(57)【要約】三元触媒の下流側に設置されたＯ２センサの酸素濃度検出能力を最大限に活用し、もって排気浄化性能の向上を実現する。  排気経路に設置された三元触媒と、前記三元触媒の上流側に設けられた空燃比センサと、前記三元触媒の下流側に設けられた酸素濃度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は、前記空燃比センサの出力値に基づいて前記三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる第１のＦ／Ｂ制御を実行する第１Ｆ／Ｂ制御手段と、前記酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように前記目標空燃比又は前記空燃比センサの出力値を補正する第２のＦ／Ｂ制御を実行する第２Ｆ／Ｂ制御手段と、前記酸素濃度センサの出力特性を学習する学習手段と、前記出力特性の学習値に応じて前記目標出力値を設定する目標値設定手段とを具備する。
2013073036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気経路に設置された三元触媒と、
前記三元触媒の上流側に設けられた空燃比センサと、
前記三元触媒の下流側に設けられた酸素濃度センサと
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、
前記空燃比センサの出力値に基づいて前記三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる第１のＦ／Ｂ制御を実行する第１Ｆ／Ｂ制御手段と、
前記酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように前記目標空燃比又は前記空燃比センサの出力値を補正する第２のＦ／Ｂ制御を実行する第２Ｆ／Ｂ制御手段と、
前記酸素濃度センサの出力特性を学習する学習手段と、
前記出力特性の学習値に応じて前記目標出力値を設定する目標値設定手段と
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】
前記学習値に応じて前記目標出力値の上限値を設定する上限値設定手段を更に具備し、
前記目標値設定手段は、該設定された上限値以下の範囲で前記目標出力値を設定する
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】
前記出力特性は、前記酸素濃度センサの最大出力値及び最小出力値のうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記出力特性を学習する際の前記酸素濃度センサの端子温度に基づいて前記学習値を補正する学習値補正手段を更に具備する
ことを特徴とする請求の範囲第１項又は第３項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記学習値に応じて前記第２のＦ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂゲインを補正するゲイン補正手段を更に具備する
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６】
前記学習値に応じて前記出力値を補正する出力値補正手段を更に具備する
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、燃料噴射量の空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御を好適に行う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】
排気浄化触媒の上流側及び下流側に夫々空燃比センサ及びＯ２センサを設け、排気の空燃比が目標空燃比に収束するように上記空燃比センサの出力値に基づいて燃料噴射量を制御するメインＦ／Ｂ制御と、上記Ｏ２センサの出力値が目標値に収束するように上記目標空燃比を制御するサブＦ／Ｂ制御とを行うシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に開示された内燃機関の空燃比制御装置によれば、吸入空気量が変化しても排気浄化触媒の酸素吸蔵量に対する単位時間当たりの補正量が一定となるように目標空燃比がフィードバック制御される。従って、吸入空気量が大きい状態においても、排気浄化触媒雰囲気が浄化ウィンドウから大きく外れることを防止でき、エミッションの向上を図ることが可能となるとされている。【０００４】
尚、特許文献２には、Ｏ２センサの出力電圧がリッチ側閾値とリーン側閾値とで挟まれる領域を外れている状態の継続時間が所定時間を上回った場合に、フィードバックゲインをより大きく変更する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１０７５１２号公報
【特許文献２】特開２００９−０７４４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関の排気浄化装置として、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応と、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化燃焼反応とを略同時に進行させることによって排気を浄化する三元触媒が広く知られている。【０００７】
また、この三元触媒内部の空燃比を理論空燃比よりも若干低い値（即ち、弱リッチ空燃比）に維持した場合に、ＨＣ及びＣＯの増加感度が鈍くなり、且つＮＯｘの排出量が抑制されることが明らかとなっている。このことから、近年、弱リッチ空燃比下における排気浄化効率の向上が図られている。【０００８】
ところで、三元触媒の下流側に設置されるＯ２センサの出力電圧値は、空燃比リッチ側において理論空燃比に相当する基準出力電圧値よりも高くなり、空燃比リーン側において基準出力電圧値よりも低くなる。尚、この場合の空燃比リッチ／リーンとは、理論空燃比に相当する基準酸素濃度に対して酸素濃度が夫々低い／高いことと等価である。【０００９】
また、触媒下流側に設置されるＯ２センサは、空燃比リッチ側の検出限界値と空燃比リーン側の検出限界値とに挟まれた領域においてのみ、出力電圧値が酸素濃度に対して略線形に変化する。即ち、それ以外の領域において、出力電圧値は、リッチ側の検出限界値に相当する最大出力電圧値又はリーン側の検出限界値に相当する最小出力電圧値で略一定となる。このような特性は、Ｚ特性等と称される。【００１０】
ここで、上記特許文献１に記載のものを含む、三元触媒に流入するガスの空燃比がサブＦ／Ｂ制御に影響を受けるシステムにおいて、上述した弱リッチ空燃比下における良好な排気浄化性能を実現するためには、当該Ｏ２センサの目標出力電圧値が、弱リッチ空燃比相当値である必要がある。【００１１】
ところで、Ｏ２センサを構成する部品には、機械的なばらつき（例えば、寸法公差）や素子特性の電気的なばらつきを含む先天的な個体差がある。また、Ｏ２センサに生じる経時変化は、その使用環境に応じて多様であり、後天的な個体差を生む。これらは全て、Ｏ２センサの出力特性をばらつかせる要因となる。例えば、これら個体差の影響により、Ｏ２センサの最大出力電圧値や最小出力電圧値は、センサ間で一律とならない。また、酸素濃度に対して出力電圧値が略線形に変化する範囲がセンサ間で一律とならない。Ｏ２センサの出力電圧値に基づいたサブＦ／Ｂ制御の信頼性を確保するためには、このような個体差の影響を排除する必要がある。【００１２】
従来、このような個体差の影響を排除する手法として、全てのセンサで保証し得る数値を制御上の制限値とする手法が採られているが、このような手法により定められる制限値は、最悪のケースを想定した値とならざるを得ない。【００１３】
このため、特許文献１及び２に係る装置を含む従来の装置においては、上述の如くＯ２センサの目標出力電圧値を空燃比リッチ側で設定したい事情があるにもかかわらず、目標出力電圧値を理論空燃比相当の基準出力電圧値又はその近傍値に制限せざるを得なかった。【００１４】
当然ながら、このような目標出力電圧値に対する制限は、空燃比リッチ側において実践上十分な酸素濃度検出能力を有する多くのＯ２センサに対しては、過剰に安全側に偏った措置となる。即ち、従来の装置においては、Ｏ２センサの酸素濃度検出能力を十分に活用出来ておらず、三元触媒の排気浄化能力を最大限に引き出すことが困難であった。【００１５】
本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、三元触媒の下流側に設置されたＯ２センサの酸素濃度検出能力を最大限に活用し、もって排気浄化性能の向上を実現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。【００１６】
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三元触媒と、前記三元触媒の上流側に設けられた空燃比センサと、前記三元触媒の下流側に設けられた酸素濃度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、前記空燃比センサの出力値に基づいて前記三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる第１のＦ／Ｂ制御を実行する第１Ｆ／Ｂ制御手段と、前記酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように前記目標空燃比又は前記空燃比センサの出力値を補正する第２のＦ／Ｂ制御を実行する第２Ｆ／Ｂ制御手段と、前記酸素濃度センサの出力特性を学習する学習手段と、前記出力特性の学習値に応じて前記目標出力値を設定する目標値設定手段とを具備することを特徴とする（第１項）。【００１７】
本発明に係る内燃機関は、排気経路に設置された三元触媒の上流側に空燃比センサを備え、同じく下流側に酸素濃度センサを備える。尚、これらセンサの出力値は、典型的には電圧値であるが、必ずしも電圧値に限定されない。【００１８】
酸素濃度センサは、理論空燃比に相当する基準出力値に対し、空燃比リッチ側で相対的高出力値（例えば、高電圧値）が得られ、空燃比リーン側で相対的低出力値（例えば、低電圧値）が得られるセンサである。また、好適には、空燃比リッチ側の上限値と、空燃比リーン側の下限値とを境に出力値がフラットになる所謂Ｚ特性を有するセンサである。【００１９】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、好適にはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサから構成される、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）等の各種コンピュータ装置／システムとして構成される。尚、このコンピュータ装置／システムには適宜ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種記憶手段が付帯されていてもよい。【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、三元触媒の下流側に設置された酸素濃度センサの出力特性が学習手段により学習される。即ち、酸素濃度センサにおける、酸素濃度と出力値との相対関係或いは当該相対関係を一面的又は多面的に規定する値が、所定のタイミング又は所望のタイミングで特定され且つ適宜更新される。目標値設定手段は、この出力特性の学習値に基づいて、第２のＦ／Ｂ制御における酸素濃度センサの目標出力値（例えば、目標出力電圧値）を設定する。【００２１】
即ち、本発明によれば、第２のＦ／Ｂ制御を実行するにあたって、製造上の理由等により酸素濃度センサに先天的に生じている個体差や、車両搭載後の時間経過及び使用環境等により酸素濃度センサに後天的に生じる個体差を事前に考慮する必要がない。【００２２】
このため、第２のＦ／Ｂ制御における酸素濃度センサの目標出力値或いはその上限値を、このような個体差を見越した過度に安全側に配慮した固定値として事前に設定する必要がなくなり、酸素濃度センサに、その酸素濃度の検出能力を如何なく発揮させることが出来る。【００２３】
一方、第２のＦ／Ｂ制御における酸素濃度センサの目標出力値は、三元触媒に流入するガスの空燃比に反映される。具体的には、第２Ｆ／Ｂ制御手段は、酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように第１のＦ／Ｂ制御における目標空燃比又は空燃比センサの出力値を補正する。【００２４】
目標空燃比又は空燃比センサの出力値を補正する際の具体的態様は、酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように、収束するように、又は漸近するようになされる限りにおいて多義的である。例えば、第２のＦ／Ｂ制御は、酸素濃度センサの出力値と目標出力値との偏差又はその派生値に各種Ｆ／Ｂゲインを乗じることによって得られる各種Ｆ／Ｂ制御項により目標空燃比又は空燃比センサの出力値を補正する構成であってもよい。【００２５】
ここで、「目標空燃比又は空燃比センサの出力値」としたのは、第１のＦ／Ｂ制御もまた、空燃比センサの出力値に対応する空燃比（検出される空燃比）が目標空燃比に一致するように、収束するように又は漸近するようになされることから、いずれを補正しても同様の結果が得られるためである。【００２６】
例えば、第２Ｆ／Ｂ制御手段は、酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように、第１のＦ／Ｂ制御の目標空燃比を補正してもよい。即ち、この場合、酸素濃度センサの出力値が空燃比リッチ側にずれていれば、当該出力値と当該目標出力値との偏差に応じて第１のＦ／Ｂ制御の目標空燃比が空燃比リーン側に補正される。目標空燃比が空燃比リーン側に補正されれば、空燃比センサにより検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく決定される燃料噴射量は減量側へ補正される。その結果、空燃比は空燃比リーン側へ傾き、酸素濃度センサの出力値と目標出力値との偏差もまた減少する。また、酸素濃度センサの出力値が空燃比リーン側にずれていれば、当該出力値と当該目標出力値との偏差に応じて第１のＦ／Ｂ制御の目標空燃比が空燃比リッチ側に補正される。目標空燃比が空燃比リッチ側に補正されれば、空燃比センサにより検出される空燃比を目標空燃比に収束させるべく決定される燃料噴射量は増量側へ補正される。その結果、空燃比は空燃比リッチ側へ傾き、酸素濃度センサの出力値と目標出力値との偏差もまた減少する。【００２７】
或いは、第２Ｆ／Ｂ制御手段は、酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように、空燃比センサの出力値から得られる空燃比を補正し、制御上参照すべき仮想の制御用空燃比を設定してもよい。即ち、この場合、酸素濃度センサの出力値が空燃比リッチ側にずれていれば、当該出力値と当該目標出力値との偏差に応じてこの制御用空燃比が空燃比リッチ側に補正される。制御用空燃比が空燃比リッチ側に補正されると、この補正された制御用空燃比を目標空燃比に収束させるべく決定される燃料噴射量は減量側へ補正される。その結果、空燃比は空燃比リーン側へ傾き、酸素濃度センサの出力値と目標出力値との偏差もまた減少する。また、酸素濃度センサの出力値が空燃比リーン側にずれていれば、当該出力値と当該目標出力値との偏差に応じてこの制御用空燃比が空燃比リーン側に補正される。制御用空燃比が空燃比リーン側に補正されると、この補正された制御用空燃比を目標空燃比に収束させるべく決定される燃料噴射量は増量側へ補正される。その結果、空燃比は空燃比リッチ側へ傾き、酸素濃度センサの出力値と目標出力値との偏差もまた減少する。【００２８】
ここで、第２のＦ／Ｂ制御及び第１のＦ／Ｂ制御が如何なる実践的態様を有していても、酸素濃度センサの目標出力値として採り得る範囲が大きくなれば、第１のＦ／Ｂ制御における燃料噴射量の制御幅もまた大きくなる。即ち、三元触媒に流入するガスの空燃比の制御幅が大きくなる。その結果、三元触媒に流入するガスの空燃比を弱リッチ空燃比に維持することが可能となる。【００２９】
従って、本発明によれば、安全側への配慮から酸素濃度センサの目標出力値を理論空燃比に相当する基準出力値近傍でしか設定し得ない場合と較べて、三元触媒をより望ましい動作領域で活用することが可能となり、排気浄化効率を向上させることが可能となるのである。【００３０】
尚、目標値設定手段が目標出力値を設定するにあたっての実践的態様は、設定プロセスの少なくとも一部において学習値が寄与し得る限りにおいて多義的である。例えば、目標値設定手段は、学習値に基づいて目標出力値の採り得る上限値を設定し、酸素濃度センサの状態とは無関係に設定され得る、基本となる目標出力値とこの上限値とを考慮して最終的な目標出力値を設定する構成とされていてもよい。或いは、目標値設定手段は、学習値に所定の係数を乗じる、又は学習値を所定の演算式に代入する等の各種演算プロセスを経て目標出力値を設定してもよい。【００３１】
尚、学習手段により学習される酸素濃度センサの出力特性とは、例えば、酸素濃度センサの最大出力値や最小出力値であってもよい。或いは、学習される酸素濃度センサの出力特性とは、酸素濃度に対する出力値の変化率が所定未満となる境界値等であってもよい。【００３２】
尚、学習手段による出力特性の学習は、好適な一形態として、通常の内燃機関の制御プロセスの中で空燃比の一時的なリッチ化がなされるタイミングと連動して行われてもよい。例えば、車両減速時にフューエルカット（Ｆ／Ｃ）がなされる場合、Ｆ／Ｃからの復帰時には一時的な燃料噴射量の増量が行われることが多い。出力特性の学習は、この燃料噴射量の増量が三元触媒前後の排気に反映される期間、又は反映されると推定され得る期間においてなされてもよい。このようにすれば、出力特性の学習を行うためだけに燃料噴射量を増量する等といった措置は不要となり、燃料の消費を節減することが出来る。また、走行中における減速動作の機会に鑑みれば、実践上十分な頻度で学習を行うことも出来る。【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記学習値に応じて前記目標出力値の上限値を設定する上限値設定手段を更に具備し、前記目標値設定手段は、該設定された上限値以下の範囲で前記目標出力値を設定する（第２項）。【００３４】
この態様によれば、酸素濃度センサの目標出力値が設定された上限値を超える場合等に限って、例えば目標出力値を当該上限値に律束する等の対策を講じればよく、目標出力値を、基本的に酸素濃度センサの状態から独立して設定することが出来る。従って、目標出力値をより適切に定めることが出来る。【００３５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記出力特性は、前記酸素濃度センサの最大出力値及び最小出力値のうち少なくとも一つを含む（第３項）。【００３６】
この態様によれば、酸素濃度の空燃比リッチ側の検出限界に相当する最大出力値又は酸素濃度の空燃比リーン側の検出限界に相当する最小出力値或いはその両方が、酸素濃度センサの出力特性として学習される又は含まれる。このような最大出力値又は最小出力値或いはその両方は、上述した相対関係を一面的に規定する値であり、比較的簡便に特定され得る。従って、本態様によれば、学習処理に要する負荷が軽減される。【００３７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記出力特性を学習する際の前記酸素濃度センサの端子温度に基づいて前記学習値を補正する学習値補正手段を更に具備する（第４項）。【００３８】
酸素濃度センサの出力特性の学習値は、学習時におけるセンサの端子温度により変化する。従って、当該端子温度に基づいて適宜学習値を補正する構成とすれば、学習の信頼性をより高めることが出来る。【００３９】
尚、酸素濃度センサは排気経路に設置されるから、当該端子温度は、排気温と高い相関を有する。この点に鑑みれば、排気温を規定し得る内燃機関の状態値、例えば機関回転数や負荷等に基づいて端子温度を推定することも可能である。このような構成とすれば、当該端子温度の検出に特化したセンサ等の検出手段を設置する必要が無くなるため、コスト面において有利である。【００４０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記学習値に応じて前記第２のＦ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂゲインを補正するゲイン補正手段を更に具備する（第５項）。【００４１】
酸素濃度センサが経時変化により劣化すると、酸素濃度に対する酸素濃度センサの感度が低下する。この感度の低下は、空燃比リッチ側で顕著に生じる。即ち、酸素濃度センサの最小出力値は殆ど変化することはなく、最大出力値が顕著に低下する。このため、酸素濃度の変化に対する出力値の変化は、空燃比リッチ側で鈍くなる。尚、最大出力値の低下に伴い、空気過剰率λが１となる基準出力値（即ち、理論空燃比相当値）もまた低下するが、空燃比リッチ側における出力値の変化範囲は、劣化の度合いが大きくなるに連れて縮小する。【００４２】
このため、出力値と目標出力値との偏差に応じてなされる第２のＦ／Ｂ制御の全体的な傾向として、空燃比リーン側から空燃比リッチ側へ第１のＦ／Ｂ制御における燃料噴射量を補正する作用が、空燃比リッチ側から空燃比リーン側へ当該燃料噴射量を補正する作用よりも強くなる。その結果、三元触媒に流入するガスの空燃比は、目標空燃比に対して空燃比リッチ側に偏り易くなる。【００４３】
係る問題に対し、この態様によれば、ゲイン補正手段により、酸素濃度センサの出力特性の学習値に応じて第２のＦ／Ｂ制御におけるＦ／Ｂゲインが補正される。例えば、酸素濃度センサの出力特性の学習履歴に基づいて酸素濃度のセンサに生じた経時変化の度合いや傾向が定量的に或いは潜在的に判定され、感度の低下の度合いに応じて、このような空燃比の偏りが抑制されるようにＦ／Ｂゲインが設定される。例えば、好適な一形態として、出力値が目標出力値よりも空燃比リッチ側にある場合と、空燃比リーン側にある場合とで、Ｆ／Ｂゲインの補正態様が異ならしめられる。【００４４】
従って、本態様によれば、酸素濃度センサの感度が低下したとしても、三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に好適に維持することが出来る。【００４５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記学習値に応じて前記出力値を補正する出力値補正手段を更に具備する（第６項）。【００４６】
この態様によれば、上記態様の如く第２のＦ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂゲインを補正する代わりに、出力値補正手段により酸素濃度センサの出力値そのものが補正される。即ち、経時変化により酸素濃度センサに感度の低下が生じた場合であっても、例えば、過去の学習の過程で検出された最大出力値等に基づいて、その時点の出力値を、感度の低下が顕在化する以前の出力値に換算することが出来る。【００４７】
従って、上記Ｆ／Ｂゲインを補正する場合と同様、第２のＦ／Ｂ制御が誤って進行する事態が防止され、第１のＦ／Ｂ制御による燃料噴射量の制御により、三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に好適に維持することが可能となる。【００４８】
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】
【００４９】
【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】図１のエンジンシステムにおけるエンジンの具体的構成を例示する概略断面図である。
【図３】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行される学習制御のフローチャートである。
【図４】図３の学習制御において参照される補正係数マップの概念図である。
【図５】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行されるサブＦ／Ｂ補償制御のフローチャートである。
【図６】図３のサブＦ／Ｂ補償制御において参照される上限目標出力電圧値マップの概念図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御のフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の各種実施形態について説明する。
【００５１】
＜第１実施形態＞
＜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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、後述する各種制御を実行可能に構成されている。
【００５４】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「第１Ｆ／Ｂ制御手段」、「第２Ｆ／Ｂ制御手段」、「学習手段」、「目標値設定手段」、「学習値補正手段」及び「上限値設定手段」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。
【００５５】
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。ここで、図２を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、エンジン２００の具体的構成を例示する概略断面図である。
【００５６】
図２において、エンジン２００は、シリンダブロック２０１Ａに収容される気筒２０１Ｂを備える。
【００５７】
気筒２０１の内部に形成された燃焼室には、点火装置２０２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は、燃料と空気との混合気が、圧縮行程において圧縮される過程において当該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。
【００５８】
一方、この混合気の燃焼に伴う爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動は、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５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。
【００５９】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン２００のクランク角は、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。
【００６０】
尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１Ｂが直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１Ｂの構成は相互に等しいため、図２においては一の気筒２０１Ｂについてのみ説明を行うこととする。また、図示される構成は、本発明に係る「内燃機関」が採り得る一例に過ぎない。
【００６１】
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、吸気管２０７に導かれる。吸気管２０７には、この吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８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。
【００６２】
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Ｔｈｒ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。
【００６３】
スロットルバルブ２０８により適宜調量された吸入空気は、気筒２０１Ｂの各々に対応する吸気ポート２０９において、吸気ポートインジェクタ２１１から噴射された燃料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２１１に圧送供給されている。
【００６４】
尚、吸気ポートインジェクタ２１１は、図示せぬ燃料噴射弁を有しており、この燃料噴射弁の開弁期間に相当する燃料噴射期間ＴＡＵに応じた量の燃料を吸気ポートに噴射可能に構成される。この燃料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、ＥＣＵ１００によりその動作が制御される構成となっている。
【００６５】
気筒２０１Ｂの内部と吸気ポート２０９とは、吸気バルブ２１０の開閉によってその連通状態が制御される。即ち、上述した混合気は、吸気バルブ２１０の開弁期間において気筒２０１Ｂの内部に吸入される。気筒２０１Ｂの内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１２の開弁時に排気ポート２１３を介して排気管２１４に導かれる。排気管２１４は、本発明に係る「排気経路」の一例である。
【００６６】
排気管２１４には、本発明に係る「三元触媒」の一例たる三元触媒２１５が設置される。三元触媒２１５は、触媒担体に白金等の貴金属が担持された構成となっており、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ならしめることによって排気を浄化可能に構成される。また、三元触媒２１５は、触媒担体に担持されるセリア（ＣｅＯ２）の作用により酸素を吸蔵可能に構成される。即ち、流入するガスが空燃比リーンである場合には、余剰な酸素の一部が吸蔵されることによりＮＯｘの還元反応が促され、反対に流入するガスが空燃比リッチである場合には、吸蔵された酸素が脱離することによってＨＣ及びＣＯの酸化作用が促される。
【００６７】
排気管２１４における三元触媒２１５の上流側には、三元触媒２１５に流入するガスの空燃比Ａ／Ｆを検出するための空燃比センサ２１６が設置されている。
【００６８】
空燃比センサ２１６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「空燃比センサ」の一例である。尚、三元触媒２１５に流入するガスとは、各気筒２０１Ｂから各気筒に対応する排気ポート２１３に排出され、更に不図示の排気マニホールドに集約された後、排気管２１４に導かれた排気を意味する。
【００６９】
空燃比センサ２１６は、空燃比Ａ／Ｆに応じた出力電圧値Ｖａｆを出力するセンサである。即ち、空燃比センサ２１６は、空燃比Ａ／Ｆと一義的な関係を有する電圧値により間接的に空燃比Ａ／Ｆを検出する構成を採る。
【００７０】
この出力電圧値Ｖａｆは、空燃比Ａ／Ｆ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Ｖａｆは、空燃比Ａ／Ｆ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、空燃比Ａ／Ｆ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Ｖａｆは、空燃比Ａ／Ｆの変化に対して連続的に変化する。空燃比センサ２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧値Ｖａｆ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。
【００７１】
排気管２１４における三元触媒２１５の下流側には、三元触媒２１５を通過したガス（以下、適宜「触媒排出ガス」と表現する）の酸素濃度Ｃｏｘｓを検出可能なＯ２センサ２１７が設置されている。Ｏ２センサ２１７は、周知の起電力式酸素濃度センサ（即ち、安定化ジルコニアを用いた濃淡電池型の酸素濃度センサ）であり、本発明に係る「酸素濃度センサ」の一例である。尚、この触媒排出ガスは、望ましくは、三元触媒２１５の下流側に設置される下流側触媒（通常、三元触媒であるが、貴金属の担持割合が三元触媒２１５と異ならしめられる場合が多い）に流入するガスと等価である。
【００７２】
Ｏ２センサ２１７は、触媒排出ガスの酸素濃度Ｃｏｘｓに応じた出力電圧値Ｖｏｘｓ（即ち、本発明に係る「出力値」の一例）を出力するセンサである。即ち、Ｏ２センサ２１７は、酸素濃度と一義的な関係を有する電圧値により間接的に酸素濃度を検出する構成を採る。
【００７３】
Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓは、触媒排出ガスの空燃比が理論空燃比である場合（言い換えれば、触媒排出ガスの酸素濃度Ｃｏｘｓが理論空燃比に相当する基準酸素濃度Ｃｏｘｓｂである場合）に基準出力電圧値Ｖｏｘｓｂ（例えば、約０．５Ｖ程度）に一致する。また、出力電圧値Ｖｏｘｓは、触媒排出ガスの空燃比が理論空燃比に対し空燃比リッチ側にある場合に基準出力電圧値Ｖｏｘｓｂよりも高くなり、同じく空燃比が空燃比リーン側にある場合に基準出力電圧値Ｖｏｘｓｂよりも低くなる。
【００７４】
より具体的には、触媒排出ガスの空燃比が、理論空燃比とリッチ側検出限界空燃比との間にある場合、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓは、空燃比の減少（即ち、酸素濃度Ｃｏｘｓの減少）に伴って、係るリッチ側検出限界空燃比に相当する最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘ（例えば、約０．９Ｖ程度）まで略線形に増加する。リッチ側検出限界空燃比よりもリッチ側の空燃比領域において、出力電圧値Ｖｏｘｓは最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘで略一定となる。
【００７５】
また、触媒排出ガスの空燃比が、理論空燃比とリーン側検出限界空燃比との間にある場合、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓは、空燃比の増加（即ち、酸素濃度Ｃｏｘｓの増加）に伴って、係るリーン側検出限界空燃比に相当する最小出力電圧値Ｖｏｘｓｍｉｎ（例えば、約０．１Ｖ程度）まで略線形に減少する。リーン側検出限界空燃比よりもリーン側の空燃比領域において、出力電圧値Ｖｏｘｓは最小出力電圧値Ｖｏｘｓｍｉｎで略一定となる。
【００７６】
尚、Ｏ２センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧値Ｖｏｘ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。
【００７７】
エンジン２００において、シリンダブロック２０１Ａ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）に係る冷却水温Ｔｗを検出するための冷却水温センサ２１８が配設されている。冷却水温センサ２１８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。
【００７８】
＜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２１１の燃料噴射量Ｑ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。
【００７９】
本実施形態に係る空燃比Ｆ／Ｂ制御は、メインＦ／Ｂ制御とサブＦ／Ｂ制御とから構成される。メインＦ／Ｂ制御は、空燃比センサ２１６の出力電圧値Ｖａｆに基づいて得られる空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに収束するようになされる燃料噴射量の制御である。サブＦ／Ｂ制御は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓが目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに収束するように空燃比センサ２１６の出力電圧値Ｖａｆの補正量を算出する制御である。
【００８０】
即ち、本実施形態におけるメインＦ／Ｂ制御は、本発明における「第１のＦ／Ｂ制御」の一例であり、同様にサブＦ／Ｂ制御は、本発明における「第２のＦ／Ｂ制御」の一例である。
【００８１】
＜メインＦ／Ｂ制御の詳細＞
以下に、メインＦ／Ｂ制御の詳細について説明する。
【００８２】
始めに、ＥＣＵ１００は、下記（１）式に従って、Ｆ／Ｂ制御用出力電圧値Ｖａｆｃを算出する。尚、式中において、Ｖａｆは空燃比センサ２１６の出力電圧値、Ｖｆｂｓは後述するサブＦ／Ｂ制御量、Ｖｆｂｓｇは後述するサブＦ／Ｂ学習値を意味する。
【００８３】
Ｖａｆｃ＝Ｖａｆ＋Ｖｆｂｓ＋Ｖｆｂｓｇ…（１）
Ｆ／Ｂ制御用出力電圧値Ｖａｆｃが求まると、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに記憶された換算用マップを参照し、Ｆ／Ｂ制御用出力電圧値ＶａｆｃをＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｃに変換する。
【００８４】
一方、ＥＣＵ１００は、気筒２０１Ｂに吸入される筒内吸入空気量Ｍｃを求める。筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、図１において不図示のエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｇａ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて算出される。尚、筒内吸入空気量Ｍｃの算出方法については公知の各種方法を適用可能である。
【００８５】
ＥＣＵ１００は、筒内吸入空気量Ｍｃを求めると、この筒内吸入空気量Ｍｃをその時点の目標空燃比Ａ／Ｆｔｇで除すことによって、基本燃料噴射量Ｑｂを求める。基本燃料噴射量Ｑｂが求まると、ＥＣＵ１００は、下記（２）式により、吸気ポートインジェクタ２１１の燃料噴射弁から噴射すべき最終的な燃料噴射量Ｑを求める。
【００８６】
Ｑ＝Ｑｂ・ＫＧ・ＦＡＦ…（２）
ここで、式中ＦＡＦは、メインＦ／Ｂ制御により適宜更新されるメインＦ／Ｂ制御量であり、ＫＧはメインＦ／Ｂ学習値（ＦＡＦに関する学習値）である。
【００８７】
メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、メインＦ／Ｂ値ＤＦに基づいて算出される。メインＦ／Ｂ値ＤＦは、次のようにして求められる。
【００８８】
ＥＣＵ１００は、現時点よりもＮサイクル（即ち、本実施形態ではＮ・７２０°ＣＡ）前の時点における筒内吸入空気量Ｍｃｎを、上記Ｆ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｃで除すことにより、現時点よりＮサイクル前の時点において気筒２０１Ｂの燃焼室に供給された燃料量である筒内燃料供給量Ｑｃｎを求める。
【００８９】
尚、「Ｎサイクル前」の値を利用するのは、燃焼室内で燃焼処理に供された混合気が空燃比センサ２１６に到達するまでにＮサイクルに相当する時間を要するためである。即ち、サイクル数Ｎは、予め実験的に、経験的に又は理論的に求められている。但し、空燃比センサ２１６が晒されるガスは、上述したように、各気筒から排出された排気がある程度混合されたガスである。
【００９０】
次に、ＥＣＵ１００は、Ｎサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃｎを同じくＮサイクル前の目標空燃比Ａ／Ｆｔｇで除すことにより、Ｎサイクル前の目標筒内燃料供給量Ｑｃｎｔｇを求める。
【００９１】
ＥＣＵ１００は、このＮサイクル前の目標筒内燃料供給量Ｑｃｎｔｇから、先に求められたＮサイクル前の筒内燃料供給量Ｑｃｎを減じた値を、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとする。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎサイクル前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す。筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが求まると、下記（３）式に従って、メインＦ／Ｂ値ＤＦが求められる。
【００９２】
ＤＦ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ…（３）
ここで、式中のＧｐは比例ゲイン、Ｇｉは積分ゲインである。また式中の係数ＫＦＢは設計値であり、ここでは「１」に設定される。但し、係数ＫＦＢは、エンジン回転数ＮＥ及び筒内吸入空気量Ｍｃ等に応じて可変であってもよい。また式中のＳＤＦｃは、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値である。即ち、メインＦ／Ｂ値ＤＦは、公知のフィードバック制御の一種であるＰＩ制御により求められる構成となっている。
【００９３】
メインＦ／Ｂ値ＤＦが求められると、ＥＣＵ１００は、下記（４）式によりメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを求める。
【００９４】
ＦＡＦ＝（Ｑｂｎ＋ＤＦ）／Ｑｂｎ…（４）
上記（４）式におけるＱｂｎは、Ｎサイクル前の基本燃料噴射量である。即ち、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、Ｎサイクル前の基本燃料噴射量ＱｂｎとメインＦ／Ｂ値ＤＦとの和をＮサイクル前の基本燃料噴射量Ｑｂにより除した値である。
【００９５】
このようにして求められたメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、所定の更新タイミング毎に基本燃料噴射量Ｑｂに乗じられ、最終的な燃料噴射量Ｑが算出される。以上が、空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるメインＦ／Ｂ制御である。
【００９６】
ここで、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧについて説明する。メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを基本値「１」に近付けるように更新される。
【００９７】
より具体的には、ＥＣＵ１００は、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦが算出されるタイミングで、下記（５）式に従って、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦの加重平均値ＦＡＦＡＶを求める。尚、式中ｑは、０より大きく且つ１未満の設計値である。また、式中において（ｉ）は、最新時刻の学習値であることを、（ｉ-１）は、１サンプリング時刻前の学習値であることを夫々意味する。
【００９８】
ＦＡＦＡＶ（ｉ）＝ｑ・ＦＡＦ＋（１−ｑ）・ＦＡＦＡＶ（ｉ−１）…（５）
ＥＣＵ１００は、この加重平均値ＦＡＦＡＶが、１＋α（尚、αは０以上１未満の設計値である）以上である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを予め設定された補正量Ｘだけ増加させ、反対に、加重平均値ＦＡＦＡＶが１＋α以下である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを補正量Ｘだけ減少させる。また、これらに挟まれた範囲にある場合には、メインＦ／Ｂ学習値を更新しない。
【００９９】
このように空燃比Ｆ／Ｂ制御が進行する過程においてメインＦ／Ｂ学習値ＫＧが適宜更新されると、加重平均値ＦＡＦＡＶは、徐々に「１−α」と「１＋α」との間に収束する。ここで、更新タイミングにおいて加重平均値ＦＡＦＡＶがこの範囲にあった回数（更新されなかった回数）は、ＥＣＵ１００が別途カウンタによりカウントしており、カウント値が所定回数を超えると、ＥＣＵ１００は、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧが収束したと判定する。即ち、学習が完了したと判定される。
【０１００】
＜サブＦ／Ｂ制御の詳細＞
次に、上記（１）式において使用されるサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの算出方法について説明する。
【０１０１】
ＥＣＵ１００は、所定の更新タイミング毎に、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓの目標値である目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇから、出力電圧値Ｖｏｘｓを減じることにより、出力電圧偏差ＤＶｏｘｓを算出する。
【０１０２】
ＥＣＵ１００は、出力電圧偏差ＤＶｏｘｓが求まると、下記（６）式に従って、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓを算出する。尚、式中Ｋｐ、Ｋｉ及びＫｄは夫々比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインである。またＳＤＶｏｘｓ及びＤＤＶｏｘｓは、夫々偏差ＤＶｏｘｓの時間積分値及び時間微分値である。
【０１０３】
Ｖｆｂｓ＝Ｋｐ・ＤＶｏｘｓ＋Ｋｉ・ＳＤＶｏｘｓ＋Ｋｄ・ＤＤＶｏｘｓ…（６）
このように、ＥＣＵ１００は、所定の更新タイミング毎に、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓを目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに一致させるため、公知のフィードバック制御の一種であるＰＩＤ制御を実行する。
【０１０４】
ここで、上記（１）式において使用される、サブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｇの算出方法について説明する。ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓが目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇを横切る毎に、下記（７）式に従ってサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｇを更新する。尚、式左辺の（ｉ）は、最新時刻の学習値であることを意味し、右辺の（ｉ-１）は、１サンプリング時刻前の学習値であることを意味する。
【０１０５】
Ｖｆｂｓｇ（ｉ）＝（１-ｐ）・Ｖｆｂｓｇ（ｉ−１）＋ｐ・Ｋｉ・ＳＤＶｏｘｓ…（７）
このように、サブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｇは、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの積分項Ｋｉ・ＳＤＶｏｘｓにノイズ除去のためのフィルタ処理を施した値であり、更新タイミング毎に、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの定常成分に応じた量となるように更新される。
【０１０６】
尚、上記（７）式において、値ｐは０以上１未満の任意の値である。また、上記（７）式から明らかなように、値ｐが大きい程、積分項がサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｇに大きく反映される。即ち、値ｐが大きくなる程、サブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｇの更新速度は増加する。
【０１０７】
このように、本実施形態に係る空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、サブＦ／Ｂ制御量ＶｆｂｓとサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｇとの和だけ空燃比センサ２１６の出力電圧値Ｖａｆが補正され、その補正により得られたＦ／Ｂ制御用出力電圧値Ｖａｆｃに基づいてＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｃが求められる。そして、この求められたＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｃが目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに一致するように基本燃料噴射量Ｑｂが補正される。その結果、三元触媒２１５に流入するガスの空燃比Ａ／Ｆは、その目標値Ａ／Ｆｔｇに収束し、またＯ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓが、その目標値である目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに収束する。
【０１０８】
尚、本実施形態では、本発明に係る「第１Ｆ／Ｂ制御手段」の動作例として、空燃比センサ２１６の出力値Ｖａｆに基づいて得られる空燃比Ａ／Ｆを制御用空燃比Ａ／Ｆｃに補正する態様を示したが、無論これは一例である。
【０１０９】
例えば、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓと目標出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘとの偏差に基づいて、メインＦ／Ｂ制御に係る目標空燃比Ａ／Ｆｔｇを補正してもよい。この場合、Ｏ２センサ２１７により代替的に検出される三元触媒２１５下流側の空燃比が目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに相当する目標空燃比に対してリッチ側にあれば、メインＦ／Ｂ制御に係る目標空燃比Ａ／Ｆｔｇはリーン側に補正される。その結果、空燃比センサ２１６の出力値に基づいて取得される空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに一致させるためのメインＦ／Ｂ制御において、燃料噴射量Ｑは減量側に補正され、空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに収束する過程でＯ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓもまた目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに収束する。
【０１１０】
一方、Ｏ２センサ２１７により代替的に検出される三元触媒２１５下流側の空燃比が目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに相当する目標空燃比に対してリーン側にあれば、メインＦ／Ｂ制御に係る目標空燃比Ａ／Ｆｔｇはリッチ側に補正される。その結果、空燃比センサ２１６の出力値に基づいて取得される空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに一致させるためのメインＦ／Ｂ制御において、燃料噴射量Ｑは増量側に補正され、空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに収束する過程でＯ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓもまた目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに収束する。
【０１１１】
＜サブＦ／Ｂ補償制御の概要＞
上述したように、エンジンシステム１０において、空燃比Ｆ／Ｂ制御の目標空燃比Ａ／Fｔｇが採り得る範囲は、三元触媒２１５の下流側に設置されたＯ２センサ２１７の目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに依存する。
【０１１２】
ここで、Ｏ２センサ２１７の目標出力電圧値Ｖｏｘｔｇは、上述したサブＦ／Ｂ制御の性質上、三元触媒２１５の下流側の酸素濃度Ｃｏｘｓに対して出力電圧値Ｖｏｘｓが略線形変化を示す領域で設定される必要がある。
【０１１３】
一方、三元触媒２１５は、理論空燃比よりも空燃比弱リッチの雰囲気下において、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを含む各種エミッションの感度が鈍る（即ち、エミッションロバスト性が向上する）ことが明らかである。このため、三元触媒２１５をその排気浄化効率が最も高くなる条件で活用しようとした場合、メイン空燃比Ｆ／Ｂ制御における目標空燃比Ａ／Ｆｔｇは、空燃比弱リッチ側で設定される必要がある。即ち、Ｏ２センサ２１７の目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇを、理論空燃比に相当する基準出力電圧値Ｖｏｘｓｂよりも高電圧側で設定する必要がある。
【０１１４】
ところが、Ｏ２センサの感度には既に述べたように先天的又は後天的な個体差があり、このような個体差の影響をリアルタイムに排除する仕組みを有さぬ場合には、目標出力電圧値を、最悪の場合を考慮した制限値により制限せざるを得ない。尚、ここで述べる「最悪の場合」とは、例えばセンサの検出感度が元々悪く、また経時劣化の度合いも大きい場合等を意味し、理論空燃比よりも空燃比リッチ側に酸素濃度の検出可能領域が殆どない場合等を意味する。
【０１１５】
このような制限は、空燃比弱リッチ雰囲気下において実践上十分な酸素濃度検出精度を有するセンサにとっては不要な措置であり、排気浄化効率をより向上させ得るにもかかわらず向上させることが出来ないといった事態を生じさせる要因となる。本実施形態に係るエンジンシステム１０では、そのような問題が、ＥＣＵ１００により実行される学習制御及びサブＦ／Ｂ補償制御により解決される。
【０１１６】
学習制御は、Ｏ２センサ２１７の出力特性を所定のタイミング毎に学習することにより、Ｏ２センサ２１７の酸素濃度検出能力を常に把握することによって、上述したセンサ間の個体差の影響を排除する制御である。また、サブＦ／Ｂ補償制御は、この学習制御による出力特性の学習結果を利用して、Ｏ２センサ２１７の目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇを的確に設定する制御である。
【０１１７】
＜学習制御の詳細＞
ここで、図３を参照し、学習制御の詳細について説明する。ここに、図３は、学習制御のフローチャートである。
【０１１８】
図３において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射量Ｑの増量係数が所定以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。増量係数は、上述のメインＦ／Ｂ制御により決定された燃料噴射量Ｑに対し乗じられる補正係数であり、通常は「１」である。これに対し、燃料噴射量を増量すべき旨の所定の条件が満たされると、増量係数は１よりも大きくなり燃料噴射量Ｑが一時的に増量される。本実施形態において、ステップＳ１０１における所定値は、「１．０５」程度の値を想定する。
【０１１９】
尚、このような燃料噴射量Ｑの増量がなされる状況として、本実施形態では、車両減速時になされるＦ／Ｃ（フューエルカット）から復帰する際に三元触媒２１５近傍の空燃比リーン雰囲気を迅速に目標空燃比近傍に戻すための燃料増量制御を想定する。但し、ステップＳ１０１に係る判定処理は、三元触媒２１５の下流側の雰囲気が、学習を好適に行い得る程度に強制的に空燃比リッチ化された状況にあるかを判定するものであり、その趣旨に沿う限りにおいて、所定値の採り得る範囲も、燃料の増量がなされる状況も自由である。増量係数が所定値未満である場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、処理はステップＳ１０４に移行される。
【０１２０】
増量係数が所定値以上である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、増量履歴フラグを「ＯＮ」に設定し（ステップＳ１０２）、更新タイマ値をクリアする（ステップＳ１０３）。増量履歴フラグとは、燃料噴射量Ｑの増量がなされたことを表すフラグである。また更新タイマ値とは、燃料噴射量Ｑの増量後の経過時間をカウントするカウンタの値である。即ち、燃料噴射量の増量が検知されると、速やかに経過時間のカウントが開始される。ステップＳ１０３が実行されると、処理はステップＳ１０４に移行される。
【０１２１】
ステップＳ１０４では、増量履歴フラグが「ＯＮ」に設定されているか否かが判定される。増量履歴フラグが「ＯＦＦ」である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、学習制御は終了する。尚、学習制御は、所定周期で繰り返し実行されており、終了後所定時間が経過すると、再びステップＳ１０１から開始される。
【０１２２】
増量履歴フラグが「ＯＮ」である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、更新タイマ値が基準値τ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。この基準値τは、燃料噴射量の増量により空燃比リッチ化された雰囲気が実際にＯ２センサ２１７に到達するのに要する時間値よりも十分に大きい値である。言い換えれば、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓが空燃比リッチ側の検出限界を規定する最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘを示すのに十分な時間値である。
【０１２３】
更新タイマ値が基準値τ以下である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値ＶｏｘｓをＲＡＭに読み込む（ステップＳ１０６）。続いて、ＥＣＵ１００は、エンジン２００のエンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬを読み込む（ステップＳ１０７）。尚、負荷率ＫＬとは、エンジン２００の機関最大負荷に対する現在の負荷割合を示す値であって、例えば、図２において不図示のエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｇａとエンジン回転数ＮＥとをパラメータとする負荷率マップから該当値が読み込まれる。
【０１２４】
エンジン回転数ＮＥ及び負荷率ＫＬを読み込むと、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓを補正するための補正係数を取得する（ステップＳ１０８）。補正係数は、ＲＯＭに格納された補正係数マップから該当値が選択される。
【０１２５】
補正係数が取得されると、出力電圧値Ｖｏｘｓに取得された補正係数が乗じられることによって出力電圧値Ｖｏｘｓが補正され、補正値Ｖｏｘｓｃｏｒ１が算出される（ステップＳ１０９）。
【０１２６】
ここで、図４を参照し、補正係数について説明する。ここに、図４は、補正係数マップの概念図である。
【０１２７】
図４において、補正係数は、エンジン回転数ＮＥと負荷率ＫＬとを軸要素とする二次元平面上で定義されている。図示ハッチング表示された領域は、補正係数が「１」、即ち出力電圧値Ｖｏｘｓが補正されない非補正領域である。
【０１２８】
ここで、エンジン回転数ＮＥと負荷率ＫＬは、エンジン２００の排気温度の代替値として利用される。即ち、エンジン回転数ＮＥが高い程、また負荷率ＫＬが高い程、気筒２０１Ｂ内部の燃焼温度が上昇するため、排気温度も上昇する。上述した非補正領域は、相対的に排気温度が低いと推定される領域である。一方、負荷率ＫＬが高くなるに連れ、またエンジン回転数ＮＥが上昇するに連れ、補正係数は図示の通り変化する。即ち、排気温度が高温であると推定される条件である程、補正係数は大きくなる。これは、Ｏ２センサ２１７のセンサ端子が高温の雰囲気に晒される場合にＯ２センサ２１７の検出精度が低下することを考慮したものである。
【０１２９】
補正係数マップには、図４に相当する関係が数値化されて格納されており、ＥＣＵ１００は、その時点のエンジン回転数ＮＥと負荷率ＫＬとから該当値を選択することが出来る。尚、負荷率ＫＬとエンジン回転数ＮＥとに基づいて推定される排気温度は、当然ながら温度センサ等による直接的な温度検出と較べて精度は低くなり易い。然るに、Ｏ２センサ２１７の検出精度を補正する意味合いからすれば、これら代替要素値に基づいた推定結果を問題無く使用することが出来る。また、このように代替要素値を使用する構成とすれば、排気温度を検出するセンサを別途設置する必要はなく、コスト面で有利である。
【０１３０】
図３に戻り、補正値Ｖｏｘｓｃｏｒ１が算出されると、ＥＣＵ１００は、この補正値Ｖｏｘｃｏｒ１がその時点でＲＡＭに記憶されるＯ２センサ２１７の暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。補正値Ｖｏｘｃｏｒ１が暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚよりも大きい場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚを補正値Ｖｏｘｃｏｒ１に書き換える（ステップＳ１１１）。暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚが補正値Ｖｏｘｃｏｒ１に書き換えられるか、又は補正値Ｖｏｘｃｏｒ１が暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚ以下である場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、更新タイマ値を所定値だけインクリメントし（ステップＳ１１２）、処理を終了する。更新タイマ値が基準値τ以下である学習期間においては、所定周期でステップＳ１０１から処理が繰り返される。その結果、ＥＣＵ１００のＲＡＭには、この学習期間におけるＯ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓの最大値が記憶される。
【０１３１】
一方、ステップＳ１０５において、更新タイマ値が基準値τよりも大きくなった場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、学習値更新処理を実行する（ステップＳ１１３）。学習値更新処理とは、その時点でＲＡＭに格納されている出力電圧値Ｖｏｘｓの最大値を最新の最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋとして更新する処理である。
【０１３２】
学習値更新処理が終了すると、ＥＣＵ１００は、増量履歴フラグを「ＯＦＦ」に設定し（ステップＳ１１４）、先の暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚを初期値（例えば、０．６５Ｖ）に設定する（ステップＳ１１５）。暫定最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｚが初期値に戻されると、学習制御は終了する。学習制御は以上のように実行される。
【０１３３】
尚、本実施形態では、このように本発明に係る「出力特性」の一例としてＯ２センサ２１７の最大出力電圧値が学習される。但し、Ｏ２センサ２１７から出力値をどのように取り出すかは設計事項であり、例えば、出力電圧値Ｖｏｘｓを反転させ、三元触媒２１５の下流側における酸素濃度Ｃｏｘｓが高くなる程出力電圧値が低くなるようにシステムが組まれていてもよい。このような構成においては、本発明に係る「出力特性」の一例として、Ｏ２センサ２１７の最小出力電圧値が学習されてもよい。
【０１３４】
或いは、このような出力値を反転させる構成でなく、三元触媒２１５の下流側における酸素濃度Ｃｏｘｓが高くなる程出力電圧値が低くなるように、Ｏ２センサが構成されていてもよい。この場合も、Ｏ２センサの最小出力電圧値が学習されて好適である。
【０１３５】
＜サブＦ／Ｂ補償制御の詳細＞
次に、図５を参照し、サブＦ／Ｂ補償制御の詳細について説明する。ここに、図５は、サブＦ／Ｂ補償制御のフローチャートである。
【０１３６】
図５において、ＥＣＵ１００は、学習制御により更新された最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋを読み込む（ステップＳ２０１）。続いて、サブＦ／Ｂ制御におけるＯ２センサ２１７の目標値である目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇを基準目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｂに設定する（ステップＳ２０２）。基準目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｂは、上述した三元触媒２１５の排気浄化効率が最大又は最大付近となる空燃比弱リッチ相当の値であり、例えば、０．７５Ｖ程度の値である。
【０１３７】
次に、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに格納された上限目標出力電圧値マップを参照して、Ｏ２センサ２１７の上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘを取得する（ステップＳ２０３）。
【０１３８】
ここで、図６を参照し、上限目標出力電圧値マップの詳細について説明する。ここに、図６は、上限目標出力電圧値マップの概念図である。
【０１３９】
図６に例示されるように、上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘは、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋの大小変化に対し大小に変化する線形の関係にある。
【０１４０】
より具体的には、上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘは、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋから最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋの数〜十数％程度に相当するマージン値を差し引いた値である。即ち、上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘは、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋ未満の値である。これは、上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘが実際の目標出力電圧値とされた場合に、目標出力電圧値よりも空燃比リッチ側でのサブＦ／Ｂ制御の信頼性を確保するための措置である。上限目標出力電圧値マップには、図６に相当する関係が数値化されて格納されており、ＥＣＵ１００は、該当値を適宜選択的に取得することが出来る。
【０１４１】
図５に戻り、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２において設定された目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇ（初期状態では、基準目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｂ）が、ステップＳ２０３で取得された上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０４）。目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇが上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘ以下であれば（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、サブＦ／Ｂ補償制御を終了する。
【０１４２】
一方、目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇが上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘよりも大きい場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇを上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘにより制限し、上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘを新たに目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇとして設定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５が実行されると、サブＦ／Ｂ補償制御は終了する。サブＦ／Ｂ補償制御はこのように実行される。尚、学習制御と同様、サブＦ／Ｂ補償制御もまた、所定周期で繰り返し実行される。
【０１４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、学習制御によりリアルタイムに学習されるＯ２センサ２１７の最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘに基づいて、サブＦ／Ｂ補償制御によりサブＦ／Ｂ制御における目標出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘが設定される。そのため、センサ間の個体差を考慮する必要が無く、常にＯ２センサ２１７の酸素濃度検出能力を可及的にサブＦ／Ｂ制御に活用することが出来る。即ち、三元触媒２１５内の雰囲気を、絶えずその排気浄化効率が最良となる弱リッチ空燃比に維持することができ、エンジン２００の排気浄化効率を向上させることが出来るのである。
【０１４４】
＜第２実施形態＞
次に、図７を参照し、本発明の第２実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御ついて説明する。ここに、図７は、第２実施形態におけるサブＦ／Ｂ制御のフローチャートである。
【０１４５】
尚、第２実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御は、Ｏ２センサ２１７に経時変化による感度の低下が生じた場合においてサブＦ／Ｂ制御の精度を補償する制御である。即ち、本実施形態において、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「ゲイン補正手段」の一例として機能する。
【０１４６】
図７において、ＥＣＵ１００は、目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇを読み込む（ステップＳ３０１）。続いて、ＥＣＵ１００は、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋを読み込む（ステップＳ３０２）。
【０１４７】
これらの値を読み込むと、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓが目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇよりも空燃比リーン側にある場合のサブＦ／ＢゲインＧｌｅａｎを、下記（８）式に従って設定する（ステップＳ３０３）。尚、式中「Ｇｌｅａｎｂ」は、サブＦ／Ｂゲインの基本値であり、上記（６）式における比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄの各ゲインを意味する。
【０１４８】
Ｇｌｅａｎ＝Ｇｌｅａｎｂ＊Ｖｏｘｓｔｇｂ／Ｖｏｘｓｔｇ・・・（８）
上記（８）式によれば、Ｏ２センサ２１７の目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇが基準目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｂである間は、サブＦ／ＢゲインＧｌｅａｎは基本サブＦ／ＢゲインＧｌｅａｎｂに維持される。また、最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘの学習の過程で目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇが基準目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｂ未満にまで低下すると、サブＦ／ＢゲインＧｌｅａｎは、その低下の度合いに応じて基本サブＦ／ＢゲインＧｌｅａｎｂよりも大きくなる側に補正される。
【０１４９】
空燃比リーン側のゲイン設定が終了すると、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓが目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇよりも空燃比リッチ側にある場合のサブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈを、下記（９）式に従って設定する（ステップＳ３０４）。尚、式中「Ｇｒｉｃｈｂ」は、サブＦ／Ｂゲインの基本値であり、上記（６）式における比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄの各ゲインを意味する。また、式中「Ｖｏｘｍａｘｂ」は、Ｏ２センサ２１７の基準最大出力電圧値であり、例えば、０．９５Ｖ程度の固定値である。
【０１５０】
Ｇｒｉｃｈ＝Ｇｒｉｃｈｂ＊（Ｖｏｘｓｔｇｂ―Ｖｏｘｓｍａｘｂ）／（Ｖｏｘｓｔｇ−Ｖｏｘｓｍａｘｇｋ）・・・（９）
上記（９）式によれば、Ｏ２センサ２１７に経時変化が生じていない状態では、基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂと最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋとが略一致することから、式中右辺において基本サブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈに乗じられる補正項における分母と分子が略一致する。即ち、サブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈは基本サブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈｂに維持される。
【０１５１】
一方、最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘの学習の過程で、Ｏ２センサ２１７に経時変化による感度の低下が生じ、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋが低下し始めると、当該分母は徐々に小さくなる。尚、図５に例示するように、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋと上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘとが等しくなることはなく、且つ両者は一定の関係を保つ。従って、第１実施形態におけるサブＦ／Ｂ補償制御の実行過程において目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇが上限目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇｍａｘに制限され始めると、当該分母は略一定となる。他方、上記補正項の分子は固定値である。
【０１５２】
従って、空燃比リッチ側のサブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈは、最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘの学習過程において検出されるＯ２センサの感度低下の度合いに応じて、ある最大値まで連続的に増加する。
【０１５３】
このように、第２実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御によれば、Ｏ２センサ２１７に生じる経時変化により感度の低下が生じたとしても、サブＦ／Ｂ制御に係るサブＦ／Ｂゲインを補正することによって、三元触媒２１５内の雰囲気を弱リッチ空燃比に維持することが出来る。また特に、上記制御によれば、理論空燃比よりも空燃比リッチ側で顕著に生じるＯ２センサ２１７の経時的な感度低下の影響を、サブＦ／Ｂゲインの補正により排除することが出来る。従って、空燃比リーン側に対し大きく生じる空燃比リッチ側の感度低下によって、サブＦ／Ｂ制御による空燃比Ａ／Ｆの収束値が真の収束値に対しリッチ側に傾くことが防止される。
【０１５４】
尚、上記（８）及び（９）式に示したゲイン補正態様は、一例に過ぎず、例えばこれら各式に対し各種の変更が加えられてもよいし、新たな補正式が設定されてもよい。
【０１５５】
＜第３実施形態＞
Ｏ２センサ２１７に生じる感度低下の影響を補正する手法は、第２実施形態のものに限定されない。ここで、このような趣旨に基づいた本発明の第３実施形態について、図８を参照して説明する。ここに、図８は、本発明の第３実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御のフローチャートである。
【０１５６】
尚、第３実施形態に係るサブＦ／Ｂ補償制御は、Ｏ２センサ２１７に経時変化による感度の低下が生じた場合において、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓを補正することによって、サブＦ／Ｂ制御の精度を補償する制御である。即ち、本実施形態において、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「出力値補正手段」の一例として機能する。
【０１５７】
図９において、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓを読み込む（ステップＳ４０１）。続いて、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋを読み込む（ステップＳ４０２）。
【０１５８】
これらを読み込むと、ＥＣＵ１００は、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｍａｘｇｋが第２実施形態で述べた基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。ステップＳ４０３は、Ｏ２センサ２１７に経時変化が生じているか否かを判定する処理である。
【０１５９】
最大出力電圧学習値Ｖｏｘｍａｘｇｋが基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂ未満である場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ），ＥＣＵ１００は、出力電圧値補正係数Ｃを設定し（ステップＳ４０４）、処理をステップＳ４０５に移行させる。また、最大出力電圧学習値Ｖｏｘｍａｘｇｋが基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂ以上である場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０４をスキップして処理をステップＳ４０５に移行させる。
【０１６０】
ここで、ステップＳ４０４において、ＥＣＵ１００は、下記（１０）式に従って、出力値補正係数Ｃを設定する。
【０１６１】
Ｃ＝Ｖｏｘｓｍａｘｂ／Ｖｏｘｍａｘｇｋ・・・（１０）
ステップＳ４０５では、ステップＳ４０３における判定結果に応じて、制御用出力電圧値Ｖｏｘｓｃｏｒ２が算出される（ステップＳ４０５）。制御用出力電圧値Ｖｏｘｓｃｏｒ２は、Ｏ２センサ２１７に生じた感度の低下を補正した、Ｏ２センサ２１７の仮想の出力電圧値である。
【０１６２】
ステップＳ４０３において最大出力電圧学習値Ｖｏｘｍａｘｇｋが基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂ以上である場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０５において、出力電圧値Ｖｏｘｓを補正しない。即ち、制御用出力電圧値Ｖｏｘｓｃｏｒ２は、出力電圧値Ｖｏｘｓと一致する。
【０１６３】
一方、ステップＳ４０３において最大出力電圧学習値Ｖｏｘｍａｘｇｋが基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂ未満である場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４０５において、下記（１１）式に従って出力電圧値Ｖｏｘｓを補正する。
【０１６４】
Ｖｏｘｓｃｏｒ２＝Ｃ＊Ｖｏｘｓ・・・（１１）
即ち、Ｏ２センサ２１７に感度の低下が生じていると、出力電圧値Ｖｏｘｓは増量側に補正される。出力電圧値Ｖｏｘｓは、定性的には、センサに感度低下が生じる以前であれば出力されたであろう値に補正される。
【０１６５】
このように、本実施形態によれば、Ｏ２センサ２１７の感度の低下が最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘの学習過程において把握され、その感度の低下の度合いに応じて出力電圧値Ｖｏｘｓが増加側に補正される。このため、Ｏ２センサ２１７に生じる経時変化がサブＦ／Ｂ制御の精度に与える影響を緩和することが出来る。
【０１６６】
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】
【０１６７】
本発明は、三元触媒の上流側に空燃比センサ、下流側に酸素濃度センサを備え、空燃比センサにより検出される空燃比に基づいた第１のＦ／Ｂ制御と、酸素濃度センサにより検出される酸素濃度に基づいた第２のＦ／Ｂ制御とにより燃料噴射量が制御される内燃機関の制御に利用可能である。
【符号の説明】
【０１６８】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２Ａ…シリンダブロック、２０２Ｂ…気筒、２１１…吸気ポートインジェクタ、２１４…排気管、２１５…三元触媒、２１６…空燃比センサ、２１７…Ｏ２センサ。
【図１】
2013073036.tif 000003
【図２】
2013073036.tif 000004
【図３】
2013073036.tif 000005
【図４】
2013073036.tif 000006
【図５】
2013073036.tif 000007
【図６】
2013073036.tif 000008
【図７】
2013073036.tif 000009
【図８】
2013073036.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月11日(2012.12.11)
【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三元触媒と、
前記三元触媒の上流側に設けられた空燃比センサと、
前記三元触媒の下流側に設けられた酸素濃度センサと
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、
前記空燃比センサの出力値に基づいて前記三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる第１のＦ／Ｂ制御を実行する第１Ｆ／Ｂ制御手段と、
前記酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように前記目標空燃比又は前記空燃比センサの出力値を補正する第２のＦ／Ｂ制御を実行する第２Ｆ／Ｂ制御手段と、
前記酸素濃度センサにおける、酸素濃度の検出限界の個体差に対応付けられた出力特性を学習する学習手段と、
前記出力特性を学習する際の前記酸素濃度センサの端子温度に基づいて前記学習値を補正する学習値補正手段と、
前記出力特性の学習値に応じて前記目標出力値を設定する目標値設定手段と
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】
前記学習値に応じて前記目標出力値の上限値を設定する上限値設定手段を更に具備し、
前記目標値設定手段は、該設定された上限値以下の範囲で前記目標出力値を設定する
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】
前記出力特性は、前記酸素濃度センサの最大出力値及び最小出力値のうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記学習値に応じて前記第２のＦ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂゲインを補正するゲイン補正手段を更に具備する
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６】
前記学習値に応じて前記出力値を補正する出力値補正手段を更に具備する
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。
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月13日(2014.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
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三元触媒と、前記三元触媒の上流側に設けられた空燃比センサと、前記三元触媒の下流側に設けられた酸素濃度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、前記空燃比センサの出力値に基づいて前記三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる第１のＦ／Ｂ制御を実行する第１Ｆ／Ｂ制御手段と、前記酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように前記目標空燃比又は前記空燃比センサの出力値を補正する第２のＦ／Ｂ制御を実行する第２Ｆ／Ｂ制御手段と、前記酸素濃度センサにおける、酸素濃度の検出限界の個体差に対応付けられた出力特性を学習する学習手段と、前記出力特性を学習する際の前記酸素濃度センサの端子温度に基づいて前記出力特性の学習値を補正する学習値補正手段と、前記学習値に応じて前記目標出力値を設定する目標値設定手段とを具備することを特徴とする（請求項１）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
従って、本発明によれば、安全側への配慮から酸素濃度センサの目標出力値を理論空燃比に相当する基準出力値近傍でしか設定し得ない場合と較べて、三元触媒をより望ましい動作領域で活用することが可能となり、排気浄化効率を向上させることが可能となるのである。
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、出力特性を学習する際の酸素濃度センサの端子温度に基づいて学習値を補正する学習値補正手段を更に具備している。酸素濃度センサの出力特性の学習値は、学習時におけるセンサの端子温度により変化する。従って、当該端子温度に基づいて適宜学習値を補正することにより、学習の信頼性をより高めることが出来る。
尚、酸素濃度センサは排気経路に設置されるから、当該端子温度は、排気温と高い相関を有する。この点に鑑みれば、排気温を規定し得る内燃機関の状態値、例えば機関回転数や負荷等に基づいて端子温度を推定することも可能である。このような構成とすれば、当該端子温度の検出に特化したセンサ等の検出手段を設置する必要が無くなるため、コスト面において有利である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記学習値に応じて前記目標出力値の上限値を設定する上限値設定手段を更に具備し、前記目標値設定手段は、該設定された上限値以下の範囲で前記目標出力値を設定する（請求項２）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記出力特性は、前記酸素濃度センサの最大出力値及び最小出力値のうち少なくとも一つを含む（請求項３）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【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、前記学習値に応じて前記第２のＦ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂゲインを補正するゲイン補正手段を更に具備する（請求項４）。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記学習値に応じて前記出力値を補正する出力値補正手段を更に具備する（請求項５）。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
気筒２０１Ｂの内部に形成された燃焼室には、点火装置２０２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は、燃料と空気との混合気が、圧縮行程において圧縮される過程において当該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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９８】
ＦＡＦＡＶ（ｉ）＝ｑ・ＦＡＦ＋（１−ｑ）・ＦＡＦＡＶ（ｉ−１）…（５）
ＥＣＵ１００は、この加重平均値ＦＡＦＡＶが、１＋α（尚、αは０以上１未満の設計値である）以上である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを予め設定された補正量Ｘだけ増加させ、反対に、加重平均値ＦＡＦＡＶが１−α以下である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを補正量Ｘだけ減少させる。また、これらに挟まれた範囲にある場合には、メインＦ／Ｂ学習値を更新しない。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０９】
例えば、ＥＣＵ１００は、Ｏ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓと目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇとの偏差に基づいて、メインＦ／Ｂ制御に係る目標空燃比Ａ／Ｆｔｇを補正してもよい。この場合、Ｏ２センサ２１７により代替的に検出される三元触媒２１５下流側の空燃比が目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに相当する目標空燃比に対してリッチ側にあれば、メインＦ／Ｂ制御に係る目標空燃比Ａ／Ｆｔｇはリーン側に補正される。その結果、空燃比センサ２１６の出力値に基づいて取得される空燃比Ａ／Ｆを目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに一致させるためのメインＦ／Ｂ制御において、燃料噴射量Ｑは減量側に補正され、空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比Ａ／Ｆｔｇに収束する過程でＯ２センサ２１７の出力電圧値Ｖｏｘｓもまた目標出力電圧値Ｖｏｘｓｔｇに収束する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５０】
Ｇｒｉｃｈ＝Ｇｒｉｃｈｂ＊（Ｖｏｘｓｔｇｂ―Ｖｏｘｓｍａｘｂ）／（Ｖｏｘｓｔｇ−Ｖｏｘｓｍａｘｇｋ）・・・（９）
上記（９）式によれば、Ｏ２センサ２１７に経時変化が生じていない状態では、基準最大出力電圧値Ｖｏｘｓｍａｘｂと最大出力電圧学習値Ｖｏｘｓｍａｘｇｋとが略一致することから、式中右辺において基本サブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈｂに乗じられる補正項における分母と分子が略一致する。即ち、サブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈは基本サブＦ／ＢゲインＧｒｉｃｈｂに維持される。
【手続補正１４】
【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三元触媒と、
前記三元触媒の上流側に設けられた空燃比センサと、
前記三元触媒の下流側に設けられた酸素濃度センサと
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、
前記空燃比センサの出力値に基づいて前記三元触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる第１のＦ／Ｂ制御を実行する第１Ｆ／Ｂ制御手段と、
前記酸素濃度センサの出力値が目標出力値に一致するように前記目標空燃比又は前記空燃比センサの出力値を補正する第２のＦ／Ｂ制御を実行する第２Ｆ／Ｂ制御手段と、
前記酸素濃度センサにおける、酸素濃度の検出限界の個体差に対応付けられた出力特性を学習する学習手段と、
前記出力特性を学習する際の前記酸素濃度センサの端子温度に基づいて前記出力特性の学習値を補正する学習値補正手段と、
前記学習値に応じて前記目標出力値を設定する目標値設定手段と
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】
前記学習値に応じて前記目標出力値の上限値を設定する上限値設定手段を更に具備し、
前記目標値設定手段は、該設定された上限値以下の範囲で前記目標出力値を設定する
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】
前記出力特性は、前記酸素濃度センサの最大出力値及び最小出力値のうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記学習値に応じて前記第２のＦ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂゲインを補正するゲイン補正手段を更に具備する
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】
前記学習値に応じて前記出力値を補正する出力値補正手段を更に具備する
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。
【国際調査報告】
2013073036.tif 000011
2013073036.tif 000012
2013073036.tif 000013
2013073036.tif 000014