内燃機関の空燃比制御装置
【課題】空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じたセンサに対する排気の当たり方の強弱に起因して、上記インバランスの発生時に機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できるようにする。
【解決手段】内燃機関１での空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力と同出力における内燃機関１の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる。これにより、上記原因となっている気筒に応じて空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによるサブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。
【解決手段】内燃機関１での空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力と同出力における内燃機関１の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる。これにより、上記原因となっている気筒に応じて空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによるサブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関の空燃比制御装置として、同機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサを備え、そのセンサの出力等に基づき内燃機関の燃料噴射量を調整することによって、同機関の実空燃比を理論空燃比へと制御するものが知られている。
【０００３】
同装置は、上記センサの出力と同出力における内燃機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減する補正値、及び、その補正値に基づいて前記センサの出力における前記目標値に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習される学習値を、内燃機関の燃料噴射量に反映させる。これにより、内燃機関の実空燃比が理論空燃比へと制御されるよう同機関の燃料噴射量が調整される。なお、こうした燃料噴射量の調整に用いられる上記学習値の学習については、内燃機関の運転の変動が少ない機関運転領域である学習領域にて行われる一方、その学習領域外に機関運転状態があるときには行われないようにされる。
【０００４】
ここで、複数の気筒を有する内燃機関では、ある気筒での実空燃比が他の気筒での実空燃比からずれた値になるという空燃比の気筒間インバランスが生じることがある（特許文献１参照）。内燃機関において、空燃比の気筒間インバランスの発生によって上記センサ周りを通過する排気中の酸素濃度が変化すると、そのときの酸素濃度に応じたセンサの出力とその目標値との偏差に基づいて上記補正値が増減される。更に、そのときに機関運転状態が学習領域内にあれば、上記増減される補正値に基づいて上記学習値の学習も行われる。そして、それら補正値及び学習値を内燃機関の燃料噴射量に反映させることで、内燃機関で空燃比の気筒間インバランスが生じたとしても、同機関全体としての実空燃比を理論空燃比に近づけることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６３９７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の空燃比制御装置における上記センサの出力には、同センサ周りを通過する排気中の酸素濃度が一定である条件のもとでも、そのセンサに対する排気の当たり方の強弱によって違いが生じる。
【０００７】
詳しくは、上記センサに対する排気の当たり方が強い場合には、排気中の酸素に対するセンサの感応度が高くなることから、同センサの出力がその目標値に対し増大側の値となるときに同出力の増大が過剰となる傾向がある一方、上記センサの出力がその目標値に対し減少側の値となるときに同出力の減少が過剰となる傾向がある。また、上記センサに対する排気の当たり方が弱い場合には、排気中の酸素に対するセンサの感応度が低くなることから、同センサの出力がその目標値に対し増大側の値となるときに同出力の増大が過少となる傾向がある一方、上記センサの出力がその目標値に対し減少側の値となるときに同出力の減少が過少となる傾向がある。
【０００８】
そして、上記センサに対する排気の当たり方の強弱は、そのセンサ周りの排気が内燃機関の各気筒のうちのいずれの気筒から流れてきたものであるかによって変わる。すなわち、センサ周りに存在する排気が流れてきた気筒に応じて、そのセンサに対する排気の当たり方の強弱が変わる。従って、内燃機関において空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その気筒間インバランスの状態が同じであっても同気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、同センサの出力に違いが生じるようになる。これは、気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、言い換えれば上記原因となっている気筒の位置に応じて、その原因となっている気筒から流れる排気の上記センサに対する当たり方の強弱が異なるためである。
【０００９】
ここで、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じてセンサの出力に違いが生じることを考慮せずに、同センサの出力とその目標値との偏差に基づいて補正値を増減させ、その増減後の補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させると、上記原因となっている気筒の位置によっては、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、内燃機関全体としての実空燃比を理論空燃比へと制御するうえで、上記増減後の補正値が大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりして、その補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させたとき、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になる。
【００１０】
ちなみに、特許文献１には、内燃機関における空燃比の気筒間インバランスが発生しているか否かを判断すること、更には上記気筒間インバランスの原因となっている気筒を判別することが開示されている。しかし、この特許文献１には、気筒間インバランスの原因となっている気筒の位置に応じてセンサの出力に違いが生じることについて何も開示されておらず、そのセンサの出力の違いに起因して上記補正値に過大や過小が生じることの対策についても開示されていない。従って、特許文献１の技術を適用したとしても、空燃比の気筒間インバランスが生じたときに内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になるという上記問題を解消することはできない。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じたセンサに対する排気の当たり方の強弱に起因して、上記インバランスの発生時に機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、内燃機関の実空燃比を理論空燃比へと制御するに当たり、同機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられたセンサの出力、すなわち同センサ周りの排気中の酸素濃度に応じた信号の出力等に基づき、内燃機関の燃料噴射量が調整される。こうした内燃機関における燃蝋噴射量の調整には、上記センサの出力と同出力における内燃機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減する補正値、及び、その補正値に基づいて前記センサの出力における前記目標値に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習される学習値が用いられる。具体的には、上記補正値及び上記学習値を内燃機関の燃料噴射量に反映させることにより、内燃機関の実空燃比を理論空燃比へと制御するための同機関での燃料噴射量の調整が実現される。
【００１３】
ここで、内燃機関での空燃比の気筒間インバランスに起因して上記センサの出力がその目標値からずれるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、その原因となっている気筒から流れる排気の上記センサに対する当たり方の強弱が異なり、それに起因して同センサの出力に違いが生じる。こうしたことを考慮せずに、上記センサの出力とその目標値との偏差に基づいて上記補正値を増減させ、その増減後の補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させた場合、内燃機関全体としての実空燃比を理論空燃比へと制御するうえで、上記増減後の補正値が大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりする。このため、上記補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させたとき、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になる。
【００１４】
この点、請求項１記載の発明では、空燃比の気筒間インバランスに起因して上記センサの出力とその目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられる。従って、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであっても、その原因となっている気筒に対応した補正を上記補正値に加えることで、同気筒に応じて上記センサに対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによる上記補正値への影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記センサに対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記補正値への影響を小さく抑えることで、その影響を受けて内燃機関全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値となることを抑制できる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、機関運転状態が学習領域内にあるときに上記補正値に基づき上記学習値の学習が行われる。また、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正を上記補正値に加えることは、機関運転状態が上記学習領域外にあるときに行われる。一方、機関運転状態が上記学習領域内にあるときには、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられることはない。ここで、仮に、機関運転状態が上記学習領域内にあるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられたとすると、その補正が加えられた後の補正値に基づいて学習値の学習が行われる。この場合、学習が行われた後の学習値には、センサに対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記補正値への影響を小さく抑えるための補正分も取り込まれた値となる。このため、学習値がセンサの出力の目標値に対する定常的なずれに対応した値として不適切な値になるという問題がある。この点、請求項２記載の発明では、機関運転状態が学習領域内にあるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられないようにすることが可能であり、そのようにすることで上述した問題が生じることを回避できる。
【００１６】
なお、上記補正値に基づく上記学習値の学習が完了しているときには、請求項３記載の発明のように、上記学習値の学習が行われる学習領域を縮小することが好ましい。このように学習領域を縮小することにより、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられる機関運転領域を拡大することができ、より広い機関運転領域で内燃機関全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値となることを抑制できる。また、上記学習値の学習が完了する前には、その学習が行われる学習領域は縮小されていない状態となることから、学習領域が狭くなって学習値の学習機会が少なくなることはない。
【００１７】
上記センサについては、請求項４記載の発明のように、内燃機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられた触媒よりも更に下流に設けることが考えられる。この場合、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比に対し過度にずれた値になったとすると、言い換えれば触媒及びセンサを通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれた値になったとすると、上記触媒での排気浄化能力が低下する。これは、同触媒は、そこを通過する排気中の酸素濃度を上記実空燃比を理論空燃比としたときの値と一致させたとき、触媒の排気浄化能力を最も良好な状態とすることができるためである。そして、上述したように触媒の排気浄化能力が低下すると、内燃機関の排気エミッション改善の妨げとなる。請求項４記載の発明では、内燃機関での空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比に対し過度にずれた値になることを抑制できる。従って、内燃機関での空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、触媒及びセンサを通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれた値になることを抑制でき、ひいては触媒の排気浄化能力が低下することを抑制できるため、内燃機関の排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の空燃比制御装置が適用される内燃機関全体を示す略図。
【図２】同機関の排気系における空燃比センサの取り付け位置を示す略図。
【図３】サブフィードバック補正値に基づくサブフィードバック学習値の学習が行われるときの両者の関係を示すグラフ。
【図４】サブフィードバック学習値の学習が行われる学習領域を示す説明図。
【図５】空燃比の気筒間インバランスの発生時、その原因となっている気筒に対応した補正をサブフィードバック補正値ＶＨに加える手順を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、クランク角の変化に対する空燃比センサの出力の推移モデルでの変化、同空燃比センサの実際の出力の変化、及びクランクカウンタの変化を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を自動車用四気筒内燃機関の空燃比制御装置に具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示される内燃機関１においては、各気筒の燃焼室２に繋がる吸気通路３にスロットルバルブ１３が開閉可能に設けられており、同吸気通路３を通じて燃焼室２に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁４から噴射された燃料が同燃焼室２に供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ５による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン６が往復移動し、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト７が回転する。
【００２０】
一方、燃焼室２にて燃焼した後の混合気は、排気として各燃焼室２から排気通路８に送り出され、同排気通路８に設けられた触媒コンバータ１６の三元触媒にて浄化された後に外部に放出される。この三元触媒は、触媒雰囲気の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時の値になるとき、排気中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx）のすべてを最も効果的に除去できるものである。
【００２１】
また、排気通路８において、触媒コンバータ１６の上流側及び下流側にはそれぞれ排気中の酸素濃度に応じたリニアな検出信号を出力する空燃比センサ１７，１８が設けられている。より詳しくは、上記空燃比センサ１７は図２に示されるように内燃機関１における四つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４の燃焼室２に各々繋がる排気通路８の集合部分の下流であって触媒コンバータ１６よりも上流側に設けられ、上記空燃比センサ１８は触媒コンバータ１６よりも下流側に設けられている。
【００２２】
内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１に関する各種制御を実行する電子制御装置２１を備えている。電子制御装置２１は、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
【００２３】
電子制御装置２１の入力ポートには、図１に示すように、上記空燃比センサ１７，１８の他、以下に示す各種センサ等が接続されている。
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル２７の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ２８。
【００２４】
・吸気通路３に設けられたスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ３０。
・吸気通路３を通じて燃焼室２に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ３２。
【００２５】
・クランクシャフト７の回転に対応する信号を出力し、機関回転速度の算出等に用いられるクランクポジションセンサ３４。
電子制御装置２１の出力ポートには、燃料噴射弁４の駆動回路、及びスロットルバルブ１３の駆動回路などの各種機器の駆動回路等が接続されている。
【００２６】
そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、機関回転速度や機関負荷（内燃機関１の１サイクル当たりに燃焼室２に吸入される空気の量）といった機関運転状態を把握する。なお、機関回転速度はクランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づき求められる。また、機関負荷は、アクセルポジションセンサ２８、スロットルポジションセンサ３０、及び、エアフローメータ３２等の検出信号に基づき求められる内燃機関１の吸入空気量と上記機関回転速度とから算出される。電子制御装置２１は、機関負荷や機関回転速度といった機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして内燃機関１における燃料噴射量制御、及び吸入空気量制御等が電子制御装置２１を通じて実施される。
【００２７】
内燃機関１の燃料噴射量制御は、機関回転速度及び機関負荷等に基づき、そのときに必要とされる燃料噴射量を噴射量指令値Ｑとして算出し、当該噴射量指令値Ｑに対応する量の燃料が噴射されるよう燃料噴射弁４を駆動することによって実現される。こうした燃料噴射量制御で用いられる噴射量指令値Ｑは、基本燃料噴射量Ｑbase、メインフィードバック補正値ＤＦ、及び、メインフィードバック学習値ＭＧ(i) に基づき、以下の式（１）を用いて算出される。
【００２８】
Ｑ＝Ｑbase＋ＤＦ＋ＭＧ(i) …（１）
Ｑ ：噴射量指令値
Ｑbase ：基本燃料噴射量
ＤＦ ：メインフィードバック補正値
ＭＧ(i) ：メインフィードバック学習値
ここで、基本燃料噴射量Ｑbaseは、理論空燃比の混合気を得るために必要な理論上の燃料噴射量として、機関回転速度及び機関負荷に基づいて算出される。
【００２９】
メインフィードバック補正値ＤＦは、燃料噴射量（基本燃料噴射量Ｑbase）を補正するためのものであって、内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となるよう、空燃比センサ１７の出力と同出力における上記実空燃比が理論空燃比となったときの値である目標値との偏差に基づき増減される。こうしたメインフィードバック補正値ＤＦの増減を通じて、内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となるように噴射量指令値Ｑが増減される。
【００３０】
また、メインフィードバック学習値ＭＧ(i) も、燃料噴射量（基本燃料噴射量Ｑbase）を補正するためのものであって、内燃機関１における吸気系や燃料噴射系の詰まり等に起因する内燃機関１の実空燃比の理論空燃比に対する定常的なずれを補償する値となるよう更新（学習）される。こうしたメインフィードバック学習値ＭＧ(i) の学習は、基本燃料噴射量Ｑbaseに対するメインフィードバック補正値ＤＦの割合であるフィードバック補正率が例えば１％以上であって、且つ、メインフィードバック補正値ＤＦが安定していることを条件に実施される。具体的には、その時点でのメインフィードバック補正値ＤＦをメインフィードバック学習値ＭＧ(i) とすることにより、上記メインフィードバック学習値ＭＧ(i) の学習が行われる。
【００３１】
なお、メインフィードバック学習値ＭＧ(i) は機関負荷領域に応じて区分された複数の学習領域ｉ（ｉ＝１、２、３・・・）毎に用意される。そして、内燃機関１の運転状態の変化に応じて、その運転状態に対応する学習領域ｉが変化すると、更新されるメインフィードバック学習値ＭＧ(i) も上記変化後の学習領域ｉに対応したものへと切り換えられる。こうして学習領域ｉ毎にメインフィードバック学習値ＭＧ(i) の更新が行われるようになる。
【００３２】
式（１）から分かるように、噴射量指令値Ｑには、上述したように算出されるメインフィードバック補正値ＤＦ及びメインフィードバック学習値ＭＧ(i) が反映される。これにより、内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となるよう、同機関１の燃料噴射量が調整される。
【００３３】
ところで、内燃機関１の排気エミッションを改善するためには、触媒コンバータ１６における触媒の排気浄化能力を最大とすべく、同触媒を通過する排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時に対応した値となるようにすることが好ましい。こうしたことを実現すべく、上記空燃比センサ１７の出力ＶＡＦが触媒下流の空燃比センサ１８の出力に基づいて補正される。詳しくは、上記空燃比センサ１７の出力ＶＡＦが、触媒下流の空燃比センサ１８の出力等に基づいて求められるサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧに基づき、以下の式（２）を用いて補正される。
【００３４】
ＶＡＦ←最新のＶＡＦ＋ＶＨ＋ＳＧ …（２）
ＶＡＦ：空燃比センサの出力
ＶＨ ：サブフィードバック補正値
ＳＧ ：サブフィードバック学習値
触媒上流の空燃比センサ１７の出力ＶＡＦがサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧによって補正されるということは、空燃比センサ１７の出力ＶＡＦ等に基づいて求められる式（１）のメインフィードバック補正値ＤＦがサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧによって補正されることを意味する。このことから、式（２）で用いられるサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧは、内燃機関１の燃料噴射量に反映される値であることが分かる。
【００３５】
上記サブフィードバック補正値ＶＨは、触媒下流の空燃比センサ１８の出力と同出力における内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となったときの値である目標値との偏差に基づき、その偏差を「０」として空燃比センサ１８の出力を上記目標値とすべく増減される。このように増減されるサブフィードバック補正値ＶＨが内燃機関１の燃料噴射量に反映されることで、触媒コンバータ１６及び空燃比センサ１８を通過する排気中の酸素濃度が同機関１全体としての実空燃比を理論空燃比としたときの値となるように、同機関１の燃料噴射量が調整される。
【００３６】
上記サブフィードバック学習値ＳＧは、触媒下流の空燃比センサ１８の出力における上記目標値に対する定常的なずれ、例えば触媒の劣化等に起因する定常的なずれに対応する値となるよう、サブフィードバック補正値ＶＨに基づき更新（学習）される。こうしたサブフィードバック学習値ＳＧの学習には、最新のサブフィードバック補正値ＶＨに徐変処理を施した値である更新量ＳＧＫが用いられる。詳しくは、その更新量ＳＧＫを以下の式（３）に示すように現在のサブフィードバック学習値ＳＧに加算し、その加算後の値を新たなサブフィードバック学習値ＳＧとすることにより、サブフィードバック学習値ＳＧの学習が行われる。
【００３７】
ＳＧ＝ＳＧ＋ＳＧＫ …（３）
ＳＧ：サブフィードバック学習値
ＳＧＫ：更新量
図３の破線は、サブフィードバック補正値ＶＨに基づくサブフィードバック学習値ＳＧの学習が行われるときの両者の関係を示したものである。空燃比センサ１８の出力が上記目標値よりもリーン側の値（酸素過剰側の値）になり、それに伴いサブフィードバック補正値ＶＨが基準値（例えば「０」）に対しリッチ指示寄りの値になるほど、同補正値ＶＨに基づき式（３）を用いて学習される上記サブフィードバック学習値ＳＧもリッチ指示寄りの値になる。一方、空燃比センサ１８の出力が上記目標値よりもリッチ指示側の値（酸素過少側の値）になり、それに伴いサブフィードバック補正値ＶＨが基準値に対しリーン指示寄りの値になるほど、同補正値ＶＨに基づき式（３）を用いて学習される上記サブフィードバック学習値ＳＧもリーン指示寄りの値になる。以上のように変化するサブフィードバック学習値ＳＧが内燃機関１の燃料噴射量に反映されることで、サブフィードバック補正値ＶＨが基準値に近づけられる。
【００３８】
そして、上記サブフィードバック補正値ＶＨが基準値にある程度近づいて安定したときのサブフィードバック学習値ＳＧは、触媒下流の空燃比センサ１８の出力における上記目標値に対する定常的なずれに対応する値になる。従って、サブフィードバック学習値ＳＧの学習により、サブフィードバック補正値ＶＨが基準値にある程度近づいて安定したとき、上記サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了する。ちなみに、式（３）を用いてのサブフィードバック学習値ＳＧの学習は、内燃機関１の運転の変動が少ない機関運転領域、例えば図４において実線よりも機関低回転低負荷側の領域である学習領域Ｇにて行われる一方、その学習領域Ｇ外に機関運転状態があるときには行われないようにされる。
【００３９】
以上のように、触媒下流の空燃比センサ１８の出力等に基づきサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧが求められると、それらによる触媒上流の上記空燃比センサ１７の出力ＶＡＦの補正を通じて、サブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧが内燃機関１の燃料噴射量に反映される。このように内燃機関１の燃料噴射量にサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧが反映されることで、触媒コンバータ１６及び空燃比センサ１８を通過する排気中の酸素濃度が同機関１全体としての実空燃比を理論空燃比としたときの値となるよう、内燃機関１の燃料噴射量が調整される。言い換えれば、空燃比センサ１８の出力がその目標値（内燃機関１全体としての実空燃比を理論空燃比としたときの値）となるよう、内燃機関１の燃料噴射量が調整される。これにより、触媒を通過する排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時に対応した値となるよう調整される。その結果、触媒コンバータ１６における触媒の排気浄化能力を最大とすることによる内燃機関１の排気エミッション改善が図られる。
【００４０】
次に、内燃機関１における空燃比の気筒間インバランスが生じることによる不都合、及び、その対策について説明する。
上記空燃比の気筒間インバランスが生じることで、内燃機関１において、ある気筒での実空燃比が他の気筒での実空燃比からずれた値になると、触媒下流の空燃比センサ１８周りを通過する排気中の酸素濃度が理論空燃比で混合気を燃焼させたときの値からずれる可能性が高い。そして、空燃比センサ１８周りを通過する排気中の酸素濃度が変化すると、そのときの酸素濃度に応じた空燃比センサ１８の出力とその目標値（理論空燃比での混合気の燃焼時の値）との偏差に基づいてサブフィードバック補正値ＶＨが増減される。更に、そのときに機関運転状態が学習領域Ｇ内にあれば、上記増減されるサブフィードバック補正値ＶＨに基づいてサブフィードバック学習値ＳＧの学習も行われる。そして、それら補正値ＶＨ値及び学習値ＳＧを内燃機関１の燃料噴射量に反映させることで、空燃比の気筒間インバランスが生じたとしても、同機関１全体としての実空燃比を理論空燃比に近づけ、ひいては触媒及びその下流の空燃比センサ１８を通過する排気中の酸素濃度を上記実空燃比を理論空燃比としたときの値に近づけることが可能にはなる。
【００４１】
ただし、空燃比センサ１８の出力には、同センサ１８周りを通過する排気中の酸素濃度が一定である条件のもとでも、その空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱によって違いが生じる。そして、空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱は、その空燃比センサ１８周りの排気が内燃機関１の各気筒のうちのいずれの気筒から流れてきたものであるかによって変わる。すなわち、空燃比センサ１８周りに存在する排気が流れてきた気筒に応じて、その空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が変わる。従って、内燃機関１において空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その気筒間インバランスの状態が同じであっても同気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、空燃比センサ１８の出力に違いが生じる。
【００４２】
この違いを考慮せずに、空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差に基づいてサブフィードバック補正値ＶＨを増減させ、同補正値ＶＨを内燃機関１の燃料噴射量に反映させると、上記原因となっている気筒の位置によっては、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、内燃機関１全体としての実空燃比を理論空燃比へと制御して触媒を通過する排気中の酸素濃度を上記実空燃比を理論空燃比としたときの値とするうえで、上記増減後のサブフィードバック補正値ＶＨが大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりする。その結果、上記サブフィードバック補正値ＶＨを内燃機関１の燃料噴射量に反映させたとき、内燃機関１全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれて、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまう。これにより、触媒の排気浄化能力が低下して内燃機関１の排気エミッション改善が妨げられる。
【００４３】
こうした不都合に対処するため、本実施形態では、空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる。
【００４４】
従って、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであっても、その原因となっている気筒に対応した補正を上記サブフィードバック補正値ＶＨに加えることで、同気筒に応じて上記空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによる上記補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることで、その影響を受けて上述したように内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる。言い換えれば、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまうことを抑制できる。従って、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまい、それによって触媒の排気浄化能力が低下して内燃機関１の排気エミッション改善が妨げられることを抑制できる。
【００４５】
次に、空燃比の気筒間インバランスの発生時、その原因となっている気筒に対応した補正をサブフィードバック補正値ＶＨに加える処理について、補正処理ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して詳しく説明する。この補正処理ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００４６】
同ルーチンにおいては、まず、空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差が生じるとき、その気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される（Ｓ１０１）。
【００４７】
具体的には、内燃機関１におけるクランク角の変化に対する空燃比センサ１８からの出力の推移に基づき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒が判別される。なお、内燃機関１のクランク角は、クランクポジションセンサ３４からの信号に基づきクランク角の変化に応じて図６（ｃ）に示すように変化するクランクカウンタに基づいて把握される。そして、内燃機関１での空燃比の気筒間インバランスが生じている場合、クランク角の変化に対する空燃比センサ１８の出力の推移は、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じて異なったものとなる。
【００４８】
ちなみに、図６（ａ）における実線Ｌ１、破線Ｌ２、一点鎖線Ｌ３、及び二点鎖線Ｌ４はそれぞれ、気筒＃１〜＃４が上記原因となっている気筒である場合の上記空燃比センサ１８の出力の推移モデルを示している。これらの推移モデルは、上記原因となっている気筒での空燃比が他の気筒の空燃比に対しリッチ方向にずれた状態での空燃比の気筒間インバランスに対応している。なお、上記原因となっている気筒での空燃比が他の気筒の空燃比に対しリーン方向にずれた状態での空燃比の気筒間インバランスでは、上記各線Ｌ１〜Ｌ４を空燃比センサ１８の出力の増減方向（図中の上下方向）に反転させたものがそれぞれ、気筒＃１〜＃４が上記原因となっている気筒である場合の上記空燃比センサ１８の出力の推移モデルとなる。
【００４９】
上記Ｓ１０１の処理では、クランク角の変化に対する空燃比センサ１８の出力の実際の推移（例えば図６（ｂ））と上記各推移モデルとを比較することで、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別されるとともに、同気筒での他の気筒に対する空燃比のずれ方向がリッチ方向であるか、あるいはリーン方向であるかが判別される。そして、それらの判別が完了すると、Ｓ１０２で肯定判定がなされる。この場合、サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了しているか否かが判断され（Ｓ１０３）、ここで肯定判定であればサブフィードバック学習値ＳＧの学習を行うための学習領域Ｇが縮小される（Ｓ１０４）。詳しくは、上記学習領域Ｇが、図３における実線よりも機関低回転低負荷側の領域から、図中の破線よりも機関低回転低負荷側の領域へと縮小される。
【００５０】
続いてＳ１０５の処理において、機関運転状態が学習領域Ｇ内にあるか否かが判断される。Ｓ１０５の処理で肯定判定であれば、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じて、また同気筒での空燃比のずれ方向に応じてサブフィードバック補正値ＶＨに補正が加えられる（Ｓ１０６）。
【００５１】
ここで、上記原因となる気筒が同気筒から流れる排気の空燃比センサ１８に対する当たり方が強い気筒であれば、上記気筒における空燃比のずれ方向がリッチ方向であることを条件にサブフィードバック補正値ＶＨに対しリッチ指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が強いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が高くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリーン指示側の値になるためである。そして、サブフィードバック補正値ＶＨに対して上記リッチ指示側への補正が加えられることで、同補正値ＶＨが例えば図３に破線で示す状態から実線で示す状態へと移行するようになる。なお、このときのリッチ指示側への補正量については、予め実験等により定められた最適値が用いられる。一方、上記原因となる気筒における空燃比のずれ方向がリーン方向であるときには、サブフィードバック補正値ＶＨに対しリーン指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が強いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が高くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリッチ指示側の値になるためである。なお、上記リーン指示側への補正量についても、予め実験等により定められた最適値が用いられる。
【００５２】
また、上記原因となる気筒が同気筒から流れる排気の空燃比センサ１８に対する当たり方が弱い気筒であれば、上記気筒における空燃比のずれ方向がリッチ方向であることを条件に、サブフィードバック補正値ＶＨに対しリーン指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が弱いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が低くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリッチ指示側の値になるためである。なお、上記リーン指示側への補正量については、予め実験等により定められた最適値が用いられる。一方、上記原因となる気筒が同気筒から流れる排気の空燃比センサ１８に対する当たり方が弱い気筒であれば、上記気筒における空燃比のずれ方向がリーン方向であることを条件に、サブフィードバック補正値ＶＨに対しリッチ指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が弱いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が低くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリーン指示側の値になるためである。なお、上記リッチ指示側への補正量についても、予め実験等により定められた最適値が用いられる。
【００５３】
サブフィードバック補正値ＶＨに対し空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に対応した補正を上記のように加えることで、上記原因となる気筒に応じて空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。
【００５４】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１での空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる。これにより、上記原因となっている気筒に応じて空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによるサブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることで、その影響を受けて上述したように内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる。言い換えれば、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまうことを抑制できる。従って、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまい、それによって触媒の排気浄化能力が低下して内燃機関１の排気エミッション改善が妨げられることを抑制できる。
【００５５】
（２）サブフィードバック補正値ＶＨに基づくサブフィードバック学習値ＳＧの学習は、機関運転状態が学習領域Ｇ内にあるときに行われる。また、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正を上記サブフィードバック補正値ＶＨに加えることは、機関運転状態が上記学習領域Ｇ外にあるときに行われる。一方、機関運転状態が上記学習領域Ｇ内にあるときには、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記サブフィードバック補正値ＶＨに加えられることはない。ここで、仮に、機関運転状態が上記学習領域Ｇ内にあるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられたとすると、その補正が加えられた後の同補正値ＶＨに基づいてサブフィードバック学習値ＳＧの学習が行われる。この場合、学習が行われた後のサブフィードバック学習値ＳＧには、空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えるための補正分も取り込まれた値となる。このため、サブフィードバック学習値ＳＧが空燃比センサ１８の出力の目標値に対する定常的なずれに対応した値として不適切な値になるという問題がある。しかし、機関運転状態が学習領域Ｇ内にあるときには、上述したように、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられることはないため、上述した問題が生じることを回避できる。
【００５６】
（３）サブフィードバック補正値ＶＨに基づくサブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了しているときには、同学習値ＳＧの学習が行われる学習領域Ｇが縮小される。このように学習領域Ｇを縮小することにより、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる機関運転領域を拡大することができ、より広い機関運転領域で上記（１）の効果、すなわち内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値となることを抑制できるという効果が得られる。また、上記サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了する前には、その学習が行われる学習領域Ｇは縮小されていない状態となることから、学習領域Ｇが狭くなってサブフィードバック学習値ＳＧの学習機会が少なくなるという問題が生じることもない。
【００５７】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了したとき、必ずしも学習領域Ｇを縮小する必要はない。
【００５８】
・空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応したサブフィードバック補正値ＶＨの補正に関しては、必ずしもサブフィードバック学習値ＳＧの学習領域Ｇ内で禁止する必要はない。
【００５９】
・空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正をサブフィードバック補正値ＶＨに加えるものとしたが、そうした補正をメインフィードバック補正値ＤＦに加えるようにすることも可能である。この場合、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じて触媒上流の空燃比センサ１７に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによるメインフィードバック補正値ＤＦへの影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記空燃比センサ１７に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記メインフィードバック補正値ＤＦへの影響を小さく抑えることで、その影響を受けて内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる。
【００６０】
・ハイブリッド自動車に原動機として搭載される内燃機関に本発明を適用してもよい。この場合、空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その原因となる気筒の判別を行いやすい機関運転状態に強制的に移行しつつ、そうした機関運転状態になったときの内燃機関１の出力の過不足をハイブリッド自動車に原動機として搭載されたモータや発電機の駆動を通じて吸収することが好ましい。これにより、空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その原因となる気筒の判別を速やかに行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気通路、１３…スロットルバルブ、１６…触媒コンバータ、１７…空燃比センサ、１８…空燃比センサ、２１…電子制御装置（補正手段、縮小手段）、２７…アクセルペダル、２８…アクセルポジションセンサ、３０…スロットルポジションセンサ、３２…エアフローメータ、３４…クランクポジションセンサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関の空燃比制御装置として、同機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサを備え、そのセンサの出力等に基づき内燃機関の燃料噴射量を調整することによって、同機関の実空燃比を理論空燃比へと制御するものが知られている。
【０００３】
同装置は、上記センサの出力と同出力における内燃機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減する補正値、及び、その補正値に基づいて前記センサの出力における前記目標値に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習される学習値を、内燃機関の燃料噴射量に反映させる。これにより、内燃機関の実空燃比が理論空燃比へと制御されるよう同機関の燃料噴射量が調整される。なお、こうした燃料噴射量の調整に用いられる上記学習値の学習については、内燃機関の運転の変動が少ない機関運転領域である学習領域にて行われる一方、その学習領域外に機関運転状態があるときには行われないようにされる。
【０００４】
ここで、複数の気筒を有する内燃機関では、ある気筒での実空燃比が他の気筒での実空燃比からずれた値になるという空燃比の気筒間インバランスが生じることがある（特許文献１参照）。内燃機関において、空燃比の気筒間インバランスの発生によって上記センサ周りを通過する排気中の酸素濃度が変化すると、そのときの酸素濃度に応じたセンサの出力とその目標値との偏差に基づいて上記補正値が増減される。更に、そのときに機関運転状態が学習領域内にあれば、上記増減される補正値に基づいて上記学習値の学習も行われる。そして、それら補正値及び学習値を内燃機関の燃料噴射量に反映させることで、内燃機関で空燃比の気筒間インバランスが生じたとしても、同機関全体としての実空燃比を理論空燃比に近づけることが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６３９７公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の空燃比制御装置における上記センサの出力には、同センサ周りを通過する排気中の酸素濃度が一定である条件のもとでも、そのセンサに対する排気の当たり方の強弱によって違いが生じる。
【０００７】
詳しくは、上記センサに対する排気の当たり方が強い場合には、排気中の酸素に対するセンサの感応度が高くなることから、同センサの出力がその目標値に対し増大側の値となるときに同出力の増大が過剰となる傾向がある一方、上記センサの出力がその目標値に対し減少側の値となるときに同出力の減少が過剰となる傾向がある。また、上記センサに対する排気の当たり方が弱い場合には、排気中の酸素に対するセンサの感応度が低くなることから、同センサの出力がその目標値に対し増大側の値となるときに同出力の増大が過少となる傾向がある一方、上記センサの出力がその目標値に対し減少側の値となるときに同出力の減少が過少となる傾向がある。
【０００８】
そして、上記センサに対する排気の当たり方の強弱は、そのセンサ周りの排気が内燃機関の各気筒のうちのいずれの気筒から流れてきたものであるかによって変わる。すなわち、センサ周りに存在する排気が流れてきた気筒に応じて、そのセンサに対する排気の当たり方の強弱が変わる。従って、内燃機関において空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その気筒間インバランスの状態が同じであっても同気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、同センサの出力に違いが生じるようになる。これは、気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、言い換えれば上記原因となっている気筒の位置に応じて、その原因となっている気筒から流れる排気の上記センサに対する当たり方の強弱が異なるためである。
【０００９】
ここで、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じてセンサの出力に違いが生じることを考慮せずに、同センサの出力とその目標値との偏差に基づいて補正値を増減させ、その増減後の補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させると、上記原因となっている気筒の位置によっては、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、内燃機関全体としての実空燃比を理論空燃比へと制御するうえで、上記増減後の補正値が大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりして、その補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させたとき、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になる。
【００１０】
ちなみに、特許文献１には、内燃機関における空燃比の気筒間インバランスが発生しているか否かを判断すること、更には上記気筒間インバランスの原因となっている気筒を判別することが開示されている。しかし、この特許文献１には、気筒間インバランスの原因となっている気筒の位置に応じてセンサの出力に違いが生じることについて何も開示されておらず、そのセンサの出力の違いに起因して上記補正値に過大や過小が生じることの対策についても開示されていない。従って、特許文献１の技術を適用したとしても、空燃比の気筒間インバランスが生じたときに内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になるという上記問題を解消することはできない。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じたセンサに対する排気の当たり方の強弱に起因して、上記インバランスの発生時に機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、内燃機関の実空燃比を理論空燃比へと制御するに当たり、同機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられたセンサの出力、すなわち同センサ周りの排気中の酸素濃度に応じた信号の出力等に基づき、内燃機関の燃料噴射量が調整される。こうした内燃機関における燃蝋噴射量の調整には、上記センサの出力と同出力における内燃機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減する補正値、及び、その補正値に基づいて前記センサの出力における前記目標値に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習される学習値が用いられる。具体的には、上記補正値及び上記学習値を内燃機関の燃料噴射量に反映させることにより、内燃機関の実空燃比を理論空燃比へと制御するための同機関での燃料噴射量の調整が実現される。
【００１３】
ここで、内燃機関での空燃比の気筒間インバランスに起因して上記センサの出力がその目標値からずれるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、その原因となっている気筒から流れる排気の上記センサに対する当たり方の強弱が異なり、それに起因して同センサの出力に違いが生じる。こうしたことを考慮せずに、上記センサの出力とその目標値との偏差に基づいて上記補正値を増減させ、その増減後の補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させた場合、内燃機関全体としての実空燃比を理論空燃比へと制御するうえで、上記増減後の補正値が大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりする。このため、上記補正値を内燃機関の燃料噴射量に反映させたとき、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になる。
【００１４】
この点、請求項１記載の発明では、空燃比の気筒間インバランスに起因して上記センサの出力とその目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられる。従って、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであっても、その原因となっている気筒に対応した補正を上記補正値に加えることで、同気筒に応じて上記センサに対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによる上記補正値への影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記センサに対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記補正値への影響を小さく抑えることで、その影響を受けて内燃機関全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値となることを抑制できる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、機関運転状態が学習領域内にあるときに上記補正値に基づき上記学習値の学習が行われる。また、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正を上記補正値に加えることは、機関運転状態が上記学習領域外にあるときに行われる。一方、機関運転状態が上記学習領域内にあるときには、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられることはない。ここで、仮に、機関運転状態が上記学習領域内にあるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられたとすると、その補正が加えられた後の補正値に基づいて学習値の学習が行われる。この場合、学習が行われた後の学習値には、センサに対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記補正値への影響を小さく抑えるための補正分も取り込まれた値となる。このため、学習値がセンサの出力の目標値に対する定常的なずれに対応した値として不適切な値になるという問題がある。この点、請求項２記載の発明では、機関運転状態が学習領域内にあるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられないようにすることが可能であり、そのようにすることで上述した問題が生じることを回避できる。
【００１６】
なお、上記補正値に基づく上記学習値の学習が完了しているときには、請求項３記載の発明のように、上記学習値の学習が行われる学習領域を縮小することが好ましい。このように学習領域を縮小することにより、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記補正値に加えられる機関運転領域を拡大することができ、より広い機関運転領域で内燃機関全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値となることを抑制できる。また、上記学習値の学習が完了する前には、その学習が行われる学習領域は縮小されていない状態となることから、学習領域が狭くなって学習値の学習機会が少なくなることはない。
【００１７】
上記センサについては、請求項４記載の発明のように、内燃機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられた触媒よりも更に下流に設けることが考えられる。この場合、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比に対し過度にずれた値になったとすると、言い換えれば触媒及びセンサを通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれた値になったとすると、上記触媒での排気浄化能力が低下する。これは、同触媒は、そこを通過する排気中の酸素濃度を上記実空燃比を理論空燃比としたときの値と一致させたとき、触媒の排気浄化能力を最も良好な状態とすることができるためである。そして、上述したように触媒の排気浄化能力が低下すると、内燃機関の排気エミッション改善の妨げとなる。請求項４記載の発明では、内燃機関での空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、内燃機関全体としての実空燃比が理論空燃比に対し過度にずれた値になることを抑制できる。従って、内燃機関での空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、触媒及びセンサを通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれた値になることを抑制でき、ひいては触媒の排気浄化能力が低下することを抑制できるため、内燃機関の排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の空燃比制御装置が適用される内燃機関全体を示す略図。
【図２】同機関の排気系における空燃比センサの取り付け位置を示す略図。
【図３】サブフィードバック補正値に基づくサブフィードバック学習値の学習が行われるときの両者の関係を示すグラフ。
【図４】サブフィードバック学習値の学習が行われる学習領域を示す説明図。
【図５】空燃比の気筒間インバランスの発生時、その原因となっている気筒に対応した補正をサブフィードバック補正値ＶＨに加える手順を示すフローチャート。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、クランク角の変化に対する空燃比センサの出力の推移モデルでの変化、同空燃比センサの実際の出力の変化、及びクランクカウンタの変化を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を自動車用四気筒内燃機関の空燃比制御装置に具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示される内燃機関１においては、各気筒の燃焼室２に繋がる吸気通路３にスロットルバルブ１３が開閉可能に設けられており、同吸気通路３を通じて燃焼室２に空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁４から噴射された燃料が同燃焼室２に供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグ５による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン６が往復移動し、内燃機関１の出力軸であるクランクシャフト７が回転する。
【００２０】
一方、燃焼室２にて燃焼した後の混合気は、排気として各燃焼室２から排気通路８に送り出され、同排気通路８に設けられた触媒コンバータ１６の三元触媒にて浄化された後に外部に放出される。この三元触媒は、触媒雰囲気の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時の値になるとき、排気中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx）のすべてを最も効果的に除去できるものである。
【００２１】
また、排気通路８において、触媒コンバータ１６の上流側及び下流側にはそれぞれ排気中の酸素濃度に応じたリニアな検出信号を出力する空燃比センサ１７，１８が設けられている。より詳しくは、上記空燃比センサ１７は図２に示されるように内燃機関１における四つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４の燃焼室２に各々繋がる排気通路８の集合部分の下流であって触媒コンバータ１６よりも上流側に設けられ、上記空燃比センサ１８は触媒コンバータ１６よりも下流側に設けられている。
【００２２】
内燃機関１の空燃比制御装置は、内燃機関１に関する各種制御を実行する電子制御装置２１を備えている。電子制御装置２１は、上記制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。
【００２３】
電子制御装置２１の入力ポートには、図１に示すように、上記空燃比センサ１７，１８の他、以下に示す各種センサ等が接続されている。
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル２７の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ２８。
【００２４】
・吸気通路３に設けられたスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ３０。
・吸気通路３を通じて燃焼室２に吸入される空気の量を検出するエアフローメータ３２。
【００２５】
・クランクシャフト７の回転に対応する信号を出力し、機関回転速度の算出等に用いられるクランクポジションセンサ３４。
電子制御装置２１の出力ポートには、燃料噴射弁４の駆動回路、及びスロットルバルブ１３の駆動回路などの各種機器の駆動回路等が接続されている。
【００２６】
そして、電子制御装置２１は、上記各種センサから入力した検出信号に基づき、機関回転速度や機関負荷（内燃機関１の１サイクル当たりに燃焼室２に吸入される空気の量）といった機関運転状態を把握する。なお、機関回転速度はクランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づき求められる。また、機関負荷は、アクセルポジションセンサ２８、スロットルポジションセンサ３０、及び、エアフローメータ３２等の検出信号に基づき求められる内燃機関１の吸入空気量と上記機関回転速度とから算出される。電子制御装置２１は、機関負荷や機関回転速度といった機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうして内燃機関１における燃料噴射量制御、及び吸入空気量制御等が電子制御装置２１を通じて実施される。
【００２７】
内燃機関１の燃料噴射量制御は、機関回転速度及び機関負荷等に基づき、そのときに必要とされる燃料噴射量を噴射量指令値Ｑとして算出し、当該噴射量指令値Ｑに対応する量の燃料が噴射されるよう燃料噴射弁４を駆動することによって実現される。こうした燃料噴射量制御で用いられる噴射量指令値Ｑは、基本燃料噴射量Ｑbase、メインフィードバック補正値ＤＦ、及び、メインフィードバック学習値ＭＧ(i) に基づき、以下の式（１）を用いて算出される。
【００２８】
Ｑ＝Ｑbase＋ＤＦ＋ＭＧ(i) …（１）
Ｑ ：噴射量指令値
Ｑbase ：基本燃料噴射量
ＤＦ ：メインフィードバック補正値
ＭＧ(i) ：メインフィードバック学習値
ここで、基本燃料噴射量Ｑbaseは、理論空燃比の混合気を得るために必要な理論上の燃料噴射量として、機関回転速度及び機関負荷に基づいて算出される。
【００２９】
メインフィードバック補正値ＤＦは、燃料噴射量（基本燃料噴射量Ｑbase）を補正するためのものであって、内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となるよう、空燃比センサ１７の出力と同出力における上記実空燃比が理論空燃比となったときの値である目標値との偏差に基づき増減される。こうしたメインフィードバック補正値ＤＦの増減を通じて、内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となるように噴射量指令値Ｑが増減される。
【００３０】
また、メインフィードバック学習値ＭＧ(i) も、燃料噴射量（基本燃料噴射量Ｑbase）を補正するためのものであって、内燃機関１における吸気系や燃料噴射系の詰まり等に起因する内燃機関１の実空燃比の理論空燃比に対する定常的なずれを補償する値となるよう更新（学習）される。こうしたメインフィードバック学習値ＭＧ(i) の学習は、基本燃料噴射量Ｑbaseに対するメインフィードバック補正値ＤＦの割合であるフィードバック補正率が例えば１％以上であって、且つ、メインフィードバック補正値ＤＦが安定していることを条件に実施される。具体的には、その時点でのメインフィードバック補正値ＤＦをメインフィードバック学習値ＭＧ(i) とすることにより、上記メインフィードバック学習値ＭＧ(i) の学習が行われる。
【００３１】
なお、メインフィードバック学習値ＭＧ(i) は機関負荷領域に応じて区分された複数の学習領域ｉ（ｉ＝１、２、３・・・）毎に用意される。そして、内燃機関１の運転状態の変化に応じて、その運転状態に対応する学習領域ｉが変化すると、更新されるメインフィードバック学習値ＭＧ(i) も上記変化後の学習領域ｉに対応したものへと切り換えられる。こうして学習領域ｉ毎にメインフィードバック学習値ＭＧ(i) の更新が行われるようになる。
【００３２】
式（１）から分かるように、噴射量指令値Ｑには、上述したように算出されるメインフィードバック補正値ＤＦ及びメインフィードバック学習値ＭＧ(i) が反映される。これにより、内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となるよう、同機関１の燃料噴射量が調整される。
【００３３】
ところで、内燃機関１の排気エミッションを改善するためには、触媒コンバータ１６における触媒の排気浄化能力を最大とすべく、同触媒を通過する排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時に対応した値となるようにすることが好ましい。こうしたことを実現すべく、上記空燃比センサ１７の出力ＶＡＦが触媒下流の空燃比センサ１８の出力に基づいて補正される。詳しくは、上記空燃比センサ１７の出力ＶＡＦが、触媒下流の空燃比センサ１８の出力等に基づいて求められるサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧに基づき、以下の式（２）を用いて補正される。
【００３４】
ＶＡＦ←最新のＶＡＦ＋ＶＨ＋ＳＧ …（２）
ＶＡＦ：空燃比センサの出力
ＶＨ ：サブフィードバック補正値
ＳＧ ：サブフィードバック学習値
触媒上流の空燃比センサ１７の出力ＶＡＦがサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧによって補正されるということは、空燃比センサ１７の出力ＶＡＦ等に基づいて求められる式（１）のメインフィードバック補正値ＤＦがサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧによって補正されることを意味する。このことから、式（２）で用いられるサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧは、内燃機関１の燃料噴射量に反映される値であることが分かる。
【００３５】
上記サブフィードバック補正値ＶＨは、触媒下流の空燃比センサ１８の出力と同出力における内燃機関１の実空燃比が理論空燃比となったときの値である目標値との偏差に基づき、その偏差を「０」として空燃比センサ１８の出力を上記目標値とすべく増減される。このように増減されるサブフィードバック補正値ＶＨが内燃機関１の燃料噴射量に反映されることで、触媒コンバータ１６及び空燃比センサ１８を通過する排気中の酸素濃度が同機関１全体としての実空燃比を理論空燃比としたときの値となるように、同機関１の燃料噴射量が調整される。
【００３６】
上記サブフィードバック学習値ＳＧは、触媒下流の空燃比センサ１８の出力における上記目標値に対する定常的なずれ、例えば触媒の劣化等に起因する定常的なずれに対応する値となるよう、サブフィードバック補正値ＶＨに基づき更新（学習）される。こうしたサブフィードバック学習値ＳＧの学習には、最新のサブフィードバック補正値ＶＨに徐変処理を施した値である更新量ＳＧＫが用いられる。詳しくは、その更新量ＳＧＫを以下の式（３）に示すように現在のサブフィードバック学習値ＳＧに加算し、その加算後の値を新たなサブフィードバック学習値ＳＧとすることにより、サブフィードバック学習値ＳＧの学習が行われる。
【００３７】
ＳＧ＝ＳＧ＋ＳＧＫ …（３）
ＳＧ：サブフィードバック学習値
ＳＧＫ：更新量
図３の破線は、サブフィードバック補正値ＶＨに基づくサブフィードバック学習値ＳＧの学習が行われるときの両者の関係を示したものである。空燃比センサ１８の出力が上記目標値よりもリーン側の値（酸素過剰側の値）になり、それに伴いサブフィードバック補正値ＶＨが基準値（例えば「０」）に対しリッチ指示寄りの値になるほど、同補正値ＶＨに基づき式（３）を用いて学習される上記サブフィードバック学習値ＳＧもリッチ指示寄りの値になる。一方、空燃比センサ１８の出力が上記目標値よりもリッチ指示側の値（酸素過少側の値）になり、それに伴いサブフィードバック補正値ＶＨが基準値に対しリーン指示寄りの値になるほど、同補正値ＶＨに基づき式（３）を用いて学習される上記サブフィードバック学習値ＳＧもリーン指示寄りの値になる。以上のように変化するサブフィードバック学習値ＳＧが内燃機関１の燃料噴射量に反映されることで、サブフィードバック補正値ＶＨが基準値に近づけられる。
【００３８】
そして、上記サブフィードバック補正値ＶＨが基準値にある程度近づいて安定したときのサブフィードバック学習値ＳＧは、触媒下流の空燃比センサ１８の出力における上記目標値に対する定常的なずれに対応する値になる。従って、サブフィードバック学習値ＳＧの学習により、サブフィードバック補正値ＶＨが基準値にある程度近づいて安定したとき、上記サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了する。ちなみに、式（３）を用いてのサブフィードバック学習値ＳＧの学習は、内燃機関１の運転の変動が少ない機関運転領域、例えば図４において実線よりも機関低回転低負荷側の領域である学習領域Ｇにて行われる一方、その学習領域Ｇ外に機関運転状態があるときには行われないようにされる。
【００３９】
以上のように、触媒下流の空燃比センサ１８の出力等に基づきサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧが求められると、それらによる触媒上流の上記空燃比センサ１７の出力ＶＡＦの補正を通じて、サブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧが内燃機関１の燃料噴射量に反映される。このように内燃機関１の燃料噴射量にサブフィードバック補正値ＶＨ及びサブフィードバック学習値ＳＧが反映されることで、触媒コンバータ１６及び空燃比センサ１８を通過する排気中の酸素濃度が同機関１全体としての実空燃比を理論空燃比としたときの値となるよう、内燃機関１の燃料噴射量が調整される。言い換えれば、空燃比センサ１８の出力がその目標値（内燃機関１全体としての実空燃比を理論空燃比としたときの値）となるよう、内燃機関１の燃料噴射量が調整される。これにより、触媒を通過する排気中の酸素濃度が理論空燃比での混合気の燃焼時に対応した値となるよう調整される。その結果、触媒コンバータ１６における触媒の排気浄化能力を最大とすることによる内燃機関１の排気エミッション改善が図られる。
【００４０】
次に、内燃機関１における空燃比の気筒間インバランスが生じることによる不都合、及び、その対策について説明する。
上記空燃比の気筒間インバランスが生じることで、内燃機関１において、ある気筒での実空燃比が他の気筒での実空燃比からずれた値になると、触媒下流の空燃比センサ１８周りを通過する排気中の酸素濃度が理論空燃比で混合気を燃焼させたときの値からずれる可能性が高い。そして、空燃比センサ１８周りを通過する排気中の酸素濃度が変化すると、そのときの酸素濃度に応じた空燃比センサ１８の出力とその目標値（理論空燃比での混合気の燃焼時の値）との偏差に基づいてサブフィードバック補正値ＶＨが増減される。更に、そのときに機関運転状態が学習領域Ｇ内にあれば、上記増減されるサブフィードバック補正値ＶＨに基づいてサブフィードバック学習値ＳＧの学習も行われる。そして、それら補正値ＶＨ値及び学習値ＳＧを内燃機関１の燃料噴射量に反映させることで、空燃比の気筒間インバランスが生じたとしても、同機関１全体としての実空燃比を理論空燃比に近づけ、ひいては触媒及びその下流の空燃比センサ１８を通過する排気中の酸素濃度を上記実空燃比を理論空燃比としたときの値に近づけることが可能にはなる。
【００４１】
ただし、空燃比センサ１８の出力には、同センサ１８周りを通過する排気中の酸素濃度が一定である条件のもとでも、その空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱によって違いが生じる。そして、空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱は、その空燃比センサ１８周りの排気が内燃機関１の各気筒のうちのいずれの気筒から流れてきたものであるかによって変わる。すなわち、空燃比センサ１８周りに存在する排気が流れてきた気筒に応じて、その空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が変わる。従って、内燃機関１において空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その気筒間インバランスの状態が同じであっても同気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであるかに応じて、空燃比センサ１８の出力に違いが生じる。
【００４２】
この違いを考慮せずに、空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差に基づいてサブフィードバック補正値ＶＨを増減させ、同補正値ＶＨを内燃機関１の燃料噴射量に反映させると、上記原因となっている気筒の位置によっては、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、内燃機関１全体としての実空燃比を理論空燃比へと制御して触媒を通過する排気中の酸素濃度を上記実空燃比を理論空燃比としたときの値とするうえで、上記増減後のサブフィードバック補正値ＶＨが大きくなり過ぎたり小さくなり過ぎたりする。その結果、上記サブフィードバック補正値ＶＨを内燃機関１の燃料噴射量に反映させたとき、内燃機関１全体としての実空燃比が理論空燃比から過度にずれて、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまう。これにより、触媒の排気浄化能力が低下して内燃機関１の排気エミッション改善が妨げられる。
【００４３】
こうした不都合に対処するため、本実施形態では、空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる。
【００４４】
従って、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒が各気筒のうちのいずれであっても、その原因となっている気筒に対応した補正を上記サブフィードバック補正値ＶＨに加えることで、同気筒に応じて上記空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによる上記補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることで、その影響を受けて上述したように内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる。言い換えれば、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまうことを抑制できる。従って、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまい、それによって触媒の排気浄化能力が低下して内燃機関１の排気エミッション改善が妨げられることを抑制できる。
【００４５】
次に、空燃比の気筒間インバランスの発生時、その原因となっている気筒に対応した補正をサブフィードバック補正値ＶＨに加える処理について、補正処理ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して詳しく説明する。この補正処理ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００４６】
同ルーチンにおいては、まず、空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差が生じるとき、その気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される（Ｓ１０１）。
【００４７】
具体的には、内燃機関１におけるクランク角の変化に対する空燃比センサ１８からの出力の推移に基づき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒が判別される。なお、内燃機関１のクランク角は、クランクポジションセンサ３４からの信号に基づきクランク角の変化に応じて図６（ｃ）に示すように変化するクランクカウンタに基づいて把握される。そして、内燃機関１での空燃比の気筒間インバランスが生じている場合、クランク角の変化に対する空燃比センサ１８の出力の推移は、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じて異なったものとなる。
【００４８】
ちなみに、図６（ａ）における実線Ｌ１、破線Ｌ２、一点鎖線Ｌ３、及び二点鎖線Ｌ４はそれぞれ、気筒＃１〜＃４が上記原因となっている気筒である場合の上記空燃比センサ１８の出力の推移モデルを示している。これらの推移モデルは、上記原因となっている気筒での空燃比が他の気筒の空燃比に対しリッチ方向にずれた状態での空燃比の気筒間インバランスに対応している。なお、上記原因となっている気筒での空燃比が他の気筒の空燃比に対しリーン方向にずれた状態での空燃比の気筒間インバランスでは、上記各線Ｌ１〜Ｌ４を空燃比センサ１８の出力の増減方向（図中の上下方向）に反転させたものがそれぞれ、気筒＃１〜＃４が上記原因となっている気筒である場合の上記空燃比センサ１８の出力の推移モデルとなる。
【００４９】
上記Ｓ１０１の処理では、クランク角の変化に対する空燃比センサ１８の出力の実際の推移（例えば図６（ｂ））と上記各推移モデルとを比較することで、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別されるとともに、同気筒での他の気筒に対する空燃比のずれ方向がリッチ方向であるか、あるいはリーン方向であるかが判別される。そして、それらの判別が完了すると、Ｓ１０２で肯定判定がなされる。この場合、サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了しているか否かが判断され（Ｓ１０３）、ここで肯定判定であればサブフィードバック学習値ＳＧの学習を行うための学習領域Ｇが縮小される（Ｓ１０４）。詳しくは、上記学習領域Ｇが、図３における実線よりも機関低回転低負荷側の領域から、図中の破線よりも機関低回転低負荷側の領域へと縮小される。
【００５０】
続いてＳ１０５の処理において、機関運転状態が学習領域Ｇ内にあるか否かが判断される。Ｓ１０５の処理で肯定判定であれば、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じて、また同気筒での空燃比のずれ方向に応じてサブフィードバック補正値ＶＨに補正が加えられる（Ｓ１０６）。
【００５１】
ここで、上記原因となる気筒が同気筒から流れる排気の空燃比センサ１８に対する当たり方が強い気筒であれば、上記気筒における空燃比のずれ方向がリッチ方向であることを条件にサブフィードバック補正値ＶＨに対しリッチ指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が強いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が高くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリーン指示側の値になるためである。そして、サブフィードバック補正値ＶＨに対して上記リッチ指示側への補正が加えられることで、同補正値ＶＨが例えば図３に破線で示す状態から実線で示す状態へと移行するようになる。なお、このときのリッチ指示側への補正量については、予め実験等により定められた最適値が用いられる。一方、上記原因となる気筒における空燃比のずれ方向がリーン方向であるときには、サブフィードバック補正値ＶＨに対しリーン指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が強いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が高くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリッチ指示側の値になるためである。なお、上記リーン指示側への補正量についても、予め実験等により定められた最適値が用いられる。
【００５２】
また、上記原因となる気筒が同気筒から流れる排気の空燃比センサ１８に対する当たり方が弱い気筒であれば、上記気筒における空燃比のずれ方向がリッチ方向であることを条件に、サブフィードバック補正値ＶＨに対しリーン指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が弱いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が低くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリッチ指示側の値になるためである。なお、上記リーン指示側への補正量については、予め実験等により定められた最適値が用いられる。一方、上記原因となる気筒が同気筒から流れる排気の空燃比センサ１８に対する当たり方が弱い気筒であれば、上記気筒における空燃比のずれ方向がリーン方向であることを条件に、サブフィードバック補正値ＶＨに対しリッチ指示側への補正が加えられる。これは、空燃比センサ１８への上記排気の当たり方が弱いと、排気中の酸素に対する同センサ１８の感応度が低くなり、それが原因となってサブフィードバック補正値ＶＨが過度にリーン指示側の値になるためである。なお、上記リッチ指示側への補正量についても、予め実験等により定められた最適値が用いられる。
【００５３】
サブフィードバック補正値ＶＨに対し空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に対応した補正を上記のように加えることで、上記原因となる気筒に応じて空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。
【００５４】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１での空燃比の気筒間インバランスに起因して空燃比センサ１８の出力とその目標値との偏差が生じるときには、上記気筒間インバランスの原因となっている気筒が判別される。そして、上記空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる。これにより、上記原因となっている気筒に応じて空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによるサブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えることで、その影響を受けて上述したように内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる。言い換えれば、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまうことを抑制できる。従って、触媒を通過する排気中の酸素濃度が上記実空燃比を理論空燃比としたときの値から過度にずれてしまい、それによって触媒の排気浄化能力が低下して内燃機関１の排気エミッション改善が妨げられることを抑制できる。
【００５５】
（２）サブフィードバック補正値ＶＨに基づくサブフィードバック学習値ＳＧの学習は、機関運転状態が学習領域Ｇ内にあるときに行われる。また、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正を上記サブフィードバック補正値ＶＨに加えることは、機関運転状態が上記学習領域Ｇ外にあるときに行われる。一方、機関運転状態が上記学習領域Ｇ内にあるときには、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正が上記サブフィードバック補正値ＶＨに加えられることはない。ここで、仮に、機関運転状態が上記学習領域Ｇ内にあるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられたとすると、その補正が加えられた後の同補正値ＶＨに基づいてサブフィードバック学習値ＳＧの学習が行われる。この場合、学習が行われた後のサブフィードバック学習値ＳＧには、空燃比センサ１８に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記サブフィードバック補正値ＶＨへの影響を小さく抑えるための補正分も取り込まれた値となる。このため、サブフィードバック学習値ＳＧが空燃比センサ１８の出力の目標値に対する定常的なずれに対応した値として不適切な値になるという問題がある。しかし、機関運転状態が学習領域Ｇ内にあるときには、上述したように、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられることはないため、上述した問題が生じることを回避できる。
【００５６】
（３）サブフィードバック補正値ＶＨに基づくサブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了しているときには、同学習値ＳＧの学習が行われる学習領域Ｇが縮小される。このように学習領域Ｇを縮小することにより、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正がサブフィードバック補正値ＶＨに加えられる機関運転領域を拡大することができ、より広い機関運転領域で上記（１）の効果、すなわち内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値となることを抑制できるという効果が得られる。また、上記サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了する前には、その学習が行われる学習領域Ｇは縮小されていない状態となることから、学習領域Ｇが狭くなってサブフィードバック学習値ＳＧの学習機会が少なくなるという問題が生じることもない。
【００５７】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・サブフィードバック学習値ＳＧの学習が完了したとき、必ずしも学習領域Ｇを縮小する必要はない。
【００５８】
・空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応したサブフィードバック補正値ＶＨの補正に関しては、必ずしもサブフィードバック学習値ＳＧの学習領域Ｇ内で禁止する必要はない。
【００５９】
・空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正をサブフィードバック補正値ＶＨに加えるものとしたが、そうした補正をメインフィードバック補正値ＤＦに加えるようにすることも可能である。この場合、空燃比の気筒間インバランスの原因となっている気筒に応じて触媒上流の空燃比センサ１７に対する排気の当たり方の強弱が異なるとしても、それによるメインフィードバック補正値ＤＦへの影響を小さく抑えることが可能になる。そして、このように上記空燃比センサ１７に対する排気の当たり方の強弱の違いによる上記メインフィードバック補正値ＤＦへの影響を小さく抑えることで、その影響を受けて内燃機関１全体での実空燃比が理論空燃比から過度にずれた値になることを抑制できる。
【００６０】
・ハイブリッド自動車に原動機として搭載される内燃機関に本発明を適用してもよい。この場合、空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その原因となる気筒の判別を行いやすい機関運転状態に強制的に移行しつつ、そうした機関運転状態になったときの内燃機関１の出力の過不足をハイブリッド自動車に原動機として搭載されたモータや発電機の駆動を通じて吸収することが好ましい。これにより、空燃比の気筒間インバランスが生じたとき、その原因となる気筒の判別を速やかに行うことができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気通路、１３…スロットルバルブ、１６…触媒コンバータ、１７…空燃比センサ、１８…空燃比センサ、２１…電子制御装置（補正手段、縮小手段）、２７…アクセルペダル、２８…アクセルポジションセンサ、３０…スロットルポジションセンサ、３２…エアフローメータ、３４…クランクポジションセンサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられて排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサを備え、そのセンサの出力と同出力における内燃機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減する補正値、及び、その補正値に基づいて前記センサの出力における前記目標値に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習される学習値を、内燃機関の燃料噴射量に反映させることにより、同機関の実空燃比を理論空燃比へと制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
ある気筒の実空燃比が他の気筒の実空燃比に対しずれた値となる空燃比の気筒間インバランスに起因して前記センサの出力と前記目標値との偏差が生じるとき、前記気筒間インバランスの原因となっている気筒を判別し、その原因となる気筒に対応した補正を前記補正値に加える補正手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記補正値に基づく前記学習値の学習が行われる学習領域外に機関運転状態があるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正を前記補正値に加える
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記補正値に基づく前記学習値の学習が完了しているとき、前記学習領域を縮小する縮小手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記センサは、内燃機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられた触媒の下流に位置している
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１】
内燃機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられて排気中の酸素濃度に応じた信号を出力するセンサを備え、そのセンサの出力と同出力における内燃機関の実空燃比を理論空燃比としたときの値である目標値との偏差に基づき増減する補正値、及び、その補正値に基づいて前記センサの出力における前記目標値に対する定常的なずれに対応する値となるよう学習される学習値を、内燃機関の燃料噴射量に反映させることにより、同機関の実空燃比を理論空燃比へと制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
ある気筒の実空燃比が他の気筒の実空燃比に対しずれた値となる空燃比の気筒間インバランスに起因して前記センサの出力と前記目標値との偏差が生じるとき、前記気筒間インバランスの原因となっている気筒を判別し、その原因となる気筒に対応した補正を前記補正値に加える補正手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記補正値に基づく前記学習値の学習が行われる学習領域外に機関運転状態があるとき、空燃比の気筒間インバランスの原因となる気筒に対応した補正を前記補正値に加える
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記補正値に基づく前記学習値の学習が完了しているとき、前記学習領域を縮小する縮小手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記センサは、内燃機関における複数の気筒に繋がる排気通路の合流部分よりも下流に設けられた触媒の下流に位置している
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５７２７１（Ｐ２０１３−５７２７１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５３１３（Ｐ２０１１−１９５３１３）
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【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３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月７日（２０１１．９．７）
【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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