JP2007100575A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エアフローメータ及びインジェクタの誤差に起因する空燃比の目標空燃比からの偏移を効果的に抑制し得る内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】この制御装置は、エアフローメータの出力電圧Vgに対する吸入空気流量Gaの特性を、パラメータa1，b1，c1を用いた多項式（Ga＝a1・Vg2＋b1・Vg＋c1）で近似し、インジェクタの開弁時間τに対する燃料噴射量Fiの特性を、パラメータa2，b2を用いた多項式（Fi＝(a2・τ＋b2)・K）で近似する。これらのパラメータa1，b1，c1，a2，b2は、所定のタイミング毎に、排気通路に配設された空燃比センサにより得られる検出空燃比abyfs、エアフローメータの出力電圧Vg、インジェクタの開弁時間τについての複数個の組み合わせデータを用いて検出空燃比abyfsと目標空燃比の差に対して最小二乗法を適用して、空燃比を目標空燃比に近づけるための値に同定・更新されていく。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
一般に、燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）が使用される内燃機関においては、以下の手順でインジェクタの開弁時間が決定されるようになっている。即ち、先ず、吸気通路を通過する空気の流量（以下、「吸入空気流量」と称呼する。）に応じた値を出力するエアフローメータの出力値と、エアフローメータの出力値と吸入空気流量との予め定められた関係（具体的には、同関係を規定するテーブル、マップ等）とから、吸入空気流量が決定（計測）される。次いで、この吸入空気流量とエンジン回転速度とから、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気量（以下、「筒内吸入空気量」と称呼する。）が決定される。
そして、この筒内吸入空気量に基づいて機関に供給される混合気の空燃比（以下、単に「空燃比」と称呼することもある。）を目標空燃比に一致させるためにインジェクタから噴射する燃料の量（以下、「燃料噴射量」と称呼する。）が決定される。そして、この燃料噴射量と、燃料噴射量とインジェクタの開弁時間との予め定められた関係（具体的には、同関係を規定するテーブル、マップ等）とから、インジェクタの開弁時間が決定される。この結果、このインジェクタの開弁時間だけインジェクタが開弁することで、空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な量の燃料がインジェクタから噴射されるようになっている。
ところで、上述したエアフローメータの出力値と吸入空気流量との関係（即ち、エアフローメータの出力特性）には、エアフローメータの個体誤差、経年変化等に起因するばらつきが不可避的に発生する。同様に、燃料噴射量とインジェクタの開弁時間との関係（即ち、インジェクタの燃料噴射特性）にもインジェクタの個体誤差、経年変化等に起因するばらつきが不可避的に発生する。
従って、係るばらつきが考慮されていない上述したテーブル等により決定される吸入空気流量、及びインジェクタの開弁時間には誤差が含まれ得る。これにより、インジェクタから噴射される燃料の量が空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な量と異なり、この結果、空燃比が目標空燃比から偏移するという問題が発生し得る。以下、このような吸入空気流量の誤差、及び開弁時間の誤差をそれぞれ、「エアフローメータの出力特性の誤差」、及び「インジェクタの燃料噴射特性の誤差」と称呼する。また、これらの誤差を「エアフローメータ及びインジェクタの誤差」と総称することもある。
このため、特許文献１に記載の装置は、機関の負荷（筒内吸入空気量）に対する、エアフローメータの出力特性の誤差の傾向とインジェクタの燃料噴射特性の誤差の傾向とが異なることに着目し、機関の負荷に基づいて、エアフローメータの出力特性の補正とインジェクタの燃料噴射特性の補正を行う際の補正配分を決定するようになっている。即ち、機関の負荷に応じてエアフローメータの出力特性を補正する程度及びインジェクタの燃料噴射特性を補正する程度の割合を変更することで、上述したエアフローメータ及びインジェクタの誤差に起因する空燃比の目標空燃比からの偏移を抑制する試みがなされている。
特開昭６４−２４１４２号公報
ところが、実際には、エアフローメータの出力特性の誤差の傾向とインジェクタの燃料噴射特性の誤差の傾向とは、機関の負荷のみならず他の種々の要因により別個独立して自由に変動し得る。従って、機関の負荷にのみ基づいてエアフローメータの出力特性及びインジェクタの燃料噴射特性の補正配分を決定する上記文献に記載の装置においては、エアフローメータ及びインジェクタの誤差に起因する空燃比の目標空燃比からの偏移が抑制され得ない場合があり、この点で改善の余地があった。
本発明は上記問題に対処するためになされたものであって、その目的は、エアフローメータ及びインジェクタの誤差に起因する空燃比の目標空燃比からの偏移を効果的に抑制し得る内燃機関の制御装置を提供することにある。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気通路を通過する空気の流量である吸入空気流量に応じた値を出力するエアフローメータと、前記内燃機関の排気通路に配設されて同排気通路を通るガスの空燃比である排気空燃比を検出する空燃比センサと、開弁している状態で燃料を噴射するインジェクタとを備えた内燃機関に適用される。前記空燃比センサとしては、排気通路に触媒（三元触媒）が設けられている場合、触媒の上流の排気通路に配設された空燃比センサであることが好ましく、更には、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であることが好ましい。
本発明に係る制御装置は、エアフローメータ特性近似手段と、インジェクタ特性近似手段と、開弁時間決定手段と、同定手段と、適用手段とを備える。以下、これらの手段について順に説明する。
エアフローメータ特性近似手段は、エアフローメータの出力特性を少なくとも１つの第１パラメータを用いて近似する手段である。エアフローメータ特性近似手段により近似されるエアフローメータの出力特性は、第１パラメータの値に応じて調整され得る。エアフローメータ特性近似手段は、例えば、前記エアフローメータの出力特性として、前記エアフローメータの出力値に対する前記吸入空気流量（真の吸入空気流量）の特性を近似するように構成される。
インジェクタ特性近似手段は、インジェクタの燃料噴射特性を少なくとも１つの第２パラメータを用いて近似する手段である。インジェクタ特性近似手段により近似されるインジェクタの燃料噴射特性は、（第１パラメータの値とは無関係に）第２パラメータの値に応じて調整され得る。インジェクタ特性近似手段は、例えば、前記インジェクタの燃料噴射特性として、前記インジェクタの開弁時間に対する同インジェクタから噴射される燃料の量である燃料噴射量（真の燃料噴射量）の特性を近似するように構成される。
開弁時間決定手段は、前記エアフローメータの出力値と、前記エアフローメータ特性近似手段により近似された前記エアフローメータの出力特性と、前記インジェクタ特性近似手段により近似された前記インジェクタの燃料噴射特性とに少なくとも基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比と一致させるために必要な量の燃料を噴射するための前記インジェクタの開弁時間を決定する手段である。
開弁時間決定手段によれば、例えば、エアフローメータの出力値と上記近似されたエアフローメータの出力特性とから吸入空気流量が決定され、この吸入空気流量と機関の運転速度とから筒内吸入空気量、従って、空燃比を目標空燃比に一致させるための燃料噴射量が決定される。この燃料噴射量と、上記近似されたインジェクタの燃料噴射特性とから、上記燃料噴射量の燃料を噴射するためのインジェクタの開弁時間が決定される。この結果、空燃比を目標空燃比に一致させるために必要な量の燃料がインジェクタから噴射され得る。
同定手段は、前記空燃比センサにより検出された前記排気空燃比に基づいて同排気空燃比を前記目標空燃比に近づけるための前記第１パラメータ、及び前記第２パラメータを同定する手段である。前記同定手段は、例えば、前記空燃比センサにより検出された前記排気空燃比、前記エアフローメータの出力値、及び前記開弁時間決定手段により決定されたインジェクタの開弁時間の組み合わせに基づいて、同排気空燃比を前記目標空燃比に近づけるための前記第１パラメータ、及び前記第２パラメータを同定するように構成される。
更には、前記同定手段は、複数の時点でのそれぞれの前記組み合わせに基づいて前記排気空燃比と前記目標空燃比の差に対して最小二乗法を適用して、同排気空燃比を同目標空燃比に近づけるための前記第１パラメータ、及び前記第２パラメータを同定するように構成されることが好適である（詳細は、後述する）。同定手段によれば、空燃比センサにより得られる排気空燃比（従って、機関に供給される混合気の空燃比）を目標空燃比に近づけるための第１パラメータ、及び第２パラメータが同定される。
適用手段は、前記エアフローメータ特性近似手段により用いられる前記第１パラメータの値及び前記インジェクタ特性近似手段により用いられる前記第２パラメータの値に、前記同定された第１パラメータの値及び前記同定された第２パラメータの値をそれぞれ適用する手段である。
これによれば、エアフローメータ特性近似手段により近似されるエアフローメータの出力特性及びインジェクタ特性近似手段により近似されるインジェクタの燃料噴射特性、従って、これらの特性に基づいて前記開弁時間決定手段により決定されるインジェクタの開弁時間（従って、実際の燃料噴射量）が、空燃比が目標空燃比に近づくように調整される。従って、上述したエアフローメータ及びインジェクタの誤差に起因する空燃比の目標空燃比からの偏移を抑制することができる。
上記本発明に係る制御装置において、前記エアフローメータ特性近似手段は、前記エアフローメータの出力値に対する前記吸入空気流量の特性を２次の多項式で近似するとともに、前記第１パラメータとして前記２次の多項式の各項の係数を使用するように構成されることが好適である。ここで、前記２次の多項式は、前記エアフローメータの出力値についての２次の多項式であっても、前記吸入空気流量についての２次の多項式であってもよい。
一般に、エアフローメータの出力値に対する吸入空気流量の特性は、２次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得ることが知られている。従って、この２次の多項式の各項の係数を、空燃比センサにより得られる排気空燃比（従って、機関に供給される混合気の空燃比）を目標空燃比に近づけるための値に同定すれば、エアフローメータの出力特性の誤差を小さくして空燃比を目標空燃比に近づけることができる。上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、マイクロコンピュータの計算負荷が比較的小さくて済む２次の多項式を用いてエアフローメータの出力特性の誤差を補償することができる。
また、上記本発明に係る制御装置において、前記エアフローメータ特性近似手段は、前記エアフローメータの出力値と前記吸入空気流量との予め定められた関係を記憶した記憶手段を備え、前記エアフローメータの出力特性として、前記エアフローメータの出力値と前記記憶された関係とから取得された吸入空気流量である基準吸入空気流量の、真の吸入空気流量に対する偏移量についての特性を近似するように構成されてもよい。
ここにおいて、前記記憶手段は、例えば、予め実験、シミュレーション等を通して適合・決定された、前記エアフローメータの出力値と前記吸入空気流量との関係を規定するテーブル、関数等を記憶する。また、「基準吸入空気流量の真の吸入空気流量に対する偏移量についての特性」とは、エアフローメータの出力値に対する同偏移量の特性であっても、基準吸入空気流量に対する同偏移量の特性であってもよい。
上記構成によっても、上記記憶された関係と「基準吸入空気流量の真の吸入空気流量に対する偏移量についての特性」とから、エアフローメータの出力値に対する吸入空気流量（真の吸入空気流量）の特性が近似され得る。
この場合、前記エアフローメータ特性近似手段は、前記基準吸入空気流量の真の吸入空気流量に対する偏移量についての特性を１次の多項式で近似するとともに、前記第１パラメータとして前記１次の多項式の各項の係数を使用するように構成されることが好適である。ここで、前記１次の多項式は、エアフローメータの出力値についての１次の多項式であっても、基準吸入空気流量についての１次の多項式であってもよい。
一般に、エアフローメータの出力値、或いは基準吸入空気流量に対する「基準吸入空気流量の真の吸入空気流量に対する偏移量」の特性は、１次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得る場合が多い。従って、この１次の多項式の各項の係数を、空燃比を目標空燃比に近づけるための値に同定すれば、エアフローメータの出力特性の誤差を小さくして空燃比を目標空燃比に近づけることができる。上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、マイクロコンピュータの計算負荷がより一層小さくて済む１次の多項式を用いてエアフローメータの出力特性の誤差を補償することができる。
上記本発明に係る制御装置において、前記インジェクタ特性近似手段は、前記インジェクタの開弁時間に対する前記燃料噴射量の特性を１次の多項式で近似するとともに、前記第２パラメータとして前記１次の多項式の各項の係数を使用するように構成されることが好適である。ここで、前記１次の多項式は、前記インジェクタの開弁時間についての１次の多項式であっても、前記燃料噴射量についての１次の多項式であってもよい。
一般に、インジェクタの開弁時間に対する燃料噴射量の特性は、１次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得ることが知られている。従って、この１次の多項式の各項の係数を、空燃比を目標空燃比に近づけるための値に同定すれば、インジェクタの燃料噴射特性の誤差を小さくして空燃比を目標空燃比に近づけることができる。上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、マイクロコンピュータの計算負荷が小さくて済む１次の多項式を用いてインジェクタの燃料噴射特性の誤差を補償することができる。
また、上記本発明に係る制御装置において、前記インジェクタ特性近似手段は、前記インジェクタの開弁時間と燃料噴射量との予め定められた関係を記憶した記憶手段を備え、前記インジェクタの燃料噴射特性として、前記インジェクタの開弁時間と前記記憶された関係とから取得された燃料噴射量である基準燃料噴射量の、真の燃料噴射量に対する偏移量についての特性を近似するように構成されてもよい。
ここにおいて、前記記憶手段は、例えば、予め実験、シミュレーション等を通して適合・決定された、前記インジェクタの開弁時間と燃料噴射量との関係を規定するテーブル、関数等を記憶する。また、「基準燃料噴射量の真の燃料噴射量に対する偏移量についての特性」とは、インジェクタの開弁時間に対する同偏移量の特性であっても、基準燃料噴射量に対する同偏移量の特性であってもよい。
上記構成によっても、上記記憶された関係と「基準燃料噴射量の真の燃料噴射量に対する偏移量についての特性」とから、インジェクタの開弁時間に対する燃料噴射量（真の燃料噴射量）の特性が近似され得る。
この場合、前記インジェクタ特性近似手段は、前記基準燃料噴射量の真の燃料噴射量に対する偏移量についての特性を１次の多項式で近似するとともに、前記第２パラメータとして前記１次の多項式の各項の係数を使用するように構成されることが好適である。
一般に、インジェクタの開弁時間、或いは基準燃料噴射量に対する「基準燃料噴射量の真の燃料噴射量に対する偏移量」の特性は、１次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得る場合が多い。従って、この１次の多項式の各項の係数を、空燃比を目標空燃比に近づけるための値に同定すれば、インジェクタの燃料噴射特性の誤差を小さくして空燃比を目標空燃比に近づけることができる。上記構成は係る知見に基づくものである。これによっても、マイクロコンピュータの計算負荷が小さくて済む１次の多項式を用いてインジェクタの燃料噴射特性の誤差を補償することができる。
以下、本発明による内燃機関の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。この制御装置は、インジェクタの開弁時間を制御するインジェクタ開弁時間制御装置でもあり、機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置でもある。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置を４サイクル火花点火式４気筒内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及びリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。このインジェクタ３９は、通電されている間だけ開弁する常閉電磁開閉弁である。
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３を備えている。スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒（三元触媒）５３、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側触媒（三元触媒）５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、スロットルポジションセンサ６３、カムポジションセンサ６４、クランクポジションセンサ６５、水温センサ６６、空燃比センサ６７、酸素濃度センサ６８、及びアクセル開度センサ６９を備えている。
エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Ga(g/sec)に応じた信号（出力電圧Vg）を出力するようになっている。吸気温センサ６２は、吸入空気の温度を検出し、吸気温度THA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６３は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。
カムポジションセンサ６４は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６５は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４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。この信号は、エンジン回転速度NE(R.P.M.)を表す。水温センサ６６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。
空燃比センサ６７は、排気通路であって上流側触媒５３よりも上流側に配設されている。空燃比センサ６７は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、上流側触媒５３に流入する排ガスの空燃比を検出し、図２に示したように、検出した空燃比（検出空燃比abyfs、排気空燃比）に応じた信号vabyfsを出力するようになっている。
酸素濃度センサ６８は、排気通路であって上流側触媒５３よりも下流側であり下流側触媒５４よりも上流側に配設されている。酸素濃度センサ６８は、固体電解質型センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素センサ）である。図３に示したように、酸素濃度センサ６８は、排ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ及びリーンのとき最大出力値max及び最小出力値minをそれぞれ出力し、排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の値（中央値）ａを出力するようになっている。
アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル７１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８０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。
インターフェース８５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ８１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットルバルブアクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。
（インジェクタの開弁時間の決定方法の概要）
次に、上記のように構成された制御装置（以下、「本装置」と称呼することもある。）によるインジェクタ３９の開弁時間（通電時間）τの決定方法の概要について説明する。一般に、エアフローメータ６１の出力電圧Vgに対する吸入空気流量Gaの特性は、出力電圧Vgについての２次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得ることが知られている。
従って、図４に示すように、吸入空気流量Gaは、第１パラメータとしての値a1、値b1、及び値c1を用いたエアフローメータ６１の出力電圧Vgについての２次の多項式である下記(1)式に従って近似され得る。よって、エアフローメータ６１の出力電圧Vgと、この(1)式とに基づいて（真の）吸入空気流量Gaが取得され得る。
Ga＝a1・Vg2＋b1・Vg＋c1 ・・・(1)
(1)式は、エアフローメータ６１の出力特性としての、エアフローメータ６１の出力電圧Vgに対する吸入空気流量Gaの特性を表す近似式であって、図４に破線で示すように、(1)式で表されるエアフローメータ６１の出力特性は、第１パラメータである値a1、値b1、及び値c1に応じて調整され得る。
吸入空気流量Gaが取得されれば、この吸入空気流量Gaとエンジン回転速度NEとから、吸気行程において燃焼室内に吸入される空気量（筒内吸入空気量Mc）が決定されるから、この筒内吸入空気量Mcに基づいて空燃比を目標空燃比abyfr（通常は理論空燃比）に一致させるためにインジェクタ３９から噴射すべき燃料の量（燃料噴射量Fi）が決定され得る。
ここで、一般に、インジェクタ３９の開弁時間τに対する燃料噴射量Fiの特性は、開弁時間τについての１次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得ることが知られている。従って、図５に示すように、燃料噴射量Fiは、第２パラメータとしての値a2、及び値b2を用いたインジェクタ３９の開弁時間τについての１次の多項式である下記(2)式に従って近似され得る。よって、上述のように決定された燃料噴射量Fiと、この(2)式とに基づいてインジェクタ３９の開弁時間τが決定され得る。なお、(2)式において、Kは単位を「時間」から「質量」に変換するための係数（一定値）である。
Fi＝(a2・τ＋b2)・K ・・・(2)
(2)式は、インジェクタ３９の燃料噴射特性としての、インジェクタ３９の開弁時間τに対する燃料噴射量Fiの特性を表す近似式であって、図５に破線で示すように、(2)式で表されるインジェクタ３９の燃料噴射特性は、第２パラメータである値a2、及び値b2に応じて調整され得る。
本装置は、このような手順に従って、燃料噴射量Fiの燃料をインジェクタ３９から噴射するためのインジェクタ３９の開弁時間τを決定する。加えて、本装置は、第１パラメータである値a1，b1，c1、及び第２パラメータである値a2，b2を、後述するように、所定のタイミング毎に、空燃比を目標空燃比abyfrに近づけるための値に同定・更新していく。以上が、本装置によるインジェクタ３９の開弁時間τの決定方法の概要である。
（実際の作動）
次に、上記のように構成された制御装置の実際の作動について、電気制御装置８０のＣＰＵ８１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図６〜図８を参照しながら説明する。
ＣＰＵ８１は、図６に示したインジェクタ３９の開弁時間τの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ８１はステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、現時点でのエアフローメータ６１の出力電圧Vgと、上記(1)式とに基づいて吸入空気流量Gaを求める。このステップ６０５は、エアフローメータ特性近似手段に相当する。
次に、ＣＰＵ８１はステップ６１０に進み、上記求めた吸入空気流量Gaと、現時点でのエンジン回転速度NE(R.P.M.)と、ステップ６１０内に記載の式とに基づいて筒内吸入空気量Mcを求める。このステップ６１０内に記載の式は、吸気行程に対応する気筒がクランク軸２４が０．５回転する毎に順次入れ代わる４サイクル４気筒内燃機関において吸入空気流量Gaを筒内吸入空気量Mcに換算する式である。この筒内吸入空気量Mcは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ８３内に記憶されていく。
続いて、ＣＰＵ８１はステップ６１５に進んで、上記求めた筒内吸入空気量Mcを目標空燃比abyfrで除することで、空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるための燃料の量である基本燃料噴射量Fbaseを求め、続くステップ６２０にて、燃料噴射量Fiを、上記求めた基本燃料噴射量Fbaseに後述する空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを加えた値に設定する。
続いて、ＣＰＵ８１はステップ６２５に進み、上記設定した燃料噴射量Fiと、上記(2)式をインジェクタ３９の開弁時間τについて解いた式であるステップ６２５内に記載の式とに基づいてインジェクタ３９の開弁時間τを決定し、続くステップ６３０にて、所定の噴射開始時点から開弁時間τだけインジェクタ３９を開弁するための指示を前記所定の気筒に対応するインジェクタ３９に対して行った後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、フィードバック補正された燃料噴射量Fiの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。ここで、ステップ６２５は、インジェクタ特性近似手段、及び開弁時間決定手段に相当する。なお、このルーチンは、他の気筒に対しても上記と同様に実行される。
次に、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの算出について説明する。ＣＰＵ８１は図７に示したルーチンを所定時間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、ＣＰＵ８１はステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んで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。フィードバック制御条件は、例えば、水温センサ６６により検出される機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であり、空燃比センサ６７が活性状態にあり、且つ、後述するデータ抽出条件が成立していないときに成立する。
いま、後述するデータ抽出条件が成立しておらず、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と、ＣＰＵ８１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、現時点の空燃比センサ６７の出力vabyfs、及び図２に示したマップに基づいて現時点における上流側触媒５３の上流の空燃比（以下、「検出空燃比abyfs」と称呼する。）を求める。
次に、ＣＰＵ８１はステップ７１５に進み、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒の筒内吸入空気量Mc（ｋ−Ｎ）を前記求めた検出空燃比abyfsで除することにより、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。値Ｎは、内燃機関の排気量及び燃焼室２５から空燃比センサ６７までの距離等により異なる値である。
このように、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Mc（ｋ−Ｎ）を検出空燃比abyfsで除するのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が空燃比センサ６７に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間を要しているからである。
次いで、ＣＰＵ８１はステップ７２０に進み、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Mc（ｋ−Ｎ）を現時点からＮストローク前の時点における目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）（この例では、理論空燃比）で除することにより、現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
そして、ＣＰＵ８１はステップ７２５に進んで、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じた値に設定する。即ち、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。次に、ＣＰＵ８１はステップ７３０に進み、下記(3)式に基づいて空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを求める。
ＤＦｉ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ …(3)
上記(3)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。なお、(3)式の係数ＫＦＢはエンジン回転速度NE及び筒内吸入空気量Ｍｃ等により可変とすることが好適であるが、ここでは「１」としている。また、値ＳＤＦｃは筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値であり、次のステップ７３５にて更新される。
即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ７３５にて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７２５にて求めた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを求め、ステップ７９５にて本ルーチンを一旦終了する。
以上により、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが前述した図６のステップ６２０及びステップ６２５によりインジェクタの開弁時間τ（即ち、燃料噴射量Fi）に反映される。この結果、現時点からＮストローク前の燃料供給量の過不足が補償されるので、空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比）の平均値が目標空燃比abyfr（理論空燃比）と略一致せしめられる。
一方、後述するデータ抽出条件が成立している場合等、ステップ７０５の判定時において、フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１はステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４０に進み、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの値を「０」に設定し、続くステップ７４５にて、その後に空燃比フィードバック制御を再開するための準備として筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを「０」に初期化した後、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、フィードバック制御条件が不成立であるときは、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを「０」として空燃比（基本燃料噴射量Ｆbase）の補正を行わない。
次に、第１、及び第２パラメータの同定について説明する。ＣＰＵ８１は図８に示したルーチンを所定時間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、ＣＰＵ８１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んで、データ抽出条件が成立しているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ８９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
このデータ抽出条件は、第１、及び第２パラメータである上記値a1，b1，c1，a2，b2の同定に使用するエアフローメータ６１の出力電圧Vg、インジェクタ３９の開弁時間τ、後述する算出空燃比abyfc、及び検出空燃比abyfsの組み合わせについてのデータ（以下、「組み合わせデータ」と称呼する。）を取得するための条件であり、例えば、エンジン回転速度NEの変動幅が所定値以下でありアクセルペダル操作量Accpの変動幅が所定値以下の状態が所定時間以上継続する状態（定常運転状態と判定される状態）にあって、且つ、前回の第１、及び第２パラメータの同定時点（後述するステップ８５０が実行された時点）から所定時間以上が経過している場合に成立する。
いま、データ抽出条件が成立していない状態から成立した状態に変化したものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、カウンタＮの値を「１」だけインクリメントする。カウンタＮの値は、組み合わせデータの取得回数を表す。カウンタＮの値は、前回の第１、及び第２パラメータの同定が実行された時点で後述するステップ８５５にて「０」にリセットされているから、現時点では、カウンタＮの値は「１」になる。
次に、ＣＰＵ８１は先のステップ６０５の処理と類似する処理を行うステップ８１５に進んで、現時点でのエアフローメータ６１の出力電圧Vgと、上記(1)式に相当する式とに基づいて算出空燃比算出用吸入空気流量Gacを求める。続いて、ＣＰＵ８１は先のステップ６１０の処理と類似する処理を行うステップ８２０に進み、上記算出空燃比算出用吸入空気流量Gacと、現時点でのエンジン回転速度NEと、ステップ８２０内に記載の式とに基づいて算出空燃比算出用筒内吸入空気量Mccを求める。
次いで、ＣＰＵ８１はステップ８２５に進んで、先のステップ６２５にて決定されている最新のインジェクタ３９の開弁時間τと、上記(2)式に相当する式とに基づいて算出空燃比算出用燃料噴射量Ficを求める。続いて、ＣＰＵ８１はステップ８３０に進み、、上記算出空燃比算出用筒内吸入空気量Mccを上記算出空燃比算出用燃料噴射量Ficで除することで算出空燃比abyfcを求める。
なお、この場合のようにデータ抽出条件が成立している場合、上述したフィードバック制御条件が不成立となるから、先のステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定され、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが「０」に維持されている。従って、先のステップ６２０にて燃料噴射量Fiが基本燃料噴射量Fbaseと等しい値に設定されているから、先のステップ６２５にて決定されている（従って、ステップ８２５にて使用される）インジェクタ３９の開弁時間τは基本燃料噴射量Fbaseの燃料を噴射するための時間に設定されている。以上のことと、先のステップ６１５とステップ８３０との比較から容易に理解できるように、ステップ８３０にて求められる算出空燃比abyfcは、実質的には、先のステップ６１５にて使用される目標空燃比abyfrと一致するはずの値である。
次に、ＣＰＵ８１はステップ８３５に進んで、先のステップ７１０と同様、現時点の空燃比センサ６７の出力vabyfsから現時点における検出空燃比abyfsを求める。続いて、ＣＰＵ８１はステップ８４０に進み、１個目の組み合わせデータを取得する。
即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ８１５にて使用されたエアフローメータ６１の出力電圧Vgの値を出力電圧データVg(Ｎ)として、ステップ８２５にて使用されたインジェクタ３９の開弁時間τの値を開弁時間データτ(Ｎ)として、ステップ８３０にて計算された算出空燃比abyfc(≒目標空燃比abyfr)の値を算出空燃比データabyfc(Ｎ)として、ステップ８３５にて求められた検出空燃比abyfsの値を検出空燃比データabyfs(Ｎ)としてそれぞれ取得・格納する。現時点では、カウンタＮの値が「１」であるから、出力電圧データVg(1)、開弁時間データτ(1)、算出空燃比データabyfc(1)、及び検出空燃比データabyfs(1)にそれぞれのデータが格納される。
次いで、ＣＰＵ８１はステップ８４５に進み、カウンタＮの値が同定実行基準値Ｎrefと等しいか否かを判定する。これにより、組み合わせデータの取得回数が同定実行基準値Ｎrefに達したか否かが判定される。現時点では、カウンタＮの値は「１」であって同定実行基準値Ｎrefに達していないから、ＣＰＵ８１はステップ８４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
以降、データ抽出条件が成立している限りにおいて、且つ、ステップ８１０にて「１」ずつインクリメントされていくカウンタＮの値が同定実行基準値Ｎrefに達しない限りにおいて、ステップ８１０〜ステップ８４５の処理が繰り返し実行される。この結果、Ｎ個目の組み合わせデータであるVg(Ｎ)，τ(Ｎ)，abyfc(Ｎ)，及びabyfs(Ｎ)が順次取得・格納されていく。
そして、カウンタＮの値が同定実行基準値Ｎrefに達すると（即ち、組み合わせデータの取得回数が同定実行基準値Ｎrefに達すると）、ＣＰＵ８１はステップ８４５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定するようになり、ステップ８５０に進んで、上述のように取得・格納されているＮref個の組み合わせデータを用いて、検出空燃比abyfsと、算出空燃比abyfc(≒目標空燃比abyfr)の差に対して周知の最小二乗法を適用して、第１パラメータである値a1，b1，c1、及び第２パラメータである値a2，b2を同定・更新する。
これにより、{abyfc(Ｍ)−abyfs(Ｍ)}：(Ｍ＝1,…，Ｎref)の２乗和が最小となるように値a1，b1，c1，a2，b2が同定・更新される。換言すれば、値a1，b1，c1，a2，b2が、検出空燃比abyfs（従って、機関に供給される混合気の空燃比）を目標空燃比abyfrに近づけるための値に同定される。そして、ＣＰＵ８１はステップ８５５に進んで、次回の第１、及び第２パラメータの同定の実行に備えてカウンタＮの値を「０」にクリアした後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
このように、ステップ８４５にて「Ｙｅｓ」と判定される毎に、即ち、組み合わせデータの取得回数が同定実行基準値Ｎrefに達する毎に、値a1，b1，c1，a2，b2が、空燃比を目標空燃比abyfrに近づけるための値に同定・更新されていく。このステップ８５０は、同定手段、及び適用手段に相当する。
以上、説明したように、本発明の第１実施形態に係る制御装置によれば、エアフローメータ６１の出力特性としての、エアフローメータ６１の出力電圧Vgに対する吸入空気流量Gaの特性が、パラメータa1，b1，c1を用いた出力電圧Vgについての２次の多項式である上記(1)式（Ga＝a1・Vg2＋b1・Vg＋c1、ステップ６０５を参照）に従って近似される。このように近似されるエアフローメータ６１の出力特性は、パラメータa1，b1，c1に応じて調整され得る。
同様に、インジェクタ３９の燃料噴射特性としての、インジェクタ３９の開弁時間τに対する燃料噴射量Fiの特性が、パラメータa2，b2を用いた開弁時間τについての１次の多項式である上記(2)式（Fi＝(a2・τ＋b2)・K、ステップ６２５を参照）に従って近似される。このように近似されるインジェクタ３９の燃料噴射特性は、パラメータa2，b2に応じて調整され得る。
そして、所定のタイミング毎に（ステップ８４５にて「Ｙｅｓ」と判定される毎に）、パラメータa1，b1，c1，a2，b2が、空燃比を目標空燃比abyfrに近づけるための値に同定・更新される。これにより、前回の同定の後において、経年変化等によりエアフローメータ６１の出力特性、及びインジェクタ３９の燃料噴射特性が変化して空燃比が目標空燃比abyfrから偏移するようになっても、今回の同定により、エアフローメータ６１の出力特性（ステップ６０５を参照）及びインジェクタ３９の燃料噴射特性（ステップ６２５を参照）が、空燃比が目標空燃比abyfrに近づくように調整される。即ち、これらの特性に基づいて決定されるインジェクタ３９の開弁時間τ（ステップ６２５を参照。即ち、実際の燃料噴射量）が、空燃比が目標空燃比abyfrに近づくように調整される。従って、上述した「エアフローメータ及びインジェクタの誤差」に起因する空燃比の目標空燃比abyfrからの偏移を抑制することができる。
本発明は上記第１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、上記第１実施形態においては、検出空燃比abyfsと、算出空燃比abyfcの差に対して最小二乗法を適用して、パラメータa1，b1，c1，a2，b2を同定・更新しているが、上述したように算出空燃比abyfcが目標空燃比abyfrと同一、若しくは極めて近い値に計算されることを考慮して、検出空燃比abyfsと目標空燃比abyfrそのものとの差に対して最小二乗法を適用して、パラメータa1，b1，c1，a2，b2を同定・更新してもよい。この場合、算出空燃比abyfcの算出に必要であった図８のステップ８１５〜ステップ８３０を省略することができる。
また、上記第１実施形態においては、エアフローメータ６１の出力特性としての、エアフローメータ６１の出力電圧Vgに対する吸入空気流量Gaの特性が出力電圧Vgについての２次の多項式で近似されているが、出力電圧Vgについての３次以上の多項式で近似されてもよい。同様に、インジェクタ３９の燃料噴射特性としての、インジェクタ３９の開弁時間τに対する燃料噴射量Fiの特性が開弁時間τについての１次の多項式で近似されているが、開弁時間τについての２次以上の多項式で近似されてもよい。
このように、多項式の次数が大きくなるほどエアフローメータ６１の出力特性の誤差、及びインジェクタ３９の燃料噴射特性の誤差はより小さくなり得る。ただし、多項式の次数が大きくなるほど、同定すべきパラメータの個数が多くなって同定の際のＣＰＵ８１の計算負荷が大きくなる傾向がある。従って、エアフローメータ６１の出力特性を近似する多項式の次数、及びインジェクタ３９の燃料噴射特性を近似する多項式の次数はこれら２つの観点を考慮して決定されることが好ましい。
（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について説明する。この第２実施形態は、エアフローメータ６１の出力電圧Vgと吸入空気流量（以下、「テーブル検索値Ga0」と称呼する。基準吸入空気流量）との予め定められた一定の関係を規定するテーブルMapGa0（図９を参照）、及び、インジェクタ３９の開弁時間τと燃料噴射量（以下、「テーブル検索値Fi0」と称呼する。基準燃料噴射量）との予め定められた一定の関係を規定するテーブルMapFi0（図１０を参照）を備えている点が上記第１実施形態と異なる。これらのテーブルMapGa0，MapFi0は、エアフローメータ６１のマスター品、及びインジェクタ３９のマスター品を使用して予め実験、シミュレーション等を通して適合・作製されている。
加えて、第２実施形態は、エアフローメータ６１の出力特性として、図１１に示すように、テーブル検索値Ga0に対する、「テーブル検索値Ga0の真の吸入空気流量Gaに対する偏移量（Ga−Ga0）」（以下、「偏移量ΔGa」と称呼する。）の特性を近似する点、及び、インジェクタ３９の燃料噴射特性として、図１２に示すように、テーブル検索値Fi0に対する、「テーブル検索値Fi0の真の燃料噴射量Fiに対する偏移量（Fi−Fi0）」（以下、「偏移量ΔFi」と称呼する。）の特性を近似する点が上記第１実施形態と異なる。
図１１に示すように、偏移量ΔGaは、第１パラメータとしての値a3、及び値b3を用いたテーブル検索値Ga0についての１次の多項式である下記(4)式に従って近似される。これは、エアフローメータ６１の出力特性が、個体誤差、経年変化等によりマスター品の出力特性に対して偏移する場合があり、この場合、テーブル検索値Ga0に対する偏移量ΔGaの特性が、テーブル検索値Ga0についての１次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得ることに基づく。
ΔGa＝a3・Ga0＋b3 ・・・(4)
(4)式は、エアフローメータ６１の出力特性としての、テーブル検索値Ga0に対する偏移量ΔGaの特性を表す近似式であって、図１１に破線で示すように、(4)式で表されるエアフローメータ６１の出力特性は、第１パラメータである値a3、及び値b3に応じて調整され得る。この第２実施形態では、エアフローメータ６１の出力電圧VgとテーブルMapGa0とから取得されるテーブル検索値Ga0と、(4)式とに基づいて偏移量ΔGaが取得され、この偏移量ΔGaと、テーブル検索値Ga0と、下記(5)式とから（真の）吸入空気流量Gaが取得され得る。
Ga＝Ga0＋ΔGa ・・・(5)
他方、図１２に示すように、偏移量ΔFiは、第２パラメータとしての値a4、及び値b4を用いたテーブル検索値Fi0についての１次の多項式である下記(6)式に従って近似される。これは、インジェクタ３９の燃料噴射特性が、個体誤差、経年変化等によりマスター品の燃料噴射特性に対して偏移する場合があり、この場合、テーブル検索値Fi0に対する偏移量ΔFiの特性が、テーブル検索値Fi0についての１次の多項式を用いることで比較的精度良く近似され得ることに基づく。
ΔFi＝a4・Fi0＋b4 ・・・(6)
(6)式は、インジェクタ３９の燃料噴射特性としての、テーブル検索値Fi0に対する偏移量ΔFiの特性を表す近似式であって、図１２に破線で示すように、(6)式で表されるインジェクタ３９の出力特性は、第２パラメータである値a4、及び値b4に応じて調整され得る。
この第２実施形態では、上記(6)式と下記(7)式とから偏移量ΔFiを消去して得られる式をテーブル検索値Fi0について解いた式である下記(8)式と、上記吸入空気流量Ga（従って、筒内吸入空気量Mc）から第１実施形態と同様に決定される燃料噴射量Fiと、に基づいて、テーブル検索値Fi0が決定され、前記決定されたテーブル検索値Fi0とテーブルMapFi0とから、前記決定されたテーブル検索値Fi0に対応するインジェクタ３９の開弁時間τが決定される。これにより、燃料噴射量Fiと等しい量の燃料を実際に噴射するために必要なインジェクタ３９の開弁時間τが決定される。
Fi＝Fi0＋ΔFi ・・・(7)
Fi0＝(Fi−b4)／(1＋a4) ・・・(8)
第２実施形態は、このような手順に従って、燃料噴射量Fiの燃料をインジェクタ３９から噴射するためのインジェクタ３９の開弁時間τを決定する。加えて、本装置は、第１実施形態と同じ手順で、第１パラメータである値a3，b3、及び第２パラメータである値a4，b4を、所定のタイミング毎に、空燃比を目標空燃比abyfrに近づけるための値に同定・更新していく。
（第２実施形態の実際の作動）
以下、第２実施形態に係る制御装置の実際の作動について説明する。この装置のＣＰＵ８１は、第１実施形態のＣＰＵ８１が実行する図６〜図８に示したルーチンのうち図７に示したルーチンのみをそのまま実行する。一方、この装置のＣＰＵ８１は、第１実施形態のＣＰＵ８１が実行する図６、図８に示したルーチンに代えて図１３、図１４にフローチャートにより示したルーチンをそれぞれ実行する。以下、第２実施形態に特有の図１３、及び図１４に示したルーチンについて説明する。
この装置のＣＰＵ８１は、図１３に示した開弁時間τの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定時間の経過毎に実行している。なお、図１３に示したルーチンにおいて、図６のステップと同一のステップについては図６のステップ番号と同一の番号を付すことでそれらの説明に代える。
図１３に示したルーチンは、図６のステップ６０５をステップ１３０５，１３１０，１３１５に置き換えた点、及び、図６のステップ６２５をステップ１３２０，１３２５に置き換えた点においてのみ、図６に示したルーチンと異なる。以下、係る相違点について説明する。
ステップ１３０５では、現時点でのエアフローメータ６１の出力電圧Vgと、テーブルMapGa0とからテーブル検索値Ga0が決定される。なお、テーブルMapGa0は、ＲＯＭ８２の所定領域に記憶されている。ステップ１３０５は、記憶手段に相当する。ステップ１３１０では、上記決定されたテーブル検索値Ga0と、上記(4)式とから偏移量ΔGaが求められる。ステップ１３１０はエアフローメータ特性近似手段に相当する。ステップ１３１５では、上記求められた偏移量ΔGaと、上記決定されたテーブル検索値Ga0と、上記(5)式とから吸入空気流量Gaが求められる。
ステップ１３２０では、ステップ６２０にて決定された燃料噴射量Fiと、上記(8)式とからテーブル検索値Fi0が決定される。ステップ１３２０はインジェクタ特性近似手段に相当する。ステップ１３２５では、上記決定されたテーブル検索値Fi0と、テーブルMapFi0（正確には、逆テーブルMapFi0-1）とからインジェクタ３９の開弁時間τが決定される。これにより、ステップ６２０にて決定された燃料噴射量Fiと等しい量の燃料を実際に噴射するために必要なインジェクタ３９の開弁時間τが決定される。ステップ１３２５は、開弁時間決定手段、及び記憶手段に相当する。
図１４に示したルーチンは、図８のステップ８１５をステップ１４０５，１４１０，１４１５に置き換えた点、図８のステップ８２５をステップ１４２０，１４２５，１４３０に置き換えた点、及び図８のステップ８５０をステップ１４３５に置き換えた点においてのみ、図８に示したルーチンと異なる。以下、係る相違点について説明する。
ステップ１４０５では、上述したステップ１３０５と同じ処理が実行される。ステップ１４１０では、上述したステップ１３１０と同じ処理が実行される。ステップ１４１５では、上述したステップ１３１５と同様、ステップ１４０５にて得られたテーブル検索値Ga0と、ステップ１４１０にて得られた偏移量ΔGaと、上記(5)式に相当する式に基づいて算出空燃比算出用吸入空気流量Gacが求められる。
ステップ１４２０では、先のステップ１３２５にて決定されている最新のインジェクタ３９の開弁時間τと、テーブルMapFi0とからテーブル検索値Fi0が決定される。なお、テーブルMapFi0は、ＲＯＭ８２の所定領域に記憶されている。ステップ１４２５では、上記決定されたテーブル検索値Fi0と、上記(6)式とから偏移量ΔFiが求められる。ステップ１４３０では、上記テーブル検索値Fi0と、上記偏移量ΔFiと、上記(7)式に相当する式とに基づいて算出空燃比算出用燃料噴射量Ficが算出される。
このようにして、ステップ８３０にて算出空燃比abyfcの算出に必要となる、算出空燃比算出用吸入空気流量Gac（従って、算出空燃比算出用筒内吸入空気量Mcc）と、算出空燃比算出用燃料噴射量Ficとが算出される。
そして、ステップ８４５の条件が成立した場合に実行されるステップ１４３５では、上述したステップ８５０と同じ手順にて、第１パラメータである値a3，b3、及び第２パラメータである値a4，b4が同定・更新される。
これにより、{abyfc(Ｍ)−abyfs(Ｍ)}：(Ｍ＝1,…，Ｎref)の２乗和が最小となるように値a3，b3，a4，b4が同定・更新される。このように、ステップ８４５にて「Ｙｅｓ」と判定される毎に、即ち、組み合わせデータの取得回数が同定実行基準値Ｎrefに達する毎に、値a3，b3，a4，b4が、空燃比を目標空燃比abyfrに近づけるための値に同定・更新されていく。このステップ１４３５は、同定手段、及び適用手段に相当する。
以上、説明したように、本発明の第２実施形態に係る制御装置によっても、第１実施形態と同様、前回の同定の後において、経年変化等によりエアフローメータ６１の出力特性、及びインジェクタ３９の燃料噴射特性が変化して空燃比が目標空燃比abyfrから偏移するようになっても、今回の同定により、エアフローメータ６１の出力特性（ステップ１３１０を参照）及びインジェクタ３９の燃料噴射特性（ステップ１３２０を参照）が、空燃比が目標空燃比abyfrに近づくように調整される。即ち、これらの特性に基づいて決定されるインジェクタ３９の開弁時間τ（ステップ１３２５を参照。即ち、実際の燃料噴射量）が、空燃比が目標空燃比abyfrに近づくように調整される。従って、上述した「エアフローメータ及びインジェクタの誤差」に起因する空燃比の目標空燃比abyfrからの偏移を抑制することができる。
加えて、エアフローメータ６１の出力特性としての、テーブル検索値Ga0に対する偏移量ΔGaの特性がテーブル検索値Ga0についての１次の多項式で近似されているから、上記第１実施形態（エアフローメータ６１の出力特性としての、エアフローメータ６１の出力電圧Vgに対する吸入空気流量Gaの特性が出力電圧Vgについての２次の多項式で近似されている。）に比して同定されるパラメータの個数が少なくなり（第１実施形態：計５個、第２実施形態：計４個）、ＣＰＵ８１の計算負荷を少なくすることができる。
本発明は上記第２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、上記第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、上述した算出空燃比abyfcが目標空燃比abyfrと同一、若しくは極めて近い値に計算されることを考慮して、検出空燃比abyfsと目標空燃比abyfrそのものとの差に対して最小二乗法を適用して、パラメータa3，b3，a4，b4を同定・更新してもよい。この場合、算出空燃比abyfcの算出に必要であった図１４の１４０５〜１４１５、ステップ８２０、ステップ１４２０〜１４３０、及びステップ８３０を省略することができる。
また、上記第２実施形態においては、エアフローメータ６１の出力特性としての、テーブル検索値Ga0に対する偏移量ΔGaの特性がテーブル検索値Ga0についての１次の多項式で近似されているが、偏移量ΔGa0についての２次以上の多項式で近似されてもよい。同様に、インジェクタ３９の燃料噴射特性としての、テーブル検索値Fi0に対する偏移量ΔFiの特性がテーブル検索値Fi0についての１次の多項式で近似されているが、テーブル検索値Fi0についての２次以上の多項式で近似されてもよい。
また、上記第２実施形態においては、エアフローメータ６１の出力特性として、エアフローメータ６１の出力電圧Vgに対する偏移量ΔGaの特性が出力電圧Vgについての１次の多項式で近似されてもよい。同様に、インジェクタ３９の燃料噴射特性として、インジェクタ３９の開弁時間τに対する偏移量ΔFiの特性が開弁時間τについての１次の多項式で近似されてもよい。
また、上記第１、第２実施形態においては、上記組み合わせデータの一部である出力電圧データVg(Ｎ)の値と開弁時間データτ(Ｎ)の値の組み合わせのばらつきの程度が大きいほど、より広範囲の運転状態においてより均一に空燃比が目標空燃比abyfrに近づくようにパラメータの各値が同定され得る。従って、ステップ８０５のデータ抽出条件に、例えば、現時点でのエアフローメータ６１の出力電圧Vgの値と、現時点での（ステップ６２５、或いはステップ１３２５にて決定されている最新の）インジェクタ３９の開弁時間τの値とのうち少なくとも１つが、前回のデータ抽出時点（前回のステップ８４０の実行時点）での対応する値に対して所定値以上偏移していること等の条件を加えても良い。
加えて、上記第１、第２実施形態においては、上流側触媒５３の上流側の排気通路に配置された空燃比センサ６７として、図２に示す出力特性を備えた「限界電流式酸素濃度センサ」が使用されているが、上流側触媒５３の下流側の排気通路に配置された酸素濃度センサ６８のように図３に示した出力特性を備えた「濃淡電池式型の酸素濃度センサ」が使用されてもよい。この場合、パラメータの同定
を行う際、上述のように取得されるＮref個の組み合わせデータにおいて、検出空燃比データabyfs(Ｎ)として、酸素濃度センサ出力値に相当する空燃比に代えて理論空燃比atoich（一定）が使用されることが好ましい。
これは、以下の理由に基づく。即ち、図３に示した特性を備えた酸素濃度センサでは、検出対象の排ガスの空燃比が理論空燃比より僅かでもリッチであるとその出力値は上記最大出力値maxとなり、理論空燃比より僅かでもリーンであるとその出力値は上記最小出力値minとなる。この特性に起因して、酸素濃度センサの出力値は、最大出力値maxと最小出力値minとの２値的な値を交互に採りながら周期的に変動していく傾向がある。従って、酸素濃度センサ出力値に相当する空燃比そのものを検出空燃比データabyfs(Ｎ)としてパラメータの同定に使用すると、パラメータの同定精度が低下する恐れがある。
一方、酸素濃度センサ出力値に相当する空燃比の時間的な平均値は理論空燃比stoichに極めて近い値となる傾向がある。以上のことを考慮すれば、上流側触媒５３の上流側の排気通路に配置された空燃比センサとして「濃淡電池式型の酸素濃度センサ」が使用される場合、検出空燃比データabyfs(Ｎ)として、酸素濃度センサ出力値に相当する空燃比そのものに代えて理論空燃比atoich（一定）が使用されることが好ましい。
内燃機関に適用した本発明の第１実施形態に係る制御装置の概略を示した図である。 図１に示した空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。 図１に示した酸素濃度センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。 図１に示した制御装置により適用される、２次の多項式で近似されるエアフローメータの出力特性である、エアフローメータの出力電圧と吸入空気流量との関係を示したグラフである。 図１に示した制御装置により適用される、１次の多項式で近似されるインジェクタの燃料噴射特性である、インジェクタの開弁時間と燃料噴射量との関係を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する開弁時間の計算、及び燃料噴射を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行する空燃比フィードバック補正量を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行するパラメータの同定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが参照する、エアフローメータの出力電圧と吸入空気流量のテーブル検索値との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが参照する、インジェクタの開弁時間と燃料噴射量のテーブル検索値との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置により適用される、１次の多項式で近似されるエアフローメータの出力特性である、吸入空気流量のテーブル検索値と偏移量（吸入空気流量についての真値とテーブル検索値の差）との関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置により適用される、１次の多項式で近似されるインジェクタの燃料噴射特性である、燃料噴射量のテーブル検索値と偏移量（燃料噴射量についての真値とテーブル検索値の差）との関係を示したグラフである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行する開弁時間の計算、及び燃料噴射を行うためのルーチンを示したフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するパラメータの同定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
符号の説明
２５…燃焼室、３９…インジェクタ、５３…上流側触媒、６１…エアフローメータ、６７…空燃比センサ、６８…酸素濃度センサ、８０…電気制御装置、８１…ＣＰＵ

Claims (11)

  1. 内燃機関の吸気通路を通過する空気の流量である吸入空気流量に応じた値を出力するエアフローメータと、
    前記内燃機関の排気通路に配設されて同排気通路を通るガスの空燃比である排気空燃比を検出する空燃比センサと、
    開弁している状態で燃料を噴射するインジェクタと、
    を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
    前記エアフローメータの出力特性を少なくとも１つの第１パラメータを用いて近似するエアフローメータ特性近似手段と、
    前記インジェクタの燃料噴射特性を少なくとも１つの第２パラメータを用いて近似するインジェクタ特性近似手段と、
    前記エアフローメータの出力値と、前記エアフローメータ特性近似手段により近似された前記エアフローメータの出力特性と、前記インジェクタ特性近似手段により近似された前記インジェクタの燃料噴射特性とに少なくとも基づいて、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比と一致させるために必要な量の燃料を噴射するための前記インジェクタの開弁時間を決定する開弁時間決定手段と、
    前記空燃比センサにより検出された前記排気空燃比に基づいて同排気空燃比を前記目標空燃比に近づけるための前記第１パラメータ、及び前記第２パラメータを同定する同定手段と、
    前記エアフローメータ特性近似手段により用いられる前記第１パラメータの値及び前記インジェクタ特性近似手段により用いられる前記第２パラメータの値に、前記同定された第１パラメータの値及び前記同定された第２パラメータの値をそれぞれ適用する適用手段と、
    を備えた内燃機関の制御装置。
  2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記エアフローメータ特性近似手段は、
    前記エアフローメータの出力特性として、前記エアフローメータの出力値に対する前記吸入空気流量の特性を近似するように構成された内燃機関の制御装置。
  3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記エアフローメータ特性近似手段は、
    前記エアフローメータの出力値に対する前記吸入空気流量の特性を２次の多項式で近似するとともに、前記第１パラメータとして前記２次の多項式の各項の係数を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
  4. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記エアフローメータ特性近似手段は、
    前記エアフローメータの出力値と前記吸入空気流量との予め定められた関係を記憶した記憶手段を備え、
    前記エアフローメータの出力特性として、前記エアフローメータの出力値と前記記憶された関係とから取得された吸入空気流量である基準吸入空気流量の、真の吸入空気流量に対する偏移量についての特性を近似するように構成された内燃機関の制御装置。
  5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記エアフローメータ特性近似手段は、
    前記基準吸入空気流量の真の吸入空気流量に対する偏移量についての特性を１次の多項式で近似するとともに、前記第１パラメータとして前記１次の多項式の各項の係数を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
  6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記インジェクタ特性近似手段は、
    前記インジェクタの燃料噴射特性として、前記インジェクタの開弁時間に対する同インジェクタから噴射される燃料の量である燃料噴射量の特性を近似するように構成された内燃機関の制御装置。
  7. 請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記インジェクタ特性近似手段は、
    前記インジェクタの開弁時間に対する前記燃料噴射量の特性を１次の多項式で近似するとともに、前記第２パラメータとして前記１次の多項式の各項の係数を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
  8. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記インジェクタ特性近似手段は、
    前記インジェクタの開弁時間と同インジェクタから噴射される燃料の量である燃料噴射量との予め定められた関係を記憶した記憶手段を備え、
    前記インジェクタの燃料噴射特性として、前記インジェクタの開弁時間と前記記憶された関係とから取得された燃料噴射量である基準燃料噴射量の、真の燃料噴射量に対する偏移量についての特性を近似するように構成された内燃機関の制御装置。
  9. 請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記インジェクタ特性近似手段は、
    前記基準燃料噴射量の真の燃料噴射量に対する偏移量についての特性を１次の多項式で近似するとともに、前記第２パラメータとして前記１次の多項式の各項の係数を使用するように構成された内燃機関の制御装置。
  10. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記同定手段は、
    前記空燃比センサにより検出された前記排気空燃比、前記エアフローメータの出力値、及び前記開弁時間決定手段により決定された前記インジェクタの開弁時間の組み合わせに基づいて、同排気空燃比を前記目標空燃比に近づけるための前記第１パラメータ、及び前記第２パラメータを同定するように構成された内燃機関の制御装置。
  11. 請求項１０に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記同定手段は、
    複数の時点でのそれぞれの前記組み合わせに基づいて前記排気空燃比と前記目標空燃比の差に対して最小二乗法を適用して、同排気空燃比を同目標空燃比に近づけるための前記第１パラメータ、及び前記第２パラメータを同定するように構成された内燃機関の制御装置。
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