(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を行いながら正確な空燃比学習を可能にする。【解決手段】  排気空燃比と目標空燃比との定常的なずれを補償するための学習値１３８を、メインフィードバック制御部１０によるフィードバック補正値１３２から学習する。このフィードバック補正値１３２には、下流側排気ガスセンサ８からの出力信号１０２と基準値１０４との偏差１０６に基づき算出された空燃比補正量１１０が反映されている。フィードバック補正値１３２に空燃比補正量１１０が反映されることで、学習値１３８にも空燃比補正量１１０の変動成分の影響が含まれている。そこで、この影響を縮小するように、空燃比補正量１１０の変動成分が反映されていない制御パラメータ１４０と、空燃比補正量１１０の変動成分が反映された制御パラメータ１１８との比較値１４２により学習値１３８を補正する。【選択図】      図１
2005120869.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排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号と前記目標空燃比との偏差に基づき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に基づき空燃比補正量を算出し、前記空燃比補正量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、
前記排気空燃比と前記目標空燃比との定常的なずれを補償するための学習値を前記フィードバック補正値から学習する学習手段と、
前記学習値に含まれる前記空燃比補正量の変動成分の影響を縮小するように、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータと、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとの比較値により前記学習値を補正する学習値補正手段と、
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は、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を前記空燃比補正量により補正することで前記空燃比補正量を前記フィードバック補正値に反映させ、
前記学習値補正手段は、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータとして補正前の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用い、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとして補正後の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用いて前記学習値を補正す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】
前記サブフィードバック制御手段は、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を前記空燃比補正量により補正することで前記空燃比補正量を前記フィードバック補正値に反映させ、
前記学習値補正手段は、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータとして補正前の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号と前記空燃比補正量の定常成分との合算値を用い、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとして補正後の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用いて前記学習値を補正す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４】
前記学習値補正手段は、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータとして前記目標空燃比を用い、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとして燃料噴射後の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用いて前記学習値を補正す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。
【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、内燃機関においては、排気ガスの空燃比が目標空燃比になるように燃料噴射量をフィードバック制御する空燃比制御装置（以下、第１の従来技術という）が知られている。空燃比制御装置は、触媒に流入する排気ガスの空燃比を排気ガスセンサによって検出し、検出した実空燃比と目標空燃比との偏差に基づいて、実空燃比の目標空燃比からのずれを補償するためのフィードバック補正値を算出している。
【０００３】
実空燃比の目標空燃比からのずれには、運転状態の変化に伴い過渡的に生じるずれに加え、燃料噴射弁の噴射特性や吸入空気量を検出するセンサの出力特性のバラツキ等、内燃機関の機差や経年変化に伴い恒常的に生じるずれも含まれている。空燃比制御装置は、この恒常的なずれを学習値としてフィードバック補正値から学習し（以下、この学習を空燃比学習という）、学習した学習値をフィードバック補正値とともに燃料噴射量の設定に反映させている。このように実空燃比の過渡的なずれと恒常的なずれを別々の制御パラメータによって補償することで、高い精度での空燃比を制御することが可能になる。
【０００４】
また、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（以下、第２の従来技術という）も知られている。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）。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【０００７】
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】
【０００８】
ところで、上記第２の従来技術におけるサブフィードバック制御は、上記第１の従来技術に組み合わせてもよい。すなわち、サブフィードバック制御により補正された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、このフィードバック補正値から空燃比学習を行うのである。
【０００９】
しかしながら、サブフィードバック制御を行いながら空燃比学習も行うには、解決すべき次のような課題がある。サブフィードバック制御では、Ｏ2センサからの出力信号と基準値（通常は理論空燃比に相当する出力）との偏差に基づいて空燃比補正量が算出され、空燃比補正量によって空燃比信号と目標空燃比との偏差が補正される。この空燃比補正量は、通常、Ｏ2センサからの出力信号をＰＩ制御或いはＰＩＤ制御することで得られ、定常成分（Ｉ項）と変動成分（Ｐ項、Ｄ項）とから構成されている。このうち、変動成分はＯ2センサからの出力信号の変動に応じた挙動で変動している。このため、空燃比補正量が反映されるフィードバック補正値にも空燃比補正量の変動の影響が含まることになる。
【００１０】
空燃比学習による学習値は、上述のように燃料噴射弁の噴射特性のバラツキ等に起因する排気空燃比と目標空燃比との間の定常的なずれを補償するものであり、それは、フィードバック補正値の挙動から学習することができる。しかし、上記のようにフィードバック補正値に空燃比補正量の変動の影響が含まれると、フィードバック補正値から学習される学習値は空燃比補正量の変動分ずれた値を学習してしまうことになる。つまり、単純にメインフィードバック制御に空燃比学習を適用しただけでは、サブフィードバック制御の影響によって、正確な空燃比学習を行うことができない。
【００１１】
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を行いながら正確な空燃比学習を可能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】
【００１２】
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排気空燃比が目標空燃比に一致するように、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号と前記目標空燃比との偏差に基づき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に基づき空燃比補正量を算出し、前記空燃比補正量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、
前記排気空燃比と前記目標空燃比との定常的なずれを補償するための学習値を前記フィードバック補正値から学習する学習手段と、
前記学習値に含まれる前記空燃比補正量の変動成分の影響を縮小するように、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータと、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとの比較値により前記学習値を補正する学習値補正手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
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は、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を前記空燃比補正量により補正することで前記空燃比補正量を前記フィードバック補正値に反映させ、
前記学習値補正手段は、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータとして補正前の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用い、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとして補正後の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用いて前記学習値を補正することを特徴としている。
【００１４】
また、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制御手段は、前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を前記空燃比補正量により補正することで前記空燃比補正量を前記フィードバック補正値に反映させ、
前記学習値補正手段は、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータとして補正前の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号と前記空燃比補正量の定常成分との合算値を用い、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとして補正後の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用いて前記学習値を補正することを特徴としている。
【００１５】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記学習値補正手段は、前記空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータとして前記目標空燃比を用い、前記空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとして燃料噴射後の前記上流側排気ガスセンサからの出力信号を用いて前記学習値を補正することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、フィードバック補正値から学習される学習値が、それに含まれる空燃比補正量の変動成分の影響を縮小されるように、空燃比補正量の変動成分が反映されていない制御パラメータと、空燃比補正量の変動成分が反映された制御パラメータとの比較値により補正されるので、サブフィードバック制御により下流側排気ガスセンサからの出力信号をフィードバック補正値に反映させながらも正確な空燃比学習を行うことができる。
【００１７】
また、第２の発明によれば、空燃比補正量による補正前の上流側排気ガスセンサ信号と、補正後の上流側排気ガスセンサからの出力信号との比較値により学習値が補正されることで、学習値に含まれる空燃比補正量の影響を縮小することができ、正確な空燃比学習を行うことができる。
【００１８】
また、第３の発明によれば、空燃比補正量による補正前の上流側排気ガスセンサからの出力信号と空燃比補正量の定常成分との合算値と、補正後の上流側排気ガスセンサからの出力信号との比較値により学習値が補正されることで、空燃比補正量の定常成分は学習値に反映させながら、空燃比補正量の変動成分の学習値への影響は縮小することができ、より正確な空燃比学習を行うことができる。
【００１９】
また、第４の発明によれば、目標空燃比と燃料噴射後の上流側排気ガスセンサからの出力信号との比較値により学習値が補正されることで、学習値に含まれる空燃比補正量の影響を縮小することができ、正確な空燃比学習を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
以下、図１及び図２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。
【００２１】
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を燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック制御部５０とを備えている。以下では、先ず、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。
【００２２】
［サブフィードバック制御の説明］
サブフィードバック制御部５０は、主な要素として、サブＦＢコントローラ５４とサブＦＢ学習部６０を備えている。サブＦＢコントローラ５４は、Ｏ2センサ８からの出力信号１０２から空燃比補正量（以下、サブＦＢ補正量という）を算出する手段であり、サブＦＢ学習部６０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（以下、サブＦＢ学習値という）として学習する手段である。
【００２３】
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。
【００２４】
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ＰＩＤ制御を行い、サブＦＢ補正量１１０を算出する。図１中のサブＦＢコントローラ５４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。
【００２５】
サブＦＢコントローラ５４によるＰＩＤ制御によって算出されたサブＦＢ補正量１１０は、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。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。
【００２６】
サブＦＢ学習部６０は、サブＦＢ補正量１１０の挙動から、空燃比信号１００のストイキ点のずれを学習する。具体的には、サブＦＢ学習部６０は、ローパスフィルタ６２とＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）６４とから構成されている。図１中のローパスフィルタ２２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６０に入力されたサブＦＢ補正量１１０は、ローパスフィルタ６２を通ることによってその高周波成分をカットされる。
【００２７】
ローパスフィルタ６２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ＳＲＡＭ６４に取り込まれる。図１中のＳＲＡＭ６４の枠内に示す演算式は、サブＦＢ補正量１１２をＳＲＡＭ６４に取り込むための積分動作を示している。サブＦＢ学習値１１４はＳＲＡＭ６４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サブＦＢ学習値１１４に積算されていく。つまり、サブＦＢ学習値１１４は、ＳＲＡＭ６４に新たにサブＦＢ補正量１１２が取り込まれる毎に、取り込まれたサブＦＢ補正量１１２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からサブＦＢ学習値１１４に移し変えられていく。なお、ローパスフィルタ６２からＳＲＡＭ６４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６２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６２の状態量に応じてサブＦＢコントローラ５４のＩ項が補正される。
【００２８】
ＳＲＡＭ６４に記憶されたサブＦＢ学習値１１４は、サブＦＢコントローラ５４で算出されたサブＦＢ補正量１１０とともに加算部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、サブＦＢ学習値１１４によってストイキ点のずれを補正されるとともに、サブＦＢ補正量１１０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る。補正後の空燃比信号１１６は、次に説明するメインフィードバック制御においてフィードバック補正値の算出に用いられる。
【００２９】
［メインフィードバック制御の説明］
次に、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。
【００３０】
先ず、サブフィードバック制御部５０で補正された空燃比信号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。変換された空燃比（eabyf）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。
【００３１】
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に基づきＰＩ制御を行い、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。
【００３２】
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において後述する補正ベース噴射量１５２に加算される。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（補正ベース噴射量１５２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。
【００３３】
メインフィードバック制御部１０は、さらに、メインＦＢ学習部３０を備えている。メインＦＢ学習部３０は、空燃比学習のための手段であり、触媒２に流入する排気ガスの実空燃比とＭＦＢ目標値１２４とのずれを補償するためのフィードバック学習係数（学習値）１４６を学習する。上記の補正ベース噴射量１５２は、内燃機関２の運転状態やドライバの要求に応じて決まるベース噴射量１５０にフィードバック学習係数１４６を乗じることで得られる。以下では、本実施形態の空燃比制御装置における特徴部分である、空燃比学習の内容について、メインＦＢ学習部３０の構成とともに説明する。
【００３４】
［空燃比学習の説明］
メインＦＢ学習部３０では、フィードバック補正値としての燃料補正量１３２からフィードバック学習係数１４６が学習される。メインＦＢ学習部３０は、除算部３２、加算部３４、乗算部３６、ローパスフィルタ３８及び図示しないＳＲＡＭから構成され、燃料補正量１３２は除算部３２に入力される。除算部３２には、この燃料補正量１３２とベース噴射量１５０とが入力され、燃料補正量１３２をベース噴射量１５０で除した値である燃料補正率１３４が算出される。燃料補正率１３４は加算部３４で「１」に加算される。燃料補正率１３４に「１」を加算した値１３８は、ベース噴射量１５０に燃料補正量１３２を加えた合計燃料量とベース噴射量１５０との燃料量比を表している。本実施形態では、この値１３８をベース学習値とする。
【００３５】
上記の燃料補正量１３２は、目標燃料噴射量１２８と実燃料噴射量１２６との偏差に基づき算出されるものであり、ベース学習値１３８は触媒２に流入する排気ガスの実空燃比とＭＦＢ目標値１２４とのずれを代表している。目標燃料噴射量１２８よりも実燃料噴射量１２６が大きい場合には、ベース学習値１３８は１より小さくなり、目標燃料噴射量１２８よりも実燃料噴射量１２６小さい場合には、ベース学習値１３８は１より大きくなる。サブフィードバック制御のない通常のフィードバック制御であれば、そのままこのベース学習値をフィードバック学習係数として学習すればよい。
【００３６】
しかしながら、本実施形態の空燃比制御装置では、上述のよう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が行われ、燃料補正量１３２は、サブＦＢ補正量１１０とサブＦＢ学習値１１４により補正された空燃比信号１１６に基づいて算出されている。このため、ベース学習値１３８にはサブＦＢ学習値１１４の変動成分（Ｐ項及びＤ項）の影響が含まれており、このような変動成分の影響を受けたベース学習値１３８をフィードバック学習係数として学習しても、正確な空燃比学習を期待することはできない。そこで、メインフィードバック制御部１０では、ベース学習値１３８に以下に説明するような補正を施すことで、サブＦＢ学習値１１４の変動成分の影響を縮小するようにしている。
【００３７】
メインフィードバック制御部１０は、補正された空燃比信号１１６を電圧値から空燃比に変換するための変換マップ１２とは別に、もう一つの変換マップ４２を有している。この変換マップ４２は、変換マップ１２と同じく電圧値を空燃比に変換するためのマップであるが、この変換マップ４２には、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００がそのまま入力される。つまり、変換マップ１２には補正後の空燃比信号１１６が入力されるのに対し、変換マップ４２には補正前の空燃比信号１００が入力される。
【００３８】
変換マップ４２で空燃比信号１００から変換された補正前空燃比（eabyfb）１４０は、除算部４４に入力される。この除算部４４には、補正後の空燃比信号１１６から変換された補正後空燃比（eabyf）１１８も入力される。除算部４４では、補正前空燃比（eabyfb）１４０と補正後空燃比（eabyf）１１８の比（eabyfb/eabyf）が算出され、この比は補正係数１４２としてメインＦＢ学習部３０に出力される。
【００３９】
補正係数１４２は、上記のベース学習値１３８とともにメインＦＢ学習部３０の乗算部３６に入力され、ベース学習値１３８に乗じられる。補正後空燃比１１８は、サブＦＢ補正量１１０とサブＦＢ学習値１１４を含む空燃比信号１１６から変換されたものであるので、ベース学習値１３８と同様に補正係数１４２にもサブＦＢ補正量１１０の変動成分の影響は含まれている。しかしながら、補正係数１４２にはサブＦＢ補正量１１０は逆数の形で含まれるので、補正係数１４２は、サブＦＢ補正量１１０の変動に対し、ベース学習値１３８とは逆の挙動を示す。すなわち、ベース学習値１３８がサブＦＢ補正量１１０の変動成分の影響で増大する場合には補正係数１４２は減少し、ベース学習値１３８が減少する場合には補正係数１４２は増大する。
【００４０】
したがって、ベース学習値１３８に補正係数１４２を乗じることで、ベース学習値１３８に含まれるサブＦＢ補正量１１０の変動成分の影響を縮小することができる。乗算部３６からは、このようにして補正されたベース学習値がフィードバック学習係数１４４として出力される。フィードバック学習係数１４４は、ローパスフィルタ３８によってその高周波成分をカットされる。ローパスフィルタ３８からは、高周波成分をカットされて平滑化されたフィードバック学習係数１４６が出力される。図１中のローパスフィルタ３８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。τmfbgはローパスフィルタの応答時定数を示している。
【００４１】
ローパスフィルタ３８から出力されたフィードバック学習係数１４６は、所定のタイミング（例えば所定の燃料噴射回数）でＳＲＡＭに取り込まれる。このとき、ローパスフィルタ３８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３８の状態量に応じてメインＦＢコントローラ２２のＩ項が補正される。取り込まれたフィードバック学習係数１４６はＳＲＡＭ内で保持され、燃料噴射量の設定時に読み出される。
【００４２】
ＳＲＡＭから読み出されたフィードバック学習係数１４６は、ベース噴射量１５０とともに乗算部２４に入力され、ベース噴射量１５０にフィードバック学習係数１４６が乗じられる。これにより、ベース噴射量１５０は、燃料噴射弁の噴射特性のバラツキ等、内燃機関の機差や経年変化に伴い恒常的に生じる空燃比のずれを解消する方向に補正される。こうして補正された補正ベース噴射量１５２に、メインＦＢコントローラ２２で算出された燃料補正量１３２が加算されることで、燃料噴射弁から供給すべき最終燃料噴射量１５４が決定される。
【００４３】
［メインフィードバック制御のフローの説明］
以上のような空燃比制御装置の構成において、メインフィードバック制御部１０及びサブフィードバック制御部５０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、メインフィードバック制御部１０として機能する場合には、Ａ／Ｆセンサ６から出力信号の供給を受け、図２に示すルーチンに従いメインフィードバック制御を実行する。
【００４４】
図２は、本実施形態において、ＥＣＵが実行するメイン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２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、メイン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、Ａ／Ｆセンサ６が活性していること等が挙げられる。この判定により、メイン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、Ａ／Ｆセンサ６からの出力信号１００が取りこまれる（ステップ１０２）。
【００４５】
ステップ１０４では、ステップ１０２で取り込まれたＡ／Ｆセンサ６からの出力信号１００から、サブフィードバック制御部５０による補正込みの空燃比（eabyf）１１８と、補正していない空燃比（eabyfb）１４０とが算出される。
【００４６】
ステップ１０６では、ステップ１０４で算出された補正込みの空燃比（eabyf）１１８とＭＦＢ目標値１２４との偏差に基づいて、フィードバック補正値としての燃料補正量１３２が算出される。そして、ステップ１０８では、ステップ１０６で算出された燃料補正量１３２から、空燃比学習のためのベース学習値１３８が算出される。
【００４７】
ステップ１１０では、ステップ１０４で算出された補正していない空燃比（eabyfb）１４０と補正込みの空燃比（eabyf）１１８とから補正係数（eabyfb/eabyf）１４２が算出される。そして、ステップ１１２では、ステップ１０８で算出されたベース学習値１３８にステップ１１０で算出された補正係数（eabyfb/eabyf）１４２が乗じられ、ベース学習値１３８の補正が行われる。ベース学習値１３８の補正により得られたフィードバック学習係数１４４は、ステップ１１４でローパス処理される。
【００４８】
ステップ１１６では、ステップ１１４でローパス処理されたフィードバック学習係数１４６のＳＲＡＭ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。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１１４でローパス処理されたフィードバック学習係数１４６が最終的な学習値としてＳＲＡＭに書き込まれる（ステップ１１８）。
【００４９】
以上の制御が実行されることにより、サブＦＢ補正量１１０の変動成分（Ｐ項及びＩ項）の影響が縮小されたフィードバック学習係数（学習値）１４６を得ることができる。したがって、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って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のフィードバック補正値（燃料補正量）１３２に反映させながらも、正確な空燃比学習を行うことができる。
【００５０】
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の発明及び第２の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当し、メインＦＢ学習部３０が、第１の発明の「学習手段」に相当し、比較部４４と乗算部３６が、第１の発明及び第２の発明の「学習値補正手段」に相当している。
【００５１】
実施の形態２．
以下、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３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３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。
【００５２】
実施の形態１では、補正していない空燃比(eabyfb)と補正後の空燃比（eabyf）との比を補正係数とし、この補正係数をベース学習値に乗じることで、フィードバック学習係数に含まれるサブＦＢ補正量の変動成分（Ｐ項及びＤ項）の影響を縮小するようにしている。しかし、補正後の空燃比（eabyf）には、サブＦＢ補正量のみならず、定常成分であるサブＦＢ学習値も含まれているので、補正係数をベース学習値に乗じることで、フィードバック学習係数の定常成分に対応する部分も影響を受けることになる。サブＦＢ学習値は、Ａ／Ｆセンサからの空燃比信号のストイキ点のずれを補償するための補正量であり、このような定常成分をフィードバック補正値としての燃料補正量に反映させることで、正確な空燃比制御を実現することができる。学習値（フィードバック学習係数）についても同様であり、変動成分の学習値への影響は縮小させながら、定常成分については学習値に確実に反映させるようにしたい。
【００５３】
そこで、図３に示すように、本実施形態の空燃比制御装置は、実施の形態１の空燃比制御装置の構成を前提として、Ａ／Ｆセンサ６から変換マップ４２への信号入力経路に、新たに加算部４６を設けた構成を採っている。加算部４６では、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００にサブＦＢ学習値１１４が加算される。空燃比信号１００にサブＦＢ学習値１１４が加算されることで、Ａ／Ｆセンサ６の出力のバラツキを補償された空燃比信号１５８が得られる。変換マップ４２にはこの空燃比信号１５８が入力され、空燃比信号１５８は電圧値から空燃比１６０に変換される。除算部４４では、このサブＦＢ学習値１１４を含む空燃比（eabyfb'）１６０と、サブＦＢ補正量１１０とサブＦＢ学習値１１４とを含む空燃比（eabyf）１１８の比（eabyfb'/eabyf）が算出され、この比が補正係数１６２としてメインＦＢ学習部３０に出力される。
【００５４】
上記のように分母にサブＦＢ補正量１１０とサブＦＢ学習値１１４とを含む空燃比（eabyf）１１８をとり、分子にサブＦＢ学習値１１４を含む空燃比（eabyfb'）１６０をとることで、サブＦＢ学習値１１４の影響は分子と分母で相殺され、補正係数１６２全体ではサブＦＢ学習値１１４の影響は縮減される。すなわち、サブＦＢ学習値１１４の大きさが補正係数１６２の大きさに与える影響は小さくなり、補正係数１６２の大きさは専らサブＦＢ補正量１１０、特にその変動成分の大小によって変化する。
【００５５】
したがって、ベース学習値１３８に補正係数１６２を乗じたとしても、ベース学習値１３８のサブＦＢ学習値１１４に対応する部分が受ける影響は小さく、ベース学習値１３８に含まれるサブＦＢ補正量１１０の変動成分の影響のみを縮小することができる。乗算部３６からは、このようにして補正されたベース学習値がフィードバック学習係数１６４として出力される。フィードバック学習係数１６４は、ローパスフィルタ３８によってその高周波成分をカットされ、平滑化される。ローパスフィルタ３８を通り平滑化されたフィードバック学習係数１６６は、所定のタイミングでＳＲＡＭに取り込まれ、燃料噴射量の設定時にＳＲＡＭから読み出される。
【００５６】
以上のことから、本実施形態の空燃比制御装置によれば、サブＦＢ学習値１１４はフィードバック学習係数１６６に反映させながら、サブＦＢ補正量１１０の変動成分のフィードバック学習係数１６６への影響は縮小することができ、より正確な空燃比学習を行うことができる。
【００５７】
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の発明及び第３の発明の「サブフィードバック制御手段」に相当し、メインＦＢ学習部３０が、第１の発明の「学習手段」に相当し、加算部４６、比較部４４及び乗算部３６が、第１の発明及び第３の発明の「学習値補正手段」に相当している。
【００５８】
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。
【００５９】
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部８０、特に、そのメインＦＢ学習部７０に特徴がある。図４に示すように、メインＦＢ学習部７０は、演算部７２、ローパスフィルタ７４及び図示しないＳＲＡＭから構成されている。学習値であるフィードバック学習係数は、演算部７２で学習される。実施の形態１及び２の空燃比制御装置では、最終燃料噴射量に反映される前の燃料補正量からフィードバック学習係数を学習していたが、演算部７２では、最終燃料噴射量１７６に反映された燃料補正量１３２からフィードバック学習係数１７２を学習する。
【００６０】
具体的には、演算部７２には、補正ベース噴射量１７０と最終燃料噴射量１７６が入力される。補正ベース噴射量１７０は、ベース噴射量１５０にフィードバック学習係数１７４を乗算することで得られる値である。ベース噴射量１５０はＭＦＢ目標値１２４から算出される。最終燃料噴射量１７６は、補正ベース噴射量１７０に燃料補正量１３２を加算して得られる値であり、ここでは、実際に燃料噴射弁のドライバに出力される燃料噴射量の指令値が用いられる。演算部７２では、最終燃料噴射量１７６と補正ベース噴射量１７０との比が算出される。この比は燃料補正量１３２による燃料噴射量の補正率を表したものであり、実施の形態１或いは２におけるベース学習値に相当する。
【００６１】
演算部７２では、さらに、上記のベース学習値について、燃料補正量１３２に含まれるサブＦＢ補正量１１０の変動成分の影響を縮小するための補正が行われる。具体的には、演算部７２には、変換マップ４２で空燃比信号１００から変換された実空燃比１４０と目標空燃比であるＭＦＢ目標値１２４が入力される。空燃比信号は１００は、最終燃料噴射量１７６が内燃機関２に供給された後の出力信号、すなわち、次回サイクルで検出される出力信号が用いられる。演算部７２では、ＭＦＢ目標値１２４と実空燃比１４０との比が算出される。この比は実空燃比１４０のＭＦＢ目標値１２４からのずれ率の逆数であり、実施の形態１或いは２における補正係数に相当する。
【００６２】
Ｏ2センサ８からの出力信号１０２の変化を受けてサブＦＢ補正量１１０が変動すると、その変動に応じて燃料補正量１３２も変動する。その変動の影響は、燃料補正量１３２が加算された最終燃料噴射量１７６の値に現れると同時に、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００の値にも現れる。すなわち、燃料補正量１３２がサブＦＢ補正量１１０の変動成分の影響で増大した場合には、最終燃料噴射量１７８はその分だけ増大するとともに、触媒４に流入する排気ガスの排気空燃比はリッチになり、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００は増大する（リッチ側出力となる）。その結果、ベース学習値である最終燃料噴射量１７６と補正ベース噴射量１７０との比と、補正係数であるＭＦＢ目標値１２４と実空燃比１４０との比とは、サブＦＢ補正量１１０の変動に対して逆の挙動を示す。
【００６３】
演算部７２では、ベース学習値である最終燃料噴射量１７６と補正ベース噴射量１７０との比と、補正係数であるＭＦＢ目標値１２４と実空燃比１４０との比を乗算したものをフィードバック学習係数１７２として算出する。このようにベース学習値に補正係数を乗算したものをフィードバック学習係数１７２とすることで、サブＦＢ補正量１１０の変動の影響を相殺することができ、サブＦＢ補正量１１０の変動成分のフィードバック学習係数１７２への影響を縮小することができる。
【００６４】
演算部７２で算出されたフィードバック学習係数１７２は、ローパスフィルタ７４によってその高周波成分をカットされ、平滑化される。ローパスフィルタ７４を通り平滑化されたフィードバック学習係数１７４は、所定のタイミングでＳＲＡＭに取り込まれ、燃料噴射量の設定時にＳＲＡＭから乗算部２４に読み出されてベース噴射量１５０に乗算される。
【００６５】
図５は、本実施形態において、ＥＣＵが実行するメイン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、メイン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）。この判定により、メイン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、Ａ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００が取りこまれる（ステップ２０２）。
【００６６】
ステップ２０４では、学習フラグがオンになっているか否か判定される。この学習フラグは、前回サイクルで燃料噴射量の補正が実行された場合にオンになる。したがって、メインフィードバック制御の実行条件が成立した最初のサイクルでは、学習フラグはオフのままであり、次はＮＯルートに沿ってステップ２１８の処理が実行される。ステップ２１８では、ステップ２０２で取り込まれたＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００から、サブフィードバック制御部５０による補正込みの空燃比１１８が算出される。
【００６７】
ステップ２２０では、ステップ２１８で算出された補正込みの空燃比１１８とＭＦＢ目標値１２４との偏差に基づいて、フィードバック補正値としての燃料補正量１３２が算出される。算出された燃料補正量１３２は最終燃料噴射量１７６に反映され、燃料噴射量の指令値として燃料噴射弁のドライバに出力される。これにより、前述の学習フラグはオンになる（ステップ２２２）。
【００６８】
次回のサイクルでは、ステップ２２２で学習フラグがオンになることにより、ステップ２０４の判定後、ＹＥＳルートに沿ってステップ２０６の処理が実行される。ステップ２０６では、ステップ２０２で取り込まれたＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００からＧ排気ガスの実空燃比１４０が算出される。
【００６９】
ステップ２０８では、前回サイクルにおける補正ベース噴射量１７０と最終燃料噴射量１７６からベース学習値がされる。算出されたベース学習値は、ステップ２１０でＭＦＢ目標値１２４とステップ２１２で算出された今回サイクルにおける実空燃比１４０との比によって補正される。ステップ２０８の処理とステップ２１０の処理は同時に行ってもよい。ステップ２０８，２１０の処理により得られたフィードバック学習係数１７２は、ステップ２１２でローパス処理される。
【００７０】
ステップ２１４では、ステップ２１２でローパス処理されたフィードバック学習係数１７４のＳＲＡＭ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。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、ローパス処理されたフィードバック学習係数１７４が最終的な学習値としてＳＲＡＭに書き込まれる（ステップ２１６）。
【００７１】
ステップ２１６の実行後は、ステップ２１８からステップ２２２の処理が実行され、今回サイクルにおける燃料補正量１３２が算出される。以後のサイクルでは、ステップ２０４のＹＥＳルートに沿って処理が実行される。
【００７２】
以上の制御が実行されることにより、サブＦＢ補正量１１０の変動成分（Ｐ項及びＩ項）の影響が縮小されたフィードバック学習係数（学習値）１７４を得ることができる。したがって、本実施形態の空燃比制御装置によれば、実施の形態１及び２と同様に、サブフィードバック制御によって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のフィードバック補正値（燃料補正量）１３２に反映させながらも、正確な空燃比学習を行うことができる。
【００７３】
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８０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、メインＦＢ学習部７０の演算部７２が、第１の発明の「学習手段」に相当するとともに、第１の発明及び第４の発明の「学習値補正手段」にも相当している。
【００７４】
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、実施の形態３において、実施の形態２のようにＡ／Ｆセンサ６からの空燃比信号１００にサブＦＢ学習値１１４を加算したものを用いて補正係数を算出してもよい。これによれば、サブＦＢ学習値１１４はフィードバック学習係数１７４に反映させながら、サブＦＢ補正量１１０の変動成分のフィードバック学習係数１７４への影響は縮小することができ、より正確な空燃比学習を行うことができる。
【００７５】
また、実施の形態１では補正前空燃比１４０と補正後空燃比１１８との比により、実施の形態２ではサブＦＢ学習値１１４が加算された空燃比１６０と補正後空燃比１１８との比により、実施の形態３ではＭＦＢ目標値１２４と実空燃比１４０との比により、ベース学習値を補正しているが、比ではなくそれぞれの偏差に基づいてベース学習値を補正するようにしてもよい。すなわち、２つの制御パラメータの比較値に基づいてベース学習値を補正するのであれば、比でも偏差でもその演算方法に限定はない。
【００７６】
また、サブフィードバック制御の方法や、メインフィードバック制御の方法は上述の実施の形態に限定されるものではない。サブＦＢ補正量やサブＦＢ学習値を他の方法で算出するようにしてもよい。本発明の実施においては、メインフィードバック制御は、排気空燃比が目標空燃比に一致するように、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燃料噴射量をフィードバック制御するものであればよく、サブフィードバック制御は、Ｏ2センサからの出力信号と基準値との偏差に基づき空燃比補正量を算出し、これ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に反映させるものであればよい。
【００７７】
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】
【００７８】
【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１において実行されるメイン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３】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１において実行されるメインフィードバック制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
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ＦＢ学習部
３２  除算部
３４  加算部
３６  乗算部
３８  ローパスフィルタ
４２  変換マップ
５０  サブフィードバック制御部
５４  サブＦＢコントローラ
６０  サブＦＢ学習部
７０  メインＦＢ学習部
７２  演算部
７４  ローパスフィルタ
８０  メインフィードバック制御部
【図１】
2005120869.tif 000003
【図２】
2005120869.tif 000004
【図３】
2005120869.tif 000005
【図４】
2005120869.tif 000006
【図５】
2005120869.tif 000007