JP5379753B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路に設けられた空燃比センサの出力値に応じて、空燃比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。

従来のこの種の内燃機関の空燃比制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関の排気通路には、排ガスを浄化するための触媒が設けられており、この触媒の上流側にはＬＡＦセンサが、下流側には酸素濃度センサがそれぞれ配置されている。ＬＡＦセンサは、排ガスの空燃比をリニアに検出し、酸素濃度センサは、排ガス空燃比を検出するとともに、理論空燃比に相当する排ガス空燃比の前後において急激に変化する出力特性を有する、いわゆる反転タイプのものである。

この空燃比制御装置では、ＬＡＦセンサによって検出された排ガス空燃比が目標空燃比になるように、燃料噴射量をフィードバック制御する。また、酸素濃度センサによって検出された排ガス空燃比に応じて、燃料噴射量を補正する補正量を算出する。具体的には、酸素濃度センサの出力値の領域を、目標空燃比に対応する目標値と、目標空燃比よりもリッチ側およびリーン側の所定のリッチ基準空燃比およびリーン基準空燃比にそれぞれ対応する２つの値とによって、４つの領域に区分する。そして、酸素濃度センサの出力値が目標値に近い側の２つの領域にあるときには、補正量をより小さな値に設定し、出力値が目標値から遠い側の２つの領域にあるときには、補正量をより大きな値に設定する。これにより、酸素濃度センサの出力値と目標値との差である出力偏差が大きい領域において、より大きな補正量を用いることによって、排ガス空燃比を目標空燃比に速やかに制御するようにしている。

特開平９−３１７５３１号公報

上述した酸素濃度センサは、非線形の出力特性を有する反転タイプのものであるため、例えば、酸素濃度センサの出力値の目標値が理論空燃比に相当する値よりもリッチ側に設定されている場合には、目標値のリッチ側とリーン側で酸素濃度センサの出力特性が非対称になる。より具体的には、排ガス空燃比の変化量が同じである場合、酸素濃度センサの出力の変化は、目標値のリッチ側ではより小さく、リーン側ではより大きくなる。このため、酸素濃度センサの出力値と目標値との偏差が０になるように補正量を算出する場合には、目標空燃比に対する排ガス空燃比のずれが同じであっても、出力値が目標値よりもリッチ側にあるときには、補正量がより小さな値に算出されるため、排ガス空燃比がリッチ側に留まる時間が長くなり、リッチ側に偏るリッチシフトが発生しやすい。

さらに、触媒の活性化前や劣化時には、触媒の酸素貯蔵能力が低いため、触媒を通過する酸素が多くなり、酸素濃度センサで検出された排ガス空燃比が実際の値よりもリーン側にシフトするため、リッチシフトが顕著に現れやすい。

これに対し、特許文献１の空燃比制御装置では、酸素濃度センサの出力偏差が大きいほど、より大きな補正量を用いるにすぎない。このため、目標空燃比が理論空燃比と異なる値に設定されることで、酸素濃度センサの出力特性が目標値に対して非対称になった場合にも、出力偏差に応じて補正量が算出されるため、排ガス空燃比がリッチ側またはリーン側に偏ってしまい、排ガス空燃比を適切に制御することができない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、空燃比センサの出力特性が目標値に対して非対称な場合でも、それを適切に補償しながら、空燃比センサの出力値と目標値に基づくフィードバック制御に用いられる制御入力を適切に算出でき、それにより、空燃比の制御精度を向上させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る内燃機関の空燃比制御装置１は、内燃機関３の排気通路（排気管５）に設けられ、排ガスの空燃比を検出するとともに、排ガスの空燃比に対して非線形の出力特性を有する空燃比センサ（酸素濃度センサ２１）と、空燃比センサの出力値（Ｏ２出力値ＳＶＯ２）が所定の目標値ＳＶＯ２ＣＭＤよりもリッチ側にあるときに、出力値と目標値ＳＶＯ２ＣＭＤとの差である出力偏差ＳＶＯ２ＣＭＤを第１所定値ＥＲＥＦ１に変換し、出力値が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤよりもリーン側にあるときに、出力偏差ＳＶＯ２Ｐを第１所定値ＥＲＥＦ１と絶対値が等しく正負が逆の第２所定値ＥＲＥＦ２に変換する出力偏差変換手段（ＥＣＵ２、図６）と、空燃比センサの出力値を変換された出力偏差ＳＶＯ２Ｐが０になるようにフィードバック制御するための制御入力を算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、図４）と、算出された制御入力を用いて排ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段（ＥＣＵ２）と、を備えることを特徴とする

この内燃機関は、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサを備えている。ここで、「排ガスの空燃比」とは、排ガス中の空気と可燃性気体との重量比をいう。この空燃比センサは、排ガスの空燃比に対して非線形の出力特性を有するタイプのものである。このため、目標値が理論空燃比に相当する値と異なる値に設定されている場合などには、目標値のリッチ側とリーン側とで空燃比センサの出力特性が非対称になる。本発明によれば、空燃比センサの出力値と目標値との差である出力偏差を、出力値が所定の目標値よりもリッチ側にあるときに第１所定値に変換し、リーン側にあるときに第２所定値に変換する。これらの第１および第２所定値は、互いに絶対値が等しく、正負が逆のものである。このような変換により、空燃比センサの出力特性が目標値を中心として非対称なときでも、変換された出力偏差は目標値を中心として対称になる。

そして、このように変換された出力偏差が０になるように、空燃比センサの出力値をフィードバック制御するための制御入力を算出し、算出された制御入力を用いて、排ガスの空燃比を制御する。したがって、空燃比センサの出力特性が目標値に対して非対称な場合でも、それを適切に補償しながら、空燃比センサの出力値と目標値に基づくフィードバック制御に用いられる制御入力を適切に算出でき、それにより、空燃比の制御精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置１において、出力偏差変換手段は、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが値０を中心として対称に設定された所定範囲よりもリッチ側にあるときに（ＳＶＯ２Ｐ＞Ｖａ）、出力偏差ＳＶＯ２Ｐを第１所定値ＥＲＥＦ１に変換し（図８のステップ３２）、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定範囲よりもリーン側にあるときに（ＳＶＯ２Ｐ＜−Ｖａ）、出力偏差を第２所定値ＥＲＥＦ２に変換し（図６のステップ３４）、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定範囲内にあるときに、出力偏差ＳＶＯ２Ｐを、第１所定値ＥＲＥＦ１および第２所定値ＥＲＥＦ２を基準とする補間計算によって算出された値に変換する（図６のステップ３５、図７）ことを特徴とする。

この構成によれば、出力偏差に対して、値０を中心として対称の所定範囲が設定されており、出力偏差が所定範囲よりもリッチ側またはリーン側にあるときには、出力偏差を第１所定値または第２所定値に変換し、出力偏差が所定範囲内にあるときに、出力偏差を、第１所定値および第２所定値を基準とする補間計算によって算出された値に変換する。したがって、目標値付近の所定範囲内においても、出力偏差の変換を、その線形性を保ちながら、きめ細かく行うことができる。また、所定範囲内において、変換された出力偏差は、第１所定値と第２所定値との間で連続的に変化するので、目標値付近で制御入力が急激に変化することを回避できる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置１において、制御入力は積分項を含み、制御入力算出手段は、変換された出力偏差を用いて、積分項を算出する（図５のステップ２６）ことを特徴とする。

この構成によれば、請求項１で算出された変換値は、制御入力に含まれる積分項の算出に用いられる。積分項は累積的に加算されることで算出されるので、変換値の精度の影響が他のフィードバック成分と比較して大きい。したがって、上記のように適切に算出された変換値を積分項の算出に用いることにより、積分項が不適切にシフトすることを回避できる。また、積分項以外のフィードバック成分は、累積的に算出するものではないので、空燃比センサ出力特性が非線形なことによる影響度合が小さい。したがって、変換値をこれらのフィードバック成分には用いないことによって、フィードバックの応答性などを確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置１において、空燃比センサは、内燃機関３から排出された排ガスを浄化する触媒８の下流側に設けられており、触媒８の上流側に設けられ、排ガスの空燃比を検出するとともに、排ガスの空燃比に応じてリニアに変化する出力特性を有する上流側空燃比センサ（ＬＡＦセンサ２２）をさらに備え、空燃比制御手段は、空燃比センサの出力値が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるように、スライディングモード制御により、制御入力として目標空燃比ＫＣＭＤを算出するとともに、上流側空燃比センサにより検出された排ガスの空燃比が前記目標空燃比になるように、内燃機関３に供給される燃料量（燃料噴射量Ｔｏｕｔ）を制御し、制御入力は、変換された出力偏差を用いて算出される適応則入力ＵＡＤＰを含むこと特徴とする。

この構成によれば、空燃比センサは触媒の下流側に設けられており、触媒の上流側にはさらに、排ガスの空燃比に応じてリニアに変化する出力特性を有する上流側空燃比センサが設けられている。また、制御入力としての目標空燃比を、空燃比センサの出力値が目標値になるように、スライディングモード制御により算出する。したがって、空燃比センサで検出された排ガスの空燃比を用い、外乱の影響が少なく、かつ目標値への収束が早いという特性を有するスライディングモード制御によって、目標空燃比を適切に算出することができる。

また、そのように算出された目標空燃比を用いて、上流側空燃比センサにより検出された排ガスの空燃比が目標空燃比になるように、内燃機関に供給される燃料量を制御するので、空燃比の制御精度をさらに向上させることができる。また、制御入力は、スライディングモード制御における適応則入力を含み、この適応則入力は、積分項に相当するとともに、変換された出力偏差を用いて算出される。したがって、変換された出力偏差を用いて積分項を算出することによる前述した請求項３の利点を同様に得ることができる。

本発明の実施形態による空燃比制御装置を、内燃機関とともに示す図である。 酸素濃度センサの出力特性を示す図である。 燃料噴射量の算出処理を示すフローチャートである。 目標空燃比の算出処理を示すフローチャートである。 適応則入力の算出処理を示すフローチャートである。 変換値の算出処理を示すフローチャートである。 変換値を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示すように、本発明を適用した空燃比制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の空燃比制御を含む各種の制御処理を行う。エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒のガソリンエンジンである。エンジン３の吸気管４には、スロットル弁６が設けられ、その下流側の吸気マニホールド４ａには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）７が設けられている。インジェクタ７の開弁時間および開閉タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射量Ｔｏｕｔおよび燃料噴射時期が制御される。

一方、排気管５の下流側には、触媒８が設けられている。この触媒８は、三元触媒で構成されており、酸化還元作用によって、排ガス中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する。

また、排気管５の触媒８よりも下流側には、酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２１が設けられている。Ｏ２センサ２１は、触媒８の下流側で排ガス中の酸素濃度を検出し、その酸素濃度に応じた電圧を有する信号をＥＣＵ２に出力する。

図２に示すように、Ｏ２センサ２１は、混合気の理論空燃比に相当する排ガスの空燃比（以下「理論排ガス空燃比」という）Ａ／ＦＥＸＴＨの前後において急激に変化する出力特性を有する。具体的には、Ｏ２センサ２１の出力信号の電圧値（以下「Ｏ２出力値」という）ＳＶＯ２は、理論空燃比よりもリッチな混合気が燃焼し、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸがリッチなときには、高い値（例えば６００ｍＶ以上）を示し、理論空燃比よりもリーンな混合気が燃焼し、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸがリーンなときには、低い値（例えば２００ｍＶ以下）を示すとともに、理論空燃比付近の混合気が燃焼し、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸが理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨ付近のときには、上記の値の間で急激に変化する。

また、排気管５の触媒８よりも上流側には、ＬＡＦセンサ２２が設けられている。ＬＡＦセンサ２２は、理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨに対してリッチ側からリーン側までの広い範囲において、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、酸素濃度に応じた排ガス空燃比（以下「実空燃比」という）ＫＡＣＴを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この実空燃比ＫＡＣＴ、および後述する目標空燃比ＫＣＭＤは、当量比で表される。

また、吸気管４のスロットル弁６よりも上流側にはエアフローメータ２３が、下流側には吸気圧センサ２４が、それぞれ設けられている。エアフローメータ２３は、吸気管４を流れる空気の質量（以下「空気質量」という）ＧＡＩＲを検出し、吸気圧センサ２４は、吸気の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢＡを検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＥＣＵ２には、水温センサ２６からエンジン３の冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が出力される。

一方、エンジン３のクランクシャフト（図示せず）には、クランク角センサ２５が設けられている。クランク角センサ２５は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒（図示せず）においてピストン（図示せず）が吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。ＥＣＵ２は、上述したセンサ２１〜２６からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて、空燃比制御などのための各種の演算処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、出力偏差変換手段、制御入力算出手段および空燃比制御手段に相当する。

次に、図３〜図７を参照しながら、ＥＣＵ２で実行される空燃比制御処理について説明する。この空燃比制御処理は、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるように目標空燃比ＫＣＭＤを算出するとともに、実空燃比ＫＡＣＴが算出した目標空燃比ＫＣＭＤになるように燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出することによって、エンジン３で燃焼する混合気の空燃比および排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸを制御するものである。なお、本実施形態では、ＮＯｘの低減などのために、目標値ＳＶＯ２ＣＭＤは、理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨに相当する値ＳＶＯ２ＴＨ（例えば５９０Ｖ）よりも、若干リッチ側に相当する比較的大きな値（例えば６５０ｍＶ）に設定されている（図２参照）。

図３は、燃料噴射量Ｔｏｕｔの算出処理を示す。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン回転数ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することよって、基本燃料量ＴＩｂａｓｅを算出する。この基本燃料量ＴＩｂａｓｅは、燃料噴射量Ｔｏｕｔの基本値であり、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、吸気圧ＰＢＡが高いほど、より大きな値に設定されている。なお、この基本燃料量ＴＩｂａｓｅの算出を、エアフローメータ２３で検出された空気質量ＧＡＩＲを用いてもよい。次に、ステップ２において、目標空燃比ＫＣＭＤを算出する。その詳細については後述する。

次に、ステップ３において、ＰＩＤフィードバック制御によって、ＬＡＦセンサ２２で検出された実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤに収束するように、空燃比補正係数ＫＡＦを算出する。なお、空燃比補正係数ＫＡＦの算出を、ＳＴＲ（セルフチューニングレギュレータ）などを用いて行ってもよい。

次に、ステップ４において、総補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出する。この総補正係数ＫＴＯＴＡＬは、エンジン水温ＴＷに応じて算出される水温補正係数などを含む各種の補正係数を互いに乗算することによって算出される。

次に、ステップ５において、ステップ１〜４で算出された基本燃料量ＴＩｂａｓｅ、目標空燃比ＫＣＭＤ、空燃比補正係数ＫＡＦおよび総補正係数ＫＴＯＴＡＬを用い、次式（１）によって、燃料噴射量Ｔｏｕｔを算出し、本処理を終了する。
Ｔｏｕｔ＝ＴＩｂａｓｅ・ＫＣＭＤ・ＫＡＦ・ＫＴＯＴＡＬ ・・・・（１）

以下、図４を参照しながら、図３のステップ２において実行される目標空燃比ＫＣＭＤの算出処理について説明する。本処理は、後述する式（３）〜（８）に示すスライディングモード制御アルゴリズムによって、目標空燃比ＫＣＭＤを算出するものである。本処理ではまず、ステップ１１において、適応則入力ＵＡＤＰを算出する。図５は、そのサブルーチンを示す。

本処理ではまず、ステップ２１において、Ｏ２出力値ＳＶＯ２と目標値ＳＶＯ２ＣＭＤとの差を、出力偏差ＳＶＯ２Ｐとして算出し、ステップ２２において、変換値ＥＲＲＡＤＰＮの設定処理を実行する。図６は、そのサブルーチンを示す。

本処理ではまず、ステップ３１において、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定値Ｖａ（例えば３０ｍＶ）よりも大きいか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、ステップ３２において、正値である第１所定値ＥＲＥＦ１（例えば１．０）を変換値ＥＲＲＡＤＰＮとして設定し、本処理を終了する。

一方、上記ステップ３１の答がＮＯのときには、ステップ３３において、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが−Ｖａ値よりも小さいか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、ステップ３４において、第１所定値ＥＲＥＦ１と絶対値が等しく、負値である第２所定値ＥＲＥＦ２（例えば−１．０）を、変換値ＥＲＲＡＤＰＮとして設定し、本処理を終了する。

一方、上記ステップ３１の答がＮＯで、−Ｖａ≦ＳＶＯ２Ｐ≦Ｖａのときには、ステップ３５において、出力偏差ＳＶＯ２Ｐ、リッチ側変換値ＥＲＥＦ１および所定値Ｖａを用い、次式（２）によって、変換値ＥＲＲＡＤＰＮを算出し、本処理を終了する。
ＥＲＲＡＤＰＮ＝ＳＶＯ２Ｐ・ＥＲＥＦ１／Ｖａ ・・・・（２）

以上のように、変換値ＥＲＲＡＤＰＮは、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが−Ｖａ値とＶａ値で規定される所定範囲よりもリッチ側にあるときには、第１所定値ＥＲＥＦ１に設定され、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定範囲よりもリーン側にあるときには、第２所定値ＥＲＥＦ２（＝−ＥＲＥＦ１）に設定され、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定範囲内にあるときには、第１所定値ＥＲＥＦ１および第２所定値ＥＲＥＦ２を基準とする補間計算によって算出される（図７参照）。

図５に戻り、ステップ２２に続くステップ２３では、Ｏ２出力値ＳＶＯ２に応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎを算出する。

次に、ステップ２４において、空気質量ＧＡＩＲに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、第２ゲインＫＡＤＰＡＩＲＮを算出し、ステップ２５において、算出された第２ゲインＫＡＤＰＡＩＲＮを前述した第１ゲインＫＡＤＰＶＯ２Ｎに乗算することによって、総ゲインＳＬＤＫＡＤＰＮを算出する。

次に、ステップ２６において、今回および前回の変換値ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ），ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ−１）と、所定の応答指定パラメータｓ（−１＜ｓ＜０）を用い、次式（３）によって、切換関数σ（ｋ）を算出する。
σ（ｋ）＝ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ）＋ｓ・ＥＲＲＡＤＰＮ（ｋ−１）・・・・（３）

次に、ステップ２７において、次式（４）によって、切換関数σ（ｋ）の積分値Ｓｕｍσ（ｋ）を算出する。
Ｓｕｍσ（ｋ）＝Ｓｕｍσ（ｋ−１）＋ＳＬＤＫＡＤＰＮ・σ（ｋ） ・・・・（４）

次に、ステップ２８において、算出された積分値Ｓｕｍσ（ｋ）および総ゲインＳＬＤＫＡＤＰＮを用い、次式（５）によって、適応則入力の基本値ＵＡＤＰｂａｓｅを算出する。
ＵＡＤＰｂａｓｅ
＝ＵＡＤＰｂａｓｅ（ｋ−１）＋ＳＬＤＫＡＤＰＮ・σ（ｋ）
＝Ｓｕｍσ（ｋ） ・・・・（５）

次に、ステップ２９において、算出された適応則入力の基本値ＵＡＤＰｂａｓｅにリミット処理を行うことによって、適応則入力ＵＡＤＰを算出し、本処理を終了する。このリミット処理は、具体的には、基本値ＵＡＤＰｂａｓｅが所定の上限値ＵＡＤＰＬＭＴＨよりも大きいときには、適応則入力ＵＡＤＰを上限値ＵＡＤＰＬＭＴＨに設定する。また、基本値ＵＡＤＰｂａｓｅが下限値ＵＡＤＰＬＭＴＬよりも小さいときには、適応則入力ＵＡＤＰを下限値ＵＡＤＰＬＭＴＬに設定する。また、上記以外のときには、適応則入力ＵＡＤＰを基本値ＵＡＤＰｂａｓｅに設定する。

図４に戻り、ステップ１１に続くステップ１２では、所定の到達則ゲインＫＲＣＨおよび切換関数σ（ｋ）を用い、次式（６）によって、到達則入力の基本値ＵＲＣＨｂａｓｅを算出するとともに、その値にリミット処理を施した値を、最終的な到達則入力ＵＲＣＨとして算出する。
ＵＲＣＨ＝ＫＲＣＨ・σ（ｋ） ・・・・（６）

次に、ステップ１３において、算出された適応則入力ＵＡＤＰおよび到達則入力ＵＲＣＨを用い、次式（７）によって、補正値ＵＳＬを算出する。
ＵＳＬ＝ＵＡＤＰ＋ＵＲＣＨ ・・・・（７）

次に、ステップ１４において、所定の空燃比基準値ＦＬＡＦＢＡＳＥおよび算出された補正値ＵＳＬを用い、次式（８）によって、目標空燃比ＫＣＭＤを算出し、本処理を終了する。
ＫＣＭＤ＝ＦＬＡＦＢＡＳＥ−ＵＳＬ ・・・・（８）

以上のように、本実施形態によれば、Ｏ２センサ２１の出力偏差ＳＶＯ２Ｐを、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤよりもリッチ側にあるときに第１所定値ＥＲＥＦ１に変換し、リーン側にあるときに第２所定値ＥＲＥＦ２（＝−ＥＲＥＦ１）に変換する。このような変換により、本実施形態のように目標値ＳＶＯ２ＣＭＤが理論排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸＴＨに相当する値よりもリッチ側に設定されることで、Ｏ２センサ２１の出力特性が非対称な場合でも、変換値ＥＲＲＡＤＰＮは、目標値ＳＶＯ２ＣＭＤを中心として対称になる。

そして、このように変換された出力偏差ＳＶＯ２Ｐが０になるように、Ｏ２出力値ＳＶＯ２をフィードバック制御するための目標空燃比ＫＣＭＤを算出し、この目標空燃比ＫＣＭＤを用いて、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸを制御する。したがって、Ｏ２センサ２１の出力特性が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤに対して非対称な場合でも、それを適切に補償しながら、目標空燃比ＫＣＭＤを適切に算出でき、それにより、排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸの制御精度を向上させることができる。

また、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが−Ｖａ値とＶａ値で規定される所定範囲内にあるときには、変換値ＥＲＲＡＤＰＮを前記の式（２）による補間計算によって算出する。したがって、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定範囲にあるときに、変換値ＥＲＲＡＤＰＮを、その線形性を保ちながら、出力偏差ＳＶＯ２に応じた値にきめ細かく適切に算出することができる。また、この所定範囲内において、変換値ＥＲＲＡＤＰＮは第１所定値ＥＲＥＦ１と第２所定値ＥＲＥＦ２との間で連続的に変化するので、変換値ＥＲＲＡＤＰＮの急激な変化を回避でき、目標空燃比ＫＣＭＤの変動を防止することができる。

また、上記のように適切に算出された変換値ＥＲＲＡＤＰＮを適応則入力ＵＡＤＰの算出に用いることにより、適応則入力ＵＡＤＰがリッチシフトすることを回避できる。また、到達則入力ＵＲＣＨの算出には、変換値ＥＲＲＡＤＰＮを用いないので、フィードバックの応答性などを確保することができる。

また、目標空燃比ＫＣＭＤを、Ｏ２出力値ＳＶＯ２が目標値ＳＶＯ２ＣＭＤになるように、スライディングモード制御により算出する。したがって、Ｏ２センサ２１で検出された排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸを用い、外乱の影響が少なく、かつ目標値への収束が早いという特性を有するスライディングモード制御によって、目標空燃比ＫＣＭＤを適切に算出することができる。また、そのように算出された目標空燃比ＫＣＭＤを用いて、ＬＡＦセンサ２２で検出された実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比ＫＣＭＤになるように、燃料噴射量Ｔｏｕｔを制御するので、混合気の空燃比および排ガス空燃比Ａ／ＦＥＸの制御精度をさらに向上させることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、目標空燃比ＫＣＭＤの算出を、スライディングモード制御により行っているが、ＰＩＤフィードバック制御によって行ってもよい。その場合には、積分項の算出に変換値ＥＲＲＡＤＰＮが用いられる。また、比例項や微分項の算出に変換値ＥＲＲＡＤＰＮを用いてもよい。

また、実施形態では、出力偏差ＳＶＯ２Ｐが所定範囲内にあるときに、変換値ＥＲＲＡＤＰＮを、補間計算によって算出された値に設定しているが、第１所定値ＥＲＥＦ１と第２所定値ＥＲＥＦ２をリニアに結んだ値に設定してもよい。

また、実施形態では、出力偏差ＳＶＯ２Ｐを変換する変換値ＥＲＲＡＤＰＮとしての第１所定値ＥＲＥＦ１を１．０に設定し、第２所定値ＥＲＥＦ２を−１．０に設定しているが、それらの絶対値が互いに等しく、正負が逆であれば、他の値に設定してもよい。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 空燃比制御装置
２ ＥＣＵ（出力偏差変換手段、制御入力算出手段、空燃比制御手段）
３ 内燃機関
５ 排気管（排気通路）
８ 触媒
２１ 酸素濃度センサ（空燃比センサ）
２２ ＬＡＦセンサ（上流側空燃比センサ）
ＳＶＯ２ Ｏ２出力値（空燃比センサの出力値）
ＳＶＯ２Ｐ 出力偏差
ＳＶＯ２ＣＭＤ 目標値
ＥＲＥＦ１ 第１所定値
ＥＲＥＦ２ 第２所定値
ＫＣＭＤ 目標空燃比（制御入力）
Ｔｏｕｔ 燃料噴射量（内燃機関に供給される燃料量）
ＵＡＤＰ 適応則入力

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排ガスの空燃比を検出するとともに、排ガスの空燃比に対して非線形の出力特性を有する空燃比センサと、
   当該空燃比センサの出力値が所定の目標値よりもリッチ側にあるときに、前記出力値と前記目標値との差である出力偏差を第１所定値に変換し、前記出力値が前記目標値よりもリーン側にあるときに、前記出力偏差を前記第１所定値と絶対値が等しく正負が逆の第２所定値に変換する出力偏差変換手段と、
   前記空燃比センサの出力値を前記変換された出力偏差が０になるようにフィードバック制御するための制御入力を算出する制御入力算出手段と、
   当該算出された制御入力を用いて排ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記出力偏差変換手段は、前記出力偏差が値０を中心として対称に設定された所定範囲よりもリッチ側にあるときに、前記出力偏差を前記第１所定値に変換し、前記出力偏差が前記所定範囲よりもリーン側にあるときに、前記出力偏差を前記第２所定値に変換し、前記出力偏差が前記所定範囲内にあるときに、前記出力偏差を、前記第１所定値および前記第２所定値を基準とする補間計算によって算出された値に変換することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記制御入力は積分項を含み、前記制御入力算出手段は、前記変換された出力偏差を用いて、前記積分項を算出することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記空燃比センサは、前記内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の下流側に設けられており、
   当該触媒の上流側に設けられ、排ガスの空燃比を検出するとともに、排ガスの空燃比に応じてリニアに変化する出力特性を有する上流側空燃比センサをさらに備え、
   前記空燃比制御手段は、前記空燃比センサの前記出力値が前記目標値になるように、スライディングモード制御により、前記制御入力として目標空燃比を算出するとともに、
   前記上流側空燃比センサにより検出された排ガスの空燃比が前記目標空燃比になるように、内燃機関に供給される燃料量を制御し、
   前記制御入力は、前記変換された出力偏差を用いて算出される適応則入力を含むこと特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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