(57)【要約】  初期目標空燃比から理論空燃比へとリッチ側に向かう第１目標空燃比が算出されるとともに、検出空燃比と理論空燃比とに基づいて第１推定触媒酸素保持量が算出される。第１推定触媒酸素保持量が第１目標触媒酸素保持量に到達するまでは、第１目標空燃比及び第１推定触媒酸素保持量の算出が継続される。第１推定触媒酸素保持量が第１目標触媒酸素保持量に到達した後、理論空燃比から終期目標空燃比へとリッチ側に向かう第２目標空燃比が算出されるとともに、検出空燃比と終期目標空燃比とに基づいて第２推定触媒酸素保持量が算出される。第２推定触媒酸素保持量が第２目標触媒酸素保持量に到達するまでは、第２目標空燃比及び第２推定触媒酸素保持量の算出が継続される。
2014002604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排気の空燃比に応じて排気中の酸素を取り込みあるいは放出する酸素保持能力を有する触媒と、
前記触媒の上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比検出手段と、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比検出手段と
を備え、
前記下流側空燃比検出手段が理論空燃比よりもリッチ側にあると判定したとき、理論空燃比よりリーン側の値を初期目標空燃比として前記初期目標空燃比から理論空燃比へとリッチ側に向かう第１目標空燃比を第１目標触媒酸素保持量と第１推定触媒酸素保持量とに基づいて算出する第１目標空燃比算出手段と、
前記第１目標空燃比が得られるように前記エンジンへの燃料供給量を補正する第１燃料供給量補正手段と、
目標空燃比が前記第１目標空燃比であるときに、前記上流側空燃比検出手段により検出される空燃比と理論空燃比とに基づいて前記第１推定触媒酸素保持量を算出する第１推定触媒酸素保持量算出手段と、
前記第１推定触媒酸素保持量が前記第１目標触媒酸素保持量に到達するまでは、前記第１目標空燃比及び前記第１推定触媒酸素保持量の算出を継続する第１算出継続手段と、
前記第１推定触媒酸素保持量が前記第１目標触媒酸素保持量に到達した後、理論空燃比よりリッチ側の値を終期目標空燃比として理論空燃比から前記終期目標空燃比へとリッチ側に向かう第２目標空燃比を第２目標触媒酸素保持量と第２推定触媒酸素保持量とに基づいて算出する第２目標空燃比算出手段と、
前記第２目標空燃比が得られるように前記エンジンへの燃料供給量を補正する第２燃料供給量補正手段と、
目標空燃比が前記第２目標空燃比であるときに、前記上流側空燃比検出手段により検出される空燃比と理論空燃比とに基づいて前記第２推定触媒酸素保持量を算出する第２推定触媒酸素保持量算出手段と、
前記第２推定触媒酸素保持量が前記第２目標触媒酸素保持量に到達するまでは、前記第２目標空燃比及び前記第２推定触媒酸素保持量の算出を継続する第２算出継続手段と
を備えるエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記第１目標触媒酸素保持量を前記初期目標空燃比のときＮＯｘの転化率が所定値となる触媒酸素保持量に設定するエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記所定値は１００％であるエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記第１目標触媒酸素保持量は前記初期目標空燃比のとき前記ＮＯｘの転化率が１００％を維持できる最大値であるエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記第２目標触媒酸素保持量を、理論空燃比から前記初期目標空燃比と理論空燃比との差分を差し引いた空燃比のときＨＣ及びＣＯの転化率が所定値となる触媒酸素保持量に設定するエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記所定値は１００％であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記第２目標触媒酸素保持量は理論空燃比から前記初期目標空燃比と理論空燃比との差分を差し引いた空燃比のとき前記ＨＣ及びＣＯの転化率が１００％を維持できる最小値であるエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記第２推定触媒酸素保持量が前記第２目標触媒酸素保持量に到達したとき、所定の変化速度でリッチ側に向かう第３目標空燃比を算出するエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
請求項８に記載のエンジンの排気浄化装置であって、
前記第３目標空燃比を前記第１目標空燃比または前記第２目標空燃比よりも早い速度で変化させるエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
エンジンから排出される排気の空燃比に応じて排気中の酸素を取り込みあるいは放出する酸素保持能力を有する触媒を備えたエンジンの排気浄化方法であって、
前記触媒の上流側の排気空燃比を検出し、
前記触媒の下流側の排気空燃比を検出し、
前記下流側の排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にあると判定したとき、理論空燃比よりリーン側の値を初期目標空燃比として前記初期目標空燃比から理論空燃比へとリッチ側に向かう第１目標空燃比を第１目標触媒酸素保持量と第１推定触媒酸素保持量とに基づいて算出し、
前記第１目標空燃比が得られるように前記エンジンへの燃料供給量を補正し、
目標空燃比が前記第１目標空燃比であるときに、前記上流側の排気空燃比と理論空燃比とに基づいて前記第１推定触媒酸素保持量を算出し、
前記第１推定触媒酸素保持量が前記第１目標触媒酸素保持量に到達するまでは、前記第１目標空燃比及び前記第１推定触媒酸素保持量の算出を継続し、
前記第１推定触媒酸素保持量が前記第１目標触媒酸素保持量に到達した後、理論空燃比よりリッチ側の値を終期目標空燃比として理論空燃比から前記終期目標空燃比へとリッチ側に向かう第２目標空燃比を第２目標触媒酸素保持量と第２推定触媒酸素保持量とに基づいて算出し、
前記第２目標空燃比が得られるように前記エンジンへの燃料供給量を補正し、
目標空燃比が前記第２目標空燃比であるときに、前記上流側の排気空燃比と理論空燃比とに基づいて前記第２推定触媒酸素保持量を算出し、
前記第２推定触媒酸素保持量が前記第２目標触媒酸素保持量に到達するまでは、前記第２目標空燃比及び前記第２推定触媒酸素保持量の算出を継続する、
エンジンの排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法、特にエンジンから排出される排気の空燃比に応じて排気中の酸素を取り込みあるいは放出する酸素保持能力を有する触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＪＰ２００３−６５０３８Ａでは、上記触媒の酸素保持量が目標触媒酸素保持量となるように空燃比を制御している。
【発明の概要】
【０００３】
ＪＰ２００３−６５０３８Ａでは、下流側Ｏ2センサ出力が予め定められたリッチ側（あるいはリーン側）閾値を超えたときに、推定触媒酸素保持量を最小触媒酸素保持量（あるいは最大触媒酸素保持量）に、つまり推定触媒酸素保持量を更正している。
【０００４】
しかしながら、上流側空燃比センサに空燃比誤差があるにも拘わらず、下流側Ｏ2センサ出力が予め定められた閾値の範囲内にある場合には推定触媒酸素保持量が更正されない。推定触媒酸素保持量が更正されないことは、推定触媒酸素保持量と実際の触媒酸素保持量との間に乖離が生じることを意味する。この乖離によって触媒の排気浄化性能が低下した状態が継続する。
【０００５】
本発明の目的は、したがって、触媒の排気浄化性能を悪化させない領域で排気の空燃比を制御し得る装置を提供することである。
【０００６】
本発明のある態様によれば、エンジンの排気浄化装置は、エンジンから排出される排気の空燃比に応じて排気中の酸素を取り込みあるいは放出する酸素保持能力を有する触媒と、前記触媒の上流側の排気空燃比を検出する上流側空燃比検出部と、前記触媒の下流側の排気空燃比を検出する下流側空燃比検出部とを備えている。
【０００７】
本排気浄化装置は、さらに前記下流側空燃比検出部が理論空燃比よりもリッチ側にあると判定したとき、理論空燃比よりリーン側の値を初期目標空燃比として前記初期目標空燃比から理論空燃比へとリッチ側に向かう第１目標空燃比を第１目標触媒酸素保持量と第１推定触媒酸素保持量とに基づいて算出する第１目標空燃比算出部と、前記第１目標空燃比が得られるように前記エンジンへの燃料供給量を補正する第１燃料供給量補正部と、目標空燃比が前記第１目標空燃比であるときに、前記上流側空燃比検出部により検出される空燃比と理論空燃比とに基づいて前記第１推定触媒酸素保持量を算出する第１推定触媒酸素保持量算出部と、前記第１推定触媒酸素保持量が前記第１目標触媒酸素保持量に到達するまでは、前記第１目標空燃比及び前記第１推定触媒酸素保持量の算出を継続する第１算出継続部と、前記第１推定触媒酸素保持量が前記第１目標触媒酸素保持量に到達した後、理論空燃比よりリッチ側の値を終期目標空燃比として理論空燃比から前記終期目標空燃比へとリッチ側に向かう第２目標空燃比を第２目標触媒酸素保持量と第２推定触媒酸素保持量とに基づいて算出する第２目標空燃比算出部と、前記第２目標空燃比が得られるように前記エンジンへの燃料供給量を補正する第２燃料供給量補正部と、目標空燃比が前記第２目標空燃比であるときに、前記上流側空燃比検出部により検出される空燃比と理論空燃比とに基づいて前記第２推定触媒酸素保持量を算出する第２推定触媒酸素保持量算出部と、前記第２推定触媒酸素保持量が前記第２目標触媒酸素保持量に到達するまでは、前記第２目標空燃比及び前記第２推定触媒酸素保持量の算出を継続する第２算出継続部とを備える。
【０００８】
本発明の実施形態及び本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態のエンジンの排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】図２は、触媒酸素保持量と触媒入口空燃比に対するＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯの転化率の特性図である。
【図３】図３は、触媒入口空燃比、触媒出口空燃比、触媒酸素保持量の変化を示すタイミングチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、目標空燃比及び推定触媒酸素保持量の算出を説明するためのフローチャートである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、目標空燃比及び推定触媒酸素保持量の算出を説明するためのフローチャートである。
【図５】図５は、空燃比補正係数の算出を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、エンジン１の排気浄化装置の概略構成を示している。エンジン１は、吸気通路２、吸気絞り弁３、燃料噴射弁４を備えている。燃料噴射弁４はエンジンコントローラ１１からの燃料噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、燃料を吸気ポートに向けて噴射供給する。
【００１１】
エンジンコントローラ１１には、クランク角センサ１２、エアフローメータ１３、アクセルセンサ１４、水温センサ１６からの信号が入力される。クランク角センサ１２はクランク角の基準位置信号と単位角度信号を出力する。エアフローメータ１３は吸入空気流量Ｑａの信号を出力する。アクセルセンサ１４はアクセルペダル１５の踏込量（アクセル開度）の信号を出力する。水温センサ１６はエンジン冷却水温度の信号を出力する。
【００１２】
エンジンコントローラ１１では、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転速度Ｎｅと、エアフローメータ１３により検出される吸入空気流量Ｑａから次式により基本噴射パルス幅Ｔｐ０［ｍｓ］を算出する。
【００１３】
Ｔｐ０＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ  …（１）
ただし、Ｋ：定数、
エアフローメータ１３の検出誤差や、燃料噴射弁４の流量特性のバラツキの影響がなければ、定常時にこの基本噴射パルス幅Ｔｐ０によって理論空燃比の混合気が得られる。この基本噴射パルス幅Ｔｐ０を用いて次式によりシリンダ空気量相当パルス幅Ｔｐ［ｍｓ］を算出する。
【００１４】
Ｔｐ＝Ｔｐ０×Ｆｌｏａｄ＋Ｔｐ（前回）×(１−Ｆｌｏａｄ）   …（２）
ただし、Ｔｐ（前回）：Ｔｐの前回値、
Ｆｌｏａｄ：加重平均係数、
（２）式は、シリンダ（燃焼室）に流入する空気量がエアフローメータ位置を流れる空気量に対して過渡時（加速時や減速時）に一次遅れで応答するとみなし、このシリンダに流入する空気量に対しても理論空燃比の混合気が得られるようにするものである。
【００１５】
エンジン１の排気通路５には触媒６、７が設けられている。触媒６、７はいわゆる三元触媒であって、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを最大効率で浄化する。詳細には、アルミナをコーティングしたハニカム構造体に、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属（触媒）とセリウムＣｅを混ぜあわせたものを担持している。
【００１６】
三元触媒では、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりリーン側の条件でセリウムにより排気中の酸素が保持（吸収）され、触媒の酸素保持量が増加する。一方、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の条件になると、流入する還元成分が触媒内に保持した酸素で酸化されることから触媒の酸素保持量が減少する。このように、三元触媒は、流入する排気の空燃比に応じて酸素を保持したり、放出したりする機能（酸素保持能力）を有している。
【００１７】
触媒６の上流にはリニアな特性のフロント空燃比センサ１７、触媒６の下流にはリアＯ2センサ１８が設置されている。フロント空燃比センサ１７は排気中の酸素濃度に応じたリニアな出力特性をもち、リアＯ2センサ１８は理論空燃比の付近で２値的に切換わる特性をもっている。
【００１８】
エンジンコントローラ１１では、これら２つのセンサ１７、１８の出力に基づいて空燃比補正係数ＨＯＳ［無名数］を算出する。そして、この空燃比補正係数ＨＯＳを用い、上記のシリンダ空気量相当パルス幅Ｔｐを補正することによって、つまり次式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉ［ｍｓ］を算出する。
【００１９】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔＦＢＹＡ×ＨＯＳ×２＋Ｔｓ  …（３）
ただし、ｔＦＢＹＡ：目標当量比［無名数］、
ＨＯＳ：空燃比補正係数、
Ｔｓ：無効噴射パルス幅［ｍｓ］、
そして、所定の燃料噴射タイミングとなったとき、この燃料噴射パルス幅Ｔｉの分だけ各気筒に設けた燃料噴射弁４を開く。
【００２０】
上記（３）式の目標当量比ｔＦＢＹＡは１．０を中心とする値で、この値が１．０のとき理論空燃比の混合気が得られる。一方、この値が１．０を超えるときには理論空燃比よりもリッチ側の混合気が、この値が１．０より小さい正の値の時には理論空燃比よりもリーン側の混合気が得られる。本実施形態ではｔＦＢＹＡは１．０であるとする。
【００２１】
エアフローメータ１３の検出誤差や、燃料噴射弁４の流量特性のバラツキの影響を受けて、理論空燃比の混合気が得られず、排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にずれたり、リーン側にずれたりするが、ここでは考えない。つまり、エアフローメータ１３の検出誤差や、燃料噴射弁４の流量特性のバラツキはないものとする。上記（３）式の空燃比補正係数ＨＯＳの内容は本実施形態で新たに導入するもので、詳しくは後述する。
【００２２】
さて、上記の触媒６を有するエンジン１で行われている従来の空燃比制御を説明すると、これは、触媒６の酸素保持量を推定し、この推定した触媒酸素保持量が触媒酸素保持量の目標値と一致するように排気の空燃比を制御するものである。以下、触媒６の酸素保持量を「触媒酸素保持量」、推定した触媒酸素保持量を「推定触媒酸素保持量」、触媒酸素保持量の目標値を「目標触媒酸素保持量」という。
【００２３】
従来の空燃比制御の内容は次の〈１〉〜〈４〉の通りである。触媒６の容量に依存しない値とするため、触媒酸素保持量には％を用い、最大触媒酸素保持量は１００％、最小触媒酸素保持量は０％であるとしている。
【００２４】
〈１〉目標触媒酸素保持量を最大触媒酸素保持量（＝１００％）と最小触媒酸素保持量（＝０％）の１／２（＝５０％）に設定し、推定触媒酸素保持量が目標触媒酸素保持量になるように排気の空燃比を制御する。
【００２５】
〈２〉推定触媒酸素保持量は、フロント空燃比センサ１７により検出される触媒６入口の空燃比と理論空燃比との差、排気流量Ｑｅｘｈ及び排気中の過不足酸素濃度ＦＯ２から算出する。
【００２６】
〈３〉リアＯ2センサ１８出力が予め定められたリッチ側（あるいはリーン側）閾値を超えたときに、推定触媒酸素保持量を最小触媒酸素保持量（あるいは最大触媒酸素保持量）にリセットする。つまり、推定触媒酸素保持量を更正する。
【００２７】
〈４〉この後は上記〈１〉〜〈３〉の空燃比制御を再び続行する。
【００２８】
しかしながら、従来の空燃比制御では、フロント空燃比センサ１７に空燃比誤差があるにも拘わらずリアＯ2センサ１８出力が予め定められたリッチ側閾値とリーン側閾値の範囲内にある場合には推定触媒酸素保持量が更正されない。推定触媒酸素保持量が更正されないことは、推定触媒酸素保持量と実際の触媒酸素保持量との間に乖離が生じることを意味する。
【００２９】
この乖離によって触媒６の排気浄化性能が低下した状態が継続する。例えば、実際の触媒酸素保持量は０％となって排気中のＨＣ及びＣＯを酸化するための酸素が不足する状態になったときには排気の空燃比をリーン側に向かわせて触媒６に酸素を取り込ませる必要がある。このとき、推定触媒酸素保持量が０％になっていなければ、排気の空燃比をリーン側に向かわせることができず、触媒６によって排気中のＨＣ及びＣＯを酸化できないこととなる。
【００３０】
一方、実際の触媒酸素保持量は１００％となって排気中のＮＯｘから酸素を奪うことができない状態になったときには排気の空燃比をリッチ側に向かわせて触媒６から酸素を放出させる必要がある。このとき、推定触媒酸素保持量が１００％になっていなければ、排気の空燃比をリッチ側に向かわせることができず、触媒６によって排気中のＮＯｘを還元できないこととなる。
【００３１】
こうした問題に対処するため本発明者が検討したところを図２を参照して説明する。図２は横軸を触媒酸素保持量、縦軸を触媒６入口の空燃比（排気空燃比）とする平面上にＮＯｘの転化率が１００％になる領域とＨＣ及びＣＯの転化率が１００％になる領域とを重ねたものである。
【００３２】
横軸の触媒酸素保持量は、この値が０％のとき触媒６に酸素が全く保持されていないことを、この値が１００％のとき触媒６にこれ以上の酸素は保持できないことを表す。縦軸の触媒入口空燃比は、理論空燃比（ここでは１４．６９とする）を中心としてこれよりリッチ側（図２で下側）に１４．３１まで、リーン側（図２で上側）に１５．０６までを採っている。
【００３３】
図２において、触媒入口空燃比が理論空燃比１４．６９よりもリッチ側（図２で下側）にありかつ触媒酸素保持量が０％に近い部分にハッチングを施している。この左下のハッチング部分は、ＨＣ及びＣＯの転化率が１００％未満となる領域（つまり排気中のＨＣ及びＣＯの全てを酸化浄化できない領域）である。一方、触媒入口空燃比が理論空燃比１４．６９よりもリーン側（図２で上側）にありかつ触媒酸素保持量が１００％に近い部分にもハッチングを施している。この右上のハッチング部分は、ＮＯｘの転化率が１００％未満となる領域（つまり排気中のＮＯｘの全てを還元浄化できない領域）である。従って、左下と右上の２つのハッチング部分を除いた領域（破線で囲った領域）が、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの転化率が１００％となる領域である。
【００３４】
この図２に示した触媒６の排気浄化特性を前提として、本実施形態では次の〔１〕〜〔５〕のような空燃比制御を行わせる。
【００３５】
〔１〕リアＯ2センサ１８出力により触媒６出口の空燃比（排気空燃比）が理論空燃比１４．６９よりリッチ側にあると判定された場合に、Ａ点を基点として運転点が曲線Ｂを辿ってＣ点に到達するようにする。Ａ点は触媒酸素保持量０％と、初期目標空燃比１４．８８（理論空燃比よりリーン側の空燃比）とから定まる点であり、リーン空燃比で制御を開始する。Ｃ点は、初期目標空燃比１４．８８でＨＣ及びＣＯの転化率が１００％を維持できる触媒酸素保持量の最大値（＝７０％）と理論空燃比１４．６９とから定まる点である。このため、初期目標空燃比１４．８８から理論空燃比１４．６９へとリッチ側に向かう空燃比を第１目標空燃比ｔＡＦ＿１として算出する。この場合、Ｃ点の触媒酸素保持量７０％を第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１としてこの第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１と推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１触媒酸素保持量）の差分に基づいて第１目標空燃比ｔＡＦ＿１のリッチ側への変化速度を定める。
【００３６】
また、理論空燃比１４．６９とフロント空燃比センサ１７により検出される触媒入口の空燃比ｒＡＦとの差分に基づいて第１目標空燃比の算出に用いる推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１触媒酸素保持量）を算出する。
【００３７】
〔２〕次にＣ点より運転点が曲線Ｅを辿ってＦ点に到達するようにする。Ｆ点は終期目標空燃比１４．５０（理論空燃比よりリッチ側の空燃比）とその終期目標空燃比１４．５０でＮＯｘの転化率が１００％を維持できる触媒酸素保持量の最小値（＝１５％）とから定まる点であり、リッチ空燃比で制御を終了する。このため、理論空燃比１４．６９から終期目標空燃比１４．５０へとリッチ側に向かう空燃比を第２目標空燃比ｔＡＦ＿２として算出する。この場合、Ｆ点の触媒酸素保持量１５％を第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２としてこの第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２と推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２触媒酸素保持量）の差分に基づいて第２目標空燃比ｔＡＦ＿２のリッチ側への変化速度を定める。
【００３８】
また、フロント空燃比センサ１７により検出される触媒入口の空燃比ｒＡＦと理論空燃比１４．６９との差分に基づいて第２目標空燃比の算出に用いる推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２触媒酸素保持量）を算出する。
【００３９】
上記の終期目標空燃比としては、理論空燃比１４．６９から初期目標空燃比１４．８８と理論空燃比１４．６９との差分（０．１９）を差し引いた空燃比を与えている。つまり、理論空燃比１４．６９よりリーン側で変化させる第１目標空燃比ｔＡＦ＿１の変化幅と、理論空燃比１４．６９よりリッチ側で変化させる第２目標空燃比ｔＡＦ＿２の変化幅とを同じにしている。
【００４０】
〔３〕次にＦ点より運転点がさらにリッチ側に向かうようにする。そして、リアＯ2センサ１８出力により触媒６出口の空燃比が理論空燃比１４．６９よりリッチ側にあると判定させる。このため、終期目標空燃比１４．５０からリッチ側のＨ点に向かう空燃比を第３目標空燃比ｔＡＦ＿３として算出する。この場合、第３目標空燃比ｔＡＦ＿３は上記の第１目標空燃比ｔＡＦ＿１よりも早い速度で変化させる。
【００４１】
〔４〕リアＯ2センサ１８出力とスライスベルを比較し、リアＯ2センサ出力がスライスレベルを横切って小さくなったときに触媒６出口の空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあると判定する。
【００４２】
〔５〕そして、上記〔１〕に戻り、〔２〕、〔３〕の操作を再び行い、〔４〕の操作に進む。
【００４３】
このように、触媒酸素保持量と触媒入口空燃比の平面上で、かつＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの転化率が１００％となる領域内において運転点をＡ点→Ｃ点→Ｆ点と辿らせる制御を１サイクルとしてこれを繰り返す。曲線Ｂは推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣと第１目標空燃比ｔＡＦ＿１とで定まる点の軌跡である。曲線Ｅは推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣと第２目標空燃比ｔＡＦ＿２とで定まる点の軌跡である。
【００４４】
また、フロント空燃比センサ１７に空燃比誤差があると、フロント空燃比センサ１７により検出される排気空燃比に基づいて算出される推定触媒酸素保持量に誤差が生じる。このため、上記〈３〉に記載した推定触媒酸素保持量を更正する機会がなかなか訪れないときには、推定触媒酸素保持量が実際の触媒酸素保持量から大きく乖離してしまうことになる。この乖離によって触媒６の排気浄化性能が低下した状態が継続することを前述した。
【００４５】
一方、本実施形態では、Ｆ点から一度リッチ側に運転点を推移させ、リアＯ2センサ１８出力により触媒６出口の空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあると判定させた後に、Ａ点へと戻らせる。これによって、１サイクル毎に推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣの更正を行うことが可能となる。本実施形態では、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが実際の触媒酸素保持量から大きく乖離してしまうことがないことから、乖離によって触媒６の排気浄化性能が低下した状態が継続することが避けられる。
【００４６】
空燃比の制御方法は図２の場合に限られない。例えば、理論空燃比１４．６９よりリーン側で変化させる第１目標空燃比ｔＡＦ＿１の変化幅と、理論空燃比１４．６９よりリッチ側で変化させる第２目標空燃比ｔＡＦ＿２の変化幅とを異ならせてもかまわない。
【００４７】
また、初期目標空燃比は１４．８８に、終期目標空燃比は１４．５０に限られるものでなく、これより大きくても小さくてもかまわない。例えば初期目標空燃比として１４．８４を選択することができる。このときには初期目標空燃比１４．８４でＮＯｘの転化率が１００％を維持できる触媒酸素保持量の最大値は７５％となるので、７５％を第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１として設定すればよい。また、例えば終期目標空燃比として１４．５４を選択することができる。このときには終期目標空燃比１４．５４でＨＣ及びＣＯの転化率が１００％を維持できる触媒酸素保持量の最小値はほぼ１５％となるので、１５％を第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２として設定すればよい。
【００４８】
図２に示した空燃比制御の考え方に基づいたとき、触媒６入口の空燃比、触媒６出口の空燃比、触媒酸素保持量がどのように変化するのかをモデルで表すと図３に示したようになる。
【００４９】
図３の上段において、Ｈ点、Ｄ点、Ｃ点、Ｇ点は図２のＨ点、Ｄ点、Ｃ点、Ｇ点に対応している。図３の上段に示したように、ｔ１のタイミングで初期目標空燃比１４．８８を設定し制御を開始する。初期目標空燃比１４．８８より理論空燃比１４．６９へと徐々にリッチ化する第１目標空燃比ｔＡＦ＿１を算出する。ｔ２のタイミングからは理論空燃比１４．６９より終期目標空燃比１４．５０へと徐々にリッチ化する第２目標空燃比ｔＡＦ＿２を算出する。ｔ３のタイミングからは終期目標空燃比１４．５０よりリッチ側に向かう空燃比として第３目標空燃比ｔＡＦ＿３を算出する。ｔ４のタイミングからは上記を繰り返す。
【００５０】
図３の中段は触媒６出口の空燃比を、リアＯ2センサ１８ではなくリニアな特性の空燃比センサにより検出したものである。このため、図３の中段では第３目標空燃比ｔＡＦ＿３によってリッチ側に向かう途中のｔ４のタイミングで触媒６出口の空燃比がリッチスライスレベル（１４．５から１４．６の間にある）を横切り、リッチ判定している。一方、図２では運転点が終期目標空燃比１４．５０より小さくなる側（リッチ側）に向かう途中でリアＯ2センサ１８出力によってリッチ判定されるようにしているので、図２と図３の中段とは必ずしも対応するものでない。図３の中段に示したように、ｔ４のタイミングでリッチ判定されたときには、図３の上段に示したように、ｔ４のタイミング直後に初期目標空燃比１４．８８を設定し制御を再び開始する。
【００５１】
図３の下段に示したように、本実施形態では、第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１として７０％、第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２として１５％を、つまりの２つの目標値を設定している。ｔ１のタイミングで推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣを０％に初期設定した後、まず第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１（＝７０％）に向かって推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが大きくなる。これによって、ｔ２のタイミングで推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１に到達する。次に、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣは第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２（＝１５％）に向かって小さくなり、ｔ３のタイミングで推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２に到達する。ｔ４のタイミングでリッチ判定されると、初期目標空燃比１４．８８で制御を再び開始するため、ｔ４で推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣを０％に再び初期設定する。
【００５２】
エンジンコントローラ１１で行われるこの空燃比制御を図４Ａ、図４Ｂ、図５のフローに従って説明する。
【００５３】
図４Ａ、図４Ｂのフローは、目標空燃比及び推定触媒酸素保持量を算出するためのものである。図４Ａ、図４Ｂのフローは処理の手順を示すもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行するものではない。図４Ａ、図４Ｂのフローは空燃比フィードバック制御域にあることが前提である。ここで、空燃比フィードバック制御条件は、フロント空燃比センサ１７及び触媒６が活性化することによって成立する。リアＯ2センサ１８も活性化することが必要であるが、リアＯ2センサ１８は触媒６の下流にあるので、触媒６が活性化を完了するタイミングでリアＯ2センサ１８も活性化していると考えられる。
【００５４】
図４ＡにおいてステップＳ１〜Ｓ７は図２においてＡ点からＣ点までの目標空燃比（第１目標空燃比）及び推定触媒酸素保持量（第１推定触媒酸素保持量）を算出する部分である。まず、ステップＳ１では、リアＯ2センサ出力に基づいてリッチ側にあることが判定された後、初期目標空燃比１４．８８を設定する。第１目標空燃比ｔＡＦ＿１は初期目標空燃比１４．８８より理論空燃比１４．６９へと徐々に小さくなる値であるので、第１目標空燃比の前回値であるｔＡＦ＿１（前回）に１４．８８を入れる。
【００５５】
ステップＳ２では第１フラグ（エンジン１の始動時にゼロに初期設定）＝１とする。第１フラグ＝１は初期目標空燃比１４．８８が設定されたことを示す。
【００５６】
ステップＳ３では、第１目標触媒酸素保持量ｔＣＳＣ＿１として７０％を設定する。７０％は上記のように、初期目標空燃比１４．８８でＮＯｘの転化率が１００％を維持できる触媒酸素保持量の最大値である。第１目標触媒酸素保持量ｔＣＳＣ＿１は７０％に限られるものでなく、７０％未満の値（所定値）であってもかまわない。
【００５７】
ステップＳ４では、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣに０％を設定する。推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣは、基本的に前回値に演算サイクル時間当たりの触媒酸素増減量を加算した値を今回値として算出するものである。ステップＳ４の操作は、１サイクルの空燃比制御を開始するに当たり、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣを０％に初期化するものである。これは、リアＯ2センサ出力がリッチであると判定されたタイミングで推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣを０％にリセットすることで、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣを更正するものである。
【００５８】
ステップＳ５では、次式により第１目標空燃比ｔＡＦ＿１を算出する。
【００５９】
ｔＡＦ＿１＝ｔＡＦ＿１（前回）−係数１×（ｔＯＳＣ＿１−ｅＯＳＣ）  …（４）
ただし、ｔＡＦ＿１（前回）：ｔＡＦ＿１の前回値、
ｔＯＳＣ＿１：第１目標触媒酸素保持量、
係数１：触媒酸素保持量を空燃比へと換算するための係数（正の値）、
（４）式は推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第１目標触媒酸素保持量ｔＳＣ＿１と一致するように初期目標空燃比１４．８８から理論空燃比１４．６９へとリッチ側に向かう空燃比を第１目標空燃比ｔＡＦ＿１として算出するものである。当初は、ｔＡＦ＿１（前回）＝１４．８８、ｔＯＳＣ＿１＝７０％、ｅＯＳＣ＝０％であるので、（４）式は次のようになる。
【００６０】
ｔＡＦ＿１＝１４．８８−係数１×７０％  …（５）
つまり、（５）式右辺第２項の分だけ（５）式左辺の第１目標空燃比ｔＡＦ＿１は初期目標空燃比１４．８８より小さくなる。
【００６１】
ステップＳ６では、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）を次式により算出する。
【００６２】
ｅＯＳＣ＝ｅＯＳＣ（前回）＋係数２×（ｒＡＦ−１４．６９）×Ｑｅｘｈ×ｔ／ＯＳＣｍａｘ  …（６）
ただし、ｅＯＳＣ（前回）：ｅＯＳＣの前回値、
１４．６９：理論空燃比、
ｒＡＦ：フロント空燃比センサ１７により検出される空燃比、
Ｑｅｘｈ：排気流量［ｃｃ／ｓ］、
ｔ：演算サイクル時間［ｓ］、
ＯＳＣｍａｘ：最大触媒酸素保持量［ｇ］、
係数２：空燃比を酸素濃度［ｇ／ｃｃ］に換算するための係数（正の値）
【００６３】
図２においてＡ点よりＣ点へと向かう間、触媒入口の空燃比は理論空燃比よりリーン側にあるので、フロント空燃比センサ１７により検出される触媒入口の空燃比ｒＡＦは理論空燃比１４．６９より大きくなり、（６）式の右辺第２項はプラスになる。
【００６４】
（６）式右辺第２項は、理論空燃比１４．６９に対する空燃比ｒＡＦとの差と排気流量Ｑｅｘｈと演算サイクル時間ｔを乗じた値を酸素量［ｇ］に換算して最大触媒酸素保持量［ｇ］で除した値、つまり演算サイクル時間当たりの触媒酸素保持量％の増加量である。この演算サイクル時間当たりの触媒酸素保持量％の増加量を積算した値が推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣである。
【００６５】
（６）式の排気流量Ｑｅｘｈは検出してもよいが、Ｑｅｘｈに代えてエアフローメータ１３により検出される吸入空気流量Ｑａで代用することができる。これは後述する（１０）式においても同じである。
【００６６】
当初はｅＯＳＣ（前回）＝０％であるので、（６）式は次のようになる。
【００６７】
ｅＯＳＣ＝係数２×（ｒＡＦ−１４．６９）×Ｑｅｘｈ×ｔ／ＯＳＣｍａｘ  …（７）
（７）式により推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣとして正の値が算出される。
【００６８】
ステップＳ７では、このようにして算出した推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣと第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１（＝７０％）を比較する。当初は推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣは第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１未満であるので、ステップＳ５に戻り、ステップＳ５、Ｓ６の操作を実行する。つまり、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１未満である間、ステップＳ５、Ｓ６の操作を繰り返す。上記（４）式を繰り返すことにより第１目標空燃比ｔＡＦ＿１は理論空燃比１４．６９へと小さくなり、上記（７）式を繰り返すことにより推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣは第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１（＝７０％）へと正の値で大きくなってゆく。
【００６９】
やがて、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１（＝７０％）に到達する。このときにはステップＳ７より図４ＢのステップＳ８に進む。
【００７０】
図４ＢにおいてステップＳ８〜Ｓ１４は図２においてＣ点からＦ点までの目標空燃比（第２目標空燃比）及び推定触媒酸素保持量（第２推定触媒酸素保持量）を算出する部分である。ステップＳ８では第１目標空燃比ｔＡＦ＿１の算出を終了するため第１フラグ＝０とする。
【００７１】
ステップＳ９では第２目標触媒酸素保持量ｔＣＳＣ＿２として１５％を設定する。１５％は上記のように、終期目標空燃比１４．５０でＨＣ及びＣＯの転化率が１００％を維持できる触媒酸素保持量の最小値である。第２目標触媒酸素保持量ｔＣＳＣ＿２は１５％に限られるものでなく、１５％を超える値（所定値）であってもかまわない。
【００７２】
ステップＳ１０では次式により第２目標空燃比ｔＡＦ＿２を算出する。
【００７３】
ｔＡＦ＿２＝ｔＡＦ＿２（前回）−係数３×（ｅＯＳＣ−ｔＯＳＣ＿２）  …（８）
ただし、ｔＡＦ＿２（前回）：ｔＡＦ＿２の前回値、
ｔＯＳＣ＿２：第２目標触媒酸素保持量、
係数３：触媒酸素保持量を空燃比へと換算するための係数（正の値）、
（８）式は推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第２目標触媒酸素保持量ｔＳＣ＿２と一致するように理論空燃比１４．６９から終期目標空燃比１４．５０へとリッチ側に向かう空燃比を第２目標空燃比ｔＡＦ＿２として算出するものである。当初は、ｅＯＳＣ＝７０％、ｔＯＳＣ＿２＝１５％、であるので、（８）式は次のようになる。
【００７４】
ｔＡＦ＿２＝１４．６９−係数３×（７０−１５）％  …（９）
つまり、（９）式右辺第２項の分だけ（９）式左辺の第２目標空燃比ｔＡＦ＿２は前回より小さくなる。
【００７５】
ステップＳ１１では第２フラグ（エンジンの始動時にゼロに初期設定）＝１とする。第２フラグ＝１は第２目標空燃比ｔＡＦ＿２が算出されたことを示す。
【００７６】
ステップＳ１２では、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）を上記の（６）式により算出する。
【００７７】
ｅＯＳＣ＝ｅＯＳＣ（前回）＋係数２×（ｒＡＦ−１４．６９）×Ｑｅｘｈ×ｔ／ＯＳＣｍａｘ  …（１０）
図２においてＣ点よりＦ点へと向かう間、触媒入口の空燃比は理論空燃比よりリッチ側にあるので、フロント空燃比センサ１７により検出される触媒入口の空燃比ｒＡＦは理論空燃比１４．６９より小さくなり、（６）式の右辺第２項はマイナスになる。
【００７８】
（６）式右辺第２項は、理論空燃比１４．６９に対する空燃比ｒＡＦとの差と排気流量Ｑｅｘｈと演算サイクル時間ｔを乗じた値を酸素量［ｇ］に換算して最大触媒酸素保持量［ｇ］で除した値、つまり演算サイクル時間当たりの触媒酸素保持量％の減少量（マイナスの値）である。この演算サイクル時間当たりの触媒酸素保持量％の減少量（マイナスの値）を積算した値が推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣである。
【００７９】
当初はｅＯＳＣ（前回）＝７０％であるので、（６）式は次のようになる。
【００８０】
ｅＯＳＣ＝７０−係数２×（ｒＡＦ−１４．６９）×Ｑｅｘｈ×ｔ／ＯＳＣｍａｘ  …（１０）
ここで、ｒＡＦは理論空燃比１４．６９に近い値であるので、（１０）式により推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣとして７０％より小さい正の値が算出される。
【００８１】
ステップＳ１３では、このようにして算出した推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣと第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２（＝１５％）を比較する。当初は推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣは第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２より大きいので、ステップＳ１４に進み、リアＯ2センサ出力に基づいてリッチ判定されているか否かをみる。たとえば、触媒６出口の空燃比（排気空燃比）が理論空燃比１４．６９よりリッチ側にあるとき、リアＯ2センサ出力は１．０Ｖに近い値となり、触媒６出口の空燃比が理論空燃比１４．６９よりリーン側にあるときリアＯ2センサ出力は０Ｖに近い値となる。このため、５００ｍＶ付近にスライスレベルを設定しておき、リアＯ2センサ出力がこのスライスレベル未満であるときには、触媒６出口の空燃比が理論空燃比１４．６９よりリーン側にあると判定することができる。また、リアＯ2センサ出力がスライスレベルを横切って大きくなったとき、触媒６出口の空燃比が理論空燃比１４．６９よりリッチ側にあると判定することができる。
【００８２】
ステップＳ１４でリッチ側にあると判定していない場合には、ステップＳ１０に戻り、ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２の操作を実行する。つまり、リッチ判定されずかつ推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２より大きい間、ステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ１２の操作を繰り返す。上記（８）式を繰り返すことにより第２目標空燃比ｔＡＦ＿２は終期目標空燃比１４．５０へと小さくなり、上記（６）式を繰り返すことにより推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣは第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１（＝１５％）へと正の値で小さくなってゆく。
【００８３】
やがて、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣが第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２（＝１５％）に到達する。このときにはステップＳ１３よりステップＳ１５以降に進む。
【００８４】
一方、ステップＳ１４でリッチ側にあると判定した場合にはステップＳ１に戻る。
【００８５】
ステップＳ１５〜Ｓ１８は図２においてＦ点からＨ点までの目標空燃比（第３目標空燃比）を算出する部分である。
【００８６】
ステップＳ１５では第２目標空燃比ｔＡＦ＿２の算出を終了するため第２フラグ＝０とする。
【００８７】
ステップＳ１６では第３目標空燃比ｔＡＦ＿３を次式により算出する。
【００８８】
ｔＡＦ＿３＝ｔＡＦ＿３（前回）−所定値  …（１１）
ただし、ｔＡＦ＿３（前回）：ｔＡＦ＿３の前回値、
所定値：一定値（正の値）、
（１１）式右辺のｔＡＦ＿３（前回）の初期値は終期目標空燃比１４．５０であるので、（１１）式は、終期目標空燃比１４．５０より演算サイクル時間当たり所定値だけ小さくなる（つまりリッチ側に向かう）値を第３目標空燃比として算出するものである。（１１）式右辺の所定値としては、第３目標空燃比ｔＡＦ＿３が第１目標空燃比ｔＡＦ＿１や第２目標空燃比ｔＡＦ＿２よりも早い速度で変化するように設定する。この理由は次の通りである。すなわち、第３目標空燃比ｔＡＦ＿３を算出するとき、運転点は図２において左下のハッチング部分を通過する。図２において左下のハッチング部分は触媒のＨＣ及びＣＯ酸化浄化性能が悪化する領域である。そこで、触媒６のＨＣ及びＣＯ酸化浄化性能が悪化する領域を通過する際、空燃比の変化速度を速めることで触媒６のＨＣ及びＣＯ酸化浄化性能が悪化する領域での滞在時間を減らすのである。
【００８９】
ステップＳ１７では第３フラグ＝１とする。第３フラグ＝１は第３目標空燃比ｔＡＦ＿３が算出されたことを示す。
【００９０】
ステップＳ１８では、リアＯ2センサ出力に基づいて触媒６出口の空燃比がリッチ側にあるか否かをみる。触媒６出口の空燃比がリッチ側にあると判定されない間はステップＳ１６に戻ってステップＳ１６、Ｓ１７の操作を繰り返す。
【００９１】
ステップＳ１６の操作、つまり上記（１１）式の繰り返しによって第３目標空燃比ｔＡＦ＿３がリッチ側に向かう。やがてステップＳ１８で触媒６出口の空燃比がリッチ側にあると判定されたときには１サイクル目を終了したと判断し、２サイクル目を実行するため図４ＡのステップＳ１に戻る。
【００９２】
図５のフローは、上記（３）式に用いられる空燃比補正係数ＨＯＳを算出するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。
【００９３】
ステップＳ３１では第１フラグ（図４ＡのステップＳ２で設定済み）をみる。第１フラグ＝１であるときには初期目標空燃比１４．８８が設定され、その後には初期目標空燃比を初期値として小さくなる側（リッチ側）に向かう第１目標空燃比ｔＡＦ＿１が算出される。このときには、ステップＳ３２に進み、理論空燃比１４．６９を第１目標空燃比ｔＡＦ＿１（図４ＡのステップＳ５で算出済み）で除算することにより、つまり次式により空燃比補正係数ＨＯＳ［無名数］を算出する。
【００９４】
ＨＯＳ＝１４．６９／ｔＡＦ＿１  …（１２）
第１目標空燃比ｔＡＦ＿１は理論空燃比１４．６９より大きい値であるので、（１２）式より空燃比補正係数ＨＯＳは１．０より小さい値となる。つまり、第１目標空燃比ｔＡＦ＿１が算出されるとき、(１２)式の空燃比補正係数ＨＯＳによってシリンダ空気量相当パルス幅Ｔｐ（燃料噴射量）が減量補正され、混合気の空燃比は初期目標空燃比１４．８８から理論空燃比１４．６９へと小さくなる側に向かう。
【００９５】
ステップＳ３１で第１フラグ＝０であるときにはステップＳ３３に進み、第２フラグ（図４ＢのステップＳ１１で設定済み）をみる。第２フラグ＝１であるときには図４Ｂで前述したように理論空燃比１４．６９から終期目標空燃比１４．５０へと小さくなる側（リッチ側）に向かう第２目標空燃比ｔＡＦ＿２が算出される。従ってこのときにはステップＳ３４に進み、理論空燃比１４．６９を第２目標空燃比ｔＡＦ＿２（図４ＢのステップＳ１０で算出済み）で除算することにより、つまり次式により空燃比補正係数ＨＯＳ［無名数］を算出する。
【００９６】
ＨＯＳ＝１４．６９／ｔＡＦ＿２  …（１３）
第２目標空燃比ｔＡＦ＿２は理論空燃比１４．６９より小さい値であるので、（１３）式より、空燃比補正係数ＨＯＳは１．０より大きい値となる。つまり、第２目標空燃比ｔＡＦ＿２が算出されるとき、(１３)式の空燃比補正係数ＨＯＳによってシリンダ空気量相当パルス幅Ｔｐ（燃料噴射量）が増量補正され、混合気の空燃比は理論空燃比１４．６９から終期目標空燃比１４．５０へと小さくなる側に向かう。
【００９７】
ステップＳ３３で第２フラグ＝０であるときにはステップＳ３５に進み、第３フラグ（図４ＢのステップＳ１７で設定済み）をみる。第３フラグ＝１であるときには図４Ｂで前述したように終期目標空燃比１４．５０を初期値として小さくなる側（リッチ側）に向かう第３目標空燃比ｔＡＦ＿３が算出される。従ってこのときにはステップＳ３６に進み、理論空燃比１４．６９を第３目標空燃比ｔＡＦ＿３（図４ＢのステップＳ１６で算出済み）で除算することにより、つまり次式により空燃比補正係数ＨＯＳ［無名数］を算出する。
【００９８】
ＨＯＳ＝１４．６９／ｔＡＦ＿３  …（１４）
第３目標空燃比ｔＡＦ＿３は理論空燃比１４．６９より小さい値であるので、（１４）式より、空燃比補正係数ＨＯＳは１．０より大きい値となる。つまり、第３目標空燃比ｔＡＦ＿３が算出されるとき、(１４)式の空燃比補正係数ＨＯＳによってシリンダ空気量相当パルス幅Ｔｐ（燃料噴射量）が増量補正され、混合気の空燃比は終期目標空燃比１４．５０からさらに小さくなる側（リッチ側）へと向かう。
【００９９】
ステップＳ３５で第３フラグ＝０であるときにはリアＯ2センサ出力によってリッチ判定されている。このときにはステップＳ３７に進み、空燃比補正係数ＨＯＳ＝１．００とする。これによって次のサイクルに入り、第１フラグ＝１となるのを待つ。第１フラグ＝１となればステップＳ３１からの操作を繰り返す。
【０１００】
図５により算出した空燃比補正係数ＨＯＳを上記（３）式に用いる。
【０１０１】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【０１０２】
本実施形態に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジン１から排出される排気の空燃比に応じて排気中の酸素を取り込みあるいは放出する酸素保持能力を有する触媒６と、フロント空燃比センサ１７と、リアＯ2センサ１８とを備える。
【０１０３】
本装置においては、リアＯ2センサ１８が理論空燃比よりもリッチ側にあると判定したとき、理論空燃比１４．６９よりリーン側の値（１４．８８）を初期目標空燃比としてこの初期目標空燃比１４．８８から理論空燃比１４．６９へとリッチ側に向かう第１目標空燃比ｔＡＦ＿１が第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１と推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）とに基づいて算出される（図４ＡのステップＳ５参照）。第１目標空燃比ｔＡＦ＿１が得られるようにエンジン１への燃料供給量が補正される（図５のステップＳ３１、Ｓ３２、（１２）式、（３）式参照）。フロント空燃比センサ１７により検出される空燃比ｒＡＦと理論空燃比１４．６９とに基づいて推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）が算出される（図４ＡのステップＳ６参照）。推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）が第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１に到達するまでは、第１目標空燃比ｔＡＦ＿１及び推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）の算出が継続される（図４ＡのステップＳ７、Ｓ５、Ｓ６参照）。前記推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）が前記第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１に到達した後、理論空燃比１４．６９よりリッチ側の値（１４．５０）を終期目標空燃比として理論空燃比からこの終期目標空燃比１４．５０へとリッチ側に向かう第２目標空燃比ｔＡＦ＿２が第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２と推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）とに基づいて算出される（図４ＡのステップＳ７、図４ＢのステップＳ１０参照）。第２目標空燃比ｔＡＦ＿２が得られるようにエンジン１への燃料供給量が補正される（図５のステップＳ３３、Ｓ３４、（１３）式、（３）式参照）。推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）が第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１に到達した後、フロント空燃比センサ１７により検出される空燃比ｒＡＦと理論空燃比１４．６９とに基づいて推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）が算出される（図４ＢのステップＳ１２参照）。推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）が第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２に到達するまでは、第２目標空燃比及び推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持）の算出が継続される（図４ＢのステップＳ１３、Ｓ１０、Ｓ１２参照）。
【０１０４】
本実施形態によれば、理論空燃比１４．６９よりリーン側の値（１４．８８）を初期目標空燃比として、理論空燃比１４．６９よりリッチ側の値（１４．５０）を終期目標空燃比として空燃比を初期目標空燃比１４．８８から理論空燃比１４．６９へ、理論空燃比１４．６９から終期目標空燃比１４．５０へと辿らせ、かつ第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１へと向かう推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第１推定触媒酸素保持量）を算出し、第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２へと向かう推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）を算出するので、最大触媒酸素保持量と最小触媒酸素保持量の１／２を目標触媒酸素保持量に設定して目標空燃比を算出する場合より、触媒６の排気浄化性能を悪化させない領域で空燃比を確実に制御できる。
【０１０５】
本実施形態によれば、第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１を初期目標空燃比１４．８８のときＮＯｘの転化率が所定値となる触媒酸素保持量に設定するので、ＮＯｘの転化率が所定値となる領域での運転を行わせることができる。
【０１０６】
本実施形態によれば、前記所定値は１００％であるので、ＮＯｘの転化率が１００％未満となる領域（図２の右上のハッチング領域）での運転を確実に回避することができる。
【０１０７】
本実施形態によれば、初期目標空燃比１４．８８のとき第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１は７０％（ＮＯｘの転化率が１００％を維持できる最大値）であるので、運転点をリーン空燃比→理論空燃比→リッチ空燃比と辿らせる制御サイクルの長さを、第１目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿１として７０％未満の値を設定する場合より長くすることができる。
【０１０８】
本実施形態によれば、第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２を、終期目標空燃比１４．５０（理論空燃比１４．６９から初期目標空燃比１４．８８と理論空燃比１４．６９との差分を差し引いた空燃比）のときＨＣ及びＣＯの転化率が所定値となる触媒酸素保持量に設定するので、ＨＣ及びＣＯの転化率が所定値となる領域での運転を行わせることができる。
【０１０９】
本実施形態によれば、前記所定値は１００％であるので、ＨＣ及びＣＯの転化率が１００％となる領域での運転を行わせることができる。
【０１１０】
本実施形態によれば、第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２は理論空燃比１４．６９から初期目標空燃比１４．８８と理論空燃比１４．６９との差分を差し引いた空燃比（つまり１４．５０）のとき１５％（ＨＣ及びＣＯの転化率が１００％を維持できる最小値）であるので、運転点をリーン空燃比→理論空燃比→リッチ空燃比と辿らせる制御サイクルの長さを、第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２として１５％を超える値を設定する場合より長くすることができる。
【０１１１】
本実施形態によれば、推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）が第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２に到達したとき、所定の変化速度でリッチ側に向かう第３目標空燃比ｔＡＦ＿３を算出するので（図４ＢのステップＳ１３、Ｓ１６参照）、リアＯ2センサ１８により触媒６出口の空燃比がリッチ側にあるとの判定が必ず行われることとなり推定触媒酸素保持量ＯＳＣの更正を定期的に行うことができる。
【０１１２】
推定触媒酸素保持量ｅＯＳＣ（第２推定触媒酸素保持量）が第２目標触媒酸素保持量ｔＯＳＣ＿２に到達したとき触媒６入口の空燃比は終期目標空燃比１４．５０となっている。この終期目標空燃比１４．５０よりリッチ側の領域は触媒６のＨＣ及びＣＯ酸化浄化性能が悪化する領域である。本実施形態によれば、第３目標空燃比ｔＡＦ＿３を第１目標空燃比ｔＡＦ＿１や第２目標空燃比ｔＡＦ＿２よりも早い速度で変化させるので、触媒６のＨＣ及びＣＯ酸化浄化性能が悪化する領域での滞在時間を減らすことができる。
【０１１３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【０１１４】
本願は日本国特許庁に２０１２年６月２５日に出願された特願２０１２−１４２１４２号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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