(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス浄化用の触媒の上流側と下流側でそれぞれ排ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する上流側排ガスセンサ及び下流側排ガスセンサと、
前記上流側排ガスセンサの検出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制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記下流側排ガスセンサの過去の検出空燃比と最終的な下流側目標空燃比とに基づいて中間目標値を設定する中間目標値設定手段と、
前記下流側排ガスセンサの検出空燃比と前記中間目標値とに基づいて前記上流側目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と
を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒が飽和吸着状態から復帰する際に、前記中間目標値の更新量、更新速度、前記サブフィードバック制御の制御ゲイン、制御周期、制御範囲のうちの少なくとも１つを変更する復帰制御を所定期間実行する復帰制御手段を備えてい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】
前記中間目標値設定手段は、前記下流側排ガスセンサの過去の検出空燃比と最終的な下流側目標空燃比との偏差に減衰率を乗算した値と、最終的な下流側目標空燃比とを加算して前記中間目標値を求め、
前記復帰制御手段は、前記復帰制御時に前記減衰率を変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記サブフィードバック制御手段は、前記下流側排ガスセンサの検出空燃比と前記中間目標値との偏差に対する比例積分動作で演算した値を所定の制御範囲内に制限することで前記上流側目標空燃比の補正量を求め、
前記復帰制御手段は、前記復帰制御時に前記比例積分動作のゲイン及び／又は前記制御範囲を変更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空燃比制御装置。
【請求項４】
前記復帰制御手段は、前記復帰制御を実行する期間を前記触媒が飽和吸着状態となるようなリッチ又はリーンの状態が継続する時間に応じて設定す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空燃比制御装置。
【請求項５】
前記復帰制御手段は、前記復帰制御を終了して通常の制御に戻るタイミングを前記下流側排ガスセンサの検出空燃比に基づいて判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記復帰制御手段は、燃料カット実行時に前記触媒が飽和吸着状態になったと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか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、排ガス浄化用の触媒の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）又は酸素センサを設置して内燃機関の空燃比をフィードバック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】
今日の自動車は、排気管に三元触媒を設置して排ガスを浄化するようにしているが、触媒の排ガス浄化率を高めるためには、排ガスの空燃比を触媒の浄化ウインド内（理論空燃比付近）に制御する必要がある。そこで、触媒の上流側と下流側にそれぞれ排ガスセンサ（空燃比センサ又は酸素センサ）を設置し、上流側排ガスセンサで検出される排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制御すると共に、下流側排ガスセンサで検出される排ガスの空燃比が下流側目標空燃比となるように上流側目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を実施するようにしたものがある。
【０００３】
このようなメイン／サブフィードバックシステムでは、特許第２５１８２４７号公報に示すように、下流側排ガスセンサの検出空燃比と下流側目標空燃比との偏差が大きくなるほど、空燃比フィードバック制御定数（例えばスキップ量）の更新量を大きくすることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、触媒の動特性は、触媒の劣化度合、触媒内のリーン／リッチ成分吸着状態、エンジン運転状態によって変化するが、上記従来のメイン／サブフィードバックシステムでは、触媒の動特性の変化に対するサブフィードバック制御の応答性が十分とは言えない。このため、触媒の動特性の変化に対してサブフィードバック制御の応答遅れが発生して触媒下流側の空燃比（下流側排ガスセンサの出力）が不安定となり、ハンチングが発生する可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明者らは、この欠点を解消するために、特願２０００−４０４６７１号の明細書に記載されているように、下流側排ガスセンサの過去の検出空燃比と最終的な下流側目標空燃比とに基づいてサブフィードバック制御の中間目標値を設定し、下流側排ガスセンサの検出空燃比と前記中間目標値との偏差に基づいて上流側目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を行うシステムを実用化に向けて開発中である。
【０００６】
このシステムを実用化にするに当たって、次のような新たな技術的課題が判明している。すなわち、排ガス浄化に一般的に用いられている三元触媒は、排ガス中のリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ等）とリーン成分（ＮＯｘ、酸素等）とを酸化・還元反応させたり、排ガス中のリッチ成分やリーン成分を触媒に吸着することによって、排ガスを浄化するようにしている。排ガスがリーン又はリッチにかたよった状態が続くと、触媒のリーン又はリッチ成分の吸着量が増加し、やがて、触媒の吸着量が飽和状態となる。このように、触媒が飽和吸着状態になると、サブフィードバック制御により触媒の吸着量を減少させる方向に触媒上流側の空燃比が制御されるが、触媒が飽和吸着状態から吸着量の少ない状態に復帰するまでの期間は、触媒のストレージ状態が不安定であるため、この期間に、通常時と同じ条件で中間目標値を用いた高応答のサブフィードバック制御を実施すると、サブフィードバック制御が不安定となり、オーバーシュートやハンチングが発生する可能性があり、排気エミッションが増加するおそれがある。
【０００７】
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、中間目標値を用いてメイン／サブフィードバック制御を行うシステムにおいて、触媒が飽和吸着状態から復帰する際に、安定したサブフィードバック制御を行うことができ、排ガス浄化性能を確保す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にある。
【０００８】
【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下流側排ガスセンサの過去の検出空燃比と最終的な下流側目標空燃比とに基づいてサブフィードバック制御の中間目標値を設定し、下流側排ガスセンサの検出空燃比と前記中間目標値との偏差に基づいて上流側目標空燃比を補正するサブフィードバック制御を行うものにおいて、触媒が飽和吸着状態から復帰する際に、復帰制御手段によって、前記中間目標値の更新量、更新速度、前記サブフィードバック制御の制御ゲイン、制御周期、制御範囲のうちの少なくとも１つを変更する復帰制御を所定期間実行するようにしたものである。このようにすれば、触媒が飽和吸着状態から復帰する際に、触媒のストレージ状態が不安定であっても、サブフィードバック制御の制御条件を安定性を確保できる範囲内に制限して、安定したサブフィードバック制御を実施することができ、排ガス浄化性能を確保することができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、下流側排ガスセンサの過去の検出空燃比と最終的な下流側目標空燃比との偏差に減衰率を乗算した値と、最終的な下流側目標空燃比とを加算して中間目標値を求め、触媒が飽和吸着状態から復帰する際に、減衰率を変更するようにしても良い。このようにすれば、中間目標値を簡単な演算処理で設定できると共に、触媒が飽和吸着状態から復帰する際のサブフィードバック制御の制御条件の変更を、簡単な演算処理で行うことができる。
【００１０】
また、請求項３のように、下流側排ガスセンサの検出空燃比と中間目標値との偏差に対する比例積分動作で演算した値を所定の制御範囲内に制限することで、上流側目標空燃比の補正量を求め、内燃機関の運転状態又は触媒の状態に関連するパラメータ応じて比例積分動作のゲイン（制御ゲイン）及び／又は制御範囲（上限ガード値と下限ガード値）を変更するようにしても良い。このようにすれば、触媒の動特性の変化を上流側目標空燃比の補正量に応答良く反映させることができると共に、触媒が飽和吸着状態から復帰する際のサブフィードバック制御の制御条件の変更を、簡単な演算処理で行うことができる。
【００１１】
また、排ガスの空燃比がリッチ又はリーンの状態が継続する時間が長くなるほど、触媒の吸着量が増加し、その触媒を吸着量の少ない状態に復帰させるまでの時間が長くなることを考慮して、請求項４のように、復帰制御を実行する期間を触媒が飽和吸着状態となるようなリッチ又はリーンの状態が継続する時間に応じて設定するようにしても良い。このようにすれば、復帰制御を実行する期間を、触媒の実際の吸着量に応じた適正な時間に設定することができ、復帰制御を過不足なく実施することができる。
【００１２】
或は、触媒から流出する排ガスの空燃比が触媒の吸着量によって変化する点に着目して、請求項５のように、復帰制御を終了して通常の制御に戻るタイミングを、触媒から流出する排ガスの空燃比を検出する下流側排ガスセンサの検出空燃比に基づいて判定するようにしても良い。このようにすれば、下流側排ガスセンサで検出した触媒下流側の空燃比に基づいて触媒が吸着量の少ない状態に戻るタイミングを確認しながら、復帰制御を終了して通常の制御に戻ることができ、復帰制御から最適なタイミングで通常の制御に戻ることができる。
【００１３】
また、請求項６のように、燃料カット実行時に触媒が飽和吸着状態になったと判定するようにしても良い。つまり、燃料カット実行時には、吸入空気がそのまま燃焼せずに排気系に流れるため、触媒の内部を流れる排ガス中の酸素濃度（リーン成分濃度）が著しく増加して触媒のリーン成分吸着量が急激に増加し、比較的短時間で触媒が飽和吸着状態となる。従って、燃料カット実行時に触媒が飽和吸着状態となったと判定しても、妥当な判定となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。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が設けられている。
【００１５】
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、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が設けられている。各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍には、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。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられている。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２２の途中には、排ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設置されている。この触媒２３の上流側と下流側には、それぞれ排ガス空燃比又はリッチ／リーンを検出する排ガスセンサ２４，２５が設置されている。本実施形態では、上流側排ガスセンサ２４は、排ガス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（リニアＡ／Ｆセンサ）が用いられ、下流側排ガスセンサ２５は、排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が用いられている。従って、下流側排ガスセンサ２５は、空燃比がリーンの時には０．１Ｖ程度の出力電圧を発生し、空燃比がリッチの時には０．９Ｖ程度の出力電圧を発生する。尚、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水温センサ２６や、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ２７が取り付けられている。
【００１７】
エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８は、ＲＯＭ２９、ＲＡＭ３０、ＣＰＵ３１、バッテリ３２でバックアップされたバックアップＲＡＭ３３、入力ポート３４、出力ポート３５等からなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。入力ポート３４には、回転速度センサ２７の出力信号が入力されると共に、エアフローメータ１４、上流側及び下流側排ガスセンサ２４，２５、水温センサ２６の出力信号が、それぞれＡ／Ｄ変換器３６を介して入力される。また、出力ポート３５には、駆動回路３９を介して燃料噴射弁２０、点火プラグ２１等が接続されている。
【００１８】
ＥＣＵ２８は、ＲＯＭ２９に記憶された燃料噴射制御プログラムや点火制御プログラムをＣＰＵ３１で実行することで、燃料噴射弁２０や点火プラグ２１の動作を制御すると共に、空燃比制御プログラムを実行することで、排ガスの空燃比が目標空燃比となるように空燃比（燃料噴射量）をフィードバック制御する。
【００１９】
以下、本実施形態（１）の空燃比フィードバック制御システムについて図２及び図３に基づいて説明する。ここで、図２はＣＰＵ３１の演算処理機能で実現する空燃比制御手段４０の機能を示すブロック図、図３は空燃比フィードバック制御システム全体の機能を示すブロック図である。
【００２０】
空燃比制御手段４０は、燃料噴射量フィードバック制御部４１と目標空燃比計算部４２とから構成され、目標空燃比計算部４２は、負荷目標空燃比計算部４３と目標空燃比補正部４４とから構成されている。
【００２１】
燃料噴射量フィードバック制御部４１は、上流側排ガスセンサ２４の検出空燃比ＡＦが上流側目標空燃比ＡＦref に収束するように、燃料噴射弁２０の燃料噴射時間Ｔinj を算出する。この燃料噴射時間Ｔinj の算出は、制御対象のモデルの線形方程式に対して構築された最適レギュレータにより行われる。この燃料噴射量フィードバック制御部４１が、特許請求の範囲でいう空燃比フィードバック制御手段に相当する役割を果たす。
【００２２】
一方、負荷目標空燃比計算部４３は、ＲＯＭ２９に記憶された関数式又はマップにより吸入空気量（又は吸気管圧力）とエンジン回転速度に応じた負荷目標空燃比ＡＦbaseを算出する。この負荷目標空燃比ＡＦbaseを算出するための関数式又はマップは、下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out（検出空燃比）が定常的にほぼ最終目標値Ｏ2targ （最終的な下流側目標空燃比）と等しいときに、上流側目標空燃比ＡＦref を負荷目標空燃比ＡＦbaseに維持すれば、下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2outが最終目標値Ｏ2targ 付近に維持されるように予め試験等によって設定されている。
【００２３】
また、目標空燃比補正部４４は、下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2outに基づいて、後述する中間目標値Ｏ2midtargを用いて上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcompを算出する。そして、この補正量ＡＦcompを負荷目標空燃比ＡＦbaseに加算することにより、上流側目標空燃比ＡＦref を求め、この上流側目標空燃比ＡＦref を燃料噴射量フィードバック制御部４１に入力する。
ＡＦref ＝ＡＦbase＋ＡＦcomp
尚、上式に代えて、次式により上流側目標空燃比ＡＦref を算出しても良い。
ＡＦref ＝（１＋ＡＦcomp）×ＡＦbase
【００２４】
この場合、目標空燃比計算部４２（負荷目標空燃比計算部４３と目標空燃比補正部４４）が、特許請求の範囲でいうサブフィードバック制御手段に相当する役割を果たす。
【００２５】
次に、目標空燃比補正部４４で中間目標値Ｏ2midtargを設定して上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcompを算出する方法を図３に基づいて説明する。
【００２６】
制御対象を燃料噴射量フィードバック制御部４１、燃料噴射弁２０、エンジン１１、触媒２３、下流側排ガスセンサ２５等からなる系とする。目標空燃比補正部４４は、時間遅れ要素（１／ｚ）４５、中間目標値計算部４６、減衰率設定部４７及び補正量計算部４８から構成され、時間遅れ要素４５は、前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) を中間目標値計算部４６に入力する。
【００２７】
一方、中間目標値計算部４６は、特許請求の範囲でいう中間目標値設定手段に相当する役割を果たし、前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) と最終目標値Ｏ2targ(i)（最終的な下流側目標空燃比）とに基づいて中間目標値Ｏ2midtarg(i) を下記の（１）式を用いて計算する。これにより、前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) と最終目標値Ｏ2targ(i)との間に中間目標値Ｏ2midtarg(i) が設定される。
Ｏ2midtarg(i) ＝Ｏ2targ(i)＋Ｋdec ×｛Ｏ2out(i-1) −Ｏ2targ(i)｝……（１）
【００２８】
上式において、Ｏ2targ(i)は今回の最終目標値、Ｏ2out(i-1) は前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力である。また、Ｋdec は減衰率であり、制御条件設定部４７で、０＜Ｋdec ＜１の範囲内で設定される。この減衰率Ｋdec は、触媒２３が飽和吸着状態から復帰する際の復帰制御と、通常制御とで切り換えられる。復帰制御時の減衰率Ｋdec は、通常制御時の減衰率Ｋdec よりも大きい値に設定され、復帰制御時の中間目標値の更新量が通常制御の場合よりも小さくなるように設定されている。各制御モードでの減衰率Ｋdec は、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、エンジン運転状態、触媒２３の状態、下流側排ガスセンサ２５の出力特性等に応じてマップ又は数式により設定するようにしても良い。
【００２９】
以上のようにして、制御条件設定部４７で設定した減衰率Ｋdec を用いて、中間目標値計算部４６で中間目標値Ｏ2midtarg(i) を計算した後、この中間目標値Ｏ2midtarg(i) を用いて次式により上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcomp(i) を算出する。
0004314551.tif 000002
但し、ΔＯ2(i)＝Ｏ2midtarg(i) −Ｏ2out(i)
【００３０】
上式において、Ｆsat は図４に示すような特性の飽和関数であり、補正量ＡＦcomp(i) は、Ｋ1 ×ΔＯ2(i)＋Ｋ2 ×Σ（ΔＯ2(i)）の演算値を所定の制御範囲（上限ガード値と下限ガード値）でガード処理して求められる。上式において、Ｋ1 は比例ゲイン、Ｋ2 は積分ゲインである。Ｋ1 ×ΔＯ2(i)は比例項であり、中間目標値Ｏ2midtarg(i) と下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i) との偏差ΔＯ2(i)が大きくなるほど、大きくなる。また、Ｋ2 ×ΣΔＯ2(i)は積分項であり、中間目標値Ｏ2midtarg(i) と下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i) との偏差ΔＯ2(i)の積算値が大きくなるほど、大きくなる。補正量ＡＦcomp(i) は、比例項と積分項を加算して求めた値を所定の制御範囲（上限ガード値と下限ガード値）でガード処理して求められる。
【００３１】
本実施形態では、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 と制御範囲（上限ガード値と下限ガード値）は、制御条件設定部４７によって、前述した減衰率Ｋdec と同じく、触媒２３が飽和吸着状態から復帰する際の復帰制御と、通常制御とで切り換えられる。復帰制御時の比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 は、通常制御の場合よりも小さい値に設定され、また、復帰制御時の制御範囲（上限ガード値と下限ガード値）の幅は、通常制御の場合よりも狭くなるように設定されている。各制御モードでの比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 と制御範囲（上限ガード値と下限ガード値）は、演算処理の簡略化のために固定値としても良いが、エンジン運転状態、触媒２３の状態、下流側排ガスセンサ２５の出力特性等に応じてマップ又は数式により設定するようにしても良い。尚、制御条件設定部４７は、特許請求の範囲でいう復帰制御手段に相当する役割を果たす。
【００３２】
以上説明した目標空燃比補正部４４による補正量ＡＦcomp(i) の算出は、図５乃至図８の各プログラムに従って実行される。以下、各プログラムの処理内容を説明する。
【００３３】
図５のサブフィードバック制御プログラムは、所定時間毎又は所定クランク角毎に実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１００で、エンジン１１に供給する混合気の空燃比がリッチ域（例えばλ＜０．９８）であるか否かを判定し、リッチ域であれば、ステップ１０１に進み、リッチ域にとどまる時間をカウントするリッチ時間カウンタＣrichを例えば２カウントアップし、リッチ域でなければ、ステップ１０２に進み、リッチ時間カウンタＣrichを０にリセットする。このリッチ時間カウンタＣrichの値は、触媒２３のリッチ成分吸着量（リッチ側の飽和吸着度合）を推定する情報となる。例えば、パワー増量実行中は、λ＜０．９８となるため、リッチ時間カウンタＣrichが所定周期で２ずつカウントアップされ続ける。
【００３４】
その後、ステップ１０３に進み、エンジン１１に供給する混合気の空燃比がリーン域（例えばλ＞１．０２）であるか否かを判定し、リーン域であれば、ステップ１０４に進み、リーン域にとどまる時間をカウントするリーン時間カウンタＣleanを例えば２カウントアップし、リーン域でなければ、ステップ１０５に進み、リーン時間カウンタＣleanを０にリセットする。このリーン時間カウンタＣleanの値は、触媒２３のリーン成分吸着量（リーン側の飽和吸着度合）を推定する情報となる。例えば、燃料カット実行中は、λ＞１．０２となるため、リーン時間カウンタＣleanが所定周期で２ずつカウントアップされ続ける。
【００３５】
その後、ステップ１０６に進み、サブフィードバック制御実行中であるか否かを判定し、サブフィードバック制御実行中でなければ、そのまま本プログラムを終了するが、サブフィードバック制御実行中であれば、ステップ１０７に進み、図６のサブフィードバック条件設定プログラムを実行して、次のようにしてサブフィードバック制御の制御条件を設定する。
【００３６】
図６のサブフィードバック条件設定プログラムが起動されると、まずステップ１１１で、下流側排ガスセンサ２５の出力が例えば０．７５Ｖ以上であるか否かで、触媒２３から流出する排ガスの空燃比が所定以上のリッチであるか否かを判定し、所定以上のリッチでなければ、触媒２３がリッチ側の飽和吸着状態でないと判断して、ステップ１１２に進み、リッチ時間カウンタＣrichを０にリセットして、次のステップ１１３に進む。また、下流側排ガスセンサ２５の出力が０．７５Ｖ以下の場合もステップ１１３に進む。
【００３７】
このステップ１１３では、リッチ時間カウンタＣrichの値が０よりも大きいか否かを判定し、このリッチ時間カウンタＣrichの値が０よりも大きい場合は、触媒２３のリッチ側の飽和吸着状態から復帰させるための復帰制御を実行する。この復帰制御中は、ステップ１１４で、リッチ時間カウンタＣrichを１ずつデクリメントしてステップ１１５に進み、減衰率Ｋdec をリッチ側の復帰制御時の減衰率Ｋdecrich に設定する。
【００３８】
更に、次のステップ１１６で、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 をリッチ側の復帰制御時の比例・積分ゲインＫ1rich ，Ｋ2rich に設定すると共に、次のステップ１１７で、上限ガード値と下限ガード値をリッチ側の復帰制御時の上限ガード値Ｋuprichと下限ガード値Ｋudrichに設定する。この後、ステップ１２９に進み、後述する図８の補正量算出プログラムを実行して、上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcomp(i) を算出する。
【００３９】
一方、前記ステップ１１３で、リッチ時間カウンタＣrichの値が０と判定された場合は、ステップ１１９に進み、下流側排ガスセンサ２５の出力が例えば０．２Ｖ以下であるか否かで、触媒２３から流出する排ガスの空燃比が所定以上のリーンであるか否かを判定し、所定以上のリーンでなければ、触媒２３がリーン側の飽和吸着状態でないと判断して、ステップ１２０に進み、リーン時間カウンタＣleanを０にリセットして、次のステップ１２１に進む。また、下流側排ガスセンサ２５の出力が０．２Ｖ以上の場合もステップ１２１に進む。
【００４０】
このステップ１２１では、リーン時間カウンタＣleanの値が０よりも大きいか否かを判定し、このリーン時間カウンタＣleanの値が０よりも大きい場合は、触媒２３のリーン側の飽和吸着状態から復帰させるための復帰制御を実行する。この復帰制御中は、ステップ１２２で、リーン時間カウンタＣleanを１ずつデクリメントしてステップ１２３に進み、減衰率Ｋdec をリーン側の復帰制御時の減衰率Ｋdeclean に設定する。
【００４１】
更に、次のステップ１２４で、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 をリーン側の復帰制御時の比例・積分ゲインＫ1lean ，Ｋ2lean に設定すると共に、次のステップ１２５で、上限ガード値と下限ガード値をリーン側の復帰制御時の上限ガード値Ｋupleanと下限ガード値Ｋudleanに設定する。この後、ステップ１２９に進み、後述する図８の補正量算出プログラムを実行して、上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcomp(i) を算出する。
【００４２】
一方、前記ステップ１２１で、リーン時間カウンタＣleanの値が０と判定された場合は、触媒２３が飽和吸着状態でないと判断して、通常制御を実行する。この通常制御中は、図７のステップ１２６で、減衰率Ｋdec を通常制御時の減衰率Ｋdecnomalに設定する。
【００４３】
更に、次のステップ１２７で、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 を通常制御時の比例・積分ゲインＫ1nomal，Ｋ2nomalに設定すると共に、次のステップ１２８で、上限ガード値と下限ガード値を、通常制御時の上限ガード値Ｋupnomal と下限ガード値Ｋudnomal に設定する。この後、ステップ１２９に進み、以下に説明する図８の補正量算出プログラムを実行して、上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcomp(i) を算出する。
【００４４】
図８の補正量算出プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、現在の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i) を読み込み、次のステップ２０２で、上述した図６及び図７のサブフィードバック条件設定プログラムで設定された減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値を読み込む。
【００４５】
この後、ステップ２０３に進み、減衰率Ｋdec を用いて、前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) と最終目標値Ｏ2targ(i)（最終的な下流側目標空燃比）とに基づいて中間目標値Ｏ2midtarg(i) を前記（１）式を用いて算出する。これにより、前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) と最終目標値Ｏ2targ(i)との間に中間目標値Ｏ2midtarg(i) が設定される。
【００４６】
この後、ステップ２０４に進み、中間目標値Ｏ2midtarg(i) と下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i) との偏差ΔＯ2(i)を算出する。
ΔＯ2(i)＝Ｏ2midtarg(i) −Ｏ2out(i)
【００４７】
そして、次のステップ２０５で、前回までの偏差ΔＯ2 の積算値ΣΔＯ2(i-1)に今回の偏差ΔＯ2(i)を積算して、今回までの偏差ΔＯ2 の積算値ΣΔＯ2(i)を求める。
ΣΔＯ2(i)＝ΣΔＯ2(i-1)＋ΔＯ2(i)
【００４８】
この後、ステップ２０６に進み、上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcomp(i) を次式により算出する。
ＡＦcomp(i) ＝Ｆsat （Ｋ1 ×ΔＯ2(i)＋Ｋ2 ×ΣΔＯ2(i)）
これにより、上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcomp(i) は比例項（Ｋ1 ×ΔＯ2(i)）と積分項（Ｋ2 ×ΣΔＯ2(i)）を加算して求めた値を上限ガード値と下限ガード値でガード処理して求められる。
【００４９】
そして、次のステップ２０７で、今回のΔＯ2(i)とΣΔＯ2(i)をそれぞれ前回のΔＯ2(i-1)とΣΔＯ2(i-1)として記憶して本プログラムを終了する。
【００５０】
エンジン運転中は、吸入空気量（又は吸気管圧力）とエンジン回転速度に応じた負荷目標空燃比ＡＦbaseを算出し、上記図８の補正量算出プログラムで算出した補正量ＡＦcompを負荷目標空燃比ＡＦbaseに加算することで、上流側目標空燃比ＡＦref を求め、上流側排ガスセンサ２４の検出空燃比ＡＦが上流側目標空燃比ＡＦref に収束するように燃料噴射時間Ｔinj （燃料噴射量）を算出する。
【００５１】
以上説明した本実施形態のメイン／サブフィードバック制御の実行例を図９及び図１０のタイムチャートを用いて説明する。
図９は、燃料カット復帰後の制御例を示している。燃料カット実行中は、サブフィードバック実行条件が不成立となり、減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値の算出が停止される。燃料カットが実行されると、触媒２３のリーン成分吸着量が飽和状態となるため、燃料カット復帰直後に、触媒２３をリーン側の飽和吸着状態から復帰させるための復帰制御が実行される。このリーン側の復帰制御では、減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値をそれぞれリーン側の復帰制御時の値に設定する。これにより、中間目標値の更新量を通常制御の場合よりも小さくすると共に、サブフィードバック制御による上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcompを通常制御の場合よりも小さくする設定する。この復帰制御中は、減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値を、復帰制御の経過時間に応じて（つまり触媒２３の回復度合に応じて）、徐々に通常制御時の値に近付けていく。
【００５２】
このようにすれば、燃料カット復帰後に、触媒２３がリーン側の飽和吸着状態から吸着量の少ない状態に復帰する際に、触媒２３のストレージ状態が不安定であっても、サブフィードバック制御の制御条件を安定性を確保できる範囲内に制限して、安定したサブフィードバック制御を実施することができ、燃料カット復帰後の排ガス浄化性能を確保することができる。
【００５３】
この復帰制御の実行時間は、リーン時間カウンタＣleanでカウントした燃料カット実行時間に応じて設定され、この設定時間の経過後に復帰制御を終了して通常制御に移行する。また、この設定時間の経過前であっても、下流側排ガスセンサ２５の出力が例えば０．２Ｖ以上になった時点で、触媒２３がリーン成分吸着量の少ない状態に復帰したと判断して、復帰制御を終了して通常制御に戻る。
【００５４】
この通常制御では、減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値をそれぞれ通常制御時の値に切り換えて、中間目標値の更新量を復帰制御の場合よりも大きくすると共に、サブフィードバック制御による上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcompを復帰制御の場合よりも大きくする。これにより、通常制御時には、触媒２３の動特性の変化に応答良く追従した高応答のサブフィードバック制御を実行して、排ガス浄化性能を最大限に高める。
【００５５】
一方、図１０は、パワー増量復帰後の制御例を示している。パワー増量実行中は、サブフィードバック実行条件が不成立となり、減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値の算出が停止される。パワー増量が実行されると、触媒２３のリッチ成分吸着量が飽和状態となるため、パワー増量復帰直後に、触媒２３をリッチ側の飽和吸着状態から復帰させるための復帰制御が実行される。このリッチ側の復帰制御では、減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、上限ガード値及び下限ガード値をそれぞれリッチ側の復帰制御時の値に設定する。これにより、中間目標値の更新量を通常制御の場合よりも小さくすると共に、サブフィードバック制御による上流側目標空燃比ＡＦref の補正量ＡＦcompを通常制御の場合よりも小さくする。
【００５６】
このようにすれば、パワー増量復帰後に、触媒２３がリッチ側の飽和吸着状態から復帰する際に、触媒２３のストレージ状態が不安定であっても、サブフィードバック制御の制御条件を安定性を確保できる範囲内に制限して、安定したサブフィードバック制御を実施することができ、パワー増量復帰後の排ガス浄化性能を確保することができる。
【００５７】
復帰制御の実行時間は、リッチ時間カウンタＣrichでカウントしたパワー増量実行時間に応じて設定され、この設定時間の経過後に復帰制御を終了して通常制御に移行する。また、この設定時間の経過前であっても、下流側排ガスセンサ２５の出力が例えば０．７５Ｖ以下になった時点で、触媒２３がリッチ成分吸着量の少ない状態に復帰したと判断して、復帰制御を終了して通常制御に戻る。
【００５８】
尚、上記実施形態では、リーン側とリッチ側の復帰制御の制御条件を、触媒２３の特性や下流側排ガスセンサ２５の出力特性等に応じて異なる条件に設定するようにしているが、演算処理の簡略化のために、リーン側とリッチ側の復帰制御の制御条件を同一の条件に設定しても良い。
【００５９】
また、上記実施形態では、復帰制御時に減衰率Ｋdec 、比例・積分ゲインＫ1 ，Ｋ2 、制御範囲（上限ガード値及び下限ガード値）を全て復帰制御時の値に変更するようにしたが、これらの中の一部のみを変更するようにしても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、復帰制御と通常制御とで、減衰率Ｋdec を変更することで、中間目標値Ｏ2midtarg(i) の更新量を変更するようにしたが、これ以外の方法で中間目標値Ｏ2midtarg(i) の更新量を変更するようにしても良い。
或は、復帰制御と通常制御とで、中間目標値Ｏ2midtarg(i) の更新周期（更新速度）を変更するようにしても良い。
【００６１】
また、中間目標値Ｏ2midtarg(i) を、前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) と最終目標値Ｏ2targ(i)とをパラメータとする二次元マップにより算出するようにしても良い。この場合は、復帰制御用の中間目標値算出マップと通常制御用の中間目標値算出マップを実験又はシミュレーション等で設定すれば良い。
【００６２】
また、復帰制御と通常制御とで、サブフィードバック制御の制御周期（補正量ＡＦcomp(i) の演算周期）を変更するようにしても良い。
また、上記実施形態では、下流側排ガスセンサ２５の出力電圧が例えば０．７５Ｖ以上又は０．２Ｖ以下になったか否かで触媒２３が飽和吸着状態になったか否かを判定するようにしたが、燃料カット実行時に触媒２３が飽和吸着状態になったと判定するようにしても良い。或は、下流側排ガスセンサ２５の出力電圧が所定のリッチ電圧以上又は所定のリーン電圧以下の状態が所定時間以上継続したか否かで触媒２３が飽和吸着状態になったか否かを判定するようにしても良い。
【００６３】
また、上記実施形態では、中間目標値Ｏ2midtarg(i) を算出する際に前回演算時の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-1) を用いたが、所定演算回数前の下流側排ガスセンサ２５の出力Ｏ2out(i-n) を用いても良い。
【００６４】
また、下流側排ガスセンサ２５は、酸素センサに代えて、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）を用いても良く、また、上流側排ガスセンサ２４は、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）に代えて酸素センサを用いても良い。
【００６５】
その他、本発明は、中間目標値Ｏ2midtarg(i) の算出式や補正量ＡＦcomp(i) の算出式を適宜変更しても良い等、本発明は種々変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】ＥＣＵのＣＰＵの演算処理機能で実現する空燃比制御手段の機能を示すブロック図
【図３】空燃比フィードバック制御システム全体の機能を示す機能ブロック図
【図４】補正量ＡＦcomp(i) を算出する飽和関数を説明する図
【図５】サブフィードバック制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】サブフィードバック条件設定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７】サブフィードバック条件設定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８】補正量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】燃料カット復帰後の制御例を示すタイムチャート
【図１０】パワー増量復帰後の制御例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、２０…燃料噴射弁、２２…排気管、２３…触媒、２４…上流側排ガスセンサ、２５…下流側排ガスセンサ、２８…ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段，サブフィードバック制御手段，中間目標値設定手段）、３１…ＣＰＵ、４０…空燃比制御手段、４１…燃料噴射量フィードバック制御部（空燃比フィードバック制御手段）、４２…目標空燃比計算部（サブフィードバック制御手段）、４３…負荷目標空燃比計算部、４４…目標空燃比補正部、４５…時間遅れ要素（１／ｚ）、４６…中間目標値計算部（中間目標値設定手段）、４７…制御条件設定部（復帰制御手段）、４７…補正量計算部。
【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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