(57)【要約】【課題】触媒の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を速やかに抑制できるようにする。【解決手段】空燃比センサ２０の出力に基づいて触媒１８の酸素吸蔵状態を推定し、この酸素吸蔵状態の推定値に基づいて触媒１８の酸素吸蔵状態を中立状態に制御する。また、酸素吸蔵状態の推定値と酸素センサ２１の出力とに基づいて酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を抑制するように酸素吸蔵状態の推定値を補正する。更に、酸素センサ２１の出力がリーン側に遷移した場合には、酸素センサ２１のリッチ検出を早める方向に定電流を流す。一方、酸素センサ２１の出力がリッチ側に遷移した場合には、酸素センサ２１のリーン検出を早める方向に定電流を流す。これにより、酸素センサ２１の出力に基づいて触媒１８内の空燃比の変化（つまり触媒１８の実際の酸素吸蔵状態の変化）を早期に検出して、酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を早期に検出できるようにする。【選択図】図１
2015212527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）の排出ガス浄化用の触媒（１８）と、前記触媒（１８）の上流側と下流側でそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する上流側排出ガスセンサ（２０）及び下流側排出ガスセンサ（２１）と、前記下流側排出ガスセンサ（２１）のセンサ電極（３３，３４）間に定電流を流して前記下流側排出ガスセンサ（２１）の出力特性を変更する定電流供給手段（２７）とを備えた内燃機関の排出ガス浄化装置において、
前記上流側排出ガスセンサ（２０）の出力に基づいて前記触媒（１８）の酸素吸蔵状態を推定する推定手段（２５）と、
前記酸素吸蔵状態の推定値と前記下流側排出ガスセンサ（２１）の出力とに基づいて前記酸素吸蔵状態の推定精度を判定して該推定精度の悪化を抑制するように前記酸素吸蔵状態の推定値を補正する推定値補正手段（２５）と、
前記下流側排出ガスセンサ（２１）の出力が理論空燃比相当出力よりもリッチ側からリーン側に遷移した場合には、前記下流側排出ガスセンサ（２１）のリッチ検出を早める方向に前記定電流を流すように前記定電流供給手段（２７）を制御し、前記下流側排出ガスセンサ（２１）の出力が理論空燃比相当出力よりもリーン側からリッチ側に遷移した場合には、前記下流側排出ガスセンサ（２１）のリーン検出を早める方向に前記定電流を流すように前記定電流供給手段（２７）を制御するセンサ出力特性制御手段（２５）と
を備えていることを特徴とする内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項２】
前記推定値補正手段（２５）は、前記下流側排出ガスセンサ（２１）の出力が所定の閾値よりもリッチ側になったときに前記酸素吸蔵状態の推定値が所定の判定値よりもリーン側の場合には、前記酸素吸蔵状態の推定値をリッチ方向に補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項３】
前記推定値補正手段（２５）は、前記下流側排出ガスセンサ（２１）の出力が所定の閾値よりもリーン側になったときに前記酸素吸蔵状態の推定値が所定の判定値よりもリッチ側の場合には、前記酸素吸蔵状態の推定値をリーン方向に補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【請求項４】
前記酸素吸蔵状態の推定値に基づいて前記酸素吸蔵状態を中立状態に制御する中立制御手段（２５）を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排出ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排出ガス浄化用の触媒の上流側と下流側に排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサを設置した内燃機関の排出ガス浄化装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排出ガス浄化システムでは、排出ガス浄化用の触媒の排出ガス浄化率を高めることを目的として、排出ガス浄化用の触媒の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、上流側の排出ガスセンサの出力に基づいて触媒の上流側の排出ガスの空燃比が上流側目標空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック補正する“メインフィードバック制御”を行うと共に、下流側の排出ガスセンサの出力に基づいて触媒の下流側の排出ガスの空燃比が下流側目標空燃比となるように、メインフィードバック制御の目標空燃比を補正したり、或は、メインフィードバック制御のフィードバック補正量又は燃料噴射量を修正する“サブフィードバック制御”を行うようにしたものがある。
【０００３】
ところで、酸素センサ等の排出ガスセンサは、排出ガスの空燃比がリッチ／リーンで変化する際に、実際の空燃比の変化に対してセンサ出力の変化に遅れが生じるのが実状であり、検出応答性の点で改善の余地が残されている。
【０００４】
そこで、特許文献１（特開２０１３−１７０４５３号公報）に記載されているように、下流側排出ガスセンサの出力に基づいてサブフィードバック制御を行うシステムにおいて、下流側排出ガスセンサの外部に設けた定電流回路でセンサ電極間に定電流を流すことで、下流側排出ガスセンサの出力特性を変更できるようにしたものがある。このものは、サブフィードバック制御による補正がリーン方向の場合には、下流側排出ガスセンサのリーン検出を早める方向に定電流を流すことで、触媒内の空燃比が浄化ウインドに対してリーンになることを下流側排出ガスセンサで早期に検出できるようにする。一方、サブフィードバック制御による補正がリッチ方向の場合には、下流側排出ガスセンサのリッチ検出を早める方向に定電流を流すことで、触媒内の空燃比が浄化ウインドに対してリッチになることを下流側排出ガスセンサで早期に検出できるようにする。これにより、触媒の浄化性能が低下する前又は低下し始めたときにサブフィードバック制御による補正方向を切り換えることができるため、触媒の浄化性能を高い状態に維持できる期間（触媒内の空燃比を浄化ウインド内に維持できる期間）を長くすることができ、排気エミッションを低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７０４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の技術では、下流側排出ガスセンサの出力に基づいてサブフィードバック制御を行うことにより、触媒内の空燃比を浄化ウインド内に維持できるようにしている。しかし、触媒の上流側の空燃比が変化してから触媒内の空燃比が変化するまでの触媒反応による遅れが存在するため、最速で制御できているとはいえない。そこで、触媒の酸素吸蔵状態が中立状態である場合が、触媒内の空燃比を浄化ウインド内に維持する能力が最も高い状態（すなわち触媒の上流側の空燃比の変動に対してロバスト性が高い状態）であることから、触媒の上流側の空燃比に基づいて触媒の酸素吸蔵状態を推定し、その推定値に基づいて触媒の酸素吸蔵状態を中立状態に維持するように制御することにより、最速且つ高ロバストを両立できると考えられる。
【０００７】
ところが、触媒の上流側の空燃比に基づいて触媒の酸素吸蔵状態を推定する際に、触媒特性のばらつきや変動により酸素吸蔵状態の推定誤差が発生して推定精度が悪化するおそれがある。酸素吸蔵状態の推定精度が悪化した状態が継続すると、触媒の実際の酸素吸蔵状態を中立状態に維持できなくなり、排気エミッションを十分に低減することができなくなる可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、触媒の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を速やかに抑制することができる内燃機関の排出ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）の排出ガス浄化用の触媒（１８）と、この触媒（１８）の上流側と下流側でそれぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する上流側排出ガスセンサ（２０）及び下流側排出ガスセンサ（２１）と、この下流側排出ガスセンサ（２１）のセンサ電極（３３，３４）間に定電流を流して下流側排出ガスセンサ（２１）の出力特性を変更する定電流供給手段（２７）とを備えた内燃機関の排出ガス浄化装置において、上流側排出ガスセンサ（２０）の出力に基づいて触媒（１８）の酸素吸蔵状態を推定する推定手段（２５）と、酸素吸蔵状態の推定値と下流側排出ガスセンサ（２１）の出力とに基づいて酸素吸蔵状態の推定精度を判定して該推定精度の悪化を抑制するように酸素吸蔵状態の推定値を補正する推定値補正手段（２５）と、下流側排出ガスセンサ（２１）の出力が理論空燃比相当出力よりもリッチ側からリーン側に遷移した場合には、下流側排出ガスセンサ（２１）のリッチ検出を早める方向に定電流を流すように定電流供給手段（２７）を制御し、下流側排出ガスセンサ（２１）の出力が理論空燃比相当出力よりもリーン側からリッチ側に遷移した場合には、下流側排出ガスセンサ（２１）のリーン検出を早める方向に定電流を流すように定電流供給手段（２７）を制御するセンサ出力特性制御手段（２５）とを備えた構成としたものである。
【００１０】
この構成では、下流側排出ガスセンサの出力が理論空燃比相当出力よりもリッチ側からリーン側に遷移した場合に、下流側排出ガスセンサのリッチ検出を早める方向に定電流を流すことで、触媒内の空燃比のリーンからリッチへの変化を下流側排出ガスセンサで早期に検出することができる。一方、下流側排出ガスセンサの出力が理論空燃比相当出力よりもリーン側からリッチ側に遷移した場合に、下流側排出ガスセンサのリーン検出を早める方向に定電流を流すことで、触媒内の空燃比のリッチからリーンへの変化を下流側排出ガスセンサで早期に検出することができる。
【００１１】
このように下流側排出ガスセンサの出力特性を変更することで、下流側排出ガスセンサの出力に基づいて触媒内の空燃比の変化（つまり触媒の実際の酸素吸蔵状態の変化）を早期に検出することができるため、酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を早期に検出することができる。その結果、触媒の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を抑制するように酸素吸蔵状態の推定値を早期に補正して、触媒の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を速やかに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２はセンサ素子の構成を示す断面図である。
【図３】図３は排出ガスの空燃比（空気過剰率λ）とセンサ素子の起電力との関係を示す起電力特性図である。
【図４】図４はセンサ素子周辺のガス成分の状態を示す概略図である。
【図５】図５はセンサ出力の挙動を説明するタイムチャートである。
【図６】図６はセンサ素子周辺のガス成分の状態を示す概略図である。
【図７】図７はリーン応答性／リッチ応答性を高める場合における酸素センサの出力特性図である。
【図８】図８はセンサ出力特性制御の実行例（その１）を示すタイムチャートである。
【図９】図９はセンサ出力特性制御の実行例（その２）を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０は酸素吸蔵状態推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は中立制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は推定値補正ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図１３はセンサ出力特性制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２には、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１３と、このスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１４とが設けられている。また、エンジン１１の各気筒毎に、それぞれ筒内噴射又は吸気ポート噴射を行う燃料噴射弁１５が取り付けられ、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ１６が取り付けられている。各点火プラグ１６の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１４】
一方、エンジン１１の排気管１７には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒１８が設けられている。また、触媒１８の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ２０（リニアＡ／Ｆセンサ）が上流側排出ガスセンサとして設けられている。更に、触媒１８の下流側には、排出ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧が反転する酸素センサ２１（Ｏ2 センサ）が下流側排出ガスセンサとして設けられている。
【００１５】
また、本システムには、エンジン１１のクランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２２や、エンジン１１の吸入空気量を検出する空気量センサ２３や、エンジン１１の冷却水温を検出する冷却水温センサ２４等の各種のセンサが設けられている。クランク角センサ２２の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１６】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５に入力される。このＥＣＵ２５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００１７】
その際、ＥＣＵ２５は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、空燃比センサ２０（上流側排出ガスセンサ）の出力に基づいて触媒１８の上流側の排出ガスの空燃比が上流側目標空燃比となるように空燃比（燃料噴射量）をＦ／Ｂ補正するメインＦ／Ｂ制御を行う。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。
【００１８】
次に、図２に基づいて酸素センサ２１の構成を説明する。
酸素センサ２１は、コップ型構造のセンサ素子３１を有しており、実際には当該センサ素子３１は素子全体が図示しないハウジングや素子カバー内に収容される構成となっており、エンジン１１の排気管１７内に配設されている。
【００１９】
センサ素子３１において、固体電解質層３２（固体電解質体）は、断面コップ状に形成されており、その外表面には排気側電極層３３が設けられ、内表面には大気側電極層３４が設けられている。固体電解質層３２は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなる。また、各電極層３３，３４は共に白金等の触媒活性の高い貴金属からなり、その表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。これらの電極層３３，３４が一対の対向電極（センサ電極）となっている。固体電解質層３２にて囲まれる内部空間は大気室３５となっており、その大気室３５内にはヒータ３６が収容されている。このヒータ３６は、センサ素子３１を活性化するのに十分な発熱容量を有しており、その発熱エネルギによりセンサ素子３１全体が加熱される。酸素センサ２１の活性温度は、例えば３５０〜４００℃程度である。尚、大気室３５は、大気が導入されることでその内部が所定酸素濃度に保持されている。
【００２０】
センサ素子３１では、固体電解質層３２の外側（電極層３３側）が排気雰囲気、固体電解質層３２の内側（電極層３４側）が大気雰囲気となっており、これら双方の酸素濃度の差（酸素分圧の差）に応じて電極層３３，３４間で起電力が発生する。つまり、センサ素子３１では、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力が発生する。これにより、酸素センサ２１は、排出ガスの酸素濃度（すなわち空燃比）に応じた起電力信号を出力する。
【００２１】
図３に示すように、センサ素子３１は、空燃比が理論空燃比（空気過剰率λ＝１）に対してリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）付近で起電力が急変する特性を有する。具体的には、燃料リッチ時のセンサ起電力は約０．９Ｖであり、燃料リーン時のセンサ起電力は約０Ｖである。
【００２２】
図２に示すように、センサ素子３１の排気側電極層３３は接地され、大気側電極層３４にはマイコン２６が接続されている。排出ガスの空燃比（酸素濃度）に応じてセンサ素子３１にて起電力が発生すると、その起電力に相当するセンサ検出信号がマイコン２６に対して出力される。
【００２３】
マイコン２６は、例えばＥＣＵ２５内に設けられており、センサ検出信号に基づいて空燃比を算出する。尚、マイコン２６は、上述した各種センサの検出結果に基づいてエンジン回転速度や吸入空気量を算出するようにしても良い。
【００２４】
ところで、エンジン１１の運転時には、排出ガスの実空燃比が逐次変化し、例えばリッチとリーンとで繰り返し変化することがある。こうした実空燃比の変化に際し、酸素センサ２１の検出応答性が低いと、それに起因してエンジン性能に影響が及ぶことが懸念される。例えば、エンジン１１の高負荷運転時において排出ガス中のＮＯX 量が意図よりも増えてしまう等が生じる。
【００２５】
実空燃比がリッチとリーンとで変化する際の酸素センサ２１の検出応答性について説明する。エンジン１１から排出される排出ガスにおいて実空燃比（触媒１８の下流側の実空燃比）がリッチ／リーンで変化する際には排出ガスの成分組成が変わる。このとき、その変化の直前における排出ガス成分の残留により、変化後の空燃比に対する酸素センサ２１の出力変化（すなわちセンサ出力の応答性）が遅くなる。具体的には、リッチからリーンへの変化時には、図４（ａ）に示すように、リーン変化直後にリッチ成分であるＨＣ等が排気側電極層３３付近に残留し、このリッチ成分により、センサ電極でのリーン成分（ＮＯX 等）の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ２１としてリーン出力の応答性が低下する。また、リーンからリッチへの変化時には、図４（ｂ）に示すように、リッチ変化直後にリーン成分であるＮＯｘ等が排気側電極層３３付近に残留し、このリーン成分により、センサ電極でのリッチ成分（ＨＣ等）の反応が妨げられる。その結果、酸素センサ２１としてリッチ出力の応答性が低下する。
【００２６】
酸素センサ２１の出力変化を図５のタイムチャートで説明する。図５において、実空燃比がリッチ及びリーンで変化すると、その実空燃比の変化に応じてセンサ出力（酸素センサ２１の出力）がリッチガス検出値（０．９Ｖ）とリーンガス検出値（０Ｖ）とで変化する。但し、この場合、実空燃比の変化に対してセンサ出力は遅れを伴い変化する。図５では、リッチ→リーンの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がＴＤ１の遅れで変化し、リーン→リッチの変化時には、実空燃比の変化に対してセンサ出力がＴＤ２の遅れで変化するようになっている。
【００２７】
そこで、本実施例では、図２に示すように、大気側電極層３４に定電流供給手段としての定電流回路２７を接続し、その定電流回路２７による定電流Ｉｃｓの供給をＥＣＵ２５（マイコン２６）により制御して、一対のセンサ電極３３，３４間（排気側電極層３３と大気側電極層３４との間）に所定方向で電流を流すことで、酸素センサ２１の出力特性を変更して検出応答性を変化させるようにしている。この場合、マイコン２６は、一対のセンサ電極３３，３４間に流れる定電流Ｉｃｓの向きと量とを設定し、その設定した定電流Ｉｃｓが流れるように定電流回路２７を制御する。
【００２８】
詳しくは、定電流回路２７は、大気側電極層３４に対して、正逆両方向いずれかの向きで定電流Ｉｃｓを供給するものであり、更にその定電流量を可変に調整できるものである。つまり、マイコン２６は、ＰＷＭ制御等により定電流Ｉｃｓを可変に制御する。この場合、定電流回路２７では、マイコン２６から出力されるデューティ信号に応じて定電流Ｉｃｓが調整され、その電流量調整された定電流Ｉｃｓがセンサ電極３３，３４間（排気側電極層３３と大気側電極層３４との間）に流れることとなる。
【００２９】
尚、本実施例では、排気側電極層３３→大気側電極層３４の向きに流れる定電流Ｉｃｓを負の定電流（−Ｉｃｓ）、大気側電極層３４→排気側電極層３３の向きに流れる定電流Ｉｃｓを正の定電流（＋Ｉｃｓ）としている。
【００３０】
例えば、リッチからリーンへの変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合には、図６（ａ）に示すように、固体電解質層３２内を通じて大気側電極層３４から排気側電極層３３に酸素が供給されるように定電流Ｉｃｓ（負の定電流Ｉｃｓ）が流される。この場合、大気側から排気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層３３の周囲に存在（残留）しているリッチ成分（ＨＣ）について酸化反応が促進され、それに伴いリッチ成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層３３においてリーン成分（ＮＯX ）が反応しやすくなり、結果として酸素センサ２１のリーン出力の応答性が向上する。
【００３１】
また、リーンからリッチへの変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合には、図６（ｂ）に示すように、固体電解質層３２内を通じて排気側電極層３３から大気側電極層３４に酸素が供給されるように定電流Ｉｃｓ（正の定電流Ｉｃｓ）が流される。この場合、排気側から大気側に酸素が供給されることにより、排気側電極層３３の周囲に存在（残留）しているリーン成分（ＮＯｘ）について還元反応が促進され、それに伴いリーン成分をいち早く除去できる。これにより、排気側電極層３３においてリッチ成分（ＨＣ）が反応しやすくなり、結果として酸素センサ２１のリッチ出力の応答性が向上する。
【００３２】
図７は、リーン変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合、及びリッチ変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合における酸素センサ２１の出力特性（起電力特性）を示す図である。
【００３３】
リーン変化時の検出応答性（リーン感度）を高める場合において、上記のとおり固体電解質層３２内を通じて大気側電極層３４から排気側電極層３３に酸素が供給されるように負の定電流Ｉｃｓが流されると（図６（ａ）参照）、図７の（ａ）に示すように、出力特性線がリッチ側にシフトする（より詳細には、リッチ側かつ起電力減少側にシフトする）。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリッチ域にあってもセンサ出力がリーン出力となる。これは、酸素センサ２１の出力特性として、リーン変化時の検出応答性（リーン感度）が高められていることを意味する。
【００３４】
また、リッチ変化時の検出応答性（リッチ感度）を高める場合において、上記のとおり固体電解質層３２内を通じて排気側電極層３３から大気側電極層３４に酸素が供給されるように正の定電流Ｉｃｓが流されると（図６（ｂ）参照）、図７の（ｂ）に示すように、出力特性線がリーン側にシフトする（より詳細には、リーン側かつ起電力増加側にシフトする）。この場合、実際の空燃比がストイキ近傍のリーン域にあってもセンサ出力がリッチ出力となる。これは、酸素センサ２１の出力特性として、リッチ変化時の検出応答性（リッチ感度）が高められていることを意味する。
【００３５】
ところで、触媒１８の酸素吸蔵状態が中立状態（酸素吸蔵量が多いリーン状態と酸素吸蔵量が少ないリッチ状態との中間の状態）である場合が、触媒１８内の空燃比を浄化ウインド内に維持する能力が最も高い状態（すなわち触媒１８の上流側の空燃比の変動に対してロバスト性が高い状態）となる。
【００３６】
そこで、ＥＣＵ２５は、後述する図１０の酸素吸蔵状態推定ルーチンを実行することで、空燃比センサ２０（上流側排出ガスセンサ）の出力に基づいて触媒１８の酸素吸蔵状態を推定し、後述する図１１の中立制御ルーチンを実行することで、酸素吸蔵状態の推定値に基づいて触媒１８の酸素吸蔵状態を中立状態に制御する。
【００３７】
しかし、空燃比センサ２０の出力（触媒１８の上流側の空燃比）に基づいて触媒１８の酸素吸蔵状態を推定する際に、触媒特性のばらつきや変動により酸素吸蔵状態の推定誤差が発生して推定精度が悪化するおそれがある。酸素吸蔵状態の推定精度が悪化した状態が継続すると、触媒１８の実際の酸素吸蔵状態を中立状態に維持できなくなり、排気エミッションを十分に低減することができなくなる可能性がある。
【００３８】
そこで、ＥＣＵ２５は、後述する図１２の推定値補正ルーチンを実行することで、酸素吸蔵状態の推定値と酸素センサ２１（下流側排出ガスセンサ）の出力とに基づいて酸素吸蔵状態の推定精度を判定して該推定精度の悪化を抑制するように酸素吸蔵状態の推定値を補正する。
【００３９】
具体的には、図８に示すように、酸素センサ２１の出力が所定の閾値（リーン判定閾値）よりもリッチ側からリーン側になったときに酸素吸蔵状態の推定値が所定の判定値よりもリッチ側の場合には、酸素吸蔵状態の推定値が実際の酸素吸蔵状態に対してリッチ方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、酸素吸蔵状態の推定値をリーン方向に補正する。
【００４０】
一方、図９に示すように、酸素センサ２１の出力が所定の閾値（リッチ判定閾値）よりもリーン側からリッチ側になったときに酸素吸蔵状態の推定値が所定の判定値よりもリーン側の場合には、酸素吸蔵状態の推定値が実際の酸素吸蔵状態に対してリーン方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、酸素吸蔵状態の推定値をリッチ方向に補正する。
【００４１】
更に、触媒１８の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を早期に検出するために、ＥＣＵ２５は、後述する図１３のセンサ出力特性制御ルーチンを実行することで、酸素センサ２１の出力特性を次のように変更する。
【００４２】
図８に示すように、酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力（理論空燃比相当出力）よりもリッチ側からリーン側に遷移した場合には、酸素センサ２１のリッチ検出を早める方向（リッチ応答性を高める方向）に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。これにより、触媒１８内の空燃比のリーンからリッチへの変化を酸素センサ２１で早期に検出できるようにする。
【００４３】
一方、図９に示すように、酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリーン側からリッチ側に遷移した場合には、酸素センサ２１のリーン検出を早める方向（リーン応答性を高める方向）に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。これにより、触媒１８内の空燃比のリッチからリーンへの変化を酸素センサ２１で早期に検出できるようにする。
【００４４】
このように酸素センサ２１の出力特性を変更することで、酸素センサ２１の出力に基づいて触媒１８内の空燃比の変化（つまり触媒１８の実際の酸素吸蔵状態の変化）を早期に検出することができるため、酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を早期に検出することができる。
以下、本実施例でＥＣＵ２５が実行する図１０乃至図１３の各ルーチンの処理内容を説明する。
【００４５】
［酸素吸蔵状態推定ルーチン］
図１０に示す酸素吸蔵状態推定ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう推定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、空燃比センサ２０が正常（異常なし）且つ活性状態であるか否かを判定する。
【００４６】
このステップ１０１で、空燃比センサ２０が正常且つ活性状態であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、空燃比センサ２０で検出した空燃比を検出空燃比として読み込む。
【００４７】
一方、上記ステップ１０１で、空燃比センサ２０が正常且つ活性状態ではない（空燃比センサ２０が異常である又は空燃比センサ２０が活性前である）と判定された場合には、ステップ１０３に進み、検出空燃比を所定値に設定する。この所定値は、例えば、エンジン運転状態（例えば吸入空気量と燃料噴射量等）に基づいて算出した空燃比とする。
【００４８】
この後、ステップ１０４に進み、中立空燃比（触媒１８の酸素吸蔵状態を中立状態にする空燃比）と検出空燃比との偏差を算出し、この偏差と排出ガス流量とに基づいて触媒流入酸素過不足量（中立空燃比の場合に触媒１８に流入する酸素量に対する酸素の過不足量）を算出する。
【００４９】
この後、ステップ１０５に進み、触媒流入酸素過不足量と触媒２０の前回の酸素吸蔵量（酸素吸蔵量の前回の算出値）と触媒２０の最大酸素吸蔵量と反応係数とに基づいて触媒２０の現在の酸素吸蔵量を算出する。
【００５０】
この後、ステップ１０６に進み、触媒２０の最大酸素吸蔵量と現在の酸素吸蔵量とに基づいて触媒２０の酸素吸蔵状態推定値（例えば最大酸素吸蔵量に対する現在の酸素吸蔵量の割合）を算出する。
［中立制御ルーチン］
図１１に示す中立制御ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう中立制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、中立制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件（例えばメインＦ／Ｂ制御実行条件）が成立しているか否か等によって判定する。
【００５１】
このステップ２０１で、中立制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ２０２の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００５２】
一方、上記ステップ２０１で、中立制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ２０２に進み、中立制御を実行する。この中立制御では、酸素吸蔵状態推定値を酸素吸蔵状態の目標値（中立状態に相当する値）に近付けるように燃料噴射量又は上流側目標空燃比（メインＦ／Ｂ制御の目標空燃比）を補正することで、触媒１８の酸素吸蔵状態を中立状態に制御する。
【００５３】
［推定値補正ルーチン］
図１２に示す推定値補正ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう推定値補正手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、第１の許可条件が成立しているか否かを判定する。この場合、例えば、触媒１８の酸素吸蔵状態が過リーン状態（例えば１００％又はその近傍）で且つ酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリーン側になってから、一度も酸素センサ２１の出力が所定の閾値（リッチ判定閾値）よりも大きくなっていないか否かによって、第１の許可条件が成立しているか否か判定する。
【００５４】
このステップ３０１で、第１の許可条件が成立していると判定された場合には、ステップ３０２に進み、酸素センサ２１の出力がリッチ判定閾値よりも大きくなった（リッチ側になった）か否かを判定する。このリッチ判定閾値は、例えば、ストイキ相当出力又はそれよりも少しリッチ側に設定されている。
【００５５】
このステップ３０２で、酸素センサ２１の出力がリッチ判定閾値以下であると判定された場合には、ステップ３０３以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００５６】
その後、上記ステップ３０２で、酸素センサ２１の出力がリッチ判定閾値よりも大きくなった（リッチ側になった）と判定されたときに、ステップ３０３に進み、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ1 よりも大きい（リーン側）か否かを判定する。この判定値Ｋ1 は、例えば、中立状態相当値又はその付近の値に設定されている。
【００５７】
このステップ３０３で、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ1 よりも大きい（リーン側）と判定された場合には、酸素吸蔵状態推定値がリーン方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、ステップ３０５に進み、酸素吸蔵状態推定値を減少方向（リッチ方向）に補正して酸素吸蔵状態推定値を小さくする。この場合、例えば、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる最大酸素吸蔵量を大きくすることで、酸素吸蔵状態推定値を減少方向に補正する。或は、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる中立空燃比をリーン側に補正する（又は反応係数を補正する）ことで、酸素吸蔵状態推定値を減少方向に補正するようにしても良い。また、酸素吸蔵状態推定値に所定係数α1 （α1 ＜１）を乗算することで、酸素吸蔵状態推定値を減少方向に補正するようにしても良い。
【００５８】
一方、上記ステップ３０３で、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ1 以下であると判定された場合には、ステップ３０４に進み、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ2 よりも小さい（リッチ側）か否かを判定する。この判定値Ｋ2 は、判定値Ｋ1 よりもリッチ側に設定されている。
【００５９】
このステップ３０４で、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ2 よりも小さい（リッチ側）と判定された場合には、酸素吸蔵状態推定値がリッチ方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、ステップ３０６に進み、酸素吸蔵状態推定値を増加方向（リーン方向）に補正して酸素吸蔵状態推定値を大きくする。この場合、例えば、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる最大酸素吸蔵量を小さくすることで、酸素吸蔵状態推定値を増加方向に補正する。或は、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる中立空燃比をリッチ側に補正する（又は反応係数を補正する）ことで、酸素吸蔵状態推定値を増加方向に補正するようにしても良い。また、酸素吸蔵状態推定値に所定係数α2 （α2 ＞１）を乗算することで、酸素吸蔵状態推定値を増加方向に補正するようにしても良い。
【００６０】
これに対して、上記ステップ３０３で酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ1 以下であると判定され、且つ、上記ステップ３０４で酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ2 以上であると判定された場合には、酸素吸蔵状態の推定精度が悪化していないと判断して、酸素吸蔵状態推定値を補正することなく、本ルーチンを終了する。
【００６１】
一方、上記ステップ３０１で、第１の許可条件が不成立であると判定された場合には、ステップ３０７に進み、第２の許可条件が成立しているか否かを判定する。この場合、例えば、触媒１８の酸素吸蔵状態が過リッチ状態（例えば０％又はその近傍）で且つ酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリッチ側になってから、一度も酸素センサ２１の出力が所定の閾値（リーン判定閾値）よりも小さくなっていないか否かによって、第２の許可条件が成立しているか否か判定する。
【００６２】
このステップ３０７で、第２の許可条件が成立していると判定された場合には、ステップ３０８に進み、酸素センサ２１の出力がリーン判定閾値よりも小さくなった（リーン側になった）か否かを判定する。このリーン判定閾値は、例えば、ストイキ相当出力又はそれよりも少しリーン側に設定されている。
このステップ３０８で、酸素センサ２１の出力がリーン判定閾値以上であると判定された場合には、ステップ３０９以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００６３】
その後、上記ステップ３０８で、酸素センサ２１の出力がリーン判定閾値よりも小さくなった（リーン側になった）と判定されたときに、ステップ３０９に進み、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ3 よりも小さい（リッチ側）か否かを判定する。この判定値Ｋ3 は、例えば、中立状態相当値又はその付近の値に設定されている。
【００６４】
このステップ３０９で、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ3 よりも小さい（リッチ側）と判定された場合には、酸素吸蔵状態推定値がリッチ方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、ステップ３１１に進み、酸素吸蔵状態推定値を増加方向（リーン方向）に補正して酸素吸蔵状態推定値を大きくする。この場合、例えば、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる最大酸素吸蔵量を小さくすることで、酸素吸蔵状態推定値を増加方向に補正する。或は、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる中立空燃比をリッチ側に補正する（又は反応係数を補正する）ことで、酸素吸蔵状態推定値を増加方向に補正するようにしても良い。また、酸素吸蔵状態推定値に所定係数α3 （α3 ＞１）を乗算することで、酸素吸蔵状態推定値を増加方向に補正するようにしても良い。
【００６５】
一方、上記ステップ３０９で、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ3 以上であると判定された場合には、ステップ３１０に進み、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ4 よりも大きい（リーン側）か否かを判定する。この判定値Ｋ4 は、判定値Ｋ3 よりもリーン側に設定されている。
【００６６】
このステップ３１０で、酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ4 よりも大きい（リーン側）と判定された場合には、酸素吸蔵状態推定値がリーン方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、ステップ３１２に進み、酸素吸蔵状態推定値を減少方向（リッチ方向）に補正して酸素吸蔵状態推定値を小さくする。この場合、例えば、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる最大酸素吸蔵量を大きくすることで、酸素吸蔵状態推定値を減少方向に補正する。或は、酸素吸蔵状態推定値を算出する際に用いる中立空燃比をリーン側に補正する（又は反応係数を補正する）ことで、酸素吸蔵状態推定値を減少方向に補正するようにしても良い。また、酸素吸蔵状態推定値に所定係数α4 （α4 ＜１）を乗算することで、酸素吸蔵状態推定値を減少方向に補正するようにしても良い。
【００６７】
これに対して、上記ステップ３０９で酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ3 以上であると判定され、且つ、上記ステップ３１０で酸素吸蔵状態推定値が判定値Ｋ4 以下であると判定された場合には、酸素吸蔵状態の推定精度が悪化していないと判断して、酸素吸蔵状態推定値を補正することなく、本ルーチンを終了する。
【００６８】
尚、図１２のルーチンで、最大酸素吸蔵量を補正することで酸素吸蔵状態推定値を補正する場合には、補正後の最大酸素吸蔵量に基づいて触媒１８の劣化診断を行うようにしても良い。この場合、例えば、補正後の最大酸素吸蔵量が所定の劣化判定値以下になったときに触媒１８の劣化有りと判定する。
【００６９】
［センサ出力特性制御ルーチン］
図１３に示すセンサ出力特性制御ルーチンは、ＥＣＵ２５の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうセンサ出力特性制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１で、所定の電流印加条件が成立しているか否かを、例えば、酸素センサ２１が正常（異常無し）であるか否か、酸素センサ２１が活性状態であるか否か等によって判定し、電流印加条件が不成立であると判定された場合には、ステップ４０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００７０】
一方、上記ステップ４０１で、電流印加条件が成立していると判定された場合には、ステップ４０２に進み、酸素吸蔵状態推定値が所定範囲（例えば中立状態及びその付近に相当する範囲）内であるか否かを判定する。
このステップ４０２で、酸素吸蔵状態推定値が所定範囲外であると判定された場合には、ステップ４０３以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
【００７１】
一方、上記ステップ４０２で、酸素吸蔵状態推定値が所定範囲内であると判定された場合には、ステップ４０３に進み、酸素センサ２１の出力がリーン判定閾値よりも小さくなった（リーン側になった）か否かを判定する。このリーン判定閾値は、例えば、ストイキ相当出力又はそれよりも少しリーン側に設定されている。尚、このステップ４０３で用いるリーン判定閾値は、図１２のステップ３０８で用いるリーン判定閾値と同じ値に設定しても良いし、異なる値に設定しても良い。
【００７２】
このステップ４０３で、酸素センサ２１の出力がリーン判定閾値よりも小さくなった（リーン側になった）と判定されたときに、酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリッチ側からリーン側に遷移したと判断して、ステップ４０５に進み、酸素センサ２１のリッチ検出を早める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。
【００７３】
一方、上記ステップ４０３で、酸素センサ２１の出力がリーン判定閾値以上であると判定された場合には、ステップ４０４に進み、酸素センサ２１の出力がリッチ判定閾値よりも大きくなった（リッチ側になった）か否かを判定する。このリッチ判定閾値は、例えば、ストイキ相当出力又はそれよりも少しリッチ側に設定されている。尚、このステップ４０４で用いるリッチ判定閾値は、図１２のステップ３０２で用いるリッチ判定閾値と同じ値に設定しても良いし、異なる値に設定しても良い。
【００７４】
このステップ４０４で、酸素センサ２１の出力がリッチ判定閾値よりも大きくなった（リッチ側になった）と判定されたときに、酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリーン側からリッチ側に遷移したと判断して、ステップ４０６に進み、酸素センサ２１のリーン検出を早める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御する。
【００７５】
以上説明した本実施例では、酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリッチ側からリーン側に遷移した場合に、酸素センサ２１のリッチ検出を早める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御するようにしている。これにより、触媒１８内の空燃比のリーンからリッチへの変化を酸素センサ２１で早期に検出することができる。
【００７６】
一方、酸素センサ２１の出力がストイキ相当出力よりもリーン側からリッチ側に遷移した場合に、酸素センサ２１のリーン検出を早める方向に定電流Ｉｃｓを流すように定電流回路２７を制御するようにしている。これにより、触媒１８内の空燃比のリッチからリーンへの変化を酸素センサ２１で早期に検出することができる。
【００７７】
このように酸素センサ２１の出力特性を変更することで、酸素センサ２１の出力に基づいて触媒１８内の空燃比の変化（つまり触媒１８の実際の酸素吸蔵状態の変化）を早期に検出することができるため、酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を早期に検出することができる。その結果、触媒１８の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を抑制するように酸素吸蔵状態の推定値を早期に補正して、触媒１８の酸素吸蔵状態の推定精度の悪化を速やかに抑制することができる。
【００７８】
また、本実施例では、酸素センサ２１の出力が所定の閾値（リッチ判定閾値）よりもリッチ側になったときに酸素吸蔵状態の推定値が所定の判定値よりもリーン側の場合には、酸素吸蔵状態の推定値が実際の酸素吸蔵状態に対してリーン方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、酸素吸蔵状態の推定値をリッチ方向に補正するようにしている。これにより、酸素吸蔵状態の推定値のリーン方向のずれを速やかに修正することができる。
【００７９】
一方、酸素センサ２１の出力が所定の閾値（リーン判定閾値）よりもリーン側になったときに酸素吸蔵状態の推定値が所定の判定値よりもリッチ側の場合には、酸素吸蔵状態の推定値が実際の酸素吸蔵状態に対してリッチ方向にずれている（酸素吸蔵状態の推定精度が悪化している）と判断して、酸素吸蔵状態の推定値をリーン方向に補正するようにしている。これにより、酸素吸蔵状態の推定値のリッチ方向のずれを速やかに修正することができる。
【００８０】
更に、本実施例では、酸素吸蔵状態の推定値に基づいて酸素吸蔵状態を中立状態に制御するようにしているので、触媒１８内の空燃比を浄化ウインドウ内に高ロバストに維持することができ、排気エミッションを低減することができる。
【００８１】
尚、上記実施例では、酸素センサ２１（センサ素子３１）の大気側電極層３４に定電流回路２７を接続する構成としたが、これに限定されず、例えば、酸素センサ２１（センサ素子３１）の排気側電極層３３に定電流回路２７を接続する構成としたり、或は、排気側電極層３３と大気側電極層３４の両方に定電流回路２７を接続する構成としても良い。
【００８２】
また、上記実施例では、コップ型構造のセンサ素子３１を有する酸素センサ２１を用いたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、積層構造型のセンサ素子を有する酸素センサを用いたシステムに本発明を適用しても良い。
【００８３】
また、上記実施例では、上流側触媒の上流側に空燃比センサを設置すると共に上流側触媒の下流側に酸素センサを設置したシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、本発明は、排出ガス浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排出ガスセンサ（酸素センサ又は空燃比センサ）を設置したシステムに適用することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１１…エンジン（内燃機関）、１８…触媒、２０…空燃比センサ（上流側排出ガスセンサ）、２１…酸素センサ（下流側排出ガスセンサ）、２５…ＥＣＵ（推定手段，推定値補正手段，センサ出力特性制御手段，中立制御手段）、２７…定電流回路（定電流供給手段）、３３…排気側電極層（センサ電極）、３４…大気側電極層（センサ電極）
【図１】
2015212527.tif 000003
【図２】
2015212527.tif 000004
【図３】
2015212527.tif 000005
【図４】
2015212527.tif 000006
【図５】
2015212527.tif 000007
【図６】
2015212527.tif 000008
【図７】
2015212527.tif 000009
【図８】
2015212527.tif 000010
【図９】
2015212527.tif 000011
【図１０】
2015212527.tif 000012
【図１１】
2015212527.tif 000013
【図１２】
2015212527.tif 000014
【図１３】
2015212527.tif 000015