JP2009191813A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 失火が発生した場合における、機関空燃比の誤った方向への制御を、可及的に抑制する。
【解決手段】 空燃比制御装置（６）は、排気ガス浄化用の触媒（５３）よりも上流側の排気通路に配設された上流側空燃比センサ（６６）の出力に基づいて、内燃機関（１）の空燃比を制御するように構成されている。ここで、失火が発生した場合、上流側空燃比センサ（６６）の出力は、真の機関空燃比に対応するものとは明らかに異なるものとなり得る。そこで、本発明の空燃比制御装置（６）は、失火影響抑制部（６０７）を備えている。この失火影響抑制部（６０７）は、上流側空燃比センサ（６６）出力における、失火の発生の影響を抑制するようになっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の空燃比を制御する、空燃比制御装置に関する。特に、本発明は、排気ガス浄化用の触媒よりも上流側の排気通路に配設された上流側空燃比センサの出力に基づいて、内燃機関の空燃比を制御する、空燃比制御装置に関する。なお、本明細書における以下の記述において、「内燃機関」は、単に「機関」と略称されることもある。

この種の装置として、例えば、特開平６−１２９２８７号公報、特開平８−６８３５２号公報、特開平１０−１０３１３９号公報、等に開示されたものが知られている。これらの装置にて用いられている前記上流側空燃比センサは、酸素濃度センサであって、排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を生じるようになっている。
特開平６−１２９２８７号公報 特開平８−６８３５２号公報 特開平１０−１０３１３９号公報

失火［misfire］が発生すると、燃焼室に供給された燃料混合気における、未燃燃料と酸素とが、燃焼に供されることなく、前記燃焼室から前記排気通路に放出される。このとき、前記上流側空燃比センサにて、真の機関空燃比（前記燃焼室に実際に供給された燃料混合気の空燃比）に対応するものとは明らかに異なる出力が生じ得る。このため、この種の装置においては、失火発生時に、機関空燃比が誤った方向に制御されることがあり得る。

具体的には、例えば、点火不良による失火時においては、前記上流側空燃比センサにて酸素濃度の増大が検知されることで、（真の機関空燃比がたとえ理論空燃比であったとしても）機関空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンであると誤って判断され得る。このような誤判断が行われると、機関空燃比が誤ってリッチ方向に制御されることで空燃比制御に乱れが生じる、ということがあり得る（特開平８−６８３５２号公報における「従来の技術」欄を参照）。

本発明は、このような課題に対処するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、失火が発生した場合における、機関空燃比の誤った方向への制御が、可及的に抑制され得る、空燃比制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の適用対象となる内燃機関には、上流側空燃比センサと、排気ガス浄化用の触媒と、が設けられている。前記上流側空燃比センサは、前記触媒よりも上流側の排気通路に配設されている。また、本内燃機関には、さらに下流側空燃比センサが設けられ得る。この下流側空燃比センサは、前記触媒よりも下流側の前記排気通路に配設されている。これらの空燃比センサは、排気ガスの空燃比（排気ガス中の特定成分の濃度：例えば酸素濃度）に対応する出力を生じるように構成されている。例えば、複数の前記触媒が設けられている場合、それらのうちの最上流側のもの（以下、「上流側触媒」と称する。）よりも上流側、具体的には、前記上流側触媒の直前に、前記上流側空燃比センサが設けられている。また、前記上流側触媒の直後に、前記下流側空燃比センサが設けられている。

本発明の空燃比制御装置は、前記上流側空燃比センサの出力に基づいて、内燃機関の空燃比を制御するように構成されている。具体的には、例えば、本空燃比制御装置は、メインフィードバック部を備えている（なお、「部」は「手段」とも言い換えられ得る（例えば「メインフィードバック手段」等：以下同様。）。このメインフィードバック部は、前記上流側空燃比センサの前記出力に基づいて、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に近づけるためのメインフィードバック補正値を取得するようになっている。

前記空燃比制御装置は、前記メインフィードバック部に加えて、さらにサブフィードバック部を備え得る。このサブフィードバック部は、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて、前記メインフィードバック補正値による空燃比制御に対する補正（前記上流側空燃比センサの前記出力の目標値に対する補正、前記上流側空燃比センサの前記出力に対する補正、あるいは前記メインフィードバック補正値に対する補正）を行うためのサブフィードバック補正値を取得するようになっている。具体的には、例えば、前記サブフィードバック部は、前記触媒から流出する排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づける（ひいては前記触媒に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比に近づける）方向で前記サブフィードバック補正値を取得するようになっている。

また、前記空燃比制御装置は、前記メインフィードバック部及び前記サブフィードバック部に加えて、さらにサブフィードバック学習部を備え得る。このサブフィードバック学習部は、前記サブフィードバック補正値に基づいて、定常的誤差を補正する（定常偏差分を学習する）ためのサブフィードバック学習値を取得するようになっている。具体的には、例えば、前記サブフィードバック学習部は、ＰＩ（あるいはＰＩＤ）制御による前記サブフィードバック補正値の積分項に基づいて、前記サブフィードバック学習値を取得するようになっている。

※本発明の特徴は、前記空燃比制御装置が、失火影響抑制部を備えたことにある。この失火影響抑制部は、前記上流側空燃比センサの前記出力における、失火の発生の影響を抑制するようになっている。

例えば、前記失火影響抑制部は、帯域抑制部を備え得る。この帯域抑制部は、失火が発生した場合に生じる周波数帯域の、前記上流側空燃比センサの前記出力を、抑制する（除去するあるいは減衰させる）ようになっている。具体的には、前記帯域抑制部として、前記出力を処理することで当該出力における上述の周波数帯域の成分を除去あるいは減衰させる、いわゆる帯域除去フィルタ（ＢＥＦ：Band Elimination Filter）が用いられ得る。かかる構成においては、前記失火影響抑制部には、帯域変更部がさらに備えられ得る。この帯域変更部は、前記内燃機関の運転状態（前記上流側空燃比センサの酸素濃度に対する応答に影響を与えるパラメータ：エンジン回転数、吸入空気流量、負荷率、等）に応じて、抑制する周波数帯域を変更するようになっている。

あるいは、前記失火影響抑制部は、マスク処理部（失火出力除去部）を備え得る。このマスク処理部は、失火発生時に対応する前記上流側空燃比センサの前記出力をマスク処理（全周波数帯域を除去）するようになっている。

本発明の空燃比制御装置においては、燃焼室を経た排気ガスの空燃比に対応する出力が、前記上流側空燃比センサにて生じる。この出力に基づいて、前記内燃機関の空燃比制御が行われる。具体的には、この出力に基づいて、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比に近づくように、前記内燃機関の空燃比制御が行われる。

ここで、失火が発生した場合、前記上流側空燃比センサの前記出力は、真の機関空燃比（前記燃焼室に実際に供給された燃料混合気の空燃比）に対応するものとは明らかに異なるものとなり得る（なお、失火時の未燃の燃料混合気は、ほとんどの場合、前記触媒にて反応したり浄化されたりするので、失火の発生による前記下流側空燃比センサの出力に対する影響は小さい。）。

例えば、真の機関空燃比が理論空燃比及びその近傍（場合によっては若干リッチ傾向）であっても、失火が発生した場合の前記上流側空燃比センサの前記出力は、理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比に対応するものとなり得る。このとき、当該出力に応じて機関空燃比がリッチ方向に制御されてしまうと、空燃比制御に大きな乱れが生じる。

具体的には、真の機関空燃比の平均値がリッチ側にずれる。すると、前記サブフィードバック部によって機関空燃比をリーン側に補正する傾向が増大するとともに、前記サブフィードバック学習値がリーン側にずれる。このような学習ズレが発生すると、再学習によって前記サブフィードバック学習値が本来収束すべき値にまで回復するためには、かなりの機関運転時間が必要となってしまう。さらに、失火の頻発（失火率の増大）によって大幅な学習ズレが生じると、学習値の早期回復が著しく困難となる。

そこで、本発明の空燃比制御装置においては、前記上流側空燃比センサの前記出力における、失火の発生の影響が、前記失火影響抑制部によって抑制される。すなわち、例えば、前記上流側空燃比センサの前記出力における、失火が発生した場合に生じる周波数帯域の成分が、抑制（除去あるいは減衰）される。あるいは、失火が発生した場合に、この失火に対応する前記上流側空燃比センサの前記出力がマスク処理される。

本発明によれば、失火が発生した場合に、真の機関空燃比から（例えばリーン方向に大きく）ずれた見かけ上の空燃比が前記上流側空燃比センサによって検出されることによる、機関空燃比の誤った方向への制御が、可及的に抑制され得る。

また、本発明によれば、失火が発生しやすい運転領域（これには実際の失火発生時も含まれ得る）にて空燃比フィードバック制御を停止する技術（特開平８−６８３５２号公報参照）とは異なり、失火発生時も可及的に適切な範囲で空燃比フィードバック制御が実施される。したがって、より適切な空燃比制御が実施され得る。

・前記空燃比制御装置は、失火の発生を検知する失火検知部をさらに備え得る。かかる構成においては、前記失火影響抑制部は、前記失火検知部により失火の発生が検知された場合に、前記上流側空燃比センサの前記出力における、失火の発生の影響を抑制するための処理（当該出力に対する帯域抑制処理あるいはマスク処理）を実行するようになっている。

かかる構成においては、失火が発生した場合に（のみ）、前記上流側空燃比センサの前記出力に対する上述のような処理が実行される。一方、失火が発生していない場合には、通常通り、前記上流側空燃比センサの前記出力に基づいて、機関空燃比が制御される。

このように、かかる構成によれば、失火が発生していない場合に、前記上流側空燃比センサの前記出力における、適切な空燃比制御のために有用な成分まで除去されてしまうことが、可及的に抑制され得る。したがって、かかる構成によれば、よりいっそう適切な空燃比制御が実施され得る。

以下、本発明の実施形態（本願の出願時点において出願人が最良と考えている実施形態）について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。実施形態に対する変形例（modification）の例示は、当該実施形態の説明中に挿入されると、首尾一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜内燃機関の装置構成＞
図１は、本発明の一実施形態が適用された内燃機関１の概略構成図である。この内燃機関１は、シリンダブロック部２と、シリンダヘッド部３と、吸気系統４と、排気系統５と、本発明の空燃比制御装置の一実施形態である制御装置６と、を備えている。

＜＜エンジンブロック＞＞
ロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２は、シリンダヘッド部３とともに、内燃機関１の本体部分（エンジンブロック）を構成するものであって、シリンダブロック部２の上端部にはシリンダヘッド部３が固定されている。

シリンダブロック部２には、複数のシリンダ２１が形成されている。各シリンダ２１内には、ピストン２２が、往復移動可能に収容されている。シリンダ２１及びピストン２２の下方には、クランクシャフト２３が回転可能に支持されつつ収容されている。クランクシャフト２３は、ピストン２２の往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド２４を介して、クランクシャフト２３と連結されている。

シリンダヘッド部３の下端面（シリンダブロック部２と対向する面）には、凹部が形成されている。この凹部は、シリンダ２１の上端部に対応する位置に設けられている。この凹部の内側の空間と、ピストン２２の頂面よりも上側のシリンダ２１の内側の空間と、によって、燃焼室２５が形成されている。

シリンダヘッド部３は、吸気ポート３１と、吸気弁３２と、可変吸気タイミング装置３３と、排気ポート３４と、排気弁３５と、エキゾーストカムシャフト３６と、点火プラグ３７と、イグナイタ３８と、インジェクタ３９と、を備えている。

吸気ポート３１は、燃焼室２５に連通するように設けられている。吸気弁３２は、吸気ポート３１を開閉するように設けられている。可変吸気タイミング装置３３は、吸気弁３２を駆動する図示しないインテークカムシャフトを備えるとともに、このインテークカムシャフトの位相角を連続的に変更するためのアクチュエータ３３ａを備えている。

排気ポート３４は、燃焼室２５に連通するように設けられている。排気弁３５は、排気ポート３４を開閉するように設けられている。エキゾーストカムシャフト３６は、排気弁３５を駆動するように設けられている。

点火プラグ３７は、その端部（下端部）に設けられた火花発生電極が燃焼室２５の上端部に露出するように配置されている。イグナイタ３８は、点火プラグ３７における上述の火花発生電極に印加するための高電圧を発生するイグニッションコイルを備えている。インジェクタ３９は、燃料を吸気ポート３１内に噴射するように設けられている。

＜＜吸排気系統＞＞
吸気系統４は、吸気管４１と、エアフィルタ４２と、スロットル弁４３と、を備えている。インテークマニホールドを含む吸気管４１は、吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するものであって、吸気ポート３１に連通するように設けられている。この吸気管４１には、エアフィルタ４２が介装されている。吸気管４１における、エアフィルタ４２と吸気ポート３１との間の位置には、スロットル弁４３が介装されている。スロットル弁４３は、吸気通路の開口断面積を可変とするように設けられていて、スロットル弁アクチュエータ４３ａによって駆動されるようになっている。

排気系統５は、エキゾーストマニホールド５１と、排気管５２と、複数の触媒（上流側触媒５３及び下流側触媒５４）と、を備えている。エキゾーストマニホールド５１は、排気ポート３４に連通するように設けられている。排気管５２は、排気ポート３４及びエキゾーストマニホールド５１とともに排気通路を構成するものであって、エキゾーストマニホールド５１に接続されている。この排気管５２には、上流側触媒５３及び下流側触媒５４が介装されている。

上流側触媒５３及び下流側触媒５４は、いわゆる三元触媒であって、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘを浄化し得るように構成されている。上流側触媒５３は、複数の触媒のうちの最上流側に配置されている。下流側触媒５４は、上流側触媒５３の直後、すなわち、上流側触媒５３から排出された排気ガスが他の触媒を介さずにそのまま流入し得るような位置に、配置されている。

＜制御装置の構成＞
本実施形態に係る制御装置６は、インジェクタ３９からの燃料噴射（量及びタイミング）や、点火プラグ３７による火花発生を含む、内燃機関１の運転動作を制御するように、以下の通りに構成されている。

制御装置６は、エンジン電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０を備えている。本発明のメインフィードバック部、サブフィードバック部、サブフィードバック学習部、失火影響抑制部（帯域抑制部、帯域変更部、マスク処理部）、及び失火検知部を構成するＥＣＵ６０は、ＣＰＵ６０ａと、ＲＯＭ６０ｂと、ＲＡＭ６０ｃと、バックアップＲＡＭ６０ｄと、インターフェース６０ｅと、双方向バス６０ｆと、を備えている。ＣＰＵ６０ａ、ＲＯＭ６０ｂ、ＲＡＭ６０ｃ、バックアップＲＡＭ６０ｄ、及びインターフェース６０ｅは、双方向バス６０ｆによって互いに接続されている。

ＲＯＭ６０ｂには、ＣＰＵ６０ａにより実行されるルーチン（プログラム）、及びその実行の際に用いられるテーブル、マップ、パラメータ、等が、予め格納されている。ＲＡＭ６０ｃは、ＣＰＵ６０ａによりルーチンが実行される際に、必要に応じてデータを一時的に格納し得るように構成されている。バックアップＲＡＭ６０ｄは、電源が投入された状態でＣＰＵ６０ａによりルーチンが実行される際にデータを格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持し得るように構成されている。

インターフェース６０ｅは、後述する各種センサと電気的に接続されていて、これらからの信号をＣＰＵ６０ａに伝達し得るように構成されている。また、インターフェース６０ｅは、可変吸気タイミング装置３３（アクチュエータ３３ａ）、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、等の動作部と電気的に接続されていて、これらの動作部を動作させるための動作信号をＣＰＵ６０ａからこれらの動作部に伝達し得るように構成されている。すなわち、ＥＣＵ６０は、後述する各種センサからの信号を受け取るとともに、当該信号に応じたＣＰＵ６０ａの演算結果に基づいて、上述の動作信号を各動作部に送出するようになっている。

＜＜各種センサ＞＞
本実施形態においては、エアフローメータ６２と、スロットルポジションセンサ６３と、カムポジションセンサ６４と、クランクポジションセンサ６５と、冷却水温センサ６６と、上流側空燃比センサ６７（以下「Ａ／Ｆセンサ６７」と称する）と、下流側空燃比センサ６８（以下「Ｏ₂センサ６８」と称する）と、アクセル開度センサ６９と、が設けられている。

エアフローメータ６２は、吸気管４１に介装されている。このエアフローメータ６２は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量である吸入空気流量Ｇａに対応する信号を出力するように構成されている。

スロットルポジションセンサ６３は、吸気管４１における、スロットル弁４３に対応する位置に装着されている。スロットルポジションセンサ６３は、スロットル弁４３の回転位相（スロットル弁開度ＴＡ）に対応する信号を出力するように構成されている。

カムポジションセンサ６４は、シリンダヘッド部３に装着されている。このカムポジションセンサ６４は、可変吸気タイミング装置３３に備えられている上述の図示しないインテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランクシャフト２３が１８０°回転する毎に）、一つのパルスを有する信号（カム位置信号Ｇ２：気筒判別に用いられる）を発生するように構成されている。

クランクポジションセンサ６５は、クランクシャフト２３と対向するように配置されている。このクランクポジションセンサ６５は、クランクシャフト２３の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するように構成されている。具体的には、クランクポジションセンサ６５は、クランクシャフト２３が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに、クランクシャフト２３が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するように構成されている。すなわち、クランクポジションセンサ６５の出力信号に基づいて、エンジン回転数Ｎｅが取得されるようになっている。

冷却水温センサ６６は、シリンダブロック部２に装着されている。この冷却水温センサ６６は、シリンダブロック部２の内部に設けられたウォータージャケット内の冷却水の温度（冷却水温THW）に対応する信号を出力するように構成されている。

Ａ／Ｆセンサ６７は、上流側触媒５３の直前の排気通路（より詳細にはエキゾーストマニホールド５１における末端部であって排気管５２との接続部）に配設されている。このＡ／Ｆセンサ６７は、排気ポート３４を介して燃焼室２５から排出された排気ガスの酸素濃度に対応する電圧を出力するように構成されている。具体的には、このＡ／Ｆセンサ６７は、限界電流式の酸素濃度センサであって、図２Ａに示されているように、理論空燃比（略１４．６）にて理論空燃比対応値Vstoichとなるとともに、理論空燃比の前後の広範囲にわたって空燃比を検出し得るような、ほぼリニアな特性の出力電圧Vafsを生じるように構成されている。

Ｏ₂センサ６８は、上流側触媒５３の直後、すなわち、上流側触媒５３よりも下流側且つ下流側触媒５４よりも上流側の排気通路（排気管５２）に配設されている。このＯ₂センサ６８は、上流側触媒５３を経た排気ガスの酸素濃度に対応する電圧を出力するように構成されている。具体的には、このＯ₂センサ６８は、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであって、図２Ｂに示されているように、空燃比が理論空燃比にて理論空燃比対応値Voxs_ref＝０．５［Ｖ］、理論空燃比よりもリッチのときはリッチ対応値（略０．９［Ｖ］）、及び理論空燃比よりもリーンのときはリーン対応値（略０．１［Ｖ］）となるとともに、理論空燃比近傍において急変する電圧Voxsを出力するように構成されている。

アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を表す信号（アクセルペダル操作量Accp）を出力するようになっている。

＜第１の実施形態における機能ブロック構成＞
図３は、図１に示されている本実施形態の制御装置６の機能ブロック図である。以下、図３を参照しつつ、この制御装置６の機能ブロック構成について説明する。この制御装置６は、６０１〜６１３の各機能ブロックを備えている。なお、以下の説明において、図１に示されている各要素について言及する場合は、図１の符号が適宜参照されるものとする。また、「フィードバック」は単に「Ｆ／Ｂ」と略称されることもある。

＜＜基本燃料噴射量算出部＞＞
空気量算出部（air quantity calculator）６０１は、エアフローメータ６２の出力に基づいて得られる吸入空気流量Ｇａと、クランクポジションセンサ６５の出力に基づいて得られるエンジン回転数Ｎｅと、ＲＯＭ６０ｂに記憶されているマップであるMapMcと、に基づき、吸気行程を迎える気筒の今回の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求めるとともに、これを各気筒の吸気行程に対応させながらＲＡＭ６０ｃに順次記憶させるようになっている。ここで、添え字の（k）は、今回の吸気行程に対する値であることを示している（以下、他の物理量についても同様。）。

ＡＦＲ設定部（ＡＦＲ setter）６０２は、今回の機関空燃比の制御目標値（上流側触媒５３よりも上流側の排気ガスの空燃比の目標値）である目標空燃比ＡＦＲ(k)を設定する（目標空燃比ＡＦＲ(k)は原則的には理論空燃比stoichに設定される）とともに、これを各気筒の吸気行程に対応させながらＲＡＭ６０ｃに順次記憶させるようになっている。Ｆｉｂ算出部（Ｆｉｂ calculator）６０３は、空気量算出部６０１によって算出された筒内吸入空気量Mc(k)を、ＡＦＲ設定部６０２によって設定された目標空燃比ＡＦＲ(k)で除することにより、基本燃料噴射量Ｆｉｂを算出するようになっている。

＜＜サブＦ／Ｂ・サブＦ／Ｂ学習部＞＞
下流側目標値設定部（Downstream-side target value setter）６０４は、上流側触媒５３から流出する排気ガスの空燃比の目標値である下流側目標値Vox_ref（理論空燃比に対応する値である０．５［Ｖ］）を設定するようになっている。出力偏差量算出部（Output deviation calculator）６０５は、下記（１）式に基づいて、現時点（今回の噴射指示開始時点）での下流側目標値Vox_refから現時点でのＯ₂センサ６８の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求めるようになっている。
DVoxs＝Vox_ref−Voxs ・・・（１）

本発明のサブフィードバック部及びサブフィードバック学習部を構成するＰＩＤコントローラ６０６は、出力偏差量DVoxsを比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記（２）式に基づいてサブＦ／Ｂ補正量Vsfb（サブフィードバック補正値）を求めるようになっている。ここで、下記（２）式において、Kpは予め設定された比例ゲイン（一定値）、Kiは予め設定された積分ゲイン（一定値）、Kdは予め設定された微分ゲイン（一定値）、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの時間積分値（積算値）であり、DDVoxsは出力偏差量DVoxsの時間微分値である。
Vsfb＝Kp・DVoxs＋Ki・SDVoxs＋Kd・DDVoxs ・・・（２）

すなわち、ＰＩＤコントローラ６０６は、Ｏ₂センサの出力に基づいて、後述するメインＦ／Ｂによる空燃比制御に対する補正（Ａ／Ｆセンサ６７の出力に対する補正）を行うためのであるサブＦ／Ｂ補正量Vsfbを取得するようになっている。

また、ＰＩＤコントローラ６０６は、所定タイミングが到来する毎に、積分項Ki・SDVoxsにおける定常的な成分をサブＦ／Ｂ学習値Learnとして取得するとともに、これをバックアップＲＡＭ６０ｄに格納するようになっている。すなわち、ＰＩＤコントローラ６０６は、サブＦ／Ｂ補正量Vsfbに基づいて、定常的誤差を補正する（定常偏差分を学習する）ためのサブＦ／Ｂ学習値Learnを取得するようになっている。

なお、サブＦ／Ｂ及びサブＦ／Ｂ学習の詳細については周知なので、本明細書においては、これらについての詳細な説明は省略されている（後述するメインＦ／Ｂについても同様である）。

＜＜メインＦ／Ｂ部＞＞
本発明の失火影響抑制部及び帯域抑制部を構成する帯域除去フィルタ（ＢＥＦ）６０７は、Ａ／Ｆセンサ６７の出力における、失火の発生の影響を抑制するようになっている。具体的には、ＢＥＦ６０７は、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsを処理することで、当該出力値Vafsにおける、失火が発生した場合に生じる特定の周波数帯域の成分を、減衰させるようになっている（詳細は後述する）。このＢＥＦ６０７における減衰周波数帯域は、失火時のＡ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsの応答を実験により求めることで、予め設定されている。

Ａ／Ｆ出力算出部（A/F output calculator）６０８は、ＢＥＦ６０７の出力値Vafs’とサブＦ／Ｂ補正量Vsfbとを加えた値（制御用空燃比相当出力値）を、テーブル変換部６０９に出力するようになっている。テーブル変換部（Table conversion device）６０９は、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を規定したテーブルMapafsと、Ａ／Ｆ出力算出部６０８の出力（制御用空燃比相当出力値＝Vafs’＋Vsfb）と、に基づいて、現時点での（今回の）制御用空燃比ＡＦＳ(k)を求めるとともに、これを各気筒の吸気行程に対応させながらＲＡＭ６０ｃに記憶させるようになっている。

目標空燃比遅延部（Target air-fuel ratio delay device）６１０は、ＡＦＲ設定部６０２により吸気行程毎に求められＲＡＭ６０ｃに記憶されている目標空燃比ＡＦＲのうち、現時点からＮストローク前の目標空燃比ＡＦＲ(k-N)をＲＡＭ６０ｃから読み出すようになっている。ここで、ストローク数Ｎは、「行程遅れに係る時間」と「輸送遅れに係る時間」と「応答遅れに係る時間」の和（以下、「無駄時間Ｌ」と称呼する。）に相当するストローク数である。ここで、「行程遅れに係る時間」は、燃料の噴射指示から、この噴射指示により噴射された燃料の燃焼に基づく排気ガスが排気弁３５を介して燃焼室２５から排気通路へ排出されるまでの時間である。「輸送遅れに係る時間」は、排気ガスが排気弁３５を介して排気通路へ排出されてからＡ／Ｆセンサ６７（の検出部）に到達するまでの時間である。「応答遅れに係る時間」は、Ａ／Ｆセンサ６７（の検出部）に到達した排気ガスの空燃比がＡ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsとして現れるまでの時間である。

空燃比偏差算出部（Air-fuel ratio deviation calculator）６１１は、下記（３）式に基づいて、今回の制御用空燃比ＡＦＳ(k)から、現時点からＮストローク前の目標空燃比ＡＦＲ(k-N)を減じることにより、空燃比偏差ＤＡＦを求めるようになっている。ここで、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsが現時点から上述の無駄時間Ｌだけ前の噴射指示により噴射された燃料の燃焼に基づく排気ガスの空燃比を表すことを考慮すると、この空燃比偏差ＤＡＦは、現時点からＮストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。
ＤＡＦ＝ＡＦＳ(k)−ＡＦＲ(k-N) ・・・（３）

本発明のメインフィードバック部を構成するＰＩコントローラ６１２は、この空燃比偏差ＤＡＦを比例・積分処理（ＰＩ処理）することで、下記（４）式に基づいて、現時点からＮストローク前の燃料供給量の過不足を補償するためのメインＦ／Ｂ補正量ＤＦＢ（メインフィードバック補正値）を取得するようになっている。ここで、下記（４）式において、Ｇｐは比例ゲイン（一定値）、Ｇｉは積分ゲイン（一定値）、SDAFは空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値（積算値）である。
ＤＦＢ＝Ｇｐ・ＤＡＦ＋Ｇｉ・SDAF ・・・（４）

すなわち、ＰＩコントローラ６１２は、ＢＥＦ６０７の出力値Vafs’にサブＦ／Ｂ補正量Vsfbを加えた値（制御用空燃比相当出力値）に基づいて、上流側触媒５３に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に近づけるためのメインＦ／Ｂ補正量ＤＦＢを取得するようになっている。

指令燃料噴射量算出部（Command fuel injection quantity calculator）６１３は、基本燃料噴射量Ｆｉｂに上述のメインＦ／Ｂ補正量ＤＦＢを加えることで、下記（５）式に基づいて指令燃料噴射量Ｆｉｃを算出するようになっている。
Ｆｉｃ＝Ｆｉｂ＋ＤＦＢ ・・・（５）

＜実施形態の構成による動作の説明＞
以下、本実施形態の制御装置６の動作について説明する。

＜＜空燃比制御の概要＞＞
上述のように、本制御装置６は、出力値Voxsに基づいてＰＩＤコントローラ６０６にて比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）及び学習処理を行うことで、下流側目標値Voxs_refとＯ₂センサ６８の出力値Voxsとの定常偏差がゼロになるように、サブＦＢ補正量Vsfbを算出する。また、本制御装置６は、現時点での上流側空燃比センサ６７の出力値Vafsに基づくＢＥＦ６０７の出力値Vafs’を、サブＦＢ補正量Vsfbで補正することで、制御用空燃比相当出力値(Vafs’＋Vsfb)を求める。そして、現時点からＮストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を補償するために、現時点での制御用空燃比ＡＦＳ(k)が現時点からＮストローク前の目標空燃比ＡＦＲ(k-N)と一致するように空燃比をフィードバック制御する（すなわち、基本燃料噴射量ＦｉｂをメインＦ／Ｂ補正量ＤＦＢに基づいて補正することにより得られる指令燃料噴射量Ｆｉｃの燃料の噴射指示を、今回の吸気行程を迎える気筒についてのインジェクタ３９に対して行う。）。

上述したように、制御用空燃比ＡＦＳは、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafs（ＢＥＦ６０７の出力値Vafs’）に対応する検出空燃比をサブＦ／Ｂ補正量Vsfbに相当する分だけ補正した空燃比である。従って、制御用空燃比ＡＦＳは出力偏差量DVoxsにも応じて変化する。この結果、Ｏ₂センサ６８の出力値Voxsが下流側目標値Vox_refに一致するようにも空燃比がフィードバック制御される。このことは、上流側触媒５３から流出する排気ガスの平均空燃比が理論空燃比となるように制御されること、ひいては、上流側触媒５３に流入する排気ガスの平均空燃比が理論空燃比となるように制御されること、を意味する。

また、ＰＩコントローラ６１２は積分項Ｇｉ・SDAFを含んでいるので、定常状態では空燃比偏差ＤＡＦがゼロになることが保証される。換言すれば、目標空燃比ＡＦＲ(k-N)と制御用空燃比ＡＦＳ(k)との定常偏差がゼロになる。このことは、定常状態において、制御用空燃比ＡＦＳが目標空燃比ＡＦＲに一致すること、ひいては、上流側触媒５３の上下流の空燃比が目標空燃比ＡＦＲに一致することが保証されること、を意味する。

＜＜実施形態の構成による作用・効果＞＞
図４は、図３に示されている本実施形態の制御装置６の動作説明のためのタイムチャートである。図４においては、図１に示されている内燃機関１にて点火異常に起因する失火が繰り返し発生している場合における、検出空燃比、触媒上流の実排気空燃比、及びメインＦ／Ｂ補正量の変化の一例が示されている（後述する図７等も同様である）。

以下、図４を参照すると、（ｉ）に示されているように失火が断続的に発生すると、（ii）に示されているように、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsにて、リーン方向に大きなピークが断続的に発生する（図中の破線参照）。なお、このピークのタイミングが失火発生のタイミングよりも遅れているのは、上述した無駄時間Ｌに対応するものである。このようなピークの発生は、以下の理由に基づく。

点火異常により失火が発生すると、未燃の排気ガス中には、多量のＨＣ、及び多量のＯ_２（酸素）ガスが含まれている。もっとも、エアフローメータ６２及びインジェクタ３９は正常であるから、未燃の排気ガスの空燃比は、理論空燃比stoichあるいはその近傍に維持されている。

Ａ／Ｆセンサ６７は、限界電流式の酸素濃度センサであって、検知部との反応速度は、Ｏ_２ガスの方がＨＣガスよりも大きい。したがって、失火が発生すると、ＨＣよりも多量のＯ_２ガスがＡ／Ｆセンサ６７と反応することで、Ａ／Ｆセンサ６７の出力（すなわち検出空燃比）は、実排気空燃比よりもリーン方向にずれる。なお、かかる多量のＨＣガス及び多量のＯ_２ガスのほとんどは、上流側触媒５３内で処理されたり互いに反応したりするため、Ｏ₂センサ６８には、Ａ／Ｆセンサ６７のように多量のＯ_２ガスが到達し得ない。従って、Ｏ₂センサ６８の出力Voxsが失火によりリーン方向にずれる傾向は非常に小さい。

ここで、本実施形態においては、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値VafsがＢＥＦ６０７で処理される。すると、上述のようなリーン方向の大きなピークが抑制（減衰）される（図中（ii）における実線参照）。これにより、（iii）に示されているように、本来必要のない、メインＦ／Ｂ補正量ＤＦＢによる増量（リッチ側）補正が抑制される。よって、（iv）に示されているように、上流側触媒５３に流入する排気ガスにおける実際の空燃比（真の機関空燃比）の平均値の、リッチ側へのシフトが、効果的に抑制される。

また、本実施形態においては、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値VafsがＢＥＦ６０７で常に処理される。よって、失火タイミングが正確に判明していない場合であっても、失火によって発生した有害成分が効果的に減衰される。さらに、本実施形態においては、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsにおける、失火によって発生したもの以外の有効な成分（特に低周波成分）を用いて、空燃比フィードバック制御が良好に行われ得る。

このように、本実施形態によれば、失火が発生した場合に、真の機関空燃比からリーン方向に大きくずれた見かけ上の空燃比のピークがＡ／Ｆセンサ６７によって検出されることによる、機関空燃比の誤った方向への制御が、簡略な装置構成を用いて効果的に抑制され得る。したがって、不用意な空燃比変動が抑制され、以てドライバビリティが向上する。

一方、ＢＥＦ６０７による処理がない場合、（ii）における破線で示されているＡ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsそのものに基づいて、空燃比フィードバック制御が行われる。すると、（ｖ）に示されているように、失火の発生に対応して、本来不要な増量補正が行われる。このため、失火が繰り返し発生すると、メインＦ／Ｂ補正量ＤＦＢの平均値が、中心値「０」に対して増量方向にシフトする（図中ΔＤＦＢａｖ参照）。この結果、（vi）に示されているように、真の機関空燃比の平均値がリッチ側へシフトする（図中Δ［Ａ／Ｆ］ａｖ参照）。このことは、サブＦ／Ｂ補正量Vsfbにおける積分項Ki・SDVoxs（あるいはサブＦ／Ｂ学習値Learn）が、本来収束すべき値に対して減量方向（リーン方向）へずれることにもつながる。

このような積分項Ki・SDVoxsやサブＦ／Ｂ学習値Learnのズレが発生すると、これらが本来収束すべき値にまで回復するためには、かなりの運転時間が必要となってしまう。さらに、失火の頻発（失火率の増大）によって大幅なズレが生じると、積分項Ki・SDVoxsやサブＦ／Ｂ学習値Learnの、本来収束すべき値への早期回復が、著しく困難となる。

＜第２の実施形態＞
以下、上述の実施形態（第１の実施形態）を変形した、他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上述の第１の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本実施形態においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとし、当該構成要素の説明については、上述の第１の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする（第３以降の実施形態についても同様である）。

本実施形態においては、ＢＥＦ６０７は、上述の周波数帯域を、内燃機関１の運転状態に応じて変更するようになっている。具体的には、Ａ／Ｆセンサ６７の酸素濃度に対する応答特性（上述のような失火時の見かけ上のリーン応答の特性）は、当該Ａ／Ｆセンサ６７を通過する排気ガスの状態（量や速度等）による影響を受ける。そこで、本実施形態においては、ＢＥＦ６０７は、図５に示されているマップのように、吸入空気流量Ｇａに基づいて、カットオフ周波数の上限値ｆ１及び下限値ｆ２を取得するようになっている。かかるマップも、予め実験等によって求められ得る。

本実施形態の構成によれば、ＢＥＦ６０７のカットオフ周波数帯域を必要最小限に設定することが可能になる。これにより、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsにおける、失火によって発生したもの以外の有効な成分（特に低周波成分）が減衰されてしまうことが、可及的に抑制される。したがって、本実施形態によれば、空燃比フィードバック制御がより良好に行われ得る。

＜第３の実施形態＞
図６は、図１に示されている制御装置６の、さらに他の実施形態の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態においては、失火の発生を検知する失火検知部６１４がさらに備えられている。そして、ＢＥＦ６０７は、失火検知部６１４による失火の発生の検知信号をトリガーとして、一定期間、上述のような帯域除去処理を行うようになっている。

本実施形態における失火検知部６１４は、クランクポジションセンサ６５の出力に基づいて得られる回転数変動（エンジン回転数Ｎｅの変動）等に基づいて、失火の発生を検知するとともに、当該失火の発生気筒を特定し得るようになっている。このような失火検知部６１４は周知であるので（例えば、特開平８−７５６１２号、特開２００１−１０７７９９号、等参照。）、その構成についての詳細な説明は、本明細書では省略されている。

図７は、図６に示されている本実施形態の制御装置６の動作説明のためのタイムチャートである。図７に示されているように、失火が検知されると、ＢＥＦ６０７に一定期間トリガーがかかる（図中２点鎖線で示されている長方形を参照）。すると、ＢＥＦ６０７による帯域除去処理が行われる。これにより、失火による見かけ上のリーン側に突出するピークが抑制される（図中（ii）における実線参照）。一方、失火の発生が検知されていない場合には、ＢＥＦ６０７にトリガーがかからないので、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsがそのまま空燃比制御に用いられる。

本実施形態の構成によれば、失火が発生していない場合に、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsにおける、適切な空燃比制御のために有用な成分まで除去されてしまうことが、可及的に抑制され得る。したがって、かかる構成によれば、よりいっそう適切な空燃比制御が実施され得る。

＜第４の実施形態＞
図８は、図１に示されている制御装置６の、さらに他の実施形態の構成を示す機能ブロック図である。本実施形態においても、失火の発生を検知する失火検知部６１４が備えられている。また、本実施形態においては、図３におけるＢＥＦ６０７に代えて、マスク処理部６１５が備えられている。このマスク処理部６１５は、失火の発生が検知された場合に、失火発生時に対応するＡ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsをマスク処理（全周波数帯域を除去）するようになっている。

図９は、図８に示されている本実施形態の制御装置６の動作説明のためのタイムチャートである。図９に示されているように、失火が検知されると、マスク処理部６１５に一定期間トリガーがかかる（図中２点鎖線で示されている長方形を参照）。すると、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsがマスク処理される。これにより、失火による見かけ上のリーン側に突出するピークが、ほぼ完全に除去される（図中（ii）における実線参照：なお、第１の実施形態においては、図４の（ii）ないし（iv）に示されているように、失火による影響がわずかながら残っている。）。一方、失火の発生が検知されていない場合には、マスク処理部６１５にトリガーがかからないので、Ａ／Ｆセンサ６７の出力値Vafsがそのまま空燃比制御に用いられる。

本実施形態の構成によれば、上述の第３の実施形態と同様の作用・効果が得られる他、失火が発生した場合における、積分項Ki・SDVoxsやサブＦ／Ｂ学習値Learnのズレの発生が、よりいっそう確実に抑制され得る。

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の各実施形態は、上述した通り、出願人が本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具体化の例を単に示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。

以下、変形例について幾つか例示する。もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

また、上述の実施形態や、下記の各変形例に記載された事項は、技術的に矛盾しない範囲において、適宜組み合わせて適用され得ることも、いうまでもない。

（１）本発明は、上述した実施形態にて開示された具体的構成に限定されない。例えば、気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料噴射方式（ポート噴射、筒内直接噴射）、触媒個数、空燃比センサ個数、サブＦ／Ｂやその学習の有無、等については、特に限定はない。

「フィルタ」には、所定の帯域の信号が除去できる任意の構成のものが含まれる。例えば、「フィルタ」には、デジタルフィルタ及びアナログフィルタが含まれ得る。また、「フィルタ」には、パッシブフィルタ及びアクティブフィルタが含まれ得る。

図５のマップにおいて、吸入空気流量Ｇａに代えてエンジン回転数Ｎｅが用いられてもよい。あるいは、図５のマップは、吸入空気流量Ｇａとエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとした３次元マップであってもよい。さらには、吸入空気流量Ｇａやエンジン回転数Ｎｅに代えて、もしくはこれらとともに、他のパラメータ（冷却水温THW等）が用いられてもよい。

失火検知部６１４は、シリンダブロック部２に装着された筒内圧センサや振動センサの出力に基づいて、失火の発生等を検知するように構成され得る。

（２）その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。

さらに、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されているものは、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。

本発明の空燃比制御装置の一実施形態が適用された内燃機関の概略構成図である。 図１に示されている上流側空燃比センサの出力電圧と排気ガスの空燃比（酸素濃度）との関係を示すグラフである。 図１に示されている下流側空燃比センサの出力電圧と排気ガスの空燃比（酸素濃度）との関係を示すグラフである。 図１に示されている制御装置の第一の実施形態の機能ブロック図である。 図３に示されている制御装置の動作説明のためのタイムチャートである。 図１に示されている制御装置の、他の実施形態の構成に用いられるマップを示した図である。 図１に示されている制御装置の、さらに他の実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 図６に示されている制御装置の動作説明のためのタイムチャートである。 図１に示されている制御装置の、さらに他の実施形態の構成を示す機能ブロック図である。 図８に示されている制御装置の動作説明のためのタイムチャートである。

符号の説明

１…内燃機関 ２…シリンダブロック部 ３…シリンダヘッド部
４…吸気系統 ５…排気系統 ５３…上流側触媒
６…制御装置 ６０…ＥＣＵ ６０ａ…ＣＰＵ
６２…エアフローメータ ６５…クランクポジションセンサ
６７…上流側空燃比センサ ６８…下流側空燃比センサ
６０２…ＡＦＲ（目標空燃比）設定部 ６０３…Ｆｉｂ（基本燃料噴射量）算出部
６０４…Ｖox_ref（下流側目標値）設定部 ６０６…ＰＩＤコントローラ
６０７…帯域除去フィルタ（ＢＥＦ） ６１２…ＰＩコントローラ
６１４…失火検知部 ６１５…マスク処理部

Claims (6)

1. 排気ガス浄化用の触媒よりも上流側の排気通路に配設された上流側空燃比センサの出力に基づいて、内燃機関の空燃比を制御する、空燃比制御装置において、
   前記出力における失火の発生の影響を抑制する、失火影響抑制部を備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
2. 内燃機関の空燃比を制御する、空燃比制御装置であって、
   排気ガス浄化用の触媒よりも上流側の排気通路に配設された上流側空燃比センサの出力に基づいて、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に近づけるためのメインフィードバック補正値を取得する、メインフィードバック部と、
   前記触媒よりも下流側の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサの出力に基づいて、前記メインフィードバック補正値による空燃比制御に対する補正を行うためのサブフィードバック補正値を取得する、サブフィードバック部と、
   前記サブフィードバック補正値に基づいて、定常的誤差を補正するためのサブフィードバック学習値を取得する、サブフィードバック学習部と、
   前記上流側空燃比センサの前記出力における、失火の発生の影響を抑制する、失火影響抑制部と、
   を備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記失火影響抑制部は、
   失火が発生した場合に生じる周波数帯域の、前記上流側空燃比センサの前記出力を抑制する、帯域抑制部を備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
4. 請求項３に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記失火影響抑制部は、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、抑制する周波数帯域を変更する、帯域変更部をさらに備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記失火影響抑制部は、
   失火発生時に対応する前記上流側空燃比センサの前記出力をマスク処理する、マスク処理部を備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１項に記載の、空燃比制御装置において、
   失火の発生を検知する失火検知部をさらに備え、
   前記失火影響抑制部は、前記失火検知部により失火の発生が検知された場合に、前記上流側空燃比センサの前記出力における、失火の発生の影響を抑制するための処理を実行することを特徴とする、空燃比制御装置。

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