JP2004251123A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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Naoto Kato
直人 加藤
Toshinari Nagai
俊成 永井
Yasuhiro Oi
康広 大井
Daisuke Kobayashi
大介 小林
Shuntaro Okazaki
俊太郎 岡崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform feedback control of an air-fuel ratio at least based on a time integral value calculated from deviation of a catalyst upstream air-fuel ratio sensor output value from a target value, so as not to unnecessarily and excessively correct the air-fuel ratio. <P>SOLUTION: An exhaust emission control device calculates feedback controlled variables DFi for correcting a corrected reference fuel injection amount Fbase to perform the air-fuel ratio feedback control, based on an expression DFi=Gp×DFc+Gi×(OSAall-(Cmaxall/2)). Deviation DFc of a fuel supply amount in a cylinder is controlled to become zero by a proportional Gp×DFc, balance of deviation of an air-fuel ratio abyfs that flows into a first catalyst 53 from a stoichiometric air-fuel ratio is controlled to become zero and an oxygen occlusion amount OSAall of the first catalyst 53 is controlled to become a target oxygen occlusion amount (half of maximum oxygen occlusion amount Cmaxall), by an integral term Gi×(OSAall-(Cmaxall/2))limited within a predetermined range value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に配設された触媒の上流側に空燃比センサを備え、同空燃比センサの出力値に基づいて同触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排ガスを浄化するための三元触媒（本明細書においては、単に「触媒」と云うこともある。）が、同機関の排気通路に配設されている。この三元触媒は、酸素を吸蔵するＯ２ストレージ機能（以下、この機能を「酸素吸蔵機能」と称呼し、触媒内に吸蔵されている酸素量を「酸素吸蔵量」と称呼する。）を有していて、流入する排ガスの空燃比がリッチである場合には吸蔵している酸素によりＨＣ，ＣＯ等の未燃成分を酸化するとともに、流入するガスの空燃比がリーンである場合には窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して同ＮＯｘから奪った酸素を内部に吸蔵する。換言すれば、三元触媒に流入する排ガスの空燃比がリッチである場合には同三元触媒の酸素吸蔵量が減少するとともに三元触媒に流入する排ガスの空燃比がリーンである場合には同三元触媒の酸素吸蔵量が増加する。これにより、三元触媒は、機関の空燃比が理論空燃比から偏移した場合でも、未燃成分や窒素酸化物等の有害成分を浄化することができる。
【０００３】
ところで、内燃機関の運転状態は時々刻々変化するから、機関の空燃比はリッチとなったり、リーンとなったりする。一方、触媒の酸素吸蔵量は、「０」から吸蔵し得る最大の酸素量（以下、「最大酸素吸蔵量」と称呼する。）の間で変化する。従って、仮に、触媒内の酸素吸蔵量が「０」近傍であるときに機関の空燃比がリッチとなると、触媒内で未燃成分を十分に酸化することができず同触媒から未燃成分が流出してしまう。反対に、触媒内の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量近傍であるときに機関の空燃比がリーンとなると、触媒内で窒素酸化物を十分に還元することができず同触媒から窒素酸化物が流出してしまう。以上のことから、未燃成分や窒素酸化物を効率よく浄化するため触媒内の酸素吸蔵量が所定の量（例えば、最大酸素吸蔵量の略半分の量）になるように機関の空燃比（従って、触媒に流入する排ガスの空燃比）が制御されることが好ましい。
【０００４】
このため、例えば、特許文献１に開示された内燃機関の排気浄化装置（空燃比制御装置）は、内燃機関の排気通路に配設された触媒よりも上流側に空燃比センサを介装していて、空燃比センサの出力値と理論空燃比に相当する所定の目標値との偏差（実際には、筒内吸入空気量を空燃比センサ出力値に相当する検出空燃比で除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量を所定の目標値に相当する目標空燃比（従って、理論空燃比）で除した値である目標筒内燃料供給量との偏差）、及び同偏差の時間積分値に基づいて（同偏差を比例・積分処理（ＰＩ処理）して）フィードバック制御量を算出し、同フィードバック制御量に基づいて燃料噴射量を補正することで、前記偏差がゼロになるように機関の空燃比をフィードバック制御するようになっている。
【０００５】
これによれば、前記偏差の時間積分値（前記積分処理（Ｉ処理））に基づくフィードバック制御量の値は、触媒に流入する排ガスの空燃比がリッチとなる前記偏差が発生している間は同偏差を時間積分していくことで同空燃比がリーン側に補正される方向に更新されていき、同触媒に流入する排ガスの空燃比がリーンとなる前記偏差が発生している間は同偏差を時間積分していくことで同空燃比がリッチ側に補正される方向に更新されていく。従って、内燃機関が前記偏差がゼロとなり得る定常運転状態から燃料の過不足（即ち、空気の過不足）が発生し易い（従って、前記偏差が発生し易い）過渡運転状態に一旦移行した後、再び定常運転状態に復帰するまでの期間における触媒に流入する排ガスの空燃比の平均値は目標空燃比（従って、理論空燃比）になることが保障され得る。換言すれば、前記偏差の時間積分値に基づく空燃比フィードバック制御により、触媒に流入する排ガスの空燃比は前記偏差の収支がゼロになるように制御される。従って、上記期間の前後において触媒の酸素吸蔵量は変化することなく、この結果、触媒の酸素吸蔵量が前記所定の量近傍に維持され得る。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２８０６４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記開示された装置においては、例えば、急加速運転時等、内燃機関が過渡運転状態にあって触媒に流入する空燃比が或る程度の期間に渡って理論空燃比から相当程度偏移する過度のリーン空燃比になった場合、同空燃比が理論空燃比に復帰した時点における前記偏差の時間積分値に基づくフィードバック制御量の値は、同空燃比をリッチ側に大きく補正する値に更新されている。従って、この場合、触媒に流入する排ガスの空燃比は前記過度のリーン空燃比から理論空燃比に復帰した後、過度なリッチ空燃比に不必要に補正されることになり、この結果、触媒の酸素吸蔵量が「０」となって触媒からの未燃ＨＣ，ＣＯ等の有害成分（エミッション）の排出量が増大し、また、燃料噴射量の過度の変動に基づく機関出力の変動によりドライバビリティが悪化するという問題がある。
【０００８】
従って、本発明の目的は、内燃機関の排気通路に配設された触媒の上流側の空燃比センサの出力値の目標値からの偏差に基づく値の時間積分値に少なくとも基づいて触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する内燃機関の排気浄化装置において、同空燃比を不必要に過補正することがないものを提供することにある。
【０００９】
【本発明の概要】
本発明の特徴は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された空燃比センサと、少なくとも前記空燃比センサの出力値と所定の目標値との偏差に基づく値の時間積分値に基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、前記フィードバック制御量に基づいて（前記偏差に基づく値がゼロになるように）前記触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記フィードバック制御量算出手段が、前記偏差に基づく値の時間積分値が所定の範囲を超える場合、同偏差に基づく値の時間積分値の代わりに同所定の範囲内の値に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されたことにある。
【００１０】
ここにおいて、前記所定の目標値は理論空燃比に相当する値に設定されることが好適である。また、「空燃比センサの出力値と所定の目標値との偏差に基づく値」は、例えば、空燃比センサの出力値と所定の目標値との偏差、空燃比センサの出力値に相当する検出空燃比（実空燃比）と所定の目標値に相当する目標空燃比との偏差、筒内吸入空気量を空燃比センサの出力値に相当する検出空燃比で除した値である実際の筒内燃料供給量と同筒内吸入空気量を所定の目標値に相当する目標空燃比で除した値である目標筒内燃料供給量との偏差であって、これらに限定されない。
【００１１】
また、前記フィードバック制御量に基づいて（前記偏差に基づく値がゼロになるように）前記触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段は、例えば、機関に供給される混合気の空燃比を制御する手段であってもよく、或いは、同機関に供給される混合気の空燃比の制御に加え、又は同制御とは独立して、触媒上流の排気通路に備えられたノズル等から酸化剤（空気等）又は還元剤（未燃ＨＣ等）を所定量供給することで触媒に流入するガスの空燃比を制御する手段であってもよい。なお、機関に供給される混合気の空燃比を制御すれば、触媒に流入するガスの空燃比を制御することができる。
【００１２】
これによれば、前記偏差に基づく値の時間積分値に基づく空燃比フィードバック制御により、先に述べたように、触媒に流入するガスの空燃比が前記偏差に基づく値の収支がゼロになるように制御される。従って、内燃機関が前記偏差に基づく値がゼロとなり得る定常運転状態になる毎に触媒の酸素吸蔵量が所定の量（例えば、最大酸素吸蔵量の半分の量）近傍に維持され得るから、未燃成分や窒素酸化物を効率よく浄化することができる。
【００１３】
更には、上記排気浄化装置によれば、前記偏差に基づく値の時間積分値が所定の範囲を超える場合、同偏差に基づく値の時間積分値の代わりに同所定の範囲内の値に基づいてフィードバック制御量が算出される。換言すれば、前記偏差に基づく値の時間積分値において前記所定の範囲を超える分の値は前記フィードバック制御量として反映されないように構成されている。
【００１４】
従って、例えば、触媒に流入するガスの空燃比が或る程度の期間に渡って理論空燃比から相当程度偏移する過度のリーン空燃比又はリッチ空燃比のいずれか一方の空燃比となることで前記偏差に基づく値の時間積分値が、同空燃比をいずれか他方の空燃比側に補正する方向の値であって前記所定の範囲を超える値となる場合、同偏差に基づく値の時間積分値の代わりに同所定の範囲内の値（例えば、同所定の範囲の上限値又は下限値のいずれか一方の値）に基づいてフィードバック制御量が決定されていく。よって、前記所定の範囲を適切な範囲に設定することにより、触媒に流入する空燃比は前記過度のいずれか一方の空燃比から理論空燃比に復帰した後に過度ないずれか他方の空燃比に不必要に補正されることがなく、この結果、触媒からのエミッションの排出量を少なくし、また、燃料噴射量の変動に基づくドライバビリティの悪化の程度を少なくすることができる。
【００１５】
この場合、前記排気浄化装置は、少なくとも前記偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記触媒が吸蔵している酸素量である酸素吸蔵量を推定する酸素吸蔵量推定手段を備え、前記フィードバック制御量算出手段は、前記偏差に基づく値の時間積分値に基づく値としての前記推定された酸素吸蔵量に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されることが好適である。
【００１６】
前記空燃比センサの出力値と所定の目標値との偏差に基づく値は筒内に供給される燃料の過不足量（従って、触媒に流入するガス中の空気（酸素）の過不足量）に相当する値である。従って、前記偏差に基づく値の時間積分値は触媒に流入するガス中の酸素の過不足量の時間積分値に相当する値である。一方、触媒の酸素吸蔵量の変化量は同触媒に流入するガス中の酸素の過不足量に相当する値となるから触媒の酸素吸蔵量は同触媒に流入するガス中の酸素の過不足量の時間積分値に相当する値となる。以上のことから、触媒の酸素吸蔵量は前記偏差に基づく値の時間積分値に基づいて計算され得る値となる。
【００１７】
従って、上記のように、前記偏差に基づく値の時間積分値に基づく値としての前記酸素吸蔵量推定手段により推定された酸素吸蔵量に基づいて空燃比フィードバック制御を実行しても、前記偏差に基づく値の時間積分値に基づく空燃比フィードバック制御の場合と同様、触媒に流入する空燃比が前記偏差に基づく値の収支がゼロになるように制御され得る。従って、内燃機関が前記偏差がゼロとなり得る定常運転状態になる毎に触媒の酸素吸蔵量が前記所定の量（例えば、最大酸素吸蔵量の半分の量）近傍に維持され得ることになる。
【００１８】
更には、触媒の酸素吸蔵量は「０」から最大酸素吸蔵量の間で変化する。従って、前記酸素吸蔵量推定手段は「０」から最大酸素吸蔵量の間で変化する値となるように触媒の酸素吸蔵量を推定するから、このように推定される酸素吸蔵量に基づくフィードバック制御量は、「０」から最大酸素吸蔵量の間の幅を有する所定の範囲内の値に基づいて算出され得ることになる。この結果、前記所定の範囲を「０」から最大酸素吸蔵量の間の幅を有する所定の範囲に設定することと同等の効果が得られることになり、触媒に流入するガスの空燃比が前記所定の目標値に相当する目標空燃比から大きく偏移することで前記偏差に基づく値の時間積分値が触媒の酸素吸蔵量が「０」から最大酸素吸蔵量の範囲外の量になることに相当する値になる場合であっても、上記と同様、その後において同空燃比が過度に不必要に補正されることがなくなる。
【００１９】
なお、前記酸素吸蔵量推定手段は、「０」以上の所定の下限値から最大酸素吸蔵量以下の所定の上限値の間で変化する値となるように触媒の酸素吸蔵量を推定してもよい。この場合、前記所定の範囲を前記所定の下限値から前記所定の上限値の間の幅を有する所定の範囲に設定することと同等の効果が得られることになる。
【００２０】
前記フィードバック制御量算出手段が前記推定された酸素吸蔵量に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されている場合、同フィードバック制御量算出手段は、所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差に基づいて（同偏差がゼロになるように）前記フィードバック制御量を算出するように構成されることが更に好適である。この場合、前記所定の目標酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量の略半分の量であることが好ましい。
【００２１】
これによれば、内燃機関が定常運転状態になる毎に触媒の酸素吸蔵量が確実に目標酸素吸蔵量に維持され得るようになる。また、所定の目標酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量の半分の量に設定した場合、所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差は、−「最大酸素吸蔵量の半分の値」から「最大酸素吸蔵量の半分の値」の間で変化する値となる。従って、かかる偏差に基づいて算出されるフィードバック制御量における触媒に流入するガスの空燃比をリッチ側に補正する方向の値の最大値と同空燃比をリーン側に補正する方向の値の最大値とが等しくなる。この結果、触媒に流入するガスの空燃比がリッチ方向に過度に補正されることが防止される程度と同空燃比がリーン方向に過度に補正されることが防止される程度とを等しくすることができる。
【００２２】
また、前記フィードバック制御量算出手段が前記推定された酸素吸蔵量に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されている場合、前記酸素吸蔵量推定手段は、前記触媒内における酸素吸蔵反応の速度を考慮して構築された触媒モデルに基づいて前記酸素吸蔵量を推定するように構成されることが好適である。
【００２３】
触媒に流入するガス中の酸素の過不足量が同一であっても、触媒の酸素吸蔵量の変化量は触媒の酸素吸蔵（放出）反応の速度に応じて異なる。従って、触媒の酸素吸蔵量を正確に推定するためには触媒内における酸素吸蔵反応の速度を考慮する必要がある。従って、上記のように構成すれば、前記触媒内における酸素吸蔵反応の速度を考慮して構築された触媒モデルに基づいて前記酸素吸蔵量が推定されるから、より一層正確に触媒の酸素吸蔵量を推定することができ、この結果、より正確に触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御することができる。
【００２４】
また、前記フィードバック制御量算出手段が前記所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されている場合であって、前記排気浄化装置が前記内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比に相当する前記所定の目標値を設定（変更）する目標値設定手段を備える場合、前記フィードバック制御量算出手段は、更に前記空燃比センサの出力値と前記所定の目標値との偏差に基づく値に基づいて（同偏差がゼロになるように）前記フィードバック制御量を算出するように構成されているとともに、前記所定の目標値が理論空燃比と異なる空燃比に相当する値に設定されている場合、前記所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差の代わりに前記空燃比センサの出力値と同所定の目標値との偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されることが好適である。
【００２５】
即ち、この場合、前記フィードバック制御量算出手段は、前記所定の目標値が理論空燃比に相当する値に設定されている場合、前記空燃比センサの出力値と前記所定の目標値との偏差に基づく値、及び前記所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差に基づいて前記フィードバック制御量を算出するとともに、前記所定の目標値が理論空燃比と異なる空燃比に相当する値に設定されている場合、前記空燃比センサの出力値と前記所定の目標値との偏差に基づく値、及び同偏差に基づく値の時間積分値に基づいて（前記開示した従来の装置と同様に、同偏差に基づく値を比例・積分処理（ＰＩ処理）して）フィードバック制御量を算出するように構成される。
【００２６】
所定の目標値に相当する目標空燃比が理論空燃比と異なる空燃比となっている場合、内燃機関が定常運転状態にあって触媒に流入するガスの空燃比が目標空燃比に収束していても、触媒に流入するガス中には酸素の過不足量が発生しているから触媒の酸素吸蔵量は変化し、その結果、触媒の酸素吸蔵量は目標酸素吸蔵量に収束し得ない。換言すれば、触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させる制御と触媒の酸素吸蔵量を目標酸素吸蔵量に収束させる制御とを同時に行うと互いの制御目標が相違し、両制御が互いに干渉することになるから良好な空燃比フィードバック制御を行うことができない。これに対し、上記のように構成すれば、所定の目標値に相当する目標空燃比が理論空燃比と異なる空燃比となっている場合、前記偏差に基づく値を比例・積分処理（ＰＩ処理）してフィードバック制御量が算出されるように構成されるから、制御目標が前記偏差に基づく値をゼロに収束させること（従って、触媒に流入するガスの空燃比を目標空燃比に収束させること）のみとなって前述した制御の干渉の発生を回避することができる。
【００２７】
また、前記何れかの排気浄化装置が適用される内燃機関が指示に応じて燃料噴射を行う燃料噴射手段を備えている場合であって、前記空燃比制御手段が、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を前記所定の目標値に相当する目標空燃比とするために必要な基本燃料噴射量を同内燃機関の運転状態に応じて決定するとともに同基本燃料噴射量を前記フィードバック制御量に基づいて補正することにより得られる燃料噴射量の燃料の噴射指示を前記燃料噴射手段に対して行うことで前記触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御するように構成されている場合、前記何れかの排気浄化装置は、更に、前記フィードバック制御量算出手段が前記空燃比センサの出力値と前記所定の目標値との偏差に基づく値の時間積分値が前記所定の範囲を超えるか否かに拘わらず同偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記フィードバック制御量を算出した場合であって、且つ前記内燃機関が定常運転状態にある場合における同偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記基本燃料噴射量を補正する基本燃料噴射量補正手段を備えることが好適である。
【００２８】
前記排気浄化装置において、燃料噴射手段（例えば、インジェクタ）の誤差（指示燃料噴射量と実際の燃料噴射量の差）、（指示）燃料噴射量を計算するために使用される吸入空気流量センサ（例えば、エアフローメータ）の誤差（吸入空気流量計測値と実際の吸入空気流量の差）等の誤差が発生している場合、内燃機関が定常運転状態にあって前記偏差に基づく値がゼロになっているとき（従って、機関の空燃比（従って、触媒に流入するガスの空燃比）が所定の目標値に相当する目標空燃比に収束しているとき）における前記フィードバック制御量（従って、同偏差に基づく値の時間積分値）は前記誤差の大きさに応じた値となる。換言すれば、かかる誤差は、前記偏差に基づく値の時間積分値が同誤差の大きさに応じた値に収束することにより吸収され得る。
【００２９】
しかしながら、前述のごとく、前記偏差に基づく値の時間積分値が所定の範囲を超える場合に同偏差に基づく値の時間積分値の代わりに同所定の範囲内の値に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成すると、定常運転状態において前記偏差に基づく値の時間積分値が前記所定の範囲外の値になることに相当する大きな前記誤差が発生したとき、かかる誤差の総てを吸収することができず、前記偏差に基づく値がゼロに収束し得なくなる事態が発生する。
【００３０】
これに対し、上記のような基本燃料噴射量補正手段を設けることにより、前記誤差の大きさに拘わらず、同基本燃料噴射量補正手段が基本燃料噴射量を補正する際に使用する定常運転状態における前記偏差に基づく値の時間積分値は正確に同誤差の大きさに応じた値となっている。従って、前記偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記誤差の大きさに応じた分だけ正確に基本燃料噴射量を補正することができる。換言すれば、前記偏差に基づく値の時間積分値が前記所定の範囲外の値になることに相当する大きな前記誤差が発生している場合であっても、前記誤差が基本燃料噴射量の補正により確実に補償され得る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による内燃機関の排気浄化装置を含む空燃比制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態による空燃比制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００３３】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００３４】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００３５】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、スロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａ、スワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４、及びＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａを備えている。
【００３６】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１（実際には、各排気ポート３４に連通した各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の三元触媒５３（上流側触媒コンバータ、又はスタート・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第１触媒５３」と称呼する。）、及びこの第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された下流側の三元触媒５４（車両のフロア下方に配設されるため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータとも云うが、以下「第２触媒５４」と称呼する。）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００３７】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路（本例では、上記各々のエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に配設された空燃比センサ６６（以下、「上流側空燃比センサ６６」と称呼する。）、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７（以下、「下流側空燃比センサ６７」と称呼する。）、及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００３８】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量に応じた電圧Ｖｇを出力するようになっている。かかるエアフローメータ６１の出力Ｖｇと、計測された吸入空気量（流量）Ｇａとの関係は、図２に示したとおりである。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度ＮＥを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
【００３９】
上流側空燃比センサ６６は、限界電流式の酸素濃度センサであり、図３に示したように、空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧である出力値ｖａｂｙｆｓを出力するようになっていて、特に、空燃比が理論空燃比であるときには出力値ｖａｂｙｆｓは上流側目標値ｖｓｔｏｉｃｈになる。図３から明らかなように、上流側空燃比センサ６６によれば、広範囲にわたる空燃比Ａ／Ｆを精度良く検出することができる。
【００４０】
下流側空燃比センサ６７は、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサであり、図４に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Ｖｏｘｓを出力するようになっている。より具体的に述べると、下流側空燃比センサ６７は、空燃比が理論空燃比よりもリーンのときは略０．１（Ｖ）、空燃比が理論空燃比よりもリッチのときは略０．９（Ｖ）、及び空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、同アクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐを表す信号を出力するようになっている。
【００４１】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットル弁アクチュエータ４３ａ、及びＳＣＶアクチュエータ４４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００４２】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された排気浄化装置を含んだ空燃比制御装置が行う機関の空燃比のフィードバック制御の概要について説明する。
【００４３】
第１触媒５３（第２触媒５４も同様である。）は、同第１触媒５３に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるときに、ＨＣ，ＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元し、これらの有害成分を高い効率で浄化する。また、第１触媒５３は、酸素を吸蔵・放出する機能（酸素吸蔵機能、酸素吸蔵・放出機能）を有し、この酸素吸蔵・放出機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ、及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比がリーンとなって第１触媒５３に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、第１触媒５３はＮＯｘから酸素分子を奪って同酸素分子を吸蔵するとともに同ＮＯｘを還元し、これによりＮＯｘを浄化する。また、機関の空燃比がリッチになって第１触媒５３に流入するガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、第１触媒５３はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて（放出して）酸化し、これによりＨＣ，ＣＯを浄化する。換言すれば、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比がリッチである場合には同第１触媒５３の酸素吸蔵量が減少するとともに第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比がリーンである場合には同第１触媒５３の酸素吸蔵量が増加する。
【００４４】
従って、第１触媒５３が連続的に流入するリッチ空燃比の排ガス中にある多量のＨＣ，ＣＯを効率的に浄化するためには、同第１触媒５３が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入するリーン空燃比の排ガス中にある多量のＮＯｘを効率的に浄化するためには、同第１触媒５３が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、ＨＣ，ＣＯやＮＯｘを効率よく浄化するため第１触媒５３内の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分の量（目標酸素吸蔵量）になるように機関の空燃比（従って、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比）が制御されることが好ましい。
【００４５】
第１触媒５３内の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分の量に維持され得るように制御するためには、少なくとも、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比の平均値を理論空燃比と等しくするように制御すること（即ち、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比の理論空燃比からの偏差の収支をゼロにするように制御すること）が要求される。このため、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと同出力値の目標値である上流側目標値（所定の目標値）ｖｓｔｏｉｃｈとの偏差の時間積分値に基づいてフィードバック制御量を求め、同フィードバック制御量に基づいて同偏差が「０」になるように第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比（従って、機関１０に供給される混合気の空燃比）をフィードバック制御する必要がある。
【００４６】
一方、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標値ｖｓｔｏｉｃｈとの偏差は、シリンダ内（筒内）に供給される燃料の過不足量（従って、第１触媒５３に流入するガス中の空気（酸素）の過不足量）に相当する値である。一方、第１触媒５３の酸素吸蔵量の変化量も同第１触媒５３に流入する排ガス中の酸素の過不足量に相当する値となる。以上のことから、第１触媒５３の酸素吸蔵量の変化量は前記偏差に相当する値となるから、第１触媒５３の酸素吸蔵量は前記偏差の時間積分値に基づく値となる。
【００４７】
そこで、本実施形態の空燃比制御装置（排気浄化装置、以下、単に「本装置」と云うこともある。）は、後述する触媒モデルを使用して上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標値ｖｓｔｏｉｃｈとの偏差に基づく値である筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの時間積分値に基づいて第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌを逐次求める。また、本装置は、原則的に、下記数１に従って、前記筒内燃料供給量偏差ＤＦｃに比例ゲインＧｐを乗じた比例項（Ｐ項）ＤＦｉｐと、酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌから最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの半分の量を減じた値に積分ゲインＧｉを乗じた積分項（Ｉ項）ＤＦｉｉとの和であるフィードバック制御量ＤＦｉを求める。ここで、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、後述する筒内吸入空気量Ｍｃを上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓに相当する検出空燃比ａｂｙｆｓで除した値である実際の筒内燃料供給量Ｆｃと同筒内吸入空気量Ｍｃを目標空燃比ａｂｙｆｒで除した値である目標筒内燃料供給量Ｆｃｒとの偏差である。また、下記数１において、Ｃｍａｘａｌｌは第１触媒５３の最大酸素吸蔵量であって、この最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの値は、別途、後述するように求められる。
【００４８】
【数１】
ＤＦｉ＝Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２））
【００４９】
そして、本装置は、内燃機関１０の運転状態に応じて決定される後述する（補正後）基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに前記フィードバック制御量ＤＦｉを加えた量の燃料を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定し、同最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を吸気行程を迎える気筒のインジェクタ３９から噴射することにより機関１０に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御する。この結果、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比の理論空燃比からの偏差の収支がゼロになるように制御されるとともに、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが「０」になるように（従って、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓが上流側目標値ｖｓｔｏｉｃｈになるように）、且つ、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌが最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの半分の量になるようにそれぞれ制御される。
【００５０】
（空燃比フィードバック制御の具体的内容）
前述した空燃比フィードバック制御についてより具体的に述べると、この空燃比制御装置は、機能ブロック図である図５に示したように、Ａ１〜Ａ１６の各手段等を含んで構成されている。以下、図５を参照しながら各手段等について説明していく。
【００５１】
＜（補正前）基本燃料噴射量の算出＞
先ず、筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、エアフローメータ６１が計測している吸入空気流量Ｇａと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られるエンジン回転速度ＮＥと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルＭＡＰＭｃとに基づき今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を求める。ここで、添え字の（ｋ）は、今回の吸気行程に対する値であることを示している（以下、他の物理量についても同様。）。筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
【００５２】
目標値設定手段としての上流側目標空燃比設定手段Ａ２は、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度ＮＥ、及びスロットル弁開度ＴＡ等に基づいて上流側目標値に相当する上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）を決定する。この上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）は、例えば、内燃機関１０の暖機運転中、スロットル弁開度ＴＡが所定値以上である急加速運転中等の特殊な場合を除き理論空燃比に設定されている。また、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
【００５３】
補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により求められた筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定された上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）で除することにより、機関の空燃比を同上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）とするための今回の吸気行程に対する補正前基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅｂを求める。
【００５４】
このように、本装置は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、及び補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３を利用して、補正前基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅｂを求める。
【００５５】
＜最終燃料噴射量の算出＞
先ず、補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４は、補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３により求められた補正前基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅｂに後述する基本燃料噴射量補正量取得手段Ａ１６による最新の基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）に従って求められる基本燃料噴射量補正量ΔＦｂａｓｅを加算することで補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅ（即ち、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ））を求める。目標筒内燃料供給量Ｆｃｒは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
【００５６】
最終燃料噴射量算出手段Ａ５は、前記補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに前述したフィードバック制御量ＤＦｉを加えることで、下記数２に基いて最終燃料噴射量Ｆｉを求める。本装置は、このようにして、補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４、及び最終燃料噴射量算出手段Ａ５により補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅをフィードバック制御量ＤＦｉに基づいて補正することにより最終燃料噴射量Ｆｉを求め、同最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を今回の吸気行程を迎える気筒に対してインジェクタ３９により噴射する。このようにして、機関１０に供給される混合気の空燃比（従って、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比）をフィードバック制御量ＤＦｉに基づいてフィードバック制御する手段が空燃比制御手段に相当する。
【００５７】
【数２】
Ｆｉ＝Ｆｂａｓｅ＋ＤＦｉ
【００５８】
＜フィードバック制御量の算出＞
先ず、テーブル変換手段Ａ６は、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと、先に説明した図３に示した上流側空燃比センサ出力値ｖａｂｙｆｓと空燃比Ａ／Ｆとの関係を規定したテーブルとに基づいて、上流側空燃比センサ６６が検出する現時点における検出空燃比ａｂｙｆｓを求める。
【００５９】
筒内吸入空気量遅延手段Ａ７は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により吸気行程毎に求められＲＡＭ７３に記憶されている筒内吸入空気量Ｍｃのうち、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒の筒内吸入空気量ＭｃをＲＡＭ７３から読み出し、これを筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）として設定する。
【００６０】
筒内燃料供給量算出手段Ａ８は、筒内吸入空気量遅延手段Ａ７により求められた現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）をテーブル変換手段Ａ６により求められた現時点における検出空燃比ａｂｙｆｓで除することで、現時点からＮストローク前の実際の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。ここで、前記値Ｎは、内燃機関１０の排気量、及び燃料室２５から上流側空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。
【００６１】
このように、現時点からＮストローク前の実際の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入吸気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点における検出空燃比ａｂｙｆｓで除するのは、燃焼室２５内で燃料された混合気が上流側空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間Ｌを要しているからである。
【００６２】
目標筒内燃料供給量遅延手段Ａ９は、補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４により吸気行程毎に求められＲＡＭ７３に記憶されている目標筒内燃料供給量Ｆｃｒのうち、現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量ＦｃｒをＲＡＭ７３から読み出し、これを目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）として設定する。
【００６３】
筒内燃料供給量偏差算出手段Ａ１０は、下記数３に基づいて、目標筒内燃料供給量遅延手段Ａ９により設定された現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量算出手段Ａ８により求められた現時点からＮストローク前の実際の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じることにより、前述した筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを求める。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量であって、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標値（上流側目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比のときは図３に示すｖｓｔｏｉｃｈ）との偏差に基づく値である。
【００６４】
【数３】
ＤＦｃ＝Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）−Ｆｃ（ｋ−Ｎ）
【００６５】
比例項算出手段Ａ１１は、前記筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを比例処理（Ｐ処理）することで、下記数４に基づいて比例項（Ｐ項）に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｐを求める。下記数４において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン（比例定数（正の値））である。
【００６６】
【数４】
ＤＦｉｐ＝Ｇｐ・ＤＦｃ
【００６７】
触媒モデルＡ１２は、前記筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの時間積分値、後述する最大酸素吸蔵量取得手段Ａ１５による求められている第１触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの値等に基づいて第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌを求めるモデルであるが、これについては後述する。
【００６８】
積分項算出手段Ａ１３は、触媒モデルＡ１２により求められた第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌの値と前記第１触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの値とから下記数５に基づいて積分項（Ｉ項）に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｉを求める。下記数５において、Ｇｉは予め設定された積分ゲイン（積分定数（正の値））である。
【００６９】
【数５】
ＤＦｉｉ＝Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２））
【００７０】
フィードバック制御量算出手段Ａ１４は、前記比例項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｐに前記積分項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｉを加えることで、前述のフィードバック制御量ＤＦｉを求める。このフィードバック制御量ＤＦｉは、先に述べたように最終燃料噴射量算出手段Ａ５により最終燃料噴射量Ｆｉを求める際に使用される。
【００７１】
このようにして、本装置は、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標空燃比ａｂｙｆｒに対応する上流側目標値との偏差に基づく値である筒内燃料供給量偏差ＤＦｃ、及び、同筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの時間積分値に基づく値としての第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌと目標酸素吸蔵量（第１触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの半分の量）との偏差に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを求める。そして、補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅにフィードバック制御量ＤＦｉを加えることで、同補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを補正する。
【００７２】
例えば、機関の空燃比が急変してリーンとなると、テーブル変換手段Ａ６にて求められる検出空燃比ａｂｙｆｓは上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定されている上流側目標空燃比ａｂｙｆｒよりもリーンな値（より大きな値）として求められる。このため、筒内燃料供給量算出手段Ａ８にて求められる実際の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は目標筒内燃料供給量遅延手段Ａ９にて求められる目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）よりも小さい値となり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは大きい正の値として求められる。また、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの値が正の値であるとき（第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比がリーンであるとき）第１触媒５３内の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは増加するように算出されていく。従って、比例項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｐも積分項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｉも正の値となってフィードバック制御量ＤＦｉが大きい正の値となる。これにより、最終燃料噴射量算出手段Ａ５にて求められる燃料噴射量Ｆｉは、補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチとなるように制御される。
【００７３】
反対に、機関の空燃比が急変してリッチとなると、検出空燃比ａｂｙｆｓは上流側目標空燃比ａｂｙｆｒよりもリッチな値（より小さな値）として求められる。このため、実際の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）よりも大きい値となり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは負の値として求められる。また、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの値が負の値であるとき（第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比がリッチであるとき）第１触媒５３内の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは減少するように算出されていく。従って、比例項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｐも積分項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｉも負の値となってフィードバック制御量ＤＦｉが負の値となる。これにより、燃料噴射量Ｆｉは、補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅよりも小さくなって、機関の空燃比がリーンとなるように制御される。以上、テーブル変換手段Ａ６、筒内吸入空気量遅延手段Ａ７、筒内燃料供給量算出手段Ａ８、目標筒内燃料供給量遅延手段Ａ９、筒内燃料供給量偏差算出手段Ａ１０、比例項算出手段Ａ１１、触媒モデルＡ１２、積分項算出手段Ａ１３、及びフィードバック制御量算出手段Ａ１４はフィードバック制御量算出手段に相当する。
【００７４】
図６は、本装置を適用した機関１０の空燃比（従って、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比）が一時的に理論空燃比から大きく偏移する場合における第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌ、積分項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｉ（以下、「積分項ＤＦｉｉ」と云うこともある。）の変化を実線にて示したタイムチャートである。また、図６は、比較例として、図７に機能ブロック図にて示した前記開示した従来の排気浄化装置（空燃比制御装置）を内燃機関１０に適用した場合の変化も破線にて示している。なお、図７において図５と同一又は類似の手段等については図５の符号と同一の符号を付している。
【００７５】
従来の装置は、フィードバック制御量ＤＦｉの算出のみが本装置と相違していて、従来の装置ではフィードバック制御量ＤＦｉはＰＩコントローラＡ１１により下記数６に従って算出される。下記数６において、Ｇｐは上記数１におけるものと同一の比例ゲインであり、Ｇｉ’は積分ゲインである。即ち、従来の装置において、比例項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｐは上記数１におけるものと同一のＧｐ・ＤＦｃであり、積分項に基づくフィードバック制御量（積分項）ＤＦｉｉはＧｉ’・ΣＤＦｃである。
【００７６】
【数６】
ＤＦｉ＝Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ’・ΣＤＦｃ
【００７７】
図６に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、（ａ）に示すように運転者によるアクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐが所定の一定値に維持されていることで内燃機関１０が定常運転状態にあり、（ｂ）に示すように機関の空燃比ａｂｙｆｓが理論空燃比近傍に維持され、（ｃ）に示すように第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌが目標酸素吸蔵量（Ｃｍａｘａｌｌ／２）の近傍に維持されていて、（ｄ）に示すように積分項（Ｉ項）が略「０」に維持されているものとする。
【００７８】
この状態から、時刻ｔ１においてアクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐが急に最大値まで増加したものとすると、エアフローメータ６１の遅れによる吸入空気流量Ｇａの計測誤差等により実際の吸入空気量に対する燃料噴射量Ｆｉが不足して機関の空燃比ａｂｙｆｓが時刻ｔ１以降、一時的に相当のリーン空燃比になる。この時刻ｔ１以降の変化について、先ず、従来の装置を適用した場合について説明する。なお、説明の便宜上、比例項に基づくフィードバック制御量ＤＦｉｐの作用についての説明は省略する。
【００７９】
第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比（従って、機関の空燃比ａｂｙｆｓ）がリーンのとき増加し、機関の空燃比ａｂｙｆｓがリッチのとき減少する。また、積分項（Ｇｉ’・ΣＤＦｃ）（積分項（Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２）））についても同様である。）も、機関の空燃比ａｂｙｆｓがリーンのとき筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが正の値となることから増加し、機関の空燃比ａｂｙｆｓがリッチのとき筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが負の値となることから減少する。
【００８０】
従って、時刻ｔ１以降、機関の空燃比ａｂｙｆｓがリーンとなっているから酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは増加していき、時刻ｔ２になると最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌに達するとともに時刻ｔ２以降Ｃｍａｘａｌｌに維持される。一方、積分項（Ｇｉ’・ΣＤＦｃ）の値も時刻ｔ１以降増加していき、更に時刻ｔ２以降も機関の空燃比ａｂｙｆｓがリーンとなっているから増加し続ける。これにより、積分項の値は正の値となって機関の空燃比ａｂｙｆｓをリッチ側に補正する値になっていくから、機関の空燃比ａｂｙｆｓは或る時点から減少し始め、時刻ｔ３になるとリッチに変化する。この時刻ｔ３まで積分項の値は増加し続けるから同時刻ｔ３の時点において積分項の値は相当に大きい正の値（最大値）となって機関の空燃比ａｂｙｆｓをリッチ側に大きく補正する値になっている。
【００８１】
従って、時刻ｔ３以降、機関の空燃比ａｂｙｆｓは不必要に大きくリッチ側に補正される。この結果、時刻ｔ３以降、機関の空燃比ａｂｙｆｓが相当のリッチとなることで最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌから減少を開始した酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは時刻ｔ５になると「０」に達するとともに時刻ｔ５以降「０」に維持される。一方、積分項の値も時刻ｔ３以降、機関の空燃比ａｂｙｆｓが再びリーンに変化する時刻ｔ７までの間、空燃比ａｂｙｆｓがリッチとなっているから減少し続ける。これにより、積分項の値は時刻ｔ７の時点でも相当に絶対値が大きい負の値となって機関の空燃比ａｂｙｆｓをリーン側に過度に大きく補正する値になっている。
【００８２】
よって、機関の空燃比ａｂｙｆｓは時刻ｔ７以降もリーン側に或る程度大きく補正され、再びリッチ側に変化する時刻ｔ９の時点以降にて理論空燃比近傍に収束する。このように、従来の装置を適用した場合、積分項（Ｇｉ’・ΣＤＦｃ）の値に制限がないことから、機関の空燃比ａｂｙｆｓ（即ち、最終燃料噴射量Ｆｉ）は同積分項の作用により不必要に過度に補正されることで振動的となって、第１触媒５３から多量のエミッション（時刻ｔ２〜時刻ｔ３の間はＮＯｘ、時刻ｔ５〜時刻ｔ７の間はＨＣ，ＣＯ）が排出されるとともに、ドライバビリティが悪化する。
【００８３】
これに対し、本装置を適用した場合、積分項（Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２）））の値は酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌと同様に変化し、酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌが最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌに達する時刻ｔ２以降、積分項の値は最大値（Ｃｍａｘａｌｌ／２）に維持されて同最大値より大きい値になることはない。従って、機関の空燃比ａｂｙｆｓがリーンからリッチに変化する時刻ｔ４の時点において積分項の値（Ｃｍａｘａｌｌ／２）は機関の空燃比ａｂｙｆｓをリッチ側に補正する値になっているもののリッチ側に過度に大きく補正する値とはなっていない。
【００８４】
従って、機関の空燃比ａｂｙｆｓは時刻ｔ４以降、リーン側に過度に補正されることはなく、再びリーン側に変化する時刻ｔ６の時点（又は、再びリッチ側に変化する時刻ｔ８の時点）以降にて理論空燃比近傍に収束する。また、酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌとなっている時刻ｔ４以降「０」にまで達することはなく、時刻ｔ８の時点でほぼ目標酸素吸蔵量（Ｃｍａｘ／２）に収束する。更に、積分項の値も、時刻ｔ４以降大きく変動することはなく、時刻ｔ８の時点でほぼ「０」に収束する。
【００８５】
このように、本装置を適用した場合、積分項（Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２）））の値に制限（−Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２）≦積分項≦Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２））があるから、機関の空燃比ａｂｙｆｓ（即ち、最終燃料噴射量Ｆｉ）は同積分項の作用により不必要に過度に補正されることがなく（即ち、図６（ｄ）に斜線にて示した面積に相当する分だけ積分項によるリッチ側への補正量が少ないから）、比較的速やかに収束する。従って、第１触媒５３からのエミッションの排出量が少なく（時刻ｔ２〜時刻ｔ４の間にのみＮＯｘが多量に排出される。）、また、ドライバビリティが悪化の程度が少なくなる。
【００８６】
以上、本装置のように積分項（Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２）））の値に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを算出することは、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標空燃比ａｂｙｆｒに対応する上流側目標値との偏差に基づく値である筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの時間積分値（に基づく値）である積分項（Ｇｉ’・ΣＤＦｃ）の値に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを算出するとともに同積分項（Ｇｉ’・ΣＤＦｃ）の値が所定の範囲（−Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２）≦積分項≦Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２））を超える場合、同積分項（Ｇｉ’・ΣＤＦｃ）の代わりに同所定の範囲の上限値Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２）又は下限値−Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２）のいずれか一方に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを算出することと実質的に等価である。
【００８７】
（目標空燃比が理論空燃比以外のときの処置）
上記数１に示したように、本装置においては、比例項ＤＦｉｐ（＝Ｇｐ・ＤＦｃ）に基づいて筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが「０」になるように（従って、上流側空燃比センサ６６の検出空燃比ａｂｙｆｓが上流側目標空燃比ａｂｙｆｒになるように）、且つ、積分項ＤＦｉｉ（＝Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２）））に基づいて第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌが目標酸素吸蔵量（Ｃｍａｘａｌｌ／２）になるようにそれぞれ制御される。
【００８８】
しかしながら、先に述べたように、目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比と異なる空燃比となる場合があり、この場合、内燃機関１０が定常運転状態にあって第１触媒５３に流入するガスの前記検出空燃比ａｂｙｆｓが目標空燃比ａｂｙｆｒに収束していても、第１触媒５３に流入するガス中には酸素の過不足量が発生しているから第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは変化し、同酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは目標酸素吸蔵量（Ｃｍａｘａｌｌ／２）に収束し得ない。換言すれば、比例項ＤＦｉｐに基づく制御と積分項ＤＦｉｉに基づく制御とを同時に行うと互いの制御目標が相違し、両制御が互いに干渉する。
【００８９】
そこで、本装置は、目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比と異なる空燃比となる場合、上記数１の代わりに上記数６に従って、フィードバック制御量ＤＦｉを算出する。即ち、目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比と異なる空燃比となる場合、本装置は、図５に示した機能ブロック図の代わりに図７に示した前記開示した従来の排気浄化装置の機能ブロック図に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを算出する。これにより、制御目標が筒内燃料供給量偏差ＤＦｃをゼロに収束させること（従って、第１触媒５３に流入するガスの検出空燃比ａｂｙｆｓを目標空燃比ａｂｙｆｒに収束させること）のみとなって前述した制御の干渉の発生を回避することができる。
【００９０】
（基本燃料噴射量の補正）
前述した空燃比制御装置において、例えば、インジェクタ３９の誤差（（指示）燃料噴射量Ｆｉと実際の燃料噴射量の差）、（指示）燃料噴射量Ｆｉを計算するために使用されるエアフローメータ６１の誤差（吸入空気流量計測値Ｇａと実際の吸入空気流量の差）等の誤差が発生している場合（（指示）燃料噴射量Ｆｉの値が目標空燃比ａｂｙｆｒを得るための適切な値と異なる値となる場合）がある。この場合、内燃機関１０が定常運転状態にあって筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが「０」になっているとき（従って、機関１０の検出空燃比ａｂｙｆｓが目標空燃比ａｂｙｆｒに収束しているとき）における上記数１に基づくフィードバック制御量ＤＦｉの値（即ち、比例項ＤＦｉｐの値が「０」になっていることから積分項ＤＦｉｉの値そのものの値）は、「０」とはならず、前記誤差の大きさに応じた値に収束する。従って、前記誤差が発生している場合、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは目標酸素吸蔵量（Ｃｍａｘａｌｌ／２）以外の値に収束することになる。
【００９１】
更には、前述のごとく、積分項ＤＦｉｉの値は前記所定の範囲（−Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２）≦積分項≦Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２））を超えることはないから、定常運転状態において積分項ＤＦｉｉの値が同所定の範囲外の値に収束することに相当する大きな前記誤差が発生したとき、かかる誤差の総てを吸収することができず、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃがゼロに収束し得なくなる事態（従って、機関１０の検出空燃比ａｂｙｆｓが目標空燃比ａｂｙｆｒに収束し得なくなる事態）が発生する。
【００９２】
そこで、本装置は、所定の条件が成立する毎に、前述した目標空燃比ａｂｙｆｒが理論空燃比と異なる空燃比となる場合と同様、上記数１の代わりに上記数６に従ってフィードバック制御量ＤＦｉを算出することとし、前記誤差の大きさを表す値である内燃機関１０が定常運転状態にあるときにおけるフィードバック制御量ＤＦｉの値（従って、積分項Ｇｉ’・ΣＤＦｃの値が前記所定の範囲を超えるか否かに拘わらず同積分項Ｇｉ’・ΣＤＦｃの値）に基づいて前述した基本燃料噴射量補正量取得手段Ａ１６により基本燃料噴射量補正量ΔＦｂａｓｅを求めるための基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）を求める（更新する）。この基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）は、更新される毎にその最新のものがバックアップＲＡＭ７４に記憶される。
【００９３】
そして、本装置は、基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）を更新した後、再び上記数１に従ってフィードバック制御量ＤＦｉを算出することを開始するとともに、補正前基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅｂに基本燃料噴射量補正量取得手段Ａ１６による最新の基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）から求めた基本燃料噴射量補正量ΔＦｂａｓｅを加えることで補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを求める。これにより、前述の大きな誤差が発生している場合であっても前記誤差が基本燃料噴射量の補正により確実に補償されるとともに、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌが確実に目標酸素吸蔵量（Ｃｍａｘａｌｌ／２）に収束するようになる。以上、このように、基本燃料噴射量を補正する手段が基本燃料噴射量補正手段に相当する。
【００９４】
（触媒モデル）
次に、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌを求めるための触媒モデルＡ１２について説明する。一般に、触媒にリーンな空燃比のガスが流入したときには、同触媒の上流側においてより多くの酸素が吸蔵され、同触媒にリッチな空燃比のガスが流入したときには、同触媒の上流側から吸蔵されている酸素が消費されていく。従って、触媒内に吸蔵されている酸素は同触媒の排ガスの流れ方向において均一に分布しているわけではない。よって、触媒内の酸素吸蔵量を正確に求めるためには、かかる吸蔵酸素の分布を考慮した計算を行う必要がある。
【００９５】
また、触媒の酸素吸蔵量は同触媒内において発生する酸素吸蔵・放出反応の程度に応じて変化する。この酸素吸蔵・放出反応の程度は、触媒に流入する排ガスに含まれる上記酸素吸蔵・放出反応に関係する特定成分の量に依存する。従って、触媒の酸素吸蔵量を正確に求めるためには、前記特定成分の量を考慮に入れた計算を行う必要がある。そこで、本装置は以下に説明する触媒モデルを第１触媒５３に適用することにより、同第１触媒５３内の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌを算出する。
【００９６】
この触媒モデルにおいては、図８に模式的に示したように、軸線に直交する断面形状が一定である柱状の触媒を同軸線に直交する面によりＮ個の（複数の）領域（「ブロック」とも称呼する。）に分割する。即ち、触媒モデルが対象とする触媒は排ガスの流れ方向に沿ってＮ個のブロックに分割されている。分割された各ブロックの軸線方向の長さはＬである。なお、説明の便宜上、各ブロックには、排ガスの流れ方向に沿って上流側から順に図８に示すように番号が付されている。また、任意のｉ番目のブロックに関連する変数・記号等には、それらの末尾に（ｉ）が付されている。
【００９７】
この触媒モデルにおいては、図９に示したように、分割されたブロックのうちのｉ番目のブロック（ｉ）（特定領域）に注目し、同ブロック（ｉ）における酸素吸蔵・放出反応に関係する特定成分のＣＰＵ７１の演算周期あたりの収支を考える。このとき、触媒での酸化・還元反応である三元反応は瞬時かつ完全に終了するものと仮定し、その結果としての酸素の過不足に基く酸素の吸蔵・放出反応のみに着目するものとする。この仮定（触媒モデル）は、現実的でありかつ計算精度のよいものである。なお、図９に示した排ガス相は排ガスが通過する空間であり、コート層は触媒機能を発生せしめる白金（Ｐｔ）等の貴金属からなる活性成分及び酸素吸蔵機能を発生せしめるセリア（ＣｅＯ２）等の成分が担持された層である。
【００９８】
特定成分は、例えば、酸素（分子）Ｏ２、窒素酸化物ＮＯｘ、一酸化炭素ＣＯ、炭化水素ＨＣから選択された成分であってもよいが、この触媒モデルでは、上記三元反応が瞬時かつ完全に終了するものと仮定した状態における排ガスに含まれる酸素（酸素分子及び窒素酸化物の酸素。本明細書では、酸素分子及び窒素酸化物の酸素を総称して「酸素」と称呼する。）（の過不足）を特定成分として選択している。この酸素の量である酸素量ＣｇＯ２は、同酸素が過剰であるとき（即ち、排ガス中にＯ２及びＮＯｘが存在する場合）に正の値となり、同酸素が不足しているとき（即ち、排ガス中に未燃ＨＣ，ＣＯが存在する場合）に負の値となるように計算される。
【００９９】
また、注目するブロック（ｉ）において、ＣＰＵ７１の演算周期あたり同ブロック（ｉ）の排ガス相に流入する酸素量ＣｇＯ２を流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）、同演算周期あたり同ブロック（ｉ）の排ガス相から流出する酸素量ＣｇＯ２を流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）と称呼し、同演算周期あたり同ブロック（ｉ）のコート層に吸蔵され又は同コート層から放出される酸素量ＣｇＯ２を酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）と称呼する。この酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）は、酸素がコート層に吸蔵されるときに正の値となり、酸素がコート層から放出されるときに負の値となるように計算される。また、現時点におけるブロック（ｉ）のコート層における酸素吸蔵量を酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ）と称呼し、現時点におけるブロック（ｉ）のコート層における最大酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ）と称呼する。
【０１００】
いま、図９に示すブロック（ｉ）における酸素量ＣｇＯ２の上記演算周期あたりの収支を考えると、同ブロック（ｉ）の排ガス相に流入した流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）のうち酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）だけがコート層に吸蔵され、同流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）のうちコート層に吸蔵されなかった残りの酸素量ＣｇＯ２が流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）となるから、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ），流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）及び酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）の間には下記数７に示した関係が成立する。この下記数７に示した関係が本触媒モデルの基本式である。
【０１０１】
【数７】
ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）＝ＣｇｉｎＯ２（ｉ）−δＯＳＡ（ｉ）
【０１０２】
次に、酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）について考える。流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）が正の値のときはブロック（ｉ）の排ガス相に流入する排ガス中の酸素が過剰であることを意味し、同排ガス中の酸素の一部はブロック（ｉ）のコート層に吸蔵されるから酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）は正の値となる。このときの酸素吸蔵反応の量、即ち酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）は、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）の値に比例するとともにブロック（ｉ）の現時点での最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ）と現時点での酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ）との差の値に比例すると考えられる。従って、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）が正の値のとき、酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）は下記数８，及び下記数９に基づいて算出することができる。
【０１０３】
【数８】
δＯＳＡ（ｉ）＝Ｈ（ｉ）・ＣｇｉｎＯ２（ｉ）
【０１０４】
【数９】
Ｈ（ｉ）＝ｈ・（（Ｃｍａｘ（ｉ）−ＯＳＡ（ｉ））／Ｃｍａｘ（ｉ）） （０ ≦ Ｈ（ｉ） ＜ １）
【０１０５】
上記数８及び上記数９において、Ｈ（ｉ）はブロック（ｉ）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）に対する吸蔵される酸素量（δＯＳＡ（ｉ））の割合を示す反応率である。ｈは反応速度定数であり、本モデルでは正の一定値としているが触媒の温度に応じて変化する正の値（例えば、触媒の温度の増加に応じて単調増加する正の値）としてもよい。また、上記数９における現時点での最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ）と現時点での酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ）との差の値（Ｃｍａｘ（ｉ）−ＯＳＡ（ｉ））は、ブロック（ｉ）における現時点での酸素吸蔵余裕量を示している。このように、本触媒モデルでは、少なくとも触媒内の酸素吸蔵量に基いて同触媒が内部に流入する排ガスから吸蔵する酸素量を算出する。
【０１０６】
一方、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）が負の値のときはブロック（ｉ）の排ガス相に流入する排ガスの酸素が不足していることを意味し、同排ガスにはブロック（ｉ）のコート層から放出された酸素が与えられるから酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）は負の値となる。このときの酸素放出反応の量、即ち酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）（の絶対値）は、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）の値に比例するとともにブロック（ｉ）の現時点での酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ）の値に比例すると考えられる。従って、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）が負の値のとき、酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）は上記数８と同一の関係を示す下記数１０，及び下記数１１に基いて算出することができる。
【０１０７】
【数１０】
δＯＳＡ（ｉ）＝Ｈ（ｉ）・ＣｇｉｎＯ２（ｉ）
【０１０８】
【数１１】
Ｈ（ｉ）＝ｈ・（ＯＳＡ（ｉ）／Ｃｍａｘ（ｉ）） （０ ≦ Ｈ（ｉ） ＜ １）
【０１０９】
上記数１０及び上記数１１において、Ｈ（ｉ）はブロック（ｉ）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）（負の値）に対する放出される酸素量（δＯＳＡ（ｉ），負の値）の割合を示す反応率である。ｈは反応速度定数であり上記数９にて使用されているものと同様である。また、上記数１１における現時点での酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ）の値は、ブロック（ｉ）における現時点での酸素放出余裕量を示している。このように、本触媒モデルでは、少なくとも触媒内の酸素吸蔵量に基いて同触媒が内部に吸蔵している酸素から放出する酸素量を算出する。
【０１１０】
なお、上記数９及び上記数１１にて使用するブロック（ｉ）における最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ）は後述する手法により予め求められている。また、上記数９及び上記数１１にて使用するブロック（ｉ）における現時点での酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ）は、初期値が付与された時点から現時点までの酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｉ）の積算値であるから下記数１２に基いて算出することができる。
【０１１１】
【数１２】
ＯＳＡ（ｉ）＝ΣδＯＳＡ（ｉ） （０ ≦ ＯＳＡ（ｉ） ≦ Ｃｍａｘ（ｉ））
【０１１２】
次に、各ブロック間での境界条件について考えると、図８に示したように、互いに隣接する２つのブロックのうちの上流側のブロックの排ガス相の流出面と下流側のブロックの排ガス相の流入面は互いに連続しているから、図９に示したように、ブロック（ｉ）に流入する流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ）は、ブロック（ｉ）に隣接する上流側のブロック（ｉ−１）から流出する流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ−１）と等しく、また、ブロック（ｉ）から流出する流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）は、ブロック（ｉ）に隣接する下流側のブロック（ｉ＋１）に流入する流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ＋１）と等しい。従って、下記数１３に示した関係が成立する。換言すると、任意のｉ番目のブロック（ｉ）の流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）が求まればブロック（ｉ）に隣接する下流側のブロック（ｉ＋１）の流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ＋１）が求まる。
【０１１３】
【数１３】
ＣｇｉｎＯ２（ｉ＋１）＝ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）
【０１１４】
以上のことから、最上流のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）が境界条件として付与されれば、上記数８又は上記数１０によりブロック（１）における酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）が求まり、その結果、上記数１２によりブロック（１）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）を更新できるとともに上記数７によりブロック（１）における流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（１）が求まる。ブロック（１）における流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（１）が求まれば、上記数１３によりブロック（２）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（２）が求まり、その結果、上記数８又は上記数１０によりブロック（２）における酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（２）が求まる。これにより、上記数１２によりブロック（２）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（２）を更新できるとともに、上記数７によりブロック（２）における流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（２）が求まる。
【０１１５】
ＣＰＵ７１は、このような処理を所定の演算周期毎に繰り返し実行する。従って、ＣＰＵ７１の演算周期が経過する毎に最上流のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）が境界条件として付与されれば、上記数７〜上記数１３より、最上流のブロック（１）から、順次、各ブロック（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） における酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ），流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ），及び流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）を全て算出することができる。これにより、触媒内部の酸素吸蔵量の分布が精度よく計算される。また、各ブロックの酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） を触媒全体について積算すれば、同触媒全体の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌについても精度よく計算することができる。
【０１１６】
次に、上記数９及び数１１において反応率Ｈ（ｉ）を求める際に必要となるブロック（ｉ）における最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ）の求め方について説明する。図１０は、本触媒モデルにおいて、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ）を求める考え方を示した最大酸素吸蔵量分布マップであり、斜線で示された部分の面積は触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの値に対応している。
【０１１７】
このように、触媒の各ブロック毎の各最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｎ） （ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、同各最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｎ）の総和が同触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの値となるように設定されるとともに、上流側のブロックから下流側のブロックに推移するに従い、所定の勾配をもって線形的に増加するとして取り扱われる。これは、触媒の上流側部分の方が下流側部分に比して、内部に流入する排ガス中に含まれる鉛や硫黄等により被毒し易いので、同上流側部分の最大酸素吸蔵量が同下流側部分に比して低下し易くなるからである。
【０１１８】
具体的には、本装置は、触媒モデルが対象とする第１触媒５３の各ブロック（ｉ）毎の各最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ） （ｉ＝１，・・・，Ｎ）を、図１０に示した最大酸素吸蔵量分布マップに基づいた下記数１４に基づいて算出する。
【０１１９】
【数１４】
Ｃｍａｘ（ｉ）＝Ａ・（ｉ−（Ｎ／２））＋（Ｃｍａｘａｌｌ／Ｎ） （ｉ＝１，・・・，Ｎ）
【０１２０】
上記数１４において、Ａは正の定数であって、各ブロック毎の最大酸素吸蔵量の分布の上記勾配を決定する値である。また、第１触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌは後述するルーチンにより別途求められている。なお、第１触媒５３の各ブロック毎の各最大酸素吸蔵量は、上流側のブロックから下流側のブロックに推移するに従い増加するように設定されていればよく、例えば、非線形的に増加するように設定されていてもよい。このようにして、第１触媒５３の各ブロック毎の各最大酸素吸蔵量が算出される。
【０１２１】
（触媒モデルの適用）
次に、以上説明した触媒モデルを、図１１に示したように、第１触媒５３に適用し、各種値を求める例について説明する。
【０１２２】
以下、第１触媒５３のｉ番目のブロックであるブロック（ｉ）における流入酸素量を流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ），流出酸素量を流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ），酸素吸蔵量をＯＳＡ（ｉ），最大酸素吸蔵量をＣｍａｘ（ｉ）とそれぞれ称呼する。また、各ブロックの酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） を積算することにより得られる第１触媒５３全体の酸素吸蔵量を酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌと称呼し、各ブロックの最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） を積算した値である第１触媒５３全体の最大酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌと称呼する。
【０１２３】
この触媒モデルにおいては、図１１に示したように、第１触媒５３の各ブロックにおける酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）の初期値を初期条件として付与するとともに、ＣＰＵ７１の演算周期が経過する毎に、第１触媒５３の最上流のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）を境界条件として付与すれば、第１触媒５３の各ブロック（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） における酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ），流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ），及び流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）を全て算出することができる。これにより、第１触媒５３全体の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌも取得・算出することができる。
【０１２４】
そこで、先ず、第１触媒５３の各ブロックにおける酸素吸蔵量の初期値を付与する手法について説明すると、本装置は、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓが０．７（Ｖ）より大きい値を示したとき、即ち、第１触媒５３の下流側の空燃比が明白なリッチ空燃比となったときは、同第１触媒５３内に酸素が全く存在せず未燃ＨＣ，ＣＯが浄化されない状態となったことを意味するから、第１触媒５３の各ブロックにおける酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） 及び第１触媒５３全体の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌを全て「０」に設定する。このようにして、第１触媒５３の各ブロックにおける酸素吸蔵量の初期値「０」が初期条件として付与される。
【０１２５】
次に、第１触媒５３の最上流のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）を付与する手法について説明すると、本装置は、下記数１５に基づいてＣＰＵ７１の演算周期毎の流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）を算出する。
【０１２６】
【数１５】
ＣｇｉｎＯ２（１）＝０．２３・ＤＦｃ・ｓｔｏｉｃｈ・ｔ（ＮＥ，Δｔ）
【０１２７】
上記数１５において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合であり、ＤＦｃは前述した筒内燃料供給量偏差であり、ｓｔｏｉｃｈは理論空燃比（例えば、１４．７）である。また、ｔ（ＮＥ，Δｔ）は、エンジン回転速度ＮＥと上記演算周期Δｔから一吸気行程あたりの時間を一演算周期Δｔに変換する関数である。
【０１２８】
この数１５に示したように、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃに理論空燃比ｓｔｏｉｃｈを乗じることで一吸気行程あたりの空気の過剰量が求められ、この一吸気行程あたりの空気の過剰量にｔ（ＮＥ，Δｔ）を乗じることで、一演算周期Δｔにおける空気の過剰量が求められ、この一演算周期Δｔにおける空気の過剰量に酸素の重量割合を乗じることで一演算周期Δｔにおける酸素の過剰量、即ち現時点での流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）が求められる。
【０１２９】
このようにして算出される流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）は、上記数１５から明らかなように、酸素が過剰であるとき（即ち、空燃比がリーンであってＤＦｃが正の値となるとき）に正の値となり、酸素が不足しているとき（即ち、空燃比がリッチであってＤＦｃが負の値となるとき）に負の値となるように計算される。このようにして、ＣＰＵ７１の演算周期毎に第１触媒５３の最上流のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）が境界条件として付与される。
【０１３０】
なお、上記数１５に示すように、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）（従って、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ））は、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標値との偏差に基づく値である筒内燃料供給量偏差ＤＦｃに基づいて計算されている。また、上記数８及び上記数１２に示すように、酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）（従って、酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ））は流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）の時間積分値に基づいて計算されている。従って、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌは、実質的に、上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓと上流側目標値との偏差に基づく値の時間積分値に基づいて計算されていると云える。
【０１３１】
以上のようにして、本装置は、ＣＰＵ７１の演算周期毎に、第１触媒５３の各ブロック（ｉ） （ｉ＝１，２，・・・，Ｎ） における酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｉ），流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｉ），及び流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｉ）を全て算出するとともに、第１触媒５３全体の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌの値を算出（推定）する。このように、触媒内における酸素吸蔵反応の速度（前記反応速度定数ｈ）を考慮して構築された触媒モデルＡ１２に基づいて第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌを推定する手段が酸素吸蔵量推定手段に相当する。
【０１３２】
（実際の作動）
次に、上記空燃比制御装置（排気浄化装置）の実際の作動について説明する。（基本燃料噴射量補正量の更新）
ＣＰＵ７１は、図１２にフローチャートにより示した基本燃料噴射量補正量の更新を行うルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１２００から処理を開始し、ステップ１２０５に進んでの値が「０」であって、且つ、基本燃料噴射量補正量ΔＦｂａｓｅの更新条件が成立しているか否かを判定する。基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮは、その値が「１」であるとき基本燃料噴射量補正量更新処理が実行されていることを示し、その値が「０」であるとき基本燃料噴射量補正量更新処理が実行されていないことを示す。なお、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮは、図示しないイグニッションスイッチが「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に変更されたときに「０」に設定される。
【０１３３】
基本燃料噴射量補正量ΔＦｂａｓｅの更新条件は、内燃機関の暖機運転が終了した場合（具体的には、水温センサ６５が検出する冷却水温ＴＨＷが所定温度未満から同所定温度以上に変化した場合）、燃料の屈折率等を検出して燃料の性状を検出する図示しない周知の燃料性状センサの出力に基づいて燃料の性状に変化があったと判定された場合等に成立する。燃料性状の変化は、例えば、燃料を補給したとき等に発生する。燃料性状の変化があることを更新条件に加えているのは、燃料性状に変化があると、理論空燃比そのものが変化する可能性があるからである。
【０１３４】
いま、内燃機関１０の暖気運転が終了した直後であるものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値を「１」に」設定するとともに、続くステップ１２１５に進んで後述するルーチンにて使用する筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃ（＝ΣＤＦｃ）の値を「０」に初期化した後、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値は「１」になっているから、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了するようになる。
【０１３５】
（目標空燃比の設定）
次に、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒを設定する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図１３にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１３００から処理を開始してステップ１３０５に進み、現時点での内燃機関の運転状態に応じて上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）を設定する。
【０１３６】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１３１０に進み、前回の本ルーチン実行時にて設定された上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比（例えば、１４．７）であって、今回の本ルーチン実行時にて設定された上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比以外の空燃比であるか否か（上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比から理論空燃比以外に変化したか否か）を判定する。
【０１３７】
現時点は、内燃機関１０の暖気運転が終了した直後であるから、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）は理論空燃比以外から理論空燃比に変化している。従って、ＣＰＵ７１はステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３１５に進み、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比以外から理論空燃比に変化したか否かを判定し、同ステップ１３１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２０に進む。
【０１３８】
ＣＰＵ７１はステップ１３２０に進むと、空燃比フラグＸＡＢＹＦの値を「０」に設定するとともに、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。ここで、空燃比フラグＸＡＢＹＦは、その値が「１」のとき上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比以外の空燃比に設定されていることを示し、その値が「０」のとき上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比に設定されていることを示す。以降、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比に維持されている限りにおいて、ＣＰＵ７１はステップ１３１０、１３１５にて共に「０」と判定してステップ１３９５に進むから空燃比フラグＸＡＢＹＦの値は「０」に維持される。
【０１３９】
（燃料噴射量の計算）
また、ＣＰＵ７１は、図１４にフローチャートにより示した燃料噴射量Ｆｉの計算、及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ１４００から処理を開始してステップ１４０５に進み、エアフローメータ６１により計測された吸入空気流量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ、及び前記上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）に基づいて、機関の空燃比を同上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）とするための補正前基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅｂを求める。
【０１４０】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１４１０に進み、前記補正前基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅｂに、後述するルーチンにて更新されている最新の基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）と前記吸入空気流量Ｇａとから求めた基本燃料噴射量補正量ΔＦｂａｓｅを加えることで補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを求め、続くステップ１４１５にて同補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅの値を目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ）として格納する。
【０１４１】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１４２０にて、補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに係数Ｋを乗じた値に後述するフィードバック制御量ＤＦｉを加えた値を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定する。この係数Ｋの値は、通常は「１．００」であり、後述するように、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌを求めるために強制的に空燃比を変更するとき、「１．００」以外の所定値に設定される。
【０１４２】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１４２５に進み、同ステップ１４２５にて燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射するための指示をインジェクタ３９に対して行う。その後、ＣＰＵ７１はステップ１４３０に進み、その時点の燃料噴射量合計量ｍｆｒに最終燃料噴射量Ｆｉを加えた値を新たな燃料噴射量合計量ｍｆｒに設定する。この燃料噴射量合計量ｍｆｒは、後述する酸素吸蔵量を算出する際に用いられる。その後、ＣＰＵ７１はステップ１４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以上により、フィードバック制御量ＤＦｉによりフィードバック補正された後の燃料噴射量Ｆｉの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【０１４３】
（従来の装置を適用した場合のフィードバック制御量の計算）
次に、上記従来の装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉを算出する際の作動について説明すると、ＣＰＵ７１は図１５にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１５００から処理を開始し、ステップ１５０５に進んでフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。このフィードバック制御条件は、例えば、機関の冷却水温ＴＨＷが第１所定温度以上であって、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷、筒内吸入空気量Ｍｃ）が所定値以下であり、上流側空燃比センサ６６が正常（活性状態であることを含む。）であり、且つ、後述する最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が「０」のときに成立する。なお、最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮは、その値が「１」のとき最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌを取得するために強制的に空燃比を変更する空燃比制御（アクティブ制御）を実行していることを示し、その値が「０」のとき最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌを取得するための空燃比制御を実行していないことを示す。
【０１４４】
いま、フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５１０に進み、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮと空燃比フラグＸＡＢＹＦの少なくとも一つの値が「１」になっているか否かを判定する。
【０１４５】
現時点では、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「１」に、空燃比フラグＸＡＢＹＦの値が「０」に設定されているから、ＣＰＵ７１はステップ１５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５１５に進み、現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓを図３に示したテーブルに基いて変換することにより、現時点における検出空燃比ａｂｙｆｓを求める。
【０１４６】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１５２０に進み、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を前記求めた検出空燃比ａｂｙｆｓで除することにより、現時点からＮストローク前の実際の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。
【０１４７】
そして、ＣＰＵ７１はステップ１５２５に進んで、図１４のステップ１４１５にて既に求めてある現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から前記筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じた値を筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、ＣＰＵ７１はステップ１５３０に進み、上記数６に基づくステップ１５３０内に示した式に従ってフィードバック制御量ＤＦｉを求め、続くステップ１５３５にてその時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに前記ステップ１５２５にて求めた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを求めた後、続くステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４８】
このように、基本燃料噴射量補正量更新処理が実行されている間（基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「１」になっている間）、ＣＰＵ７１がステップ１５１０にて「Ｙｅｓ」と判定し続けるから、前記従来の装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉがステップ１５３０にて求められ、このフィードバック制御量ＤＦｉが前述した図１４のステップ１４２０により燃料噴射量Ｆｉに反映されることで上述した従来の装置を適用した場合の機関の空燃比制御が実行される。
【０１４９】
一方、ステップ１５０５の判定時において、フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５４０に進んでフィードバック制御量ＤＦｉの値を「０」に設定し、その後、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、フィードバック制御条件が不成立であるときは、フィードバック制御量ＤＦｉを「０」として前記従来の装置に基づくフィードバック制御による機関の空燃比の補正を行わない。
【０１５０】
（基本燃料噴射量補正量更新処理終了判定）
また、ＣＰＵ７１は、基本燃料噴射量補正量更新処理終了判定を行うための図１６にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１６００から処理を開始してステップ１６０５に進んで、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「１」であり、且つ、内燃機関１０が所定時間以上定常運転状態にあるか否かを判定し、同ステップ１６０５にて「Ｎｏ」と判定する限りにおいてステップ１６９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、内燃機関１０が定常運転状態にあると判定される条件は、冷却水温ＴＨＷが所定温度以上であり、図示しない車速センサにより得られた車速が所定の高車速以上であり、スロットル弁開度ＴＡの単位時間あたりの変化量が所定量以下である等の場合に成立する。
【０１５１】
現時点では、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「１」になっている。従って、いま、内燃機関１０が所定時間以上定常運転状態にあるものとすると、ＣＰＵ７１はステップ１６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１６１０に進み、現時点にて図１５のステップ１５３０にて算出されているフィードバック制御量ＤＦｉの値を更新用フィードバック制御量ＤＦｉｌｅａｒｎに格納する。なお、現時点では、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの値が「０」になっていることから更新用フィードバック制御量ＤＦｉｌｅａｒｎの値は積分項（Ｇｉ’・ＳＤＦｃ）の値と等しくなる。この更新用フィードバック制御量ＤＦｉｌｅａｒｎの値は、現時点での前述したインジェクタ３９等の誤差の大きさを表す。
【０１５２】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１６１５に進んで前記更新用フィードバック制御量ＤＦｉｌｅａｒｎの値に基づいて、基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）を更新し、更新後の最新の基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）をバックアップＲＡＭ７４に記憶した後、ステップ１６２０に進んで基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値を「０」に設定し、ステップ１６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上の処理により、基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）が更新される。以降、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ１６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６９５に直ちに進むようになる。
【０１５３】
以降、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「０」であるから、ＣＰＵ７１はステップ１６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１６９５に直ちに進むようになる。また、この結果、現時点では、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値も空燃比フラグＸＡＢＹＦの値も「０」になっているから、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５９５に直ちに進み、前記従来の装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉを算出する処理を実行しないようになる。
【０１５４】
（本装置を適用した場合のフィードバック制御量の計算）
一方、ＣＰＵ７１は、本装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉを算出するための図１７にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１７００から処理を開始し、ステップ１７０５に進んで前述のステップ１５０５と同一のフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。
【０１５５】
いま、フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ１７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７１０に進み、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値と空燃比フラグＸＡＢＹＦの値が共に「０」になっているか否かを判定する。
【０１５６】
先に述べたように、現時点では基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値も空燃比フラグＸＡＢＹＦの値も「０」に設定されているから、ＣＰＵ７１はステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１７１５〜ステップ１７２５に順次進み、前述のステップ１５１５〜ステップ１５２５と同様にして筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを求める。
【０１５７】
次に、ＣＰＵ７１はステップ１７３０に進み、上記数１に基づくステップ１７３０内に示した式に従ってフィードバック制御量ＤＦｉを求めた後、ステップ１７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌ、及び最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌは、それぞれ、後述するルーチンにより別途求められている。
【０１５８】
このように、以降、基本燃料噴射量補正量更新処理が実行されておらず（基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「０」になっていて）、且つ、目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比に維持されている（空燃比フラグＸＡＢＹＦの値が「０」になっている）限りにおいて、ＣＰＵ７１がステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し続けるから、本装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉがステップ１７３０にて求められ、このフィードバック制御量ＤＦｉが前述した図１４のステップ１４２０により燃料噴射量Ｆｉに反映されることで本装置を適用した場合の機関の空燃比制御が実行される。
【０１５９】
一方、ステップ１７０５の判定時において、フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ７１は同ステップ１７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１７３５に進んでフィードバック制御量ＤＦｉの値を「０」に設定し、その後、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、フィードバック制御条件が不成立であるときは、フィードバック制御量ＤＦｉを「０」として本装置に基づくフィードバック制御による機関の空燃比の補正を行わない。
【０１６０】
次に、この状態（基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値も空燃比フラグＸＡＢＹＦの値も「０」に設定されている状態）から、内燃機関１０が急加速運転状態等になって上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比以外の空燃比に設定された場合について説明する。この場合、ＣＰＵ７１は図１３のステップ１３１０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２５に進み、空燃比フラグＸＡＢＹＦの値を「１」に設定するとともに、続くステップ１３３０にて図１５のステップ１５３５にて算出される筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃの値を「０」に初期化した後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比以外の空燃比に維持されている限りにおいて、ＣＰＵ７１はステップ１３１０、１３１５にて共に「０」と判定してステップ１３９５に進むから空燃比フラグＸＡＢＹＦの値は「１」に維持される。
【０１６１】
この結果、現時点では、基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値は「０」に、空燃比フラグＸＡＢＹＦの値は「１」になっているから、ＣＰＵ７１は図１７のステップ１７１０に進んだとき「Ｎｏ」と判定して本装置を適用した場合のステップ１７３０にて算出されるフィードバック制御量ＤＦｉを算出する処理を実行しないようになる一方で、図１５のステップ１５１０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定して前記従来の装置を適用した場合のステップ１５３０にて実行されるフィードバック制御量ＤＦｉを算出する処理を再び開始するようになる。
【０１６２】
このようにして、基本燃料噴射量補正量算出テーブルΔＦｂａｓｅ（Ｇａ）の更新処理が実行されている間（基本燃料噴射量補正量更新処理実行中フラグＬＥＡＲＮの値が「１」に設定されている間）、及び、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒ（ｋ）が理論空燃比以外の空燃比に設定されている間（空燃比フラグＸＡＢＹＦの値が「１」に設定されている間）にのみ、本装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉの代わりに、前記従来の装置を適用した場合のフィードバック制御量ＤＦｉが算出される。
【０１６３】
（最大酸素吸蔵量の算出）
次に、最大酸素吸蔵量算出のために強制的に空燃比を変更する最大酸素吸蔵量取得制御について説明する。ＣＰＵ７１は図１８〜図２２のフローチャートにより示された各ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。
【０１６４】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図１８のステップ１８００から処理を開始し、ステップ１８０５に進んで最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が「０」であるか否かを判定する。いま、最大酸素吸蔵量算出のための最大酸素吸蔵量取得制御を行っておらず、且つ、最大酸素吸蔵量取得制御開始条件が成立していないとして説明を続けると、最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値は「０」となっている。従って、ＣＰＵ７１はステップ１８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１０に進み、先に説明した図１４のステップ１４２０にて使用される係数Ｋの値を１．００に設定する。
【０１６５】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１８１５にて最大酸素吸蔵量取得制御の開始判定条件が成立しているか否かを判定する。この最大酸素吸蔵量取得制御の開始判定条件は、冷却水温ＴＨＷが所定温度以上であり、図示しない車速センサにより得られた車速が所定の高車速以上であって、スロットル弁開度ＴＡの単位時間あたりの変化量が所定量以下であること等の機関が定常運転されている条件が成立し、且つ、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓが理論空燃比よりもリッチな空燃比に相当する値となっていて、且つ、前回の最大酸素吸蔵量取得制御の終了時点から所定時間以上が経過している場合等に成立する。現段階では、上述したように、最大酸素吸蔵量取得制御の開始判定条件は成立していないから、ＣＰＵ７１はステップ１８１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６６】
次に、現時点では最大酸素吸蔵量取得制御を行っていないが、最大酸素吸蔵量取得制御の開始判定条件が成立したものとして説明を続けると、この場合、ＣＰＵ７１はステップ１８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１０に進み、同ステップ１８１０にて係数Ｋの値を１．００に設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、前記開始判定条件が成立しているので、ステップ１８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８２０に進み、最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＨＡＮの値を「１」に設定する。
【０１６７】
そして、ＣＰＵ７１はステップ１８２５に進み、第１モードに移行するためにＭｏｄｅの値を「１」に設定するとともに、続くステップ１８３０にて係数Ｋの値を０．９８に設定し、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、前述のフィードバック制御条件が成立しなくなるから、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５０５又は図１７のステップ１７０５にて「Ｎｏ」と判定するようになり、フィードバック制御量ＤＦｉの値は「０」に設定される。この結果、図１４のステップ１４２０の実行により、補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅが０．９８倍された値が最終燃料噴射量Ｆｉとして算出され、この最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が噴射されるから、機関の空燃比（従って、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比）は理論空燃比よりもリーンな所定のリーン空燃比に制御される。
【０１６８】
以降、ＣＰＵ７１は図１８のルーチンの処理をステップ１８００から繰り返し実行するが、最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が「１」となっていることから、ステップ１８０５にて「Ｎｏ」と判定して直ちにステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了するようになる。
【０１６９】
一方、ＣＰＵ７１は図１９に示した第１モード制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングとなると、ＣＰＵ７１はステップ１９００から処理を開始してステップ１９０５に進み、Ｍｏｄｅの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、Ｍｏｄｅの値が「１」でなければ、ＣＰＵ７１は直ちにステップ１９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７０】
以下、図１８のステップ１８２５の処理によりＭｏｄｅの値が「１」に変更された直後であるものとして説明を続けると、この場合、ＣＰＵ７１はステップ１９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１０に進み、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓが理論空燃比よりもリッチな空燃比を示す値から同理論空燃比よりもリーンな空燃比を示す値に変化したか否かを判定する。
【０１７１】
現時点では、機関の空燃比を所定のリーン空燃比に変更した直後であるから、下流側空燃比センサ出力Ｖｏｘｓは理論空燃比よりもリッチな空燃比を示している。従って、ＣＰＵ７１はステップ２１９１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１９９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１７２】
以降、ＣＰＵ７１は図１９のステップ１９００〜１９１０を繰り返し実行する。また、空燃比は所定のリーン空燃比に維持されているから、所定の時間が経過すると第１触媒５３の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に到達する。従って、これに応じて下流側空燃比センサ出力Ｖｏｘｓはリッチを示す値からリーンを示す値に変化する。これにより、ＣＰＵ７１はステップ１９１０に進んだとき、「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１５に進み、Ｍｏｄｅの値を「２」に設定するとともに、続くステップ１９２０にて係数Ｋの値を１．０２に設定し、その後ステップ１９９５にて本ルーチンを一旦終了する。この結果、機関の空燃比は理論空燃比よりもリッチな上記所定のリッチ空燃比に制御される。
【０１７３】
また、ＣＰＵ７１は図２０に示した第２モード制御ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングとなると、ＣＰＵ７１はステップ２０００から処理を開始してステップ２００５に進み、Ｍｏｄｅの値が「２」であるか否かを判定する。いま、先の図１９のステップ１９１５の処理によりＭｏｄｅの値が「２」に変更された直後であるものとして説明を続けると、ＣＰＵ７１はステップ２００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０１０に進み、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓが理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化したか否かを判定する。この時点では、機関の空燃比を所定のリッチ空燃比に変更した直後であるから第１触媒５３から下流側空燃比センサ出力Ｖｏｘｓは理論空燃比よりもリーンな空燃比を示している。従って、ＣＰＵ７１はステップ２０１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する処理を行う。
【０１７４】
その後、機関の空燃比は引き続いて前記所定のリッチ空燃比に維持されているから、第１触媒５３に貯蔵されている酸素が消費されていき、所定の時間が経過すると第１触媒５３の酸素吸蔵量が「０」に到達する。この結果、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓが理論空燃比よりリーンな空燃比を示す値から同理論空燃比よりリッチな空燃比を示す値に変化する。これにより、ＣＰＵ７１はステップ２０１０からステップ２０１５に進んでＭｏｄｅの値を「０」に再設定し、続くステップ２０２０にて最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値を「０」に設定した後、ステップ２０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７５】
これにより、ＣＰＵ７１は図１８のルーチンを実行する際、ステップ１８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１０に進むので、係数Ｋの値が１．００に戻される。また、前述のフィードバック制御条件が成立していれば、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５０５又は図１７のステップ１７０５にて「Ｙｅｓ」と判定するから、空燃比フィードバック制御が再開される。
【０１７６】
以上、説明したように、最大酸素吸蔵量所得制御の開始判定条件が成立すると、機関の空燃比（従って、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比）が所定のリーン空燃比、及び所定のリッチ空燃比の順に強制的に制御される。
【０１７７】
次に、最大酸素吸蔵量取得のための酸素吸蔵量の算出における作動について説明する。ＣＰＵ７１は図２１のフローチャートにより示されたルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図２１のステップ２１００から処理を開始し、ステップ２１０５に進んでＭｏｄｅの値が「２」であるか否かを判定し、Ｍｏｄｅの値が「２」であれば同ステップ２１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２１１０に進み、下記数１６により酸素吸蔵量変化量ΔＯ２を求める。
【０１７８】
【数１６】
ΔＯ２＝０．２３・ｍｆｒ・（ｓｔｏｉｃｈ − ａｂｙｆｓａｖｅ）
【０１７９】
上記数１６において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。ｍｆｒは所定時間ｔｓａｍｐｌｅ内の燃料噴射量Ｆｉの合計量であり、ｓｔｏｉｃｈは理論空燃比（例えば、１４．７）である。ａｂｙｆｓａｖｅは所定時間ｔｓａｍｐｌｅにおいて上流側空燃比センサ６６により検出された空燃比Ａ／Ｆの平均値である。この数１６に示したように、所定時間ｔｓａｍｐｌｅ内の噴射量の合計量ｍｆｒに、検出された空燃比Ａ／Ｆの平均値の理論空燃比からの偏移（ｓｔｏｉｃｈ − ａｂｙｆｓａｖｅ）を乗じることで、同所定時間ｔｓａｍｐｌｅにおける空気の消費量（不足量）が求められる。この空気の消費量に酸素の重量割合を乗じることで前記所定時間ｔｓａｍｐｌｅにおける酸素の消費量（酸素吸蔵量変化量ΔＯ２）が求められる。
【０１８０】
そして、ＣＰＵ７１は、ステップ２１１５にてその時点の酸素吸蔵量ＯＳＡ２に上記酸素吸蔵量変化量ΔＯ２の値を加えた値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡ２として設定し、その後ステップ２１２０に進む。
【０１８１】
このような処置（ステップ２１００〜２１１５）は、Ｍｏｄｅの値が「２」である限り繰り返し実行される。この結果、第１触媒５３の上流の空燃比が所定のリッチ空燃比とされる第２モード（Ｍｏｄｅ＝２）において、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が算出されて行く。第２モードのおいては、第１触媒５３に貯蔵されている酸素が消費されていくからである。なお、ステップ２１０５の判定において「Ｎｏ」と判定される場合、ＣＰＵ７１は同ステップ２１０５からステップ２１２０に直接進む。そして、ＣＰＵ７１は、ステップ２１２０に進むと、燃料噴射量Ｆｉの合計量ｍｆｒを「０」に設定し、その後ステップ２１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８２】
次に、最大酸素吸蔵量算出における作動について説明する。ＣＰＵ７１は図２２のフローチャートにより示されたルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は図２２のステップ２２００から処理を開始し、ステップ２２０５に進んで最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が「１」から「０」に変化したか否かをモニタする。このとき、第２モードが終了して、先に説明した図２０のステップ２０２０にて最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が「０」に変更されると、ＣＰＵ７１はステップ２２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２１０に進む。ここで、最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が変化していなければ、ＣＰＵ７１はステップ２２０５からステップ２２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８３】
いま、第２モードが終了した直後であるとすると、最大酸素吸蔵量取得制御実行中フラグＸＨＡＮの値が「１」から「０」に変更された直後であるから、ＣＰＵ７１はステップ２２０５からステップ２２１０に進み、その時点の酸素吸蔵量ＯＳＡ２を、第１触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌとして格納する。
【０１８４】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ２２１５に進み、カウンタ値ｎの値を「０」に設定した後、ステップ２２２０に進んで第１触媒５３の各ブロック毎の最大酸素吸蔵量を算出する処理を開始する。まず、ＣＰＵ７１はステップ２２２０においてカウンタ値ｎの値を「１」だけ増大して「１」に設定した後、ステップ２２２５に進んで前記ステップ２２１０にて取得した最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの値と、カウンタ値ｎの値と、上記数１４に基づくステップ２２２５内に記載した式とに基づいて第１触媒５３のブロック（ｎ）における最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｎ）を算出する。この時点ではカウンタ値ｎの値は「１」であるから、ブロック（１）における最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）が算出される。
【０１８５】
そして、ＣＰＵ７１はステップ２２３０に進んでカウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しいか否かを判定する。現時点ではカウンタ値ｎの値は「１」であるから、ＣＰＵ７１はステップ２２３０にて「Ｎｏ」と判定し、再びステップ２２２０に戻ってカウンタ値ｎの値を「１」だけ増大した後ステップ２２２５及びステップ２２３０の処理を実行する。即ち、ステップ２２２５及びステップ２２３０の処理は、カウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、第１触媒５３の最上流のブロック（１）から最下流のブロック（Ｎ）までの各ブロック（ｎ）の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（ｎ）の値が順次算出されていく。
【０１８６】
前述のステップ２２２０の処理が繰り返されることによりカウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しくなると、ＣＰＵ７１はステップ２２３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２３５に進み、酸素吸蔵量ＯＳＡ２の値を「０」に設定した後、ステップ２２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８７】
（各ブロック毎の流出酸素量及び酸素吸蔵量、並びに触媒全体の酸素吸蔵量の計算）
次に、第１触媒５３の各ブロック毎の流出酸素量，酸素吸蔵量等の算出における作動について説明する。ＣＰＵ７１は図２３及び図２４のフローチャートにより示された各ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。
【０１８８】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１は、第１触媒５３の各ブロック毎の流出酸素量，酸素吸蔵量等を算出するための図２３に示したルーチンのステップ２３００から処理を開始し、ステップ２３０５に進んで、図１５のステップ１５２５又は図１７のステップ１７２５にて逐次更新されている筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの値と、エンジン回転速度ＮＥと、関数ｔ（ＮＥ，Δｔ）と、上記数１５に基づくステップ２３０５内に記載した式とに基づいて、先に説明したように境界条件である第１触媒５３のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）を算出する。
【０１８９】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ２３１０に進んでカウンタ値ｎの値、及び第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌの値をそれぞれ「０」に設定した後、ステップ２３１５に進んで第１触媒５３の各ブロック毎の流出酸素量，酸素吸蔵量等を算出する処理を開始する。まず、ＣＰＵ７１はステップ２３１５においてカウンタ値ｎの値を「１」だけ増大して「１」に設定する。カウンタ値ｎは第１触媒５３のブロックの番号を示している。この時点ではカウンタ値ｎの値は「１」であり、続くステップ２３２０からステップ２３７５までの今回の処理においてカウンタ値ｎの値は「１」に維持されるので、今回の同ステップ２３２０〜ステップ２３７５までの処理においては最上流のブロック（１）における計算が実行される。
【０１９０】
まず、ＣＰＵ７１はステップ２３２０に進んで、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）の値が「０」以上であるか否かを判定し、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）の値が「０」以上であれば同ステップ２３２０において「Ｙｅｓ」と判定するとともにステップ２３２５に進んで、図２２のステップ２２２５にて既に算出されているブロック（１）の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値と、後述するステップ２３６０にて前回本ルーチンが実行されたときに計算（更新）されたブロック（１）の酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値と、上記数９（の右辺）に基づくステップ２３２５内に記載した式とに基づいてブロック（１）における反応率Ｈを算出する。
【０１９１】
また、ステップ２３２０における判定において、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）の値が「０」以上でなければＣＰＵ７１は同ステップ２３２０において「Ｎｏ」と判定するとともにステップ２３３０に進んで、上記最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値と、上記酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値と、上記数１１（の右辺）に基づくステップ２３３０内に記載した式とに基づいてブロック（１）における反応率Ｈを算出する。
【０１９２】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ２３３５に進み、ステップ２３２５又はステップ２３３０にて算出した反応率Ｈの値と、ステップ２３０５にて算出したブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）の値と、上記数８（の右辺）又は上記数１０（の右辺）に基づくステップ２３３５内に記載した式とに基づいてブロック（１）における酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）を算出する。
【０１９３】
次に、ＣＰＵ７１はステップ２３４０に進んで、後述するステップ２３６０にて前回本ルーチンが実行されたときに計算されたブロック（１）の酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値とステップ２３３５にて今回算出したブロック（１）の酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）の値とを積算した値がブロック（１）における最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値以下であるか否かを判定する。
【０１９４】
ここで、前記積算した値が最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値以下であればＣＰＵ７１は同ステップ２３４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３４５に進んで同積算した値が「０」以上であるか否かを判定するとともに、同積算した値が「０」以上であれば同ステップ２３４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３６０に進んで、同積算した値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）として設定する。このように、前記積算した値が「０」以上最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）以下であればステップ２３３５にて算出された酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）の値がそのままブロック（１）における酸素吸蔵量変化量として使用される。
【０１９５】
一方、ステップ２３４０の判定において、前記積算した値が最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値を超えていればＣＰＵ７１は同ステップ２３４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２３５０に進み、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値から前回算出した酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値を減算した値を酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）に格納した後、ステップ２３６０に進む。このように、前記積算した値がブロック（１）における最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）を超えていれば今回ステップ２３６０にて算出されるブロック（１）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値が最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）を超えてしまうことを意味するので、今回ステップ２３６０にて算出される酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値が最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ（１）の値と等しくなるように酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）が調整される。
【０１９６】
同様に、ステップ２３４５の判定において、前記積算した値が「０」未満（負の値）となっていればＣＰＵ７１は同ステップ２３４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２３５５に進み、前回算出した酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値に対して符号を反転させた値を酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）に格納した後、ステップ２３６０に進む。このように、前記積算した値が「０」未満であれば今回ステップ２３６０にて算出されるブロック（１）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値が「０」未満（負の値）になってしまうことを意味するので、今回ステップ２３６０にて算出される酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値が「０」になるように酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）が調整される。
【０１９７】
ステップ２３６０にてブロック（１）における今回の酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）を算出した後、ＣＰＵ７１はステップ２３６５に進んでステップ２３０５にて算出したブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）の値と、上記調整後のブロック（１）における酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（１）の値と、上記数７（の右辺）に基づくステップ２３６５内に記載した式とに基づいてブロック（１）における流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（１）を算出する。
【０１９８】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ２３７０に進んで、（現時点ではステップ２３１０の実行により「０」となっている）現時点における第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌの値にステップ２３６０にて算出されたブロック（１）における今回の酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値を加えた値を新たな酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌとして格納した後、ステップ２３７５に進んで、ステップ２３６５にて算出されたブロック（１）における流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（１）の値と、上記数１３に基づいてブロック（１）に隣接する下流側のブロック（２）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（２）を算出する。
【０１９９】
そして、ＣＰＵ７１はステップ２３８０に進んでカウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しいか否かを判定する。現時点ではカウンタ値ｎの値は「１」であるから、ＣＰＵ７１はステップ２３８０にて「Ｎｏ」と判定し、再びステップ２３１５に戻ってカウンタ値ｎの値を「１」だけ増大して「２」に設定した後、続くステップ２３２０〜ステップ２３７５までの処理を実行することで次のブロックであるブロック（２）における計算を実行する。このとき、ステップ２３６５における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（２）の値としては前回ステップ２３７５にて算出した流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（２）の値が使用される。
【０２００】
このようにして、ステップ２３２０〜ステップ２３７５までの処理は、カウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、第１触媒５３の最上流のブロック（１）から最下流のブロック（Ｎ）までの各ブロック（ｎ）の流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（ｎ）、流出酸素量ＣｇｏｕｔＯ２（ｎ）、酸素吸蔵量変化量δＯＳＡ（ｎ）、及び酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｎ）の値が順次算出されていく。また、ステップ２３７０の処理が繰り返し実行されることにより、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌも算出される。
【０２０１】
ステップ２３１５の処理が繰り返されることによりカウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しくなると、ＣＰＵ７１はステップ２３８０にて「Ｙｅｓ」と判定した後、ステップ２３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０２】
また、ＣＰＵ７１は、所定のタイミングになると、第１触媒５３の各ブロック毎の酸素吸蔵量の値、並びに第１触媒５３の酸素吸蔵量の値を初期化（クリア）するための図２４にフローチャートにより示したルーチンのステップ２４００から処理を開始し、ステップ２４０５に進んで、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓの値が０．７（Ｖ）より大きいか否かをモニタする。このとき、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓの値が０．７（Ｖ）より大きければ、即ち、第１触媒５３の下流空燃比がリッチ空燃比であれば、同第１触媒５３内全体に吸蔵されている酸素量が「０」であることを意味するので、ＣＰＵ７１はステップ２４１０に進んで第１触媒５３の各ブロック毎の酸素吸蔵量の値及び第１触媒５３の酸素吸蔵量の値を総て「０」に設定する処理を開始する。一方、ステップ２４０５の判定において、下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓの値が０．７（Ｖ）以下であれば、ＣＰＵ７１はステップ２４０５からステップ２４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０３】
いま、ステップ２４０５の判定において下流側空燃比センサ６７の出力Ｖｏｘｓの値が０．７（Ｖ）より大きくなっているとすると、ＣＰＵ７１はステップ２４１０に進み、カウンタ値ｎの値を「０」に設定した後、ステップ２４１５に進んでカウンタ値ｎの値を「１」だけ増大して「１」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ２４２０に進んで、第１触媒５３のブロック（ｎ）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｎ）の値を「０」に設定する。この時点ではカウンタ値ｎの値は「１」であるから、最上流のブロック（１）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（１）の値が「０」に設定される。
【０２０４】
そして、ＣＰＵ７１はステップ２４２５に進んでカウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しいか否かを判定する。現時点ではカウンタ値ｎの値は「１」であるから、ＣＰＵ７１はステップ２４２５にて「Ｎｏ」と判定し、再びステップ２４１５に戻ってカウンタ値ｎの値を「１」だけ増大した後ステップ２４２０及びステップ２４２５の処理を実行する。即ち、ステップ２４２０及びステップ２４２５の処理は、カウンタ値ｎの値が第１触媒５３のブロック数Ｎと等しくなるまで繰り返し実行される。これにより、第１触媒５３の最上流のブロック（１）から最下流のブロック（Ｎ）までの各ブロック（ｎ）における酸素吸蔵量ＯＳＡ（ｎ）の値が総て「０」にクリアされる。
【０２０５】
前述のステップ２４１５の処理が繰り返されることによりカウンタ値ｎの値が触媒５３のブロック数Ｎと等しくなると、ＣＰＵ７１はステップ２４２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４３０に進み、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌの値を「０」に設定した後、ステップ２４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０６】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態によれば、補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを補正して空燃比フィードバック制御を行うためのフィードバック制御量ＤＦｉが、原則的に、ＤＦｉ＝Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２））なる式に基づいて算出される。この結果、比例項であるＧｐ・ＤＦｃに基づいて筒内燃料供給量偏差ＤＦｃが「０」になるように（従って、上流側空燃比センサ６６の検出空燃比ａｂｙｆｓが上流側目標空燃比ａｂｙｆｒになるように）制御されるとともに、第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌの値が筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの時間積分値に基づく値であることから積分項であるＧｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２））に基づいて、第１触媒５３に流入する排ガスの空燃比の理論空燃比からの偏差の収支がゼロになるように制御されるとともに第１触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡａｌｌが目標酸素吸蔵量（最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘａｌｌの半分の量）になるように制御される。
【０２０７】
また、前記積分項（Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２）））の値に制限（−Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２）≦積分項≦Ｇｉ・（Ｃｍａｘａｌｌ／２））があるから、機関の空燃比ａｂｙｆｓ（即ち、最終燃料噴射量Ｆｉ）は同積分項の作用により不必要に過度に補正されることがなく、空燃比フィードバック制御において大きな外乱が発生しても比較的速やかに収束する。従って、第１触媒５３からのエミッションの排出量が少なくなり、また、ドライバビリティが悪化の程度が少なくなった。
【０２０８】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態においては、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃに基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを計算しているが、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒと上流側空燃比センサ６６による検出空燃比ａｂｙｆｓとの偏差に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを計算してもよい。また、上流側空燃比センサ６６の出力の目標値である上流側目標値を設定することにより、同上流側目標値と同上流側空燃比センサ６６の出力値ｖａｂｙｆｓとの偏差に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを計算してもよい。
【０２０９】
ここで、例えば、上流側目標空燃比ａｂｙｆｒと上流側空燃比センサ６６による検出空燃比ａｂｙｆｓとの偏差に基づいてフィードバック制御量ＤＦｉを計算する場合、触媒モデルが境界条件として使用する第１触媒５３の最上流のブロック（１）における流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）は、上記数１５の代わりに、上記数１６と類似の下記数１７に基づいて計算できる。
【０２１０】
【数１７】
ΔＯ２＝０．２３・ｍｆｒ１・（ａｂｙｆｓａｖｅ−ｓｔｏｉｃｈ）
【０２１１】
上記数１７において、ｍｆｒ１は上記ｍｆｒと同様、演算周期Δｔ内の燃料噴射量Ｆｉの合計量であり、ａｂｙｆｓａｖｅは演算周期Δｔにおいて上流側空燃比センサ６６により検出された空燃比Ａ／Ｆの平均値である。この数１７に示したように、演算周期Δｔ内の噴射量の合計量ｍｆｒ１に、検出された空燃比Ａ／Ｆの平均値の理論空燃比からの偏移（ａｂｙｆｓａｖｅ−ｓｔｏｉｃｈ）を乗じることで、同演算周期Δｔにおける空気の過剰量が求められる。この空気の過剰量に酸素の重量割合「０．２３」を乗じることで前記演算周期Δｔにおける酸素の過剰量、即ち、流入酸素量ＣｇｉｎＯ２（１）が求められる。
【０２１２】
また、上記各実施形態においては、正負の値を採りえるフィードバック制御量ＤＦｉを補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに加算することによりフィードバック制御を実行しているが、同フィードバック制御量ＤＦｉに相当するフィードバック制御係数（＞０）を設定し、同補正後基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに同フィードバック制御係数を乗算することによりフィードバック制御を実行してもよい。
【０２１３】
また、上記各実施形態においては、触媒モデルを第１触媒５３に適用するにあたり、同第１触媒５３をＮ個のブロックに分割しているが、同第１触媒５３を分割することなく触媒モデルを一つのブロックとしての第１触媒５３に適用してもよい。
【０２１４】
また、上記各実施形態においては、フィードバック制御量ＤＦｉが、比例項Ｇｐ・ＤＦｃと積分項Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２））との和として計算されているが、フィードバック制御量ＤＦｉを積分項Ｇｉ・（ＯＳＡａｌｌ−（Ｃｍａｘａｌｌ／２））のみで計算してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る空燃比制御装置（排気浄化装置）を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示したエアフローメータの出力電圧と計測された吸入空気流量との関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した上流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図４】図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図５】図１に示した空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図６】アクセル操作量が急変した場合の機関の空燃比、第１触媒の酸素吸蔵量、及びフィードバック制御量を算出するための積分項の値の変化を、図１に示した空燃比制御装置と従来の装置とで比較しながら示したタイムチャートである。
【図７】従来の空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。
【図８】本発明の排気浄化装置が採用する触媒モデルを模式的に示した図である。
【図９】本発明の排気浄化装置が採用する触媒モデルの特定領域に注目したときの同特定領域における酸素吸蔵・放出反応に関係する特定成分の収支を示した図である。
【図１０】本発明の排気浄化装置が採用する触媒モデルが対象とする触媒全体の最大酸素吸蔵量から同触媒の各ブロック毎の各最大酸素吸蔵量の分布を求めるためのマップである。
【図１１】本発明の排気浄化装置が採用する触媒モデルを第１触媒に適用した場合の模式図である。
【図１２】図１に示したＣＰＵが実行する基本燃料噴射量補正量の更新処理の開始判定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが実行する目標空燃比の設定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量の計算等を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】図１に示したＣＰＵが実行する従来の空燃比制御装置を適用した場合のフィードバック制御量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】図１に示したＣＰＵが実行する基本燃料噴射量補正量の更新処理の終了判定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】図１に示したＣＰＵが実行する本発明の排気浄化装置（空燃比制御装置）を適用した場合のフィードバック制御量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１８】図１示したＣＰＵが実行する最大酸素吸蔵量取得制御を開始するか否かを決定するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１９】図１に示したＣＰＵが実行する第１モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図２０】図１に示したＣＰＵが実行する第２モードのルーチンを示したフローチャートである。
【図２１】図１に示したＣＰＵが実行する酸素吸蔵量を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図２２】図１に示したＣＰＵが実行する最大酸素吸蔵量を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図２３】図１に示したＣＰＵが実行する第１触媒の各ブロック毎の流出酸素量、酸素吸蔵量等を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図２４】図１に示したＣＰＵが実行する第１触媒の各ブロック毎の酸素吸蔵量をクリアするためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３９…インジェクタ、５２…エキゾーストパイプ（排気管）、５３…三元触媒（第１触媒）、５４…三元触媒（第２触媒）、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides an internal combustion engine including an air-fuel ratio sensor upstream of a catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine, and performing feedback control of an air-fuel ratio of gas flowing into the catalyst based on an output value of the air-fuel ratio sensor. An exhaust purification device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a three-way catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine (hereinafter, may be simply referred to as a “catalyst”) is disposed in an exhaust passage of the engine. This three-way catalyst has a function of storing oxygen. 2 It has a storage function (hereinafter, this function is referred to as an “oxygen storage function”, and the amount of oxygen stored in the catalyst is referred to as an “oxygen storage amount”). When rich, the stored oxygen oxidizes unburned components such as HC and CO, and when the air-fuel ratio of the inflowing gas is lean, it reduces nitrogen oxides (NOx) to reduce NOx. Oxygen taken from is stored inside. In other words, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is rich, the oxygen storage amount of the three-way catalyst decreases, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst is lean, The oxygen storage amount of the three-way catalyst increases. Thereby, the three-way catalyst can purify harmful components such as unburned components and nitrogen oxides even when the air-fuel ratio of the engine deviates from the stoichiometric air-fuel ratio.
[0003]
By the way, since the operating state of the internal combustion engine changes every moment, the air-fuel ratio of the engine becomes rich or lean. On the other hand, the oxygen storage amount of the catalyst varies between “0” and the maximum amount of oxygen that can be stored (hereinafter, referred to as “maximum oxygen storage amount”). Therefore, if the air-fuel ratio of the engine becomes rich when the oxygen storage amount in the catalyst is near “0”, the unburned components cannot be sufficiently oxidized in the catalyst, and the unburned components are removed from the catalyst. Will leak out. Conversely, if the air-fuel ratio of the engine becomes lean when the oxygen storage amount in the catalyst is near the maximum oxygen storage amount, nitrogen oxides cannot be sufficiently reduced in the catalyst, and nitrogen oxides are generated from the catalyst. Will leak out. From the above, the air-fuel ratio of the engine (for example, approximately half the maximum oxygen storage amount) is set so that the amount of oxygen stored in the catalyst becomes a predetermined amount (for example, approximately half of the maximum oxygen storage amount) in order to efficiently purify unburned components and nitrogen oxides. Therefore, it is preferable to control the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst.
[0004]
For this reason, for example, the exhaust gas purification device (air-fuel ratio control device) for an internal combustion engine disclosed in Patent Literature 1 has an air-fuel ratio sensor interposed upstream of a catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine. The deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and a predetermined target value corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio (actually, a value obtained by dividing the in-cylinder intake air amount by the detected air-fuel ratio corresponding to the air-fuel ratio sensor output value). A difference between the actual in-cylinder fuel supply amount and the in-cylinder intake air amount by a target air-fuel ratio (accordingly, a stoichiometric air-fuel ratio) corresponding to a predetermined target value; The feedback control amount is calculated based on the time integral value of the deviation (by performing the proportional / integral processing (PI processing) on the deviation), and the fuel injection amount is corrected based on the feedback control amount. Feedback control of engine air-fuel ratio to zero It has become to so that.
[0005]
According to this, the value of the feedback control amount based on the time integral value of the deviation (the integration process (I process)) is determined while the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is rich. By integrating the deviation over time, the air-fuel ratio is updated in a direction in which the air-fuel ratio is corrected to the lean side, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst becomes the same while the deviation occurs in which the air-fuel ratio becomes lean. By integrating the deviation with time, the air-fuel ratio is updated in a direction in which the air-fuel ratio is corrected to the rich side. Therefore, after the internal combustion engine temporarily transitions from a steady operation state in which the deviation can be zero to a transient operation state in which an excess or deficiency of fuel (that is, an excess or deficiency of air) is likely to occur (therefore, the deviation is likely to occur), The average value of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst during the period before returning to the steady operation state can be guaranteed to be the target air-fuel ratio (therefore, the stoichiometric air-fuel ratio). In other words, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is controlled by the air-fuel ratio feedback control based on the time integral value of the deviation so that the balance of the deviation becomes zero. Therefore, the oxygen storage amount of the catalyst does not change before and after the above period, and as a result, the oxygen storage amount of the catalyst can be maintained near the predetermined amount.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-280648
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the disclosed device, for example, when the internal combustion engine is in a transient operation state, such as during a rapid acceleration operation, the air-fuel ratio flowing into the catalyst deviates considerably from the stoichiometric air-fuel ratio for a certain period of time. When the air-fuel ratio becomes lean, the value of the feedback control amount based on the time integrated value of the deviation at the time when the air-fuel ratio returns to the stoichiometric air-fuel ratio is updated to a value that largely corrects the air-fuel ratio to the rich side. ing. Therefore, in this case, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst is returned to the stoichiometric air-fuel ratio from the excessive lean air-fuel ratio, and then is unnecessarily corrected to the excessive rich air-fuel ratio. The oxygen storage amount becomes “0”, the emission of harmful components (emissions) such as unburned HC and CO from the catalyst increases, and the drivability increases due to the fluctuation of the engine output based on the excessive fluctuation of the fuel injection amount. Is worse.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to flow into a catalyst based at least on a time integral of a value based on a deviation from a target value of an output value of an air-fuel ratio sensor upstream of a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that performs feedback control of an air-fuel ratio of a gas and that does not unnecessarily overcorrect the air-fuel ratio.
[0009]
[Overview of the present invention]
A feature of the present invention is that a catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, an air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst, and at least an output value of the air-fuel ratio sensor and a predetermined target Feedback control amount calculating means for calculating a feedback control amount based on a time integration value of a value based on a deviation from the value; and a feedback control amount calculating unit based on the feedback control amount (so that a value based on the deviation becomes zero). In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising: an air-fuel ratio control unit that feedback-controls an air-fuel ratio of an inflowing gas, when the feedback control amount calculating unit determines that a time integration value of a value based on the deviation exceeds a predetermined range. The feedback control amount is calculated based on a value within the same predetermined range instead of a time integration value of a value based on the deviation.
[0010]
Here, it is preferable that the predetermined target value is set to a value corresponding to a stoichiometric air-fuel ratio. The “value based on the deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value” is, for example, a deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value, and a detection value corresponding to the output value of the air-fuel ratio sensor. The difference between the air-fuel ratio (actual air-fuel ratio) and a target air-fuel ratio corresponding to a predetermined target value, the actual in-cylinder value obtained by dividing the in-cylinder intake air amount by the detected air-fuel ratio corresponding to the output value of the air-fuel ratio sensor. It is a deviation from the target in-cylinder fuel supply amount, which is a value obtained by dividing the fuel supply amount and the in-cylinder intake air amount by a target air-fuel ratio corresponding to a predetermined target value, and is not limited thereto.
[0011]
The air-fuel ratio control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst based on the feedback control amount (so that the value based on the deviation becomes zero) includes, for example, an air-fuel mixture supplied to the engine. Means for controlling the air-fuel ratio of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine, or in addition to or independently of the control, a nozzle provided in the exhaust passage upstream of the catalyst. A means for controlling the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst by supplying a predetermined amount of an oxidizing agent (air or the like) or a reducing agent (unburned HC or the like) from the above. If the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine is controlled, the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst can be controlled.
[0012]
According to this, the air-fuel ratio feedback control based on the time integration value of the value based on the deviation causes the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst to have a balance of zero based on the deviation as described above. Is controlled. Accordingly, the oxygen storage amount of the catalyst can be maintained near a predetermined amount (for example, half of the maximum oxygen storage amount) every time the internal combustion engine enters a steady operation state where the value based on the deviation can be zero. Combustion components and nitrogen oxides can be efficiently purified.
[0013]
Furthermore, according to the exhaust gas purification device, when the time integral of the value based on the deviation exceeds a predetermined range, the time integral based on the value within the predetermined range is used instead of the time integral of the value based on the deviation. A feedback control amount is calculated. In other words, it is configured such that a value exceeding the predetermined range in the time integration value of the value based on the deviation is not reflected as the feedback control amount.
[0014]
Therefore, for example, the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst becomes one of an excessive lean air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio that deviates considerably from the stoichiometric air-fuel ratio for a certain period of time. If the time integration value of the value based on the deviation is a value in a direction in which the air-fuel ratio is corrected to one of the other air-fuel ratios and exceeds the predetermined range, the time integration of the value based on the deviation is performed. Instead of the value, the feedback control amount is determined based on a value within the predetermined range (for example, one of an upper limit value and a lower limit value of the predetermined range). Therefore, by setting the predetermined range to an appropriate range, the air-fuel ratio flowing into the catalyst returns from one of the excessive air-fuel ratios to the stoichiometric air-fuel ratio, and then does not match the excessive one of the other air-fuel ratios. As a result, the amount of emission from the catalyst is reduced, and the degree of deterioration in drivability due to a change in the fuel injection amount can be reduced.
[0015]
In this case, the exhaust gas purification device includes oxygen storage amount estimation means for estimating an oxygen storage amount, which is an oxygen amount stored by the catalyst, based on a time integration value of at least a value based on the deviation, and the feedback control Preferably, the amount calculation means is configured to calculate the feedback control amount based on the estimated oxygen storage amount as a value based on a time integration value of the value based on the deviation.
[0016]
The value based on the deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and a predetermined target value is determined by the excess / deficiency of the fuel supplied into the cylinder (accordingly, the excess / deficiency of air (oxygen) in the gas flowing into the catalyst). The corresponding value. Therefore, the time integral of the value based on the deviation is a value corresponding to the time integral of the excess or deficiency of oxygen in the gas flowing into the catalyst. On the other hand, the amount of change in the amount of oxygen stored in the catalyst is a value corresponding to the amount of oxygen in the gas flowing into the catalyst. Therefore, the amount of oxygen stored in the catalyst is the amount of oxygen in the gas flowing into the catalyst. Becomes a value corresponding to the time integral value of. From the above, the oxygen storage amount of the catalyst is a value that can be calculated based on the time integrated value of the value based on the deviation.
[0017]
Therefore, as described above, even if the air-fuel ratio feedback control is performed based on the oxygen storage amount estimated by the oxygen storage amount estimation means as a value based on the time integration value of the value based on the deviation, As in the case of the air-fuel ratio feedback control based on the time integral value based on the value, the air-fuel ratio flowing into the catalyst can be controlled such that the balance of the value based on the deviation becomes zero. Therefore, each time the internal combustion engine enters a steady operation state in which the deviation can be zero, the oxygen storage amount of the catalyst can be maintained near the predetermined amount (for example, half of the maximum oxygen storage amount).
[0018]
Further, the oxygen storage amount of the catalyst varies between "0" and the maximum oxygen storage amount. Therefore, the oxygen storage amount estimating means estimates the oxygen storage amount of the catalyst so as to be a value that varies between “0” and the maximum oxygen storage amount. Therefore, the feedback control based on the estimated oxygen storage amount is performed. The amount could be calculated based on a value within a predetermined range having a range between “0” and the maximum oxygen storage amount. As a result, an effect equivalent to setting the predetermined range to a predetermined range having a width between “0” and the maximum oxygen storage amount can be obtained, and the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst can be reduced. By greatly deviating from the target air-fuel ratio corresponding to the predetermined target value, the time integration value of the value based on the deviation becomes a value outside the range of the oxygen storage amount of the catalyst from “0” to the maximum oxygen storage amount. Even in the case of a corresponding value, the air-fuel ratio is not excessively and unnecessarily corrected thereafter, as in the above case.
[0019]
The oxygen storage amount estimating means may estimate the oxygen storage amount of the catalyst such that the oxygen storage amount changes from a predetermined lower limit value equal to or greater than “0” to a predetermined upper limit value equal to or less than the maximum oxygen storage amount. Good. In this case, an effect equivalent to setting the predetermined range to a predetermined range having a width between the predetermined lower limit value and the predetermined upper limit value can be obtained.
[0020]
When the feedback control amount calculating means is configured to calculate the feedback control amount based on the estimated oxygen storage amount, the feedback control amount calculating means determines that the predetermined target oxygen storage amount is the predetermined target oxygen storage amount. It is further preferable that the feedback control amount is calculated based on a deviation from the oxygen storage amount (so that the deviation becomes zero). In this case, the predetermined target oxygen storage amount is preferably substantially half the maximum oxygen storage amount.
[0021]
According to this, the oxygen storage amount of the catalyst can be reliably maintained at the target oxygen storage amount every time the internal combustion engine enters the steady operation state. Further, when the predetermined target oxygen storage amount is set to half the maximum oxygen storage amount, the deviation between the predetermined target oxygen storage amount and the estimated oxygen storage amount is-`` half of the maximum oxygen storage amount. The value varies between “value” and “half the maximum oxygen storage amount”. Therefore, the maximum value of the value in the direction of correcting the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst to the rich side and the maximum value of the value in the direction of correcting the air-fuel ratio to the lean side in the feedback control amount calculated based on the deviation are calculated. Is equal to As a result, the extent to which the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst is prevented from being excessively corrected in the rich direction is made equal to the extent to which the air-fuel ratio is prevented from being excessively corrected in the lean direction. Can be.
[0022]
Further, when the feedback control amount calculating means is configured to calculate the feedback control amount based on the estimated oxygen storage amount, the oxygen storage amount estimating means is configured to calculate an oxygen storage reaction in the catalyst. It is preferable to be configured to estimate the oxygen storage amount based on a catalyst model constructed in consideration of speed.
[0023]
Even if the amount of oxygen in the gas flowing into the catalyst is the same, the amount of change in the oxygen storage amount of the catalyst differs depending on the speed of the oxygen storage (release) reaction of the catalyst. Therefore, in order to accurately estimate the oxygen storage amount of the catalyst, it is necessary to consider the speed of the oxygen storage reaction in the catalyst. Therefore, with the above configuration, the oxygen storage amount is estimated based on the catalyst model constructed in consideration of the speed of the oxygen storage reaction in the catalyst. Can be estimated, and as a result, the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst can be feedback controlled more accurately.
[0024]
The feedback control amount calculating means may be configured to calculate the feedback control amount based on a deviation between the predetermined target oxygen storage amount and the estimated oxygen storage amount, and When the purification device includes target value setting means for setting (changing) the predetermined target value corresponding to a target air-fuel ratio in accordance with an operation state of the internal combustion engine, the feedback control amount calculation means further includes the air-fuel ratio sensor Is configured to calculate the feedback control amount based on a value based on a deviation between the output value and the predetermined target value (so that the deviation becomes zero). When a value corresponding to an air-fuel ratio different from the air-fuel ratio is set, the air-fuel ratio sensor is used instead of the deviation between the predetermined target oxygen storage amount and the estimated oxygen storage amount. It is configured to calculate the feedback control amount based on the time integral value of the value based on the deviation between the output value and the predetermined target value is suitable.
[0025]
That is, in this case, when the predetermined target value is set to a value corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, the feedback control amount calculation means calculates a deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value. The feedback control amount is calculated based on a value based on the predetermined target oxygen storage amount and the estimated oxygen storage amount, and the predetermined target value corresponds to an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio. When the value is set to a value, a value based on a deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value, and a time integration value of the value based on the deviation (similar to the conventional device disclosed above). Then, a feedback control amount is calculated by performing a proportional / integral process (PI process) on a value based on the deviation.
[0026]
If the target air-fuel ratio corresponding to the predetermined target value is an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst converges to the target air-fuel ratio when the internal combustion engine is in a steady operation state. However, since an excess or deficiency of oxygen is generated in the gas flowing into the catalyst, the oxygen storage amount of the catalyst changes, and as a result, the oxygen storage amount of the catalyst cannot converge on the target oxygen storage amount. In other words, when the control for converging the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst to the target air-fuel ratio and the control for converging the oxygen storage amount of the catalyst to the target oxygen storage amount are performed simultaneously, the control targets differ from each other, and both control targets are different. Interfere with each other, it is not possible to perform good air-fuel ratio feedback control. On the other hand, according to the above configuration, when the target air-fuel ratio corresponding to the predetermined target value is different from the stoichiometric air-fuel ratio, the value based on the deviation is proportionally / integrally processed (PI processing). The control target converges the value based on the deviation to zero (therefore, the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst converges to the target air-fuel ratio). Thus, the above-described control interference can be avoided.
[0027]
Further, the internal combustion engine to which any one of the exhaust purification devices is applied includes a fuel injection unit that injects fuel according to an instruction, and the air-fuel ratio control unit is supplied to the internal combustion engine. A basic fuel injection amount necessary for setting an air-fuel ratio of an air-fuel mixture to a target air-fuel ratio corresponding to the predetermined target value is determined according to an operation state of the internal combustion engine, and the basic fuel injection amount is determined by the feedback control amount. If the configuration is such that the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst is feedback-controlled by instructing the fuel injection means to inject the fuel of the fuel injection amount obtained by correcting based on In any one of the exhaust emission control devices, the feedback control amount calculation means may further include a time integration value of a value based on a deviation between an output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value. Where the feedback control amount is calculated based on the time integral value of the value based on the deviation regardless of whether or not exceeds the value, and the value based on the deviation when the internal combustion engine is in a steady operation state. It is preferable to include a basic fuel injection amount correcting means for correcting the basic fuel injection amount based on a time integration value.
[0028]
In the exhaust gas purifying apparatus, an error (a difference between an indicated fuel injection amount and an actual fuel injection amount) of a fuel injection unit (for example, an injector) and an (instruction) intake air flow rate sensor ( For example, when an error such as an error of the air flow meter (a difference between the measured value of the intake air flow rate and the actual intake air flow rate) occurs, the value based on the deviation becomes zero when the internal combustion engine is in a steady operation state. (Therefore, when the air-fuel ratio of the engine (therefore, the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst) converges to the target air-fuel ratio corresponding to the predetermined target value), Is a value corresponding to the magnitude of the error. In other words, such an error can be absorbed by the time integral of the value based on the deviation converging to a value corresponding to the magnitude of the error.
[0029]
However, as described above, when the time integral of the value based on the deviation exceeds a predetermined range, the feedback control amount is determined based on the value within the predetermined range instead of the time integral of the value based on the deviation. When configured to calculate, when a large error corresponding to the time integral value of the value based on the deviation becoming a value outside the predetermined range occurs in the steady operation state, all such errors are absorbed. And the value based on the deviation cannot converge to zero.
[0030]
On the other hand, by providing the basic fuel injection amount correcting means as described above, regardless of the magnitude of the error, the basic fuel injection amount correcting means uses the steady operation state used when correcting the basic fuel injection amount. The time integration value of the value based on the deviation is exactly a value corresponding to the magnitude of the error. Therefore, the basic fuel injection amount can be accurately corrected by an amount corresponding to the magnitude of the error based on the time integration value of the value based on the deviation. In other words, even when a large error corresponding to the time integrated value of the value based on the deviation being outside the predetermined range occurs, the error is corrected by the correction of the basic fuel injection amount. Can be surely compensated.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an air-fuel ratio control device including an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0032]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a system in which an air-fuel ratio control device according to an embodiment of the present invention is applied to a spark ignition type multi-cylinder (four cylinder) internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 includes a cylinder block 20 including a cylinder block, a cylinder block lower case, and an oil pan, a cylinder head 30 fixed on the cylinder block 20, and a gasoline mixture in the cylinder block 20. And an exhaust system 50 for discharging exhaust gas from the cylinder block 20 to the outside.
[0033]
The cylinder block section 20 includes a cylinder 21, a piston 22, a connecting rod 23, and a crankshaft 24. The piston 22 reciprocates in the cylinder 21, and the reciprocating motion of the piston 22 is transmitted to the crankshaft 24 via the connecting rod 23, whereby the crankshaft 24 rotates. The heads of the cylinder 21 and the piston 22 together with the cylinder head 30 form a combustion chamber 25.
[0034]
The cylinder head section 30 includes an intake port 31 communicating with the combustion chamber 25, an intake valve 32 for opening and closing the intake port 31, and an intake camshaft for driving the intake valve 32, and continuously changes the phase angle of the intake camshaft. Variable intake timing device 33, an actuator 33a of the variable intake timing device 33, an exhaust port 34 communicating with the combustion chamber 25, an exhaust valve 35 for opening and closing the exhaust port 34, an exhaust camshaft 36 for driving the exhaust valve 35, and a spark plug 37 And an igniter 38 including an ignition coil for generating a high voltage applied to the ignition plug 37, and an injector (fuel injection means) 39 for injecting fuel into the intake port 31.
[0035]
The intake system 40 includes an intake pipe 41 including an intake manifold communicating with the intake port 31 and forming an intake passage together with the intake port 31, an air filter 42 provided at an end of the intake pipe 41, and an intake pipe 41. A throttle valve 43 for varying the opening cross-sectional area of the intake passage, a throttle valve actuator 43a comprising a DC motor constituting a throttle valve driving means, a swirl control valve (hereinafter referred to as "SCV") 44, and a DC motor. SCV actuator 44a.
[0036]
The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51 connected to the exhaust port 34, and an exhaust pipe (exhaust pipe) connected to the exhaust manifold 51 (actually, an aggregate of the respective exhaust manifolds 51 connected to the respective exhaust ports 34). ) 52, an upstream three-way catalyst 53 (also referred to as an upstream catalytic converter or a start catalytic converter) disposed (interposed) in the exhaust pipe 52, which is hereinafter referred to as a "first catalyst 53". ) And a downstream three-way catalyst 54 (disposed below the floor of the vehicle, which is disposed (interposed) in an exhaust pipe 52 downstream of the first catalyst 53, so that an under-floor catalytic converter is provided). (Hereinafter referred to as "second catalyst 54"). The exhaust port 34, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 constitute an exhaust passage.
[0037]
On the other hand, this system includes a hot-wire air flow meter 61, a throttle position sensor 62, a cam position sensor 63, a crank position sensor 64, a water temperature sensor 65, and an exhaust passage upstream of the first catalyst 53 (in this example, each of the exhaust manifolds described above). An air-fuel ratio sensor 66 (hereinafter, referred to as an “upstream air-fuel ratio sensor 66”) disposed in an assembly portion where the first and second catalysts 51 are gathered is disposed downstream of the first catalyst 53 and upstream of the second catalyst 54. An air-fuel ratio sensor 67 (hereinafter, referred to as “downstream air-fuel ratio sensor 67”) and an accelerator opening sensor 68 are provided in the passage.
[0038]
The hot-wire type air flow meter 61 outputs a voltage Vg according to a mass flow rate per unit time of intake air flowing through the intake pipe 41. The relationship between the output Vg of the air flow meter 61 and the measured intake air amount (flow rate) Ga is as shown in FIG. The throttle position sensor 62 detects the opening of the throttle valve 43 and outputs a signal indicating the throttle valve opening TA. The cam position sensor 63 generates a signal (G2 signal) having one pulse each time the intake camshaft rotates 90 ° (that is, each time the crankshaft 24 rotates 180 °). The crank position sensor 64 outputs a signal having a narrow pulse each time the crankshaft 24 rotates 10 ° and a wide pulse each time the crankshaft 24 rotates 360 °. This signal indicates the engine speed NE. The water temperature sensor 65 detects the temperature of the cooling water of the internal combustion engine 10 and outputs a signal indicating the cooling water temperature THW.
[0039]
The upstream air-fuel ratio sensor 66 is a limiting current type oxygen concentration sensor, and outputs a current corresponding to the air-fuel ratio A / F, as shown in FIG. 3, and an output value vabyfs which is a voltage corresponding to the current. Is output. In particular, when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, the output value vabyfs becomes the upstream target value vstoich. 3, the upstream air-fuel ratio sensor 66 can accurately detect the air-fuel ratio A / F over a wide range.
[0040]
The downstream air-fuel ratio sensor 67 is an electromotive force type (concentration cell type) oxygen concentration sensor, and outputs an output value Voxs, which is a voltage that rapidly changes near the stoichiometric air-fuel ratio, as shown in FIG. ing. More specifically, the downstream air-fuel ratio sensor 67 outputs approximately 0.1 (V) when the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and approximately 0.1 V when the air-fuel ratio is richer than the stoichiometric air-fuel ratio. 9 (V), and when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio, a voltage of 0.5 (V) is output. The accelerator opening sensor 68 detects the operation amount of the accelerator pedal 81 operated by the driver, and outputs a signal indicating the operation amount Accp of the accelerator pedal 81.
[0041]
The electric control device 70 includes a CPU 71 connected to the CPU 71 via a bus, a routine (program) executed by the CPU 71, a table (look-up table, map), a ROM 72 in which constants and the like are stored in advance, and the CPU 71 temporarily stores data as necessary. A microcomputer including a RAM 73 for temporarily storing data, a backup RAM 74 for storing data while the power is turned on and holding the stored data even when the power is turned off, an interface 75 including an AD converter, and the like. . The interface 75 is connected to the sensors 61 to 68, supplies signals from the sensors 61 to 68 to the CPU 71, and controls the actuator 33a of the variable intake timing device 33, the igniter 38, the injector 39, A drive signal is transmitted to the valve actuator 43a and the SCV actuator 44a.
[0042]
(Overview of air-fuel ratio feedback control)
Next, an outline of feedback control of the air-fuel ratio of the engine performed by the air-fuel ratio control device including the exhaust gas purification device configured as described above will be described.
[0043]
When the air-fuel ratio of the gas flowing into the first catalyst 53 is the stoichiometric air-fuel ratio, the first catalyst 53 oxidizes HC and CO and reduces NOx when the air-fuel ratio of the gas flowing into the first catalyst 53 is the stoichiometric air-fuel ratio. Purify these harmful components with high efficiency. In addition, the first catalyst 53 has a function of storing and releasing oxygen (oxygen storage function and oxygen storage and release function), and the oxygen storage and release function causes the air-fuel ratio to deviate from the stoichiometric air-fuel ratio to some extent. Also, HC, CO, and NOx can be purified. That is, when the air-fuel ratio of the engine becomes lean and the gas flowing into the first catalyst 53 contains a large amount of NOx, the first catalyst 53 deprives the NOx of oxygen molecules, stores the oxygen molecules, and releases the NOx. It reduces and thereby purifies NOx. Also, when the air-fuel ratio of the engine becomes rich and the gas flowing into the first catalyst 53 contains a large amount of HC and CO, the first catalyst 53 gives the oxygen molecules stored therein to (releases). ) Oxidation, thereby purifying HC and CO. In other words, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 is rich, the oxygen storage amount of the first catalyst 53 decreases and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 is lean. In this case, the oxygen storage amount of the first catalyst 53 increases.
[0044]
Therefore, in order for the first catalyst 53 to efficiently purify a large amount of HC and CO in the exhaust gas having a rich air-fuel ratio that flows continuously, the first catalyst 53 must store a large amount of oxygen. On the contrary, in order to efficiently purify a large amount of NOx in the exhaust gas having a lean air-fuel ratio which continuously flows in, the first catalyst 53 must be in a state capable of sufficiently storing oxygen. become. As described above, in order to efficiently purify HC, CO and NOx, the air-fuel ratio of the engine (therefore, the target oxygen storage amount) is set so that the oxygen storage amount in the first catalyst 53 is half of the maximum oxygen storage amount (target oxygen storage amount). , The exhaust gas flowing into the first catalyst 53 is preferably controlled.
[0045]
In order to control the amount of oxygen stored in the first catalyst 53 to be able to be maintained at half the maximum oxygen storage amount, at least the average value of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 must be determined. (That is, control so that the balance of the deviation of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 from the stoichiometric air-fuel ratio is made zero). Therefore, a feedback control amount is obtained based on a time integral value of a deviation between the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and an upstream target value (predetermined target value) vstoich which is a target value of the output value, and It is necessary to feedback-control the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 (accordingly, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10) based on the feedback control amount so that the deviation becomes “0”.
[0046]
On the other hand, the difference between the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the upstream target value vstoich is determined by the excess or deficiency of the fuel supplied to the cylinder (in the cylinder) (accordingly, in the gas flowing into the first catalyst 53). Of air (oxygen). On the other hand, the amount of change in the oxygen storage amount of the first catalyst 53 also becomes a value corresponding to the excess or deficiency of oxygen in the exhaust gas flowing into the first catalyst 53. From the above, the amount of change in the amount of oxygen stored in the first catalyst 53 is a value corresponding to the deviation, and the amount of oxygen stored in the first catalyst 53 is a value based on the time integral of the deviation.
[0047]
Therefore, the air-fuel ratio control device (exhaust gas purifying device, hereinafter sometimes simply referred to as “the present device”) of the present embodiment uses the catalyst model described later to calculate the output value vabyfs of the upstream-side air-fuel ratio sensor 66. The oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is sequentially obtained based on the time integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, which is a value based on the deviation from the upstream target value vstoich. In addition, in principle, the present apparatus calculates a proportional term (P term) DFip obtained by multiplying the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc by a proportional gain Gp and a maximum oxygen storage amount Cmaxall from the oxygen storage amount OSAall according to the following equation 1. A feedback control amount DFi which is a sum of an integral term (I term) DFii obtained by multiplying the value obtained by subtracting half the amount and the integral gain Gi is obtained. Here, the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is a value obtained by dividing an in-cylinder intake air amount Mc described later by a detected air-fuel ratio abyfs corresponding to an output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. This is a deviation from the target in-cylinder fuel supply amount Fcr, which is a value obtained by dividing the amount Fc and the in-cylinder intake air amount Mc by the target air-fuel ratio abyfr. In the following Equation 1, Cmaxall is the maximum oxygen storage amount of the first catalyst 53, and the value of the maximum oxygen storage amount Cmaxall is separately obtained as described later.
[0048]
(Equation 1)
DFi = Gp · DFc + Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))
[0049]
Then, the present apparatus sets the final fuel injection amount Fi to an amount obtained by adding the feedback control amount DFi to a later-described (corrected) basic fuel injection amount Fbase determined according to the operation state of the internal combustion engine 10. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10 is feedback-controlled by injecting the fuel having the same final fuel injection amount Fi from the injector 39 of the cylinder entering the intake stroke. As a result, the balance of the deviation of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 from the stoichiometric air-fuel ratio is controlled to be zero, and the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc becomes “0” ( Therefore, the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 becomes the upstream target value vstoich), and the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 becomes half the maximum oxygen storage amount Cmaxall. Controlled.
[0050]
(Specific contents of air-fuel ratio feedback control)
The air-fuel ratio feedback control described above will be described more specifically. As shown in FIG. 5 which is a functional block diagram, the air-fuel ratio control device is configured to include each unit of A1 to A16. Hereinafter, each means and the like will be described with reference to FIG.
[0051]
<Calculation of basic fuel injection amount (before correction)>
First, the in-cylinder intake air amount calculating means A1 calculates the intake air flow rate Ga measured by the air flow meter 61, the engine rotational speed NE obtained based on the output of the crank position sensor 64, and a table stored in the ROM 72. The in-cylinder intake air amount Mc (k), which is the intake air amount of the cylinder that reaches the current intake stroke, is determined based on MAPc. Here, the suffix (k) indicates that it is a value for the current intake stroke (the same applies to other physical quantities hereinafter). The cylinder intake air amount Mc is stored in the RAM 73 while corresponding to the intake stroke of each cylinder.
[0052]
The upstream target air-fuel ratio setting means A2 as the target value setting means is configured to output the upstream target air-fuel ratio corresponding to the upstream target value based on the engine rotational speed NE, the throttle valve opening TA, and the like, which are the operating states of the internal combustion engine 10. The fuel ratio abyfr (k) is determined. The upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is set to the stoichiometric air-fuel ratio except in a special case such as, for example, during a warm-up operation of the internal combustion engine 10, during a rapid acceleration operation in which the throttle valve opening TA is a predetermined value or more. ing. Further, the upstream target air-fuel ratio abyfr is stored in the RAM 73 while corresponding to the intake stroke of each cylinder.
[0053]
The pre-correction basic fuel injection amount calculating means A3 converts the in-cylinder intake air amount Mc (k) obtained by the in-cylinder intake air amount calculating means A1 into the upstream target air-fuel ratio set by the upstream target air-fuel ratio setting means A2. By dividing by the abyfr (k), the pre-correction basic fuel injection amount Fbaseb for the current intake stroke for obtaining the air-fuel ratio of the engine at the same upstream-side target air-fuel ratio abyfr (k) is obtained.
[0054]
As described above, the present apparatus obtains the pre-correction basic fuel injection amount Fbaseb using the in-cylinder intake air amount calculation means A1, the upstream target air-fuel ratio setting means A2, and the pre-correction basic fuel injection amount calculation means A3. .
[0055]
<Calculation of final fuel injection amount>
First, the post-correction basic fuel injection amount calculation means A4 adds the latest basic fuel to the pre-correction basic fuel injection amount Fbaseb obtained by the pre-correction basic fuel injection amount calculation means A3 by the basic fuel injection amount correction amount acquisition means A16 described later. The corrected basic fuel injection amount Fbase (that is, the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k)) is obtained by adding the basic fuel injection amount correction amount ΔFbase obtained according to the injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga). The target in-cylinder fuel supply amount Fcr is stored in the RAM 73 while corresponding to the intake stroke of each cylinder.
[0056]
The final fuel injection amount calculating means A5 obtains the final fuel injection amount Fi based on the following equation 2 by adding the feedback control amount DFi to the corrected basic fuel injection amount Fbase. Thus, the present device corrects the corrected basic fuel injection amount Fbase by the corrected basic fuel injection amount calculating means A4 and the final fuel injection amount calculating means A5 based on the feedback control amount DFi, thereby obtaining the final fuel injection amount. The amount Fi is obtained, and the fuel having the same final fuel injection amount Fi is injected by the injector 39 into the cylinder that enters the current intake stroke. In this way, means for performing feedback control of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine 10 (accordingly, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53) based on the feedback control amount DFi corresponds to the air-fuel ratio control means. I do.
[0057]
(Equation 2)
Fi = Fbase + DFi
[0058]
<Calculation of feedback control amount>
First, the table conversion means A6 is a table defining the relationship between the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor and the air-fuel ratio A / F shown in FIG. , The detected air-fuel ratio abyfs detected by the upstream air-fuel ratio sensor 66 at the present time is obtained.
[0059]
The in-cylinder intake air amount delay means A7 includes, among the in-cylinder intake air amount Mc obtained by the in-cylinder intake air amount calculation means A1 for each intake stroke and stored in the RAM 73, N strokes (N intake strokes) from the present time. ) The in-cylinder intake air amount Mc of the cylinder that has reached the intake stroke before is read out from the RAM 73 and set as the in-cylinder intake air amount Mc (k−N).
[0060]
The in-cylinder fuel supply amount calculation means A8 calculates the in-cylinder intake air amount Mc (kN) N strokes before the current time obtained by the in-cylinder intake air amount delay means A7 at the current time obtained by the table conversion means A6. By dividing by the detected air-fuel ratio abyfs, the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) N strokes before the current time is obtained. Here, the value N varies depending on the displacement of the internal combustion engine 10, the distance from the fuel chamber 25 to the upstream air-fuel ratio sensor 66, and the like.
[0061]
As described above, in order to obtain the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) N strokes before the current time, the in-cylinder intake air amount Mc (k−N) N strokes before the current time is detected at the present time. The reason why the fuel ratio is divided by the fuel ratio abyfs is that a time L corresponding to N strokes is required until the fuel-air mixture in the combustion chamber 25 reaches the upstream air-fuel ratio sensor 66.
[0062]
The target in-cylinder fuel supply amount delay means A9 calculates the target in-cylinder fuel supply amount Fcr obtained by the corrected basic fuel injection amount calculation means A4 for each intake stroke and stored in the RAM 73 before the current stroke by N strokes. The in-cylinder fuel supply amount Fcr is read from the RAM 73, and is set as the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N).
[0063]
The in-cylinder fuel supply amount deviation calculating means A10 calculates the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k-N) N strokes before the current time set by the target in-cylinder fuel supply amount delay means A9 based on the following equation (3). By subtracting the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) N strokes before the current time obtained by the in-cylinder fuel supply amount calculation means A8, the above-described in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is obtained. The in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is an amount representing an excess or deficiency of the fuel supplied into the cylinder at the time before the N stroke, and is an output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and an upstream target value ( When the upstream target air-fuel ratio abyfr is the stoichiometric air-fuel ratio, it is a value based on a deviation from vstoich) shown in FIG.
[0064]
[Equation 3]
DFc = Fcr (k−N) −Fc (k−N)
[0065]
The proportional term calculating means A11 performs a proportional process (P process) on the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc to obtain a feedback control amount DFip based on the proportional term (P term) based on the following equation (4). In Equation 4 below, Gp is a preset proportional gain (proportional constant (positive value)).
[0066]
(Equation 4)
DFip = Gp · DFc
[0067]
The catalyst model A12 is based on the time integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, the value of the maximum oxygen storage amount Cmaxall of the first catalyst 53 obtained by the maximum oxygen storage amount obtaining means A15 described later, and the like. This is a model for obtaining the oxygen storage amount OSAall of the catalyst 53, which will be described later.
[0068]
The integral term calculating means A13 calculates the integral term based on the following equation 5 based on the value of the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 obtained by the catalyst model A12 and the value of the maximum oxygen storage amount Cmaxall of the first catalyst 53 based on the following equation (5). The feedback control amount DFii based on the I term) is obtained. In the following Equation 5, Gi is a preset integration gain (integration constant (positive value)).
[0069]
(Equation 5)
DFii = Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))
[0070]
The feedback control amount calculating means A14 obtains the feedback control amount DFi by adding the feedback control amount DFii based on the integral term to the feedback control amount DFip based on the proportional term. The feedback control amount DFi is used when the final fuel injection amount Fi is obtained by the final fuel injection amount calculation means A5 as described above.
[0071]
In this manner, the present apparatus provides the in-cylinder fuel supply deviation DFc, which is a value based on the deviation between the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the upstream target value corresponding to the upstream target air-fuel ratio abyfr, and Between the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 and the target oxygen storage amount (half the maximum oxygen storage amount Cmaxall of the first catalyst 53) as a value based on the time integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc. A feedback control amount DFi is obtained based on the deviation. Then, by adding the feedback control amount DFi to the corrected basic fuel injection amount Fbase, the corrected basic fuel injection amount Fbase is corrected.
[0072]
For example, when the air-fuel ratio of the engine suddenly changes and becomes lean, the detected air-fuel ratio abyfs obtained by the table conversion means A6 is leaner than the upstream target air-fuel ratio abyfr set by the upstream target air-fuel ratio setting means A2. It is determined as a value (larger value). For this reason, the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (kN) obtained by the in-cylinder fuel supply amount calculation means A8 is equal to the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (kr) obtained by the target in-cylinder fuel supply amount delay means A9. kN), and the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is obtained as a large positive value. Further, when the value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is a positive value (when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 is lean), the oxygen storage amount OSAall in the first catalyst 53 is increased. Is calculated. Accordingly, both the feedback control amount DFip based on the proportional term and the feedback control amount DFii based on the integral term have positive values, and the feedback control amount DFi has a large positive value. As a result, the fuel injection amount Fi obtained by the final fuel injection amount calculation means A5 is controlled to be larger than the corrected basic fuel injection amount Fbase, and the air-fuel ratio of the engine becomes rich.
[0073]
Conversely, when the air-fuel ratio of the engine suddenly changes and becomes rich, the detected air-fuel ratio abyfs is obtained as a value richer (smaller value) than the upstream target air-fuel ratio abyfr. Therefore, the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k-N) becomes a value larger than the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k-N), and the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is obtained as a negative value. Further, when the value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is a negative value (when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 is rich), the oxygen storage amount OSAall in the first catalyst 53 decreases. Is calculated. Therefore, the feedback control amount DFi based on the proportional term and the feedback control amount DFii based on the integral term also have negative values, and the feedback control amount DFi has a negative value. As a result, the fuel injection amount Fi is controlled to be smaller than the corrected basic fuel injection amount Fbase so that the air-fuel ratio of the engine becomes lean. As described above, the table conversion means A6, the in-cylinder intake air amount delay means A7, the in-cylinder fuel supply amount calculation means A8, the target in-cylinder fuel supply amount delay means A9, the in-cylinder fuel supply amount deviation calculation means A10, and the proportional term calculation means A11 , The catalyst model A12, the integral term calculating means A13, and the feedback control amount calculating means A14 correspond to the feedback control amount calculating means.
[0074]
FIG. 6 shows the oxygen storage of the first catalyst 53 when the air-fuel ratio of the engine 10 to which the present apparatus is applied (therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53) temporarily deviates greatly from the stoichiometric air-fuel ratio. 6 is a time chart showing, with a solid line, a change in a feedback control amount DFii (hereinafter, also referred to as an “integral term DFii”) based on an amount OSAall and an integral term. FIG. 6 also shows, as a comparative example, changes in the case where the disclosed conventional exhaust gas purification device (air-fuel ratio control device) shown in the functional block diagram of FIG. I have. 7, the same or similar means as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
[0075]
The conventional device differs from the present device only in the calculation of the feedback control amount DFi. In the conventional device, the feedback control amount DFi is calculated by the PI controller A11 according to the following equation (6). In the following equation 6, Gp is the same proportional gain as in the above equation 1, and Gi ′ is an integral gain. That is, in the conventional device, the feedback control amount DFip based on the proportional term is the same Gp · DFc as in the above equation 1, and the feedback control amount (integral term) DFii based on the integral term is Gi ′ · ΣDFc.
[0076]
(Equation 6)
DFi = Gp · DFc + Gi ′ · ΣDFc
[0077]
As shown in FIG. 6, between the time t0 and the time t1, the operation amount Accp of the accelerator pedal 81 by the driver is maintained at a predetermined constant value as shown in FIG. In this state, the air-fuel ratio abyfs of the engine is maintained near the stoichiometric air-fuel ratio as shown in (b), and the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 becomes the target oxygen storage amount (Cmaxall / 2) as shown in (c). ), And the integral term (I term) is maintained at substantially “0” as shown in FIG.
[0078]
From this state, assuming that the operation amount Accp of the accelerator pedal 81 suddenly increases to the maximum value at the time t1, the fuel injection amount with respect to the actual intake air amount due to a measurement error of the intake air flow rate Ga due to the delay of the air flow meter 61, and the like. Due to the lack of Fi, the air-fuel ratio abyfs of the engine temporarily becomes a considerable lean air-fuel ratio after time t1. Regarding the change after the time t1, a case where the conventional device is applied will be described first. Note that, for convenience of explanation, the description of the operation of the feedback control amount DFip based on the proportional term will be omitted.
[0079]
The oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 increases when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 (accordingly, the air-fuel ratio abyfs of the engine) is lean, and decreases when the air-fuel ratio abyfs of the engine is rich. In addition, the integral term (Gi ′ · ΣDFc) (the same applies to the integral term (Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2)))) also indicates the in-cylinder fuel supply amount deviation when the air-fuel ratio abyfs of the engine is lean. DFc increases since it has a positive value, and decreases because the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc has a negative value when the air-fuel ratio abyfs of the engine is rich.
[0080]
Therefore, the oxygen storage amount OSAall increases since the air-fuel ratio abyfs of the engine is lean after time t1, reaches the maximum oxygen storage amount Cmaxall at time t2, and is maintained at Cmaxall after time t2. On the other hand, the value of the integral term (Gi′ΣΔDFc) also increases after time t1, and further increases after time t2 because the air-fuel ratio abyfs of the engine is lean. Thereby, the value of the integral term becomes a positive value and becomes a value for correcting the air-fuel ratio abyfs of the engine to the rich side. Therefore, the air-fuel ratio abyfs of the engine starts to decrease from a certain point in time, and at time t3. Change rich. Since the value of the integral term continues to increase until time t3, the value of the integral term becomes a considerably large positive value (maximum value) at the time t3, and the air-fuel ratio abyfs of the engine is largely corrected to the rich side. It has become.
[0081]
Therefore, after time t3, the air-fuel ratio abyfs of the engine is corrected to an unnecessarily large rich side. As a result, after time t3, the oxygen storage amount OSAall, which has started to decrease from the maximum oxygen storage amount Cmaxall because the air-fuel ratio abyfs of the engine becomes considerably rich, reaches “0” at time t5 and becomes “0” after time t5. Is maintained. On the other hand, the value of the integral term also continues to decrease from time t3 to time t7 when the air-fuel ratio abyfs of the engine changes to lean again because the air-fuel ratio abyfs is rich. As a result, the value of the integral term becomes a negative value whose absolute value is considerably large even at the time t7, and is a value that excessively corrects the air-fuel ratio abyfs of the engine to the lean side.
[0082]
Accordingly, the air-fuel ratio abyfs of the engine is corrected to a certain degree to the lean side even after time t7, and converges to the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio after time t9 when it changes to the rich side again. As described above, when the conventional apparatus is applied, the value of the integral term (Gi ′ · ΣDFc) is not limited. Therefore, the air-fuel ratio abyfs (ie, the final fuel injection amount Fi) of the engine is determined by the action of the integral term. Unnecessarily excessive correction results in oscillation, and a large amount of emission (NOx between time t2 and time t3 and HC and CO between time t5 and time t7) is emitted from the first catalyst 53. And drivability deteriorates.
[0083]
On the other hand, when this apparatus is applied, the value of the integral term (Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))) changes in the same manner as the oxygen storage amount OSAall, and the oxygen storage amount OSAall becomes the maximum oxygen storage amount Cmaxall. After the reaching time t2, the value of the integral term is maintained at the maximum value (Cmaxall / 2) and does not become a value larger than the maximum value. Therefore, at time t4 when the air-fuel ratio abyfs of the engine changes from lean to rich, the value of the integral term (Cmaxall / 2) is a value that corrects the air-fuel ratio abyfs of the engine to the rich side, but the value of the integral term is excessively rich. It is not a value that greatly corrects the above.
[0084]
Therefore, the air-fuel ratio abyfs of the engine is not excessively corrected to the lean side after the time t4, and after the time t6 when the engine again changes to the lean side (or the time t8 when the engine again changes to the rich side). Converges near the stoichiometric air-fuel ratio. Further, the oxygen storage amount OSAall does not reach “0” after time t4 when the maximum oxygen storage amount Cmaxall is reached, and converges substantially to the target oxygen storage amount (Cmax / 2) at time t8. Further, the value of the integral term does not fluctuate greatly after time t4, and converges to almost “0” at time t8.
[0085]
As described above, when the present apparatus is applied, the value of the integral term (Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))) is limited to (−Gi · (Cmaxall / 2) ≦ integral term ≦ Gi · (Cmaxall / 2)). ), The air-fuel ratio abyfs of the engine (that is, the final fuel injection amount Fi) is not unnecessarily and excessively corrected by the action of the same integral term (that is, shown by the hatched portion in FIG. 6D). (The amount of correction to the rich side by the integral term is small by an amount corresponding to the area), and converges relatively quickly. Therefore, the emission amount of the emission from the first catalyst 53 is small (a large amount of NOx is emitted only from the time t2 to the time t4), and the degree of deterioration in drivability is reduced.
[0086]
As described above, calculating the feedback control amount DFi based on the value of the integral term (Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))) as in the present device is based on the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the upstream side Based on a value of an integral term (Gi ′ · ΣDFc) which is a time integral value (a value based on) a cylinder fuel supply amount deviation DFc which is a value based on a deviation from an upstream target value corresponding to the target air-fuel ratio abyfr. When the feedback control amount DFi is calculated and the value of the integral term (Gi ′ · ΣDFc) exceeds a predetermined range (−Gi · (Cmaxall / 2) ≦ integral term ≦ Gi · (Cmaxall / 2)), the integral Instead of the term (Gi ′ · ΣDFc), the value is determined based on one of the upper limit Gi · (Cmaxall / 2) and the lower limit −Gi · (Cmaxall / 2) of the predetermined range. It is substantially the equivalent of calculating the readback control amount DFi.
[0087]
(Treatment when target air-fuel ratio is other than stoichiometric air-fuel ratio)
As shown in the above equation (1), in the present apparatus, the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc becomes “0” based on the proportional term DFip (= Gp · DFc) (therefore, the upstream air-fuel ratio sensor 66). So that the detected air-fuel ratio abyfs becomes the upstream target air-fuel ratio abyfr), and the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is determined based on the integral term DFii (= Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))). Each is controlled so as to reach the target oxygen storage amount (Cmaxall / 2).
[0088]
However, as described above, the target air-fuel ratio abyfr may have an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio. In this case, when the internal combustion engine 10 is in a steady operation state and the gas flowing into the first catalyst 53 Even if the detected air-fuel ratio abyfs converges to the target air-fuel ratio abyfr, an excess or deficiency of oxygen is generated in the gas flowing into the first catalyst 53, so the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 changes. The oxygen storage amount OSAall cannot converge to the target oxygen storage amount (Cmaxall / 2). In other words, if the control based on the proportional term DFip and the control based on the integral term DFii are performed at the same time, their control targets are different, and both controls interfere with each other.
[0089]
Therefore, when the target air-fuel ratio abyfr has an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio, the present device calculates the feedback control amount DFi according to the above-described equation 6 instead of the above-described equation 1. That is, when the target air-fuel ratio abyfr has an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio, the present device is a functional block diagram of the disclosed conventional exhaust gas purification device shown in FIG. 7 instead of the functional block diagram shown in FIG. Is calculated based on the feedback control amount DFi. As a result, the control target only causes the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc to converge to zero (accordingly, converge the detected air-fuel ratio abyfs of the gas flowing into the first catalyst 53 to the target air-fuel ratio abyfr). It is possible to avoid the occurrence of the interference of the performed control.
[0090]
(Correction of basic fuel injection amount)
In the air-fuel ratio control device described above, for example, the air flow meter 61 used to calculate the error of the injector 39 (the difference between the (instruction) fuel injection amount Fi and the actual fuel injection amount) and the (instruction) fuel injection amount Fi. Error (the difference between the measured intake air flow rate Ga and the actual intake air flow rate) or the like ((instruction)), the value of the fuel injection amount Fi is an appropriate value for obtaining the target air-fuel ratio abyfr. May be different). In this case, when the internal combustion engine 10 is in a steady operation state and the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is “0” (accordingly, when the detected air-fuel ratio abyfs of the engine 10 converges to the target air-fuel ratio abyfr) ), The value of the feedback control amount DFi based on the above Equation 1 (that is, the value of the integral term DFii itself because the value of the proportional term DFip is “0”) does not become “0”, The value converges to a value corresponding to the magnitude of the error. Therefore, when the error occurs, the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 converges to a value other than the target oxygen storage amount (Cmaxall / 2).
[0091]
Further, as described above, since the value of the integral term DFii does not exceed the predetermined range (−Gi · (Cmaxall / 2) ≦ integral term ≦ Gi (Cmaxall / 2)), the integral When a large error corresponding to the value of the term DFii converging to a value outside the predetermined range occurs, all such errors cannot be absorbed, and the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc becomes zero. A situation in which convergence cannot be achieved (accordingly, a situation in which the detected air-fuel ratio abyfs of the engine 10 cannot be converged to the target air-fuel ratio abyfr) occurs.
[0092]
Therefore, the present apparatus sets the feedback control amount DFi in accordance with Equation 6 instead of Equation 1 every time a predetermined condition is satisfied, similarly to the case where the target air-fuel ratio abyfr becomes an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio. The value representing the magnitude of the error, the value of the feedback control amount DFi when the internal combustion engine 10 is in a steady operation state (therefore, the value of the integral term Gi ′ · ΔDFc exceeds the predetermined range) Basic fuel injection amount correction amount calculation table for obtaining the basic fuel injection amount correction amount ΔFbase by the above-described basic fuel injection amount correction amount obtaining means A16 based on the same integral term Gi ′ · ΣDFc regardless of whether ΔFbase (Ga) is obtained (updated). Each time the basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga) is updated, the latest one is stored in the backup RAM 74.
[0093]
Then, after updating the basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga), the present apparatus starts calculating the feedback control amount DFi again according to the above equation 1, and also calculates the basic fuel injection amount correction amount based on the pre-correction basic fuel injection amount Fbaseb. The corrected basic fuel injection amount Fbase is obtained by adding the basic fuel injection amount correction amount ΔFbase obtained from the latest basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga) by the fuel injection amount correction amount obtaining means A16. Thus, even when the above-described large error occurs, the error is reliably compensated for by correcting the basic fuel injection amount, and the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is reliably reduced to the target oxygen storage amount. (Cmaxall / 2). As described above, the means for correcting the basic fuel injection amount corresponds to the basic fuel injection amount correcting means.
[0094]
(Catalyst model)
Next, the catalyst model A12 for obtaining the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 will be described. Generally, when a lean air-fuel ratio gas flows into the catalyst, more oxygen is stored upstream of the catalyst, and when a rich air-fuel ratio gas flows into the catalyst, the oxygen is stored from the upstream side of the catalyst. Oxygen is being consumed. Therefore, the oxygen stored in the catalyst is not uniformly distributed in the flow direction of the exhaust gas of the catalyst. Therefore, in order to accurately determine the oxygen storage amount in the catalyst, it is necessary to perform a calculation in consideration of the distribution of the stored oxygen.
[0095]
Further, the oxygen storage amount of the catalyst changes according to the degree of the oxygen storage / release reaction generated in the catalyst. The degree of the oxygen storage / release reaction depends on the amount of the specific component related to the oxygen storage / release reaction contained in the exhaust gas flowing into the catalyst. Therefore, in order to accurately determine the oxygen storage amount of the catalyst, it is necessary to perform a calculation in consideration of the amount of the specific component. Therefore, the present apparatus calculates the oxygen storage amount OSAall in the first catalyst 53 by applying the catalyst model described below to the first catalyst 53.
[0096]
In this catalyst model, as schematically shown in FIG. 8, a columnar catalyst having a constant cross-sectional shape orthogonal to the axis is divided into N (plural) regions ("blocks") by a surface orthogonal to the coaxial line. ). That is, the catalyst targeted by the catalyst model is divided into N blocks along the flow direction of the exhaust gas. The length in the axial direction of each divided block is L. For convenience of explanation, each block is numbered sequentially from the upstream side along the flow direction of the exhaust gas as shown in FIG. In addition, variables, symbols, and the like related to an arbitrary i-th block have (i) at the end thereof.
[0097]
In this catalyst model, as shown in FIG. 9, the i-th block (i) (specific region) among the divided blocks is focused on and related to the oxygen storage / release reaction in the block (i). Consider the balance of the specific component per calculation cycle of the CPU 71. At this time, it is assumed that the three-way reaction, which is an oxidation / reduction reaction using a catalyst, is completed instantaneously and completely, and attention is paid only to the resulting oxygen storage / release reaction based on the excess / deficiency of oxygen. . This assumption (catalyst model) is realistic and has high calculation accuracy. The exhaust gas phase shown in FIG. 9 is a space through which the exhaust gas passes, and the coat layer is an active component made of a noble metal such as platinum (Pt) that generates a catalytic function and ceria (CeO) that generates an oxygen storage function. 2 ) Is a layer in which components such as
[0098]
The specific component is, for example, oxygen (molecule) O 2 May be a component selected from nitrogen oxides NOx, carbon monoxide CO, and hydrocarbon HC. However, in this catalyst model, the exhaust gas in a state where the three-way reaction is assumed to end instantaneously and completely is described. Oxygen (oxygen of oxygen molecules and nitrogen oxides. In this specification, oxygen of oxygen molecules and nitrogen oxides are collectively referred to as “oxygen”) (excess or insufficient) is selected as a specific component. I have. The oxygen amount CgO2, which is the amount of oxygen, is determined when the oxygen is excessive (that is, Og in the exhaust gas). 2 And when NOx is present), and becomes a negative value when the oxygen is insufficient (ie, when unburned HC and CO are present in the exhaust gas).
[0099]
In the block (i) of interest, the amount of oxygen CgO2 flowing into the exhaust gas phase of the block (i) per calculation cycle of the CPU 71 is calculated as the amount of oxygen CginO2 (i) flowing into the exhaust gas phase of the block (i) per calculation cycle. The amount of oxygen CgO2 flowing out of the block is referred to as the outflowing oxygen amount CgoutO2 (i), and the amount of oxygen CgO2 absorbed or released from the coat layer of the same block (i) per the same operation cycle is the amount of change in the oxygen storage amount. It is referred to as δOSA (i). The oxygen storage amount change amount δOSA (i) is calculated to have a positive value when oxygen is occluded in the coat layer and a negative value when oxygen is released from the coat layer. Further, the oxygen storage amount in the coat layer of the block (i) at the present time is referred to as oxygen storage amount OSA (i), and the maximum oxygen storage amount in the coat layer of the block (i) at the present time is the maximum oxygen storage amount Cmax (i). Called.
[0100]
Considering the balance of the oxygen amount CgO2 in the block (i) shown in FIG. 9 per the above calculation cycle, the oxygen storage amount change amount in the inflowing oxygen amount CginO2 (i) flowing into the exhaust gas phase of the block (i) is considered. Only δOSA (i) is occluded in the coat layer, and the remaining oxygen amount CgO2 not occluded in the coat layer of the inflow oxygen amount CginO2 (i) becomes the outflow oxygen amount CgoutO2 (i). (I) The relationship shown in the following equation 7 is established between the outflow oxygen amount CgoutO2 (i) and the oxygen storage amount change amount δOSA (i). The relationship shown in Equation 7 below is the basic equation of the present catalyst model.
[0101]
(Equation 7)
CgoutO2 (i) = CginO2 (i) -δOSA (i)
[0102]
Next, the oxygen storage amount change amount δOSA (i) will be considered. When the inflowing oxygen amount CginO2 (i) is a positive value, it means that the oxygen in the exhaust gas flowing into the exhaust gas phase of the block (i) is excessive, and a part of the oxygen in the exhaust gas is in the block (i). Therefore, the oxygen storage amount change amount δOSA (i) becomes a positive value because it is occluded by the coat layer. The amount of the oxygen storage reaction at this time, that is, the oxygen storage amount change amount δOSA (i) is proportional to the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (i), and the current maximum oxygen storage amount Cmax (i) of the block (i). And the oxygen storage amount OSA (i) at this time. Therefore, when the inflowing oxygen amount CginO2 (i) is a positive value, the oxygen storage amount change amount δOSA (i) can be calculated based on the following Expressions 8 and 9.
[0103]
(Equation 8)
δOSA (i) = H (i) · CginO2 (i)
[0104]
(Equation 9)
H (i) = h · ((Cmax (i) −OSA (i)) / Cmax (i)) (0 ≦ H (i) <1)
[0105]
In the above Expressions 8 and 9, H (i) is a reaction rate indicating the ratio of the amount of stored oxygen (δOSA (i)) to the inflowing oxygen amount CginO2 (i) in the block (i). h is a reaction rate constant, which is a constant positive value in this model, but may be a positive value that changes according to the temperature of the catalyst (for example, a positive value that monotonically increases as the temperature of the catalyst increases). . Further, the value (Cmax (i) -OSA (i)) of the difference between the current maximum oxygen storage amount Cmax (i) and the current oxygen storage amount OSA (i) in the above equation (9) is represented by the block (i). Indicates the oxygen storage allowance at this time. As described above, in the present catalyst model, the amount of oxygen stored from the exhaust gas flowing into the inside of the catalyst is calculated based on at least the amount of oxygen stored in the catalyst.
[0106]
On the other hand, when the inflowing oxygen amount CginO2 (i) is a negative value, it means that the exhaust gas flowing into the exhaust gas phase of the block (i) is short of oxygen, and the exhaust gas in the exhaust gas phase of the block (i) has a coating layer of the block (i). , The amount of change in the oxygen storage amount δOSA (i) becomes a negative value. The amount of oxygen release reaction at this time, that is, the oxygen storage amount change amount δOSA (i) (absolute value) is proportional to the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (i) and the oxygen storage amount at the present time in the block (i). It is considered to be proportional to the value of OSA (i). Therefore, when the inflowing oxygen amount CginO2 (i) is a negative value, the oxygen storage amount change amount δOSA (i) can be calculated based on the following Expressions 10 and 11, which have the same relationship as Expression 8 above. it can.
[0107]
(Equation 10)
δOSA (i) = H (i) · CginO2 (i)
[0108]
[Equation 11]
H (i) = h · (OSA (i) / Cmax (i)) (0 ≦ H (i) <1)
[0109]
In the above equations (10) and (11), H (i) represents the ratio of the released oxygen amount (δOSA (i), negative value) to the inflowing oxygen amount CginO2 (i) (negative value) in block (i). It is a reaction rate shown. h is a reaction rate constant, which is the same as that used in Equation 9 above. Further, the value of the current oxygen storage amount OSA (i) in the above equation 11 indicates the current oxygen release allowance in the block (i). As described above, in the present catalyst model, the amount of oxygen released from the oxygen stored inside the catalyst is calculated based on at least the amount of oxygen stored in the catalyst.
[0110]
Note that the maximum oxygen storage amount Cmax (i) in the block (i) used in Expressions 9 and 11 is obtained in advance by a method described later. Further, the oxygen storage amount OSA (i) at the present time in the block (i) used in Expressions 9 and 11 is the oxygen storage amount change amount δOSA (i) from the time when the initial value is given to the present time. Can be calculated based on the following equation (12).
[0111]
(Equation 12)
OSA (i) = ΣδOSA (i) (0 ≦ OSA (i) ≦ Cmax (i))
[0112]
Next, considering the boundary conditions between the blocks, as shown in FIG. 8, the outflow surface of the exhaust gas phase of the upstream block and the exhaust gas phase of the downstream block of the two blocks adjacent to each other, as shown in FIG. Since the inflow surfaces are continuous with each other, as shown in FIG. 9, the inflowing oxygen amount CginO2 (i) flowing into the block (i) is equal to the upstream block (i-1) adjacent to the block (i). The amount of oxygen CgoutO2 (i) flowing out of the block (i) is equal to the amount of oxygen CgoutO2 (i-1) flowing out of the block (i), and flows into the downstream block (i + 1) adjacent to the block (i). It is equal to the inflowing oxygen amount CginO2 (i + 1). Therefore, the relationship shown in the following Expression 13 is established. In other words, if the outflow oxygen amount CgoutO2 (i) of an arbitrary i-th block (i) is obtained, the inflow oxygen amount CginO2 (i + 1) of the downstream block (i + 1) adjacent to the block (i) is obtained.
[0113]
(Equation 13)
CginO2 (i + 1) = CgoutO2 (i)
[0114]
From the above, if the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the most upstream block (1) is given as a boundary condition, the oxygen storage amount change amount δOSA (1) in the block (1) is calculated by the above equation (8) or (10). ) Is obtained. As a result, the oxygen storage amount OSA (1) in the block (1) can be updated by the above equation (12), and the outflow oxygen amount CgoutO2 (1) in the block (1) can be obtained by the above equation (7). If the outflow oxygen amount CgoutO2 (1) in the block (1) is obtained, the inflow oxygen amount CginO2 (2) in the block (2) is obtained from the above equation (13), and as a result, the block (2) is obtained from the above equation (8) or (10). ) Is obtained. As a result, the oxygen storage amount OSA (2) in the block (2) can be updated by the equation (12), and the outflow oxygen amount CgoutO2 (2) in the block (2) can be obtained by the equation (7).
[0115]
The CPU 71 repeatedly executes such processing at every predetermined calculation cycle. Therefore, if the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the most upstream block (1) is given as a boundary condition every time the calculation cycle of the CPU 71 elapses, the most upstream block (1) is obtained from the above equations 7 to 13. ), The oxygen storage amount OSA (i), the inflowing oxygen amount CginO2 (i), and the outflowing oxygen amount CgoutO2 (i) in each block (i) (i = 1, 2,..., N) are sequentially obtained. Can be calculated. Thereby, the distribution of the oxygen storage amount inside the catalyst is accurately calculated. In addition, if the oxygen storage amount OSA (i) (i = 1, 2,..., N) of each block is integrated for the entire catalyst, the oxygen storage amount OSAall of the entire catalyst can be accurately calculated. .
[0116]
Next, a method of obtaining the maximum oxygen storage amount Cmax (i) in the block (i) necessary for obtaining the reaction rate H (i) in the above equations 9 and 11 will be described. FIG. 10 is a maximum oxygen storage amount distribution map showing the concept of obtaining the maximum oxygen storage amount Cmax (i) in the present catalyst model. The area of the hatched portion indicates the maximum oxygen storage amount Cmaxall of the entire catalyst. Corresponds to the value.
[0117]
As described above, the maximum oxygen storage amount Cmax (n) (n = 1,..., N) for each block of the catalyst is determined by the sum of the maximum oxygen storage amounts Cmax (n) being the maximum of the entire catalyst. The oxygen storage amount Cmaxall is set to be equal to the value, and is treated as increasing linearly with a predetermined gradient as the block moves from the upstream block to the downstream block. This is because the upstream portion of the catalyst is more susceptible to poisoning by lead or sulfur contained in the exhaust gas flowing into the catalyst than the downstream portion, and therefore the maximum oxygen storage amount of the upstream portion is the same. This is because it tends to decrease as compared with the downstream portion.
[0118]
Specifically, the present apparatus calculates the maximum oxygen storage amount Cmax (i) (i = 1,..., N) for each block (i) of the first catalyst 53 targeted by the catalyst model. It is calculated based on the following Expression 14 based on the maximum oxygen storage amount distribution map shown in FIG.
[0119]
[Equation 14]
Cmax (i) = A · (i− (N / 2)) + (Cmaxall / N) (i = 1,..., N)
[0120]
In the above equation (14), A is a positive constant and is a value for determining the gradient of the distribution of the maximum oxygen storage amount for each block. Further, the maximum oxygen storage amount Cmaxall of the first catalyst 53 is separately obtained by a routine described later. Note that the maximum oxygen storage amount of each block of the first catalyst 53 may be set so as to increase as the transition from the upstream block to the downstream block is performed. For example, the maximum oxygen storage amount may be non-linearly increased. May be set to. In this way, each maximum oxygen storage amount of each block of the first catalyst 53 is calculated.
[0121]
(Application of catalyst model)
Next, an example in which the above-described catalyst model is applied to the first catalyst 53 as shown in FIG. 11 to obtain various values will be described.
[0122]
Hereinafter, in the block (i) that is the i-th block of the first catalyst 53, the inflow oxygen amount is the inflow oxygen amount CginO2 (i), the outflow oxygen amount is the outflow oxygen amount CgoutO2 (i), and the oxygen storage amount is OSA (i). , The maximum oxygen storage amount is referred to as Cmax (i). Further, the oxygen storage amount of the entire first catalyst 53 obtained by integrating the oxygen storage amounts OSA (i) (i = 1, 2,..., N) of each block is referred to as an oxygen storage amount OSAall, The maximum oxygen storage amount of the entire first catalyst 53, which is a value obtained by integrating the maximum oxygen storage amount Cmax (i) (i = 1, 2,..., N) of each block, is referred to as a maximum oxygen storage amount Cmaxall.
[0123]
In this catalyst model, as shown in FIG. 11, an initial value of the oxygen storage amount OSA (i) (i = 1, 2,..., N) in each block of the first catalyst 53 is given as an initial condition. In addition, every time the calculation cycle of the CPU 71 elapses, if the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the most upstream block (1) of the first catalyst 53 is given as a boundary condition, each block (i The oxygen storage amount OSA (i), the inflowing oxygen amount CginO2 (i), and the outflowing oxygen amount CgoutO2 (i) at (i = 1, 2,..., N) can all be calculated. Thus, the oxygen storage amount OSAall of the entire first catalyst 53 can also be obtained and calculated.
[0124]
Therefore, first, a method of giving an initial value of the oxygen storage amount in each block of the first catalyst 53 will be described. The present apparatus determines that the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 is larger than 0.7 (V). In other words, when the air-fuel ratio on the downstream side of the first catalyst 53 becomes a clear rich air-fuel ratio, no oxygen exists in the first catalyst 53 and unburned HC and CO are not purified. Therefore, the oxygen storage amount OSA (i) (i = 1, 2,..., N) in each block of the first catalyst 53 and the oxygen storage amount OSAall of the entire first catalyst 53 are all calculated. Set to “0”. Thus, the initial value “0” of the oxygen storage amount in each block of the first catalyst 53 is given as the initial condition.
[0125]
Next, a method of giving the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the most upstream block (1) of the first catalyst 53 will be described. The present apparatus uses the following formula 15 to calculate the inflowing oxygen amount for each calculation cycle of the CPU 71. Calculate CginO2 (1).
[0126]
(Equation 15)
CginO2 (1) = 0.23 · DFc · stoich · t (NE, Δt)
[0127]
In the above Expression 15, the value “0.23” is the weight ratio of oxygen contained in the atmosphere, DFc is the above-described cylinder fuel supply amount deviation, and stoich is the stoichiometric air-fuel ratio (for example, 14.7). is there. Further, t (NE, Δt) is a function for converting the time per intake stroke from the engine rotation speed NE and the above-mentioned calculation cycle Δt to one calculation cycle Δt.
[0128]
As shown in Equation 15, the excess amount of air per intake stroke is obtained by multiplying the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc by the stoichiometric air-fuel ratio stoich, and the excess amount of air per intake stroke is t By multiplying by (NE, Δt), the excess amount of air in one operation period Δt is obtained. By multiplying the excess amount of air in one operation period Δt by the weight ratio of oxygen, the excess amount of oxygen in one operation period Δt is obtained. The amount, that is, the current inflowing oxygen amount CginO2 (1) is obtained.
[0129]
As is apparent from Equation 15, the inflowing oxygen amount CginO2 (1) calculated as described above is obtained when oxygen is excessive (that is, when the air-fuel ratio is lean and DFc is a positive value). Is calculated to be a positive value, and to be a negative value when oxygen is insufficient (that is, when the air-fuel ratio is rich and DFc is a negative value). In this way, the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the most upstream block (1) of the first catalyst 53 is given as a boundary condition for each calculation cycle of the CPU 71.
[0130]
As shown in the above equation 15, the inflowing oxygen amount CginO2 (1) (accordingly, the inflowing oxygen amount CginO2 (i)) is based on the deviation between the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the upstream target value. It is calculated based on the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc which is a value. Further, as shown in Expressions 8 and 12, the oxygen storage amount OSA (1) (accordingly, the oxygen storage amount OSA (i)) is calculated based on the time integration value of the inflowing oxygen amount CginO2 (1). I have. Therefore, it is assumed that the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is substantially calculated based on the time integration value of the value based on the deviation between the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 and the upstream target value. I can say
[0131]
As described above, in this apparatus, the oxygen storage amount OSA (i) in each block (i) (i = 1, 2,..., N) of the first catalyst 53 is calculated for each calculation cycle of the CPU 71. The oxygen amount CginO2 (i) and the outflowing oxygen amount CgoutO2 (i) are all calculated, and the value of the oxygen storage amount OSAall of the entire first catalyst 53 is calculated (estimated). As described above, the means for estimating the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 based on the catalyst model A12 constructed in consideration of the speed of the oxygen storage reaction in the catalyst (the reaction rate constant h) is used to estimate the oxygen storage amount. It corresponds to a means.
[0132]
(Actual operation)
Next, the actual operation of the air-fuel ratio control device (exhaust gas purification device) will be described. (Update of basic fuel injection amount correction amount)
The CPU 71 repeatedly executes a routine for updating the basic fuel injection amount correction amount shown by the flowchart in FIG. 12 every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1200, and proceeds to step 1205. The value is “0”, and the condition for updating the basic fuel injection amount correction amount ΔFbase is satisfied. Determine whether or not. The basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN indicates that the basic fuel injection amount correction amount updating process is being executed when the value is “1”, and the basic fuel injection amount correction amount updating process is being performed when the value is “0”. This indicates that the fuel injection amount correction amount update process has not been executed. The flag LEARN during execution of the basic fuel injection amount correction amount update process is set to “0” when an ignition switch (not shown) is changed from “OFF” to “ON”.
[0133]
The basic fuel injection amount correction amount ΔFbase is updated when the warm-up operation of the internal combustion engine is completed (specifically, when the cooling water temperature THW detected by the water temperature sensor 65 changes from a temperature lower than a predetermined temperature to a temperature equal to or higher than the predetermined temperature). This holds when it is determined that the property of the fuel has changed based on the output of a well-known fuel property sensor (not shown) that detects the property of the fuel by detecting the refractive index or the like of the fuel. The change in fuel properties occurs, for example, when fuel is supplied. The reason that the change in the fuel property is added to the update condition is that if the fuel property changes, the stoichiometric air-fuel ratio itself may change.
[0134]
Now, assuming that it is immediately after the warm-up operation of the internal combustion engine 10 has been completed, the CPU 71 determines “Yes” in step 1205 and proceeds to step 1210 to execute the basic fuel injection amount correction amount update processing execution flag. The value of LEARN is set to “1”, and the process proceeds to step 1215 to initialize the value of the integral value SDFc (= ΣDFc) of the in-cylinder fuel supply amount deviation used in a routine described later to “0”. Thereafter, the process proceeds to step 1295, where the present routine is temporarily ended. Thereafter, since the value of the basic fuel injection amount correction amount update processing execution flag LEARN is “1”, the CPU 71 makes a “No” determination at step 1205, immediately proceeds to step 1295, and ends this routine once. I will do it.
[0135]
(Setting of target air-fuel ratio)
Next, the operation when setting the upstream target air-fuel ratio abyfr will be described. The CPU 71 repeatedly executes the routine shown by the flowchart in FIG. 13 every predetermined time. Accordingly, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1300 and proceeds to step 1305 to set the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) according to the current operating state of the internal combustion engine.
[0136]
Next, the CPU 71 proceeds to step 1310, in which the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) set in the previous execution of the present routine is the stoichiometric air-fuel ratio (for example, 14.7), and Whether the set target upstream air-fuel ratio abyfr (k) is an air-fuel ratio other than the stoichiometric air-fuel ratio (whether the target upstream air-fuel ratio abyfr (k) has changed from the stoichiometric air-fuel ratio to a value other than the stoichiometric air-fuel ratio) Is determined.
[0137]
At this point, since the warm-up operation of the internal combustion engine 10 has just finished, the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) has changed from a value other than the stoichiometric air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, the CPU 71 determines “No” in step 1310 and proceeds to step 1315, and determines whether or not the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) has changed from a value other than the stoichiometric air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. At 1315, “Yes” is determined, and the process proceeds to step 1320.
[0138]
When the CPU 71 proceeds to step 1320, the CPU 71 sets the value of the air-fuel ratio flag XABYF to “0”, proceeds to step 1395, and ends this routine once. Here, when the value of the air-fuel ratio flag XABYF is “1”, it indicates that the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is set to an air-fuel ratio other than the stoichiometric air-fuel ratio, and the value thereof is “0”. This indicates that the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is set to the stoichiometric air-fuel ratio. Thereafter, as long as the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio, the CPU 71 determines “0” in both steps 1310 and 1315 and proceeds to step 1395, so that the value of the air-fuel ratio flag XABYF is determined. Is maintained at "0".
[0139]
(Calculation of fuel injection amount)
In addition, the CPU 71 executes a routine for calculating the fuel injection amount Fi and instructing the fuel injection shown in the flowchart in FIG. 14 by setting the crank angle of each cylinder to a predetermined crank angle before each intake top dead center (for example, BTDC 90 °). CA) is repeatedly executed. Therefore, when the crank angle of an arbitrary cylinder reaches the predetermined crank angle, the CPU 71 starts processing from step 1400 and proceeds to step 1405, where the intake air flow rate Ga measured by the air flow meter 61, the engine rotation speed NE, and Based on the upstream target air-fuel ratio abyfr (k), an uncorrected basic fuel injection amount Fbaseb for setting the air-fuel ratio of the engine to the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is obtained.
[0140]
Next, the CPU 71 proceeds to step 1410, in which the pre-correction basic fuel injection amount Fbaseb is calculated from the latest basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga) updated in a routine described later and the intake air flow rate Ga. The corrected basic fuel injection amount Fbase is obtained by adding the obtained basic fuel injection amount correction amount ΔFbase, and the value of the corrected basic fuel injection amount Fbase is set as the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k) in the subsequent step 1415. Store.
[0141]
Next, in step 1420, the CPU 71 sets a value obtained by adding a feedback control amount DFi described later to a value obtained by multiplying the corrected basic fuel injection amount Fbase by the coefficient K as the final fuel injection amount Fi. The value of the coefficient K is usually “1.00”, and as described later, when the air-fuel ratio is forcibly changed to obtain the maximum oxygen storage amount Cmaxall, a predetermined value other than “1.00” is set. Is set to
[0142]
Next, the CPU 71 proceeds to step 1425, and instructs the injector 39 to inject the fuel of the fuel injection amount Fi in the step 1425. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1430, and sets a value obtained by adding the final fuel injection amount Fi to the total fuel injection amount mfr at that time as a new total fuel injection amount mfr. The total fuel injection amount mfr is used when calculating an oxygen storage amount described later. Thereafter, the CPU 71 proceeds to step 1495, and ends this routine once. As described above, the fuel of the fuel injection amount Fi after the feedback correction by the feedback control amount DFi is injected into the cylinder that reaches the intake stroke.
[0143]
(Calculation of feedback control amount when conventional device is applied)
Next, the operation of calculating the feedback control amount DFi when the above-described conventional device is applied will be described. The CPU 71 repeatedly executes the routine shown by the flowchart in FIG. 15 every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1500 and proceeds to step 1505 to determine whether the feedback control condition is satisfied. This feedback control condition is, for example, that the cooling water temperature THW of the engine is equal to or higher than the first predetermined temperature, the intake air amount (load, in-cylinder intake air amount Mc) per one revolution of the engine is equal to or lower than a predetermined value, and The condition is satisfied when the side air-fuel ratio sensor 66 is normal (including the active state) and the value of a maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN described later is “0”. When the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN is “1”, the air-fuel ratio control (active control) for forcibly changing the air-fuel ratio in order to acquire the maximum oxygen storage amount Cmaxall is executed. When the value is “0”, it indicates that the air-fuel ratio control for obtaining the maximum oxygen storage amount Cmaxall is not executed.
[0144]
Now, assuming that the feedback control condition is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 1505, and proceeds to step 1510, where the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN and the air-fuel ratio are determined. It is determined whether at least one value of the flag XABYF is “1”.
[0145]
At this time, since the value of the basic fuel injection amount correction amount update processing execution flag LEARN is set to “1” and the value of the air-fuel ratio flag XABYF is set to “0”, the CPU 71 sets “Yes” in step 1510. The determination proceeds to step 1515, where the current detected air-fuel ratio abyfs is obtained by converting the current output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66 based on the table shown in FIG.
[0146]
Next, the CPU 71 proceeds to step 1520, and calculates the in-cylinder intake air amount Mc (k−N), which is the intake air amount of the cylinder that has reached the intake stroke N strokes (N intake strokes) before the current time. By dividing by the detected air-fuel ratio abyfs, the actual in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) N strokes before the current time is obtained.
[0147]
Then, the CPU 71 proceeds to step 1525, and calculates the in-cylinder fuel supply amount Fc (k−N) from the target in-cylinder fuel supply amount Fcr (k−N) N strokes before the present time, which has already been obtained in step 1415 of FIG. N) is set as the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc. That is, the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is an amount representing the excess or deficiency of the fuel supplied into the cylinder at the time before the N stroke. Next, the CPU 71 proceeds to step 1530, obtains the feedback control amount DFi according to the equation shown in step 1530 based on the above equation 6, and in subsequent step 1535, calculates the integrated value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc at that time. After adding the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc obtained in the step 1525 to obtain a new integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation, the routine proceeds to the subsequent step 1595 to end this routine once.
[0148]
As described above, while the basic fuel injection amount correction amount updating process is being executed (while the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN is “1”), the CPU 71 proceeds to step 1510. Since the determination of "Yes" is continued, the feedback control amount DFi when the conventional device is applied is obtained in step 1530, and this feedback control amount DFi is reflected on the fuel injection amount Fi by step 1420 in FIG. As a result, the air-fuel ratio control of the engine when the above-described conventional device is applied is executed.
[0149]
On the other hand, if the feedback control condition is not satisfied at the time of determination in step 1505, the CPU 71 determines “No” in step 1505 and proceeds to step 1540 to set the value of the feedback control amount DFi to “0”. Then, the routine proceeds to step 1595, where the present routine is temporarily ended. As described above, when the feedback control condition is not satisfied, the feedback control amount DFi is set to "0", and the air-fuel ratio of the engine is not corrected by the feedback control based on the conventional device.
[0150]
(Basic fuel injection amount correction amount update process end determination)
In addition, the CPU 71 repeatedly executes a routine shown in the flowchart of FIG. 16 for determining whether to end the basic fuel injection amount correction amount update process, every time a predetermined time elapses. Accordingly, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1600 and proceeds to step 1605, in which the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN is “1” and the internal combustion engine 10 Is determined to be in a steady operation state for a predetermined time or more, and as long as “No” is determined in step 1605, the process immediately proceeds to step 1695 to temporarily end the present routine. The conditions under which the internal combustion engine 10 is determined to be in the steady operation state are that the coolant temperature THW is equal to or higher than a predetermined temperature, the vehicle speed obtained by a vehicle speed sensor (not shown) is equal to or higher than a predetermined high vehicle speed, and the throttle valve opening degree This holds when the amount of change in TA per unit time is equal to or less than a predetermined amount.
[0151]
At this time, the value of the flag LEARN during execution of the basic fuel injection amount correction amount update process is “1”. Accordingly, assuming that the internal combustion engine 10 is in a steady operation state for a predetermined time or longer, the CPU 71 determines “Yes” in step 1605 and proceeds to step 1610, and the current time is calculated in step 1530 in FIG. The value of the feedback control amount DFi is stored in the update feedback control amount DFiearn. At this time, since the value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc is “0”, the value of the update feedback control amount DFiren becomes equal to the value of the integral term (Gi ′ · SDFc). The value of the update feedback control amount DFiearn indicates the magnitude of the error of the injector 39 and the like at the present time.
[0152]
Next, the CPU 71 proceeds to step 1615, updates the basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga) based on the value of the update feedback control amount DFiearn, and updates the updated basic fuel injection amount correction amount. After storing the calculation table ΔFbase (Ga) in the backup RAM 74, the process proceeds to step 1620 to set the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN to “0”, and proceeds to step 1695 to temporarily execute the present routine. finish. Through the above processing, the basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga) is updated. Thereafter, since the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN is “0”, the CPU 71 determines “No” in step 1605, and immediately proceeds to step 1695.
[0153]
Thereafter, since the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN is “0”, the CPU 71 determines “No” in step 1605, and immediately proceeds to step 1695. As a result, at this time, both the value of the basic fuel injection amount correction amount update processing executing flag LEARN and the value of the air-fuel ratio flag XABYF are “0”, the CPU 71 determines “No” in step 1510 of FIG. And immediately proceeds to step 1595 to stop executing the process of calculating the feedback control amount DFi when the conventional device is applied.
[0154]
(Calculation of feedback control amount when this device is applied)
On the other hand, the CPU 71 repeatedly executes a routine shown in the flowchart of FIG. 17 for calculating the feedback control amount DFi when the present apparatus is applied, every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1700, proceeds to step 1705, and determines whether the same feedback control condition as that in step 1505 is satisfied.
[0155]
Now, assuming that the feedback control condition is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 1705 and proceeds to step 1710, where the CPU 71 determines the value of the basic fuel injection amount correction amount update process execution flag LEARN and It is determined whether the values of the air-fuel ratio flags XABYF are both “0”.
[0156]
As described above, since both the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process executing flag LEARN and the value of the air-fuel ratio flag XABYF are currently set to “0”, the CPU 71 determines “Yes” in step 1710. And sequentially proceeds to steps 1715 to 1725, and calculates the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc in the same manner as in steps 1515 to 1525 described above.
[0157]
Next, the CPU 71 proceeds to step 1730 to calculate the feedback control amount DFi according to the expression shown in step 1730 based on the above equation 1, and then proceeds to step 1795 to end this routine once. The oxygen storage amount OSAall and the maximum oxygen storage amount Cmaxall are separately obtained by a routine described later.
[0158]
As described above, thereafter, the basic fuel injection amount correction amount update processing has not been executed (the value of the basic fuel injection amount correction amount update processing execution flag LEARN has been set to “0”), and the target air-fuel ratio has been changed. As long as abyfr (k) is maintained at the stoichiometric air-fuel ratio (the value of the air-fuel ratio flag XABYF is “0”), the CPU 71 continues to determine “Yes” in step 1710. The feedback control amount DFi in the case of application is obtained in step 1730, and the feedback control amount DFi is reflected in the fuel injection amount Fi in step 1420 of FIG. Fuel ratio control is performed.
[0159]
On the other hand, if the feedback control condition is not satisfied at the time of the determination in step 1705, the CPU 71 determines “No” in the same step 1705 and proceeds to step 1735 to set the value of the feedback control amount DFi to “0”. Then, the routine proceeds to step 1595, where the present routine is temporarily ended. As described above, when the feedback control condition is not satisfied, the feedback control amount DFi is set to “0”, and the air-fuel ratio of the engine is not corrected by the feedback control based on the present apparatus.
[0160]
Next, from this state (a state in which the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN and the value of the air-fuel ratio flag XABYF are set to “0”), the internal combustion engine 10 is switched to a rapid acceleration operation state or the like. The case where the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is set to an air-fuel ratio other than the stoichiometric air-fuel ratio will be described. In this case, the CPU 71 determines “Yes” when proceeding to step 1310 of FIG. 13, proceeds to step 1325, sets the value of the air-fuel ratio flag XABYF to “1”, and proceeds to step 1330 of FIG. After the value of the integral value SDFc of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc calculated in 1535 is initialized to "0", the routine proceeds to step 1395, where the present routine is temporarily ended. Thereafter, as long as the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is maintained at an air-fuel ratio other than the stoichiometric air-fuel ratio, the CPU 71 determines both “0” in steps 1310 and 1315 and proceeds to step 1395. The value of the flag XABYF is maintained at “1”.
[0161]
As a result, at this time, the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN is “0” and the value of the air-fuel ratio flag XABYF is “1”, so that the CPU 71 proceeds to step 1710 in FIG. When the process proceeds to step 1510 in FIG. 15, the process of calculating the feedback control amount DFi calculated in step 1730 when the determination is “No” and the present device is applied is not performed. The processing for calculating the feedback control amount DFi, which is executed in step 1530 when the determination is “Yes” and the conventional apparatus is applied, starts again.
[0162]
In this way, while the updating process of the basic fuel injection amount correction amount calculation table ΔFbase (Ga) is being executed (the value of the basic fuel injection amount correction amount updating process execution flag LEARN is set to “1”). Only when the upstream target air-fuel ratio abyfr (k) is set to an air-fuel ratio other than the stoichiometric air-fuel ratio (while the value of the air-fuel ratio flag XABYF is set to “1”). Instead of the feedback control amount DFi when the device is applied, the feedback control amount DFi when the conventional device is applied is calculated.
[0163]
(Calculation of maximum oxygen storage amount)
Next, the maximum oxygen storage amount acquisition control for forcibly changing the air-fuel ratio for calculating the maximum oxygen storage amount will be described. The CPU 71 executes each routine shown by the flowcharts of FIGS. 18 to 22 every time a predetermined time elapses.
[0164]
Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1800 in FIG. 18 and proceeds to step 1805 to determine whether or not the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN is “0”. . Now, if the description is continued assuming that the maximum oxygen storage amount acquisition control for calculating the maximum oxygen storage amount is not performed and the start condition of the maximum oxygen storage amount acquisition control start condition is not satisfied, the maximum oxygen storage amount acquisition control is executed. The value of the middle flag XHAN is “0”. Therefore, the CPU 71 determines “Yes” in step 1805 and proceeds to step 1810, and sets the value of the coefficient K used in step 1420 of FIG. 14 described above to 1.00.
[0165]
Next, at step 1815, the CPU 71 determines whether or not the start determination condition of the maximum oxygen storage amount acquisition control is satisfied. The start determination condition of the maximum oxygen storage amount acquisition control is that the cooling water temperature THW is equal to or higher than a predetermined temperature, the vehicle speed obtained by a vehicle speed sensor (not shown) is equal to or higher than a predetermined high vehicle speed, and the unit time of the throttle valve opening TA is And the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 corresponds to an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Is established, and when a predetermined time or more has elapsed since the end of the previous maximum oxygen storage amount acquisition control. At this stage, as described above, since the start determination condition of the maximum oxygen storage amount acquisition control is not satisfied, the CPU 71 determines “No” in step 1815, proceeds to step 1895, and ends this routine once. .
[0166]
Next, although the maximum oxygen storage amount acquisition control is not performed at the present time, the description is continued assuming that the start determination condition of the maximum oxygen storage amount acquisition control is satisfied. In this case, the CPU 71 determines “Yes” in step 1805. The determination proceeds to step 1810, where the value of the coefficient K is set to 1.00. Next, since the start determination condition is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 1815, proceeds to step 1820, and sets the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag HAN to “1”. I do.
[0167]
Then, the CPU 71 proceeds to step 1825, sets the value of Mode to “1” in order to shift to the first mode, sets the value of the coefficient K to 0.98 in step 1830, and proceeds to step 1895. To end this routine once. As a result, the above-described feedback control condition is not satisfied, so that the CPU 71 determines “No” in step 1505 of FIG. 15 or step 1705 of FIG. 17, and the value of the feedback control amount DFi becomes “0”. Is set. As a result, the value obtained by multiplying the corrected basic fuel injection amount Fbase by 0.98 is calculated as the final fuel injection amount Fi by executing step 1420 in FIG. 14, and the fuel of the final fuel injection amount Fi is injected. The air-fuel ratio of the engine (therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53) is controlled to a predetermined lean air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0168]
Thereafter, the CPU 71 repeatedly executes the processing of the routine in FIG. 18 from step 1800. However, since the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN is “1”, “No” is determined in step 1805. After the determination, the process immediately proceeds to step 1895, and this routine is temporarily ended.
[0169]
On the other hand, the CPU 71 repeatedly executes the first mode control routine shown in FIG. 19 every predetermined time. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 1900 and proceeds to step 1905 to determine whether the value of Mode is “1”. At this time, if the value of Mode is not “1”, the CPU 71 immediately proceeds to step 1995 and ends this routine once.
[0170]
Hereinafter, the description will be continued assuming that it is immediately after the value of Mode is changed to “1” by the processing of step 1825 in FIG. 18. In this case, the CPU 71 determines “Yes” in step 1905 and proceeds to step 1910. Then, it is determined whether or not the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 has changed from a value indicating an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio to a value indicating an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0171]
At present, since the air-fuel ratio of the engine has just been changed to the predetermined lean air-fuel ratio, the downstream-side air-fuel ratio sensor output Voxs indicates an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the CPU 71 determines “No” in step 21910, and ends this routine once in step 1995.
[0172]
Thereafter, the CPU 71 repeatedly executes steps 1900 to 1910 in FIG. Further, since the air-fuel ratio is maintained at the predetermined lean air-fuel ratio, the oxygen storage amount of the first catalyst 53 reaches the maximum oxygen storage amount after the predetermined time has elapsed. Accordingly, the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor changes accordingly from a value indicating rich to a value indicating lean. Accordingly, when the CPU 71 proceeds to step 1910, the CPU 71 determines “Yes” and proceeds to step 1915, sets the value of Mode to “2”, and sets the value of the coefficient K to 1.02 in the subsequent step 1920. After setting, the routine is temporarily terminated in step 1995. As a result, the air-fuel ratio of the engine is controlled to the predetermined rich air-fuel ratio, which is richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0173]
The CPU 71 repeatedly executes the second mode control routine shown in FIG. 20 every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 2000 and proceeds to step 2005 to determine whether the value of Mode is “2”. Now, assuming that it is immediately after the Mode value is changed to “2” by the process of step 1915 in FIG. 19, the CPU 71 determines “Yes” in step 2005 and proceeds to step 2010. It is determined whether the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 has changed from a value indicating an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to a value indicating an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. At this time, since the air-fuel ratio of the engine has just been changed to the predetermined rich air-fuel ratio, the output Voxs of the downstream-side air-fuel ratio sensor from the first catalyst 53 indicates an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, the CPU 71 determines “No” in step 2010 and proceeds to step 2095 to perform processing for temporarily terminating the present routine.
[0174]
Thereafter, since the air-fuel ratio of the engine is continuously maintained at the predetermined rich air-fuel ratio, the oxygen stored in the first catalyst 53 is consumed. The storage amount reaches “0”. As a result, the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 changes from a value indicating an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio to a value indicating an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Accordingly, the CPU 71 proceeds from step 2010 to step 2015, resets the value of Mode to “0”, and sets the value of the flag XHAN during execution of the maximum oxygen storage amount acquisition control to “0” in subsequent step 2020. Then, the routine proceeds to step 2095, and this routine is temporarily ended.
[0175]
Accordingly, when executing the routine in FIG. 18, the CPU 71 determines “Yes” in step 1805 and proceeds to step 1810, so that the value of the coefficient K is returned to 1.00. If the above-described feedback control condition is satisfied, the CPU 71 determines “Yes” in step 1505 of FIG. 15 or step 1705 of FIG. 17, and the air-fuel ratio feedback control is restarted.
[0176]
As described above, when the start determination condition of the maximum oxygen storage amount income control is satisfied, the air-fuel ratio of the engine (therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53) becomes the predetermined lean air-fuel ratio and the predetermined air-fuel ratio. Forced control is performed in the order of the rich air-fuel ratio.
[0177]
Next, the operation in calculating the oxygen storage amount for obtaining the maximum oxygen storage amount will be described. The CPU 71 executes the routine shown by the flowchart in FIG. 21 every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 2100 in FIG. 21 and proceeds to step 2105 to determine whether or not the value of Mode is “2”. If there is, the determination in step 2105 is “Yes” and the process proceeds to step 2110, where the oxygen storage amount change amount ΔO2 is calculated by the following equation (16).
[0178]
(Equation 16)
ΔO2 = 0.23 · mfr · (stoich-abyfsave)
[0179]
In Equation 16, the value “0.23” is the weight ratio of oxygen contained in the atmosphere. mfr is the total amount of the fuel injection amount Fi within the predetermined time tsample, and stoich is the stoichiometric air-fuel ratio (for example, 14.7). abyfsave is an average value of the air-fuel ratio A / F detected by the upstream air-fuel ratio sensor 66 at the predetermined time tsample. As shown in Expression 16, the total amount mfr of the injection amount within the predetermined time tsample is multiplied by a deviation (stoichi-abysave) of the detected average value of the air-fuel ratio A / F from the stoichiometric air-fuel ratio. , The amount of air consumption (deficient amount) at the same predetermined time tsample is obtained. By multiplying the consumption of air by the weight ratio of oxygen, the consumption of oxygen (the amount of change in oxygen storage amount ΔO2) at the predetermined time tssample is obtained.
[0180]
Then, in step 2115, the CPU 71 sets a value obtained by adding the value of the oxygen storage amount change amount ΔO2 to the oxygen storage amount OSA2 at that time as a new oxygen storage amount OSA2, and then proceeds to step 2120.
[0181]
Such a process (steps 2100 to 2115) is repeatedly executed as long as the value of Mode is “2”. As a result, in the second mode (Mode = 2) in which the air-fuel ratio upstream of the first catalyst 53 is set to a predetermined rich air-fuel ratio, the oxygen storage amount OSA2 of the first catalyst 53 is calculated. This is because in the second mode, the oxygen stored in the first catalyst 53 is consumed. If the determination in step 2105 is “No”, the CPU 71 proceeds directly from step 2105 to step 2120. Then, when proceeding to step 2120, the CPU 71 sets the total amount mfr of the fuel injection amount Fi to “0”, and thereafter proceeds to step 2195 to end this routine once.
[0182]
Next, the operation in calculating the maximum oxygen storage amount will be described. The CPU 71 executes the routine shown by the flowchart in FIG. 22 every time a predetermined time elapses. Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the process from step 2200 in FIG. 22 and proceeds to step 2205 to determine whether the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN has changed from “1” to “0”. Monitors for absence. At this time, when the second mode is terminated and the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN is changed to “0” in step 2020 of FIG. 20 described above, the CPU 71 proceeds to step 2205. The determination is “Yes” and the process proceeds to step 2210. If the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN has not changed, the CPU 71 proceeds directly from step 2205 to step 2295, and ends this routine once.
[0183]
Now, assuming that immediately after the second mode is ended, immediately after the value of the maximum oxygen storage amount acquisition control execution flag XHAN has been changed from “1” to “0”, the CPU 71 proceeds from step 2205 to step 2210. Then, the oxygen storage amount OSA2 at that time is stored as the maximum oxygen storage amount Cmaxall of the first catalyst 53.
[0184]
Next, the CPU 71 proceeds to step 2215, sets the value of the counter value n to “0”, and then proceeds to step 2220 to start processing for calculating the maximum oxygen storage amount of each block of the first catalyst 53. First, the CPU 71 increases the value of the counter value n by “1” in step 2220 and sets it to “1”, and then proceeds to step 2225 to determine the value of the maximum oxygen storage amount Cmaxall acquired in step 2210 and the counter value. The maximum oxygen storage amount Cmax (n) in the block (n) of the first catalyst 53 is calculated based on the value of the value n and the equation described in step 2225 based on the above equation (14). At this time, since the value of the counter value n is “1”, the maximum oxygen storage amount Cmax (1) in the block (1) is calculated.
[0185]
Then, the CPU 71 proceeds to step 2230 to determine whether or not the value of the counter value n is equal to the number N of blocks of the first catalyst 53. Since the value of the counter value n is “1” at this time, the CPU 71 determines “No” in step 2230, returns to step 2220 again, increases the value of the counter value n by “1”, and then proceeds to steps 2225 and The processing of step 2230 is executed. That is, the processing of steps 2225 and 2230 is repeatedly executed until the value of the counter value n becomes equal to the number N of blocks of the first catalyst 53. Thus, the value of the maximum oxygen storage amount Cmax (n) of each block (n) from the most upstream block (1) to the most downstream block (N) of the first catalyst 53 is sequentially calculated.
[0186]
When the value of the counter value n becomes equal to the number N of blocks of the first catalyst 53 by repeating the process of step 2220 described above, the CPU 71 determines “Yes” in step 2230 and proceeds to step 2235 to determine the oxygen storage amount. After the value of OSA2 is set to "0", the process proceeds to step 2295, where the present routine is temporarily ended.
[0187]
(Calculation of outflow oxygen amount and oxygen storage amount for each block, and oxygen storage amount of the entire catalyst)
Next, the operation of the first catalyst 53 in calculating the outflow oxygen amount, oxygen storage amount, and the like for each block will be described. The CPU 71 executes each routine shown by the flowcharts of FIGS. 23 and 24 every time a predetermined time elapses.
[0188]
Therefore, at a predetermined timing, the CPU 71 starts the processing from step 2300 of the routine shown in FIG. 23 for calculating the outflow oxygen amount, the oxygen storage amount, and the like for each block of the first catalyst 53, and proceeds to step 2305. The value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, which is sequentially updated in step 1525 of FIG. 15 or step 1725 of FIG. 17, the engine speed NE, the function t (NE, Δt), and Based on the equation described in step 2305 based on No. 15, the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the block (1) of the first catalyst 53, which is the boundary condition, is calculated as described above.
[0189]
Next, the CPU 71 proceeds to step 2310 to set the value of the counter value n and the value of the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 to “0”, respectively, and then proceeds to step 2315 for each block of the first catalyst 53. The processing for calculating the outflow oxygen amount, the oxygen storage amount, and the like of the engine is started. First, in step 2315, the CPU 71 increases the value of the counter value n by “1” and sets it to “1”. The counter value n indicates the block number of the first catalyst 53. At this time, the value of the counter value n is “1”, and the value of the counter value n is maintained at “1” in the subsequent processing from step 2320 to step 2375, so that the current step 2320 to step 2375 In the processing up to, the calculation in the most upstream block (1) is executed.
[0190]
First, the CPU 71 proceeds to step 2320 to determine whether or not the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (1) is equal to or greater than “0”. In step 2320, “Yes” is determined, and the process proceeds to step 2325, where the value of the maximum oxygen storage amount Cmax (1) of the block (1) already calculated in step 2225 of FIG. The value of the oxygen storage amount OSA (1) of the block (1) calculated (updated) when the present routine was executed last time and the expression described in step 2325 based on (the right side of) the above equation 9 , The reaction rate H in the block (1) is calculated.
[0191]
If the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (1) is not equal to or greater than “0” in the determination in step 2320, the CPU 71 determines “No” in step 2320 and proceeds to step 2330, where the maximum oxygen storage amount Cmax is determined. The reaction rate H in the block (1) is calculated based on the value of (1), the value of the oxygen storage amount OSA (1), and the expression described in step 2330 based on (the right side of) the above equation (11). .
[0192]
Next, the CPU 71 proceeds to step 2335, where the value of the reaction rate H calculated in step 2325 or 2330, the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in block (1) calculated in step 2305, and Then, the oxygen storage amount change amount δOSA (1) in the block (1) is calculated based on (the right side of) or the expression described in step 2335 based on the above equation (10).
[0193]
Next, the CPU 71 proceeds to step 2340, in which the value of the oxygen storage amount OSA (1) of the block (1) calculated when the routine was last executed in step 2360 described later and the current calculation in step 2335 It is determined whether or not the value obtained by integrating the value of the oxygen storage amount change amount δOSA (1) of the block (1) is equal to or less than the value of the maximum oxygen storage amount Cmax (1) in the block (1).
[0194]
Here, if the integrated value is equal to or less than the value of the maximum oxygen storage amount Cmax (1), the CPU 71 determines “Yes” in step 2340 and proceeds to step 2345 to set the integrated value to “0” or more. Is determined, and if the integrated value is “0” or more, “Yes” is determined in step 2345 and the process proceeds to step 2360, where the integrated value is set to a new oxygen storage amount. Set as OSA (1). As described above, if the integrated value is equal to or more than “0” and equal to or less than the maximum oxygen storage amount Cmax (1), the value of the oxygen storage amount change amount δOSA (1) calculated in step 2335 is directly used in the block (1). It is used as the oxygen storage amount change amount.
[0195]
On the other hand, if it is determined in step 2340 that the integrated value exceeds the value of the maximum oxygen storage amount Cmax (1), the CPU 71 determines “No” in step 2340 and proceeds to step 2350 to determine the maximum oxygen storage amount. After the value obtained by subtracting the value of the previously stored oxygen storage amount OSA (1) from the value of the amount Cmax (1) is stored in the oxygen storage amount change amount δOSA (1), the process proceeds to step 2360. As described above, if the integrated value exceeds the maximum oxygen storage amount Cmax (1) in the block (1), the value of the oxygen storage amount OSA (1) in the block (1) calculated in step 2360 this time becomes Since this means that the maximum oxygen storage amount Cmax (1) is exceeded, the value of the oxygen storage amount OSA (1) calculated in step 2360 this time is equal to the value of the maximum oxygen storage amount Cmax (1). The oxygen storage amount change amount δOSA (1) is adjusted.
[0196]
Similarly, in the determination in step 2345, if the integrated value is less than “0” (negative value), the CPU 71 determines “No” in step 2345, proceeds to step 2355, and calculates the value calculated last time. After a value obtained by inverting the sign of the value of the oxygen storage amount OSA (1) is stored in the oxygen storage amount change amount δOSA (1), the process proceeds to step 2360. Thus, if the integrated value is less than “0”, the value of the oxygen storage amount OSA (1) in block (1) calculated in step 2360 this time becomes less than “0” (negative value). Therefore, the oxygen storage amount change amount δOSA (1) is adjusted such that the value of the oxygen storage amount OSA (1) calculated in step 2360 this time becomes “0”.
[0197]
After calculating the current oxygen storage amount OSA (1) in block (1) in step 2360, the CPU 71 proceeds to step 2365 and calculates the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (1) in block (1) calculated in step 2305. And the value of the oxygen storage amount change amount δOSA (1) in the adjusted block (1) and the outflow in the block (1) based on the expression described in step 2365 based on (the right side of) the above equation (7). The oxygen amount CgoutO2 (1) is calculated.
[0198]
Next, the CPU 71 proceeds to step 2370, where the value of the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 at this time (which is “0” by the execution of step 2310) is calculated at the block (1 ) Is stored as a new oxygen storage amount OSAall after adding the value of the current oxygen storage amount OSA (1) in (2), and then the process proceeds to step 2375 to calculate the outflow oxygen amount in block (1) calculated in step 2365. Based on the value of CgoutO2 (1) and Equation 13, the inflowing oxygen amount CginO2 (2) in the downstream block (2) adjacent to the block (1) is calculated.
[0199]
Then, the CPU 71 proceeds to step 2380 to determine whether or not the value of the counter value n is equal to the number N of blocks of the first catalyst 53. Since the value of the counter value n is “1” at this time, the CPU 71 determines “No” in step 2380, returns to step 2315 again, increases the value of the counter value n by “1”, and increases the value by “2”. Then, by executing the processing of the following steps 2320 to 2375, the calculation in the next block, block (2), is executed. At this time, the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (2) calculated in the previous step 2375 is used as the value of the inflowing oxygen amount CginO2 (2) in step 2365.
[0200]
In this way, the processing from step 2320 to step 2375 is repeatedly executed until the value of the counter value n becomes equal to the number N of blocks of the first catalyst 53. Thereby, the inflow oxygen amount CginO2 (n), the outflow oxygen amount CgoutO2 (n), the oxygen storage amount of each block (n) from the most upstream block (1) to the most downstream block (N) of the first catalyst 53. The values of the change amount δOSA (n) and the oxygen storage amount OSA (n) are sequentially calculated. Further, by repeatedly executing the process of step 2370, the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is also calculated.
[0201]
When the value of the counter value n becomes equal to the number N of blocks of the first catalyst 53 by repeating the processing of step 2315, the CPU 71 determines “Yes” in step 2380, and then proceeds to step 2395 to temporarily execute this routine. finish.
[0202]
At a predetermined timing, the CPU 71 initializes (clears) the value of the oxygen storage amount of each block of the first catalyst 53 and the value of the oxygen storage amount of the first catalyst 53, as shown in the flowchart of FIG. The process starts from step 2400 of the routine indicated by, and proceeds to step 2405 to monitor whether the value of the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 is larger than 0.7 (V). At this time, if the value of the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 is larger than 0.7 (V), that is, if the downstream air-fuel ratio of the first catalyst 53 is a rich air-fuel ratio, the entire first catalyst 53 Means that the amount of oxygen stored in the first catalyst 53 is “0”, the CPU 71 proceeds to step 2410, and determines the value of the amount of oxygen stored in each block of the first catalyst 53 and the value of the amount of oxygen stored in the first catalyst 53. The process of setting all the values to “0” starts. On the other hand, if it is determined in step 2405 that the value of the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 is 0.7 (V) or less, the CPU 71 proceeds directly from step 2405 to step 2495 and ends this routine once.
[0203]
If it is determined in step 2405 that the value of the output Voxs of the downstream air-fuel ratio sensor 67 is larger than 0.7 (V), the CPU 71 proceeds to step 2410 and sets the value of the counter value n to “0”. After the setting, the process proceeds to step 2415, where the value of the counter value n is increased by “1” and set to “1”. Next, the CPU 71 proceeds to step 2420 and sets the value of the oxygen storage amount OSA (n) in the block (n) of the first catalyst 53 to “0”. At this point, the value of the counter value n is “1”, so that the value of the oxygen storage amount OSA (1) in the most upstream block (1) is set to “0”.
[0204]
Then, the CPU 71 proceeds to step 2425 to determine whether or not the value of the counter value n is equal to the number N of blocks of the first catalyst 53. Since the value of the counter value n is “1” at this time, the CPU 71 determines “No” in step 2425, returns to step 2415 again, increases the value of the counter value n by “1”, and then proceeds to step 2420 and The processing of step 2425 is executed. That is, the processes of steps 2420 and 2425 are repeatedly executed until the value of the counter value n becomes equal to the number N of blocks of the first catalyst 53. Thereby, the value of the oxygen storage amount OSA (n) in each block (n) from the most upstream block (1) to the most downstream block (N) of the first catalyst 53 is all cleared to “0”. .
[0205]
When the value of the counter value n becomes equal to the number of blocks N of the catalyst 53 by repeating the processing of step 2415, the CPU 71 determines “Yes” in step 2425 and proceeds to step 2430, where After setting the value of the oxygen storage amount OSAall to “0”, the routine proceeds to step 2495, where the present routine is temporarily ended.
[0206]
As described above, according to the embodiment of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the feedback control amount DFi for performing the air-fuel ratio feedback control by correcting the corrected basic fuel injection amount Fbase is basically the same. DFi = Gp な る DFc + Gi ・ (OSAall- (Cmaxall / 2)). As a result, the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc becomes “0” based on the proportional term Gp · DFc (therefore, the air-fuel ratio abyfs detected by the upstream air-fuel ratio sensor 66 becomes the upstream target air-fuel ratio abyfr). And the value of the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is a value based on the time integral value of the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, and therefore the integral term Gi · (OSAall− (Cmaxall) / 2)), the balance of the deviation of the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the first catalyst 53 from the stoichiometric air-fuel ratio is controlled to be zero, and the oxygen storage amount OSAall of the first catalyst 53 is set to the target oxygen. The storage amount is controlled so as to be the storage amount (half of the maximum oxygen storage amount Cmaxall).
[0207]
In addition, since there is a limit (−Gi · (Cmaxall / 2) ≦ integration term ≦ Gi · (Cmaxall / 2)) in the value of the integral term (Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2))), the engine is empty. The fuel ratio abyfs (that is, the final fuel injection amount Fi) is not unnecessarily and excessively corrected by the action of the same integral term, and converges relatively quickly even if a large disturbance occurs in the air-fuel ratio feedback control. Therefore, the emission amount of the emission from the first catalyst 53 is reduced, and the degree of deterioration of the drivability is reduced.
[0208]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be adopted within the scope of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the feedback control amount DFi is calculated based on the in-cylinder fuel supply amount deviation DFc, but the upstream target air-fuel ratio abyfr and the air-fuel ratio abyfs detected by the upstream air-fuel ratio sensor 66 are calculated. The feedback control amount DFi may be calculated based on the deviation. Further, by setting an upstream target value which is a target value of the output of the upstream air-fuel ratio sensor 66, feedback control is performed based on a deviation between the upstream target value and the output value vabyfs of the upstream air-fuel ratio sensor 66. The quantity DFi may be calculated.
[0209]
Here, for example, when calculating the feedback control amount DFi based on the deviation between the upstream target air-fuel ratio abyfr and the air-fuel ratio abyfs detected by the upstream air-fuel ratio sensor 66, the first catalyst 53 used as a boundary condition by the catalyst model is used. The inflowing oxygen amount CginO2 (1) in the most upstream block (1) can be calculated based on the following equation 17 similar to the above equation 16 instead of the above equation 15.
[0210]
[Equation 17]
ΔO2 = 0.23 · mfr1 · (abyfsave-stoich)
[0211]
In the above formula 17, mfr1 is the total amount of the fuel injection amount Fi within the calculation cycle Δt, similarly to the above mfr, and abyfsave is the average of the air-fuel ratio A / F detected by the upstream air-fuel ratio sensor 66 in the calculation cycle Δt. Value. As shown in Expression 17, by multiplying the total amount mfr1 of the injection amount within the calculation cycle Δt by a deviation (abysfave-stoich) of the average value of the detected air-fuel ratio A / F from the stoichiometric air-fuel ratio. , The excess amount of air in the calculation cycle Δt is obtained. By multiplying the excess amount of air by the weight ratio of oxygen “0.23”, the excess amount of oxygen in the calculation cycle Δt, that is, the inflowing oxygen amount CginO2 (1) is obtained.
[0212]
Further, in each of the above embodiments, the feedback control is performed by adding the feedback control amount DFi that can take a positive or negative value to the corrected basic fuel injection amount Fbase, but the feedback control amount corresponding to the feedback control amount DFi is added. The feedback control may be performed by setting a control coefficient (> 0) and multiplying the corrected basic fuel injection amount Fbase by the feedback control coefficient.
[0213]
Further, in each of the above embodiments, when the catalyst model is applied to the first catalyst 53, the first catalyst 53 is divided into N blocks, but the catalyst model is divided without dividing the first catalyst 53. May be applied to the first catalyst 53 as one block.
[0214]
In each of the above embodiments, the feedback control amount DFi is calculated as the sum of the proportional term Gp · DFc and the integral term Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2)). The calculation may be performed only with the term Gi · (OSAall− (Cmaxall / 2)).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine to which an air-fuel ratio control device (exhaust gas purification device) according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between an output voltage of the air flow meter shown in FIG. 1 and a measured intake air flow rate.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between an output voltage of an upstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1 and an air-fuel ratio.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an output voltage of a downstream air-fuel ratio sensor shown in FIG. 1 and an air-fuel ratio.
FIG. 5 is a functional block diagram when the air-fuel ratio control device shown in FIG. 1 executes the air-fuel ratio feedback control.
FIG. 6 shows changes in the value of the integral term for calculating the air-fuel ratio of the engine, the oxygen storage amount of the first catalyst, and the feedback control amount when the accelerator operation amount changes suddenly. 6 is a time chart showing a comparison between a device and a conventional device.
FIG. 7 is a functional block diagram when a conventional air-fuel ratio control device executes air-fuel ratio feedback control.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a catalyst model adopted by the exhaust gas purification apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a balance of a specific component related to an oxygen storage / release reaction in a specific region of the catalyst model employed in the exhaust gas purification apparatus of the present invention when focusing on the specific region.
FIG. 10 is a map for obtaining a distribution of each maximum oxygen storage amount for each block of the catalyst from a maximum oxygen storage amount of the entire catalyst which is a target of a catalyst model employed in the exhaust purification device of the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram when a catalyst model adopted by the exhaust gas purification apparatus of the present invention is applied to a first catalyst.
FIG. 12 is a flowchart showing a routine for performing a start determination of an update process of a basic fuel injection amount correction amount executed by the CPU shown in FIG. 1;
FIG. 13 is a flowchart illustrating a routine for setting a target air-fuel ratio executed by the CPU illustrated in FIG. 1;
FIG. 14 is a flowchart showing a routine for calculating a fuel injection amount and the like executed by a CPU shown in FIG. 1;
15 is a flowchart showing a routine for calculating a feedback control amount when the conventional air-fuel ratio control device executed by the CPU shown in FIG. 1 is applied.
FIG. 16 is a flowchart showing a routine for determining whether to end a process of updating a basic fuel injection amount correction amount executed by the CPU shown in FIG. 1;
17 is a flowchart showing a routine executed by the CPU shown in FIG. 1 for calculating a feedback control amount when the exhaust gas purification device (air-fuel ratio control device) of the present invention is applied.
FIG. 18 is a flowchart showing a routine for determining whether to start a maximum oxygen storage amount acquisition control executed by the CPU shown in FIG. 1;
FIG. 19 is a flowchart showing a first mode routine executed by the CPU shown in FIG. 1;
20 is a flowchart showing a second mode routine executed by the CPU shown in FIG. 1;
FIG. 21 is a flowchart showing a routine for calculating an oxygen storage amount executed by the CPU shown in FIG. 1;
FIG. 22 is a flowchart showing a routine for calculating a maximum oxygen storage amount executed by the CPU shown in FIG. 1;
23 is a flowchart showing a routine executed by the CPU shown in FIG. 1 for calculating an outflow oxygen amount, an oxygen storage amount, and the like for each block of the first catalyst.
24 is a flowchart showing a routine executed by the CPU shown in FIG. 1 for clearing the oxygen storage amount of each block of the first catalyst.
[Explanation of symbols]
10 internal combustion engine, 25 combustion chamber, 39 injector, 52 exhaust pipe (exhaust pipe), 53 three-way catalyst (first catalyst), 54 three-way catalyst (second catalyst), 66 air upstream Fuel ratio sensor 67 67 Downstream air-fuel ratio sensor 70 Electric controller 71 CPU

Claims (6)

内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
前記触媒よりも上流の前記排気通路に配設された空燃比センサと、
少なくとも前記空燃比センサの出力値と所定の目標値との偏差に基づく値の時間積分値に基づいてフィードバック制御量を算出するフィードバック制御量算出手段と、
前記フィードバック制御量に基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィードバック制御量算出手段は、前記偏差に基づく値の時間積分値が所定の範囲を超える場合、同偏差に基づく値の時間積分値の代わりに同所定の範囲内の値に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成された内燃機関の排気浄化装置。A catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
An air-fuel ratio sensor disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst,
Feedback control amount calculating means for calculating a feedback control amount based on a time integration value of at least a value based on a deviation between an output value of the air-fuel ratio sensor and a predetermined target value,
Air-fuel ratio control means for feedback-controlling the air-fuel ratio of the gas flowing into the catalyst based on the feedback control amount,
When the time integrated value of the value based on the deviation exceeds a predetermined range, the feedback control amount calculating means performs the feedback control based on the value within the predetermined range instead of the time integrated value of the value based on the deviation. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine configured to calculate an amount. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
少なくとも前記偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記触媒が吸蔵している酸素量である酸素吸蔵量を推定する酸素吸蔵量推定手段を備え、
前記フィードバック制御量算出手段は、前記偏差に基づく値の時間積分値に基づく値としての前記推定された酸素吸蔵量に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成された内燃機関の排気浄化装置。An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1,
An oxygen storage amount estimating unit that estimates an oxygen storage amount that is an amount of oxygen stored by the catalyst based on a time integration value of at least a value based on the deviation,
The feedback control amount calculating means is configured to calculate the feedback control amount based on the estimated oxygen storage amount as a value based on a time integration value of the value based on the deviation. . 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記フィードバック制御量算出手段は、所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成された内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 2,
The exhaust gas purification device for an internal combustion engine, wherein the feedback control amount calculating means is configured to calculate the feedback control amount based on a deviation between a predetermined target oxygen storage amount and the estimated oxygen storage amount. 請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記酸素吸蔵量推定手段は、前記触媒内における酸素吸蔵反応の速度を考慮して構築された触媒モデルに基づいて前記酸素吸蔵量を推定するように構成された内燃機関の排気浄化装置。The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 or 3,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the oxygen storage amount estimating means is configured to estimate the oxygen storage amount based on a catalyst model constructed in consideration of a speed of an oxygen storage reaction in the catalyst. 請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比に相当する前記所定の目標値を設定する目標値設定手段を備え、
前記フィードバック制御量算出手段は、
更に前記空燃比センサの出力値と前記所定の目標値との偏差に基づく値に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成されているとともに、
前記所定の目標値が理論空燃比と異なる空燃比に相当する値に設定されている場合、前記所定の目標酸素吸蔵量と前記推定された酸素吸蔵量との偏差の代わりに前記空燃比センサの出力値と同所定の目標値との偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記フィードバック制御量を算出するように構成された内燃機関の排気浄化装置。An exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 3 or claim 4,
Target value setting means for setting the predetermined target value corresponding to a target air-fuel ratio according to the operating state of the internal combustion engine,
The feedback control amount calculation means,
Furthermore, it is configured to calculate the feedback control amount based on a value based on a deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value,
When the predetermined target value is set to a value corresponding to an air-fuel ratio different from the stoichiometric air-fuel ratio, the air-fuel ratio sensor replaces the deviation between the predetermined target oxygen storage amount and the estimated oxygen storage amount. An exhaust emission control device for an internal combustion engine configured to calculate the feedback control amount based on a time integration value of a value based on a deviation between an output value and the predetermined target value. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気浄化装置が適用される内燃機関は、指示に応じて燃料噴射を行う燃料噴射手段を備えていて、
前記空燃比制御手段は、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を前記所定の目標値に相当する目標空燃比とするために必要な基本燃料噴射量を同内燃機関の運転状態に応じて決定するとともに同基本燃料噴射量を前記フィードバック制御量に基づいて補正することにより得られる燃料噴射量の燃料の噴射指示を前記燃料噴射手段に対して行うことで前記触媒に流入するガスの空燃比をフィードバック制御するように構成されていて、
前記フィードバック制御量算出手段が前記空燃比センサの出力値と前記所定の目標値との偏差に基づく値の時間積分値が前記所定の範囲を超えるか否かに拘わらず同偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記フィードバック制御量を算出した場合であって、且つ前記内燃機関が定常運転状態にある場合における同偏差に基づく値の時間積分値に基づいて前記基本燃料噴射量を補正する基本燃料噴射量補正手段を備えた内燃機関の排気浄化装置。An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein
The internal combustion engine to which the exhaust purification device is applied includes a fuel injection unit that performs fuel injection according to an instruction,
The air-fuel ratio control means determines a basic fuel injection amount necessary for setting an air-fuel ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine to a target air-fuel ratio corresponding to the predetermined target value according to an operating state of the internal combustion engine. The fuel injection amount is obtained by correcting the basic fuel injection amount based on the feedback control amount and instructing the fuel injection means to inject the fuel into the fuel injection means. It is configured to feedback control the fuel ratio,
The feedback control amount calculating means determines whether the time integration value of the value based on the deviation between the output value of the air-fuel ratio sensor and the predetermined target value exceeds the predetermined range regardless of whether the time integration value is based on the deviation. Basically correcting the basic fuel injection amount based on a time integration value of a value based on the deviation when the feedback control amount is calculated based on an integrated value and the internal combustion engine is in a steady operation state. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, comprising a fuel injection amount correction means.
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