(57)【要約】【課題】触媒下流の酸素センサの劣化、触媒の劣化、及び内燃機関の長期に亘る低負荷定常運転といった理由により、酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなるとき、空燃比が過度にリッチになってエミッションが悪化するのを抑制する。【解決手段】触媒の酸素放出と酸素吸着との速度差を考慮した場合、空燃比フィードバック制御により混合気の空燃比を理論空燃比に制御する上で、リッチ燃焼期間をリーン燃焼期間よりも長くすることが好ましい。その状態を実現するために、触媒下流の酸素センサ１５からのリッチ信号及びリーン信号に基づき行われるサブフィードバック制御のリッチ比例項及びリッチ積分項は、リーン比例項及びリーン積分項よりも大きくされる。ただし、リッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなると、リッチ比例項及びリッチ積分項をリーン比例項及びリーン積分項に近づける処理が実行される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒上流の排気中の酸素濃度に応じて増減されるフィードバック補正値を用いて燃料噴射量を補正するとともに、触媒下流の排気中の酸素濃度に応じてリッチ信号又はリーン信号を出力する酸素センサからの検出信号に基づき増減される補正項によって前記フィードバック補正値を補正して、内燃機関の空燃比を理論空燃比に近づける空燃比フィードバック制御を行い、前記酸素センサからのリーン信号出力時に前記補正項を増量するリッチ補正量を、同センサからのリッチ信号出力時に前記補正項を減量するためのリーン補正量よりも大きくした内燃機関の空燃比制御装置において、
前記酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、前記リッチ補正量と前記リーン補正量との差を小さくする処理を実行する制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、その反転周期が短くなるほど、前記リッチ補正量を前記リーン補正量に近い値となるように算出する
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、触媒の最大酸素吸着量が小となるほど、前記リッチ補正量を前記リーン補正量に近い値となるように算出する
請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、内燃機関の吸入空気量の増加によって前記反転周期が短くなるときには、その反転周期の短縮が前記リッチ補正量の算出に反映されるのを規制する
請求項２又は３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記反転周期及び前記最大酸素吸着量の少なくとも一方と内燃機関の平均吸入空気量とを乗算又は加算して得られる判断値が予め定められた閾値未満であるとき、前記判断値が小となるほど前記リッチ補正量を前記リーン補正量に近い値となるように算出する
請求項４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するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関においては、その排気通路に触媒コンバータを設け、同コンバータの三元触媒にて排気中のＣＯ、ＨＣを酸化させるとともにＮＯx を還元させ、それらを無害なＣＯ2 、Ｈ2Ｏ 、Ｎ2 とすることで排気の浄化を図るようにしている。こうした三元触媒による排気の浄化、即ちＣＯ、ＨＣの酸化及びＮＯx の還元は、理論空燃比での混合気の燃焼がなされたときの触媒雰囲気の酸素濃度において最も効果的に行われることとなる。
【０００３】
このため、三元触媒には、触媒雰囲気の酸素濃度を理論空燃比での混合気の燃焼がなされたときの値とする上で、触媒雰囲気中の過剰となる酸素を吸着したり、不足する酸素を放出したりする酸素ストレージ能力が持たされ、触媒雰囲気の酸素濃度の上記の値での維持が図られている。従って、例えばリーン混合気の燃焼（リーン燃焼）に伴い触媒雰囲気が酸素過剰になった場合には同酸素が触媒に吸着され、リッチ混合気の燃焼（リッチ燃焼）に伴い触媒の雰囲気が酸素不足になった場合には触媒から酸素が放出されることとなる。
【０００４】
また、理論空燃比での混合気の燃焼を行うべく、排気中の酸素濃度に応じて燃料噴射量を補正することで、混合気の空燃比を理論空燃比に近づける空燃比フィードバック制御も行われる（特許文献１〜５参照）。
【０００５】
こうした空燃比フィードバック制御を実現するため、排気通路の触媒上流に排気中の酸素濃度に対応した信号を出力する空燃比センサや酸素センサが設けられ、同センサからの検出信号に基づき増減するフィードバック補正値を用いて燃料噴射量が補正されることとなる。なお、上記空燃比センサは、排気中の酸素濃度に応じたリニアな検出信号を出力するものである。一方、上記酸素センサは、排気中の酸素濃度に応じて、理論空燃比よりもリッチな混合気での燃焼に起因するリッチ信号、又は理論空燃比よりもリーンな混合気での燃焼に起因するリーン信号を出力するものである。
【０００６】
更に、上記空燃比フィードバック制御の制御精度低下を招きかねない触媒上流の上記センサの出力特性のばらつき等を補償するため、触媒下流に酸素センサを設け、同センサからのリッチ信号及びリーン信号に応じて増減される補正項を用いて上記フィードバック補正値を補正することも行われる。なお、上記補正項は、酸素センサからのリッチ信号出力に基づき所定のリーン補正量分だけ減量されるとともに、酸素センサからのリーン信号出力に基づき所定のリッチ補正量分だけ増量される。
【０００７】
上述した三元触媒の酸素ストレージ能力、及び空燃比フィードバック制御により、触媒下流の排気中の酸素濃度は、混合気の空燃比を理論空燃比と一致させた状態での同混合気の燃焼を行ったときの値を中心として、所定の周期で増減することとなる。その結果、触媒下流の酸素センサから出力される信号は、所定の周期をもってリーン信号とリッチ信号との間で反転することとなる。
【０００８】
ところで、酸素ストレージ能力を持つ三元触媒においては、触媒からの酸素の放出速度が触媒への酸素の吸着速度に比べて遅くなる。このため、同触媒では酸素の吸着量が増加し易い傾向があり、触媒に吸着した酸素が飽和に至ると、触媒雰囲気が酸素過剰になったときに酸素を吸着できなくなる。その結果、触媒雰囲気の酸素濃度が過度に濃くなり、排気中のＣＯやＨＣの酸化を効果的に行う上で支障を来すおそれがある。
【０００９】
上記のように触媒に吸着された酸素が飽和しないようにするためにも、混合気の空燃比を理論空燃比に制御すべく空燃比フィードバック制御によってリッチ燃焼とリーン燃焼とが交互に実行されるとき、触媒からの酸素の放出が行われるリッチ燃焼の実行期間を、酸素の吸着が行われるリーン燃焼の実行期間よりも長くすることが好ましい。そこで、触媒下流の酸素センサからのリーン信号出力に基づき上記補正項を増量させるリッチ補正量を、同センサからのリッチ信号出力に基づき上記補正項を減量させるリーン補正量よりも大きくすることが提案されている。
【００１０】
この場合、リーン補正量による補正項の減量と比較して、リッチ補正量による補正項の増量が大きく行われるため、同補正項によるフィードバック補正値の増量補正が減量補正よりも顕著なものとなる。その結果、空燃比フィードバック制御によって混合気の空燃比を理論空燃比に制御する上で、リッチ燃焼の実行期間がリーン燃焼の実行期間よりも長くなるとともに、それに対応して上記酸素センサからのリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に比べて長くなった状態で、リッチ信号とリーン信号との反転が行われる。更に、このリッチ信号及びリーン信号に基づき、リーン補正量及びリッチ補正量による上記補正項の増減が行われる。
【００１１】
このように、リッチ補正量をリーン補正量よりも大きくすることで、上記のようなリッチ信号とリーン信号との反転周期、並びに、上記のようなリッチ燃焼及びリーン燃焼の実行期間が得られるようになる。そして、こうした状況を生じさせることにより、三元触媒から酸素を放出するのに必要なリッチ燃焼期間を確保することが可能になる。なお、リーン補正量に対するリッチ補正量の増大率は、上記酸素センサからのリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に比べて長くなった状態でリッチ信号とリーン信号との反転が行われるとき、混合気の空燃比が理論空燃比付近に収束した状態からリッチ側に離れることのない値に設定される。
【特許文献１】特開平３−２１７６３４公報
【特許文献２】特開平６−２２９２９２公報
【特許文献３】特開平９−３２６０９公報
【特許文献４】特開平５−２８８１０６公報
【特許文献５】特開昭６３−１２０８３５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、リッチ補正量をリーン補正量よりも大きくするに当たり、その増大率を上記のように設定したとしても、例えば以下の［１］〜［３］に示される理由により、触媒下流の酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期として、上述したような反転周期（以下、適正反転周期という）が得られなくなることがある。
【００１３】
［１］触媒下流の酸素センサの劣化
酸素センサは、リッチ信号として例えば０．５ｖよりも大きい値の信号を出力し、リーン信号として例えば０．５ｖよりも小さい値の信号を出力するが、劣化するに従って排気中の酸素濃度の変化に対する出力電圧への反応が悪くなり、同電圧の変化幅が０，５ｖ付近の狭い範囲へと縮小される。このような状況では、酸素センサの出力電圧が０．５ｖ付近で変動することが多くなり、同センサからのリッチ信号とリーン信号との反転が所定時間内により多く行われるとともに、リッチ補正量をリーン補正量よりも大きくすることに基づくリッチ信号の出力期間とリーン信号の出力期間との差が生じにくくなる。その結果、リッチ信号とリーン信号の反転周期が上記適正反転周期よりも短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間となる。
【００１４】
［２］三元触媒の劣化
三元触媒は、劣化するに従って吸着可能な酸素の量が少なくなることから触媒での酸素の吸着及び放出が頻繁に生じる傾向があり、その酸素の吸着及び放出によって触媒下流の酸素濃度が変動し易くなる。このような状況では、触媒下流の酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転が所定時間内により多く行われるとともに、リッチ補正量をリーン補正量よりも大きくすることに基づくリッチ信号の出力期間とリーン信号の出力期間との差が生じにくくなる。その結果、リッチ信号とリーン信号の反転周期が上記適正反転周期よりも短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間となる。
【００１５】
［３］内燃機関の長期に亘る低負荷定常運転
このような安定した機関運転状態にあっては、空燃比フィードバック制御により混合気の空燃比が理論空燃比に収束した状態となることから、同空燃比は理論空燃比にほぼ一致し、触媒下流の酸素センサの出力電圧は理論空燃比に対応する値（例えば０．５ｖ）付近に収束する。このような状況では、酸素センサからの出力電圧が０．５ｖ前後で変動し、リッチ信号とリーン信号との反転が頻繁に行われるとともに、リッチ補正量をリーン補正量よりも大きくなっていてもリッチ信号の出力期間とリーン信号の出力期間との間に差がほとんど生じなくなる。その結果、リッチ信号とリーン信号の反転周期が上記適正反転周期よりも短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間となる。
【００１６】
以上の［１］〜［３］の理由により、リッチ信号とリーン信号の反転周期が上記適正反転周期よりも短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間となると、リッチ補正量がリーン補正量よりも大きくされていることに関連して次のような不具合が生じる。即ち、リッチ信号の出力期間中に行われるリーン補正量による上記補正項の減量が、リーン信号の出力期間中に行われるリッチ補正量による上記補正項の増量に比べて少なくなり、混合気の空燃比が過度にリッチ側に推移してしまう。
【００１７】
ここで、上記のように混合気の空燃比が過度にリッチになる現象について詳しく説明する。
リーン補正量よりもリッチ補正量を大きくすると、それに伴い混合気の空燃比のリッチ傾向が強くなる。こうしたリッチ傾向について、通常は、上記適正反転周期を維持して触媒下流の酸素センサからのリッチ信号の出力期間をリーン信号の出力期間より長くすることで抑えられている。即ち、リーン信号の出力期間中は、リーン補正量よりも大きいリッチ補正量による上記補正項の増量が行われるため、空燃比が大きくリッチ側に変化する。その後、リーン信号からリッチ信号への反転が生じ、リッチ信号の出力期間に移行したとき、リーン補正量による上記補正量の減量が行われるものの、その減量はリーン補正量がリッチ補正量よりも小さいことから上記増量に比べて徐々にしか行われない。しかし、上記適正反転周期を維持した状態にあっては、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間よりも長くされ、リーン補正量による上記補正項の減量がリッチ補正項による上記補正項の増量分を相殺するのに必要な時間が確保される。こうしてリッチ補正量をリーン補正量よりも大きくすることによる空燃比のリッチ傾向が抑えられる。
【００１８】
ただし、上記［１］〜［３］の理由によって、リッチ信号とリーン信号との反転周期が上記適正反転周期よりも短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になると、リッチ補正量をリーン補正量よりも大きくすることによる空燃比のリッチ傾向が抑えられなくなる。即ち、リーン信号からリッチ信号への反転後のリッチ信号の出力期間中、リーン補正量による上記補正量の減量が行われるが、そのリッチ信号の出力期間が短いために、直前のリッチ信号の出力期間中に行われたリッチ補正量による上記補正項の増量分を、リッチ信号の出力期間中の上記補正項の減量によっては相殺しきれない。このため、上記のようなリッチ信号とリーン信号との反転が続くことにより、混合気の空燃比が過度にリッチになり、それに伴うエミッションの悪化も無視できない問題となる。
【００１９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒下流の酸素センサの劣化、触媒の劣化、及び内燃機関の長期に亘る低負荷定常運転といった理由により、酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなるとき、空燃比が過度にリッチになってエミッションが悪化するのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、触媒上流の排気中の酸素濃度に応じて増減されるフィードバック補正値を用いて燃料噴射量を補正するとともに、触媒下流の排気中の酸素濃度に応じてリッチ信号又はリーン信号を出力する酸素センサからの検出信号に基づき増減される補正項によって前記フィードバック補正値を補正して、内燃機関の空燃比を理論空燃比に近づける空燃比フィードバック制御を行い、前記酸素センサからのリーン信号出力時に前記補正項を増量するリッチ補正量を、同センサからのリッチ信号出力時に前記補正項を減量するためのリーン補正量よりも大きくした内燃機関の空燃比制御装置において、前記酸素センサからのリッチ信号とリーン信号との反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、前記リッチ補正量と前記リーン補正量との差を小さくする処理を実行する制御手段を備えた。
【００２１】
触媒下流の酸素センサの劣化、触媒の劣化、及び内燃機関の長期に亘る低負荷定常運転といった理由により、リッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間となるという状況が生じる。このようにリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になると、リッチ補正量がリーン補正量よりも大きいことに起因する空燃比のリッチ傾向を抑えきれなくなる。しかし、上記構成によれば、リッチ信号とリーン信号との反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、リッチ補正量とリーン補正量との差が小さくされることから、上記空燃比のリッチ傾向が抑えきれなくなって同空燃比が過度にリッチになり、エミッションが悪化するのを抑制することができる。
【００２２】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、前記反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、その反転周期が短くなるほど、前記リッチ補正量を前記リーン補正量に近い値となるように算出するものとした。
【００２３】
上述した理由によりリッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなるときには、その反転周期が短くなるほど、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなる傾向があるため、リッチ補正量がリーン補正量よりも大きいことに起因して空燃比がリッチになり易くなる。しかし、上記反転周期が短いほどリッチ補正量をリーン補正量に近い値となるように算出することで、リッチ補正量がリーン補正量よりも大きいことに起因する空燃比のリッチ傾向を抑える上で必要なだけ、リッチ補正量をリーン補正量に近づけることができ、必要以上にリッチ補正量をリーン補正量に近づけてしまうのを抑制することができる。
【００２４】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記制御手段は、前記反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、触媒の最大酸素吸着量が小となるほど、前記リッチ補正量を前記リーン補正量に近い値となるように算出するものとした。
【００２５】
触媒の劣化が進むと同触媒の最大酸素吸着量が小となり、その最大酸素吸着量が小になるほど、リッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなるとともに、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなる。その結果、リッチ補正量がリーン補正量よりも大きいことに起因して空燃比がリッチになり易くなる。しかし、上記構成によれば、反転周期が短い旨判断されてリッチ補正量をリーン補正量に近づけるとき、触媒の最大酸素吸着量が小となるほど、リッチ補正量がリーン補正量に近い値となるように算出される。このため、触媒の最大酸素吸蔵量の減少に起因する空燃比のリッチ傾向を抑えるのに必要なだけリッチ補正量をリーン補正量に近づけることができ、必要以上にリッチ補正量をリーン補正量に近づけてしまうのを抑制することができる。
【００２６】
請求項４記載の発明では、請求項２又は３記載の発明において、前記制御手段は、内燃機関の吸入空気量の増加によって前記反転周期が短くなるときには、その反転周期の短縮が前記リッチ補正量の算出に反映されるのを規制するものとした。
【００２７】
リッチ信号とリーン信号との反転周期は、内燃機関の吸入空気量の増加によっても短くなる。しかし、吸入空気量の増加によってリッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなるときには、リッチ信号の出力期間とリーン信号の出力期間とがほぼ等しい割合で短くされるだけであり、それら両信号の出力期間の比はほどんと変わらないことから、リッチ補正量がリーン補正量よりも大きいことに起因するリッチ傾向は抑制された状態になる。この状態では、当該リッチ傾向の抑制のためにリッチ補正量をリーン補正量に近づける必要はない。上記構成によれば、吸入空気量の増加によって反転周期が短くなったことがリッチ補正量の算出に反映されることは規制されるため、吸入空気量の増加によって反転周期が短くなったとしても、それによってリッチ補正量がリーン補正量に近づけられることはない。従って、吸入空気量の増加に伴い不必要にリッチ補正量がリーン補正量に近づけられるのを抑制することができる。
【００２８】
請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記制御手段は、前記反転周期及び前記最大酸素吸着量の少なくとも一方と内燃機関の平均吸入空気量とを乗算又は加算して得られる判断値が予め定められた閾値未満であるとき、前記判断値が小となるほど前記リッチ補正量を前記リーン補正量に近い値となるように算出するものとした。
【００２９】
リッチ補正量をリーン補正量に近づけるか否か、及びリッチ補正量をリーン補正量にどの程度近づけるかを判断するのに用いられる判断値は、平均吸入空気量の増加に伴い大きくなる。従って、内燃機関の吸入空気量の増加に伴う反転周期の短縮に際しては、判断値が増加して閾値以上になる可能性が高いことから、リッチ補正量をリーン補正量に近づけることは行われにくい。また、判断値が閾値未満となってリッチ補正量がリーン補正量に近づけられるとしても、上記判断値に基づきリッチ補正量をどの程度までリーン補正量に近づけるかが決められるため、平均吸入空気量の増加に伴う反転周期の短縮によりリッチ補正量がリーン補正量に近づくことも生じにくくなる。以上のように、平均吸入空気量の増加による反転周期の短縮がリッチ補正量の算出に反映されることは、上記判断値に基づきリッチ補正量をリーン補正量に近づけるか否か、及びリッチ補正量をリーン補正量にどの程度近づけるかを決めることで、的確に規制されるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を自動車用エンジンの空燃比制御装置に具体化した一実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
図１に示されるエンジン１においては、吸気通路２に設けられたスロットルバルブ３の開度制御を通じて燃焼室４に吸入される空気の量が調整され、この空気と燃料噴射弁５から噴射された燃料との混合気が燃焼室４内にて燃焼させられる。そして、燃焼後の混合気は排気として排気通路６に送られ、同通路６に設けられた触媒コンバータ７の三元触媒によって排気中の有害成分が浄化される。
【００３１】
この三元触媒は、触媒雰囲気の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときの値になるとき、排気中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx ）のすべてを最も効果的に除去できるものである。このため、三元触媒には、触媒雰囲気の酸素濃度を理論空燃比での燃焼がなされたときの値とする上で、酸素雰囲気中の過剰となる酸素を吸着したり、不足する酸素を放出したりする酸素ストレージ能力が持たされている。更に、混合気の空燃比を上記範囲の中心に合わせこむべく、排気中の酸素濃度に応じて燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御が、自動車に搭載された電子制御装置８を通じて実行される。
【００３２】
こうした三元触媒の酸素ストレージ能力、及び空燃比フィードバック制御により、触媒雰囲気の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼を行ったときの値を含む所定範囲内に保持され、三元触媒による排気浄化が効果的に行われるようになる。
【００３３】
次に、電子制御装置８を通じて行われる上記空燃比フィードバック制御について詳しく説明する。
電子制御装置８は、上記燃料噴射弁５を駆動制御するとともに、以下に示す各種センサからの検出信号を入力するものである。
【００３４】
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル９の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１０。
・スロットルバルブ３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１１。
【００３５】
・吸気通路２を介して燃焼室４に吸入される空気の量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ１２。
・エンジン１の出力軸であるクランクシャフトの回転に対応する信号を出力するクランクポジションセンサ１３。
【００３６】
・触媒コンバータ７よりも上流に存在する排気中の酸素濃度に応じたリニアな検出信号を出力する空燃比センサ１４。
・触媒コンバータ７よりも下流に存在する排気中の酸素濃度に応じて、理論空燃比よりもリッチな混合気での燃焼に起因するリッチ信号、又は理論空燃比よりもリーンな混合気での燃焼に起因するリーン信号を出力する酸素センサ１５。
【００３７】
電子制御装置８は、エンジン運転状態に基づき、そのときに必要とされる理論上の燃料噴射量を噴射量指令値Ｑfin として算出し、当該噴射量指令値Ｑfin に対応する量の燃料噴射が行われるよう燃料噴射弁５を駆動する。なお、エンジン回転速度はクランクポジションセンサ１３からの検出信号に基づき求められ、エンジン負荷は吸入空気量に対応するパラメータ及び上記エンジン回転速度に基づき求められる。この吸入空気量に関係するパラメータとしては、吸入空気量の実測値、スロットル開度、及びアクセル踏込量等が用いられる。
【００３８】
電子制御装置８による空燃比フィードバック制御は、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によって実現される。ここで、メインフィードバック制御とは、触媒上流の酸素濃度、即ち空燃比センサ１４からの出力電圧ＶＡＦに応じてフィードバック補正値ＦＤを増減させ、同補正値ＦＤを用いて燃料噴射量を補正するものである。また、サブフィードバック制御とは、触媒下流の酸素濃度に応じた酸素センサ１５からのリッチ信号出力又はリーン信号出力に基づき増減させられる電圧補正項ｅｆｓ分の修正を空燃比センサ１４の出力電圧ＶＡＦに加えることで、当該電圧補正項ｅｆｓに対応した分だけ上記フィードバック補正値ＦＤを補正するものである。なお、こうしたサブフィードバック制御は、メインフィードバック制御に用いられる空燃比センサ１４の出力特性のばらつき等を補償し、そのばらつき等による空燃比フィードバック制御の制御精度低下を抑制するために行われる。
【００３９】
次に、メインフィードバック制御について、噴射量指令値算出ルーチンを示す図２のフローチャートを参照して詳しく説明する。同ルーチンは、電子制御装置８を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００４０】
噴射量指令値算出ルーチンにおいては、まずエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づき、そのときの運転状態において必要とされる燃料噴射量の理論上の値である基本燃料噴射量Ｑbaseが算出される（Ｓ１０１）。続いて、メインフィードバック実行条件の成立（Ｓ１０２：ＹＥＳ）を前提として、メインフィードバック制御にかかるステップＳ１０３以降の処理が実行される。即ち、空燃比センサ１４の出力電圧ＶＡＦに上記電圧補正項ｅｆｓを加算して得れる値を新たな出力電圧ＶＡＦとし（Ｓ１０３）、この新たな出力電圧ＶＡＦに基づきフィードバック補正値ＦＤが算出される（Ｓ１０４）。そして、基本燃料噴射量Ｑbase及びフィードバック補正値ＦＤ等に基づき、以下の式（１）を用いて噴射量指令値Ｑfin が算出される（Ｓ１０５）。
【００４１】
Ｑfin ＝Ｑbase ＋ＦＤ＋Ａ      …（１）
Ｑfin ：噴射量指令値
Ｑbase：基本燃料噴射量
ＦＤ  ：フィードバック補正値
Ａ    ：その他の補正値
空燃比センサ１４の出力電圧ＶＡＦは、図３に示されるように、触媒上流の排気中の酸素濃度が薄くなるほど小さくなり、理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときには、そのときの排気中の酸素濃度Ｘに対応して例えば「０ｖ」となる。従って、リッチ混合気の燃焼（リッチ燃焼）が行われること等に起因して触媒上流の排気中の酸素濃度が薄くなるほど、空燃比センサ１４の出力電圧ＶＡＦが「０ｖ」よりも小さい値になり、フィードバック補正値ＦＤが小さくなる。そして、同フィードバック補正値ＦＤにより噴射量指令値Ｑfin （燃料噴射量）が減量補正され、混合気の空燃比がリーン側に変化させられることとなる。また、リーン混合気の燃焼（リーン燃焼）が行われること等に起因して触媒上流の排気中の酸素濃度が濃くなるほど、空燃比センサ１４の出力電圧「０ｖ」よりも大きい値になり、フィードバック補正値ＦＤが大きくなる。そして、同フィードバック補正値ＦＤにより噴射量指令値Ｑfin （燃料噴射量）が増量補正され、混合気の空燃比がリッチ側に変化させられることとなる。
【００４２】
以上のように、噴射量指令値Ｑfin の補正に用いられるフィードバック補正値ＦＤを空燃比センサ１４の出力電圧ＶＡＦに応じて増減させることで、混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるためのメインフィードバック制御が行われることとなる。なお、ステップＳ１０２において、メインフィードバック実行条件が成立していない旨判断された場合には、フィードバック補正値ＦＤが「０」に設定されるため（Ｓ１０６）、メインフィードバック制御が実行されることはない。
【００４３】
次に、サブフィードバック制御について、電圧補正項算出ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。同ルーチンは、電子制御装置８を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００４４】
電圧補正項算出ルーチンにおいては、サブフィードバック実行条件の成立（Ｓ２０１：ＹＥＳ）を前提として、サブフィードバック制御にかかるステップＳ２０２以降の処理が実行される。この一連の処理では、まず触媒下流の酸素センサ１５からの検出信号がリッチ信号とリーン信号との間で反転したか否かが判断される（Ｓ２０２）。酸素センサ１５は、図４に示されるように、触媒下流の排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼が行われたときの値（酸素濃度Ｘ）であるときには例えば「０．５ｖ」を出力するものである。そして、リーン燃焼が行われること等に起因して触媒下流の排気中の酸素濃度が上述した酸素濃度Ｘよりも濃くなると、酸素センサ１５からは「０．５ｖ」よりも小さい値がリーン信号として出力される。また、リッチ燃焼が行われること等に起因して触媒下流の排気中の酸素濃度が上述した酸素濃度Ｘよりも薄くなると、酸素センサ１５からは「０．５ｖ」よりも大きい値がリッチ信号として出力される。
【００４５】
ステップＳ２０２でリッチ信号とリーン信号との反転が生じた旨判断されると、その反転時に電圧補正項ｅｆｓを比例項の分だけ増加又は減少させる比例制御が実行される。即ち、続くステップＳ２０３で酸素センサ１５から現在リーン信号が出力されている旨判断される場合には、リッチ信号からリーン信号への反転が生じたことになり、電圧補正項ｅｆｓがリッチ比例項ＲｓＲ分だけ増量される（Ｓ２０４）。また、ステップＳ２０３で酸素センサ１５から現在リーン信号が出力されていない旨判断される場合には、リーン信号からリッチ信号への反転が生じたことになり、電圧補正項ｅｆｓがリーン比例項ＲｓＬ分だけ減量される（Ｓ２０５）。
【００４６】
一方、ステップＳ２０２でリッチ信号とリーン信号との反転が生じていない旨判断されると、電圧補正項ｅｆｓを積分項の分だけ徐々に増加又は減少させる積分制御が実行される。即ち、続くステップＳ２０６で現在リーン信号が出力されている旨判断される場合には、リーン信号出力が続いていることになり、電圧補正項ｅｆｓが上述したリッチ比例項ＲｓＲよりも小さいリッチ積分項ＫｉＲ分だけ増量される（Ｓ２０７）。このため、リーン信号が出力されている間は、所定時間毎にリッチ積分項ＫｉＲずつ電圧補正項ｅｆｓが徐々に増量されることとなる。また、ステップＳ２０６で現在リーン信号が出力されていない旨判断される場合には、リッチ信号が続いていることになり、電圧補正項ｅｆｓが上述したリーン比例項ＲｓＬよりも小さいリーン積分項ＫｉＬ分だけ減量される（Ｓ２０８）。このため、リッチ信号が出力されている間は、所定時間毎にリーン積分項ＫｉＬずつ電圧補正項ｅｆｓが徐々に減量されることとなる。
【００４７】
以上のように、フィードバック補正値ＦＤを補正すべく、空燃比センサ１４の出力電圧ＶＡＦに加算される電圧補正項ｅｆｓを、酸素センサ１５からのリッチ信号及びリーン信号に基づき増減させることで、空燃比センサ１４の出力特性のばらつき等を補償するサブフィードバック制御が行われることとなる。
【００４８】
そして、上述した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を含む空燃比フィードバック制御の実行、及び三元触媒の酸素ストレージ能力により、触媒下流の酸素濃度は上述した酸素濃度Ｘを中心として所定の周期で増減し、酸素センサ１５からは所定の周期をもってリーン信号とリッチ信号とが交互に出力される。
【００４９】
こうした酸素センサ１５からの信号の出力に応じて、電圧補正項ｅｆｓが比例項及び積分項分だけ増減されることは上述したとおりであるが、リッチ比例項ＲｓＲはリーン比例項ＲｓＬよりも大きい値に設定され、リッチ積分項ＫｉＲはリーン積分項ＫｉＬよりも大きい値に設定される。例えば、仮にリーン比例項ＲｓＬがａ１という値だとするとリッチ比例項ＲｓＲはａ１よりも大きいｂ１という値に設定され、リーン積分項ＫｉＬがａ２という値だとするとリッチ積分項ＫｉＲがａ２よりも大きいｂ２という値に設定される。こうした設定を行うのは、酸素ストレージ能力を持つ三元触媒においては、触媒からの酸素放出速度が触媒への酸素吸着速度に比べて遅くなることを考慮し、空燃比フィードバック制御による空燃比制御に際して触媒からの酸素の放出が行われるリッチ燃焼の実行期間を触媒への酸素の吸着が行われるリーン燃焼の実行期間よりも長くするためである。
【００５０】
ここで、上述したようにリッチ比例項ＲｓＲをリーン比例項ＲｓＬよりも大きい値に設定し、リッチ積分項ＫｉＲをリーン積分項ＫｉＬよりも大きい値に設定した場合、酸素センサ１５から出力される信号、及び電圧補正項ｅｆｓが空燃比フィードバック制御中にどのように変化するかを図６のタイムチャートを参照して説明する。
【００５１】
図６において、（ａ）は酸素センサ１５からのリッチ信号及びリーン信号の出力態様を示しており、（ｂ）は電圧補正項ｅｆｓのリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲによる増量態様、並びにリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬによる減量態様を模式的に示している。
【００５２】
リッチ比例項ＲｓＲがリーン比例項ＲｓＬよりも大きい値に設定されることにより、酸素センサ１５からの信号がリッチ信号からリーン信号に反転したときの電圧補正項ｅｆｓの増量分は、リーン信号からリッチ信号に反転したときの電圧補正項ｅｆｓの減量分よりも大きくなる。また、リッチ積分項ＫｉＲがリーン積分項ＫｉＬよりも大きい値に設定されることにより、酸素センサ１５からのリーン信号出力が続いているときの電圧補正項ｅｆｓの増量は、酸素センサ１５からのリッチ信号出力が続いているときの電圧補正項ｅｆｓの減量よりも素早く行われる。
【００５３】
以上のように、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲによる電圧補正項ｅｆｓの増量は、リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬによる電圧補正項ｅｆｓの減量と比較して大きく行われるため、電圧補正項ｅｆｓによるフィードバック補正値ＦＤの増量補正が減量補正よりも顕著なものとなる。その結果、空燃比フィードバック制御によって混合気の空燃比を理論空燃比に制御する上で、リッチ燃焼の実行期間がリーン燃焼の実行期間よりも長くなるとともに、それに対応して図６（ａ）に示されるように酸素センサ１５からのリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に比べて長くなった状態で、リッチ信号とリーン信号との反転が行われる。更に、このリッチ信号及びリーン信号に基づき、電圧補正項ｅｆｓのリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲによる増量、及びリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬによる減量が行われる。
【００５４】
従って、上述したようにリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲを設定することで、図６（ａ）に示されるリッチ信号とリーン信号との反転周期、並びに、上記のようなリッチ燃焼及びリーン燃焼の実行期間が得られるようになる。ここで、リッチ信号とリーン信号との反転周期とは、リッチ信号とリーン信号との反転が行われた時点から同反転が更に二回行われるまでの時間のことである。そして、上記のような状況を生じさせることで、三元触媒から酸素を放出するのに必要なリッチ燃焼の実行期間を確保することが可能になる。なお、リッチ比例項ＲｓＲのリーン比例項ＲｓＬに対する増大率、及びリッチ積分項ＫｉＲのリーン積分項ＫｉＬに対する増大率は、上記のようにリッチ燃焼の実行期間がリーン燃焼の実行期間よりも長くなった状態でリッチ信号とリーン信号との反転が行われるとき、混合気の空燃比が理論空燃比から過度にリッチ側にずれない値に設定される。
【００５５】
即ち、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲを各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きくすると、それに伴い混合気の空燃比のリッチ傾向が強くなるが、図６（ａ）に示されるようにリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間よりも長くされることで上記リッチ傾向が抑えられるよう上記増大率が設定されている。言い換えれば、このように増大率を設定すれば、リッチ信号の出力期間をリーン信号の出力期間よりも上記のように長くすることで、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲを各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きくすることによる空燃比のリッチ傾向が抑えられる。
【００５６】
このときの電圧補正項ｅｆｓの推移は図６（ｂ）に示すようなものになる。同図から分かるように、リッチ信号からリーン信号に反転してリーン信号出力が続いているときには、電圧補正項ｅｆｓがリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲによって大きく増量側に変化することから、混合気の空燃比は大きくリッチ側に変化する。その後、リーン信号からリッチ信号に反転してリッチ信号出力が続いているときには、電圧補正項ｅｆｓがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬによって減量側に変化する。こうした電圧補正項ｅｆｓの減量は上記増量に比べて徐々にしか行われないが、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間よりも上記のように長くされているため、その減量によって上記増量分を相殺するのに必要な時間が確保される。その結果、混合気の空燃比の上記リッチ傾向を抑制し、同空燃比を例えば図６（ｃ）に示すように推移させることができる。
【００５７】
ところで、リッチ比例項ＲｓＲのリーン比例項ＲｓＬに対する増大率、及びリッチ積分項ＫｉＲのリーン積分項ＫｉＬに対する増大率を上記のように設定したとしても、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号との出力態様が例えば図７（ａ）に示されるようになる場合がある。即ち、同図から分かるように、リッチ信号とリーン信号との反転周期が上述した周期（以下、適正反転周期Ｔｖという）よりも短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になる。こうした現象は、［背景技術］の欄に記載した［１］〜［３］の理由によって生じるが、その際にはリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きいことによる空燃比のリッチ傾向を抑えきれなくなることは、［発明が解決しようとする課題］の欄に記載したとおりである。
【００５８】
このときの電圧補正項ｅｆｓの推移は図７（ｂ）に示すようなものになる。同図から分かるように、リーン信号からリッチ信号に反転してリッチ信号出力が続いているとき、リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬによって電圧補正項ｅｆｓが減量される。ただし、リッチ信号の出力期間が短くなってリーン信号の出力期間に近くなっているため、直前のリーン信号出力に基づき行われたリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲによる電圧補正項ｅｆｓの増量分を、リッチ信号の出力期間中における上記電圧補正項ｅｆｓの減量によっては相殺しきれない。このため、図７（ａ）に示されるリッチ信号とリーン信号との反転が続くことにより、電圧補正項ｅｆｓが図７（ｂ）に示されるように徐々に大きくなってゆく。その結果、混合気の空燃比が図７（ｃ）に示されるように過度にリッチになり、それに伴うエミッションの悪化も無視できない問題となる。
【００５９】
そこで本実施形態では、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号との反転周期が適正値よりも短い旨判断されるとき、リッチ比例項ＲｓＲとリーン比例項ＲｓＬとの差、及びリッチ比例項ＲｓＲとリーン比例項ＲｓＬとの差を小さくする。具体的には、リッチ比例項ＲｓＲをリーン比例項ＲｓＬに近づけるとともに、リッチ積分項ＫｉＲをリーン積分項ＫｉＬに近づける。これにより、上記［１］〜［３］の理由によってリッチ信号とリーン信号との反転周期が短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になるという状況が生じたとしても、混合気の空燃比が過度にリッチになるのを抑制することができる。
【００６０】
このときの電圧補正項ｅｆｓの推移は図７（ｄ）に示されるようなものになる。同図から分かるように、リッチ信号からリーン信号に反転したときには、リーン比例項ＲｓＬの大きさに近づけられたリッチ比例項ＲｓＲによって電圧補正項ｅｆｓの増量が行われる。また、リーン信号出力が続いているときには、リーン積分項ＫｉＬの大きさに近づけられたリッチ積分項ＫｉＲによって電圧補正項ｅｆｓが徐々に増量される。このため、図７（ａ）に示されるようにリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなったとしても、リーン信号に基づくリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲによる電圧補正項ｅｆｓの増量を、リッチ信号の出力期間中のリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬによる電圧補正項ｅｆｓの減量によって相殺することが可能になる。このため、電圧補正項ｅｆｓが図７（ｄ）に示されるように推移するとともに、混合気の空燃比が図７（ｅ）に示されるように推移し、同空燃比が過度にリッチになることは抑制される。
【００６１】
次に、リッチ比例項ＲｓＲ、リッチ積分項ＫｉＲ、リーン比例項ＲｓＬ、及びリーン積分項ＫｉＬの設定手順について、比例項・積分項設定ルーチンを示す図８のフローチャートを参照して説明する。なお、同ルーチンは、電子制御装置８を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００６２】
比例項・積分項設定ルーチンにおいては、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実行中であること（Ｓ３０１：ＹＥＳ）を条件に、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号との反転半周期が所定値未満であるか否かが判断される（Ｓ３０２）。ここで、上記反転半周期とは、リッチ信号とリーン信号との反転があった時点から次に同反転が行われたときまでの時間である。また、上記所定値については、その値よりも反転半周期が短くなったとき、リッチ信号とリーン信号との反転周期Ｔが適正反転周期Ｔｖ未満になると判断することの可能な値に設定されている。
【００６３】
そして、ステップＳ３０２で否定判定がなされると、反転周期Ｔが適正反転周期Ｔｖ未満になることはない旨判断され、通常のリッチ比例項ＲｓＲ、リーン比例項ＲｓＬ、リッチ積分項ＫｉＲ、及びリーン積分項ＫｉＬがサブフィードバック制御に用いられる比例項及び積分項として設定される（Ｓ３０９）。なお、このときのリッチ比例項ＲｓＲ、リーン比例項ＲｓＬ、リッチ積分項ＫｉＲ、及びリーン積分項ＫｉＬは、例えば上述したａ１、ｂ１、ａ２、ｂ２という値をとるようになる。
【００６４】
一方、ステップＳ３０２で否定判定がなされると、リッチ比例項ＲｓＲをリーン比例項ＲｓＬに近づけて両者の差を小さくするとともに、リッチ積分項ＫｉＲをリーン積分項ＫｉＬに近づけて両者の差を小さくするためのステップＳ３０３以降の処理が実行される。リッチ比例項ＲｓＲをリーン比例項ＲｓＬにどの程度近づけるか、及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン積分項ＫｉＬにどの程度近づけるかは、リッチ信号とリーン信号との反転周期Ｔ、反転半周期中の平均吸入空気量ＧＡav、及び三元触媒の最大酸素吸着量Ｃmaxに基づき求められる判断値Ａによって決められる。ステップＳ３０３〜Ｓ３０６の処理は上記判断値Ａを算出するためのものである。
【００６５】
ステップＳ３０３では、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号との反転が生じた時点から更に同反転が二回生じるまでの時間が反転周期Ｔとして算出される。ステップＳ３０４では、リッチ信号とリーン信号との反転が生じた時点から次の反転が生じるまでの時間を反転半周期とし、その反転半周期中におけるエンジン１の平均吸入空気量ＧＡavが算出される。ステップＳ３０５では、電子制御装置８のメモリに記憶された触媒の最大酸素吸着量Ｃmax が取り込まれる。
【００６６】
なお、最大酸素吸着量Ｃmax は、比例項・積分項設定ルーチンとは別のルーチンにて算出され、電子制御装置８のメモリに記憶されるものである。また、最大酸素吸着量Ｃmax の算出は例えば以下のようにして行われる。即ち、リッチ燃焼を続けて行うことにより三元触媒に吸着された酸素を全て放出させた後、リーン燃焼を実行して触媒下流の酸素センサ１５からリーン信号が出力されるまでの時間を計測し、その時間に基づき最大酸素吸着量Ｃmax推定値として算出する。こうして算出された最大酸素吸着量Ｃmax が電子制御装置８のメモリに記憶され、ステップＳ３０５の処理で用いられることとなる。
【００６７】
続いて、ステップＳ３０６では、反転周期Ｔ、平均吸入空気量ＧＡav、及び最大酸素吸着量Ｃmax 等に基づき、以下の式（２）を用いて判断値Ａが算出される。
Ａ＝Ｋ１・Ｔ＋Ｋ２・ＧＡav＋Ｋ３・Ｃmax       …（２）
Ａ              ：判断値
Ｔ              ：反転周期
ＧＡav          ：平均吸入空気量
Ｃmax           ：最大酸素吸着量
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３：反映係数
式（１）において、反映係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３は、それぞれ反転周期Ｔ、平均吸入空気量ＧＡav、最大酸素吸着量Ｃmaxを、判断値Ａの算出するに当たってどの程度反映させるかを決定するためのものであって、諸条件に応じて各々設定される値である。
【００６８】
そして、式（１）から求められた判断値Ａに基づき、リッチ比例項ＲｓＲ、リーン比例項ＲｓＬ、リッチ積分項ＫｉＲ、及びリーン積分項ＫｉＬが算出され（Ｓ３０７）、これら各項ＲｓＲ，ＲｓＬ，ＫｉＲ，ＫｉＬがサブフィードバック制御に用いられる比例項及び積分項として設定される（Ｓ３０８）。このように設定されたリッチ比例項ＲｓＲ、リーン比例項ＲｓＬ、リッチ積分項ＫｉＲ、及びリーン積分項ＫｉＬの判断値Ａの変化に対する推移を図９及び図１０に示す。なお、図９において、（ａ）はリーン比例項ＲｓＬの推移を示しており、（ｂ）はリッチ比例項ＲｓＲの推移を示している。また、図１０において、（ａ）はリーン積分項ＫｉＬの推移を示しており、（ｂ）はリッチ積分項ＫｉＲの推移を示している。
【００６９】
図９（ａ）及び図１０（ａ）から分かるように、リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬは、判断値Ａの変化に関係なく常に各々ａ１、ａ２という値になる。一方、リッチ比例項ＲｓＲについては、図９（ｂ）に示されるように、判断値Ａが閾値α以上であるときにはａ１よりも大きいｂ１となり、判断値Ａが所定値ａ未満であるときには同判断値Ａが小さくなるほどａ１に向けて小さくされる。また、リッチ積分項ＫｉＲについては、図１０（ｂ）に示されるように、判断値Ａが閾値β以上であるときにはａ２よりも大きいｂ２となり、判断値Ａが閾値β未満であるときには同判断値Ａが小さくなるほどａ２に向けて小さくされる。
【００７０】
上記［１］〜［３］の理由により、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号の反転周期Ｔが短くなるときには、リッチ信号の出力期間が図７（ａ）に示されるようにリーン信号の出力期間に近い期間になる。こうしたリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなるという傾向は反転周期Ｔが短くなるほど大となる。また、上記［２］の理由により、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号の反転周期Ｔが短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になるときには、三元触媒の最大酸素吸着量Ｃmaxが小さくなる。上記のようにリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になる傾向は、三元触媒の最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなるほど大となる。
【００７１】
以上のように、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなるとき、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々ｂ１、ｂ２という大きい値のままであると、電圧補正項ｅｆｓが図７（ｂ）に示されるように大きくなってゆき、空燃比が図７（ｃ）に示されるように過度にリッチになるおそれがある。この対策として反転周期Ｔが短くなるほど、また最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなるほど、式（１）から求められる判断値Ａが小さくされる。
【００７２】
判断値Ａが小さくされて閾値α未満になると、同判断値Ａが小さくなるに従いリッチ比例項ＲｓＲがリーン比例項ＲｓＬ（ａ１）に向けて小さくされ、両者の差が小さくされる。この差は反転周期Ｔが短くなったり最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなったりして判断値Ａが小さくなるほど小さくされる。また、判断値Ａが閾値β未満になると、判断値Ａが小さくなるに従いリッチ積分項ＫｉＲがリーン積分項ＫｉＬ（ａ２）に向けて小さくされ、両者の差が小さくされる。この差も反転周期Ｔが短くなったり最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなったりして判断値Ａが小さくなるほど小さくされる。
【００７３】
従って、図７（ａ）に示されるようにリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近い期間になったとしても、上記各項ＲｓＲ，ＲｓＬ，ＫｉＲ，ＫｉＬによって増減される電圧補正項ｅｆｓが過度に大きくなることなく、図７（ｄ）に推移するようになる。その結果、空燃比は、過度にリッチになることなく、図７（ｅ）に示されるように推移するようになる。
【００７４】
ところで、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号との反転周期Ｔは、上記［１］〜［３］の理由によって影響を受ける以外に、エンジン１の吸入空気量の変化によっても影響を受け、吸入空気量が多くなるほど短くなる傾向がある。
【００７５】
ただし、吸入空気量の増加によって反転周期Ｔが短くなるときには、図１１（ａ）に示されるようにリッチ信号の出力期間とリーン信号の出力期間とがほぼ等しい割合で短くされるだけであり、それら量信号の出力期間の比はほとんど変わらない。このため、この場合にリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ（ａ１）及びリーン積分項ＫｉＬ（ａ２）よりも大きいｂ１、ｂ２とされていたとしても、それに伴う空燃比のリッチ傾向は抑制された状態になる。即ち、それら各項ＲｓＲ，ＲｓＬ，ＫｉＲ，ＫｉＬによって増減される電圧補正項ｅｆｓは、図１１（ｂ）に示されるように推移し、過度に大きくなることはない。その結果、空燃比は、過度にリッチになることなく、図１１（ｃ）に示されるように推移することとなる。以上のことから、吸入空気量の増加に伴い反転周期Ｔが短縮するときには、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬ及に近づくよう小さくする必要はないことが分かる。
【００７６】
ここで、判断値Ａは、式（１）から分かるように、平均吸入空気量ＧＡavが大となるほど大きくされ、閾値α，β未満にはなりにくくなる。このように平均吸入空気量ＧＡavを加味して判断値Ａを算出することで、吸入空気量の増大による反転周期Ｔの短縮がリッチ比例項ＲｓＲ、及びリッチ積分項ＫｉＲのリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づく側への算出に反映されるのを規制することができる。従って、吸入空気量の増加によって反転周期Ｔが短くなったととしても、それによってリッチ比例項ＲｓＲ、及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに不必要に近づけられることは行われにくい。
【００７７】
また、仮に吸入空気量の増加に伴い判断値Ａが閾値α，β未満となって、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけられるとしても、上記のように平均吸入空気量ＧＡavを加味して算出される判断値Ａに基づきリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが小さくされる。言い換えれば、上記判断値Ａに基づき、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをどの程度までリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけるかが決められる。このため、吸入空気量の増加による反転周期Ｔの短縮により、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づくことも生じにくくなる。
【００７８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）上記［１］〜［３］の理由によって、酸素センサ１５からのリッチ信号とリーン信号との反転周期Ｔが短くなり、且つリッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなるという状況が生じる。このときには、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きくされていることに起因する空燃比のリッチ傾向が抑えきれなくなる。しかし、上記のような状況のもとでは、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づくよう減少させられ、両者の差が小さくされる。具体的には、反転周期Ｔが適正反転周期Ｔｖよりも短い旨判断されると、且つ上記［１］〜［３］の理由により短くなる反転周期Ｔ、及び上記［２］の理由により小さくなる最大酸素吸着量Ｃmax 等に基づき、式（１）から判断値Ａが求められる。そして、判断値Ａが閾値α未満になるときにリッチ比例項ＲｓＲがリーン比例項ＲｓＬ（ａ１）に向けて小さくされ、判断値Ａが閾値β未満になるときにリッチ積分項ＫｉＲがリーン積分項ＫｉＬ（ａ２）に向けて小さくされる。これにより、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きくされていることに起因する上記空燃比のリッチ傾向が抑えられ、同空燃比が過度にリッチになってエミッションが悪化するのを抑制することができる。
【００７９】
（２）上記［１］〜［３］の理由による反転周期Ｔの短縮では、反転周期Ｔが短くなるほど、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなる傾向があるため、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きいことに起因して空燃比がリッチになり易くなる。しかし、反転周期Ｔが短くなるほど小さくなる判断値Ａが閾値α，β未満になるとき、判断値Ａが小さくなるほどリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけられる。従って、上記空燃比のリッチ傾向を抑制する上で必要なだけ、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけることができ、必要以上に近づけてしまうのを抑制することができる。
【００８０】
（３）上記［２］の理由により最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなって反転周期Ｔが小さくなるとき、その最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなるほど、リッチ信号の出力期間がリーン信号の出力期間に近くなる傾向がある。このため、最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなるほど、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲが各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きいことに起因して空燃比がリッチになり易くなる。しかし、最大酸素吸着量Ｃmax が小さくなるほど小さい値となる判断値Ａ閾値α，β未満になるとき、判断値Ａが小さくなるほどリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけられる。従って、上記空燃比のリッチ傾向を抑制する上で必要なだけ、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけることができ、必要以上に近づけてしまうのを抑制することができる。
【００８１】
（４）吸入空気量の増大によって反転周期Ｔが短くなるときには、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きいとしても、それによる空燃比のリッチ傾向は抑えられた状態になる。このため、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づける必要はない。リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけるか否か、及びどの程度近づけるかを決めるための判断値Ａは、平均吸入空気量ＧＡavが大となるほど大きくなって閾値α，β未満になりにくくなる。従って、吸入空気量の増加により反転周期Ｔが短くなったとき、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけられることは行われにくい。また、仮に吸入空気量の増加に伴い判断値Ａが閾値α，β未満になったとしても、上記判断値Ａに基づきリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをどの程度までリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけるかが決められるため、その接近は生じにくくなる。以上のように、吸入空気量の増加による反転周期Ｔの短縮がリッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲのリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づく側への算出に反映されることは、判断値Ａの算出に平均吸入空気量ＧＡavを加味することで的確に規制される。従って、吸入空気量の増加に伴い、不必要にリッチ比例項ＲｓＲ、及びリッチ積分項ＫｉＲがリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけられるのを抑制することができる。
【００８２】
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・判断値Ａを求めるのに反転周期Ｔ、平均吸入空気量ＧＡav、及び最大酸素吸着量Ｃmax を用いたが、それらのうち平均吸入空気量ＧＡavについては省略することもできる。また、最大酸素吸着量Ｃmax の大小は反転周期Ｔに影響を及ぼして同反転周期Ｔの変化として反映されるため、判断値Ａを求める上で最大酸素吸着量Ｃmax を省略してもよい。
【００８３】
・判断値Ａを式（１）から分かるように反転周期Ｔ、平均吸入空気量ＧＡav、及び最大酸素吸着量Ｃmax の加算によって求めたが、それらパラメータの乗算など他の方法によって求めてもよい。ここで、他の方法を採用した判断値Ａの計算式としては、例えば以下の式（３）〜（５）をあげることができる。
【００８４】
Ａ＝Ｔ・ＧＡ      …（３）
Ａ＝Ｔ・ＧＡ・Ｃmax      …（４）
Ａ＝ｆ（Ｔ，ＧＡ，Ｃmax）      …（５）
・判断値Ａが閾値α，β未満になったとき、判断値Ａが小さくなるほど、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけるようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、判断値Ａが閾値α，β未満になったとき、リッチ比例項ＲｓＲ、及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬと同じ値まで小さくしてもよい。
【００８５】
・触媒上流に空燃比センサ１４を設けたエンジン１に本発明を適用したが、空燃比センサ１４ではなく酸素センサ１５が設けられたエンジンに本発明を適用してもよい。この場合、触媒上流の酸素センサからのリーン信号及びリーン信号に応じてフィードバック補正値ＦＤの増減が行われるが、その増減量がリッチ比例項ＲｓＲ、リーン比例項ＲｓＬ、リッチ積分項ＫｉＲ、及びリーン積分項ＫｉＬによって補正される。
【００８６】
・リッチ比例項ＲｓＲとリーン比例項ＲｓＬとの差、及び、リッチ積分項ＫｉＲとリーン積分項ＫｉＬとの差を小さくするに当たり、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲをリーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬに近づけたが、本発明はこれに限定されない。例えば、リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬを、リッチ比例項ＲｓＲ及びリッチ積分項ＫｉＲに近づけてもよい。
【００８７】
・空燃比フィードバック制御により空燃比を理論空燃比に近づける上で、リッチ燃焼の実行期間がリーン燃焼の実行期間よりも長くなるよう、リッチ比例項ＲｓＲとリッチ積分項ＫｉＲとの両方を、各々リーン比例項ＲｓＬ及びリーン積分項ＫｉＬよりも大きくしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、リッチ比例項ＲｓＲだけリーン比例項ＲｓＬよりも大きくし、上記［１］〜［３］の理由により反転周期Ｔが短くなるときの空燃比のリッチ傾向の抑制については、リッチ比例項ＲｓＲとリーン比例項ＲｓＬとの差を小さくすることによって実現してもよい。また、リッチ積分項ＫｉＲだけリーン積分項ＫｉＬよりも大きくし、上記［１］〜［３］の理由により反転周期Ｔが短くなるときの空燃比のリッチ傾向の抑制については、リッチ積分項ＫｉＲとリーン積分項ＫｉＬとの差を小さくすることによって実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本実施形態の空燃比制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】噴射量指令値の算出手順を示すフローチャート。
【図３】触媒上流の排気中の酸素濃度の変化に対する空燃比センサの出力電圧の変化を示すグラフ
【図４】触媒下流の排気中の酸素濃度の変化に対する酸素センサの出力電圧の変化を示すグラフ。
【図５】電圧補正項の算出手順を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、サブフィードバック制御中の酸素センサ出力、電圧補正項、及び空燃比の推移を示すタイムチャート。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、リッチ比例項及びリッチ積分項の違いにより、酸素センサ出力に対応した電圧補正項の変化、及び空燃比がどのように異なるかを示すタイムチャート。
【図８】リッチ比例項、リーン比例項、リッチ積分項、及びリーン積分項の設定手順を示すフローチャート。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、判断値の変化によるリーン比例項、及びリッチ比例項の変化態様を示すグラフ。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、判断値の変化によるリーン積分項、及びリッチ積分項の変化態様を示すグラフ。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、吸入空気量の多い領域でのサブフィードバック制御中の酸素センサ出力、電圧補正項、及び空燃比の推移を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００８９】
１…エンジン、２…吸気通路、３…スロットルバルブ、４…燃焼室、５…燃料噴射弁、６…排気通路、７…触媒コンバータ、８…電子制御装置（制御手段）、９…アクセルペダル、１０…アクセルポジションセンサ、１１…スロットルポジションセンサ、１２…エアフローメータ、１３…クランクポジションセンサ、１４…空燃比センサ、１５…酸素センサ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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