(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関において、
前記触媒の上流又は下流の排出ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
内燃機関に吸入される空気量を検出する空気量検出手段と、
前記空燃比検出手段で検出した排出ガスの空燃比と前記空気量検出手段で検出した空気量とに基づいて前記触媒のリーン成分及びリッチ成分全体の吸着量（以下「触媒内状態量」という）を算出する触媒内状態量算出手段と、
前記触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差が小さくなるように燃料噴射量を補正する噴射制御手段と、
前記触媒内状態量の算出値を前記触媒の飽和吸着量に相当するガード値で制限するガード処理手段とを備え、
前記ガード処理手段は、前記ガード値を前記空気量が多くなるほど前記触媒の飽和吸着量が少なくなるように変化させる手段を有することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
排出ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関において、
前記触媒の上流又は下流の排出ガスのガス濃度を検出するガス濃度検出手段と、
内燃機関に吸入される空気量を検出する空気量検出手段と、
前記ガス濃度検出手段で検出した排出ガスのガス濃度と前記空気量検出手段で検出した空気量とに基づいて前記触媒のリーン成分及びリッチ成分全体の吸着量（以下「触媒内状態量」という）を算出する触媒内状態量算出手段と、
前記触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差が小さくなるように燃料噴射量を補正する噴射制御手段と、
前記触媒内状態量算出手段により前記触媒内状態量を算出する際に、その算出値を実際の触媒内状態量に応じて補正する補正手段とを備え、
前記補正手段は、前記実際の触媒内状態量の情報を、前記触媒から流出する排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出する触媒下流側のセンサの出力から得る手段と、前記触媒内状態量算出手段により算出した触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差に応じて目標燃料過剰率を制御するパラメータを可変するパラメータ可変手段とを備え、
前記パラメータ可変手段は、前記目標燃料過剰率を制御するパラメータとして、前記触媒の下流側の空燃比を前記目標燃料過剰率に反映させるサブフィードバックの制御パラメータを可変することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、前記触媒内状態量を算出する際に、その算出に用いる式のパラメータを前記触媒下流側のセンサの出力に基づいて可変に設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記パラメータ可変手段は、前記触媒内状態量算出手段により算出した触媒内状態量と実際の触媒内状態量との偏差が所定値以下の場合に該偏差を０と見なすことを特徴とする請求項２又は３に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、触媒内の状態を考慮して空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車は、排気管に三元触媒を設置すると共に、この触媒の上流側に空燃比センサを設置し、この空燃比センサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を触媒の浄化ウインドウ（理論空燃比付近）に制御するように燃料噴射量を制御することで、排出ガスを効率良く浄化するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒は、排出ガス中のリーン成分（ＮＯｘ，Ｏ2 等）とリッチ成分（ＨＣ，Ｈ2 等）とを酸化還元反応させて無害の中性ガス成分（ＣＯ2 ，Ｈ2 Ｏ，Ｎ2 等）に変化させる他に、未反応のリーン成分やリッチ成分を一時的に触媒内に吸着する作用もあり、これら酸化還元反応と吸着作用の両方によって排出ガスを浄化するものである。エンジン運転状態によっては、触媒に流入する排出ガスの空燃比が理論空燃比からリッチ側又はリーン側にずれた状態が暫く続くことがあるが、このように空燃比がずれた状態が暫く続くと、触媒内のリーン成分吸着量又はリッチ成分吸着量が増加して飽和状態になることがあり、その結果、触媒の吸着能力が低下して排出ガス浄化率が低下する不具合が発生する。
【０００４】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、触媒内の状態を考慮して空燃比を適正に制御することで、排出ガス浄化率を向上できる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の空燃比制御装置は、触媒の上流又は下流の排出ガスの空燃比を空燃比検出手段により検出すると共に、内燃機関に吸入される空気量を空気量検出手段により検出し、検出した排出ガスの空燃比と空気量とに基づいて触媒のリーン成分及びリッチ成分全体の吸着量（以下「触媒内状態量」という）を触媒内状態量算出手段により算出し、この触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差が小さくなるように燃料噴射量を噴射制御手段により補正する。このようにすれば、触媒の吸着能力ができるだけ良好に維持されるように制御され、排出ガス浄化率が向上する。
更に、請求項１に係る発明は、触媒内状態量の算出値を触媒の飽和吸着量に相当するガード値で制限するガード処理手段を備え、前記ガード値を空気量が多くなるほど触媒の飽和吸着量が少なくなるように変化させるようにしている。これらの技術的特徴については後述する。
【０００６】
この場合、触媒内状態量は排出ガスの空燃比と空気量とに基づいて算出されるが、空気量を検出する位置（吸気管）と排出ガスの空燃比を検出する位置（排気管）とが離れているため、空気量検出位置を通過した空気が噴射燃料と混合して燃焼して空燃比検出位置に到達するまでに時間遅れが生じる。このため、空気量が変化する過渡運転時には、同時刻に検出した空燃比と空気量を用いたのでは触媒内状態量を正確に算出することができない。
【０００７】
そこで、触媒内状態量を算出する際に用いる空気量は、少なくとも燃料噴射から排出ガスの空燃比を検出するまでの遅れ時間分過去の空気量を用いると良い。このようにすれば、触媒内状態量を算出する際に用いる空気量と空燃比との時間的なずれを修正することができ、空気量が変化する過渡運転時でも触媒内状態量を精度良く算出することができる。
【０００８】
また、所定の演算周期で目標空燃比に対する排出ガスの空燃比のずれ量と空気量とに基づいて触媒内状態量の変化量を算出し、この変化量を積算して現在の触媒内状態量を求めるようにしても良い。このようにすれば、簡単な演算処理で触媒内状態量を精度良く算出することができる。
【０００９】
また、触媒内状態量が触媒の飽和吸着量に達すると、それ以上はガス成分を吸着できなくなるため、請求項１に係る発明では、触媒内状態量の算出値をガード処理手段によって触媒の飽和吸着量に相当するガード値で制限するようにしている。このようにすれば、触媒が飽和状態になったときに触媒内状態量の算出値の誤差が拡大することを防止することができる。
【００１０】
この場合、触媒内を流れる排出ガスの流速が速くなるほど（空気量が多くなるほど）、触媒の飽和吸着量が少なくなるという飽和吸着特性があるため、請求項１に係る発明では、触媒内状態量の算出値に対するガード値を空気量が多くなるほど触媒の飽和吸着量が少なくなるように変化させるようにしている。このようにすれば、実際の触媒の飽和吸着特性に適合したガード値を設定することができ、触媒内状態量の算出精度を更に向上することができる。
【００１１】
尚、排出ガスの空燃比とガス濃度とは相関関係があるため、請求項２のように触媒の上流又は下流の排出ガスのガス濃度をガス濃度検出手段により検出すると共に、内燃機関に吸入される空気量を空気量検出手段により検出し、検出した排出ガスのガス濃度と空気量とに基づいて触媒内状態量を算出し、この触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差が小さくなるように燃料噴射量を補正するようにしても良い。このようにしても、請求項１と同じく、触媒の吸着能力ができるだけ良好に維持されるように制御され、排出ガス浄化率が向上する。
【００１２】
ところで、触媒内状態量を算出する際に、ある程度の誤差が生じることは避けられない。この触媒内状態量の算出誤差（推定誤差）は、触媒下流側に設置した空燃比センサ（又は酸素センサ）の出力を触媒上流側の目標空燃比に反映させるサブフィードバックにより補正できるが、サブフィードバックによる補正は、応答遅れがある。
【００１３】
そこで、請求項２に係る発明では、触媒内状態量を算出する際に、その算出値を実際の触媒内状態量に応じて補正手段によって補正するようにしている。このようにすれば、触媒内状態量の算出誤差（推定誤差）を少なくすることができ、その分、実際の触媒内状態量に対する応答性の良い空燃比制御を実施することができ、過渡時の排出ガス浄化性能を向上することができる。
【００１４】
この場合、実際の触媒内状態量に応じて、触媒から流出する排出ガスの空燃比又はガス濃度が変化する特性があるため、請求項２に係る発明では、実際の触媒内状態量の情報は、触媒から流出する排出ガスの空燃比又はガス濃度を検出する触媒下流側のセンサの出力を用いるようにしている。これにより、触媒下流側のセンサの出力から実際の触媒内状態量の情報を簡単に得ることができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明では、触媒内状態量算出手段により算出した触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差に応じて、目標燃料過剰率を制御するパラメータをパラメータ可変手段により可変すると共に、目標燃料過剰率を制御するパラメータとして、触媒の下流側の空燃比を前記目標燃料過剰率に反映させるサブフィードバックの制御パラメータを可変するようにしている。これにより、目標燃料過剰率を触媒内状態量の偏差に応じて応答性良く設定することができる。
【００１６】
この場合、請求項３のように、触媒内状態量を算出する際に、その算出に用いる式のパラメータを触媒下流側のセンサの出力に基づいて可変に設定するようにしても良い。これにより、目標燃料過剰率を触媒内状態量の偏差に応じて応答性良く可変することができる。
【００１７】
また、実際の触媒内状態量の情報にもある程度の誤差があることを考慮して、請求項４のように、触媒内状態量算出手段により算出した触媒内状態量と実際の触媒内状態量との偏差が所定値以下の場合に、該偏差を０と見なすようにしても良い。このようにすれば、実際の触媒内状態量の情報（触媒下流側のセンサの出力）に含まれる誤差による過補正を回避することができ、安定した空燃比制御を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図５に基づいて説明する。
【００１９】
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の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４（空気量検出手段）が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２０】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２１】
一方、エンジン１１の排気管２１の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる三元触媒等の触媒２２が設置されている。この触媒２２の上流側には、排出ガスの空燃比を検出するリニアＡ／Ｆセンサ等の空燃比センサ２３（空燃比検出手段）が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２４や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ２５が取り付けられている。
【００２２】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２６に入力される。このＥＣＵ２６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）に記憶された図２及び図３の目標φ算出プログラムを実行することで、触媒２２のリーン成分及びリッチ成分全体の吸着量である触媒内状態量ＯＳを算出し、この触媒内状態量ＯＳに応じて触媒２２上流側の目標燃料過剰率φref を算出する。ここで、燃料過剰率φは、空気過剰率λの逆数であり（φ＝１／λ）、空気過剰率λは、実空燃比と理論空燃比との比である。
λ＝実空燃比／理論空燃比      φ＝理論空燃比／実空燃比
【００２３】
ＥＣＵ２６は、図２及び図３の目標φ算出プログラムで算出した目標燃料過剰率φref と実際の燃料過剰率φとの偏差を小さくするように燃料噴射量をフィードバック補正して、触媒内状態量ＯＳを目標触媒内状態量ＯＳref 付近に制御する。この機能が特許請求の範囲でいう噴射制御手段に相当する。
【００２４】
図２及び図３の目標φ算出プログラムは、所定クランク角毎（例えば１８０℃Ａ毎）又は所定時間毎に起動され、まず、ステップ１０１で、次のようにして現在の触媒内状態量ＯＳ(i) を算出する。まず、触媒２２上流側の空燃比センサ２３で検出した実際の燃料過剰率φと目標燃料過剰率φref との偏差（φ−φref ）と、単位時間当たり触媒２２に流入する空気量Ｑとに基づいて触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を算出する。
ΔＯＳ(i) ＝（φ−φref ）×Ｑ(i-d)     ……（１）
【００２５】
ここで、空気量Ｑは、燃料噴射から排出ガスの燃料過剰率φを検出するまでの遅れ時間ｄを考慮して、現時点ｉよりも遅れ時間ｄ前の過去の空気量Ｑ(i-d) を用いる。この際、遅れ時間ｄは、演算処理を簡単にするために固定値としても良いが、空気量Ｑに応じて遅れ時間ｄを変化させても良い。つまり、空気量Ｑが多くなるほど、空気の流速が速くなって実際の遅れ時間ｄが短くなるため、空気量Ｑが多くなるほど、遅れ時間ｄを短くするように設定しても良い。
【００２６】
上記（１）式で算出した触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を前回の触媒内状態量算出値ＯＳ(i-1) に積算して現在の触媒内状態量ＯＳ(i) を求める。
ＯＳ(i) ＝ΔＯＳ(i) ＋ＯＳ(i-1)     ……（２）
このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう触媒内状態量算出手段としての役割を果たす。
【００２７】
その後、ステップ１０２に進み、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値を触媒２２のリーン側／リッチ側飽和吸着量に相当するガード値ＯＳmin ，ＯＳmax でガード処理する。例えば、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値がガード値ＯＳmin ，ＯＳmax の範囲内（ＯＳmin ≦ＯＳ(i) ≦ＯＳmax ）であれば、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値をそのまま採用し、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値がガード値ＯＳmin （又はＯＳmax ）を越えていれば、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値をガード値ＯＳmin （又はＯＳmax ）に置き換えて、ＯＳ(i) ＝ＯＳmin （又はＯＳ(i) ＝ＯＳmax ）とする。この処理が特許請求の範囲でいうガード処理手段としての役割を果たす。
【００２８】
この際、ガード値ＯＳmin ，ＯＳmax は、演算処理を簡単にするために固定値としても良いが、触媒２２内を流れる排出ガスの流速が速くなるほど（空気量Ｑが多くなるほど）、触媒２２の飽和吸着量が少なくなるという飽和吸着特性があるため、図４に示すように、ガード値ＯＳmin ，ＯＳmax を空気量Ｑに応じてマップ等で変化させるようにしても良い。この場合は、空気量Ｑが多くなるほど、ガード値ＯＳmin ，ＯＳmax が小さくなるように設定すると良い。このようにすれば、実際の触媒２２の飽和吸着特性に適合したガード値ＯＳmin ，ＯＳmax を設定することができる。
【００２９】
その後、ステップ１０３に進み、目標触媒内状態量ＯＳref と現在の触媒内状態量ＯＳ(i) との偏差ＯＳerror を算出する。
ＯＳerror ＝ＯＳref −ＯＳ(i)
【００３０】
そして、次のステップ１０４で、ＰＩＤコントローラの比例ゲインｋｐ、積分ゲインｋｉ、微分ゲインｋｄをマップ等により設定する。この際、各ゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄを吸入空気量又は吸気管圧力等のエンジン運転条件に応じて可変しても良い。
【００３１】
この後、ステップ１０５に進み、各ゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄと演算間隔ｄｔ（例えば１８０℃Ａ回転するのに要する時間）を用いて、ＰＩＤコントローラの制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を次式により算出する。
Ａ１＝１
Ａ２＝０
Ｂ１＝ｋｐ・（１＋ｄｔ／ｋｉ＋ｋｄ／ｄｔ）
Ｂ２＝ｋｐ・（１＋２・ｋｄ／ｄｔ）
Ｂ３＝ｋｐ・ｋｄ／ｄｔ
【００３２】
この後、図３のステップ１０６に進み、上記各制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３と触媒内状態量偏差ＯＳerror と過去の目標燃料過剰率φref を用いて今回の目標燃料過剰率φref を次のようにして算出する。まず、目標燃料過剰率補正量Δφref を次式により算出する。
Δφref ＝Ｂ１・ＯＳerror(i)−Ｂ２・ＯＳerror(i-1)＋Ｂ３・ＯＳerror(i-2)＋Ａ１・φref (i-1) −Ａ２・φref (i-2)
【００３３】
そして、この目標燃料過剰率補正量Δφref をベース値“１”に加算して、触媒２２上流側の目標燃料過剰率φref を求めて、本プログラムを終了する。
φref ＝１＋Δφref
【００３４】
次に、図５に基づいて、過渡運転時の燃料過剰率φと触媒内状態量ＯＳの挙動の一例を説明する。例えば、触媒２２上流側の燃料過剰率φがリッチ側に変化すると、触媒２２内にリッチ成分が吸着されて触媒内状態量ＯＳが増加する。しかし、触媒内状態量ＯＳがリッチ側のガード値ＯＳmax （リッチ側の飽和吸着量）に達すると、それ以上はリッチ成分を吸着できなくなるため、触媒内状態量ＯＳの算出値がガード値ＯＳmax でガード処理され、触媒内状態量ＯＳの算出値がガード値ＯＳmax に張り付いた状態となる。これにより、触媒２２が飽和状態になったときに触媒内状態量ＯＳの算出値の誤差が拡大することが防止される。
【００３５】
その後、燃料過剰率φがリーン側に変化すると、触媒２２内に吸着されていたリッチ成分が排出ガス中のリーン成分と酸化還元反応して消費されるため、触媒内状態量ＯＳが減少し始める。これにより、触媒内状態量ＯＳが目標触媒内状態量ＯＳref 付近に戻される。その結果、触媒２２の吸着能力が良好に維持され、排出ガス浄化率が向上する。
【００３６】
ところで、本実施形態（１）では、触媒内状態量ＯＳを排出ガスの燃料過剰率φと空気量Ｑとに基づいて算出するが、空気量Ｑを検出する位置（吸気管１２）と排出ガスの燃料過剰率φを検出する位置（排気管２１）とが離れているため、空気量検出位置を通過した空気が噴射燃料と混合して燃焼して燃料過剰率φの検出位置に到達するまでに時間遅れが生じる。このため、空気量Ｑが変化する過渡運転時には、同時刻に検出した燃料過剰率φ(i) と空気量Ｑ(i) を用いたのでは触媒内状態量ＯＳを正確に算出することができない。
【００３７】
そこで、本実施形態（１）では、触媒内状態量ＯＳを算出する際に用いる空気量は、燃料噴射から排出ガスの燃料過剰率φを検出するまでの遅れ時間ｄを考慮して、現時点ｉよりも遅れ時間ｄ前の過去の空気量Ｑ(i-d) を用いる。これにより、触媒内状態量ＯＳを算出する際に用いる空気量Ｑと燃料過剰率φとの時間的なずれを修正することができ、空気量Ｑが変化する過渡運転時でも触媒内状態量を精度良く算出することができる。
【００３８】
尚、本実施形態（１）では、燃料噴射から排出ガスの燃料過剰率φを検出するまでの遅れ時間ｄを考慮したが、空気が空気量検出位置から燃料過剰率φの検出位置に到達するまでの遅れ時間ｄ’を考慮して、現時点ｉよりも遅れ時間ｄ’前の過去の空気量Ｑ(i-d')を用いるようにしても良く、要は、少なくとも燃料噴射から排出ガスの燃料過剰率φを検出するまでの遅れ時間分過去の空気量を用いるようにすれば良い。
【００３９】
また、本実施形態（１）では、ＰＩＤコントローラを用いて制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を算出するようにしたが、図６に示す本発明の他の実施形態では、ＰＩＤコントローラの代わりに、近似微分を用いて制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を算出するようにしている。その他の処理は、図２及び図３の各ステップの処理と同じで良い。このように、近似微分を用いて制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を算出しても、前記実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４０】
図１に示すシステム構成例では、触媒２２の上流側のみに空燃比センサ２３を設置したが、触媒２２の上流側と下流側の両方に空燃比センサを設置したシステムにも本発明を適用できる。この場合、触媒下流側の空燃比センサで検出した燃料過剰率と空気量とに基づいて触媒内状態量を算出し、この触媒内状態量と目標触媒内状態量との偏差を小さくするように触媒上流側の目標燃料過剰率を算出するようにしても良い。この際、触媒内状態量の算出に用いる空気量は、少なくとも燃料噴射から触媒下流側で排出ガスの燃料過剰率を検出するまでの遅れ時間を考慮して、その遅れ時間分過去の空気量を用いるようにすると良い。
【００４１】
また、上記各実施形態においては、空燃比の情報として燃料過剰率φを用いたが、燃料過剰率φに代えて、空気過剰率λ又は空燃比Ａ／Ｆを用いても良いことは言うまでもない。
【００４２】
また、空燃比センサ２３の代わりに、排出ガスのガス濃度を検出するガス濃度センサを用いても良い。この場合は、検出した排出ガスのガス濃度と空気量とに基づいて触媒内状態量を算出し、この触媒内状態量と目標値との偏差が小さくなるように燃料噴射量を補正するようにすれば良い。
【００４３】
［実施形態（２）］
次に、図７乃至図１０に基づいて本発明の実施形態（２）を説明する。本実施形態（２）では、触媒２２の上流側と下流側の両方に空燃比センサ２３，２７を設置している。上流側の空燃比センサ（以下「上流側センサ」という）２３は、前記実施形態（１）と同じく、排出ガスの空燃比に応じてリニアな空燃比信号を出力するリニアＡ／Ｆセンサ等が用いられ、下流側の空燃比センサ（以下「下流側センサ」という）２７は、排出ガスの空燃比のリッチ／リーンに応じて出力電圧が反転する酸素センサ等が用いられている。尚、下流側センサ２７も、上流側センサ２３と同じく、リニアＡ／Ｆセンサ等を用いても良いことは言うまでもない。その他のシステム構成は、前記実施形態（１）と同じである。
【００４４】
ＥＣＵ２６は、図８の目標φ算出プログラムで算出した目標燃料過剰率φref と実際の燃料過剰率φとの偏差を小さくするように燃料噴射量をフィードバック補正して、触媒内状態量ＯＳを目標触媒内状態量ＯＳref 付近に制御する。
【００４５】
図８の目標φ算出プログラムは、所定クランク角毎又は所定時間毎に起動され、まず、ステップ２０１で、上流側センサ２３の出力（触媒２２に流入する排出ガスの空燃比）がリッチかリーンかを判別する。
【００４６】
もし、上流側センサ２３の出力がリッチと判定されれば、ステップ２０２に進み、前回演算時から今回演算時までの触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を次式により算出する。
ΔＯＳ(i) ＝ｋｒ×（φ−φref ）×Ｑ(i-d)
ｋｒ：重み係数
φ：上流側センサ２３で検出した実際の燃料過剰率
φref ：目標燃料過剰率
Ｑ(i-d) ：現時点ｉよりも遅れ時間ｄ前の過去の空気量
【００４７】
ここで、重み係数ｋｒは、実際の触媒内状態量の代用情報となる下流側センサ２７の出力（触媒２２から流出する排出ガスの空燃比）に応じて次のように設定される。
【００４８】
▲１▼下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がリッチの時は、重み係数ｋｒを１よりも小さい所定値に設定する。この所定値は、予め設定した固定値でも良いが、下流側センサ２７の出力に応じてマップ又は数式により設定しても良い。
【００４９】
▲２▼下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がリーンの時は、重み係数ｋｒを１よりも大きい所定値に設定する。この所定値は、予め設定した固定値でも良いが、下流側センサ２７の出力に応じてマップ又は数式により設定しても良い。
【００５０】
▲３▼下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がストイキの時は、重み係数ｋｒを１に設定する。尚、ｋｒ＝１とする下流側センサ２７の出力の範囲をある程度幅を持たせて、下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がストイキに近ければ、ｋｒ＝１としても良い。
【００５１】
一方、上記ステップ２０１で、上流側センサ２３の出力がリーンと判定されれば、ステップ２０２に進み、重み係数ｋｌを用いて、前回演算時から今回演算時までの触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を次式により算出する。
ΔＯＳ(i) ＝ｋｌ×（φ−φref ）×Ｑ(i-d)
【００５２】
ここで、重み係数ｋｌは、実際の触媒内状態量の代用情報となる下流側センサ２７の出力（触媒２２から流出する排出ガスの空燃比）に応じて次のように設定される。
【００５３】
▲１▼下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がリッチの時は、重み係数ｋｌを１よりも大きい所定値に設定する。この所定値は、予め設定した固定値でも良いが、下流側センサ２７の出力に応じてマップ又は数式により設定しても良い。
【００５４】
▲２▼下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がリーンの時は、重み係数ｋｌを１よりも小さい所定値に設定する。この所定値は、予め設定した固定値でも良いが、下流側センサ２７の出力に応じてマップ又は数式により設定しても良い。
【００５５】
▲３▼下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がストイキの時は、重み係数ｋｌを１に設定する。尚、ｋｌ＝１とする下流側センサ２７の出力の範囲をある程度幅を持たせて、下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がストイキに近ければ、ｋｌ＝１としても良い。
【００５６】
上記ステップ２０２，２０３で、下流側センサ２７の出力に応じて触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) の演算式のパラメータ（重み係数ｋｒ，ｋｌ）を可変する処理が特許請求の範囲でいうパラメータ可変手段としての役割を果たす。また、上記ステップ２０２，２０３で、パラメータ（重み係数ｋｒ，ｋｌ）を用いて、触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を補正しながら求める処理が特許請求の範囲でいう補正手段としての役割を果たす。
【００５７】
以上のようにしてステップ２０２又は２０３で、触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を算出した後、ステップ２０４に進み、触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) を前回の触媒内状態量算出値ＯＳ(i-1) に積算して現在の触媒内状態量ＯＳ(i) を求める。
ＯＳ(i) ＝ΔＯＳ(i) ＋ＯＳ(i-1)
【００５８】
その後、ステップ２０５に進み、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値を触媒２２のリーン側／リッチ側飽和吸着量に相当するガード値ＯＳmin ，ＯＳmax でガード処理する。
【００５９】
この後、ステップ２０６に進み、目標触媒内状態量ＯＳref と現在の触媒内状態量ＯＳ(i) との偏差ＯＳerror を算出する。
ＯＳerror ＝ＯＳref −ＯＳ(i)
【００６０】
そして、次のステップ２０７で、ＰＩＤコントローラの比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインをマップ等により算出した後、ステップ２０８に進み、各ゲインを用いて、ＰＩＤコントローラの制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を前記実施形態（１）と同様の方法で算出する。
【００６１】
この後、ステップ２０９に進み、上記制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３と過去の目標燃料過剰率φref を用いて目標燃料過剰率補正量ΔφrefBを次式により算出する。
ΔφrefB＝Ｂ１・ＯＳerror(i)−Ｂ２・ＯＳerror(i-1)
＋Ｂ３・ＯＳerror(i-2)＋Ａ１・φref (i-1) −Ａ２・φref (i-2)
【００６２】
そして、次のステップ２１０で、後述する図９のΔφrefA算出プログラムを実行して、サブフィードバックによる目標燃料過剰率補正量ΔφrefAを算出する。この後、ステップ２１１に進み、上記ステップ２０９，２１０で算出した２つの目標燃料過剰率補正量ΔφrefB，ΔφrefAをベース値“１”に加算して、触媒２２上流側の目標燃料過剰率φref を設定し、本プログラムを終了する。
φref ＝１＋ΔφrefA＋ΔφrefB
【００６３】
一方、上記ステップ２１０で、図９のΔφrefA算出プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、目標触媒内状態量ＯＳref と現在の触媒内状態量ＯＳ(i) との偏差ＯＳerror(i)に応じて、サブフィードバックの制御パラメータｋｉ，ｋｐを次式により算出する。
ｋｉ＝ｋｉｓ×ＯＳerror(i)
ｋｐ＝ｋｐｓ×ＯＳerror(i)
ここで、ｋｉｓとｋｐｓは、それぞれ制御パラメータｋｉ，ｋｐのベース値である。
【００６４】
この後、ステップ３０２に進み、現在の下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がリッチかリーンかを判別する。もし、下流側センサ２７の出力がリッチと判定されれば、ステップ３０３に進み、前回もリッチであったか否かを判定する。前回も今回もリッチである場合には、ステップ３０４に進み、前回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i-1) に制御パラメータｋｉを加算して今回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i) を求める。
ΔφrefA(i) ＝ΔφrefA(i-1) ＋ｋｉ
【００６５】
また、下流側センサ２７の出力が前回はリーン側で今回リッチに反転した場合は、ステップ３０５に進み、前回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i-1) に制御パラメータｋｐを加算して今回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i) を求める。
ΔφrefA(i) ＝ΔφrefA(i-1) ＋ｋｐ
【００６６】
一方、ステップ３０２で、現在の下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）がリーンと判定されれた場合は、ステップ３０６に進み、前回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回もリーンである場合には、ステップ３０８に進み、前回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i-1) に制御パラメータｋｉを加算して今回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i) を求める。
ΔφrefA(i) ＝ΔφrefA(i-1) ＋ｋｉ
【００６７】
また、下流側センサ２７の出力が前回はリッチ側で今回リーンに反転した場合は、ステップ３０７に進み、前回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i-1) に制御パラメータｋｐを加算して今回の目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i) を求める。
ΔφrefA(i) ＝ΔφrefA(i-1) ＋ｋｐ
【００６８】
以上のようにして、ステップ３０４，３０５，３０７，３０８のいずれかで、目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i) を算出した後、ステップ３０９に進み、目標燃料過剰率補正量ΔφrefA(i) を適正なガード値でガード処理して、本プログラムを終了する。
【００６９】
以上説明した実施形態（２）の過渡時の制御特性を図１０のタイムチャートを用いて説明する。図１０のタイムチャートは、実施形態（２）の制御特性を実施形態（１）の制御特性と比較して示している。
【００７０】
実施形態（２）では、触媒２２の下流側に設置した下流側センサ２７の出力（触媒２２から流出する排出ガスの空燃比）が実際の触媒内状態量に追従して変化する点に着目し、触媒内状態量の変化量ΔＯＳ(i) の演算式のパラメータ（重み係数ｋｒ，ｋｌ）を下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）に応じて可変するようにしたので、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出値を下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）に応じて逐次補正することができる。これにより、実施形態（２）では、触媒内状態量ＯＳ(i) の算出誤差（推定誤差）を実施形態（１）よりも少なくすることができ、実際の触媒内状態量に追従した応答性の良い空燃比制御を実施することができる。これにより、過渡時に触媒２２上流側の燃料過剰率φや、下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）を早期にストイキに収束させることができ、過渡時でも安定した排出ガス浄化性能を維持することができる。
【００７１】
しかも、本実施形態（２）では、触媒２２の下流側の空燃比（下流側センサ２７の出力）を目標燃料過剰率φref に反映させるサブフィードバックの制御パラメータｋｉ，ｋｐを、下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）に応じて可変するようにしたので、下流側センサ２７の出力（実際の触媒内状態量）に応じて目標燃料過剰率φref を応答性良く可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の目標φ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）
【図３】実施形態（１）の目標φ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）
【図４】触媒内状態量ＯＳの算出値に対するガード値ＯＳmin ，ＯＳmax と空気量Ｑとの関係を示す図
【図５】過渡運転時の燃料過剰率φと触媒内状態量ＯＳの挙動の一例を示すタイムチャート
【図６】近似微分を用いて制御パラメータＡ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を算出する方法を説明するフローチャート
【図７】本発明の実施形態（２）を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図８】実施形態（２）の目標φ算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図９】ΔφrefA算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１０】実施形態（２）の制御特性を実施形態（１）の制御特性と比較して示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ（空気量検出手段）、２０…燃料噴射弁、２１…排気管、２２…触媒、２３…空燃比センサ（空燃比検出手段，上流側センサ）、２６…ＥＣＵ（触媒内状態量算出手段，噴射制御手段，ガード処理手段，補正手段，パラメータ可変手段）、２７…空燃比センサ（下流側センサ）。
【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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