JP4280931B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒に流入するガスの空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来より、内燃機関の排気通路に配設された触媒（三元触媒）の上下流に空燃比センサをそれぞれ設け、それぞれの空燃比センサの出力値に基づいて内燃機関に供給される混合気の空燃比（従って、触媒に流入するガスの空燃比）をフィードバック制御する空燃比制御装置が広く知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この文献に開示された装置では、上流側空燃比センサとして所謂限界電流式の酸素濃度センサが使用され、下流側空燃比センサとして所謂濃淡電池型の酸素濃度センサが使用されている。
特開２００４−１８３５８５号公報

ところで、空燃比センサは、一般に、その検出部に当たるガスの空燃比が同じであっても、検出部に当たるガスの当たり方（以下、「ガス当たり」と称呼する。）が変化すると、その感度が変化することでその出力値が変化する特性を有することが知られている。

ここで、燃焼室から排気弁を介して排気通路へ排出されるガスの流れの態様（例えば、流れの向き・流速等）は、機関の運転状態に応じて変化する。従って、排気弁から比較的近い位置の排気通路に配設される上流側空燃比センサの検出部へのガス当たりも機関の運転状態に応じて変化し得る。以上のことから、上流側空燃比センサの出力値は、その検出部に当たるガスの空燃比が同じであっても、ガス当たりに依存して変化する場合がある。

加えて、空燃比センサは、一般に、その検出部に当たるガスの空燃比が同じであっても、検出部に当たるガスの組成が変化するとその出力値が変化する特性を有することも知られている。より具体的に述べると、検出部に当たるガスの成分のうち分子量が小さい成分ほど検出部内での拡散速度が大きくなる傾向がある。従って、例えば、検出部に当たるガス中において分子量が小さく且つ還元剤である水素の組成割合が大きい場合、検出部に当たるガスの空燃比が同じであっても、空燃比センサの出力値はリッチ方向に偏移した値となる傾向がある。

ここで、燃焼室から排気弁を介して排気通路へ排出されるガスの組成も、機関の運転状態に応じて変化する。従って、排気弁から比較的近い位置の排気通路に配設される上流側空燃比センサの検出部に当たるガスの組成も機関の運転状態に応じて変化し得る。以上のことから、上流側空燃比センサの出力値は、その検出部に当たるガスの空燃比が同じであっても、ガスの組成に依存して変化する場合もある。

以上説明したように、上流側空燃比センサの出力値は、ガス当たりやガスの組成に依存して検出部に当たるガスの真の空燃比に相当する値と異なる値を採る場合がある。従って、上流側空燃比センサの出力値そのものを用いて空燃比フィードバック制御を行うと、空燃比を適切にフィードバック制御できない場合が発生し得るという問題がある。

本発明は上記問題に対処するためになされたものであって、その目的は、上流側空燃比センサの出力値そのものを用いることなく、空燃比を適切にフィードバック制御す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にある。

本発明に関連する内燃機関の第１の空燃比制御装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒（三元触媒）と、前記触媒の下流の前記排気通路に配設されて同触媒から流出するガスの空燃比に応じた値を出力する下流側空燃比センサを備えた内燃機関に適用される。下流側空燃比センサは、所謂限界電流式の酸素濃度センサであっても所謂濃淡電池型の酸素濃度センサであってもよいが、製造コストを低くする観点からみると濃淡電池型の酸素濃度センサが使用されることが好ましい。

上記第１の空燃比制御装置の特徴は、前記内燃機関の運転状態と前記内燃機関の燃焼状態とに基づいて、前記内燃機関の燃焼室から前記排気通路へ排出されるガスの空燃比に相当する上流側推定空燃比相当値を推定する触媒上流空燃比推定手段と、前記推定された上流側推定空燃比相当値と、前記下流側空燃比センサの出力値とに基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えたことにある。ここにおいて、前記上流側推定空燃比相当値は、例えば、燃焼室から排気通路へ排出されるガスの空燃比の推定値そのもの、同空燃比の推定値に対応する空燃比センサ出力値（電圧値）等である。

このように、上記第１の空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサのそれぞれの出力値に基づいて空燃比をフィードバック制御する上記文献に記載の従来の装置に対し、上流側空燃比センサの出力値の代わりに触媒上流空燃比推定手段により推定された上流側推定空燃比相当値が空燃比フィードバック制御に使用される点が異なる。

これによれば、上流側空燃比センサの出力値そのものを用いて空燃比フィードバック制御が実行されないから、上述したガス当たりやガスの組成の影響により空燃比が適切にフィードバック制御されないという問題が発生しない。また、燃焼室から排気通路へ排出されるガスの空燃比に相当する上流側推定空燃比相当値は、機関の運転状態（例えば、燃料噴射量、及び筒内吸入空気量等）と、機関の燃焼状態（例えば、燃焼室内での失火の程度等）とに基づいて精度良く推定され得る。従って、上流側推定空燃比相当値に基づいて空燃比を適切にフィードバック制御することができる。

加えて、上記構成によれば、上流側空燃比センサを装置の構成から省くことができるから、装置全体の製造コストを低くすることができる。更には、上記構成によれば、空燃比フィードバック制御が上流側推定空燃比相当値に加えて下流側空燃比センサの出力値にも基づいて行われる。触媒（三元触媒）が有する所謂酸素吸蔵機能により触媒から流出するガスの空燃比は比較的緩やかに定常的に変化することから、下流側空燃比センサの出力値も比較的緩やかに定常的に変化する。従って、上流側推定空燃比相当値に含まれ得る定常的な誤差は下流側空燃比センサの出力値に基づく空燃比フィードバック制御により確実に補償され得る。

この場合、より具体的には、前記触媒上流空燃比推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記燃焼状態に対応する前記燃焼室内での失火の程度に応じて変化するパラメータの値を取得するとともに、前記運転状態と、前記取得したパラメータの値とに基づいて前記上流側推定空燃比相当値を推定するように構成されることが好適である。

これによれば、例えば、上記パラメータとして燃焼室内での失火の程度の増大に応じて減少する「０」以上「１」以下の係数を取得し、前記運転状態から得られる空燃比である「筒内吸入空気量を燃料噴射量で除した値」にこの係数を乗じることで、上流側推定空燃比相当値を精度良く推定することができる。

このパラメータの値は、例えば、前記内燃機関の運転速度、吸気行程において前記燃焼室に吸入される空気量（筒内吸入空気量）、及び前記燃焼室の壁面の温度の少なくとも一つに基づいて取得されることが好ましい。一般に、内燃機関の運転速度が小さいほど、筒内吸入空気量が小さいほど、及び燃焼室の壁面の温度が低いほど、燃焼室内での失火の程度が大きくなる傾向がある。従って、上記構成によれば、燃焼室内での失火の程度に応じて変化するパラメータの値を機関の運転状態にかかわらず精度良く取得することができる。

なお、前記空燃比制御手段は、前記触媒に流入するガスの空燃比を制御するために、機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比（即ち、燃料噴射量）を制御してもよいし、触媒上流の排気通路に外部から還元剤、或いは酸化剤を供給してもよい。

本発明に係る内燃機関の第２の空燃比制御装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒（三元触媒）と、前記触媒の上流の前記排気通路に配設されて前記内燃機関の燃焼室から同排気通路へ排出されるガスの空燃比に応じた値を出力する上流側空燃比センサとを備えた内燃機関に適用される。上流側空燃比センサは、所謂限界電流式の酸素濃度センサであっても所謂濃淡電池型の酸素濃度センサであってもよいが、広範囲に亘る空燃比を精度良く検出する観点からみると限界電流式の酸素濃度センサが使用されることが好ましい。

本発明に係る第２の空燃比制御装置の特徴は、上記第１の空燃比制御装置のものと同じ触媒上流空燃比推定手段と、前記推定された上流側推定空燃比相当値を前記上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値を用いて補正する補正手段と、前記補正手段により補正された前記上流側推定空燃比相当値に基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えたことにある。

この場合、第２の空燃比制御装置が適用される内燃機関は、下流側空燃比センサを更に備え、前記空燃比制御手段は、前記補正手段により補正された前記上流側推定空燃比相当値に加えて前記下流側空燃比センサの出力値にも基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御するように構成されることが好適である。

上述したガス当たりやガスの組成に依存する上流側空燃比センサの出力値の誤差は、比較的定常的な誤差として現れる傾向がある。換言すれば、上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理することで、係るガス当たりやガスの組成に依存する上流側空燃比センサの出力値の誤差を取り除くことができる。一方、過渡的な空燃比の変化は、上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値の変化として現れ得る。

以上のことから、上流側推定空燃比相当値を上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値を用いて補正すれば、上記ガス当たりやガスの組成に影響されることなく、上流側推定空燃比相当値に含まれる過渡的な誤差が小さくなるように上流側推定空燃比相当値が補正され得る。

上記構成は、係る知見に基づくものである。これによれば、補正された上流側推定空燃比相当値に含まれる過渡的な誤差を小さくすることができるから、空燃比が過渡的に変化する場合であっても、補正された上流側推定空燃比相当値に基づく空燃比フィードバック制御により適切なフィードバック制御を維持することができる。加えて、空燃比制御手段が、補正された上流側推定空燃比相当値に加えて下流側空燃比センサの出力値にも基づいて空燃比フィードバック制御を行う場合、上述した第１の空燃比制御装置と同様、上流側推定空燃比相当値に含まれる定常的な誤差は下流側空燃比センサの出力値に基づく空燃比フィードバック制御により確実に補償され得る。

更には、上流側空燃比センサの出力値そのものではなく、その出力値をハイパスフィルタ処理した値が空燃比フィードバックに使用されるから、上流側空燃比センサとして、出力値に定常的な誤差（従って、ハイパスフィルタ処理により除去され得る誤差）が発生し易い安価な限界電流式酸素濃度センサを使用することができる。従って、上流側空燃比センサが不要な上記第１の空燃比制御装置に対する製造コストの増加を抑えることができる。

上記第２の空燃比制御装置においては、前記補正手段は、前記上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値と、前記上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値、の差（以下、「ハイパスフィルタ処理値偏差」と称呼する。）に基づいて前記推定された上流側推定空燃比相当値を補正するように構成されることが好適である。ハイパスフィルタ処理値偏差は、高周波数成分のみをもって変動する値同士の差であるから、上流側推定空燃比相当値に含まれる過渡的な誤差分を精度良く表す値となり得る。従って、上記構成によれば、上流側推定空燃比相当値に含まれる過渡的な誤差がより一層小さくなるように上流側推定空燃比相当値が補正され得る。

この場合、前記補正手段は、前記上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値として、前記燃焼室から前記排気通路へのガスの排出から、同排出されたガスの空燃比が前記上流側空燃比センサの出力値として現れるまでに要する時間（以下、「遅れ時間」と称呼する。）だけ現時点より前に推定された前記上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値を使用するように（且つ、上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値として、現時点での上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値を使用するように）構成されると好ましい。

上述したように、上流側推定空燃比相当値は、燃焼室から排気通路へ排出されるガスの空燃比を表す値である。従って、上流側推定空燃比相当値により空燃比が表されるガスの燃焼室から排気通路への排出から、そのガスの空燃比（即ち、上流側推定空燃比相当値により表される空燃比）が上流側空燃比センサの出力値として現れるまでには、上記遅れ時間が必要となる。換言すれば、上流側空燃比センサの出力値は、現時点よりも上記遅れ時間だけ前に燃焼室から排気通路へ排出されたガスの空燃比を表す値となる。

従って、上記のように構成すれば、ハイパスフィルタ処理値偏差を、同じガスの空燃比を表す２つの値の差とすることができるから、ハイパスフィルタ処理値偏差が、上流側推定空燃比相当値に含まれる過渡的な誤差分をより一層精度良く表す値に算出され得る。よって、上流側推定空燃比相当値に含まれる過渡的な誤差が更に一層小さくなるように上流側推定空燃比相当値が補正され得る。

更には、前記補正手段は、前記下流側空燃比センサの出力値にも基づいて前記推定された上流側推定空燃比相当値を補正するように構成されるとより好ましい。これによれば、上流側推定空燃比相当値に含まれる定常的な誤差も小さくなるように上流側推定空燃比相当値が補正（オフセット補正）され得る。従って、上流側推定空燃比相当値が燃焼室から排気通路へ排出されるガスの空燃比を更に一層精度良く表す値となるから、上流側推定空燃比相当値に基づいて空燃比をより一層適切にフィードバック制御することができる。

以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。この空燃比制御装置は、機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置でもある。

（第１実施形態）
図１は、本発明に関連する第１実施形態に係る空燃比制御装置を４サイクル火花点火式多気筒内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。

この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及びリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。

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

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒５３、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

上流側触媒５３及び下流側触媒５４のそれぞれは、所謂、白金等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置である。各触媒は、触媒流入ガスがほぼ理論空燃比であるとき、ＨＣ，ＣＯなどの未燃ガスを酸化するとともに、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する上述した酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃ガス及び窒素酸化物を浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア(CeO₂)によってもたらされる。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、スロットルポジションセンサ６３、カムポジションセンサ６４、クランクポジションセンサ６５、水温センサ６６、酸素濃度センサ６８（下流側空燃比センサ）、及びアクセル開度センサ６９を備えている。

エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Gaに応じた信号を出力するようになっている。吸気温センサ６２は、吸入空気の温度を検出し、吸気温度THAを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６３は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。

カムポジションセンサ６４は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６５は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ６６は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。

酸素濃度センサ６８は、排気通路であって上流側触媒５３よりも下流側であり下流側触媒５４よりも上流側に配設されている。酸素濃度センサ６８は、固体電解質型センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素センサ）である。

図２に示したように、酸素濃度センサ６８は、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ及びリーンのとき最大出力値max及び最小出力値minをそれぞれ出力し、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の値（中央値）ａを出力するようになっている。

アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル７１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置８０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。

インターフェース８５は、前記センサ６１〜６６，６８，６９と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜６６，６８，６９からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ８１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットルバルブアクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。

（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された第１実施形態に係る空燃比制御装置（以下、「本装置」と称呼することもある。）による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。本装置は、上流側触媒５３から流出しているガスの空燃比が理論空燃比となるように機関に供給する混合気の空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比。以下、「機関の空燃比」とも称呼する。）を制御する。

具体的には、本装置は、後述するように逐次算出される燃焼室２５から排気通路へ排出されるガスの空燃比の推定値である推定空燃比AFest（上流側推定空燃比相当値）と、上流側触媒５３の下流に配設された酸素濃度センサ６８の出力Voxsとに基づいて、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比に相当する目標値Voxsref（本例では、上記中央値ａ、図２を参照）となるように機関の空燃比をフィードバック制御する。なお、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づく空燃比フィードバック制御を「サブフィードバック制御」と呼ぶこともある。以上が、空燃比フィードバック制御の概要である。

（実際の作動）
次に、上記のように構成された第１実施形態に係る空燃比制御装置の実際の作動について、電気制御装置８０のＣＰＵ８１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図３〜図６を参照しながら説明する。なお、図３に示したルーチンは、上流側推定空燃比相当値（推定空燃比AFest）と、下流側空燃比センサの出力値（酸素濃度センサ６８の出力Voxs）とに基づいて上流側触媒５３に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段に対応し、図４に示したルーチンは、上流側推定空燃比相当値（推定空燃比AFest）を推定する触媒上流空燃比推定手段に対応している。

ＣＰＵ８１は、図３に示した燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、或る気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ８１はステップ３００から処理を開始してステップ３０５に進み、エアフローメータ６１により計測されている吸入空気流量Gaとエンジン回転速度NEとに基づいて、吸気行程において燃焼室２５に吸入される空気量である筒内吸入空気量Mc(k)をマップfから求める。このマップfは、ＲＯＭ８２に予め記憶されている。なお、添え字の(k)は、今回の吸気行程に対する値であることを示す（他の変数についても同様）。

次いで、ＣＰＵ８１はステップ３１０に進み、上記筒内吸入空気量Mc(k)を目標空燃比abyfr(k)（通常は、理論空燃比と等しい）で除することで機関の空燃比を目標空燃比abyfr(k)とするための燃料量である基本燃料噴射量Fbaseを求める。続いて、ＣＰＵ８１はステップ３１５に進んで、燃料噴射量Fi(k)を、上記求めた基本燃料噴射量Fbaseに後述する空燃比フィードバック補正量DFi（の最新値）を加えた値に設定する。

そして、ＣＰＵ８１はステップ３２０に進んで燃料噴射量Fiの燃料を噴射するための指示を前記或る気筒に対応するインジェクタ３９に対して行い、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、フィードバック補正された燃料噴射量Fiの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。なお、このルーチンは、他の気筒に対しても上記と同様に実行される。

次に、上流側推定空燃比相当値である推定空燃比AFestの算出について説明する。ＣＰＵ８１は図４に示したルーチンを図３のルーチンの実行と同期して、気筒毎に、繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ４００から処理を開始し、ステップ４０５に進んで空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ４９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、空燃比フィードバック制御条件が成立していない場合、推定空燃比AFest(k)は算出・更新されない。なお、空燃比フィードバック制御条件は、例えば、水温センサ６６により検出される機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であるときに成立する。

いま、空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進み、先のステップ３０５で求めた筒内吸入空気量Mc(k)と、先のステップ３１５にて求めた燃料噴射量Fi(k)とを取得する。

続いて、ＣＰＵ８１はステップ４１５に進んで、エンジン回転速度NEと、上記筒内吸入空気量Mc(k)と、水温センサ６６から得られる冷却水温THWと、これらの値を引数とする関数FuncＴとに基づいて燃焼度合係数Ｔを求める。燃焼度合係数Ｔは、燃焼室２５内での失火の程度に応じて変化するパラメータであって、燃焼室２５内での失火の程度の増大に応じて減少する「０」以上「１」以下の係数である。Ｔ＝１は完全燃焼に対応し、Ｔ＝０は完全失火に対応する。

これにより、燃焼度合係数Ｔは、エンジン回転速度NEが小さいほど、筒内吸入空気量Mc(k)が小さいほど、及び冷却水温THWが低いほど（従って、燃焼室２５の壁面の温度が低いほど）、より小さい値となる。これは、エンジン回転速度NEが小さいほど、筒内吸入空気量Mc(k)が小さいほど、及び燃焼室２５の壁面の温度が低いほど、燃焼室２５内での失火の程度が大きくなる傾向があることに基づく。このように、燃焼度合係数Ｔは、機関の燃焼状態を表す値である。

次いで、ＣＰＵ８１はステップ４２０に進み、ステップ４１０にて取得した筒内吸入空気量Mc(k)をステップ４１０にて取得した燃料噴射量Fi(k)で除することで得られる機関の運転状態から得られる空燃比を求め、この空燃比に上記燃焼度合係数Ｔを乗じることで推定空燃比AFest(k)を求めた後、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

これにより、燃焼室２５内での失火の程度が大きくなるほど、推定空燃比AFest(k)はより小さい値（即ち、よりリッチな空燃比）となる。この関係は、燃焼室２５内での失火の程度が大きくなるほど、より多くの未燃燃料が排気通路に排出されて燃焼室２５から排気通路へ排出されるガスの実質的な空燃比がよりリッチになる傾向に沿うものである。このように、推定空燃比AFest(k)は、機関の運転状態と、機関の燃焼状態とに基づいて、燃焼室２５から排気通路へ排出されるガスの空燃比の推定値として算出される。

次に、上記空燃比フィードバック補正量DFiの算出について説明する。ＣＰＵ８１は図５に示したルーチンを図３のルーチンの実行と同期して、気筒毎に、繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで先のステップ４０５と同じ空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。

いま、空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５１０に進み、先のステップ４２０にて求められている今回の（今回の吸気行程に対する）推定空燃比AFest(k)に、後述するサブフィードバック制御量vafsfbに係数K1（正の定数）を乗じた値（＝K1・vafsfb）を加えることで上流側触媒５３の上流の空燃比を求める。この空燃比は、上流側触媒５３の上流におけるガスの「みかけの空燃比」であり、以下、「上流側制御用空燃比abyfs」と称呼される。

次に、ＣＰＵ８１はステップ５１５に進み、先のステップ３０５にて求めた今回の筒内吸入空気量Mc(k)を前記求めた上流側制御用空燃比abyfsで除することにより、今回の筒内燃料供給量Fc(k)を求める。

次いで、ＣＰＵ８１はステップ５２０に進み、今回の筒内吸入空気量Mc(k)を先のステップ３１０にて使用した今回の目標空燃比abyfr(k)（この例では、理論空燃比）で除することにより、今回の目標筒内燃料供給量Fcr(k)を求める。

そして、ＣＰＵ８１はステップ５２５に進んで筒内燃料供給量偏差DFcを、今回の目標筒内燃料供給量Fcr(k)から今回の筒内燃料供給量Fc(k)を減じた値に設定する。即ち、筒内燃料供給量偏差DFcは、現時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、ＣＰＵ８１はステップ５３０に進み、(1)式に基づいて空燃比フィードバック補正量DFiを求める。

DFi＝（Gp・DFc＋Gi・SDFc）・KFB …(1)

上記(1)式において、Gpは予め設定された比例ゲイン、Giは予め設定された積分ゲインである。なお、(1)式の係数KFBはエンジン回転速度NE及び筒内吸入空気量Ｍｃ等により可変とすることが好適であるが、ここでは「１」としている。また、値SDFcは筒内燃料供給量偏差DFcの積分値であり、次のステップ５３５にて更新される。

即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ５３５にてその時点における筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに上記ステップ５２５にて求めた筒内燃料供給量偏差DFcを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを求め、ステップ５９５にて本ルーチンを一旦終了する。

以上により、空燃比フィードバック補正量DFiが比例積分処理により求められ、この空燃比フィードバック補正量DFiが先のステップ３１５及びステップ３２０により燃料噴射量Fi(k)に反映される。この結果、現時点での燃料供給量の過不足が補償されるので、機関の空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比）の平均値が目標空燃比abyfr（理論空燃比）と略一致せしめられる。

一方、ステップ５０５の判定時において、空燃比フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１は同ステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５４０に進み、空燃比フィードバック補正量DFiの値を「０」に設定し、続くステップ５４５にて、その後に空燃比フィードバック制御を再開するための準備として筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを「０」に初期化した後、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、空燃比フィードバック制御条件が不成立であるときは、空燃比フィードバック補正量DFiを「０」として空燃比（基本燃料噴射量Ｆbase）の補正を行わない。

次に、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づく空燃比フィードバック制御（即ち、サブフィードバック制御）について説明する。このサブフィードバック制御により、上述したサブフィードバック制御量vafsfbが算出される。

ＣＰＵ８１は、サブフィードバック制御量vafsfbを求めるために、図６に示したルーチンを図３のルーチンの実行と同期して、気筒毎に、繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ６００から処理を開始し、ステップ６０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、前述したステップ３０５（及び４０５）での空燃比フィードバック制御条件が成立し、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上であり、且つ、酸素濃度センサ６８が活性状態にあるときに成立する。

いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、現時点での前記理論空燃比相当目標値Voxsrefから現時点での酸素濃度センサ６８の出力Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。次に、ＣＰＵ８１はステップ６１５に進み、下記(2)式に基づいてサブフィードバック制御量vafsfbを求める。

vafsfb＝Kp・DVoxs＋Ki・SDVoxs …(2)

上記(2)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン、Kiは予め設定された積分ゲインである。また、SDVoxsは、出力偏差量DVoxsの積分値であって、次のステップ６２０にて更新される値である。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ６２０に進むと、その時点における出力偏差量の積分値SDVoxsに上記ステップ６１０にて求めた出力偏差量DVoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを求め、その後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このようにして、サブフィードバック制御量vafsfbが求められ、この値に係数K1を乗じた値（＝K1・vafsfb）が前述した図５のステップ５１０にて推定空燃比AFest(k)の値に加えられて前記上流側制御用空燃比abyfsが計算される。換言すると、上流側制御用空燃比abyfsは、ステップ４２０にて計算されている今回の推定空燃比AFest(k)に対して、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づいて求められるサブフィードバック制御量vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比として求められる。

この結果、前述した図５のステップ５１５にて計算される筒内燃料供給量Fc(k)が酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じて変化するので、ステップ５２５，５３０によって空燃比フィードバック補正量DFiが酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じて変更せしめられる。これにより、上流側触媒５３の下流側の空燃比が理論空燃比に一致するように、機関の空燃比が制御せしめられる。

例えば、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比相当値Voxsrefよりも小さい値（即ち、リーン側に偏移した値）となっていると、ステップ６１０にて求められる出力偏差量DVoxsが正の値となるので、ステップ６１５にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは正の値となる。従って、ステップ５１０にて求められる上流側制御用空燃比abyfsは今回の推定空燃比AFest(k)よりもリーンな値（より大きな値）として求められる。

このため、ステップ５１５にて求められる筒内燃料供給量Fc(k)は小さい値となり、ステップ５２５にて求められる筒内燃料供給量偏差DFcは大きい値となる。従って、空燃比フィードバック補正量DFiが大きい正の値となる。この結果、図３のステップ３１５にて求められる燃料噴射量Fi(k)は、基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチ側の値となるように制御される。

反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比相当値Voxsrefよりも大きい値（即ち、リッチ側に偏移した値）となっていると、出力偏差量DVoxsが負の値となるので、サブフィードバック制御量vafsfbは負の値となる。従って、ステップ５１０にて求められる上流側制御用空燃比abyfsは今回の推定空燃比AFest(k)よりもリッチな値（より小さな値）として求められる。

従って、筒内燃料供給量Fc(k)は大きい値となるので、筒内燃料供給量偏差DFcは負の値として求められる。その結果、空燃比フィードバック補正量DFiが負の値となる。これにより、燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーン側の値となるように制御される。

一方、サブフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１はステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２５に進み、サブフィードバック制御量vafsfbの値を「０」に設定し、続くステップ６３０にて、その後にサブフィードバック制御を再開するための準備として出力偏差量の積分値SDVoxsを「０」に初期化した後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるとき、サブフィードバック制御量vafsfbを「０」として、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じた推定空燃比AFest(k)の補正（従って、空燃比フィードバック補正量DFiの補正。即ち、サブフィードバック制御）を行わない。

以上、説明したように、本発明に関連する第１実施形態に係る空燃比制御装置によれば、燃焼室２５から排気通路へ排出されるガスの空燃比の推定値（上流側推定空燃比相当値）である推定空燃比AFest(k)と、酸素濃度センサ６８の出力Voxs（従って、サブフィードバック制御量vafsfb）とに基づいて空燃比フィードバック制御が実行される。即ち、上流側触媒５３の上流の空燃比センサ（上流側空燃比センサ）を装置の構成から省くことができる。装置全体の製造コストを低くすることができる。

また、上流側空燃比センサの出力値そのものを用いて空燃比フィードバック制御が実行されないから、上述したガス当たりやガスの組成の影響により空燃比が適切にフィードバック制御されないという問題が発生しない。

また、推定空燃比AFest(k)は、機関の運転状態（燃料噴射量Fi(k)、及び筒内吸入空気量Mc(k)）と、機関の燃焼状態（燃焼度合係数Ｔ）とに基づいて精度良く推定され得るから、推定空燃比AFest(k)に基づいて空燃比を適切にフィードバック制御することができる。

加えて、下流側空燃比センサである酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づく空燃比フィードバック制御であるサブフィードバック制御では、出力偏差量DVoxsについての比例積分処理が実行されてサブフィードバック制御量vafsfbが計算される（ステップ６１５を参照）。即ち、サブフィードバック制御では出力偏差量DVoxsについての積分処理が行われるから、定常状態における出力偏差量DVoxsを「０」とすることができる。換言すれば、定常状態において上流側触媒５３の下流の空燃比を理論空燃比に維持することができる。従って、上記推定空燃比AFest(k)に含まれ得る定常的な誤差はサブフィードバック制御に基づく空燃比フィードバック制御により確実に補償され得る。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置について説明する。この第２実施形態は、上流側触媒５３の上流の空燃比センサ６７を備えた内燃機関に適用される点（図１に破線で示した空燃比センサ６７を参照）、並びに、上記推定空燃比AFestを、空燃比センサ６７の出力値（に相当する空燃比）をハイパスフィルタ処理した値と酸素濃度センサ６８の出力Voxs（に基づくサブフィードバック制御量vafsfb）をローパスフィルタ処理した値とに基づいて補正した値を空燃比フィードバック制御に使用する点、においてのみ上記第１実施形態と異なっている。従って、以下、係る相違点を中心に説明する。

この空燃比センサ６７は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、燃焼室２５から排気通路へ排出されるガスの空燃比を検出し、図７に示したように、検出した空燃比（上流側検出空燃比AFd）に応じた信号vabyfsを出力するようになっている。なお、この空燃比センサ６７の出力vabyfs(従って、上流側検出空燃比AFd)には、上述したように、ガス当たりやガスの組成の影響に起因する誤差が含まれ得る。

上記第１実施形態にて算出される上記推定空燃比AFestは推定値であるから、同推定空燃比AFestには当然に誤差が含まれている。この推定空燃比AFestに含まれる誤差を効果的に小さくして空燃比フィードバック制御を適切に実行するために、第２実施形態では、この推定空燃比AFestが補正前推定空燃比AFestbとして取得されるとともに、この補正前推定空燃比AFestbを後述するように補正して空燃比フィードバック制御に使用される推定空燃比AFestが取得される。以下、係る補正前推定空燃比AFestの補正について、フローチャートを参照しながら説明していく。

（第２実施形態の実際の作動）
以下、第２実施形態に係る空燃比制御装置の実際の作動について説明する。この装置のＣＰＵ８１は、第１実施形態のＣＰＵ８１が実行する図３〜図６に示したルーチンのうち図３に示したルーチンをそのまま実行する。一方、この装置のＣＰＵ８１は、第１実施形態のＣＰＵ８１が実行する図４〜図６に示したルーチンに代えて図８〜図１０にフローチャートにより示したルーチンをそれぞれ実行する。以下、第２実施形態に特有の図８〜図１０に示したルーチンについて説明する。

この装置のＣＰＵ８１は、第１実施形態における図４に示したルーチンに対応する図８に示した推定空燃比AFestの算出を行うルーチンを、図４に示したルーチンと同様、図３のルーチンの実行と同期して、気筒毎に、繰り返し実行している。なお、図８に示したルーチンにおいて、図４のステップと同一のステップについては図４のステップ番号と同一の番号を付すことでそれらの説明に代える（後述する図９に示したルーチンと図５に示したルーチンとの関係、並びに、後述する図１０に示したルーチンと図６に示したルーチンとの関係においても同様である）。

図８に示したルーチンは、ステップ８０５にて図４のステップ４２０にて算出される推定空燃比AFest(k)を補正前推定空燃比AFestb(k)として取得する点、並びに、補正前推定空燃比AFestbを補正して推定空燃比AFestを取得するためのステップ８１０〜８３０が追加された点のみが、図４に示したルーチンと異なる。ここで、ステップ８１０〜８３０は補正手段に相当する。

ステップ８１０では、空燃比センサ６７の現時点での出力vabyfsと、図７に示したマップとから得られる現時点での上流側検出空燃比AFd(k)をハイパスフィルタ処理して、現時点でのハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf(k)が取得される。このハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf(k)は、「上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値」に相当する。

ここで、上述したガス当たりやガスの組成に依存する空燃比センサ６７の出力vabyfsの誤差は、比較的定常的な誤差として現れる傾向がある。従って、ハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf(k)の値は、係るガス当たりやガスの組成に依存する上流側空燃比センサ６７の出力vabyfsの誤差分が取り除かれた値となる。一方、過渡的な空燃比の変化により発生する上流側空燃比センサ６７の出力vabyfsの変化分は、ハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf(k)の値の変化として現れ得る。

ステップ８１５では、現時点からNストローク（N回の吸気行程）前の吸気行程に対する補正前推定空燃比AFest(k−N)をハイパスフィルタ処理して現時点からNストローク前のハイパスフィルタ処理後補正前推定空燃比AFestbhpf(k−N)が取得される。このハイパスフィルタ処理に使用される（ディジタル）ハイパスフィルタとしては、上記ステップ８１０のハイパスフィルタ処理に使用される（ディジタル）ハイパスフィルタの特性と同じ特性を有するものが使用される。このハイパスフィルタ処理後補正前推定空燃比AFestbhpf(k−N)は、「上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値」に相当する。

この値Nは、燃焼室２５から排気通路へのガスの排出から、同排出されたガスの空燃比が空燃比センサ６７の出力vabyfsとして現れるまでに要する時間（即ち、上記遅れ時間）に相当するストローク数である。ここで、上記遅れ時間は、エンジン回転速度NE、筒内吸入空気量Mc(k)等に応じて変化するから、値Nは、例えば、エンジン回転速度NE、筒内吸入空気量Mc(k)等を引数とするテーブル等に用いて取得され得る。

ステップ８２０では、補正前推定空燃比AFestbの補正に使用される補正係数Gfsが、上記ハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf(k)と上記ハイパスフィルタ処理後補正前推定空燃比AFestbhpf(k−N)の差（即ち、上記ハイパスフィルタ処理値偏差）に所定のゲインKgf（正の一定値）を乗じた値、に「１」を加えた値に設定される。従って、補正係数Gfsは、「１」を基準として変動する値に設定される。

このように、ハイパスフィルタ処理値偏差（従って、補正係数Gfs）を求めるために、現時点でのハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf(k)と現時点からNストローク前のハイパスフィルタ処理後補正前推定空燃比AFestbhpf(k−N)の差を使用するのは、補正前推定空燃比AFestbにより空燃比が表されるガスの燃焼室２５から排気通路への排出から、そのガスの空燃比が空燃比センサ６７の出力abyfsとして現れるまでには、Nストロークに相当する上記遅れ時間が必要となるからである。これにより、ハイパスフィルタ処理値偏差が、高周波数成分のみをもって変動する値同士の差であって、且つ、同じガスの空燃比を表す２つの値の差となる。従って、ハイパスフィルタ処理値偏差（従って、補正係数Gfs）が、上記ガス当たりやガスの組成に影響されることなく補正前推定空燃比AFestb(k−N)に含まれる過渡的な誤差分を純粋に精度良く表す値に算出され得る。

ステップ８２５では、補正前推定空燃比AFestbの補正に使用される補正値offsetが、上記サブフィードバック制御量vafsfbをローパスフィルタ処理した値である後述するローパスフィルタ処理後サブフィードバック制御量vafsfblphに所定の係数K2（正の一定値）を乗じた値に設定される。従って、補正値offsetは、「０」を基準として変動する値に設定される。

上流側触媒５３が有する上記酸素吸蔵機能により上流側触媒５３から流出するガスの空燃比は比較的緩やかに定常的に変化することから、酸素濃度センサ６８の出力Voxsも比較的緩やかに定常的に変化する。そして、ローパスフィルタ処理後サブフィードバック制御量vafsfblphは、上流側触媒５３の下流の空燃比の理論空燃比に対する平均的な偏移量を表す値となる。従って、補正値offsetは、補正前推定空燃比AFestbに含まれる定常的な誤差分を精度良く表す値に算出され得る。

ステップ８３０では、現時点からNストローク前の（補正後）推定空燃比AFest(k−N)を、先のステップ８０５にて既に計算されている現時点からNストローク前の補正前推定空燃比AFest(k−N)に上記補正係数Gfsを乗じた値に上記補正値offsetを加えた値に設定される。これにより、現時点からNストローク前の補正前推定空燃比AFestb(k−N)に含まれる誤差において、過渡的な誤差は補正係数Gfsによる補正により小さくなるように、定常的な誤差は補正値offsetによる補正により小さくなるように、現時点からNストローク前の補正後の推定空燃比AFest(k−N)が取得される。

また、この第２実施形態のＣＰＵ８１は、第１実施形態における図５に示したルーチンに対応する図９に示した空燃比フィードバック補正量DFiの算出を行うルーチンを、図５に示したルーチンと同様、図３のルーチンの実行と同期して、気筒毎に、繰り返し実行している。図９に示したルーチンは、図５のステップ５１０〜ステップ５２５を、ステップ９０５〜ステップ９２０に置き換えた点のみが、図５に示したルーチンと異なる。

ステップ９０５では、先の図８のステップ８３０にて求められた現時点からNストローク前の（補正後の）推定空燃比AFest(k−N)にステップ５１０で使用されるものと同じ値（＝K1・vafsfb）を加えることで現時点からNストローク前の上流側制御用空燃比abyfsが求められる。

ステップ９１０では、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を前記求めた現時点からNストローク前の上流側制御用空燃比abyfsで除することにより、現時点からNストローク前の筒内燃料供給量Fc(k-N)が求められる。

ステップ９１５では、現時点からNストローク前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を現時点からNストローク前の目標空燃比abyfr(k−N)（この例では、理論空燃比）で除することにより、現時点からNストローク前の目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)が求められる。

ステップ９２０では、筒内燃料供給量偏差DFcが、現時点からNストローク前の目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から、現時点からNストローク前の筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じた値に設定される。即ち、第２実施形態では、筒内燃料供給量偏差DFcは、現時点からNストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。

この結果、次のステップ５３０にて計算される空燃比フィードバック補正量DFiが図３のステップ３１５及びステップ３２０により燃料噴射量Fi(k)に反映されることで、現時点からNストローク前の時点での燃料供給量の過不足が補償されて、機関の空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比）の平均値が目標空燃比abyfr（理論空燃比）と略一致せしめられる。

また、この第２実施形態のＣＰＵ８１は、第１実施形態における図６に示したルーチンに対応する図１０に示したサブフィードバック制御量の算出を行うルーチンを、図６に示したルーチンと同様、図３のルーチンの実行と同期して、気筒毎に、繰り返し実行している。図１０に示したルーチンは、ステップ６１５とステップ６２０の間に、ステップ１００５を挿入した点のみが、図６に示したルーチンと異なる。

ステップ１００５では、ステップ６１５にて算出されたサブフィードバック制御量vafsfbをローパスフィルタ処理してローパスフィルタ処理後サブフィードバック制御量vafsfblpfが求められる。このローパスフィルタ処理後サブフィードバック制御量vafsfblpfは、上述したように、先の図８のステップ８２５において、補正前推定空燃比AFestbの補正に使用される上記補正値offsetを求める際に使用される。

以上、説明したように、本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置によれば、補正前推定空燃比AFestbの補正係数Gfsによる補正、及び補正前推定空燃比AFestbの補正値offsetによる補正により、補正前推定空燃比AFestbに含まれる過渡的な誤差、及び定常的な誤差がそれぞれ小さくなるように補正前推定空燃比AFestbが補正されて補正後の推定空燃比AFestが求められる（図８のステップ８３０を参照）。従って、空燃比が過渡的に変化する場合であっても、補正後の推定空燃比AFestの誤差が小さい値に維持され得る。そして、この補正後の推定空燃比AFestが空燃比フィードバック制御に使用される（図９のステップ９０５を参照）。従って、空燃比が過渡的に変化する場合であっても、適切な空燃比フィードバック制御を維持することができる。

加えて、空燃比センサ６７の出力vabyfsそのものではなく、その出力vabyfsをハイパスフィルタ処理した値（ハイパスフィルタ処理後上流側検出空燃比AFdhpf）が空燃比フィードバック制御に使用されるから、上流側空燃比センサである空燃比センサ６７として、出力vabyfsに定常的な誤差（従って、ハイパスフィルタ処理により除去され得る誤差）が発生し易い安価な限界電流式酸素濃度センサを使用することができる。従って、上流側空燃比センサが不要な上記第１実施形態に対する製造コストの増加を抑えることができる。

本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２実施形態は、上流側空燃比センサである空燃比センサ６７と下流側空燃比センサである酸素濃度センサ６８とを備えた内燃機関に適用されているが、上流側空燃比センサである空燃比センサ６７を備える一方で下流側空燃比センサである酸素濃度センサ６８を備えない内燃機関に適用されることも可能である。

この場合、図８のステップ８２５が省略され、図８のステップ８３０にて補正値offsetの加算が省略され、図９のステップ９０５にて値K1・vafsfbの加算が省略され、図１０に示すルーチンそのものが省略される。

また、上記第２実施形態では、補正係数Gfs及び補正値offsetにより補正前推定空燃比AFestbが補正されて（補正後）推定空燃比AFestが取得されているが（図８のステップ８３０を参照）、補正値offsetによる補正前推定空燃比AFestbの補正（即ち、補正値offsetの加算）が省略されてもよい。

また、上記第２実施形態では、補正値offsetの算出に際し、サブフィードバック制御量vafsfbをローパスフィルタ処理した値であるローパスフィルタ処理後サブフィードバック制御量vafsfblpfが使用されているが（図８のステップ８２５を参照）、ローパスフィルタ処理後サブフィードバック制御量vafsfblpfに代えてサブフィードバック制御量vafsfbそのものが使用されてもよい。

また、上記各実施形態では、燃焼度合係数Ｔが、エンジン回転速度NE、筒内吸入空気量Mc(k)、及び冷却水温THWに基づいて決定されているが、エンジン回転速度NE、筒内吸入空気量Mc(k)、及び冷却水温THWのうちの任意の１つ、或いは任意の２つに基づいて燃焼度合係数Ｔが決定されてもよい。

また、上記各実施形態においては、推定空燃比AFestにサブフィードバック制御量vafsfbに基づく値（＝K1・vafsfb）を加えることで得られる上流側制御用空燃比abyfsを用いて空燃比フィードバック補正量DFiを求め、燃料噴射量Fiを、基本燃料噴射量Fbaseに空燃比フィードバック補正量DFiを加えた値に決定することで、推定空燃比AFestと酸素濃度センサ６８の出力Voxsとに基づく空燃比フィードバック制御が実行されているが、推定空燃比AFestに基づいて上流側空燃比フィードバック補正量を求め、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づいて下流側空燃比フィードバック補正量を上流側空燃比フィードバック補正量と独立して求めるとともに、燃料噴射量Fiを、基本燃料噴射量Fbaseと上流側フィードバック補正量と下流側フィードバック補正量とに基づいて決定することで、推定空燃比AFestと酸素濃度センサ６８の出力Voxsとに基づく空燃比フィードバック制御が実行されてもよい。

内燃機関に適用した本発明に関連する第１実施形態に係る空燃比制御装置（燃料噴射量制御装置）の概略を示した図である。 図１に示した下流側空燃比センサである酸素濃度センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが触媒上流空燃比の推定を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが空燃比フィードバック補正量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵがサブフィードバック制御量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵが参照する図１に示した上流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵが触媒上流空燃比の推定を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵが空燃比フィードバック補正量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵがサブフィードバック制御量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

２５…燃焼室、３９…インジェクタ、５３…上流側触媒、６１…エアフローメータ、６７…空燃比センサ、６８…酸素濃度センサ、８０…電気制御装置、８１…ＣＰＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
   前記触媒の上流の前記排気通路に配設されて前記内燃機関の燃焼室から同排気通路へ排出されるガスの空燃比に応じた値を出力する上流側空燃比センサと、
   を備えた内燃機関に適用される内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態と前記内燃機関の燃焼状態とに基づいて、前記内燃機関の燃焼室から前記排気通路へ排出されるガスの空燃比に相当する上流側推定空燃比相当値を推定する触媒上流空燃比推定手段と、
   前記推定された上流側推定空燃比相当値を、前記上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値を用いて補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正された前記上流側推定空燃比相当値に基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
   を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記内燃機関は、前記触媒の下流の前記排気通路に配設されて同触媒から流出するガスの空燃比に応じた値を出力する下流側空燃比センサを更に備え、
   前記空燃比制御手段は、
   前記補正手段により補正された前記上流側推定空燃比相当値と、前記下流側空燃比センサの出力値とに基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記補正手段は、
   前記上流側空燃比センサの出力値をハイパスフィルタ処理した値と、前記上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値、の差に基づいて前記推定された上流側推定空燃比相当値を補正するように構成された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、
   前記補正手段は、
   前記上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値として、前記燃焼室から前記排気通路へのガスの排出から、同排出されたガスの空燃比が前記上流側空燃比センサの出力値として現れるまでに要する時間だけ現時点より前に推定された前記上流側推定空燃比相当値をハイパスフィルタ処理した値を使用するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
5. 請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記内燃機関が前記下流側空燃比センサを備えている場合、
   前記補正手段は、
   前記下流側空燃比センサの出力値にも基づいて前記推定された上流側推定空燃比相当値を補正するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記触媒上流空燃比推定手段は、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記燃焼状態に対応する前記燃焼室内での失火の程度に応じて変化するパラメータの値を取得するとともに、前記運転状態と、前記取得したパラメータの値とに基づいて前記上流側推定空燃比相当値を推定するように構成された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、
   前記触媒上流空燃比推定手段は、
   前記内燃機関の運転速度、吸気行程において前記燃焼室に吸入される空気量、及び前記燃焼室の壁面の温度の少なくとも一つに基づいて前記パラメータの値を取得するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。

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