JP4135279B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のリーン空燃比における燃焼状態を検出し、内燃機関を失火限界（安定限界）で動作させる方法として、特公平６−１００１２８号公報に開示された「内燃機関の空燃比制御装置」が知られている。同公報の装置では、空燃比を一時的に制御すべき空燃比よりリーンに変更し、その変更の前後における燃焼状態を検出する。また、空燃比変更の前後の燃焼状態を比較し、リーン化に起因する燃焼状態の変化がどの程度であるかを検出する。そして、その燃焼状態の差が所定値以上であれば、失火限界まで空燃比がリーン化されたとみなして空燃比を幾分リッチ化する。一方、燃焼状態の差が所定値未満であれば、現在の空燃比は失火限界まで余裕があるとみなし、より失火限界に近いリーン空燃比で内燃機関を運転させるべく、比較的小さな値で空燃比をリーン化する。これにより、失火限界から僅かにリッチ側で空燃比を制御するようにしていた。
【０００３】
内燃機関の燃焼状態を検出する手法としては、燃焼室内の燃焼圧力や燃焼光量を検出して直接検出するもの、或いは内燃機関の出力変動や回転変動を測定して間接的に検出するもの等が適用できるとしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼状態は、空燃比と一意な関係にあるわけではなく、燃焼ばらつきや燃焼状態の検出方法に起因する誤差が存在し、燃焼状態が不安定なほど、空燃比との関係を定量化することが困難になる。特に、回転変動から燃焼状態を判定する場合、燃焼状態と空燃比との間のばらつきが大きくなり易く、上記問題が顕著になる。
【０００５】
従って、燃焼状態と空燃比とのばらつきが大きいものに対して空燃比を所定時間リーンに固定し、その間に燃焼状態を検出する場合には、燃焼状態のばらつきが原因でドライバビリティが悪化するといった問題が生じる。また、空燃比を所定量リーンにする方法では、１回のリーン化で失火限界かどうかを判定できる燃焼状態になるとは限らず、空燃比のリーン設定を複数回変更し、その度に失火限界かどうかを繰り返し判定して最適なリーン度合を決定する必要が生じる。空燃比のリーン化を繰り返すよう失火限界近くでの空燃比制御を実施するために、多大な制御回数と制御時間とを要するという問題を招く。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、燃焼状態と空燃比との関係を速やかに定量化し、ひいては空燃比の制御精度を向上させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の空燃比制御装置において、燃焼状態制御手段は、内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を所定期間、空燃比のリーン域に相当する領域で制御する。代表空燃比算出手段は、前記燃焼状態制御手段による燃焼状態制御が実施される所定期間での空燃比センサの検出値（実空燃比）に基づき、当該期間内の空燃比の代表値を算出する。また、空燃比補正手段は、前記所定期間の燃焼状態制御が終了した後、前記算出した空燃比の代表値を基に内燃機関への燃料供給量を補正する。
【０００８】
上記構成によれば、空燃比のリーン域に相当する領域で燃焼ラフネス値（燃焼状態）が制御されるため、その制御の期間内では燃焼状態がばらつくことなく所定の状態で固定される。それ故、空燃比が予期せずに失火限界を越えてしまいその結果として燃焼状態がドライバビリティの許容範囲から外れるといった問題が解消される。また、空燃比のリーン域では、燃焼ラフネス値と空燃比との関係がほぼ１対１となるため、リーン相当の領域で燃焼状態制御が実施される所定期間にて空燃比の代表値が求められれば、その代表値により燃焼ラフネス値（燃焼状態）と空燃比との関係が定量化できる。この場合、定量化に必要な空燃比代表値の計測は１回のみ実施すればよいため、上記両者の関係が速やかに定量化され、制御時間を大幅に短縮することができる。
【０００９】
更に、かかる制御によれば、空燃比センサの検出値（実空燃比）に基づき空燃比の代表値を算出するので、空燃比センサの出力誤差分を見込んで燃焼ラフネス値と空燃比との関係が定量化できる。従って、同センサの出力誤差が空燃比制御に反映できる。こうして燃焼状態（燃焼ラフネス値）と空燃比との関係を適切に定量化しそれに従い空燃比補正を実施することにより、空燃比の制御精度が向上する。
【００１０】
上記請求項１の発明では、請求項２に記載したように、前記所定期間の燃焼状態制御が終了した後、前記算出した空燃比の代表値を基に目標空燃比を補正するとよい。この場合、燃焼ラフネス値（燃焼状態）と空燃比との関係を適正に定量化し且つ空燃比センサの出力誤差分を反映しつつ目標空燃比が補正されることにより高精度な空燃比制御が実現できる。
【００１１】
また、請求項３に記載したように、前記所定期間の燃焼状態制御が終了する時、前記算出した空燃比の代表値を所定量リッチ側に変更し、該変更した値により目標空燃比を設定すると良く、特に、請求項４に記載したように、前記空燃比の代表値をリッチ側に変更する所定量は、目標空燃比を燃料消費量の最良点に設定するものであるのが望ましい。かかる場合、燃焼消費率の最良点で空燃比制御を実施するなど、望み通りに空燃比制御を実施することができ、当該制御の最適化を図ることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、前記空燃比の代表値により補正した目標空燃比に基づき、目標空燃比の基本データを学習するための学習処理を実施する。こうして目標空燃比が学習されることにより、目標空燃比の設定が好適に行われ、空燃比センサの出力誤差や経時変化等を反映した高精度な空燃比フィードバック制御が実現できる。
【００１３】
ここで、空燃比の代表値を算出する手法としては、請求項６に記載したように、燃焼状態制御が実施される所定期間において空燃比の積算値を求め、その平均値を空燃比の代表値とするとよい。この場合、所定期間内における平均値を空燃比の代表値とすることで、燃焼状態に対する空燃比のばらつきを小さくすることができる。その結果、当該代表値の信頼性が増し、空燃比の制御精度が向上する。
【００１４】
また、空燃比の代表値はその信頼度が平均時間に依存するので、請求項７に記載したように、所望とする空燃比の制御精度に応じて空燃比の平均化の時間を設定すると良い。
【００１５】
空燃比を積算し平均化する演算処理は、なまし演算にて代替えできる。そこで、請求項８に記載の発明では、燃焼状態制御が実施される所定期間において空燃比をなまし演算し、そのなまし値を空燃比の代表値とする。なまし演算を使うことにより制御ソフト上の負荷が低減できるので、本発明は、平均化の時間が長く設定される場合に効果的である。
【００１６】
請求項９に記載の発明では、実際の燃焼ラフネス値を検出する燃焼状態検出手段を備え、前記燃焼状態制御手段は、その時々の機関運転状態に応じて燃焼ラフネス値の目標値を設定し、前記検出した実際の燃焼ラフネス値が目標値になるよう内燃機関への燃料供給量を制御する。つまり、燃焼状態制御に際し、実際の燃焼ラフネス値がその目標値になるよう燃料供給量が増減されるので、燃焼状態を所望の状態に確実に制御することが可能となる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明では、前記燃焼状態制御手段は、失火限界近傍のドライバビリティ許容域内にて燃焼ラフネス値の目標値を設定する。この場合、燃焼状態制御を実施する際に内燃機関が安定して運転され、ドライバビリティ悪化を防止することができる。
【００１８】
請求項１１に記載したように、内燃機関の１燃焼毎の回転変動量に応じて燃焼ラフネス値を検出する場合、従来装置では燃焼ラフネス値と空燃比との関係のばらつきが顕著になったが、本発明ではこうした従来の問題が解消され、良好な空燃比制御を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態では、自動車用内燃機関に供給する混合気の空燃比を目標値にフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御する空燃比制御システムとして本発明を具体化し、特に内燃機関の燃焼状態を所定の状態に固定し、その燃焼状態固定の状態における空燃比Ｆ／Ｂ状態に応じて空燃比制御量を変更する。そしてこれにより、空燃比を失火限界近傍で好適にＦ／Ｂ制御することとしている。以下に、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００２０】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概要を示す全体構成図である。図１において、エンジン１０は６気筒火花点火式内燃機関からなり、エアクリーナ１１から吸入される吸入空気は、吸気管１２及びスロットル弁１３を通過して、気筒毎に吸気ポートに配設されたインジェクタ１４による噴射燃料と混合された後、エンジン１０の各気筒に供給される。また、燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、排気マニホールド１５、排気管１６等を経て大気に放出される。
【００２１】
吸気管１２には、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１７と、吸入空気の量を検出するエアフロメータ１８とが配設され、スロットル弁１３には同弁１３の開度を検出するスロットルセンサ１９が配設されている。また、排気管１６には、排ガス中の酸素濃度から空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するＡ／Ｆセンサ２０が配設されている。その他本システムで採用されるセンサとして、水温センサ２１はシリンダブロックに設けられ、エンジン冷却水の温度を検出する。クランク角センサ２２は、例えばクランク軸に設けられ、所定クランク角毎（本実施の形態では１０°ＣＡ毎）にＮｅパルス信号を出力する。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等を有する周知のマイクロコンピュータからなり、前述した吸気温センサ１７、エアフロメータ１８、スロットルセンサ１９、Ａ／Ｆセンサ２０、水温センサ２１、クランク角センサ２２等、各種センサの検出信号を取り込んでインジェクタ１４による燃料噴射量を調整して空燃比を望み通りに制御する。ここで、ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２内に予め格納される制御プログラムに従い、後述する各制御ルーチンを順次実行する。バックアップＲＡＭ３４は、図示しない車載バッテリからの給電により記憶内容を保持するメモリであり、同バックアップＲＡＭ３４には、例えばエンジン回転数Ｎｅ及び吸気量Ｑａに応じて目標空燃比を設定するための目標空燃比マップが格納されている。
【００２３】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図２は、ＣＰＵ３１により実行されるメインルーチンの概略を示すフローチャートである。
【００２４】
さて、図示しないイグニッションスイッチがオンされエンジン１０が始動すると、図２の処理が起動され、ステップ１１０では初期化を行う。ステップ１２０では、クランク角センサ２２の検出結果から算出されるエンジン回転数Ｎｅと、エアフロメータ１８の検出結果から算出される吸気量Ｑａとを取り込み、続くステップ１３０では、図示しないマップを用い、前記取り込んだＮｅ、Ｑａに基づいて基本噴射量Ｔｐを演算する。
【００２５】
その後、ステップ１４０では、水温センサ２１の検出結果から算出される冷却水温Ｔｈｗ、吸気温センサ１７の検出結果から算出される吸気温Ｔａ、同一気筒で前後する燃焼サイクルの吸気量の変化量ΔＱａ（７２０°ＣＡ間のＱａの変化量）を取り込み、ステップ１５０では、前記取り込んだＴｈｗ、Ｔａ、ΔＱａに基づいて補正量Ｋ１を演算する。補正量Ｋ１は、冷間時や過渡運転時に燃料の増減量制御を行うための公知の燃料量補正量である。
【００２６】
次に、図３は、クランク角センサ２２からのＮｅパルス信号に基づき２０°ＣＡ毎に割り込み起動される処理を示すフローチャートであり、同処理はＮｅ割り込みに際しメインルーチンの処理に優先して実行される。
【００２７】
ステップ２０１では、図示しないクランク角カウンタを用い、２０°ＣＡ離れたＮｅパルス信号の間で計数を行う。続いてステップ２０２では、所定クランク角度（２０°ＣＡ）の所要時間Ｔｎｅを演算し、ステップ２０３では、その所要時間Ｔｎｅに基づいて１燃焼毎の回転変動量ΔＮｅを演算する。ここで、６気筒エンジンの場合、所要時間Ｔｎｅは図９の如く１２０°ＣＡを１燃焼のサイクルとして変化し、その最大値Ｔｍａｘと最小値Ｔｍａｘとの差により回転変動量ΔＮｅが演算される。このΔＮｅ値のデータは、気筒毎にＲＡＭ３３に記憶される。
【００２８】
その後、ステップ２０４では、燃焼状態検出が許可されているか否かを判別する。燃焼状態検出の条件としては、例えば暖機条件と定常運転状態とがあり、より具体的には暖機条件として冷却水温Ｔｈｗが８０℃以上であること、定常運転条件として１８０°ＣＡ内のエンジン回転数Ｎｅの変動が所定値以下であることを含む。
【００２９】
燃焼状態検出が許可されていればステップ２０５に進む。ステップ２０５では、前記演算した気筒毎の回転変動量ΔＮｅを使い、その標準偏差によりその時々の実際の燃焼状態を表すパラメータとして実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。具体的には、気筒毎の回転変動量の今回値をΔＮｅ（ｉ）、平均値をΔＮｅａｖ、サンプリング母数をｎとし、次の（１）式を用いて実ラフネス値Ｒｒｅを算出する。
【００３０】
【数１】

その後、ステップ２０６では、今現在が何れかの気筒の噴射タイミングであるか否かを判別し、噴射タイミングでなければそのまま本処理を一旦終了する。また、噴射タイミングであれば、ステップ２０７でＡ／Ｆセンサ２０により検出された空燃比（実空燃比λｒｅ）を取り込み、続くステップ３００で目標空燃比λｔｇを演算する。ステップ３００では図４及び図５の処理が実施されるが、その詳細は後述する。
【００３１】
その後、ステップ２０８では、前記ステップ２０７で取り込んだ実空燃比λｒｅと、前記ステップ３００で算出した目標空燃比λｔｇとを用い、その空燃比の偏差に基づいて空燃比補正量Ｋ２を演算する。なお、空燃比補正量Ｋ２は、空燃比の偏差量に応じて算出される周知のフィードバック補正値である。
【００３２】
最後に、ステップ２０９では、前記算出した基本噴射量Ｔｐ、補正量Ｋ１，Ｋ２等を用いて最終噴射量ＴＡＵを演算し、本処理を終了する（ＴＡＵ＝Ｔｐ・Ｋ１・Ｋ２）。
【００３３】
ここで、前記図３のステップ３００における目標空燃比λｔｇの演算処理を、図４及び図５に示すフローチャートに従い説明する。
先ず図４のステップ３０１では、リーン制御実行条件が成立するかどうかを判別する。リーン制御実行条件としては、例えば冷却水温Ｔｈｗが６０℃以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、アイドル状態でないことを含む。仮にリーン制御実行条件が不成立であればステップ３０２に進み、目標空燃比λｔｇをλ＝１としてストイキ制御を実行する。
【００３４】
リーン制御実行条件が成立すればステップ３０３に進み、燃焼状態検出が許可され且つ、その燃焼状態検出の許可から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判別する。この所定時間Ｔ１は、燃焼状態検出の開始から定常状態の安定を待つ時間であり、本実施の形態ではＴ１＝２秒とする。そして、ＹＥＳであれば、燃焼状態Ｆ／Ｂの実行を許可し、実ラフネス値Ｒｒｅを目標ラフネス値Ｒｔｇに一致させるよう燃焼状態を所望の状態に制御することとし、ステップ３０４で燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグをオンする。
【００３５】
ステップ３０５では、燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグがオンであるか否かを判別し、燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグがオフであれば、ステップ３０６〜３０８の処理を実施する。つまり、燃焼状態Ｆ／Ｂが実施されない場合において、ステップ３０６では、Ｎｅ、Ｑａ、Ｔｈｗ等、各種エンジン運転状態を取り込み、続くステップ３０７では、バックアップＲＡＭ３４内に格納されている目標空燃比マップを用い、その時々のＮｅ、Ｑａに基づいて基本目標空燃比λｂｓｅを演算する。ステップ３０８では、前記算出した基本目標空燃比λｂｓｅに対して水温補正した値を目標空燃比λｔｇとし、その後元の図３の処理に戻る。
【００３６】
また、ステップ３０５がＹＥＳの場合（燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグがオンの場合）、図５のステップ３２０では燃焼状態Ｆ／Ｂを実行し、続くステップ３３０では、燃焼状態Ｆ／Ｂ中の空燃比を代表する代表空燃比λｒｅｐを算出する。
【００３７】
ここで、燃料消費率（燃費）と燃焼ラフネス値と空燃比とは図１０に示す関係にあり、理論空燃比を含む弱リーンまでの図のＡ領域では、比較的安定した状態で燃焼が行われるため燃焼ラフネス値が小さく、また、空燃比に対する燃焼ラフネス値の変化が一定とならない。これに対し、図のＢ領域では空燃比のリーン化に伴い燃焼が不安定になり、ほぼ１対１で対応しながら空燃比のリーン化に対してラフネス値が増大する。そこで、このＢ領域で燃焼状態Ｆ／Ｂを実施し、その燃焼状態Ｆ／Ｂの下で燃焼ラフネス値と空燃比との関係を定量化する。そして、この定量化した関係を用いて空燃比補正を行う。次に、図６及び図７を用い、燃焼状態Ｆ／Ｂの実施手順と代表空燃比λｒｅｐの算出手順とを説明する。
【００３８】
図６において、ステップ３２１では、その時々のエンジン回転数Ｎｅと吸気量Ｑａとから目標ラフネス値Ｒｔｇを算出する。目標ラフネス値Ｒｔｇは、例えば図１１のマップを用い、エンジン１０の失火限界近傍のドライバビリティ許容域内に設定される。図１１によれば、高回転で且つ低負荷ほど（高Ｎｅで且つ少Ｑａほど）、目標ラフネス値Ｒｔｇが小さい値に設定され、逆に低回転で且つ高負荷ほど（低Ｎｅで且つ多Ｑａほど）、目標ラフネス値Ｒｔｇが大きい値に設定される。
【００３９】
ステップ３２２では、前記ステップ３２１で算出した目標ラフネス値Ｒｔｇと、前記図３のステップ２０５で算出した実ラフネス値Ｒｒｅとの偏差ΔＲ（＝Ｒｔｇ−Ｒｒｅ）を算出し、続くステップ３２３では、図１２の関係を用い、ラフネス値の偏差ΔＲに基づいて目標空燃比補正量Ｆを算出する。図１２によれば、ΔＲ＞０（Ｒｔｇ＞Ｒｒｅ）であれば、そのΔＲに応じて正の目標空燃比補正量Ｆが設定され、ΔＲ＜０（Ｒｔｇ＜Ｒｒｅ）であれば、そのΔＲに応じて負の目標空燃比補正量Ｆが設定される。但し、目標空燃比補正量Ｆは、ラフネス値の偏差ΔＲの絶対値が所定量を越えた時にガードされる。
【００４０】
その後、ステップ３２４では、目標空燃比λｔｇの前回値に目標空燃比補正量Ｆを加算し、その値を新たな目標空燃比λｔｇとする。このとき、ΔＲ＞０（Ｒｔｇ＞Ｒｒｅ）であれば、目標空燃比λｔｇがリーン側に補正され、ΔＲ＜０（Ｒｔｇ＜Ｒｒｅ）であれば、目標空燃比λｔｇがリッチ側に補正されることとなる。かかる目標空燃比λｔｇの補正により、燃焼状態が所望の状態に維持される。
【００４１】
一方、図７において、ステップ３３１では、燃焼状態Ｆ／Ｂの開始から所定時間Ｔ２が経過したか否かを判別する。この所定時間Ｔ２は、燃焼状態Ｆ／Ｂの開始後、実ラフネス値Ｒｒｅの安定を待つ時間であり、本実施の形態ではＴ２＝０．５秒とする。そして、ステップ３３１がＹＥＳであることを条件にステップ３３２に進み、実空燃比λｒｅ（Ａ／Ｆセンサ２０の検出値）の積算値Ｔλを算出する（Ｔλ＝Ｔλ＋λｒｅ）。
【００４２】
その後、ステップ３３３では、実空燃比λｒｅの積算開始から所定時間Ｔ３が経過し、所定のサンプリング数の積算が終了したか否かを判別する。所定時間Ｔ３は実空燃比λｒｅのサンプリング時間であり、本実施の形態ではＴ３＝１０秒とする。そして、ステップ３３３がＹＥＳであることを条件に、ステップ３３４では、実空燃比の積算値Ｔλの平均値を算出してその値を代表空燃比λｒｅｐとし、その後図５の処理に戻る。実際には、積算値λＴをＴ３期間内の噴射回数ｎｃで割り、その値をλｒｅｐとする（λｒｅｐ＝Ｔλ／ｎｃ）。
【００４３】
なお、代表空燃比λｒｅｐはその信頼度がサンプリング時間（平均時間）に依存するので、所望とする空燃比の制御精度に応じて所定時間Ｔ３を可変に設定するようにしても良い。
【００４４】
図５の説明に戻り、燃焼状態Ｆ／Ｂや代表空燃比の算出（ステップ３２０，３３０）を実施した後、ステップ３０９では、代表空燃比λｒｅｐの算出が完了したか否かを判別する。前述の図７の処理において、実空燃比λｒｅの積算開始から所定時間Ｔ３が経過していない場合（ステップ３３３がＮＯ）、ステップ３０９が否定判別される。
【００４５】
また、実空燃比λｒｅの積算開始から所定時間Ｔ３が経過して代表空燃比λｒｅｐが算出された場合、ステップ３１０に進む。ステップ３１０では、例えば図１３のマップを用い、その時々のエンジン回転数Ｎｅと吸気量Ｑａとからリッチ変更量Δｒｉｃｈを算出する。図１３によれば、高回転で且つ低負荷ほど（高Ｎｅで且つ少Ｑａほど）、リッチ変更量Δｒｉｃｈが大きい値に設定され、逆に低回転で且つ高負荷ほど（低Ｎｅで且つ多Ｑａほど）、リッチ変更量Δｒｉｃｈが小さい値に設定される。
【００４６】
続くステップ３１１では、代表空燃比λｒｅｐからリッチ変更量Δｒｉｃｈを減算し、その値を新たに目標空燃比λｔｇとする（λｔｇ＝λｒｅｐ−Δｒｉｃｈ）。
【００４７】
その後、ステップ３１２では、その時の目標空燃比λｔｇを基本目標空燃比λｂｓｅとしてバックアップＲＡＭ３４内の目標空燃比マップを更新（学習）する。すなわち、その時のエンジン運転領域に合わせ、前記算出した目標空燃比λｔｇによりそれまでのマップデータを書き換える。最後にステップ３１３では、燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグをオフにし、本処理を終了する。
【００４８】
なおこのとき、目標空燃比マップが全気筒共通であれば全気筒の平均値によりマップデータが学習される。また、例えばＶ型エンジンのようにバンク毎にマップを有する場合、バンク毎の平均値によりマップデータが学習される。
【００４９】
次に、上述した各処理に対応する実際の動作を図８のタイムチャートを用いて説明する。図８では、基本動作としてリーン空燃比での空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施されており、例えば時刻ｔ１１以前においては、エンジン運転状態に基づき所定のリーン領域で目標空燃比が設定され、その目標空燃比に応じて実空燃比λｒｅが推移している。
【００５０】
さて、時刻ｔ１０は、燃焼状態検出が許可される時刻を示し、ｔ１０以降、実ラフネス値Ｒｒｅが算出される。そして、時刻ｔ１０から所定時間Ｔ１が経過する時刻ｔ１１では、燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグがオンに転じる。所定時間Ｔ１は、燃焼状態検出が許可された後に、実ラフネス値Ｒｒｅが適正に算出できるようになるまで待つための時間である。
【００５１】
時刻ｔ１１以降、エンジン１０の失火限界近傍にて目標ラフネス値Ｒｔｇが設定されると共に、実ラフネス値Ｒｒｅが目標ラフネス値Ｒｔｇに収束するよう燃焼状態Ｆ／Ｂが実施される。つまり、ラフネス値の偏差ΔＲに応じて目標空燃比λｔｇが適宜補正され、その目標空燃比λｔｇにより空燃比がＦ／Ｂ制御される。
【００５２】
時刻ｔ１１から所定時間Ｔ２が経過する時刻ｔ１２では、実空燃比λｒｅの積算が開始される。そして、実空燃比λｒｅの積算が開始されてから所定時間Ｔ３が経過する時刻ｔ１３では、実空燃比の積算値Ｔλの平均をとって代表空燃比λｒｅｐが求められると共に、その代表空燃比λｒｅｐからリッチ変更量Δｒｉｃｈを減算して目標空燃比λｔｇが算出され、その目標空燃比λｔｇにより空燃比Ｆ／Ｂ制御が実施される。
【００５３】
また、時刻ｔ１３では、その時の目標空燃比λｔｇ（＝λｒｅｐ−Δｒｉｃｈ）によりそれまでの基本目標空燃比λｂｓｅが更新されると共に、燃焼状態Ｆ／Ｂ実行フラグがオフされる。
【００５４】
図１０で説明すれば、失火限界近傍のＬ１点で燃焼状態Ｆ／Ｂ制御が実施され、そのＬ１点の空燃比が代表空燃比λｒｅｐとして算出される。そして、その代表空燃比λｒｅｐをΔｒｉｃｈだけリッチ化したＬ２点で目標空燃比λｔｇが学習される。このとき、Ｌ２点の空燃比は燃費最良点に対応しており、目標空燃比λｔｇは燃費最良点に学習されることとなる。
【００５５】
なお本実施の形態では、図３のステップ２０５が燃焼状態検出手段に該当し、図５のステップ３２０（図６の処理）が燃焼状態制御手段に該当する。また、図５のステップ３３０（図７の処理）が代表空燃比算出手段に該当し、図５のステップ３１１，３１２が空燃比補正手段に該当する。
【００５６】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
目標空燃比λｔｇの学習処理に際し、リーン空燃比域での燃焼状態Ｆ／Ｂ制御が実施されるため、その制御の期間内では燃焼状態がばらつくことなく所定の状態で固定される。それ故、空燃比が予期せずに失火限界を越えてしまいその結果として燃焼状態がドライバビリティの許容範囲から外れるといった問題が解消される。このとき、失火限界近傍のドライバビリティ許容域内にて目標ラフネス値Ｒｔｇを設定したので、燃焼状態Ｆ／Ｂ制御を実施する際にエンジンが安定して運転され、ドライバビリティ悪化が防止できる。
【００５７】
また、リーン空燃比域では、燃焼ラフネス値と空燃比との関係がほぼ１対１となるため、リーン相当の領域で燃焼状態Ｆ／Ｂ制御が実施される所定期間にて代表空燃比λｒｅｐが求められれば、その代表値により燃焼ラフネス値（燃焼状態）と空燃比との関係が正しく定量化できる。この場合、定量化に必要な代表空燃比λｒｅｐの計測は１回のみ実施すればよいため、上記両者の関係が速やかに定量化され、制御時間を大幅に短縮することができる。特に、回転変動量ΔＮｅに応じて燃焼ラフネス値を検出する場合、従来装置では燃焼ラフネス値と空燃比との関係のばらつきが顕著になったが、本実施の形態ではこうした従来の問題が解消され、良好な空燃比制御を実現することができる。
【００５８】
Ａ／Ｆセンサ２０の検出値（実空燃比λｒｅ）に基づき代表空燃比λｒｅｐを算出するので、Ａ／Ｆセンサ２０の出力誤差分を見込んでラフネス値と空燃比との関係が定量化できる。従って、同センサ２０の出力誤差を反映しながら空燃比制御が実施できる。こうして燃焼状態（燃焼ラフネス値）と空燃比との関係を適切に定量しそれに従い空燃比制御を実施することにより、その制御精度が向上する。
【００５９】
代表空燃比λｒｅｐを所定量リッチ側に変更して目標空燃比λｔｇを補正し、更にその補正した結果により目標空燃比λｔｇの基本データを学習することとした。それ故、燃焼ラフネス値（燃焼状態）と空燃比との関係を定量化し且つＡ／Ｆセンサ２０の出力誤差分を反映しながら高精度な空燃比制御が実現できる。また、燃費最良点で空燃比制御を実施するなど、望み通りに空燃比制御を実施することができる。
【００６０】
燃焼状態Ｆ／Ｂ制御の所定期間内において実空燃比λｒｅの積算値Ｔλを求め、その平均値を代表空燃比λｒｅｐとしたので、燃焼状態に対する空燃比のばらつきを小さくすることができる。その結果、当該代表空燃比λｒｅｐの信頼性が増し、空燃比の制御精度がより一層向上する。
【００６１】
なお本発明は、上記以外に次の形態にて具体化できる。
上記実施の形態では、燃焼状態Ｆ／Ｂが終了した時点で代表空燃比λｒｅｐに基づき目標空燃比λｔｇを学習したが（図５のステップ３１２）、目標空燃比λｔｇを学習する代わりに、代表空燃比λｒｅｐに基づき空燃比補正量Ｋ２を変更するよう構成してもよい。また、代表空燃比λｒｅｐに基づき空燃比学習値を設定し、その空燃比学習値により燃料噴射量を補正して空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施するよう構成しても良い。
【００６２】
上記実施の形態では、所定のサンプリング期間中における実空燃比λｒｅの平均値により代表空燃比λｒｅｐを算出したが、これを変更し、同期間中における実空燃比λｒｅのなまし値により代表空燃比λｒｅｐを算出する。具体的には、実空燃比λｒｅを積算し平均化する演算処理（図７のステップ３３２〜３３４）を、なまし演算にて代替えする。このとき、燃焼状態Ｆ／Ｂ制御が実施される所定期間において実空燃比λｒｅをなまし演算し、そのなまし値を代表空燃比λｒｅｐとする。なまし演算を使うことにより制御ソフト上の負荷が低減できるので、本形態は、平均化の時間が長く設定される場合に効果的である。
【００６３】
上記実施の形態では、回転変動量の標準偏差により燃焼ラフネス値を算出したが、これに代えて、不偏分散や平均偏差等、他の統計処理を用いて燃焼ラフネス値を算出しても良い。
【００６４】
燃焼状態（ラフネス値）の検出手段として、上述の回転変動量により算出する手段の他、１燃焼毎の燃焼圧力により算出する手段や、燃焼光により算出する手段等が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態における内燃機関の空燃比制御システムの概要を示す構成図。
【図２】メインルーチンを示すフローチャート。
【図３】Ｎｅ割り込み処理を示すフローチャート。
【図４】目標空燃比の演算処理を示すフローチャート。
【図５】図４に続き、目標空燃比の演算処理を示すフローチャート。
【図６】燃焼状態Ｆ／Ｂの実行処理を示すフローチャート。
【図７】代表空燃比の算出処理を示すフローチャート。
【図８】動作説明のためのタイムチャート。
【図９】１燃焼毎の回転変動の状態を示すタイムチャート。
【図１０】燃費と燃焼ラフネス値と空燃比との関係を示す図。
【図１１】目標ラフネス値を設定するためのマップ。
【図１２】目標空燃比補正量を設定するための図。
【図１３】リッチ変更量を設定するためのマップ。
【符号の説明】
１０…エンジン（内燃機関）、１４…インジェクタ、２０…Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）、３０…ＥＣＵ、３１…燃焼状態検出手段，燃焼状態制御手段，代表空燃比算出手段，空燃比補正手段としてのＣＰＵ、３４…バックアップＲＡＭ。

Claims (11)

1. 内燃機関の運転状態に応じて内燃機関へ供給する燃料量を調整し、所望の空燃比に制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
   内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサと、
   内燃機関の燃焼状態を示すパラメータとしての燃焼ラフネス値を所定期間、空燃比のリーン域に相当する領域で制御する燃焼状態制御手段と、
   前記燃焼状態制御手段による燃焼状態制御が実施される所定期間での前記空燃比センサの検出値に基づき、当該期間内の空燃比の代表値を算出する代表空燃比算出手段と、
   前記所定期間の燃焼状態制御が終了した後、前記算出した空燃比の代表値を基に内燃機関への燃料供給量を補正する空燃比補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記空燃比補正手段は、前記所定期間の燃焼状態制御が終了した後、前記算出した空燃比の代表値を基に目標空燃比を補正する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記空燃比補正手段は、前記所定期間の燃焼状態制御が終了する時、前記算出した空燃比の代表値を所定量リッチ側に変更し、該変更した値により目標空燃比を設定する内燃機関の空燃比制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記空燃比の代表値をリッチ側に変更する所定量は、目標空燃比を燃料消費量の最良点に設定するものである内燃機関の空燃比制御装置。
5. 請求項２〜４の何れかに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記空燃比の代表値により補正した目標空燃比に基づき、目標空燃比の基本データを学習するための学習処理を実施する内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記代表空燃比算出手段は、前記燃焼状態制御が実施される所定期間において空燃比の積算値を求め、その平均値を空燃比の代表値とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   所望とする空燃比の制御精度に応じて空燃比の平均化の時間を設定する内燃機関の空燃比制御装置。
8. 前記代表空燃比算出手段は、前記燃焼状態制御が実施される所定期間において空燃比をなまし演算し、そのなまし値を空燃比の代表値とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
9. 実際の燃焼ラフネス値を検出する燃焼状態検出手段を備え、
   前記燃焼状態制御手段は、その時々の機関運転状態に応じて燃焼ラフネス値の目標値を設定し、前記検出した実際の燃焼ラフネス値が目標値になるよう内燃機関への燃料供給量を制御する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
10. 請求項９に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
    前記燃焼状態制御手段は、失火限界近傍のドライバビリティ許容域内にて燃焼ラフネス値の目標値を設定する内燃機関の空燃比制御装置。
11. 請求項９又は１０に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
    前記燃焼状態検出手段は、内燃機関の１燃焼毎の回転変動量に応じて燃焼ラフネス値を検出する内燃機関の空燃比制御装置。

Images