(57)【要約】【課題】本発明は排気通路に配置された触媒により排気ガスを浄化する内燃機関の空燃比制御装置に関し、触媒内の特定位置における酸素吸蔵状態等に基づいて空燃比を制御することを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に排気ガスを浄化する触媒を配置する。触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を、排気ガスの流れ方向の位置毎（仮想的に分割されたブロック毎）に算出する。更に、排気ガスの酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）がゼロとなる触媒内の収束点Ｘを検知する（ステップ１０２）。収束点が目標点より下流に移行してきている場合は（ステップ１０４）、内燃機関に供給される混合気の空燃比を、その収束点が上流側に移行するように制御する（ステップ１０６）。【選択図】        図４
2004316457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化して排出する触媒と、
前記触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素過不足量算出手段と、
排気ガスの酸素過不足量がゼロとなる触媒内の収束点を検知する収束点検知手段と、
内燃機関に供給される混合気の空燃比を、前記収束点が上流側に移行するように制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記空燃比制御手段は、前記収束点の位置と、前記収束点より上流側における排気ガス中の酸素の過不足状態とに基づいて、前記空燃比を制御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】
前記収束点より上流側における排気ガス中の酸素の過不足状態とは、前記触媒の最上流位置から前記収束点までの領域全体において排気ガス中の酸素が過多であるか不足であるかであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における酸素の過不足状態が抑制される方向に空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点が基準点より下流であるか否かを判断する収束点位置判断手段と、
前記収束点が前記基準点より下流である場合に、前記制御手法の補正を許可する補正許可手段と、
を含むことを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における酸素の過不足状態が抑制される方向に空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点が下流であるほど、前記制御手法の補正幅を大きく設定する収束点補正幅設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記触媒の酸素吸蔵状態を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素吸蔵状態算出手段を備え、
前記空燃比制御手段は、前記収束点の位置と、前記収束点より上流側における触媒内の酸素吸蔵状態の分布とに基づいて、前記空燃比を制御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７】
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における触媒内の酸素吸蔵状態が目標の吸蔵状態に近づくように空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点より上流側の酸素吸蔵状態と前記目標の吸蔵状態との差に基づいて前記制御手法の補正幅を設定する積算値補正幅設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における触媒内の酸素吸蔵状態が目標の吸蔵状態に近づくように空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点が下流であるほど、前記制御手法の補正幅を大きく設定する収束点補正幅設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項６または７記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記触媒内酸素過不足量算出手段は、前記触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、当該触媒の内部を排気ガスの流れ方向に仮想的に分割することで得られる複数のブロックのそれぞれにつき算出することができ、前記ブロックの密度は、上流側ほど疎であり、下流側ほど密であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１０】
前記触媒内酸素過不足量算出手段は、前記触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、当該触媒の内部を排気ガスの流れ方向に仮想的に分割することで得られる複数のブロックのそれぞれにつき算出することができ、
前記収束点が上流側であるほど前記ブロックの密度を疎とし、前記収束点が下流側であるほど前記ブロックの密度を密とするブロック密度変更手段を備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１１】
排気通路に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化して排出する触媒と、
前記触媒の酸素吸蔵状態を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素吸蔵状態算出手段と、
所定の制御対象ブロックにおける酸素吸蔵状態が下限目標状態と上限目標状態とを振動端として振動するように前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１２】
排気通路に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化して排出する触媒と、
前記触媒の酸素吸蔵状態を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素吸蔵状態算出手段と、
前記触媒の下流に流出する排気ガス中の酸素過不足量を算出することのできる酸素過不足量算出手段と、
最上流ブロックから所定の制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵状態の変化を求める吸蔵状態変化算出手段と、
前記触媒の下流に流出する排気ガス中の酸素過不足量を目標範囲に収めつつ、前記最上流ブロックから所定の制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵状態をより大きく変化させるための振動条件を探索する条件探索手段と、
探索された前記振動条件に従って、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項１３】
内燃機関の運転状態に基づいて前記制御対象ブロックを決定する制御対象ブロック決定手段を備えることを特徴とする請求項１１または１２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、排気通路に配置された触媒を用いて排気ガスの浄化を図る内燃機関を制御するうえで好適な空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平５−１９５８４２号公報に開示されるように、排気通路に配置された触媒により排気ガスを浄化する内燃機関において、触媒下流に未浄化の排気ガスが流出しないように内燃機関に供給する混合気の空燃比を制御する装置が知られている。この装置において用いられている触媒は三元触媒であり、排気ガスの空燃比がリッチである場合、つまり、排気ガス中の酸素が不足している場合は、吸蔵している酸素を放出することで未浄化の成分を酸化する。また、排気ガスの空燃比がリーンである場合、つまり、排気ガス中の酸素が過剰である場合は、未浄化の成分を酸化しつつ、余剰の酸素を吸蔵する。
【０００３】
上述した触媒において、排気ガスを適正に浄化するためには、触媒内に酸素が吸蔵されていない状況下で排気ガスの空燃比がリッチになることを避け、また、触媒内に酸素を吸蔵する余力が残されていない状況下で排気ガスの空燃比がリーンになるのを避ける必要がある。上記従来の装置は、そのような要求に応えるべく、触媒内の酸素吸蔵量を推定し、その酸素吸蔵量が所定値となるように空燃比を制御することとしている。このため、上記従来の装置によれば、触媒の下流に未浄化の成分を含む排気ガスが吹き抜けるのを防止して、優れたエミッション特性を実現することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１９５８４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９５０８０号公報
【特許文献３】
特開平７−２５９６０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置は、触媒の酸素吸蔵量をその全体を対象として推定することとしている。つまり、この装置は、触媒内部における酸素吸蔵状態が均一であるものとして、その酸素吸蔵量を推定するものである。
しかしながら、触媒内部の酸素吸蔵状態は必ずしも均一ではなく、より高度な空燃比制御を実現するためには、触媒内部の個々の位置における酸素吸蔵量を適宜推定し、特定の位置における酸素吸蔵状態、或いは酸素吸蔵量、更には、特定の位置における排気ガス中の酸素過不足量（空燃比）などに基づいて、その制御を実行することが望ましい。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、触媒内の特定位置における酸素吸蔵状態等に基づいて空燃比を高度に制御することのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
排気通路に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化して排出する触媒と、
前記触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素過不足量算出手段と、
排気ガスの酸素過不足量がゼロとなる触媒内の収束点を検知する収束点検知手段と、
内燃機関に供給される混合気の空燃比を、前記収束点が上流側に移行するように制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記空燃比制御手段は、前記収束点の位置と、前記収束点より上流側における排気ガス中の酸素の過不足状態とに基づいて、前記空燃比を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記収束点より上流側における排気ガス中の酸素の過不足状態とは、前記触媒の最上流位置から前記収束点までの領域全体において排気ガス中の酸素が過多であるか不足であるかであることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における酸素の過不足状態が抑制される方向に空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点が基準点より下流であるか否かを判断する収束点位置判断手段と、
前記収束点が前記基準点より下流である場合に、前記制御手法の補正を許可する補正許可手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第２乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における酸素の過不足状態が抑制される方向に空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点が下流であるほど、前記制御手法の補正幅を大きく設定する収束点補正幅設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１の発明において、
前記触媒の酸素吸蔵状態を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素吸蔵状態算出手段を備え、
前記空燃比制御手段は、前記収束点の位置と、前記収束点より上流側における触媒内の酸素吸蔵状態の分布とに基づいて、前記空燃比を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における触媒内の酸素吸蔵状態が目標の吸蔵状態に近づくように空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点より上流側の酸素吸蔵状態と前記目標の吸蔵状態との差に基づいて前記制御手法の補正幅を設定する積算値補正幅設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第６または第７の発明において、前記空燃比制御手段は、
前記収束点より上流側における触媒内の酸素吸蔵状態が目標の吸蔵状態に近づくように空燃比の制御手法を補正する制御補正手段と、
前記収束点が下流であるほど、前記制御手法の補正幅を大きく設定する収束点補正幅設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、前記触媒内酸素過不足量算出手段は、前記触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、当該触媒の内部を排気ガスの流れ方向に仮想的に分割することで得られる複数のブロックのそれぞれにつき算出することができ、前記ブロックの密度は、上流側ほど疎であり、下流側ほど密であることを特徴とする。
【００１６】
また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記触媒内酸素過不足量算出手段は、前記触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、当該触媒の内部を排気ガスの流れ方向に仮想的に分割することで得られる複数のブロックのそれぞれにつき算出することができ、
前記収束点が上流側であるほど前記ブロックの密度を疎とし、前記収束点が下流側であるほど前記ブロックの密度を密とするブロック密度変更手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１１の発明は、内燃機関の空燃比制御装置であって、
排気通路に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化して排出する触媒と、
前記触媒の酸素吸蔵状態を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素吸蔵状態算出手段と、
所定の制御対象ブロックにおける酸素吸蔵状態が下限目標状態と上限目標状態とを振動端として振動するように前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第１２の発明は、内燃機関の空燃比制御装置であって、
排気通路に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化して排出する触媒と、
前記触媒の酸素吸蔵状態を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出することのできる触媒内酸素吸蔵状態算出手段と、
前記触媒の下流に流出する排気ガス中の酸素過不足量を算出することのできる酸素過不足量算出手段と、
最上流ブロックから所定の制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵状態の変化を求める吸蔵状態変化算出手段と、
前記触媒の下流に流出する排気ガス中の酸素過不足量を目標範囲に収めつつ、前記最上流ブロックから所定の制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵状態をより大きく変化させるための振動条件を探索する条件探索手段と、
探索された前記振動条件に従って、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第１３の発明は、第１１または第１２の発明において、内燃機関の運転状態に基づいて前記制御対象ブロックを決定する制御対象ブロック決定手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２１】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図を示す。図１に示すように、本実施形態は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。
吸気通路１２には、その内部を流れる空気量、すなわち、内燃機関１０に流入する吸入空気量Ｇａを検知するエアフロメータ１６が配置されている。エアフロメータ１６の下流には、スロットルバルブ１８が配置されている。スロットルバルブ１８は、アクセル開度などに基づいてスロットルモータ２０により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ１８の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットルポジションセンサ２２、およびアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ２４が配置されている。
【００２２】
内燃機関１０は、複数の気筒を有する多気筒式の機関であり、図１は、そのうちの一気筒の断面を示している。内燃機関１０が備える個々の気筒には、吸気通路１２に通じる吸気ポート、および排気通路１４に通じる排気ポートが設けられている。個々の吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するための燃料噴射弁２５が配置されている。また、個々の吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ、吸気通路１２或いは排気通路１４と内燃機関１０の燃焼室とを導通または遮断するための吸気弁２６および排気弁２８が設けられている。
【００２３】
内燃機関１０は、クランクシャフトの近傍にクランク角センサ２９を備えている。クランク角センサ２９によれば、クランクシャフトの回転位置や、クランクシャフトの回転速度、つまり、内燃機関１０の回転数ＮＥ等を検知することができる。
【００２４】
内燃機関１０の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒３０が配置されている。触媒３０は、酸素を含むリーンな排気ガスが供給された場合にはその内部に酸素を吸蔵し、また、酸素不足のリッチな排気ガスが供給された場合にはその内部に吸蔵している酸素を放出することで排気ガスを浄化する三元触媒でである。触媒３０の上流および下流には、それぞれの位置で排気空燃比Ａ／Ｆがリッチであるかリーンであるかを検出するための上流側空燃比センサ３２、および下流側空燃比センサ３４が配置されている。また、触媒３０には、その内部の温度Ｔｅｍｐを検出するための触媒温度センサ３６が配置されている。
【００２５】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転状態を制御するユニットである。上述した各種アクチュエータやセンサ等は、ＥＣＵ４０により駆動され、また、ＥＣＵ４０に対して出力信号等を供給している。
【００２６】
［空燃比フィードバック制御の基本動作の説明］
本実施形態のシステムにおいて、内燃機関１０に対する燃料噴射量は、サイクル毎に燃料噴射弁２５が開弁状態とされる時間、つまり、燃料噴射時間ＴＡＵにより決定される。ＥＣＵ４０は、触媒３０に流入する排気ガスの空燃比、すなわち排気空燃比Ａ／Ｆが、理論空燃比の近傍でリッチな値とリーンな値を繰り返すようにその燃料噴射時間ＴＡＵを制御する。
【００２７】
より具体的には、ＥＣＵ４０は、先ず、吸入空気量Ｇａに基づいて、理論空燃比を実現するための基本の燃料噴射時間ＴＡＵ０を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、そのＴＡＵ０にフィードバック補正係数ＦＡＦを掛け合わせることにより最終的な燃料噴射時間ＴＡＵを決定する。フィードバック補正係数ＦＡＦは、上流側空燃比センサ３２により検出される排気空燃比Ａ／Ｆがリッチである間は減少方向に更新される。その結果、燃料噴射時間ＴＡＵが縮小され、排気空燃比Ａ／Ｆはリーン方向に補正される。また、フィードバック補正係数ＦＡＦは、排気空燃比Ａ／Ｆがリーンである間は増加方向に更新される。その結果、燃料噴射時間ＴＡＵが伸張され、排気空燃比Ａ／Ｆがリッチ方向に補正される。このような制御が繰り返し行われることにより、触媒３０の上流における排気空燃比Ａ／Ｆは、理論空燃比を挟んで、その近傍において振動するように変化する。
【００２８】
触媒３０上流における排気空燃比Ａ／Ｆが上記の如く理論空燃比の近傍で振動を繰り返す場合、触媒３０には、リッチな排気ガスとリーンな排気ガスとが、つまり、酸素不足の排気ガスと酸素過多な排気ガスとが交互に適当な期間だけ供給されることになる。触媒３０に流入する排気ガスの空燃比がこのような変化を示すと、触媒３０の内部では、酸素の放出と吸蔵とが適当に繰り返されることとなり、その結果、触媒３０の排気ガス浄化能力が安定して維持されることとなる。以上説明した通り、本実施形態のシステムでは、上流側空燃比センサ３２の出力に基づく空燃比フィードバック制御を行うことで、触媒３０に、継続的に所望の排気ガス浄化能力を発揮させることができる。
【００２９】
しかしながら、上述した空燃比フィードバック制御によって触媒３０の浄化能力を維持することができるのは、あくまで、触媒３０の内部において酸素吸蔵能力に余力が存在する場合に限られる。つまり、触媒３０の上流において排気空燃比Ａ／Ｆを振動させ続けたとしても、様々な要因により、触媒３０の内部状態は、吸蔵容量一杯に酸素が吸蔵された状態や、全ての吸蔵酸素が放出された状態が形成されることがある。前者の場合に、リーンな排気ガスが触媒３０に流入すると、また、後者の場合にリッチな排気ガスが触媒３０に流入すると、未浄化の排気ガスが触媒３０の下流に吹き抜ける。
【００３０】
内燃機関１０のエミッション特性を常時良好に維持するためには、そのような未浄化成分の吹き抜けは回避することが望ましい。更に、排気空燃比Ａ／Ｆの荒れに対する触媒３０の余力を確保しておく意味では、触媒３０の全域に適量な酸素が吸蔵されている状態、より具体的には、触媒３０の全域が、吸蔵可能な最大酸素量のほぼ半分を吸蔵しているような状態が維持されることが望ましい。
【００３１】
そこで、本実施形態のシステムでは、触媒３０の内部状態を排気ガスの流れ方向の位置毎に推定し、つまり、個々の位置における酸素吸蔵状態や、個々の位置を流れる排気ガス中の酸素過不足量（空燃比）を推定し、その推定結果に基づいて、上述した望ましい状態が形成されるように、空燃比制御の手法に補正を施すこととしている。以下、このような機能を実現するために、ＥＣＵ４０が実行する具体的な処理の内容について説明する。
【００３２】
［触媒モデルの説明］
図２は、本実施形態において用いられる触媒モデルを説明するための概念図である。本実施形態において、ＥＣＵ４０は、以下に説明する触媒モデルを用いて触媒３０の内部状態を推定する。以下、図２を参照して、その触媒モデルの内容と、そのモデルを用いた状態推定の方法とを具体的に説明する。
【００３３】
図２に示すように、本実施形態において用いられる触媒モデルは、触媒３０を、仮想的に、排気ガスの流れ方向に並ぶ複数のブロックに分割して取り扱うことを前提としている。ここでは、便宜上それらのブロックを、上流側から下流側に向う順で、Ａブロック、Ｂブロック、・・・Ｈブロック、Ｉブロック、Ｊブロックとし、それぞれのブロックはΔｘの幅を有しているものとする。
【００３４】
図２に示すＣｇｉｎは、触媒３０に流入する排気ガス中の特定成分の量、つまり、内燃機関１０から排出されてきた直後の排気ガス中の特定成分の量を意味している。また、図２に示すＣｇｏｕｔは、触媒３０から流出する排気ガス中の特定成分の量を意味している。図２に示す触媒モデルの概念図において、触媒３０に流入する特定成分の量Ｃｇｉｎは、そのままＡブロックに流入する特定成分の量Ｃｇｉｎ（Ａ）となる。また、Ａブロックから排出される排気ガス中の特定成分の量Ｃｇｏｕｔ（Ａ）は、そのままＢブロックに流入する特定成分の量Ｃｇｉｎ（Ｂ）となる。そして、隣接するブロックの間ではこの関係が順次成立し、最下流のブロックＪから流出する特定成分の量Ｃｇｏｕｔ（Ｊ）は、そのまま触媒３０から流出する特定成分の量Ｃｇｏｕｔとなる。尚、本明細書において、Ｃｇｉｎ（Ｎ）およびＣｇｏｕｔ（Ｎ）は、それぞれ第Ｎブロックに流入する特定成分の量、および第Ｎブロックから流出する特定成分の量を示しているものとする。
【００３５】
上記の関係は、排気ガス中に含まれる種々の成分、例えば、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ、Ｏ２などのそれぞれについて成立する。以下、触媒モデルの説明を進めるにあたり、説明の簡単化のため、その特定成分は酸素であるものとする。そして、Ｃｇｉｎ、Ｃｇｏｕｔ、Ｃｇｉｎ（Ｎ）およびＣｇｏｕｔ（Ｎ）は、排気ガス中に含まれる酸素量を正の値で示し、排気ガス中の酸素不足量を負の値で示す変数とする。このような前提の下、以下の説明においては、ＣｇｉｎおよびＣｇｉｎ（Ｎ）を「流入酸素過不足量」と称し、また、ＣｇｏｕｔおよびＣｇｏｕｔ（Ｎ）を「流出酸素過不足量」と称することとする。
【００３６】
本実施形態において、ＥＣＵ４０には、個々のブロックの流入酸素過不足量Ｃｇｉｎ（Ｎ）に基づいて、そのブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を演算するためのモデルが記憶されている（詳細は後に説明する）。このモデルによれば、ＣｇｉｎすなわちＣｇｉｎ（Ａ）に基づいてＣｇｏｕｔ（Ａ）を求めることができ、また、Ｃｇｏｕｔ（Ａ）すなわちＣｇｉｎ（Ｂ）に基づいてＣｇｏｕｔ（Ｂ）を求めることができる。そして、同様の計算を繰り返すことにより、個々のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を順次求めることができ、その計算をＪブロックまで行うことで、触媒３０の下流における流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔを求めることができる。
【００３７】
図１に示すシステムによれば、上流側空燃比センサ３２により検出される排気空燃比Ａ／Ｆ、およびエアフロメータ１６により検出される吸入空気量Ｇａ（或いは、そのＧａに基づいて算出される燃料噴射量）に基づいて、内燃機関１０から流出する排気ガス中の酸素過不足量、つまり、触媒３０に流入する排気ガス中の酸素過不足量Ｃｇｉｎを求めることができる。従って、ＥＣＵ４０は、上述した触媒モデルを用いた繰り返し計算を行うことにより、ＡブロックからＪブロックまでの全てにつき流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を求めることができ、また、触媒３０の下流における流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔを求めることができる。
【００３８】
次に、ＥＣＵ４０が、第Ｎ段のブロックにおける流入酸素過不足量Ｃｇｉｎ（Ｎ）に基づき、そのブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を求める具体的手法について説明する。
次式（１）は、ＥＣＵ４０が、時刻ｔ＋Δｔにおける第Ｎ段のブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）を推定するために用いる演算式である。
2004316457.tif 000003
但し、δＣｇは、δＣｇ（Ｇａ，Ｔｅｍｐ，φｏｓｔ（ｔ，Ｎ））と表されるべき関数、つまり、吸入空気量Ｇａ、触媒温度Ｔｅｍｐ、および時刻ｔにおける第Ｎ段のブロックの酸素吸蔵率φｏｓｔ（ｔ，  Ｎ）の関数である。ＥＣＵ４０は、Ｇａ、Ｔｅｍｐ、およびφｏｓｔと、δＣｇとの関係を定めたマップ或いは演算式を記憶しており、そのマップ或いは演算式を用いてδＣｇを算出する。
【００３９】
δＣｇは、物理的には、触媒３０が、単位時間および単位長あたりに吸蔵或いは放出する酸素の量を意味している。δＣｇの符号は、第Ｎ段のブロックが酸素を吸蔵する場合には正に設定され、一方、酸素を放出する場合には負に設定される。具体的には、第Ｎ段のブロックに流れ込む排気ガスがリーンであり、そのブロックが酸素を吸蔵する状況下ではδＣｇの符号は正とされ（δＣｇ＞０）、反対に、第Ｎ段のブロックに流れ込む排気ガスがリッチであり、そのブロックが酸素を放出する状況下ではδＣｇの符号は負とされる（δＣｇ＜０）。
【００４０】
つまり、上記（１）式中、右辺第２項「δＣｇ×Δｔ×Δｘ」は、第Ｎ段のブロック（幅Δｘ）において、Δｔの時間の間に吸蔵または放出される酸素量に相当している。ここで、上記（１）式中、右辺第１項に含まれる第Ｎ−１ブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ−１）は、そこを流れる排気ガスがリーンである場合、時刻ｔ＋Δｔに第Ｎ−１段のブロックから流出してくる排気ガス中の酸素過多量を意味する。従って、上記（１）式によれば、この場合は、第Ｎ−１段のブロックから流出してくる排気ガス中の酸素過多量から第Ｎ段のブロックで吸蔵される酸素量δＣｇ×Δｔ×Δｘを減じた値が、第Ｎ段における流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）として、つまり、第Ｎ段のブロックから流出する排気ガス中の酸素過多量として算出される。
【００４１】
時刻ｔ＋Δｔにおいて第Ｎ−１段のブロックから流出してくる排気ガスがリッチである場合は、上記（１）式の右辺第１項Ｃｇｏｕｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ−１）は、第Ｎ−１段のブロックから流出する排気ガス中の酸素不足量を意味する。従って、上記（１）式によれば、この場合は、第Ｎ−１段のブロックから流出してくる排気ガス中の酸素不足量に第Ｎ段のブロックから放出される酸素量δＣｇ×Δｔ×Δｘを加えた値が第Ｎ段のブロックにおける流出酸素不足量Ｃｇｏｕｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）として、つまり、第Ｎ段のブロックから流出する排気ガス中の酸素不足量として算出される。
【００４２】
δＣｇを決定する３つの因子のうち、吸入空気量Ｇａと触媒温度Ｔｅｍｐは、それぞれエアフロメータ１６および触媒温度センサ３６により検知することができる。残る１つの因子、すなわち、酸素吸蔵率φｏｓｔ（ｔ，Ｎ）は、次式（２）に示す通り、時刻ｔにおける第Ｎ段のブロックの酸素吸蔵量ｏｓｔ（ｔ，Ｎ）と、第Ｎ段のブロックの酸素吸蔵容量ＯＳＣ（Ｎ）との比である。
φｏｓｔ（ｔ，Ｎ）＝ｏｓｔ（ｔ，Ｎ）／ＯＳＣ（Ｎ）                  ・・・（２）
【００４３】
酸素吸蔵容量ＯＳＣ（Ｎ）は、触媒３０の酸素吸蔵量ＯＳＣを求めるための公知の手法と同様の手法により求めることができる。例えば、その値ＯＳＣ（Ｎ）は、以下のような手法で求めることができる。すなわち、先ず、第Ｎ段のブロックに吸蔵されている全ての酸素が放出されるまで、そのブロックに流入する排気ガスの空燃比をリッチに維持する。全ての酸素が放出されたと判断できたら（第Ｎ段のブロックの下流にリッチな排気ガスが流出してきたら）、次にそのブロックに流入する排気ガスの空燃比をリーンに変化させる。以後、第Ｎ段のブロックに容量一杯の酸素が吸蔵されるまで（第Ｎ段のブロックの下流にリーンな排気ガスが流出してくるまで）、そのブロックに流入する排気ガス中の酸素量を積算する。この手法によれば、酸素量の積算値の最終的な値を、第Ｎ段のブロックにおける酸素吸蔵容量ＯＳＣ（Ｎ）として扱うことができる。尚、ＯＳＣ（Ｎ）を求める手法はこれに限定されるものではなく、より単純には、触媒３０のＯＳＣを、ブロック数（本実施形態では１０）で割った値をＯＳＣ（Ｎ）としてもよい。
【００４４】
上記（２）式に含まれるｏｓｔ  （ｔ，Ｎ）は、次式（３）に示す関係式により求めることができる。但し、ここでは、説明の便宜上、時刻ｔ＋Δｔにおける第Ｎ段のブロックの酸素吸蔵量ｏｓｔ（ｔ＋Δｔ，Ｎ）を求める形式で式（３）を表している。また、次式（３）中、右辺第２項に含まれるＫは適合係数である。
ｏｓｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）＝ｏｓｔ（ｔ，  Ｎ）＋Ｋ×δＣｇ×Δｔ×Δｘ        ・・・（３）
【００４５】
上記（３）式によれば、第Ｎ段のブロックに流入する排気ガスがリーンである場合は（従って、δＣｇは正）、時刻ｔにける酸素吸蔵量ｏｓｔ（ｔ，  Ｎ）に、時間Δｔの間に新たに吸蔵された酸素量（厳密には適合係数Ｋで補正された値）を加えた値が時刻ｔ＋Δｔにおける酸素吸蔵量ｏｓｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）として算出される。また、第Ｎ段のブロックに流入する排気ガスがリッチである場合は（従って、δＣｇは負）、時刻ｔにける酸素吸蔵量ｏｓｔ（ｔ，  Ｎ）から、時間Δｔの間に放出された酸素量（厳密には適合係数Ｋで補正された値）を減じた値が時刻ｔ＋Δｔにおける酸素吸蔵量ｏｓｔ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）として算出される。
【００４６】
以上説明した通り、ＥＣＵ４０は、上述した触媒モデルを用いることにより、第Ｎ段のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）、酸素吸蔵率φｏｓｔ（Ｎ）、および酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）等を求めることができる。そして、ＥＣＵ４０は、個々のブロックに対して上記の処理を繰り返し適用することにより、ＡブロックからＪブロックまで、全てのブロックにつき、それらの値を算出することができる。
【００４７】
［触媒モデルの他の例の説明］
上述した触媒モデルは、個々のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を求めるためのモデルである。本実施形態において、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を求めているのは、その値から触媒３０の内部状態を推定し、その内部状態が、より未浄化成分の吹き抜けを生じさせ難い状態となるように空燃比を制御するためである。
【００４８】
このような空燃比制御は、個々のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）に着目して行うことができると同様に、個々のブロックにおける排気空燃比Ａ／Ｆ（Ｎ）に着目しても行うことができる。また、排気ガス中の酸素過不足量と、排気空燃比Ａ／Ｆとは空燃比制御を行ううえでは実質的に均等な変数であり、排気空燃比Ａ／Ｆに関するモデルは、酸素過不足量に関するモデルと同様の考え方に従って、以下に示す（４）式のように表すことができる。
Ａ／Ｆ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ）＝Ａ／Ｆ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ−１）−δＡＦ×Δｔ×Δｘ  ・・・（４）
但し、上記（４）式は、ＥＣＵ４０が、時刻ｔ＋Δｔにおける第Ｎ段のブロックの排気空燃比Ａ／Ｆ  （ｔ＋Δｔ，  Ｎ）を推定するために用いる演算式である。また、δＡＦは、δＡＦ（Ｇａ，Ｔｅｍｐ，φｏｓｔ（ｔ，Ｎ））と表されるべき関数であり、その値を決める３つの因子は、何れもδＣｇを求める場合と同様に求めることができる。従って、ＥＣＵ４０は、Ｇａ、Ｔｅｍｐ、およびφｏｓｔと、δＡＦとの関係を定めたマップ或いは演算式を記憶していれば、そのマップ或いは演算式を用いることでδＡＦを算出することができる。
【００４９】
ここで、δＡＦは、物理的には、上述したδＣｇと同様に、触媒３０が、単位時間および単位長あたりに吸蔵或いは放出する酸素の量を意味する変数であり、より厳密には、その酸素の量を空燃比Ａ／Ｆの変化量に換算した値である。δＡＦの符号は、第Ｎ段のブロックに流入する排気ガスがリーンであり、そのブロックが酸素を吸蔵する場合には正に設定され（δＡＦ＞０）、反対に、第Ｎ段のブロックに流入する排気ガスの空燃比がリッチであり、そのブロックが酸素を放出する場合には負に設定される（δＡＦ＜０）。
【００５０】
上記（４）式によれば、時刻ｔ＋Δｔにおいて、第Ｎ−１段のブロックの排気空燃比Ａ／Ｆ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ−１）がリーンである場合は、その値から、第Ｎ段のブロックで酸素が吸収されることに起因して生ずる変化量δＡＦを減じた値が第Ｎ段における排気空燃比Ａ／Ｆ  （ｔ＋Δｔ，  Ｎ）として算出される。一方、時刻ｔ＋Δｔにおいて、第Ｎ−１段のブロックの排気空燃比Ａ／Ｆ（ｔ＋Δｔ，  Ｎ−１）がリッチである場合は、その値に、第Ｎ段のブロックで酸素が放出されることに起因して生ずる変化量δＡＦを加えた値が第Ｎ段における排気空燃比Ａ／Ｆ  （ｔ＋Δｔ，  Ｎ）として算出される。
【００５１】
ＥＣＵ４０は、上記（４）式に示す触媒モデルを用いた処理を個々のブロックに対して繰り返し行うことにより、ＡブロックからＪブロックまで、全てのブロックにつき、そこを流れる排気ガスの空燃比Ａ／Ｆを求めることができる。このように、本実施形態のシステムでは、触媒３０内部の個々のブロックにつき、酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）と、排気空燃比Ａ／Ｆ（Ｎ）の何れをも推定することができる。そして、ＥＣＵ４０は、何れかの推定結果に基づいて、未浄化成分の吹き抜けが生じ難い状態を形成するための空燃比制御を実行する。この際、何れの推定結果を用いるとしても、実質的な処理内容は同じであるため、以下の説明では、酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を用いる制御手法を、両者の代表例として説明することとする。
【００５２】
［本実施形態における空燃比制御の原理の説明］
図３は、触媒３０の内部全域における酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の時間的変化の一例（上段）、および酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）の時間的変化の一例（下段）を示す図である。図３上段において、●を付して示している点は、それぞれの時刻における酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点、つまり、触媒３０の内部において排気ガスの浄化が終了する位置を示している。
【００５３】
図３に示す例において、時刻ｔ１の時点では、触媒３０の全域において酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）がゼロであり、また、酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）がゼロとされている。この状態から触媒３０に対してリーンな排気ガスが流入すると、触媒３０内の酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）  （ここでは、酸素過多量）が上流側から徐々に増加し、その結果、収束点が時間の経過と共に下流側に以降する（時刻ｔ２〜ｔ４）。この際、酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）も上流側から徐々に増加する。
【００５４】
図３に示す例では、時刻ｔ５において、触媒３０に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比の近傍値に変更されている。このような変更が行われると、触媒３０の内部における酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）がその変化に追従してゼロ近傍の値に変化し、収束点は上流側に移行する。一方、流通する排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍値である場合、触媒３０の内部における酸素吸蔵状態にはそれほど大きな変化が生じないため、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて、酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）には大きな変化が生じていない。
【００５５】
時刻ｔ４の後、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆがリーンのまま維持されれば、収束点は引き続き下流側へ移行し、やがては触媒３０の最下流のブロックに到達し、更には、触媒３０の内部に収束点が存在しない状態、つまり、触媒３０の下流にリーンな排気ガスが吹き抜ける状態が形成される。これに対して、時刻ｔ４の後、収束点が上流側に移行するように空燃比を制御すれば、つまり、既述したように空燃比を理論空燃比の近傍値に変化させ（図３に示す場合）、或いは、より積極的に空燃比Ａ／Ｆをリッチに変化させれば、リーンな排気ガスの吹き抜けを防止することができる。
【００５６】
本実施形態のシステムでは、触媒モデルを用いた上記の処理を行うことで、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点がどこにあるのか、また、その収束点の上流側にどのような酸素過不足量分布が存在しているのかを検知することができる。そして、これらの情報が取得できれば、その収束点が、未浄化成分の吹き抜けを生じさせる程度にまで下流側に移行しているかを判断することができ、更に、その収束点を上流側に移行させるために触媒上流の空燃比Ａ／Ｆをどのように制御すればよいかを決めることができる。そこで、本実施形態では、収束点が所定の目標位置を超えて下流側に移行してきた場合に、その収束点が上流側に移行するように空燃比制御の手法を補正することで、未浄化成分の吹き抜けを防止することとしている。
【００５７】
図４は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。
図４に示すルーチンでは、先ず、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１００）。
【００５８】
実行条件が成立していないと判別された場合は、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、実行条件が成立していると判別された場合は、次に、触媒モデルを用いた上記の処理により、触媒３０内の全てのブロックにつき、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）が算出される（ステップ１０２）。
全てのブロックにつき流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）が算出されると、そのＣｇｏｕｔ（Ｎ）がゼロとなるブロック、つまり、収束点を検知することができると共に、その収束点の上流側において、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）がどのような分布を示しているのかを検知することができる。
【００５９】
図４に示すルーチンでは、上記ステップ１０２の処理が終了した後、その処理の結果として検知された収束点が、既定の目標点より下流であるか否かが判別される（ステップ１０４）。
ここで用いられる目標点は、収束点がその点を超えて下流側に以降している場合は、触媒３０の下流に未浄化の成分が吹き抜ける可能性があり、一方、収束点がその点より上流側であれば未浄化成分の吹き抜けが生ずる可能性はないと判断できる点である。換言すると、その目標点は、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点がその点より上流にあれば、通常レベルの空燃比荒れが生じても、触媒下流に未浄化の成分が吹き抜ける可能性がないと判断できる点である。従って、本実施形態のシステムにおいては、収束点が目標点より下流である場合は、未浄化成分の吹き抜けを防ぐべく、空燃比制御の手法を補正する必要があると判断でき、一方、収束点が目標点より上流にある場合は、そのような補正は必要ないと判断することができる。
【００６０】
図４に示すルーチンによれば、収束点が目標点より下流ではないと判別された場合は、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、収束点が目標点より下流であると判別された場合は、空燃比制御の手法を補正するための補正制御、つまり、収束点をより上流側に移行させるための補正制御が実行される（ステップ１０６）。
【００６１】
上記ステップ１０６では、具体的には、収束点より上流側における酸素の過不足状態に基づいて、その過不足状態が解消されるように触媒上流の排気空燃比Ａ／Ｆを、リッチ化或いはリーン化する処理が補正制御として行われる。より具体的には、上記ステップ１０６では、収束点より上流側に位置する全てのブロックを対象として流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の積分値ΣＣｇｏｕｔ（Ｎ）を求める処理、および、その積分値ΣＣｇｏｕｔ（Ｎ）が酸素過多を示唆している（つまり正の値を示している）場合には触媒上流の排気空燃比Ａ／Ｆをリッチとし、反対に、その積分値ΣＣｇｏｕｔ（Ｎ）が酸素不足を示唆している（つまり負の値を示している）場合には触媒上流の排気空燃比Ａ／Ｆをリーンとする処理が補正制御として実行される。
【００６２】
以上説明した通り、図４に示すルーチンによれば、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点が目標点より下流に以降した場合は、その収束点を上流側に以降させるべく触媒３０に流れ込む排気ガスの空燃比を制御することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、空燃比フィードバック制御の実行中に、触媒３０の下流に未浄化の成分を含む排気ガスが吹き抜けるのを確実に防ぐことができる。
【００６３】
ところで、上述した実施の形態１においては、上記ステップ１０２において、全てのブロックにつき流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を算出することとしているが、その計算の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の算出は、前段のブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ−１）を基礎とする繰り返し計算により行われ（上記（１）式参照）、その計算には多大な負荷が伴う。これに対して、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）は、収束点より下流のブロックについては計算するまでもなくゼロである。従って、上記ステップ１０２では、収束点より下流のブロックについてのＣｇｏｕｔ（Ｎ）の算出を省略し、その値を全てゼロで代用することとしてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態１においては、補正制御の実行可否を判断するための目標点を既定の点としているが、その点は固定された点である必要はなく、例えば、内燃機関１０の運転状態等に基づいて、未浄化成分の吹き抜けが生じ易い状況下では目標点をより上流側に移行し、その吹き抜けが生じ難い状況下では目標点をより下流側に移行することとしてもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態１においては、収束点を上流側に移行させるための補正制御の内容を決めるために、最上流のブロックから収束点のブロックまでの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の積算値ΣＣｇｏｕｔ（Ｎ）を見ることとしているが、その決定手法はこれに限定されるものではない。すなわち、補正制御の内容を決めるためには、最上流のブロックから収束点のブロックまでの領域が、全体として酸素過多の状態であるのか、或いは酸素不足の状態であるのかが判れば十分である。従って、収束点の上流側における１つ以上のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）が上記領域の酸素過不足状態を代表しているものとみなして、補正制御の内容を、その１つ以上のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）に基づいて決定することとしてもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態１においては、触媒モデルにおいて用いられる個々のブロックの幅を、触媒３０の全域において均等としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、個々のブロックの幅は、上流側において広く、下流側において狭くなるように設定してもよい。このような設定によれば、触媒全域を対象とする計算負荷を大きくすることなく、その内部の下流側の領域における状態を詳細に検知することが可能となり、より確実に未浄化成分の吹き抜けを防止することが可能となる。
【００６７】
また、上述した実施の形態１においては、触媒モデルにおいて用いられる個々のブロックの幅が固定されたものとされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その幅は、必要に応じて伸縮させることとしてもよい。以下、図５および図６を参照して、この変形例を実現するためにＥＣＵ４０において実行すべきルーチンの一例について説明する。
【００６８】
図５は、上記の変形例を実現するためにＥＣＵ４０に実行させるべきルーチンのフローチャートである。上記の変形例は、実施の形態１のシステムにおいて、ＥＣＵ４０に、上述した図４に示すルーチンに代えて図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。図５に示すルーチンは、ステップ１００と１０２の間に、ステップ１１０の処理が挿入されている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、説明の重複を避けるため、ここでは、ステップ１１０の説明のみを詳細に行い、他の部分についてはその説明を省略または簡略する。
【００６９】
図５に示すルーチンでは、ステップ１００の条件が成立すると判別された場合に、前回の処理サイクルの際に検知された流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点に基づいて、触媒モデルが前提とする触媒３０の仮想的な分割数が決定される（ステップ１１０）。
【００７０】
図６は、ブロック分割数と、収束点のブロックの位置との関係を示すマップの一例である。ＥＣＵ４０は、上記ステップ１１０において、図６に示すようなマップを参照することにより、収束点に対応するブロック分割数を決定する。その結果、上記ステップ１１０の処理によれば、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点が下流側に以降するに連れてブロック分割数はより大きな数とされる。
【００７１】
触媒３０の内部状態を推定するにあたっては、ブロック分割数が少ないほど計算負荷は小さくなる。一方、ブロック分割数が増えるほど、その内部状態の推定精度は向上する。従って、図６に示すルーチンによれば、収束点が十分に上流側に位置しており、未浄化成分の吹き抜けが生じ難い状況下では計算負荷を小さくし、一方、収束点が下流側に移行しており、未浄化成分が吹き抜け易い状況が形成されている場合には触媒３０の内部状態を詳細に推定することができる。このため、上述した変形例によれば、不必要に多大な計算負荷を発生させることなく、実施の形態１の場合に比して更に確実に未浄化成分の吹き抜けを防止することができる。
【００７２】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵが、上記ステップ１０２の処理、すなわち、触媒モデル（上記（１）式または（４）式）を用いて個々のブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を算出する処理を行うことにより前記第１の発明における「触媒内酸素過不足量算出手段」が、上記ステップ１０２の処理結果に基づいて収束点を検知することにより前記第１の発明における「収束点検知手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００７３】
また、上述した実施の形態１においては、収束点が目標点より下流である場合に補正制御を実行することにより前記第２の発明における「収束点の位置」に基づく空燃比制御が、補正制御の内容を最上流のブロックから収束点のブロックまでの領域の酸素過不足状態に基づいて決定することにより前記第２の発明における「収束点より上流側における酸素の過不足状態」に基づく空燃比制御が、それぞれ実現されている。
【００７４】
また、上述した実施の形態１においては、最上流のブロックから収束点のブロックまでの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の積算値ΣＣｇｏｕｔ（Ｎ）の正負が、前記第３の発明における「前記触媒の最上流位置から前記収束点までの領域全体における酸素の過不足」に相当している。
【００７５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０６において補正制御を実行することにより前記第４の発明における「制御補正手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「収束点位置判断手段」および「補正許可手段」が、それぞれ実現されている。
【００７６】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０に、上記ステップ１１０の処理を実行させることにより、前記第１０の発明における「ブロック密度変更手段」を実現することができる。
【００７７】
実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１のシステムは、収束点が目標点より下流にある場合に、その収束点の位置に関わらず常に同じ手法で空燃比の補正制御を実行する。しかしながら、触媒３０の下流に未浄化成分を吹き抜けさせないためには、収束点が下流に位置するほど、より迅速にその収束点を上流側に移行させることが有効である。そこで、本実施形態のシステムでは、収束点を上流側に移行させるための補正制御を実行する場合、収束点が下流側に位置しているほど、その補正制御に対して大きなゲインを与えることとした。
【００７８】
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、ステップ１０２の後にステップ１２０の処理が挿入されている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、説明の重複を避けるため、ここでは、ステップ１２０の説明のみを詳細に行い、他の部分についてはその説明を省略または簡略する。
【００７９】
図７に示すルーチンでは、ステップ１０２の処理、つまり、個々のブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を算出する処理が終了した後、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点に基づいて、今回の処理サイクルで用いるべき制御ゲインが決定される（ステップ１２０）。
【００８０】
図８は、上記ステップ１２０において決定される制御ゲインと、収束点のブロックの位置との関係を示すマップの一例である。ＥＣＵ４０は、上記ステップ１２０において、図８に示すようなマップを参照することにより、収束点に対応する制御ゲインを設定する。その結果、上記ステップ１２０の処理によれば、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点が下流側に以降するに連れて、補正制御の制御ゲインとして大きな値が設定される。
【００８１】
図８に示すルーチン中、ステップ１０６では、実施の形態１の場合と同様に、収束点の上流側が全体として酸素不足であると認められる場合には、触媒３０の上流における空燃比Ａ／Ｆをリーン化し、一方、収束点の上流側が全体として酸素過多であると認められる場合には、触媒３０の上流における空燃比Ａ／Ｆをリッチ化する。この際、本実施形態のＥＣＵ４０は、大きな制御ゲインが設定されているほど、触媒３０の上流における空燃比Ａ／Ｆをより顕著にリッチ化或いはリーン化する。
【００８２】
触媒３０内部の酸素過不足状態は、補正制御による触媒上流の空燃比Ａ／Ｆのリッチ化或いはリーン化が微小であるほど緩やかに解消され、反対に、そのリッチ化或いはリーン化が顕著であるほど迅速に解消される。図８に示すルーチンによれば、収束点がさほど下流に位置していない場合には、緩やかにその収束点を上流側に戻すことにより制御の安定性を高めることができる。また、収束点が十分に下流に位置している場合は、その収束点を迅速に上流側に戻すことにより未浄化成分の吹き抜けを確実に防ぐことができる。従って、本実施形態のシステムによれば、制御の安定性を損なうことなく、実施の形態１の場合に比して更に確実に未浄化成分の吹き抜けを防止することができる。
【００８３】
尚、上述した実施の形態２においては、収束点に基づいて制御ゲインを決定することにより前記第２の発明における「収束点の位置」に基づく空燃比制御が実現されている。
【００８４】
実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
上述した実施の形態１または２のシステムは、収束点が目標点より下流にある場合に、その収束点より上流の領域が全体として酸素過多の状態であるか、或いは酸素不足の状態であるかに応じて補正制御の内容を決定している。つまり、上述した実施の形態１および２では、収束点より上流の領域がどのような酸素吸蔵状態であるのかが考慮されることなく補正制御の内容が決められている。
【００８５】
しかしながら、最上流のブロックから収束点のブロックまでの酸素吸蔵状態は、必ずしも常に一定ではない。そして、リッチな排気ガスに対してもリーンな排気ガスに対しても触媒３０の浄化余力を大きく確保しておくためには、触媒の各ブロックが適量の酸素を吸蔵した状態、より具体的には、酸素吸蔵容量のほぼ半分にあたる酸素を吸蔵した状態に制御されていることが望ましい。そこで、本実施形態では、収束点を上流側に移行させるための補正制御を行うにあたり、収束点より上流に位置するブロックの酸素吸蔵状態が上述した望ましい状態となるように、触媒３０の上流における空燃比Ａ／Ｆを制御することとした。
【００８６】
図９は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。図９に示すルーチンは、ステップ１０２の後にステップ１３０の処理が挿入されている点、およびステップ１０４に続く処理がステップ１０６からステップ１３２〜１３６に変更されている点を除き、図４に示すルーチンと同様である。以下、説明の重複を避けるため、ここでは、ステップ１３０〜１３６の説明のみを詳細に行い、他の部分についてはその説明を省略または簡略する。
【００８７】
図９に示すルーチンでは、ステップ１０２の処理、つまり、個々のブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を算出する処理が終了した後、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点に基づいて制御量ｋが決定される（ステップ１３０）。
制御量ｋは、最大値が１．０であり、上述した実施の形態２におけるゲインと同様に収束点のブロックが下流に移行するほど大きな値とされるべき変数である。本実施形態において、ＥＣＵ４０は、制御量ｋに関するマップ（図８に示すマップと同様のマップ）を記憶しており、本ステップ１３０では、そのマップを参照して制御量ｋを決定する。
【００８８】
図９に示すルーチンでは、ステップ１０４において収束点が目標点より下流であると判別されると、先ず、最上流のブロックから収束点のブロックに至るまで、各ブロックｉの酸素吸蔵量ｏｓｔｉ（上記（３）式参照）の積算値Σｏｓｔｉを算出する（ステップ１３２）。
【００８９】
次に、上記の積算値Σｏｓｔｉと目標積算値Σｏｓｔｔｇｔとの差Δｏｓｔが次式に従って算出される（ステップ１３４）。
Δｏｓｔ＝Σｏｓｔｉ−Σｏｓｔｔｇｔ                      ・・・（５）
目標積算値Σｏｓｔｔｇｔは、収束点のブロックから最上流のブロックまでの領域が吸蔵するべき理想の酸素量である。ここでは、その領域における酸素吸蔵容量の半分がその目標積算値Σｏｓｔｔｇｔとされている。上記（５）式によれば、収束点より上流の領域に吸蔵されている酸素量（Σｏｓｔｉ）が目標（Σｏｓｔｔｇｔ）より少ない場合は、Δｏｓｔが負の値として算出され、一方、ΣｏｓｔｉがΣｏｓｔｔｇｔに対して過剰である場合は、Δｏｓｔが正の値として算出される。
【００９０】
図９に示すルーチンでは、次に、触媒上流における空燃比の目標値、すなわち、目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔが次式に従って算出される（ステップ１３６）。
Ａ／Ｆｔｇｔ＝ｓｔｏｉｃｈ−Δｏｓｔ＊ｋ／０．２３／Ｆｉ        ・・・（６）
但し、上記（６）式中、ｓｔｏｉｃｈは理論空燃比である。また、０．２３は空気中の酸素の質量割合であり、Ｆｉは内燃機関１０に対する燃料噴射量である。
【００９１】
以下、説明を簡単にするため、Δｏｓｔの符号が正である場合、つまり、収束点の上流における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉが目標積算値Σｏｓｔｔｇｔに対して過剰である場合を例にとって上記（６）式の内容を説明する。
上記の仮定の下では、目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔは、右辺第２項分（Δｏｓｔ＊ｋ／０．２３／Ｆｉ）だけｓｔｏｉｃｈからリッチ側に偏った空燃比となる。この場合、内燃機関１０には、右辺第２項に燃料噴射量Ｆｉを乗じた量だけ空気の不足した混合気、つまり、Δｏｓｔ＊ｋ／０．２３だけ空気が不足した混合気、更に換言すると、Δｏｓｔ＊ｋだけ酸素の不足した混合気が供給されることになる。Δｏｓｔ＊ｋだけ酸素の不足した混合気が内燃機関１０に供給されると、触媒３０の内部で酸素の放出が生じ、収束点の上流における酸素吸蔵量（Σｏｓｔｉ）がΔｏｓｔ＊ｋだけ減少する。その結果、収束点の上流における酸素吸蔵量は目標積算値Σｏｓｔｔｇｔに近づけられる。
【００９２】
上述した現象は、Δｏｓｔが負の場合、つまり、収束点の上流における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉが目標積算値Σｏｓｔｔｇｔに対して不足である場合にも同様に生じ、この場合にも、上記（６）式により算出される目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔによれば、収束点の上流における酸素吸蔵量（Σｏｓｔｉ）はΔｏｓｔ＊ｋだけ目標積算値Σｏｓｔｔｇｔに近づけられる。そして、何れの場合においても、酸素吸蔵量Σｏｓｔｉの修正幅Δｏｓｔ＊ｋは、制御量ｋが最大値１．０に近づくほど、つまり、収束点が下流側に位置するほど大きな値となる。従って、図９に示すルーチンによれば、収束点が目標点より下流に移行した場合に、収束点の上流における酸素吸蔵量Σｏｓｔを目標積算値Σｏｓｔｔｇｔに接近させつつ収束点を上流側に移行させることができると共に、収束点の位置が下流であるほどほど迅速にそれらの現象を生じさせることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態１または２の場合に比して、更に未浄化成分の吹き抜けが生じ難い状況を作り出すことができる。
【００９３】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０２の処理、すなわち、触媒モデル（上記（１）式または（４）式）を用いて個々のブロックの流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）を算出する処理を行うことにより前記第１の発明における「触媒内酸素過不足量算出手段」が、上記ステップ１０２の処理結果に基づいて収束点を検知することにより前記第１の発明における「収束点検知手段」が、上記ステップ１３０〜１３６の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００９４】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０２において、上記（３）式に従って個々のブロックにおける酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）を算出することにより前記第６の発明における「触媒内酸素吸蔵状態算出手段」が実現されていると共に、収束点の上流における酸素吸蔵量の積算値Σｏｓｔｉに基づいて空燃比制御を行うことにより、前記第６の発明における「分布」に基づく空燃比制御が実現されている。
【００９５】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１３６により算出されたＡ／Ｆｔｇｔを用いて空燃比フィードバック制御を行うことにより前記第７または第８の発明における「制御補正手段」が、上記ステップ１３０〜１３６の処理を実行することにより前記第７の発明における「積算値補正幅設定手段」および第８の発明における「収束点補正幅設定手段」が、それぞれ実現されている。
【００９６】
実施の形態４．
次に、図１０および図１１を参照して本発明の実施の形態４について説明する。
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１乃至３の何れかのシステムにおいて、ＥＣＵ４０に、図４、図５、図７または図９に示すルーチンに代えて、或いはそれらのルーチンと共に、後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００９７】
触媒３０は、酸素吸蔵容量ＯＳＣが多量であるほど優れた浄化能力を発揮する。一方、三元触媒は、酸素の吸蔵と放出とが繰り返されることにより活性が向上し、その酸素吸蔵容量ＯＳＣが増すことが知られている。従って、触媒３０の浄化能力を高めるためには、触媒３０が酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素を吸蔵する状態と、触媒３０が全ての吸蔵酸素を放出した状態とを繰り返し作り出すことが有効である。
【００９８】
触媒３０が酸素を一杯に吸蔵した状態は、触媒３０に対して継続的にリーンな排気ガスを供給することで形成することができる。一方、触媒３０が全ての吸蔵酸素を放出した状態は、触媒３０に対して継続的にリッチな排気ガスを供給することで形成することができる。しかしながら、これらの処理によれば、触媒３０内に酸素が一杯に吸蔵された直後、或いは触媒３０内の全ての酸素が放出された直後に、リーン或いはリッチな排気ガスが触媒３０の下流に吹き抜けてくるのを避けることができない。このため、酸素の吸蔵・放出を繰り返させることにより触媒３０の活性を高めようとする場合には、触媒３０の下流に未浄化成分が吹き抜けてこない範囲で触媒上流の空燃比Ａ／Ｆを振動させることが必要である。
【００９９】
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１乃至３の場合と同様に、触媒モデルを用いることで、触媒３０内の個々のブロックの酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）、或いは個々のブロックにおける流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）または空燃比Ａ／Ｆ（Ｎ）を求めることができる。このような情報が取得できれば、触媒３０の下流に未浄化の排気ガスを吹き抜けさせることなく、触媒３０に可能な限り多量の酸素を吸蔵させ、また放出させることが可能である。以下、本実施形態のシステムが、この要求を満たすべく実行する具体的な処理の内容について説明する。
【０１００】
図１０は、上記の機能を実現するためにＥＣＵ４０が実行する目標空燃比振動制御ルーチンのフローチャートを示す。
図１０に示すルーチンでは、先ず、目標空燃比振動制御の実行条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１４０）。
目標空燃比振動制御を実行するためには、空燃比フィードバック制御が実行されている必要がある。従って、本ステップ１４０では、一つには空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。また、目標空燃比振動制御は、空燃比Ａ／Ｆの制御に対する外乱の少ない状況下で実行することが望ましい。このため、本ステップ１４０では、内燃機関１０の運転状態の安定性や空燃比Ａ／Ｆの安定性等が判断される。また、目標空燃比振動制御の実行中は、強制的に触媒３０に対してリッチ或いはリーンな排気ガスが供給される。従って、その制御は、触媒３０が安定している状況下で行うことが必要である。本ステップ１４０では、この要求を満たすべく、例えば、流出酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の収束点が既定の基準ブロックより上流側であるか否かが判断される。そして、その条件が満たされている場合は触媒３０が安定していると判断される。
【０１０１】
図１０に示すルーチンでは、上述した条件または要求の全てが満たされる場合に目標空燃比振動制御の実行条件が成立していると判断される。そして、その条件が成立しないと判断される場合は、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、その条件が成立すると判別された場合は、次に、制御対象ブロックの決定処理が行われる（ステップ１４２）。
【０１０２】
制御対象ブロックとは、目標空燃比振動制御を実行するにあたり、酸素を一杯に吸蔵した状態と酸素を完全に放出した状態との繰り返しが要求される最も下流のブロックである。
図１１は、上記ステップ１４２において、制御対象ブロックを決定するためにＥＣＵ４０が参照するマップの一例を示す。このマップによれば、吸入空気量Ｇａが多く、未浄化の排気ガスの吹き抜けが生じ易いほど制御対象ブロックは上流側に設定され、一方、吸入空気量Ｇａが少なく、そのような吹き抜けが生じ難いほど制御対象ブロックは下流側に設定される。
【０１０３】
制御対象ブロックが決定されると、次に、制御対象ブロックより上流側のブロックの、その時点における酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）の積算値Σｏｓｔｉ、およびそれらのブロックの酸素吸蔵容量ＯＳＣ（Ｎ）の積算値ΣＯＳＣｉが取得される（ステップ１４４）。尚、個々のブロックにおける酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）および酸素吸蔵容量ＯＳＣ（Ｎ）は、ＥＣＵ４０が、他のルーチンにより、実施の形態１の場合と同様の手法で算出しているものとする。
【０１０４】
制御対象ブロックより上流の領域における酸素吸蔵量の積算値Σｏｓｔｉおよび酸素吸蔵容量の積算値ΣＯＳＣｉが共に取得できると、その領域に酸素を一杯に吸蔵させるために必要な酸素量Δｏｓｔ（符号は正）はΣＯＳＣｉ−Σｏｓｔｉとして求めることができる。一方、その領域に吸蔵されている酸素を完全に放出させるために必要な酸素量Δｏｓｔ（符号は負）は−Σｏｓｔｉとして求めることができる。そして、それらの酸素量Δｏｓｔが決まれば、その酸素量Δｏｓｔを実現するための流入酸素過不足量Ｃｇｉｎ（或いは目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔ）とそのＣｇｉｎ（或いはＡ／Ｆｔｇｔ）を維持すべき制御周期（維持期間）との組み合わせを決定することができる。
【０１０５】
図１０に示すルーチンでは、車両のドライバビリティが悪化するのを避けるため、先ず、そのような悪化を生じさせない範囲で流入酸素過不足量Ｃｇｉｎ（またはＡ／Ｆｔｇｔ）が設定される（ステップ１４６）。
次に、そのＣｇｉｎ（またはＡ／Ｆｔｇｔ）に基づいて、上述したΔｏｓｔを実現するための制御周期（維持期間）が設定される（ステップ１４８）。
【０１０６】
次いで、上記の如く設定された維持期間が終了したか否かが判別される（ステップ１５０）。
その結果、未だその維持期間が終了していないと判別された場合は、目標空燃比振動制御の実行条件が不成立に変化していないかが確認される（ステップ１５２）。
その結果、実行条件が不成立に変化していれば、以後速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、その条件が成立したままであれば、再び上記ステップ１５０の処理が実行される。
これらの処理は、実行条件が不成立とならない限り、上記ステップ１４８で設定された維持期間が終了するまで繰り返される。そして、制御対象ブロックより上流の領域において全ての酸素を放出した状態、或いは酸素を一杯に吸蔵した状態が形成される時期と同期して、上記の維持期間が経過したとの判定がなされる。
【０１０７】
図１０に示すルーチンによれば、ステップ１５０において維持期間の経過が判定されると、再び上記ステップ１４６以降の処理が繰り返される。この場合、ステップ１４６および１４８では、制御対象ブロックの上流領域が全ての酸素を放出した状態であれば、その領域に酸素を一杯に吸蔵するためのＣｇｉｎ（またはＡ／Ｆｔｇｔ）と維持期間とが設定される。また、制御対象ブロックの上流領域が酸素を一杯に吸蔵した状態であれば、その領域の酸素を完全に放出するためのＣｇｉｎ（またはＡ／Ｆｔｇｔ）と維持期間とが設定される。
【０１０８】
以上説明した処理によれば、ステップ１４６以降の処理が繰り返されることにより、制御対象ブロックの上流領域は、繰り返し酸素を一杯に吸蔵した状態と酸素を完全に放出した状態とに変化する。この際、酸素の授受は制御対象ブロックより上流の領域において実行されるため、その下流にリッチ或いはリーンな排気ガスが流出することはない。このため、本実施形態のシステムによれば、触媒３０の下流に未浄化の排気ガスを吹き抜けさせることなく、可能な限り広い領域において触媒３０の活性を向上させることができる。
【０１０９】
尚、上述した実施の形態４においては、酸素吸蔵量が前記第１１の発明における「酸素吸蔵量」に相当していると共に、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１４４の前提として上記（３）式に従って触媒３０内の各ブロックの酸素吸蔵量ｏｓｔ（Ｎ）を算出することにより前記第１１の発明における「触媒内酸素吸蔵状態算出手段」が、上記ステップ１４６〜１５０の処理を繰り返し実行することにより前記第１１の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態４においては、内燃機関１０の吸入空気量Ｇａが前記第１３の発明における「内燃機関の運転状態」に相当していると共に、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１４２の処理を実行することにより前記第１３の発明における「制御対象ブロック決定手段」が実現されている。
【０１１０】
実施の形態５．
次に、図１２および図１３を参照して本発明の実施の形態５について説明する。
本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１〜４の何れかのシステムにおいて、ＥＣＵ４０に、図１０に示すルーチンに代えて図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１１１】
既述した通り、触媒３０の活性は、酸素吸蔵容量ＯＳＣ一杯に酸素を吸蔵する状態と、全ての酸素を放出した状態とを繰り返すことにより高めることができる。上述した実施の形態４は、最上流のブロックから制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉを算出し、その値がゼロまたは酸素吸蔵容量ΣＯＳＣｉとなるように目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔを制御することでその要求を実現している。これに対して、本実施形態のシステムは、触媒３０の下流に流出する排気ガスを清浄に保ちつつ、制御対象ブロックより上流における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉを最大限に変化させ得る振動条件をトライアンドエラーで探索し、その結果得られた条件で目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔを振動させる点に特徴を有している。
【０１１２】
図１２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ４０が実行する目標空燃比振動制御ルーチンのフローチャートを示す。
図１２に示すルーチンでは、先ず、目標空燃比振動制御の実行条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１６０）。
実行条件が成立していないと判別された場合は、速やかに今回の処理サイクルが終了される。一方、その条件が成立していると判別された場合は、制御対象ブロックの決定処理が行われる（ステップ１６２）。
尚、これらの処理は、実質的に図１０に示すステップ１４０および１４２の処理と同じであるため、ここではその詳細な説明は省略する。
【０１１３】
制御対象ブロックが決定されると、次に、目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔの振動条件を決める前提として、その振幅（下限側および上限側の目標空燃比）および周期（下限側および上限側の目標空燃比の維持期間）が仮決めされる（ステップ１６４）。図１３は、ＥＣＵ４０が、目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔの振幅・周期を仮決めするために参照するマップの一例を示す。このマップによれば、吸入空気量Ｇａが多く、多量の排気ガスが流通する場合ほど目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔの振幅は小さくなり、一方、その周期は長くなる。このような設定によれば、排気ガスの多少に関わらず、触媒３０内部で吸蔵或いは放出されるべき単位時間当たりの酸素量が大きく変化しないため、制御の安定化を図ることができる。
【０１１４】
図１２に示すルーチンでは、次に、仮決めされた振幅（下限側または上限側の目標空燃比）で、仮決めされた周期（維持期間）分だけ酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）の繰り返し計算が行われる（ステップ１６６）。
この繰り返し計算は、上記（１）式に則った演算を、全てのブロックを対象として、上記の維持期間分だけ繰り返し行うことにより実現される。この計算を行うことにより、ＥＣＵ４０は、仮決めされた目標空燃比が維持期間だけ維持された場合に、触媒３０の下流に流出する排気ガス中の酸素過不足量Ｃｇｏｕｔがどのような値を示すかを予測することができる。
【０１１５】
上記の繰り返し計算が終了すると、次に、触媒３０の下流における酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ、つまり、最下流のブロックＪから流出する酸素過不足量Ｃｇｏｕｔ（Ｊ）が、維持期間を通して目標範囲内であったか、例えばゼロであったかが判別される（ステップ１６８）。
【０１１６】
上記ステップ１６８の条件が成立しない場合は、仮決めされた条件で目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔの振動制御が行われると、触媒３０の下流に未浄化成分が吹き抜ける可能性があると判断できる。図１２に示すルーチンでは、この場合、今回の処理サイクルで仮決めされた条件は使用に適さないと判断され、以後速やかにそのサイクルが終了される。一方、上記ステップ１６８の条件が成立すると判別された場合は、仮決めされた条件によれば、触媒下流への未浄化成分の吹き抜けが防ぎ得ると判断できる。この場合、次に、今回の処理サイクルで用いた条件により、制御対象ブロックの上流における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉに与えうる変化量ΔΣｏｓｔｉが算出される（ステップ１７０）。
ここで、上記の変化量ΔΣｏｓｔｉは、次式に示すように、今回の処理サイクルで仮決めされた条件での処理が終了した時点での酸素吸蔵量Σｏｓｔｉ（ｎ）と、その条件での処理が開始される直前における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉ（ｎ−１）との差である。
ΔΣｏｓｔｉ＝│Σｏｓｔｉ（ｎ）−Σｏｓｔｉ（ｎ−１）│          ・・・（７）
ここで、Σｏｓｔｉ（ｎ）、およびΣｏｓｔｉ（ｎ−１）は、その一方が、触媒３０に酸素が一杯に吸蔵されている場合の吸蔵量と見なされる値であり、その他方が、触媒３０から全ての酸素が放出されている場合の吸蔵量と見なされる値である。従って、上記（７）式におけるΔΣｏｓｔｉは、制御対象ブロックの上流における領域が、能力一杯に酸素を吸蔵した状態から全ての酸素を放出した状態に変化する際に、或いはその逆の変化を示す際に、その領域において生ずる酸素吸蔵量の変化を意味している。
【０１１７】
上記ステップ１７０において変化量ΔΣｏｓｔｉが算出されると、次に、その値が最大変化量ＭＡＸより大きいか否かが判別される（ステップ１７２）。
最大変化量ＭＡＸは、今までに算出された変化量Δｏｓｔｉの最大値である。ΔΣｏｓｔｉ＞ＭＡＸが成立すると判別された場合は、その変化量Δｏｓｔｉが新たな最大変化量ＭＡＸとして記憶されると共に、今回の処理サイクルで用いられた振幅および周期が、目標空燃比振動制御において用いるべき使用条件として仮決定される（ステップ１７４）。
一方、上記ステップ１７０において、ΔΣｏｓｔｉ＞ＭＡＸが成立しないと判別された場合は、ステップ１７４の処理がジャンプされ、最大変化量ＭＡＸ、および目標空燃比振動制御において用いるべき使用条件の更新は行われない。
【０１１８】
図１２に示すルーチンでは、次に、目標空燃比振動制御の振幅・周期の決定条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１７６）。
この決定条件は、上記の振幅・周期を決定するにあたり、トライアンドエラーによる処理が十分に行われたと判断できる場合、例えば、その条件の仮決定と結果の予測とが十分な回数繰り返されたと判断できる場合に、その成立が判断されるべきものである。従って、この決定条件が未だ成立していないと判別された場合は、更にトライアンドエラーによる処理を繰り返すべく、上記ステップ１６４以降の処理が実行される。一方、その決定条件が成立していると判別された場合は、現時点で仮決定されている使用条件が目標空燃比の振動条件として本決定され、その使用条件により、目標空燃比振動制御が実行される（ステップ１７８）。
【０１１９】
以上説明した通り、図１２に示すルーチンによれば、触媒３０の下流に未浄化成分を吹き抜けさせることなく、かつ、制御対象ブロックの上流における酸素吸蔵量Σｏｓｔｉを大きく変動させることのできる条件で目標空燃比Ａ／Ｆｔｇｔを振動させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態４の場合と同様に、排気エミッションを悪化させることなく、触媒３０の活性を十分に高めることができる。
【０１２０】
尚、上述した実施の形態５においては、酸素吸蔵量が前記第１２の発明における「酸素吸蔵状態」に相当していると共に、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１７０の前提として上記（３）式に従って触媒３０内の各ブロックの酸素吸蔵量ＯＳＣ（Ｎ）を算出することにより前記第１２の発明における「触媒内酸素吸蔵状態算出手段」が、上記ステップ１６６の処理を実行することにより前記第１２の発明における「酸素過不足量算出手段」が、上記ステップ１７０の処理を実行することにより前記第１２の発明における「吸蔵状態変化算出手段」が、上記ステップ１６４〜１７６の処理を実行することにより前記第１２の発明における「条件探索手段」が、上記ステップ１７８の処理を実行することにより前記第１２の発明における「空燃比制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態５においては、内燃機関１０の吸入空気量Ｇａが前記第１３の発明における「内燃機関の運転状態」に相当していると共に、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１６２の処理を実行することにより前記第１３の発明における「制御対象ブロック決定手段」が実現されている。
【０１２１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、触媒の内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量を、排気ガスの流れ方向の位置毎に算出すると共に、その酸素過不足量がゼロとなる収束点、つまり、排気ガスの浄化が終わる収束点が上流側に移行するように空燃比を制御することができる。このような制御によれば、触媒の浄化余力を多量に残すことができるため、優れたエミッション特性を得ることができる。
【０１２２】
第２の発明によれば、収束点の位置と、その上流側における酸素の過不足状態とに基づいて、収束点を上流側に移行させる空燃比制御を適切に実行することができる。
【０１２３】
第３の発明によれば、触媒の最上流位置から収束点までの領域全体において酸素が不足しているのか、或いは過剰であるのかを見ることにより、収束点を上流側に移行させるうえで、どのような空燃比制御を行うべきかを容易かつ適切に決定することができる。
【０１２４】
第４の発明によれば、収束点が基準点より下流である場合にのみ、収束点より上流側における酸素の過不足状態が解消されるように空燃比の制御手法を補正することができる。従って、本発明によれば、不必要に頻繁に制御手法が変更されるのを防ぎつつ、十分な浄化余力を確保するうえで必要な範囲で収束点を上流側に移行させることができる。
【０１２５】
第５または第８の発明によれば、収束点が下流であるほど、空燃比の制御手法の補正幅を大きくし、また、収束点が上流であるほどその補正幅を小さくすることができる。このため、本発明によれば、空燃比制御の応答性および安定性の双方を高い水準に維持することができる。
【０１２６】
第６の発明によれば、触媒の最上流位置から収束点までの領域における酸素吸蔵状態の分布が理想的な分布となるように空燃比の制御手法を補正することができる。
【０１２７】
第７の発明によれば、触媒の最上流位置から収束点までの領域全体における酸素吸蔵量の積算値と目標積算値との差に基づいて空燃比の制御手法の補正幅を設定することができる。このため、本発明によれば、収束点の上流における酸素吸蔵状態を迅速に目標の状態にすることができる。
【０１２８】
第９の発明によれば、触媒内部を、仮想的に複数のブロックに分割し、かつ、そのブロックの密度を上流側ほど疎とし、下流側ほど密とすることができる。このため、本発明によれば、未浄化の排気ガスの吹き抜けを防止するうえで高精度に酸素吸蔵状態等を求めるべき触媒の下流領域では詳細な演算を行い、一方、その吹き抜けを防止するうえでさほど精度良く酸素吸蔵状態等を求める必要のない触媒の上流領域では大まかな演算を行うことができる。従って、本発明によれば、計算負荷を不必要に高めることなく、高精度な空燃比制御を実現することができる。
【０１２９】
第１０の発明によれば、触媒内部を、仮想的に複数のブロックに分割し、かつ、そのブロックの密度を、収束点が下流となるほど密とすることができる。このため、本発明によれば、未浄化の排気ガスの吹き抜けを防止するうえで酸素吸蔵状態等を高精度に求める必要がある場合ほど、その演算を詳細に行うことができる。従って、本発明によれば、計算負荷を不必要に高めることなく、高精度な空燃比制御を実現することができる。
【０１３０】
第１１の発明によれば、制御対象ブロックにおける酸素吸蔵量が目標最少量と目標最大量とを振動端として振動するように空燃比を制御することができる。このため、本発明によれば、最上流のブロックから制御対象ブロックまでの領域の活性を高めて、触媒の浄化能力を高めることができる。
【０１３１】
第１２の発明によれば、最上流ブロックから制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵状態を大きく変化させることのできる条件で空燃比を振動させることができる。このため、本発明によれば、最上流のブロックから制御対象ブロックまでの領域の活性を高めて、触媒の浄化能力を高めることができる。
【０１３２】
第１３の発明によれば、制御対象ブロックを内燃機関の運転状態に基づいて設定することができる。このため、本発明によれば、個々の運転状態において、未浄化成分の吹き抜けを防ぎつつ、触媒内の最大限の領域の活性化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において用いられる触媒モデルの概念を説明するための図である。
【図３】触媒内部を流れる排気ガス中の酸素過不足量の分布（上段）、および触媒内部の酸素吸蔵量の分布（下段）の時間的変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１の変形例において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】図５に示すルーチンの実行に伴って参照されるマップの一例である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図８】図７に示すルーチンの実行に伴って参照されるマップの一例である。
【図９】本発明の実施の形態３において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１１】図１０に示すルーチンの実行に伴って参照されるマップの一例である。
【図１２】本発明の実施の形態５において実行される制御ルーチンのフローチャートである。
【図１３】図１２に示すルーチンの実行に伴って参照されるマップの一例である。
【符号の説明】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
３０  触媒
４０  ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）
Ｃｇｉｎ  触媒に流入する排気ガス中の酸素過不足量
Ｃｇｏｕｔ  触媒から流出する排気ガス中の酸素過不足量
Ｃｇｏｕｔ（Ｎ）  第Ｎ段のブロックから流出する排気ガス中の酸素過不足量
Ｃｇｉｎ（Ｎ）    第Ｎ段のブロックに流入する排気ガス中の酸素過不足量
ｏｓｔ（Ｎ）  第Ｎ段のブロックの酸素吸蔵量
ＯＳＣ（Ｎ）  第Ｎ段のブロックの酸素吸蔵容量
Σｏｓｔｉ  最上流のブロックから制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵量の積算値
ΣＯＳＣｉ  最上流のブロックから制御対象ブロックまでの領域における酸素吸蔵容量の積算値
【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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