(57)【要約】【課題】三元触媒の酸素吸脱による触媒浄化作用の活性を促進させる。【解決手段】エンジン回転数に基づきリーン目標当量比ΦＬを設定し、広域空燃比センサで検出する当量比Φをリーン目標当量比ΦＬに制御するリーン雰囲気制御を開始し（ｔ１）、その後三元触媒に吸着される酸素吸着推定量ＳＬを積算し、酸素吸着推定量ＳＬが設定上限値ＳＬＭＡＸに達したときリーン雰囲気制御を終了し（ｔ２）、リッチ雰囲気制御へ移行する。リッチ雰囲気制御では、エンジン回転数に基づきリッチ目標当量比ΦＲを設定してリッチ雰囲気制御を開始し、その際、酸素吸着推定量ＳＬを１０％減少させた値で判定推定量ＳＬ１を設定する。そして三元触媒から離脱される酸素離脱推定量ＳＲを積算し、酸素離脱推定量ＳＲが判定推定量ＳＬ１に達したときリッチ雰囲気制御を終了する（ｔ３）。三元触媒の酸素吸脱量を推定し、その値に基づいて目標当量比のリーン／リッチを切換えるようにしたので、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させて、排気エミッションの低減を実現することができる。【選択図】図４
2004239088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に三元触媒と排気空燃比をリニアに検出する空燃比検出手段とを配設するエンジンにおいて、
エンジン運転状態に基づいて先ずリーン目標空燃比を設定し続いてリッチ目標空燃比を設定し該リーン目標空燃比と該リッチ目標空燃比とを１周期として目標空燃比を振幅させる目標空燃比設定手段と、
上記排気空燃比をリーン目標空燃比に制御するリーン雰囲気制御手段と、
リーン雰囲気制御の終了と判定された後上記排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御手段と、
を備え、
上記リーン雰囲気制御手段は、
上記排気空燃比と上記リーン目標空燃比と吸入空気量とに基づき上記三元触媒に吸着される酸素吸着推定量を積算する酸素吸着推定量積算手段と、
上記酸素吸着推定量と予め設定した設定値とを比較してリーン雰囲気制御の終了を判定するリーン雰囲気制御終了時期判定手段と、
を備え、
上記リッチ雰囲気制御手段は、
上記排気空燃比と上記リッチ目標空燃比と上記吸入空気量とに基づき上記三元触媒から離脱される酸素離脱推定量を積算する酸素離脱推定量積算手段と、
上記酸素離脱推定量に基づいて判定推定量を設定する判定推定量設定手段と、
上記酸素吸着推定量と判定推定量とを比較し、該酸素吸着推定量が該判定推定量に達したときリッチ雰囲気制御を終了するリッチ雰囲気制御終了時期判定手段と、
を備えてい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】
上記判定推定量設定手段では、上記酸素離脱推定量を一定割合だけ減少させた値で上記判定推定量を設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
上記リーン雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リーン目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素吸着量に基づいてリーン雰囲気制御時間を設定し、リーン雰囲気制御時の経過時間が該リーン雰囲気制御時間を越えた場合にリーン雰囲気制御を終了させることを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンの空燃比制御装置。
【請求項４】
上記リッチ雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リッチ目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素離脱量に基づいてリッチ雰囲気制御時間を設定し、リッチ雰囲気制御時の経過時間が該リッチ雰囲気制御時間を越えた場合にリッチ雰囲気制御を終了させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三元触媒の酸素吸着量と酸素離脱量とを適切に制御して、触媒浄化作用の活性化を促進させるエンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、三元触媒は空燃比がほぼ理論空燃比のときにＨＣ（炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、且つＮＯｘ（窒素酸化物）を還元する機能を有する。従って、空燃比をほぼ理論空燃比に維持することができれば三元触媒を用いてＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化することができる。
【０００３】
ところが、空燃比をほぼ理論空燃比に維持することは困難であり、実際には空燃比が理論空燃比からずれてしまう場合がある。しかし、空燃比が理論空燃比からずれたとしても三元触媒の酸素貯蔵機能によってＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化することができる。
【０００４】
すなわち、三元触媒は、いわゆるＯ２ストレージ効果により、空燃比がリーンのときには、その際に貯蔵した排気中の過剰酸素によってＮＯｘを還元し、一方、空燃比がリッチになると排気中の未燃ＨＣ，ＣＯが三元触媒内の酸素を奪い、これにより未燃ＨＣ，ＣＯが酸化される。従って、三元触媒中に対する酸素の吸脱作用を最大限に発揮させることで触媒の浄化性能を向上させることが可能となる。
【０００５】
例えば、特開平６−７４０７２号公報には、三元触媒の上流に排気ガス中の空燃比をリニアに検出する広域空燃比センサを配設し、広域空燃比センサで検出した空燃比と、吸入空気量とに基づいて、三元触媒の酸素吸着量を算出し、この酸素吸着量が常にゼロとなるように空燃比を制御することで、不測的な空燃比の乱れに対しても三元触媒の有害成分に対する吸着能力を確保し、排気エミッション総量を減少させるようにした技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−７４０７２号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１０−２４６１３９号公
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した公報に開示されている技術では、三元触媒に吸着される酸素の変化量が少ないため、酸素吸脱による触媒浄化作用の活性化が促進されず、三元触媒の有する浄化能力を最大限に発揮させることができないという不都合がある。
【０００９】
これに対して、例えば、特開平１０−２４６１３９号公報には、三元触媒の上流に配設した広域空燃比センサで検出した空燃比に基づいて空燃比フィードバック制御を行なうに際し、排気空燃比を所定周期でリッチ／リーンに反転させる、いわゆるパータべーション制御により三元触媒に対する酸素吸脱を効果的に行うことで、三元触媒の浄化性能を向上させる技術が開示されている。
【００１０】
しかし、この公報に開示されている技術では、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて設定した所定時間（ＳＩＮＴＩＭ＃）毎にリーン／リッチ反転するように制御しているに過ぎないため、三元触媒に対して吸脱される実際の酸素量が把握されておらず、従って、当該公報に開示されている技術によっても、酸素吸脱による触媒浄化作用の活性化を充分に促進させることができず、三元触媒の有する浄化能力を最大限に発揮させることができない不都合がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、三元触媒の酸素吸脱による触媒浄化作用の活性を促進させ、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させて、排気エミッションの低減を実現するエンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明による空燃比制御装置は、排気系に三元触媒と排気空燃比をリニアに検出する空燃比検出手段とを配設するエンジンにおいて、エンジン運転状態に基づいて先ずリーン目標空燃比を設定し続いてリッチ目標空燃比を設定し該リーン目標空燃比と該リッチ目標空燃比とを１周期として目標空燃比を振幅させる目標空燃比設定手段と、上記排気空燃比をリーン目標空燃比に制御するリーン雰囲気制御手段と、リーン雰囲気制御の終了と判定された後上記排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御手段とを備え、上記リーン雰囲気制御手段は、上記排気空燃比と上記リーン目標空燃比と吸入空気量とに基づき上記三元触媒に吸着される酸素吸着推定量を積算する酸素吸着推定量積算手段と、上記酸素吸着推定量と予め設定した設定値とを比較してリーン雰囲気制御の終了を判定するリーン雰囲気制御終了時期判定手段とを備え、上記リッチ雰囲気制御手段は、上記排気空燃比と上記リッチ目標空燃比と上記吸入空気量とに基づき上記三元触媒から離脱される酸素離脱推定量を積算する酸素離脱推定量積算手段と、上記酸素離脱推定量に基づいて判定推定量を設定する判定推定量設定手段と、上記酸素吸着推定量と判定推定量とを比較し、該酸素吸着推定量が該判定推定量に達したときリッチ雰囲気制御を終了するリッチ雰囲気制御終了時期判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成では、エンジン運転状態に基づいて、先ずリーン目標空燃比を設定し、空燃比検出手段で検出する排気空燃比をリーン目標空燃比に制御するリーン雰囲気制御を行なう。その際、排気空燃比とリーン目標空燃比と吸入空気量とに基づき、排気系に配設されている三元触媒に吸着される酸素吸着推定量を積算し、積算した酸素吸着推定量と予め設定した設定値とを比較して、酸素吸着推定量が設定値に達した場合リーン雰囲気制御を終了し、排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御へ移行する。リッチ雰囲気制御では、エンジン運転状態に基づいてリッチ目標空燃比を設定し、排気空燃比をリッチ目標空燃比に制御するリッチ雰囲気制御を行なう。その際、排気空燃比とリッチ目標空燃比と吸入空気量とに基づき三元触媒から離脱される酸素離脱推定量を積算し、積算した酸素離脱推定量に基づいて判定推定量を設定し、酸素吸着推定量が判定推定量に達したときリッチ雰囲気制御を終了する。
【００１４】
この場合、好ましくは、１）上記判定推定量設定手段では、上記酸素離脱推定量を一定割合だけ減少させた値で上記判定推定量を設定することを特徴とする。
【００１５】
２）上記リーン雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リーン目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素吸着量に基づいてリーン雰囲気制御時間を設定し、リーン雰囲気制御時の経過時間が該リーン雰囲気制御時間を越えた場合にリーン雰囲気制御を終了させることを特徴とする。
【００１６】
３）上記リッチ雰囲気制御終了時期判定手段では、上記吸入空気量と理論空燃比と上記リッチ目標空燃比とに基づいて算出した瞬間酸素離脱量に基づいてリッチ雰囲気制御時間を設定し、リッチ雰囲気制御時の経過時間が該リッチ雰囲気制御時間を越えた場合にリッチ雰囲気制御を終了させることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を説明する。図１にエンジン制御系の概略構成図を示す。同図の符号１はエンジンで、本実施の形態においては水平対向式エンジンを示す。このエンジン１に吸気マニホルド２と排気マニホルド３とが各々連通されている。
【００１８】
又、吸気マニホルド２の上流側がエアチャンバ４に集合され、このエアチャンバ４の上流に吸気管５が連通され、この吸気管５がエアクリーナ（図示せず）に連通されている。又、吸気管５のエアチャンバ４の直上流にスロットル弁６が介装されている。尚、図示しないが、吸気管５のエアクリーナの直下流に、吸入空気量を検出する吸入空気量センサが介装されている。更に、吸気マニホルド２の各気筒の吸気ポートの直上流側にインジェクタ７が配設されている。
【００１９】
又、排気マニホルド３の集合部に排気管８が連通され、この排気管８の下流にマフラ９が連通されている。又、排気管８に三元触媒１０が配設され、この三元触媒１０の入り口に、排気ガス中の酸素濃度から理論空燃比を含むリッチからリーンにかけての空燃比（以下「排気空燃比」と称する）をリニアに検出する空燃比検出手段としての広域空燃比センサ１２が配設されている。
【００２０】
又、エンジン１のクランクシャフト１ａに軸着するクランクロータ（図示せず）の外周に、このクランクロータの回転からエンジン回転数を検出するクランク角センサ１４が対設されている。
【００２１】
一方、符号２１は電子制御装置（ＥＣＵ）で、ＣＰＵ２２，ＲＯＭ（図示せず），ＲＡＭ（図示せず）、及びデータの書き換えが可能な不揮発性メモリ（例えば、ＥＥＰ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ）ＲＯＭ、フラッシュメモリ）やバックアップＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータ等を主体に構成されている。ＣＰＵ２２では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従い、各センサ類からの検出信号等を処理し、ＲＡＭに格納される各種データ、及び不揮発性メモリやバックアップＲＡＭに格納されている各種学習値データ等に基づき、目標空燃比に対応する燃料噴射量を演算する空燃比制御や、点火時期制御等、エンジン全体の制御を行う。
【００２２】
このようなエンジン制御系において、ＥＣＵ２１における空燃比制御では、広域空燃比センサ１２の出力値ＶＯ［Ｖ］に基づき、三元触媒１０入り口の排気ガス中の空気過剰率λを検出し、この空気過剰率λと吸入空気流量Ｑａとに基づいて三元触媒１０内の酸素吸着推定量ＳＬと酸素離脱推定量ＳＲとを演算し、この酸素吸着推定量ＳＬと酸素離脱推定量ＳＲとに応じて、三元触媒１０上流の排気ガス中の空気過剰率λを微小に振動させて、排気空燃比をリッチ／リーンに反転させる、いわゆるパータベーション制御を行う。
【００２３】
尚、本実施の形態では、理論空燃比（λ＝１）を基準として空燃比を表す関係上、以下の説明では、空燃比（排気空燃比）を当量比（排気当量比）Φ（Φ＝１／λ）で表すものとするが、空燃比、燃空比、空気過剰率の何れを用いて説明しても同じ結果が得られる。
【００２４】
以下、ＥＣＵ２１によって実行されるパータべーション制御時空燃比設定ルーチンについて、図２〜図３のフローチャートに従って説明する。
【００２５】
イグニッションスイッチがＯＮされて、ＥＣＵ２１に電源が投入されると、システムがイニシャライズされた後、プログラムが実行され、先ず、ステップＳ１，Ｓ２で目標当量比設定条件を判定する。
【００２６】
ステップＳ１では、三元触媒１０が活性しているか否かを空燃比フィードバック制御が実行されているか否かで調べる。又、ステップＳ２では、燃料カット条件、或いは燃料増量条件を調べ、燃料カット制御中、或いは燃料増量補正中か否かを調べる。
【００２７】
そして、ステップＳ１で空燃比フィードバック制御が実行されておらず、或いはステップＳ２で燃料カット制御、或いは燃料増量補正が実行中と判断された場合、ステップＳ２１へジャンプして、各パラメータを初期化処理した後、ルーチンを抜ける。すなわち、減速走行時等の燃料カット条件が成立しているとき、或いは加速増量等の燃料増量条件が成立しているときは、目標当量比を可変設定しても最終的には、フィードフォワード制御が優先するため、目標当量比を設定する意味がないので、このような場合は、パータべーション制御を中止する。尚、初期化処理の詳細については、後述する。
【００２８】
一方、ステップＳ１で空燃比フィードバック制御実行中と判定され、且つステップＳ２で燃料カット条件或いは燃料増量条件が不成立と判断された場合は、ステップＳ３へ進み、ステップＳ３以下で、三元触媒１０内の酸素吸脱状態の推定を開始する。
【００２９】
先ず、ステップＳ３では、リーン／リッチ雰囲気判定フラグＦｓの値を参照して、現在の制御状態がリーン雰囲気制御にある（Ｆｓ＝０）かリッチ雰囲気制御にある（Ｆｓ＝１）かを調べ、Ｆｓ＝０のリーン雰囲気制御のときはステップＳ４へ進み、Ｆｓ＝１のリッチ雰囲気制御のときはステップＳ１２へジャンプする。尚、リーン／リッチ雰囲気判定フラグＦｓの初期値は０であり、イグニッションスイッチＯＮ時及びステップＳ２１で初期設定され、又、後述するステップＳ１３でセットされる。
【００３０】
又、イグニッションスイッチＯＮ後、ステップＳ３以下で、三元触媒１０内の酸素吸脱状態の推定を開始する場合、最初にリーン雰囲気制御が実行され、次いでリッチ雰囲気制御が実行され、これを１周期として目標当量比が振幅される。従って、以下の説明では、先ず、リーン雰囲気制御について説明し、続いて、リッチ雰囲気制御について説明する。
【００３１】
ステップＳ３で、Ｆｓ＝０の現在の制御がリーン雰囲気制御であると判定されて、ステップＳ４へ進むと、クランク角センサ１４で検出したエンジン回転数Ｎｅに基づき、リーン目標当量比テーブルを補間計算付きで参照して、吸気系から気筒に供給する吸入混合気のリーン目標当量比ΦＬを設定する。リーン目標当量比テーブルの各領域には、エンジン回転数Ｎｅが低回転から高回転方向へ移行するに従い、リーン目標当量比ΦＬを徐々にリーン方向へ設定する値が格納されており、更に、各領域に格納されているリーン目標当量比ΦＬは、当量比変化に伴うエンジン回転数Ｎｅの変動を許容範囲に収めるような値に設定されている。尚、符号ΦＳは理論当量比（ΦＳ＝１）である。
【００３２】
すなわち、低回転側でリーン目標当量比ΦＬをリーン側へ大きくシフトさせると、僅かな負荷変動等の影響を受けてエンジン回転数Ｎｅが大きく変動してしまうため、リーン目標当量比ΦＬをリーン側へ大きくシフトさせることができないので、低回転（５００ｒｐｍ）では、リーン目標当量比ΦＬを理論当量比ΦＳに近い値（ΦＬ＝ΦＳ−０．００５＝０．９９５）とし、一方、高回転側（２０００ｒｐｍ）では、エンジン出力が大きいので、リーン目標当量比ΦＬをリーン側へ比較的大きくシフトさせてもエンジン回転変動に大きな影響を及ぼすことはないため、リーン目標当量比ΦＬを理論当量比ΦＳから０．０５を減算した値（ΦＬ＝ΦＳ−０．０５＝０．９５）で設定されている。
【００３３】
その後、ステップＳ５へ進むと、酸素吸着推定量ＳＬの値を参照して、酸素吸着推定量がＳＬ＝０の初期設定されているか否かを調べる。この酸素吸着推定量ＳＬは、イグニッションスイッチＯＮ時、及び後述するステップＳ２１で初期設定されるものであり、ＳＬ＝０のときは、リーン雰囲気制御へ移行した後の最初のルーチンであるため、ステップＳ６へ進み、リーン雰囲気制御時間ＴＬ［ｓｅｃ］を設定する。又、ＳＬ≠０のときはリーン雰囲気制御時間ＴＬが継続中であるため、ステップＳ７へジャブする。
【００３４】
ステップＳ６へ進むと、吸入空気流量Ｑａ［ｇ／ｓｅｃ］に、理論当量比ΦＳとリーン目標当量比ΦＬとの差を乗算して、瞬間酸素吸着量Ｑａ・（ΦＳ−ΦＬ）を算出し、この瞬間酸素吸着量Ｑａ・（ΦＳ−ΦＬ）をバラメータとして、リーン雰囲気制御時間設定テーブルを補間計算付きで参照してリーン雰囲気制御時間ＴＬ［ｓｅｃ］を設定する。
【００３５】
このリーン雰囲気制御時間設定テーブルには、三元触媒１０の容量から、瞬間酸素吸着量Ｑａ・（ΦＳ−ΦＬ）に基づき、実験などから運転性能を損なうことなく当量比を強制的にリーン側で制御することの可能なリーン雰囲気制御時間を求め、その時間を各領域毎に格納したものであり、リーン雰囲気制御時間ＴＬ［ｓｅｃ］は、三元触媒１０に供給される単位時間当たりの酸素量が増加するに従い、次第に短い時間に設定される。
【００３６】
その後、ステップＳ５或いはステップＳ６からステップＳ７へ進むと、広域空燃比センサ１２の出力値ＶＯ［Ｖ］に基づいて排気当量比Φ（Φ＝１／λ）を算出し、この排気当量比Φと理論当量比ΦＳとを比較し、Φ＜ΦＳの当量比がリーンの時は、次式より、酸素吸着推定量ＳＬを積算する。
ＳＬ＝ＳＬ＋Ｑａ・（ΦＳ−Φ）
【００３７】
又、Φ≧ΦＳの当量比がリッチの時は、次式より、酸素離脱推定量ＳＲを積算する。
ＳＲ＝ＳＲ＋Ｑａ・（Φ−ΦＳ）
【００３８】
すなわち、リーン雰囲気制御中であっても、当量比Φが瞬間的にリッチとなる場合があり、そのような場合には、酸素吸着推定量ＳＬの積算を中断し、酸素離脱推定量ＳＲを積算する。
【００３９】
次いで、ステップＳ８へ進むと、酸素吸着推定量ＳＬと設定上限値ＳＬＭＡＸとを比較してリーン雰囲気の終了時期を判定する。尚、設定上限値ＳＬＭＡＸは、三元触媒１０の有する酸素吸着量の飽和容量に基づいて設定される固定値である。
【００４０】
そして、ＳＬ＜ＳＬＭＡＸのときは、三元触媒１０の酸素吸着量に余裕があるため、ステップＳ９へ進む。一方、ＳＬ≧ＳＬＭＡＸのときは、三元触媒１０の酸素吸着量が飽和状態にあるため、ステップＳ１２へジャンプし、リーン雰囲気制御を終了してリッチ雰囲気制御へ移行する。
【００４１】
又、ステップＳ９へ進むと、リーン雰囲気制御へ移行したときからの経過時間Ｔｉｍとリーン雰囲気制御時間ＴＬとを比較し、Ｔｉｍ＜ＴＬのときは、そのままルーチンを抜け、リーン雰囲気制御を継続する。一方、Ｔｉｍ≧ＴＬのときは、リーン雰囲気制御時間が許容時間に達しているため、ステップＳ１０へ分岐し、酸素吸着推定量ＳＬが積算されているか否かを調べ、積算されていないとき（ＳＬ＝０）は、ステップＳ１１へ進み、酸素吸着推定量ＳＬを、予め設定した設定値ＳＬＦＩＸでセットする（ＳＬ←ＳＬＦＩＸ）。
【００４２】
リーン雰囲気制御中であっても当量比Φがリッチ方向にあり、酸素吸着推定量ＳＬは積算されない場合が考えられる。このような場合、ＳＬ＝０の状態のまま、次のリッチ雰囲気制御へ移行すると、このリッチ雰囲気制御ではリーン雰囲気制御で積算された酸素吸着推定量ＳＬに応じた酸素離脱推定量ＳＲの積算時間だけリッチ雰囲気制御が実行されるため、ＳＬ＝０の場合は、リッチ雰囲気制御へ実質的に移行することができなくなってしまう。
【００４３】
そのため、酸素吸着推定量ＳＬを予め設定した設定値ＳＬＦＩＸで設定し、ＳＬ≠０とすることで、リッチ雰囲気制御への移行を可能にしている。従って、ステップＳ１０においてＳＬ≠０の場合は、そのままステップＳ１２へジャンプしてリッチ雰囲気制御へ移行する。
【００４４】
そして、ステップＳ３、ステップＳ８、ステップＳ１０或いはステップＳ１１から、ステップＳ１２へ進むと、ステップＳ７で積算した酸素吸着推定量ＳＬと酸素離脱推定量ＳＲとを比較し、ＳＲ≧ＳＬの場合は、リッチ雰囲気制御へ移行して酸素離脱推定量ＳＲを積算するよりも、リーン雰囲気制御を実行して酸素吸着推定量ＳＬを積算させることで、酸素吸脱による触媒浄化作用の促進を図ることが期待できるため、ステップＳ２１へジャンプして初期化処理を行なった後、ルーチンを抜ける。
【００４５】
又、ＳＲ＜ＳＬの場合は、ステップＳ１３へ進み、リーン／リッチ雰囲気判定フラグＦｓをセットし（Ｆｓ←１）、ステップＳ１４へ進み、クランク角センサ１４で検出したエンジン回転数Ｎｅに基づき、リッチ目標当量比テーブルを補間計算付きで参照して、吸気系から気筒に供給する吸入混合気のリッチ目標当量比ΦＲを設定する。
【００４６】
リッチ目標当量比テーブルの各領域には、エンジン回転数Ｎｅが低回転から高回転方向へ移行するに従い、目標当量比ΦＲを徐々にリッチ方向へ設定する値が格納されており、更に、各領域に格納されているリッチ目標当量比ΦＲは、当量比変化に伴うエンジン回転数Ｎｅの変動を許容範囲に収めるような値に設定されている。
【００４７】
すなわち、低回転側で目標当量比ΦＲをリッチ側へ大きくシフトさせると、エンジン出力の変化によりエンジン回転数Ｎｅが大きく変動してしまうため、目標当量比ΦＲをリッチ側へ大きくシフトさせることができないので、低回転（５００ｒｐｍ）では、目標当量比ΦＲを理論当量比ΦＳに近い値（ΦＬ＝ΦＳ＋０．００５＝１．００５）とし、一方、高回転側（２０００ｒｐｍ）では、エンジン出力が大きいので、目標当量比ΦＲをリッチ側へ比較的大きくシフトさせてもエンジン回転変動に大きな影響を及ぼすことはないため、目標当量比ΦＲを理論当量比ΦＳに０．０５を加算した（ΦＲ＝ΦＳ＋０．０５＝１．０５）で設定されている。
【００４８】
そして、ステップＳ１５へ進むと、酸素離脱推定量ＳＲの値を参照して、酸素離脱推定量がＳＲ＝０の初期設定されているか否かを調べる。この酸素離脱推定量ＳＲは、イグニッションスイッチＯＮ時、及び後述するステップＳ２１で初期設定されるもので、ＳＲ＝０のときは、リッチ雰囲気制御へ移行した後の最初のルーチンであるため、ステップＳ１６へ進み、リッチ雰囲気制御時間ＴＲ［ｓｅｃ］を設定する。又、ＳＲ≠０のときはリッチ雰囲気制御時間ＴＲが継続中であるため、ステップＳ１７へジャンプする。
【００４９】
ステップＳ１６へ進むと、吸入空気流量Ｑａ［ｇ／ｓｅｃ］に、リッチ目標当量比ΦＲと理論当量比ΦＳとの差を乗算して、瞬間酸素離脱量Ｑａ・（ΦＲ−ΦＳ）を算出し、この瞬間酸素離脱量Ｑａ・（ΦＲ−ΦＳ）をバラメータとして、リッチ雰囲気制御時間設定テーブルを補間計算付きで参照してリッチ雰囲気制御時間ＴＲ［ｓｅｃ］を設定する。
【００５０】
このリッチ雰囲気制御時間設定テーブルには、三元触媒１０の容量から、瞬間酸素離脱量Ｑａ・（ΦＲ−ΦＳ）に基づき、実験などから運転性能を損なうことなく当量比を強制的にリッチ側で制御することの可能なリッチ雰囲気制御時間を求め、その時間を各領域毎に格納したものであり、このリッチ雰囲気制御時間ＴＲ［ｓｅｃ］は、三元触媒１０から離脱される単位時間当たりの酸素量が増加するに従い、次第に短い時間に設定される。
【００５１】
その後、ステップＳ１５或いはステップＳ１６からステップＳ１７へ進むと、広域空燃比センサ１２の出力値ＶＯ［Ｖ］に基づいて排気ガス中の排気当量比Φ（Φ＝１／λ）を算出し、この排気当量比Φと理論当量比ΦＳとを比較し、Φ＜ΦＳの当量比がリーンの時は、次式より、酸素吸着推定量ＳＬを積算する。
ＳＬ＝ＳＬ＋Ｑａ・（ΦＳ−Φ）
【００５２】
又、Φ≧ΦＳの当量比がリッチの時は、次式より、酸素離脱推定量ＳＲを積算する。
ＳＲ＝ＳＲ＋Ｑａ・（Φ−ΦＳ）
【００５３】
すなわち、リッチ雰囲気制御中であっても、当量比Φが瞬間的にリーンとなる場合があり、そのような場合には、酸素吸着推定量ＳＬを積算する。
【００５４】
次いで、ステップＳ１８へ進むと、酸素吸着推定量ＳＬを数十％（本実施の形態では１０％）だけ減少させた値を判定推定量ＳＬ１として設定し（ＳＬ１＝０．９・ＳＬ）、続く、ステップＳ１９で、酸素離脱推定量ＳＲと判定推定量ＳＬ１とを比較し、ＳＲ≧ＳＬ１のときは、ステップＳ２１へ分岐し、初期化処理を行ない、リッチ雰囲気制御を終了した後、ルーチンを抜ける。ステップＳ１９では、酸素離脱推定量ＳＲと酸素吸着推定量ＳＬとを比較せず、酸素吸着推定量ＳＬを数十％（本実施の形態では１０％）だけ減少させた判定推定量ＳＬ１と比較することで、酸素離脱推定量ＳＲの積算量を常に酸素吸着推定量ＳＬよりも若干小さな値とすることができる。
【００５５】
その結果、三元触媒１０中には必ず酸素が残留されることとなり、その分、ＣＯの排出量を抑制することができる。又、酸素離脱推定量ＳＲと酸素吸着推定量ＳＬとは、三元触媒１０内の酸素吸脱量を実際に計測しているものではないので、酸素離脱推定量ＳＲを若干少なく設定することで、触媒浄化能力を超えて未処理ガスが三元触媒１０から排出されてしまうことを未然に防止することができる。尚、判定推定量ＳＬ１は酸素吸着推定量ＳＬの９０％である必要はなく、実験等により最適な値を設定する。
【００５６】
又、ＳＲ＜ＳＬ１のときは、三元触媒１０の酸素離脱量に余裕があるため、ステップＳ２０へ進み、リッチ雰囲気制御へ移行したときからの経過時間Ｔｉｍとリッチ雰囲気制御時間ＴＲとを比較し、Ｔｉｍ＜ＴＲのときは、そのままルーチンを抜け、リッチ雰囲気制御を継続する。一方、Ｔｉｍ≧ＴＲのときは、リッチ雰囲気制御時間が許容時間に達しているため、ステップＳ２１へ分岐し、初期化処理を実行してルーチンを抜ける。
【００５７】
尚、ステップＳ２１では、リーン／リッチ雰囲気判定フラグＦｓ、酸素吸着推定量ＳＬ、酸素離脱推定量ＳＲ、判定推定量ＳＬ１、  経過時間Ｔｉｍを全てクリアする初期化処理が行なわれる（Ｆｓ←０，ＳＬ←０，ＳＲ←０，ＳＬ１←０，Ｔｉｍ←０）。
【００５８】
このように、本実施の形態では、パータべーション制御を行なうに際し、リーン雰囲気制御時の三元触媒１０に対する酸素吸着推定量ＳＬと、リッチ雰囲気制御時の三元触媒１０からの酸素離脱推定量ＳＲとを求めて、排気空燃比のリーン／リッチを反転させるようにしたので、三元触媒１０が実際に吸脱可能な酸素量に近いサイクルで、排気空燃比のリーン／リッチを反転させることができ、触媒浄化作用の活性を促進させることができる。その結果、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させることで、三元触媒１０の容量を増加させることなく、排気エミッションを効率よく低減させることができる。
【００５９】
又、リッチ雰囲気制御を終了するに際し、酸素離脱推定量ＳＲと酸素吸着推定量ＳＬとを比較せず、酸素吸着推定量ＳＬの数十％に設定されている判定推定量ＳＬ１と比較するようにしたので、リッチ雰囲気制御を終了したときにも、三元触媒１０中には必ず酸素が残留されているため、ＣＯの排出量を抑制することができると共に、酸素離脱推定量ＳＲと酸素吸着推定量ＳＬとが実際の酸素離脱量と酸素吸着量とから若干ずれた場合でも、未処理ガスが三元触媒１０から排出されてしまうことを未然に防止することができる。
【００６０】
次に、図４に示すタイムチャートに従い、本実施の形態による空燃比制御の一例を示す。
【００６１】
目標当量比設定条件が満足されると、先ず、目標当量比がリーン目標当量比ΦＬに設定される（ｔ１）。その結果、燃料噴射制御ではリーン目標当量比ΦＬに基づき燃料噴射量が設定されるため、排気当量比はリーン化される。その結果、広域空燃比センサ１２で検出する排気当量比Φが、Φ＜ΦＳとなるため、吸入空気流量Ｑａと排気当量比Φと理論当量比ΦＳとに基づいて算出される三元触媒１０内の酸素吸着推定量ＳＬが積算され、この酸素吸着推定量ＳＬが次第に増加される。
【００６２】
そして、この酸素吸着推定量ＳＬが設定上限値ＳＬＭＡＸに達したとき（ｔ２）、目標当量比をリッチ目標当量比ΦＲに切換える。その際、酸素吸着推定量ＳＬは積算が中止されるため、そのときの値が維持されている。一方、燃料噴射制御ではリッチ目標当量比ΦＲに基づいて燃料噴射量が設定されるため、排気当量比はリッチ化される。その結果、広域空燃比センサ１２で検出する排気当量比Φが、Φ≧ΦＳとなるため、吸入空気流量Ｑａと排気当量比Φと理論当量比ΦＳとに基づいて算出される三元触媒１０内の酸素離脱推定量ＳＲが積算され、この酸素離脱推定量ＳＲが次第に増加される。
【００６３】
そして、この酸素離脱推定量ＳＲが、酸素吸着推定量ＳＬを数十％（本実施の形態では１０％）減少させた判定推定量ＳＬ１に達したとき（ｔ３）、酸素吸着推定量ＳＬ及び酸素離脱推定量ＳＲを共にクリアし（ＳＬ←０，ＳＲ←０）、パータべーション制御の１サイクルを終了する。そして、再び目標当量比設定条件が満足された場合、次サイクルのパータべーション制御を開始する。
【００６４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、三元触媒の酸素吸脱による触媒浄化作用の活性を促進させ、三元触媒の浄化能力を最大限に発揮させて、排気エミッションを効率よく低減させることができる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン制御系の概略構成図
【図２】パータべーション制御時空燃比設定ルーチンを示すフローチャート（その１）
【図３】パータべーション制御時空燃比設定ルーチンを示すフローチャート（その２）
【図４】パータべーション制御時の目標当量比の設定と酸素吸着推定量と酸素離脱推定量との変化を示すタイムチャート
【符号の説明】
１  エンジン
１０  三元触媒
１２  広域空燃比センサ（空燃比検出手段）
Ｑａ  吸入空気流量
Ｑａ・（ΦＳ−ΦＬ）  瞬間酸素吸着量
Ｑａ・（ΦＲ−ΦＳ）  瞬間酸素離脱量
ＳＬ１  判定推定量
ＳＲ  酸素離脱推定量
ＴＬ  リーン雰囲気制御時間
ＴＲ  リッチ雰囲気制御時間
Φ  排気当量比
ΦＬ  リーン目標当量比
ΦＲ  リッチ目標当量比
【図１】
2004239088.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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