(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側排気空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記酸素吸蔵量推定手段が、内燃機関の吸気通路内面への付着燃料を考慮した燃料挙動モデルによって予測される気筒内に供給される燃料量に基づいて、酸素吸蔵量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の上流側に配設され、前記排気浄化触媒の上流側排気空燃比を検出する上流側空燃比センサをさらに備え、
前記酸素吸蔵量推定手段が、前記上流側空燃比センサの応答遅れを考慮して酸素吸蔵量を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記酸素吸蔵量推定手段が、酸素吸脱量の算出に際して、空燃比から算出される酸素吸脱量を、前記排気浄化触媒を通過する通過ガス流量が多いほど少なく見積もる側に補正し、補正した酸素吸脱量に基づいて酸素吸蔵量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記酸素吸蔵量推定手段が、前記内燃機関の空燃比変化量の大小に基づいて酸素吸蔵量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記最大酸素吸蔵量推定手段は、最大酸素吸蔵量の推定時に前記排気浄化触媒を通過する通過ガス流量が多いほど、最大酸素吸蔵量が大きい側に補正されるように、推定される最大酸素吸蔵量を通過ガス流量に基づいて補正することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記最大酸素吸蔵量推定手段は、推定した最大酸素吸蔵量を、制御空燃比変化量の大小に基づいてさらに補正することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記酸素吸蔵量推定手段は、燃焼モデルによって予測される前記排気浄化触媒に流入する排気ガス組成に基づいて、酸素吸蔵量を推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記燃焼モデルが、燃料性状に基づいて修正されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記燃焼モデルが、前記内燃機関の運転状態に応じて修正されることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記排気浄化触媒に流入する排気ガス組成に基づいて、前記下流側空燃比検出手段の検出結果が補正されることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】
排気ガス組成が、燃焼モデルによって予測されることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１２】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
推定された酸素吸蔵量と検出された下流側排気空燃比とに基づいて、推定された酸素吸蔵量が異常であるか否かを判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１３】
前記異常判定手段は、推定された酸素吸蔵量が異常であると判定した際には、それまでの酸素吸蔵量の履歴を抹消し、新規に酸素吸蔵量の推定を開始することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１４】
前記異常判定手段は、推定された酸素吸蔵量が異常であると判定した際には、酸素吸蔵量推定モデルを修正することを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１５】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記最大酸素吸蔵量推定手段によって推定された最大酸素吸蔵量が所定値を超える場合には、推定された最大酸素吸蔵量が異常であると判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１６】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を最大限利用していない吹き抜け現象が発生する吹抜発生酸素吸蔵量が予め設定され、吹き抜け現象発生時に前記吹抜発生酸素吸蔵量に基づいて酸素吸蔵量を較正することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１７】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて設定される酸素吸蔵量の目標値となる酸素吸蔵量目標値を設定する吸蔵量目標値設定手段を備え、
前記吸蔵量目標値設定手段が、酸素吸蔵量目標値に固定強制振動を与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１８】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記空燃比目標設定手段は、制御空燃比の振幅が徐々に大きくなるように目標値を設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１９】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記空燃比目標設定手段は、制御空燃比の周期が徐々に長くなるように目標値を設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２０】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
酸素吸蔵量の目標値を設定する酸素吸蔵量目標値設定手段を備え、
前記酸素吸蔵量目標値設定手段は、酸素吸蔵量の最小値と最大値との間に複数の目標値を設定し、これらを切り替えて制御目標として設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２１】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記空燃比目標値設定手段は、前記内燃機関の冷間始動直後又は低負荷運転時に、制御空燃比の目標値をリーン領域内に設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２２】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記空燃比目標値設定手段は、前記内燃機関の高負荷運転時に、制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２３】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記空燃比目標値設定手段は、前記内燃機関への燃料カット実行前又は前記内燃機関の停止前に、制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定する運転期間を設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２４】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記空燃比目標値設定手段は、前記酸素吸蔵量推定手段によって推定された酸素吸蔵量又は前記最大酸素吸蔵量推定手段によって推定された最大酸素吸蔵量に基づいて、空燃比フィードバックのゲインを設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２５】
内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、前記内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、
前記排気通路上の前記排気浄化触媒の下流側に配設され、前記排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、
前記下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、
推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記酸素吸脱量が排気浄化触媒非劣化時の瞬時吸蔵可能酸素量又は瞬時放出可能酸素量の範囲内にとなるように制御空燃比が制御されたときの前記下流側空燃比検出手段の出力に基づいて前記排気浄化触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段を備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、排気ガスを浄化するために排気通路上に排気浄化触媒（三元触媒）を配置し、排気通路に設けた空燃比センサにより空燃比を検出して、混合気が理論空燃比となるようにフィードバック制御を行うことにより、窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCを同時に低減するようにしている。
【０００３】
内燃機関から排出される排気ガスの浄化率をさらに向上させるには、上述したフィードバック制御を精度良く行うことが有効である。また、排気浄化触媒の酸素吸蔵作用に着目して、窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCの浄化率をより一層向上させることも有効である。この酸素吸蔵作用を効果的に利用するための制御が従来から検討されている。このような酸素吸蔵作用に着目した制御装置としては、特開平9-310635号公報に記載のものなどがある。特開平9-310635号公報に記載の制御装置は、排気浄化触媒に吸蔵される酸素量（酸素吸蔵量）の目標値を、排気浄化触媒が吸蔵し得る最大の酸素吸蔵量（最大酸素吸蔵量）の半分程度となるように設定し、酸素吸蔵量がこの目標値となるように空燃比を制御するものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に記載の制御装置における最大酸素吸蔵量は、基本的には既定値（あるいは、既定値を補正したもの）であり、必ずしも現実の最大酸素吸蔵量を反映したものではなかった。このため、排気浄化触媒の性能を最大限に引き出していない状況もあった。そこで、より一層高度な浄化特性を得られるような改善が望まれていた。
【０００５】
従って、本発明の目的は、排気浄化触媒の酸素吸蔵作用をより効果的に利用して、排気浄化特性がより一層優れた内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１〜請求項２５に記載の本発明の内燃機関の空燃比制御装置は何れも、内燃機関の排気通路に配設された排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、内燃機関の空燃比から算出される酸素吸脱量の履歴に基づいて推定する酸素吸蔵量推定手段と、排気通路上の排気浄化触媒の下流側に配設され、排気浄化触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側排気空燃比検出手段と、下流側空燃比検出手段によって検出される排気空燃比が所定空燃比であるときの酸素吸蔵量推定値に基づいて最大酸素吸蔵量を推定する最大酸素吸蔵量推定手段と、推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段とを備えている。
【０００７】
そして、請求項１に記載の発明においては、酸素吸蔵量推定手段が、内燃機関の吸気通路内面への付着燃料を考慮した燃料挙動モデルによって予測される気筒内に供給される燃料量に基づいて、酸素吸蔵量を推定することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、上述した請求項１に記載の発明において、排気通路上の排気浄化触媒の上流側に配設され、排気浄化触媒の上流側排気空燃比を検出する上流側空燃比センサをさらに備え、酸素吸蔵量推定手段が、上流側空燃比センサの応答遅れを考慮して酸素吸蔵量を推定することを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、酸素吸蔵量推定手段が、酸素吸脱量の算出に際して、空燃比から算出される酸素吸脱量を、排気浄化触媒を通過する通過ガス流量が多いほど少なく見積もる側に補正し、補正した酸素吸脱量に基づいて酸素吸蔵量を推定することを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、酸素吸蔵量推定手段が、内燃機関の空燃比変化量の大小に基づいて酸素吸蔵量を推定することを特徴としている。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、最大酸素吸蔵量推定手段は、最大酸素吸蔵量の推定時に排気浄化触媒を通過する通過ガス流量が多いほど、最大酸素吸蔵量が大きい側に補正されるように、推定される最大酸素吸蔵量を通過ガス流量に基づいて補正することを特徴としている。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、最大酸素吸蔵量推定手段は、推定した最大酸素吸蔵量を、制御空燃比変化量の大小に基づいてさらに補正することを特徴としている。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、酸素吸蔵量推定手段は、燃焼モデルによって予測される排気浄化触媒に流入する排気ガス組成に基づいて、酸素吸蔵量を推定することを特徴としている。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、上述した請求項７に記載の発明において、燃焼モデルが、燃料性状に基づいて修正されることを特徴としている。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、上述した請求項７に記載の発明において、燃焼モデルが、前記内燃機関の運転状態に応じて修正されることを特徴としている。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、排気浄化触媒に流入する排気ガス組成に基づいて、下流側空燃比検出手段の検出結果が補正されることを特徴としている。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、上述した請求項１０に記載の発明において、排気ガス組成が、燃焼モデルによって予測されることを特徴としている。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は、推定された酸素吸蔵量と検出された下流側排気空燃比とに基づいて、推定された酸素吸蔵量が異常であるか否かを判定する異常判定手段を備えていることを特徴としている。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は、上述した請求項１２に記載の発明において、異常判定手段は、推定された酸素吸蔵量が異常であると判定した際には、それまでの酸素吸蔵量の履歴を抹消し、新規に酸素吸蔵量の推定を開始することを特徴としている。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は、上述した請求項１３に記載の発明において、異常判定手段は、推定された酸素吸蔵量が異常であると判定した際には、酸素吸蔵量推定モデルを修正することを特徴としている。
【００２１】
請求項１５に記載の発明は、最大酸素吸蔵量推定手段によって推定された最大酸素吸蔵量が所定値を超える場合には、推定された最大酸素吸蔵量が異常であると判定する異常判定手段を備えていることを特徴としている。
【００２２】
請求項１６に記載の発明は、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を最大限利用していない吹き抜け現象が発生する吹抜発生酸素吸蔵量が予め設定され、吹き抜け現象発生時に吹抜発生酸素吸蔵量に基づいて酸素吸蔵量を較正することを特徴としている。
【００２３】
請求項１７に記載の発明は、推定された最大酸素吸蔵量推定値に基づいて設定される酸素吸蔵量の目標値となる酸素吸蔵量目標値を設定する吸蔵量目標値設定手段を備え、吸蔵量目標値設定手段が、酸素吸蔵量目標値に固定強制振動を与えることを特徴としている。
【００２４】
請求項１８に記載の発明は、空燃比目標設定手段は、制御空燃比の振幅が徐々に大きくなるように目標値を設定することを特徴としている。
【００２５】
請求項１９に記載の発明は、前記空燃比目標設定手段は、制御空燃比の周期が徐々に長くなるように目標値を設定することを特徴としている。
【００２６】
請求項２０に記載の発明は、酸素吸蔵量の目標値を設定する酸素吸蔵量目標値設定手段を備え、酸素吸蔵量目標値設定手段は、酸素吸蔵量の最小値と最大値との間に複数の目標値を設定し、これらを切り替えて制御目標として設定することを特徴としている。
【００２７】
請求項２１に記載の発明は、空燃比目標値設定手段は、内燃機関の冷間始動直後又は低負荷運転時に、制御空燃比の目標値をリーン領域内に設定することを特徴としている。
【００２８】
請求項２２に記載の発明は、空燃比目標値設定手段は、内燃機関の高負荷運転時に、制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定することを特徴としている。
【００２９】
請求項２３に記載の発明は、空燃比目標値設定手段は、内燃機関への燃料カット実行前又は内燃機関の停止前に、制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定する運転期間を設定することを特徴としている。
【００３０】
請求項２４に記載の発明は、空燃比目標値設定手段は、酸素吸蔵量推定手段によって推定された酸素吸蔵量又は最大酸素吸蔵量推定手段によって推定された最大酸素吸蔵量に基づいて、空燃比フィードバックのゲインを設定することを特徴としている。
【００３１】
請求項２５に記載の発明は、酸素吸脱量が排気浄化触媒非劣化時の瞬時吸蔵可能酸素量又は瞬時放出可能酸素量の範囲内にとなるように制御空燃比が制御されたときの前記下流側空燃比検出手段の出力に基づいて前記排気浄化触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段を備えていることを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
実施形態の説明の前に、排気浄化触媒の酸素吸蔵作用について簡単に説明する。
【００３３】
以下に説明する実施形態においては、図１に示されるように、排気通路７上に排気浄化触媒１９を有している。なお、排気浄化触媒は、排気通路上に上流下流方向に複数設けられる場合もある。また、多気筒エンジンなどの場合、各シリンダ毎の排気管が一つにまとめられる箇所よりも上流側に排気浄化触媒を配置する場合も、複数設けられる場合もある。例えば、四気筒のエンジンに対して、そのうちの二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所に排気浄化触媒が一つ設置され、残りの二気筒の排気管が一つにまとめられた箇所にもう一つの排気浄化触媒が設置される場合などである。本実施形態においては、各シリンダ３毎の排気管が一つにまとめられらた箇所よりも下流側に一つの排気浄化触媒１９が配設されている。
【００３４】
以下の実施形態における排気浄化触媒１９としては、酸素吸蔵作用を有する三元触媒が用いられている。この三元触媒は、セリア(CeO2)等の成分を有し、排気ガス中の酸素を吸蔵・放出する性質を有している。
【００３５】
この三元触媒の酸素吸蔵放出機能は、混合気の空燃比がリーンになると排気ガス中に存在する過剰酸素を吸着保持し、空燃比がリッチになると吸着保持された酸素を放出するものであり、混合気がリーンになったときには過剰な酸素が触媒に吸着保持されるために窒素酸化物NOxが還元され、混合気がリッチになったときには触媒に吸着保持された酸素が放出されるために一酸化炭素COや炭化水素HCが酸化され、窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCを共に浄化することができる。
【００３６】
このとき、上述したように、三元触媒がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵していれば、入ガスの排気空燃比がリーンとなったときに酸素を吸蔵することができなくなり、排気ガス中の窒素酸化物NOxを充分に浄化できなくなる。一方、三元触媒が酸素を放出しきって酸素を全く吸蔵していなければ、入ガスの排気空燃比がリッチとなったときに酸素を放出することができないので、排気ガス中の一酸化炭素COや炭化水素HCを充分に浄化できなくなる。このため、入ガスの排気空燃比がリーンとなってもリッチとなっても対応できるように酸素吸蔵量を維持することが好ましい。
【００３７】
三元触媒の酸素吸蔵量を好ましい範囲に維持するためには、三元触媒に吸蔵されている酸素吸蔵量を正確に把握する必要がある。酸素吸蔵量は、空燃比から三元触媒が吸蔵・放出する酸素量を求め、これを積算することによって得ている。即ち、酸素吸蔵量を正確に算出しようとする場合、空燃比を正確に得る必要がある。また、言うまでもなく、正確な空燃比が得られれば、正確な空燃比フィードバック制御を行うこともできる。
【００３８】
以下には、請求項１〜請求項２５に記載の本発明の内燃機関の空燃比制御装置の実施形態について説明するが、各請求項に対応する空燃比制御装置の構成は共通である。このため、図１に本実施形態の制御装置を有する内燃機関の構成図を示す。
【００３９】
本実施形態の制御装置は、内燃機関であるエンジン１を制御するものである。エンジン１は、図１に示されるように、点火プラグ２によって各シリンダ３内の混合気に対して点火を行うことによって駆動力を発生する。エンジン１の燃焼に際して、外部から吸入した空気は吸気通路４を通り、インジェクタ５から噴射された燃料と混合され、混合気としてシリンダ３内に吸気される。シリンダ３の内部と吸気通路４との間は、吸気バルブ６によって開閉される。シリンダ３の内部で燃焼された混合気は、排気ガスとして排気通路７に排気される。シリンダ３の内部と排気通路７との間は、排気バルブ８によって開閉される。
【００４０】
なお、シリンダ３内に供給され燃焼に寄与する燃料量は、インジェクタ５から噴射された燃料量と必ずしも一致するとは限らない。その大きな要因としては、シリンダ３や吸気ポートの内壁への燃料の付着、又は、これらの内壁からの付着燃料の離脱が挙げられる。即ち、インジェクタ５から噴射された燃料の一部は、シリンダ３や吸気ポートの内壁に付着し、この付着した燃料は燃焼されない。これとは反対に、シリンダ３や吸気ポートの内壁に既に付着していた燃料が剥離し、燃焼される場合もある。
【００４１】
吸気通路４上には、シリンダ３内に吸入される吸入空気量を調節するスロットルバルブ９が配設されている。このスロットルバルブ９には、その開度を検出するスロットルポジションセンサ１０が接続されている。また、吸気通路４上には、アイドル時（スロットルバルブ９の全閉時）にバイパス通路１１を介してシリンダ３に供給される吸入空気量を調節するエアバイパスバルブ１２も配されている。さらに、吸気通路４上には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３も取り付けられている。
【００４２】
エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの位置を検出するクランクポジションセンサ１４が取り付けられている。クランクポジションセンサ１４の出力からは、シリンダ３内のピストン１５の位置や、エンジン回転数NEを求めることもできる。また、エンジン１には、エンジン１のノッキングを検出するノックセンサ１６や冷却水温度を検出する水温センサ１７も取り付けられている。
【００４３】
これらの点火プラグ２、インジェクタ５、スロットルポジションセンサ１０、エアバイパスバルブ１２、エアフロメータ１３、クランクポジションセンサ１４、ノックセンサ１６、水温センサ１７やその他のセンサ類は、エンジン１を総合的に制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８と接続されており、ＥＣＵ１８からの信号に基づいて制御され、あるいは、検出結果をＥＣＵ１８に対して送出している。排気通路７上に配設された排気浄化触媒１９の温度を測定する触媒温度センサ２１、チャコールキャニスタ２３によって捕集された燃料タンク内での蒸発燃料を吸気通路４上にパージさせるパージコントロールバルブ２４もＥＣＵ１８に接続されている。
【００４４】
また、ＥＣＵ１８には、排気浄化触媒１９の上流側に取り付けられた上流側空燃比センサ２５及び排気浄化触媒１９の下流側に取り付けられた下流側空燃比センサ２６も接続されている。上流側空燃比センサ２５は、その取付位置における排気ガス中の酸素濃度から排気空燃比をリニアに検出するリニア空燃比センサである。下流側空燃比センサ２６は、その取付位置における排気ガス中の酸素濃度から排気空燃比をオン−オフ的に検出する酸素センサである。なお、これらの空燃比センサ２５，２６は、所定の温度（活性化温度）以上とならなければ正確な検出を行えないため、早期に活性化温度に昇温されるように、ＥＣＵ１８から供給される電力によって昇温される。
【００４５】
ＥＣＵ１８は、内部に演算を行うＣＰＵや演算結果などの各種情報量を記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、各制御プログラムを格納したＲＯＭ等を有している。ＥＣＵ１８は、空燃比に基づいてエンジン１を制御したり、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素吸蔵量を演算する。また、ＥＣＵ１８は、インジェクタ５によって噴射する燃料噴射量を演算したり、酸素吸蔵量の履歴から排気浄化触媒１９の劣化判定も行う。即ち、ＥＣＵ１８は、検出した排気空燃比や算出した酸素吸蔵量などに基づいてエンジン１を制御する。
【００４６】
次に、上述した空燃比制御装置によって、酸素吸脱量の履歴を用いて排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量を好適な値に維持するフィードバック制御と排気浄化触媒１９の劣化検出制御について説明する。
【００４７】
なお、以下に説明する酸素吸蔵量に関する説明や触媒劣化判定の説明の後に、請求項１〜請求項２５に関する各制御例について説明するが、請求項１〜請求項２５に関する各制御例においては以下に説明する制御と若干異なる制御方法が用いられる場合もある。ここで説明する酸素吸蔵量O2SUMの制御は、これらの基本となるものとして説明するものである。請求項１〜請求項２５に関する各制御例において異なる部分については、各制御例の説明時に詳しく説明する。説明を容易にするために、この基本となる制御における各制御量の時間的変化の例を図２に示す。
【００４８】
酸素吸蔵量O2SUMは、上流側空燃比センサ２５によって検出される排気浄化触媒１９の上流側の排気空燃比Abyfから排気浄化触媒１９の酸素吸脱量O2ADを推定し、これを積算していくことによって（即ち、履歴を用いることによって）得られる。ここでは、酸素吸脱量O2ADが正の値の時は酸素が排気浄化触媒１９に吸蔵され、負の値の時は酸素が放出されるものとする。まず、酸素吸蔵量O2SUMの算出について、図３に示されるフローチャートに基づいて説明する。
【００４９】
なお、ここでは、酸素吸蔵量O2SUMは、ある時点（例えばイグニションオン時）を基準（O2SUM=0）として算出される。即ち、酸素吸蔵量O2SUMは、排気浄化触媒１９に酸素が吸蔵される場合は加算され、放出される場合は減算される。
【００５０】
まず、上流側空燃比センサ２５によって排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比Abyfを検出する。また、エアフロメータ１３によって吸入空気量Gaを検出する。この吸入空気量Gaや排気空燃比Abyf、燃料噴射量などから、排気浄化触媒１９に吸蔵・放出される酸素の酸素吸脱量O2ADを算出する（ステップ１００）。この酸素吸脱量O2ADの算出は、ＥＣＵ１８内のマップから求めても良いし、ＥＣＵ１８に記憶させた計算式を用いて算出しても良い。
【００５１】
ステップ１００の後、下流側排気空燃比のリーンフラグXleanがオンで、かつ、算出した酸素吸脱量O2ADが正の値であるか否かを判定する（ステップ１１０）。なお、下流側排気空燃比のリーンフラグXlean及びリッチフラグXrichについては追って詳述するが、リーンフラグXlean及びリッチフラグXrichは、排気浄化触媒１９の下流側の排気空燃比がリーンの時はリーンフラグXleanがオンとされ、リッチの時はリッチフラグXrichがオンとされるものである。
【００５２】
ステップ１１０において、下流側排気空燃比のリーンフラグXleanがオンということは、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比がリーンで酸素量が余剰であるということである。また、酸素吸脱量O2ADが正の値であるということは、排気浄化触媒１９への入ガスには、吸蔵し得る酸素が含まれている状態であると言える。従って、ステップ１１０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９への入ガスには吸蔵し得る酸素が含まれているにもかかわらず、排気浄化触媒１９は既に限界まで酸素を吸蔵しており、それ以上酸素を吸蔵できない状態である。
【００５３】
このため、ステップ１１０が肯定される場合は、そのままこのルーチンを終了し、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを更新しない。ステップ１１０が肯定されているときに酸素吸蔵量O2SUMを更新してしまうと、実際には吸蔵できない酸素を吸蔵したとしてしまうので、このように酸素吸蔵量O2SUMの更新を禁止する。ステップ１１０が否定される場合は、今度は、下流側排気空燃比のリッチフラグXrichがオンで、かつ、算出した酸素吸脱量O2ADが負の値であるか否かを判定する（ステップ１２０）。
【００５４】
下流側排気空燃比のリッチフラグXrichがオンということは、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比がリッチで酸素量が不足している状態ということである。また、酸素吸脱量O2ADが負の値であるということは、排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比がリッチであり排気浄化触媒１９が吸蔵している酸素を放出させて排気ガスを浄化すべき状態であると言える。従って、ステップ１２０が肯定される場合は、排気浄化触媒１９への入ガスは排気浄化触媒１９から放出される酸素によって浄化される状態であるにもかかわらず、排気浄化触媒１９は既に酸素を放出しきっており、それ以上酸素を放出することができない状態である。
【００５５】
このため、ステップ１２０が肯定される場合は、それ以上、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを更新しない。ステップ１２０が肯定されているときに酸素吸蔵量O2SUMを更新してしまうと、実際には放出できない酸素を放出したとしてしまうので、このように酸素吸蔵量O2SUMの更新を禁止する。ステップ１２０も否定された場合は、上述したように、入ガス中に吸蔵できる酸素があるのに酸素を吸蔵しきっている状態や酸素を放出すべきであるのに酸素を放出しきっている状態ではないので、算出された酸素吸脱量O2ADを用いて酸素吸蔵量O2SUMを更新する（ステップ１３０）。
【００５６】
このように、酸素吸蔵量O2SUMを酸素吸脱量O2ADを用いて更新する（ステップ１１０又はステップ１２０が肯定される場合は更新は禁止されるが）ことによって、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素量を常に正確に推定することができる。このようにして生成された酸素吸蔵量O2SUMの履歴が、図２のタイミングチャートの上段に示されている。逐次更新される酸素吸蔵量O2SUMは、ＥＣＵ１８に記憶される。
【００５７】
次いで、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminの算出について、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００５８】
なお、上述したように酸素吸蔵量O2SUMがある時点を基準としているため、本実施形態においては、上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminもこの時点を基準とする。また、酸素吸蔵量O2SUMの基準（O2SUM=0）が規定される時点では、O2SUMmax=O2SUMmin=0である。
【００５９】
まず、図２のタイミングチャート中の下段に示されるように、下流側空燃比センサ２５の出力電圧VO2が、予め定められたリーン側閥値Vlean（ここでは、具体的には0.3V）未満であるか否かを判定する（ステップ２００）。出力電圧VO2がリーン側閥値Vlean未満であるということは、排気浄化触媒１９がその酸素吸蔵能力の限界まで酸素を吸蔵しているので、それ以上吸蔵することができない状態であると考えられる。このため、ステップ２００が肯定される場合は、酸素吸蔵量O2SUMが上限に達しているとして、その時点の酸素吸蔵量O2SUMを上限値O2SUMmaxとしてＥＣＵに記憶する。また、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比の状態を示すフラグについては、リーンフラグXleanをオンにセットし、リッチフラグXrichをオフにセットする（ステップ２１０）。
【００６０】
ステップ２００が否定される場合は、下流側空燃比センサ２５の出力電圧VO2が、予め定められたリッチ側閥値Vrich（ここでは、具体的には0.7V）を超えているか否かを判定する（ステップ２２０）。出力電圧VO2がリッチ側閥値Vrichを超えているということは、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵しておらず、それ以上酸素を放出できない状態であると考えられる。このため、ステップ２２０が肯定される場合は、酸素吸蔵量O2SUMが下限に達しているとして、その時点の酸素吸蔵量O2SUMを下限値O2SUMminとしてＥＣＵに記憶する。また、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比の状態を示すフラグについては、リーンフラグXleanをオフにセットし、リッチフラグXrichをオンにセットする（ステップ２３０）。
【００６１】
ステップ２２０が否定される場合は、下流側空燃比センサ２５の出力電圧VO2が、リーン側閥値Vleanとリッチ側閥値Vrichとの間にある（Vlean≦VO2≦Vrich）ので、排気浄化触媒１９からの出ガスの排気空燃比はリーンでもリッチでもなく、理論空燃比近傍にあるとみなせる。この場合は、リーンフラグXlean・リッチフラグXrich共オフにする（ステップ２４０）。
【００６２】
上述したように、酸素吸蔵量O2SUMの履歴が逐次更新され、この履歴と下流側空燃比センサ２５の出力とから上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminが更新されていく。このため、上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminとの差(O2SUMmax-O2SUMmin)をとれば、排気浄化触媒１９の吸蔵し得る最大限の酸素量（最大酸素吸蔵量）を得ることができる。そして、排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)は、排気浄化触媒１９の温度などに依存して変動しているが、上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminが常に更新されるので、常に最適な値に維持される。
【００６３】
次いで、上述した上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminから酸素吸蔵量O2SUMの目標値O2SUMrefを設定する基本的な制御について説明する。また、この目標値O2SUMrefから燃料噴射制御に用いる補正係数KAFを算出する制御についても説明する。この制御を示すフローチャートを図５に示す。
【００６４】
まず、エアフロメータ１３によって検出される吸入空気量Gaが予め設定された閥値G1未満であり、かつ、クランクポジションセンサ１４によって検出されるエンジン回転数NEが予め設定された閥値N1未満であるか否かを判定する（ステップ３００）。ステップ３００が肯定される場合は、エンジン１が、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMに基づく燃料噴射量のフィードバック制御範囲内の軽負荷領域で運転されていると判断することができる。この場合は、酸素吸蔵量O2SUMの目標値O2SUMrefを、上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminとの平均値(O2SUMmax+O2SUMmin)/2に設定する（ステップ３１０）。
【００６５】
これらの演算はＥＣＵ１８内において行われる。このように目標値O2SUMrefを設定することによって、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵マージンと酸素放出マージンとをほぼ等しくすることができ、酸素を吸蔵させる場合と酸素を放出させる場合との何れにも等しく対応し得る状態を目標とすることになる。
【００６６】
一方、ステップ３００が否定される場合は、エンジン１が、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMに基づく燃料噴射量のフィードバック制御範囲内の高負荷領域で運転されていると判断することができる。この場合は、酸素吸蔵量O2SUMの目標値O2SUMrefを、上述した平均値(O2SUMmax+O2SUMmin)/2よりも下限値O2SUMmin寄りの値に設定する（ステップ３２０）。ここでは、目標値O2SUMrefを、(O2SUMmax×0.4+O2SUMmin×0.6)として求めている。このようにフィードバック領域内の高負荷寄りの状態では、目標値O2SUMrefを下限値O2SUMmin寄りに設定する理由は、以下に述べる理由による。
【００６７】
このような高負荷領域でエンジン１が運転される場合は、排気ガス中の窒素酸化物NOxの量が低負荷領域で運転される場合よりも多くなる。このため、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵しきってそれ以上酸素を吸蔵できない状態になると、排気浄化触媒１９によって窒素酸化物NOxを還元させにくくなり、窒素酸化物NOxを充分に浄化できなくなってしまう。このため、高負荷寄りの領域では、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵マージンを多めにとり、即ち、目標値O2SUMrefを下限値O2SUMmin寄りに設定し、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵しきってそれ以上酸素を吸蔵できない状態となるのを防止して窒素酸化物NOxを確実に浄化するようにしている。
【００６８】
ステップ３１０又はステップ３２０において目標値O2SUMrefが設定されたら、その時点での酸素吸蔵量O2SUMと目標値O2SUMrefとのズレ量O2SUMerを算出する（ステップ３３０）。次いで、このズレ量O2SUMerに基づいて、燃料噴射制御に用いる補正係数KAFをＲＡＭ１８内に記憶されたマップから求める（ステップ３４０）。この補正係数KAFを用いて燃料噴射量を補正することによって、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMが目標値O2SUMrefとなるようにフィードバック制御される。
【００６９】
実際にインジェクタ５によって噴射される燃料噴射量（あるいは、燃料噴射のためのインジェクタ５の開弁時間）TAUは、ＥＣＵ１８内において以下の式によって決定される。
TAU=TAUP×KAF×α+β
ここで、TAUPは、吸入空気量Gaとエンジン回転数NEとから求められる基本燃料噴射量である。この基本燃料噴射量TAUPを上述した酸素吸蔵量O2SUMのフィードバック制御に関する補正係数KAFやその他の各種補正係数α，βで補正することによって、最終的な燃料噴射量TAUが決定される。上述した補正係数α，βの一例としては、空燃比フィードバック係数FAFがよく知られている。
【００７０】
この燃料噴射量TAUを制御することによってエンジン１の吸入空燃比が制御される。上述した補正係数KAF以外の各種補正係数α，βについての詳しい説明は省略する。このように補正係数KAFを用いて燃料噴射量を補正することによって、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMが目標値O2SUMrefとなるようにフィードバック制御が行われる。
【００７１】
ここでは、ある時点での酸素吸蔵量O2SUMを基準(O2SUM=0)に対して酸素吸蔵量O2SUMの履歴を更新しているので、酸素吸蔵量O2SUMは、この基準に対して正の値も負の値も取り得る。酸素吸蔵量O2SUMを正側及び負側で更新させて、その上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminの平均値近傍に目標値O2SUMrefを設定するようにすると、この目標値O2SUMrefは基準(O2SUM=0)近傍に設定されることになり、大きく変動しないので制御上好ましい。
【００７２】
また、上述した上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminを用いて、排気浄化触媒１９の劣化判定も行うことも可能である。排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)は劣化によって減少する。また、ある時点での排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)は、その温度が高いほど多くなる。このため、図６に示されるようにマップを作成し、ある温度下にある排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を算出して図６中にプロットする。「正常」の領域内にプロットされれば、排気浄化触媒１９はまだ劣化していないと判定でき、「劣化」の領域内にプロットされるようであれば、排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が低下しているとして劣化と判定できる。
【００７３】
なお、ＥＣＵ１８や上流側空燃比センサ２５などは、酸素吸蔵量O2SUMを推定する酸素吸蔵量推定手段として機能すると共に最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を推定する最大酸素吸蔵量推定手段として機能する。また、上流側空燃比センサ２５は、上流側空燃比検出手段として機能し、下流側空燃比センサ２６は、下流側空燃比検出手段として機能する。さらに、ＥＣＵ１８は、制御空燃比の目標値を設定する空燃比目標値設定手段としても機能する。
【００７４】
以下、請求項１〜請求項２５に記載の発明についてそれぞれ説明する。
【００７５】
まず、請求項１及び請求項２に記載の発明について説明する。
【００７６】
請求項１に記載の発明は、燃料挙動モデルによって実際に燃焼に寄与すると予測される燃料量を予測し、これに基づいて酸素吸蔵量を正確に推定するものである。また、請求項２に記載の発明は、これに加えて排気浄化触媒の上流側排気空燃比を検出する上流側空燃比センサの応答遅れを考慮し、酸素吸蔵量をより一層正確に推定するものである。
【００７７】
図７〜図９のグラフを参照して、制御装置による制御の概要を説明する。図７に示されるように、エンジン１の各種状態量からシリンダ３内での空燃比を予測する（空燃比予測値(1)）。空燃比は、燃焼に寄与する混合気の空気と燃料との比率である。空気量は、吸入空気量としてエアフロメータ１３によって検出できる（吸気管負圧から検出する手法もある）。一方、燃料量については、上述したように、インジェクタ５によって噴射した燃料が全てそのまま燃焼に寄与するのではない。
【００７８】
インジェクタ５によって噴射した燃料量から、シリンダ３や吸気ポート内壁に付着する燃料量や、シリンダ３や吸気ポート内壁に既に付着していた燃料のうち剥離する燃料量などを考慮して、シリンダ３内に供給されて実際に燃焼に寄与する燃料量（燃焼燃料量）を算出する。この吸入空気量と燃焼燃料量とから、空燃比予測値(1)が算出される。ここでは、燃料の吸気通路４の内面への付着燃料や吸気通路４の内面からの剥離燃料などの燃料の挙動をモデル化したものを燃料挙動モデルと呼ぶ。上述したように、このような燃料挙動モデルから、実際に燃焼に寄与する燃料量（燃焼燃料量）を予測することができる
【００７９】
次いで、図８に示されるように、空燃比予測値(1)から上流側空燃比センサ２５が出力すると思われる出力値を予測する（出力予測値(2)）。上流側空燃比センサ２５の特性については、事前にどのようなものであるかを把握することが可能である。そこで、出力予測値(2)は、空燃比予測値(1)で燃焼が行われると予測した場合に、上述した上流側空燃比センサ２５の特性を考慮すると、上流側空燃比センサ２５がどのような検出結果を出力するかを予測したものである。
【００８０】
上流側空燃比センサ２５の特性として、例えば、応答遅れ特性がある。上流側空燃比センサ２５がセンサである以上、その応答性には限界がある。このような特性によってセンサの出力には誤差が生じるが、このような特性はセンサ固有の特性として予め把握できる。この誤差を考慮することによって、実際のセンサ出力値から誤差を含まない値を得ることも可能である。
【００８１】
しかし、ここでは逆に、このようなセンサ特有の誤差を考慮して、予測した誤差を含まない値（空燃比予測値(1)）から、センサが実際に出力するだろうと思われる出力値（出力予測値(2)）を予測する。ここで、図９に示されるように、空燃比予測値(1)と出力予測値(2)との差分をとれば、検出誤差成分(3)が求まる。なお、図７〜図９に示す場合は、空燃比予測値(1)が出力予測値(2)よりもリーン寄りであるが、空燃比予測値(1)が出力予測値(2)よりもリッチ寄りとなる場合もあり得る。即ち、検出誤差成分(3)は、正の場合もあれば負の場合もある。
【００８２】
一方、図１０に示されるように、上述した空燃比予測値(1)、出力予測値(2)及び検出誤差成分(3)の算出と並行して、上流側空燃比センサ２５によって、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの排気空燃比(4)も検出する。検出される排気空燃比(4)は、上流側空燃比センサ２５の検出誤差を含んでいる。そこで、図１１に示されるように、この検出した排気空燃比(4)に対して検出誤差成分(3)を加算することによって、誤差分を補正した補正空燃比(5)を得ることができる。なお、上述したように、検出誤差成分(3)は正の場合だけでなく負の場合もあるので、実際には排気空燃比(4)から検出誤差成分(3)を減算することになる場合もある。
【００８３】
この補正空燃比(5)は、上流側空燃比センサ２５の検出誤差分を補正した真の空燃比とみなすことができる。この補正空燃比(5)に従って、空燃比フィードバック制御を行うことによって、排出ガス中の窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCの生成をより低減することができる。また、上述した排気浄化触媒１９の酸素吸蔵作用を利用して排出ガス中の窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCの浄化を行う場合には、この補正空燃比(5)を用いることによって排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量を正確に算出でき、排出ガス中の窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCをより効果的に浄化することができる。
【００８４】
なお、空燃比予測値(1)と補正空燃比(5)とが一致しないこともあり得る。これは、空燃比予測値(1)がシリンダ３内の混合気の空燃比である一方で、補正空燃比(5)が排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比であることや、吸入空気量の検出誤差などによる。しかし、ここでは、空燃比予測値(1)と出力予測値(2)との差分として検出誤差成分(3)を量として求めてから適用するので、このように、空燃比予測値(1)と補正空燃比(5)とに差があることは問題とならない。
【００８５】
上述した制御において、検出誤差成分(3)は、時間ａ〜ｂ（図９参照）の範囲にわたる全体が算出された後に排気空燃比(4)に対して適用されても良いが、時間ａから算出された分から順に排気空燃比(4)に対して適用しても良い。即ち、この後者の場合は、時間ａ〜ｂにおいては、検出誤差成分(3)の算出と、算出された検出誤差成分(3)の排気空燃比(4)への適用とが並列的に処理される。
【００８６】
また、空燃比予測値(1)、出力予測値(2)及び検出誤差成分(3)はシリンダ３での燃焼に着目して予測される一方、排気空燃比(4)及び補正空燃比(5)は排気浄化触媒１９に流入する排気ガスに関するものである。このため、空燃比予測値(1)と補正空燃比(5)との間に、排気ガスがシリンダ３から排気浄化触媒１９に移動するまでのタイムラグが反映されることもある。
【００８７】
次に、図１２に示すフローチャートに基づいて、上述した制御について説明する。
【００８８】
なお、以下の説明中、各記号の意味は次に示すとおりである。
Abyfbe ：空燃比予測値(1)（シリンダ３内での燃焼空燃比）
Abyfre ：出力予測値(2)（(1)に基づくセンサ出力予測値）
Abyferr：検出誤差成分(3)（センサの検出誤差予測値）
Abyf   ：排気空燃比(4)（触媒上流側でのセンサ出力値）
Abyfr  ：補正空燃比(5)（触媒上流側での補正後空燃比）
Etemp  ：エンジン温度（シリンダ・ポート内壁温度）
KL     ：負荷率(%)
Fcr    ：燃焼燃料量
Fw     ：付着燃料量
P      ：付着燃料の残留率
Fi     ：噴射燃料量
R      ：噴射燃料の付着率
Gn     ：吸入空気量(g/rev)
Ga     ：吸入空気量(g/sec)
Taf    ：空燃比センサ応答時定数
【００８９】
まず、排気浄化触媒１９の上流側の排気ガスの空燃比、即ち、排気空燃比Abyf(4)を、上流側空燃比センサ２５によって検出し、ＥＣＵ１８内のＲＡＭなどに一旦保存する〔ステップ１０〕。次に、燃焼燃料量Fcrを算出するために、上述した燃料挙動モデルに基づいて、そのパラメータP,Rを求める〔ステップ２０〕。本実施形態では、燃料挙動モデルとして上述した燃料付着と付着燃料の剥離とを考慮している。なお、燃焼燃料量を予測する際の燃料挙動モデルとしては、付着・剥離燃料以外の燃料の挙動が加味されても良い。
【００９０】
上述のパラメータP,Rは、付着・剥離燃料に関するもので、パラメータPは、既に付着している燃料のうちのどの程度の割合の燃料が剥離せずにそのまま付着するかを示している。即ち、パラメータPは、付着燃料の残留率であり、(1-P)が既に付着している燃料のうち剥離して燃焼に寄与する割合を示す。一方、パラメータRは、インジェクタ５によって噴射された燃料のうちのどの程度の割合の燃料がシリンダ３や吸気ポートの内壁に付着するかを示している。即ち、パラメータRは、噴射燃料の付着率であり、(1-R)がシリンダ３や吸気ポートの内壁に付着せずに燃焼に寄与する割合を示す。
【００９１】
これらのパラメータP,Rは、エンジン温度Etempと負荷率KLとから求められる。エンジン温度Etempは、シリンダ３や吸気ポートの内壁の温度を代表する温度として用いられている。燃料付着量や燃料剥離量は、シリンダ３や吸気ポートの内壁の温度に大きく依存するからである。エンジン温度Etempは、ここでは水温センサ１７の検出結果から判断している。また、負荷率KLは、吸入空気量と最大吸入空気量との比率から判断している。ＥＣＵ１８は、これらのパラメータP,Rに関するマップを有しており、検出されたエンジン温度Etemp及び負荷率KLに基づいて、マップに従ってパラメータP,Rを決定する。
【００９２】
次に、算出したパラメータP,Rを用いて、実際にシリンダ３内の燃焼に寄与する燃焼燃料量FcrがＥＣＵ１８によって算出される〔ステップ３０〕。なお、算出時には、式〔Fcr=(1-P)・Fw+(1-R)Fi〕が用いられる。ここで、付着燃料量Fwは、それ以前の燃料噴射量Fi及びパラメータR(付着率)を用いて積算しておくことによって得られる。また、ＥＣＵ１８がインジェクタ５を制御しているので、燃料噴射量FiはＥＣＵ１８自体が把握している。
【００９３】
次に、算出された燃焼燃料量Fcrとエアフロメータ１３によって検出された吸入空気量とから、シリンダ３内で燃焼される混合気の空燃比予測値Abyfbe(1)がＥＣＵ１８によって算出される〔ステップ４０〕。ここで用いる吸入空気量Gnは、一回の燃焼あたりの空気量である。なお、算出時には、式〔Abyfbe=Gn/Fcr〕が用いられる。これによって、シリンダ３内で実際に燃焼される混合気の空燃比を、空燃比予測値Abyfbe(1)として予測したことになる。
【００９４】
次に、上流側空燃比センサ２５の応答時定数TafがＥＣＵ１８によって算出される〔ステップ５０〕。この応答時定数Tafは、吸入空気量から求められる。エンジン吸入空気量は、エアフロメータ１３によって検出されるが、ここで用いる吸入空気量Gaは、単位時間(秒)あたりの量である（単位はg/sec）。ＥＣＵ１８は、応答時定数Tafに関するマップを有しており、検出された吸入空気量Gaに基づいて、マップに従って応答時定数Tafを決定する。
【００９５】
次に、上述した応答時定数Tafを用いて、上流側空燃比センサ２５の出力予測値Abyfre(2)がＥＣＵ１８によって算出される〔ステップ６０〕。なお、本実施形態においては、上流側空燃比センサ２５の特性として応答遅れによる誤差特性を考慮している。このため、このような応答時定数Tafを用いることによって、空燃比予測値Abyfbe(1)を上流側空燃比センサ２５によって検出したときの応答遅れを含む出力を予測する。算出時には、式〔Abyfre(今回値)=Abyfre(前回値)+[Abyfbe-Abyfre(今回値)]/Taf〕が用いられる。
【００９６】
次に、上述した空燃比予測値Abyfbe(1)と出力予測値Abyfre(2)とから、上流側空燃比センサ２５の検出誤差成分Abyferr(3)を算出する〔ステップ７０〕。上述したように、本実施形態においては、上流側空燃比センサ２５の特性として応答遅れによる検出誤差特性を考慮しているので、本実施形態における検出誤差成分Abyferr(3)は応答遅れ成分とも言える。算出時には、式〔Abyferr=Abyfbe-Abyfre〕が用いられる。
【００９７】
次に、上流側空燃比センサ２５によって検出した排気空燃比Abyf(4)を、検出誤差成分Abyferr(3)を用いて補正し、補正空燃比Abyfr(5)を算出する〔ステップ８０〕。上流側空燃比センサ２５によって検出した排気空燃比Abyf(4)には、上述した応答遅れによる誤差が含まれており、この誤差分は検出誤差成分Abyferr(3)として求めたものとみなすことができる。そこで、検出誤差成分Abyferr(3)及び排気空燃比Abyf(4)から、式〔Abyfr=Abyf+Abyferr〕を用いて補正空燃比Abyfr(5)を算出する。これによって、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスに関する誤差を含まない空燃比を、補正空燃比Abyfr(5)として得ることができる。
【００９８】
この誤差分が補正された補正空燃比Abyfr(5)を用いて、空燃比フィードバック制御などの空燃比に基づく制御をエンジン１に対して行うことによって、排出ガス中の窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCを抑制することができる。そして、さらに、この算出した補正空燃比Abyfr(5)に基づいて、排気浄化触媒１９が吸蔵・放出（吸脱）する酸素量を求め、この酸素吸脱量を積算する（即ち、酸素吸脱量の履歴を用いる）ことによって、排気浄化触媒１９が吸蔵している酸素吸蔵量を正確に把握することができる〔ステップ９０〕。これによって、酸素吸蔵作用をより有効に活用することが可能となり、排気ガス中の窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCをより効果的に浄化することができる。
【００９９】
上述したように、ここでは、燃焼時のより正確な空燃比を空燃比予測値Abyfbe(1)として予測し、この空燃比予測値Abyfbe(1)と上流側空燃比センサ２５の特性（応答遅れなどの特性）とから、実際に空燃比予測値Abyfbe(1)での燃焼が行われた際に上流側空燃比センサ２５の出力がどのようになるかを出力予測値Abyfre(2)として予測する。さらに、空燃比予測値Abyfbe(1)と出力予測値Abyfre(2)との差が検出誤差成分Abyferr(3)として得られるので、これを上流側空燃比センサ２５の実際の出力である排気空燃比Abyf(4)に対して加算して補正空燃比Abyfr(5)を算出する。
【０１００】
これによって、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの空燃比を補正空燃比Abyfr(5)としてより正確に得られ、より応答性の良い制御が可能となる。即ち、上流側空燃比センサ２５の出力の変化具合に基づいて応答遅れを補正する場合と異なり、本実施形態によれば応答性に優れた制御を行うことが可能である。
【０１０１】
また、ここでは、ＥＣＵ１８が出力予測値Abyfre(2)と排気空燃比Abyf(4)とを比較することによって、上流側空燃比センサ２５の特性についての学習を行っている。この上流側空燃比センサ２５の特性は、出力予測値Abyfre(2)の算出時に用いられ、予め整合性がとられていることが必要であるが、経年的に微小に変化するものでもある。また、上流側空燃比センサ２５に付着物が一時的に付着するなどして、その特性が変化する場合もあり得る。そこで、このような特性の変化に対しても整合性を維持するため、上述した学習を行う。これによって、上流側空燃比センサ２５の特性は、正確な整合性を常に維持でき、エンジン１を精度よく制御することができる。
【０１０２】
さらに、ここでは、上流側空燃比センサ２５の特性について学習を行った結果得られる学習値を用いて、上流側空燃比センサ２５の劣化を判定している。上流側空燃比センサ２５の特性に関する学習値には、予測される出力と実際の出力との関係が反映されている。上流側空燃比センサ２５が劣化すれば、その劣化状態は学習値に反映されることになる。即ち、上流側空燃比センサ２５の劣化状態を学習値から判断することができる。
【０１０３】
なお、ここでは、空燃比センサ２５，２６（特に上流側空燃比センサ２５）の応答遅れを考慮するために、燃料挙動モデルと空燃比センサ２５，２６とを利用して酸素吸蔵量を推定した。しかし、請求項１に記載の発明は、このような空燃比を実際に検出する手段を用いないで酸素吸蔵量を推定する場合も含む。この場合、燃料挙動モデルに基づいて予測される排気空燃比から酸素吸蔵量を推定することが考えられる。例えば、冷却水温や排気ガス温、吸入空気温、吸入空気量、燃料噴射量などの各種状態量のみから排気空燃比を予測し、これに基づいて酸素吸蔵量を推定することができる。
【０１０４】
次に、請求項３及び請求項４に係る発明について説明する。
【０１０５】
請求項３に記載の発明は、酸素吸蔵能力を利用する排気浄化触媒を通過する通過ガス流量を考慮することによって、酸素吸蔵量をより一層正確に推定するものである。請求項４に記載の発明は、内燃機関の空燃比の理論空燃比（ストイキ）からの変化幅を考慮することによって、酸素吸蔵量をより一層正確に推定するものである。
【０１０６】
上述したように、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスがリーンであるとき、排気浄化触媒１９は酸素を吸蔵して排気ガス中の窒素酸化物NOxを還元する。一方、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスがリッチであるとき、排気浄化触媒１９は酸素を放出して排気ガス中の一酸化炭素CO、炭化水素HCを酸化する。これらの反応は排気ガスが排気浄化触媒１９を通過する間に行われる。
【０１０７】
ここで、排気浄化触媒１９を通過する通過ガス流量が多ければ通過速度が速くなり、排気ガス中の酸素が浄化反応に充分に用いられる以前に排気ガスが排気浄化触媒１９中を通過してしまう場合がある。これとは逆に、排気浄化触媒１９を通過する通過ガス流量が多ければ通過速度が速くなり、排気浄化触媒１９には排気ガスを浄化するための酸素がまだあるにも関わらず（排気浄化触媒１９の隅に吸蔵されている酸素などは浄化反応に寄与しにくい）、未浄化の排気ガスが排気浄化触媒１９を通過してしまう場合もある。以下、これら現象を「吹き抜け」と表現する。
【０１０８】
また、排気ガスがストイキに近い状態での浄化反応速度・浄化率と、排気ガスが充分にリーンやリッチな状態での浄化反応速度・浄化率とは異なる。このため、排気空燃比によっては反応が充分に終了する以前に排気ガスが排気浄化触媒１９を通過してしまったり、排気空燃比が異なれば充分に浄化され得るのに浄化しきれない場合も発生し得る。以下、この現象も「吹き抜け」と表現する。
【０１０９】
吹き抜けが発生すると、酸素吸脱量O2ADに誤差が生じ得るので、酸素吸蔵量O2SUMが正確に推定されない。そこで、酸素吸脱量O2ADを用いて排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素吸蔵量O2SUMを算出するに際して、排気浄化触媒１９を通過する通過ガス流量Gb及び空燃比変化幅ΔAbyfを考慮する。具体的には、酸素吸脱量O2ADを算出するに際して、排気浄化触媒１９での通過ガス流量Gbを検出し、この通過ガス流量Gbに応じた補正係数KgをＥＣＵ１８内のマップから検索する。
【０１１０】
ここでは、通過ガス流量Gbをエアフロメータ１３によって検出される吸入空気量Gaとスロットルポジションセンサ１０によって検出されるスロットルバルブ９の開度とから検出している。なお、通過ガス流量Gbを検出するための専用の流量計を排気浄化触媒１９の上流側に配設してもよい。また、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの排気空燃比Abyfを上流側空燃比センサ２５によって検出し、理論空燃比Abyfstと排気空燃比Abyfとの差から空燃比変化幅ΔAbyf(=Abyfst-Abyf)を求める。そして、この空燃比変化幅ΔAbyfに応じた補正係数KaをＥＣＵ１８内のマップから検索する。
【０１１１】
通過ガス流量Gbと補正係数Kgとの関係を示すマップを図１３に示す。また、空燃比変化幅ΔAbyfと補正係数Kaとの関係を示すマップを図１４に示す。そして、次式において酸素吸脱量O2ADを補正する。
O2AD(補正値)←O2AD(算出値)×Kg×Ka
この補正は、図３に示されるフローチャートのステップ１００の直後に行えばよい。通過ガス流量Gbや空燃比変化幅ΔAbyfを算出するための排気空燃比Abyfの検出は、補正する直前に各センサから取り込む。
【０１１２】
このようにして補正した酸素吸脱量O2ADを用いることによって、より正確な酸素吸蔵量O2SUMを推定することができる。また、図１３や図１４に示されるように、排気浄化触媒１９の温度もさらに考慮に入れて、より正確な酸素吸脱量O2ADの補正を行ってもよい。このようにすれば、正確な酸素吸脱量O2ADに基づいて、酸素吸蔵量O2SUMを正確に推定することができる。さらに、酸素吸蔵量O2SUMが正確に推定されるため、これから推定される最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)もより正確になるという側面もある。
【０１１３】
次に、請求項５及び請求項６に係る発明について説明する。
【０１１４】
請求項５に記載の発明は、酸素吸蔵能力を利用する排気浄化触媒を通過する通過ガス流量を考慮することによって、最大酸素吸蔵量をより一層正確に推定するものである。請求項６に記載の発明は、内燃機関の空燃比の理論空燃比（ストイキ）からの変化幅を考慮することによって、最大酸素吸蔵量をより一層正確に推定するものである。
【０１１５】
上述した請求項３及び請求項４に記載の発明は酸素吸蔵量O2SUMの推定に関するものであったが、請求項５及び請求項６に記載の発明は最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の推定に関するものである。上述したように、通過ガス流量が多いと流速が早くなるため、排気浄化触媒１９の隅に吸蔵されている酸素などは窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCの浄化反応に寄与しにくい（放出されにくい）。また、通過ガス流量が多いと流速が早くなるため、排気浄化触媒１９の隅などには排気ガス中の酸素が吸蔵されにくい。即ち、排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)は通過ガス量によって変化し得る。
【０１１６】
さらに、排気ガスの排気空燃比が異なると、上述したように浄化反応速度・浄化率が変化するため、排気浄化触媒１９の最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)はエンジン１の空燃比変化幅によっても変化すると言える。請求項５及び請求項６に記載の発明は、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を排気ガスの通過ガス量やエンジン１の空燃比変化幅に応じて補正・推定することによって、より正確な最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を得ようとするものである。
【０１１７】
請求項３及び請求項４に記載の発明は酸素吸蔵量O2SUMを精度よく推定する結果として最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の推定精度が向上すると言う側面を有している。これに対して、請求項５及び請求項６に記載の発明は、排気ガスの通過ガス量や内燃機関の空燃比変化幅に応じて最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を直接補正することによって推定精度を向上させるものである。両者は同時に行うことができ、同時に行うことによってより一層推定精度を向上させることも可能である。
【０１１８】
ここでは、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を補正するに際して、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminの一方又は双方を補正することによって行う。そして、その補正は上述した請求項３及び請求項４に記載の発明と同じように補正係数を用いて行う。そして、これらの補正係数は上限値O2SUMmaxの補正用と下限値O2SUMminの補正用とが別々に用意されており、ＥＣＵ１８内に格納されている。補正係数を、上限値O2SUMmax補正用と下限値O2SUMmin補正用とに対して別々に用意するのは、酸素吸蔵側の吹き抜け現象と酸素放出側の吹き抜け現象とで補正の効果を変えて（例えば、反応速度は酸素吸蔵側の方が速い）、より精度の高い補正を行うためである。
【０１１９】
通過ガス流量Gbと上限値O2SUMmax補正用の補正係数Kg(max)との関係を示すマップを図１５(a)に示し、通過ガス流量Gbと下限値O2SUMmin補正用の補正係数Kg(min)との関係を示すマップを図１５(b)に示す。また、空燃比変化幅ΔAbyfと上限値O2SUMmax補正用の補正係数Ka(max)との関係を示すマップを図１６(a)に示し、下限値O2SUMmin補正用の補正係数Ka(min)との関係を示すマップを図１６(b)に示す。そして、次式において上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminの一方又は双方を補正する。
O2SUMmax(補正値)←O2SUMmax(算出値)×Kg(max)×Ka(max)
O2SUMmin(補正値)←O2SUMmin(算出値)×Kg(min)×Ka(min)
この補正は、図４に示されるフローチャートのステップ２１０やステップ２３０の直後に行えばよい。通過ガス流量Gbや空燃比変化幅ΔAbyfを算出するための排気空燃比Abyfの検出は、補正する直前に各センサから取り込む。このようにして補正した上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminを用いることによって、より正確な最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を推定することができる。
【０１２０】
次に、請求項７〜請求項９に記載の発明について説明する。
【０１２１】
請求項７に記載の発明は、内燃機関の燃焼モデルから排気ガス組成を予測し、予測した排気ガス組成に基づいて酸素吸蔵量O2SUMを推定するものである。上述した例は、上流側空燃比センサ２５の出力に基づいて酸素吸蔵量O2SUMを推定したが、ここでは、排気空燃比を実際に検出することなく酸素吸蔵量O2SUMを推定しようとするものである。このように、排気空燃比によらずに燃焼モデルに基づいて酸素吸蔵量O2SUMを推定することによって、空燃比センサ２５，２６の感受性特性差や燃料性状差などによって酸素吸蔵量O2SUMの推定に生じる誤差の影響を回避することができる。
【０１２２】
ただし、燃焼モデルや排気空燃比を検出せずに推定した酸素吸蔵量O2SUMを、上流側空燃比センサ２５や下流側空燃比センサ２６の出力を用いて補正することによって、酸素吸蔵量O2SUMをより精度よく推定することも可能である。また、排気浄化触媒１９の上流側に排気ガス中の炭化水素(HC)を検出するHCセンサや窒素酸化物(NOx）を検出するNOxセンサを配設し、これらの出力を用いて、燃焼モデルや排気空燃比を検出せずに推定した酸素吸蔵量O2SUMを補正してもよい。
【０１２３】
燃焼モデルに基づいて排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの組成を予測し、これから酸素吸蔵量O2SUMを予測する手法を以下に述べる。まず、各種センサやＥＣＵ１８が発信する制御信号などから、燃焼モデルのパラメータを取り込む。これらのパラメータとしては、具体的には、吸入空気量Ga、燃焼燃料量、点火時期、排気空燃比、EGR量、吸気乱れ強さ、燃焼室温度、燃料性状などがある。燃焼燃料量は、ここでは、上述した燃料挙動モデルなどによってシリンダ３内で実際に燃焼に寄与する燃料量を用いている。また、排気空燃比は空燃比センサ２５，２６などによって検出した実際の排気空燃比を用いてもよいし、燃料挙動モデルから推定したものでも良い。さらに、吸気乱れ強さは、シリンダ３のスワールをコントロールするスワールコントロールバルブが配設されているような場合に、スワールコントロールバルブの制御量などで代用することができる。
【０１２４】
これらのパラメータから排気ガス組成を推定し、排気ガス中での酸化還元反応に寄与する（触媒の酸素吸蔵量O2SUMに影響を与える）物質の量を推定する。即ち、排気浄化触媒１９においては、下記式(a)〜式(d)までの反応が行われて排気ガス中の物質が酸化還元されるが、排気ガス組成から酸化還元反応に寄与する物質の量（モル数m1〜m4）が推定される。また、(a)式においては、左辺の全ての物質が反応するわけではなく、様々な条件によってその一部のみが反応する。このときの反応率が反応係数k1として反映されている。同様に、(b)式では反応係数k2、(c)式では反応係数k3、(d)式では反応係数k4として反映されている。
【０１２５】
【数１】
0003680217.tif 000002
【０１２６】
これらの反応係数k1〜k4は、通過ガス流量Gbや排気ガス温度、エンジン１の運転条件や排気浄化触媒１９の状態などによって可変的に設定される。(a)式〜(c)式は、一酸化炭素・水素・炭化水素を排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素を用いて酸化する反応である。(d)式は、窒素酸化物が還元される反応であり、還元されることによって発生した酸素は排気浄化触媒１９に吸蔵される。即ち、上述した酸素吸脱量O2ADは、(e)式に示されるように求めることができる。
【０１２７】
燃焼モデルに基づいて排気ガス組成を求めるので、様々な運転条件に対応して排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを正確に推定することが可能となる。上述した酸素吸脱量O2ADの推定は、図３に示されるステップ１００に代えて行えばよい。この酸素吸脱量O2ADに基づいて、酸素吸蔵量O2SUMや最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を推定する。上述したように、燃焼モデルを用いれば空燃比センサ（特に、上流側空燃比センサ２５）を配設しないでも、排気ガス組成や排気空燃比を得ることが可能である。しかし、燃焼モデルが誤差を含む場合も考えられるので、燃料性状やエンジン１の運転状態に応じて燃焼モデルを修正することが好ましい。また、燃焼モデルの予測に上述した燃料挙動モデルを用いても良いことは言うまでもない。
【０１２８】
次に、請求項１０及び請求項１１に記載の発明について説明する。
【０１２９】
上述した請求項７〜請求項９に記載の発明についての説明時に、燃焼モデルから予測した排気ガス組成に基づいて酸素吸蔵量O2SUMを推定する場合に、空燃比センサの出力によって燃焼モデルを補正することについて説明した。一方、請求項１０及び請求項１１に記載の発明は、排気ガス組成に基づいて空燃比センサ（特に下流側空燃比センサ２６）の出力を補正するものである。そして、排気ガス組成を予測には燃焼モデルが用いられる。
【０１３０】
空燃比センサ２５，２６は、排気ガスに含まれる酸素濃度を検出するが、その構造上、酸素以外の成分にも反応し得る。このため、排気ガス組成によっては、酸素濃度（空燃比）の検出精度が良好でない場合も発生し得る。そこで、より正確な酸素吸蔵量O2SUMを予測するために、排気ガス組成から空燃比センサ２５，２６の出力を補正する。なお、上述した燃焼モデルから排気ガス組成を得る方法以外の排気ガス組成取得方法としては、窒素酸化物(NOx)センサや炭化水素(HC)センサの出力を基に排気ガス組成を得る方法などがある。
【０１３１】
例えば、排気空燃比をオン−オフ的に検出する空燃比センサの理想的な出力は、排気空燃比がストイキを境にリーンであるかリッチであるかによって、その出力信号を急変させるものである。しかし、図１７に示されるように、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)や水素(H2)が多いと、その出力が理想的な状態からシフトしてしまう空燃比センサも存在する。このため、排気ガス組成を予測又は検出し、これに基づいて空燃比センサの出力を補正する。燃焼モデルについては既に説明したので、ここでの詳しい説明を省略する。空燃比センサ２５，２６の出力を取り込むのと並行して排気ガス組成も予測又は検出し、空燃比センサ２５，２６による排気空燃比の検出直後に補正を行えばよい。また、燃焼モデルの予測に上述した燃料挙動モデルを用いても良いことは言うまでもない。
【０１３２】
次に、請求項１２〜請求項１４について説明する。
【０１３３】
請求項１２に記載の発明は、下流側空燃比センサ２６の出力と算出された酸素吸蔵量O2SUMとを比較して、推定された酸素吸蔵量O2SUMが異常であるか否か（酸素吸蔵量O2SUMの推定モデルが異常であるか否か）を判定するものである。ここでは、ＥＣＵ１８は判定を行う異常判定手段としても機能する。また、ここでは、酸素吸蔵量O2SUMが異常であると判定された場合は、酸素吸蔵量O2SUMを修正する。さらに、ここでは、酸素吸蔵量O2SUMが異常であると判定されたときは推定モデルに異常があるとして、推定モデルの修正も行う。
【０１３４】
図１８に示されるグラフに、上述した異常判定に用いるマップを示す。図１８に示されるマップは、横軸に算出された酸素吸蔵量O2SUM、縦軸に下流側空燃比センサ２６の出力がとされている。マップ上の酸素吸蔵量O2SUMに関しては、左方がその最小値側（酸素をほとんど放出している側：排気空燃比をリッチである側）であり、右方が最大値側（酸素をほぼ一杯にまで吸蔵している側：排気空燃比がリーンである側）となっている。これに対して、マップ上の下流側空燃比センサ２６の出力は、下方がリーン側、上方がリッチ側となっている。
【０１３５】
マップは、複数の領域に分けられている。まず、下流側空燃比センサ２６の出力がストイキ近傍にある場合（図１８に示されるマップ中の範囲Ｙにある場合）について説明する。この範囲は、下流側空燃比センサ２６の出力は、その出力特性上、大きく変化する範囲である。即ち、この範囲では下流側空燃比センサ２６の出力は誤差が大きくなる場合もあるため、算出されている酸素吸蔵量O2SUMに基づいて空燃比制御が行われる。
【０１３６】
範囲Ｙ内における領域L1〜L4の領域は、算出されている酸素吸蔵量O2SUMが、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比がリッチであると示している。この場合は、排気浄化触媒１９に酸素を吸蔵させるべく、排気浄化触媒１９下流の排気空燃比がリーン寄りとなるような制御（リーン制御）を行う。ただし、領域L1よりも領域L4の方が排気浄化触媒１９下流側の排気空燃比がリッチであるので、領域L4にある場合は領域L1にある場合よりも、より強いリーン制御を行う。即ち、領域L1から領域L4に向けて、より強いリーン制御を行うべく領域分けされている。
【０１３７】
範囲Ｙ内における領域R1〜R4の領域は、算出されている酸素吸蔵量O2SUMが、排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比がリーンであると示している。この場合は、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素を放出させるべく、排気浄化触媒１９下流の排気空燃比がリッチ寄りとなるような制御（リッチ制御）を行う。ただし、領域R1よりも領域R4の方が排気浄化触媒１９下流側の排気空燃比がリーンであるので、領域R4にある場合は領域R1にある場合よりも、より強いリッチ制御を行う。即ち、領域R1から領域R4に向けて、より強いリッチ制御を行うべく領域分けされている。
【０１３８】
なお、算出されている酸素吸蔵量O2SUMも下流側空燃比センサ２６の出力も、排気浄化触媒１９の下流側の排気空燃比がストイキ近傍であると示されている領域S1の場合は、リーン制御及びリッチ制御も行われず、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを維持するような空燃比制御が行われる。
【０１３９】
次に、上述した範囲Ｙ外の領域L1〜L4について説明する。これらの領域においては、算出されている酸素吸蔵量O2SUMは排気浄化触媒１９の下流側の排気空燃比がストイキからリッチであると示し、下流側空燃比センサ２６の出力はリッチであると示している。このときは、下流側空燃比センサ２６の出力がやや尊重され、上述した領域L1〜領域L4（リーン制御領域）が設定されている。
【０１４０】
同様に、上述した範囲Ｙ外の領域R1〜R4について説明する。これらの領域においては、算出されている酸素吸蔵量O2SUMは排気浄化触媒１９の下流側の排気空燃比がストイキからリーンであると示し、下流側空燃比センサ２６の出力はリーンであると示している。このときは、下流側空燃比センサ２６の出力がやや尊重され、上述した領域R1〜領域R4（リッチ制御領域）が設定されている。
【０１４１】
最後に、領域X1及び領域X2に示される場合について説明する。領域X1においては、算出されている酸素吸蔵量O2SUMは排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比がリーンであると示しているにもかかわらず、下流側空燃比センサ２６の出力はリッチであると示している。領域X2においては、算出されている酸素吸蔵量O2SUMは排気浄化触媒１９の下流側排気空燃比がリッチであると示しているにもかかわらず、下流側空燃比センサ２６の出力はリーンであると示している。
【０１４２】
即ち、領域X1及び領域X2においては、算出されている酸素吸蔵量O2SUMと下流側空燃比センサ２６の出力とが合致していない。このような場合は、酸素吸蔵量O2SUMが異常であると判定される。この場合は、実際に排気空燃比を検出している下流側空燃比センサ２６の出力を尊重し、何らかの理由によって酸素吸蔵量O2SUMが正確な値を示していないと考えることができる。そこで、それまでの酸素吸蔵量O2SUMの推定履歴を一旦抹消し、新規に酸素吸蔵量O2SUMの推定を開始する。あるいは、既にある酸素吸蔵量O2SUMの履歴を修正してもよい。
【０１４３】
さらに、酸素吸蔵量O2SUMの新規再開又は修正と同時に、酸素吸蔵量O2SUMの推定モデルを修正する。推定モデルを修正する場合、例えば、上述したように酸素吸蔵量O2SUMの推定の過程で、空燃比変化幅ΔAbyfを用いているような場合には、この空燃比変化幅ΔAbyfを算出する際の基準となる理論空燃比Abyfstの値を修正すればよい。
【０１４４】
次に、請求項１５に記載の発明について説明する。
【０１４５】
上述したように、ここでは排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを制御し、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を利用して排気ガスの浄化率を向上させているが、推定した最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常であれば、排気ガスを浄化することは困難となる。また、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を利用して排気浄化触媒１９の劣化検出も行うので、推定した最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常であれば、劣化検出を正確に行えない場合も考えられる。請求項１５に記載の発明は、推定された最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が所定値を超える場合には、推定された最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常であると判定するものである。
【０１４６】
なお、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常であるとは、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を正確に推定できない状態にあることを言う。最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常である原因としては、その推定の基礎となる酸素吸蔵量O2SUMの推定モデルが異常である場合や、酸素吸蔵量O2SUMの推定に用いる各種情報量を検出するセンサが故障している場合などがある。また、上述した所定値は、以下に説明するように、他の情報量との関係で設定されてもよい。
【０１４７】
図１９に、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常である否か（システムが異常であるか否か）を判定する際に用いるマップを示す。このマップは、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)と排気浄化触媒１９の温度とからなる二次元マップである。そして、マップ中に実線で示されているのが、排気浄化触媒１９が劣化していない状態での各触媒温度での最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の取り得る最大の値である。即ち、この値以上の値は取り得ることがあり得ないため、この実線の上方の斜線で示されている範囲が、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常であると判定される領域である。
【０１４８】
なお、マップ下方に示されている触媒劣化については、図６において説明したとおりであり、ここでの説明は省略する。最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が異常であるか否かの判定は、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の更新時（上限値O2SUMmax又は下限値O2SUMminの更新時）などに行えばよい。
【０１４９】
次に、参考として、下流側空燃比センサ２６の出力変化の変化勾配に基づいて、触媒の劣化度合いを検出するものに関して説明する。
【０１５０】
図２０(a)に下流側空燃比センサ２６の出力を示す。また、図２０(b)に上流側空燃比センサ２５の出力結果から得られる排気浄化触媒１９上流側の排気空燃比を示す。なお、図２０(a)と図２０(b)とは、リーン−リッチ方向が逆であるので注意されたい。また、図２０(a)及び図２０(b)に示されるグラフの横軸は時間であるが、この両者は時間的に対応している。
【０１５１】
図２０(a)に示されるように、下流側空燃比センサ２６の出力がリーンである間は、排気浄化触媒１９が酸素を一杯まで吸蔵しているので排気浄化触媒１９下流に酸素が流れていると考えられる。このため、この間は排気浄化触媒１９のへの入ガスの排気空燃比がリッチにされ、排気浄化触媒１９に吸蔵されている酸素によって排気ガスの浄化が行われるようにされている。
【０１５２】
しばらくすると、排気浄化触媒１９に吸蔵されていた酸素が使い果たされるので、下流側空燃比センサ２６の出力はリーンからリッチに変化する。排気浄化触媒１９に吸蔵されていた酸素が尽きてしまったため、入ガス中の未燃燃料が酸化されずに排気浄化触媒１９下流に流れていると考えられる。このようになると、排気浄化触媒１９に酸素を吸蔵させるべく、排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比がリーンにされる。
【０１５３】
この後、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵するので、排気浄化触媒１９からの出ガスに酸素は含まれないので下流側空燃比センサ２６の出力はリッチになる。しかし、このとき、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵するにしたがって、吸蔵しきれずに下流側に流れ出す酸素は徐々に増加する。この結果、図２０(a)に示されるように、下流側空燃比センサ２６の出力は徐々にリーン側に移動する。即ち、下流側空燃比センサ２６の出力に変化勾配が発生する。
【０１５４】
さらにこの後、排気浄化触媒１９が一杯まで酸素を吸蔵した時点で、下流側空燃比センサ２６は再びリーンに変化し、これに伴い、排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比が再度リッチにされる。ここでは、上述した変化勾配を用いて排気浄化触媒１９の劣化度合いを検出する。上述した説明からも分かるように、この変化勾配には排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力が反映される。排気浄化触媒１９が劣化すれば酸素吸蔵能力が低下するため、これが変化勾配に反映されるので、変化勾配から排気浄化触媒１９の劣化度合いを検出し得る。
【０１５５】
上述した下流側空燃比センサ２６の出力の変化勾配は、排気浄化触媒１９が酸素を吸蔵していない状態から吸蔵を開始させた際に最も顕著にかつ安定して現れる。そこで、ここでは、下流側空燃比センサ２６の出力がリーンからリッチに変化した直後からリッチからリーンに変化する直前までの変化勾配を用いて排気浄化触媒１９の劣化度合いを判定している。
【０１５６】
まず、下流側空燃比センサ２６の出力がリーンからリッチに変化した直後（時間T1）に、下流側空燃比センサ２６の出力（電圧V1）を検出する。さらに、下流側空燃比センサ２６の出力がリッチからリーンに変化した直前（時間T2）に、下流側空燃比センサ２６の出力（電圧V2）を検出する。これらの検出結果はＥＣＵ１８に送出され、その差分ΔV=(V1-V2)が算出される。この差分ΔVとＥＣＵ１８内に格納されている図２１に示される劣化度合い検出用のマップから、排気浄化触媒１９の劣化度合いを求める。即ち、ここでは、ＥＣＵ１８は劣化検出手段としても機能している。
【０１５７】
このようにすることによって、特殊な制御やデバイスを必要とせずに、通常の空燃比制御中に排気浄化触媒１９の劣化度合いを検出することができる。また、他の触媒劣化判定と併用することによって、排気浄化触媒１９の劣化検出精度を向上させることも可能である。検出された排気浄化触媒１９の劣化度合いを空燃比制御にフィードバックすれば、排気ガスの浄化性能をより一層向上させることも可能である。
【０１５８】
次に、請求項１６に記載の発明について説明する。
【０１５９】
上述したように、エンジン１の運転状態によっては（例えば、吸入空気量Gaが多いときなど）、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を最大限利用できずに、吹き抜け現象が生じ得る。請求項１６に記載の発明は、吹き抜け現象が発生した際には、推定している酸素吸蔵量が誤差を含んでいるとして酸素吸蔵量を吹抜発生酸素吸蔵量に基づいて修正するものである。
【０１６０】
吹抜発生酸素吸蔵量は、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を最大限利用していない吹き抜け現象が発生すると予測される酸素吸蔵量として予め設定されるものである。吹抜発生酸素吸蔵量は、エンジン１の運転状態を考慮して事前に実験などを行うことによって設定される。吹抜発生酸素吸蔵量は、マップとして設定されてもよいし、基準値とこの基準値に基づいて算出する際に使用する計算式とによって設定されてもよい。
【０１６１】
以下には、吹抜発生酸素吸蔵量がマップとして設定されている場合を例にして説明する。また、このマップは、エンジン１の運転状態として吸入空気量Gaのみを考慮している場合を例にする。ただし、エンジン１の運転状態としては、吸入空気量Ga以外の様々な情報量（触媒温度、触媒劣化度合い、通過ガス流量など）が考慮されても良いことは言うまでもない。
【０１６２】
吹抜発生酸素吸蔵量を規定するマップの例を図２２に示す。このマップは、ＥＣＵ１８内に格納されている。吸入空気量Gaが多くなると排気浄化触媒１９を通過する排気ガスの流速が速くなり、排気ガスの浄化反応が充分に終了する以前に排気ガスが排気浄化触媒１９下流に流出する。このため、図２２に示されるように、吸入空気量Gaが多くなると吹き抜け領域が広くなる。
【０１６３】
その吹き抜け領域には、排気浄化触媒１９がまだ酸素を吸蔵する余力があるのに排気浄化触媒１９下流側に酸素を流出させてしまうリーン側吹き抜け領域と、排気浄化触媒１９がまだ酸素を放出する余力があるのに排気ガス中の未燃燃料を充分に酸化させることができずに排気浄化触媒１９下流側に未燃燃料を流出させてしまうリッチ側吹き抜け領域とがある。そして、リーン側吹き抜け領域下限境界がリーン側の吹き抜け発生酸素吸蔵量であり、リッチ側吹き抜け領域上限境界がリッチ側の吹き抜け発生酸素吸蔵量である。
【０１６４】
例えば、ある時点で下流側空燃比センサ２６の出力によって排気浄化触媒１９下流側の排気空燃比がリーンになったと検出した場合について考える。このときの吸入空気量Ga（Q1）が検出されてＥＣＵ１８に送出される。ＥＣＵ１８においては、この吸入空気量Ga（Q1）に対応する吹抜発生酸素吸蔵量（この場合は、リーン側の吹抜発生酸素吸蔵量）P2が求められる。このとき、算出されていた酸素吸蔵量O2SUMに相当するマップ上の位置はP1であった。この場合は、算出されていた酸素吸蔵量O2SUMをマップから求められたP2に相当する値に修正する。
【０１６５】
また、ここでは、算出されていた酸素吸蔵量O2SUMをうするだけでなく、酸素吸蔵量O2SUM推定モデルも修正している。具体的には、上述したように酸素吸蔵量O2SUMの推定の過程で、空燃比変化幅ΔAbyfを用いているような場合には、この空燃比変化幅ΔAbyfを算出する際の基準となる理論空燃比Abyfstの値を修正すればよい。
【０１６６】
なお、図２に基づく説明における制御では、下流側空燃比センサ２６の出力がリッチ又はリーンを出力した際（吹き抜け現象によらない場合も含まれている）には、酸素吸蔵量O2SUMの更新を停止するだけであったが、ここで説明したように、吹き抜け現象を考慮して酸素吸蔵量O2SUMを修正する制御を併用して酸素吸蔵量O2SUMの推定精度を向上させることも可能である。
【０１６７】
次に、請求項１７に記載の発明について説明する。
【０１６８】
最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を推定するには、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminの検出が必要になる。請求項１７に記載の発明は、より早期に最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を得るために、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに固定強制振動を与えて上限値O2SUMmax及び最小値O2SUMmiの検出を早期に行わせるものである。このとき、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに与えられる固定強制振動の振幅を微小にしておけば、酸素吸蔵量O2SUMの制御系が荒れてしまうことを防止できる。
【０１６９】
ここでは、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに微小振幅の固定強制振動を与えることによって、酸素吸蔵量O2SUMを変動させる。酸素吸蔵量O2SUMを変動させることによって、排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比が弱リーン又は弱リッチとなるように制御される。排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比が弱リーンとされた状態が維持されることによって、排気浄化触媒１９は酸素を吸蔵し続けて酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmaxが検出される。上限値O2SUMmaxが検出されると、今度は、排気浄化触媒１９への入ガスの排気空燃比が弱リッチとされた状態が維持され、排気浄化触媒１９は酸素を放出し続けて酸素吸蔵量O2SUMの下限値O2SUMminが検出される。
【０１７０】
このように、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに固定強制振動を与えることによって、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の推定を早期化することができる。この際振動の振幅を微小にしておけば、エンジン１の空燃比を大きく変動させることにはならないため、吹き抜け現象を誘発して排気ガスの浄化が不十分となってしまうようなことがない。また、万が一、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を超える外乱が生じたとしても、排気浄化触媒１９への入ガスはストイキに近い位置で制御されているので、排気ガスの浄化不良は最小限に抑えることができる。なお、ここでは、ＥＣＵ１８が、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefを設定する吸蔵量目標値設定手段として機能している。
【０１７１】
次に、請求項１８及び請求項１９に記載の発明について説明する。
【０１７２】
請求項１７は、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに振動を与えるものであり、その結果として、エンジン１の制御空燃比が変動することはあった。請求項１８に記載の発明は、エンジン１の制御空燃比に振動を与えるものであり、制御空燃比の振幅が徐々に大きくなるように、その目標値が設定される。請求項１９に記載の発明も、エンジン１の制御空燃比に振動を与えるものであり、制御空燃比の周期が徐々に長くなるように、その目標値が設定されるものである。
【０１７３】
制御空燃比を振動させることによって、排気ガスの排気空燃比がリーン側のときに酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmaxを検出し、リッチ側のときに下限値O2SUMminを検出するのを促進できる。この結果、より早期に最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)を推定することができる。このとき、制御空燃比を振動させる際に、その振幅が徐々に大きくなるように振動させると、制御空燃比の振動による排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。
【０１７４】
制御空燃比の振幅を徐々に大きくするように制御すると、振幅の小さいうちには排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力の範囲内のみで吸蔵量が増減し、上限値O2SUMmaxや下限値O2SUMminを検出できない場合もあるが、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を発生させることはない。そして、徐々に振幅を大きくしていくと、どこかで排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を僅かに超えたところで上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminが検出される。排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を大きく超えることがないので、この場合も、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化は発生しない。
【０１７５】
同様に、制御空燃比を振動させる際に、その周期が徐々に長くなるように振動させると、制御空燃比の振動による排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。制御空燃比の周期を徐々に長くするように制御すると、周期が短いうちには排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力の範囲内のみで吸蔵量が増減し、上限値O2SUMmaxや下限値O2SUMminを検出できない場合もあるが、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を発生させることはない。そして、徐々に周期を大きくしていくと、どこかで排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を僅かに超えたところで上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminが検出される。排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力を大きく超えることがないので、この場合も、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化は発生しない。
【０１７６】
次に、請求項２０に記載の発明について説明する。
【０１７７】
図２に基づく説明においては、酸素吸蔵量O2SUMの目標値（酸素吸蔵量目標値O2SUMref）は、ある時点でただ一つだけ設定されている。そして、酸素吸蔵量O2SUMは、この単一の酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに収束するように制御された。請求項２０に記載の発明においては、酸素吸蔵量O2SUMの目標値が同時に複数個設定され、この複数の目標値が切り替えられつつ制御が実行されるものである。
【０１７８】
また、上述してきた制御においては、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefを最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の中央付近に設定することで、酸素吸蔵能力を超えないような余裕分を酸素吸蔵側・放出側の双方に取っている。しかし、酸素吸蔵量O2SUMの制御が向上すれば、この酸素吸蔵能力の余裕分は使われずに無駄に保持されているものにもなり得る。また、発明者らは、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力に関して、酸素吸蔵量O2SUMを一定値に維持し続けるよりも、多少変動させて排気ガスの浄化反応を強制的に行わせた方が浄化率が向上する場合があることを知見した。
【０１７９】
そこで、ここでは、酸素吸蔵量O2SUMの目標値を、その上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminの間に複数個設定し、これを周期的に切り替えることによって、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力をより一層有効に利用する。以下の説明では、酸素吸蔵量O2SUMの目標値が二つ設定される場合について説明する。なお、ここで設定される目標値は、エンジン１の運転状態によって変わり得るものである。
【０１８０】
図２３に、上述した制御を行った際の、酸素吸蔵量O2SUM・制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2と時間との関係を示す。ここでは、一対の制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2が、エンジン１の運転状態に応じて設定されている。制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2は、時間tにおいてエンジン１の運転状態（エンジン１本体のみならず、吸排気系の状態も含む）が変化したため、その値が変更されている。ここでは、一対の制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2が同時に変更されているが、それぞれ別々に変更されるようであってもよい。
【０１８１】
ここでは、制御目標値O2SUMref1は酸素吸蔵量O2SUMの多い側に設定され、制御目標値O2SUMref2は、酸素吸蔵量O2SUMの少ない側に設定されている。例えば、エンジン１がある運転状態においては、制御目標値O2SUMref1を最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の80%程度に設定し、制御目標値O2SUMref2を最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の20%程度に設定する。そして、別の運転状態時には、制御目標値O2SUMref1を最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の60%程度に設定し、制御目標値O2SUMref2を最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の40%程度に設定するなどすればよい。
【０１８２】
なお、図２３に示されるグラフにおいては、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminとが更新されていないので最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)に変化はないが、制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2を最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)との関係で設定する場合、上限値O2SUMmax又は下限値O2SUMminが更新されれば、制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2が更新される場合もあり得る。
【０１８３】
そして、酸素吸蔵量O2SUMの実際の目標値として、制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2が交互に切り替えられている。例えば、時間T1〜T2においては、酸素吸蔵量O2SUMの実際の目標値として制御目標値O2SUMref2が設定されており、酸素吸蔵量O2SUMは制御目標値O2SUMref2に収束するように制御されている。一方、時間T2〜T3においては、酸素吸蔵量O2SUMの実際の目標値として制御目標値O2SUMref1が設定されており、酸素吸蔵量O2SUMは制御目標値O2SUMref1に収束するように制御されている。
【０１８４】
なお、制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2の設定方法は、上述したものに限定されるわけではない。例えば、制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2を、上述した酸素吸蔵目標値O2SUMrefとの差で決定してもよい。さらに、制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2の切り換えは必ずしも交互ではなくてもよく、エンジン１の運転状態などによって選択して切り替えるようにしてもよい。またさらに、制御目標値は三つ以上設定されてもよい。
【０１８５】
次に、請求項２１〜請求項２３に記載の発明について説明する。
【０１８６】
請求項２１〜請求項２３に記載の発明は、酸素吸蔵能力を十分に活用するための制御空燃比の設定に関するものである。請求項２１に記載の発明は、冷間始動直後又は低負荷運転時に、制御空燃比の目標値をリーン領域内に設定するものである。冷間始動直後又は低負荷運転時には、エンジン１の燃焼が完全に行われずに排気ガス中に未燃燃料が残り、排気空燃比がリッチ寄りになる傾向がある。このため、排気浄化触媒１９に吸蔵された酸素が放出されやすくなるので、酸素吸蔵量O2SUMが不足することが懸念される。このため、冷間始動直後又は低負荷運転時には制御空燃比の目標値をリーン領域内に設定して排気空燃比を前もってリーン寄りとすることで、酸素吸蔵量O2SUMが少なくなってしまうことを防止する。
【０１８７】
請求項２２に記載の発明は、高負荷運転時に、制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定するものである。高負荷運転時には、エンジン１の燃焼温度が高温になるので排気ガス中に窒素酸化物(NOx)が多く含まれる傾向がある。このため、排気浄化触媒１９においては、窒素酸化物(NOx)の還元後に生じる酸素を吸蔵するので、酸素吸蔵量O2SUMが過多となりやすい。このようになると、リーンな排気空燃比の排気ガスが来たときに十分に浄化することができなくなることが懸念される。そこで、高負荷運転時には制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定して排気空燃比を前もってリッチ寄りとすることで、酸素吸蔵量O2SUMが過多となってしまうことを防止する。
【０１８８】
似たような状況としては燃料増量が行われる場合がある。燃料増量が行われると、排気浄化触媒１９に流入する排気ガスの排気空燃比はリッチになり、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMは減少する。このため、燃料増量前に制御空燃比の目標値をリーン領域に競ってする運転期間を設けておけば、燃料増量時に酸素吸蔵量O2SUMが不足することを防止できる。
【０１８９】
請求項２３に記載の発明は、燃料カット実行前又はエンジン１の停止前に、制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定する運転期間を設定するものである。燃料カット実行時やエンジン１の停止時（あるいは停止後の再始動時）には、排気浄化触媒１９に燃料を含まない単なる空気が流入することになるので、酸素吸蔵量O2SUMが過多となりやすい。このようになると、その後にリーンな排気空燃比の排気ガスが来たときに十分に浄化することができなくなることが懸念される。そこで、燃料カット実行前やエンジン１の停止前に制御空燃比の目標値をリッチ領域内に設定する運転期間を設けることによって、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵量O2SUMを減少させておき、燃料カットが実行されたりエンジン１が停止されたときに酸素を吸蔵することに備える。
【０１９０】
なお、エンジン停止前にこのような運転期間を設ける場合、例えば、イグニッションオフと同時にエンジンを停止させずに、一定時間エンジン１を上述した状態で運転する期間を設ければよい。この期間は、エンジン１の回転で数回転から重数回転程度でよいので、運転者に違和感を与えることも少ない。また、上述した制御空燃比の目標値を変動させてエンジン１の空燃比を制御する際に、状況によってはリッチスパイクやリーンスパイクによって空燃比を変動させることが有用な場合もある（例えば、燃料増量を行う直前など）。その際には、排気浄化触媒１９が単位時間に吸蔵・放出し得る酸素量を超えるようにスパイクを入れればよい。
【０１９１】
なお、請求項２１〜請求項２３に記載の発明に関して、制御空燃比の目標値を変更する手法の一つとして、酸素吸蔵量目標値O2SUMrefを変化させる方法がある。現在の酸素吸蔵量O2SUMを増加させるために酸素吸蔵量目標値O2SUMrefを吸蔵側に設定することによって、前記空燃比目標値設定手段は制御空燃比の目標値をリーン側（排気ガス中の酸素を吸蔵することによって排気ガスを浄化する側）に設定することになる。これては反対に、現在の酸素吸蔵量O2SUMを減少させるために酸素吸蔵量目標値O2SUMrefを放出側に設定することによって、前記空燃比目標値設定手段は制御空燃比の目標値をリッチ側（吸蔵されている酸素を放出することによって排気ガスを浄化する側）に設定することになる。
【０１９２】
次に、請求項２４に記載の発明について説明する。
【０１９３】
請求項２４に記載の発明は、推定された酸素吸蔵量O2SUM又は最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)に応じて空燃比フィードバックのゲインを変更するものである。ここでは、酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminに対してどの程度の余裕があるかを上述した酸素吸蔵量O2SUMや最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)から取得し、これに応じて空燃比フィードバックゲインを変更する。空燃比フィードバックゲインは、空燃比フィードバック時の制御量を変更することによって変更される。
【０１９４】
エンジン１の運転状態によっては、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力にまだ余裕があるのに、排気浄化触媒１９下流に窒素酸化物NOx、一酸化炭素CO、炭化水素HCが流出する吹き抜け現象が生じ得ることは既に説明した。この吹き抜け現象は、酸素吸蔵量O2SUMが上限値O2SUMmax又は下限値O2SUMminに近いほど生じやすい。
【０１９５】
そこで、ここでの制御の一例としては、酸素吸蔵量O2SUMが上限値O2SUMmax又は下限値O2SUMminに近いほど空燃比フィードバックゲインを大きくし、吹き抜けが生じやすい状態から生じにくい状態に速やかに移行させる場合などがある。これとは逆に、酸素吸蔵量O2SUMが上限値O2SUMmaxと下限値O2SUMminとのほぼ中央にある場合は、空燃比フィードバックゲインが比較的小さくされる。このようにすることによって、空燃比フィードバックの制御系が乱れるのを抑止し、より安定した制御を行うことがもきる。
【０１９６】
あるいは、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)が小さくなった場合には、吹き抜けが発生しやすい状態となるので、空燃比フィードバックゲインを大きくして吹き抜けを生じさせにくくする。あるいは、酸素吸蔵量O2SUMが酸素吸蔵量目標値O2SUMrefから離れているほど空燃比フィードバックゲインを大きくし、酸素吸蔵量O2SUMをより早期に酸素吸蔵量目標値O2SUMrefに収束させる。酸素吸蔵量目標値O2SUMrefは、酸素吸蔵量O2SUMや最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)から得られる。
【０１９７】
なお、空燃比フィードバックゲインの設定は、酸素吸蔵量O2SUMと最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の何れか一方又は双方に基づいて行われる。また、酸素吸蔵量O2SUMや最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)から得られる上限値O2SUMmax・下限値O2SUMminに基づいて空燃比フィードバックゲインを決定してもよい。具体的には、空燃比フィードバック制御の制御量を変更することによって、空燃比フィードバックゲインを変更することができる。
【０１９８】
次に、請求項２５に記載の発明について説明する。
【０１９９】
排気浄化触媒１９はその酸素吸蔵能力によって、最大酸素吸蔵量(O2SUMmax-O2SUMmin)の範囲内で酸素を吸蔵・放出することが可能である。しかし、吸蔵している酸素を瞬時に全て放出したり、吸蔵し得る能力の一杯にまで瞬時に酸素を吸蔵することができる訳ではない。排気浄化触媒１９が瞬時に吸脱し得る酸素量にも限界があり、ここでは、この排気浄化触媒１９が瞬時に吸蔵し得る酸素量を瞬時吸蔵可能酸素量といい、瞬時に放出し得る酸素量を瞬時放出可能酸素量という。
【０２００】
この瞬時吸蔵可能酸素量又は瞬時放出可能酸素量は、排気浄化触媒１９の劣化と共に変化する。請求項２５に記載の発明は、この瞬時吸蔵可能酸素量又は瞬時放出可能酸素量を利用して排気浄化触媒１９の劣化を検出するもので、酸素吸脱量O2ADが排気浄化触媒１９非劣化時の瞬時吸蔵可能酸素量又は瞬時放出可能酸素量の範囲内にとなるように制御空燃比が制御されたときの下流側空燃比センサ２６の出力に基づいて排気浄化触媒１９の劣化を検出するものである。
【０２０１】
瞬時吸蔵可能酸素量Cmaxと酸素吸蔵量O2SUMとの関係を図２４(a)に示す。また、瞬時放出可能酸素量Cminと酸素吸蔵量O2SUMとの関係を図２４(b)に示す。図２４(a)に示されるグラフの横軸は、酸素吸蔵量O2SUMとその上限値O2SUMmaxとの差であり、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力の吸蔵側の余裕分を示している。図２４(b)に示されるグラフの横軸は、酸素吸蔵量O2SUMとその下限値O2SUMminとの差であり、排気浄化触媒１９の酸素吸蔵能力の放出側の余裕分を示している。
【０２０２】
図２４(a)及び図２４(b)中、実線で示されているのが排気浄化触媒１９が正常なときの瞬時吸蔵可能酸素量Cmax及び瞬時放出可能酸素量Cminである。また、図２４(a)及び図２４(b)中、点線で示されているのが排気浄化触媒１９が劣化していると判断される状態となったときの瞬時吸蔵可能酸素量Cmax及び瞬時放出可能酸素量Cminである。
【０２０３】
図２４(a)に示されるように、現在の酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmaxに対する余裕が大きいほど、瞬時吸蔵可能酸素量Cmaxは大きくなる。同様に、図２４(b)に示されるように、現在の酸素吸蔵量O2SUMの下限値O2SUMminに対する余裕が大きいほど、瞬時放出可能酸素量Cminは小さくなる（ここでは、酸素の放出側を負方向に定義しているため）。
【０２０４】
ここで、例えば、現在の(O2SUMmax-O2SUMmin)がY1であるとして、酸素吸脱量O2ADがC1となるようにエンジン１の制御空燃比を制御（排気浄化触媒１９の通過ガス量に関係する吸入空気量の制御も含む）する。このときの空燃比制御はリーン制御となる（いわゆるリーンスパイクといわれる瞬間的な空燃比変動を生じさせるものであってもよい）。排気浄化触媒１９が正常であれば、この空燃比制御によって生じるリーンな排気ガス内の酸素は全て排気浄化触媒１９に吸蔵され得るはずである。
【０２０５】
しかし、排気浄化触媒１９が劣化している場合は、排気浄化触媒１９に吸蔵されない酸素が生じ、排気浄化触媒１９の下流側の排気空燃比がリーンになり、下流側空燃比センサ２６によって検出される。このように、酸素吸脱量O2ADが排気浄化触媒１９正常時（非劣化時）の瞬時吸蔵可能酸素量Cmaxの範囲内となるようなリーン制御を行ったときに、下流側空燃比センサ２６がリーンを検出するような場合は、排気浄化触媒１９が劣化していると判定することができる。
【０２０６】
同様にして、現在の(O2SUMmax-O2SUMmin)がY2であるとして、酸素吸脱量O2ADがC2となるようにエンジン１の制御空燃比を制御（排気浄化触媒１９の通過ガス量に関係する吸入空気量の制御も含む）する。このときの空燃比制御は、リッチ制御となる（いわゆるリッチスパイクといわれる瞬間的な空燃比変動を生じさせるものでもよい）。排気浄化触媒１９が正常であれば、この空燃比制御によって生じるリッチな排気ガスを浄化するために必要な酸素は排気浄化触媒１９から充分に放出され得るはずである。
【０２０７】
しかし、排気浄化触媒１９が劣化している場合は、排気浄化触媒１９からの酸素放出量が不足し、排気浄化触媒１９の下流側の排気空燃比がリッチになり、下流側空燃比センサ２６によって検出される。このように、酸素吸脱量O2ADが排気浄化触媒１９正常時（非劣化時）の瞬時放出可能酸素量Cminの範囲内となるようなリッチ制御を行ったときに、下流側空燃比センサ２６がリッチを検出するような場合は、排気浄化触媒１９が劣化していると判定することができる。
【０２０８】
なお、ここで、そのときの酸素吸蔵量O2SUMに応じてリーンスパイク制御とするかリッチスパイク制御とするかを決定している。具体的には、排気浄化触媒１９が有している瞬時吸蔵側の余裕と瞬時放出側の余裕とを比較し、余裕のある側に制御する。即ち、瞬時吸蔵側の余裕が多く、瞬時放出側の余裕が少ない場合は、リーンスパイク制御とし、瞬時吸蔵側の余裕が少なく、瞬時放出側の余裕が多い場合は、リッチスパイク制御とする。図２４(a)及び図２４(b)についてもそのような場合を例示してある。
【０２０９】
このようにすることによって、図２４(a)及び図２４(b)の正常時曲線と劣化時曲線との差が大きいことからも分かるように、より正確で安定した劣化検出を行うことができる。また、瞬時に吸蔵・放出される酸素量に基づいく劣化検出なので、劣化検出のための空燃比制御は短期間でよく、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を誘発しない。なお、図２４に示されるマップは二次元マップであるが、これに触媒温度などの他のパラメータなどを加えて三次元以上のマップとしてもよい。
【０２１０】
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば、酸素吸蔵量推定手段はエンジン１の空燃比から算出される酸素吸脱量O2ADの履歴から酸素吸蔵量O2SUMを推定するが、上述した実施形態においては、酸素吸脱量O2ADを算出するための空燃比として上流側空燃比センサ２５の出力を用いた。しかし、酸素吸脱量を算出するための空燃比として、エンジン１の制御空燃比を用いることも可能である。あるいは、上述した燃料挙動モデルや燃焼モデルから得られる空燃比を用いてもよい。
【０２１１】
【発明の効果】
上述した請求項１〜請求項２５に記載の発明によれば、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を有効に活用しすることによって、排気ガスの浄化性能を向上させることができると共に、酸素吸蔵能力を用いた触媒劣化検出性能を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の制御装置の一実施形態を有する内燃機関を示す断面図である。
【図２】  排気浄化触媒の酸素吸蔵量O2SUMと、その目標値O2SUMref、及び、下流側空燃比センサ出力の様子を示すタイミングチャートである。
【図３】  酸素吸蔵量O2SUMの更新制御のフローチャートである。
【図４】  酸素吸蔵量O2SUMの上限値O2SUMmax及び下限値O2SUMminの更新制御を示すフローチャートである。
【図５】  酸素吸蔵量O2SUMの目標値O2SUMrefの更新制御及び燃料噴射量の補正係数KAFの算出に関すフローチャートである。
【図６】  排気浄化触媒の劣化判定に用いるマップである。
【図７】  空燃比予測値(1)を示すグラフである。
【図８】  出力予測値(2)及び空燃比予測値(1)を示すグラフである。
【図９】  検出誤差成分(3)、出力予測値(2)及び空燃比予測値(1)を示すグラフである。
【図１０】  排気空燃比(4)を示すグラフである。
【図１１】  補正空燃比(5)、排気空燃比(4)、検出誤差成分(3)及び空燃比予測値(1)を示すグラフである。
【図１２】  空燃比の算出・酸素吸蔵量の積算に関する制御のフローチャートである。
【図１３】  通過ガス流量Gbと補正係数Kgとの関係を示すマップである。
【図１４】  空燃比変化幅ΔAbyfと補正係数Kaとの関係を示すマップである。
【図１５】  通過ガス流量Gbと補正係数Kg(max),Kg(min)との関係を示すマップである。
【図１６】  空燃比変化幅ΔAbyfと補正係数Ka(max),Ka(min)との関係を示すマップである。
【図１７】  実際の排気空燃比と空燃比センサ出力（電圧）との関係を示すグラフである。
【図１８】  酸素吸蔵量O2SUMと下流側空燃比センサ出力との関係に基づく空燃比制御及び異常検出用のマップである。
【図１９】  触媒温度と最大酸素吸蔵量との関係に基づく異常検出用のマップである。
【図２０】  空燃比センサ出力及び排気空燃比の時間的変化を示すグラフであり、(a)は下流側空燃比センサの出力変化を示しており、(b)は排気浄化触媒上流側の排気空燃比の変化を示している。
【図２１】  下流側空燃比センサ２６出力値差分と触媒劣化度合いとの関係を示すマップである。
【図２２】  吸入空気量Gaと吹抜発生酸素吸蔵量との関係を示すマップである。
【図２３】  排気浄化触媒の酸素吸蔵量O2SUMと制御目標値O2SUMref1,O2SUMref2との様子を示すタイミングチャートである。
【図２４】  (a)は酸素吸蔵量O2SUM（及びその上限値O2SUMmax）と瞬時吸蔵可能酸素量Cmaxとの関係を示すグラフであり、(b)は酸素吸蔵量O2SUM（及びその下限値O2SUMmin）と瞬時放出可能酸素量Cminとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、４…吸気通路、７…排気通路、１３…エアフロメータ、１８…ＥＣＵ（酸素吸蔵量推定手段・最大酸素吸蔵量推定手段・空燃比目標値設定手段・異常判定手段・触媒劣化検出手段）、１９…排気浄化触媒、２５…上流側空燃比センサ（上流側空燃比検出手段）、２６…下流側空燃比センサ（下流側空燃比検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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