JP3846906B2 - 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】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関するもので、特に、触媒の上流側と下流側に排気ガスの空燃比を検出するセンサを設けて、上流側のセンサの検出値に基づく空燃比フィードバック制御に加えて、下流側のセンサの検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の内燃機関の空燃比制御装置として、特開平２−２３８１４７号公報に記載のものを挙げることができる。
【０００３】
図４６はこの従来の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時における空燃比補正係数及び下流側Ｏ2 センサの出力電圧を示すタイムチャートである。
【０００４】
この従来の空燃比制御装置は、触媒の上流側と下流側にそれぞれ酸素濃度センサ（以下、単に『Ｏ2 センサ』という）を設けて、上流側のＯ2 センサの出力電圧に基づき排気ガスの空燃比がリッチ側とリーン側のいずれに変動しているかを判別し、予め設定された積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬにて空燃比補正係数ＦＡＦを空燃比の変動方向の反対側に補正し、また、検出された空燃比がリッチ側からリーン側、またはリーン側からリッチ側に理論空燃比を横切って反転したときには、前記積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬより大きな値として設定されたスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬにて空燃比補正係数ＦＡＦを空燃比の変動方向の反対側にスキップ的に補正し、よって、実際の空燃比を理論空燃比に収束させるように構成されている。更に、下流側のＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２が予め設定されたリッチ側許容値ＶRLやリーン側許容値ＶLLを越えて大きく変動したときには、空燃比の補正を速やかに完了すべく、前記スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを増加させて空燃比補正係数ＦＡＦを大きく補正している。
【０００５】
また、上記した空燃比制御装置とは別に、特開平３−１８５２４４号公報に記載の空燃比制御装置を挙げることができる。
【０００６】
図４７はこの従来の別の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時におけるＯ2 センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【０００７】
この従来の別の空燃比制御装置は、触媒の上流側に空燃比センサ（以下、単に『Ａ／Ｆセンサ』という）を設けるとともに、下流側にＯ2 センサを設け、Ｏ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２に基づいて排気ガスの空燃比が理論空燃比を境界としたリッチ側とリーン側のいずれに変動しているかを判別して、予め設定されたリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて目標空燃比を空燃比の変動方向の反対側に一定速度で補正している。そして、この補正後の目標空燃比と、Ａ／Ｆセンサにて検出された実際の空燃比との差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを所定の更新速度で算出し、よって、実際の空燃比を理論空燃比に収束させるように構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図４６に示す空燃比制御装置は、上記のように上流側のＯ2 センサの出力電圧に基づくスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを、下流側のＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２に基づいて増減しているため、下流側のＯ2 センサによる補正量が実際に空燃比補正係数ＦＡＦに反映されるのは、上流側のＯ2 センサにて検出された空燃比が理論空燃比を横切り、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬが用いられるタイミングに限定される。したがって、図４６のａの時点で下流側のＯ2 センサにて空燃比がリッチ側許容値ＶRLを越えたことが検出されても、その検出値に基づいて増加したスキップ量ＲＳＬにて実際に空燃比補正係数ＦＡＦが補正されるのは、かなり遅延したｂの時点となってしまう。そして、この補正の遅れによって生じた過補正で、空燃比がリッチ側とリーン側とを周期的に変動して理論空燃比に収束せず、ＣＯやＨＣ或いはＮＯX を交互に排出してしまう場合があった。
【０００９】
また、図４７に示す空燃比制御装置は、上記のようにＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２による補正後の目標空燃比と、Ａ／Ｆセンサにて検出された実際の空燃比との差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを所定の更新速度で算出しているため、リッチ積分量λIRやリーン積分量λILは直ちに空燃比補正係数ＦＡＦに反映される。しかしながら、本来、三元触媒を含めて内燃機関は大きな遅れを有する系であることから、下流側のＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２に基づいて排気ガスの空燃比の変動方向がリッチとリーンの間で反転した時点では、既に上流側の空燃比は理論空燃比からいずれかの方向に大きく乱れており、前記したリッチ積分量λIRやリーン積分量λILによる微妙な補正では、その後に下流側に生じる空燃比λの乱れを抑制しきれない。したがって、前記した場合と同じく補正の遅れによって空燃比が過補正されて理論空燃比に収束せず、ＣＯやＨＣ或いはＮＯX を交互に排出してしまう場合があった。
【００１０】
そこで、本発明は、触媒の下流側の空燃比に基づく補正処理の遅れを回避し、常に確実に空燃比を理論空燃比付近に収束させて、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる内燃機関の空燃比制御装置の提供を課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、図１に示すように、内燃機関Ｍ１の排気経路の触媒Ｍ２の上流側に設けられ、前記内燃機関Ｍ１から排出された排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段Ｍ３と、前記触媒Ｍ２の下流側に設けられ、触媒Ｍ２を通過した排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段Ｍ４と、前記下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が理論空燃比を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別する反転方向判別手段Ｍ５と、前記反転方向判別手段Ｍ５にて前記下流側空燃比検出手段Ｍ４により検出された空燃比の反転方向が判別されたときに、目標空燃比をスキップ的に補正するためのスキップ量にて、該反転方向に対して反対側に目標空燃比を補正し、前記下流側空燃比検出手段Ｍ４により検出される空燃比が反転しないときに、前記下流側空燃比検出手段Ｍ４により検出される空燃比の変動方向に対して反対側に前記スキップ量より小さい値として設定された積分量にて目標空燃比を補正する目標空燃比設定手段Ｍ６と、前記上流側空燃比検出手段Ｍ３にて検出された空燃比と、前記目標空燃比設定手段Ｍ６にて設定された目標空燃比との差に基づき、燃料噴射弁Ｍ７の噴射量を算出する噴射量算出手段Ｍ８とを具備したものである。
【００１３】
請求項２の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、目標空燃比設定手段Ｍ６を、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ２の劣化状態の進行に応じて、目標空燃比を補正するスキップ量を減少させるようにしたものである。
【００１４】
請求項３の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、前記目標空燃比設定手段Ｍ６を、予め設定された内燃機関Ｍ１の運転領域毎に、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの目標空燃比を学習する空燃比学習手段と、内燃機関Ｍ１の運転領域を判定して対応する前記空燃比学習手段の学習値を選出し、学習値に基づいて前記目標空燃比を補正する目標空燃比補正手段とを具備するように構成したものである。
【００１５】
請求項４の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、前記目標空燃比設定手段Ｍ６を、前記内燃機関Ｍ１の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段にて検出された運転状態に応じて前記スキップ量及び／または積分量を設定する補正量設定手段とを具備するように構成したものである。
【００１６】
請求項５の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、前記目標空燃比設定手段Ｍ６を、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が理論空燃比から離間するほど、目標空燃比を補正するスキップ量及び／または積分量を増大させるようにしたものである。
【００１７】
請求項６の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、図２７に示すように、内燃機関Ｍ１１の排気経路の触媒Ｍ１２の上流側に設けられ、前記内燃機関Ｍ１１から排出された排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段Ｍ１３と、前記触媒Ｍ１２の下流側に設けられ、触媒Ｍ１２を通過した排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段Ｍ１４と、前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された空燃比が理論空燃比を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別する反転方向判別手段Ｍ１５と、前記反転方向判別手段Ｍ１５にて前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４により検出された空燃比の反転方向が判別されたときに、比較値をスキップ的に補正するためのスキップ量にて、該反転方向に対して反対側に比較値を補正し、前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４により検出される空燃比が反転しないときに、前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４により検出される空燃比の変動方向に対して反対側に前記スキップ量より小さい値として設定された積分量にて比較値を補正する比較値設定手段Ｍ１６と、前記上流側空燃比検出手段Ｍ１３にて検出された空燃比と、前記比較値設定手段Ｍ１６にて設定された比較値との比較結果に基づき、前記上流側空燃比検出手段Ｍ１３により検出される空燃比が前記比較値設定手段Ｍ１６にて設定された比較値となるように燃料噴射弁Ｍ１７の噴射量を算出する噴射量算出手段Ｍ１８とを具備したものである。
【００１９】
請求項７の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、比較値設定手段Ｍ１６を、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ１２の劣化状態の進行に伴なって、比較値を補正するスキップ量を減少させるようにしたものである。
【００２０】
請求項８の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、比較値設定手段Ｍ１６を、予め設定された内燃機関Ｍ１１の運転領域毎に、下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの比較値を学習する比較値学習手段と、内燃機関Ｍ１１の運転領域を判定して対応する前記比較値学習手段の学習値を選出し、学習値に基づいて前記比較値を補正する比較値補正手段とを具備するように構成したものである。
【００２３】
請求項９の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段にて検出された運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に制御目標値を設定する制御目標値設定手段とを備え、前記反転方向判別手段を、前記下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が制御目標値を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別するようにしたものである。
【００２４】
請求項１０の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、制御目標値設定手段を、運転状態検出手段にて検出された内燃機関の負荷状態に基づき、負荷が高いときほど制御目標値をリッチ側に設定するようにしたものである。
【００２５】
請求項１１の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、制御目標値設定手段は、運転状態検出手段にて検出された排気ガス再循環用のＥＧＲ装置の作動状態に基づき、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値をよりリッチ側に設定するようにしたものである。
【００２６】
【作用】
請求項１の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された触媒Ｍ２の下流側の空燃比が理論空燃比を経て反転すると、反転方向判別手段Ｍ５にて反転方向が判別され、目標空燃比設定手段Ｍ６にて反転方向と反対側にスキップ量にて目標空燃比が補正され、その目標空燃比と上流側空燃比検出手段Ｍ３にて検出された空燃比との差に基づいて、噴射量算出手段Ｍ８にて所定の更新速度で燃料噴射弁Ｍ７の噴射量が算出される。そして、目標空燃比設定手段Ｍ６は、反転方向判別手段Ｍ５の判別結果に基づいて目標空燃比を設定するので、噴射量算出手段Ｍ８では、この目標空燃比と上流側空燃比検出手段Ｍ３により検出される空燃比とに基づいて、燃料噴射弁Ｍ７による噴射量を算出する。故に、目標空燃比設定手段Ｍ６による目標空燃比の設定は、直ちに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して良好な応答性で噴射量が制御される。また、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が反転したときには、スキップ量にて目標空燃比がスキップ的に補正されるため、その後の触媒Ｍ２下流側の空燃比の大きな乱れが確実に抑制される。
【００２７】
さらに、空燃比の変動方向が反転しないときには、目標空燃比設定手段Ｍ６にて空燃比の変動方向と反対側に目標空燃比が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束する。
【００２８】
請求項２の発明においては、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ２の劣化状態の進行に応じて、目標空燃比設定手段Ｍ６にてスキップ量が減少されるため、触媒Ｍ２の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【００２９】
請求項３の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された触媒Ｍ２の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているとき、換言すれば、触媒Ｍ２が中立状態に保持されているときに、目標空燃比設定手段Ｍ６にて設定された目標空燃比が内燃機関Ｍ１の運転領域毎に空燃比学習手段により学習される。そして、今現在の内燃機関Ｍ１の運転領域が目標空燃比補正手段にて判定され、その運転領域に対応する学習値により目標空燃比が補正される。よって、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに目標空燃比が補正されるため、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止して、触媒Ｍ２をより確実に中立状態に保持し続けることが可能となる。
【００３０】
請求項４の発明においては、吸入空気量等のように内燃機関Ｍ１の運転状態を示すパラメータが運転状態検出手段にて検出され、その運転状態に応じて補正量設定手段によりスキップ量や積分量が設定されて、これらの補正値により目標空燃比が補正される。したがって、運転状態の変化に拘わらず、触媒Ｍ２の下流側の空燃比に対してスキップ量や積分量が常に一定の影響力を及ぼすように設定でき、これらのスキップ量や積分量にて目標空燃比を補正する際の過補正や補正遅れを防止可能となる。
【００３１】
請求項５の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された触媒Ｍ２の下流側の空燃比が理論空燃比からリッチまたはリーン側に離間するほど、換言すれば、目標空燃比の大幅な補正を要するほど、目標空燃比設定手段Ｍ６にてスキップ量や積分量が増大されるため、常に適切な補正が行なわれて、下流側の空燃比をより迅速に理論空燃比に収束させることが可能となる。
【００３２】
請求項６の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された触媒Ｍ１２の下流側の空燃比が理論空燃比を経て反転すると、反転方向判別手段Ｍ１５にて反転方向が判別され、比較値設定手段Ｍ１６にて反転方向と反対側にスキップ量にて比較値が補正され、その比較値と上流側空燃比検出手段Ｍ１３にて検出された空燃比との比較結果に基づいて、噴射量算出手段Ｍ１８にて燃料噴射弁Ｍ１７の噴射量が算出される。そして、このように比較値を変更することで噴射量を補正しているため、空燃比の変動が速やかに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して良好な応答性で噴射量が制御される。
【００３３】
さらに、空燃比の変動方向が反転しないときには、比較値設定手段Ｍ１６にて空燃比の変動方向と反対側に比較値が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束する。
【００３４】
請求項７の発明においては、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ１２の劣化状態の進行に応じて、比較値設定手段Ｍ１６にてスキップ量が減少されるため、触媒Ｍ１２の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【００３５】
請求項８の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された触媒Ｍ１２の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているとき、換言すれば、触媒Ｍ１２が中立状態に保持されているときに、比較値設定手段Ｍ１６にて設定された比較値が内燃機関Ｍ１１の運転領域毎に比較値学習手段により学習される。そして、今現在の内燃機関Ｍ１１の運転領域が比較値補正手段にて判定され、その運転領域に対応する学習値により比較値が補正される。よって、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに比較値が補正されるため、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止して、触媒Ｍ１２をより確実に中立状態に保持し続けることが可能となる。
【００３８】
請求項９の発明においては、運転状態検出手段にて検出された内燃機関の運転状態に応じて制御目標値設定手段により制御目標値が設定され、その制御目標値を経て触媒の下流側の空燃比が反転すると、反転方向判別手段にて反転方向が判別される。そして、判別された反転方向に基づいて、請求項１の空燃比制御装置では目標空燃比設定手段により目標空燃比が設定され、また、請求項７の空燃比制御装置では比較値設定手段により比較値が設定される。ここで、制御目標値は、今現在の運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に設定されるため、例えばＣＯやＨＣの増大が予測される場合には制御目標値がリーン側に、ＮＯＸの増大が予測される場合には制御目標値がリッチ側に設定され、その制御目標値に触媒の下流側の空燃比を収束させるように燃料噴射量が制御される。つまり、増大が予測される特定の有害成分を特に優先して抑制するため、その他の有害成分の排出量は若干増大するものの、全体としての有害成分は確実に低減される。
【００３９】
請求項１０の発明においては、内燃機関は高負荷時にＮＯＸを排出し、低負荷時にＨＣを多く排出するため、負荷が高いときほど制御目標値をリッチ側に設定すれば、高負荷時のＮＯＸと低負荷時のＨＣを共に抑制でき、このように負荷状態を目安として制御目標値を適切に設定可能である。
【００４０】
請求項１１の発明においては、ＥＧＲ装置の作動時には燃焼温度の低下に伴ってＮＯＸが低減され、ＥＧＲ装置の停止時には燃焼温度の上昇に伴ってＮＯＸが増大するため、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値をよりリッチ側に設定すればＮＯＸを抑制でき、このようにＥＧＲ装置の作動状態を目安として制御目標値を適切に設定可能である。
【００４１】
【実施例】
〔第一実施例〕
以下、本発明の第一実施例を説明する。
【００４２】
図２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概略構成図である。
【００４３】
図に示すように、内燃機関１は４気筒４サイクルの火花点火式として構成され、その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として各気筒に分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０にて分配供給され、前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。そして、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を通過し、排気管１２に設けられた三元触媒１３にて有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等）を浄化されて大気に排出される。
【００４４】
前記吸気管３には吸気温センサ２１と吸気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空気の温度Ｔamを、吸気圧センサ２２はスロットルバルブ４の下流側の吸気圧ＰＭをそれぞれ検出する。前記スロットルバルブ４には開度ＴＨを検出するスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号と共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることを検出する図示しないアイドルスイッチからのオン・オフ信号を出力する。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４は内燃機関１内の冷却水温Ｔhwを検出する。前記ディストリビュータ１０には内燃機関１の回転数Ｎe を検出する回転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５は内燃機関１の２回転、即ち７２０°毎にパルス信号を２４回出力する。更に、前記排気管１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１から排出される排気ガスの空燃比λに応じたリニアな空燃比信号を出力するＡ／Ｆセンサ２６が設けられ、三元触媒１３の下流側には、排気ガスの空燃比λが理論空燃比λ=1に対してリッチかリーンかに応じた電圧ＶＯＸ２を出力するＯ2 センサ２７が設けられている。
【００４５】
内燃機関１の運転状態を制御する電子制御装置３１は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、バックアップＲＡＭ３５等を中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート３６及び各アクチュエータに制御信号を出力する出力ポート３７等に対しバス３８を介して接続されている。そして、電子制御装置３１は入力ポート３６を介して前記各センサから吸気温Ｔam、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔhw、回転数Ｎe 、空燃比信号、出力電圧ＶＯＸ２等を入力し、それらの各値に基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉg を算出して、出力ポート３７を介して燃料噴射弁７及び点火回路９にそれぞれ制御信号を出力する。以下、これらの制御の内の燃料噴射量ＴＡＵに関わる空燃比制御について説明する。
【００４６】
電子制御装置３１は空燃比制御を実行するために次の手法で設計されている。なお、以下の設計手法は特開昭６４−１１０８５３号公報に開示されている。
【００４７】
▲１▼制御対象のモデリング
本実施例では内燃機関１の空燃比λを制御するシステムのモデルに、むだ時間Ｐ＝３を持つ次数１の自己回帰移動平均モデルを用い、さらに外乱ｄを考慮して近似している。
【００４８】
まず、自己回帰移動平均モデルを用いた空燃比λを制御するシステムのモデルは、
【００４９】
【数１】
【００５０】
で近似できる。ここで、λは空燃比、ＦＡＦは空燃比補正係数、ａ、ｂは定数、ｋは最初のサンプリング開始からの制御回数を示す変数である。さらに外乱ｄを考慮すると制御システムのモデルは、
【００５１】
【数２】
【００５２】
と近似できる。
【００５３】
以上のようにして近似したモデルに対し、ステップ応答を用いて回転同期（３６０°ＣＡ）サンプリングで離散化して定数ａ、ｂを定めること、即ち、空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めることは容易である。
【００５４】
▲２▼状態変数量Ｘの表示方法
上式（２）を状態変数量Ｘ（ｋ）
＝〔Ｘ1(ｋ )、Ｘ2(ｋ )、Ｘ3(ｋ )、Ｘ4(ｋ) 〕T
を用いて書き直すと、
【００５５】
【数３】
【００５６】
を得る。
【００５７】
【数４】
【００５８】
となる。
【００５９】
▲３▼レギュレータの設計
次にレギュレータを設計すると、最適フィードバックゲインＫ＝〔Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 〕と状態変数量ＸT （ｋ）
＝〔λ（ｋ）、ＦＡＦ（ｋ−３）、ＦＡＦ（ｋ−２）、ＦＡＦ（ｋ−１）〕
とを用いて
【００６０】
【数５】
【００６１】
となる。更に、誤差を吸収させるための積分項Ｚ1(ｋ )を加え、
【００６２】
【数６】
【００６３】
として、空燃比λ、補正係数ＦＡＦを求めることができる。
【００６４】
なお、積分項Ｚ1(ｋ )は目標空燃比λTGと実際の空燃比λ（ｋ）との偏差と積分定数Ｋａとから決まる値であって、次式により求められる。
【００６５】
【数７】
【００６６】
図３は、前述のようにモデルを設計した空燃比λを制御するシステムのブロック線図である。図３において、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）をＦＡＦ（ｋ−１）から導くためにＺ-1変換を用いて表示したが、これは過去の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ−１）をＲＡＭ３４に記憶しておき、次の制御タイミングで読み出して用いている。
【００６７】
また、図３において一点鎖線でかこまれたブロックＰ１が空燃比λ（ｋ）を目標空燃比λTGにフィードバック制御している状態において状態変数量Ｘ（ｋ）を定める部分、ブロックＰ２が積分項Ｚ1(ｋ )を求める部分（累積部）、およびブロックＰ３がブロックＰ１で定められた状態変数量Ｘ（ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項Ｚ1(ｋ )とから今回の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）を演算する部分である。
【００６８】
▲４▼最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａの決定
最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａは、例えば、次式で示される評価関数Ｊを最小とすることで設定できる。
【００６９】
【数８】
【００７０】
ここで、評価関数Ｊとは空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）の動きを制約しつつ、空燃比λ（ｋ）と目標空燃比λTGとの偏差を最小にしようと意図したものであり、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）に対する制約の重み付けは、重みのパラメータＱ、Ｒの値によって変更することができる。したがって、重みパラメータＱ、Ｒの値を種々換えて最適な制御特性が得られるまでシュミレーションを繰り返し、最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを定めればよい。
【００７１】
さらに、最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａはモデル定数ａ、ｂに依存している。よって、実際の空燃比λを制御する系の変動（パラメータ変動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）を保証するためには、モデル定数ａ、ｂの変動分を見込んで最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを設計する必要がある。よって、シュミレーションはモデル定数ａ、ｂの現実に生じ得る変動を加味して行ない、安定性を満足する最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを定める。
【００７２】
以上、▲１▼制御対象のモデリング、▲２▼状態変数量の表示方法、▲３▼レギュレータの設計、▲４▼最適フィードバックゲイン及び積分定数の決定について説明したが、これらは予め決定されており、電子制御装置３１ではその結果即ち、前述の（６）、（７）式のみを用いて制御を行う。
【００７３】
《燃料噴射量ＴＡＵの算出処理》
次に、上記のように構成された本実施例の内燃機関の空燃比制御装置の動作を説明する。
【００７４】
図４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【００７５】
この燃料噴射量算出ルーチンは内燃機関１の回転に同期して３６０°ＣＡ毎に実行される。まず、ＣＰＵ３２はステップＳ１０１で吸気圧ＰＭ、回転数Ｎe 等に基づいて基本燃料噴射量ＴP を算出し、続くステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているか否かを判定する。ここで、周知のようにフィードバック条件とは、冷却水温Ｔhwが所定値以上で、かつ高回転・高負荷ではないときに成立する。ステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているときには、ステップＳ１０３で目標空燃比λTGを設定し（詳細は後述する）、ステップＳ１０４で空燃比λを目標空燃比λTGとすべく空燃比補正係数ＦＡＦを設定した後に、ステップＳ１０５に移行する。即ち、ステップＳ１０４では目標空燃比λTGとＡ／Ｆセンサ２６で検出された空燃比λ(K) に応じて、前記した（６）、（７）の式により空燃比補正係数ＦＡＦが算出される。また、前記ステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立していないときには、ステップＳ１０６で空燃比補正係数ＦＡＦを１に設定して、ステップＳ１０５に移行する。
【００７６】
その後、ＣＰＵ３２はステップＳ１０５で次式に従って基本燃料噴射量ＴP 、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数ＦＡＬＬから燃料噴射量ＴＡＵを設定する。
【００７７】
ＴＡＵ＝ＴP ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
そして、このようにして設定された燃料噴射量ＴＡＵに基づく制御信号が燃料噴射弁７に出力されて開弁時間、つまり実際の燃料噴射量が制御され、その結果、混合気が目標空燃比λTGに調整される。
【００７８】
《目標空燃比λTGの設定処理》
次に、前記した目標空燃比λTGの設定処理（図４のステップＳ１０３の処理）について詳述する。
【００７９】
〈定常・過渡判定処理〉
本実施例の空燃比制御装置では、内燃機関１の定常運転時（例えば、車両が定速走行中で機関回転数Ｎe や吸気圧ＰＭ等がほぼ一定に保持されている状態）の場合と、過渡運転時（例えば、車両が加速中で機関回転数Ｎe や吸気圧ＰＭ等が変動している状態）で、かつ空燃比λが理論空燃比λ=1からある程度乱れている場合とでは、目標空燃比λTGを異なる処理で設定する。そこで、まず、定常運転時と過渡運転時との判定処理を説明する。
【００８０】
図５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する定常・過渡判定ルーチンを示すフローチャート、図６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比から物質濃度を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図、図７は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比のサンプリング時及びパージ制御時におけるＡ／Ｆセンサ出力、吸着量及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【００８１】
ＣＰＵ３２は図５のステップＳ２０１で吸着量算出カウンタＴOSC がリセットされているか否かを判定し、カウンタＴOSC はリセットされているためステップＳ２０２で前記Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λが予め設定されたリッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLL（λRL＞λ=1＞λLL）との範囲内に収束しているか否かを判定する。空燃比λが範囲内に収束しているときには内燃機関１が定常運転にあるとして、ステップＳ２０３で反転スキップ制御処理を実行する。後述するように、この反転スキップ制御処理は、実際の空燃比λを理論空燃比λ=1付近に保持すべく実行される。
【００８２】
また、前記ステップＳ２０２で空燃比λがリッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLLとの範囲内に収束せずに乱れているときには、内燃機関１が過渡運転にあるとしてステップＳ２０４で吸着量算出カウンタＴOSC が予め設定されたサンプリング時間Ｔαに達しているか否かを判定する。前記したように吸着量算出カウンタＴOSC はリセットされてサンプリング時間Ｔαに達していないため、以下のステップＳ２０５乃至ステップＳ２１０の処理を実行して、空燃比λの乱れにより三元触媒１３に吸着されつつある一酸化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣ、窒素酸化物ＮＯX 等の有害成分の総量を算出する。
【００８３】
まず、ＣＰＵ３２はステップＳ２０５で予めＲＯＭ３３に格納された図６に示すマップに基づいて、図７に示すように、Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された実際の空燃比λ（以下、順次サンプリングするためλ(i) とする）から現時点の物質濃度を算出する。周知のように、排気ガス中の有害成分としては、空燃比λがリーン側に偏った場合にはＮＯX と酸素Ｏ2 が増大し、リッチ側に偏った場合にはＣＯとＨＣが増大するが、このマップでは物質濃度をＯ2 を基準として定めているため、リーン側ではＯ2 の過剰分を直接表して正の値として設定され、リッチ側ではＣＯやＨＣにより要求されるＯ2 の不足分を表して負の値として設定される。
【００８４】
ステップＳ２０５で物質濃度の算出を完了するとステップＳ２０６に移行し、次式に従って物質濃度と吸入空気量ＱA （以下、順次サンプリングするためＱA(i)とする）から前記三元触媒１３に吸着された吸着量ＯST(i) を算出する。
【００８５】
ＯST(i) ＝物質濃度×ＱA(i)
但し、このときの吸入空気量ＱA(i)は空気流の遅れを考慮し、物質濃度の基礎となる空燃比λ(i) が検出された空気流を対象とした検出値とする。即ち、吸入空気量ＱA(i)は機関回転数Ｎe と吸気圧ＰＭより算出されるが、機関回転数Ｎe を検出する回転数センサ２５及び吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ２２は、空燃比λ(i) を検出したＡ／Ｆセンサ２６より上流側に位置するため、機関回転数Ｎe については１．５回前の検出値（つまり今回と前回の平均値）を適用し、吸気圧ＰＭについては３回前の検出値を適用して、次式により吸入空気量ＱA(i)が算出される。
【００８６】
ＱA(i)∝Ｎe(I-1.5)×ＰＭ(I-3)
ステップＳ２０６で吸着量ＯST(i) の算出を完了するとステップＳ２０７に移行し、総吸着量ＯST←ＯST＋ＯST(i) とする。次いで、ステップＳ２０８で算出した総吸着量ＯSTが予め設定された最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax とで定められた範囲内にあるか否かを判定する。ここで、最小吸着量ＯSTmin とは、空燃比λがリッチ側のときのＣＯやＨＣを対象とした三元触媒１３の最大の吸着量を表し（前記したようにＯ2 を基準としているため負の値となり、最小値と呼んでいる）、また、最大吸着量ＯSTmax とは、空燃比λがリーン側のときのＯ2 を対象とした三元触媒１３の最大の吸着量を表し、周知のように、共に三元触媒１３の劣化に伴って低下する性質を有する。そして、これらの最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax は後述する吸着量学習処理により適宜算出されて、このステップＳ２０８では最新のデータが適用される。
【００８７】
前記ステップＳ２０８で現時点の総吸着量ＯSTが最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax の範囲内にあると判定したときには、ステップＳ２０９で前記吸着量算出カウンタＴOSC をインクリメント「＋１」して前記ステップＳ２０１に戻り、今回は吸着量算出カウンタＴOSC がリセットされていないためステップＳ２０４に移行して、吸着量算出カウンタＴOSC がサンプリング時間Ｔαに達したか否かを判定する。未だサンプリング時間Ｔαに達していないときには、図７に示すように、再びステップＳ２０５乃至ステップＳ２０７の処理により新たな空燃比λ(i) から吸着量ＯST(i) を算出して総吸着量ＯSTに加算する。つまり、サンプリング時間Ｔαが経過するまで順次空燃比λ(i) がサンプリングされて、それに基づく吸着量ＯST(i) が総吸着量ＯSTに加算される。
【００８８】
乱れた空燃比λは次第に理論空燃比λ=1に回復するが、通常の空燃比λの回復に要すると予想される時間に比較して前記サンプリング時間Ｔαは長く設定されており、空燃比λが理論空燃比λ=1に回復するまで吸着量ＯST(i) のサンプリングが継続される。その結果、各吸着量ＯST(i) を加算した総吸着量ＯSTは、空燃比λの乱れによって三元触媒１３に吸着された有害成分（リーン側の乱れのときにはＮＯX 、リッチ側の乱れのときにはＣＯとＨＣ）の総量を表すことになる。また、サンプリング中にステップＳ２０８で総吸着量ＯSTが最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax との範囲から外れたときには（図７に一点鎖線で示す）、三元触媒１３がリッチ側またはリーン側のいずれかに飽和状態となった、即ち、それ以降はＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等の有害成分を吸着できずにエミッションとして排出するため総吸着量ＯSTが増加しないと見做して、ステップＳ２１０で総吸着量ＯSTをガードする。つまり、総吸着量ＯSTが最小吸着量ＯSTmin 以下になったときには、この最小吸着量ＯSTmin に制限し、総吸着量ＯSTが最大吸着量ＯSTmax 以上になったときには、最大吸着量ＯSTmax に制限する。
【００８９】
一方、前記ステップＳ２０４で吸着量算出カウンタＴOSC がサンプリング時間Ｔαに達したときには、ステップＳ２１１に移行して吸着量算出カウンタＴOSC をリセットし、ステップＳ２１２でパージ制御処理を実行する。後述するように、このパージ制御処理は、三元触媒１３に吸着された有害成分を除去すべく、前記のように算出した総吸着量ＯSTに基づいて実行される。
【００９０】
〈反転スキップ制御処理〉
次いで、定常運転時に実行される反転スキップ制御処理を説明する。
【００９１】
図８は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャート、図９は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時におけるＯ2 センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャート、図１０は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の最小・最大吸着量からスキップ量を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【００９２】
前記した定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０３で反転スキップ制御ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２はステップＳ３０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1のときの値である０．４５Ｖより高いか低いか（リッチかリーンか）を判定し、リーン側のときにはステップＳ３０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリーン側であったか否かを判定する。前回もリーン側であるとき、つまり空燃比λがリーン側に維持されているときには、ステップＳ３０３で目標空燃比λTG←λTG−λIRとしてリッチ側に補正し、ステップＳ３０４で空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納する。このリッチ積分量λIRはごく小さな値として設定されているため、図９に示すように、目標空燃比λTGはリッチ側で漸減する。
【００９３】
また、ステップＳ３０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリッチ側であったとき、つまり空燃比λがリッチ側からリーン側に反転したときには、ステップＳ３０５で予めＲＯＭ３３に格納された図１０のマップに基づいて、後述する吸着量学習処理によって得られたＣＯやＨＣの吸着量を示す最小吸着量ＯSTmin からリッチスキップ量λSKR を算出する。ここで、図１０から明らかなように、最小吸着量ＯSTmin に対しリッチスキップ量λSKR は正比例の関係にあり、三元触媒１３が劣化して最小吸着量ＯSTmin が減少する程、リッチスキップ量λSKR として小さな値が設定される。その後、ステップＳ３０６で目標空燃比λTG←λTG−λIR−λSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ３０４でリーンをＲＡＭ３４に格納する。このリッチスキップ量λSKR は前記リッチ積分量λIRに比較して十分に大きな値のため、図９に示すように、目標空燃比λTGはリーン側からリッチ側にスキップ的に激減する。
【００９４】
一方、前記ステップＳ３０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側であるときには、ステップＳ３０７で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリッチ側であったか否かを判定する。そして、前回もリッチ側であるときにはステップＳ３０８で目標空燃比λTG←λTG＋λIL（λILはリーン積分量）として、目標空燃比λTGをリーン側で漸増させ、また、前回はリーン側であったときにはステップＳ３０９で図１０のマップに基づきＯ2 の吸着量を示す最大吸着量ＯSTmax からリーンスキップ量λSKL を算出して、ステップＳ３１０でλTG←λTG＋λIL＋λSKL とし、目標空燃比λTGをリッチ側からリーン側にスキップ的に激増させる。なお、前記したリッチスキップ量λSKR の場合と同様に、三元触媒１３が劣化して最大吸着量ＯSTmax が減少する程、リーンスキップ量λSKL として小さな値が設定される。そして、ステップＳ３０８とステップＳ３１０のいずれの場合でも前記ステップＳ３０４で空燃比λの極性としてリッチをＲＡＭ３４に格納する。
【００９５】
このように、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づいて、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λがリーン側またはリッチ側に継続して変動しているときには、ステップＳ３０３またはステップＳ３０８で目標空燃比λTGがリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて空燃比λの変動方向の反対側に漸次増大される。また、空燃比λがリーン側とリッチ側との間で反転したときには、ステップＳ３０６またはステップＳ３１０で目標空燃比λTGがリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL にて理論空燃比λ=1を横切ってスキップ的に大きく補正される。
【００９６】
そして、このようにして設定された目標空燃比λTGは、前記した図４に示す燃料噴射量算出ルーチンのステップＳ１０４で空燃比補正係数ＦＡＦの算出に用いられ、更に、その空燃比補正係数ＦＡＦからステップＳ１０５で燃料噴射量ＴＡＵが算出されて実際の燃料噴射量が制御される。前記したように、燃料噴射量算出ルーチンは内燃機関１の回転に同期して３６０°ＣＡ毎に実行されていることから、空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵも３６０°ＣＡ毎に更新され、反転スキップ制御ルーチンで設定された目標空燃比λTGは直ちに空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵに反映される。したがって、Ｏ2 センサ２７にて検出された空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵが制御される。
【００９７】
また、空燃比λの変動方向が理論空燃比λ=1を横切って反転したときには、通常のリッチ積分量λIRやリーン積分量λILに比較して十分に大きな値のリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL にて目標空燃比λTGがスキップ的に増減される。本来、三元触媒１３を含めて内燃機関１は大きな遅れを有する系であることから、三元触媒１３の下流側で排気ガスの空燃比λが反転した時点では、既に上流側では空燃比λが理論空燃比λ=1からいずれかの方向に大きく乱れているが、このように目標空燃比λTGをスキップ的に増減することにより、その後の三元触媒１３下流側の空燃比λの大きな乱れが確実に抑制される。
【００９８】
よって、図９に示すように、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２は０．４５Ｖを中心として早い周期でごく狭い振幅で変動し、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは理論空燃比λ=1付近に収束する。なお、このときのＯ2 センサ２７は理論空燃比λ=1付近の感度の良好な領域を用いて空燃比λを検出することになり、かつ、三元触媒１３は有害成分をほとんど吸着しない状態に常に保持されるため、排気ガス中の有害成分の消費時間が大幅に短縮化され、その結果、Ｏ2 センサ２７は空燃比λの僅かな乱れをも確実に検出可能となる。したがって、このＯ2 センサ２７の感度向上も前記した空燃比λを理論空燃比λ=1付近に収束させることに役立っている。
【００９９】
加えて、前記したように、空燃比λが反転せず、リーン側またはリッチ側に継続して変動しているときには、目標空燃比λTGがリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて空燃比λの変動方向の反対側に漸次増大される。したがって、この処理により三元触媒１３の下流側の空燃比λはより確実に理論空燃比λ=1付近に収束する。
【０１００】
一方、前記したように、三元触媒１３の劣化によって最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax が減少してきたときには、図１０のマップに基づいてリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL として次第に小さな値が算出されるため、三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【０１０１】
〈パージ制御処理〉
次いで、過渡運転時で空燃比λが乱れた場合に実行されるパージ制御処理を説明する。
【０１０２】
図１１は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１０３】
前記した定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２１２でパージ制御ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２はステップＳ４０１で、定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０７において算出された総吸着量ＯSTの極性が正か負かを判定する。つまり、このパージ制御の実行時には、空燃比λの乱れにより三元触媒１３の有害成分の吸着量が増大しており、その有害成分がリーン側とリッチ側のいずれの乱れによるものかを判定しているのである。
【０１０４】
今、仮に図７に実線で示すように、空燃比λがリーン側に乱れたものとして説明を続けると、ＣＰＵ３２はステップＳ４０１でＯ2 を基準として算出された総吸着量ＯSTの極性が正、つまりリーンであると判定し、ステップＳ４０２で目標空燃比λTG←λTG−ΔλR とする。このリッチパージ補正量ΔλR は、前記した反転スキップ制御で用いられるスキップ量λSKR,λSKL より更に大きな値として設定されており、その結果、目標空燃比λTGは反転スキップ制御の状態から大きくΔλR 分だけリッチ側に補正され、それに伴いＡ／Ｆセンサ２６にて検出される実際の空燃比λ(i) も次第にリッチ側に修正される。次いで、前記した定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０５と同じく、ステップＳ４０３で図６に示すマップに基づいて、Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λ(i) から現時点の物質濃度を算出し、ステップＳ４０４で次式に従って物質濃度と吸入空気量ＱA(i)から吸着量ＯST(i) を算出する。
【０１０５】
ＯＳＴ（ｉ）＝物質濃度×ＱＡ（ｉ）
更に、ステップＳ４０５に移行して、前記した定常・過渡判定ルーチンで算出した総吸着量ＯＳＴを、ＯＳＴ←ＯＳＴ＋ＯＳＴ（ｉ）とする。ここで、図６に示すように、空燃比λ（ｉ）がリッチ側に修正されることから物質濃度の極性としては負となり、吸着量ＯＳＴ（ｉ）も負の極性を有することになって、総吸着量ＯＳＴは吸着量ＯＳＴ（ｉ）にて減算される。即ち、空燃比λのリッチ側への修正により、三元触媒のＯ2の有害成分は次第に離脱して吸着量が減少し、その状態を空燃比λの変化に基づいて推定しているのである。そして、以下、このように空燃比制御により有害成分が中和されて三元触媒１３から離脱し、その吸着量が減少する現象をパージと定義する。
【０１０６】
その後、ＣＰＵ３２はステップＳ４０６で補正前の空燃比λがリッチであることを示す吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲがセットされているか否かを判定し、セットされていないためステップＳ４０７で総吸着量ＯSTがリーンパージ完了値ＯSTL より小さくなったか否かを判定する。そして、総吸着量ＯSTが未だ大きいときには、前記ステップＳ４０３からステップＳ４０７の処理を繰り返して総吸着量ＯSTを次第に減少させ、また、総吸着量ＯSTがリーンパージ完了値ＯSTL より小さくなると、ステップＳ４０８で目標空燃比λTG←λTG＋ΔλR として、目標空燃比λTGを補正前の値に戻し、このパージ制御ルーチンを終了する。したがって、終了の時点では、三元触媒１３の吸着量がほぼ０まで減少することになる。ここで、空気流の遅れを考慮した上でパージ制御の終了タイミングは、三元触媒１３の吸着量が完全にパージされるより機関回転数Ｎe で３回転分だけ早めている。即ち、リーンパージ完了値ＯSTL としては次式で示すように、
ＯSTL ＝−物質濃度×ＱA(i)×３
とする。なお、物質濃度と吸入空気量ＱA は、このパージ制御の実行時の最新のデータを用いている。但し、パージ制御時の物質濃度は負の値であり、一方、図７から明らかなように、要求されるリーンパージ完了値ＯSTL は正の値であるため、物質濃度の極性を反転させて用いる。
【０１０７】
また、図７に二点鎖線で示すように、空燃比λがリッチ側に乱れた場合には、前記したリーン側に乱れた場合とリッチとリーンの関係を逆転した処理が行なわれる。即ち、ステップＳ４０１で総吸着量ＯSTの極性が負、つまりリッチであると判定し、ステップＳ４０９で補正前の空燃比λがリッチであることを示す吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲをセットし、ステップＳ４１０で目標空燃比λTG←λTG＋ΔλL として、大きくリーンパージ補正量ΔλL 分だけリーン側に補正する。そして、ステップＳ４０３で現時点の物質濃度を、ステップＳ４０４で吸着量ＯST(i) を、ステップＳ４０５で総吸着量ＯSTをそれぞれ算出する。なお、この場合は空燃比λ(i) がリーン側に修正されることから物質濃度と共に吸着量ＯST(i) の極性が正となり、総吸着量ＯSTは吸着量ＯST(i) にて加算される。次いで、ステップＳ４０６で吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲがセットされているため、ステップＳ４１１で総吸着量ＯSTが、前記リーンパージ完了値ＯSTL と同じく予め機関回転数Ｎe で３回転分の遅れを見込んだリッチパージ完了値ＯSTR より大きくなったか否かを判定する。そして、ステップＳ４０３乃至ステップＳ４０６、ステップＳ４１１の処理を繰り返した結果、総吸着量ＯSTがリッチパージ完了値ＯSTR より大きくなると、ステップＳ４１２で目標空燃比λTG←λTG−ΔλL として補正前の値に戻し、ステップＳ４１３で吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲをクリアして、このパージ制御ルーチンを終了する。
【０１０８】
《吸着量学習処理》
次いで、前記定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０８と、反転スキップ制御ルーチンのステップＳ３０５及びステップＳ３０９で用いられる三元触媒１３の最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax を算出する吸着量学習処理を説明する。
【０１０９】
図１２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する学習開始判定ルーチンを示すフローチャート、図１３は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するＡ／Ｆ変動制御ルーチンを示すフローチャート、図１４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する飽和判定ルーチンを示すフローチャート、図１５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する吸着量算出ルーチンを示すフローチャート、図１６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸着量学習時におけるＯ2 センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【０１１０】
ＣＰＵ３２は図示しない車両の速度センサから検出信号を所定間隔で入力しており、その検出値に基づいて車両が２０００ｋｍ走行する毎に、図１２乃至図１５に示す各ルーチンを実行する。
【０１１１】
まず、ＣＰＵ３２は図１２に示す学習開始判定ルーチンのステップＳ５０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が予め設定されたリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLL（ＶRL＞λ=1＞ＶLL）との範囲内に収束しているか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ２が収束していないときには空燃比λが乱れており、吸着量の学習処理を実行するには適さないとして、ステップＳ５０２で待機時間カウンタＴINをリセットし、ステップＳ５０３で学習実行フラグＸＯＳＴＧをクリアする。また、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLLとの範囲内に収束しているときには、ステップＳ５０４で待機時間カウンタＴINをインクリメント「＋１」し、ステップＳ５０５で待機時間カウンタＴIN＞ＴINL 、つまり予め設定された待機時間ＴINL が経過したか否かを判定する。
【０１１２】
ステップＳ５０５で待機時間ＴINL が経過すると、ステップＳ５０６で内燃機関１が定常運転状態であるか否かを判定する。なお、この判定は前記回転数センサ２５にて検出された機関回転数Ｎe や吸気圧センサ２２にて検出された吸気圧ＰＭ等に基づいて行なわれ、これらの検出値がほぼ一定のときに定常運転の判定がなされる。ステップＳ５０６で内燃機関１が定常運転状態になると、ステップＳ５０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされてから予め設定された学習インターバル時間Ｔが経過したか否かを判定し、このインターバル時間Ｔが経過すると、ステップＳ５０８で学習実行フラグＸＯＳＴＧをセットして、この学習開始判定ルーチンを終了する。また、ステップＳ５０５乃至ステップＳ５０７の各処理で肯定判断される以前に、ステップＳ５０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLLとの範囲から外れたときには、ステップＳ５０２で待機時間カウンタＴINがリセットされ、再びステップＳ５０１から処理が繰り返される。
【０１１３】
また、ＣＰＵ３２は前記学習開始判定ルーチンのステップＳ５０８で学習実行フラグＸＯＳＴＧがセットされると、図１３に示すＡ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０１からステップＳ６０２に移行して補正実行カウンタＴc が予め設定されたリッチ補正時間ＴR を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴR が経過したか否かを判定する。リッチ補正時間ＴR が経過していないときには、ステップＳ６０３で目標空燃比λTGを予め設定されたリッチ目標空燃比λRTとし、ステップＳ６０４で補正実行カウンタＴc をインクリメント「＋１」してステップＳ６０１に戻る。したがって、図１６に示すように、ステップＳ６０２でリッチ補正時間ＴR が経過するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比λ=1よりリッチ側のリッチ目標空燃比λRTに保持される。その結果、排気ガス中にはＣＯやＨＣが増加して三元触媒１３に吸着され、Ｏ2 センサ２７は三元触媒１３の吸着量に応じたリッチ側の出力電圧ＶＯＸ２を示す。
【０１１４】
そして、ステップＳ６０２でリッチ補正時間ＴR が経過すると、ステップＳ６０５で補正実行カウンタＴc が、前記リッチ補正時間ＴR に予め設定されたリーン補正時間ＴL を加算した値を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴR の経過後に更にリーン補正時間ＴL が経過したか否かを判定する。リーン補正時間ＴL が経過していないときには、ステップＳ６０６で目標空燃比λTGを予め設定されたリーン目標空燃比λLTとし、ステップＳ６０４で補正実行カウンタＴc をインクリメント「＋１」してステップＳ６０１に戻る。したがって、図１６に示すように、ステップＳ６０５でリーン補正時間ＴL が経過するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比λ=1よりリーン側のリーン目標空燃比λLTに保持され、排気ガス中のＯ2 が増加して前記したリッチ側の補正により三元触媒１３に吸着されたＣＯやＨＣをパージし、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２は理論空燃比λ=1付近に回復する。そして、リーン補正時間ＴL が経過すると、ステップＳ６０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧをクリアして、このＡ／Ｆ変動制御ルーチンを終了する。
【０１１５】
一方、ＣＰＵ３２は前記学習開始判定ルーチンのステップＳ５０８で学習実行フラグＸＯＳＴＧがセットされると、図１４に示す飽和判定ルーチンのステップＳ７０１からステップＳ７０２に移行して、前記したＡ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０３の目標空燃比λTGのリッチ側への補正により、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が予め設定された飽和判定レベルＶSL（ＶSL＞ＶRL）を越えたか否かを判定し、飽和判定レベルＶSLを越えていないときには何ら処理を行なわず、飽和判定レベルＶSLを越えたときにはステップＳ７０３で飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶをセットして、この飽和判定ルーチンを終了する。ここで、飽和判定レベルＶSLは、三元触媒１３が飽和状態となったとき、換言すれば、ＣＯやＨＣの吸着量が吸着限界を越えて三元触媒１３から排出され始めるときに、Ｏ2 センサ２７が出力する出力電圧ＶＯＸ２として設定されたものである。
【０１１６】
ＣＰＵ３２は前記Ａ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされると、１回分の目標空燃比λTGの変動制御操作が完了したとして、図１５に示す飽和吸着量算出ルーチンのステップＳ８０１からステップＳ８０２に移行し、飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶがセットされているか否かを判定する。飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶがセットされていないときには、前回の変動制御操作によって三元触媒１３は吸着限界を越えなかったとして、ステップＳ８０３でリッチ補正時間ＴR 及びリーン補正時間ＴL に予め設定された加算時間Ｔa を加算する。
【０１１７】
そして、前記Ａ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされてから学習インターバル時間Ｔが経過すると、ＣＰＵ３２は前記学習開始判定ルーチンのステップＳ５０７からステップＳ５０８に移行して学習実行フラグＸＯＳＴＧをセットし、再び前記と同様に、Ａ／Ｆ変動制御ルーチンで目標空燃比λTGの変動制御操作を実行する。このときのリッチ補正時間ＴR は加算時間Ｔa にて延長化されているため、前回より三元触媒１３の吸着量が増加することになる。なお、リッチ補正時間ＴR に応じてリーン補正時間ＴL も延長化されているため、変動制御操作後の目標空燃比λTGは速やかに理論空燃比λ=1に回復する。そして、飽和判定ルーチンのステップＳ７０２でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が未だ飽和判定レベルＶSLを越えていないときには、飽和吸着量算出ルーチンのステップＳ８０３でリッチ補正時間ＴR 及びリーン補正時間ＴL を更に延長化し、また、出力電圧ＶＯＸ２が飽和判定レベルＶSLを越えたときには、飽和判定ルーチンのステップＳ７０３で飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶをセットする。
【０１１８】
飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶのセットにより、ＣＰＵ３２は飽和吸着量算出ルーチンのステップＳ８０２からステップＳ８０４に移行し、次式に従って現時点の三元触媒１３のＣＯやＨＣの吸着量である最小吸着量ＯＳＴｍｉｎを算出する。
【０１１９】
ＯSTmin ＝物質濃度×ＱA ×ＴR
ここで、物質濃度としては、前記した図６に示すマップに基づいて、リッチ目標空燃比λRTに対応する値ＭR を算出して用いる。したがって、物質濃度は負の値となり、それに伴い最小吸着量ＯSTmin も負の値となる。
【０１２０】
更に、ステップＳ８０５で最小吸着量ＯSTmin の絶対値を最大吸着量ＯSTmax として設定し、この飽和吸着量算出ルーチンを終了する。
【０１２１】
以上のようにして吸着量学習処理で算出された最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax が、定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０８や、スキップ制御ルーチンのステップＳ３０５及びステップＳ３０９で用いられる。
【０１２２】
そして、本実施例では、内燃機関Ｍ１として内燃機関１が、触媒Ｍ２として三元触媒１３が、上流側空燃比検出手段Ｍ３としてＡ／Ｆセンサ２６が、下流側空燃比検出手段Ｍ４としてＯ2 センサ２７が機能し、反転方向判別手段Ｍ５としてステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７の処理を実行するときのＣＰＵ３２が、目標空燃比設定手段Ｍ６としてステップＳ３０６及びステップＳ３１０の処理を実行するときのＣＰＵ３２が、燃料噴射弁Ｍ７として燃料噴射弁７が、噴射量算出手段Ｍ８としてステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理を実行するときのＣＰＵ３２がそれぞれ機能する。
【０１２３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１の排気経路の三元触媒１３の上流側に設けられ、前記内燃機関１から排出された排気ガスの空燃比λに応じた空燃比信号を出力するＡ／Ｆセンサ２６と、前記三元触媒１３の下流側に設けられ、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λがリッチかリーンかを検出するＯ2 センサ２７と、前記Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1を横切ってリッチ側とリーン側との間で反転したときに反転方向を判別するとともに（ステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７）、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチスキップ量λSKR 及びリーンスキップ量λSKL にて目標空燃比λTGをスキップ的に補正し（ステップＳ３０６及びステップＳ３１０）、前記Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λと、前記目標空燃比λTGとの差に基づき、内燃機関１の回転で３６０°ＣＡ毎に空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）ＣＰＵ３２とを具備している。この構成は請求項１の発明の実施例に相当するものである。
【０１２４】
したがって、ＣＰＵ３２はステップＳ１０４及びステップＳ１０５で３６０°ＣＡ毎の更新速度で空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵを算出しているため、ステップＳ３０６及びステップＳ３１０でリッチスキップ量λSKR 及びリーンスキップ量λSKL にて補正された目標空燃比λTGは直ちに空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵに反映され、空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵを制御することができる。また、Ｏ2 センサ２７にて検出された空燃比λが理論空燃比λ=1を横切って反転したときには、リッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL にて目標空燃比λTGがスキップ的に補正されるため、その後の三元触媒１３下流側の空燃比λの大きな乱れを確実に抑制することができる。
【０１２５】
故に、空燃比λが乱れたときの補正の遅れを回避して、三元触媒１３の下流側の空燃比λを常に確実に理論空燃比λ=1付近に収束させることができ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０１２６】
また、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、空燃比λの反転方向を判別したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチスキップ量λＳＫＲ及びリーンスキップ量λＳＫＬにて目標空燃比λＴＧをスキップ的に補正するとともに（ステップＳ３０６及びステップＳ３１０）、空燃比λが反転しないときに、空燃比λの変動方向に対して反対側に目標空燃比λＴＧを設定して、リッチ積分量λＩＲやリーン積分量λＩＬにて漸次増大させる（ステップＳ３０３及びステップＳ３０８）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項１の発明の実施例に相当するものである。
【０１２７】
したがって、目標空燃比λTGがリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて空燃比λの変動方向の反対側に漸次増大されるため、空燃比λはより確実に理論空燃比λ=1付近に収束し、前記した有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０１２８】
更に、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、吸着量学習ルーチンにて算出した三元触媒１３の最小吸着量ＯＳＴｍｉｎ及び最大吸着量ＯＳＴｍａｘの減少に応じて、目標空燃比λＴＧを補正するリッチスキップ量λＳＫＲやリーンスキップ量λＳＫＬを減少させる（ステップＳ３０５及びステップＳ３０９）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項２の発明の実施例に相当するものである。
【０１２９】
したがって、三元触媒１３の劣化によって最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax が減少したときには、リッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL として次第に小さな値が算出されるため、三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。故に、三元触媒１３の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０１３０】
〔第二実施例〕
以下、本発明の第二実施例を説明する。
【０１３１】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は内燃機関１の運転領域毎に、Ｏ2 センサ２７にて検出された三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1に収束しているときの目標空燃比λTGを学習する学習処理にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１３２】
〈目標空燃比学習処理〉
図１７は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャート、図１８は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する目標空燃比学習ルーチンを示すフローチャート、図１９は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャート、図２０は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の運転領域の設定の一例を示す説明図、図２１は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時を示すタイムチャートである。
【０１３３】
図１７に示すルーチンは、第一実施例で説明した図８に示すルーチンと同じく反転スキップ制御処理を実行するためのものであり、ステップＳ３０３、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８及びステップＳ３１０の各処理で目標空燃比λTGに代えて基本目標空燃比λS を補正している点と、ステップＳ９０１乃至ステップＳ９０６が付加されている点が相違している。
【０１３４】
Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づき、ＣＰＵ３２はステップＳ３０２で空燃比λが理論空燃比λ=1を境界としてリッチ側からリーン側に反転すると、ステップＳ９０１で今現在の基本目標空燃比λS をＲＡＭ３４に格納する。次いで、ステップＳ３０５でリッチスキップ量λSKR を算出し、ステップＳ３０６で基本目標空燃比λS ←λS −λIR−λSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ９０２でスキップの回数をカウントするスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」する。更に、ステップＳ９０３でＲＡＭ３４に格納されている基本目標空燃比λS と、前記のように算出された基本目標空燃比λS とを平均して平均空燃比λS ＡＶを算出した後、ステップＳ３０４を経て一旦このルーチンを終了する。
【０１３５】
同様に、ステップＳ３０７で空燃比λがリーン側からリッチ側に反転すると、ステップＳ９０４で今現在の基本目標空燃比λS をＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ３０９でリーンスキップ量λSKL を算出し、ステップＳ３１０で基本目標空燃比λS ←λS ＋λIL＋λSKL としてリーン側に補正し、ステップＳ９０５でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」し、ステップＳ９０６で平均空燃比λS ＡＶを算出する。
【０１３６】
このように、三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で反転して基本目標空燃比λS のスキップが行われたときに、スキップの前後の基本目標空燃比λS を平均した平均空燃比λS ＡＶが算出されるとともに、スキップ数カウンタＣＳＫＩＰが順次インクリメントされる。
【０１３７】
また、ＣＰＵ３２は図１８に示す目標空燃比学習ルーチンのステップＳ１００１で、内燃機関１の運転領域を検出し、ステップＳ１００２でその運転領域が前回の処理時と同一であるか否かを判定する。ここで、図２０に示すように、本実施例の運転領域は、吸入空気量ＱA 、スロットル開度ＴＨ及び車速に基づいて設定されており、以下に説明するように、その運転領域毎に学習値λKG0 〜λKGi が学習される。
【０１３８】
ＣＰＵ３２はステップＳ１００２で運転領域が前回の処理時と同一であるときには、ステップＳ１００３でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が予め設定されたリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLL（ＶRL＞λ=1＞ＶLL）の範囲内に収束しているか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ２が収束しているときには、三元触媒１３の下流側の空燃比λが安定しているとして、ステップＳ１００４でスキップ時間カウンタＣＣＥＮをインクリメント「＋１」する。次いで、ステップＳ１００５でそのスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達したか否かを判定し、スキップ時間カウンタＣＣＥＮが未だ１０sec に達していないときには、ステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰが１０以上であるか否かを判定する。
【０１３９】
そして、ステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰが１０以上となる以前に、ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達したときには、このルーチンを一旦終了する。このように単位時間当たりのスキップ数が少ないときには、下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転せず、理論空燃比λ=1付近に収束していないと見做すことができる。つまり、このときの目標空燃比λTGは三元触媒１３を中立状態に保持できる値ではないとして、学習処理は実行されない。
【０１４０】
また、ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達する以前に、ステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰが１０以上となったときには、ステップＳ１００７に移行する。このように単位時間当たりのスキップ数が多いときには、下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転し、理論空燃比λ=1付近に収束していると見做すことができる。つまり、このときの目標空燃比λTGは三元触媒１３を中立状態に保持できる値であるとして、ステップＳ１００７の学習処理が実行される。
【０１４１】
ＣＰＵ３２はステップＳ１００７で、学習値λKG←λKG＋λS ＡＶ−１として、その時点で図１７の反転スキップ制御ルーチンで算出されている平均空燃比λS ＡＶを、運転領域に対応する学習値λKGに取り込むとともに、基本目標空燃比λS を１に設定する。なお、その後の基本目標空燃比λS は反転スキップ制御ルーチンで直ちに補正されるため、基本目標空燃比λS が１に保持されているのは学習値λKGの更新時のみとなる。つまり、後述する燃料噴射量算出ルーチンのステップＳ１０３では、目標空燃比λTG←λS ＋λKGとして、反転スキップ制御ルーチンでの基本目標空燃比λS の設定を目標空燃比λTGに反映させているが、学習値λKGの更新時には、学習値λKGによる補正が加えられて目標空燃比λTGが二重に補正されてしまうため、それを回避すべく基本目標空燃比λS を１としているのである。
【０１４２】
次いで、ステップＳ１００８でスキップ時間カウンタＣＣＥＮ及びスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをリセットした後に、このルーチンを終了する。このようにして下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1付近に収束したときの基本目標空燃比λS が、その時点の運転領域に対応する学習値λKGに取り込まれる。なお、各運転領域の学習値λKGはバックアップＲＡＭ３５の所定エリアに格納され、車両のイグニッションスイッチが遮断された後でもメモリ内容が保持される。
【０１４３】
また、前記ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達する以前に、ステップＳ１００３で出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLLの範囲内から外れると、ステップＳ１００８でスキップ時間カウンタＣＣＥＮ及びスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをリセットされて、再び学習処理の実行の可否が判定される。また、ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達する以前に、ステップＳ１００２で運転領域が前回の処理時から変化すると、ステップＳ１００９でスキップ時間カウンタＣＣＥＮ及びスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをリセットする。この場合には変化後の新たな運転領域について、学習処理の実行の可否が判定される。
【０１４４】
なお、ステップＳ１００７では、基本目標空燃比λS に基づいて学習値λKGを設定する学習方法を用いたが、これ以外の方法を実施することも可能であり、例えば、学習値λKGを１ずつ増減して、そのときの下流側の空燃比λの変化に基づいて学習値λKGを学習する方法を用いてもよい。
【０１４５】
一方、ＣＰＵ３２は図１９に示す燃料噴射量算出ルーチンを実行する。このルーチンは、第一実施例で説明した図４に示すルーチンと同じく燃料噴射量ＴＡＵを算出するためのものであり、ステップＳ１０３の処理内容が変更されている点と、ステップＳ１１０１及びステップＳ１１０２が付加されている点が相違している。
【０１４６】
ＣＰＵ３２はステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているときには、ステップＳ１１０１で今現在の内燃機関１の運転領域を検出し、ステップＳ１１０２でその運転領域に対応する学習値λKGを選択してバックアップＲＡＭ３５から読み出す。そして、ステップＳ１０３で目標空燃比λTG←λS ＋λKGとして、その時点で図１７の反転スキップ制御ルーチンで算出されている基本目標空燃比λS に学習値λKGを加算して、目標空燃比λTGを算出する。その後は第一実施例で説明したように、ステップＳ１０４で空燃比補正係数ＦＡＦを設定し、ステップＳ１０５で燃料噴射量ＴＡＵを設定して、このルーチンを終了する。
【０１４７】
なお、ステップＳ１１０２では、バックアップＲＡＭ３５に格納された各学習値λKGから今現在の運転領域に対応する値を選択して、目標空燃比λTGの設定処理に用いたが、例えば、バックアップＲＡＭ３５に格納された各学習値λKGを直線補間して、現在の運転領域に完全に対応する学習値λKGを算出し、目標空燃比λTGの設定処理に用いてもよい。
【０１４８】
また、ステップＳ１０３の目標空燃比λTGの設定処理では、基本目標空燃比λS や学習値λKG以外に各種補正係数を加味することができ、例えば、特開平３−１８５２４４号公報に記載の所謂ディザ制御を実行すべく、目標空燃比λTGを周期的に変動させる補正係数を加算したり、或いは冷却水温Ｔhw等に応じた補正係数を加算したりしてもよい。
【０１４９】
以上のように本実施例では、内燃機関１の各運転領域毎に、三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1付近に収束したときの基本目標空燃比λS が学習値λKGとして学習され、その学習値λKGが目標空燃比λTGに反映される。
【０１５０】
ここで、本出願の発明者は、三元触媒１３の温度変化に伴うガス浄化率の相違、或いは排気ガスの流量変化に伴うＡ／Ｆセンサ２６のガス交換速度の相違等により、三元触媒１３を中立状態に保持できる目標空燃比λTGが運転領域毎に異なることを確認している。そして、前記第一実施例のように目標空燃比λTGの学習処理が行なわれない場合には、図２１に二点鎖線で示すように、運転領域の変化によりＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリーン側に変動し始めてから、目標空燃比λTG（図では基本目標空燃比λS で示す）がリッチ側に積分量λIRにて補正される。つまり、三元触媒１３にリーン側の有害成分がある程度吸着されて、下流側の空燃比λが乱れ始めた後でなければ目標空燃比λTGの補正は行なわれず、また、図８の反転スキップ制御ルーチンの特性上、下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1から一方向に乱れているときには、積分量λIR，λILによる緩やかな補正しか行なわれない。よって、目標空燃比λTGの補正遅れが発生して、下流側の空燃比λの乱れやハンチングを生じ、三元触媒１３の吸着状態が中立から外れてしまう可能性がある。
【０１５１】
これに対して本実施例では、図２１に実線で示すように、吸入空気量ＱA の増加により内燃機関１の運転領域が変化したときであっても、それに対応するリッチ側の学習値λKGが読み出されて直ちに目標空燃比λTGがリッチ側に補正される。その結果、運転領域の変化に伴う補正遅れが防止されて、三元触媒１３はより確実に中立状態に保持され続け、下流側の空燃比λを示すＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２も理論空燃比λ=1付近に収束し続ける。
【０１５２】
そして、本実施例では、空燃比学習手段としてステップＳ１００５乃至ステップＳ１００７の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能し、目標空燃比補正手段としてステップＳ１１０１、ステップＳ１１０２、ステップＳ１０３の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能する。
【０１５３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、予め設定された内燃機関１の運転領域毎に、Ｏ２センサ２７にて検出された三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転して理論空燃比λ＝１付近に収束しているときの基本目標空燃比λＳを学習値λＫＧとして学習するとともに（ステップＳ１００５乃至ステップＳ１００７）、今現在の運転領域を判定して対応する学習値λＫＧを選出し、学習値λＫＧに基づいて目標空燃比λＴＧを設定する（ステップＳ１１０１、ステップＳ１１０２、ステップＳ１０３）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項３の発明の実施例に相当するものである。
【０１５４】
したがって、内燃機関１の運転領域毎に、下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1付近に収束したときの基本目標空燃比λS が学習値λKGとして学習され、今現在の運転領域に対応する学習値λKGに基づいて目標空燃比λTGが設定される。よって、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値λKGが読み出されて直ちに目標空燃比λTGが補正されるため、第一実施例に比較して、運転領域の変化に伴う補正遅れが防止され、三元触媒１３をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０１５５】
〔第三実施例〕
以下、本発明の第三実施例を説明する。
【０１５６】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は反転スキップ制御処理で用いられる積分量λIR，λIL及びスキップ量λSKR,λSKL を吸入空気量ＱA の増減に応じて変化させる点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１５７】
〈積分量・スキップ量設定処理〉
図２２は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャート、図２３は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図、図２４は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量からスキップ量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【０１５８】
図２２に示すルーチンは、第一実施例で説明した図８に示す反転スキップ制御ルーチンと同一タイミングで実行される。ＣＰＵ３２はステップＳ１２０１で回転数センサ２５にて検出された機関回転数Ｎe と吸気圧センサ２２にて検出された吸気圧ＰＭとから今現在の内燃機関１の吸入空気量ＱA を算出する。次いで、ステップＳ１２０２で予めＲＯＭ３３に格納された図２３のマップに基づいて、吸入空気量ＱA から積分量λIR，λILを決定し、ステップＳ１２０３で同じくＲＯＭ３３に格納された図２４のマップに基づいて、吸入空気量ＱA からスキップ量λSKR,λSKL を決定する。
【０１５９】
そして、このようにして決定された積分量λIR，λIL及びスキップ量λSKR,λSKL が、図８に示す反転スキップ制御ルーチンのステップＳ３０３、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８及びステップＳ３１０でそれぞれ用いられる。
【０１６０】
図２３及び図２４から明らかなように、積分量λIR，λILについては吸入空気量ＱA の増加に伴って次第に増加して設定され、また、スキップ量λSKR,λSKL については吸入空気量ＱA の増加に伴って次第に減少して設定されるとともに、吸入空気量ＱA が所定以上の領域ではその下限を抑制される。そして、これらの特性は、吸入空気量ＱA の増減に拘わらず、下流側の空燃比λに対して積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL が常に一定の影響力を及ぼすように設定されたものである。即ち、本出願の発明者は、吸入空気量ＱA が増減すると、三元触媒１３の温度、センサ２６，２７のガス交換速度、燃料噴射量の補正タイミング等が変動して、目標空燃比λTGを補正したときの下流側の空燃比λの変化率（積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL の影響力）が変動することを確認している。そこで、下流側の空燃比λに対する影響力が大きいときには積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL を小さな値に抑制し、影響力が小さいときには大きな値に増大させることにより、図８のルーチンのステップＳ３０３、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８及びステップＳ３１０で下流側の空燃比λに基づいて目標空燃比λTGを補正する際の過補正や補正遅れを防止しているのである。
【０１６１】
なお、図２３及び図２４に示す特性は実験により求められたものであり、内燃機関１の仕様や空燃比制御の内容によっては、吸入空気量ＱA の増加に伴って次第に積分量λIR，λILを減少させる等、逆の特性に設定される場合もある。
【０１６２】
そして、本実施例では、運転状態検出手段として回転数センサ２５及び吸気圧センサ２２が機能し、補正量設定手段としてステップＳ１２０１乃至ステップＳ１２０３の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能する。
【０１６３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、機関回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２５、及び吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ２２と、前記機関回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭから吸入空気量ＱＡを算出し、ＲＯＭ３３に格納されたマップに基づいて吸入空気量ＱＡから積分量λＩＲ，λＩＬ及びスキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬを設定する（ステップＳ１２０１乃至ステップＳ１２０３）ＣＰＵ３２とを具備している。この構成は請求項４の発明の実施例に相当するものである。
【０１６４】
したがって、吸入空気量ＱA の増減に拘わらず、下流側の空燃比λに対して積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL が常に一定の影響力を及ぼすように設定される。故に、これらの積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL にて目標空燃比λTGを補正する際の過補正や補正遅れを防止でき、三元触媒１３をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０１６５】
〔第四実施例〕
以下、本発明の第四実施例を説明する。
【０１６６】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は反転スキップ制御処理で用いられる積分量λI （第一実施例では積分量λIR，λILに相当する）及びスキップ量λSK（第一実施例ではスキップ量λSKR,λSKL に相当する）をＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２の増減に応じて変化させる点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１６７】
〈積分量・スキップ量設定処理〉
図２５は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャート、図２６は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＯ2 センサの出力電圧から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【０１６８】
図２５に示すルーチンは、第一実施例で説明した図８に示す反転スキップ制御ルーチンと同一タイミングで実行される。ＣＰＵ３２はステップＳ１３０１で前回の補正からの経過時間を示すインターバルカウンタＴOSB が予め設定されたインターバル時間Ｔβ以上になったか否かを判定し、未だインターバル時間Ｔβ未満のときには、ステップＳ１３０２でインターバルカウンタＴOSB をインクリメント「＋１」して、一旦このルーチンを終了する。
【０１６９】
ステップＳ１３０２の処理が繰り返されて、ステップＳ１３０１でインターバルカウンタＴOSB がインターバル時間Ｔβ以上になると、ステップＳ１３０３に移行してＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２を読み込み、ステップＳ１３０４で予めＲＯＭ３３に格納された図２６のマップに基づいて、出力電圧ＶＯＸ２から積分量λI を決定する。図から明らかなように、積分量λI は、出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1付近（０．４５Ｖ）の中立領域を挟んで、出力電圧ＶＯＸ２のリッチ側への変化に伴って正側に、リーン側への変化に伴って負側に増大して設定され、かつ、リッチ及びリーンの所定以上の領域ではその上限を抑制される。次いで、ＣＰＵ３２はステップＳ１３０５で出力電圧ＶＯＸ２からスキップ量λSKを決定する。図示はしないが、この設定処理にも図２６と同様の特性のマップが用いられ、スキップ量λSKは積分量λI と同じく、大略的には出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1から離間するほど正側または負側に増大して設定される。
【０１７０】
更に、ＣＰＵ３２はステップＳ１３０６でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が反転したか否かを判定し、反転しないとき、つまり三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチ側またはリーン側に維持されているときには、ステップＳ１３０７で目標空燃比λTG←λTG＋λI として積分量λI による補正を実行し、ステップＳ１３０８でインターバルカウンタＴOSB をリセットして、このルーチンを終了する。また、前記ステップＳ１３０６で出力電圧ＶＯＸ２が反転したとき、つまり下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1を境界としてリッチ側とリーン側の間で反転したときには、ステップＳ１３０９で目標空燃比λTG←λTG＋λSKとしてスキップ量λSKによる補正を実行し、ステップＳ１３０８を経てこのルーチンを終了する。
【０１７１】
ここで、積分量λI 及びスキップ量λSKは、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側のときには正側に設定されて目標空燃比λTGをリーン側に補正し、また、出力電圧ＶＯＸ２がリーン側のときには負側に設定されて目標空燃比λTGをリッチ側に補正する。したがって、目標空燃比λTGは、第一実施例で説明した図９のタイムチャートと同様の特性に制御される。加えて、本実施例では、出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖから離間するほど、換言すれば、目標空燃比λTGの大幅な補正を要するほど、積分量λI 及びスキップ量λSKが正側または負側に増大して設定されるため、常に適切な補正が行なわれて、下流側の空燃比λをより迅速に理論空燃比λ=1に収束させることが可能となる。
【０１７２】
なお、ステップＳ１３０７またはステップＳ１３０９での目標空燃比λTGの補正後には、ステップＳ１３０８でインターバルカウンタＴOSB がリセットされるため、再びステップＳ１３０１でインターバル時間Ｔβが経過するまでは目標空燃比λTGが補正されることはない。つまり、目標空燃比λTGの補正結果がＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に反映された後に、その出力電圧ＶＯＸ２に基づいて次回の目標空燃比λTGが補正されるように配慮しているのである。
【０１７３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、Ｏ２センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ＝１に対応する０．４５Ｖから離間するほど、目標空燃比λＴＧを補正するための積分量λＩ及びスキップ量λＳＫを正側または負側に増大して設定する（ステップＳ１３０４及びステップＳ１３０５）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項５の発明の実施例に相当するものである。
【０１７４】
したがって、三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1から離間して、目標空燃比λTGを大幅に補正する必要があるときほど、積分量λI やスキップ量λSKが増大して設定される。故に、常に適切な補正が行なわれて、下流側の空燃比λをより迅速に理論空燃比λ=1に収束させることができる。
【０１７５】
〔第一参考例〕
以下、第一参考例を説明する。
【０１７６】
なお、本参考例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例乃至第四実施例の空燃比制御装置の構成とほとんど同一であり、相違点は空燃比補正係数ＦＡＦの設定処理にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１７７】
〈空燃比補正係数の設定処理〉
図２８は内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャート、図２９は内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャート、図３０は内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【０１７８】
本参考例の空燃比制御装置は、第一実施例で説明したＡ／Ｆセンサ２６に代えて、図２に示すように三元触媒１３の上流側にＯ2センサ４１を備えている。以下、下流側のＯ2センサ２７と区別するために、それぞれを上流側Ｏ2センサ４１、下流側Ｏ2センサ２７と呼ぶ。
【０１７９】
一方、ＣＰＵ３２の処理を説明すると、まず、図２８のステップＳ１４０１で基本燃料噴射量ＴP を算出し、続くステップＳ１４０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているか否かを判定する。フィードバック条件が成立しているときには、ステップＳ１４０３で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの設定処理を実行する。
【０１８０】
ステップＳ１４０３で比較電圧設定ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２は図２９のステップＳ１５０１で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が０．４５Ｖより高いか低いか（リッチかリーンか）を判定し、リーン側のときにはステップＳ１５０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリーン側であったか否かを判定する。前回もリーン側のときにはステップＳ１５０３で下流側の空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納して、一旦このルーチンを終了する。また、ステップＳ１５０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリッチ側であったときには、ステップＳ１５０４で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶR （ＶR はリッチ側電圧設定値）としてリッチ側に設定し、ステップＳ１５０３でリーンをＲＡＭ３４に格納する。
【０１８１】
一方、前記ステップＳ１５０１で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側のときには、ステップＳ１５０５で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリッチ側であったか否かを判定し、前回もリッチ側のときにはステップＳ１５０３でリッチをＲＡＭ３４に格納する。また、ステップＳ１５０５で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリーン側であったときには、ステップＳ１５０６で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶL （ＶL はリーン側電圧設定値）としてリーン側に設定し、ステップＳ１５０３でリッチをＲＡＭ３４に格納する。
【０１８２】
したがって、図３０に示すように、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリーン側とリッチ側との間で反転したときには、ステップＳ１５０４またはステップＳ１５０６で反転方向の反対側に比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが設定される。なお、図から明らかなように、リッチ側電圧設定値ＶR 及びリーン側電圧設定値ＶL は、理論空燃比λ=1を中心としてリッチ側とリーン側に等間隔で設定され、かつ、相互の間隔は上流側Ｏ2 センサ４１による空燃比λの検出範囲より小さく設定されている。
【０１８３】
その後、ＣＰＵ３２は図２８のステップＳ１４０４に移行し、上流側Ｏ2 センサ４１の出力電圧ＶＯＸ１が上記のように設定した比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ未満であるか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ未満、つまりリーン側のときには、ステップＳ１４０５で出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに対して前回もリーン側であったか否かを判定する。前回もリーン側のときにはステップＳ１４０６で空燃比補正係数ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＦIRとしてリッチ側に補正し、ステップＳ１４０７で上流側の空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納する。このリッチ積分量ＦIRはごく小さな値として設定されているため、図３０に示すように、空燃比補正係数ＦＡＦはリッチ側で漸増する。更に、ステップＳ１４０８で第一実施例で説明した図４のルーチンと同じく、次式に従って基本燃料噴射量ＴP 、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数ＦＡＬＬから燃料噴射量ＴＡＵを設定し、このルーチンを終了する。
【０１８４】
ＴＡＵ＝ＴP ＋ＦＡＦ＋ＦＡＬＬ
また、ステップＳ１４０５で出力電圧ＶＯＸ１が前回はリッチ側であったときには、ステップＳ１４０９で空燃比補正係数ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＦIR＋ＦSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ１４０７でリーンをＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１４０８で燃料噴射量ＴＡＵを設定する。このリッチスキップ量ＦSKR は前記リッチ積分量ＦIRに比較して十分に大きな値のため、図３０に示すように、空燃比補正係数ＦＡＦはリーン側からリッチ側にスキップ的に激増する。
【０１８５】
一方、前記ステップＳ１４０４で上流側Ｏ2 センサ４１の出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ以上、つまりリッチ側のときには、ステップＳ１４１０で出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに対して前回もリッチ側であったか否かを判定する。前回もリッチ側のときにはステップＳ１４１１で空燃比補正係数ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＦIL（ＦILはリーン積分量）として、空燃比補正係数ＦＡＦをリーン側で漸減させ、また、前回はリーン側であったときにはステップＳ１４１２でＦＡＦ←ＦＡＦ−ＦIL−ＦSKL （ＦSKL はリーンスキップ量）として、空燃比補正係数ＦＡＦをリッチ側からリーン側にスキップ的に激減させる。そして、ステップＳ１４１１とステップＳ１４１２のいずれの場合でも前記ステップＳ１４０７でリッチをＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１４０８で燃料噴射量ＴＡＵを設定する。
【０１８６】
以上のように空燃比補正係数ＦＡＦは、積分量ＦＩＲ，ＦＩＬ及びスキップ量ＦＳＫＲ，ＦＳＫＬにより比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを中心としてリッチ側とリーン側に変動しながら制御される。そして、本参考例では、この比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを下流側Ｏ2センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２の反転方向に対して常に反対側に設定しているため、空燃比補正係数ＦＡＦも出力電圧ＶＯＸ２の反転方向と反対側に補正されて、リッチ側やリーン側に乱れた下流側の空燃比λが理論空燃比λ＝１に回復する。
【０１８７】
例えば、図３０のポイントＡやポイントＢで比較電圧ＶＯＸ１ＬＥがリッチ側に設定されると、空燃比補正係数ＦＡＦがリッチ側にスキップする時期がポイントＡ''からポイントＡ' に早められたり、リーン側にスキップする時期がポイントＢ''からポイントＢ' に遅くされたりするため、空燃比補正係数ＦＡＦは全体としてリッチ側に制御されて、リーン側に乱れた下流側の空燃比λをリッチ側に補正する作用を奏する。また、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥがリーン側に設定されると、前記と逆に空燃比補正係数ＦＡＦは全体としてリーン側に制御されて、リッチ側に乱れた下流側の空燃比λをリーン側に補正する作用を奏するのである。
【０１８８】
そして、このように比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを変更することで空燃比補正係数ＦＡＦを補正しているため、例えば、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを増減した図４０に示す従来例のように空燃比補正係数ＦＡＦへの反映が遅れることはなく、出力電圧ＶＯＸ２の変動が速やかに空燃比補正係数ＦＡＦに反映されて、下流側の空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵが制御される。よって、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２は０．４５Ｖを中心として速い周期でごく狭い振幅で変動し、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは理論空燃比λ=1付近に収束する。
【０１８９】
なお、前記ステップＳ１４０２で空燃比λのフィードバック条件が成立していないときには、ステップＳ１４１３で空燃比補正係数ＦＡＦを１に設定して、ステップＳ１４０８に移行する。
【０１９０】
ところで、ステップＳ１４０８の燃料噴射量ＴＡＵの設定処理では、基本燃料噴射量ＴP や空燃比補正係数ＦＡＦ以外に各種補正係数を加味することができ、例えば、第二実施例で述べたようにディザ制御を実行すべく燃料噴射量ＴＡＵを周期的に変動させる補正係数を乗算したり、或いは冷却水温Ｔhw等に応じた補正係数を乗算したりしてもよい。
【０１９２】
このように上記参考例の内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１の排気経路の三元触媒１３の上流側に設けられ、前記内燃機関１から排出された排気ガスの空燃比λに応じた空燃比信号を出力する上流側Ｏ２センサ４１と、前記三元触媒１３の下流側に設けられ、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λがリッチかリーンかを検出する下流側Ｏ２センサ２７と、前記下流側Ｏ２センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ＝１を横切ってリッチ側とリーン側との間で反転したときに反転方向を判別するとともに（ステップＳ１５０１、ステップＳ１５０２及びステップＳ１５０５）、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定し（ステップＳ１５０４及びステップＳ１５０６）、前記上流側Ｏ２センサ４１にて検出された空燃比λと前記比較電圧ＶＯＸ１ＬＥとの比較結果に基づき、空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ１４０４乃至ステップＳ１４１２）ＣＰＵ３２とを具備している。
【０１９３】
したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを変更することで空燃比補正係数ＦＡＦを補正しているため、出力電圧ＶＯＸ２の変動が速やかに空燃比補正係数ＦＡＦに反映されて、下流側の空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵを制御することができる。故に、空燃比λが乱れたときの補正の遅れを回避して、三元触媒１３の下流側の空燃比λを常に確実に理論空燃比λ=1付近に収束させることができ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０１９４】
〔第五実施例〕
以下、本発明の第五実施例を説明する
【０１９５】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一参考例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを積分制御及びスキップ制御する点、このとき用いる積分量ＶＩＲ，ＶＩＬ及びスキップ量ＶＳＫＲ，ＶＳＫＬを三元触媒１３の劣化状態に応じて変更する点、及び内燃機関１の運転領域毎に、下流側Ｏ2センサ２７にて検出された下流側の空燃比λが理論空燃比λ＝１に収束しているときの比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを学習する点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１９６】
〈積分量・スキップ量設定処理及び比較電圧学習処理〉
図３１及び図３２は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャート、図３３は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧学習ルーチンを示すフローチャート、図３４は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の三元触媒の劣化状態から積分量及びスキップ量を算出するためのマップを示す説明図、図３５は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【０１９７】
ＣＰＵ３２は第一参考例で説明した図２８のステップＳ１４０３で比較電圧設定ルーチンがコールされると、図３１のステップＳ１７０１で出力電圧ＶＯＸ２が０．４５Ｖより高いか低いか（リッチかリーンか）を判定し、リーン側のときにはステップＳ１７０２で予めＲＯＭ３３に格納された図３４に示すマップに基づいて、現在の三元触媒１３の劣化状態からリッチ積分量ＶＩＲ及びリッチスキップ量ＶＳＫＲを算出する。なお、本実施例ではＡ／Ｆセンサ２６に代えて上流側Ｏ2センサ４１を用いているため、第一実施例で説明したように三元触媒１３の上流側の空燃比λから具体的な最大吸着量ＯＳＴｍａｘや最小吸着量ＯＳＴｍｉｎを算出することはできない。したがって、例えば特開昭６１−２８６５５０号公報、或いは特開平３−２５３７１４号公報に記載されている判定方法等を利用して三元触媒１３の劣化状態を判定し、図に示すように、その劣化状態が進行しているほどリッチ積分量ＶＩＲ及びリッチスキップ量ＶＳＫＲを小さな値として算出する。
【０１９８】
次いで、ＣＰＵ３２はステップＳ１７０３で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリーン側であったか否かを判定し、前回もリーン側のときにはステップＳ１７０４で基本比較電圧ＶS ←ＶS ＋ＶIRとしてリッチ側に補正する。更に、ステップＳ１７０５及びステップＳ１７０６で基本比較電圧ＶS をリッチ側許容値ＶRmaxにガードし、ステップＳ１７０７で下流側の空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納する。その後、ステップＳ１７０８で今現在の内燃機関１の運転領域を検出し、ステップＳ１７０９でその運転領域に対応する学習値ＶKGを選択してバックアップＲＡＭ３５から読み出し、ステップＳ１７１０で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶS ＋ＶKGとして、このルーチンを終了する。なお、ステップＳ１７０８の運転領域は、例えば第二実施例で説明した図２０と同じく吸入空気量ＱA 、スロットル開度ＴＨ及び車速に基づいて設定し、後述する図３３の比較電圧学習ルーチンでその運転領域毎に学習値ＶKGが学習される。
【０１９９】
また、前記ステップＳ１７０３で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリッチ側であったときには、ステップＳ１７１１で今現在の基本比較電圧ＶS をＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１７１２でＶS ←ＶS ＋ＶIR＋ＶSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ１７１３及びステップＳ１７１４で基本比較電圧ＶS をリッチ側許容値ＶRmaxにガードする。更に、ステップＳ１７１５でスキップの回数をカウントするスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」し、ステップＳ１７１６でＲＡＭ３４に格納されている基本比較電圧ＶS と、前記のように算出された基本比較電圧ＶS とを平均して平均電圧ＶS ＡＶを算出し、その後、前記したステップＳ１７０７以降の処理を実行する。
【０２００】
一方、前記ステップＳ１７０１で出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側のときには、ステップＳ１７１７で図３４のマップに基づいてリーン積分量ＶIL及びリーンスキップ量ＶSKL を算出する。そして、ステップＳ１７１８で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリッチ側であったときにはステップＳ１７１９で基本比較電圧ＶS ←ＶS −ＶILとしてリーン側に補正し、ステップＳ１７２０及びステップＳ１７２１で基本比較電圧ＶS をリーン側許容値ＶLmaxにガードして、前記ステップＳ１７０７に移行する。
【０２０１】
また、ステップＳ１７１８で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリーン側であったときには、ステップＳ１７２２で基本比較電圧ＶS をＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１７２３でＶS ←ＶS −ＶIL−ＶSKL としてリーン側に補正し、ステップＳ１７２４及びステップＳ１７２５で基本比較電圧ＶS をリーン側許容値ＶLmaxにガードする。更に、ステップＳ１７２６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」し、ステップＳ１７２７で平均電圧ＶS ＡＶを算出して、前記ステップＳ１７０７に移行する。
【０２０２】
一方、ＣＰＵ３２は図３３の比較電圧学習ルーチンを実行する。このルーチンは第二実施例で説明した図１８の目標空燃比学習ルーチンとほとんど同一であり、ステップＳ１００７の処理がステップＳ１８０１の処理に変更されている。したがって、ステップＳ１００５及びステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰに基づいて単位時間当たりのスキップ数が多いと判定されたときには、ステップＳ１８０１で学習値ＶKG←ＶKG＋ＶS ＡＶ−０．４５として、その時点で図３１及び図３２の比較電圧設定ルーチンで算出されている平均電圧ＶS ＡＶが、運転領域に対応する学習値ＶKGに取り込まれる。
【０２０３】
以上のように本実施例では、第一参考例と同じく出力電圧ＶＯＸ２の反転時に比較電圧ＶＯＸ１ＬＥをスキップ制御するだけでなく、図３５に破線で示すように、出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側またはリーン側に継続して変動しているときに、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを積分量ＶＩＲ，ＶＩＬにて積分制御している。したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが反転しないときでも、この積分制御により空燃比補正係数ＦＡＦが空燃比λの変動方向の反対側に制御されるため、スキップ制御のみの場合に比較して、下流側の空燃比λをより確実に理論空燃比λ＝１付近に収束させることができる。なお、図では積分制御により基本比較電圧ＶＳがリッチ側に増大して、リッチ側許容値ＶＲｍａｘにガードされた場合を示す。
【０２０４】
また、三元触媒１３の劣化状態が進行するほど、積分量ＶIR，ＶILやスキップ量ＶSKR,ＶSKL として次第に小さな値が算出されるため、それに伴い比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの変動幅が減少する。したがって、空燃比補正係数ＦＡＦの変動幅も減少して、第一実施例と同様に三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【０２０５】
更に、前記のように内燃機関１の各運転領域毎に、三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1に収束したときの基本比較電圧ＶS が学習値ＶKGとして学習され、その学習値ＶKGが比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに反映される。つまり、この処理は第二実施例で説明した目標空燃比λTGの学習処理と同様の作用を奏し、図３５に示すように、吸入空気量ＱA の増加により内燃機関１の運転領域が変化したときであっても、それに対応するリッチ側の学習値ＶKGが読み出されて直ちに比較電圧ＶＯＸ１ＬＥがリッチ側に補正される。したがって、運転領域の変化に伴う補正遅れが防止されて、三元触媒１３はより確実に中立状態に保持される。
【０２０６】
そして、本実施例では、比較値学習手段としてステップＳ１００５、ステップＳ１００６、ステップＳ１８０１の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能し、比較値補正手段としてステップＳ１７０８乃至ステップＳ１７１０の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能する。
【０２０７】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、下流側の空燃比λが反転したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチスキップ量ＶＳＫＲ及びリーンスキップ量ＶＳＫＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥをスキップ的に補正するとともに、空燃比λが反転しないときに、空燃比λの変動方向に対して反対側に比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定して、リッチ積分量ＶＩＲやリーン積分量ＶＩＬにて漸次増大させる（ステップＳ１７０４及びステップＳ１７１９）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項６の発明の実施例に相当するものである。なお、本実施例において、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが請求項６における比較値に相当する。
【０２０８】
したがって、下流側の空燃比λが反転しないときでも、リッチ積分量ＶIRやリーン積分量ＶILにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが積分制御されて、空燃比補正係数ＦＡＦが空燃比λの変動方向の反対側に制御されるため、スキップ制御のみの場合に比較して、下流側の空燃比λをより確実に理論空燃比λ=1付近に収束させて、有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０２０９】
また、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、三元触媒１３の劣化状態が進行するほど、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを補正する積分量ＶＩＲ，ＶＩＬやスキップ量ＶＳＫＲ，ＶＳＫＬを減少させる（ステップＳ１７０２及びステップＳ１７１７）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項７の発明の実施例に相当するものである。
【０２１０】
したがって、三元触媒１３の劣化状態が進行するほど、積分量ＶIR，ＶILやスキップ量ＶSKR,ＶSKL として次第に小さな値が算出されるため、三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。故に、三元触媒１３の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２１１】
更に、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、予め設定された内燃機関１の運転領域毎に、下流側Ｏ２センサ２７にて検出された三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転して理論空燃比λ＝１付近に収束しているときの基本比較電圧ＶＳを学習値ＶＫＧとして学習するとともに（ステップＳ１００５、ステップＳ１００６、ステップＳ１８０１）、今現在の運転領域を判定して対応する学習値ＶＫＧを選出し、学習値ＶＫＧに基づいて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定する（ステップＳ１７０８乃至ステップＳ１７１０）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項８の発明の実施例に相当するものである。
【０２１２】
したがって、内燃機関１の運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値ＶＫＧが読み出されて直ちに比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが補正されるため、この学習処理を実行しない第一参考例に比較して運転領域の変化に伴う補正遅れが防止され、三元触媒１３をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２１３】
〔第二参考例〕
以下、第二参考例を説明する。
【０２１４】
なお、本参考例の空燃比制御装置の構成は、第一参考例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに対応してリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定し、その補正係数ＦＡＦＲを燃料噴射量ＴＡＵの算出に加味する点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０２１５】
〈リア空燃比補正係数の設定処理〉
図３６は内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャート、図３７は内燃機関の空燃比制御装置のリア空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャート、図３８は内燃機関の空燃比制御装置のＯ2センサの検出範囲に対する変位量の設定状態を示す説明図である。
【０２１６】
図３６に示す比較電圧設定ルーチンは、第一参考例で説明した図２９のルーチンとほとんど同一であり、ステップＳ１５０４及びステップＳ１５０６の処理がステップＳ１９０１及びステップＳ１９０２の処理に変更されている。したがって、出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側からリーン側に反転すると、ＣＰＵ３２はステップＳ１９０１で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶＲとしてリッチ側に設定するとともに、リア空燃比補正係数ＦＡＦＲ←１＋α（αは変位量）としてリッチ側に補正する。逆に出力電圧ＶＯＸ２がリーン側からリッチ側に反転すると、ステップＳ１９０２で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶＬとしてリーン側に設定するとともに、リア空燃比補正係数ＦＡＦＲ←１−αとしてリーン側に補正する。そして、得られたリア空燃比補正係数ＦＡＦＲは、図２８のステップＳ１４０８で次式に従って燃料噴射量ＴＡＵの算出に用いられる。
【０２１７】
ＴＡＵ＝ＴＰ＋ＦＡＦ＋ＦＡＦＲ＋ＦＡＬＬ
ここで、図３７に示すように変位量αは、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定するためのリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬと理論空燃比λ＝１との電位差β（β＝ＶＲ−（λ＝１）＝（λ＝１）−ＶＬ）に対応して設定されている。換言すれば、変位量αに基づくリア空燃比補正係数ＦＡＦＲにより燃料噴射量ＴＡＵをリッチ側またはリーン側に補正すると、上流側Ｏ2センサ４１の出力電圧ＶＯＸ１が電位差β分だけ同一方向に変動するように、電位差βと変位量αの関係が定められている。また、図３８に示すように電位差β（＝変位量α）の大きさは、第一参考例と同じく理論空燃比λ＝１を中心とした上流側Ｏ2センサ４１の検出範囲（出力電圧ＶＯＸ１をリニアライズ化して空燃比λとして得られる検出範囲）より小さく設定されている。
【０２１８】
そして、第一参考例で説明したように比較電圧ＶＯＸ１ＬＥのリッチ側またはリーン側の設定に対応して、空燃比補正係数ＦＡＦは図２８のステップＳ１４０４以降のフィードバックにより同一方向に補正されるが、加えて本参考例では、その制御と同一結果になるように燃料噴射量ＴＡＵがリア空燃比補正係数ＦＡＦＲにて直ちに補正される。つまり、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに基づくフィードバックでは、図３０で説明したようにポイントＡで出力電圧ＶＯＸ２が変動してもポイントＡ’までは空燃比補正係数ＦＡＦに反映されなかったが、このようにリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを加味することにより、フィードバックに先行して出力電圧ＶＯＸ２の変動が直接的に燃料噴射量ＴＡＵに反映される。したがって、下流側の空燃比λの乱れに対する燃料噴射量ＴＡＵの制御の応答性がより高められて、下流側の空燃比λをより一層確実に理論空燃比λ＝１付近に収束させることができる。
【０２１９】
このように上記参考例の内燃機関１の空燃比制御装置は、下流側の空燃比λが反転したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定するとともに、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥと同一方向にリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定して、燃料噴射量ＴＡＵを補正する（ステップＳ１９０１及びステップＳ１９０２）ＣＰＵ３２を具備している。
【０２２０】
したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに基づくフィードバックに先行して、出力電圧ＶＯＸ２の変動が直接的に燃料噴射量ＴＡＵに反映されるため、下流側の空燃比λの乱れに対する燃料噴射量ＴＡＵの制御の応答性が高められて、下流側の空燃比λをより確実に理論空燃比λ=1付近に収束させることができる。
【０２２１】
また、上記参考例の内燃機関１の空燃比制御装置は、下流側の空燃比λが反転したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定するとともに、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥと同一方向に同一の変位量αとなるようにリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定して、燃料噴射量ＴＡＵを補正する（ステップＳ１９０１及びステップＳ１９０２）ＣＰＵ３２を具備している。
【０２２２】
したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに基づくフィードバックと同一結果となるように燃料噴射量ＴＡＵが直ちに補正されるため、燃料噴射量ＴＡＵの制御の応答性をより一層高めることができる。
【０２２３】
〔第六実施例〕
以下、本発明の第六実施例を説明する。
【０２２４】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、三元触媒１３の上流側にＡ／Ｆセンサ２６を備えた第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点はＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２と比較する電圧を０．４５Ｖに固定せずに、内燃機関の負荷状態に基づいて切り換える点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０２２５】
〈反転スキップ制御処理〉
図３９は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャート、図４０は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する制御目標値設定ルーチンを示すフローチャート、図４１は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図、図４２は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値の設定状態を示すタイムチャート、図４３は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の各有害成分の浄化特性を示す説明図である。
【０２２６】
図３９に示す反転スキップ制御ルーチンは、第一実施例で説明した図８のルーチンとほとんど同一であり、ステップＳ２００１の処理が付加されている点と、ステップＳ３０１の処理内容が変更されている点が相違する。ＣＰＵ３２はステップＳ２００１で制御目標値ＶＯＸ２ＴＧの設定処理を実行し、ステップＳ３０１で第一実施例で用いた理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖに代えて、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２との比較に用い、その比較結果に応じて第一実施例と同様にステップＳ３０２以降の処理で目標空燃比λTGを設定する。
【０２２７】
前記したステップＳ２００１で制御目標値設定ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２は図４０のステップＳ２１０１で吸気圧センサ２２にて検出された吸気圧ＰＭを微分して吸気圧微分値ＤＬＰＭを算出する。ここで、図４２に示すように、車両の加速時には吸気圧ＰＭが増加することから吸気圧微分値ＤＬＰＭの極性は正に、車両の減速時には吸気圧ＰＭが減少することから吸気圧微分値ＤＬＰＭの極性は負になり、いずれの場合も加減速が急激であるほど吸気圧微分値ＤＬＰＭが絶対値として大きな値に算出される。次いで、ＣＰＵ３２はステップＳ２１０２で吸気圧微分値ＤＬＰＭを、予め正の値として設定された加速判定値ＤＬUP及び負の値として設定された減速判定値ＤＬDWと比較し、吸気圧微分値ＤＬＰＭが加速判定値ＤＬUPより小さく、かつ減速判定値ＤＬDWより大きいときには、車両が加減速状態にないと見做してステップＳ２１０３に移行する。
【０２２８】
そして、ＣＰＵ３２はステップＳ２１０３で、図４１のマップに従って吸気圧ＰＭと回転数センサ２５にて検出された機関回転数Ｎe から制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを算出し、このルーチンを終了する。この制御目標値ＶＯＸ２ＴＧは、基本的に内燃機関１の負荷が高いときほどリッチ側に設定される。例えば図中に黒点印で示すように、低負荷のアイドル運転時には吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎe が共に低いため、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1よりリーン側の０．３５Ｖが算出され、低・中負荷の定常運転時には吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎe が共に中間の値であるため、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖが算出され、高負荷の定常運転時には吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎe が共に高いため、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1よりリッチ側の０．５５Ｖが算出される。
【０２２９】
一方、前記ステップＳ２１０２で吸気圧微分値ＤＬＰＭが加速判定値ＤＬUP以上のときには、車両が加速状態にあると見做してステップＳ２１０４に移行し、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして０．５５Ｖを設定する。また、ステップＳ２１０２で吸気圧微分値ＤＬＰＭが減速判定値ＤＬDW以下のときには、車両が減速状態にあると見做してステップＳ２１０５に移行し、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして０．３５Ｖを設定する。即ち、加減速時には内燃機関１が高負荷または低負荷にあるため、本来は制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをリッチ側またはリーン側に設定すべきであるが、マップに従った場合には図中に白点印で示すように、低・中負荷の領域で加減速が行われたときに制御目標値ＶＯＸ２ＴＧが理論空燃比λ=1に設定されてしまう。故に、加減速についてはマップに関係なく無条件で制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを０．５５Ｖまたは０．３５Ｖに設定しているのである。
【０２３０】
そして、以上のようにして設定された目標空燃比λTGに基づいて燃料噴射量が制御され、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは、第一実施例のように常に理論空燃比λ=1付近に収束することなく、内燃機関１の負荷状態に応じて高負荷時にはリッチ側に、低・中負荷時には理論空燃比λ=1に、低負荷時にはリーン側に収束する。ここで、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして設定された０．５５Ｖ及び０．３５Ｖにより実際に空燃比λがシフトする量はごく僅かであり、図４３に示すように、空燃比λがリッチ側にシフトされたときにはＮＯX の浄化率が向上し、リーン側にシフトされたときにはＣＯやＨＣの浄化率が向上する。
【０２３１】
したがって、高負荷定常運転時や加速時においては周知のようにＮＯX の排出量が増大するが、空燃比λをリッチ側に制御することでこのＮＯX の増大が抑制される。このときＣＯやＨＣについては浄化率が低下するため排出量が若干増大するが、増大が予測されるＮＯX を特に優先して抑制するため、全体としての有害成分を確実に低減可能である。また、逆にアイドル運転時や減速時においてはＨＣの排出量が増大するが、空燃比λをリーン側に制御することでこのＨＣの増大が抑制され、ＮＯX の排出量は若干増大するものの全体としての有害成分を確実に低減可能である。
【０２３２】
なお、前記のように空燃比λを微妙にシフトできるのは、検出精度の高い０2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づいて、三元触媒１３の劣化状態が反映された下流側の空燃比λをフィードバックしているためであり、例えば、Ａ／Ｆセンサ２６にて三元触媒１３の上流側の空燃比λをフィードバックした場合には、Ａ／Ｆセンサ２６の出力のバラツキ及び三元触媒１３の劣化状態が制御に全く加味されないことから、このように微妙な空燃比制御は実現できない。
【０２３３】
そして、本実施例では、運転状態検出手段として吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５が機能し、制御目標値設定手段としてステップＳ２００１の処理を実行するときのＣＰＵ３２が、反転方向判別手段としてステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７の処理を実行するときのＣＰＵ３２がそれぞれ機能する。
【０２３４】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１の運転状態を検出する吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５と、前記吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５にて検出された運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを設定するとともに（ステップＳ２００１）、Ｏ2センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを横切ってリッチ側とリーン側との間で反転したときに反転方向を判別する（ステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項９の発明の実施例に相当するものである。
【０２３５】
したがって、設定された制御目標値ＶＯＸ２ＴＧに応じて三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチ側やリーン側にシフトされ、今現在の運転状態において増大が予想される特定の有害成分が特に優先して抑制される。よって、その他の有害成分の排出量は若干増大するものの、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２３６】
また、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５にて検出された内燃機関１の負荷状態に基づき、負荷が高いときほど制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをリッチ側に設定するＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項１０の発明の実施例に相当するものである。
【０２３７】
そして、周知のように内燃機関１は高負荷時にＮＯX を排出し、低負荷時にＨＣを多く排出するため、負荷が高いときほど制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをリッチ側に設定すれば、高負荷時のＮＯX と低負荷時のＨＣを共に抑制でき、このように負荷状態を目安として制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２３８】
ところで、上記第六実施例は、三元触媒１３の上流側にＡ／Ｆセンサ２６を備えた第一実施例の空燃比制御装置に、内燃機関１の負荷状態に応じて空燃比λをシフトさせる機能を付加したものであるが、例えば、三元触媒１３の上流側にＯ2センサ２７を備えた第一参考例の空燃比制御装置に、空燃比λをシフトさせる機能を付加してもよい。詳細は説明しないが、この場合は図４４に示すように、比較電圧設定ルーチンの開始時にステップＳ２００１で制御目標値ＶＯＸ２ＴＧの設定処理を実行し、その制御目標値ＶＯＸ２ＴＧに基づいてステップＳ１５０１の処理を実行すればよい。
【０２３９】
〔第七実施例〕
以下、本発明の第七実施例を説明する。
【０２４０】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第六実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は第六実施例で述べた内燃機関１の負荷状態に代えて、ＥＧＲ装置の作動状態に基づいて制御目標値ＶＯＸ２ＴＧの設定する点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０２４１】
〈反転スキップ制御処理〉
図４５は本発明の第七実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【０２４２】
第六実施例と同じく、本実施例では図３９に示す反転スキップ制御ルーチンが実行され、そのステップＳ２００１の処理では、図４５のマップに従ってＥＧＲ装置の作動状態に基づいて制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを算出する。周知のようにＥＧＲ装置は、内燃機関１の排気ガスを吸気系に再循環させることにより燃焼温度を低下させてＮＯＸを低減する作用を奏し、図に示すように、吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎｅに基づいて内燃機関１が高負荷でないときに作動する。
【０２４３】
ステップＳ２００１において、ＣＰＵ３２はＥＧＲ装置が作動しているときには制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖを設定し、ＥＧＲ装置が停止しているときには制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとしてリッチ側の０．５５Ｖを設定する。したがって、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは、ＥＧＲ装置の作動時には理論空燃比λ=1に、停止時にはリッチ側に収束する。つまり、ＥＧＲ装置の停止時には、作動時に比較して空燃比λがリッチ側に制御されるため、ＥＧＲ装置の作動時と同様にＮＯX が抑制される。
【０２４４】
このように、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをよりリッチ側に設定するＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項１１の発明の実施例に相当するものである。
【０２４５】
したがって、ＥＧＲ装置の停止時には、作動時に比較して空燃比λがリッチ側に制御されて、ＥＧＲ装置の作動時と同様にＮＯX を抑制でき、このようにＥＧＲ装置の作動状態を目安として制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２４６】
ところで、上記第一実施例及び第二実施例では、ＲＯＭ３３に格納された図１０に示すマップに基づき、三元触媒１３の最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax の減少に応じてリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL を減少させているが、必ずしも三元触媒１３の吸着量を考慮に入れる必要はなく、これらのリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL を固定値としてもよい。
【０２４７】
また、上記第一実施例乃至第四実施例では、反転スキップ制御処理やパージ制御処理で算出した目標空燃比λTGをそのまま空燃比補正係数ＦＡＦの設定に用いたが、例えば、特開平３−１８５２４４号公報に記載された空燃比制御装置のように、算出した値を中心として目標空燃比λTGを周期的に変動させる所謂ディザ制御を実行してもよい。
【０２４８】
更に、上記第三実施例では、吸入空気量ＱA の増減に応じて積分量λIR，λIL及びスキップ量λSKR,λSKL を共に変化させ、また、第四実施例では、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２の増減に応じて積分量λI 及びスキップ量λSKを共に変化させたが、必ずしも双方の値を変化させる必要はない。したがって、積分量λIR，λIL，λI とスキップ量λSKR,λSKL,λSKのいずれか一方を吸入空気量ＱA や出力電圧ＶＯＸ２の増減に応じて変化させ、他方は固定値としてもよい。
【０２４９】
一方、上記第七実施例では、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの設定（電位差β）に対応するようにリア空燃比補正係数ＦＡＦＲの変位量αを定めたが、必ずしも対応させる必要はなく、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの設定と同一方向にリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定するものであれば、変位量αの大きさを比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ以外に変更してもよい。
【０２５０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、噴射量算出手段が所定の更新速度で噴射量を算出しているため、目標空燃比設定手段にて設定された目標空燃比は直ちに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して極めて良好な応答性で噴射量を制御することができ、また、下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が反転したときには、スキップ量にて目標空燃比がスキップ的に補正されるため、その後の触媒下流側の空燃比の大きな乱れを確実に抑制できる。その結果、空燃比が乱れたときの補正の遅れを回避して、常に確実に空燃比を理論空燃比付近に収束させ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０２５１】
また、空燃比が反転しないときには、空燃比の変動方向と反対側に目標空燃比が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束し、前記した有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０２５２】
請求項２の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒劣化検出手段にて検出された触媒の劣化状態が進行するほど、目標空燃比設定手段にてスキップ量が減少されるため、触媒の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止され、触媒の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５３】
請求項３の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの目標空燃比が運転領域毎に学習されるため、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに目標空燃比が補正される。よって、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止し、触媒をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５４】
請求項４の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じてスキップ量や積分量が設定されるため、運転状態の変化に拘わらず、触媒の下流側の空燃比に対してスキップ量や積分量が常に一定の影響力を及ぼすように設定可能となる。よって、これらのスキップ量や積分量にて目標空燃比を補正する際の過補正や補正遅れを防止でき、触媒をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５５】
請求項５の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の下流側の空燃比が理論空燃比から離間して、目標空燃比を大幅に補正する必要があるときほど、スキップ量や積分量が増大して設定されるため、常に適切な補正を行なって下流側の空燃比をより迅速に理論空燃比に収束させることができる。
【０２５６】
請求項６の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、スキップ量にて比較値を変更することで噴射量を補正しているため、空燃比の変動が速やかに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して良好な応答性で噴射量を制御することができる。その結果、空燃比が乱れたときの補正の遅れを回避して、常に確実に空燃比を理論空燃比付近に収束させ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０２５７】
また、空燃比が反転しないときには、空燃比の変動方向と反対側に比較値が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束し、前記した有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０２５８】
請求項７の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒劣化検出手段にて検出された触媒の劣化状態が進行するほど、比較値設定手段にてスキップ量が減少されるため、触媒の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止され、触媒の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５９】
請求項８の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの比較値が運転領域毎に学習されるため、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに比較値が補正される。よって、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止し、触媒をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２６２】
請求項９の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、制御目標値が今現在の運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に設定されて、その特定の有害成分を特に優先して抑制するため、その他の有害成分の排出量は若干増大するものの、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２６３】
請求項１０の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、負荷が高いときほど制御目標値がリッチ側に設定されるため、高負荷時のＮＯＸと低負荷時のＨＣを共に抑制でき、このように負荷状態を目安として制御目標値を適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２６４】
請求項１１の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値がよりリッチ側に設定されてＮＯＸを抑制でき、このようにＥＧＲ装置の作動状態を目安として制御目標値を適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第一実施例の内容を概念的に示したクレーム対応図である。
【図２】 図２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概略構成図である。
【図３】 図３は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置における空燃比制御システムの原理を説明するためのブロック図である。
【図４】 図４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】 図５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する定常・過渡判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】 図６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比から物質濃度を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図７】 図７は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比のサンプリング時及びパージ制御時におけるＡ／Ｆセンサ出力、吸着量及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図８】 図８は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】 図９は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時におけるＯ2センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図１０】 図１０は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の最小・最大吸着量からスキップ量を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図１１】 図１１は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】 図１２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する学習開始判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】 図１３は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するＡ／Ｆ変動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】 図１４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する飽和判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】 図１５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する吸着量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】 図１６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸着量学習時におけるＯ2センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図１７】 図１７は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】 図１８は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する目標空燃比学習ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】 図１９は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】 図２０は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の運転領域の設定の一例を示す説明図である。
【図２１】 図２１は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時を示すタイムチャートである。
【図２２】 図２２は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】 図２３は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図２４】 図２４は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量からスキップ量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図２５】 図２５は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】 図２６は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＯ2センサの出力電圧から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図２７】 図２７は第一参考例の内容を概念的に示したクレーム対応図である。
【図２８】 図２８は第一参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】 図２９は第一参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３０】 図３０は第一参考例である内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【図３１】 図３１は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３２】 図３２は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３３】 図３３は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧学習ルーチンを示すフローチャートである。
【図３４】 図３４は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の三元触媒の劣化状態から積分量及びスキップ量を算出するためのマップを示す説明図である。
【図３５】 図３５は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【図３６】 図３６は第二参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３７】 図３７は第二参考例である内燃機関の空燃比制御装置のリア空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【図３８】 図３８は第二参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＯ2センサの検出範囲に対する変位量の設定状態を示す説明図である。
【図３９】 図３９は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４０】 図４０は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する制御目標値設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４１】 図４１は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図４２】 図４２は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値の設定状態を示すタイムチャートである。
【図４３】 図４３は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の各有害成分の浄化特性を示す説明図である。
【図４４】 図４４は本発明の第六実施例の別例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する制御目標値設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４５】 図４５は本発明の第七実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図４６】 図４６は従来の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時における空燃比補正係数及び下流側Ｏ2センサの出力電圧を示すタイムチャートである。
【図４７】 図４７は従来の別の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時におけるＯ2センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
Ｍ１ 内燃機関
Ｍ２ 触媒
Ｍ３ 上流側空燃比検出手段
Ｍ４ 下流側空燃比検出手段
Ｍ５ 反転方向判別手段
Ｍ６ 目標空燃比設定手段
Ｍ７ 燃料噴射弁
Ｍ８ 噴射量算出手段
Ｍ１１ 内燃機関
Ｍ１２ 触媒
Ｍ１３ 上流側空燃比検出手段
Ｍ１４ 下流側空燃比検出手段
Ｍ１５ 反転方向判別手段
Ｍ１６ 比較値設定手段
Ｍ１７ 燃料噴射弁
Ｍ１８ 噴射量算出手段
１ 内燃機関
７ 燃料噴射弁
１３ 三元触媒
２２ 吸気圧センサ
２５ 回転数センサ
２６ Ａ／Ｆセンサ
２７ Ｏ2センサ
３２ ＣＰＵ
【産業上の利用分野】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関するもので、特に、触媒の上流側と下流側に排気ガスの空燃比を検出するセンサを設けて、上流側のセンサの検出値に基づく空燃比フィードバック制御に加えて、下流側のセンサの検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の内燃機関の空燃比制御装置として、特開平２−２３８１４７号公報に記載のものを挙げることができる。
【０００３】
図４６はこの従来の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時における空燃比補正係数及び下流側Ｏ2 センサの出力電圧を示すタイムチャートである。
【０００４】
この従来の空燃比制御装置は、触媒の上流側と下流側にそれぞれ酸素濃度センサ（以下、単に『Ｏ2 センサ』という）を設けて、上流側のＯ2 センサの出力電圧に基づき排気ガスの空燃比がリッチ側とリーン側のいずれに変動しているかを判別し、予め設定された積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬにて空燃比補正係数ＦＡＦを空燃比の変動方向の反対側に補正し、また、検出された空燃比がリッチ側からリーン側、またはリーン側からリッチ側に理論空燃比を横切って反転したときには、前記積分定数ＫＩＲ，ＫＩＬより大きな値として設定されたスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬにて空燃比補正係数ＦＡＦを空燃比の変動方向の反対側にスキップ的に補正し、よって、実際の空燃比を理論空燃比に収束させるように構成されている。更に、下流側のＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２が予め設定されたリッチ側許容値ＶRLやリーン側許容値ＶLLを越えて大きく変動したときには、空燃比の補正を速やかに完了すべく、前記スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを増加させて空燃比補正係数ＦＡＦを大きく補正している。
【０００５】
また、上記した空燃比制御装置とは別に、特開平３−１８５２４４号公報に記載の空燃比制御装置を挙げることができる。
【０００６】
図４７はこの従来の別の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時におけるＯ2 センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【０００７】
この従来の別の空燃比制御装置は、触媒の上流側に空燃比センサ（以下、単に『Ａ／Ｆセンサ』という）を設けるとともに、下流側にＯ2 センサを設け、Ｏ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２に基づいて排気ガスの空燃比が理論空燃比を境界としたリッチ側とリーン側のいずれに変動しているかを判別して、予め設定されたリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて目標空燃比を空燃比の変動方向の反対側に一定速度で補正している。そして、この補正後の目標空燃比と、Ａ／Ｆセンサにて検出された実際の空燃比との差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを所定の更新速度で算出し、よって、実際の空燃比を理論空燃比に収束させるように構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の図４６に示す空燃比制御装置は、上記のように上流側のＯ2 センサの出力電圧に基づくスキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを、下流側のＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２に基づいて増減しているため、下流側のＯ2 センサによる補正量が実際に空燃比補正係数ＦＡＦに反映されるのは、上流側のＯ2 センサにて検出された空燃比が理論空燃比を横切り、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬが用いられるタイミングに限定される。したがって、図４６のａの時点で下流側のＯ2 センサにて空燃比がリッチ側許容値ＶRLを越えたことが検出されても、その検出値に基づいて増加したスキップ量ＲＳＬにて実際に空燃比補正係数ＦＡＦが補正されるのは、かなり遅延したｂの時点となってしまう。そして、この補正の遅れによって生じた過補正で、空燃比がリッチ側とリーン側とを周期的に変動して理論空燃比に収束せず、ＣＯやＨＣ或いはＮＯX を交互に排出してしまう場合があった。
【０００９】
また、図４７に示す空燃比制御装置は、上記のようにＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２による補正後の目標空燃比と、Ａ／Ｆセンサにて検出された実際の空燃比との差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを所定の更新速度で算出しているため、リッチ積分量λIRやリーン積分量λILは直ちに空燃比補正係数ＦＡＦに反映される。しかしながら、本来、三元触媒を含めて内燃機関は大きな遅れを有する系であることから、下流側のＯ2 センサの出力電圧ＶＯＸ２に基づいて排気ガスの空燃比の変動方向がリッチとリーンの間で反転した時点では、既に上流側の空燃比は理論空燃比からいずれかの方向に大きく乱れており、前記したリッチ積分量λIRやリーン積分量λILによる微妙な補正では、その後に下流側に生じる空燃比λの乱れを抑制しきれない。したがって、前記した場合と同じく補正の遅れによって空燃比が過補正されて理論空燃比に収束せず、ＣＯやＨＣ或いはＮＯX を交互に排出してしまう場合があった。
【００１０】
そこで、本発明は、触媒の下流側の空燃比に基づく補正処理の遅れを回避し、常に確実に空燃比を理論空燃比付近に収束させて、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる内燃機関の空燃比制御装置の提供を課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、図１に示すように、内燃機関Ｍ１の排気経路の触媒Ｍ２の上流側に設けられ、前記内燃機関Ｍ１から排出された排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段Ｍ３と、前記触媒Ｍ２の下流側に設けられ、触媒Ｍ２を通過した排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段Ｍ４と、前記下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が理論空燃比を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別する反転方向判別手段Ｍ５と、前記反転方向判別手段Ｍ５にて前記下流側空燃比検出手段Ｍ４により検出された空燃比の反転方向が判別されたときに、目標空燃比をスキップ的に補正するためのスキップ量にて、該反転方向に対して反対側に目標空燃比を補正し、前記下流側空燃比検出手段Ｍ４により検出される空燃比が反転しないときに、前記下流側空燃比検出手段Ｍ４により検出される空燃比の変動方向に対して反対側に前記スキップ量より小さい値として設定された積分量にて目標空燃比を補正する目標空燃比設定手段Ｍ６と、前記上流側空燃比検出手段Ｍ３にて検出された空燃比と、前記目標空燃比設定手段Ｍ６にて設定された目標空燃比との差に基づき、燃料噴射弁Ｍ７の噴射量を算出する噴射量算出手段Ｍ８とを具備したものである。
【００１３】
請求項２の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、目標空燃比設定手段Ｍ６を、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ２の劣化状態の進行に応じて、目標空燃比を補正するスキップ量を減少させるようにしたものである。
【００１４】
請求項３の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、前記目標空燃比設定手段Ｍ６を、予め設定された内燃機関Ｍ１の運転領域毎に、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの目標空燃比を学習する空燃比学習手段と、内燃機関Ｍ１の運転領域を判定して対応する前記空燃比学習手段の学習値を選出し、学習値に基づいて前記目標空燃比を補正する目標空燃比補正手段とを具備するように構成したものである。
【００１５】
請求項４の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、前記目標空燃比設定手段Ｍ６を、前記内燃機関Ｍ１の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段にて検出された運転状態に応じて前記スキップ量及び／または積分量を設定する補正量設定手段とを具備するように構成したものである。
【００１６】
請求項５の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、前記目標空燃比設定手段Ｍ６を、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が理論空燃比から離間するほど、目標空燃比を補正するスキップ量及び／または積分量を増大させるようにしたものである。
【００１７】
請求項６の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、図２７に示すように、内燃機関Ｍ１１の排気経路の触媒Ｍ１２の上流側に設けられ、前記内燃機関Ｍ１１から排出された排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段Ｍ１３と、前記触媒Ｍ１２の下流側に設けられ、触媒Ｍ１２を通過した排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段Ｍ１４と、前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された空燃比が理論空燃比を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別する反転方向判別手段Ｍ１５と、前記反転方向判別手段Ｍ１５にて前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４により検出された空燃比の反転方向が判別されたときに、比較値をスキップ的に補正するためのスキップ量にて、該反転方向に対して反対側に比較値を補正し、前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４により検出される空燃比が反転しないときに、前記下流側空燃比検出手段Ｍ１４により検出される空燃比の変動方向に対して反対側に前記スキップ量より小さい値として設定された積分量にて比較値を補正する比較値設定手段Ｍ１６と、前記上流側空燃比検出手段Ｍ１３にて検出された空燃比と、前記比較値設定手段Ｍ１６にて設定された比較値との比較結果に基づき、前記上流側空燃比検出手段Ｍ１３により検出される空燃比が前記比較値設定手段Ｍ１６にて設定された比較値となるように燃料噴射弁Ｍ１７の噴射量を算出する噴射量算出手段Ｍ１８とを具備したものである。
【００１９】
請求項７の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、比較値設定手段Ｍ１６を、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ１２の劣化状態の進行に伴なって、比較値を補正するスキップ量を減少させるようにしたものである。
【００２０】
請求項８の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、比較値設定手段Ｍ１６を、予め設定された内燃機関Ｍ１１の運転領域毎に、下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの比較値を学習する比較値学習手段と、内燃機関Ｍ１１の運転領域を判定して対応する前記比較値学習手段の学習値を選出し、学習値に基づいて前記比較値を補正する比較値補正手段とを具備するように構成したものである。
【００２３】
請求項９の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段にて検出された運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に制御目標値を設定する制御目標値設定手段とを備え、前記反転方向判別手段を、前記下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が制御目標値を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別するようにしたものである。
【００２４】
請求項１０の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、制御目標値設定手段を、運転状態検出手段にて検出された内燃機関の負荷状態に基づき、負荷が高いときほど制御目標値をリッチ側に設定するようにしたものである。
【００２５】
請求項１１の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置は、制御目標値設定手段は、運転状態検出手段にて検出された排気ガス再循環用のＥＧＲ装置の作動状態に基づき、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値をよりリッチ側に設定するようにしたものである。
【００２６】
【作用】
請求項１の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された触媒Ｍ２の下流側の空燃比が理論空燃比を経て反転すると、反転方向判別手段Ｍ５にて反転方向が判別され、目標空燃比設定手段Ｍ６にて反転方向と反対側にスキップ量にて目標空燃比が補正され、その目標空燃比と上流側空燃比検出手段Ｍ３にて検出された空燃比との差に基づいて、噴射量算出手段Ｍ８にて所定の更新速度で燃料噴射弁Ｍ７の噴射量が算出される。そして、目標空燃比設定手段Ｍ６は、反転方向判別手段Ｍ５の判別結果に基づいて目標空燃比を設定するので、噴射量算出手段Ｍ８では、この目標空燃比と上流側空燃比検出手段Ｍ３により検出される空燃比とに基づいて、燃料噴射弁Ｍ７による噴射量を算出する。故に、目標空燃比設定手段Ｍ６による目標空燃比の設定は、直ちに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して良好な応答性で噴射量が制御される。また、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された空燃比が反転したときには、スキップ量にて目標空燃比がスキップ的に補正されるため、その後の触媒Ｍ２下流側の空燃比の大きな乱れが確実に抑制される。
【００２７】
さらに、空燃比の変動方向が反転しないときには、目標空燃比設定手段Ｍ６にて空燃比の変動方向と反対側に目標空燃比が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束する。
【００２８】
請求項２の発明においては、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ２の劣化状態の進行に応じて、目標空燃比設定手段Ｍ６にてスキップ量が減少されるため、触媒Ｍ２の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【００２９】
請求項３の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された触媒Ｍ２の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているとき、換言すれば、触媒Ｍ２が中立状態に保持されているときに、目標空燃比設定手段Ｍ６にて設定された目標空燃比が内燃機関Ｍ１の運転領域毎に空燃比学習手段により学習される。そして、今現在の内燃機関Ｍ１の運転領域が目標空燃比補正手段にて判定され、その運転領域に対応する学習値により目標空燃比が補正される。よって、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに目標空燃比が補正されるため、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止して、触媒Ｍ２をより確実に中立状態に保持し続けることが可能となる。
【００３０】
請求項４の発明においては、吸入空気量等のように内燃機関Ｍ１の運転状態を示すパラメータが運転状態検出手段にて検出され、その運転状態に応じて補正量設定手段によりスキップ量や積分量が設定されて、これらの補正値により目標空燃比が補正される。したがって、運転状態の変化に拘わらず、触媒Ｍ２の下流側の空燃比に対してスキップ量や積分量が常に一定の影響力を及ぼすように設定でき、これらのスキップ量や積分量にて目標空燃比を補正する際の過補正や補正遅れを防止可能となる。
【００３１】
請求項５の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ４にて検出された触媒Ｍ２の下流側の空燃比が理論空燃比からリッチまたはリーン側に離間するほど、換言すれば、目標空燃比の大幅な補正を要するほど、目標空燃比設定手段Ｍ６にてスキップ量や積分量が増大されるため、常に適切な補正が行なわれて、下流側の空燃比をより迅速に理論空燃比に収束させることが可能となる。
【００３２】
請求項６の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された触媒Ｍ１２の下流側の空燃比が理論空燃比を経て反転すると、反転方向判別手段Ｍ１５にて反転方向が判別され、比較値設定手段Ｍ１６にて反転方向と反対側にスキップ量にて比較値が補正され、その比較値と上流側空燃比検出手段Ｍ１３にて検出された空燃比との比較結果に基づいて、噴射量算出手段Ｍ１８にて燃料噴射弁Ｍ１７の噴射量が算出される。そして、このように比較値を変更することで噴射量を補正しているため、空燃比の変動が速やかに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して良好な応答性で噴射量が制御される。
【００３３】
さらに、空燃比の変動方向が反転しないときには、比較値設定手段Ｍ１６にて空燃比の変動方向と反対側に比較値が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束する。
【００３４】
請求項７の発明においては、触媒劣化検出手段にて検出された触媒Ｍ１２の劣化状態の進行に応じて、比較値設定手段Ｍ１６にてスキップ量が減少されるため、触媒Ｍ１２の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【００３５】
請求項８の発明においては、下流側空燃比検出手段Ｍ１４にて検出された触媒Ｍ１２の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているとき、換言すれば、触媒Ｍ１２が中立状態に保持されているときに、比較値設定手段Ｍ１６にて設定された比較値が内燃機関Ｍ１１の運転領域毎に比較値学習手段により学習される。そして、今現在の内燃機関Ｍ１１の運転領域が比較値補正手段にて判定され、その運転領域に対応する学習値により比較値が補正される。よって、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに比較値が補正されるため、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止して、触媒Ｍ１２をより確実に中立状態に保持し続けることが可能となる。
【００３８】
請求項９の発明においては、運転状態検出手段にて検出された内燃機関の運転状態に応じて制御目標値設定手段により制御目標値が設定され、その制御目標値を経て触媒の下流側の空燃比が反転すると、反転方向判別手段にて反転方向が判別される。そして、判別された反転方向に基づいて、請求項１の空燃比制御装置では目標空燃比設定手段により目標空燃比が設定され、また、請求項７の空燃比制御装置では比較値設定手段により比較値が設定される。ここで、制御目標値は、今現在の運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に設定されるため、例えばＣＯやＨＣの増大が予測される場合には制御目標値がリーン側に、ＮＯＸの増大が予測される場合には制御目標値がリッチ側に設定され、その制御目標値に触媒の下流側の空燃比を収束させるように燃料噴射量が制御される。つまり、増大が予測される特定の有害成分を特に優先して抑制するため、その他の有害成分の排出量は若干増大するものの、全体としての有害成分は確実に低減される。
【００３９】
請求項１０の発明においては、内燃機関は高負荷時にＮＯＸを排出し、低負荷時にＨＣを多く排出するため、負荷が高いときほど制御目標値をリッチ側に設定すれば、高負荷時のＮＯＸと低負荷時のＨＣを共に抑制でき、このように負荷状態を目安として制御目標値を適切に設定可能である。
【００４０】
請求項１１の発明においては、ＥＧＲ装置の作動時には燃焼温度の低下に伴ってＮＯＸが低減され、ＥＧＲ装置の停止時には燃焼温度の上昇に伴ってＮＯＸが増大するため、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値をよりリッチ側に設定すればＮＯＸを抑制でき、このようにＥＧＲ装置の作動状態を目安として制御目標値を適切に設定可能である。
【００４１】
【実施例】
〔第一実施例〕
以下、本発明の第一実施例を説明する。
【００４２】
図２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概略構成図である。
【００４３】
図に示すように、内燃機関１は４気筒４サイクルの火花点火式として構成され、その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合され、所定空燃比の混合気として各気筒に分配供給される。また、内燃機関１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０にて分配供給され、前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。そして、燃焼後の排気ガスはエキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を通過し、排気管１２に設けられた三元触媒１３にて有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等）を浄化されて大気に排出される。
【００４４】
前記吸気管３には吸気温センサ２１と吸気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空気の温度Ｔamを、吸気圧センサ２２はスロットルバルブ４の下流側の吸気圧ＰＭをそれぞれ検出する。前記スロットルバルブ４には開度ＴＨを検出するスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号と共に、スロットルバルブ４がほぼ全閉であることを検出する図示しないアイドルスイッチからのオン・オフ信号を出力する。また、内燃機関１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４は内燃機関１内の冷却水温Ｔhwを検出する。前記ディストリビュータ１０には内燃機関１の回転数Ｎe を検出する回転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５は内燃機関１の２回転、即ち７２０°毎にパルス信号を２４回出力する。更に、前記排気管１２の三元触媒１３の上流側には、内燃機関１から排出される排気ガスの空燃比λに応じたリニアな空燃比信号を出力するＡ／Ｆセンサ２６が設けられ、三元触媒１３の下流側には、排気ガスの空燃比λが理論空燃比λ=1に対してリッチかリーンかに応じた電圧ＶＯＸ２を出力するＯ2 センサ２７が設けられている。
【００４５】
内燃機関１の運転状態を制御する電子制御装置３１は、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、バックアップＲＡＭ３５等を中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート３６及び各アクチュエータに制御信号を出力する出力ポート３７等に対しバス３８を介して接続されている。そして、電子制御装置３１は入力ポート３６を介して前記各センサから吸気温Ｔam、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔhw、回転数Ｎe 、空燃比信号、出力電圧ＶＯＸ２等を入力し、それらの各値に基づいて燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期Ｉg を算出して、出力ポート３７を介して燃料噴射弁７及び点火回路９にそれぞれ制御信号を出力する。以下、これらの制御の内の燃料噴射量ＴＡＵに関わる空燃比制御について説明する。
【００４６】
電子制御装置３１は空燃比制御を実行するために次の手法で設計されている。なお、以下の設計手法は特開昭６４−１１０８５３号公報に開示されている。
【００４７】
▲１▼制御対象のモデリング
本実施例では内燃機関１の空燃比λを制御するシステムのモデルに、むだ時間Ｐ＝３を持つ次数１の自己回帰移動平均モデルを用い、さらに外乱ｄを考慮して近似している。
【００４８】
まず、自己回帰移動平均モデルを用いた空燃比λを制御するシステムのモデルは、
【００４９】
【数１】
で近似できる。ここで、λは空燃比、ＦＡＦは空燃比補正係数、ａ、ｂは定数、ｋは最初のサンプリング開始からの制御回数を示す変数である。さらに外乱ｄを考慮すると制御システムのモデルは、
【００５１】
【数２】
と近似できる。
【００５３】
以上のようにして近似したモデルに対し、ステップ応答を用いて回転同期（３６０°ＣＡ）サンプリングで離散化して定数ａ、ｂを定めること、即ち、空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めることは容易である。
【００５４】
▲２▼状態変数量Ｘの表示方法
上式（２）を状態変数量Ｘ（ｋ）
＝〔Ｘ1(ｋ )、Ｘ2(ｋ )、Ｘ3(ｋ )、Ｘ4(ｋ) 〕T
を用いて書き直すと、
【００５５】
【数３】
を得る。
【００５７】
【数４】
となる。
【００５９】
▲３▼レギュレータの設計
次にレギュレータを設計すると、最適フィードバックゲインＫ＝〔Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4 〕と状態変数量ＸT （ｋ）
＝〔λ（ｋ）、ＦＡＦ（ｋ−３）、ＦＡＦ（ｋ−２）、ＦＡＦ（ｋ−１）〕
とを用いて
【００６０】
【数５】
となる。更に、誤差を吸収させるための積分項Ｚ1(ｋ )を加え、
【００６２】
【数６】
として、空燃比λ、補正係数ＦＡＦを求めることができる。
【００６４】
なお、積分項Ｚ1(ｋ )は目標空燃比λTGと実際の空燃比λ（ｋ）との偏差と積分定数Ｋａとから決まる値であって、次式により求められる。
【００６５】
【数７】
図３は、前述のようにモデルを設計した空燃比λを制御するシステムのブロック線図である。図３において、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）をＦＡＦ（ｋ−１）から導くためにＺ-1変換を用いて表示したが、これは過去の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ−１）をＲＡＭ３４に記憶しておき、次の制御タイミングで読み出して用いている。
【００６７】
また、図３において一点鎖線でかこまれたブロックＰ１が空燃比λ（ｋ）を目標空燃比λTGにフィードバック制御している状態において状態変数量Ｘ（ｋ）を定める部分、ブロックＰ２が積分項Ｚ1(ｋ )を求める部分（累積部）、およびブロックＰ３がブロックＰ１で定められた状態変数量Ｘ（ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項Ｚ1(ｋ )とから今回の空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）を演算する部分である。
【００６８】
▲４▼最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａの決定
最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａは、例えば、次式で示される評価関数Ｊを最小とすることで設定できる。
【００６９】
【数８】
ここで、評価関数Ｊとは空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）の動きを制約しつつ、空燃比λ（ｋ）と目標空燃比λTGとの偏差を最小にしようと意図したものであり、空燃比補正係数ＦＡＦ（ｋ）に対する制約の重み付けは、重みのパラメータＱ、Ｒの値によって変更することができる。したがって、重みパラメータＱ、Ｒの値を種々換えて最適な制御特性が得られるまでシュミレーションを繰り返し、最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを定めればよい。
【００７１】
さらに、最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａはモデル定数ａ、ｂに依存している。よって、実際の空燃比λを制御する系の変動（パラメータ変動）に対するシステムの安定性（ロバスト性）を保証するためには、モデル定数ａ、ｂの変動分を見込んで最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを設計する必要がある。よって、シュミレーションはモデル定数ａ、ｂの現実に生じ得る変動を加味して行ない、安定性を満足する最適フィードバックゲインＫ及び積分定数Ｋａを定める。
【００７２】
以上、▲１▼制御対象のモデリング、▲２▼状態変数量の表示方法、▲３▼レギュレータの設計、▲４▼最適フィードバックゲイン及び積分定数の決定について説明したが、これらは予め決定されており、電子制御装置３１ではその結果即ち、前述の（６）、（７）式のみを用いて制御を行う。
【００７３】
《燃料噴射量ＴＡＵの算出処理》
次に、上記のように構成された本実施例の内燃機関の空燃比制御装置の動作を説明する。
【００７４】
図４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【００７５】
この燃料噴射量算出ルーチンは内燃機関１の回転に同期して３６０°ＣＡ毎に実行される。まず、ＣＰＵ３２はステップＳ１０１で吸気圧ＰＭ、回転数Ｎe 等に基づいて基本燃料噴射量ＴP を算出し、続くステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているか否かを判定する。ここで、周知のようにフィードバック条件とは、冷却水温Ｔhwが所定値以上で、かつ高回転・高負荷ではないときに成立する。ステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているときには、ステップＳ１０３で目標空燃比λTGを設定し（詳細は後述する）、ステップＳ１０４で空燃比λを目標空燃比λTGとすべく空燃比補正係数ＦＡＦを設定した後に、ステップＳ１０５に移行する。即ち、ステップＳ１０４では目標空燃比λTGとＡ／Ｆセンサ２６で検出された空燃比λ(K) に応じて、前記した（６）、（７）の式により空燃比補正係数ＦＡＦが算出される。また、前記ステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立していないときには、ステップＳ１０６で空燃比補正係数ＦＡＦを１に設定して、ステップＳ１０５に移行する。
【００７６】
その後、ＣＰＵ３２はステップＳ１０５で次式に従って基本燃料噴射量ＴP 、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数ＦＡＬＬから燃料噴射量ＴＡＵを設定する。
【００７７】
ＴＡＵ＝ＴP ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
そして、このようにして設定された燃料噴射量ＴＡＵに基づく制御信号が燃料噴射弁７に出力されて開弁時間、つまり実際の燃料噴射量が制御され、その結果、混合気が目標空燃比λTGに調整される。
【００７８】
《目標空燃比λTGの設定処理》
次に、前記した目標空燃比λTGの設定処理（図４のステップＳ１０３の処理）について詳述する。
【００７９】
〈定常・過渡判定処理〉
本実施例の空燃比制御装置では、内燃機関１の定常運転時（例えば、車両が定速走行中で機関回転数Ｎe や吸気圧ＰＭ等がほぼ一定に保持されている状態）の場合と、過渡運転時（例えば、車両が加速中で機関回転数Ｎe や吸気圧ＰＭ等が変動している状態）で、かつ空燃比λが理論空燃比λ=1からある程度乱れている場合とでは、目標空燃比λTGを異なる処理で設定する。そこで、まず、定常運転時と過渡運転時との判定処理を説明する。
【００８０】
図５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する定常・過渡判定ルーチンを示すフローチャート、図６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比から物質濃度を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図、図７は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比のサンプリング時及びパージ制御時におけるＡ／Ｆセンサ出力、吸着量及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【００８１】
ＣＰＵ３２は図５のステップＳ２０１で吸着量算出カウンタＴOSC がリセットされているか否かを判定し、カウンタＴOSC はリセットされているためステップＳ２０２で前記Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λが予め設定されたリッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLL（λRL＞λ=1＞λLL）との範囲内に収束しているか否かを判定する。空燃比λが範囲内に収束しているときには内燃機関１が定常運転にあるとして、ステップＳ２０３で反転スキップ制御処理を実行する。後述するように、この反転スキップ制御処理は、実際の空燃比λを理論空燃比λ=1付近に保持すべく実行される。
【００８２】
また、前記ステップＳ２０２で空燃比λがリッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLLとの範囲内に収束せずに乱れているときには、内燃機関１が過渡運転にあるとしてステップＳ２０４で吸着量算出カウンタＴOSC が予め設定されたサンプリング時間Ｔαに達しているか否かを判定する。前記したように吸着量算出カウンタＴOSC はリセットされてサンプリング時間Ｔαに達していないため、以下のステップＳ２０５乃至ステップＳ２１０の処理を実行して、空燃比λの乱れにより三元触媒１３に吸着されつつある一酸化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣ、窒素酸化物ＮＯX 等の有害成分の総量を算出する。
【００８３】
まず、ＣＰＵ３２はステップＳ２０５で予めＲＯＭ３３に格納された図６に示すマップに基づいて、図７に示すように、Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された実際の空燃比λ（以下、順次サンプリングするためλ(i) とする）から現時点の物質濃度を算出する。周知のように、排気ガス中の有害成分としては、空燃比λがリーン側に偏った場合にはＮＯX と酸素Ｏ2 が増大し、リッチ側に偏った場合にはＣＯとＨＣが増大するが、このマップでは物質濃度をＯ2 を基準として定めているため、リーン側ではＯ2 の過剰分を直接表して正の値として設定され、リッチ側ではＣＯやＨＣにより要求されるＯ2 の不足分を表して負の値として設定される。
【００８４】
ステップＳ２０５で物質濃度の算出を完了するとステップＳ２０６に移行し、次式に従って物質濃度と吸入空気量ＱA （以下、順次サンプリングするためＱA(i)とする）から前記三元触媒１３に吸着された吸着量ＯST(i) を算出する。
【００８５】
ＯST(i) ＝物質濃度×ＱA(i)
但し、このときの吸入空気量ＱA(i)は空気流の遅れを考慮し、物質濃度の基礎となる空燃比λ(i) が検出された空気流を対象とした検出値とする。即ち、吸入空気量ＱA(i)は機関回転数Ｎe と吸気圧ＰＭより算出されるが、機関回転数Ｎe を検出する回転数センサ２５及び吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ２２は、空燃比λ(i) を検出したＡ／Ｆセンサ２６より上流側に位置するため、機関回転数Ｎe については１．５回前の検出値（つまり今回と前回の平均値）を適用し、吸気圧ＰＭについては３回前の検出値を適用して、次式により吸入空気量ＱA(i)が算出される。
【００８６】
ＱA(i)∝Ｎe(I-1.5)×ＰＭ(I-3)
ステップＳ２０６で吸着量ＯST(i) の算出を完了するとステップＳ２０７に移行し、総吸着量ＯST←ＯST＋ＯST(i) とする。次いで、ステップＳ２０８で算出した総吸着量ＯSTが予め設定された最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax とで定められた範囲内にあるか否かを判定する。ここで、最小吸着量ＯSTmin とは、空燃比λがリッチ側のときのＣＯやＨＣを対象とした三元触媒１３の最大の吸着量を表し（前記したようにＯ2 を基準としているため負の値となり、最小値と呼んでいる）、また、最大吸着量ＯSTmax とは、空燃比λがリーン側のときのＯ2 を対象とした三元触媒１３の最大の吸着量を表し、周知のように、共に三元触媒１３の劣化に伴って低下する性質を有する。そして、これらの最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax は後述する吸着量学習処理により適宜算出されて、このステップＳ２０８では最新のデータが適用される。
【００８７】
前記ステップＳ２０８で現時点の総吸着量ＯSTが最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax の範囲内にあると判定したときには、ステップＳ２０９で前記吸着量算出カウンタＴOSC をインクリメント「＋１」して前記ステップＳ２０１に戻り、今回は吸着量算出カウンタＴOSC がリセットされていないためステップＳ２０４に移行して、吸着量算出カウンタＴOSC がサンプリング時間Ｔαに達したか否かを判定する。未だサンプリング時間Ｔαに達していないときには、図７に示すように、再びステップＳ２０５乃至ステップＳ２０７の処理により新たな空燃比λ(i) から吸着量ＯST(i) を算出して総吸着量ＯSTに加算する。つまり、サンプリング時間Ｔαが経過するまで順次空燃比λ(i) がサンプリングされて、それに基づく吸着量ＯST(i) が総吸着量ＯSTに加算される。
【００８８】
乱れた空燃比λは次第に理論空燃比λ=1に回復するが、通常の空燃比λの回復に要すると予想される時間に比較して前記サンプリング時間Ｔαは長く設定されており、空燃比λが理論空燃比λ=1に回復するまで吸着量ＯST(i) のサンプリングが継続される。その結果、各吸着量ＯST(i) を加算した総吸着量ＯSTは、空燃比λの乱れによって三元触媒１３に吸着された有害成分（リーン側の乱れのときにはＮＯX 、リッチ側の乱れのときにはＣＯとＨＣ）の総量を表すことになる。また、サンプリング中にステップＳ２０８で総吸着量ＯSTが最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax との範囲から外れたときには（図７に一点鎖線で示す）、三元触媒１３がリッチ側またはリーン側のいずれかに飽和状態となった、即ち、それ以降はＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等の有害成分を吸着できずにエミッションとして排出するため総吸着量ＯSTが増加しないと見做して、ステップＳ２１０で総吸着量ＯSTをガードする。つまり、総吸着量ＯSTが最小吸着量ＯSTmin 以下になったときには、この最小吸着量ＯSTmin に制限し、総吸着量ＯSTが最大吸着量ＯSTmax 以上になったときには、最大吸着量ＯSTmax に制限する。
【００８９】
一方、前記ステップＳ２０４で吸着量算出カウンタＴOSC がサンプリング時間Ｔαに達したときには、ステップＳ２１１に移行して吸着量算出カウンタＴOSC をリセットし、ステップＳ２１２でパージ制御処理を実行する。後述するように、このパージ制御処理は、三元触媒１３に吸着された有害成分を除去すべく、前記のように算出した総吸着量ＯSTに基づいて実行される。
【００９０】
〈反転スキップ制御処理〉
次いで、定常運転時に実行される反転スキップ制御処理を説明する。
【００９１】
図８は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャート、図９は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時におけるＯ2 センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャート、図１０は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の最小・最大吸着量からスキップ量を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【００９２】
前記した定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０３で反転スキップ制御ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２はステップＳ３０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1のときの値である０．４５Ｖより高いか低いか（リッチかリーンか）を判定し、リーン側のときにはステップＳ３０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリーン側であったか否かを判定する。前回もリーン側であるとき、つまり空燃比λがリーン側に維持されているときには、ステップＳ３０３で目標空燃比λTG←λTG−λIRとしてリッチ側に補正し、ステップＳ３０４で空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納する。このリッチ積分量λIRはごく小さな値として設定されているため、図９に示すように、目標空燃比λTGはリッチ側で漸減する。
【００９３】
また、ステップＳ３０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリッチ側であったとき、つまり空燃比λがリッチ側からリーン側に反転したときには、ステップＳ３０５で予めＲＯＭ３３に格納された図１０のマップに基づいて、後述する吸着量学習処理によって得られたＣＯやＨＣの吸着量を示す最小吸着量ＯSTmin からリッチスキップ量λSKR を算出する。ここで、図１０から明らかなように、最小吸着量ＯSTmin に対しリッチスキップ量λSKR は正比例の関係にあり、三元触媒１３が劣化して最小吸着量ＯSTmin が減少する程、リッチスキップ量λSKR として小さな値が設定される。その後、ステップＳ３０６で目標空燃比λTG←λTG−λIR−λSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ３０４でリーンをＲＡＭ３４に格納する。このリッチスキップ量λSKR は前記リッチ積分量λIRに比較して十分に大きな値のため、図９に示すように、目標空燃比λTGはリーン側からリッチ側にスキップ的に激減する。
【００９４】
一方、前記ステップＳ３０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側であるときには、ステップＳ３０７で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリッチ側であったか否かを判定する。そして、前回もリッチ側であるときにはステップＳ３０８で目標空燃比λTG←λTG＋λIL（λILはリーン積分量）として、目標空燃比λTGをリーン側で漸増させ、また、前回はリーン側であったときにはステップＳ３０９で図１０のマップに基づきＯ2 の吸着量を示す最大吸着量ＯSTmax からリーンスキップ量λSKL を算出して、ステップＳ３１０でλTG←λTG＋λIL＋λSKL とし、目標空燃比λTGをリッチ側からリーン側にスキップ的に激増させる。なお、前記したリッチスキップ量λSKR の場合と同様に、三元触媒１３が劣化して最大吸着量ＯSTmax が減少する程、リーンスキップ量λSKL として小さな値が設定される。そして、ステップＳ３０８とステップＳ３１０のいずれの場合でも前記ステップＳ３０４で空燃比λの極性としてリッチをＲＡＭ３４に格納する。
【００９５】
このように、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づいて、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λがリーン側またはリッチ側に継続して変動しているときには、ステップＳ３０３またはステップＳ３０８で目標空燃比λTGがリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて空燃比λの変動方向の反対側に漸次増大される。また、空燃比λがリーン側とリッチ側との間で反転したときには、ステップＳ３０６またはステップＳ３１０で目標空燃比λTGがリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL にて理論空燃比λ=1を横切ってスキップ的に大きく補正される。
【００９６】
そして、このようにして設定された目標空燃比λTGは、前記した図４に示す燃料噴射量算出ルーチンのステップＳ１０４で空燃比補正係数ＦＡＦの算出に用いられ、更に、その空燃比補正係数ＦＡＦからステップＳ１０５で燃料噴射量ＴＡＵが算出されて実際の燃料噴射量が制御される。前記したように、燃料噴射量算出ルーチンは内燃機関１の回転に同期して３６０°ＣＡ毎に実行されていることから、空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵも３６０°ＣＡ毎に更新され、反転スキップ制御ルーチンで設定された目標空燃比λTGは直ちに空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵに反映される。したがって、Ｏ2 センサ２７にて検出された空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵが制御される。
【００９７】
また、空燃比λの変動方向が理論空燃比λ=1を横切って反転したときには、通常のリッチ積分量λIRやリーン積分量λILに比較して十分に大きな値のリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL にて目標空燃比λTGがスキップ的に増減される。本来、三元触媒１３を含めて内燃機関１は大きな遅れを有する系であることから、三元触媒１３の下流側で排気ガスの空燃比λが反転した時点では、既に上流側では空燃比λが理論空燃比λ=1からいずれかの方向に大きく乱れているが、このように目標空燃比λTGをスキップ的に増減することにより、その後の三元触媒１３下流側の空燃比λの大きな乱れが確実に抑制される。
【００９８】
よって、図９に示すように、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２は０．４５Ｖを中心として早い周期でごく狭い振幅で変動し、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは理論空燃比λ=1付近に収束する。なお、このときのＯ2 センサ２７は理論空燃比λ=1付近の感度の良好な領域を用いて空燃比λを検出することになり、かつ、三元触媒１３は有害成分をほとんど吸着しない状態に常に保持されるため、排気ガス中の有害成分の消費時間が大幅に短縮化され、その結果、Ｏ2 センサ２７は空燃比λの僅かな乱れをも確実に検出可能となる。したがって、このＯ2 センサ２７の感度向上も前記した空燃比λを理論空燃比λ=1付近に収束させることに役立っている。
【００９９】
加えて、前記したように、空燃比λが反転せず、リーン側またはリッチ側に継続して変動しているときには、目標空燃比λTGがリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて空燃比λの変動方向の反対側に漸次増大される。したがって、この処理により三元触媒１３の下流側の空燃比λはより確実に理論空燃比λ=1付近に収束する。
【０１００】
一方、前記したように、三元触媒１３の劣化によって最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax が減少してきたときには、図１０のマップに基づいてリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL として次第に小さな値が算出されるため、三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【０１０１】
〈パージ制御処理〉
次いで、過渡運転時で空燃比λが乱れた場合に実行されるパージ制御処理を説明する。
【０１０２】
図１１は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１０３】
前記した定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２１２でパージ制御ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２はステップＳ４０１で、定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０７において算出された総吸着量ＯSTの極性が正か負かを判定する。つまり、このパージ制御の実行時には、空燃比λの乱れにより三元触媒１３の有害成分の吸着量が増大しており、その有害成分がリーン側とリッチ側のいずれの乱れによるものかを判定しているのである。
【０１０４】
今、仮に図７に実線で示すように、空燃比λがリーン側に乱れたものとして説明を続けると、ＣＰＵ３２はステップＳ４０１でＯ2 を基準として算出された総吸着量ＯSTの極性が正、つまりリーンであると判定し、ステップＳ４０２で目標空燃比λTG←λTG−ΔλR とする。このリッチパージ補正量ΔλR は、前記した反転スキップ制御で用いられるスキップ量λSKR,λSKL より更に大きな値として設定されており、その結果、目標空燃比λTGは反転スキップ制御の状態から大きくΔλR 分だけリッチ側に補正され、それに伴いＡ／Ｆセンサ２６にて検出される実際の空燃比λ(i) も次第にリッチ側に修正される。次いで、前記した定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０５と同じく、ステップＳ４０３で図６に示すマップに基づいて、Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λ(i) から現時点の物質濃度を算出し、ステップＳ４０４で次式に従って物質濃度と吸入空気量ＱA(i)から吸着量ＯST(i) を算出する。
【０１０５】
ＯＳＴ（ｉ）＝物質濃度×ＱＡ（ｉ）
更に、ステップＳ４０５に移行して、前記した定常・過渡判定ルーチンで算出した総吸着量ＯＳＴを、ＯＳＴ←ＯＳＴ＋ＯＳＴ（ｉ）とする。ここで、図６に示すように、空燃比λ（ｉ）がリッチ側に修正されることから物質濃度の極性としては負となり、吸着量ＯＳＴ（ｉ）も負の極性を有することになって、総吸着量ＯＳＴは吸着量ＯＳＴ（ｉ）にて減算される。即ち、空燃比λのリッチ側への修正により、三元触媒のＯ2の有害成分は次第に離脱して吸着量が減少し、その状態を空燃比λの変化に基づいて推定しているのである。そして、以下、このように空燃比制御により有害成分が中和されて三元触媒１３から離脱し、その吸着量が減少する現象をパージと定義する。
【０１０６】
その後、ＣＰＵ３２はステップＳ４０６で補正前の空燃比λがリッチであることを示す吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲがセットされているか否かを判定し、セットされていないためステップＳ４０７で総吸着量ＯSTがリーンパージ完了値ＯSTL より小さくなったか否かを判定する。そして、総吸着量ＯSTが未だ大きいときには、前記ステップＳ４０３からステップＳ４０７の処理を繰り返して総吸着量ＯSTを次第に減少させ、また、総吸着量ＯSTがリーンパージ完了値ＯSTL より小さくなると、ステップＳ４０８で目標空燃比λTG←λTG＋ΔλR として、目標空燃比λTGを補正前の値に戻し、このパージ制御ルーチンを終了する。したがって、終了の時点では、三元触媒１３の吸着量がほぼ０まで減少することになる。ここで、空気流の遅れを考慮した上でパージ制御の終了タイミングは、三元触媒１３の吸着量が完全にパージされるより機関回転数Ｎe で３回転分だけ早めている。即ち、リーンパージ完了値ＯSTL としては次式で示すように、
ＯSTL ＝−物質濃度×ＱA(i)×３
とする。なお、物質濃度と吸入空気量ＱA は、このパージ制御の実行時の最新のデータを用いている。但し、パージ制御時の物質濃度は負の値であり、一方、図７から明らかなように、要求されるリーンパージ完了値ＯSTL は正の値であるため、物質濃度の極性を反転させて用いる。
【０１０７】
また、図７に二点鎖線で示すように、空燃比λがリッチ側に乱れた場合には、前記したリーン側に乱れた場合とリッチとリーンの関係を逆転した処理が行なわれる。即ち、ステップＳ４０１で総吸着量ＯSTの極性が負、つまりリッチであると判定し、ステップＳ４０９で補正前の空燃比λがリッチであることを示す吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲをセットし、ステップＳ４１０で目標空燃比λTG←λTG＋ΔλL として、大きくリーンパージ補正量ΔλL 分だけリーン側に補正する。そして、ステップＳ４０３で現時点の物質濃度を、ステップＳ４０４で吸着量ＯST(i) を、ステップＳ４０５で総吸着量ＯSTをそれぞれ算出する。なお、この場合は空燃比λ(i) がリーン側に修正されることから物質濃度と共に吸着量ＯST(i) の極性が正となり、総吸着量ＯSTは吸着量ＯST(i) にて加算される。次いで、ステップＳ４０６で吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲがセットされているため、ステップＳ４１１で総吸着量ＯSTが、前記リーンパージ完了値ＯSTL と同じく予め機関回転数Ｎe で３回転分の遅れを見込んだリッチパージ完了値ＯSTR より大きくなったか否かを判定する。そして、ステップＳ４０３乃至ステップＳ４０６、ステップＳ４１１の処理を繰り返した結果、総吸着量ＯSTがリッチパージ完了値ＯSTR より大きくなると、ステップＳ４１２で目標空燃比λTG←λTG−ΔλL として補正前の値に戻し、ステップＳ４１３で吸着量リッチフラグＸＯＳＴＲをクリアして、このパージ制御ルーチンを終了する。
【０１０８】
《吸着量学習処理》
次いで、前記定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０８と、反転スキップ制御ルーチンのステップＳ３０５及びステップＳ３０９で用いられる三元触媒１３の最小吸着量ＯSTmin と最大吸着量ＯSTmax を算出する吸着量学習処理を説明する。
【０１０９】
図１２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する学習開始判定ルーチンを示すフローチャート、図１３は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するＡ／Ｆ変動制御ルーチンを示すフローチャート、図１４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する飽和判定ルーチンを示すフローチャート、図１５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する吸着量算出ルーチンを示すフローチャート、図１６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸着量学習時におけるＯ2 センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【０１１０】
ＣＰＵ３２は図示しない車両の速度センサから検出信号を所定間隔で入力しており、その検出値に基づいて車両が２０００ｋｍ走行する毎に、図１２乃至図１５に示す各ルーチンを実行する。
【０１１１】
まず、ＣＰＵ３２は図１２に示す学習開始判定ルーチンのステップＳ５０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が予め設定されたリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLL（ＶRL＞λ=1＞ＶLL）との範囲内に収束しているか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ２が収束していないときには空燃比λが乱れており、吸着量の学習処理を実行するには適さないとして、ステップＳ５０２で待機時間カウンタＴINをリセットし、ステップＳ５０３で学習実行フラグＸＯＳＴＧをクリアする。また、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLLとの範囲内に収束しているときには、ステップＳ５０４で待機時間カウンタＴINをインクリメント「＋１」し、ステップＳ５０５で待機時間カウンタＴIN＞ＴINL 、つまり予め設定された待機時間ＴINL が経過したか否かを判定する。
【０１１２】
ステップＳ５０５で待機時間ＴINL が経過すると、ステップＳ５０６で内燃機関１が定常運転状態であるか否かを判定する。なお、この判定は前記回転数センサ２５にて検出された機関回転数Ｎe や吸気圧センサ２２にて検出された吸気圧ＰＭ等に基づいて行なわれ、これらの検出値がほぼ一定のときに定常運転の判定がなされる。ステップＳ５０６で内燃機関１が定常運転状態になると、ステップＳ５０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされてから予め設定された学習インターバル時間Ｔが経過したか否かを判定し、このインターバル時間Ｔが経過すると、ステップＳ５０８で学習実行フラグＸＯＳＴＧをセットして、この学習開始判定ルーチンを終了する。また、ステップＳ５０５乃至ステップＳ５０７の各処理で肯定判断される以前に、ステップＳ５０１でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLLとの範囲から外れたときには、ステップＳ５０２で待機時間カウンタＴINがリセットされ、再びステップＳ５０１から処理が繰り返される。
【０１１３】
また、ＣＰＵ３２は前記学習開始判定ルーチンのステップＳ５０８で学習実行フラグＸＯＳＴＧがセットされると、図１３に示すＡ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０１からステップＳ６０２に移行して補正実行カウンタＴc が予め設定されたリッチ補正時間ＴR を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴR が経過したか否かを判定する。リッチ補正時間ＴR が経過していないときには、ステップＳ６０３で目標空燃比λTGを予め設定されたリッチ目標空燃比λRTとし、ステップＳ６０４で補正実行カウンタＴc をインクリメント「＋１」してステップＳ６０１に戻る。したがって、図１６に示すように、ステップＳ６０２でリッチ補正時間ＴR が経過するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比λ=1よりリッチ側のリッチ目標空燃比λRTに保持される。その結果、排気ガス中にはＣＯやＨＣが増加して三元触媒１３に吸着され、Ｏ2 センサ２７は三元触媒１３の吸着量に応じたリッチ側の出力電圧ＶＯＸ２を示す。
【０１１４】
そして、ステップＳ６０２でリッチ補正時間ＴR が経過すると、ステップＳ６０５で補正実行カウンタＴc が、前記リッチ補正時間ＴR に予め設定されたリーン補正時間ＴL を加算した値を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴR の経過後に更にリーン補正時間ＴL が経過したか否かを判定する。リーン補正時間ＴL が経過していないときには、ステップＳ６０６で目標空燃比λTGを予め設定されたリーン目標空燃比λLTとし、ステップＳ６０４で補正実行カウンタＴc をインクリメント「＋１」してステップＳ６０１に戻る。したがって、図１６に示すように、ステップＳ６０５でリーン補正時間ＴL が経過するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比λ=1よりリーン側のリーン目標空燃比λLTに保持され、排気ガス中のＯ2 が増加して前記したリッチ側の補正により三元触媒１３に吸着されたＣＯやＨＣをパージし、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２は理論空燃比λ=1付近に回復する。そして、リーン補正時間ＴL が経過すると、ステップＳ６０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧをクリアして、このＡ／Ｆ変動制御ルーチンを終了する。
【０１１５】
一方、ＣＰＵ３２は前記学習開始判定ルーチンのステップＳ５０８で学習実行フラグＸＯＳＴＧがセットされると、図１４に示す飽和判定ルーチンのステップＳ７０１からステップＳ７０２に移行して、前記したＡ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０３の目標空燃比λTGのリッチ側への補正により、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が予め設定された飽和判定レベルＶSL（ＶSL＞ＶRL）を越えたか否かを判定し、飽和判定レベルＶSLを越えていないときには何ら処理を行なわず、飽和判定レベルＶSLを越えたときにはステップＳ７０３で飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶをセットして、この飽和判定ルーチンを終了する。ここで、飽和判定レベルＶSLは、三元触媒１３が飽和状態となったとき、換言すれば、ＣＯやＨＣの吸着量が吸着限界を越えて三元触媒１３から排出され始めるときに、Ｏ2 センサ２７が出力する出力電圧ＶＯＸ２として設定されたものである。
【０１１６】
ＣＰＵ３２は前記Ａ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされると、１回分の目標空燃比λTGの変動制御操作が完了したとして、図１５に示す飽和吸着量算出ルーチンのステップＳ８０１からステップＳ８０２に移行し、飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶがセットされているか否かを判定する。飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶがセットされていないときには、前回の変動制御操作によって三元触媒１３は吸着限界を越えなかったとして、ステップＳ８０３でリッチ補正時間ＴR 及びリーン補正時間ＴL に予め設定された加算時間Ｔa を加算する。
【０１１７】
そして、前記Ａ／Ｆ変動制御ルーチンのステップＳ６０７で学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされてから学習インターバル時間Ｔが経過すると、ＣＰＵ３２は前記学習開始判定ルーチンのステップＳ５０７からステップＳ５０８に移行して学習実行フラグＸＯＳＴＧをセットし、再び前記と同様に、Ａ／Ｆ変動制御ルーチンで目標空燃比λTGの変動制御操作を実行する。このときのリッチ補正時間ＴR は加算時間Ｔa にて延長化されているため、前回より三元触媒１３の吸着量が増加することになる。なお、リッチ補正時間ＴR に応じてリーン補正時間ＴL も延長化されているため、変動制御操作後の目標空燃比λTGは速やかに理論空燃比λ=1に回復する。そして、飽和判定ルーチンのステップＳ７０２でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が未だ飽和判定レベルＶSLを越えていないときには、飽和吸着量算出ルーチンのステップＳ８０３でリッチ補正時間ＴR 及びリーン補正時間ＴL を更に延長化し、また、出力電圧ＶＯＸ２が飽和判定レベルＶSLを越えたときには、飽和判定ルーチンのステップＳ７０３で飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶをセットする。
【０１１８】
飽和判定フラグＸＯＳＴＯＶのセットにより、ＣＰＵ３２は飽和吸着量算出ルーチンのステップＳ８０２からステップＳ８０４に移行し、次式に従って現時点の三元触媒１３のＣＯやＨＣの吸着量である最小吸着量ＯＳＴｍｉｎを算出する。
【０１１９】
ＯSTmin ＝物質濃度×ＱA ×ＴR
ここで、物質濃度としては、前記した図６に示すマップに基づいて、リッチ目標空燃比λRTに対応する値ＭR を算出して用いる。したがって、物質濃度は負の値となり、それに伴い最小吸着量ＯSTmin も負の値となる。
【０１２０】
更に、ステップＳ８０５で最小吸着量ＯSTmin の絶対値を最大吸着量ＯSTmax として設定し、この飽和吸着量算出ルーチンを終了する。
【０１２１】
以上のようにして吸着量学習処理で算出された最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax が、定常・過渡判定ルーチンのステップＳ２０８や、スキップ制御ルーチンのステップＳ３０５及びステップＳ３０９で用いられる。
【０１２２】
そして、本実施例では、内燃機関Ｍ１として内燃機関１が、触媒Ｍ２として三元触媒１３が、上流側空燃比検出手段Ｍ３としてＡ／Ｆセンサ２６が、下流側空燃比検出手段Ｍ４としてＯ2 センサ２７が機能し、反転方向判別手段Ｍ５としてステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７の処理を実行するときのＣＰＵ３２が、目標空燃比設定手段Ｍ６としてステップＳ３０６及びステップＳ３１０の処理を実行するときのＣＰＵ３２が、燃料噴射弁Ｍ７として燃料噴射弁７が、噴射量算出手段Ｍ８としてステップＳ１０４及びステップＳ１０５の処理を実行するときのＣＰＵ３２がそれぞれ機能する。
【０１２３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１の排気経路の三元触媒１３の上流側に設けられ、前記内燃機関１から排出された排気ガスの空燃比λに応じた空燃比信号を出力するＡ／Ｆセンサ２６と、前記三元触媒１３の下流側に設けられ、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λがリッチかリーンかを検出するＯ2 センサ２７と、前記Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1を横切ってリッチ側とリーン側との間で反転したときに反転方向を判別するとともに（ステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７）、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチスキップ量λSKR 及びリーンスキップ量λSKL にて目標空燃比λTGをスキップ的に補正し（ステップＳ３０６及びステップＳ３１０）、前記Ａ／Ｆセンサ２６にて検出された空燃比λと、前記目標空燃比λTGとの差に基づき、内燃機関１の回転で３６０°ＣＡ毎に空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）ＣＰＵ３２とを具備している。この構成は請求項１の発明の実施例に相当するものである。
【０１２４】
したがって、ＣＰＵ３２はステップＳ１０４及びステップＳ１０５で３６０°ＣＡ毎の更新速度で空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵを算出しているため、ステップＳ３０６及びステップＳ３１０でリッチスキップ量λSKR 及びリーンスキップ量λSKL にて補正された目標空燃比λTGは直ちに空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵに反映され、空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵを制御することができる。また、Ｏ2 センサ２７にて検出された空燃比λが理論空燃比λ=1を横切って反転したときには、リッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL にて目標空燃比λTGがスキップ的に補正されるため、その後の三元触媒１３下流側の空燃比λの大きな乱れを確実に抑制することができる。
【０１２５】
故に、空燃比λが乱れたときの補正の遅れを回避して、三元触媒１３の下流側の空燃比λを常に確実に理論空燃比λ=1付近に収束させることができ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０１２６】
また、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、空燃比λの反転方向を判別したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチスキップ量λＳＫＲ及びリーンスキップ量λＳＫＬにて目標空燃比λＴＧをスキップ的に補正するとともに（ステップＳ３０６及びステップＳ３１０）、空燃比λが反転しないときに、空燃比λの変動方向に対して反対側に目標空燃比λＴＧを設定して、リッチ積分量λＩＲやリーン積分量λＩＬにて漸次増大させる（ステップＳ３０３及びステップＳ３０８）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項１の発明の実施例に相当するものである。
【０１２７】
したがって、目標空燃比λTGがリッチ積分量λIRやリーン積分量λILにて空燃比λの変動方向の反対側に漸次増大されるため、空燃比λはより確実に理論空燃比λ=1付近に収束し、前記した有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０１２８】
更に、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、吸着量学習ルーチンにて算出した三元触媒１３の最小吸着量ＯＳＴｍｉｎ及び最大吸着量ＯＳＴｍａｘの減少に応じて、目標空燃比λＴＧを補正するリッチスキップ量λＳＫＲやリーンスキップ量λＳＫＬを減少させる（ステップＳ３０５及びステップＳ３０９）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項２の発明の実施例に相当するものである。
【０１２９】
したがって、三元触媒１３の劣化によって最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax が減少したときには、リッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL として次第に小さな値が算出されるため、三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。故に、三元触媒１３の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０１３０】
〔第二実施例〕
以下、本発明の第二実施例を説明する。
【０１３１】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は内燃機関１の運転領域毎に、Ｏ2 センサ２７にて検出された三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1に収束しているときの目標空燃比λTGを学習する学習処理にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１３２】
〈目標空燃比学習処理〉
図１７は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャート、図１８は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する目標空燃比学習ルーチンを示すフローチャート、図１９は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャート、図２０は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の運転領域の設定の一例を示す説明図、図２１は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時を示すタイムチャートである。
【０１３３】
図１７に示すルーチンは、第一実施例で説明した図８に示すルーチンと同じく反転スキップ制御処理を実行するためのものであり、ステップＳ３０３、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８及びステップＳ３１０の各処理で目標空燃比λTGに代えて基本目標空燃比λS を補正している点と、ステップＳ９０１乃至ステップＳ９０６が付加されている点が相違している。
【０１３４】
Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づき、ＣＰＵ３２はステップＳ３０２で空燃比λが理論空燃比λ=1を境界としてリッチ側からリーン側に反転すると、ステップＳ９０１で今現在の基本目標空燃比λS をＲＡＭ３４に格納する。次いで、ステップＳ３０５でリッチスキップ量λSKR を算出し、ステップＳ３０６で基本目標空燃比λS ←λS −λIR−λSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ９０２でスキップの回数をカウントするスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」する。更に、ステップＳ９０３でＲＡＭ３４に格納されている基本目標空燃比λS と、前記のように算出された基本目標空燃比λS とを平均して平均空燃比λS ＡＶを算出した後、ステップＳ３０４を経て一旦このルーチンを終了する。
【０１３５】
同様に、ステップＳ３０７で空燃比λがリーン側からリッチ側に反転すると、ステップＳ９０４で今現在の基本目標空燃比λS をＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ３０９でリーンスキップ量λSKL を算出し、ステップＳ３１０で基本目標空燃比λS ←λS ＋λIL＋λSKL としてリーン側に補正し、ステップＳ９０５でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」し、ステップＳ９０６で平均空燃比λS ＡＶを算出する。
【０１３６】
このように、三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で反転して基本目標空燃比λS のスキップが行われたときに、スキップの前後の基本目標空燃比λS を平均した平均空燃比λS ＡＶが算出されるとともに、スキップ数カウンタＣＳＫＩＰが順次インクリメントされる。
【０１３７】
また、ＣＰＵ３２は図１８に示す目標空燃比学習ルーチンのステップＳ１００１で、内燃機関１の運転領域を検出し、ステップＳ１００２でその運転領域が前回の処理時と同一であるか否かを判定する。ここで、図２０に示すように、本実施例の運転領域は、吸入空気量ＱA 、スロットル開度ＴＨ及び車速に基づいて設定されており、以下に説明するように、その運転領域毎に学習値λKG0 〜λKGi が学習される。
【０１３８】
ＣＰＵ３２はステップＳ１００２で運転領域が前回の処理時と同一であるときには、ステップＳ１００３でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が予め設定されたリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLL（ＶRL＞λ=1＞ＶLL）の範囲内に収束しているか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ２が収束しているときには、三元触媒１３の下流側の空燃比λが安定しているとして、ステップＳ１００４でスキップ時間カウンタＣＣＥＮをインクリメント「＋１」する。次いで、ステップＳ１００５でそのスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達したか否かを判定し、スキップ時間カウンタＣＣＥＮが未だ１０sec に達していないときには、ステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰが１０以上であるか否かを判定する。
【０１３９】
そして、ステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰが１０以上となる以前に、ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達したときには、このルーチンを一旦終了する。このように単位時間当たりのスキップ数が少ないときには、下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転せず、理論空燃比λ=1付近に収束していないと見做すことができる。つまり、このときの目標空燃比λTGは三元触媒１３を中立状態に保持できる値ではないとして、学習処理は実行されない。
【０１４０】
また、ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達する以前に、ステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰが１０以上となったときには、ステップＳ１００７に移行する。このように単位時間当たりのスキップ数が多いときには、下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転し、理論空燃比λ=1付近に収束していると見做すことができる。つまり、このときの目標空燃比λTGは三元触媒１３を中立状態に保持できる値であるとして、ステップＳ１００７の学習処理が実行される。
【０１４１】
ＣＰＵ３２はステップＳ１００７で、学習値λKG←λKG＋λS ＡＶ−１として、その時点で図１７の反転スキップ制御ルーチンで算出されている平均空燃比λS ＡＶを、運転領域に対応する学習値λKGに取り込むとともに、基本目標空燃比λS を１に設定する。なお、その後の基本目標空燃比λS は反転スキップ制御ルーチンで直ちに補正されるため、基本目標空燃比λS が１に保持されているのは学習値λKGの更新時のみとなる。つまり、後述する燃料噴射量算出ルーチンのステップＳ１０３では、目標空燃比λTG←λS ＋λKGとして、反転スキップ制御ルーチンでの基本目標空燃比λS の設定を目標空燃比λTGに反映させているが、学習値λKGの更新時には、学習値λKGによる補正が加えられて目標空燃比λTGが二重に補正されてしまうため、それを回避すべく基本目標空燃比λS を１としているのである。
【０１４２】
次いで、ステップＳ１００８でスキップ時間カウンタＣＣＥＮ及びスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをリセットした後に、このルーチンを終了する。このようにして下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1付近に収束したときの基本目標空燃比λS が、その時点の運転領域に対応する学習値λKGに取り込まれる。なお、各運転領域の学習値λKGはバックアップＲＡＭ３５の所定エリアに格納され、車両のイグニッションスイッチが遮断された後でもメモリ内容が保持される。
【０１４３】
また、前記ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達する以前に、ステップＳ１００３で出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側許容値ＶRLとリーン側許容値ＶLLの範囲内から外れると、ステップＳ１００８でスキップ時間カウンタＣＣＥＮ及びスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをリセットされて、再び学習処理の実行の可否が判定される。また、ステップＳ１００５でスキップ時間カウンタＣＣＥＮが１０sec に達する以前に、ステップＳ１００２で運転領域が前回の処理時から変化すると、ステップＳ１００９でスキップ時間カウンタＣＣＥＮ及びスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをリセットする。この場合には変化後の新たな運転領域について、学習処理の実行の可否が判定される。
【０１４４】
なお、ステップＳ１００７では、基本目標空燃比λS に基づいて学習値λKGを設定する学習方法を用いたが、これ以外の方法を実施することも可能であり、例えば、学習値λKGを１ずつ増減して、そのときの下流側の空燃比λの変化に基づいて学習値λKGを学習する方法を用いてもよい。
【０１４５】
一方、ＣＰＵ３２は図１９に示す燃料噴射量算出ルーチンを実行する。このルーチンは、第一実施例で説明した図４に示すルーチンと同じく燃料噴射量ＴＡＵを算出するためのものであり、ステップＳ１０３の処理内容が変更されている点と、ステップＳ１１０１及びステップＳ１１０２が付加されている点が相違している。
【０１４６】
ＣＰＵ３２はステップＳ１０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているときには、ステップＳ１１０１で今現在の内燃機関１の運転領域を検出し、ステップＳ１１０２でその運転領域に対応する学習値λKGを選択してバックアップＲＡＭ３５から読み出す。そして、ステップＳ１０３で目標空燃比λTG←λS ＋λKGとして、その時点で図１７の反転スキップ制御ルーチンで算出されている基本目標空燃比λS に学習値λKGを加算して、目標空燃比λTGを算出する。その後は第一実施例で説明したように、ステップＳ１０４で空燃比補正係数ＦＡＦを設定し、ステップＳ１０５で燃料噴射量ＴＡＵを設定して、このルーチンを終了する。
【０１４７】
なお、ステップＳ１１０２では、バックアップＲＡＭ３５に格納された各学習値λKGから今現在の運転領域に対応する値を選択して、目標空燃比λTGの設定処理に用いたが、例えば、バックアップＲＡＭ３５に格納された各学習値λKGを直線補間して、現在の運転領域に完全に対応する学習値λKGを算出し、目標空燃比λTGの設定処理に用いてもよい。
【０１４８】
また、ステップＳ１０３の目標空燃比λTGの設定処理では、基本目標空燃比λS や学習値λKG以外に各種補正係数を加味することができ、例えば、特開平３−１８５２４４号公報に記載の所謂ディザ制御を実行すべく、目標空燃比λTGを周期的に変動させる補正係数を加算したり、或いは冷却水温Ｔhw等に応じた補正係数を加算したりしてもよい。
【０１４９】
以上のように本実施例では、内燃機関１の各運転領域毎に、三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1付近に収束したときの基本目標空燃比λS が学習値λKGとして学習され、その学習値λKGが目標空燃比λTGに反映される。
【０１５０】
ここで、本出願の発明者は、三元触媒１３の温度変化に伴うガス浄化率の相違、或いは排気ガスの流量変化に伴うＡ／Ｆセンサ２６のガス交換速度の相違等により、三元触媒１３を中立状態に保持できる目標空燃比λTGが運転領域毎に異なることを確認している。そして、前記第一実施例のように目標空燃比λTGの学習処理が行なわれない場合には、図２１に二点鎖線で示すように、運転領域の変化によりＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリーン側に変動し始めてから、目標空燃比λTG（図では基本目標空燃比λS で示す）がリッチ側に積分量λIRにて補正される。つまり、三元触媒１３にリーン側の有害成分がある程度吸着されて、下流側の空燃比λが乱れ始めた後でなければ目標空燃比λTGの補正は行なわれず、また、図８の反転スキップ制御ルーチンの特性上、下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1から一方向に乱れているときには、積分量λIR，λILによる緩やかな補正しか行なわれない。よって、目標空燃比λTGの補正遅れが発生して、下流側の空燃比λの乱れやハンチングを生じ、三元触媒１３の吸着状態が中立から外れてしまう可能性がある。
【０１５１】
これに対して本実施例では、図２１に実線で示すように、吸入空気量ＱA の増加により内燃機関１の運転領域が変化したときであっても、それに対応するリッチ側の学習値λKGが読み出されて直ちに目標空燃比λTGがリッチ側に補正される。その結果、運転領域の変化に伴う補正遅れが防止されて、三元触媒１３はより確実に中立状態に保持され続け、下流側の空燃比λを示すＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２も理論空燃比λ=1付近に収束し続ける。
【０１５２】
そして、本実施例では、空燃比学習手段としてステップＳ１００５乃至ステップＳ１００７の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能し、目標空燃比補正手段としてステップＳ１１０１、ステップＳ１１０２、ステップＳ１０３の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能する。
【０１５３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、予め設定された内燃機関１の運転領域毎に、Ｏ２センサ２７にて検出された三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転して理論空燃比λ＝１付近に収束しているときの基本目標空燃比λＳを学習値λＫＧとして学習するとともに（ステップＳ１００５乃至ステップＳ１００７）、今現在の運転領域を判定して対応する学習値λＫＧを選出し、学習値λＫＧに基づいて目標空燃比λＴＧを設定する（ステップＳ１１０１、ステップＳ１１０２、ステップＳ１０３）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項３の発明の実施例に相当するものである。
【０１５４】
したがって、内燃機関１の運転領域毎に、下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1付近に収束したときの基本目標空燃比λS が学習値λKGとして学習され、今現在の運転領域に対応する学習値λKGに基づいて目標空燃比λTGが設定される。よって、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値λKGが読み出されて直ちに目標空燃比λTGが補正されるため、第一実施例に比較して、運転領域の変化に伴う補正遅れが防止され、三元触媒１３をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０１５５】
〔第三実施例〕
以下、本発明の第三実施例を説明する。
【０１５６】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は反転スキップ制御処理で用いられる積分量λIR，λIL及びスキップ量λSKR,λSKL を吸入空気量ＱA の増減に応じて変化させる点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１５７】
〈積分量・スキップ量設定処理〉
図２２は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャート、図２３は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図、図２４は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量からスキップ量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【０１５８】
図２２に示すルーチンは、第一実施例で説明した図８に示す反転スキップ制御ルーチンと同一タイミングで実行される。ＣＰＵ３２はステップＳ１２０１で回転数センサ２５にて検出された機関回転数Ｎe と吸気圧センサ２２にて検出された吸気圧ＰＭとから今現在の内燃機関１の吸入空気量ＱA を算出する。次いで、ステップＳ１２０２で予めＲＯＭ３３に格納された図２３のマップに基づいて、吸入空気量ＱA から積分量λIR，λILを決定し、ステップＳ１２０３で同じくＲＯＭ３３に格納された図２４のマップに基づいて、吸入空気量ＱA からスキップ量λSKR,λSKL を決定する。
【０１５９】
そして、このようにして決定された積分量λIR，λIL及びスキップ量λSKR,λSKL が、図８に示す反転スキップ制御ルーチンのステップＳ３０３、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８及びステップＳ３１０でそれぞれ用いられる。
【０１６０】
図２３及び図２４から明らかなように、積分量λIR，λILについては吸入空気量ＱA の増加に伴って次第に増加して設定され、また、スキップ量λSKR,λSKL については吸入空気量ＱA の増加に伴って次第に減少して設定されるとともに、吸入空気量ＱA が所定以上の領域ではその下限を抑制される。そして、これらの特性は、吸入空気量ＱA の増減に拘わらず、下流側の空燃比λに対して積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL が常に一定の影響力を及ぼすように設定されたものである。即ち、本出願の発明者は、吸入空気量ＱA が増減すると、三元触媒１３の温度、センサ２６，２７のガス交換速度、燃料噴射量の補正タイミング等が変動して、目標空燃比λTGを補正したときの下流側の空燃比λの変化率（積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL の影響力）が変動することを確認している。そこで、下流側の空燃比λに対する影響力が大きいときには積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL を小さな値に抑制し、影響力が小さいときには大きな値に増大させることにより、図８のルーチンのステップＳ３０３、ステップＳ３０６、ステップＳ３０８及びステップＳ３１０で下流側の空燃比λに基づいて目標空燃比λTGを補正する際の過補正や補正遅れを防止しているのである。
【０１６１】
なお、図２３及び図２４に示す特性は実験により求められたものであり、内燃機関１の仕様や空燃比制御の内容によっては、吸入空気量ＱA の増加に伴って次第に積分量λIR，λILを減少させる等、逆の特性に設定される場合もある。
【０１６２】
そして、本実施例では、運転状態検出手段として回転数センサ２５及び吸気圧センサ２２が機能し、補正量設定手段としてステップＳ１２０１乃至ステップＳ１２０３の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能する。
【０１６３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、機関回転数Ｎｅを検出する回転数センサ２５、及び吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ２２と、前記機関回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭから吸入空気量ＱＡを算出し、ＲＯＭ３３に格納されたマップに基づいて吸入空気量ＱＡから積分量λＩＲ，λＩＬ及びスキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬを設定する（ステップＳ１２０１乃至ステップＳ１２０３）ＣＰＵ３２とを具備している。この構成は請求項４の発明の実施例に相当するものである。
【０１６４】
したがって、吸入空気量ＱA の増減に拘わらず、下流側の空燃比λに対して積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL が常に一定の影響力を及ぼすように設定される。故に、これらの積分量λIR，λILやスキップ量λSKR,λSKL にて目標空燃比λTGを補正する際の過補正や補正遅れを防止でき、三元触媒１３をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０１６５】
〔第四実施例〕
以下、本発明の第四実施例を説明する。
【０１６６】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は反転スキップ制御処理で用いられる積分量λI （第一実施例では積分量λIR，λILに相当する）及びスキップ量λSK（第一実施例ではスキップ量λSKR,λSKL に相当する）をＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２の増減に応じて変化させる点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１６７】
〈積分量・スキップ量設定処理〉
図２５は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャート、図２６は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＯ2 センサの出力電圧から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【０１６８】
図２５に示すルーチンは、第一実施例で説明した図８に示す反転スキップ制御ルーチンと同一タイミングで実行される。ＣＰＵ３２はステップＳ１３０１で前回の補正からの経過時間を示すインターバルカウンタＴOSB が予め設定されたインターバル時間Ｔβ以上になったか否かを判定し、未だインターバル時間Ｔβ未満のときには、ステップＳ１３０２でインターバルカウンタＴOSB をインクリメント「＋１」して、一旦このルーチンを終了する。
【０１６９】
ステップＳ１３０２の処理が繰り返されて、ステップＳ１３０１でインターバルカウンタＴOSB がインターバル時間Ｔβ以上になると、ステップＳ１３０３に移行してＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２を読み込み、ステップＳ１３０４で予めＲＯＭ３３に格納された図２６のマップに基づいて、出力電圧ＶＯＸ２から積分量λI を決定する。図から明らかなように、積分量λI は、出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1付近（０．４５Ｖ）の中立領域を挟んで、出力電圧ＶＯＸ２のリッチ側への変化に伴って正側に、リーン側への変化に伴って負側に増大して設定され、かつ、リッチ及びリーンの所定以上の領域ではその上限を抑制される。次いで、ＣＰＵ３２はステップＳ１３０５で出力電圧ＶＯＸ２からスキップ量λSKを決定する。図示はしないが、この設定処理にも図２６と同様の特性のマップが用いられ、スキップ量λSKは積分量λI と同じく、大略的には出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1から離間するほど正側または負側に増大して設定される。
【０１７０】
更に、ＣＰＵ３２はステップＳ１３０６でＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が反転したか否かを判定し、反転しないとき、つまり三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチ側またはリーン側に維持されているときには、ステップＳ１３０７で目標空燃比λTG←λTG＋λI として積分量λI による補正を実行し、ステップＳ１３０８でインターバルカウンタＴOSB をリセットして、このルーチンを終了する。また、前記ステップＳ１３０６で出力電圧ＶＯＸ２が反転したとき、つまり下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1を境界としてリッチ側とリーン側の間で反転したときには、ステップＳ１３０９で目標空燃比λTG←λTG＋λSKとしてスキップ量λSKによる補正を実行し、ステップＳ１３０８を経てこのルーチンを終了する。
【０１７１】
ここで、積分量λI 及びスキップ量λSKは、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側のときには正側に設定されて目標空燃比λTGをリーン側に補正し、また、出力電圧ＶＯＸ２がリーン側のときには負側に設定されて目標空燃比λTGをリッチ側に補正する。したがって、目標空燃比λTGは、第一実施例で説明した図９のタイムチャートと同様の特性に制御される。加えて、本実施例では、出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖから離間するほど、換言すれば、目標空燃比λTGの大幅な補正を要するほど、積分量λI 及びスキップ量λSKが正側または負側に増大して設定されるため、常に適切な補正が行なわれて、下流側の空燃比λをより迅速に理論空燃比λ=1に収束させることが可能となる。
【０１７２】
なお、ステップＳ１３０７またはステップＳ１３０９での目標空燃比λTGの補正後には、ステップＳ１３０８でインターバルカウンタＴOSB がリセットされるため、再びステップＳ１３０１でインターバル時間Ｔβが経過するまでは目標空燃比λTGが補正されることはない。つまり、目標空燃比λTGの補正結果がＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に反映された後に、その出力電圧ＶＯＸ２に基づいて次回の目標空燃比λTGが補正されるように配慮しているのである。
【０１７３】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、Ｏ２センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ＝１に対応する０．４５Ｖから離間するほど、目標空燃比λＴＧを補正するための積分量λＩ及びスキップ量λＳＫを正側または負側に増大して設定する（ステップＳ１３０４及びステップＳ１３０５）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項５の発明の実施例に相当するものである。
【０１７４】
したがって、三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1から離間して、目標空燃比λTGを大幅に補正する必要があるときほど、積分量λI やスキップ量λSKが増大して設定される。故に、常に適切な補正が行なわれて、下流側の空燃比λをより迅速に理論空燃比λ=1に収束させることができる。
【０１７５】
〔第一参考例〕
以下、第一参考例を説明する。
【０１７６】
なお、本参考例の空燃比制御装置の構成は、第一実施例乃至第四実施例の空燃比制御装置の構成とほとんど同一であり、相違点は空燃比補正係数ＦＡＦの設定処理にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１７７】
〈空燃比補正係数の設定処理〉
図２８は内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャート、図２９は内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャート、図３０は内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【０１７８】
本参考例の空燃比制御装置は、第一実施例で説明したＡ／Ｆセンサ２６に代えて、図２に示すように三元触媒１３の上流側にＯ2センサ４１を備えている。以下、下流側のＯ2センサ２７と区別するために、それぞれを上流側Ｏ2センサ４１、下流側Ｏ2センサ２７と呼ぶ。
【０１７９】
一方、ＣＰＵ３２の処理を説明すると、まず、図２８のステップＳ１４０１で基本燃料噴射量ＴP を算出し、続くステップＳ１４０２で空燃比λのフィードバック条件が成立しているか否かを判定する。フィードバック条件が成立しているときには、ステップＳ１４０３で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの設定処理を実行する。
【０１８０】
ステップＳ１４０３で比較電圧設定ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２は図２９のステップＳ１５０１で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が０．４５Ｖより高いか低いか（リッチかリーンか）を判定し、リーン側のときにはステップＳ１５０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリーン側であったか否かを判定する。前回もリーン側のときにはステップＳ１５０３で下流側の空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納して、一旦このルーチンを終了する。また、ステップＳ１５０２で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリッチ側であったときには、ステップＳ１５０４で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶR （ＶR はリッチ側電圧設定値）としてリッチ側に設定し、ステップＳ１５０３でリーンをＲＡＭ３４に格納する。
【０１８１】
一方、前記ステップＳ１５０１で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側のときには、ステップＳ１５０５で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリッチ側であったか否かを判定し、前回もリッチ側のときにはステップＳ１５０３でリッチをＲＡＭ３４に格納する。また、ステップＳ１５０５で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリーン側であったときには、ステップＳ１５０６で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶL （ＶL はリーン側電圧設定値）としてリーン側に設定し、ステップＳ１５０３でリッチをＲＡＭ３４に格納する。
【０１８２】
したがって、図３０に示すように、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２がリーン側とリッチ側との間で反転したときには、ステップＳ１５０４またはステップＳ１５０６で反転方向の反対側に比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが設定される。なお、図から明らかなように、リッチ側電圧設定値ＶR 及びリーン側電圧設定値ＶL は、理論空燃比λ=1を中心としてリッチ側とリーン側に等間隔で設定され、かつ、相互の間隔は上流側Ｏ2 センサ４１による空燃比λの検出範囲より小さく設定されている。
【０１８３】
その後、ＣＰＵ３２は図２８のステップＳ１４０４に移行し、上流側Ｏ2 センサ４１の出力電圧ＶＯＸ１が上記のように設定した比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ未満であるか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ未満、つまりリーン側のときには、ステップＳ１４０５で出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに対して前回もリーン側であったか否かを判定する。前回もリーン側のときにはステップＳ１４０６で空燃比補正係数ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＦIRとしてリッチ側に補正し、ステップＳ１４０７で上流側の空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納する。このリッチ積分量ＦIRはごく小さな値として設定されているため、図３０に示すように、空燃比補正係数ＦＡＦはリッチ側で漸増する。更に、ステップＳ１４０８で第一実施例で説明した図４のルーチンと同じく、次式に従って基本燃料噴射量ＴP 、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数ＦＡＬＬから燃料噴射量ＴＡＵを設定し、このルーチンを終了する。
【０１８４】
ＴＡＵ＝ＴP ＋ＦＡＦ＋ＦＡＬＬ
また、ステップＳ１４０５で出力電圧ＶＯＸ１が前回はリッチ側であったときには、ステップＳ１４０９で空燃比補正係数ＦＡＦ←ＦＡＦ＋ＦIR＋ＦSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ１４０７でリーンをＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１４０８で燃料噴射量ＴＡＵを設定する。このリッチスキップ量ＦSKR は前記リッチ積分量ＦIRに比較して十分に大きな値のため、図３０に示すように、空燃比補正係数ＦＡＦはリーン側からリッチ側にスキップ的に激増する。
【０１８５】
一方、前記ステップＳ１４０４で上流側Ｏ2 センサ４１の出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ以上、つまりリッチ側のときには、ステップＳ１４１０で出力電圧ＶＯＸ１が比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに対して前回もリッチ側であったか否かを判定する。前回もリッチ側のときにはステップＳ１４１１で空燃比補正係数ＦＡＦ←ＦＡＦ−ＦIL（ＦILはリーン積分量）として、空燃比補正係数ＦＡＦをリーン側で漸減させ、また、前回はリーン側であったときにはステップＳ１４１２でＦＡＦ←ＦＡＦ−ＦIL−ＦSKL （ＦSKL はリーンスキップ量）として、空燃比補正係数ＦＡＦをリッチ側からリーン側にスキップ的に激減させる。そして、ステップＳ１４１１とステップＳ１４１２のいずれの場合でも前記ステップＳ１４０７でリッチをＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１４０８で燃料噴射量ＴＡＵを設定する。
【０１８６】
以上のように空燃比補正係数ＦＡＦは、積分量ＦＩＲ，ＦＩＬ及びスキップ量ＦＳＫＲ，ＦＳＫＬにより比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを中心としてリッチ側とリーン側に変動しながら制御される。そして、本参考例では、この比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを下流側Ｏ2センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２の反転方向に対して常に反対側に設定しているため、空燃比補正係数ＦＡＦも出力電圧ＶＯＸ２の反転方向と反対側に補正されて、リッチ側やリーン側に乱れた下流側の空燃比λが理論空燃比λ＝１に回復する。
【０１８７】
例えば、図３０のポイントＡやポイントＢで比較電圧ＶＯＸ１ＬＥがリッチ側に設定されると、空燃比補正係数ＦＡＦがリッチ側にスキップする時期がポイントＡ''からポイントＡ' に早められたり、リーン側にスキップする時期がポイントＢ''からポイントＢ' に遅くされたりするため、空燃比補正係数ＦＡＦは全体としてリッチ側に制御されて、リーン側に乱れた下流側の空燃比λをリッチ側に補正する作用を奏する。また、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥがリーン側に設定されると、前記と逆に空燃比補正係数ＦＡＦは全体としてリーン側に制御されて、リッチ側に乱れた下流側の空燃比λをリーン側に補正する作用を奏するのである。
【０１８８】
そして、このように比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを変更することで空燃比補正係数ＦＡＦを補正しているため、例えば、スキップ量ＲＳＲ，ＲＳＬを増減した図４０に示す従来例のように空燃比補正係数ＦＡＦへの反映が遅れることはなく、出力電圧ＶＯＸ２の変動が速やかに空燃比補正係数ＦＡＦに反映されて、下流側の空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵが制御される。よって、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２は０．４５Ｖを中心として速い周期でごく狭い振幅で変動し、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは理論空燃比λ=1付近に収束する。
【０１８９】
なお、前記ステップＳ１４０２で空燃比λのフィードバック条件が成立していないときには、ステップＳ１４１３で空燃比補正係数ＦＡＦを１に設定して、ステップＳ１４０８に移行する。
【０１９０】
ところで、ステップＳ１４０８の燃料噴射量ＴＡＵの設定処理では、基本燃料噴射量ＴP や空燃比補正係数ＦＡＦ以外に各種補正係数を加味することができ、例えば、第二実施例で述べたようにディザ制御を実行すべく燃料噴射量ＴＡＵを周期的に変動させる補正係数を乗算したり、或いは冷却水温Ｔhw等に応じた補正係数を乗算したりしてもよい。
【０１９２】
このように上記参考例の内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１の排気経路の三元触媒１３の上流側に設けられ、前記内燃機関１から排出された排気ガスの空燃比λに応じた空燃比信号を出力する上流側Ｏ２センサ４１と、前記三元触媒１３の下流側に設けられ、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λがリッチかリーンかを検出する下流側Ｏ２センサ２７と、前記下流側Ｏ２センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比λ＝１を横切ってリッチ側とリーン側との間で反転したときに反転方向を判別するとともに（ステップＳ１５０１、ステップＳ１５０２及びステップＳ１５０５）、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定し（ステップＳ１５０４及びステップＳ１５０６）、前記上流側Ｏ２センサ４１にて検出された空燃比λと前記比較電圧ＶＯＸ１ＬＥとの比較結果に基づき、空燃比補正係数ＦＡＦ及び燃料噴射量ＴＡＵを算出する（ステップＳ１４０４乃至ステップＳ１４１２）ＣＰＵ３２とを具備している。
【０１９３】
したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを変更することで空燃比補正係数ＦＡＦを補正しているため、出力電圧ＶＯＸ２の変動が速やかに空燃比補正係数ＦＡＦに反映されて、下流側の空燃比λの乱れに対して極めて良好な応答性で燃料噴射量ＴＡＵを制御することができる。故に、空燃比λが乱れたときの補正の遅れを回避して、三元触媒１３の下流側の空燃比λを常に確実に理論空燃比λ=1付近に収束させることができ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０１９４】
〔第五実施例〕
以下、本発明の第五実施例を説明する
【０１９５】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第一参考例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを積分制御及びスキップ制御する点、このとき用いる積分量ＶＩＲ，ＶＩＬ及びスキップ量ＶＳＫＲ，ＶＳＫＬを三元触媒１３の劣化状態に応じて変更する点、及び内燃機関１の運転領域毎に、下流側Ｏ2センサ２７にて検出された下流側の空燃比λが理論空燃比λ＝１に収束しているときの比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを学習する点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０１９６】
〈積分量・スキップ量設定処理及び比較電圧学習処理〉
図３１及び図３２は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャート、図３３は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧学習ルーチンを示すフローチャート、図３４は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の三元触媒の劣化状態から積分量及びスキップ量を算出するためのマップを示す説明図、図３５は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【０１９７】
ＣＰＵ３２は第一参考例で説明した図２８のステップＳ１４０３で比較電圧設定ルーチンがコールされると、図３１のステップＳ１７０１で出力電圧ＶＯＸ２が０．４５Ｖより高いか低いか（リッチかリーンか）を判定し、リーン側のときにはステップＳ１７０２で予めＲＯＭ３３に格納された図３４に示すマップに基づいて、現在の三元触媒１３の劣化状態からリッチ積分量ＶＩＲ及びリッチスキップ量ＶＳＫＲを算出する。なお、本実施例ではＡ／Ｆセンサ２６に代えて上流側Ｏ2センサ４１を用いているため、第一実施例で説明したように三元触媒１３の上流側の空燃比λから具体的な最大吸着量ＯＳＴｍａｘや最小吸着量ＯＳＴｍｉｎを算出することはできない。したがって、例えば特開昭６１−２８６５５０号公報、或いは特開平３−２５３７１４号公報に記載されている判定方法等を利用して三元触媒１３の劣化状態を判定し、図に示すように、その劣化状態が進行しているほどリッチ積分量ＶＩＲ及びリッチスキップ量ＶＳＫＲを小さな値として算出する。
【０１９８】
次いで、ＣＰＵ３２はステップＳ１７０３で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリーン側であったか否かを判定し、前回もリーン側のときにはステップＳ１７０４で基本比較電圧ＶS ←ＶS ＋ＶIRとしてリッチ側に補正する。更に、ステップＳ１７０５及びステップＳ１７０６で基本比較電圧ＶS をリッチ側許容値ＶRmaxにガードし、ステップＳ１７０７で下流側の空燃比λの極性としてリーンをＲＡＭ３４に格納する。その後、ステップＳ１７０８で今現在の内燃機関１の運転領域を検出し、ステップＳ１７０９でその運転領域に対応する学習値ＶKGを選択してバックアップＲＡＭ３５から読み出し、ステップＳ１７１０で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶS ＋ＶKGとして、このルーチンを終了する。なお、ステップＳ１７０８の運転領域は、例えば第二実施例で説明した図２０と同じく吸入空気量ＱA 、スロットル開度ＴＨ及び車速に基づいて設定し、後述する図３３の比較電圧学習ルーチンでその運転領域毎に学習値ＶKGが学習される。
【０１９９】
また、前記ステップＳ１７０３で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリッチ側であったときには、ステップＳ１７１１で今現在の基本比較電圧ＶS をＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１７１２でＶS ←ＶS ＋ＶIR＋ＶSKR としてリッチ側に補正し、ステップＳ１７１３及びステップＳ１７１４で基本比較電圧ＶS をリッチ側許容値ＶRmaxにガードする。更に、ステップＳ１７１５でスキップの回数をカウントするスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」し、ステップＳ１７１６でＲＡＭ３４に格納されている基本比較電圧ＶS と、前記のように算出された基本比較電圧ＶS とを平均して平均電圧ＶS ＡＶを算出し、その後、前記したステップＳ１７０７以降の処理を実行する。
【０２００】
一方、前記ステップＳ１７０１で出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側のときには、ステップＳ１７１７で図３４のマップに基づいてリーン積分量ＶIL及びリーンスキップ量ＶSKL を算出する。そして、ステップＳ１７１８で出力電圧ＶＯＸ２が前回もリッチ側であったときにはステップＳ１７１９で基本比較電圧ＶS ←ＶS −ＶILとしてリーン側に補正し、ステップＳ１７２０及びステップＳ１７２１で基本比較電圧ＶS をリーン側許容値ＶLmaxにガードして、前記ステップＳ１７０７に移行する。
【０２０１】
また、ステップＳ１７１８で出力電圧ＶＯＸ２が前回はリーン側であったときには、ステップＳ１７２２で基本比較電圧ＶS をＲＡＭ３４に格納し、ステップＳ１７２３でＶS ←ＶS −ＶIL−ＶSKL としてリーン側に補正し、ステップＳ１７２４及びステップＳ１７２５で基本比較電圧ＶS をリーン側許容値ＶLmaxにガードする。更に、ステップＳ１７２６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰをインクリメント「＋１」し、ステップＳ１７２７で平均電圧ＶS ＡＶを算出して、前記ステップＳ１７０７に移行する。
【０２０２】
一方、ＣＰＵ３２は図３３の比較電圧学習ルーチンを実行する。このルーチンは第二実施例で説明した図１８の目標空燃比学習ルーチンとほとんど同一であり、ステップＳ１００７の処理がステップＳ１８０１の処理に変更されている。したがって、ステップＳ１００５及びステップＳ１００６でスキップ数カウンタＣＳＫＩＰに基づいて単位時間当たりのスキップ数が多いと判定されたときには、ステップＳ１８０１で学習値ＶKG←ＶKG＋ＶS ＡＶ−０．４５として、その時点で図３１及び図３２の比較電圧設定ルーチンで算出されている平均電圧ＶS ＡＶが、運転領域に対応する学習値ＶKGに取り込まれる。
【０２０３】
以上のように本実施例では、第一参考例と同じく出力電圧ＶＯＸ２の反転時に比較電圧ＶＯＸ１ＬＥをスキップ制御するだけでなく、図３５に破線で示すように、出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側またはリーン側に継続して変動しているときに、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを積分量ＶＩＲ，ＶＩＬにて積分制御している。したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが反転しないときでも、この積分制御により空燃比補正係数ＦＡＦが空燃比λの変動方向の反対側に制御されるため、スキップ制御のみの場合に比較して、下流側の空燃比λをより確実に理論空燃比λ＝１付近に収束させることができる。なお、図では積分制御により基本比較電圧ＶＳがリッチ側に増大して、リッチ側許容値ＶＲｍａｘにガードされた場合を示す。
【０２０４】
また、三元触媒１３の劣化状態が進行するほど、積分量ＶIR，ＶILやスキップ量ＶSKR,ＶSKL として次第に小さな値が算出されるため、それに伴い比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの変動幅が減少する。したがって、空燃比補正係数ＦＡＦの変動幅も減少して、第一実施例と同様に三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。
【０２０５】
更に、前記のように内燃機関１の各運転領域毎に、三元触媒１３の下流側の空燃比λが理論空燃比λ=1に収束したときの基本比較電圧ＶS が学習値ＶKGとして学習され、その学習値ＶKGが比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに反映される。つまり、この処理は第二実施例で説明した目標空燃比λTGの学習処理と同様の作用を奏し、図３５に示すように、吸入空気量ＱA の増加により内燃機関１の運転領域が変化したときであっても、それに対応するリッチ側の学習値ＶKGが読み出されて直ちに比較電圧ＶＯＸ１ＬＥがリッチ側に補正される。したがって、運転領域の変化に伴う補正遅れが防止されて、三元触媒１３はより確実に中立状態に保持される。
【０２０６】
そして、本実施例では、比較値学習手段としてステップＳ１００５、ステップＳ１００６、ステップＳ１８０１の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能し、比較値補正手段としてステップＳ１７０８乃至ステップＳ１７１０の処理を実行するときのＣＰＵ３２が機能する。
【０２０７】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、下流側の空燃比λが反転したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチスキップ量ＶＳＫＲ及びリーンスキップ量ＶＳＫＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥをスキップ的に補正するとともに、空燃比λが反転しないときに、空燃比λの変動方向に対して反対側に比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定して、リッチ積分量ＶＩＲやリーン積分量ＶＩＬにて漸次増大させる（ステップＳ１７０４及びステップＳ１７１９）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項６の発明の実施例に相当するものである。なお、本実施例において、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが請求項６における比較値に相当する。
【０２０８】
したがって、下流側の空燃比λが反転しないときでも、リッチ積分量ＶIRやリーン積分量ＶILにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが積分制御されて、空燃比補正係数ＦＡＦが空燃比λの変動方向の反対側に制御されるため、スキップ制御のみの場合に比較して、下流側の空燃比λをより確実に理論空燃比λ=1付近に収束させて、有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０２０９】
また、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、三元触媒１３の劣化状態が進行するほど、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを補正する積分量ＶＩＲ，ＶＩＬやスキップ量ＶＳＫＲ，ＶＳＫＬを減少させる（ステップＳ１７０２及びステップＳ１７１７）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項７の発明の実施例に相当するものである。
【０２１０】
したがって、三元触媒１３の劣化状態が進行するほど、積分量ＶIR，ＶILやスキップ量ＶSKR,ＶSKL として次第に小さな値が算出されるため、三元触媒１３の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止される。故に、三元触媒１３の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２１１】
更に、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、予め設定された内燃機関１の運転領域毎に、下流側Ｏ２センサ２７にて検出された三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチとリーンの間で頻繁に反転して理論空燃比λ＝１付近に収束しているときの基本比較電圧ＶＳを学習値ＶＫＧとして学習するとともに（ステップＳ１００５、ステップＳ１００６、ステップＳ１８０１）、今現在の運転領域を判定して対応する学習値ＶＫＧを選出し、学習値ＶＫＧに基づいて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定する（ステップＳ１７０８乃至ステップＳ１７１０）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項８の発明の実施例に相当するものである。
【０２１２】
したがって、内燃機関１の運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値ＶＫＧが読み出されて直ちに比較電圧ＶＯＸ１ＬＥが補正されるため、この学習処理を実行しない第一参考例に比較して運転領域の変化に伴う補正遅れが防止され、三元触媒１３をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２１３】
〔第二参考例〕
以下、第二参考例を説明する。
【０２１４】
なお、本参考例の空燃比制御装置の構成は、第一参考例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに対応してリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定し、その補正係数ＦＡＦＲを燃料噴射量ＴＡＵの算出に加味する点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０２１５】
〈リア空燃比補正係数の設定処理〉
図３６は内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャート、図３７は内燃機関の空燃比制御装置のリア空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャート、図３８は内燃機関の空燃比制御装置のＯ2センサの検出範囲に対する変位量の設定状態を示す説明図である。
【０２１６】
図３６に示す比較電圧設定ルーチンは、第一参考例で説明した図２９のルーチンとほとんど同一であり、ステップＳ１５０４及びステップＳ１５０６の処理がステップＳ１９０１及びステップＳ１９０２の処理に変更されている。したがって、出力電圧ＶＯＸ２がリッチ側からリーン側に反転すると、ＣＰＵ３２はステップＳ１９０１で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶＲとしてリッチ側に設定するとともに、リア空燃比補正係数ＦＡＦＲ←１＋α（αは変位量）としてリッチ側に補正する。逆に出力電圧ＶＯＸ２がリーン側からリッチ側に反転すると、ステップＳ１９０２で比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ←ＶＬとしてリーン側に設定するとともに、リア空燃比補正係数ＦＡＦＲ←１−αとしてリーン側に補正する。そして、得られたリア空燃比補正係数ＦＡＦＲは、図２８のステップＳ１４０８で次式に従って燃料噴射量ＴＡＵの算出に用いられる。
【０２１７】
ＴＡＵ＝ＴＰ＋ＦＡＦ＋ＦＡＦＲ＋ＦＡＬＬ
ここで、図３７に示すように変位量αは、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定するためのリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬと理論空燃比λ＝１との電位差β（β＝ＶＲ−（λ＝１）＝（λ＝１）−ＶＬ）に対応して設定されている。換言すれば、変位量αに基づくリア空燃比補正係数ＦＡＦＲにより燃料噴射量ＴＡＵをリッチ側またはリーン側に補正すると、上流側Ｏ2センサ４１の出力電圧ＶＯＸ１が電位差β分だけ同一方向に変動するように、電位差βと変位量αの関係が定められている。また、図３８に示すように電位差β（＝変位量α）の大きさは、第一参考例と同じく理論空燃比λ＝１を中心とした上流側Ｏ2センサ４１の検出範囲（出力電圧ＶＯＸ１をリニアライズ化して空燃比λとして得られる検出範囲）より小さく設定されている。
【０２１８】
そして、第一参考例で説明したように比較電圧ＶＯＸ１ＬＥのリッチ側またはリーン側の設定に対応して、空燃比補正係数ＦＡＦは図２８のステップＳ１４０４以降のフィードバックにより同一方向に補正されるが、加えて本参考例では、その制御と同一結果になるように燃料噴射量ＴＡＵがリア空燃比補正係数ＦＡＦＲにて直ちに補正される。つまり、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに基づくフィードバックでは、図３０で説明したようにポイントＡで出力電圧ＶＯＸ２が変動してもポイントＡ’までは空燃比補正係数ＦＡＦに反映されなかったが、このようにリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを加味することにより、フィードバックに先行して出力電圧ＶＯＸ２の変動が直接的に燃料噴射量ＴＡＵに反映される。したがって、下流側の空燃比λの乱れに対する燃料噴射量ＴＡＵの制御の応答性がより高められて、下流側の空燃比λをより一層確実に理論空燃比λ＝１付近に収束させることができる。
【０２１９】
このように上記参考例の内燃機関１の空燃比制御装置は、下流側の空燃比λが反転したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定するとともに、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥと同一方向にリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定して、燃料噴射量ＴＡＵを補正する（ステップＳ１９０１及びステップＳ１９０２）ＣＰＵ３２を具備している。
【０２２０】
したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに基づくフィードバックに先行して、出力電圧ＶＯＸ２の変動が直接的に燃料噴射量ＴＡＵに反映されるため、下流側の空燃比λの乱れに対する燃料噴射量ＴＡＵの制御の応答性が高められて、下流側の空燃比λをより確実に理論空燃比λ=1付近に収束させることができる。
【０２２１】
また、上記参考例の内燃機関１の空燃比制御装置は、下流側の空燃比λが反転したときに、反転方向に対して反対側に予め設定されたリッチ側電圧設定値ＶＲ及びリーン側電圧設定値ＶＬにて比較電圧ＶＯＸ１ＬＥを設定するとともに、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥと同一方向に同一の変位量αとなるようにリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定して、燃料噴射量ＴＡＵを補正する（ステップＳ１９０１及びステップＳ１９０２）ＣＰＵ３２を具備している。
【０２２２】
したがって、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥに基づくフィードバックと同一結果となるように燃料噴射量ＴＡＵが直ちに補正されるため、燃料噴射量ＴＡＵの制御の応答性をより一層高めることができる。
【０２２３】
〔第六実施例〕
以下、本発明の第六実施例を説明する。
【０２２４】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、三元触媒１３の上流側にＡ／Ｆセンサ２６を備えた第一実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点はＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２と比較する電圧を０．４５Ｖに固定せずに、内燃機関の負荷状態に基づいて切り換える点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０２２５】
〈反転スキップ制御処理〉
図３９は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャート、図４０は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する制御目標値設定ルーチンを示すフローチャート、図４１は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図、図４２は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値の設定状態を示すタイムチャート、図４３は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の各有害成分の浄化特性を示す説明図である。
【０２２６】
図３９に示す反転スキップ制御ルーチンは、第一実施例で説明した図８のルーチンとほとんど同一であり、ステップＳ２００１の処理が付加されている点と、ステップＳ３０１の処理内容が変更されている点が相違する。ＣＰＵ３２はステップＳ２００１で制御目標値ＶＯＸ２ＴＧの設定処理を実行し、ステップＳ３０１で第一実施例で用いた理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖに代えて、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをＯ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２との比較に用い、その比較結果に応じて第一実施例と同様にステップＳ３０２以降の処理で目標空燃比λTGを設定する。
【０２２７】
前記したステップＳ２００１で制御目標値設定ルーチンがコールされると、ＣＰＵ３２は図４０のステップＳ２１０１で吸気圧センサ２２にて検出された吸気圧ＰＭを微分して吸気圧微分値ＤＬＰＭを算出する。ここで、図４２に示すように、車両の加速時には吸気圧ＰＭが増加することから吸気圧微分値ＤＬＰＭの極性は正に、車両の減速時には吸気圧ＰＭが減少することから吸気圧微分値ＤＬＰＭの極性は負になり、いずれの場合も加減速が急激であるほど吸気圧微分値ＤＬＰＭが絶対値として大きな値に算出される。次いで、ＣＰＵ３２はステップＳ２１０２で吸気圧微分値ＤＬＰＭを、予め正の値として設定された加速判定値ＤＬUP及び負の値として設定された減速判定値ＤＬDWと比較し、吸気圧微分値ＤＬＰＭが加速判定値ＤＬUPより小さく、かつ減速判定値ＤＬDWより大きいときには、車両が加減速状態にないと見做してステップＳ２１０３に移行する。
【０２２８】
そして、ＣＰＵ３２はステップＳ２１０３で、図４１のマップに従って吸気圧ＰＭと回転数センサ２５にて検出された機関回転数Ｎe から制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを算出し、このルーチンを終了する。この制御目標値ＶＯＸ２ＴＧは、基本的に内燃機関１の負荷が高いときほどリッチ側に設定される。例えば図中に黒点印で示すように、低負荷のアイドル運転時には吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎe が共に低いため、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1よりリーン側の０．３５Ｖが算出され、低・中負荷の定常運転時には吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎe が共に中間の値であるため、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖが算出され、高負荷の定常運転時には吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎe が共に高いため、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1よりリッチ側の０．５５Ｖが算出される。
【０２２９】
一方、前記ステップＳ２１０２で吸気圧微分値ＤＬＰＭが加速判定値ＤＬUP以上のときには、車両が加速状態にあると見做してステップＳ２１０４に移行し、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして０．５５Ｖを設定する。また、ステップＳ２１０２で吸気圧微分値ＤＬＰＭが減速判定値ＤＬDW以下のときには、車両が減速状態にあると見做してステップＳ２１０５に移行し、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして０．３５Ｖを設定する。即ち、加減速時には内燃機関１が高負荷または低負荷にあるため、本来は制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをリッチ側またはリーン側に設定すべきであるが、マップに従った場合には図中に白点印で示すように、低・中負荷の領域で加減速が行われたときに制御目標値ＶＯＸ２ＴＧが理論空燃比λ=1に設定されてしまう。故に、加減速についてはマップに関係なく無条件で制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを０．５５Ｖまたは０．３５Ｖに設定しているのである。
【０２３０】
そして、以上のようにして設定された目標空燃比λTGに基づいて燃料噴射量が制御され、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは、第一実施例のように常に理論空燃比λ=1付近に収束することなく、内燃機関１の負荷状態に応じて高負荷時にはリッチ側に、低・中負荷時には理論空燃比λ=1に、低負荷時にはリーン側に収束する。ここで、制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして設定された０．５５Ｖ及び０．３５Ｖにより実際に空燃比λがシフトする量はごく僅かであり、図４３に示すように、空燃比λがリッチ側にシフトされたときにはＮＯX の浄化率が向上し、リーン側にシフトされたときにはＣＯやＨＣの浄化率が向上する。
【０２３１】
したがって、高負荷定常運転時や加速時においては周知のようにＮＯX の排出量が増大するが、空燃比λをリッチ側に制御することでこのＮＯX の増大が抑制される。このときＣＯやＨＣについては浄化率が低下するため排出量が若干増大するが、増大が予測されるＮＯX を特に優先して抑制するため、全体としての有害成分を確実に低減可能である。また、逆にアイドル運転時や減速時においてはＨＣの排出量が増大するが、空燃比λをリーン側に制御することでこのＨＣの増大が抑制され、ＮＯX の排出量は若干増大するものの全体としての有害成分を確実に低減可能である。
【０２３２】
なお、前記のように空燃比λを微妙にシフトできるのは、検出精度の高い０2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づいて、三元触媒１３の劣化状態が反映された下流側の空燃比λをフィードバックしているためであり、例えば、Ａ／Ｆセンサ２６にて三元触媒１３の上流側の空燃比λをフィードバックした場合には、Ａ／Ｆセンサ２６の出力のバラツキ及び三元触媒１３の劣化状態が制御に全く加味されないことから、このように微妙な空燃比制御は実現できない。
【０２３３】
そして、本実施例では、運転状態検出手段として吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５が機能し、制御目標値設定手段としてステップＳ２００１の処理を実行するときのＣＰＵ３２が、反転方向判別手段としてステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７の処理を実行するときのＣＰＵ３２がそれぞれ機能する。
【０２３４】
このように上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１の運転状態を検出する吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５と、前記吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５にて検出された運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを設定するとともに（ステップＳ２００１）、Ｏ2センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２が制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを横切ってリッチ側とリーン側との間で反転したときに反転方向を判別する（ステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０７）ＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項９の発明の実施例に相当するものである。
【０２３５】
したがって、設定された制御目標値ＶＯＸ２ＴＧに応じて三元触媒１３の下流側の空燃比λがリッチ側やリーン側にシフトされ、今現在の運転状態において増大が予想される特定の有害成分が特に優先して抑制される。よって、その他の有害成分の排出量は若干増大するものの、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２３６】
また、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、吸気圧センサ２２及び回転数センサ２５にて検出された内燃機関１の負荷状態に基づき、負荷が高いときほど制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをリッチ側に設定するＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項１０の発明の実施例に相当するものである。
【０２３７】
そして、周知のように内燃機関１は高負荷時にＮＯX を排出し、低負荷時にＨＣを多く排出するため、負荷が高いときほど制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをリッチ側に設定すれば、高負荷時のＮＯX と低負荷時のＨＣを共に抑制でき、このように負荷状態を目安として制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２３８】
ところで、上記第六実施例は、三元触媒１３の上流側にＡ／Ｆセンサ２６を備えた第一実施例の空燃比制御装置に、内燃機関１の負荷状態に応じて空燃比λをシフトさせる機能を付加したものであるが、例えば、三元触媒１３の上流側にＯ2センサ２７を備えた第一参考例の空燃比制御装置に、空燃比λをシフトさせる機能を付加してもよい。詳細は説明しないが、この場合は図４４に示すように、比較電圧設定ルーチンの開始時にステップＳ２００１で制御目標値ＶＯＸ２ＴＧの設定処理を実行し、その制御目標値ＶＯＸ２ＴＧに基づいてステップＳ１５０１の処理を実行すればよい。
【０２３９】
〔第七実施例〕
以下、本発明の第七実施例を説明する。
【０２４０】
なお、本実施例の空燃比制御装置の構成は、第六実施例の空燃比制御装置の構成と同一であり、相違点は第六実施例で述べた内燃機関１の負荷状態に代えて、ＥＧＲ装置の作動状態に基づいて制御目標値ＶＯＸ２ＴＧの設定する点にある。したがって、特に相違点を重点的に説明する。
【０２４１】
〈反転スキップ制御処理〉
図４５は本発明の第七実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【０２４２】
第六実施例と同じく、本実施例では図３９に示す反転スキップ制御ルーチンが実行され、そのステップＳ２００１の処理では、図４５のマップに従ってＥＧＲ装置の作動状態に基づいて制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを算出する。周知のようにＥＧＲ装置は、内燃機関１の排気ガスを吸気系に再循環させることにより燃焼温度を低下させてＮＯＸを低減する作用を奏し、図に示すように、吸気圧ＰＭと機関回転数Ｎｅに基づいて内燃機関１が高負荷でないときに作動する。
【０２４３】
ステップＳ２００１において、ＣＰＵ３２はＥＧＲ装置が作動しているときには制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとして理論空燃比λ=1に対応する０．４５Ｖを設定し、ＥＧＲ装置が停止しているときには制御目標値ＶＯＸ２ＴＧとしてリッチ側の０．５５Ｖを設定する。したがって、三元触媒１３を通過した排気ガスの空燃比λは、ＥＧＲ装置の作動時には理論空燃比λ=1に、停止時にはリッチ側に収束する。つまり、ＥＧＲ装置の停止時には、作動時に比較して空燃比λがリッチ側に制御されるため、ＥＧＲ装置の作動時と同様にＮＯX が抑制される。
【０２４４】
このように、上記実施例の内燃機関１の空燃比制御装置は、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値ＶＯＸ２ＴＧをよりリッチ側に設定するＣＰＵ３２を具備している。この構成は請求項１１の発明の実施例に相当するものである。
【０２４５】
したがって、ＥＧＲ装置の停止時には、作動時に比較して空燃比λがリッチ側に制御されて、ＥＧＲ装置の作動時と同様にＮＯX を抑制でき、このようにＥＧＲ装置の作動状態を目安として制御目標値ＶＯＸ２ＴＧを適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２４６】
ところで、上記第一実施例及び第二実施例では、ＲＯＭ３３に格納された図１０に示すマップに基づき、三元触媒１３の最小吸着量ＯSTmin 及び最大吸着量ＯSTmax の減少に応じてリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL を減少させているが、必ずしも三元触媒１３の吸着量を考慮に入れる必要はなく、これらのリッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL を固定値としてもよい。
【０２４７】
また、上記第一実施例乃至第四実施例では、反転スキップ制御処理やパージ制御処理で算出した目標空燃比λTGをそのまま空燃比補正係数ＦＡＦの設定に用いたが、例えば、特開平３−１８５２４４号公報に記載された空燃比制御装置のように、算出した値を中心として目標空燃比λTGを周期的に変動させる所謂ディザ制御を実行してもよい。
【０２４８】
更に、上記第三実施例では、吸入空気量ＱA の増減に応じて積分量λIR，λIL及びスキップ量λSKR,λSKL を共に変化させ、また、第四実施例では、Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２の増減に応じて積分量λI 及びスキップ量λSKを共に変化させたが、必ずしも双方の値を変化させる必要はない。したがって、積分量λIR，λIL，λI とスキップ量λSKR,λSKL,λSKのいずれか一方を吸入空気量ＱA や出力電圧ＶＯＸ２の増減に応じて変化させ、他方は固定値としてもよい。
【０２４９】
一方、上記第七実施例では、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの設定（電位差β）に対応するようにリア空燃比補正係数ＦＡＦＲの変位量αを定めたが、必ずしも対応させる必要はなく、比較電圧ＶＯＸ１ＬＥの設定と同一方向にリア空燃比補正係数ＦＡＦＲを設定するものであれば、変位量αの大きさを比較電圧ＶＯＸ１ＬＥ以外に変更してもよい。
【０２５０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、噴射量算出手段が所定の更新速度で噴射量を算出しているため、目標空燃比設定手段にて設定された目標空燃比は直ちに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して極めて良好な応答性で噴射量を制御することができ、また、下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が反転したときには、スキップ量にて目標空燃比がスキップ的に補正されるため、その後の触媒下流側の空燃比の大きな乱れを確実に抑制できる。その結果、空燃比が乱れたときの補正の遅れを回避して、常に確実に空燃比を理論空燃比付近に収束させ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０２５１】
また、空燃比が反転しないときには、空燃比の変動方向と反対側に目標空燃比が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束し、前記した有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０２５２】
請求項２の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒劣化検出手段にて検出された触媒の劣化状態が進行するほど、目標空燃比設定手段にてスキップ量が減少されるため、触媒の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止され、触媒の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５３】
請求項３の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの目標空燃比が運転領域毎に学習されるため、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに目標空燃比が補正される。よって、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止し、触媒をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５４】
請求項４の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じてスキップ量や積分量が設定されるため、運転状態の変化に拘わらず、触媒の下流側の空燃比に対してスキップ量や積分量が常に一定の影響力を及ぼすように設定可能となる。よって、これらのスキップ量や積分量にて目標空燃比を補正する際の過補正や補正遅れを防止でき、触媒をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５５】
請求項５の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の下流側の空燃比が理論空燃比から離間して、目標空燃比を大幅に補正する必要があるときほど、スキップ量や積分量が増大して設定されるため、常に適切な補正を行なって下流側の空燃比をより迅速に理論空燃比に収束させることができる。
【０２５６】
請求項６の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、スキップ量にて比較値を変更することで噴射量を補正しているため、空燃比の変動が速やかに噴射量に反映され、空燃比の乱れに対して良好な応答性で噴射量を制御することができる。その結果、空燃比が乱れたときの補正の遅れを回避して、常に確実に空燃比を理論空燃比付近に収束させ、よって、有害成分の大気中への排出を未然に防止することができる。
【０２５７】
また、空燃比が反転しないときには、空燃比の変動方向と反対側に比較値が積分量にて補正されるため、空燃比はより確実に理論空燃比付近に収束し、前記した有害成分の排出を一層確実に防止することができる。
【０２５８】
請求項７の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒劣化検出手段にて検出された触媒の劣化状態が進行するほど、比較値設定手段にてスキップ量が減少されるため、触媒の吸着限界を越えた過補正が行なわれるのが未然に防止され、触媒の劣化を加味した上で、長期にわたって有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２５９】
請求項８の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、触媒の下流側の空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの比較値が運転領域毎に学習されるため、運転領域が変化したときであっても、それに対応する学習値が読み出されて直ちに比較値が補正される。よって、運転領域の変化に伴う補正遅れを防止し、触媒をより確実に中立状態に保持し続けて、有害成分の大気中への排出を防止することができる。
【０２６２】
請求項９の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、制御目標値が今現在の運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に設定されて、その特定の有害成分を特に優先して抑制するため、その他の有害成分の排出量は若干増大するものの、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２６３】
請求項１０の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、負荷が高いときほど制御目標値がリッチ側に設定されるため、高負荷時のＮＯＸと低負荷時のＨＣを共に抑制でき、このように負荷状態を目安として制御目標値を適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【０２６４】
請求項１１の発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値がよりリッチ側に設定されてＮＯＸを抑制でき、このようにＥＧＲ装置の作動状態を目安として制御目標値を適切に設定して、全体としての有害成分を確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第一実施例の内容を概念的に示したクレーム対応図である。
【図２】 図２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置が設けられた内燃機関とその周辺機器の概略構成図である。
【図３】 図３は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置における空燃比制御システムの原理を説明するためのブロック図である。
【図４】 図４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】 図５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する定常・過渡判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】 図６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比から物質濃度を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図７】 図７は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の空燃比のサンプリング時及びパージ制御時におけるＡ／Ｆセンサ出力、吸着量及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図８】 図８は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】 図９は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時におけるＯ2センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図１０】 図１０は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の最小・最大吸着量からスキップ量を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図１１】 図１１は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するパージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】 図１２は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する学習開始判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】 図１３は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行するＡ／Ｆ変動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】 図１４は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する飽和判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】 図１５は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する吸着量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】 図１６は本発明の第一実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸着量学習時におけるＯ2センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【図１７】 図１７は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】 図１８は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する目標空燃比学習ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】 図１９は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】 図２０は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の運転領域の設定の一例を示す説明図である。
【図２１】 図２１は本発明の第二実施例である内燃機関の空燃比制御装置の反転スキップ制御時を示すタイムチャートである。
【図２２】 図２２は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図２３】 図２３は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図２４】 図２４は本発明の第三実施例である内燃機関の空燃比制御装置の吸入空気量からスキップ量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図２５】 図２５は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する積分量・スキップ量設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】 図２６は本発明の第四実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＯ2センサの出力電圧から積分量を設定するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図２７】 図２７は第一参考例の内容を概念的に示したクレーム対応図である。
【図２８】 図２８は第一参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射量算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図２９】 図２９は第一参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３０】 図３０は第一参考例である内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【図３１】 図３１は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３２】 図３２は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３３】 図３３は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧学習ルーチンを示すフローチャートである。
【図３４】 図３４は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の三元触媒の劣化状態から積分量及びスキップ量を算出するためのマップを示す説明図である。
【図３５】 図３５は本発明の第五実施例である内燃機関の空燃比制御装置の比較電圧及び空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【図３６】 図３６は第二参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する比較電圧設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図３７】 図３７は第二参考例である内燃機関の空燃比制御装置のリア空燃比補正係数の設定状態を示すタイムチャートである。
【図３８】 図３８は第二参考例である内燃機関の空燃比制御装置のＯ2センサの検出範囲に対する変位量の設定状態を示す説明図である。
【図３９】 図３９は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する反転スキップ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４０】 図４０は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する制御目標値設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４１】 図４１は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図４２】 図４２は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値の設定状態を示すタイムチャートである。
【図４３】 図４３は本発明の第六実施例である内燃機関の空燃比制御装置の各有害成分の浄化特性を示す説明図である。
【図４４】 図４４は本発明の第六実施例の別例である内燃機関の空燃比制御装置のＣＰＵが実行する制御目標値設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４５】 図４５は本発明の第七実施例である内燃機関の空燃比制御装置の制御目標値を算出するためのＲＯＭに格納されたマップを示す説明図である。
【図４６】 図４６は従来の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時における空燃比補正係数及び下流側Ｏ2センサの出力電圧を示すタイムチャートである。
【図４７】 図４７は従来の別の内燃機関の空燃比制御装置の空燃比制御時におけるＯ2センサの出力電圧及び目標空燃比を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
Ｍ１ 内燃機関
Ｍ２ 触媒
Ｍ３ 上流側空燃比検出手段
Ｍ４ 下流側空燃比検出手段
Ｍ５ 反転方向判別手段
Ｍ６ 目標空燃比設定手段
Ｍ７ 燃料噴射弁
Ｍ８ 噴射量算出手段
Ｍ１１ 内燃機関
Ｍ１２ 触媒
Ｍ１３ 上流側空燃比検出手段
Ｍ１４ 下流側空燃比検出手段
Ｍ１５ 反転方向判別手段
Ｍ１６ 比較値設定手段
Ｍ１７ 燃料噴射弁
Ｍ１８ 噴射量算出手段
１ 内燃機関
７ 燃料噴射弁
１３ 三元触媒
２２ 吸気圧センサ
２５ 回転数センサ
２６ Ａ／Ｆセンサ
２７ Ｏ2センサ
３２ ＣＰＵ
Claims (11)
- 内燃機関の排気経路の触媒の上流側に設けられ、前記内燃機関から排出された排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の下流側に設けられ、触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が理論空燃比を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別する反転方向判別手段と、
前記反転方向判別手段にて前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の反転方向が判別されたときに、目標空燃比をスキップ的に補正するためのスキップ量にて、該反転方向に対して反対側に目標空燃比を補正し、前記下流側空燃比検出手段により検出される空燃比が反転しないときに、前記下流側空燃比検出手段により検出される空燃比の変動方向に対して反対側に前記スキップ量より小さい値として設定された積分量にて目標空燃比を補正する目標空燃比設定手段と、
前記上流側空燃比検出手段にて検出された空燃比と、前記目標空燃比設定手段にて設定された目標空燃比との差に基づき、燃料噴射弁の噴射量を算出する噴射量算出手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記目標空燃比設定手段は、触媒劣化検出手段にて検出された触媒の劣化状態の進行に伴なって、目標空燃比を補正するスキップ量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記目標空燃比設定手段は、
予め設定された内燃機関の運転領域毎に、下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの目標空燃比を学習する空燃比学習手段と、
内燃機関の運転領域を判定して対応する前記空燃比学習手段の学習値を選出し、学習値に基づいて前記目標空燃比を補正する目標空燃比補正手段と
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記目標空燃比設定手段は、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段にて検出された運転状態に応じて前記スキップ量及び／または積分量を設定する補正量設定手段と
を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記目標空燃比設定手段は、下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が理論空燃比から離間するほど、目標空燃比を補正するスキップ量及び／または積分量を増大させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 内燃機関の排気経路の触媒の上流側に設けられ、前記内燃機関から排出された排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の下流側に設けられ、触媒を通過した排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が理論空燃比を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別する反転方向判別手段と、
前記反転方向判別手段にて前記下流側空燃比検出手段により検出された空燃比の反転方向が判別されたときに、比較値をスキップ的に補正するためのスキップ量にて、反転方向に対して反対側に比較値を補正し、前記下流側空燃比検出手段により検出される空燃比が反転しないときに、前記下流側空燃比検出手段により検出される空燃比の変動方向に対して反対側に前記スキップ量より小さい値として設定された積分量にて比較値を補正する比較値設定手段と、
前記上流側空燃比検出手段にて検出された空燃比と、前記比較値設定手段にて設定された比較値との比較結果に基づき、前記上流側空燃比検出手段により検出される空燃比が前記比較値設定手段にて設定された比較値となるように燃料噴射弁の噴射量を算出する噴射量算出手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記比較値設定手段は、触媒劣化検出手段にて検出された触媒の劣化状態の進行に伴なって、比較値を補正するスキップ量を減少させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記比較値設定手段は、
予め設定された内燃機関の運転領域毎に、下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が理論空燃比付近に収束しているときの比較値を学習する比較値学習手段と、
内燃機関の運転領域を判定して対応する前記比較値学習手段の学習値を選出し、学習値に基づいて前記比較値を補正する比較値補正手段と
を具備することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段にて検出された運転状態において増大が予測される特定の有害成分を低減可能な方向に制御目標値を設定する制御目標値設定手段と
を備え、
前記反転方向判別手段は、前記下流側空燃比検出手段にて検出された空燃比が制御目標値を経てリッチ側とリーン側との間で反転したときに、反転方向を判別することを特徴とする請求項１または請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。 - 前記制御目標値設定手段は、前記運転状態検出手段にて検出された内燃機関の負荷状態に基づき、負荷が高いときほど制御目標値をリッチ側に設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
- 前記制御目標値設定手段は、前記運転状態検出手段にて検出された排気ガス再循環用のＥＧＲ装置の作動状態に基づき、ＥＧＲ装置の停止時に、作動時に比較して制御目標値をよりリッチ側に設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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