Ｔｓｔ ・・・（３）

次に、酸素センサ１１の温度偏差ｄＴｏを軸とする温度偏差補正係数マップ（図８参照）から、温度偏差補正係数Ｃｔを算出する。
図８の温度偏差補正係数マップにおいて、現在のセンサ素子温度Ｔｏｅが基準温度Ｔｓｔよりも高温の場合には正の数値が設定され、逆に、現在のセンサ素子温度Ｔｏｅが基準温度Ｔｓｔよりも低温の場合には負の数値が設定されている。これにより、酸素センサ１１の高温側の特性変化および低温側の特性変化を補正することが可能となる。

また、図３に示す酸素センサ１１の出力特性によれば、理論空燃比（＝１４．７）は、どの温度においても一致する特徴があるので、実空燃比ＡＦｒが理論空燃比と一致する場合には、実空燃比補正量Ｃａｆを無効化する。

以上のように決定した実空燃比補正量Ｃａｆを用いて、ステップＳ６においては、補正前の実空燃比ＡＦｒ（ｊ−１）に実空燃比補正量Ｃａｆを加算することにより、最終的な実空燃比ＡＦｒ（ｊ）を、以下の式（４）のように演算される。

ＡＦｒ（ｊ）＝ＡＦｒ（ｊ−１）＋Ｃａｆ ・・・（４）

続いて、比例ゲイン演算手段２３は、式（４）で算出した実空燃比ＡＦｒとステップＳ２で算出した目標空燃比ＡＦｏとの空燃比偏差ｄＡＦを、以下の式（５）のように算出する（ステップＳ７）。

ｄＡＦ＝ＡＦｒ−ＡＦｏ ・・・（５）

また、比例ゲイン演算手段２３は、式（５）で算出された空燃比偏差ｄＡＦに基づき、あらかじめ設定した比例ゲインマップ（図９参照）から、比例ゲインＧｐ［％］をマップ演算する（ステップＳ８）。
図９の比例ゲインマップを用いた算出方法により、空燃比偏差ｄＡＦに応じた比例ゲインＧｐを決定することができ、目標空燃比ＡＦｏに対して実空燃比ＡＦｒを速やかに収束させることができる。

一方、積分ゲインＧｉについては、実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｏに対してリッチ状態かまたはリーン状態かによって演算方法が異なるので、積分ゲイン演算手段２４は、以下の処理（ステップＳ９〜Ｓ１２）により積分ゲインＧｉを算出する。
まず、ステップＳ８に続いて、積分ゲイン演算手段２４は、空燃比偏差ｄＡＦが正であるか否かに基づいて、目標空燃比ＡＦｏに対して実空燃比ＡＦｒがリーン状態であるか否かを判定する（ステップＳ９）。

つまり、空燃比偏差ｄＡＦ＞０の場合には、実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｏに対してリーン状態であり、逆に、空燃比偏差ｄＡＦ＜０の場合には、実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｏに対してリッチ状態であると判定することができ、空燃比偏差ｄＡＦ＝０の場合には、実空燃比ＡＦｒが目標空燃比ＡＦｏと一致していると判定することができる。

ステップＳ９において、実空燃比ＡＦｒがリーン状態であって、ｄＡＦ＞０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、積分ゲインＧｉを演算する（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０における積分ゲインＧｉの演算は、具体的には以下のように、ステップＳ１でコントロールユニット１が読込んだエンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに応じて、積分ゲイン変化量ΔＧｉを決定することにより行われる。

まず、積分ゲイン変化量ΔＧｉ［％］は、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θを軸とする積分ゲインマップ（図１０参照）によってマップ演算される。
また、図１０の積分ゲインマップにより決定された積分ゲイン変化量ΔＧｉに対して、空燃比偏差ｄＡＦに応じた積分ゲイン補正係数Ｃｉを乗算し、この乗算結果を前回の積分ゲインＧｉ（ｎ−１）に加算することにより、以下の式（６）のように、今回の積分ゲインＧｉ（ｎ）が算出される。

Ｇｉ（ｎ）＝Ｇｉ（ｎ−１）＋ΔＧｉ×Ｃｉ ・・・（６）

式（６）のように、積分ゲイン変化量ΔＧｉに対して、積分ゲイン補正係数Ｃｉを乗算補正することにより、積分ゲイン補正係数Ｃｉにより乗算補正しない場合に比べて、実空燃比ＡＦｒの目標空燃比ＡＦｏへの収束性を高めることができる。
なお、積分ゲイン補正係数Ｃｉは、空燃比偏差ｄＡＦを軸とする積分ゲイン補正係数マップ（図１１参照）から決定される。

一方、ステップＳ９において、実空燃比ＡＦｒがリーン状態ではなく、ｄＡＦ≦０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、続いて、空燃比偏差ｄＡＦ＜０であるか否かにより、実空燃比ＡＦｒがリッチ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１において、実空燃比ＡＦｒがリッチ状態であって、ｄＡＦ＜０（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０とは逆に、前回値に補正量を減算して、今回の積分ゲインＧｉ（ｎ）を決定する（ステップＳ１２）。
具体的には、前回の積分ゲインＧｉ（ｎ−１）から、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに応じて決定した積分ゲイン変化量ΔＧｉと、空燃比偏差ｄＡＦに応じた積分ゲイン補正係数Ｃｉと、を乗算した補正量を減算して、以下の式（７）のように、積分ゲインＧｉ（ｎ）を決定する。

Ｇｉ（ｎ）＝Ｇｉ（ｎ−１）−ΔＧｉ×Ｃｉ ・・・（７）

一方、ステップＳ１０およびＳ１１において、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとが一致していて、ｄＡＦ＝０（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１０またはＳ１２のいずれの補正処理も実行せずに、積分ゲインＧｉの前回値をホールドする。

次に、制御補正量演算手段２５は、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉを加算して、以下の式（８）のように、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを算出する（ステップＳ１３）。

Ｋｆｂ＝Ｇｐ＋Ｇｉ＋１．０ ・・・（８）

また、制御補正量演算手段２５は、ステップＳ１３で算出した空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂに対して下限制限値（空燃比学習補正量ＫＡＦＬ）を設定し、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂが下限制限値（空燃比学習補正量ＫＡＦＬ）よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。

前述した通り、酸素センサ１１は、理論空燃比付近を測定する目的のため、図３のように、理論空燃比付近では酸素センサ出力値ＡＦが急変するが、理論空燃比付近から離れると、空燃比変化に対する酸素センサ出力値ＡＦの変化が小さくなり、酸素センサ出力値ＡＦの微小なばらつきでも空燃比の検出結果が大きく異なる可能性がある。

したがって、実空燃比ＡＦｒの誤判定に起因して、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂにより過リーン化制御または過リッチ化制御を招く可能性がある。特に、過リーン化制御が行われると、エンジン１９の燃焼温度が異常に上昇してエンジン１９の破損を招く可能性がある。

このような不具合を回避するために、ステップＳ１３で算出された空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂに対して下限制限値を設定している。
なお、ここでは、下限制限値として、ステップＳ２０（後述する）で決定される空燃比学習補正量ＫＡＦＬが設定される。

空燃比学習補正量ＫＡＦＬは、目標空燃比ＡＦｏを理論空燃比に設定した場合での、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの平均値である。
このように、酸素センサ１１において、理論空燃比（正確な空燃比を算出可能な領域）で決定した空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの平均値（空燃比学習補正量ＫＡＦＬ）を下限制限値として設定することにより、車両の個体差や経年劣化などによるエンジン１９の性能変化を正確に補正することが可能となる。

ステップＳ１４において、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂ≧空燃比学習補正量ＫＡＦＬ（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちにステップＳ１７に進む。
一方、ステップＳ１４において、Ｋｆｂ＜ＫＡＦＬ（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、制御補正量演算手段２５は、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂとして、空燃比学習補正量ＫＡＦＬ（下限制限値）を設定して（ステップＳ１５）、ステップＳ１７に進む。

以下、制御補正量演算手段２５は、ステップＳ１７〜Ｓ２２において、空燃比学習補正量ＫＡＦＬを更新演算する。
なお、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂは、ステップＳ３の空燃比フィードバック制御条件成立時のみ算出される。したがって、エンジン始動直後の酸素センサ１１が活性化していない間は、空燃比フィードバック制御は実行されない。
また、オープンループ制御時の空燃比も、所望の目標空燃比ＡＦｏに制御するために、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂとは別に、空燃比学習補正量ＫＡＦＬを燃料噴射量に反映させることにより決定される。

空燃比学習補正量ＫＡＦＬの演算処理において、まず、制御補正量演算手段２５は、空燃比学習補正量ＫＡＦＬの更新条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１７）。
このときの判定条件としては、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θが所定範囲内であること、エンジン温度Ｔｗ、吸気温Ｔａが所定範囲内であること、などがあげられる。

ステップＳ１７において、更新条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図４の処理ルーチンを終了して抜け出る。
一方、更新条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、空燃比学習補正量ＫＡＦＬの更新タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８において、更新タイミングでない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、直ちに図４の処理ルーチンを終了して抜け出る。
一方、更新タイミングである（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ１０またはＳ１２で算出した空燃比フィードバック制御の積分ゲインＧｉに対して平均化処理を施し、平均値Ｇｉａｖｅを算出する（ステップＳ１９）。

積分ゲインの平均値Ｇｉａｖｅは、更新タイミング間で空燃比フィードバック制御の積分ゲインＧｉを積算し、更新タイミングごとに積算した回数Ｎで除算することにより、一定タイミングごとに算出される。
積分ゲインの平均値Ｇｉａｖｅは、空燃比学習補正量ＫＡＦＬの演算に用いられる。

なお、ステップＳ１７、Ｓ１８の更新条件成立時には、目標空燃比ＡＦｏが理論空燃比に設定される。目標空燃比ＡＦｏを理論空燃比に設定する理由は、前述（図３参照）のように、酸素センサ１１は、その出力値ＡＦが、センサ素子温度Ｔｏｅの状態に応じて変化するものの、理論空燃比においては常に変化しないように設計されているからである。
理論空燃比での酸素センサ出力値ＡＦと比較することにより、空燃比学習補正量ＫＡＦＬの正確な更新が行われるようになる。

続いて、前回の空燃比学習補正量ＫＡＦＬ（ｎ−１）に、ステップＳ１９で算出した積分ゲインＧｉの平均値Ｇｉａｖｅを加算して、以下の式（９）のように、更新後の空燃比学習補正量ＫＡＦＬ（ｎ）を算出する（ステップＳ２０）。

ＫＡＦＬ（ｎ）＝ＫＡＦＬ（ｎ−１）＋Ｇｉａｖｅ ・・・（９）

次に、制御補正量演算手段２５は、式（９）により更新演算された空燃比学習補正量ＫＡＦＬを、エンジン１９の始動キーをＯＦＦしてもメモリ内容が消去されない不揮発性メモリ（または、バックアップＲＡＭ）に記憶させる（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１における記憶するタイミングは、ステップＳ１８における空燃比学習補正量ＫＡＦＬの更新タイミングと同じである。

最後に、ステップＳ１３またはＳ１５で算出した空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの積分ゲインＧｉを「０」にクリアして（ステップＳ２２）、図４の処理ルーチンを終了して抜け出る。

なお、ステップＳ２２で積分ゲインＧｉをリセットする理由は、ステップＳ２０で更新後の空燃比学習補正量ＫＡＦＬが前回値よりも増加することから、ステップＳ１８での空燃比学習補正量ＫＡＦＬの更新タイミング成立時には、積分ゲインＧｉが倍近く反映してしまうので、これを抑制するためである。
これにより、酸素センサ出力値ＡＦと実空燃比ＡＦｒとの関係が良好に維持されて、目標空燃比ＡＦｏに対して正確な空燃比フィードバック制御が可能となる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係るエンジン制御装置は、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θを含むエンジン１９の運転状態を検出する各種センサ１５と、エンジン１９の排気ガスＡｈ中の酸素濃度に感応して酸素センサ出力値ＡＦが変化する酸素センサ１１と、運転状態および酸素センサ出力値ＡＦに基づいてエンジン１９への燃料噴射量を調整する空燃比フィードバック制御手段２０とを備えている。

また、空燃比フィードバック制御手段２０は、酸素センサ出力値ＡＦを実空燃比ＡＦｒに変換するセンサ出力変換手段２２と、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに基づいて理論空燃比および理論空燃比以外の目標空燃比ＡＦｏを決定する目標空燃比決定手段２１と、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとの空燃比偏差ｄＡＦに基づいて比例ゲインＧｐを決定する比例ゲイン演算手段２３と、目標空燃比ＡＦｏに対して実空燃比ＡＦｒがリッチ側またはリーン側のいずれであるかの判定結果に基づいて積分ゲインＧｉを更新する積分ゲイン演算手段２４と、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの少なくとも一方に基づいて空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを決定する制御補正量演算手段２５とを備えている。

これにより、空燃比偏差ｄＡＦに基づく比例ゲインＧｐを用いて、実空燃比ＡＦｒを目標空燃比ＡＦｏに早く収束させるとともに、実空燃比ＡＦｒのリッチ／リーンに応じた積分ゲインＧｉを用いて、実空燃比ＡＦｒを徐々に目標空燃比ＡＦｏに近づけることができ、実空燃比ＡＦｒを安定に目標空燃比ＡＦｏに収束させることができる。

また、積分ゲイン演算手段２４は、実空燃比ＡＦｒのリッチ／リーンの判定結果に基づく積分ゲインＧｉの更新量を、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとの偏差ｄＡＦに基づいて補正するので、目標空燃比ＡＦｏと実空燃比ＡＦｒとの偏差ｄＡＦが大きい状態において、目標空燃比ＡＦｏへの実空燃比ＡＦｒの収束性を向上させることができる。

また、センサ出力変換手段２２は、酸素センサ１１のセンサ素子温度Ｔｏｅを、エンジン回転速度Ｎｅおよびスロットル開度θに基づいて推定演算するので、センサ素子温度計測用の別途の温度センサが不要となり、車両全体の軽量化およびコスト低減を実現することができる。

また、制御補正量演算手段２５は、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂに対して、酸素センサ１１の誤検出による過リーン化制御を防止するための下限制限値（空燃比学習補正量ＫＡＦＬ）を設定し、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの少なくとも一方に基づく空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂが下限制限値ＫＡＦＬよりも小さい場合には、下限制限値ＫＡＦＬを空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂとして決定するので、酸素センサ１１の検出精度が低下する場合（理論空燃比から離れた実空燃比ＡＦｒでの酸素センサ出力値ＡＦの場合、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂが過リーン化制御を行う数値となった場合）であっても、過リーン化制御によるエンジン１９への悪影響を抑制して、安全性を維持することができる。

さらに、制御補正量演算手段２５は、積分ゲインＧｉの平均値Ｇｉａｖｅを算出して記憶する学習機能を有するので、酸素センサ１１が活性化していないエンジン１９の始動直後状態であっても、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの学習値を用いた空燃比オープンループ制御によって、目標空燃比ＡＦｏへの応答性を高めることができる。

実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図４）では、センサ出力変換手段２２において、酸素センサ出力値ＡＦから実空燃比ＡＦｒへの変換処理（ステップＳ５）の実行後に、実空燃比ＡＦｒの温度補正処理（ステップＳ６）を実行したが、図１２のように、センサ素子温度Ｔｏｅに応じて、酸素センサ出力値ＡＦから実空燃比ＡＦｒへの変換処理（ステップＳ５Ａ）を実行してもよい。

以下、図１および図２とともに、図１２のフローチャートおよび図１３の説明図を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。
なお、この発明の実施の形態２に係るエンジン制御装置の全体構成は、図１および図２に示した通りであり、センサ出力変換手段２２の一部機能が前述と異なる。
図１３はセンサ素子温度Ｔｏｅごとの空燃比変換マップを示しており、センサ出力変換手段２２により用いられる。

図１２において、ステップＳ１〜Ｓ４、Ｓ７〜Ｓ２２は、前述（図４参照）と同様の処理であり、前述のステップＳ５およびＳ６に代えて、ステップＳ５Ａを挿入した点のみが前述と異なる。
この場合、酸素センサ出力値ＡＦから実空燃比ＡＦｒへの変換時（ステップＳ５Ａ）において、温度変化による特性変化を傾きズレ補正（図４内のステップＳ６）によって補うのではなく、酸素センサ１１のセンサ素子温度Ｔｏｅと酸素センサ出力値ＡＦとを軸とする空燃比変換マップ（図１３）を使用する。

センサ出力変換手段２２は、前述のステップＳ４で酸素センサ１１のセンサ素子温度Ｔｏｅを推定演算（または、温度センサにより実測）した後、センサ素子温度Ｔｏｅに適した実空燃比ＡＦｒへの変換処理（ステップＳ５Ａ）を行う。
以下、前述と同様の処理（ステップＳ７〜Ｓ２２）を実行する。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、センサ出力変換手段２２は、酸素センサ出力値ＡＦから変換する実空燃比ＡＦｒの値を、酸素センサ１１のセンサ素子温度Ｔｏｅの変化に基づいて補正するので、センサ素子温度Ｔｏｅが変化して酸素センサ出力値ＡＦと実空燃比ＡＦｒとの関係が変化した場合でも、高精度に実空燃比ＡＦｒへの変換を行うことができる。
また、変換時の処理（ステップＳ５Ａ）が簡略化されるので、空燃比フィードバック制御手段２０の処理負荷を軽減することができる。

実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図２、図４、図１２）では、特に言及しなかったが、図１４のように、空燃比フィードバック制御手段２０Ａ内に演算開始判定手段２７を設け、図１５内のステップＳ３０〜Ｓ３３のように、演算開始条件が成立した場合のみに比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの演算を行うように構成してもよい。

以下、図１とともに、図１４のブロック図、図１５のフローチャートおよび図１６のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態３について説明する。
なお、この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置の全体構成は、図１に示した通りであり、コントロールユニット１Ａの空燃比フィードバック制御手段２０Ａ内の一部機能が前述と異なる。

図１４において、空燃比フィードバック制御手段２０Ａは、比例ゲイン演算手段２３Ａおよび積分ゲイン演算手段２４Ａの演算開始条件の成立／不成立を判定する演算開始判定手段２７を備えている。
演算開始判定手段２７は、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの各々の演算開始条件を満たす場合に、比例ゲイン演算手段２３Ａおよび積分ゲイン演算手段２４Ａの演算開始を許可する。

図１５において、ステップＳ１〜Ｓ２２は、前述（図４参照）と同様の処理である。
この場合、ステップＳ７の後にステップＳ３０、Ｓ３１を挿入し、ステップＳ８の後にステップＳ３２、Ｓ３３を挿入し、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの演算タイミングに対して個々の開始条件を設定した点のみが前述と異なる。

演算開始判定手段２７は、前述のステップＳ７（空燃比偏差ｄＡＦの算出）に続いて、酸素センサ出力値ＡＦが所定の開始電圧値を下回った（リーン側）か否かにより、比例ゲインＧｐの演算開始条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３０）。

ステップＳ３０において、比例ゲインＧｐの演算開始条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、比例ゲインＧｐの演算処理（ステップＳ８）に進む。
一方、比例ゲインＧｐの演算開始条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、比例ゲインＧｐを「０」にリセットして（ステップＳ３１）、積分ゲインＧｉの演算開始判定処理（ステップＳ３２）に進む。

すなわち、ステップＳ３０において、酸素センサ出力値ＡＦと比例ゲインＧｐの開始電圧値とを比較し、酸素センサ出力値ＡＦが比例ゲインＧｐの開始電圧値以下となった場合には、ステップＳ８で比例ゲインＧｉを演算し、開始条件を満たさない場合（ＡＦ＞開始電圧値）には、ステップＳ３１で比例ゲインＧｐを無効化する。

続いて、演算開始判定手段２７は、酸素センサ出力値ＡＦが所定の開始電圧値を下回った（リーン側）か否かにより、積分ゲインＧｉの演算開始条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３２において、積分ゲインＧｉの演算開始条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、空燃比偏差ｄＡＦの判定処理（ステップＳ９）に進む。
一方、積分ゲインＧｉの演算開始条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、積分ゲインＧｉを「０」にリセットして（ステップＳ３３）、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂの算出処理（ステップＳ１３）に進む。

すなわち、ステップＳ３２において、ステップＳ３０と同様に積分ゲインＧｉの開始条件を判定し、酸素センサ出力値ＡＦが積分ゲインＧｉの開始電圧値以下となった場合には、ステップＳ９で積分ゲインＧｉを演算し、開始条件を満たさない場合（ＡＦ＞開始電圧値）には、ステップＳ３３で積分ゲインＧｉを無効化する。
以下、前述と同様の処理（ステップＳ１３〜Ｓ２２）を実行する。
なお、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの各条件値は、目標空燃比ＡＦｏごとに設定される。

一般に、エンジン１９の始動直後は、酸素センサ１１の初期値が状況により変化する。たとえば、前回のエンジン１９の運転停止から時間が経過している状態で、エンジン１９を再始動させた場合には、排気管１０に燃料がほぼ残っていないことから、酸素センサ出力値ＡＦは過リーン状態を示すが、前回の運転停止から時間をおかずにエンジン１９を再始動した場合には、酸素センサ出力値ＡＦがリッチ状態を示すことがある。

したがって、エンジン１９の始動直後に、目標空燃比ＡＦｏと酸素センサ出力値ＡＦから変換した実空燃比ＡＦｒとの空燃比偏差ｄＡＦが大きい場合には、比例ゲインＧｐの値が極端に大きくなり、空燃比フィードバック制御が過リッチ化制御または過リーン化制御となる可能性がある。
このように、過リッチ化制御や過リーン化制御になると、燃料噴射量の変動が大きくなり、エンジン回転速度Ｎｅも影響を受けて、車両のドライバビリティに悪影響を与えてしまう。

したがって、このようなドライバビリティの悪化を回避するために、図１４、図１５のように、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉに対して演算開始条件を設定し、積分ゲインＧｉにより空燃比を安定領域まで補正した後、比例ゲインＧｐにより、実空燃比ＡＦｒを目標空燃比ＡＦｏに収束させる。

次に、図１６を参照しながら、空燃比フィードバック制御の比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの演算開始タイミングについて、酸素センサ出力値ＡＦ、比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉおよび空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂと関連させながら、具体的に説明する。

図１６において、エンジン１９の始動直後は、実空燃比ＡＦｒと目標空燃比ＡＦｏとの空燃比偏差ｄＡＦが大きいが、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの各開始条件（ＶＧｉ＞ＶＧｐ）を設定することにより、段階的に空燃比フィードバック制御が行われる。
各開始電圧値ＶＧｉ、ＶＧｐは、目標空燃比ＡＦｏに相当する酸素センサ出力値Ｖｏよりもリッチ側（高い電圧値）に設定されている。

この場合、酸素センサ１１の活性化が判定された時点ｔ１以降から、酸素センサ出力値ＡＦが、積分ゲインＧｉの開始電圧値ＶＧｉまで低下（リーン化）した時点ｔ２で、積分ゲインＧｉの演算が開始される。
続いて、酸素センサ出力値ＡＦが、比例ゲインＧｐの開始電圧値ＶＧｐまで低下（リーン化）した時点ｔ３で、比例ゲインＧｐの演算が開始される。

これにより、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂは、時刻ｔ２において、積分ゲインＧｉに基づく補正量が算出され、時刻ｔ３において、比例ゲインＧｐに基づく補正量が重畳される。
したがって、燃料噴射量の極端な変動が抑制され、車両のドライバビリティを良好にすることができる。

以上のように、この発明の実施の形態３に係る空燃比フィードバック制御手段２０Ａは、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉの各演算開始条件を満たす場合に、比例ゲイン演算手段２３Ａおよび積分ゲイン演算手段２４Ａの演算開始を許可する演算開始判定手段を備えている。

これにより、酸素センサ出力値ＡＦが不安定な状態（エンジン１９の始動直後）において、空燃比偏差ｄＡＦが大きいことから、比例ゲインＧｐが極端に大きくなって燃料噴射量が大きく変動し得る状況下であっても、積分ゲインＧｉと比例ゲインＧｐとを段階的に用いた演算を行うことによって、燃料噴射量の変動を抑制し、快適なドライバビリティを実現することができる。

また、演算開始判定手段２７は、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉに対して開始電圧値ＶＧｐ、ＶＧｉを、目標空燃比ＡＦｏに基づいて各々設定し、酸素センサ出力値ＡＦが各開始電圧値ＶＧｐ、ＶＧｉを下回る場合に、各演算開始条件を満たすものと判定し、比例ゲイン演算手段および積分ゲイン演算手段の演算開始を許可するので、目標空燃比ＡＦｏごとに演算開始タイミングを設定可能となり、空燃比フィードバック制御による燃料噴射量の無駄な変化を抑制し、燃料噴射量の安定性を高めることができる。

実施の形態４．
なお、上記実施の形態１〜３では特に言及しなかったが、空燃比フィードバック制御の開始直後、または、酸素センサ１１の活性化直後においては、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉを通常制御すると、空燃比が大きく変動して異常値になる可能性がある。

また、酸素センサ１１が一旦活性化した後も、空燃比フィードバック未実行状態で、燃料カットによるリーン状態やリッチ状態で運転した後に、再び空燃比フィードバック制御を開始した場合には、酸素センサ１１の異常センサ出力に起因して、フィードバック制御ゲイン（特に、比例ゲインＧｐ）を通常通りに動かすと、空燃比が発振する可能性がある。

そこで、空燃比フィードバック制御開始直後、または、酸素センサ１１が活性化直後においては、比例ゲインＧｐおよび積分ゲインＧｉを通常制御時よりも大きく制限し（なまし処理を施し）、所定時間経過後に徐々に通常制御に復帰させることが望ましい。

図１７はこの発明の実施の形態４に係る空燃比フィードバック制御手段の演算処理を示すフローチャートであり、空燃比フィードバック制御開始後での、酸素センサ１１の活性化状態への切り替わり直後、および異常センサ出力の検出時において、空燃比偏差ｄＡＦに対して制限の大きい上下限制限値ＤＨ、ＤＬ、ＤＨ２、ＤＬ２を設定した後、上下限制限値ＤＨ、ＤＬ、ＤＨ２、ＤＬ２をそれぞれテーリング処理して通常制限値に復帰させる動作を示している。

図１７において、前述（図１５参照）と同様の処理には、前述と同一符号が付されている。
また、図１７において、ステップＳ４１は前述（図１５）のステップＳ１、Ｓ２に対応し、ステップＳ５１は前述のステップＳ５〜Ｓ７に対応し、ステップＳ５４は前述のステップＳ１０〜Ｓ１２に対応する。

なお、この場合、空燃比フィードバック制御手段２０Ａ（図１４参照）は、酸素センサ出力値ＡＦに基づいて酸素センサ１１が活性化状態であるか否かを判定する活性化判定手段と、活性化判定手段の判定結果と各種センサ１５により検出されるエンジンの運転状態とに基づいて、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判定する空燃比フィードバック制御条件判定手段と、酸素センサ１１が活性化状態であると判定され、空燃比フィードバック制御の実行条件が不成立と判定され、かつ酸素センサ出力値ＡＦが所定範囲を逸脱している状態が許容時間以上にわたって継続したか否かにより、異常センサ出力の検出の有無を判定する異常センサ出力検出手段とを備えている。

また、制御補正量演算手段２５は、酸素センサ１１が非活性状態から活性化状態に変化した後の第１の所定時間τ１以上、または異常センサ出力検出手段が異常センサ出力を検出した状態で空燃比フィードバック制御の実行条件が成立した後の第２の所定時間τ２以上、の少なくとも一方の期間において、空燃比偏差ｄＡＦ、積分ゲインＧｉおよび比例ゲインＧｐの少なくとも１つのパラメータ（ここでは、空燃比偏差ｄＡＦ）の上下限制限値を、通常の空燃比フィードバック制御時よりも大きく制限する。

さらに、制御補正量演算手段２５は、第１の所定時間τ１または第２の所定時間τ２の経過後には、上下限制限値ＤＨ、ＤＬ、ＤＨ２、ＤＨ２のテーリング処理（徐々に復帰）を施す。すなわち、単位時間当たりに所定値ずつ、空燃比偏差ｄＡＦの上限制限値ＤＨ、ＤＨ２を増加させ、かつ空燃比偏差ｄＡＦの下限制限値ＤＬ、ＤＬ２を減少させる。

以下、図１および図１７を参照しながら、この発明の実施の形態４について説明する。
なお、この発明の実施の形態４に係るエンジン制御装置の全体構成は、図１に示した通りである。
図１７において、まず、空燃比フィードバック制御手段は、前述と同様に、エンジン１９の運転状態を示す各センサ信号を読込み、エンジン１９の負荷に応じた目標空燃比ＡＦｏを演算する（ステップＳ４１）。

続いて、酸素センサ１１が活性化しているか否かを判定し（ステップＳ４２）、活性化していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂ＝１．０にセット（オープンループ制御に設定）して（ステップＳ１６）、図１７の処理ルーチンを終了して抜け出る。

一方、ステップＳ４２において、酸素センサ１１が活性化している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定し（ステップＳ３）、空燃比フィードバック制御条件が成立していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、前述のステップＳ１６に進む。

一方、ステップＳ３において、空燃比フィードバック制御条件が成立している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、酸素センサ１１が「非活性状態」の判定結果から「活性状態」の判定結果に今回切り替わったか否かを判定する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４３において、前回の「非活性化状態」から今回の「活性化状態」に判定結果が切り替わっている（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、活性判定フラグを「１」にセットするとともに、空燃比偏差ｄＡＦの上下限制限値ＤＨ、ＤＬの初期値（制限が大きく作用する値）をセットする（ステップＳ４４）。
以下、上下限制限値ＤＨ、ＤＬを用いて、後述のステップＳ５２、ステップ５３において空燃比偏差ｄＡＦの上下限制限処理が行われる。

一方、ステップＳ４３において、今回の判定結果が「活性化状態」に切り替わっていない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ４４は実行されない。
続いて、活性判定フラグのセットから第１の所定時間τ１以上時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ４５）、第１の所定時間τ１以上経過した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、上下限制限値ＤＨ、ＤＬのテーリング処理を行う（ステップＳ４６）。

すなわち、上限制限値ＤＨに対しては、単位時間当たりに所定値ずつ増加させることにより、制限が小さくなる方向にテーリング処理を施す。
同様に、下限制限値ＤＬに対しては、単位時間当たりに所定値ずつ減少させることにより、制限が小さくなる方向にテーリング処理を施す。
なお、ステップＳ４６においては、活性判定フラグがクリアされないので、活性化の判定による空燃比偏差ｄＡＦの上下限制限は、最初の活性化判定時においては１回のみ実行される。

一方、ステップＳ４５において、第１の所定時間τ１以上時間が経過していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、上下限制限値ＤＨ、ＤＬのテーリング処理（ステップＳ４６）は実行されない。
続いて、異常センサ出力の条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ４７）。

このとき、異常センサ出力の条件は、以下の条件（Ａ）〜（Ｃ）がすべて成立することである。
（Ａ）空燃比フィードバック制御条件の非成立状態から成立状態に今回変化したこと。
（Ｂ）酸素センサ出力値（電圧値）が所定電圧範囲を逸脱していること。
（Ｃ）酸素センサ１１の活性化状態が判定されていること。

なお、条件（Ｂ）、（Ｃ）については、過去に許容時間以上成立している場合である。
つまり、空燃比フィードバック制御条件を満たさずにオープンループ制御が行われていたが、燃料カットにより空燃比センサ電圧としてはリーン状態を示している場合、または、オープンループ制御によりエンリッチ運転を継続し、空燃比センサ出力値（電圧値）はリッチ状態を示している場合である。

ステップＳ４７において、異常センサ出力の条件が成立する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、異常センサ出力判定フラグをセットするとともに、空燃比偏差ｄＡＦの上下限制限値ＤＨ２、ＤＬ２の初期値（制限が大きく作用する値）をセットする（ステップＳ４８）。
一方、ステップＳ４７において、異常センサ出力の条件が成立しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ４８は実行されない。

続いて、異常センサ出力判定フラグのセットから第２の所定時間τ２以上経過しているか否か判定し（ステップＳ４９）、第２の所定時間τ２以上経過している（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、異常センサ出力判定フラグをクリアするとともに、上下限制限値ＤＨ２、ＤＬ２のテーリング処理を行う（ステップＳ５０）。

すなわち、上限制限値ＤＨ２に対し、単位時間当たりに所定値ずつ増加させて、制限が小さくなる方向にテーリング処理を施す。
同様に、下限制限値ＤＬ２に対し、単位時間当たりに所定値ずつ減少させて、制限が小さくなる方向にテーリング処理を施す。
一方、ステップＳ４９において、異常センサ出力の条件が成立しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、上下限制限値ＤＨ２、ＤＬ２のテーリング処理（ステップＳ５０）は実行されない。

続いて、前述と同様に、酸素センサ出力値ＡＦを実空燃比ＡＦｒに変換し、酸素センサ出力値ＡＦの傾きズレ補正を行い、空燃比偏差ｄＡＦを演算する（ステップＳ５１）。
次に、空燃比偏差ｄＡＦが上下限制限値の範囲内（ＤＬ＜ｄＡＦ＜ＤＨ、または、ＤＬ２＜ｄＡＦ＜ＤＨ２）にあるか否かを判定し（ステップＳ５２）、上下限制限値の範囲外である（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、空燃比偏差ｄＡＦを上下限制限値で制限する（ステップＳ５３）。

すなわち、空燃比偏差ｄＡＦが上限制限値ＤＨ、ＤＨ２を超えた場合は、ｄＡＦ＝ＤＨ、または、ｄＡＦ＝ＤＨ２に設定し、空燃比偏差ｄＡＦが下限制限値ＤＬ、ＤＬ２を超えた場合は、ｄＡＦ＝ＤＬ、または、ｄＡＦ＝ＤＬ２に設定する。
一方、ステップＳ５２において、空燃比偏差ｄＡＦが上下限制限値の範囲内である（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ステップＳ５３は実行されない。

以下、前述と同様に、ステップＳ３０で比例ゲインＧｐの演算開始条件が成立すれば、ステップＳ８で比例ゲインＧｐの演算を行い、ステップＳ３２で積分ゲインＧｉの演算開始条件が成立すれば、ステップＳ５４で積分ゲインＧｉの更新を行い、ステップＳ１３で空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを算出して、図１７の処理ルーチンを終了して抜け出る。

以上のように、この発明の実施の形態４によれば、酸素センサ１１の状態が不安定な活性化直後や、空燃比フィードバック制御開始直後においては、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂに直結する空燃比偏差ｄＡＦの上下限制限値ＤＨ、ＤＬ、ＤＨ２、ＤＬ２を制限し、徐々に通常制御状態に復帰させるので、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂを安定させることができる。

なお、上記実施の形態４では、空燃比偏差ｄＡＦのみの上下限制限値を制限したが、これに限らず、他のパラメータ、たとえば、比例ゲインＧｐ、積分ゲインＧｉ、積分ゲインＧｉの更新量（＝ΔＧｉ×Ｃｉ）（前述の式（６）、式（７）参照）、空燃比フィードバック制御補正量Ｋｆｂそのもの、などの上下限制限値を制限してもよい。

この発明の実施の形態１〜３に係るエンジン制御装置をエンジンとともに示す構成図である。 この発明の実施の形態１、２に係るエンジン制御装置の機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１〜３に用いられる酸素センサの出力特性を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る空燃比フィードバック制御手段の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に用いられる目標空燃比マップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に用いられる酸素センサ基本温度マップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に用いられる空燃比変換マップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に用いられる酸素センサの温度偏差補正係数マップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に用いられる比例ゲインマップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に用いられる積分ゲインマップを示す説明図である。 この発明の実施の形態１に用いられる積分ゲイン補正係数マップを示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る空燃比フィードバック制御手段によるセンサ素子温度の推定演算処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２におけるセンサ素子温度ごとの空燃比変換マップを示す説明図である。 この発明の実施の形態３に係るエンジン制御装置の機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る空燃比フィードバック制御手段によるセンサ素子温度の推定処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による空燃比フィードバック制御処理を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態４に係る空燃比フィードバック制御手段の演算処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１、１Ａ コントロールユニット、２ 吸気温センサ、３ スロットル弁、４ スロットルポジションセンサ、４Ａ スロットルアクチュエータ、５ 吸気圧センサ、６ エンジン温度センサ、７ クランク角センサ、８ 燃料噴射モジュール、９ 点火コイル、９Ａ 点火プラグ、１０ 排気管、１１ 酸素センサ、１４ 吸気管、１５ 各種センサ、２０、２０Ａ 空燃比フィードバック制御手段、２１ 目標空燃比決定手段、２２ センサ出力変換手段、２３、２３Ａ 比例ゲイン演算手段、２４、２４Ａ 積分ゲイン演算手段、２５ 制御補正量演算手段、２６ 燃料噴射駆動手段、２７ 演算開始判定手段、ＡＦ 酸素センサ出力値、ＡＦｏ 目標空燃比、ＡＦｒ 実空燃比、ｄＡＦ 空燃比偏差、ＤＨ、ＤＨ２ 上限制限値、ＤＬ、ＤＬ２ 下限制限値、Ｇｉ 積分ゲイン、Ｇｐ 比例ゲイン、Ｋｆｂ 空燃比フィードバック制御補正量、Ｔａ 吸気温、Ｔｗ エンジン温度、ＳＧＴ クランク角信号、τ１ 第１の所定時間、τ２ 第２の所定時間、θ スロットル開度。

Claims (11)

1. エンジン回転速度およびスロットル開度を含むエンジンの運転状態を検出する各種センサと、
   前記エンジンの排気ガス中の酸素濃度に感応して酸素センサ出力値が変化する酸素センサと、
   前記運転状態および前記酸素センサ出力値に基づいて前記エンジンへの燃料噴射量を調整する空燃比フィードバック制御手段と、
   を備えたエンジン制御装置であって、
   前記空燃比フィードバック制御手段は、
   前記酸素センサ出力値を実空燃比に変換するセンサ出力変換手段と、
   前記エンジン回転速度および前記スロットル開度に基づいて理論空燃比および理論空燃比以外の目標空燃比を決定する目標空燃比決定手段と、
   前記実空燃比と前記目標空燃比との空燃比偏差に基づいて比例ゲインを決定する比例ゲイン演算手段と、
   前記目標空燃比に対して前記実空燃比がリッチ側またはリーン側のいずれであるかの判定結果に基づいて積分ゲインを更新する積分ゲイン演算手段と、
   前記比例ゲインおよび前記積分ゲインの少なくとも一方に基づいて空燃比フィードバック制御補正量を決定する制御補正量演算手段と
   を含むことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 前記積分ゲイン演算手段は、前記実空燃比のリッチまたはリーンの判定結果に基づく前記積分ゲインの更新量を、前記実空燃比と前記目標空燃比との空燃比偏差に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記センサ出力変換手段は、前記酸素センサ出力値から変換する前記実空燃比の値を、前記酸素センサのセンサ素子温度変化に基づいて補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン制御装置。
4. 前記センサ出力変換手段は、前記センサ素子温度を、前記エンジン回転速度および前記スロットル開度に基づいて推定演算することを特徴とする請求項３に記載のエンジン制御装置。
5. 前記制御補正量演算手段は、
   前記空燃比フィードバック制御補正量に対して、前記酸素センサの誤検出による過リーン化制御を防止するための下限制限値を設定し、
   前記比例ゲインおよび前記積分ゲインの少なくとも一方に基づく空燃比フィードバック制御補正量が前記下限制限値よりも小さい場合には、前記下限制限値を空燃比フィードバック制御補正量として決定することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
6. 前記制御補正量演算手段は、
   前記下限制限値を設定するための学習機能を有し、
   前記目標空燃比を理論空燃比に設定した場合での、前記空燃比フィードバック制御補正量の平均値を、前記下限制限値として設定することを特徴とする請求項５に記載のエンジン制御装置。
7. 前記制御補正量演算手段は、前記積分ゲインの平均値を算出して記憶し、前記積分ゲインの平均値に基づいて、前記空燃比フィードバック制御補正量の平均値を設定することを特徴とする請求項６に記載のエンジン制御装置。
8. 前記空燃比フィードバック制御手段は、
   前記比例ゲインおよび積分ゲインの各々の演算開始条件を満たす場合に前記比例ゲイン演算手段および前記積分ゲイン演算手段の演算開始を許可する演算開始判定手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
9. 前記演算開始判定手段は、前記酸素センサ出力値が、前記目標空燃比に基づき前記比例ゲインおよび前記積分ゲインに対して各々設定された判定電圧値を下回る場合に、前記演算開始条件を満たすものと判定し、前記比例ゲイン演算手段および前記積分ゲイン演算手段の演算開始を許可することを特徴とする請求項８に記載のエンジン制御装置。
10. 前記空燃比フィードバック制御手段は、
    前記酸素センサ出力値に基づいて前記酸素センサが活性化状態であるか否かを判定する活性化判定手段と、
    前記活性化判定手段の判定結果と前記各種センサにより検出される前記エンジンの運転状態とに基づいて、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判定する空燃比フィードバック制御条件判定手段と、
    前記酸素センサが活性化状態であると判定され、前記空燃比フィードバック制御の実行条件が不成立と判定され、かつ前記酸素センサ出力値が所定範囲を逸脱している状態が許容時間以上にわたって継続したか否かにより、異常センサ出力の検出の有無を判定する異常センサ出力検出手段とを含み、
    前記制御補正量演算手段は、
    前記酸素センサが非活性状態から活性化状態に変化した後の第１の所定時間以上、または、前記異常センサ出力検出手段が異常センサ出力を検出した状態で前記空燃比フィードバック制御の実行条件が成立した後の第２の所定時間以上、の少なくとも一方の期間において、
    前記空燃比偏差、前記積分ゲインおよび前記比例ゲインの少なくとも１つのパラメータの上下限制限値を、通常の空燃比フィードバック制御時よりも大きく制限することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
11. 前記制御補正量演算手段は、前記第１または第２の所定時間の経過後には、単位時間当たりに所定値ずつ、前記パラメータの上限制限値を増加させ、かつ前記パラメータの下限制限値を減少させることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン制御装置。

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