内燃機関の制御装置
【課題】空燃比のインバランスに対して空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習精度を維持する。
【解決手段】
排気経路に少なくとも一つの空燃比検出手段を備えると共に、該空燃比検出手段により検出された空燃比を複数の気筒における燃料噴射量にフィードバックすることを含む所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御により前記燃料噴射量が決定される内燃機関を制御する内燃機関の制御装置（１００）は、前記空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量を学習する学習手段と、前記検出された空燃比に基づいて前記複数の気筒における空燃比のインバランス度を推定する推定手段と、前記推定されたインバランス度が前回値との間に所定以上の偏差を有する場合において、前記学習手段における前記Ｆ／Ｂ制御量の学習値を初期化する初期化手段と、前記学習値が初期化された後に、前記学習値の更新速度を標準値に対し向上させる更新速度変更手段とを具備する。
【解決手段】
排気経路に少なくとも一つの空燃比検出手段を備えると共に、該空燃比検出手段により検出された空燃比を複数の気筒における燃料噴射量にフィードバックすることを含む所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御により前記燃料噴射量が決定される内燃機関を制御する内燃機関の制御装置（１００）は、前記空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量を学習する学習手段と、前記検出された空燃比に基づいて前記複数の気筒における空燃比のインバランス度を推定する推定手段と、前記推定されたインバランス度が前回値との間に所定以上の偏差を有する場合において、前記学習手段における前記Ｆ／Ｂ制御量の学習値を初期化する初期化手段と、前記学習値が初期化された後に、前記学習値の更新速度を標準値に対し向上させる更新速度変更手段とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射量の空燃比Ｆ／Ｂ制御を好適に行うための内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、特許文献１には、バッテリ取り外しにより空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習値が初期化された場合に、学習値を早期に安定させることを目的として学習値の更新速度を増大させる多気筒内燃機関の制御装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、空燃比の学習に関し、可及的迅速に学習値の収束判定を行うために、学習値のリセット（初期化）後に学習値の収束判定を行う空燃比制御装置が開示されている。
【０００４】
尚、空燃比学習値の初期化に関しては、特許文献３にも開示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、空燃比学習値に限らずエンジン運転制御に供し得る各種の学習に関し、学習値に異常値が認められた場合には当該学習値を初期化すると共に、このような理由から初期化がなされた場合には、通常の学習に対して促進された学習を行うようにした自動車用エンジンの学習制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７４８０９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２１６２０号公報
【特許文献３】特開２０００−２５７４８７号公報
【特許文献４】特開昭６２−１３５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空燃比センサやＯ２センサ等を利用した所謂空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、上記従来例の如く、燃料噴射量の補正に供される補正係数の一部等が、適宜更新を伴いつつ学習される。この学習処理において適宜更新される学習値は、上述したようにバッテリの取り外し等不測の事態が生じた場合等を除き、基本的には継続して使用される。或いは、学習値を記憶する記憶手段の構成次第では、この種の不測の事態が生じた場合においても学習値を維持することも出来る。従って、例えば前回トリップ時に最後に更新された学習値は、最新トリップ時においても継続的に使用される（例えば、初期値として使用される）。
【０００８】
ところで、各気筒に燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関においては、燃料噴射装置に製造上の或いは経時変化等に起因する固体差がある。従って、ある駆動信号に対する実際の燃料噴射量は、気筒相互間で若干のばらつきを生じることが多い。この燃料噴射量のばらつきは、気筒相互間における空燃比のインバランスを生じさせる要因となる。
【０００９】
ここで、空燃比のインバランスの度合いは、一トリップ（例えば、ＩＧオンからＩＧオフまでの期間）中であれば大きく変化し難いものの、異なるトリップ間では、外的内的を問わず何らかの要因により大きく変化することがある。インバランスの度合いが不連続に変化すると、排気経路における排気の状態も変化し、空燃比Ｆ／ＢにおけるＦ／Ｂ制御量の学習値は、この変化したインバランスの度合いに対応した値へ向けて新たに収束を開始する。
【００１０】
一方、空燃比のインバランスの度合いがトリップ間で変化することは、空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習処理側から見れば一種の外乱であり、当該学習処理の学習値は異常値ではない。従って、このような空燃比のインバランスについて何ら考慮されない上記従来例においては、このようなインバランスの度合いの大きな変化が生じた場合において、前トリップの学習値が継続的に使用されることになる。
【００１１】
ところが、排気の状態が不連続に変化した場合に従前の学習値に基づいた学習処理を行うと、従前の学習値が適切でないことから、空燃比Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂ制御量の学習値を迅速に収束させることが出来ない。この際、上記従来例を参酌し、このようなインバランスの度合いの比較的大きな変化が生じた場合について、学習値の更新速度を向上させ学習を促進することも考えられる。然るに、従前の学習値が適切でない場合に学習値の更新速度を向上させてしまうと、例えば真の収束値と異なる収束値へ収束する、或いは、真の収束値への収束がかえって遅くなる等といった事態が生じる。
【００１２】
即ち、上記従来例を含む従来の技術には、空燃比のインバランスと空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるＦ／Ｂ制御量の学習処理との関係性が明確に規定されていないことに起因して、空燃比のインバランスの度合いが不連続に大きく変化した場合等において、当該学習処理が好適に行われ難いという技術的問題点がある。
【００１３】
本発明は、係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、空燃比のインバランスに対して空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習精度を維持し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、該複数の気筒からの排気が集約される排気経路に設置された少なくとも一つの空燃比検出手段とを備えると共に、該空燃比検出手段により検出された空燃比を前記複数の気筒における燃料噴射量にフィードバックすることを含む所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御により前記燃料噴射量が決定される内燃機関を制御する装置であって、前記空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量を学習する学習手段と、前記検出された空燃比に基づいて前記複数の気筒における空燃比のインバランス度を推定する推定手段と、前記推定されたインバランス度が前回値との間に所定以上の偏差を有する場合において、前記学習手段における前記Ｆ／Ｂ制御量の学習値を初期化する初期化手段と、前記学習値が初期化された後に、前記学習値の更新速度を標準値に対し向上させる更新速度変更手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る内燃機関は、各々が例えば吸気ポート等に電子制御インジェクタ等の燃料噴射装置を有する複数の気筒を備えてなる、多気筒内燃機関として構成される。また、この複数の気筒からの排気が集約される排気経路（例えば、各気筒の排気ポートが集約される排気マニホールドやその下流の排気管等）には、当該排気経路の空燃比を検出可能な、空燃比センサやＯ２センサ等の空燃比検出手段が設置される。排気経路の空燃比とは、厳密には、空燃比検出手段が設置された部位を流れる被検出ガスの空燃比を意味し、当該被検出ガスが上流側（気筒側）から下流側へ向かって停止することなく流れる点に鑑みれば、好適な一形態として、当該被検出ガスの空燃比の時間平均値を意味する。
【００１６】
尚、空燃比検出手段が空燃比を検出する際の実践的態様は多義的であり、空燃比検出手段は、その振る舞いが空燃比と一義的な関係を有する値、例えば演算式やマップ等を利用した所定の換算処理を経て空燃比に換算可能な電圧値等を検出する手段であってもよい。また、検出手段の詳細な設置態様には各種あり、検出手段は、例えば、三元触媒等の排気浄化装置の上流側に設置された空燃比センサと、同じく下流側に設置されたＯ２センサとを含んで構成されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る内燃機関においては、空燃比Ｆ／Ｂ制御により燃料噴射量が決定される。空燃比Ｆ／Ｂ制御は、気筒内の混合気の空燃比がその時点の目標空燃比（例えば、理論空燃比）に維持される又は漸近若しくは収束するように、排気経路の空燃比に基づいて、基本となる燃料噴射量を適宜補正する周知の制御であり、その実践的態様は多義的である。
【００１８】
例えば、空燃比検出手段が、排気経路における排気浄化装置の上流側に設置された空燃比センサとして構成される場合、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、検出される空燃比と目標空燃比との偏差に応じてＦ／Ｂ制御量（例えば、基本噴射量に乗じるべき補正係数等）を演算すると共に、このＦ／Ｂ制御量に基づいて基本噴射量を補正する制御であってもよい。
【００１９】
或いは、空燃比検出手段が排気経路に設置される排気浄化装置を挟んで設置された複数のセンサから構成される場合、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、排気浄化装置の下流側に設置されたセンサ（下流側センサ）を利用したサブＦ／Ｂ制御と、排気浄化装置の上流側に設置されたセンサ（上流側センサ）を利用したメインＦ／Ｂ制御とから構築されていてもよい。より具体的には、サブＦ／Ｂ制御は、下流側センサにより検出される空燃比（下流側空燃比）と目標空燃比との偏差に応じて下流側空燃比を目標空燃比に維持する又は漸近若しくは収束させるためのサブＦ／Ｂ制御量を演算すると共に、このサブＦ／Ｂ制御量に基づいて、上流側センサにより検出される空燃比（上流側空燃比）を補正する制御として構築されていてもよい。また、この場合、メインＦ／Ｂ制御は、この補正された上流側空燃比と目標空燃比との偏差に応じて、上流側空燃比を目標空燃比に維持する又は漸近若しくは収束させるためのメインＦ／Ｂ制御量（例えば、基本噴射量に乗じるべき補正係数等）を決定し、基本噴射量を補正する制御として構築されていてもよい。
【００２０】
尚、本願における空燃比Ｆ／Ｂ制御は、例えば、Ｆ／Ｂ制御量が比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を含む所謂ＰＩ制御であってもよいし、Ｆ／Ｂ制御量が比例項及び積分項に更に微分項（Ｄ項）を加えて構築される所謂ＰＩＤ制御であってもよい。また、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、全気筒一律になされるものであっても、各気筒個別になされるものであってもよい。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、このような内燃機関を制御する装置であって、好適にはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサから構成される、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）等の各種コンピュータ装置／システムとして構成される。尚、このコンピュータ装置／システムには適宜ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種記憶手段が付帯されていてもよい。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、学習手段によりこの空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量（上述のように空燃比Ｆ／Ｂ制御の実践的態様に応じて多様である）が学習される。
【００２３】
学習とは、概念的には、過去の状態を現在の制御に幾らかなり反映させることを意味し、その概念の範囲内において実践的態様は多義的である。但し、学習とは、望ましくは、過去の状態を反映させることにより現在の制御（即ち、最新時刻での制御）に係る制御量の精度向上、算出時間短縮或いは算出負荷軽減等の利益を得んとするものである。係る観点からすれば、学習により適宜更新される学習値とは、好適な一形態として、Ｆ／Ｂ制御量のうち定常成分に相当する値であってもよい。例えば、空燃比Ｆ／Ｂ制御が、上述したＰＩ制御やＰＩＤ制御の形態を採る場合、定常成分とは、この積分項に対応する値であってもよい。
【００２４】
一方、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、検出された空燃比に基づいて、推定手段により複数の気筒における空燃比のインバランス度が推定される。
【００２５】
本発明における「空燃比のインバランス度」とは、複数の気筒相互間の空燃比のインバランスの度合いを意味する定量的な指標であり、その実践的態様は、係る概念の範囲において多義的である。また、空燃比のインバランス度は、実践上の定義に応じて、内燃機関に対し一つ定められる値であってもよいし、各気筒について定められる値であってもよい。
【００２６】
本発明に係る「空燃比のインバランス度」は、例えば下記（１）〜（３）に定義されるものを含み得る。尚、下記の「相当する値」とは、対象値と一義的な関係を有し得る制御量、物理量又は指標値を包括する概念である。例えば、空燃比に相当する値とは、検出電圧値であってもよいし、空燃比が燃料噴射量の補正に供される点に鑑みれば、燃料噴射量であってもよい。
（１）全気筒の空燃比の平均値に対する各気筒の空燃比の割合に相当する値
（２）特定の気筒の空燃比の、残余の気筒の空燃比に対する割合に相当する値
（３）気筒相互間の空燃比の乖離量（ばらつき）の最大値に相当する値
尚、空燃比検出手段は、空燃比Ｆ／Ｂ制御の運用面においては、好適には、排気経路の空燃比を気筒各々に対応付けて把握しない（上述したように、好適には時間平均値である）。然るに、ある空燃比の混合気が、燃焼行程を経てある気筒から排出されるにあたって、どの程度の時間遅延（クランク角遅延又はサイクル数遅延であってもよい）を経て空燃比検出手段の設置空間に到達するかは、例えば予め実験的に、経験的に又は理論的に求めておくことができる。従って、推定手段は、検出された空燃比を各気筒に対応付けて把握することが可能であり、必然的に各気筒の空燃比（厳密には、各気筒の空燃比と一義的に扱い得る空燃比）を把握することが可能である。或いは、推定手段は、予め実験的に、経験的に又は理論的に策定された算出モデルに従って、検出された排気経路の空燃比から各気筒の空燃比を算出し推定してもよい。
【００２７】
ところで、従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂ制御量の学習処理は、空燃比のインバランスを考慮したものとなっていない。従って、前回トリップと最新トリップとで気筒間の空燃比のインバランスが大きく異なっていても、前回トリップにおけるＦ／Ｂ制御量の学習値は有効である。これは、学習処理に何らの落ち度もないこと、即ち、前回トリップの学習値が正常値であることからすれば至極当然である。
【００２８】
ところが、実践的運用面においては、空燃比のインバランスに大きな変化が生じると、排気経路を流れる排気の状態が大きく変化するから、空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるＦ／Ｂ制御量の学習処理において収束すべき学習値も大きく変化する。新たに収束すべき学習値（真の学習値）が大きく変化してしまうと、従前の学習値が今回の学習に適した値ではなくなり、例え学習速度を向上させて学習を促進させたとしても、学習値を迅速に真の学習値に収束させることが難しくなる。
【００２９】
より具体的には、単に学習を促進すると、前回までの学習履歴が反映される分、真の学習値への収束がかえって遅れることがある。また、前回の学習値と真の学習値との差が結果的にそれ程大きくない場合には、真の学習値へのアプローチが、学習が促進されている分かえって阻害され、学習値が真の学習値と異なる値に収束する可能性がある。これは、空燃比Ｆ／Ｂ制御による燃料噴射量の決定が、気筒全体で一律になされるとしても、気筒各々についてなされるとしても変わることはない。
【００３０】
そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置では、推定されるインバランス度が前回値との間に所定の偏差を有する場合において、初期化手段によりＦ／Ｂ制御量の学習値が初期化される。また、学習値の初期化がなされた後に、更新速度変更手段により学習値の更新速度（学習速度）が標準値よりも高い側、即ち増速側へ更新され、Ｆ／Ｂ制御量の学習が促進される。
【００３１】
推定手段により推定される空燃比のインバランス度は、前回と今回とで空燃比のインバランスがどの程度変化したかを把握する指標として有効であり、前回値と最新の推定値（今回値）との偏差は、前回の学習値が今回のＦ／Ｂ制御量の学習処理に対し適切な値であるか否か（例えば、初期値として適当であるか否か）を判断する指標となる。この偏差が大き過ぎる場合には、前回の学習条件が今回と大きく異なっていることから、前回までの学習値を破棄すべき旨の判断を合理的に行うことが出来る。一方で、学習値が初期化（初期値はゼロであっても、予め設計的に与えられてもよい）された後に学習値の更新速度を向上させることができれば、学習促進に係る効果を確実に得ることが出来る。
【００３２】
このように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、空燃比のインバランス度が大きく異なる場合に、前回までの学習処理により得られた学習値が最新の学習処理の適切な進行を妨げ得る点に想到し、前回までの学習処理により得られた学習値を正常値であっても初期化し、初期化後に学習値の更新速度を向上させる旨の技術思想により、このような場合に生じ得る、学習値の収束遅れや収束精度の低下を未然に防ぐことが可能となる。即ち、空燃比のインバランスを考慮した空燃比Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂ制御量の好適な学習が可能となるのである。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記内燃機関は、前記排気経路に排気を浄化可能な排気浄化装置を備え、前記空燃比検出手段は、前記排気経路における前記排気浄化装置の上下流側に夫々少なくとも一つ設置される。
【００３４】
この態様によれば、排気浄化装置の上下流に夫々少なくとも一つの空燃比検出手段を備える構成を採ることから、上述したサブＦ／Ｂ制御とメインＦ／Ｂ制御とを組み合わせた精度の高い空燃比Ｆ／Ｂ制御が可能となる。
【００３５】
ここで特に、空燃比Ｆ／Ｂ制御がこのような複数のＦ／Ｂ系統を有する場合、各Ｆ／Ｂ系統において学習処理がなされ得る。従って、空燃比のインバランスが空燃比Ｆ／Ｂ制御に与える影響もまた、このような複数のＦ／Ｂ系統を有する場合においては相対的に大きくなり易い。係る点に鑑みれば、本発明に係る内燃機関の制御装置は、この種の内燃機関の制御に用いられた場合には顕著にその効果を発揮する。
【００３６】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記学習値が収束したか否かを判定する判定手段を更に具備し、前記更新速度変更手段は、前記判定手段により前記学習値が収束したと判定された場合に前記更新速度を前記標準値に戻す。
【００３７】
この態様によれば、判定手段により、初期化後の学習値が収束したか否かが判定され、所定値／範囲に収束した旨が判定された場合に、学習処理における学習値の更新速度が標準値に戻される。従って、真の収束値近傍で更新速度が高過ぎることによる収束精度の低下が防止され、高精度な学習が可能となる。
【００３８】
尚、係る点に鑑みれば、判定手段により判定される「収束」とは、その時点のインバランス度に応じて収束すべき真の収束値を基準とした比較的狭範囲への収束を意味せずともよく、標準速度での学習の方がより好適であると判断され得る、真の収束値を基準とした比較的広範囲への収束を意味してもよい。このような更新速度の切り替えの判断基準となる収束状態は、予め実験的に、経験的に又は理論的に定めておくことができる。例えば、判定手段は、学習処理が進行する過程における、Ｆ／Ｂ制御量の反転回数（増加又は減少傾向が減少又は増加傾向に切り替わった回数）や空燃比の反転回数（空燃比が目標空燃比に対しリッチ側又はリーン側からリーン側又はリッチ側に切り替わった回数）が判断基準値を超えた場合に学習値が収束した旨の判定を下してもよい。より単純には、判定手段は、初期化後の学習時間が基準値を超えた場合に学習値が収束した旨の判定を下してもよい。
【００３９】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおけるエンジンの具体的構成を例示する概略断面図である。
【図３】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行される学習補償制御のフローチャートである。
【図４】図３の学習精度補償制御の一実行過程における各種制御値の一時間推移を例示するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００４２】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００４３】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する学習補償制御を実行可能に構成されている。
【００４５】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「学習手段」、「推定手段」、「初期化手段」、「更新速度変更手段」及び「判定手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４６】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる多気筒ガソリンエンジンである。ここで、図２を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、エンジン２００の具体的構成を例示する概略断面図である。
【００４７】
図２において、エンジン２００は、シリンダブロック２０１Ａに収容される気筒２０１Ｂ内において、燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して燃料たるガソリンと空気との混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼に伴う爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成された機関である。
【００４８】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン２００のクランク角は、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に参照され、例えば、機関回転速度ＮＥの算出や、各種の制御に供される構成となっている。
【００４９】
尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１Ｂ（即ち、本発明に係る「複数の気筒」の一例）が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１Ｂの構成は相互に等しいため、図２においては一の気筒２０１Ｂについてのみ説明を行うこととする。また、このような構成は、本発明に係る「内燃機関」が採り得る一例に過ぎない。
【００５０】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は、図示せぬクリーナにより浄化された後、吸気管２０７に導かれる。吸気管２０７には、この吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された、不図示のスロットルバルブモータによってその駆動状態が制御される構成となっている。
【００５１】
尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度Ｔｈｒが得られるようにスロットルバルブモータを駆動制御するが、スロットルバルブモータの動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することもまた可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００５２】
スロットルバルブ２０８により適宜調量された吸入空気は、気筒２０１Ｂの各々に対応する吸気ポート２０９において、吸気ポートインジェクタ２１１から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬ低圧フィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介して吸気ポートインジェクタ２１１に圧送供給されている。
【００５３】
尚、吸気ポートインジェクタ２１１は、図示せぬ燃料噴射弁を有しており、この燃料噴射弁の開弁期間に相当する燃料噴射期間ＴＡＵに応じた量の燃料を吸気ポートに噴射可能に構成される。この燃料噴射弁を駆動する不図示の且つ公知の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作が制御される構成となっている。
【００５４】
気筒２０１Ｂの内部と吸気ポート２０９とは、吸気バルブ２１０の開閉によってその連通状態が制御される。即ち、上述した混合気は、吸気バルブ２１０の開弁期間（ＩＶＯ）において、気筒２０１Ｂの内部に吸入される。気筒２０１Ｂの内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１２の開弁時に排気ポート２１３を介して排気管２１４に導かれる。排気管２１４は、本発明に係る「排気経路」の一例である。
【００５５】
排気管２１４には、本発明に係る「排気浄化装置」の一例たる公知の三元触媒２１５が設置される。三元触媒２１５は、触媒担体が白金等の貴金属を担持する構成となっており、未燃成分であるＴＨＣ（Total Hydro Carbon）及び一酸化炭素ＣＯの酸化燃焼反応と、窒素酸化物ＮＯｘの還元反応とを略同時に生じさせることによって排気を浄化可能に構成される。
【００５６】
排気管２１４における三元触媒２１５の上流側には、触媒流入ガスの空燃比である上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎを検出するための上流側空燃比センサ２１６が設置されている。上流側空燃比センサ２１６は、例えば、拡散抵抗層を備えた限界電流式広域空燃比センサである。尚、触媒流入ガスとは、各気筒に対応する排気ポート２１３に排出され、更に不図示の排気マニホールドに集約された後、排気管２１４に導かれた排気を意味する。
【００５７】
上流側空燃比センサ２１６は、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎに応じた出力電圧Ｖａｆｉｎを出力するセンサである（即ち、空燃比と一義的な関係を有する電圧値により間接的に空燃比を検出する構成である）。この出力電圧Ｖａｆｉｎは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比である時に出力値Ｖｓｔに一致し、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリッチ側である（低い）場合に出力値Ｖｓｔより低くなり、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリーン側である（高い）場合に出力値Ｖｓｔより高くなる。即ち、出力電圧Ｖａｆｉｎは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎの変化に対して連続的に変化する。上流側空燃比センサ２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧Ｖａｆｉｎは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００５８】
一方、排気管２１４における三元触媒２１５の下流側には、触媒排出ガスの空燃比である下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔを検出するための下流側空燃比センサ２１７が設置されている。下流側空燃比センサ２１７は、例えば、周知の起電力式酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。尚、触媒排出ガスとは、三元触媒２１５を通過した直後の排気を意味する。また、触媒排出ガスとは、望ましくは、三元触媒２１５の下流側に設置された下流側触媒（通常、三元触媒であるが、貴金属の担持割合が三元触媒２１５と異ならしめられる場合が多い）に流入するガスである。
【００５９】
下流側空燃比センサ２１７は、下流空燃比Ａ／Ｆｏｕｔに応じた出力電圧Ｖｏｘｓを出力するセンサである（即ち、空燃比と一義的な関係を有する電圧値により間接的に空燃比を検出する構成である）。この出力電圧Ｖｏｘｓは、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比である時に出力値Ｖｉｍ（例えば、約０．５Ｖ程度）となり、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比よりもリッチ側にある（低い）時に最大値Ｖｍａｘ（例えば、約０．９Ｖ程度）に変化する。また、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比よりもリーン側にある（高い）時に最小値Ｖｍｉｎ（例えば、約０．１Ｖ程度）に変化する。出力電圧Ｖｏｘｓの下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔに対する変化は、上流側空燃比センサ２１６と異なり不連続であり、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔがリッチ側（リーン側）からリーン側（リッチ側）へ変化した場合、出力電圧Ｖｏｘｓは、最大値Ｖｍａｘ（最小値Ｖｍｉｎ）から最小値Ｖｍｉｎ（最大値Ｖｍａｘ）へ急激に変化する。
【００６０】
尚、下流側空燃比センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧Ｖｏｘｓは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００６１】
シリンダブロック２０１Ａを取り囲むように設置されたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温Ｔｗを検出するための冷却水温センサ２１８が配設されている。冷却水温センサ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温Ｔｗは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００６２】
＜実施形態の動作＞
＜空燃比Ｆ／Ｂ制御の概要＞
エンジン２００において、吸気ポートインジェクタ２１１の燃料噴射量Ｑは、ＥＣＵ１００によりエンジン２００の稼動期間について常時実行される、空燃比Ｆ／Ｂ制御により制御されている。空燃比Ｆ／Ｂ制御は、上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎ及び下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓを、燃料噴射量Ｑの補正にフィードバックする制御である。
【００６３】
空燃比Ｆ／Ｂ制御は、（１）上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎに基づいて得られる上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎ（より具体的には後述するＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃ）を上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに一致させるためのメインＦ／Ｂ制御と、（２）下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓを目標値Ｖｏｘｓｔｇに一致させるためのサブＦ／Ｂ制御とを含む。
【００６４】
より具体的には、ＥＣＵ１００は、上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎを、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓとその目標値Ｖｏｘｓｔｇとの偏差Ｄｖｏｘｓが小さくなるように算出されたサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓ及びその学習値たるサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｌにより補正し、Ｆ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃを算出する。以上がサブＦ／Ｂ制御に属する。更に、ＥＣＵ１００は、この算出されたＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃが上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに一致するように、機関の運転条件に応じて定まる燃料噴射量Ｑの基本値である基本燃料噴射量Ｑｂの補正に供すべき補正係数としてのメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを決定し、基本燃料噴射量Ｑｂを補正することによって燃料噴射量Ｑを制御する。以上がメインＦ／Ｂ制御に属する。
【００６５】
＜空燃比Ｆ／Ｂ制御の詳細＞
以下に、空燃比Ｆ／Ｂ制御の詳細について説明する。
【００６６】
始めに、ＥＣＵ１００は、下記（１）式に従って、Ｆ／Ｂ制御用出力電圧Ｖａｆｉｎｃを算出する。既に述べたように、式中において、Ｖａｆｉｎは上流側空燃比センサ２１６の出力電圧、ＶｆｂｓはサブＦ／Ｂ制御量、ＶｆｂｓｌはサブＦ／Ｂ学習値を意味する。
【００６７】
Ｖａｆｉｎｃ＝Ｖａｆｉｎ＋Ｖｆｂｓ＋Ｖｆｂｓｌ…（１）
Ｆ／Ｂ制御用出力電圧Ｖａｆｉｎｃが求まると、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに記憶された換算用マップを参照し、Ｆ／Ｂ制御用出力電圧ＶａｆｉｎｃをＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃに変換する。
【００６８】
一方、ＥＣＵ１００は、気筒２０１Ｂの内部に吸入される筒内吸入空気量Ｍｃを求める。筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、図１において不図示のエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｇａ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。尚、筒内吸入空気量Ｍｃの算出方法については公知の各種方法を適用可能である。
【００６９】
ＥＣＵ１００は、筒内吸入空気量Ｍｃを求めると、この筒内吸入空気量Ｍｃをその時点の上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇ（本実施形態では、基本的に理論空燃比であるとする）で除すことによって、基本燃料噴射量Ｑｂを求める。
【００７０】
基本燃料噴射量Ｑｂが求まると、ＥＣＵ１００は、下記（２）式により、吸気ポートインジェクタ２１１の燃料噴射弁から噴射すべき最終的な燃料噴射量Ｑを求める。
【００７１】
Ｑ＝Ｑｂ・ＫＧ・ＦＡＦ…（２）
ここで、式中ＫＧはメインＦ／Ｂ学習値（メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦに関する学習値）であり、ＦＡＦは、メインＦ／Ｂ制御により適宜更新されるメインＦ／Ｂ制御量である。メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、本発明に係る「Ｆ／Ｂ制御量」の一例であり、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは、本発明に係る「学習値」の一例である。
【００７２】
メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、メインＦ／Ｂ値ＤＦに基づいて算出される。メインＦ／Ｂ値ＤＦは、次のようにして求められる。
【００７３】
ＥＣＵ１００は、現時点よりもＮサイクル（即ち、本実施形態ではＮ・７２０°ＣＡ）前の時点における筒内吸入空気量Ｍｃｎを、上記Ｆ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃで除すことにより、現時点よりＮサイクル前の時点において気筒２０１Ｂの燃焼室に供給された燃料量である筒内燃料供給量Ｑｃｎを求める。
【００７４】
尚、「Ｎサイクル前」の値を利用するのは、燃焼室内で燃焼処理に供された混合気が上流側空燃比センサ２１６に到達するまでにＮサイクルに相当する時間を要するためである。即ち、サイクル数Ｎは、予め実験的に、経験的に又は理論的に求められている。但し、上流側空燃比センサ２１６が晒される触媒流入前ガスは、各気筒から排出された排気がある程度混合されたガスである。
【００７５】
次に、ＥＣＵ１００は、Ｎサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃｎを同じくＮサイクル前の上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇ（尚、本実施形態では、説明の簡略化のために上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇは理論空燃比で一定である）で除すことにより、Ｎサイクル前の目標筒内燃料供給量Ｑｃｎｔｇを求める。
【００７６】
ＥＣＵ１００は、このＮサイクル前の目標筒内燃料供給量Ｑｃｎｔｇから、先に求められたＮサイクル前の筒内燃料供給量Ｑｃｎを減じた値を、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとする。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎサイクル前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す。筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが求まると、下記（３）式に従って、メインＦ／Ｂ値ＤＦが求められる。
【００７７】
ＤＦ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ…（３）
ここで、式中のＧｐは比例ゲイン、Ｇｉは積分ゲインである。また式中の係数ＫＦＢは設計値であり、ここでは「１」に設定される。但し、係数ＫＦＢは、機関回転速度ＮＥ及び筒内吸入空気量Ｍｃ等に応じて可変であってもよい。また式中のＳＤＦｃは、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値である。即ち、メインＦ／Ｂ値ＤＦは、公知のフィードバック制御の一種であるＰＩ制御により求められる構成となっている。
【００７８】
メインＦ／Ｂ値ＤＦが求められると、ＥＣＵ１００は、下記（４）式によりメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを求める。
【００７９】
ＦＡＦ＝（Ｑｂｎ＋ＤＦ）／Ｑｂｎ…（４）
上記（４）式におけるＱｂｎは、Ｎサイクル前の基本燃料噴射量である。即ち、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、Ｎサイクル前の基本燃料噴射量ＱｂｎとメインＦ／Ｂ値ＤＦとの和をＮサイクル前の基本燃料噴射量Ｑｂにより除した値である。
【００８０】
このようにして求められたメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、所定の更新タイミング毎に基本燃料噴射量Ｑｂに乗じられ、最終的な燃料噴射量Ｑが算出される。以上が、空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるメインＦ／Ｂ制御である。尚、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧについては後述する。
【００８１】
次に、上記（１）式において使用されるサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓ（本発明に係る「Ｆ／Ｂ制御量」の他の一例である）の算出方法について説明する。ＥＣＵ１００は、所定の更新タイミング毎に、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓの目標値Ｖｏｘｓｔｇから当該出力電圧Ｖｏｘｓを減じることにより、出力電圧偏差Ｄｖｏｘｓを算出する。尚、出力電圧Ｖｏｘｓの目標値Ｖｏｘｓｔｇは、三元触媒２１５での排気浄化効率が良好となるように適宜定められ得るが、本実施形態では、説明の煩雑化を防ぐ目的から、先述した理論空燃比に相当する出力値Ｖｉｍに設定されているものとする。
【００８２】
ＥＣＵ１００は、出力電圧偏差Ｄｖｏｘｓが求まると、ＥＣＵ１００は、下記（５）式に従って、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓを算出する。尚、式中Ｋｐ、Ｋｉ及びＫｄは夫々比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインである。またＳＤｖｏｘｓ及びＤＤｖｏｘｓは、夫々偏差Ｄｖｏｘｓの時間積分値及び時間微分値である。
【００８３】
Ｖｆｂｓ＝Ｋｐ・Ｄｖｏｘｓ＋Ｋｉ・ＳＤｖｏｘｓ＋Ｋｄ・ＤＤｖｏｘｓ…（５）
このように、ＥＣＵ１００は、所定の更新タイミング毎に、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓを目標値に一致させるため、公知のフィードバック制御の一種であるＰＩＤ制御を実行する。
【００８４】
ここで、上記（１）式において使用される、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの学習値Ｖｆｂｓｌ（本発明に係る「学習値」の他の一例である）の算出方法について説明する。ＥＣＵ１００は、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓが目標値である出力値Ｖｉｍを横切る毎に、下記（６）式に従ってサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの学習値Ｖｆｂｓｌを更新する。尚、式左辺の（ｉ）は、最新時刻の学習値であることを意味し、右辺の（ｉ-１）は、１サンプリング時刻前の学習値であることを意味する。
【００８５】
Ｖｆｂｓｌ（ｉ）＝（１-ｐ）・Ｖｆｂｓｌ（ｉ−１）＋ｐ・Ｋｉ・ＳＤｖｏｘｓ…（６）
このように、サブＦ／Ｂ制御量の学習値Ｖｆｂｓｌは、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓ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り、更新タイミング毎に、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの定常成分に応じた量となるように更新される。
【００８６】
尚、上記（６）式において、値ｐは０以上１未満の任意の値である。また、上記（６）式から明らかなように、値ｐが大きい程、積分項が学習値Ｖｆｂｓｌに大きく反映される。即ち、値ｐを大きくする程、学習値Ｖｆｂｓｌの更新速度たる学習値更新速度Ｖｕｐｄｔを大きくすることが出来る。尚、上記（６）式に従った学習値の更新処理は、Ｆ／Ｂ制御量の学習処理の一例である。
【００８７】
以上説明したように、空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓと学習値Ｖｆｂｓｌとの和だけ上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎが補正され、その補正により得られたＦ／Ｂ制御用出力電圧Ｖａｆｉｎｃに基づいてＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃが求められる。そして、この求められたＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃが上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに一致するように基本燃料噴射量Ｑｂが補正される。その結果、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎは、その目標値Ａ／Ｆｉｎｔｇに漸近し、同時に、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓは、その目標値である出力値Ｖｉｍ（理論空燃比に相当する値）に漸近する。
【００８８】
ここで、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧの更新処理について説明する。メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを基本値「１」に近付けるように更新される。
【００８９】
より具体的には、ＥＣＵ１００は、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦが算出されるタイミングで、下記（７）式に従って、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦの加重平均値ＦＡＦＡＶを求める。尚、式中ｑは、０より大きく且つ１未満の設計値である。また、上述したように、（ｉ）は現在値を、（ｉ−１）は前回値を表わす。
【００９０】
ＦＡＦＡＶ（ｉ）＝ｑ・ＦＡＦ＋（１−ｑ）・ＦＡＦＡＶ（ｉ−１）…（７）
ＥＣＵ１００は、この加重平均値ＦＡＦＡＶが、１＋α（尚、αは０以上１未満の設計値である）以上である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを予め設定された補正量Ｘだけ増加させ、反対に、加重平均値ＦＡＦＡＶが１＋α以下である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを補正量Ｘだけ減少させる。また、これらに挟まれた範囲にある場合には、メインＦ／Ｂ学習値を更新しない。
【００９１】
このように空燃比Ｆ／Ｂ制御が進行する過程においてメインＦ／Ｂ学習値ＫＧが適宜更新されると、加重平均値ＦＡＦＡＶは、徐々に「１−α」と「１＋α」との間に収束する。ここで、更新タイミングにおいて加重平均値ＦＡＦＡＶがこの範囲にあった回数（更新されなかった回数）は、ＥＣＵ１００が別途カウンタによりカウントされており、カウント値が所定回数を超えると、ＥＣＵ１００は、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧが収束したと判定する。即ち、学習が完了したと判定される。
【００９２】
＜学習精度補償制御の詳細＞
次に、ＥＣＵ１００により実行される学習精度補償制御の詳細について、図３を参照して説明する。ここに、図３は、学習精度補償制御のフローチャートである。
【００９３】
図３において、ＥＣＵ１００は、気筒２０１Ｂ相互間の空燃比のインバランス率Ｒｉｂを計算する（ステップＳ１０１）。
【００９４】
空燃比のインバランス率Ｒｉｂとは、各気筒２０１Ｂにおける混合気の空燃比のばらつきの度合いを意味し、本発明に係る「インバランス度」の一例である。より具体的には、本実施形態に係るインバランス率Ｒｉｂは、各気筒２０１Ｂについて上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎに基づいて算出される上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎの最大値と最小値との比である。尚、これは本発明に係るインバランス度の一例に過ぎず、気筒間の空燃比のばらつきの度合いを表し得る限りにおいて、インバランス度の実践的態様は限定されない趣旨である。
【００９５】
各気筒２０１Ｂに対応する吸気ポートインジェクタ２１１は、その個体差や経時変化等により、駆動信号に対する燃料噴射量Ｑが必ずしも一律でない。このようなばらつきは、基本的には、問題にならない程度で済む場合が多いが、ある特定の気筒に対応する吸気ポートインジェクタ２１１に何らかの変化が生じると、この特定の気筒における燃料噴射量Ｑが他の気筒の燃料噴射量と大きく乖離することがある。インバランス率Ｒｉｂは、このような燃料噴射装置に生じた変化を検出する指標として有効である。
【００９６】
ＥＣＵ１００は、インバランス率Ｒｉｂを所定のタイミング毎に算出し絶えず更新している。このようなインバランス率Ｒｉｂの更新もまた、一種の学習処理として行われる。ＥＣＵ１００は、インバランス率Ｒｉｂの最新の学習値を常にＲＡＭに保持している。
【００９７】
インバランス率Ｒｉｂを計算する（より具体的には、学習処理により更新する）と、ＥＣＵ１００は、下記（８）式に従って、インバランス率偏差ΔＲｉｂを算出する。
【００９８】
ΔＲｉｂ＝｜Ｒｉｂ−Ｒｉｂｐａｓｔ｜…（８）
ここで、Ｒｉｂｐａｓｔは、前回トリップ時におけるインバランス率Ｒｉｂの最終的な学習値である。インバランス率偏差ΔＲｉｂは、前回トリップ時と今回（最新トリップ時）とでインバランス率Ｒｉｂがどの程度異なるか（即ち、排気管における排気の状態がどの程度異なるか）を示す指標となる。
【００９９】
ＥＣＵ１００は、偏差Ｒｉｂを算出すると、この偏差Ｒｉｂが所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。偏差Ｒｉｂが所定値以下である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻す。尚、この所定値は設計値である。
【０１００】
偏差Ｒｉｂが所定値よりも大きい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、初期化フラグＦｇｒｓｔに「１」をセットし、また学習促進フラグＦｇｐｒｍに「１」をセットする（ステップＳ１０３）。
【０１０１】
尚、初期化フラグＦｇｒｓｔは、値として「０」又は「１」を採り、「１」が空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習値（即ち、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧ及びサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｌ）を初期化すべき旨に相当する制御用フラグである。また、学習促進フラグＦｇｐｒｍは、値として「０」又は「１」を採り、「１」が空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習値の更新速度を向上させるべき旨に相当する制御用フラグである。即ち、本実施形態においては、前回トリップ時と今回との間にインバランス率Ｒｉｂが所定値より大きい偏差を有する場合において、空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習値の初期化（即ち、破棄）及び学習の促進が促される。
【０１０２】
ＥＣＵ１００は、学習値を初期化し（ステップＳ１０４）、初期化フラグＦｇｒｓｔを「０」に戻す（ステップＳ１０５）。続いて、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔを標準値Ｖｕｐｄｔ１よりも大きいＶｕｐｄｔ２に設定し、空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習を促進する（ステップＳ１０６）。
【０１０３】
学習値更新速度ＶｕｐｄｔがＶｕｐｄｔ２に設定されると、ＥＣＵ１００は、この設定された学習値更新速度Ｖｕｐｄｔ２で各学習値の学習を開始する（ステップＳ１０７）。尚、本実施形態において、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔの向上とは、上記（６）式の値ｐを大きくすることに対応する。但し、学習値の更新速度向上に係る実践的措置は、このような係数の変更に限定されない。例えば、算出周期を早める、或いは、複数サンプル置きに学習する等の態様も更新速度の向上に類するものである。
【０１０４】
ＥＣＵ１００は、学習値が収束したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。本実施形態における学習値の収束判定は、上述したように、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦの加重平均値ＦＡＦＡＶが所定範囲内にあった回数に基づいてなされる。学習値が収束していない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、学習は継続される。
【０１０５】
一方、学習値が収束した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、学習促進フラグＦｇｐｒｍを「０」にセットし（ステップＳ１０９）、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔを標準値であるＶｕｐｄｔ１（Ｖｕｐｄｔ１＜Ｖｕｐｄｔ２）に復帰させる（ステップＳ１１０）。学習値更新速度Ｖｕｐｄｔが標準値に復帰せしめられると、学習精度補償制御は終了する。
【０１０６】
次に、図４を参照し、学習精度補償制御を視覚的に説明する。ここに、図４は、学習精度補償制御における各制御値の一時間推移を例示するタイミングチャートである。
【０１０７】
図４において、上段から順に、インバランス率Ｒｉｂ、初期化フラグＦｇｒｓｔ、学習促進フラグＦｇｐｒｍ、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔ及びメインＦ／Ｂ学習値ＫＧの各時間推移が例示される。
【０１０８】
時刻Ｔ１において、何らかの理由によりインバランス率Ｒｉｂが前回トリップ時の値Ｒｉｂｐａｓｔから乖離し始め、時刻Ｔ２において偏差ΔＲｉｂが所定値を超えたとする。
【０１０９】
この場合、時刻Ｔ２において初期化フラグＦｇｒｓｔ及び学習促進フラグＦｇｐｒｍが夫々「１」にセットされ、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧ（図示しないが、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの学習値Ｖｆｂｓｌも同様である）が初期化される。
【０１１０】
学習値初期化後（時刻Ｔ２以降）の時間領域においては、学習値更新速度ＶｕｐｄｔがＶｕｐｄｔ１からＶｕｐｄｔ２へと切り替えられ、促進された学習が開始される。その結果、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは迅速に新たな収束値へ収束を開始する。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態に係る学習精度補償制御によれば、気筒間の空燃比のばらつきの度合いとしてのインバランス率Ｒｉｂが前回トリップ時から所定以上に変化した場合において、それまでの学習値が破棄され、学習値の破棄後に促進された（更新速度が早められた）学習が開始される。
【０１１２】
インバランス率Ｒｉｂが所定以上に変化した状態においては、排気管２１４における上流側空燃比センサ２１６の設置空間における排気の状態も比較的大きく変化したと考えられる。そのような状態において、従前の学習値を継続的に使用して学習の促進のみを行ってしまうと、既に妥当性を喪失した従前の学習値が、かえって学習値の収束を遅らせる結果となる場合がある（図４における時刻Ｔ１〜Ｔ２間の学習値の振る舞い参照）。或いは、新たな学習により収束すべき真の学習値と従前の学習値との間に大きな差がない場合には、学習を促進することによって、この真の学習値とは異なった誤った収束値へと学習値が収束する可能性がある。いずれにせよ学習値の収束（学習の完了）が遅れると、三元触媒２１５における排気の浄化効率が低下して、エミッション制御上不利になる。
【０１１３】
これに対し、本実施形態の如く、学習を促進する前に学習値が初期化された場合、真の学習値と初期化された学習値（初期値）との間に十分な差を与えることが出来ることから、本来の学習促進効果が十分に発揮され、不要な学習の遅れが回避される。即ち、排気の浄化効率の低下を可及的に回避することが可能となるのである。
【０１１４】
補足すると、従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、気筒間の空燃比のインバランス率Ｒｉｂは考慮されていない。従って、前回トリップ時に対して、当該インバランス率Ｒｉｂがどれだけ変化したとしても、前回トリップ時の学習値が破棄されることはない。何故なら、学習処理自体は正常に機能しており、前回トリップ時の学習値は何ら異常値ではないからである。その点、本実施形態では、インバランス率Ｒｉｂの変化が空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習に影響を与える点を見出し、インバランス率Ｒｉｂを判断基準として従前の学習値を破棄する構成としたので、空燃比のインバランスが実践上無視し得ない程度に顕在化した場合において、学習値の収束速度及び収束精度の点で従来の如何なる制御態様に対しても明らかに有利である。
【０１１５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、燃料の噴射制御に空燃比Ｆ／Ｂ制御が適用される内燃機関の制御に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２Ａ…シリンダブロック、２０２Ｂ…気筒、２１１…吸気ポートインジェクタ、２１４…排気管、２１５…三元触媒、２１６…上流側空燃比センサ、２１７…下流側空燃比センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射量の空燃比Ｆ／Ｂ制御を好適に行うための内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、特許文献１には、バッテリ取り外しにより空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習値が初期化された場合に、学習値を早期に安定させることを目的として学習値の更新速度を増大させる多気筒内燃機関の制御装置が開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、空燃比の学習に関し、可及的迅速に学習値の収束判定を行うために、学習値のリセット（初期化）後に学習値の収束判定を行う空燃比制御装置が開示されている。
【０００４】
尚、空燃比学習値の初期化に関しては、特許文献３にも開示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、空燃比学習値に限らずエンジン運転制御に供し得る各種の学習に関し、学習値に異常値が認められた場合には当該学習値を初期化すると共に、このような理由から初期化がなされた場合には、通常の学習に対して促進された学習を行うようにした自動車用エンジンの学習制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７４８０９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２１６２０号公報
【特許文献３】特開２０００−２５７４８７号公報
【特許文献４】特開昭６２−１３５６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空燃比センサやＯ２センサ等を利用した所謂空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、上記従来例の如く、燃料噴射量の補正に供される補正係数の一部等が、適宜更新を伴いつつ学習される。この学習処理において適宜更新される学習値は、上述したようにバッテリの取り外し等不測の事態が生じた場合等を除き、基本的には継続して使用される。或いは、学習値を記憶する記憶手段の構成次第では、この種の不測の事態が生じた場合においても学習値を維持することも出来る。従って、例えば前回トリップ時に最後に更新された学習値は、最新トリップ時においても継続的に使用される（例えば、初期値として使用される）。
【０００８】
ところで、各気筒に燃料噴射装置を備えた多気筒内燃機関においては、燃料噴射装置に製造上の或いは経時変化等に起因する固体差がある。従って、ある駆動信号に対する実際の燃料噴射量は、気筒相互間で若干のばらつきを生じることが多い。この燃料噴射量のばらつきは、気筒相互間における空燃比のインバランスを生じさせる要因となる。
【０００９】
ここで、空燃比のインバランスの度合いは、一トリップ（例えば、ＩＧオンからＩＧオフまでの期間）中であれば大きく変化し難いものの、異なるトリップ間では、外的内的を問わず何らかの要因により大きく変化することがある。インバランスの度合いが不連続に変化すると、排気経路における排気の状態も変化し、空燃比Ｆ／ＢにおけるＦ／Ｂ制御量の学習値は、この変化したインバランスの度合いに対応した値へ向けて新たに収束を開始する。
【００１０】
一方、空燃比のインバランスの度合いがトリップ間で変化することは、空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習処理側から見れば一種の外乱であり、当該学習処理の学習値は異常値ではない。従って、このような空燃比のインバランスについて何ら考慮されない上記従来例においては、このようなインバランスの度合いの大きな変化が生じた場合において、前トリップの学習値が継続的に使用されることになる。
【００１１】
ところが、排気の状態が不連続に変化した場合に従前の学習値に基づいた学習処理を行うと、従前の学習値が適切でないことから、空燃比Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂ制御量の学習値を迅速に収束させることが出来ない。この際、上記従来例を参酌し、このようなインバランスの度合いの比較的大きな変化が生じた場合について、学習値の更新速度を向上させ学習を促進することも考えられる。然るに、従前の学習値が適切でない場合に学習値の更新速度を向上させてしまうと、例えば真の収束値と異なる収束値へ収束する、或いは、真の収束値への収束がかえって遅くなる等といった事態が生じる。
【００１２】
即ち、上記従来例を含む従来の技術には、空燃比のインバランスと空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるＦ／Ｂ制御量の学習処理との関係性が明確に規定されていないことに起因して、空燃比のインバランスの度合いが不連続に大きく変化した場合等において、当該学習処理が好適に行われ難いという技術的問題点がある。
【００１３】
本発明は、係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、空燃比のインバランスに対して空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習精度を維持し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数の気筒と、該複数の気筒からの排気が集約される排気経路に設置された少なくとも一つの空燃比検出手段とを備えると共に、該空燃比検出手段により検出された空燃比を前記複数の気筒における燃料噴射量にフィードバックすることを含む所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御により前記燃料噴射量が決定される内燃機関を制御する装置であって、前記空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量を学習する学習手段と、前記検出された空燃比に基づいて前記複数の気筒における空燃比のインバランス度を推定する推定手段と、前記推定されたインバランス度が前回値との間に所定以上の偏差を有する場合において、前記学習手段における前記Ｆ／Ｂ制御量の学習値を初期化する初期化手段と、前記学習値が初期化された後に、前記学習値の更新速度を標準値に対し向上させる更新速度変更手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る内燃機関は、各々が例えば吸気ポート等に電子制御インジェクタ等の燃料噴射装置を有する複数の気筒を備えてなる、多気筒内燃機関として構成される。また、この複数の気筒からの排気が集約される排気経路（例えば、各気筒の排気ポートが集約される排気マニホールドやその下流の排気管等）には、当該排気経路の空燃比を検出可能な、空燃比センサやＯ２センサ等の空燃比検出手段が設置される。排気経路の空燃比とは、厳密には、空燃比検出手段が設置された部位を流れる被検出ガスの空燃比を意味し、当該被検出ガスが上流側（気筒側）から下流側へ向かって停止することなく流れる点に鑑みれば、好適な一形態として、当該被検出ガスの空燃比の時間平均値を意味する。
【００１６】
尚、空燃比検出手段が空燃比を検出する際の実践的態様は多義的であり、空燃比検出手段は、その振る舞いが空燃比と一義的な関係を有する値、例えば演算式やマップ等を利用した所定の換算処理を経て空燃比に換算可能な電圧値等を検出する手段であってもよい。また、検出手段の詳細な設置態様には各種あり、検出手段は、例えば、三元触媒等の排気浄化装置の上流側に設置された空燃比センサと、同じく下流側に設置されたＯ２センサとを含んで構成されていてもよい。
【００１７】
本発明に係る内燃機関においては、空燃比Ｆ／Ｂ制御により燃料噴射量が決定される。空燃比Ｆ／Ｂ制御は、気筒内の混合気の空燃比がその時点の目標空燃比（例えば、理論空燃比）に維持される又は漸近若しくは収束するように、排気経路の空燃比に基づいて、基本となる燃料噴射量を適宜補正する周知の制御であり、その実践的態様は多義的である。
【００１８】
例えば、空燃比検出手段が、排気経路における排気浄化装置の上流側に設置された空燃比センサとして構成される場合、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、検出される空燃比と目標空燃比との偏差に応じてＦ／Ｂ制御量（例えば、基本噴射量に乗じるべき補正係数等）を演算すると共に、このＦ／Ｂ制御量に基づいて基本噴射量を補正する制御であってもよい。
【００１９】
或いは、空燃比検出手段が排気経路に設置される排気浄化装置を挟んで設置された複数のセンサから構成される場合、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、排気浄化装置の下流側に設置されたセンサ（下流側センサ）を利用したサブＦ／Ｂ制御と、排気浄化装置の上流側に設置されたセンサ（上流側センサ）を利用したメインＦ／Ｂ制御とから構築されていてもよい。より具体的には、サブＦ／Ｂ制御は、下流側センサにより検出される空燃比（下流側空燃比）と目標空燃比との偏差に応じて下流側空燃比を目標空燃比に維持する又は漸近若しくは収束させるためのサブＦ／Ｂ制御量を演算すると共に、このサブＦ／Ｂ制御量に基づいて、上流側センサにより検出される空燃比（上流側空燃比）を補正する制御として構築されていてもよい。また、この場合、メインＦ／Ｂ制御は、この補正された上流側空燃比と目標空燃比との偏差に応じて、上流側空燃比を目標空燃比に維持する又は漸近若しくは収束させるためのメインＦ／Ｂ制御量（例えば、基本噴射量に乗じるべき補正係数等）を決定し、基本噴射量を補正する制御として構築されていてもよい。
【００２０】
尚、本願における空燃比Ｆ／Ｂ制御は、例えば、Ｆ／Ｂ制御量が比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を含む所謂ＰＩ制御であってもよいし、Ｆ／Ｂ制御量が比例項及び積分項に更に微分項（Ｄ項）を加えて構築される所謂ＰＩＤ制御であってもよい。また、空燃比Ｆ／Ｂ制御は、全気筒一律になされるものであっても、各気筒個別になされるものであってもよい。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、このような内燃機関を制御する装置であって、好適にはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサから構成される、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）等の各種コンピュータ装置／システムとして構成される。尚、このコンピュータ装置／システムには適宜ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種記憶手段が付帯されていてもよい。
【００２２】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、学習手段によりこの空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量（上述のように空燃比Ｆ／Ｂ制御の実践的態様に応じて多様である）が学習される。
【００２３】
学習とは、概念的には、過去の状態を現在の制御に幾らかなり反映させることを意味し、その概念の範囲内において実践的態様は多義的である。但し、学習とは、望ましくは、過去の状態を反映させることにより現在の制御（即ち、最新時刻での制御）に係る制御量の精度向上、算出時間短縮或いは算出負荷軽減等の利益を得んとするものである。係る観点からすれば、学習により適宜更新される学習値とは、好適な一形態として、Ｆ／Ｂ制御量のうち定常成分に相当する値であってもよい。例えば、空燃比Ｆ／Ｂ制御が、上述したＰＩ制御やＰＩＤ制御の形態を採る場合、定常成分とは、この積分項に対応する値であってもよい。
【００２４】
一方、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、検出された空燃比に基づいて、推定手段により複数の気筒における空燃比のインバランス度が推定される。
【００２５】
本発明における「空燃比のインバランス度」とは、複数の気筒相互間の空燃比のインバランスの度合いを意味する定量的な指標であり、その実践的態様は、係る概念の範囲において多義的である。また、空燃比のインバランス度は、実践上の定義に応じて、内燃機関に対し一つ定められる値であってもよいし、各気筒について定められる値であってもよい。
【００２６】
本発明に係る「空燃比のインバランス度」は、例えば下記（１）〜（３）に定義されるものを含み得る。尚、下記の「相当する値」とは、対象値と一義的な関係を有し得る制御量、物理量又は指標値を包括する概念である。例えば、空燃比に相当する値とは、検出電圧値であってもよいし、空燃比が燃料噴射量の補正に供される点に鑑みれば、燃料噴射量であってもよい。
（１）全気筒の空燃比の平均値に対する各気筒の空燃比の割合に相当する値
（２）特定の気筒の空燃比の、残余の気筒の空燃比に対する割合に相当する値
（３）気筒相互間の空燃比の乖離量（ばらつき）の最大値に相当する値
尚、空燃比検出手段は、空燃比Ｆ／Ｂ制御の運用面においては、好適には、排気経路の空燃比を気筒各々に対応付けて把握しない（上述したように、好適には時間平均値である）。然るに、ある空燃比の混合気が、燃焼行程を経てある気筒から排出されるにあたって、どの程度の時間遅延（クランク角遅延又はサイクル数遅延であってもよい）を経て空燃比検出手段の設置空間に到達するかは、例えば予め実験的に、経験的に又は理論的に求めておくことができる。従って、推定手段は、検出された空燃比を各気筒に対応付けて把握することが可能であり、必然的に各気筒の空燃比（厳密には、各気筒の空燃比と一義的に扱い得る空燃比）を把握することが可能である。或いは、推定手段は、予め実験的に、経験的に又は理論的に策定された算出モデルに従って、検出された排気経路の空燃比から各気筒の空燃比を算出し推定してもよい。
【００２７】
ところで、従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂ制御量の学習処理は、空燃比のインバランスを考慮したものとなっていない。従って、前回トリップと最新トリップとで気筒間の空燃比のインバランスが大きく異なっていても、前回トリップにおけるＦ／Ｂ制御量の学習値は有効である。これは、学習処理に何らの落ち度もないこと、即ち、前回トリップの学習値が正常値であることからすれば至極当然である。
【００２８】
ところが、実践的運用面においては、空燃比のインバランスに大きな変化が生じると、排気経路を流れる排気の状態が大きく変化するから、空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるＦ／Ｂ制御量の学習処理において収束すべき学習値も大きく変化する。新たに収束すべき学習値（真の学習値）が大きく変化してしまうと、従前の学習値が今回の学習に適した値ではなくなり、例え学習速度を向上させて学習を促進させたとしても、学習値を迅速に真の学習値に収束させることが難しくなる。
【００２９】
より具体的には、単に学習を促進すると、前回までの学習履歴が反映される分、真の学習値への収束がかえって遅れることがある。また、前回の学習値と真の学習値との差が結果的にそれ程大きくない場合には、真の学習値へのアプローチが、学習が促進されている分かえって阻害され、学習値が真の学習値と異なる値に収束する可能性がある。これは、空燃比Ｆ／Ｂ制御による燃料噴射量の決定が、気筒全体で一律になされるとしても、気筒各々についてなされるとしても変わることはない。
【００３０】
そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置では、推定されるインバランス度が前回値との間に所定の偏差を有する場合において、初期化手段によりＦ／Ｂ制御量の学習値が初期化される。また、学習値の初期化がなされた後に、更新速度変更手段により学習値の更新速度（学習速度）が標準値よりも高い側、即ち増速側へ更新され、Ｆ／Ｂ制御量の学習が促進される。
【００３１】
推定手段により推定される空燃比のインバランス度は、前回と今回とで空燃比のインバランスがどの程度変化したかを把握する指標として有効であり、前回値と最新の推定値（今回値）との偏差は、前回の学習値が今回のＦ／Ｂ制御量の学習処理に対し適切な値であるか否か（例えば、初期値として適当であるか否か）を判断する指標となる。この偏差が大き過ぎる場合には、前回の学習条件が今回と大きく異なっていることから、前回までの学習値を破棄すべき旨の判断を合理的に行うことが出来る。一方で、学習値が初期化（初期値はゼロであっても、予め設計的に与えられてもよい）された後に学習値の更新速度を向上させることができれば、学習促進に係る効果を確実に得ることが出来る。
【００３２】
このように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、空燃比のインバランス度が大きく異なる場合に、前回までの学習処理により得られた学習値が最新の学習処理の適切な進行を妨げ得る点に想到し、前回までの学習処理により得られた学習値を正常値であっても初期化し、初期化後に学習値の更新速度を向上させる旨の技術思想により、このような場合に生じ得る、学習値の収束遅れや収束精度の低下を未然に防ぐことが可能となる。即ち、空燃比のインバランスを考慮した空燃比Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂ制御量の好適な学習が可能となるのである。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記内燃機関は、前記排気経路に排気を浄化可能な排気浄化装置を備え、前記空燃比検出手段は、前記排気経路における前記排気浄化装置の上下流側に夫々少なくとも一つ設置される。
【００３４】
この態様によれば、排気浄化装置の上下流に夫々少なくとも一つの空燃比検出手段を備える構成を採ることから、上述したサブＦ／Ｂ制御とメインＦ／Ｂ制御とを組み合わせた精度の高い空燃比Ｆ／Ｂ制御が可能となる。
【００３５】
ここで特に、空燃比Ｆ／Ｂ制御がこのような複数のＦ／Ｂ系統を有する場合、各Ｆ／Ｂ系統において学習処理がなされ得る。従って、空燃比のインバランスが空燃比Ｆ／Ｂ制御に与える影響もまた、このような複数のＦ／Ｂ系統を有する場合においては相対的に大きくなり易い。係る点に鑑みれば、本発明に係る内燃機関の制御装置は、この種の内燃機関の制御に用いられた場合には顕著にその効果を発揮する。
【００３６】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記学習値が収束したか否かを判定する判定手段を更に具備し、前記更新速度変更手段は、前記判定手段により前記学習値が収束したと判定された場合に前記更新速度を前記標準値に戻す。
【００３７】
この態様によれば、判定手段により、初期化後の学習値が収束したか否かが判定され、所定値／範囲に収束した旨が判定された場合に、学習処理における学習値の更新速度が標準値に戻される。従って、真の収束値近傍で更新速度が高過ぎることによる収束精度の低下が防止され、高精度な学習が可能となる。
【００３８】
尚、係る点に鑑みれば、判定手段により判定される「収束」とは、その時点のインバランス度に応じて収束すべき真の収束値を基準とした比較的狭範囲への収束を意味せずともよく、標準速度での学習の方がより好適であると判断され得る、真の収束値を基準とした比較的広範囲への収束を意味してもよい。このような更新速度の切り替えの判断基準となる収束状態は、予め実験的に、経験的に又は理論的に定めておくことができる。例えば、判定手段は、学習処理が進行する過程における、Ｆ／Ｂ制御量の反転回数（増加又は減少傾向が減少又は増加傾向に切り替わった回数）や空燃比の反転回数（空燃比が目標空燃比に対しリッチ側又はリーン側からリーン側又はリッチ側に切り替わった回数）が判断基準値を超えた場合に学習値が収束した旨の判定を下してもよい。より単純には、判定手段は、初期化後の学習時間が基準値を超えた場合に学習値が収束した旨の判定を下してもよい。
【００３９】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおけるエンジンの具体的構成を例示する概略断面図である。
【図３】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行される学習補償制御のフローチャートである。
【図４】図３の学習精度補償制御の一実行過程における各種制御値の一時間推移を例示するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００４２】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００４３】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する学習補償制御を実行可能に構成されている。
【００４５】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「学習手段」、「推定手段」、「初期化手段」、「更新速度変更手段」及び「判定手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４６】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる多気筒ガソリンエンジンである。ここで、図２を参照し、エンジン２００の詳細な構成について説明する。ここに、図２は、エンジン２００の具体的構成を例示する概略断面図である。
【００４７】
図２において、エンジン２００は、シリンダブロック２０１Ａに収容される気筒２０１Ｂ内において、燃焼室に点火プラグ（符号省略）の一部が露出してなる点火装置２０２による点火動作を介して燃料たるガソリンと空気との混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼に伴う爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクティングロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換可能に構成された機関である。
【００４８】
クランクシャフト２０５近傍には、クランクシャフト２０５の回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサ２０６が設置されている。このクランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエンジン２００のクランク角は、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に参照され、例えば、機関回転速度ＮＥの算出や、各種の制御に供される構成となっている。
【００４９】
尚、エンジン２００は、紙面と垂直な方向に４本の気筒２０１Ｂ（即ち、本発明に係る「複数の気筒」の一例）が直列に配されてなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０１Ｂの構成は相互に等しいため、図２においては一の気筒２０１Ｂについてのみ説明を行うこととする。また、このような構成は、本発明に係る「内燃機関」が採り得る一例に過ぎない。
【００５０】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は、図示せぬクリーナにより浄化された後、吸気管２０７に導かれる。吸気管２０７には、この吸入空気に係る吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された、不図示のスロットルバルブモータによってその駆動状態が制御される構成となっている。
【００５１】
尚、ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度Ｔｈｒが得られるようにスロットルバルブモータを駆動制御するが、スロットルバルブモータの動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することもまた可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００５２】
スロットルバルブ２０８により適宜調量された吸入空気は、気筒２０１Ｂの各々に対応する吸気ポート２０９において、吸気ポートインジェクタ２１１から噴射された燃料と混合されて前述の混合気となる。燃料は、図示せぬ燃料タンクに貯留されており、図示せぬ低圧フィードポンプの作用により、図示せぬデリバリパイプを介して吸気ポートインジェクタ２１１に圧送供給されている。
【００５３】
尚、吸気ポートインジェクタ２１１は、図示せぬ燃料噴射弁を有しており、この燃料噴射弁の開弁期間に相当する燃料噴射期間ＴＡＵに応じた量の燃料を吸気ポートに噴射可能に構成される。この燃料噴射弁を駆動する不図示の且つ公知の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によりその動作が制御される構成となっている。
【００５４】
気筒２０１Ｂの内部と吸気ポート２０９とは、吸気バルブ２１０の開閉によってその連通状態が制御される。即ち、上述した混合気は、吸気バルブ２１０の開弁期間（ＩＶＯ）において、気筒２０１Ｂの内部に吸入される。気筒２０１Ｂの内部で燃焼した混合気は排気となり、吸気バルブ２１０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２１２の開弁時に排気ポート２１３を介して排気管２１４に導かれる。排気管２１４は、本発明に係る「排気経路」の一例である。
【００５５】
排気管２１４には、本発明に係る「排気浄化装置」の一例たる公知の三元触媒２１５が設置される。三元触媒２１５は、触媒担体が白金等の貴金属を担持する構成となっており、未燃成分であるＴＨＣ（Total Hydro Carbon）及び一酸化炭素ＣＯの酸化燃焼反応と、窒素酸化物ＮＯｘの還元反応とを略同時に生じさせることによって排気を浄化可能に構成される。
【００５６】
排気管２１４における三元触媒２１５の上流側には、触媒流入ガスの空燃比である上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎを検出するための上流側空燃比センサ２１６が設置されている。上流側空燃比センサ２１６は、例えば、拡散抵抗層を備えた限界電流式広域空燃比センサである。尚、触媒流入ガスとは、各気筒に対応する排気ポート２１３に排出され、更に不図示の排気マニホールドに集約された後、排気管２１４に導かれた排気を意味する。
【００５７】
上流側空燃比センサ２１６は、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎに応じた出力電圧Ｖａｆｉｎを出力するセンサである（即ち、空燃比と一義的な関係を有する電圧値により間接的に空燃比を検出する構成である）。この出力電圧Ｖａｆｉｎは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比である時に出力値Ｖｓｔに一致し、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリッチ側である（低い）場合に出力値Ｖｓｔより低くなり、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎが理論空燃比よりもリーン側である（高い）場合に出力値Ｖｓｔより高くなる。即ち、出力電圧Ｖａｆｉｎは、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎの変化に対して連続的に変化する。上流側空燃比センサ２１６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧Ｖａｆｉｎは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００５８】
一方、排気管２１４における三元触媒２１５の下流側には、触媒排出ガスの空燃比である下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔを検出するための下流側空燃比センサ２１７が設置されている。下流側空燃比センサ２１７は、例えば、周知の起電力式酸素濃度センサ（安定化ジルコニアを用いた濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。尚、触媒排出ガスとは、三元触媒２１５を通過した直後の排気を意味する。また、触媒排出ガスとは、望ましくは、三元触媒２１５の下流側に設置された下流側触媒（通常、三元触媒であるが、貴金属の担持割合が三元触媒２１５と異ならしめられる場合が多い）に流入するガスである。
【００５９】
下流側空燃比センサ２１７は、下流空燃比Ａ／Ｆｏｕｔに応じた出力電圧Ｖｏｘｓを出力するセンサである（即ち、空燃比と一義的な関係を有する電圧値により間接的に空燃比を検出する構成である）。この出力電圧Ｖｏｘｓは、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比である時に出力値Ｖｉｍ（例えば、約０．５Ｖ程度）となり、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比よりもリッチ側にある（低い）時に最大値Ｖｍａｘ（例えば、約０．９Ｖ程度）に変化する。また、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔが理論空燃比よりもリーン側にある（高い）時に最小値Ｖｍｉｎ（例えば、約０．１Ｖ程度）に変化する。出力電圧Ｖｏｘｓの下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔに対する変化は、上流側空燃比センサ２１６と異なり不連続であり、下流側空燃比Ａ／Ｆｏｕｔがリッチ側（リーン側）からリーン側（リッチ側）へ変化した場合、出力電圧Ｖｏｘｓは、最大値Ｖｍａｘ（最小値Ｖｍｉｎ）から最小値Ｖｍｉｎ（最大値Ｖｍａｘ）へ急激に変化する。
【００６０】
尚、下流側空燃比センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された出力電圧Ｖｏｘｓは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００６１】
シリンダブロック２０１Ａを取り囲むように設置されたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）に係る冷却水温Ｔｗを検出するための冷却水温センサ２１８が配設されている。冷却水温センサ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温Ｔｗは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００６２】
＜実施形態の動作＞
＜空燃比Ｆ／Ｂ制御の概要＞
エンジン２００において、吸気ポートインジェクタ２１１の燃料噴射量Ｑは、ＥＣＵ１００によりエンジン２００の稼動期間について常時実行される、空燃比Ｆ／Ｂ制御により制御されている。空燃比Ｆ／Ｂ制御は、上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎ及び下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓを、燃料噴射量Ｑの補正にフィードバックする制御である。
【００６３】
空燃比Ｆ／Ｂ制御は、（１）上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎに基づいて得られる上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎ（より具体的には後述するＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃ）を上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに一致させるためのメインＦ／Ｂ制御と、（２）下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓを目標値Ｖｏｘｓｔｇに一致させるためのサブＦ／Ｂ制御とを含む。
【００６４】
より具体的には、ＥＣＵ１００は、上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎを、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓとその目標値Ｖｏｘｓｔｇとの偏差Ｄｖｏｘｓが小さくなるように算出されたサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓ及びその学習値たるサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｌにより補正し、Ｆ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃを算出する。以上がサブＦ／Ｂ制御に属する。更に、ＥＣＵ１００は、この算出されたＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃが上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに一致するように、機関の運転条件に応じて定まる燃料噴射量Ｑの基本値である基本燃料噴射量Ｑｂの補正に供すべき補正係数としてのメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを決定し、基本燃料噴射量Ｑｂを補正することによって燃料噴射量Ｑを制御する。以上がメインＦ／Ｂ制御に属する。
【００６５】
＜空燃比Ｆ／Ｂ制御の詳細＞
以下に、空燃比Ｆ／Ｂ制御の詳細について説明する。
【００６６】
始めに、ＥＣＵ１００は、下記（１）式に従って、Ｆ／Ｂ制御用出力電圧Ｖａｆｉｎｃを算出する。既に述べたように、式中において、Ｖａｆｉｎは上流側空燃比センサ２１６の出力電圧、ＶｆｂｓはサブＦ／Ｂ制御量、ＶｆｂｓｌはサブＦ／Ｂ学習値を意味する。
【００６７】
Ｖａｆｉｎｃ＝Ｖａｆｉｎ＋Ｖｆｂｓ＋Ｖｆｂｓｌ…（１）
Ｆ／Ｂ制御用出力電圧Ｖａｆｉｎｃが求まると、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに記憶された換算用マップを参照し、Ｆ／Ｂ制御用出力電圧ＶａｆｉｎｃをＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃに変換する。
【００６８】
一方、ＥＣＵ１００は、気筒２０１Ｂの内部に吸入される筒内吸入空気量Ｍｃを求める。筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、図１において不図示のエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｇａ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。尚、筒内吸入空気量Ｍｃの算出方法については公知の各種方法を適用可能である。
【００６９】
ＥＣＵ１００は、筒内吸入空気量Ｍｃを求めると、この筒内吸入空気量Ｍｃをその時点の上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇ（本実施形態では、基本的に理論空燃比であるとする）で除すことによって、基本燃料噴射量Ｑｂを求める。
【００７０】
基本燃料噴射量Ｑｂが求まると、ＥＣＵ１００は、下記（２）式により、吸気ポートインジェクタ２１１の燃料噴射弁から噴射すべき最終的な燃料噴射量Ｑを求める。
【００７１】
Ｑ＝Ｑｂ・ＫＧ・ＦＡＦ…（２）
ここで、式中ＫＧはメインＦ／Ｂ学習値（メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦに関する学習値）であり、ＦＡＦは、メインＦ／Ｂ制御により適宜更新されるメインＦ／Ｂ制御量である。メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、本発明に係る「Ｆ／Ｂ制御量」の一例であり、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは、本発明に係る「学習値」の一例である。
【００７２】
メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、メインＦ／Ｂ値ＤＦに基づいて算出される。メインＦ／Ｂ値ＤＦは、次のようにして求められる。
【００７３】
ＥＣＵ１００は、現時点よりもＮサイクル（即ち、本実施形態ではＮ・７２０°ＣＡ）前の時点における筒内吸入空気量Ｍｃｎを、上記Ｆ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃで除すことにより、現時点よりＮサイクル前の時点において気筒２０１Ｂの燃焼室に供給された燃料量である筒内燃料供給量Ｑｃｎを求める。
【００７４】
尚、「Ｎサイクル前」の値を利用するのは、燃焼室内で燃焼処理に供された混合気が上流側空燃比センサ２１６に到達するまでにＮサイクルに相当する時間を要するためである。即ち、サイクル数Ｎは、予め実験的に、経験的に又は理論的に求められている。但し、上流側空燃比センサ２１６が晒される触媒流入前ガスは、各気筒から排出された排気がある程度混合されたガスである。
【００７５】
次に、ＥＣＵ１００は、Ｎサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃｎを同じくＮサイクル前の上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇ（尚、本実施形態では、説明の簡略化のために上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇは理論空燃比で一定である）で除すことにより、Ｎサイクル前の目標筒内燃料供給量Ｑｃｎｔｇを求める。
【００７６】
ＥＣＵ１００は、このＮサイクル前の目標筒内燃料供給量Ｑｃｎｔｇから、先に求められたＮサイクル前の筒内燃料供給量Ｑｃｎを減じた値を、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとする。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎサイクル前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す。筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが求まると、下記（３）式に従って、メインＦ／Ｂ値ＤＦが求められる。
【００７７】
ＤＦ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ…（３）
ここで、式中のＧｐは比例ゲイン、Ｇｉは積分ゲインである。また式中の係数ＫＦＢは設計値であり、ここでは「１」に設定される。但し、係数ＫＦＢは、機関回転速度ＮＥ及び筒内吸入空気量Ｍｃ等に応じて可変であってもよい。また式中のＳＤＦｃは、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値である。即ち、メインＦ／Ｂ値ＤＦは、公知のフィードバック制御の一種であるＰＩ制御により求められる構成となっている。
【００７８】
メインＦ／Ｂ値ＤＦが求められると、ＥＣＵ１００は、下記（４）式によりメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを求める。
【００７９】
ＦＡＦ＝（Ｑｂｎ＋ＤＦ）／Ｑｂｎ…（４）
上記（４）式におけるＱｂｎは、Ｎサイクル前の基本燃料噴射量である。即ち、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、Ｎサイクル前の基本燃料噴射量ＱｂｎとメインＦ／Ｂ値ＤＦとの和をＮサイクル前の基本燃料噴射量Ｑｂにより除した値である。
【００８０】
このようにして求められたメインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦは、所定の更新タイミング毎に基本燃料噴射量Ｑｂに乗じられ、最終的な燃料噴射量Ｑが算出される。以上が、空燃比Ｆ／Ｂ制御におけるメインＦ／Ｂ制御である。尚、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧについては後述する。
【００８１】
次に、上記（１）式において使用されるサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓ（本発明に係る「Ｆ／Ｂ制御量」の他の一例である）の算出方法について説明する。ＥＣＵ１００は、所定の更新タイミング毎に、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓの目標値Ｖｏｘｓｔｇから当該出力電圧Ｖｏｘｓを減じることにより、出力電圧偏差Ｄｖｏｘｓを算出する。尚、出力電圧Ｖｏｘｓの目標値Ｖｏｘｓｔｇは、三元触媒２１５での排気浄化効率が良好となるように適宜定められ得るが、本実施形態では、説明の煩雑化を防ぐ目的から、先述した理論空燃比に相当する出力値Ｖｉｍに設定されているものとする。
【００８２】
ＥＣＵ１００は、出力電圧偏差Ｄｖｏｘｓが求まると、ＥＣＵ１００は、下記（５）式に従って、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓを算出する。尚、式中Ｋｐ、Ｋｉ及びＫｄは夫々比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインである。またＳＤｖｏｘｓ及びＤＤｖｏｘｓは、夫々偏差Ｄｖｏｘｓの時間積分値及び時間微分値である。
【００８３】
Ｖｆｂｓ＝Ｋｐ・Ｄｖｏｘｓ＋Ｋｉ・ＳＤｖｏｘｓ＋Ｋｄ・ＤＤｖｏｘｓ…（５）
このように、ＥＣＵ１００は、所定の更新タイミング毎に、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓを目標値に一致させるため、公知のフィードバック制御の一種であるＰＩＤ制御を実行する。
【００８４】
ここで、上記（１）式において使用される、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの学習値Ｖｆｂｓｌ（本発明に係る「学習値」の他の一例である）の算出方法について説明する。ＥＣＵ１００は、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓが目標値である出力値Ｖｉｍを横切る毎に、下記（６）式に従ってサブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの学習値Ｖｆｂｓｌを更新する。尚、式左辺の（ｉ）は、最新時刻の学習値であることを意味し、右辺の（ｉ-１）は、１サンプリング時刻前の学習値であることを意味する。
【００８５】
Ｖｆｂｓｌ（ｉ）＝（１-ｐ）・Ｖｆｂｓｌ（ｉ−１）＋ｐ・Ｋｉ・ＳＤｖｏｘｓ…（６）
このように、サブＦ／Ｂ制御量の学習値Ｖｆｂｓｌは、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓ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り、更新タイミング毎に、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの定常成分に応じた量となるように更新される。
【００８６】
尚、上記（６）式において、値ｐは０以上１未満の任意の値である。また、上記（６）式から明らかなように、値ｐが大きい程、積分項が学習値Ｖｆｂｓｌに大きく反映される。即ち、値ｐを大きくする程、学習値Ｖｆｂｓｌの更新速度たる学習値更新速度Ｖｕｐｄｔを大きくすることが出来る。尚、上記（６）式に従った学習値の更新処理は、Ｆ／Ｂ制御量の学習処理の一例である。
【００８７】
以上説明したように、空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓと学習値Ｖｆｂｓｌとの和だけ上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎが補正され、その補正により得られたＦ／Ｂ制御用出力電圧Ｖａｆｉｎｃに基づいてＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃが求められる。そして、この求められたＦ／Ｂ制御用空燃比Ａ／Ｆｉｎｃが上流側目標空燃比Ａ／Ｆｉｎｔｇに一致するように基本燃料噴射量Ｑｂが補正される。その結果、上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎは、その目標値Ａ／Ｆｉｎｔｇに漸近し、同時に、下流側空燃比センサ２１７の出力電圧Ｖｏｘｓは、その目標値である出力値Ｖｉｍ（理論空燃比に相当する値）に漸近する。
【００８８】
ここで、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧの更新処理について説明する。メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦを基本値「１」に近付けるように更新される。
【００８９】
より具体的には、ＥＣＵ１００は、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦが算出されるタイミングで、下記（７）式に従って、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦの加重平均値ＦＡＦＡＶを求める。尚、式中ｑは、０より大きく且つ１未満の設計値である。また、上述したように、（ｉ）は現在値を、（ｉ−１）は前回値を表わす。
【００９０】
ＦＡＦＡＶ（ｉ）＝ｑ・ＦＡＦ＋（１−ｑ）・ＦＡＦＡＶ（ｉ−１）…（７）
ＥＣＵ１００は、この加重平均値ＦＡＦＡＶが、１＋α（尚、αは０以上１未満の設計値である）以上である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを予め設定された補正量Ｘだけ増加させ、反対に、加重平均値ＦＡＦＡＶが１＋α以下である場合に、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧを補正量Ｘだけ減少させる。また、これらに挟まれた範囲にある場合には、メインＦ／Ｂ学習値を更新しない。
【００９１】
このように空燃比Ｆ／Ｂ制御が進行する過程においてメインＦ／Ｂ学習値ＫＧが適宜更新されると、加重平均値ＦＡＦＡＶは、徐々に「１−α」と「１＋α」との間に収束する。ここで、更新タイミングにおいて加重平均値ＦＡＦＡＶがこの範囲にあった回数（更新されなかった回数）は、ＥＣＵ１００が別途カウンタによりカウントされており、カウント値が所定回数を超えると、ＥＣＵ１００は、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧが収束したと判定する。即ち、学習が完了したと判定される。
【００９２】
＜学習精度補償制御の詳細＞
次に、ＥＣＵ１００により実行される学習精度補償制御の詳細について、図３を参照して説明する。ここに、図３は、学習精度補償制御のフローチャートである。
【００９３】
図３において、ＥＣＵ１００は、気筒２０１Ｂ相互間の空燃比のインバランス率Ｒｉｂを計算する（ステップＳ１０１）。
【００９４】
空燃比のインバランス率Ｒｉｂとは、各気筒２０１Ｂにおける混合気の空燃比のばらつきの度合いを意味し、本発明に係る「インバランス度」の一例である。より具体的には、本実施形態に係るインバランス率Ｒｉｂは、各気筒２０１Ｂについて上流側空燃比センサ２１６の出力電圧Ｖａｆｉｎに基づいて算出される上流側空燃比Ａ／Ｆｉｎの最大値と最小値との比である。尚、これは本発明に係るインバランス度の一例に過ぎず、気筒間の空燃比のばらつきの度合いを表し得る限りにおいて、インバランス度の実践的態様は限定されない趣旨である。
【００９５】
各気筒２０１Ｂに対応する吸気ポートインジェクタ２１１は、その個体差や経時変化等により、駆動信号に対する燃料噴射量Ｑが必ずしも一律でない。このようなばらつきは、基本的には、問題にならない程度で済む場合が多いが、ある特定の気筒に対応する吸気ポートインジェクタ２１１に何らかの変化が生じると、この特定の気筒における燃料噴射量Ｑが他の気筒の燃料噴射量と大きく乖離することがある。インバランス率Ｒｉｂは、このような燃料噴射装置に生じた変化を検出する指標として有効である。
【００９６】
ＥＣＵ１００は、インバランス率Ｒｉｂを所定のタイミング毎に算出し絶えず更新している。このようなインバランス率Ｒｉｂの更新もまた、一種の学習処理として行われる。ＥＣＵ１００は、インバランス率Ｒｉｂの最新の学習値を常にＲＡＭに保持している。
【００９７】
インバランス率Ｒｉｂを計算する（より具体的には、学習処理により更新する）と、ＥＣＵ１００は、下記（８）式に従って、インバランス率偏差ΔＲｉｂを算出する。
【００９８】
ΔＲｉｂ＝｜Ｒｉｂ−Ｒｉｂｐａｓｔ｜…（８）
ここで、Ｒｉｂｐａｓｔは、前回トリップ時におけるインバランス率Ｒｉｂの最終的な学習値である。インバランス率偏差ΔＲｉｂは、前回トリップ時と今回（最新トリップ時）とでインバランス率Ｒｉｂがどの程度異なるか（即ち、排気管における排気の状態がどの程度異なるか）を示す指標となる。
【００９９】
ＥＣＵ１００は、偏差Ｒｉｂを算出すると、この偏差Ｒｉｂが所定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。偏差Ｒｉｂが所定値以下である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０１に戻す。尚、この所定値は設計値である。
【０１００】
偏差Ｒｉｂが所定値よりも大きい場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、初期化フラグＦｇｒｓｔに「１」をセットし、また学習促進フラグＦｇｐｒｍに「１」をセットする（ステップＳ１０３）。
【０１０１】
尚、初期化フラグＦｇｒｓｔは、値として「０」又は「１」を採り、「１」が空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習値（即ち、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧ及びサブＦ／Ｂ学習値Ｖｆｂｓｌ）を初期化すべき旨に相当する制御用フラグである。また、学習促進フラグＦｇｐｒｍは、値として「０」又は「１」を採り、「１」が空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習値の更新速度を向上させるべき旨に相当する制御用フラグである。即ち、本実施形態においては、前回トリップ時と今回との間にインバランス率Ｒｉｂが所定値より大きい偏差を有する場合において、空燃比Ｆ／Ｂ制御に係る学習値の初期化（即ち、破棄）及び学習の促進が促される。
【０１０２】
ＥＣＵ１００は、学習値を初期化し（ステップＳ１０４）、初期化フラグＦｇｒｓｔを「０」に戻す（ステップＳ１０５）。続いて、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔを標準値Ｖｕｐｄｔ１よりも大きいＶｕｐｄｔ２に設定し、空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習を促進する（ステップＳ１０６）。
【０１０３】
学習値更新速度ＶｕｐｄｔがＶｕｐｄｔ２に設定されると、ＥＣＵ１００は、この設定された学習値更新速度Ｖｕｐｄｔ２で各学習値の学習を開始する（ステップＳ１０７）。尚、本実施形態において、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔの向上とは、上記（６）式の値ｐを大きくすることに対応する。但し、学習値の更新速度向上に係る実践的措置は、このような係数の変更に限定されない。例えば、算出周期を早める、或いは、複数サンプル置きに学習する等の態様も更新速度の向上に類するものである。
【０１０４】
ＥＣＵ１００は、学習値が収束したか否かを判定する（ステップＳ１０８）。本実施形態における学習値の収束判定は、上述したように、メインＦ／Ｂ制御量ＦＡＦの加重平均値ＦＡＦＡＶが所定範囲内にあった回数に基づいてなされる。学習値が収束していない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、学習は継続される。
【０１０５】
一方、学習値が収束した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、学習促進フラグＦｇｐｒｍを「０」にセットし（ステップＳ１０９）、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔを標準値であるＶｕｐｄｔ１（Ｖｕｐｄｔ１＜Ｖｕｐｄｔ２）に復帰させる（ステップＳ１１０）。学習値更新速度Ｖｕｐｄｔが標準値に復帰せしめられると、学習精度補償制御は終了する。
【０１０６】
次に、図４を参照し、学習精度補償制御を視覚的に説明する。ここに、図４は、学習精度補償制御における各制御値の一時間推移を例示するタイミングチャートである。
【０１０７】
図４において、上段から順に、インバランス率Ｒｉｂ、初期化フラグＦｇｒｓｔ、学習促進フラグＦｇｐｒｍ、学習値更新速度Ｖｕｐｄｔ及びメインＦ／Ｂ学習値ＫＧの各時間推移が例示される。
【０１０８】
時刻Ｔ１において、何らかの理由によりインバランス率Ｒｉｂが前回トリップ時の値Ｒｉｂｐａｓｔから乖離し始め、時刻Ｔ２において偏差ΔＲｉｂが所定値を超えたとする。
【０１０９】
この場合、時刻Ｔ２において初期化フラグＦｇｒｓｔ及び学習促進フラグＦｇｐｒｍが夫々「１」にセットされ、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧ（図示しないが、サブＦ／Ｂ制御量Ｖｆｂｓの学習値Ｖｆｂｓｌも同様である）が初期化される。
【０１１０】
学習値初期化後（時刻Ｔ２以降）の時間領域においては、学習値更新速度ＶｕｐｄｔがＶｕｐｄｔ１からＶｕｐｄｔ２へと切り替えられ、促進された学習が開始される。その結果、メインＦ／Ｂ学習値ＫＧは迅速に新たな収束値へ収束を開始する。
【０１１１】
以上説明したように、本実施形態に係る学習精度補償制御によれば、気筒間の空燃比のばらつきの度合いとしてのインバランス率Ｒｉｂが前回トリップ時から所定以上に変化した場合において、それまでの学習値が破棄され、学習値の破棄後に促進された（更新速度が早められた）学習が開始される。
【０１１２】
インバランス率Ｒｉｂが所定以上に変化した状態においては、排気管２１４における上流側空燃比センサ２１６の設置空間における排気の状態も比較的大きく変化したと考えられる。そのような状態において、従前の学習値を継続的に使用して学習の促進のみを行ってしまうと、既に妥当性を喪失した従前の学習値が、かえって学習値の収束を遅らせる結果となる場合がある（図４における時刻Ｔ１〜Ｔ２間の学習値の振る舞い参照）。或いは、新たな学習により収束すべき真の学習値と従前の学習値との間に大きな差がない場合には、学習を促進することによって、この真の学習値とは異なった誤った収束値へと学習値が収束する可能性がある。いずれにせよ学習値の収束（学習の完了）が遅れると、三元触媒２１５における排気の浄化効率が低下して、エミッション制御上不利になる。
【０１１３】
これに対し、本実施形態の如く、学習を促進する前に学習値が初期化された場合、真の学習値と初期化された学習値（初期値）との間に十分な差を与えることが出来ることから、本来の学習促進効果が十分に発揮され、不要な学習の遅れが回避される。即ち、排気の浄化効率の低下を可及的に回避することが可能となるのである。
【０１１４】
補足すると、従来の空燃比Ｆ／Ｂ制御においては、気筒間の空燃比のインバランス率Ｒｉｂは考慮されていない。従って、前回トリップ時に対して、当該インバランス率Ｒｉｂがどれだけ変化したとしても、前回トリップ時の学習値が破棄されることはない。何故なら、学習処理自体は正常に機能しており、前回トリップ時の学習値は何ら異常値ではないからである。その点、本実施形態では、インバランス率Ｒｉｂの変化が空燃比Ｆ／Ｂ制御の学習に影響を与える点を見出し、インバランス率Ｒｉｂを判断基準として従前の学習値を破棄する構成としたので、空燃比のインバランスが実践上無視し得ない程度に顕在化した場合において、学習値の収束速度及び収束精度の点で従来の如何なる制御態様に対しても明らかに有利である。
【０１１５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、燃料の噴射制御に空燃比Ｆ／Ｂ制御が適用される内燃機関の制御に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０２Ａ…シリンダブロック、２０２Ｂ…気筒、２１１…吸気ポートインジェクタ、２１４…排気管、２１５…三元触媒、２１６…上流側空燃比センサ、２１７…下流側空燃比センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒と、該複数の気筒からの排気が集約される排気経路に設置された少なくとも一つの空燃比検出手段とを備えると共に、該空燃比検出手段により検出された空燃比を前記複数の気筒における燃料噴射量にフィードバックすることを含む所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御により前記燃料噴射量が決定される内燃機関を制御する装置であって、
前記空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量を学習する学習手段と、
前記検出された空燃比に基づいて前記複数の気筒における空燃比のインバランス度を推定する推定手段と、
前記推定されたインバランス度が前回値との間に所定以上の偏差を有する場合において、前記学習手段における前記Ｆ／Ｂ制御量の学習値を初期化する初期化手段と、
前記学習値が初期化された後に、前記学習値の更新速度を標準値に対し向上させる更新速度変更手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記排気経路に排気を浄化可能な排気浄化装置を備え、
前記空燃比検出手段は、前記排気経路における前記排気浄化装置の上下流側に夫々少なくとも一つ設置される
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記学習値が収束したか否かを判定する判定手段を更に具備し、
前記更新速度変更手段は、前記判定手段により前記学習値が収束したと判定された場合に前記更新速度を前記標準値に戻す
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
複数の気筒と、該複数の気筒からの排気が集約される排気経路に設置された少なくとも一つの空燃比検出手段とを備えると共に、該空燃比検出手段により検出された空燃比を前記複数の気筒における燃料噴射量にフィードバックすることを含む所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御により前記燃料噴射量が決定される内燃機関を制御する装置であって、
前記空燃比Ｆ／Ｂ制御に係るＦ／Ｂ制御量を学習する学習手段と、
前記検出された空燃比に基づいて前記複数の気筒における空燃比のインバランス度を推定する推定手段と、
前記推定されたインバランス度が前回値との間に所定以上の偏差を有する場合において、前記学習手段における前記Ｆ／Ｂ制御量の学習値を初期化する初期化手段と、
前記学習値が初期化された後に、前記学習値の更新速度を標準値に対し向上させる更新速度変更手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記排気経路に排気を浄化可能な排気浄化装置を備え、
前記空燃比検出手段は、前記排気経路における前記排気浄化装置の上下流側に夫々少なくとも一つ設置される
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記学習値が収束したか否かを判定する判定手段を更に具備し、
前記更新速度変更手段は、前記判定手段により前記学習値が収束したと判定された場合に前記更新速度を前記標準値に戻す
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−６０９２７（Ｐ２０１３−６０９２７Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０１５４９（Ｐ２０１１−２０１５４９）
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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