JP2005061356A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は排気通路に配置された触媒の上下にメイン空燃比センサとサブ酸素センサとを備える内燃機関の制御装置に関し、フューエルカット後に精度良くリッチ制御を実行することを目的とする。
【解決手段】 メイン空燃比センサの出力に基づくメインフィードバックと、サブ酸素センサの出力に基づくサブフィードバックとを組み合わせて燃料噴射量の制御を行う。フューエルカット中に触媒の酸素吸蔵量OSAが目標吸蔵量αを越えた場合は（ステップ１１４，１１６）、フューエルカットの終了後に（ステップ１１０〜１２０）、OSAがαを下回るまでは（ステップ１２２）、目標空燃比をリッチ目標値AFrとして（ステップ１２４）、かつ、サブフィードバックを無効として（ステップ１２６）、メインフィードバックを実行する。
【選択図】 図４

Description

この発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、排気通路に配置された触媒の上下にメイン排気ガスセンサとサブ排気ガスセンサとを備える内燃機関の制御装置に関する。

従来、特開２００２−２７６４３３号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に複数の排気ガスセンサを備えるシステムが知られている。上記公報には、より具体的には、触媒の上流および下流に、それぞれの位置において空燃比に応じた出力を発する上流側センサおよび下流側センサを配置した構成が開示されている。

上記従来の装置では、上流側センサにより検出される空燃比を目標空燃比とするためのメインフィードバック制御が実行されると共に、下流側センサの出力に基づくサブフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御が理想的に行われている場合は、触媒の下流にリッチ或いはリーンの排気ガスが吹き抜けてくることはない。サブフィードバック制御は、そのような排気ガスが触媒の下流に吹き抜けてきた場合に、そのような吹き抜けが生じないようにメインフィードバック制御の制御パラメータを補正するための制御である。これらの制御によれば、触媒の下流にリッチまたはリーンの排気ガスを吹き抜けさせることのない理想的なフィードバック制御を実現することが可能である。

上記従来の装置では、また、内燃機関がフューエルカットから復帰した際に、排気空燃比をリッチ目標値に一致させるための制御（以下、「リッチ制御」と称す）が実行される。フューエルカットの実行中は、内燃機関に対して燃料が噴射されないため、触媒内には、燃料を含まない空気、つまり、極端にリーンな排気ガスが流通する。このため、フューエルカットが実行されると、通常は、触媒がほぼ能力一杯に酸素を吸蔵した状態となる。

触媒は、その内部に吸蔵している酸素量が酸素吸蔵容量のほぼ半分である場合に最も優れた浄化能力を発揮する。上記従来の装置において、リッチ制御が実行されると、触媒内部の酸素が脱離して、その酸素吸蔵量が減少する。そして、そのリッチ制御は、触媒内の酸素吸蔵量が酸素吸蔵容量のほぼ半分になったと推定される時点で終了される。このため、上記従来の装置によれば、フューエルカットの終了後に、触媒内の酸素吸蔵状態を速やかに最適な状態に復帰させることができる。

特開２００２−２７４６３３号公報 特開平８−１９３５３７号公報

上述したリッチ制御によって、エミッション特性を悪化させることなく、かつ、短時間で触媒を最適状態に復帰させるためには、その制御の実行中に触媒に流入する排気ガスの空燃比を精度良く制御することが必要である。このため、リッチ制御は、空燃比のフィードバック制御を継続しながら行うことが好ましい。

しかしながら、上記従来の装置は、既述した通り、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組み合わせた空燃比フィードバック制御を実行している。そして、このサブフィードバック制御は、触媒の下流に流出してくる排気ガスがリッチ或いはリーンに偏った場合に、その偏りを是正するようにメインフィードバックの制御パラメータを補正する制御である。リッチ制御の実行中にこのようなサブフィードバック制御が実行されると、その影響で、触媒上流における空燃比がリッチ制御の実行中に実現すべきリッチ目標値からずれることがある。この点、上記従来の装置は、高精度なリッチ制御を実現するうえで、必ずしも最適な特性を有するものではなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、メインフィードバックとサブフィードバックとを組み合わせて実行する内燃機関において、精度良くリッチ制御を実行することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、排気通路に配置された触媒の上下にメイン排気ガスセンサとサブ排気ガスセンサとを備える内燃機関の制御装置であって、
前記メイン排気ガスセンサの出力に基づいて、触媒上流の空燃比を目標空燃比とするためのメインフィードバック制御を行うメインフィードバック手段と、
前記サブ排気ガスセンサの出力に基づいて、触媒下流の空燃比を理論空燃比とするためのサブフィードバック制御を行うサブフィードバック手段と、
フューエルカットの後に、触媒の酸素吸蔵状態が目標状態となるまで、前記目標空燃比をリッチ目標値とするリッチ制御を行うリッチ制御手段と、
前記リッチ制御の実行中は、空燃比に対する前記サブフィードバック制御の影響を抑制するサブフィードバック抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

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抑制手段は、前記リッチ制御の実行中に、前記サブフィードバック制御の実行を禁止する実行禁止手段を含むことを特徴とする。

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手段は、前記サブ排気ガスセンサの出力を、所定のサブフィードバックゲインで燃料噴射量に反映させる手段を含み、
前記サブフィードバック抑制手段は、前記リッチ制御の実行中に、前記サブフィードバックゲインを、通常値より小さな値に変更するサブフィードバックゲイン変更手段を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記メインフィードバック手段は、前記メイン排気ガスセンサの出力を基礎として算出される補正後空燃比出力が、前記目標空燃比に対応する値となるように燃料噴射量を制御する手段を含み、
前記サブフィードバック手段は、前記サブ排気ガスセンサの出力に基づいて触媒下流の空燃比を理論空燃比とするためのサブフィードバック補正量を算出する手段と、前記サブフィードバック補正量を前記補正後空燃比出力に反映させる手段とを含み、
所定のタイミングで、前記サブフィードバック補正量の平均値に相当する値をサブフィードバック学習量として学習するサブフィードバック学習手段と、
前記サブフィードバック学習量を前記補正後空燃比出力に反映させる学習量反映手段とを備え、
前記学習量反映手段は、前記リッチ制御の実行中も、前記サブフィードバック学習量を前記補正後空燃比出力に反映させることを特徴とする。

第１の発明によれば、リッチ制御の実行中は、サブフィードバック制御の影響を抑制することで、空燃比に対するメインフィードバック制御の比重を高めることができる。このため、本発明によれば、サブフィードバック制御に大きな悪影響を受けることなく、リッチ制御を精度良く実行することができる。

第２の発明によれば、リッチ制御の実行中にサブフィードバック制御の実行を禁止することにより、サブフィードバック制御の影響を確実に抑制することができる。

第３の発明によれば、リッチ制御の実行中にサブフィードバック制御のゲインを下げることにより、サブフィードバック制御の影響を確実に抑制することができる。

第４の発明によれば、リッチ制御の実行中も、サブフィードバック学習量を補正後空燃比出力に反映させ、その補正後空燃比出力に基づいてメインフィードバックを行うことができる。このため、サブフィードバック学習量は、メインフィードバック制御の実行に伴う恒常的な制御誤差を吸収するための値である。本発明によれば、そのような恒常的な制御誤差をサブフィードバック学習量により補正しつつリッチ制御を実行することができるため、極めて精度の良いリッチ制御を実現することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の空燃比制御装置の構成を説明するための図である。図１に示す通り、本実施形態の装置は、内燃機関の排気通路１０に配置された上流触媒（S/C）１２および下流触媒（U/F）１４を備えている。上流触媒１２および下流触媒１４は、何れも、CO、HCおよびNoxを同時に浄化することのできる三元触媒である。

上流触媒１２の上流および下流には、それぞれメイン空燃比センサ１６、およびサブ酸素センサ１８が配置されている。メイン空燃比センサ１６は、上流触媒１２に流入する排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブ酸素センサ１８は、上流触媒１２から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチであるか、或いはリーンであるかに応じて出力を急変させるセンサである。

メイン空燃比センサ１６の出力、およびサブ酸素センサ１８の出力は、それぞれECU(Electronic Control Unit)２０に供給されている。ECU２０には、更に、エアフロメータ２２、回転数センサ２４、および燃料噴射弁２６などが接続されている。エアフロメータ２２は、内燃機関の吸入空気量Gaを検出するセンサである。回転数センサ２４は機関回転数Neに応じた出力を発するセンサである。また、燃料噴射弁２６は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するための電磁弁である。

［実施の形態１における空燃比制御］
本実施形態の装置は、メイン空燃比センサ１６の出力を基礎とするメインフィードバック制御と、サブ酸素センサ１８の出力を基礎とするサブフィードバック制御とを組み合わせた空燃比フィードバック制御を実行する。より具体的には、本実施形態において、ECU２０は、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseやサブ酸素センサ１８の出力voxsに基づいて次式で表される補正後A/F出力evabyfを算出し、その補正後A/F出力evabyfが目標空燃比に対応する値となるように燃料噴射量を制御する処理を実行する。

evabyf＝evafbse＋evafsfb＋evafsfbg ・・・（１）
上記（１）式中、右辺第１項の「evafbse」は、メイン空燃比センサ１６の出力電圧である。また、右辺第２項の「evafsfb」は、サブ酸素センサ１８の出力voxsに基づいて算出されたサブフィードバック補正量である。そして、右辺第３項の「evafsfbg」は、サブフィードバック補正量evafsfbの平均的な値から算出されたサブフィードバック学習量である。

メイン空燃比センサ１６が理想的な特性を示す場合は、その出力evafbseと、触媒１２の上流における空燃比（以下「制御A/F」と称す）とが一義的な関係を示す。そして、この場合、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseが理論空燃比に対応する値となるようにメインフィードバックを実行すれば、触媒１２に流れ込む排気ガスは、理論空燃比近傍の空燃比を有するものとなり、触媒１２の下流には、浄化された排気ガスだけが流出することとなる。

しかしながら、現実には、メイン空燃比センサ１６のバラツキや信号伝送系のばらつきなどに起因して、或いは、内燃機関の運転状況の変化等に起因して、上記のメインフィードバックが実行されている状況下でも、触媒１２の下流にリッチ或いはリーンな排気ガスが吹き抜けてくる場合がある。ここで、触媒１２の下流にリッチな排気ガスが吹き抜けてきた場合は、制御A/Fが全体としてリッチ側にシフトしていると判断できる。そして、この場合は、空燃比がリーン側にシフトするようにメイン空燃比センサ１６の出力evafbseを補正すれば、メインフィードバックの結果として得られる制御A/Fを理論空燃比に近づけることが可能である。

一方、触媒１２の下流にリーンな排気ガスが吹き抜けてきた場合は、制御A/Fが全体としてリーン側にシフトしていると判断できる。そして、この場合は、空燃比がリッチ側にシフトするようにメイン空燃比センサ１６の出力evafbseを補正すれば、メインフィードバックの結果として得られる制御A/Fを理論空燃比に近づけることが可能である。上記（１）式に含まれるサブフィードバック補正量evafsfbは、このような機能を実現するための補正量である。ECU２０は、具体的には、サブ酸素センサ１８の出力voxsとその出力の目標値との偏差Δvoxsに、所定のサブフィードバックゲインを掛け合わせることによりサブフィードバック補正量evafsfbを算出する。上記（１）式によれば、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseを、そのようなサブフィードバック補正量evafsfbで補正した値を補正後A/F出力evabyfとして求めることができる。

サブフィードバック補正量evafsfbの平均的な値は、メインフィードバックに重畳している恒常的な制御誤差として把握することができる。上記（１）式におけるサブフィードバック学習量evafsfbgは、所定のタイミングで、そのような平均的な値をサブフィードバック補正量evafsfbから移し替えた値である。このような処理によれば、メインフィードバック制御に内包される恒常的な誤差分をサブフィードバック学習量evafsfbgに吸収させ、メインフィードバック制御に内容される誤差成分の変動分だけをサブフィードバック補正量evafsfbに吸収させることができる。上記（１）式によれば、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseを、そのようなサブフィードバック学習量evafsfbgで補正した値を補正後A/F出力evabyfとして求めることができる。

図２は、ECU２０が、上記の手法で補正後A/F出力evabyfを算出し、更に、その補正後出力evabyfを用いて燃料噴射量をフィードバック制御するために実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図２に示すルーチンでは、先ず、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseが取り込まれる（ステップ１００）。次いで、既述した手法により、サブフィードバック補正量evafsfbの算出処理（ステップ１０２）、およびサブフィードバック学流量evafsfbgの更新処理（ステップ１０４）が順次行われる。

その後、上記（１）式に従って補正後A/F出力evabyfが算出され（ステップ１０６）、更に、その補正後A/F出力evabyfを目標空燃比に対応する値に近づけるためのメインフィードバック処理が実行される（ステップ１０８）。このメインフィードバック処理では、具体的には、補正後A/F出力evabyfを空燃比に換算する処理、その結果得られた空燃比と目標空燃比との差ΔA/Fを算出する処理、および、その差ΔA/Fを所定のゲインで燃料噴射量の補正に反映させる処理が実行される。これらの処理によれば、制御A/Fを精度良く理論空燃比近傍に維持して、リッチ或いはリーンな排気ガスが触媒１２の下流に流出するのを効果的に防ぐことができる。

［実施の形態１におけるリッチ制御］
次に、図３を参照して、本実施形態の装置において実行されるリッチ制御の内容について説明する。図３は、時刻t1〜t2にかけてフューエルカットが実行され、その後、時刻t2〜t3にかけてリッチ制御が実行された場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。ここで、図３（Ａ）は制御A/Fの目標値の変化を、図３（Ｂ）はサブ酸素センサ１８の出力voxsの波形を、また、図３（Ｃ）は触媒１２の酸素吸蔵量OSAの変化を、それぞれ表している。

時刻t1にフューエルカットが開始されると、図３（Ａ）に示すように、制御A/Fは十分に大きな値（リーンな値）となる。その結果、触媒１２の酸素吸蔵量OSAは、図３（Ｃ）に示すように、時刻t1の後、最大酸素吸蔵量Cmaxまで増加する。また、フューエルカットが実行されている間は、触媒１２の下流に酸素を含むガスが吹き抜けるため、図３（Ｂ）に示すよう、サブ酸素センサ１８の出力voxsはリーン出力（ほぼ０V）に維持される。

触媒１２は、酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmaxの半分程度である場合に、排気ガス中のHC、COおよびNoxの全てを効率良く浄化することができる。このため、ECU２０は、時刻t2にフューエルカットが終了すると、その時点で、触媒１２の酸素吸蔵量OSAを減量させるべくリッチ制御を開始する。

時刻t2においてリッチ制御が開始されると、制御A/Fの目標値が所定のリッチ目標値AFrとされる（図３（Ａ））。その結果、触媒１２に流入する排気ガスがリッチなガス、つまり、酸素不足のガスとなり、触媒１２内部で酸素の脱離が生ずる。ECU２０は、触媒１２内の酸素吸蔵量OSAを推定しながらリッチ制御を行う。そして、その酸素吸蔵量OSAが最適値（Cmaxの約半分）となった時点でリッチ制御を終了し、通常のストイキ制御を再開する（時刻t3）。このような処理によれば、フューエルカットの終了後に、速やかに触媒１２を理想的な状態に復帰させることができ、内燃機関に対して優れたエミッション特性を付与することができる。

［実施の形態１の装置の特徴的動作］
上述したリッチ制御の実行中に、制御A/Fがリッチ目標値Afrより更にリッチな値になると、内燃機関のエミッション特性が悪化することがある。一方、リッチ制御中の制御A/Fがリッチ目標値Afrよりリーンな値であれば、触媒１２が理想的な状態に復帰するのに要する時間が長くなる。このため、リッチ制御の実行中は、制御A/Fを精度良くリッチ目標値Afrに一致させることが重要である。

本実施形態の装置は、既述した通り、通常のストイキ制御の際には、メインフィードバックとサブフィードバックとを組み合わせて実行することで制御A/Fを精度良く目標空燃比（理論空燃比）に制御することとしている。このため、この装置においては、制御A/Fをリッチ目標値Afrに制御する際にも、その空燃比フィードバックの手法を用いることが考えられる。

しかしながら、サブフィードバックは、触媒１２の下流に流出してくる排気ガスがリッチ或いはリーンに偏っていた場合に、メインフィードバックの制御パラメータ（補正後A/F出力evabyf）を補正することでその偏差を消滅させようとする制御である。この補正は、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseと補正後A/F出力evabyfの差を広げる処理に他ならない。そして、メインフィードバックは、補正後A/F出力evabyfを目標空燃比に対応する値に近づける制御であるから、メイン空燃比センサ１６の出力evafbseは、補正後A/F出力evabyfとの差が広がるほど、目標空燃比から乖離した値となる。つまり、メインフィードバックにより達成される制御A/Fは、サブフィードバックによる補正が行われるほど、目標空燃比から乖離した値となる。

このため、本実施形態の装置では、リッチ制御の際にメインフィードバックと組み合わせてサブフィードバックが実行されると、達成される制御A/Fが、却ってリッチ目標値から乖離した値となることがある。そこで、本実施形態では、リッチ制御の実行中はサブフィードバックの実行を禁止し、メインフィードバックのみを機能させることにより、制御A/Fを精度良くリッチ目標値に一致させることとした。

図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU２０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図４に示すルーチンでは、先ず、内燃機関においてフューエルカットが実行されているか否かが判別される（ステップ１１０）。

フューエルカットが実行されていると判別された場合は、次式の関係に従って酸素吸蔵量OSAが算出される（ステップ１１２）。

OSA＝Σ０．２３×Ga ・・・（２）
上記（２）式において、０．２３は空気中の酸素割合である。また、Gaはエアフロメータ２２により検知される吸入空気量（g/sec）である。フューエルカット中は、触媒１２に空気が流入し、その空気に含まれている酸素が触媒１２に吸蔵される。上記（２）式によれば、吸入空気量Ga中に含まれる酸素量の積算値を酸素吸蔵量OSAとして算出することができる。

図４に示すルーチンでは、処理サイクル毎に酸素吸蔵量OSAの算出処理が実行される。上記ステップ１１２では、より具体的には、前回の処理サイクル時から今回の処理サイクル時にかけて触媒１２に流入した酸素の量（０．２３×Ga×処理サイクル間隔Δt）を、前回の処理サイクル時に算出された酸素吸蔵量OSAに加えることで、最新の酸素吸蔵量OSAが算出される。

次に、酸素吸蔵量OSAが目標吸蔵量α以上となったか否かが判別される（ステップ１１４）。目標吸蔵量αは、触媒１２の最大酸素吸蔵量Cmaxの１／２に相当する値であり、例えば、公知の手法で最大酸素吸蔵量Cmaxを算出したうえで、そのCmaxに基づいて設定することができる。

上記ステップ１１４において、OSA≧αの成立が認められると判別された場合は、フューエルカットの実行に伴い、酸素吸蔵量OSAが過剰な値になったと判断することができる。この場合は、フューエルカットの終了後にリッチ制御を実行する必要があることを表すべく、リッチ制御実行フラグFCrがONとされる（ステップ１１６）。

一方、上記ステップ１１４において、OSA≧αの成立が認められないと判別された場合は、酸素吸蔵量OSAが未だ過剰な値になっていないと判断することができる。この場合は、フューエルカットの終了後にリッチ制御を実行する必要性が未だ生じていないと判断され、リッチ制御実行フラグFCrを処理することなく、今回の処理サイクルが終了される。

フューエルカットの終了後に図４に示すルーチンが起動されると、今度は、上記ステップ１１０において、フューエルカットが実行中でないと判断される。この場合、次に、以下に示す関係式に従って触媒１２の酸素吸蔵量OSAが算出される（ステップ１１８）。

OSA＝Σ０．２３×mrf×（A/F−stoich） ・・・（２）
上記（２）式において、０．２３は空気中の酸素割合であり、mrfは単位時間当たりの燃料噴射量である。また、A/Fはメイン空燃比センサ１６の出力evafbseから検知される制御A/Fであり、stoichは理論空燃比（例えば１４．６）である。フューエルカットから復帰した後は、触媒１２に流れ込む酸素の過不足量を「０．２３×mrf×（A/F−stoich）」で表すことができる。上記（２）式によれば、その過不足量を積算することで酸素吸蔵量OSAを求めることができる。本ステップ１１８では、より具体的には、前回の処理サイクル時から今回の処理サイクル時にかけて触媒１２に流入した酸素の過不足量を、前回の処理サイクル時に算出された酸素吸蔵量OSAに加えることで、最新の酸素吸蔵量OSAが算出される。

上記ステップ１１８の処理が終了すると、次に、リッチ制御実行フラグFCrがONであるか否かが判別される（ステップ１２０）。ここで、FCr＝ONの成立が認められない場合は、現時点でリッチ制御を実行する必要が認められないと判断できる。この場合は、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。

一方、上記ステップ１２０において、FCr＝ONの成立が認められる場合は、次に、酸素吸蔵量OSAが目標吸蔵量αを下回っているかが判別される（ステップ１２２）。その結果、OSA＜αの成立が認められない場合は、酸素吸蔵量OSAが未だに過剰であると判断することができる。この場合は、リッチ制御を実行すべく、メインフィードバックの目標空燃比がリッチ目標値Afrとされる（ステップ１２４）。また、図４に示すルーチンでは、この場合、サブフィードバックによる補正を禁止するため、サブフィードバックを無効（OFF）とする処理が行われる（ステップ１２６）。

上記ステップ１２６の処理によりサブフィードバックが無効とされると、以後、ECU２０は、サブフィードバック補正量evafsfbを「０」として（図２中ステップ１０２参照）補正後A/F出力evabyfを算出する（図２中ステップ１０６参照）。この際、ECU２０は、最新のサブフィードバック学習量evafsfbgを用いて補正後A/F出力evabyfを算出する。つまり、ECU２０は、サブフィードバックの無効が指示された場合に、「０」とされたサブフィードバック補正量evafsfbを基礎とするサブフィードバック学習量evafsfbgの更新処理は行わないものの（図２中ステップ１０４参照）、補正後A/F出力evabyfを算出するにあたっては最新のサブフィードバック学習量evafsfbgを用いた補正処理を実行する。この場合、図２に示すステップ１０８では、サブフィードバック補正量evafsfbの影響が排除され、かつ、サブフィードバック学習量evafsfbgの影響が反映された補正後A/F出力evabyfを、リッチ目標値Afrに対応させるためのメインフィードバックが実行される。

サブフィードバックの無効が指示された場合には、サブフィードバック学習量evafsfbgによる補正後A/F出力evabyfの補正も禁止することが考えられる。しかしながら、サブフィードバック学習量evafsfbgは、メインフィードバックに重畳している恒常的な誤差を吸収するための係数である。このため、メインフィードバックにより達成される制御A/Fを目標空燃比に一致させるうえでは、サブフィードバック学習量evafsfbgによる補正は残存させておくことが望ましい。そこで、本実施形態では、既述した通り、サブフィードバックの実行が禁止される場合においても、サブフィードバック学習量evafsfbgについては、補正後A/F出力evabyfに反映させることとしている。

以上説明した通り、上記ステップ１２４および１２６の処理が実行された場合は、サブフィードバック補正量evafsfbの影響が排除され、かつ、サブフィードバック学習量evafsfbgの影響が反映された補正後A/F出力evabyfに基づいて、リッチ目標値A/Fを制御目標とするメインフィードバックが実行される。この場合、現実の制御A/Fを精度良くリッチ目標値AFrに一致させることができ、空燃比の制御精度が極めて良好なリッチ制御を実現することができる。

図４に示すルーチン中、上記ステップ１２２においてOSA＜αの成立が認められた場合は、以後リッチ制御を実行する必要がないと判断することができる。この場合、ECU２０は、リッチ制御の実行フラグFCrをオフとし（ステップ１２８）、メインフィードバックの目標空燃比を理論空燃比AFstとし（ステップ１３０）、更に、サブフィードバックを有効（ON）とする処理が実行される。

目標空燃比が理論空燃比Afstとされ、かつ、サブフィードバックの有効が指示されると、以後、メインフィードバックとサブフィードバックとを組み合わせた通常のストイキ制御が再開される（図２に示すルーチン参照）。このように、図４に示すルーチンによれば、フューエルカットの終了後に、高精度なリッチ制御を行うことで、エミッションの悪化を伴うことなく触媒１２の酸素吸蔵状態を速やかに理想状態に復帰させることができる。そして、触媒１２の状態が理想的な状態となった時点でリッチ制御を止めてストイキ制御を再開させることにより、以後、良好なエミッション特性を持続することができる。このため、本実施形態の装置によれば、内燃機関に対して極めて良好なエミッション特性を与えることができる。

尚、上述した実施の形態１においては、メイン空燃比センサ１６が前記第１の発明における「メイン排気ガスセンサ」に、サブ酸素センサ１８が前記第１の発明における「サブ排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、ECU２０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「メインフィードバック手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「サブフィードバック手段」が、上記ステップ１２４の処理を実行することにより前記第１の発明における「リッチ制御手段」が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記第１の発明における「サブフィードバック抑制手段」および前記第２の発明における「実行禁止手段」が、それぞれ実現されている。更に、上述した実施の形態１においては、ECU２０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「サブフィードバック学習手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「学習量反映手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図５を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態の装置は、上述した実施の形態１の装置において、ECU２０に、図４に示すルーチンに代えて図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。上述した実施の形態１では、リッチ制御の実行中にはサブフィードバックを無効とすることで、リッチ目標値AFrに対する制御A/Fの制御精度を確保することとしている。

ここで、リッチ制御中における制御A/Fの制御精度は、制御A/Fに対するサブフィードバックの影響が完全に排除されなくても、その影響が抑制されれば、改善することができる。そこで、本実施形態では、リッチ制御の実行中は、その制御の非実行中に比してサブフィードバックの制御ゲインを下げることにより、リッチ目標値AFrに対する制御A/Fの制御精度を改善することとした。

図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU２０が実行する制御ルーチンのフローチャートを示す。図５に示すルーチンは、ステップ１２６および１３２が、それぞれステップ１４０および１４２に置き換えられている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、図５において、図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその詳細な説明を省略または簡略する。

図５に示すルーチンによれば、ステップ１２２において、酸素吸蔵量OSAが目標吸蔵量αまで低下していないと判別された場合は、ステップ１２４において目標空燃比がリッチ目標値AFrとされた後に、サブフィードバックの制御ゲインがローゲインGlに設定される（ステップ１４０）。一方、酸素吸蔵量OSAが目標吸蔵量αまで低下したと判別された場合は、ステップ１３０において目標空燃比が理論空燃比AFstとされた後に、サブフィードバックの制御ゲインが通常ゲインGoに設定される（ステップ１４２）。

ローゲインGlおよび通常ゲインGoは、サブ酸素センサ１８の出力voxsと、その目標値との差をサブフィードバック補正量evafsfbに換算する際のゲインとして用いられる値である。そして、本実施形態では、ローゲインGlは、通常ゲインGoより小さな値とされている。このため、図５に示すルーチンによれば、通常のストイキ制御時に比べて、リッチ制御時には、サブフィードバック補正量evafsfbが小さな値として算出されやすい。つまり、このルーチンによれば、サブフィードバックが制御A/Fに与える影響を、通常のストイキ制御時に比して、リッチ制御時に小さくすることができる。このため、本実施形態の装置によれば、実施の形態１の場合と同様の理由により、空燃比の制御精度に優れたリッチ制御を実現することができ、その結果、内燃機関に対して優れたエミッション特性を付与することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ECU２０が、上記ステップ１２６の処理を実行することにより前記第３の発明における「サブフィードバックゲイン変更手段」が実現されている。

ところで、上述した実施の形態１においては、空燃比に対するサブフィードバックの影響を抑制する手法として、サブフィードバックの実行を禁止する手法を用いている。また、上述した実施の形態２においては、そのような手法として、サブフィードバックの制御ゲインを変更する手法を用いている。しかしながら、サブフィードバックの影響を抑制する手法はこれらの手法に限定されるものではない。例えば、サブフィードバック補正量evafsfbにガード値を設け、そのガード値を変化させることによりリッチ制御時におけるサブフィードバックの影響を抑制したり、或いは、リッチ制御時には強制的に小さなサブフィードバック補正量evafsfbを用いたりすることで、上記の目的を達成することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１および２では、触媒１２の下流に酸素センサ（サブ酸素センサ１８）を配置することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、触媒１２の下流に配置するセンサは、空燃比センサであってもよい。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において空燃比のフィードバック制御を実現するために実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるリッチ制御の内容を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１においてサブフィードバックの切り替えを行うべく実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２においてサブフィードバックの切り替えを行うべく実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１２ 触媒
１６ メイン空燃比センサ
１８ サブ酸素センサ
２０ ECU(Electronic Control Unit)
evafbse メイン空燃比センサの出力
evafsfb サブフィードバック補正量
evafsfbg サブフィードバック学習量
evabyf 補正後A/F出力
OSA 酸素吸蔵量
Cmax 最大酸素吸蔵量
α 目標吸蔵量
AFr リッチ目標値
AFst 理論空燃比
Gl ローゲイン
Go 通常ゲイン

Claims (4)

1. 排気通路に配置された触媒の上下にメイン排気ガスセンサとサブ排気ガスセンサとを備える内燃機関の制御装置であって、
   前記メイン排気ガスセンサの出力に基づいて、触媒上流の空燃比を目標空燃比とするためのメインフィードバック制御を行うメインフィードバック手段と、
   前記サブ排気ガスセンサの出力に基づいて、触媒下流の空燃比を理論空燃比とするためのサブフィードバック制御を行うサブフィードバック手段と、
   フューエルカットの後に、触媒の酸素吸蔵状態が目標状態となるまで、前記目標空燃比をリッチ目標値とするリッチ制御を行うリッチ制御手段と、
   前記リッチ制御の実行中は、空燃比に対する前記サブフィードバック制御の影響を抑制するサブフィードバック抑制手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記サブフィードバック抑制手段は、前記リッチ制御の実行中に、前記サブフィードバック制御の実行を禁止する実行禁止手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記サブフィードバック手段は、前記サブ排気ガスセンサの出力を、所定のサブフィードバックゲインで燃料噴射量に反映させる手段を含み、
   前記サブフィードバック抑制手段は、前記リッチ制御の実行中に、前記サブフィードバックゲインを、通常値より小さな値に変更するサブフィードバックゲイン変更手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記メインフィードバック手段は、前記メイン排気ガスセンサの出力を基礎として算出される補正後空燃比出力が、前記目標空燃比に対応する値となるように燃料噴射量を制御する手段を含み、
   前記サブフィードバック手段は、前記サブ排気ガスセンサの出力に基づいて触媒下流の空燃比を理論空燃比とするためのサブフィードバック補正量を算出する手段と、前記サブフィードバック補正量を前記補正後空燃比出力に反映させる手段とを含み、
   所定のタイミングで、前記サブフィードバック補正量の平均値に相当する値をサブフィードバック学習量として学習するサブフィードバック学習手段と、
   前記サブフィードバック学習量を前記補正後空燃比出力に反映させる学習量反映手段とを備え、
   前記学習量反映手段は、前記リッチ制御の実行中も、前記サブフィードバック学習量を前記補正後空燃比出力に反映させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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