(57)【要約】【課題】触媒下流側の排気の空燃比に生じる応答遅れに対処し得る装置を提供する。【解決手段】排気通路（５）に酸素ストレージ能力を有する触媒（６）と、ィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大と小の２値で設け、触媒（６）の酸素ストレージ量が触媒（６）の酸素ストレージ能力の範囲にあって目標空燃比より相対的に離れた第１の空燃比領域では前記大のフィードバックゲインを、触媒（６）の酸素ストレージ量が触媒（６）の酸素ストレージ能力の範囲にあって前記目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では前記小のフィードバックゲインを選択するフィードバックゲイン選択手段（１１）と、前記各空燃比領域で前記選択されたフィードバックゲインを用いて触媒下流側の排気の空燃比が前記目標空燃比に収束するように触媒入口の排気の空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段（１１）とを備える。【選択図】図１
2015094273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に酸素ストレージ能力を有する触媒と、
フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大と小の２値で設け、前記触媒の酸素ストレージ量が前記触媒の酸素ストレージ能力の範囲にあって目標空燃比より相対的に離れた第１の空燃比領域では前記大のフィードバックゲインを、前記触媒の酸素ストレージ量が前記触媒の酸素ストレージ能力の範囲にあって前記目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では前記小のフィードバックゲインを選択するフィードバックゲイン選択手段と、
前記各空燃比領域で前記選択されたフィードバックゲインを用いて前記触媒下流側の排気の空燃比が前記目標空燃比に収束するように前記触媒入口の排気の空燃比をフィードバック制御するフィードバック制御手段と
を備えることを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記第１、第２の空燃比領域で用いるフィードバックゲインの切換のための空燃比閾値を、前記触媒下流側の排気の空燃比が前記目標空燃比より遠い方から前記目標空燃比に近い方に動く際に用いる第１空燃比閾値と、前記触媒下流側の排気の空燃比が前記目標空燃比に近い方から前記目標空燃比より遠い方に動く際に用いる第２空燃比閾値とで構成し、前記第１空燃比閾値を前記第２空燃比閾値よりも前記目標空燃比より離れる側に設けることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
前記目標空燃比より遠い方から目標空燃比に近い方に動き、前記第１空燃比閾値を横切って前記フィードバックゲインを前記小に切換えた際、少なくとも予め定めた一定時間、前記第１空燃比閾値と前記第２空燃比閾値との２つの空燃比閾値の間に前記触媒下流側の排気の空燃比が存在する場合または前記少なくとも予め定めた一定時間の間に前記触媒下流側の排気の空燃比が前記第２空燃比閾値を横切って前記目標空燃比に近い方に動かずに再び前記第１空燃比閾値を横切って前記目標空燃比より離れる方に動く場合には前記フィードバックゲインを再び大きくする側に切換えることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項４】
燃料をエンジンに供給する燃料供給手段を備え、
前記一定時間は、前記燃料を供給したタイミングよりその燃料が燃焼したガスが前記触媒下流側の排気の空燃比を検出する触媒流側空燃比検出手段に到達するタイミングまでの通常の応答遅れに前記酸素ストレージ能力に伴う応答遅れを加えた時間遅れ分と同じかこれに近い値とすることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項５】
前記再び大きくするフィードバックゲインは、前記大のフィードバックゲインと前記小のフィードバックゲインとの間の値とすることを特徴とする請求項３または４に記載のエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジンの空燃比制御装置、特に排気通路に酸素ストレージ能力（Ｏxygen  Ｓtorage  Ｃapacity）を有する触媒である三元触媒を備えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒上流側のＯ2センサ出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数（ＦＡＦ）を算出すると共に、この空燃比フィードバック補正係数の算出に用いるフィードバックゲインを触媒下流側のＯ2センサ出力に基づいて補正するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−６５３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、触媒下流側では、排気は十分に拡散されており、排気中の酸素濃度も触媒の作用によりほぼ平衡状態にあることより、排気全体の空燃比の状態をよく表すものとなっている。このため、触媒上流側の空燃比センサ出力ではなく、触媒下流側の空燃比センサ出力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行うことが考えられる。
【０００５】
この場合に、触媒下流側の空燃比はもともとかなり大きい応答遅れを有する信号である。かつ、触媒の有する酸素ストレージ能力は応答遅れと同じような効果があるため、さらに触媒下流側の空燃比に応答遅れを生じさせる。このため、触媒下流側の空燃比に生じるこの大きな応答遅れに対処する必要がある。しかしながら、上記特許文献１には、触媒下流側の空燃比に生じる大きな応答遅れに対処する方法は、全く記載されていない。
【０００６】
そこで本発明は、触媒下流側の排気の空燃比に生じる応答遅れに対処し得る装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエンジンの空燃比制御装置は、排気通路に酸素ストレージ能力を有する触媒と、フィードバックゲイン選択手段と、フィードバック制御手段とを備える。ここで、フィードバックゲイン選択手段は、フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大と小の２値で設けている。そして、前記触媒の酸素ストレージ量が前記触媒の酸素ストレージ能力の範囲にあって前記目標空燃比より相対的に離れた第１の空燃比領域では前記大のフィードバックゲインを選択する。また、前記触媒の酸素ストレージ量が前記触媒の酸素ストレージ能力の範囲にあって前記目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では前記小のフィードバックゲインを選択する。フィードバック制御手段は、前記各空燃比領域で前記選択されたフィードバックゲインを用いて前記触媒下流側の排気の空燃比が目標空燃比に収束するように前記触媒入口の排気の空燃比をフィードバック制御する。
【発明の効果】
【０００８】
触媒の酸素ストレージ量が酸素ストレージ能力の範囲にあって触媒下流側の排気の空燃比が目標空燃比より相対的に離れた第１の空燃比領域では、触媒の酸素ストレージ量がゼロもしくは最大に近い状態にある。本発明によれば、第１の領域で大のフィードバックゲインを選択するので、触媒下流側の排気の空燃比を目標空燃比付近に素早く近づけることができる。
【０００９】
一方、触媒の酸素ストレージ量が酸素ストレージ能力の範囲にあって触媒下流側の排気の空燃比が目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では、触媒の酸素ストレージ量がゼロと最大の間にある。この第２の空燃比領域では、大のフィードバックゲインを選択し触媒入口の排気の空燃比を大きく変化させて、触媒下流の排気の空燃比を目標空燃比に一致させるよりも、小のフィードバックゲインを選択するほうが触媒の転化率が良くなる。本発明によれば、第２の空燃比領域で小のフィードバックゲインを選択する。これによって、触媒下流の排気の空燃比が目標空燃比よりある程度ずれていても触媒入口の排気の空燃比の動きを小さくすることで、触媒の転化率を良くすることができる。
【００１０】
また、第２の空燃比領域では、通常の応答遅れにストレージ能力に伴う応答遅れが追加されることで応答遅れが助長される。このため、第２の領域で大のフィードバックゲインを選択したのでは、オーバーシュート、ハンチングが発生する。本発明によれば、これらを防止する意味でも第２の空燃比領域で小のフィードバックゲインを選択するので、触媒下流側の排気の空燃比にオーバーシュート、ハンチングが発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態のエンジンの空燃比制御装置の概略構成図である。
【図２】比較例１，２の空燃比フィードバック制御を行った場合の触媒下流側空燃比、フィードバックゲインの変化をモデルで示すタイミングチャートである。
【図３】第１実施形態の空燃比フィードバック制御を行った場合の触媒下流側空燃比、フィードバックゲインの変化をモデルで示すタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態の空燃比フィードバック制御を行った場合の触媒下流側空燃比、フィードバックゲインの変化をモデルで示すタイミングチャートである。
【図５】第１実施形態の空燃比フィードバック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。
【図６Ａ】第１実施形態のフィードバックゲインの算出を説明するためのフローチャートである。
【図６Ｂ】第１実施形態のフィードバックゲインの算出を説明するためのフローチャートである。
【図７】比較例１の触媒下流側空燃比、空燃比フィードバック補正係数、触媒入口空燃比、触媒の酸素ストレージ量の変化を示すタイミングチャートである。
【図８】第１実施形態の触媒下流側空燃比、空燃比フィードバック補正係数、触媒入口空燃比、触媒の酸素ストレージ量の変化を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のエンジンの空燃比制御装置の概略構成図である。図１において、１はエンジン、２は吸気通路、３は吸気絞り弁である。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燃料噴射弁（燃料供給手段）である。
【００１４】
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からの信号が入力する。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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６の酸素ストレージ量が増加する。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６内にストレージ（保持）した酸素で酸化されることから触媒６の酸素ストレージ量が減少する。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ストレージしたり、放出したりする酸素ストレージ能力を有している。
【００２０】
触媒６の上流と下流にはリニアな特性のフロント空燃比センサ１７、リア空燃比センサ１８（触媒下流側空燃比検出手段）が設置されている。フロント空燃比センサ１７、リア空燃比センサ１８は排気中の酸素濃度に応じたリニアな出力特性をもっている。
【００２１】
エンジンコントローラ１１では、リア空燃比センサ１８の出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数α［無名数］を算出する。そして、この空燃比フィードバック補正係数α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。
【００２２】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ｔＦＢＹＡ×α×２＋Ｔｓ                …（３）
ただし、ｔＦＢＹＡ：目標当量比［無名数］、
α：空燃比フィードバック補正係数［無名数］、
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。
【００２３】
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。
【００２４】
なお、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。
【００２５】
上記（３）式の空燃比フィードバック補正係数α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。
【００２６】
さて、触媒６の下流側の排気の空燃比を理論空燃比を中心とする所定の幅に収束させるため、触媒６の入口の排気の空燃比をフィードバック制御することを考える。以下、触媒６の下流側の排気の空燃比を、単に「触媒下流側空燃比」と、触媒６の入口の排気の目標空燃比を、単に「触媒入口空燃比」という。このとき、触媒下流側空燃比が目標空燃比から相対的に離れた第１の空燃比領域では、大のフィードバックゲインを選択する必要がある。これは、触媒６の酸素ストレージ量がゼロもしくは最大に近い状態にある第１の空燃比領域では、大のフィードバックゲインを選択することで、触媒下流側空燃比を目標空燃比付近に素早く近づけることができるためである。
【００２７】
一方、触媒下流側空燃比が目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では、小のフィードバックゲインを選択する必要がある。第２の空燃比領域では、触媒６の酸素ストレージ量がゼロと最大の間にある。この第２の空燃比領域では、大のフィードバックゲインを選択し触媒入口空燃比を大きく変化させて、触媒下流空燃比を目標空燃比に一致させるよりも、小のフィードバックゲインを選択するほうが触媒の転化率が良くなるためである。
【００２８】
次に、問題となることは、触媒６に酸素をストレージする能力（機能）を備えているので、触媒入口空燃比が変化してからその変化が触媒下流側空燃比に到達するまでに大きな応答遅れがある（触媒６での時定数が大きい）ことである。つまり、燃料をエンジンに供給したタイミングよりその燃料が燃焼室で燃焼し、その燃焼したガスがリア空燃比センサ１８に到達するタイミングまでの通常の応答遅れに酸素ストレージ能力に伴う応答遅れが追加されることで応答遅れが助長される。
【００２９】
これについて説明すると、図２は、比較例１，２の空燃比フィードバック制御を行った場合に触媒下流側空燃比、フィードバックゲインがどのように変化するのかをモデルで示すタイミングチャートである。なお、図２ではひとつながりのフィードバック制御のように記載しているが、図２の左側と右側とで、空燃比閾値を相違させた別々のフィードバック制御を示している。
【００３０】
図２の左側に示す比較例１のように、フィードバックゲインを切換えるための空燃比閾値として、理論空燃比(図では「ストイキ」で略記。）に相対的に近い位置に空燃比閾値１を設けると共に、フィードバックゲインを相対的に小さくしたとする。ここで、空燃比閾値１には、２つの値、つまりリーン側の空燃比閾値１（図２左側では「リーン側空燃比閾値１」）及びリッチ側の空燃比閾値１（図２左側では「リッチ側空燃比閾値１」）がある。
【００３１】
比較例１では、触媒下流側空燃比がｔ２のタイミングでリッチ側の空燃比閾値１を横切ってさらにリッチ側にオーバーシュートした後、ｔ３のタイミングでリッチ側の空燃比閾値１を横切ってリーン側（理論空燃比の側）に戻る。そして、触媒下流側空燃比はそのままリーン側に移動する。ｔ４のタイミングで触媒下流側空燃比がリーン側の空燃比閾値１を横切ってさらにリーン側にオーバーシュートした後、ｔ５のタイミングでリーン側の空燃比閾値１を横切ってリッチ側（理論空燃比の側）に戻る。このように、比較例１では、オーバーシュートが繰り返されることに伴うハンチングが発生する（特に積分分のため込みが多い場合）。
【００３２】
これは、次の理由からである。すなわち、フィードバックゲインが相対的に小さいと、触媒下流側空燃比がゆっくりとしか変化しないのであるが、特に積分分のため込みが多い場合には触媒下流側空燃比の動きがさらに鈍る。このため、触媒下流側空燃比がリッチ側の空燃比閾値１を外れてリッチ側にオーバーシュートしても、あるいは触媒下流側空燃比がリーン側の空燃比閾値１を外れてリーン側にオーバーシュートしても直ぐには理論空燃比の側へと戻すことができないのである。
【００３３】
また、図２の右側に示す比較例２のように、フィードバックゲインを切換えるための空燃比閾値として、理論空燃比から相対的に遠い位置に空燃比閾値２を設けると共に、フィードバックゲインを相対的に大きくしたとする。ここで、空燃比閾値２には、２つの値、つまりリーン側の空燃比閾値２（図２右側では「リーン側空燃比閾値２」）及びリッチ側の空燃比閾値２（図２右側では「リッチ側空燃比閾値２がある。
【００３４】
具体的には、比較例２では比較例１でいうリーン側の空燃比閾値１のさらにリーン側に、比較例２でいうリーン側の空燃比閾値２を設けることになる。また、比較例１でいうリッチ側の空燃比閾値１のさらにリッチ側に、比較例２でいうリッチ側の空燃比閾値２を設けることになる。比較例１ではリーン側の空燃比閾値１とリッチ側の空燃比閾値１の間が触媒下流側空燃比の収束範囲であったのが、比較例２ではリーン側の空燃比閾値２とリッチ側の空燃比閾値２の間が触媒下流側空燃比の収束範囲となるわけである。つまり、比較例２では、触媒下流側空燃比の収束範囲が比較例１より大きくなる。
【００３５】
比較例１より触媒下流側空燃比の収束範囲が大きくなると、比較例１で生じていたオーバーシュート、ハンチングは防止できても、触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域（ハッチングで示した領域）にとどまらない。触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域にとどまるときに、有害三成分について最適な転化効率が得られるのであるから、触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域にとどまらなければ、最適な転化効率が得られず、排気エミッションが悪くなる。
【００３６】
そこで本発明の第１実施形態では、フィードバックゲイン選択手段とフィードバック制御手段を備える。まず、フィードバックゲイン選択手段では、フィードバック制御に用いるフィードバックゲインを大と小の２値で設けている。そして、触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にあって目標空燃比より相対的に離れた第１の空燃比領域では大のフィードバックゲインを選択する。触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にあって目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では小のフィードバックゲインを選択する。フィードバック制御手段では、前記２つの各空燃比領域で前記選択されたフィードバックゲインを用いて触媒下流側空燃比が目標空燃比に収束するように触媒６入口の空燃比をフィードバック制御する。
【００３７】
これについて図３，図４を参照して説明する。図３，図４は、第１実施形態の空燃比フィードバック制御を行った場合に触媒下流側空燃比、フィードバックゲイン（比例ゲイン及び積分ゲイン）がどのように変化するのかを示すタイミングチャートである。ここでは、触媒下流側空燃比が目標空燃比に収束するようにするフィードバック制御が、比例積分制御の場合であるとする。この比例積分制御でのフィードバックゲインは比例ゲインと積分ゲインである。
【００３８】
図３に示したように、上記第１、第２の空燃比領域で用いるフィードバックゲインを切換えるための空燃比閾値を第１空燃比閾値と第２空燃比閾値とで構成する。ここで、第１空燃比閾値と第２空燃比閾値は、理論空燃比よりリーン側と、理論空燃比よりリッチ側の両方に設ける。以下、理論空燃比よりリッチ側を、単に「リッチ側」と、理論空燃比よりリーン側を、単に「リーン側」ともいう。すなわち、リーン側の空燃比閾値を、触媒下流側空燃比が理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方に動く際に用いる第１空燃比閾値ｈと、触媒下流側空燃比が理論空燃比に近い方から理論空燃比より遠い方に動く際に用いる第２空燃比閾値ｉとで構成する。そして、第１空燃比閾値ｈを第２空燃比閾値ｉよりも理論空燃比より離れる側に設ける。
【００３９】
同様に、リッチ側の空燃比閾値を、触媒下流側空燃比が理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方に動く際に用いる第１空燃比閾値ｋと、触媒下流側空燃比が理論空燃比に近い方から理論空燃比（目標空燃比）より遠い方に動く際に用いる第２空燃比閾値ｊとで構成する。そして、第１空燃比閾値ｋを第２空燃比閾値ｊよりも理論空燃比より離れる側に設ける。
【００４０】
このとき、リーン側の第２空燃比閾値ｉとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間が触媒下流側空燃比としてとどまってほしい空燃比領域、つまり有害三成分の転化率が最適となる領域であるとする。言い換えると、触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域のうち、リーン側の限界をリーン側の第２空燃比閾値ｉとして、リッチ側の限界をリッチ側の第２空燃比閾値ｊとして設定する。そして、リーン側の第２空燃比閾値ｉよりもリーン側にリーン側の第１空燃比閾値ｈを、リッチ側の第２空燃比閾値ｊよりもリッチ側にリッチ側の第１空燃比閾値ｋを設けるのである。
【００４１】
さらに述べると、上記の「目標空燃比」は、理論空燃比という単一の値ではなく、理論空燃比を中心とする所定の範囲（幅）を有する値である。これは、触媒下流側空燃比を一定値（理論空燃比）に維持するよりも、触媒下流側空燃比が理論空燃比を中心として所定の幅内で振れているほうが、有害三成分の転化効率がよいためである。ここでは、所定の範囲は、リーン側の第２空燃比閾値ｉとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間である。つまり、触媒下流側空燃比としてとどまってほしい空燃比領域が目標空燃比である。
【００４２】
第１空燃比閾値ｈ，ｋ、第２空燃比閾値ｉ，ｊと、上記第１、第２の空燃比領域との関係では、リーン側の第１空燃比閾値ｈ以上の領域とリッチ側の第１空燃比閾値ｈ以下の領域とが第１の空燃比領域である。リーン側の第２空燃比閾値ｈ未満かつリッチ側の第２空燃比閾値ｊ以上の領域が第２の空燃比領域である。
【００４３】
リーン側での空燃比フィードバック制御と、リッチ側での空燃比フィードバック制御とは同様である。
【００４４】
触媒下流側空燃比がリーン側の第１空燃比閾値ｈを理論空燃比に近い方から理論空燃比より遠い方へと横切ったときには、直ぐに触媒下流側空燃比が第１空燃比閾値ｈを横切って理論空燃比に近い方に戻すべきである。このため、触媒下流側空燃比がリーン側の第１空燃比閾値ｈを理論空燃比に近い方から理論空燃比より遠い方へと横切っときにはフィードバックゲインを大にして空燃比フィードバック制御の応答性を高める。すなわち、比例ゲインを第２所定値ａ２から第１所定値ａ１（ただし、ａ１＞ａ２）へと大きくなる側に、積分ゲインを第２所定値ｂ２から第１所定値ｂ１（ただし、ｂ１＞ｂ２）へと大きくなる側に切換える。
【００４５】
一方、図３においてｔ１１のタイミングで触媒下流側空燃比がリーン側の第１空燃比閾値ｈを理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方へと横切ったときにはフィードバックゲインを小として空燃比フィードバック制御の安定性を高める。すなわち、比例ゲインを第１所定値ａ１から第２所定値ａ２へと小さくなる側に、積分ゲインを第１所定値ｂ１から第２所定値ｂ２へと大きくなる側に切換える。
【００４６】
同様に、触媒下流側空燃比がリッチ側の第１空燃比閾値ｋを理論空燃比に近い方から理論空燃比より遠い方へと横切ったときには、直ぐに触媒下流側空燃比がリッチ側の第１空燃比閾値ｋを横切って理論空燃比に近い方に戻すべきである。このため、触媒下流側空燃比がリッチ側の第１空燃比閾値ｋを理論空燃比に近い方から理論空燃比より遠い方へと横切ったときにはフィードバックゲインを大として空燃比フィードバック制御の応答性を高める。すなわち、比例ゲインを第３所定値ａ３から第４所定値ａ４（ただし、ａ４＞ａ３）へと大きくなる側に、積分ゲインを第３所定値ｂ３から第４所定値ｂ４（ただし、ｂ４＞ｂ３）へと大きくなる側に切換える。
【００４７】
一方、図４においてｔ２１のタイミングで触媒下流側空燃比がリッチ側の第１空燃比閾値ｋを理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方へと横切ったときにはフィードバックゲインを小にして空燃比フィードバック制御の安定性を高める。すなわち、比例ゲインを第４所定値ａ４から第３所定値ａ３へと小さくなる側に、積分ゲインを第４所定値ｂ４から第３所定値ｂ３へと小さくなる側に切換える。
【００４８】
次に、図３に示したように触媒下流側空燃比が理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方に動き、リーン側の第１空燃比閾値ｈをｔ１５で横切ったためにフィードバックゲインを小とした際には、その後の一定時間の間、触媒下流側空燃比の様子をみる。通常であれば、一定時間の間には、触媒下流側空燃比がリーン側の第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比へと近づくはずである。例えば図３において、ｔ１１で触媒下流側空燃比が理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方に動いたときには、一定時間の経過する前のｔ１２のタイミングで触媒下流側空燃比がリーン側の第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比へと近づいている。
【００４９】
しかしながら、図３のイに示したように、ｔ１５からｔ１６までの一定時間の間、リーン側の第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比へと近づくことなくリーン側の第１空燃比閾値ｈとリーン側の第２空燃比閾値ｉの間に存在することが考え得る。上記のように、リーン側の第２空燃比閾値ｉとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間が有害三成分の転化率が最適となる領域（目標空燃比）である。リーン側の第１空燃比閾値ｈとリーン側の第２空燃比閾値ｉの間に触媒下流側空燃比が一定時間存在するのでは、有害三成分の転化率が最適とならない。
【００５０】
そこで、ｔ１５から一定時間が経過するｔ１６のタイミングで、触媒下流側空燃比がリーン側の第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比に近づかないときには、フィードバックゲインを中にして空燃比フィードバック制御の応答性を高める。すなわち、図３のイに示したように、ｔ１６のタイミングで比例ゲインを第２所定値ａ２から第３所定値ａ３へと大きくなる側に、積分ゲインを第２所定値ｂ２から第３所定値ｂ３へと大きくなる側に切換える。ただし、第３所定値ａ３は第１所定値ａ１よりは小さく（ａ１＞ａ３＞ａ２）、第３所定値ｂ３は第１所定値ｂ１よりは小さく（ｂ１＞ｂ３＞ｂ２）する。
【００５１】
上記図３のイの場合には、図３のウに示したように、理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方の動きであってもフィードバックゲインの切換ための空燃比閾値をリーン側の第２空燃比閾値ｉにセットする。その後、触媒下流側空燃比がリーン側の第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比に近づいたら、フィードバックゲインの切換ための空燃比閾値をリーン側の第１空燃比閾値ｈにセットする。
【００５２】
同様に、図４に示したように触媒下流側空燃比が理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方に動き、リッチ側の第１空燃比閾値ｋを横切ったためにフィードバックゲインを小とした際には、その後の一定時間の間、触媒下流側空燃比の様子をみる。通常であれば、一定時間の間には、触媒下流側空燃比がリッチ側の第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比へと近づくはずである。例えば図４において、ｔ２１で触媒下流側空燃比が理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方に動いたときには、一定時間の経過する前のｔ２２のタイミングで触媒下流側空燃比がリッチ側の第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比へと近づいている。
【００５３】
しかしながら、図４のイに示したように、ｔ２５からｔ２６までの一定時間の間、リッチ側の第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比へと近づくことなくリッチ側の第１空燃比閾値ｋとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間に存在することが考え得る。上記のように、リーン側の第２空燃比閾値ｉとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間が有害三成分の転化率が最適となる領域（目標空燃比）である。リッチ側の第１空燃比閾値ｋとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間に触媒下流側空燃比が一定時間存在するのでは、有害三成分の転化率が最適とならない。
【００５４】
そこで、ｔ２５から一定時間が経過するｔ２６のタイミングで、触媒下流側空燃比がリッチ側の第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比に近づかないときには、フィードバックゲインを中にして空燃比フィードバック制御の応答性を高める。すなわち、図４のイに示したように、ｔ２６のタイミングで比例ゲインを第２所定値ａ２から第３所定値ａ３へと大きくなる側に、積分ゲインを第２所定値ｂ２から第３所定値ｂ３へと大きくなる側に切換える。ただし、第３所定値ａ３は第１所定値ａ１よりは小さく（ａ１＞ａ３＞ａ２）、第３所定値ｂ３は第１所定値ｂ１よりは小さく（ｂ１＞ｂ３＞ｂ２）する。
【００５５】
上記図４のイの場合には、図４のウに示したように、理論空燃比より遠い方から理論空燃比に近い方の動きであってもフィードバックゲインの切換ための空燃比閾値をリッチ側の第２空燃比閾値ｊにセットする。その後、触媒下流側空燃比がリッチ側の第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比に近づいたら、フィードバックゲインの切換ための空燃比閾値をリッチ側の第１空燃比閾値ｋにセットする。
【００５６】
燃料噴射弁４より燃料をエンジンに供給したタイミングよりその燃料が燃焼室で燃焼し、その燃焼したガスがリア空燃比センサ１８に到達するタイミングまでの通常の応答遅れに酸素ストレージ能力に伴う応答遅れが加わる。そこで、上記の各一定時間は、通常の応答遅れに酸素ストレージ能力に伴う応答遅れを加えた時間遅れ分と同じかこれに近い値となるように設定する。
【００５７】
このように、リーン側、リッチ側に２つの各空燃比閾値を設けることで、空燃比センサ１８が触媒６の下流側にあるために応答遅れ(不感帯)が大きくなるような場合においてもフィードバック制御に伴うオーバーシュートによるハンチングを防止しつつ、触媒下流側空燃比を目標空燃比により長くとどまらせることが可能となる。特に、触媒６のように酸素を溜め込むことで目標空燃比付近の応答性が非常に悪いものに対して有効である。
【００５８】
エンジンコントローラ１１で行われるこの空燃比のフィードバック制御を図５，図６のフローに従って説明する。
【００５９】
図５のフローは、空燃比フィードバック補正係数α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。
【００６０】
ステップ１では、空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているか否かをみる。空燃比フィードバック制御を許可する条件は、従来と同じでよい。例えば、触媒６が活性化する前には空燃比フィードバック制御を許可しない。また、エンジンの出力が要求されるエンジンの高負荷時には空燃比フィードバック制御を許可しない。空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立していないときにはステップ７に進み、空燃比フィードバック補正係数α＝１．０とする。
【００６１】
リア空燃比センサに基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているときにはステップ２に進み、リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているか否かをみる。リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立していないときにはステップ７に進み、空燃比フィードバック補正係数α＝１．０とする。
【００６２】
例えば、リア空燃比センサ出力に故障が生じているときには、リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可しない。
【００６３】
また、触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にないときには、リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可しない。ここで、触媒６の酸素ストレージ能力は、触媒６の使用時間が長くなるにつれて落ちてゆく。そこで、触媒６の酸素ストレージ能力の閾値を予め定めておき、触媒６の酸素ストレージ能力が閾値を超えて落ちたときには、触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にないと診断するようにしておく。すると、「触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にない」とは、触媒６の酸素ストレージ能力が予め定めてある閾値を超えて低下していることである。一方、「触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にある」とは、触媒６の酸素ストレージ能力が予め定めてある閾値を超えて低下していないことである。簡単には、触媒６に劣化が生じているときに、「触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にない」と、触媒６に劣化が生じていないときに「触媒６の酸素ストレージ量が触媒６の酸素ストレージ能力の範囲にある」と判断すればよい。触媒６に劣化が生じているか否かの診断には公知の劣化診断方法を用いればよい。
【００６４】
リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているときにはステップ３に進み、リア空燃比センサ出力に基づいて触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒを算出する。
【００６５】
ステップ４では、この触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒから目標空燃比ｔＡ／Ｆｒの差に比例ゲインａを乗算することによって、つまり次式により比例分Ｐ［無名数］を算出する。
【００６６】
Ｐ＝ａ×（ｒＡ／Ｆｒ−ｔＡ／Ｆｒ）                      …（４）
ただし、ａ：比例ゲイン、
ｔＡ／Ｆｒ：目標空燃比、
ステップ５では、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒから目標空燃比ｔＡ／Ｆｒの差に積分ゲインｂを乗算した値を積分分の前回値Ｉoldに加算することによって、つまり次式により積分分Ｉ［無名数］を算出する。
【００６７】
Ｉ＝Ｉold＋ｂ×（ｒＡ／Ｆｒ−ｔＡ／Ｆｒ）               …（５）
ただし、Ｉold：Ｉの前回値、
ｂ：積分ゲイン、
ｔＡ／Ｆｒ：目標空燃比、
詳細には、上記（４）式、（５）式の目標空燃比ｔＡ／Ｆｒは、理論空燃比を中心とする所定の範囲（幅）を有する値である。このため、理論空燃比に許容幅を加算した値をリーン側目標空燃比ｔＡ／Ｆｒlean、理論空燃比から許容幅を減算した値をリッチ側目標空燃比ｔＡ／Ｆｒrichとする。図３，図４のタイミングチャートに合わせるとすれば、ｔＡ／Ｆｒlean＝ｉ、ｔＡ／Ｆｒrich＝ｊである。そして、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側目標空燃比ｔＡ／Ｆｒleanよりリーン側にあるときに次の式により比例分Ｐ及び積分分Ｉを算出する。
【００６８】
Ｐ＝ａ×（ｒＡ／Ｆｒ−ｔＡ／Ｆｒlean）                  …（４ａ）
Ｉ＝Ｉold＋ｂ×（ｒＡ／Ｆｒ−ｔＡ／Ｆｒlean）           …（５ａ）
ただし、ｔＡ／Ｆｒlean：リーン側目標空燃比、
また、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側目標空燃比ｔＡ／Ｆｒrichよりリッチ側にあるときには、次の式により比例分Ｐ及び積分分Ｉを算出する。
【００６９】
Ｐ＝ａ×（ｒＡ／Ｆｒ−ｔＡ／Ｆｒrich）                  …（４ｂ）
Ｉ＝Ｉold＋ｂ×（ｒＡ／Ｆｒ−ｔＡ／Ｆｒrich）           …（５ｂ）
ただし、ｔＡ／Ｆｒrich：リッチ側目標空燃比、
上記（４）式、（５）式で比例分Ｐ及び積分分Ｉの算出に用いる比例ゲインａ及び積分ゲインｂは一定値ではなく、後述する図６Ａ，図６Ｂのフローで算出する。
【００７０】
ステップ６では、比例分Ｐと積分分Ｉとを加算した値を空燃比フィードバック補正係数αとして、つまり次式により空燃比フィードバック補正係数α［無名数］を算出する。
【００７１】
α＝Ｐ＋Ｉ                                              …（６）
このようにして算出した空燃比フィードバック補正係数αを上記の（３）式で用いる。
【００７２】
次に、図６Ａ，図６Ｂのフローは、図５のフローで用いるフィードバックゲインａ，ｂ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。
【００７３】
図６Ａのステップ１１では、図５のステップ１と同じに空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているか否かをみる。空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立していないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００７４】
空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているときには図６Ａのステップ１２に進み、図５のステップ２と同じにリア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているか否かをみる。リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立していないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００７５】
リア空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御を許可する条件が成立しているときには図６Ａのステップ１３以降に進む。図６Ａのステップ１３〜２３は、リア空燃比センサ出力から得られる触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側にあるときの処理である。ステップ１３では、リア空燃比センサ出力から得られる触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒとリーン側の第１空燃比閾値ｈを比較する。触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の第１空燃比閾値ｈ以上であるときには図６Ａのステップ１４に進み、フィードバック制御の応答を良くするため第１所定値ａ１を比例ゲインａに、第１所定値ｂ１を積分ゲインｂに入れる。第１所定値ａ１，ｂ１は適合により予め設定しておく。
【００７６】
一方、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の第１空燃比閾値ｈ以上でないときには図６Ａのステップ１５に進み、前回はｒＡ／Ｆｒ≧ｈであったか否かをみる。前回はｒＡ／Ｆｒ≧ｈであった、つまり今回に触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の第１空燃比閾値ｈを横切って理論空燃比の側へと動いたときには、図６Ａのステップ１６に進む。
ステップ１６では、フィードバック制御の安定性を良くするため第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。第２所定値ａ２は第１所定値ａ１より、第２所定値ｂ２は第１所定値ｂ１よりそれぞれ小さい値である。第２所定値ａ２，ｂ２も適合により予め設定しておく。
【００７７】
図６Ａのステップ１７ではカウンタをリセットする（カウンタ値＝０）。カウンタは触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の第１空燃比閾値ｈを理論空燃比の側へと横切ってからの経過時間を計測するためのものである。
【００７８】
図６Ａのステップ１５で前回はｒＡ／Ｆｒ＜ｈであった、つまり触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが継続してリーン側の第１空燃比閾値ｈより理論空燃比の側にあるときには図６Ａのステップ１８に進む。ステップ１８では、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒとリーン側の第２空燃比閾値ｉを比較する。ｒＡ／Ｆｒ＞ｉであるときには図６Ａのステップ１９に進んで、カウンタ値と所定値Ａを比較する。所定値Ａは、図３に示した一定時間を定める値で、予め設定しておく。カウンタ値が所定値Ａ未満であるときには、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが、第１空燃比閾値ｈと第２空燃比閾値ｉの間に存在する時間が一定時間に満たないと判断する。このときには図６Ａのステップ２０に進み、第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。
【００７９】
図６Ａのステップ２１ではカウンタを、図６Ａ，図６Ｂの制御周期（１０ｍｓ）だけカウントアップする。
【００８０】
次回以降も触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｈと第２空燃比閾値ｉの間に存在し、かつ図６Ａのステップ１９でカウンタ値が所定値Ａ未満であるときには図６Ａのステップ２０，２１に進んで、ステップ２０，２１の操作を実行する。触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｈと第２空燃比閾値ｉの間に存在し続ける場合に、図６Ａのステップ２１の操作を繰り返すと、やがて図６Ａのステップ１９でカウンタ値が所定値Ａ以上となる。これによって、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｈと第２空燃比閾値ｉの間に存在する時間が一定時間以上になったと判断する。このときにはフィードバック制御の応答を良くして触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比の側へと向かうようにするため図６Ａのステップ１９から図６Ａのステップ２２に進む。図６Ａのステップ２２では、第２所定値ａ２より大きい第３所定値ａ３を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２より大きい第３所定値ｂ３を積分ゲインｂに入れる。ただし、第３所定値ａ３は第１所定値ａ１よりは小さい値とし、第３所定値ｂ３は第１所定値ｂ１よりは小さい値とする。第３所定値ａ３，ｂ３も適合により予め設定しておく。
【００８１】
第３所定値ａ３を比例ゲインａ、第３所定値ｂ３を積分ゲインｂをとすることでフィードバック制御の応答性がよくなるため、やがては触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比の側へと向かう。このときには、図６Ａのステップ１８より図６Ａのステップ２３に進み、フィードバック制御の安定性を良くするため第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。
【００８２】
一方、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｈと第２空燃比閾値ｉの間に存在するものの、カウンタ値が所定値Ａ以上となる前に触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第２空燃比閾値ｉを横切って理論空燃比の側へと向かうことがある。このときには、図６Ａのステップ１３，１５，１８から図６Ａのステップ２３に進み、フィードバック制御の安定性を良くするため第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。
【００８３】
次に、図６Ｂのステップ２４〜３４は、リア空燃比センサ出力から得られる触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側にあるときの処理である。触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側にあるときの処理は、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側にあるときの処理と同様である。触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側にあるときの処理でも、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側にあるときの処理で用いたと同じ所定値ａ１，ａ２，ａ３、ｂ１，ｂ２，ｂ３を用いる。
【００８４】
図６Ｂのステップ２４では、リア空燃比センサ出力から得られる触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒとリッチ側の第１空燃比閾値ｋを比較する。触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側の第１空燃比閾値ｋ以下であるときには図６Ｂのステップ２５に進み、フィードバック制御の応答を良くするため第１所定値ａ１を比例ゲインａに、第１所定値ｂ１を積分ゲインｂに入れる。
【００８５】
一方、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側の第１空燃比閾値以下でないときには図６Ｂのステップ２６に進み、前回はｒＡ／Ｆｒ≦ｋであったか否かをみる。前回はｒＡ／Ｆｒ≦ｋであった、つまり今回に触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側の第１空燃比閾値ｋを横切って理論空燃比の側へと動いたときには、図６Ｂのステップ２７に進む。ステップ２７では、フィードバック制御の安定性を良くするため第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。第２所定値ａ２は第１所定値ａ１より、第２所定値ｂ２は第１所定値ｂ１よりそれぞれ小さい値である。
【００８６】
図６Ｂのステップ２８ではカウンタをリセットする（カウンタ値＝０）。カウンタは触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側の第１空燃比閾値ｋを理論空燃比の側へと横切ってからの経過時間を計測するためのものである。このカウンタは、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側にあるときの処理で用いたと同じカウンタである。ここでは、触媒下流側空燃比がリーン側にあるときの処理で用いたと同じカウンタを用いているが、リッチ側とリーン側とで別々のカウンタを用意してもかまわない。
【００８７】
図６Ｂのステップ２６で前回はｒＡ／Ｆｒ＞ｋであった、つまり触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが継続してリッチ側の第１空燃比閾値ｋより理論空燃比の側にあるときには図６Ｂのステップ２９に進む。ステップ２９では、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒとリッチ側の第２空燃比閾値ｊを比較する。ｒＡ／Ｆｒ＜ｊであるときには図６Ｂのステップ３０に進んで、カウンタ値と所定値Ａを比較する。所定値Ａは、図４に示した一定時間を定める値で、予め設定しておく。カウンタ値が所定値Ａ未満であるときには、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが、第１空燃比閾値ｋと第２空燃比閾値ｊの間に存在する時間が一定時間に満たないと判断する。このときには図６Ｂのステップ３１に進み、第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。
【００８８】
図６Ｂのステップ３２ではカウンタを、図６Ａ，図６Ｂの制御周期（１０ｍｓ）だけカウントアップする。
【００８９】
次回以降も触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｋと第２空燃比閾値ｊの間に存在し、かつ図６Ｂのステップ３０でカウンタ値が所定値Ａ未満であるときには図６Ｂのステップ３１，３２に進んで、ステップ３１，３２の操作を実行する。触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｋと第２空燃比閾値ｊの間に存在し続ける場合に、図６Ｂのステップ３２の操作を繰り返すと、やがて図６Ｂのステップ３０でカウンタ値が所定値Ａ以上となる。これによって、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｋと第２空燃比閾値ｊの間に存在する時間が一定時間以上になったと判断する。このときにはフィードバック制御の応答を良くして触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比の側へと向かうようにするため図６Ｂのステップ３０から図６Ｂのステップ３３に進む。図６Ｂのステップ３３では、第２所定値ａ２より大きい第３所定値ａ３を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２より大きい第３所定値ｂ３を積分ゲインｂに入れる。ただし、第３所定値ａ３は第１所定値ａ１よりは小さい値とし、第３所定値ｂ３は第１所定値ｂ１よりは小さい値とする。
【００９０】
第３所定値ａ３を比例ゲインａ、第３所定値ｂ３を積分ゲインｂをとすることでフィードバック制御の応答性がよくなるため、やがては触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比の側へと向かう。このときには、図６Ｂのステップ２９より図６Ｂのステップ３４に進み、フィードバック制御の安定性を良くするため第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。
【００９１】
一方、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第１空燃比閾値ｋと第２空燃比閾値ｊの間に存在するものの、カウンタ値が所定値Ａ以上となる前に触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが第２空燃比閾値ｊを横切って理論空燃比の側へと向かうことがある。このときには、図６Ｂのステップ２４，２６，２９から図６Ｂのステップ３４に進み、フィードバック制御の安定性を良くするため第２所定値ａ２を比例ゲインａに、第２所定値ｂ２を積分ゲインｂに入れる。
【００９２】
次に、図７，図８は燃料カットが行われたために触媒６の酸素ストレージ量が１００％（最大）に張り付いた状態から燃料カットリカバーが行われ、空燃比フィードバック制御が再開されるときのものである。このときに、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒ、空燃比フィードバック補正係数α、触媒入口空燃比、触媒６の酸素ストレージ量がどのように変化するのかを示している。ここで、図７は比較例１の場合、図８は本実施形態の場合である。なお、上記のようにエアフローメータ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し、空燃比フィードバック補正係数αが１．０のとき触媒入口空燃比が理論空燃比に落ち着くものとする。
【００９３】
まず比較例１の場合から説明する。図７には時系列的に（イ）〜（リ）の符号を付している。以下では、この符号の順に従って説明する。
【００９４】
燃料カットリカバー後に触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側に向かうのを受けて、空燃比フィードバック補正係数αが１．０よりリッチ側に向かう。これによって、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒは、リーン側でピークをうった後に反転し、リーン側の空燃比閾値１（図では「閾値１」で略記。）に向かう。
【００９５】
（イ）触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の空燃比閾値１に近づくにつれ、空燃比フィードバック補正係数αが１．０へと向かう（図７の第２段目参照）。この場合に、空燃比フィードバック補正係数αの波形をそのまま所定時間Δτだけ遅らせたものが触媒上流側空燃比の波形となる（図７の第３段目参照）。これは、燃焼室の燃焼ガスが触媒６の入口に伝わるまでに時間的な応答遅れがあるためである。
【００９６】
（ロ）リッチ側に振れた空燃比フィードバック補正係数αによって触媒入口空燃比がリッチ側となり触媒６の内部にリッチ雰囲気の排気が流れ始めると、触媒６の酸素ストレージ量は１００％から低下して０％へと向かう（図７の第４段目参照）。
【００９７】
（ハ）触媒６をリッチ雰囲気の排気が流れ始めると、触媒６の酸素ストレージ能力が働くこととなり、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の空燃比閾値の手前でゆっくりとした動きとなる（図７の第１段目参照）。
【００９８】
（ニ）触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒの動きがゆっくりになったので、比例分Ｐはほぼ一定の小さな値となる。このときには、積分分の加算で空燃比フィードバック補正係数αが１．０より却って離れる側のリッチ側に動く（図７の第２段目参照）。
【００９９】
（ホ）触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがｔ２１のタイミングでリーン側の空燃比閾値１を横切って理論空燃比の側に動いたので、フィードバックゲインを大から小へと小さくする。これによって、空燃比フィードバック補正係数αは１．０により近くなる（図７の第２段目参照）。
【０１００】
（ヘ）ｔ２１のタイミングでフィードバックゲインを小さくしたが、このフィードバックゲインの変化に伴う空燃比の変化が触媒６の入口さらに触媒６の内部に反映されるには時間がかかる。つまり、ｔ２１より応答遅れ時間Δτだけ遅れたｔ２２のタイミングで触媒入口空燃比が理論空燃比へと向かう（図７の第３段目参照）。そして、この変化は触媒６の内部にさらに遅れて伝わってゆく。
【０１０１】
（ト）フィードバックゲインを小さくした効果が触媒６の内部に反映される前にｔ２３のタイミングで触媒６の酸素ストレージ量が０％に近くになり、これを受けて触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側に動き出す（図７の第１段目参照）。
【０１０２】
（チ）ｔ２４のタイミングで触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側の空燃比閾値１を横切ってリッチ側にオーバーシュートしたので、フィードバックゲインを小から大へと切換える。これによって、空燃比フィードバック補正係数αがリーン側に向かってやっと動き出す（図７の第２段目参照）。
【０１０３】
（リ）フィードバックゲインを小から大へと戻す動きが遅いので、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒのオーバーシュートが大きい（図７の第１段目参照）。
【０１０４】
次に、本実施形態の場合を説明する。図８にも時系列的に（イ）〜（ヘ）の符号を付している。以下では、この符号の順に従って説明する。なお、図８では触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域（目標空燃比）を図３，図４と相違させている。すなわち、図３，図４では、触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域をリーン側の第２空燃比閾値ｉとリッチ側の第２空燃比閾値ｊの間としていた。一方、図８では、触媒下流側空燃比がとどまって欲しい空燃比領域を、図３，図４の場合より広くしている（図８の第１段目参照）。
【０１０５】
燃料カットリカバー後に触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側に向かうのを受けて、空燃比フィードバック補正係数αが１．０よりリッチ側に向かう。これによって、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒは、リーン側でピークをうった後に反転し、リーン側の第１空燃比閾値ｈに向かう。
【０１０６】
（イ）触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の第１空燃比閾値ｈに近づくにつれ、空燃比フィードバック補正係数αが１．０へと向かう（図８の第２段目参照）。
【０１０７】
（ロ）触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリーン側の第１空燃比閾値ｈをｔ３１のタイミングで横切ったので、フィードバックゲインを大から小へと小さくする。この場合、本実施形態ではリーン側の第１空燃比閾値ｈを、比較例１のリーン側の空燃比閾値１よりもリーン側に設けているので、比較例１の場合より早いタイミングで空燃比フィードバック補正係数αがより１．０に近くなる（図８の第２段目参照）。つまり、本実施形態の場合には比較例１の場合より空燃比フィードバック補正係数αが１．０へとより早めに近づく。
【０１０８】
（ハ）ｔ３１のタイミングでフィードバックゲインを小さくしたが、このフィードバックゲインの変化に伴う空燃比の変化が触媒６の入口さらに触媒６の内部に反映されるには時間がかかる。つまり、ｔ３１より応答遅れ時間Δτだけ遅れたｔ３２のタイミングで触媒入口空燃比が理論空燃比へと向かう（図８の第３段目参照）。そして、この変化は触媒６の内部にさらに遅れて伝わってゆく。
【０１０９】
（ニ）この応答遅れ時間Δτの後にフィードバックゲインを小さくした効果が触媒６の内部に反映され、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒはとどまって欲しい空燃比領域（ハッチングした領域）にとどまる（図８の第１段目参照）。本実施形態では、触媒６の酸素ストレージ量が０％に到達するずっと前のｔ３１のタイミングでフィードバックゲインを小さくするので、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒが比較例１の場合のように理論空燃比を横切ってリッチ側に向かうことはないのである。
【０１１０】
（ホ）触媒６の酸素ストレージ量が低下している最中にフィードバックゲインを小さくするので、触媒６の酸素ストレージ量の低下速度は小さくなる（図８の第４段目参照）。
【０１１１】
（ヘ）万が一、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがｔ３３のタイミングでリッチ側の第２空燃比閾値ｊを横切ってリッチ側に向かうことがあったとする。この場合であっても、リッチ側の第２空燃比閾値ｊは比較例１のリッチ側の空燃比閾値１よりも理論空燃比に近い側にある（図８の第１段目参照）。このため、比較例１の場合よりも早いタイミングでフィードバックゲインを小から大へと切換えることができる。これによって触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒがリッチ側の第１空燃比閾値ｋを横切ってリッチ側に向かっても、触媒下流側空燃比ｒＡ／Ｆｒをリッチ側の第１空燃比閾値ｋを横切って理論空燃比の側へと早期に戻すことができる。比較例１の場合よりも早いタイミングでフィードバックゲインを小から大へと切換えるので、比較例１の場合よりオーバーシュートを抑制できるのである。
【０１１２】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【０１１３】
触媒６の酸素ストレージ量が酸素ストレージ能力の範囲にあって触媒下流側空燃比が目標空燃比より相対的に離れた第１の空燃比領域では、触媒６の酸素ストレージ量がゼロもしくは最大に近い状態にある。本実施形態によれば、第１の空燃比領域で大のフィードバックゲインを選択するので、触媒下流側空燃比を目標空燃比付近に素早く近づけることができる。
【０１１４】
一方、触媒６の酸素ストレージ量が酸素ストレージ能力の範囲にあって触媒下流側空燃比が目標空燃比に相対的に近い第２の空燃比領域では、触媒６の酸素ストレージがゼロと最大の間にある。この第２の空燃比領域では、大のフィードバックゲインを選択し触媒入口空燃比を大きく変化させて、触媒下流側空燃比を目標空燃比に一致させるよりも、小のフィードバックゲインを選択するほうが触媒６の転化率が良くなる。本実施形態によれば、第２の空燃比領域で小のフィードバックゲインを選択する。これによって、触媒下流側空燃比が目標空燃比よりある程度ずれていても触媒入口空燃比の動きを小さくすることで、触媒６の転化率を良くすることができる。
【０１１５】
また、第２の空燃比領域では、通常の応答遅れに酸素ストレージ能力に伴う応答遅れが追加されることで応答遅れが助長される。このため、第２の空燃比領域で大のフィードバックゲインを選択したのでは、オーバーシュート、ハンチングが発生する。本実施形態によれば、これらを防止する意味でも第２の空燃比領域で小のフィードバックゲインを選択するので、触媒下流側の排気の空燃比にオーバーシュート、ハンチングが発生することを防止できる。
【０１１６】
本実施形態では、第１、第２の空燃比領域で用いるフィードバックゲインの切換のための空燃比閾値を、第１空燃比閾値ｈ，ｋと第２空燃比閾値ｉ，ｊとの２つの空燃比閾値で構成する。このうち、第１空燃比閾値ｈ，ｋは触媒下流側空燃比が目標空燃比より遠い方から目標空燃比に近い方に動く際に用いる空燃比閾値である。第２空燃比閾値ｉ，ｊは触媒下流側空燃比が目標空燃比に近い方から目標空燃比より遠い方に動く際に用いる空燃比閾値である。そして、第１空燃比閾値ｈ，ｋを第２空燃比閾値ｉ，ｊよりも目標空燃比より離れる側に設ける。これによって、比較例１の場合より早めにフィードバックゲインを大から小に切換えることが可能となり、応答遅れに対処可能となる。このため、比較例１で生じていたオーバーシュート、ハンチングを避けつつ、第２空燃比閾値ｉ，ｊと理論空燃比との間のより小さな範囲に触媒下流側空燃比を収束させることができる。
【０１１７】
本実施形態では、目標空燃比より遠い方から目標空燃比に近い方に動き、第１空燃比閾値ｈ，ｋを横切ってフィードバックゲインを小に切換えた際には次のようにする。すなわち、少なくとも予め定めた一定時間、第１空燃比閾値ｈ，ｋと第２空燃比閾値ｉ，ｊとの２つの空燃比閾値の間に触媒下流側空燃比が存在する場合にはフィードバックゲインを再び大きくする側に切換える。これによって、万が一、触媒下流側空燃比が第１空燃比閾値と第２空燃比閾値との２つの閾値の間にとどまり続ける事態を防ぐことができる。
【０１１８】
本実施形態では、燃料噴射弁４（燃料供給手段）を備え、前記一定時間は、燃料をエンジンに供給したタイミングよりその燃料が燃焼したガスがリア空燃比センサ１８（触媒下流側空燃比検出手段）に到達するタイミングまでの通常の応答遅れに酸素ストレージ能力に伴う応答遅れを加えた時間遅れ分と同じかこれに近い値とする。これによって、通常の応答遅れに触媒６の酸素ストレージ能力に伴う応答遅れが加わっても、触媒下流側空燃比に生じるオーバーシュート、アンダーシュートを防止することができる。
【０１１９】
目標空燃比より遠い方から目標空燃比に近い方に動き、第１空燃比閾値を横切ってフィードバックゲインを小に切換えた際、予め定めた一定時間以上、第１空燃比閾値と第２空燃比閾値との２つの空燃比閾値の間に触媒下流側空燃比が存在する場合がある。この場合に、大のフィードバックゲインに戻すだけでは再び触媒下流側空燃比にオーバーシュート、ハンチングが発生する可能性が高い。また、この場合に、小のフィードバックゲインのままでは、第２空燃比閾値と理論空燃比との間の、より小さな範囲に収束しない可能性がある。本実施形態によれば、再び大きくするフィードバックゲインは、大のフィードバックゲインと小のフィードバックゲインとの間の値とするので、こうした事態を回避することができる。
【０１２０】
同じく目標空燃比より遠い方から目標空燃比に近い方に動き、第１空燃比閾値を横切ってフィードバックゲインを小に切換えた際、少なくとも予め定めた一定時間、第１空燃比閾値と第２空燃比閾値との２つの空燃比閾値の間に触媒下流側空燃比が存在する場合がある。この場合に、実施形態では、フィードバックゲインを再び大きくする側に切換えたが、本発明はこの場合に限られない。例えば、少なくとも予め定めた一定時間の間に触媒下流側空燃比が第２空燃比閾値を横切って目標空燃比に近い方に動かずに再び第１空燃比閾値を横切って目標空燃比より離れる方に動く場合にフィードバックゲインを再び大きくする側に切換えるようにしてもかまわない。このものでは、触媒下流側空燃比が目標空燃比から却って離れる事態を防ぐことができる。また、このものでも、再び大きくするフィードバックゲインは、大のフィードバックゲインと小のフィードバックゲインとの間の値とすればよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１  エンジン
４  燃料噴射弁（燃料供給手段）
５  排気通路
６  触媒
１１  エンジンコントローラ
１２  クランク角センサ
１３  エアフローメータ
１８  リア空燃比センサ（触媒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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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