JPH11247689A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 多気筒内燃機関における精度の高い空燃比制
御をできるだけ早く開始し、空燃比の発振を防止して排
気ガス特性を向上させる空燃比制御装置を提供する。 【解決手段】 ＬＡＦセンサ１７の内部抵抗ＲＩが第２
の基準値ＲＩＯＢＳ以上の値の時は、センサの活性程度
が低いものとして、ＰＩＤ制御及び適応制御の何れかの
手法による集合部フィードバック制御を実行すべく同制
御実行フラグＦＬＡＦＦＢを「１」にセットする（Ｓ１
０１，Ｓ１０２）。一方、ＲＩ値が第２の基準値Ｓを下
回っている時は、センサの活性程度が高いものとして、
気筒別フィードバック制御を実行すべく同制御実行フラ
グＦＯＢＳＦＢを「１」にセットする（Ｓ１０４，Ｓ１
０５）。これによって、センサが制御温度に達してから
気筒別フィードバック制御が開始されるので、各気筒の
空燃比を精確に推定でき、気筒別空燃比の発振を招くこ
とがなく、排気ガス特性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の空燃比
制御装置に関し、特に多気筒内燃機関の排気系集合部に
配された空燃比センサの出力に基づいて、排気系集合部
の空燃比が目標空燃比と一致するように内燃機関に供給
される混合気の空燃比を制御する集合部フィードバック
制御と、各気筒に供給される混合気の空燃比が目標空燃
比と一致するように内燃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気筒別フィードバック制御
とを選択的に実行する内燃機関の空燃比制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関に供給される混合気の空
燃比に略比例する値の信号を出力する空燃比センサ（限
界電流式酸素濃度センサ）を用い、該センサの半暖機状
態においては比例・積分（ＰＩ）制御による空燃比フィ
ードバック制御を実行し、非半暖機状態においては現代
制御理論の活用による空燃比制御を実行する技術が例え
ば特開平−５２１４０号公報により公知である。この現
代制御理論による空燃比制御は、空燃比を決定する内燃
機関の動的モデルに基づき燃料供給量制御手段の制御量
を算出する手法であり、上記技術は、空燃比センサの素
子温度、即ち活性度合いに応じて、共に空燃比センサが
空燃比フィードバック制御が可能な素子温度（制御温
度）に達していない状態であるセンサの半暖機状態及び
非半暖機状態においてそれぞれＰＩ制御による空燃比フ
ィードバック制御及び現代制御理論による空燃比フィー
ドバック制御を選択的に実行し、空燃比センサが制御温
度に達していない状態から空燃比フィードバック制御を
開始することを可能としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては、センサが半暖機状態にあるときはＰＩ
制御を行っているが、ＰＩ制御では精度の高い空燃比制
御を行うことができず排気ガス特性が悪化するおそれが
ある。また、半暖機状態で現代制御を行うと空燃比セン
サが制御温度に達していない状態では空燃比センサの応
答性が劣り空燃比を正確に検出できないため、場合によ
っては、空燃比が目標空燃比に収束することなく発振し
てしまい、この結果排気ガス特性が悪化すると云う不都
合があった。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、複数の気筒を有する内燃機関における精
度の高い空燃比制御をできるだけ早く開始するように
し、空燃比の発振を防止して排気ガス特性を向上させる
ことができる内燃機関の空燃比制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
複数の気筒を有する内燃機関の排気系集合部に設けられ
前記内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例する
値の信号を出力する空燃比センサと、該空燃比センサの
出力信号に基づいて前記排気系集合部の空燃比が目標空
燃比と一致するように前記内燃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集合部フィードバッ
ク制御と前記空燃比センサの出力信号に基づいて各気筒
毎に供給される混合気の空燃比を演算し該演算された各
気筒の空燃比が目標空燃比と一致するように前記内燃機
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
る気筒別フィードバック制御とを実行する空燃比フィー
ドバック制御手段と、前記空燃比センサの活性状態を判
定する活性判定手段と、前記空燃比センサの活性の程度
が低いときは前記空燃比フィードバック制御手段に前記
集合部フィードバック制御を実行させる一方、前記空燃
比センサの活性の程度が高いときは前記空燃比フィード
バック制御手段に前記気筒別フィードバック制御を実行
させるように制御するフィードバック制御選択手段とを
具備したことを特徴とする。

【０００６】この構成によれば、複数の気筒を有する内
燃機関の排気系集合部に設けられ内燃機関に供給される
混合気の空燃比に略比例する値の信号を出力する空燃比
センサの活性状態が判定されて、空燃比センサの活性の
程度が低いときは空燃比の集合部フィードバック制御が
実行される一方、空燃比センサの活性の程度が高いとき
は空燃比の気筒別フィードバック制御が実行される。こ
れによって、複数の気筒を有する内燃機関における精度
の高い空燃比制御をできるだけ早く開始するようにし、
空燃比の発振を防止して排気ガス特性を向上させること
ができる。

【０００７】

【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。

【０００８】図１は本発明の実施の一形態に係る空燃比
制御装置を適用した内燃機関（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は吸気弁及び排気弁（図示せず）を各一対ずつ設けた
４気筒のエンジンである。

【０００９】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からの信号によりその開弁量が
制御される。

【００１０】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、吸気管内絶対圧（ＰＢ
Ａ）センサ１０が取り付けられている。ＰＢＡセンサ１
０の検出信号はＥＣＵ５に供給される。

【００１１】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）に対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
ＥＣＵ５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。

【００１２】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。

【００１３】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（限界電流式酸素濃度センサ、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の下流側には三元触媒１９が設けら
れている。三元触媒１９は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，
ＮＯｘ等の浄化を行う。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】

【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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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，排気還流制
御装置（図示せず）による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ＫＥＧＲ，蒸発燃料
処理装置（図示せず）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。

【００２２】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Ｂ１８、Ｂ１９及びＢ２３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Ｂ
２３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。

【００２３】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。

【００２４】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及びブロ
ックＢ１９に入力する。図２においては、ブロックＢ１
２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Ｂ１４が気筒＃３に対応し、ブロックＢ
１５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Ｂ１１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。

【００２５】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 Ｒｅｇｕｌａｔｉ
ｏｎ）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Ｋ
ＣＭＤ（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。

【００２６】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。

【００２７】以上のように本実施の形態では、ＬＡＦセ
ンサ１７の出力に応じて通常の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。

【００２８】また、後述するように、ＬＡＦセンサ１７
の活性状態を含む気筒別空燃比フィードバック制御条件
が成立したときには、上述したブロックＢ１２〜Ｂ１５
で算出された気筒別補正係数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ＫＯＢＳＶ＃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。

【００２９】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。

【００３０】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＃Ｎ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。

【００３１】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（ステップＳ１１）。
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ＬＡＦ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。

【００３２】次いでＬＡＦセンサ１７の活性状態を判定
するＬＡＦセンサ活性判定処理を行う（ステップＳ
５）。この処理は、後述するように、ＬＡＦセンサ１７
の活性状態を示す特性（本実施の形態においてはＬＡＦ
センサ１７の内部抵抗ＲＩ）に応じてＬＡＦセンサ１７
の活性の程度を検出する処理である。

【００３３】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、ＬＡＦセ
ンサ活性判定処理においてＬＡＦセンサ１７が所定程度
活性化したことが検出され、且つエンジン１がフュエル
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、ＬＡＦフィードバック領域にないときはリセットフ
ラグＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ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。

【００３４】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「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Ｓ
９、Ｓ１０））、本処理を終了する。

【００３５】図４は、図３のステップＳ５におけるＬＡ
Ｆセンサ活性判定処理のフローチャートである。

【００３６】先ず、ステップＳ１０１では、ＬＡＦセン
サ１７の内部抵抗ＲＩが第１の基準値ＲＩＬＡＦよりも
小さいか否かを判別する。この第１の基準値ＲＩＬＡＦ
は、ＬＡＦセンサ１７が空燃比の集合部フィードバック
制御（ＰＩＤ制御及び適応制御のいずれか一方）の実行
が可能な程度に活性化したか否かを判別するための基準
値であって、例えばＬＡＦセンサ１７の素子温度が４３
０℃のときのＬＡＦセンサ１７の内部抵抗値が第１の基
準値ＲＩＬＡＦとして設定される。

【００３７】上記ステップＳ１０１において、ＲＩ＜Ｒ
ＩＬＡＦであれば、ステップＳ１０２に進み、集合部フ
ィードバック制御を実行することを「１」で示す集合部
フィードバック制御実行フラグＦＬＡＦＦＢを「１」に
設定し、ステップＳ１０４に進む。ＲＩ≧ＲＩＬＡＦで
あれば、上記フラグＦＬＡＦＦＢを「０」に設定し、ス
テップＳ１０６に進む。

【００３８】ステップＳ１０４では、更にＬＡＦセンサ
１７の内部抵抗ＲＩが第２の基準値ＲＩＯＢＳ（ＲＩＯ
ＢＳ＜ＲＩＬＡＦ）よりも小さいか否かを判別する。こ
の第２の基準値ＲＩＯＢＳはＬＡＦセンサ１７が空燃比
の気筒別フィードバック制御の実行が可能な程度に活性
化したか否かを判別するための基準値であって、例えば
ＬＡＦセンサ１７の素子温度が６３０℃に達したときの
内部抵抗値が当該第２の基準値ＲＩＯＢＳとして設定さ
れる。

【００３９】上記ステップＳ１０４で、ＲＩ＜ＲＩＯＢ
Ｓであれば、ステップＳ１０５に進み、空燃比の気筒別
フィードバック制御を実行することを「１」で示す気筒
別フィードバック制御実行フラグＦＯＢＳＦＢを「１」
に設定し、処理を終了する一方、ＲＩ≧ＲＩＯＢＳであ
れば、ステップＳ１０６に進み、フラグＦＯＢＳＦＢを
「０」に設定し、処理を終了する。

【００４０】図５は、図３のステップＳ６におけるＬＡ
Ｆフィードバック領域判別処理のフローチャートであ
る。

【００４１】先ずステップＳ１２１では、上述した集合
部フィードバック制御実行フラグＦＬＡＦＦＢが「１」
であるか否かを判別し、ＦＬＡＦＦＢ＝１であれば、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Ｓ１２２）、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する（ス
テップＳ１２４）。そして、ステップＳ１２１〜Ｓ１２
４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ＫＬＡＦリセットフラグＦＫＬＡＦＲＥＳ
ＥＴを「１」に設定する（ステップＳ１３２）。

【００４２】一方、ステップＳ１２１〜Ｓ１２４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）。

【００４３】続くステップＳ１３４では、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Ｓ１３４）。そして、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Ｓ１
３６）、本処理を終了する。一方、ＴＷ≧ＴＷＬＯＷで
あるときは、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝０として（ステップ
Ｓ１３５）、本処理を終了する。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】

【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６のようになり、
その状態方程式は数式３のようになる。

【００４８】

【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。

【００４９】

【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。

【００５０】

【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。

【００５１】

【数６】

【００５２】

【数７】

【００５３】

【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７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。

【００５４】

【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。

【００５５】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。

【００５６】そこで、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。

【００５７】

【数１０】

【００５８】

【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８に示すＤＬテーブルを用いて算出される。ＤＬ
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，２６０
ｍｍＨｇ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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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９を参
照して説明する。

【００６２】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。

【００６３】

【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。

【００６４】

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

【００６５】

【数１４】ＫＯＢＳＶ＃１（ｋ）＝ＫＯＢＳＶＰ＃１
（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＩ＃１（ｋ）＋ＫＯＢＳＶＤ＃１
（ｋ）＋１．０ 但し、ＫＰＯＢＳＶ、ＫＩＯＢＳＶ、ＫＤＯＢＳＶは、
夫々、基本比例項、基本積分項、基本微分項である。

【００６６】＃２〜＃４気筒についても同様の演算を行
い、ＫＯＢＳＶ＃２〜＃４を算出する。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】図１０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。

【００７１】先ずステップＳ３３１では、上述した気筒
別フィードバック制御実行フラグＦＯＢＳＦＢが「１」
であるか否かを判別する。ＦＯＢＳＦＢ＝１であれば、
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（ステップＳ３３２）、次いでＰＩＤ補正係数ＫＬＡ
Ｆ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が「１」か否かを判別し（ステ
ップＳ３３３）、ＦＫＬＡＦＨＯＬＤ＝１であるとき
は、直ちに本処理を終了する。

【００７２】続くステップＳ３３４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Ｓ３３５）、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Ｓ３３６）、ＰＢＡ≦ＰＢＯ
ＢＳＶＨであるときは、エンジン回転数ＮＥに応じて図
１１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
３３７）、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Ｓ３３８）。

【００７３】以上の判別の結果、ステップＳ３３１の答
えが否定（ＮＯ）であるか、又はＳ３３４〜Ｓ３３６及
びＳ３３８のいずれかの答が肯定（ＹＥＳ）のときは、
ステップＳ３４０に進み、全ての気筒の気筒別補正係数
ＫＯＢＳＶ＃Ｎを「１．０」に設定し、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Ｓ３３１
の答えが肯定（ＹＥＳ）であり、且つステップＳ３３４
〜Ｓ３３６及びＳ３３８の答がすべて否定（ＮＯ）のと
きは、エンジン運転状態が図１１に斜線で示す領域にあ
り、且つＬＡＦセンサ１７の活性の程度が高いものとし
て、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Ｓ３３９）、本処理を終了
する。

【００７４】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。

【００７５】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１２を参照して、これらの補正係数の算出手法を
説明する。

【００７６】図１２は、ＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ算出処
理のフローチャートである。

【００７７】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。

【００７８】ステップＳ３０２でＦＫＬＡＦＲＥＳＥＴ
＝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。

【００７９】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）。

【００８０】ＫＬＡＦＰ（ｋ）＝ＤＫＡＦ（ｋ）×ＫＰ ＫＬＡＦＩ（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）。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】次に適応補正係数ＫＳＴＲ算出処理につい
て、図１３を参照して説明する。

【００８６】図１３は、図２のブロックＢ１９、すなわ
ち適応制御（ＳＴＲ（Ｓｅｌｆ Ｔｕｎｉｎｇ Ｒｅｇ
ｕｌａｔｏｒ））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。

【００８７】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。

【００８８】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、１７
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１
７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。

【００８９】

【数１５】

【００９０】

【数１６】

【００９１】

【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。

【００９２】

【数１８】

【００９３】

【数１９】

【００９４】

【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。

【００９５】

【数２１】 ここで、図１３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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】

【数２２】 以上の説明は、制御サイクルと制御周期（ＴＤＣ信号パ
ルスの発生周期）とを一致させ、全気筒について共通の
適応補正係数ＫＳＴＲを使用する場合のものであるが、
本実施形態では、制御サイクルを気筒数と対応させて４
ＴＤＣとすることにより、気筒毎に適応補正係数ＫＳＴ
Ｒを決定するようにしている。具体的には、上記数式１
７〜２２をそれぞれ数式２３〜２８に置き換えて、適応
補正係数ＫＳＴＲを決定することにより、ＬＡＦセンサ
１７の活性の程度が高いときには、図１０のステップＳ
３３６で算出された各気筒の空燃比（気筒別推定当量比
ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ））に応じて気筒別の適応補正係数Ｋ
ＳＴＲを算出して適応制御を行っている。

【００９９】

【数２３】

【０１００】

【数２４】

【０１０１】

【数２５】

【０１０２】

【数２６】

【０１０３】

【数２７】

【０１０４】

【数２８】 なお、上記数式２８におけるｄ’は、例えば「２」とす
る。

【０１０５】以上のように本実施形態では、ＬＡＦセン
サ１７の活性の程度が高いときには、図１０のステップ
Ｓ３３６で推定される気筒別空燃比に応じて、適応補正
係数ＫＳＴＲを気筒別に算出するとともに、適応パラメ
ータ調整機構に入力するｙ（ｋ）を、検出当量比ＫＡＣ
Ｔ（ｋ）ではなく気筒別推定当量比ＫＡＣＴ＃Ｎ（ｋ）
としたので、気筒毎の特性の違いが適応パラメータに適
切に反映され、空燃比の制御性能の向上させることがで
きる。

【０１０６】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ＰＩＤ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。

【０１０７】図１４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。

【０１０８】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を
行い（ステップＳ４１１）、本処理を終了する。

【０１０９】この低応答のフィードバック制御処理にお
いては、前述した図１２の処理によりＰＩＤ補正係数Ｋ
ＬＡＦが算出され、フィードバック補正係数ＫＦＢが該
算出されたＰＩＤ補正係数ＫＬＡＦ（ｋ）に設定され
る。

【０１１０】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。

【０１１１】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
判別する。

【０１１２】このＦ／Ｂ判別処理においては、エンジン
水温ＴＷが所定範囲内にあり、エンジン回転数ＮＥが所
定の高回転域にあり、エンジンがアイドル域にあり、且
つＬＡＦセンサ１７、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）且つ又ス
ロットル弁開度θＴＨセンサ４等の各種センサに異常が
ないとき等に、高応答フィードバック制御が選択され、
上記以外の場合は低応答のフィードバック制御が選択さ
れる。エンジンがこのような運転状態のときは、エンジ
ンの燃焼状態が安定しているので高応答のフィードバッ
ク制御を行っても制御の安定性を損なうことがない。ま
た、各センサの異常時に高応答のフィードバック制御を
行うと空燃比制御の悪化を招くため、低応答のフィード
バック制御を行う。

【０１１３】次にステップＳ４０７では、ステップＳ４
０６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を実行する。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
理を行って適応補正係数ＫＳＴＲを算出する（ステップ
Ｓ４０８）。

【０１１４】この処理においては、前述した手法により
適応補正係数ＫＳＴＲを算出する一方、前回適応制御が
実行されていなければ、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ＫＬＡ
Ｆ（ｋ−１）で除算した値に置き換え、ＰＩＤ制御から
適応制御への切換をより滑らかに行い、制御の安定性を
確保するようにしている。

【０１１５】次に、適応補正係数ＫＳＴＲと１．０との
差の絶対値｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜が基準値ＫＳＴ
ＲＲＥＦより大きいか否かを判別し（ステップＳ４０
９）、｜ＫＳＴＲ（ｋ）−１．０｜＞ＫＳＴＲＲＥＦで
あるときは、前記ステップＳ４１１に進む一方、｜ＫＳ
ＴＲ（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。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】図１５は、ＬＡＦセンサ１７の活性状態
（内部抵抗ＲＩ）と空燃比制御手法との関係を説明する
図である。

【０１１９】エンジン１の始動後（時刻t0以後）、ＬＡ
Ｆセンサ１７の素子温度が上昇するにつれてその内部抵
抗ＲＩは低下していく。時刻t1にＲＩ値が第１の基準値
ＲＩＬＡＦを下回ると集合部フィードバック制御実行フ
ラグＦＬＡＦＦＢが「０」から「１」に切り替わって、
エンジン１の運転状態に応じてＰＩＤ制御又は適応制御
のいずれかの集合部フィードバック制御が実行される。

【０１２０】ＬＡＦセンサ１７の素子温度が更に上昇し
て、時刻t2に内部抵抗ＲＩが第２の基準値ＲＩＯＢＳを
下回ると気筒別フィードバック制御実行フラグＦＯＢＳ
ＦＢが「０」から「１」に切り替わって、気筒別フィー
ドバック制御が開始される。

【０１２１】以上説明したように、本実施の形態の内燃
機関の空燃比制御装置によれば、ＬＡＦセンサ１７の内
部抵抗ＲＩが第２の基準値ＲＩＯＢＳ以上の値であると
きは、ＬＡＦセンサ１７の活性の程度が低いものとし
て、ＰＩＤ制御及び適応制御のいずれかの手法による空
燃比の集合部フィードバック制御が実行される一方、内
部抵抗ＲＩが第２の基準値ＲＩＯＢＳを下回っていると
きは、ＬＡＦセンサ１７の活性の程度が高いものとし
て、空燃比の気筒別フィードバック制御が実行される。
これによって、ＬＡＦセンサ１７が制御温度に達してか
ら空燃比の気筒別フィードバック制御が開始されるの
で、各気筒の空燃比を精確に推定することができるた
め、気筒別空燃比の発振を招くことがなく、排気ガス特
性を向上させることができる。

【０１２２】尚、上述した実施形態においては、ＬＡＦ
センサ１７の活性の程度が低いときに、空燃比の集合部
フィードバック制御としてＰＩＤ制御と適応制御とを選
択的に実行する構成としたが、これに限られるものでは
なく、ＬＡＦセンサ１７の活性の程度が低いときに、空
燃比の集合部フィードバック制御としてＰＩＤ制御又は
適応制御のいずれか一方のみを実行するようにしてもよ
い。

【０１２３】また、ＬＡＦセンサ１７の活性の程度が低
いときに、空燃比の気筒別フィードバック制御を停止す
る代わりに、制御ゲインを小さくするようにしてもよ
い。

【０１２４】

【発明の効果】請求項１記載の内燃機関の制御装置によ
れば、複数の気筒を有する内燃機関の排気系集合部に設
けられ内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例す
る値の信号を出力する空燃比センサの活性状態が判定さ
れ、この結果、空燃比センサの活性の程度が低いときは
空燃比の集合部フィードバック制御が実行される一方、
空燃比センサの活性の程度が高いときは空燃比の気筒別
フィードバック制御が実行される。これによって、複数
の気筒を有する内燃機関における精度の高い空燃比制御
をできるだけ早く開始するようにし、空燃比の発振を防
止して排気ガス特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係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】ＬＡＦセンサの活性状態を判定する処理のフロ
ーチャートである。

【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】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１１】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１２】ＰＩＤ補正係数（ＫＬＡＦ）算出処理のフロ
ーチャートである。

【図１３】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１４】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１５】本実施の形態の空燃比制御装置の動作を説明
するための図である。

【符号の説明】

１ エンジン 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（ＬＡＦセンサ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の気筒を有する内燃機関の排気系集
   合部に設けられ前記内燃機関に供給される混合気の空燃
   比に略比例する値の信号を出力する空燃比センサと、該
   空燃比センサの出力信号に基づいて前記排気系集合部の
   空燃比が目標空燃比と一致するように前記内燃機関に供
   給される混合気の空燃比をフィードバック制御する集合
   部フィードバック制御と前記空燃比センサの出力信号に
   基づいて各気筒毎に供給される混合気の空燃比を演算し
   該演算された各気筒の空燃比が目標空燃比と一致するよ
   うに前記内燃機関に供給される混合気の空燃比をフィー
   ドバック制御する気筒別フィードバック制御とを実行す
   る空燃比フィードバック制御手段と、前記空燃比センサ
   の活性状態を判定する活性判定手段と、前記空燃比セン
   サの活性の程度が低いときは前記空燃比フィードバック
   制御手段に前記集合部フィードバック制御を実行させる
   一方、前記空燃比センサの活性の程度が高いときは前記
   空燃比フィードバック制御手段に前記気筒別フィードバ
   ック制御を実行させるように制御するフィードバック制
   御選択手段とを具備したことを特徴とする内燃機関の空
   燃比制御装置。