JPH1073040A

JPH1073040A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH1073040A
Application number: JP8245465A
Authority: JP
Inventors: Norio Suzuki; 典男鈴木; Koichi Saiki; 浩一斎木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-03-17
Also published as: US6029641A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】空燃比センサの出力が安定化する前において
も、空燃比フィードバック制御を実行し、良好な制御性
能を得ることができる空燃比制御装置を提供する。【解決手段】広域空燃比センサＬＡＦセンサ１７が不
活性状態から活性状態へ移行する途中の中間状態にある
とき（センサ出力フラグＦＶＬＡＦ＝０かつセンサ活性
フラグＦＬＡＦＡＣＴ＝１であるとき）、は、ＬＡＦセ
ンサ１７の内部抵抗値Ｒｉに応じて、ＬＡＦセンサ出力
ＶＬＡＦを当量比ＫＡＣＴに変換するときの変換特性を
補正して、ＫＡＣＴ値を算出する（Ｓ１０４）。そのよ
うにして得られた検出当量比ＫＡＣＴを用いて中間状態
においても空燃比フィードバック制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気系
に設けられた空燃比センサの出力に基づいて、機関に供
給する混合気の空燃比をフィードバック制御する空燃比
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空燃比センサにヒータを取り付けて、温
度制御可能とするとともに、このヒータに供給する電流
を空燃比センサの温度に応じて制御するために、空燃比
センサの内部抵抗値に基づいてセンサの温度を検出する
手法が従来より知られている（例えば特公平７−７８４
８４号公報）。また、センサの温度を代表する内部抵抗
値を測定し、該測定した抵抗値により、空燃比センサが
活性状態となったか（すなわちセンサ温度が所定温度に
達したか）否かを判断する手法も知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年の排ガス規制強化
に伴い、機関始動後、できるだけ早期に空燃比のフィー
ドバック制御を開始する必要性が高まっており、空燃比
センサのより一層の早期活性化が望まれている。

【０００４】早期活性化のためには、上記従来の手法の
ようにヒータによる加熱を行い、さらにヒータの性能を
上げることが考えられるが、消費電力の増大やコストア
ップを招くのみならず、ヒータによる加熱時の温度オー
バシュート（過加熱）の危険性を増大させるといった問
題がある。

【０００５】一方、空燃比センサの活性判断のための前
記所定温度を低めに設定すると、活性状態と判断した直
後において、実際の空燃比に対するセンサ出力特性がず
れたり、空燃比変化に対するセンサ出力の応答性が悪い
場合があり、所望の空燃比制御性能が得られない。

【０００６】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、空燃比センサの出力が安定化する前においても、
空燃比フィードバック制御を実行し、良好な制御性能を
得ることができる空燃比制御装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ
た空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の活性状態を
判断する活性判断手段と、前記空燃比検出手段の出力に
基づいて前記機関に供給する混合気の空燃比をフィード
バック制御するフィードバック制御手段とを備えた内燃
機関の空燃比制御装置において、前記活性判断手段は、
前記空燃比検出手段の不活性状態から活性状態へ移行す
る途中の中間状態を判別し、前記フィードバック制御手
段は、前記中間状態においては、前記空燃比検出手段の
出力を補正して前記フィードバック制御に使用すること
を特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の空燃比制御装置において、前記活性判断手段は、前記
空燃比検出手段の内部抵抗を測定することにより、前記
活性状態を判断することを特徴とする。

【０００９】請求項１記載の空燃比制御装置によれば、
空燃比検出手段の不活性状態から活性状態に移行する途
中の中間状態が判別され、該中間状態では、空燃比検出
手段の出力が補正されてフィードバック制御に使用され
る。

【００１０】なお本明細書では、空燃比検出手段の「活
性状態」は、空燃比検出手段が活性化し、その出力が安
定化した状態を意味し、「中間状態」は、不活性状態で
はないが、その出力が安定化する前の過渡的な状態を意
味するものとする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１２】（第１の実施形態）図１は本発明の実施の
一形態にかかる内燃機関（以下「エンジン」という）及
びその制御装置の構成を示す図である。同図中、１は４
気筒のエンジンである。

【００１３】エンジン１の吸気管２は分岐部（吸気マニ
ホルド）１１を介してエンジン１の各気筒の燃焼室に連
通する。吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されて
いる。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）
センサ４が連結されており、スロットル弁開度θＴＨに
応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット
（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。吸気管２に
は、スロットル弁３をバイパスする補助空気通路６が設
けられており、該通路６の途中には補助空気量制御弁７
が配されている。補助空気量制御弁７は、ＥＣＵ５に接
続されており、ＥＣＵ５によりその開弁量が制御され
る。

【００１４】吸気管２のスロットル弁３の上流側には吸
気温（ＴＡ）センサ８が装着されており、その検出信号
がＥＣＵ５に供給される。吸気管２のスロットル弁３と
吸気マニホルド１１の間には、チャンバ９が設けられて
おり、チャンバ９には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ
１０が取り付けられている。ＰＢＡセンサ１０の検出信
号はＥＣＵ５に供給される。

【００１５】エンジン１の本体にはエンジン水温（Ｔ
Ｗ）センサ１３が装着されており、その検出信号がＥＣ
Ｕ５に供給される。ＥＣＵ５には、エンジン１のクラン
ク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位
置センサ１４が接続されており、クランク軸の回転角度
に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位
置センサ１４は、エンジン１の特定の気筒の所定クラン
ク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」と
いう）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開
始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のク
ランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８
０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及
びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例え
ば３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」
という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号
パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣ
Ｕ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時
期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転
数ＮＥの検出に使用される。

【００１６】吸気マニホルド１１の吸気弁の少し上流側
には、各気筒毎に燃料噴射弁１２が設けられており、各
噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されているととも
にＥＣＵ５に電気的に接続されて、ＥＣＵ５からの信号
により燃料噴射時期及び燃料噴射時間（開弁時間）が制
御される。エンジン１の点火プラグ（図示せず）もＥＣ
Ｕ５に電気的に接続されており、ＥＣＵ５により点火時
期θＩＧが制御される。

【００１７】排気管１６は分岐部（排気マニホルド）１
５を介してエンジン１の燃焼室に接続されている。排気
管１６には分岐部１５が集合する部分の直ぐ下流側に、
広域空燃比センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）１７
が設けられている。さらにＬＡＦセンサ１７の下流側に
は直下三元触媒１９及び床下三元触媒２０が配されてお
り、またこれらの三元触媒１９及び２０の間には酸素濃
度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）１８が装着され
ている。三元触媒１９、２０は、排気ガス中のＨＣ，Ｃ
Ｏ，ＮＯｘ等の浄化を行う。

【００１８】ＬＡＦセンサ１７は、ローパスフィルタ２
２を介してＥＣＵ５に接続されており、排気ガス中の酸
素濃度（空燃比）に略比例した電気信号を出力し、その
電気信号をＥＣＵ５に供給する。Ｏ２センサ１８は、そ
の出力が理論空燃比の前後において急激に変化する特性
を有し、その出力は理論空燃比よりリッチ側で高レベル
となり、リーン側で低レベルとなる。Ｏ２センサ１８
は、ローパスフィルタ２３を介してＥＣＵ５に接続され
ており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。

【００１９】ＬＡＦセンサ１７は、図示しない出力増幅
器を備えており、その出力増幅器は、ＬＡＦセンサの検
出素子を流れる電流値及び検出素子の出力電圧値から検
出素子の内部抵抗値Ｒｉを示す信号を出力し、ＥＣＵ５
に供給する。

【００２０】また、エンジン１と車輪（図示せず）との
間には流体クラッチ等からなる自動変速機（図示せず）
が介装され、シフトレバー（図示せず）を操作すること
によってＰレンジ、Ｎレンジ或いはＤレンジ等シフトポ
ジションの変更が可能とされている。

【００２１】また、自動変速機にはシフトポジション
（ＳＰＮ）センサ７０が取り付けられ、該ＳＰＮセンサ
７０により自動変速機のシフトポジションが検出されて
その出力信号がＥＣＵ５に供給される。

【００２２】また、エンジン１が搭載された車両の駆動
輪速度及び従動輪速度を検出する車輪速センサ（図示せ
ず）が設けられており、その検出信号がＥＣＵ５に供給
される。ＥＣＵ５は、検出した駆動輪速度及び従動輪速
度に基づいて駆動輪の過剰スリップ状態を判定し、過剰
スリップ状態を検出したときは、空燃比のリーン化若し
くは一部の気筒への燃料供給を停止する制御、又は点火
時期を遅角させる制御（トラクション制御）を行う。

【００２３】エンジン１は、吸気弁及び排気弁のうち少
なくとも吸気弁のバルブタイミングを、エンジンの高速
回転領域に適した高速バルブタイミングと、低速回転領
域に適した低速バルブタイミングとの２段階に切換可能
なバルブタイミング切換機構６０を有する。このバルブ
タイミングの切換は、弁リフト量の切換も含み、さらに
低速バルブタイミング選択時は２つの吸気弁のうちの一
方を休止させて、空燃比を理論空燃比よりリーン化する
場合においても安定した燃焼を確保するようにしてい
る。

【００２４】バルブタイミング切換機構６０は、バルブ
タイミングの切換を油圧を介して行うものであり、この
油圧切換を行う電磁弁及び油圧センサ（図示せず）がＥ
ＣＵ５接続されている。油圧センサの検出信号はＥＣＵ
５に供給され、ＥＣＵ５は電磁弁を制御してバルブタイ
ミングの切換制御を行う。

【００２５】また、ＥＣＵ５には、大気圧を検出する大
気圧（ＰＡ）センサ２１が接続されており、その検出信
号がＥＣＵ５に供給される。

【００２６】ＥＣＵ５は、上述した各種センサからの入
力信号波形を整形して電圧レベルを所定レベルに修正
し、アナログ信号値をデジタル信号値に変化する等の機
能を有する入力回路と、中央処理回路（ＣＰＵ）と、該
ＣＰＵで実行される各種演算プログラムや後述する各種
マップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭから
なる記憶回路と、燃料噴射弁１２等の各種電磁弁や点火
プラグに駆動信号を出力する出力回路とを備えている。

【００２７】ＥＣＵ５は、上述の各種エンジン運転パラ
メータ信号に基づいて、ＬＡＦセンサ１７及びＯ２セン
サ１８の出力に応じたフィードバック制御運転領域やオ
ープン制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別
するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式１に
より燃料噴射弁１２の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算し、
この演算結果に基づいて燃料噴射弁１２を駆動する信号
を出力する。

【００２８】

【数１】ＴＯＵＴ（Ｎ）＝ＴＩＭＦ×ＫＴＯＴＡＬ×Ｋ
ＣＭＤＭ×ＫＦＢ×ＫＯＢＳＶ＃Ｎ図２は上記数式１による燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出手
法を説明するための機能ブロック図であり、これを参照
して本実施の形態における燃料噴射時間ＴＯＵＴの算出
手法の概要を説明する。なお、本実施の形態ではエンジ
ンへの燃料供給量は燃料噴射時間として算出されるが、
これは噴射される燃料量に対応するので、ＴＯＵＴを燃
料噴射量若しくは燃料量とも呼んでいる。

【００２９】図２においてブロックＢ１は、吸入空気量
に対応した基本燃料量ＴＩＭＦを算出する。この基本燃
料量ＴＩＭＦは、基本的にはエンジン回転数ＮＥ及び吸
気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されるが、スロットル
弁３からエンジン１の燃焼室に至る吸気系をモデル化
し、その吸気系モデルに基づいて吸入空気の遅れを考慮
した補正を行うことが望ましい。その場合には、検出パ
ラメータとしてスロットル弁開度θＴＨ及び大気圧ＰＡ
をさらに用いる。

【００３０】ブロックＢ２〜Ｂ８は乗算ブロックであ
り、ブロックの入力パラメータを乗算して出力する。こ
れらのブロックにより、上記数式１の演算が行われ、ブ
ロックＢ５〜Ｂ８の出力として、気筒毎の燃料噴射量Ｔ
ＯＵＴ（Ｎ）が得られる。

【００３１】ブロックＢ９は、エンジン水温ＴＷに応じ
て設定されるエンジン水温補正係数ＫＴＷ，排気還流実
行中に排気還流量に応じて設定されるＥＧＲ補正係数Ｋ
ＥＧＲ，蒸発燃料処理装置によるパージ実行時にパージ
燃料量に応じて設定されるパージ補正係数ＫＰＵＧ等の
フィードフォワード系補正係数をすべて乗算することに
より、補正係数ＫＴＯＴＡＬを算出し、ブロックＢ２に
入力する。

【００３２】ブロックＢ２１は、エンジン回転数ＮＥ、
吸気管内絶対圧ＰＢＡ等に応じて目標空燃比係数ＫＣＭ
Ｄを決定し、ブロック２２に入力する。目標空燃比係数
ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／
Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目
標当量比ともいう。ブロックＢ２２は、ローパスフィル
タ２３を介して入力されるＯ２センサ出力ＶＭＯ２に基
づいて目標空燃比係数ＫＣＭＤを修正し、ブロックＢ１
８、Ｂ１９及びＢ２３に入力する。ブロックＢ２３は、
ＫＣＭＤ値に応じて燃料冷却補正を行い最終目標空燃比
係数ＫＣＭＤＭを算出し、ブロックＢ３に入力する。

【００３３】ブロックＢ１０は、ローパスフィルタ２２
を介して入力されるＬＡＦセンサ出力値を、ＣＲＫ信号
パルスの発生毎にサンプリングし、そのサンプル値をリ
ングバッファメモリに順次記憶し、エンジン運転状態に
応じて最適のタイミングでサンプリングしたサンプル値
を選択し（ＬＡＦセンサ出力選択処理）、ブロックＢ１
１に入力するとともにローパスフィルタブロックＢ１６
及びＢ１７を介してブロックＢ１８及びＢ１９に入力す
る。このＬＡＦセンサ出力選択処理は、サンプリングの
タイミングによっては変化する空燃比を正確に検出でき
ないこと、燃焼室から排出される排気ガスがＬＡＦセン
サ１７に到達するまでの時間やＬＡＦセンサ自体の反応
時間がエンジン運転状態によって変化することを考慮し
たものである。

【００３４】ブロックＢ１１は、いわゆるオブザーバと
しての機能を有し、ＬＡＦセンサ１７によって検出され
る集合部（各気筒から排出された排気ガスの混合ガス）
の空燃比に基づいて、各気筒毎の空燃比を推定し、４つ
の気筒に対応しているブロックＢ１２〜Ｂ１５に入力す
る。図２においては、ブロックＢ１２が気筒＃１に対応
し、ブロックＢ１３が気筒＃２に対応し、ブロックＢ１
４が気筒＃３に対応し、ブロックＢ１５が気筒＃４に対
応する。ブロックＢ１２〜Ｂ１５は、各気筒の空燃比
（オブザーバブロックＢ１２が推定した空燃比）が、集
合部空燃比に一致するようにＰＩＤ制御により気筒別補
正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ（Ｎ＝１〜４）を算出し、それぞ
れブロックＢ５〜Ｂ８に入力する。

【００３５】ブロックＢ１８は、検出空燃比と目標空燃
比との偏差に応じてＰＩＤ制御によりＰＩＤ補正係数Ｋ
ＬＡＦを算出してブロックＢ２０に入力する。ブロック
Ｂ１９は、ＬＡＦセンサ１７の検出空燃比及びオブザー
バブロックＢ１１が推定した各気筒の空燃比に基づいて
適応制御（Self Tuning Regulation）により適応補正係
数ＫＳＴＲを算出してブロックＢ２０に入力する。この
適応制御は、目標空燃比係数ＫＣＭＤ（ＫＣＭＤＭ）を
基本燃料量ＴＩＭＦに乗算するだけでは、エンジンの応
答遅れがあるため目標空燃比がなまされた検出空燃比に
なってしまうため、これを動的に補償し、外乱に対する
ロバスト性を向上させるために導入したものである。

【００３６】ブロックＢ２０は、入力されるＰＩＤ補正
係数ＫＬＡＦ及び適応補正係数ＫＳＴＲのいずれか一方
をエンジン運転状態に応じて選択し、フィードバック補
正係数ＫＦＢとしてブロックＢ４に入力する。これは、
エンジン運転状態によっては、適応制御ではなく従来の
ＰＩＤ制御によって算出したＫＬＡＦ値を用いた方がよ
いことを考慮したものである。

【００３７】以上のように本実施の形態では、ＬＡＦセ
ンサ１７の出力の応じて通常のＰＩＤ制御により算出し
たＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦと、適応制御により算出した
適応補正係数ＫＳＴＲとを切り換えて、補正係数ＫＦＢ
として上記数式１に適用して、燃料噴射量ＴＯＵＴを算
出している。適応補正係数ＫＳＴＲにより、検出される
空燃比変化に対する追従性及び外乱に対するロバスト性
を向上させ、触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン
運転状態において良好な排気ガス特性を得ることができ
る。またＬＡＦセンサ出力に基づいて推定した各気筒の
空燃比に応じて設定される気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃
Ｎをさらに上記数式１に適用して、気筒毎の燃料噴射量
ＴＯＵＴ（Ｎ）を算出している。気筒別補正係数ＫＯＢ
ＳＶ＃Ｎにより気筒毎の空燃比のばらつきを解消して、
触媒の浄化率を向上させ、種々のエンジン運転状態にお
いて良好な排気ガス特性を得ることができる。

【００３８】本実施の形態では、上述した図２の各ブロ
ックの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵによる演算処理により
実現されるので、この処理のフローチャートを参照して
処理の内容を具体的に説明する。

【００３９】図３は、ＬＡＦセンサ１７の出力に応じ
て、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ及び適応補正係数ＫＳＴＲ
を算出し、最終的にフィードバック補正係数ＫＦＢを算
出するとともにＬＡＦセンサ１７の出力に応じて気筒別
補正係数ＫＯＢＳＶを算出する処理のフローチャートで
ある。本処理はＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行され
る。

【００４０】ステップＳ１では、始動モードか否か、す
なわちクランキング中か否かを判別し、始動モードのと
きは始動モードの処理へ移行する。始動モードでなけれ
ば、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭＤ及び最終目
標空燃比係数ＫＣＭＤＭの算出（ステップＳ２）及びＬ
ＡＦセンサ出力選択処理を行う（ステップＳ３）ととも
に検出当量比ＫＡＣＴの演算を行う（ステップＳ４）。
検出当量比ＫＡＣＴは、ＬＡＦセンサ１７の出力を当量
比に変換したものである。

【００４１】次いでＬＡＦセンサ１７の活性化が完了し
たか否かの活性判別を行う（ステップＳ５）。これは、
ＬＡＦセンサ１７の内部抵抗値Ｒｉが所定抵抗値より小
さいとき活性化が完了したと判別するものである。

【００４２】次にエンジン運転状態がＬＡＦセンサ１７
の出力に基づくフィードバック制御を実行する運転領域
（以下「ＬＡＦフィードバック領域」という）にあるか
否かの判別を行う（ステップＳ６）。これは、例えばＬ
ＡＦセンサ１７の活性化が完了し、且つフュエルカット
中やスロットル全開運転中でないとき、ＬＡＦフィード
バック領域と判定するものである。この判別の結果、Ｌ
ＡＦフィードバック領域にないときはリセットフラグＦ
ＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に設定し、ＬＡＦフィード
バック領域にあるときは「０」とする。

【００４３】続くステップＳ７では、リセットフラグＦ
ＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡ
ＦＲＥＳＥＴ＝１のときは、ステップＳ８に進んでＰＩ
Ｄ補正係数ＫＬＡＦ、適応補正係数ＫＳＴＲ及びフィー
ドバック補正係数ＫＦＢをいずれもに「１．０」に設定
し、気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを後述する気筒別補
正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙに設定するととも
に、ＰＩＤ制御の積分項ＫＬＡＦＩを「０」に設定し
て、本処理を終了する。また、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ＝
０のときは、気筒別空燃比補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ及び
フィードバック補正係数ＫＦＢの演算を行って（ステッ
プＳ９、Ｓ１０））、本処理を終了する。

【００４４】図４は、図３のステップＳ２における最終
目標空燃比係数ＫＣＭＤＭを算出する処理のフローチャ
ートである。

【００４５】ステップＳ２３では、エンジン回転数ＮＥ
及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてマップを検索し、基
本値ＫＢＳを算出する。なお、そのマップにはアイドル
時用の値も設定されている。

【００４６】続くステップＳ２４では、エンジン始動直
後のリーンバーン制御を実行すべき条件が成立するか否
かを判別し、条件が成立したときは始動後リーンフラグ
ＦＡＳＴＬＥＡＮを「１」に設定する一方、条件不成立
のときは「０」とする。このリーンバーン制御実行条件
は、例えばエンジン始動後所定期間内であって、エンジ
ン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧Ｐ
ＢＡが所定範囲内にあるとき成立する。なお、始動直後
のリーンバーン制御は、エンジン始動直後の触媒が未活
性の状態でＨＣの排出量が増加すること防止する目的で
行うものである。

【００４７】次いでステップＳ２５では、スロットル弁
が全開（ＷＯＴ）の状態か否かを判別し、全開のときは
ＷＯＴフラグＦＷＯＴを「１」に設定し、全開でなけれ
ば「０」とする。次いで、エンジン水温ＴＷに応じて増
量補正係数ＫＷＯＴを算出する（ステップＳ２６）。こ
のとき高水温時の補正係数ＫＸＷＯＴも算出する。

【００４８】続くステップＳ２７では、目標空燃比係数
ＫＣＭＤを算出し、次いで算出したＫＣＭＤ値のリミッ
ト処理（所定上下限値の範囲内に入るようにする処理）
を行う（ステップＳ２８）。このステップＳ２７の処理
は図５を参照して後述する。

【００４９】続くステップＳ２９では、Ｏ２センサ１８
の活性化が完了しているか否かの判別を行い、活性化が
完了したときは、活性フラグＦＭＯ２を「１」に設定
し、完了していないときは、「０」とする。例えばエン
ジン始動後所定期間経過したとき、活性化完了と判定す
る。次いで、Ｏ２センサ１８の出力ＶＭＯ２に応じて目
標空燃比係数ＫＣＭＤの補正項ＤＫＣＭＤＯ２を算出す
る（ステップＳ３２）。この処理は、Ｏ２センサ出力Ｖ
ＭＯ２と基準値ＶＲＥＦＭとの偏差に応じてＰＩＤ制御
により、補正項ＤＫＣＭＤＯ２を算出するものである。

【００５０】続くステップＳ３３では、次式により目標
空燃比係数ＫＣＭＤの補正を行う。

【００５１】ＫＣＭＤ＝ＫＣＭＤ＋ＤＫＣＭＤＯ２これにより、ＬＡＦセンサ１７の出力のずれを補償する
ように目標空燃比係数ＫＣＭＤを設定することができ
る。

【００５２】続くステップＳ３４では、算出したＫＣＭ
Ｄ値に応じてＫＣＭＤ−ＫＥＴＣテーブルを検索して補
正係数ＫＥＴＣを算出し、次式により最終目標空燃比係
数ＫＣＭＤＭを算出する。

【００５３】ＫＣＭＤＭ＝ＫＣＭＤ×ＫＥＴＣ補正係数ＫＥＴＣは、ＫＣＭＤ値が増加し、燃料噴射量
が増加するほど、噴射による燃料冷却効果が大きくなる
ことを考慮して、その影響を補正するものであり、ＫＣ
ＭＤ値が増加するほど大きな値に設定される。

【００５４】次いで、ＫＣＭＤＭ値のリミット処理を行
うとともに（ステップＳ３５）、ステップＳ３３で得ら
れたＫＣＭＤ値をリングバッファに格納して（ステップ
Ｓ３６）、本処理を終了する。

【００５５】図５は、図４のステップＳ２７におけるＫ
ＣＭＤ算出処理のフローチャートである。

【００５６】先ずステップＳ５１では、図４のステップ
Ｓ２４で設定した始動後リーンフラグＦＡＳＴＬＥＡＮ
が「１」か否かを判別し、ＦＡＳＴＬＥＡＮ＝１である
ときは、ＫＣＭＤＡＳＴＬＥＡＮマップを検索して、リ
ーン制御時の中心空燃比に相当するリーン目標値ＫＣＭ
ＤＡＳＴＬＥＡＮを算出する（ステップＳ５２）。ここ
で、ＫＣＭＤＡＳＴＬＥＡＮマップは、エンジン水温Ｔ
Ｗ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じてリーン目標値ＫＣ
ＭＤＡＳＴＬＥＡＮが設定されたマップである。そし
て、目標空燃比係数ＫＣＭＤをリーン目標値ＫＣＭＤＡ
ＳＴＬＥＡＮに設定して（ステップＳ５３）、ステップ
Ｓ５９に進む。

【００５７】一方前記ステップＳ５１でＦＡＳＴＬＡＥ
ＡＮ＝０であって、始動後リーンバーン制御実行条件が
成立しないときは、エンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＣ
ＭＤ（例えば８０℃）より高いか否かを判別する。そし
てＴＷ＞ＴＷＣＭＤが成立するときは、ＫＣＭＤ値を図
４のステップＳ２３で算出した基本値ＫＢＳに設定して
（ステップＳ５７）、ステップＳ５９に進む。また、Ｔ
Ｗ≦ＴＷＣＭＤが成立するときは、エンジン水温ＴＷ及
び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたマップを検
索して、低水温用目標値ＫＴＷＣＭＤを算出し（ステッ
プＳ５５）、基本値ＫＢＳがこのＫＴＷＣＭＤ値より大
きいか否かを判別する（ステップＳ５６）。その結果Ｋ
ＢＳ＞ＫＴＷＣＭＤであるときは、前記ステップＳ５７
に進み、ＫＢＳ≦ＫＴＷＣＭＤであるときは、基本値Ｋ
ＢＳを低水温用目標値ＫＴＷＣＭＤに置き換えて（ステ
ップＳ５８）、ステップＳ５９に進む。

【００５８】ステップＳ５９では、Ｏ2センサ１８の異
常を検出しているか否かを判別し、異常を検出していな
いときは直ちに、また異常を検出しているときは、調整
用加算項ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴをＯ2センサ異常時用の
所定値ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴＦＳに設定して（ステップ
Ｓ６０）、ステップＳ６１に進む。

【００５９】ステップＳ６１では、下記式によりＫＣＭ
Ｄ値を補正してステップＳ６２に進む。調整用加算項Ｋ
ＣＭＤＯＦＦＳＥＴは、エンジンの排気系やＬＡＦセン
サの特性のばらつきや経時変化の影響を反映させて、目
標空燃比係数ＫＣＭＤを微調整し、三元触媒のウィンド
ウゾーンの最適な位置をとるようにするためのパラメー
タである。この調整用加算項ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴは、
ＬＡＦセンサ１７の特性等により設定されるが、Ｏ２セ
ンサ１８等の出力に応じて学習させることが望ましい。

【００６０】ＫＣＭＤ＝ＫＣＭＤ＋ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴステップＳ６２では、図４のステップＳ２５で設定した
ＷＯＴフラグＦＷＯＴが「１」か否かを判別し、ＦＷＯ
Ｔ＝０であれば直ちに本処理を終了し、ＦＷＯＴ＝１の
ときは、高負荷用のＫＣＭＤ値の設定処理を行い（ステ
ップＳ６３）、本処理を終了する。この処理は、ＫＣＭ
Ｄ値を図４のステップＳ２６で算出した高負荷用増量補
正係数ＫＷＯＴ，ＫＸＷＯＴと比較し、ＫＣＭＤ値がこ
れらの係数値より小さいときは、ＫＣＭＤ値に補正係数
ＫＷＯＴ又はＫＸＷＯＴを乗算して補正を行うものであ
る。

【００６１】次に図３のステップＳ３におけるＬＡＦセ
ンサ出力選択処理について説明する。

【００６２】エンジンの排気ガスは排気行程で排出され
ることから、多気筒エンジンの排気系集合部において空
燃比の挙動を見ると、明らかにＴＤＣ信号パルスに同期
している。したがって、ＬＡＦセンサ１７により空燃比
を検出するときもＴＤＣ信号パルスに同期して行う必要
がある。ところが、センサ出力のサンプルタイミングに
よっては空燃比の挙動を正確に把握できない場合が生じ
る。例えば、ＴＤＣ信号パルスに対して排気系集合部の
空燃比が図６のようであるとき、ＥＣＵ５が認識する空
燃比は図７に示すように、サンプルタイミングによって
全く異なる値となる。この場合、実際のＬＡＦセンサの
出力変化を可能な限り正確に把握できるタイミングでサ
ンプリングすることが望ましい。

【００６３】さらに、空燃比の変化は排気ガスのセンサ
までの到達時間やセンサの反応時間によっても相違す
る。そのうち、センサまでの到達時間は排気ガス圧力、
排気ガスボリューム等に依存して変化する。さらに、Ｔ
ＤＣ信号パルスに同期してサンプリングすることはクラ
ンク角度に基づいてサンプリングすることになるので、
必然的にエンジン回転数ＮＥの影響を受ける。このよう
に、空燃比の検出の最適なタイミングは、エンジン運転
状態に大きく依存する。

【００６４】そこで、本実施形態では図８に示すよう
に、ＣＲＫ信号パルス（クランク角度３０度毎に発生す
る）の発生毎にサンプリングしたＬＡＦセンサ出力をリ
ングバッファ（本実施形態では１８個の格納場所を有す
る）に順次格納し、最適タイミングの出力値（１７回前
の値から今回値までの中の最適の値）を検出当量比ＫＡ
ＣＴに変換してフィードバック制御に使用するようにし
ている。

【００６５】図９は、図３のステップＳ３におけるＬＡ
Ｆセンサ出力選択処理のフローチャートである。

【００６６】先ずステップＳ８１では、エンジン回転数
ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡを読み出し、次いで現在
のバルブタイミングが高速バルブタイミングか否かを判
別する（ステップＳ８２）。その結果高速バルブタイミ
ングのときは高速バルブタイミング用のタイミングマッ
プを検索し（ステップＳ８３）、低速バルブタイミング
のときは低速バルブタイミング用のタイミングマップを
検索し（ステップＳ８４）、サンプルタイミングのマッ
プ値ＣＳＥＬＭを得る。このマップ値ＣＳＥＬＭは、本
実施形態では０から１７の値のいずれかである（図８参
照）。

【００６７】次いでＬＡＦセンサ１７が活性状態にある
ことを「１」で示す出力安定フラグＦＶＬＡＦが「１」
か否かを判別し（ステップＳ８５）、ＦＶＬＡＦ＝１で
あってＬＡＦセンサ１７が活性状態にあるときは、サン
プルタイミングＣＳＥＬをマップ値ＣＳＥＬＭに設定し
て（ステップＳ８６）、ステップＳ８９に進む。一方、
ＦＶＬＡＦ＝０であるとき（ＬＡＦセンサ１７が中間状
態又は不活性状態にあるとき）は、ＬＡＦセンサ１７の
内部抵抗値Ｒｉに応じて図１２に示すＣＳＥＬＡＤＤテ
ーブルを検索して、補正項ＣＳＥＬＡＤＤを算出する
（ステップＳ８７）。内部抵抗値Ｒｉは、ＬＡＦセンサ
１７の温度が高くなるほど、低下する。なお、後述する
ようにＲｉ＞Ｒ１（例えば１４０Ω）であるときは、Ｌ
ＡＦセンサ１７が不活性状態と判定され、空燃比フィー
ドバック制御は行われない。

【００６８】そして、マップ値ＣＳＥＬＭから補正項Ｃ
ＳＥＬＡＤＤを減算することにより、サンプルタイミン
グＣＳＥＬを算出し（ステップＳ８８）、ステップＳ８
９に進む。

【００６９】ステップＳ８９では、算出したＣＳＥＬ値
に応じてリングバッファに格納したＬＡＦセンサ出力Ｖ
ＬＡＦを選択して（ステップＳ８５）、本処理を終了す
る。

【００７０】上記タイミングマップは、図１０に示すよ
うに、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに
応じて、エンジン回転数ＮＥが低いほど、あるいは吸気
管内絶対圧ＰＢＡが高いほど早いクランク角度位置でサ
ンプリングした値を選択するように設定されている。こ
こで、「早い」とは、前のＴＤＣ位置により近い位置で
サンプリングした値（換言すれば古い値）を意味する。
このように設定したのは、ＬＡＦセンサ出力は、図７に
示したように、実際の空燃比の極大値又は極小値（以下
「極値」という）に可能な限り近い位置でサンプリング
するのが最良であるが、その極値、例えば最初のピーク
値は、センサの反応時間を一定と仮定すれば、図１１に
示すように、エンジン回転数ＮＥが低下するほど早いク
ランク角度位置で生じ、また、負荷が高いほど排気ガス
圧力や排気ガスボリュームが増加し、排気ガスの流速が
増してセンサへの到達時間が早まるからである。

【００７１】以上のように、図９の処理によれば、エン
ジン運転状態に応じて最適なタイミングでサンプリング
したセンサ出力ＶＬＡＦが選択されるので、空燃比の検
出精度を向上させることができる。その結果、オブザー
バによる気筒毎の空燃比の推定精度が向上し、気筒毎の
空燃比フィードバック制御の精度を向上させることがで
きる。

【００７２】また、ＬＡＦセンサ１７が活性状態となる
前の中間状態では、サンプルタイミングＣＳＥＬが、内
部抵抗値Ｒｉに応じてより遅いタイミングに補正される
ので、空燃比フィードバック制御において良好な制御性
を得ることができる。

【００７３】図１３は、図３のステップＳ４におけるＫ
ＡＣＴ算出処理のフローチャートである。

【００７４】ステップＳ１０１では、出力安定フラグＦ
ＶＬＡＦが「１」か否かを判別し、ＦＶＬＡＦ＝１であ
ってＬＡＦセンサ１７が活性状態のときは、図１４の曲
線Ｌ２を用いて、センサ出力ＶＬＡＦを当量比ＫＡＣＴ
に変換する（ステップＳ１０２）。ここで曲線Ｌ２は、
内部抵抗値Ｒｉが後述する第２の所定抵抗値Ｒ２以下で
あってＬＡＦセンサ１７が活性状態にある場合の変換特
性を示す。

【００７５】ステップＳ１０１でＦＶＬＡＦ＝０である
ときは、ＬＡＦセンサ１７が活性状態又は中間状態にあ
ることを「１」で示す活性フラグＦＬＡＦＡＣＴが
「１」か否かを判別し（ステップＳ１０３）、ＦＬＡＦ
ＡＣＴ＝１であるとき、すなわちＬＡＦセンサ１７が中
間状態にあるときは、内部抵抗値Ｒｉに応じて、図１４
の曲線Ｌ１及びＬ２を補間して得られる曲線（例えば曲
線Ｌ３）を用いて、ＶＬＡＦ値を当量比ＫＡＣＴに変換
する（ステップＳ１０４）。ここで、曲線Ｌ１は、内部
抵抗Ｒｉが後述する第１の所定抵抗値Ｒ１に等しい場合
の変換特性を示す。また、ＦＬＡＦＡＣＴ＝０であって
ＬＡＦセンサ１７が不活性状態にあるときは、当量比Ｋ
ＡＣＴを所定値ＫＡＣＴ０に設定しておく（ステップＳ
１０５）。

【００７６】このようにＬＡＦセンサ１７が中間状態に
あるときは、ＬＡＦセンサ出力ＶＬＡＦを当量比ＫＡＣ
Ｔに変換する際の変換特性を内部抵抗値Ｒｉに応じて変
更することにより、ＬＡＦセンサ出力が等価的に補正さ
れ、空燃比フィードバック制御において良好な制御性を
得ることができる。

【００７７】図１５は、図３のステップＳ５におけるＬ
ＡＦセンサ活性判別処理のフローチャートである。

【００７８】ステップＳ１１１では、内部抵抗値Ｒｉが
第１の所定抵抗値Ｒ１（例えば１４０Ω）以下か否かを
判別し、Ｒｉ＞Ｒ１であるときは、不活性状態と判定し
て活性フラグＦＬＡＦＡＣＴを「０」に設定して（ステ
ップＳ１１２）、本処理を終了する。

【００７９】ステップＳ１１１で、Ｒｉ≦Ｒ１であると
きは、活性フラグＦＬＡＦＡＣＴを「１」に設定し（ス
テップＳ１１３）、内部抵抗値Ｒｉが第２の所定抵抗値
Ｒ２（例えば９０Ω）以下か否かを判別する（ステップ
Ｓ１１４）。そして、Ｒｉ＞Ｒ２であるときは、中間状
態にあると判定して出力安定フラグＦＶＬＡＦを「０」
に設定し（ステップＳ１１６）、Ｒｉ≦Ｒ２であるとき
は、活性状態にあると判定して出力安定フラグＦＶＬＡ
Ｆを「１」に設定して（ステップＳ１１５）、本処理を
終了する。

【００８０】このように本実施形態では、ＦＬＡＦＡＣ
Ｔ＝０が不活性状態を示し、ＦＬＡＦＡＣＴ＝１且つＦ
ＶＬＡＦ＝０が中間状態を示し、ＦＶＬＡＦ＝１が活性
状態を示す。

【００８１】図１６は、図３のステップＳ６におけるＬ
ＡＦフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。

【００８２】先ずステップＳ１２１では、ＬＡＦセンサ
１７が不活性状態にあるか（活性フラグＦＬＡＦＡＣＴ
が「０」か）否かを判別し、ＦＬＡＦＡＣＴ＝１である
ときはフュエルカット中であることを「１」で示すフラ
グＦＦＣが「１」か否かを判別し（ステップＳ１２
２）、ＦＦＣ＝０であるときは、スロットル弁全開中で
あることを「１」で示すフラグＦＷＯＴが「１」か否か
を判別し（ステップＳ１２３）、ＦＷＯＴ＝１でないと
きは、図示しないセンサによって検出したバッテリ電圧
ＶＢＡＴが所定下限値ＶＢＬＯＷより低いか否かを判別
し（ステップＳ１２４）、ＶＢＡＴ≧ＶＢＬＯＷである
ときは、理論空燃比に対応するＬＡＦセンサ出力のずれ
（ＬＡＦセンサストイキずれ）があるか否かを判別す
る。そして、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５のいずれかの
答が肯定（ＹＥＳ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を停止すべき旨を「１」で示すＫ
ＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「１」に
設定する（ステップＳ１３２）。

【００８３】一方、ステップＳ１２１〜Ｓ１２５の答が
すべて否定（ＮＯ）のときは、ＬＡＦセンサ出力に基づ
くフィードバック制御を実行可能と判定して、ＫＬＡＦ
リセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴを「０」に設定す
る（ステップＳ１３１）。

【００８４】続くステップＳ１３３では、Ｏ２センサ１
８が不活性状態にあるか否かを判別し、活性状態にある
ときは、エンジン水温ＴＷが所定下限水温ＴＷＬＯＷ
（例えば０℃）より低いか否かを判別する（ステップＳ
１３４）。そして、Ｏ２センサ１８が不活性状態のとき
またはＴＷ＜ＴＷＬＯＷであるときは、ＰＩＤ補正係数
ＫＬＡＦを現在値に維持すべきことを「１」で示すホー
ルドフラグＦＫＬＡＦＨＯＬＤを「１」に設定して（ス
テップＳ１３６）、本処理を終了する。一方、Ｏ２セン
サ１８が活性状態にあり且つＴＷ≧ＴＷＬＯＷであると
きは、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝０として（ステップＳ１３
５）、本処理を終了する。

【００８５】次に図３のステップＳ９における気筒別補
正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの算出処理について説明する。

【００８６】最初にオブザーバによる気筒別空燃比の推
定手法について説明し、次に推定した気筒別空燃比に応
じた気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの算出手法を説明す
る。

【００８７】排気系集合部の空燃比を各気筒の空燃比の
時間的な寄与度を考慮した加重平均であると考え、時刻
ｋのときの値を数式２のように表した。なお、燃料量
（Ｆ）を操作量としたため、数式２では燃空比Ｆ／Ａを
用いている。

【００８８】

【数２】すなわち、集合部の燃空比は、気筒毎の過去の燃焼履歴
に重みＣ（例えば直前に燃焼した気筒は４０％、その前
が３０％、…など）を乗算したものの合計で表した。こ
のモデルをブロック線図で表すと、図１７のようにな
り、その状態方程式は数式３のようになる。

【００８９】

【数３】また、集合部の燃空比をｙ（ｋ）とおくと、出力方程式
は数式４のように表すことができる。

【００９０】

【数４】数式４において、ｕ（ｋ）は観測不可能であるため、こ
の状態方程式からオブザーバを設計してもｘ（ｋ）は観
測することができない。そこで、４ＴＤＣ前（すなわ
ち、同一気筒）の空燃比は急激に変化しない定常運転状
態にあると仮定してｘ（ｋ＋１）＝ｘ（ｋ−３）とする
と、数式４は数式５のようになる。

【００９１】

【数５】このように設定したモデルが４気筒エンジンの排気系を
よくモデル化していることは実験的に確認されている。
従って、集合部Ａ／Ｆから気筒別空燃比を推定する問題
は、数式６で示される状態方程式と出力方程式にてｘ
（ｋ）を観察する通常のカルマンフィルタの問題に帰着
する。その荷重行列Ｑ，Ｒを数式７のようにおいてリカ
ッチの方程式を解くと、ゲイン行列Ｋは数式８のように
なる。

【００９２】

【数６】

【００９３】

【数７】

【００９４】

【数８】本実施形態のモデルでは、一般的なオブザーバの構成に
おける入力ｕ（ｋ）がないので、図１８に示すようにｙ
（ｋ）のみを入力とする構成となり、これを数式で表す
と数式９のようになる。

【００９５】

【数９】したがって、集合部燃空比ｙ（ｋ）及び過去の気筒別燃
空比の推定値Ｘハット（ｋ）から、今回の気筒別燃空比
の推定値Ｘハット（ｋ）を算出することができる。

【００９６】上記数式９を用いて気筒別燃空比Ｘハット
（ｋ＋１）を算出する場合、集合部燃空比ｙ（ｋ）とし
て、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が適用されるが、この検
出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）は、ＬＡＦセンサ１７の応答遅
れを含んでいるのに対し、ＣＸハット（ｋ）（４つの気
筒別燃空比の重み付け加算値）は、遅れを含んでいな
い。そのため、数式９を用いたのでは、ＬＡＦセンサ１
７の応答遅れの影響で、気筒別燃空比を正確に推定する
ことはできない。特にエンジン回転数ＮＥが高いとき
は、ＴＤＣ信号パルスの発生間隔が短くなるので応答遅
れの影響が大きくなる。

【００９７】そこで本実施形態では、数式１０により集
合部燃空比の推定値ｙハット（ｋ）を算出し、これを数
式１１に適用することにより、気筒別燃空比の推定値Ｘ
ハット（ｋ＋１）を算出するようにした。

【００９８】

【数１０】

【００９９】

【数１１】上記数式１０において、ＤＬはＬＡＦセンサ１７の応答
遅れの時定数に相当するパラメータであり、本実施形態
では図１９に示すＤＬテーブルを用いて算出される。Ｄ
Ｌテーブルは、ＤＬ値がエンジン回転数ＮＥ及び吸気管
内絶対圧ＰＢＡに応じて０から１．０の間の値となるよ
うに設定されている。同図において、ＰＢＡ１〜３はそ
れぞれ例えば、６６０ｍｍＨｇ，４６０ｍｍＨｇ，２６
０ｍｍＨｇであり、適宜補間演算を行って、検出したエ
ンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じた時
定数ＤＬの算出を行う。なお、時定数ＤＬの値は、実際
の応答遅れ時間に相当する値より２０％程度遅い時間に
相当する値が最適であることが実験的に確認されてい
る。

【０１００】なお、数式１０及び１１において、Ｘハッ
ト（ｋ）の初期ベクトルは、例えば構成要素（ｘハット
（ｋ−３），ｘハット（ｋ−２），ｘハット（ｋ−
１），ｘハット（ｋ））の値が全て「１．０」のベクト
ルとし、数式１０においてｙハット（ｋ−１）の初期値
は「１．０」とする。

【０１０１】このように、数式９におけるＣＸハット
（ｋ）を、ＬＡＦセンサの応答遅れを含んだ集合部燃空
比の推定値ｙハット（ｋ）に置き換えた数式１１を用い
ることにより、ＬＡＦセンサの応答遅れを適切に補償し
て正確な気筒別空燃比の推定を行うことができる。な
お、以下の説明における各気筒の推定当量比ＫＡＣＴ＃
１（ｋ）〜ＫＡＣＴ＃４（ｋ）が、それぞれｘハット
（ｋ）に相当する。

【０１０２】次に推定した気筒別空燃比に基づいて気筒
別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを算出する手法を、図２０を
参照して説明する。

【０１０３】先ず、数式１２に示すように、集合部Ａ／
Ｆに対応する検出当量比ＫＡＣＴを全気筒の気筒別補正
係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎの平均値の前回演算値で除算して目
標Ａ／Ｆに対応する当量比としての目標値ＫＣＭＤＯＢ
ＳＶ（ｋ）を算出し、＃１気筒の気筒別補正係数ＫＯＢ
ＳＶ＃１は、その目標値ＫＣＭＤＯＢＳＶ（ｋ）と＃１
気筒の推定当量比ＫＡＣＴ＃１（ｋ）との偏差ＤＫＡＣ
Ｔ＃１（ｋ）（＝ＫＡＣＴ＃１（ｋ）−ＫＣＭＤＯＢＳ
Ｖ（ｋ））が０となるように、ＰＩＤ制御により求め
る。

【０１０４】

【数１２】より具体的には、数式１３により比例項ＫＯＢＳＶＰ＃
１、積分項ＫＯＢＳＶＩ＃１及び微分項ＫＯＢＳＶＤ＃
１を求め、さらに数式１４により気筒別補正係数ＫＯＢ
ＳＶ＃１を算出する。

【０１０５】

【数１３】ＫＯＢＳＶＰ＃１（ｋ）＝ＫＰＯＢＳＶ×ＤＫＡＣＴ＃１（ｋ）ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ）＝ＫＩＯＢＳＶ×ＤＫＡＣＴ＃１（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ−１）ＫＯＢＳＶＤ＃１（ｋ）＝ＫＤＯＢＳＶ ×（ＤＫＡＣＴ＃１（ｋ）−ＤＫＡＣＴ＃１（ｋ−１））

【０１０６】

【数１４】ＫＯＢＳＶ＃１（ｋ）＝ＫＯＢＳＶＰ＃１
（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＤ＃１
（ｋ）＋１．０＃２〜＃４気筒についても同様の演算を行い、ＫＯＢＳ
Ｖ＃２〜＃４を算出する。

【０１０７】これにより、各気筒の空燃比は集合部空燃
比に収束し、集合部空燃比はＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦに
より、目標空燃比に収束するので、結果的にすべての気
筒の空燃比を目標空燃比に収束させることができる。

【０１０８】さらに、この気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃
Ｎの学習値である気筒別補正係数学習値ＫＯＢＳＶ＃Ｎ
ｓｔｙを以下の式により算出し記憶する。

【０１０９】ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙ＝Ｃｓｔｙ×ＫＯＢ
ＳＶ＃Ｎ＋（１−Ｃｓｔｙ）×ＫＯＢＳＶ＃Ｎｓｔｙここで、Ｃｓｔｙは重み係数、右辺のＫＯＢＳＶ＃Ｎｓ
ｔｙは前回学習値である。

【０１１０】図２１は、図３のステップＳ９における気
筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎ算出処理のフローチャート
である。

【０１１１】先ずステップＳ３３１では、ＬＡＦセンサ
１７のリーン劣化を検出しているか否かを判別し、検出
していないときは、直ちにステップＳ３３６に進む一
方、検出しているときは、目標当量比ＫＣＭＤが１．０
であるか否か、即ち目標空燃比が理論空燃比か否かを判
別する（ステップＳ３３２）。ここで、ＬＡＦセンサの
リーン劣化とは、理論空燃比よりリーン側の空燃比に対
応する出力のずれが所定以上となった状態をいう。そし
て、ＫＣＭＤ＝１．０であるときは、ステップＳ３３６
に進む一方、ＫＣＭＤ≠１．０であるときは、すべての
気筒の気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ＃Ｎを１．０に設定し
て（ステップＳ３４４）、即ち気筒別空燃比フィードバ
ック制御は行わずに本処理を終了する。ステップＳ３３
６では、上述したオブザーバによる気筒別空燃比の推定
処理を行い、次いでホールドフラグＦＫＬＡＦＨＯＬＤ
が「１」か否かを判別し、ＦＫＬＡＦＨＯＤ＝１である
ときは、直ちに本処理を終了する。

【０１１２】続くステップＳ３３８では、リセットフラ
グＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別し、ＦＫ
ＬＡＦＲＥＳＥＴ＝０であるときは、エンジン回転数Ｎ
Ｅが所定回転数ＮＯＢＳＶ（例えば３５００ｒｐｍ）よ
り高いか否かを判別し（ステップＳ３３９）、ＮＥ≦Ｎ
ＯＢＳＶであるときは、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定上
限圧ＰＢＯＢＳＶＨ（例えば６５０ｍｍＨｇ）より高い
か否かを判別し（ステップＳ３４０）、ＰＢＡ≦ＰＢＯ
ＢＳＶＨであるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図
２３に示すように設定されたＰＢＯＢＳＶＬテーブルを
検索して、下限圧ＰＢＯＢＳＶＬを決定し（ステップＳ
３４１）、吸気管内絶対圧ＰＢＡが下限圧ＰＢＯＢＳＶ
Ｌより低いか否かを判別する（ステップＳ３４２）。

【０１１３】以上の判別の結果、ステップＳ３３８〜Ｓ
３４０またはＳ３４２のいずれかの答が肯定（ＹＥＳ）
のときは、前記ステップＳ３４４に進み、気筒別空燃比
フィードバック制御は行わない。一方、ステップＳ３３
８〜Ｓ３４０及びＳ３４２の答がすべて否定（ＮＯ）の
ときは、エンジン運転状態が図２３に斜線で示す領域に
あり、気筒別空燃比フィードバック制御が実行可能と判
定して、上述した手法により気筒別補正係数ＫＯＢＳＶ
＃Ｎの演算を行って（ステップＳ３４３）、本処理を終
了する。

【０１１４】図２２は、図９のステップＳ３３６におけ
る気筒別空燃比の推定処理のフローチャートである。

【０１１５】同図において、ステップＳ３６０では、エ
ンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図
１９に示すテーブルを検索し、遅れ時定数ＤＬを算出す
る。続くステップＳ３６１では、高速バルブタイミング
用のオブザーバ演算（即ち気筒別空燃比の推定演算）を
行い、続くステップＳ３６２では、低速バルブタイミン
グ用のオブザーバ演算を行う。そして、現在のバルブタ
イミングが高速バルブタイミングか否かを判別し（ステ
ップＳ３６３）、高速バルブタイミングのときは、高速
バルブタイミング用のオブザーバ演算結果を選択し（ス
テップＳ３６４）、低速バルブタイミングのときは、低
速バルブタイミング用のオブザーバ演算結果を選択する
（ステップＳ３６５）。

【０１１６】このように、現在のバルブタイミングに拘
わらず、高速及び低速バルブタイミング用のオブザーバ
演算をともに行い、現在のバルブタイミングに応じて、
演算結果を選択するようにしたのは、気筒別空燃比の推
定演算は、収束するまでに数回の演算を要するからであ
る。これにより、バルブタイミング切換直後の気筒別空
燃比の推定精度を向上させることができる。

【０１１７】次に図３のステップＳ１０におけるフィー
ドバック補正係数ＫＦＢの算出処理を説明する。

【０１１８】フィードバック補正係数ＫＦＢは、前述し
たようにエンジン運転状態に応じてＰＩＤ補正係数ＫＬ
ＡＦ又は適応補正係数ＫＳＴＲに設定される。そこで、
先ず図２４及び図２５を参照して、これらの補正係数の
算出手法を説明する。

【０１１９】図２４は、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ算出処
理のフローチャートである。

【０１２０】同図のステップＳ３０１では、ホールドフ
ラグＦＫＬＡＦＨＯＬＤが「１」か否かを判別し、ＦＫ
ＬＡＦＨＯＬＤ＝１のときは、直ちに本処理を終了し、
ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝０のときは、ＫＬＡＦリセットフ
ラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴが「１」か否かを判別する
（ステップＳ３０２）。その結果、ＦＫＬＡＦＲＥＳＥ
Ｔ＝１のときは、ステップＳ３０３に進み、ＰＩＤ補正
係数ＫＬＡＦを１．０に設定するとともに、積分制御ゲ
インＫＩ及び目標当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴ
との偏差ＤＫＡＦを「０」に設定して、本処理を終了す
る。

【０１２１】ステップＳ３０２でＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ
＝０のときは、ステップＳ３０４に進み、比例制御ゲイ
ンＫＰ、積分制御ゲインＫＩ及び微分制御ゲインＫＤを
エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて
設定されたマップから検索する。ただし、アイドル状態
のときはアイドル用のゲインを採用する。次いで、目標
当量比ＫＣＭＤと検出当量比ＫＡＣＴとの偏差ＤＫＡＦ
（ｋ）（＝ＫＣＭＤ（ｋ）−ＫＡＣＴ（ｋ））を算出し
（ステップＳ３０５）、偏差ＤＫＡＦ（ｋ）及び各制御
ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤを下記式に適用して、比例項Ｋ
ＬＡＦＰ（ｋ）、積分項ＫＬＡＦＩ（ｋ）及び微分項Ｋ
ＬＡＦＤ（ｋ）を算出する（ステップＳ３０６）。

【０１２２】ＫＬＡＦＰ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＰＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＩ＋ＫＬＡＦＩ（ｋ−１）ＫＬＡＦＤ（ｋ）＝（ＤＫＡＦ（ｋ）−ＤＫＡＦ（ｋ−１））×ＫＤ続くステップＳ３０７〜Ｓ３１０では、積分項ＫＬＡＦ
Ｉ（ｋ）のリミット処理を行う。すなわち、ＫＬＡＦＩ
（ｋ）値が所定上下限値ＫＬＡＦＩＬＭＴＨ，ＫＬＡＦ
ＩＬＭＴＬの範囲内にあるか否かを判別し（ステップＳ
３０７、Ｓ３０８）、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＞ＫＬＡＦＩＬ
ＭＴＨであるときは、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝ＫＬＡＦＬＭ
ＴＨとし（ステップＳ３１０）、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＜Ｋ
ＬＡＦＩＬＭＴＬであるときは、ＫＬＡＦＩ（ｋ）＝Ｋ
ＬＡＦＩＬＭＴＬとする（ステップＳ３０９）。

【０１２３】続くステップＳ３１１では、下記式により
ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ（ｋ）を算出する。

【０１２４】ＫＬＡＦ（ｋ）＝ＫＬＡＦＰ（ｋ）＋ＫＬ
ＡＦＩ（ｋ）＋ＫＬＡＦＤ（ｋ）＋１．０次いで、ＫＬＡＦ（ｋ）値が所定上限値ＫＬＡＦＬＭＴ
Ｈより大きいか否かを判別し（ステップＳ３１２）、Ｋ
ＬＡＦ（ｋ）＞ＫＬＡＦＬＭＴＨであるときは、ＫＬＡ
Ｆ（ｋ）＝ＫＬＡＦＬＭＴＨとして（ステップＳ３１
６）、本処理を終了する。

【０１２５】ステップＳ３１２で、ＫＬＡＦ（ｋ）≦Ｋ
ＬＡＦＬＭＴＨであるときは、ＫＬＡＦ（ｋ）値が所定
下限値ＫＬＡＦＬＭＴＬより小さいか否かを判別し（ス
テップＳ３１４）、ＫＬＡＦ（ｋ）≧ＫＬＡＦＬＭＴＬ
であれば直ちに本処理を終了する一方、ＫＬＡＦ（ｋ）
＜ＫＬＡＦＬＭＴＬであるときは、ＫＬＡＦ（ｋ）＝Ｋ
ＬＡＦＬＭＴＬとして（ステップＳ３１５）、本処理を
終了する。

【０１２６】本処理により、検出当量比ＫＡＣＴが目標
当量比ＫＣＭＤに一致するように、ＰＩＤ制御によりＰ
ＩＤ補正係数ＫＬＡＦが算出される。

【０１２７】次に適応補正係数ＫＳＴＲ算出処理につい
て、図２５を参照して説明する。

【０１２８】図２５は、図２のブロックＢ１９、すなわ
ち適応制御（ＳＴＲ（Self TuningRegulator））ブロッ
クの構成を示すブロック図であり、このＳＴＲブロック
は、目標空燃比係数（目標当量比）ＫＣＭＤ（ｋ）と検
出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）とが一致するように適応補正係
数ＫＳＴＲを設定するＳＴＲコントローラと、該ＳＴＲ
コントローラで使用するパラメータを設定するパラメー
タ調整機構とからなる。

【０１２９】本実施の形態における適応制御の調整則の
一つに、ランダウらが提案したパラメータ調整則があ
る。この手法は、適応システムを線形ブロックと非線形
ブロックとから構成される等価フィードバック系に変換
し、非線形ブロックについては入出力に関するポポフの
積分不等式が成立し、線形ブロックは強正実となるよう
に調整則を決めることによって、適応システムの安定を
保証する手法である。この手法は、例えば「コンピュー
トロール」（コロナ社刊）Ｎｏ．２７，２８頁〜４１
頁、ないしは「自動制御ハンドブック」（オーム社刊）
７０３頁〜７０７頁に記載されているように、公知技術
である。

【０１３０】本実施の形態では、このランダウらの調整
則を用いた。以下説明すると、ランダウらの調整則で
は、離散系の制御対象の伝達関数Ａ（Ｚ^-1）／Ｂ
（Ｚ^-1）の分母分子の多項式を数式１５のようにおいた
とき、適応パラメータθハット（ｋ）及び適応パラメー
タ調整機構への入力ζ（ｋ）は、それぞれ数式１６、１
７のように定められる。数式１６、１７では、ｍ＝１、
ｎ＝１、ｄ＝３の場合、即ち１次系で３制御サイクル分
の無駄時間を持つプラントを例にとった。ここで、ｋは
時刻、より具体的には制御サイクルを示す。また、数式
１７において、ｕ（ｋ）及びｙ（ｋ）は、本実施形態で
は、それぞれ適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）及び気筒別推
定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）に対応する。

【０１３１】

【数１５】

【０１３２】

【数１６】

【０１３３】

【数１７】ここで、適応パラメータθハット（ｋ）は、数式１８で
表される。また、数式１８中のΓ（ｋ）及びｅアスタリ
スク（ｋ）は、それぞれゲイン行列及び同定誤差信号で
あり、数式１９及び数式２０のような漸化式で表され
る。

【０１３４】

【数１８】

【０１３５】

【数１９】

【０１３６】

【数２０】また数式１９中のλ１（ｋ）、λ２（ｋ）の選び方によ
り、種々の具体的なアルゴリズムが与えられる。λ１
（ｋ）＝１，λ２（ｋ）＝λ（０＜λ＜２）とすると漸
減ゲインアルゴリズム（λ＝１の場合、最小自乗法）、
λ１（ｋ）＝λ１（０＜λ１＜１）、λ２（ｋ）＝λ２
（０＜λ２＜２）とすると、可変ゲインアルゴリズム
（λ２＝１の場合、重み付き最小自乗法）、λ１（ｋ）
／λ２（ｋ）＝σとおき、λ３が数式２１のように表さ
れるとき、λ１（ｋ）＝λ３とおくと固定トレースアル
ゴリズムとなる。また、λ１（ｋ）＝１，λ２（ｋ）＝
０のとき固定ゲインアルゴリズムとなる。この場合は数
式２０から明らかなように、Γ（ｋ）＝Γ（ｋ−１）と
なり、よってΓ（ｋ）＝Γの固定値となる。

【０１３７】

【数２１】ここで、図２５にあっては、前記ＳＴＲコントローラ
（適応制御器）と適応パラメータ調整機構とは燃料噴射
量演算系の外におかれ、検出当量比ＫＡＣＴ（ｋ）が目
標当量比ＫＣＭＤ（ｋ−ｄ’）（ここでｄ’はＫＣＭＤ
がＫＡＣＴに反映されるまでの無駄時間である）に適応
的に一致するように動作して適応補正係数ＫＳＴＲ
（ｋ）を演算する。

【０１３８】このように、適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）
及び気筒別推定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）が求められて
適応パラメータ調整機構に入力され、そこで適応パラメ
ータθハット（ｋ）が算出されてＳＴＲコントローラに
入力される。ＳＴＲコントローラには入力として目標当
量比ＫＣＭＤ（ｋ）が与えられ、検出当量比ＫＡＣＴ
（ｋ）が目標当量比ＫＣＭＤ（ｋ）に一致するように漸
化式を用いて適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）が算出され
る。

【０１３９】適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ）は、具体的に
は数式２２に示すように求められる。

【０１４０】

【数２２】次に上述のようにして算出するＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ
と適応補正係数ＫＳＴＲとを切り換えて、すなわちＰＩ
Ｄ制御と適応制御とを切り換えて、フィードバック補正
係数ＫＦＢを算出する手法を説明する。

【０１４１】図２６は、図３のステップＳ１０における
フィードバック補正係数ＫＦＢの算出処理のフローチャ
ートである。

【０１４２】先ずステップＳ４０１では、図３の処理の
前回実行時がオープンループ制御であったか（ＦＫＬＡ
ＦＲＥＳＥＴ＝１であったか）否かを判別し、オープン
ループ制御でなかったときは、目標当量比ＫＣＭＤの変
化量ＤＫＣＭＤ（＝｜ＫＣＭＤ（ｋ）−ＫＣＭＤ（ｋ−
１）｜）が基準値ＤＫＣＭＤＲＥＦより大きいか否かを
判別する（ステップＳ４０２）。そして、前回がオープ
ンループ制御だったとき又は、前回がフィードバック制
御であり且つ変化量ＤＫＣＭＤが基準値ＤＫＣＭＤＲＥ
Ｆより大きいときは、低応答のフィードバック制御を実
行すべき領域（以下「低応答Ｆ／Ｂ領域」という）と判
定し、カウンタＣを「０」にリセットするとともに（ス
テップＳ４０３）、低応答のフィードバック制御処理
（後述）を行い（ステップＳ４１１）、本処理を終了す
る。

【０１４３】なお、前回がオープンループ制御であった
ときに、低応答Ｆ／Ｂ領域と判定するのは、例えばフュ
エルカット状態からの復帰時のような場合には、ＬＡＦ
センサの検出遅れなどから、必ずしも検出値が真の値を
示すとは限らないため、制御が不安定となる可能性があ
るからである。また、同様の理由で、目標当量比ＫＣＭ
Ｄの変化量ＤＫＣＭＤが大きいとき、例えばスロットル
全開増量状態から復帰したとき、リーンバーン制御から
理論空燃比制御に復帰したとき等においても低応答Ｆ／
Ｂ領域と判定している。

【０１４４】ステップＳ４０１及びＳ４０２の答がとも
に否定（ＮＯ）のとき、すなわち前回もフィードバック
制御であり、かつ目標当量比ＫＣＭＤの変化量ＤＫＣＭ
Ｄが基準値ＤＫＣＭＤＲＥＦ以下のときは、カウンタＣ
を「１」だけインクリメントして（ステップＳ４０
４）、カウンタＣの値が所定値ＣＲＥＦ（例えば５）以
下か否かを判別し（ステップＳ４０５）、Ｃ≦ＣＲＥＦ
であるときは前記ステップＳ４１１を実行し、一方Ｃ＞
ＣＲＥＦであるときはステップＳ４０６へ進む。ステッ
プＳ４０６ではＦ／Ｂ判別処理、すなわち高応答のフィ
ードバック制御を実行すべき領域（以下「高応答Ｆ／Ｂ
領域」という）であるか、低応答Ｆ／Ｂ領域であるか
を、後述の処理により判別する。次にステップＳ４０７
では、ステップＳ４０６で判別された制御領域が、高応
答Ｆ／Ｂ領域であるか否かを判別し、高応答Ｆ／Ｂ領域
でないときは前記ステップＳ４１１を実行し、一方高応
答フィードバック制御領域であるときは高応答のフィー
ドバック制御処理（後述）を行って適応補正係数ＫＳＴ
Ｒを算出し（ステップＳ４０８）、適応補正係数ＫＳＴ
Ｒと１．０との差の絶対値｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜
が基準値ＫＳＴＲＲＥＦより大きいか否かを判別し（ス
テップＳ４０９）、｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜＞ＫＳ
ＴＲＲＥＦであるときは、前記ステップＳ４１１に進む
一方、｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜≦ＫＳＴＲＲＥＦで
あるときは、フィードバック補正係数ＫＦＢをＫＳＴＲ
値に設定して（ステップＳ４１０）、本処理を終了す
る。

【０１４５】ここで、適応補正係数ＫＳＴＲと１．０と
の差の絶対値が基準値ＫＳＴＲＲＥＦより大きいときに
「低応答フィードバック処理」を選択するのは、制御の
安定性確保のためである。

【０１４６】また、カウンタＣの値がＣＲＥＦ値以下の
ときに低応答Ｆ／Ｂ領域であるとするのは、オープンル
ープ制御からの復帰直後や目標当量比ＫＣＭＤが大きく
変化した直後は、燃料の燃焼が完了するまでの遅れやＬ
ＡＦセンサの検出遅れの影響を吸収できないからであ
る。

【０１４７】次に図２６のステップＳ４０６における、
空燃比フィードバック制御の応答速度を選択するための
処理を説明する。図２７及び２８はこのフィードバック
処理の判別処理のフローチャートである。

【０１４８】まずステップＳ５０１で、ＬＡＦセンサ１
７の応答が劣化したか否かを判別し、劣化していないと
きはステップＳ５０２へ進む。

【０１４９】次にステップＳ５０２でＬＡＦセンサ１７
の異常が検出されたか否かを判別し、異常が検出されて
いないときはクランク角度位置センサ１４（気筒判別セ
ンサ、ＴＤＣセンサ、ＣＲＫセンサ）の異常が検出され
ているか否かを判別し（ステップＳ５０３）、いずれの
センサの異常も検出されていないときは弁開度θＴＨセ
ンサ４の異常が検出されているか否かを判別し（ステッ
プＳ５０４）、異常が検出されていないときはバルブタ
イミング機構の異常が検出されているか否かを判別する
（ステップＳ５０５）。

【０１５０】その結果、ステップＳ５０１〜Ｓ５０５で
劣化または異常が検出されていないときはステップＳ５
０６へ進み、いずれか１つでも劣化または異常が検出さ
れたときは低応答Ｆ／Ｂ領域であると判定して（ステッ
プＳ５２０）、本処理を終了する。

【０１５１】このように、各センサの異常時に低応答の
フィードバック制御を選択するのは、空燃比制御性の悪
化を防止するためである。

【０１５２】次いでステップＳ５０６では、エンジン水
温ＴＷが所定水温ＴＷＳＴＲＯＮより低いか否かを判別
し（ステップＳ５０４）、ＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＮである
ときはエンジン水温ＴＷが所定水温ＴＷＳＴＲＯＦＦ
（例えば１００℃）以上であるか否かを判別し（ステッ
プＳ５０７）、ＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＦＦであるときは吸
気温ＴＡが所定温度ＴＡＳＴＲＯＦＦ以上であるか否か
を判別する（ステップＳ５０８）。その結果、ステップ
Ｓ５０７でＴＷ＜ＴＷＳＴＲＯＦＦであるとき、及びス
テップＳ５０７でＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＦＦであり、かつ
ステップＳ５０８でＴＡ＜ＴＡＳＴＲＯＦＦであるとき
は、いずれもステップＳ５０９へ進んでエンジン回転数
ＮＥが所定回転数ＮＥＳＴＲＬＭＴ以上であるか否かを
判別し、ＮＥ＜ＮＥＳＴＲＬＭＴであるときは、エンジ
ンがアイドル状態か否かを判別し（ステップＳ５１
０）、アイドル状態でないときは、トラクションコント
ロールシステム（ＴＣＳ）の作動復帰（トラクション制
御の実行終了）後の時間を計測するタイマが作動中か否
かを判別する（ステップＳ５１１）。なお、このタイマ
はダウンカウントタイマで構成され、ＴＣＳ作動中にセ
ットされて、ＴＣＳ作動から復帰した時点からカウント
ダウンが開始される。

【０１５３】ステップＳ５１１で判別の結果、ＴＣＳ作
動復帰後のタイマが作動中でないときは、エンジンのフ
ューエルカット状態から復帰した（フューエルカットを
終了した）後のタイマが作動中か否かを判別する（ステ
ップＳ５１２）。ここで、エンジンのフューエルカット
は、エンジンの所定減速状態で実行され、その実行中は
フューエルカットフラグＦＦＣが「１」に設定される。
なお、このタイマもダウンカウントタイマで構成され、
エンジンのフューエルカット中にセットされて、フュー
エルカット状態から復帰した時点でカウントダウンが開
始される。

【０１５４】以上の判別の結果、ステップＳ５０６若し
くはステップＳ５０９〜Ｓ５１２のいずれかの答が肯定
（ＹＥＳ）のとき、及びステップＳ５０７とＳ５０８の
答が共に肯定（ＹＥＳ）のときは、低応答Ｆ／Ｂ領域で
あると判定して（ステップＳ５２０）、本処理を終了す
る。また、ステップＳ５１２の答えが否定（ＮＯ）のと
きはステップＳ５５０に進む。

【０１５５】ステップＳ５５０では、エンジンが失火し
ているか否かの判断を行う。失火の判断の方法として
は、例えば、本出願人により出願されている特開平６−
１４６９９８などにより公知である、エンジンの回転変
動が所定値を越えた場合にエンジンに失火が発生してい
ると判断する方法がある。ステップＳ５５０でエンジン
が失火しているときは前記ステップＳ５２０へ進む一
方、失火していないときはステップＳ５１３へ進む。

【０１５６】ステップＳ５１３では、バルブタイミング
の高速用／低速用の切換指示があったか否かを判別し、
切換指示がないときは、エンジンの点火時期を大量に遅
角（リタード）させる制御を実行したか否かを判別し
（ステップＳ５１４）、実行していないときはステップ
Ｓ５１６へ進む。前記ステップＳ５１３，Ｓ５１４のい
ずれかで、その答えが肯定（ＹＥＳ）であるときはダウ
ンカウントタイマｔｍＫＣＭＤＣＨＮＧに所定期間ＴＣ
ＨＮＧをセットしてスタートさせ（ステップＳ５１
５）、低応答Ｆ／Ｂ領域と判定する。ここで所定期間Ｔ
ＣＨＮＧは、バルブタイミング切換指令が有った後、あ
るいは大量の点火時期遅角制御を実行した後に、燃焼状
態が安定するのに十分な期間に設定する。

【０１５７】ステップＳ５１６ではこのダウンカウント
タイマｔｍＫＣＭＤＣＨＮＧの値が０に達していないか
否かを判別し、未だ０に達していないときは低応答Ｆ／
Ｂ領域であると判定し（ステップＳ５２０）、一方、０
に達しているときは検出当量比ＫＡＣＴが所定上下限値
ＫＡＣＴＬＭＴＨ（例えば１．０１）、ＫＡＣＴＬＭＴ
Ｌ（例えば０．９９）の範囲内にあるか否かを判別し
（ステップＳ５１７，Ｓ５１８）、ＫＡＣＴ＜ＫＡＣＴ
ＬＭＴＬ又はＫＡＣＴ＞ＫＡＣＴＬＭＴＨであるとき
は、前記ステップＳ５２０に進み、一方、ＫＡＣＴＬＭ
ＴＬ≦ＫＡＣＴ≦ＫＡＣＴＬＭＴＨであるときは、高応
答Ｆ／Ｂ領域と判定して（ステップＳ５１９）、本処理
を終了する。

【０１５８】ステップＳ５１７，Ｓ５１８により、低応
答フィードバック制御から高応答フィードバック制御へ
の切換は、検出当量比ＫＡＣＴが１．０付近の値のとき
に行われ、切換を滑らかに行うことができ、制御の安定
性を確保することができる。ここで、ステップＳ５０６
〜Ｓ５１６の各判別の結果によっては、低応答フィード
バック制御を選択することとした理由は、以下の通りで
ある。

【０１５９】まず、低水温時（ＴＷ＜ＴＷＳＴＲＯＮ）
は、燃料の霧化悪化や機関のフリクション増大により燃
焼が安定せず、失火などを生じるおそれがあり、安定し
た検出当量比ＫＡＣＴを得られないからである。また、
エンジン水温が高温（ＴＷ≧ＴＷＳＴＲＯＦＦ）で、か
つ高吸気温時（ＴＡ≧ＴＡＳＴＲＯＦＦ）は、燃料供給
ライン中のベーパロック発生により、燃料噴射弁６によ
る実噴射量が減少するおそれがあるからである。さら
に、高回転時（ＮＥ≧ＮＥＳＴＲＬＭＴ）は、ＥＣＵの
演算時間が不足しがちであるとともに、燃焼も安定しな
いからである。また、エンジンのアイドル時は、運転状
態がほぼ安定しており、高応答のフィードバック制御を
必要としないからである。さらに、駆動輪スリップ回避
のためのトルク減少を目的としたトラクション制御の実
行による一時的な点火時期の遅角制御又はフューエルカ
ット制御から復帰した後、所定期間は一時的に燃焼状態
が不安定になり、高応答のフィードバック制御ではかえ
って空燃比変動を大きくしてしまうおそれがあるからで
ある。なお、フューエルカット復帰後所定期間も同様の
理由により、低応答のフィードバック制御を選択する。
同様にエンジンが失火している場合には明らかに燃焼状
態が不安定であるため、低応答のフィードバック制御を
選択する。さらに、バルブタイミング切換後所定期間Ｔ
ＣＨＮＧ内はバルブタイミング切換による吸排気弁の開
弁時間の変化によって燃焼状態が急激に変化するからで
ある。また、大量に点火時期が遅角された後所定期間Ｔ
ＣＨＮＧ内は、燃焼状態が安定せず、安定した検出当量
比ＫＡＣＴを期待できないからである。

【０１６０】ここで大量の点火時期の遅角制御を実行す
る場合として、上記トラクション制御以外に、自動変速
機の変速時のトルクショック低減制御、エンジン高負荷
時のノッキング回避制御、エンジン始動後の触媒温度の
早期上昇等を目的とした点火時期制御を実行する場合等
が挙げられる。

【０１６１】次に本実施例に係る高応答／低応答フィー
ドバック制御について説明する。

【０１６２】図２９は、図２６のステップＳ４０８にお
ける高応答フィードバック制御処理のフローチャートで
ある。まずステップＳ６０１で、適応補正係数ＫＳＴＲ
によるフィードバック制御を実行すべき領域（以下「適
応制御領域」という）であることを「１」で示すフラグ
ＦＫＳＴＲが前回「０」であったか否かを判別する。そ
の結果、前回がＦＫＳＴＲ＝１であるときは直ちにステ
ップＳ６０３に進み、前述した手法により適応補正係数
ＫＳＴＲを算出してフラグＦＫＳＴＲを「１」にセット
し、本処理を終了する。

【０１６３】一方、前回がＦＫＳＴＲ＝０であったとき
は、適応パラメータ（ゲインを決定するスカラ量）ｂ０
を、ＰＩＤ補正係数の前回値ＫＬＡＦ（ｋ−１）で除算
した値に置き換えて（ステップＳ６０２）、ステップＳ
６０３以下を実行する。

【０１６４】ステップＳ６０２で、適応パラメータｂ０
をｂ０／ＫＬＡＦ（ｋ−１）に置き換えることにより、
ＰＩＤ制御から適応制御への切換をより滑らかに行うこ
とができ、制御の安定性を確保することができる。これ
は、以下のような理由による。前記数式２８のｂ０をｂ
０／ＫＬＡＦ（ｋ−１）に置き換えると、数式２９の第
１式に示すようになるが、第１式の第１項はＰＩＤ制御
実行中はＫＳＴＲＷ（ｋ）＝１としているので、１とな
る。従って、適応制御開始当初のＫＳＴＲ（ｋ）値は、
ＫＬＡＦ（ｋ−１）に等しくなり、補正係数値が滑らか
に切り換えられることになる。

【０１６５】図３０は、図２６のステップＳ４１１にお
ける低応答フィードバック制御処理のフローチャートで
ある。ステップＳ６２１で前回フラグＦＫＳＴＲが
「１」にセットされているか否かを判別する。その結
果、前回がＦＫＳＴＲ＝０であったときは、直ちに前述
した図２４の処理によりＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦを算出
し（ステップＳ６２３）、フラグＦＫＳＴＲを「０」に
セットして（ステップＳ６２４）、フィードバック補正
係数ＫＦＢをステップＳ６２３で算出したＰＩＤ補正係
数ＫＬＡＦ（ｋ）に設定して（ステップＳ６２５）、本
処理を終了する。

【０１６６】一方、前回はＦＫＳＴＲ＝１であったとき
は、ＰＩＤ制御の積分項の前回値ｋＡＬＦＩ（ｋ−１）
を、適応補正係数の前回値ＫＳＴＲ（ｋ−１）に設定し
て（ステップＳ６２２）、ステップＳ６２３以下を実行
する。

【０１６７】ここで、適応制御からＰＩＤ制御への切換
時（前回ＦＫＳＴＲ＝１で今回が低応答Ｆ／Ｂ領域であ
るとき）は、ＰＩＤ制御の積分項ＫＬＡＦＩが急変する
可能性があるため、ステップＳ６２２により、ＫＬＡＦ
（ｋ−１）＝ＫＳＴＲ（ｋ−１）としている。これによ
り、適応補正係数ＫＳＴＲ（ｋ−１）とＰＩＤ補正係数
ＫＬＡＦ（ｋ）との差を小さくとどめ、切換を滑らかに
して制御の安定性を確保することができる。

【０１６８】図２６〜３０の処理によれば、少なくとも
エンジンの燃焼状態が非定常状態である期間は、適応制
御からＰＩＤ制御に空燃比フィードバック制御が切換わ
るので、燃焼非定常状態においても、空燃比制御の十分
な正確性及び安定性を確保し、良好な運転性及び排気ガ
ス特性を維持することができる。

【０１６９】（第２の実施形態）第１の実施形態では、
ＬＡＦセンサ１７が中間状態にあるときは、ＬＡＦセン
サ出力の補正（サンプルタイミングＣＳＥＬ及びＶＬＡ
Ｆ−ＫＡＣＴ変換特性の補正）を行ったが、本実施形態
では、そのような補正に代えて、目標空燃比係数ＫＣＭ
Ｄを内部抵抗値Ｒｉに応じて補正する処理を行う。これ
以外の点は、第１の実施形態と同一である。

【０１７０】図３１は、第１の実施形態における図５の
処理に代えて実行するＫＣＭＤ算出処理のフローチャー
トである。この処理は、ステップＳ６４が新たに追加さ
れている点で図５の処理と異なるが、他のステップは同
一である。

【０１７１】図３１のステップＳ６４では、図３２に示
す調整用加算項ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴのＲｉ補正処理を
行う。

【０１７２】図３２のステップＳ７１では、算出した目
標空燃比係数ＫＣＭＤが、理論空燃比より若干リーン側
の所定値ＫＣＭＤ２以上、かつ理論空燃比より若干リッ
チ側の所定値ＫＣＭＤ１以下であるか否かを判別し、Ｋ
ＣＭＤ２≦ＫＣＭＤ≦ＫＣＭＤ１であるときは、Ｒｉ補
正を行うことなく本処理を終了する。

【０１７３】ステップＳ７１の答が否定（ＮＯ）、すな
わちＫＣＭＤ＞ＫＣＭＤ１又はＫＣＭＤ＜ＫＣＭＤ２で
あるときは、内部抵抗値Ｒｉに応じて図３３示すＫＣＭ
ＤＯＦＦＳＥＴテーブルを検索し、調整用加算項ＫＣＭ
ＤＯＦＦＳＥＴを算出する（ステップＳ７２）。次い
で、ＫＣＭＤ値がリッチ側所定値ＫＣＭＤ１より大きい
（リッチ側）か否かを判別し、ＫＣＭＤ＞ＫＣＭＤ１で
あるときは、ステップＳ７２で算出したＫＣＭＤＯＦＦ
ＳＥＴ値をそのまま用い（ステップＳ７４）、ＫＣＭＤ
≦ＫＣＭＤ１、すなわちＫＣＭＤ＜ＫＣＭＤ２であると
きは、ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴ値を、ステップＳ７２で算
出した値と絶対値が同一の負の値に設定して（ステップ
Ｓ７５）、本処理を終了する。

【０１７４】このように調整用加算項ＫＣＭＤＯＦＦＳ
ＥＴを設定することにより、目標空燃比係数ＫＣＭＤ
が、理論空燃比よりリッチ側にあるときはよりリッチ方
向に補正され、理論空燃比よりリーン側にあるときはよ
りリーン方向に補正され、ＬＡＦセンサ１７の中間状態
での空燃比フィードバック制御において良好な制御性を
得ることができる。

【０１７５】（第３の実施形態）第１の実施形態では、
ＬＡＦセンサ１７が中間状態にあるときは、ＬＡＦセン
サ出力の補正（サンプルタイミングＣＳＥＬ及びＶＬＡ
Ｆ−ＫＡＣＴ変換特性の補正）を行ったが、本実施形態
では、そのような補正に代えて、ＬＡＦセンサの遅れ時
定数ＤＬの補正処理を行う。これ以外の点は、第１の実
施形態と同一である。

【０１７６】図３４は、本実施形態におけるＤＬ算出処
理（図２２のステップＳ３６０に相当する処理）のフロ
ーチャートである。

【０１７７】ステップＳ７０１では、エンジン回転数Ｎ
Ｅ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて図１９のＤＬテー
ブルを検索し、テーブル値ＤＬＴを得る。次いで、内部
抵抗値Ｒｉに応じて図３５に示すＫＤＬテーブルを検索
し、補正係数ＫＤＬを算出する（ステップＳ７０２）。
ＫＤＬ値は、Ｒｉ値が減少するほど増加し、ＬＡＦセン
サの活性状態となると無補正値（１．０）となるように
設定されている。

【０１７８】次いで、テーブル値ＤＬＴに補正係数ＫＤ
Ｌを乗算して、遅れ時定数ＤＬを算出し（ステップＳ７
０３）、本処理を終了する。

【０１７９】このように、本実施形態では、ＬＡＦセン
サ１７の中間状態では、遅れ時定数のテーブル値ＤＬＴ
を、内部抵抗値Ｒｉに応じて補正するようにしたので、
中間状態での空燃比フィードバック制御において良好な
制御性を得ることができる。（第４の実施形態）第１の実施形態では、ＬＡＦセンサ
１７が中間状態にあるときは、ＬＡＦセンサ出力の補正
（サンプルタイミングＣＳＥＬ及びＶＬＡＦ−ＫＡＣＴ
変換特性の補正）を行ったが、本実施形態では、そのよ
うな補正に代えて、気筒別空燃比フィードバック制御を
停止する。これ以外の点は、第１の実施形態と同一であ
る。具体的には、図２１の処理に図３６に示すようにス
テップＳ３３０を追加し、出力安定フラグＦＶＬＡＦが
「０」か否かを判別する。そして、ＦＶＬＡＦ＝１であ
るときは、ステップＳ３３１に進み、ＦＶＬＡＦ＝０で
あってＬＡＦセンサが活性状態になっていないときは、
直ちにステップＳ３４４に進み、気筒別空燃比フィード
バック制御を行わないようにする。

【０１８０】（第５の実施形態）第１の実施形態では、
ＬＡＦセンサ１７が中間状態にあるときは、ＬＡＦセン
サ出力の補正（サンプルタイミングＣＳＥＬ及びＶＬＡ
Ｆ−ＫＡＣＴ変換特性の補正）を行ったが、本実施形態
では、そのような補正に代えて、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡ
Ｆの算出処理で使用される制御ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤ
を、内部抵抗値Ｒｉに応じて設定する。これ以外の点
は、第１の実施形態と同一である。

【０１８１】具体的には、図２４のステップＳ３０６の
演算に使用する制御ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤの補正係数
ＫＧＡＩＮを、内部抵抗値Ｒｉに応じて図３７に示すよ
うに設定し、各制御ゲインＫＰ，ＫＩ，ＫＤに補正係数
ＫＧＡＩＮを乗算して、ステップＳ３０６の演算に使用
する。すなわち、中間状態では、各制御ゲインを、活性
状態のときより小さい値に設定して、ＰＩＤ補正係数Ｋ
ＬＡＦの算出を行う。

【０１８２】（その他）なお、上述した各実施形態のお
ける処理は、可能な限り適宜組み合わせて行うようにし
てもよい。

【０１８３】また、上述した実施形態では、漸化式形式
の制御器としてＳＴＲを例にとって説明したが、ＭＲＡ
ＣＳ（モデル規範型適応制御）を用いてもよい。

【０１８４】また、上述した第１の実施形態では、ＬＡ
Ｆセンサ１７が中間状態にあるときは、ＬＡＦセンサ出
力の補正（サンプルタイミングＣＳＥＬ及びＶＬＡＦ−
ＫＡＣＴ変換特性の補正）を行ったが、ＬＡＦセンサ１
７に代えて、Ｏ２センサ１８と同様のＯ２センサを触媒
上流側に配設し、このＯ２センサの出力に応じて周知の
フィードバック制御を行う場合には、Ｏ２センサの内部
抵抗値Ｒｉに応じて基準電圧を補正することにより、セ
ンサの半活性の状態（中間状態）においても正確なフィ
ードバック制御が可能となる。すなわち、Ｏ２センサが
活性状態にあるときは、図３８に実線で示すような出力
特性を示し、半活性状態にあるときは、同図に破線で示
すような出力特性を示すので、活性状態にあるときは基
準電圧ＶＲＥＦを使用し、半活性状態にあるときは基準
電圧ＶＲＥＦ’を使用すればよい。

【０１８５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、空
燃比検出手段の不活性状態から活性状態に移行する途中
の中間状態が判別され、該中間状態では、空燃比検出手
段の出力が補正されてフィードバック制御に使用される
ので、空燃比検出手段の出力が安定化する前において
も、良好な制御性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態にかかる内燃機関及びそ
の制御装置の構成を示す図である。

【図２】本実施形態における空燃比制御手法を説明する
ための機能ブロック図である。

【図３】ＬＡＦセンサ出力に基づいて空燃比補正係数を
算出する処理のフローチャートである。

【図４】修正目標空燃比係数（ＫＣＭＤＭ）を算出する
処理のフローチャートである。

【図５】目標空燃比係数（ＫＣＭＤ）を算出する処理の
フローチャートである。

【図６】ＴＤＣ信号パルスとＬＡＦセンサ出力との関係
を示す図である。

【図７】ＬＡＦセンサ出力の最適なサンプリング時期を
説明するための図である。

【図８】ＬＡＦセンサ出力選択処理を説明するための図
である。

【図９】ＬＡＦセンサ出力選択処理のフローチャートで
ある。

【図１０】ＬＡＦセンサ出力選択用タイミングマップを
示す図である。

【図１１】図１０のマップの設定傾向説明するための図
である。

【図１２】図９の処理で使用するテーブルを示す図であ
る。

【図１３】ＬＡＦセンサ出力を当量比（ＫＡＣＴ）に変
換する処理のフローチャートである。

【図１４】図１３の処理で使用するテーブルを示す図で
ある。

【図１５】ＬＡＦセンサの活性判別処理のフローチャー
トである。

【図１６】ＬＡＦフィードバック領域判別処理のフロー
チャートである。

【図１７】内燃機関の排気系の挙動を示すモデルのブロ
ック図である。

【図１８】本実施形態におけるオブザーバの構成を示す
ブロック図である。

【図１９】ＬＡＦセンサの応答遅れ時定数（ＤＬ）を設
定するためのテーブルを示す図である。

【図２０】気筒別空燃比フィードバック制御を説明する
ためのブロック図である。

【図２１】気筒別補正係数（ＫＯＢＳＶ＃Ｎ）を算出す
る処理のフローチャートである。

【図２２】気筒別空燃比推定処理のフローチャートであ
る。

【図２３】気筒別空燃比フィードバック制御を実行する
運転領域を示す図である。

【図２４】ＰＩＤ補正係数（ＫＬＡＦ）算出処理のフロ
ーチャートである。

【図２５】適応補正係数（ＫＳＴＲ）の算出処理を説明
するためのブロック図である。

【図２６】フィードバック補正係数（ＫＦＢ）の算出処
理のフローチャートである。

【図２７】フィードバック処理判別処理のフローチャー
トである。

【図２８】フィードバック処理判別処理のフローチャー
トである。

【図２９】高応答フィードバック制御処理を示すフロー
チャートである。

【図３０】低応答フィードバック制御処理を示すフロー
チャートである。

【図３１】第２の実施形態で追加した処理を説明するた
めの図である。

【図３２】調整用加算項（ＫＣＭＤＯＦＦＳＥＴ）を補
正する処理のフローチャートである。

【図３３】図３２の処理で使用するテーブルを示す図で
ある。

【図３４】第３の実施形態で追加した処理のフローチャ
ートである。

【図３５】図３４の処理で使用するテーブルを示す図で
ある。

【図３６】第４の実施形態を説明するための図である。

【図３７】第５の実施形態で使用するテーブルを示す図
である。

【図３８】Ｏ2センサの出力と空燃比との関係を示す図
である。

【符号の説明】

１内燃機関（本体）２吸気管５電子コントロールユニット（ＥＣＵ）１２燃料噴射弁１６排気管１７広域空燃比センサ１８酸素濃度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｎ 27/41 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２５Ｑ 27/409 27/58 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系に設けられた空燃比検
出手段と、前記空燃比検出手段の活性状態を判断する活
性判断手段と、前記空燃比検出手段の出力に基づいて前
記機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御
するフィードバック制御手段とを備えた内燃機関の空燃
比制御装置において、前記活性判断手段は、前記空燃比検出手段の不活性状態
から活性状態へ移行する途中の中間状態を判別し、前記
フィードバック制御手段は、前記中間状態においては、
前記空燃比検出手段の出力を補正して前記フィードバッ
ク制御に使用することを特徴とする内燃機関の空燃比制
御装置。
【請求項２】前記活性判断手段は、前記空燃比検出手
段の内部抵抗を測定することにより、前記活性状態を判
断することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃
比制御装置。