JP5293889B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、排気通路に触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
従来から、内燃機関から排出される排ガスを浄化するために同機関の排気通路に三元触媒(排ガス浄化用の触媒ユニット)が配設されている。三元触媒は、周知のように、その三元触媒に流入する酸素を吸蔵し且つその吸蔵した酸素を放出する「酸素吸蔵機能」を有する。以下、三元触媒は単に「触媒」とも称呼される。
従来の空燃比制御装置の一つ(以下、「従来装置」と称呼する。)は、機関の排気通路であって触媒の下流に配設された下流側空燃比センサを備える。従来装置は、気筒に吸入される空気量に基づいて「機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致させるための基本燃料噴射量」を求め、その基本燃料噴射量を少なくとも下流側空燃比センサの出力値に基づいて補正するようになっている。
以下、触媒に流入する排ガスを「触媒流入ガス」と称呼し、触媒から流出する排ガスを「触媒流出ガス」と称呼する。更に、理論空燃比よりも小さい空燃比を「リッチ空燃比」と称呼し、理論空燃比よりも大きい空燃比を「リーン空燃比」と称呼する。機関に供給される混合気の空燃比は「機関の空燃比」と称呼する。
従来装置に使用される下流側空燃比センサは、一般に、濃淡電池型酸素濃度センサである。この下流側空燃比センサの出力値Voxsは、図3の曲線C1に示したように、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい状態が継続した場合、最大出力値Max近傍の値となる。下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい状態が継続した場合、最小出力値Min近傍の値となる。更に、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へと変化する場合、最大出力値Max近傍の値から最小出力値Min近傍の値へと急激に変化する。下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へと変化する場合、最小出力値Min近傍の値から最大出力値Max近傍の値へと急激に変化する。
このように、触媒流出ガスの空燃比がリーン空燃比であって、そのために触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれているとき、出力値Voxsは最小出力値Min近傍の値となる。触媒流出ガスの空燃比がリッチ空燃比であって、そのために触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれていないとき、出力値Voxsは最大出力値Max近傍の値となる。従って、出力値Voxsが「最大出力値Maxと最小出力値Minとの中央の値Vmid(即ち、中央値Vmid=(Max+Min)/2)」に一致している場合、触媒流出ガスの空燃比は理論空燃比に一致していると考えられている。
そして、従来装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsが「理論空燃比に相当する値(即ち、中央値Vmid)に設定された目標値VREF」に一致するように空燃比のフィードバック量を比例・積分制御(PI制御)等に基づいて算出する。この空燃比のフィードバック量は、便宜上「サブフィードバック量」とも称呼される。従来装置は、基本燃料噴射量をサブフィードバック量により補正することにより、機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する(例えば、特開2005−171982号公報を参照。)。
図28は、このような従来装置による空燃比のフィードバック制御の様子を示したタイムチャートである。従来装置は、目標値VREFを一定値(中央値Vmid近傍の値である基準値Vf)に維持し、触媒流出ガスの空燃比がリッチ空燃比であるのかリーン空燃比であるのかを判定する。換言すると、従来装置は、「排ガスを触媒により効率良く浄化するために要求される機関の空燃比(要求空燃比)」を「出力値Voxs及び基準値Vf」に基いて決定している。
より具体的に述べると、従来装置は、出力値Voxsが基準値Vfよりも大きいとき(例えば、時刻t1〜時刻t2、時刻t3〜時刻t4、及び、時刻t5〜時刻t6)、触媒流出ガスの空燃比はリッチ空燃比であると判定し、要求空燃比はリーン空燃比である(即ち、リーン要求が発生している)と判定する。リーン要求が発生しているとき、従来装置は機関の空燃比をリーン空燃比に制御する。
この結果、触媒流出ガスの空燃比はリーン空燃比になるので、出力値Voxsは減少し、基準値Vfよりも小さくなる。従来装置は、出力値Voxsが基準値Vfよりも小さいとき(例えば、時刻t2〜時刻t3、及び、時刻t4〜時刻t5)、触媒流出ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定し、要求空燃比はリッチ空燃比である(即ち、リッチ要求が発生している)と判定する。リッチ要求が発生しているとき、従来装置は機関の空燃比をリッチ空燃比に制御する。この結果、触媒流出ガスの空燃比はリッチ空燃比になるので、出力値Voxsは増大し、基準値Vfよりも大きくなる。
ところが、このようなフィードバック制御を実行すると、機関の空燃比が過大又は過小となり、その結果、窒素酸化物(NOx)又は未燃物(CO,HC等)が触媒により完全には浄化されずに機関の外部へと排出されてしまう場合がある。例えば、図28に示した例においては、時刻t2、時刻t4及び時刻t6の前後において、NOxの排出量が増大している。
この理由は、次のように考えられる。例えば、出力値Voxsが最大出力値Max近傍にまで増大した場合(例えば、時刻t1の直後を参照。)、触媒流出ガスの空燃比は「理論空燃比との差の絶対値が大きいリッチ空燃比」である。この場合、触媒に吸蔵されている酸素の量(以下、「酸素吸蔵量OSA」とも称呼する。)は実質的に「0」である。そこで、従来装置は、リーン要求が発生したと判定して機関の空燃比をリーン空燃比に設定する。
その結果、触媒流入ガスには過剰な酸素が含まれるので、酸素吸蔵量OSAは増加する。触媒の酸素吸蔵量OSAが比較的小さい場合、触媒は酸素を効率良く吸蔵することができる。従って、時刻t1直後において、触媒流入ガスに含まれる過剰な酸素の殆どは触媒に吸蔵される。
その後、触媒の酸素吸蔵量OSAが大きくなると、触媒は酸素を効率良く吸蔵することができなくなる。よって、触媒流出ガスに酸素が含まれ始める。この結果、時刻t1からある程度の時間が経過すると下流側空燃比センサの出力値Voxsは最大出力値Maxから最小出力値Minに向けて減少し始める。
ところが、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒流出ガスの酸素分圧の変化に対して遅れて変化する。これは、以下のような要因によると推定される。
(1)触媒と下流側空燃比センサとの間に距離があるため、触媒流出ガスが下流側空燃比センサの素子に到達するまでに時間を要すること。
(2)下流側空燃比センサには一般に保護カバーが備えられているので、触媒流出ガスが下流側空燃比センサの素子に到達するまでに時間を要すること。
(3)下流側空燃比センサの素子が「酸素平衡後のガスを素子に到達させるための層(例えば、拡散抵抗層)」により覆われているため、その素子に到達するガスの酸素分圧の変化が遅れること。この遅れは、下流側空燃比センサの素子の周囲に、それまでに蓄積された酸素又は未燃物が存在するとき、顕著になる。
(1)触媒と下流側空燃比センサとの間に距離があるため、触媒流出ガスが下流側空燃比センサの素子に到達するまでに時間を要すること。
(2)下流側空燃比センサには一般に保護カバーが備えられているので、触媒流出ガスが下流側空燃比センサの素子に到達するまでに時間を要すること。
(3)下流側空燃比センサの素子が「酸素平衡後のガスを素子に到達させるための層(例えば、拡散抵抗層)」により覆われているため、その素子に到達するガスの酸素分圧の変化が遅れること。この遅れは、下流側空燃比センサの素子の周囲に、それまでに蓄積された酸素又は未燃物が存在するとき、顕著になる。
この出力値Voxsの変化の遅れに起因して、出力値Voxsは時刻t2に至るまで基準値Vfよりも大きいので、従来装置は時刻t2までリーン要求が発生していると判定し続ける。従って、機関の空燃比はリーン空燃比に設定され続ける。この結果、酸素吸蔵量OSAは増大し続け、時刻t2又は時刻t2の直前に「触媒の酸素吸蔵量OSAの最大値である最大酸素吸蔵量Cmax」の近傍値に到達する。
このとき、機関の空燃比はリーン空燃比であるから、触媒流入ガスには多量のNOx(窒素酸化物)が含まれている。ところが、酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmaxの近傍値に到達しているから、触媒はNOxを充分に浄化することができない。この結果、時刻t2近傍の期間において、比較的多量のNOxが触媒の下流に排出される。
同様に、従来装置は、酸素吸蔵量OSAが「0」に近くなった場合(例えば、時刻t1の直前、時刻t3の直前及び時刻t5の直前)であっても、リッチ要求が発生していると判定する。その結果、過剰な未燃物が触媒に流入するので、その未燃物が浄化されずに触媒の下流に排出される場合がある。
このように、従来装置によれば、機関の空燃比が「触媒の排気浄化作用に対して望ましくない空燃比」に設定される場合がある。
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、触媒流入ガスの空燃比が「触媒の排気浄化作用に対して出来るだけ望ましい空燃比」となるように、機関の空燃比を制御することができる空燃比制御装置を提供することにある。
本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一態様は、
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路であって前記触媒の下流に配設される下流側空燃比センサと、空燃比制御手段と、を備える。
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記排気通路であって前記触媒の下流に配設される下流側空燃比センサと、空燃比制御手段と、を備える。
前記下流側空燃比センサは、空燃比を検出するための素子を備える。その素子は、その素子に到達しているガス(以下、「素子到達ガス」とも称呼する。)の酸素分圧に応じて変化する出力値を示す。下流側空燃比センサは、濃淡電池型の酸素濃度センサ(O2センサ)であることが望ましい。下流側空燃比センサが濃淡電池型の酸素濃度センサである場合、下流側空燃比センサの出力値は「素子到達ガスの空燃比」が小さくなる(よりリッチである)ほど大きくなる。但し、下流側空燃比センサは、限界電流式の広域空燃比センサ等であってもよい。下流側空燃比センサが限界電流式の広域空燃比センサである場合、下流側空燃比センサの出力値は「素子到達ガスの空燃比」がより小さくなる(よりリッチである)ほど小さくなる。更に、下流側空燃比センサは、ジルコニア素子を有するセンサであってもよく、チタニア素子を有するセンサであってもよい。
前記空燃比制御手段は、前記下流側空燃比センサの出力値を所定の目標値に近づけるために前記機関の空燃比を増大させる必要があるリーン要求の発生期間において、前記機関の空燃比を増大する。この場合、前記機関の空燃比は、徐々に増大されてもよく、所定(一定又は可変)のリーン空燃比に設定されてもよい。
更に、前記空燃比制御手段は、前記下流側空燃比センサの出力値を前記目標値に近づけるために前記機関の空燃比を減少させる必要があるリッチ要求の発生期間において、前記機関の空燃比を減少する。この場合、前記機関の空燃比は、徐々に減少されてもよく、所定(一定又は可変)のリッチ空燃比に設定されてもよい。
この空燃比の制御は「フィードバック制御(空燃比フィードバック制御、又は、サブフィードバック制御)」と称呼される。
例えば、下流側空燃比センサが濃淡電池型の酸素濃度センサである場合、下流側空燃比センサの出力値が前記目標値よりも大きいとき、「触媒流出ガスの空燃比はリッチ空燃比であり、従って、リーン要求が発生している」ので、機関の空燃比はリーン空燃比に制御される。更に、下流側空燃比センサが濃淡電池型の酸素濃度センサである場合、下流側空燃比センサの出力値が前記目標値よりも小さいとき、「触媒流出ガスの空燃比はリーン空燃比であり、従って、リッチ要求が発生している」ので、機関の空燃比はリッチ空燃比に制御される。
例えば、下流側空燃比センサが限界電流式の広域空燃比センサである場合、下流側空燃比センサの出力値が前記目標値よりも大きいとき、「触媒流出ガスの空燃比はリーン空燃比であり、従って、リッチ要求が発生している」ので、機関の空燃比はリッチ空燃比に制御される。更に、下流側空燃比センサが限界電流式の広域空燃比センサである場合、下流側空燃比センサの出力値が前記目標値よりも小さいとき、「触媒流出ガスの空燃比はリッチ空燃比であり、従って、リーン要求が発生している」ので、機関の空燃比はリーン空燃比に制御される。
更に、前記空燃比制御手段は目標値変更手段を備える。
前記目標値変更手段は、
前記フィードバック制御において用いられる前記目標値を、所定の基準値に、「前記基準値よりも大きい側の領域及び前記基準値よりも小さい側の領域」の何れが一方の領域であって前記下流側空燃比センサの出力値が存在している領域内の所定の値から、時間経過とともに徐々に近づける。
前記フィードバック制御において用いられる前記目標値を、所定の基準値に、「前記基準値よりも大きい側の領域及び前記基準値よりも小さい側の領域」の何れが一方の領域であって前記下流側空燃比センサの出力値が存在している領域内の所定の値から、時間経過とともに徐々に近づける。
前記所定の基準値は、「前記下流側空燃比センサの素子に到達しているガス(素子到達ガス)」の酸素分圧が「その素子到達ガスの空燃比が理論空燃比であるとき」の酸素分圧であるときに、「前記下流側空燃比センサの出力値が示す値(以下、「理論空燃比相当値」とも称呼する。)」を含む「所定の範囲」内の値である。
即ち、理論空燃比相当値が、例えば、Vmidであるとすると、前記所定の範囲は「(Vmid−Δv1)以上であり且つ(Vmid+Δv2)以下」の範囲である(Δv1>0、Δv2>0)。例えば、下流側空燃比センサが濃淡電池型の酸素濃度センサである場合、図3に示したように、前記所定の範囲は、素子到達ガスの空燃比の変化量に対する出力値の変化量が極めて大きい「高感度領域」と呼ばれる範囲である。
前記目標値変更手段は、目標値を、その目標値の時間的平均値が基準値に近づくように変更させればよい。即ち、目標値は、増減を繰り返しながらも、その時間的平均値が目標値に近づくように変更されればよい。勿論、目標値は、目標値と基準値との差の絶対値が時間経過とともに徐々に小さくなるように(時間に関して単調減少するように)変更されてもよい。
この目標値変更手段によれば、例えば、図6に示したように、目標値を、点P1から点P2及び点P3を経由して基準値Vfへと変化させることができる。図6の点P1により示される目標値は、「基準値Vfよりも大きい側の領域及び基準値Vfよりも小さい側の領域」の何れか一方の領域であって下流側空燃比センサの出力値が存在している領域(この例においては、基準値Vfよりも大きい側の領域)」内の所定の値である。同様に、この目標値変更手段によれば、例えば、図7に示したように、目標値を、点P1から点P2及び点P3を経由して基準値Vfへと変化させることができる。図7の点P1により示される目標値は、「基準値Vfよりも大きい側の領域及び基準値Vfよりも小さい側の領域」の何れか一方の領域であって下流側空燃比センサの出力値が存在している領域(この例においては、基準値Vfよりも小さい側の領域)」内の所定の値である。
従って、下流側空燃比センサが目標値を横切るタイミングが、目標値を基準値Vfに固定している場合に比べ、早期に到来する。換言すると、リーン要求からリッチ要求へと(又は、その逆へと)空燃比要求が変化したことを早期に検出することができる(例えば、図28の時刻t2に対する時刻t2’を参照。)。
この結果、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一態様は、下流側空燃比センサの出力値が過大又は過小にならないように制御しながら(即ち、酸素吸蔵量OSAが「0」近傍値又は最大酸素吸蔵量Cmax近傍値にならないようにしながら)、下流側空燃比センサの出力値を基準値へと接近させることができる。換言すると、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一態様は、触媒の排気浄化作用を効率良く行わせることに対して「過剰な酸素又は過剰な未燃物」が触媒に流入しないように「機関の空燃比」を制御することができる。従って、この空燃比制御装置の一態様は、エミッションを良好に維持することができる。
前記空燃比制御手段は、例えば、極値取得手段を含むことができる。
この極値取得手段は、
(1)前記下流側空燃比センサの出力値が前記基準値から離れる方向に変化する状態から前記基準値に近づく方向に変化する状態へと変化したときの同出力値を、第1極値として取得し、且つ、
(2)前記下流側空燃比センサの出力値が前記基準値に近づく方向に変化する状態から前記基準値から離れる方向へと変化する状態へと変化したときの同出力値を、第2極値として取得する。
この極値取得手段は、
(1)前記下流側空燃比センサの出力値が前記基準値から離れる方向に変化する状態から前記基準値に近づく方向に変化する状態へと変化したときの同出力値を、第1極値として取得し、且つ、
(2)前記下流側空燃比センサの出力値が前記基準値に近づく方向に変化する状態から前記基準値から離れる方向へと変化する状態へと変化したときの同出力値を、第2極値として取得する。
ここで、出力値が基準値から離れることと、出力値と基準値との差の絶対値が増大することとは同義である。更に、出力値が基準値に近づくことと、出力値と基準値との差の絶対値が減少することとは同義である。
この極値取得手段によれば、例えば、下流側空燃比センサの出力値が、基準値よりも大きい状態において「基準値から遠ざかり、その後、基準値へと近づく」ように変化する場合、「基準値へと近づき始めた時点の出力値(即ち、極大値Vmax)」が第1極値として取得される。これに対し、下流側空燃比センサの出力値が、基準値よりも小さい状態において、「基準値から遠ざかり、その後、基準値へと近づく」ように変化する場合、「基準値へと近づき始めた時点の出力値(即ち、極小値Vmin)」が第1極値として取得される。
更に、この極値取得手段によれば、下流側空燃比センサの出力値が、基準値よりも小さい状態において、「基準値に近づき、その後、基準値から遠ざかる」ように変化する場合、基準値から遠ざかり始めた時点の出力値(即ち、極大値Vmax)が第2極値として取得される。これに対し、下流側空燃比センサの出力値が、基準値よりも大きい状態において、「基準値に近づき、その後、基準値から遠ざかる」ように変化する場合、基準値から遠ざかり始めた時点の出力値(即ち、極小値Vmin)が第2極値として取得される。
加えて、前記目標値変更手段は、次の機能を実現するように構成され得る。
(1)前記目標値変更手段は、前記極値取得手段により前記第1極値が取得された場合、「その取得された第1極値(k1(1))」と「前記基準値」との間の値(即ち、第1値)を「前記目標値」として設定する。この第1値は、現時点の下流側空燃比センサの出力値と基準値との間の値(現時点の下流側空燃比センサの出力値を含む値)である。
(2)その後、前記目標値変更手段は、前記極値取得手段によって前記第2極値が取得された場合、「その取得された第2極値(k2(1))」と「前記極値取得手段によって取得された前記第1極値(k1(1))」との間の値(即ち、第2値)を「前記目標値」として設定する。
例えば、説明を簡単にするために、下流側空燃比センサが濃淡電池型の酸素濃度センサであると仮定する。この場合、下流側空燃比センサの出力値が目標値より大きい期間がリーン要求の発生期間(機関の空燃比が増大される期間)であり、下流側空燃比センサの出力値が目標値より小さい期間がリッチ要求の発生期間(機関の空燃比が減少される期間)である。
リーン要求の発生期間において第1極値(k1(1)、例えば、図6の極大値Vmax(1))が取得されると、目標値は「第1極値(k1(1)=Vmax(1))と基準値(Vf)との間の第1値」に設定される(図6の点P1を参照。)。従って、その後、下流側空燃比センサの出力値が、「第1値に設定された目標値」よりも大きい状態から小さい状態へと変化した時点(第1時点、図6の時刻t2を参照。)にて、空燃比要求はリーン要求からリッチ要求へと変化する。その結果、機関の空燃比は減少させられる。
前記第1値は「第1極値(k1(1))と基準値(Vf)との間の値」であるから、下流側空燃比センサの出力値は、基準値(Vf)に到達する時点よりも前の時点(第1時点)にて第1値に到達する。従って、機関の空燃比は、触媒に過剰な酸素が流入する前(触媒の酸素吸蔵量OSAが過大になる前)に酸素吸蔵量OSAを減少させる空燃比(リッチ空燃比)へと切り換えられる。
その後、リッチ要求の発生期間において第2極値(k2(1)、例えば、図6の極小値Vmin(1))が取得される。この場合、目標値は「第2極値(k2(1)=Vmin(1))と第1極値(k1(1)=Vmax(1))との間の第2値」に設定される(図6の点P2を参照。)。下流側空燃比センサの出力値が、「第2値に設定された目標値」よりも小さい状態から大きい状態へと変化した時点(第2時点、図6の時刻t4を参照。)にて、空燃比要求はリッチ要求からリーン要求へと変化する。その結果、機関の空燃比は、触媒に過剰な未燃物が流入する前(触媒の酸素吸蔵量OSAが過小になる前)に酸素吸蔵量OSAを増大させる空燃比(リーン空燃比)へと切り換えられ得る。
同様に、リッチ要求の発生期間において第1極値(k1(1)、例えば、図7の極小値Vmin(1))が取得されると、目標値は「第1極値(k1(1)=Vmin(1))と基準値(Vf)との間の第1値」に設定される(図7の点P1を参照。)。従って、その後、下流側空燃比センサの出力値が、「第1値に設定された目標値」よりも小さい状態から大きい状態へと変化した時点(第1時点、図7の時刻t2を参照。)にて、空燃比要求はリッチ要求からリーン要求へと変化する。その結果、機関の空燃比は増大させられる。
前記第1値は「第1極値(k1(1))と基準値(Vf)との間の値」であるから、下流側空燃比センサの出力値は、基準値(Vf)に到達する時点よりも前の時点(第1時点)にて第1値に到達する。従って、機関の空燃比は、触媒に過剰な未燃物が流入する前(触媒の酸素吸蔵量OSAが過小になる前)に酸素吸蔵量OSAを増大させる空燃比(リーン空燃比)へと切り換えられる。
その後、リーン要求の発生期間において第2極値(k2(1)、例えば、図7の極大値Vmax(1))が取得される。この場合、目標値は「第2極値(k2(1)=Vmax(1))と第1極値(k1(1)=Vmin(1))との間の第2値」に設定される(図7の点P2を参照。)。下流側空燃比センサの出力値が、「第2値に設定された目標値」よりも大きい状態から小さい状態へと変化した時点(第2時点、図7の時刻t4を参照。)にて、空燃比要求はリーン要求からリッチ要求へと変化する。その結果、機関の空燃比は、触媒に過剰な酸素が流入する前(触媒の酸素吸蔵量OSAが過大になる前)に酸素吸蔵量OSAを減少させる空燃比(リッチ空燃比)へと切り換えられる。
以上、説明したように、前記空燃比制御手段によれば、機関の空燃比の増大から減少への切換え、及び、機関の空燃比の減少から増大への切換えが、従来装置に比較して早期に行われる。しかも、出力値は目標値に近づくように制御され、且つ、目標値は基準値に漸近する。
この結果、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の一態様は、下流側空燃比センサの出力値が過大又は過小にならないように制御しながら、出力値を基準値へと接近させることができる。換言すると、この装置は、触媒の排気浄化作用を効率良く行わせることに対して「過剰な酸素又は過剰な未燃物」が触媒に流入しないように、機関の空燃比を制御することができるので、エミッションを良好に維持することができる。
更に、前記目標値変更手段は、
前記第2値を、前記取得された第2極値(k2(1))と前記第1値との間の値に設定するように構成されることが好ましい。
前記第2値を、前記取得された第2極値(k2(1))と前記第1値との間の値に設定するように構成されることが好ましい。
これによれば、第2値は、「その第2値を目標値として設定する時点の直前に目標値として設定されていた第1値と、第2値を目標値として設定する時点の直前に取得された第2極値(k2(1))と、の間の値」に設定される。この結果、目標値と基準値との差の絶対値を時間の経過とともに減少させる(目標値を基準値に確実に近づける)ことができる。
更に、前記目標値変更手段は、
前記第2極値が取得された時点である第2極値取得時点以降において取得される前記第1極値k1(2)と前記基準値との差の絶対値が、前記第2極値取得時点以前において取得された前記第1極値k1(1)と前記基準値との差の絶対値よりも小さくなるように、前記第2値を設定することが好ましい。
前記第2極値が取得された時点である第2極値取得時点以降において取得される前記第1極値k1(2)と前記基準値との差の絶対値が、前記第2極値取得時点以前において取得された前記第1極値k1(1)と前記基準値との差の絶対値よりも小さくなるように、前記第2値を設定することが好ましい。
これによれば、第1極値と基準値Vfとの差の絶対値は、第1極値が取得される毎に次第に小さくなる(即ち、|k1(1)−Vf|>|k1(2)−Vf|)。この結果、下流側空燃比センサの出力値を基準値へと確実に近づけることができる。
この空燃比制御装置の具体的な態様における前記目標値変更手段は、
前記極値取得手段により前記第1極値(k1(1))が取得された場合に、
「その取得された第1極値(k1(1))と前記基準値との差の絶対値」が正の第1閾値よりも大きいとき「前記第1値を前記目標値として設定」し、
「その取得された第1極値(k1(1))と前記基準値との差の絶対値」が前記第1閾値以下であるとき「前記基準値を前記目標値として設定する」ように構成される。
前記極値取得手段により前記第1極値(k1(1))が取得された場合に、
「その取得された第1極値(k1(1))と前記基準値との差の絶対値」が正の第1閾値よりも大きいとき「前記第1値を前記目標値として設定」し、
「その取得された第1極値(k1(1))と前記基準値との差の絶対値」が前記第1閾値以下であるとき「前記基準値を前記目標値として設定する」ように構成される。
下流側空燃比センサの出力値が基準値の近傍において変動している場合、触媒は浄化すべき物質を適切に浄化していると考えられる。従って、下流側空燃比センサの出力値が基準値の近傍において変動している場合、目標値を基準値と相違する値(現時点の下流側空燃比センサの出力値と基準値との間の値)に設定する必要性はない。一方、下流側空燃比センサの出力値と基準値との差の絶対値が大きい場合、下流側空燃比センサに過剰な酸素又は過剰な未燃物が大量に到達したことを意味する。この場合、触媒流出ガスの空燃比の変化タイミングに対する下流側空燃比センサの出力値の変化タイミングは、一層遅れる。これは、下流側空燃比センサの周囲に、過去に到達した多量の酸素又は多量の未燃物が残存するからであると推定される。
これに対し、上記構成によれば、下流側空燃比センサの出力値と基準値との差の絶対値が前記第1閾値よりも大きくなった場合にのみ、目標値が基準値とは相違する値から基準値に向けて変更される。換言すると、下流側空燃比センサの応答性が事実上低下している場合にのみ、目標値が基準値に向けて変更させられる。この結果、「目標値を基準値に向けて変更させることに起因して、却ってエミッションを悪化させること」が回避されるので、エミッションを良好に維持することができる。
更に、具体的には、前記目標値変更手段は、
前記第1極値(k1(1))に比べて正の第1変更値(A)だけ前記基準値に近い値(X1)を前記第1値として設定し、且つ、前記第2極値(k2(1))に比べて正の第2変更値(B)だけ前記基準値から遠い値(X2)を前記第2値として設定するように構成され、
前記第1変更値(A)は前記第1閾値(A)以下であり、且つ、
前記第2変更値(B)は前記第1変更値(A)よりも小さいことが望ましい。
なお、図6の例において第1変更値(A)は値A1であり、第2変更値(B)は値B1である。図7の例において第1変更値(A)は値A2であり、第2変更値(B)は値B2である。
前記第1極値(k1(1))に比べて正の第1変更値(A)だけ前記基準値に近い値(X1)を前記第1値として設定し、且つ、前記第2極値(k2(1))に比べて正の第2変更値(B)だけ前記基準値から遠い値(X2)を前記第2値として設定するように構成され、
前記第1変更値(A)は前記第1閾値(A)以下であり、且つ、
前記第2変更値(B)は前記第1変更値(A)よりも小さいことが望ましい。
なお、図6の例において第1変更値(A)は値A1であり、第2変更値(B)は値B1である。図7の例において第1変更値(A)は値A2であり、第2変更値(B)は値B2である。
例えば、第1極値(k1(1))が基準値Vfよりも大きいとき第1値(X1)は値(k1(1)−A)であり、第1極値(k1(1))が基準値Vfよりも小さいとき第1値(X1)は値(k1(1)+A)である。
更に、第2極値(k2(1))が基準値Vfよりも大きいとき第2値(X2)は値(k2(1))+B)であり、第2極値(k2(1))が基準値Vfよりも小さいとき第2値(X2)は値(k2(1)−B)である。
更に、第2極値(k2(1))が基準値Vfよりも大きいとき第2値(X2)は値(k2(1))+B)であり、第2極値(k2(1))が基準値Vfよりも小さいとき第2値(X2)は値(k2(1)−B)である。
本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明装置の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
(構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る空燃比制御装置(以下、「第1制御装置」とも称呼する。)が適用される内燃機関10の概略構成を示している。機関10は、4サイクル・火花点火式・多気筒(本例において4気筒)・ガソリン燃料機関である。機関10は、本体部20、吸気系統30及び排気系統40を備えている。
(構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る空燃比制御装置(以下、「第1制御装置」とも称呼する。)が適用される内燃機関10の概略構成を示している。機関10は、4サイクル・火花点火式・多気筒(本例において4気筒)・ガソリン燃料機関である。機関10は、本体部20、吸気系統30及び排気系統40を備えている。
本体部20は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部20は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる複数(4個)の燃焼室(第1気筒#1乃至第4気筒#4)21を備えている。
シリンダヘッド部には、複数の吸気ポート22と複数の排気ポート23とが形成されている。各吸気ポート22は、各燃焼室(各気筒)21に「空気及び燃料からなる混合気」を供給するように各燃焼室21に接続されている。吸気ポート22は図示しない吸気弁により開閉される。各排気ポート23は、各燃焼室21から排ガス(既燃ガス)を排出するように各燃焼室21に接続されている。排気ポート23は図示しない排気弁により開閉される。
シリンダヘッド部には複数(4個)の点火プラグ24が固定されている。各点火プラグ24は、その火花発生部が各燃焼室21の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグ24は、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。
シリンダヘッド部には更に複数(4個)の燃料噴射弁(インジェクタ)25が固定されている。燃料噴射弁25は、各吸気ポート22に一つずつ(即ち、一つの気筒に対して一つ)設けられている。燃料噴射弁25は、噴射指示信号に応答し、「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量Fiの燃料」を対応する吸気ポート22内に噴射するようになっている。
更に、シリンダヘッド部には、吸気弁制御装置26が設けられている。この吸気弁制御装置26は、インテークカムシャフト(図示せず)とインテークカム(図示せず)との相対回転角度(位相角度)を油圧により調整・制御する周知の構成を備えている。吸気弁制御装置26は、指示信号(駆動信号)に基いて作動し、吸気弁の開弁タイミング(吸気弁開弁タイミング)を変更することができるようになっている。
吸気系統30は、インテークマニホールド31、吸気管32、エアフィルタ33、スロットル弁34及びスロットル弁アクチュエータ34aを備えている。
インテークマニホールド31は、各吸気ポート22に接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管32はサージタンク部に接続されている。インテークマニホールド31、吸気管32及び複数の吸気ポート22は、吸気通路を構成している。エアフィルタ33は吸気管32の端部に設けられている。スロットル弁34はエアフィルタ33とインテークマニホールド31との間の位置において吸気管32に回動可能に取り付けられている。スロットル弁34は、回動することにより吸気管32が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ34aは、DCモータからなり、指示信号(駆動信号)に応答してスロットル弁34を回動させるようになっている。
排気系統40は、エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ(排気管)42、上流側触媒43及び下流側触媒44を備えている。
エキゾーストマニホールド41は、各排気ポート23に接続された複数の枝部41aと、それらの枝部41aが集合した集合部(排気集合部)41bと、を含む。エキゾーストパイプ42は、エキゾーストマニホールド41の集合部41bに接続されている。エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ42及び複数の排気ポート23は、排ガスが通過する通路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド41の集合部41b及びエキゾーストパイプ42により形成される通路を、便宜上、「排気通路」と称呼する。
上流側触媒(排気浄化用の触媒装置(ユニット))43は、セラミックを含む担持体に「触媒物質である貴金属」及び「酸素吸蔵物質であるセリア(Ce02)」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能(酸素吸蔵機能)を有する三元触媒である。上流側触媒43はエキゾーストパイプ42に配設(介装)されている。上流側触媒43は所定の活性温度に到達すると、「未燃物(HC、CO及びH2等)と窒素酸化物(NOx)とを同時に浄化する触媒機能」及び「酸素吸蔵機能」を発揮する。上流側触媒43は、スタート・キャタリティック・コンバータ(SC)又は第1触媒とも称呼される。
下流側触媒44は、上流側触媒43と同様の三元触媒である。下流側触媒44は、上流側触媒43よりも下流においてエキゾーストパイプ42に配設(介装)されている。下流側触媒44は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ(UFC)又は第2触媒とも称呼される。なお、本明細書において、単に「触媒」と言うとき、その「触媒」は上流側触媒43を意味する。
第1制御装置は、熱線式エアフローメータ51、スロットルポジションセンサ52、機関回転速度センサ53、水温センサ54、上流側空燃比センサ55、下流側空燃比センサ56及びアクセル開度センサ57を備えている。
熱線式エアフローメータ51は、吸気管32内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量(機関10の単位時間あたりの吸入空気量)Gaを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ52は、スロットル弁34の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
機関回転速度センサ53は、インテークカムシャフトが5°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが360°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ53から出力される信号は後述する電気制御装置60により機関回転速度NEを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置60は、機関回転速度センサ53及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基いて、機関10のクランク角度(絶対クランク角)を取得するようになっている。
水温センサ54は、内燃機関10の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
上流側空燃比センサ55は、エキゾーストマニホールド41の集合部41bと上流側触媒43との間の位置においてエキゾーストマニホールド41及びエキゾーストパイプ42の何れか(即ち、排気通路)に配設されている。上流側空燃比センサ55は、例えば、特開平11−72473号公報、特開2000−65782号公報及び特開2004−69547号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
上流側空燃比センサ55は、図2に示したように、上流側空燃比センサ55の配設位置を流れる排ガスの空燃比に応じた出力値Vabyfsを出力する。上流側空燃比センサ55の配設位置を流れる排ガスは、触媒43に流入するガスであり、「触媒流入ガス」とも称呼される。触媒流入ガスの空燃比は「検出上流側空燃比abyfs」とも称呼される。出力値Vabyfsは触媒流入ガスの空燃比が大きくなるほど(即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーン側の空燃比になるほど)増大する。
電気制御装置60は、図2に示した空燃比変換テーブル(マップ)Mapabyfsを記憶している。電気制御装置60は、出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する(検出上流側空燃比abyfsを取得する)ようになっている。
再び、図1を参照すると、下流側空燃比センサ56は、上流側触媒43と下流側触媒44との間の位置においてエキゾーストパイプ42(即ち、排気通路)に配設されている。下流側空燃比センサ56は、周知の「濃淡電池型の酸素濃度センサ(O2センサ)」である。
下流側空燃比センサ56は、例えば、ジルコニアを含む固体電解質層(酸素分圧に応じた出力値を示す素子)と、固体電解質層の外側に形成された排ガス側電極層と、大気室(固体電解質層の内側)に露呈し且つ固体電解室層を挟んで排ガス側電極層と対向するように固体電解質層の内側に形成された大気側電極層と、排ガス側電極層を覆い且つ排ガスが接触する(排ガス中に晒されるように配置される)拡散抵抗層と、を備える。固体電解質層は試験管状であってもよく、板状であってもよい。更に、下流側空燃比センサ56は、固体電解質層、排ガス側電極層、大気側電極層及び拡散抵抗層を含む素子部を覆う保護カバーを備える。保護カバーは金属からなり、貫通孔を複数備える。保護カバーの外部に到達した排ガスは、その貫通孔を通って素子部の外部に到達する。拡散抵抗層は、下流側空燃比センサ56の外周部に到達したガスを酸素平衡後のガス(存在する未燃物を存在する酸素と結合させた後のガスであって、過剰な未燃物又は過剰な酸素のみを含むガス)に変化させる。
下流側空燃比センサ56は、下流側空燃比センサ56の配設位置を流れる排ガスの空燃比(下流側空燃比afdown)に応じた出力値Voxsを出力するようになっている。
下流側空燃比センサ56の出力値Voxsは、図3に示したように、下流側空燃比センサの素子(実際には排ガス側電極層)に到達したガス(素子到達ガス)の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって、下流側空燃比センサ56に到達したガスの酸化平衡(酸素平衡)後のガスの酸素分圧が小さいとき最大出力値Max(例えば、約0.9V又は1.0V)近傍の値となる。即ち、下流側空燃比センサ56は、触媒流出ガスに過剰の酸素が全く含まれていない状態が所定時間以上継続しているときに最大出力値Maxを出力する。
更に、出力値Voxsは、素子到達ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であって、下流側空燃比センサ56に到達したガスの酸化平衡後のガスの酸素分圧が大きいとき最小出力値Min(例えば、約0.1V又は0V)近傍の値となる。即ち、下流側空燃比センサ56は、触媒流出ガスに「多量の過剰酸素」が含まれている状態が所定時間以上継続しているときに最小出力値Minを出力する。
この出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化した場合、最大出力値Max近傍値から最小出力値Min近傍値へと急激に減少する。逆に、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化した場合、最小出力値Min近傍値から最大出力値Max近傍値へと急激に増大する。出力値Voxsは、素子到達ガスの酸素分圧が、「素子到達ガスの空燃比が理論空燃比であるときの酸素分圧」であるとき、下流側空燃比センサ56の最大出力値Maxと最小出力値Minとの中央の値Vmid(中央値Vmid=(Max+Min)/2)に実質的に一致する。
図1に示したアクセル開度センサ57は、運転者によって操作されるアクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセルペダルAPの操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
電気制御装置60は、「CPU、ROM、RAM、バックアップRAM、並びに、ADコンバータを含むインターフェース等」を含む「周知のマイクロコンピュータ」を備える電気回路である。
電気制御装置60が備えるバックアップRAMは、機関10を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置(オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか)に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップRAMは、バッテリから電力の供給を受けている場合、CPUの指示に応じてデータを格納する(データが書き込まれる)とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持(記憶)する。バックアップRAMは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。即ち、それまでに保持していたデータが消失(破壊)される。
電気制御装置60のインターフェースは、前記センサ51〜57と接続され、CPUにセンサ51〜57からの信号を供給するようになっている。更に、そのインターフェースは、CPUの指示に応じて、各気筒の点火プラグ24、各気筒の燃料噴射弁25、吸気弁制御装置26及びスロットル弁アクチュエータ34a等に指示信号(駆動信号)等を送出するようになっている。なお、電気制御装置60は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度TAが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ34aに指示信号を送出するようになっている。
(第1制御装置による空燃比制御の概要)
次に、上記第1制御装置による「空燃比のフィードバック制御」の概要について説明する。第1制御装置は、以下に述べる<判定方法>に従って、目標値VREFを決定するとともに空燃比の判定を行い、その空燃比の判定に基いて「リーン要求及びリッチ要求」の何れの空燃比要求が発生しているかを決定する。
次に、上記第1制御装置による「空燃比のフィードバック制御」の概要について説明する。第1制御装置は、以下に述べる<判定方法>に従って、目標値VREFを決定するとともに空燃比の判定を行い、その空燃比の判定に基いて「リーン要求及びリッチ要求」の何れの空燃比要求が発生しているかを決定する。
なお、以下に述べる<判定方法>において使用される基準値Vfは、下流側空燃比センサの出力値Voxsの最終的な目標値VREFである。基準値Vfは、中央値Vmid又は中央値Vmid近傍の値に設定されている。即ち、基準値Vfは、空燃比の変化に対して出力値Voxsの変化が最も大きくなる領域内の値(図3の高感度領域内の値)となるように設定されている。換言すると、基準値Vfは、下流側空燃比センサ56の素子(固体電解質層、実際には、排ガス側電極層)に到達しているガス(素子到達ガス)の酸素分圧が、素子到達ガスの空燃比が理論空燃比であるときの酸素分圧であるときに、下流側空燃比センサの出力値Voxsが示す値(例えば、中央値Vmid)を含む所定の範囲(Vmid−Δv2〜Vmid+Δv1)内の値である。
空燃比の判定は、後述するように、下流側空燃比センサの出力値Voxsと目標値VREFとの比較に基いて行われる判定である。
空燃比の判定がリッチであるとき、触媒43の状態は酸素が不足している状態(酸素吸蔵量OSAが所定値OSAminよりも小さい状態)である。従って、空燃比の判定がリッチであるとき、触媒43が「浄化すべき物質」を高い浄化効率にて浄化するためには、触媒流入ガスの空燃比(従って、機関の空燃比)をリーン空燃比に設定する必要がある。そこで、第1制御装置は、空燃比の判定がリッチであるとき、リーン要求が発生していると判定する。リーン要求が発生しているとき、機関の空燃比は増大させられる。即ち、機関の空燃比は、理論空燃比よりも大きい空燃比である「リーン空燃比」になるように制御される。
空燃比の判定がリーンであるとき、触媒43の状態は酸素が過剰になっている状態(酸素吸蔵量OSAが前記所定値OSAminよりも大きい別の所定値OSAmaxよりも大きい状態)である。従って、空燃比の判定がリーンであるとき、触媒43が「浄化すべき物質」を高い浄化効率にて浄化するためには、触媒流入ガスの空燃比(従って、機関の空燃比)をリッチ空燃比に設定する必要がある。そこで、第1制御装置は、空燃比の判定がリーンであるとき、リッチ要求が発生していると判定する。リッチ要求が発生しているとき、機関の空燃比は減少させられる。即ち、機関の空燃比は、理論空燃比よりも小さい空燃比である「リッチ空燃比」になるように制御される。
<判定方法>
第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも大きいとき、空燃比は「リッチ」であると判定する。従って、第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも大きいとき、リーン要求が発生していると判定する。
第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さいとき、空燃比は「リーン」であると判定する。従って、第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さいとき、リッチ要求が発生していると判定する。
第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも大きいとき、空燃比は「リッチ」であると判定する。従って、第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも大きいとき、リーン要求が発生していると判定する。
第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さいとき、空燃比は「リーン」であると判定する。従って、第1制御装置は、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さいとき、リッチ要求が発生していると判定する。
第1制御装置は、出力値Voxsの「極大値Vmax及び極小値Vmin」を取得する。第1制御装置は、現時点においてリーン要求が発生しているか(即ち、機関の空燃比がリーン空燃比に設定されているか)又はリッチ要求が発生しているか(即ち、機関の空燃比がリッチ空燃比に設定されているか)に基いて、下記の表1のように目標値VREF(判定閾値VREF)を「極大値Vmax及び極小値Vmin」に応じて決定する。
以下、上記表1について説明を加える。
(1)現時点の空燃比が「リッチ」であると判定され、従って、リーン要求が発生している場合(機関の空燃比が増大されている場合)。
下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも小さい値から大きい値へと変化したとき、空燃比はリッチに変化した(リーン要求が発生した)と判定される。リーン要求が発生していると、機関の空燃比が増大させられるので触媒流入ガスの空燃比は増大させられ、触媒43に多量の酸素が流入する。従って、リーン要求が所定時間継続すると、触媒43の下流に酸素が流出し始める。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、リーン要求が発生している期間において、増大した後に減少し始める。第1制御装置は、この出力値Voxsの極大値Vmaxを取得する。
(1)現時点の空燃比が「リッチ」であると判定され、従って、リーン要求が発生している場合(機関の空燃比が増大されている場合)。
下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも小さい値から大きい値へと変化したとき、空燃比はリッチに変化した(リーン要求が発生した)と判定される。リーン要求が発生していると、機関の空燃比が増大させられるので触媒流入ガスの空燃比は増大させられ、触媒43に多量の酸素が流入する。従って、リーン要求が所定時間継続すると、触媒43の下流に酸素が流出し始める。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、リーン要求が発生している期間において、増大した後に減少し始める。第1制御装置は、この出力値Voxsの極大値Vmaxを取得する。
(1−1)極大値Vmaxが基準値Vfよりも大きい場合。
(1−1a)「極大値Vmaxから正の一定値A1(正の第1閾値)を減じた値(Vmax−A1)」が基準値Vfよりも大きいとき、第1制御装置は「値(Vmax−A1)」を目標値VREFとして設定する(図4の(A)を参照。)。極大値Vmaxから減算される値A1は、第1変更値とも称呼される。
(1−1b)「極大値Vmaxから正の一定値A1(正の第1閾値)を減じた値(Vmax−A1)」が基準値Vfよりも小さいとき、第1制御装置は基準値Vfを目標値VREFとして設定する(図4の(B)を参照。)。
(1−1a)「極大値Vmaxから正の一定値A1(正の第1閾値)を減じた値(Vmax−A1)」が基準値Vfよりも大きいとき、第1制御装置は「値(Vmax−A1)」を目標値VREFとして設定する(図4の(A)を参照。)。極大値Vmaxから減算される値A1は、第1変更値とも称呼される。
(1−1b)「極大値Vmaxから正の一定値A1(正の第1閾値)を減じた値(Vmax−A1)」が基準値Vfよりも小さいとき、第1制御装置は基準値Vfを目標値VREFとして設定する(図4の(B)を参照。)。
(1−2)極大値Vmaxが基準値Vfよりも小さい場合。
第1制御装置は「極大値Vmaxから正の一定値B2を減じた値(Vmax−B2)」を目標値VREFとして設定する(図4の(C)を参照。)。値B2は、第2変更値とも称呼される。
第1制御装置は「極大値Vmaxから正の一定値B2を減じた値(Vmax−B2)」を目標値VREFとして設定する(図4の(C)を参照。)。値B2は、第2変更値とも称呼される。
なお、リーン要求が発生している場合にリッチ要求へと空燃比要求が変化したか否かを判定するために設定される目標値VREF(空燃比がリッチであると判定されている場合に空燃比がリーンへと変化したか否かを判定するために設定される目標値VREF)は、「リーン判定用目標値VREFL、又は、リーン判定用閾値VREFL」とも称呼される。
(2)現時点の空燃比が「リーン」であると判定され、従って、リッチ要求が発生している場合(機関の空燃比が減少されている場合)。
下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも大きい値から小さい値へと変化したとき、空燃比はリーンに変化した(リッチ要求が発生した)と判定される。リッチ要求が発生していると、機関の空燃比が減少させられるので触媒流入ガスの空燃比は減少させられ、触媒43に多量の未燃物が流入する。従って、リッチ要求が所定時間継続すると、触媒43の下流に未燃物が流出し始め、酸素は殆ど流出しなくなる。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、リッチ要求が発生している期間において、減少した後に増大し始める。第1制御装置は、この出力値Voxsの極小値Vminを取得する。
下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも大きい値から小さい値へと変化したとき、空燃比はリーンに変化した(リッチ要求が発生した)と判定される。リッチ要求が発生していると、機関の空燃比が減少させられるので触媒流入ガスの空燃比は減少させられ、触媒43に多量の未燃物が流入する。従って、リッチ要求が所定時間継続すると、触媒43の下流に未燃物が流出し始め、酸素は殆ど流出しなくなる。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、リッチ要求が発生している期間において、減少した後に増大し始める。第1制御装置は、この出力値Voxsの極小値Vminを取得する。
(2−1)極小値Vminが基準値Vfよりも小さい場合。
(2−1a)「極小値Vminに正の一定値A2(正の第1閾値)を加えた値(Vmin+A2)」が基準値Vfよりも小さいとき、第1制御装置は「値(Vmin+A2)」を目標値VREFとして設定する(図5の(A)を参照。)。極小値Vminに加算される値A2は、第1変更値とも称呼される。
(2−1b)「極小値Vminに正の一定値A2(正の第1閾値)を加えた値(Vmin+A2)」が基準値Vfよりも大きいとき、第1制御装置は基準値Vfを目標値VREFとして設定する(図5の(B)を参照。)。
(2−1a)「極小値Vminに正の一定値A2(正の第1閾値)を加えた値(Vmin+A2)」が基準値Vfよりも小さいとき、第1制御装置は「値(Vmin+A2)」を目標値VREFとして設定する(図5の(A)を参照。)。極小値Vminに加算される値A2は、第1変更値とも称呼される。
(2−1b)「極小値Vminに正の一定値A2(正の第1閾値)を加えた値(Vmin+A2)」が基準値Vfよりも大きいとき、第1制御装置は基準値Vfを目標値VREFとして設定する(図5の(B)を参照。)。
(2−2)極小値Vminが基準値Vfよりも大きい場合。
第1制御装置は「極小値Vminに正の一定値B1を加えた値(Vmin+B1)」を目標値VREFとして設定する(図5の(C)を参照。)。値B1は、第2変更値とも称呼される。
第1制御装置は「極小値Vminに正の一定値B1を加えた値(Vmin+B1)」を目標値VREFとして設定する(図5の(C)を参照。)。値B1は、第2変更値とも称呼される。
なお、リッチ要求が発生している場合にリーン要求へと空燃比要求が変化したか否かを判定するために設定される目標値VREF(空燃比がリーンであると判定されている場合に空燃比がリッチへと変化したか否かを判定するために設定される目標値VREF)は、「リッチ判定用目標値VREFR、又は、リッチ判定用閾値VREFR」とも称呼される。
上記A1,A2,B1,B2の関係は以下の通りである。
値A1は値B1よりも正の所定値以上大きい(A1>B1>0、図5の(C)を参照。)。但し、値A1は最大出力値Maxと基準値Vfとの差の絶対値よりも正の所定値e1だけ小さい。前述したように、値A1は第1変更値とも称呼され、値B1は第2変更値とも称呼される。
値A2は値B2よりも正の所定値以上大きい(A2>B2>0、図4の(C)を参照。)但し、値A2は最小出力値Minと基準値Vfとの差の絶対値よりも正の所定値e2だけ小さい。前述したように、値A2は第1変更値とも称呼され、値B2は第2変更値とも称呼される。
値A1と値A2とは、互いに等しい値Aであってもよい。
値B1と値B2とは、互いに等しい値Bであってもよい。
値A1は値B1よりも正の所定値以上大きい(A1>B1>0、図5の(C)を参照。)。但し、値A1は最大出力値Maxと基準値Vfとの差の絶対値よりも正の所定値e1だけ小さい。前述したように、値A1は第1変更値とも称呼され、値B1は第2変更値とも称呼される。
値A2は値B2よりも正の所定値以上大きい(A2>B2>0、図4の(C)を参照。)但し、値A2は最小出力値Minと基準値Vfとの差の絶対値よりも正の所定値e2だけ小さい。前述したように、値A2は第1変更値とも称呼され、値B2は第2変更値とも称呼される。
値A1と値A2とは、互いに等しい値Aであってもよい。
値B1と値B2とは、互いに等しい値Bであってもよい。
<空燃比制御状況>
次に、上記判定方法に基く空燃比制御の状況について説明する。図6は、時刻t1以前において触媒43の酸素吸蔵量OSAが小さくなり、その結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsが基準値Vfよりも相当に大きくなった場合の「出力値Voxs及び要求空燃比等」の変化を示している。
次に、上記判定方法に基く空燃比制御の状況について説明する。図6は、時刻t1以前において触媒43の酸素吸蔵量OSAが小さくなり、その結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsが基準値Vfよりも相当に大きくなった場合の「出力値Voxs及び要求空燃比等」の変化を示している。
より具体的に述べると、図6に示した例においては、時刻t1以前にて空燃比は「リッチ」と判定されており、リーン要求が発生したと判定されている。従って、機関の空燃比は増大させられている。このため、酸素吸蔵量OSAは次第に増大し、時刻t1以降において触媒43から酸素が流出し始める。この結果、出力値Voxsは時刻t1にて極大値Vmax(=Vmax(1))をとった後、減少する。
第1制御装置は、この極大値Vmax(=Vmax(1))を取得する。極大値Vmax(=Vmax(1))は、最大出力値Maxに近い値である。よって、極大値Vmax(=Vmax(1))から値A1を減じた値(Vmax(1)−A1)は基準値Vfよりも大きい。この結果、上記判定方法に基き、値(Vmax−A1=Vmax(1)−A1)が目標値VREF(リーン判定用目標値VREFL)として設定される(点P1を参照。)。
その後、時刻t2になると、出力値Voxsは「目標値VREF(=Vmax(1)−A1)」よりも小さくなる。従って、第1制御装置は、空燃比が「リーン」であると判定し、「リッチ要求」が発生したと判定する。よって、時刻t2以降において、機関の空燃比は減少され始める。
この結果、触媒43には過剰な未燃物が流入する。従って、時刻t2から所定時間が経過すると、触媒43から流出する未燃物の量が増大し始める。よって、出力値Voxsは時刻t3にて極小値Vmin(=Vmin(1))をとった後、増大する。
第1制御装置は、この極小値Vmin(=Vmin(1))を取得する。図6に示した例において、極小値Vmin(=Vmin(1))は基準値Vfよりも大きい。よって、上記判定方法に基き、「極小値Vmin(=Vmin(1))に値B1を加えた値(Vmin(1)+B1)」が「目標値VREF(リッチ判定用目標値VREFR)」として設定される(点P2を参照。)。
その後、時刻t4になると、出力値Voxsは「目標値VREF(=Vmin(1)+B1)」よりも大きくなる。従って、第1制御装置は、空燃比が「リッチ」であると判定し、「リーン要求」が発生したと判定する。よって、時刻t4以降において、機関の空燃比は増大され始める。
この結果、触媒43には過剰な酸素が流入する。従って、時刻t4から所定時間が経過すると、触媒43から流出する酸素の量が増大し始める。よって、出力値Voxsは時刻t5にて極大値Vmax(=Vmax(2))をとった後、減少する。
第1制御装置は、この極大Vmax(=Vmax(2))を取得する。図6に示した例において、極大値Vmax(=Vmax(2))から値A1を減じた値(Vmax(2)−A1)は基準値Vfよりも大きい。この結果、上記判定方法に基き、値(Vmax−A1=Vmax(2)−A1)が目標値VREF(リーン判定用目標値VREFL)として設定される(点P3を参照。)。
その後、時刻t6になると、出力値Voxsは「目標値VREF(=Vmax(2)−A1)」よりも小さくなる。従って、第1制御装置は、空燃比が「リーン」であると判定し、「リッチ要求」が発生したと判定する。よって、時刻t6以降において、機関の空燃比は減少され始める。
この結果、触媒43には過剰な未燃物が流入する。従って、時刻t6から所定時間が経過すると、触媒43から流出する未燃物の量が増大し始める。よって、出力値Voxsは時刻t7にて極小値Vmin(=Vmin(2))をとった後、増大する。
第1制御装置は、この極小値Vmin(=Vmin(2))を取得する。図6に示した例において、極小値Vmin(=Vmin(2))は基準値Vfよりも小さく、且つ、極小値Vmin(=Vmin(2))に値A2を加えた値(Vmin(2)+A2)」は基準値Vfよりも大きい。この結果、上記判定方法に基き、基準値Vfが目標値VREF(リッチ判定用目標値VREFR)として設定される(点P4を参照。)。
その後、時刻t8になると、出力値Voxsは「目標値VREF(=Vf)」よりも大きくなる。従って、第1制御装置は、空燃比が「リッチ」であると判定し、「リーン要求」が発生したと判定する。よって、時刻t8以降において、機関の空燃比は増大され始める。
この結果、触媒43には過剰な酸素が流入する。従って、時刻t8から所定時間が経過すると、触媒43から流出する酸素の量が増大し始める。よって、出力値Voxsは時刻t9にて極大値Vmax(=Vmax(3))をとった後、減少する。
第1制御装置は、この極大値Vmax(=Vmin(3))を取得する。図6に示した例において、極大値Vmax(=Vmax(3))は基準値Vfよりも大きいが、極大値Vmax(=Vmax(3))から値A1を減じた値(Vmin(3)−A1)」は基準値Vfよりも小さい。この結果、上記判定方法に基き、基準値Vfが目標値VREF(リーン判定用目標値VREFL)として設定される(点P5を参照。)。
その後、時刻t10になると、出力値Voxsは「目標値VREF(=Vf)」よりも小さくなる。従って、第1制御装置は、空燃比が「リーン」であると判定し、「リッチ要求」が発生したと判定する。よって、時刻t10以降において、機関の空燃比は減少され始める。
この結果、触媒43には過剰な未燃物が流入する。従って、時刻t10から所定時間が経過すると、触媒43から流出する未燃物の量が増大し始める。よって、出力値Voxsは再び増大し、時刻t11にて「基準値Vfに設定された目標値VREF」よりも大きくなる。以降、時刻t8〜時刻t11と同様、基準値Vfが目標値VREFとして設定され続ける。
このように、第1制御装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsが最大出力値Max近傍の値になった場合、目標値VREFを次第に基準値Vfに近づけることにより、出力値Voxsの振幅を小さく維持しながら、出力値Voxsを基準値Vfに接近させることができる。出力値Voxsの振幅が小さいことは、触媒43から多量の酸素又は未燃物が流出していないことを意味する。換言すると、第1制御装置は、出力値Voxsが最大出力値Max近傍の値になった場合であっても、未燃物及びNOxを触媒43によって浄化しながら、出力値Voxsを基準値Vfの近傍に移行させることができる。
詳細な説明は省略するが、第1制御装置は、図7に示したように、出力値Voxsが最小出力値Min近傍の値になった場合においても、目標値VREFを次第に基準値Vfに近づける。従って、図6に示した場合と同様、第1制御装置は、出力値Voxsの振幅を小さく維持しながら、出力値Voxsを基準値Vfに接近させることができる。
(実際の作動)
次に、第1制御装置の実際の作動について説明する。以下、説明の便宜上、「MapX(a1,a2,…)」は、「a1,a2,…を引数とするテーブル」であって「値Xを求めるためのテーブル」を表すものとする。
次に、第1制御装置の実際の作動について説明する。以下、説明の便宜上、「MapX(a1,a2,…)」は、「a1,a2,…を引数とするテーブル」であって「値Xを求めるためのテーブル」を表すものとする。
<燃料噴射制御>
第1制御装置のCPUは、図8に示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。前記所定クランク角度は、例えば、BTDC90°CA(吸気上死点前90°クランク角度)である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。CPUは、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量(最終燃料噴射量)Fiの計算及び燃料噴射の指示を行う。
第1制御装置のCPUは、図8に示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。前記所定クランク角度は、例えば、BTDC90°CA(吸気上死点前90°クランク角度)である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。CPUは、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量(最終燃料噴射量)Fiの計算及び燃料噴射の指示を行う。
任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度と一致すると、CPUはステップ800から処理を開始し、ステップ810にてフューエルカット条件(以下、「FC条件」と表記する。)が成立しているか否かを判定する。
いま、FC条件が成立していないと仮定する。この場合、CPUは、ステップ810にて「No」と判定し、以下に述べるステップ820乃至ステップ860の処理を順に行う。その後、CPUは、ステップ895に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ820:CPUは、目標空燃比abyfr(上流側目標空燃比abyfr)を機関10の運転状態に基づいて決定する。本例において、目標値VREFは理論空燃比stoich(例えば、14.6)に設定される。
ステップ830:CPUは、「エアフローメータ51により計測された吸入空気量Ga、機関回転速度センサ53の信号に基いて取得された機関回転速度NE、及び、ルックアップテーブルMapMc(Ga,NE)」に基いて「燃料噴射気筒に吸入される空気量(即ち、筒内吸入空気量Mc(k))」を取得する。筒内吸入空気量Mc(k)は、各吸気行程に対応されながらRAM内に記憶される。筒内吸入空気量Mc(k)は、周知の空気モデル(吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル)により算出されてもよい。
ステップ840:CPUは、筒内吸入空気量Mc(k)を目標空燃比abyfrで除することにより基本燃料噴射量Fbを求める。基本燃料噴射量Fbは、目標空燃比abyfr(本例において理論空燃比stoich)を得るために必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。このステップ840は、機関に供給される混合気の空燃比(機関の空燃比)を目標空燃比abyfrに一致させるためのフィードフォワード制御手段を構成している。
ステップ850:CPUは、基本燃料噴射量Fbを、メインフィードバック学習値(メインFB学習値)KG及びメインフィードバック係数FAFにより補正する。より具体的には、CPUは、基本燃料噴射量Fbに「メインFB学習値KGとメインフィードバック係数FAFとの積」を乗じることにより、指示燃料噴射量Fiを算出する。即ち、Fi=KG・FAF・Fbなる式に基き、指示燃料噴射量Fiが求められる。メインFB学習値KG及びメインフィードバック係数FAFは、後述する図9に示したルーチンにより求められている。メインFB学習値KGはバックアップRAMに格納されている。
ステップ860:CPUは、「指示燃料噴射量Fiの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁25」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁25に送出する。
この結果、機関の空燃比を目標空燃比abyfr(理論空燃比)に一致させるために必要な量の燃料が燃料噴射気筒の燃料噴射弁25から噴射させられる。即ち、ステップ820乃至ステップ860は、「機関の空燃比が目標空燃比abyfrに一致するように指示燃料噴射量Fiを制御する」指示燃料噴射量制御手段を構成している。
一方、CPUがステップ810の処理を実行する時点において、FC条件が成立していると、CPUはそのステップ810にて「Yes」と判定し、ステップ895に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ860の処理による燃料噴射が実行されないので、フューエルカット制御(燃料供給停止制御)が実行される。
<メインフィードバック制御>
CPUは図9にフローチャートにより示した「メインフィードバック制御ルーチン」を所定時間taの経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPUはステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
CPUは図9にフローチャートにより示した「メインフィードバック制御ルーチン」を所定時間taの経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、CPUはステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで「メインフィードバック制御条件(上流側空燃比フィードバック制御条件)」が成立しているか否かを判定する。
メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(A1)上流側空燃比センサ55が活性化している。
(A2)機関の負荷KLが閾値KLth以下である。
(A3)フューエルカット制御中でない。
(A1)上流側空燃比センサ55が活性化している。
(A2)機関の負荷KLが閾値KLth以下である。
(A3)フューエルカット制御中でない。
なお、負荷KLは、ここでは下記の(1)式により求められる負荷率である。この負荷KLに代え、アクセルペダル操作量Accpが用いられても良い。(1)式において、Mcは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度(単位は(g/l))、Lは機関10の排気量(単位は(l))、「4」は機関10の気筒数である。
KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
KL=(Mc/(ρ・L/4))・100% …(1)
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続ける。この場合、CPUはステップ905にて「Yes」と判定して以下に述べるステップ910乃至ステップ950の処理を順に行い、メインフィードバック量DFi及びメインフィードバック係数FAF等を求める。
ステップ910:CPUは、下記(2)式に従ってフィードバック制御用出力値Vabyfcを取得する。(2)式において、Vabyfsは上流側空燃比センサ55の出力値であり、Vafsfbは下流側空燃比センサ56の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック量である。サブフィードバック量Vafsfbは、後述する図10に示したルーチンにより求められている。
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb …(2)
Vabyfc=Vabyfs+Vafsfb …(2)
ステップ915:CPUは、下記(3)式に示したように、上記フィードバック制御用出力値Vabyfcを図2に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、フィードバック制御用空燃比abyfscを得る。
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) …(3)
abyfsc=Mapabyfs(Vabyfc) …(3)
ステップ920:CPUは、下記(4)式に従って、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室21に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Fc(k−N)」を求める。即ち、CPUは、「現時点よりもNサイクル(即ち、N・720°クランク角)前の時点における筒内吸入空気量Mc(k−N)」を「上記フィードバック制御用空燃比abyfsc」により除すことにより、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求める。
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc …(4)
Fc(k−N)=Mc(k−N)/abyfsc …(4)
このように、筒内燃料供給量Fc(k−N)を求めるために、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)をフィードバック制御用空燃比abyfscで除すのは、「燃焼室21内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が上流側空燃比センサ55に到達するまでに「Nサイクルに相当する時間」を要しているからである。
ステップ925:CPUは、下記(5)式に従って、「現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室21に供給されるべきであった燃料の量」である「目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)」を求める。即ち、CPUは、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc(k−N)を目標空燃比abyfrで除すことにより、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)を求める。
Fcr=Mc(k−N)/abyfr …(5)
Fcr=Mc(k−N)/abyfr …(5)
ステップ930:CPUは、下記(6)式に従って、筒内燃料供給量偏差DFcを取得する。即ち、CPUは、目標筒内燃料供給量Fcr(k−N)から筒内燃料供給量Fc(k−N)を減じることにより、筒内燃料供給量偏差DFcを求める。この筒内燃料供給量偏差DFcは、Nストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) …(6)
DFc=Fcr(k−N)−Fc(k−N) …(6)
ステップ935:CPUは、下記(7)式に従って、メインフィードバック量DFiを求める。この(7)式において、Gpは予め設定された比例ゲイン、Giは予め設定された積分ゲインである。更に、(7)式の「値SDFc」は「筒内燃料供給量偏差DFcの積分値」である。つまり、CPUは、フィードバック制御用空燃比abyfscを目標空燃比abyfrに一致させるための比例積分制御により「メインフィードバック量DFi」を算出する。このメインフィードバック量DFiは、後述するステップ945にてメインフィードバック係数FAFに変換される。
DFi=Gp・DFc+Gi・SDFc …(7)
DFi=Gp・DFc+Gi・SDFc …(7)
ステップ940:CPUは、その時点における筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcに上記ステップ930にて求められた筒内燃料供給量偏差DFcを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを取得する。
ステップ945:CPUは、メインフィードバック量DFi及び基本燃料噴射量Fb(k−N)を下記(8)式に適用することによりメインフィードバック係数FAFを算出する。即ち、メインフィードバック係数FAFは、「現時点からNストローク前の基本燃料噴射量Fb(k−N)にメインフィードバック量DFiを加えた値」を「基本燃料噴射量Fb(k−N)」で除すことにより求められる。以上により、メインフィードバック量DFiが比例積分制御により求められ、このメインフィードバック量DFiがメインフィードバック係数FAFへと変換される。
FAF=(Fb(k−N)+DFi)/Fb(k−N)…(8)
FAF=(Fb(k−N)+DFi)/Fb(k−N)…(8)
ステップ950:CPUは、下記(9)式に従ってメインフィードバック係数FAFの加重平均値をメインフィードバック係数平均値FAFAVとして求める。メインフィードバック係数平均値FAFAVは、以下「補正係数平均値FAFAV」とも称呼される。メインフィードバック係数平均値FAFAVは、メインフィードバック量DFiの平均値に相関する値である。
(9)式においてFAFAVnewは更新後の補正係数平均値FAFAVであり、そのFAFAVnewが新たな補正係数平均値FAFAVとして格納される。(9)式において、値qは0より大きく1より小さい定数である。メインフィードバック係数平均値FAFAVは、所定期間におけるメインフィードバック係数FAFの平均値であってもよい。
FAFAVnew=q・FAF+(1−q)・FAFAV…(9)
FAFAVnew=q・FAF+(1−q)・FAFAV…(9)
次に、CPUはステップ955以降のステップに進み、メインFB学習値KGを更新(取得、算出)する。即ち、CPUは、メインフィードバック係数FAFを基準値(基本値)「1」に近づけるためのメインFB学習値KGを、補正係数平均値FAFAVに基いて求める。
より具体的に述べると、CPUはステップ955に進み、現時点において学習条件が成立しているか否かを判定する。学習条件は、例えば、図9のルーチンが実行される時間間隔(所定時間ta)の自然数倍の時間が経過する毎に成立する。
学習条件が成立していないとき、CPUはステップ955にて「No」と判定し、ステップ995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、メインFB学習値KGの更新は行われない。
一方、現時点において学習条件が成立していると、CPUはステップ955にて「Yes」と判定してステップ960に進み、補正係数平均値FAFAVの値が値(1+dα)以上であるか否かを判定する。値dαは正の所定値であり、例えば、0.02である。
このとき、補正係数平均値FAFAVの値が値(1+dα)以上であると、CPUはステップ965に進んでメインFB学習値KGを正の所定値ΔKGだけ増大させる。その後、CPUはステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、前述したように、メインFB学習値KGはバックアップRAMに格納される。
これに対し、CPUがステップ960に進んだ際、補正係数平均値FAFAVの値が値(1+dα)よりも小さいと、CPUはステップ970に進んで補正係数平均値FAFAVの値が値(1−dα)以下であるか否かを判定する。このとき、補正係数平均値FAFAVの値が値(1−dα)以下であると、CPUはステップ975に進んでメインFB学習値KGを正の所定値ΔKGだけ減少させる。その後、CPUはステップ995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
CPUがステップ970に進んだ際、補正係数平均値FAFAVの値が値(1−dα)よりも大きいと、CPUはステップ970からステップ995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、補正係数平均値FAFAVの値が値(1−dα)と値(1+dα)との間の値であるとき、メインFB学習値KGは更新されない。
一方、ステップ905の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、CPUはそのステップ905にて「No」と判定し、以下に述べるステップ980乃至ステップ992の処理を順に行う。
ステップ980:CPUは、メインフィードバック量DFiの値を「0」に設定する。
ステップ985:CPUは、メインフィードバック係数FAFの値を「1」に設定する。
ステップ990:CPUは、筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを「0」に設定する。
ステップ992:CPUは、補正係数平均値FAFAVの値を「1」に設定する。
その後、CPUは、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ985:CPUは、メインフィードバック係数FAFの値を「1」に設定する。
ステップ990:CPUは、筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを「0」に設定する。
ステップ992:CPUは、補正係数平均値FAFAVの値を「1」に設定する。
その後、CPUは、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量DFiの値は「0」に設定され、メインフィードバック係数FAFの値は「1」に設定される。従って、基本燃料噴射量Fbのメインフィードバック係数FAFによる補正は行われない。但し、このような場合であっても、基本燃料噴射量FbはメインFB学習値KGによって補正される。
<サブフィードバック制御>
CPUは、サブフィードバック量Vafsfbを算出するために、所定時間が経過する毎に図10に示した「サブフィードバック制御ルーチン」を実行するようになっている。
CPUは、サブフィードバック量Vafsfbを算出するために、所定時間が経過する毎に図10に示した「サブフィードバック制御ルーチン」を実行するようになっている。
従って、所定のタイミングになると、CPUは図10のステップ1000から処理を開始してステップ1005に進み、サブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
サブフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
(B1)メインフィードバック制御条件が成立している。
(B2)下流側空燃比センサ56が活性化している。
(B1)メインフィードバック制御条件が成立している。
(B2)下流側空燃比センサ56が活性化している。
いま、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、CPUはステップ1005にて「Yes」と判定し、以下に述べるステップ1010乃至ステップ1040の処理を実行し、その後、ステップ1095に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1010:CPUは、目標値VREF(下流側空燃比センサの出力値Voxsの目標値)を読み出す。目標値VREFは後述するルーチンにより決定されている。
ステップ1015:CPUは、下記(10)式に従って、「目標値VREF」と「下流側空燃比センサ56の出力値Voxs」との差である「出力偏差量DVoxs」を取得する。即ち、CPUは、目標値VREFから出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
DVoxs=VREF−Voxs …(10)
ステップ1015:CPUは、下記(10)式に従って、「目標値VREF」と「下流側空燃比センサ56の出力値Voxs」との差である「出力偏差量DVoxs」を取得する。即ち、CPUは、目標値VREFから出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
DVoxs=VREF−Voxs …(10)
ステップ1020:CPUは、下記(11)式に従って、サブフィードバック量Vafsfbを求める。この(11)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン(比例定数)、Kiは予め設定された積分ゲイン(積分定数)、Kdは予め設定された微分ゲイン(微分定数)である。また、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの積分値、DDVoxsは出力偏差DVoxsの微分値である。
Vafsfb=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs+Kd・DDVoxs …(11)
Vafsfb=Kp・DVoxs+Ki・SDVoxs+Kd・DDVoxs …(11)
ステップ1025:CPUは、「その時点における出力偏差量の積分値SDVoxs」に「上記ステップ1015にて求めた出力偏差量DVoxs」を加えることにより、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを求める。
ステップ1030:CPUは、「上記ステップ1015にて算出した出力偏差量DVoxs」から「本ルーチンを前回実行した際に算出された出力偏差量(前回出力偏差量DVoxsold)」を減じることにより、新たな出力偏差量の微分値DDVoxsを求める。
ステップ1035:CPUは、「上記ステップ1015にて算出した出力偏差量DVoxs」を「前回出力偏差量DVoxsold」として格納する。
ステップ1030:CPUは、「上記ステップ1015にて算出した出力偏差量DVoxs」から「本ルーチンを前回実行した際に算出された出力偏差量(前回出力偏差量DVoxsold)」を減じることにより、新たな出力偏差量の微分値DDVoxsを求める。
ステップ1035:CPUは、「上記ステップ1015にて算出した出力偏差量DVoxs」を「前回出力偏差量DVoxsold」として格納する。
このように、CPUは、下流側空燃比センサ56の出力値Voxsを目標値VREFに一致させるための比例・積分・微分(PID)制御により「サブフィードバック量Vafsfb」を算出する。このサブフィードバック量Vafsfbは、上述した(2)式に示したように、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出するために使用される。
ステップ1040;CPUは、下記(12)式に従ってサブFB学習値Vafsfbgを更新する。この(12)式の左辺Vafsfbg(k+1)は更新後のサブFB学習値Vafsfbgを表す。値αは0以上1未満の任意の値である。
Vafsfbg(k+1)=α・Vafsfbg+(1−α)・Ki・SDVoxs …(12)
Vafsfbg(k+1)=α・Vafsfbg+(1−α)・Ki・SDVoxs …(12)
(12)式から明らかなように、サブFB学習値Vafsfbgは「サブフィードバック量Vafsfbの積分項Ki・SDVoxs」に「ノイズ除去のためのフィルタ処理」を施した値である。換言すると、サブFB学習値Vafsfbgは、サブフィードバック量Vafsfbの定常成分(積分項)に応じた値である。更新されたサブFB学習値Vafsfbg(=Vafsfbg(k+1))はバックアップRAMに格納される。
更に、CPUがステップ1005の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していない場合、CPUはそのステップ1005にて「No」と判定し、以下に述べるステップ1045及びステップ1050の処理を順に行う。その後、CPUは、ステップ1095に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ1045:CPUはサブフィードバック量Vafsfbの値として、サブFB学習値Vafsfbgを採用する。
ステップ1050:CPUは出力偏差量の積分値SDVoxsの値を「0」に設定する。
ステップ1050:CPUは出力偏差量の積分値SDVoxsの値を「0」に設定する。
以上、説明したように、出力値Voxsが目標値VREFに一致するようにサブフィードバック量Vafsfbが求められ、このサブフィードバック量Vafsfbは指示燃料噴射量Fiに反映される(図9のステップ910を参照。)。従って、出力値Voxsが目標値VREFに一致するように、指示燃料噴射量Fiがフィードバック制御される。
<目標値VREF決定>
CPUは、「サブフィードバック制御に用いられる上記目標値VREF」を決定するために、所定時間が経過する毎に図11に示した「目標値決定ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図11のステップ1100から処理を開始してステップ1110に進み、上述した「サブフィードバック制御条件」が成立しているか否かを判定する。
CPUは、「サブフィードバック制御に用いられる上記目標値VREF」を決定するために、所定時間が経過する毎に図11に示した「目標値決定ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図11のステップ1100から処理を開始してステップ1110に進み、上述した「サブフィードバック制御条件」が成立しているか否かを判定する。
いま、サブフィードバック制御条件が成立していないと仮定して説明を続ける。この場合、CPUはステップ1110にて「No」と判定してステップ1120に進み、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値を「0」に設定する。目標値収束制御実行フラグXVSFBは、その値が「1」であるとき「目標値VREFを基準値Vfへと収束させる目標値収束制御(目標値変更制御)」が実行されていることを示し、その値が「0」であるとき「目標値収束制御」が実行されていないことを示す。なお、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値は、「機関10が搭載された図示しない車両」のイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された際、CPUにより実行されるイニシャルルーチンにおいて「0」に設定される。
次いで、CPUはステップ1130に進み、目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「1」に設定し、ステップ1195に進んで本ルーチンを一旦終了する。目標値決定要求フラグXVREFreqは、その値が「1」であるとき目標値VREFを新たに決定する必要があること(目標値VREFを更新する要求があること)を示す。目標値決定要求フラグXVREFreqは、その値が「0」であるとき、目標値VREFを新たに決定する必要がないることを示す。目標値決定要求フラグXVREFreqの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「1」に設定されるようになっている。その後、CPUはステップ1195に進み、本ルーチンを一旦終了する。
サブフィードバック制御条件が不成立の状態から成立した状態へと変化した場合において、CPUがステップ1100に続いてステップ1110に進むと、CPUはそのステップ1110にて「Yes」と判定してステップ1040に進む。CPUは、そのステップ1140にて目標値決定要求フラグXVREFreqの値が「1」であるか否かを判定する。
この場合、上述したイニシャルルーチン又は前述したステップ1130にて、目標値決定要求フラグXVREFreqの値は「1」に設定されている。従って、CPUはステップ1140にて「Yes」と判定してステップ1050に進み、前述した<判定方法>に従って目標値VREFを決定する。
より具体的に述べると、CPUはステップ1150に進んだとき、図12のステップ1200を経由してステップ1202へと進み、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」であるか否かを判定する。
目標値収束制御実行フラグXVSFBの値は、上述したイニシャルルーチン又は前述したステップ1120にて「0」に設定されている。従って、CPUはステップ1202にて「Yes」と判定してステップ1204に進み、下流側空燃比センサの出力値Voxsが基準値Vfよりも大きいか否かを判定する。
出力値Voxsが基準値Vfよりも大きい場合、CPUはステップ1204にて「Yes」と判定してステップ1206に進み、リッチ判定フラグXRの値を「1」に設定する。リッチ判定フラグXRは、その値が「1」であるとき、空燃比が「リッチ」と判定されていることを示し、従って、リーン要求が発生していることを示す。なお、リッチ判定フラグXRの値は上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるようになっている。
これに対し、出力値Voxsが基準値Vf以下である場合、CPUはステップ1204にて「No」と判定してステップ1208に進み、リッチ判定フラグXRの値を「0」に設定する。リッチ判定フラグXRは、その値が「0」であるとき、空燃比が「リーン」と判定されていることを示し、従って、リッチ要求が発生していることを示す。
このように、サブフィードバック制御条件が成立したことに伴ってサブフィードバック制御の実行を開始するとき(サブフィードバック量Vafsfbの更新を開始するとき)、出力値Voxsと基準値Vfとの比較に基いて、リッチ要求及びリーン要求の何れが発生しているか(空燃比がリーンであるのかリッチであるのか)が暫定的に判定される。
次に、CPUはステップ1210に進み、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値を「1」に設定するとともに、基準値Vfを目標値VREFとして暫定的に設定する。その後、CPUはステップ1295を経由して図11のステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
この結果、サブフィードバック制御の実行開始直後においては、出力値Voxsが「基準値Vfに設定された目標値VREF」に一致するように、サブフィードバック量Vafsfbが算出される。
以下、サブフィードバック制御条件が成立し続けていると仮定する。この場合、所定時間が経過し、CPUが図11のステップ1100からステップ1110に進んだとき、CPUはそのステップ1110にて「Yes」と判定してステップ1140に進む。目標値決定要求フラグXVREFreqは依然として「1」である。従って、CPUはステップ1140からステップ1150に進み、図12のステップ1200を経由してステップ1202に進む。
目標値収束制御実行フラグXVSFBの値は、先に実行された図12のステップ1210にて「1」に設定されている。従って、CPUはステップ1202にて「No」と判定し、ステップ1212へと進む。CPUはステップ1212にてリッチ判定フラグXRの値が「1」であるか否かを判定する。
以下、リッチ判定フラグXRの値が「1」に設定されていると仮定して説明を続ける。この場合、CPUはステップ1212にて「Yes」と判定してステップ1214に進み、リッチ判定フラグXRが「1」へと変更されてから「出力値Voxsの極大値Vmax」が取得されたか否かを判定する。極大値Vmaxは、図示しないルーチンにより別途取得される。
なお、後述するように、CPUは出力値Voxsの極小値Vminも取得するようになっている。ここで、極大値Vmax及び極小値Vminの取得方法について簡単に説明する。CPUは、一定時間Tbの経過毎に下流側空燃比センサの出力値Voxsを取得する。CPUは、新たに出力Voxsを取得する毎に、「その新たに取得された出力値Voxsから、一定時間Tb前の出力値Voxs(以下、「前回出力値Voxszen」と称呼する。)を減じた値(Voxs−Voxszen)」を「微分値dVoxs/dt」として取得する。そして、CPUは、一定時間Tb前の微分値dVoxs/dtが「0」以上であり、新たに得られた微分値dVoxs/dtが「0」よりも小さいとき、一定時間Tb前の出力値Voxsを極大値Vmaxとして取得する。同様に、CPUは、一定時間Tb前の微分値dVoxs/dtが「0」以下であり、新たに得られた微分値dVoxs/dtが「0」よりも大きいとき、一定時間Tb前の出力値Voxsを極小値Vminとして取得する。
リッチ判定フラグXRが「1」へと変更されてから極大値Vmaxが取得されていない場合、CPUはステップ1214にて「No」と判定し、ステップ1295を経由してステップ1195に直接進む。従って、極大値Vmaxが取得されるまで、CPUは図11のステップ1100、ステップ1110、ステップ1140、及び、ステップ1150(実際には、ステップ1200、ステップ1202、ステップ1212及びステップ1214)を繰り返し実行する。
その後、リッチ判定フラグXRの値が「1」に変更されてから極大値Vmaxが取得されると、CPUはステップ1214にて「Yes」と判定してステップ1216に進み、その取得された極大値Vmaxを読み込む。次いで、CPUは上記表1に示した「リッチ判定時」の規則に従って目標値VREFを決定(設定)する。
具体的に述べると、CPUはステップ1218に進み、極大値Vmaxが基準値Vf以上であるか否かを判定する。極大値Vmaxが基準値Vf以上であれば、CPUはステップ1220に進み、極大値Vmaxから「第1閾値としての値A1」を減じた値(Vmax−A1)が基準値Vfよりも大きいか否かを判定する。そして、値(Vmax−A1)が基準値Vfよりも大きい場合、CPUはステップ1222に進み、極大値Vmaxから「第1変更値としての値A1」を減じた値(Vmax−A1)を目標値VREFに設定する。これに対し、値(Vmax−A1)が基準値Vf以下である場合、CPUはステップ1226に進み、基準値Vfを目標値VREFに設定する。更に、CPUがステップ1218の処理を実行する時点において、極大値Vmaxが基準値Vfよりも小さければ、CPUはステップ1228に進み、極大値Vmaxから「第2変更値としての値B2」を減じた値(Vmax−B2)を目標値VREFに設定する。
CPUは、ステップ1222、ステップ1226及びステップ1228の何れかのステップの処理を実行した後、ステップ1224に進んで目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「0」に設定する。その後、CPUはステップ1295及び図11のステップ1150を経由してステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
その後、所定時間が経過し、CPUが図11のステップ1100からステップ1110に進んだとき、CPUはそのステップ1110にて「Yes」と判定してステップ1140に進む。この場合、目標値決定要求フラグXVREFreqは、先に実行された「図12のステップ1224の処理」により「0」に設定されている。従って、CPUはステップ1140にて「No」と判定してステップ1160に進み、空燃比の判定(及び、空燃比要求の判定)を行う。
より具体的に述べると、CPUはステップ1160に進んだとき、図13のステップ1300を経由してステップ1310へと進み、リッチ判定フラグXRの値が「1」であるか否かを判定する。
上述した仮定に従えば、リッチ判定フラグXRの値は依然として「1」である。従って、CPUはステップ1310にて「Yes」と判定してステップ1320に進み、下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも小さいか否かを判定する。そして、下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも小さい場合、CPUはステップ1320にて「Yes」と判定し(即ち、空燃比はリーンであると判定し)、以下に述べるステップ1330及びステップ1340の処理を順に行う。
ステップ1330:CPUは、リッチ判定フラグXRの値を「0」に設定する。
ステップ1340:CPUは、目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「1」に設定する。
その後、CPUはステップ1395及び図11のステップ1160を経由してステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
ステップ1340:CPUは、目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「1」に設定する。
その後、CPUはステップ1395及び図11のステップ1160を経由してステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
これに対し、CPUがステップ1320の処理を実行する時点において、下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREF以上であると、CPUはそのステップ1320にて「No」と判定し、ステップ1395に直接進む。その後、CPUは、図11のステップ1160を経由してステップ1195に進んで目標値決定ルーチンを一旦終了する。このように、リッチ判定フラグXRの値が「1」である場合、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さくなった場合にのみ、リッチ判定フラグXRの値が「0」に変更される。
図13のステップ1330にてリッチ判定フラグXRの値が「0」に設定され、ステップ1340にて目標値決定要求フラグXVREFreqの値が「1」に設定された後、CPUが図11のステップ1140に再び進むと、CPUはそのステップ1140にて「Yes」と判定してステップ1150に進む。従って、CPUは、図12のステップ1200を経由してステップ1202へと進み、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」であるか否かを判定する。この場合、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値は「1」である(ステップ1210を参照。)。
従って、CPUはステップ1202からステップ1212へと進む。この場合、リッチ判定フラグXRの値は、先に実行された図13のステップ1330の処理により「0」に設定されている。従って、CPUはステップ1212にて「No」と判定してステップ1230に進み、リッチ判定フラグXRが「0」へと変更されてから「出力値Voxsの極小値Vmin」が取得されたか否かを判定する。極小値Vminは、前述したように、図示しないルーチンにより別途取得される。
極小値Vminが取得されていない場合、CPUはステップ1230にて「No」と判定し、ステップ1295を経由してステップ1195に直接進む。従って、極小値Vminが取得されるまで、CPUは図11のステップ1100、ステップ1110、ステップ1140、及び、ステップ1150(実際には、ステップ1200、ステップ1202、ステップ1212及びステップ1230)を繰り返し実行する。
その後、リッチ判定フラグXRの値が「0」に変更されてから極小値Vminが取得されると、CPUはステップ1230にて「Yes」と判定してステップ1232に進み、その取得された極小値Vminを読み込む。次いで、CPUは上記表1に示した「リーン判定時」の規則に従って目標値VREFを決定(設定)する。
具体的に述べると、CPUはステップ1234に進み、極小値Vminが基準値Vf以下であるか否かを判定する。極小値Vminが基準値Vf以下であれば、CPUはステップ1236に進み、極小値Vminに「第1閾値としての値A2」を加えた値(Vmin+A2)が基準値Vfよりも小さいか否かを判定する。そして、値(Vmin+A2)が基準値Vfよりも小さい場合、CPUはステップ1238に進み、極小値Vminに「第1変更値としての値A2」を加えた値(Vmin+A2)を目標値VREFに設定する。これに対し、値(Vmin+A2)が基準値Vf以上である場合、CPUはステップ1242に進み、基準値Vfを目標値VREFに設定する。更に、CPUがステップ1234の処理を実行する時点において、極小値Vminが基準値Vfよりも大きければ、CPUはステップ1244に進み、極小値Vminに「第2変更値としての値B1」を加えた値(Vmin+B1)を目標値VREFに設定する。
CPUは、ステップ1238、ステップ1242及びステップ1244の何れかのステップの処理を実行した後、ステップ1240に進んで目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「0」に設定する。その後、CPUはステップ1295及び図11のステップ1150を経由してステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
その後、所定時間が経過し、CPUが図11のステップ1100からステップ1110に進んだとき、CPUはそのステップ1110にて「Yes」と判定してステップ1140に進む。この場合、目標値決定要求フラグXVREFreqは、先に実行された「図12のステップ1240の処理」により「0」に設定されている。従って、CPUはステップ1140にて「No」と判定してステップ1160に進み、空燃比判定を行う。
より具体的に述べると、CPUはステップ1160に進んだとき、図13のステップ1300を経由してステップ1310へと進み、リッチ判定フラグXRの値が「1」であるか否かを判定する。
この場合、リッチ判定フラグXRの値は「0」である。従って、CPUはステップ1310にて「No」と判定してステップ1350に進み、下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも大きいか否かを判定する。そして、下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも大きい場合、CPUはステップ1350にて「Yes」と判定し(即ち、空燃比はリッチであると判定し)、以下に述べるステップ1360及びステップ1370の処理を順に行う。
ステップ1360:CPUは、リッチ判定フラグXRの値を「1」に設定する。
ステップ1370:CPUは、目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「1」に設定する。
その後、CPUはステップ1395及び図11のステップ1160を経由してステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
ステップ1370:CPUは、目標値決定要求フラグXVREFreqの値を「1」に設定する。
その後、CPUはステップ1395及び図11のステップ1160を経由してステップ1195に進み、目標値決定ルーチンを一旦終了する。
これに対し、CPUがステップ1350の処理を実行する時点において、下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREF以下であると、CPUはステップ1350にて「No」と判定し、ステップ1395に直接進む。その後、CPUは、図11のステップ1160を経由してステップ1195に進んで目標値決定ルーチンを一旦終了する。このように、リッチ判定フラグXRの値が「0」である場合、出力値Voxsが目標値VREFよりも大きくなった場合にのみ、リッチ判定フラグXRの値が「1」に変更される。
図13のステップ1360にてリッチ判定フラグXRの値が「1」に設定され、ステップ1370にて目標値決定要求フラグXVREFreqの値が「1」に設定された後、CPUが図11のステップ1140に再び進むと、CPUはそのステップ1140にて「Yes」と判定してステップ1150に進む。従って、CPUは、図12のステップ1200を経由してステップ1202、ステップ1212及びステップ1214へと進む。以降、同様な処理が繰り返し行われる。
なお、サブフィードバック制御条件が成立したことに伴って目標値収束制御実行フラグXVSFBが「0」から「1」へと変更されてから(図11のステップ1140を参照。)、リッチ判定フラグXRの値が「0」に設定された場合(図12のステップ1208を参照。)、CPUはステップ1230にて「目標値収束制御実行フラグXVSFBが「0」から「1」へと変更されてから極小値Vminが取得されたか否か」を監視する。
以上、説明したように、第1制御装置は、目標値VREFを次第に基準値Vfへと近づける目標値収束制御を実行する。
より具体的に述べると、第1制御装置は、リーン要求が発生しているか、リッチ要求が発生しているか、を下流側空燃比センサの出力値Voxsと目標値VREFとに基づいて判定する空燃比制御手段(判定手段)を備える(図13及びリッチ判定フラグXRを参照。)。リーン要求は、出力値Voxsを目標値VREFに近づけるために機関の空燃比を増大させる要求である。リッチ要求は、出力値Voxsを目標値VREFに近づけるために機関の空燃比を減少させる要求である。
但し、第1制御装置において、リーン要求及びリッチ要求は目標値VREFを決定するために使用されるが、実際の機関の空燃比の制御には直接使用されない。機関の空燃比は、出力値Voxsと目標値VREFとを一致させるように算出されるサブフィードバック量Vafsfbにより制御される。
サブフィードバック量Vafsfbは、図10に示したように、リーン要求が発生している期間(即ち、出力値Voxsが目標値VREFよりも大きい期間)において機関の空燃比を増大する(指示燃料噴射量Fiを減少する)ように変更される。
サブフィードバック量Vafsfbは、図10に示したように、リッチ要求が発生している期間(即ち、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さい期間)において機関の空燃比を減少する(指示燃料噴射量Fiを増大する)ように制御される。
サブフィードバック量Vafsfbは、図10に示したように、リッチ要求が発生している期間(即ち、出力値Voxsが目標値VREFよりも小さい期間)において機関の空燃比を減少する(指示燃料噴射量Fiを増大する)ように制御される。
即ち、第1制御装置は、前記リーン要求が発生している期間において前記機関の空燃比を増大し、前記リッチ要求が発生している期間において前記機関の空燃比を減少する、フィードバック制御を実行する空燃比制御手段を備える(図10のルーチン等を参照。)。
加えて、第1制御装置は、極大値Vmax及び極小値Vminを取得する極値取得手段を備える(図12のステップ1214、ステップ1216、ステップ1230及びステップ1232を参照。)。
基準値Vf以上である極大値Vmax、及び、基準値Vf以下である極小値Vminは、「下流側空燃比センサの出力値Voxsが基準値Vfから離れる方向に変化する状態から基準値Vfに近づく方向に変化する状態へと変化したときの出力値Voxs」であるということができる。このような極値(基準値Vf以上である極大値Vmax、及び、基準値Vf以下である極小値Vmin)は、便宜上「第1極値」と称呼される。
基準値Vfよりも小さい極大値Vmax、及び、基準値Vfよりも大きい極小値Vminは、「下流側空燃比センサの出力値Voxsが基準値Vfに近づく方向に変化する状態から基準値Vfから離れる方向へと変化する状態へと変化したときの出力値Voxs」であるということができる。このような極値(基準値Vfよりも小さい極大値Vmax、及び、基準値Vfよりも大きい極小値Vmin)は、便宜上「第2極値」と称呼される。
従って、第1制御装置は、第1極値及び第2極値を取得する極値取得手段を備える。
更に、第1制御装置の空燃比制御手段は、
前記極値取得手段により前記第1極値(基準値Vf以上である極大値Vmax、又は、基準値Vf以下である極小値Vmin)が取得された場合、その取得された第1極値と基準値Vfとの間の値である第1値(Vmax−A1、又は、Vmin+A2)を目標値VREFとして設定する(表1、図4の(A)、図4の(C)、図5の(A)、図5の(C)、図12のステップ1222、ステップ1238等を参照。)。
前記極値取得手段により前記第1極値(基準値Vf以上である極大値Vmax、又は、基準値Vf以下である極小値Vmin)が取得された場合、その取得された第1極値と基準値Vfとの間の値である第1値(Vmax−A1、又は、Vmin+A2)を目標値VREFとして設定する(表1、図4の(A)、図4の(C)、図5の(A)、図5の(C)、図12のステップ1222、ステップ1238等を参照。)。
第1制御装置の空燃比制御手段は、その後(第1値(Vmax−A1)を目標値VREFとして設定した後)、リーン要求が発生している場合において出力値Voxsが「第1値(Vmax−A1)に設定された目標値VREF」よりも小さくなった時点にて、リッチ要求が発生したと判定する(図13のステップ1310乃至ステップ1330を参照。)。この時点は、出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値が、「第1値(Vmax−A1)に設定された目標値VREF」と基準値Vfとの差の絶対値、よりも小さくなった時点である。出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値が、「第1値に設定された目標値VREF」と基準値Vfとの差の絶対値、よりも小さくなった時点は、便宜上、第1時点とも称呼される。
同様に、第1制御装置の空燃比制御手段は、リッチ要求が発生している場合において出力値Voxsが「第1値(Vmin+A2)に設定された目標値VREF」よりも大きくなった時点にて、リーン要求が発生したと判定する(図13のステップ1310、ステップ1350及びステップ1360を参照。)。この時点は、出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値が、「第1値(Vmin+A2)に設定された目標値VREF」と基準値Vfとの差の絶対値、よりも小さくなった時点(即ち、第1時点)である。
このように、第1制御装置の空燃比制御手段は、「出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値」が、「前記第1値に設定された目標値VREFと基準値Vfとの差の絶対値」よりも小さくなった第1時点において、その第1時点まで発生していると判定していた「リッチ要求及びリーン要求のうちの何れか一方」とは異なる「他方の要求」が発生したと判定する。
更に、第1制御装置の空燃比制御手段は、
その後(「他方の要求」が発生したと判定した後)、前記極値取得手段によって前記第2極値(基準値Vfよりも大きい極小値Vmin、及び、基準値Vfよりも小さい極大値Vmax)が取得された場合、「その取得された第2極値」と「前記極値取得手段によって取得された前記第1極値(基準値Vfよりも大きい極大値Vmax、又は、基準値Vfよりも小さい極小値Vmin)」との間の値である第2値(Vmin+B1又はVmax−B2)、を目標値VREFとして設定する(表1、図4の(C)、図5の(C)、図12のステップ1228、ステップ1244等を参照。)。換言すると、第1制御装置の空燃比制御手段は、第2値が、最新の第1極値と最新の第2極値との間の値となるように、値B1及び値B1を設定している。
その後(「他方の要求」が発生したと判定した後)、前記極値取得手段によって前記第2極値(基準値Vfよりも大きい極小値Vmin、及び、基準値Vfよりも小さい極大値Vmax)が取得された場合、「その取得された第2極値」と「前記極値取得手段によって取得された前記第1極値(基準値Vfよりも大きい極大値Vmax、又は、基準値Vfよりも小さい極小値Vmin)」との間の値である第2値(Vmin+B1又はVmax−B2)、を目標値VREFとして設定する(表1、図4の(C)、図5の(C)、図12のステップ1228、ステップ1244等を参照。)。換言すると、第1制御装置の空燃比制御手段は、第2値が、最新の第1極値と最新の第2極値との間の値となるように、値B1及び値B1を設定している。
第1制御装置の空燃比制御手段は、その後(第2値を目標値VREFとして設定した後)、リッチ要求が発生している場合において出力値Voxsが「第2値(Vmin+B1)に設定された目標値VREF」よりも大きくなった時点にて、リーン要求が発生したと判定する(図13のステップ1310、ステップ1350及びステップ1360を参照。)。この時点は、出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値が、「第2値(Vmin+B1)に設定された目標値VREF」と基準値Vfとの差の絶対値、よりも大きくなった時点である。出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値が、「第2値に設定された目標値VREF」と基準値Vfとの差の絶対値、よりも大きくなった時点は、便宜上、第2時点とも称呼される。
同様に、第1制御装置の空燃比制御手段は、リーン要求が発生している場合において出力値Voxsが「第2値(Vmax−B2)に設定された目標値VREF」よりも小さくなった時点にて、リッチ要求が発生したと判定する(図13のステップ1310乃至ステップ1330を参照。)。この時点は、出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値が、「第2値(Vmax−B2)に設定された目標値VREF」と基準値Vfとの差の絶対値、よりも大きくなった時点(即ち、第2時点)である。
このように、第1制御装置の空燃比制御手段は、「出力値Voxsと基準値Vfとの差の絶対値」が、「前記第2値に設定された目標値VREFと基準値Vfとの差の絶対値」よりも大きくなった第2時点において、その第2時点まで発生していると判定していた「リッチ要求及びリーン要求のうちの何れか一方」とは異なる「他方の要求」が発生したと判定する。
第1制御装置は、このような目標値VREFの設定及び空燃比の判定(リッチ要求及びリーン要求の何れが発生しているかの判定)を繰り返すことにより、目標値VREFを基準値Vfに近づける。即ち、第1制御装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsの極大値Vmaxが「基準値Vfに第1閾値(A1)を加えた値」よりも大きい場合、又は、下流側空燃比センサの出力値Voxsの極小値Vminが「基準値Vfから第1閾値(A2)を減じた値」よりも小さい場合、目標値VREF(サブフィードバック制御に用いられる目標値)を、基準値Vfに、所定の初期値から、時間経過とともに徐々に近づける目標値変更手段を備える。即ち、目標値変更手段は、目標値収束制御を実行する。
この場合、前記所定の初期値(目標値収束制御の初期値)の一つは、値(Vmax−A1=Vmax(1)−A1)である。この値(Vmax−A1=Vmax(1)−A1)は、「基準値Vfよりも大きい側の領域及び基準値Vfよりも小さい側の領域」の何れか一方の領域であって下流側空燃比センサの出力値Voxs(現時点の出力値Voxs)が存在している領域(この例においては、基準値Vfよりも大きい側の領域)」内の値である。更に、前記所定の初期値(目標値収束制御の初期値)の他の一つは、値(Vmin+A2=Vmin(1)+A2)である。この値(Vmin+A2=Vmin(1)+A2)は、「基準値Vfよりも大きい側の領域及び基準値Vfよりも小さい側の領域」の何れか一方の領域であって下流側空燃比センサの出力値Voxs(現時点の出力値Voxs)が存在している領域(この例においては、基準値Vfよりも小さい側の領域)」内の値である。
従って、第1制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに固定される従来の装置に比べ、より早期に(換言すると、短い周期にて)機関の空燃比を「リーン空燃比からリッチ空燃比へと、又は、その逆へと」切り換えることができる。その結果、第1制御装置は、出力値Voxsの振幅が大きくなることを回避しながら、出力値Voxsを基準値Vfに近づけることができるので、エミッションを良好に維持することができる。
なお、第2変更値(値B1又は値B2)は、第1変更値(値A1又は値A2)に比べ、「(十分に大きな)正の所定値」以上小さくなるように設定することが望ましい。これによれば、第1制御装置は、前記第2値である値(例えば、Vmin+B1)を、前記取得された第2極値(Vmin)と前記第1値(Vmax−A1)との間の値に設定することができる。同様に、第1制御装置は、前記第2値である値(例えば、Vmax−B2)を、前記取得された第2極値(Vmax)と前記第1値(Vmin+A2)との間の値に設定することができる。この結果、第1制御装置は、目標値VREFを迅速に基準値Vfへと収束させることができる。
更に、第1極値が極大値Vmax(1)である場合、第1制御装置は、「第2極値である極小値Vmin(1)が得られた第2極値取得時点」以降に得られる第1極値(即ち、極大値Vmax(2))が、第2極値取得時点以前に得られていた極大値Vmax(1)よりも小さくなるように、値A1及び値B1を設定することが望ましい(図6を参照。)。
同様に、第1極値が極小値Vmin(1)である場合、第1制御装置は、「第2極値である極大値Vmax(1)が得られた第2極値取得時点」以降に得られる第1極値(即ち、極小値Vmin(2))が、第2極値取得時点以前に得られていた極小値Vmin(1)よりも大きくなるように、値A2及び値B2を設定することが望ましい(図7を参照。)。
即ち、第1制御装置の空燃比制御手段は、「前記第2極値取得時点(例えば、図6の時刻t3)以降において前記極値取得手段により取得される前記第1極値(例えば、極大値Vmax(2))」と基準値Vfとの差の絶対値(|Vmax(2)−Vf|)が、「前記第2極値取得時点(図6の時刻t3)の前に前記極値取得手段によって取得された前記第1極値(極大値Vmax(1))」と基準値Vfとの差の絶対値(|Vmax(1)−Vf|)、よりも小さくなるように、前記第1値(Vmax(1)−A1)及び前記第2値(Vmin(1)+B1)を設定するように構成されることが好ましいと言い換えることができる。
或いは、第1制御装置の空燃比制御手段は、「前記第2極値取得時点(例えば、図7の時刻t3)以降において前記極値取得手段により取得される前記第1極値(例えば、極小値Vmin(2))」と基準値Vfとの差の絶対値(|Vmin(2)−Vf|)が、「前記第2極値取得時点(図7の時刻t3)の前に前記極値取得手段によって取得された前記第1極値(極小値Vmin(1))」と基準値Vfとの差の絶対値(|Vmin(1)−Vf|)、よりも小さくなるように、前記第1値(Vmin(1)+A2)及び前記第2値(Vmax(1)−B2)を設定するように構成されることが好ましいと言い換えることができる。
これによれば、目標値VREFを基準値Vfへとより確実に収束させることができる。
更に、第1制御装置の判定装置は、
前記極値取得手段により前記第1極値が取得された場合、
(1)同取得された第1極値と前記基準値との差の絶対値が正の第1閾値(値A1又は値A2)よりも大きいとき(図12のステップ1220での「Yes」との判定又はステップ1236での「Yes」との判定を参照。)、前記第1値を目標値VREFとして設定し(ステップ1222又はステップ1238)、
(2)同取得された第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第1閾値以下であるとき(図12のステップ1220での「No」との判定又はステップ1236での「No」との判定を参照。)、基準値Vfを目標値VREFとして設定する(ステップ1226又はステップ1242)。なお、この場合、第1制御装置の判定装置は、出力値Voxsが「基準値Vfに設定された目標値VREF」を横切った第3時点において、同第3時点まで発生していると判定していた「前記リッチ要求及び前記リーン要求のうちの何れか一方」とは異なる「他方の要求」が発生したと判定する(図13のルーチン、図6の時刻t8以降、及び、図7の時刻t8以降等を参照。)、ように構成されている。
前記極値取得手段により前記第1極値が取得された場合、
(1)同取得された第1極値と前記基準値との差の絶対値が正の第1閾値(値A1又は値A2)よりも大きいとき(図12のステップ1220での「Yes」との判定又はステップ1236での「Yes」との判定を参照。)、前記第1値を目標値VREFとして設定し(ステップ1222又はステップ1238)、
(2)同取得された第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第1閾値以下であるとき(図12のステップ1220での「No」との判定又はステップ1236での「No」との判定を参照。)、基準値Vfを目標値VREFとして設定する(ステップ1226又はステップ1242)。なお、この場合、第1制御装置の判定装置は、出力値Voxsが「基準値Vfに設定された目標値VREF」を横切った第3時点において、同第3時点まで発生していると判定していた「前記リッチ要求及び前記リーン要求のうちの何れか一方」とは異なる「他方の要求」が発生したと判定する(図13のルーチン、図6の時刻t8以降、及び、図7の時刻t8以降等を参照。)、ように構成されている。
更に、第1制御装置の空燃比制御手段は、図5の(C)及び図6に示したように、
前記第1極値(例えば、極大値Vmax(1))に比べて正の第1変更値(値A1)だけ前記基準値に近い値(Vmax(1)−A1)を前記第1値として設定し、前記第2極値(極小値Vmin(1))に比べて正の第2変更値(値B1)だけ基準値Vfから遠い値(Vmin(1)+B1)を前記第2値として設定するように構成されている。この場合、前記第1変更値(値A1)は前記第1閾値以下(値A1)であればよく、且つ、前記第2変更値(値B1)は前記第1変更値(値A1)よりも小さいことが望ましい。
前記第1極値(例えば、極大値Vmax(1))に比べて正の第1変更値(値A1)だけ前記基準値に近い値(Vmax(1)−A1)を前記第1値として設定し、前記第2極値(極小値Vmin(1))に比べて正の第2変更値(値B1)だけ基準値Vfから遠い値(Vmin(1)+B1)を前記第2値として設定するように構成されている。この場合、前記第1変更値(値A1)は前記第1閾値以下(値A1)であればよく、且つ、前記第2変更値(値B1)は前記第1変更値(値A1)よりも小さいことが望ましい。
同様に、第1制御装置の空燃比制御手段は、図4の(C)及び図7に示したように、
前記第1極値(例えば、極小値Vmin(1))に比べて正の第1変更値(値A2)だけ前記基準値に近い値(Vmin(1)+A2)を前記第1値として設定し、前記第2極値(極大値Vmax(1))に比べて正の第2変更値(値B2)だけ基準値Vfから遠い値(Vmax(1)−B2)を前記第2値として設定するように構成されている。この場合、前記第1変更値(値A2)は前記第1閾値以下(値A2)であればよく、且つ、前記第2変更値(値B2)は前記第1変更値(値A2)よりも小さいことが望ましい。
前記第1極値(例えば、極小値Vmin(1))に比べて正の第1変更値(値A2)だけ前記基準値に近い値(Vmin(1)+A2)を前記第1値として設定し、前記第2極値(極大値Vmax(1))に比べて正の第2変更値(値B2)だけ基準値Vfから遠い値(Vmax(1)−B2)を前記第2値として設定するように構成されている。この場合、前記第1変更値(値A2)は前記第1閾値以下(値A2)であればよく、且つ、前記第2変更値(値B2)は前記第1変更値(値A2)よりも小さいことが望ましい。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る制御装置(以下、単に「第2制御装置」と称呼する。)について説明する。第2制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)と第2変更値(値B1及び値B2)とを、下流側空燃比センサ56の温度(素子温度)が低いほど「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
次に、本発明の第2実施形態に係る制御装置(以下、単に「第2制御装置」と称呼する。)について説明する。第2制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)と第2変更値(値B1及び値B2)とを、下流側空燃比センサ56の温度(素子温度)が低いほど「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
より具体的に述べると、図3の実線C1及び破線C2に示したように、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、下流側空燃比センサ56の温度が低いほど、最大値が最大出力値Maxに近づき、最小値が最小出力値Minに近づく。換言すると、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、下流側空燃比センサ56の温度Trearが低いほど急激に変化する。
そこで、第2制御装置のCPUは、図8乃至図13に示したルーチンに加え、図14に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図14のステップ1400から処理を開始してステップ1410に進み、下流側空燃比センサ56の温度Trearを取得する。具体的には、CPUは、下流側空燃比センサ56のインピーダンス(又は、アドミタンス)を取得し、そのインピーダンスに基いて温度Trearを取得する。なお、CPUは、負荷KLと機関回転速度NEとから排ガスの温度を推定し、その排ガスの推定温度に対して一次遅れ処理等を施すことにより、温度Trearを取得してもよい。
次に、CPUはステップ1420に進み、ステップ1420内に示されたテーブルMapAB(Trear)に、取得した温度Trearを適用することにより、第1変更値(値A1及び値A2)と、第2変更値(値B1及び値B2)と、を決定する。このテーブルMapAB(Trear)によれば、第1変更値及び第2変更値は、温度Trearが低いほど小さくなるように決定される。本例において、値A1と値A2とは等しいが、値A1と値A2とは相違していてもよい。更に、本例において、値B1と値B2とは等しいが、値B1と値B2とは相違していてもよい。その後、CPUはステップ1495に進み、本ルーチンを一旦終了する。そして、CPUはこのように決定された「第1変更値及び第2変更値」を用いて目標値VREFを設定する(図12のルーチンを参照。)。
前述したように、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、下流側空燃比センサ56の温度Trearが低いほど急激に変化する(触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比stoichを通過した際の出力値Voxsの変動幅が大きくなる)。従って、第2制御装置は、第1変更値及び第2変更値を、温度Trearが低いほど「より小さくする」。これにより、出力値Voxsが過小になる前にリッチ要求が発生したと判定することができ、出力値Voxsが過大になる前にリーン要求が発生したと判定することができる。その結果、出力値Voxsの振幅を小さく維持しながら、出力値Voxsを「時間経過とともに基準値Vfに近づく目標値VREF」の近傍に維持することができる。従って、第2制御装置は、温度Trearに関わらずエミッションを良好に維持することができる。
なお、第2制御装置は、値A1及び値A2のみを温度Trearに応じて変化させ、且つ、値B1及び値B2を一定値に維持してもよい。更に、第2制御装置は、値A1、値A2、値B1及び値B2のうちの少なくとも一つ、を温度Trearが低いほど「より小さい値」に設定してもよい。加えて、第2制御装置は、第1閾値としての値(A1,A2)を、第1変更値と同様に温度Trearに応じて変化させてもよく、一定値に維持してもよい。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る制御装置(以下、単に「第3制御装置」と称呼する。)について説明する。第3制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)及び第2変更値(値B1及び値B2)を、触媒43を通過する排ガスの流量(従って、吸入空気量Ga)が小さいほど「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
次に、本発明の第3実施形態に係る制御装置(以下、単に「第3制御装置」と称呼する。)について説明する。第3制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)及び第2変更値(値B1及び値B2)を、触媒43を通過する排ガスの流量(従って、吸入空気量Ga)が小さいほど「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
より具体的に述べると、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比stoichを横切る際の「下流側空燃比センサの出力値Voxsの単位時間あたりの変化幅」は、触媒43を通過する排ガスの流量が小さい場合、触媒43を通過する排ガスの流量が大きい場合に比べて大きくなる。これは、排ガスの流量が小さい場合、排ガスの流量が大きい場合に比べ、酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmax近傍値に到達するまで、触媒43の下流に酸素が流出し難く、酸素吸蔵量OSAが最大酸素吸蔵量Cmax近傍値に到達すると酸素が触媒43の下流に急激に流出することによると推定される。同様に、排ガスの流量が小さい場合、排ガスの流量が大きい場合に比べ、酸素吸蔵量OSAが「0」の近傍値に到達するまで、触媒43の下流に未燃物が流出し難く、酸素吸蔵量OSAが「0」の近傍値に到達すると未燃物が触媒43の下流に急激に流出することによると推定される。
そこで、第3制御装置のCPUは、図8乃至図13に示したルーチンに加え、図15に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPUは図15のステップ1500から処理を開始してステップ1510に進み、吸入空気量Gaを取得する。吸入空気量Gaは、触媒43を通過する排ガスの流量を表す。
次に、CPUはステップ1520に進み、ステップ1520内に示されたテーブルMapAB(Ga)に、取得した吸入空気量Gaを適用することにより、第1変更値(値A1及び値A2)と、第2変更値(値B1及び値B2)と、を決定する。このテーブルMapAB(Ga)によれば、第1変更値及び第2変更値は、吸入空気量Gaが小さいほど小さくなるように決定される。本例において、値A1と値A2とは等しいが、値A1と値A2とは相違していてもよい。更に、本例において、値B1と値B2とは等しいが、値B1と値B2とは相違していてもよい。その後、CPUはステップ1595に進み、本ルーチンを一旦終了する。そして、CPUはこのように決定された「第1変更値及び第2変更値」を用いて目標値VREFを設定する(図12のルーチンを参照。)。
これによれば、排ガスの流量が小さいことに起因して下流側空燃比センサの出力値Voxsが急激に変化する場合、第1変更値及び第2変更値が小さい値となる。よって、出力値Voxsが過小になる前にリッチ要求が発生したと判定することができ、出力値Voxsが過大になる前にリーン要求が発生したと判定することができる。その結果、出力値Voxsの振幅を小さく維持しながら、出力値Voxsを「時間経過とともに基準値Vfに近づく目標値VREF」の近傍に維持することができる。従って、第3制御装置は、排ガスの流量に関わらずエミッションを良好に維持することができる。
なお、第3制御装置は、値A1及び値A2のみを吸入空気量Gaに応じて変化させ、且つ、値B1及び値B2を一定値に維持してもよい。更に、第3制御装置は、値A1、値A2、値B1及び値B2のうちの少なくとも一つ、を吸入空気量Gaが小さいほど小さい値に設定してもよい。加えて、第3制御装置は、第1閾値としての値(A1,A2)を、第1変更値と同様に吸入空気量Gaに応じて変化させてもよく、一定値に維持してもよい。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る制御装置(以下、単に「第4制御装置」と称呼する。)について説明する。第4制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)を、第1極値(基準値Vfよりも大きい極大値Vmax、及び、基準値Vfよりも小さい極小値Vmin)が大きいほど「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
次に、本発明の第4実施形態に係る制御装置(以下、単に「第4制御装置」と称呼する。)について説明する。第4制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)を、第1極値(基準値Vfよりも大きい極大値Vmax、及び、基準値Vfよりも小さい極小値Vmin)が大きいほど「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
第4制御装置のCPUは、図8乃至図11と、図13と、に示したルーチンに加え、図12に代わる図16に示したルーチンを実行するようになっている。即ち、CPUは、図11のステップ1150に進んだとき、図16のステップ1600へと進む。更に、CPUは、図16のステップ1695に進んだとき、図11のステップ1150を経由してステップ1195へと進む。
図16に示したルーチンは、図12に示したルーチンに「ステップ1610乃至ステップ1640」を追加した点のみにおいて、図12に示したルーチンと相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
CPUは、ステップ1220にて「Yes」と判定した場合、ステップ1610に進み、極大値Vmaxから値(A1+a1)を減じた値(Vmax−(A1+a1))が基準値Vfよりも大きいか否かを判定する。値a1は正の所定値であり、値(A1+a1)は、最大出力値Maxと基準値Vfとの差の絶対値よりも小さい。
そして、値(Vmax−(A1+a1))が基準値Vfよりも大きい場合、CPUはステップ1610からステップ1620に進み、値(Vmax−A1s)を目標値VREFに設定する。値A1sは、値A1よりも小さい正の所定値である。その後、CPUはステップ1224へと進む。これに対し、値(Vmax−(A1+a1))が基準値Vf以下である場合、CPUはステップ1610からステップ1222に進み、値(Vmax−A1)を目標値VREFに設定する。その後、CPUはステップ1224へと進む。
即ち、CPUは、極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値が値(A1+a1)よりも大きい場合に目標値VREFを値(Vmax−A1s)に設定し、極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値が値A1よりも大きく且つ値(A1+a1)以下である場合に目標値VREFを値(Vmax−A1)に設定する。換言すると、極大値Vmaxが所定値(Vf+A1+a1)よりも大きい場合、極大値Vmaxが所定値(Vf+A1+a1)よりも小さい場合に比べ、第1値を大きい値に設定する。
更に、CPUは、ステップ1236にて「Yes」と判定した場合、ステップ1630に進み、極小値Vminに値(A2+a2)を加えた値(Vmim+(A2+a2))が基準値Vfよりも小さいか否かを判定する。値a2は正の所定値であり、値(A2+a2)は、最小出力値Minと基準値Vfとの差の絶対値よりも小さい。
そして、値(Vmim+(A2+a2))が基準値Vfよりも小さい場合、CPUはステップ1630からステップ1640に進み、値(Vmin+A2s)を目標値VREFに設定する。値A2sは、値A2よりも小さい正の所定値である。その後、CPUはステップ1240へと進む。これに対し、値(Vmim+(A2+a2))が基準値Vf以上である場合、CPUはステップ1630からステップ1238に進み、値(Vmin+A2)を目標値VREFに設定する。その後、CPUはステップ1240へと進む。
即ち、CPUは、極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値が値(A2+a2)よりも大きい場合に目標値VREFを値(Vmin+A2s)に設定し、極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値が値A2よりも大きく且つ値(A2+a2)以下である場合に目標値VREFを値(Vmin+A2)に設定する。換言すると、極小値Vminが所定値(Vf−(A2+a2))よりも小さい場合、極小値Vminが所定値(Vf−(A2+a2))よりも大きい場合に比べ、第1値を小さい値に設定する。
例えば、フューエルカット制御が行われると、触媒流出ガスには多量の酸素が含まれる。そのため、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最小出力値Minに極めて近い値を示す。この場合、下流側空燃比センサ56の拡散抵抗層には多量の酸素が残存しているので、フューエルカット制御の終了後に触媒流出ガスの空燃比がリッチ空燃比になった場合であっても、下流側空燃比センサの出力値Voxsは直ちに増大しない。即ち、触媒流出ガスの空燃比の変化に対する出力値Voxsの変化が遅れる。
更に、フューエルカット制御の終了後に機関の空燃比がリッチ空燃比に制御される場合(フューエルカット終了後増量制御が実行される場合)、触媒流出ガスには多量の未燃物が含まれる。そのため、下流側空燃比センサの出力値Voxsは最大出力値Maxに極めて近い値を示す。この場合、下流側空燃比センサ56の拡散抵抗層には多量の未燃物が残存しているので、フューエルカット終了後増量制御の終了後に触媒流出ガスの空燃比がリーン空燃比になった場合であっても、下流側空燃比センサの出力値Voxsは直ちに減少しない。即ち、触媒流出ガスの空燃比の変化に対する出力値Voxsの変化が遅れる。
このように、多量の酸素又は多量の未燃物が下流側空燃比センサ56に到達すると、下流側空燃比センサ56は所謂「一次被毒状態」と呼ばれる状態となり、センサの応答性が低下する。
そこで、第4制御装置は、上述したように、極大値Vmaxが極めて大きくなった場合(即ち、極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値が値(A1+a1)よりも大きい場合)、目標値VREFを「極大値Vmaxにより近い値(Vmax−A1s)亅に設定する。同様に、第4制御装置は、極小値Vminが極めて小さくなった場合(即ち、極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値が値(A2+a2)よりも大きい場合)、目標値VREFを「極小値Vminにより近い値(Vmin+A2s)」に設定する。この結果、センサの応答性が低下している場合であっても、リーン要求又はリッチ要求の判定が遅れないようにすることができるので、機関の空燃比を「リーン空燃比からリッチ空燃比へと、又は、その逆へと」遅れなく切り換えることができる。従って、第4制御装置は、出力値Voxsの振幅が大きくなることを回避しながら、出力値Voxsを基準値Vfに近づけることができるので、エミッションを良好に維持することができる。
このように、第4制御装置は、
前記第1極値(例えば、極大値Vmax)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A1+a1)よりも大きい場合における前記第1変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第1変更値の値(A1)よりも小さい値(A1s)に設定するように構成された装置であると言うことができる。
前記第1極値(例えば、極大値Vmax)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A1+a1)よりも大きい場合における前記第1変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第1変更値の値(A1)よりも小さい値(A1s)に設定するように構成された装置であると言うことができる。
同様に、第4制御装置は、
前記第1極値(例えば、極小値Vmin)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A2+a2)よりも大きい場合における前記第1変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第1変更値の値(A2)よりも小さい値(A2s)に設定するように構成された装置であると言うことができる。
前記第1極値(例えば、極小値Vmin)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A2+a2)よりも大きい場合における前記第1変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第1変更値の値(A2)よりも小さい値(A2s)に設定するように構成された装置であると言うことができる。
なお、第4制御装置は、
前記第1極値(例えば、極大値Vmax)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A1+a1)よりも大きい場合における前記第2変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第2変更値の値(B1)よりも小さい値(B1s)に設定するように構成されてもよい。
前記第1極値(例えば、極大値Vmax)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A1+a1)よりも大きい場合における前記第2変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第2変更値の値(B1)よりも小さい値(B1s)に設定するように構成されてもよい。
同様に、第4制御装置は、
前記第1極値(例えば、極小値Vmin)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A2+a2)よりも大きい場合における前記第2変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第2変更値の値(B2)よりも小さい値(B2s)に設定するように構成されてもよい。
前記第1極値(例えば、極小値Vmin)と基準値Vfとの差の絶対値が正の第2閾値(A2+a2)よりも大きい場合における前記第2変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第2変更値の値(B2)よりも小さい値(B2s)に設定するように構成されてもよい。
更に、第4制御装置は、第1変更値A1及び第2変更値B1のうちの少なくとも一つを、基準値Vfよりも大きい極大値Vmaxが大きくなるほど連続的に小さくなるように設定してもよい。同様に、第4制御装置は、第1変更値A2及び第2変更値B2のうちの少なくとも一つを、基準値Vfよりも小さい極小値Vminが小さくなるほど連続的に小さくなるように設定してもよい。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態に係る制御装置(以下、単に「第5制御装置」と称呼する。)について説明する。第5制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2の少なくとも一方)を、フューエルカット制御の終了時点から所定時間が経過する時点までの期間(フューエルカット制御終了後期間)、フューエルカット制御終了後期間以外の期間に比べ、小さくする点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
次に、本発明の第5実施形態に係る制御装置(以下、単に「第5制御装置」と称呼する。)について説明する。第5制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2の少なくとも一方)を、フューエルカット制御の終了時点から所定時間が経過する時点までの期間(フューエルカット制御終了後期間)、フューエルカット制御終了後期間以外の期間に比べ、小さくする点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
第5制御装置のCPUは、図16に代わる図17に示したルーチンを実行する点のみにおいて、第4制御装置のCPUと相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
図17に示したルーチンは、図16に示したルーチンの「ステップ1610及び1630」を、「ステップ1710及びステップ1720」にそれぞれ置換した点のみにおいて、図16に示したルーチンと相違している。
ステップ1710において、CPUは、現時点がフューエルカット制御終了後期間内であるか否かを判定する。そして、現時点がフューエルカット制御終了後期間内である場合、CPUはステップ1710からステップ1620に進む。現時点がフューエルカット制御終了後期間内でない場合、CPUはステップ1710からステップ1222に進む。
ステップ1720において、CPUは、現時点がフューエルカット制御終了後期間内であるか否かを判定する。そして、現時点がフューエルカット制御終了後期間内である場合、CPUはステップ1720からステップ1640に進む。現時点がフューエルカット制御終了後期間内でない場合、CPUはステップ1720からステップ1238に進む。
フューエルカット制御終了後期間内において、下流側空燃比センサ56は前述した一次被毒状態にある可能性が高い。従って、第5制御装置のように、フューエルカット制御終了後期間内において第1変更値を小さくする(目標値VREFを、値Vmax−A1に代えて値Vmax−A1sに設定し、或いは、値Vmin+A2に代えて値Vmin+A2sに設定する)。即ち、第5制御装置は、「フューエルカット制御終了後期間内の第1変更値」を「フューエルカット制御終了期間内以外の期間における第1変更値」よりも小さい値に設定する。
この結果、下流側空燃比センサ56の応答性が低下している場合であっても、リーン要求又はリッチ要求の判定が遅れないようにすることができるので、機関の空燃比を「リーン空燃比からリッチ空燃比へと、又は、その逆へと」遅れなく切り換えることができる。従って、第5制御装置は、出力値Voxsの振幅が大きくなることを回避しながら、出力値Voxsを基準値Vfに近づけることができるので、エミッションを良好に維持することができる。
なお、第5制御装置は、「フューエルカット制御終了後期間内の第2変更値」を「フューエルカット制御終了期間内以外の期間における第2変更値」よりも小さい値に設定してもよい。
また、「フューエルカット制御終了後期間」は、フューエルカット制御終了後に機関の空燃比を所定期間に渡りリッチ空燃比に設定する制御(フューエルカット終了後増量制御)と、そのフューエルカット終了後増量制御の終了後から所定時間が経過する時点までの期間と、を加えた期間を含んでいてもよい。
更に、第5制御装置は、ステップ1710を「現時点が、フューエルカット終了後増量制御の終了後から所定時間が経過する期間内であるか否かを判定するステップ」へと置換してもよい。更に、第5制御装置は、ステップ1720を「現時点が、フューエルカット終了後増量制御の終了後から所定時間が経過する期間内であるか否かを判定するステップ」へと置換してもよい。加えて、第5制御装置は、第1閾値としての値(A1,A2)を、一定値に維持しておくことが好ましい。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態に係る制御装置(以下、単に「第6制御装置」と称呼する。)について説明する。第6制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)を、機関が所定の加速状態にある場合、機関が所定の加速状態にない場合(定常状態にある場合)に比べ、「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
次に、本発明の第6実施形態に係る制御装置(以下、単に「第6制御装置」と称呼する。)について説明する。第6制御装置は、第1変更値(値A1及び値A2)を、機関が所定の加速状態にある場合、機関が所定の加速状態にない場合(定常状態にある場合)に比べ、「より小さく」する点のみにおいて、第1制御装置と相違している。
第6制御装置のCPUは、図16に代わる図18に示したルーチンを実行する点のみにおいて、第4制御装置のCPUと相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
図18に示したルーチンは、図16に示したルーチンの「ステップ1610及び1630」を、ステップ1810及びステップ1820にそれぞれ置換した点のみにおいて、図16に示したルーチンと相違している。
ステップ1810において、CPUは、現時点の機関10の状態が所定の加速状態にあるか否かを判定する。より具体的に述べると、CPUは、現時点が、「スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量ΔTAが過渡判定閾値ΔTAth以上となった時点から、所定時間が経過する時点までの期間(加速期間)内」であるとき、現時点の機関10の状態が所定の加速状態にあると判定する。なお、加速状態にあるか否かを判定するパラメータは、スロットル弁TAの単位時間あたりの変化量ΔTAの他、アクセルペダル操作Accpの単位時間あたりの変化量ΔAccp、吸入空気量Gaの単位時間あたりの変化量ΔGa、負荷KLの単位時間あたりの変化量ΔKL、機関10を搭載した車両の速度の単位時間あたりの変化量ΔSPD等、の何れかであってもよい。
そして、現時点が加速期間内である場合、CPUはステップ1810からステップ1620に進む。現時点が加速期間内でない場合、CPUはステップ1810からステップ1222に進む。
ステップ1820において、CPUは、現時点が加速期間内であるか否かを判定する。そして、現時点が加速期間内である場合、CPUはステップ1820からステップ1640に進む。現時点が加速期間内でない場合、CPUはステップ1820からステップ1238に進む。
加速期間内において、触媒43の酸素吸蔵量OSAは、「最大酸素吸蔵量Cmax近傍値又は「0」の近傍値」に到達する可能性が高く、更に、その状態において多量の「NOx又は未燃物」が触媒43に流入する可能性が高い。
そこで、第6制御装置は、加速期間内において第1変更値を小さくする(目標値VREFを、値Vmax−A1に代えて値Vmax−A1sに設定するか、値Vmin+A2に代えて値Vmin+A2sに設定する)。即ち、第6制御装置は、「加速期間内の第1変更値」を「加速期間内以外の期間における第1変更値」よりも小さい値に設定する。
この結果、リーン要求又はリッチ要求の判定をより迅速に行うことができる。換言すると、機関の空燃比を「リーン空燃比からリッチ空燃比へと、又は、その逆へと」遅れなく切り換えることができる。従って、第6制御装置は、エミッションを良好に維持することができる。
なお、第6制御装置は、「加速期間内の第2変更値」を「加速期間内以外の期間における第2変更値」よりも小さい値に設定してもよい。
<第7実施形態>
次に、本発明の第7実施形態に係る制御装置(以下、単に「第7制御装置」と称呼する。)について説明する。第7制御装置は、メインFB学習値KGの学習条件を第1制御装置の学習条件と異なる条件とした点においてのみ、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第7実施形態に係る制御装置(以下、単に「第7制御装置」と称呼する。)について説明する。第7制御装置は、メインFB学習値KGの学習条件を第1制御装置の学習条件と異なる条件とした点においてのみ、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
より具体的に述べると、第7制御装置のCPUは、第1制御装置のCPUと同様、図8乃至図13に示したルーチンを実行する。但し、第7制御装置のCPUは、図9のステップ955において、以下の条件の総てが成立したときに学習条件が成立したと判定する。
(条件1)図9のルーチンが実行される時間間隔(所定時間ta)の自然数倍の時間が経過した。
(条件2)目標値VREFが基準値Vfに一致した状態が所定時間t以上経過している。
(条件1)図9のルーチンが実行される時間間隔(所定時間ta)の自然数倍の時間が経過した。
(条件2)目標値VREFが基準値Vfに一致した状態が所定時間t以上経過している。
即ち、第7制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに設定されている場合に「メインFB学習値KGを更新する学習制御」を実行し、且つ、目標値VREFが基準値Vfに設定されていない場合に前記学習制御を実行しない(禁止する)ように構成されている。
目標値VREFが基準値Vfに向けて変化している状態においては、機関の空燃比の時間的平均値が理論空燃比stoichに一致していない可能性が高い。従って、目標値VREFが基準値Vfに向けて変化している状態においてメインFB学習値KGを更新すると、メインFB学習値KGが不正確な値になる可能性が高い。
第7制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに一致している場合にのみメインFB学習値KGの更新を行う(学習制御を実行する)。従って、メインFB学習値KGが誤った値になる可能性を低減することができる。その結果、第7制御装置は、エミッションを良好に維持することができる。
なお、第7制御装置は、図9のステップ950における補正係数平均値FAFAVの更新を、目標値VREFが基準値Vfに一致した状態が所定時間t以上経過している場合にのみ実行するように構成されることが好ましい。
なお、第7制御装置及び本発明の他の実施形態に係る制御装置は、
機関10に吸入される吸入空気量(筒内吸入空気量Mc(k))を取得するとともに(図8のステップ830)、その取得された吸入空気量(筒内吸入空気量Mc(k))に基づいて「機関10に供給される混合気」の空燃比を理論空燃比に一致させるための基本燃料噴射量Fbを算出する(図8のステップ840)基本燃料噴射量算出手段と、
前記排気通路であって触媒43よりも上流に配設されるとともに、触媒43に流入する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサ55と、
上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsにより表される上流側空燃比(abyfs)が理論空燃比に一致するように基本燃料噴射量Fbを補正するメインフィードバック量(DFi)を算出するメインフィードバック量算出手段(図9のステップ905乃至ステップ945)と、
前記リーン要求が発生していると判定されている期間において前記基本燃料噴射量を増大させるように前記基本燃料噴射量を補正し且つ前記リッチ要求が発生していると判定されている期間において前記基本燃料噴射量を減少させるように前記基本燃料噴射量を補正するサブフィードバック量(Vafsfb)を算出するサブフィードバック量算出手段(図10のステップ1005乃至ステップ1035)と、
基本燃料噴射量Fbを、前記メインフィードバック量及び前記サブフィードバック量に基く空燃比補正量(FAF)により補正して指示燃料噴射量Fiを算出するとともに(図9のステップ910及び図8のステップ850等)、その算出された指示燃料噴射量Fiの燃料を機関10に供給することにより前記フィードバック制御を実行する(図8のステップ860等)燃料噴射量制御手段と、
を含む空燃比制御装置である。
機関10に吸入される吸入空気量(筒内吸入空気量Mc(k))を取得するとともに(図8のステップ830)、その取得された吸入空気量(筒内吸入空気量Mc(k))に基づいて「機関10に供給される混合気」の空燃比を理論空燃比に一致させるための基本燃料噴射量Fbを算出する(図8のステップ840)基本燃料噴射量算出手段と、
前記排気通路であって触媒43よりも上流に配設されるとともに、触媒43に流入する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサ55と、
上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsにより表される上流側空燃比(abyfs)が理論空燃比に一致するように基本燃料噴射量Fbを補正するメインフィードバック量(DFi)を算出するメインフィードバック量算出手段(図9のステップ905乃至ステップ945)と、
前記リーン要求が発生していると判定されている期間において前記基本燃料噴射量を増大させるように前記基本燃料噴射量を補正し且つ前記リッチ要求が発生していると判定されている期間において前記基本燃料噴射量を減少させるように前記基本燃料噴射量を補正するサブフィードバック量(Vafsfb)を算出するサブフィードバック量算出手段(図10のステップ1005乃至ステップ1035)と、
基本燃料噴射量Fbを、前記メインフィードバック量及び前記サブフィードバック量に基く空燃比補正量(FAF)により補正して指示燃料噴射量Fiを算出するとともに(図9のステップ910及び図8のステップ850等)、その算出された指示燃料噴射量Fiの燃料を機関10に供給することにより前記フィードバック制御を実行する(図8のステップ860等)燃料噴射量制御手段と、
を含む空燃比制御装置である。
更に、第7制御装置の前記空燃比制御手段は、
前記メインフィードバック量の平均値に相関する値(例えば、FAFAV、又はFAFAVが大きいとき増大し且つFAFAVが小さいとき減少する値)を空燃比学習値(メインFB学習値KG)として取得する学習制御を実行する学習手段(図9のステップ950乃至ステップ975)を備え、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記基本燃料噴射量Fbを前記空燃比学習値KGにも基いて補正することにより前記指示燃料噴射量を算出するように構成され(図8のステップ850)、
第7制御装置の前記学習手段は、
前記目標値が前記基準値に設定されている場合に前記学習制御を実行し、且つ、前記目標値が前記基準値に設定されていない場合に前記学習制御を実行しないように構成されている(図9のステップ955、及び、上述した(条件2)を参照。)。
前記メインフィードバック量の平均値に相関する値(例えば、FAFAV、又はFAFAVが大きいとき増大し且つFAFAVが小さいとき減少する値)を空燃比学習値(メインFB学習値KG)として取得する学習制御を実行する学習手段(図9のステップ950乃至ステップ975)を備え、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記基本燃料噴射量Fbを前記空燃比学習値KGにも基いて補正することにより前記指示燃料噴射量を算出するように構成され(図8のステップ850)、
第7制御装置の前記学習手段は、
前記目標値が前記基準値に設定されている場合に前記学習制御を実行し、且つ、前記目標値が前記基準値に設定されていない場合に前記学習制御を実行しないように構成されている(図9のステップ955、及び、上述した(条件2)を参照。)。
<第8実施形態>
次に、本発明の第8実施形態に係る制御装置(以下、単に「第8制御装置」と称呼する。)について説明する。第8制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに収束しない場合、目標値VREFに相関する値に基いて空燃比学習値(メインFB学習値KG)を修正するように構成されている点においてのみ、第7制御装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第8実施形態に係る制御装置(以下、単に「第8制御装置」と称呼する。)について説明する。第8制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに収束しない場合、目標値VREFに相関する値に基いて空燃比学習値(メインFB学習値KG)を修正するように構成されている点においてのみ、第7制御装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
より具体的に述べると、第8制御装置のCPUは、第7制御装置のCPUと同様のルーチンを実行する。更に、第8制御装置のCPUは、図19に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。
従って、所定のタイミングになると、CPUは図19のステップ1900から処理を開始してステップ1910に進み、メインフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。このとき、メインフィードバック制御条件が成立していなければ、CPUはステップ1910からステップ1995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、CPUがステップ1910の処理を実行する時点において、メインフィードバック制御条件が成立していると、CPUはそのステップ1910にて「Yes」と判定してステップ1920に進み、「目標値VREFが第1継続時間以上に渡り基準値Vfに一致している状態(以下、「目標値収束状態」とも称呼する。)」が第2継続時間t href以上に渡って発生していないか否かを判定する。
「目標値収束状態」が「現時点から第2継続時間t hrefだけ前の時点」から「現時点」までの期間内に発生していれば、CPUはステップ1920にて「No」と判定し、ステップ1995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、「目標値収束状態」が第2継続時間t href以上に渡って発生していないとき、CPUはステップ1920にて「Yes」と判定してステップ1930に進み、目標値VREFが、値(Vmax−A1)と値(Vmin+A2)とに交互に変化しているか否かを判定する。
このとき、目標値VREFが「値(Vmax−A1)と値(Vmin+A2)と」に交互に変化していると、CPUはステップ1930にて「Yes」と判定し、ステップ1995に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
目標値VREFが「値(Vmax−A1)と値(Vmin+A2)と」に交互に変化していない場合、CPUはステップ1930にて「No」と判定してステップ1940に進み、目標値VREFの平均値(過去の所定時点から現時点までの目標値VREFの平均値、目標値VREFの平均値に相関する値)が基準値Vfよりも大きいか否かを判定する。
目標値VREFの平均値が基準値Vfよりも大きい場合、CPUはステップ1940にて「Yes」と判定してステップ1950に進み、メインFB学習値KGを正の所定値dKG1だけ減少させる。即ち、メインFB学習値KGは、その時点のメインFB学習値KGに比べて「基本燃料噴射量Fbを、より減少する値」へと修正される。その後、CPUはステップ1995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
CPUがステップ1940の処理を実行する時点において、目標値VREFの平均値が基準値Vfよりも小さい場合、CPUはステップ1940にて「No」と判定してステップ1960に進み、メインFB学習値KGを正の所定値dKG2だけ増大させる。即ち、メインFB学習値KGは、その時点のメインFB学習値KGに比べて「基本燃料噴射量Fbを、より増大する値」へと修正される。その後、CPUはステップ1995に進み、本ルーチンを一旦終了する。
例えば、メインFB学習値KGの学習が誤ってなされ、メインFB学習値KGが「基本燃料噴射量Fbを過剰に増大するような値」になっている場合、機関の空燃比の中心は理論空燃比stoichよりも小さくなる。従って、触媒流出ガスの空燃比の平均もリッチ空燃比となる。この場合、メインFB学習値KGの適正値からの誤差が大きいと、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、図20に示したように、基準値Vfよりも大きい値を中心に振動する。即ち、極大値Vmaxは最大出力値Max近傍の値になり続ける。この結果、目標値VREFは、リーン判定用目標値VREFLである値(Vmax−A1)と、リッチ判定用目標値VREFRである値Vfと、に交互に変化する。換言すると、目標値VREFは基準値Vfに収束せず、「目標値収束状態」が第2継続時間t href以上に渡って発生しない。
そこで、第8制御装置は、図20に示した状態が生じた場合、上述したように、メインFB学習値KGを正の所定値dKG1だけ減少させる。その結果、機関の空燃比の中心を理論空燃比stoichに接近させることができ、目標値VREFを基準値Vfへと収束させることが可能となる。
同様に、メインFB学習値KGの学習が誤ってなされ、メインFB学習値KGが「基本燃料噴射量Fbを過剰に減少するような値」になっている場合、機関の空燃比の中心は理論空燃比stoichよりも大きくなる。従って、触媒流出ガスの空燃比の平均もリーン空燃比となる。この場合、メインFB学習値KGの適正値からの誤差が大きいと、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、図21に示したように、基準値Vfよりも小さい値を中心に振動する。即ち、極小値Vminは最小出力値Min近傍の値になり続ける。この結果、目標値VREFは、リッチ判定用目標値VREFRである値(Vmin+A2)と、リーン判定用目標値VREFLである値Vfと、に交互に変化する。換言すると、目標値VREFは基準値Vfに収束せず、「目標値収束状態」が第2継続時間t href以上に渡って発生しない。
そこで、第8制御装置は、図21に示した状態が生じた場合、上述したように、メインFB学習値KGを正の所定値dKG2だけ増大させる。その結果、機関の空燃比の中心を理論空燃比stoichに接近させることができ、目標値VREFを基準値Vfへと収束させることが可能となる。
但し、第8制御装置は、図22に示したように、目標値VREFが「値(Vmax−A1)と値(Vmin+A2)と」に交互に変化している状態が所定時間(第3継続時間)以上継続している場合、メインFB学習値KGの修正を実行しない(図19のステップ1930での「No」との判定を参照。)。即ち、第8制御装置は、「リーン判定用目標値VREFLが値(Vmax−A1)であり且つリッチ判定用目標値VREFRが値(Vmin+A2)である状態」が所定時間以上継続している場合(以下、この場合を「目標値振動状態」とも称呼する。)、メインFB学習値KGを変更しない。
なお、第1継続時間は、「リーン要求からリッチ要求へと、又は、その逆へと」空燃比要求が変化したと判定された回数(反転回数)が第1所定回数以上となる時間に設定することができる。同様に、第2継続時間は、反転回数が第2所定回数以上となる時間に設定することができる。第3継続時間は、反転回数が第3所定回数以上となる時間に設定することができる。
<第9実施形態>
次に、本発明の第9実施形態に係る制御装置(以下、単に「第9制御装置」と称呼する。)について説明する。第9制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに収束せず且つ図22に示した目標値振動状態が発生している場合、目標値振動状態が発生していない場合に比べ、第1変更値(値A1及び値A2)を小さくする点のみにおいて、第8制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第9実施形態に係る制御装置(以下、単に「第9制御装置」と称呼する。)について説明する。第9制御装置は、目標値VREFが基準値Vfに収束せず且つ図22に示した目標値振動状態が発生している場合、目標値振動状態が発生していない場合に比べ、第1変更値(値A1及び値A2)を小さくする点のみにおいて、第8制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
より具体的に述べると、第9制御装置のCPUは、第8制御装置のCPUと同様のルーチンを実行する。更に、第9制御装置のCPUは、図23に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。
図23に示したルーチンは、図16に示したルーチンの「ステップ1610及び1630」を、ステップ2310及びステップ2320にそれぞれ置換した点のみにおいて、図16に示したルーチンと相違している。
ステップ2310において、CPUは、現時点が上述した目標値振動状態であるか否かを判定する。そして、現時点が目標値振動状態である場合、CPUはステップ2310からステップ1620に進む。現時点が目標値振動状態でない場合、CPUはステップ2310からステップ1222に進む。
ステップ2320において、CPUは、現時点が目標値振動状態であるか否かを判定する。そして、現時点が目標値振動状態である場合、CPUはステップ2320からステップ1640に進む。現時点が目標値振動状態でない場合、CPUはステップ2320からステップ1238に進む。
即ち、第9制御装置は、目標値振動状態にある場合、目標値振動状態にない場合に比べ、第1変更値を小さくする(目標値VREFを、値Vmax−A1に代えて値Vmax−A1sに設定し、或いは、値Vmin+A2に代えて値Vmin+A2sに設定する)。即ち、第9制御装置は、「目標値振動状態にある場合の第1変更値」を「目標値振動状態にない場合の第1変更値」よりも小さい値に設定する。
従って、第9制御装置は、目標値振動状態にある場合、機関の空燃比を「リーン空燃比からリッチ空燃比へと、又は、その逆へと」より早いタイミングにて切り換えることができる。その結果、「極大Vmaxが最大出力値Max近傍値となり続けること、及び、極小値Vminが最小出力値Min近傍値になり続けること(即ち、目標値振動状態が継続すること)」を回避することができる。従って、第9制御装置は、目標値振動状態が発生した場合において、エミッションを改善することができる。
このように、第9制御装置は、
目標値VREFが「基準値Vfよりも大きい値(例えば、Vmax−A1)」と「基準値Vfよりも小さい値(例えば、Vmin+A2)」とに交互に変化する状態が所定時間以上継続する状態(即ち、目標値振動状態)が発生した場合、第1変更値の値(値A1、値A2)をより小さくするように構成された学習手段を備えている。
目標値VREFが「基準値Vfよりも大きい値(例えば、Vmax−A1)」と「基準値Vfよりも小さい値(例えば、Vmin+A2)」とに交互に変化する状態が所定時間以上継続する状態(即ち、目標値振動状態)が発生した場合、第1変更値の値(値A1、値A2)をより小さくするように構成された学習手段を備えている。
なお、第9制御装置は、「目標値振動状態にある場合の第2変更値」を「目標値振動状態にない場合の第2変更値」よりも小さい値に設定してもよい。
<第10実施形態>
次に、本発明の第10実施形態に係る制御装置(以下、単に「第10制御装置」と称呼する。)について説明する。第10制御装置は、目標値VREFを時間経過とともに基準値Vfに強制的に接近させる点のみにおいて、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第10実施形態に係る制御装置(以下、単に「第10制御装置」と称呼する。)について説明する。第10制御装置は、目標値VREFを時間経過とともに基準値Vfに強制的に接近させる点のみにおいて、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
より具体的に述べると、第10制御装置のCPUは、図8乃至図10に示したルーチンと、図24乃至図26に示したルーチンとを実行する。図8乃至図10に示したルーチンは説明済みである。よって、図24乃至図26に示したルーチンについて説明する。第10制御装置のCPUは、図24乃至図26に示したルーチンのそれぞれを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。図24乃至図26に示したルーチンは、目標値VREFを基準値Vfに強制的に近づけるためのルーチンである。
所定のタイミングになると、CPUは図24のステップ2400から処理を開始してステップ2410に進み、サブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。CPUは、サブフィードバック制御条件が成立していないと、ステップ2410にて「No」と判定してステップ2420に進み、次に述べる処理を実行する。その後、CPUは、ステップ2495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
CPUは、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値を「0」に設定する。なお、目標値収束制御実行フラグXVSFBは上述したイニシャルルーチンにおいて「0」に設定されるようになっている。
CPUは、目標値減少フラグXDの値を「0」に設定する。
CPUは、目標値増大フラグXUの値を「0」に設定する。
CPUは、基準値Vfを目標値VREFとして設定する。
CPUは、目標値減少フラグXDの値を「0」に設定する。
CPUは、目標値増大フラグXUの値を「0」に設定する。
CPUは、基準値Vfを目標値VREFとして設定する。
一方、CPUがステップ2410の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していると、CPUはステップ2410にて「Yes」と判定してステップ2430に進み、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」であるか否かを判定する。目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」でなければ、CPUはステップ2430にて「No」と判定し、ステップ2495に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
CPUがステップ2430の処理を実行する時点において、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」であると、CPUはステップ2430にて「Yes」と判定してステップ2440に進み、サブフィードバック制御条件が成立してから現時点までの期間に「極大値Vmaxが取得されたか否か」を判定する。
サブフィードバック制御条件が成立してから現時点までの期間に極大値Vmaxが取得されている場合、CPUはステップ2440にて「Yes」と判定してステップ2450に進み、極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値が正の第1閾値(この場合は、値A1)より大きいか否かを判定する(極大値Vmaxが、値(Vf+A1)よりも大きいか否かを判定する。)。
そして、極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値が正の第1閾値A1より大きい場合、CPUはステップ2450にて「Yes」と判定してステップ2460に進み、次に述べる処理を実行し、その後、ステップ2495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
CPUは、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値を「1」に設定する。
CPUは、目標値減少フラグXDの値を「1」に設定する。
CPUは、目標値増大フラグXUの値を「0」に設定する。
CPUは、極大値Vmaxを初期極大値Vmax0として格納する。
CPUは、目標値減少フラグXDの値を「1」に設定する。
CPUは、目標値増大フラグXUの値を「0」に設定する。
CPUは、極大値Vmaxを初期極大値Vmax0として格納する。
一方、CPUがステップ2440の処理を実行する時点において極大値Vmaxが取得されていない場合、及び、CPUがステップ2450の処理を実行する時点において極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値が正の第1閾値A1以下である場合、CPUはステップ2470に進む。
CPUは、ステップ2470にて、サブフィードバック制御条件が成立してから現時点までの期間に「極小値Vminが取得されたか否か」を判定する。
サブフィードバック制御条件が成立してから現時点までの期間に極小値Vminが取得されている場合、CPUはステップ2470にて「Yes」と判定してステップ2480に進み、極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値が正の第1閾値(この場合は、値A2)より大きいか否かを判定する(極小値Vminが、値(Vf−A2)よりも小さいか否かを判定する。)。
そして、極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値が正の第1閾値A2より大きい場合、CPUはステップ2480にて「Yes」と判定してステップ2490に進み、次に述べる処理を実行し、その後、ステップ2495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
CPUは、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値を「1」に設定する。
CPUは、目標値減少フラグXDの値を「0」に設定する。
CPUは、目標値増大フラグXUの値を「1」に設定する。
CPUは、極小値Vminを初期極小値Vmin0として格納する。
CPUは、目標値減少フラグXDの値を「0」に設定する。
CPUは、目標値増大フラグXUの値を「1」に設定する。
CPUは、極小値Vminを初期極小値Vmin0として格納する。
一方、CPUがステップ2470の処理を実行する時点において極小値Vminが取得されていない場合、及び、CPUがステップ2480の処理を実行する時点において極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値が正の第1閾値A2以下である場合、CPUはステップ2495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上、説明したように、CPUは、サブフィードバック制御条件が成立した後であって、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」であり(即ち、目標値収束制御が実行されておらず)、且つ、「極大値Vmaxと基準値Vfとの差の絶対値」が第1閾値よりも大きいとき、目標値減少フラグXDの値を「1」に設定する。また、CPUは、サブフィードバック制御条件が成立した後であって、目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」であり(即ち、目標値収束制御が実行されておらず)、且つ、「極小値Vminと基準値Vfとの差の絶対値」が第1閾値よりも大きいとき、目標値増大フラグXUの値を「1」に設定する。
ところで、CPUは所定のタイミングにて図25のステップ2500から処理を開始し、ステップ2510にて目標値減少フラグXDの値が「1」であるか否かを判定する。このとき、目標値減少フラグXDの値が「1」でなければ、CPUはステップ2510にて「No」と判定し、ステップ2595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
いま、目標値減少フラグXDの値が、図24のステップ2460にて「1」に設定された直後であると仮定する。この場合、CPUは図25のステップ2510に進んだとき、そのステップ2510にて「Yes」と判定してステップ2520に進む。CPUは、そのステップ2520にて、「現時点が、目標値減少フラグXDの値が「0」から「1」に変化した直後であるか否か」を判定する。
この場合、現時点は、目標値減少フラグXDの値が「0」から「1」に変化した直後である。従って、CPUはステップ2520にて「Yes」と判定してステップ2530に進み、カウンタNの値を「1」に設定し、ステップ2540に進む。なお、CPUがステップ2520の処理を実行する時点が、目標値減少フラグXDの値が「0」から「1」に変化した直後でないとき、CPUはステップ2520にて「No」と判定してステップ2540に直接進む。
次いで、CPUはステップ2540にて、空燃比判定結果が反転したか否かを判定する。より具体的に述べると、所定時間前において下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも小さく、且つ、現時点の出力値Voxsが目標値VREFよりも大きいとき、CPUは空燃比判定結果が反転したと判定する。更に、所定時間前において下流側空燃比センサの出力値Voxsが目標値VREFよりも大きく、且つ、現時点の出力値Voxsが目標値VREFよりも小さいとき、CPUは空燃比判定結果が反転したと判定する。
そして、空燃比判定結果が反転していると、CPUはステップ2540にて「Yes」と判定してステップ2550に進んでカウンタNの値を「1」増大し、ステップ2560に進む。一方、空燃比判定結果が反転していなければ、CPUはステップ2540にて「No」と判定してステップ2560に直接進む。
次いで、CPUはステップ2560にて、図24のステップ2460にて取得した初期極大値Vmax0から「値Nと正の一定値ΔV1との積」を減算して得られる値(Vmax0−N・ΔV1)を、目標値VREFとして設定する。なお、値ΔV1は、第1変更値に相当し、最大出力値Maxと基準値Vfとの差の絶対値よりも小さい値に設定されている。
次いで、CPUはステップ2570にて目標値VREFが基準値Vf以下であるか否かを判定する。そして、目標値VREFが基準値Vf以下であると、CPUはステップ2580に進んで基準値Vfを目標値VREFとして設定し、その後ステップ2595に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、目標値VREFが基準値Vfよりも大きいと、CPUはステップ2570からステップ2595に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、CPUは、ステップ2580において、図24のステップ2420と同じ処理を実行してもよい。
以降、このルーチンが繰り返し実行されることにより、目標値減少フラグXDの値が「0」から「1」に変化した場合、目標値VREFは値(Vmax0−ΔV1)から、空燃比判定結果が反転する毎に値ΔV1ずつ減少し、最終的には基準値Vfに一致する。
同様に、CPUは所定のタイミングにて図26のステップ2600から処理を開始し、ステップ2610にて目標値増大フラグXUの値が「1」であるか否かを判定する。このとき、目標値増大フラグXUの値が「1」でなければ、CPUはステップ2610にて「No」と判定し、ステップ2695に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
いま、目標値増大フラグXUの値が、図24のステップ2490にて「1」に設定された直後であると仮定する。この場合、CPUは図26のステップ2610に進んだとき、そのステップ2610にて「Yes」と判定してステップ2620に進む。CPUは、そのステップ2620にて、「現時点が、目標値増大フラグXUの値が「0」から「1」に変化した直後であるか否か」を判定する。
前述した仮定に従えば、現時点は、目標値増大フラグXUの値が「0」から「1」に変化した直後である。従って、CPUはステップ2620にて「Yes」と判定してステップ2630に進み、カウンタNの値を「1」に設定し、ステップ2640に進む。なお、CPUがステップ2620の処理を実行する時点が、目標値増大フラグXUの値が「0」から「1」に変化した直後でないとき、CPUはステップ2620にて「No」と判定してステップ2640に直接進む。
次いで、CPUはステップ2640にて、空燃比判定結果が反転したか否かを判定する。そして、空燃比判定結果が反転していると、CPUはステップ2640にて「Yes」と判定してステップ2650に進んでカウンタNの値を「1」増大し、ステップ2660に進む。一方、空燃比判定結果が反転していなければ、CPUはステップ2640にて「No」と判定してステップ2660に直接進む。
次いで、CPUはステップ2660にて、図24のステップ2490にて取得した初期極小値Vmin0に「値Nと正の一定値ΔV2との積」を加算して得られる値(Vmin0+N・ΔV2)を、目標値VREFとして設定する。なお、値ΔV2は、第1変更値に相当し、最小出力値Minと基準値Vfとの差の絶対値よりも小さい値に設定されている。
次いで、CPUはステップ2670にて目標値VREFが基準値Vf以上であるか否かを判定する。そして、目標値VREFが基準値Vf以上であると、CPUはステップ2680に進んで基準値Vfを目標値VREFとして設定し、その後ステップ2695に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、目標値VREFが基準値Vfよりも小さいと、CPUはステップ2670からステップ2695に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、CPUは、ステップ2680において、図24のステップ2420と同じ処理を実行してもよい。
以降、このルーチンが繰り返し実行されることにより、目標値増大フラグXUの値が「0」から「1」に変化した場合、目標値VREFは値(Vmin0+ΔV1)から、空燃比判定結果が反転する毎に値ΔV1ずつ増大し、最終的には基準値Vfに一致する。
このように、第10制御装置は、サブフィードバック制御の開始後等(目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」である場合)において得られた極大値Vmaxが「基準値Vfに第1閾値A1を加えた値(Vf+A1)」よりも大きいとき、目標値VREFを「その極大値Vmaxと基準値Vfとの間の値(Vmax0−ΔV1)」から基準値Vfに向けて徐々に減少する。即ち、第10制御装置も、目標値収束制御を実行する。この場合、目標値収束制御の初期値は値(Vmax0−ΔV1)である。この値(Vmax0−ΔV1)は、「基準値Vfよりも大きい側の領域及び基準値Vfよりも小さい側の領域」の何れか一方の領域であって「下流側空燃比センサの出力値Voxs(現時点の出力値Voxs)が存在している領域(この例においては、基準値Vfよりも大きい側の領域)」内の値である。
同様に、第10制御装置は、サブフィードバック制御の開始後等(目標値収束制御実行フラグXVSFBの値が「0」である場合)において得られた極小値Vminが値(Vf−A2)よりも小さいとき、目標値VREFをその極小値Vminと基準値Vfとの間の値(Vmin0+ΔV2)から基準値Vfに向けて徐々に増大する。即ち、第10制御装置も、目標値収束制御を実行する。この場合、目標値収束制御の初期値は値(Vmin0+ΔV2)である。この値(Vmin0+ΔV2)は、「基準値Vfよりも大きい側の領域及び基準値Vfよりも小さい側の領域」の何れか一方の領域であって「下流側空燃比センサの出力値Voxs(現時点の出力値Voxs)が存在している領域(この例においては、基準値Vfよりも小さい側の領域)」内の値である。なお、値A1及び値A2は互いに同じであっても相違していてもよく、値ΔV1及び値ΔV2は互いに同じ値であっても相違していてもよい。
<第11実施形態>
次に、本発明の第11実施形態に係る制御装置(以下、単に「第11制御装置」と称呼する。)について説明する。第11制御装置は、サブフィードバック量Vafsfbをリッチ要求及びリーン要求に基いて矩形波状に変化させる点のみにおいて、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
次に、本発明の第11実施形態に係る制御装置(以下、単に「第11制御装置」と称呼する。)について説明する。第11制御装置は、サブフィードバック量Vafsfbをリッチ要求及びリーン要求に基いて矩形波状に変化させる点のみにおいて、第1制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
より具体的に述べると、第11制御装置のCPUは、図8、図9、図11乃至図13に示したルーチンと、図10に代わる図27に示したルーチンとを実行する。図8、図9、図11乃至図13に示したルーチンは説明済みである。よって、図27に示したルーチンについて説明する。第11制御装置のCPUは、図27に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。
従って、所定のタイミングになると、CPUは図27のステップ2700から処理を開始してステップ2710に進み、サブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。このとき、サブフィードバック制御条件が成立していなければ、CPUはステップ2710にて「No」と判定してステップ2720に進み、サブフィードバック量Vafsfbを「0」に設定する。その後、CPUはステップ2795に進み、本ルーチンを一旦終了する。
これに対し、CPUがステップ2710の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していると、CPUはそのステップ2715にて「Yes」と判定してステップ2715に進み、リッチ判定フラグXRの値が「1」であるか否かを判定する。即ち、CPUはリーン要求が発生しているかを判定する。このリッチ判定フラグXRの値は、図13に示したルーチンにより設定されている。
そして、リッチ判定フラグXRの値が「1」であるとき(即ち、リーン要求が発生していると判定されているとき)、CPUはステップ2710にて「Yes」と判定してステップ2730に進み、サブフィードバック制御を負の一定値(−Vsfb)に設定する。値Vsfbは正の一定値である。その後、CPUはステップ2795に進む。
この結果、上記(2)式により求められるフィードバック制御用出力値Vabyfcは、上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsよりも値Vsfbだけ小さくなる。従って、フィードバック制御用出力値Vabyfcは、上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsよりもリッチ側の空燃比に相当する値へと修正される。この結果、指示燃料噴射量Fiは減少させられるので、機関の空燃比及び触媒流入ガスの空燃比は大きくなる(リーン側の空燃比になる。)。
一方、CPUがステップ2715の処理を実行する時点において、リッチ判定フラグXRの値が「0」であるとき(即ち、リッチ要求が発生していると判定されているとき)、CPUはステップ2715にて「No」と判定してステップ2740に進み、サブフィードバック制御を正の一定値(Vsfb)に設定する。その後、CPUはステップ2795に進む。
この結果、上記(2)式により求められるフィードバック制御用出力値Vabyfcは、上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsよりも値Vsfbだけ大きくなる。従って、フィードバック制御用出力値Vabyfcは、上流側空燃比センサ55の出力値Vabyfsよりもリーン側の空燃比に相当する値へと修正される。この結果、指示燃料噴射量Fiは増大させられるので、機関の空燃比及び触媒流入ガスの空燃比は小さくなる(リッチ側の空燃比になる。)。
このように、第11制御装置は、リーン要求が発生していると判定されているときにはサブフィードバック量Vafsfbを負の一定値(−Vsfb)に設定し、リッチ要求が発生していると判定されているときにはサブフィードバック量Vafsfbを正の一定値(Vsfb)に設定する。従って、空燃比制御を簡素化することができる。
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る各空燃比制御装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsの基準値Vfからの偏移が大きくなったとき、目標値VREFを「基準値Vfとは相違する値」から「基準値Vf」へと次第に近づける。この結果、機関の空燃比が迅速に切り換わるので、触媒流入ガスの空燃比が「触媒43が高い浄化効率にて排ガスを浄化するために適切な空燃比」に近づく。従って、エミッションを良好に維持することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、下流側空燃比センサ56は、ジルコニア素子を備える濃淡電池型のO2センサであったが、限界電流式の広域空燃比センサであってもよい。更に、下流側空燃比センサはチタニアを素子として用いた酸素濃度センサであってもよい。上流側空燃比センサ55は、限界電流式の広域空燃比センサであったが、濃淡電池型のO2センサであってもよい。
Claims (16)
- 内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記排気通路であって前記触媒の下流に配設され且つ酸素分圧に応じて変化する出力値を示す素子を備える下流側空燃比センサと、
前記下流側空燃比センサの出力値を所定の目標値に近づけるために前記機関に供給される混合気の空燃比である機関の空燃比を増大させる必要があるリーン要求の発生期間において前記機関の空燃比を増大し、前記下流側空燃比センサの出力値を前記目標値に近づけるために前記機関の空燃比を減少させる必要があるリッチ要求の発生期間において前記機関の空燃比を減少する、フィードバック制御を実行する空燃比制御手段と、
を備える内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記目標値を、前記下流側空燃比センサの素子に到達しているガスの酸素分圧が同ガスの空燃比が理論空燃比であるときの酸素分圧であるときに前記下流側空燃比センサの素子の出力値が示す値を含む所定の範囲内の値である基準値に、前記基準値よりも大きい側の領域及び前記基準値よりも小さい側の領域の何れか一方の領域であって前記下流側空燃比センサの出力値が存在している領域内の所定の値から時間経過とともに徐々に近づける目標値変更手段、
を備える空燃比制御装置。 - 請求項1に記載の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記下流側空燃比センサの出力値が前記基準値から離れる方向に変化する状態から前記基準値に近づく方向に変化する状態へと変化したときの同出力値を第1極値として取得し、且つ、前記下流側空燃比センサの出力値が前記基準値に近づく方向に変化する状態から前記基準値から離れる方向へと変化する状態へと変化したときの同出力値を第2極値として取得する極値取得手段を含み、
前記目標値変更手段は、
前記極値取得手段により前記第1極値が取得された場合に同取得された第1極値と前記基準値との間の値である第1値を前記目標値として設定し、その後、前記極値取得手段によって前記第2極値が取得された場合に同取得された第2極値と前記極値取得手段によって取得された前記第1極値との間の値である第2値を前記目標値として設定するように構成された空燃比制御装置。 - 請求項2に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記第2値を、前記取得された第2極値と前記第1値との間の値に設定するように構成された空燃比制御装置。 - 請求項3に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記第2極値が取得された時点である第2極値取得時点以降において取得される前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が、前記第2極値取得時点以前において取得された前記第1極値と前記基準値との差の絶対値よりも小さくなるように、前記第2値を設定する空燃比制御装置。 - 請求項2乃至請求項4の何れか一項に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記極値取得手段により前記第1極値が取得された場合に同取得された第1極値と前記基準値との差の絶対値が正の第1閾値よりも大きいとき前記第1値を前記目標値として設定し、同取得された第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第1閾値以下であるとき前記基準値を前記目標値として設定するように構成された空燃比制御装置。 - 請求項5に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記第1極値に比べて正の第1変更値だけ前記基準値に近い値を前記第1値として設定し、且つ、前記第2極値に比べて正の第2変更値だけ前記基準値から遠い値を前記第2値として設定するように構成され、
前記第1変更値は前記第1閾値以下であり、且つ、
前記第2変更値は前記第1変更値よりも小さい空燃比制御装置。 - 請求項6に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記下流側空燃比センサの温度が低いほど前記第1変更値をより小さくするように構成された空燃比制御装置。 - 請求項6に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記触媒を通過する排ガスの流量が大きいほど前記第1変更値をより小さくするように構成された空燃比制御装置。 - 請求項6に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が正の第2閾値よりも大きい場合における前記第1変更値の値を、前記第1極値と前記基準値との差の絶対値が前記第2閾値以下である場合における前記第1変更値の値よりも小さくするように構成された空燃比制御装置。 - 請求項6に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記機関の運転状態が、前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット状態から前記機関への燃料の供給を行う燃料供給状態へと変化した時点から、所定時間が経過する時点までのフューエルカット終了後期間における前記第1変更値の値を、前記フューエルカット終了後期間以外の期間における前記第1変更値の値よりも小さくするように構成された空燃比制御装置。 - 請求項6に記載の空燃比制御装置において、
前記目標値変更手段は、
前記機関が所定の加速状態にあるか否かを判定するとともに、前記機関が前記加速状態にあると判定された場合の前記第1変更値の値を、前記機関が前記加速状態にあると判定されていない場合の前記第1変更値の値よりも小さくするように構成された空燃比制御装置。 - 請求項6に記載の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記機関に吸入される吸入空気量を取得するとともに同取得された吸入空気量に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致させるための基本燃料噴射量を算出する基本燃料噴射量算出手段と、
前記排気通路であって前記触媒よりも上流に配設されるとともに前記触媒に流入する排ガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記上流側空燃比センサの出力値により表される上流側空燃比が理論空燃比に一致するように前記基本燃料噴射量を補正するメインフィードバック量を算出するメインフィードバック量算出手段と、
前記リーン要求が発生していると判定されている期間において前記基本燃料噴射量を増大させるように前記基本燃料噴射量を補正し且つ前記リッチ要求が発生していると判定されている期間において前記基本燃料噴射量を減少させるように前記基本燃料噴射量を補正するサブフィードバック量を算出するサブフィードバック量算出手段と、
前記基本燃料噴射量を、前記メインフィードバック量及び前記サブフィードバック量に基く空燃比補正量により補正して指示燃料噴射量を算出するとともに、同算出された指示燃料噴射量の燃料を前記機関に供給することにより前記フィードバック制御を実行する燃料噴射量制御手段と、
を含む空燃比制御装置。 - 請求項12に記載の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記メインフィードバック量の平均値に相関する値を空燃比学習値として取得する学習制御を実行する学習手段を備え、
前記燃料噴射量制御手段は、
前記基本燃料噴射量を前記空燃比学習値にも基いて補正することにより前記指示燃料噴射量を算出するように構成され、
前記学習手段は、
前記目標値が前記基準値に設定されている場合に前記学習制御を実行し、且つ、前記目標値が前記基準値に設定されていない場合に前記学習制御を実行しないように構成された空燃比制御装置。 - 請求項13に記載の空燃比制御装置において、
前記下流側空燃比センサは、
前記触媒から流出する排ガスに含まれる酸素の濃度に応じた電圧を前記下流側空燃比センサの出力値として出力する濃淡電池型の酸素濃度センサであり、
前記学習手段は、
前記目標値が第1継続時間以上に渡り前記基準値に一致している状態が第2継続時間以上に渡って発生していない場合、前記目標値の平均値に相関する値が前記基準値よりも大きいとき、前記空燃比学習値を、前記基本燃料噴射量をより減少補正する値へと修正するように構成された空燃比制御装置。 - 請求項13に記載の空燃比制御装置において、
前記下流側空燃比センサは、
前記触媒から流出する排ガスに含まれる酸素の濃度に応じた電圧を前記下流側空燃比センサの出力値として出力する濃淡電池型の酸素濃度センサであり、
前記学習手段は、
前記目標値が第1継続時間以上に渡り前記基準値に一致している状態が第2継続時間以上に渡って発生していない場合、前記目標値の平均値に相関する値が前記基準値よりも小さいとき、前記空燃比学習値を、前記基本燃料噴射量をより増大補正する値へと修正するように構成された空燃比制御装置。 - 請求項13に記載の空燃比制御装置において、
前記下流側空燃比センサは、
前記触媒から流出する排ガスに含まれる酸素の濃度に応じた電圧を前記下流側空燃比センサの出力値として出力する濃淡電池型の酸素濃度センサであり、
前記目標値変更手段は、
前記目標値が、前記基準値よりも大きい値と前記基準値よりも小さい値とに交互に変化する状態が所定時間以上継続する状態である目標値振動状態が発生した場合、前記第1変更値の値を、前記目標値振動状態が発生していない場合の前記第1変更値の値よりも小さくするように構成された空燃比制御装置。
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