JP3721878B2

JP3721878B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3721878B2
Application number: JP24033699A
Authority: JP
Inventors: 晴文武藤; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 1999-08-26
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2019-08-26
Also published as: JP2001065391A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関において、吸入空気量に応じて適量の燃料を供給することにより、空気と燃料との混合比（空燃比（Ａ／Ｆ））を運転状態に応じた所望の値に制御する装置（空燃比制御装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用内燃機関においては、排気ガス浄化対策として、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ_x（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が利用されている。そのような三元触媒による酸化・還元能力を高めるためには、機関の燃焼状態を示す空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比近傍（ウィンドウ）に制御する必要がある。そのため、機関における燃料噴射制御においては、排気ガス中の残留酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを感知するＯ₂センサ（酸素センサ）を設け、そのセンサ出力に基づいて燃料量を補正する空燃比フィードバック制御が行われている。
【０００３】
かかる空燃比フィードバック制御では、酸素濃度を検出するＯ₂センサをできるだけ燃焼室に近い箇所、すなわち触媒コンバータより上流側に設けているが、そのＯ₂センサの出力特性のばらつきを補償するために、触媒コンバータより下流側に第２のＯ₂センサを更に設けたダブルＯ₂センサシステムも実現されている。すなわち、触媒下流側では、排気ガスは十分に攪拌されており、その酸素濃度も三元触媒の作用によりほぼ平衡状態にあることにより、下流側Ｏ₂センサの出力は、上流側Ｏ₂センサの出力よりも緩やかに変化し、従って混合気全体のリッチ／リーン傾向を示す。ダブルＯ₂センサシステムは、触媒上流側Ｏ₂センサによるメイン空燃比フィードバック制御に加え、触媒下流側Ｏ₂センサによるサブ空燃比フィードバック制御を実施するものであり、メイン空燃比フィードバック制御にて空燃比補正係数を演算する際の各種定数を下流側Ｏ₂センサの出力に基づいて修正することにより、又は下流側Ｏ₂センサの出力に基づく第２の空燃比補正係数を導入することにより、上流側Ｏ₂センサの出力特性のばらつきを吸収し、空燃比制御精度の向上を図っている（例えば、特開平８−２１２８３号公報参照）。
【０００４】
例えば、空燃比補正係数のスキップ量を可変にしたダブルＯ₂センサシステムが知られている。このシステムでは、メイン空燃比フィードバック制御は、上流側Ｏ₂センサによって感知される空燃比が継続してリーン又はリッチであるときには空燃比フィードバック補正係数を一定割合で増大又は減少せしめるとともに、リッチからリーンへ又はリーンからリッチへと反転するときには空燃比フィードバック補正係数を所定のスキップ量だけ階段状に増大又は減少せしめる。一方、サブ空燃比フィードバック制御は、上流側空燃比のリッチからリーンへの反転時における空燃比補正係数のリッチスキップ量を、下流側Ｏ₂センサによって感知される空燃比が継続してリーン又はリッチであるときには一定割合で増大又は減少せしめるとともに、リッチからリーンへ又はリーンからリッチへと反転するときには所定のスキップ量だけ階段状に増大又は減少せしめる。そして、上流側空燃比のリーンからリッチへの反転時における空燃比補正係数のリーンスキップ量は、その量と空燃比補正係数のリッチスキップ量との和が一定に維持されるように設定される。
【０００５】
ところで、三元触媒は、排気ガスがリーン状態にあるときに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあるときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガスを浄化する、というＯ₂ストレージ効果を奏するものであるが、そのＯ₂ストレージ量は有限である。サブ空燃比フィードバック制御は、基本的に、触媒のＯ₂ストレージ量を零と飽和との間で制御するものである。そして、Ｏ₂ストレージ量の増減は、基本的に、空燃比の理論空燃比からの偏移量と吸入空気質量流量との積の積算値によって決まる。サブ空燃比フィードバック制御が継続しているときに、下流側Ｏ₂センサの出力の反転が繰り返されると、Ｏ₂ストレージ量と空燃比補正係数のリッチスキップ量とはほぼ対応してくる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料カット、減速リッチ、加速リーン等の外乱により、過渡状態となり、空燃比の荒れが発生すると、以下のような問題が生ずる。すなわち、外乱の発生後、サブ空燃比フィードバック制御を停止することなく継続すると、リッチスキップ量によるＯ₂ストレージ量の学習に狂いが生じ、最終的には、空燃比制御精度が悪化し、したがって排出ガス浄化性能も悪化する。また、外乱の発生後、学習性を維持するために一定期間、サブ空燃比フィードバック制御を停止すると、その停止期間中、排出ガス浄化性能が悪化する。
【０００７】
また、Ｏ₂ストレージ量が飽和する直前から飽和状態へと到るのが急であるとともに、飽和状態から非飽和状態へと退出するのが緩やかとなって、やはり排出ガス浄化性能が悪化するという問題がある。しかも、そのときの触媒流入ガスの空燃比は、最もリーンな値の近辺にある。なお、空燃比がリッチ側になる場合、すなわちＯ₂ストレージ量が零となる場合も、同様の問題が生ずる。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、過渡状態で空燃比が荒れたときにおける瞬時的な空燃比の制御性とＯ₂ストレージ量の学習性とを両立させるサブ空燃比フィードバック制御を実現する内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、排気系に排気ガスを浄化する触媒コンバータを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、前記触媒コンバータの上流側に配設された上流側Ｏ₂ センサと、前記触媒コンバータの下流側に配設された下流側Ｏ₂ センサと、前記下流側Ｏ ₂ センサの出力電圧の学習結果に基づいて、前記下流側Ｏ ₂ センサの出力電圧を、特性のばらつきを吸収した相対電圧値に補正する手段と、空燃比フィードバック制御に関与する制御定数を演算する制御定数演算手段であって、前記下流側Ｏ₂ センサの相対電圧値がリッチを示すときには前記制御定数を空燃比がリーン側に向かうような値に更新する一方、前記下流側Ｏ₂ センサの相対電圧値がリーンを示すときには前記制御定数を空燃比がリッチ側に向かうような値に更新するものと、前記下流側Ｏ₂ センサの相対電圧値に応じて、前記制御定数演算手段で演算された制御定数を補正する制御定数補正手段と、前記上流側Ｏ₂ センサの出力と前記制御定数とに応じて空燃比フィードバック補正量を演算するフィードバック補正量演算手段と、前記空燃比フィードバック補正量に応じて該機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、を具備する、内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００１０】
ここで、本発明によれば、前記制御定数補正手段は、前記下流側Ｏ ₂ センサの相対電圧値が、リッチを示すときには空燃比がリーン側に向かうように、リーンを示すときには空燃比がリッチ側に向かうように、前記制御定数を補正する。
【００１１】
また、本発明によれば、排気系に排気ガスを浄化する触媒コンバータを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、前記触媒コンバータの上流側に配設され、排気ガスの空燃比にほぼ比例する出力電圧を発生させる空燃比センサと、前記触媒コンバータの下流側に配設されたＯ₂センサと、前記Ｏ₂センサの出力電圧の目標値からの偏差に応じて、前記空燃比センサの出力電圧を補正する空燃比センサ出力電圧補正手段と、前記空燃比センサの前記補正後の出力電圧の目標値からの偏差に応じて、空燃比が目標空燃比となるような空燃比フィードバック補正量を演算するフィードバック補正量演算手段と、前記Ｏ₂センサの出力電圧に応じて、前記フィードバック補正量演算手段において使用される所定のゲインを補正するゲイン補正手段と、前記空燃比フィードバック補正量に応じて該機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、を具備する、内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を備えた内燃機関の全体概要図である。内燃機関１は、車両搭載用の直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関である。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個のシリンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１４】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、各バルブ１１，１２の上方には、吸気側カムシャフト１３及び排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設けられている。カムシャフト１３及び１４には、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を駆動するためのカム１５及び１６が取り付けられている。カムシャフト１３及び１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。
【００１５】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。また、スロットルバルブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３５には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、インジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介して燃焼室８へ導入される。
【００１６】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５０に供給される。
【００１７】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯ_x（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排気ガスが大気中に排出される。
【００１８】
機関１には各種のセンサが取付けられている。シリンダブロック２には、機関１の冷却水の温度を検出するための水温センサ７４が取付けられている。吸気通路３０には、吸入空気量（質量流量）を検出するためのエアフローメータ７０が取り付けられている。吸気通路３０においてエアクリーナ３１の近傍には、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ７３が取付けられている。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸の回動角度を検出するためのスロットル開度センサ７２が設けられている。また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときには、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。排気通路６０の触媒コンバータ６２より上流側の部分には、空燃比センサとして排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかを検出する上流側Ｏ₂センサ（メインＯ₂センサ）７５が取付けられている。また、この機関は、Ｏ₂センサ７５の出力特性のばらつきを補償するサブ空燃比フィードバック制御を実施する機関であり、触媒コンバータ６２より下流の排気通路には、下流側Ｏ₂センサ（サブＯ₂センサ）７６が設けられている。
【００１９】
ディストリビュータ５３には、クランクシャフト７の回転に同期して回転する２個のロータが内蔵されており、クランクシャフト７の基準位置を検出するために一方のロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられ、また、クランクシャフト７の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するために他方のロータの回転に基づいて３０°ＣＡごとに回転速度検出用パルスを発生させるクランク角センサ８１が設けられている。なお、車両には、トランスミッション出力軸の回転速度すなわち車速ＳＰＤに比例した数の出力パルスを単位時間当たりに発生する車速センサ８３が取り付けられている。
【００２０】
機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０は、空燃比制御（燃料噴射制御）、点火時期制御、アイドル回転速度制御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、そのハードウェア構成は、図２のブロック図に示される。リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９３に格納されたプログラム及び各種のマップに従って、中央処理装置（ＣＰＵ）９１は、各種センサ及びスイッチからの信号をＡ／Ｄ変換回路（ＡＤＣ）９５又は入力インタフェース回路９６を介して入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき駆動回路９７ａ〜９７ｃを介して各種アクチュエータ用制御信号を出力する。ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４は、その演算・制御処理過程における一時的なデータ記憶場所として使用される。また、バックアップＲＡＭ９９は、バッテリ（図示せず）に直接接続されることにより電力の供給を受け、イグニションスイッチがオフの状態においても保持されるべきデータ（例えば、各種の学習値）を格納するために使用される。また、これらのＥＣＵ内の各構成要素は、アドレスバス、データバス及びコントロールバスからなるシステムバス９２を介して接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ９０においては、各種制御のために、吸入空気量信号、スロットル開度信号、吸気温信号及び冷却水温信号が、一定クランク角ごとに実行されるＡ／Ｄ変換ルーチンによって取り込まれ、ＲＡＭ９４の所定領域にそれぞれ吸入空気量データＧＡ、スロットル開度データＴＡ、吸気温データＴＨＡ及び冷却水温データＴＨＷとして格納される。また、クランク角センサ８１のパルス信号が入力するごとに、そのパルス間隔から図示しないルーチンにより機関回転速度が算出され、ＲＡＭ９４の所定領域に機関回転速度データＮＥとして格納される。
【００２２】
点火時期制御は、クランク角センサ８１から得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期を決定し、駆動回路９７ｂを介してイグナイタ５１に点火信号を送るものである。また、アイドル回転速度制御は、アイドルスイッチ８２からのスロットル全閉信号及び車速センサ８３からの車速信号によってアイドル状態を検出するとともに、水温センサ７４からの機関冷却水温度等によって決められる目標回転速度と実際の機関回転速度とを比較し、その差に応じて目標回転速度となるように制御量を決定し、駆動回路９７ｃを介してＩＳＣＶ３６を制御して空気量を調節することにより、最適なアイドル回転速度を維持するものである。以下、本実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。
【００２３】
図３は、ＣＰＵ９１によって実行される噴射量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートに示される。本ルーチンは、一定クランク角ごと（例えば３６０°ごと）に実行される。このルーチンでは、燃料噴射量、すなわちインジェクタ４０による燃料噴射時間ＴＡＵが、機関１回転当たりの吸入空気量ＧＮと、後述する空燃比補正係数ＦＡＦとに基づいて算出される。
【００２４】
具体的には、まず、ステップ１０２において、吸入空気量データＧＡ及び回転速度データＮＥをＲＡＭ９４の所定領域から読み込み、機関１回転当たりの吸入空気量ＧＮを、
ＧＮ←ＧＡ／ＮＥ
なる演算により求める。次いで、ステップ１０４では、基本燃料噴射時間ＴＡＵＰを、
ＴＡＵＰ＝Ｋ＊ＧＮ
として算出する。ここで、基本燃料噴射時間ＴＡＵＰは、燃焼室に供給される混合気の空燃比を理論空燃比とするために必要とされる燃料噴射時間であり、Ｋは定数である。
【００２５】
また、実際の燃料噴射時間ＴＡＵは、ステップ１０６において、上記ＴＡＵＰを空燃比補正係数ＦＡＦで補正した値、すなわち、
ＴＡＵ＝ＴＡＵＰ＊ＦＡＦ＊α＋β
として算出される。ここで、α及びβは、それぞれ機関運転状態に応じて決定される定数である。また、上記により燃料噴射時間ＴＡＵが算出されると、ステップ１０８では、時間ＴＡＵが駆動回路９７ａにセットされ、時間ＴＡＵに応じた量の燃料がインジェクタ４０から噴射される。
【００２６】
なお、燃料噴射制御では、スロットルバルブ３２が全閉で機関回転速度が所定値以上のときに、燃料供給の不必要な減速状態にあると判断し、燃料噴射を一時的に停止する燃料カットが行われる。一方、機関運転状態に応じて加速増量補正、出力増量補正等の燃料増量補正も行われる。
【００２７】
上記空燃比補正係数ＦＡＦを求める制御が空燃比フィードバック制御であり、本実施形態に係る空燃比フィードバック制御においては、上流側Ｏ₂センサ７５の出力に基づいて空燃比がフィードバック制御されるとともに、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づいて上流側Ｏ₂センサ７５の出力特性のずれ等を補正する制御も行われる。
【００２８】
図４及び図５は、上流側Ｏ₂センサ７５の出力に基づくメイン空燃比フィードバック制御の処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＣＰＵ９１により一定時間毎（例えば４ｍｓ毎）に実行される。本ルーチンでは、上流側Ｏ₂センサ７５の出力ＶＯＭを基準電圧Ｖ_R1（理論空燃比相当電圧）と比較し、触媒コンバータ上流側での排気空燃比が理論空燃比よりリッチ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）のときには空燃比補正係数ＦＡＦを減少させ、リーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）のときにはＦＡＦを増大させる制御を行う。Ｏ₂センサは、排気空燃比が理論空燃比よりリッチのときに例えば０．９Ｖの電圧信号を出力し、排気空燃比が理論空燃比よりリーンのときに例えば０．１Ｖ程度の電圧信号を出力する。本実施形態では、上記基準電圧Ｖ_R1は０．４５Ｖ程度に設定される。上記のように空燃比補正係数ＦＡＦを排気空燃比に応じて増減することにより、エアフローメータ７０、インジェクタ４０等の燃料供給系の機器に多少の誤差が生じている場合でも、機関空燃比は正確に理論空燃比近傍に修正される。
【００２９】
具体的には、まず、ステップ２０２において、上流側Ｏ₂センサ７５によるメイン空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。例えば、冷却水温が所定値以下のとき、機関始動中、始動後増量中、暖機増量中、出力増量中、上流側Ｏ₂センサ７５の出力信号が一度も反転していないとき、燃料カット中、等においては、いずれもフィードバック制御実行条件が不成立となり、その他の場合においてはフィードバック制御実行条件が成立する。条件が不成立のときには、ステップ２３８において空燃比補正係数ＦＡＦを１．０とした後、本ルーチンを終了する。他方、条件が成立するときにはステップ２０４に進む。
【００３０】
ステップ２０４では、上流側Ｏ₂センサ７５の出力ＶＯＭをＡ／Ｄ変換して取り込む。次のステップ２０６では、ＶＯＭが基準電圧Ｖ_R1（例えば０．４５Ｖ）以下か否か、すなわち空燃比がリーンかリッチかを判別し、空燃比がリーン（ＶＯＭ≦Ｖ_R1）であれば、ステップ２０８に進む。ステップ２０８では、ディレイカウンタＣＤＬＹが正か否かを判別し、ＣＤＬＹ＞０であれば、ステップ２１０にてＣＤＬＹを０としてからステップ２１２に進み、一方、ＣＤＬＹ≦０であれば、直接ステップ２１２に進む。ステップ２１２では、ディレイカウンタＣＤＬＹから１を減算する。次いで、ステップ２１４では、ディレイカウンタＣＤＬＹを所定の最小値ＴＤＬと比較し、ＣＤＬＹ＜ＴＤＬのときには、ステップ２１６にてディレイカウンタＣＤＬＹを最小値ＴＤＬでガードし、ステップ２１８にて空燃比フラグＦ１を０（リーン）として、ステップ２３２に進み、一方、ＣＤＬＹ≧ＴＤＬのときには、直接ステップ２３２に進む。なお、最小値ＴＤＬは上流側Ｏ₂センサ７５の出力においてリッチからリーンへの変化があってもリッチ状態であるとの判断を保持するためのリーン判定遅延時間であって、負の値で定義される。
【００３１】
また、ステップ２０６においてリッチ（ＶＯＭ＞Ｖ_R1）と判定されるときには、ステップ２２０に進む。ステップ２２０では、ディレイカウンタＣＤＬＹが負か否かを判別し、ＣＤＬＹ＜０であれば、ステップ２２２にてＣＤＬＹを０としてからステップ２２４に進み、一方、ＣＤＬＹ≧０であれば、直接ステップ２２４に進む。ステップ２２４では、ディレイカウンタＣＤＬＹに１を加算する。次いで、ステップ２２６では、ディレイカウンタＣＤＬＹを所定の最大値ＴＤＲと比較し、ＣＤＬＹ＞ＴＤＲのときには、ステップ２２８にてディレイカウンタＣＤＬＹを最大値ＴＤＲでガードし、ステップ２３０にて空燃比フラグＦ１を１（リッチ）として、ステップ２３２に進み、一方、ＣＤＬＹ≦ＴＤＲのときには、直接ステップ２３２に進む。なお、最大値ＴＤＲは上流側Ｏ₂センサ７５の出力においてリーンからリッチへの変化があってもリーン状態であるとの判断を保持するためのリッチ判定遅延時間であって、正の値で定義される。
【００３２】
ステップ２３２では、空燃比フラグＦ１の値（０又は１）が変化したか否か、すなわち遅延処理後の空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転していれば、ステップ２３４にて、リッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへの反転かを判別する。リッチからリーンへの反転であれば、ステップ２４０において、
ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＲＳＲ
として空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に増大させ、逆に、リーンからリッチへの反転であれば、ステップ２４２において、
ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＲＳＬ
として空燃比補正係数ＦＡＦをスキップ的に減少させる。つまり、スキップ処理を行う。
【００３３】
ステップ２３２にて空燃比フラグＦ１の値が変化していなければ、ステップ２３６、２４４及び２４６にて積分処理を行う。つまり、ステップ２３６にて“Ｆ１＝０”か否かを判別し、“Ｆ１＝０”（リーン）であればステップ２４４において、
ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＫＩＲ
とし、一方、“Ｆ１＝１”（リッチ）であればステップ２４６において、
ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＫＩＬ
とする。ここで、積分定数ＫＩＲ及びＫＩＬは、スキップ定数ＲＳＲ及びＲＳＬに比して十分小さく設定してあり、つまり、ＫＩＲ＜ＲＳＲ、かつ、ＫＩＬ＜ＲＳＬ、である。したがって、ステップ２４４は、リーン状態（Ｆ１＝０）で燃料噴射量を徐々に増大させる一方、ステップ２４６は、リッチ状態（Ｆ１＝１）で燃料噴射量を徐々に減少させる。
【００３４】
ステップ２４８、２５０、２５２及び２５４では、演算された空燃比補正係数ＦＡＦが、所定の最小値（例えば０．８）以上で、かつ、所定の最大値（例えば１．２）以下となるように、ガード処理が施される。これにより、何らかの原因で空燃比補正係数ＦＡＦの演算結果が過度に大きく又は小さくなる場合においても、そのガード値で機関の空燃比が制御され、オーバリッチ又はオーバリーンになるのが防止される。
【００３５】
図６は、図４及び図５のメイン空燃比フィードバック制御を行った場合に、上流側Ｏ₂センサ７５で検出された空燃比（Ａ／Ｆ）変化（図６(A) ）に対してカウンタＣＤＬＹ（同(B) ）、フラグＦ１（同(C) ）、空燃比補正係数ＦＡＦ（同(D) ）がどのように変化するかを例示している。図６(A) に示すように、Ａ／Ｆがリーンからリッチに変化した場合でも、空燃比フラグＦ１（図６(C) ）の値は直ちに０から１には変化せず、カウンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＲに増大するまでの時間（図６(C) のＴ₁）の間は０のまま保持され、Ｔ₁経過後に０から１に変化する。また、Ａ／Ｆがリッチからリーンに変化した場合も、Ｆ１の値はカウンタＣＤＬＹの値が０からＴＤＬ（ＴＤＬは負の値）に減少するまでの時間（図６(C) のＴ₂）の間は１のまま保持され、Ｔ₂経過後に１から０に変化する。このため、図６(A) にＮで示したように、外乱等により上流側Ｏ₂センサ７５の出力が短い周期で変化したような場合でも、フラグＦ１の値は追従して変化しないため、空燃比制御が安定する。
【００３６】
メイン空燃比フィードバック制御の結果、空燃比補正係数ＦＡＦの値は図６(D) に示すように周期的に増減を繰り返し、機関空燃比はリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に変動する。また、図３で説明したように、ＦＡＦの値が増大すると燃料噴射時間ＴＡＵは増大し、ＦＡＦの値が減少すると燃料噴射時間ＴＡＵも減少する。
【００３７】
次に、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づくサブ空燃比フィードバック制御について説明する。前述のように、サブ空燃比フィードバック制御としては、メイン空燃比フィードバック制御にて空燃比補正係数を演算する際の各種定数を下流側Ｏ₂センサの出力に基づいて修正するものと、下流側Ｏ₂センサの出力に基づく第２の空燃比補正係数を導入するものとがある。前者は、上述のＦＡＦ演算の際に使用される、スキップ量ＲＳＲ及びＲＳＬ、積分量ＫＩＲ及びＫＩＬ、判定遅延時間ＴＤＲ及びＴＤＬ、上流側Ｏ₂センサ出力判定用基準電圧Ｖ_R1、等を可変にするものである。
【００３８】
その中で、空燃比補正係数ＦＡＦのスキップ量ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にするサブ空燃比フィードバック制御は、図６(D) から判るように、ＲＳＲが増大しＲＳＬが減少すると、機関空燃比のリッチ空燃比側への振れ幅が大きくなり、空燃比が全体的にリッチ空燃比側に移行する一方、逆に、ＲＳＲが減少しＲＳＬが増大すると、機関空燃比のリーン空燃比側への振れ幅が大きくなり、空燃比が全体的にリーン空燃比側に移行する、という知見に基づき、ＲＳＲ及びＲＳＬの値を増減せしめることにより、機関空燃比をリッチ側又はリーン側に変化させるものである。具体的には、下流側Ｏ₂センサによって感知される空燃比が継続してリーン又はリッチであるときには一定割合でＲＳＲを増大又は減少せしめるとともに、リッチからリーンへ又はリーンからリッチへと反転するときには所定のスキップ量だけ階段状にＲＳＲを増大又は減少せしめる。そして、空燃比補正係数ＦＡＦのリーンスキップ量ＲＳＬは、そのＲＳＬの値とＲＳＲの値との和が一定に維持されるように設定される。
【００３９】
図７は、空燃比補正係数ＦＡＦのスキップ量ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にする従来のサブ空燃比フィードバック制御における下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、リッチスキップ量ＲＳＲ及びＯ₂ストレージ量ＯＳＣの挙動を例示するタイムチャートである。前述のように、サブ空燃比フィードバック制御は、基本的に、触媒のＯ₂ストレージ量を零と飽和との間で制御するものであり、Ｏ₂ストレージ量の増減は、基本的に、空燃比の理論空燃比からの偏移量と吸入空気質量流量との積の積算値によって決まる。すなわち、下流側Ｏ₂センサ出力信号は、主に、触媒のＯ₂ストレージ量をモニタする信号として使用され、その出力を基にして空燃比フィードバック系の制御量がコントロールされていることとなる。
【００４０】
図８は、外乱（減速リッチ）が発生したときの空燃比Ａ／Ｆ、下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ及びリッチスキップ量ＲＳＲの挙動を示すタイムチャートである。外乱に対しては、従来、サブ空燃比フィードバック制御を停止することなく継続する場合（従来技術Ｉ）と、一定期間、サブ空燃比フィードバック制御を停止する場合（従来技術II）とがあった。
【００４１】
図８に示されるように、従来技術Ｉでは、外乱直後もＲＳＲが更新され、排気浄化性を維持するための空燃比補正が施されることとなるが、その補正量は十分なものではない。また、次のＶＯＳ反転時には、ＲＳＲのアンダシュートが大となり、触媒流入ガスがリーンとなる。そして、Ｏ₂ストレージ量の学習性は、不良となる。
【００４２】
一方、従来技術IIでは、外乱直後、ＲＳＲは更新されず、空燃比補正が施されないため、排気浄化性が悪化する。また、次のＶＯＳ反転時におけるＲＳＲのアンダシュートは多少改善される。さらに、Ｏ₂ストレージ量の学習性は、従来技術Ｉに比較して良好ではあるが、十分ではない。
【００４３】
そこで、本発明は、図８に示されるように、外乱直後、ＲＳＲに十分な補正を施すとともに、次のＶＯＳ反転時におけるＲＳＲのアンダシュートを抑制し、さらにはＯ₂ストレージ量の学習性をも良好に維持しようというものである。そのため、本発明では、下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳに基づきＲＳＲに対する新たな補正量を導入する。なお、下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ又はそのなまし値を用いてもよいが、本実施形態では、Ｏ₂センサの特性のばらつきを吸収すべく、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯＳを学習し、その結果に基づいて、ＶＯＳを相対電圧ＲＶＯＳに変換するようにしている。
【００４４】
図９は、下流側Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯＳの学習について説明するための図である。図９（Ａ）に示されるように、本実施形態においては、図示しないルーチンにより、ＶＯＳのハイ(high)側ピーク値ＶＯＳＨ及びロウ(low) 側ピーク値ＶＯＳＬが検出され、
ＶＯＳＨＡ←（１５＊ＶＯＳＨＡ＋ＶＯＳＨ）／１６
ＶＯＳＬＡ←（１５＊ＶＯＳＬＡ＋ＶＯＳＬ）／１６
なる演算により、なまし値ＶＯＳＨＡ及びＶＯＳＬＡが算出されている。
【００４５】
そして、図９（Ｂ）に示されるように、ＶＯＳ−ＲＶＯＳ平面上に、点（ＶＯＳＬＡ，０．１）と点（ＶＯＳＨＡ，０．９）とを結ぶ直線が描かれ、この関係を満たすように、出力電圧ＶＯＳに対する相対電圧値ＲＶＯＳが決定されることとなる。
【００４６】
図１０は、このようにして求められる下流側Ｏ₂センサ相対電圧値ＲＶＯＳからＲＳＲに対する補正量ＲＳＲＯＳＣＲ，ＲＳＲＯＳＣＬを求めるためのマップを示す図である。図１０（Ａ）のリッチ側マップによれば、ＲＶＯＳが大のとき、すなわちリッチのときには、ＲＳＲＯＳＣＲが負となり、ＲＳＲが減少せしめられ、空燃比がリーン側に向かうようにされる。一方、図１０（Ｂ）のリーン側マップによれば、ＲＶＯＳが小のとき、すなわちリーンのときには、ＲＳＲＯＳＣＬが正となり、ＲＳＲが増大せしめられ、空燃比がリッチ側に向かうようにされる。
【００４７】
図１１及び図１２は、下流側Ｏ₂センサ７６の出力に基づくサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャートであって、上述した図１０のマップによる補正を実施するものである。本ルーチンは、ＣＰＵ９１によって一定時間周期（例えば１６ｍｓ）で実行される。まず、ステップ３０２では、サブ空燃比フィードバック制御の実行条件が成立するか否かを判定する。具体的には、この条件は、下流側Ｏ₂センサが活性化していること、冷却水温が一定値以上であること、アイドル状態でないこと、上流側Ｏ₂センサによるフィードバック制御の実行中であること、吸入空気流量ＧＡが一定値以上であること、燃料カットからの復帰後所定時間が経過していること、等が共に成立することである。このサブ空燃比フィードバック制御実行条件が不成立のときには、ステップ３２２に進み、一方、成立するときには、ステップ３０４に進む。
【００４８】
ステップ３０４では、下流側Ｏ₂センサ７６の出力ＶＯＳをＡ／Ｄ変換して取り込む。次いで、ステップ３０６では、前述した図９（Ｂ）の関係より相対電圧値ＲＶＯＳを決定する。次いで、ステップ３０８では、ＲＶＯＳが基準電圧Ｖ_R2（例えば０．４５Ｖ）以上か否かを判定し、ＲＶＯＳ≧Ｖ_R2のときには、ステップ３１０に進む一方、ＲＶＯＳ＜Ｖ_R2のときには、ステップ３１２に進む。ステップ３１０では、前回の本ルーチンの走行時に決定され記憶されている下流側Ｏ₂センサ相対出力値ＲＶＯＳＯが基準電圧Ｖ_R2以上か否かを判定し、ＲＶＯＳＯ≧Ｖ_R2のときには、ステップ３１６に進む一方、ＲＶＯＳＯ＜Ｖ_R2のときには、ステップ３１４に進む。同様に、ステップ３１２では、ＲＶＯＳＯが基準電圧Ｖ_R2以上か否かを判定し、ＲＶＯＳＯ≧Ｖ_R2のときには、ステップ３１８に進む一方、ＲＶＯＳＯ＜Ｖ_R2のときには、ステップ３２０に進む。
【００４９】
かくして、ステップ３１４は、下流側Ｏ₂センサ出力が前回はリーンで今回はリッチを示すときに実行されることとなり、ＲＳＲのベース値ＲＳＲＢを比較的大きく減少させるべくＲＳＲＢから所定のスキップ量Ｓ_Lを減じる。また、ステップ３１８は、下流側Ｏ₂センサ出力が前回はリッチで今回はリーンを示すときに実行されることとなり、ＲＳＲＢを比較的大きく増大させるべくＲＳＲＢに所定のスキップ量Ｓ_Rを加える。
【００５０】
また、ステップ３１６は、下流側Ｏ₂センサ出力が前回も今回もリッチを示すときに実行されることとなり、ＲＳＲＢを比較的小さく減少させるべく、ＲＳＲＢから所定の積分量Ｉ_L（＜Ｓ_L）を減じる。また、ステップ３２０は、下流側Ｏ₂センサ出力が前回も今回もリーンを示すときに実行されることとなり、ＲＳＲＢを比較的小さく増大させるべく、ＲＳＲＢに所定の積分量Ｉ_R（＜Ｓ_R）を加える。
【００５１】
ステップ３０２、３１４、３１６、３１８又は３２０に次いで実行されるステップ３２２では、下流側Ｏ₂センサが活性化しているか否かを判定し、活性化しているときにはステップ３２４に進む一方、活性化していないときにはステップ３２６に進む。ステップ３２４では、ＲＶＯＳが基準電圧Ｖ_R2以上か否かを判定し、ＲＶＯＳ≧Ｖ_R2のときにはステップ３２８に進む一方、ＲＶＯＳ＜Ｖ_R2のときには、ステップ３３０に進む。
【００５２】
ステップ３２８は、下流側Ｏ₂センサ出力がリッチを示すときに実行されるため、図１０（Ａ）のリッチ側マップＲＳＲＯＳＣＲを参照してＲＶＯＳに応じた補正量ＲＳＲＯＳＣを決定する。一方、ステップ３３０は、下流側Ｏ₂センサ出力がリーンを示すときに実行されるため、図１０（Ｂ）のリーン側マップＲＳＲＯＳＣＬを参照してＲＶＯＳに応じた補正量ＲＳＲＯＳＣを決定する。なお、下流側Ｏ₂センサが活性化していないときに実行されるステップ３２６では、ＲＳＲＯＳＣを０に設定する。
【００５３】
そして、ステップ３２６、３２８又は３３０に次いで実行されるステップ３３２では、以上のステップから決定されたベース値ＲＳＲＢと補正量ＲＳＲＯＳＣとに基づいて、
ＲＳＲ←ＲＳＲＢ＋ＲＳＲＯＳＣ
なる演算を実行し、メイン空燃比フィードバック制御で使用されるべきＦＡＦリッチスキップ量ＲＳＲを決定する。
【００５４】
ステップ３３４では、ＲＳＲと０．０２とを比較し、ＲＳＲ＜０．０２のときには、ステップ３３８にてＲＳＲに０．０２を代入する下限ガード処理を行ってステップ３４２に進む一方、０．０２≦ＲＳＲのときには、ステップ３３６に進む。ステップ３３６では、ＲＳＲと０．０８とを比較し、ＲＳＲ≦０．０８のときには、直接ステップ３４２に進む一方、０．０８＜ＲＳＲのときには、ステップ３４０にてＲＳＲに０．０８を代入する上限ガード処理を行ってからステップ３４２に進む。ステップ３４２では、
ＲＳＬ←０．１−ＲＳＲ
なる演算を行うことにより、メイン空燃比フィードバック制御で使用されるべきＦＡＦリーンスキップ量ＲＳＬを決定する。最後のステップ３４４では、次回の本ルーチンの走行に備え、ＲＶＯＳをＲＶＯＳＯとして記憶する。
【００５５】
図１３は、上述の制御による場合の下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、リッチスキップ量ＲＳＲ、触媒Ｏ₂ストレージ量ＯＳＣ及び触媒流入ガス空燃比の挙動を示すタイムチャートである。ＶＯＳがリッチからリーンへと変化した時点において、本発明の場合のＲＳＲは、従来のＲＳＲと同一の演算によるベース値ＲＳＲＢに、下流側Ｏ₂センサ相対電圧値による補正量ＲＳＲＯＳＣを加えたものとなるため、急に増大する。その結果、ＶＯＳの次の反転も早まる。
【００５６】
また、ＲＳＲの急増により、従来技術に比して、制御空燃比が急速にリッチ側に移行し、触媒流入ガス空燃比も急速にリッチとなる。そのため、触媒Ｏ₂ストレージ量ＯＳＣは、従来技術に比較して、飽和ゾーンより迅速に退出することとなる。結果として、排出ガス浄化性が向上する。
【００５７】
次に、本発明をＯ₂ストレージ量一定制御システムに対して適用する場合について説明する。近年、三元触媒が常に一定の安定した浄化性能を発揮しうるように空燃比を制御する内燃機関が開発されている。すなわち、三元触媒のＯ₂ストレージ能力は、排気ガスがリーン状態にあるときに過剰分の酸素を吸着し、排気ガスがリッチ状態にあるときに不足分の酸素を放出することにより、排気ガスを浄化するものであるが、このような能力は有限なものである。従って、Ｏ₂ストレージ能力を効果的に利用するためには、排気ガスの空燃比が次にリッチ状態又はリーン状態のいずれとなってもよいように、触媒中に貯蔵されている酸素の量を所定量（例えば、最大酸素貯蔵量の半分）に維持することが肝要であり、そのように維持されていれば、常に一定のＯ₂吸着・放出作用が可能となり、結果として触媒による一定の酸化・還元能力が常に得られる。
【００５８】
このように触媒の浄化性能を維持すべくＯ₂ストレージ量を一定に制御する内燃機関においては、例えば、空燃比をリニアに検出可能な全域空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が用いられ、比例及び積分動作（ＰＩ動作）によるフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）が行われる。すなわち、

なる演算により、フィードバック燃料補正量が算出される。
【００５９】
上記した燃料補正量の演算式からわかるように、その比例項は、Ｏ₂センサによるフィードバック制御と同様に、空燃比をストイキに維持すべく作用する成分であり、積分項は、定常偏差（オフセット）を消去するように作用する成分である。すなわち、この積分項の作用により、触媒におけるＯ₂ストレージ量が一定に維持される結果となる。例えば、急加速等でリーンガスが発生した場合には、かかる積分項の作用により、リッチガスが発生せしめられ、リーンガス発生の効果が相殺される。このようなＯ₂ストレージ量を一定に維持するため故意に空燃比を変動させる制御は、カウンタ制御と呼ばれる。なお、かかるＯ₂ストレージ量一定制御システムにおいても、Ａ／Ｆセンサの出力特性のばらつきを補償するために、触媒下流側にＯ₂センサが設けられることがある。そして、そのＯ₂センサの出力電圧の目標値からの偏差に応じて、Ａ／Ｆセンサの出力電圧が補正される。
【００６０】
ところで、その下流側Ｏ₂センサ出力がリーンを示す場合には、触媒Ｏ₂ストレージ量が飽和している可能性があり、基本的には制御空燃比をリッチ側にすることが望まれる。このような状況の下で、空燃比をリーンにするような外乱が発生したときには、制御空燃比をリッチとするカウンタ制御は強いものとすることが好ましい。一方、空燃比をリッチにするような外乱が発生したときには、制御空燃比をリーンとするカウンタ制御は弱いもので十分である。同様にして、下流側Ｏ₂センサ出力がリッチを示す場合には、触媒Ｏ₂ストレージ量が零となっている可能性があり、基本的には制御空燃比をリーン側にすることが望まれる。このような状況の下で、空燃比をリッチにするような外乱が発生したときには、制御空燃比をリーンとするカウンタ制御は強いものとすることが好ましい。一方、空燃比をリーンにするような外乱が発生したときには、制御空燃比をリッチとするカウンタ制御は弱いもので十分である。
【００６１】
そこで、本発明では、下流側Ｏ₂センサの相対電圧値ＲＶＯＳからゲイン補正係数を求めるためのマップとして、図１４（Ａ）及び（Ｂ）を採用する。図１４（Ａ）は、上流側Ａ／Ｆセンサが、空燃比をリッチとする外乱を感知した場合に使用される。この場合、カウンタ制御は空燃比をリーンにするものとなる。図１４（Ａ）によれば、ＲＶＯＳのリッチ側ではゲイン補正係数が１より大きくされる一方、ＲＶＯＳのリーン側ではゲイン補正係数が１より小さくされる。同様にして、図１４（Ｂ）は、上流側Ａ／Ｆセンサが、空燃比をリーンとする外乱を感知した場合に使用される。この場合、カウンタ制御は空燃比をリッチにするものとなる。図１４（Ｂ）によれば、ＲＶＯＳのリーン側ではゲイン補正係数が１より大きくされる一方、ＲＶＯＳのリッチ側ではゲイン補正係数が１より小さくされる。
【００６２】
図１４に示されるゲイン補正係数によりゲインＫ_P及びＫ_Iを補正した場合のカウンタ制御が図１５に示される。図１５（Ａ）に示されるように、下流側Ｏ₂センサの相対電圧値ＲＶＯＳがリーンを示す場合において、空燃比をリッチとする外乱が発生したときには、空燃比をリーンとするカウンタ制御は、従来技術に比較して弱くなる。その結果、ＮＯ_x排出量が抑制される。また、図１５（Ｂ）に示されるように、下流側Ｏ₂センサの相対電圧値ＲＶＯＳがリッチを示す場合において、空燃比をリーンとする外乱が発生したときには、空燃比をリッチとするカウンタ制御は、従来技術に比較して弱くなる。その結果、ＣＯ及びＨＣの排出量が抑制される。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態を採用することが可能である。例えば、吸入空気流量ＧＡが大きくなるほど、補正量も大きくすることが好ましいため、下流側Ｏ₂センサの相対電圧値と吸入空気流量ＧＡとの二次元マップから補正量を求めるようにしてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、過渡状態で空燃比が荒れたときにおける瞬時的な空燃比の制御性とＯ₂ストレージ量の学習性とを両立させるサブ空燃比フィードバック制御が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。
【図２】機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＰＵによって実行される噴射量演算ルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】ＣＰＵによって実行されるメイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート（１／２）である。
【図５】ＣＰＵによって実行されるメイン空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート（２／２）である。
【図６】メイン空燃比フィードバック制御により、上流側Ｏ₂センサで検出される空燃比（Ａ／Ｆ）の変化に対してカウンタＣＤＬＹ、フラグＦ１及び空燃比補正係数ＦＡＦがどのように変化するかを例示するタイムチャートである。
【図７】空燃比補正係数ＦＡＦのスキップ量ＲＳＲ及びＲＳＬを可変にする従来のサブ空燃比フィードバック制御における下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、リッチスキップ量ＲＳＲ及びＯ₂ストレージ量ＯＳＣの挙動を例示するタイムチャートである。
【図８】外乱（減速リッチ）が発生したときの空燃比Ａ／Ｆ、下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ及びリッチスキップ量ＲＳＲの挙動を示すタイムチャートである。
【図９】下流側Ｏ₂センサの出力電圧の学習について説明するための図である。
【図１０】下流側Ｏ₂センサの相対電圧値からＲＳＲに対する補正量を求めるためのマップを示す図である。
【図１１】ＣＰＵによって実行されるサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート（１／２）である。
【図１２】ＣＰＵによって実行されるサブ空燃比フィードバック制御ルーチンの処理手順を示すフローチャート（２／２）である。
【図１３】本発明における下流側Ｏ₂センサ出力電圧ＶＯＳ、リッチスキップ量ＲＳＲ、触媒Ｏ₂ストレージ量ＯＳＣ及び触媒流入ガス空燃比の挙動を示すタイムチャートである。
【図１４】Ｏ₂ストレージ量一定制御システムにおける下流側Ｏ₂センサの相対電圧値からゲインに対する補正係数を求めるためのマップを示す図である。
【図１５】本発明をＯ₂ストレージ量一定制御システムに対して適用する場合のカウンタ制御について説明するための図である。
【符号の説明】
１…直列多気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダ
５…ピストン
６…コネクティングロッド
７…クランクシャフト
８…燃焼室
９…吸気ポート
１０…排気ポート
１１…吸気バルブ
１２…排気バルブ
１３…吸気側カムシャフト
１４…排気側カムシャフト
１５…吸気側カム
１６…排気側カム
１７，１８，１９…タイミングプーリ
２０…タイミングベルト
３０…吸気通路
３１…エアクリーナ
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３５…アイドルアジャスト通路
３６…アイドル回転速度制御弁（ＩＳＣＶ）
４０…インジェクタ
４１…燃料タンク
４２…燃料ポンプ
４３…燃料配管
５０…点火プラグ
５１…イグナイタ
５２…点火コイル
５３…点火ディストリビュータ
６０…排気通路
６１…排気マニホルド
６２…触媒コンバータ
７０…エアフローメータ
７２…スロットル開度センサ
７３…吸気温センサ
７４…水温センサ
７５…上流側Ｏ₂センサ（メインＯ₂センサ）
７６…下流側Ｏ₂センサ（サブＯ₂センサ）
８０…クランク基準位置センサ
８１…クランク角センサ
８２…アイドルスイッチ
８３…車速センサ
９０…機関ＥＣＵ
９１…ＣＰＵ
９２…システムバス
９３…ＲＯＭ
９４…ＲＡＭ
９５…Ａ／Ｄ変換回路
９６…入力インタフェース回路
９７ａ，９７ｂ，９７ｃ…駆動回路
９９…バックアップＲＡＭ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention controls the mixing ratio of air and fuel (air-fuel ratio (A / F)) to a desired value according to the operating state by supplying an appropriate amount of fuel according to the intake air amount in the internal combustion engine. The present invention relates to a device (air-fuel ratio control device) that performs the operation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an internal combustion engine for automobiles, as an exhaust gas purification measure, oxidation of HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide), which are incomplete combustion components, reacts with nitrogen in the air and unburned oxygen. NO generated_xA three-way catalyst that simultaneously promotes the reduction of (nitrogen oxide) is used. In order to increase the oxidation / reduction ability of such a three-way catalyst, it is necessary to control the air-fuel ratio (A / F) indicating the combustion state of the engine to be close to the theoretical air-fuel ratio (window). Therefore, in the fuel injection control in the engine, an O that detects whether the air-fuel ratio is richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio based on the residual oxygen concentration in the exhaust gas.₂A sensor (oxygen sensor) is provided, and air-fuel ratio feedback control is performed to correct the fuel amount based on the sensor output.
[0003]
In such air-fuel ratio feedback control, oxygen concentration is detected.₂A sensor is provided as close to the combustion chamber as possible, that is, upstream of the catalytic converter.₂In order to compensate for variations in the output characteristics of the sensor, a second O is provided downstream from the catalytic converter.₂Double O with additional sensor₂A sensor system has also been realized. That is, the exhaust gas is sufficiently agitated on the downstream side of the catalyst, and the oxygen concentration thereof is almost in an equilibrium state due to the action of the three-way catalyst.₂Sensor output is upstream O₂It changes more slowly than the output of the sensor, thus showing a rich / lean tendency of the overall mixture. Double O₂The sensor system is located upstream of the catalyst.₂In addition to the main air-fuel ratio feedback control by the sensor, the catalyst downstream side O₂The sub-air-fuel ratio feedback control is performed by the sensor, and various constants for calculating the air-fuel ratio correction coefficient in the main air-fuel ratio feedback control are set on the downstream side.₂By correcting based on sensor output or downstream O₂By introducing a second air-fuel ratio correction factor based on the output of the sensor, upstream O₂Variations in the output characteristics of the sensor are absorbed to improve the air-fuel ratio control accuracy (see, for example, JP-A-8-21283).
[0004]
For example, a double O in which the skip amount of the air-fuel ratio correction coefficient is made variable₂Sensor systems are known. In this system, the main air-fuel ratio feedback control is performed on the upstream side O₂When the air-fuel ratio sensed by the sensor is continuously lean or rich, the air-fuel ratio feedback correction coefficient is increased or decreased at a constant rate, and when it is reversed from rich to lean or from lean to rich, the air-fuel ratio feedback correction coefficient Is increased or decreased stepwise by a predetermined skip amount. On the other hand, in the sub air-fuel ratio feedback control, the rich skip amount of the air-fuel ratio correction coefficient when the upstream air-fuel ratio is reversed from rich to lean is set to the downstream O-fuel ratio feedback control.₂When the air-fuel ratio sensed by the sensor is continuously lean or rich, it is increased or decreased at a constant rate, and when it is reversed from rich to lean or from lean to rich, it is increased or decreased in a stepped manner by a predetermined skip amount. Let me. The lean skip amount of the air-fuel ratio correction coefficient when the upstream air-fuel ratio is reversed from lean to rich is set so that the sum of the amount and the rich skip amount of the air-fuel ratio correction coefficient is maintained constant. .
[0005]
By the way, the three-way catalyst purifies exhaust gas by adsorbing excess oxygen when the exhaust gas is in a lean state and releasing insufficient oxygen when the exhaust gas is in a rich state. O₂It has a storage effect.₂The amount of storage is finite. The sub air-fuel ratio feedback control basically uses the catalyst O₂The storage amount is controlled between zero and saturation. And O₂The increase / decrease in the storage amount is basically determined by the integrated value of the product of the deviation amount of the air / fuel ratio from the theoretical air / fuel ratio and the intake air mass flow rate. When sub air-fuel ratio feedback control is continuing, downstream O₂If the inversion of the sensor output is repeated, O₂The storage amount substantially corresponds to the rich skip amount of the air-fuel ratio correction coefficient.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the air-fuel ratio becomes rough due to a transition such as fuel cut, deceleration rich, acceleration lean, and other disturbances, the following problems occur. That is, if the sub air-fuel ratio feedback control is continued without stopping after the occurrence of the disturbance, the rich skip amount O₂A learning error occurs in the storage amount. Eventually, the air-fuel ratio control accuracy deteriorates, and the exhaust gas purification performance also deteriorates. Further, if the sub air-fuel ratio feedback control is stopped for a certain period in order to maintain learning after the occurrence of disturbance, the exhaust gas purification performance deteriorates during the stop period.
[0007]
O₂There is a problem that the storage amount suddenly reaches the saturation state immediately before the storage amount is saturated, and that the exit from the saturation state to the non-saturation state becomes slow, and the exhaust gas purification performance deteriorates. Moreover, the air-fuel ratio of the catalyst inflow gas at that time is in the vicinity of the leanest value. When the air-fuel ratio becomes rich, that is, O₂The same problem occurs when the storage amount becomes zero.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to provide instantaneous air-fuel ratio controllability and O when the air-fuel ratio becomes rough in a transient state.₂An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that realizes sub-air-fuel ratio feedback control that achieves both learning ability of storage amount.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising a catalytic converter for purifying exhaust gas in an exhaust system, the upstream being disposed upstream of the catalytic converter. Side O₂ A sensor and a downstream O disposed downstream of the catalytic converter₂ A sensor,Downstream O ₂ Based on the learning result of the output voltage of the sensor, the downstream O ₂ Means for correcting the output voltage of the sensor to a relative voltage value that absorbs variations in characteristics;Control constant calculation means for calculating a control constant involved in air-fuel ratio feedback control, wherein the downstream side O₂ SensorRelative voltage valueWhen the value indicates rich, the control constant is updated to a value such that the air-fuel ratio goes toward the lean side, while the downstream side O₂ SensorRelative voltage valueWhen the value indicates lean, the control constant is updated to a value such that the air-fuel ratio goes toward the rich side, and the downstream side O₂ SensorRelative voltage valueIn accordance with the control constant calculating means for correcting the control constant calculated by the control constant calculating means, and the upstream O₂ Feedback correction amount calculating means for calculating an air-fuel ratio feedback correction amount according to the output of the sensor and the control constant; and air-fuel ratio adjusting means for adjusting the air-fuel ratio of the engine according to the air-fuel ratio feedback correction amount. An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine is provided.
[0010]
Here, according to the present invention,The control constant correction unit is configured to connect the downstream O ₂ When the relative voltage value of the sensor indicates rich, the control constant is corrected so that the air-fuel ratio goes to the lean side, and when the relative voltage value of the sensor shows lean, the control constant is corrected so that the air-fuel ratio goes to the rich side.
[0011]
Further, according to the present invention, there is provided an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine having a catalytic converter for purifying exhaust gas in an exhaust system, the air-fuel ratio control apparatus being disposed upstream of the catalytic converter, wherein the air-fuel ratio of the exhaust gas is substantially reduced. An air-fuel ratio sensor for generating a proportional output voltage, and an O provided downstream of the catalytic converter₂Sensor and said O₂An air-fuel ratio sensor output voltage correction means for correcting the output voltage of the air-fuel ratio sensor according to a deviation from the target value of the sensor output voltage, and a deviation from the target value of the corrected output voltage of the air-fuel ratio sensor Feedback correction amount calculation means for calculating an air-fuel ratio feedback correction amount so that the air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio, and the O₂Gain correction means for correcting a predetermined gain used in the feedback correction amount calculation means according to the output voltage of the sensor, and air / fuel ratio adjustment means for adjusting the air / fuel ratio of the engine according to the air / fuel ratio feedback correction amount An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine is provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0013]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an internal combustion engine including a control device according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine 1 is an in-line multi-cylinder four-stroke cycle reciprocating gasoline engine mounted on a vehicle. The engine 1 includes a cylinder block 2 and a cylinder head 3. In the cylinder block 2, a plurality of cylinders 4 extending in the vertical direction are arranged side by side in the thickness direction of the paper surface, and a piston 5 is accommodated in each cylinder 4 so as to be able to reciprocate. Each piston 5 is connected to a common crankshaft 7 via a connecting rod 6. The reciprocating motion of each piston 5 is converted into the rotational motion of the crankshaft 7 via the connecting rod 6.
[0014]
Between the cylinder block 2 and the cylinder head 3, the upper side of each piston 5 is a combustion chamber 8. The cylinder head 3 is provided with an intake port 9 and an exhaust port 10 for communicating both outer side surfaces and the combustion chambers 8 respectively. In order to open and close these

ports

9 and 10, an intake valve 11 and an exhaust valve 12 are supported on the cylinder head 3 so as to be able to reciprocate substantially in the vertical direction. In the cylinder head 3, an intake side camshaft 13 and an exhaust side camshaft 14 are rotatably provided above the valves 11 and 12, respectively. Cams 15 and 16 for driving the intake valve 11 and the exhaust valve 12 are attached to the camshafts 13 and 14.

Timing pulleys

17 and 18 provided at end portions of the camshafts 13 and 14 are connected to a timing pulley 19 provided at an end portion of the crankshaft 7 by a timing belt 20.
[0015]
An intake passage 30 including an air cleaner 31, a throttle valve 32, a surge tank 33, an intake manifold 34 and the like is connected to the intake port 9. Air outside the engine 1 (outside air) sequentially passes through the

portions

31, 32, 33, and 34 of the intake passage 30 toward the combustion chamber 8. The idle adjustment passage 35 that bypasses the throttle valve 32 is provided with an idle speed control valve (ISCV) 36 for adjusting the air flow rate during idling. An injector 40 that injects fuel toward each intake port 9 is attached to the intake manifold 34. The fuel is stored in the fuel tank 41, pumped up from there by the fuel pump 42, and supplied to the injector 40 through the fuel pipe 43. An air-fuel mixture composed of fuel injected from the injector 40 and air flowing through the intake passage 30 is introduced into the combustion chamber 8 via the intake valve 11.
[0016]
In order to ignite this air-fuel mixture, a spark plug 50 is attached to the cylinder head 3. Upon ignition, the igniter 51 that has received the ignition signal controls energization and interruption of the primary current of the ignition coil 52, and the secondary current is supplied to the spark plug 50 via the ignition distributor 53.
[0017]
The combusted air-fuel mixture is led to the exhaust port 10 through the exhaust valve 12 as exhaust gas. Connected to the exhaust port 10 is an exhaust passage 60 including an exhaust manifold 61, a catalytic converter 62, and the like. In the catalytic converter 62, NO produced by the oxidation of HC (hydrocarbon) and CO (carbon monoxide), which are incomplete combustion components, and the reaction of nitrogen in the air and unburned oxygen._xA three-way catalyst that simultaneously promotes the reduction of (nitrogen oxide) is accommodated. Thus, the exhaust gas purified by the catalytic converter 62 is discharged into the atmosphere.
[0018]
Various sensors are attached to the engine 1. A water temperature sensor 74 for detecting the temperature of the cooling water of the engine 1 is attached to the cylinder block 2. An air flow meter 70 for detecting the amount of intake air (mass flow rate) is attached to the intake passage 30. An intake air temperature sensor 73 for detecting the temperature of the intake air is attached in the vicinity of the air cleaner 31 in the intake passage 30. In the intake passage 30, a throttle opening sensor 72 is provided in the vicinity of the throttle valve 32 to detect the rotation angle of the shaft. When the throttle valve 32 is in the fully closed state, the idle switch 82 is turned on, and the throttle fully closed signal, which is the output thereof, becomes active. An upstream side portion of the exhaust passage 60 upstream of the catalytic converter 62 detects whether the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich or lean with respect to the stoichiometric air-fuel ratio as an air-fuel ratio sensor.₂Sensor (Main O₂Sensor) 75 is attached. In addition, this organization is O₂This is an engine that performs sub air-fuel ratio feedback control that compensates for variations in the output characteristics of the sensor 75.₂Sensor (Sub-O₂Sensor) 76 is provided.
[0019]
The distributor 53 incorporates two rotors that rotate in synchronization with the rotation of the crankshaft 7, and a crank angle (CA) based on the rotation of one of the rotors in order to detect the reference position of the crankshaft 7. A crank reference position sensor 80 that generates a reference position detection pulse every 720 ° CA in terms of the rotation of the other rotor is provided to detect the rotation speed of the crankshaft 7 (engine rotation speed NE). Is provided with a crank angle sensor 81 for generating a rotation speed detection pulse every 30 ° CA. The vehicle is provided with a vehicle speed sensor 83 that generates a number of output pulses per unit time in proportion to the rotational speed of the transmission output shaft, that is, the vehicle speed SPD.
[0020]
The engine electronic control unit (engine ECU) 90 is a microcomputer system that executes air-fuel ratio control (fuel injection control), ignition timing control, idle rotation speed control, etc., and its hardware configuration is shown in the block diagram of FIG. Indicated. In accordance with a program and various maps stored in a read only memory (ROM) 93, the central processing unit (CPU) 91 sends signals from various sensors and switches to an A / D conversion circuit (ADC) 95 or an input interface circuit 96. And the arithmetic processing is executed based on the input signal, and various actuator control signals are output via the drive circuits 97a to 97c based on the calculation result. A random access memory (RAM) 94 is used as a temporary data storage location in the calculation / control process. Further, the backup RAM 99 is supplied with power by being directly connected to a battery (not shown), and stores data (for example, various learning values) that should be held even when the ignition switch is off. Used for. Each component in these ECUs is connected via a system bus 92 including an address bus, a data bus, and a control bus.
[0021]
In the ECU 90, for various controls, an intake air amount signal, a throttle opening signal, an intake air temperature signal, and a cooling water temperature signal are taken in by an A / D conversion routine executed at every constant crank angle, and are stored in a predetermined area of the RAM 94. Are stored as intake air amount data GA, throttle opening data TA, intake air temperature data THA, and cooling water temperature data THW, respectively. Each time the pulse signal of the crank angle sensor 81 is input, the engine speed is calculated by a routine (not shown) from the pulse interval and stored in a predetermined area of the RAM 94 as engine speed data NE.
[0022]
In the ignition timing control, the engine rotational speed obtained from the crank angle sensor 81 and signals from other sensors are used to comprehensively determine the state of the engine, determine the optimal ignition timing, and igniter 51 via the drive circuit 97b. Is used to send an ignition signal. In addition, the idle rotation speed control detects the idle state based on the throttle fully closed signal from the idle switch 82 and the vehicle speed signal from the vehicle speed sensor 83, and the target rotation speed determined by the engine coolant temperature from the water temperature sensor 74 and the like. The actual engine speed is compared, the control amount is determined so as to reach the target rotation speed according to the difference, and the ISCV 36 is controlled via the drive circuit 97c to adjust the air amount. It maintains the rotational speed. Hereinafter, the air-fuel ratio control in the present embodiment will be described in detail.
[0023]
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the injection amount calculation routine executed by the CPU 91. This routine is executed every constant crank angle (for example, every 360 °). In this routine, the fuel injection amount, that is, the fuel injection time TAU by the injector 40 is calculated based on the intake air amount GN per one rotation of the engine and an air-fuel ratio correction coefficient FAF described later.
[0024]
Specifically, first, in step 102, the intake air amount data GA and the rotational speed data NE are read from a predetermined area of the RAM 94, and the intake air amount GN per one rotation of the engine is calculated.
GN ← GA / NE
Is obtained by the following calculation. Next, at step 104, the basic fuel injection time TAUP is set to
TAUP = K * GN
Calculate as Here, the basic fuel injection time TAUP is the fuel injection time required to make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber the stoichiometric air-fuel ratio, and K is a constant.
[0025]
The actual fuel injection time TAU is a value obtained by correcting the TAUP with the air-fuel ratio correction coefficient FAF in step 106, that is,
TAU = TAUP * FAF * α + β
Is calculated as Here, α and β are constants determined according to the engine operating state. When the fuel injection time TAU is calculated as described above, in step 108, the time TAU is set in the drive circuit 97a, and an amount of fuel corresponding to the time TAU is injected from the injector 40.
[0026]
In the fuel injection control, when the throttle valve 32 is fully closed and the engine speed is equal to or higher than a predetermined value, it is determined that the fuel supply is in an unnecessary deceleration state, and a fuel cut that temporarily stops fuel injection is performed. Done. On the other hand, fuel increase correction such as acceleration increase correction and output increase correction is also performed according to the engine operating state.
[0027]
The control for obtaining the air-fuel ratio correction coefficient FAF is air-fuel ratio feedback control. In the air-fuel ratio feedback control according to this embodiment, the upstream side O₂The air-fuel ratio is feedback controlled based on the output of the sensor 75, and the downstream side O₂Based on the output of the sensor 76, the upstream side O₂Control for correcting a deviation in the output characteristics of the sensor 75 is also performed.
[0028]
4 and 5 show the upstream O₂7 is a flowchart showing a processing procedure of main air-fuel ratio feedback control based on the output of a sensor 75. This routine is executed by the CPU 91 at regular intervals (for example, every 4 ms). In this routine, upstream O₂The output VOM of the sensor 75 is the reference voltage V_R1Compared to (theoretical air-fuel ratio equivalent voltage), the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalytic converter is richer than the stoichiometric air-fuel ratio (VOM> V_R1), The air-fuel ratio correction coefficient FAF is decreased, and lean (VOM ≦ V_R1), Control to increase FAF is performed. O₂The sensor outputs a voltage signal of, for example, 0.9 V when the exhaust air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and outputs a voltage signal of, for example, about 0.1 V when the exhaust air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. In the present embodiment, the reference voltage V_R1Is set to about 0.45V. By increasing / decreasing the air / fuel ratio correction coefficient FAF according to the exhaust air / fuel ratio as described above, the engine air / fuel ratio is accurate even if there are some errors in the fuel supply system such as the air flow meter 70 and the injector 40. It is corrected near the theoretical air-fuel ratio.
[0029]
Specifically, first, in step 202, the upstream O₂It is determined whether or not an execution condition for the main air-fuel ratio feedback control by the sensor 75 is satisfied. For example, when the cooling water temperature is below a predetermined value, during engine startup, during post-start increase, during warm-up increase, during output increase, upstream O₂When the output signal of the sensor 75 has never been reversed, the feedback control execution condition is not satisfied in any case such as during fuel cut, and in other cases, the feedback control execution condition is satisfied. If the condition is not satisfied, the air-fuel ratio correction coefficient FAF is set to 1.0 in step 238, and then this routine is terminated. On the other hand, when the condition is satisfied, the routine proceeds to step 204.
[0030]
In step 204, upstream O₂The output VOM of the sensor 75 is captured after A / D conversion. In the next step 206, VOM is changed to the reference voltage V._R1(E.g., 0.45V) or less, that is, whether the air-fuel ratio is lean or rich, and the air-fuel ratio is lean (VOM ≦ V_R1), The process proceeds to step 208. In step 208, it is determined whether or not the delay counter CDLY is positive. If CDLY> 0, the CDLY is set to 0 in step 210 and then the process proceeds to step 212. On the other hand, if CDLY ≦ 0, the process directly proceeds to step 212. move on. In

step

212, 1 is subtracted from the delay counter CDLY. Next, at step 214, the delay counter CDLY is compared with a predetermined minimum value TDL. When CDLY <TDL, the delay counter CDLY is guarded at the minimum value TDL at step 216, and the air-fuel ratio flag F1 is set to 0 at step 218. As (lean), the process proceeds to step 232. On the other hand, when CDLY ≧ TDL, the process proceeds directly to step 232. The minimum value TDL is upstream O₂This is a lean determination delay time for holding the determination that the state is rich even if there is a change from rich to lean in the output of the sensor 75, and is defined as a negative value.
[0031]
In step 206, rich (VOM> V_R1), The process proceeds to step 220. In step 220, it is determined whether or not the delay counter CDLY is negative. If CDLY <0, the control proceeds to step 224 after setting CDLY to 0 in step 222. On the other hand, if CDLY ≧ 0, the process directly goes to step 224. move on. In

step

224, 1 is added to the delay counter CDLY. Next, at step 226, the delay counter CDLY is compared with a predetermined maximum value TDR. When CDLY> TDR, the delay counter CDLY is guarded at the maximum value TDR at step 228, and the air-fuel ratio flag F1 is set at 1 at step 230. As (rich), the process proceeds to step 232. On the other hand, when CDLY ≦ TDR, the process proceeds directly to step 232. The maximum value TDR is upstream O₂This is a rich determination delay time for holding the determination that the engine is in the lean state even if there is a change from lean to rich in the output of the sensor 75, and is defined as a positive value.
[0032]
In step 232, it is determined whether or not the value (0 or 1) of the air-fuel ratio flag F1 has changed, that is, whether or not the air-fuel ratio after the delay process has been reversed. If the air-fuel ratio has been reversed, it is determined in step 234 whether the reversal is from rich to lean or from lean to rich. If reversal from rich to lean, in step 240,
FAF ← FAF + RSR
If the air-fuel ratio correction coefficient FAF is increased in a skipping manner and, conversely, if the inversion is from lean to rich, in step 242,
FAF ← FAF-RSL
The air-fuel ratio correction coefficient FAF is reduced in a skipping manner. That is, skip processing is performed.
[0033]
If the value of the air-fuel ratio flag F1 has not changed in step 232, integration processing is performed in

steps

236, 244 and 246. That is, it is determined whether or not “F1 = 0” in step 236, and if “F1 = 0” (lean), in step 244,
FAF ← FAF + KIR
On the other hand, if “F1 = 1” (rich), in step 246,
FAF ← FAF-KIL
And Here, the integration constants KIR and KIL are set sufficiently smaller than the skip constants RSR and RSL, that is, KIR <RSR and KIL <RSL. Accordingly, step 244 gradually increases the fuel injection amount in the lean state (F1 = 0), while step 246 gradually decreases the fuel injection amount in the rich state (F1 = 1).
[0034]
In

steps

248, 250, 252 and 254, the calculated air-fuel ratio correction coefficient FAF is not less than a predetermined minimum value (for example, 0.8) and not more than a predetermined maximum value (for example, 1.2). A guard process is performed. As a result, even when the calculation result of the air-fuel ratio correction coefficient FAF is excessively large or small for some reason, the air-fuel ratio of the engine is controlled with the guard value, thereby preventing over-rich or over-lean.
[0035]
FIG. 6 shows the upstream O when the main air-fuel ratio feedback control of FIGS. 4 and 5 is performed.₂Counter CDLY (same as (B)), flag F1 (same as (C)), air-fuel ratio correction coefficient FAF (same as (A) for the change in air-fuel ratio (A / F) detected by sensor 75 (FIG. 6A) D) illustrates how) changes. As shown in FIG. 6 (A), even when A / F changes from lean to rich, the value of the air-fuel ratio flag F1 (FIG. 6 (C)) does not immediately change from 0 to 1, and the counter CDLY Time until the value increases from 0 to TDR (T in FIG. 6C)₁) Is held at 0 and T₁It changes from 0 to 1 after elapse. Also, when A / F changes from rich to lean, the value of F1 is the time until the value of the counter CDLY decreases from 0 to TDL (TDL is a negative value) (T in FIG. 6C).₂) Is held at 1 and T₂It changes from 1 to 0 after elapse. For this reason, as indicated by N in FIG.₂Even when the output of the sensor 75 changes in a short cycle, the value of the flag F1 does not change following up, so the air-fuel ratio control is stabilized.
[0036]
As a result of the main air-fuel ratio feedback control, the value of the air-fuel ratio correction coefficient FAF repeatedly increases and decreases periodically as shown in FIG. 6D, and the engine air-fuel ratio changes alternately between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio. As described with reference to FIG. 3, when the FAF value increases, the fuel injection time TAU increases, and when the FAF value decreases, the fuel injection time TAU also decreases.
[0037]
Next, downstream O₂The sub air-fuel ratio feedback control based on the output of the sensor 76 will be described. As described above, as the sub air-fuel ratio feedback control, various constants when calculating the air-fuel ratio correction coefficient in the main air-fuel ratio feedback control are set to the downstream side O₂Correction based on sensor output and downstream O₂Some introduce a second air-fuel ratio correction coefficient based on the output of the sensor. The former uses skip amounts RSR and RSL, integral amounts KIR and KIL, determination delay times TDR and TDL, upstream O used for the above-described FAF calculation.₂Reference voltage V for sensor output judgment_R1, Etc. are made variable.
[0038]
Among them, the sub air-fuel ratio feedback control for making the skip amounts RSR and RSL of the air-fuel ratio correction coefficient FAF variable is the richness of the engine air-fuel ratio when the RSR increases and the RSL decreases, as can be seen from FIG. On the contrary, when the air-fuel ratio shifts to the rich air-fuel ratio side as a whole and the RSR decreases and the RSL increases, the fluctuation width of the engine air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio side increases. The engine air-fuel ratio is changed to the rich side or the lean side by increasing or decreasing the values of RSR and RSL based on the knowledge that the air-fuel ratio shifts to the lean air-fuel ratio side as a whole. Specifically, downstream O₂When the air-fuel ratio sensed by the sensor is continuously lean or rich, the RSR is increased or decreased at a constant rate, and when reversing from rich to lean or from lean to rich, the RSR is stepped by a predetermined skip amount. Increase or decrease. The lean skip amount RSL of the air-fuel ratio correction coefficient FAF is set such that the sum of the RSL value and the RSR value is maintained constant.
[0039]
FIG. 7 shows the downstream side O in the conventional sub air-fuel ratio feedback control in which the skip amounts RSR and RSL of the air-fuel ratio correction coefficient FAF are made variable.₂Sensor output voltage VOS, rich skip amount RSR and O₂It is a time chart which illustrates the behavior of storage amount OSC. As described above, the sub air-fuel ratio feedback control is basically performed by the catalyst O 2.₂The amount of storage is controlled between zero and saturation, and O₂The increase / decrease in the storage amount is basically determined by the integrated value of the product of the deviation amount of the air / fuel ratio from the theoretical air / fuel ratio and the intake air mass flow rate. That is, downstream O₂The sensor output signal is mainly the catalyst O₂It is used as a signal for monitoring the storage amount, and the control amount of the air-fuel ratio feedback system is controlled based on the output.
[0040]
FIG. 8 shows the air-fuel ratio A / F when the disturbance (deceleration rich) occurs, the downstream O₂It is a time chart which shows the behavior of sensor output voltage VOS and rich skip amount RSR. Conventionally, there have been cases where the sub-air-fuel ratio feedback control is continued without stopping (conventional technology I) and the sub-air-fuel ratio feedback control is stopped for a certain period (conventional technology II).
[0041]
As shown in FIG. 8, in the conventional technology I, the RSR is updated even immediately after the disturbance, and the air-fuel ratio correction for maintaining the exhaust purification performance is performed, but the correction amount is not sufficient. . Further, at the next VOS inversion, the undershoot of the RSR becomes large and the catalyst inflow gas becomes lean. And O₂The learning ability of the storage amount is poor.
[0042]
On the other hand, in the conventional technique II, immediately after the disturbance, the RSR is not updated, and the air-fuel ratio correction is not performed. Also, the RSR undershoot at the next VOS inversion is somewhat improved. In addition, O₂Although the learning ability of the storage amount is good as compared with the conventional technique I, it is not sufficient.
[0043]
Therefore, as shown in FIG. 8, the present invention corrects RSR sufficiently immediately after a disturbance, suppresses undershoot of RSR at the next VOS inversion, and further reduces OSR.₂This is to maintain the learning ability of the storage amount well. Therefore, in the present invention, the downstream side O₂A new correction amount for RSR is introduced based on the sensor output voltage VOS. Downstream side O₂Although the sensor output voltage VOS or its smoothed value may be used, in this embodiment, O₂To absorb variations in sensor characteristics, O₂The sensor output voltage VOS is learned, and based on the result, VOS is converted into a relative voltage RVOS.
[0044]
FIG. 9 shows the downstream O₂It is a figure for demonstrating learning of the output voltage VOS of a sensor. As shown in FIG. 9A, in the present embodiment, a high-side peak value VOSH and a low-side peak value VOSL of VOS are detected by a routine not shown.
VOSHA ← (15 * VOSHA + VOSH) / 16
VOSLA ← (15 * VOSLA + VOSL) / 16
The smoothed values VOSHA and VOSLA are calculated by the following calculation.
[0045]
Then, as shown in FIG. 9B, a straight line connecting the point (VOSLA, 0.1) and the point (VOSHA, 0.9) is drawn on the VOS-RVOS plane so as to satisfy this relationship. In addition, the relative voltage value RVOS with respect to the output voltage VOS is determined.
[0046]
FIG. 10 shows the downstream O obtained in this way.₂It is a figure which shows the map for calculating | requiring correction amount RROSCR, RSROSCL with respect to RSR from sensor relative voltage value RVOS. According to the rich side map of FIG. 10 (A), when RVOS is large, that is, when it is rich, RSROSCR is negative, RSR is decreased, and the air-fuel ratio is directed toward the lean side. On the other hand, according to the lean side map of FIG. 10B, when RVOS is small, that is, when it is lean, RSROSCL is positive, RSR is increased, and the air-fuel ratio is made to be rich.
[0047]
11 and 12 show the downstream side O₂FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure of a sub air-fuel ratio feedback control routine based on an output of a sensor 76, and performs correction based on the map of FIG. 10 described above. This routine is executed by the CPU 91 at a constant time period (for example, 16 ms). First, in step 302, it is determined whether or not the execution condition of the sub air-fuel ratio feedback control is satisfied. Specifically, this condition is the downstream O₂The sensor is activated, the coolant temperature is above a certain value, is not idle, upstream O₂The feedback control by the sensor is being executed, the intake air flow rate GA is greater than or equal to a certain value, the predetermined time has elapsed since the return from the fuel cut, and so on. When this sub air-fuel ratio feedback control execution condition is not established, the routine proceeds to step 322, and when it is established, the routine proceeds to step 304.
[0048]
In step 304, downstream O₂The output VOS of the sensor 76 is captured after A / D conversion. Next, in step 306, the relative voltage value RVOS is determined from the relationship shown in FIG. Next, in step 308, RVOS is set to the reference voltage V._R2It is determined whether or not (for example, 0.45V) or more, and RVOS ≧ V_R2, The process proceeds to step 310, while RVOS <V_R2If YES, go to step 312. In step 310, the downstream side O determined and stored at the time of the previous travel of this routine is stored.₂Sensor relative output value RVOSO is the reference voltage V_R2It is determined whether or not, and RVOSO ≧ V_R2, The process proceeds to step 316 while RVOSO <V_R2If YES, go to step 314. Similarly, in step 312, RVOSO is set to the reference voltage V._R2It is determined whether or not, and RVOSO ≧ V_R2, The process proceeds to step 318 while RVOSO <V_R2If so, go to Step 320.
[0049]
Thus, step 314 is downstream O₂This is executed when the sensor output is lean last time and is rich this time, so that the base value RSRB of the RSR is reduced from the RSRB by a predetermined skip amount S in order to reduce it relatively large._LReduce. In addition, step 318 includes downstream O₂This is executed when the sensor output is rich last time and lean this time, and the RSRB has a predetermined skip amount S so as to increase the RSRB relatively large._RAdd
[0050]
Also, step 316 is a downstream O₂It is executed when the sensor output is rich both in the previous time and this time. In order to reduce RSRB to a relatively small value, a predetermined integral amount I is obtained from RSRB._L(<S_L). In step 320, the downstream O₂It is executed when the sensor output shows lean both in the previous time and this time, and in order to increase the RSRB relatively small, the RSRB has a predetermined integral amount I._R(<S_R).
[0051]
In step 322, which is executed next to step 302, 314, 316, 318 or 320, the downstream O₂It is determined whether or not the sensor is activated. When the sensor is activated, the process proceeds to step 324. When the sensor is not activated, the process proceeds to step 326. In step 324, RVOS is the reference voltage V_R2It is determined whether or not, and RVOS ≧ V_R2In step S328, the process proceeds to step 328, while RVOS <V_R2If so, go to Step 330.
[0052]
Step 328 includes downstream O₂Since it is executed when the sensor output indicates rich, a correction amount RSROSC corresponding to RVOS is determined with reference to the rich side map RSROSCR in FIG. On the other hand, in step 330, the downstream O₂Since this is executed when the sensor output indicates lean, the correction amount RSROSC corresponding to RVOS is determined with reference to the lean side map RSROSCL in FIG. Downstream side O₂In step 326, which is executed when the sensor is not activated, RSROSC is set to zero.
[0053]
In step 332 executed next to step 326, 328, or 330, based on the base value RSRB and the correction amount RSROSC determined from the above steps,
RSR ← RSRB + RSROSC
To determine the FAF rich skip amount RSR to be used in the main air-fuel ratio feedback control.
[0054]
In step 334, RSR is compared with 0.02, and when RSR <0.02, lower limit guard processing for substituting 0.02 into RSR is performed in step 338, and the process proceeds to step 342, while 0.02 ≦ If it is RSR, the process proceeds to step 336. In step 336, RSR is compared with 0.08. If RSR ≦ 0.08, the process proceeds directly to step 342. If 0.08 <RSR, the upper limit for substituting 0.08 for RSR in step 340. After performing the guard process, the process proceeds to step 342. In step 342,
RSL ← 0.1-RSR
By performing this calculation, the FAF lean skip amount RSL to be used in the main air-fuel ratio feedback control is determined. In the final step 344, RVOS is stored as RVOSO in preparation for the next running of this routine.
[0055]
FIG. 13 shows the downstream O in the case of the above control.₂Sensor output voltage VOS, rich skip amount RSR, catalyst O₂It is a time chart which shows the behavior of storage amount OSC and catalyst inflow gas air-fuel ratio. At the time when the VOS changes from rich to lean, the RSR in the present invention is equal to the base value RSRB obtained by the same calculation as that of the conventional RSR.₂Since the correction amount RSROSC based on the sensor relative voltage value is added, it suddenly increases. As a result, the next inversion of VOS is also accelerated.
[0056]
Also, due to the rapid increase in RSR, the control air-fuel ratio shifts to the rich side more rapidly than in the prior art, and the catalyst inflow gas air-fuel ratio also becomes rich rapidly. Therefore, catalyst O₂The storage amount OSC exits more quickly than the saturation zone as compared to the prior art. As a result, exhaust gas purification properties are improved.
[0057]
Next, the present invention is₂A case of applying to a storage amount constant control system will be described. In recent years, internal combustion engines that control the air-fuel ratio have been developed so that the three-way catalyst can always exhibit a certain and stable purification performance. That is, three-way catalyst O₂The storage capacity purifies the exhaust gas by adsorbing excess oxygen when the exhaust gas is in a lean state and releasing insufficient oxygen when the exhaust gas is in a rich state. Such capabilities are finite. Therefore, O₂In order to effectively use the storage capacity, the amount of oxygen stored in the catalyst is set to a predetermined amount (for example, so that the air-fuel ratio of the exhaust gas may be either the rich state or the lean state next). , Half of the maximum oxygen storage) is essential, and if so maintained, it is always constant O₂Adsorption / release action is possible, and as a result, constant oxidation / reduction ability by the catalyst is always obtained.
[0058]
Thus, in order to maintain the purification performance of the catalyst, O₂In an internal combustion engine that controls the storage amount to be constant, for example, a global air-fuel ratio sensor (A / F sensor) capable of linearly detecting the air-fuel ratio is used, and feedback control (F / F) by proportional and integral operation (PI operation) B control) is performed. That is,

As a result, the feedback fuel correction amount is calculated.
[0059]
As can be seen from the equation for calculating the fuel correction amount, the proportional term is O₂Similar to the feedback control by the sensor, it is a component that acts to maintain the air-fuel ratio in a stoichiometric manner, and the integral term is a component that acts to eliminate the steady-state deviation (offset). That is, due to the action of this integral term, O in the catalyst.₂As a result, the storage amount is kept constant. For example, when lean gas is generated due to sudden acceleration or the like, rich gas is generated by the action of the integral term, and the effect of the lean gas generation is offset. Such O₂Control that intentionally varies the air-fuel ratio in order to keep the storage amount constant is called counter control. In addition, such O₂Even in a control system with a constant storage amount, in order to compensate for variations in the output characteristics of the A / F sensor, O₂A sensor may be provided. And that O₂The output voltage of the A / F sensor is corrected according to the deviation of the output voltage of the sensor from the target value.
[0060]
By the way, downstream O₂If the sensor output indicates lean, catalyst O₂There is a possibility that the storage amount is saturated, and basically it is desired to make the control air-fuel ratio rich. Under such circumstances, when a disturbance that makes the air-fuel ratio lean is generated, it is preferable that the counter control that makes the control air-fuel ratio rich is strong. On the other hand, when a disturbance that makes the air-fuel ratio rich occurs, weak counter control with a lean control air-fuel ratio is sufficient. Similarly, downstream O₂If the sensor output is rich, the catalyst O₂There is a possibility that the storage amount is zero, and basically it is desired to set the control air-fuel ratio to the lean side. Under such circumstances, when a disturbance that makes the air-fuel ratio rich occurs, it is preferable that the counter control that makes the control air-fuel ratio lean is strong. On the other hand, when a disturbance that makes the air-fuel ratio lean is generated, a weak counter control that makes the control air-fuel ratio rich is sufficient.
[0061]
Therefore, in the present invention, the downstream O₂14A and 14B are employed as a map for obtaining the gain correction coefficient from the relative voltage value RVOS of the sensor. FIG. 14A is used when the upstream A / F sensor senses a disturbance that makes the air-fuel ratio rich. In this case, the counter control makes the air-fuel ratio lean. According to FIG. 14A, the gain correction coefficient is made larger than 1 on the rich side of RVOS, while the gain correction coefficient is made smaller than 1 on the lean side of RVOS. Similarly, FIG. 14B is used when the upstream side A / F sensor senses a disturbance having a lean air-fuel ratio. In this case, the counter control makes the air-fuel ratio rich. According to FIG. 14B, the gain correction coefficient is made larger than 1 on the lean side of RVOS, while the gain correction coefficient is made smaller than 1 on the rich side of RVOS.
[0062]
Gain K by the gain correction coefficient shown in FIG._PAnd K_IFIG. 15 shows the counter control in the case of correcting the above. As shown in FIG. 15A, the downstream O₂In the case where the relative voltage value RVOS of the sensor indicates lean, when a disturbance that makes the air-fuel ratio rich occurs, counter control that makes the air-fuel ratio lean becomes weaker than in the prior art. As a result, NO_xEmissions are reduced. In addition, as shown in FIG.₂In the case where the relative voltage value RVOS of the sensor indicates rich, when a disturbance that makes the air-fuel ratio lean is generated, the counter control that makes the air-fuel ratio rich becomes weaker than in the prior art. As a result, CO and HC emissions are suppressed.
[0063]
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, of course, this invention is not limited to this, It is possible to employ | adopt various embodiment. For example, it is preferable to increase the correction amount as the intake air flow rate GA increases.₂The correction amount may be obtained from a two-dimensional map of the relative voltage value of the sensor and the intake air flow rate GA.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the instantaneous air-fuel ratio controllability and O when the air-fuel ratio becomes rough in a transient state.₂Sub-air-fuel ratio feedback control that achieves both learning of the storage amount is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram of an electronically controlled internal combustion engine equipped with an air-fuel ratio control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of an engine electronic control unit (engine ECU).
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of an injection amount calculation routine executed by a CPU.
FIG. 4 is a flowchart (1/2) showing a processing procedure of a main air-fuel ratio feedback control routine executed by a CPU.
FIG. 5 is a flowchart (2/2) showing a processing procedure of a main air-fuel ratio feedback control routine executed by a CPU.
FIG. 6 shows the upstream O-fuel ratio feedback control.₂It is a time chart which illustrates how counter CDLY, flag F1, and air-fuel-ratio correction coefficient FAF change with respect to the change of the air-fuel ratio (A / F) detected by a sensor.
FIG. 7 shows the downstream side O in the conventional sub air-fuel ratio feedback control in which the skip amounts RSR and RSL of the air-fuel ratio correction coefficient FAF are made variable.₂Sensor output voltage VOS, rich skip amount RSR and O₂It is a time chart which illustrates the behavior of storage amount OSC.
FIG. 8 shows the air-fuel ratio A / F when the disturbance (deceleration rich) occurs, the downstream O₂It is a time chart which shows the behavior of sensor output voltage VOS and rich skip amount RSR.
FIG. 9: Downstream side O₂It is a figure for demonstrating learning of the output voltage of a sensor.
FIG. 10: Downstream side O₂It is a figure which shows the map for calculating | requiring the correction amount with respect to RSR from the relative voltage value of a sensor.
FIG. 11 is a flowchart (1/2) showing a processing procedure of a sub air-fuel ratio feedback control routine executed by a CPU.
FIG. 12 is a flowchart (2/2) showing a processing procedure of a sub air-fuel ratio feedback control routine executed by a CPU.
FIG. 13 shows the downstream O in the present invention.₂Sensor output voltage VOS, rich skip amount RSR, catalyst O₂It is a time chart which shows the behavior of storage amount OSC and catalyst inflow gas air-fuel ratio.
FIG. 14₂Downstream O in a storage amount control system₂It is a figure which shows the map for calculating | requiring the correction coefficient with respect to a gain from the relative voltage value of a sensor.
FIG. 15 shows the present invention.₂It is a figure for demonstrating the counter control in the case of applying with respect to a storage amount fixed control system.
[Explanation of symbols]
1 ... In-line multi-cylinder 4-stroke cycle reciprocating gasoline engine
2 ... Cylinder block
3 ... Cylinder head
4 ... Cylinder
5 ... Piston
6 ... Connecting rod
7 ... Crankshaft
8 ... Combustion chamber
9 ... Intake port
10 ... Exhaust port
11 ... Intake valve
12 ... Exhaust valve
13 ... Intake side camshaft
14 ... Exhaust camshaft
15 ... Intake side cam
16 ... Exhaust side cam
17, 18, 19 ... Timing pulley
20. Timing belt
30 ... Intake passage
31 ... Air cleaner
32 ... Throttle valve
33 ... Surge tank
34 ... Intake manifold
35 ... Idle adjust passage
36 ... Idle rotation speed control valve (ISCV)
40 ... Injector
41 ... Fuel tank
42 ... Fuel pump
43 ... Fuel piping
50 ... Spark plug
51 ... igniter
52 ... Ignition coil
53 ... Ignition distributor
60 ... Exhaust passage
61 ... Exhaust manifold
62 ... Catalytic converter
70 ... Air flow meter
72 ... Throttle opening sensor
73 ... Intake air temperature sensor
74 ... Water temperature sensor
75 ... Upstream side O₂Sensor (Main O₂Sensor)
76 ... downstream O₂Sensor (Sub-O₂Sensor)
80 ... Crank reference position sensor
81 ... Crank angle sensor
82 ... Idle switch
83 ... Vehicle speed sensor
90 ... Engine ECU
91 ... CPU
92 ... System bus
93 ... ROM
94 ... RAM
95 ... A / D conversion circuit
96 ... Input interface circuit
97a, 97b, 97c ... drive circuit
99 ... Backup RAM

Claims

An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising a catalytic converter for purifying exhaust gas in an exhaust system,
An upstream O ₂ sensor disposed upstream of the catalytic converter;
A downstream O ₂ sensor disposed downstream of the catalytic converter;
Based on the learning result of the output voltage of the downstream O ₂ sensor, the output voltage of the downstream O ₂ sensor, and voltage converting means for converting the relative voltage value that has absorbed the variations in characteristics,
Control constant calculation means for calculating a control constant involved in air-fuel ratio feedback control, and when the relative voltage value obtained by the voltage conversion means indicates rich, the control constant is set to a value such that the air-fuel ratio is directed toward the lean side. On the other hand, when the relative voltage value obtained by the voltage conversion means indicates lean, the control constant is updated to a value such that the air-fuel ratio goes to the rich side,
Control constant correction means for correcting the control constant calculated by the control constant calculation means in accordance with the relative voltage value obtained by the voltage conversion means, and the air-fuel ratio when the relative voltage value indicates rich above a certain level. Correcting the control constant so that the air-fuel ratio goes to the rich side when the relative voltage value shows a lean value above a certain value so that the
The output of the upstream O ₂ sensor, a control constant is corrected by said control constant correction means, and the feedback correction amount calculation means for calculating an air-fuel ratio feedback correction amount in accordance with,
Air-fuel ratio adjusting means for adjusting the air-fuel ratio of the engine in accordance with the air-fuel ratio feedback correction amount;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising:

An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising a catalytic converter for purifying exhaust gas in an exhaust system,
An air-fuel ratio sensor disposed upstream of the catalytic converter and generating an output voltage substantially proportional to the air-fuel ratio of the exhaust gas;
An O ₂ sensor disposed downstream of the catalytic converter;
Air-fuel ratio sensor output voltage correction means for correcting the output voltage of the air-fuel ratio sensor in accordance with a deviation from the target value of the output voltage of the O ₂ sensor;
Feedback correction amount calculation means for calculating an air-fuel ratio feedback correction amount so that the air-fuel ratio becomes a target air-fuel ratio in accordance with a deviation from the target value of the corrected output voltage of the air-fuel ratio sensor;
Gain correction means for correcting a predetermined gain used in the feedback correction amount calculation means according to the output voltage of the O ₂ sensor;
Air-fuel ratio adjusting means for adjusting the air-fuel ratio of the engine in accordance with the air-fuel ratio feedback correction amount;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, comprising: