(57)【要約】【課題】  触媒に対する排気成分の吸着速度、脱離速度を精度よく求めることにより触媒の排気浄化性能を高く維持可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】  触媒への排気成分（例えば、Ｏ2）の流入速度が該排気成分の触媒への吸着速度以下のときには排気成分の流入速度を排気成分の実吸着速度とし(S24,S26)、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいときには排気成分の吸着速度を排気成分の実吸着速度とし(S24,S28)、当該実吸着速度に基づき空燃比制御を行う。【選択図】      図３
2006029141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に設けられ、排気中の排気成分を吸着及び脱離可能な触媒と、
該触媒に流入する排気成分の流入速度を検出する排気成分流入速度検出手段と、
該触媒における排気成分の吸着速度を検出する吸着速度検出手段と、
前記排気成分流入速度検出手段により検出される排気成分の流入速度と前記吸着速度検出手段により検出される排気成分の吸着速度とに基づいて前記触媒に実際に吸着する排気成分の実吸着速度を決定する実吸着速度検出手段と、
該実吸着速度検出手段により決定された排気成分の実吸着速度に基づき、前記触媒に流入する排気の空燃比を調整すべく内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備え、
前記実吸着速度検出手段は、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のときには排気成分の流入速度を排気成分の実吸着速度として決定し、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいときには排気成分の吸着速度を排気成分の実吸着速度として決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】
前記排気成分流入速度検出手段により検出された排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の吸着分布を推定する吸着分布推定手段をさらに備え、
前記空燃比調整手段は、該吸着分布推定手段により推定された排気成分の吸着分布に応じて空燃比を調整することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
排気系に設けられ、排気中の排気成分を吸着及び脱離可能な触媒と、
該触媒に流入する該触媒に吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度を検出する排気成分流入速度検出手段と、
該触媒における排気成分の脱離速度を検出する脱離速度検出手段と、
前記排気成分流入速度検出手段により検出される前記吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度と前記脱離速度検出手段により検出される排気成分の脱離速度とに基づいて前記触媒から実際に脱離する排気成分の実脱離速度を決定する実脱離速度検出手段と、
該実脱離速度検出手段により決定された排気成分の実脱離速度に基づき、前記触媒に流入する排気の空燃比を調整すべく内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備え、
前記実脱離速度検出手段は、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のときには他の排気成分の流入速度を排気成分の実脱離速度として決定し、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度より大きいときには排気成分の脱離速度を排気成分の実脱離速度として決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】
前記排気成分流入速度検出手段により検出された他の排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の脱離分布を推定する脱離分布推定手段をさらに備え、
前記空燃比調整手段は、該脱離分布推定手段により推定された排気成分の脱離分布に応じて空燃比を調整することを特徴とする、請求項３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
排気系に設けられ、排気中の排気成分を吸着及び脱離可能な触媒と、
該触媒に流入する排気成分の流入速度及び該触媒に流入する該触媒に吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度を検出する排気成分流入速度検出手段と、
該触媒における排気成分の吸着速度を検出する吸着速度検出手段と、
該触媒における排気成分の脱離速度を検出する脱離速度検出手段と、
前記排気成分流入速度検出手段により検出される排気成分の流入速度と前記吸着速度検出手段により検出される排気成分の吸着速度とに基づいて前記触媒に実際に吸着する排気成分の実吸着速度を決定する実吸着速度検出手段と、
前記排気成分流入速度検出手段により検出された排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の吸着分布を推定する吸着分布推定手段と、
前記排気成分流入速度検出手段により検出される前記吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度と前記脱離速度検出手段により検出される排気成分の脱離速度とに基づいて前記触媒から実際に脱離する排気成分の実脱離速度を決定する実脱離速度検出手段と、
前記排気成分流入速度検出手段により検出された他の排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の脱離分布を推定する脱離分布推定手段と、
前記実吸着速度検出手段により決定された排気成分の実吸着速度及び前記実脱離速度検出手段により決定された排気成分の実脱離速度に基づき、前記触媒に流入する排気の空燃比を調整すべく内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備え、
前記実吸着速度検出手段は、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のときには排気成分の流入速度を排気成分の実吸着速度として決定し、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいときには排気成分の吸着速度を排気成分の実吸着速度として決定するとともに、前記実脱離速度検出手段は、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のときには他の排気成分の流入速度を排気成分の実脱離速度として決定し、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度より大きいときには排気成分の脱離速度を排気成分の実脱離速度として決定し、
前記空燃比調整手段は、前記吸着分布推定手段により推定された排気成分の吸着分布と前記脱離分布推定手段により推定された排気成分の脱離分布とが互いに近づくように空燃比を調整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】
前記触媒は排気中の酸素を吸着及び脱離可能な２以上の酸素吸着材を備え、
前記実吸着速度検出手段は、前記２以上の酸素吸着材の全てについて酸素の流入速度が該酸素の吸着速度以下或いは該酸素の吸着速度より大であるときには各酸素吸着材への酸素の吸着速度比を酸素の実吸着速度比とし、それ以外のときには酸素の流入速度が該酸素の吸着速度より大である酸素吸着材の実吸着速度比を低下させるとともに酸素の流入速度が該酸素の吸着速度以下である酸素吸着材の実吸着速度比を増大させることを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記触媒は排気中の酸素を吸着及び脱離可能な２以上の酸素吸着材を備え、
前記実脱離速度検出手段は、前記２以上の酸素吸着材の全てについて還元剤の流入速度が酸素の脱離速度以下或いは酸素の脱離速度より大であるときには各酸素吸着材の酸素の脱離速度比を酸素の実脱離速度比とし、それ以外のときには還元剤の流入速度が酸素の脱離速度より大である酸素吸着材の実脱離速度比を低下させるとともに還元剤の流入速度が酸素の脱離速度以下である酸素吸着材の実脱離速度比を増大させることを特徴とする、請求項３または４記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【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係り、詳しくは、内燃機関の排気系に設けられた触媒の排気浄化性能を高く維持するための内燃機関の空燃比制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関の排気通路には、当該内燃機関から排出されるＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の物質を浄化することを目的として触媒が設けられている。通常、触媒には貴金属等が添加されており、これにより当該物質の酸化反応、還元反応が促進され、排気浄化性能の向上が図られている。
詳しくは、貴金属等は、高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）にあるときに酸素（Ｏ2）、ＮＯx等の排気成分を吸着するとともに、低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）にあるときに当該吸着したＯ2、ＮＯx等を低酸素濃度または還元剤により脱離してＨＣ、ＣＯ等の排気成分を酸化除去する一方でＮＯxを還元除去する機能を有しており、排気空燃比を制御することによりＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の物質の浄化が促進される。
【０００３】
ところで、触媒へのＯ2、ＮＯxの吸着量には飽和点があり、当該飽和点を越えるとＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等を十分に浄化することができないという問題がある。
そこで、例えば触媒に吸着するＯ2の量に応じて内燃機関の空燃比ひいては排気空燃比を制御する構成の装置が開発されている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特許第３４５８５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された技術では、Ｏ2の吸着量を吸入空気量、或いは燃料噴射停止時間、或いは空燃比、或いは吸入空気量と物質濃度との積の総和（吸入空気量×物質濃度の総和）に基づき、触媒に流入したＯ2等の排気成分が全て或いは一定の速度で吸着するものとみなしてＯ2の吸着量を算出するようにしている。
しかしながら、Ｏ2が触媒に吸着するとその分だけＯ2の吸着サイトが低下し、これによりＯ2の吸着速度が低下するものであり、触媒には流入した全ての排気成分が吸着するものではなく、またＯ2等の排気成分は一定の速度で触媒に吸着するものでもない。即ち、上記特許文献１に開示された技術のようにＯ2等の排気成分が全て或いは一定の速度で吸着するものとみなしてＯ2の吸着量を算出するものでは、Ｏ2の吸着量に誤差を生じ、空燃比を適正に制御することができないという問題がある。
【０００５】
また、触媒性能、即ち排気浄化効率は、触媒に流入する排気成分の流入速度に対する触媒の吸着速度比と考えることができ、Ｏ2等の排気成分の吸着量によって直接決まるものではない。このことからも、触媒性能に直接的な影響因子である吸着速度ではなく間接的な影響因子である吸着量に基づいた空燃比制御は十分な精度を有しているとは言い難い。
なお、このことは、触媒に吸着したＯ2等の排気成分の触媒からの脱離の場合、即ち脱離速度に関しても同様である。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒に対する排気成分の吸着速度、脱離速度を精度よく求めることにより触媒の排気浄化性能を高く維持可能な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】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の空燃比制御装置では、排気系に設けられ、排気中の排気成分を吸着及び脱離可能な触媒と、該触媒に流入する排気成分の流入速度を検出する排気成分流入速度検出手段と、該触媒における排気成分の吸着速度を検出する吸着速度検出手段と、前記排気成分流入速度検出手段により検出される排気成分の流入速度と前記吸着速度検出手段により検出される排気成分の吸着速度とに基づいて前記触媒に実際に吸着する排気成分の実吸着速度を決定する実吸着速度検出手段と、該実吸着速度検出手段により決定された排気成分の実吸着速度に基づき、前記触媒に流入する排気の空燃比を調整すべく内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備え、前記実吸着速度検出手段は、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のときには排気成分の流入速度を排気成分の実吸着速度として決定し、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいときには排気成分の吸着速度を排気成分の実吸着速度として決定することを特徴とする。
【０００８】
即ち、例えばＯ2吸着量とＯ2吸着速度とＯ2流入速度との関係を図４に、Ｏ2吸着量とＮＯx吸着速度とＮＯx流入速度との関係を図１２に示すように、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のときには、流入する全ての排気成分が一定の速度で触媒に吸着される一方、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度よりも大きいときには、排気成分の吸着速度以下の速度でしか排気成分は触媒に吸着されないことから、実吸着速度検出手段により、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のとき（流入速度≦吸着速度）には排気成分の流入速度が該排気成分の実吸着速度として決定され、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいとき（流入速度＞吸着速度）には排気成分の吸着速度が排気成分の実吸着速度として決定され、このように求められた排気成分の実吸着速度に基づいて、空燃比調整手段により、触媒に流入する排気の空燃比が調整される。
【０００９】
具体的には、例えば、高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）下で触媒にＯ2が吸着する場合においてＯ2吸着量が実吸着速度に応じて適正に求められることになり、当該高酸素濃度雰囲気下において、或いは、その後、空燃比がリッチ化されて低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）とされる際において、排気の空燃比が当該適正なＯ2吸着量に基づいて調整される。
【００１０】
また、請求項２の内燃機関の空燃比制御装置では、請求項１において、前記排気成分流入速度検出手段により検出された排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の吸着分布を推定する吸着分布推定手段をさらに備え、前記空燃比調整手段は、該吸着分布推定手段により推定された排気成分の吸着分布に応じて空燃比を調整することを特徴とする。
【００１１】
即ち、排気成分の流入速度を変化させた場合の排気成分の触媒への吸着量と触媒の排気上流端からの距離との関係、即ち排気成分の吸着分布が図８に例示されているが、同図に示すように、排気成分は、排気成分の流入速度が速いほど触媒に一様に分布し（破線）、排気成分の流入速度が遅いほど触媒の上流側に多く分布する（実線）ことから、当該排気成分の吸着分布に応じて、空燃比調整手段により、触媒に流入する排気の空燃比が調整される。
【００１２】
具体的には、図８に示すように、例えば、高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）下で触媒に流入するＯ2の流入速度が遅い場合には、Ｏ2は触媒の上流側に多く分布することから、空燃比の振幅や波形を調整して触媒に流入するＯ2の流入速度等を調整する。
また、請求項３の内燃機関の空燃比制御装置では、排気系に設けられ、排気中の排気成分を吸着及び脱離可能な触媒と、該触媒に流入する該触媒に吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度を検出する排気成分流入速度検出手段と、該触媒における排気成分の脱離速度を検出する脱離速度検出手段と、前記排気成分流入速度検出手段により検出される前記吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度と前記脱離速度検出手段により検出される排気成分の脱離速度とに基づいて前記触媒から実際に脱離する排気成分の実脱離速度を決定する実脱離速度検出手段と、該実脱離速度検出手段により決定された排気成分の実脱離速度に基づき、前記触媒に流入する排気の空燃比を調整すべく内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備え、前記実脱離速度検出手段は、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のときには他の排気成分の流入速度を排気成分の実脱離速度として決定し、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度より大きいときには排気成分の脱離速度を排気成分の実脱離速度として決定することを特徴とする。
【００１３】
即ち、例えばＯ2吸着量とＯ2脱離速度と還元剤流入速度との関係を図６に示すように、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のときには、流入する排気中の全ての他の排気成分により一定の速度で触媒に吸着された排気成分が脱離する一方、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度よりも大きいときには、排気成分の脱離速度以下の速度でしか排気成分は触媒から脱離しないことから、実吸着速度検出手段により、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のとき（流入速度≦脱離速度）には他の排気成分の流入速度が排気成分の実脱離速度として決定され、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度より大きいとき（流入速度＞脱離速度）には排気成分の脱離速度が排気成分の実脱離速度として決定され、このように求められた排気成分の実脱離速度に基づいて、空燃比調整手段により、触媒に流入する排気の空燃比が調整される。
【００１４】
具体的には、例えば、低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）下で還元剤によって触媒からＯ2が脱離する場合においてＯ2吸着量（残量）が実脱離速度に応じて適正に求められることになり、当該低酸素濃度雰囲気下において、或いは、その後、空燃比がリーン化されて高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）とされる際において、排気の空燃比が当該適正なＯ2吸着量（残量）に基づいて調整される。
【００１５】
また、請求項４の内燃機関の空燃比制御装置では、請求項３において、前記排気成分流入速度検出手段により検出された他の排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の脱離分布を推定する脱離分布推定手段をさらに備え、前記空燃比調整手段は、該脱離分布推定手段により推定された排気成分の脱離分布に応じて空燃比を調整することを特徴とする。
【００１６】
即ち、特に図示しないものの、上記図８と同様に、排気成分は、他の排気成分の流入速度が速いほど触媒から一様に脱離し（破線）、他の排気成分の流入速度が遅いほど触媒の上流側において多く脱離する（実線）傾向を示すことから、当該排気成分の脱離分布に応じて、空燃比調整手段により、触媒に流入する排気の空燃比が調整される。
具体的には、例えば、低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）下で触媒に流入するＨＣ等の還元剤の流入速度が遅い場合には、Ｏ2は触媒の上流側において多く脱離されるとともにＨＣ等の還元剤が排気成分として触媒に吸着することから、空燃比の振幅や波形を調整して触媒に流入する還元剤の流入速度等を調整する。
【００１７】
また、請求項５の内燃機関の空燃比制御装置では、排気系に設けられ、排気中の排気成分を吸着及び脱離可能な触媒と、該触媒に流入する排気成分の流入速度及び該触媒に流入する該触媒に吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度を検出する排気成分流入速度検出手段と、該触媒における排気成分の吸着速度を検出する吸着速度検出手段と、該触媒における排気成分の脱離速度を検出する脱離速度検出手段と、前記排気成分流入速度検出手段により検出される排気成分の流入速度と前記吸着速度検出手段により検出される排気成分の吸着速度とに基づいて前記触媒に実際に吸着する排気成分の実吸着速度を決定する実吸着速度検出手段と、前記排気成分流入速度検出手段により検出された排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の吸着分布を推定する吸着分布推定手段と、前記排気成分流入速度検出手段により検出される前記吸着した排気成分を脱離させる他の排気成分の流入速度と前記脱離速度検出手段により検出される排気成分の脱離速度とに基づいて前記触媒から実際に脱離する排気成分の実脱離速度を決定する実脱離速度検出手段と、前記排気成分流入速度検出手段により検出された他の排気成分の流入速度に基づき、前記触媒内における排気成分の脱離分布を推定する脱離分布推定手段と、前記実吸着速度検出手段により決定された排気成分の実吸着速度及び前記実脱離速度検出手段により決定された排気成分の実脱離速度に基づき、前記触媒に流入する排気の空燃比を調整すべく内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段とを備え、前記実吸着速度検出手段は、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のときには排気成分の流入速度を排気成分の実吸着速度として決定し、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいときには排気成分の吸着速度を排気成分の実吸着速度として決定するとともに、前記実脱離速度検出手段は、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のときには他の排気成分の流入速度を排気成分の実脱離速度として決定し、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度より大きいときには排気成分の脱離速度を排気成分の実脱離速度として決定し、前記空燃比調整手段は、前記吸着分布推定手段により推定された排気成分の吸着分布と前記脱離分布推定手段により推定された排気成分の脱離分布とが互いに近づくように空燃比を調整することを特徴とする。
【００１８】
即ち、上記請求項１乃至４の構成を備えており、吸着分布推定手段により推定された排気成分の吸着分布と脱離分布推定手段により推定された排気成分の脱離分布とが互いに近づくように空燃比が調整される。
具体的には、例えば、高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）下で触媒に流入するＯ2の流入速度が遅い場合には、Ｏ2は触媒の上流側に多く分布することから、その後、空燃比がリッチ化されて低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）とされる際に当該空燃比の振幅や波形を調整して触媒に流入するＨＣ等の還元剤の流入速度を遅くすることで、当該Ｏ2の吸着分布がＯ2の脱離分布と略一致することになり、吸着したＯ2が十分に脱離される。一方、触媒に流入するＯ2の流入速度が速い場合には、Ｏ2は触媒に一様に分布することから、その後、空燃比がリッチ化される際に当該空燃比の振幅や波形を調整して触媒に流入するＨＣ等の還元剤の流入速度を速くすることで、当該Ｏ2の吸着分布がＯ2の脱離分布と略一致することになり、吸着したＯ2がやはり十分に脱離される。
【００１９】
また、請求項６の内燃機関の空燃比制御装置では、請求項１または２において、前記触媒は排気中の酸素を吸着及び脱離可能な２以上の酸素吸着材を備え、前記実吸着速度検出手段は、前記２以上の酸素吸着材の全てについて酸素の流入速度が該酸素の吸着速度以下或いは該酸素の吸着速度より大であるときには各酸素吸着材への酸素の吸着速度比を酸素の実吸着速度比をし、それ以外のときには酸素の流入速度が該酸素の吸着速度より大である酸素吸着材の実吸着速度比を低下させるとともに酸素の流入速度が該酸素の吸着速度以下である酸素吸着材の実吸着速度比を増大させることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項７の内燃機関の空燃比制御装置では、請求項３または４において、前記触媒は排気中の酸素を吸着及び脱離可能な２以上の酸素吸着材を備え、前記実脱離速度検出手段は、前記２以上の酸素吸着材の全てについて還元剤の流入速度が酸素の脱離速度以下或いは酸素の脱離速度より大であるときには各酸素吸着材の酸素の脱離速度比を酸素の実脱離速度比とし、それ以外のときには還元剤の流入速度が酸素の脱離速度より大である酸素吸着材の実脱離速度比を低下させるとともに還元剤の流入速度が酸素の脱離速度以下である酸素吸着材の実脱離速度比を増大させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度以下のとき（流入速度≦吸着速度）には排気成分の流入速度を排気成分の実吸着速度とし、排気成分の流入速度が該排気成分の吸着速度より大きいとき（流入速度＞吸着速度）には排気成分の吸着速度を排気成分の実吸着速度とし、このように求められた排気成分の実吸着速度に応じて例えば排気成分の吸着量を求め、触媒に流入する排気の空燃比を調整するようにしたので、触媒性能に直接的な影響因子である排気成分の吸着速度に基づき精度よく排気の空燃比を調整でき、触媒の排気浄化性能を高く維持することができる。
【００２２】
請求項２の内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気成分の吸着分布に応じて触媒に流入する排気の空燃比の振幅や波形を調整し、触媒に流入する排気成分の流入速度等を調整するようにしたので、触媒の有効活用を図ることができ、触媒の排気浄化性能をより一層高く維持することができる。
請求項３の内燃機関の空燃比制御装置によれば、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度以下のとき（流入速度≦脱離速度）には他の排気成分の流入速度を排気成分の実脱離速度とし、他の排気成分の流入速度が排気成分の脱離速度より大きいとき（流入速度＞脱離速度）には排気成分の脱離速度を排気成分の実脱離速度とし、このように求められた排気成分の実脱離速度に応じて例えば排気成分の吸着量（残量）を求め、触媒に流入する排気の空燃比を調整するようにしたので、触媒性能に直接的な影響因子である排気成分の脱離速度に基づき精度よく排気の空燃比を調整でき、触媒の排気浄化性能を高く維持することができる。
【００２３】
請求項４の内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気成分の脱離分布に応じて触媒に流入する排気の空燃比の振幅や波形を調整し、触媒に流入する他の排気成分の流入速度等を調整するようにしたので、触媒の有効活用を図ることができ、触媒の排気浄化性能をより一層高く維持することができる。
また、請求項５の内燃機関の空燃比制御装置によれば、上記請求項１乃至４の構成を備え、排気成分の吸着分布と排気成分の脱離分布とが互いに近づくように空燃比の振幅や波形を調整するようにし、触媒に流入する排気成分及び他の排気成分の流入速度を調整するようにしたので、排気成分の吸着時と脱離時とで触媒における吸着分布と脱離分布とを略一致させ、吸着した排気成分を十分に脱離させることができる。これにより、最適な状態で触媒の有効活用を図ることができ、触媒の排気浄化性能をさらに高く維持することができる。
【００２４】
また、請求項６の内燃機関の空燃比制御装置によれば、複数の酸素吸着材の酸素の吸着速度に従属して酸素の実吸着速度を設定することにより、より一層精度よく排気の空燃比を調整することができる。
また、請求項７の内燃機関の空燃比制御装置によれば、複数の酸素吸着材の酸素の脱離速度に従属して酸素の実脱離速度を設定することにより、より一層精度よく排気の空燃比を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の概略構成図が示されており、以下、当該空燃比制御装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、吸気管噴射型（Multi  Point  Injection：ＭＰＩ）４気筒ガソリンエンジンが採用される。
【００２６】
エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
【００２７】
吸気マニホールド１０の燃料噴射弁６よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられており、併せてスロットル弁１４の弁開度θthを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられている。さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００２８】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該ＭＰＩエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
排気マニホールド１２の他端には排気管２０が接続されており、当該排気管２０には、排気浄化触媒装置３０として三元触媒３２と吸蔵型ＮＯx触媒３４とが配設されている。
【００２９】
三元触媒３２は、Ａｌ2Ｏ3等からなるウォッシュコートであればよいが、ここでは、貴金属（酸素吸着材）として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）の少なくともいずれか或いは酸素ストレージ材（ＯＳＣ、酸素吸着材）としてセリア（Ｃｅ），ジルコニア（Ｚｒ）の少なくともいずれかを有している。貴金属等は、酸素吸着機能を有しており、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）である高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）中において酸素（Ｏ2）を吸着すると、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）となり低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となるまでその吸着Ｏ2を解離Ｏの状態で保持し、当該低酸素濃度雰囲気において当該吸着Ｏ2を脱離し放出する特性を有している。また、貴金属等は高酸素濃度雰囲気中においてＯ2に代えてＮＯxを吸着し、脱離する機能、低酸素濃度雰囲気中においてＨＣ等を吸着し、脱離する機能をも一部併せ有している。
【００３０】
吸蔵型ＮＯx触媒３４は、ＮＯxの浄化に特化した触媒であり、高酸素濃度雰囲気中にＮＯxを吸蔵すると、低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となるまでその吸蔵したＮＯxを保持し、還元雰囲気中において吸蔵したＮＯxを脱離し還元する特性を有している。なお、吸蔵型ＮＯx触媒３４は上記貴金属を担持して三元触媒機能を併せ有していてもよい。
また、排気管２０の三元触媒３２よりも上流側には、排気中のＯ2濃度や還元剤濃度を検出することで排気Ａ／Ｆを検出する排気センサ２２及び三元触媒３２に流入する排気流速を検出する排気流速センサ２４が配設されている。なお、排気センサ２２はリッチ／リーンを判定するＯ2センサであってもよく、排気流速センサ２４は如何なる方式のものであってもよい。
【００３１】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた空燃比制御装置の総合的な制御が行われる。
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８、排気センサ２２、排気流速センサ２４の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００３２】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に設定され、当該目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁６から噴射され、またスロットル弁１４が適正な開度に調整され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３３】
特に、当該エンジン１は、車両の減速走行時において燃料供給を停止し、燃料カットを実施することが可能に構成されている。つまり、当該エンジン１では、運転者がアクセルペダル（図示せず）の踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上の場合において、燃料噴射弁６からの燃料噴射を停止して適宜燃料カットを行うようにしている。そして、当該エンジン１では、燃料カットを実施して燃料供給を復帰させた直後、即ち燃料カット復帰直後には、十分なエンジン出力を得るべく、また燃料カットによって三元触媒３２に多量に吸着された吸着Ｏ2を脱離すべく、目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定するようにしている。
【００３４】
また、吸蔵型ＮＯx触媒３４のＮＯx吸蔵量に応じて、リーンＡ／Ｆと理論空燃比（ストイキ）またはリッチＡ／Ｆ間でエンジン１の空燃比、即ち燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）の切り換えが行われ、これにより吸蔵型ＮＯx触媒３４に吸蔵されたＮＯxの脱離と還元（ＮＯxパージ）が適宜実施される。
さらに、本発明に係る空燃比制御装置では、三元触媒３２が上述の如くＯ2を吸着、脱離する特性を有していることから、三元触媒３２の能力を十分発揮するために、通常運転時には、ＥＣＵ４０によって空燃比を中心Ａ／Ｆ（例えば、ストイキ）を境にリッチＡ／ＦとリーンＡ／Ｆとの間で周期的に強制的に交互に振る強制変調制御を行うようにしている。つまり、燃焼Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆ及びリーンＡ／Ｆ間で周期的に変調制御し、これにより排気Ａ／ＦをリッチＡ／ＦとリーンＡ／Ｆ間において強制的に変調させるようにしている。
【００３５】
ところで、このような燃料カット復帰時、ＮＯxパージ時、強制変調制御時等においては、三元触媒３２へのＯ2の吸着と脱離とが繰り返し実施されることになるのであるが、三元触媒３２の排気浄化性能を高く維持するためには、上述したように、触媒性能に直接的に影響するＯ2の吸着速度或いはＯ2の脱離速度を考慮して空燃比を制御するのがよい。
そこで、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置では、燃料カット復帰時、ＮＯxパージ時、強制変調制御時等において、Ｏ2の吸着速度或いはＯ2の脱離速度を考慮して空燃比を制御するようにしており、以下、燃料カット復帰時、ＮＯxパージ時、強制変調制御時における空燃比制御についてそれぞれ説明する。
【００３６】
先ず、第１実施例について説明する。
第１実施例は燃料カット復帰時における空燃比制御例を示す。
図２を参照すると、燃料カット復帰時における空燃比制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
ステップＳ１０では、燃料カット中か否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で燃料カット中と判定された場合には、ステップＳ１２に進む。
【００３７】
ステップＳ１２では、三元触媒３２へのＯ2の吸着量を検出する。具体的には、図３に示すＯ2吸着ルーチンのフローチャートが実行され、以下、同フローチャートに沿い説明する。
図３のステップＳ２０では、Ｏ2の三元触媒３２への流入速度、即ちＯ2流入速度（排気成分の流入速度）を検出する。ここでは、排気流速センサ２４によって検出される排気流速にＯ2濃度を乗算してＯ2流入速度を検出するが、Ｏ2流入速度はエアフローセンサ１８の吸入空気量情報等の相関値として求めることもできる（排気成分流入速度検出手段）。
【００３８】
ステップＳ２２では、三元触媒３２へのＯ2の吸着速度、即ちＯ2吸着速度を検出する（吸着速度検出手段）。詳しくは、Ｏ2吸着速度は、図４に示すＯ2吸着量とＯ2吸着速度との関係を示すマップから求められる。具体的には、後述のＯ2脱離ルーチンに基づき求められた三元触媒３２のＯ2吸着量（残量）に基づいて同図からＯ2吸着速度が読み出される。
【００３９】
ステップＳ２４では、これらＯ2流入速度とＯ2吸着速度とを比較し、Ｏ2流入速度がＯ2吸着速度以下（Ｏ2流入速度≦Ｏ2吸着速度）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＯ2流入速度がＯ2吸着速度以下である場合には、流入する全てのＯ2が一定の速度で触媒に吸着されることから、ステップＳ２６に進み、Ｏ2流入速度をＯ2実吸着速度として設定する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）でＯ2流入速度がＯ2吸着速度より大きい場合には、Ｏ2の吸着が破過し、Ｏ2吸着速度以下の速度でしかＯ2は触媒に吸着されないことから、ステップＳ２８に進み、Ｏ2吸着速度をＯ2実吸着速度として設定する（実吸着速度検出手段）。
【００４０】
つまり、図４にはＯ2流入速度が併せて示されているが（破線）、Ｏ2流入速度とＯ2吸着速度との大小関係に応じてＯ2実吸着速度を設定する（太実線）。
そして、ステップＳ２９では、当該Ｏ2実吸着速度に基づいて次式(1)からＯ2吸着量を算出する。
Ｏ2吸着量(n)＝Ｏ2吸着量(n-1)＋Ｏ2実吸着速度×計算周期  …(1)
一方、図２のステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で燃料カット中ではない、即ち燃料カット復帰後であって目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定していると判定された場合には、ステップＳ１４に進む。
【００４１】
ステップＳ１４では、三元触媒３２におけるＯ2の吸着量（残量）を検出する。具体的には、図５に示すＯ2脱離ルーチンのフローチャートが実行され、以下、同フローチャートに沿い説明する。
図５のステップＳ３０では、ＨＣ等の還元剤の三元触媒３２への流入速度、即ち還元剤流入速度（他の排気成分の流入速度）を検出する。この場合にも、排気流速センサ２４によって検出される排気流速に還元剤濃度を乗算して還元剤流入速度を検出するが、還元剤流入速度はエアフローセンサ１８の吸入空気量情報等の相関値として求めることもできる（排気成分流入速度検出手段）。
【００４２】
ステップＳ３２では、三元触媒３２からのＯ2の脱離速度、即ちＯ2脱離速度を検出する（脱離速度検出手段）。詳しくは、Ｏ2脱離速度は、図６に示すＯ2吸着量とＯ2脱離速度との関係を示すマップから求められる。具体的には、上述のＯ2吸着ルーチンに基づき求められた三元触媒３２のＯ2吸着量に基づいて同図からＯ2吸着速度が読み出される。
ステップＳ３４では、これら還元剤流入速度とＯ2脱離速度とを比較し、還元剤流入速度がＯ2脱離速度以下（還元剤流入速度≦Ｏ2脱離速度）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で還元剤流入速度がＯ2脱離速度以下である場合には、流入する全てのＨＣ等の還元剤が一定の速度で触媒からＯ2を脱離することから、ステップＳ３６に進み、還元剤流入速度をＯ2実脱離速度として設定する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で還元剤流入速度がＯ2脱離速度より大きい場合には、Ｏ2脱離速度以下の速度でしかＯ2は触媒から脱離されないことから、ステップＳ３８に進み、Ｏ2脱離速度をＯ2実脱離速度として設定する（実脱離速度検出手段）。
【００４３】
つまり、図６にはＨＣ等の還元剤流入速度が併せて示されているが（破線）、還元剤流入速度とＯ2脱離速度との大小関係に応じてＯ2実脱離速度を設定する（太実線）。
そして、ステップＳ３９では、当該Ｏ2実脱離速度に基づいて次式(2)からＯ2脱離量を求め、さらに次式(3)からＯ2吸着量（残量）を算出する。
Ｏ2脱離量＝Ｏ2実脱離速度×計算周期  …(2)
Ｏ2吸着量(n)＝Ｏ2吸着量(n-1)−Ｏ2脱離量  …(3)
以上のように燃料カット復帰後においてＯ2吸着量（残量）が求められたら、図２のステップＳ１６において、図７に示すように、当該Ｏ2吸着量（残量）に応じて目標Ａ／Ｆをリッチ化する（空燃比調整手段）。
【００４４】
このように、当該燃料カット復帰時における空燃比制御においては、Ｏ2流入速度とＯ2吸着速度との大小関係、還元剤流入速度とＯ2脱離速度との大小関係に応じて、より現実に則した状態でＯ2実吸着速度を設定し、当該Ｏ2実吸着速度に基づいて空燃比制御を実施するようにしている。
従って、燃料カット復帰時において、三元触媒３２の性能に直接的な影響因子であるＯ2吸着速度、Ｏ2脱離速度に基づいて精度よく排気Ａ／Ｆを調整でき、三元触媒３２の排気浄化性能を高く維持することができる。
【００４５】
なお、ここではＯ2吸着ルーチンを実行してＯ2吸着量に応じてＯ2実吸着速度を求めるとともに、Ｏ2脱離ルーチンを実行してＯ2脱離量、即ちＯ2吸着量（残量）に応じてＯ2実脱離速度を求めるようにしたが、Ｏ2実脱離速度についてはＯ2吸着量（残量）に拘わらず一定とみなして空燃比制御を実施するようにしても十分な効果が得られる。逆に、Ｏ2実吸着速度についてはＯ2吸着量に拘わらず一定とみなして空燃比制御を実施することも可能である。つまり、Ｏ2吸着ルーチン及びＯ2脱離ルーチンのいずれか一方のみ実行するようにして空燃比制御を実施するようにしてもよい。
【００４６】
ところで、図４によれば、Ｏ2流入速度が速くなると、破過に至るまでのＯ2吸着量が減少することから、図８に細実線で示すように、三元触媒３２の上流側或いは表層側におけるＯ2吸着量が減少する一方、三元触媒３２の下流側或いは内層側におけるＯ2吸着量が増大し、Ｏ2が均一に分布するという現象が生じる。同様に、図６によれば、還元剤流入速度が速くなると、三元触媒３２の下流側或いは内層側におけるＯ2脱離量が増大してＯ2の脱離が均一に分布するという現象が生じる。
【００４７】
逆に、Ｏ2流入速度が遅くなると、破過に至るまでのＯ2吸着量が増大することから、図８に太実線で示すように、三元触媒３２の上流側或いは表層側におけるＯ2吸着量が増大する一方、三元触媒３２の下流側或いは内層側におけるＯ2吸着量が減少し、Ｏ2が層状に分布するという現象が生じる。同様に、還元剤流入速度が遅くなると、三元触媒３２の下流側或いは内層側におけるＯ2脱離量が減少してＯ2の脱離が層状に分布するという現象が生じる。
【００４８】
これより、例えば、燃料カット中においてＯ2流入速度が遅く、一方で燃料カット復帰後の還元剤流入速度が速いような場合にあっては、三元触媒３２の上流側或いは表層側にＯ2が多く層状に吸着しているにも拘わらず、燃料カット復帰後において当該三元触媒３２の上流側或いは表層側に吸着したＯ2を十分に脱離させることができず、逆にＨＣ、ＣＯ等の還元剤が三元触媒３２の下流側或いは内層側に吸着し易い、或いはそのまま大気放出されるという問題が生じる。
【００４９】
このように、吸着したＯ2を十分に脱離できない或いはＨＣ、ＣＯ等の還元剤が大気放出されることになると、三元触媒３２の排気浄化性能を十分に高く維持できない可能性があり好ましいことではない。
そこで、Ｏ2流入速度及び還元剤流入速度に応じてＯ2の吸着分布や脱離分布を推定し（吸着分布推定手段、脱離分布推定手段）、これら吸着分布や脱離分布を適宜調整するのが望ましい。
【００５０】
具体的には、目標Ａ／Ｆの振幅や波形を変化させると排気成分濃度が変化してＯ2流入速度や還元剤流入速度が変更されることから、例えば、燃料カット中においてＯ2流入速度が遅く、一方で燃料カット復帰後の還元剤流入速度が速いような場合には、燃料カット復帰後におけるリッチＡ／Ｆの振幅或いは波形を変化させて還元剤流入速度を低下させる。また、例えば、燃料カット中においてＯ2流入速度が速く、一方で燃料カット復帰後の還元剤流入速度が遅いような場合には、燃料カット復帰後におけるリッチＡ／Ｆの振幅或いは波形を変化させて還元剤流入速度を増加させる。
【００５１】
また、可能であれば、燃料カット中におけるＯ2流入速度を増減調整するようにしてもよい。
これにより、燃料カット中と燃料カット復帰後とでＯ2の吸着分布と脱離分布とが互いに近づき略同一となるように調整されることになり、吸着したＯ2を燃料カット復帰後において十分に脱離することが可能となる。
【００５２】
なお、三元触媒３２の上流側のみ、下流側のみ、表層側のみ、内層側のみ等、触媒部分のＯ2吸着量を検出するようにしてもよい。
次に第２実施例について説明する。
第２実施例はＮＯxパージ時における空燃比制御例を示す。
図９を参照すると、吸蔵型ＮＯx触媒３４のＮＯxパージ時における空燃比制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
【００５３】
ステップＳ４０では、リーンＡ／Ｆでの運転（リーン運転）中か否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でリーン運転中と判定された場合には、ステップＳ４２に進む。
ステップＳ４２では、吸蔵型ＮＯx触媒３４へのＮＯxの吸着量をＯ2の吸着量に基づき検出する。このようにＮＯxの吸着量をＯ2の吸着量に基づき検出するのは、ＮＯxの吸着自体のＮＯx吸着速度低下よりも、吸着したＯ2（解離Ｏ）によるＮＯxの解離阻害によって一度吸着したＮＯxがそのまま解離することなく或いは再結合により放出され、これにより生じるＮＯx吸着速度の影響の方が大きいからである。具体的には、上記第１実施例の場合と同様、図３に示すＯ2吸着ルーチンのフローチャートが実行される。
【００５４】
一方、ステップＳ４０の判別結果が偽（Ｎｏ）でリーン運転中でないと判定された場合には、ステップＳ４４に進む。
ステップＳ４４では、ＮＯxパージ中であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＮＯxパージ中と判定された場合には、ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６では、吸蔵型ＮＯx触媒３４からのＮＯxの脱離量を上記同様の理由からＯ2の脱離量に基づき検出する。具体的には、上記第１実施例の場合と同様、図５に示すＯ2脱離ルーチンのフローチャートが実行され、最終的にＮＯx吸着量（残量）がＯ2吸着量（残量）として求められる。
【００５５】
そして、ＮＯxパージ中においてＯ2吸着量（残量）が求められたら、やはり上記第１実施例の場合と同様、ステップＳ４８において、図１０に示すように、当該Ｏ2吸着量（残量）に応じて目標Ａ／Ｆをリッチ化する。
これにより、ＮＯxパージ時において、吸蔵型ＮＯx触媒３４の性能に直接的な影響因子であるＮＯx吸着速度（Ｏ2吸着速度）、ＮＯx脱離速度（Ｏ2脱離速度）に基づいて精度よく排気Ａ／Ｆを調整して吸蔵型ＮＯx触媒３４のＮＯxパージを行うようにでき、吸蔵型ＮＯx触媒３４の排気浄化性能を高く維持することができる。
【００５６】
なお、この場合にも、リーン運転中とＮＯxパージ時とでＯ2の吸着分布と脱離分布とが略同一となるように目標Ａ／Ｆの振幅や波形を調整するのがよく、これにより、吸着したＯ2をＮＯxパージ時において十分に脱離することが可能となる。
なお、吸蔵型ＮＯx触媒３４の上流側のみ、下流側のみ、上層側のみ、下層側のみ等、触媒部分のＮＯx吸着量を検出するようにしてもよい。
【００５７】
次に第３実施例について説明する。
第３実施例は強制変調制御時における空燃比制御例を示す。
図１１を参照すると、強制変調制御時における空燃比制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
ステップＳ５０では、強制変調がリーンＡ／Ｆ側（リーン変調）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でリーン変調中と判定された場合には、ステップＳ５２に進む。
【００５８】
ステップＳ５２では、三元触媒３２へのＮＯx吸着速度をＯ2吸着量に基づき検出するとともにＨＣ吸着量（残量）を検出する。
ＮＯx吸着速度をＯ2吸着量に基づき検出するのは上述した通りであり、具体的には、やはり図３に示すＯ2吸着ルーチンのフローチャートが実行される。つまり、図５のＯ2脱離ルーチンに基づき求められた三元触媒３２のＯ2吸着量（残量）に基づいて図４からＯ2吸着速度が読み出される。
【００５９】
また、ＨＣ吸着量（残量）については、図示しないＨＣ脱離ルーチンに基づき求められる。当該ＨＣ脱離ルーチンは上記図５のＯ2脱離ルーチンにおけるＯ2をＨＣに置き換えたものである。即ち、やはり図示しないが、図３のＯ2吸着ルーチンにおけるＯ2をＨＣに置き換えたＨＣ吸着ルーチンに基づき求められたＨＣ吸着量に基づいてＨＣ脱離速度が求められ、ＨＣ吸着量（残量）が算出される。なお、当該ＨＣ吸着量（残量）は後述のステップＳ６０においてＨＣ吸着速度の算出に使用される。
【００６０】
ステップＳ５４では、ＮＯx流入速度が上記のように求めたＮＯx吸着速度以下（ＮＯx流入速度≦ＮＯx吸着速度）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＮＯx流入速度がＮＯx吸着速度以下と判定された場合には、ステップＳ５６に進み、リーン変調を継続する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）でＮＯx流入速度がＮＯx吸着速度より大きいと判定された場合には、ステップＳ５８に進み、リッチ変調に切り換える。
【００６１】
つまり、図１２を参照するとＯ2吸着量とＮＯx吸着速度との関係が図４と同様に示され、ＮＯx流入速度が併せて示されているが（破線）、ＮＯx流入速度がＮＯx吸着速度より大きくなると、ＮＯxの吸着が破過し、もはや一部のＮＯxが触媒に吸着されないことから、当該ＮＯxの吸着が破過した時点で空燃比変調をリッチ変調に切り換える。
なお、ＮＯx流入速度が増大すると、リーン変調期間に吸着されるＯ2が増大するため、同一Ｏ2吸着量に維持する、即ちＮＯx流入速度が増大する前のＮＯx吸着速度に維持するためには、空燃比変調の変調周期或いは振幅を減少させる必要がある。しかしながら、ＮＯx流入速度が増大しているのであるから、ＮＯx流入速度が増大する前のＮＯx吸着速度では、ＮＯx流入速度＞ＮＯx吸着速度となりＮＯxが破過してしまうので、ＮＯxを破過させないためには、ＮＯx流入速度が増大する前のＮＯx吸着速度よりも速いＮＯx吸着速度にする必要がある。それ故、実際には、空燃比変調の変調周期或いは振幅をさらに減少させてＯ2吸着量をさらに減少させる必要がある。
【００６２】
一方、ステップＳ５０の判別結果が偽（Ｎｏ）でリッチ変調中と判定された場合には、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、三元触媒３２へのＨＣ吸着速度を検出するとともにＮＯx吸着量（残量）を検出する。
ＨＣ吸着速度については、上述したように図示しないＨＣ吸着ルーチンに基づき求められる。つまり、上記ＨＣ脱離ルーチンに基づき求められたＨＣ吸着量（残量）に基づいてＨＣ吸着速度が求められる。
【００６３】
ＮＯx吸着量（残量）をＯ2吸着量（残量）に基づき検出するのは上述した通りであり、具体的には、やはり図５に示すＯ2脱離ルーチンのフローチャートが実行される。つまり、図３のＯ2吸着ルーチンに基づき求められた三元触媒３２のＯ2吸着量に基づいて図６からＯ2脱離速度が読み出され、Ｏ2吸着量（残量）が算出される。
ステップＳ６２では、ＨＣ流入速度が上記のように求めたＨＣ吸着速度以下（ＨＣ流入速度≦ＨＣ吸着速度）であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でＨＣ流入速度がＨＣ吸着速度以下と判定された場合には、ステップＳ６４に進み、リッチ変調を継続する。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）でＨＣ流入速度がＨＣ吸着速度より大きいと判定された場合には、ステップＳ６６に進み、リーン変調に切り換える。
【００６４】
つまり、図１３を参照するとＨＣ吸着量とＨＣ吸着速度との関係が図４と同様に示され、ＨＣ流入速度が併せて示されているが（破線）、ＨＣ流入速度がＨＣ吸着速度より大きくなると、ＨＣの吸着が破過し、もはやＨＣが触媒に吸着されないことから、当該ＨＣの吸着が破過した時点で空燃比変調をリーン変調に切り換える。
これにより、強制変調制御において、三元触媒３２の性能に直接的な影響因子であるＮＯx吸着速度（Ｏ2吸着速度）、ＨＣ吸着速度に基づいて精度よく排気Ａ／Ｆを調整するようにでき、三元触媒３２の排気浄化性能を高く維持することができる。
【００６５】
なお、ここでは、ステップＳ５４においてＮＯx流入速度がＮＯx吸着速度以下であるか否かを判別するようにしたが、ＮＯx流入速度に代えて所定速度（≧ＮＯx流入速度）を用いるようにしてもよい。
このようにすれば、ＮＯx流入速度がＮＯx吸着速度以下（ＮＯx流入速度≦ＮＯx吸着速度）であることを条件とした場合には、ＮＯx流入速度＝ＮＯx吸着速度となったときに突然ＮＯx流入速度が急増した際、瞬時にＮＯx流入速度＞ＮＯx吸着速度となってＮＯxの吸着が破過し、ＮＯxスパイクが発生し易い一方、例え実際のＮＯx流入速度＝ＮＯx吸着速度となったときに突然ＮＯx流入速度が急増したとしても、ＮＯxの吸着が破過するまではまだ余裕があることになり、確実にＮＯxの吸着が破過する前にリッチ変調に切り換えるようにでき、かかるＮＯxスパイクの発生を抑制することができる。
【００６６】
このことは、ステップＳ６２におけるＨＣ流入速度がＨＣ吸着速度以下であるか否かの判別についても同様であり、ステップＳ６２においてＨＣ流入速度に代えて所定速度（≧ＨＣ流入速度）を用いるようにしてもよい。
また、この場合にも、リーン変調時とリッチ変調時とでＯ2の吸着分布と脱離分布とが略同一となるように目標Ａ／Ｆの振幅や波形を調整してＯ2流入速度とＨＣ流入速度とを変更するのがよく、これにより、リーン変調時に吸着したＯ2をリッチ変調時において十分に脱離することが可能となり、また、リッチ変調時に吸着したＨＣをリーン変調時において十分に脱離することが可能となる。
【００６７】
なお、三元触媒３２の上流側のみ、下流側のみ、上層側のみ、下層側のみ等、触媒部分のＯ2吸着量を検出するようにしてもよい。
次に第４実施例について説明する。
当該第４実施例は、上記第１乃至第３実施例において図３とは異なるＯ2吸着ルーチンを適用する場合を示すものであり、２種類のＯ2吸着部材（ここでは、貴金属とＯＳＣ）毎にＯ2流入速度が異なるものとしてＯ2実吸着速度を各Ｏ2吸着部材量の比に基づき求めるＯ2吸着ルーチンを適用する例を示すものである。従って、ここでは、特にＯ2吸着ルーチンについてのみ説明する。
【００６８】
図１４乃至図１６を参照すると、当該第４実施例に係るＯ2吸着ルーチンのフローチャートが示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。なお、上記図３のＯ2吸着ルーチンにおける説明と共通する事項については説明を省略する。
図１４のステップＳ７０では、一のＯ2吸着部材である貴金属へのＯ2吸着速度を検出し、ステップＳ７２では、他のＯ2吸着部材であるＯＳＣへのＯ2吸着速度を検出する。
【００６９】
ステップＳ７４では、貴金属へのＯ2流入速度を次式(4)から求める。
貴金属へのＯ2流入速度＝触媒へのＯ2流入速度
×貴金属へのＯ2吸着速度／触媒へのＯ2吸着速度  …(4)
ステップＳ７６では、ＯＳＣへのＯ2流入速度を次式(5)から求める。
ＯＳＣへのＯ2流入速度＝触媒へのＯ2流入速度
×ＯＳＣへのＯ2吸着速度／触媒へのＯ2吸着速度  …(5)
ステップＳ７８では、ＯＳＣへのＯ2流入速度がＯＳＣへのＯ2吸着速度以下であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、Ｏ2のＯＳＣへの吸着が破過していると判定でき、図１５のステップＳ８０に進む。
【００７０】
ステップＳ８０では、貴金属へのＯ2流入速度が貴金属へのＯ2吸着速度以下であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、Ｏ2の貴金属への吸着も破過していると判定でき、ステップＳ８２に進み、貴金属及びＯＳＣともにＯ2吸着速度をＯ2実吸着速度として設定する。
一方、ステップＳ８０の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ８４に進み、ＯＳＣについてＯ2吸着速度をＯ2実吸着速度として設定する。
【００７１】
ステップＳ８６では、貴金属へのＯ2吸着速度を次式(6)により判別する。
Ｏ2実吸着速度（貴金属）≧貴金属へのＯ2流入速度
＋（ＯＳＣへのＯ2流入速度−ＯＳＣへのＯ2吸着速度）…(6)
判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ８８に進み、貴金属についてもＯ2吸着速度をＯ2実吸着速度として設定する。
【００７２】
判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ９０において、貴金属についてのＯ2実吸着速度を次式(7)から求める。
Ｏ2実吸着速度（貴金属）＝貴金属へのＯ2流入速度
＋（ＯＳＣへのＯ2流入速度−ＯＳＣへのＯ2吸着速度）…(7)
このようにしてＯ2実吸着速度が設定されたら、ステップＳ１０４に進み、貴金属及びＯＳＣについて次式(8)からＯ2吸着量を算出する。
【００７３】
Ｏ2吸着量(n)＝Ｏ2吸着量(n-1)＋Ｏ2実吸着速度×計算周期  …(8)
上記ステアリング７８の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ９２に進む。
ステップＳ９２では、貴金属へのＯ2流入速度が貴金属へのＯ2吸着速度以下であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、Ｏ2の貴金属への吸着が破過していると判定でき、図１６のステップＳ９４に進み、貴金属についてＯ2吸着速度をＯ2実吸着速度として設定する。
【００７４】
ステップＳ９６では、ＯＳＣへのＯ2吸着速度を次式(9)により判別する。
Ｏ2実吸着速度（ＯＳＣ）≧ＯＳＣへのＯ2流入速度
＋（貴金属へのＯ2流入速度−貴金属へのＯ2吸着速度）…(9)
判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ９８に進み、ＯＳＣについてもＯ2吸着速度をＯ2実吸着速度として設定する。
【００７５】
判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１００において、ＯＳＣについてのＯ2実吸着速度を次式(10)から求める。
Ｏ2実吸着速度（ＯＳＣ）＝ＯＳＣへのＯ2流入速度
＋（貴金属へのＯ2流入速度−貴金属へのＯ2吸着速度）…(10)
このようにしてＯ2実吸着速度が設定されたら、上記同様、ステップＳ１０４に進み、貴金属及びＯＳＣについて上記式(8)からＯ2吸着量を算出する。
【００７６】
一方、ステップＳ９２の判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合には、ステップＳ１０２に進み、貴金属及びＯＳＣについてＯ2流入速度をＯ2実吸着速度として設定し、ステップＳ１０４においてＯ2吸着量を算出する。
なお、ここでは、Ｏ2吸着ルーチンの別例を示したが、Ｏ2脱離ルーチンについても同様のＯ2脱離ルーチンとすることができ、図５のＯ2脱離ルーチンに代えて２種類のＯ2吸着部材（ここでは、貴金属とＯＳＣ）毎にＯ2実脱離速度を求めるＯ2脱離ルーチンを適用するようにしてもよい。
【００７７】
これにより、上記第１乃至第３実施例において、より一層精度よく排気Ａ／Ｆを調整でき、三元触媒３２の排気浄化性能をより一層高く維持することができる。
以上で本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、Ｏ2吸着量やＨＣ吸着量に基づいてＯ2吸着速度、ＮＯx吸着速度、ＨＣ吸着速度、Ｏ2脱離速度、ＮＯx脱離速度、ＨＣ脱離速度等を求めるようにしたが、空燃比切換後の経過時間に基づいて吸着速度や脱離速度を求めるようにしてもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ）は一種類として取り扱ったが、これに限られるものではなく、種類が複数存在するとして複数の吸着速度について求めるようにしてもよい。この場合、好ましくは予想される全てのＨＣ種の吸着速度を用いるのがよいが、簡易的に平均的な吸着速度或いは最も存在確率の高いＨＣ種の吸着速度を用いるようにしてもよい。
【００７９】
また、吸着量に代えてその相関値、例えば被覆率（表面が吸着した分子によって占められている割合）を用いるようにしてもよい。
なお、上記実施形態において、吸着速度及び流入速度は、反応速度と同次元のものであり、mol/sec、Ｌ/sec、g/sec等を単位とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の概略構成図である。
【図２】第１実施例に係る燃料カット復帰時における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】Ｏ2吸着ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】Ｏ2吸着量とＯ2吸着速度とＯ2流入速度との関係を示す図である。
【図５】Ｏ2脱離ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】Ｏ2吸着量とＯ2脱離速度と還元剤流入速度との関係を示す図である。
【図７】Ｏ2吸着量（残量）に応じた目標Ａ／Ｆのリッチ化度合いを示す図である。
【図８】Ｏ2流入速度に応じた触媒内におけるＯ2吸着分布を示す図である。
【図９】第２実施例に係る吸蔵型ＮＯx触媒のＮＯxパージ時における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】Ｏ2吸着量（残量）に応じた目標Ａ／Ｆのリッチ化度合いを示す図である。
【図１１】第３実施例に係る強制変調制御時における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】Ｏ2吸着量とＮＯx吸着速度とＮＯx流入速度との関係を示す図である。
【図１３】ＨＣ吸着量とＨＣ吸着速度との関係を示す図である。
【図１４】第４実施例に係るＯ2吸着ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図１５】図１４のフローチャートに続くＯ2吸着ルーチンを示すフローチャートの残部である。
【図１６】図１４のフローチャートに続くＯ2吸着ルーチンを示すフローチャートの残部である。
【符号の説明】
【００８１】
１  エンジン本体
６  燃料噴射弁
２２  排気センサ
２４  排気流速センサ
３２  三元触媒
３４  吸蔵型ＮＯx触媒
４０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
【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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