JP4936018B2 - Air-fuel ratio control device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配設された空燃比センサの出力値に基づいて機関に供給される混合比の空燃比(以下、単に「機関の空燃比」とも称呼する。)をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。   In the present invention, the air-fuel ratio of the mixture ratio supplied to the engine based on the output value of the air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine (hereinafter also simply referred to as “engine air-fuel ratio”) is fed back. The present invention relates to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine to be controlled.

従来から、排ガスを浄化するための触媒(排気浄化用触媒、三元触媒)を排気通路に備えた内燃機関が提案されている。この触媒は、触媒の温度がその活性温度以上であり、且つ、触媒に流入する排ガスの空燃比が「理論空燃比を含む所定の空燃比幅(所謂ウインドウの範囲)」内にある場合、高い効率にて排ガス中の未燃物と窒素酸化物とを浄化することができる。そこで、このような触媒を備えた内燃機関においては、排気通路に備えられた空燃比センサの出力値に基づいて触媒に流入する排ガスの空燃比を制御する空燃比制御装置が広く採用されている。   Conventionally, an internal combustion engine having a catalyst for purifying exhaust gas (an exhaust purification catalyst, a three-way catalyst) in an exhaust passage has been proposed. This catalyst is high when the temperature of the catalyst is equal to or higher than its activation temperature and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is within a "predetermined air-fuel ratio width including the stoichiometric air-fuel ratio (so-called window range)". Unburned substances and nitrogen oxides in the exhaust gas can be purified with efficiency. Therefore, in an internal combustion engine equipped with such a catalyst, an air-fuel ratio control device that controls the air-fuel ratio of exhaust gas flowing into the catalyst based on the output value of the air-fuel ratio sensor provided in the exhaust passage is widely adopted. .

この空燃比制御装置は、空燃比センサの出力値に基づいて空燃比センサが配設されている部位を流れる排ガスの空燃比を算出し、算出された空燃比が所定の目標空燃比(上述したウインドウの範囲内の空燃比)に一致するように機関の空燃比に対するフィードバック制御を実行する。これにより、触媒に流入する排ガスの空燃比が適切な値に制御され、その結果、機関のエミッションが良好に維持される。従って、この制御が適切に実行されるには、空燃比センサが正常に機能することが重要である。   This air-fuel ratio control device calculates the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the portion where the air-fuel ratio sensor is arranged based on the output value of the air-fuel ratio sensor, and the calculated air-fuel ratio is a predetermined target air-fuel ratio (described above) The feedback control for the air-fuel ratio of the engine is executed so as to coincide with the air-fuel ratio within the window range. As a result, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is controlled to an appropriate value, and as a result, the engine emission is well maintained. Therefore, in order for this control to be executed properly, it is important that the air-fuel ratio sensor functions normally.

しかし、空燃比センサへの未燃物等の付着、センサ素子の欠損及び経年劣化等の理由により、空燃比センサが劣化する(例えば、空燃比センサの出力及び応答速度等が低下する)場合がある。そこで、従来の空燃比制御装置の一つは、空燃比センサの劣化を診断するとともに、空燃比センサが劣化していると診断される場合には空燃比センサの出力値の高周波数成分を増幅器にて増幅するようになっている。これにより、空燃比センサの出力値が補償される(例えば、特許文献1を参照。)。なお、以下では、この補償を「高周波数成分増幅補償」とも称呼する。
特開2007−278076号公報
However, there are cases where the air-fuel ratio sensor deteriorates (for example, the output of the air-fuel ratio sensor, the response speed, etc. decrease) due to reasons such as adhesion of unburned substances to the air-fuel ratio sensor, loss of sensor elements and aging deterioration. is there. Therefore, one of the conventional air-fuel ratio control devices diagnoses the deterioration of the air-fuel ratio sensor and amplifies the high-frequency component of the output value of the air-fuel ratio sensor when it is diagnosed that the air-fuel ratio sensor is deteriorated. Amplifies at. As a result, the output value of the air-fuel ratio sensor is compensated (see, for example, Patent Document 1). Hereinafter, this compensation is also referred to as “high frequency component amplification compensation”.
JP 2007-278076 A

しかし、発明者は、上述した高周波数成分増幅補償を実行したとしても空燃比センサの出力値が適切に補償されない場合があることを見出した。以下、この点について述べる。   However, the inventor has found that the output value of the air-fuel ratio sensor may not be appropriately compensated even if the above-described high frequency component amplification compensation is executed. This point will be described below.

上述したように、空燃比センサが劣化すると、その出力及び応答速度等(以下、これらのパラメータを総称して「応答性」とも称呼する。)が低下する。劣化した空燃比センサの出力値は、空燃比センサが配設されている部位を流れる排ガスの空燃比が変動したとき、その変動に十分に追従することができない。具体的に述べると、空燃比センサが劣化すると、排ガスの空燃比の変動のうちの高周波数成分が検知され難くなるとともに、その出力値の大きさが空燃比センサが劣化していないときに比較して小さくなる(即ち、出力値の波形の振幅が小さくなる。)傾向がある。   As described above, when the air-fuel ratio sensor deteriorates, its output, response speed, etc. (hereinafter, these parameters are collectively referred to as “responsiveness”) are reduced. The output value of the deteriorated air-fuel ratio sensor cannot sufficiently follow the fluctuation when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the portion where the air-fuel ratio sensor is disposed fluctuates. Specifically, when the air-fuel ratio sensor deteriorates, it becomes difficult to detect a high-frequency component of the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas, and the magnitude of the output value is compared with that when the air-fuel ratio sensor is not deteriorated. Tend to become smaller (that is, the amplitude of the waveform of the output value becomes smaller).

一方、空燃比センサの出力値には、高周波ノイズが混入する場合がある。上述したように、劣化した空燃比センサは、劣化していない空燃比センサの出力値(以下、「通常出力値」とも称呼する。)に比較して振幅が小さく且つ高周波数成分が少ない出力値(以下、「劣化出力値」とも称呼する。)を出力する傾向がある。そのため、一般に、劣化出力値に上記高周波ノイズが混入したときの高周波ノイズの影響は、通常出力値に高周波ノイズが混入したときの高周波ノイズの影響よりも大きい。高周波ノイズが混入した劣化出力値に対して上述した「高周波数成分増幅補償」を行うと、劣化出力値に混入した高周波ノイズが増幅されるので、更に高周波ノイズの影響が大きくなる。   On the other hand, high-frequency noise may be mixed in the output value of the air-fuel ratio sensor. As described above, the deteriorated air-fuel ratio sensor has an output value that is smaller in amplitude and less in high-frequency components than the output value of the undegraded air-fuel ratio sensor (hereinafter also referred to as “normal output value”). (Hereinafter also referred to as “degraded output value”). Therefore, in general, the influence of the high frequency noise when the high frequency noise is mixed into the degraded output value is larger than the influence of the high frequency noise when the high frequency noise is mixed into the normal output value. When the above-described “high frequency component amplification compensation” is performed on the deteriorated output value mixed with high frequency noise, the high frequency noise mixed in the deteriorated output value is amplified, and the influence of the high frequency noise is further increased.

上述したように、上記空燃比制御装置は、空燃比センサの出力値に基づいて排ガスの空燃比を算出するようになっている。高周波ノイズの影響が十分に小さいとき、排ガスの実際の空燃比(以下、便宜上、「実空燃比」とも称呼する。)と空燃比センサの出力値に基づいて算出される空燃比(以下、「検出空燃比」とも称呼する。)とは、空燃比制御を実行する上で問題が無い程度に一致する。しかし、高周波ノイズの影響が大きいとき、実空燃比と検出空燃比との差が大きくなるので、機関の空燃比を適切に制御することができない。その結果、機関のエミッションが悪化するという問題が生じる。   As described above, the air-fuel ratio control apparatus calculates the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the output value of the air-fuel ratio sensor. When the influence of the high-frequency noise is sufficiently small, the air-fuel ratio (hereinafter referred to as “the air-fuel ratio” calculated based on the actual air-fuel ratio of the exhaust gas (hereinafter also referred to as “actual air-fuel ratio” for convenience) and the output value of the air-fuel ratio sensor. The term “detected air / fuel ratio” is also referred to as “no problem” in executing the air / fuel ratio control. However, when the influence of high-frequency noise is large, the difference between the actual air-fuel ratio and the detected air-fuel ratio becomes large, so that the air-fuel ratio of the engine cannot be controlled appropriately. As a result, there arises a problem that the emission of the engine deteriorates.

更に、空燃比センサが劣化するとき、空燃比がリッチ側からリーン側に変動する場合の空燃比センサの応答性(以下、「リーン方向応答性」とも称呼する。)と空燃比がリーン側からリッチ側に変動する場合の空燃比センサの応答性(以下、「リッチ方向応答性」とも称呼する。)とが同程度に低下しない場合がある。なお、以下では、リーン方向応答性及びリッチ方向応答性が同程度に低下する劣化を「対称劣化」とも称呼する。   Further, when the air-fuel ratio sensor deteriorates, the response of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio varies from the rich side to the lean side (hereinafter also referred to as “lean direction response”) and the air-fuel ratio from the lean side. The response of the air-fuel ratio sensor when it fluctuates to the rich side (hereinafter also referred to as “rich direction responsiveness”) may not decrease to the same extent. Hereinafter, the deterioration in which the lean direction responsiveness and the rich direction responsiveness are reduced to the same extent is also referred to as “symmetrical deterioration”.

リーン方向応答性又はリッチ方向応答性のうちの何れか一方のみが低下したとき、又は、リーン方向応答性の低下の度合いとリッチ方向応答性の低下の度合いとが異なるとき(以下、これらの劣化を「非対称劣化」とも称呼する。)、空燃比センサの出力値は、実空燃比がリーン方向へ変動した場合とリッチ方向へ変動した場合とにおいて異なる挙動を示す(以下、出力値のこのような挙動を「非対称応答」とも称呼する。)。一般に、空燃比センサが非対称劣化するときの機関のエミッションは、空燃比センサが対称劣化するときの機関のエミッションよりも悪化する。   When only one of the lean direction responsiveness or the rich direction responsiveness is reduced, or when the degree of the lean direction responsiveness is different from the degree of the rich direction responsiveness (hereinafter these deteriorations) The output value of the air-fuel ratio sensor behaves differently when the actual air-fuel ratio fluctuates in the lean direction and when it fluctuates in the rich direction (hereinafter referred to as the output value). This behavior is also called “asymmetric response”.) In general, the engine emission when the air-fuel ratio sensor deteriorates asymmetrically is worse than the engine emission when the air-fuel ratio sensor deteriorates symmetrically.

上述した「高周波数成分増幅補償」は、空燃比センサの出力値「全体」に対して行われる。従って、非対称応答を示している出力値に対して「高周波数成分増幅補償」を行ったとしても、非対称応答は解消されない。更に、非対称応答を示している出力値「全体」に対して「高周波数成分増幅補償」を行うと、応答性が高い方向の出力値の高周波数成分が過度に増幅される。空燃比センサの出力値がこのように補償されたとき、上記同様に実空燃比と検出空燃比との差が大きくなるので、機関の空燃比を適切に制御することができない。これらの結果、機関のエミッションが更に悪化するという問題も生じる。   The “high frequency component amplification compensation” described above is performed on the output value “whole” of the air-fuel ratio sensor. Therefore, even if “high frequency component amplification compensation” is performed on an output value showing an asymmetric response, the asymmetric response is not eliminated. Furthermore, when “high frequency component amplification compensation” is performed on the output value “whole” showing an asymmetric response, the high frequency component of the output value in the direction of high responsiveness is excessively amplified. When the output value of the air-fuel ratio sensor is compensated in this way, the difference between the actual air-fuel ratio and the detected air-fuel ratio becomes large as described above, so that the air-fuel ratio of the engine cannot be controlled appropriately. As a result, there is a problem that the emission of the engine is further deteriorated.

本発明は、上記課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的は、空燃比センサが非対称に劣化した場合にもその出力値を適切に補正し、もって、機関のエミッションを良好に維持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。   The present invention has been made to address the above problems. That is, an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can appropriately maintain the output value of the internal combustion engine even when the air-fuel ratio sensor deteriorates asymmetrically, thereby maintaining the engine emission satisfactorily. There is to do.

より具体的に述べると、本発明の内燃機関の第1の空燃比制御装置は、
(1)内燃機関の排気通路に配設されるとともに配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比センサと、
(2)前記排ガスの空燃比が増大したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数を取得する応答時定数取得手段と、
(3)基準応答時定数を、前記リーン方向応答時定数及び前記リッチ方向応答時定数のうちの何れか大きい方の応答時定数である劣化側応答時定数に基づいて同劣化側応答時定数以上となるように決定するとともに、同基準応答時定数に対応する時定数を有するローパスフィルタ処理を前記空燃比センサの出力値に対して施すことによって処理後出力値を得るセンサ出力処理手段と、
(4)前記処理後出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備える。
More specifically, the first air-fuel ratio control device for an internal combustion engine of the present invention is:
(1) an air-fuel ratio sensor that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
(2) The lean direction response time constant, which is the response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and the response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases Response time constant acquisition means for acquiring a certain rich direction response time constant;
(3) The reference response time constant is equal to or greater than the deterioration side response time constant based on the deterioration side response time constant which is the larger one of the lean direction response time constant and the rich direction response time constant. Sensor output processing means for obtaining a post-processing output value by performing low-pass filter processing having a time constant corresponding to the reference response time constant on the output value of the air-fuel ratio sensor,
(4) Air-fuel ratio control means for performing air-fuel ratio feedback control for matching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine with the target air-fuel ratio based on the post-processing output value;
Is provided.

上記構成によれば、排ガスの空燃比が増大する(リッチ側からリーン側に変動する)ときの空燃比センサの応答時定数が、「リーン方向応答時定数」として取得される。更に、排ガスの空燃比が減少する(リーン側からリッチ側に変動する)ときの空燃比センサの応答時定数が、「リッチ方向応答時定数」として取得される。   According to the above configuration, the response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases (changes from the rich side to the lean side) is acquired as the “lean direction response time constant”. Further, the response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases (changes from the lean side to the rich side) is acquired as the “rich direction response time constant”.

本発明において、「リーン方向応答時定数」及び「リッチ方向応答時定数」は、例えば以下のように定めることができる。
「リーン方向応答時定数」は、実空燃比を「理論空燃比stoichよりも所定値αだけ小さい空燃比(stoich−α)を始点とし、同始点から終点である理論空燃比stoichよりも所定値αだけ大きい空燃比(stoich+α)まで」ステップ状に変化させたとき、検出空燃比が「同始点を基準として同始点から同終点までの空燃比の変化量(+2α)のうちの所定割合(例えば、63.2%)の空燃比」に達するまでの「時間」とすることができる。
「リッチ方向応答時定数」は、実空燃比を「理論空燃比stoichよりも所定値αだけ大きい空燃比(stoich+α)を始点とし、同始点から終点である理論空燃比stoichよりも所定値αだけ小さい空燃比(stoich−α)まで」ステップ状に変化させたとき、検出空燃比が「同始点を基準として同始点から同終点までの空燃比の変化量(−2α)のうちの所定割合(例えば、63.2%)の空燃比」に達するまでの「時間」とすることができる。
In the present invention, the “lean direction response time constant” and the “rich direction response time constant” can be determined as follows, for example.
The “lean direction response time constant” is the actual air-fuel ratio “the air-fuel ratio (stoich−α) that is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio stoich by a predetermined value α, and a predetermined value from the stoichiometric air-fuel ratio stoich that is the end point from the start point. When the air-fuel ratio is changed in a stepwise manner up to an air-fuel ratio (stoich + α) that is larger by α, the detected air-fuel ratio becomes “a predetermined ratio (for example, the amount of change in air-fuel ratio (+ 2α) from the same start point to the same end point with reference to the same start point (for example, , 63.2%), the “time” until the air / fuel ratio is reached.
“Rich direction response time constant” means that the actual air-fuel ratio is “the air-fuel ratio (stoich + α) that is larger than the stoichiometric air-fuel ratio stoich by the predetermined value α, and the stoichiometric air-fuel ratio stoich that is the end point from the start point by the predetermined value α. When the air / fuel ratio is changed in a step-like manner to a small air / fuel ratio (stoich−α), the detected air / fuel ratio becomes “a predetermined ratio (−2α) of the change amount (−2α) of the air / fuel ratio from the start point to the end point with reference to the start point. For example, it may be “time” until the air / fuel ratio of 63.2%) is reached.

即ち、応答時定数は「空燃比センサの応答性を示す指標」であり、その値が小さいほど「空燃比センサの出力値に基づいて算出される空燃比(検出空燃比)」が「排ガスの実際の空燃比(実空燃比)」に速やかに追従する。即ち、応答時定数の値が「小さい」ほど空燃比センサの応答性が「高い」。   That is, the response time constant is an “index indicating the responsiveness of the air / fuel ratio sensor”, and the smaller the value, the more “the air / fuel ratio calculated based on the output value of the air / fuel ratio sensor (detected air / fuel ratio)” The actual air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) "is quickly followed. That is, the smaller the response time constant is, the higher the response of the air-fuel ratio sensor is.

第1の空燃比制御装置においては、上記「リーン方向応答時定数」及び「リッチ方向応答時定数」のうちの何れか「大きい」方の応答時定数(以下、「劣化側応答時定数」とも称呼する。)「以上」となるように、「基準応答時定数」が決定される。即ち、基準応答時定数は、空燃比センサのリーン方向応答性及びリッチ方向応答性のうちの応答性が「低い」方向の応答性(以下、「劣化側応答性」とも称呼する。)、又は、劣化側応答性よりも更に「低い」応答性に対応する応答時定数である。   In the first air-fuel ratio control device, either the “lean direction response time constant” or the “rich direction response time constant”, whichever is the “larger” response time constant (hereinafter referred to as “deterioration response time constant”). The “reference response time constant” is determined so as to be “above”. That is, the reference response time constant is a response in a direction in which the response in the lean direction and the response in the rich direction of the air-fuel ratio sensor is “low” (hereinafter also referred to as “degradation side response”), or This is a response time constant corresponding to “lower” response than the degradation side response.

そして、上述した基準応答時定数に対応する時定数を有するローパスフィルタ処理が、空燃比センサの出力値に対して施される。更に、このように処理された出力値に基づき、機関の空燃比がフィードバック制御される。   Then, a low-pass filter process having a time constant corresponding to the above-described reference response time constant is performed on the output value of the air-fuel ratio sensor. Further, the air-fuel ratio of the engine is feedback controlled based on the output value thus processed.

従って、上記ローパスフィルタ処理により、空燃比センサの出力値のうちの基準応答時定数によって定まるカットオフ周波数よりも大きい周波数成分が、空燃比センサの出力値から実質的に除去される。この結果、ローパスフィルタ処理が施された空燃比センサの出力値(以下、「処理後出力値」とも称呼する。)は、実質的に、上記カットオフ周波数以下の周波数成分のみによって構成される。即ち、上記処理によって空燃比センサの「応答性が高い側の出力値」が「応答性が低い側の出力値」に合わせこまれるので、処理後出力値は対称な応答性を示すようになる。   Therefore, the low-pass filter process substantially removes a frequency component larger than the cutoff frequency determined by the reference response time constant from the output value of the air-fuel ratio sensor from the output value of the air-fuel ratio sensor. As a result, the output value of the air-fuel ratio sensor that has been subjected to the low-pass filter processing (hereinafter also referred to as “post-processing output value”) is substantially composed of only the frequency components that are equal to or lower than the cut-off frequency. In other words, since the “output value on the side with high responsiveness” of the air-fuel ratio sensor is matched with the “output value on the side with low responsiveness” by the above processing, the output value after processing becomes symmetrical. .

その結果、空燃比フィードバック制御は対称な応答性を示す処理後出力値に基づいて実行されるので、機関の空燃比は適切に制御される。従って、機関のエミッションを良好に維持することができる。   As a result, the air-fuel ratio feedback control is executed based on the post-processing output value showing a symmetrical response, so that the air-fuel ratio of the engine is appropriately controlled. Therefore, the emission of the engine can be maintained satisfactorily.

ここで、上述した「基準応答時定数」は、「劣化側応答時定数そのもの」であってもよく、又は、「劣化側応答時定数に所定の正の値が加算された値」であってもよい。ここで、「加算される正の値」は、機関の運転状態、機関に要求される排ガス浄化能力及び燃費等を考慮した適値とすることができる。   Here, the above-mentioned “reference response time constant” may be “deterioration response time constant itself” or “a value obtained by adding a predetermined positive value to the degradation response time constant”. Also good. Here, the “positive value to be added” can be an appropriate value in consideration of the operating state of the engine, the exhaust gas purification capability required for the engine, fuel consumption, and the like.

また、「基準応答時定数に対応する時定数」は、「基準応答時定数そのもの」でもよく、又は、「基準応答時定数に所定の正の値が加算された値」であってもよい。ここで、「加算される正の値」は、上記同様、機関の運転状態、機関に要求される排ガス浄化能力及び燃費等を考慮した適値とすることができる。   Further, the “time constant corresponding to the reference response time constant” may be “the reference response time constant itself” or “a value obtained by adding a predetermined positive value to the reference response time constant”. Here, the “positive value to be added” can be an appropriate value in consideration of the operating state of the engine, the exhaust gas purification capability required for the engine, the fuel consumption, and the like, as described above.

更に、第1の空燃比制御装置において、
前記センサ出力処理手段(3)は、
前記基準応答時定数を前記機関が第1の運転状態にあるときの前記劣化側応答時定数に基づいて決定するように構成され、且つ、
前記機関が前記第1の運転状態とは異なる第2の運転状態にある場合、「前記劣化側応答時定数を同第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値」に対応する時定数を前記ローパスフィルタの時定数として採用するように構成されることが好適である。
Furthermore, in the first air-fuel ratio control device,
The sensor output processing means (3)
The reference response time constant is configured to be determined based on the deterioration side response time constant when the engine is in the first operating state; and
When the engine is in a second operating state different from the first operating state, it corresponds to “a value obtained by correcting the deterioration-side response time constant based on a parameter corresponding to the second operating state”. It is preferable that the constant is adopted as the time constant of the low-pass filter.

上記「劣化側応答時定数を第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値に対応する時定数」は、「劣化側応答時定数を第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値そのもの」でもよく、又は、「劣化側応答時定数を第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値に所定の正の値が加算された値」であってもよい。ここで、「加算される正の値」は、機関の運転状態、機関に要求される排ガス浄化能力及び燃費等を考慮した適値とすることができる。   The above “time constant corresponding to the value obtained by correcting the deterioration-side response time constant based on the parameter corresponding to the second operating state” is based on “the deterioration-side response time constant based on the parameter corresponding to the second operating state. It may be “corrected value itself” or “a value obtained by adding a predetermined positive value to a value obtained by correcting the deterioration side response time constant based on a parameter corresponding to the second operating state”. Here, the “positive value to be added” can be an appropriate value in consideration of the operating state of the engine, the exhaust gas purification capability required for the engine, fuel consumption, and the like.

空燃比センサの出力値は、一般に、測定対象である排ガスの状態(例えば、排ガスの流量、圧力、温度及び成分等)の影響を受ける。従って、排ガスの状態に影響を与える機関の運転状態(例えば、負荷、機関回転速度、及び、筒内吸入空気量等のパラメータ等)は、空燃比センサの応答性(従って、劣化側応答時定数)を変化させ得る。そこで、上記構成においては、機関の第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて「第1の運転状態にて得られた劣化側応答時定数」が補正されるとともに、補正された劣化側応答時定数に対応する時定数が第2の運転状態におけるローパスフィルタの時定数として採用される。   The output value of the air-fuel ratio sensor is generally affected by the state of exhaust gas to be measured (for example, exhaust gas flow rate, pressure, temperature, component, etc.). Therefore, the engine operating state (for example, parameters such as load, engine speed, and cylinder intake air amount) that affect the exhaust gas state is the response of the air-fuel ratio sensor (thus, the degradation-side response time constant). ) Can be changed. Therefore, in the above configuration, the “deterioration response time constant obtained in the first operating state” is corrected based on the parameter corresponding to the second operating state of the engine, and the corrected deterioration side response is corrected. A time constant corresponding to the time constant is employed as the time constant of the low-pass filter in the second operating state.

上記構成により、ローパスフィルタの時定数を運転状態に応じて適切に決定することができる。即ち、第1の運転状態と第2の運転状態とにおいて劣化側応答時定数が変化する場合であっても、ローパスフィルタの時定数を各運転状態における劣化側応答時定数以上の値に設定することができる。従って、空燃比センサの出力値に過剰又は過小なローパスフィルタ処理を施すことを避けることができる。この結果、機関のエミッションを更に良好に維持することができる。   With the above configuration, the time constant of the low-pass filter can be appropriately determined according to the operating state. That is, even when the deterioration-side response time constant changes between the first operation state and the second operation state, the time constant of the low-pass filter is set to a value equal to or greater than the deterioration-side response time constant in each operation state. be able to. Accordingly, it is possible to avoid applying an excessive or excessive low-pass filter process to the output value of the air-fuel ratio sensor. As a result, the emission of the engine can be maintained better.

ここで、「機関の運転状態に応じたパラメータ」として採用されるパラメータは、空燃比センサの応答性に影響を及ぼすパラメータであり、機関に要求される排ガス浄化性能及び燃費等を考慮して適宜決定することができる。例えば、「機関の運転状態に応じたパラメータ」は、機関の負荷、機関回転速度及び筒内吸入空気量のうちの一つ又は任意の二以上の組み合わせであってもよい。   Here, the parameters adopted as “parameters according to the operating state of the engine” are parameters that affect the responsiveness of the air-fuel ratio sensor, and are appropriately determined in consideration of exhaust gas purification performance and fuel consumption required for the engine. Can be determined. For example, the “parameter according to the operating state of the engine” may be one or any combination of two or more of the engine load, the engine speed, and the in-cylinder intake air amount.

また、第1の空燃比制御装置において、
前記センサ出力処理手段(3)は、
前記基準応答時定数を前記機関が第1の運転状態にあるときの前記劣化側応答時定数に基づいて決定するように構成され、且つ、
前記機関が前記第1の運転状態とは異なる第2の運転状態にある場合、「前記基準応答時定数を同第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値」に対応する時定数を前記ローパスフィルタの時定数として採用するように構成されることが好適である。
In the first air-fuel ratio control device,
The sensor output processing means (3)
The reference response time constant is configured to be determined based on the deterioration side response time constant when the engine is in the first operating state; and
When the engine is in a second operating state different from the first operating state, a time constant corresponding to “a value obtained by correcting the reference response time constant based on a parameter corresponding to the second operating state” Is preferably adopted as the time constant of the low-pass filter.

上述したように、劣化側応答時定数は、機関の運転状態(例えば、負荷、機関回転速度、及び、筒内吸入空気量等のパラメータ)によって変化し得る。そこで、上記構成においては、機関の運転状態に応じたパラメータに基づいて「基準応答時定数」が補正されるとともに、「補正された基準応答時定数」に対応する時定数がローパスフィルタの時定数として採用される。   As described above, the deterioration-side response time constant can vary depending on the operating state of the engine (for example, parameters such as load, engine speed, and in-cylinder intake air amount). Therefore, in the above configuration, the “reference response time constant” is corrected based on the parameter corresponding to the operating state of the engine, and the time constant corresponding to the “corrected reference response time constant” is the time constant of the low-pass filter. Adopted as

上記構成によっても、ローパスフィルタの時定数を運転状態に応じて適切に決定することができる。即ち、第1の運転状態と第2の運転状態とにおいて劣化側応答時定数が変化する場合であっても、ローパスフィルタの時定数を各運転状態における劣化側応答時定数以上の値に設定することができる。従って、空燃比センサの出力値に過剰又は過小なローパスフィルタ処理を施すことを避けることができる。この結果、機関のエミッションを更に良好に維持することができる。   Also with the above configuration, the time constant of the low-pass filter can be appropriately determined according to the operating state. That is, even when the deterioration-side response time constant changes between the first operation state and the second operation state, the time constant of the low-pass filter is set to a value equal to or greater than the deterioration-side response time constant in each operation state. be able to. Accordingly, it is possible to avoid applying an excessive or excessive low-pass filter process to the output value of the air-fuel ratio sensor. As a result, the emission of the engine can be maintained better.

この場合においても、「機関の運転状態に応じたパラメータ」として採用されるパラメータは、空燃比センサの応答性に影響を及ぼすパラメータであり、機関に要求される排ガス浄化性能及び燃費等を考慮して適宜決定することができる。例えば、「機関の運転状態に応じたパラメータ」は、機関の負荷、機関回転速度及び筒内吸入空気量のうちの一つ又は任意の二以上の組み合わせであってもよい。   Even in this case, the parameter adopted as the “parameter according to the operating state of the engine” is a parameter that affects the responsiveness of the air-fuel ratio sensor, and considers the exhaust gas purification performance and fuel consumption required for the engine. Can be determined as appropriate. For example, the “parameter according to the operating state of the engine” may be one or any combination of two or more of the engine load, the engine speed, and the in-cylinder intake air amount.

本発明の第2の空燃比制御装置は、
(1)内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
(2)前記排気通路であって前記触媒よりも上流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
(3)前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
を備えた内燃機関に適用される。
The second air-fuel ratio control apparatus of the present invention is
(1) a catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
(2) an upstream air-fuel ratio sensor that is disposed in a portion upstream of the catalyst in the exhaust passage and outputs an output value corresponding to an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
(3) a downstream air-fuel ratio sensor that is disposed in a portion downstream of the catalyst in the exhaust passage and outputs an output value corresponding to an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
It is applied to the internal combustion engine provided with.

第2の空燃比制御装置は、
(4)前記上流側空燃比センサの出力値に応じた値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差に対してハイパスフィルタ処理を施した値、及び、前記上流側空燃比センサの出力値に応じた値に対してハイパスフィルタ処理を施した値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差の何れか一方に基づき、前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのメインフィードバック補正量を、少なくとも一つのゲインを含む第1フィードバック制御係数を用いて算出するメインフィードバック補正量算出手段と、
(5)前記下流側空燃比センサの出力値に応じた値と理論空燃比に対応する下流側目標値との偏差に対してローパスフィルタ処理を施した値に基づき、前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのサブフィードバック補正量を、前記メインフィードバック補正量の算出とは独立して算出するサブフィードバック補正量算出手段と、
(6)前記メインフィードバック補正量及び前記サブフィードバック補正量に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致するようにフィードバック制御する空燃比制御手段と、
(7)前記排ガスの空燃比が増大したときの前記上流側空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記上流側空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数を取得する応答時定数取得手段と、
(8)前記リーン方向応答時定数と前記リッチ方向応答時定数との差の絶対値である診断指標値が所定の許容値よりも大きいか否かを判定する空燃比センサ診断手段と、
を備える。
The second air-fuel ratio control device
(4) a value obtained by performing high-pass filter processing on a deviation between a value corresponding to the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and an upstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio, and the upstream air-fuel ratio sensor The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is fed back based on one of the deviations between the value obtained by subjecting the output value to the high-pass filter processing and the upstream target value corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. Main feedback correction amount calculating means for calculating a main feedback correction amount for control using a first feedback control coefficient including at least one gain;
(5) Mixing supplied to the engine based on a value obtained by subjecting a deviation between a value corresponding to the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and a downstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio to low-pass filter processing Sub-feedback correction amount calculating means for calculating a sub-feedback correction amount for feedback control of the air-fuel ratio of the air independently from the calculation of the main feedback correction amount;
(6) air-fuel ratio control means for performing feedback control so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine matches the stoichiometric air-fuel ratio based on the main feedback correction amount and the sub-feedback correction amount;
(7) A lean direction response time constant, which is a response time constant of the upstream air-fuel ratio sensor when the exhaust gas air-fuel ratio increases, and an upstream air-fuel ratio sensor when the exhaust gas air-fuel ratio decreases. A response time constant acquisition means for acquiring a rich direction response time constant which is a response time constant;
(8) an air-fuel ratio sensor diagnostic means for determining whether or not a diagnostic index value that is an absolute value of a difference between the lean direction response time constant and the rich direction response time constant is greater than a predetermined allowable value;
Is provided.

更に、第2の空燃比制御装置において、
前記メインフィードバック補正量算出手段(4)は、
前記空燃比センサ診断手段によって前記診断指標値が前記許容値よりも大きいと判定されたとき、前記第1フィードバック制御係数に代え、前記第1フィードバック制御係数に含まれるゲインのうちの少なくとも一つのゲインを小さくして得られる第2フィードバック制御係数を用いて前記メインフィードバック補正量を算出するように構成される。
Furthermore, in the second air-fuel ratio control device,
The main feedback correction amount calculating means (4)
When the air-fuel ratio sensor diagnosing means determines that the diagnostic index value is greater than the allowable value, at least one gain of the gains included in the first feedback control coefficient instead of the first feedback control coefficient The main feedback correction amount is calculated by using a second feedback control coefficient obtained by reducing.

第2の空燃比制御装置においては、触媒の上流側に配設された上流側空燃比センサからの出力値に基づき、「メインフィードバック補正量」が算出される。また、触媒の下流側に配設された下流側空燃比センサの出力値に基づき、「サブフィードバック補正量」が算出される。そして、「メインフィードバック補正量」及び「サブフィードバック補正量」に基づき、機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比に一致するように制御される。   In the second air-fuel ratio control device, the “main feedback correction amount” is calculated based on the output value from the upstream air-fuel ratio sensor disposed upstream of the catalyst. Further, the “sub feedback correction amount” is calculated based on the output value of the downstream air-fuel ratio sensor disposed on the downstream side of the catalyst. Based on the “main feedback correction amount” and the “sub feedback correction amount”, control is performed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine matches the stoichiometric air-fuel ratio.

具体的に述べると、「メインフィードバック補正量」は、「上流側空燃比センサの出力値に応じた値と理論空燃比との偏差に対してハイパスフィルタ処理を施した値」及び「上流側空燃比センサの出力値に応じた値に対してハイパスフィルタ処理を施した値と理論空燃比との偏差」の何れか一方に基づき、少なくとも一つのゲインを含む第1フィードバック制御係数を用いて算出される。   Specifically, the “main feedback correction amount” includes “a value obtained by performing high-pass filter processing on a deviation between a value corresponding to the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the theoretical air-fuel ratio” and “upstream air-fuel ratio correction amount”. Calculated using a first feedback control coefficient including at least one gain on the basis of either “the deviation between the value obtained by subjecting the output value of the fuel ratio sensor to the high-pass filter processing and the theoretical air-fuel ratio”. The

また、「サブフィードバック補正量」は、「下流側空燃比センサの出力値に応じた値と理論空燃比に対応する下流側目標値との偏差に対してローパスフィルタ処理を施した値」に基づき、上述したメインフィードバック補正量の算出とは独立して算出される。   The “sub-feedback correction amount” is based on “a value obtained by performing low-pass filter processing on the deviation between the value corresponding to the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and the downstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio”. It is calculated independently of the above-described calculation of the main feedback correction amount.

上述したように、第2の空燃比制御装置は、上流側空燃比センサの出力値に基づく値にハイパスフィルタ処理を施すとともに、下流側空燃比センサの出力値に基づく値にローパスフィルタ処理を施す。この理由について以下に述べる。   As described above, the second air-fuel ratio control device performs the high-pass filter process on the value based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and also performs the low-pass filter process on the value based on the output value of the downstream air-fuel ratio sensor. . The reason for this will be described below.

第2の空燃比制御装置に用いられる触媒(三元触媒)は、セラミック等からなる担持体に触媒成分(白金及びロジウム等の貴金属)及び酸素吸蔵物質(CeO2等)を担持している。酸素吸蔵物質は、空燃比が理論空燃比よりもリーン側である排ガスが触媒に流入するときに酸素を吸蔵するとともに、空燃比が理論空燃比よりもリッチ側である排ガスが触媒に流入するときに触媒活性点に酸素を放出する機能(所謂酸素吸蔵能力)を有している。このため、触媒「上流」の排ガスの空燃比の変動における高周波数成分、及び、同変動における振幅(理論空燃比からの偏移量)が小さい低周波数成分は、触媒が有する酸素吸蔵能力により吸収され、触媒「下流」の排ガスの空燃比の変動として現れない。   The catalyst (three-way catalyst) used in the second air-fuel ratio control device carries a catalyst component (a noble metal such as platinum and rhodium) and an oxygen storage material (CeO2 or the like) on a carrier made of ceramic or the like. The oxygen storage material stores oxygen when exhaust gas whose air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio flows into the catalyst, and when exhaust gas whose air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio flows into the catalyst Further, it has a function (so-called oxygen storage capacity) for releasing oxygen to the catalytic active point. For this reason, the high-frequency component in the air-fuel ratio fluctuation of the exhaust gas “upstream” of the catalyst and the low-frequency component with a small amplitude (shift amount from the theoretical air-fuel ratio) in the fluctuation are absorbed by the oxygen storage capacity of the catalyst. And does not appear as fluctuations in the air-fuel ratio of the exhaust gas “downstream” of the catalyst.

一方、触媒「上流」の排ガスの空燃比の変動における振幅が大きい低周波数成分は、触媒の酸素吸蔵能力によっては吸収され難いので、少し遅れて触媒「下流」の排ガスの空燃比の変動として現れる。この結果、上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とが理論空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合がある。この場合、メインフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御とサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御とが互いに干渉し、その結果、良好な空燃比制御を行うことができない。   On the other hand, the low-frequency component having a large amplitude in the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas upstream of the catalyst is difficult to be absorbed depending on the oxygen storage capacity of the catalyst, and thus appears as a fluctuation in the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst. . As a result, the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and the output value of the downstream air-fuel ratio sensor may be values indicating the air-fuel ratio shifted in opposite directions with respect to the theoretical air-fuel ratio. In this case, the air-fuel ratio control of the engine based on the main feedback control and the air-fuel ratio control of the engine based on the sub-feedback control interfere with each other, and as a result, good air-fuel ratio control cannot be performed.

そこで、上流側空燃比センサの出力値の変動における周波数成分のうちの触媒「下流」の空燃比の変動として現れ得る程度の周波数成分である「所定の周波数(以下、「第1カットオフ周波数」とも称呼する。)以下の低周波数成分」を実質的に除去(ハイパスフィルタ処理)した後の上流側空燃比センサの出力値をメインフィードバック制御に使用すれば、空燃比制御が干渉することを防ぐことができる。   Therefore, “predetermined frequency” (hereinafter referred to as “first cutoff frequency”) that is a frequency component that can appear as a variation in the air-fuel ratio of the catalyst “downstream” among the frequency components in the variation in the output value of the upstream air-fuel ratio sensor. If the output value of the upstream air-fuel ratio sensor after substantially removing (the following low-frequency components) is used for the main feedback control, the air-fuel ratio control is prevented from interfering. be able to.

また、下流側空燃比センサの出力値の変動における周波数成分のうちの「所定の周波数(以下、「第2カットオフ周波数」とも称呼する。)以上の高周波数成分」を実質的に除去(ローパスフィルタ処理)した後の下流側空燃比センサの出力値をサブフィードバック制御に使用すれば、本来は触媒下流に現れることのない「空燃比の変動の高周波数成分」及び「高周波数の外乱成分(例えば、上述した高周波ノイズ)」が下流側空燃比センサの出力値に混入する場合であっても、それらの成分を除去した後の出力値をサブフィードバック制御に使用することができる。これにより、機関の空燃比を確実且つ正確に制御することができる。   Further, among the frequency components in the fluctuation of the output value of the downstream side air-fuel ratio sensor, “high frequency components higher than a predetermined frequency (hereinafter also referred to as“ second cutoff frequency ”)” are substantially removed (low-pass). If the output value of the downstream air-fuel ratio sensor after the filter processing is used for sub-feedback control, the “high-frequency component of fluctuation of the air-fuel ratio” and the “high-frequency disturbance component ( For example, even when the above-described high frequency noise) is mixed into the output value of the downstream air-fuel ratio sensor, the output value after removing these components can be used for the sub-feedback control. Thereby, the air-fuel ratio of the engine can be controlled reliably and accurately.

以上の観点に基づき、上流側空燃比センサの出力値に基づく値にハイパスフィルタ処理が施され、下流側空燃比センサの出力値に基づく値にローパスフィルタ処理が施される。   Based on the above viewpoint, a high-pass filter process is performed on the value based on the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, and a low-pass filter process is performed on the value based on the output value of the downstream air-fuel ratio sensor.

更に、第2の空燃比制御装置は、第1の空燃比制御装置と同様にリーン方向応答時定数及びリッチ方向応答時定数を取得するとともに、これらの差の絶対値(診断指標値)が所定の許容値よりも大きいとき、第1フィードバック制御係数に代えて「第1フィードバック制御係数に含まれるゲインのうちの少なくとも一つのゲインを小さくして得られる第2フィードバック制御係数」を用いてメインフィードバック制御を行う。即ち、第2の空燃比制御装置は、上流側空燃比センサの非対称劣化を監視するとともに、上流側空燃比センサが非対称劣化したときには「第2フィードバック制御係数」を用いてメインフィードバック制御を行う。   Further, the second air-fuel ratio control device acquires the lean direction response time constant and the rich direction response time constant in the same manner as the first air-fuel ratio control device, and the absolute value (diagnosis index value) of these differences is predetermined. Is larger than the allowable value, the main feedback using the “second feedback control coefficient obtained by reducing at least one of the gains included in the first feedback control coefficient” instead of the first feedback control coefficient. Take control. That is, the second air-fuel ratio control apparatus monitors the asymmetric deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor, and performs main feedback control using the “second feedback control coefficient” when the upstream air-fuel ratio sensor deteriorates asymmetrically.

フィードバック制御係数に含まれるゲインの大きさは、フィードバック補正量の大きさに影響を与える。また、上流側空燃比センサの出力値に対して上述したハイパスフィルタ処理が施されることにより、その高周波数成分(排ガスの空燃比の変動のうちの高周波数成分)がメインフィードバック制御に用いられる。そこで、第2制御装置は、上流側空燃比センサが非対称劣化したときに「第2フィードバック制御係数」を採用することより、排ガスの空燃比の変動のうちの「高周波数成分」に基づく補正量を小さくする。これにより、サブフィードバック制御により算出される「低周波数成分に基づく補正量」に対するメインフィードバック制御により算出される「高周波数成分に基づく補正量」の影響を小さくすることができる。   The magnitude of the gain included in the feedback control coefficient affects the magnitude of the feedback correction amount. Further, by applying the above-described high-pass filter processing to the output value of the upstream air-fuel ratio sensor, the high-frequency component (the high-frequency component of the variation in the air-fuel ratio of the exhaust gas) is used for main feedback control. . Therefore, the second control device employs the “second feedback control coefficient” when the upstream air-fuel ratio sensor is asymmetrically deteriorated, thereby correcting the amount of correction based on the “high frequency component” of the variation in the air-fuel ratio of the exhaust gas. Make it smaller. Thereby, the influence of the “correction amount based on the high frequency component” calculated by the main feedback control on the “correction amount based on the low frequency component” calculated by the sub feedback control can be reduced.

この結果、上流側空燃比センサの非対称応答による影響を出来る限り小さくすることができ、もって、機関のエミッションを良好に維持することができる。   As a result, the influence of the asymmetric response of the upstream air-fuel ratio sensor can be reduced as much as possible, so that the engine emission can be maintained satisfactorily.

ここで、本発明における「理論空燃比」は、厳密な理論空燃比に限られない。上述したように、触媒は、触媒に流入する排ガスの空燃比が所定の空燃比幅内にある場合、高い効率にて未燃物と窒素酸化物とを浄化することができる。そこで、本発明において、この空燃比幅内の空燃比を「理論空燃比」と表現する。   Here, the “theoretical air-fuel ratio” in the present invention is not limited to a strict stoichiometric air-fuel ratio. As described above, the catalyst can purify unburned matter and nitrogen oxides with high efficiency when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is within a predetermined air-fuel ratio range. Therefore, in the present invention, the air-fuel ratio within this air-fuel ratio range is expressed as “theoretical air-fuel ratio”.

メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御に用いる「第1カットオフ周波数」及び「第2カットオフ周波数」は、機関に要求される排ガス浄化性能及び燃費等を勘案した適値とすることができる。また、第1カットオフ周波数及び第2カットオフ周波数は、同一であっても異なってもよい。   The “first cutoff frequency” and the “second cutoff frequency” used for the main feedback control and the sub feedback control can be set to appropriate values in consideration of exhaust gas purification performance, fuel consumption, and the like required for the engine. Further, the first cutoff frequency and the second cutoff frequency may be the same or different.

「第1フィードバック制御係数」及び「第2フィードバック制御係数」に含まれるゲインは、機関に要求される排ガス浄化性能及び燃費等を勘案して決定することができる。   The gains included in the “first feedback control coefficient” and the “second feedback control coefficient” can be determined in consideration of exhaust gas purification performance and fuel consumption required for the engine.

以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of an internal combustion engine control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態に係る制御装置(以下、「第1制御装置」とも称呼する。)について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a control device (hereinafter also referred to as “first control device”) according to a first embodiment of the present invention will be described.

<装置の概要>
図1は、第1制御装置が適用される内燃機関10の一例を示す概略断面図である。図1は、第1制御装置を4サイクル火花点火式多気筒(4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。
<Outline of device>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an internal combustion engine 10 to which the first control device is applied. FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which the first control device is applied to a four-cycle spark ignition multi-cylinder (four-cylinder) internal combustion engine 10. FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder, but the other cylinders have the same configuration.

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、変速制御装置80(電磁弁を含む油圧回路)により制御される変速装置90(自動変速機)と、を含んでいる。   The internal combustion engine 10 includes a cylinder block portion 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, an oil pan, and the like, a cylinder head portion 30 fixed on the cylinder block portion 20, and a gasoline mixture to the cylinder block portion 20. An intake system 40 for supplying, an exhaust system 50 for releasing exhaust gas from the cylinder block 20 to the outside, and a transmission 90 (automatic transmission) controlled by a transmission control device 80 (a hydraulic circuit including an electromagnetic valve). Machine).

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の壁面及びピストン22の上面は、シリンダヘッド部30の下面とともに燃焼室25を形成している。   The cylinder block unit 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 through the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The wall surface of the cylinder 21 and the upper surface of the piston 22 form a combustion chamber 25 together with the lower surface of the cylinder head portion 30.

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。   The cylinder head portion 30 includes an intake port 31 communicating with the combustion chamber 25, an intake valve 32 that opens and closes the intake port 31, an intake camshaft that drives the intake valve 32, and a phase angle and lift amount of the intake camshaft are continuously provided. Variable intake timing device 33 to be changed, actuator 33a of variable intake timing device 33, exhaust port 34 communicating with combustion chamber 25, exhaust valve 35 for opening and closing exhaust port 34, exhaust camshaft 36 for driving exhaust valve 35, An ignition plug 37, an igniter 38 including an ignition coil that generates a high voltage to be applied to the ignition plug 37, and an injector (fuel injection means) 39 for injecting fuel into the intake port 31 are provided.

なお、機関10は、上記インジェクタ39に代えて或いは上記インジェクタ39に加えて、燃料を燃焼室25内に直接噴射する筒内インジェクタ(図示省略)を備えてもよい。   The engine 10 may include an in-cylinder injector (not shown) that directly injects fuel into the combustion chamber 25 in place of or in addition to the injector 39.

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。   The intake system 40 is provided in an intake pipe 41 including an intake manifold that communicates with the intake port 31 and forms an intake passage together with the intake port 31, an air filter 42 provided at an end of the intake pipe 41, and the intake pipe 41. A throttle valve 43 is provided which makes the opening cross-sectional area of the intake passage variable. The throttle valve 43 is rotationally driven in the intake pipe 41 by a throttle valve actuator 43a made of a DC motor.

排気系統50は、各気筒の排気ポート34に一端が接続された複数の枝部を含むエキゾーストマニホールド51、各エキゾーストマニホールド51の枝部の他端であって総ての枝部が集合している集合部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に配設された触媒53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。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51 including a plurality of branches connected at one end to the exhaust port 34 of each cylinder, and the other ends of the branches of each exhaust manifold 51 and all branches are assembled. An exhaust pipe 52 connected to the collecting portion, and a catalyst 53 disposed on the exhaust pipe 52 are provided. The exhaust port 34, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 constitute an exhaust passage.

なお、排気系統50は、触媒53に加えて、エキゾーストパイプ52の触媒53よりも下流側に下流側触媒(図示省略)を備えてもよい。   The exhaust system 50 may include a downstream catalyst (not shown) on the downstream side of the catalyst 53 of the exhaust pipe 52 in addition to the catalyst 53.

触媒53(上記下流側触媒が配設される場合、触媒53及び下流側触媒のそれぞれ。以下同じ。)は、所謂、ジルコニア等のセラミックからなる担持体に「白金等の貴金属からなる触媒成分」及び「セリア(CeO2)等の酸素吸蔵物質」を担持する三元触媒装置(排気浄化触媒)である。各触媒は、触媒物質の温度が活性温度以上であり、且つ、触媒53に流入するガスの空燃比が理論空燃比である場合、未燃物(HC,CO等)と窒素酸化物(NOx)との酸化還元反応を促進し、流入するガスを浄化する。   The catalyst 53 (when the downstream catalyst is disposed, each of the catalyst 53 and the downstream catalyst; the same applies hereinafter) is supported on a support made of ceramic such as zirconia or the like “a catalyst component made of noble metal such as platinum”. And a three-way catalyst device (exhaust gas purification catalyst) carrying "oxygen storage material such as ceria (CeO2)". In each catalyst, when the temperature of the catalyst material is equal to or higher than the activation temperature and the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst 53 is the stoichiometric air-fuel ratio, unburnt substances (HC, CO, etc.) and nitrogen oxides (NOx) Promotes the redox reaction and purifies the inflowing gas.

この制御装置は、熱線式エアフローメータ61、スロットルポジションセンサ62、カムポジションセンサ63、クランクポジションセンサ64、水温センサ65、上流側空燃比センサ66、下流側空燃比センサ67、アクセル開度センサ68及び車速センサ(図示省略)を備えている。   This control device includes a hot-wire air flow meter 61, a throttle position sensor 62, a cam position sensor 63, a crank position sensor 64, a water temperature sensor 65, an upstream air-fuel ratio sensor 66, a downstream air-fuel ratio sensor 67, an accelerator opening sensor 68, and A vehicle speed sensor (not shown) is provided.

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(機関10に単位時間あたりに吸入される空気の質量。本発明においては、単に「流量」とも称呼する。)Gaに応じた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62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。
The air flow meter 61 is a mass flow rate of intake air flowing through the intake pipe 41 (the mass of air sucked into the engine 10 per unit time. In the present invention, it is also simply referred to as “flow rate”) Ga. Is output.
The throttle position sensor 62 detects the opening (throttle valve opening) of the throttle valve 43 and outputs a signal representing the throttle valve opening TA.

カムポジションセンサ63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64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、後述する電気制御装置70によって機関回転速度NEに変換される。
水温センサ65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。
The cam position sensor 63 generates a signal (G2 signal) having one pulse every time the intake camshaft rotates 90 ° (that is, every time the crankshaft 24 rotates 180 °).
The crank position sensor 64 outputs a signal having a narrow pulse every time the crankshaft 24 rotates 10 °, and a wide pulse every time the crankshaft 24 rotates 360 °. This signal is converted into an engine speed NE by an electric control device 70 described later.
The water temperature sensor 65 detects the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 10 and outputs a signal representing the cooling water temperature THW.

上流側空燃比センサ66は排気通路に配設されている。上流側空燃比センサ66の配設位置は、エキゾーストマニホールド51の枝部の集合部又はその集合部よりも下流側である。上流側空燃比センサ66は、周知の限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ66は、図2に示したように、「被検出ガス」の空燃比A/Fに応じた電圧である出力値Vabyfsを出力するようになっている。従って、本実施形態において、上流側空燃比センサ66は、排気通路であって上流側空燃比センサ66が配設されている部位を流れるガスの空燃比(従って、触媒53に流入するガスの空燃比、及び、機関に供給される混合気の空燃比)に応じた出力値Vabyfsを出力するようになっている。   The upstream air-fuel ratio sensor 66 is disposed in the exhaust passage. The upstream air-fuel ratio sensor 66 is disposed at the downstream side of the collection portion of the branches of the exhaust manifold 51 or the collection portion thereof. The upstream air-fuel ratio sensor 66 is a known limiting current type oxygen concentration sensor. As shown in FIG. 2, the upstream air-fuel ratio sensor 66 outputs an output value Vabyfs that is a voltage corresponding to the air-fuel ratio A / F of the “detected gas”. Therefore, in the present embodiment, the upstream air-fuel ratio sensor 66 is the air-fuel ratio of the gas flowing through the portion of the exhaust passage that is provided with the upstream air-fuel ratio sensor 66 (therefore, the empty air-fuel ratio flowing into the catalyst 53). The output value Vabyfs corresponding to the fuel ratio and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is output.

この出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が大きくなる(リーンになる)ほど増大する。上流側空燃比センサ66は、被検出ガスの空燃比の変化に対して出力が連続的に変化する広域空燃比センサである。   This output value Vabyfs matches the value Vstoich when the air-fuel ratio of the detected gas is the stoichiometric air-fuel ratio. The output value Vabyfs increases as the air-fuel ratio of the detected gas increases (lean). The upstream air-fuel ratio sensor 66 is a wide-area air-fuel ratio sensor whose output continuously changes in response to changes in the air-fuel ratio of the gas to be detected.

後述する電気制御装置70は、図2に示したテーブル(マップ)Mapabyfsを記憶しており、そのテーブルMapabyfsに実際の出力値Vabyfsを適用することによって空燃比を検出する(検出空燃比abyfsを取得する)ようになっている。以下、上流側空燃比センサ66の出力値VabyfsとテーブルMapabyfsとによって取得される空燃比を、「上流側空燃比abyfs」とも称呼する。   The electric control device 70 described later stores the table (map) Mapabyfs shown in FIG. 2 and detects the air-fuel ratio by applying the actual output value Vabyfs to the table Mapabyfs (acquires the detected air-fuel ratio abyfs). To do). Hereinafter, the air-fuel ratio acquired from the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the table Mapabyfs is also referred to as “upstream air-fuel ratio abyfs”.

下流側空燃比センサ67は、排気通路であって触媒53よりも下流側に配設されている。なお、下流側触媒が配設される場合、下流側空燃比センサ67は、触媒53と下流側触媒との間の排気通路に配設されることが好適である。下流側空燃比センサ67は、周知の起電力式の酸素濃度センサ(安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ)である。下流側空燃比センサ67は、排気通路であって下流側空燃比センサ67が配設されている部位を流れるガスである被検出ガスの空燃比(機関に供給される混合気の空燃比の時間的平均値)に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。   The downstream air-fuel ratio sensor 67 is disposed on the downstream side of the catalyst 53 in the exhaust passage. When the downstream catalyst is provided, the downstream air-fuel ratio sensor 67 is preferably provided in the exhaust passage between the catalyst 53 and the downstream catalyst. The downstream air-fuel ratio sensor 67 is a known electromotive force type oxygen concentration sensor (a known concentration cell type oxygen concentration sensor using stabilized zirconia). The downstream air-fuel ratio sensor 67 is the air-fuel ratio of the detected gas (the time of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine) that is the gas flowing through the exhaust passage and the portion where the downstream air-fuel ratio sensor 67 is disposed. Output value Voxs according to the average value).

この出力値Voxsは、図3に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max(例えば、約0.9V)となり、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min(例えば、約0.1V)となり、被検出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の略中間の電圧Vst(中間電圧Vst、例えば、約0.5V)となる。更に、この出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変し、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。   As shown in FIG. 3, the output value Voxs becomes the maximum output value max (for example, about 0.9 V) when the air-fuel ratio of the detected gas is richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the air-fuel ratio of the detected gas is When the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the minimum output value min (for example, about 0.1 V) is obtained. When the air-fuel ratio of the gas to be detected is the stoichiometric air-fuel ratio, the voltage Vst approximately halfway between the maximum output value max and the minimum output value min. (Intermediate voltage Vst, for example, about 0.5 V). Further, this output value Voxs suddenly changes from the maximum output value max to the minimum output value min when the air-fuel ratio of the gas to be detected changes from an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio. When the air-fuel ratio of the detection gas changes from an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio, it suddenly changes from the minimum output value min to the maximum output value max.

再び、図1を参照すると、アクセル開度センサ68は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
車速センサ(図示省略)は、例えば駆動輪周辺に設置され、車速SPDを表す信号を出力するようになっている。
Referring to FIG. 1 again, the accelerator opening sensor 68 outputs a signal representing the operation amount Accp of the accelerator pedal AP operated by the driver.
A vehicle speed sensor (not shown) is installed, for example, around the drive wheel, and outputs a signal representing the vehicle speed SPD.

電気制御装置70は、互いにバスで接続されたCPU71、ROM72、RAM73、バックアップRAM74、及び、ADコンバータを含むインターフェース75等からなるマイクロコンピュータである。   The electric control device 70 is a microcomputer including a CPU 71, a ROM 72, a RAM 73, a backup RAM 74, an interface 75 including an AD converter, and the like connected to each other via a bus.

インターフェース75は、上記センサ61〜68と接続され、CPU71にセンサ61〜68からの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース75は、CPU71の指示に応じて各アクチュエータ(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等)に駆動信号(指示信号)を送出するようになっている。   The interface 75 is connected to the sensors 61 to 68, and supplies signals from the sensors 61 to 68 to the CPU 71. Further, the interface 75 sends a drive signal (instruction signal) to each actuator (actuator 33a, igniter 38, injector 39, throttle valve actuator 43a, etc. of the variable intake timing device 33) according to an instruction from the CPU 71. Yes.

<空燃比制御>
以下、第1制御装置における空燃比制御を説明する。
第1制御装置は、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるための「メインフィードバック制御」、及び、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを下流側目標値Voxsrefに一致させるための「サブフィードバック制御」を含む空燃比フィードバック制御を実行する。ここで、第1制御装置は、上流側空燃比センサ66の応答性の劣化を随時判定するとともに、上流側空燃比センサ66が「非対称劣化」していると判定される場合、「その出力値Vabyfsに対してローパスフィルタ処理を施して得られる処理後出力値Vabyfslow」に基づいてメインフィードバック制御を実行する。
<Air-fuel ratio control>
Hereinafter, the air-fuel ratio control in the first control device will be described.
The first control device performs “main feedback control” for matching the upstream air-fuel ratio abyfs obtained based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 with the upstream target air-fuel ratio abyfr, and the downstream air-fuel ratio. Air-fuel ratio feedback control including “sub-feedback control” for matching the output value Voxs of the sensor 67 with the downstream target value Voxsref is executed. Here, the first control device determines deterioration of the responsiveness of the upstream air-fuel ratio sensor 66 at any time, and determines that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is “asymmetrically deteriorated”. The main feedback control is executed based on the “processed output value Vabyfslow obtained by performing low-pass filter processing on Vabyfs”.

具体的には、まず、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfs(上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判定される場合、処理後出力値Vabyfslow)が、「下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの出力偏差量Dvoxsを小さくするように算出されたサブフィードバック補正量Vafsfb」により補正される。そして、この補正によって得られた「フィードバック制御用出力値Vabyfc」が上述したテーブルMapabyfs(図2を参照。)に適用されることにより、「フィードバック制御用空燃比(補正検出空燃比)abyfsc」が算出される。更に、このフィードバック制御用空燃比abyfscが「上流側目標空燃比abyfr」に一致するように燃料噴射量が制御される。第1制御装置においては、このように空燃比フィードバック制御が行われる。以下にて、この空燃比フィードバック制御をより詳細に説明する。   Specifically, first, the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 (if the upstream air-fuel ratio sensor 66 is determined to be asymmetrically degraded, the post-processing output value Vabyfslow) is expressed as “downstream air-fuel ratio sensor. The sub-feedback correction amount Vafsfb calculated so as to reduce the output deviation amount Dvoxs between the output value Voxs of 67 and the downstream target value Voxsref is corrected. Then, the “feedback control output value Vabyfc” obtained by this correction is applied to the above-described table Mapabyfs (see FIG. 2), whereby “feedback control air-fuel ratio (corrected detected air-fuel ratio) abyfsc” is Calculated. Further, the fuel injection amount is controlled such that the feedback control air-fuel ratio abyfsc matches the “upstream target air-fuel ratio abyfr”. In the first control device, air-fuel ratio feedback control is performed in this way. Hereinafter, this air-fuel ratio feedback control will be described in more detail.

1.メインフィードバック制御
より具体的に述べると、第1制御装置は、フィードバック制御用出力値Vabyfcを下記(1)式に従って算出する。(1)式において、Vabyfsは上流側空燃比センサ66の出力値、Vafsfbは下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック補正量である。これらの値は、何れも現時点において得られている値である。サブフィードバック補正量Vafsfbの算出方法は後述される。
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb ・・・(1)
1. More specifically, the first control device calculates the feedback control output value Vabyfc according to the following equation (1). In the equation (1), Vabyfs is an output value of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and Vafsfb is a sub-feedback correction amount calculated based on the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67. These values are all values obtained at the present time. A method of calculating the sub feedback correction amount Vafsfb will be described later.
Vabyfc = Vabyfs + Vafsfb (1)

第1制御装置は、下記(2)式に示したように、フィードバック制御用出力値Vabyfcを図2に示したテーブルMapabyfsに適用することによってフィードバック制御用空燃比abyfscを得る。
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) ・・・(2)
The first control device obtains the feedback control air-fuel ratio abyfsc by applying the feedback control output value Vabyfc to the table Mapabyfs shown in FIG.
abyfsc = Mapabyfs (Vabyfc) (2)

一方、第1制御装置は、現時点(時点k)にて気筒内に吸入される空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求める。筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ61の出力Gaと機関回転速度NEとに基づいて求められ(例えば、エアフローメータ61の出力Gaに対して一次遅れ処理を施した値を機関回転速度NEで除することにより求められ)、各吸気行程に対応されながらRAM73内に記憶される。筒内吸入空気量Mc(k)は、周知の空気モデル(吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル)により算出されてもよい。   On the other hand, the first control device obtains an in-cylinder intake air amount Mc (k) that is an amount of air taken into the cylinder at the present time (time k). The in-cylinder intake air amount Mc (k) is obtained for each intake stroke of each cylinder based on the output Ga of the air flow meter 61 and the engine rotational speed NE at that time (for example, with respect to the output Ga of the air flow meter 61) The value obtained by dividing the first-order lag processing by the engine speed NE) is stored in the RAM 73 while corresponding to each intake stroke. The in-cylinder intake air amount Mc (k) may be calculated by a well-known air model (a model constructed according to a physical law simulating the behavior of air in the intake passage).

第1制御装置は、下記(3)式に示したように、その筒内吸入空気量Mc(k)を現時点における上流側目標空燃比abyfr(k)によって除すことにより基本燃料噴射量Fbaseを求める。なお、上流側目標空燃比abyfr(k)は、各吸気行程に対応されながらRAM73内に記憶される。
Fbase=Mc(k)/abyfr(k) ・・・(3)
As shown in the following equation (3), the first control device divides the in-cylinder intake air amount Mc (k) by the current upstream target air-fuel ratio abyfr (k), thereby reducing the basic fuel injection amount Fbase. Ask. The upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is stored in the RAM 73 while corresponding to each intake stroke.
Fbase = Mc (k) / abyfr (k) (3)

第1制御装置は、下記(4)式に示したように、基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正量DFiにより補正する(基本燃料噴射量Fbaseにメインフィードバック補正量DFiを加える)ことにより、最終燃料噴射量Fiを算出する。そして、第1制御装置は、最終燃料噴射量Fiの燃料を吸気行程を迎えている気筒のインジェクタ39から噴射する。メインフィードバック補正量DFiの算出方法は後述される。
Fi=Fbase+DFi ・・・(4)
As shown in the following equation (4), the first control device corrects the basic fuel injection amount Fbase by the main feedback correction amount DFi (adds the main feedback correction amount DFi to the basic fuel injection amount Fbase), and finally The fuel injection amount Fi is calculated. Then, the first control device injects the fuel of the final fuel injection amount Fi from the injector 39 of the cylinder that is in the intake stroke. A method of calculating the main feedback correction amount DFi will be described later.
Fi = Fbase + DFi (4)

上記(4)式におけるメインフィードバック補正量DFiは、以下のようにして求められる。
まず、第1制御装置は、下記(5)式に示したように、現時点よりもNサイクル(即ち、N・720°クランク角)「前」の時点における筒内吸入空気量Mc(k−N)を、上記フィードバック制御用空燃比(補正検出空燃比)abyfscにて除すことにより、現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室25に実際に供給された燃料の量である「筒内供給燃料量Fc(k−N)」を求める。
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc ・・・(5)
The main feedback correction amount DFi in the above equation (4) is obtained as follows.
First, as shown in the following equation (5), the first control device determines that the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) at the point “N” before the present time is N cycles (ie, N · 720 ° crank angle). ) Is divided by the feedback control air-fuel ratio (corrected detected air-fuel ratio) abyfsc to obtain “in-cylinder supply” which is the amount of fuel actually supplied to the combustion chamber 25 at the time N cycles before the current time. The fuel amount Fc (k−N) ”is obtained.
Fc (k−N) = Mc (k−N) / abyfsc (5)

このように、現時点からNサイクル前の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)をフィードバック制御用空燃比abyfscで除するのは、燃焼室25内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ66に到達するまでにNサイクルに相当する時間を要しているからである。   Thus, in order to obtain the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) before the N cycle from the present time, the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) before the N cycle from the present time is determined as the air-fuel ratio for feedback control abyfsc. This is because it takes a time corresponding to N cycles until the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 25 reaches the upstream air-fuel ratio sensor 66.

次に、第1制御装置は、下記(6)式に示したように、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を現時点からNサイクル前の上流側目標空燃比abyfr(k−N)で除すことにより現時点からNサイクル前の「目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)」を求める。
Fcr(k−N)=Mc(k−N)/abyfr(k−N) ・・・(6)
Next, as shown in the following equation (6), the first control device calculates the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) N cycles before the current time as the upstream target air-fuel ratio abyfr before N cycles from the current time. By dividing by (k−N), “target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N)” N cycles before the present time is obtained.
Fcr (k−N) = Mc (k−N) / abyfr (k−N) (6)

第1制御装置は、下記(7)式に示したように、現時点からNサイクル前の目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じた値を「筒内燃料供給量偏差DFc」として設定する。この筒内燃料供給量偏差DFcは、「Nサイクル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。
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) ・・・(7)
As shown in the following equation (7), the first control device subtracts the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) from the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N) N cycles before the present time. The value is set as “in-cylinder fuel supply amount deviation DFc”. This in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is an amount representing “the excess or deficiency of the fuel supplied into the cylinder at the time point before N cycles”.
DFc = Fcr (k−N) −Fc (k−N) (7)

その後、第1制御装置は、下記(8)式に基づいてメインフィードバック補正量DFiを求める。この(8)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。(8)式の係数KFBは、機関回転速度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。なお、ここでは係数KFBを「1」としている。また、(8)式の値SDFcは筒内燃料供給量偏差DFcの積分値である。即ち、第1制御装置は、フィードバック制御用空燃比abyfscと上流側目標空燃比abyfrとに基づく比例積分制御によりメインフィードバック補正量DFiを算出する。このメインフィードバック補正量DFiは上記(4)式に示したように基本燃料噴射量Fbaseに加えられ、それにより、最終的な燃料噴射量Fiが算出される。
DFi=(Gp・DFc+Gi・SDFc)・KFB ・・・(8)
Thereafter, the first control device obtains the main feedback correction amount DFi based on the following equation (8). In this equation (8), Gp is a preset proportional gain, and Gi is a preset integral gain. The coefficient KFB in the equation (8) is preferably variable depending on the engine speed NE, the in-cylinder intake air amount Mc, and the like. Here, the coefficient KFB is set to “1”. Further, the value SDFc in the equation (8) is an integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc. That is, the first controller calculates the main feedback correction amount DFi by proportional-integral control based on the feedback control air-fuel ratio abyfsc and the upstream target air-fuel ratio abyfr. The main feedback correction amount DFi is added to the basic fuel injection amount Fbase as shown in the above equation (4), thereby calculating the final fuel injection amount Fi.
DFi = (Gp · DFc + Gi · SDFc) · KFB (8)

更に、第1制御装置は、随時、上流側空燃比センサ66の応答性の劣化を診断(判定)するとともに、診断の結果に応じて上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsを補正する。   Further, the first control device diagnoses (determines) the responsiveness deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 66 at any time and corrects the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 according to the result of the diagnosis.

上流側空燃比センサ66の応答性劣化の診断(判定)方法を、図4に示すタイムチャートを参照して説明する。図4は、「触媒53の上流側における排ガスの実空燃比の変動(a)」に対する「上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsから得られる検出空燃比abyfs(b)の変動」の一例を示すタイムチャートである。   A method for diagnosing (determining) the response deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 66 will be described with reference to the time chart shown in FIG. FIG. 4 shows an example of “change in detected air-fuel ratio abyfs (b) obtained from output value Vabyfs of upstream air-fuel ratio sensor 66” with respect to “change in actual air-fuel ratio of exhaust gas upstream of catalyst 53 (a)”. It is a time chart which shows.

まず、図4(a)に示すように、時刻t1にて、実空燃比を「理論空燃比stoichよりもαだけ小さい空燃比(stoich−α)」から「理論空燃比stoichよりもαだけ大きい空燃比(sstoich+α)」までステップ状に変化させる。そして、時刻t1から時刻t3まで(期間Tp)、実空燃比を「stoich+α」に維持する。このとき、図4(b)に示すように、検出空燃比abyfsが「stoich+α」に到達するには、ある程度の時間を要する。ここで、「検出空燃比abyfsが実空燃比の変化量Aのうちの所定割合β(例えば、β=0.632)に相当する値(stoich−α+β・A)に到達するまでの時間」(即ち、時刻t1から時刻t2までの時間)を、リーン方向応答時定数Tafleanとして取得する。   First, as shown in FIG. 4A, at time t1, the actual air-fuel ratio is increased from “the air-fuel ratio (stoich−α) smaller by α than the stoichiometric air-fuel ratio stoich” by “α more than the stoichiometric air-fuel ratio stoich”. The air-fuel ratio is changed in steps until the air-fuel ratio (sstoich + α) ”. Then, the actual air-fuel ratio is maintained at “stoich + α” from time t1 to time t3 (period Tp). At this time, as shown in FIG. 4B, it takes a certain amount of time for the detected air-fuel ratio abyfs to reach “stoich + α”. Here, “time until the detected air-fuel ratio abyfs reaches a value (stoich−α + β · A) corresponding to a predetermined ratio β (for example, β = 0.632) of the change amount A of the actual air-fuel ratio” ( That is, the time from time t1 to time t2) is acquired as the lean direction response time constant Taflean.

次いで、時刻t3にて、実空燃比を「stoich+α」から「stoich−α」までステップ状に変化させる。そして、時刻t3から時刻t5まで(期間Tp)、実空燃比を「stoich−α」に維持する。このとき、上記同様、検出空燃比abyfsが「stoich−α」に到達するには、ある程度の時間を要する。ここで、「検出空燃比abyfsが実空燃比の変化量Aのうちの所定割合β(例えば、上記同様、β=0.632)に相当する値(stoich+α−β・A)に到達するまでの時間」(即ち、時刻t3から時刻t4までの時間)を、リッチ方向応答時定数Tafrichとして取得する。   Next, at time t3, the actual air-fuel ratio is changed stepwise from “stoich + α” to “stoich−α”. Then, the actual air-fuel ratio is maintained at “stoich−α” from time t3 to time t5 (period Tp). At this time, as described above, a certain amount of time is required for the detected air-fuel ratio abyfs to reach “stoich−α”. Here, “until the detected air-fuel ratio abyfs reaches a value (stoich + α−β · A) corresponding to a predetermined ratio β of the actual air-fuel ratio change amount A (for example, β = 0.632 as described above). "Time" (that is, the time from time t3 to time t4) is acquired as the rich direction response time constant Tafrich.

そして、取得されたリーン方向応答時定数Tafleanとリッチ方向応答時定数Tafrichとの「差の絶対値」が所定の許容値よりも大きいとき、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判定される。   Then, when the “absolute value of the difference” between the acquired lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich is larger than a predetermined allowable value, it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated. Is done.

更に、第1制御装置は、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判定したとき、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsを補正する。上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsの補正方法を、以下に説明する。   Further, when the first control device determines that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has deteriorated asymmetrically, the first control device corrects the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. A method for correcting the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 will be described below.

上記方法によって上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判断されたとき、下記(9)式に従い、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに対してローパスフィルタ処理が施されて処理後出力値Vabyfslowが取得される。(9)式において、Vabyfslow(k)は更新された後の処理後出力値、Vabyfslow(k−1)は更新される前の処理後出力値、Tsは本処理の実行周期、Tafはリーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichのうちの何れか大きい方の応答時定数(劣化側応答時定数)である。
Vabyfslow(k)=Vabyfslow(k−1)
+Ts/Taf・(Vabyfs(k)−Vabyfslow(k−1)) ・・・(9)
When the upstream air-fuel ratio sensor 66 is determined to be asymmetrically deteriorated by the above method, the low-pass filter process is performed on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 according to the following equation (9) and the post-processing Output value Vabyfslow is obtained. In equation (9), Vabyfslow (k) is the post-processing output value after the update, Vabyfslow (k−1) is the post-processing output value before the update, Ts is the execution cycle of this processing, and Taf is the lean direction This is the larger response time constant (deterioration response time constant) of the response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich.
Vabyfslow (k) = Vabyfslow (k−1)
+ Ts / Taf ・ (Vabyfs (k) −Vabyfslow (k−1)) (9)

これにより、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsのうちの劣化側応答時定数Tafによって定まるカットオフ周波数よりも大きい周波数成分が、出力値Vabyfsから実質的に除去される。この結果、上記ローパスフィルタ処理が施された出力値Vabyfs(処理後出力値)は、実質的に、上記カットオフ周波数以下の周波数成分のみによって構成される。即ち、上記補正によって空燃比センサの「応答性が高い側の出力値」が「応答性が低い側の出力値」に合わせこまれるので、処理後出力値は対称な応答性を示すようになる。   Thereby, a frequency component larger than the cutoff frequency determined by the deterioration side response time constant Taf in the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 is substantially removed from the output value Vabyfs. As a result, the output value Vabyfs (processed output value) that has been subjected to the low-pass filter processing is substantially composed only of frequency components that are equal to or lower than the cutoff frequency. In other words, since the “corrected output value” of the air-fuel ratio sensor is adjusted to the “output value of the low responsiveness” by the correction, the output value after processing becomes symmetrical. .

第1制御装置は、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判定したとき、上記(1)式における出力値Vabyfsを上記(9)式にて取得した処理後出力値Vabyfslowに置換する。そして、第1制御装置は、処理後出力値Vabyfslow及びサブフィードバック補正量Vafsfbに基づき、上記(1)式に従ってフィードバック制御用出力値Vabyfcを算出する。その後、第1制御装置は、上記(2)式乃至上記(8)式に示すようにメインフィードバック制御を実行する。   When determining that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically degraded, the first control device replaces the output value Vabyfs in the above equation (1) with the post-processing output value Vabyfslow obtained in the above equation (9). . Then, the first control device calculates the feedback control output value Vabyfc according to the above equation (1) based on the post-processing output value Vabyfslow and the sub feedback correction amount Vafsfb. Thereafter, the first control device executes main feedback control as shown in the equations (2) to (8).

2.サブフィードバック制御
第1制御装置は上述したサブフィードバック補正量Vafsfbを次のように算出する。
即ち、第1制御装置は、下記(10)式に示したように、下流側目標値Voxsrefから現時点の下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを減じることにより出力偏差量DVoxsを求める。
DVoxs=Voxsref−Voxs ・・・(10)
2. Sub-feedback control The first control device calculates the above-described sub-feedback correction amount Vafsfb as follows.
That is, as shown in the following equation (10), the first control device obtains the output deviation amount DVoxs by subtracting the current output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 from the downstream target value Voxsref.
DVoxs = Voxsref−Voxs (10)

第1制御装置は、下記(11)式に基づいてサブフィードバック補正量Vafsfbを求める。(11)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)である。また、SDVoxsは、出力偏差量DVoxsの積分値である。
Vafsfb=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs ・・・(11)
The first control device obtains the sub feedback correction amount Vafsfb based on the following equation (11). In equation (11), Kp is a preset proportional gain (proportional constant), and Ki is a preset integral gain (integral constant). SDVoxs is an integral value of the output deviation amount DVoxs.
Vafsfb = Kp · DVoxs + Ki · SDVoxs (11)

このように、第1制御装置は、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとに基づく比例積分制御によりサブフィードバック補正量Vafsfbを算出する。このサブフィードバック補正量Vafsfbは、上述した(11)式に示したように、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出するために使用される。   In this way, the first control device calculates the sub feedback correction amount Vafsfb by proportional-integral control based on the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 and the downstream target value Voxsref. This sub-feedback correction amount Vafsfb is used to calculate the feedback control output value Vabyfc, as shown in the above-described equation (11).

以上に説明したように、第1制御装置は、サブフィードバック補正量Vafsfbを加えることによって上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfs又は処理後出力値Vabyfslowを補正し、その補正によって得られたフィードバック制御用出力値Vabyfc(=Vabyfs+Vafsfb)に基づいてフィードバック制御用空燃比abyfscを取得する(図2を参照。)。そして、第1制御装置は、取得したフィードバック制御用空燃比abyfscが上流側目標空燃比abyfrに一致するように燃料噴射量Fiを制御する。   As described above, the first control device corrects the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 or the processed output value Vabyfslow by adding the sub feedback correction amount Vafsfb, and the feedback control obtained by the correction. The feedback control air-fuel ratio abyfsc is acquired based on the output value Vabyfc (= Vabyfs + Vafsfb) (see FIG. 2). Then, the first control device controls the fuel injection amount Fi so that the acquired feedback control air-fuel ratio abyfsc matches the upstream target air-fuel ratio abyfr.

その結果、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに相当する上流側空燃比abyfsは上流側目標空燃比abyfrに近づき、同時に、下流側空燃比センサ67の出力値Voxsは下流側目標値Voxsrefに近づく。即ち、第1制御装置は、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsとサブフィードバック補正量Vafsfbとに基づいて機関の混合気の空燃比を上流側目標空燃比abyfrに一致させる空燃比フィードバック制御手段を備えている。   As a result, the upstream air-fuel ratio abyfs corresponding to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 approaches the upstream target air-fuel ratio abyfr, and at the same time, the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 becomes the downstream target value Voxsref. Get closer. That is, the first control device is an air-fuel ratio feedback control means for matching the air-fuel ratio of the engine mixture to the upstream target air-fuel ratio abyfr based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the sub feedback correction amount Vafsfb. It has.

なお、上述した上流側目標空燃比abyfr及び下流側目標値Voxsrefの設定方法は、後述される。   The method for setting the upstream target air-fuel ratio abyfr and the downstream target value Voxsref described above will be described later.

<実際の作動>
以下、第1制御装置の実際の作動について説明する。
第1制御装置のCPU71は、図5乃至図8にフローチャートにより示した各ルーチンを所定の時間毎に繰り返し実行するようになっている。
<Actual operation>
Hereinafter, the actual operation of the first control device will be described.
The CPU 71 of the first control device repeatedly executes each routine shown in the flowcharts of FIGS. 5 to 8 at predetermined time intervals.

より具体的に述べると、CPU71は、所定のタイミングにて図5に示す燃料噴射制御ルーチンを実行し、最終燃料噴射量Fiの算出及び燃料噴射の指示を行う。CPU71は、このルーチンを、所定の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、その気筒(以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。)に対して繰り返し実行するようになっている。即ち、CPU71は、図5のステップ500から処理を開始し、後述するステップ510乃至ステップ540の処理を順に行い、ステップ595に進んで本ルーチンを一旦終了する。   More specifically, the CPU 71 executes a fuel injection control routine shown in FIG. 5 at a predetermined timing, and calculates the final fuel injection amount Fi and instructs fuel injection. The CPU 71 calls this routine every time the crank angle of a predetermined cylinder reaches a predetermined crank angle before the intake top dead center (for example, BTDC 90 ° CA) (hereinafter also referred to as “fuel injection cylinder”). Is to be executed repeatedly. That is, the CPU 71 starts processing from step 500 in FIG. 5, sequentially performs processing from step 510 to step 540 described later, proceeds to step 595, and once ends this routine.

ステップ510:CPU71は、エアフローメータ61により計測された吸入空気量Gaと機関回転速度NEとに基づき、燃料噴射気筒に吸入される空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を取得する。
ステップ520:CPU71は、上記(3)式に従って基本燃料噴射量Fbaseを求める。
ステップ530:CPU71は、上記(4)式に従って基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正量DFiにより補正し、最終燃料噴射量Fiを求める。
ステップ540:CPU71は、最終燃料噴射量Fiの燃料を燃料噴射気筒に対応して設けられているインジェクタ39から噴射する。
Step 510: The CPU 71 acquires the in-cylinder intake air amount Mc (k), which is the amount of air taken into the fuel injection cylinder, based on the intake air amount Ga measured by the air flow meter 61 and the engine speed NE.
Step 520: The CPU 71 obtains the basic fuel injection amount Fbase according to the above equation (3).
Step 530: The CPU 71 corrects the basic fuel injection amount Fbase with the main feedback correction amount DFi according to the above equation (4) to obtain the final fuel injection amount Fi.
Step 540: The CPU 71 injects fuel of the final fuel injection amount Fi from the injector 39 provided corresponding to the fuel injection cylinder.

以上により、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に対して噴射される。以下、上述したメインフィードバック補正量DFiの算出方法について説明する。   Thus, the fuel of the final fuel injection amount Fi is injected into the fuel injection cylinder. Hereinafter, a method for calculating the above-described main feedback correction amount DFi will be described.

CPU71は、所定時間が経過する毎に図6に示すセンサ出力補正用時定数取得ルーチンを実行し、上流側空燃比センサ66が非対称劣化しているか否かを判定するとともに、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判定された場合には出力値Vabyfsを補正するための劣化側応答時定数Tafを取得する。即ち、CPU71は、所定のタイミングにて図6のステップ600から処理を開始し、ステップ610に進んで「センサ劣化診断実行条件」が成立しているか否かを判定する。第1制御装置において、センサ劣化診断実行条件は、上流側空燃比センサ66が活性状態であるときに成立する。   The CPU 71 executes a sensor output correction time constant acquisition routine shown in FIG. 6 every time a predetermined time elapses to determine whether or not the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated, and the upstream air-fuel ratio sensor. When it is determined that 66 is asymmetrically degraded, a degradation-side response time constant Taf for correcting the output value Vabyfs is acquired. That is, the CPU 71 starts the process from step 600 in FIG. 6 at a predetermined timing, and proceeds to step 610 to determine whether or not the “sensor deterioration diagnosis execution condition” is satisfied. In the first control device, the sensor deterioration diagnosis execution condition is satisfied when the upstream air-fuel ratio sensor 66 is in the active state.

ここで、現時点にて、センサ劣化診断実行条件が成立すると仮定する。本仮定に従えば、CPU71は、そのステップ610にて「Yes」と判定してステップ620に進み、図示しない時定数取得ルーチンにより別途検出(取得)されている「リーン方向応答時定数Taflean」及び「リッチ方向応答時定数Tafrich」を取得する。   Here, it is assumed that the sensor deterioration diagnosis execution condition is satisfied at the present time. According to this assumption, the CPU 71 makes a “Yes” determination at step 610 to proceed to step 620, where the “lean direction response time constant Taflean” separately detected (acquired) by a time constant acquisition routine (not shown) and Get “Rich direction response time constant Tafrich”.

ここで、時定数取得ルーチンは、機関10が「スロットルバルブ開度TAの単位時間あたりの変化量ΔTAが所定の閾値ΔTAth以下(ΔTA≦ΔTAth)、機関回転速度NEが所定の第1機関回転速度NE1以上第2機関回転速度NE2以下(NE1≦NE≦NE2)、且つ、筒内吸入空気量Mcが第1筒内吸入空気量Mc1以上第2筒内吸入空気量Mc2以下(Mc1≦Mc≦Mc2)」である定常運転を行っているときに実行される。なお、本例において、「機関回転速度NEが所定の第1機関回転速度NE1以上第2機関回転速度NE2以下(NE1≦NE≦NE2)、且つ、筒内吸入空気量Mcが第1筒内吸入空気量Mc1以上第2筒内吸入空気量Mc2以下(Mc1≦Mc≦Mc2)」である運転状態を「第1の運転状態」と称呼する。時定数取得ルーチンにおいては、上述したように、排ガスの実空燃比を図4(a)に示すようにステップ状に変化させたときの検出空燃比abyfsの変動に基づき、リーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichが取得される。なお、時定数取得ルーチンは、機関10が上記第1の運転状態にて運転されている場合であって、今回の機関10の始動後に一度も実行されていない場合にのみ実行されるようにプログラムされていてもよい。   Here, the time constant acquisition routine is such that the engine 10 “change amount ΔTA per unit time of the throttle valve opening TA is equal to or smaller than a predetermined threshold ΔTAth (ΔTA ≦ ΔTAth), and the engine rotational speed NE is a predetermined first engine rotational speed. NE1 to the second engine speed NE2 or less (NE1 ≦ NE ≦ NE2), and the cylinder intake air amount Mc is greater than or equal to the first cylinder intake air amount Mc1 and less than or equal to the second cylinder intake air amount Mc2 (Mc1 ≦ Mc ≦ Mc2). It is executed during steady operation that is “)”. In this example, “the engine rotational speed NE is a predetermined first engine rotational speed NE1 or more and a second engine rotational speed NE2 or less (NE1 ≦ NE ≦ NE2), and the in-cylinder intake air amount Mc is the first in-cylinder intake. An operation state in which the air amount Mc1 or more and the second cylinder intake air amount Mc2 or less (Mc1 ≦ Mc ≦ Mc2) ”is referred to as a“ first operation state ”. In the time constant acquisition routine, as described above, the lean direction response time constant Taflean is based on the fluctuation of the detected air-fuel ratio abyfs when the actual air-fuel ratio of the exhaust gas is changed stepwise as shown in FIG. And the rich direction response time constant Tafrich is acquired. Note that the time constant acquisition routine is a program that is executed only when the engine 10 is operating in the first operating state and has not been executed once after the current start of the engine 10. May be.

次いで、CPU71は、ステップ630に進み、「リーン方向応答時定数Tafleanとリッチ方向応答時定数Tafrichとの差の絶対値」が所定の許容値δよりも大きいか否かを判定する。第1制御装置においては、上記「差の絶対値」が許容値δよりも大きい場合、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判断される。一方、上記「差の絶対値」が許容値δ以下である場合、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していないと判断される。   Next, the CPU 71 proceeds to step 630 to determine whether or not “the absolute value of the difference between the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich” is larger than a predetermined allowable value δ. In the first control apparatus, when the “absolute value of the difference” is larger than the allowable value δ, it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated. On the other hand, when the “absolute value of the difference” is equal to or smaller than the allowable value δ, it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has not deteriorated asymmetrically.

ここで、現時点では、上述した「差の絶対値」が許容値δ以下である(即ち、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していない)と仮定する。本仮定に従えば、CPU71は、そのステップ630にて「No」と判定してステップ640に進み、センサ非対称劣化フラグXSADの値を「0」に設定する。その後、CPU71は、ステップ695に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Here, it is assumed that the “absolute value of difference” described above is equal to or less than the allowable value δ (that is, the upstream air-fuel ratio sensor 66 is not asymmetrically deteriorated). According to this assumption, the CPU 71 determines “No” in step 630 and proceeds to step 640 to set the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD to “0”. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 695 to end the present routine tentatively.

センサ非対称劣化フラグXSADは、その値が「1」であるとき、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していることを示す。一方、センサ非対称劣化フラグXSADは、その値が「0」であるとき、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していないことを示す。なお、センサ非対称劣化フラグXSADの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときに実行されるイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されようになっている。   When the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”, it indicates that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated. On the other hand, when the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “0”, it indicates that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has not undergone asymmetric deterioration. The value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is set to “0” in an initial routine executed when an ignition key switch (not shown) is changed from OFF to ON.

更に、CPU71は、所定のタイミングにて図7に示すメインフィードバック補正量DFi算出ルーチンを実行し、図5のルーチンに示す処理(ステップ530を参照。)にて使用するメインフィードバック補正量DFiを算出する。即ち、CPU71は、ステップ700から処理を開始してステップ705に進み、メインフィードバック制御条件(上流側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。第1制御装置において、メインフィードバック制御条件は、触媒53の暖機期間が終了しており、フューエルカット運転の実行中でなく、機関10の冷却水温THWが所定の第1温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であり、且つ、上流側空燃比センサ66が活性化しているときに成立する。   Further, the CPU 71 executes a main feedback correction amount DFi calculation routine shown in FIG. 7 at a predetermined timing, and calculates a main feedback correction amount DFi used in the processing shown in the routine of FIG. 5 (see step 530). To do. That is, the CPU 71 starts processing from step 700 and proceeds to step 705 to determine whether or not a main feedback control condition (upstream air-fuel ratio feedback control condition) is satisfied. In the first control device, the main feedback control condition is that the warm-up period of the catalyst 53 has ended, the fuel cut operation is not being executed, the cooling water temperature THW of the engine 10 is equal to or higher than the predetermined first temperature, and the engine This is established when the intake air amount (load) per revolution is equal to or less than a predetermined value and the upstream air-fuel ratio sensor 66 is activated.

ここで、現時点にて、上記メインフィードバック制御条件が成立すると仮定する。本仮定に従えば、CPU71は、図7のステップ705にて「Yes」と判定してステップ710に進み、センサ非対称劣化フラグXSADの値が「1」であるか否かを判定する。上述したように、現時点でのセンサ非対称劣化フラグXSADの値は「0」である。従って、CPU71は、そのステップ710にて「No」と判定してステップ715に直接進む。次いで、CPU71は、後述するステップ715乃至ステップ745の処理を順に行い、ステップ795に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Here, it is assumed that the main feedback control condition is satisfied at the present time. According to this assumption, the CPU 71 determines “Yes” in step 705 of FIG. 7 and proceeds to step 710 to determine whether or not the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”. As described above, the current value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “0”. Accordingly, the CPU 71 makes a “No” determination at step 710 to directly proceed to step 715. Next, the CPU 71 sequentially performs the processing of steps 715 to 745 described later, proceeds to step 795, and once ends this routine.

ステップ715:CPU71は、上記(1)式に従ってフィードバック制御用出力値Vabyfcを取得する。なお、第1制御装置においては、上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比に設定される。
ステップ720:CPU71は、上記(2)式に従ってフィードバック制御用空燃比abyfscを取得する。
ステップ725:CPU71は、上記(5)式に従って筒内燃料供給量Fc(k−N)を取得する。
ステップ730:CPU71は、上記(6)式に従って目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を取得する。
ステップ735:CPU71は、上記(7)式に従って筒内燃料供給量偏差DFcを取得する。
ステップ740:CPU71は、上記(8)式に従ってメインフィードバック補正量DFiを取得する。なお、第1制御装置において、係数KFBは「1」に設定されている。筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcは次のステップ745にて求められる。
ステップ745:CPU71は、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740にて求められた筒内燃料供給量偏差DFcを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを取得(更新)する。
Step 715: The CPU 71 acquires the feedback control output value Vabyfc according to the above equation (1). In the first control device, the upstream target air-fuel ratio abyfr is set to the stoichiometric air-fuel ratio.
Step 720: The CPU 71 obtains the feedback control air-fuel ratio abyfsc according to the above equation (2).
Step 725: The CPU 71 acquires the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) according to the above equation (5).
Step 730: The CPU 71 acquires the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N) according to the above equation (6).
Step 735: The CPU 71 acquires the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc according to the above equation (7).
Step 740: The CPU 71 acquires the main feedback correction amount DFi according to the above equation (8). In the first control device, the coefficient KFB is set to “1”. The integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is obtained in the next step 745.
Step 745: The CPU 71 adds the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc obtained in the above step 740 to the integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc at that time, thereby obtaining a new in-cylinder fuel supply amount deviation DFc. Acquire (update) the integral value SDFc.

以上により、メインフィードバック補正量DFiが比例積分制御(PI制御)により求められ、このメインフィードバック補正量DFiが最終燃料噴射量Fiに反映される(図5のステップ530を参照。)。   Thus, the main feedback correction amount DFi is obtained by proportional integral control (PI control), and this main feedback correction amount DFi is reflected in the final fuel injection amount Fi (see step 530 in FIG. 5).

一方、ステップ705の判定時においてメインフィードバック制御条件が成立しないとき、CPU71は、そのステップ705にて「No」と判定してステップ750に進み、メインフィードバック補正量DFiの値をゼロに設定する。次いで、CPU71は、ステップ755に進み、筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcの値をゼロに設定する。その後、CPU71は、ステップ795に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が成立しないとき、メインフィードバック補正量DFiはゼロに設定される。従って、このとき、基本燃料噴射量Fbaseのメインフィードバック補正量DFiによる補正は行われない。   On the other hand, if the main feedback control condition is not satisfied at the time of the determination in step 705, the CPU 71 determines “No” in step 705, proceeds to step 750, and sets the value of the main feedback correction amount DFi to zero. Next, the CPU 71 proceeds to step 755 and sets the value of the integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation to zero. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 795 to end the present routine tentatively. Thus, when the main feedback control condition is not satisfied, the main feedback correction amount DFi is set to zero. Therefore, at this time, the basic fuel injection amount Fbase is not corrected by the main feedback correction amount DFi.

更に、CPU71は、所定のタイミングにて図8に示すサブフィードバック補正量Vafsfb算出ルーチンを実行し、図7のルーチンに示す処理(ステップ715を参照。)にて使用するサブフィードバック補正量Vafsfbを算出する。即ち、CPU71は、図8のステップ800から処理を開始してステップ810に進み、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。第1制御装置において、サブフィードバック制御条件は、図7に示すメインフィードバック条件(ステップ705を参照。)が成立し、機関の冷却水温THWが上記第1温度よりも高い第2温度以上であり、且つ、下流側空燃比センサ67が活性化しているときに成立する。   Further, the CPU 71 executes a sub-feedback correction amount Vafsfb calculation routine shown in FIG. 8 at a predetermined timing, and calculates a sub-feedback correction amount Vafsfb used in the process shown in the routine of FIG. 7 (see step 715). To do. That is, the CPU 71 starts processing from step 800 in FIG. 8 and proceeds to step 810 to determine whether or not the sub feedback control condition is satisfied. In the first control device, the sub feedback control condition is that a main feedback condition (see step 705) shown in FIG. 7 is established, and the engine coolant temperature THW is equal to or higher than a second temperature higher than the first temperature, Further, it is established when the downstream air-fuel ratio sensor 67 is activated.

ここで、現時点にて、サブフィードバック制御条件が成立すると仮定する。本仮定に従えば、CPU71は、図8のステップ810にて「Yes」と判定してステップ820に進む。次いで、CPU71は、後述するステップ820乃至ステップ840の処理を順に行い、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Here, it is assumed that the sub-feedback control condition is satisfied at the present time. According to this assumption, the CPU 71 determines “Yes” in step 810 of FIG. 8 and proceeds to step 820. Next, the CPU 71 sequentially performs the processing from step 820 to step 840 to be described later, proceeds to step 895, and once ends this routine.

ステップ820:CPU71は、上記(10)式に従って下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとの差である出力偏差量DVoxsを取得する。なお、第1制御装置においては、下流側目標値Voxsrefは理論空燃比に対応する値に設定する。
ステップ830:CPU71は、上記(11)式に従ってサブフィードバック補正量Vafsfbを取得する。なお、この時点における比例ゲインKp及び積分ゲインKiは、予め求められた適値に設定されている。
ステップ840:CPU71は、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830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を取得する。
Step 820: The CPU 71 acquires an output deviation amount DVoxs that is a difference between the downstream target value Voxsref and the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 according to the above equation (10). In the first control device, the downstream target value Voxsref is set to a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio.
Step 830: The CPU 71 acquires the sub feedback correction amount Vafsfb according to the above equation (11). Note that the proportional gain Kp and the integral gain Ki at this point are set to appropriate values obtained in advance.
Step 840: The CPU 71 obtains a new output deviation amount integrated value SDVoxs by adding the output deviation amount DVoxs obtained in step 830 to the integral value SDVoxs of the output deviation amount at that time.

以上により、サブフィードバック補正量Vafsfbが比例積分制御(PI制御)により求められ、このサブフィードバック補正量Vafsfbによって上述した上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsが補正される(図7のステップ715を参照。)。そして、補正されたフィードバック制御用出力値Vabyfcに基づいてメインフィードバック量DFiが求められ(図7のステップ740を参照。)、このメインフィードバック量DFiが最終燃料噴射量Fiに反映される(図5のステップ530を参照)。   Thus, the sub feedback correction amount Vafsfb is obtained by proportional integral control (PI control), and the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 described above is corrected by this sub feedback correction amount Vafsfb (Step 715 in FIG. 7 is corrected). reference.). Then, a main feedback amount DFi is obtained based on the corrected feedback control output value Vabyfc (see step 740 in FIG. 7), and this main feedback amount DFi is reflected in the final fuel injection amount Fi (FIG. 5). Step 530).

一方、ステップ810の判定時においてサブフィードバック制御条件が成立しないとき、CPU71は、そのステップ810にて「No」と判定してステップ850に進み、サブフィードバック補正量Vafsfbの値をゼロに設定する。次いで、CPU71は、ステップ860に進み、出力偏差量の積分値SDVoxsの値をゼロに設定する。その後、CPU71は、ステップ895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成立しないとき、サブフィードバック補正量Vafsfbはゼロに設定される。従って、このとき、基本燃料噴射量Fbaseのサブフィードバック補正量Vafsfbによる補正は行われない。   On the other hand, when the sub-feedback control condition is not satisfied at the time of determination in step 810, the CPU 71 determines “No” in step 810, proceeds to step 850, and sets the value of the sub-feedback correction amount Vafsfb to zero. Next, the CPU 71 proceeds to step 860 and sets the value of the integral value SDVoxs of the output deviation amount to zero. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 895 to end the present routine tentatively. Thus, when the sub feedback control condition is not satisfied, the sub feedback correction amount Vafsfb is set to zero. Accordingly, at this time, the basic fuel injection amount Fbase is not corrected by the sub feedback correction amount Vafsfb.

ここで、現時点にて、経年劣化等の理由によって上流側空燃比センサ66が非対称劣化したと仮定する。更に、現時点にて、センサ劣化診断実行条件も成立していると仮定する。上記仮定(センサ劣化診断実行条件が成立している。)に従えば、CPU71は、図6のステップ600から処理を開始すると、ステップ610にて「Yes」と判定してステップ620に進み、リーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichを取得してステップ630に進む。そして、上記仮定(上流側空燃比センサ66が非対称劣化している。)に従えば、リーン方向応答時定数Tafleanとリッチ方向応答時定数Tafrichとの差の絶対値は、許容値δよりも大きい。従って、CPU71は、そのステップ630にて「Yes」と判定してステップ650に進み、センサ非対称劣化フラグXSADの値を「1」に設定する。   Here, it is assumed that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has asymmetrically deteriorated due to reasons such as aging. Furthermore, it is assumed that the sensor deterioration diagnosis execution condition is also satisfied at the present time. According to the above assumption (the sensor deterioration diagnosis execution condition is established), when the CPU 71 starts the process from step 600 in FIG. 6, the CPU 71 determines “Yes” in step 610, proceeds to step 620, and performs lean. The direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich are acquired, and the process proceeds to step 630. Then, according to the above assumption (the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically degraded), the absolute value of the difference between the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich is larger than the allowable value δ. . Accordingly, the CPU 71 determines “Yes” at step 630 and proceeds to step 650 to set the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD to “1”.

次いで、CPU71は、ステップ660に進み、リッチ方向応答時定数Tafrichがリーン方向応答時定数Tafleanよりも大きいか否かを判定する。ここで、現時点では、リッチ方向応答時定数Tafrichがリーン方向応答時定数よりも大きいと仮定する。本仮定に従えば、CPU71はそのステップ660にて「Yes」と判定してステップ670に進み、劣化側応答時定数Tafにリッチ方向応答時定数Tafrichを格納する。その後、CPU71は、ステップ695に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 660 to determine whether or not the rich direction response time constant Tafrich is larger than the lean direction response time constant Taflean. Here, at present, it is assumed that the rich direction response time constant Tafrich is larger than the lean direction response time constant. According to this assumption, the CPU 71 determines “Yes” in step 660 and proceeds to step 670 to store the rich direction response time constant Tafrich in the deterioration side response time constant Taf. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 695 to end the present routine tentatively.

一方、ステップ660の判定時において、リーン方向応答時定数Tafleanがリッチ方向応答時定数Tafrichよりも大きいと、CPU71は、ステップ660にて「No」と判定してステップ680に進み、劣化側応答時定数Tafにリーン方向応答時定数を格納する。その後、CPU71は、ステップ695に進んで本ルーチンを一旦終了する。   On the other hand, when the lean direction response time constant Taflean is larger than the rich direction response time constant Tafrich at the time of the determination in step 660, the CPU 71 makes a “No” determination at step 660 to proceed to step 680. The lean direction response time constant is stored in the constant Taf. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 695 to end the present routine tentatively.

このとき、CPU71は、図7のステップ700から処理を開始すると、上述したメインフィードバック制御条件が成立すれば、ステップ705にて「Yes」と判定してステップ710に進む。上述したように、現時点でのセンサ非対称劣化フラグXSADの値は「1」である。従って、CPU71は、そのステップ710にて「Yes」と判定してステップ760に進む。   At this time, when the CPU 71 starts the process from step 700 in FIG. 7, if the main feedback control condition described above is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 705 and proceeds to step 710. As described above, the current value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”. Accordingly, the CPU 71 determines “Yes” in step 710 and proceeds to step 760.

CPU71は、そのステップ760にて、上記(9)式に従って上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに対して「劣化側応答時定数Tafを時定数とするローパスフィルタ処理」を施し、処理後出力値Vabyfslowを取得する。次いで、CPU71は、ステップ765に進み、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに上記ステップ760にて取得した処理後出力値Vabyfslowを格納する。本処理により、出力値Vabyfsが処理後出力値Vabyfslowに置換される。   In step 760, the CPU 71 performs “low-pass filter processing using the degradation-side response time constant Taf as a time constant” for the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 according to the above equation (9), and outputs the processed result. Gets the value Vabyfslow. Next, the CPU 71 proceeds to step 765 so as to store the post-processing output value Vabyfslow obtained in step 760 as the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. With this processing, the output value Vabyfs is replaced with the post-processing output value Vabyfslow.

次いで、CPU71は、ステップ765にて得られた出力値Vabyfs(上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsをローパスフィルタ処理して得られる処理後出力値Vabyfslow)に基づき、上記同様、ステップ715乃至ステップ745の処理を順に行ってメインフィードバック補正量DFiを取得する。   Next, based on the output value Vabyfs obtained in step 765 (the post-processing output value Vabyfslow obtained by low-pass filtering the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66), the CPU 71 performs steps 715 to The main feedback correction amount DFi is acquired by sequentially performing the processing of 745.

以上により、処理後出力値Vabyfslowに基づくメインフィードバック補正量DFiが比例積分制御(PI制御)により求められ、このメインフィードバック補正量DFiが最終燃料噴射量Fiに反映される(図5のステップ530を参照。)。   As described above, the main feedback correction amount DFi based on the post-processing output value Vabyfslow is obtained by proportional integral control (PI control), and this main feedback correction amount DFi is reflected in the final fuel injection amount Fi (see step 530 in FIG. 5). reference.).

更に、CPU71は、図8のステップ800から処理を開始すると、上述したサブフィードバック制御条件が成立すれば、ステップ810にて「Yes」と判定してステップ820以降に進む。次いで、CPU71は、上記同様、ステップ820乃至ステップ840の処理を順に行ってサブフィードバック補正量Vafsfbを取得する。   Furthermore, when the CPU 71 starts the process from step 800 in FIG. 8, if the above-described sub feedback control condition is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 810 and proceeds to step 820 and subsequent steps. Next, as described above, the CPU 71 sequentially performs the processing from step 820 to step 840 to acquire the sub feedback correction amount Vafsfb.

以上により、サブフィードバック補正量Vafsfbが比例積分制御(PI制御)により求められ、このサブフィードバック補正量Vafsfbによって上述した上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfs(上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsをローパスフィルタ処理して得られる処理後出力値Vabyfslow)が補正される(図7のステップ715を参照。)。そして、補正されたフィードバック制御用出力値Vabyfcに基づいてメインフィードバック量DFiが求められ(図7のステップ740を参照。)、このメインフィードバック量DFiが最終燃料噴射量Fiに反映される(図5のステップ530を参照)。   Thus, the sub-feedback correction amount Vafsfb is obtained by proportional integral control (PI control), and the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 described above (the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66) is determined by this sub-feedback correction amount Vafsfb. The post-processing output value Vabyfslow obtained by performing low-pass filtering is corrected (see step 715 in FIG. 7). Then, a main feedback amount DFi is obtained based on the corrected feedback control output value Vabyfc (see step 740 in FIG. 7), and this main feedback amount DFi is reflected in the final fuel injection amount Fi (FIG. 5). Step 530).

上述したように、第1制御装置においては、上流側空燃比センサ66のリーン方向応答時定数Tafleanとリッチ方向応答時定数Tafrichとの差の絶対値が所定の許容値δよりも大きくなったとき、上流側空燃比センサ66が非対称劣化したと判断される。そして、上流側空燃比センサ66が非対称劣化したと判断されたとき、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに対して劣化側応答時定数Tafを時定数とするローパスフィルタ処理が施される。そして、このローパスフィルタ処理によって得られる処理後出力値Vabyfslowに基づき、機関10の空燃比に対するフィードバック制御が実行される。一方、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していないときには上記ローパスフィルタ処理は行われず、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づいて機関10の空燃比に対するフィードバック処理が実行される。   As described above, in the first control device, when the absolute value of the difference between the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich of the upstream air-fuel ratio sensor 66 becomes larger than the predetermined allowable value δ. Therefore, it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has asymmetrically deteriorated. When it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has deteriorated asymmetrically, low-pass filter processing is performed on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 with the deterioration-side response time constant Taf as a time constant. Then, feedback control for the air-fuel ratio of the engine 10 is executed based on the processed output value Vabyfslow obtained by the low-pass filter processing. On the other hand, when the upstream air-fuel ratio sensor 66 is not asymmetrically degraded, the low-pass filter process is not performed, and the feedback process for the air-fuel ratio of the engine 10 is performed based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66.

以上、説明したように、第1制御装置は、
内燃機関10の排気通路に配設されるとともに配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfsを出力する空燃比センサ(上流側空燃比センサ66)と、
前記排ガスの空燃比が増大したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数Taflean、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数Tafrichを取得する応答時定数取得手段(図6のステップ620を参照。)と、
基準応答時定数を、前記リーン方向応答時定数Taflean及び前記リッチ方向応答時定数Tafrichのうちの何れか大きい方の応答時定数である劣化側応答時定数Tafに基づいて同劣化側応答時定数Taf以上となるように決定する(本例では、基準応答時定数は劣化側応答時定数Tafと等しくなるように決定される。図6のステップ660乃至ステップ680を参照。)。更に、第1制御装置は、同基準応答時定数に対応する時定数(本例では、劣化側応答時定数Taf)を有するローパスフィルタ処理を前記空燃比センサの出力値Vabyfsに対して施すことによって処理後出力値Vabyfslowを得るセンサ出力処理手段(図7のステップ760を参照。)と、
前記処理後出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する(図7のステップ765、及び、ステップ715乃至ステップ745を参照。)空燃比制御手段と、
を備える。
As described above, the first control device
An air-fuel ratio sensor (upstream air-fuel ratio sensor 66) that outputs an output value Vabyfs corresponding to the air-fuel ratio of exhaust gas that is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine 10 and that flows through the disposed portion;
The lean direction response time constant Taflean, which is the response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and the rich that is the response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases Response time constant acquisition means for acquiring a direction response time constant Tafrich (see step 620 in FIG. 6);
The reference response time constant is determined based on the deterioration side response time constant Taf, which is the larger response time constant of the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich. (In this example, the reference response time constant is determined to be equal to the degradation-side response time constant Taf. See steps 660 to 680 in FIG. 6). Further, the first control device performs low-pass filter processing having a time constant corresponding to the reference response time constant (in this example, the deterioration side response time constant Taf) on the output value Vabyfs of the air-fuel ratio sensor. Sensor output processing means (see step 760 in FIG. 7) for obtaining a post-processing output value Vabyfslow;
Air-fuel ratio feedback control is performed to match the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine with the target air-fuel ratio based on the processed output value (see step 765 and steps 715 to 745 in FIG. 7). Air-fuel ratio control means;
Is provided.

このように、第1制御装置は、空燃比センサの劣化の度合いをリーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichの大きさに基づいて評価する。そして、空燃比センサが非対称劣化していると判断されたとき、劣化の度合いが大きい方向の応答時定数(劣化側応答時定数Taf。即ち、リーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichのうちの何れか大きい方の応答時定数)を時定数とするーパスフィルタ処理が、出力値Vabyfsに対して施される。即ち、第1制御装置においては、劣化側応答時定数Tafが基準応答時定数として採用されるとともに、この基準応答時定数を時定数とするローパスフィルタ処理が実行されている。   In this way, the first control device evaluates the degree of deterioration of the air-fuel ratio sensor based on the magnitudes of the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich. When it is determined that the air-fuel ratio sensor has deteriorated asymmetrically, the response time constant in the direction in which the degree of deterioration is large (deterioration response time constant Taf. That is, the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich The larger one of the response time constants) is subjected to a -pass filter process on the output value Vabyfs. That is, in the first control device, the degradation-side response time constant Taf is adopted as the reference response time constant, and low-pass filter processing using the reference response time constant as the time constant is executed.

上記ローパスフィルタ処理により、空燃比センサの出力値Vabyfsのうちの劣化側応答時定数Tafに対応する周波数(カットオフ周波数)よりも大きい周波数成分が、空燃比センサの出力値から実質的に除去される。これにより、上述したように、対称な応答性を示す処理後出力値を得ることができる。そして、この処理後出力値Vabyfslowに基づいて空燃比フィードバック制御を実行することにより、機関の空燃比を適切に制御することができる。その結果、機関のエミッションを良好に維持することができる。   By the low-pass filter processing, a frequency component larger than the frequency corresponding to the deterioration side response time constant Taf (cutoff frequency) in the output value Vabyfs of the air-fuel ratio sensor is substantially removed from the output value of the air-fuel ratio sensor. The Thereby, as described above, it is possible to obtain a post-processing output value that exhibits symmetric response. Then, by executing the air-fuel ratio feedback control based on the post-processing output value Vabyfslow, the air-fuel ratio of the engine can be appropriately controlled. As a result, the engine emission can be maintained well.

第1制御装置は、「劣化側応答時定数Taf」を基準応答時定数とするように構成されている。しかし、本発明の制御装置は、基準応答時定数を、劣化側応答時定数Tafに所定値Δを加算して得られる「劣化側応答時定数以上の値(Taf+Δ)」とするように構成することもできる。このとき、劣化側応答時定数に加えられる所定値Δは、機関の運転状態、機関に要求される排ガス浄化能力及び燃費等を考慮した適値とすることができる。   The first control device is configured to set the “deterioration response time constant Taf” as a reference response time constant. However, the control device of the present invention is configured such that the reference response time constant is set to “a value equal to or greater than the deterioration side response time constant (Taf + Δ)” obtained by adding the predetermined value Δ to the deterioration side response time constant Taf. You can also. At this time, the predetermined value Δ added to the deterioration-side response time constant can be set to an appropriate value in consideration of the operating state of the engine, the exhaust gas purification capability required for the engine, fuel consumption, and the like.

ここで、第1制御装置は、上流側空燃比センサ66の非対称劣化の度合いを評価するとともに、その度合いが所定値よりも大きいとき(図6のステップ630を参照。)、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsをローパスフィルタ処理するように構成されている(図7のステップ760を参照。)。しかし、本発明の制御装置は、上流側空燃比センサ66の非対称劣化の度合いを評価する処理を含まずに(即ち、図6のステップ630乃至ステップ650及び図7のステップ710を削除して)常に劣化側応答時定数を時定数とするローパスフィルタ処理を行うように構成されてもよい。また、このローパスフィルタ処理の時定数は、上述したように劣化側応答時定数以上の値としてもよい。   Here, the first control device evaluates the degree of asymmetric deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 66, and when the degree is greater than a predetermined value (see step 630 in FIG. 6), the upstream air-fuel ratio sensor. The output value Vabyfs of 66 is configured to be low-pass filtered (see step 760 in FIG. 7). However, the control device of the present invention does not include a process for evaluating the degree of asymmetric deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 66 (that is, omits step 630 to step 650 in FIG. 6 and step 710 in FIG. 7). It may be configured to always perform low-pass filter processing using the degradation-side response time constant as a time constant. Further, the time constant of the low-pass filter process may be a value equal to or greater than the degradation-side response time constant as described above.

第1制御装置は、メインフィードバック補正量DFiを比例積分制御(PI制御)により求めている。しかし、本発明の制御装置は、メインフィードバック補正量DFiを、例えば比例積分微分制御(PID制御)により求めるように構成されてもよい。   The first control device obtains the main feedback correction amount DFi by proportional-integral control (PI control). However, the control device of the present invention may be configured to obtain the main feedback correction amount DFi by, for example, proportional integral derivative control (PID control).

本発明において、上流側目標空燃比abyfr及び下流側目標値Voxsrefは、上述した値に限られず、機関の運転状態、機関に要求される排ガス浄化能力及び燃費等を考慮した適値とすることができる。   In the present invention, the upstream target air-fuel ratio abyfr and the downstream target value Voxsref are not limited to the values described above, but may be set to appropriate values in consideration of the operating state of the engine, the exhaust gas purification capacity required for the engine, fuel consumption, and the like. it can.

上述した「閾値開度TAth」、「第1機関回転速度NE1」、「第2機関回転速度NE2」、「第1筒内吸入空気量Mc1」及び「第2筒内吸入空気量Mc2」は、機関に要求される排ガス浄化能力及び燃費等を考慮した適値とすることができる。   The “threshold opening degree TAth”, “first engine rotational speed NE1”, “second engine rotational speed NE2”, “first in-cylinder intake air amount Mc1” and “second in-cylinder intake air amount Mc2” are as follows: It can be set to an appropriate value in consideration of exhaust gas purification capacity and fuel consumption required for the engine.

(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態に係る制御装置(以下、「第2制御装置」とも称呼する。)について説明する。第2制御装置は、そのCPUが、図5乃至図8のフローチャートに示す処理に加えて図9のフローチャートに示す処理を実行する点についてのみ、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
(Second Embodiment)
Hereinafter, a control device (hereinafter also referred to as “second control device”) according to a second embodiment of the present invention will be described. The second control device is different from the first control device only in that the CPU executes the processing shown in the flowchart of FIG. 9 in addition to the processing shown in the flowcharts of FIGS. Therefore, the following description will be made with this difference as the center.

第2制御装置は、第1制御装置と同様、図5及び図6のフローチャートに示す処理を所定の時間毎に繰り返し実行する。即ち、第2制御装置は、図5に示す処理により、現時点での目標空燃比abyfr(k)及び筒内吸入空気量Mc(k)に基づいて基本燃料噴射量Fbaseを算出する。そして、第2制御装置は、この基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正量DFiによって補正し、最終燃料噴射量Fiを取得する。次いで、第2制御装置は、最終燃料噴射量Fiの燃料を燃料噴射気筒に対して噴射するようインジェクタ等の燃料噴射機構に指示を与える。また、第2制御装置は、図6に示す処理により、所定のタイミングにて上流側空燃比センサ66の劣化を診断するとともに、上流側空燃比センサ66が非対称劣化しているとき、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsを補正するための劣化側応答時定数Tafを取得する。以下では、上流側空燃比センサ66が非対称劣化しており(図6のステップ630にて「Yes」と判定され)、センサ非対称劣化フラグXSADの値が「1」に設定されていると仮定し、説明を続ける。   Similar to the first control device, the second control device repeatedly executes the processes shown in the flowcharts of FIGS. 5 and 6 at predetermined time intervals. That is, the second control device calculates the basic fuel injection amount Fbase based on the current target air-fuel ratio abyfr (k) and in-cylinder intake air amount Mc (k) by the processing shown in FIG. Then, the second control device corrects the basic fuel injection amount Fbase with the main feedback correction amount DFi to obtain the final fuel injection amount Fi. Next, the second control device gives an instruction to a fuel injection mechanism such as an injector so as to inject the fuel of the final fuel injection amount Fi into the fuel injection cylinder. Further, the second control device diagnoses the deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 66 at a predetermined timing by the processing shown in FIG. 6, and when the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated, The deterioration side response time constant Taf for correcting the output value Vabyfs of the fuel ratio sensor 66 is acquired. In the following, it is assumed that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has asymmetrically deteriorated (determined as “Yes” in step 630 in FIG. 6), and the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is set to “1”. Continue the explanation.

第2制御装置は、所定のタイミングにて図9に示す応答時定数補正ルーチンを実行し、機関10の運転状態に基づいて劣化側応答時定数Tafを補正する。即ち、CPU71は、図9のステップ900から処理を開始してステップ910に進み、センサ非対称劣化フラグXSADの値が「1」であるか否かを判定する。上記仮定に従えば、センサ非対称劣化フラグXSADの値は「1」であるので、CPU71は、そのステップ910にて「Yes」と判定してステップ920に進む。CPU71は、そのステップ920にて、筒内吸入空気量Mc及び機関回転速度NE対する補正係数Kctcの関係を予め定めた補正係数テーブルMapKctc(Mc,NE)に現時点における筒内吸入空気量Mc及び機関回転速度NEを適用することにより、現時点における補正係数Kctcを取得する。   The second control device executes a response time constant correction routine shown in FIG. 9 at a predetermined timing, and corrects the deterioration side response time constant Taf based on the operating state of the engine 10. That is, the CPU 71 starts processing from step 900 of FIG. 9 and proceeds to step 910 to determine whether or not the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”. If the above assumption is followed, since the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”, the CPU 71 determines “Yes” in step 910 and proceeds to step 920. In step 920, the CPU 71 adds the in-cylinder intake air amount Mc and the engine at the present time to a correction coefficient table MapKctc (Mc, NE) in which the relationship between the in-cylinder intake air amount Mc and the correction coefficient Kctc with respect to the engine speed NE is predetermined. By applying the rotational speed NE, the correction coefficient Kctc at the present time is acquired.

なお、補正係数Kctcは、リーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichが取得される「第1の運転状態(即ち、機関回転速度NEが所定の第1機関回転速度NE1以上第2機関回転速度NE2以下(NE1≦NE≦NE2)、且つ、筒内吸入空気量Mcが第1筒内吸入空気量Mc1以上第2筒内吸入空気量Mc2以下(Mc1≦Mc≦Mc2)である運転状態)」に対しては「1」に設定されている。本例において、第1の運転状態以外の運転状態は、便宜上、「第2の運転状態」とも称呼される。   The correction coefficient Kctc indicates that the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich are acquired as “the first operating state (that is, the engine speed NE is equal to or higher than the predetermined first engine speed NE1 and the second engine. Operating condition where the rotational speed is NE2 or less (NE1 ≦ NE ≦ NE2) and the cylinder intake air amount Mc is greater than or equal to the first cylinder intake air amount Mc1 and less than or equal to the second cylinder intake air amount Mc2 (Mc1 ≦ Mc ≦ Mc2). ) "Is set to" 1 ". In this example, the operation state other than the first operation state is also referred to as “second operation state” for convenience.

次いで、CPU71は、ステップ930に進み、図6に示す処理(ステップ660乃至ステップ680を参照。)にて取得した劣化側応答時定数Tafに対して上記補正係数Kctcを乗算する(Kctc×Taf)ことによって劣化側応答時定数Tafを補正する。更に、CPU71は、同乗算の結果得られた値を、改めて劣化側応答時定数Tafに格納する。その後、CPU71は、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 930 to multiply the deterioration side response time constant Taf acquired by the processing shown in FIG. 6 (see step 660 to step 680) by the correction coefficient Kctc (Kctc × Taf). As a result, the deterioration side response time constant Taf is corrected. Further, the CPU 71 again stores the value obtained as a result of the multiplication in the deterioration side response time constant Taf. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 995 to end the present routine tentatively.

一方、ステップ910の判定時において、センサ非対称劣化フラグXSADの値が「0」であるとき(即ち、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していないとき)、CPU71は、そのステップ910にて「No」と判定してステップ995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、このとき、劣化側応答時定数Tafの補正は行われない。   On the other hand, when the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “0” at the time of determination in step 910 (that is, when the upstream air-fuel ratio sensor 66 is not asymmetrically deteriorated), the CPU 71 determines that “ The determination is “No” and the process proceeds directly to step 995 to end the present routine tentatively. Accordingly, at this time, the deterioration side response time constant Taf is not corrected.

更に、CPU71は、第1制御装置と同様、所定のタイミングにて図7に示すルーチンを実行する。ここで、現時点にて、上述したメインフィードバック条件が成立すると仮定する。また、上述したように、現時点でのセンサ非対称劣化フラグXSADの値は「1」である。従って、CPU71は、図7のステップ700から処理を開始すると、ステップ705及びステップ710の双方にて「Yes」と判定してステップ760に進む。   Further, the CPU 71 executes the routine shown in FIG. 7 at a predetermined timing, as in the first control device. Here, it is assumed that the main feedback condition described above is satisfied at the present time. Further, as described above, the current value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”. Accordingly, when the CPU 71 starts processing from step 700 in FIG. 7, it determines “Yes” in both step 705 and step 710 and proceeds to step 760.

CPU71は、そのステップ760にて、「図9のルーチンに示す処理により補正された劣化側応答時定数Taf」を時定数とするローパスフィルタ処理を上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに対して施し、処理後出力値Vabyfslowを取得する。次いで、CPU71は、ステップ765に進み、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに上記ステップ760にて取得した処理後出力値Vabyfslowを格納する。   In step 760, the CPU 71 performs low-pass filter processing with the time constant as “deterioration response time constant Taf corrected by the processing shown in the routine of FIG. 9” for the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. And obtain the output value Vabyfslow after processing. Next, the CPU 71 proceeds to step 765 so as to store the post-processing output value Vabyfslow obtained in step 760 as the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66.

そして、CPU71は、ステップ765にて得られた出力値Vabyfs(上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsをローパスフィルタ処理して得られる処理後出力値Vabyfslow)に基づき、第1制御装置と同様、ステップ715乃至ステップ745の処理を順に行ってメインフィードバック補正量DFiを取得する。更に、CPU71は、第1制御装置と同様、図8に示すルーチンを実行してサブフィードバック補正量Vafsfbを取得する。   Then, the CPU 71, based on the output value Vabyfs obtained in step 765 (the processed output value Vabyfslow obtained by low-pass filtering the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66), similarly to the first control device. The main feedback correction amount DFi is acquired by sequentially performing the processing from step 715 to step 745. Further, the CPU 71 executes the routine shown in FIG. 8 to acquire the sub feedback correction amount Vafsfb, as in the first control device.

以上により、サブフィードバック補正量Vafsfbが比例積分制御(PI制御)により求められ、このサブフィードバック補正量Vafsfbによって上述した上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfs(上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsをローパスフィルタ処理して得られる処理後出力値Vabyfslow)が補正される(図7のステップ715を参照。)。そして、補正されたフィードバック制御用出力値Vabyfcに基づいてメインフィードバック量DFiが求められ(図7のステップ740を参照。)、このメインフィードバック量DFiが最終燃料噴射量Fiに反映される(図5のステップ530を参照)。   Thus, the sub-feedback correction amount Vafsfb is obtained by proportional integral control (PI control), and the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 described above (the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66) is determined by this sub-feedback correction amount Vafsfb. The post-processing output value Vabyfslow obtained by performing low-pass filtering is corrected (see step 715 in FIG. 7). Then, a main feedback amount DFi is obtained based on the corrected feedback control output value Vabyfc (see step 740 in FIG. 7), and this main feedback amount DFi is reflected in the final fuel injection amount Fi (FIG. 5). Step 530).

上述したように、第2制御装置においては、上流側空燃比センサ66が非対称劣化したとき、劣化側応答時定数Tafが機関の運転状態(筒内吸入空気量及び機関回転速度)に基づいて補正される。そして、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに対し、補正された劣化側応答時定数Tafを時定数とするローパスフィルタ処理が施される。その後、第1制御装置と同様、このローパスフィルタ処理によって得られる処理後出力値Vabyfslowに基づき、機関10の空燃比に対するフィードバック制御が実行される。   As described above, in the second control device, when the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated, the deterioration-side response time constant Taf is corrected based on the operating state of the engine (in-cylinder intake air amount and engine rotational speed). Is done. Then, the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 is subjected to low-pass filter processing using the corrected deterioration side response time constant Taf as a time constant. Thereafter, as with the first control device, feedback control for the air-fuel ratio of the engine 10 is executed based on the processed output value Vabyfslow obtained by the low-pass filter processing.

以上、説明したように、第2制御装置において、
第1制御装置におけるセンサ出力処理手段は、
前記基準応答時定数を前記機関10が第1の運転状態にあるときの前記劣化側応答時定数Tafに基づいて決定するように構成され(図6のステップ660乃至ステップ680を参照。)、且つ、
前記機関10が前記第1の運転状態とは異なる第2の運転状態にある場合、前記「劣化側応答時定数Taf」を同第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値(図9のステップ920及びステップ930を参照。)に対応する時定数を前記ローパスフィルタの時定数として採用する(図7のステップ760を参照。)ように構成される。
As described above, in the second control device,
The sensor output processing means in the first controller is
The reference response time constant is configured to be determined based on the deterioration side response time constant Taf when the engine 10 is in the first operating state (see Steps 660 to 680 in FIG. 6), and ,
When the engine 10 is in a second operating state different from the first operating state, a value obtained by correcting the “deterioration response time constant Taf” based on a parameter corresponding to the second operating state (FIG. 9 is used as the time constant of the low-pass filter (see step 760 in FIG. 7).

上述したように、機関10の運転状態は上流側空燃比センサ66の応答性に影響を与える。そのため、特定の運転状態(本例では、第1の運転状態)において決定されたローパスフィルタの時定数は、別の運転状態(本例では、第2の運転状態)においては最適な値ではなくなる虞がある。そこで、第2制御装置は、上流側空燃比センサ66の劣化側応答時定数Tafを機関の運転状態に基づいて補正する。そして、第2制御装置は、本補正によって得られる応答時定数Tafに基づいて上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsを補正する。本構成により、機関10の運転状態が変化した場合であっても、ローパスフィルタの時定数を各運転状態における劣化側応答時定数以上の値となるように設定することができる。   As described above, the operating state of the engine 10 affects the responsiveness of the upstream air-fuel ratio sensor 66. For this reason, the time constant of the low-pass filter determined in a specific operation state (in this example, the first operation state) is not an optimal value in another operation state (in this example, the second operation state). There is a fear. Therefore, the second control device corrects the deterioration-side response time constant Taf of the upstream air-fuel ratio sensor 66 based on the operating state of the engine. Then, the second control device corrects the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 based on the response time constant Taf obtained by this correction. With this configuration, even when the operating state of the engine 10 has changed, the time constant of the low-pass filter can be set to be equal to or greater than the deterioration-side response time constant in each operating state.

従って、ローパスフィルタ処理に用いる時定数をより適切に決定することができ、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに過剰又は過小なローパスフィルタ処理を施すことを避けることができる。この結果、機関のエミッションを更に良好に維持することができる。   Accordingly, the time constant used for the low-pass filter process can be determined more appropriately, and it is possible to avoid applying an excessive or excessive low-pass filter process to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. As a result, the emission of the engine can be maintained better.

ここで、第2制御装置は、「劣化側応答時定数Taf」を機関10の運転状態に応じて補正し、補正された劣化側応答時定数Tafに基づいて基準応答時定数(従って、ローパスフィルタの時定数)を決定するように構成されている。しかし、第2制御装置は、まず劣化側応答時定数Tafに基づいて基準応答時定数を決定し、決定された「基準応答時定数」を機関10の運転状態に応じて補正するように構成されてもよい。   Here, the second control device corrects the “deterioration-side response time constant Taf” according to the operating state of the engine 10, and based on the corrected deterioration-side response time constant Taf, the reference response time constant (accordingly, the low-pass filter). The time constant is determined. However, the second control device is configured to first determine a reference response time constant based on the deterioration-side response time constant Taf, and correct the determined “reference response time constant” according to the operating state of the engine 10. May be.

即ち、第1制御装置におけるセンサ出力処理手段は、
前記基準応答時定数を前記機関が第1の運転状態にあるときの前記劣化側応答時定数に基づいて決定するように構成され、且つ、
前記機関が前記第1の運転状態とは異なる第2の運転状態にある場合、前記「基準応答時定数」を同第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正し、その補正した値に対応する時定数を前記ローパスフィルタの時定数として採用するように構成されてもよい。
That is, the sensor output processing means in the first control device is
The reference response time constant is configured to be determined based on the deterioration side response time constant when the engine is in the first operating state; and
When the engine is in a second operating state different from the first operating state, the “reference response time constant” is corrected based on a parameter corresponding to the second operating state, and the corrected value is obtained. A corresponding time constant may be adopted as the time constant of the low-pass filter.

第2制御装置において、「補正した値に対応する時定数」とは、「第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値そのもの」でもよく、「第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値に所定の正の値が加算された値」であってもよい。   In the second control device, the “time constant corresponding to the corrected value” may be “the value itself corrected based on the parameter corresponding to the second operating state” or “the parameter corresponding to the second operating state” It may be a value obtained by adding a predetermined positive value to the value corrected based on the above.

第2制御装置は、機関10の運転状態に応じたパラメータとして、筒内吸入空気量Mc及び機関回転速度NEを採用している(図9のステップ920及びステップ930を参照。)。しかし、本発明においては、機関10の運転状態に応じたパラメータとして、筒内吸入空気量Mc及び機関回転速度NEに代えて又は加えてアクセルペダル開度Accpや機関負荷率KL等を採用してもよい。また、これらのパラメータのうちの1つ又は複数を運転状態に応じたパラメータとして採用してもよい。   The second control device employs the in-cylinder intake air amount Mc and the engine rotational speed NE as parameters according to the operating state of the engine 10 (see step 920 and step 930 in FIG. 9). However, in the present invention, the accelerator pedal opening degree Accp, the engine load factor KL, etc. are adopted as parameters according to the operating state of the engine 10 instead of or in addition to the in-cylinder intake air amount Mc and the engine rotational speed NE. Also good. Moreover, you may employ | adopt as a parameter according to the driving | running state one or more of these parameters.

(第3実施形態)
以下、本発明の第3実施形態(以下、「第3制御装置」とも称呼する。)について説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as “third control device”) will be described.

<装置の概要>
第3制御装置は、第1制御装置が適用される内燃機関と同様の内燃機関に適用することができる。従って、第3制御装置が適用される内燃機関の構成についての詳細な説明は省略する。
<Outline of device>
The third control device can be applied to an internal combustion engine similar to the internal combustion engine to which the first control device is applied. Therefore, a detailed description of the configuration of the internal combustion engine to which the third control device is applied is omitted.

<空燃比制御>
以下、第3制御装置における空燃比制御を説明する。
第3制御装置は、図10の機能ブロック図に示すように、A1〜A12の各手段等を含むように構成されている。なお、図10の機能ブロック図の詳細は、特開2004−257377に開示されている。以下、図10を参照し、これらの手段について説明する。
<Air-fuel ratio control>
Hereinafter, the air-fuel ratio control in the third control device will be described.
As shown in the functional block diagram of FIG. 10, the third control device is configured to include each means of A1 to A12. Details of the functional block diagram of FIG. 10 are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-257377. Hereinafter, these means will be described with reference to FIG.

1.基本燃料噴射量の算出
まず、筒内吸入空気量算出手段A1は、現時点(時点k)にて気筒内に吸入される空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求める。筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ61の出力Gaと機関回転速度NEとに基づいて求められ(例えば、エアフローメータ61の出力Gaに対して一次遅れ処理を施した値を機関回転速度NEで除することにより求められ)、各吸気行程に対応されながらRAM73内に記憶される。筒内吸入空気量Mc(k)は、周知の空気モデル(吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル)により算出されてもよい。ここで、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(以下、他のパラメータについても同様。)。
1. Calculation of Basic Fuel Injection Amount First, the cylinder intake air amount calculation means A1 calculates the cylinder intake air amount Mc (k), which is the amount of air that is taken into the cylinder at the present time (time k). The in-cylinder intake air amount Mc (k) is obtained for each intake stroke of each cylinder based on the output Ga of the air flow meter 61 and the engine rotational speed NE at that time (for example, with respect to the output Ga of the air flow meter 61) The value obtained by dividing the first-order lag processing by the engine speed NE) is stored in the RAM 73 while corresponding to each intake stroke. The in-cylinder intake air amount Mc (k) may be calculated by a well-known air model (a model constructed according to a physical law simulating the behavior of air in the intake passage). Here, the subscript (k) indicates a value for the current intake stroke (hereinafter, the same applies to other parameters).

上流側目標空燃比設定手段A2は、機関10の運転状態である機関回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて所定の上流側目標値に相当する上流側目標空燃比abyfr(k)を決定する。この上流側目標空燃比abyfr(k)は、例えば、機関10の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に設定されている。また、上流側目標空燃比abyfrは、各気筒の吸気行程に対応されながらRAM73に記憶される。   The upstream target air-fuel ratio setting means A2 is an upstream target air-fuel ratio abyfr (k) corresponding to a predetermined upstream target value based on the engine speed NE, which is the operating state of the engine 10, the throttle valve opening TA, and the like. To decide. The upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is set to the stoichiometric air-fuel ratio except for special cases after the warm-up of the engine 10 is completed, for example. Further, the upstream target air-fuel ratio abyfr is stored in the RAM 73 while corresponding to the intake stroke of each cylinder.

基本燃料噴射量算出手段A3は、下記(12)式に示したように、筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、基本燃料噴射量Fbaseを求める。基本燃料供給量Fbaseは、各気筒の吸気行程に対応されながらRAM73に記憶される。
Fbase=Mc(k)/abyfr(k) ・・・(12)
As shown in the following equation (12), the basic fuel injection amount calculation means A3 divides the in-cylinder intake air amount Mc (k) by the upstream target air-fuel ratio abyfr (k), thereby obtaining the basic fuel injection amount Fbase. Ask for. The basic fuel supply amount Fbase is stored in the RAM 73 while corresponding to the intake stroke of each cylinder.
Fbase = Mc (k) / abyfr (k) (12)

上述したように、筒内吸入空気量算出手段A1、上流側目標空燃比設定手段A2及び基本燃料噴射量算出手段A3によって基本燃料噴射量Fbaseが求められる。   As described above, the basic fuel injection amount Fbase is obtained by the cylinder intake air amount calculation unit A1, the upstream target air-fuel ratio setting unit A2, and the basic fuel injection amount calculation unit A3.

2.燃料噴射量の算出
サブフィードバック制御用燃料噴射量算出手段A4は、下記(13)式に示したように、基本燃料噴射量Fbaseに後述するPIDコントローラA16により求められるサブフィードバック制御係数(サブフィードバック補正量)KFiを乗算することによってサブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbを求める。
Fbaseb=KFi・Fbase ・・・(13)
2. Calculation of fuel injection amount As shown in the following equation (13), the fuel injection amount calculation means A4 for sub feedback control uses a sub feedback control coefficient (sub feedback correction) calculated by a PID controller A16, which will be described later, as a basic fuel injection amount Fbase. The fuel injection amount Fbasesb for sub feedback control is obtained by multiplying the amount) KFi.
Fbaseb = KFi · Fbase (13)

燃料噴射量算出手段A5は、下記(14)式に示したように、サブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbに後述するメインフィードバック補正量DFiを加えることにより、最終燃料噴射量Fiを求める。
Fi=Fbasesb+DFi ・・・(14)
The fuel injection amount calculation means A5 calculates the final fuel injection amount Fi by adding a main feedback correction amount DFi, which will be described later, to the sub feedback control fuel injection amount Fbasesb as shown in the following equation (14).
Fi = Fbasesb + DFi (14)

このように、第3制御装置は、サブフィードバック制御用燃料噴射量算出手段A4及び燃料噴射量算出手段A5により、基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正量DFiとサブフィードバック制御係数KFiとに基づいて補正する。そして、本補正によって得られる燃料噴射量Fiの燃料を、今回の吸気行程を迎える気筒に対してインジェクタ39から噴射する。   As described above, the third control device uses the sub feedback control fuel injection amount calculation means A4 and the fuel injection amount calculation means A5 to change the basic fuel injection amount Fbase based on the main feedback correction amount DFi and the sub feedback control coefficient KFi. to correct. Then, fuel of the fuel injection amount Fi obtained by this correction is injected from the injector 39 into the cylinder that reaches the current intake stroke.

3.メインフィードバック補正量の算出
テーブル変換手段A6は、下記(15)式に示したように、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsと図2に示したテーブル(マップ)Mapabyfsとに基づき、現時点における検出空燃比abyfsを求める。
abyfs=Mapabyfs(Vabyfs) ・・・(15)
3. Calculation of the main feedback correction amount The table conversion means A6, based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the table (map) Mapabyfs shown in FIG. The detected air-fuel ratio abyfs is obtained.
abyfs = Mapabyfs (Vabyfs) (15)

筒内吸入空気量遅延手段A7は、筒内吸入空気量算出手段A1により吸気行程毎に求められRAM73に記憶されている筒内吸入空気量Mcのうち、現時点からNサイクル前に吸気行程を迎えた気筒の筒内吸入空気量McをRAM73から読み出し、これを筒内吸入空気量Mc(k−N)として設定する。   The in-cylinder intake air amount delay means A7 reaches the intake stroke N cycles before the present time out of the in-cylinder intake air amount Mc obtained by the in-cylinder intake air amount calculation means A1 for each intake stroke and stored in the RAM 73. The in-cylinder intake air amount Mc of the selected cylinder is read from the RAM 73 and set as the in-cylinder intake air amount Mc (k−N).

筒内燃料供給量算出手段A8は、下記(16)式に示したように、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を検出空燃比abyfsで除することにより、現時点からNサイクル前の実際の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfs ・・・(16)
The in-cylinder fuel supply amount calculation means A8 divides the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) N cycles before the current time by the detected air-fuel ratio abyfs as shown in the following equation (16). To determine the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) N cycles before.
Fc (k−N) = Mc (k−N) / abyfs (16)

このように、現時点からNサイクル前の実際の筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNサイクル前の筒内吸入吸気量Mc(k−N)を現時点における検出空燃比abyfsで除するのは、燃焼室25内で燃料された混合気が上流側空燃比センサ66に到達するまでにNサイクルに相当する時間を要しているからである。   Thus, in order to obtain the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) N cycles before the present time, the in-cylinder intake air intake amount Mc (k−N) N cycles before the present time is detected at the present time. The reason for dividing by the fuel ratio abyfs is that it takes time corresponding to N cycles until the air-fuel mixture fueled in the combustion chamber 25 reaches the upstream air-fuel ratio sensor 66.

次に、目標筒内燃料供給量遅延手段A9は、下記(17)式に示したように、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を現時点からNサイクル前の上流側目標空燃比abyfr(k−N)で除すことにより現時点からNサイクル前の「目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)」を求める。
Fcr(k−N)=Mc(k−N)/abyfr(k−N) ・・・(17)
Next, as shown in the following equation (17), the target in-cylinder fuel supply amount delay means A9 sets the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) N cycles before the current time to the upstream before N cycles from the current time. By dividing by the target air-fuel ratio abyfr (k−N), the “target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N)” N cycles before the present time is obtained.
Fcr (k−N) = Mc (k−N) / abyfr (k−N) (17)

筒内燃料供給量偏差算出手段A10は、下記(18)式に従い、現時点からNサイクル前の目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じた値を「筒内燃料供給量偏差DFc」として設定する。この筒内燃料供給量偏差DFcは、「Nサイクル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。
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) ・・・(18)
The in-cylinder fuel supply amount deviation calculating means A10 subtracts the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) from the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N) N cycles before the current time according to the following equation (18). Is set as “in-cylinder fuel supply amount deviation DFc”. This in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is an amount representing “the excess or deficiency of the fuel supplied into the cylinder at the time point before N cycles”.
DFc = Fcr (k−N) −Fc (k−N) (18)

筒内燃料供給量偏差DFcは、ハイパスフィルタA11に入力される。ハイパスフィルタA11は、下記(19)式に示す特性を有する。第3制御装置は、入力される筒内燃料供給量偏差DFcに対して下記(19)式に示すハイパスフィルタ処理を施し、ハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差DFchiを出力する。下記(19)式において、sはラプラス演算子、τは時定数である。ハイパスフィルタA11は、入力される信号のうちのカットオフ周波数(1/τ)以下の低周波数成分を実質的に除去する。
1−1/(1+τ・s) ・・・(19)
The in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is input to the high-pass filter A11. The high pass filter A11 has the characteristics shown in the following equation (19). The third controller performs high-pass filter processing shown in the following equation (19) on the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, and outputs the in-cylinder fuel supply amount deviation DFchi after passing through the high-pass filter. In the following equation (19), s is a Laplace operator, and τ is a time constant. The high-pass filter A11 substantially removes a low frequency component having a cutoff frequency (1 / τ) or less from the input signal.
1-1 / (1 + τ · s) (19)

PIコントローラA12は、ハイパスフィルタA11から出力値されるハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差DFchiを比例積分処理(PI処理)することにより、下記(20)式に従ってNサイクル前の燃料供給量(におけるカットオフ周波数以上の高周波数成分)の過不足を補償するためのメインフィードバック補正量DFiを求める。下記(20)式において、GPは比例ゲイン(比例定数)、GIは積分ゲイン(積分定数)、SDFchiはハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差DFchiの時間積分値である。(20)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。
DFi=(Gp・DFchi+Gi・SDFchi)・KFB ・・・(20)
The PI controller A12 performs proportional-integral processing (PI processing) on the in-cylinder fuel supply amount deviation DFchi that has passed through the high-pass filter, which is output from the high-pass filter A11, so that the fuel supply amount before N cycles according to the following equation (20) ( The main feedback correction amount DFi for compensating for the excess or deficiency of the high frequency component equal to or higher than the cut-off frequency in (1) is obtained. In the following equation (20), GP is a proportional gain (proportional constant), GI is an integral gain (integral constant), and SDFchi is a time integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFchi after passing through the high-pass filter. The coefficient KFB in the equation (20) is preferably variable depending on the engine speed NE, the in-cylinder intake air amount Mc, and the like.
DFi = (Gp · DFchi + Gi · SDFchi) · KFB (20)

ここで、第3制御装置は、第1制御装置と同様に上流側空燃比センサ66の応答性の劣化を診断(判定)するとともに、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していないと判定されたとき、上記(20)式における比例ゲイン及び積分ゲインとして、予め設定された第1比例ゲインGp及び第1微分ゲインGiを採用する(以下、第1比例ゲインGp及び第1微分ゲインGiを総称して「第1フィードバック制御係数」とも称呼する。)。一方、第3制御装置は、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判定されたとき、第1フィードバック制御係数に含まれるゲインのうちの少なくとも一つを小さくして得られる「第2フィードバック制御係数」を採用する。   Here, the third control device diagnoses (determines) the deterioration of the responsiveness of the upstream air-fuel ratio sensor 66 in the same manner as the first control device, and determines that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has not deteriorated asymmetrically. Then, the preset first proportional gain Gp and first differential gain Gi are employed as the proportional gain and integral gain in the above equation (20) (hereinafter, the first proportional gain Gp and the first differential gain Gi are collectively referred to as “general gain”). (Also referred to as “first feedback control coefficient”). On the other hand, when it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated, the third control device obtains “second” obtained by reducing at least one of the gains included in the first feedback control coefficient. "Feedback control coefficient" is adopted.

上述したように、第3制御装置は、上流側目標空燃比abyfrと上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsとに基づき、メインフィードバック補正量DFiを求める。そして、上記(14)式に示すように、メインフィードバック補正量DFiはサブフィードバック制御によって求められるサブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbに加算される。これにより、メインフィードバック補正量DFiによって機関10の空燃比が補正される。なお、サブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbの算出方法は、後述される。   As described above, the third control device obtains the main feedback correction amount DFi based on the upstream target air-fuel ratio abyfr and the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. As shown in the equation (14), the main feedback correction amount DFi is added to the sub feedback control fuel injection amount Fbasesb obtained by the sub feedback control. Thereby, the air-fuel ratio of the engine 10 is corrected by the main feedback correction amount DFi. A method of calculating the sub feedback control fuel injection amount Fbasesb will be described later.

4.サブフィードバック補正量の算出
下流側目標値設定手段A13は、上述した上流側目標空燃比設定手段A2と同様、内燃機関10の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて下流側目標空燃比に対応する下流側目標値(所定の下流側目標値)Voxsrefを決定する。この下流側目標値Voxsrefは、例えば、内燃機関10の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に対応する値に設定されている。また、第3制御装置においては、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfr(k)と常に一致するように設定される。
4). Calculation of Sub Feedback Correction Amount The downstream target value setting means A13 is based on the engine rotational speed NE, which is the operating state of the internal combustion engine 10, the throttle valve opening TA, and the like, similarly to the upstream target air / fuel ratio setting means A2. Then, the downstream target value (predetermined downstream target value) Voxsref corresponding to the downstream target air-fuel ratio is determined. This downstream target value Voxsref is set to a value corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio except for special cases, for example, after the warm-up of the internal combustion engine 10 is completed. In the third control device, the downstream target value Voxsref is set so that the downstream target air-fuel ratio corresponding to the downstream target value Voxsref always matches the upstream target air-fuel ratio abyfr (k). The

出力偏差量算出手段A14は、下記(21)式に従い、現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点での下流側空燃比センサ67の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
DVoxs=Voxsref−Voxs ・・・(21)
The output deviation amount calculating means A14 calculates the output deviation amount DVoxs by subtracting the current output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 from the current downstream target value Voxsref according to the following equation (21).
DVoxs = Voxsref−Voxs (21)

出力偏差量DVoxsは、ローパスフィルタA15に入力される。ローパスフィルタA15は、下記(22)式に示す特性を有する。第3制御装置は、入力される出力偏差量DVoxsに対して下記(22)式に基づくローパスフィルタ処理を施し、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを出力する。下記(22)式において、sはラプラス演算子、τは上記(19)式における時定数と同一の時定数である。ローパスフィルタA15は、入力される信号のうちのカットオフ周波数(1/τ)以上の高周波数成分を実質的に除去する。
1/(1+τ・s) ・・・(22)
The output deviation amount DVoxs is input to the low pass filter A15. The low-pass filter A15 has the characteristics shown in the following equation (22). The third control device performs low-pass filter processing based on the following equation (22) on the input output deviation amount DVoxs, and outputs an output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter. In the following equation (22), s is a Laplace operator, and τ is the same time constant as in the above equation (19). The low-pass filter A15 substantially removes a high-frequency component having a cutoff frequency (1 / τ) or higher from the input signal.
1 / (1 + τ · s) (22)

次いで、下記(23)式に従い、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの微分値DDVoxslowを求める。下記(23)式において、DVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量、DVoxslow1は更新前のローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow、Δtは本ルーチンの計算周期である。
DDVoxslow=(DVoxslow−DVoxslow1)/Δt ・・・(23)
Next, a differential value DDVoxslow of the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter is obtained according to the following equation (23). In the following equation (23), DVoxslow is the output deviation amount after passing through the low-pass filter, DVoxslow1 is the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter before update, and Δt is the calculation cycle of this routine.
DDVoxslow = (DVoxslow−DVoxslow1) / Δt (23)

PIDコントローラA16は、ローパスフィルタA15から出力されるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを下記(24)式に従って比例積分微分処理(PID処理)することにより、サブフィードバック制御係数KFiを求める。下記(24)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)、Kdは予め設定された微分ゲイン(微分定数)、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値、DDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間微分値である。
KFi=(Kp・DVoxslow+Ki・SDVoxslow+Kd・DDVoxslow)+1 ・・・(24)
The PID controller A16 obtains the sub-feedback control coefficient KFi by subjecting the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter output from the low-pass filter A15 to proportional-integral-derivative processing (PID processing) according to the following equation (24). In the following equation (24), Kp is a preset proportional gain (proportional constant), Ki is a preset integral gain (integral constant), Kd is a preset differential gain (differential constant), and SDVoxslow is a low-pass filter. A time integral value of the output deviation amount DVoxslow after passage, and DDVoxslow is a time differential value of the output deviation amount DVoxslow after passage of the low pass filter.
KFi = (Kp · DVoxslow + Ki · SDVoxslow + Kd · DDVoxslow) + 1 (24)

上述したように、第3制御装置は、下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとに基づき、サブフィードバック制御係数KFiを求める。そして、上記(13)式に示すように、サブフィードバック制御係数KFiは基本燃料噴射量Fbaseに乗算される。これにより、サブフィードバック制御係数KFiによって機関10の空燃比が補正される。本補正よって得られたサブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbは、上述したように、更にメインフィードバック補正量DFiによって補正される。   As described above, the third control device obtains the sub feedback control coefficient KFi based on the downstream target value Voxsref and the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67. Then, as shown in the above equation (13), the sub-feedback control coefficient KFi is multiplied by the basic fuel injection amount Fbase. Thereby, the air-fuel ratio of the engine 10 is corrected by the sub feedback control coefficient KFi. The sub feedback control fuel injection amount Fbasesb obtained by this correction is further corrected by the main feedback correction amount DFi as described above.

以上、説明したように、第3制御装置は、メインフィードバック制御回路とサブフィードバック制御回路とを内燃機関10に対して並列に接続している(図10を参照。)。第3制御装置は、下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとに基づくサブフィードバック制御係数KFiを求め、このサブフィードバック制御係数KFiによって機関10の空燃比を補正する。更に、第3制御装置は、上流側目標空燃比abyfrと上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsとに基づくメインフィードバック補正量DFiを求め、このメインフィードバック補正量DFiによって機関10の空燃比を補正する。即ち、メインフィードバック制御による空燃比の補正とサブフィードバック制御による空燃比の補正は、独立して実行される。   As described above, the third control device connects the main feedback control circuit and the sub feedback control circuit in parallel to the internal combustion engine 10 (see FIG. 10). The third control device obtains a sub-feedback control coefficient KFi based on the downstream target value Voxsref and the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67, and corrects the air-fuel ratio of the engine 10 by this sub-feedback control coefficient KFi. Further, the third control device obtains a main feedback correction amount DFi based on the upstream target air-fuel ratio abyfr and the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66, and corrects the air-fuel ratio of the engine 10 by this main feedback correction amount DFi. To do. That is, the correction of the air-fuel ratio by the main feedback control and the correction of the air-fuel ratio by the sub-feedback control are performed independently.

なお、上述した上流側目標空燃比abyfr及び下流側目標値Voxsrefの設定方法は、後述される。   The method for setting the upstream target air-fuel ratio abyfr and the downstream target value Voxsref described above will be described later.

<実際の作動>
以下、第3制御装置の実際の作動について説明する。
第3制御装置のCPU71は、図6、及び、図10乃至図13にフローチャートにより示した各ルーチンを所定の時間毎に繰り返し実行するようになっている。
<Actual operation>
Hereinafter, the actual operation of the third control device will be described.
The CPU 71 of the third control device repeatedly executes each routine shown in the flowcharts of FIGS. 6 and 10 to 13 at predetermined time intervals.

より具体的に述べると、CPU71は、所定のタイミングにて図11に示す燃料噴射制御ルーチンを実行し、最終燃料噴射量Fiの計算及び燃料噴射の指示を行う。CPU71は、このルーチンを、所定の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、その気筒(以下、「燃料噴射気筒」とも称呼する。)に対して繰り返し実行するようになっている。即ち、CPU71は、図11のステップ1100から処理を開始し、後述するステップ1110乃至ステップ1150の処理を順に行い、ステップ1195に進んで本ルーチンを一旦終了する。   More specifically, the CPU 71 executes a fuel injection control routine shown in FIG. 11 at a predetermined timing, and calculates the final fuel injection amount Fi and instructs fuel injection. The CPU 71 calls this routine every time the crank angle of a predetermined cylinder reaches a predetermined crank angle before the intake top dead center (for example, BTDC 90 ° CA) (hereinafter also referred to as “fuel injection cylinder”). Is to be executed repeatedly. That is, the CPU 71 starts processing from step 1100 in FIG. 11, sequentially performs processing from step 1110 to step 1150 to be described later, proceeds to step 1195, and once ends this routine.

ステップ1110:CPU71は、エアフローメータ61により計測された吸入空気量Gaと機関回転速度NEとに基づき、燃料噴射気筒に吸入される空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を取得する。
ステップ1120:CPU71は、上記(12)式に従って基本燃料噴射量Fbaseを求める。
ステップ1130:CPU71は、上記(13)式に従って基本燃料噴射量Fbaseをサブフィードバック補正量KFiにより補正し、サブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbを求める。
ステップ1140:CPU71は、上記(14)式に従ってサブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbをメインフィードバック補正量DFiにより補正し、最終燃料噴射量Fiを求める。
ステップ1150:CPU71は、最終燃料噴射量Fiの燃料を燃料噴射気筒に対応して設けられているインジェクタ39から噴射する。
Step 1110: The CPU 71 acquires the in-cylinder intake air amount Mc (k), which is the amount of air taken into the fuel injection cylinder, based on the intake air amount Ga measured by the air flow meter 61 and the engine speed NE.
Step 1120: The CPU 71 obtains the basic fuel injection amount Fbase according to the above equation (12).
Step 1130: The CPU 71 corrects the basic fuel injection amount Fbase with the sub-feedback correction amount KFi according to the above equation (13) to obtain the sub-feedback control fuel injection amount Fbasesb.
Step 1140: The CPU 71 corrects the sub feedback control fuel injection amount Fbasesb with the main feedback correction amount DFi according to the above equation (14) to obtain the final fuel injection amount Fi.
Step 1150: The CPU 71 injects fuel of the final fuel injection amount Fi from the injector 39 provided corresponding to the fuel injection cylinder.

以上により、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に対して噴射される。以下、上述したメインフィードバック補正量DFiの算出方法について説明する。   Thus, the fuel of the final fuel injection amount Fi is injected into the fuel injection cylinder. Hereinafter, a method for calculating the above-described main feedback correction amount DFi will be described.

第3制御装置は、第1制御装置と同様、図6に示す処理により、所定のタイミングにて上流側空燃比センサ66の劣化を診断する。以下では、上流側空燃比センサ66が非対称劣化しており(図6のステップ630にて「Yes」と判定され)、センサ非対称劣化フラグXSADの値が「1」に設定されていると仮定し、説明を続ける。   Similar to the first control device, the third control device diagnoses the deterioration of the upstream air-fuel ratio sensor 66 at a predetermined timing by the processing shown in FIG. In the following, it is assumed that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has asymmetrically deteriorated (determined as “Yes” in step 630 in FIG. 6), and the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is set to “1”. Continue the explanation.

第3制御装置は、所定のタイミングにて図12に示すメインフィードバック補正量DFi算出ルーチンを実行し、図11のルーチンに示す処理(ステップ1140を参照。)にて使用するメインフィードバック補正量DFiを算出する。即ち、CPU71は、ステップ1200から処理を開始してステップ1205に進み、メイン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。第3制御装置において、メインフィードバック制御条件は、第1制御装置と同様、触媒53の暖機期間が終了しており、フューエルカット運転の実行中でなく、機関10の冷却水温THWが所定の第1温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量(負荷)が所定値以下であり、且つ、上流側空燃比センサ66が活性化しているときに成立する。   The third control device executes a main feedback correction amount DFi calculation routine shown in FIG. 12 at a predetermined timing, and sets the main feedback correction amount DFi used in the processing shown in the routine of FIG. 11 (see step 1140). calculate. That is, the CPU 71 starts processing from step 1200 and proceeds to step 1205 to determine whether or not the main feedback control condition is satisfied. In the third control device, the main feedback control condition is that, as in the first control device, the warm-up period of the catalyst 53 has ended, the fuel cut operation is not being executed, and the cooling water temperature THW of the engine 10 is the predetermined first. This is established when the temperature is equal to or higher than one temperature, the intake air amount (load) per revolution of the engine is equal to or less than a predetermined value, and the upstream air-fuel ratio sensor 66 is activated.

ここで、現時点にて、上記メインフィードバック制御条件が成立すると仮定する。本仮定に従えば、CPU71は、図12のステップ1205にて「Yes」と判定してステップ1210に進む。次いで、CPU71は、後述するステップ1210乃至ステップ1230の処理を順に行い、ステップ1235に進む。   Here, it is assumed that the main feedback control condition is satisfied at the present time. According to this assumption, the CPU 71 determines “Yes” in step 1205 of FIG. 12 and proceeds to step 1210. Next, the CPU 71 sequentially performs processing of steps 1210 to 1230 described later, and proceeds to step 1235.

ステップ1210:CPU71は、上記(15)式に従って検出空燃比abyfsを取得する。
ステップ1215:CPU71は、上記(16)式に従って筒内燃料供給量Fc(k−N)を取得する。なお、第3制御装置においては、上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比に設定される。
ステップ1220:CPU71は、上記(17)式に従って目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を取得する。
ステップ1225:CPU71は、上記(18)式に従って筒内燃料供給量偏差DFcを取得する。
ステップ1230:CPU71は、上記(19)式に示すハイパスフィルタ処理を筒内燃料供給量偏差DFcに施し、ハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差DFchiを取得する。
Step 1210: The CPU 71 acquires the detected air-fuel ratio abyfs according to the above equation (15).
Step 1215: The CPU 71 acquires the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) according to the above equation (16). In the third control device, the upstream target air-fuel ratio abyfr is set to the stoichiometric air-fuel ratio.
Step 1220: The CPU 71 acquires the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N) according to the above equation (17).
Step 1225: The CPU 71 acquires the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc according to the above equation (18).
Step 1230: The CPU 71 performs the high-pass filter process shown in the above equation (19) on the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, and obtains the in-cylinder fuel supply amount deviation DFchi after passing through the high-pass filter.

CPU71は、そのステップ1235にて、センサ非対称劣化フラグXSADの値が「1」であるか否かを判定する。上述したように、現時点でのセンサ非対称劣化フラグXSADの値は「0」である。従って、CPU71は、そのステップ1235にて「No」と判定してステップ1240に直接進む。   In step 1235, the CPU 71 determines whether or not the value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “1”. As described above, the current value of the sensor asymmetric deterioration flag XSAD is “0”. Therefore, the CPU 71 makes a “No” determination at step 1235 to directly proceed to step 1240.

CPU71は、そのステップ1240にて上記(20)式に従ってメインフィードバック補正量DFiを取得する。ここで、第3制御装置は、第1フィードバック制御係数(第1比例ゲインGp及び第1微分ゲインGi)に基づいてメインフィードバック補正量DFiを算出する。また、第3制御装置において、係数KFBは「1」に設定されている。   In step 1240, the CPU 71 acquires the main feedback correction amount DFi according to the above equation (20). Here, the third control device calculates the main feedback correction amount DFi based on the first feedback control coefficient (the first proportional gain Gp and the first differential gain Gi). In the third control device, the coefficient KFB is set to “1”.

次いで、CPU71は、ステップ1245に進み、その時点におけるハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差DFchiの積分値SDFchiに上記ステップ1230にて求められたハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差DFchiを加えることにより、新たなハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差の積分値SDFchiを取得(更新)する。その後、CPU71は、ステップ1295に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Next, the CPU 71 proceeds to step 1245, and adds the post-high-pass filter in-cylinder fuel supply amount deviation DFchi obtained in step 1230 to the integrated value SDFchi of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFchi after passing through the high-pass filter at that time. Thus, the integrated value SDFchi of the in-cylinder fuel supply amount deviation after passing through the new high-pass filter is acquired (updated). Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1295 to end the present routine tentatively.

以上により、メインフィードバック補正量DFiが第1フィードバック制御係数に基づく比例積分制御(PI制御)により求められ、このメインフィードバック補正量DFiが最終燃料噴射量Fiに反映される(図11のステップ1140を参照。)。   As described above, the main feedback correction amount DFi is obtained by proportional-integral control (PI control) based on the first feedback control coefficient, and this main feedback correction amount DFi is reflected in the final fuel injection amount Fi (see step 1140 in FIG. 11). reference.).

一方、ステップ1205の判定時においてメインフィードバック制御条件が成立しないとき、CPU71は、そのステップ1205にて「No」と判定してステップ1255に進み、メインフィードバック補正量DFiの値をゼロに設定する。次いで、CPU71は、ステップ1260に進み、ハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差の積分値SDFchiの値をゼロに設定する。その後、CPU71は、ステップ1295に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が成立しないとき、メインフィードバック補正量DFiはゼロに設定される。従って、このとき、サブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesbのメインフィードバック補正量DFiによる補正は行われない。   On the other hand, if the main feedback control condition is not satisfied at the time of determination in step 1205, the CPU 71 determines “No” in step 1205 and proceeds to step 1255 to set the value of the main feedback correction amount DFi to zero. Next, the CPU 71 proceeds to step 1260 to set the integrated value SDFchi of the in-cylinder fuel supply amount deviation after passing through the high-pass filter to zero. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1295 to end the present routine tentatively. Thus, when the main feedback control condition is not satisfied, the main feedback correction amount DFi is set to zero. Accordingly, at this time, the correction by the main feedback correction amount DFi of the fuel injection amount Fbasesb for sub feedback control is not performed.

更に、CPU71は、所定のタイミングにて図13に示すサブフィードバック補正係数KFi算出ルーチンを実行し、図11のルーチンに示す処理(ステップ1130を参照。)にて使用するサブフィードバック補正係数KFiを算出する。即ち、CPU71は、図13のステップ1300から処理を開始してステップ1310に進み、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。第3制御装置において、サブフィードバック制御条件は、第1制御装置と同様、図12に示すメインフィードバック条件(ステップ1205を参照。)が成立し、機関の冷却水温THWが上記第1温度よりも高い第2温度以上であり、且つ、下流側空燃比センサ67が活性化しているときに成立する。   Further, the CPU 71 executes a sub-feedback correction coefficient KFi calculation routine shown in FIG. 13 at a predetermined timing, and calculates a sub-feedback correction coefficient KFi used in the process shown in the routine of FIG. 11 (see step 1130). To do. That is, the CPU 71 starts processing from step 1300 in FIG. 13 and proceeds to step 1310 to determine whether or not the sub feedback control condition is satisfied. In the third control device, the sub feedback control condition is the same as the first control device, the main feedback condition shown in FIG. 12 (see step 1205) is established, and the engine coolant temperature THW is higher than the first temperature. This is established when the temperature is equal to or higher than the second temperature and the downstream air-fuel ratio sensor 67 is activated.

ここで、現時点にて、サブフィードバック制御条件が成立すると仮定する。本仮定に従えば、CPU71は、図13のステップ1310にて「Yes」と判定してステップ1320に進む。次いで、CPU71は、後述するステップ1320乃至ステップ1370の処理を順に行い、ステップ1395に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Here, it is assumed that the sub-feedback control condition is satisfied at the present time. According to this assumption, the CPU 71 determines “Yes” in step 1310 of FIG. 13 and proceeds to step 1320. Next, the CPU 71 sequentially performs the processing of steps 1320 to 1370, which will be described later, proceeds to step 1395, and once ends this routine.

ステップ1320:CPU71は、上記(21)式に従って下流側目標値Voxsrefと下流側空燃比センサ67の出力値Voxsとの差である出力偏差量DVoxsを取得する。なお、第1制御装置においては、下流側目標値Voxsrefは理論空燃比に対応する値に設定する。
ステップ1330:CPU71は、上記(22)式に示すローパスフィルタ処理を出力偏差量DVoxsに施し、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを取得する。
ステップ1340:CPU71は、上記(23)式に従ってローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの微分値DDVoxslowを求める。
ステップ1350:CPU71は、上記(24)式に従ってサブフィードバック制御係数KFiを取得する。この時点における比例ゲインKp、積分ゲインKi及び微分ゲインKdは、予め求められた適値に設定されている。
ステップ1360:CPU71は、現時点におけるローパスフィルタ経過後出力偏差量DVoxlowの積分値SDVoxslowに上記ステップ1330にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを取得する。
ステップ1370:CPU71は、現時点におけるローパスフィルタ経過後出力偏差量DVoxlowを、次回のステップ1340での処理時に用いるローパスフィルタ経過後出力偏差量DVoxlow1に格納する。
Step 1320: The CPU 71 acquires an output deviation amount DVoxs that is a difference between the downstream target value Voxsref and the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 in accordance with the above equation (21). In the first control device, the downstream target value Voxsref is set to a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio.
Step 1330: The CPU 71 performs the low-pass filter process shown in the above equation (22) on the output deviation amount DVoxs to obtain the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter.
Step 1340: The CPU 71 obtains a differential value DDVoxslow of the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter according to the above equation (23).
Step 1350: The CPU 71 acquires the sub feedback control coefficient KFi according to the above equation (24). The proportional gain Kp, integral gain Ki, and differential gain Kd at this time are set to appropriate values obtained in advance.
Step 1360: The CPU 71 adds the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter obtained in the above step 1330 to the integral value SDVoxslow of the output deviation amount DVoxlow after passing through the low-pass filter at the present time, and the new output deviation amount after passing through the low-pass filter Get the integral value SDVoxslow.
Step 1370: The CPU 71 stores the output deviation amount DVoxlow after the low pass filter at the present time in the output deviation amount DVoxlow 1 after the low pass filter used in the next processing at step 1340.

以上により、サブフィードバック補正係数KFiが比例積分積分制御(PID制御)により求められ、このサブフィードバック補正係数KFiによって基本燃料噴射量Fbaseが補正される(図11のステップ1130を参照。)。そして、補正された基本燃料噴射量Fbase(サブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesb)に対して上記メインフィードバック補正量DFiが加算され、最終燃料噴射量Fiが決定される(図11のステップ1140を参照。)。   As described above, the sub-feedback correction coefficient KFi is obtained by the proportional-integral-integral control (PID control), and the basic fuel injection amount Fbase is corrected by the sub-feedback correction coefficient KFi (see step 1130 in FIG. 11). The main feedback correction amount DFi is added to the corrected basic fuel injection amount Fbase (sub-feedback control fuel injection amount Fbasesb) to determine the final fuel injection amount Fi (see step 1140 in FIG. 11). .)

一方、ステップ1310の判定時においてサブフィードバック制御条件が成立しないとき、CPU71は、そのステップ1310にて「No」と判定してステップ1380に進み、サブフィードバック補正係数KFiの値をゼロに設定する。次いで、CPU71は、ステップ1390に進み、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの値をゼロに設定する。その後、CPU71は、ステップ1395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成立しないとき、サブフィードバック補正係数KFiはゼロに設定される。従って、このとき、基本燃料噴射量Fbaseのサブフィードバック補正係数KFiによる補正は行われない。   On the other hand, when the sub feedback control condition is not satisfied at the time of determination in step 1310, the CPU 71 determines “No” in step 1310, proceeds to step 1380, and sets the value of the sub feedback correction coefficient KFi to zero. Next, the CPU 71 proceeds to step 1390 to set the value of the output deviation amount DVoxslow after passing through the low-pass filter to zero. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1395 to end the present routine tentatively. Thus, when the sub feedback control condition is not satisfied, the sub feedback correction coefficient KFi is set to zero. Accordingly, at this time, the basic fuel injection amount Fbase is not corrected by the sub feedback correction coefficient KFi.

ここで、現時点にて、経年劣化等の理由によって上流側空燃比センサ66が非対称劣化したと仮定する。更に、現時点にて、センサ劣化診断実行条件も成立していると仮定する。上記仮定(センサ劣化診断実行条件が成立している。)に従えば、CPU71は、図12のステップ1200から処理を開始すると、ステップ1205にて「Yes」と判定した後、ステップ1210乃至ステップ1230の処理を順に実行してステップ1235に進む。上記仮定(上流側空燃比センサ66が非対称劣化している。)に従えば、CPU71は、そのステップ1235にて「Yes」と判定してステップ1260に進む。   Here, it is assumed that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has asymmetrically deteriorated due to reasons such as aging. Furthermore, it is assumed that the sensor deterioration diagnosis execution condition is also satisfied at the present time. According to the above assumption (the condition for executing the sensor deterioration diagnosis is established), when the CPU 71 starts the process from step 1200 in FIG. 12, it determines “Yes” in step 1205, and then steps 1210 to 1230. These processes are sequentially executed, and the process proceeds to step 1235. If the above assumption (the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically degraded), the CPU 71 determines “Yes” in step 1235 and proceeds to step 1260.

第3制御装置は、上流側空燃比センサ66が非対称劣化しているとき、メインフィードバック補正量DFiを算出する際の制御係数として、上述した第1フィードバック制御係数に代えて「第2フィードバック制御係数」を採用する。第3制御装置においては、第2フィードバック制御係数として、「第1比例ゲインGpよりも小さい第2比例ゲインGpsmall、及び、第1積分ゲインGiよりも小さい第2積分ゲインGiamallからなる第2フィードバック制御係数」が採用される。   When the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated, the third control device replaces the above-described first feedback control coefficient with the “second feedback control coefficient” as a control coefficient for calculating the main feedback correction amount DFi. Is adopted. In the third control device, as the second feedback control coefficient, “second feedback control composed of a second proportional gain Gpsmall smaller than the first proportional gain Gp and a second integral gain Giamall smaller than the first integral gain Gi”. "Coefficient" is adopted.

即ち、CPU71は、そのステップ1260にて第1比例ゲインGpの値に第2比例ゲインGpsmallを格納し、ステップ1260に続くステップ1265にて第1積分ゲインGiの値に第2積分ゲインGiamallを格納する。   That is, the CPU 71 stores the second proportional gain Gpsmall as the value of the first proportional gain Gp at step 1260, and stores the second integral gain Giamall as the value of the first integral gain Gi at step 1265 following step 1260. To do.

そして、CPU71は、ステップ1240に進み、上記第2フィードバック制御係数に基づいてメインフィードバック補正量DFiを取得する。次いで、CPU71は、ステップ1245に進んでハイパスフィルタ通過後筒内燃料供給量偏差の積分値SDFchiを取得(更新)し、ステップ1295に進んで本ルーチンを一旦終了する。   Then, the CPU 71 proceeds to step 1240 to acquire the main feedback correction amount DFi based on the second feedback control coefficient. Next, the CPU 71 proceeds to step 1245 to acquire (update) the integrated value SDFchi of the in-cylinder fuel supply amount deviation after passing through the high-pass filter, and proceeds to step 1295 to end the present routine tentatively.

更に、CPU71は、図13のステップ1300から処理を開始すると、上述したサブフィードバック制御条件が成立すれば、ステップ1310にて「Yes」と判定してステップ1320以降に進む。次いで、CPU71は、上記同様、ステップ1320乃至ステップ1370の処理を順に行ってサブフィードバック補正係数KFiを取得する。   Furthermore, when the CPU 71 starts the process from step 1300 in FIG. 13, if the above-described sub feedback control condition is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 1310 and proceeds to step 1320 and subsequent steps. Next, as described above, the CPU 71 sequentially performs the processing from step 1320 to step 1370 to obtain the sub feedback correction coefficient KFi.

以上により、サブフィードバック補正係数KFiが比例積分微分制御(PID制御)により求められ、このサブフィードバック補正係数KFiによって基本燃料噴射量Fbaseが補正される(図11のステップ1130を参照。)。そして、補正された基本燃料噴射量Fbase(サブフィードバック制御用燃料噴射量Fbasesb)に対して上記メインフィードバック補正量DFiが加算され、最終燃料噴射量Fiが決定される(図11のステップ1140を参照。)。   As described above, the sub feedback correction coefficient KFi is obtained by the proportional integral differential control (PID control), and the basic fuel injection amount Fbase is corrected by the sub feedback correction coefficient KFi (see step 1130 in FIG. 11). The main feedback correction amount DFi is added to the corrected basic fuel injection amount Fbase (sub-feedback control fuel injection amount Fbasesb) to determine the final fuel injection amount Fi (see step 1140 in FIG. 11). .)

以上、説明したように、第3制御装置は、
内燃機関10の排気通路に配設された触媒53と、
前記排気通路であって前記触媒53よりも上流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfsを出力する上流側空燃比センサ66と、
前記排気通路であって前記触媒53よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値Voxsを出力する下流側空燃比センサ67と、
を備えた内燃機関に適用される。
As described above, the third control device
A catalyst 53 disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine 10;
An upstream air-fuel ratio sensor 66 that is disposed in a portion upstream of the catalyst 53 in the exhaust passage and outputs an output value Vabyfs corresponding to an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
A downstream air-fuel ratio sensor 67 that is disposed in a portion downstream of the catalyst 53 in the exhaust passage and outputs an output value Voxs corresponding to an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
It is applied to the internal combustion engine provided with.

第3制御装置は、
前記上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに応じた値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差DFc(図12のステップ1225を参照。)に対してハイパスフィルタ処理を施した値DFchi(図12のステップ1230を参照。)、及び、前記上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに応じた値に対してハイパスフィルタ処理を施した値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差の何れか一方に基づき、前記機関10に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのメインフィードバック補正量DFiを、少なくとも一つのゲインを含む第1フィードバック制御係数(図12のステップ1240におけるGp及びGi)を用いて算出するメインフィードバック補正量算出手段と、
前記下流側空燃比センサ67の出力値Voxsに応じた値と理論空燃比に対応する下流側目標値との偏差DVoxs(図13のステップ1320を参照。)に対してローパスフィルタ処理を施した値DVoxslowに基づき(図13のステップ1330を参照。)、前記機関10に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのサブフィードバック補正量Fbasesbを、前記メインフィードバック補正量の算出とは独立して算出するサブフィードバック補正量算出手段と、
前記メインフィードバック補正量DFi及び前記サブフィードバック補正量Fbasesbに基づいて前記機関10に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致するようにフィードバック制御する(図11のルーチンを参照。)空燃比制御手段と、
前記排ガスの空燃比が増大したときの前記上流側空燃比センサ66の応答時定数であるリーン方向応答時定数Taflean、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記上流側空燃比センサ66の応答時定数であるリッチ方向応答時定数Tafrichを取得する応答時定数取得手段(図6のステップ620を参照。)と、
前記リーン方向応答時定数Tafleanと前記リッチ方向応答時定数Tafrichとの差の絶対値である診断指標値が所定の許容値δよりも大きいか否かを判定する(図6のステップ630を参照。)空燃比センサ診断手段と、
を備える。
The third control device
A value obtained by performing high-pass filter processing on a deviation DFc (see step 1225 in FIG. 12) between a value corresponding to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and an upstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio. DFchi (see step 1230 in FIG. 12) and a value obtained by performing high-pass filter processing on a value corresponding to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and an upstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio The main feedback correction amount DFi for feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10 based on one of the deviations from the first feedback control coefficient including at least one gain (see FIG. 12) Main feedback correction amount calculating means for calculating using Gp and Gi) in step 1240;
A value obtained by subjecting the deviation DVoxs (see step 1320 in FIG. 13) between the value corresponding to the output value Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 and the downstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio to low-pass filter processing. Based on DVoxslow (see step 1330 in FIG. 13), the sub feedback correction amount Fbasesb for feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10 is independent of the calculation of the main feedback correction amount. Sub feedback correction amount calculating means for calculating
Based on the main feedback correction amount DFi and the sub feedback correction amount Fbasesb, feedback control is performed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10 matches the stoichiometric air-fuel ratio (see the routine of FIG. 11). Fuel ratio control means;
The lean direction response time constant Taflean, which is the response time constant of the upstream air-fuel ratio sensor 66 when the exhaust gas air-fuel ratio increases, and the upstream air-fuel ratio sensor 66 when the exhaust gas air-fuel ratio decreases. Response time constant acquisition means (see step 620 in FIG. 6) for acquiring a rich direction response time constant Tafrich which is a response time constant;
It is determined whether or not a diagnostic index value that is an absolute value of a difference between the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich is larger than a predetermined allowable value δ (see step 630 in FIG. 6). ) Air-fuel ratio sensor diagnostic means;
Is provided.

第3制御装置において、
前記メインフィードバック補正量算出手段は、
前記空燃比センサ診断手段によって前記診断指標値が前記許容値δよりも大きいと判定されたとき(図6のステップ630にて「Yes」と判定されたとき)、前記第1フィードバック制御係数に代え、前記第1フィードバック制御係数に含まれるゲインのうちの少なくとも一つのゲインを小さくして得られる第2フィードバック制御係数(Gpsmall及びGismall。図12のステップ1260及びステップ1265を参照。)を用いて前記メインフィードバック補正量DFiを算出する(図12のステップ1240を参照)ように構成される。
In the third control device,
The main feedback correction amount calculating means includes
When the air-fuel ratio sensor diagnosing means determines that the diagnostic index value is larger than the allowable value δ (when it is determined “Yes” in step 630 in FIG. 6), it replaces the first feedback control coefficient. The second feedback control coefficient (Gpsmall and Gismall; see step 1260 and step 1265 in FIG. 12) obtained by reducing at least one of the gains included in the first feedback control coefficient. The main feedback correction amount DFi is calculated (see step 1240 in FIG. 12).

このように、第3制御装置は、空燃比センサの劣化の度合いをリーン方向応答時定数Taflean及びリッチ方向応答時定数Tafrichの大きさに基づいて評価する。ここで、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判断されないとき、第1フィードバック制御係数(ゲインとして、Gp及びGiを含む。)に基づいてメインフィードバック制御が実行される。一方、上流側空燃比センサ66が非対称劣化していると判断されたとき、第1フィードバック制御係数よりも小さいゲインを含む第2フィードバック制御係数(ゲインとして、Gpよりも小さいGpsmall、及び、Giよりも小さいGismallを含む。)に基づいてメインフィードバック制御が実行される。   In this way, the third control device evaluates the degree of deterioration of the air-fuel ratio sensor based on the magnitudes of the lean direction response time constant Taflean and the rich direction response time constant Tafrich. Here, when it is not determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 is asymmetrically deteriorated, main feedback control is executed based on the first feedback control coefficient (including Gp and Gi as gains). On the other hand, when it is determined that the upstream air-fuel ratio sensor 66 has asymmetrically deteriorated, the second feedback control coefficient including a gain smaller than the first feedback control coefficient (as gains Gpsmall and Gi smaller than Gp) Main feedback control is executed on the basis of the small Gi).

フィードバック制御係数に含まれるゲインの大きさは、フィードバック補正量の大きさに影響を与える。また、上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに基づく値に対してハイパスフィルタ処理が施されることにより、その高周波数成分(排ガスの空燃比の変動のうちの高周波数成分)がメインフィードバック制御に用いられる。よって、上流側空燃比センサが非対称劣化(高周波数成分への応答性が劣化)したときに「第2フィードバック制御係数」を採用することより、排ガスの空燃比の変動のうちの高周波数成分に基づく補正量(メインフィードバック補正量)が小さくなる。これにより、サブフィードバック補正量に対するメインフィードバック補正量の影響を小さくすることができる。この結果、上流側空燃比センサの非対称応答による影響を出来る限り小さくすることができ、もって、機関のエミッションを良好に維持することができる。   The magnitude of the gain included in the feedback control coefficient affects the magnitude of the feedback correction amount. Further, by applying high-pass filter processing to the value based on the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66, the high-frequency component (the high-frequency component of the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas) is the main feedback control. Used for. Therefore, by adopting the “second feedback control coefficient” when the upstream air-fuel ratio sensor is asymmetrically deteriorated (responsiveness to high-frequency components is deteriorated), the high-frequency component of the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas is adopted. The correction amount based on (main feedback correction amount) becomes small. Thereby, the influence of the main feedback correction amount on the sub feedback correction amount can be reduced. As a result, the influence of the asymmetric response of the upstream air-fuel ratio sensor can be reduced as much as possible, so that the engine emission can be maintained satisfactorily.

第3制御装置は、「上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに応じた値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差DFc」に対してハイパスフィルタ処理を施し、本処理によって得られる値DFi、及び、第1フィードバック制御係数又は第2フィードバック制御係数に基づきメインフィードバック制御を実行している。しかし、第3制御装置は、まず「上流側空燃比センサ66の出力値Vabyfsに応じた値」に対してハイパスフィルタ処理を施し、処理された出力値Vabyfsと理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差、及び、第1フィードバック制御係数又は第2フィードバック制御係数に基づきメインフィードバック制御を実行するように構成されてもよい。   The third control device performs high-pass filter processing on “deviation DFc between the value corresponding to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the upstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio”, and is obtained by this processing. The main feedback control is executed based on the value DFi and the first feedback control coefficient or the second feedback control coefficient. However, the third control device first performs a high-pass filter process on the “value corresponding to the output value Vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66”, and the upstream target corresponding to the processed output value Vabyfs and the theoretical air-fuel ratio. The main feedback control may be executed based on the deviation from the value and the first feedback control coefficient or the second feedback control coefficient.

第3制御装置は、比例積分制御(PI制御)によってメインフィードバック制御を実行している。しかし、第3制御装置は、例えば比例積分微分制御(PID制御)によってメインフィードバック制御を実行するように構成されてもよい。また、上述した第1フィードバック制御係数が微分ゲイン(Dゲイン)を含む場合、第2フィードバック制御係数はその微分ゲインのみを小さくするように構成されてもよい。   The third control device performs main feedback control by proportional-integral control (PI control). However, the third control device may be configured to execute main feedback control by, for example, proportional integral derivative control (PID control). Further, when the first feedback control coefficient described above includes a differential gain (D gain), the second feedback control coefficient may be configured to reduce only the differential gain.

なお、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。   In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention.

また、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、以下のように構成することもできる。   The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention can also be configured as follows.

即ち、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、
(1)内燃機関の排気通路に配設されるとともに配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比センサと、
(2)前記空燃比センサの出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備える内燃機関の空燃比制御装置に適用され、
(3)前記排ガスの空燃比が増大したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数を取得する応答時定数取得手段と、
(4)前記リーン方向応答時定数と前記リッチ方向応答時定数との差の絶対値である診断指標値が所定の許容値よりも大きいか否かを判定する空燃比センサ診断手段と、
(5)前記空燃比センサ診断手段によって前記診断指標値が前記許容値よりも大きいと判定されたとき、前記リーン方向応答時定数が前記リッチ方向応答時定数よりも大きい場合には前記目標空燃比を第1補正分だけ減少し、前記リッチ方向応答時定数が前記リーン方向応答時定数よりも大きい場合には前記目標空燃比を第2補正分だけ増大する空燃比補正手段と、
を備えるように構成することもできる。
That is, the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention is
(1) an air-fuel ratio sensor that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
(2) air-fuel ratio control means for performing air-fuel ratio feedback control for matching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine with the target air-fuel ratio based on the output value of the air-fuel ratio sensor;
Is applied to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine comprising:
(3) A lean direction response time constant that is a response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and a response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases. Response time constant acquisition means for acquiring a certain rich direction response time constant;
(4) an air-fuel ratio sensor diagnostic means for determining whether or not a diagnostic index value that is an absolute value of a difference between the lean direction response time constant and the rich direction response time constant is greater than a predetermined allowable value;
(5) When the air-fuel ratio sensor diagnosis means determines that the diagnostic index value is larger than the allowable value, the target air-fuel ratio is determined when the lean direction response time constant is larger than the rich direction response time constant. Air-fuel ratio correction means for reducing the target air-fuel ratio by a second correction amount when the rich direction response time constant is larger than the lean direction response time constant;
It can also comprise.

上述したように、空燃比センサが非対称劣化したとき、空燃比センサの出力値は、応答性が低い方向への排ガスの空燃比の変動に対して十分に追従することができない。この場合、検出空燃比は、実空燃比の変動とは異なる挙動を示す。これにより、検出空燃比に基づいて実行される空燃比フィードバック制御も適切に実行されない。   As described above, when the air-fuel ratio sensor is asymmetrically deteriorated, the output value of the air-fuel ratio sensor cannot sufficiently follow the fluctuation of the air-fuel ratio of the exhaust gas in the direction of low responsiveness. In this case, the detected air-fuel ratio shows a behavior different from the fluctuation of the actual air-fuel ratio. As a result, the air-fuel ratio feedback control that is executed based on the detected air-fuel ratio is also not appropriately executed.

例えば、空燃比センサのリッチ方向応答性のみが劣化した場合(即ち、リッチ方向応答時定数がリーン方向応答時定数よりも大きくなる場合)、空燃比センサの出力値は、排ガスの空燃比のリッチ方向への変動に十分に追従することができない。この場合、空燃比センサの出力値が実空燃比に追従することができない期間、検出空燃比は実空燃比よりも大きくなる(リーン側の値となる)。そのため、この期間において、実際には必要とされない過剰なフィードバック制御(空燃比をリッチ側に向かわせる制御)がなされる。この結果、触媒に流入する排ガスの空燃比の中心(以下、「平均空燃比」とも称呼する。)は目標空燃比よりもリッチ側の空燃比となり、機関のエミッションが悪化する。   For example, when only the rich direction response of the air-fuel ratio sensor is deteriorated (that is, when the rich direction response time constant is larger than the lean direction response time constant), the output value of the air-fuel ratio sensor is the rich value of the exhaust gas air-fuel ratio. It is not possible to sufficiently follow the change in direction. In this case, during a period in which the output value of the air-fuel ratio sensor cannot follow the actual air-fuel ratio, the detected air-fuel ratio becomes larger than the actual air-fuel ratio (becomes a lean value). Therefore, during this period, excessive feedback control (control to make the air-fuel ratio turn to the rich side) that is not actually required is performed. As a result, the center of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst (hereinafter also referred to as “average air-fuel ratio”) becomes an air-fuel ratio richer than the target air-fuel ratio, and engine emissions deteriorate.

そこで、第3の空燃比制御装置は、空燃比センサが非対称劣化したとき、この空燃比センサの劣化に対応するように「目標空燃比」を補正する。具体的には、第3の空燃比制御装置は、空燃比センサのリーン方向応答時定数がリッチ方向応答時定数よりも大きい場合(即ち、リーン方向応答性がリッチ方向応答性よりも低下した場合)、目標空燃比を第1補正分だけ「減少」する。また、第3の空燃比制御装置は、リッチ方向応答時定数がリーン方向応答時定数よりも大きい場合(即ち、リッチ方向応答性がリーン方向応答性よりも低下した場合)、目標空燃比を第2補正分だけ「増大」する。   Therefore, when the air-fuel ratio sensor is asymmetrically deteriorated, the third air-fuel ratio control apparatus corrects the “target air-fuel ratio” so as to cope with the deterioration of the air-fuel ratio sensor. Specifically, in the third air-fuel ratio control device, the lean direction response time constant of the air-fuel ratio sensor is larger than the rich direction response time constant (that is, the lean direction response is lower than the rich direction response). ) “Decrease” the target air-fuel ratio by the first correction amount. The third air-fuel ratio control apparatus sets the target air-fuel ratio to the first value when the rich direction response time constant is larger than the lean direction response time constant (that is, when the rich direction response is lower than the lean direction response). “Increase” by two corrections.

目標空燃比が上述したように補正されたとしても、空燃比センサの出力値の非対称応答は解消されない。しかし、上記補正により、触媒に流入する排ガスの「平均空燃比」を本来の目標空燃比に出来る限り近づけることができる。この理由を、上述した「空燃比センサのリッチ方向応答性のみが劣化した場合」を参照し、以下に説明する。   Even if the target air-fuel ratio is corrected as described above, the asymmetric response of the output value of the air-fuel ratio sensor is not eliminated. However, the above correction makes it possible to bring the “average air-fuel ratio” of the exhaust gas flowing into the catalyst as close as possible to the original target air-fuel ratio. The reason for this will be described below with reference to the above-mentioned “when only the rich direction responsiveness of the air-fuel ratio sensor deteriorates”.

上述したように、空燃比センサのリッチ方向応答性のみが劣化した場合、触媒に流入する排ガスの平均空燃比は目標空燃比abyfrよりもリッチ側の空燃比(abyfr−β1)となる。このとき、目標空燃比abyfrが所定の補正分(γ)だけ増大するように補正されると、これ以降のフィードバック制御が補正された目標空燃比(abyfr+γ)に基づいて実行される。上述したように、目標空燃比が補正されたとしても、空燃比センサの出力値の非対称応答は解消されない。従って、上記同様、触媒に流入する排ガスの平均空燃比は「補正された目標空燃比(abyfr+γ)よりもリッチ側の空燃比(abyfr+γ−β2)」となる。ここで、目標空燃比abyfrの補正分(γ)を適切に設定することにより、触媒に流入する排ガスの平均空燃比を本来の目標空燃比abyfrに出来る限り近づけることができる(例えば、γ=β2のとき、平均空燃比は目標空燃比に一致する)。   As described above, when only the rich direction responsiveness of the air-fuel ratio sensor deteriorates, the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes an air-fuel ratio (abyfr-β1) richer than the target air-fuel ratio abyfr. At this time, if the target air-fuel ratio abyfr is corrected so as to increase by a predetermined correction amount (γ), the subsequent feedback control is executed based on the corrected target air-fuel ratio (abyfr + γ). As described above, even if the target air-fuel ratio is corrected, the asymmetric response of the output value of the air-fuel ratio sensor is not eliminated. Accordingly, as described above, the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes “the air-fuel ratio richer than the corrected target air-fuel ratio (abyfr + γ) (abyfr + γ−β2)”. Here, by appropriately setting the correction amount (γ) of the target air-fuel ratio abyfr, the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst can be brought as close as possible to the original target air-fuel ratio abyfr (for example, γ = β2). The average air / fuel ratio matches the target air / fuel ratio).

なお、上記とは逆に空燃比センサのリーン方向応答性がリッチ方向応答性よりも低下した場合においても、上記同様の手法により、触媒に流入する排ガスの平均空燃比を本来の目標空燃比abyfrに出来る限り近づけることができる。従って、機関のエミッションを良好に維持することができる。   Contrary to the above, even when the lean direction responsiveness of the air-fuel ratio sensor is lower than the rich direction responsiveness, the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is set to the original target air-fuel ratio abyfr by the same method as described above. As close as possible. Therefore, the emission of the engine can be maintained satisfactorily.

ここで、「第1補正分」及び「第2補正分」は、例えば以下のように決定することができる。まず、「劣化していない空燃比センサのリッチ方向応答時定数及びリーン方向応答時定数」が予め取得される。次いで、これらの応答時定数と劣化診断時点における各応答時定数とが比較されることにより、「応答性の劣化の度合い」が評価される。そして、この応答性の劣化の度合いに対応するように、「第1補正分」及び「第2補正分」が適宜決定される。   Here, the “first correction amount” and the “second correction amount” can be determined as follows, for example. First, “the rich direction response time constant and the lean direction response time constant of the non-degraded air-fuel ratio sensor” are acquired in advance. Next, by comparing these response time constants with the respective response time constants at the time of deterioration diagnosis, the “degree of responsiveness deterioration” is evaluated. Then, the “first correction amount” and the “second correction amount” are appropriately determined so as to correspond to the degree of deterioration of the responsiveness.

更に、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、以下のように構成することもできる。   Furthermore, the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention can also be configured as follows.

即ち、本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、
(1)内燃機関の排気通路に配設されるとともに配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比センサと、
(2)前記空燃比センサの出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備える内燃機関の空燃比制御装置に適用され、
(3)前記排ガスの空燃比が増大したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数を取得する応答時定数取得手段と、
(4)前記リーン方向応答時定数と前記リッチ方向応答時定数との差の絶対値である診断指標値が所定の許容値よりも大きいか否かを判定する空燃比センサ診断手段と、
(5)前記空燃比センサ診断手段によって前記診断指標値が前記許容値よりも大きいと判定されると、前記リーン方向応答時定数が前記リッチ方向応答時定数よりも大きい場合には前記空燃比センサの出力値が増大する場合にその高周波数成分を増幅し、前記リッチ方向応答時定数が前記リーン方向応答時定数よりも大きい場合には前記空燃比センサの出力値が減少する場合にその高周波数成分を増幅するセンサ出力補正手段と、
を備えるように構成することもできる。
That is, the air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine of the present invention is
(1) an air-fuel ratio sensor that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
(2) air-fuel ratio control means for performing air-fuel ratio feedback control for matching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine with the target air-fuel ratio based on the output value of the air-fuel ratio sensor;
Is applied to an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine comprising:
(3) A lean direction response time constant that is a response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and a response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases. Response time constant acquisition means for acquiring a certain rich direction response time constant;
(4) an air-fuel ratio sensor diagnostic means for determining whether or not a diagnostic index value that is an absolute value of a difference between the lean direction response time constant and the rich direction response time constant is greater than a predetermined allowable value;
(5) When the air-fuel ratio sensor diagnosis means determines that the diagnostic index value is larger than the allowable value, the air-fuel ratio sensor is used when the lean direction response time constant is larger than the rich direction response time constant. When the output value of the air-fuel ratio sensor decreases, the high frequency component is amplified, and when the rich direction response time constant is larger than the lean direction response time constant, the high frequency component Sensor output correction means for amplifying components;
It can also comprise.

上述したように、空燃比センサが非対称劣化したとき、空燃比センサの出力値は非対称応答を示す。ここで、上述したように、非対称応答を示す出力値「全体」に対して「高周波数成分増幅補償」を行うと、劣化の度合いが小さい方向の出力値の高周波数成分が過度に増幅され、その結果、機関のエミッションが悪化する。そこで、第4の空燃比制御装置は、非対称応答を示す出力値のうちの「劣化の度合いが大きい方向の出力値」に対してのみ高周波数成分を増幅する補正を行う。   As described above, when the air-fuel ratio sensor deteriorates asymmetrically, the output value of the air-fuel ratio sensor shows an asymmetric response. Here, as described above, when the “high frequency component amplification compensation” is performed on the output value “whole” indicating the asymmetric response, the high frequency component of the output value in the direction in which the degree of deterioration is small is excessively amplified, As a result, the engine emissions deteriorate. Therefore, the fourth air-fuel ratio control apparatus performs a correction for amplifying the high frequency component only for the “output value in the direction in which the degree of deterioration is large” among the output values showing the asymmetric response.

具体的には、第4の空燃比制御装置は、リーン方向応答時定数がリッチ方向応答時定数よりも大きいとき(即ち、リーン方向応答性がリッチ方向応答性よりも低下したとき)、空燃比センサの出力値が増大する場合(出力値がリーン方向に変動する場合)にその高周波数成分を増幅するように空燃比センサの出力値を補正する。また、第4の空燃比制御装置は、リッチ方向応答時定数がリーン方向応答時定数よりも大きいとき(即ち、リッチ方向応答性がリーン方向応答性よりも低下したとき)、空燃比センサの出力値が減少する場合(出力値がリッチ方向に変動する場合)にその高周波数成分を増幅するように空燃比センサの出力値を補正する。   Specifically, when the lean direction response time constant is larger than the rich direction response time constant (that is, when the lean direction response is lower than the rich direction response), the fourth air-fuel ratio control device When the output value of the sensor increases (when the output value fluctuates in the lean direction), the output value of the air-fuel ratio sensor is corrected so as to amplify the high frequency component. Further, the fourth air-fuel ratio control device outputs the output of the air-fuel ratio sensor when the rich direction response time constant is larger than the lean direction response time constant (that is, when the rich direction response is lower than the lean direction response). When the value decreases (when the output value fluctuates in the rich direction), the output value of the air-fuel ratio sensor is corrected so as to amplify the high frequency component.

上記補正により、劣化側の度合いが大きい方向の出力値のみが増幅されるので、空燃比センサの出力値の非対称応答を解消することができる。更に、上記補正により、実空燃比の変動に対して遅れのない出力値を得ることができる。これらの結果、機関のエミッションを良好に維持することができる。   By the above correction, only the output value in the direction in which the degree of deterioration is large is amplified, so that the asymmetric response of the output value of the air-fuel ratio sensor can be eliminated. Further, with the above correction, it is possible to obtain an output value without delay with respect to fluctuations in the actual air-fuel ratio. As a result, the emission of the engine can be maintained well.

ここで、上記補正を行うにあたり、空燃比センサの出力値が変動する方向を特定する必要がある。「空燃比センサの出力値が変動する方向」は、例えば、以下のように判断することができる。まず、所定時間の経過毎に空燃比センサの出力値が取得されるとともに、取得した出力値に時刻番号(1、2、3・・・N−1、N、N+1・・・)が付与される。次いで、時刻Nにて取得された出力値と時刻N−1にて取得された出力値とが比較される。この比較により、「空燃比センサの出力値が変動する方向」が判断される。   Here, in performing the correction, it is necessary to specify the direction in which the output value of the air-fuel ratio sensor fluctuates. The “direction in which the output value of the air-fuel ratio sensor fluctuates” can be determined as follows, for example. First, the output value of the air-fuel ratio sensor is acquired at every elapse of a predetermined time, and a time number (1, 2, 3,... N−1, N, N + 1...) Is assigned to the acquired output value. The Next, the output value acquired at time N and the output value acquired at time N−1 are compared. By this comparison, “the direction in which the output value of the air-fuel ratio sensor varies” is determined.

出力値の高周波数成分を増幅する際の「増幅の度合い」は、例えば、以下のように決定することができる。まず、上記第3の空燃比制御装置と同様の手法により、空燃比センサの劣化の度合いが評価される。次いで、この応答性の劣化の度合いに対応するように適切な「増幅の度合い」が決定される。   The “degree of amplification” when the high frequency component of the output value is amplified can be determined as follows, for example. First, the degree of deterioration of the air-fuel ratio sensor is evaluated by the same method as the third air-fuel ratio control device. Next, an appropriate “degree of amplification” is determined so as to correspond to the degree of deterioration of the responsiveness.

本発明の制御装置が適用される内燃機関の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an internal combustion engine to which a control device of the present invention is applied. 空燃比と図1に示した上流側空燃比センサの出力値の関係を示したグラフである。2 is a graph showing a relationship between an air-fuel ratio and an output value of an upstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 空燃比と図1に示した下流側空燃比センサの出力値の関係を示したグラフである。2 is a graph showing a relationship between an air-fuel ratio and an output value of a downstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 空燃比と図1に示した上流側空燃比センサの出力値に基づき求められる検出空燃比との関係を示したタイムチャートである。2 is a time chart showing a relationship between an air-fuel ratio and a detected air-fuel ratio obtained based on an output value of an upstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 本発明の第1制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 1st control apparatus of this invention performs. 本発明の第1制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 1st control apparatus of this invention performs. 本発明の第1制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 1st control apparatus of this invention performs. 本発明の第1制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 1st control apparatus of this invention performs. 本発明の第2制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 2nd control apparatus of this invention performs. 本発明の第3制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 3rd control apparatus of this invention performs. 本発明の第3制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 3rd control apparatus of this invention performs. 本発明の第3制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 3rd control apparatus of this invention performs. 本発明の第3制御装置に係る制御装置のCPUが実行するルーチンを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the control apparatus which concerns on the 3rd control apparatus of this invention performs.

符号の説明Explanation of symbols

10…内燃機関、25…燃焼室、39…インジェクタ、52…エキゾーストパイプ(排気管)、53…三元触媒(第1触媒)、54…三元触媒(第2触媒)、66…上流側空燃比センサ、67…下流側空燃比センサ、70…電気制御装置、71…CPU   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Internal combustion engine, 25 ... Combustion chamber, 39 ... Injector, 52 ... Exhaust pipe (exhaust pipe), 53 ... Three-way catalyst (first catalyst), 54 ... Three-way catalyst (second catalyst), 66 ... Empty upstream Fuel ratio sensor, 67 ... downstream air-fuel ratio sensor, 70 ... electric control device, 71 ... CPU

Claims (4)

内燃機関の排気通路に配設されるとともに配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する空燃比センサと、
前記排ガスの空燃比が増大したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数を取得する応答時定数取得手段と、
基準応答時定数を、前記リーン方向応答時定数及び前記リッチ方向応答時定数のうちの何れか大きい方の応答時定数である劣化側応答時定数に基づいて同劣化側応答時定数以上となるように決定するとともに、同基準応答時定数に対応する時定数を有するローパスフィルタ処理を前記空燃比センサの出力値に対して施すことによって処理後出力値を得るセンサ出力処理手段と、
前記処理後出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比に一致させる空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備える内燃機関の空燃比制御装置。
An air-fuel ratio sensor that outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas that is disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and that flows through the disposed portion;
A lean direction response time constant that is a response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and a rich direction that is a response time constant of the air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases A response time constant acquisition means for acquiring a response time constant;
The reference response time constant is equal to or greater than the deterioration side response time constant based on the deterioration side response time constant which is the larger one of the lean direction response time constant and the rich direction response time constant. Sensor output processing means for obtaining a post-processing output value by applying low pass filter processing having a time constant corresponding to the reference response time constant to the output value of the air-fuel ratio sensor,
Air-fuel ratio control means for performing air-fuel ratio feedback control for matching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine with the target air-fuel ratio based on the post-processing output value;
An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine comprising:
請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記センサ出力処理手段は、
前記基準応答時定数を前記機関が第1の運転状態にあるときの前記劣化側応答時定数に基づいて決定するように構成され、且つ、
前記機関が前記第1の運転状態とは異なる第2の運転状態にある場合、前記劣化側応答時定数を同第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値に対応する時定数を前記ローパスフィルタの時定数として採用するように構成された空燃比制御装置。
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The sensor output processing means includes
The reference response time constant is configured to be determined based on the deterioration side response time constant when the engine is in the first operating state; and
When the engine is in a second operating state different from the first operating state, a time constant corresponding to a value obtained by correcting the deterioration-side response time constant based on a parameter corresponding to the second operating state is set. An air-fuel ratio control device configured to be adopted as a time constant of the low-pass filter.
請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記センサ出力処理手段は、
前記基準応答時定数を前記機関が第1の運転状態にあるときの前記劣化側応答時定数に基づいて決定するように構成され、且つ、
前記機関が前記第1の運転状態とは異なる第2の運転状態にある場合、前記基準応答時定数を同第2の運転状態に応じたパラメータに基づいて補正した値に対応する時定数を前記ローパスフィルタの時定数として採用するように構成された空燃比制御装置。
The air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The sensor output processing means includes
The reference response time constant is configured to be determined based on the deterioration side response time constant when the engine is in the first operating state; and
When the engine is in a second operating state different from the first operating state, a time constant corresponding to a value obtained by correcting the reference response time constant based on a parameter corresponding to the second operating state is An air-fuel ratio control apparatus configured to be employed as a time constant of a low-pass filter.
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記排気通路であって前記触媒よりも上流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記触媒よりも下流側の部位に配設されるとともに同配設された部位を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
を備えた内燃機関に適用され、
前記上流側空燃比センサの出力値に応じた値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差に対してハイパスフィルタ処理を施した値、及び、前記上流側空燃比センサの出力値に応じた値に対してハイパスフィルタ処理を施した値と理論空燃比に対応する上流側目標値との偏差の何れか一方に基づき、前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのメインフィードバック補正量を、少なくとも一つのゲインを含む第1フィードバック制御係数を用いて算出するメインフィードバック補正量算出手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値に応じた値と理論空燃比に対応する下流側目標値との偏差に対してローパスフィルタ処理を施した値に基づき、前記機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するためのサブフィードバック補正量を、前記メインフィードバック補正量の算出とは独立して算出するサブフィードバック補正量算出手段と、
前記メインフィードバック補正量及び前記サブフィードバック補正量に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致するようにフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記排ガスの空燃比が増大したときの前記上流側空燃比センサの応答時定数であるリーン方向応答時定数、及び、前記排ガスの空燃比が減少したときの前記上流側空燃比センサの応答時定数であるリッチ方向応答時定数を取得する応答時定数取得手段と、
前記リーン方向応答時定数と前記リッチ方向応答時定数との差の絶対値である診断指標値が所定の許容値よりも大きいか否かを判定する空燃比センサ診断手段と、
を備えるとともに、
前記メインフィードバック補正量算出手段は、
前記空燃比センサ診断手段によって前記診断指標値が前記許容値よりも大きいと判定されたとき、前記第1フィードバック制御係数に代え、前記第1フィードバック制御係数に含まれるゲインのうちの少なくとも一つのゲインを小さくして得られる第2フィードバック制御係数を用いて前記メインフィードバック補正量を算出するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
A catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
An upstream air-fuel ratio sensor that outputs an output value corresponding to the air-fuel ratio of exhaust gas that is disposed in the exhaust passage and upstream of the catalyst and flows through the disposed portion;
A downstream air-fuel ratio sensor which is disposed in a portion downstream of the catalyst in the exhaust passage and outputs an output value corresponding to an air-fuel ratio of exhaust gas flowing through the disposed portion;
Applied to an internal combustion engine with
A value obtained by performing high-pass filter processing on a deviation between a value corresponding to the output value of the upstream air-fuel ratio sensor and an upstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio, and an output value of the upstream air-fuel ratio sensor For feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine based on one of the deviations between the value obtained by subjecting the corresponding value to the high-pass filter processing and the upstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio Main feedback correction amount calculating means for calculating the main feedback correction amount of the first feedback control coefficient using a first feedback control coefficient including at least one gain;
Based on a value obtained by performing low-pass filter processing on a deviation between a value corresponding to the output value of the downstream air-fuel ratio sensor and a downstream target value corresponding to the theoretical air-fuel ratio, the air-fuel mixture supplied to the engine is emptied. Sub feedback correction amount calculating means for calculating a sub feedback correction amount for feedback control of the fuel ratio independently of the calculation of the main feedback correction amount;
Air-fuel ratio control means for performing feedback control so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine matches the stoichiometric air-fuel ratio based on the main feedback correction amount and the sub-feedback correction amount;
The lean direction response time constant, which is the response time constant of the upstream air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas increases, and the response time constant of the upstream air-fuel ratio sensor when the air-fuel ratio of the exhaust gas decreases A response time constant acquiring means for acquiring a rich direction response time constant,
An air-fuel ratio sensor diagnostic means for determining whether or not a diagnostic index value that is an absolute value of a difference between the lean direction response time constant and the rich direction response time constant is greater than a predetermined allowable value;
With
The main feedback correction amount calculating means includes
When the air-fuel ratio sensor diagnosing means determines that the diagnostic index value is greater than the allowable value, at least one gain of the gains included in the first feedback control coefficient instead of the first feedback control coefficient An air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine configured to calculate the main feedback correction amount by using a second feedback control coefficient obtained by reducing the value of.
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