(57)【要約】【課題】  本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、サブフィードバック制御における学習値を安定して学習できるようにすることで、安定したエミッション特性を維持できるようにする。【解決手段】  触媒から流出する排気ガスの空燃比が基準値と一致するように、下流側排気ガスセンサ８からの出力信号１０２を燃料噴射量にフィードバックする。このサブフィードバック制御において、積分値算出手段３４により下流側排気ガスセンサからの出力信号１０２と基準値１０４との偏差１０６の積分値を算出し、その積分値信号１２２を平滑化手段３６によって平滑化する。そして、平滑化された積分値信号１２４から、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に含まれる恒常的な誤差を補償するための学習値１２６を学習する、【選択図】      図１
2005113729.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上流側排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置された下流側排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比と一致するように、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック手段と、
前記メインフィードバック手段によるフィードバック制御を補完するように、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック手段とを備え、
前記サブフィードバック手段は、
前記下流側排気ガスセンサからの出力信号と基準値との偏差の積分値を算出する積分値算出手段と、
前記積分値算出手段からの積分値信号を平滑化する平滑化手段と、
前記上流側排気ガスセンサからの出力信号に含まれる恒常的な誤差を補償するための学習値を、前記平滑化された積分値信号から学習する学習手段とを含む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手段は、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックすべき条件が成立したか否かを判定する実行条件判定手段と、
前記条件の不成立時には、前記条件が再び成立するまで、前記学習値の算出に関係するパラメータの値を前記条件の不成立前の値に保持するパラメータ値保持手段とをさらに含む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。
【請求項３】
前記サブフィードバック手段は、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定手段と、
前記触媒の酸素吸蔵状態が所定の適正範囲内にあるか否かを判定する酸素吸蔵状態判定手段と、
前記燃料カットの実行後は、前記酸素吸蔵状態が前記適正範囲に入るまで、前記学習値の算出に関係するパラメータの値を前記燃料カットの実行前の値に保持するパラメータ値保持手段とをさらに含む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排気ガスセンサを配置し、これら排気ガス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の上流側にＡ／Ｆセンサ（広域空燃比センサ）を配置し、触媒の下流側にＯ2センサ（酸素センサ）を配置し、これら２つの排気ガス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。Ａ／Ｆセンサは空燃比に対してリニアな出力特性を示す排気ガスセンサであり、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いわゆるＺ特性を示す排気ガスセンサである。このような２つの排気ガスセンサを備えた制御装置では、まず、Ａ／Ｆセンサからの出力信号（空燃比信号）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噴射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センサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバック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】
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。メインフィードバック制御において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に設定され、メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサからの空燃比信号と目標空燃比との偏差に応じてフィードバック補正値を算出している。しかしながら、内燃機関における種々のバラツキの影響により、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目標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。このような傾向が継続すれば、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】
Ｏ2センサからの出力信号は、この触媒の酸素吸蔵状態を代表しており、触媒の酸素吸蔵状態が枯渇状態になった場合にはＯ2センサからの出力信号はリッチ出力となり、触媒の酸素吸蔵状態が飽和状態になった場合にはＯ2センサからの出力信号はリーン出力となる。したがって、Ｏ2センサからの出力信号がリッチ出力に反転したら、触媒に流入する排気ガスの実空燃比はリッチ側に偏っていると判断することができ、逆にＯ2センサからの出力信号がリーン出力に反転したら、実空燃比はリーン側に偏っていると判断することができる。
【０００５】
サブフィードバック制御では、Ｏ2センサからの出力信号に基づきサブフィードバック補正値を算出し、このサブフィードバック補正値をメインフィードバック制御にフィードバックすることで、Ａ／Ｆセンサからの空燃比信号と目標空燃比との偏差を補正している。これによれば、Ａ／Ｆセンサからの空燃比信号と目標空燃比との偏差を現実の空燃比と目標空燃比との偏差に近づけることが可能であり、メインフィードバック制御による空燃比の制御精度を高めることができる。
【０００６】
空燃比制御においてメインフィードバック制御とともにサブフィードバック制御を行う制御装置としては、従来、例えば、特許文献１に開示されている制御装置が知られている。この制御装置におけるサブフィードバック制御では、具体的には、Ｏ2センサからの出力信号に基づきＰＩ制御を行い、Ｐ項（比例項）とＩ項（積分項）を演算して空燃比補正量を算出している。また、この空燃比補正量を加重平均し、その結果を空燃比学習量として算出している。そして、空燃比補正量と空燃比学習量とを標空燃比に加算して目標空燃比を補正することで、メインフィードバック制御を補完している。
【特許文献１】特開平８−２９１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された従来の制御装置では、空燃比補正量から学習値としての空燃比学習量を学習しているが、この空燃比補正量はＯ2センサからの出力信号をＰＩ制御して得られるＰ項とＩ項からなる。Ｉ項がＯ2センサからの出力信号の定常偏差を示す定常成分であるに対し、Ｐ項はＯ2センサからの出力信号の変化に応じて変動する変動成分であるため、Ｐ項を学習に取り込むことで学習値にも変動成分が含まれてしまう。
【０００８】
このため、従来の制御装置には、サブフィードバック制御における学習値が荒れてしまったり、安定した学習値を学習するのに時間がかかってしまったり等といった不都合があった。学習値の荒れや、学習速度の遅さは排気ガスの空燃比のリーン側、或いはリッチ側への偏りを許容することになり、安定したエミッション特性を維持することができなくなってしまう。
【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おける学習値を安定して学習できるようにすることで、安定したエミッション特性を維持できるように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上流側排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置された下流側排気ガスセンサと、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比と一致するように、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック手段と、
前記メインフィードバック手段によるフィードバック制御を補完するように、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック手段とを備え、
前記サブフィードバック手段は、
前記下流側排気ガスセンサからの出力信号と基準値との偏差の積分値を算出する積分値算出手段と、
前記積分値算出手段からの積分値信号を平滑化する平滑化手段と、
前記上流側排気ガスセンサからの出力信号に含まれる恒常的な誤差を補償するための学習値を、前記平滑化された積分値信号から学習する学習手段とを含むことを特徴としている。
【００１１】
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手段は、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックすべき条件が成立したか否かを判定する実行条件判定手段と、
前記条件の不成立時には、前記条件が再び成立するまで、前記学習値の算出に関係するパラメータの値を前記条件の不成立前の値に保持するパラメータ値保持手段とをさらに含むことを特徴としている。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明において、前記サブフィードバック手段は、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定手段と、
前記触媒の酸素吸蔵状態が所定の適正範囲内にあるか否かを判定する酸素吸蔵状態判定手段と、
前記燃料カットの実行後は、前記酸素吸蔵状態が前記適正範囲に入るまで、前記学習値の算出に関係するパラメータの値を前記燃料カットの実行前の値に保持するパラメータ値保持手段とをさらに含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、下流側排気ガスセンサからの出力信号の定常偏差を示す積分値から学習値が学習されるので、学習値が比例値や微分値のような変動成分の影響を受けることがない。しかも積分値は平滑化されているので、下流側排気ガスセンサからの出力信号の変動の影響による二次振動も抑制され、安定した学習値を得ることができる。
【００１４】
また、第２の発明によれば、フィードバック条件が不成立になった時、学習値の算出に関係するパラメータの値がクリアされることなく、フィードバック条件が不成立になる前の値に保持されるので、フィードバック再開後も学習速度を維持することができる。
【００１５】
また、第３の発明によれば、燃料カット時には触媒の酸素吸蔵状態が飽和状態になるため、そのまま学習を行うと学習値がリッチ側に誤学習されてしまうが、酸素吸蔵状態が適正範囲に入るまでは学習値の算出に関係するパラメータの値が燃料カットの実行前の値に保持されるので、学習値が誤学習されてしまうことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１である空燃比制御装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の創案過程において案出された空燃比制御装置（以下、比較対象装置という）の構成を示すブロック図である。以下では、これら２つの空燃比制御装置を対比することで、本実施形態の空燃比制御装置の特徴を明らかにする。なお、本実施形態の空燃比制御装置は、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を実行可能な装置であるが、ここでは、サブフィードバック制御に関連する部分を抜き出して示している。メインフィードバック制御の方法については、本発明の主要部ではないので、ここではその詳細な説明は省略する。また、図中、双方に共通する要素については、同一の符号を付している。
【００１７】
先ず、比較対象装置の構成について説明する。特許文献１に記載された従来の制御装置では、ＰＩ制御によって空燃比補正量を算出して目標空燃比を補正している。これに対して比較対象装置では、ＰＩＤ制御によって空燃比補正量を算出するとともに、Ａ／Ｆセンサからの空燃比信号を空燃比補正量により補正する。
【００１８】
図２に示すように、比較対象装置では、内燃機関２と触媒４との間にＡ／Ｆセンサ６が配置され、触媒４の下流にＯ2センサ８が配置されている。Ａ／Ｆセンサ６からは、触媒４に流入する排気ガスの空燃比にリニアに対応する空燃比信号１００が出力され、Ｏ2センサ８からは、触媒４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１０２が出力される。Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は、比較部１２によってＳＦＢ目標値（基準値）１０４と比較される。ＳＦＢ目標値１０４は理論空燃比に相当する出力値であり、触媒４から流出する排気ガスの空燃比がリッチのときには、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２はＳＦＢ目標値１０４よりも大きい値を示し、逆にリーンのときには小さい値を示す。比較部１２は、ＳＦＢ目標値１０４とＯ2センサ８からの出力信号１０２との出力偏差１０６を出力する。
【００１９】
比較部１２から出力された出力偏差１０６はサブＦＢコントローラ２０に入力される。サブＦＢコントローラ２０は、入力された出力偏差１０６に基づきＰＩＤ制御を行い、サブＦＢ補正量（空燃比補正量）１１０を算出する。図２中のサブＦＢコントローラ２０の枠内に示す演算式はＰＩＤ制御のための伝達関数であり、GpsfbはＰ項（比例項）の比例ゲイン、GisfbはＩ項（積分項）の積分ゲイン、GdsfbはＤ項（微分項）の微分ゲインをそれぞれ示している。ＰＩＤ制御によって算出されたサブＦＢ補正量１１０は、加算部１４においてＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算される。このサブＦＢ補正量１１０は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がリッチ出力に反転したとき、すなわち、触媒４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ側に偏っていると判断されるときには負方向（補正後の空燃比信号１１６をリッチ化させる方向）に更新される。反対に、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がリーン出力に反転したとき、すなわち、触媒４に流入する排気ガスの空燃比がリーン側に偏っていると判断されるときには正方向（補正後の空燃比信号１１６をリーン化させる方向）に更新される。
【００２０】
比較対象装置では、サブフィードバック学習も行われている。サブフィードバック学習は、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００のストイキ点（理論空燃比相当出力）のずれを学習値１１４として学習する制御である。ここでは、サブフィードバック学習のための手段としてサブＦＢ学習部２２が備えられ、サブＦＢコントローラ２０からサブＦＢ補正量１１０が入力される。サブＦＢ学習部２２では、適当なタイミングで、サブＦＢ補正量１１０の平均的な値を学習値１１４に移し替える処理が行われる。
【００２１】
具体的には、サブＦＢ学習部２２は、ローパスフィルタ２４とＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）２６とから構成されている。図２中のローパスフィルタ２４の枠内に示す演算式は、ローパスフィルタの構成を示す伝達関数であり、ここではローパスフィルタとして一次遅れ要素が用いられている。サブＦＢ学習部２２に入力されたサブＦＢ補正量１１０は、ローパスフィルタ２４を通ることによってその高周波成分をカットされる。
【００２２】
ローパスフィルタ２４を通ったサブＦＢ補正量１１２は、所定のタイミング（例えば所定の燃料噴射回数）でＳＲＡＭ２６に取り込まれる。図２中のＳＲＡＭ２６の枠内に示す演算式は、サブＦＢ補正量１１２をＳＲＡＭ２６に取り込むための積分動作を示している。学習値１１４はＳＲＡＭ２６に記憶されており、新たに取り込まれる空燃比補正量１１２は積分動作によって学習値１１４に積算されていく。つまり、学習値１１４は新たにサブＦＢ補正量１１２が取り込まれる毎に、その補正量１１２の値を加えた値に学習更新される。このようにサブＦＢ補正量１１２が積算されていくことで、空燃比信号１００に含まれる恒常的な誤差のための補正量は、サブＦＢ補正量１１２から学習値１１４に移し変えられていく。なお、ローパスフィルタ２４からＳＲＡＭ２６にサブＦＢ補正量１１２が取り込まれた際には、ローパスフィルタ２４の状態量がクリアされるとともに、クリアされたローパスフィルタ２４の状態量に応じてサブＦＢコントローラ２０のＩ項が補正される。
【００２３】
ＳＲＡＭ２６に記憶された学習値１１４は、サブＦＢコントローラ２０で算出された空燃比補正量１１０とともに加算部１４に入力され、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算される。これにより、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、実空燃比のリーン側、或いはリッチ側への偏りを解消する方向に補正される。補正された空燃比信号１１６は変換マップ１０において電圧値から空燃比そのものに変換され、その補正された空燃比信号１１６から変換された空燃比１１８に基づいてメインフィードバック制御が実行される。
【００２４】
以上説明した構成の比較対象装置によれば、サブＦＢ補正量（空燃比補正量）１１０をＰＩＤ制御により算出することで、ＰＩ制御により空燃比補正量を算出する従来の制御装置と比べて、サブＦＢ補正量１１０をより速やかに収束させることができる。また、サブＦＢ補正量１１０が速やかに収束することで、サブＦＢ補正量１１０から学習される学習値１１４もより安定したものになると考えられる。
【００２５】
しかしながら、サブＦＢ補正量１１０には、従来の制御装置と同様に、変動成分であるＰ項及びＤ項が含まれている。このため、これらＰ項やＤ項が学習に取り込まれる学習値１１４にも変動成分が含まれており、学習値１１４はＯ2センサ８からの出力信号の変化の影響を受けてしまう。また、ＳＲＡＭ２６にサブＦＢ補正量１１２を取り込む際には、整合を取るために、取り込んだサブＦＢ補正量１１２に応じてサブＦＢコントローラ２０のＩ項が補正されるが、サブＦＢ補正量１１２はＰ項やＤ項を含んでいるため、補正によってＩ項にもＯ2センサ８からの出力信号の変化が影響してしまうことになる。
【００２６】
そこで、本実施形態の空燃比制御装置は、上記のような比較対象装置における不都合を解消すべく、以下に説明するような構成を採った。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の空燃比制御装置は、触媒４の上流に上流側排気ガスセンサとしてのＡ／Ｆセンサ６を備え、触媒４の下流に下流側排気ガスセンサとしてのＯ2センサ８を備えたダブルセンサシステムとして構成されている。Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、説明を省略するメインフィードバック制御において、燃料噴射量を補正するためのフィードバック補正値の算出に用いられる。Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は、以下に説明するサブフィードバック制御において、サブＦＢ補正量（空燃比補正量）及び学習値の算出に用いられる。
【００２８】
Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は、先ず、比較部１２に入力される。比較部１２では、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は理論空燃比に相当する出力値であるＳＦＢ目標値（基準値）１０４と比較され、ＳＦＢ目標値１０４とＯ2センサ８からの出力信号１０２との出力偏差１０６が出力される。この出力偏差１０６は、触媒４から流出する排気ガスの空燃比がリッチのときには負の値となり、触媒４から流出する排気ガスの空燃比がリーンのときには正の値となる。
【００２９】
本実施形態の空燃比制御装置は、サブＦＢコントローラ３０とサブＦＢ学習部３２とを備えている。比較部１４から出力された出力偏差１０６は、サブＦＢコントローラ３０とサブＦＢ学習部３２とに並行して入力される。サブＦＢコントローラ３０は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２の変化に応じたサブＦＢ補正量１２０を算出する手段である。比較対象装置では、サブＦＢコントローラ２０はＰＩＤ制御を行っていたが、本実施形態にかかるサブＦＢコントローラ３０ではＰＤ制御が行われる。図１中のサブＦＢコントローラ３０の枠内に示す演算式はＰＤ制御のための伝達関数であり、GpsfbはＰ項（比例項）の比例ゲイン、GdsfbはＤ項（微分項）の微分ゲインをそれぞれ示している。サブＦＢコントローラ３０によるＰＤ制御によって算出されたサブＦＢ補正量１２０は、加算部１４においてＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算される。サブＦＢ補正量１２０は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がリッチ出力に反転したときには負方向（補正後の空燃比信号１２８をリッチ化させる方向）に更新され、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がリーン出力に反転したときには正方向（補正後の空燃比信号１２８をリーン化させる方向）に更新される。
【００３０】
サブＦＢ学習部３２は、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に含まれる恒常的な誤差、すなわち、空燃比信号１００のストイキ点のずれを学習値１２６として学習する手段である。比較対象装置では、学習値１１４をＰ項、Ｉ項、及びＤ項を含むサブＦＢ補正量１１０から学習していたが、本実施形態の空燃比制御装置では、学習値１２６を出力偏差１０６のＩ制御によって得られる積分項（Ｉ項）のみから学習する。本実施形態にかかるサブＦＢ学習部３２は、積分部３４とローパスフィルタ３６とＳＲＡＭ３８とから構成されている。出力偏差１０６に基づくＩ制御は、本発明にかかる積分値算出手段としての積分部３４によって行われ、比較部１２からの偏差信号１０６は積分部３４によって積分されていく。図１中の積分部３４の枠内に示す演算式はＩ制御のための伝達関数であり、GisfbはＩ項の積分ゲインを示している。積分部３４のＩ制御によって得られた積分項信号（積分値信号）１２２は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２のＳＦＢ目標値１０４からの定常偏差を示している。
【００３１】
積分部３４は、Ｉ制御によって得られた積分項信号１２２を加算部１４とローパスフィルタ３６とに並行に入力する。ローパスフィルタ３６に入力された積分項信号１２２は、本発明にかかる平滑化手段としてのローパスフィルタ３６によってその高周波成分をカットされ、平滑化される。図１中のローパスフィルタ３６の枠内に示す演算式は、ローパスフィルタの構成を示す伝達関数であり、ここではローパスフィルタとして一次遅れ要素が用いられている。τsfbgはローパスフィルタの応答時定数を示している。なお、ここで示す伝達関数はあくまでもローパスフィルタの一例であり、他の伝達関数で表されるローパスフィルタを用いてもよい。また、高周波成分をカットして信号を平滑化できる手段であれば、加重平均等、ローパスフィルタ以外の平滑化手段を用いてもよい。
【００３２】
ローパスフィルタ３６を通り平滑化された積分項信号（積分値信号）１２４は、所定のタイミング（例えば所定の燃料噴射回数）で本発明にかかる学習手段としてのＳＲＡＭ３８に取り込まれる。図１中のＳＲＡＭ３８の枠内に示す演算式は、積分項信号１２４をＳＲＡＭ３８に取り込むための積分動作を示している。学習値１２６はＳＲＡＭ３８に記憶されており、新たに積分項信号１２４が取り込まれる毎に、学習値１２６は積分項信号１２４を積算した値に学習更新されていく。これにより、空燃比信号１００に含まれる恒常的な誤差のための補正量は、積分項信号１２４から学習値１２６に移し変えられていく。ローパスフィルタ３６からＳＲＡＭ３８に積分項信号１２４が取り込まれた際には、ローパスフィルタ３６の状態量がクリアされるとともに、クリアされたローパスフィルタ３６の状態量に応じて積分部３４の状態量（Ｉ項）が補正される。
【００３３】
ＳＲＡＭ３８に記憶された学習値１２６は、上述のサブＦＢ補正量１２０や積分項信号１２４とともに加算部１４に入力され、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算される。これにより、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、実空燃比のリーン側、或いはリッチ側への偏りを解消する方向に補正される。補正された空燃比信号１２８は変換マップ１０において電圧値から空燃比そのものに変換され、変換された空燃比１３０に基づいてメインフィードバック制御が実行される。
【００３４】
以上のような空燃比制御装置の構成において、比較部１２、加算部１４、サブＦＢコントローラ３０、サブ学習部３２、及び変換マップ１０は、内燃機関を総合制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）の一機能として実現されている。ＥＣＵは、本発明にかかるメインフィードバック手段としての機能とサブフィードバック手段としての機能とを備えており、サブフィードバック手段として機能する場合には、Ａ／Ｆセンサ６及びＯ2センサ８から出力信号の供給を受け、図３に示すルーチンに従いサブフィードバック制御を実行する。
【００３５】
図３は、本実施形態において、ＥＣＵが実行するサブフィードバック制御の流れを説明するためのフローチャートである。図３に示すルーチンは燃料噴射タイミング毎に実行され、最初のステップでは、サブフィードバック制御の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。実行条件としては、Ｏ2センサ８が活性していることと、冷却水温が所定温度まで上昇していることである。この判定により、サブフィードバック制御の実行条件が成立している場合には、Ｏ2センサ８からの出力信号が取りこまれる（ステップ１０２）。
【００３６】
ステップ１０４では、Ｏ2センサ８からの出力信号から、以下の（１）式、及び（２）式に従ってサブＦＢ補正量が算出される。（１）式は図１の制御装置において比較部１２により行われる処理内容に対応し、（２）式はサブＦＢコントローラ３０により行われる処理内容に対応している。
doxs(k)＝oxsref(k)−gaoxs(k)  ・・・（１）
sfb(k)＝Gpsfb*doxs(k)＋Gdsfb*{doxs(k)−doxs(k-1)}  ・・・（２）
上記（１）式中、gaoxsはＯ2センサ８からの出力信号値であり、oxsrefはＳＦＢ目標値である。したがって、doxsはＯ2センサ８からの出力信号の出力偏差を示している。上記（２）式中、sfbはサブＦＢ補正量であり、GpsfbはサブＦＢコントローラ３０によるＰＤ制御の比例ゲインであり、Gdsfbはその微分ゲインである。各項中のｋはその項が今回値（今回周期での計算値）であることを意味し、k-1は前回値（前回周期での計算値）であることを意味している。
【００３７】
ステップ１０６では、以下の（３）式、及び（４）式に従って学習用の積分項が算出される。（３）式、及び（４）式は、図１の制御装置においてサブＦＢ学習部３２の積分部３４により行われる処理内容に対応している。
sumdoxs＝doxs(k)＋sfbi(k-1)  ・・・（３）
sfbi(k)＝Gisfb*sumdoxs(k-1)  ・・・（４）
上記（３）及び（４）式中、sumdoxsは出力偏差doxsの積分値であり、sfbiはsumdoxsにゲインGisfbを乗じて得られる積分項である。このsfbiが積分項信号として積分部３４から出力される。GisfbはサブＦＢ学習部３２の積分部３４によるＩ制御の積分ゲインである。
【００３８】
ステップ１０８では、以下の（５）式に従って積分項信号のローパス処理（平滑化処理）が行われる。（５）式は、図１の制御装置においてサブＦＢ学習部３２のローパスフィルタ３６により行われる処理内容に対応している。
sfbism(k)＝{sfbi(k-1)−(1-τsfbg)* sfbism(k-1)}/τsfbg  ・・・（５）
上記（５）式中、sfbismはローパス処理後の積分項信号であり、τsfbgはローパス処理におけるサンプリング数（応答時定数）である。
【００３９】
ステップ１１０では、ステップ１０８でローパス処理された積分項信号の学習値への取り込み条件、すなわち、学習の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１１０）。ここでは、前回の学習からの噴射回数が所定回に達することが実行条件とされている。この判定により、学習の実行条件が成立している場合には、ステップ１０８でローパス処理された積分項信号がＳＲＡＭ３８に書き込まれ、学習値が学習更新される（ステップ１１２）。
【００４０】
ＳＲＡＭ３８への積分項信号の書き込みが実行されると、同時に、積分部３４とローパスフィルタ３６の状態量の補正（クリア）が行われる。まず、ローパスフィルタ３６の状態量の補正は、以下の（６）式、及び（７）式に従って行われる。
sfbi(k-1)＝０  ・・・（６）
sfbism(k-1)＝０  ・・・（７）
すなわち、（５）式におけるローパス処理の各要素の値が全て０にリセットされる。
【００４１】
積分部３４の状態量の補正は、以下の（８）式に従って行われる。
sumdoxs＝sumdoxs−sfbism(k)/Gisfb  ・・・（８）
すなわち、ＳＲＡＭ３８に取り込まれた積分項信号の大きさに整合させて、（３）式における積分値が補正される。なお、上記（８）式において右辺のsumdoxsは補正前の値を示し、左辺のsumdoxsは補正後の値を示している。
【００４２】
以上の制御が実行されることにより、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、サブＦＢ補正量と学習値とによって、実空燃比のリーン側、或いはリッチ側への偏りを解消する方向に補正され、目標空燃比近傍での運転が可能になる。特に、本実施形態の空燃比制御装置では、上述のようにＯ2センサ８からの出力信号とＳＦＢ目標値との出力偏差に基づきＩ制御を行い、このＩ制御で得られる積分項のみから学習値を学習しているので、従来のように微分項や比例項の影響によって学習が不安定になってしまうことがない。
【００４３】
ここで、図４の上段は、Ｏ2センサ８からの出力信号の時間変化を示すグラフであり、図４の下段は、上段のような出力信号に基づきＩ制御を行った場合に得られる積分項の時間変化を示すグラフである。図４の上段に示すように、内燃機関２の運転中は、Ｏ2センサ８からの出力信号はリーン出力とリッチ出力との間で絶えず変化している。このため、図４の下段に示すように、Ｏ2センサ８からの出力信号の変動にともない、Ｉ制御で得られる積分項には二次振動が生じる。この積分項の二次振動の振幅は、微分項や比例項による振動の振幅に比較すると小さいものの、学習のタイミング（ＳＲＡＭ３８への書き込みタイミング）によって二次振動の振幅の分だけ学習値に誤差が生じてしまうことになる。
【００４４】
積分項に含まれる振動を低減する手段としては、Ｉ制御の制御ゲインを下げるのが一般的な手法である。しかしながら、制御ゲインを下げると、その分、応答が遅れることになるため、学習速度が低下してしまう。この点に関し、本実施形態の空燃比制御装置では、ローパスフィルタ３６を用いて積分項に含まれる高周波成分を切り落とすようにしている。ローパスフィルタ３６によれば、学習速度を低下させることなく、高周波成分を含まない平滑な積分値信号から学習値を学習することができる。つまり、本実施形態の空燃比制御装置によれば、Ｏ2センサ８からの出力信号の定常偏差を示す積分項（積分値）から学習値が学習され、さらにこの積分項は平滑化されているので、学習値が比例項や微分項のような変動成分の影響を受けることがないだけでなく、Ｏ2センサ８からの出力信号の変動の影響による二次振動も抑制され、安定した学習値を得ることができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、サブＦＢコントローラ３０はＰＤ制御を行っているが、Ｐ制御を行うようにしてもよい。また、本実施形態では、サブＦＢ補正量と学習値によりＡＦセンサ６からの空燃比信号１００を補正しているが、メインフィードバック制御における目標空燃比をサブＦＢ補正量と学習値により補正するようにしてもよい。また、本実施形態では、積分項信号１２４をローパスフィルタ３６と並行に加算部１４にも入力しているが、ローパスフィルタ３６のみに入力するようにしてもよい。さらに、本実施形態では、上流側排気ガスセンサとしてＡ／Ｆセンサを用いているが、下流側排気ガスセンサと同様にＯ2センサを用いてもよい。
【００４６】
実施の形態２．
以下、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。
空燃比制御装置のサブフィードバック制御における学習値の算出には、複数のパラメータが用いられている。本発明の空燃比制御装置においても、実施の形態１において説明したように、複数のパラメータsfbi，sumdoxs，sfbismが学習値の算出に用いられている。従来、これら学習値の算出に関係するパラメータの値は、サブフィードバック実行条件が成立してサブフィードバック制御が実施されている間は更新され続けているが、サブフィードバック実行条件が不成立になった場合にはクリアされ、次回のサブフィードバック実行条件の成立時に最初から新たに計算される。しかし、このようにサブフィードバック実行条件が不成立になる毎にパラメータがクリアされると、サブフィードバック制御の再開時に学習値の収束に時間がかかり学習速度は低下してしまう。
【００４７】
そこで、本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵに、さらに図５のルーチンを実行させることにより、サブフィードバック制御の再開時における学習速度の低下を防止している。図５に示すルーチンは燃料噴射タイミング毎に実行され、最初のステップでは、サブフィードバック制御の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ２００）。
【００４８】
ステップ２００でサブフィードバック実行条件が不成立になった場合、本実施形態の空燃比制御装置では、学習値の算出に関係するパラメータの値はホールドされる。すなわち、各パラメータの値はクリアされることなく、サブフィードバック実行条件の不成立前の値、すなわち前回周期における値のまま保持される（ステップ２０２）。
【００４９】
サブフィードバック実行条件の成立時には、サブフィードバック制御の再開とともに学習値の学習も再開される。学習再開時におけるパラメータの初期値には、ステップ２０２で保持されていたパラメータの値が用いられる（ステップ２０４）。これによれば、最初から各パラメータの値を算出する場合に比較して、学習値の収束に要する時間を短縮することができ、サブフィードバック再開後も学習速度を維持することができる。
【００５０】
なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵによる上記ステップ２００の処理の実行により、第２の発明の「実行条件判定手段」が実現されている。また、ＥＣＵによる上記ステップ２０２の処理の実行により、第２の発明の「パラメータ値保持手段」が実現されている。
【００５１】
実施の形態３．
以下、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
内燃機関では、車両が制限最高速度を超えた場合や回転数が制限回転数に達した場合等、所定の運転条件下において、一時的に燃料噴射を停止する燃料カットが実施される。燃料カットが実施されたときには、燃焼していない新気がそのまま触媒４に流入することになるため、触媒４の酸素吸蔵状態はやがて飽和状態になり、燃料カット後暫くはＯ2センサ８はリーン側の出力信号を出力するようになる。このような状況下においてサブフィードバック制御における学習値の学習が実施されると、学習値はＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００をリッチ側に補正するように誤学習されてしまう。
【００５２】
そこで、本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵに、さらに図６のルーチンを実行させることにより、燃料カット時における学習値の誤学習を防止している。図６に示すルーチンは燃料噴射タイミング毎に実行され、最初のステップでは、燃料カットが実行されたか否かが判定される（ステップ３００）。
【００５３】
燃料カットが実行された場合には、次に、触媒４の酸素吸蔵状態が適正な状態になっているか否かが判定される（ステップ３０２）。触媒４の酸素吸蔵状態の判定方法としては、例えば、燃料カット後、Ｏ2センサ８からの出力信号がリッチ側に反転した場合に適正状態になったものと判定することができる。また、触媒４の最大酸素吸蔵量に対し燃料カット後の推定脱離酸素量が所定量（所定％）になった場合に、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態になったものと判定してもよい。
【００５４】
燃料カットの実行後、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態になるまでの間、すなわち、ステップ３０２の条件が成立するまでの間は、本実施形態の空燃比制御装置では、学習値の算出に関係するパラメータの値はホールドされる。すなわち、各パラメータの値は更新されることなく、燃料カット実行前の値のまま保持される（ステップ３０４）。
【００５５】
ステップ３０２の条件の成立時には、学習値の更新が再開される。燃料カット後の学習値の更新再開時におけるパラメータの初期値には、ステップ３０４で保持されていたパラメータの値が用いられる（ステップ３０６）。これによれば、燃料カットの影響を受けていないパラメータを用いて学習することができるので、燃料カットに伴う空燃比のリーン側への偏りによって学習値が誤学習されることを防止できる。
【００５６】
なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵによる上記ステップ３００の処理の実行により、第３の発明の「燃料カット判定手段」が実現されている。また、ＥＣＵによる上記ステップ３０２の処理の実行により、第３の発明の「酸素吸蔵状態判定手段」が実現されている。さらに、ＥＣＵによる上記ステップ３０４の処理の実行により、第３の発明の「パラメータ値保持手段」が実現されている。
【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の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の創案過程において案出された空燃比制御装置の構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるサブフィードバック制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において実行される学習値の学習方法の特徴について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２において実行される学習ルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３において実行される学習ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
２  内燃機関
４  触媒
６  Ａ／Ｆセンサ
８  Ｏ2センサ
１０  変換マップ
１２  比較部
１４  加算部
３０  サブＦＢコントローラ
３２  サブ学習部
３４  積分部
３６  ローパスフィルタ
３８  ＳＲＡＭ
【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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