(57)【要約】【課題】この発明は、燃料噴射から吸気弁閉弁までに吸入空気量が変化する状況下においても良好な空燃比制御を行うことができる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。【解決手段】触媒３２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、空燃比センサ３５の出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック制御を行う。吸気弁１６の閉弁時刻における吸入空気量の推定演算値ｋｌ_ＩＶＣを計算する。この推定演算値ｋｌ_ＩＶＣを用いて、気筒１０の筒内空燃比を計算する。得られた筒内空燃比を所定の判定値と比較し、この比較に基づいて空燃比荒れの発生の有無を判定する。空燃比荒れが発生したと判断されたら、フィードバック制御を停止する。【選択図】図３
2009024607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置される触媒と、
前記触媒の上流に備えられる排気ガスセンサと、
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、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック制御手段と、
所定の周期で、前記内燃機関の気筒ごとに吸入空気量の推定値を繰り返し算出する推定値算出手段と、
前記内燃機関の１つの気筒について、１燃焼サイクルごとに、該１つの気筒の吸気弁が吸気行程を経て閉弁する閉弁時刻を取得する時刻取得手段と、
前記１つの気筒の今回の燃焼サイクルの前記閉弁時刻の前後にわたって前記推定値算出手段が算出した複数の推定値のうち、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻までの時間と、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻までの時間と、に基づいて、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻における該１つの気筒の吸入空気量の推定演算を行う推定演算手段と、
前記推定演算手段により前記内燃機関の気筒ごとに得られた吸入空気量の推定演算値と、前記閉弁時刻までに該気筒ごとにそれぞれ供給された燃料の量とに基づいて、前記内燃機関の該気筒ごとの空燃比を算出する筒内空燃比算出手段と、
前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比に基づいて、前記フィードバック制御手段の制御の内容を操作するフィードバック制御操作手段と、
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】
前記フィードバック制御操作手段は、
前記目標空燃比と前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比との比較に基づいて、空燃比荒れの発生の有無を判定する空燃比荒れ判定手段と、
前記空燃比荒れ判定手段による判定結果に基づいて、前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御を停止または制限するフィードバック制限手段と、
を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】
前記フィードバック制御操作手段は、
前記目標空燃比と前記排気ガスセンサの出力とに基づいて、前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックすべき第１の補正量を算出する第１補正量算出手段と、
前記目標空燃比と前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比とに基づいて、前記第１の補正量とは独立に前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックすべき第２の補正量を算出する第２補正量算出手段と、
前記第１の補正量と該第２の補正量とに基づいて、前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックするフィードバック補正量を算出するフィードバック補正量算出手段と、
を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４】
前記フィードバック制御操作手段は、
前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比に基づいて前記目標空燃比の設定を行う目標空燃比設定手段と、
前記目標空燃比設定手段により設定された前記目標空燃比と前記排気ガスセンサの出力とに基づいて、前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックするフィードバック補正量を算出するフィードバック補正量算出手段と、
を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５】
内燃機関の排気通路に配置される触媒と、
前記触媒の上流に備えられる排気ガスセンサと、
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、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック制御手段と、
前記内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射機構と、
今回の燃焼サイクルにおける前記内燃機関の１つの気筒についての燃料噴射時期から該１つの気筒の吸気弁が閉弁するまでの該１つの気筒の吸入空気量のずれを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御を停止または制限するフィードバック制限手段と、
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６】
所定の周期で、前記１つの気筒の吸入空気量の推定値を繰り返し算出する推定値算出手段と、
前記１つの気筒について、１燃焼サイクルごとに、該１つの気筒の吸気弁が吸気行程を経て閉弁する閉弁時刻を取得する時刻取得手段と、
前記１つの気筒の今回の燃焼サイクルの前記閉弁時刻の前後にわたって前記推定値算出手段が算出した複数の推定値のうち、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻までの時間と、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻までの時間と、に基づいて、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻における該１つの気筒の吸入空気量の推定演算を行う推定演算手段と、を備え、
前記検出手段は、前記推定演算手段により得られた推定演算値に基づいて、前記１つの気筒の前記吸入空気量のずれを検出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】
前記内燃機関の吸気系に備えられる各種吸気系センサの出力を取得する手段を備え、
前記検出手段は、今回の燃焼サイクルの前記１つの気筒についての燃料噴射時期の前記各種吸気系センサの出力と、該今回の燃焼サイクルで該１つの気筒の吸気弁が閉弁した時期の該各種吸気系センサの出力との比較に基づいて、該１つの気筒の前記吸入空気量のずれを検出することを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の負荷状態を検知する手段を備え、
前記検出手段は、今回の燃焼サイクルの前記１つの気筒についての燃料噴射時期から該今回の燃焼サイクルで該１つの気筒の吸気弁が閉弁した時期までの前記負荷状態の変化に基づいて、該１つの気筒の前記吸入空気量のずれを検出することを特徴とする請求項５乃至７に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】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に、排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックする空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００１−３２９８９３号公報に開示されているように、目標空燃比と空燃比センサに基づいて得られる実空燃比との差に応じて、空燃比フィードバック制御の制御内容を変更する装置が知られている。
【０００３】
上記従来の装置によれば、目標空燃比と、空燃比センサに基づく実空燃比との偏差に応じて、フィードバックゲインを変更している。これにより、空燃比フィードバック制御におけるオーバーシュートの発生を効果的に防止でき、優れた空燃比制御を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２９８９３号公報
【特許文献２】特開２００１−１４０６８５号公報
【特許文献３】特開平６−２１３０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の気筒内への燃料供給を、吸気弁が閉弁する時刻よりも前に行う場合がある。具体的には、例えば、吸気ポートに燃料噴射弁を備える所謂ポート噴射型の内燃機関においては、吸気弁が開いている間に所望の燃料を噴射しておくことが要求される。
【０００６】
気筒内の現実の吸入空気量は、吸気行程を経て吸気弁が閉弁した時点で確定する。つまり、吸気弁が閉弁するまでは気筒内の吸入空気量は不確定な状態にある。このため、吸気弁閉弁前に行う燃料噴射における噴射量の決定は、予測により求めた予測吸入空気量に基づいて行わざるをえない。
【０００７】
しかしながら、燃料噴射を行った時期から、吸気弁が閉弁して最終的な吸入空気量が確定するまでの間に、当初は予期しなかった吸入空気量の変化が生じる場合がある。このような吸入空気量変化に起因して、現実の吸入空気量が当初の予測吸入空気量とずれてしまうと、結果的に空燃比制御の制御精度の低下をまねくおそれがある。
【０００８】
上記従来の技術にかかる空燃比制御装置では、上記のような燃料噴射時期から吸気弁閉弁時期までの吸入空気量変化が考慮されておらず、未だ改良の余地があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、燃料噴射から吸気弁閉弁までに吸入空気量が変化する状況下においても良好な空燃比制御を行うことができる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あって、
内燃機関の排気通路に配置される触媒と、
前記触媒の上流に備えられる排気ガスセンサと、
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、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック制御手段と、
所定の周期で、前記内燃機関の気筒ごとに吸入空気量の推定値を繰り返し算出する推定値算出手段と、
前記内燃機関の１つの気筒について、１燃焼サイクルごとに、該１つの気筒の吸気弁が吸気行程を経て閉弁する閉弁時刻を取得する時刻取得手段と、
前記１つの気筒の今回の燃焼サイクルの前記閉弁時刻の前後にわたって前記推定値算出手段が算出した複数の推定値のうち、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻までの時間と、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻までの時間と、に基づいて、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻における該１つの気筒の吸入空気量の推定演算を行う推定演算手段と、
前記推定演算手段により前記内燃機関の気筒ごとに得られた吸入空気量の推定演算値と、前記閉弁時刻までに該気筒ごとにそれぞれ供給された燃料の量とに基づいて、前記内燃機関の該気筒ごとの空燃比を算出する筒内空燃比算出手段と、
前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比に基づいて、前記フィードバック制御手段の制御の内容を操作するフィードバック制御操作手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記フィードバック制御操作手段は、
前記目標空燃比と前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比との比較に基づいて、空燃比荒れの発生の有無を判定する空燃比荒れ判定手段と、
前記空燃比荒れ判定手段による判定結果に基づいて、前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御を停止または制限するフィードバック制限手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記フィードバック制御操作手段は、
前記目標空燃比と前記排気ガスセンサの出力とに基づいて、前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックすべき第１の補正量を算出する第１補正量算出手段と、
前記目標空燃比と前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比とに基づいて、前記第１の補正量とは独立に前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックすべき第２の補正量を算出する第２補正量算出手段と、
前記第１の補正量と該第２の補正量とに基づいて、前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックするフィードバック補正量を算出するフィードバック補正量算出手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記フィードバック制御操作手段は、
前記筒内空燃比算出手段が算出した空燃比に基づいて前記目標空燃比の設定を行う目標空燃比設定手段と、
前記目標空燃比設定手段により設定された前記目標空燃比と前記排気ガスセンサの出力とに基づいて、前記フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックするフィードバック補正量を算出するフィードバック補正量算出手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１４】
第５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あって、
内燃機関の排気通路に配置される触媒と、
前記触媒の上流に備えられる排気ガスセンサと、
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、前記排気ガスセンサの出力を燃料噴射量にフィードバックするフィードバック制御手段と、
前記内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射機構と、
今回の燃焼サイクルにおける前記内燃機関の１つの気筒についての燃料噴射時期から該１つの気筒の吸気弁が閉弁するまでの該１つの気筒の吸入空気量のずれを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記フィードバック制御手段によるフィードバック制御を停止または制限するフィードバック制限手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第５の発明において、
所定の周期で、前記１つの気筒の吸入空気量の推定値を繰り返し算出する推定値算出手段と、
前記１つの気筒について、１燃焼サイクルごとに、該１つの気筒の吸気弁が吸気行程を経て閉弁する閉弁時刻を取得する時刻取得手段と、
前記１つの気筒の今回の燃焼サイクルの前記閉弁時刻の前後にわたって前記推定値算出手段が算出した複数の推定値のうち、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された推定値の少なくとも１つと、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻の前に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻までの時間と、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻から該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻よりも後に算出された該少なくとも１つの該推定値の算出時刻までの時間と、に基づいて、該今回の燃焼サイクルの該閉弁時刻における該１つの気筒の吸入空気量の推定演算を行う推定演算手段と、を備え、
前記検出手段は、前記推定演算手段により得られた推定演算値に基づいて、前記１つの気筒の前記吸入空気量のずれを検出することを特徴とする。
【００１６】
また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記内燃機関の吸気系に備えられる各種吸気系センサの出力を取得する手段を備え、
前記検出手段は、今回の燃焼サイクルの前記１つの気筒についての燃料噴射時期の前記各種吸気系センサの出力と、該今回の燃焼サイクルで該１つの気筒の吸気弁が閉弁した時期の該各種吸気系センサの出力との比較に基づいて、該１つの気筒の前記吸入空気量のずれを検出することを特徴とする。
【００１７】
また、第８の発明は、第５乃至７の発明のいずれかにおいて、
前記内燃機関の負荷状態を検知する手段を備え、
前記検出手段は、今回の燃焼サイクルの前記１つの気筒についての燃料噴射時期から該今回の燃焼サイクルで該１つの気筒の吸気弁が閉弁した時期までの前記負荷状態の変化に基づいて、該１つの気筒の前記吸入空気量のずれを検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、吸気弁の閉弁時刻の吸入空気量を高精度に推定演算し、この推定演算値を用いて筒内空燃比算出手段が算出した空燃比に基づいて、フィードバック制御の制御内容や制御量を変更することができる。これにより、燃料噴射時期から吸気弁が閉じられるまでの吸入空気量変化を考慮した適切な空燃比制御を行うことができる。さらに、吸気弁閉弁時刻の吸入空気量の推定演算値を用いた空燃比の算出により、空燃比に関する高精度な情報を、排気ガスセンサの出力変化を待たずに取得することが可能となる。これにより、現実の空燃比の変化時期に合わせて適切なフィードバック制御を行うことができる。
【００１９】
第２の発明によれば、目標空燃比と筒内空燃比算出手段が算出した空燃比との比較により、燃料噴射時期から吸気弁が閉じられるまでの吸入空気量変化を考慮して空燃比荒れ判定を行うことができる。これにより、燃料噴射時期から吸気弁閉弁までの吸入空気量変化を、空燃比制御に反映させることができる。そして、第２の発明によれば、燃料噴射から吸気弁閉弁までの吸入空気量変化に起因する空燃比荒れの発生を排気ガスセンサの出力変化を待たずに検知することができるので、現実の空燃比荒れ発生時期を考慮した適切なタイミングでフィードバック制御の停止または抑制を開始でき、不必要なフィードバック補正（過補正）が行われるのを効果的に防止することができる。
【００２０】
第３の発明によれば、フィードバック制御手段が燃料噴射量にフィードバックするフィードバック補正量を、目標空燃比と排気ガスセンサの出力によって得られた第１の補正量と、目標空燃比と筒内空燃比算出手段が算出した空燃比によって得られた第２の補正量とに基づいて、適切に設定することができる。これにより、燃料噴射時期から吸気弁閉弁までの吸入空気量変化を考慮した適切なフィードバック補正量を算出でき、不必要なフィードバック補正が行われるのを効果的に防止することができる。
【００２１】
第４の発明によれば、フィードバック制御手段が、吸入空気量の推定演算値から得た空燃比と、排気ガスセンサの出力とに基づいて、フィードバック補正量を算出することができる。これにより、燃料噴射時期から吸気弁閉弁までの吸入空気量変化を考慮した適切なフィードバック補正量を算出することができる。その結果、不必要なフィードバック補正が行われるのを効果的に防止することができる。
【００２２】
第５の発明によれば、燃料噴射時期から吸気弁閉弁時期までの吸入空気量のずれを検出することにより、現実の空燃比荒れ発生時期を考慮した適切なタイミングでフィードバック制御の停止または抑制を行うことができる。その結果、燃料噴射時期から吸気弁が閉じられるまでの吸入空気量変化を考慮した適切な空燃比制御を行うことができる。
【００２３】
第６の発明によれば、吸気弁閉弁時刻の吸入空気量を高精度に推定演算し、この推定演算値を用いて吸入空気量のずれを検出することができる。これにより、排気ガスセンサの出力変化を待たずに高い精度で空燃比荒れの発生の有無を判定し、現実の空燃比荒れ発生時期を考慮した適切なタイミングでフィードバック制御の停止または抑制を行うことができる。その結果、燃料噴射時期から吸気弁が閉じられるまでの吸入空気量変化を考慮した適切な空燃比制御を行うことができる。
【００２４】
第７の発明によれば、各種吸気系センサの出力変化に基づいて、簡易な手法で吸入空気量のずれを検出することができる。これにより、排気ガスセンサの出力変化を待たずに、簡易な手法で空燃比荒れの発生を検知し、現実の空燃比荒れ発生時期を考慮した適切なタイミングでフィードバック制御の停止または抑制を行うことができる。
【００２５】
第８の発明によれば、内燃機関の負荷状態の変化に基づいて、吸入空気量のずれを検出することができる。これにより、排気ガスセンサの出力変化を待たずに、簡易な手法で空燃比荒れの発生を検知し、現実の空燃比荒れ発生時期を考慮した適切なタイミングでフィードバック制御の停止または抑制を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
実施の形態１． 
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関の空燃比制御装置を説明するための図である。図１には、実施の形態１の空燃比制御装置を搭載する内燃機関の一例として、内燃機関２が示されている。
【００２７】
気筒１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の上流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量を検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４が配置されている。
【００２８】
スロットルバルブ２２の下流には、気筒１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。また、内燃機関２は、吸気弁１６、排気弁１８、点火プラグ５０を備えている。排気通路１４の下流には、触媒３２、空燃比センサ３５（Ａ／Ｆセンサ）やサブＯ２センサ３８などが配置されている。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態の異常検出装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサ、燃料噴射弁３０および点火プラグ５０が接続されている。また、図示しないが、実施の形態１の内燃機関２は、クランク角センサやカム角センサも備えている。これらのセンサはＥＣＵ４０に接続されており、ＥＣＵ４０は適宜その出力を取得可能である。
【００３０】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ４０が、クランク角センサの出力などに基づいて、吸気弁１６が吸気行程を経て閉弁（ＩＶＣ：Intake Valve Close）した時刻（以下、ＩＶＣ時刻とも呼称する）を取得する処理を記憶している。この処理では、具体的には、気筒１０の状態が吸気ＴＤＣタイミングに至った際に、機関回転数ＮＥとバルブ作用角に基づいて推定ＩＶＣ時刻を算出する。なお、この処理では、バルブ作用角は吸気ＴＤＣタイミングまでに既知としておくようにする。
【００３１】
また、実施の形態１の内燃機関では、ＥＣＵ４０が、目標空燃比を算出する処理を記憶している。そして、ＥＣＵ４０は、この目標空燃比に基づいて、燃料噴射弁３０の燃料噴射量や、その他の内燃機関の構成を制御する。目標空燃比の算出手法や、これに基づく燃料噴射弁等の各構成の制御手法については、従来、公知の技術が多数開示されている。実施の形態１においても、これらの公知技術を適宜応用すればよい。従って、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
また、本実施形態では、ＥＣＵ４０が、触媒３２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、空燃比センサ３５の出力に応じたフィードバック補正量を燃料噴射量にフィードバックする処理を記憶している（以下、この処理を「メインフィードバック制御」とも呼称する）。
【００３３】
また、本実施形態では、メインフィードバック制御が不適切な状況下で実行されるのを避ける観点から、ＥＣＵ４０がフィードバック制御を制限する処理も記憶している。具体的には、本実施形態では、フィードバック制御を一時的に停止する処理が記憶されている（以下、「フィードバック停止処理」とも呼称する）。なお、このようなフィードバック制御の制限手法については既に多くの技術が公知となっており、それらの公知の技術を本実施形態に適用することができる。このため、ここではその詳細な説明は省略する。
【００３４】
［実施の形態１の吸入空気量および空燃比の推定処理］
以下、本実施形態の空燃比制御装置が備える、吸入空気量および空燃比の推定処理について説明する。本実施形態は、具体的には、（i）吸入空気量の推定値を逐次算出する処理（「推定値逐次算出処理」と呼称する）、（ii）逐次算出された推定値を用いて吸気弁閉弁時の吸入空気量を推定演算する処理（「ｋｌ_ＩＶＣ算出処理」とも呼称する）、（iii）推定演算された吸入空気量を用いて空燃比を推定する処理（「筒内空燃比算出処理」とも呼称する）、を備えている。以下、個別に説明する。
【００３５】
（i）推定値逐次算出処理
本実施形態では、ＥＣＵ４０が、気筒１０の吸入空気量を所定の周期で繰り返し演算する「推定値逐次算出処理」を記憶している。この処理は、吸気管モデル等、物理モデルを利用することにより、ＥＣＵ４０がスロットル開度ＴＡや機関回転数ＮＥなどに基づいて気筒１０の吸入空気量の推定値ｋｌ（以下、単にｋｌとも呼称する）を所定の周期で算出する処理である。
【００３６】
この処理は、物理モデル等を利用した逐次演算を行う処理である。このため、演算タイミングが離散的なものになり、その演算周期は例えば８ｍｓ（ミリ秒）等固定的な値となる。なお、この推定値逐次算出処理は、具体的には、例えば、特開２００２−１３００４１号公報に開示されている技術を用いることができる。また、他の種々の公知の吸入空気量推定手法を応用することもできるため、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
（ii）ｋｌ_ＩＶＣ算出処理
次に、本実施形態にかかる吸気弁１６の閉弁時刻における吸入空気量の推定演算手法について説明する。気筒１０内の現実の吸入空気量は、吸気行程を経て吸気弁１６が閉弁した時点（つまりＩＶＣ時刻）で確定する。ＩＶＣ時刻に確定した吸入空気量についての推定値（以下、「ｋｌ_ＩＶＣ」とも呼称する）を精度良く推定演算することができれば、現実の吸入空気量に対応したより正確な制御が可能になる。
【００３８】
上述したように、推定値逐次算出処理は、ある固定的な周期で繰り返しｋｌを算出する処理である。一方、ＩＶＣ時刻はその周期が完全に固定されているわけではなく、種々の要因（例えば、回転数の変化、可変バルブ・タイミング機構などによる吸気弁動作の積極的な変更、予期しない吸気弁動作のずれなど）により変化することがある。
【００３９】
そこで、実施の形態１は、ＩＶＣ時刻とｋｌ算出のタイミングとの相対的な関係が変化する状況下でも、精度良くｋｌ_ＩＶＣを推定演算すべく、以下述べる処理を実行することとする。以下、図２を参照しつつ、ｋｌ_ＩＶＣ算出処理について個別に説明する。
【００４０】
図２は、気筒１０の１燃焼サイクルの行程と、上述した推定値逐次算出処理におけるｋｌの算出の様子と、本実施形態の特徴である吸入空気量の推定演算の手法とを、時間の経過を追って示す図である。図２の紙面中央には、紙面右方に時間の進行方向をとって、気筒１０内での燃焼サイクルの各行程の進行を示すタイミングチャートが図示されている。
【００４１】
図２において紙面下方を向く多数の矢印は、既述した推定値逐次算出処理の推定値ｋｌが算出された時刻に相当している。上述したように、推定値逐次算出処理は所定の周期で繰り返しｋｌを算出する。図２には、このｋｌ算出頻度が機関回転数ＮＥに応じて変化する様子も示されている。図２のように、１回の燃焼サイクル（以下、単に「１燃焼サイクル）と呼称する）あたりのｋｌ算出頻度は、機関回転数ＮＥに応じて変化する。機関回転数ＮＥつまり回転速度が増加すると、１燃焼サイクルに要する時間が短くなるからである。
【００４２】
より具体的に説明すると、機関回転数ＮＥが４０００ｒｐｍの場合には、ｋｌの算出が行われる時間間隔に比して、排、吸、圧およびそれ以降の各行程が速やかに進行する。これに起因して、１燃焼サイクルの中で得られるｋｌの数は比較的少なくなる。一方、ＮＥが相対的に小さくなると、１燃焼サイクルの中でｋｌが算出される頻度が増加し、１燃焼サイクルあたりに得られるｋｌの数は相対的に多くなる。その結果、図２にも示すように、３０００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍとなるにつれ、吸気行程から圧縮行程にかけて算出されるｋｌの数が多くなる。
【００４３】
また、図２では、１燃焼サイクル行程のなかで吸気弁１６が開かれている時間領域を、タイミングチャートに重ねて、紙面左右を向く矢印で記載している。図２に示すように、吸気弁１６は、吸気行程開始時点よりも若干前に開弁（ＩＶＯ：Intake Valve Open）し、吸気行程終了時点から若干遅れて閉弁（ＩＶＣ）される。以下の説明では、吸気弁１６の開弁時刻をＩＶＯ時刻とも呼称し、吸気弁１６の閉弁時刻を、ＩＶＣ時刻とも呼称する。
【００４４】
図２のタイミングチャートの下方に示した図は、吸入空気量の時間変化のイメージを示すものである。図には、ＩＶＯ時刻に吸気弁１６が開弁された後、気筒１０内に空気が吸入されていき、吸入空気量が増加していく様子が示されている。なお、図２には、目標空燃比に基づいて今回の燃焼行程に寄与する燃料の噴射量を算出する時刻ｔ_ｉｎｊと、点火プラグ５０の点火時期を算出する時刻ｔ_ｉｇとがそれぞれ示されている。
【００４５】
上述したように、ＩＶＣ時刻が変化することに起因して、ＩＶＣ時刻とｋｌの算出時刻との相対的な関係が図２に示すように変化する。このような状況下にあってｋｌ_ＩＶＣを精度良く得るため、本実施形態では、ＩＶＣ時刻を挟んで算出された２つのｋｌと、それらの算出時期との比率から、ｋｌ_ＩＶＣを推定演算することとする。
【００４６】
具体的には、ＩＶＣ時刻の直前に算出されたｋｌ（以下、ｋｌ_ａとも呼称する）と、ＩＶＣ時刻の直後に算出されたｋｌ（以下、ｋｌ_ｂとも呼称する）と、ｋｌ_ａの算出時刻からＩＶＣ時刻まで時間ｔ１と、ＩＶＣ時刻からｋｌ_ｂの算出時刻までの時間ｔ２とを用いて、下記の式（１）〜（３）に基づいてｋｌ_ＩＶＣを推定演算する。
ｋｌ_ＩＶＣ＝ｋｌ_ａ＋（ｋｌ_ｂ−ｋｌ_ａ）×ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）  ・・・（１）
ｔ１＝Ｔｉｖｃ−Ｔｋｌ_ａ    ・・・（２）
ｔ２＝Ｔｋｌ_ｂ−Ｔｉｖｃ    ・・・（３）
Ｔｉｖｃは、上述したＥＣＵ４０に予め記憶した処理を実行することにより、ｋｌ算出とは独立に取得したＩＶＣ時刻である。Ｔｋｌ_ａおよびＴｋｌ_ｂはｋｌ_ａ、ｋｌ_ｂが算出された時刻である。
【００４７】
このような手法によれば、ＩＶＣ時刻を起点として、ｋｌ_ａ、ｋｌ_ｂのそれぞれの算出時刻までの時間ｔ１、ｔ２を、ｋｌ_ＩＶＣの推定演算に反映させることができる。よって、ｋｌ算出のタイミングに対してＩＶＣ時刻が相対的に変化した場合にも、その変化を吸入空気量の推定演算に確実に反映させることができる。その結果、吸気弁閉弁時刻における吸入空気量を高精度に推定演算することができる。
【００４８】
また、既述したように、吸入空気量は吸気弁１６の閉弁時刻に確定することから、ＩＶＣ時刻後に得られるｋｌ（つまりｋｌ_ｂ）を推定演算に用いることで、吸入空気量の推定演算の精度を高めることができる。そして、ＩＶＣ時刻の前後にそれぞれ得られたｋｌ（ｋｌ_ａとｋｌ_ｂ）の両方を利用することで、ＩＶＣ時刻の前後にわたる吸入空気量の変化の情報を、推定演算に活用することができる。以上のように、本実施形態の手法によれば、高い推定精度で、ＩＶＣ時刻の変化に柔軟に対応しつつ、ｋｌ_ＩＶＣの推定演算を行うことができる。
【００４９】
（iii）筒内空燃比の算出処理
次に、上記の吸入空気量の推定演算値を用いた、内燃機関２の筒内空燃比の計算について説明する。本実施形態では、上記式（１）によりｋｌ_ＩＶＣを推定演算したあと、下記の式（４）に基づいて、筒内空燃比を算出する。
筒内空燃比  ＝  ｋｌ_ＩＶＣ／燃料噴射量  ・・・（４）
なお、式（４）には、同一の燃焼サイクルについて得られたｋｌ_ＩＶＣと燃料噴射量を代入する。例えば、図２に示す燃焼サイクルでは、ｔ_ｉｎｊにおいて算出された燃料噴射量の値を用いることができる。この演算により空燃比の高精度な推定値を得ることができる。
【００５０】
［実施の形態１のメインフィードバック停止処理の動作］
以下、図３を用いて、実施の形態１の空燃比制御の動作について説明する。図３は、実施の形態１にかかるフィードバック制限手法を、時間を追って説明する図である。図３に示す本実施形態の処理は、上記説明した筒内空燃比を用いて空燃比荒れの有無を判定し、この判定結果に基づいてメインフィードバック制御を停止する点に特徴を有している。
【００５１】
図３には、紙面上方から、（ａ）内燃機関２の気筒内の現実の空燃比（点線）とこれに応じた空燃比センサ３５の出力（実線）、（ｂ）筒内空燃比の計算値の時間変化、（ｃ）本実施形態におけるフィードバック補正量の時間変化、（ｄ）内燃機関２の吸入空気量の時間変化、の４つの線図が示されている。（ａ）〜（ｄ）は、紙面右方に向かう時間軸が一致するように記載されている。
【００５２】
例えば、内燃機関２が車両に搭載されている際にこの車両を減速する制御がなされると、図３（ｄ）に示すような吸入空気量の減少が生ずる。減速時には、図３（ａ）の点線で示すように現実の空燃比がリッチ側に変化しやすいという傾向がある。空燃比センサの出力は、上記のようにリッチ側に変化した空燃比の混合気が燃焼し、燃焼後の排気ガスが排気通路を流れる過程で、当該排気ガスの組成に応じて変化する。このため、現実の筒内の空燃比（点線）が変化したとしても、空燃比センサ出力（実線）が変化するまではある程度の遅延（Δｔ）がある。
【００５３】
一方、図３（ｂ）に示されている筒内空燃比は、ＩＶＣ時刻の吸入空気量の推定演算値（ｋｌ_ＩＶＣ）に基づいて算出される値である。筒内空燃比の計算値は、既述したような吸気弁閉弁までの過渡的な吸入空気量変化が合った場合、現実の空燃比の変化に合わせて速やかに変化する。よって、図３（ｂ）に示すように、空燃比荒れの変化は、空燃比センサ３５の出力よりも、筒内空燃比においてより早く現れる。つまり、ＩＶＣ時刻の経過後にｋｌ_ＩＶＣの演算および式（４）の演算を速やかに行うことで、高精度な空燃比に関する情報をいち早く取得することができる。
【００５４】
そこで、実施の形態１では、筒内空燃比と目標空燃比とを比較し、それらの間に所定以上のずれが発生した場合に、フィードバック制御を停止することとする。具体的には、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、筒内空燃比の計算値について、予め、目標空燃比に応じて定めた判定値を設定し、この判定値を用いて空燃比荒れの判定を行うこととする（図３（ｂ）では、リッチ側判定値のみを示している）。
【００５５】
具体的には、図３（ｂ）のように、筒内空燃比が空燃比荒れ判定値を下回ったら（過度なリッチが生じたら）、図３（ｃ）にあるようにフィードバック補正量を零に固定（燃料噴射量へのフィードバックを停止）する。なお、図３では、便宜上、フィードバック制御の再開（復帰）の様子を省略している。
【００５６】
このような手法によれば、燃料噴射時期から吸気弁１６の閉弁時期までの吸入空気量変化があり、当該変化に起因して実際の空燃比が目標空燃比に対してずれた場合、このずれを考慮したうえで適切な空燃比制御を行うことができる。そして、本実施形態によれば、図３のように、空燃比センサ３５の出力変化を待たずに、空燃比荒れ時のフィードバック停止を速やかに実行することが可能になる。
【００５７】
図４は、本実施形態の空燃比フィードバック制御の効果を、比較例を用いて説明する図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、図３で述べた吸入空気量変化と同様の状況を前提としている。図４（ａ）は、空燃比の一時的な変動についてフィードバック制御を継続した状況を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の状況下で空燃比センサの出力に依拠してフィードバック制限を行った場合を示す図である。図４（ｃ）の線図は、本実施形態のフィードバック制限の手法を示している。
【００５８】
既述したように、現実の空燃比（点線）の変化と空燃比センサの出力変化との間には図４（ａ）に示すような遅延が生じる。そして、空燃比センサの出力に応じて、排気ガスの空燃比が目標空燃比と一致するように、フィードバック補正量が算出される。図４（ａ）のような状況下では、吸入空気量が一時的に変動したあと定常的な値に落ち着いているので、空燃比の変動も一時的なものとなる。つまり、図４（ａ）の場合には、吸入空気量が過渡的に変化する状況を除いては、現実の空燃比が目標空燃比と一致するように、空燃比フィードバック制御の効果が得られていると考えることができる。
【００５９】
一方、フィードバック制御が不適切な状況下で実行されるのを防ぐ観点から、空燃比の荒れが大きくなった際にフィードバック制御を制限する種々の技術が広く知られている。図４（ｂ）は、このような制限を、空燃比荒れの判定を空燃比センサに依拠して行った場合を示す図である。図４（ｂ）では、目標空燃比に対する空燃比センサの出力のずれが所定値以上となった場合に、空燃比荒れが発生したと判定している。
【００６０】
上述したように、空燃比センサの出力は、現実の気筒内の空燃比の変化よりも送れて変化する。また、メインフィードバック制御によるフィードバック補正量は、空燃比センサの出力に基づいて行われる。空燃比センサの出力に依拠した空燃比荒れ判定を行った場合、上記の点に起因して、空燃比センサ出力が判定値を超えるまでフィードバック補正が継続され、その結果、図４（ｂ）中に示すような過補正が生ずるおそれがある。
【００６１】
この点に関し、図４（ｃ）に示す実施の形態１のフィードバック制限手法によれば、空燃比センサの出力ではなく、筒内空燃比に基づく空燃比荒れ判定を行っているので、上記のような過補正が生ずる前の段階で、早期に、フィードバック制御を停止することができる。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ｋｌ_ＩＶＣを用いて算出した高精度な空燃比の推定値に基づいて、フィードバック制御の制御内容や制御量を変更することができる。その結果、燃料噴射時期から吸気弁が閉じられるまでの吸入空気量変化を考慮した適切な空燃比制御を行うことができる。
【００６３】
なお、上述した図４（ａ）の状況は、空燃比が大きく荒れた場合にフィードバック補正により空燃比荒れを増大してしまうケースに相当している。これは、空燃比センサ検出までの遅れにより、筒内の現実の空燃比の荒れは収まっているのにもかかわらず、フィードバック補正を行ってしまうために生ずる。特に、スパイク的、高周波の空燃比荒れにおいて、このような事態が生じる。本実施形態によれば、このような事態に効果的に対処できる、優れた空燃比フィードバック制御を実現することができる。
【００６４】
尚、上述した実施の形態１では、空燃比センサ３５が前記第１の発明における「排気ガスセンサ」に、ＥＣＵ４０が記憶するメインフィードバック制御の処理が、前記第１の発明における「フィードバック制御手段」に、それぞれ相当している。また、上記の実施の形態１の（i）推定値逐次算出処理が、前記第１の発明の「推定値算出手段」に、（ii）ｋｌ_ＩＶＣ算出処理が、前記第１の発明の「推定演算手段」に、（iii）筒内空燃比の算出処理が、前記第１の発明の「筒内空燃比算出手段」に、それぞれ相当している。そして、ＥＣＵ４０が記憶するＩＶＣ時刻を取得する処理が、前記第１の発明の「時刻取得手段」に相当している。
【００６５】
また、上述した実施の形態１におけるフィードバック停止処理が、前記第１の発明の「フィードバック制御操作手段」に含まれている。そして、図３（ｂ）を用いて述べた空燃比荒れの判定が、「空燃比荒れ判定手段」に相当している。ＥＣＵ４０が記憶するフィードバック停止処理が、前記第２の発明の「フィードバック制限手段」に相当している。
【００６６】
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、空燃比荒れが発生したと判定されたら、フィードバック補正量を零としてフィードバック制御を停止した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。フィードバック補正の制限方法としては、その他、フィードバックゲインを縮小する手法、フィードバック補正量のガード値を縮小する手法、高周波成分をカットする手法など、種々の技術が開示されている。これらの技術を、実施形態１に適用しても良い。
【００６７】
（第２変形例）
なお、ｋｌ_ＩＶＣの算出に用いるためのＩＶＣ時刻は、現実の吸気弁１６の閉弁時刻よりも前に予測により求めた値に限られない。例えば、カム角センサなど種々のセンサを用いるなどして吸気弁１６の動作を監視して、吸気弁１６が現実に閉弁したであろう確定的な時刻を事後的に取得してもよい。
【００６８】
実施の形態２． 
以下、図５〜７を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１のフィードバック停止処理の実行後、空燃比荒れが収まったタイミングを筒内空燃比に基づいて判断することにより、好適なタイミングでフィードバック制御を再開（復帰）する点に特徴を有している。以下、実施の形態１との相違点のみを述べ、重複する事項（ハードウェア構成、筒内空燃比算出処理、空燃比荒れ判定処理など）については、その説明を省略する。
【００６９】
また、図５は、気筒内の空燃比の変化と、空燃比センサの出力の変化の関係を示す図である。図５に示すように、空燃比センサの出力変化には、排気ガス輸送遅れとセンサ応答遅れとが影響を及ぼす。実施の形態２では、これらを考慮して、下記の制御を行う。
【００７０】
図６は、本実施形態のフィードバック制御復帰処理の内容を説明するための図である。図６では、先ず、紙面左方から、実施の形態１と同様に、吸入空気量の減少に伴い生じたリッチ化に応じて、筒内空燃比が空燃比荒れ判定値を超えたタイミング（ｓ１のタイミング）で、フィードバック制御が停止されている。その後、実施の形態２では、筒内空燃比が所定値未満（空燃比荒れ判定値未満）に収まったら（ｓ２のタイミング）、このタイミングから、排気ガス輸送遅れ分とセンサ応答遅れ分とを考慮した所定の遅延時間経過した後に（ｓ３のタイミングで）、フィードバック制御を再開（復帰）させる。なお、応答遅れは、例えば９０％応答時間などを用いることが好ましい。
【００７１】
このようにすることで、筒内の現実の空燃比が所定の値に収まった後、その収束の結果が空燃比センサの出力に反映される時期に合わせて、フィードバック制御の再開のタイミングを決定することができる。その結果、空燃比センサの出力が所定値未満に確実に収まった状況下でフィードバック制御を再開でき、不適切なタイミングでフィードバック制御が再開されるという事態を防止することができる。
【００７２】
図７は、本実施形態の効果を、比較例とともに説明する図である。図７（ａ）は比較例を示す図であり、空燃比センサの出力に依拠してフィードバック制御の停止、再開を行う場合を示す図である。図７（ｂ）は本実施形態を示す図であり、図６と同様の図である。
【００７３】
図７（ａ）の比較例のように空燃比センサ出力に依拠して処理を行う場合、実施の形態１でも述べたように、フィードバック制御を停止するタイミングが現実の気筒内の空燃比の変化に対してある程度遅れてしまう。これと同様に、空燃比センサ出力を監視しながら空燃比荒れの収まりを検知する場合、現実の気筒内の空燃比荒れが収まってからその収束を実際に検知するまでに、ある程度の遅れが生じてしまう。その結果、フィードバック制御を、現実の空燃比荒れの収まり時期に合わせて早期に再開することができない。
【００７４】
この点、図７（ｂ）の本実施形態の手法によれば、空燃比荒れによる空燃比センサ出力の変動が収まった後（つまり、過渡的な空燃比センサ出力荒れが収まった後）、すみやかにフィードバック制御を再開することができる。
【００７５】
なお、図７（ａ）の比較例のように、空燃比センサ出力の荒れが収まってからフィードバック制御の復帰可能と判定する手法では、フィードバック制御によって補正すべき空燃比荒れのいくつかが同時に発生したケース（例えば、パージガスやブローバイガスの流入などに起因する空燃比荒れのケース）では、フィードバック制御の復帰を適切なタイミングで行うことが難しい。この点、本実施形態では、吸入空気量の過渡的な変化に対する空燃比荒れについて個別に復帰タイミングを判定することができ、これらを切り分けて判定することができる。
【００７６】
実施の形態３．
以下、図８および９を用いて、本発明の実施の形態３の内燃機関の空燃比制御装置について説明する。実施の形態３は、空燃比センサの出力に基づいて算出したフィードバック補正量から、筒内空燃比の計算値を用いて算出したフィードバック補正量を差し引くことにより、最終的なフィードバック補正量を得るという点に特徴を有している。
【００７７】
実施の形態３は、実施の形態１の内燃機関２の構成と同様の内燃機関に適用することができる。このため、以下の説明では、実施の形態３のハードウェア構成等は実施の形態１と同様であるものとし、必要に応じて、適宜、図１の内燃機関２の構成を参照する。そして、重複する点についてはその説明を省略する。また、実施の形態３も、実施の形態１と同様に、（i）推定値逐次算出処理、（ii）ｋｌ_ＩＶＣ算出処理、（iii）筒内空燃比算出処理、を備えている。
【００７８】
図８は、実施の形態３にかかるフィードバック補正量算出用のシステムの構成を示す図である。図８に示すように、本実施形態に係るフィードバック補正量算出システムは、メインフィードバックコントローラ１００、１０２を備えている。メインフィードバックコントローラ１００は、空燃比センサ３５の出力と目標空燃比との差に応じて、補正量ａを算出する。また、メインフィードバックコントローラ１０２は、目標空燃比と筒内空燃比の計算値との差に応じて、補正量ｂを算出する。
【００７９】
図８のシステムは、空燃比応答モデル（Ａ／Ｆ応答モデル）も備えている。これは、具体的には、図５を用いて述べたセンサ応答遅れなどの情報をモデル化したものである。このようなＡ／Ｆ応答モデルに関する技術は、既に多くの文献が開示されている。このため、その詳細な説明はここでは行わない。
【００８０】
本実施形態では、このＡ／Ｆ応答モデルを用いて、補正量ｂをセンサ応答遅れを考慮した補正量ｃへと変換する。最後に、補正量ａから補正量ｃを減算することにより、最終的な補正量ｄを得る。
【００８１】
図９は、本実施形態のフィードバック補正量の差し引き処理を、時間を追って説明するタイムチャートである。図９（ａ）、（ｂ）、（ｆ）は、実施の形態１の図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）とそれぞれ対応している。このため、これらについては詳細な説明は省略する。図９（ｃ）は、メインフィードバックコントローラ１００によって算出される補正量ａを示す線図である。空燃比センサの出力（図９（ａ）の実線）に応じた量の補正量が算出されている。
【００８２】
図９（ｄ）は、メインフィードバックコントローラ１０２が算出する補正量ｂと、補正量ｂに基づいてＡ／Ｆ応答モデルが出力する補正量ｃとを示す線図である。補正量ｂは点線で、補正量ｃは実線で、それぞれ示されている。補正量ｂは筒内空燃比の計算値に基づいて得られる量であるため、図９（ｂ）に示す筒内空燃比の線図と補正量ｂの線図とが対応している。補正量ｂが、センサ応答遅れ分が加味されることにより時間方向に遅らされたものが補正量ｃである（図９（ｄ）の矢印）。
【００８３】
図９（ｅ）は、補正量ａから補正量ｃを差し引いて得られる最終的なフィードバック補正量（補正量ｄ）を示す図である。図９（ｅ）に示すように、気筒内の現実の空燃比（図９（ａ）の点線）や、空燃比センサ出力（図９（ａ）の実線）が変化しているにも係らず、補正量ｄは大きな変化を示していない。このように、実施の形態３の手法によれば、過渡的な吸入空気量変化に起因して空燃比荒れが発生した場合に、フィードバック制御の過補正を防止することができる。
【００８４】
筒内空燃比は、燃料を噴射した時期から吸気弁閉弁までの間の、吸入空気量の過渡的な変化（目標空燃比からのずれ、エラー）を示す値である。よって、スパイク的なエラー検出機能を備えるともいうことができる。このような特徴を利用する本実施形態の手法によれば、燃料を噴射した時期から吸気弁閉弁までの間の、吸入空気量の過渡的な変化に起因する空燃比荒れに対してのみ、選択的に、フィードバック制御を抑制、無効化できる。そして、フィードバック制御自体の停止を行うわけではないので、燃料を噴射した時期から吸気弁閉弁までの間の、吸入空気量の過渡的な変化以外の要因によって生ずる空燃比荒れに対しては、通常通りフィードバック制御を行うことができる。
【００８５】
尚、上述した実施の形態３では、メインフィードバックコントローラ１００が補正量ａを算出することにより、前記第３の発明における「第１補正量算出手段」が、メインフィードバックコントローラ１０２が補正量ｂを算出することにより、前記第３の発明における「第２補正量算出手段」が、補正量ａ、ｂの差し引きにより補正量ｄを算出することにより、「フィードバック補正量算出手段」が、それぞれ実現されている。
【００８６】
実施の形態４．
以下、図１０および１１を用いて、本発明の実施の形態４の内燃機関の空燃比制御装置について説明する。実施の形態４は、筒内空燃比に基づいて目標空燃比を設定し、当該設定された目標空燃比と空燃比センサの値とを用いて算出したフィードバック補正量フィードバック補正量を得るという点に特徴を有している。
【００８７】
実施の形態４は、実施の形態１の内燃機関２の構成と同様の内燃機関に適用することができる。このため、以下の説明では、実施の形態４のハードウェア構成等は実施の形態１と同様であるものとし、必要に応じて、適宜、図１の内燃機関２の構成を参照する。そして、重複する点についてはその説明を省略する。また、実施の形態４も、実施の形態１と同様に、（i）推定値逐次算出処理、（ii）ｋｌ_ＩＶＣ算出処理、（iii）筒内空燃比算出処理、を備えている。
【００８８】
図１０は、実施の形態４にかかるフィードバック補正量算出用のシステムの構成を示す図である。図１０に示すように、本実施形態に係るフィードバック補正量算出システムは、メインフィードバックコントローラ２００を備えている。メインフィードバックコントローラ２００には、空燃比センサ３５の出力が入力される。
【００８９】
また、本実施形態では、メインフィードバックコントローラ２００に、筒内空燃比の計算値αをＡ／Ｆ応答モデルを用いて時間方向に遅らせた出力βを入力する。メインフィードバックコントローラ２００は、この出力βを目標空燃比として用いる。Ａ／Ｆ応答モデルは、実施の形態３と同様の技術を用いることができる。以上の構成で、メインフィードバックコントローラ２００は、空燃比センサ３５の出力と上記の出力βとに基づき、最終的なフィードバック補正量γを算出する。
【００９０】
図１１は、本実施形態の目標空燃比の補正処理を、時間を追って説明するタイムチャートである。図１１（ａ）、（ｄ）は、実施の形態１の図３（ａ）、（ｄ）に対応する図である。図１１（ｂ）は、計算値α（点線）と出力β（実線）とを示す図である。計算値αが、センサ応答遅れ分が加味されることにより時間方向に遅らされたものが出力βである。
【００９１】
図１１（ｃ）は、メインフィードバックコントローラ２００によって最終的に算出される補正量γを示している。上述したように、メインフィードバックコントローラ２００は、空燃比センサの出力と目標空燃比との差に応じた補正量を出力する。具体的には、空燃比センサの出力が目標空燃比に対して大きく外れていれば（偏差が大きければ）、その分だけフィードバック補正量も大きくなる。
【００９２】
これに対し、本実施形態では、メインフィードバックコントローラ２００が、目標空燃比の値として出力βを用いている。これにより、過渡的な吸入空気量変化に起因する空燃比荒れが空燃比センサの出力に現れるタイミングで、空燃比センサの出力変化に合わせて当該目標空燃比を変更することができる。従って、図１１（ｃ）に示すように、気筒内の現実の空燃比（図１１（ａ）の点線）や、空燃比センサ出力（図１１（ａ）の実線）が変化しているにも係らず、メインフィードバックコントローラ２００にとっては空燃比センサ出力と目標空燃比の差は小さく保たれており、補正量γの値は抑制されることになる。その結果、フィードバック制御の過補正を防止することができる。
【００９３】
実施の形態４の手法によれば、燃料を噴射した時期から吸気弁閉弁までの間の、吸入空気量の過渡的な変化に起因する空燃比荒れに対してのみ、選択的に、フィードバック制御を抑制、無効化できる。そして、フィードバック制御自体の停止を行うわけではないので、燃料を噴射した時期から吸気弁閉弁までの間の、吸入空気量の過渡的な変化以外の要因によって生ずる空燃比荒れに対しては、通常通りフィードバック制御を行うことができる。また、リーン化やリッチ化といった要求にも対応することができる。
【００９４】
なお、実施の形態４では、燃料噴射量が目標空燃比相当となるように制御されることを前提としている。一方、筒内空燃比は、燃料を噴射した時期から吸気弁閉弁までの間の、吸入空気量の過渡的な変化（目標空燃比からのずれ、エラー）を示す値と考えることができる。従って、このようなエラーが全くない状態では、目標空燃比と筒内空燃比は一致することになる。
【００９５】
尚、上述した実施の形態４では、メインフィードバックコントローラ２００に出力βを入力することにより、前記第４の発明における「目標空燃比設定手段」が実現され、メインフィードバックコントローラ２００が補正量γを算出することにより、前記第４の発明における「フィードバック補正量算出手段」が実現されている。
【００９６】
実施の形態５．
［実施の形態５の構成］
実施の形態５は、実施の形態１の内燃機関２と同様の構成において、触媒３２から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにサブＯ２センサ３８の出力を燃料噴射量にフィードバックする処理を記憶している（以下、このような処理を「サブフィードバック制御」とも呼称する）。つまり、実施の形態５にかかる内燃機関の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を含んでいる。
【００９７】
以下の説明では、実施の形態５のハードウェア構成等は実施の形態１と同様であるものとし、必要に応じて、適宜、図１の内燃機関２の構成を参照する。そして、重複する点についてはその説明を省略する。また、実施の形態５も、実施の形態１と同様に、（i）推定値逐次算出処理、（ii）ｋｌ_ＩＶＣ算出処理、（iii）筒内空燃比算出処理、を備えている。
【００９８】
［実施の形態５の特徴動作］
実施の形態５は、筒内空燃比の計算値と目標空燃比との間に所定以上の偏差が発生した場合に、サブフィードバック制御を制限する点に特徴を有している。以下、図１２を用いて、本発明の実施の形態５について説明する。
【００９９】
図１２（ａ）、（ｂ）、（ｆ）は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に対応している。図１２（ｃ）は、筒内空燃比の計算値から算出した、触媒内の酸素吸蔵量（ＯＳＡ）の偏差量（ＯＳＡの目標値に対する偏差）を示す図である。実施の形態５は、ＥＣＵ４０が、ＯＳＣ（Oxygen Storage Capacity）モデルを用いてこのＯＳＡ偏差量を計算する処理を記憶しているものとする。なお、ＯＳＣモデルに関しては既に多くの技術が開示されており、新規な事項ではないため、ここでは詳細な説明は省略する。
【０１００】
図１２（ｄ）は、サブＯ２センサ３８の出力を示している。図１２（ｅ）は、上述したサブフィードバック制御におけるサブフィードバック補正ゲイン（補正係数）を示している。
【０１０１】
図１２（ａ）の筒内実空燃比のリッチ化が生じた場合、そのリッチ化の影響により、サブＯ２センサ３８の出力も反応する（図１２（ｄ）の破線で囲った変化）。このようなリッチ化に起因する変化があった後、さらにサブフィードバック制御を継続する場合、当該変化をきっかけとしてサブＯ２センサの出力が頻繁に反転する状況（ハンチング）が発生するおそれがある。図１２（ｄ）に、点線で、このようなハンチングが生じた際のセンサ出力の一例を示す。例えば、触媒ＯＳＣが小さい時などは、大きな空燃比荒れをきっかけとしてこのようなハンチングが発生するおそれがある。
【０１０２】
実施の形態５では、上記のようなハンチングを防止するために、次に述べる制御を行う。図１２には、一例として、空燃比がリッチ化した場合について記載してある。図１２のように空燃比がリッチ化した場合、触媒の吸蔵酸素量が減少して、図１２（ｃ）にもあるように、目標ＯＳＡと現実のＯＳＡとの偏差（ＯＳＡ偏差量）が増加する。
【０１０３】
このＯＳＡ偏差量がある特定の値を超えるほどに大きくなると、上述したハンチングの発生を招いてしまう。そこで、本実施形態では、予め実験などにより、触媒３２のＯＳＣ容量を元に、ハンチング発生が予想されるＯＳＡ偏差量を判定値として定めておく。そして、図１２（ｃ）の筒内空燃比に基づくＯＳＡ偏差量がこの判定値を超えたら（つまり、目標ＯＳＡに対する偏差が判定値を超えるほどに過大となったら）、サブフィードバックゲインを縮小する。
【０１０４】
以上説明した本実施形態によれば、サブＯ２センサのハンチングの抑制を、現実の空燃比の変化を見越して、センサ出力に依拠する手法に比して早い段階から行うことができる。なお、図１２（ｄ）の実線が、本実施形態のサブフィードバック制限を行った場合のサブＯ２センサ出力の変化である。点線で示したサブフィードバック制限なしの場合の変化に対して、ハンチングの発生が防止されていることがわかる。
【０１０５】
また、本実施形態では、筒内空燃比がストイキの場合にはＯＳＡ偏差量の減衰を待ち、ＯＳＡ偏差量が空燃比荒れ発生前の状態に回復したら、サブフィードバックゲインの制限を終了する。結果的に、図１２（ｅ）のＴＳＵＢの間、サブフィードバックが制限されることになる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、サブフィードバックの制限を行う期間を、空燃比荒れの検出後、サブＯ２センサ３８の出力が所定回数反転する迄としてもよい。また、サブフィードバック制限（禁止）の開始タイミングを、排気ポートから排気通路１４を経由してサブＯ２センサ３８までのガス輸送遅れや、サブＯ２センサの応答遅れ分を考慮して遅らせても良い。また、サブフィードバック制限の手法は、ゲイン縮小以外にも、公知となっている種々の技術を用いることができる。
【０１０７】
実施の形態６．
［実施の形態６の構成］
実施の形態６は、実施の形態５と同様の構成において、更に、ＥＣＵ４０が、サブフィードバック学習の処理を記憶している。サブフィードバック学習は、メインフィードバック制御の実行に関わる種々の要素に重畳している恒常的な誤差分を、サブフィードバック学習量として記憶する処理である。
【０１０８】
［実施の形態６の特徴動作］
実施の形態６は、筒内空燃比の計算値と目標空燃比との間に所定以上の偏差が発生した場合に、サブフィードバック学習を制限する点に特徴を有している。以下、図１３を用いて、本発明の実施の形態６の動作について説明する。図１３の（ａ）、（ｂ）、（ｆ）は図１２の（ａ）、（ｂ）、（ｆ）に対応している。
【０１０９】
実施の形態６は、既述した吸入空気量の過渡的な変化に起因する空燃比荒れが頻繁に発生するような状況に対して、好適な手法である。例えば、リッチ側への空燃比荒れが頻発する状況下では、触媒３２内の雰囲気も徐々にリッチ側にずれ、これに応じてサブＯ２センサ３８もリッチ出力を示し易い。このような状況化では、サブフィードバック学習処理が、空燃比荒れに起因するリッチ側のずれを恒常的な誤差分として認識し、サブフィードバック学習値をリーン側に設定することになる。その結果、空燃比荒れが収まった後、このリーン側へ設定された学習値がフィードバック制御に不必要な影響を及ぼしてしまう。また、逆に、リーン側への空燃比荒れが頻発する状況ではリッチ側に学習値が設定され、悪影響を及ぼすおそれがある。
【０１１０】
そこで、実施の形態６では、このような空燃比荒れ状況下でのサブフィードバック学習を禁止する。具体的には、先ず、図１３（ｂ）に示すように、筒内空燃比の計算値が所定の空燃比荒れ判定値を超えたか否かについて監視を行う。これは、実施の形態１で述べた空燃比荒れ判定の手法と同様である。空燃比荒れの発生が検知されたら、図１３（ｅ）にあるようにサブフィードバック学習禁止フラグをＯＮとする。
【０１１１】
図１３（ｃ）にあるように、サブＯ２センサ３８の出力が何度か反転した場合、触媒３２内の酸素吸蔵状態が何度か入れ替わったと考えることができる。従って、このような数度の入れ替わりを経た後であれば、前述した空燃比荒れに起因するリッチ側へ触媒雰囲気の変化が十分に緩和されていると考えることが可能である。そこで、実施の形態６では、サブＯ２センサ３８の出力の反転をカウントし（図１３（ｄ））、このカウンタの値が所定値（実施の形態６では２回としている）を超えたら、サブフィードバック学習の禁止を解除する。解除後はカウンタをクリアし、次回の学習禁止に備える。
【０１１２】
以上説明した実施の形態６によれば、現実の空燃比の変化を見越して、センサ出力に依拠する手法よりも早く、サブフィードバック学習を禁止することができる。筒内空燃比に基づく空燃比荒れ判定手法によれば、空燃比荒れの結果が現実に触媒３２へと到達するよりも早く、空燃比荒れの発生の有無を判定できる。そして、その後の処理を速やかに進めることで、空燃比荒れの影響が現実に触媒３２側へと達するよりも早く、サブフィードバック学習禁止の処理を開始することもできる。
【０１１３】
なお、サブフィードバック学習禁止の解除時期はサブＯ２センサ出力反転をカウントする手法に限られない。例えば実施の形態５と同様に、ＯＳＡに基づく条件判定を行っても良い。
【０１１４】
実施の形態７．
実施の形態７は、図１に示した実施の形態１の内燃機関２と同様の構成を用いて実現することができる。このため、以下の説明では、必要に応じ図１の構成を参照し、重複説明を避ける。また、実施の形態７では、内燃機関２の吸気系に、吸気圧センサ（図１では図示していない）を備えるものとする。
【０１１５】
実施の形態１は、吸気弁閉弁時までの吸入空気量の過渡的な変化に起因する空燃比荒れを、目標空燃比と筒内空燃比との比較に基づいて行った。これに対し、実施の形態７は、吸入空気量そのものの過渡的な変化を直接的あるいは間接的に検出し、これに基づいて空燃比荒れの判定を行う点に特徴を有している。なお、実施の形態７でも、空燃比荒れが発生していると判定されたら、実施の形態１と同様にフィードバック制限処理を実行することができる。
【０１１６】
［吸入空気量ずれの検出による判定］
実施の形態７では、燃料噴射時期から吸気弁が閉弁するまでの吸入空気量の変化を監視して吸入空気量ずれを検出し、この検出結果に基づいて空燃比荒れの発生を検知する。具体的には、例えば、燃料噴射弁３０が現実に燃料を噴射した時期に算出された少なくとも１つのｋｌ_ａと、ｋｌ_ＩＶＣとの比較に基づいて、これらの差が所定値を超えている場合には吸入空気量ずれが生じているものと判断する。そして、この場合には、空燃比荒れが発生していると判断する。なお、より簡潔に、２つの吸入空気量予測値が一致していなければ吸入空気量ずれが発生していると判断してもよい。
【０１１７】
また、本実施形態における「燃料噴射時期」は、燃料噴射機構３０が現実に燃料を噴射した時刻のみを意味するものではない。ここで着目している吸入空気量ずれは、燃料噴射機構３０が吸気弁１６が閉じられるまでに燃料を噴射しておく必要があることに起因して生ずる。つまり、燃料噴射時期に当初想定された吸入空気量がその後変化してしまった場合には、燃料噴射量の基礎とされている吸入空気量と、現実の吸入空気量との間にずれが生じうると考えることができる。
【０１１８】
従って、現実の燃料噴射時刻の前、例えば、燃料噴射量算出時刻ｔ_ｉｎｊの近傍の時刻に算出された少なくとも１つのｋｌ_ａと、ｋｌ_ＩＶＣとの比較に基づいて、空燃比荒れの判定を行うこともできる。つまり、ＥＣＵ４０が燃料噴射量を決定する際に基礎として用いた吸入空気量の予測値と、ｋｌ_ＩＶＣとを比較することによって、吸入空気量ずれの検出、空燃比荒れの判定を行っても良い。また、ｋｌ_ＩＶＣの代わりに、ＩＶＣ時刻直前のｋｌ_ａを判定のための比較対照値としてもよい。
【０１１９】
［各種吸気系センサ出力に基づく判定］
燃料噴射を行った時期から吸気弁が閉弁するまで、吸気系の状態に当初予期しなかった変化が生じれば、その変化に起因して、現実の吸入空気量が当初予想した吸入空気量からずれると推測できる。吸入空気量がずれれば、結果として空燃比にもずれが生じる。そこで、実施の形態７では、吸気系の状態の変化を吸気系に備えられる各種吸気系センサ（スロットルセンサ２４や、図示しない吸気圧センサなど）の出力に基づいて、上記の吸入空気量ずれを生じさせるであろう吸気系の状態変化を検出する。
【０１２０】
具体的には、例えば、各種吸気系センサの出力を監視し、燃料噴射を行った時期から吸気弁１６が閉弁するまで、それらの出力値に所定値以上のずれがあったか否かの判定を行う。このような手法によれば、空燃比制御の制御精度を低下させる要因となる過渡的な吸入空気量変化を、各種吸気系センサの出力を利用した簡易な手法で判定することができる。
【０１２１】
［内燃機関の負荷状態に基づく判定］
また、実施の形態７では、内燃機関２の負荷状態に基づいて、間接的に、燃料噴射を行った時期から吸気弁が閉弁するまでの吸入空気量の変化を検出する。そして、この検出結果に基づいて、空燃比荒れの発生を検知する。具体的には、本実施形態では、内燃機関２の負荷状態に関する情報をＥＣＵ４０から継続的に取得する。そして、燃料噴射を行った時期の負荷状態と吸気弁１６が閉弁した時期の負荷状態との差が、予め実験などにより定めた判定値を超えた場合、空燃比荒れが発生していると判断する。
【０１２２】
なお、実施の形態７では、ｋｌ_ａとｋｌ_ＩＶＣの比較により吸入空気量ずれ検出を行った。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。従来の種々の公知技術にかかる吸入空気量算出手法を用いて、燃料噴射時期と吸気弁閉弁時期について吸入空気量を少なくとも１つずつ取得し、これらの値の比較に基づいて、空燃比荒れの判定を行うことができる。
【０１２３】
また、実施の形態７では、吸入空気量ずれ検出による空燃比荒れ判定と、各種吸気系センサの出力による空燃比荒れ判定と、内燃機関の負荷状態に基づく判定を全て備えている。しかしながら、これらの空燃比荒れ判定は、それぞれ独立に用いたり、いずれか２つを選択して用いても良い。
【０１２４】
なお、上述した実施の形態１〜７では、空燃比がリッチ側に荒れた場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限られるものではない。判定値をリーン側に設定することにより、空燃比がリーン側に荒れた場合についても本発明の思想を同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施の形態１が適用される内燃機関の構成の一例を示す図である。
【図２】実施の形態１の吸入空気量の推定演算の内容を説明する図である。
【図３】実施の形態１にかかるフィードバック制御の停止処理を説明する図である。
【図４】実施の形態１の効果を、比較例とともに示す図である。
【図５】ガス輸送遅れおよびセンサ応答遅れについて説明するための図である。
【図６】実施の形態２にかかるフィードバック制御の復帰処理を説明する図である。
【図７】実施の形態２にかかるフィードバック制御の復帰タイミングの優位性を、比較例を用いて説明する図である。
【図８】実施の形態３にかかるフィードバック補正量の算出用のシステム構成を示す図である。
【図９】実施の形態３にかかるフィードバック補正量の算出処理の内容を説明する図である。
【図１０】実施の形態４にかかるフィードバック補正量の算出用のシステム構成を示す図である。
【図１１】実施の形態４にかかるフィードバック補正量の算出処理の内容を説明する図である。
【図１２】実施の形態５にかかるサブフィードバック制御制限処理を説明する図である。
【図１３】実施の形態６にかかるサブフィードバック学習制限処理を説明する図である。
【符号の説明】
【０１２６】
２    内燃機関
１０  気筒
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  吸気弁
１８  排気弁
２０  エアフロメータ
２２  スロットルバルブ
２４  スロットルセンサ
３０  燃料噴射弁
３２  触媒
３５  空燃比センサ
３８  サブＯ２センサ
５０  点火プラグ
ｋｌ  吸入空気量の推定値
【図１】
2009024607.tif 000003
【図２】
2009024607.tif 000004
【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】
2009024607.tif 000010
【図９】
2009024607.tif 000011
【図１０】
2009024607.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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