(57)【要約】      （修正有）【課題】空燃比制御装置に関し、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されることを防止する。【解決手段】サブフィードバック制御では、サブ酸素センサ３４の出力信号oxsと基準信号との偏差に基づく値をサブフィードバック入力信号とし、入力信号をゼロに近づけるための補正燃料量fisfb，fisfbgを出力する。メインフィードバック制御では、メイン酸素センサ３２の出力信号abyfから推定される実燃料量fiactと目標空燃比afrefから決まる目標燃料量firef(i-n)との偏差をメインフィードバック入力信号とし、入力信号をゼロに近づけるための補正燃料量fimfbを出力する。メインフィードバック入力信号からサブフィードバック制御による補正燃料量fisfb(i-n)，fisfbg(i-n)を差し引き、補正燃料量fisfb(i-n)，fisfbg(i-n)が差し引かれたメインフィードバック入力信号を用いてメインフィードバック制御を行う。【選択図】図２
2006307705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路において触媒の上流に配置されたメイン酸素センサと、
前記触媒の下流に配置されたサブ酸素センサと、
前記メイン酸素センサの出力信号から推定される実燃料量と目標空燃比から決まる目標燃料量との偏差をメインフィードバック入力信号とし、前記メインフィードバック入力信号の入力を受けて前記メインフィードバック入力信号をゼロに近づけるための補正燃料量を出力するメインフィードバック制御手段と、
前記サブ酸素センサの出力信号と所定の基準信号との偏差に基づく値をサブフィードバック入力信号とし、前記サブフィードバック入力信号の入力を受けて前記サブフィードバック入力信号をゼロに近づけるための補正燃料量を出力するサブフィードバック制御手段と、
前記メインフィードバック入力信号から前記サブフィードバック制御手段から出力される前記補正燃料量を差し引き、前記補正燃料量が差し引かれた前記メインフィードバック入力信号を前記メインフィードバック制御手段に入力する入力信号補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記サブフィードバック制御手段によるフィードバック制御には微分動作が含まれ、
前記入力信号補正手段は、前記サブフィードバック制御手段から出力される前記補正燃料量のうち少なくとも前記微分動作により得られた補正燃料量を前記メインフィードバック入力信号から差し引くことを特徴とする請求項１記載の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空燃比制御装置に関し、特に、触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素センサを配置し、これら酸素センサの出力信号に基づいて燃料供給量を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気通路における触媒（三元触媒）の上流側にＡ／Ｆセンサを配置し、触媒の下流側にＯ2センサを配置し、これら２つの酸素センサの出力信号に基づいて空燃比を制御する装置が知られている（例えば特許文献１，２を参照）。Ａ／Ｆセンサは空燃比に対してリニアな出力特性を有する酸素センサであり、Ｏ2センサは空燃比に対し理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有する酸素センサである。このような２つの酸素センサを備えた空燃比制御装置（以下、従来装置という）では、Ａ／Ｆセンサの出力信号に基づき、触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比になるよう燃料量がフィードバック制御されている（以下、この制御をメインフィードバック制御という）。また、このメインフィードバック制御と併せて、Ｏ2センサの出力信号に基づきＡ／Ｆセンサの出力信号を補正する制御も行われている（以下、この制御をサブフィードバック制御という）。
【０００３】
従来装置は、メインフィードバック制御において、Ａ／Ｆセンサの出力信号と目標空燃比に応じた目標信号との偏差からフィードバック制御信号を算出している。メインフィードバック制御で用いられる目標空燃比は、触媒が最も効率的に排気ガスを浄化することのできる空燃比（通常は理論空燃比）に設定されている。ところが、Ａ／Ｆセンサのゼロ出力点のズレや出力特性の変化等、種々の要因により、メインフィードバック制御が実行されているにもかかわらず、排気ガスの実空燃比が理論空燃比に対してリッチ側、或いはリーン側に偏ることがある。触媒には酸素を吸蔵する能力があり、酸素の吸蔵／放出によって触媒雰囲気を理論空燃比近傍に保持している。しかし、排気空燃比が何れかの側に偏った傾向が継続すれば、やがて触媒の酸素吸蔵状態が枯渇状態になって排気ガス中のＨＣやＣＯを浄化できなくなったり（リッチ側に偏った場合）、逆に触媒の酸素吸蔵状態が飽和状態になってＮＯｘを浄化できなくなったりしてしまう（リーン側に偏った場合）。
【０００４】
サブフィードバック制御は、メインフィードバック制御を補完し、内燃機関のエミッション特性を向上させるために実行される。従来装置は、サブフィードバック制御において、Ｏ2センサの出力信号と理論空燃比に応じた基準信号との偏差からＡ／Ｆセンサ出力の補正量を算出し、Ａ／Ｆセンサの出力信号を補正している。これによれば、排気空燃比の理論空燃比からのずれがメインフィードバック制御のフィードバック制御信号に反映されることになるので、Ａ／Ｆセンサのゼロ出力点のずれ等による空燃比制御のずれを補正して正確な空燃比制御を行うことが可能になる。
【特許文献１】特開平７−１９７８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１８３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気エミッションを良好に保つためには、メインフィードバック制御による空燃比の変動の範囲内において、触媒雰囲気が常に理論空燃比近傍に維持される必要がある。触媒雰囲気を理論空燃比近傍に維持するためには、触媒に吸蔵されている酸素の過不足量に応じて、触媒に流入する排気ガス中の酸素量を制御すればよい。上記の従来装置では、Ｏ2センサの出力信号に基づくＡ／Ｆセンサの出力信号の補正によって、触媒に流入する排気ガス中の酸素量が制御されている。しかしながら、Ａ／Ｆセンサの出力信号からは、触媒に流入する排気ガス中の酸素量の増減は分かるものの、その絶対量までは分からない。したがって、Ａ／Ｆセンサの出力信号の補正によっては、触媒に流入する排気ガス中の酸素量を触媒の酸素過不足量に応じて正確に制御することは難しい。
【０００６】
触媒に流入する排気ガス中の酸素の絶対量は、内燃機関に供給される燃料の絶対量に対応している。したがって、サブフィードバック制御として、従来装置のようにＡ／Ｆセンサの出力信号を補正するのではなく、Ｏ2センサの出力信号に基づいて内燃機関に供給される燃料量を直接補正すれば、触媒の酸素過不足量に応じてより正確に触媒に流入する排気ガス中の酸素量を制御することができると考えられる。この場合、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で別々に補正燃料量が算出され、各補正燃料量が基本燃料量に加算されることになる。
【０００７】
しかし、従来装置のメインフィードバック制御は、前述のように、Ａ／Ｆセンサの出力信号を目標信号に一致させるよう燃料量をフィードバック制御するものである。このため、サブフィードバック制御による燃料量の補正によって空燃比が変化すると、メインフィードバック制御はその空燃比の変化を打ち消すように燃料量を補正してしまう。メインフィードバック制御としてＰＩ制御が実施されている場合には、特に、カウンタ補正（Ｉ動作）によって、サブフィードバック制御による空燃比の変化を打ち消すように燃料量の補正が行われる。また、メインフィードバック制御が空燃比の変化を打ち消す効果は、急激な空燃比の変化に対して特に顕著であるため、サブフィードバック制御としてＰＩＤ制御が実施される場合には、Ｄ動作によって得られる空燃比の変化が特に顕著に打ち消されることになる。
【０００８】
このように、単純にサブフィードバック制御をメインフィードバック制御と並行して実施したとしても、メインフィードバック制御がサブフィードバック制御と干渉し、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されてしまう。したがって、サブフィードバック制御をメインフィードバック制御と並行して実施する場合には、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を防止するための何等かの対策が必要となる。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されることを防止した内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
内燃機関の排気通路において触媒の上流に配置されたメイン酸素センサと、
前記触媒の下流に配置されたサブ酸素センサと、
前記メイン酸素センサの出力信号から推定される実燃料量と目標空燃比から決まる目標燃料量との偏差をメインフィードバック入力信号とし、前記メインフィードバック入力信号の入力を受けて前記メインフィードバック入力信号をゼロに近づけるための補正燃料量を出力するメインフィードバック制御手段と、
前記サブ酸素センサの出力信号と所定の基準信号との偏差に基づく値をサブフィードバック入力信号とし、前記サブフィードバック入力信号の入力を受けて前記サブフィードバック入力信号をゼロに近づけるための補正燃料量を出力するサブフィードバック制御手段と、
前記メインフィードバック入力信号から前記サブフィードバック制御手段から出力される前記補正燃料量を差し引き、前記補正燃料量が差し引かれた前記メインフィードバック入力信号を前記メインフィードバック制御手段に入力する入力信号補正手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記サブフィードバック制御手段によるフィードバック制御には微分動作が含まれ、
前記入力信号補正手段は、前記サブフィードバック制御手段から出力される前記補正燃料量のうち少なくとも前記微分動作により得られた補正燃料量を前記メインフィードバック入力信号から差し引くことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
サブフィードバック制御手段によって燃料量が補正される結果、メイン酸素センサの出力信号には、サブフィードバック制御手段による燃料量の補正の効果が反映されている。このため、メインフィードバック制御手段に入力される入力信号にも、サブフィードバック制御手段による燃料量の補正の効果が反映されている。しかし、メインフィードバック入力信号に反映されているサブフィードバック制御手段による燃料量の補正の効果は、前記入力信号からサブフィードバック制御手段から出力される補正燃料量を差し引くことで除去することができる。
【００１３】
本発明によれば、サブフィードバック制御手段による燃料量の補正の効果が除去された入力信号がメインフィードバック制御手段に入力されるので、メインフィードバック制御手段から出力される補正燃料量にはサブフィードバック制御手段による燃料量の補正の効果を打ち消す成分は含まれない。つまり、本発明によれば、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されてしまうことがない。これにより、触媒の酸素過不足量に応じて触媒に流入する排気ガス中の酸素量を正確に制御することができ、触媒雰囲気を理論空燃比近傍に保持して排気エミッションを良好に保つことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１５】
［エンジンシステムの構成］
図１は本発明の実施の形態１としての内燃機関の空燃比制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。本実施形態にかかる内燃機関２の燃焼室１６には、吸気通路４と排気通路６が接続されている。燃焼室１６と吸気通路４との接続部にはその連通状態を制御する吸気弁８が設けられ、燃焼室１６と排気通路６との接続部にはその連通状態を制御する排気弁１０が設けられている。吸気通路４にはエアクリーナ２０が配置され、エアクリーナ２０の下流には燃焼室１６内へ流入する新気の量を調整する電子制御式のスロットル弁１８が配置されている。吸気通路４の吸気弁８の近傍には、燃焼室１６に燃料を供給するためのインジェクタ１２が取り付けられている。排気通路６には排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４０が配置されている。
【００１６】
内燃機関２はその制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は複数のセンサによって検出される内燃機関２の作動データに基づき内燃機関２の作動に係わる各種機器を総合的に制御する。ＥＣＵ３０の入力側にはＡ／Ｆセンサ３２、Ｏ2センサ３４、及びエアフローメータ３６が接続されている。Ａ／Ｆセンサ３２は排気通路６において三元触媒４０の上流に配置され、三元触媒４０に流入する排気ガスの空燃比にリニアに対応する信号を出力する。Ｏ2センサ３４は排気通路６において三元触媒４０の下流に配置され、三元触媒４０から流出する排気ガスの空燃比の状態（リーン或いはリッチ）を示す信号を出力する。Ｏ2センサ３４は空燃比に対し理論空燃比を基準にしてリッチ側とリーン側とで出力が急変する出力特性を有している。また、エアフローメータ３６はエアクリーナ２０の直ぐ下流部分に設けられ、吸入空気流量に応じた信号を出力する。一方、ＥＣＵ３０の出力側にはインジェクタ１２が接続されている。ＥＣＵ３０は、各センサ３２，３４，３６からの信号に基づいて燃料噴射量や燃料噴射タイミングを演算し、インジェクタ１２に駆動信号を供給している。なお、ＥＣＵ３０にはこれらのセンサ３２，３４，３６やインジェクタ１２以外にも複数のセンサや機器が接続されているが、ここではその説明は省略する。
【００１７】
［空燃比制御の説明］
ＥＣＵ３０は、内燃機関２の制御の一つとして、内燃機関２の運転中、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるようにインジェクタ１２から噴射される燃料量を制御する空燃比制御を実施している。空燃比制御は、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号に基づいて燃料量を制御するメインフィードバック制御と、Ｏ2センサ３４の出力信号に基づいて燃料量を制御するサブフィードバック制御とからなる。図２はＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する際の機能ブロック図である。以下、図２を参照しながら、ＥＣＵ３０により実行される空燃比制御について説明する。
【００１８】
（１）基本燃料量の算出
ＥＣＵ３０は、目標空燃比設定部１０２と基本燃料量算出部１０４を含んでいる。目標空燃比設定部１０２は、エンジン回転数やスロットル開度に基づき、内燃機関２に供給される混合気の目標空燃比afrefを設定する。基本燃料量算出部１０４は、エアフローメータ３６の出力信号から得られた吸入空気量Gaを、目標空燃比設定部１０２で設定された目標空燃比afrefで除算することにより、基本燃料量firefを算出する。なお、吸入空気量Gaはサイクル毎に取得され、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されていく。
【００１９】
（２）最終燃料量の算出
ＥＣＵ３０は、サブ燃料量補正部１０６とメイン燃料量補正部１０８を含んでいる。サブ燃料量補正部１０６は、基本燃料量算出部１０４で得られた基本燃料量firefに、後述するサブフィードバック制御によって得られたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbとサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgとを加算する。メイン燃料量補正部１０８は、サブ燃料量補正部１０６で補正された燃料量に、さらに、後述するメインフィードバック制御によって得られたメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを加算する。こうして、基本燃料量firefにサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg、及びメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを加算して得られる燃料量（firef＋fisfb＋fisfbg＋fimfb）が最終燃料量となり、この最終燃料量がインジェクタ１２から噴射される。
【００２０】
（３）サブＦ／Ｂ補正燃料量の算出
サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbは、以下に説明するサブフィードバック制御を実行することにより得られる。ＥＣＵ３０は、サブフィードバック制御のための手段として、電圧−空燃比変換マップ１４８、燃料量換算部１３４、吸入空気量遅延部１３２、基準空燃比設定部１３０、基準燃料量設定部１３６、燃料偏差量算出部１３８、及びＰＩＤコントローラ１４０を含んでいる。
【００２１】
Ｏ2センサ３４の出力信号は、触媒４０の下流における排気ガスの空燃比に応じて変化する。理論空燃比に対応するＯ2センサ３４の出力信号（基準信号）は０．５Ｖであり、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときにはＯ2センサ３４の出力信号は０．５Ｖよりも大きく、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときにはＯ2センサ３４の出力信号は０．５Ｖよりも小さくなる。電圧−空燃比変換マップ１４８は、Ｏ2センサ３４の出力信号（電圧値）を排気ガスの空燃比に変換するためのマップである。Ｏ2センサ３４の出力信号oxsは、電圧−空燃比変換マップ１４８において空燃比afoxsに変換され、燃料量換算部１３４へ出力される。
【００２２】
燃料量換算部１３４は、吸入空気量Ga(i-m)を空燃比afoxsで除算することにより、空燃比afoxsを燃料量fisに換算する。吸入空気量Ga(i-m)は、吸入空気量遅延部１３２によってＥＣＵ３０のメモリから読み出される。吸入空気量遅延部１３２は、メモリに記憶されている吸入空気量Gaのうち、現時点（第ｉサイクル）からｍサイクル前の吸入空気量Ga(i-m)を読み出す。なお、ｍはインジェクタ１２から燃料が噴射されてから、その燃料を含む排気ガスがＯ2センサ３４に到達するまでの時間（サイクル数）に相当している。
【００２３】
基準燃料量設定部１３６は、サブフィードバック制御の目標値としての基準燃料量fisrefを設定する。基準燃料量fisrefは、基準空燃比設定部１３０で設定される基準空燃比afoxsrefを吸入空気量Ga(i-m)で除算することによって算出される。基準空燃比設定部１３０は、Ｏ2センサ３４の基準信号に対応する理論空燃比を基準空燃比afoxsrefとして設定している。
【００２４】
燃料偏差量算出部１３８は、燃料量換算部１３４で空燃比afoxsから換算された燃料量fisと、基準燃料量設定部１３６で設定された基準燃料量fisrefとの燃料偏差量dfis（dfis＝fis−fisref）を算出する。この燃料偏差量dfisはＯ2センサ３４の出力信号oxsと基準信号（０．５Ｖ）との偏差に基づく値であり、この燃料偏差量dfisがサブフィードバック制御におけるサブフィードバック入力信号となる。
【００２５】
ＰＩＤコントローラ１４０は、次式（１）で示すように、燃料量換算部１３４で得られた燃料偏差量dfisをサブフィードバック入力信号とし、このサブフィードバック入力信号をＰＩＤ制御することによってサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbを算出する。式（１）において、Sdfisは燃料偏差量dfisの時間積分値であり、Ddfisは燃料偏差量dfisの時間微分値である。また、GpsfbはＰ動作（比例動作）の比例ゲイン、GisfbはＩ動作（積分動作）の積分ゲイン、GdsfbはＤ動作（微分動作）の微分ゲインである。
fisfb = Gpsfb・dfis + Gisfb・Sdfis + Gdsfb・Ddfis ・・・（１）
【００２６】
（４）サブＦ／Ｂ学習燃料量の算出
サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgは、ＰＩＤコントローラ１４０で算出されたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbから学習される。ＥＣＵ３０は、学習のための手段として、サブＦ／Ｂ学習部１４２を含んでいる。サブＦ／Ｂ学習部１４２におけるサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgの学習は次のようにして行われる。
【００２７】
先ず、サブＦ／Ｂ学習部１４２は、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgの更新のためのデータを算出する。学習更新用データfisfbsmは、上記の式（１）により算出されるサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbをなまし処理することによって得られる数値である。なまし処理には、例えばローパスフィルタを用いることができる。サブＦ／Ｂ学習部１４２は、学習更新用データfisfbsmを次式（２）によって処理することで、学習更新量dfisfbgを算出する。
dfisfbg = fisfbsm/M ・・・（２）
上記の式（２）は、学習更新用データfisfbsmの１／ＭがサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgの更新に反映されることを表している。学習更新反映量Ｍは１より大きい数値である。
【００２８】
上記の式（２）で算出された学習更新量dfisfbgは、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgの更新量である。本実施形態では、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgは学習更新量dfisfbgの積算値として表される。サブＦ／Ｂ学習部１４２は、次式（３）に示すようにサブＦ／Ｂ学習燃料量の前回値fisfbg(i-1)に学習更新量dfisfbgを加算し、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgを更新する。
fisfbg(i)= fisfbg(i-1) + dfisfbg ・・・（３）
【００２９】
サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgの更新後、サブＦ／Ｂ学習部１４２は、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgの分だけ二重補正にならないよう、ＰＩＤコントローラ１４０で算出されたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbを修正する。次式（４）において左辺のfisfbは修正後のサブＦ／Ｂ補正燃料量であり、右辺のfisfbは修正前のサブＦ／Ｂ補正燃料量（式（１）で算出されるサブＦ／Ｂ補正燃料量）である。
fisfb = fisfb - dfisfbg ・・・（４）
上記の処理により、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbに含まれる定常成分は、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbからサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgに移し変えられる。
【００３０】
燃料合算部１４４は、サブＦ／Ｂ学習部１４２で更新されたサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgを、式（４）により修正されたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbに合算する。合算により得られる合計燃料量（fisfb＋fisfbg）が、サブフィードバック制御におけるサブフィードバック制御信号となる。燃料合算部１４４は、合計燃料量（fisfb＋fisfbg）をサブ燃料量補正部１０６へ出力する。
【００３１】
（５）メインＦ／Ｂ補正燃料量の算出
メインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbは、以下に説明するメインフィードバック制御を実行することにより得られる。ＥＣＵ３０は、メインフィードバック制御のための手段として、目標燃料量設定部１１０、実燃料量算出部１１４、吸入空気量遅延部１１２、Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６、除去燃料量設定部１４６、燃料偏差量算出部１１８、及びＰＩコントローラ１２０を含んでいる。
【００３２】
本実施形態にかかるメインフィードバック制御では、フィードバック制御の目標値として目標燃料量firef(i-n)が用いられる。目標燃料量firef(i-n)は、現時点（第ｉサイクル）からｎサイクル前の基本燃料量firefである。基本燃料量firefは基本燃料量算出部１０４においてサイクル毎に算出され、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されていく。目標燃料量設定部１１０は、メモリに記憶されている基本燃料量firefのうち、現時点からｎサイクル前の基本燃料量firef(i-n)を読み出して目標燃料量として設定する。なお、ｎはインジェクタ１２から燃料が噴射されてから、その燃料を含む排気ガスがＡ／Ｆセンサ３２に到達するまでの時間（サイクル数）に相当している。
【００３３】
メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号が用いられる。Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号は、電圧−空燃比マップによって空燃比abyfに変換される。実燃料量算出部１１４は、吸入空気量Ga(i-n)を空燃比abyfで除算することにより、空燃比abyfを燃料量（実燃料量）fiactに換算する。吸入空気量Ga(i-n)は、吸入空気量遅延部１１２によってＥＣＵ３０のメモリから読み出される。吸入空気量遅延部１１２は、メモリに記憶されている吸入空気量Gaのうち、現時点（第ｉサイクル）からｎサイクル前の吸入空気量Ga(i-n)を読み出す。
【００３４】
Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６は、実燃料量算出部１１４で算出された実燃料量fiactから、除去対象燃料量を差し引くことにより、メインフィードバック制御の対象となる燃料量（Ｆ／Ｂ対象燃料量）fimを算出する。除去対象燃料量は、現時点（第ｉサイクル）からｎサイクル前のサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)とサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)である。サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgは、前述のサブフィードバック制御によってサイクル毎に算出され、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されていく。除去燃料量設定部１４６は、メモリに記憶されている各燃料量fisfb，fisfbgのうち、現時点からｎサイクル前の各燃料量fisfb(i-n)，fisfbg(i-n)を読み出して除去対象燃料量として設定する。このように、実燃料量fiactからサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)を差し引いてＦ／Ｂ対象燃料量fimとするのは、次のような理由による。
【００３５】
サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgが基本燃料量firefに加算されることにより、燃料はその分増量（或いは減量）されてインジェクタ１２から噴射される。増量（或いは減量）された燃料は、触媒４０の雰囲気を理論空燃比近傍に保持するように作用する。しかし、単純に実燃料量fiactをメインフィードバック制御のＦ／Ｂ対象燃料量とすると、メインフィードバック制御は、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgを実燃料量fiactと目標燃料量firef(i-n)とを乖離させようとする外乱と判断し、これら燃料量fisfb，fisfbgを相殺するようにメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを設定してしまう。つまり、この場合、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されてしまうことになる。
【００３６】
そこで、本実施形態にかかるメインフィードバック制御では、上記のように、実燃料量fiactからサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)を差し引いてＦ／Ｂ対象燃料量fimとしている。これによれば、Ｆ／Ｂ対象燃料量fimと目標燃料量firef(i-n)との偏差にサブフィードバック制御の影響が含まれなくなるので、メインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbによってサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgが相殺されることがなくなる。つまり、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されるのを防止することができる。本実施形態では、Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６及び除去燃料量設定部１４６が、第１の発明の「入力信号補正手段」に相当している。
【００３７】
燃料偏差量算出部１１８は、Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６で算出されたＦ／Ｂ対象燃料量fimと、目標燃料量設定部１１０で設定された目標燃料量firef(i-n)との燃料偏差量dfim（dfim＝fim−firef(i-n)）を算出する。
【００３８】
ＰＩコントローラ１２０は、次式（５）で示すように、燃料偏差量算出部１１８で算出された燃料偏差量dfimを入力信号（メインフィードバック入力信号）とし、このメインフィードバック入力信号をＰＩ制御することによってメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbを算出する。式（５）において、dfisumは燃料偏差量dfimの時間積分値である。また、GainpはＰ動作（比例動作）の比例ゲイン、GainiはＩ動作（積分動作）の積分ゲインである。
fimfb = Gainp・dfim + Gaini・dfisum ・・・（５）
算出されたメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbは、メイン燃料量補正部１０８へ出力される。
【００３９】
（６）メインフィードバック制御のフローの説明
ＥＣＵ３０は、以上説明したメインＦ／Ｂ補正燃料量の算出処理を、図３に示すルーチンに従って実行する。図３は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行するメインＦ／Ｂ補正燃料量の算出処理のルーチンを示すフローチャートである。
【００４０】
図３に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、目標空燃比afrefが読込まれる。続くステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０６では、現時点（第ｉサイクル）における吸入空気量Ga(i)、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i)、及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i)が読み込まれ、それぞれメモリに記憶される。また、ステップＳ１０８では、吸入空気量Ga(i)と目標空燃比afrefとから基本燃料量firef(i)が算出され、目標燃料量としてメモリに記憶される。
【００４１】
次のステップＳ１１０では、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号から空燃比abyfが読込まれる。続くステップＳ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１１６，Ｓ１１８では、現時点からｎサイクル前の目標燃料量firef(i-n)、吸入空気量Ga(i-n)、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)、及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)が、それぞれメモリから読み出される。
【００４２】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で読込まれた空燃比abyfと、ステップＳ１１４で読み出された吸入空気量Ga(i-n)とから実燃料量fiactが算出される。ステップＳ１２２では、ステップＳ１２０で算出された実燃料量fiactから、ステップＳ１１６，Ｓ１１８でそれぞれ読み出されたサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)を差し引いてメインＦ／Ｂ対象燃料量fimが算出される。
【００４３】
次のステップＳ１２４では、ステップＳ１２０で算出されたメインＦ／Ｂ対象燃料量fimから、ステップＳ１１２で読み出された目標燃料量firef(i-n)を差し引いて燃料偏差量dfimが算出され、ステップＳ１２６では、燃料偏差量dfimの積算値dfisumが算出される。積算値dfisumは、前回サイクルにおいて算出された積算値dfisum(i-1)にステップＳ１２４で算出された燃料偏差量dfimを積算することにより得られる。
【００４４】
そして、最後のステップＳ１２８において、ステップＳ１２４で算出された燃料偏差量dfimと、ステップＳ１２６で算出された積算値dfisumのそれぞれにゲインGainp，Gainiを乗じて加算することにより、メインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbが算出される。
【００４５】
［本実施形態の空燃比制御装置の利点］
以上説明した通り、本実施形態の空燃比制御装置によれば、実燃料量fiactからサブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)を差し引いた燃料量がメインＦ／Ｂ対象燃料量fimとされるので、ＰＩ制御によって算出されるメインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbには、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgを相殺する成分は含まれない。つまり、本実施形態の空燃比制御装置によれば、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されてしまうことがない。これにより、触媒４０の酸素過不足量に応じて触媒４０に流入する排気ガス中の酸素量を正確に制御することができ、触媒４０の雰囲気を理論空燃比近傍に保持して排気エミッションを良好に保つことが可能になる。
【００４６】
実施の形態２．
以下、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
【００４７】
本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態１と同構成のエンジンシステムに適用され、実施の形態１と同様にＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する。本実施形態は、実施の形態１とは、ＥＣＵ３０の空燃比制御装置としての機能に相違がある。
【００４８】
［空燃比制御の説明］
排気エミッションを良好に保つためには、触媒４０の雰囲気を理論空燃比近傍に保持することが必要であるが、そのためには、Ａ／Ｆセンサ３２の出力信号に含まれる定常的なずれ量に応じて燃料量を補正することと、何等かの外乱による触媒４０の酸素吸蔵状態の急速な変化に応じて燃料量を補正することが求められる。サブフィードバック制御信号のうち、前者の要求に特に対応するのは、サブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgである。一方、後者の要求に特に対応するのは、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfbのうちＰＩＤ制御のＤ動作による補正燃料量（サブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量）fisfbdである。したがって、サブＦ／Ｂ補正燃料量fisfb(i-n)のうちサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)のみを実燃料量fiactから差し引くだけでも、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果を十分に維持することができる。
【００４９】
図４は本実施形態においてＥＣＵ３０が空燃比制御装置として機能する際の機能ブロック図である。以下、図４を参照しながら、ＥＣＵ３０により実行される空燃比制御について説明する。なお、図４中、実施の形態１と共通する機能については、同一の符号を付し、それらについての重複する説明は省略するものとする。
【００５０】
図４に示すように、ＰＩＤコントローラ１４０は、ＰＩコントローラ１５０とＤコントローラ１５２とから構成されている。ＰＩコントローラ１５０は、燃料量換算部１３６で得られた燃料偏差量dfisをサブフィードバック入力信号とし、このサブフィードバック入力信号をＰＩ制御することによってＰ動作による補正燃料量（サブＦ／Ｂ−Ｐ補正燃料量）fisfbpとＩ動作による補正燃料量（サブＦ／Ｂ−Ｉ補正燃料量）fisfbiとを算出する。Ｄコントローラ１５２は、同じく過不足燃料量dfisをサブフィードバック入力信号とし、このサブフィードバック入力信号をＤ制御することによってサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbdを算出する。
【００５１】
本実施形態では、Ｄコントローラ１５２で算出されたサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbdと、サブＦ／Ｂ学習部１４２で算出されたサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgとが燃料合算部１５４において合算され、その合計燃料量（fisfbd＋fisfbg）がＥＣＵ３０のメモリに記憶される。さらに、燃料合算部１５６では、上記の合計燃料量（fisfbd＋fisfbg）にさらにＰＩコントローラ１５０で算出されたサブＦ／Ｂ−Ｐ補正燃料量fisfbpとサブＦ／Ｂ−Ｉ補正燃料量fisfbiとが合算され、その合計燃料量（fisfb＋fisfbg）がサブ燃料量補正部１０６へ出力される。
【００５２】
メインフィードバック制御において、その対象となるＦ／Ｂ対象燃料量fimの算出においては、ＥＣＵ３０のメモリに記憶されたサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbdとサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgが除去燃料量として用いられる。除去燃料量設定部１５８は、メモリに記憶されている各燃料量fisfbd，fisfbgのうち、現時点からｎサイクル前の各燃料量fisfbd(i-n)，fisfbg(i-n)を読み出して除去対象燃料量として設定する。Ｆ／Ｂ対象燃料量算出部１１６は、実燃料量算出部１１４で算出された実燃料量fiactから、除去対象燃料量fisfbd(i-n)，fisfbg(i-n)を差し引くことにより、Ｆ／Ｂ対象燃料量fimを算出する。
【００５３】
図５は、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行するメインＦ／Ｂ補正燃料量の算出処理のルーチンを示すフローチャートである。図５中、実施の形態１と共通する処理については、同一のステップ番号を付している。図５に示すように、本実施形態で実行されるメインＦ／Ｂ補正燃料量の算出処理は、ステップＳ１０４の処理の代わりにステップＳ１３０の処理を実行し、ステップＳ１１６の処理の代わりにステップＳ１３２の処理を実行し、ステップＳ１２２の処理の代わりにステップＳ１３４の処理を実行する点のみ実施の形態１と相違しており、他の処理は実施の形態１と共通している。
【００５４】
ステップＳ１３０では、現時点（第ｉサイクル）におけるサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbd(i)が読み込まれ、メモリに記憶される。Ｓ１３２では、現時点からｎサイクル前のサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbd(i-n)がメモリから読み出される。そして、ステップＳ１３４では、ステップＳ１２０で算出された実燃料量fiactから、ステップＳ１３２，Ｓ１１８でそれぞれ読み出されたサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbd(i-n)及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)を差し引いてメインＦ／Ｂ対象燃料量fimが算出される。
【００５５】
［本実施形態の空燃比制御装置の利点］
以上説明した通り、本実施形態の空燃比制御装置によれば、実燃料量fiactからサブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbd(i-n)及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbg(i-n)を差し引いた燃料量がメインＦ／Ｂ対象燃料量fimとされるので、メインＦ／Ｂ補正燃料量fimfbには、サブＦ／Ｂ−Ｄ補正燃料量fisfbd及びサブＦ／Ｂ学習燃料量fisfbgを相殺する成分は含まれない。つまり、本実施形態の空燃比制御装置によれば、サブフィードバック制御による燃料量の補正の効果、特に、サブフィードバック制御のＤ動作による補正の効果がメインフィードバック制御によって打ち消されてしまうことがない。これにより、実施の形態１と同様、触媒４０の酸素過不足量に応じて触媒４０に流入する排気ガス中の酸素量を正確に制御することができ、触媒４０の雰囲気を理論空燃比近傍に保持して排気エミッションを良好に保つことが可能になる。
【００５６】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態では、メイン酸素センサとしてＡ／Ｆセンサを用いているが、サブ酸素センサと同様にＯ2センサを用いてもよい。また、サブ酸素センサとしてＡ／Ｆセンサを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１としての内燃機関の空燃比制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１においてＥＣＵが空燃比制御装置として機能する際の機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるメインＦ／Ｂ補正燃料量の算出処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２においてＥＣＵが空燃比制御装置として機能する際の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるメインＦ／Ｂ補正燃料量の算出処理のルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
２  内燃機関
４  吸気通路
６  排気通路
１２  インジェクタ
１６  燃焼室
３０  ＥＣＵ
３２  Ａ／Ｆセンサ
３４  Ｏ2センサ
３６  エアフローメータ
４０  三元触媒              
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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