JP2017115802A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の上流側と下流側の空燃比センサにより空燃比を制御するものにおいて、下流側の空燃比センサによる学習制御の更新機会を増加させて、学習を早期に完了させ、エミッションを改善する。【解決手段】フューエルカット制御の終了時点ｔ１から始まり且つ第１の所定期間（増量制御期間）よりも長い第２の所定期間において下流側空燃比センサ６７出力の目標値Ｖoxsrefを理論空燃比stoichよりも大きいリーン空燃比に対応する値Ｖleanに変更し、第２の所定期間の終了後ｔ３から始まる第３の所定期間において目標値Ｖoxsrefを目標リッチ空燃比abyfrichに対応する値Ｖrichに変更し、第３の所定期間の終了後ｔ４に目標値Ｖoxsrefを理論空燃比stoichに対応する値Ｖstに戻し、第２の所定期間及び第３の所定期間においてもサブＦＢ量Ｋｓ及び学習値Ｋｇの更新を実行するように構成される。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気通路であって触媒の下流に配設された下流側空燃比センサの出力値に基づいて内燃機関の燃焼室に形成される混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。

従来から、内燃機関の排気通路に上流から下流に向けて上流側空燃比センサ、触媒及び下流側空燃比センサを備えるとともに、上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とに基づいて内燃機関の燃焼室に形成される混合気の空燃比（以下、単に「機関の空燃比」とも称呼する。）を制御する、内燃機関の空燃比制御装置が知られている。

より具体的に述べると、従来の制御装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼する。）は、下流側空燃比センサの出力値を所定の目標値に一致させるためのサブフィードバック量（以下、「サブＦＢ量」と称呼する。）を算出する。加えて、従来装置は、サブＦＢ量に基づいてサブＦＢ量の学習値（以下、単に「サブＦＢ学習値」とも称呼する。）を更新する。そして、従来装置は、サブＦＢ量又はサブＦＢ学習値に基づいて「理論空燃比に設定されている上流側目標空燃比」を修正し、上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比（即ち、上流側空燃比）がその修正された上流側目標空燃比に一致するように燃料量をフィードバック制御する。このような、下流側空燃比センサの出力値を用いた空燃比のフィードバック制御は「サブフィードバック制御」と称呼され、上流側空燃比センサの出力値を用いた空燃比のフィードバック制御は「メインフィードバック制御」と称呼される。

ところで、内燃機関を搭載した車両の減速時等において内燃機関への燃料供給が停止されるフューエルカット制御が実行された場合、触媒に多量の酸素が流入し、触媒内に酸素が蓄積する（吸蔵される）。更に、フューエルカット制御の終了後において触媒の酸素吸蔵量を速やかに減少させるために、機関の空燃比をリッチ化するフューエルカット復帰後増量が実行される。

このようなフューエルカット制御及びフューエルカット復帰後増量が実行されている期間においては、触媒の下流に流出するガスの空燃比は内燃機関の空燃比の平均値から乖離してしまう。このため、従来装置は、フューエルカット制御が実行されている期間及びフューエルカット制御の終了後から所定期間が経過するまで、サブＦＢ量の算出及びサブＦＢ学習値の更新を停止（禁止）している（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００６−１０４９７８号公報

ところが、燃費向上等のためにフューエルカット制御が頻繁に実行されるようにフューエルカット条件が設定されている場合、サブＦＢ学習値の更新機会が減少する。その結果、サブＦＢ学習値が適正値に到達する時間が遅れるので、エミッションが悪化する虞がある。

本発明は上記問題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、フューエルカット制御終了後におけるサブＦＢ学習値の更新機会を増加させることによって学習を早期に完了させ、以て、エミッションをより改善することが可能な「内燃機関の空燃比制御装置」を提供することにある。

本発明の内燃機関の空燃比制御装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、
内燃機関（１０）の排気通路（５１）に配設された触媒（５３）と、
前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに、その配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値（Ｖoxs ）を出力する下流側空燃比センサ（６７）と、
を備える。

更に、本発明装置は、
前記下流側空燃比センサの出力値を所定の目標値（Ｖoxsref）に一致させるためのフィードバック量であるサブフィードバック量（Ｋｓ）を同下流側空燃比センサの出力値と同目標値との偏差（ＤＶoxs ）に基づいて更新するとともに同サブフィードバック量に応じた値（ＳＤＶoxs ）に基づいて同サブフィードバック量の学習値（Ｋｇ）を更新するサブフィードバック手段と、
前記内燃機関の燃焼室（２５）に形成される混合気の空燃比である機関の空燃比が、理論空燃比（stoich）を前記サブフィードバック量及び前記学習値の少なくとも一方により補正した目標空燃比（abyfr ）、と一致するように同内燃機関に供給される燃料の量（Ｆｉ）を調整する通常制御を実行する空燃比制御手段と、
前記内燃機関の運転状態がフューエルカット実行条件を満たしている期間（時刻ｔ１以前）において前記内燃機関への燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット手段と、
前記フューエルカット制御の終了後から始まる第１の所定期間（時刻ｔ１−ｔ２）において前記機関の空燃比が、理論空燃比よりも所定値だけ小さい目標リッチ空燃比（abyfrich）、と一致するように前記内燃機関に供給される燃料の量を調整する増量制御を実行する増量制御手段と、
を備える。

更に、前記サブフィードバック手段は、
前記目標値を理論空燃比に対応する値（Ｖst）に設定する。

本発明装置は、フューエルカット制御を行った後に増量制御を行う。従って、本発明を用いない場合、フューエルカット制御が実行されている期間はもとより、増量制御を行っている期間及びその増量制御が終了して触媒下流の空燃比が安定化するまでの期間、サブＦＢ学習値を更新することができない。

そこで、
前記サブフィードバック手段は、更に、
前記フューエルカット制御の終了時点（時刻ｔ１）から始まり且つ前記第１の所定期間よりも長い第２の所定期間（時刻ｔ１−ｔ３）において前記目標値を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に対応する値（Ｖlean）に変更し（ステップ５４０、ステップ５４５、ステップ５５０）、
前記第２の所定期間の終了後から始まる第３の所定期間（時刻ｔ３−ｔ４）において前記目標値を前記目標リッチ空燃比に対応する値（Ｖrich）に変更し（ステップ５４０、ステップ５４５、ステップ５６５）、
前記第３の所定期間の終了後に前記目標値を理論空燃比に対応する値に戻し（ステップ５４０、ステップ５７０）、
前記第２の所定期間及び前記第３の所定期間においても前記サブフィードバック量及び前記学習値の更新を実行する（ステップ５２５）、
ように構成されている。

この構成によれば、フューエルカット制御の影響が触媒下流のガスの空燃比に現れている第２の所定期間（即ち、触媒下流にリーンな空燃比のガスが流出する期間）において、サブＦＢ量を算出する際の下流側空燃比センサの出力値の目標値がリーン空燃比に対応する値に設定される。従って、サブＦＢ量は「燃料量を大きく増量する値」になることがないので、第２の所定期間においてサブＦＢ学習値の更新を行う（即ち、サブＦＢ量の学習を行う）ことができる。

更に、上記構成によれば、フューエルカット制御後の増量制御の影響が触媒下流のガスの空燃比に現れている第３の所定期間（即ち、触媒下流にリッチな空燃比のガスが流出する期間）において、サブＦＢ量を算出する際の下流側空燃比センサの出力値の目標値が「増量制御における目標リッチ空燃比」に対応する値に設定される。従って、サブＦＢ量は「燃料量を大きく減量する値」になることがないので、第３の所定期間においてもサブＦＢ学習値の更新を行う（即ち、サブＦＢ量の学習を行う）ことができる。

この結果、フューエルカット制御が実行された後の期間においてもサブＦＢ量の学習を行うことができるので、サブＦＢ量が早期に収束すべき値に近づく。よって、エミッションを改善することができる。

上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。本発明の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 図２は、空燃比と図１に示した上流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。 図３は、空燃比と図１に示した下流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。 図４は、図１に示した制御装置の作動を示すタイムチャートである。 図５は、図１に示した制御装置のＣＰＵが実行する「下流側空燃比センサ目標値変更制御ルーチン」を示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置（以下、「本制御装置」と称呼する。）について説明する。

（構成）
図１は、この制御装置を４サイクル火花点火式４気筒内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様の構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック部２０と、シリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０と、を含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランクシャフト２４を含んでいる。シリンダ２１内におけるピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランクシャフト２４に伝達され、これによりクランクシャフト２４が回転する。シリンダ２１の壁面、ピストン２２の上面（頂面）及びシリンダヘッド部３０の下面は燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含む可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通
した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ、イグニッションコイル及びイグナイタを含む点火装置３７並びに燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３８を備えている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１とともに吸気通路を形成する吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２及び吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３を備えている。
スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。

排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４に一端が接続された複数の枝部を含むエキゾーストマニホールド５１、各エキゾーストマニホールド５１の枝部の他端であってすべての枝部が集合している集合部に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒５３及び上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

上流側触媒５３及び下流側触媒５４のそれぞれは、所謂、白金等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置（排気浄化装置）である。各触媒は、各触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるとき、ＨＣ及びＣＯ等の未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する酸素吸蔵能を有し、空燃比が理論空燃比から偏移したとしても、未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。この酸素吸蔵能は、触媒に担持されている酸化セリウム（ＣｅＯ_２）によってもたらされる。

一方、このシステムは、エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、上流側空燃比センサ６６、下流側空燃比センサ６７及びアクセル開度センサ６８を備えている。

エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（以下、「吸入空気量」と称呼する。）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ６２は、スロットルバルブ４３の開度（スロットル弁開度）を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。

カムポジションセンサ６３は、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２４が１８０°回転する毎に）１つのパルスを有する信号を発生するようになっている。

クランクポジションセンサ６４は、クランクシャフト２４が１０°回転する毎に狭幅のパルスを有するとともにクランクシャフト２４が３６０°回転する毎に広幅のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電子制御装置７０によって機関回転速度ＮＥ（内燃機関１０の回転速度）に変換される。

水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ６６は、排気通路であってエキゾーストマニホールド５１の枝部の集合部又はその集合部よりも下流側であり且つ上流側触媒５３の上流側に配設されている。上流側空燃比センサ６６は、限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ６６は、図２に示したように、「被検出ガス」の空燃比Ａ／Ｆに応じた電圧である出力値Ｖabyfs を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ６６の出力値Ｖabyfs は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Ｖstoichに一致し、被検出ガスの空燃比が大きくなる（リーンとなる）ほど増大する。即ち、上流側空燃比センサ６６は、被検出ガスの空燃比の変化に対してその出力が連続的に変化する広域空燃比センサである。

後述する電子制御装置７０は、図２に示したルックアップテーブルMapabyfsを記憶しており、そのルックアップテーブルMapabyfsに実際の出力値Ｖabyfs を適用することによって空燃比を検出（検出空燃比abyfs を取得する）ようになっている。以下、上流側空燃比センサ６６の出力値Ｖabyfs とルックアップテーブルMapabyfsとによって取得される空燃比を、上流側空燃比abyfs とも称呼する。

下流側空燃比センサ６７は、排気通路であって上流側触媒５３よりも下流側であり且つ下流側触媒５４よりも上流側（即ち、上流側触媒５３と下流側触媒５４との間の排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ６７は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ６７は、排気通路であって下流側空燃比センサ６７が配設されている部位を流れるガスである被検出ガスの空燃比（従って、下流側触媒５４に流入するガスの空燃比、及び、内燃機関１０の燃焼室２５に形成される混合気の空燃比の時間的平均値）に応じた出力値Ｖoxs を発生するようになっている。

この出力値Ｖoxs は、図３に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比に対して大きくリッチ側に偏移した空燃比であるとき最大出力値Ｖmax （例えば、約０．９Ｖ）となる。出力値Ｖoxs は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリーン側に偏移した空燃比であるとき最小出力値Ｖmin （例えば、約０．１Ｖ）となる。出力値Ｖoxs は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値Ｖmax と最大出力値Ｖmin の略中間の電圧Ｖst（理論空燃比相当値Ｖst、例えば、０．４５Ｖ）となる。

再び、図１を参照すると、アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電子制御装置７０は、互いにバス接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するプログラム、ルックアップテーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、及び、バックアップＲＡＭ７４並びにＡ／Ｄコンバータを含むインタフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。

バックアップＲＡＭ７４は、内燃機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）にかかわらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭ７４は、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵ７１の指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。

インタフェース７５は、前記センサ６１乃至６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１乃至６８からの信号を伝送するようになっている。更に、インタフェース７５は、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、点火装置３７、インジェクタ３８及びスロットルバルブアクチュエータ４３ａ等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。

（基本的な空燃比制御の概要）
本制御装置は、メインフィードバック制御と、サブフィードバック制御（サブＦＢ学習値を取得する学習制御を含む。）と、を実行することにより、機関の空燃比（実際には、燃料噴射量）を制御する。これらの制御は周知である（例えば、特開２０１２−７７７４０号公報、特開２０１２−３１７７６号公報、及び、特開２００９−３０４５５号公報等を参照。）。

＜サブフィードバック制御＞
サブフィードバック制御は、下流側空燃比センサ６７の出力値Ｖoxs を下流側目標値Ｖoxsrefに一致させる制御である。通常、下流側目標値Ｖoxsrefは理論空燃比stoichに対応する値（理論空燃比相当値）Ｖstに設定されている。

より具体的に述べると、本制御装置は、下記の（１）式乃至（４）式に従って、出力値Ｖoxs と下流側目標値Ｖoxsrefとの差に基づくＰＩＤ制御によりサブＦＢ量Ｋｓを算出する。以下において、Ｘ（ｎ）はパラメータＸの今回値を示し、Ｘ（ｎ−１）はパラメータＸの前回値（所定時間前のＸ（ｎ））を示す。K,Kp,Ki,Kdは定数である。

偏差 ＤＶoxs(n)＝Ｖoxsref−Ｖoxs …（１）
積分項 ＳＤＶoxs(n)＝ＳＤＶoxs(n-1)＋K・ＤＶoxs(n) …（２）
微分項 ＤＤＶoxs(n)＝ＤＶoxs(n)−ＤＶoxs(n-1) …（３）
サブＦＢ量 Ｋｓ＝Kp・ＤＶoxs(n)＋Ki・ＳＤＶoxs(n)＋Kd・ＤＤＶoxs(n) …（４）

上記（１）乃至（４）式から理解されるように、出力値Ｖoxs が下流側目標値Ｖoxsrefよりも小さいとき（即ち、下流側空燃比センサ６７の出力値Ｖoxs が下流側目標値Ｖoxsrefに対応する空燃比よりもリーン側の空燃比を示す値であるとき）、サブＦＢ量Ｋｓは増大する。反対に、出力値Ｖoxs が下流側目標値Ｖoxsrefよりも大きいとき（即ち、下流側空燃比センサ６７の出力値Ｖoxs が下流側目標値Ｖoxsref に対応する空燃比よりもリッチ側の空燃比を示す値であるとき）、サブＦＢ量Ｋｓは減少する。よって、サブＦＢ量Ｋｓは正の値にも負の値にもなる。

＜サブフィードバック量の学習＞
本制御装置は、サブフィードバック制御中（即ち、サブＦＢ量Ｋｓを更新している期間）において所定時間が経過する毎に、例えば、下記（５）式により求められるサブＦＢ量Ｋｓの定常的な値（即ち、積分項）に応じた値をサブＦＢ学習値ＫｇとしてバックアップＲＡＭ７４に記憶（学習）する。

サブＦＢ学習値 Ｋｇ＝Ki・ＳＤＶoxs(n) …（５）

＜メインフィードバック制御＞
メインフィードバック制御は、上流側空燃比センサ６６の出力値Ｖabyfs に基づいて得られる上流側空燃比abyfs を上流側目標空燃比abyfr に一致させる制御である。より具体的に述べると、本制御装置は、上流側空燃比abyfs と上流側目標空燃比abyfrとの差に基づくＰＩＤ制御によりメインＦＢ量Ｋｍを算出する。上流側空燃比abyfs が上流側目標空燃比abyfr よりもリーンである（大きい）ときメインＦＢ量Ｋｍは増大させられ、上流側空燃比abyfs が上流側目標空燃比abyfr よりもリッチである（小さい）ときメインＦＢ量Ｋｍは減少させられる。

上流側目標空燃比abyfr は、通常制御においては、下記の（６）式のように、理論空燃比stoich（例えば、１４．６）からサブＦＢ量Ｋｓを減じた値として求められる。なお、サブＦＢ量Ｋｓの更新を開始する時点（サブフィードバック制御条件が成立した時点）においてサブＦＢ量ＫｓはサブＦＢ学習値Ｋｇに設定される。更に、サブフィードバックの更新が行われていない場合（サブフィードバック制御条件不成立時）、下記の（６）式のサブＦＢ量ＫｓはサブＦＢ学習値Ｋｇに設定される。

上流側目標空燃比 abyfr＝stoich−Ｋｓ …（６）

本制御装置は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量Ｇａとルックアップテーブルとに基づいて算出される筒内吸入空気量（１回の吸気行程において１つの気筒に吸入される空気量）Ｍｃを算出する。本制御装置は、下記（７）式に示したように、その筒内吸入空気量Ｍｃを上流側目標空燃比abyfr によって除することによって、基本燃料噴射量Ｆｂを算出する。そして、本制御装置は、下記（８）式に示したように、基本燃料噴射量ＦｂにメインＦＢ量Ｋｍを加える補正によって得られる最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を燃料噴射弁３８から噴射させる。

Ｆｂ＝Ｍｃ／abyfr …（７）
Ｆｉ＝Ｆｂ＋Ｋｍ …（８）

＜フューエルカット制御＞
フューエルカット制御は、燃料噴射弁３８からの燃料噴射を停止（内燃機関１０への燃料供給を停止）する制御である。フューエルカット制御は、フューエルカット実行条件が成立しているときに実行される。フューエルカット実行条件は、フューエルカット開始条件が成立してからフューエルカット終了条件が成立するまで成立する条件である。なお、本制御装置は、フューエルカット制御の実行中において、メインフィードバック制御、サブフィードバック制御、及び、サブＦＢ量の学習（サブＦＢ学習値Ｋｇの更新）を停止する。

フューエルカット開始条件は、以下の条件１及び条件２が共に成立したときに成立する。
（条件１）スロットルバルブ開度ＴＡが「０」である（スロットル弁全閉である）。
（条件２）機関回転速度ＮＥが、フューエルカット回転速度ＮＥfc以上である。

フューエルカット終了条件は、以下の条件３及び条件４の何れかが成立したときに成立する。
（条件３）スロットルバルブ開度ＴＡが「０」より大きい。
（条件４）機関回転速度ＮＥが、フューエルカット回転速度ＮＥfcよりも小さいフューエルカット復帰回転速度ＮＥfk以下である。

＜フューエルカット復帰後増量制御（増量制御）＞
フューエルカット制御中に触媒５３に大量に流入して吸蔵された酸素をフューエルカット制御の終了後に速やかに減少させるため、本制御装置は増量制御を行う。より具体的に述べると、本制御装置は、フューエルカット制御の終了後から第１の期間が経過するまで、上流側目標空燃比abyfr を「理論空燃比stoichよりも小さい（リッチな）目標リッチ空燃比abyfrich（例えば、１２．５）」に設定する。

（本制御装置の作動の概要）
本制御装置は、フューエルカット制御の終了時点から、サブＦＢ量の更新及びサブＦＢ量の学習（サブＦＢ学習値Ｋｇの更新）を直ちに開始する。フューエルカット制御の終了時点からサブＦＢ量の学習を直ちに開始することを可能とするために、本制御装置は、以下に詳述するように、下流側目標値Ｖoxsrefを従来装置とは異なるように設定する。

即ち、本制御装置は、フューエルカットの終了時点から第２の期間（第２の所定期間）が経過するまで下流側目標値Ｖoxsrefを「リーン空燃比に相当する値Ｖlean」に設定する。以下、Ｖleanは「リーン電圧」とも称呼される。第２の期間は第１の期間（第１の所定期間）よりも長い。更に、本制御装置は、第２の期間の終了時点から第３の期間（第３の所定期間）が経過するまで下流側目標値Ｖoxsrefを「リッチ空燃比（正確には、増量制御における上流側目標空燃比abyfrである目標リッチ空燃比abyfrich）に相当する値Ｖrich」に設定する。以下、Ｖrichは「リッチ電圧」とも称呼される。

＜作動の実例＞
次に、図４を参照しながら、フューエルカット制御及びフューエルカット制御後の本制御装置の作動について説明する。図４は上から順に、フューエルカットフラグＸfc、フューエルカット復帰後増量フラグＸrich、上流側空燃比abyfs、上流側目標空燃比abyfr、学習許可フラグＸkyoka 、目標値可変フラグＸkahen 、下流側空燃比センサ出力値Ｖoxs 、下流側目標値Ｖoxsref及び積算吸入空気量ＳＧａの時間経過に伴う変化を示している。

図４に示した例においては、時刻ｔ１以前においてフューエルカット実行条件が成立して、フューエルカットフラグ（以下、「ＦＣフラグ」とも称呼する。）Ｘfcの値が「１」に設定されている。このＦＣフラグＸfcは、その値が「０」であるとき、内燃機関１０の運転状態がフューエルカット実行条件を満たす状態でないことを示す。一方、ＦＣフラグＸfcは、その値が「１」であるとき、内燃機関１０の運転状態がフューエルカット実行条件を満たす状態であることを示す。即ち、時刻ｔ１以前においてフューエルカット制御が実行されている。

フューエルカット制御が実行されると、上流側触媒５３には大量の酸素が流入し且つ酸素が上流側触媒５３から流出する。そのため、下流側空燃比センサ出力値Ｖoxs は時刻ｔ１以前において「理論空燃比相当値Ｖstよりも小さい値（リーン出力値）」へと変化している。

時刻ｔ１にてフューエルカット終了条件が成立し、ＦＣフラグＸfcの値が「１」から「０」へと変更されると、フューエルカット制御が停止される。更に、この時点において、「フューエルカット復帰後増量条件」が成立し、増量要求フラグＸrichの値が「０」から「１」へと変化する。この増量要求フラグＸrichは、その値が「１」であるとき、増量制御を実行すべき要求があることを示す。一方、増量要求フラグＸrichは、その値が「０」であるとき、増量制御を実行する要求がないことを示す。よって、時刻ｔ１にてフューエルカット復帰後増量（増量制御）が実行される。即ち、時刻ｔ１において、上流側目標空燃比abyfr は目標リッチ空燃比abyfrichに設定され、その結果、上流側空燃比abyfs はリーン空燃比から目標リッチ空燃比abyfrichの近傍の空燃比へと変化する。

更に、時刻ｔ１において学習許可フラグＸkyoka 及び目標値可変フラグＸkahen の値は「０」から「１」へと変更され、下流側目標値Ｖoxsrefの値が「理論空燃比相当値Ｖstよりも小さいリーン電圧Ｖlean」に設定される。

学習許可フラグＸkyoka は、その値が「１」であるとき、サブフィードバック量の学習が許可されていることを示し、その値が「０」であるとき、サブフィードバック量の学習が禁止されていることを示す。目標値可変フラグＸkahen は、その値が「１」であるとき、下流側目標値Ｖoxsrefの値をリーン電圧Ｖleanまたはリッチ電圧Ｖrichに変更可能であることを示し、その値が「０」であるとき、下流側目標値Ｖoxsrefの値が理論空燃比相当値Ｖstに固定され変更不能であることを示す。

これにより、時刻ｔ１からサブフィードバック制御及びサブＦＢ学習値の更新（学習）が実行される。更に、時刻ｔ１において積算吸入空気量ＳＧａは「０」に設定される。但し、積算吸入空気量ＳＧａは増量制御中において変更されない。

その後、時刻ｔ２において所定の条件（増量制御終了条件）が成立すると、増量要求フラグＸrichの値が「１」から「０」へと変更される。その結果、上流側目標空燃比abyfr は目標リッチ空燃比abyfrichから理論空燃比stoichへと戻されることにより、増量制御が終了して通常制御が再開される。この増量制御終了条件は、別途算出されている「上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ」が「所定吸蔵量」を下回る場合である。

時刻ｔ２を過ぎると、上流側触媒５３からリッチなガスが流出し始める。よって、下流側空燃比センサ出力値Ｖoxs は徐々に上昇する。

一方、本制御装置は、時刻ｔ２から積算吸入空気量ＳＧａの算出を開始する。そして、時刻ｔ３にて、積算吸入空気量ＳＧａが第１閾値積算吸入空気量ＳＧａth1 を超える。このとき、本制御装置は、下流側目標値Ｖoxsrefをリーン電圧Ｖleanから「理論空燃比相当値Ｖstよりも大きいリッチ電圧Ｖrich」に変更する。

なお、第１閾値積算吸入空気量ＳＧａth1 は、積算吸入空気量ＳＧａが第１閾値積算吸入空気量ＳＧａth1 に一致する時点と、下流側空燃比センサ出力値Ｖoxs が理論空燃比相当値Ｖstにまで上昇する時点とが、略一致するような値に予め実験等に基づいて設定されている。

その後、時刻ｔ４にて、積算吸入空気量ＳＧａが第２閾値積算吸入空気量ＳＧａth2 を超える。このとき、本制御装置は、目標値可変フラグＸkahen の値を「１」から「０」へと変更し、それにより、目標値Ｖoxsrefをリッチ電圧Ｖrichから理論空燃比相当値Ｖstに変更する。

なお、第２閾値積算吸入空気量ＳＧａth2 は、積算吸入空気量ＳＧａが第２閾値積算吸入空気量ＳＧａth2 に一致する時点と、下流側空燃比センサ出力値Ｖoxs がリッチ電圧Ｖrich近傍の値から理論空燃比相当値Ｖst近傍の値にまで低下する時点と、が略一致するような値に予め実験等に基づいて設定されている。

このように、本制御装置は、フューエルカット制御の終了後の第１の所定期間（時刻ｔ１−ｔ２）において増量制御を実行する。その後、本制御装置は通常制御を実行する（時刻ｔ２以降）。

一方、本制御装置は、フューエルカット制御の終了時点から始まる第２の所定期間（時刻ｔ１−ｔ３）において、下流側空燃比センサの目標値Ｖoxsrefをリーン電圧Ｖleanに設定する。第２の所定期間は第１の所定期間よりも長い。この第２の所定期間において、上流側触媒５３からフューエルカット制御に起因する多量の酸素が流出するので、出力値Ｖoxs はリーン電圧Ｖleanに略一致する。従って、サブＦＢ量Ｋｓが過大又は過小になることがないので、サブＦＢ量Ｋｓに基づいてサブＦＢ学習値Ｋｇを更新することができる。

更に、本制御装置は、第２の所定期間の終了時点から始まる第３の所定期間（時刻ｔ３−ｔ４）において、下流側空燃比センサの目標値Ｖoxsrefをリッチ電圧Ｖrichに設定する。この第３の所定期間において、増量制御の影響により上流側触媒５３からリッチなガスが流出するので、出力値Ｖoxs はリッチ電圧Ｖrichに略一致する。従って、サブＦＢ量Ｋｓが過大又は過小になることがないので、サブＦＢ量Ｋｓに基づいてサブＦＢ学習値Ｋｇを更新することができる。

（実際の作動）
次に、上記のように構成された本制御装置の実際の作動について説明する。

制御装置のＣＰＵ７１は、図５にフローチャートにより示した「下流側空燃比センサ目標値変更制御ルーチン」を所定時間が経過する毎に繰り返し実行するようになっている。従って、任意のタイミングになると、ＣＰＵ７１は、ステップ５００から処理を開始してステップ５０５に進み、ＦＣフラグＸfcの値が「０」であるか否かを判定する。

ＦＣフラグＸfcの値が「１」である場合、ＣＰＵ７１はステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５１０に進み、フューエルカット制御を実行する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ５１５に進み、目標値可変フラグＸkahen 及び学習許可フラグＸkyoka の値をそれぞれ「０」に設定し、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、目標値可変フラグＸkahen の値が「０」に設定されているとき、下流側目標値Ｖoxsrefは理論空燃比相当値Ｖstに設定される。学習許可フラグＸkyoka の値が「０」に設定されているとき、サブＦＢ量Ｋｓ及びサブＦＢ学習値Ｋｇの更新は行われず、サブＦＢ量ＫｓとしてサブＦＢ学習値Ｋｇが採用される。

フューエルカット終了条件が成立してＦＣフラグＸfcの値が「１」から「０」に変化した直後（即ち、ＦＣフラグＸfcの値が「０」）にＣＰＵ７１が本ルーチンをステップ５００から開始すると、ＣＰＵ７１はステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２０に進み、ＦＣフラグＸfcの値が「１」から「０」に変化した直後か否かを判定する。ＦＣフラグＸfcの値は「１」から「０」に変化した直後であるから、ＣＰＵ７１はステップ５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２５に進む。

ＣＰＵ７１はステップ５２５にて目標値可変フラグＸkahen 、学習許可フラグＸkyoka 及び増量要求フラグＸrichの値をそれぞれ「１」に設定するとともに、積算吸入空気量ＳＧａの値を「０」に設定する。この結果、目標値可変フラグＸkahen の値が「１」に設定されるので、後述するように、下流側目標値Ｖoxsrefは理論空燃比相当値Ｖst以外の値に設定される。更に、学習許可フラグＸkyoka の値が「１」に設定されるので、サブＦＢ量Ｋｓ及びサブＦＢ学習値Ｋｇの更新が行われる。

次に、ＣＰＵ７１はステップ５３０に進み、増量要求フラグＸrichの値が「１」であるか否かを判定する。

現時点においては、ステップ５２５において増量要求フラグＸrichの値が「１」に設定されているので、ＣＰＵ７１はステップ５３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３５に進み、メインフィードバック制御の目標空燃比abyfr を目標リッチ空燃比abyfrichに設定する。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ５４０に進み、積算吸入空気量ＳＧａが第２所定閾値積算吸入空気量ＳＧａth2 未満であるか否かを判定する。現在の積算吸入空気量ＳＧａは「０」である（ステップ５２５において「０」に設定されている）ので、積算吸入空気量ＳＧａは第２所定閾値積算吸入空気量ＳＧａth2 未満である。従って、ＣＰＵ７１はステップ５４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４５に進み、積算吸入空気量ＳＧａが第１所定閾値積算吸入空気量ＳＧａth1 未満であるか否かを判定する。前述したように積算吸入空気量ＳＧａは「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ５４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５５０に進み下流側目標値Ｖoxsrefをリーン電圧Ｖleanに設定し、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

この状態が継続している場合にＣＰＵ７１が本ルーチンをステップ５００から再び開始すると、ＣＰＵ７１はステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、更に、ステップ５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３０に直接進む。この場合、増量要求フラグＸrichの値は「１」に維持されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ５３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５３５に進み、メインフィードバック制御の目標空燃比abyfr を目標リッチ空燃比abyfrichに設定する。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ５４０に進んで「Ｙｅｓ」と判定し、更に、ステップ５４５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ５５０に進んで下流側目標値Ｖoxsrefをリーン電圧Ｖleanに設定して本ルーチンを一旦終了する。

この状態において時間が経過すると、触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡが所定吸蔵量を下回るので、別途実行されるルーチンにおいてＸrichの値が「１」から「０」に戻される。そのため、ＣＰＵ７１はステップ５０５及びステップ５２０に続くステップ５３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５５５に進み、吸入空気量Ｇａの積算を行う（積算吸入空気量ＳＧａを算出する）。次いで、ＣＰＵ７１はステップ５６０に進み、メインフィードバック制御の目標空燃比abyfr を理論空燃比stoichに設定してステップ５４０に進む。この結果、増量制御が停止されて通常制御へと移行する。

この段階では積算吸入空気量ＳＧａの積算が「０」から開始された直後であるので、積算吸入空気量ＳＧａは第１積算吸入空気量ＳＧａth1 未満である。よって、ＣＰＵ７１はステップ５４０及びステップ５４５にてそれぞれ「Ｙｅｓ」と判定してステップ５５０を経由してステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

その後、積算吸入空気量ＳＧａは増大して第１積算吸入空気量ＳＧａth1 に達する（時刻ｔ３）。この場合、ＣＰＵ７１はステップ５４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ５４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５６５に進み、下流側目標値Ｖoxsrefをリッチ電圧Ｖrichに設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、フューエルカット制御の終了時点（時刻ｔ１）からこの時点（時刻ｔ３）までが前述した第２の所定期間であり、この時点（時刻ｔ３）から前述した第３の所定期間が開始する。

その後、積算吸入空気量ＳＧａは更に増大して第２積算吸入空気量ＳＧａth2 に達する（時刻ｔ４）。この場合、ＣＰＵ７１はステップ５４０に進んだとき、そのステップ５４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５７０に進み、下流側目標値Ｖoxsrefを理論空燃比相当値Ｖstに設定する。この時点（時刻ｔ４）が前述した第３の所定期間の終了時点である。次いで、ＣＰＵ７１はステップ５７５に進み、目標値可変フラグＸkahen の値を「０」に設定し、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本制御装置は、
第２の所定期間（触媒下流にリーンな空燃比のガスが流出する期間）において下流側目標値Ｖoxsrefをリーン電圧Ｖleanに変更し、
第３の所定期間（触媒下流にリッチな空燃比のガスが流出する期間）において下流側目標値Ｖoxsrefをリッチ電圧Ｖrichに変更し、
第３の所定期間の終了後に下流側目標値Ｖoxsrefを理論空燃比stoichに対応する値Ｖstに戻し、
第３所定期間の後の期間のみならず、第２の所定期間及び第３の所定期間においてもサブフィードバック量Ｋｓ及び学習値Ｋｇの更新を実行する。

従って、本制御装置は、第２の所定期間及び第３の所定期間においても、下流側目標値Ｖoxsrefと下流側空燃比センサの出力値Ｖoxs とが大きく乖離しない。よって、本制御装置によれば、サブＦＢ量が「燃料量を大きく増量又は減量する値」になることがないので第２の所定期間及び第３の所定期間においてもサブＦＢ量の学習を行うことができる。この結果、サブＦＢ学習値の更新機会を増加させることができ、サブＦＢ量が早期に収束すべき値に近づく。よってエミッションを改善することができる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、増量要求フラグＸrichの値は、下流側空燃比センサ出力値Ｖoxs が理論空燃比相当値Ｖstを上回ったときに「１」から「０」へ変更されてもよい。更に、ステップ５５５、ステップ５４０及びステップ５４５において、吸入空気量Ｇａに代え、機関の負荷ＫＬが用いられても良い。或いは、第２の所定期間及び第３の所定期間のそれぞれは、それぞれの期間の開始時点における吸入空気量Ｇａに基づいて決定される所定の長さを有する期間であってもよい。

１０…内燃機関、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３４…排気ポート、３７…点火装置、３８…インジェクタ、４１…吸気管、４３…スロットルバルブ、５１…排気管、５３…上流側触媒、６１…エアフローメータ、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電子制御装置、７１…ＣＰＵ。

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
   前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに、その配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
   前記下流側空燃比センサの出力値を所定の目標値に一致させるためのフィードバック量であるサブフィードバック量を同下流側空燃比センサの出力値と同目標値との偏差に基づいて更新するとともに同サブフィードバック量に応じた値に基づいて同サブフィードバック量の学習値を更新するサブフィードバック手段と、
   前記内燃機関の燃焼室に形成される混合気の空燃比である機関の空燃比が、理論空燃比を前記サブフィードバック量及び前記学習値の少なくとも一方により補正した目標空燃比、と一致するように同内燃機関に供給される燃料の量を調整する通常制御を実行する空燃比制御手段と、
   前記内燃機関の運転状態がフューエルカット実行条件を満たしている期間において前記内燃機関への燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行するフューエルカット手段と、
   前記フューエルカット制御の終了後から始まる第１の所定期間において前記機関の空燃比が、理論空燃比よりも所定値だけ小さい目標リッチ空燃比、と一致するように前記内燃機関に供給される燃料の量を調整する増量制御を実行する増量制御手段と、
   を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記サブフィードバック手段は、
   前記目標値を理論空燃比に対応する値に設定し、
   前記フューエルカット制御の終了時点から始まり且つ前記第１の所定期間よりも長い第２の所定期間において前記目標値を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に対応する値に変更し、
   前記第２の所定期間の終了後から始まる第３の所定期間において前記目標値を前記目標リッチ空燃比に対応する値に変更し、
   前記第３の所定期間の終了後に前記目標値を理論空燃比に対応する値に戻し、
   前記第２の所定期間及び前記第３の所定期間においても前記サブフィードバック量及び前記学習値の更新を実行する、
   ように構成された空燃比制御装置。
   

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