(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排ガスを浄化するための触媒コンバータの上流側及び下流側に各々設けられた空燃比センサを有し、上流側空燃比センサの出力結果に基づく実空燃比を目標空燃比に一致させるようフィードバック制御すると共に、下流側空燃比センサの出力結果に基づき空燃比制御時のフィードバックゲインを設定するようにした内燃機関の空燃比制御装置において、
内燃機関の排ガスの流量と前記触媒コンバータの容量との比に基づき触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を検出する空燃比応答速度検出手段と、
前記下流側空燃比センサの出力結果から設定されるフィードバックゲインを、前記検出される触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度に基づき調整するフィードバックゲイン調整手段と
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】
前記フィードバックゲイン調整手段は、空燃比変化に追従するフィードバック速度によりフィードバックゲインを調整するものである請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記触媒コンバータの劣化度合を判定する触媒劣化判定手段を更に備え、
前記フィードバックゲイン調整手段は、前記内燃機関の排ガスの流量と前記触媒コンバータの容量との比、および前記判定される触媒コンバータの劣化度合に応じてフィードバックゲインを調整する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記触媒劣化判定手段は、
前記下流側空燃比センサの出力結果に基づき設定されるフィードバックゲインの変化相当量を逐次積算する手段と、
該積算した値が大きいほど、前記触媒コンバータの劣化度合が大きいと判定する手段とを備える請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記触媒劣化判定手段は、前記触媒コンバータの劣化度合が許容限界にあることを検出し、その旨を警告する請求項３又は請求項４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、触媒コンバータの上流側及び下流側に空燃比センサを設け、それら両空燃比センサによる空燃比検出結果を基に空燃比フィードバック制御を実施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】
この種の内燃機関の空燃比制御装置では、主として触媒コンバータの上流側に設けた空燃比センサの出力結果に基づいて空燃比をフィードバック制御しているが、触媒上流側の空燃比センサの出力特性のバラツキ、燃料噴射弁等の部品のバラツキ、経時的変化などの要因を補償するべく、近年では触媒コンバータの下流側にも空燃比センサを設け、下流側空燃比センサの出力結果をフィードバック制御に反映させるようにしたシステム（ダブルＯ2 センサシステム）が提案されている。
【０００３】
例えば特許番号第２５１８２５４号公報には、上記ダブルＯ2 センサシステムにおいて、吸入空気量やエンジン回転速度や吸気圧といった排ガス輸送遅れに関する機関パラメータに応じて空燃比フィードバック補正定数を可変に設定するようにした空燃比制御装置が開示されている。排ガス輸送遅れは、触媒下流側の空燃比センサの応答遅れとして空燃比制御上での不具合要因となる。つまり、上記装置では、排ガス輸送遅れが大きい時には空燃比フィードバック制御定数の更新速度が遅くなるように演算され、排ガス輸送遅れが小さい時には空燃比フィードバック制御定数の更新速度が速くなるように演算される。これにより、排ガスの輸送遅れに伴う空燃比フィードバック制御定数の過補正が抑制でき、制御空燃比の大きなずれが防止できるものとしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが実際上、触媒下流側での空燃比の応答遅れは、上述した排ガス輸送遅れだけを原因とするものではなく、触媒コンバータの反応時間に直接的に関わる触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度（応答遅れ時間）によっても大きく左右される。発明者らによれば、排ガス輸送遅れを原因とする空燃比応答遅れは数１００ミリ秒程度であるのに対し、触媒上コンバータでの反応遅れを原因とする空燃比応答遅れは数秒程度となることが確認されている。そのため、上記公報の従来技術では、下流側空燃比センサの応答遅れを考慮してもその補正が不十分となり、空燃比ずれが残るという問題が生ずる。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、触媒上流側及び下流側の２つの空燃比センサを用いる空燃比制御装置において、触媒下流側での空燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消し、空燃比の制御精度を向上させることができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明ではその特徴として、内燃機関の排ガスの流量と前記触媒コンバータの容量との比（いわゆる、ＳＶ比）に基づき、触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を検出し（空燃比応答速度検出手段）、下流側空燃比センサの出力結果から設定されるフィードバックゲインを、前記検出される触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度に基づき調整する（フィードバックゲイン調整手段）。ここで請求項２に記載したように、空燃比変化に追従するフィードバック速度により、フィードバックゲインが調整されるとよい。
【０００７】
上記構成によれば、下流側空燃比センサの出力結果に基づくフィードバックゲインの設定に際し、実際の空燃比変化に追従した過不足の無い補正データが得られる。またこのとき、排ガスが触媒コンバータを通過する際の空燃比応答速度（応答遅れ）をフィードバックゲインに直接反映させるため、例えば触媒コンバータの浄化能力が飽和状態にあり空燃比応答速度が急増するような場合、すなわち触媒コンバータの浄化限界を越えるような場合でも、かかる事態に応じた好適な制御が実施できる。その結果、触媒上流側及び下流側の２つの空燃比センサを用いる空燃比制御装置において、触媒下流側での空燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消し、空燃比の制御精度を向上させることができる。つまり、本発明は、エミッション、燃費、ドライバビリティなどの改善に大いに寄与できるものとなる。
【０００８】
また、前記空燃比応答速度検出手段は、内燃機関の排ガスの流量と前記触媒コンバータの容量との比（いわゆる、ＳＶ比）に基づき、触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度を推定する。この場合、排ガス流量と触媒容量との比（ＳＶ比）から空燃比応答速度を推定することで、触媒コンバータによる排ガスの反応遅れに加え、排ガスの輸送遅れをも考慮したパラメータを空燃比制御に用いることが可能となる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、触媒コンバータの劣化度合を判定し（触媒劣化判定手段）、該判定した触媒コンバータの劣化度合と前記排ガス流量と触媒容量との比に応じてフィードバックゲインを調整する。つまり、触媒劣化度合が変化すれば、空燃比応答性もそれに付随して変化する。従って、フィードバックゲインの調整に際し触媒劣化度合を演算パラメータに加えれば、より一層適切に空燃比制御が実施できるようになる。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、下流側空燃比センサの出力結果に基づき設定されるフィードバックゲインの変化相当量を逐次積算し、該積算した値が大きいほど、触媒コンバータの劣化度合が大きいと判定する。また、請求項５に記載の発明では、触媒コンバータの劣化度合が許容限界にあることを検出し、その旨を警告する。
【００１１】
上記請求項４，５によれば、触媒コンバータの劣化判定を行う手法として新たなシステムが構築でき、その劣化判定手法を空燃比制御に適用することで、その制御精度が更に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。本実施の形態における空燃比制御システムではその主たる構成として、内燃機関の排気系通路の途中に三元触媒を有し、その三元触媒の上流側には限界電流式の空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が配設されると共に、三元触媒の下流側には起電力出力式の空燃比センサ（Ｏ2 センサ）が配設されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、前記三元触媒の上流側及び下流側に配設されたＡ／Ｆセンサ及びＯ2 センサによる検出結果を取り込み、それらのセンサ検出結果に基づいて空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を実施する。以下、図面を用いてその詳細な構成を説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態における空燃比制御システムの概略構成図である。図１に示すように、内燃機関は４気筒４サイクルの火花点火式エンジン（以下、単にエンジン１という）として構成されている。その吸入空気は上流よりエアクリーナ２、吸気管３、スロットルバルブ４、サージタンク５及びインテークマニホールド６を通過して、インテークマニホールド６内で各気筒毎の燃料噴射弁７から噴射された燃料と混合される。そして、所定空燃比の混合気として各気筒に供給される。
【００１４】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ８には、点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０を介して分配供給され、点火プラグ８は前記各気筒の混合気を所定タイミングで点火する。燃焼後に各気筒から排出される排ガスは、エキゾーストマニホールド１１及び排気管１２を通過し、排気管１２に設けられた三元触媒１３にて有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯX 等) が浄化された後、大気に排出される。
【００１５】
前記吸気管３には吸気温センサ２１及び吸気圧センサ２２が設けられ、吸気温センサ２１は吸入空気の温度（吸気温Ｔａｍ）を、吸気圧センサ２２はスロットルバルブ４の下流側の吸気管内負圧（吸気圧ＰＭ）をそれぞれ検出する。前記スロットルバルブ４には同バルブ４の開度（スロットル開度ＴＨ）を検出するためのスロットルセンサ２３が設けられ、このスロットルセンサ２３はスロットル開度ＴＨに応じたアナログ信号を出力する。またこのスロットルセンサ２３はアイドルスイッチをも内蔵しており、スロットルバルブ４が略全閉である旨の検出信号を出力する。
【００１６】
エンジン１のシリンダブロックには水温センサ２４が設けられ、この水温センサ２４はエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温Ｔｈｗ）を検出する。前記ディストリビュータ１０にはエンジン１の回転数（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するための回転数センサ２５が設けられ、この回転数センサ２５はエンジン１の２回転、すなわち７２０°ＣＡ毎に等間隔で２４個のパルス信号を出力する。
【００１７】
さらに、前記排気管１２の三元触媒１３の上流側には、エンジン１から排出される排ガスの酸素濃度（或いは、未燃ガスである一酸化炭素などの濃度）に比例して広域で且つリニアな空燃比信号λを出力する、限界電流式空燃比センサからなるＡ／Ｆセンサ２６が設けられている。Ａ／Ｆセンサ２６には、同センサ２６を活性化温度に保持するためのヒータ２６ａが付設されている。このＡ／Ｆセンサ２６は、ジルコニア素子（ＺｒＯ2 ）等の固体電解質層の外部に拡散抵抗層を有し、所定の印加電圧下で空燃比に対応した限界電流を出力する。
【００１８】
また、三元触媒１３の下流側には、空燃比が理論空燃比（λ＝１）に対してリッチかリーンかに応じて異なる電圧ＶＯＸ２を出力する下流側Ｏ2 センサ２７が設けられている。この下流側Ｏ2 センサ２７は、ジルコニア素子（ＺｒＯ2 ）の内外面での酸素濃度差に応じた起電力を発生する。なお、空燃比は通常、空気とガソリンとの混合比（質量比）を指すが、本実施の形態では便宜上、空気過剰率λ（＝実際の空燃比／理論空燃比）を空燃比と称し、空燃比λ＝１が理論空燃比を示すものとする。
【００１９】
ここで、Ａ／Ｆセンサ２６及び下流側Ｏ2 センサ２７の出力特性を説明する。図２はＡ／Ｆセンサ２６の出力特性を示し、図３は下流側Ｏ2 センサ２７の出力特性を示す。図２に示すように、Ａ／Ｆセンサ２６は、所定の印加電圧下で空燃比λに対応してリニアに変化する限界電流Ｉｐ〔ｍＡ〕を出力する。同Ａ／Ｆセンサ２６のλ検出域は「約０．８〜１．２」となっている。また、図３に示すように、下流側Ｏ2 センサ２７は、理論空燃比λ＝１を境にして大きく変化する電圧ＶＯＸ２〔Ｖ〕を出力する。このとき、出力電圧ＶＯＸ２は、大気中の酸素濃度と排ガス中の酸素濃度との差に応じた起電力に相当し、その値はリッチ側で約１Ｖの電圧値となり、リーン側で約０Ｖの電圧値となる。
【００２０】
一方、図１のＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（中央処理装置）３１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、バックアップＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、前記各センサの検出信号を入力する入力ポート３５及び各アクチュエータに制御信号を出力する出力ポート３６等に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０は、前記した各種センサの検出信号（吸気温Ｔａｍ、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ、冷却水温Ｔｈｗ、エンジン回転数Ｎｅ、空燃比信号等）を入力ポート３５を介して入力する。そして、それらの各値に基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ、点火時期Ｉｇ等の制御信号を算出し、さらにそれら制御信号を出力ポート３６を介して燃料噴射弁７及び点火回路９等にそれぞれ出力する。
【００２１】
次に、上記の如く構成される空燃比制御システムの作用を説明する。
図４は、ＣＰＵ３１により実行される燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンは各気筒の燃料噴射毎（本実施の形態では１８０°ＣＡ毎）に実行される。
【００２２】
さて、図４のルーチンがスタートすると、ＣＰＵ３１は、先ずステップ１０１でエンジン運転状態を表す各種センサによる検出結果（エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧ＰＭ、冷却水温Ｔｈｗ等）を読み込み、続くステップ１０２でＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用いてその時々のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧ＰＭに応じた基本噴射量Ｔｐを算出する。また、ＣＰＵ３１は、ステップ１０３で周知の空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。ここで、空燃比Ｆ／Ｂ条件とは、冷却水温Ｔｈｗが所定温度以上であること、高回転・高負荷状態でないこと、Ａ／Ｆセンサ２６が活性状態にあることなどを含む。
【００２３】
この場合、ステップ１０３が否定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件不成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ１０４に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」とする。ＦＡＦ＝１．０とすることは、空燃比がオープン制御されることを意味する。また、ステップ１０３が肯定判別されれば（Ｆ／Ｂ条件成立の場合）、ＣＰＵ３１は、ステップ２００に進んで目標空燃比λＴＧの設定処理を実施する。ここで、目標空燃比λＴＧの設定処理は後述する図５のルーチンに従い行われる。
【００２４】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０５でその時々の実際の空燃比λ（センサ計測値）と目標空燃比λＴＧとの偏差に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを設定する。本実施の形態では、現代制御理論に基づく空燃比Ｆ／Ｂ制御を実施することとしており、そのＦ／Ｂ制御に際し、Ａ／Ｆセンサ２６の検出結果を目標空燃比に一致させるための空燃比補正係数ＦＡＦを次の（１），（２）式を用いて算出する。なお、このＦＡＦ値の設定手順については特開平１−１１０８５３号公報に詳細に開示されている。
【００２５】
0003887903.tif 000002
上記（１），（２）式において、λはＡ／Ｆセンサ２６による限界電流の空燃比変換値を、Ｋ1 〜Ｋn+1 はＦ／Ｂ定数を、ＺＩは積分項を、Ｋａは積分定数をそれぞれ表す。また、添字１〜ｎ＋１はサンプリング開始からの制御回数を示す変数である。
【００２６】
ＦＡＦ値の設定後、ＣＰＵ３１は、ステップ１０６で次の（３）式を用い、基本噴射量Ｔｐ、空燃比補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（水温、エアコン負荷等の各種補正係数）から最終の燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
【００２７】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ          …（３）
燃料噴射量ＴＡＵの算出後、ＣＰＵ３１は、そのＴＡＵ値に相当する制御信号を燃料噴射弁７に出力して本ルーチンを一旦終了する。
【００２８】
次に、上記ステップ２００の処理に相当するλＴＧ設定ルーチンについて、図５を用いて説明する。なお、図５（図４のステップ２００）のλＴＧ設定処理は、下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２に基づいてλＴＧ値を修正する、いわゆる「サブＦ／Ｂ制御」と称されるものであるが、本実施の形態では特にＦ／Ｂゲインを規定するためのλＴＧ値の更新値Δλ（Ｆ／Ｂ速度に相当する）を、触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度（これを便宜上、触媒前後の空燃比応答速度という）により可変に設定することをその要旨としている。
【００２９】
図５のルーチンにおいて、ＣＰＵ３１は、ステップ２０１で排ガス流量と触媒容量とに基づき、触媒前後の空燃比応答速度を表すパラメータとしての「ＳＶ（Space Velocity）比」を算出する。このＳＶ比は、その時々の排ガス流量を既知の触媒容量で除算することにより求められる。上記ＳＶ比と触媒前後の空燃比応答速度とは図６に示す関係にあり、同図によればＳＶ比が大きくなるほど、空燃比応答速度が大きくなることが分かる。また、図６では、点ＡよりもＳＶ比が大きい領域で空燃比応答速度が急増している。つまり、排ガス流量の増加に伴い三元触媒１３の時間当たりの浄化能力が所定レベルを越えると、三元触媒１３で浄化されない未反応の排ガスが触媒１３を通過することとなり、それにより応答速度が急増する。
【００３０】
なお、排ガス流量はその時のエンジン回転数Ｎｅと吸気圧ＰＭとから求まる吸入空気量に比例するものであって、ＳＶ比の算出に際し、吸入空気量に基づき排ガス流量が算出されるようになっている。但し排ガス流量は、上述の算出手法に限らず、排気管１２に設けた排ガス流量計にて直接的に検出することも可能である。
【００３１】
次に、ＣＰＵ３１は、ステップ２０２でその時の三元触媒１３の劣化度合を読み込む。三元触媒１３の劣化度合は、図８のルーチンに従い求められるものであってその詳細については後述する。
【００３２】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０３で上記ＳＶ比と触媒劣化度合とに基づいて、目標空燃比λＴＧの更新値Δλを算出する。更新値Δλは、その時々のＦ／Ｂ速度を規定するものであって、例えば図７のマップを検索して求められる。図７では、ＳＶ比が大きくなるほど、若しくは触媒劣化度合が大きくなるほど、Δλ値（Ｆ／Ｂ速度）が大きくなるように設定される。因みに、ＳＶ比に応じて変化する図７のΔλ特性線は、前記図６の関係に準じて設定されている。
【００３３】
さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ２０４で下流側Ｏ2 センサ２７の出力電圧ＶＯＸ２を基に、現在の空燃比λが目標空燃比λＴＧ（本実施の形態では、λＴＧ＝１）に対してリッチ・リーンのいずれにズレているかを判定する。かかる場合、現在の空燃比λがリッチ寄りであれば、ＣＰＵ３１はステップ２０５に進み、目標空燃比λＴＧに更新値Δλを加算する（λＴＧ←λＴＧ＋Δλ）。すなわち、目標空燃比λＴＧをリーン側に移行させる。また、空燃比λがリーン寄りであれば、ＣＰＵ３１はステップ２０６に進み、目標空燃比λＴＧから更新値Δλを減算する（λＴＧ←λＴＧ−Δλ）。すなわち、目標空燃比λＴＧをリッチ側に移行させる。λＴＧ値の設定後、元の図４のルーチンに戻る。
【００３４】
図８は、例えば６４ｍｓ周期でＣＰＵ３１により実施される触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャートである。
図８において、ＣＰＵ３１は、先ずステップ３０１で触媒劣化フラグＦＣＡＴが「１」であるか否かを判別する。この触媒劣化フラグＦＣＡＴは、三元触媒１３の劣化度合が許容限界にまで達したかどうかを表すものであり、当初はＦＣＡＴ＝０（劣化が許容限界に達していないことを示す状態）に初期化されている。また、ＣＰＵ３１は、ステップ３０２で空燃比Ｆ／Ｂ条件が成立しているか否かを判別する。ステップ３０１，３０２のいずれかが否定判別された場合、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了する。
【００３５】
ステップ３０１，３０２が共に肯定判別された場合、ＣＰＵ３１はステップ３０３に進み、前記サブＦ／Ｂ制御におけるΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）の積算値ＣＣＡＴを算出する。このとき、積算値の今回値ＣＣＡＴn は、
ＣＣＡＴn ＝ＣＣＡＴn-1 ＋Δλ・ＫＧＡ          …（４）
として算出される。上記（４）式において、積算値ＣＣＡＴの添字ｎ，ｎ−１は、積算値が今回値若しくは前回値であることを表す。また、ＫＧＡはエンジン運転状態に応じた係数であって、例えば前記ＳＶ比（＝排ガス流量／触媒容量）が大きくなるほど減少する値としてその都度設定される。具体的には、図９の関係を用いて係数ＫＧＡを設定する。この係数ＫＧＡをΔλ値に乗算することで、エンジン運転条件により下流側Ｏ2 センサ２７の反応速度が変化しても、その変化によるΔλ値のバラツキが抑制できる。
【００３６】
その後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０４でカウンタＴＣＡＴを「１」インクリメントし、続くステップ３０５でカウンタＴＣＡＴの値が所定値ＫＴＣＡＴに達したか否かを判別する。ここで、所定値ＫＴＣＡＴは、時間にして１０秒程度となる値である。ＴＣＡＴ＜ＫＴＣＡＴであってステップ３０５が否定判別される場合、ＣＰＵ３１はそのまま本ルーチンを終了する。
【００３７】
また、ＴＣＡＴ≧ＫＴＣＡＴであってステップ３０５が肯定判別される場合、ＣＰＵ３１はステップ３０６に進み、前記算出した積算値ＣＣＡＴに応じて三元触媒１３の劣化度合を判定する。具体的には、図１０に示す特性図を用いて触媒劣化度合を判定する。図１０では、Δλの積算値ＣＣＡＴの増大に伴い触媒劣化度合が大きくなるような特性が設定されている。また、触媒劣化度合を判定するための特性線はΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）に応じて選択的に用いられ、Δλ値が大きいほど積算値ＣＣＡＴに対する触媒劣化度合の判定レベルが高めに設定される。これはΔλ値が変動しても劣化度合の判定レベルを均一化するためである。因みに、ＣＣＡＴ値が過剰に増大すると、触媒劣化度合が許容限界（図の斜線域）に達するようになっている。
【００３８】
触媒劣化度合の判定後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０７で積算値ＣＣＡＴ及びカウンタＴＣＡＴを「０」にクリアする。ＣＣＡＴ値及びＴＣＡＴ値のクリア後において、次回のルーチン実施時には、ＣＣＡＴ値及びＴＣＡＴ値が「０」から積算され、既述した一連の手順に従い触媒劣化度合の判定が再度実施される。
【００３９】
さらにその後、ＣＰＵ３１は、ステップ３０８で前記判定した触媒劣化度合が許容限界（前記図１０の斜線域）に達しているか否かを判別し、許容限界に達していなければそのまま本ルーチンを終了する。また、許容限界に達していれば、ＣＰＵ３１はステップ３０９に進み、触媒劣化フラグＦＣＡＴに「１」をセットする。また続くステップ３１０では、異常警告灯（ＭＩＬ：Malfunction indicator light ）を点灯して異常発生の旨を運転者に警告する。
【００４０】
上記の如く判定された触媒劣化度合は、前記図５のλＴＧ設定ルーチンでその都度読み出され、その触媒劣化度合に応じて目標空燃比λＴＧの更新値Δλ（Ｆ／Ｂ速度）が算出されることになる（前記図７のマップ参照）。
【００４１】
因みに上記実施の形態における空燃比制御システムでは、前記図５のステップ２０１が請求項記載の空燃比応答速度検出手段に相当し、図５のステップ２０３がフィードバックゲイン調整手段に相当する。また、前記図８のルーチンが触媒劣化判定手段に相当する。
【００４２】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、排ガス流量と触媒容量との比（ＳＶ比）に基づき触媒前後の空燃比応答速度を推定し、下流側Ｏ2 センサ２７の出力結果から目標空燃比λＴＧ（Ｆ／Ｂゲイン）を設定する際において、それを触媒前後の空燃比応答速度（触媒上流側に対する下流側の空燃比の応答速度）に基づき調整するようにした。上記構成によれば、実際の空燃比変化に追従した過不足の無いλＴＧ値が常に設定できる。その結果、三元触媒１３の上流側及び下流側の２つの空燃比センサ２６，２７を用いる空燃比制御システムにおいて、触媒下流側での空燃比の応答遅れに起因する不具合を新規な手法にて解消し、空燃比の制御精度を向上させることができる。つまり、本制御システムは、エミッション、燃費、ドライバビリティなどの改善に大いに寄与できる。
【００４３】
（ｂ）また、触媒前後の空燃比応答速度（応答遅れ）をＦ／Ｂゲインに直接反映させるため、例えば触媒の浄化能力が飽和状態にあり空燃比応答速度が急増するような場合、すなわち触媒の浄化限界を越えるような場合でも、かかる事態に対応した好適な制御が実施できる。この効果は、前記図６及び図７の特性を用いることで実現できる。
【００４４】
（ｃ）排ガスの流量と触媒容量との比（ＳＶ比）に基づき、触媒前後の空燃比応答速度を推定することとしたため、三元触媒１３による排ガスの反応遅れに加え、排ガスの輸送遅れをも考慮した好適なパラメータを空燃比制御に用いることが可能となる。
【００４５】
（ｄ）三元触媒１３の劣化度合を判定し、該判定した触媒劣化度合をΔλ値（Ｆ／Ｂ速度）を設定する際の一パラメータとした。この場合、触媒劣化度合により空燃比応答速度が変化しても、その変化に追従した精度の高い空燃比Ｆ／Ｂ制御が実現できる。
【００４６】
（ｅ）Ｆ／Ｂゲインの変化相当量としてのΔλ値を逐次積算し、該積算した値が大きいほど、三元触媒１３の劣化度合が大きいと判定するようにした。また、三元触媒１３の劣化度合が許容限界にあることを検出し、その旨を警告するようにした。かかる場合、三元触媒１３の劣化判定を行う手法として新たなシステムが構築でき、その劣化判定手法を空燃比制御に適用することで、その制御精度が更に向上する。
【００４７】
（ｆ）触媒劣化度合の判定に際し、Δλ値の積算値ＣＣＡＴをその判定要素としたため、極一時的に運転状態のが化する時にも誤差の少ない判定結果が得られる。また、Δλ値を積算する際に、エンジン運転状態に応じた係数ＫＧＡをその都度乗算することとしたため、運転状態による積算値ＣＣＡＴのバラツキ（演算誤差）が抑制できる。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態は、上記以外に次の形態にて実現できる。
上記実施の形態では、触媒前後の空燃比応答速度に対応するＳＶ比（＝排ガス流量／触媒容量）と触媒劣化度合とに応じてＦ／Ｂ速度に相当するΔλ値を設定したが（前記図５のフロー参照）、この構成を変更してもよい。例えばＳＶ比のみからΔλ値を設定する。この場合、触媒劣化判定に関する一連の処理が省略される。
【００４９】
上記実施の形態では、Ｆ／Ｂゲインを調整する際に、目標空燃比λＴＧを可変に設定するようにしたが、これを変更してもよい。例えばＦＡＦ値を算出するための前記（１），（２）式において、Ｆ／Ｂ定数Ｋ1 〜Ｋn+1 や積分定数Ｋａを可変に設定してＦ／Ｂゲインを調整するようにしてもよい。
【００５０】
上記実施の形態では、三元触媒の上流側にＡ／Ｆセンサを設けると共に、下流側にＯ2 センサを設け、上流側Ａ／Ｆセンサの検出結果に基づいて現代制御理論によるＦ／Ｂ制御を実施したが、これを変更してもよい。例えば三元触媒の上流側及び下流側にＯ2 センサを設け、ＰＩ制御手法によるＦ／Ｂ制御を実施することも可能である。この場合、ＰＩ制御手法によるＦＡＦ値のスキップ量、積分定数、遅延時間などを触媒前後の空燃比応答速度（ＳＶ比）に応じて可変に設定するようにすればよく、これらの各値がＦ／Ｂゲインに相当する。かかる構成において、触媒劣化度合を判定するには、前記ＦＡＦ値のスキップ量、積分定数、遅延時間などの積算結果を判定パラメータとすればよい。
【００５１】
上記実施の形態では、触媒前後の空燃比応答速度を表すパラメータとしてＳＶ比を用いたが、これを変更してもよい。例えば触媒上流側の空燃比が変動した際の下流側の空燃比の変動量を計測し、その計測結果から触媒前後の空燃比応答速度を推定することも可能である。また、定常運転時において燃料噴射量を所定量増減させて空燃比を変動させ、その時の下流側空燃比の変動量（又は応答遅れ時間）から空燃比応答速度を推定することも可能である。こうして推定した空燃比応答速度をＦ／Ｂゲインの調整に用いればよい。
【００５２】
触媒劣化度合の判定手法を以下のように変更して具体化してもよい。
・下流側Ｏ2 センサ２７の検出結果がリッチとリーンとの間で変動する回数、或いは変動周期により触媒劣化度合を判定する。つまり、触媒劣化の進行に伴い触媒ストレージ能力が低下すると、上流側空燃比に対して下流側Ｏ2 センサ２７が素早く応答する。そのため、同センサ２７の出力値がリーンとリッチとの間で変動する回数（変動周期）を求めれば、それから触媒劣化度合が判定できる。
・例えば特開平９−４４３８号公報に開示されているように、エンジン始動時から触媒活性完了までに要した熱量を求め、その熱量に応じて触媒劣化度合を判定する。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態におけるエンジンの空燃比制御システムの概要を示す構成図。
【図２】Ａ／Ｆセンサの出力特性を示す線図。
【図３】下流側Ｏ2 センサの出力特性を示す線図。
【図４】燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】λＴＧ設定ルーチンを示すフローチャート。
【図６】ＳＶ比と触媒前後の空燃比応答速度との関係を示す線図。
【図７】ＳＶ比と触媒劣化度合とに応じてΔλを算出するためのマップ。
【図８】触媒劣化判定ルーチンを示すフローチャート。
【図９】ＳＶ比と係数ＫＧＡとの関係を示す線図。
【図１０】ＣＣＡＴ値とΔλ値に応じて触媒劣化度合を判定するための線図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、１３…三元触媒（触媒コンバータ）、２６…Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比センサ）、２７…下流側Ｏ2 センサ、３０…ＥＣＵ（電子制御装置）、３１…空燃比応答速度検出手段，フィードバックゲイン調整手段，触媒劣化判定手段を構成するＣＰＵ。
【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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