JP3651007B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力信号にしたがって空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より酸素センサの出力信号と理論空燃比を表す基準値とを比較することにより、リーンおよびリッチの判定を行ない空燃比制御を実行する空燃比制御装置がある。この空燃比制御装置では、リーンかリッチかの判定結果に応じてフィードバック補正係数を大きく階段状にスキップさせ、そのうえで積分によりフィードバック補正係数を徐々に変化させていき、実際の空燃比を理論空燃比に収束させる。ところが、この空燃比制御装置は制御の追従性が悪いという問題がある。とりわけインジェクタの特性ばらつきにより空燃比制御のベースがずれた場合、スキップや積分では制御が追い付かず、追従性がめだって悪くなる。
【０００３】
この制御の追従性の悪さを解消する空燃比制御装置として、従来、例えば特開平１−１２１５４１号公報記載の装置が提案されている。この従来の空燃比制御装置は、酸素センサの出力信号と制御用空燃比との対応関係をほぼ一次関数で規定した関係補正特性を用いて空燃比制御を実行する。一次関数で規定された関係補正特性では、理論空燃比の近くでも離れた部分でも酸素センサの出力信号の大きさの増減に応じ一様に制御用空燃比が増減する。したがって、酸素センサの出力信号値が理論空燃比から離れるにつれ、制御用空燃比の値が理論空燃比から離れていくことになる。従来装置では、酸素センサの出力信号の大きさを関係補正特性に照らして制御用空燃比を算出し、制御用空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を実行するから、制御の追従性が向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の空燃比制御装置は制御の追従性を向上させるが、酸素センサの固体差や測定時の酸素センサの温度等に起因する酸素センサの出力信号のばらつきにより、制御性能がばらつくという問題がある。制御性能のばらつきはエミッションに悪影響を及ぼしたり、制御の追従性を悪化させたりする。図１６に酸素センサの出力のばらつきを示す。酸素センサの出力信号ＶＯＸは理論空燃比の前後にわたる所定の空燃比範囲内では、ばらつきがさほど認められないが、所定空燃比範囲外では大きなばらつきが認められる。このばらつきが上記問題を起こす。
【０００５】
また、酸素センサの動特性はリッチからリーンに転ずる時、あるいはリーンからリッチに転ずる時で異なり、一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなる。したがって、従来装置では空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまう傾向がある。この結果、エミッションが悪化するという問題が生ずる。
【０００６】
アイドル時はアイドル安定性（回転数変動小）を良くするため制御の振幅を小さくする必要があるが、従来装置ではアイドル時と非アイドル時とで制御方法を変えていないので、アイドル時に制御振幅が大となり、アイドル時の安定性が悪化する。また、既述したスキップと積分を用いる空燃比制御ではアイドル時の安定性を実現するために、スキップ後制御値をホールドし積分項が入らないようにして制御振幅が大きくならないようにしているが、これは制御追従性を悪化させる。
【０００７】
加えて、現実にはエンジンの個性により、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比制御中心がエンジン毎で異なるため、制御中心を最適値に合わせ込む手段が必要である。しかし、従来装置ではこの手段がないためエンジンの個々の特性に対応できないという問題がある。
【０００８】
また、空燃比制御においては、急加速時のような過渡時と定常走行をしている定常時とでは求められる制御特性が異なる。つまり、過渡時の空燃比は目標空燃比から大きくはずれ、制御の追従性が問題となる。また定常走行時にはＯ2 センサ特性ばらつきによらず、目標空燃比を実現することが問題となる。ところが、従来装置は過渡時も定常時も同じ制御を実行するため、急加速や定常走行といった運転状態の違いに応じた制御を実現できないという問題がある。
【０００９】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、以上の課題を解決し、酸素センサの特性を補償しかつ実用性を高めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図１に例示するように、
理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力信号の大きさから空燃比制御用にとくに修正した制御用空燃比を算出し、該制御用空燃比と目標空燃比との偏差を偏差演算手段により求め、該偏差に基づいてコントローラが空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御装置において、
前記酸素センサの出力信号と該出力信号に対応する空燃比との標準的な関係を予め記憶した標準関係記憶手段と、
該標準関係記憶手段が予め記憶した標準関係にしたがって前記酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検出する標準空燃比検出手段と、
前記標準空燃比と前記制御用空燃比との対応関係を規定しており、理論空燃比近傍の所定空燃比範囲内においては前記標準空燃比の増減に応じて前記制御用空燃比が増減し、前記所定空燃比範囲外においては前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係補正特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段と、
該関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性にしたがって、前記標準空燃比検出手段が検出した標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する制御用空燃比検出手段と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記構成においては、標準関係記憶手段が予め記憶した標準関係にしたがって、標準空燃比検出手段が酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検出する。そして、関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性にしたがって、制御用空燃比検出手段が、検出された標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する。
酸素センサの出力信号から求められる標準空燃比が所定空燃比範囲内にあるときは、標準空燃比の増減に応じて制御用空燃比が増減する。また、標準空燃比が所定空燃比範囲を外れると制御用空燃比はその増減を略停止するが、制御用空燃比は既に充分に大きな値あるいは充分に小さな値に増減されている。
【００１２】
このように増減される制御用空燃比と目標空燃比との偏差を偏差演算手段が算出し、算出した偏差に基づいてコントローラが空燃比フィードバック制御を実行する。したがって、制御用空燃比と目標空燃比とのずれ量が反映した、追従性のよい制御が実現される。このように追従性のよい制御が実現されるのであるが、標準空燃比が所定空燃比範囲外にあるときは、標準空燃比の増減にかかわらず制御用空燃比の増減が略停止するため、図１６にて既述したように所定空燃比範囲外において顕著となる酸素センサの出力のばらつきは、空燃比フィードバック制御に入り込まない。したがって、制御性能のばらつきがなくなり、エミッションに対する影響もなくなる。
【００１３】
請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置は、
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置のコントローラが、入力された偏差に基づいて空燃比をＰＩＤ制御するコントローラであることを特徴とする。
上記構成によれば、酸素センサの動特性、つまり一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性がＰＩＤ制御の微分要素によりならされ、リーンからリッチに転ずる時の応答時間もリッチからリーンに転ずる時の応答時間もほぼ同一になる。したがって、空燃比制御の中心がリーン側にずれるという従来の傾向が解消され、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間と、リーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがない。この結果、エミッションの悪化も防止される。
【００１４】
請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図２に例示するように、請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記関係補正特性記憶手段は、前記関係補正特性と、前記所定空燃比範囲内においては、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制御用空燃比の増減率が、理論空燃比を略中心に前記関係補正特性に規定される制御用空燃比の増減率よりも低減された関係を規定し、前記目標空燃比範囲からはずれようとするところでは前記制御用空燃比の増減率よりも増加された関係を規定し、前記所定空燃比範囲外においては、前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係を規定した低減化関係補正特性を予め記憶し、さらに、アイドル状態を検出するアイドル状態検出手段を備え、前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていない場合、前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用する関係補正特性として、前記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性を選択し、前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されている場合、前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用する関係補正特性として、前記関係補正特性記憶手段が記憶する低減化関係補正特性を選択する特性選択手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記構成においては、アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていなければ、関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性および低減化関係補正特性のうち特性選択手段が選択した関係補正特性にしたがって、制御用空燃比検出手段が標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する。これに対して、アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていれば、特性選択手段が選択した低減化補正特性にしたがって、標準空燃比に対応する制御用空燃比を制御用空燃比検出手段が検出する。このように検出された制御用空燃比により空燃比制御が実行されるから、制御用空燃比と目標空燃比とのずれ量が反映した、追従性のよい制御が実現される。そして、アイドル時には制御用空燃比の増減が低減されるから、制御振幅が小さくなり、アイドル時の回転数変動も小さくなり安定性が向上される。また、目標空燃比からはずれたところでは実際の空燃比ずれよりも大きく推定するため追従性を確保できる。こうして、アイドル時には安定性と追従性とが両立した制御が実現される。
【００１６】
請求項４記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図３に例示するように、
請求項１、２又は３記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性は、
前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制御用空燃比の値が全体的にリッチ側あるいはリーン側に偏った関係で規定されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成においては、制御用空燃比が実際よりリッチ側あるいはリーン側に偏った値となる。このようにリッチ側あるいはリーン側に偏った制御用空燃比により空燃比制御が実行されると、これを補償するため空燃比制御中心がリーン側あるいはリッチ側に微妙にずれる。したがって、エンジンの個性に応じ相違する、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定することが可能となる。
【００１８】
請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図４に例示するように、
請求項１、２、３又は４記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記コントローラは、
前記偏差に基づいて空燃比をＰＩ制御するＰＩ制御手段と、
前記偏差に基づいて空燃比をＰＩＤ制御するＰＩＤ制御手段とを備え、
さらに、
急加速を検出する急加速検出手段と、
該急加速検出手段が急加速を検出した場合、前記ＰＩ制御手段を選択し、
該急加速検出手段が急加速を検出しない場合、前記ＰＩＤ制御手段を選択する制御手段選択手段と
を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記構成においては、急加速検出手段により急加速が検出されていれば、コントローラが備えるＰＩ制御手段およびＰＩＤ制御手段のうちで、制御手段選択手段が選択したＰＩ制御手段により空燃比制御が実行される。これに対して、急加速検出手段により急加速が検出されていなければ、制御手段選択手段が選択したＰＩＤ制御手段によって空燃比制御が実行される。
【００２０】
したがって、急加速時のような過渡時には、微分要素のないＰＩ制御により、空燃比制御中心が目標空燃比にすばやく追従する。また、定常時には、微分要素のあるＰＩＤ制御により、空燃比制御中心がＯ2 センサ特性ばらつきによらず目標空燃比を実現する。このように急加速時と定常時とに応じた制御特性が実現される。
【００２１】
また請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置の構成は、請求項１、２、３、４又は５記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の排気系に設けられた前記酸素センサの下流側に配設されて排気ガスを浄化する触媒コンバータの更に下流に取り付けられ、該触媒コンバータを通過した排気ガス中の特定成分濃度を検出する下流側空燃比センサと、
前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記下流側空燃比センサの出力値に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正する関係補正特性補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明では、空燃比センサの出力値に応じて関係補正特性補正手段が、図３に矢印で例示するように、所定空燃比範囲内において、関係補正特性記憶手段の記憶する関係補正特性を、全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係に補正する。
【００２３】
下流側空燃比センサは、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの下流側に取り付けられているため、その出力特性は、触媒コンバータの上流に取り付けられた酸素センサの出力特性に比べて安定している。
そこで、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、より安定した特性を示す下流側空燃比センサの出力値に応じ、所定空燃比範囲内において、関係補正特性の制御用空燃比の値を全体としてリッチ側又はリーン側に補正することにより、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【００２４】
請求項７記載の内燃機関の空燃比制御装置の構成は、請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の運転状態に基づいて排気ガスの輸送遅れに関する機関パラメータを算出する機関パラメータ算出手段と、
該機関パラメータ算出手段が算出した機関パラメータに応じた補正量を算出する補正量算出手段と、
を備え、
前記関係補正特性補正手段は、前記空燃比センサの出力がリッチからリーンへ又はリーンからリッチへ反転したときに、前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記補正量算出手段の算出した補正量に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正する
ことを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、下流側空燃比センサの出力がリッチからリーンへ又はリーンからリッチへ反転したときに、関係補正特性を、所定空燃比範囲内において、標準空燃比の増減に応じて増減する制御用空燃比の値が補正量に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正される。
【００２６】
従って、その補正量は、内燃機関の機関パラメータに応じて算出されるので、排気ガス輸送遅れにより下流側空燃比センサの応答速度が遅くなることに基づく弊害、例えばエミッションや燃費の悪化、触媒排気異臭の発生及びドライバビリティの悪化等を防止することができると共に、請求項６記載の発明同様、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【００２７】
請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置の構成は、図５に例示するように、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの上流側と下流側とに各々設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する上流側及び下流側空燃比センサと、
予め定められた空燃比フィードバック制御定数を記憶する制御定数記憶手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて前記フィードバック制御定数を補正するための補正量を算出し、該補正量に基づき前記空燃比フィードバック制御定数を補正する制御定数補正手段と、
該上流側空燃比センサの出力と前記制御定数補正手段にて補正された前記空燃比フィードバック制御定数とに基づいて内燃機関のフィードバック制御を実行する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項８記載の発明では、空燃比フィードバック制御定数を、下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じた補正量に基づいて補正し、その補正後の空燃比フィードバック制御定数に基づき内燃機関のフィードバック制御が実行される。
そのため、空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、上流側空燃比センサに比べより安定した特性を示す下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて補正した空燃比フィードバック制御定数に基づく制御により、応答性よく空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の第一実施例として車両用内燃機関（以下エンジンという）の空燃比制御装置を説明する。図６にエンジンの概略、図７に制御装置の構成を示す。エンジン１は吸気系３と、燃焼室５と、排気系７とに大別される。以下に吸気系３と排気系７とを簡単に説明する。
【００３０】
吸気系３は公知の各種構成として、エアクリーナ（図示略）、スロットルバルブ９、サージタンク１１、吸気圧センサ１３、スロットルポジションセンサ１５、吸気温センサ１７等を備える。これらのうち吸気圧センサ１３はサージタンク１１に配置されており、吸気管負圧を検出する。スロットルポジションセンサ１５は開度センサ１５ａ、アイドルスイッチ１５ｂを内蔵する。アイドルスイッチ１５ｂはエンジン１のアイドリング時にオン状態になるスイッチである。
【００３１】
排気系７は公知の各種構成、例えば酸素センサ１９、イグナイタ２１、ディストリビュータ２３、回転数センサ２５、気筒判別センサ２７、冷却水温センサ２９等を備える。酸素センサ（Ｏ2 センサ）１９は排気中の酸素濃度を検出する起電力型のセンサである。回転数センサ２５はエンジン１の回転数ＮＥに応じたパルスを発生する。なお、エンジン１のシリンダブロック１ａは循環する冷却水によって冷却される。その冷却水温度がシリンダブロック１ａに設けた冷却水温センサ２９により検出される。
【００３２】
上記の酸素センサ１９、回転数センサ２５等の各センサの信号は、電子制御装置３０に入力される。
電子制御装置３０はＣＰＵ３１ａ、ＲＯＭ３１ｂ、ＲＡＭ３１ｃ等を内蔵したマイクロコンピュータ３１を中心に構成される。マイクロコンピュータ３１の入出力ポートにアイドルスイッチ１５ｂ、回転数センサ２５、気筒判別センサ２７、イグナイタ２１、ヒータ通電制御回路３３、駆動回路３５等が接続される。イグナイタ２１にはディストリビュータ２３が接続され、ディストリビュータ２３には点火プラグ４１が接続される。ヒータ通電制御回路３３はバッテリ３７を電源とし、酸素センサ１９のヒータ１９ｂに通電する電力を制御する。ヒータ１９ｂにより検出素子１９ａが加熱される。駆動回路２６は燃料噴射弁３９を駆動するための回路である。
【００３３】
また、マイクロコンピュータ３１の入出力ポートには、Ａ／Ｄ変換回路４１を介して吸気圧センサ１３、開度センサ１５ａ、吸気温センサ１７、冷却水温センサ２９等のアナログ信号を出力するセンサが接続される。Ａ／Ｄ変換回路４１には、さらにヒータ通電制御回路３３の出力、電流検出用抵抗器４３の端子電圧、検出素子１９ａの出力が入力される。
【００３４】
以上の酸素センサ１９をはじめとする各種センサの出力や、ヒータ通電制御回路３３の出力に基づいて、電子制御装置３０はエンジン１の運転状態を検出し、エンジン１の運転を制御する。以下に、空燃比制御を説明する。
図８に電子制御装置３０において実行される第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンのフローチャート、図９に図８のルーチンの実行により実現されるフィードバック制御のブロック線図を示す。まず、図８の処理ルーチンを説明し、その後、図９のブロック線図にしたがい本空燃比フィードバック制御を詳述する。
【００３５】
図８に示す第一の空燃比フィードバック制御ルーチンは、電子制御装置３０のＣＰＵ３１ａにて、２０msec毎のタイマ割り込みとして実行される。その実行においては先ず、空燃比フィードバック実施条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１００）。空燃比フィードバック実施条件としては公知の例えば水温のレベル、燃料カットの有無、加速増量中か否かといった条件がある。ここで空燃比フィードバック実施条件が成立していないと判断された場合は（Ｓ１００）、本ルーチンを一旦終了する。
【００３６】
空燃比フィードバック実施条件が成立していると判断した場合（Ｓ１００）、酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸを入力する（Ｓ１１０）。そして、出力電圧ＶＯＸから標準空気過剰率λ１を算出する（Ｓ１２０）。ここで空気過剰率とは、理論空燃比のときの空気量を基準（＝１．０）として、混合気のために供給される空気量の割合を表す。標準空気過剰率λ１は、酸素センサ１９の出力電圧に基づき排気管内の酸素濃度から、実際の混合気における空気量を推定して算出した値である。
【００３７】
次に、アイドルスイッチ１５ｂがオンか否かを判断する（Ｓ１３０）。アイドルスイッチ１５ｂがオンでないと判断した場合（Ｓ１３０）、アイドル状態でないとして、非アイドル時用の特性グラフを参照し、ステップＳ１２０で求めた標準空気過剰率λ１に対応する制御用空気過剰率λ２を算出する（Ｓ１４０）。続いて、目標空気過剰率λ０からステップＳ１４０で算出した制御用空気過剰率λ２を減算し、減算した値を偏差Δλにセットする（Ｓ１５０）。ここで目標空気過剰率λ０とは、車両の走行状態に応じて決定される目標空燃比のときの空気過剰率をいい、例えば目標空燃比が理論空燃比であるときλ０＝１．０となる。
【００３８】
次に、現在の運転状態が急加速か否かを判断する（Ｓ１６０）。急加速でないと判断した場合（Ｓ１６０）、ＰＩＤ制御用演算パラメータを検索する（Ｓ１７０）。一方、運転状態が急加速と判断した場合（Ｓ１６０）、ＰＩ制御用の演算パラメータを検索する（Ｓ１８０）。
【００３９】
以上のように非アイドル時は処理が進行するが、ステップＳ１３０でアイドルスイッチ１５ｂがオンと判断した場合、アイドル状態であるとして、アイドル時用の特性グラフを参照し、ステップＳ１２０で求めた標準空気過剰率λ１に対応する制御用空気過剰率λ２を算出する（Ｓ１９０）。続いて、目標空気過剰率λ０からステップＳ１９０で算出した制御用空気過剰率λ２を減算し、減算値を偏差Δλにセットする（Ｓ２００）。そして、ＰＩ制御用演算パラメータを検索する（Ｓ２１０）。
【００４０】
以上のようにしてアイドル状態か、非アイドル状態か、非アイドル状態であれば急加速状態か定常状態かという運転状態に応じて検索した演算パラメータ（Ｓ１７０，１８０，２１０）から、次にＦＡＦを演算する（Ｓ２２０）。この後、先頭のステップＳ１００に戻る。
【００４１】
ＦＡＦの演算結果は公知の手法により空燃比制御に利用され、ＦＡＦに基づいた空燃比制御が実行される。
次に、以上の図８の処理ルーチンの実行により実現される空燃比フィードバック制御を等価の図９のブロック線図にしたがい説明する。
【００４２】
酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸはリニアライザ５０に入力する。リニアライザ５０は上記ステップＳ１１０，１２０により実現されるもので、標準関係記憶手段（請求項１）および標準空燃比検出手段（請求項１）に相当する。リニアライザ５０は、図１０に示す特性グラフをもつ（特性グラフのデータは予めＲＯＭ３１ｂにストアされている）。この特性グラフは酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸと標準空気過剰率λ１との関係を示す。この特性グラフを参照して、リニアライザ５０は、入力した出力電圧ＶＯＸに対応する標準空気過剰率λ１を算出する。
【００４３】
算出した標準空気過剰率λ１は非アイドル用の補正リニアライザ５１、およびアイドル用の補正リニアライザ５３に入力する。補正リニアライザ５１は上記ステップＳ１４０により実現されるもので、関係補正特性記憶手段（請求項４）および制御用空燃比検出手段に相当する。補正リニアライザ５３は上記ステップＳ１９０により実現されるもので、低減化関係補正特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段（請求項３）および制御用空燃比検出手段に相当する。補正リニアライザ５１は図１１（Ａ），（Ｂ）に示す非アイドル時用の特性グラフを持ち、補正リニアライザ５３は図１２に示すアイドル時用の特性グラフを持つ（これらを規定するデータについても予めＲＯＭ３１ｂにストアされている）。
【００４４】
図１１の非アイドル時用の特性グラフと図１２のアイドル時用の特性グラフとはともに標準空気過剰率λ１と制御用空気過剰率λ２との関係を規定するものであるが、各特性グラフは部分的に共通した基本関係を持つ。この共通した基本関係を図１３に示す。
【００４５】
即ち、基本関係とは、標準空気過剰率λ１＝１．０即ち理論空燃比である時の標準空気過剰率の値を中心とする前後各０．５パーセント計１パーセントの幅の範囲外においては、標準空気過剰率λ１の増減にかかわらず制御用空気過剰率λ２は増減せず一定値を保つという関係である。図１７にも所定空燃比範囲として示したように、酸素センサ１９の個体差や測定温度の差による酸素センサ１９の出力電圧のばらつきが際だつのは、空気過剰率λ１＝１．０を中心とする前後各０．５パーセント計１パーセントの幅の範囲外であって、その範囲内では、酸素センサ１９の出力電圧のばらつきは無視できる程度に微少であり、それは本発明者が実験により確認している。そこで、そのように酸素センサ１９の出力電圧がばらつく空気過剰率λ１＝１．０を中心とした前後各０．５パーセント計１パーセントの幅の範囲外においては、標準空気過剰率λ１が増減しても制御用空気過剰率λ２が増減しない基本関係を定めることにより、酸素センサ１９の出力電圧がその個体差や測定温度の差によりばらついても、そのばらつきを制御用空気過剰率λ２に反映させないようにした。
【００４６】
次に、非アイドル時の特性グラフ（図１１）とアイドル時の特性グラフ（図１２）のもつ相違点を説明する。図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、非アイドル時の特性グラフには、上記所定空燃比範囲内において、上下あるいは左右に偏らせ、標準空気過剰率λ１の増減に応じ増減する制御用空気過剰率λ２の値を全体的にリッチ側あるいはリーン側に偏らせた関係が規定されている。ここにリッチ又はリーンとは空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかということを意味し、図中にそれぞれＲ、Ｌの符号にて示す（以下同じ）。
【００４７】
これに対して、アイドル時の特性グラフには、図１２に示すように、理論空燃比の前後にわたる所定空燃比範囲において、標準空気過剰率λ１の増減に応じて増減する制御用空気過剰率λ２の増減率が、理論空燃比を中心に基本的な増減率（図中鎖線で示した線の増減率）よりも低減させた関係が規定されている。
【００４８】
以上説明した特性グラフ（図１１，図１２）を参照して、補正リニアライザ５１および補正リニアライザ５３からは、リニアライザ５０より入力された標準空気過剰率λ１に対応する制御用空気過剰率λ２が出力される。
非アイドル時用の補正リニアライザ５１から出力された制御用空気過剰率λ２は偏差演算回路５５に入力され、アイドル時用の補正リニアライザ５３から出力された制御用空気過剰率λ２は偏差演算回路５７に入力される。
【００４９】
各偏差演算回路５５，５７からは入力された制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０との偏差Δλが出力される。偏差Δλに基づいて、以降、後述の空燃比制御がなされる。空燃比制御においては、上述した非アイドル時とアイドル時との特性グラフの特徴の相違から、次の制御特性が基本的に得られる。
【００５０】
非アイドル時とアイドル時とは共に、図１３に示したように、所定空燃比範囲を外れた標準空気過剰率λ１の入力に対しては一定値の制御用空気過剰率λ２を出力する。
従って、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲内にあるときは、標準空気過剰率λ１の増減に応じて制御用空気過剰率λ２が増減するが、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲を外れると制御用空気過剰率λ２はその増減を停止することになる。増減を停止しても、制御用空気過剰率λ２は既に充分に大きな値あるいは充分に小さな値に増減されている。このように増減される制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０との偏差Δλに基づいて実行される空燃比フィードバック制御は、制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０とのずれ量が反映しており、追従性がよい。このように追従性が優れるのであるが、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲外にあるときは、標準空気過剰率λ１の増減にかかわらず制御用空気過剰率λ２の増減が停止するため、所定空燃比範囲外において顕著となる酸素センサ１９の出力のばらつきは、空燃比フィードバック制御に入り込まない。したがって、制御性能のばらつきがなくなり、エミッションに対する影響もなくなる。
【００５１】
また、非アイドル時であって、標準空気過剰率が所定空燃比範囲内にある時は、次のような制御特性が基本的に実現される。
図１４に非アイドル時の特性グラフの一例を示す。この特性グラフには実線と鎖線とで２つの特性が示される。実線は、制御用空気過剰率λ２の値を全体的にリーン側に偏らせた特性である。鎖線は偏りのない特性で比較のためにとくに示した。この２つの特性のいずれかが補正リニアライザ５１に登録されている場合、補正リニアライザ５１が出力する制御用空気過剰率λ２は、図１５のタイムチャートに示すように変化する。タイムチャートで実線で示す変化は特性グラフ（図１４）で実線で示した特性によるもの、タイムチャートで鎖線で示す変化は特性グラフ（図１４）で鎖線で示した特性によるものである。
【００５２】
鎖線で示す変化では、制御用空気過剰率λ２の平均値、つまり制御用空気過剰率λ２がリッチ側にあるときの面積とリーン側にあるときの面積とが同じになる位置が理論空燃比に重なる。
これに対して、実線で示す変化では、制御用空気過剰率λ２の平均値つまり制御用空気過剰率λ２がリッチ側にあるときの面積とリーン側にあるときの面積（斜線で図示）とが同じになる値がリーン側にずれる。
【００５３】
このようにリーン側にずれる結果、空燃比制御はリッチ側に補正するように働く。もし、図１４の特性が制御用空気過剰率λ２の値を全体的にリッチ側に偏らせた関係にあれば、同じ作用により空燃比制御はリーン側に補正するように働く。つまり、特性グラフ（図１４）における制御用空気過剰率λ２の値をリーン側あるいはリッチ側に偏らせるずれ量を設定変更することにより空燃比制御の中心の微調整が可能になる。したがって、エンジンの個性により、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比が異なっても、上記ずれ量の設定変更により、この最適な空燃比に空燃比制御中心を設定する制御が簡単に実現されることになる。
【００５４】
また、アイドル時であって、標準空気過剰率が所定空燃比範囲内にある時は、次のような空燃比フィードバック制御が基本的に実現される。
図１２の特性グラフに示したように、理論空燃比を中心に、標準空気過剰率λ１の増減に応じて増減する制御用空気過剰率λ２の増減率が、鎖線で示した上記基準的な特性よりも低められている結果、実際の空気過剰率より制御用空気過剰率λ２が小さく設定される。この結果、アイドル時には制御振幅を小さくすることができ、高い安定性が得られる。
【００５５】
また、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲から外れようとすると制御用空気過剰率λ２が急増あるいは急減するから、制御の追従性も高くなる。
以上のように、偏差Δλに基づいた空燃比制御が基本的に実現される。
以下に空燃比制御を詳細に説明する。
【００５６】
まず、非アイドル時について説明する。
非アイドル時用の偏差演算回路５５から出力された偏差Δλは、定常時用のＰＩＤコントローラ５９と急加速時用のＰＩコントローラ６１とに出力される。ＰＩＤコントローラ５９は以下の数１で示される伝達関数Ｇｃ（Ｓ）のフィードバック制御を行なうもので、コントローラ（請求項２）およびＰＩＤ制御手段（請求項５）に相当する。
【００５７】
【数１】
【００５８】
この数１における微分要素（１＋Ｋｄ・Ｓ）／（１＋ｋ・Ｋｄ・Ｓ）は近似微分である。
この数１と等価の数２に示す演算式とにしたがって、既述した処理ルーチン（図８）のステップＳ２２０では演算量ＦＡＦが求められる。
【００５９】
【数２】
【００６０】
また、数２における各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは以下の数３に示すとおりである。処理ルーチン（図８）のステップＳ１７０では数３に基づいて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを獲得する。
【００６１】
【数３】
【００６２】
ここでＰＩＤ制御の様子を図１６にしたがい説明する。図１６（Ａ）に酸素センサ１９の出力の変化の様子を示す。酸素センサ１９の動特性は、実線で示すようにリッチからリーンに転ずる時、あるいはリーンからリッチに転ずる時で異なり、一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長い。この図１６（Ａ）の信号を微分すると、図１６（Ｂ）の信号になる。上記数１の伝達関数Ｇｃ（Ｓ）に基づくＰＩＤコントローラ５９からは、図１６（Ｃ）に示す信号が出力される。
【００６３】
図１６（Ｃ）に示す信号では上記応答時間の相違が微分要素によりなまされており、リーンからリッチに転ずる時もリッチからリーンに転ずる時もほぼ同等の応答時間となっている。したがって、このＰＩＤ制御によれば、酸素センサの動特性により空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向は解消され、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間と、リーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがない。この結果、エミッションの悪化も防止されることになる。なお、数１に示すように微分要素が近似微分であるのは、酸素センサ出力電圧に含まれる脈動の影響を強調しないようにするためである。
【００６４】
他方、急加速時用のＰＩコントローラ６１は、以下の数４で示される伝達関数Ｇｃ（Ｓ）のフィードバック制御を行なうもので、ＰＩ制御手段（請求項５）に相当する。
【００６５】
【数４】
【００６６】
この数４は数１にあった微分要素（１＋Ｋｄ・Ｓ）／（１＋ｋ・Ｋｄ・Ｓ）を含まない。この数４と等価の数５に示す演算式とにしたがって、既述した処理ルーチン（図８）のステップＳ２２０では演算量ＦＡＦが求められる。
【００６７】
【数５】
【００６８】
また、数５の各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは以下の数６に示すとおりである。処理ルーチン（図８）のステップＳ１８０では数６に基づいて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを獲得する。
【００６９】
【数６】
【００７０】
急加速時にＰＩ制御が行なわれるのは次の理由による。既述した定常時のＰＩＤ制御では微分要素により酸素センサ１９の出力波形をなまし酸素センサの動特性の影響を排除したが、微分要素は制御の追従性をにぶらせる作用がある。そこで、急加速時のような過渡時には、微分要素をはずしたＰＩ制御により空燃比制御を行なう。この結果、急加速時には、空燃比制御中心が目標空燃比にすばやく追従する制御の追従性が重視された制御が実現される。
【００７１】
以上のようにしてＰＩＤコントローラ５９およびＰＩコントローラ６１から出力された演算両ＦＡＦは第１選択回路６３に入力される。また、第１選択回路６３には吸気圧センサ１３の圧力変化ΔＰｍが入力する。この第１選択回路６３は処理ルーチン（図８）のステップＳ１６０により実現されるもので、急加速検出手段（請求項５）および制御手段選択手段（請求項５）に相当する。第１選択回路６３は、圧力変化ΔＰｍにより定常時か急加速時かを判断し、定常時であればＰＩＤコントローラ５９からの演算量ＦＡＦを下流の第２選択回路６７に出力し、急加速時であればＰＩコントローラ６１からの演算量ＦＡＦを第２選択回路６７に出力する。
【００７２】
次にアイドル時について説明する。
アイドル時用の偏差演算回路５７から出力された偏差Δλは、ＰＩコントローラ６５に出力される。ＰＩコントローラ６５は以下の数７で示される伝達関数Ｇｃ（Ｓ）のフィードバック制御を行なう。
【００７３】
【数７】
【００７４】
この数７は数１にあった微分要素（１＋Ｋｄ・Ｓ）／（１＋ｋ・Ｋｄ・Ｓ）を含まない。この数７と等価の数８に示す演算式とにしたがって、処理ルーチン（図８）のステップＳ２２０では演算量ＦＡＦが求められる。
【００７５】
【数８】
【００７６】
また、数８における各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは以下の数９に示すとおりである。処理ルーチン（図８）のステップＳ２１０では数９に基づいて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを獲得する。
【００７７】
【数９】
【００７８】
なお、数９におけるＫｐ；比例定数、Ｋｉ；積分定数は、非アイドル時における急加速時用のＰＩコントローラ６１のＫｐとＫｉとは値が異なる。
このようにＰＩコントローラ６１はＰＩ制御を実現する。
ＰＩコントローラ６５から出力された演算量ＦＡＦは第２選択回路６７に入力される。第２選択回路６７には、また、アイドルスイッチ１５ｂからの信号が入力される。第２選択回路６７は上記ステップＳ１３０により実現されるもので、アイドル状態検出手段（請求項３）および特性選択手段（請求項３）に相当する。
この第２選択回路６７は、アイドルスイッチ１５ｂの接点状態によりアイドル時か非アイドル時かを判断し、非アイドル時であればＰＩＤコントローラ５９またはＰＩコントローラ６１から出力された演算量ＦＡＦをエンジン１に出力し、アイドル時であればＰＩコントローラ６５から出力された演算量ＦＡＦをエンジン１に出力する。エンジン１は公知構成により演算量ＦＡＦに基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。
【００７９】
以上説明した第一実施例によれば、図１３に示したように、基本的に、酸素センサ１９の出力信号からもとめた標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲内であれば、標準空気過剰率λ１の増減に応じて制御用空気過剰率λ２を増減させるが、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲を外れていれば制御用空気過剰率λ２を一定値とするから、追従性のよい制御を実現することができると共に、酸素センサの出力のばらつきを空燃比フィードバック制御から排除することができるという効果を奏する。したがって、制御性能のばらつきがなく、エミッションが悪化することもない。
【００８０】
また、この空燃比制御装置は定常時にはＰＩＤ制御を実行するから、図１６（Ａ）に示した酸素センサ１９の動特性、つまり一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性をならして見かけ上は応答時間の差をほぼなくすことができ、空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向を解消できるという効果を奏する。この結果、エミッションの悪化も防止される。
【００８１】
さらに、第一実施例の空燃比制御装置によれば、制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０との偏差Δλに基づいた追従性のよい制御を実行するのであるが、アイドル時には、図１２の特性グラフにしたがって、制御用空気過剰率λ２が小さく設定される結果、制御振幅が小さくなり回転数変動も小さくなる。したがって、アイドル時には制御の追従性と高い安定性との両立を図ることができるという効果を奏する。
【００８２】
また第一実施例は、図１１（Ａ），（Ｂ）の特性グラフにしたがって、制御用空気過剰率λ２を実際よりリッチ側あるいはリーン側に偏った値にするから、これを補償しようと空燃比制御中心がリーン側あるいはリッチ側に微妙にずれることになる。したがって、エンジンの個性に応じて、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定できるという効果を奏する。
【００８３】
加えて第一実施例は、定常時には微分要素のあるＰＩＤ制御により、空燃比制御中心が目標空燃比に安定して収束する安定性を重視した制御を実現でき、急加速時には微分要素のないＰＩ制御により、空燃比制御中心が目標空燃比にすばやく追従する制御の追従性を重視した制御を実現できるから、急加速時か定常時かといった走行状態に応じた制御特性を実現できるという効果を奏する。
【００８４】
上述した本発明の第一実施例において、図１１，図１２に示すように一次関数にて各々直線的な特性として規定された補正リニアライザ５１、５３の特性は、二次関数により曲線的な特性として規定されてもよい。また補正リニアライザ５１、５３の特性を換算テーブルや関数として与えた構成としてもよい。さらにアイドル状態の検出や急加速の検出については公知の各種構成が適用される。
【００８５】
次に本発明の第二実施例を、図１８乃至図２７に基づき説明する。なお、第二実施例において、前述した第一実施例と対応する部分には、第一実施例を示す図に付した符号と対応する符号を付すにとどめ説明を省略する。
第二実施例では、所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値がリッチ側又はリーン側に偏った関係を規定する第一実施例の補正リニアライザ５１の特性（図１１及び図１４参照）を、触媒コンバータの下流に取り付けられて一層安定した特性を示す下流側空燃比センサとしてのリヤ酸素センサ１１９の出力値に応じて、更にリッチ側又はリーン側に補正する。即ち、図１８にその概略構成を示し、図１９にその作動を模式的に示すように、排気系７に設けられた酸素センサ１９の下流側に取り付けられた触媒コンバータ１１８の更に下流にリヤ酸素センサ１１９を設け、そのリヤ酸素センサ１１９の出力を電子制御装置３０内に取り込む。そのリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から、出力電圧Ｖ２と出力電圧Ｖ２から推定される混合気の空気過剰率である平均空気過剰率λ1xとの関係をマップ化したマップ１２０（図２１に示す）、及び目標空気過剰率λ０に対する平均空気過剰率λ1xの偏差Δλx と補正量ｄλy との関係をマップ化したマップ１２２（図２２に示す）、を順次用いて補正量ｄλy を算出する。そして、その補正量ｄλy に基づいて前述した補正リニアライザ５１の特性（図１４に例示）における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正し、その補正した補正リニアライザ５１の特性に基づき、前述した第一実施例と略同様な制御を行う（図１９、図８乃至図１０、図１５、及び図１６等参照）。
【００８６】
第二実施例で、そのように補正リニアライザ５１の特性を補正するのは、次の理由による。
即ち、リヤ酸素センサ１１９が設けられる触媒コンバータ１１８の下流側は、
▲１▼排気ガス中の酸素濃度も平衡状態に近く酸素センサの個体差による出力特性の変化が少ない、
▲２▼排気温が低いので熱の影響が小さく、また触媒コンバータにより排気ガス中の毒物も捕らえられるので毒物の影響も受け難く、従って酸素センサの出力特性の経時変化も小さい、
といった特徴を有する。そのため、リヤ酸素センサ１１９は、酸素センサ１９に比べ、応答速度は遅いけれども出力特性のばらつきが小さく安定している。
【００８７】
一方、前述した第一実施例では、例えば複数の各気筒毎の空燃比のばらつき、又はフロント酸素センサの経時劣化などが原因で、酸素センサ１９の出力特性が変化し、そのため空燃比フィードバック制御の中心が目標空燃比からずれてエミッションが悪化するといった問題が生じる可能性がある。
【００８８】
そこで第二実施例では、そのような問題を解決するため、酸素センサ１９に比べて安定した特性を有するリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて、補正リニアライザ５１の特性における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正することにより、空燃比フィードバック制御の中心を微調整して可能な限り目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止している。
【００８９】
特に、第二実施例は、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から空燃比のリッチ又はリーンを二値的に判断するものではなく、その出力電圧Ｖ２に応じて推定した平均空気過剰率λ1xと、目標空気過剰率λ０との偏差Δλx に基づいて補正リニアライザ５１の特性における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正しているので、リヤ酸素センサ１１９で検出した実際の空燃比のリッチ度合又はリーン度合に応じて空燃比フィードバック制御の中心を微調整し目標空燃比へ合わせ込むことができ、目標空燃比への収束性及び安定性を一層向上させることができる。
【００９０】
図２０に示す、第二実施例に従った第一のリニアライズ特性補正処理は、図１８に示した電子制御装置３０内のＣＰＵ３１ａにて、図８の第一の空燃比フィードバック制御ルーチンよりも長い周期のタイマ割り込み処理として実行される。なお電子制御装置３０の構成は、前述した図７に示す第一実施例の構成に加え、リヤ酸素センサ１１９の出力端がＡ／Ｄ変換回路４１を介してＣＰＵ３１に接続されている。
【００９１】
第二実施例の実行手順について、図２０に基づき詳細に説明する。
第一のリニアライズ特性補正処理が開始されると、まずステップ２１０でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を、Ａ／Ｄ変換回路４１（図７参照）を介してＣＰＵ３１ａ内に取り込む。ここでリヤ酸素センサ１１９は、前述した酸素センサ１９と同様に、排気中の酸素濃度を検出するための起電力型の酸素センサである。
【００９２】
そして、ステップ２２０乃至ステップ２７０にて、図１９に例示する関係補正特性補正手段１２４としての処理が実行され、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に基づき、マップ１２０、１２２を用いて補正量ｄλy が算出され、その補正量ｄλy に応じて補正リニアライザ５１の特性が補正される。
【００９３】
すなわち、ステップ２２０では、図２１に示すマップ１２０を用いて出力電圧Ｖ２から平均空気過剰率λ1xを算出する。さらにステップ２４０では、車両走行状態に応じて設定された目標空気過剰率λ０から平均空気過剰率λ1xを引いた値を偏差Δλx としてＲＡＭ３１ｃに書き込む。リヤ酸素センサ１１９は起電力型の酸素センサであるため、マップ１２０は前述した第一実施例のリニアライザ５０の特性（図１０参照）とほぼ同様の特性を有し、従って実際の空燃比が目標空燃比よりもリーンとなって排気管内の酸素濃度が高くなると、出力電圧Ｖ２が低くなり偏差Δλx は負の値になる。逆に、実際の空燃比が目標空燃比よりもリッチの場合、出力電圧Ｖ２は高くなり偏差Δλx は正の値となる。
【００９４】
次のステップ２５０では、ステップ２４０で算出された偏差Δλx から、図２２に示すマップ１２２を用いて補正量ｄλy を算出する。マップ１２２の特性は、原点を中心とする所定範囲内（即ち偏差Δλx の絶対値がある大きさの範囲内）において原点を通る正比例関係にあるが、その所定範囲を超えると偏差Δλx の増減にかかわらず補正量ｄλy は増減しない関係にある。
【００９５】
そしてステップ２５０で算出した補正量ｄλy に基づき、ステップ２６０及びステップ２７０にて第一実施例の補正リニアライザ５１の特性（図１４参照）を補正する。
ステップ２６０では、図２３に点線で示す（即ち図１４に実線で示す）本処理直前の補正リニアライザ５１の特性において、所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値をリーン側に偏らせている中心点（λ１，λ２）＝（１．０，λ2B）のＹ座標λ2B（この本処理直前の補正リニアライザ５１において標準空気過剰率λ１＝１．０であるときの制御用空気過剰率λ２の値即ちλ2Bを、以下「ベース値λ2B」という）に補正量ｄλy を加えた値を補正ベース値λ2mとしてＲＡＭ３１ｃに書き込む。
【００９６】
その補正ベース値λ2mを用いて、さらにステップ２７０では、図２３に矢印で示すように、補正リニアライザ５１の特性をリーン側にずらしている前述した中心点（λ１，λ２）＝（１．０，λ2B）を（λ０，λ2m）へ移動させ、その移動後の中心点（λ１，λ２）＝（１．０，λ2m）と所定空燃比範囲の両端の各点ａ、ｂとをそれぞれ結ぶことにより、補正量ｄλy の大きさに応じて補正前のリニアライズ特性を所定空燃比範囲内で更にリッチ側又はリーン側にずらしたリニアライズ特性を得る。その補正された補正リニアライザ５１の特性は、通常の車載用バッテリにて常時充電されている特別の電源でバックアップされたＲＡＭに書き込まれた後、本処理を一旦終了する。そして、そのようにして補正された補正リニアライザ５１の特性に基づき、前述した第一実施例と同様な空燃比フィードバック制御が実行される（図１９及び図９参照）。
【００９７】
以上の第一のリニアライズ特性補正処理を更に具体的に説明すると、例えば図２１に矢印線を用いて示すように、触媒コンバータ１１８下流の排気ガス中の酸素濃度が目標空気過剰率λ０よりも高くなったとき（即ちリーンであるとき）、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２は低くなって、平均空気過剰率λ1xの値が大きくなり偏差Δλx は負の値となる。さらに図２２に矢印線で示すように、偏差Δλx が負の値であるため補正量ｄλy も負の値となって、図２３中の実線で表すように、補正リニアライザ５１の特性のリーン側にずれた度合は更に大きく補正される。従って、そのようにリーン側に大きくずれた特性から求めた制御用空気過剰率λ２もリーン側に大きくずれ、第二実施例による補正を行う前に比べ目標空気過剰率λ０に対する偏差Δλはより大きな負の値となる。そのような偏差Δλに基づき演算パラメータを検索し制御用の補正係数ＦＡＦを得て空燃比フィードバック制御を実行することによって、リーン側にずれていた制御中心をリッチ側に微調整し目標空気過剰率λ０に一致させることができる（図１５参照）。
【００９８】
以上のような第一のリニアライズ特性補正処理において、所定範囲内で補正量ｄλy は、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じた平均空気過剰率λ1xの目標空気過剰率λ０に対する偏差Δλx に比例する。そして、その補正量ｄλy を本処理による補正直前のベース値λ2Bに加えて得た補正ベース値λ2mは、本処理による補正後の補正リニアライザ５１の特性がリッチ側又はリーン側に偏った度合を表し、その補正ベース値λ2mの時間的な変化は、図２４に示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の時間的な変化に対応している。
【００９９】
それ故、第二実施例に従えば、安定した特性を有するリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて補正リニアライザ５１の特性における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリッチ側又はリーン側にずらすことによって、空燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１００】
第二実施例では、第一実施例の図１４に示す補正リニアライザ５１の特性を補正する場合を説明したが、請求項６記載の発明は所定空燃比範囲内で制御用空燃比の値が全体的にリッチ側又はリーン側に偏った関係を規定する関係補正特性を更にリッチ側又はリーン側に補正するものであるから、その補正の手法は補正前の関係補正特性をリッチ側またはリーン側に偏らせた手法と同じ手法に従って、更にリッチ側またはリーン側に偏らせれば良い。
【０１０１】
また、例えば補正リニアライザ５１の特性が図１１（Ｂ）に点線で示すような状態でリーン側に偏った特性（図１１（Ｂ）で原点側に偏った特性）であるときには、図２５の矢印で示すように、補正量ｄλy に応じて更にリッチ側又はリーン側に補正しても良い（図２５に補正前の特性を点線で示し補正後の特性を実線で示す）。
【０１０２】
さらに、第二実施例で用いた二面のマップ１２０、１２２に代えて、図２６に示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２と補正量ｄλy との関係を表す一面のマップを用いてもよい。そのような一面のマップを用いた場合、記憶すべき情報量が減ると共に処理スピードが速くなる。なお図２６において、Ｖ０は目標空燃比のときの酸素濃度に対するリヤ酸素センサ１１９の出力電圧である。
【０１０３】
第二実施例では、マップ１２０、１２２を用いてリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の値を補正量ｄλy に反映させていたが、そのような手法に代えて、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を目標空気過剰率λ０のときの基準電圧Ｖ０と比較して、空燃比が目標空燃比に対してリッチかリーンかを判断し、リッチ・リーン反転時に補正ベース値λ2Bをスキップ的に変化させ、次のリッチ・リーン反転時まで補正ベース値λ2Bを微少量づつ増加又は減少させても良く、そのような手法を用いた第三実施例について、以下説明する。
【０１０４】
すなわち先ず、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を目標空気過剰率λ０のときの出力電圧Ｖ０と比較して、空燃比がリッチかリーンかを判別する。リッチからリーンへの反転時には、下記数１０に示すように所定量であるｄλR だけスキップし、次に反転するまでの間、下記数１１に示すように所定時間毎にΔλR づつ減算してゆく。
【０１０５】
【数１０】
【０１０６】
【数１１】
【０１０７】
また、リーンからリッチへの反転時には、下記数１２に示すように所定量であるｄλL だけスキップし、更にその後、次に反転するまでの間、下記数１３に示すように所定時間毎にΔλL づつ減算してゆく。
【０１０８】
【数１２】
【０１０９】
【数１３】
【０１１０】
数１０〜１３を用いて示した第三実施例の実行手順を、図２７に基づき詳細に説明する。
図２７に示す第二のリニアライズ特性補正処理は、図１４に示す補正リニアライザ５１の特性マップを補正するための制御ルーチンであり、図１８に示した電子制御装置３０内のＣＰＵ３１ａにて１sec 毎の周期のタイマ割り込み処理として実行される。
【０１１１】
第二のリニアライズ特性補正処理が開始されると、まずステップ３０１〜３０５でリヤ酸素センサ１１９による補正処理実施条件が成立しているか否かを判断する。即ち、その補正処理実施条件は、図８にステップＳ１００として前述した条件（ステップ３０１）に加えて、冷却水温ＴＨＷが所定値（例えば７０℃）以上であること（ステップ３０３）、スロットルバルブ９が全閉（ＬＬ＝１）でないこと（ステップ３０５）である。それらの条件の何れか一つでも満足されていない場合には、本処理を一旦終了する。その場合、補正リニアライザ５１の特性マップは、その直前の状態のまま保持される。
【０１１２】
ステップ３０１〜３０５の条件を全て満たすとき、ステップ３０７〜３３７を経て、リヤ酸素センサ１１９の出力Ｖ２に基づき補正リニアライザ５１の特性マップが補正される。
まず、ステップ３０７〜３１３でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に基づき、空燃比のリッチ・リーンを判断し、ステップ３１５〜３１９では補正リニアライザ５１の特性マップを補正する上での基礎となる補正量ΔＲＳを算出し、ステップ３２１〜３３３では補正量ΔＲＳに基づき、補正リニアライザ５１の特性マップにおける理論空燃比のときの標準空気過剰率λ１＝１．０に対応する制御用空気過剰率λ２の値λＣを補正する。その補正後のλＣに基づき、ステップ３３５又は３３７で補正リニアライザ５１の特性マップを補正する。
【０１１３】
すなわち、ステップ３０７でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を、Ａ／Ｄ変換回路４１（図７参照）を介してＣＰＵ３１ａ内に取り込み、ステップ３０９でＶ２が基準電圧Ｖ０以下か否かにより実際の空燃比が目標空燃比に対してリッチかリーンかを判断する。Ｖ２≦Ｖ０のとき（リーン）ステップ３１１でフラグＦ２を「０」とし、Ｖ２＞Ｖ０のとき（リッチ）ステップ３１３でフラグＦ２を「１」とする。更に、ステップ３１５に進み、フラグＦ２が反転したか否かを判断し、その反転時にはステップ３１７で排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎを回転センサ２５の出力値から算出し、そのエンジン回転数Ｎに基づいて、１次元マップにより補正量ΔＲＳを補間計算する。その１次元マップの特性はエンジン回転数Ｎが増すほど補正量ΔＲＳが減るという反比例的な関係にあり、従って、高負荷運転時にエンジン回転数Ｎが大きくなり排気ガスの輸送遅れが小さくなると補正量ΔＲＳは小さくなる。逆に、低負荷運転時にエンジン回転数Ｎの値が小さくなって排気ガス輸送遅れが大きくなると補正量ΔＲＳも大きくなる。
また、ステップ３１５にてフラグＦ２が反転していないと判断したときには、ステップ３１９にて補正量ΔＲＳの値を微少な一定値ΔＲＳｊとする。
【０１１４】
さらにステップ３２１に進み、フラグＦ２が０か１かに基づいてリッチ・リーンを判断し、フラグＦ２＝０（リーン）のときにはステップ３２３にて直前のλＣから補正量ΔＲＳだけ減算してλＣを更新し、ステップ３２７、３２９にてλＣを最小値ＭＩＮでガードしつつ、そのようにして更新したλＣをＲＡＭ３１ｃに書き込む。その更新後のλＣに基づき、補正リニアライザ５１の特性マップを所定空燃比範囲内でリーン側に偏らせている中心点の座標（λ１，λ２）＝（１．０，λＣ）のλＣの値を直前値から更新値へと補正することにより、前述の第二実施例同様その中心点を移動させ、その移動後の中心点と所定空燃比範囲の両端の各点ａ、ｂとをそれぞれ結んで、補正リニアライザ５１の特性マップを補正する。また、ステップ３２１でフラグＦ２＝１（リッチ）のときにはステップ３２５にて直前のλＣに補正量ΔＲＳだけ加算してλＣを更新し、ステップ３３１、３３３にてλＣを最大値ＭＡＸでガードしつつ、そのようにして更新したλＣをＲＡＭ３１ｃに書き込む。その更新後のλＣに基づき、前述同様にして、補正リニアライザ５１の特性マップを補正する。なお、ステップ３２７、３２９の最小値ＭＩＮは、過渡追従性が損なわれないレベルの値であり、ステップ３３１、３３３の最大値ＭＡＸは、空燃比変動によりドライバビリティの悪化が発生しないレベルの値である。
【０１１５】
このようにステップ３３５、３３７にて補正リニアライザ５１の特性マップを補正した後、本処理を一旦終了し、補正後の補正リニアライザ５１に基づいて、前述した第一実施例及び第二実施例と同様な空燃比フィードバック制御が実行される（図１９及び図９参照）。
【０１１６】
以上のような第三実施例で得た補正リニアライザ５１の制御用空気過剰率λ２を所定空燃比範囲内でリッチ側又はリーン側に偏らせている中心点λＣ（補正ベース値λ2mに対応する）の時間的な変化は、図２８に示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の時間的な変化にほぼ対応するので、第二実施例同様に空燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１１７】
また、第三実施例では、中心点のＹ座標λＣをリッチ・リーン反転時にスキップ的に補正する補正量ΔＲＳを排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎに基づいて算出しているので、リヤ酸素センサ１１９の応答速度を実質的に向上させ、エミッションの悪化やドライバビリティの悪化等を防止することができる。
【０１１８】
なお、第三実施例で排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎから算出したΔＲＳは、エンジン負荷に対して設定されるものであり、吸入空気量から算出しても良い。また、ステップ３１７で用いた１次元マップに代えて、エンジン回転数と吸気圧とに応じた２次元マップを用い、その２次元マップに基づきΔＲＳを補間計算しても良い。
【０１１９】
上述の第三実施例では、リッチ・リーン反転時にλＣをスキップ的に変化させると共に次の反転時までλＣを微少量づつ増減していたが、その代わりに、排気ガスの輸送遅れに関する機関パラメータに応じて補正量ΔＲＳｉを算出し、その補正量ΔＲＳｉづつリーン時にはλＣから減算し、リッチ時にはλＣに加算する手法を用いても良い。その手法を用いて補正リニアライザ５１を補正する場合を、第三の補正リニアライズ特性補正処理として図２９に示す。
【０１２０】
第三の補正リニアライズ特性補正処理において、図２７に基づき前述した第二の補正リニアライズ特性補正処理とほぼ同様のステップには、第二の補正リニアライズ特性補正処理に付した符号に対応する符号を付して説明を省略する。
この第三の補正リニアライズ特性補正処理においては、ステップ４０７でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を取り込んだ後、ステップ４０９に進み、排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎに基づいて、１次元マップから補正量ΔＲＳｉを補間計算する。その一次元マップは、前述のステップ３１７の場合同様、エンジン回転数Ｎと補正量ΔＲＳｉとの反比例的な関係を定める。更にステップ４１１に進み、前述同様リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を基準電圧Ｖ０と比較し実際の空燃比の目標空燃比に対するリッチ・リーンを判断する。リーンと判断したときにはステップ４１３で補正量ΔＲＳｉづつ直前のλＣから減算してλＣを更新し、リッチと判断したときにはステップ４１５で補正量ΔＲＳｉづつ直前のλＣに加算してλＣを更新し、そのようにして更新したλＣに基づき、ステップ４２５又はステップ４２７で補正リニアライザ５１の特性マップを前述と同様にして補正する。
【０１２１】
第三の補正リニアライズ特性補正処理による場合も、前述した第二の補正リニアライズ特性補正処理による場合同様、図２８に示すようにλＣの時間的な変化は、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の時間的な変化に応答して変化するため、簡単な処理にて空燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、エミッションの悪化を防止することができ、又、その際の補正量ΔＲＳｉはエンジン回転数Ｎに基づいて算出されるので、リヤ酸素センサ１１９の応答速度を実質的に向上させ、エミッションの悪化やドライバビリティの悪化等を防止することができる。
【０１２２】
補正量ΔＲＳｉも第三実施例のΔＲＳ同様、吸入空気量等から算出しても良く、又、ステップ４０９で用いた１次元マップに代えて、エンジン回転数と吸気圧とに応じた２次元マップを用いてΔＲＳｉを補間計算しても良い。
なお、第二及び第三実施例では、空燃比センサが起電力型の酸素センサである場合を説明したが、空燃比センサとしては排気中の特定成分濃度を検出することにより混合気の空燃比を算定することができるものであれば何でも良く、例えばＣＯセンサやリーンミクスチャセンサ等を用いることもできる。
【０１２３】
また第二及び第三実施例では、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて第一実施例における補正リニアライザ５１の特性を補正したが、更にすすめて、補正リニアライザ５１の特性そのものをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて作り込んでも良い。即ち、製品完成時にエンジンを非アイドル回転させ、図１１（Ａ）又は（Ｂ）に実線で示す偏りのない特性を、それら図中に矢印で示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて、所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値が全体としてリッチ側又はリーン側に偏るようにして、点線で示す補正リニアライザ５１の特性を作り込みバックアップＲＡＭに書き込む。その際、特性を所定空燃比範囲内で全体としてリッチ側又はリーン側に偏らせる手順は、第二実施例及び第三実施例に関し各々前述したものと同様である。
【０１２４】
例えば第二実施例については、図１１（Ａ）に実線で示す偏りのない特性において、理論空燃比であるときの標準空気過剰率λ１の値λ１＝１．０に対する制御用空気過剰率λ２の値をベース値λ2Bとして、そのベース値λ2Bにリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から算出した補正量ｄλy を加えて補正ベース値λ2mを得て、第二実施例と同様に（λ１，λ２）＝（１．０，λ2m）を中心として所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値を全体としてリッチ側又はリーン側に偏らせる。そのようにしてリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じ補正リニアライザ５１の特性を作り込んだ場合、簡便且つ的確に空燃比制御中心を目標空燃比に合わせ込むことができる。
【０１２５】
さらに、第二実施例を用い図１１（Ｂ）に示すような補正リニアライザ５１を作り込む場合を以下説明する。即ち、図１１（Ｂ）に実線で示す偏りのない特性において、標準空気過剰率λ１の増減にも関わらず制御用空気過剰率λ２が増減しない関係となる臨界点ａ又はｂの何れか一方の点を固定すると共に他方の点をＸ軸（標準空気過剰率λ１の値を表す軸）と平行に移動させる。即ち、リーン側に偏らせる場合は、図１１（Ｂ）にｂ→ｂ１として示すように、ａを固定してｂのＸ座標だけを（即ちｂのＹ座標も固定して）リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から算出した補正量ｄλy の大きさに対応する量だけリーン側に移動させ、ｂ→ｂ１間の移動軌跡、及び移動後のｂ１と固定されたままのａとを結んだ線により補正リニアライザ５１の特性を得る。またリッチ側に偏らせる場合は、逆にｂを固定して、図１１（Ｂ）にａ→ａ１として示すように、ａのＸ座標だけを補正量ｄλy の大きさに対応する量だけリッチ側に移動させ、ａ→ａ１間の移動軌跡、及び移動後のａ１とｂとを結んだ線により補正リニアライザ５１の特性を得ればよい。なお、前述の場合と逆方向に即ちｂ１→ｂ方向に移動させたり、ａ１→ａ方向に移動させたりしても良い。
【０１２６】
加えて、第三実施例を用いても第二実施例と同様に、補正リニアライザ５１の特性そのものをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて作り込むことができる。即ち、上述の第二実施例に関する説明において、補正量ｄλy の代わりに、リーン時には負の符号、リッチ時には正の符号をそれぞれ付したΔＲＳ又はΔＲＳｉを用い、他の手順については前述した第二実施例を用いた場合と同様にすれば良い。
【０１２７】
なお、第二及び第三実施例において、図２３に示すように、補正リニアライザ５１の特性は、理論空燃比のときの標準空気過剰率λ１＝１．０を軸として所定空燃比範囲内で標準空気過剰率λ２の値が全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係にある場合を主に説明したが、この補正リニアライザ５１の特性は、空燃比が目標空燃比であるときの空気過剰率λ１＝λ０を軸として、所定範囲内で標準空気過剰率λ２の値を全体としてリッチ側又はリーン側に偏らせた関係にあっても良い。
【０１２８】
次に、請求項８記載の発明の一実施例として、第四実施例である車両用内燃機関の空燃比制御装置を図面に基づき説明する。
第四実施例では、酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸを基準電圧ＶＲと比較してリッチ・リーンを判断し、その判断に基づきディレイ時間、スキップ量、及び積分定数等の制御定数から空燃比補正係数ＦＡＦを算出し、そのＦＡＦに基づいて実行する従来の空燃比フィードバック制御において、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出した補正量ΔＲＳｙにより制御定数を補正する。
【０１２９】
従来の空燃比フィードバック制御においては、例えば特開昭和６３年第２１２７４３号公報に開示されているように、触媒コンバータの下流側に設けた下流側酸素センサの出力値を基準値と比較してリッチ・リーンを判断し、そのリッチ・リーン反転時に制御定数を次の反転時まで所定量づつ補正していた。しかし、そのような従来技術では、制御定数の補正は下流側酸素センサの出力値に基づくリッチ・リーン反転時から次の反転時まで所定量づつ行われ、反転時のリッチ度合又はリーン度合は制御定数に反映されないため、例えば燃料入れ替えにより燃料性状が著しく変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合、応答性が悪く、制御中心をもとに戻し目標空燃比を達成するまでに時間がかかった。
【０１３０】
そこで、第四実施例では、応答性よく目標空燃比に収束し、空燃比フィードバック制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止するために、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出した補正量ΔＲＳｙにより制御定数を補正する。
【０１３１】
第四実施例において、補正量ΔＲＳｙをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出するため、補正量ΔＲＳｙの時間特性には、Ｖ２に基づくリッチ・リーン反転のタイミングだけでなく、基準電圧（目標空気過剰率のときのリヤ酸素センサ１１９の出力電圧）に対するリッチ又はリーンの度合即ち目標空燃比に対する偏差が反映される。従って、補正量ΔＲＳｙづつ補正される制御定数の時間特性にも、Ｖ２の基準電圧に対する偏差すなわち目標空燃比に対する実際の空燃比の偏差が反映されるので、その偏差は、制御定数に基づき算出されるＦＡＦにも反映される。それ故、例えば燃料入れ替え等により燃料の性状が著しく変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合にも、そのずれ量に応じたＶ２の基準電圧に対する偏差がＦＡＦに反映され、そのＦＡＦに基づく空燃比フィードバック制御を行うことにより、応答性よく制御中心をもとに戻して目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１３２】
第四実施例を用いた内燃機関の概略及びその制御装置の構成は、図１８及び図７に示すとおりであり、前述の第二実施例と同様であるから説明を省略する。
図３０に示す、第四実施例に従った第二の空燃比フィードバック制御ルーチンは、酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸによるリッチ・リーン判断に基づき所定の制御定数であるディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬ、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬ、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬから、空燃比フィードバック制御の空燃比補正係数ＦＡＦを算出するための処理であり、図１８に示す電子制御回路３０内のＣＰＵ３１ａにて、４msec毎のタイマ割り込み処理として実行される。
【０１３３】
本処理では、空燃比フィードバック実施条件の成否を判断した後（ステップ５０１）、条件成立の場合には酸素センサの出力電圧ＶＯＸを取り込んで（ステップ５０５）、基準電圧ＶＲと比較し目標空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを判断し（ステップ５０７）、その判断に基づき本処理実行毎にカウントアップ・カウントダウンされるディレイカウンタCDLYを最大値ＴＤＲ及び最小値ＴＤＬでガードしつつディレイカウンタCDLYが最大値ＴＤＲ又は最小値ＴＤＬに達したときフラグＦ１を反転させ（ステップ５０９〜５３１）、そのフラグＦ１反転時にリッチ・リーンが反転したものとして後述する空燃比フィードバック制御用の補正係数ＦＡＦを算出する（ステップ５３３〜５５３）。その際、フラグＦ１の反転は、酸素センサ１９の出力ＶＯＸに基づくリッチ・リーン判断よりも、ディレイ時間であるディレイカウンタCDLYの最大値ＴＤＲ又は最小値ＴＤＬだけ遅れ、それ故、フラグＦ１の反転に基づくリッチ・リーン判断は一層安定なものになると共に、ディレイ時間である最大値ＴＤＲ又は最小値ＴＤＬを調整することによって空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側又はリーン側に微調整することができる。
【０１３４】
ステップ５３３では、前述のようにフラグＦ１の反転という遅延処理されたリッチ・リーンを判断し、リッチからリーンへの反転時にはリッチスキップ量ＲＳＲだけ、リーンからリッチへの反転時にはリーンスキップ量ＲＳＬだけＦＡＦをスキップ的に変化させ（ステップ５３５、５３９、５４１）、フラグＦ１が反転していないときにはリッチ・リーンに応じてリーン積分定数ＫＩＬ又はリッチ積分定数ＫＩＲづつ直前のＦＡＦの値から増減してＦＡＦの値を更新する（ステップ５３７、５４３、５４５）。更にステップ５４７〜５５３では、ＦＡＦを最大値１．２と最小値０．８とでガードし本処理を一旦終了する。また、ステップ５０１で条件不成立と判断したときには、ステップ５０３に進み、空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とした後、本処理を一旦終了する。
【０１３５】
次に、図３０に示す第二の空燃比フィードバック制御ルーチンにおけるスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の値に応じて補正するための制御定数補正処理の実行手順を図３１に基づき説明する。
この制御定数補正処理は、第二の空燃比フィードバック制御ルーチンの演算周期よりも長い所定時間例えば１５０msec毎にタイマ割り込み処理として実行される。
【０１３６】
本処理が実行されると、図２７に基づき前述したステップ３０１〜３０５と同様な実施条件の成否を判断し（ステップ６０１〜６０５）、その条件が成立していると判断したときには、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を取り込んで（ステップ６０７）、図２０に基づき前述した第二実施例のステップ２２０、２４０と同様にして、目標空気過剰率λ０と出力電圧Ｖ２から算出した実際の空気過剰率λｘとの偏差Δλ２を算出しＲＡＭ３１ｃに書き込む。更に、ステップ６１３に進んで、偏差Δλ２と補正量ΔＲＳｙとの関係を定めたマップを用いてＲＡＭ３１ｃに書き込まれた偏差Δλ２の値に応じた補正量ΔＲＳｙを算出する。そのマップは、図３２に示すように、原点を中心とする所定空燃比範囲内（即ち偏差Δλ２の絶対値がある大きさの範囲内）において、偏差Δλ２の増加に応じて補正量ΔＲＳｙが減少するという負の傾きの正比例関係にあり、その所定空燃比範囲外ではΔλ２の増減に関わらず補正量ΔＲＳｙは増減しない関係にある。
【０１３７】
従って、例えば、触媒コンバータ１１８下流の排気ガス中の酸素濃度が目標空気過剰率λ０よりも高くなったとき（即ちリーンであるとき）、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２は低くなって、空気過剰率λｘは大きくなり偏差Δλ２は負の値となる。そして、その偏差Δλ２から算出した補正量ΔＲＳｙは正の値となる。逆に、触媒コンバータ１１８下流の排気ガス中の酸素濃度がリッチとなれば、補正量ΔＲＳｙは負の値となる。
【０１３８】
そして、ステップ６１５では、補正量ΔＲＳｙが正か否かを判断し、正と判断したときには、ステップ６１７にて直前のリッチスキップ量ＲＳＲに補正量ΔＲＳｙを加えて更新すると共に、ステップ６１９〜６２５でＲＳＲの値を最大値及び最小値でガードし、一方、補正量ΔＲＳｙが正でないときには、ステップ６２７にて直前のリーンスキップ量ＲＳＬから補正量ΔＲＳｙを減じて更新すると共に、ステップ６２９〜６３５でＲＳＬの値を最大値及び最小値でガードし、そのようにしてスキップ量をガードした後、本処理を一旦終了する。
【０１３９】
このような本処理にて補正量ΔＲＳｙだけ増減されたスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬに基づいて、前述した図３０の第二の空燃比フィードバック制御ルーチンが実行される。
図３１の制御定数補正処理では、前述したように補正量ΔＲＳｙをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出するため、図３３に示すように、補正量ΔＲＳｙの時間特性には、Ｖ２に基づくリッチ・リーン反転のタイミングだけでなく、基準電圧（目標空気過剰率のときのリヤ酸素センサ１１９の出力電圧）に対するリッチ度合又はリーン度合即ち目標空燃比に対する偏差が反映される。従って、図３４に示すように、補正量ΔＲＳｙづつ補正されるスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬの時間特性にも、Ｖ２の基準電圧に対する偏差すなわち実際の空気過剰率の目標空気過剰率に対する偏差が反映されるので、その偏差は、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬに基づき算出されるＦＡＦにも反映される。それ故、例えば燃料入れ替え等により燃料の性状が著しく変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合にも、そのずれ量に応じたＶ２の基準電圧に対する偏差がＦＡＦに反映され、そのＦＡＦに基づく空燃比フィードバック制御を行うことにより、応答性よく制御中心をもとに戻して目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止することができる。なお、図３４においてスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬの時間特性における基準値は、補正量ΔＲＳｙにて補正する前の値である。
【０１４０】
なお、第四実施例では、補正量ΔＲＳｙに基づいてスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを補正していたが、スキップ量に代えて積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬやディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬを補正しても良い。その補正の手順は、図３１に基づき前述したスキップ量の補正の場合と同じである。そのように積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬやディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬを補正する場合も、前述のスキップ量の補正の場合と同様、図３５及び図３６に示すように、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬやディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬの時間特性には、Ｖ２の基準電圧に対する偏差すなわち実際の空気過剰率の目標空気過剰率に対する偏差が反映され、その偏差は、それら積分定数及びディレイ時間に基づき算出されるＦＡＦにも反映される。それ故、積分定数やディレイ時間を補正量ΔＲＳｙに基づき補正した場合も、空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合に、応答性よく制御中心をもとに戻し目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１４１】
補正量ΔＲＳｙに基づいてスキップ量を補正したときには空燃比のフィードバック周期を長くすることなくレスポンスの良い制御が可能であり、積分定数を補正したときには簡単な処理で済み、ディレイ時間を補正したときには微妙な空燃比の調整が可能である。それら補正したスキップ量、積分定数、及びディレイ時間の何れか二以上を組み合わせて用いることができることは当然である。又、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬの何れか一方を固定し他方を補正することも可能であり、それと同様に積分定数及びディレイ時間についてもリッチ側又はリーン側の一方の制御定数を固定し他方を補正することが可能である。
【０１４２】
なお、第四実施例では、図３１に基づき前述したステップ６０９〜６１３の手順により、二枚のマップを用いてリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から補正量ΔＲＳｙを算出していたが、図３７に示すようなＶ２とΔＲＳｙとの関係を定めるマップを用いて、Ｖ２から直接ΔＲＳｙを算出してもよい。その場合、記憶すべき情報量が減ると共に処理速度が増す。
【０１４３】
さらに、第四実施例では、酸素センサ１９及びリヤ酸素センサ１１９という二つの起電力型の酸素センサを用いたが、その代わりに、ＣＯセンサ、リーンミクスチャセンサ等を用いることもできる。
また、以上の実施例では、燃料噴射弁により吸気系への燃料噴射量を制御する内燃機関を示したが、キャブレタ式内燃機関にも本発明を適用し得る。
【０１４４】
加えて、マイクロコンピュータ即ちディジタル回路により構成した前述の実施例は、アナログ回路により構成することもできる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の発明によれば、酸素センサの出力信号から求めた標準空気過剰率が所定空気過剰率範囲内であれば、標準空気過剰率の増減に応じ制御用空気過剰率を増減させるが、標準用空気過剰率が所定空気過剰率範囲を外れていれば制御用空気過剰率の増減を略停止するから、制御用空気過剰率と目標空気過剰率との偏差に基づいた追従性のよい制御が実現できると共に、酸素センサの出力のばらつきを空燃比フィードバック制御から排除することができるという効果を奏する。制御性能のばらつきがなくなり、エミッションが悪化することもない。
【０１４６】
請求項２記載の発明によれば、ＰＩＤ制御の微分要素により、酸素センサの動特性、つまりリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性をならし、応答時間の差をほぼなくすことができるから、空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向を解消でき、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間とリーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがないという効果を奏する。この結果、エミッションの悪化も防止される。
【０１４７】
請求項３記載の発明によれば、制御用空気過剰率と目標空気過剰率との偏差に基づいた追従性のよい制御を実現しつつも、とくにアイドル時には制御用空気過剰率を小さく設定するから、制御振幅が小さくなりアイドル時の安定性を向上でき、目標空気過剰率からはずれたところでは制御用空気過剰率を大きく設定するからアイドル時の制御追従性を実現できるという効果を奏する。
【０１４８】
請求項４記載の発明によれば、制御用空気過剰率をリッチ側あるいはリーン側に偏った値にすることで、空燃比制御中心をリーン側あるいはリッチ側に微妙にずらすことができるから、エンジンの個性に応じて相違する、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定することが容易にできるという効果を奏する。
【０１４９】
請求項５記載の発明によれば、定常時には微分要素のあるＰＩＤ制御によって、空燃比制御中心がＯ2 センサ特性ばらつきによらず実現し、急加速時には微分要素のないＰＩ制御により、空燃比制御中心が目標空気過剰率にすばやく追従することを実現するから、急加速時と定常時とに応じた制御特性を実現できるという効果を奏する。
【０１５０】
請求項６記載の発明によれば、関係補正特性補正手段を設けて、より安定した下流側空燃比センサの出力値に応じ、所定空燃比範囲内において、関係補正特性の制御用空燃比の値を全体としてリッチ側又はリーン側に補正しているので、エンジンの個性や酸素センサの経時劣化等が原因で、エミッションが規制値内に納まる最適値から空燃比制御中心がずれた場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を最適値に合わせ込み、最適値である目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１５１】
請求項７記載の発明では、関係補正特性補正手段が、下流側空燃比センサの出力のリッチ・リーン反転時に、関係補正特性の制御用空燃比の値を内燃機関の機関パラメータに応じて算出した補正量だけ全体としてリッチ側またはリーン側に補正している。従って、排気ガス輸送遅れにより下流側空燃比センサの応答速度が遅くなることに基づく弊害、例えばエミッションや燃費の悪化、触媒排気異臭の発生及びドライバビリティの悪化等を防止することができると共に、請求項６記載の発明同様、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１５２】
請求項８記載の発明では、空燃比フィードバック制御定数を、下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じた補正量に基づき補正して、その補正された空燃比フィードバック制御定数に基づき内燃機関のフィードバック制御を実行しているので、空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、応答性よく空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図２】請求項３の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図３】請求項４、６及び７の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図４】請求項５の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図５】請求項８の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図６】エンジンの概略構成を示す断面図である。
【図７】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンを表す流れ図である。
【図９】第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンの実行により実現される空燃比制御のブロック線図である。
【図１０】酸素センサの出力電圧と標準空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
【図１１】非アイドル時における標準空気過剰率と制御用空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
【図１２】アイドル時における標準空気過剰率と制御用空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
【図１３】非アイドル時の特性とアイドル時の特性とに共通な基本特性を示す特性グラフである。
【図１４】非アイドル時の特性グラフの一態様を示す特性グラフである。
【図１５】制御用空気過剰率の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】酸素センサの動特性と微分補正の作用を示すタイムチャートである。
【図１７】酸素センサの出力と実際の空気過剰率との間に生ずる固体差等に起因するばらつきを示すグラフである。
【図１８】第二、第三及び第四実施例が適用されるエンジンの概略構成図である。
【図１９】第二実施例の作動を表す説明図である。
【図２０】第一のリニアライズ特性補正処理を表す流れ図である。
【図２１】マップ１２０により出力電圧Ｖ２から平均空気過剰率λ1Xを求める手順を表す説明図である。
【図２２】マップ１２２により偏差ΔλX から補正量ｄλy を求める手順を表す説明図である。
【図２３】図１３に示す補正リニアライザ５１の特性を補正する手法を表す説明図である。
【図２４】第二実施例における出力電圧Ｖ２と補正ベース値λ2mとを対応させて表すタイムチャートである。
【図２５】図１０（Ｂ）に示す補正リニアライザ５１の特性を補正する手法を表す説明図である。
【図２６】マップ１２０及びマップ１２２を一面のマップで構成した例を表す特性図である。
【図２７】第二のリニアライズ特性補正処理を表す流れ図である。
【図２８】Ｖ２及びλＣの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図２９】第三のリニアライズ特性補正処理を表す流れ図である。
【図３０】第二の空燃比フィードバック制御ルーチンを表す流れ図である。
【図３１】制御定数補正処理を表す流れ図である。
【図３２】偏差λ２から補正量ΔＲＳｙを算出するための特性マップ表す図である。
【図３３】Ｖ２及びΔＲＳｙの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３４】Ｖ２と、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬと、補正係数ＦＡＦとの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３５】Ｖ２と、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬと、補正係数ＦＡＦとの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３６】Ｖ２と、ディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬと、補正係数ＦＡＦと、ＶＯＸと、フラグＦ１との時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３７】Ｖ２から直接ΔＲＳｙを算出するための特性マップを表す図である。
【符号の説明】
１…エンジン，１３…吸気圧センサ，１５ｂ…アイドルスイッチ，１９…酸素センサ，３０…電子制御装置，５０…リニアライザ，５１…非アイドル時の補正リニアライザ，５３…アイドル時の補正リニアライザ，５５…非アイドル時の偏差演算回路，５７…アイドル時の偏差演算回路，５９…定常時用ＰＩＤコントローラ，６１…急加速時用ＰＩコントローラ，６３…第１選択回路，６５…アイドル時用ＰＩコントローラ，６７…第２選択回路，１１８…触媒コンバータ，１１９…リヤ酸素センサ，λ０…目標空気過剰率，λ１…標準空気過剰率，λ２…制御用空気過剰率，Δλ…偏差
【産業上の利用分野】
本発明は理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力信号にしたがって空燃比フィードバック制御を実行する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より酸素センサの出力信号と理論空燃比を表す基準値とを比較することにより、リーンおよびリッチの判定を行ない空燃比制御を実行する空燃比制御装置がある。この空燃比制御装置では、リーンかリッチかの判定結果に応じてフィードバック補正係数を大きく階段状にスキップさせ、そのうえで積分によりフィードバック補正係数を徐々に変化させていき、実際の空燃比を理論空燃比に収束させる。ところが、この空燃比制御装置は制御の追従性が悪いという問題がある。とりわけインジェクタの特性ばらつきにより空燃比制御のベースがずれた場合、スキップや積分では制御が追い付かず、追従性がめだって悪くなる。
【０００３】
この制御の追従性の悪さを解消する空燃比制御装置として、従来、例えば特開平１−１２１５４１号公報記載の装置が提案されている。この従来の空燃比制御装置は、酸素センサの出力信号と制御用空燃比との対応関係をほぼ一次関数で規定した関係補正特性を用いて空燃比制御を実行する。一次関数で規定された関係補正特性では、理論空燃比の近くでも離れた部分でも酸素センサの出力信号の大きさの増減に応じ一様に制御用空燃比が増減する。したがって、酸素センサの出力信号値が理論空燃比から離れるにつれ、制御用空燃比の値が理論空燃比から離れていくことになる。従来装置では、酸素センサの出力信号の大きさを関係補正特性に照らして制御用空燃比を算出し、制御用空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を実行するから、制御の追従性が向上する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の空燃比制御装置は制御の追従性を向上させるが、酸素センサの固体差や測定時の酸素センサの温度等に起因する酸素センサの出力信号のばらつきにより、制御性能がばらつくという問題がある。制御性能のばらつきはエミッションに悪影響を及ぼしたり、制御の追従性を悪化させたりする。図１６に酸素センサの出力のばらつきを示す。酸素センサの出力信号ＶＯＸは理論空燃比の前後にわたる所定の空燃比範囲内では、ばらつきがさほど認められないが、所定空燃比範囲外では大きなばらつきが認められる。このばらつきが上記問題を起こす。
【０００５】
また、酸素センサの動特性はリッチからリーンに転ずる時、あるいはリーンからリッチに転ずる時で異なり、一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなる。したがって、従来装置では空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまう傾向がある。この結果、エミッションが悪化するという問題が生ずる。
【０００６】
アイドル時はアイドル安定性（回転数変動小）を良くするため制御の振幅を小さくする必要があるが、従来装置ではアイドル時と非アイドル時とで制御方法を変えていないので、アイドル時に制御振幅が大となり、アイドル時の安定性が悪化する。また、既述したスキップと積分を用いる空燃比制御ではアイドル時の安定性を実現するために、スキップ後制御値をホールドし積分項が入らないようにして制御振幅が大きくならないようにしているが、これは制御追従性を悪化させる。
【０００７】
加えて、現実にはエンジンの個性により、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比制御中心がエンジン毎で異なるため、制御中心を最適値に合わせ込む手段が必要である。しかし、従来装置ではこの手段がないためエンジンの個々の特性に対応できないという問題がある。
【０００８】
また、空燃比制御においては、急加速時のような過渡時と定常走行をしている定常時とでは求められる制御特性が異なる。つまり、過渡時の空燃比は目標空燃比から大きくはずれ、制御の追従性が問題となる。また定常走行時にはＯ2 センサ特性ばらつきによらず、目標空燃比を実現することが問題となる。ところが、従来装置は過渡時も定常時も同じ制御を実行するため、急加速や定常走行といった運転状態の違いに応じた制御を実現できないという問題がある。
【０００９】
本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、以上の課題を解決し、酸素センサの特性を補償しかつ実用性を高めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図１に例示するように、
理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力信号の大きさから空燃比制御用にとくに修正した制御用空燃比を算出し、該制御用空燃比と目標空燃比との偏差を偏差演算手段により求め、該偏差に基づいてコントローラが空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御装置において、
前記酸素センサの出力信号と該出力信号に対応する空燃比との標準的な関係を予め記憶した標準関係記憶手段と、
該標準関係記憶手段が予め記憶した標準関係にしたがって前記酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検出する標準空燃比検出手段と、
前記標準空燃比と前記制御用空燃比との対応関係を規定しており、理論空燃比近傍の所定空燃比範囲内においては前記標準空燃比の増減に応じて前記制御用空燃比が増減し、前記所定空燃比範囲外においては前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係補正特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段と、
該関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性にしたがって、前記標準空燃比検出手段が検出した標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する制御用空燃比検出手段と
を備えることを特徴とする。
【００１１】
上記構成においては、標準関係記憶手段が予め記憶した標準関係にしたがって、標準空燃比検出手段が酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検出する。そして、関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性にしたがって、制御用空燃比検出手段が、検出された標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する。
酸素センサの出力信号から求められる標準空燃比が所定空燃比範囲内にあるときは、標準空燃比の増減に応じて制御用空燃比が増減する。また、標準空燃比が所定空燃比範囲を外れると制御用空燃比はその増減を略停止するが、制御用空燃比は既に充分に大きな値あるいは充分に小さな値に増減されている。
【００１２】
このように増減される制御用空燃比と目標空燃比との偏差を偏差演算手段が算出し、算出した偏差に基づいてコントローラが空燃比フィードバック制御を実行する。したがって、制御用空燃比と目標空燃比とのずれ量が反映した、追従性のよい制御が実現される。このように追従性のよい制御が実現されるのであるが、標準空燃比が所定空燃比範囲外にあるときは、標準空燃比の増減にかかわらず制御用空燃比の増減が略停止するため、図１６にて既述したように所定空燃比範囲外において顕著となる酸素センサの出力のばらつきは、空燃比フィードバック制御に入り込まない。したがって、制御性能のばらつきがなくなり、エミッションに対する影響もなくなる。
【００１３】
請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置は、
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置のコントローラが、入力された偏差に基づいて空燃比をＰＩＤ制御するコントローラであることを特徴とする。
上記構成によれば、酸素センサの動特性、つまり一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性がＰＩＤ制御の微分要素によりならされ、リーンからリッチに転ずる時の応答時間もリッチからリーンに転ずる時の応答時間もほぼ同一になる。したがって、空燃比制御の中心がリーン側にずれるという従来の傾向が解消され、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間と、リーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがない。この結果、エミッションの悪化も防止される。
【００１４】
請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図２に例示するように、請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記関係補正特性記憶手段は、前記関係補正特性と、前記所定空燃比範囲内においては、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制御用空燃比の増減率が、理論空燃比を略中心に前記関係補正特性に規定される制御用空燃比の増減率よりも低減された関係を規定し、前記目標空燃比範囲からはずれようとするところでは前記制御用空燃比の増減率よりも増加された関係を規定し、前記所定空燃比範囲外においては、前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係を規定した低減化関係補正特性を予め記憶し、さらに、アイドル状態を検出するアイドル状態検出手段を備え、前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていない場合、前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用する関係補正特性として、前記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性を選択し、前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されている場合、前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用する関係補正特性として、前記関係補正特性記憶手段が記憶する低減化関係補正特性を選択する特性選択手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
上記構成においては、アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていなければ、関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性および低減化関係補正特性のうち特性選択手段が選択した関係補正特性にしたがって、制御用空燃比検出手段が標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する。これに対して、アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていれば、特性選択手段が選択した低減化補正特性にしたがって、標準空燃比に対応する制御用空燃比を制御用空燃比検出手段が検出する。このように検出された制御用空燃比により空燃比制御が実行されるから、制御用空燃比と目標空燃比とのずれ量が反映した、追従性のよい制御が実現される。そして、アイドル時には制御用空燃比の増減が低減されるから、制御振幅が小さくなり、アイドル時の回転数変動も小さくなり安定性が向上される。また、目標空燃比からはずれたところでは実際の空燃比ずれよりも大きく推定するため追従性を確保できる。こうして、アイドル時には安定性と追従性とが両立した制御が実現される。
【００１６】
請求項４記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図３に例示するように、
請求項１、２又は３記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性は、
前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制御用空燃比の値が全体的にリッチ側あるいはリーン側に偏った関係で規定されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成においては、制御用空燃比が実際よりリッチ側あるいはリーン側に偏った値となる。このようにリッチ側あるいはリーン側に偏った制御用空燃比により空燃比制御が実行されると、これを補償するため空燃比制御中心がリーン側あるいはリッチ側に微妙にずれる。したがって、エンジンの個性に応じ相違する、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定することが可能となる。
【００１８】
請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置は、図４に例示するように、
請求項１、２、３又は４記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記コントローラは、
前記偏差に基づいて空燃比をＰＩ制御するＰＩ制御手段と、
前記偏差に基づいて空燃比をＰＩＤ制御するＰＩＤ制御手段とを備え、
さらに、
急加速を検出する急加速検出手段と、
該急加速検出手段が急加速を検出した場合、前記ＰＩ制御手段を選択し、
該急加速検出手段が急加速を検出しない場合、前記ＰＩＤ制御手段を選択する制御手段選択手段と
を備えることを特徴とする。
【００１９】
上記構成においては、急加速検出手段により急加速が検出されていれば、コントローラが備えるＰＩ制御手段およびＰＩＤ制御手段のうちで、制御手段選択手段が選択したＰＩ制御手段により空燃比制御が実行される。これに対して、急加速検出手段により急加速が検出されていなければ、制御手段選択手段が選択したＰＩＤ制御手段によって空燃比制御が実行される。
【００２０】
したがって、急加速時のような過渡時には、微分要素のないＰＩ制御により、空燃比制御中心が目標空燃比にすばやく追従する。また、定常時には、微分要素のあるＰＩＤ制御により、空燃比制御中心がＯ2 センサ特性ばらつきによらず目標空燃比を実現する。このように急加速時と定常時とに応じた制御特性が実現される。
【００２１】
また請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置の構成は、請求項１、２、３、４又は５記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の排気系に設けられた前記酸素センサの下流側に配設されて排気ガスを浄化する触媒コンバータの更に下流に取り付けられ、該触媒コンバータを通過した排気ガス中の特定成分濃度を検出する下流側空燃比センサと、
前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記下流側空燃比センサの出力値に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正する関係補正特性補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明では、空燃比センサの出力値に応じて関係補正特性補正手段が、図３に矢印で例示するように、所定空燃比範囲内において、関係補正特性記憶手段の記憶する関係補正特性を、全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係に補正する。
【００２３】
下流側空燃比センサは、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの下流側に取り付けられているため、その出力特性は、触媒コンバータの上流に取り付けられた酸素センサの出力特性に比べて安定している。
そこで、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、より安定した特性を示す下流側空燃比センサの出力値に応じ、所定空燃比範囲内において、関係補正特性の制御用空燃比の値を全体としてリッチ側又はリーン側に補正することにより、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【００２４】
請求項７記載の内燃機関の空燃比制御装置の構成は、請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置において、内燃機関の運転状態に基づいて排気ガスの輸送遅れに関する機関パラメータを算出する機関パラメータ算出手段と、
該機関パラメータ算出手段が算出した機関パラメータに応じた補正量を算出する補正量算出手段と、
を備え、
前記関係補正特性補正手段は、前記空燃比センサの出力がリッチからリーンへ又はリーンからリッチへ反転したときに、前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記補正量算出手段の算出した補正量に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正する
ことを特徴とする。
【００２５】
請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、下流側空燃比センサの出力がリッチからリーンへ又はリーンからリッチへ反転したときに、関係補正特性を、所定空燃比範囲内において、標準空燃比の増減に応じて増減する制御用空燃比の値が補正量に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正される。
【００２６】
従って、その補正量は、内燃機関の機関パラメータに応じて算出されるので、排気ガス輸送遅れにより下流側空燃比センサの応答速度が遅くなることに基づく弊害、例えばエミッションや燃費の悪化、触媒排気異臭の発生及びドライバビリティの悪化等を防止することができると共に、請求項６記載の発明同様、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【００２７】
請求項８記載の内燃機関の空燃比制御装置の構成は、図５に例示するように、内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの上流側と下流側とに各々設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する上流側及び下流側空燃比センサと、
予め定められた空燃比フィードバック制御定数を記憶する制御定数記憶手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて前記フィードバック制御定数を補正するための補正量を算出し、該補正量に基づき前記空燃比フィードバック制御定数を補正する制御定数補正手段と、
該上流側空燃比センサの出力と前記制御定数補正手段にて補正された前記空燃比フィードバック制御定数とに基づいて内燃機関のフィードバック制御を実行する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項８記載の発明では、空燃比フィードバック制御定数を、下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じた補正量に基づいて補正し、その補正後の空燃比フィードバック制御定数に基づき内燃機関のフィードバック制御が実行される。
そのため、空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、上流側空燃比センサに比べより安定した特性を示す下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて補正した空燃比フィードバック制御定数に基づく制御により、応答性よく空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の第一実施例として車両用内燃機関（以下エンジンという）の空燃比制御装置を説明する。図６にエンジンの概略、図７に制御装置の構成を示す。エンジン１は吸気系３と、燃焼室５と、排気系７とに大別される。以下に吸気系３と排気系７とを簡単に説明する。
【００３０】
吸気系３は公知の各種構成として、エアクリーナ（図示略）、スロットルバルブ９、サージタンク１１、吸気圧センサ１３、スロットルポジションセンサ１５、吸気温センサ１７等を備える。これらのうち吸気圧センサ１３はサージタンク１１に配置されており、吸気管負圧を検出する。スロットルポジションセンサ１５は開度センサ１５ａ、アイドルスイッチ１５ｂを内蔵する。アイドルスイッチ１５ｂはエンジン１のアイドリング時にオン状態になるスイッチである。
【００３１】
排気系７は公知の各種構成、例えば酸素センサ１９、イグナイタ２１、ディストリビュータ２３、回転数センサ２５、気筒判別センサ２７、冷却水温センサ２９等を備える。酸素センサ（Ｏ2 センサ）１９は排気中の酸素濃度を検出する起電力型のセンサである。回転数センサ２５はエンジン１の回転数ＮＥに応じたパルスを発生する。なお、エンジン１のシリンダブロック１ａは循環する冷却水によって冷却される。その冷却水温度がシリンダブロック１ａに設けた冷却水温センサ２９により検出される。
【００３２】
上記の酸素センサ１９、回転数センサ２５等の各センサの信号は、電子制御装置３０に入力される。
電子制御装置３０はＣＰＵ３１ａ、ＲＯＭ３１ｂ、ＲＡＭ３１ｃ等を内蔵したマイクロコンピュータ３１を中心に構成される。マイクロコンピュータ３１の入出力ポートにアイドルスイッチ１５ｂ、回転数センサ２５、気筒判別センサ２７、イグナイタ２１、ヒータ通電制御回路３３、駆動回路３５等が接続される。イグナイタ２１にはディストリビュータ２３が接続され、ディストリビュータ２３には点火プラグ４１が接続される。ヒータ通電制御回路３３はバッテリ３７を電源とし、酸素センサ１９のヒータ１９ｂに通電する電力を制御する。ヒータ１９ｂにより検出素子１９ａが加熱される。駆動回路２６は燃料噴射弁３９を駆動するための回路である。
【００３３】
また、マイクロコンピュータ３１の入出力ポートには、Ａ／Ｄ変換回路４１を介して吸気圧センサ１３、開度センサ１５ａ、吸気温センサ１７、冷却水温センサ２９等のアナログ信号を出力するセンサが接続される。Ａ／Ｄ変換回路４１には、さらにヒータ通電制御回路３３の出力、電流検出用抵抗器４３の端子電圧、検出素子１９ａの出力が入力される。
【００３４】
以上の酸素センサ１９をはじめとする各種センサの出力や、ヒータ通電制御回路３３の出力に基づいて、電子制御装置３０はエンジン１の運転状態を検出し、エンジン１の運転を制御する。以下に、空燃比制御を説明する。
図８に電子制御装置３０において実行される第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンのフローチャート、図９に図８のルーチンの実行により実現されるフィードバック制御のブロック線図を示す。まず、図８の処理ルーチンを説明し、その後、図９のブロック線図にしたがい本空燃比フィードバック制御を詳述する。
【００３５】
図８に示す第一の空燃比フィードバック制御ルーチンは、電子制御装置３０のＣＰＵ３１ａにて、２０msec毎のタイマ割り込みとして実行される。その実行においては先ず、空燃比フィードバック実施条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１００）。空燃比フィードバック実施条件としては公知の例えば水温のレベル、燃料カットの有無、加速増量中か否かといった条件がある。ここで空燃比フィードバック実施条件が成立していないと判断された場合は（Ｓ１００）、本ルーチンを一旦終了する。
【００３６】
空燃比フィードバック実施条件が成立していると判断した場合（Ｓ１００）、酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸを入力する（Ｓ１１０）。そして、出力電圧ＶＯＸから標準空気過剰率λ１を算出する（Ｓ１２０）。ここで空気過剰率とは、理論空燃比のときの空気量を基準（＝１．０）として、混合気のために供給される空気量の割合を表す。標準空気過剰率λ１は、酸素センサ１９の出力電圧に基づき排気管内の酸素濃度から、実際の混合気における空気量を推定して算出した値である。
【００３７】
次に、アイドルスイッチ１５ｂがオンか否かを判断する（Ｓ１３０）。アイドルスイッチ１５ｂがオンでないと判断した場合（Ｓ１３０）、アイドル状態でないとして、非アイドル時用の特性グラフを参照し、ステップＳ１２０で求めた標準空気過剰率λ１に対応する制御用空気過剰率λ２を算出する（Ｓ１４０）。続いて、目標空気過剰率λ０からステップＳ１４０で算出した制御用空気過剰率λ２を減算し、減算した値を偏差Δλにセットする（Ｓ１５０）。ここで目標空気過剰率λ０とは、車両の走行状態に応じて決定される目標空燃比のときの空気過剰率をいい、例えば目標空燃比が理論空燃比であるときλ０＝１．０となる。
【００３８】
次に、現在の運転状態が急加速か否かを判断する（Ｓ１６０）。急加速でないと判断した場合（Ｓ１６０）、ＰＩＤ制御用演算パラメータを検索する（Ｓ１７０）。一方、運転状態が急加速と判断した場合（Ｓ１６０）、ＰＩ制御用の演算パラメータを検索する（Ｓ１８０）。
【００３９】
以上のように非アイドル時は処理が進行するが、ステップＳ１３０でアイドルスイッチ１５ｂがオンと判断した場合、アイドル状態であるとして、アイドル時用の特性グラフを参照し、ステップＳ１２０で求めた標準空気過剰率λ１に対応する制御用空気過剰率λ２を算出する（Ｓ１９０）。続いて、目標空気過剰率λ０からステップＳ１９０で算出した制御用空気過剰率λ２を減算し、減算値を偏差Δλにセットする（Ｓ２００）。そして、ＰＩ制御用演算パラメータを検索する（Ｓ２１０）。
【００４０】
以上のようにしてアイドル状態か、非アイドル状態か、非アイドル状態であれば急加速状態か定常状態かという運転状態に応じて検索した演算パラメータ（Ｓ１７０，１８０，２１０）から、次にＦＡＦを演算する（Ｓ２２０）。この後、先頭のステップＳ１００に戻る。
【００４１】
ＦＡＦの演算結果は公知の手法により空燃比制御に利用され、ＦＡＦに基づいた空燃比制御が実行される。
次に、以上の図８の処理ルーチンの実行により実現される空燃比フィードバック制御を等価の図９のブロック線図にしたがい説明する。
【００４２】
酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸはリニアライザ５０に入力する。リニアライザ５０は上記ステップＳ１１０，１２０により実現されるもので、標準関係記憶手段（請求項１）および標準空燃比検出手段（請求項１）に相当する。リニアライザ５０は、図１０に示す特性グラフをもつ（特性グラフのデータは予めＲＯＭ３１ｂにストアされている）。この特性グラフは酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸと標準空気過剰率λ１との関係を示す。この特性グラフを参照して、リニアライザ５０は、入力した出力電圧ＶＯＸに対応する標準空気過剰率λ１を算出する。
【００４３】
算出した標準空気過剰率λ１は非アイドル用の補正リニアライザ５１、およびアイドル用の補正リニアライザ５３に入力する。補正リニアライザ５１は上記ステップＳ１４０により実現されるもので、関係補正特性記憶手段（請求項４）および制御用空燃比検出手段に相当する。補正リニアライザ５３は上記ステップＳ１９０により実現されるもので、低減化関係補正特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段（請求項３）および制御用空燃比検出手段に相当する。補正リニアライザ５１は図１１（Ａ），（Ｂ）に示す非アイドル時用の特性グラフを持ち、補正リニアライザ５３は図１２に示すアイドル時用の特性グラフを持つ（これらを規定するデータについても予めＲＯＭ３１ｂにストアされている）。
【００４４】
図１１の非アイドル時用の特性グラフと図１２のアイドル時用の特性グラフとはともに標準空気過剰率λ１と制御用空気過剰率λ２との関係を規定するものであるが、各特性グラフは部分的に共通した基本関係を持つ。この共通した基本関係を図１３に示す。
【００４５】
即ち、基本関係とは、標準空気過剰率λ１＝１．０即ち理論空燃比である時の標準空気過剰率の値を中心とする前後各０．５パーセント計１パーセントの幅の範囲外においては、標準空気過剰率λ１の増減にかかわらず制御用空気過剰率λ２は増減せず一定値を保つという関係である。図１７にも所定空燃比範囲として示したように、酸素センサ１９の個体差や測定温度の差による酸素センサ１９の出力電圧のばらつきが際だつのは、空気過剰率λ１＝１．０を中心とする前後各０．５パーセント計１パーセントの幅の範囲外であって、その範囲内では、酸素センサ１９の出力電圧のばらつきは無視できる程度に微少であり、それは本発明者が実験により確認している。そこで、そのように酸素センサ１９の出力電圧がばらつく空気過剰率λ１＝１．０を中心とした前後各０．５パーセント計１パーセントの幅の範囲外においては、標準空気過剰率λ１が増減しても制御用空気過剰率λ２が増減しない基本関係を定めることにより、酸素センサ１９の出力電圧がその個体差や測定温度の差によりばらついても、そのばらつきを制御用空気過剰率λ２に反映させないようにした。
【００４６】
次に、非アイドル時の特性グラフ（図１１）とアイドル時の特性グラフ（図１２）のもつ相違点を説明する。図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように、非アイドル時の特性グラフには、上記所定空燃比範囲内において、上下あるいは左右に偏らせ、標準空気過剰率λ１の増減に応じ増減する制御用空気過剰率λ２の値を全体的にリッチ側あるいはリーン側に偏らせた関係が規定されている。ここにリッチ又はリーンとは空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかということを意味し、図中にそれぞれＲ、Ｌの符号にて示す（以下同じ）。
【００４７】
これに対して、アイドル時の特性グラフには、図１２に示すように、理論空燃比の前後にわたる所定空燃比範囲において、標準空気過剰率λ１の増減に応じて増減する制御用空気過剰率λ２の増減率が、理論空燃比を中心に基本的な増減率（図中鎖線で示した線の増減率）よりも低減させた関係が規定されている。
【００４８】
以上説明した特性グラフ（図１１，図１２）を参照して、補正リニアライザ５１および補正リニアライザ５３からは、リニアライザ５０より入力された標準空気過剰率λ１に対応する制御用空気過剰率λ２が出力される。
非アイドル時用の補正リニアライザ５１から出力された制御用空気過剰率λ２は偏差演算回路５５に入力され、アイドル時用の補正リニアライザ５３から出力された制御用空気過剰率λ２は偏差演算回路５７に入力される。
【００４９】
各偏差演算回路５５，５７からは入力された制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０との偏差Δλが出力される。偏差Δλに基づいて、以降、後述の空燃比制御がなされる。空燃比制御においては、上述した非アイドル時とアイドル時との特性グラフの特徴の相違から、次の制御特性が基本的に得られる。
【００５０】
非アイドル時とアイドル時とは共に、図１３に示したように、所定空燃比範囲を外れた標準空気過剰率λ１の入力に対しては一定値の制御用空気過剰率λ２を出力する。
従って、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲内にあるときは、標準空気過剰率λ１の増減に応じて制御用空気過剰率λ２が増減するが、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲を外れると制御用空気過剰率λ２はその増減を停止することになる。増減を停止しても、制御用空気過剰率λ２は既に充分に大きな値あるいは充分に小さな値に増減されている。このように増減される制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０との偏差Δλに基づいて実行される空燃比フィードバック制御は、制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０とのずれ量が反映しており、追従性がよい。このように追従性が優れるのであるが、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲外にあるときは、標準空気過剰率λ１の増減にかかわらず制御用空気過剰率λ２の増減が停止するため、所定空燃比範囲外において顕著となる酸素センサ１９の出力のばらつきは、空燃比フィードバック制御に入り込まない。したがって、制御性能のばらつきがなくなり、エミッションに対する影響もなくなる。
【００５１】
また、非アイドル時であって、標準空気過剰率が所定空燃比範囲内にある時は、次のような制御特性が基本的に実現される。
図１４に非アイドル時の特性グラフの一例を示す。この特性グラフには実線と鎖線とで２つの特性が示される。実線は、制御用空気過剰率λ２の値を全体的にリーン側に偏らせた特性である。鎖線は偏りのない特性で比較のためにとくに示した。この２つの特性のいずれかが補正リニアライザ５１に登録されている場合、補正リニアライザ５１が出力する制御用空気過剰率λ２は、図１５のタイムチャートに示すように変化する。タイムチャートで実線で示す変化は特性グラフ（図１４）で実線で示した特性によるもの、タイムチャートで鎖線で示す変化は特性グラフ（図１４）で鎖線で示した特性によるものである。
【００５２】
鎖線で示す変化では、制御用空気過剰率λ２の平均値、つまり制御用空気過剰率λ２がリッチ側にあるときの面積とリーン側にあるときの面積とが同じになる位置が理論空燃比に重なる。
これに対して、実線で示す変化では、制御用空気過剰率λ２の平均値つまり制御用空気過剰率λ２がリッチ側にあるときの面積とリーン側にあるときの面積（斜線で図示）とが同じになる値がリーン側にずれる。
【００５３】
このようにリーン側にずれる結果、空燃比制御はリッチ側に補正するように働く。もし、図１４の特性が制御用空気過剰率λ２の値を全体的にリッチ側に偏らせた関係にあれば、同じ作用により空燃比制御はリーン側に補正するように働く。つまり、特性グラフ（図１４）における制御用空気過剰率λ２の値をリーン側あるいはリッチ側に偏らせるずれ量を設定変更することにより空燃比制御の中心の微調整が可能になる。したがって、エンジンの個性により、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比が異なっても、上記ずれ量の設定変更により、この最適な空燃比に空燃比制御中心を設定する制御が簡単に実現されることになる。
【００５４】
また、アイドル時であって、標準空気過剰率が所定空燃比範囲内にある時は、次のような空燃比フィードバック制御が基本的に実現される。
図１２の特性グラフに示したように、理論空燃比を中心に、標準空気過剰率λ１の増減に応じて増減する制御用空気過剰率λ２の増減率が、鎖線で示した上記基準的な特性よりも低められている結果、実際の空気過剰率より制御用空気過剰率λ２が小さく設定される。この結果、アイドル時には制御振幅を小さくすることができ、高い安定性が得られる。
【００５５】
また、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲から外れようとすると制御用空気過剰率λ２が急増あるいは急減するから、制御の追従性も高くなる。
以上のように、偏差Δλに基づいた空燃比制御が基本的に実現される。
以下に空燃比制御を詳細に説明する。
【００５６】
まず、非アイドル時について説明する。
非アイドル時用の偏差演算回路５５から出力された偏差Δλは、定常時用のＰＩＤコントローラ５９と急加速時用のＰＩコントローラ６１とに出力される。ＰＩＤコントローラ５９は以下の数１で示される伝達関数Ｇｃ（Ｓ）のフィードバック制御を行なうもので、コントローラ（請求項２）およびＰＩＤ制御手段（請求項５）に相当する。
【００５７】
【数１】
この数１における微分要素（１＋Ｋｄ・Ｓ）／（１＋ｋ・Ｋｄ・Ｓ）は近似微分である。
この数１と等価の数２に示す演算式とにしたがって、既述した処理ルーチン（図８）のステップＳ２２０では演算量ＦＡＦが求められる。
【００５９】
【数２】
また、数２における各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは以下の数３に示すとおりである。処理ルーチン（図８）のステップＳ１７０では数３に基づいて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを獲得する。
【００６１】
【数３】
ここでＰＩＤ制御の様子を図１６にしたがい説明する。図１６（Ａ）に酸素センサ１９の出力の変化の様子を示す。酸素センサ１９の動特性は、実線で示すようにリッチからリーンに転ずる時、あるいはリーンからリッチに転ずる時で異なり、一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長い。この図１６（Ａ）の信号を微分すると、図１６（Ｂ）の信号になる。上記数１の伝達関数Ｇｃ（Ｓ）に基づくＰＩＤコントローラ５９からは、図１６（Ｃ）に示す信号が出力される。
【００６３】
図１６（Ｃ）に示す信号では上記応答時間の相違が微分要素によりなまされており、リーンからリッチに転ずる時もリッチからリーンに転ずる時もほぼ同等の応答時間となっている。したがって、このＰＩＤ制御によれば、酸素センサの動特性により空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向は解消され、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間と、リーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがない。この結果、エミッションの悪化も防止されることになる。なお、数１に示すように微分要素が近似微分であるのは、酸素センサ出力電圧に含まれる脈動の影響を強調しないようにするためである。
【００６４】
他方、急加速時用のＰＩコントローラ６１は、以下の数４で示される伝達関数Ｇｃ（Ｓ）のフィードバック制御を行なうもので、ＰＩ制御手段（請求項５）に相当する。
【００６５】
【数４】
この数４は数１にあった微分要素（１＋Ｋｄ・Ｓ）／（１＋ｋ・Ｋｄ・Ｓ）を含まない。この数４と等価の数５に示す演算式とにしたがって、既述した処理ルーチン（図８）のステップＳ２２０では演算量ＦＡＦが求められる。
【００６７】
【数５】
また、数５の各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは以下の数６に示すとおりである。処理ルーチン（図８）のステップＳ１８０では数６に基づいて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを獲得する。
【００６９】
【数６】
急加速時にＰＩ制御が行なわれるのは次の理由による。既述した定常時のＰＩＤ制御では微分要素により酸素センサ１９の出力波形をなまし酸素センサの動特性の影響を排除したが、微分要素は制御の追従性をにぶらせる作用がある。そこで、急加速時のような過渡時には、微分要素をはずしたＰＩ制御により空燃比制御を行なう。この結果、急加速時には、空燃比制御中心が目標空燃比にすばやく追従する制御の追従性が重視された制御が実現される。
【００７１】
以上のようにしてＰＩＤコントローラ５９およびＰＩコントローラ６１から出力された演算両ＦＡＦは第１選択回路６３に入力される。また、第１選択回路６３には吸気圧センサ１３の圧力変化ΔＰｍが入力する。この第１選択回路６３は処理ルーチン（図８）のステップＳ１６０により実現されるもので、急加速検出手段（請求項５）および制御手段選択手段（請求項５）に相当する。第１選択回路６３は、圧力変化ΔＰｍにより定常時か急加速時かを判断し、定常時であればＰＩＤコントローラ５９からの演算量ＦＡＦを下流の第２選択回路６７に出力し、急加速時であればＰＩコントローラ６１からの演算量ＦＡＦを第２選択回路６７に出力する。
【００７２】
次にアイドル時について説明する。
アイドル時用の偏差演算回路５７から出力された偏差Δλは、ＰＩコントローラ６５に出力される。ＰＩコントローラ６５は以下の数７で示される伝達関数Ｇｃ（Ｓ）のフィードバック制御を行なう。
【００７３】
【数７】
この数７は数１にあった微分要素（１＋Ｋｄ・Ｓ）／（１＋ｋ・Ｋｄ・Ｓ）を含まない。この数７と等価の数８に示す演算式とにしたがって、処理ルーチン（図８）のステップＳ２２０では演算量ＦＡＦが求められる。
【００７５】
【数８】
また、数８における各項の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは以下の数９に示すとおりである。処理ルーチン（図８）のステップＳ２１０では数９に基づいて係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅを獲得する。
【００７７】
【数９】
なお、数９におけるＫｐ；比例定数、Ｋｉ；積分定数は、非アイドル時における急加速時用のＰＩコントローラ６１のＫｐとＫｉとは値が異なる。
このようにＰＩコントローラ６１はＰＩ制御を実現する。
ＰＩコントローラ６５から出力された演算量ＦＡＦは第２選択回路６７に入力される。第２選択回路６７には、また、アイドルスイッチ１５ｂからの信号が入力される。第２選択回路６７は上記ステップＳ１３０により実現されるもので、アイドル状態検出手段（請求項３）および特性選択手段（請求項３）に相当する。
この第２選択回路６７は、アイドルスイッチ１５ｂの接点状態によりアイドル時か非アイドル時かを判断し、非アイドル時であればＰＩＤコントローラ５９またはＰＩコントローラ６１から出力された演算量ＦＡＦをエンジン１に出力し、アイドル時であればＰＩコントローラ６５から出力された演算量ＦＡＦをエンジン１に出力する。エンジン１は公知構成により演算量ＦＡＦに基づいて空燃比フィードバック制御を実行する。
【００７９】
以上説明した第一実施例によれば、図１３に示したように、基本的に、酸素センサ１９の出力信号からもとめた標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲内であれば、標準空気過剰率λ１の増減に応じて制御用空気過剰率λ２を増減させるが、標準空気過剰率λ１が所定空燃比範囲を外れていれば制御用空気過剰率λ２を一定値とするから、追従性のよい制御を実現することができると共に、酸素センサの出力のばらつきを空燃比フィードバック制御から排除することができるという効果を奏する。したがって、制御性能のばらつきがなく、エミッションが悪化することもない。
【００８０】
また、この空燃比制御装置は定常時にはＰＩＤ制御を実行するから、図１６（Ａ）に示した酸素センサ１９の動特性、つまり一般にリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性をならして見かけ上は応答時間の差をほぼなくすことができ、空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向を解消できるという効果を奏する。この結果、エミッションの悪化も防止される。
【００８１】
さらに、第一実施例の空燃比制御装置によれば、制御用空気過剰率λ２と目標空気過剰率λ０との偏差Δλに基づいた追従性のよい制御を実行するのであるが、アイドル時には、図１２の特性グラフにしたがって、制御用空気過剰率λ２が小さく設定される結果、制御振幅が小さくなり回転数変動も小さくなる。したがって、アイドル時には制御の追従性と高い安定性との両立を図ることができるという効果を奏する。
【００８２】
また第一実施例は、図１１（Ａ），（Ｂ）の特性グラフにしたがって、制御用空気過剰率λ２を実際よりリッチ側あるいはリーン側に偏った値にするから、これを補償しようと空燃比制御中心がリーン側あるいはリッチ側に微妙にずれることになる。したがって、エンジンの個性に応じて、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定できるという効果を奏する。
【００８３】
加えて第一実施例は、定常時には微分要素のあるＰＩＤ制御により、空燃比制御中心が目標空燃比に安定して収束する安定性を重視した制御を実現でき、急加速時には微分要素のないＰＩ制御により、空燃比制御中心が目標空燃比にすばやく追従する制御の追従性を重視した制御を実現できるから、急加速時か定常時かといった走行状態に応じた制御特性を実現できるという効果を奏する。
【００８４】
上述した本発明の第一実施例において、図１１，図１２に示すように一次関数にて各々直線的な特性として規定された補正リニアライザ５１、５３の特性は、二次関数により曲線的な特性として規定されてもよい。また補正リニアライザ５１、５３の特性を換算テーブルや関数として与えた構成としてもよい。さらにアイドル状態の検出や急加速の検出については公知の各種構成が適用される。
【００８５】
次に本発明の第二実施例を、図１８乃至図２７に基づき説明する。なお、第二実施例において、前述した第一実施例と対応する部分には、第一実施例を示す図に付した符号と対応する符号を付すにとどめ説明を省略する。
第二実施例では、所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値がリッチ側又はリーン側に偏った関係を規定する第一実施例の補正リニアライザ５１の特性（図１１及び図１４参照）を、触媒コンバータの下流に取り付けられて一層安定した特性を示す下流側空燃比センサとしてのリヤ酸素センサ１１９の出力値に応じて、更にリッチ側又はリーン側に補正する。即ち、図１８にその概略構成を示し、図１９にその作動を模式的に示すように、排気系７に設けられた酸素センサ１９の下流側に取り付けられた触媒コンバータ１１８の更に下流にリヤ酸素センサ１１９を設け、そのリヤ酸素センサ１１９の出力を電子制御装置３０内に取り込む。そのリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から、出力電圧Ｖ２と出力電圧Ｖ２から推定される混合気の空気過剰率である平均空気過剰率λ1xとの関係をマップ化したマップ１２０（図２１に示す）、及び目標空気過剰率λ０に対する平均空気過剰率λ1xの偏差Δλx と補正量ｄλy との関係をマップ化したマップ１２２（図２２に示す）、を順次用いて補正量ｄλy を算出する。そして、その補正量ｄλy に基づいて前述した補正リニアライザ５１の特性（図１４に例示）における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正し、その補正した補正リニアライザ５１の特性に基づき、前述した第一実施例と略同様な制御を行う（図１９、図８乃至図１０、図１５、及び図１６等参照）。
【００８６】
第二実施例で、そのように補正リニアライザ５１の特性を補正するのは、次の理由による。
即ち、リヤ酸素センサ１１９が設けられる触媒コンバータ１１８の下流側は、
▲１▼排気ガス中の酸素濃度も平衡状態に近く酸素センサの個体差による出力特性の変化が少ない、
▲２▼排気温が低いので熱の影響が小さく、また触媒コンバータにより排気ガス中の毒物も捕らえられるので毒物の影響も受け難く、従って酸素センサの出力特性の経時変化も小さい、
といった特徴を有する。そのため、リヤ酸素センサ１１９は、酸素センサ１９に比べ、応答速度は遅いけれども出力特性のばらつきが小さく安定している。
【００８７】
一方、前述した第一実施例では、例えば複数の各気筒毎の空燃比のばらつき、又はフロント酸素センサの経時劣化などが原因で、酸素センサ１９の出力特性が変化し、そのため空燃比フィードバック制御の中心が目標空燃比からずれてエミッションが悪化するといった問題が生じる可能性がある。
【００８８】
そこで第二実施例では、そのような問題を解決するため、酸素センサ１９に比べて安定した特性を有するリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて、補正リニアライザ５１の特性における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正することにより、空燃比フィードバック制御の中心を微調整して可能な限り目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止している。
【００８９】
特に、第二実施例は、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から空燃比のリッチ又はリーンを二値的に判断するものではなく、その出力電圧Ｖ２に応じて推定した平均空気過剰率λ1xと、目標空気過剰率λ０との偏差Δλx に基づいて補正リニアライザ５１の特性における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリーン側又はリッチ側に補正しているので、リヤ酸素センサ１１９で検出した実際の空燃比のリッチ度合又はリーン度合に応じて空燃比フィードバック制御の中心を微調整し目標空燃比へ合わせ込むことができ、目標空燃比への収束性及び安定性を一層向上させることができる。
【００９０】
図２０に示す、第二実施例に従った第一のリニアライズ特性補正処理は、図１８に示した電子制御装置３０内のＣＰＵ３１ａにて、図８の第一の空燃比フィードバック制御ルーチンよりも長い周期のタイマ割り込み処理として実行される。なお電子制御装置３０の構成は、前述した図７に示す第一実施例の構成に加え、リヤ酸素センサ１１９の出力端がＡ／Ｄ変換回路４１を介してＣＰＵ３１に接続されている。
【００９１】
第二実施例の実行手順について、図２０に基づき詳細に説明する。
第一のリニアライズ特性補正処理が開始されると、まずステップ２１０でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を、Ａ／Ｄ変換回路４１（図７参照）を介してＣＰＵ３１ａ内に取り込む。ここでリヤ酸素センサ１１９は、前述した酸素センサ１９と同様に、排気中の酸素濃度を検出するための起電力型の酸素センサである。
【００９２】
そして、ステップ２２０乃至ステップ２７０にて、図１９に例示する関係補正特性補正手段１２４としての処理が実行され、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に基づき、マップ１２０、１２２を用いて補正量ｄλy が算出され、その補正量ｄλy に応じて補正リニアライザ５１の特性が補正される。
【００９３】
すなわち、ステップ２２０では、図２１に示すマップ１２０を用いて出力電圧Ｖ２から平均空気過剰率λ1xを算出する。さらにステップ２４０では、車両走行状態に応じて設定された目標空気過剰率λ０から平均空気過剰率λ1xを引いた値を偏差Δλx としてＲＡＭ３１ｃに書き込む。リヤ酸素センサ１１９は起電力型の酸素センサであるため、マップ１２０は前述した第一実施例のリニアライザ５０の特性（図１０参照）とほぼ同様の特性を有し、従って実際の空燃比が目標空燃比よりもリーンとなって排気管内の酸素濃度が高くなると、出力電圧Ｖ２が低くなり偏差Δλx は負の値になる。逆に、実際の空燃比が目標空燃比よりもリッチの場合、出力電圧Ｖ２は高くなり偏差Δλx は正の値となる。
【００９４】
次のステップ２５０では、ステップ２４０で算出された偏差Δλx から、図２２に示すマップ１２２を用いて補正量ｄλy を算出する。マップ１２２の特性は、原点を中心とする所定範囲内（即ち偏差Δλx の絶対値がある大きさの範囲内）において原点を通る正比例関係にあるが、その所定範囲を超えると偏差Δλx の増減にかかわらず補正量ｄλy は増減しない関係にある。
【００９５】
そしてステップ２５０で算出した補正量ｄλy に基づき、ステップ２６０及びステップ２７０にて第一実施例の補正リニアライザ５１の特性（図１４参照）を補正する。
ステップ２６０では、図２３に点線で示す（即ち図１４に実線で示す）本処理直前の補正リニアライザ５１の特性において、所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値をリーン側に偏らせている中心点（λ１，λ２）＝（１．０，λ2B）のＹ座標λ2B（この本処理直前の補正リニアライザ５１において標準空気過剰率λ１＝１．０であるときの制御用空気過剰率λ２の値即ちλ2Bを、以下「ベース値λ2B」という）に補正量ｄλy を加えた値を補正ベース値λ2mとしてＲＡＭ３１ｃに書き込む。
【００９６】
その補正ベース値λ2mを用いて、さらにステップ２７０では、図２３に矢印で示すように、補正リニアライザ５１の特性をリーン側にずらしている前述した中心点（λ１，λ２）＝（１．０，λ2B）を（λ０，λ2m）へ移動させ、その移動後の中心点（λ１，λ２）＝（１．０，λ2m）と所定空燃比範囲の両端の各点ａ、ｂとをそれぞれ結ぶことにより、補正量ｄλy の大きさに応じて補正前のリニアライズ特性を所定空燃比範囲内で更にリッチ側又はリーン側にずらしたリニアライズ特性を得る。その補正された補正リニアライザ５１の特性は、通常の車載用バッテリにて常時充電されている特別の電源でバックアップされたＲＡＭに書き込まれた後、本処理を一旦終了する。そして、そのようにして補正された補正リニアライザ５１の特性に基づき、前述した第一実施例と同様な空燃比フィードバック制御が実行される（図１９及び図９参照）。
【００９７】
以上の第一のリニアライズ特性補正処理を更に具体的に説明すると、例えば図２１に矢印線を用いて示すように、触媒コンバータ１１８下流の排気ガス中の酸素濃度が目標空気過剰率λ０よりも高くなったとき（即ちリーンであるとき）、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２は低くなって、平均空気過剰率λ1xの値が大きくなり偏差Δλx は負の値となる。さらに図２２に矢印線で示すように、偏差Δλx が負の値であるため補正量ｄλy も負の値となって、図２３中の実線で表すように、補正リニアライザ５１の特性のリーン側にずれた度合は更に大きく補正される。従って、そのようにリーン側に大きくずれた特性から求めた制御用空気過剰率λ２もリーン側に大きくずれ、第二実施例による補正を行う前に比べ目標空気過剰率λ０に対する偏差Δλはより大きな負の値となる。そのような偏差Δλに基づき演算パラメータを検索し制御用の補正係数ＦＡＦを得て空燃比フィードバック制御を実行することによって、リーン側にずれていた制御中心をリッチ側に微調整し目標空気過剰率λ０に一致させることができる（図１５参照）。
【００９８】
以上のような第一のリニアライズ特性補正処理において、所定範囲内で補正量ｄλy は、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じた平均空気過剰率λ1xの目標空気過剰率λ０に対する偏差Δλx に比例する。そして、その補正量ｄλy を本処理による補正直前のベース値λ2Bに加えて得た補正ベース値λ2mは、本処理による補正後の補正リニアライザ５１の特性がリッチ側又はリーン側に偏った度合を表し、その補正ベース値λ2mの時間的な変化は、図２４に示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の時間的な変化に対応している。
【００９９】
それ故、第二実施例に従えば、安定した特性を有するリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて補正リニアライザ５１の特性における制御用空気過剰率λ２の値を所定空燃比範囲内で更にリッチ側又はリーン側にずらすことによって、空燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１００】
第二実施例では、第一実施例の図１４に示す補正リニアライザ５１の特性を補正する場合を説明したが、請求項６記載の発明は所定空燃比範囲内で制御用空燃比の値が全体的にリッチ側又はリーン側に偏った関係を規定する関係補正特性を更にリッチ側又はリーン側に補正するものであるから、その補正の手法は補正前の関係補正特性をリッチ側またはリーン側に偏らせた手法と同じ手法に従って、更にリッチ側またはリーン側に偏らせれば良い。
【０１０１】
また、例えば補正リニアライザ５１の特性が図１１（Ｂ）に点線で示すような状態でリーン側に偏った特性（図１１（Ｂ）で原点側に偏った特性）であるときには、図２５の矢印で示すように、補正量ｄλy に応じて更にリッチ側又はリーン側に補正しても良い（図２５に補正前の特性を点線で示し補正後の特性を実線で示す）。
【０１０２】
さらに、第二実施例で用いた二面のマップ１２０、１２２に代えて、図２６に示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２と補正量ｄλy との関係を表す一面のマップを用いてもよい。そのような一面のマップを用いた場合、記憶すべき情報量が減ると共に処理スピードが速くなる。なお図２６において、Ｖ０は目標空燃比のときの酸素濃度に対するリヤ酸素センサ１１９の出力電圧である。
【０１０３】
第二実施例では、マップ１２０、１２２を用いてリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の値を補正量ｄλy に反映させていたが、そのような手法に代えて、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を目標空気過剰率λ０のときの基準電圧Ｖ０と比較して、空燃比が目標空燃比に対してリッチかリーンかを判断し、リッチ・リーン反転時に補正ベース値λ2Bをスキップ的に変化させ、次のリッチ・リーン反転時まで補正ベース値λ2Bを微少量づつ増加又は減少させても良く、そのような手法を用いた第三実施例について、以下説明する。
【０１０４】
すなわち先ず、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を目標空気過剰率λ０のときの出力電圧Ｖ０と比較して、空燃比がリッチかリーンかを判別する。リッチからリーンへの反転時には、下記数１０に示すように所定量であるｄλR だけスキップし、次に反転するまでの間、下記数１１に示すように所定時間毎にΔλR づつ減算してゆく。
【０１０５】
【数１０】
【数１１】
また、リーンからリッチへの反転時には、下記数１２に示すように所定量であるｄλL だけスキップし、更にその後、次に反転するまでの間、下記数１３に示すように所定時間毎にΔλL づつ減算してゆく。
【０１０８】
【数１２】
【数１３】
数１０〜１３を用いて示した第三実施例の実行手順を、図２７に基づき詳細に説明する。
図２７に示す第二のリニアライズ特性補正処理は、図１４に示す補正リニアライザ５１の特性マップを補正するための制御ルーチンであり、図１８に示した電子制御装置３０内のＣＰＵ３１ａにて１sec 毎の周期のタイマ割り込み処理として実行される。
【０１１１】
第二のリニアライズ特性補正処理が開始されると、まずステップ３０１〜３０５でリヤ酸素センサ１１９による補正処理実施条件が成立しているか否かを判断する。即ち、その補正処理実施条件は、図８にステップＳ１００として前述した条件（ステップ３０１）に加えて、冷却水温ＴＨＷが所定値（例えば７０℃）以上であること（ステップ３０３）、スロットルバルブ９が全閉（ＬＬ＝１）でないこと（ステップ３０５）である。それらの条件の何れか一つでも満足されていない場合には、本処理を一旦終了する。その場合、補正リニアライザ５１の特性マップは、その直前の状態のまま保持される。
【０１１２】
ステップ３０１〜３０５の条件を全て満たすとき、ステップ３０７〜３３７を経て、リヤ酸素センサ１１９の出力Ｖ２に基づき補正リニアライザ５１の特性マップが補正される。
まず、ステップ３０７〜３１３でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に基づき、空燃比のリッチ・リーンを判断し、ステップ３１５〜３１９では補正リニアライザ５１の特性マップを補正する上での基礎となる補正量ΔＲＳを算出し、ステップ３２１〜３３３では補正量ΔＲＳに基づき、補正リニアライザ５１の特性マップにおける理論空燃比のときの標準空気過剰率λ１＝１．０に対応する制御用空気過剰率λ２の値λＣを補正する。その補正後のλＣに基づき、ステップ３３５又は３３７で補正リニアライザ５１の特性マップを補正する。
【０１１３】
すなわち、ステップ３０７でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を、Ａ／Ｄ変換回路４１（図７参照）を介してＣＰＵ３１ａ内に取り込み、ステップ３０９でＶ２が基準電圧Ｖ０以下か否かにより実際の空燃比が目標空燃比に対してリッチかリーンかを判断する。Ｖ２≦Ｖ０のとき（リーン）ステップ３１１でフラグＦ２を「０」とし、Ｖ２＞Ｖ０のとき（リッチ）ステップ３１３でフラグＦ２を「１」とする。更に、ステップ３１５に進み、フラグＦ２が反転したか否かを判断し、その反転時にはステップ３１７で排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎを回転センサ２５の出力値から算出し、そのエンジン回転数Ｎに基づいて、１次元マップにより補正量ΔＲＳを補間計算する。その１次元マップの特性はエンジン回転数Ｎが増すほど補正量ΔＲＳが減るという反比例的な関係にあり、従って、高負荷運転時にエンジン回転数Ｎが大きくなり排気ガスの輸送遅れが小さくなると補正量ΔＲＳは小さくなる。逆に、低負荷運転時にエンジン回転数Ｎの値が小さくなって排気ガス輸送遅れが大きくなると補正量ΔＲＳも大きくなる。
また、ステップ３１５にてフラグＦ２が反転していないと判断したときには、ステップ３１９にて補正量ΔＲＳの値を微少な一定値ΔＲＳｊとする。
【０１１４】
さらにステップ３２１に進み、フラグＦ２が０か１かに基づいてリッチ・リーンを判断し、フラグＦ２＝０（リーン）のときにはステップ３２３にて直前のλＣから補正量ΔＲＳだけ減算してλＣを更新し、ステップ３２７、３２９にてλＣを最小値ＭＩＮでガードしつつ、そのようにして更新したλＣをＲＡＭ３１ｃに書き込む。その更新後のλＣに基づき、補正リニアライザ５１の特性マップを所定空燃比範囲内でリーン側に偏らせている中心点の座標（λ１，λ２）＝（１．０，λＣ）のλＣの値を直前値から更新値へと補正することにより、前述の第二実施例同様その中心点を移動させ、その移動後の中心点と所定空燃比範囲の両端の各点ａ、ｂとをそれぞれ結んで、補正リニアライザ５１の特性マップを補正する。また、ステップ３２１でフラグＦ２＝１（リッチ）のときにはステップ３２５にて直前のλＣに補正量ΔＲＳだけ加算してλＣを更新し、ステップ３３１、３３３にてλＣを最大値ＭＡＸでガードしつつ、そのようにして更新したλＣをＲＡＭ３１ｃに書き込む。その更新後のλＣに基づき、前述同様にして、補正リニアライザ５１の特性マップを補正する。なお、ステップ３２７、３２９の最小値ＭＩＮは、過渡追従性が損なわれないレベルの値であり、ステップ３３１、３３３の最大値ＭＡＸは、空燃比変動によりドライバビリティの悪化が発生しないレベルの値である。
【０１１５】
このようにステップ３３５、３３７にて補正リニアライザ５１の特性マップを補正した後、本処理を一旦終了し、補正後の補正リニアライザ５１に基づいて、前述した第一実施例及び第二実施例と同様な空燃比フィードバック制御が実行される（図１９及び図９参照）。
【０１１６】
以上のような第三実施例で得た補正リニアライザ５１の制御用空気過剰率λ２を所定空燃比範囲内でリッチ側又はリーン側に偏らせている中心点λＣ（補正ベース値λ2mに対応する）の時間的な変化は、図２８に示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の時間的な変化にほぼ対応するので、第二実施例同様に空燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１１７】
また、第三実施例では、中心点のＹ座標λＣをリッチ・リーン反転時にスキップ的に補正する補正量ΔＲＳを排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎに基づいて算出しているので、リヤ酸素センサ１１９の応答速度を実質的に向上させ、エミッションの悪化やドライバビリティの悪化等を防止することができる。
【０１１８】
なお、第三実施例で排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎから算出したΔＲＳは、エンジン負荷に対して設定されるものであり、吸入空気量から算出しても良い。また、ステップ３１７で用いた１次元マップに代えて、エンジン回転数と吸気圧とに応じた２次元マップを用い、その２次元マップに基づきΔＲＳを補間計算しても良い。
【０１１９】
上述の第三実施例では、リッチ・リーン反転時にλＣをスキップ的に変化させると共に次の反転時までλＣを微少量づつ増減していたが、その代わりに、排気ガスの輸送遅れに関する機関パラメータに応じて補正量ΔＲＳｉを算出し、その補正量ΔＲＳｉづつリーン時にはλＣから減算し、リッチ時にはλＣに加算する手法を用いても良い。その手法を用いて補正リニアライザ５１を補正する場合を、第三の補正リニアライズ特性補正処理として図２９に示す。
【０１２０】
第三の補正リニアライズ特性補正処理において、図２７に基づき前述した第二の補正リニアライズ特性補正処理とほぼ同様のステップには、第二の補正リニアライズ特性補正処理に付した符号に対応する符号を付して説明を省略する。
この第三の補正リニアライズ特性補正処理においては、ステップ４０７でリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を取り込んだ後、ステップ４０９に進み、排気ガス輸送遅れに関する機関パラメータとしてのエンジン回転数Ｎに基づいて、１次元マップから補正量ΔＲＳｉを補間計算する。その一次元マップは、前述のステップ３１７の場合同様、エンジン回転数Ｎと補正量ΔＲＳｉとの反比例的な関係を定める。更にステップ４１１に進み、前述同様リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を基準電圧Ｖ０と比較し実際の空燃比の目標空燃比に対するリッチ・リーンを判断する。リーンと判断したときにはステップ４１３で補正量ΔＲＳｉづつ直前のλＣから減算してλＣを更新し、リッチと判断したときにはステップ４１５で補正量ΔＲＳｉづつ直前のλＣに加算してλＣを更新し、そのようにして更新したλＣに基づき、ステップ４２５又はステップ４２７で補正リニアライザ５１の特性マップを前述と同様にして補正する。
【０１２１】
第三の補正リニアライズ特性補正処理による場合も、前述した第二の補正リニアライズ特性補正処理による場合同様、図２８に示すようにλＣの時間的な変化は、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の時間的な変化に応答して変化するため、簡単な処理にて空燃比フィードバック制御の中心を微調整し可能な限り目標空燃比に一致させ、エミッションの悪化を防止することができ、又、その際の補正量ΔＲＳｉはエンジン回転数Ｎに基づいて算出されるので、リヤ酸素センサ１１９の応答速度を実質的に向上させ、エミッションの悪化やドライバビリティの悪化等を防止することができる。
【０１２２】
補正量ΔＲＳｉも第三実施例のΔＲＳ同様、吸入空気量等から算出しても良く、又、ステップ４０９で用いた１次元マップに代えて、エンジン回転数と吸気圧とに応じた２次元マップを用いてΔＲＳｉを補間計算しても良い。
なお、第二及び第三実施例では、空燃比センサが起電力型の酸素センサである場合を説明したが、空燃比センサとしては排気中の特定成分濃度を検出することにより混合気の空燃比を算定することができるものであれば何でも良く、例えばＣＯセンサやリーンミクスチャセンサ等を用いることもできる。
【０１２３】
また第二及び第三実施例では、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて第一実施例における補正リニアライザ５１の特性を補正したが、更にすすめて、補正リニアライザ５１の特性そのものをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて作り込んでも良い。即ち、製品完成時にエンジンを非アイドル回転させ、図１１（Ａ）又は（Ｂ）に実線で示す偏りのない特性を、それら図中に矢印で示すように、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて、所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値が全体としてリッチ側又はリーン側に偏るようにして、点線で示す補正リニアライザ５１の特性を作り込みバックアップＲＡＭに書き込む。その際、特性を所定空燃比範囲内で全体としてリッチ側又はリーン側に偏らせる手順は、第二実施例及び第三実施例に関し各々前述したものと同様である。
【０１２４】
例えば第二実施例については、図１１（Ａ）に実線で示す偏りのない特性において、理論空燃比であるときの標準空気過剰率λ１の値λ１＝１．０に対する制御用空気過剰率λ２の値をベース値λ2Bとして、そのベース値λ2Bにリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から算出した補正量ｄλy を加えて補正ベース値λ2mを得て、第二実施例と同様に（λ１，λ２）＝（１．０，λ2m）を中心として所定空燃比範囲内で制御用空気過剰率λ２の値を全体としてリッチ側又はリーン側に偏らせる。そのようにしてリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じ補正リニアライザ５１の特性を作り込んだ場合、簡便且つ的確に空燃比制御中心を目標空燃比に合わせ込むことができる。
【０１２５】
さらに、第二実施例を用い図１１（Ｂ）に示すような補正リニアライザ５１を作り込む場合を以下説明する。即ち、図１１（Ｂ）に実線で示す偏りのない特性において、標準空気過剰率λ１の増減にも関わらず制御用空気過剰率λ２が増減しない関係となる臨界点ａ又はｂの何れか一方の点を固定すると共に他方の点をＸ軸（標準空気過剰率λ１の値を表す軸）と平行に移動させる。即ち、リーン側に偏らせる場合は、図１１（Ｂ）にｂ→ｂ１として示すように、ａを固定してｂのＸ座標だけを（即ちｂのＹ座標も固定して）リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から算出した補正量ｄλy の大きさに対応する量だけリーン側に移動させ、ｂ→ｂ１間の移動軌跡、及び移動後のｂ１と固定されたままのａとを結んだ線により補正リニアライザ５１の特性を得る。またリッチ側に偏らせる場合は、逆にｂを固定して、図１１（Ｂ）にａ→ａ１として示すように、ａのＸ座標だけを補正量ｄλy の大きさに対応する量だけリッチ側に移動させ、ａ→ａ１間の移動軌跡、及び移動後のａ１とｂとを結んだ線により補正リニアライザ５１の特性を得ればよい。なお、前述の場合と逆方向に即ちｂ１→ｂ方向に移動させたり、ａ１→ａ方向に移動させたりしても良い。
【０１２６】
加えて、第三実施例を用いても第二実施例と同様に、補正リニアライザ５１の特性そのものをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２に応じて作り込むことができる。即ち、上述の第二実施例に関する説明において、補正量ｄλy の代わりに、リーン時には負の符号、リッチ時には正の符号をそれぞれ付したΔＲＳ又はΔＲＳｉを用い、他の手順については前述した第二実施例を用いた場合と同様にすれば良い。
【０１２７】
なお、第二及び第三実施例において、図２３に示すように、補正リニアライザ５１の特性は、理論空燃比のときの標準空気過剰率λ１＝１．０を軸として所定空燃比範囲内で標準空気過剰率λ２の値が全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係にある場合を主に説明したが、この補正リニアライザ５１の特性は、空燃比が目標空燃比であるときの空気過剰率λ１＝λ０を軸として、所定範囲内で標準空気過剰率λ２の値を全体としてリッチ側又はリーン側に偏らせた関係にあっても良い。
【０１２８】
次に、請求項８記載の発明の一実施例として、第四実施例である車両用内燃機関の空燃比制御装置を図面に基づき説明する。
第四実施例では、酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸを基準電圧ＶＲと比較してリッチ・リーンを判断し、その判断に基づきディレイ時間、スキップ量、及び積分定数等の制御定数から空燃比補正係数ＦＡＦを算出し、そのＦＡＦに基づいて実行する従来の空燃比フィードバック制御において、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出した補正量ΔＲＳｙにより制御定数を補正する。
【０１２９】
従来の空燃比フィードバック制御においては、例えば特開昭和６３年第２１２７４３号公報に開示されているように、触媒コンバータの下流側に設けた下流側酸素センサの出力値を基準値と比較してリッチ・リーンを判断し、そのリッチ・リーン反転時に制御定数を次の反転時まで所定量づつ補正していた。しかし、そのような従来技術では、制御定数の補正は下流側酸素センサの出力値に基づくリッチ・リーン反転時から次の反転時まで所定量づつ行われ、反転時のリッチ度合又はリーン度合は制御定数に反映されないため、例えば燃料入れ替えにより燃料性状が著しく変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合、応答性が悪く、制御中心をもとに戻し目標空燃比を達成するまでに時間がかかった。
【０１３０】
そこで、第四実施例では、応答性よく目標空燃比に収束し、空燃比フィードバック制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止するために、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出した補正量ΔＲＳｙにより制御定数を補正する。
【０１３１】
第四実施例において、補正量ΔＲＳｙをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出するため、補正量ΔＲＳｙの時間特性には、Ｖ２に基づくリッチ・リーン反転のタイミングだけでなく、基準電圧（目標空気過剰率のときのリヤ酸素センサ１１９の出力電圧）に対するリッチ又はリーンの度合即ち目標空燃比に対する偏差が反映される。従って、補正量ΔＲＳｙづつ補正される制御定数の時間特性にも、Ｖ２の基準電圧に対する偏差すなわち目標空燃比に対する実際の空燃比の偏差が反映されるので、その偏差は、制御定数に基づき算出されるＦＡＦにも反映される。それ故、例えば燃料入れ替え等により燃料の性状が著しく変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合にも、そのずれ量に応じたＶ２の基準電圧に対する偏差がＦＡＦに反映され、そのＦＡＦに基づく空燃比フィードバック制御を行うことにより、応答性よく制御中心をもとに戻して目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１３２】
第四実施例を用いた内燃機関の概略及びその制御装置の構成は、図１８及び図７に示すとおりであり、前述の第二実施例と同様であるから説明を省略する。
図３０に示す、第四実施例に従った第二の空燃比フィードバック制御ルーチンは、酸素センサ１９の出力電圧ＶＯＸによるリッチ・リーン判断に基づき所定の制御定数であるディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬ、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬ、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬから、空燃比フィードバック制御の空燃比補正係数ＦＡＦを算出するための処理であり、図１８に示す電子制御回路３０内のＣＰＵ３１ａにて、４msec毎のタイマ割り込み処理として実行される。
【０１３３】
本処理では、空燃比フィードバック実施条件の成否を判断した後（ステップ５０１）、条件成立の場合には酸素センサの出力電圧ＶＯＸを取り込んで（ステップ５０５）、基準電圧ＶＲと比較し目標空燃比に対する実際の空燃比のリッチ・リーンを判断し（ステップ５０７）、その判断に基づき本処理実行毎にカウントアップ・カウントダウンされるディレイカウンタCDLYを最大値ＴＤＲ及び最小値ＴＤＬでガードしつつディレイカウンタCDLYが最大値ＴＤＲ又は最小値ＴＤＬに達したときフラグＦ１を反転させ（ステップ５０９〜５３１）、そのフラグＦ１反転時にリッチ・リーンが反転したものとして後述する空燃比フィードバック制御用の補正係数ＦＡＦを算出する（ステップ５３３〜５５３）。その際、フラグＦ１の反転は、酸素センサ１９の出力ＶＯＸに基づくリッチ・リーン判断よりも、ディレイ時間であるディレイカウンタCDLYの最大値ＴＤＲ又は最小値ＴＤＬだけ遅れ、それ故、フラグＦ１の反転に基づくリッチ・リーン判断は一層安定なものになると共に、ディレイ時間である最大値ＴＤＲ又は最小値ＴＤＬを調整することによって空燃比フィードバック制御の中心をリッチ側又はリーン側に微調整することができる。
【０１３４】
ステップ５３３では、前述のようにフラグＦ１の反転という遅延処理されたリッチ・リーンを判断し、リッチからリーンへの反転時にはリッチスキップ量ＲＳＲだけ、リーンからリッチへの反転時にはリーンスキップ量ＲＳＬだけＦＡＦをスキップ的に変化させ（ステップ５３５、５３９、５４１）、フラグＦ１が反転していないときにはリッチ・リーンに応じてリーン積分定数ＫＩＬ又はリッチ積分定数ＫＩＲづつ直前のＦＡＦの値から増減してＦＡＦの値を更新する（ステップ５３７、５４３、５４５）。更にステップ５４７〜５５３では、ＦＡＦを最大値１．２と最小値０．８とでガードし本処理を一旦終了する。また、ステップ５０１で条件不成立と判断したときには、ステップ５０３に進み、空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とした後、本処理を一旦終了する。
【０１３５】
次に、図３０に示す第二の空燃比フィードバック制御ルーチンにおけるスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の値に応じて補正するための制御定数補正処理の実行手順を図３１に基づき説明する。
この制御定数補正処理は、第二の空燃比フィードバック制御ルーチンの演算周期よりも長い所定時間例えば１５０msec毎にタイマ割り込み処理として実行される。
【０１３６】
本処理が実行されると、図２７に基づき前述したステップ３０１〜３０５と同様な実施条件の成否を判断し（ステップ６０１〜６０５）、その条件が成立していると判断したときには、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２を取り込んで（ステップ６０７）、図２０に基づき前述した第二実施例のステップ２２０、２４０と同様にして、目標空気過剰率λ０と出力電圧Ｖ２から算出した実際の空気過剰率λｘとの偏差Δλ２を算出しＲＡＭ３１ｃに書き込む。更に、ステップ６１３に進んで、偏差Δλ２と補正量ΔＲＳｙとの関係を定めたマップを用いてＲＡＭ３１ｃに書き込まれた偏差Δλ２の値に応じた補正量ΔＲＳｙを算出する。そのマップは、図３２に示すように、原点を中心とする所定空燃比範囲内（即ち偏差Δλ２の絶対値がある大きさの範囲内）において、偏差Δλ２の増加に応じて補正量ΔＲＳｙが減少するという負の傾きの正比例関係にあり、その所定空燃比範囲外ではΔλ２の増減に関わらず補正量ΔＲＳｙは増減しない関係にある。
【０１３７】
従って、例えば、触媒コンバータ１１８下流の排気ガス中の酸素濃度が目標空気過剰率λ０よりも高くなったとき（即ちリーンであるとき）、リヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２は低くなって、空気過剰率λｘは大きくなり偏差Δλ２は負の値となる。そして、その偏差Δλ２から算出した補正量ΔＲＳｙは正の値となる。逆に、触媒コンバータ１１８下流の排気ガス中の酸素濃度がリッチとなれば、補正量ΔＲＳｙは負の値となる。
【０１３８】
そして、ステップ６１５では、補正量ΔＲＳｙが正か否かを判断し、正と判断したときには、ステップ６１７にて直前のリッチスキップ量ＲＳＲに補正量ΔＲＳｙを加えて更新すると共に、ステップ６１９〜６２５でＲＳＲの値を最大値及び最小値でガードし、一方、補正量ΔＲＳｙが正でないときには、ステップ６２７にて直前のリーンスキップ量ＲＳＬから補正量ΔＲＳｙを減じて更新すると共に、ステップ６２９〜６３５でＲＳＬの値を最大値及び最小値でガードし、そのようにしてスキップ量をガードした後、本処理を一旦終了する。
【０１３９】
このような本処理にて補正量ΔＲＳｙだけ増減されたスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬに基づいて、前述した図３０の第二の空燃比フィードバック制御ルーチンが実行される。
図３１の制御定数補正処理では、前述したように補正量ΔＲＳｙをリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２の大きさに応じて算出するため、図３３に示すように、補正量ΔＲＳｙの時間特性には、Ｖ２に基づくリッチ・リーン反転のタイミングだけでなく、基準電圧（目標空気過剰率のときのリヤ酸素センサ１１９の出力電圧）に対するリッチ度合又はリーン度合即ち目標空燃比に対する偏差が反映される。従って、図３４に示すように、補正量ΔＲＳｙづつ補正されるスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬの時間特性にも、Ｖ２の基準電圧に対する偏差すなわち実際の空気過剰率の目標空気過剰率に対する偏差が反映されるので、その偏差は、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬに基づき算出されるＦＡＦにも反映される。それ故、例えば燃料入れ替え等により燃料の性状が著しく変化して空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合にも、そのずれ量に応じたＶ２の基準電圧に対する偏差がＦＡＦに反映され、そのＦＡＦに基づく空燃比フィードバック制御を行うことにより、応答性よく制御中心をもとに戻して目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止することができる。なお、図３４においてスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬの時間特性における基準値は、補正量ΔＲＳｙにて補正する前の値である。
【０１４０】
なお、第四実施例では、補正量ΔＲＳｙに基づいてスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを補正していたが、スキップ量に代えて積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬやディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬを補正しても良い。その補正の手順は、図３１に基づき前述したスキップ量の補正の場合と同じである。そのように積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬやディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬを補正する場合も、前述のスキップ量の補正の場合と同様、図３５及び図３６に示すように、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬやディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬの時間特性には、Ｖ２の基準電圧に対する偏差すなわち実際の空気過剰率の目標空気過剰率に対する偏差が反映され、その偏差は、それら積分定数及びディレイ時間に基づき算出されるＦＡＦにも反映される。それ故、積分定数やディレイ時間を補正量ΔＲＳｙに基づき補正した場合も、空燃比フィードバック制御中心が急にずれた場合に、応答性よく制御中心をもとに戻し目標空燃比への収束を図ることができ、制御を安定させて、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１４１】
補正量ΔＲＳｙに基づいてスキップ量を補正したときには空燃比のフィードバック周期を長くすることなくレスポンスの良い制御が可能であり、積分定数を補正したときには簡単な処理で済み、ディレイ時間を補正したときには微妙な空燃比の調整が可能である。それら補正したスキップ量、積分定数、及びディレイ時間の何れか二以上を組み合わせて用いることができることは当然である。又、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬの何れか一方を固定し他方を補正することも可能であり、それと同様に積分定数及びディレイ時間についてもリッチ側又はリーン側の一方の制御定数を固定し他方を補正することが可能である。
【０１４２】
なお、第四実施例では、図３１に基づき前述したステップ６０９〜６１３の手順により、二枚のマップを用いてリヤ酸素センサ１１９の出力電圧Ｖ２から補正量ΔＲＳｙを算出していたが、図３７に示すようなＶ２とΔＲＳｙとの関係を定めるマップを用いて、Ｖ２から直接ΔＲＳｙを算出してもよい。その場合、記憶すべき情報量が減ると共に処理速度が増す。
【０１４３】
さらに、第四実施例では、酸素センサ１９及びリヤ酸素センサ１１９という二つの起電力型の酸素センサを用いたが、その代わりに、ＣＯセンサ、リーンミクスチャセンサ等を用いることもできる。
また、以上の実施例では、燃料噴射弁により吸気系への燃料噴射量を制御する内燃機関を示したが、キャブレタ式内燃機関にも本発明を適用し得る。
【０１４４】
加えて、マイクロコンピュータ即ちディジタル回路により構成した前述の実施例は、アナログ回路により構成することもできる。
【０１４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の発明によれば、酸素センサの出力信号から求めた標準空気過剰率が所定空気過剰率範囲内であれば、標準空気過剰率の増減に応じ制御用空気過剰率を増減させるが、標準用空気過剰率が所定空気過剰率範囲を外れていれば制御用空気過剰率の増減を略停止するから、制御用空気過剰率と目標空気過剰率との偏差に基づいた追従性のよい制御が実現できると共に、酸素センサの出力のばらつきを空燃比フィードバック制御から排除することができるという効果を奏する。制御性能のばらつきがなくなり、エミッションが悪化することもない。
【０１４６】
請求項２記載の発明によれば、ＰＩＤ制御の微分要素により、酸素センサの動特性、つまりリーンからリッチに転ずる時の応答時間よりもリッチからリーンに転ずる時の応答時間が長くなるという特性をならし、応答時間の差をほぼなくすことができるから、空燃比制御の中心がリーン側にずれてしまうという従来の傾向を解消でき、また、リッチからリーンに転ずる時の応答時間とリーンからリッチに転ずる時の応答時間とにばらつきがあっても、空燃比制御中心が目標値からずれることがないという効果を奏する。この結果、エミッションの悪化も防止される。
【０１４７】
請求項３記載の発明によれば、制御用空気過剰率と目標空気過剰率との偏差に基づいた追従性のよい制御を実現しつつも、とくにアイドル時には制御用空気過剰率を小さく設定するから、制御振幅が小さくなりアイドル時の安定性を向上でき、目標空気過剰率からはずれたところでは制御用空気過剰率を大きく設定するからアイドル時の制御追従性を実現できるという効果を奏する。
【０１４８】
請求項４記載の発明によれば、制御用空気過剰率をリッチ側あるいはリーン側に偏った値にすることで、空燃比制御中心をリーン側あるいはリッチ側に微妙にずらすことができるから、エンジンの個性に応じて相違する、エミッションが規制値内に収まる最適な空燃比に空燃比制御中心を設定することが容易にできるという効果を奏する。
【０１４９】
請求項５記載の発明によれば、定常時には微分要素のあるＰＩＤ制御によって、空燃比制御中心がＯ2 センサ特性ばらつきによらず実現し、急加速時には微分要素のないＰＩ制御により、空燃比制御中心が目標空気過剰率にすばやく追従することを実現するから、急加速時と定常時とに応じた制御特性を実現できるという効果を奏する。
【０１５０】
請求項６記載の発明によれば、関係補正特性補正手段を設けて、より安定した下流側空燃比センサの出力値に応じ、所定空燃比範囲内において、関係補正特性の制御用空燃比の値を全体としてリッチ側又はリーン側に補正しているので、エンジンの個性や酸素センサの経時劣化等が原因で、エミッションが規制値内に納まる最適値から空燃比制御中心がずれた場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を最適値に合わせ込み、最適値である目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１５１】
請求項７記載の発明では、関係補正特性補正手段が、下流側空燃比センサの出力のリッチ・リーン反転時に、関係補正特性の制御用空燃比の値を内燃機関の機関パラメータに応じて算出した補正量だけ全体としてリッチ側またはリーン側に補正している。従って、排気ガス輸送遅れにより下流側空燃比センサの応答速度が遅くなることに基づく弊害、例えばエミッションや燃費の悪化、触媒排気異臭の発生及びドライバビリティの悪化等を防止することができると共に、請求項６記載の発明同様、個々のエンジンの異なる個性が原因で、また酸素センサの経時劣化などが原因で空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、可能な限り空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【０１５２】
請求項８記載の発明では、空燃比フィードバック制御定数を、下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じた補正量に基づき補正して、その補正された空燃比フィードバック制御定数に基づき内燃機関のフィードバック制御を実行しているので、空燃比制御中心が目標空燃比からずれた場合であっても、応答性よく空燃比の制御中心を目標空燃比に一致させ、目標空燃比への収束及び空燃比制御の安定を図り、エミッションの悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図２】請求項３の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図３】請求項４、６及び７の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図４】請求項５の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図５】請求項８の内燃機関の空燃比制御装置の構成を例示するブロック図である。
【図６】エンジンの概略構成を示す断面図である。
【図７】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンを表す流れ図である。
【図９】第一の空燃比フィードバック制御処理ルーチンの実行により実現される空燃比制御のブロック線図である。
【図１０】酸素センサの出力電圧と標準空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
【図１１】非アイドル時における標準空気過剰率と制御用空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
【図１２】アイドル時における標準空気過剰率と制御用空気過剰率との関係を規定した特性グラフである。
【図１３】非アイドル時の特性とアイドル時の特性とに共通な基本特性を示す特性グラフである。
【図１４】非アイドル時の特性グラフの一態様を示す特性グラフである。
【図１５】制御用空気過剰率の変化を示すタイムチャートである。
【図１６】酸素センサの動特性と微分補正の作用を示すタイムチャートである。
【図１７】酸素センサの出力と実際の空気過剰率との間に生ずる固体差等に起因するばらつきを示すグラフである。
【図１８】第二、第三及び第四実施例が適用されるエンジンの概略構成図である。
【図１９】第二実施例の作動を表す説明図である。
【図２０】第一のリニアライズ特性補正処理を表す流れ図である。
【図２１】マップ１２０により出力電圧Ｖ２から平均空気過剰率λ1Xを求める手順を表す説明図である。
【図２２】マップ１２２により偏差ΔλX から補正量ｄλy を求める手順を表す説明図である。
【図２３】図１３に示す補正リニアライザ５１の特性を補正する手法を表す説明図である。
【図２４】第二実施例における出力電圧Ｖ２と補正ベース値λ2mとを対応させて表すタイムチャートである。
【図２５】図１０（Ｂ）に示す補正リニアライザ５１の特性を補正する手法を表す説明図である。
【図２６】マップ１２０及びマップ１２２を一面のマップで構成した例を表す特性図である。
【図２７】第二のリニアライズ特性補正処理を表す流れ図である。
【図２８】Ｖ２及びλＣの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図２９】第三のリニアライズ特性補正処理を表す流れ図である。
【図３０】第二の空燃比フィードバック制御ルーチンを表す流れ図である。
【図３１】制御定数補正処理を表す流れ図である。
【図３２】偏差λ２から補正量ΔＲＳｙを算出するための特性マップ表す図である。
【図３３】Ｖ２及びΔＲＳｙの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３４】Ｖ２と、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬと、補正係数ＦＡＦとの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３５】Ｖ２と、積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬと、補正係数ＦＡＦとの時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３６】Ｖ２と、ディレイ時間ＴＤＲ，ＴＤＬと、補正係数ＦＡＦと、ＶＯＸと、フラグＦ１との時間特性を対応させて表すタイムチャートである。
【図３７】Ｖ２から直接ΔＲＳｙを算出するための特性マップを表す図である。
【符号の説明】
１…エンジン，１３…吸気圧センサ，１５ｂ…アイドルスイッチ，１９…酸素センサ，３０…電子制御装置，５０…リニアライザ，５１…非アイドル時の補正リニアライザ，５３…アイドル時の補正リニアライザ，５５…非アイドル時の偏差演算回路，５７…アイドル時の偏差演算回路，５９…定常時用ＰＩＤコントローラ，６１…急加速時用ＰＩコントローラ，６３…第１選択回路，６５…アイドル時用ＰＩコントローラ，６７…第２選択回路，１１８…触媒コンバータ，１１９…リヤ酸素センサ，λ０…目標空気過剰率，λ１…標準空気過剰率，λ２…制御用空気過剰率，Δλ…偏差
Claims (8)
- 理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサの出力信号の大きさから空燃比制御用にとくに修正した制御用空燃比を算出し、該制御用空燃比と目標空燃比との偏差を偏差演算手段により求め、該偏差に基づいてコントローラが空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御装置において、
前記酸素センサの出力信号と該出力信号に対応する空燃比との標準的な関係を予め記憶した標準関係記憶手段と、
該標準関係記憶手段が予め記憶した標準関係にしたがって前記酸素センサの出力信号に対応する標準空燃比を検出する標準空燃比検出手段と、
前記標準空燃比と前記制御用空燃比との対応関係を規定しており、理論空燃比近傍の所定空燃比範囲内においては前記標準空燃比の増減に応じて前記制御用空燃比が増減し、前記所定空燃比範囲外においては前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係補正特性を予め記憶した関係補正特性記憶手段と、
該関係補正特性記憶手段が予め記憶した関係補正特性にしたがって、前記標準空燃比検出手段が検出した標準空燃比に対応する制御用空燃比を検出する制御用空燃比検出手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記コントローラが、入力された偏差に基づいて空燃比をＰＩＤ制御するコントローラであ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。
- 前記関係補正特性記憶手段は、
前記関係補正特性と、
前記所定空燃比範囲内においては、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制御用空燃比の増減率が、理論空燃比を略中心に前記関係補正特性に規定される制御用空燃比の増減率よりも低減された関係を規定し、前記目標空燃比範囲からはずれようとするところでは前記制御用空燃比の増減率よりも増加された関係を規定し、前記所定空燃比範囲外においては、前記標準空燃比の増減にかかわらず前記制御用空燃比の増減が略停止する関係を規定した低減化関係補正特性と
を予め記憶し、
さらに、
アイドル状態を検出するアイドル状態検出手段を備え、
前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されていない場合、
前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用する関係補正特性として、前記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性を選択し、
前記アイドル状態検出手段によりアイドル状態が検出されている場合、
前記制御用空燃比検出手段が制御用空燃比の検出に使用する関係補正特性として、前記関係補正特性記憶手段が記憶する低減化関係補正特性を選択する特性選択手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記関係補正特性記憶手段が記憶する関係補正特性は、
前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じ増減する制御用空燃比の値が全体的にリッチ側あるいはリーン側に偏った関係で規定されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記コントローラは、
前記偏差に基づいて空燃比をＰＩ制御するＰＩ制御手段と、
前記偏差に基づいて空燃比をＰＩＤ制御するＰＩＤ制御手段とを備え、
さらに、
急加速を検出する急加速検出手段と、
該急加速検出手段が急加速を検出した場合、前記ＰＩ制御手段を選択し、
該急加速検出手段が急加速を検出しない場合、前記ＰＩＤ制御手段を選択する制御手段選択手段と
を備えることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 内燃機関の排気系に設けられた前記酸素センサの下流側に配設されて排気ガスを浄化する触媒コンバータの更に下流に取り付けられ、該触媒コンバータを通過した排気ガス中の特定成分濃度を検出する下流側空燃比センサと、前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記下流側空燃比センサの出力値に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正する関係補正特性補正手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 内燃機関の運転状態に基づいて排気ガスの輸送遅れに関する機関パラメータを算出する機関パラメータ算出手段と、
該機関パラメータ算出手段が算出した機関パラメータに応じた補正量を算出する補正量算出手段と、
を備え、
前記関係補正特性補正手段は、前記空燃比センサの出力がリッチからリーンへ又はリーンからリッチへ反転したときに、前記関係補正特性記憶手段が記憶する前記関係補正特性を、前記所定空燃比範囲内において、前記標準空燃比の増減に応じて増減する前記制御用空燃比の値が前記補正量算出手段の算出した補正量に応じ全体としてリッチ側又はリーン側に偏った関係となるように補正する
ことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 内燃機関の排気系に設けられた触媒コンバータの上流側と下流側とに各々設けられ、排気ガス中の特定成分濃度を検出する上流側及び下流側空燃比センサと、
予め定められた空燃比フィードバック制御定数を記憶する制御定数記憶手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値の大きさに応じて前記フィードバック制御定数を補正するための補正量を算出し、該補正量に基づき前記空燃比フィードバック制御定数を補正する制御定数補正手段と、
該上流側空燃比センサの出力と前記制御定数補正手段にて補正された前記空燃比フィードバック制御定数とに基づいて内燃機関のフィードバック制御を実行する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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