JP4450326B2 - 内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の空燃比制御装置および空燃比制御方法に係り、三元触媒を備えた内燃機関における空燃比帰還制御のもとに燃料制御を行なう内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法に関する。
内燃機関の空燃比制御装置の従来技術として、エンジン過渡時の空燃比制御性を考慮し、触媒の上流に配置された空燃比センサを用いて目標空燃比への収束性の速いメインの帰還制御を行い、触媒の下流に配置された酸素センサ（またはＯ２センサ）を用いてサブの帰還制御を行う構成になっているものが知られている（例えば、特許文献１）。
メインの帰還制御は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比よりリーンになった場合、燃料噴射量をリッチとし、排気ガスの空燃比が目標空燃比よりリッチになった場合、燃料噴射量をリーンとするように行われる。
サブの帰還制御は、触媒から流出する排気ガスが理論空燃比よりリーンになった場合、燃料噴射量をリッチとし、触媒から流出する排気ガスが理論空燃比よりリッチとなった場合、燃料噴射量をリーンとするように行われる。
特開２００５−４８７１１号公報
ところで、触媒前の空燃比センサが検出する空燃比に対して、触媒後の酸素センサが検出する空燃比は、排気ガスが触媒を流れるに要する時間分だけ、遅れが存在する。このため、触媒後の空燃比がリッチ／リーンと判定された場合には、既に、触媒前の空燃比はオーバーシュートし、エミッションの悪化を招く。これに加え、触媒後が酸素センサである場合には、触媒後の排気ガスの空燃比が理論空燃比よりどれだけずれているかが判明できないため、オーバーシュートを助長していることとなる。
また、空燃比センサの信号処理回路は、処理回路自身が複雑で、しかもセンサ内蔵のヒータの駆動回路が必要となる。Ｖ６エンジン等のバンクが２つあるエンジンに関しては、触媒前に空燃比センサが２つ必要であるため、複雑な信号処理回路も２系統必要となり、コスト高となる。
更に、空燃比センサは水分に弱く、空燃比センサが触媒前に設定されている場合には、エンジン始動時からヒータの駆動開始時間を十分にとらないと、始動時にエンジンが排出する水分により、素子割れ等を起こす可能性がある。このため、エンジン始動後に水分が完全に除去され、ヒータ制御が可能となるまで、酸素センサのそれと比べてかなり長い時間を要する。このため、エンジン始動後、空燃比センサの活性化まで時間がかかることとなり、エンジン始動後のエミッションの悪化を招く。
本発明は、前記点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、空燃比帰還制御を適切に行い、エミッションの悪化が生じない内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法を提供することにある。
前記目的を達成するべく、本発明による内燃機関の空燃比制御装置は、排気通路に三元機能を有する触媒と、排気ガス流量で見て前記触媒より上流側に設置され空燃比に対してリッチ／リーンのスイッチング信号を発生する酸素センサと、排気ガス流量で見て前記触媒より下流側に設置され空燃比に対して線形的な信号を発生する空燃比センサと、を具備した内燃機関の空燃比制御装置であって、前記空燃比センサにより計測される空燃比と目標空燃比との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段によって算出される偏差と前記酸素センサの出力信号に基づいて空燃比帰還制御を行う空燃比帰還制御手段と、を有し、前記空燃比帰還制御手段は、前記酸素センサの出力信号値と、前記偏差演算手段によって算出される偏差に応じて設定される前記酸素センサのリッチ／リーンを切り替えるしきい値と、の間の差分値に応じて空燃比帰還制御を行う。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置は、好ましくは、前記空燃比帰還制御手段は、前記偏差演算手段によって算出される偏差により空燃比帰還制御変数を演算する制御変数演算手段と、前記酸素センサの出力電圧値が前記しきい値より大きいか否かを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果と前記制御変数演算手段による制御変数から、前記制御変数演算手段による制御変数を空燃比帰還制御に反映するか否かを判断する反映判断手段とを有する。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置は、好ましくは、前記空燃比センサはヒータ付きのリニア空燃比センサであり、内燃機関の始動時より所定時間が経過したのちに前記ヒータを駆動を開始し、ヒータ温度が所定値以上になってから前記空燃比センサの出力を採用する。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置は、好ましくは、前記空燃比センサはヒータ付きのリニア空燃比センサであり、前記酸素センサの出力を採用できると判断された時点より所定時間が経過したのちに、前記ヒータを駆動を開始し、ヒータ温度が所定値以上になってから前記空燃比センサの出力を採用する。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置は、好ましくは、更に、前記触媒の劣化度合を検出する触媒劣化検出手段を有し、前記触媒劣化検出手段によって検出される前記触媒の劣化度合に応じて空燃比帰還制御のゲインを切替設定する。
本発明による内燃機関の空燃比制御方法は、排気通路に三元機能を有する触媒と、排気ガス流量で見て前記触媒より上流側に設置され空燃比に対してリッチ／リーンのスイッチング信号を発生する酸素センサと、排気ガス流量で見て前記触媒より下流側に設置され空燃比に対して線形的な信号を発生する空燃比センサと、を具備した内燃機関の空燃比制御方法であって、前記空燃比センサにより計測される空燃比と目標空燃比との偏差を演算し、当該偏差と前記酸素センサの出力信号に基づいて空燃比帰還制御を行うステップを有し、前記ステップでは、前記酸素センサの出力信号値と、前記偏差に応じて設定される前記酸素センサのリッチ／リーンを切り替えるしきい値と、の間の差分値に応じて空燃比帰還制御を行う。
本発明による空燃比制御装置によれば、触媒前には酸素センサが設定され、触媒後には空燃比センサが設定され、空燃比センサにより計測される空燃比と目標空燃比との偏差と酸素センサの出力信号に基づいて空燃比帰還制御が行われるから、触媒前の空燃比のオーバーシュートを防止でき、エミッションの悪化を防ぐことができる。
本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態が適用される内燃機関（エンジン）の全体構成図である。
図１において、エンジン２０１は、吸気系に、吸入空気量を計量するスロットル絞り弁２０２と、スロットル絞り弁２０２をバイパスして吸気管２０４に接続された流路の流路面積を制御してエンジン２０１のアイドル時の回転数を制御するアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）２０３と、吸気管２０４内の圧力を検出する吸気管圧力センサ２０５と、エンジン２０１の要求する燃料を噴射供給する燃料噴射弁２０６とを有する。
エンジン２０１には、シリンダ（燃焼室）２０７内に供給された空気と燃料との混合気に点火する点火栓２０８と、エンジン制御装置２５０の点火信号に基づいて点火エネルギを供給する点火コイル（点火モジュール）２０９が設けられている。
また、エンジン２０１には、カム角度を検出するカム角度センサ２１０、冷却水温を検出する水温センサ２１１が設けられている。
排気管２１９には触媒２１２が接続されている。排気ガス流量で見て触媒２１２より上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出して２値信号を出力するジリコニア酸素センサ類によるＯ２センサ２１３が配置されている。Ｏ２センサ２１３は、空燃比に対してリッチ／リーンのスイッチング信号を発生する。
排気ガス流量で見て触媒２１２より下流側には、触媒２１２を通過した排気ガス中の酸素濃度に比例した線形的な信号を出力するヒータ付きのリニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）２１４が配置されている。
エンジン２０１の運転、停止は、メインスイッチであるイグニッションキイスイッチ２２０により行われる。エンジン２０１の空燃比制御を含む燃料制御、点火時期制御、アイドル制御等は、エンジン制御装置２５０により行われる。エンジン制御装置２５０は、空燃比制御装置として機能する。
本実施形態では、エンジン２０１のアイドリング回転数は、アイドルスピードコントロールバルブ２０３によって制御しているが、スロットル絞り弁２０２をモータ等で制御するものにした場合には、スロットル絞り弁２０２によってアイドリング回転数を制御でき、アイドルスピードコントロールバルブ２０３は不用となる。
エンジン制御装置２５０は、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、エンジン２０１に設置された各センサの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換、及びデジタル演算用の制御信号を実際のアクチュエータの駆動信号に変換するＩ／ＯＬＳＩ３０１と、Ｉ／ＯＬＳＩ３０１からのデジタル演算処理用の信号よりエンジン２０１の状態を判断し、エンジン２０１の要求する燃料量、点火時期等を予め定められた手順に基づいて演算処理し、その計算された値をＩ／ＯＬＳＩ３０１に送る演算装置３０２と、演算装置３０２の制御手順及び制御定数を格納された不揮発性のメモリ（ＥＰ−ＲＯＭ）３０３と、演算装置３０２の計算結果等を格納する揮発性のメモリ（ＲＡＭ）３０４から構成される。揮発性メモリ３０４には、イグニッションスイッチ２２０がオフで、エンジン制御装置２５０にバッテリ電源より電力が供給されない場合でも、メモリ内容を保存することを目的としたバックアップ電源が接続されることもある。
本実施形態では、エンジン制御装置２５０は、水温センサ２１１、クランク角センサ２１５、Ｏ2センサ２１３、リニア空燃比センサ２１４、吸気管圧力センサ２０５、スロットル開度センサ２１６、イグニッションスイッチ２２０の各々より信号を入力し、燃料噴射弁２０６に燃料噴射指令信号を、点火コイル２０９に点火指令信号を、アイドルスピードコントロールバルブ２０３に開度指令信号を、空燃比センサ２１４にヒータ制御信号を各々出力する。
なお、リニア空燃比センサ２１４は、リニア空燃比信号処理回路２１４Ａと、ヒータ制御回路２１４Ｂを有する。Ｖ型エンジン等のバンクが２個あるエンジンでは、触媒２１２よ下流側に設けられるＯ２センサ２１３は、各バンク毎に個別に設けられるが、触媒２１２より下流側に設けられるリニア空燃比センサ２１４は、Ｖ型エンジン等のバンクが２個あるエンジンでも、一つでよい。
尚、本実施形態では、吸気管圧力を検出して燃料制御を成立させているが、エンジン２０１の吸入空気量を検出しても燃料制御は成立する。
つぎに、本発明による空燃比制御方法を実行するエンジン制御装置２５０の制御ブロックの一つの実施形態を、図３を参照して説明する。
エンジン制御装置２５０は、コンピュータプログラムを実行することにより、エンジン回転数計算手段１０１、基本燃料計算手段１０２、基本燃料補正係数計算手段１０３、基本点火時期計算手段１０４、触媒ストイキ検出手段１０５、触媒劣化検出手段１１２、Ｏ２センサ制御変数計算手段１０６、空燃比帰還制御係数計算手段１０７、ＩＳＣ制御手段１０８、加減速判定手段１０９、基本燃料補正手段１１０、点火時期補正手段１１１を、ソフトフェア的に具現化する。
エンジン回転数計算手段１０１は、エンジン２０１の所定のクランク角度位置に設定されたクランク角センサ２１５の電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理することによってエンジン２０１の単位時間当りの回転数を計算する。
基本燃料計算手段１０２は、エンジン回転数計算手段１０１によって演算されたエンジン回転数と、エンジン２０１の吸気管２０４に設置された吸気管圧力センサ２０５によって検出される吸気管圧力（エンジン負荷）より、エンジン２０１が要求する基本燃料を計算する。
基本燃料補正係数計算手段１０３は、エンジン回転数計算手段１０１で演算されたエンジン回転数と吸気管圧力（エンジン負荷）より、基本燃料計算手段１０２で計算された基本燃料のエンジン２０１の各運転領域における補正係数を計算する。
基本点火時期計算手段１０４は、エンジン回転数と吸気管圧力（エンジン負荷）に応じてエンジン２０１の最適点火時期をマップ検索等で決定する。
触媒ストイキ検出手段１０５は、エンジン２０１の排気管２１９の触媒２１２後に設置された空燃比センサ２１４の出力（後ＬＡＦセンサ出力）から、触媒２１２のストイキ点を検出する。触媒ストイキ検出手段１０５に入力される空燃比センサ２１４の出力は、触媒２１２後の排気空燃比に対してリニアな特性を示す電圧信号である。
触媒劣化検出手段１１２は、触媒２１２前のＯ２センサ２１３の出力と、触媒２１２後の空燃比センサ２１４の出力より、触媒２１２の劣化度合を計算する。
Ｏ２センサ制御変数計算手段１０６は、触媒ストイキ検出手段１０５によって検出された触媒２１２のストイキ点と触媒ストイキ検出手段１０５によって検出された触媒２１２の劣化度合より、触媒２１２前のＯ２センサ２１３の空燃比帰還制御のための帰還制御目標値及び帰還制御ゲインを決定する。
空燃比帰還制御係数計算手段１０７は、Ｏ２センサ制御変数計算手段１０６によって決定された空燃比帰還制御変数と、触媒２１２前のＯ２センサ信号（前Ｏ２センサ出力）、エンジン回転数、吸気管圧力、及びエンジン水温から、空燃比帰還制御を行う。
ＩＳＣ制御手段１０８は、エンジン２０１のアイドリング回転数を所定値に保つためにアイドリング時の目標回転数を設定し、ＩＳＣバルブ２０３への目標流量及びＩＳＣ点火時期補正量を演算する。ＩＳＣ制御手段１０８はＩＳＣバルブ２０３へ目標流量によるＩＳＣバルブ信号を出力する。これにより、アイドリング時の目標流量となるように、ＩＳＣバルブ２０３が駆動される。
加減速判定手段１０９は、スロットルバルブ開度センサ２１６が出力する電気的信号を処理し、エンジン２０１が加速か減速状態にあるかを判断し、加減速時点火時期補正量を演算する。
基本燃料補正手段１１０は、基本燃料計算手段１０２によって計算された基本燃料に対して、基本燃料補正係数計算手段１０３の補正係数と、空燃比帰還制御係数計算手段１０７の空燃比帰還制御係数等を用いて基本燃料に対して補正を施し、補正後の燃料量による燃料噴射指令信号を各気筒の燃料噴射弁２０６へ出力する。これにより、燃料噴射弁２０６が所要の燃料量の燃料を各気筒に噴射供給する。
点火時期補正手段１１１は、基本点火時期計算手段１０４で決定された基本点火時期に対して、ＩＳＣ制御手段１０８のＩＳＣ点火時期補正量と、加減速判定手段１０９の加減速時点火時期補正量等等を用いて基本点火時期に対して補正を施し、補正後の点火時期指令信号を各気筒の点火コイル２０９へ出力する。これにより、各気筒の点火栓２０８が所要の点火時期をもって火花放電し、シリンダ２０７内に流入した混合気の点火が行われる。
尚、本実施形態では、エンジン負荷を吸気管圧力で代表させているが、エンジンが吸入する空気量でエンジン負荷を代表させてもよい。
図４は、本実施形態におけるエンジンの空燃比とエミッション及び空燃比センサ２１４の出力信号の挙動の一例を示している。
特性線４０１は空燃比に対する排出ＨＣを、特性線４０２は排出ＮＯｘを各々示している。領域４０３は本実施形態のエンジン２０１に設定された触媒２１２の三元点領域を示している。
特性線４０４、４０５及び４０６は、触媒２１２後の空燃比センサ２１４の出力信号（後ＬＡＦセンサ出力）のばらつきを示している。空燃比センサ２１４の出力信号のばらつきは、ストイキ領域での電圧Ｖｓを固定点として、各々傾きがばらつくこととなる。
本実施形態とは異なり、触媒２１２前に空燃比センサと設定する場合には、空燃比の絶対値が重要となり、ばらつを補正するために、空燃比センサの処理回路もしくはセンサ内部に調整用（識別用）抵抗を設定する必要がある。
しかしながら、本実施形態では、触媒２１２後の三元点領域からのずれていることだけが判明すればよいので、調整用（識別用）抵抗は不要となる。
図５は、本実施形態の空燃比制御を行われるエンジンの空燃比センサ出力、Ｏ２センサ出力及び空燃比帰還制御係数の挙動の一例を示している。
特性線５０１は触媒後の空燃比センサ２１４の出力信号を示しており、触媒２１２の三元点領域５０６から領域５０２のようにずれている。このずれを補正するために、特性線５０３で示すＯ２センサ出力の反転しきい値Ｏ２ｓを、特性線５０４で示す如く補正する。
その結果、特性線５０５に示すように空燃比補正係数が変化し、触媒後の空燃比は三元点領域に落ち着くこととなる。
上述したように、触媒後は、排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ領域）からどのくらいはなれているか判るように空燃比センサ２１４が設定される。空燃比センサ２１４は生産ばらつきで、定量的な出力は、ストイキ点を中心としてばらつくが、本実施形態では、定量的な量は重要ではないので、そのばらつきを補正する手段を必要としない。触媒前にはＯ２センサ２１３が設定され、その出力状態と空燃比帰還制御の各変数状態で帰還反映方法を切り替えることにより、触媒前の空燃比のオーバーシュートが防止される。例えば、触媒後の空燃比センサ２１４による帰還が燃料をリッチ側に補正するようになっていても、触媒前の酸素センサ２１３がリーン側を示している場合には、帰還の反映は行わないようにする。
また、触媒前にＯ２センサ２１３が設定されると、目標空燃比への収束性が、多少悪化するが、排出エミッションは、エンジン始動後に多いことに対して、近年のＯ２センサはエンジン始動後からの活性化時間が極めて短時間であるため、エンジン始動後のエミッションの改善が図られる。
以上、本実施形態の効果を要約すると、触媒前にはＯ２センサ２１３が設定され、その出力状態と空燃比帰還制御の各変数状態で帰還反映方法を切り替えることにより、触媒前の空燃比のオーバーシュートを防止でき、エミッションの悪化を防ぐことができる。触媒前をＯ２センサ２１３とすることにより、触媒前が空燃比センサの場合より、エンジン始動後から早く空燃比帰還を開始でき、エミッション性能を向上できる。Ｏ２センサ２１３の処理回路は、空燃比センサのそれより比較的に安価なため、Ｖ６等の２バンクのエンジンでもコストを低く抑えることが可能になる。
図６は、本実施形態とは異なり、触媒前に空燃比センサ、触媒後にＯ２センサを設けて空燃比制御を実施した場合（従来例）の空燃比センサ出力、Ｏ２センサ出力及び排出ＨＣの挙動の一例を示している。
特性線６０１は触媒後のＯ２センサの出力信号を、特性線６０２は触媒前の空燃比センサの出力信号を示している。
触媒後の空燃比が三元点領域となるように、触媒前の空燃比に帰還制御を施した場合、触媒後がＯ２センサのため、触媒前の三元点領域６０３を横切ることとなる。この場合、Ｏ２センサ遅れ時間、触媒内部での反応遅れ等を含んでいるため、触媒前の空燃比は、領域６０４で示すようなオーバーシュートを発生する。このため、特性線６０５で示す排出ＨＣは、領域６０６が示すように大量に増加することとなる。
次に、エンジン制御装置２５０による空燃比帰還制御の一実施形態を、図７を参照して説明する。
この空燃比帰還制御では、エンジン回転数と吸気管圧力により触媒後の三元点の空燃比を設定した三元点Ａ／Ｆマップを格納した三元点Ａ／Ｆマップメモリ７０１が用いられ、入力するエンジン回転数と吸気管圧力の計測値に対応する三元点空燃比をマップ検索することが行われる。
触媒後の空燃比センサ（後ＬＡＦセンサ）２１４が出力する電圧信号（センサ信号）は空燃比変換部７０２によって空燃比を示す信号に変換される。
マップ検索の三元点空燃比と空燃比変換部７０２によって変換された空燃比は加算器７０３に入力される。
加算器（偏差演算手段）７０３は、マップ検索の三元点空燃比（制御目標値）と空燃比センサ２１４の出力信号による空燃比（計測値）の差分空燃比（制御偏差）を計算する。以降、この差分空燃比を三元点差分空燃比と云うことがある。
触媒前のＯ２センサ（前Ｏ２センサ）２１３の出力電圧は、フィルタリング処理部７０４によって加重平均等によるフィルタリングを施される。
空燃比帰還制御部７０５は、エンジン回転数、吸気管圧力、差分空燃比、Ｏ２センサ電圧フィルタリング値及び触媒の劣化度合により、空燃比帰還制御演算を行い、空燃比帰還制御係数を出力する。この空燃比帰還制御手段は、基本的には、Ｏ２センサ２１３の出力信号と加算器７０３によって算出される三元点差分空燃比（偏差）に応じて設定されるしきい値との差分値に応じて空燃比帰還制御を行う。
空燃比帰還制御部７０５の詳細の一実施形態を、図８を参照して説明する。
空燃比帰還制御部７０５は、データテーブルメモリ８０１と、加算器８０２と、Ｐ分（比例操作変数）計算部８０３と、Ｄ分（微分操作変数）計算部８０４と、Ｉ分（積分操作変数）計算部８０５と、比較器８０６と、加算器８０７と、タイマ８０８と、スイッチ８０９と、定数設定器８１０とを有する。
データテーブルメモリ８０１は、三元点差分空燃比と前Ｏ２センサしきい値との関係を定義した前Ｏ２センサしきい値データテーブルを記憶しており、このデータテーブルメモリ８０１を用いて差分空燃比から前Ｏ２センサしきい値をテーブル検索する。
加算器８０２は、テーブル検索による前Ｏ２センサしきい値と前Ｏ２センサ出力電圧フィルタリング値の差分値を計算する。
Ｐ分計算部８０３と、Ｄ分計算部８０４と、Ｉ分計算部８０５は、制御変数演算手段であり、それぞれにエンジン回転数、吸気管圧力、前Ｏ２センサ電圧差分値及び触媒２１２の劣化度合を入力され、ＰＤＩ動作の演算を行う。
加算器８０７は、定数設定器８１０より与えられる空燃比帰還制御係数中心値（１．０）と、Ｐ分、Ｄ分、及びＩ分を加算し、空燃比帰還制御係数を出力する。
尚、Ｐ分に関しては、比較器８０６とタイマ８０８及びスイッチ８０９により、前Ｏ２センサ出力が前Ｏ２センサしきい値を横切ってから所定時間の間のみ加算されるように構成されている。
Ｐ分計算部８０３は、図９に示されているように、触媒２１２の劣化度合により、ベースＰ分値データテーブル９０１、９０１ａ、９０１ｂを切替え、前Ｏ２センサ電圧差分値に応じてベースＰ分値をテーブル検索し、Ｐ分ゲインマップ９０３よりエンジン回転数と吸気管圧力に応じたＰ分ゲインＫＰをマップ検索し、演算器９０２によってベースＰ分値とＰ分ゲインＫＰとを乗じてＰ分を出力する。
尚、本実施形態では、前Ｏ２センサ電圧差分値に対して補間値なしの値を検索するようにしている。
Ｄ分計算部８０４は、図１０に示されているように、遅延器１００１と加算器１００２とにより、前Ｏ２センサ電圧差分値の時間変化量を計算し、触媒２１２の劣化度合により、ベースＤ分値データテーブル１００３、１００３ａ、１００３ｂを切替え、前Ｏ２センサ電圧差分値の時間変化量により、ベースＤ分値を補間なしでテーブル検索する。
そして、Ｄ分ゲインマップ１００４よりエンジン回転数と吸気管圧力に応じてＤ分ゲインＫＤをマップ検索し、演算器１００５によってベースＤ分値とＤ分ゲインＫＤとを乗じてＤ分を出力する。
Ｉ分（積分操作変数）計算部８０５は、図１１に示されているように、触媒２１２の劣化度合により、ベースＩ分値データテーブル１１０１、１１０１ａ、１１０１ｂを切替え、前Ｏ２センサ電圧差分値により、ベースＩ分を補間なしでテーブル検索し、検索されたベースＩ分を遅延器１１０２と加算器１１０３とによって積算する。そして、Ｉ分ゲインマップ１１０４よりエンジン回転数と吸気管圧力に応じてＩ分ゲインＫＩをマップ検索し、演算器１１０５によって積算されたベースＩ分値とＩ分ゲインＫＩとを乗じてＩ分を出力する。
空燃比帰還制御部７０５の詳細の他の実施形態を、図１２を参照して説明する。
る。空燃比帰還制御部７０５は、フィルタリング処理部１２０１と、Ｐ分（比例操作変数）計算部１２０２と、Ｄ分（微分操作変数）計算部１２０３と、Ｉ分（積分操作変数）計算部１２０４と、定数設定器１２０５と、加算器１２０６とを有する。
フィルタリング処理部１２０１は、三元点差分空燃比にエンジン回転数と吸気管圧力からフィルタリングを施す。
Ｐ分（比例操作変数）計算部１２０２と、Ｄ分（微分操作変数）計算部１２０３と、Ｉ分（積分操作変数）計算部１２０４は、制御変数演算手段であり、それぞれにエンジン回転数、吸気管圧力、前Ｏ２センサ電圧差分値及び触媒２１２の劣化度合を入力され、ＰＤＩ動作の演算を行う。
加算器１２０６は、定数設定器１２０５より与えられる空燃比帰還制御係数中心値（１．０）と、Ｐ分、Ｄ分、及びＩ分を加算し、空燃比帰還制御係数を出力する。
フィルタリング処理部１２０１は、図１３に示されているように、加重平均重みマップ１３０１よりエンジン回転数と吸気管圧力に応じて加重平均重み（加重平均重み≦１．０）をマップ検索する。加算器１３０３は、定数設定器１３０２による設置値（１．０）と、マップ検索による加重平均重みとの差分値を計算する。
この差分値を演算器１３０４によって三元点差分空燃比に乗じる。そして、遅延器１３０５と乗算器１３０６とにより、三元点差分空燃比のフィルタリング値の前回の値に加重平均を乗じ、加算器１３０７によってそれぞれ重みを乗じられた値を加算し、三元点差分空燃比のフィルタリング値を出力する。
Ｐ分計算部１２０２は、図１４に示されているように、触媒２１２の劣化度合により、Ｐ分ゲインマップ１４０１、１４０１ａ、１４０１ｂを切替え、エンジン回転数と吸気管圧力により、Ｐ分ゲインＫＰをマップ検索する。そして、演算器１４０２によって三元点差分空燃比のフィルタリング値にＰ分ゲインＫＰを乗じ、Ｐ分とする。
差分空燃比のフィルタリング値によってデータテーブル１４０３より前Ｏ２センサ出力電圧しきい値をテーブル検索し、比較器１４０４によって前Ｏ２センサ出力電圧がテーブル検索によるしきい値より大きいか否かを判断する。
判断処理部（反映判断手段）１４０５、１４０６は、演算器１４０２によるＰ分を出力するか、定数設定器１４０８による設定値（０）を出力（空燃比帰還制御に反映）するかを判断する判断ブロックであり、出力切替は、この判断処理部１４０５、１４０６の判断に基づき、スイッチ１４０７で行う。
Ｐ分を出力しない判断は、Ｐ分が０より大きく且つ前Ｏ２センサ電圧がしきい値より大きい場合と、Ｐ分が０より小さく且つ前Ｏ２センサ電圧がしきい値より小さい場合である。
Ｄ分計算部１２０３は、図１５に示されているように、遅延器１５０１と加算器１５０２とによって三元点差分空燃比のフィルタリング値の時間変化量を計算する。
リミッタ値データテーブル１５０３より三元点差分空燃比フィルタリング値に応じた図示されているような非線形なリミッタ値を検索し、Ｄ分リミッタ１５０４によってフィルタリング値の時間変化量にリミッタが施される。
触媒２１２の劣化度合により、Ｄ分ゲインマップ１５０５、１５０５ａ、１５０５ｂを切替え、エンジン回転数と吸気管圧力により、Ｄ分ゲインＫＤをマップ検索する。そして、演算器１５０６によってリミッタをかけられた三元点差分空燃比のフィルタリング値時間変化量にＤ分ゲインＫＤを乗じ、Ｄ分とする。
差分空燃比のフィルタリング値によってデータテーブル１５０７より前Ｏ２センサ出力電圧しきい値をテーブル検索し、比較器１５０８によって前Ｏ２センサ出力電圧がテーブル検索によるしきい値より大きいか否かを判断する。
判断処理部（反映判断手段）１５０９、１５１０は、演算器１５０６によるＤ分を出力するか、定数設定器１５１２による設定値（０）を出力（空燃比帰還制御に反映）するかを判断する判断ブロックであり、出力切替は、この判断処理部１５０９、１５１０の判断に基づきスイッチ１５１１で行う。
Ｄ分を出力しない判断は、三元点差分空燃比のフィルタリング値が０より大きく且つ前Ｏ２センサ電圧がしきい値より大きい場合と、三元点差分空燃比のフィルタリング値が０より小さく且つ前Ｏ２センサ電圧がしきい値より小さい場合である。
Ｉ分計算部１２０４は、図１６に示されているように、遅延器１６０１、スイッチ１６０２、定数設定器１６０３及び加算器１６０４によって、三元点差分空燃比のフィルタリング値に、前回のフィルタリング値の積算値を加算するか、あるいは定数を加算するかを選択する。
尚、本実施形態では、定数設定器１６０３の定数は（０）としているため、スイッチ１６０２が定数選択に切り替わった場合には、フィルタリング値の積算が停止するようになっている。
触媒の劣化度合により、Ｉ分ゲインマップ１６０５、１６０５ａ、１６０５ｂを切替え、エンジン回転数と吸気管圧力により、Ｉ分ゲインＫＩをマップ検索する。そして、演算器１６０６によって三元点差分空燃比のフィルタリング値積算値にＩ分ゲインＫＩを乗じ、Ｉ分とする。
差分空燃比のフィルタリング値によってデータテーブル１６０７より前Ｏ２センサ出力電圧しきい値をテーブル検索し、比較器１６０８によって前Ｏ２センサ出力電圧がテーブル検索によるしきい値より大きいか否かを判断する。
判断処理部（反映判断手段）１６０９、１６１０は、スイッチ１６０２を切替判断を行う。フィルタリング値への積算を前回のフィルタリング値積算値ではなく、定数（０が設定されているため、積算停止）を選択する判断は、三元点差分空燃比のフィルタリング値が０より大きく且つ前Ｏ２センサ電圧がしきい値より大きい場合と、三元点差分空燃比フィルタリング値が０より小さく且つ前Ｏ２センサ電圧がしきい値より小さい場合である。
それ以外の場合には、前回のフィルタリング値積算値を新しいフィルタリング値へ積算する（空燃比帰還制御に反映）ことが行われる。
この実施形態では、例えば、触媒後の空燃比センサ２１４によるフィードバックが燃料をリッチ側に補正するようになっていても、触媒前の酸素センサ２１３がリーン側を示している場合には、フィードバックの反映は行わないようになり、触媒前の空燃比のオーバーシュートを防止できる。
図１７は、図１２に示されている実施形態による空燃比帰還制御部７０５によって実施される空燃比帰還制御の、各センサ出力及び各変数の挙動の一例を示している。
特性線１７０１は触媒前のＯ２センサ２１３の出力電圧挙動、特性線１７０２は触媒後の空燃比センサ２０４が示す空燃比挙動、特性線１７０３は空燃比帰還制御のＰ分挙動、特性線１７０４は空燃比帰還制御のＤ分挙動、特性線１７０５は空燃比帰還制御のＩ分挙動である。
図１８は、本実施形態の空燃比制御を行うエンジン制御装置２５０のエンジン始動時の触媒前のＯ２センサ出力電圧挙動と触媒後の空燃比センサの起動挙動の一例を示している。
特性線１８０１はエンジン始動時からの触媒前のＯ２センサ２１３の出力挙動を示している。前Ｏ２センサ出力は、始動直後には反転する振幅が小さくなっているが、エンジン暖機に従い正規の反転の振幅となっていく。
特性線１８０２は触媒２１２の温度挙動を示している。触媒温度は、エンジン暖機に従い、高くなっていく。
特性線１８０４は空燃比センサ２１４のヒータ制御状態を示している。このヒータ制御では、特性線１８０２で示されている触媒温度が所定時間のディレイ後、空燃比センサ近辺の水分がなくなる所定温度となった時より、ヒータを駆動、つまり、ヒータ制御を開始している。特性線１８０５はヒータ温度を示しており、ヒータ温度が所定値（活性化温度となった時点より、特性線１８０６によって示されているように、空燃比センサ出力がＲｅａｄｙ状態となり、空燃比センサ２１４の出力を採用した帰還制御が可能となる。
これにより、空燃比センサ２１４が素子割れ等を起こすことなく、空燃比センサ２１４の出力を採用した帰還制御が速やかに開始される効果が得られる。
図１９は、本実施形態の空燃比制御を行うエンジン制御装置２５０の、エンジン始動時の触媒前のＯ２センサ出力電圧挙動と触媒後の空燃比センサの起動挙動の他の例を示している。
前述の図１８に示されているタイムチャートと異なる点は、特性線１８０１の触媒前のＯ２センサ出力の触れ幅が、所定の範囲（ライン１８０１ｍａｘと１８０１ｍｉｎ）を超えた時に、触媒前のＯ２センサ２１３が活性化したと判定する。触媒後の空燃比センサ２１４のヒータ駆動（ヒータ制御開始）は、Ｏ２センサ２１３が活性化したと判断された時点（Ｏ２センサ２１３の出力を採用できると判断された時点）より、所定のディレイ時間ＤＴが経過した後に行われる。そして、この場合も、ヒータ温度が所定値（活性化温度）となった時点より、空燃比センサ出力がＲｅａｄｙ状態となり、空燃比センサ２１４の出力を採用した帰還制御が可能となる。
この場合も、空燃比センサ２１４が素子割れ等を起こすことなく、空燃比センサ２１４の出力を採用した帰還制御が速やかに開始される効果が得られる。
本実施形態による空燃比制御を行うエンジン制御装置２５０が行う制御処理フローを、図２０を参照して説明する。
先ず、クランク角センサ２１５が出力する電気的な信号、おもにパルス信号変化の単位時間当たりの入力数をカウントし、演算処理によりエンジン回転数を計算する（ステップＳ１９０１）。つぎに、吸気管圧力センサ２０５の出力信号によって吸気管圧力を読込む（ステップＳ１９０２）。
つぎに、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力とによって基本燃料量の計算を行う（ステップＳ１９０３）。そして、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力を検索キーとして基本燃料補正係数を検索する（ステップＳ１９０４）。
つぎに、触媒後の空燃比センサ２１４の出力を読込み、空燃比変換を行う（ステップＳ１９０５）。そして、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力を検索キーとして触媒２１２の三元点空燃比の検索を行う（ステップＳ１９０６）。
つぎに、空燃比帰還制御として、まず、触媒前のＯ２センサ２１３の電圧しきい値を決定し（ステップＳ１９０７）、触媒前のＯ２センサ出力電圧を読込み（ステップＳ１９０８）、空燃比帰還制御係数を計算する（ステップＳ１９０９）。
つぎに、基本燃料補正係数と空燃比帰還制御係数によって基本燃料量を補正し（ステップＳ１９１０）、補正された燃料量を噴射燃料量としてセットする（ステップＳ１９１１）。
つぎに、アイドル時の目標エンジン回転数を計算し（ステップＳ１９１２）、目標回転数から、ＩＳＣバルブ２３０の目標流量を計算する（ステップＳ１９１３）。つぎに、アイドル時のエンジン回転変動を抑えるために、ＩＳＣ点火時期補正量を計算する（ステップＳ１９１４）。そして、ＩＳＣバルブ２３０の目標流量をＩＳＣバルブ２３０へ出力し（ステップＳ１９１５）、ＩＳＣバルブを制御する。
つぎに、スロットル開度センサ２１６よりスロットル開度を読込み（ステップＳ１９１６）、読込んだスロットル開度の時間変化量を求め、加減速の判定を行う（ステップＳ１９１７）。そして、加減速判定に基づいて、加減速時の点火時期補正量を計算する（ステップＳ１９１８）。
つぎに、基本点火時期を計算し（ステップＳ１９１９）、基本点火時期に、アイドル時及び加減速時の点火時期補正を施し、最終点火時期とする（ステップＳ１９２０）。そして、この最終点火時期をセットし（ステップＳ１９２１）、要求される点火時期によって点火を行う。
次に、本実施形態による空燃比帰還制御の詳細な処理フローを、図２１を参照して説明する。
まず、エンジン回転数を読込み（ステップＳ２００１）、そして吸気管圧力を読込む（ステップＳ２００２）。
つぎに、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力とによって触媒三元点空燃比をマップ検索する（ステップＳ２００３）。
つぎに、触媒前のＯ２センサ２１３の出力電圧を読込み（ステップＳ２００４）、読込んだＯ２センサ出力電圧のフィルタリング処理を行う（ステップＳ２００５）。
つぎに、触媒後の空燃比センサ２１４の出力電圧を読込み（ステップＳ２００６）、読込んだ空燃比センサ出力電圧を空燃比に変換する（ステップＳ２００７）。
つぎに、マップ検索した触媒三元点空燃比と空燃比センサ２１４による空燃比（計測値）と差分値（触媒三元点空燃比差分値）を計算し（ステップＳ２００８）、空燃比帰還制御により空燃比帰還制御係数を演算し（ステップＳ２００９）、空燃比帰還制御係数を出力する（ステップＳ２０１０）。
図２２は、図８に示されている実施形態による空燃比帰還制御部７０５の処理フローを示している。
まず、前述の触媒三元点空燃比差分値を読込み（ステップＳ２１０１）、触媒三元点空燃比差分値によって触媒前のＯ２センサ電圧しきい値をテーブル検索する（ステップＳ２１０２）。
つぎに、触媒前のＯ２センサ２１３の出力電圧を読込み（ステップＳ２０１３）、テーブル検索したしきい値と読込んだＯ２センサ出力電圧の差分値を計算する（ステップＳ２１０４）。
つぎに、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２１０５）、Ｉ分、Ｄ分、Ｉ分の計算を行う（ステップＳ２１０６〜ステップＳ２１０８）。
つぎに、空燃比帰還制御係数中心値１．０に、Ｉ分とＤ分を加算する（ステップＳ２１０９）。
つぎに、触媒前Ｏ２センサ２１３の出力がしきい値の値を横切ってから所定時間内であるか否かを判断し（ステップＳ２１１１、ステップＳ２１１２）、所定時間内であれば、前記加算値に、さらにＰ分を加えて空燃比帰還制御係数とする（ステップＳ２１１３）。
図２３は、ステップＳ２１０６（Ｐ分計算部８０３）によるＰ分計算処理フローの詳細を示している。
まず、触媒前のＯ２センサ出力電圧としきい値との差分値を読込み（ステップＳ２２０１）、その差分値からベースＰ分値を補間なしのテーブル検索により設定する（ステップＳ２２０２）。
つぎに、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２２０３）、読込んだ触媒劣化度合に応じたマップを選択し、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力によりＰ分ゲインＫＰをマップ検索する（ステップＳ２２０４）。そして、ベースＰ分値にマップ検索したゲインＫＰを乗じ（ステップＳ２２０５）、これをＰ分として出力する（ステップＳ２２０６）。
図２４は、ステップＳ２１０７（Ｄ分計算部８０４）によるＤ分計算処理フローの詳細を示している。
まず、触媒前のＯ２センサ２１３の出力電圧としきい値との差分値を読込み（ステップＳ２３０１）、その差分値の時間変化量を計算する（ステップＳ２３０２）。
つぎに、差分値の時間変化量によりベースＤ分値を補間なしのテーブル検索によって設定する（ステップＳ２３０３）。
つぎに、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２３０４）、読込んだ触媒劣化度合に応じたマップを選択し、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力によりＤ分ゲインＫＤをマップ検索する（ステップＳ２３０５）。そして、ベースＤ分値にマップ検索したゲインＫＤを乗じ（ステップＳ２３０６）、これをＤ分値として出力する（ステップＳ２３０７）。
図２５は、ステップＳ２１０８（Ｉ分計算部８０５）によるＩ分計算処理フローの詳細を示している。
まず、触媒前のＯ２センサ２１３の出力電圧としきい値との差分値を読込み（ステップＳ２４０１）、その差分値よりベースＩ分値を補間なしのテーブル検索によって設定し（ステップＳ２４０２）、これを１回前のＩ分値に積算する（ステップＳ２４０３）。
つぎに、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２４０４）、読込んだ触媒劣化度合に応じたマップを選択し、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力によりＩ分ゲインＫＩをマップ検索する（ステップＳ２４０５）。そしてベースＩ分積算値にＩ分ゲインＫＤを乗じ（ステップＳ２４０６）、これをＩ分値として出力する（ステップＳ２４０７）。
図２６は、図１２に示されている実施形態による空燃比帰還制御部７０５の処理フローを示している。
まず、三元点差分空燃比を読込み（ステップＳ２５０１）、ついで、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込む（ステップＳ２５０２）。つぎに、三元点差分空燃比のフィルタリング処理を行う（ステップＳ２５０３）。そして、触媒前のＯ２センサ２１３の出力電圧を読込む（ステップＳ２５０４）。
つぎに、空燃比帰還制御のＰ分の計算、Ｄ分の計算、Ｉ分の計算を行う（ステップＳ２５０５〜ステップＳ２５０７）。
つぎに、Ｐ分、Ｄ分、Ｉ分の計算値を空燃比帰還制御係数中心値１．０に加算し（ステップＳ２５０８）、これを空燃比帰還制御係数として出力する（ステップＳ２５０９）。
図２７は、ステップＳ２５０３（フィルタリング処理部１２０１）による三元点差分空燃比のフィルタリング処理の詳細を示している。
まず、エンジン回転数と吸気管圧力を読込み（ステップＳ２６０１）、読込み、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力により加重平均重みをマップ検索する（ステップＳ２６０２）。
つぎに、三元点差分空燃比を読込み（ステップＳ２６０３）、読込んだ三元点差分空燃比に（１．０−加重平均重み）を乗算する（ステップＳ２６０４）。
つぎに、本処理フローで計算された前回のフィルタリング値に加重平均重みを乗算する（ステップＳ２６０５）。そして、前記２つの乗算結果を加算し、新たなフィルタリング値として出力する（ステップＳ２６０６）。
図２８は、ステップＳ２５０５（Ｐ分計算部１２０２）によるＰ分計算処理フローの詳細を示している。
まず、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２７０１）、読込んだ触媒劣化度合に応じたマップを選択し、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力によりＰ分ゲインＫＰをマップ検索する（ステップＳ２７０２）。
つぎに、前述の三元点差分空燃比のフィルタリング値を読込み（ステップＳ２７０３）、読込んだフィルタリング値にマップ検索によるＰ分ゲインＫＰを乗じ、Ｐ分を計算する（ステップＳ２７０４）。
つぎに、前Ｏ２センサ２１３の出力電圧しきい値をフィルタリング値によりテーブル検索する（ステップＳ２７０５）。そして、前Ｏ２センサ出力電圧を読込む（ステップＳ２７０６）。
つぎに、計算したＰ分が０より大きく且つ読込んだ前Ｏ２センサ出力電圧がしきい値より大きい、もしくは計算したＰ分が０より小さく且つ読込んだ前Ｏ２センサ出力電圧がしきい値より小さいかを判断する（ステップＳ２７０７、ステップＳ２７０８）。
この判断に相当しない場合には、計算したＰ分を出力する（ステップＳ２７０９）。これに対し、前記判断に相当する場合には、０を出力する（ステップＳ２７１０）。
図２９は、ステップＳ２５０６（Ｄ分計算部１２０３）によるＤ分計算処理フローの詳細を示している。
まず、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２８０１）読込んだ触媒劣化度合に応じたマップを選択し、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力によりＤ分ゲインＫＤをマップ検索する（ステップＳ２８０２）。
つぎに、前述の三元点差分空燃比のフィルタリング値を読込み（ステップＳ２８０３）、読込んだフィルタリング値の時間変化量を計算する（ステップＳ２８０４）。
つぎに、読込んだフィルタリング値からＤ分リミッタ値を決定し（ステップＳ２８０５）フィルタリング値の時間変化量をリミッタ値で制限する（ステップＳ２８０６）。
つぎに、リミッタ処理されたフィルタリング値の時間変化量にＤ分ゲインＫＤを乗じてＤ分とする（ステップＳ２８０７）。
つぎに、触媒前Ｏ２センサ２１３の出力電圧のしきい値をフィルタリング値によりテーブル検索する（ステップＳ２８０８）。そして、触媒前のＯ２センサ出力電圧を読込む（ステップＳ２８０９）。
つぎに、フィルタリング値が０より大きく且つ読込んだ前Ｏ２センサ出力電圧がしきい値より大きい、もしくはフィルタリング値が０より小さく且つ読込んだ前Ｏ２センサ出力電圧がしきい値より小さいを判断する（ステップＳ２８１０、ステップＳ２８１１）。
この判断に相当しない場合には、計算したＤ分を出力する（ステップＳ２８１２）。これに対し、判断に相当する場合には、で０を出力する（ステップＳ２８１３）。
図３０は、ステップＳ２５０７（Ｉ分計算部１２０４）によるＩ分計算処理フローの詳細を示している。
まず、エンジン回転数、吸気管圧力及び触媒劣化度合を読込み（ステップＳ２９０１）、読込んだ触媒劣化度合に応じたマップを選択し、読込んだエンジン回転数と吸気管圧力によりＩ分ゲインＫＩをマップ検索する（ステップＳ２９０２）。
つぎに、前述の三元点差分空燃比のフィルタリング値を読込み（ステップＳ２９０３）、前Ｏ２センサ２１３の出力電圧しきい値を読込んだフィルタリング値によりテーブル検索する（ステップＳ２９０４）。そして、前Ｏ２センサ出力電圧を読込む（ステップＳ２９０５）。
つぎに、フィルタリング値が０より大きく且つ読込んだ前Ｏ２センサ出力電圧がしきい値より大きい、もしくはフィルタリング値が０より小さく且つ読込んだ前Ｏ２センサ出力電圧が前記しきい値より小さいを判断する（ステップＳ２９０６、ステップＳ２９０７）。
この判断に相当しない場合には、積算対象値を前回までの積算値とし（ステップＳ２９０９）、これに対し、この判断に相当する場合には、積算対象値を０とする（ステップＳ２９０８）つまり、積算を中断する。
そして、積算対象値とフィルタリング値を積算し（ステップＳ２９１０）、この積算値にＩ分ゲインＫＩを乗じてＩ分として出力する（ステップＳ２９１１）。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一つの実施形態が適用される内燃機関の全体構成図。 本発明による内燃機関の空燃比制御装置が適用される制御装置の内部構成を示す制御ブロック図。 本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一つの実施形態が適用される内燃機関の制御装置のブロック図。 本実施形態におけるエンジンの空燃比とエミッション及び空燃比センサの出力信号の挙動の一例を示すグラフ。 本実施形態の空燃比制御を行われるエンジンの空燃比センサ出力、Ｏ２センサ出力及び空燃比帰還制御係数の挙動の一例を示すタイムチャート。 本発明とは異なる形態（従来例）のエンジンの空燃比センサ出力、Ｏ２センサ出力及び空燃比帰還制御係数の挙動の一例を示すタイムチャート。 本発明による空燃比制御装置における空燃比帰還制御の一実施形態を示すブロック図。 本発明による空燃比制御装置における空燃比帰還制御部の詳細の一実施形態を示すブロック図。 一実施形態による空燃比帰還制御部のＰ分計算部の詳細を示すブロック図。 一実施形態による空燃比帰還制御部のＤ分計算部の詳細を示すブロック図。 一実施形態による空燃比帰還制御部のＩ分計算部の詳細を示すブロック図。 本発明による空燃比制御装置における空燃比帰還制御部の詳細の他の実施形態を示すブロック図。 一実施形態による空燃比帰還制御部のフィルタリング処理部の詳細を示すブロック図。 他の実施形態による空燃比帰還制御部のＰ分計算部の詳細を示すブロック図。 他の実施形態による空燃比帰還制御部のＤ分計算部の詳細を示すブロック図。 他の実施形態による空燃比帰還制御部のＩ分計算部の詳細を示すブロック図である。 他の実施形態による空燃比帰還制御部によって実施される空燃比帰還制御の各センサ出力及び各変数の挙動の一例を示すタイムチャート。 本実施形態の空燃比制御を行うエンジン制御装置のエンジン始動時の触媒前のＯ２センサ出力電圧挙動と触媒後の空燃比センサの起動挙動の一例を示すタイムチャート。 本実施形態の空燃比制御を行うエンジン制御装置のエンジン始動時の触媒前のＯ２センサ出力電圧挙動と触媒後の空燃比センサの起動挙動の他の例を示すタイムチャート。 本実施形態による空燃比制御を行うエンジン制御装置の制御処理フローを示すフローチャート。 本実施形態による空燃比帰還制御の処理フローの詳細を示すフローチャート。 本実施形態による空燃比帰還制御部の処理フロー示すフローチャート。 本実施形態による空燃比帰還制御部によるＰ分計算の処理フローを示すフローチャート。 本実施形態による空燃比帰還制御部によるＤ分計算の処理フローを示すフローチャート。 本実施形態による空燃比帰還制御部によるＩ分計算の処理フローを示すフローチャート 他の実施形態による空燃比帰還制御部の処理フローを示すフローチャート。 他の実施形態による空燃比帰還制御部による三元点差分空燃比のフィルタリング処理の処理フローを示すフローチャート。 他の実施形態による空燃比帰還制御部によるＰ分計算の処理フローを示すフローチャート。 他の実施形態による空燃比帰還制御部によるＤ分計算の処理フローを示すフローチャート。 他の実施形態による空燃比帰還制御部によるＩ分計算の処理フローを示すフローチャート。
符号の説明
１０１ エンジン回転数計算手段
１０２ 基本燃料計算手段
１０３ 基本燃料補正係数計算手段
１０４ 基本点火時期計算手段
１０５ 触媒ストイキ検出手段
１０６ Ｏ２センサ制御変数計算手段
１０７ 空燃比帰還制御係数計算手段
１０８ ＩＳＣ制御手段
１０９ 加減速判定手段
１１０ 基本燃料補正手段
１１１ 点火時期補正手段
１１２ 触媒劣化検出手段
２０１ エンジン
２０２ スロットル絞り弁
２０３ アイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）
２０５ 吸気管圧力センサ
２０６ 燃料噴射弁
２１０ カム角度センサ
２０８ 点火栓
２０９ 点火コイル
２１１ 水温センサ
２１２ 触媒
２１３ Ｏ２センサ
２１４ リニア空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）
２１５ クランク角センサ
２１６ スロットル開度センサ
２５０ エンジン制御装置
７０１ 三元点Ａ／Ｆマップメモリ
７０２ 空燃比変換部
７０３ 加算器
７０４ フィルタリング処理部
７０５ 空燃比帰還制御部

Claims (6)

  1. 排気通路に三元機能を有する触媒と、排気ガス流量で見て前記触媒より上流側に設置され空燃比に対してリッチ／リーンのスイッチング信号を発生する酸素センサと、排気ガス流量で見て前記触媒より下流側に設置され空燃比に対して線形的な信号を発生する空燃比センサと、を具備した内燃機関の空燃比制御装置であって、
    前記空燃比センサにより計測される空燃比と目標空燃比との偏差を演算する偏差演算手段と、
    前記偏差演算手段によって算出される偏差と前記酸素センサの出力信号に基づいて空燃比帰還制御を行う空燃比帰還制御手段と、
    を有し、
    前記空燃比帰還制御手段は、
    前記酸素センサの出力信号値と、前記偏差演算手段によって算出される偏差に応じて設定される前記酸素センサのリッチ／リーンを切り替えるしきい値と、の間の差分値に応じて空燃比帰還制御を行う
    ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  2. 前記空燃比帰還制御手段は、前記偏差演算手段によって算出される偏差により空燃比帰還制御変数を演算する制御変数演算手段と、前記酸素センサの出力電圧値が前記しきい値より大きいか否かを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果と前記制御変数演算手段による制御変数から、前記制御変数演算手段による制御変数を空燃比帰還制御に反映するか否かを判断する反映判断手段とを有す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。
  3. 前記空燃比センサは、ヒータ付きのリニア空燃比センサであり、内燃機関の始動時より所定時間が経過したのちに前記ヒータの駆動を開始し、ヒータ温度が所定値以上になってから前記空燃比センサの出力を採用することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 前記空燃比センサは、ヒータ付きのリニア空燃比センサであり、前記酸素センサの出力を採用できると判断された時点より所定時間が経過したのちに、前記ヒータを駆動を開始し、ヒータ温度が所定値以上になってから前記空燃比センサの出力を採用することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  5. 前記触媒の劣化度合を検出する触媒劣化検出手段を有し、前記触媒劣化検出手段によって検出される前記触媒の劣化度合に応じて空燃比帰還制御のゲインを切替設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  6. 排気通路に三元機能を有する触媒と、排気ガス流量で見て前記触媒より上流側に設置され空燃比に対してリッチ／リーンのスイッチング信号を発生する酸素センサと、排気ガス流量で見て前記触媒より下流側に設置され空燃比に対して線形的な信号を発生する空燃比センサと、を具備した内燃機関の空燃比制御方法であって、
    前記空燃比センサにより計測される空燃比と目標空燃比との偏差を演算し、当該偏差と前記酸素センサの出力信号に基づいて空燃比帰還制御を行うステップを有し、
    前記ステップでは、
    前記酸素センサの出力信号値と、前記偏差に応じて設定される前記酸素センサのリッチ／リーンを切り替えるしきい値と、の間の差分値に応じて空燃比帰還制御を行う
    ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御方法。
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