(57)【要約】【課題】  本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関し、触媒の酸素吸蔵状態が適正状態に維持されるように空燃比をより積極的に制御できるようにする。【解決手段】  メインフィードバック制御手段１０により、触４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、上流側排気ガスセンサ６からの出力信号１００を用いて燃料噴射量をフィードバック制御する。このフィードバック制御におけるフィードバック補正値１３２に、信号取得手段５４によって下流側排気ガスセンサ８の出力信号１０２から取り出された、理論空燃比近傍の出力急変域での出力変化を示す信号１１０を反映させる。【選択図】      図１
2005120870.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、排気ガスの空燃比に対し理論空燃比近傍で出力信号が急変する出力特性の下流側排気ガスセンサと、
前記下流側排気ガスセンサからの出力信号から前記理論空燃比近傍の出力急変域での出力変化を示す信号を取り出す信号取得手段と、
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用いて燃料噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記信号取得手段により取り出された出力変化信号を前記フィードバック制御におけるフィードバック補正値に反映させるサブフィードバック制御手段と、
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】
前記信号取得手段は、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号の微分値を算出する微分値算出手段を含み、前記微分値を前記出力変化信号として用いる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】
前記信号取得手段は、ローパスフィルタを含み、前記微分値をさらに前記ローパスフィルタに通したものを前記出力変化信号として用いることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記信号取得手段は、ハイパスフィルタを含み、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号を前記ハイパスフィルタに通したものを前記出力変化信号として用いる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５】
前記サブフィードバック制御手段は、前記出力変化信号により前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を補正することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記メインフィードバック制御手段は、フィードバック補正値として前記上流側排気ガスセンサからの出力信号と前記目標空燃比との偏差の積分値を算出する積分値算出手段を含み、
前記サブフィードバック制御手段は、前記出力変化信号を前記積分値に反映させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
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が所定範囲を超えた場合に、前記偏差に応じた補正信号を生成する信号生成手段と、
前記補正信号により前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を補正する空燃比補正手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
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、排気ガスの空燃比に対し理論空燃比近傍で出力信号が急変する出力特性の下流側排気ガスセンサと、
前記下流側排気ガスセンサからの出力信号から前記理論空燃比近傍の出力急変域での出力変化を示す信号を取り出す信号取得手段と、
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用いて燃料噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記信号取得手段により取り出された出力変化信号を前記目標空燃比に反映させるサブフィードバック制御手段と、
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９】
前記サブフィードバック制御手段は、前記出力変化信号から前記目標空燃比の切り換えのための判定値を算出する判定値算出手段と、
前記判定値と閾値との比較により前記目標空燃比を所定の補正用空燃比に切り換える目標空燃比切換手段とを含むことを特徴とする請求項８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、特許文献１に開示されているように、触媒の上流側にＡ／Ｆセンサ（広域排気ガスセンサ）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フィードバック制御を行う空燃比制御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空燃比制御装置では、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基づき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】
触媒の酸素吸蔵状態はＯ2センサの出力に影響しており、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る。逆に、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ーン出力から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ッチ出力から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空燃比補正量を算出し、この空燃比補正量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。特許文献１に開示されている制御装置では、具体的には、Ｏ2センサからの出力信号に基づきＰＩ制御を行うことで空燃比補正量を算出し、これを目標空燃比に加算して目標空燃比を補正している。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。
【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】
【０００６】
サブフィードバック制御は、排気エミッションが悪化しないように、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態でも飽和状態でもない適正状態に保つための制御とも言える。Ｏ2センサからの出力信号がこの触媒の酸素吸蔵状態を代表しているならば、上記の従来技術のようにＯ2センサからの出力信号をＰＩ制御して空燃比補正量を算出し、それをメインフィードバック制御に反映させることで、触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に収束させることができる。
【０００７】
ところが、実際にはＯ2センサからの出力信号は触媒の酸素吸蔵状態を代表してはいない。図９は、Ｏ2センサの動特性を触媒内酸素吸蔵量（ＯＳＡ）とＯ2センサの出力との関係で表したものである。この図から分かるように、触媒内酸素吸蔵量とＯ2センサの出力とは非線形関係にあり、同じ酸素吸蔵量でも、触媒の酸素吸蔵状態が枯渇状態から飽和状態に移行するときと、飽和状態から枯渇状態に移行するときとでは、Ｏ2センサの出力軌跡は異なったものになる。このため、上記の従来技術のように、Ｏ2センサからの出力信号に基づいたフィードバック制御を行っても、触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に収束させることはできない。触媒の酸素吸蔵状態は、図９中のサークルに沿って枯渇状態、適正状態、飽和状態、そして適正状態というふうに順に移行することになる。
【０００８】
上記のような特性のもと、排気エミッションを向上させるためには、排気エミッションが悪化する領域（図９中に破線で囲んだ領域）はなるべく速やかに通過させ、できるだけ長く触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に維持するようにしたい。
【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、触媒の酸素吸蔵状態が適正状態に維持されるように空燃比をより積極的に制御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、排気ガスの空燃比に対し理論空燃比近傍で出力信号が急変する出力特性の下流側排気ガスセンサと、
前記下流側排気ガスセンサからの出力信号から前記理論空燃比近傍の出力急変域での出力変化を示す信号を取り出す信号取得手段と、
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用いて燃料噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記信号取得手段により取り出された出力変化信号を前記フィードバック制御におけるフィードバック補正値に反映させるサブフィードバック制御手段と、
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、前記信号取得手段は、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号の微分値を算出する微分値算出手段を含み、前記微分値を前記出力変化信号として用いることを特徴としている。
【００１２】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記信号取得手段は、ローパスフィルタを含み、前記微分値をさらに前記ローパスフィルタに通したものを前記出力変化信号として用いることを特徴としている。
【００１３】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記信号取得手段は、ハイパスフィルタを含み、前記下流側排気ガスセンサからの出力信号を前記ハイパスフィルタに通したものを前記出力変化信号として用いることを特徴としている。
【００１４】
また、第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、前記サブフィードバック制御手段は、前記出力変化信号により前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を補正することを特徴としている。
【００１５】
また、第６の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、前記メインフィードバック制御手段は、フィードバック補正値として前記上流側排気ガスセンサからの出力信号と前記目標空燃比との偏差の積分値を算出する積分値算出手段を含み、
前記サブフィードバック制御手段は、前記出力変化信号を前記積分値に反映させることを特徴としている。
【００１６】
また、第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、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が所定範囲を超えた場合に、前記偏差に応じた補正信号を生成する信号生成手段と、
前記補正信号により前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を補正する空燃比補正手段と、
をさらに備えることを特徴としている。
【００１７】
第８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、排気ガスの空燃比に対し理論空燃比近傍で出力信号が急変する出力特性の下流側排気ガスセンサと、
前記下流側排気ガスセンサからの出力信号から前記理論空燃比近傍の出力急変域での出力変化を示す信号を取り出す信号取得手段と、
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用いて燃料噴射量をフィードバック制御するメインフィードバック制御手段と、
前記信号取得手段により取り出された出力変化信号を前記目標空燃比に反映させるサブフィードバック制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１８】
また、第９の発明は、第８の発明において、前記サブフィードバック制御手段は、前記出力変化信号から前記目標空燃比の切り換えのための判定値を算出する判定値算出手段と、
前記判定値と閾値との比較により前記目標空燃比を所定の補正用空燃比に切り換える目標空燃比切換手段とを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
触媒に流入する排気ガスのリッチ側或いはリーン側への空燃比の偏りにより、触媒の酸素吸蔵状態が枯渇状態或いは飽和状態になったとき、下流側排気ガスセンサからの出力信号は急変する。第１の発明によれば、この下流側排気ガスセンサの出力急変域での出力変化を示す信号がメインフィードバック制御におけるフィードバック補正値に反映されるので、触媒に流入する排気ガスの空燃比を積極的に制御することができ、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に速やかに移行させることができる。また、触媒の酸素吸蔵状態が適性状態にあるときには、下流側排気ガスセンサからの出力信号は出力急変域を外れてリッチ出力或いはリーン出力を示しているので、出力変化信号がフィードバック補正値に反映されることがなく、触媒の酸素吸蔵状態は適正状態に維持される。したがって、第１の発明によれば、触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に維持することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００２０】
また、第２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微分値を出力変化信号として用いることで、下流側排気ガスセンサの出力急変域での出力変化を迅速にフィードバック補正値に反映させることができる。
【００２１】
また、第３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微分値をさらにローパスフィルタに通したものを出力変化信号として用いることで、下流側排気ガスセンサの出力急変域での出力変化をフィードバック補正値に継続的に反映させることができる。
【００２２】
また、第４の発明によれば、ハイパスフィルタを用いることで、下流側排気ガスセンサからの出力信号から出力急変域での出力変化を容易に取り出すことができる。
【００２３】
また、第５の発明によれば、出力変化信号により上流側排気ガスセンサからの出力信号を補正することで、下流側排気ガスセンサの出力急変域での出力変化を確実にフィードバック補正値に反映させることができる。
【００２４】
また、第６の発明によれば、出力変化信号をフィードバック補正値としての上流側排気ガスセンサからの出力信号と目標空燃比との偏差の積分値に反映させることで、下流側排気ガスセンサの出力急変域での出力変化を確実にフィードバック補正値に反映させることができる。
【００２５】
また、第７の発明によれば、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が所定範囲を超えた場合に、その偏差に応じた補正信号によって上流側排気ガスセンサからの出力信号を補正することで、触媒に流入する排気ガスの空燃比をより積極的に制御して、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態により速やかに移行させることができる。
【００２６】
また、第８の発明によれば、下流側排気ガスセンサの出力急変域での出力変化を示す信号がメインフィードバック制御における目標空燃比に反映されるので、触媒に流入する排気ガスの空燃比を積極的に制御することができ、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に速やかに移行させることができる。また、触媒の酸素吸蔵状態が適性状態にあるときには、下流側排気ガスセンサからの出力信号は出力急変域を外れてリッチ出力或いはリーン出力を示しているので、出力変化信号が目標空燃比に反映されることがなく、触媒の酸素吸蔵状態は適正状態に維持される。したがって、第８の発明によれば、触媒の酸素吸蔵状態を適正状態に維持することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００２７】
また、第９の発明によれば、出力変化信号から目標空燃比の切り換えのための判定値を算出し、この判定値と閾値との比較により目標空燃比を所定の補正用空燃比に切り換えることで、触媒に流入する排気ガスの空燃比を確実に制御することができ、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に速やかに移行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施の形態１．
以下、図１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である。図１に示すように、本実施形態の空燃比制御装置は、内燃機関２の排気通路に配置された触媒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は内燃機関２から触媒４に流入する排気ガスの空燃比を検出する排気ガスセンサであり、Ｏ2センサ８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）を検出する排気ガスセンサである。
【００２９】
本実施形態の空燃比制御装置は、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００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制御部１０と、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２をメインフィードバック制御部１０におけるフィードバック補正値に反映させるサブフィードバック制御部５０とを備えている。本実施形態の空燃比制御装置では、特に、サブフィードバック制御部５０によるサブフィードバック制御の内容に特徴がある。
【００３０】
先ず、メインフィードバック制御部１０の構成と、メインフィードバック制御部１０によるメインフィードバック制御の内容について説明する。
【００３１】
Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、後述するサブフィードバック制御部５０によって補正され、補正された空燃比信号１１６がメインフィードバック制御部１０に入力される。入力された空燃比信号１１６は、変換マップ１２において電圧値から空燃比１１８に変換される。
【００３２】
変換マップ１２から出力された空燃比１１８は、吸入空気量１２２とともに除算部１４に入力される。吸入空気量１２２は、図示しないエアフローメータからの吸入空気量信号（Ｍｃ）１２０を信号処理部１６で処理して得られたものである。図１中の信号処理部１６の枠内に示す演算式はむだ時間要素の伝達関数であり、Ｌはエアフローメータを通過してから気筒内に吸入されるまでの時間を示している。除算部１４では、吸入空気量１２２を空燃比１１８で除すことで実燃料噴射量１２６が算出される。また、別の除算部１８では、吸入空気量１２２をＭＦＢ目標値（目標空燃比）１２４で除すことで目標燃料噴射量１２８が算出される。目標燃料噴射量１２８と実燃料噴射量１２６とは比較部２０で比較され、比較部２０からは目標燃料噴射量１２８と実燃料噴射量１２６との偏差である偏差燃料量１３０が算出される。
【００３３】
メインフィードバック制御部１０は、メインＦＢコントローラ２２を備えている。メインＦＢコントローラ２２は、偏差燃料量１３０からフィードバック補正値としての燃料補正量１３２を算出する手段である。メインＦＢコントローラ２２は、比較部２０から入力された偏差燃料量１３０をＰＩ制御し、燃料補正量１３２を算出する。図１中のメインＦＢコントローラ２２の枠内に示す演算式はＰＩ制御のための伝達関数であり、GpmfbはＰ項の比例ゲイン、GimfbはＩ項の積分ゲインをそれぞれ示している。
【００３４】
メインＦＢコントローラ２２によるＰＩ制御によって算出された燃料補正量１３２は、加算部２６においてベース噴射量１５０に加算される。ベース噴射量１５０は、ＭＦＢ目標値１２４から算出される。燃料補正量１３２は、偏差燃料量１３０が正のとき、すなわち実燃料噴射量１２６がＭＦＢ目標値１２４よりも小さいときには正方向（ベース噴射量１５０に燃料補正量１３２を加算した最終燃料噴射量１５４を増大させる方向）に更新される。反対に、偏差燃料量１３０が負のとき、すなわち実燃料噴射量１２６がＭＦＢ目標値１２４よりも大きいときには負方向（最終燃料噴射量１５４を減少させる方向）に更新される。
【００３５】
次に、本実施形態の空燃比制御装置における特徴部分であるサブフィードバック制御部５０の構成と、サブフィードバック制御部５０によるサブフィードバック制御の内容について説明する。
【００３６】
サブフィードバック制御部５０は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２をメインフィードバック制御部１０における燃料補正量（フィードバック補正値）１３２に反映させる機能を有している。サブフィードバック制御部５０では、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は、先ず、比較部５２に入力される。比較部５２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。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。このため、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。
【００３７】
サブフィードバック制御部５０は、サブＦＢコントローラ５４を備えている。比較部５２から出力された出力偏差１０６はサブＦＢコントローラ５４に入力される。サブＦＢコントローラ５４は、入力された出力偏差１０６に基づき空燃比補正量としてのサブＦＢ補正量１１０を算出する手段であるが、本実施形態ではＩＤ制御によってサブＦＢ補正量１１０を算出する。すなわち、従来技術のようにＰ制御を行わず、出力偏差１０６の微分値を算出するＤ制御を行う。図１中のサブＦＢコントローラ５４の枠内に示す演算式はＩＤ制御のための伝達関数であり、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。本実施形態では、積分ゲインGisfbは微分ゲインGdsfbに比較して低く設定されている。
【００３８】
算出されたサブＦＢ補正量１１０はＩ項とＤ項とからなり、ともに加算部５６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１１０のＩ項は、出力偏差１０６の定常成分、すなわち、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２のＳＦＢ目標値１０４に対する定常偏差を示している。サブＦＢ補正量１１０のＩ項が加算されることで、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００はその制御中心のばらつきを補償される。
【００３９】
一方、サブＦＢ補正量１１０のＤ項は、出力偏差１０６の微分値であり、出力偏差１０６の変化率、換言すれば、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２の変化率を示している。このため、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２の変化が小さい状況ではＤ項は殆どゼロであり、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２が大きく変化したときにＤ項は正方向或いは負方向に増大する。
【００４０】
Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は、前述したように図９に示すような動特性を有しており、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態になったときにリーン出力からリッチ出力に急変し、飽和状態になったときにリッチ出力からリーン出力に急変する。また、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態にあるときには、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２は略一定のリーン出力或いはリッチ出力を示す。Ｏ2センサ８がこのような動特性を有することで、サブＦＢ補正量１１０のＤ項は、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態になったときには負方向へ一時的に変化し、触媒４の酸素吸蔵状態が飽和状態になったときには正方向へ一時的に変化する。また、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態にあるときには、Ｄ項は略ゼロとなる。
【００４１】
このような触媒４の酸素吸蔵状態に対するＤ項の変化特性により、Ｄ項をＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算することで次のような作用効果が得られる。まず、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態になったときには、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、Ｄ項の作用により負側（リーン側）に一時的に減少補正される。空燃比信号１１０が一時的に減少補正されることで、補正後の空燃比信号１１６に基づき算出される燃料補正量１３２は一次的に減少設定される。この結果、排気空燃比は一時的にリーン側に補正されることになり、触媒４の酸素吸蔵状態は枯渇状態から適性状態に速やかに移行する。
【００４２】
逆に、触媒４の酸素吸蔵状態が飽和状態になったときには、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１１０は、Ｄ項の作用によって正側（リッチ側）に一時的に増大補正される。空燃比信号１１０が一時的に増大補正されることで、補正後の空燃比信号１１６に基づき算出される燃料補正量１３２は一時的に増大設定される。この結果、排気空燃比は一時的にリッチ側に補正されることになり、触媒４の酸素吸蔵状態は飽和状態から適性状態に速やかに移行する。
【００４３】
以上のように、本実施形態の空燃比制御装置によれば、Ｏ2センサ８の出力急変域での出力変化を示す信号がＤ制御によってサブＦＢ補正量１１０のＤ項として取り出され、このＤ項が燃料補正量１３２に反映されるので、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態或いは飽和状態にある状況において排気空燃比を積極的に制御することができる。この結果、触媒４の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に速やかに移行させることができる。また、従来技術のようにＰ制御を行う場合には、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態にある場合にも、出力偏差１０６に応じてＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００が補正されてしまうが、本実施形態の空燃比制御装置によれば、Ｏ2センサ８からの出力信号がリッチ出力或いはリーン出力を示しているときにはＤ項は略ゼロを示すので、触媒４の酸素吸蔵状態が適性状態にあるにもかかわらずＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００が補正されてしまうことはない。つまり、本実施形態の空燃比制御装置によれば、触媒４の酸素吸蔵状態を適正状態に維持することができ、排気エミッションを向上させることができる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態においては、メインフィードバック制御部１０が、第１の発明の「メインフィードバック制御手段」に相当し、サブフィードバック制御部５０が、第１の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当している。また、サブフィードバック制御部５０のサブＦＢコントローラ５４が、第２の発明の「信号取得手段」に相当している。
【００４５】
実施の形態２．
以下、図２及び図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図２は本発明の実施の形態２である空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。図２中、上述の実施の形態１と共通する部位については、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。
【００４６】
本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態１の空燃比制御装置とは、サブフィードバック制御部６０の構成、特に、サブＦＢコントローラ６２の構成に相違がある。図２に示すように、サブＦＢコントローラ６２は、ＩＤ制御部６４、不感帯マップ６６及びＰ制御部６８から構成されている。比較部５２で算出された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は、ＩＤ制御部６４と不感帯マップ６６とに並行に入力される。
【００４７】
ＩＤ制御部６４は、実施の形態１におけるサブフィードバック制御部５４と同一の機能を有している。すなわち、ＩＤ制御部６４は、出力偏差１０６をＩＤ制御することで、出力偏差１０６の定常成分であるＩ項と出力偏差１０６の微分値であるＤ項を算出する。図２中のＩＤ制御部６４の枠内に示す演算式はＩＤ制御のための伝達関数であり、GisfbはＩ項の積分ゲイン、GdsfbはＤ項の微分ゲインをそれぞれ示している。ＩＤ制御部６４からは、このＩ項とＤ項との合算値であるＩＤ信号１６０が出力される。
【００４８】
不感帯マップ６６及びＰ制御部６８は、本実施形態の空燃比制御装置の特徴部分である。実施の形態１では、Ｐ制御を行わずＤ制御を行うことで、触媒４の酸素吸蔵状態を適正状態に維持することを可能にしているが、本実施形態では、所定の条件のもとでＰ制御も行うことで、より高い効果が得られるようにしている。そして、このＰ制御の実行条件を定めているのが、不感帯マップ６６である。
【００４９】
不感帯マップ６６は、具体的には、図３に示すように設定されている。図３において横軸が不感帯マップ６６に入力される出力偏差１０６の値を示し、縦軸が不感帯マップ６６からの出力信号１６２の値を示している。図３に示すように、出力偏差１０６が、“ＳＦＢ目標値−ＯＸＳＬ”から“ＳＦＢ目標値−ＯＸＳＨ”までの間は不感帯になっており、出力信号１６２はゼロになる。そして、出力偏差１０６が“ＳＦＢ目標値−ＯＸＳＬ”よりも大きくなったときには、出力信号１６２は出力偏差１０６の増加量に比例して増加し、出力偏差１０６が“ＳＦＢ目標値−ＯＸＳＨ”よりも小さくなったときには、出力信号１６２は出力偏差１０６の減少量に比例して減少する。
【００５０】
このように、出力偏差１０６に対して不感帯を設けたのは、次の理由による。図９に示すように、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態になったときには、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２はリーン出力からリッチ出力に急変するが、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態になるまではＯ2センサ８からの出力信号１０２は強いリッチ出力となる。逆に、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態になったときには、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２はリッチ出力からリーン出力に急変するが、触媒４の酸素吸蔵状態が適正状態になるまではＯ2センサ８からの出力信号１０２は強いリーン出力となる。したがって、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２が強リッチ（図９では0.8V以上）のとき、或いは強リーン（図９では0.1V以下）のときには、触媒４の酸素吸蔵状態は適正状態にないと判定することができる。上記のＯＸＳＨは、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態にあると判定できる強リッチの閾値であり、ＯＸＳＬは、触媒４の酸素吸蔵状態が飽和状態にあると判定できる強リーンの閾値である。
【００５１】
Ｐ制御部６８は、不感帯マップ６６からの出力信号１６２をＰ制御し、比例値であるＰ項を算出する。図２中のＰ制御部６８の枠内に示す演算式はＰ制御のための伝達関数であり、GpsfbはＰ項の比例ゲインを示している。Ｐ制御部６８からは、このＰ項に対応するＰ信号１６４が出力される。上記のように不感帯マップ６６が設定されることで、Ｐ信号１６４は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がＯＸＳＨからＯＸＳＬの範囲内にあるときにはゼロとなる。そして、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がＯＸＳＨを超えるときには、ＯＸＳＨからのずれの大きさに応じて減少し、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２がＯＸＳＬを下回るときには、ＯＸＳＬからのずれの大きさに応じて増大する。
【００５２】
本実施形態の空燃比制御装置では、ＩＤ制御部６４からのＩＤ信号１６０とＰ制御部６８からのＰ信号１６４の合算値がサブＦＢ補正量となる。ＩＤ信号１６０とＰ信号１６４はともに加算部５６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、実施の形態１と同じくＤ項による補正に加え、Ｐ項による補正も受ける。
【００５３】
Ｄ項に加えてＰ項をＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算することで、次のような作用効果が得られる。まず、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態になったときには、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は、Ｄ項の作用により負側（リーン側）に一時的に減少補正され、さらにＰ項の作用によってより負側に一時的に減少補正される。この結果、排気空燃比は一時的により強くリーン側に補正されることになり、実施の形態１に比較して、触媒４の酸素吸蔵状態は枯渇状態から適性状態により速やかに移行する。触媒４の酸素吸蔵状態が飽和状態になったときには、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１１０は、Ｄ項の作用によって正側（リッチ側）に一時的に増大補正され、さらにＰ項の作用によってより正側に一時的に増大補正される。この結果、排気空燃比は一時的により強くリッチ側に補正されることになり、触媒４の酸素吸蔵状態は飽和状態から適性状態により速やかに移行する。
【００５４】
以上のように、本実施形態の空燃比制御装置によれば、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が所定範囲を超えた場合に、その所定範囲からのずれの大きさに比例したＰ項によってＡ／Ｆセンサからの空燃比信号１００が補正されるので、触媒４の酸素吸蔵状態が枯渇状態或いは飽和状態にある状況において排気空燃比をより積極的に制御することができる。この結果、触媒４の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態により速やかに移行させることができる。
【００５５】
なお、上述した実施の形態においては、メインフィードバック制御部１０が、第１の発明の「メインフィードバック制御手段」に相当し、サブフィードバック制御部６０が、第１の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当している。また、サブフィードバック制御部６０のＩＤ制御部６４が、第２の発明の「信号取得手段」に相当している。また、不感帯マップ６６が、第８の発明の「信号生成手段」に相当し、Ｐ制御部６８が、第８の発明の「空燃比補正手段」に相当している。
【００５６】
実施の形態３．
以下、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図４は本発明の実施の形態３である空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。図４中、上述の実施の形態１と共通する部位については、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。
【００５７】
実施の形態１の空燃比制御装置では、Ｏ2センサ８の出力急変域での出力変化を示す信号としてサブＦＢ補正量１１０を算出し、サブＦＢ補正量１１０をＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００に加算することで、出力変化信号をメインフィードバック制御におけるフィードバック補正値としての燃料補正量１３２に反映させている。本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態１とは、出力変化信号をフィードバック補正値に反映させる方法が相違しており、この相違に伴う特徴的な構成をメインフィードバック制御部３０のメインＦＢコントローラ３２と、サブフィードバック制御部７０のサブＦＢコントローラ７２に有している。
【００５８】
図４に示すように、サブＦＢコントローラ７２は、Ｄ制御部７４とＩ制御部７６から構成されている。これは、実施の形態１におけるサブフィードバック制御部５４を、Ｄ制御を行う機能とＩ制御を行う機能とに分割したものに等しい。Ｄ制御部７４は、出力偏差１０６をＤ制御することで、出力偏差１０６の微分値であるＤ項を算出する。Ｉ制御部７６は、出力偏差１０６をＩ制御することで、出力偏差１０６の定常成分であるＩ項を算出する。図２中のＤ制御部７４の枠内に示す演算式はＤ制御のための伝達関数であり、Ｉ制御部７６の枠内に示す演算式はＩ制御のための伝達関数である。GdsfbはＤ項の微分ゲイン、GisfbはＩ項の積分ゲインをそれぞれ示している。Ｄ制御部７４からは、Ｄ項に対応するＤ信号１７０が出力され、Ｉ制御部７６からは、Ｉ項に対応するＩ信号１７２が出力される。
【００５９】
Ｄ信号１７０とＩ信号１７２を合わせたものが、実施の形態１におけるサブＦＢ補正量１１０に相当する。実施の形態１では、サブＦＢ補正量１１０の全体が加算部５６に入力されるが、本実施形態では、Ｉ信号１７２のみが加算部５６に入力されて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はその制御中心のばらつきが補償される。メインフィードバック制御部３０では、制御中心のばらつきが補償された補正後の空燃比信号１１６に基づき、メインＦＢコントローラ３２に入力する偏差燃料量１３０を算出する。
【００６０】
本実施形態においては、Ｄ制御部７４から出力されるＤ信号１７０が、Ｏ2センサ８の出力急変域での出力変化を示す出力変化信号となる。本実施形態では、Ｄ信号１７０はメインＦＢコントローラ３２に入力される。メインＦＢコントローラ３２は、Ｐ制御部３４、Ｉ制御部３６及び合算部３８から構成されており、メインＦＢコントローラ３２全体ではＰＩ制御を行う。比較部２０から出力された偏差燃料量１３０は、Ｐ制御部３４とＩ制御部３６に並行に入力される。また、Ｄ制御部７４からのＤ信号１７０はＩ制御部３６に入力される。
【００６１】
Ｐ制御部３４は、比較部２０から入力された偏差燃料量１３０をＰ制御し、比例値であるＰ項を算出する。図４中のＰ制御部３４の枠内に示す演算式はＰ制御のための伝達関数であり、GpmfbはＰ項の比例ゲインを示している。Ｐ制御部３４からは、このＰ項に対応するＰ信号１７４が出力される。
【００６２】
Ｉ制御部３６は、比較部２０から入力された偏差燃料量１３０をＩ制御することで、偏差燃料量１３０の定常成分であるＩ項を算出する。本実施形態では、このＩ項の算出にＤ制御部７４からのＤ信号１７０が反映されるようになっている。以下、Ｉ制御部３６におけるＩ項の算出方法について説明する。なお、図４中のＩ制御部３６の枠内に示す演算式はＩ制御のための伝達関数であり、GimfbはＩ項の積分ゲインを示している
【００６３】
まず、Ｄ制御部７４では、以下の（１）式によりＤ信号１７０が算出されている。
sfbd(k)＝(doxs(k)−doxs(k-1))*Gdsfb  ・・・（１）
上記（１）式において、sfbdがＤ信号（Ｄ項）１７０であり、doxsは出力偏差１０６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。なお、出力偏差１０６は比較部５２において以下の（２）式により算出されている。
doxs(k)＝SFBref(k)−OXS(k)  ・・・（２）
上記（２）式において、SFBrefはＳＦＢ目標値１０４であり、OXSはＯ2センサ８からの出力信号１０２である。
【００６４】
Ｉ制御部３６では、以下の（３）式によりＩ項を算出する。
sdfc(k)＝sdfc(k-1)＋dfc(k)＋sfbd(k)  ・・・（３）
上記（３）式において、dfcは偏差燃料量１３０であり、sdfcはdfcとsfbdの積分値である。このsdfcにゲインGimfbを乗じたものが、Ｉ制御部３６で算出されるＩ項となる。つまり、Ｉ制御部３６では、偏差燃料量１３０とＤ制御部７４からのＤ信号１７０をそれぞれ積分することでＩ項を算出している。Ｉ制御部３６からは、このＩ項に対応するＩ信号１７６が出力される。
【００６５】
Ｐ制御部３４からのＰ信号１７４とＩ制御部３６からのＩ信号１７６は、合算部３８で合算される。本実施形態では、その合算値がフィードバック補正値としての燃料補正量１７８となり、加算部２４でベース噴射量１５０に加算される。つまり、本実施形態では、出力変化信号であるＤ信号１７０を偏差燃料量１３０とともに積分することで、出力変化信号をフィードバック補正値に反映させている。
【００６６】
上記のような方法により出力変化信号をフィードバック補正値に反映させることで、本実施形態の空燃比制御装置によれば、次のような効果が得られる。以下、図５を参照して本実施形態の空燃比制御装置による効果について説明する。なお、図５は、本実施形態の空燃比制御装置による制御挙動を示す図である。図５の最上段のA/FはＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００の時間変化、二段目のOXSはＯ2センサ８からの出力信号１００の時間変化、三段目のsfbdはＤ制御部７４からのＤ信号１７０の時間変化、最下段のsdfcはＩ制御部３６からのＩ信号１７６の時間変化をそれぞれ示しており、各グラフの時間軸は一致している。ここでは、A/Fは上方がリーン出力で下方がリッチ出力を示すものとし、OXSは逆に上方がリッチ出力で下方がリーン出力を示すものとする。また、sfbdとsdfcは上方が負の値で下方が正の値を示すものとする。
【００６７】
この図に示すように、OXSがリーン出力からリッチ出力に変化すると、その変化率に応じてsfbdが一時的に負方向に増大する。実施の形態１では、言わば、このsfbdをそのままフィードバック補正値に反映させているが、図に示すようにsfbdの変化は瞬時の変化である。実施の形態１では、sfbdが変化している瞬間でのみ、Ｏ2センサ８の出力変化をフィードバック補正値に反映させることができる。このような短い反映時間の中で燃料噴射量を補正し、触媒４の酸素吸蔵状態を適正化するには、sfbdを設定するためのゲインGdsfbを非常にハイゲインに設定する必要が生じる。しかしながら、燃焼の観点から空燃比には適正範囲があり、空燃比が適正範囲に収まる限度で燃料噴射量を補正しなければならない。このため、空燃比の適正範囲との関係で燃料噴射量の補正を十分に行えない場合には、意図するほどは早急な適正化ができない可能性がある。
【００６８】
これに対し、本実施形態では、sdfcがフィードバック補正値の設定に用いられる。sfbdが積分に組み込まれることで、sdfcはsfbdの大きさに応じて次第に負方向に増大していき、メインフィードバック制御の作用によりsdfcの負方向への増大に応じてA/Fはリーン側に補正されていく。A/Fがリーン側に補正されることで、やがて、メインフィードバック制御の作用によりsdfcは次第に減衰していく。この結果、図に示すように、sfbdが減衰した後もsdfcの変化は長く継続する。したがって、sdfcがフィードバック補正値の設定に用いられることで、sfbdそのものよりもsfbdの影響を継続的にフィードバック補正値に反映させることができる。
【００６９】
以上のように、本実施形態の空燃比制御装置によれば、出力変化信号であるＤ信号１７０をフィードバック補正値である燃料補正量１７８のＩ項の算出に反映させることで、Ｏ2センサ８の出力急変域での出力変化をフィードバック補正値に継続的に反映させることができる。この結果、空燃比の適正範囲内で意図するだけの燃料噴射量の補正を確実に行うことができ、触媒４の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に確実、且つ、速やかに移行させることができる。
【００７０】
また、燃料噴射量は空燃比と吸入空気量により決まるため、実施の形態１では、同じ値のサブＦＢ補正量１１０が空燃比信号１００に加算される場合でも、運転状態によって最終的な燃料補正量は異なったものになる。しかしながら、本実施形態の空燃比制御装置によれば、出力変化信号であるＤ信号１７０から直接、燃料補正量が算出されるので、運転状態によらず、Ｏ2センサ８の出力変化に応じた燃料補正量を得ることができる。
【００７１】
なお、上述した実施の形態においては、メインフィードバック制御部３０が、第６の発明の「メインフィードバック制御手段」に相当し、サブフィードバック制御部７０が、第６の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当している。また、サブフィードバック制御部７０のＤ制御部７４が、第２の発明の「信号取得手段」に相当している。
【００７２】
実施の形態４．
以下、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
図６は本発明の実施の形態４である空燃比制御装置の構成を示すブロック図である。図４中、上述の実施の形態１と共通する部位については、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。
【００７３】
本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態３で得られる、Ｏ2センサ８の出力急変域での出力変化をフィードバック補正値に継続的に反映できる、という効果をより簡単な構成で得られるようにしたものである。本実施形態の空燃比制御装置は、以下に説明するように、サブフィードバック制御部８０の構成、特に、サブＦＢコントローラ８２の構成に特徴を有している。
【００７４】
図６に示すように、サブＦＢコントローラ８２は、Ｄ制御部８４、ローパスフィルタ８６及びＩ制御部８８から構成されている。Ｄ制御部８４とＩ制御部８８とは、実施の形態１におけるサブフィードバック制御部５４を、Ｄ制御を行う機能とＩ制御を行う機能とに分割したものに等しい。比較部５２で算出された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は、Ｄ制御部８４とＩ制御部８８とに並行に入力される。
【００７５】
Ｄ制御部８４は、出力偏差１０６をＤ制御することで、出力偏差１０６の微分値であるＤ項を算出する。Ｉ制御部８８は、出力偏差１０６をＩ制御することで、出力偏差１０６の定常成分であるＩ項を算出する。図６中のＤ制御部８４の枠内に示す演算式はＤ制御のための伝達関数であり、Ｉ制御部８８の枠内に示す演算式はＩ制御のための伝達関数である。GdsfbはＤ項の微分ゲイン、GisfbはＩ項の積分ゲインをそれぞれ示している。Ｄ制御部８４からは、Ｄ項に対応するＤ信号１８０が出力され、Ｉ制御部８８からは、Ｉ項に対応するＩ信号１８４が出力される。
【００７６】
Ｄ信号１８０とＩ信号１８４を合わせたものが、実施の形態１におけるサブＦＢ補正量１１０に相当する。実施の形態１では、サブＦＢ補正量１１０の全体がそのまま加算部５６に入力されるが、本実施形態では、Ｄ信号１８０についてはローパスフィルタ８６に通されてから加算部５６に入力される。すなわち、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００には、Ｉ信号１８４とローパス処理されたＤ信号１８２とが加算される。なお、図６中のローパスフィルタ８６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。Ｔ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。
【００７７】
Ｄ信号１８０をそのまま空燃比信号１００に加算せずにローパス処理することで、本実施形態の空燃比制御装置によれば、次のような効果が得られる。以下、図７を参照して本実施形態の空燃比制御装置による効果について説明する。なお、図７は、本実施形態の空燃比制御装置による制御挙動を示す図である。図７の上段のOXSはＯ2センサ８からの出力信号１００の時間変化を示し、下段のsfbd及びsfbd'はローパス前のＤ信号１８０の時間変化（sfbd、点線で示す）と、ローパス後のＤ信号１８２の時間変化（sfbd'、実線で示す）とを併せて示している。上段のグラフと下段のグラフは時間軸が一致している。また、OXSは上方がリッチ出力で下方がリーン出力を示すものとし、sfbd及びsfbd'は上方が負の値で下方が正の値を示すものとする。
【００７８】
この図に示すように、OXSがリーン出力からリッチ出力に変化すると、その変化率に応じてローパス前のsfbdが一時的に負方向に増大する。このローパス前のsfbdの変化は瞬時の変化であり、大きく上昇した後にすぐに減衰してしまう。これに対してローパス後のsfbd'の変化はゆっくりとしており、OXSの変化に伴いゆっくりと負方向に増大した後、ゆっくりと減衰していく。つまり、ローパス前のsfbdが減衰した後もローパス後のsfbd'の変化は長く継続する。したがって、本実施形態のように、ローパス後のＤ信号１８２を空燃比信号１００に加算することで、ローパス前のＤ信号１８０そのものよりもＤ信号１８０の影響を継続的に空燃比信号１００に反映させることができる。
【００７９】
以上のように、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１００の微分値であるＤ信号１８０をローパスフィルタ８６に通すという簡単な構成で、実施の形態３と同様、Ｏ2センサ８の出力急変域での出力変化をフィードバック補正値に継続的に反映させることができる。
【００８０】
なお、上述した実施の形態においては、メインフィードバック制御部１０が、第１の発明の「メインフィードバック制御手段」に相当し、サブフィードバック制御部８０が、第１の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当している。また、サブフィードバック制御部８０のＤ制御部８４とローパスフィルタ８６が、第３の発明の「信号取得手段」に相当している。
【００８１】
実施の形態５．
以下、図８を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
上述の実施の形態１乃至４では、出力変化信号をフィードバック補正値に反映させているが、出力変化信号を目標空燃比に反映させることでも同様の効果を得ることができる。
【００８２】
本実施形態の空燃比制御装置は、図示は省略するが、他の実施の形態と同様にメインフィードバック制御部とサブフィードバック制御部とから構成されている。メインフィードバック制御部は、実施の形態１におけるメインフィードバック制御部１０の構成において、目標空燃比（ＭＦＢ目標値）を切換可能にした構成とする。本実施形態では、目標空燃比は通常制御用の目標空燃比の他、リッチ補正用の目標空燃比（R-A/F）とリーン補正用の目標空燃比（L-A/F）とが設定されている。リッチ補正用目標空燃比は、通常目標空燃比よりもリッチ側に設定され、リーン補正用目標空燃比は、通常目標空燃比よりもリーン側に設定されている。
【００８３】
サブフィードバック制御部は、他の実施の形態と同様、少なくとも、基準空燃比（ＳＦＢ目標値）とＯ2センサからの出力信号の出力偏差をＤ制御する機能を有している。サブフィードバック制御部は、Ｄ制御で算出されたＤ項から、上記の目標空燃比を切り換えるための制御判定項を算出する。
【００８４】
本実施形態では、この制御判定項を実施の形態３におけるsdfcと同様に、Ｄ項と偏差燃料量とをそれぞれ積算していくことで算出する。ただし、この制御判定項は、あくまでも目標空燃比の切り換えのための判定値であり、実施の形態３におけるsdfcのようにそれ自体がフィードバック補正値となるものではない。制御判定項には、適正範囲の上下限を定めるリーン制御スレッシュとリッチ制御スレッシュとが定められており、サブフィードバック制御部は、制御判定項がリーン制御スレッシュを超えたときには、目標空燃比をリーン補正用目標空燃比に切り換え、適正範囲内に戻ったときには、通常目標空燃比に切り換える。また、制御判定項がリッチ制御スレッシュを超えたときには、目標空燃比をリッチ補正用目標空燃比に切り換え、適正範囲内に戻ったときには、通常目標空燃比に切り換える。なお、Ｄ項そのものを制御判定項とすることも可能であるが、Ｄ項の変化は瞬時の変化であるため、十分な時間、目標空燃比を切り換えることができない可能性がある。そこで、本実施形態では、上記のようにＤ項の影響を継続させることができるように、実施の形態３におけるsdfcと同様の方法で制御判定項を算出している。
【００８５】
以上の制御挙動をタイムチャートで表したのが図８である。図８の最上段はＡ／Ｆセンサからの空燃比信号（A/F）の時間変化と、目標空燃比の設定（目標A/F）とを併せて示している。二段目はＯ2センサからの出力信号（OXS）の時間変化を示している。三段目はＤ項（サブＦＢ微分項）の時間変化を示し、最下段は制御判定項の時間変化を示している。各グラフの時間軸は一致している。ここでは、A/F及び目標A/Ｆは上方がリーン出力で下方がリッチ出力を示すものとし、OXSは逆に上方がリッチ出力で下方がリーン出力を示すものとする。また、Ｄ項と制御判定項は上方が負の値で下方が正の値を示すものとする。
【００８６】
この図に示すように、OXSがリーン出力からリッチ出力に変化すると、その変化率に応じてＤ項が一時的に負方向に増大する。制御判定項はＤ項の大きさに応じて次第に負方向に増大していき、やがてリーン制御スレッシュを超えた時点で、目標空燃比が通常目標空燃比からリーン補正用目標空燃比に切り換えられる。ベース噴射量は目標空燃比と吸入空気量により決まるので、目標空燃比がリーン側に補正されることでベース噴射量は目標空燃比に応じて減量される。これにより、実空燃比はリーン側に移行し、触媒には十分な酸素が供給され、触媒の酸素吸蔵状態は早急に適正化されていく。
【００８７】
Ｄ項が減衰した後、メインフィードバック制御の作用によって制御判定項は次第に減衰していく。このときの減衰速度は吸入空気量に応じた速度となる。やがて制御判定項がリーン制御スレッシュを下回った時点で、目標空燃比は再びリーン補正用目標空燃比から通常目標空燃比に切り換えられる。OXSがリッチ出力からリーン出力に変化する場合にも同様の挙動を示し、制御判定項の動きに応じて目標空燃比は通常目標空燃比からリッチ補正用目標空燃比に切り換えられ、再び通常目標空燃比に切り換えられる。
【００８８】
以上のように、本実施形態の空燃比制御装置によれば、Ｏ2センサの出力急変域での出力変化を目標空燃比に反映させることで、排気空燃比を確実に制御することができ、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に確実、且つ、速やかに移行させることができる。特に、Ｄ項そのものではなく、Ｄ項を鈍らせた制御判定項を目標空燃比の切り換えのための判定値とすることで、Ｏ2センサの出力急変域での出力変化をより継続的に制御に反映させることができる。この結果、実施の形態３と同様に、燃料噴射量の補正を確実に行うことができ、触媒の酸素吸蔵状態を枯渇状態或いは飽和状態から適性状態に確実、且つ、速やかに移行させることができる。
【００８９】
なお、上述した実施の形態においては、サブフィードバック制御部のＤ制御を行う機能が、第８の発明の「信号取得手段」に相当している。また、メインフィードバック制御部が、第８の発明の「メインフィードバック制御手段」に相当し、図８で説明されるサブフィードバック制御部の機能が、第８の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当している。
【００９０】
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、上述の各実施の形態を相互に組み合わせることも可能である。実施の形態２の技術的特徴である、不感帯処理されたＰ項によって空燃比信号を補正する構成は、実施の形態３の構成にも実施の形態５の構成にも適用することができる。また、実施の形態４の技術的特徴である、出力変化信号をローパス処理する構成は、実施の形態２、実施の形態３、及び実施の形態５の構成にも適用することができる。
【００９１】
また、実施の形態１では、サブＦＢコントローラはＩＤ制御を行っているが、ＰＩＤ制御を行うことも可能である。ただし、その場合、Ｐ制御の比例ゲインは、Ｉ制御の積分ゲインと同様、Ｄ制御の微分ゲインに比較して極めて小さい値に設定しなければらない。本発明においては、Ｄ制御が重要であり、Ｉ制御やＰ制御を行う場合には、Ｄ制御によって得られる効果が損なわれないように、各ゲインの大小を設定する必要がある。他の実施の形態についても同様である。
【００９２】
また、上記の各実施の形態では、Ｏ2センサからの出力信号をＤ制御することで出力変化信号を取り出しているが、Ｏ2センサからの出力信号をハイパスフィルタに通すことによっても出力変化信号を得ることができる。ハイパスフィルタに通すことで、Ｏ2センサからの出力信号から理論空燃比近傍での急激な変化が信号として抽出される。この場合は、ハイパスフィルタが、第４の発明の「信号取得手段」に相当する。
【００９３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【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】本発明の実施の形態２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３】本発明の実施の形態２で用いられる不感帯マップの一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態３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５】本発明の実施の形態３としての内燃機関の空燃比制御装置の制御挙動を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４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７】本発明の実施の形態４で用いられるローパスフィルタの効果を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の実施の形態５としての内燃機関の空燃比制御装置の制御挙動を示すタイムチャートである。
【図９】Ｏ2センサの動特性を触媒内酸素吸蔵量とＯ2センサの出力との関係で示す図である。
【符号の説明】
【００９５】
２  内燃機関
４  触媒
６  Ａ／Ｆセンサ
８  Ｏ2センサ
１０  メインフィードバック制御部
１２  変換マップ
２２  メインＦＢコントローラ
３０  メインフィードバック制御部
３２  メインＦＢコントローラ
３４  Ｐ制御部
３６  Ｉ制御部
３８  合算部
５０  サブフィードバック制御部
５２  比較部
５４  サブＦＢコントローラ
５６  加算部
６０  サブフィードバック制御部
６２  サブＦＢコントローラ
６４  ＩＤ制御部
６６  不感帯マップ
６８  Ｐ制御部
７０  サブフィードバック制御部
７２  サブＦＢコントローラ
７４  Ｄ制御部
７６  Ｉ制御部
８０  サブフィードバック制御部
８２  サブＦＢコントローラ
８４  Ｄ制御部
８６  ローパスフィルタ
８８  Ｉ制御部
【図１】
2005120870.tif 000003
【図２】
2005120870.tif 000004
【図３】
2005120870.tif 000005
【図４】
2005120870.tif 000006
【図５】
2005120870.tif 000007
【図６】
2005120870.tif 000008
【図７】
2005120870.tif 000009
【図８】
2005120870.tif 000010
【図９】
2005120870.tif 000011