WO2004094800A1

WO2004094800A1 - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: WO2004094800A1
Application number: PCT/JP2004/005827
Authority: WO
Inventors: Noritake Mitsutani
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2004-11-04
Also published as: JPWO2004094800A1; JP4007384B2; EP1617062A1; EP2163751A1; EP1617062A4; US20060185655A1; US7270119B2; EP1617062B1; DE602004023712D1

Abstract

目標空燃比と実空燃比との偏差の積分値に積分ゲインを乗算して求められた積分項による空燃比の積分補正を行うに際して、現状の空燃比及び吸入空気量に基づいて積分項ｅｄｆｉｉの上限値及び下限値を設定する。これにより、現状の空燃比や吸入空気量に対して過大又は過小とならないように積分項ｅｄｆｉｉの値の設定範囲を制限して、積分項による不適切な空燃比補正を抑制する。

Description

内燃機関の空燃比制御装置技術分野

本発明は、目標空燃比と実空燃比との偏差の積分値に積分ゲインを乗算して求められた積分項による空燃比の積分捕正を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。背景技術

周知のように車載用等の内燃機関では、排気中の未燃分（H C , C O) の酸化と窒素酸化物（N O x ) の還元とを同時に促進する三元触媒を利用して排気浄化を行うものがある。そうした三元触媒の排気浄化性能を高く保持するには、混合気の空燃比を理論空燃^近傍とした状態で燃焼を行う必要がある。そのため、三元触媒を備える内燃機関では、排気中の酸素濃度に基づき空燃比を検出しつつ、空燃比が理論空燃比となるようにフィードパック制御するようにしている。ところで近年には、酸素貯蔵能力を備える三元触媒が実用されている。この種の三元触媒は、空燃比が理論空燃比よりもリーンで排気中の酸素濃度が高いときには、余剰分の酸素を吸蔵し、空燃比が理論空燃比よりもリツチで排気中の酸素濃度が低いときには、吸蔵された酸素を放出して不足分の酸素を捕う。これにより、空燃比が一時的に理論空燃比からずれたときにも、触媒の排気浄化性能は好適に維持されるようになっている。ただし、触媒に吸蔵可能な酸素の量には限界があるため、酸素吸蔵や酸素放出が常時可能となるように、触媒の酸素吸蔵量を一定の範囲内（例えば最大貯蔵量の半分程度）に常時保持しておく必要がある。そこで従来、例えば特許文献 1に見られるように、 P I制御、或いは P I D制御による空燃比フィ一ドパックを行う内燃機関の空燃比制御装置が提案されている。こうした空燃比制御装置では、目標空燃比に対する空燃比の偏差を検出し、その偏差に対して積分動作するように空燃比を制御している。例えば P I制御の場合、下式（1 ) にて求められた空燃比補正量にて空燃比の補正を行うようにしている。

空燃比補正量 =空燃比偏差 X比例ゲイン +空燃比偏差の積分値 X積分ゲイン … （1 ) ここで上式（1 ) の右辺第 1項（空燃比偏差 X比例ゲイン）は比例項であり、これにより理論空燃比に対する空燃比のずれ分の捕償が行われる。また上式

( 1 ) の右辺第 2項（空燃比偏差の時間積分値 X積分ゲイン）は積分項であり、. これにより空燃比の定常偏差の補償が行われる。.すなわち積分項によっては、三元触媒に新たに吸蔵される酸素量の積算値と同触媒から放出される酸素量の積算値とが等しくなるように空燃比が補正される。そのため、こうした空燃比の積分補正を行うことで、三元触媒に吸蔵中の酸素量の安定保持を図ることができる。ところがそうした空燃比の積分補正での積分項の値は、そのときの吸入空気量や空燃比の値に関係なく、それまでの空燃比の推移に応じて決まってしまう。そのため、下記のような不適切な空燃比補正が行われる虞がある。理論空燃比に対して空燃比がより大きくずれ易い内燃機関の高空気量運転時には、上記積分項の絶対値が比較的大きくなることがある。この状態で減速が行われて吸入空気量が大幅に低減されると、その直後には高負荷運転中に絶対値の大きくなつた積分項がそのまま適用されてしまうため、減速直後に空燃比が過補正されることがある。また内燃機関が低負荷且つリーン空燃比で運転されていても、それまで空燃比が理論空燃比よりもリツチな状態が長く継続していれば、積分項による捕正は、空燃比を更にリーンとする側に行われるため、空燃比が過剰にリーンとなり、失火の発生を招くこともある。ここで積分ゲインを小さく設定して積分項の絶対値が相対的に小さくなるようにすれば、そうした積分項による不適切な空燃比捕正をある程度に抑えることはできる。しかしな.がらそうして積分ゲインを小さく設定すれば、空燃比フィードパックの収束性が悪化してしまい、排気エミッションの悪化等の不具合を招いてしまうことになる。発明の概要

本発明の目的は、空燃比の積分補正を行う場合であれ、積分項による不適切な空燃比補正を好適に抑制することの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。上記の目的を達成するため、本発明は、目標空燃比と実空燃比との偏差の積分値に積分ゲインを乗算して求められた積分項による空燃比の積分補正を行う内燃機関の空燃比制御装置において、現状の吸入空気量及び空燃比に基づいて前記積分項の上限値及び下限値を設定するようにしている。こうした本発明では、現状の吸入空気量及び空燃比に応じて設定された上限値及ぴ下限値にて、積分項の設定範囲が制限される。そのため、現状の吸入空気量及ぴ空燃比に対して不適切に空燃比が捕正されてしまうような過大或いは過小な値に積分項が設定されることを防止することができる。例えば現状の吸入空気量が小さいときほど、上限値と下限値との間隔が小さくなるように、或いはそれら上限値及ぴ下限値の絶対値が小さくされるように、それら上限値及ぴ下限値の設定を行えば、目標空燃比に対する空燃比のずれ幅が大きくなり易い高空気量運転時の空燃比フィードパックの収束性を好適に確保しつつも、低空気量運転時の過補正を抑制することができる。また現状の空燃比がリーンなときほど、積分項によるリーン側への空燃比の補正が制限されるように上限値及び下限値の設定を行えば、積分項による補正の結杲、空燃比が過剰にリーンとなることが防止される。なお、こうして上限値及び下限値を設定して積分項の設定範囲を制限してしまうと、目標空燃比に対する空燃比のずれが著しく大きいときに、空燃比を十分に補正することができずに、目標空燃比への空燃比の収束性が悪化することがある。そうした場合には、実空燃比が目標空燃比よりもリーンな状態が継続されるほど、積分項に基づく空燃比のリーン側へのより大きい補正が許容されるよう.に、或いは実空燃比が目標空燃比よりもリツチな状態が継続されるほど、積分項に基づく空燃比のリッチ側へのより大きい補正が許容されるように、上限値及び下限値の穀定を行うことで、目標空燃比への空燃比フィードバックの収束性を確保することができる。ところで空燃比フィードパック制御を行う.内燃機関の多くでは、実空燃比と目標空燃比との偏差の推移からそれらの定常偏差を算出し、その算出された定常偏差を空燃比学習値として記憶する空燃比学習制御が行われている。こうした学習制御を行う場合、上記楨分項による空燃比の積分補正が行われていると、空燃比が目標空燃比へと単純に収束されるとは限らないことから、学習の遅れや学習精度の低下を招く虞がある。そうした場合、空燃比学習制御での定常偏差の算出が完了するまでは、その算出の完了後に比して、上限値と下限値との間隔が小さくなるように、或いは上限値及び下限値の絶対値が小さくされるように、上限値及び下限値の設定を行うことが望ましい。このように上限値及び下限値の設定を行えば、空燃比学習値の学習が完了されるまでは、空燃比に対する積分捕正が相対的に小さく留められる。そのため、積分補正を行いつつも、空 B比学習値の学習速度や学習精度を好適に保持することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係る空燃比制御装置の一実施形態を示す概略構成図。

図 2は、空燃比と空燃比センサ出力電圧との関係を示す特性図。

図 3は、空燃比と酸素センサ出力電圧との関係を示す特性図。

図 4は、上記実施形態の空燃比フィ一ドパック制御手順を示すフローチャート。図 5は、上記実施形態の空燃比学習制御手順を示すフローチヤ一ト。

図 6は、上記実施形態の補正率ガード制御手順を示すフローチャート。 ' 図 7は、上記実施形態の捕正率ガードマップ。

図 8は、上記実施形態による空燃比フィードパック制御態様を示すタイムチヤート。

図 9は、実施形態による空燃比フィードパック制御態様を示すタイムチャート。図 1 0は、補正率ガードを行わない場合の空燃比フィードパック制御態様を示すタイムチャート。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置を具体化した実施の形態について、図面を参照して説明する。図 1は、本実施の形態に係る空燃比制御装置を備えた自動車用の内燃機関 1の概略構成図である。内燃機関 1は、吸気通路 2、燃焼室 3及ぴ排気通路 4を備えている。内燃機関 1の吸気通路 2は、サージタンク 6、その上流に設けられたスロットルバルブ 5を備えている。スロットルパルプ 5は、アクセルペダルの踏み込み操作に応じて開度変更され、吸気通路 2を通じて燃焼室 3に吸入される空気の流量、すなわち吸入空気量 e g aを調整する。. また吸気通路 2は、吸気量センサ 7、スロットルポジションセンサ 8及ぴ吸気温センサ 9を備えている。吸気量センサ 7は、'スロットルパルプ 5の上流側に配置され、上記吸入空気量 e g aを検出する。スロットルポジションセンサ 8は、スロットルパルプ 5の開度を検出する開度センサと、スロットルパルプ 5の全閉時にオンとなるアイドルスィッチとを備える。また吸気温センサ 9は、内燃機関 1に吸入される空気の温度（吸気温） T H Aを検出する。更に吸気通路 2には、燃料噴射弁 1 0が設けられている。燃料噴射弁 1 0は、燃料タンクから圧送された燃料を吸気通路 2内に噴射する。この噴射された燃料は、吸気通路 2内の空気と混合されて、燃焼室 3内に供給される。内燃機関 1の排気通路 4は、三元触媒 2 0、空燃比センサ 1 1及ぴ酸素センサ 1 2を備えている。空燃比センサ 1 1は、排気通路 4の上記三元触媒 2 0の上流側に設けられ、酸素センサ 1 2は、同排気通路 4の上記三元触媒 2 0の下流側に設けられている。三元触媒 2 0は、その周囲の排気の酸素濃度が、理論空燃比近傍の空燃比で燃焼が行われたときの濃度であるときに、排気中の一酸化炭素（C O )、炭化水素

(H C ) 及ぴ窒素酸化物（N O x ) の浄化性能を最大限に発揮する。本実施形態の三元触媒 2 0は、酸素貯蔵能力を有しており、周囲の排気の酸素濃度が高すぎるときには、過剰分の酸素を吸着し、同排気の酸素濃度が低すぎるときには、不足分の酸素を放出する。こうして三元触媒 2 0は、高い排気浄化性能が常に維持されるように、その周囲の酸素濃度を自律的に調整する。空燃比センサ 1 1は、図 2に示すように排気の酸素濃度にほぼ比例した電圧を出力する。そのため、空燃比センサ 1 1の出力電圧からは、現状の空燃比の値を検出することができる。一方、酸素センサ 1 2の出力電圧は、図 3に示すように、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるか、リツチであるかによって大きく変化する。そのため、酸素センサ 1 2の出力電圧からは、現状の空燃比が理論空燃比よりもリツチかリーンかを検出することができる。内燃機関 1の各気筒の燃焼室 3には、点火プラグ 1 4が設けられている。各気筒の点火プラグ 1 4には、イダナイタ及ぴ点火コイルによって、必要な時期に点火電圧が印加されるようになっている。また内燃機関 1は、そのシリンダブ口ック 1 a内を循環する冷却水によって冷却されている。シリンダブロック 1 aに設けられた水温センサ 1 7は、その冷却水の温度を検出する。上述した各センサ、すなわちスロットルポジションセンサ 8、吸気量センサ 7、吸気温センサ 9、水温センサ 1 7、空燃比センサ 1 1及ぴ酸素センサ 1 2は、電子制御装置 3 0 (以下、 E C U 3 0と記載する）に接続されている。 E C U 3 0 は、 C P U、 R OM、 R AM及ぴパックアップ R AM等を內蔵したマイクロコンピュータを中心に構成される。 E C U 3 0には、上記のようなセンサに加え、燃料噴射弁 1 0や上記ィグナイタ等が接続されてもいる。

E C U 3 0は、入力された各センサの出力に基づいて、燃料噴射制御や空燃比制御等の内燃機関 1の各種制御を実行する。以下、本実施形態での空燃比制御の詳細を説明する。上記のような酵素貯蔵能力を備える本実施形態の三元触媒 2 0では、その排気浄化性能を有効に発揮させるには、十分な酸素が吸蔵され、且つ十分な酸素吸蔵余力が残された状態を維持しておく必要がある。例えば三元触媒 2 0に吸蔵されている酸素量がその最大酸素貯蔵量の半分程度.となった状態が維持されていれば、酸素の吸蔵及ぴ放出のいずれについても必要に応じて随時行うことができ、十分な排気浄化性能を常に確保しておくことができる。そこで本実施形態の ECU 30は、三元触媒 20の排気浄化性能を安定して維持するために、酸素貯蔵量を一定にするように空燃比フィードパック制御を行つている。具体的には ECU30は、目標空燃比である理論空燃比と現状の空燃比 (実空燃比）との偏差を空燃比センサ 1 1の出力電圧に基づき検出し、その偏差に対して比例 ·積分動作（P I動作）するように空燃比フィードパック制御を、すなわち空燃比の P I制御を行っている。こう.した空燃比の P I制御は、空燃比偏差に比例ゲインを乗算して求められる比例項と、その空燃比偏差の積分値に積分ゲインを乗算して求められる積分項とからなる空燃比補正量にて空燃比を補正することで行うことができる（上式 (1 ) 参照）。ところが上述したように、こうした P I制御では、現状の吸入空気量や空燃比とは関係なく、積分項の値が決まってしまうため、状況によっては不適切な空燃比補正がなされる虞がある。そこで本実施形態では、 ECU30は、そうした空燃比の P I制御に際して、現状の吸入空気量 e g aや実空燃比 e a b y f に応じて上記積分項の上限値及ぴ下限値を設定し、積分項の値の設定範囲を制限するようにしている。これにより ECU 30は、現状の吸入空気量 e g aや実空燃比 e a b y f に対して、不適切に空燃比が捕正されてしまうような過大或いは過小な値に積分項が設定されることを防止するようにしている。次に、本実施形態での上記空燃比フィードバック制御の詳細を、図 4のフローチャートを参照して説明する。 ECU30は、同図 4に示されるルーチンを、所定のクランク角毎の定角割込処理として実行する。本処理が開始されると EC.U30は、まずステップ 1 02において、吸気量センサ 7によって検された吸入空気量 e g aを理論空燃比 t a b y f (= 14. 6) にて除算して、基本噴射量 e f c bを算出する。次に ECU 30は、ステップ 1 04において、空燃比フィードパックの実行条件が成立しているか否かを判定する。 ECU 30は、例えば以下の条件（1) 〜 (5 ) のすべてが成立しているときに空燃比フィードパックの実行条件が成立していると判定する。

( 1 ) 冷却水温度が所定温度以上であること。

(2) 内燃機関始動中でないこと。

(3) 始動時増量等燃料增量中でないこと。

(4) 空燃比センサ 1 1の出力が 1回以上反転していること。

(5) 燃料カット中でないこと。

ECU 30は、上記条件（1) 〜（5) のいずれか' 1つ以上が不成立で、空燃比フィードパックの実行条件が不成立であると判定すると（ステップ 1 04 ： N 0)、処理をステップ 1 1 6に進める。そして ECU 30は、このステップ 1 1 6において、フィードパック補正量 e d f iの値を 0に設定した後、処理をステップ 1 14に進める。一方、 ECU 30は、上記ステップ 104において、条件（1) 〜（5) のすベてが成立しており、空燃比フィ一ドパックの実行条件が成立していると判定すると（ステップ 104 ： YE S)、.処理をステップ 1 06に進める。そして EC U 30は、以下のステップ 106〜 1 1 2の処理を通じてフィードパック捕正量 e d f i iの値を設定した後、処理をステップ 1 14に進める。ステップ 1 06では、 ECU 30は、上記吸気量センサ 7により検出された実際の吸入空気量 e g aと上記空燃比センサ 1 2により検出された実空燃比 e a b y f とに基づいて、実際に燃焼された燃料量（=_e g _a//_e a b y f ) を算出する。そして ECU 30は、上記ステップ 102において算出された基本噴射量 e f c bからこの実際に燃焼された燃料量を減算することで、燃料偏差 e d f cを算出する。更に ECU 30は、このステップ 1 06において前回の燃料偏差積算値 e s d f cに燃料偏差 e d f cを加算することで燃料偏差積算値 e s d f cを算出する。次のステップ 108では、 ECU 30は、上記燃料偏差 e d f cに比例ゲイン Gn FB Pを乗算して比例項 e d f i pを算出する。更に ECU 30は、上記燃料偏差積算値 e s d f cに積分ゲイン Gn FB Iを乗算して仮の積分項 t— e d f i iを算出する。続くステップ 1 10において ECU 30は、上記ステップ 1 08で算出した仮の積分項 t— e d f i iに対して、下限補正率（e f a f k i— t— g d d f i c 1 ) 及ぴ上限補正率（e f a f k i + t— g d d f i c r) にてガード処理を行って積分項 e d f i iを算出する。すなわち ECU 30は、上記仮の積分項 t _e d f i iの値が下限補正率未満であれば、積分項 e d f i iの値をその下限捕正率に設定し、同仮の積分項 t— e d f i iの値が上限補正率を超えていれば、積分項 e d f i iの値をその上限捕正率に設定する。また ECU 30は、仮の積分項 t— e d f i iの値が上記下限補正率以上、且つ上記上限補正率以下であれば、仮の積分項 t— e d f i iの値をそのまま積分項 e d f i iの値に設定する。なおここでの上限補正率及ぴ下限捕正率は、後述する補正量ガード制御処理においてそれぞれ設定されている。更に ECU 30は、続くステップ 1 1 2において、その算出された積分項 e d f i iと上記ステップ 1 08にて算出された比例項 e d f i pとを加算したものを、フィードパック補正量 e d f iの値として設定する。

E CU 30は、このステップ 1 1 2又は上記ステップ 1 1 6でフィードパック補正量 e d f iの値を設定した後、ステップ 1 14において基本噴射量 e f c b にフィードパック補正量 _e d f iを加算して、最終噴射量を算出する。そして E CU30は、その最終噴射量に係数 k i n j及ぴ空燃比学習値 k gを乗算して、燃料噴射に際してのインジェクタ 10への通電時間 e t a uを算出する。ここで係数 k i n〗は、ィンジ mクタ 10の燃料噴射率（単位時間当りの燃料噴射量）の逆数で、燃圧等に基づき求められている。また空燃比学習値 k gは、次に説明する空燃比学習制御にてその値が求められる。次に、上記空燃比学習値 k gを算出するための空燃比学習制御について、図 5 のフローチャートを参照して説明する。 ECU30は、同図 5に示されるルーチンを、所定のクランク角毎の定角割込処理として実行する。なお本処理において ECU 30は、機関負荷に応じて区分けされた領域.毎に空燃比学習値 k gを個別に算出するようにしている。本処理が開始されると、 ECU 30は、まずステップ 1 20において、空燃比学習の実行条件が成立しているかが判定される。この実行条件としては、例えば

(1) 冷却水温度が所定温度以上であること、（2) パージ処理の実行中でないこと、（3) 負荷領域が所定の領域であること、（4) 燃料カット中でないこと、等が挙げられる。ここで E CU 30は、実行条件が成立していると判定すると

(YES), 処理をステップ 1 22に進め、不成立であると判定すると（NO)、本処理をそのまま一且終了する。ステップ 1 22において ECU 30は、実空燃比 e a b y f が、目標空燃比である理論空燃比近傍（例えば 14. 4≤ e a b y f < 14. 8) となっているか否かを判定する。ここで E CU 30は、実空燃比 e a b y f が理論空燃比近傍に収束されていれば（YE S')、処理をステップ 1 24に進め、そうでなければ (NO)、そのまま本処理を一旦終了する。ステップ 1 24において ECU30は、空燃比フィードパックが安定しているか否かを判定する。ここでの判定は、例えば、基本噴射量 e f c bに対するフィードパック捕正量 e d f iの比率を示すフィードバック捕正率 e f a f に基づいて行われる。そして ECU 30は、上記フィードパック補正率 e f a f の絶対値が 2%未満であれば、空燃比フィードパックが安定していると判定し、フィードパック補正率 e f a f の絶対値が 2 %以上であれば、空燃比ブイ一ドパックが安定していないと判定する。ここで ECU 30は、空燃比フィードパックが安定していると判定されると（YE S)、処理をステップ 1 26に進め、そうでなければ（NO)、処理をステップ 1 30に進める。

ECU 30は、ステップ 1 30に処理が移行すると、上記フィードパック補正率 e f a f の絶対値が小さくなるように、当該負荷領域での空燃比学習値 k gの値を更新する。そしてその更新後、 ECU 30は、本処理を一旦終了する。

—方、 ECU 30は、ステップ 1 26に処理が移行すると、上記空燃比フィードパックの安定した状態が所定時間以上継続しているか否かを判定する。ここで空燃比フィードバックの安定した状態が所定時間以上継続していると判定されると（YE S)、 E CU 30は処理をステップ 1 28に進め、そうでなければ（N

.0)、 E CU 30は本処理をそのままー且終了する。ステップ 1 28において、 ECU30は、該当負荷領域での空燃比学習がー且完了されたと判定し、その空燃比学習値 k gの値、及び学習が完了した旨の履歴をパックアップ RAM内に記録して、本処理を一且終了する。ここで記録された学習が完了した旨の履歴は、パッテリクリア等により、パックアップ RAMに記録されたデータが消去されるまで保持される。次に、.上記空燃比フィードパック制御での積分項 e d f i iの算出に際してその値をガードする下限捕正率及び上限補正率を算出するための補正量ガード制御処理について、図 6のフローチャートを参照して説明する。 ECU30は、同図 5に示されるルーチンを、所定のクランク角毎の定角割込処理として実行する。本処理が開始されると、 E C U 3 0は、まずステップ 1 4 0において、空燃比フィードパックの実行条件が成立しているか否かを判定する。ここでの判定は、図 4に示した上記空燃比フィードバック制御処理のステップ 1 0 4と同様に行われる。 E C U 3 0は、ここで上記実行条件が成立していると判定すると（Y E S )、処理をステップ 1 4 2に進める。また E C U 3 0は、上記実行条件が不成立であると（N O )、処理をステップ 1 5 6に進め、そのステップ 1 5 6において基準補正率 e f a f k iを 0に設定した後、本ルーチンの処理をー且終了する。一方、ステップ 1 4 2において E C U 3 0は、実空燃比 e a b y f 力 S、理論空燃比よりもリッチ、理論空燃比よりもリーン、ストィキ（理論空燃比）のいずれであるかを判定する。ここで E C U 3 0は、実空燃比 e a b y f が理論空燃比よりもリッチであると判定すると、処理をステップ 1 4 4に進め、そのステップ 1 4 4において基準補正率 e f a f k iの値から補正率偏差 Δ k iを減算した後、処理をステップ 1 4 8に移行する。また E C U 3 0は、上記ステップ 1 4 2において実空燃比 e a b y f が理論空燃比よりもリーンであると判定すると、処理をステップ 1 4 6に進め、そのステップ 1 4 6において基準捕正率 e f a f k iの値に補正率偏差 iを加算した後、処理をステップ 1 4 8に移行する。更に E Cひ 3 0は、上記ステップ 1 4 2において実空燃比 e a b y f が理論空燃比であると判定したときには、基準補正率 e f a f k iの値を操作せずそのまま処理を

. 4 8に移行する。ここで補正率偏差 Δ ¾: iの値は、吸入空気量 e g aに応じて設定される。具体的には吸入空気量 e g aが大きいときほど、補正率偏差 iは大きい値に設定される。したがって基準補正率 e f a f k iは、吸入空気量 e g aが大きいときほど、大きく変更される。基準補正率 e f a f k iは、積分項 e d f i iの上限値及び下限値の設定に際して基準となる燃料噴射捕正率で、その値は上記のように、それ迄の実空燃比 e a b y f の推移に応じて決定される。すなわち基準補正率 e f a f k iの値は、実空燃比 e a b y f が理論空燃比よりもリツチな状態が継続すると燃料噴射量を減量補正する側に徐々に変化され、実空燃比 e a b y f が理論空燃比よりもリーンな状態が継続すると燃料噴射量を増量補正する側に徐々に変化される。ステップ 148において ECU 30は、実空燃比 e a b y f 及ぴ吸入空気量 e g aに基づいて減量ガード値 t— g d d f i c 1及ぴ增量ガード値 t— g d d f i c rを、図 7に示されるマップを参照して算出する。図 7に示されるように、減量ガード直 t— g d d f i c 1及ぴ増量ガード値 t„g d d f i c rは吸入空気量が少ないほど零に近づくように設定されるようになっている。次に ECU 30は、ステップ 1 50において、現負荷領域についての空燃比学習の学習履歴がある力否かを判定する。ここで ECU30は、空燃比学習の学習履歴がないと判定すると（NO)、ステップ 1 52の処理を行った後、処理をステツプ 1 54に進める。また ECU 30は、ここで空燃比学習の孛習履歴があると判定すると（YE S)、処理を.そのままステップ 1 54に進める。ステップ 1 52において ECU 30は、上記増量ガード値 t_g d d f i c r 及ぴ減量ガード値 t— g d d f i c 1を、図 7に鎖線で示されるように、吸入空気量及ぴ空燃比の値に関係なく、零に近い一定の値に変更する。ステップ 1 54において ECU 30は、上記基準補正率 e f a f k iに増量ガード値 t— g d d f i c rを加算したものを積分項 e d f i iの補正率換算値の '上限値（上限捕正率）として設定し、上記基準捕正率 e f a f k iから減量ガード値 t— g d d f i c 1を減算したものを積分項 e d f i iの補正率換算値の下限値（下限捕正率）として設定する。そしてその後、 ECU30は本ルーチンの処理を一旦終了する。なお上記積分項 e d f i iの補正率換算値とは、積分項 e d f i iを基本噴射量 e f c bで除した値を示している。以上説明した補正量ガード制御処理によれば、積分項 e d f i i (厳密にはその捕正率換算値）の上限値及び下限値が、各々基準補正率 _e f a f k i と増量ガード値 t— g d d f i c r又は減量ガード値 t— g d d f i c 1に基づき設定される。ここで上記増量ガード値 t— g d d f i c r及ぴ減量ガード値 t— g d d ί i c 1は、現状の吸入空気量 e g a及び実空燃比 e a b y f に基づいてそれぞれ設定されている。したがって本実施形態では、吸入空気量 e g a及ぴ実空燃比 e a b y f に応じて設定された上限値及び下限値にて、積分項 e d f i iの設定範囲を制限している。そしてそうした制限により、現状の咴入空気量 e g a及ぴ実空燃比 e a b y f に対して不適切に空燃比が補正されてしまうような過大或いは過小な値に積分項 e d f i iが設定されることを防止するようにしている。具体的には、現状の吸入空気量 e g aが小さいときほど、積分項 e d f i iの上限値と下限値との間隔が小さくなるように、或いはその上限値及び下限値の絶対値が小さくされるように、上記增量ガード値 t— g d d f i c r及び減量ガード値 t— g d d f i c 1が設定されている。そのため、目標空燃比に対する空燃比のずれ幅が大きくなり易い高空気量運転時の空燃比フィ一ドパックの収束性を好適に確保しつつも、低空気量運転時の過補正を抑制することができる。また上記増量ガード値 t— g d d f i c r及ぴ減量ガード値 t— g d d f i c 1の値は、実空燃比 e a b y f がリーンなときほど、その値が小さく、すなわち積分項 e d f i iによるリーン側への空燃比補正が制限されるように設定されている。そしてこれにより、積分項 e d f i iによる補正の結果、空燃比が過剰にリーンとなることを防止するようにしている。なお、単に上記のように上限値及ぴ下限値を設定して積分項 e d f i iの設定範囲を制限してしまうと、目標空燃比に対する実空燃比 e a b y f のずれが著しく大きいとき等に、十分な空燃比補正を行えず、目標空燃比への空燃比の収束性が悪化することがある。その点、本実施形態では、上記の如く基準捕正率 e f a f k iを実空燃比 e a b y f に応じて増減させることで、図 8に示すよに積分項 e d f i iの上限値及ぴ下限値を、実空燃比 e a b y f が目標空燃比よりもリーンな状態が継続されるほど大きく、実空燃比 e a b y f が目標空燃比よりもリツチな状態が継続されるほど小さくするようにしている。そしてこれにより、目標空燃比への空燃比フィードパックの収束性を確保するようにしている。一方、上記実施形態では、空燃比フィードパック制御での理論空燃比に対する実空燃比 e a b y f の偏差の推移からそれらの定常偏差を算出し、その算出された定常偏差を空燃比学習値 k gとして記憶する空燃比学習制御が行われている。上記積分項 e d f i iによる空燃比の積分補正が行われていると、それまでの実空燃比 e a b y f の推移によっては空燃比が目標空燃比へと単純に収束されないことがあり、学習制御中に積分補正がなされると学習の遅れや学習精度の低下を招く虞がある。その点、本実施形態では、空燃比学習制御での定常偏差の算出、すなわち空燃比学習値 k gの算出が完了するまでは、積分項 e d f i iの上限値と下限値との間隔が小さくなるように、或いはその上限値及ぴ下限値の絶対値が小さくされるように、上記増量ガード値 t— g d d f i c r及ぴ減量ガード値 t— g d d f i c 1が設定されている。そのため、空燃比学習値 k gの学習が完了されるまでは、空燃比に対する積分補正を相対的に小さく留め、空燃比学習値. k gの学習速度や学習精度を好適に保持するようにしている。図 9に、本実施形態での空燃比学習値 k gの学習が行われたときの実空燃比 e a b y f及びフィードパック補正率 e f a f (フィ一ドバック補正量 e d f iを '基本噴射量 e f c bで除した値）の推移例を示す。上記のように本実施形態では、空燃比学習値 k gの学習が完了されるまでは、上記上限値及ぴ下限値の設定によつて積分項 e d f i iが零近傍の小さい値に保持されており、空燃比フィードバックでの積分補正は殆ど行われずに、主に比例補正のみが行われる。そのため、同図に示すように実空燃比 e a b y f は速やかに理論空燃比近傍に収束されるようになり、空燃比学習を早期に完了することができる。一方、図 1 0には、上記上限値及び下限値による積分項 e d f i iの設定範囲の制限を行わずに同様の空燃比学習値 k gの学習を行ったときの実空燃比 e a b y f 及びフィードパック補正率 e f a ίの推移例を示す。この場合には、設定範囲の制限を受けることなく空燃比の積分捕正が行われるため、同図に示すように理論空燃比への収束性が悪化して実空燃比 e a b y f が安定しないため、学習時間の長期化や学習精度の悪化を招いてしまうようになる。以上説明した本実施形態は、次のように変更してもよい。

•補正量ガード制御処理の上記ステップ 1 5 2での空燃比学習の履歴無しの場合の増量ガード値 t— g d d f i c r及ぴ減量ガード値 t— g d d f i c 1の設定において、それらの値を零に設定する（クリア）ようにしてもよい。この場合、積分項 e d f i iの値は基準補正率 e f a f k iに固定され、空燃比の積分補正が更に制限されるため、積分補正の影響による空燃比学習値 k gの学習時間の長期化や学習精度の悪化を一層低減することができる。

•空燃比学習制御を行わない場合など、空燃比の積分補正が学習時間や学習精度に与える悪影響を無視できる場合には、補正量ガード制御処理の上記ステップ 1 5 0及ぴステップ 1 5 2の処理を省略しても良い。

•上記実施形態では、実空燃比 e a b y f の推移に応じて基準補正率 e f a f k iを増減させていたが、この基準補正率 e f a f k iを固定値（例えば 0 ) としても良い。この場合にも、吸入空気量 e g a及ぴ実空燃比 e a b y f に応じた積分項 e d f i iの設定範囲の制限は行われるため、積分補正によって、現状の吸入空気量 e g a及び実空燃比 e a b y f に対して不適切な空燃比補正が行われることを防止することはできる。

•図 4のステップ 1 1 2でのフィードパック補正量 e d f iの算出に際し、燃料偏差の微分値に微分ゲインを乗算して算出された微分項を同フィ一ドパック補正量 e d f iを加算することで、空燃比を更に微分動作させるように、即ち空燃比を P I D制御十るようにしても良い。

•本発明は、図 1に例示したような、吸気ポートに燃料噴射を行うポート噴射式の内燃機関に限らず、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関等、任意の内燃機関に適用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 目標空燃比と実空燃比との偏差の積分値に積分ゲインを乗算して求められた積分項による空燃比の積分補正を行う内燃機関の空燃比制御装置において、現状の吸入空気量及ぴ空燃比に基づいて前記積分項の上限値及ぴ下限値を設定することを特徴とする。

2 . 前記現状の吸入空気量が小さいときほど、前記上限値と前記下限値との間隔が小さくなるようにそれら上限値及び下限値の設定を行う請求項 1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

3 . 前記現状の吸入空気量が小さいときほど、前記上限値及び下限値の絶対値が小さくされるようにそれら上限値及び下限値の設定を行う請求項 1に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

4 . 前記現状の空燃比がリーンなときほど、前記積分項によるリーン側への空燃比め補正が制限されるように前記上限値及ぴ下限値の設定を行う請求項 1〜 3 のいずれか 1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

5 . 前記実空燃比が前記目標空燃比よりもリーンな状態が継続されるほど、前記積分項に基づく空燃比のリーン側へのより大きい補正が許容されるように、前記上限値及ぴ下限値の設定を行う請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

6 . 前記実空燃比が前記目標空燃比よりもリッチな状態が継続されるほど、前記積分項に基づく空燃比のリツチ側へのより大きい補正が許容されるように、前記上限値及ぴ下限値の設定を行う請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

7 . 前記実空燃比と前記目標空燃比との偏差の推移からそれらの定常偏差を算出し、その算出された定常偏差を学習値として記憶する空燃比学習制御を行うとともに、前記定常偏差の算出が完了するまでは、その算出の完了後に比して、前記上限値と前記下限値との間隔が小さくなるようにそれら上限値及ぴ下限値の設定を行う請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

8 . 前記実空燃比と前記目標空燃比との偏差の推移からそれらの定常偏差を算出し、その算出された定常偏差を学習値として記憶する空燃比学習制御を行うとともに、前記定常偏差の算出が完了するまでは、その算出の完了後に比して、前記上限値及び下限値の絶対値が小さくされるようにそれら上限値及ぴ下限値の設定を行う請求項 1〜 .6のいずれか 1項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。