(57)【要約】【課題】酸素センサを用いた空燃比フィードバック制御において、理論空燃比への収束性を向上させる。【解決手段】酸素センサの出力電圧Ｖに基づいて理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出し、空燃比が理論空燃比に近づくように空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを比例積分動作で変化させる。ここで、前記比例積分動作に用いる積分分Ｉを、酸素センサの出力電圧Ｖが理論空燃比相当値ＶＳから離れるに従って、より大きく変更する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に配置され、理論空燃比を境に出力が急変する酸素センサと、
前記酸素センサの出力に基づいて理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出し、空燃比が理論空燃比に近づくように空燃比制御信号を出力するフィードバック制御手段と、
前記酸素センサの出力が理論空燃比相当値から離れるに従って、前記フィードバック制御手段におけるフィードバックゲインをより大きく変更するゲイン変更手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記ゲイン変更手段が、内燃機関の温度が低いほど、前記酸素センサの出力による前記フィードバックゲインの増大変化を抑制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】
前記ゲイン変更手段が、前記酸素センサの出力範囲を学習し、学習した出力範囲に応じて前記フィードバックゲインを変更することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記ゲイン変更手段が、前記酸素センサの応答の劣化に対して、前記酸素センサの出力に応じたフィードバックゲインをより小さく変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記ゲイン変更手段が、内燃機関の過渡運転時のリッチエラー・リーンエラーが解消されて空燃比が反転し、前記空燃比制御信号が基準値に向けて戻るときに、前記フィードバックゲインを予め記憶された固定値とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記ゲイン変更手段が、内燃機関の過渡運転時のリッチエラー・リーンエラー状態であることを、空燃比の反転周期、燃料噴射量の過渡補正量の積算値、空燃比制御信号と基準値との偏差のうちの少なくとも１つに基づいて判断することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記ゲイン変更手段が、内燃機関の過渡運転時のリッチエラー・リーンエラーが解消されて空燃比が反転し、前記空燃比制御信号が基準値に戻るまでの間、前記フィードバックゲインを予め記憶された固定値とすることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記ゲイン変更手段が、前記空燃比制御信号が基準値に戻る前に再度空燃比が反転した場合には、前記フィードバックゲインを前記酸素センサの出力に応じた値に戻すことを特徴とする請求項７記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記ゲイン変更手段が、前記酸素センサの応答の劣化が進むほど、フィードバックゲインの上限値をより小さく設定し、前記酸素センサの出力に応じて設定されるフィードバックゲインを前記上限値以下に制限することを特徴とする請求項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し、詳しくは、理論空燃比を境に出力が急変する酸素センサを用いて、内燃機関の空燃比をフィードバック制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、酸素センサによるリッチ・リーンの検出結果に基づく比例積分制御によって、混合気を理論空燃比で燃焼させる空燃比制御装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−０３７８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、酸素センサでは、理論空燃比に対するリッチ・リーンのみが検出され、実際の空燃比と理論空燃比との偏差を検出できないため、空燃比が再度反転するまでの間、一定の積分分（フィードバックゲイン）で空燃比制御信号を徐々に変化させている。
ここで、前記積分分が過大であると、空燃比のオーバーシュートが発生し、逆に、前記積分分が過小であると、理論空燃比への収束が遅れるという問題が生じ、オーバーシュートの発生を抑止しつつ、応答良く理論空燃比（目標空燃比）に収束させることが困難であった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、酸素センサを用いた空燃比フィードバック制御において、理論空燃比への収束性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そのため請求項１記載の発明は、酸素センサによるリッチ・リーンに基づく空燃比フィードバック制御において、前記酸素センサの出力が理論空燃比相当値から離れるに従って、フィードバックゲインをより大きく変更するようにした。
上記発明によると、酸素センサの出力が、理論空燃比相当値付近であるときに比べて、理論空燃比相当値から離れている場合には、より大きなフィードバックゲインで空燃比制御信号を変化させ、理論空燃比への収束を早める。
【０００６】
請求項２記載の発明では、内燃機関の温度が低いほど、前記酸素センサの出力による前記フィードバックゲインの増大変化を抑制するようにした。
上記発明によると、酸素センサの出力が同じであっても、そのときの機関温度が低い場合には、より小さいフィードバックゲインに設定し、機関温度が低い始動直後などでは、フィードバックゲインを低く抑えて、オーバーシュートの発生を回避する。
【０００７】
請求項３記載の発明では、酸素センサの出力範囲を学習し、学習した出力範囲に応じてフィードバックゲインを変更するようにした。
上記発明によると、酸素センサの最小出力値や最大出力値が劣化によって変化し、出力範囲が変化すると、変化後の出力範囲に基づいてフィードバックゲインを変更する。
請求項４記載の発明では、酸素センサの応答特性の劣化（遅れ）に対して、酸素センサの出力に応じたフィードバックゲインをより小さく変更するようにした。
【０００８】
上記発明によると、酸素センサの応答が劣化すると、酸素センサの出力に応じて設定されるフィードバックゲインを全体的により低く低下させ、オーバーシュートの発生を回避する。
請求項５記載の発明では、内燃機関の過渡運転時のリッチエラー・リーンエラーが解消されて空燃比が反転し、空燃比制御信号が基準値に向けて戻るときに、フィードバックゲインを予め記憶された固定値にするようにした。
【０００９】
上記発明によると、内燃機関の過渡運転により、加速時にはリーンエラー（リーン側への空燃比のずれ）、減速時にはリッチエラー（リッチ側への空燃比のずれ）が生じ、この空燃比エラーを解消すべく、空燃比制御信号を変化させた結果空燃比が反転すると、フィードバックゲインを、酸素センサの出力に応じた値ではなく、予め記憶された固定値にして、この固定値であるフィードバックゲインによって空燃比制御信号を基準値に向けて変化させる。
【００１０】
請求項６記載の発明では、内燃機関の過渡運転時のリッチエラー・リーンエラー状態であることを、空燃比の反転周期、燃料噴射量の過渡補正量の積算値、空燃比制御信号と基準値との偏差のうちの少なくとも１つに基づいて判断するようにした。
上記発明によると、空燃比の反転周期、燃料噴射量の過渡補正量の積算値、空燃比制御信号と基準値との偏差のうちの少なくとも１つに基づいて、過渡運転時のリッチエラー・リーンエラー状態であるか否かを判断し、過渡運転時のリッチエラー・リーンエラー状態であれば、空燃比制御信号が基準値に向けて戻るときに、フィードバックゲインを予め記憶された固定値にする。
【００１１】
請求項７記載の発明では、内燃機関の過渡運転時のリッチエラー・リーンエラーが解消されて空燃比が反転し、前記空燃比制御信号が基準値に戻るまでの間、前記フィードバックゲインを予め記憶された固定値とするようにした。
上記発明によると、内燃機関の過渡運転により、リッチエラー・リーンエラーが生じ、この空燃比エラーを解消すべく、空燃比制御信号を変化させた結果空燃比が反転すると、フィードバックゲインを、酸素センサの出力に応じた値ではなく、予め記憶された固定値にして、この固定値であるフィードバックゲインを、空燃比制御信号が基準値に戻るまで用いる。
【００１２】
請求項８記載の発明では、前記空燃比制御信号が基準値に戻る前に再度空燃比が反転した場合には、前記フィードバックゲインを前記酸素センサの出力に応じた値に戻すようにした。
上記発明によると、空燃比制御信号を固定のフィードバックゲインで基準値に戻す途中で、空燃比が反転した場合には、フィードバック制御が過大なゲインで行われてハンチングやオーバーシュートを発生させることがないように、フィードバックゲインを固定値から酸素センサの出力に応じた値に戻すようにする。
【００１３】
請求項９記載の発明では、前記酸素センサの応答の劣化が進むほど、フィードバックゲインの上限値をより小さく設定し、前記酸素センサの出力に応じて設定されるフィードバックゲインを前記上限値以下に制限するようにした。
上記発明によると、酸素センサの応答が劣化し、実際の空燃比の反転に対して酸素センサの出力の反転が遅れると、オーバーシュート（過補正状態）が発生し易くなるので、応答の劣化が進むほどフィードバックゲインの上限値をより小さな値に設定し、酸素センサの出力に応じて設定されるフィードバックゲインが前記上限値を越えないように制限する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
実施形態における内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成を図１に示す。
図１において、内燃機関１１の吸気管１２には、吸入空気流量ＱＡを検出するエアフローメータ１３及びアクセルペダルと連動して吸入空気流量を制御するスロットル弁１４が設けられる。
【００１５】
前記スロットル弁１４下流の吸気マニホールドには、気筒毎に燃料噴射弁１５が設けられる。
前記燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット５０から出力される噴射パルス信号によって開弁駆動され、所定圧力に制御された燃料を噴射する。
更に、内燃機関１１の冷却ジャケット内の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ１６、クランク軸の角度を検出するクランク角センサ２０、前記スロットル弁１４の開度を検出するスロットルセンサ２１などが設けられる。
【００１６】
前記エンジンコントロールユニット５０では、前記クランク角センサ２０から出力される信号に基づいて機関回転速度ＮＥを算出する。
一方、排気管１７には、ＣＯ，ＨＣの酸化、及び、ＮＯｘの還元を行って排気を浄化する三元触媒コンバータ１９が介装されている。
また、前記三元触媒コンバータ１９の上流側の排気管１７には、理論空燃比を境に出力が急変する酸素センサ１８が設けられる。
【００１７】
前記酸素センサ１８は、例えば、ジルコニア管の内外面に電極及び触媒作用をする白金をコーティングしてなり、ジルコニア管の内側（大気側）と外側（排気側）との間に、大気と排気中の酸素濃度との比に応じた起電力を発生する酸素濃淡電池であり、図２に示すように、理論空燃比よりもリッチ側では起電力が高く、理論空燃比よりもリーン側では起電力が低くなる特性のものである。
【００１８】
但し、酸素センサ１８は、理論空燃比を境に出力が急変する特性のものであれば、その構造は、前記ジルコニア管を備えるものに限定されず、例えばプレート型のセンサなどであっても良い。
前記エンジンコントロールユニット５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等から構成されるマイクロコンピュータを含んでなり、前述の酸素センサ１８、エアフローメータ１３、水温センサ１６、クランク角センサ２０、スロットルセンサ２１などからの検出信号を入力し、燃料噴射弁１５による燃料噴射量ＴＩを制御する。
【００１９】
前記燃料噴射量ＴＩは、基本燃料噴射量ＴＰ、加減速時に燃料噴射量を増減補正するための過渡補正分ＫＡＴ、燃料噴射弁１５の噴射パルスに対する作動遅れによって有効開弁時間が変動するのを補正する電圧補正量ＴＳ、実際の空燃比を理論空燃比に近づけるための空燃比フィードバック補正係数LAMBDA（空燃比制御信号）に基づいて、ＴＩ＝（ＴＰ＋ＫＡＴ）×LAMBDA＋ＴＳとして算出される。
【００２０】
前記基本燃料噴射パルス幅ＴＰは、エアフローメータ１３で検出される吸入空気流量ＱＡ、クランク角センサ２０の信号から求められる機関回転速度ＮＥ、冷却水温度ＴＷ等から演算される。
また、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAは、前記酸素センサ１８で検出される理論空燃比に対するリッチ・リーンに基づいて算出される。
【００２１】
前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの演算においては、まず、前記酸素センサ１８の出力電圧Ｖと理論空燃比相当の閾値電圧ＶＳとを比較し、前記酸素センサ１８の出力電圧Ｖが前記閾値電圧ＶＳよりも高い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリッチであると判断し、前記酸素センサ１８の出力電圧Ｖが前記閾値電圧ＶＳよりも低い場合には、空燃比が理論空燃比よりもリーンであると判断する（図２参照）。
【００２２】
そして、図３に示すように、空燃比がリーンからリッチに反転すると（出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳを横切って増大変化すると）、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを、比例分Ｐだけステップ的に減少変化させ、その後、空燃比がリーンに反転するまで（出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳを横切って減少変化するまで）の間、積分分Ｉによる傾きで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを徐々に減少変化させる。
【００２３】
空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの減少変化による燃料噴射量ＴＩの減少補正で、空燃比がリーンに反転すると（出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳを横切って減少変化すると）、今度は、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを、比例分Ｐだけステップ的に増大変化させ、その後、空燃比がリッチに反転するまで（出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳを横切って増大変化するまで）の間、積分分Ｉによる傾きで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを徐々に増大変化させる（図３参照）。
【００２４】
上記のエンジンコントロールユニット５０による、比例積分動作による空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの演算機能が、本実施形態におけるフィードバック制御手段に相当する。
尚、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの基準値（初期値）は、実質的に増減補正を行わない１．０に予め設定されている。
【００２５】
ここで、前記エンジンコントロールユニット５０による、フィードバックゲインに相当する前記比例分Ｐ及び積分分Ｉの設定処理（ゲイン変更手段に相当するソフトウエア機能）を、図４〜図６のフローチャートに従って説明する。尚、図４，６のフローチャートに示すルーチンは所定微小時間毎に実行されるものとする。
図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１では、空燃比フィードバックの実行条件が成立しているか否かを判断する。
【００２６】
空燃比フィードバック条件としては、所定の機関負荷・機関回転速度領域であること、酸素センサ１８が活性化していること、燃料カット中でないことなどを判断する。
前記所定の機関負荷とは、出力空燃比が要求される負荷域などの理論空燃比以外での燃焼が要求される負荷域を除く機関負荷領域であり、前記所定の機関回転速度領域とは、排温上昇を抑制するための燃料増量が行われる高回転域などを除く回転領域である。
【００２７】
前記空燃比フィードバックの実行条件は、所定の機関負荷・機関回転速度領域であって、かつ、酸素センサ１８が活性化していて、かつ、燃料カット中でないことを原則とするが、これに限定されるものではなく、また、複数条件の全ての成立をもって空燃比フィードバックの実行条件の成立を判断させるのではなく、複数条件のうちの一部が成立しているときに空燃比フィードバックの実行条件の成立を判断させることができる。
【００２８】
空燃比フィードバック条件が成立している場合には、ステップＳ１０２へ進み、前記水温センサ１６で検出された冷却水温度ＴＷ、及び、酸素センサ１８の出力電圧Ｖを読み込む。
次のステップＳ１０３では、酸素センサ１８の応答診断を行う。
前記応答診断は、例えば空燃比フィードバック制御状態であってかつ定常状態であるときの酸素センサ１８の出力電圧Ｖ又は空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの周期を計測し、該周期とそのときの運転条件（機関負荷・機関回転速度）に応じた基準周期とを比較し、実際の周期が基準周期よりも長いほど、酸素センサ１８の応答が劣化していると判断できる。
【００２９】
また、酸素センサ１８の出力電圧Ｖの変化速度（傾き）を検出し、該検出速度と、運転条件（機関負荷・機関回転速度）に応じた基準速度とを比較することによっても、酸素センサ１８の応答を診断できる。
更に、理論空燃比を跨ぐように空燃比をステップ変化させ、この空燃比のステップ変化が、酸素センサ１８で検出されるまでの時間を計測し、該計測時間と、運転条件（機関負荷・機関回転速度）に応じた基準時間とを比較することによっても、酸素センサ１８の応答を診断でき、応答診断の方法は公知の全てを適用可能である。
【００３０】
ステップＳ１０３で酸素センサ１８の応答診断を行うと、ステップＳ１０４では、そのときの冷却水温度ＴＷ（機関温度）と酸素センサ１８の出力電圧Ｖとに基づいて、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの比例積分制御に用いる比例分Ｐ，積分分Ｉの補正係数ＫＩＰを設定する。
具体的には、出力電圧Ｖの出力範囲のうち、閾値電圧ＶＳを含む中央の部分領域では、前記補正係数ＫＩＰは一定値であり、前記中央の部分領域を外れて最小値又は最大値に近づくほど、前記補正係数ＫＩＰが徐々に大きく設定される。
【００３１】
後述するように、前記補正係数ＫＩＰを比例分Ｐ，積分分Ｉの基本値に乗算した結果が最終的な比例分Ｐ，積分分Ｉとして設定されるようになっており、補正係数ＫＩＰが大きいほどフィードバックゲインである比例分Ｐ，積分分Ｉがより大きく設定されることになる。
換言すれば、酸素センサ１８の出力電圧Ｖが理論空燃比相当値である閾値電圧ＶＳから離れるほど、より大きな比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）が設定されるようになっている。
【００３２】
酸素センサ１８の出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳから離れている場合には、実際の空燃比と理論空燃比との偏差は不明であるものの、少なくとも空燃比のリッチ・リーンが反転する直前ではなく、このときに大きな積分分Ｉで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを増減変化させれば、理論空燃比への収束を早めることになる一方、出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳに近づけば、積分分Ｉがより小さく変更されるので、オーバーシュートの発生を抑止できる（図７参照）。
【００３３】
また、前記補正係数ＫＩＰは、冷却水温度ＴＷ（機関温度）が低いときほど全体的に低く設定される。
冷却水温度ＴＷ（吸気ポート温度）が低い場合には、壁流燃料量が増えるなどして、空燃比制御の応答遅れが大きくなるため、冷却水温度ＴＷが高いときと同じ比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）では、オーバーシュートが発生し易くなる。
【００３４】
そこで、酸素センサ１８の出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳから離れるほど補正係数ＫＩＰを大きく設定すると共に、冷却水温度ＴＷが低いほど補正係数ＫＩＰを小さくするようにしてある。
尚、比例分Ｐは、酸素センサ１８の出力電圧Ｖが閾値電圧ＶＳ付近であるときに用いられる値であるため、実質的には、酸素センサ１８の出力電圧Ｖに応じて補正されないが、冷却水温度ＴＷに応じて増減補正されることになる。
【００３５】
また、補正係数ＫＩＰ（比例分Ｐ，積分分Ｉ）の設定に、機関温度を代表する水温を用いたが、前記補正係数ＫＩＰ（比例分Ｐ，積分分Ｉ）の適正は、吸気ポート部の温度に左右されるので、水温に代えて吸気ポートの温度を検出させることができる。
ところで、前記ステップＳ１０４では、前述のように、酸素センサ１８の出力電圧Ｖに基づいて補正係数ＫＩＰを決定するため、予め出力電圧Ｖと補正係数ＫＩＰとを一対一で対応させるテーブルを記憶させている（図８参照）。
【００３６】
しかし、酸素センサ１８が経時劣化すると、最小電圧値の浮き、及び／又は、最大電圧値の低下が生じ、係る劣化状態で前記テーブルをそのまま参照して補正係数ＫＩＰを決定すると、例えば同じ最小電圧値に張り付いている状態であっても、初期状態と劣化により最小電圧値が浮いた状態とでは、異なる補正係数ＫＩＰが設定されることになり、最小電圧値が浮くほど補正係数ＫＩＰはより小さい値に設定される。
【００３７】
例えば、酸素センサ１８の初期状態で出力が０Ｖ〜１Ｖの範囲内で変化するのに対して、劣化による最小出力値の浮きによって出力範囲が５０mV〜１Ｖに変化した場合に、初期状態での出力範囲とフィードバックゲインとの相関を劣化後も適用すると、出力０Ｖ〜５０mVの範囲に対応するフィードバックゲインが結果的に採用されなくなり、最小出力値に張り付いている状態であっても、フィードバックゲインが初期状態よりも低く抑えられることになってしまう。
【００３８】
このため、初期状態では、最小電圧値に張り付いている状態であれば、比較的大きな積分分Ｉ（フィードバックゲイン）で空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを増減変化させることになるのに対し、劣化により最小電圧値が浮くと、設定される積分分Ｉ（フィードバックゲイン）がより小さくなる結果、理論空燃比（目標空燃比）への収束性が低下する。
【００３９】
そこで、酸素センサ１８の劣化後の出力範囲で適切なフィードバックゲインの割り付けが行われるように、酸素センサ１８の出力範囲を学習し、出力範囲が変化した場合には、変化後の出力範囲に応じてフィードバックゲインが変更されるようにした。
具体的には、空燃比フィードバックの実行条件が成立していないときに、ステップＳ１１０において、酸素センサ１８の出力電圧Ｖの最小・最大値（出力範囲）を学習し、実際の出力範囲で前記補正係数ＫＩＰの可変範囲を使い切るように、テーブルを参照するときに出力電圧Ｖをそのときの実際の最小・最大値（出力範囲）に応じて変換させるようにしてある。
【００４０】
図５のフローチャートは、前記ステップＳ１１０における出力電圧Ｖの最小・最大値（出力範囲）の学習を詳細に示すものである。
ステップＳ２０１では、燃料噴射弁１５による燃料噴射を停止させる燃料カット中であるか否かを判断する。
本実施形態では、例えば減速運転時に燃料カット（燃料噴射の停止）が行われるようになっており、係る燃料カット状態では、空気が排気管にそのまま流れることになって、排気空燃比が超リーン状態になり、酸素センサ１８の出力電圧Ｖは出力範囲の最小値を示すことになる。
【００４１】
そこで、ステップＳ２０１で燃料カット中であると判断されると、ステップＳ２０２へ進み、酸素センサ１８の出力電圧Ｖの前回値よりも今回値が小さいか否かを判断する。
そして、今回値が前回値よりも小さい場合には、ステップＳ２０３へ進んで、今回値を出力電圧Ｖの最小値ＶＭＩＮにセットし、今回値が前回値よりも大きい場合には、ステップＳ２０３を迂回することで、最小値ＶＭＩＮの更新は行わない。
【００４２】
即ち、燃料カットの開始に伴って出力電圧Ｖが低下しているときには、逐次最小値ＶＭＩＮを更新記憶させ、最終的に最も低下した時点の出力電圧Ｖを最小値ＶＭＩＮとして学習させるものである。
一方、ステップＳ２０１で燃料カット中でないと判断されると、ステップＳ２０４へ進んで、フル増量中であるか否かを判断する。
【００４３】
前記フル増量とは、アクセル全開又はそれに近い状態や出力混合気の要求時で、前記燃料噴射量が理論空燃比相当量から大幅に増量補正される状態であって、かつ、その増量レベルが所定値以上であることを示す。
尚、空燃比フィードバック制御中であるものの、例えば加速に伴って大きく増量補正が施される場合を、フル増量中に含めることができる。
【００４４】
前記フル増量状態では、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリッチになることで、酸素センサ１８の出力電圧Ｖが出力範囲の最大値を示すことになる。
そこで、ステップＳ２０４でフル増量中であると判断されると、ステップＳ２０５へ進み、酸素センサ１８の出力電圧Ｖの前回値よりも今回値が大きいか否かを判断する。
そして、今回値が前回値よりも大きい場合には、ステップＳ２０６へ進んで、今回値を出力電圧Ｖの最大値ＶＭＡＸにセットし、今回値が前回値よりも小さい場合には、ステップＳ２０６を迂回することで、最大値ＶＭＡＸの更新は行わない。
【００４５】
即ち、フル増量の開始に伴って出力電圧Ｖが増大しているときには、逐次最大値ＶＭＡＸを更新記憶させ、最終的に最も高くなった時点の出力電圧Ｖを最大値ＶＭＡＸとして学習させるものである。
上記のようにして、最小値ＶＭＩＮを求めると、該最小値ＶＭＩＮと最小側基準値（１００mV）とで挟まれる出力範囲が、初期状態での最小値（例えば０Ｖ）と最小側基準値（１００mV）とで挟まれる出力範囲に変換されるように補間演算し、例えば、学習後の最小値ＶＭＩＮは常に０Ｖに変換され、０Ｖに対応する補正係数ＫＩＰが求められるようにする。
【００４６】
同様に、最大値ＶＭＡＸを求めると、該最大値ＶＭＡＸと最大側基準値（７００mV）とで挟まれる出力範囲が、初期状態での最大値（例えば８５０Ｖ）と最大側基準値（７００mV）とで挟まれる出力範囲に変換されるように補間演算し、例えば、学習後の最大値ＶＭＡＸは常に８５０Ｖに変換され、８５０Ｖに対応する補正係数ＫＩＰが求められるようにする（図８参照）。
【００４７】
上記のようにして、比例分Ｐ，積分分Ｉの補正係数ＫＩＰを、酸素センサ１８の出力電圧Ｖ及び冷却水温度ＴＷ（機関温度）に応じて設定すると、次のステップＳ１０５では、酸素センサ１８の応答劣化に対応するための補正係数ＫＲを、前記ステップＳ１０３で行った応答診断の結果に基づいて設定する。
前記補正係数ＫＲは、酸素センサ１８の応答劣化が進んでいるほど（応答が遅いほど）、小さい値に設定される。
【００４８】
酸素センサ１８の応答が劣化すると、排気空燃比（排気中酸素濃度）の変化に対する酸素センサ１８の出力変化が遅れる結果、オーバーシュートが発生し易くなるため、応答の劣化状態では、比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）を小さく補正してオーバーシュートの発生を回避する。
尚、補正係数ＫＲによる補正に代えて、比例分Ｐ，積分分Ｉの上限値を応答劣化が進んでいるほど小さい値に設定し、該上限値以下に比例分Ｐ，積分分Ｉを制限することができ、更に、前記上限値をそのときの冷却水温度ＴＷ（機関温度）が低いほど小さくすることができる（図９参照）。
【００４９】
ステップＳ１０６では、比例分Ｐ，積分分Ｉの基本値に、前記補正係数ＫＩＰ、ＫＲを乗算することで、最終的な比例分Ｐ，積分分Ｉを求める（最終Ｐ，Ｉ＝基本Ｐ，Ｉ×ＫＩＰ×ＫＲ）。
ここで、前記比例分Ｐ，積分分Ｉの基本値は、固定値であっても良いし、機関負荷、機関回転速度に応じて可変に設定することができる。
【００５０】
比例分Ｐ，積分分Ｉの基本値が固定値である場合には、酸素センサ１８の出力電圧Ｖと水温ＴＷとから比例分Ｐ，積分分Ｉの基本値を演算し、前記基本値をセンサ応答に応じた補正係数ＫＲで補正するか、前記基本値をセンサ応答に応じた上限値で制限させることができる。
また、酸素センサ１８の劣化度合いに応じて上限値を設定する場合には、比例分Ｐ，積分分Ｉの基本値に前記補正係数ＫＩＰを乗算した結果を、前記上限値以下に制限し、制限後の値を最終的な比例分Ｐ，積分分Ｉとする。
【００５１】
尚、比例分Ｐ，積分分Ｉの設定において、少なくとも酸素センサ１８の出力電圧Ｖに応じて比例分Ｐ，積分分Ｉが変更される構成であればよく、前記水温ＴＷによる比例分Ｐ，積分分Ｉの修正、劣化による最大・最小値の変化に対応するための変換処理、応答劣化に対する補正処理のうちの１つ乃至全てを省略することができる。
ステップＳ１０７では、過渡運転による空燃比のエラー状態が解消されて空燃比のリッチ・リーンが反転された直後の所定期間において「１」が設定されるようになっているフラグＦＫＡＴＯに１がセットされているか否かを判断する。
【００５２】
そして、ＦＫＡＴＯ＝０であれば、ステップＳ１０８を迂回してステップＳ１０９へ進み、前記ステップＳ１０６で設定した比例分Ｐ，積分分Ｉを用いて前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを演算させる。
一方、ＦＫＡＴＯ＝１であるときには、ステップＳ１０８へ進み、予め記憶されている固定値である比例分Ｐ，積分分ＩをステップＳ１０６における演算結果に代えて、最終値とし、ステップＳ１０９へ進む。
【００５３】
内燃機関の加減速運転によって大きなリッチエラー・リーンエラーが発生すると、このエラー状態が解消されるまで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを変化させることで、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAは基準値（１．０）から大きく離れた値になるが、空燃比の反転が酸素センサ１８で検出されるようになる前に、実際の空燃比は既に反転しているから、空燃比の反転が酸素センサ１８で検出されてから空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが基準値に戻る間は、過補正状態になってしまう。
【００５４】
そこで、空燃比が反転した後は、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを速やかに戻すために、酸素センサ１８の出力に応じて決定される比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）ではなく、より大きな固定値を用いるようにし、過補正状態の速やかな解消を図るものである（図１０参照）。
図６のフローチャートは、前記フラグＦＫＡＴＯの設定処理を示す。
【００５５】
ステップＳ３０１では、ステップＳ１０１と同様に、空燃比フィードバックの実行条件が成立しているか否かを判断する。
ここで、空燃比フィードバックの実行条件が成立していれば、ステップＳ３０２へ進み、前回のリッチ・リーン反転からの経過時間ｔが基準時間ｔｓを越えているか否かを判断する。前記基準時間ｔｓは、機関負荷・機関回転速度に応じて可変に設定される。
【００５６】
そして、前回のリッチ・リーン反転からの経過時間ｔが基準時間ｔｓを越えている場合には、ステップＳ３０３へ進み、前回のリッチ・リーン反転からの過渡補正分ＫＡＴの積算値が所定値αを超えているか否かを判断する。
ここで、前回のリッチ・リーン反転からの過渡補正分ＫＡＴの積算値が所定値を超えていれば、更に、ステップＳ３０４へ進み、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAと基準値（＝１．０）との偏差の絶対値が所定値βを超えているか否かを判断する。
【００５７】
上記ステップＳ３０２〜ステップＳ３０４の３条件が全て成立している場合には、内燃機関１１の過渡運転により大きな空燃比エラーが発生し、これを理論空燃比に戻すために、長い時間、大きな補正量、大幅な空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの変化を必要としたものと判断される。
内燃機関１１の過渡運転によって大きな空燃比エラーや燃料補正値のずれが生じると、酸素センサ１８の出力が最大又は最小に張り付くことで、大きなフィードバックゲインで空燃比フィードバック補正係数LAMBDAを急激に変化させて燃料噴射量を増減補正すると同時に、過渡補正分ＫＡＴによっても前記空燃比エラーを解消する方向に燃料噴射量が補正される結果、酸素センサ１８の出力が反転したときには、過剰補正状態になってしまい、理論空燃比への収束性が低下する。
【００５８】
そこで、前記過剰補正状態を速やかに解消すべく、ステップＳ１０６で設定される比例分Ｐ，積分分Ｉよりも大きな固定値である比例分Ｐ，積分分Ｉを前記ステップＳ１０８で設定させるものである。
前記ステップＳ３０２〜ステップＳ３０４の３条件が全て成立していると判断されると、ステップＳ３０５へ進んで過渡運転時の空燃比エラー状態であることを示すフラグＦＫに１をセットする。
【００５９】
尚、内燃機関１１の過渡運転に伴う空燃比エラー状態を判定できれば良いので、Ｓ３０２〜ステップＳ３０４の３条件の全てを条件とする必要はなく、例えば、前記３条件のうちの１つ或いは２つを判定させることができる。
また、機関１１の過渡運転状態を条件に加えることができ、例えば、過渡運転時であって、かつ、空燃比の反転間隔時間が長い場合、或いは、過渡運転時であって、かつ、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAと基準値との偏差が大きい場合に、前記フラグＦＫに１をセットさせることができる。
【００６０】
ステップＳ３０６では、酸素センサ１８で検出される空燃比のリッチ・リーンが反転したか否かを判断する。
そして、空燃比の反転が酸素センサ１８で検出されると、ステップＳ３０７へ進み、前記フラグＦＫＡＴＯに１がセットされているか否かを判断する。
ここで、フラグＦＫＡＴＯ＝１の状態で空燃比のリッチ・リーンが反転した場合には、ステップＳ３０８へ進んで前記フラグＦＫＡＴＯを０にリセットする。
【００６１】
一方、ステップＳ３０７でフラグＦＫＡＴＯ＝０であると判断されると、ステップＳ３０９へ進み、前記フラグＦＫに１がセットされているか否かを判断する。
前記フラグＦＫに１がセットされている場合には、過渡運転に伴う空燃比エラー状態が解消されて空燃比が反転したものと判断し、ステップＳ３１０へ進んで、前記フラグＦＫＡＴＯに１をセットする。
【００６２】
一方、フラグＦＫ＝０の場合には、今回の空燃比の反転は、少なくとも過渡運転による空燃比エラーを修正した結果ではなく、定常運転における空燃比の周期的な修正処理の結果であるものと判断して、ステップＳ３１０を迂回してステップＳ３１１へ進む。
前記ステップＳ３０８又はステップＳ３１０からは、ステップＳ３１１へ進み、前記空燃比反転からの経過時間ｔ、過渡補正分ＫＡＴの積算値、フラグＦＫをそれぞれ０にリセットする。
【００６３】
また、ステップＳ３０６で空燃比のリッチ・リーン反転時でないと判断された場合には、ステップＳ３１２へ進み、前記フラグＦＫＡＴＯに１がセットされているか否かを判断する。
そして、フラグＦＫＡＴＯ＝１である場合には、ステップＳ３１３へ進み、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが基準値の１．０になったか（基準値の１．０を横切ったか）否かを判断する。
【００６４】
ここで、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが基準値の１．０になった（基準値の１．０を横切った）と判断されると、ステップＳ３１４へ進み、前記フラグＦＫＡＴＯを０にリセットする。
即ち、過渡運転時の空燃比エラー状態が解消されて空燃比が反転すると、フラグＦＫＡＴＯに１がセットされ、その後、再度空燃比が反転するか、又は、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが基準値の１．０にまで戻る（基準値の１．０を横切る）と、フラグＦＫＡＴＯは０にリセットされる（図１０参照）。
【００６５】
前記フラグＦＫＡＴＯに１がセットされている状態では、比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）を、酸素センサ１８の出力に応じて決定される値よりも大きな固定値に設定するから、過渡運転時の空燃比エラー状態が解消されて空燃比が反転した後の過剰補正状態を、前記固定値としての比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）によって速やかに解消させることができる。
【００６６】
また、フラグＦＫＡＴＯに１をセットした後、空燃比が再度反転するか、前記空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが基準値に到達した時点でフラグＦＫＡＴＯが０にリセットされ、比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）が酸素センサ１８の出力に応じた通常値に戻されることで、過大なゲインでのフィードバックが過剰に継続されることを回避でき、ハンチング等の発生を防止できる。
【００６７】
尚、フラグＦＫＡＴＯ＝１の状態で用いる固定値としての比例分Ｐ，積分分Ｉ（フィードバックゲイン）を、時間経過と共に、或いは、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが、基準値に近づくに従って、より小さい値に変更させることができ、また、フラグＦＫＡＴＯ＝１としてから、空燃比フィードバック補正係数LAMBDAが、基準値を含む所定範囲内に戻った時点で、フラグＦＫＡＴＯを０にリセットさせることができる。
【００６８】
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）前記フィードバック制御手段が、理論空燃比に対するリッチ・リーンに基づき空燃比制御信号を積分分ずつ増減変化させる積分動作を含んで空燃比制御信号を設定し、
前記ゲイン変更手段が、前記酸素センサの出力に応じて前記積分分を設定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【００６９】
上記発明によると、空燃比がリッチであれば、積分分ずつ空燃比制御信号を減少させて空燃比をリーン化させ、空燃比がリーンであれば、積分分ずつ空燃比制御信号を増大させて空燃比をリッチ化させ、理論空燃比に近づけるようにするが、前記積分分を酸素センサの出力に応じて設定する。
（ロ）前記ゲイン変更手段が、燃料カット状態における前記酸素センサの出力、及び／又は、燃料のフル増量状態における前記酸素センサの出力から、前記酸素センサの出力範囲を学習することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【００７０】
上記発明によると、燃料カット状態では、空燃比が超リーン状態になって、酸素センサの出力がリーン側の限界値を示すことになり、また、燃料のフル増量状態では、空燃比が理論空燃比よりも大幅にリッチになって、酸素センサの出力がリッチ側の限界値を示すことになり、前記リーン側の限界値及び／又はリッチ側の限界値から、そのときの酸素センサの出力範囲を学習する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における空燃比と酸素センサの出力との相関を示す線図。
【図３】実施形態における理論空燃比に対するリッチ・リーン判定に基づく比例積分制御の基本特性を示すタイミングチャート。
【図４】実施形態における比例分Ｐ及び積分分Ｉの設定処理を含む空燃比フィードバック制御の様子を示すフローチャート。
【図５】実施形態における酸素センサの出力範囲の学習処理を示すフローチャート。
【図６】実施形態において過渡運転による空燃比エラー後の過補正状態を示すフラグＦＫＡＴＯの設定処理を示すフローチャート。
【図７】実施形態において酸素センサの出力に応じてゲインが変更される場合の空燃比フィードバック補正係数LAMBDAの変化を示すタイミングチャート。
【図８】実施形態において酸素センサの出力範囲が変化した場合の出力に応じたゲインの設定特性を示す線図。
【図９】実施形態における酸素センサの応答及び水温に対するゲイン上限値の特性を示す線図。
【図１０】実施形態において過渡運転による空燃比エラー後の過補正状態での積分動作を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００７２】
１１…内燃機関、１３…エアフローメータ、１５…燃料噴射弁、１８…酸素センサ、１９…三元触媒、２０…クランク角センサ、５０…コントロールユニット
【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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