(57)【要約】気筒間に空燃比のインバランスが生じた場合のエミッションの悪化を抑制する。  触媒の上流側に設置された第１空燃比センサと、触媒の下流側に設置された第２空燃比センサとを備えた内燃機関を制御する装置（１００）は、第１空燃比センサの出力値と目標値との偏差に応じて第１Ｆ／Ｂ制御量を決定する第１決定手段と、第２空燃比センサの出力値と目標値との偏差に応じて第２Ｆ／Ｂ制御量を決定する第２決定手段と、第１Ｆ／Ｂ制御量及び第２Ｆ／Ｂ制御量に基づいて燃料噴射量を制御する制御手段と、気筒相互間における空燃比のインバランスを検出する検出手段と、空燃比のインバランスが検出された場合に、第１空燃比センサと第２空燃比センサとの出力偏差に応じて、燃料噴射量の空燃比リーン側へ変化が生じ難くなる方向へ第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する補正手段とを具備する。
2013153626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気経路に設置された排気浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設置され、触媒流入ガスの空燃比に応じた第１出力値を出力する第１空燃比センサと、
前記触媒の下流側に設置され、触媒排出ガスの空燃比に応じた第２出力値を出力可能な第２空燃比センサと
を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
前記第１出力値と第１目標値との偏差たる第１偏差に応じて、前記第１出力値を前記第１目標値に収束させるための第１Ｆ／Ｂ制御量を決定する第１決定手段と、
前記第２出力値と第２目標値との偏差たる第２偏差に応じて、前記第２出力値を前記第２目標値に収束させるための第２Ｆ／Ｂ制御量を決定する第２決定手段と、
前記決定された第１Ｆ／Ｂ制御量及び前記決定された第２Ｆ／Ｂ制御量に基づいて前記内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の複数の気筒相互間における空燃比のインバランスを検出する検出手段と、
前記空燃比のインバランスが検出された場合に、前記第１空燃比センサと前記第２空燃比センサとの出力偏差に応じて、前記燃料噴射量の空燃比リーン側へ変化が生じ難くなる方向へ前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、補正がなされない場合と較べて前記燃料噴射量が増加するように前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記出力偏差に基づいて前記空燃比のインバランスを検出する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記第２Ｆ／Ｂ制御量を構成する要素値を補正することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正し、
前記要素値は、各々が前記第２偏差に対応付けられた、前記第１出力値が前記実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離していない場合に対応する標準マップと、前記第１出力値が前記実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離している場合に対応する補正用マップとに記憶されており、
前記第２決定手段は、前記標準用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を決定し、
前記補正手段は、前記補正用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記標準用マップにおいて、前記第２偏差が基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値と、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リーン側の領域にある場合の前記要素値とは、符号が異なる対称関係にあり、
前記補正用マップは、前記標準用マップにおいて、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値を前記第２偏差に対する感度が低下する方向へ変更することによって、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値と、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リーン側の領域にある場合の前記要素値とを非対称関係としたマップである
ことを特徴とする請求の範囲第５項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第１及び第２目標値は、夫々理論空燃比に相当する値である
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記補正手段は、前記出力偏差により前記第１出力値が前記第２出力値に対して所定以上空燃比リッチ側にある旨が示される場合に、前記燃料噴射量の空燃比リーン側への変化が抑制される方向へ前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記出力偏差は、（１）前記第１出力値と前記第２出力値との偏差、（２）前記第１出力値のピーク値と前記第２出力値のピーク値との偏差、（３）前記第１出力値の平均値と前記第２出力値の平均値との偏差、及び（４）前記第１空燃比センサの応答速度と前記第２空燃比センサの応答速度との偏差のうちいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記補正手段は、前記第２偏差に乗じられるべきゲイン又は前記第２制御量の学習値を補正する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化用の触媒を備えた内燃機関における、気筒相互間の空燃比のインバランスによるエミッション悪化を抑制するための内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排気系に設置された触媒の上流に、触媒層の無い第１の空燃比センサと触媒層がある第２の空燃比センサとを搭載した排気システムを利用したものがある（特許文献１参照）。特許文献１に開示された、多気筒内燃機関の気筒間空燃比ばらつき異常検出装置によれば、当該システムにおいて、気筒間の空燃比のばらつき（即ち、空燃比のインバランス）により発生した水素による、第１の空燃比センサの出力値の空燃比リッチ側へのずれが、上記２本のセンサの出力差に基づいて判断される。従って、ノイズの影響を受け難く、気筒間空燃比ばらつき異常を精度良く検出することが出来るとされている。【０００３】
また、当該文献には、第１の空燃比センサと第２の空燃比センサとの出力ピークに基づいて第１の空燃比センサの出力が補正される構成についても開示されている。【０００４】
尚、触媒上流と下流の空燃比を取得可能なセンサを搭載し、気筒間インバランス発生時には、下流センサによるＦ／Ｂ補正量がガード範囲外になることを許容しつつ、下流空燃比目標とセンサ出力の差に基づいて補正量を設定する装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２８１３２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１７３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気筒間に空燃比のインバランスが生じると、空燃比リッチ側の気筒において水素（Ｈ２）が発生する。この水素は、排気中の他のガス要素と較べて拡散速度が速いため、Ａ／Ｆ（空燃比）センサは、検出対象とするガスの空燃比を、実際の空燃比よりもリッチ側の（即ち、低い）値として検出し易い。【０００７】
上記特許文献１に開示された装置によれば、第２の空燃比センサが触媒層を備えており、この触媒層における反応により水素が消費されるため、第２の空燃比センサの出力値が水素の影響を受けないとされる。従って、２本のセンサの出力差により、第１の空燃比センサにおける検出値と実際の空燃比との乖離の度合いを推定することが出来るとの論理である。【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された装置には、以下の問題点がある。即ち、第２の空燃比センサが備える触媒層とは、排気浄化機能を有するとは言ってもセンサ付設の極小規模且つ簡易な触媒であって、内燃機関の排気経路に通常備わり得る三元触媒等の所謂排気浄化用の触媒とは、その排気浄化性能において差がある。【０００９】
従って、当該触媒層により理論的には水素が幾らかなり浄化されるとは言っても、第２の空燃比センサにより排気の空燃比を正確に検出することは非常に困難である。即ち、第２の空燃比センサの出力値は、第１の空燃比センサの出力値を補正するにあたってのリファレンス値として不十分である。【００１０】
また、このような問題に加え、特許文献１に開示された装置では、これら２本の空燃比センサの下流側に位置する排気浄化用の触媒を通過した後のガス（触媒排出ガス）の空燃比状態については、理論空燃比を境に出力値が反転する、所謂Ｚ特性を有する酸素濃度センサにより検出される。この種の酸素濃度センサは、理論空燃比近傍でしか空燃比を検出することが出来ないため、その出力値を、水素の影響を受ける触媒上流の空燃比センサの出力値の補正に利用することが難しい。【００１１】
更に、係る構成においては、同様の理由から、触媒内部の空燃比を、目標とする空燃比に正確に維持することも難しい。従って、実際の空燃比に対する、触媒上流の空燃比センサの出力値のリッチ側への乖離（以下、適宜「リッチずれ」と表現する）を補正し難いことと併せ、排気浄化システム全体に望ましい排気浄化特性を与えることが非常に困難である。このような問題は、特許文献２に開示された装置においても同様に生じ得る。【００１２】
このように、上記先行技術文献に開示されたものを含む従来技術では、気筒間に空燃比のインバランスが生じた場合に、排気浄化システムの排気浄化性能が乱れ、内燃機関のエミッションが悪化しかねないという懸念がある。【００１３】
本発明は上述した懸念に鑑みてなされたものであり、気筒間に空燃比のインバランスが生じた場合のエミッションの悪化を抑制し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気経路に設置された排気浄化用の触媒と、前記触媒の上流側に設置され、触媒流入ガスの空燃比に応じた第１出力値を出力する第１空燃比センサと、前記触媒の下流側に設置され、触媒排出ガスの空燃比に応じた第２出力値を出力可能な第２空燃比センサとを備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、前記第１出力値と第１目標値との偏差たる第１偏差に応じて、前記第１出力値を前記第１目標値に収束させるための第１Ｆ／Ｂ制御量を決定する第１決定手段と、前記第２出力値と第２目標値との偏差たる第２偏差に応じて、前記第２出力値を前記第２目標値に収束させるための第２Ｆ／Ｂ制御量を決定する第２決定手段と、前記決定された第１Ｆ／Ｂ制御量及び前記決定された第２Ｆ／Ｂ制御量に基づいて前記内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、前記内燃機関の複数の気筒相互間における空燃比のインバランスを検出する検出手段と、前記空燃比のインバランスが検出された場合に、前記第１空燃比センサと前記第２空燃比センサとの出力偏差に応じて、前記燃料噴射量の空燃比リーン側へ変化が生じ難くなる方向へ前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する補正手段とを具備することを特徴とする（第１項）。【００１５】
本発明に係る第１及び第２空燃比センサは、各々、理論空燃比よりもリッチ側及びリーン側の空燃比を含む広範囲の空燃比領域において実践上十分な空燃比検出能を有する、例えばリニア空燃比センサとして構成される。即ち、触媒下流側の第２空燃比センサは、空燃比が理論空燃比に対してリッチ側（低い側）にあるかリーン側（高い側）にあるかを二値的に判定することしか出来ない、所謂Ｚ特性を有する酸素濃度センサとは異なる。但し、本発明における、これらセンサの「出力値」とは、センサの構成に応じて多様であってよい。例えば、この出力値は、空燃比の高低に応じて夫々高低に変化する電圧値であってもよいし、空燃比の高低に応じて夫々低高に変化する電圧値であってもよい。また、出力値が必ずしも電圧値である必要もない。【００１６】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、第１決定手段により決定される第１Ｆ／Ｂ制御量と、第２決定手段により決定される第２Ｆ／Ｂ制御量とに基づいて、制御手段により燃料噴射量が制御される。【００１７】
第１Ｆ／Ｂ制御量とは、第１空燃比センサの出力値（第１出力値）とその目標値（第１目標値）との偏差（第１偏差）に応じてなされる、当該第１出力値を当該第１目標値に収束させるための各種Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御（例えば、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御等）の制御量を包括する概念である。例えば、第１Ｆ／Ｂ制御量とは、当該第１偏差に所定のＦ／Ｂゲインを乗じる等して得られる、基本となる燃料噴射量との各種演算（例えば、加減乗除演算）に供される制御量であってもよい。【００１８】
第２Ｆ／Ｂ制御量とは、第２空燃比センサの出力値（第２出力値）とその目標値（第２目標値）との偏差（第２偏差）に応じてなされる、当該第２出力値を当該第２目標値に収束させるための各種Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御（例えば、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御等）の制御量を包括する概念である。例えば、第２Ｆ／Ｂ制御量とは、当該第２偏差に所定のＦ／Ｂゲインを乗じる等して得られる、基本となる燃料噴射量との各種演算（例えば、加減乗除演算）に供される制御量であってもよい。【００１９】
或いは、第２Ｆ／Ｂ制御量とは、上記第１Ｆ／Ｂ制御量の補正に供される制御量であってもよい。例えば、第２Ｆ／Ｂ制御量とは、第１Ｆ／Ｂ制御量を規定する第１空燃比センサの出力値（第１出力値）を、空燃比リーン側又は空燃比リッチ側に補正する補正量であってもよいし、第１Ｆ／Ｂ制御量そのものを補正する補正量であってもよい。このように第１出力値或いは第１Ｆ／Ｂ制御量を補正してしまえば、第１Ｆ／Ｂ制御量が、第２出力値を第２目標値へ収束させるための要素を含んで決定されることになり、結果として燃料噴射量を望ましいものとすることが出来る。【００２０】
尚、これ以降、第１Ｆ／Ｂ制御量に基づいた燃料噴射量の補正に係る制御を適宜に「第１Ｆ／Ｂ制御」と表現し、第２Ｆ／Ｂ制御量に基づいた直接的な又は間接的な燃料噴射量の補正に係る制御を適宜に「第２Ｆ／Ｂ制御」と表現することとする。第１及び第２Ｆ／Ｂ制御は、本発明に係る制御手段の作用に含まれる。これらＦ／Ｂ制御の詳細な態様は多義的であるが、定性的には、センサ出力値が目標値よりも空燃比リッチ側（即ち、空燃比が低い側）であれば燃料噴射量が減少する側（即ち、空燃比リーン側）へ、また、センサ出力値が目標値よりも空燃比リーン側（即ち、空燃比が高い側）であれば燃料噴射量が増加する側（即ち、空燃比リッチ側）へ、直接的に又は間接的に、基本となる燃料噴射量が補正される。【００２１】
尚、本発明に係る内燃機関の制御装置では特に、触媒下流側の第２空燃比センサは、理論空燃比を含む広範な空燃比領域においてリニアな検出能を有する、従来の酸素濃度センサとは異なるセンサである。また、触媒が一種のバッファとして機能することにより、第２空燃比センサが検出対象とする排気のガス状態は触媒上流側と較べて、流速及び均一性の両面で安定している。これらの点から、第２空燃比センサにより検出される触媒下流側の空燃比は高い信頼性を有する。本発明では、この高い信頼を背景として第２Ｆ／Ｂ制御量が決定されることから、触媒内部の空燃比を正確に制御し得る点において有益である。【００２２】
ところで、何らかの理由により、制御手段により決定される最終的な燃料噴射量よりも多く燃料が噴射される気筒が存在する場合、排気経路における空燃比はリッチとなる。本来、このような気筒相互間における空燃比のインバランスによる空燃比の変化は、第１Ｆ／Ｂ制御により燃料噴射量が全体的に空燃比リーン側へ補正されることにより抑制される。【００２３】
ところが、現実的には、このような排気空燃比をリッチ側へ誘うインバランスが生じた場合、第１空燃比センサでは、空燃比リッチの気筒において発生する水素が必要以上に感知される傾向があり、第１出力値は、実際の空燃比よりもリッチ側に乖離し易い。即ち、第１空燃比センサに第１出力値のリッチずれが生じ易い。リッチずれが生じると、第１Ｆ／Ｂ制御が空燃比リーン側に過剰にシフトすることになり、排気経路の空燃比が目標空燃比から乖離してエミッションが悪化する可能性がある。【００２４】
このような問題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置では、補正手段により第２Ｆ／Ｂ制御量が補正される構成となっている。即ち、補正手段は、検出手段により気筒相互間における空燃比のインバランスが検出された場合に、第１空燃比センサと第２空燃比センサとの出力偏差に応じて、燃料噴射量の空燃比リーン側への変化が生じ難くなる方向へ第２Ｆ／Ｂ制御量を二値的に、段階的に又は連続的に補正する。尚、「出力偏差」とは、単に出力値の偏差に留まらない趣旨であり、出力値から派生的に得られる、同一次元の各種指標値の偏差を包括する概念である。【００２５】
尚、「燃料噴射量の空燃比リーン側への変化」とは、即ち、空気に対する燃料の比率を減少させる側への変化を意味し、同一の空気量であれば燃料噴射量が減少する側への変化を、同一の燃料量であれば空気量が増加する側への変化を、夫々意味する。従って、「燃料噴射量の空燃比リーン側への変化が生じ難くなる方向」へなされる第２Ｆ／Ｂ制御量の補正とは、空気に対する燃料の比率の減少幅を縮小させるための、或いは、空気に対する燃料の比率を増加させるための補正を意味する。【００２６】
上述したように、第２Ｆ／Ｂ制御では、触媒下流側の雰囲気が目標空燃比に対してリッチ側（燃料過剰側）であればリーン側（燃料過剰率が減少する側）へ、リーン側（空気過剰側）であればリッチ側（空気過剰率が減少する側）へ、夫々直接的に又は間接的に燃料噴射量の補正がなされる。【００２７】
従って、空燃比のインバランスにより生じた空燃比リッチの排気により、触媒下流側の空燃比がリッチになると、第２Ｆ／Ｂ制御は、空燃比リーン側へ燃料噴射量を補正すべく作用する。この第２Ｆ／Ｂ制御による空燃比リーン側への燃料噴射量の補正作用が、上述したリッチずれに起因した第１Ｆ／Ｂ制御による過剰なリーン側への燃料噴射量の補正作用と重複すると、排気は過剰にリーン雰囲気となってエミッションが悪化する可能性がある。【００２８】
補正手段は、係る点を見越した上で、本来第２Ｆ／Ｂ制御により生じる空燃比リーン側への燃料噴射量の補正分を、リッチずれに起因した第１Ｆ／Ｂ制御による空燃比リーン側への過剰な燃料噴射量の補正分によって賄う構成となっているのである。【００２９】
従って、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、触媒下流側の空燃比を常に目標値に維持することが可能となり、エミッションの悪化を好適に抑制することが出来るのである。【００３０】
尚、空燃比のインバランスにより１００％リッチずれが生じる保証は無いが、リッチずれは空燃比のインバランスにより発生した水素により惹起される現象である。従って、空燃比のインバランスの検出をもってリッチずれの検出に代替しても影響は少ない。【００３１】
検出手段がインバランスを検出するにあたっての実践的態様は各種あり、本発明は、その手法についての限定を要しない。例えば、気筒相互間の空燃比のインバランスは、簡易な手法として第１出力値の時間推移により判定可能である。例えば、ある特定の気筒からの排気の空燃比が他の気筒のそれと異なっている場合に、気筒相互間に空燃比のインバランスが生じているとの判定を行うことが可能である。【００３２】
また、より具体的には、空燃比のインバランスは、その度合いとして事前に定められ得るインバランス度等の指標値に基づいて検出されてもよい。ここで「空燃比のインバランス度」とは、複数の気筒相互間の空燃比のインバランスの度合いを意味する定量的な指標であり、その実践的態様は、係る概念の範囲において多義的である。空燃比のインバランス度は、実践上の定義に応じて、内燃機関に対し一つ定められる値であってもよいし、各気筒について定められる値であってもよい。例えば、「空燃比のインバランス度」は、下記（１）〜（４）に定義されるものを含み得る。尚、下記の「相当する値」とは、対象値と一義的な関係を有し得る制御量、物理量又は指標値を包括する概念である。
（１）全気筒の空燃比の平均値に対する各気筒の空燃比の割合に相当する値
（２）特定の気筒の空燃比の、残余の気筒の空燃比に対する割合に相当する値
（３）目標空燃比に対する、目標空燃比と各気筒の空燃比との偏差の割合に相当する値
（４）目標空燃比に対する、各気筒の空燃比の割合に相当する値【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記補正手段は、補正がなされない場合と較べて前記燃料噴射量が増加するように前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する（第２項）。【００３４】
この態様によれば、補正手段が、第２Ｆ／Ｂ制御量の補正がなされない場合と較べて燃料噴射量が増加するように第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する。従って、第１空燃比センサのリッチずれの影響を好適に緩和することが出来る。【００３５】
尚、第２Ｆ／Ｂ制御量は、先に述べたように、燃料噴射量を直接補正する制御量であってもよいし、第１空燃比センサにより検出される第１空燃比を補正することによって間接的に燃料噴射量を補正する制御量であってもよいし、第１Ｆ／Ｂ制御量を補正することによって間接的に燃料噴射量を補正する制御量であってもよい。このような補正態様の変化に合わせて、実際の第２Ｆ／Ｂ制御量の採り得る形態も多様であってよい。【００３６】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記検出手段は、前記出力偏差に基づいて前記空燃比のインバランスを検出する（第３項）。【００３７】
排気浄化用の触媒には、ＯＳＣ（Oxygen Storage Capacity：酸素吸蔵能）があり、ＯＳＡ（Oxygen Storage Amount：酸素吸蔵量）がこのＯＳＣにより規定される最大値を超えると、吸蔵しきれない酸素が触媒下流側に吹き抜けることから下流側の空燃比がリーンとなる。また、ＯＳＡがＯＳＣにより規定される最小値を下回ると、触媒での酸化反応が進行し難くなることから下流側の空燃比がリッチとなる。一方で、触媒のＯＳＣの範囲で生じるリーン／リッチの変化は、基本的には、触媒下流側の空燃比に直接影響しない。【００３８】
従って、空燃比のインバランスに起因して触媒上流側で検出される空燃比が変化しても、触媒下流側の空燃比は相応の期間において変化しない。従って、第１空燃比センサと第２空燃比センサとの出力偏差は、空燃比のインバランスを検出するための参照値として有効である。例えば、制御目標空燃比が理論空燃比である場合、気筒間で空燃比のインバランスが生じていない場合には、触媒上下流の空燃比は、上記第１及び第２Ｆ／Ｂ制御により理想的には理論空燃比に維持される。一方、空燃比のインバランスにより、触媒上流側で検出される空燃比がある程度の量或いは時間でリッチ側に変化しても、触媒下流側の空燃比は大きく変化しないから、このような場合には、出力偏差がその定義の如何によらず変化する。即ち、出力偏差の取り扱いに適当な判断基準を設けておけば、第１空燃比センサのリッチずれを誘う気筒相互間における空燃比のインバランスの発生を好適に検出することができる。【００３９】
また、このように触媒下流側の空燃比が変化するまでには時間差があるから、実際に触媒下流の空燃比が変化した時点で、補正手段による補正作用は既にアクティブであり、空燃比リーン側への過剰なＦ／Ｂを抑制することが出来る。【００４０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記補正手段は、前記第２Ｆ／Ｂ制御量を構成する要素値を補正することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正し、前記要素値は、各々が前記第２偏差に対応付けられた、前記第１出力値が前記実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離していない場合に対応する標準マップと、前記第１出力値が前記実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離している場合に対応する補正用マップとに記憶されており、前記第２決定手段は、前記標準用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を決定し、前記補正手段は、前記補正用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する（第４項）。【００４１】
この態様によれば、第２Ｆ／Ｂ制御量の要素値が、予めリッチずれが生じていない正常時に使用されるべき標準マップと、リッチずれが生じている異常時に使用されるべき補正用マップとに記述されている。これらマップは、例えばＲＯＭ等の各種記憶装置に記憶させることが可能な制御用マップであり、補正手段及び第２決定手段が、夫々適宜参照可能なマップである。【００４２】
尚、要素値とは、第２Ｆ／Ｂ制御量を構成する値を包括する概念であり、その変化が第２Ｆ／Ｂ制御量の変化を促し得る限りにおいて何ら限定されない値である。但し、第２Ｆ／Ｂ制御がＦ／Ｂ制御であることに鑑みれば、要素値とは、好適には、Ｆ／Ｂゲインの補正係数や、第２Ｆ／Ｂ制御量の学習値の補正係数等を含み得る。学習値とは、学習処理により適宜に更新される値であって、例えば、Ｆ／Ｂ制御がＰＩＤ制御やＰＩ制御等として実行される場合には、Ｉ項（積分項）等から派生的に演算される定常成分に相当する値であってもよい。【００４３】
この態様によれば、第２決定手段は、正常時において標準マップを選択し、当該標準マップから要素値を選択して第２Ｆ／Ｂ制御量を決定することが出来る。また、補正手段は、異常時において補正用マップを選択し、当該補正用マップから要素値を選択して、正常時に適用されるべき第２Ｆ／Ｂ制御量を置き換える。即ち、補正手段の作用としては、補正用マップから該当値を選択して第２決定手段と同等の処理を行えばよく、第２Ｆ／Ｂ制御量の補正に係る負荷が軽減される。【００４４】
尚、この補正用マップは、一のマップであってもよいし、出力偏差に応じて段階的に切り替えられるべき複数のマップであってもよい。【００４５】
第２Ｆ／Ｂ制御量の補正にマップが使用される本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記標準用マップにおいて、前記第２偏差が基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値と、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リーン側の領域にある場合の前記要素値とは、符号が異なる対称関係にあり、前記補正用マップは、前記標準用マップにおいて、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値を前記第２偏差に対する感度が低下する方向へ変更することによって、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値と、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リーン側の領域にある場合の前記要素値とを非対称関係としたマップである（第５項）。【００４６】
この態様によれば、通常マップにおいて、第２偏差に対する要素値は符号が異なる対称値であって、リーン側への補正もリッチ側への補正も同等に行われる構成となっている。一方、補正用マップにおいて、第２偏差に対する要素値は符号が異なると共に、リッチ側とリーン側とで非対称とされる。具体的には、補正用マップは、第２偏差が基準値（通常、理論空燃比相当値）に対して空燃比リッチ側にある場合について、第２偏差に対する要素値の感度を低下させた（例えば、縦軸に要素値を、横軸に第２偏差を夫々採る場合に、傾きを小さく、或いは高さを低くしたものに相当する）マップである。【００４７】
このような構成とすれば、空燃比のインバランスに起因する水素により惹起された第１空燃比センサのリッチずれの影響を緩和することが出来る。【００４８】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記第１及び第２目標値は、夫々理論空燃比に相当する値である（第６項）。【００４９】
この態様によれば、触媒の下流側を理論空燃比に可及的に維持することが出来る。【００５０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記補正手段は、前記出力偏差により前記第１出力値が前記第２出力値に対して所定以上空燃比リッチ側にある旨が示される場合に、前記燃料噴射量の空燃比リーン側への変化が抑制される方向へ前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する（第７項）。【００５１】
この態様によれば、出力偏差に適当な閾値を設けることにより、第１空燃比センサのリッチずれを簡便に検出可能である。尚、「所定以上空燃比リッチ側にある」とは、「触媒上流側の空燃比から触媒下流側の空燃比を減算した値が負値である」ことを含むが、有効数字その他の実践的勘案事項は、特に限定されず弾力的であってよい。【００５２】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記出力偏差は、（１）前記第１出力値と前記第２出力値との偏差、（２）前記第１出力値のピーク値と前記第２出力値のピーク値との偏差、（３）前記第１出力値の平均値と前記第２出力値の平均値との偏差、及び（４）前記第１空燃比センサの応答速度と前記第２空燃比センサの応答速度との偏差のうちいずれか一つを含む（第８項）。【００５３】
これらは、出力偏差の有する実践的態様として妥当であり且つ適当である。【００５４】
例えば、（１）の場合、出力値が直接比較されることにより、実現象に忠実な制御が期待される。また（２）の場合、ピーク値（当然ながら、ある設定期間におけるピーク値である）同士の比較により安全側に振った効果が期待される。また（３）の場合、ノイズやガスの均質性の影響が排除された高い信頼性が期待される。また（４）の場合、出力値に頼らない補正が可能である。【００５５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記補正手段は、前記第２偏差に乗じられるべきゲイン又は前記第２制御量の学習値を補正する（第９項）。【００５６】
この種のゲインや学習値は、Ｆ／Ｂ制御量である第２Ｆ／Ｂ制御量を構成する要素（上記要素値と同等である）として妥当であり、補正手段の補正対象として妥当である。【００５７】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する際のＥＣＵのブロック図である。
【図３】図２の空燃比Ｆ／Ｂ制御のフローチャートである。
【図４】図２の空燃比Ｆ／Ｂ制御において参照される標準マップの概念図である。
【図５】図２の空燃比Ｆ／Ｂ制御において参照される補正マップの概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００６０】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００６１】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００６２】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行可能に構成されている。
【００６３】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「第１決定手段」、「第２決定手段」、「制御手段」、「検出手段」及び「補正手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００６４】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる多気筒ガソリンエンジンである。
【００６５】
図１において、エンジン２００は、シリンダブロックＣＢに収容される複数の気筒２０１を備える。尚、図１において、気筒２０１は紙面奥行き方向に配列しており、図１においては一の気筒２０１のみが示されている。
【００６６】
エンジン２００において、気筒２０１の内部に形成された燃焼室には、混合気の燃焼に伴う爆発力に応じて図示上下方向に往復運動を生じるピストン２０２を備える。ピストン２０２の往復運動は、コネクティングロッド２０３を介してクランクシャフト２０４の回転運動に変換され、エンジン２００を搭載する車両の動力として利用される構成となっている。
【００６７】
クランクシャフト２０４の近傍には、クランクシャフト２０４の回転位置（即ち、クランク角）を検出可能なクランクポジションセンサ２０５が設置されている。このクランクポジションセンサ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたクランク角は、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に参照され、例えば、エンジン回転数ＮＥの算出や、その他の制御に供される構成となっている。
【００６８】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は、図示せぬクリーナにより浄化された後、各気筒について共通の吸気管２０６に導かれる。吸気管２０６には、この吸入空気の量である吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０７が配設されている。このスロットルバルブ２０７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された不図示のスロットルバルブモータによってその駆動状態が制御される、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００６９】
ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータを駆動制御する。但し、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブモータの動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。
【００７０】
スロットルバルブ２０７により適宜調量された吸入空気は、気筒２０１の各々に対応する吸気ポート２０８を経由して、吸気弁２０９の開弁時に気筒内部に吸入される。吸気弁２０９は、図示するように断面視略楕円形状を有するカム２１０のカムプロファイルに応じてその開閉時期が定まる構成となっている。
【００７１】
一方、このカム２１０は、例えばカムスプロケットやタイミングチェーン等の動力伝達手段を介してクランクシャフト２０４に連結された吸気カム軸（符号省略）に固定されている。従って、吸気弁２０９の開閉位相は、クランクシャフト２０４の回転位相（即ち、クランク角）と、一の固定状態において一義的な関係にある。
【００７２】
ここで、この吸気カム２１０と吸気カム軸との固定状態は、油圧駆動装置２１１により供給される制御油の油圧により変化する。より具体的には、吸気カム２１０は、ベーンと呼ばれる翼状部材を介して吸気カム軸に連結されており、このベーンと吸気カム軸との回転位相は、油圧駆動装置２１１が有する油圧室に印加される油圧に応じて変化する構成となっている。従って、ベーンに固定された吸気カム２１０と吸気カム軸との回転位相もまた、当該油圧に応じて変化する。油圧駆動装置２１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された状態にあり、ＥＣＵ１００は、油圧駆動装置２１１の制御を介して、吸気弁２０９の開閉時期を変化させることが出来る。
【００７３】
吸気ポート２０８に導かれた吸入空気は、吸気ポート２０８に噴射弁の一部が露出してなる吸気ポートインジェクタ２１２から噴射された燃料（本実施形態ではガソリンである）と混合されて前述の混合気となる。燃料たるガソリンは、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬ低圧フィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介して吸気ポートインジェクタ２１２に供給されている。吸気ポートインジェクタ２１２において、噴射弁を駆動する不図示の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、吸気ポートインジェクタ２１２は、ＥＣＵ１００がこの駆動装置を介して噴射弁の開弁期間を制御することによって、この開弁期間に応じた量の燃料噴霧を吸気ポート２０８に供給することが出来る。
【００７４】
エンジン２００の燃焼室には火花点火装置である点火装置２１３の点火プラグ（符号省略）の一部が露出している。エンジン２００の圧縮行程において圧縮された混合気は、この点火プラグの点火動作により着火し燃焼する仕組みとなっている。点火装置２１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、点火装置２１３の点火時期は、ＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００７５】
一方、燃焼室において燃焼反応を生じた混合気は、燃焼行程に引き続く排気行程において、クランクシャフト２０４と間接的に連結された排気カム２１４のカムプロファイルに応じて定まる開閉時期に従って開閉駆動される排気弁２１５の開弁時に、排気ポート２１６に排出される。
【００７６】
各気筒の排気ポート２１６には、図示せぬ排気マニホールドを介して排気管２１７が連結されている。排気管２１７は、本発明に係る「排気経路」の一例である。
【００７７】
排気管２１７には、本発明に係る「排気浄化用の触媒」の一例たる三元触媒２１８が設置される。三元触媒２１８は、触媒担体に白金等の貴金属が担持された公知の触媒装置であり、ＨＣ及びＣＯの酸化燃焼反応と、窒素酸化物ＮＯｘの還元反応とを略同時に進行させることによって排気を浄化可能に構成される。
【００７８】
排気管２１７における三元触媒２１８の上流側には、三元触媒２１８に流入する触媒流入ガスの空燃比である上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎを検出可能な第１空燃比センサ２１９が設置されている。第１空燃比センサ２１９は、例えば、拡散抵抗層を備えた限界電流式広域空燃比センサであり、本発明に係る「第１空燃比センサ」の一例である。
【００７９】
第１空燃比センサ２１９は、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎに応じた出力電圧値Ｖｆ（即ち、本発明に係る「第１出力値」の一例）を出力するセンサである。即ち、第１空燃比センサ２１９は、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎと一義的な関係を有する電圧値により間接的に入力側空燃比Ａ／Ｆｉｎを検出する構成を採る。
【００８０】
この出力電圧値Ｖｆは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比である時に基準出力電圧値Ｖｓｔに一致する。また、この出力電圧値Ｖｆは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが空燃比リッチ側にある場合に基準出力電圧値Ｖｓｔより低くなり、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが空燃比リーン側にある場合に基準出力電圧値Ｖｓｔより高くなる。即ち、出力電圧値Ｖｆは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎの変化に対して連続的に変化する。第１空燃比センサ２１９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧値Ｖｆは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００８１】
排気管２１７における三元触媒２１８の下流側には、三元触媒２１８から排出された触媒排出ガスの空燃比である下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔを検出可能な第２空燃比センサ２２０が設置されている。第２空燃比センサ２２０は、例えば、拡散抵抗層を備えた限界電流式広域空燃比センサであり、本発明に係る「第２空燃比センサ」の一例である。
【００８２】
第２空燃比センサ２２０は、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔに応じた出力電圧値Ｖｒ（即ち、本発明に係る「第２出力値」の一例）を出力するセンサである。即ち、第２空燃比センサ２２０は、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔと一義的な関係を有する電圧値により間接的に下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔを検出する構成を採る。
【００８３】
この出力電圧値Ｖｒは、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比である時に基準出力電圧値Ｖｓｔに一致する。また、この出力電圧値Ｖｒは、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが空燃比リッチ側にある場合に基準出力電圧値Ｖｓｔより低くなり、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが空燃比リーン側にある場合に基準出力電圧値Ｖｓｔより高くなる。即ち、出力電圧値Ｖｒは、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔの変化に対して連続的に変化する。第２空燃比センサ２２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧値Ｖｒは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００８４】
エンジン２００において、シリンダブロックＣＢを取り囲むように設置されたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）の温度である冷却水温Ｔｗを検出可能な水温センサ２２１が配設されている。水温センサ２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温Ｔｗは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００８５】
また、エンジン２００において、吸気管２０６には、吸入空気量Ｇａを検出可能なエアフローメータ２２２が配設されている。エアフローメータ２２２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量Ｇａは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００８６】
尚、本実施形態に係るエンジン２００は、ガソリンを燃料とする無過給エンジンであるが、本発明に係る内燃機関の構成は、エンジン２００に限定されず多様であってよい。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒数、気筒配列、燃料種別、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁系の構成、燃焼方式、過給器の有無及び過給態様等が、エンジン２００と異なっていてもよい。
【００８７】
＜実施形態の動作＞
＜空燃比Ｆ／Ｂ制御の概要＞
エンジン２００において、吸気ポートインジェクタ２１２の燃料噴射量Ｑｐｆｉは、ＥＣＵ１００により、エンジン２００の稼動期間について常時実行される空燃比Ｆ／Ｂ制御により制御される。
【００８８】
ここで、図２を参照し、空燃比Ｆ／Ｂ制御の論理構成について説明する。ここに、図２２は、空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する際のＥＣＵ１００のブロック図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００８９】
図２において、ＥＣＵ１００は、上流側目標Ａ／Ｆ決定部１０１、基本噴射量決定部１０２、加算器１０３、下流側目標Ａ／Ｆ決定部１０４、サブＦ／Ｂ演算部１０５、加算器１０６及びメインＦ／Ｂ演算部１０７の各制御ブロックを備える。
【００９０】
上流側目標Ａ／Ｆ決定部１０１は、三元触媒２１８の上流側の目標空燃比である上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇを決定する制御ブロックである。上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇは、過渡運転条件等を除いて基本的に理論空燃比（１４，６）であるとする。上流側目標空燃比決定部１０１からは、上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに相当する上流側目標電圧値Ｖｆｒｅｆが出力される。上流側目標電圧値Ｖｆｒｅｆは、本発明に係る「第１目標値」の一例である。
【００９１】
基本噴射量決定部１０２は、燃料噴射量Ｑｐｆｉのベースとなる基本噴射量Ｑｂａｓｅを決定する制御ブロックである。基本噴射量Ｑｂａｓｅは、上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇ（上流側目標電圧値Ｖｆｒｅｆから換算されてもよいし、上流側目標空燃比決定部１０１から直接取得されてもよい）と、エアフローメータ２２２により検出される吸入空気量Ｇａとに基づいて決定される。尚、決定される基本噴射量Ｑｂａｓｅは、エアフローメータ２２２により吸入空気量Ｇａが検出された吸入空気が、吸気ポート２０８に到達した時点における基本噴射量である。係る到達タイミングは、エンジン２００のクランク角に基づいて把握されている。
【００９２】
ここで、この基本噴射量Ｑｂａｓｅは、メインＦ／Ｂ制御とサブＦ／Ｂ制御とにより補正される。具体的には、メインＦ／Ｂ制御は、第１空燃比センサ２１９により検出される上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに収束するようになされる基本噴射量Ｑｂａｓｅの補正制御であり、サブＦ／Ｂ制御は、第２空燃比センサ２２０により検出される下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが下流側目標空燃比Ａ／Ｆｏｕｔｔｇに収束するようになされる基本噴射量Ｑｂａｓｅの補正制御である。尚、この種のＦ／Ｂ制御の実践的態様は多義的であり、下記に示す本実施形態の制御は一例に過ぎない。
【００９３】
先ず、サブＦ／Ｂ制御について説明する。サブＦ／Ｂ制御は、下流側目標空燃比決定部１０４、サブＦ／Ｂ演算部１０５及び加算器１０６により構築される。
【００９４】
下流側目標空燃比決定部１０４は、三元触媒２１８の下流側のガス、即ち、触媒排出ガスの空燃比の目標値である下流側目標空燃比Ａ／Ｆｏｕｔｔｇを決定する制御ブロックである。下流側目標空燃比Ａ／Ｆｏｕｔｇは、基本的に理論空燃比（１４，６）であるとする。尚、下流側目標空燃比決定部１０４は、下流側目標空燃比Ａ／Ｆｏｕｔｔｇに相当する下流側目標電圧値Ｖｒｒｅｆを出力する。下流側目標電圧値Ｖｒｒｅｆは、本発明に係る「第２目標値」の一例である。
【００９５】
サブＦ／Ｂ演算部１０５は、第１空燃比センサ２１９の出力電圧値Ｖｆを補正するための制御量であるサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒを演算する制御ブロックである。サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒは、本発明に係る「第２Ｆ／Ｂ制御量」の一例である。
【００９６】
サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒは、第２空燃比センサ２２０の出力電圧値Ｖｒと下流側目標電圧値Ｖｒｒｅｆとの偏差である下流側電圧偏差ΔＶｒ（ΔＶｒ＝Ｖｒ−Ｖｒｒｅｆ）の絶対値｜ΔＶｒ｜に対し、サブＦ／ＢゲインＧｆｂｒ（Ｇｆｂｒ＞０）とサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１とを乗じた値である。サブＦ／ＢゲインＧｆｂｒは、本発明に係る「要素値」の一例である。
【００９７】
尚、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１は、下流側電圧偏差ΔＶｒが負値を採る（即ち、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが目標に対してリッチ側にある）場合に負値を採り、下流側電圧偏差ΔＶｒが正値を採る（即ち、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが目標に対してリーン側にある）場合に正値を採る。
【００９８】
サブＦ／Ｂ演算部１０５から出力されるサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒは、加算器１０６において、第１空燃比センサ２１９の出力電圧値Ｖｆと加算され、上流側補正出力電圧値Ｖｆ’としてメインＦ／Ｂ演算部１０７に出力される。
【００９９】
次に、メインＦ／Ｂ制御について説明する。メインＦ／Ｂ制御は、上流側目標空燃比決定部１０１及びメインＦ／Ｂ演算部１０７により構築される。
【０１００】
メインＦ／Ｂ演算部１０７は、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを補正するための制御量であるメインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒを演算する制御ブロックである。メインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒは、本発明に係る「第１Ｆ／Ｂ制御量」の一例である。
【０１０１】
メインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒは、加算器１０６から出力される上流側補正出力電圧値Ｖｆ’と上流側目標電圧値Ｖｆｒｅｆとの偏差である上流側電圧偏差ΔＶｆ（ΔＶｆ＝Ｖｆ’−Ｖｆｒｅｆ）の絶対値｜ΔＶｆ｜に対し、メインＦ／ＢゲインＧｆｂｆ（Ｇｆｂｆ＞０）とメインＦ／Ｂ補正量Ｋｆ１とを乗じた値である。
【０１０２】
メインＦ／Ｂ制御によれば、補正出力電圧値Ｖｆ’が目標よりもリッチ側にあれば、メインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒが負値となって基本噴射量Ｑｂａｓｅが減量側に補正される。その結果、触媒流入ガスの空燃比（上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎ）がリーン側に補正される。一方、補正出力電圧値Ｖｆ’が目標よりもリーン側にあれば、メインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒが正値となって基本噴射量Ｑｂａｓｅが増量側に補正される。その結果、触媒流入ガスの空燃比（上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎ）がリッチ側に補正される。
【０１０３】
ここで、補正出力電圧値Ｖｆ’について簡単に説明する。
【０１０４】
下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが目標よりもリッチ側にある場合、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１は負値を採るため、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒは負値を採る。従って、補正出力電圧値Ｖｆ’は、第１空燃比センサ２１９の出力電圧値Ｖｆよりもリッチ側に補正される。その結果、上記メインＦ／Ｂ制御におけるメインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒによるリーン側への補正が強くなる。
【０１０５】
一方、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが目標よりもリーン側にある場合、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１は正値を採るため、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒは正値を採る。従って、補正出力電圧値Ｖｆ’は、第１空燃比センサ２１９の出力電圧値Ｖｆよりもリーン側に補正される。その結果、上記メインＦ／Ｂ制御におけるメインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒによるリッチ側への補正が強くなる。
【０１０６】
即ち、本実施形態におけるサブＦ／Ｂ制御は、触媒排出ガスの空燃比（即ち、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔ）を下流側目標空燃比Ａ／Ｆｏｕｔｔｇに収束させるために、第１空燃比センサ２１９の出力電圧値を補正する制御となっている。別言すれば、サブＦ／Ｂ制御がメインＦ／Ｂ制御の一部として組み込まれている。
【０１０７】
尚、このようなメインＦ／Ｂ制御及びサブＦ／Ｂ制御の実践的態様は、上述したように多義的である。例えば、サブＦ／Ｂ制御は、上記例の如く第１空燃比センサ２１９の出力電圧値Ｖｆを補正する制御ではなく、上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇを補正する制御であってもよいし、基本噴射量Ｑｂａｓｅを直接補正する制御であってもよい。いずれにせよ、三元触媒２１８の下流側に下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔをリニアに検出可能な第２空燃比センサ２２０を備えることにより、触媒排出ガスの空燃比に良好な制御性が付与される。
【０１０８】
＜空燃比Ｆ／Ｂ制御の詳細＞
次に、図３を参照し、空燃比Ｆ／Ｂ制御の詳細について説明する。ここに、図３は、空燃比Ｆ／Ｂ制御のフローチャートである。
【０１０９】
図３において、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、ＥＣＵ１００がより上流において実行する燃料噴射制御の一サブルーチンとして実行される。
【０１１０】
空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、先ず、ストイキＦ／Ｂ条件が成立するか否かが判定される（ステップＳ１０１）。ストイキＦ／Ｂ条件とは、上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇ及び下流側目標空燃比Ａ／Ｆｏｕｔｔｇを夫々理論空燃比とする条件である。このような条件は、予めエンジン２００或いはエンジン２００を搭載する車両の運転条件に応じて定められている。
【０１１１】
ストイキＦ／Ｂ条件が成立しない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０３に移行させ、他の制御を実行する。他の制御とは、空燃比Ｆ／Ｂ制御とは異なるサブルーチンの総称であり、ここでは触れないこととする。
【０１１２】
ストイキＦ／Ｂ条件が成立する場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ストイキＦ／Ｂ制御を実行する（ステップＳ１０２）。ストイキＦ／Ｂ制御とは、図２に制御ブロックを例示した空燃比Ｆ／Ｂ制御である。ストイキＦ／Ｂ制御では、上述したサブＦ／Ｂ補正量がＫｒ１に設定される。
【０１１３】
ステップＳ１０２では、ＲＯＭに格納された制御マップの一つである標準マップが使用され、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１が設定される。ここで、図４を参照し、標準マップについて説明する。ここに、図４は、標準マップの概念図である。
【０１１４】
図４において、標準マップには、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１が、特性Ｌ＿Ｋｒ１（実線）の関係を有するように記述されている。
【０１１５】
具体的には、下流側電圧偏差ΔＶｒ（即ち、本発明に係る「出力偏差」の一例である）を横軸に、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１を縦軸に採ると、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１は、原点（即ち、下流側空燃Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比である状態）に対し左側の負値領域（即ち、空燃比リッチ領域）において負値を採り、原点に対し右側の正値の領域（即ち、空燃比リーン領域）において正値を採る。サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１の絶対値は、下流側電圧偏差ΔＶｒの絶対値に対しリニアな関係にあり、空燃比リッチ側とリーン側とでサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１は対称である。
【０１１６】
尚、ここでは、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１が、下流側電圧偏差ΔＶｒに対し線形変化する関係であり、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが目標から大きく乖離している程、より大きなＦ／Ｂが掛かる構成となっているが、これは一例である。例えば、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１は、下流側電圧偏差ΔＶｒに対して段階的に変化する関係であってもよいし、不変の固定値であってもよい。
【０１１７】
図３に戻り、ストイキＦ／Ｂ制御が実行される過程において、ＥＣＵ１００は、上流側出力電圧値Ｖｆと下流側出力電圧値Ｖｒとの偏差が負値を採るか否か、即ち、触媒排出ガスよりも触媒流入ガスの方が相対的に空燃比リッチであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。触媒排出ガスの方が空燃比リッチであるか、又は触媒流入ガスの空燃比と触媒排出ガスの空燃比とが等しい場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、カウンタＣ１をリセットして（ステップＳ１０６）、空燃比Ｆ／Ｂ制御を終了する。尚、先述したように、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、一種のサブルーチンであるから、一旦終了しても、図示せぬメインルーチンにおいて実行条件が満たされると再びステップＳ１０１から実行される。
【０１１８】
触媒流入ガスの空燃比が相対的にリッチである場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、カウンタＣ１をインクリメントし（ステップＳ１０５）、カウンタＣ１がインバランス判定値Ｃ０以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。尚、インバランス判定値Ｃ０は予め実験的に適合された値である。カウンタＣ１がインバランス判定値Ｃ０未満である場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、空燃比Ｆ／Ｂ制御を終了する。
【０１１９】
一方、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔよりも小さい（即ち、触媒流入ガスが相対的に空燃比リッチである）状態が継続する過程で、適宜インクリメントされるカウンタＣ１がインバランス判定値Ｃ０以上となると（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の複数の気筒相互間に空燃比のインバランスが発生していると判定する（ステップＳ１０８）。即ち、この場合、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「検出手段」の一例として機能する。
【０１２０】
空燃比のインバランスが発生していると判定されると、ＥＣＵ１００は、第１空燃比センサ２１９にリッチずれが発生しているとの判断の下、先に述べたサブＦ／Ｂ補正量をＫｒ１からＫｒ２に変更して、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒを補正する（ステップＳ１０９）。サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２は、ＲＯＭに格納された補正マップに記述されており、ＥＣＵ１００は、サブＦ／Ｂ補正量を選択するマップを先の標準マップから係る補正マップに切り替えて、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２を選択する。サブＦ／Ｂ補正量が変更されると、空燃比Ｆ／Ｂ制御は終了する。
【０１２１】
ここで、図５を参照し、補正マップについて説明する。ここに、図５は、補正マップの概念図である。尚、同図において、図４と重複する箇所には、同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【０１２２】
図５において、補正マップには、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２が、特性Ｌ＿Ｋｒ２（実線）の関係を有するように記述されている。
【０１２３】
具体的には、下流側電圧偏差ΔＶｒを横軸に、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２を縦軸に採ると、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２は、原点（即ち、下流側空燃Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比である状態）に対し左側の負値領域（即ち、空燃比リッチ領域）において負値を採り、原点に対し右側の正値の領域（即ち、空燃比リーン領域）において正値を採る。また、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２の絶対値は、下流側電圧偏差ΔＶｒの絶対値に対しリニアな関係にある。これらの点については、図４に例示した標準マップと同等である。
【０１２４】
一方、補正マップでは、空燃比リッチ側とリーン側とでサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２が非対称である（対称であるＬ＿Ｋｒ１（破線）を参照）。即ち、原点よりも左側の空燃比リッチ領域におけるサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２は、原点よりも右側の空燃比リーン領域におけるサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２よりも、下流側電圧偏差ΔＶｒに対する傾きが小さくなっている。即ち、下流側電圧偏差ΔＶｒに対する感度が鈍くなっている。
【０１２５】
このサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２がサブＦ／Ｂ制御に使用された場合、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが目標よりもリッチ側の値を示している状況において、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ１が使用される場合と較べて燃料噴射量のリーン側への補正が弱くなる。
【０１２６】
ここで、気筒間に空燃比のインバランスが生じると、空燃比リッチの気筒から水素が発生する。この水素は、粒子が小さく拡散速度が速いため、第１空燃比センサ２１９の検出端子は、この水素に覆われ易い。その結果、第１空燃比センサ２１９により検出される上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎは、触媒流入ガスの平均的な空燃比に対してリッチ側にズレ易い。即ち、第１空燃比センサ２１９にリッチずれが生じ易い。
【０１２７】
リッチずれが生じると、図２における上流側出力電圧値Ｖｆが過剰にリッチ側に振れるため、何らの対策も講じられることがなければ、メインＦ／Ｂ演算部１０７から出力されるメインＦ／Ｂ制御量Ｑｃｏｒは、過剰にリーン側の制御量となり、触媒流入ガスの空燃比が、上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに対してリーン側に停滞してエミッションが悪化する可能性がある。
【０１２８】
そこで、本実施形態では、触媒排出ガスが空燃比リッチである場合（即ち、下流側出力電圧値Ｖｒが下流側目標電圧値Ｖｒｒｅｆ未満である場合）に、上流側出力電圧値Ｖｆと加算されるサブＦ／Ｂ制御量ＶｆｃｏｒをサブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２により補正し、燃料噴射量の空燃比リーン側への補正を生じ難くする。その結果、リッチずれによる出力変化分が、サブＦ／Ｂ補正量Ｋｒ２の変更による出力変化部と相殺され、エミッションの悪化を抑制することが出来るのである。
【０１２９】
尚、本実施形態では、本発明に係る「出力偏差」として、上流側出力電圧値Ｖｆと下流側出力電圧値Ｖｒとの偏差が使用されているが、本発明に係る「出力偏差」の採り得る態様はこれに限定されない。
【０１３０】
例えば、ある期間における上流側出力電圧値Ｖｆのピーク値と、ある期間における下流側出力電圧値Ｖｒのピーク値との偏差が使用されてもよい。或いは、ある期間における上流側出力電圧値Ｖｆの平均値と、ある期間における下流側出力電圧値Ｖｒの平均値との偏差が使用されてもよい。平均値が使用される場合、より正確で安定したインバランス判定が可能となる。また、このような各ガスの空燃比相当値に代えて、第１空燃比センサ２１９と第２空燃比センサ２２０との応答速度の差が使用されてもよい。空燃比のインバランスに起因して生じる水素は、三元触媒２１８を通過する際に触媒反応により消滅するため、その影響は、第１空燃比センサ２１９でのみ現れる。従って、必然的に両センサの応答速度には検出可能な差が生じるのである。
【０１３１】
尚、本実施形態では、本発明に係る補正手段の作用として、サブＦ／ＢゲインＧｆｂｒの補正係数であるサブＦ／Ｂ補正量が、Ｋｒ１からＫｒ２へと補正される例が示されたが、これは本発明に係る補正手段の作用の一例である。
【０１３２】
例えば、サブＦ／Ｂ演算部１０５が、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｃｏｒを演算するにあたっては、公知の各種学習処理が好適に行われ得る。学習処理は、例えば、サブＦ／Ｂ制御量の定常成分を、適宜更新を伴いつつ学習値として記憶する処理である。この学習値は、本発明に係る「要素値」の一例としてサブＦ／Ｂ制御量に反映される値であり、空燃比のインバランスが生じている場合、或いは、第１空燃比センサ２１９にリッチずれが生じている場合において、下流側電圧偏差ΔＶｒがリッチ側にシフトしている場合に、このサブＦ／Ｂ制御量の学習値を減少側へと補正すれば、上記と同様に空燃比リーン側への過剰な燃料噴射量の補正を回避することが出来る。
【０１３３】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明は、内燃機関における燃料噴射量の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、ＣＢ…シリンダブロック、２０１…気筒、２１２…吸気ポートインジェクタ、２１７…排気管、２１８…三元触媒、２１９…第１空燃比センサ、２２２…第２空燃比センサ。
【図１】
2013153626.tif 000003
【図２】
2013153626.tif 000004
【図３】
2013153626.tif 000005
【図４】
2013153626.tif 000006
【図５】
2013153626.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月16日(2014.9.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気経路に設置された排気浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設置され、触媒流入ガスの空燃比に応じた第１出力値を出力する第１空燃比センサと、
前記触媒の下流側に設置され、触媒排出ガスの空燃比に応じた第２出力値を出力可能な第２空燃比センサと
を備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
前記第１出力値と第１目標値との偏差たる第１偏差に応じて、前記第１出力値を前記第１目標値に収束させるための第１Ｆ／Ｂ制御量を決定する第１決定手段と、
前記第２出力値と第２目標値との偏差たる第２偏差に応じて、前記第２出力値を前記第２目標値に収束させるための第２Ｆ／Ｂ制御量を決定する第２決定手段と、
前記決定された第１Ｆ／Ｂ制御量及び前記決定された第２Ｆ／Ｂ制御量に基づいて前記内燃機関の燃料噴射量を制御する制御手段と、
前記内燃機関の複数の気筒相互間における空燃比のインバランスを検出する検出手段と、
前記空燃比のインバランスが検出された場合に、前記第１空燃比センサと前記第２空燃比センサとの出力偏差に応じて、前記燃料噴射量の空燃比リーン側へ変化が生じ難くなる方向へ前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する補正手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、補正がなされない場合と較べて前記燃料噴射量が増加するように前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記検出手段は、前記出力偏差に基づいて前記空燃比のインバランスを検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記第２Ｆ／Ｂ制御量を構成する要素値を補正することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正し、
前記要素値は、各々が前記第２偏差に対応付けられた、前記第１出力値が実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離していない場合に対応する標準用マップと、前記第１出力値が前記実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離している場合に対応する補正用マップとに記憶されており、
前記第２決定手段は、前記標準用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を決定し、
前記補正手段は、前記補正用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記標準用マップにおいて、前記第２偏差が基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値と、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リーン側の領域にある場合の前記要素値とは、符号が異なる対称関係にあり、
前記補正用マップは、前記標準用マップにおいて、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値を前記第２偏差に対する感度が低下する方向へ変更することによって、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リッチ側の領域にある場合の前記要素値と、前記第２偏差が前記基準値に対して空燃比リーン側の領域にある場合の前記要素値とを非対称関係としたマップである
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第１及び第２目標値は、夫々理論空燃比に相当する値である
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記補正手段は、前記出力偏差により前記第１出力値が前記第２出力値に対して所定以上空燃比リッチ側にある旨が示される場合に、前記燃料噴射量の空燃比リーン側への変化が抑制される方向へ前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記出力偏差は、（１）前記第１出力値と前記第２出力値との偏差、（２）前記第１出力値のピーク値と前記第２出力値のピーク値との偏差、（３）前記第１出力値の平均値と前記第２出力値の平均値との偏差、及び（４）前記第１空燃比センサの応答速度と前記第２空燃比センサの応答速度との偏差のうちいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記補正手段は、前記第２偏差に乗じられるべきゲイン又は前記第２制御量の学習値を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記補正手段は、前記第２Ｆ／Ｂ制御量を構成する要素値を補正することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正し、前記要素値は、各々が前記第２偏差に対応付けられた、前記第１出力値が実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離していない場合に対応する標準用マップと、前記第１出力値が前記実際の空燃比に対し空燃比リッチ側へ乖離している場合に対応する補正用マップとに記憶されており、前記第２決定手段は、前記標準用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を決定し、前記補正手段は、前記補正用マップから前記第２偏差に対応する要素値を選択することにより前記第２Ｆ／Ｂ制御量を補正する（第４項）。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
この態様によれば、第２Ｆ／Ｂ制御量の要素値が、予めリッチずれが生じていない正常時に使用されるべき標準用マップと、リッチずれが生じている異常時に使用されるべき補正用マップとに記述されている。これらマップは、例えばＲＯＭ等の各種記憶装置に記憶させることが可能な制御用マップであり、補正手段及び第２決定手段が、夫々適宜参照可能なマップである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
この態様によれば、第２決定手段は、正常時において標準用マップを選択し、当該標準用マップから要素値を選択して第２Ｆ／Ｂ制御量を決定することが出来る。また、補正手段は、異常時において補正用マップを選択し、当該補正用マップから要素値を選択して、正常時に適用されるべき第２Ｆ／Ｂ制御量を置き換える。即ち、補正手段の作用としては、補正用マップから該当値を選択して第２決定手段と同等の処理を行えばよく、第２Ｆ／Ｂ制御量の補正に係る負荷が軽減される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
ここで、図２を参照し、空燃比Ｆ／Ｂ制御の論理構成について説明する。ここに、図２は、空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する際のＥＣＵ１００のブロック図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【国際調査報告】
2013153626.tif 000008
2013153626.tif 000009
2013153626.tif 000010
2013153626.tif 000011