(57)【要約】【課題】  触媒の上流、及び下流の排気通路にそれぞれ配設された空燃比センサに基づくそれぞれの空燃比フィードバック制御間の相互干渉を回避し得るとともに、空燃比センサの状態にかかわらず安定した空燃比制御を維持し得る内燃機関の空燃比制御装置の提供。【解決手段】  この装置は、上流側空燃比センサ出力値に基づく値Dabyfをハイパスフィルタ（Ａ１２）処理した値に基づいて上流側フィードバック制御を行い、下流側空燃比センサ出力値に基づく値DVoxsをローパスフィルタ（Ａ７）処理した値に基づいて下流側フィードバック制御を行う。これにより、各フィードバック制御の制御周波数帯域が互いに重複しないように設定され得、フィードバック制御間の相互干渉が回避され得る。更に、空燃比センサの活性状態、応答性、出力値の変化方向等に応じてフィルタのゲイン、時定数を変更する。【選択図】  図５
2006090207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態に応じた量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた内燃機関に適用される内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記上流側空燃比センサの出力値に基づく値であってハイパスフィルタ処理がなされている値に基づいて上流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された上流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する上流側フィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づく値であってローパスフィルタ処理がなされている値に基づいて下流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された下流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する下流側フィードバック制御手段と、
前記上流側空燃比センサの活性状態を表す値を取得するとともに同取得された上流側空燃比センサの活性状態を表す値に応じて前記上流側フィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更、及び／又は、前記下流側空燃比センサの活性状態を表す値を取得するとともに同取得された下流側空燃比センサの活性状態を表す値に応じて前記下流側フィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更するフィルタ特性変更手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態に応じた量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた内燃機関に適用される内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記上流側空燃比センサの出力値に基づく値であってハイパスフィルタ処理がなされている値に基づいて上流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された上流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する上流側フィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づく値であってローパスフィルタ処理がなされている値に基づいて下流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された下流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する下流側フィードバック制御手段と、
前記上流側空燃比センサの応答性を表す値を取得するとともに同取得された上流側空燃比センサの応答性を表す値に応じて前記上流側フィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更、及び／又は、前記下流側空燃比センサの応答性を表す値を取得するとともに同取得された下流側空燃比センサの応答性を表す値に応じて前記下流側フィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更するフィルタ特性変更手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設された下流側空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態に応じた量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた内燃機関に適用される内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記上流側空燃比センサの出力値に基づく値であってハイパスフィルタ処理がなされている値に基づいて上流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された上流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する上流側フィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値に基づく値であってローパスフィルタ処理がなされている値に基づいて下流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された下流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する下流側フィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサの出力値の状態に応じて前記下流側フィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更するフィルタ特性変更手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記フィルタ特性変更手段は、
前記下流側空燃比センサの出力値に対応する空燃比がよりリーンになる方向に変化している場合とよりリッチになる方向に変化している場合とで、前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を異ならせるように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記フィルタ特性変更手段は、
前記フィルタ特性としてのフィルタのゲイン、及び／又は時定数を変更するように構成された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、内燃機関の排気通路に三元触媒（以下、単に「触媒」と云うこともある。）の上流側及び下流側の排気通路にそれぞれ配設された上流側空燃比センサ、及び下流側空燃比センサの各出力値に基づいて機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。なお、以下、内燃機関を、単に「機関」と云うこともある。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の空燃比制御装置が広く知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この空燃比制御装置（排気浄化装置）は、下流側空燃比センサの出力値と同センサの出力の目標値である下流側目標値との差に基づいて（具体的には、サブフィードバックコントローラで同差を比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）して）サブフィードバック補正量を算出する。
【０００３】
また、この装置は、上流側空燃比センサの出力値を上記算出したサブフィードバック補正量で補正した値と同上流側空燃比センサの出力の目標値である上流側目標値との差に基づいて（具体的には、メインフィードバックコントローラで同差を比例・積分処理（ＰＩ処理）して）メインフィードバック補正量を算出する。そして、この装置は、上記算出したメインフィードバック補正量により燃料噴射量を補正することで機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１８３５８５号公報
【０００４】
上記開示された装置は、サブフィードバック補正量の値に応じてメインフィード補正量を算出するための値（即ち、ＰＩ処理される値）が直接変更されるように構成されている。換言すれば、メインフィードバック補正量を算出するメインフィードバックコントローラとサブフィードバック補正量を算出するサブフィードバックコントローラとが直列に配置されている。
【０００５】
従って、メインフィードバックコントローラに使用されるメインフィードバック制御定数（比例ゲイン、及び積分ゲイン）とサブフィードバックコントローラに使用されるサブフィードバック制御定数（比例ゲイン、積分ゲイン、及び微分ゲイン）のいずれか一方側の適合を行う際には他方側の値が強く影響する。
【０００６】
換言すれば、フィードバック制御ループ（閉ループ）毎にそれぞれのフィードバック制御定数の適合を互いに独立して実行することができない。従って、各フィードバック制御定数の適合が困難であって同適合を行う際の労力が多大であるという問題があった。
【０００７】
係る問題に対処するためには、メインフィードバックコントローラとサブフィードバックコントローラとを燃料噴射量の補正に関して並列に配置することが好ましいと考えられる。この場合、具体的には、サブフィードバックコントローラにより下流側空燃比センサ出力値と上記下流側目標値との差に基づいてサブフィードバック補正量が算出されるとともに、メインフィードバックコントローラにより上流側空燃比センサ出力値と上記上流側目標値との差に基づいてメインフィードバック補正量が算出される。そして、上記算出されたメインフィードバック補正量と上記サブフィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量が直接補正されることで機関に供給される混合気の空燃比がフィードバック制御される。
【０００８】
これにより、フィードバック制御ループ毎にそれぞれのフィードバック制御定数の適合を互いに独立して実行することができるようになり、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。
【０００９】
ところで、触媒は、通常、流入する排ガスの空燃比がリーン空燃比のとき同排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して同窒素酸化物から奪った酸素を内部に貯蔵するとともに同流入する排ガスの空燃比がリッチ空燃比のとき同貯蔵している酸素により同排ガス中のＨＣ，ＣＯ等の未燃成分を酸化する機能（以下、「酸素吸蔵機能」と称呼する。）を有している。係る酸素吸蔵機能により、触媒上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数の高い高周波数成分、及び同空燃比変動における比較的周波数が低くて振幅（理論空燃比からの偏移量）が比較的小さい低周波数成分は完全に吸収されて触媒下流の排ガスの空燃比変動として現れ難い傾向がある。
【００１０】
一方、触媒上流の排ガスの空燃比変動における比較的周波数が低くて振幅が比較的大きい低周波数成分は上記触媒の酸素吸蔵機能では完全には吸収されず、少し遅れて触媒下流の排ガスの空燃比変動として現れ易い傾向がある。この場合、係る酸素吸蔵機能を有する触媒が上記低周波数成分に対してフィードバック制御上の「むだ時間要素」として機能していると言うこともできる。
【００１１】
この結果、上流側空燃比センサの出力値と下流側空燃比センサの出力値とが理論空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が存在する。この場合、上記メインフィードバック補正量に基づく機関の空燃比制御（メインフィードバック制御）とサブフィードバック補正量に基づく機関の空燃比制御（サブフィードバック制御）とが互いに干渉することになるので良好な機関の空燃比制御を行うことができない。
【００１２】
係るメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉は、排ガスの空燃比変動に関するメインフィードバック制御の制御周波数帯域とサブフィードバック制御の制御周波数帯域とを互いに重複しないように設定することで回避され得る。このため、上流側空燃比センサ出力値と上記上流側目標値との差の値をハイパスフィルタ処理した後の値に基づいてメインフィードバック補正量を算出するとともに、下流側空燃比センサ出力値と上記下流側目標値との差の値をローパスフィルタ処理した後の値に基づいてサブフィードバック補正量を算出することが考えられる。
【００１３】
以上のことから、本出願人は、特願２００４−１３２２５において、以下のような空燃比制御装置（排気浄化装置）を既に提案している。この装置は、図２１にそれらの周波数−ゲイン特性を示した共通のカットオフ周波数ω1を有するハイパスフィルタとローパスフィルタとを使用する。
【００１４】
この装置は、下流側空燃比センサ出力値と上記下流側目標値との差の値をローパスフィルタ処理した後の値に基づいてサブフィードバックコントローラによりサブフィードバック補正量を算出する。これにより、下流側空燃比センサ出力値の変動におけるカットオフ周波数ω1以上の高周波数成分が減衰されるから、サブフィードバック制御の制御周波数帯域は同カットオフ周波数ω1以下の帯域となり得る。
【００１５】
また、この装置は、上流側空燃比センサ出力値と上記上流側目標値との差の値をハイパスフィルタ処理した後の値に基づいてメインフィードバックコントローラによりメインフィードバック補正量を算出する。これにより、上流側空燃比センサ出力値の変動におけるカットオフ周波数ω1以下の低周波数成分が減衰されるから、メインフィードバック制御の制御周波数帯域は同カットオフ周波数ω1以上の帯域となり得る。
【００１６】
そして、この装置は、上記算出されたメインフィードバック補正量と上記サブフィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量を直接補正することで機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。
【００１７】
これにより、上述したように、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。また、メインフィードバック制御の制御周波数帯域とサブフィードバック制御の制御周波数帯域とが互いに重複しないように設定され得るから、上述したメインフィードバック制御とサブフィードバック制御との干渉が回避でき、この結果、良好な機関の空燃比制御が達成され得る。
【００１８】
ところで、内燃機関の運転状態や経年変化等により、上流側、及び下流側空燃比センサの状態は変化し得る。そして、本出願人によるその後の更なる研究により、上流側、及び下流側空燃比センサの状態にかかわらず、上記ハイパスフィルタ、及びローパスフィルタの特性を一定に維持すると、必ずしも安定した空燃比制御が達成され得ない場合があることが判明した。
【発明の開示】
【００１９】
従って、本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、触媒の上流、及び下流の排気通路にそれぞれ配設された空燃比センサに基づくそれぞれの空燃比フィードバック制御間の相互干渉を回避し得るとともに、空燃比センサの状態にかかわらず安定した空燃比制御を維持し得る内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【００２０】
本発明に係る空燃比制御装置は、上流側空燃比センサの出力値に基づく値であってハイパスフィルタ処理がなされている値に基づいて（上流側フィードバックコントローラにより）上流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された上流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する上流側フィードバック制御手段と、下流側空燃比センサの出力値に基づく値であってローパスフィルタ処理がなされている値に基づいて（下流側フィードバックコントローラにより）下流側フィードバック補正量を算出し、前記算出された下流側フィードバック補正量により前記燃料噴射手段により噴射される燃料噴射量を補正することで前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する下流側フィードバック制御手段とを備えている。
【００２１】
これによれば、上流側フィードバック制御手段により算出された上流側フィードバック補正量と下流側フィードバック制御手段により算出された下流側フィードバック補正量とによりそれぞれ独立に燃料噴射量を直接補正するように構成することで、上記提案された装置と同様、各フィードバック制御定数の適合を行う際の労力が低減され得る。
【００２２】
また、上流側フィードバックコントローラには上流側空燃比センサの出力値に基づく値であってハイパスフィルタ処理がなされている値が入力され、下流側フィードバックコントローラには下流側空燃比センサの出力値に基づく値であってローパスフィルタ処理がなされている値が入力される。この結果、上流側フィードバック制御の制御周波数帯域と下流側フィードバック制御の制御周波数帯域とが互いに重複しないように設定され得、上記提案された装置と同様、上流側フィードバック制御と下流側フィードバック制御との干渉が回避され得る。
【００２３】
ここにおいて、「上流側空燃比センサの出力値に基づく値であってハイパスフィルタ処理がなされている値」は、例えば、前記上流側空燃比センサの出力値（或いは、検出空燃比）、又は前記上流側空燃比センサの出力値と同センサの出力の目標値である上流側目標値との相違の程度に応じた値、をハイパスフィルタ処理した後の値である。
【００２４】
また、「下流側空燃比センサの出力値に基づく値であってローパスフィルタ処理がなされている値」は、例えば、前記下流側空燃比センサの出力値と同センサの出力の目標値である下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値、又は前記下流側空燃比センサの出力値（或いは、検出空燃比）をローパスフィルタ処理した後の値と前記下流側目標値（或いは、下流側目標空燃比）との相違の程度に応じた値である。
【００２５】
「上流側目標値」、及び「下流側目標値」は理論空燃比に相当する値に設定されることが好適であり、或いは、これらの値は対応する空燃比が互いに等しくなるように設定されることが好適である。
【００２６】
上記ハイパスフィルタ処理される対象となる上記２つの値（即ち、上流側空燃比センサの出力値と、上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値）と、下流側フィードバックコントローラに入力される上記２つの値（即ち、下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値と、下流側空燃比センサの出力値をローパスフィルタ処理した後の値と下流側目標値との相違の程度に応じた値）の組み合わせは何れの組み合わせであってもよい。
【００２７】
また、「センサの出力値と目標値との相違の程度に応じた値」は、例えば、センサの出力値と目標値との偏差、センサの出力値に対応する検出空燃比（実空燃比）と目標値に対応する目標空燃比との偏差、筒内吸入空気量をセンサの出力値に対応する検出空燃比で除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量を目標値に対応する目標空燃比で除した値である目標筒内燃料供給量との偏差であって、これらに限定されない。
【００２８】
なお、上記構成によれば、機関が過渡運転状態にある場合等、排ガスの空燃比が上記ハイパスフィルタ処理のカットオフ周波数以上の高周波数で急変・変動するような場合における空燃比制御（即ち、過渡運転状態における空燃比の急変に対する補償）は、上流側フィードバック制御により迅速に行われる。
【００２９】
また、触媒下流の空燃比変動として現れ得る程度の、ローパスフィルタ処理のカットオフ周波数以下の極低周波数帯域の定常的な空燃比変動に対する空燃比制御は、下流側フィードバック制御により確実に達成され得る。
【００３０】
更に、上記本発明による空燃比制御装置の特徴は、前記上流側空燃比センサの活性状態を表す値を取得するとともに同取得された上流側空燃比センサの活性状態を表す値に応じて前記上流側フィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更、及び／又は、前記下流側空燃比センサの活性状態を表す値を取得するとともに同取得された下流側空燃比センサの活性状態を表す値に応じて前記下流側フィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更するフィルタ特性変更手段を備えたことにある。
【００３１】
一般に、空燃比センサとして、周知の限界電流式酸素濃度センサや起電力式（濃淡電池式）酸素濃度センサが使用される。係る空燃比センサは、機関の完全暖機後など、その温度が同センサが完全に活性化された状態（以下、「完全活性状態」と称呼する。）となる所定温度範囲内にある場合、空燃比に対応した信頼性の高い値を出力し得る。
【００３２】
一方、機関の始動後、十分な時間が経過していない暖機運転中など、空燃比センサの温度が上記所定温度範囲よりも低い温度ではあるが或る温度以上になっている場合、空燃比センサは完全活性状態にはなっていないにもかかわらず空燃比に対応した値をある程度の精度をもって出力し得るようになる。以下、このような空燃比センサの状態を「半活性状態」と呼ぶことにする。しかしながら、空燃比センサが半活性状態にある場合、その出力は、突然パルス的な高周波成分が発生するなど、不安定な挙動を示す傾向があり、信頼性の低い値となる。
【００３３】
ここで、一般に、係る信頼性の低い値をフィードバックコントローラに入力する場合において安定したフィードバック制御を達成するためにはフィードバック制御の応答性を下げることが効果的である。従って、空燃比センサが半活性状態にある段階から同空燃比センサを使用して空燃比フィードバック制御を行う場合、空燃比フィードバック制御の応答性を下げる必要がある。
【００３４】
空燃比フィードバック制御の応答性を変更するためには、フィードバックコントローラのフィードバック制御定数（比例ゲイン、積分ゲイン等）を変更する、若しくは、対応する上記フィルタの特性（例えば、フィルタのゲイン、フィルタの時定数）を変更すればよい。しかしながら、フィードバックコントローラのフィードバック制御定数が一旦適合された後においてその値が変更されることは一般に好ましくないと考えられる。従って、この場合、上記フィルタの特性を変更することが好ましい。
【００３５】
本発明は、係る知見に基づくものである。即ち、上記フィルタ特性変更手段によれば、取得された空燃比センサの活性状態を表す値に応じて対応するフィルタ処理におけるフィルタ特性が変更される。従って、例えば、空燃比センサの活性状態を表す値が空燃比センサが半活性状態にあることを示している場合、対応するフィルタ特性が同空燃比センサに対応するフィードバック制御の応答性を下げる方向に変更され得る。具体的には、フィードバック制御の応答性を下げるためには、フィルタのゲインを小さめに変更したり同フィルタの時定数を大きめに変更すればよい。
【００３６】
これにより、空燃比センサが半活性状態にある段階から同空燃比センサを使用して空燃比フィードバック制御を行う場合、空燃比フィードバック制御の応答性を下げることができ、この結果、空燃比センサが半活性状態にある段階であっても安定した空燃比制御が維持され得る。
【００３７】
なお、空燃比センサの活性状態（活性の程度）は、上述のごとく、同空燃比センサの温度に依存する。従って、「空燃比センサの活性状態を表す値」は、空燃比センサの温度に依存する値である。空燃比センサの温度に依存する値としては、例えば、空燃比センサの温度そのもの、同センサの抵抗値、アドミタンス、コンダクタンス等が挙げられる。
【００３８】
本発明による他の空燃比制御装置の特徴は、上記上流側フィードバック制御手段、及び上記下流側フィードバック制御手段に加えて、前記上流側空燃比センサの応答性を表す値を取得するとともに同取得された上流側空燃比センサの応答性を表す値に応じて前記上流側フィードバック制御手段による前記ハイパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更、及び／又は、前記下流側空燃比センサの応答性を表す値を取得するとともに同取得された下流側空燃比センサの応答性を表す値に応じて前記下流側フィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更するフィルタ特性変更手段を備えたことにある。
【００３９】
フィードバックコントローラのフィードバック制御定数（比例ゲイン、積分ゲイン等）は、応答特性が既知の空燃比センサ（マスタ品、試験品）と、応答特性（即ち、ゲイン、時定数）が既知の特定のフィルタとを使用して適合・決定される。即ち、フィードバック制御定数は、フィードバック制御系全体の実際の遅れ時間が上記空燃比センサのマスタ品と上記特定のフィルタを使用した場合におけるフィードバック制御系全体の遅れ時間（以下、「適合遅れ時間」と称呼する。）に一致する場合において良好な（最適な）空燃比制御が達成できるように設定される。
【００４０】
ところで、内燃機関に適用される実際の空燃比センサの応答特性は、個体毎に異なり、また、経年変化し得るから、実際の空燃比センサの応答特性は、上記マスタ品のものと異なる場合がある。従って、実際の空燃比センサと上記特定のフィルタとを使用した場合、フィードバック制御系全体の実際の遅れ時間は上記適合遅れ時間と一致せず、従って、良好な空燃比制御を達成し得ない場合が発生し得る。
【００４１】
係る問題に対処するためには、フィードバック制御系全体の遅れ時間が上記適合遅れ時間に一致するように、実際の空燃比センサの応答特性に応じてフィルタの応答特性を変更することが好ましい。
【００４２】
本発明は、係る知見に基づくものである。即ち、上記フィルタ特性変更手段によれば、取得された空燃比センサの応答性を表す値に応じて対応するフィルタ処理におけるフィルタ特性が変更される。従って、例えば、空燃比センサの応答性を表す値により示される同空燃比センサの応答特性が上記マスタ品のものと異なる場合、フィードバック制御系全体の遅れ時間が上記適合遅れ時間に一致するように、対応するフィルタ特性が変更され得る。
【００４３】
具体的には、空燃比センサの応答性が上記マスタ品のものよりも高い場合、フィルタの応答性を下げるため、同フィルタのゲインを小さめに変更したり同フィルタの時定数を大きめに変更すればよい。一方、空燃比センサの応答性が上記マスタ品のものよりも低い場合、フィルタの応答性を高めるため、同フィルタのゲインを大きめに変更したり同フィルタの時定数を小さめに変更すればよい。
【００４４】
これにより、実際の空燃比センサの応答特性にかかわらず、良好な安定した空燃比制御が維持され得る。
【００４５】
「空燃比センサの応答性を表す値」としては、例えば、既知の空燃比を有するガスを或る時点から排気通路に排出開始した場合において、同排出開始時点から空燃比センサ出力が同既知の空燃比に対応する値に変化するまでに要する時間等が挙げられる。
【００４６】
また、本発明による他の空燃比制御装置の特徴は、上記上流側フィードバック制御手段、及び上記下流側フィードバック制御手段に加えて、前記下流側空燃比センサの出力値の状態（値そのもの、変化方向）に応じて前記下流側フィードバック制御手段による前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を変更するフィルタ特性変更手段を備えたことにある。
【００４７】
より具体的には、前記フィルタ特性変更手段は、前記下流側空燃比センサの出力値に対応する空燃比がよりリーンになる方向に変化している場合とよりリッチになる方向に変化している場合とで、前記ローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性を異ならせるように構成されることが好適である。
【００４８】
三元触媒に流入する排ガスの空燃比の理論空燃比からの偏差に基づく同排ガス中の酸素の過不足分は、実際には、上述した三元触媒の酸素吸蔵機能により総て触媒に吸収されることはなくその一部が触媒から流出する。この触媒から流出するガスを、以下、「吹き抜けガス」と呼ぶ。
【００４９】
この吹き抜けガスの空燃比は触媒が吸蔵している酸素の量（以下、「酸素吸蔵量」と称呼する。）に大きく依存し、触媒の酸素吸蔵量が大きいほど吹き抜けガスの空燃比がよりリーン空燃比となる傾向がある。
【００５０】
他方、触媒の酸素吸蔵機能により触媒に酸素が吸蔵される速度（従って、酸素吸蔵量が増加する速度）は、一般に、同酸素吸蔵機能により触媒に吸蔵されている酸素が脱離される速度（従って、酸素吸蔵量が減少する速度）よりも速い。
【００５１】
従って、下流側空燃比センサ（通常は、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ）の出力値に対応する空燃比がよりリーンになる方向に変化している場合（以下、「リーン方向変化時」と称呼する。）の同出力値の変化速度は、同対応する空燃比がよりリッチになる方向に変化している場合（以下、「リッチ方向変化時」と称呼する。）の同出力値の変化速度よりも速くなるということができる。
【００５２】
このことは、リーン方向変化時はリッチ方向変化時に比して、下流側空燃比センサの応答性が実質的に高くなることを意味している。従って、上記と同様、下流側フィードバック制御系全体の遅れ時間を上記適合遅れ時間に常に一致させるためには、リーン方向変化時において、リッチ方向変化時よりもローパスフィルタの応答性を低めに設定することが好ましい。
【００５３】
本発明は、係る知見に基づくものである。即ち、上記フィルタ特性変更手段によれば、下流側空燃比センサ出力値の状態（変化方向）に応じてローパスフィルタ処理におけるフィルタ特性が変更される。従って、例えば、リーン方向変化時はリッチ方向変化時に比して、ローパスフィルタのゲインが小さめに設定されたり同ローパスフィルタの時定数が大きめに設定される。これにより、下流側空燃比センサの出力値の状態にかかわらず、良好な安定した空燃比制御が維持され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００５５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による空燃比制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００５６】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００５７】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００５８】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、スロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａ、スワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４、及びＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａを備えている。
【００５９】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１（実際には、各排気ポート３４に連通したそれぞれのエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の三元触媒５３（上流側触媒コンバータ、又はスタート・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第１触媒５３」と称呼する。）、及びこの第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された下流側の三元触媒５４（車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第２触媒５４」と称呼する。）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００６０】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路（本例では、上記各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に配設された空燃比センサ６６（以下、「上流側空燃比センサ６６」と称呼する。）、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７（以下、「下流側空燃比センサ６７」と称呼する。）、及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００６１】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量に応じた電圧Vgを出力するようになっている。かかるエアフローメータ６１の出力Vgと、計測された吸入空気量（流量）Ｇａとの関係は、図２に示したとおりである。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００６２】
上流側空燃比センサ６６は、限界電流式の酸素濃度センサであり、図３に示したように、空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧である出力値vabyfsを出力するようになっていて、特に、空燃比が理論空燃比であるときには出力値vabyfsは値vstoichになる。図３から明らかなように、上流側空燃比センサ６６によれば、広範囲にわたる空燃比Ａ／Ｆを精度良く検出することができる。
【００６３】
下流側空燃比センサ６７は、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであり、図４に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxsを出力するようになっている。より具体的に述べると、下流側空燃比センサ６７は、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略０．１（Ｖ）、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略０．９（Ｖ）、及び空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、同アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００６４】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、及びＳＣＶアクチュエータ４４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００６５】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された空燃比制御装置が行う機関に供給される混合気の空燃比（以下、単に「機関の空燃比」と云うこともある。）のフィードバック制御の概要について説明する。
【００６６】
第１、第２触媒５３，５４のような三元触媒（以下、単に「触媒」と云うこともある。）は、触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるときに、ＨＣ,ＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元し、これらの有害成分を高い効率で浄化する。また、触媒は、酸素を吸蔵・放出する上述した酸素吸蔵機能（酸素吸蔵・放出機能）を有し、この酸素吸蔵・放出機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ,ＣＯ、及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって触媒に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、触媒はＮＯｘから酸素分子を奪って同酸素分子を吸蔵するとともに同ＮＯｘを還元し、これによりＮＯｘを浄化する。また、機関の空燃比がリッチになって触媒に流入するガスにＨＣ,ＣＯが多量に含まれると、触媒はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて（放出して）酸化し、これによりＨＣ,ＣＯを浄化する。
【００６７】
従って、触媒が連続的に流入する多量のＨＣ,ＣＯを効率的に浄化するためには、同触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化するためには、同触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、触媒の浄化能力は、同触媒が貯蔵し得る最大の酸素量（最大酸素吸蔵量）に依存する。
【００６８】
一方、第１、第２触媒５３，５４のような三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、或いは触媒に加わる熱により劣化し、これに伴い最大酸素吸蔵量が次第に低下してくる。このように最大酸素吸蔵量が低下した場合であっても、エミッションの排出量を継続的に抑制するには、触媒から排出されるガスの空燃比（従って、触媒に流入するガスの空燃比）が、理論空燃比に極めて近い状態となるように制御する必要がある。
【００６９】
そこで、本実施形態の空燃比制御装置は、上流側、及び下流側空燃比センサ６６，６７の出力値が対応するセンサ目標値（原則的に理論空燃比に対応する値）にそれぞれ一致するように、上流側空燃比センサ出力値vabyfs（即ち、第１触媒上流の空燃比）、及び下流空燃比センサ出力値Voxs（即ち、第１触媒下流、且つ第２触媒上流の空燃比）に応じて機関の空燃比をフィードバック制御する。
【００７０】
より具体的に述べると、この空燃比制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）は、その機能ブロック図である図５に示したように、Ａ１〜Ａ１５の各手段等を含んで構成されている。以下、図５を参照しながら各手段について説明していく。
【００７１】
<基本燃料噴射量の決定>
先ず、基本燃料噴射量Fbaseの決定について説明する。筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、エアフローメータ６１が計測している吸入空気流量Ｇａと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルMapMcとに基づいて今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mcを求める。
【００７２】
上流側目標空燃比設定手段Ａ２は、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて上流側空燃比センサ出力の目標値（上流側目標値）に対応する上流側目標空燃比abyfr(k)を決定する。ここで、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（以下、他の物理量についても同様。）。この上流側目標空燃比abyfr(k)は、例えば、内燃機関１０の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に設定されている。また、上流側目標空燃比abyfrは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
【００７３】
基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により求められた筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定された上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【００７４】
このように、本装置は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、及び基本燃料噴射量算出手段Ａ３を利用して、基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【００７５】
<燃料噴射量の算出>
次に、燃料噴射量Fiの算出について説明する。燃料噴射量算出手段Ａ４は、基本燃料噴射量算出手段Ａ３により求められた基本燃料噴射量Fbaseに、後述するサブフィードバック補正係数KFisub（下流側フィードバック補正量）と後述するメインフィードバック補正係数KFimain（上流側フィードバック補正量）とを乗算することで、下記(1)式に基づいて、（最終）燃料噴射量Fiを求める。
【００７６】
Fi＝Fbase・KFisub・KFimain  ・・・(1)
【００７７】
本装置は、このようにして、燃料噴射量算出手段Ａ４により基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック補正係数KFimainとサブフィードバック補正係数KFisubとによりそれぞれ独立に補正することにより得られる燃料噴射量Fiの燃料を今回の吸気行程を迎える気筒に対してインジェクタ３９により噴射する。
【００７８】
<サブフィードバック制御>
続いて、上流側フィードバック制御としてのサブフィードバック制御について説明する。下流側目標値設定手段Ａ５は、上述した上流側目標空燃比設定手段Ａ２と同様、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて下流側空燃比センサ出力の目標値である下流側目標値Voxsrefを決定する。この下流側目標値Voxsrefは、例えば、内燃機関１０の暖機終了後においては、特殊な場合を除き理論空燃比に対応する値である０．５（Ｖ）に設定されている（図４を参照。）。また、本例では、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfr(k)と常時一致するように設定される。
【００７９】
出力偏差量算出手段Ａ６は、下記(2)式に基づいて、下流側目標値設定手段Ａ５により設定されている現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点での下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。この出力偏差量DVoxsは、「下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値」に相当する。
【００８０】
DVoxs＝Voxsref-Voxs  ・・・(2)
【００８１】
ローパスフィルタＡ７（LPF）は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(3)式に示すように、一次のフィルタ（ソフトフィルタ、デジタルフィルタ）である。下記(3)式において、τlpfはローパスフィルタＡ７の時定数、GlpfはローパスフィルタＡ７の入力信号周波数「０」でのゲイン（以下、単に「ゲイン」と称呼する。）である。このローパスフィルタＡ７の周波数−ゲイン特性は図６に示したとおりである。図６に示したように、ローパスフィルタＡ７は、入力値（入力信号）の変動におけるカットオフ周波数ωlpf（＝１／τlpf）以上の高周波数成分を減衰することで同高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。なお、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、及び時定数τlpfは、後述するＬＰＦ特性変更手段Ａ１５により変更されるようになっている。
【００８２】
Glpf・（１／（１+τlpf・s）)  ・・・(3)
【００８３】
ローパスフィルタＡ７は、出力偏差量算出手段Ａ６により求められた前記出力偏差量DVoxsの値を入力するとともに、上記(3)式に従って同出力偏差量DVoxsの値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを出力する。従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowは、「下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値」である。
【００８４】
ＰＩＤコントローラＡ８（上流側フィードバックコントローラ）は、ローパスフィルタＡ７の出力値である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）することで、下記(4)式に基づいて下流側フィードバック補正量としてのサブフィードバック補正係数KFisub（＞０）を求める。
【００８５】
KFisub＝（Kp・DVoxslow＋Ki・SDVoxslow＋Kd・DDVoxslow）+1  ・・・(4)
【００８６】
上記(4)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Kiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、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。
【００８７】
なお、係るフィードバック制御定数（比例ゲインKp、積分ゲインKi、及び微分ゲインKd）は、下流側空燃比センサ６７として前記マスタ品を使用した場合であって、そのマスタ品が完全活性状態にある場合であって、且つ、ローパスフィルタＡ７の時定数τlpf、及びゲインGlpfとして後述する値τlpf0、及び値Glpf0（図９、及び図１０を参照）が使用された場合において最適なサブフィードバック制御が達成できるように適合・設定された値である。
【００８８】
このようにして、本装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの相違の程度に応じた値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow（下流側フィードバック入力値）をＰＩＤコントローラＡ８に入力することでサブフィードバック補正係数KFisubを求め、前記基本燃料噴射量Fbaseに同サブフィードバック補正係数KFisubを乗算することで、後述するメインフィードバック制御による(前記メインフィードバック補正係数KFimainによる)基本燃料噴射量Fbaseの補正とは独立に同基本燃料噴射量Fbaseを補正してサブフィードバック制御を実行する。
【００８９】
例えば、機関の平均的（定常的）な空燃比がリーンであるために下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーンである空燃比に対応した値を定常的に示すと、出力偏差量算出手段Ａ６により求められる出力偏差量DVoxsの値が定常的に正の値となる（図４を参照）。従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowも正の値となり、ＰＩＤコントローラＡ８にて求められるサブフィードバック補正係数KFisubは「１」より大きい値となる。これにより、燃料噴射量算出手段Ａ４にて求められる燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【００９０】
反対に、機関の定常的な空燃比がリッチであるために下流側空燃比センサ出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチである空燃比に対応した値を定常的に示すと、出力偏差量DVoxs（従って、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow）が負の値となるので、サブフィードバック補正係数KFisubは「１」より小さい値（＞０）となる。これにより、燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。
【００９１】
また、ＰＩＤコントローラＡ８は積分処理を実行する（即ち、積分（Ｉ）項「Ki・SDVoxslow」が使用されている）から、機関が定常運転状態にある場合、出力偏差量DVoxsが「０」になることが保証される。換言すれば、下流側空燃比センサ６８の出力値Voxsの下流側目標値Voxsrefからの定常偏差がゼロになる。そして、定常運転状態では、出力偏差量DVoxsが「０」になることで比例項Kp・DVoxslowが「０」となるから、サブフィードバック補正係数KFisubは積分項Ki・SDVoxslowの値に「１」を加えた値となる。この値が基本燃焼噴射量Fbaseに乗算されることにより、インジェクタ３９の誤差（指令される燃料噴射量である燃料噴射量Fiと実際の燃料噴射量の差）、エアフローメータ６１の誤差（吸入空気流量計測値Ｇａと実際の吸入空気流量の差）が補償されつつ、定常運転状態において第１触媒５３の下流の空燃比（従って、機関の空燃比）が下流側目標値Voxsrefに対応する目標空燃比（即ち、原則的に理論空燃比）に収束する。以上、燃料噴射量算出手段Ａ４、下流側目標値設定手段Ａ５、出力偏差量算出手段Ａ６、ローパスフィルタＡ７、及びＰＩＤコントローラＡ８が下流側フィードバック制御手段に相当する。
【００９２】
<メインフィードバック制御>
続いて、上流側フィードバック制御としてのメインフィードバック制御について説明する。テーブル変換手段Ａ９は、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと、先に説明した図３に示した上流側空燃比センサ出力値vabyfsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を規定したテーブルとに基づいて、上流側空燃比センサ６６による現時点における検出空燃比abyfsを求める。
【００９３】
目標空燃比遅延手段Ａ１０は、上流側目標空燃比設定手段Ａ２により吸気行程毎に求められＲＡＭ７３に記憶されている上流側目標空燃比abyfrのうち、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒についての上流側目標空燃比abyfrをＲＡＭ７３から読み出し、これを上流側目標空燃比abyfr(k-N)として設定する。ここで、前記値Ｎは、内燃機関１０の排気量、及び燃焼室２５から上流側空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。
【００９４】
このように、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)が使用されるのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間Ｌを要しているからである。
【００９５】
上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１は、下記(5)式に基づいて、テーブル変換手段Ａ９により求められた現時点での上記検出空燃比abyfsから、目標空燃比遅延手段Ａ１０により設定された現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を減じることにより、上流側空燃比偏差Dabyfを求める。この上流側空燃比偏差Dabyfは、Ｎストローク前の時点での実際の空燃比と目標空燃比との差を表す量であって、「上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値」に相当する。
【００９６】
Dabyf＝abyfs−abyfr(k-N)  ・・・(5)
【００９７】
ハイパスフィルタＡ１２（HPF）は、その特性をラプラス演算子sを用いて表した下記(6)式に示すように、一次のフィルタ（ソフトフィルタ、デジタルフィルタ）である。下記(6)式において、τhpfはハイパスフィルタＡ１２の時定数、GhpfはハイパスフィルタＡ１２の入力信号周波数「∞」でのゲイン（以下、単に「ゲイン」と称呼する。）である。このハイパスフィルタＡ１２の周波数−ゲイン特性は図６に示したとおりである。図６に示したように、ハイパスフィルタＡ１２は、入力値（入力信号）の変動におけるカットオフ周波数ωhpf（＝１／τhpf）以下の低周波数成分を減衰することで同低周波数成分が通過することを実質的に禁止する。なお、図６では、ローパスフィルタＡ７のカットオフ周波数ωlpfとハイパスフィルタＡ１２のカットオフ周波数ωhpfとが等しい場合が示されている。また、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、及び時定数τhpfは、後述するＨＰＦ特性変更手段Ａ１４により変更されるようになっている。
【００９８】
Ghpf・（１−１／（１+τhpf・s））  ・・・(6)
【００９９】
ハイパスフィルタＡ１２は、前記上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１により求められた前記上流側空燃比偏差Dabyfの値を入力するとともに、上記(6)式に従って同上流側空燃比偏差Dabyfの値をハイパスフィルタ処理した後の値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを出力する。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiは、「上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標値との相違の程度に応じた値をハイパスフィルタ処理した後の値」である。
【０１００】
ＰＩコントローラＡ１３（上流側フィードバックコントローラ）は、ハイパスフィルタＡ１２の出力値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを比例・積分処理（ＰＩ処理）することで、下記(7)式に基づいてメインフィードバック補正係数KFimain（＞０）を求める。
【０１０１】
KFimain＝（Gp・Dabyfhi＋Gi・SDabyfhi）＋1  ・・・(7)
【０１０２】
上記(7)式において、Gpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Giは積分ゲイン（積分定数）である。また、SDabyfhiはハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiの時間積分値である。
【０１０３】
なお、係るフィードバック制御定数（比例ゲインGp、及び積分ゲインGi）は、上流側空燃比センサ６６として前記マスタ品を使用した場合であって、そのマスタ品が完全活性状態にある場合であって、且つ、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpf、及びゲインGhpfとして後述する値τhpf0、及び値Ghpf0（図７、及び図８を参照）が使用された場合において最適なメインフィードバック制御が達成できるように適合・設定された値である。
【０１０４】
このようにして、本装置は、メインフィードバック制御回路とサブフィードバック制御回路とを基本燃料噴射量Fbaseの補正に関して並列に接続している。また、本装置は、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsと上流側目標空燃比abyfrに対応する上流側目標値との相違の程度に応じた値をハイパスフィルタ処理した後の値であるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhi（上流側フィードバック入力値）をＰＩコントローラＡ１３に入力することでメインフィードバック補正係数KFimainを求め、前記基本燃料噴射量Fbaseに同メインフィードバック補正係数KFimainを乗算することで、前記サブフィードバック制御による基本燃料噴射量Fbaseの補正とは独立に同基本燃料噴射量Fbaseを補正してメインフィードバック制御を実行する。
【０１０５】
例えば、機関の空燃比が急変してリーンとなると、図３から理解できるように、上流空燃比センサ出力値に基づく検出空燃比abyfsは上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定されている上流側目標空燃比abyfrも大きな値となる。このため、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１により求められた上流側空燃比偏差Dabyfは正の値となる。ここで、機関の空燃比の急変によりこの上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号には前記カットオフ周波数ωhpf以上の高周波数成分が含まれている。係る高周波数成分は、ハイパスフィルタＡ１２を通過し得る。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiも正の値となる。この結果、ＰＩコントローラＡ１３により算出されるメインフィードバック補正係数KFimainが「１」より大きい値となる。これにより、燃料噴射量算出手段Ａ４にて求められる燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【０１０６】
反対に、機関の空燃比が急変してリッチとなると、検出空燃比abyfsは上流側目標空燃比abyfrよりも小さい値となる。このため、上流側空燃比偏差Dabyfは負の値となる。この場合も、上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号にはハイパスフィルタＡ１２を通過し得る前記カットオフ周波数ωhpf以上の高周波数成分が含まれている。従って、ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiも負の値となる。この結果、メインフィードバック補正係数KFimainが「１」より小さい値（＞０）となる。これにより、燃料噴射量Fiは、基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。
【０１０７】
以上、燃料噴射量算出手段Ａ４、テーブル変換手段Ａ９、目標空燃比遅延手段Ａ１０、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１、ハイパスフィルタＡ１２、及びＰＩコントローラＡ１３は上流側フィードバック制御手段に相当する。
【０１０８】
<空燃比フィードバック制御間の相互干渉の回避>
上述したように、上流側フィードバックコントローラであるＰＩコントローラＡ１３に入力される値Dabyfhiには、ハイパスフィルタＡ１２のカットオフ周波数ωhpf以上の高周波数成分のみが含まれているから、上流側フィードバック制御の制御周波数帯域はωhpf以上の帯域となる。
【０１０９】
同様に、下流側フィードバックコントローラであるＰＩＤコントローラＡ８に入力される値DVoxslowには、ローパスフィルタＡ７のカットオフ周波数ωlpf以下の低周波数成分のみが含まれているから、下流側フィードバック制御の制御周波数帯域はωlpf以下の帯域となる。
【０１１０】
これにより、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御の制御周波数帯域は、それぞれが互いに重複しないように設定され得る。従って、本装置においては、上記２つの空燃比フィードバック制御間の相互の干渉が回避されている。
【０１１１】
更には、機関が過渡運転状態にある場合等、排ガスの空燃比がハイパスフィルタＡ１２のカットオフ周波数ωhpf以上の高周波数で急変・変動するような場合、係る空燃比変動により、上流側空燃比センサ出力値に基づく検出空燃比abyfsにはカットオフ周波数ωhpf以上の高周波数成分が含まれる。この高周波数成分はハイパスフィルタＡ１２を通過する。従って、本装置においては、過渡運転状態における空燃比の急変に対する空燃比制御（補償）はメインフィードバック制御により迅速、且つ確実に行われ得る。
【０１１２】
また、第１触媒５３の下流の空燃比変動として現れ得る程度の、ローパスフィルタＡ７のカットオフ周波数ωlpf以下の極低周波数での定常的な空燃比変動が発生するような場合、係る定常的な空燃比変動により、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsにはカットオフ周波数ωlpf以下の低周波数成分が含まれる。この低周波数成分はローパスフィルタＡ７を通過する。従って、本装置においては、このような定常的な空燃比変動に対する空燃比制御は、サブフィードバック制御により確実に達成され得る。
【０１１３】
<フィルタのゲイン、時定数の変更>
エミッションの排出量の低減のため、上述した空燃比フィードバック制御（メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御）は、機関始動後なるべく早い段階から開始されることが好ましい。しかしながら、冷間始動直後など、空燃比センサの温度が雰囲気温度近傍にある場合、空燃比センサが非活性状態にあってその出力値は空燃比に対応する値とならない。即ち、空燃比センサが非活性状態にある段階では、空燃比フィードバック制御は実行されるべきではない。
【０１１４】
一方、空燃比センサが前記半活性状態になった段階では、同空燃比センサはある程度空燃比に対応する値を出力するようになる。よって、本装置は、空燃比センサが半活性状態に移行した段階から同空燃比センサに対応する空燃比フィードバック制御を開始するようになっている。
【０１１５】
しかしながら、上述したように、空燃比センサが半活性状態にある段階では、その出力は不安定な挙動を示す傾向があって信頼性の低い値となるから、空燃比フィードバック制御の応答性を下げる必要がある。
【０１１６】
このため、本装置（ＨＰＦ特性変更手段Ａ１４、ＬＰＦ特性変更手段Ａ１５）は、空燃比センサが半活性状態にある段階では、その空燃比センサに対応するフィードバック制御系のフィルタのゲインを小さめに変更し、且つ同フィルタの時定数を大きめに変更する。
【０１１７】
具体的には、ＨＰＦ特性変更手段Ａ１４は、上流側空燃比センサ６６の活性状態を表す値であるアドミタンスYupを後述する手法により取得する。空燃比センサの活性状態（活性の程度）は同空燃比センサの温度に依存し、同空燃比センサの温度の上昇に応じて同空燃比センサのアドミタンスは大きくなる。従って、即ち、上流側空燃比センサ６６の活性状態は、同上流側空燃比センサ６６のアドミタンスYupを取得することで判定され得る。
【０１１８】
本装置は、アドミタンスYupが、上流側空燃比センサ６６が非活性状態から半活性状態へと移行する時点の温度に対応する値Yup1を超えた段階から原則的にメインフィードバック制御を開始する。そして、ＨＰＦ特性変更手段Ａ１４は、アドミタンスYupと、図７、図８に示したテーブルMapτhpf,MapGhpfとに基づいて、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpf、及びゲインGhpfを所定のタイミング毎に決定していく。
【０１１９】
これにより、上流側空燃比センサ６６が半活性状態にある段階では、同上流側空燃比センサ６６の温度（従って、アドミタンスYup）が小さいほど（従って、活性の程度が小さいほど）、ゲインGhpfが値Ghpf0に対してより小さい値に設定されるとともに時定数τhpfが値τhpf0に対してより大きい値に設定される。
【０１２０】
ここで、値Ghpf0、及び値τhpf0は、上流側空燃比センサ６６が前記完全活性状態にある場合において良好な（最適な）メインフィードバック制御を達成できるように予め適合された値（一定値）である。上流側空燃比センサ６６が完全活性状態にある場合、時定数τhpfは上記一定値τhpf0に、ゲインGhpfは上記一定値Ghpf0に維持される。
【０１２１】
同様に、本装置は、ＬＰＦ特性変更手段Ａ１５が後述する手法により取得した下流側空燃比センサ６７の活性状態を表す値であるアドミタンスYdownが、下流側空燃比センサ６７が非活性状態から半活性状態へと移行する時点の温度に対応する値Ydown1を超えた段階から原則的にサブフィードバック制御を開始する。そして、ＬＰＦ特性変更手段Ａ１５は、アドミタンスYdownと、図９、図１０に示したテーブルMapτlpf,MapGlpfとに基づいて、ローパスフィルタＡ７の時定数τlpf、及びゲインGlpfを所定のタイミング毎に決定していく。
【０１２２】
これにより、下流側空燃比センサ６７が半活性状態にある段階では、同下流側空燃比センサ６７の温度（従って、アドミタンスYdown）が小さいほど、ゲインGlpfが値Glpf0に対してより小さい値に設定されるとともに時定数τlpfが値τlpf0に対してより大きい値に設定される。
【０１２３】
ここで、値Glpf0、及び値τlpf0は、下流側空燃比センサ６７が前記完全活性状態にある場合において良好な（最適な）サブフィードバック制御を達成できるように予め適合された値（一定値）である。下流側空燃比センサ６７が完全活性状態にある場合、時定数τlpfは上記一定値τlpf0に、ゲインGlpfは上記一定値Glpf0に維持される。以上、ＨＰＦ特性変更手段Ａ１４、及びＬＰＦ特性変更手段Ａ１５はフィルタ特性変更手段に相当する。以上が、本装置が行う機関の空燃比のフィードバック制御の概要である。
【０１２４】
（実際の作動）
次に、上記第１実施形態に係る空燃比制御装置の実際の作動について説明する。
<空燃比フィードバック制御>
ＣＰＵ７１は、図１１にフローチャートにより示した燃料噴射量Fiの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ１１００から処理を開始してステップ１１０５に進み、エアフローメータ６１が計測している吸入空気流量Ｇａと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEと、前記テーブルMapMcとに基づいて今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mcを求める。
【０１２５】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１１１０に進み、上記求めた筒内吸入空気流量Mcを現時点での上流側目標空燃比abyfr(k)で除することで、機関の空燃比を同上流側目標空燃比abyfr(k)とするための基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【０１２６】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１１１５に進み、フューエルカット処理の実行条件であるフューエルカット条件が成立しているか否かを判定する。このフューエルカット条件は、例えば、エンジン回転速度NEが所定回転速度以上であって、アクセルペダル操作量Accpが「０」であるときに成立する。
【０１２７】
いま、フューエルカット条件が成立していないものとすると、ＣＰＵ７１はステップ１１１５にて「Ｎｏ」と判定してテップ１１２０に進んで、上記求めた基本燃料噴射量Fbaseに、後述するルーチンで計算されているメインフィードバック補正係数KFimainとサブフィードバック補正係数KFisubとをそれぞれ乗じることで上記(1)式に従って燃料噴射量Fiを算出する。
【０１２８】
そして、ＣＰＵ７１はステップ１１２５に進み、燃料噴射量Fiの燃料を噴射するための指示を今回の吸気行程を迎える気筒のインジェクタ３９に対して行った後、ステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１２９】
一方、フューエルカット条件が成立している場合、ＣＰＵ７１はステップ１１１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、燃料噴射指示が実行されず、この結果、フューエルカット処理が実行される。
【０１３０】
以上により、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御によりそれぞれ独立に補正された後の燃料噴射量Fiの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【０１３１】
<メインフィードバック補正係数の計算>
次に、メインフィードバック制御においてメインフィードバック補正係数KFiupを算出する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図１２にフローチャートにより示した（上流側フィードバック制御手段に相当する）ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１２００から処理を開始し、ステップ１２０５に進んでメインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
【０１３２】
このメインフィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であって、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であって、上流側空燃比センサ６６のアドミタンスYupが前記値Yup1以上（即ち、上流側空燃比センサ６６が半活性状態、或いは完全活性状態にある場合）であるときに成立する。ここで、アドミタンスYupは、現時点での上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfs（図３を参照）と、現時点での同上流側空燃比センサ６６を流れる電流値とに基づいて計算される。
【０１３３】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsを図３に示したテーブルに基づいて変換することにより、現時点における検出空燃比abyfsを求める。
【０１３４】
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１２１５に進んで、上記求めた検出空燃比abyfsから、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k−N)を減じることで上記(5)式に従って、現時点からＮストローク前の実際の空燃比と目標空燃比との差を表す上流側空燃比偏差Dabyfを求める。
【０１３５】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２２０に進み、前記上流側空燃比偏差Dabyfを、後述するルーチンにより更新されているゲインGhpf，時定数τhpfのハイパスフィルタＡ１２によりハイパスフィルタ処理してハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを取得し、続くステップ１２２５にて上記(7)式に従ってメインフィードバック補正係数KFimainを求める。ここで、SDabyfhiとしてはステップ１２３０にて前回の本ルーチン実行時において求められている最新値が使用される。
【０１３６】
即ち、ＣＰＵ７１はステップ１２３０に進むと、その時点におけるハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差の積分値SDabyfhiに上記ステップ１２２０にて求めたハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを加えて、新たなハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差の積分値SDabyfhiを求める。
【０１３７】
そして、ＣＰＵ７１はステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上により、メインフィードバック補正係数KFimainが求められ、このメインフィードバック補正係数KFimainが前述した図１１のステップ１１２０により燃料噴射量Fiに反映されることで上述したメインフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御が実行される。
【０１３８】
一方、ステップ１２０５の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ１２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２３５に進んでメインフィードバック補正係数KFimainの値を「１」に設定し、続くステップ１２４０にてハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差の積分値SDabyfhiの値を「０」にリセットした後、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるときは、メインフィードバック補正係数KFimainの値を「１」としてメインフィードバック制御に基づく機関の空燃比の補正を行わない。
【０１３９】
<サブフィードバック補正係数の計算>
次に、サブフィードバック制御においてサブフィードバック補正係数KFidownを算出する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図１３にフローチャートにより示した（下流側フィードバック制御手段に相当する）ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
【０１４０】
サブフィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上であって、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であって、下流側空燃比センサ６７のアドミタンスYdownが前記値Ydown1以上（即ち、下流側空燃比センサ６７が半活性状態、或いは完全活性状態にある場合）であるときに成立する。ここで、アドミタンスYdownは、現時点での下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs（図４を参照）と、現時点での同下流側空燃比センサ６７を流れる電流値とに基づいて計算される。
【０１４１】
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ１３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１０に進み、上記(2)式に従って、現時点での下流側目標値Voxsrefから現時点での下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
【０１４２】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１３１５に進んで、前記出力偏差量DVoxsを、後述するルーチンにより更新されているゲインGlpf，時定数τlpfのローパスフィルタＡ７により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を取得する。
【０１４３】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１３２０に進み、下記(8)式に基づきローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの微分値DDVoxslowを求める。
【０１４４】
DDVoxslow＝(DVoxslow-DVoxslow1)/Δt  ・・・(8)
【０１４５】
上記(8)式において、DVoxslow1は前回の本ルーチン実行時において後述するステップ１３３５にて設定（更新）されたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの前回値である。また、Δtは本ルーチンの実行間隔時間（所定時間）である。
【０１４６】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１３２５に進み、上記(4)式に従って、サブフィードバック制御係数KFisubを求めた後、ステップ１３３０に進んで、その時点におけるローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowに上記ステップ１３１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを求め、続くステップ１３３５にて、上記ステップ１３１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowをローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの前回値DVoxslow1として設定した後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４７】
以上により、サブフィードバック制御係数KFisubが求められ、このサブフィードバック制御係数KFisubが前述した図１１のステップ１１２０により燃料噴射量Fiに反映されることで上述したサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比制御が実行される。
【０１４８】
一方、ステップ１３０５の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３４０に進んでサブフィードバック制御係数KFisubの値を「１」に設定し、続くステップ１３４５にてローパスフィルタ通過後出力偏差量の積分値SDVoxslowを「０」にリセットした後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるときは、サブフィードバック制御係数KFisubを「１」としてサブフィードバック制御に基づく機関の空燃比の補正を行わない。
【０１４９】
<ハイパスフィルタのゲイン、時定数の設定>
次に、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、時定数τhpfの設定・変更する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図１４にフローチャートにより示した（フィルタ特性変更手段に相当する）ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んで、先のステップ１２０５のものと同一の前記メインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１４９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、時定数τhpfは変更（更新）されない。
【０１５０】
一方、メインフィードバック制御条件が成立しているものとすると（即ち、上流側空燃比センサ６６が半活性状態、或いは完全活性状態になっているものとすると）、ＣＰＵ７１はステップ１４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１０に進み、ゲインGhpf、及び時定数τhpfの更新タイミングが到来しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１４９５に直ちに進んで、ゲインGhpf、時定数τhpfを変更（更新）することなく本ルーチンを一旦終了する。
【０１５１】
一方、更新タイミングが到来している場合、ＣＰＵ７１はステップ１４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１５に進み、現時点で取得されているアドミタンスYupと、上述した図７、図８に示したテーブルMapGhpf，Mapτhpfとに基づいてハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、時定数τhpfを設定・更新し、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５２】
このようにして更新されたハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、時定数τhpfは、その直後にて先の図１２のステップ１２２０でハイパスフィルタ処理が実行する際に使用される。以上のようにして、メインフィードバック制御条件が成立している間において、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、時定数τhpfは、ステップ１４１０の更新タイミングが到来する毎に更新されていく。
【０１５３】
<ローパスフィルタのゲイン、時定数の設定>
次に、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、時定数τlpfの設定・変更する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図１５にフローチャートにより示した（フィルタ特性変更手段に相当する）ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。この図１５に示したルーチンのステップ１５０５〜１５１５は先の図１４に示したルーチンのステップ１４０５〜１４１５と同様であるから、その詳細な説明を省略する。
【０１５４】
ステップ１５１５にして更新されたローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、時定数τlpfは、その直後にて先の図１３のステップ１３１５でローパスフィルタ処理が実行する際に使用される。以上のようにして、サブフィードバック制御条件が成立している間において、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、時定数τlpfは、ステップ１５１０の更新タイミングが到来する毎に更新されていく。
【０１５５】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第１実施形態によれば、第１触媒５３の上流に配設された上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsに基づく空燃比制御である上流側フィードバック制御（メインフィードバック制御）において、上流側空燃比センサ出力値vabyfsに基づく値（上流側空燃比偏差Dabyf）をハイパスフィルタＡ１２（通過許可周波数：ωhpf以上）によりハイパスフィルタ処理した後の値を上流側フィードバックコントローラ（ＰＩコントローラＡ１３）で比例・積分処理（ＰＩ処理）することでメインフィードバック補正係数KFimainが求められる。
【０１５６】
また、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流に配設された下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比制御である下流側フィードバック制御（サブフィードバック制御）において、下流側空燃比センサ出力値Voxsに基づく値（出力偏差量DVoxs）をローパスフィルタＡ７（通過許可周波数：ωlpf以下）によりローパスフィルタ処理した後の値を下流側フィードバックコントローラ（ＰＩＤコントローラＡ８）で比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することでサブフィードバック補正係数KFisubが求められる。
【０１５７】
そして、メインフィードバック補正係数KFimain、及びサブフィードバック補正係数KFisubで互いに独立に燃料噴射量Fiを補正することにより、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御がそれぞれ実行される。
【０１５８】
これにより、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御の制御周波数帯域はそれぞれ、高周波数帯域（ωhpf以上）、低周波数帯域（ωlpf以下）となり、それぞれが互いに重複しないように設定され得る。これにより、メインフィードバック制御、及びサブフィードバック制御の間の相互干渉が回避されるから、良好な空燃比制御が達成され得、この結果、エミッションの排出量を安定して抑制することができる。
【０１５９】
また、これにより、メインフィードバック制御は、機関が過渡運転状態にある場合等における高周波数の空燃比変動（外乱等による高周波数の変動を含む。）に対する空燃比制御を達成し得る。サブフィードバック制御は、第１触媒５３の下流の空燃比変動として現れ得る程度の極低周波数での定常的な空燃比変動に対する空燃比制御を達成し得る。また、サブフィードバック制御では、ＰＩＤコントローラＡ８にて積分処理が実行されるから、第１触媒下流の空燃比の目標空燃比（理論空燃比）からの定常偏差が「０」になることが保証される。この結果、定常運転状態でのエミッションの排出量を効果的に低減することができる。
【０１６０】
また、ハイパスフィルタＡ１２の特性（ゲインGhph、時定数τhpf）は、上流側空燃比センサ６６が半活性状態にある場合、同センサ６６が完全活性状態にある場合に使用される値Ghpf0，τhpf0に対して同ハイパスフィルタＡ１２の応答性が下がる方向に変更される。これにより、メインフィードバック制御系の応答性が下げられ、この結果、上流側空燃比センサ６６が信頼性の低い値を出力し得る半活性状態にある段階から安定したメインフィードバック制御を開始することができる。従って、上流側空燃比センサ６６が半活性状態から完全活性状態へ移行した時点からメインフィードバック制御を開始する場合に比して、よりエミッションの排出量を低減することができる。
【０１６１】
同様に、ローパスフィルタＡ７の特性（ゲインGlph、時定数τlpf）は、下流側空燃比センサ６７が半活性状態にある場合、同センサ６７が完全活性状態にある場合に使用される値Glpf0，τlpf0に対して同ローパスフィルタＡ７の応答性が下がる方向に変更される。これにより、サブフィードバック制御系の応答性が下げられ、この結果、下流側空燃比センサ６７が信頼性の低い値を出力し得る半活性状態にある段階から安定したサブフィードバック制御を開始することができる。従って、下流側空燃比センサ６７が半活性状態から完全活性状態へ移行した時点からサブフィードバック制御を開始する場合に比して、よりエミッションの排出量を低減することができる。
【０１６２】
本発明は上記第１実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の特性としてゲインGhpfと時定数τhpfとが共に上流側空燃比センサ６６の活性状態に応じて変更可能に構成されているが、同ゲインGhpfと同時定数τhpfの何れか一方が同センサ６６の活性状態に応じて変更可能に構成されてもよい。
【０１６３】
同様に、ローパスフィルタＡ７の特性としてゲインGlpfと時定数τlpfとが共に下流側空燃比センサ６７の活性状態に応じて変更可能に構成されているが、同ゲインGlpfと同時定数τlpfの何れか一方が同センサ６７の活性状態に応じて変更可能に構成されてもよい。
【０１６４】
また、上記第１実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfとローパスフィルタＡ７の時定数τlpfとが異なる値に設定される場合があるが、両時定数が常に等しくなるように両時定数を設定するよう構成されてもよい。これにより、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御の制御周波数帯域が互いに連続することになり、あらゆる周波数の空燃比変動に対して何れかの空燃比フィードバック制御により確実に空燃比制御が実行され得るようになる。
【０１６５】
この場合、具体的には、上流側空燃比センサ６６の活性状態（アドミタンスYup）に応じて（図７のテーブルに基づいて）設定された時定数τhpfに時定数τlpfを常に一致させるように構成してもよいし、下流側空燃比センサ６７の活性状態（アドミタンスYdown）に応じて（図９のテーブルに基づいて）設定された時定数τlpfに時定数τhpfを常に一致させるように構成してもよい。
【０１６６】
また、上流側空燃比センサ６６の活性状態（アドミタンスYup）に応じて（図７のテーブルに基づいて）設定された時定数τhpfと、下流側空燃比センサ６７の活性状態（アドミタンスYdown）に応じて（図９のテーブルに基づいて）設定された時定数τlpfとの平均値を、時定数τhpf、及び時定数τlpfとして使用してもよい。
【０１６７】
また、上記第１実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の特性とローパスフィルタＡ７の特性とが共に変更され得るように構成されているが、何れか一方のフィルタ特性のみを変更するように構成してもよい。
【０１６８】
また、上記第１実施形態においては、空燃比センサの活性状態を表す値として、同空燃比センサのアドミタンスが使用されているが、同空燃比センサの抵抗値やコンダクタンスを使用してもよい。また、空燃比センサの温度を取得する手段（例えば、温度センサ）を設け、同空燃比センサの温度そのものを同空燃比センサの活性状態を表す値として使用してもよい。
【０１６９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る空燃比制御装置について説明する。この第２実施形態は、上流側空燃比センサ６６の応答性（後述する応答時間Ts）に応じてハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfを変更する点で、上流側、及び下流側空燃比センサ６６，６７の活性状態に応じてハイパスフィルタＡ１２の特性（時定数τhpf、及びゲインGhpf）、及びローパスフィルタＡ７の特性（時定数τlpf、及びゲインGlpf）をそれぞれ変更する第１実施形態と主として異なる。以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１７０】
この相違点に基づき、第２実施形態に係る装置では、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、並びにローパスフィルタＡ７のゲインGlpf及び時定数τlpfがそれぞれ所定の一定値Ghpf1，Glpf1，τlpf1に維持されている。これらの一定値Ghpf1，Glpf1，及びτlpf1はそれぞれ、例えば、図８に示した値Ghpf0、図１０に示した値Glpf0、及び図９に示した値τlpf0に設定される。
【０１７１】
また、この装置では、メインフィードバック制御は上流側空燃比センサ６６が完全活性状態になっている状態でのみ実行され、サブフィードバック制御は下流側空燃比センサ６７が完全活性状態になっている状態でのみ実行される。これに伴い、この装置では、メインフィードバック制御条件（図１２のステップ１２０５、及び後述する図１６のステップ１６０５）、並びにサブフィードバック制御条件（図１３のステップ１３０５）が、空燃比センサが半活性状態にある段階から空燃比フィードバック制御を開始させる第１実施形態のものとそれぞれ異なっている。
【０１７２】
更に、第２実施形態のＣＰＵ７１は図１４、及び図１５に示したルーチンに代えて、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfを設定するための図１６にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行して、上流側空燃比センサ６６の応答性を表す値である応答時間Tsを取得することでハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfを変更する。即ち、図１６に示したルーチンは、フィルタ特性変更手段に相当する。
【０１７３】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、所定のタイミングになるとステップ１６００から処理を開始し、ステップ１６０５に進んで、メインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１６４５にてカウンタTの値を「０」に初期化し、ステップ１６９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfは変更（更新）されない。なお、カウンタTの値は、上流側空燃比センサ６６の前記応答時間Tsを決定するために使用される値である。
【０１７４】
一方、メインフィードバック制御条件が成立しているものとすると（即ち、上流側空燃比センサ６６が完全活性状態になっているものとすると）、ＣＰＵ７１はステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１０に進み、現時点にて（少なくとも一つの気筒に対して）フューエルカット処理が実行されているか否かを判定する。ここで「Ｎｏ」と判定する場合も、上記と同様、先のステップ１６４５を経てステップ１６９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、時定数τhpfは変更（更新）されない。以後、フューエルカット処理が実行されない限りにおいて、ＣＰＵ７１は、ステップ１６１０に進む毎に「Ｎｏ」と判定し続ける。
【０１７５】
いま、フューエルカット処理が開始された直後であるものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ１６１０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１５に進むようになる。ＣＰＵ７１はステップ１６１５に進むと、総ての気筒で燃焼ガスの排出が中断されているか否かを判定する。
【０１７６】
現時点はフューエルカット処理が開始された直後であるから、現時点にて図１１のルーチンの処理の対象となっている気筒（即ち、吸気行程を迎える気筒）のみについてフューエルカット処理が実行されている。即ち、残りの３つの気筒からは、既に噴射された燃料に基づく燃焼ガスが排気行程を迎える毎に排出されていく。従って、現時点では、ＣＰＵ７１はステップ１６１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６４５を経てステップ１６９５に進む。
【０１７７】
以降、残りの３つの気筒総てが順に図１１のルーチンの処理の対象となることで４つの気筒総てについてフューエルカット処理が実行される状態になるまで、ＣＰＵ７１はステップ１６１５に進む毎に「Ｎｏ」と判定し続ける。
【０１７８】
そして、４つの気筒総てについてフューエルカット処理が実行される状態になると（即ち、新気（空気）が気筒の排気弁３５から排気通路へ排出開始されるようになると）、ＣＰＵ７１はステップ１６１５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６２０に進むようになる。なお、この時点ではカウンタTの値はステップ１６４５の処理により「０」となっている。
【０１７９】
ＣＰＵ７１はステップ１６２０に進むと、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsが、新気の空燃比（相当のリーン空燃比）よりも若干リッチな空燃比に対応する値vlean（図３を参照）未満から同値vlean以上に変化したか否かを判定する。
【０１８０】
現時点は、気筒から新気が排出開始されるようになった直後であって、上流側空燃比センサ６６の検出部には値vleanに対応する空燃比よりも明らかにリッチな燃焼ガス（排ガス）が到達している。即ち、現時点では、出力値vabyfsは値vlean未満となっている。従って、ＣＰＵ７１はステップ１６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６２５に進み、カウンタTを「１」だけインクリメントとする。
【０１８１】
以降、ＣＰＵ７１は、上流側空燃比センサ６６の出力値vabyfsが値vlean未満である限りにおいて、ステップ１６０５、１６１０、１６１５、１６２０、１６２５の処理を繰り返し実行する。この結果、カウンタTは次第に増加していく。即ち、カウンタTは、気筒から新気が排出開始されるようになった時点からの経過時間を表す。
【０１８２】
そして、排気通路中の新気（の先頭部）が上流側空燃比センサ６６の検出部に到達した後、同センサ６６の応答遅れ時間が経過すると、その出力値vabyfsが新気の空燃比に対応する値（即ち、値vlean以上）になる。これにより、ＣＰＵ７１はステップ１６２０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１６３０に進み、応答時間Tsを現時点でのカウンタTの値に設定する。
【０１８３】
この結果、応答時間Tsは、既知の空燃比を有するガスである新気を排気弁３５から排気通路に排出開始した場合において、同排出開始時点から上流側空燃比センサ出力値vabyfsが新気の空燃比に対応する値に変化するまでに要する時間となる。この値は、「上流側空燃比センサ６６の応答性を表す値」となり得る。
【０１８４】
そして、ＣＰＵ７１は続くステップ１６３５に進んで、基準時間Trefから同応答時間Tsを減じた値と、図１７に示した関数funcΔτとに基づいて時定数補正量Δτを決定する。ここで、基準時間Trefは、上流側空燃比センサ６６として前記マスタ品を使用した状態で予め計測されている応答時間Tsである。
【０１８５】
これにより、応答時間Tsが基準時間Trefよりも短いほど（従って、上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも高いほど）時定数補正量Δτはより大きい正の値となる。一方、応答時間Tsが基準時間Trefよりも長いほど（従って、上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも低いほど）時定数補正量Δτはより小さい（より絶対値が大きい）負の値となる。
【０１８６】
そして、ＣＰＵ７１はステップ１６４０に進んで、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfを、基準時定数τhpfbaseに上記決定された時定数補正量Δτを加えた値に設定・更新する。この設定・更新された時定数τhpfは、第１実施形態と同様、図１２のステップ１２２０にて使用される。ここで、基準時定数τhpfbaseは、上記ＰＩコントローラＡ１３のフィードバック制御定数（比例ゲインGp、及び積分ゲインGi）が適合された際（即ち、上流側空燃比センサ６６として前記マスタ品が使用された際）に使用されていたハイパスフィルタＡ１２の時定数であって、例えば、先の図７に示した値τhpf0である。
【０１８７】
以降、フューエルカット処理が継続する限りにおいて、上流側空燃比センサ６６の検出部には新気が到達し続けることでその出力値vabyfsは値vlean以上に維持されるから、ＣＰＵ７１は、ステップ１６２０に進んだとき「Ｎｏ」と判定し続ける。そして、フューエルカット処理が終了すると、ＣＰＵ７１はステップ１６１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６４５の処理を繰り返すようになる。
【０１８８】
このようにして、第２実施形態によれば、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfは、メインフィードバック制御条件が成立している間において、フューエルカット処理が開始・実行される毎に更新され得る。そして、実際の上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも高いほど、時定数τhpfは基準時定数τhpfbaseに対してより大きい値となり、一方、実際の上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも低いほど、時定数τhpfは基準時定数τhpfbaseに対してより小さい値となる。
【０１８９】
この結果、上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品のものと異なっても、メインフィードバック制御系全体の遅れ時間が前記適合遅れ時間に一致するようにハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfが変更され得る。即ち、実際の上流側空燃比センサ６６の応答特性が、固体毎に異なり、また経年変化しても、メインフィードバック制御系全体の遅れ時間が前記適合遅れ時間に一致せしめられる。よって、実際の上流側空燃比センサ６６の応答特性にかかわらず、良好な安定したメインフィードバック制御が維持され得る。
【０１９０】
本発明は上記第２実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の特性として時定数τhpfのみが上流側空燃比センサ６６の応答性（応答時間Ts）に応じて変更可能に構成されているが、時定数τhpfに代えてゲインGhpfのみを上流側空燃比センサ６６の応答性（応答時間Ts）に応じて変更可能に構成されてもよい。
【０１９１】
この場合、具体的には、図１６のステップ１６３５にて、上記基準時間Trefから応答時間Tsを減じた値と、上記関数funcΔτの代わりの図１８に示した関数funcΔGとに基づいてゲイン補正量ΔGが決定される。これにより、応答時間Tsが基準時間Trefよりも短いほど（従って、上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも高いほど）ゲイン補正量ΔGはより小さい（より絶対値が大きい）負の値となる。一方、応答時間Tsが基準時間Trefよりも長いほど（従って、上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも低いほど）ゲイン補正量ΔGはより大きい正の値となる。
【０１９２】
そして、ステップ１６４０にて、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpfが、基準ゲインGhpfbaseに上記決定されたゲイン補正量ΔGを加えた値に設定される。ここで、基準ゲインGhpfbaseは、上記ＰＩコントローラＡ１３のフィードバック制御定数（比例ゲインGp、及び積分ゲインGi）が適合された際（即ち、上流側空燃比センサ６６として前記マスタ品が使用された際）に使用されていたハイパスフィルタＡ１２のゲインであって、例えば、先の図８に示した値Ghpf0である。
【０１９３】
この結果、実際の上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも高いほど、ゲインGhpfは基準ゲインGhpfbaseに対してより小さい値となり、一方、実際の上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品よりも低いほど、ゲインGhpfは基準ゲインGhpfbaseに対してより大きい値となる。この結果、上記第２実施形態と同様、上流側空燃比センサ６６の応答性がマスタ品のものと異なっても、メインフィードバック制御系全体の遅れ時間が前記適合遅れ時間に一致するようにハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpfが変更され得る。従って、これによっても、実際の上流側空燃比センサ６６の応答特性にかかわらず、良好な安定したメインフィードバック制御が維持され得る。
【０１９４】
また、上記第２実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfとローパスフィルタＡ７の時定数τlpfとが異なる値に設定される場合があるが、両時定数が常に等しくなるように両時定数を設定するよう構成されてもよい。この場合、具体的には、上流側空燃比センサ６６の応答性（応答時間Ts）に応じて（図１６のステップ１６４０に従って）設定された時定数τhpfに時定数τlpfを常に一致させるように構成してもよい。
【０１９５】
また、上記第２実施形態においては、フューエルカット処理の実行により、空燃比が既知の新気が排気弁から排気通路に排出されることを利用して上流側空燃比センサ６６の応答性を表す値（応答時間Ts）を取得するように構成されているが、これに代えて、機関に供給される混合気の空燃比を所定の既知のリーン空燃比から所定の既知のリッチ空燃比へと（或いは、その逆へと）周期的・強制的に切り替える制御（所謂「アクティブ制御」）を実行することで、空燃比の切り替え時点から上流側空燃比センサ出力値vabyfsが同切り替え後の空燃比に対応する値になるまでに要する時間を計測し、これを上流側空燃比センサ６６の応答性を表す値として使用するように構成してもよい。
【０１９６】
また、上記第２実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の特性のみを上流側空燃比センサ６６の応答性（応答時間Ts）に応じて変更しているが、これに代えて、或いはこれに加えて、下流側空燃比センサ６７の応答性を表す値を取得し、同取得した値に応じてローパスフィルタＡ７の特性（時定数τlpf、又はゲインGlpf）を変更するように構成してもよい。
【０１９７】
この場合、下流側空燃比センサ６７の応答性を表す値としては、例えば、第１触媒５３の下流であって下流側空燃比センサ６７の上流の排気通路内に空燃比が既知である特定ガス（例えば、新気）を強制的に供給する新気供給装置を設けた場合、特定ガスの供給開始時点から下流側空燃比センサ出力値Voxsが同特定ガスの空燃比に対応する値に変化するまでに要する時間として取得することができる。
【０１９８】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る空燃比制御装置について説明する。この第３実施形態は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsの変化方向（前記「リーン方向変化時」か前記「リッチ方向変化時」か）に応じてローパスフィルタＡ７の時定数τlpf、及びゲインGlpfを変更する点で、第１実施形態と主として異なる。以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１９９】
この相違点に基づき、第３実施形態に係る装置では、ハイパスフィルタＡ１２のゲインGhpf、及び時定数τhpfがそれぞれ所定の一定値Ghpf2，及びτhpf2に維持されている。これらの一定値Ghpf2，及びτhpf2はそれぞれ、例えば、図８に示した値Ghpf0、及び図７に示した値τhpf0に設定される。
【０２００】
また、この装置では、第２実施形態と同様、メインフィードバック制御は上流側空燃比センサ６６が完全活性状態になっている状態でのみ実行され、サブフィードバック制御は下流側空燃比センサ６７が完全活性状態になっている状態でのみ実行される。
【０２０１】
更に、第３実施形態のＣＰＵ７１は図１４、及び図１５に示したルーチンに代えて、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、及び時定数τlpfを設定するための図１９にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行して、現時点が「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるかを判定し、その判定結果に基づいてローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、及び時定数τlpfを変更する。即ち、図１９に示したルーチンは、フィルタ特性変更手段に相当する。
【０２０２】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、所定のタイミングになるとステップ１９００から処理を開始し、ステップ１９０５に進んで、メインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１９３５に直ちに進んで現時点での下流側空燃比センサ出力値Voxsを前回の出力値Voxs1として格納し、ステップ１９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ゲインGlpf、及び時定数τlpfは、現時点での値にそれぞれ維持される。
【０２０３】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとすると、ＣＰＵ７１はステップ１９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１０に進み、出力増加量ΔVoxsを、現時点での下流側空燃比センサ出力Voxsから上記前回の出力値Voxs1を減じた値に設定する。これにより、出力増加量ΔVoxsは、下流側空燃比センサ出力値Voxsが減少している場合に負の値を採り、下流側空燃比センサ出力値Voxsが増加している場合に正の値を採る。
【０２０４】
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１９１５に進み、上記出力増加量ΔVoxsが値「−Vth」（Vthは正の微小値）よりも小さい場合、ステップ１９２０に進む。この場合が「リーン方向変化時」と判定される場合に対応する。
【０２０５】
ＣＰＵ７１はステップ１９２０に進むと、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、及び時定数τlpfを、値Gsmall、及び値τlargeにそれぞれ設定した後、上述したステップ１９３５の処理を行い、ステップ１９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０６】
一方、上記出力増加量ΔVoxsが値「−Vth」以上である場合、ＣＰＵ７１はステップ１９１５からステップ１９２５に進み、上記出力増加量ΔVoxsが値Vthよりも大きい場合にステップ１９３０に進む。この場合が「リッチ方向変化時」と判定される場合に対応する。
【０２０７】
ＣＰＵ７１はステップ１９３０に進むと、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、及び時定数τlpfを、値Glarge（＞上記値Gsmall）、及び値τsmall（＜上記値τlarge）にそれぞれ設定した後、上述したステップ１９３５の処理を行い、ステップ１９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０８】
更に、上記出力増加量ΔVoxsが値「−Vth」以上、値Vth以下の場合（即ち、−Vth≦ΔVoxs≦Vthの場合）、ステップ１９２５からステップ１９３５に直ちに進む。この場合、ゲインGlpf、及び時定数τlpfは、現時点での値にそれぞれ維持される。
【０２０９】
このように、サブフィードバック制御条件が成立している間において、「リーン方向変化時」と判定される場合、「リッチ方向変化時」と判定される場合に比して、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpfが小さめに設定されるとともに時定数τlpfが大きめに設定されることでローパスフィルタＡ７の応答性が低めに設定される。そして、このように設定されたゲインGlpf、及び時定数τlpfは図１３のステップ１３１５の処理にて使用される。
【０２１０】
また、先に述べたように、第１触媒５３の酸素吸蔵量の増加速度と減少速度との差に基づき、「リーン方向変化時」は「リッチ方向変化時」に比して下流側空燃比センサ６７の応答性が実質的に高くなる現象が発生する。
【０２１１】
以上のことから、第３実施形態によれば、現時点が「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるかにかかわらず、サブフィードバック制御系全体の遅れ時間を上記適合時間に常に一致させることができ、この結果、良好な安定したサブフィードバック制御が「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるかにかかわらず維持され得る。
【０２１２】
本発明は上記第３実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第３実施形態においては、ローパスフィルタＡ７の特性としてゲインGlpfと時定数τlpfとが共に、「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるかに応じて変更されるようになっているが、ゲインGlpfと時定数τlpfの何れか一方のみを「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるかに応じて変更するように構成してもよい。
【０２１３】
また、上記第３実施形態においては、「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるかに応じてローパスフィルタＡ７の特性が変更されるようになっているが、「下流側空燃比センサの出力値の状態」としての下流側空燃比センサ出力値Voxsそのものに応じてローパスフィルタＡ７の特性を変更するように構成してもよい。
【０２１４】
この場合、具体的には、下流側空燃比センサ出力値Voxsが所定のリッチ空燃比を示す値Voxsrich（図４を参照）よりもよりリッチ方向の値（即ち、Voxs＞Voxsrich）になっている場合、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、時定数τlpfを「リーン方向変化時」に対応する値（Gsmall,τlarge）にそれぞれ設定することが望ましい。これは、下流側空燃比センサ出力値Voxsが値Voxsrichよりもよりリッチ方向の値（即ち、Voxs＞Voxsrich）になっている場合、出力値Voxsが現時点において空燃比がよりリーンになる方向に変化している（出力値Voxsが減少している）か、近い将来において出力値Voxsが空燃比がよりリーンになる方向に変化する（出力値Voxsが減少する）可能性が高い（即ち、現時点が「リーン方向変化時」となっているか、近い将来において「リーン方向変化時」となる可能性が高い）との知見に基づく。
【０２１５】
同様に、下流側空燃比センサ出力値Voxsが所定のリーン空燃比を示す値Voxslean（図４を参照）よりもよりリーン方向の値（即ち、Voxs＜Voxslean）になっている場合、ローパスフィルタＡ７のゲインGlpf、時定数τlpfを「リッチ方向変化時」に対応する値（Glarge,τsmall）に設定することが望ましい。これは、下流側空燃比センサ出力値Voxsが値Voxsleanよりもよりリーン方向の値（即ち、Voxs＜Voxslean）になっている場合、出力値Voxsが現時点において空燃比がよりリッチになる方向に変化している（出力値Voxsが増加している）か、近い将来において出力値Voxsが空燃比がよりリッチになる方向に変化する（出力値Voxsが増加する）可能性が高い（即ち、現時点が「リッチ方向変化時」となっているか、近い将来において「リッチ方向変化時」となる可能性が高い）との知見に基づく。
【０２１６】
また、上記第３実施形態においては、ハイパスフィルタＡ１２の時定数τhpfとローパスフィルタＡ７の時定数τlpfとが異なる値に設定される場合があるが、両時定数が常に等しくなるように両時定数を設定するよう構成されてもよい。この場合、具体的には、下流側空燃比センサ６７の出力値の状態（「リーン方向変化時」であるか「リッチ方向変化時」であるか）に応じて（ステップ１９２０、又はステップ１９３０にて）設定された時定数τlpfに時定数τhpfを常に一致させるように構成してもよい。
【０２１７】
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態においては、「上流側空燃比センサの出力値に基づく値」である「上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値」として、上流側空燃比センサ６６の検出空燃比abyfsと上流側目標空燃比abyfrとの差が使用されているが、上流側空燃比センサ出力値vabyfsそのものと上流側目標空燃比abyfrに対応する上流側目標値との差、或いは、筒内吸入空気量Mcを検出空燃比abyfsで除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量Mcを目標空燃比abyfrで除した値である目標筒内燃料供給量との差を使用してもよい。
【０２１８】
同様に、上記各実施形態においては、「下流側空燃比センサの出力値に基づく値」である「下流側空燃比センサの出力値と下流側目標値との相違の程度に応じた値」として、下流側空燃比センサ出力値Voxsそのものと下流側目標値Voxsrefとの差が使用されているが、下流側空燃比センサ６７の検出空燃比（図４を参照。）と目標空燃比abyfrとの差を使用してもよい。
【０２１９】
また、上記各実施形態においては、上流側フィードバック補正量としてのメインフィードバック補正係数KFimain（＞０）を基本燃料噴射量Fbaseに乗じることでメインフィードバック制御を実行しているが、同メインフィードバック補正係数KFimainに相当する正負の値を採りえるメインフィードバック補正量を基本燃料噴射量Fbaseに加算することによりメインフィードバック制御を実行してもよい。
【０２２０】
同様に、上記各実施形態においては、下流側フィードバック補正量としてのサブフィードバック補正係数KFisub（＞０）を基本燃料噴射量Fbaseに乗じることでサブフィードバック制御を実行しているが、同サブフィードバック補正係数KFisubに相当する正負の値を採りえるサブフィードバック補正量を基本燃料噴射量Fbaseに加算することによりサブフィードバック制御を実行してもよい。
【０２２１】
また、上記各実施形態においては、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの差DVoxsをローパスフィルタ処理した後の値DVoxslowに基づいてサブフィードバック補正係数KFisubを算出しているが、同下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsをローパスフィルタ処理した後の値と同下流側目標値Voxsrefとの差に基づいて同サブフィードバック補正係数KFisubを算出するように構成してもよい。
【０２２２】
また、上記各実施形態においては、フィルタ（ハイパスフィルタＡ１２、ローパスフィルタＡ７）として、１次フィルタを使用しているが、各フィルタが分担するそれぞれの帯域をさらに明白に分ける必要がある場合、これらのフィルタとして２次以上のフィルタを使用してもよい。
【０２２３】
また、上記各実施形態においては、「上流側空燃比センサの出力値と上流側目標値との相違の程度に応じた値」としての上流側空燃比偏差DabyfをハイパスフィルタＡ１２に入力してメインフィードバック補正係数KFimainを算出するようになっているが（図５を参照）、図２０に示すように、前記上流側空燃比偏差Dabyfの代わりに上流空燃比センサ６６の検出空燃比abyfsを直接ハイパスフィルタＡ１２に入力してメインフィードバック補正係数KFimainを算出するように構成してもよい。
【０２２４】
上記各実施形態においてハイパスフィルタＡ１２に入力される上流側空燃比偏差Dabyfは、上流空燃比センサ６６の検出空燃比abyfsから上流側目標空燃比abyfr（原則的に、理論空燃比で一定）を減じた値である。従って、上流側空燃比偏差Dabyfを示す信号は、検出空燃比abyfsを示す信号と、変動の中心値が異なる一方で同じタイミング、同じ振幅で増減する同一の波形を有する信号となる。
【０２２５】
よって、ハイパスフィルタＡ１２を通過した後のカットオフ周波数ωhpf以上の高周波数成分からなる上記ハイパスフィルタ通過後上流側空燃比偏差Dabyfhiを示す信号は、検出空燃比abyfsをハイパスフィルタＡ１２に入力した場合の同ハイパスフィルタＡ１２の出力値を示す信号と、全く同一の値をとる信号となる。
【０２２６】
以上のことから、図５に示した機能ブロック図において上流側空燃比偏差算出手段Ａ１１を省略した図２０に示した機能ブロック図に基づく構成においても、上記各実施形態と全く同一の作用・効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０２２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る空燃比制御装置を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示したエアフローメータの出力電圧と計測された吸入空気流量との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図４】図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係をそれぞれ示したグラフである。
【図５】図１に示した空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図６】図５に示したハイパスフィルタ、及びローパスフィルタについての周波数−ゲイン特性をそれぞれ示した図である。
【図７】図１に示したＣＰＵが参照する上流側空燃比センサのアドミタンスとハイパスフィルタの時定数との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図８】図１に示したＣＰＵが参照する上流側空燃比センサのアドミタンスとハイパスフィルタのゲインとの関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図９】図１に示したＣＰＵが参照する下流側空燃比センサのアドミタンスとローパスフィルタの時定数との関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが参照する下流側空燃比センサのアドミタンスとローパスフィルタのゲインとの関係を規定したテーブルを示したグラフである。
【図１１】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量計算のためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】図１に示したＣＰＵが実行するメインフィードバック補正係数を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが実行するサブフィードバック補正係数を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】図１に示したＣＰＵが実行するハイパスフィルタのゲイン、時定数を設定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】図１に示したＣＰＵが実行するローパスフィルタのゲイン、時定数を設定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵが実行するハイパスフィルタの時定数を設定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵがハイパスフィルタの時定数補正量を決定する際に使用する関数に基づく、基準時間と応答時間の差と、時定数補正量との関係を示したグラフである。
【図１８】本発明の第２実施形態の変形例に係る空燃比制御装置のＣＰＵがハイパスフィルタのゲイン補正量を決定する際に使用する関数に基づく、基準時間と応答時間の差と、ゲイン補正量との関係を示したグラフである。
【図１９】本発明の第３実施形態に係る空燃比制御装置のＣＰＵが実行するローパスフィルタのゲイン、時定数を設定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図２０】本発明の各実施形態の変形例に係る空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図２１】従来の空燃比制御装置が使用するハイパスフィルタ、及びローパスフィルタについての周波数−ゲイン特性をそれぞれ示した図である。
【符号の説明】
【０２２８】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３９…インジェクタ、５２…エキゾーストパイプ（排気管）、５３…三元触媒（第１触媒）、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ、Ａ７…ローパスフィルタ、Ａ１２…ハイパスフィルタ、Ａ１４…ＨＰＦ特性変更手段、Ａ１５…ＬＰＦ特性変更手段
【図１】
2006090207.tif 000003
【図２】
2006090207.tif 000004
【図３】
2006090207.tif 000005
【図４】
2006090207.tif 000006
【図５】
2006090207.tif 000007
【図６】
2006090207.tif 000008
【図７】
2006090207.tif 000009
【図８】
2006090207.tif 000010
【図９】
2006090207.tif 000011
【図１０】
2006090207.tif 000012
【図１１】
2006090207.tif 000013
【図１２】
2006090207.tif 000014
【図１３】
2006090207.tif 000015
【図１４】
2006090207.tif 000016
【図１５】
2006090207.tif 000017
【図１６】
2006090207.tif 000018
【図１７】
2006090207.tif 000019
【図１８】
2006090207.tif 000020
【図１９】
2006090207.tif 000021
【図２０】
2006090207.tif 000022
【図２１】
2006090207.tif 000023