JPH07259588A

JPH07259588A - 内燃機関の空燃比検出装置

Info

Publication number: JPH07259588A
Application number: JP6243277A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Hasegawa; 祐介長谷川; Yoichi Nishimura; 要一西村; Isao Komoriya; 勲小森谷; Naosuke Akasaki; 修介赤崎; Eisuke Kimura; 英輔木村; Satoru Abe; 悟阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1995-10-09
Anticipated expiration: 2016-05-08
Also published as: JP3162585B2

Abstract

(57)【要約】【構成】空燃比センサ出力を順次サンプリングして記
憶しておき、機関回転数と機関負荷と、可変バルブタイ
ミング機構を備えるものでは更にバルブタイミングとか
ら、機関回転数が低く機関負荷が高いほど、ないしは排
気バルブタイミングが早くなるほど早期にサンプリング
した値を使用して空燃比を検出する。また、大気圧、セ
ンサ付近の空燃比ないしセンサ劣化度合いなどの環境状
態に応じて選択したサンプリング値を補正する。【効果】実際の空燃比の挙動に近似する空燃比を検出
することができ、検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の空燃比検出
装置に関し、より具体的には運転状態に応じて最適なタ
イミングを選んで空燃比センサの出力をサンプリング
し、それに基づいて空燃比を検出するようにした内燃機
関の空燃比検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系に空燃比センサを設け
て空燃比を検出することは良く行われており、その一例
として特開昭５９−１０１５６２号公報記載の技術を挙
げることができる。また、本出願人も先に特願平３−３
５９３３９号（特開平５−１８００５９号）において、
排気系の挙動を記述するモデルを設定して排気系集合部
に設けた単一の空燃比センサの出力を入力し、オブザー
バを介して各気筒の空燃比を推定する技術を提案してい
る。尚、そこにおいて、空燃比センサは広域空燃比セン
サ、即ち、理論空燃比で出力が反転するＯ₂センサでは
なく、理論空燃比の前後を通じて排気ガス中の酸素濃度
に比例した出力特性を有するものを使用している。ま
た、特開平１−３１３６４４号公報記載の技術は、所定
クランク角度毎に検出の適否を判定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関に
おいて排気ガスは排気行程で排出されることから、多気
筒内燃機関の排気系集合部において空燃比の挙動をみる
と、明らかにＴＤＣに同期している。従って、内燃機関
の排気系に前記した広域空燃比センサを設けて空燃比を
サンプリングするときもＴＤＣに同期して行う必要があ
るが、検出出力を処理する制御ユニット（ＥＣＵ）のサ
ンプルタイミングによっては空燃比の挙動を正確に捉え
られない場合が生じる。即ち、例えば、ＴＤＣに対して
排気系集合部の空燃比（Ａ／Ｆ）が図３４のようである
とき、制御ユニットで認識する空燃比（Ａ／Ｆ）は図３
５に示す如く、サンプルタイミングによっては全く違っ
た値となる。この場合、実際の空燃比センサの出力変化
を可能な限り正確に把握できる位置でサンプリングする
のが望ましい。

【０００４】更に、空燃比の変化は排気ガスのセンサま
での到達時間やセンサの反応時間によっても相違する。
その中、センサまでの到達時間は排気ガス圧力、排気ガ
スボリュームなどに依存して変化する。更に、ＴＤＣに
同期してサンプリングすることはクランク角度に基づい
てサンプリングすることになるので、必然的に機関回転
数の影響を受けざるを得ない。このように、空燃比の検
出は機関の運転状態に依存するところが大きい。そのた
めに上記した従来技術においては所定クランク角度毎に
検出の適否を判定しているが、構成が複雑であって演算
時間が長くなるため高回転域では対応しきれなくなる恐
れがあると共に、検出を決定した時点で空燃比センサの
出力の変局点を徒過してしまう不都合も生じる。

【０００５】従って、この発明の目的は上記した不都合
を解消し、簡易な構成でありながら運転状態に応じて空
燃比センサ出力を最良のタイミングでサンプリングして
実際の挙動を可能な限り反映する空燃比を検出し、もっ
て検出精度を向上させるようにした内燃機関の空燃比検
出装置を提供することにある。

【０００６】更には、検出した空燃比に基づいて後で述
べる演算などを行うとき、機関回転数の変動などによっ
て予定された期間に演算が終了しないことも起こり得
る。

【０００７】従って、この発明の第２の目的は、そのよ
うなときにも最良のサンプリング精度ないしは検出精度
を確保できるようにした内燃機関の空燃比検出装置を提
供することにある。

【０００８】更には、近時、特開平２−２７５０４３号
公報などに示されるように、内燃機関のバルブタイミン
グを機関の運転状態に応じて切り換える、いわゆる可変
バルブタイミング機構が提案されている。そのような可
変バルブタイミング機構、特に排気側のバルブタイミン
グも変更されるものにおいては、排気タイミングが変わ
ることから、それに応じて空燃比の挙動も影響を受ける
ことが予想される。

【０００９】従って、この発明の第３の目的は、可変バ
ルブタイミング機構を備えた内燃機関においても最良の
サンプリング精度ないしは検出精度を確保できるように
した内燃機関の空燃比検出装置を提供することにある。
更には、空燃比を最良のサンプリング精度で気筒毎に最
適にフィードバック制御することを可能とする内燃機関
の空燃比検出装置を提供することも付随的な目的とす
る。

【００１０】更には、空燃比の挙動は、内燃機関の環境
状態によっても相違する。例えば、内燃機関を搭載した
車両が高地を走行するとき、気圧が低下して排気系の圧
力が下がることから、排気ガスの圧力が見掛け上増加
し、排気ガスの空燃比センサまでの到達時間が低地を走
行する場合とは異なってくる。

【００１１】従って、この発明の第４の目的は、内燃機
関を搭載した車両が高地を走行するときも最良のサンプ
リング精度ないしは検出精度を確保できるようにした内
燃機関の空燃比検出装置を提供することにある。

【００１２】更には、内燃機関の環境状態の一つとして
空燃比センサの劣化がある。空燃比センサは劣化すると
応答性が低下し、反応時間が長くなり、空燃比を検出で
きるまでの時間が相違してくる。

【００１３】従って、この発明の第５の目的は、空燃比
センサが劣化したときも最良のサンプリング精度ないし
は検出精度を確保できるようにした内燃機関の空燃比検
出装置を提供することにある。

【００１４】更には、内燃機関の環境状態の一つとして
空燃比センサの反応時間が混合気により異なることが挙
げられる。即ち、空燃比センサの反応時間は、混合気の
空燃比がリーンであるときとリッチであるときとで相違
する。これは、センサの構造にもよるが、一般的に広域
空燃比センサの場合、ポンプ素子は混合気の空燃比がリ
ーンであるとき酸素を汲み出し、リッチであるとき酸素
を汲み入れるように動作するため、その動作の相違から
リーンのときの方が反応時間が早くなる。

【００１５】従って、この発明の第６の目的は、混合気
の空燃比がリーンないしリッチのいずれであっても最良
のサンプリング精度ないしは検出精度を確保できるよう
にした内燃機関の空燃比検出装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに請求項１項に係る内燃機関の空燃比検出装置は、内
燃機関の排気系に配置された空燃比センサの出力をサン
プリングして空燃比を検出する装置において、前記内燃
機関の運転状態を検出する運転状態検出手段、前記内燃
機関の所定クランク角度ごとに、前記空燃比センサの出
力を順次サンプリングするサンプリング手段、前記サン
プリングされた値を順次記憶する記憶手段、前記検出さ
れた運転状態に応じて記憶されたサンプリング値群の中
の少なくともいずれかを選択する選択手段、および選択
されたサンプリング値に基づいて前記内燃機関の空燃比
を検出する空燃比検出手段、を備える如く構成した。

【００１７】また請求項２項に係る内燃機関の空燃比検
出装置は、内燃機関の排気系に配置された空燃比センサ
の出力をサンプリングして空燃比を検出する装置におい
て、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段、前記内燃機関の所定クランク角度ごとに、前記空燃
比センサの出力を順次サンプリングするサンプリング手
段、前記サンプリングされた値を順次記憶する第１の記
憶手段、所定クランク角度において、前記第１の記憶手
段に記憶されたサンプリング値群の中の所定数のサンプ
リング値群を記憶する第２の記憶手段、前記検出された
運転状態に応じて前記第２手段に記憶された所定数のサ
ンプリング値群の中の少なくともいずれかを選択する選
択手段、および選択されたサンプリング値に基づいて前
記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段、を備え
る如く構成した。

【００１８】また請求項３項に係る内燃機関の空燃比検
出装置は、バルブタイミングを複数の特性の間で切り換
える可変バルブタイミング機構を備えてなる内燃機関
で、その排気系に配置された空燃比センサの出力をサン
プリングして空燃比を検出する装置において、前記バル
ブタイミングを含む内燃機関の運転状態を検出する運転
状態検出手段、前記内燃機関の所定クランク角度ごと
に、前記空燃比センサの出力を順次サンプリングするサ
ンプリング手段、前記サンプリングされた値を順次記憶
する記憶手段、前記検出された運転状態に応じて記憶さ
れたサンプリング値群の中の少なくともいずれかを選択
する選択手段、および選択されたサンプリング値に基づ
いて前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段、
を備える如く構成した。

【００１９】また請求項４項に係る内燃機関の空燃比検
出装置は、バルブタイミングを複数の特性の間で切り換
える可変バルブタイミング機構を備えてなる内燃機関
で、その排気系に配置された空燃比センサの出力をサン
プリングして空燃比を検出する装置において、前記バル
ブタイミングを含む内燃機関の運転状態を検出する運転
状態検出手段、前記内燃機関の所定クランク角度ごと
に、前記空燃比センサの出力を順次サンプリングするサ
ンプリング手段、前記サンプリングされた値を順次記憶
する第１の記憶手段、所定クランク角度において、前記
第１の記憶手段に記憶されたサンプリング値群の中の所
定数のサンプリング値群を記憶する第２の記憶手段、前
記検出された運転状態に応じて前記第２手段に記憶され
た所定数のサンプリング値群の中の少なくともいずれか
を選択する選択手段、および選択されたサンプリング値
に基づいて前記内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出
手段、を備える如く構成した。

【００２０】また請求項５項記載の内燃機関の空燃比検
出装置にあっては、前記運転状態検出手段は少なくとも
機関回転数および機関負荷から運転状態を検出する如く
構成した。

【００２１】また請求項６項記載の内燃機関の空燃比検
出装置にあっては、前記運転状態検出手段は少なくとも
機関回転数、機関負荷、およびバルブタイミングから運
転状態を検出する如く構成した。

【００２２】また請求項７項記載の内燃機関の空燃比検
出装置は、前記内燃機関の環境状態を検出する環境状態
検出手段を含み、前記選択手段は選択したサンプリング
値を検出された内燃機関の環境状態に応じて補正する如
く構成した。

【００２３】また請求項８項記載の内燃機関の空燃比検
出装置にあっては、前記環境状態検出手段は前記内燃機
関の位置する場所の大気圧を検出するものであり、前記
選択手段は、検出された大気圧に応じて選択したサンプ
リング値を補正する如く構成した。

【００２４】また請求項９項記載の内燃機関の空燃比検
出装置にあっては、前記環境状態検出手段は前記空燃比
センサの劣化度合いを検出するものであり、前記選択手
段は、検出された空燃比センサの劣化度合いに応じて選
択したサンプリング値を補正する如く構成した。

【００２５】また請求項１０項記載の内燃機関の空燃比
検出装置にあっては、前記環境状態検出手段は前記空燃
比センサの目標空燃比を検出するものであり、前記選択
手段は、検出された目標空燃比に応じて選択したサンプ
リング値を補正する如く構成した。

【００２６】

【作用】請求項１項にあっては、簡易な構成でありなが
ら機関の運転状態に応じた最適のタイミングでサンプリ
ングするため、実際の空燃比の挙動に近似する空燃比を
検出することができて検出精度が向上し、また検出値に
基づいて空燃比を制御するときの精度も向上する。尚、
この請求項および以下の請求項で言う記憶手段は記憶で
きるものであれば足り、その種類は問わない。

【００２７】請求項２項にあっては、機関回転数の変動
などでサンプリング値の選択およびそれに基づく演算な
どが遅れても、サンプリング値が書き替えられることが
ないことから、検出精度およびそれに基づく演算精度を
向上させることができる。特に、後で述べるように、多
気筒内燃機関の排気系集合部に配置された単一の空燃比
センサの出力から各気筒の空燃比を推定するときなど
も、推定精度を向上させることができる。尚、所定数の
サンプリング値群は、１ＴＤＣ内のサンプリング値群で
も良く、数ＴＤＣ間にまたがるサンプリング値群であっ
ても良い。これは請求項４項も同様である。

【００２８】請求項３項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において、請求項１項と同様
に、実際の空燃比の挙動に近似する空燃比を検出するこ
とができて検出精度が向上し、また検出値に基づいて空
燃比を制御するときの精度も向上する。ここで、バルブ
タイミングは吸気側、排気側のいずれか、または両方を
含む。また吸気側および／または排気側のバルブを複数
有しているような機関では、少なくとも１つのバルブタ
イミングを変更するものを含む。これは、吸気側、排気
側のバルブタイミングを少しでも変更すると、機関の吸
気特性が変化し、そのために機関の排気特性が変化する
ためである。またバルブタイミングの特性は後述の実施
例では２種であるが、３種以上であっても良い。請求項
４項も同様である。

【００２９】請求項４項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において、検出精度およびそ
れに基づく演算精度を向上させることができる。

【００３０】請求項５項にあっては、実際の空燃比の挙
動に近似した検出精度を得ることができ、それに基づい
て演算するときも演算精度を向上させることができる。

【００３１】請求項６項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において、実際の空燃比の挙
動に近似した検出精度を得ることができ、それに基づい
て演算するときも演算精度を向上させることができる。

【００３２】請求項７項にあっては、前記内燃機関の環
境状態を検出する環境状態検出手段を含み、前記選択手
段は選択したサンプリング値を検出された内燃機関の環
境状態に応じて補正する如く構成したので、環境状態の
如何に関わらず、最良のサンプリング精度ないしは検出
精度を得ることができる。

【００３３】請求項８項にあっては、前記環境状態検出
手段は前記内燃機関の位置する場所の大気圧を検出する
ものであり、前記選択手段は、検出された大気圧に応じ
て選択したサンプリング値を補正する如く構成したの
で、前記内燃機関を搭載した車両が走行する場所の大気
圧、即ち、高度の如何に関わらず、最良のサンプリング
精度ないしは検出精度を得ることができる。

【００３４】請求項９項にあっては、前記環境状態検出
手段は前記空燃比センサの劣化度合いを検出するもので
あり、前記選択手段は、検出された空燃比センサの劣化
度合いに応じて選択したサンプリング値を補正する如く
構成したので、空燃比センサの劣化度合いの如何に関わ
らず、最良のサンプリング精度ないしは検出精度を得る
ことができる。

【００３５】請求項１０項にあっては、前記環境状態検
出手段は前記空燃比センサの目標空燃比を検出するもの
であり、前記選択手段は、検出された目標空燃比に応じ
て選択したサンプリング値を補正する如く構成したの
で、雰囲気混合気の空燃比の如何に関わらず、最良のサ
ンプリング精度ないしは検出精度を得ることができる。
ここで、目標空燃比としたのは、空燃比を目標空燃比に
向けて制御するとき、センサ付近の混合気も目標空燃比
になる筈だからである。従って、目標空燃比に代えて検
出した空燃比を用いても良い。

【００３６】

【実施例】以下、添付図面に即してこの発明の実施例を
説明する。

【００３７】図１はこの発明に係る内燃機関の空燃比検
出装置を含む、内燃機関の空燃比フィードバック制御装
置を全体的に示しており、その空燃比制御においては排
気系の挙動を記述するモデルを設定し、排気系集合部に
配置した単一の広域空燃比センサの出力を入力すると共
に、モデルの内部状態を観測するオブザーバを設け、そ
の出力から各気筒の空燃比を推定する。

【００３８】図において符号１０は４気筒の内燃機関を
示しており、吸気路１２の先端に配置されたエアクリー
ナ１４から導入された吸気は、スロットル弁１６でその
流量を調節されつつインテークマニホルド１８を経て第
１ないし第４気筒に流入される。各気筒の吸気弁（図示
せず）の付近にはインジェクタ２０が設けられて燃料を
噴射する。噴射されて吸気と一体となった混合気は、各
気筒内で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピ
ストン（図示せず）を駆動する。燃焼後の排気ガスは排
気弁（図示せず）を介してエキゾーストマニホルド２２
に排出され、エキゾーストパイプ２４を経て三元触媒コ
ンバータ２６で浄化されつつ機関外に排出される。ま
た、吸気路１２には、スロットル弁配置位置付近に、そ
れをバイパスするバイパス路２８が設けられる。

【００３９】内燃機関１０のディストリビュータ（図示
せず）内にはＴＤＣ位置でＴＤＣ信号と、ＴＤＣ周期を
１２分割して得られるクランク角度１５度ごとに（この
角度範囲を「ステージ」と言う）ＣＲＫ信号を出力する
クランク角センサ３４が設けられると共に、スロットル
弁１６の開度を検出するスロットル開度センサ３６、ス
ロットル弁１６下流の吸気圧力を絶対圧力で検出する絶
対圧センサ３８、更には内燃機関１０の適宜位置には内
燃機関の位置する場所の大気圧を検出する大気圧センサ
３９も設けられる。

【００４０】更に、排気系においてエキゾーストマニホ
ルド２２と三元触媒コンバータ２６の間には酸素濃度検
出素子からなる広域空燃比センサ４０が設けられ、排気
ガス中の酸素濃度に比例した値を出力する。即ち、広域
空燃比センサ４０の出力は検出回路（図示せず）におい
て適当な線形化処理が行われ、理論空燃比を中心として
リーンからリッチにわたる広い範囲において排気ガス中
の酸素濃度に比例したリニアな特性からなる空燃比（Ａ
／Ｆ）が検出される。その詳細は先に本出願人が提案し
た別の出願、特願平３−１６９４５６号（特開平４−３
６９４７１号）に述べられているので、これ以上の説明
は省略する。尚、以下の説明において、このセンサを
「ＬＡＦセンサ」（リニア・エーバイエフ・センサ）と
称する。これらセンサの出力は制御ユニット（ＥＣＵ）
４２に送られる。

【００４１】図２は制御ユニット４２の構成を示すブロ
ック図で、特にその中で空燃比検出に焦点をおいた構成
を示す。図示の如く、制御ユニット４２は入出力（Ｉ／
Ｏ）用のＣＰＵ５０と空燃比検出用のメインのＣＰＵ５
２を備える。ここで、入出力ＣＰＵ５０には前記したク
ランク角センサ３４よりＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号が
入力されると共に、スロットル開度センサ３６、絶対圧
センサ３８、大気圧センサ３９およびＬＡＦセンサ４０
の出力信号が入力される。

【００４２】入出力ＣＰＵ５０はクランク角センサ３４
のＣＲＫ信号を所定時間カウントして機関回転数Ｎｅを
検出し、メインＣＰＵ５２に送出する。また、入出力
（Ｉ／Ｏ）ＣＰＵ５０はＡ／Ｄ変換回路（図示せず）お
よび１２個の記憶手段、例えばバッファ５０ａを備えて
おり、スロットル開度センサ３６、絶対圧センサ３
８、、大気圧センサ３９およびＬＡＦセンサ４０のアナ
ログ出力を順次Ａ／Ｄ変換し、スロットル開度センサ出
力、絶対圧センサ出力および大気圧センサ出力のスロッ
トル開度θTH、吸気圧力Ｐｂおよび大気圧Ｐａを示すＡ
／Ｄ変換値を直ちにメインＣＰＵ５２に送出すると共
に、ＬＡＦセンサ出力のＡ／Ｄ変換値ＬＡＦを、クラン
ク角センサ３４からＣＲＫ信号が入力される度に、Ａ／
Ｄ変換して順次バッファ５０ａに格納する。

【００４３】即ち、入出力ＣＰＵ５０は、４気筒内燃機
関のＴＤＣ周期（１８０度）を１２分割してなるステー
ジごとにＬＡＦセンサ出力のＡ／Ｄ変換値を記憶する。
１２個のバッファ５０ａには後で図１７に示すように、
０から１１までのＮｏ．が付れて特定される。

【００４４】図３は、その動作を示すフロー・チャート
であるが、空燃比の検出精度は特に前記したオブザーバ
の推定精度と密接な関連を有するので、同図の説明に入
る前に、ここでオブザーバによる空燃比推定について簡
単に説明する。

【００４５】先ず、１個のＬＡＦセンサの出力から各気
筒の空燃比を精度良く分離抽出するためには、ＬＡＦセ
ンサの検出応答遅れを正確に解明する必要がある。そこ
で、とりあえずこの遅れを１次遅れ系と擬似的にモデル
化し、図４に示す如きモデルを作成した。ここでＬＡ
Ｆ：ＬＡＦセンサ出力、Ａ／Ｆ：入力Ａ／Ｆ、とする
と、その状態方程式は下記の数１で示すことができる。

【００４６】

【数１】

【００４７】これを周期ΔＴで離散化すると、数２で示
すようになる。図５は数２をブロック線図で表したもの
である。

【００４８】

【数２】

【００４９】従って、数２を用いることによってセンサ
出力より真の空燃比を求めることができる。即ち、数２
を変形すれば数３に示すようになるので、時刻ｋのとき
の値から時刻ｋ−１のときの値を数４のように逆算する
ことができる。

【００５０】

【数３】

【００５１】

【数４】

【００５２】具体的には数２をＺ変換を用いて伝達関数
で示せば数５の如くになるので、その逆伝達関数を今回
のセンサ出力ＬＡＦに乗じることによって前回の入力空
燃比をリアルタイムに推定することができる。図６にそ
のリアルタイムのＡ／Ｆ推定器のブロック線図を示す。

【００５３】

【数５】

【００５４】続いて、上記の如く求めた真の空燃比に基
づいて各気筒の空燃比を分離抽出する手法について説明
すると、先願でも述べたように、排気系の集合部の空燃
比を各気筒の空燃比の時間的な寄与度を考慮した加重平
均であると考え、時刻ｋのときの値を、数６のように表
した。尚、Ｆ（燃料量）を制御量としたため、ここでは
『燃空比Ｆ／Ａ』を用いているが、後の説明においては
理解の便宜のため、支障ない限り「空燃比」を用いる。
尚、空燃比（ないしは燃空比）は、先に数５で求めた応
答遅れを補正した真の値を意味する。

【００５５】

【数６】

【００５６】即ち、集合部の空燃比は、気筒ごとの過去
の燃焼履歴に重みＣ（例えば直近に燃焼した気筒は４０
％、その前が３０％．．．など）を乗じたものの合算で
表した。このモデルをブロック線図であらわすと、図７
のようになる。

【００５７】また、その状態方程式は数７のようにな
る。

【００５８】

【数７】

【００５９】また集合部の空燃比をｙ（ｋ）とおくと、
出力方程式は数８のように表すことができる。

【００６０】

【数８】

【００６１】上記において、ｕ（ｋ）は観測不可能のた
め、この状態方程式からオブザーバを設計してもｘ
（ｋ）は観測することができない。そこで４ＴＤＣ前
（即ち、同一気筒）の空燃比は急激に変化しない定常運
転状態にあると仮定してｘ（ｋ＋１）＝ｘ（ｋ−３）と
すると、数９のようになる。

【００６２】

【数９】

【００６３】ここで、上記の如く求めたモデルについて
シミュレーション結果を示す。図８は４気筒内燃機関に
ついて３気筒の空燃比を１４．７にし、１気筒だけ１
２．０にして燃料を供給した場合を示す。図９はそのと
きの集合部の空燃比を上記モデルで求めたものを示す。
同図においてはステップ状の出力が得られているが、こ
こで更にＬＡＦセンサの応答遅れを考慮すると、センサ
出力は図１０に「モデル出力値」と示すようになまされ
た波形となる。図中「実測値」は同じ場合のＬＡＦセン
サ出力の実測値であるが、これと比較し、上記モデルが
多気筒内燃機関の排気系を良くモデル化していることを
検証している。

【００６４】よって、数１０で示される状態方程式と出
力方程式にてｘ（ｋ）を観察する通常のカルマンフィル
タの問題に帰着する。その荷重行列Ｑ，Ｒを数１１のよ
うにおいてリカッチの方程式を解くと、ゲイン行列Ｋは
数１２のようになる。

【００６５】

【数１０】

【００６６】

【数１１】

【００６７】

【数１２】

【００６８】これよりＡ−ＫＣを求めると、数１３のよ
うになる。

【００６９】

【数１３】

【００７０】一般的なオブザーバの構成は図１１に示さ
れるようになるが、今回のモデルでは入力ｕ（ｋ）がな
いので、図１２に示すようにｙ（ｋ）のみを入力とする
構成となり、これを数式で表すと数１４のようになる。

【００７１】

【数１４】

【００７２】ここでｙ（ｋ）を入力とするオブザーバ、
即ちカルマンフィルタのシステム行列は数１５のように
表される。

【００７３】

【数１５】

【００７４】今回のモデルで、リカッチ方程式の荷重配
分Ｒの要素：Ｑの要素＝１：１のとき、カルマンフィル
タのシステム行列Ｓは、数１６で与えられる。

【００７５】

【数１６】

【００７６】図１３に上記したモデルとオブザーバを組
み合わせたものを示す。シミュレーション結果は先の出
願に示されているので省略するが、これにより集合部空
燃比より各気筒の空燃比を的確に抽出することができ
る。

【００７７】オブザーバによって集合部空燃比より各気
筒空燃比を推定することができたことから、ＰＩＤなど
の制御則を用いて空燃比を気筒別に制御することが可能
となる。具体的には、図１４に示すように、センサ出力
（集合部Ａ／Ｆ）と目標空燃比とからＰＩＤ制御則を用
いて集合部フィードバック補正項ＫＬＡＦを求めると共
に、オブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆから気筒毎のフィード
バック補正項＃ｎＫＬＡＦ（ｎ：気筒）を求める。気筒
毎のフィードバック補正項＃ｎＫＬＡＦはより具体的に
は、集合部Ａ／Ｆを気筒毎のフィードバック補正項＃ｎ
ＫＬＡＦの全気筒についての平均値の前回演算値で除算
して求めた目標値とオブザーバ推定値＃ｎＡ／Ｆとの偏
差を解消するようにＰＩＤ則を用いて求める。

【００７８】これにより、各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）は
集合部空燃比（Ａ／Ｆ）に収束し、集合部空燃比（Ａ／
Ｆ）は目標空燃比（Ａ／Ｆ）に収束することとなって、
結果的に全ての気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）が目標空燃比
（Ａ／Ｆ）に収束する。ここで、各気筒の燃料噴射量＃
ｎＴout （インジェクタの開弁時間で規定される）は、＃ｎＴout ＝Ｔｉｍ×ＫＣＭＤ×ＫＴＯＴＡＬ×＃ｎＫ
ＬＡＦ×ＫＬＡＦで求められる。上記で、Ｔｉｍ：基本値、ＫＣＭＤ：目
標空燃比、ＫＴＯＴＡＬ：その他の補正項、である。更
にバッテリ補正などの加算項もあるが省略する。尚、か
かる制御の詳細は本出願人が先に提案した特願平５−２
５１１３８号に述べられているので、これ以上の説明は
省略する。

【００７９】ここで、図３フロー・チャートに戻って本
発明に係る空燃比検出技術を説明する。尚、これはメイ
ンＣＰＵ５２の動作を示すフロー・チャートであって、
ＴＤＣ位置で起動される。

【００８０】先ず、Ｓ１０において機関回転数Ｎｅおよ
び吸気圧力Ｐｂを読み出し、Ｓ１２に進んでタイミング
マップを検索して前記した１２個のバッファのいずれか
をそのＮｏ．で選択し、そこに記憶されているサンプリ
ング値を選択する。

【００８１】図１５はそのタイミングマップの特性を示
す説明図であり、図示の如く特性は、機関回転数Ｎｅが
低くないしは吸気圧力（負荷）Ｐｂが高いほど早いクラ
ンク角度でサンプリングされた値を選択するように設定
される。ここで、「早い」とは前のＴＤＣ位置により近
い位置でサンプリングされた値（換言すれば古い値）を
意味する。逆に、機関回転数Ｎｅが高くないしは吸気圧
力Ｐｂが低いほど遅いクランク角度、即ち、後のＴＤＣ
位置に近いクランク角度でサンプリングされた値（換言
すれば新しい値）を選択するように設定する。

【００８２】即ち、ＬＡＦセンサ出力は図３５に示した
ように、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）の変局点に可能な限り
近い位置でサンプリングするのが最良であるが、その変
局点、例えば最初のピーク値は、センサの反応時間を一
定と仮定すれば、図１６に示すように、機関回転数が低
くなるほど早いクランク角度で生じる。また、負荷が高
いほど排気ガス圧力や排気ガスボリュームが増加し、従
って排気ガスの流速が増してセンサへの到達時間が早ま
るものと予想される。その意味から、サンプルタイミン
グを図１５に示すように設定した。

【００８３】図３フロー・チャートに戻ると、Ｓ１４に
進んで選択したバッファＮｏ．を入出力ＣＰＵ５０に連
絡し、Ｓ１６に進んで該当のバッファＮｏ．に記憶され
ていたサンプリング値を受領する。

【００８４】この実施例は上記の如く構成したので、空
燃比の検出精度を向上させることができる。即ち、図１
７に示す如く、比較的短い間隔でサンプリングすること
から、サンプリング値はセンサ出力をほぼ忠実に反映す
ると共に、その比較的短い間隔でサンプリングされた値
をバッファ群に順次記憶しておき、機関回転数と吸気圧
力（負荷）に応じてセンサ出力の変局点を予測してバッ
ファ群の中からそれに対応する値を所定クランク角度に
おいて選択するようにした。この後、オブザーバ演算が
行われて各気筒空燃比（Ａ／Ｆ）が推定され、図１４で
説明したように、空燃比の気筒別のフィードバック制御
が行われる。

【００８５】従って、同図下部に示すように、メインＣ
ＰＵ５２はセンサ出力の最大値と最小値を正確に認識す
ることができる。この場合、サンプルタイミングそのも
のを運転状態に応じて任意に変えることも考えられる
が、上記の如く構成したことで、結果的にサンプルタイ
ミングそのものを任意に変えることと等価の効果を持つ
ことができる。即ち、前記した特開平１−３１３６４４
号公報記載の技術と等価の効果を持つと共に、検出を決
定した時点で変局点が徒過してしまう、即ち、最適検出
ポイントを追い越してしまう不都合がなく、また構成も
簡易である利点を備える。

【００８６】従って、この構成により前記したオブザー
バを用いて各気筒の空燃比を推定するときも、実際の空
燃比の挙動に近似する値を使用することができてオブザ
ーバの推定精度が向上し、結果として図１４に関して述
べた気筒別の空燃比フィードバック制御を行うときの精
度も向上する。

【００８７】図１８はこの発明の第２の実施例を示す、
図２と同様な制御ユニットのブロック図である。

【００８８】第２実施例においては図示の如く、ＣＰＵ
の個数を１個とした。ＬＡＦセンサの出力は検出回路４
３に入力され、その出力はＣＰＵに入力され、マルチプ
レクサ４４を介してＡ／Ｄ変換回路４６に入力される。
同様にスロットル開度センサ３６、絶対圧センサ３８お
よび大気圧センサ３９の出力もＣＰＵに入力され、マル
チプレクサ４４を介してＡ／Ｄ変換回路４６に入力され
る。ＣＰＵはＣＰＵコア５４、ＲＯＭ５６およびＲＡＭ
５８ならびにカウンタ６０を備え、クランク角センサ３
４の出力は波形整形回路６２を介してＣＰＵに入力さ
れ、カウンタ６０に入力される。Ａ／Ｄ変換値およびカ
ウンタ値は、ＲＡＭ５８に格納される。ＣＰＵにおいて
ＣＰＵコア５４は制御値を演算し、駆動回路６６，６８
を介してインジェクタ２０、電磁弁７０に出力する。こ
こで、ＲＯＭ５６はタイミングマップを備えると共に、
ＲＡＭ５８はバッファを備える。ＬＡＦセンサ出力は、
ＲＡＭ５８においてバッファに格納される。

【００８９】図１９タイミング・チャートを参照して第
２実施例を説明すると、第２実施例ではＴＤＣ周期を６
個のステージに分割しているが、ステージ数とは関わり
なく、場合によっては複数のＴＤＣ周期にまたがってセ
ンサ出力をサンプリング・記憶する必要が生じる。その
場合、同図に示す如く、任意のクランク角度範囲、例え
ばＴＤＣの直後の所定クランク角度範囲で、そのステー
ジの最新値から例えば１１回前までのサンプリング値の
いずれかを選択し、オブザーバによる各気筒の空燃比を
推定する演算を行うことになる。

【００９０】このとき、図１９の上部に想像線で示す如
く、機関回転数が上昇するなどして演算、より正確には
サンプリング値の選択が遅れた場合、同図下部に想像線
で示す如く、その間にもサンプリングが行われることか
ら、前記バッファに記憶しておいた値が書き替えられる
ことがある。その結果、例えば８回前、即ち、前々回Ｔ
ＤＣのステージ４のサンプリング値と認識していた値
が、実際にはそのＴＤＣのステージ５のサンプリング値
となっている場合がある。第２実施例はその不都合を解
消することを意図する。

【００９１】具体的には図１８に示す如く、ＲＡＭ５８
にバッファ（第１の記憶手段）に加えて演算バッファ
（第２の記憶手段）を設け、ＣＰＵコア５４は図１９に
示す如く、バッファに一旦格納した値を所定のタイミン
グで演算バッファに移して保存するようにした。より具
体的には図２０フロー・チャートに示す如く、ステップ
１００でＣＲＫ信号値がステージ０のものか否か、即
ち、演算範囲の最初のステージか否か判断し、そこで肯
定されるときはステップ１０２に進んで演算バッファの
値を更新、即ち、第１のバッファの２ＴＤＣ分の値を演
算バッファに移すようにした。

【００９２】第２実施例はこのように構成した結果、図
１９に示したように、演算が遅れることがあってもサン
プリング値が演算終了まで破壊されることがない。よっ
て空燃比の検出精度、オブザーバの推定精度、更には気
筒別の空燃比フィードバック制御精度が向上する。残余
の構成および効果は第１実施例と異ならない。

【００９３】尚、第２実施例において、第２の記憶手段
として演算バッファを用いたが、これに限られるもので
はなく、記憶できるものであれば、どのようなものでも
良い。また、第２実施例は演算タイミング、より正確に
はサンプリング値選択タイミングが浮動であることを前
提としている。サンプリング値選択タイミングを所定の
クランク角度範囲に固定すれば、第１実施例の構成で足
りる。そのとき、サンプリングが２ＴＤＣないしそれ以
上にわたるときは、必要ＴＤＣ分のデータを格納できる
ようにバッファの容量を増やせば良い。

【００９４】図２１はこの発明の第３実施例を示す、図
１８と同様の制御ユニットのブロック図である。第３実
施例は、いわゆる可変バルブタイミング機構を備えた内
燃機関について空燃比を検出する場合に関する。

【００９５】図２２および図２３を参照して可変バルブ
タイミング機構について簡単に説明する。

【００９６】可変バルブタイミング機構６００は図示例
の場合、吸気弁５４と排気弁５６の付近にそれぞれ設け
られたロッカシャフト６１２に回転自在に配置される３
個のロッカアーム６１４，６１６，６１８を備える（吸
気側と排気側とで構成が同一なため、図面で符号の後に
添字ｉ（ｅ）を付し、以下両者を共通に説明する）。該
ロッカアームはそれぞれカムシャフト（図示せず）に取
り付けられた低速用の２個のカムと、低速用のカムに比
して径方向に突出した形状を備える１個の高速用のカム
（共に図示せず）に係合する。

【００９７】ロッカアーム６１４，６１６，６１８には
油路６５０、穴６３２，孔６３４，６３６およびピン６
４０，６４２，６４４などからなる連結機構６３０を備
え、油路６５０と油圧源（図示せず）との間に介挿され
た油圧切り換え機構６６０は電磁弁６８０を介して油路
６５０に圧油を供給／停止し、それによって前記ピンが
前進／後退してロッカアームが連結／解放される。ロッ
カアームが連結されるときは高速カムの動きに基づい
て、解放されたときは低速カムの動きに基づいてバルブ
タイミングとリフト量とが決定される。尚、可変バルブ
タイミング機構の詳細は前記した従来技術に述べられて
いるので、説明はこの程度に止める。

【００９８】この連結／解放は具体的には図２３に示す
如く、機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとから決定され
る。以下、高速カムによる場合を『ＨｉＶ／Ｔ』、低速
カムによる場合を『ＬｏＶ／Ｔ』と言うが、ＨｉＶ／Ｔ
においては、ＬｏＶ／Ｔに比して、バルブタイミングが
早まって結果的にそのオーバラップ量が増加すると共
に、リフト量も増加する。尚、油圧切り換え機構６６０
には油圧スイッチからなるＶ／Ｔセンサ６７０が設けら
れ、油路６５０の油圧を通じてロッカアームの連結／解
放、即ち、バルブタイミングがＬｏＶ／ＴとＨｉＶ／Ｔ
のいずれに制御されているか検出する。図２１に示す如
く、Ｖ／Ｔセンサ６７０の出力はＣＰＵに入力される。

【００９９】先に述べた如く、可変バルブタイミング機
構においてはバルブタイミングの変更に伴って空燃比の
検出が影響を受けると思われる。そこで第３実施例にお
いては、図２４フロー・チャートに示すように、機関回
転数と機関負荷とに加えてバルブタイミングも検出し、
それらからサンプリング値を選択するようにした。

【０１００】図２４フロー・チャートを参照して以下説
明する。尚、これは図２１においてＣＰＵコア５４の動
作を示すフロー・チャートである。先ずＳ２００におい
て機関回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ、バルブタイミングＶ
／Ｔを読み出し、Ｓ２０２に進んでバルブタイミングが
ＨｉＶ／ＴかＬｏＶ／Ｔか判断し、判断結果に従ってＳ
２０４，２０６に進んでＨｉないしＬｏバルブタイミン
グ用のタイミングマップを検索する。図２５はその特性
を示す。

【０１０１】機関回転数の任意の値Ｎｅ１をＬｏ側につ
いてＮｅ１−Ｌｏ、Ｈｉ側についてＮｅ−Ｈｉとし、吸
気圧力についてもその任意の値をＬｏ側についてＰｂ１
−Ｌｏ、Ｈｉ側についてＰｂ１−Ｈｉとすると、マップ
特性は、Ｐｂ１−Ｌｏ＞Ｐｂ１−Ｈｉ、Ｎｅ１−Ｌｏ＞
Ｎｅ１−Ｈｉとする。即ち、ＨｉＶ／Ｔにあっては排気
弁の開き時点がＬｏＶ／Ｔのそれより早いため、機関回
転数ないし吸気圧力の値が同一であれば、早期のサンプ
リング値を選択するように、マップ特性が設定される。

【０１０２】続いてＳ２０８に進んでセンサ出力のサン
プリング（図３のＳ１２ないしＳ１６に相当）を行い、
Ｓ２１０に進んでサンプリング値から数１４に示すオブ
ザーバ行列の演算をＨｉＶ／Ｔについて行い、続いてＳ
２１２に進んで同様の演算をＬｏＶ／Ｔについて行う。
続いてＳ２１４に進んで再びバルブタイミングを判断
し、判断結果に応じてＳ２１６，２１８に進んで演算結
果を選択して終わる。

【０１０３】即ち、バルブタイミングの切り換えに伴っ
て空燃比の集合部の挙動も変わるため、オブザーバ行列
を変更する必要が生じる。しかし、各気筒の空燃比の推
定は瞬時に行えるものではなく、各気筒の空燃比推定演
算が収束し終わるまでに演算数回を要するため、バルブ
タイミングの変更前のオブザーバ行列を用いた演算と変
更後のオブザーバ行列を用いた演算とをオーバーラップ
して行っておき、もしバルブタイミングの変更が行われ
たとしても、Ｓ２１４で変更後のバルブタイミングに応
じて選択できるようにした。尚、各気筒が推定された後
は、先に述べたように、目標値との偏差を解消するよう
にフィードバック補正係数が求められて噴射量が決定さ
れる。

【０１０４】第３実施例は上記の如く構成したので、機
関回転数や吸気圧力のみならず、バルブタイミングも考
慮して最適にＬＡＦセンサ出力のサンプリング値を選択
することができ、よって検出精度を向上できる。また、
前記したオブザーバを用いて集合部の空燃比から各気筒
の空燃比を推定するときも、推定精度を上げることが可
能となる。尚、残余の構成および効果は従前の実施例と
同様である。

【０１０５】図２６はこの発明の第４実施例を示す、図
２４と同様のフロー・チャートである。

【０１０６】第４実施例は第３実施例の変形例であり、
以下説明すると、Ｓ３００において機関回転数Ｎｅなど
を読み出した後、Ｓ３０２に進んでＬｏＶ／Ｔ用のタイ
ミングマップを検索し、Ｓ３０４に進んでＬｏＶ／Ｔ用
にセンサ出力のサンプリング値を選択し、Ｓ３０６に進
んでＬｏＶ／Ｔ用のオブザーバ行列演算を行う。続いて
Ｓ３０８ないしＳ３１２に進んでＨｉＶ／Ｔ側について
同様の処理を行う。続いてＳ３１４に進んでバルブタイ
ミングを判断し、判断結果に応じてＳ３１６，３１８の
いずれかに進んで演算結果を選択する。即ち、第４実施
例においては、センサ出力サンプリングに関しては、実
際にバルブタイミングがどちらの特性にあるか否か判断
せず、Ｌｏ，Ｈｉ両方の特性について行う。その後Ｓ３
１４で初めて特性を判断するようにした。残余の構成お
よび効果は第３実施例と同様である。

【０１０７】尚、第３および第４実施例において、ＣＰ
Ｕの構成として図１８に示す第２実施例のものを用いた
が、図２に示す第１実施例の構成を用いても良い。逆
に、第１実施例においてＣＰＵの構成として第２実施例
以下のものを用いても良い。また、ステージの数も６個
または１２個に限られるものではない。また排気弁と吸
気弁とが共に変更される可変バルブタイミング機構を例
にとったが、それに限られるものではなく、既述の如
く、一方のみ変更される機構にも妥当する。また吸気弁
の休止が可能な機構にも妥当する。更に、バルブタイミ
ングを検出する手段として油圧スイッチを例に上げた
が、それに止まるものではなく、前記したピン６４０，
６４２，６４４の位置を検出しても良く、あるいは可変
バルブタイミング機構の制御ユニットのバルブタイミン
グ切り換え指令信号を参照して検出しても良い。

【０１０８】図２７はこの発明の第５実施例を示す、図
３に類似したフロー・チャートである。

【０１０９】先に述べた如く、ＬＡＦセンサの反応時間
は、センサが検出しようとする混合気の空燃比がリーン
であると、リッチのときに比し、短くなる。第５実施例
は、この問題を解消するようにした。図２７を参照して
説明すると、第１実施例と同様にＳ１２に進んでバッフ
ァＮｏ．を選択した後、Ｓ１３に進んで目標空燃比（前
記したＫＣＭＤ）に応じてバッファＮｏ．に補正量Ｃｏ
ｒ１（正値）を加算してバッファＮｏ．を補正する。

【０１１０】即ち、図２８に示すように補正量Ｃｏｒ１
を目標空燃比に応じて求めてテーブル化しておき、目標
空燃比から補正量Ｃｏｒ１を検索してバッファＮｏ．に
加算する。補正量Ｃｏｒ１はリッチ側が零に設定される
と共に、リーンになればなるほどプラス方向に大きくな
るように設定される。バッファＮｏ．は先に図１７に示
した如く、検出したクランク角度順にＮｏ．１１から減
少するように設定され、最新値をＮｏ．０と設定してい
ることから、補正量Ｃｏｒ１を加算することは、より早
期のクランク角度で検出されたサンプリング値を選択し
直すことを意味する。

【０１１１】これは、リーンのときの方が反応時間が早
いので、センサはリッチのときに比較すれば、より早期
のクランク角度で出力を生じることになるためである。
また、センサの特性からリーンであればあるほど応答性
が高くなるため、リーンであればあるほど補正量Ｃｏｒ
１を大きくし、よって一層早期のクランク角度で検出さ
れたサンプリング値に選択し直すようにした。

【０１１２】第５実施例は上記の如く構成したので、セ
ンサが検出しようとする混合気がリーンであるとリッチ
であるとの如何に関わらず、最良のサンプリング値を選
択することができ、空燃比の検出精度を上げることがで
きる。尚、センサが検出する混合気を示すパラメータと
して目標空燃比を使用したのは、空燃比が目標空燃比に
制御されるとき、実際の空燃比も目標空燃比になる筈だ
からである。その意味では目標空燃比に代えて検出した
空燃比を用いても良い。

【０１１３】図２９はこの発明の第６実施例を示す、図
２７に類似したフロー・チャートである。

【０１１４】先に述べた如く、内燃機関を搭載した車両
が高地を走行するとき、大気圧が低下して排圧が低下す
ることから、排気ガスのセンサまでの到達時間が、低地
の場合に比し、短くなる。そこで、第６実施例は、この
問題を解消するようにした。図２９を参照して説明する
と、第１実施例と同様にＳ１２に進んでバッファＮｏ．
を選択した後、Ｓ１３に進んで大気圧Ｐａに応じてバッ
ファＮｏ．に補正量Ｃｏｒ２（正値）を加算してバッフ
ァＮｏ．を補正する。

【０１１５】即ち、図３０に示すように補正量Ｃｏｒ２
を大気圧Ｐａに応じて求めてテーブル化しておき、検出
した大気圧値から補正量Ｃｏｒ２を検索してバッファＮ
ｏ．に加算する。補正量Ｃｏｒ２は大気圧が低いほど、
即ち、機関が位置する地の高度が高くなればなるほど大
きくなるように設定されるので、高度が増加するにつれ
てより早期のクランク角度で検出されたサンプリング値
を選択し直すことになる。

【０１１６】第６実施例は上記の如く構成したので、機
関が位置する地の高度の如何に関わらず、最良のサンプ
リング値を選択することができ、空燃比の検出精度を上
げることができる。

【０１１７】図３１はこの発明の第７実施例を示す、図
２７に類似したフロー・チャートである。

【０１１８】先に述べた如く、ＬＡＦセンサが劣化する
と応答性が低下し、反応時間が長くなる。第６実施例は
この問題を解消を意図しており、図３１を参照して説明
すると、第５ないし第６実施例と同様にＳ１２からＳ１
３に進んでＬＡＦセンサの劣化度合い応じてバッファＮ
ｏ．を補正する。

【０１１９】即ち、図３２に示すように補正量Ｃｏｒ３
（負値）をセンサの劣化度合いに応じて求めてテーブル
化しておき、センサの劣化度合いを判定し、それから補
正量Ｃｏｒ３を検索してバッファＮｏ．に加算する。劣
化度合いが進むほどセンサ反時間が長くなることから、
補正量Ｃｏｒ３は劣化度合いに応じてマイナス方向に増
加し、−ｎで最大となるように設定する。従って、図３
１のＳ１３においてバッファＮｏ．を加算補正すると
き、バッファＮｏ．は減少方向に補正、即ち、図におい
て後期のクランク角度で検出したサンプリング値を選択
するように行われる。

【０１２０】ここでＬＡＦセンサの劣化度合いの判定に
ついて図３３を参照して説明すると、目標空燃比が例え
ば理論空燃比に制御されているとき、フューエルカット
の実行（Ｆ／ＣＯＮ）を適宜な手法で検出し、ＬＡＦ
センサが正常な段階で予め実験を通じてセンサ出力が理
論空燃比からリーン値、例えば３０：１となるまでの基
準時間を求めておく。そして、実際の機関の運転時にフ
ューエルカットの実行を検出し、センサ出力がリーン
値、例えば３０：１となるまでの時間を測定し、基準時
間からの遅れ時間τを測定する。遅れ時間τからセンサ
の劣化度合いを判定することができる。尚、ＬＡＦセン
サの劣化度合いの判定は図示の手法に限られるものでは
なく、前記した従来技術、特開平４−３６９４７１号で
提案する手法を用いても良い。

【０１２１】第７実施例は上記の如く構成したので、セ
ンサの劣化度合いの如何に関わらず、最良のサンプリン
グ値を選択することができ、空燃比の検出精度を上げる
ことができる。

【０１２２】尚、上記した第１ないし第７の実施例は、
排気系の挙動を記述するモデルを設定し、その内部状態
を観測するオブザーバを使用して空燃比制御を行う場合
を例にとって説明してきたが、この発明に係る空燃比検
出技術はそれに限定されるものではなく、空燃比センサ
の実測値に基づいて空燃比を制御する技術に全て妥当す
る。

【０１２３】更に、運転状態を機関回転数と吸気圧力な
どから検出したが、これに限られるものでなく、その他
のパラメータを追加しても良い。また機関負荷を示すパ
ラメータは吸気圧力に限られるものではなく、吸入空気
量、スロットル開度などでも良い。

【０１２４】更には、空燃比センサとして広域空燃比セ
ンサを使用する場合を例にとって説明したが、いわゆる
Ｏ₂センサを用いて空燃比を制御する場合にも妥当す
る。

【０１２５】

【発明の効果】請求項１項にあっては、実際の空燃比の
挙動に近似する空燃比を検出することができ、よって検
出値を用いて空燃比制御などを行うときの制御精度を向
上させることができる。

【０１２６】請求項２項にあっては、機関回転数の変動
などでサンプリング値の選択およびそれに基づく演算な
どが遅れても、サンプリング値が書き替えられることが
ないことから、検出精度およびそれに基づく演算精度を
向上させることができる。特に、多気筒内燃機関の排気
系集合部に配置された単一の空燃比センサの出力から各
気筒の空燃比を推定するときなど、推定精度を向上させ
ることができる。

【０１２７】請求項３項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において、請求項１項と同様
に、実際の空燃比の挙動に近似する空燃比を検出するこ
とができて検出精度が向上し、またその検出値に基づい
て空燃比を制御するときの精度も向上する。

【０１２８】請求項４項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において、検出精度およびそ
れに基づく演算精度を向上させることができる。

【０１２９】請求項５項にあっては、実際の空燃比の挙
動に近似した検出精度を得ることができ、それに基づい
て演算するときも演算精度を向上させることができる。

【０１３０】請求項６項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において、実際の空燃比の挙
動に近似した検出精度を得ることができ、それに基づい
て演算するときも演算精度を向上させることができる。

【０１３１】請求項７項にあっては、内燃機関の環境状
態に応じて補正する如く構成したので、環境状態の如何
に関わらず、最良のサンプリング精度ないしは検出精度
を得ることができる。

【０１３２】請求項８項にあっては、検出された大気圧
に応じて選択したサンプリング値を補正する如く構成し
たので、前記内燃機関を搭載した車両が走行する場所の
大気圧、即ち、高度の如何に関わらず、最良のサンプリ
ング精度ないしは検出精度を得ることができる。

【０１３３】請求項９項にあっては、空燃比センサの劣
化度合いに応じて選択したサンプリング値を補正する如
く構成したので、空燃比センサの劣化度合いの如何に関
わらず、最良のサンプリング精度ないしは検出精度を得
ることができる。

【０１３４】請求項１０項にあっては、目標空燃比に応
じて選択したサンプリング値を補正する如く構成したの
で、雰囲気混合気の空燃比の如何に関わらず、最良のサ
ンプリング精度ないしは検出精度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る内燃機関の空燃比検出装置を含
む、空燃比フィードバック制御装置を全体的に示すブロ
ック図である。

【図２】図１中の制御ユニットの詳細を空燃比検出に焦
点をおいて示すブロック図である。

【図３】図１装置の動作を示すフロー・チャートであ
る。

【図４】先の出願で述べた空燃比センサの検出動作をモ
デル化した例を示すブロック図である。

【図５】図４に示すモデルを周期ΔＴで離散化したモデ
ルである。

【図６】空燃比センサの検出挙動をモデル化した真の空
燃比推定器を示すブロック線図である。

【図７】内燃機関の排気系の挙動を示すモデルを表すブ
ロック線図である。

【図８】図７に示すモデルを用いて４気筒内燃機関につ
いて３気筒の空燃比を１４．７に、１気筒の空燃比を１
２．０にして燃料を供給する場合を示すデータ図であ
る。

【図９】図８に示す入力を与えたときの図７モデルの集
合部の空燃比を表すデータ図である。

【図１０】図８に示す入力を与えたときの図７モデルの
集合部の空燃比をＬＡＦセンサの応答遅れを考慮して表
したデータと、同じ場合のＬＡＦセンサ出力の実測値を
比較するグラフ図である。

【図１１】一般的なオブザーバの構成を示すブロック線
図である。

【図１２】先の出願で用いるオブザーバの構成を示すブ
ロック線図である。

【図１３】図７に示すモデルと図１２に示すオブザーバ
を組み合わせた構成を示す説明ブロック図である。

【図１４】この発明で予定する空燃比のフィードバック
制御を示すブロック図である。

【図１５】図３フロー・チャートで使用するタイミング
マップの特性を示す説明図である。

【図１６】図１５の特性を説明する、機関回転数および
機関負荷に対するセンサ出力特性を示す説明図である。

【図１７】図３の動作を説明するタイミング・チャート
である。

【図１８】この発明の第２実施例を示す、図２と同様の
制御ユニットのブロック図である。

【図１９】第２実施例の動作を説明するタイミング・チ
ャートである。

【図２０】第２実施例の動作を説明するフロー・チャー
トである。

【図２１】この発明の第３実施例を示す、図１８と同様
の制御ユニットのブロック図である。

【図２２】第３実施例で予定する可変バルブタイミング
機構を説明する、油圧回路図を含む部分断面図である。

【図２３】バルブタイミングの切り換え特性を示す説明
図である。

【図２４】第３実施例の動作を示すフロー・チャートで
ある。

【図２５】第３実施例のタイミングマップの特性を示す
説明図である。

【図２６】この発明の第４実施例を示す図２４と同様の
フロー・チャートである。

【図２７】この発明の第５実施例を示す図３と同様のフ
ロー・チャートである。

【図２８】図２７フロー・チャートのＳ１３で行うバッ
ファＮｏ．の補正量Ｃｏｒ１の特を示す説明図である。

【図２９】この発明の第６実施例を示す、図２７と同様
のフロー・チャートである。

【図３０】図２９フロー・チャートのＳ１３で行うバッ
ファＮｏ．の補正量Ｃｏｒ２の特を示す説明図である。

【図３１】この発明の第７実施例を示す、図２７と同様
のフロー・チャートである。

【図３２】図３１フロー・チャートのＳ１３で行うバッ
ファＮｏ．の補正量Ｃｏｒ３の特を示す説明図である。

【図３３】第７実施例で使用する空燃比センサの劣化度
合いの判定手法を示す説明図である。

【図３４】多気筒内燃機関のＴＤＣと排気系集合部の空
燃比との関係を示す説明図である。

【図３５】実際の空燃比に対するサンプルタイミングの
良否を示す説明図である。

【符号の説明】

１０内燃機関１８インテークマニホルド２０インジェクタ２２エキゾーストマニホルド３９大気圧センサ４０空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）４２制御ユニット５０入出力ＣＰＵ５０ａバッファ５２メインＣＰＵ５４ＣＰＵコア５６ＲＯＭ５８ＲＡＭ６００可変バルブタイミング機構６７０Ｖ／Ｔセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤崎修介埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者木村英輔埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者阿部悟埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に配置された空燃比セ
ンサの出力をサンプリングして空燃比を検出する装置に
おいて、ａ．前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段、ｂ．前記内燃機関の所定クランク角度ごとに、前記空燃
比センサの出力を順次サンプリングするサンプリング手
段、ｃ．前記サンプリングされた値を順次記憶する記憶手
段、ｄ．前記検出された運転状態に応じて記憶されたサンプ
リング値群の中の少なくともいずれかを選択する選択手
段、およびｅ．選択されたサンプリング値に基づいて前記内燃機関
の空燃比を検出する空燃比検出手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項２】内燃機関の排気系に配置された空燃比セ
ンサの出力をサンプリングして空燃比を検出する装置に
おいて、ａ．前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段、ｂ．前記内燃機関の所定クランク角度ごとに、前記空燃
比センサの出力を順次サンプリングするサンプリング手
段、ｃ．前記サンプリングされた値を順次記憶する第１の記
憶手段、ｄ．所定クランク角度において、前記第１の記憶手段に
記憶されたサンプリング値群の中の所定数のサンプリン
グ値群を記憶する第２の記憶手段、ｅ．前記検出された運転状態に応じて前記第２手段に記
憶された所定数のサンプリング値群の中の少なくともい
ずれかを選択する選択手段、およびｆ．選択されたサンプリング値に基づいて前記内燃機関
の空燃比を検出する空燃比検出手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項３】バルブタイミングを複数の特性の間で切
り換える可変バルブタイミング機構を備えてなる内燃機
関で、その排気系に配置された空燃比センサの出力をサ
ンプリングして空燃比を検出する装置において、ａ．前記バルブタイミングを含む内燃機関の運転状態を
検出する運転状態検出手段、ｂ．前記内燃機関の所定クランク角度ごとに、前記空燃
比センサの出力を順次サンプリングするサンプリング手
段、ｃ．前記サンプリングされた値を順次記憶する記憶手
段、ｄ．前記検出された運転状態に応じて記憶されたサンプ
リング値群の中の少なくともいずれかを選択する選択手
段、およびｅ．選択されたサンプリング値に基づいて前記内燃機関
の空燃比を検出する空燃比検出手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項４】バルブタイミングを複数の特性の間で切
り換える可変バルブタイミング機構を備えてなる内燃機
関で、その排気系に配置された空燃比センサの出力をサ
ンプリングして空燃比を検出する装置において、ａ．前記バルブタイミングを含む内燃機関の運転状態を
検出する運転状態検出手段、ｂ．前記内燃機関の所定クランク角度ごとに、前記空燃
比センサの出力を順次サンプリングするサンプリング手
段、ｃ．前記サンプリングされた値を順次記憶する第１の記
憶手段、ｄ．所定クランク角度において、前記第１の記憶手段に
記憶されたサンプリング値群の中の所定数のサンプリン
グ値群を記憶する第２の記憶手段、ｅ．前記検出された運転状態に応じて前記第２手段に記
憶された所定数のサンプリング値群の中の少なくともい
ずれかを選択する選択手段、およびｆ．選択されたサンプリング値に基づいて前記内燃機関
の空燃比を検出する空燃比検出手段、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項５】前記運転状態検出手段は少なくとも機関
回転数および機関負荷から運転状態を検出することを特
徴とする請求項１項ないし４項のいずれかに記載の内燃
機関の空燃比検出装置。
【請求項６】前記運転状態検出手段は少なくとも機関
回転数、機関負荷、およびバルブタイミングから運転状
態を検出することを特徴とする請求項３項または４項記
載の内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項７】前記内燃機関の環境状態を検出する環境
状態検出手段を含み、前記選択手段は選択したサンプリ
ング値を検出された内燃機関の環境状態に応じて補正す
ることを特徴とする請求項１項ないし６項のいずれかに
記載の内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項８】前記環境状態検出手段は前記内燃機関の
位置する場所の大気圧を検出するものであり、前記選択
手段は、検出された大気圧に応じて選択したサンプリン
グ値を補正することを特徴とする請求項７項記載の内燃
機関の空燃比検出装置。
【請求項９】前記環境状態検出手段は前記空燃比セン
サの劣化度合いを検出するものであり、前記選択手段
は、検出された空燃比センサの劣化度合いに応じて選択
したサンプリング値を補正することを特徴とする請求項
７項記載の内燃機関の空燃比検出装置。
【請求項１０】前記環境状態検出手段は前記空燃比セ
ンサの目標空燃比を検出するものであり、前記選択手段
は、検出された目標空燃比に応じて選択したサンプリン
グ値を補正することを特徴とする請求項７項記載の内燃
機関の空燃比検出装置。