(57)【要約】【課題】精度と応答性に優れた空燃比制御を実行すること。【解決手段】排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａと当該触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂとを排気通路８１に備えた内燃機関の空燃比制御装置（電子制御装置１）であって、燃料噴射弁５４の基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量算出手段と、第１空燃比検出部８３Ａの出力と目標空燃比とに基づいてローパスフィルタ処理を行うと共に第２空燃比検出部８３Ｂの出力と目標空燃比とに基づいてハイパスフィルタ処理を行い、前記ローパスフィルタ処理後の出力と前記ハイパスフィルタ処理後の出力とに基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料噴射量補正値を求める燃料噴射量補正値算出手段と、を設けること。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒層を有する第１空燃比検出部と当該触媒層を有しない第２空燃比検出部とを排気通路に備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
燃料噴射手段の基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量算出手段と、
前記第１空燃比検出部の出力と目標空燃比とに基づいてローパスフィルタ処理を行うと共に前記第２空燃比検出部の出力と前記目標空燃比とに基づいてハイパスフィルタ処理を行い、前記ローパスフィルタ処理後の出力と前記ハイパスフィルタ処理後の出力とに基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料噴射量補正値を求める燃料噴射量補正値算出手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒層を有する空燃比検出部と当該触媒層を有しない空燃比検出部とを備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、そのような２種類の空燃比検出部を有する空燃比センサが知られている。例えば、かかる空燃比センサとしては、下記の特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１においては、その空燃比センサを排気マニホルドの集合部に配設し、その検出信号を空燃比制御に利用している。また、下記の特許文献２には、触媒層を有する空燃比センサの出力と触媒層を有しない空燃比センサの出力とを用いてフィードバック制御定数の比例分を補正する、という技術が開示されている。また、下記の特許文献３には、触媒層を有する空燃比検出部と触媒層を有しない空燃比検出部との電気抵抗値を相殺させるように各々の空燃比検出部のガス検出部分を接続した電気回路について開示されている。
【０００３】
尚、下記の特許文献４には、空燃比の定常偏差補正項（ローパスフィルタ項）と過渡外乱補正項（ハイパスフィルタ項）とを有し、これらを介して空燃比制御を行う空燃比制御装置が開示されている。また、下記の特許文献４には、触媒層を有する空燃比センサによって空燃比のフィードバック制御を行う、という技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５５６０５号公報
【特許文献２】特開平３−１４５５３８号公報
【特許文献３】特開２００７−１７４２６号公報
【特許文献４】特開２００５−２７３５２４号公報
【特許文献５】特開平１１−３０１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、触媒層を有する空燃比検出部の出力は、触媒層を有しない空燃比検出部の出力よりも空燃比中心点の精度が高い。つまり、触媒層を有する空燃比検出部は、センサ検出値と実空燃比とのずれが少ない。しかしながら、この触媒層を有する空燃比検出部からの出力は、その触媒層での反応によって応答性が悪化するので、過渡外乱発生時の補正に用いると、補正に係る時間が遅くなってしまう。
【０００６】
一方、触媒層を有しない空燃比検出部の出力は、触媒層を有する空燃比検出部の出力よりも応答性の点で優れている。しかしながら、この触媒層を有しない空燃比検出部からの出力は、排気ガス中の水素成分の影響を受けて実際よりもリッチ側になってしまうので、定常偏差の補正に用いると、空燃比中心点の精度が悪化して、目標空燃比と実空燃比の間に偏差を生じさせてしまう。
【０００７】
つまり、触媒層を有する空燃比検出部からの出力を過渡外乱補正項に入力しても過渡外乱補正制御に時間を要してしまい、また、触媒層を有しない空燃比検出部からの出力を定常偏差補正項に入力しても空燃比制御の精度が悪化してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒層を有する空燃比検出部と当該触媒層を有しない空燃比検出部とを備えた内燃機関において、精度と応答性に優れた空燃比制御の実行が可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する為、本発明では、排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒層を有する第１空燃比検出部と当該触媒層を有しない第２空燃比検出部とを排気通路に備えた内燃機関の空燃比制御装置において、燃料噴射手段の基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量算出手段と、前記第１空燃比検出部の出力と目標空燃比とに基づいてローパスフィルタ処理を行うと共に前記第２空燃比検出部の出力と前記目標空燃比とに基づいてハイパスフィルタ処理を行い、前記ローパスフィルタ処理後の出力と前記ハイパスフィルタ処理後の出力とに基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料噴射量補正値を求める燃料噴射量補正値算出手段と、を設けている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、水素成分の影響を受けずに空燃比制御の精度が高い触媒層を有する第１空燃比検出部からの出力を用いてローパスフィルタ処理（定常偏差補正制御）を行う一方、その第１空燃比検出部の出力よりも制御周波数帯域が広く応答性の良い第２空燃比検出部からの出力を用いてハイパスフィルタ処理（過渡外乱補正制御）を行うので、定常時に空燃比のずれを抑制できると共に、過渡外乱発生時に空燃比を素早く補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
［実施例１］
本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の実施例１を図１から図５に基づいて説明する。以下においては、適用対象たる内燃機関の一例を説明しつつその空燃比制御装置について詳述する。
【００１３】
ここで例示する内燃機関とは、例えばガソリンを燃料とする車両の駆動源であって、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行されるものである。つまり、本実施例１の内燃機関の空燃比制御装置は、その電子制御装置１によって構成されている。尚、その電子制御装置１は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ），そのＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。
【００１４】
最初に、ここで例示する内燃機関の構成について図１に基づき説明を行う。尚、その図１においては１気筒のみを図示しているが、本発明は、これに限らず、多気筒の内燃機関にも適用可能である。本実施例１においては、複数の気筒を具備しているものとして説明する。
【００１５】
この内燃機関には、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１，シリンダブロック１２及びピストン１３が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２は図１に示すヘッドガスケット１４を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの空間内にピストン１３が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室ＣＣは、そのシリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。
【００１６】
この内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転状態や運転者の要求に従って空気と燃料を燃焼室ＣＣに送り込み、その運転状態等に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図１に示す吸気通路２１とシリンダヘッド１１の吸気ポート１１ｂを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図１に示す燃料供給装置５０を用いて供給される。
【００１７】
先ず、空気の供給経路について説明する。
【００１８】
この内燃機関の吸気通路２１上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気流量Ｇａを検出する吸入空気流量検出手段２３と、が設けられている。その吸入空気流量検出手段２３としては、吸入空気流量Ｇａを直接検出するエアフロメータ等の空気流量検出センサ、吸気通路２１内の圧力（即ち、吸気圧）を検出する吸気管圧センサなどが考えられる。後者の吸気管圧センサを利用する場合、吸入空気流量Ｇａは、その吸気圧と機関回転数Ｎｅから間接的に求める。この内燃機関においては、その吸入空気流量検出手段２３の検出信号が電子制御装置１へと送られる。尚、機関回転数Ｎｅについては、クランクシャフト１５の回転角度の検出を行うクランク角センサ１６の検出信号から把握させることができる。
【００１９】
また、その吸気通路２１上における吸入空気流量検出手段２３よりも下流側には、燃焼室ＣＣ内へ流入させる空気の流量調節が可能なスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、が設けられている。本実施例１の電子制御装置１には、そのスロットルバルブアクチュエータ２５を運転状態に従って駆動制御し、その運転状態に応じた弁開度（以下、「スロットル開度」という。）ＴＡとなるようにスロットルバルブ２４の開弁角度を調節させるスロットルバルブ制御手段が用意されている。ここでは、そのスロットルバルブアクチュエータ２５とスロットルバルブ制御手段とでスロットルバルブ開度制御手段を構成する。更に、この内燃機関においては、そのスロットル開度ＴＡを検出し、その検出信号を電子制御装置１に送信するスロットル開度センサ２６が設けられている。尚、そのスロットルバルブ２４は、必ずしもスロットルバルブアクチュエータ２５によって作動させるものでなくてもよく、運転者のアクセル操作に伴うアクセル開度に追従して作動するものであってもよい。
【００２０】
一方、吸気ポート１１ｂはその一端が燃焼室ＣＣに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ３１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ３１が配備される。従って、この内燃機関においては、その吸気バルブ３１を開弁させることによって吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ３１を閉弁させることによって燃焼室ＣＣ内への空気の流入が遮断される。
【００２１】
ここで、その吸気バルブ３１としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ３１においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト１５の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト１５の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。ここで例示する内燃機関においては、このようなクランクシャフト１５の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ３１を適用することができる。
【００２２】
但し、この内燃機関は、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を変更可能な所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備してもよく、これにより、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を運転状態に応じた好適なものへと可変させることができるようになる。更にまた、この内燃機関においては、かかる可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ３１を開閉駆動させる所謂電磁駆動弁を利用してもよい。
【００２３】
続いて、燃料供給装置５０について説明する。
【００２４】
この燃料供給装置５０としては、燃料タンク４１内の燃料Ｆを吸気ポート１１ｂ内に噴射するもの，その燃料Ｆを燃焼室ＣＣ内に直接噴射するもの又はその燃料Ｆを吸気ポート１１ｂ内及び燃焼室ＣＣ内に噴射するもの等が考えられる。本実施例１においては、燃料タンク４１に貯留されている燃料Ｆを吸気ポート１１ｂに噴射し、吸入空気と共に燃焼室ＣＣへと導くポート噴射式のものを代表して例示する。
【００２５】
具体的に、この燃料供給装置５０は、その燃料Ｆを燃料タンク４１から吸い上げて燃料通路５１に送出する燃料ポンプとしてのフィードポンプ５２と、その燃料通路５１の燃料Ｆを夫々の気筒に分配する燃料デリバリパイプ５３と、この燃料デリバリパイプ５３から供給された燃料Ｆを夫々の吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁（燃料噴射手段）５４と、を備える。
【００２６】
この燃料供給装置５０は、そのフィードポンプ５２及び燃料噴射弁５４を運転状態等に従って電子制御装置１の燃料噴射制御手段に駆動制御させ、これにより、その運転状態等に対応させた目標燃料噴射量，燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件で燃料Ｆが噴射されるように構成する。例えば、その燃料噴射制御手段には、その燃料Ｆをフィードポンプ５２で燃料タンク４１から吸い上げさせ、運転状態等に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁５４に噴射を実行させる。
【００２７】
このようにして吸気ポート１１ｂに供給された燃料Ｆは、その吸気ポート１１ｂ内で上述した空気と混ざり合いながら、吸気バルブ３１の開弁と共に燃焼室ＣＣ内へと供給される。その燃焼室ＣＣ内の混合気は、運転状態等に応じた点火時期となった際に点火プラグ６１の着火動作によって燃焼させられる。そして、その燃焼された後の筒内ガス（燃焼ガス）は、燃焼室ＣＣから図１に示す排気ポート１１ｃへと排出され、排気通路８１を介して大気へと放出される。
【００２８】
その排気ポート１１ｃには、燃焼室ＣＣとの間の開口を開閉させる排気バルブ７１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ７１が配備される。従って、この内燃機関においては、その排気バルブ７１を開弁させることによって燃焼室ＣＣ内から排気ポート１１ｃに燃焼ガスが排出され、その排気バルブ７１を閉弁させることによって燃焼ガスの排気ポート１１ｃへの排出が遮断される。
【００２９】
ここで、その排気バルブ７１としては、上述した吸気バルブ３１と同様に、動力伝達機構を介在させたもの、所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備したものや所謂電磁駆動弁を適用することができる。
【００３０】
更に、排気通路８１上には例えば三元触媒を備えた排気浄化装置８２が配設されており、排気ガス中の有害成分は、その排気浄化装置８２によって浄化される。また、この排気通路８１上には、排気浄化装置８２の上流側（燃焼室ＣＣ側）と下流側に、夫々空燃比センサ（以下、「上流側空燃比センサ」という。）８３と空燃比センサ（以下、「下流側空燃比センサ」という。）８４が配設されている。その上流側空燃比センサ８３と下流側空燃比センサ８４は、その検出信号を電子制御装置１に送信する。その電子制御装置１（空燃比制御装置）は、その夫々の検出信号を利用して空燃比制御を実行する。
【００３１】
先ず、上流側空燃比センサ８３について説明する。
【００３２】
この上流側空燃比センサ８３は、触媒層を備えた第１空燃比検出部８３Ａと触媒層の無い第２空燃比検出部８３Ｂとを有する空燃比センサであって、排気通路８１上の排気マニホルド８１ａの集合部に配設する。例えば、この上流側空燃比センサ８３としては、前述した特許文献１（特開２００７−１５５６０５号公報）に開示されているものを利用する。
【００３３】
つまり、この上流側空燃比センサ８３は、図２に示す如く、センサ本体８３ａと、このセンサ本体８３ａの上面に配設された第１及び第２の電極８３ｂ，８３ｃと、その第１電極８３ｂを覆う第１拡散抵抗層８３ｄと、その第２電極８３ｃを覆う第２拡散抵抗層８３ｅと、その第１拡散抵抗層８３ｄに積層された触媒層８３ｆと、を備える。
【００３４】
その第１及び第２の拡散抵抗層８３ｄ，８３ｅは、夫々が同等の特性を持つようにセラミックス等の多孔質物質によって成形されたものである。触媒層８３ｆは、排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒であって、プラチナやロジウム、バリウム等による塗布膜として第１拡散抵抗層８３ｄの表面に積層される。
【００３５】
この上流側空燃比センサ８３においては、第１電極８３ｂと第１拡散抵抗層８３ｄと触媒層８３ｆによって第１空燃比検出部８３Ａが構成される一方、第２電極８３ｃと第２拡散抵抗層８３ｅによって第２空燃比検出部８３Ｂが構成される。その第１空燃比検出部８３Ａと第２空燃比検出部８３Ｂは、各々限界電流式の空燃比センサとして機能する。つまり、第１拡散抵抗層８３ｄと第２拡散抵抗層８３ｅは、その何れも排気マニホルド８１ａの集合部において排気ガスに晒された状態になっている。この上流側空燃比センサ８３において、触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａからは出力電圧値Vabyfs１(k)が出力され、触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂからは出力電圧値Vabyfs２(k)が出力される。
【００３６】
一方、下流側空燃比センサ８４は、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであって、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力電圧値Voxsを出力するように構成されている。この下流側空燃比センサ８４は、空燃比が希薄空燃比のときには略０．１（Ｖ）、空燃比が過濃空燃比のときには略０．９（Ｖ）、そして、空燃比が理論空燃比のときには０．５（Ｖ）の電圧を出力するように構成されている。
【００３７】
以下に、これら上流側空燃比センサ８３と下流側空燃比センサ８４を用いて行う空燃比制御についての説明を行う。
【００３８】
本実施例１の空燃比制御装置は、燃料噴射弁５４に対する燃料噴射量の最終的な指令値（以下、「最終燃料噴射量」という。）Fi(k)を求め、これを今回吸気行程となる燃料噴射弁５４に送る。その添え字の「ｋ」は、今回の吸気行程に対する値であることを示している。
【００３９】
その最終燃料噴射量Fi(k)は、下記の式１に示す如く、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)にメインフィードバック補正量DFimainとサブフィードバック補正量DFisubを加えて求める。
【００４０】
Fi(k)＝Fbase(k)＋DFimain＋DFisub    …    （１）
【００４１】
本実施例１の空燃比制御装置（電子制御装置１）には、燃料噴射弁５４の最終燃料噴射量Fi(k)を求める最終燃料噴射量算出手段と、燃料噴射弁５４の基本燃料噴射量を求める基本燃料噴射量算出手段（具体的には補正後基本燃料噴射量Fbase(k)）を求める補正後基本燃料噴射量算出手段）と、上流側空燃比センサ８３の検出信号に基づいて基本燃料噴射量に対する燃料噴射量補正値を求める第１燃料噴射量補正値算出手段（具体的にはメインフィードバック補正量DFimainを求めるメインフィードバック補正量算出手段）と、下流側空燃比センサ８４の検出信号に基づいて基本燃料噴射量に対する燃料噴射量補正値を求める第２燃料噴射量補正値算出手段（具体的にはサブフィードバック補正量DFisubを求めるサブフィードバック補正量算出手段）と、が用意されている。従って、その最終燃料噴射量算出手段は、夫々が求めた補正後基本燃料噴射量Fbase(k)とメインフィードバック補正量DFimainとサブフィードバック補正量DFisubとを加算して最終燃料噴射量Fi(k)を導き出す。
【００４２】
最初に、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)について説明する。
【００４３】
この補正後基本燃料噴射量Fbase(k)とは、燃焼室ＣＣに供給される混合気の実際の空燃比を今回の目標空燃比abyfr(k)とする為に燃料噴射弁５４に指令すべき燃料噴射量のことである。補正後基本燃料噴射量算出手段は、下記の式２に示す如く、今回の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)に基本燃料噴射量補正係数KFを乗じて補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を求める。
【００４４】
Fbase(k)＝Fbaseb(k)・KF    …    （２）
【００４５】
先ず、その補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)とは、機関空燃比を上流側目標空燃比abyfr(k)とする為の今回吸気行程となる気筒における目標の燃料供給量（以下、「目標筒内燃料供給量」という。）Fcr(k)のことであり、空燃比制御装置（電子制御装置１）の補正前基本燃料噴射量算出手段に求めさせる。その補正前基本燃料噴射量算出手段は、下記の式３に示す如く、筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比abyfr(k)で除することによって補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)を求める。その補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)や目標筒内燃料供給量Fcr(k)は、各気筒の吸気行程に対応させながら電子制御装置１のＲＡＭに記憶される。
【００４６】
Fbaseb(k)＝Mc(k)／abyfr(k)    …    （３）
【００４７】
ここで、空燃比制御装置（電子制御装置１）の筒内吸入空気量算出手段は、吸入空気流量検出手段２３により検出された吸入空気流量Ｇａと、クランク角センサ１６から検出された機関回転数Ｎｅと、電子制御装置１のＲＯＭに記憶されているテーブルＭＡＰＭｃと、に基づいて今回吸気行程となる気筒の筒内吸入空気量Mc(k)を求める。この筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程に対応させながら電子制御装置１のＲＡＭに記憶される。
【００４８】
また、空燃比制御装置（電子制御装置１）の上流側目標空燃比設定手段は、内燃機関の運転状態（機関回転数Ｎｅやスロットル開度ＴＡ等）に基づいて上流側目標空燃比abyfr(k)の設定を行う。その上流側目標空燃比abyfr(k)とは、排気通路８１上の排気浄化装置８２の上流側においての目標空燃比のことをいう。例えば、この上流側目標空燃比設定手段は、内燃機関の暖機終了後に、特殊な場合を除き理論空燃比に設定する。その上流側目標空燃比abyfr(k)は、各気筒の吸気行程に対応させながら電子制御装置１のＲＡＭに記憶される。
【００４９】
一方、基本燃料噴射量補正係数KFは、空燃比制御装置（電子制御装置１）の基本燃料噴射量補正係数設定手段に設定させる。この基本燃料噴射量補正係数KFは、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)が目標基本燃料噴射量Fbasetと一致する（つまり近づく）ように設定する。これが為、基本燃料噴射量補正係数設定手段は、下記の式４を用いて基本燃料噴射量補正係数KFの設定を行う。ここで、目標基本燃料噴射量Fbasetとは、燃焼室ＣＣに供給される混合気の実際の空燃比を今回の上流側目標空燃比abyfr(k)にする為の燃料噴射弁５４からの燃料噴射量のことである。
【００５０】
KF＝Fbaset／Fbaseb(k)    …    （４）
【００５１】
次に、メインフィードバック補正量DFimainについて説明する。
【００５２】
本実施例１の空燃比制御装置は、定常偏差補正項を用いて空燃比の定常偏差を補正する定常偏差補正制御や、過渡外乱補正項を用いて過渡空燃比の荒れを抑制する過渡外乱補正制御を行い、これに基づいてメインフィードバック補正量DFimainを求める。
【００５３】
その定常偏差補正項とは、ローパスフィルタ処理を行って外乱の低周波成分（主に定常偏差）の補正を行うローパスフィルタ項のことであり、例えば図３に示す周波数特性を有している。本実施例１においては、かかる定常偏差補正項に基づいた定常偏差補正制御を行う定常偏差補正制御手段を空燃比制御装置（電子制御装置１）に用意している。
【００５４】
一方、過渡外乱補正項とは、ハイパスフィルタ処理を行って過渡的な外乱の高周波成分の補正を行うハイパスフィルタ項のことであり、例えば図３に示す周波数特性を有している。本実施例１においては、かかる過渡外乱補正項に基づいた過渡外乱補正制御を行う過渡外乱補正制御手段を空燃比制御装置（電子制御装置１）に用意している。
【００５５】
ここで、上流側空燃比センサ８３においては、触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａの出力の方が触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂの出力よりも空燃比中心点の精度が高い。つまり、この上流側空燃比センサ８３において、第１空燃比検出部８３Ａは、センサ検出値と実空燃比とのずれが少ない。しかしながら、この第１空燃比検出部８３Ａからの出力は、その触媒層８３ｆでの反応によって応答性が悪化するので、過渡外乱発生時の補正に用いると、補正に係る時間が遅くなってしまう。
【００５６】
一方、この上流側空燃比センサ８３においては、第１空燃比検出部８３Ａの出力よりも第２空燃比検出部８３Ｂの出力の方が応答性の点で優れている。しかしながら、この第２空燃比検出部８３Ｂからの出力は、排気ガス中の水素成分の影響を受けて実際よりもリッチ側になってしまうので、定常偏差の補正に用いると、空燃比中心点の精度が悪化して、目標空燃比と実空燃比の間に偏差を生じさせてしまう。
【００５７】
つまり、この上流側空燃比センサ８３においては、第１空燃比検出部８３Ａからの出力を過渡外乱補正項に入力しても過渡外乱補正制御に時間を要してしまい、また、第２空燃比検出部８３Ｂからの出力を定常偏差補正項に入力しても空燃比制御の精度が悪化してしまう。
【００５８】
そこで、ここでは、水素成分の影響を受けずに空燃比制御の精度が高い第１空燃比検出部８３Ａからの出力を用いて定常偏差補正制御を行う一方、その第１空燃比検出部８３Ａの出力よりも図３に示す如く制御周波数帯域が広く応答性の良い第２空燃比検出部８３Ｂからの出力を用いて過渡外乱補正制御を行うことが好ましい。
【００５９】
ここで、本実施例１のメインフィードバック補正量算出手段は、図４に示す各構成によって成る。
【００６０】
先ず、定常偏差補正制御について詳述する。
【００６１】
この定常偏差補正制御とは、上流側目標空燃比abyfr(k)と上流側空燃比センサ８３の第１空燃比検出部８３Ａの出力電圧値に相当する上流側空燃比abyfs1(k)とを比較し、これらのずれ量に基づいて補正すべき燃料噴射量を推定しながら行うフィードバック制御のことである。
【００６２】
定常偏差補正制御手段は、下記の式５を用いて、上流側目標空燃比abyfr(k)に制御する為に燃料噴射弁５４から噴射させるべき今回の吸気行程に係る目標燃料噴射量Ftauseref(k)を求める。
【００６３】
Ftauseref(k)＝（Vabyfs1(k)／Vabyfreffb(k)）・Ftaucylold−Ftaupgold  …  （５）
【００６４】
この式５において、「Vabyfs1(k)」は定常偏差補正項に入力される今回の吸気行程に係る第１空燃比検出部８３Ａの出力電圧値であり、「Vabyfreffb(k)」は定常偏差補正項に入力される今回の吸気行程に係るメインフィードバック制御用目標空燃比に対応する電圧値（以下、「ＭＦＢ目標空燃比電圧値」という。）である。そのＭＦＢ目標空燃比電圧値Vabyfreffb(k)は、例えば図５に示す第１空燃比検出部８３Ａ用の空燃比応答モデルの出力を表している。
【００６５】
また、「Ftaucylold」は定常偏差補正項に入力される無駄時間taucyl(k-N)分だけ前の筒内燃料量に相当する燃料噴射量であり、「Ftaupgold」は定常偏差補正項に入力される無駄時間taucyl(k-N)分だけ前のパージ制御に伴う供給燃料量である。その添え字の「Ｎ」は、今回の吸気行程に対するセンサ応答遅れ（つまり無駄時間）を表したものである。ここでは、Ｎ行程の無駄時間が発生していることを示す。その無駄時間taucyl(k-N)とは、筒内燃料量に係るセンサ応答遅れである。
【００６６】
ここで、この式５において、「Vabyfs1(k)／Vabyfreffb(k)」は、第１空燃比検出部８３Ａの出力から得た実空燃比Fabyfs1(k)と上流側目標空燃比abyfr(k)とのずれの割合を表している。また、「（Vabyfs1(k)／Vabyfreffb(k)）・Ftaucylold」は、その上流側目標空燃比abyfr(k)へと制御する為に必要な筒内燃料量を表している。
【００６７】
定常偏差補正制御手段は、続いて、その目標燃料噴射量Ftauseref(k)を用いて、下記の式６に基づき定常偏差割合Pdtaurt(k)を求める。
【００６８】
Pdtaurt(k)＝（Ftauseref(k)／Ftauffold）−１    …    （６）
【００６９】
この式６において、「Ftauffold」は、定常偏差補正項に入力される無駄時間tauff(k-N)分だけ前のフィードフォワード制御に伴う燃料噴射量（つまりフィードバック制御による燃料噴射量を除いたもの）である。その無駄時間tauff(k-N)とは、フィードフォワード制御に伴う燃料噴射量に係るセンサ応答遅れである。
【００７０】
定常偏差補正制御手段は、その後、その定常偏差割合Pdtaurt(k)についてローパスフィルタを用いたなまし処理（ローパスフィルタ処理）を行って、空燃比変動の低周波成分のみを抽出する。その抽出後の定常偏差割合Pdtaurtsm(k)は、下記の式７の如く行われたローパスフィルタ処理によって取り出される。
【００７１】
Pdtaurtsm(k)＝Pdtaurtsm(k-1)＋（Pdtaurtsm(k-1)−Pdtaurt(k)）・（１／NSMlow）                                                                      …    （７）
【００７２】
この式７において、「NSMlow」は、なまし回数、つまりローパスフィルタの時定数を決定する定数を表している。
【００７３】
この定常偏差補正制御手段は、その抽出後の定常偏差割合Pdtaurtsm(k)にガード処理を行って今回の吸気行程に係る定常偏差補正率Pdfirtse(k)を求め、この定常偏差補正率Pdfirtse(k)に対応する今回の吸気行程に係るメインフィードバック定常偏差補正量Dfimainse(k)の算出を行う。
【００７４】
このように、この定常偏差補正制御においては、図４に示す如く、今回の吸気行程に係る第１空燃比検出部８３Ａの出力電圧値Vabyfs1(k)とＭＦＢ目標空燃比電圧値Vabyfreffb(k)と無駄時間taucyl(k-N)と無駄時間tauff(k-N)とが定常偏差補正項に入力され、その定常偏差補正項から今回の吸気行程に係るメインフィードバック定常偏差補正量Dfimainse(k)が出力される。
【００７５】
次に、過渡外乱補正制御について詳述する。
【００７６】
過渡外乱補正制御手段は、過渡外乱補正項に入力された今回の吸気行程に係る第２空燃比検出部８３Ｂの出力電圧値Vabyfs2(k)と上記のＭＦＢ目標空燃比電圧値Vabyfreffb(k)とに基づいて、これらの偏差の大きさ（以下、「空燃比偏差量」という。）Ddabyf(k)を求める。そして、この過渡外乱補正制御手段は、今回の吸気行程に係る空燃比偏差量Ddabyf(k)に対してハイパスフィルタを用いたハイパスフィルタ処理を行って、空燃比変動の高周波成分のみを抽出する。その抽出後の空燃比偏差量Ddabyfhp(k)は、下記の式８の如く行われたハイパスフィルタ処理によって取り出される。
【００７７】
Ddabyfhp(k)＝Ddabyf(k)−Ddabyf(k-1)＋Ddabyfhp(k-1)・（１／NSMhigh）…（８）
【００７８】
この式８において、「NSMhigh」は、なまし回数、つまりハイパスフィルタの時定数を決定する定数を表している。
【００７９】
続いて、この過渡外乱補正制御手段は、下記の式９の如く抽出後の空燃比偏差量Ddabyfhp(k)にハイパスフィルタのゲインGMFBHP(k)を乗じて今回の吸気行程に係るメインフィードバック空燃比偏差量Ddfirtte(k)を求め、このメインフィードバック空燃比偏差量Ddfirtte(k)に対応する今回の吸気行程に係るメインフィードバック過渡外乱補正量Dfimainte(k)の算出を行う。
【００８０】
Ddfirtte(k)＝Ddabyfhp(k)・GMFBHP(k)    …    （９）
【００８１】
このように、この過渡外乱補正制御においては、図４に示す如く、今回の吸気行程に係る第２空燃比検出部８３Ｂの出力電圧値Vabyfs2(k)とＭＦＢ目標空燃比電圧値Vabyfreffb(k)とが過渡外乱補正項に入力され、その過渡外乱補正項から今回の吸気行程に係るメインフィードバック過渡外乱補正量Dfimainte(k)が出力される。
【００８２】
メインフィードバック補正量算出手段は、上記の如くして求めた今回の吸気行程に係るメインフィードバック定常偏差補正量Dfimainse(k)とメインフィードバック過渡外乱補正量Dfimainte(k)とに基づいてメインフィードバック補正量DFimainを求める（式１０）。
【００８３】
DFimain＝DFimainse＋DFimainte    …    （１０）
【００８４】
次に、サブフィードバック補正量DFisubについて説明する。
【００８５】
サブフィードバック補正量DFisubは、下記の式１１に示す如く、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することによって求める。従って、本実施例１のサブフィードバック補正量算出手段とは、後述するローパスフィルタと所謂ＰＩＤコントローラとによって構成される。
【００８６】
DFisub＝Kp・DVoxslow＋Ki・SDVoxslow＋Kd・DDVoxslow    …    （１１）
【００８７】
この式１１において、「Kp」は予め設定された比例ゲイン（比例定数）であり、「Ki」は予め設定された積分ゲイン（積分定数）であり、「Kd」は予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、「SDVoxslow」はローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値であり、「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。
【００８８】
ここで、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowとは、排気通路８１上の排気浄化装置８２の下流側における出力偏差量DVoxsを所定のローパスフィルタによってローパスフィルタ処理した後の値である。その出力偏差量DVoxsは、下記の式１２に示す如く、現時点（具体的には今回の最終燃料噴射量Fi(k)の噴射指示開始時点）での下流側目標電圧値Voxsrefから現時点における下流側空燃比センサ８４の出力電圧値Voxsを減じたものであり、空燃比制御装置（電子制御装置１）の出力偏差量算出手段に演算させる。
【００８９】
DVoxs＝Voxsref−Voxs    …    （１２）
【００９０】
その下流側目標電圧値Voxsrefとは、下流側目標空燃比に対応する下流側空燃比センサ８４の目標電圧値のことであり、上述した上流側目標空燃比abyfr(k)のときと同様に、内燃機関の運転状態（機関回転数Ｎｅやスロットル開度ＴＡ等）に基づいて空燃比制御装置（電子制御装置１）の下流側目標電圧値設定手段に設定させる。例えば、この下流側目標電圧値Voxsrefは、内燃機関の暖機終了後に、特殊な場合を除き理論空燃比に対応する値の０．５（Ｖ）に設定される。また、この下流側目標電圧値Voxsrefは、これに対応する下流側目標空燃比が上流側目標空燃比abyfr(k)と常時一致するように設定される。
【００９１】
ここで示すローパスフィルタは、下記の式１３に示す如く、一次のフィルタであって、その特性がラプラス演算子ｓと時定数τ１とで表される。つまり、このローパスフィルタは、周波数（１／τ１）以上の高周波数成分の通過を実質的に禁止するものである。
【００９２】
１／（１＋τ１・ｓ）    …    （１３）
【００９３】
このローパスフィルタは、出力偏差量算出手段により求められた出力偏差量DVoxsが入力されると、これをローパスフィルタ処理してローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの出力を行う。そして、サブフィードバック補正量算出手段のＰＩＤコントローラは、そのローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowをＰＩＤ処理して、サブフィードバック補正量DFisubを求める。
【００９４】
以上示した如く、本実施例１の内燃機関の空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ８３における触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａからの出力を用いて定常偏差補正制御を行う一方、触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂからの出力を用いて過渡外乱補正制御を行っている。これが為、その定常偏差補正制御時には、排気ガス中の水素成分の影響を受けることなく、精度の高い空燃比制御を行うことができる。これに対して、過渡外乱補正制御時には、応答性の良い空燃比制御を行うことができる。従って、この内燃機関の空燃比制御装置においては、定常時に空燃比のずれを抑制できると共に、過渡外乱発生時に空燃比を素早く補正することができる。
【００９５】
［実施例２］
本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の実施例２を図６から図９に基づいて説明する。
【００９６】
前述した実施例１においては、メインフィードバック補正量DFimainを求める際に、上流側空燃比センサ８３における第１及び第２の空燃比検出部８３Ａ，８３Ｂの夫々の出力に対して１つの空燃比応答モデルを使用している。これが為、その空燃比応答モデルは、触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａの出力に適応させたもの、触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂの出力に適応させたもの又は第１及び第２の空燃比検出部８３Ａ，８３Ｂの夫々の出力に或る程度適応させるべく設定した中立的なものとなる。
【００９７】
しかしながら、このような空燃比応答モデルを使用した場合には、第１空燃比検出部８３Ａの出力を用いた定常偏差補正制御と第２空燃比検出部８３Ｂの出力を用いた過渡外乱補正制御が相互干渉してしまう虞がある。例えば、触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａの出力に適応させた空燃比応答モデルを使用した場合には、図６に示す如く、他方の第２空燃比検出部８３Ｂの出力の応答遅れの影響を受けて第１空燃比検出部８３Ａの出力にも応答遅れが発生する。また、触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂの出力に適応させた空燃比応答モデルを使用した場合には、図７に示す如く、他方の第１空燃比検出部８３Ａの出力の応答遅れの影響を受けて第２空燃比検出部８３Ｂの出力にも応答遅れが発生する。これが為、かかる場合には、結果として、図７に示す如く、定常偏差補正項の出力（メインフィードバック定常偏差補正量Dfimainse(k)）と過渡外乱補正項の出力（メインフィードバック過渡外乱補正量Dfimainte(k)）に変動が生じてしまい、精度の高い空燃比制御の妨げになってしまう可能性がある。
【００９８】
そこで、本実施例２においては、触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａの出力に適応させた空燃比応答モデルと触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂの出力に適応させた空燃比応答モデルを各々用意する。例えば、本実施例２のメインフィードバック補正量算出手段は、図８に示す各構成によって成る。この本実施例２の構成は、実施例１の構成に対して、第１及び第２の空燃比検出部８３Ａ，８３Ｂの出力に個別に適応させた空燃比応答モデルを各々設けたものである。
【００９９】
このように夫々の出力に対応させた空燃比応答モデルを用意することによって、本実施例２の内燃機関の空燃比制御装置は、第１及び第２の空燃比検出部８３Ａ，８３Ｂの夫々の出力の応答遅れに係る時間を見積もることができるので、図９に示す如く、その各々の応答遅れの回避が可能になる。これが為、本実施例２の内燃機関の空燃比制御装置は、定常偏差補正項の出力の変動や過渡外乱補正項の出力の変動の抑制が可能になり、第１空燃比検出部８３Ａの出力を用いた定常偏差補正制御と第２空燃比検出部８３Ｂの出力を用いた過渡外乱補正制御の相互干渉を防ぐことができるので、実施例１よりも精度の高い空燃比制御を行うことができるようになる。尚、この内燃機関の空燃比制御装置における空燃比制御の演算処理動作は、実施例１のときと同じようにして行えばよい。
【０１００】
ところで、上述した各実施例１，２においては触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａと触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂとを備える上流側空燃比センサ８３を排気通路８１上における排気浄化装置８２の上流側（排気マニホルド８１ａの集合部）に設けたが、その上流側には、触媒層８３ｆを有する第１空燃比検出部８３Ａと同等の機能からなる第１空燃比センサと、触媒層を有しない第２空燃比検出部８３Ｂと同等の機能からなる第２空燃比センサと、を設けてもよい。つまり、その上流側には、上述した１つの上流側空燃比センサ８３に替えて、触媒層の有無で分けた２つの空燃比センサ（第１空燃比センサと第２空燃比センサ）を配設してもよい。このように構成しても、この空燃比制御装置は、各実施例１，２の内燃機関の空燃比制御装置と同様の演算処理を行って、これらと同等の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、排気ガス中の水素成分を分解又は反応させる為の触媒層を有する空燃比検出部と当該触媒層を有しない空燃比検出部とを備えた内燃機関において、精度と応答性に優れた空燃比制御を実行させる技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に係る空燃比制御装置の適用対象たる内燃機関の一例を示す図である。
【図２】触媒層を有する空燃比検出部と触媒層を有しない空燃比検出部とを備えた空燃比センサの一例について説明する図である。
【図３】定常偏差補正項、過渡外乱補正項、触媒層を有する空燃比検出部の出力及び触媒層を有しない空燃比検出部の出力の周波数特性について説明する図である。
【図４】実施例１のメインフィードバック補正量算出手段の構成について説明する図である。
【図５】実施例１の空燃比応答モデルの一例について示す図である。
【図６】実施例１において触媒層を有する空燃比検出部に適応させた空燃比応答モデルを使用した場合について説明する図であって、夫々の空燃比検出部の出力の応答遅れと定常偏差補正項や過渡外乱補正項の各出力の変動について示す図である。
【図７】実施例１において触媒層を有しない空燃比検出部に適応させた空燃比応答モデルを使用した場合について説明する図であって、夫々の空燃比検出部の出力の応答遅れと定常偏差補正項や過渡外乱補正項の各出力の変動について示す図である。
【図８】実施例２のメインフィードバック補正量算出手段の構成について説明する図である。
【図９】実施例２の空燃比応答モデルの一例について示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  電子制御装置（ＥＣＵ）
１１ｃ  排気ポート
５０  燃料供給装置
５４  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
８１  排気通路
８１ａ  排気マニホルド
８２  排気浄化装置
８３  上流側空燃比センサ
８３ａ  センサ本体
８３ｂ  第１電極
８３ｃ  第２電極
８３ｄ  第１拡散抵抗層
８３ｅ  第２拡散抵抗層
８３ｆ  触媒層
８３Ａ  第１空燃比検出部
８３Ｂ  第２空燃比検出部
８４  下流側空燃比センサ
ＣＣ  燃焼室
【図１】
2010038078.tif 000003
【図２】
2010038078.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010038078.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010038078.tif 000008
【図７】
2010038078.tif 000009
【図８】
2010038078.tif 000010
【図９】
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