JP2009299558A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、触媒に流入する排気の空燃比を過剰に低くさせず、エミッションが悪化することを抑制すると共に、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させる技術を提供する。
【解決手段】空燃比センサの検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって、触媒ユニットに流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、空燃比センサの検出値がストイキ以上のときは、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定して積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制し、空燃比センサの検出値がストイキよりも低いときは、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流に酸素を吸蔵する上流側触媒を配置し、ＮＯｘ再生時に排気の空燃比を低下させてリッチ化する空燃比低下制御においては、上流側触媒の酸素消費までの目標空燃比と、上流側触媒の酸素消費後の目標空燃比とを分けて設定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流に三元触媒を配置し、排気の空燃比を低下させてリッチ化する空燃比低下制御時には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ送られるリッチ度合いを必要なリッチ量となる時間分制御する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒への排気の空燃比を低下させてリッチ化する空燃比低下制御において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流のＮＯｘ濃度に応じて排気の空燃比のリッチ化における変化速度を設定する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００４−３３９９６７号公報 特開２０００−１８０６２号公報 特開２００７−１８７０９６号公報

ところで内燃機関の排気通路に配置された触媒の排気浄化能力を回復させるために触媒に流入する排気の空燃比を低くする場合に、排気の空燃比が過剰に低くなってしまい、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化する場合があった。また、応答性や収束性が悪く、排気の空燃比を目標空燃比に収束させるまでに時間がかかる場合があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の制御装置において、触媒に流入する排気の空燃比を過剰に低くさせず、エミッションが悪化することを抑制すると共に、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させる技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気の空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記触媒に流入する排気の空燃比を低くし前記触媒の排気浄化能力を回復させる際に、前記排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって前記触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる排気空燃比低下制御手段と、
を備え、
前記排気空燃比低下制御手段が前記触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、
前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記積分項を算出するために
用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記積分項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置である。

比例積分制御（ＰＩ制御）によって触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる場合には、排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）が用いられる。積分項（Ｉ項）は、排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比との差分を積算することで得られる。

ここで、触媒は、流入する排気の空燃比がストイキよりも高いときに排気中の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がストイキよりも低くなると吸蔵していた酸素（吸蔵酸素）を放出する酸素吸蔵能（Ｏ_２ストレージ効果）を有している。そして、触媒に流入する排気の空燃比が低くなればＯ_２ストレージ効果の影響を受ける。よって、触媒から吸蔵酸素が放出され吸蔵酸素が消費されるまでのＯ_２ストレージ効果の影響を受ける期間、排気空燃比検出手段で検出される見かけの排気の空燃比の値が低くなることが阻害され、排気空燃比検出手段の検出値はストイキとなる。

このため、積分項（Ｉ項）はＯ_２ストレージ効果の影響を受ける期間にわたって積算され、積分項（Ｉ項）が過剰積算されて大きくなってしまう。したがって、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときに、過剰積算された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が大きいために排気の空燃比の制御量が大きくなる。よって、排気の空燃比が目標空燃比よりも過剰に低くなってしまい、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化する場合があった。また、過剰積算された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が大きいために排気の空燃比の制御量が大きくなる。よって、排気の空燃比が大きく乱高下しながら収束して収束性が悪く、排気の空燃比を目標空燃比に収束させるまでに時間がかかる場合があった。

そこで、本発明では、排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定するようにした。

本発明によると、排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、積分項（Ｉ項）は、排気空燃比検出手段の検出値と中間目標空燃比との差分を積算して求められるため、検出値と中間目標空燃比よりも低い空燃比の最終目標空燃比との差分を積算して求められる場合よりも小さくなる。よって、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制できる。

したがって、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときに、過剰積算が抑制された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が小さいために排気の空燃比の制御量が小さくなる。よって、排気の空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなく、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化することを抑制できる。また、過剰積算が抑制された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が小さいために排気の空燃比の制御量が小さくなるので、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。

また、本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気の空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記触媒に流入する排気の空燃比を低くし前記触媒の排気浄化能力を回復させる際に、前記排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって前記触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる排気空燃比低下制御手段と、
を備え、
前記排気空燃比低下制御手段が前記触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、
前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定する内燃機関の制御装置である。

比例積分制御（ＰＩ制御）によって触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる場合には、排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）が用いられる。比例項（Ｐ項）は、排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比との差分で得られる。

比例項（Ｐ項）が小さいと、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は小さくなるので、応答性が悪く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間が長くなる。しかし、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときに、排気の空燃比の制御量は小さくなるので、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

一方、比例項（Ｐ項）が大きいと、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は大きくなるので、応答性が良く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間が短くなる。しかし、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときに、排気の空燃比の制御量は大きくなるので、排気の空燃比が乱高下しながら収束して収束性が悪く、排気の空燃比を目標空燃比に収束させるまでに時間がかかる。

このように、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間では、比例項（Ｐ項）が大きいと応答性が良く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。一方、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときには、比例項（Ｐ項）が小さいと収束性が良く、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

そこで、本発明では、排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定するようにした。

本発明によると、排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）は、排気空燃比検出手段の検出値と低位目標空燃比との差分から算出して求められるた
め、検出値と低位目標空燃比よりも高い空燃比の最終目標空燃比との差分から算出して求められる場合よりも大きくなる。一方、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、比例項（Ｐ項）は、排気空燃比検出手段の検出値と最終目標空燃比との差分から算出して求められるため、排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときよりも小さくなる。

したがって、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）が大きく排気の空燃比の制御量が大きくなるので、応答性が良いため、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。一方、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときには、比例項（Ｐ項）が小さく排気の空燃比の制御量が小さくなるので、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。これらによって、排気の空燃比をより短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。

内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気の空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記触媒に流入する排気の空燃比を低くし前記触媒の排気浄化能力を回復させる際に、前記排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって前記触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる排気空燃比低下制御手段と、
を備え、
前記排気空燃比低下制御手段が前記触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、
前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定すると共に、
前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記積分項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記積分項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置であることでもよい。

本発明によると、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制できる。このため、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときに、過剰積算が抑制された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が小さいために排気の空燃比の制御量が小さくなる。よって、排気の空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなく、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化することを抑制できる。また、過剰積算が抑制された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が小さいために排気の空燃比の制御量が小さくなる。よって、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。また同時に、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）が大きく排気の空燃比の制御量が大きいので、応答性が良いため、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。一方、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素
が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低くなったときには、比例項（Ｐ項）が小さく排気の空燃比の制御量が小さいので、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。これらによって、相乗して排気の空燃比をより短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。

中間目標空燃比は、ストイキと最終目標空燃比との間に設定されるとよい。本発明によると、排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）を、排気空燃比検出手段の検出値と中間目標空燃比との差分を積算して求め、検出値と中間目標空燃比よりも低い空燃比の最終目標空燃比との差分を積算して求められる場合よりも小さくできる。よって、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制できる。

最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、中間目標空燃比を補正するとよい。本発明によると、より好適な中間目標空燃比を設定できる。

具体的な中間目標空燃比の補正としては、最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、当該差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の中間目標空燃比に足して、補正後の中間目標空燃比を算出するとよい。

最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、低位目標空燃比を補正するとよい。本発明によると、より好適な低位目標空燃比を設定できる。

具体的な低位目標空燃比の補正としては、最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、当該差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の低位目標空燃比に足して、補正後の低位目標空燃比を算出するとよい。

本発明によると、内燃機関の制御装置において、触媒に流入する排気の空燃比を過剰に低くさせず、エミッションが悪化することを抑制することができると共に、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。各気筒内には、燃料を噴射する燃料噴射弁２が配置されている。内燃機関１は、車両に搭載されている。内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。

内燃機関１に接続された吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサ５ａが配置されている。コンプレッサ５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量（吸気量）を調節するスロットル弁６が配置されている。このスロットル弁６は、電動アクチュエータにより開閉され
る。スロットル弁６よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する新気吸入空気（以下、新気という）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の新気量（吸気量）が測定される。吸気通路３及び吸気通路３に配置される上記機器が内燃機関１の吸気系を構成している。

一方、内燃機関１に接続された排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービン５ｂが配置されている。タービン５ｂは排気通路４を流れる排気によって駆動され、コンプレッサ５ａは駆動されたタービン５ｂと共に回転して吸気通路３を流れる吸気を過給する。そしてタービン５ｂを収容するタービン室にタービン５ｂの全周を囲むように複数の可変ノズル５ｃが設けられ、これらの可変ノズル５ｃをそれぞれ回動させることで、可変ノズル５ｃ間に形成されるノズル通路断面積を変化させている。可変ノズル５ｃを回動することによって、ノズル通路断面積を小さくすると、ターボチャージャ５の過給圧を高めることができる。このようにノズル通路断面積を変化させる可変ノズル５ｃ及びこれを駆動する電動アクチュエータが可変ノズル機構を構成している。

タービン５ｂよりも下流の排気通路には、触媒ユニット８が配置されている。触媒ユニット８は、主に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を構成要素とし、その直上流側に酸化触媒を有するユニットである。触媒ユニット８は、内燃機関１が通常運転状態のように排気の空燃比が高いリーンのときには、排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比が低いリッチ若しくは理論空燃比（ストイキ）になり且つ排気中に還元成分が存在するとき（還元雰囲気のとき）には、吸蔵していたＮＯｘを放出する特性を有する。また、触媒ユニット８は、ＮＯｘと共に燃料などに含まれる硫黄成分（ＳＯｘ）を吸蔵し、高温且つ排気の空燃比が低いリッチ若しくはストイキのときに吸蔵していた硫黄成分を放出する特性も有する。さらに、触媒ユニット８は、流入する排気の空燃比が高いリーンのときに排気中の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比が低くなりストイキを通過してリッチになるときに吸蔵していた酸素（吸蔵酸素）を放出する酸素吸蔵能（Ｏ_２ストレージ効果）を有している。本実施例における触媒ユニット８が本発明の触媒に相当する。また、触媒ユニット８のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵能力が本発明の排気浄化能力に相当する。

触媒ユニット８の直下流の排気通路４には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ９が配置されている。本実施例における空燃比センサ９が本発明の排気空燃比検出手段に相当する。排気通路４及び排気通路４に配置される上記機器が内燃機関１の排気系を構成している。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を吸気通路３へ還流（再循環）させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路１０が備えられている。本実施
例では、ＥＧＲ通路１０によって還流される排気をＥＧＲガスと称している。ＥＧＲ通路１０は、タービン５ｂよりも上流の排気通路４と、コンプレッサ５ａよりも下流の吸気通路３とを接続している。このＥＧＲ通路１０を通って、排気の一部がＥＧＲガスとして高圧で内燃機関１へ送り込まれる。ＥＧＲ通路１０には、ＥＧＲ通路１０の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路１０を流通するＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁１１が配置される。ＥＧＲ弁１１は、電動アクチュエータにより開閉される。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１２には、エアフローメータ７、空燃比センサ９、クランクポジションセンサ１３、及びアクセルポジションセンサ１４などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１２には、燃料噴射弁２、並びにスロットル弁６、可変ノズル５ｃ、ＥＧＲ弁１１の電動アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１２によりこれらの機器が制御される。

ＥＣＵ１２は、クランクポジションセンサ１３やアクセルポジションセンサ１４などの出力信号を受けて内燃機関１の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関１や上記機器を電気的に制御する。

ところで、排気通路４に配置された触媒ユニット８では、吸蔵されるＮＯｘが内燃機関１の運転時間と共に増加する。そして、触媒ユニット８は吸蔵したＮＯｘが増加して行くと、ＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。最終的には、触媒ユニット８のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘが触媒ユニット８に吸蔵されずに大気中へ放出されてしまうおそれもある。そこで、触媒ユニット８のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、触媒ユニット８に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量が所定量以上になると、内燃機関１をリッチ燃焼させる。内燃機関１をリッチ燃焼させる手法としては、燃料噴射弁２から噴射される燃料量を増量し、スロットル弁６を調節して吸気量を削減し、可変ノズル５ｃを回動してノズル通路断面積を大きくしてターボチャージャ５の過給圧を低下させて吸気量を削減し、ＥＧＲ弁１１を開き側に制御して酸素量を削減することが行われる。このようにして内燃機関１をリッチ燃焼させ、内燃機関１から未燃焼成分を排気通路４へ供給し、触媒ユニット８に流入する排気の空燃比を目標空燃比のリッチ空燃比に低下させ、触媒ユニット８からＮＯｘを放出させるＮＯｘ還元を実施する場合がある。

また、触媒ユニット８では、ＮＯｘと共に吸蔵される硫黄成分（ＳＯｘ）が内燃機関１の運転時間と共に増加する。そして触媒ユニット８は吸蔵した硫黄成分が増加して行くと、ＮＯｘ吸蔵能力が低下してしまう。そこで、触媒ユニット８のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために、触媒ユニット８に吸蔵された硫黄成分吸蔵量が所定量以上になると、内燃機関１をリッチ燃焼させる。内燃機関１をリッチ燃焼させる手法としては、燃料噴射弁２から噴射される燃料量を増量し、スロットル弁６を調節して吸気量を削減し、可変ノズル５ｃを回動してノズル通路断面積を大きくしてターボチャージャ５の過給圧を低下させて吸気量を削減し、ＥＧＲ弁１１を開き側に制御して酸素量を削減することが行われる。このようにして内燃機関１をリッチ燃焼させ、内燃機関１から未燃焼成分を排気通路４へ供給し、触媒ユニット８を高温に昇温すると共に触媒ユニット８に流入する排気の空燃比を目標空燃比のリッチ空燃比に低下させ、触媒ユニット８から硫黄成分を放出させるＳ再生を実施する場合がある。

なお以下では、リッチ燃焼を用いたＳ再生の場合を例に挙げて説明する。ＮＯｘ還元については説明を省略するが、Ｓ再生と同様な制御が行われるものである。

Ｓ再生を実施する際には、空燃比センサ９の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって、触媒ユニット８に流入する排気の空燃比を低下させてリッチ側の目標空燃比に収束させるフィードバック制御を実施するようにしている。比例積分制御（ＰＩ制御）では、比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）との和が、排気の空燃比を低下させる制御量として入力される。すなわち、比例積分制御（ＰＩ制御）における排気の空燃比の制御量は、比例項（Ｐ項）と積分項（Ｉ項）の大きさによって決定されている。このような空燃比を低下させるフィードバック制御を実施するＥＣＵ１２が本発明の排気空燃比低下制御手段に相当する。

このような比例積分制御（ＰＩ制御）を用いたフィードバック制御によって、触媒ユニット８に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる場合には、空燃比センサ９の検
出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）が用いられる。比例項（Ｐ項）は、空燃比センサ９の検出値と目標空燃比との差分で得られる。積分項（Ｉ項）は、空燃比センサ９の検出値と目標空燃比との差分を積算することで得られる。

ここで、触媒ユニット８は、流入する排気の空燃比がストイキよりも高いときに排気中の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がストイキよりも低くなると吸蔵していた酸素（吸蔵酸素）を放出する酸素吸蔵能（Ｏ_２ストレージ効果）を有している。そして、触媒ユニット８に流入する排気の空燃比が低くなればＯ_２ストレージ効果の影響を受け、触媒ユニット８から吸蔵酸素が放出され吸蔵酸素が消費されるまでのＯ_２ストレージ効果の影響を受ける期間、空燃比センサ９で検出される見かけの排気の空燃比の値が低くなることが阻害され、空燃比センサ９の検出値はストイキとなる。

このため、図２に示すように、積分項（Ｉ項）は、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間にわたって積算され、積分項（Ｉ項）が過剰積算されて大きくなってしまう。したがって、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときに、過剰積算された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が大きいために排気の空燃比の制御量が大きくなる。よって、排気の空燃比が目標空燃比よりも過剰に低くなってしまい、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化する場合があった。また、過剰積算された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が大きいために排気の空燃比の制御量が大きくなる。よって、排気の空燃比が大きく乱高下しながら収束して収束性が悪く、排気の空燃比を目標空燃比に収束させるまでに時間がかかる場合があった。

そこで、本実施例では、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定するようにした。

本実施例によると、図３に示すように、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、積分項（Ｉ項）は、空燃比センサ９の検出値と中間目標空燃比との差分を積算して求められるため、検出値と中間目標空燃比よりも低い空燃比の最終目標空燃比との差分を積算して求められる場合よりも小さくなる。よって、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制でき、積分項（Ｉ項）を小さくできる。

したがって、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときに、過剰積算が抑制された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が小さいために排気の空燃比の制御量が小さくなる。よって、排気の空燃比が最終目標空燃比よりも過剰に低くなってしまうことがなく、未燃焼成分や還元成分が排出されてエミッションが悪化することを抑制できる。また、過剰積算が抑制された積分項（Ｉ項）を用いて比例積分制御（ＰＩ制御）すると、積分項（Ｉ項）が小さいために排気の空燃比の制御量が小さくなる。よって、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。

ここで、中間目標空燃比は、ストイキと最終目標空燃比との間に設定される。これによると、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）を、空燃比センサ９の検出値と中間目標空燃比との差分を積算して求め、検出値と中間目標空燃比よりも低い空燃比の最終目標空燃比との差分を積算して求められる場合よりも小さくできる。よって、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ
以上のときに、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制でき、積分項（Ｉ項）を小さくできる。なお、本実施例では、中間目標空燃比は、ストイキと最終目標空燃比との間に、予め実験や検証等によって求められた値で設定される。

次に、本実施例による空燃比低下制御ルーチンについて説明する。図４は、本実施例による空燃比低下制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１２は、最終目標空燃比を設定する。最終目標空燃比は、Ｓ再生を実施する際に収束させる目標空燃比であり、例えば１４．１等の値である。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１２は、空燃比センサ９の検出値を得る。これにより、触媒ユニットの直下流の排気の空燃比が検出される。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１２は、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低いか否かを判別する。すなわち、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受けているか否かを判別する。

ステップＳ１０３において、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低いと肯定判定された場合には、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受けていないと判定してステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０３において、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上と否定判定された場合には、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受ける前又はＯ_２ストレージ効果の影響を受けている最中と判定してステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定する。

一方、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定すると共に、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を中間目標空燃比に設定する。

ステップＳ１０５において、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を中間目標空燃比に設定することにより、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制し、積分項（Ｉ項）を小さくする。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を算出する。

比例項（Ｐ項）は、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分で算出される。具体的には、比例項（Ｐ項）＝Ｋｐ×（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＦＡ（最終目標空燃比））で算出される。ここで、Ｋｐはフィードバックゲイン（比例要素）であり、予め実験や検証等から定められた値である。

一方、積分項（Ｉ項）は、ステップＳ１０４を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分を積算して算出され、ステップＳ１０５を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と中間目標空燃比との差分を積算して算出される。具体的には、ステップＳ１０４を経由した場合の積分項（Ｉ項）＝Ｋｉ×∫（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＦＡ（最終目標空燃比））ｄｔで算出される。ステップＳ１０５を経由した場合の積分項（Ｉ項）＝Ｋｉ×∫（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＭＡ（中間目標
空燃比））ｄｔで算出される。ここで、Ｋｉはフィードバックゲイン（積分要素）であり、予め実験や検証等から定められた値である。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１２は、算出した比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）に基づいて比例積分制御（ＰＩ制御）を用いたフィードバック制御を実施する。

具体的には、排気の空燃比を低下させる制御量＝比例項（Ｐ項）＋積分項（Ｉ項）で算出される。ここで、排気の空燃比を低下させる制御量は、内燃機関１をリッチ燃焼させる制御量であり、制御量が大きくなる程、排気の空燃比を低下させてリッチ化する。具体的な制御量としては、燃料噴射弁２から噴射される燃料量の増量量や、スロットル弁６を調節することによる吸気量の削減量や、可変ノズル５ｃを回動してノズル通路断面積を大きくしてターボチャージャ５の過給圧を低下させることによる吸気量の削減量や、ＥＧＲ弁１１を開き側に制御することによる酸素量の削減量のいずれか又はこれらを組み合わせたものである。

以上説明した本ルーチンによれば、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定し、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制でき、積分項（Ｉ項）を小さくできる。

＜実施例２＞
本実施例では、中間目標空燃比を、より好適に設定するために補正する。本実施例ではその特徴部分を説明しその他の構成は上記実施例と同様であるので説明は省略する。

本実施例では、中間目標空燃比を補正するようにした。具体的な中間目標空燃比の補正としては、図５に示すように、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が第１所定値及び第２所定値で定められる許容値外の場合に、当該差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の中間目標空燃比に足して、補正後の中間目標空燃比を算出する。なお、具体的な中間目標空燃比の補正方法はこれに限られない。補正値の算出方法等は適宜変更できるものである。

本実施例によると、図６に示すように、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が第１所定値及び第２所定値で定められる許容値内に収められ、より好適な中間目標空燃比を設定できる。このため、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることをより好適に抑制できる。

次に、本実施例による中間目標空燃比補正制御ルーチンについて説明する。図７は、本実施例による中間目標空燃比補正制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、上記実施例の空燃比低下制御ルーチンによって排気の空燃比が最終目標空燃比に収束した場合に実行される。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ１２は、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値を算出する。

空燃比センサ９の検出値における最低値は、上記実施例の空燃比低下制御ルーチンによって排気の空燃比が最終目標空燃比に収束した場合に、空燃比センサ９の検出値の軌跡に基づいて求めることができる。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１２は、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値に
おける最低値を引いた差分値が正の第１所定値（Ｓ１）より大きいか否かを判別する。第１所定値（Ｓ１）は、予め実験や検証等によって求められる。すなわち、本ステップによって、差分値が許容値外か否かを判別している。

ステップＳ２０２において、差分値が正の第１所定値（Ｓ１）より大きいと肯定判定された場合には、差分値が許容値外と判定してステップＳ２０３へ移行する。ステップＳ２０２において、差分値が正の第１所定値（Ｓ１）以下と否定判定された場合には、ステップＳ２０４へ移行する。

ステップＳ２０３では、ＥＣＵ１２は、中間目標空燃比を補正する。具体的には、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の中間目標空燃比に足して、補正後の中間目標空燃比を算出する。ただし、補正後の中間目標空燃比は、ストイキよりも高いリーン空燃比の値にはならないようにする。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ１２は、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が負の第２所定値（−Ｓ２）よりも小さいか否かを判別する。第２所定値（−Ｓ２）は、予め実験や検証等によって求められる。すなわち、本ステップによって、差分値が許容値外か否かを判別している。

ステップＳ２０４において、差分値が負の第２所定値（−Ｓ２）よりも小さいと肯定判定された場合には、差分値が許容値外と判定してステップＳ２０５へ移行する。ステップＳ２０４において、差分値が負の第２所定値（−Ｓ２）以上と否定判定された場合には、差分値が許容値内であるとして本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ１２は、中間目標空燃比を補正する。具体的には、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の中間目標空燃比に足して、補正後の中間目標空燃比を算出する。ただし、補正後の中間目標空燃比は、最終目標空燃比よりも低いリッチ空燃比の値にはならないようにする。

以上説明した本ルーチンによれば、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、中間目標空燃比を補正でき、より好適な中間目標空燃比を設定できる。

＜実施例３＞
本実施例では、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を低位目標空燃比に設定する。本実施例ではその特徴部分を説明しその他の構成は上記実施例と同様であるので説明は省略する。

比例積分制御（ＰＩ制御）を用いたフィードバック制御によって、触媒ユニット８に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる場合には、空燃比センサ９の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）が用いられる。比例項（Ｐ項）は、空燃比センサ９の検出値と目標空燃比との差分で得られる。積分項（Ｉ項）は、空燃比センサ９の検出値と目標空燃比との差分を積算することで得られる。

図８に示すように、比例項（Ｐ項）が小さいと、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は小さくなるので、応答性が悪く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間が長くなる。しかし、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったとき
に、排気の空燃比の制御量は小さくなる。よって、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

一方、図９に示すように、比例項（Ｐ項）が大きいと、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は大きくなるので、応答性が良く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間が短くなる。しかし、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときに、排気の空燃比の制御量は大きくなる。よって、排気の空燃比が乱高下しながら収束して収束性が悪く、排気の空燃比を目標空燃比に収束させるまでに時間がかかる。

このように、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間では、比例項（Ｐ項）が大きいと応答性が良く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。一方、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときには、比例項（Ｐ項）が小さいと収束性が良く、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

そこで、本実施例では、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定するようにした。

本実施例によると、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）は、空燃比センサ９の検出値と低位目標空燃比との差分から算出して求められるため、検出値と低位目標空燃比よりも高い空燃比の最終目標空燃比との差分から算出して求められる場合よりも大きくなる。一方、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低いときは、比例項（Ｐ項）は、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分から算出して求められるため、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときよりも小さくなる。

したがって、図１０に示すように、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）が大きく排気の空燃比の制御量が大きくなる。よって、応答性が良いため、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。一方、吸蔵酸素の放出が終了し吸蔵酸素が消費されてＯ_２ストレージ効果の影響を受けなくなって、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときには、比例項（Ｐ項）が小さく排気の空燃比の制御量が小さくなる。よって、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。これらによって、排気の空燃比をより短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。

次に、本実施例による空燃比低下制御ルーチンについて説明する。図１１は、本実施例による空燃比低下制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンにおいて実施例１における図４のルーチンと同処理には同ステップの符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０３において、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低いと肯定判定された場合には、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受けていないと判定してステップＳ３０４へ移行する。ステップＳ１０３において、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上と否定判定された場合には、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受ける前又はＯ_２ストレージ効果の影響を受けている最中と判定してステップＳ３０５へ移行する。

ステップＳ３０４では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定する。

ステップＳ３０４において、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することにより、比例項（Ｐ項）は小さくなり、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は小さくなる。よって、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

一方、ステップＳ３０５では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を低位目標空燃比に設定すると共に、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定する。

ステップＳ３０５において、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を低位目標空燃比に設定することにより、比例項（Ｐ項）は大きくなり、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は大きくなる。よって、応答性が良く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。

ステップＳ３０６では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を算出する。

比例項（Ｐ項）は、ステップＳ３０４を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分で算出され、ステップＳ３０５を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と低位目標空燃比との差分で算出される。具体的には、ステップＳ３０４を経由した場合の比例項（Ｐ項）＝Ｋｐ×（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＦＡ（最終目標空燃比））で算出される。ステップＳ３０５を経由した場合の比例項（Ｐ項）＝Ｋｐ×（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＬＡ（低位目標空燃比））で算出される。ここで、Ｋｐはフィードバックゲイン（比例要素）であり、予め実験や検証等から定められた値である。

一方、積分項（Ｉ項）は、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分を積算して算出される。具体的には、積分項（Ｉ項）＝Ｋｉ×∫（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＦＡ（最終目標空燃比））ｄｔで算出される。ここで、Ｋｉはフィードバックゲイン（積分要素）であり、予め実験や検証等から定められた値である。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１２は、算出した比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）に基づいて比例積分制御（ＰＩ制御）を用いたフィードバック制御を実施する。

以上説明した本ルーチンによれば、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、比例項（Ｐ項）が大きくできる。一方、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときに、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定し、比例項（Ｐ項）が小さくできる。

＜実施例４＞
本実施例では、低位目標空燃比を、より好適に設定するために補正する。本実施例ではその特徴部分を説明しその他の構成は上記実施例と同様であるので説明は省略する。

本実施例では、低位目標空燃比を補正するようにした。具体的な低位目標空燃比の補正としては、図１２に示すように、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最
低値を引いた差分値が第３所定値及び第４所定値で定められる許容値外の場合に、当該差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の低位目標空燃比に足して、補正後の低位目標空燃比を算出する。なお、具体的な低位目標空燃比の補正方法はこれに限られない。補正値の算出方法等は適宜変更できるものである。

本実施例によると、図１３に示すように、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が第３所定値及び第４所定値で定められる許容値内に収められ、より好適な低位目標空燃比を設定できる。このため、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、比例項（Ｐ項）がより好適な値となる。

次に、本実施例による低位目標空燃比補正制御ルーチンについて説明する。図１４は、本実施例による低位目標空燃比補正制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、上記実施例の空燃比低下制御ルーチンによって排気の空燃比が最終目標空燃比に収束した場合に実行される。なお、本ルーチンにおいて実施例２における図７のルーチンと同処理には同ステップの符号を付して説明を省略する。

ステップＳ２０１に引き続くステップＳ４０２では、ＥＣＵ１２は、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が正の第３所定値（Ｓ３）より大きいか否かを判別する。第３所定値（Ｓ３）は、予め実験や検証等によって求められる。すなわち、本ステップによって、差分値が許容値外か否かを判別している。

ステップＳ４０２において、差分値が正の第３所定値（Ｓ３）より大きいと肯定判定された場合には、差分値が許容値外と判定してステップＳ４０３へ移行する。ステップＳ４０２において、差分値が正の第３許容値（Ｓ３）以下と否定判定された場合には、ステップＳ４０４へ移行する。

ステップＳ４０３では、ＥＣＵ１２は、低位目標空燃比を補正する。具体的には、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の低位目標空燃比に足して、補正後の低位目標空燃比を算出する。ただし、補正後の低位目標空燃比は、最終目標空燃比よりも高い値にはならないようにする。

ステップＳ４０４では、ＥＣＵ１２は、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が負の第４所定値（−Ｓ４）よりも小さいか否かを判別する。第４所定値（−Ｓ４）は、予め実験や検証等によって求められる。すなわち、本ステップによって、差分値が許容値外か否かを判別している。

ステップＳ４０４において、差分値が負の第４所定値（−Ｓ４）よりも小さいと肯定判定された場合には、差分値が許容値外と判定してステップＳ４０５へ移行する。ステップＳ４０４において、差分値が負の第４所定値（−Ｓ４）以上と否定判定された場合には、差分値が許容値内であるとして本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ４０５では、ＥＣＵ１２は、低位目標空燃比を補正する。具体的には、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の低位目標空燃比に足して、補正後の低位目標空燃比を算出する。

以上説明した本ルーチンによれば、最終目標空燃比から空燃比センサ９の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、低位目標空燃比を補正でき、より好適な低
位目標空燃比を設定できる。

＜実施例５＞
本実施例では、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときは、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を低位目標空燃比に設定すると共に、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を中間目標空燃比に設定する。すなわち実施例１及び３を組み合わせたものである。本実施例ではその特徴部分を説明しその他の構成は上記実施例と同様であるので説明は省略する。

本実施例による空燃比低下制御ルーチンについて説明する。図１５は、本実施例による空燃比低下制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンにおいて実施例１における図４のルーチンと同処理には同ステップの符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０３において、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低いと肯定判定された場合には、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受けていないと判定してステップＳ５０４へ移行する。ステップＳ１０３において、空燃比センサ９の検出値がストイキ以上と否定判定された場合には、空燃比センサ９の検出値がＯ_２ストレージ効果の影響を受ける前又はＯ_２ストレージ効果の影響を受けている最中と判定してステップＳ５０５へ移行する。

ステップＳ５０４では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定する。

ステップＳ５０４において、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することにより、比例項（Ｐ項）は小さくなり、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は小さくなるので、排気の空燃比が乱高下せずに収束して収束性が良く、排気の空燃比を短時間で目標空燃比に収束させることができる。

一方、ステップＳ５０５では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を低位目標空燃比に設定すると共に、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を中間目標空燃比に設定する。

ステップＳ５０５において、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を低位目標空燃比に設定することにより、比例項（Ｐ項）を大きくし、比例積分制御（ＰＩ制御）による排気の空燃比の制御量は大きくなるので、応答性が良く、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を短くできる。また同時にステップＳ５０５において、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を中間目標空燃比に設定することにより、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制し、積分項（Ｉ項）を小さくする。

ステップＳ５０６では、ＥＣＵ１２は、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を算出する。

比例項（Ｐ項）は、ステップＳ５０４を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分で算出され、ステップＳ５０５を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と低位目標空燃比との差分で算出される。具体的には、ステップＳ５０４を経由した場合の比例項（Ｐ項）＝Ｋｐ×（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＦＡ（最終目標空燃比））で算出される。ステップＳ５０５を経由した場合の比例項（Ｐ項）＝Ｋｐ×（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＬＡ（低位目標空燃比））で算出される。ここで、Ｋｐはフィードバックゲイン（比例要素）であり、予め実験や検証等から定められた値
である。

一方、積分項（Ｉ項）は、ステップＳ５０４を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と最終目標空燃比との差分を積算して算出され、ステップＳ５０５を経由した場合には、空燃比センサ９の検出値と中間目標空燃比との差分を積算して算出される。具体的には、ステップＳ５０４を経由した場合の積分項（Ｉ項）＝Ｋｉ×∫（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＦＡ（最終目標空燃比））ｄｔで算出される。ステップＳ５０５を経由した場合の積分項（Ｉ項）＝Ｋｉ×∫（Ａｔ（空燃比センサ９の検出値）−ＭＡ（中間目標空燃比））ｄｔで算出される。ここで、Ｋｉはフィードバックゲイン（積分要素）であり、予め実験や検証等から定められた値である。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１２は、算出した比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）に基づいて比例積分制御（ＰＩ制御）を用いたフィードバック制御を実施する。

以上説明した本ルーチンによれば、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、比例項（Ｐ項）が大きくできる。一方、空燃比センサ９の検出値がストイキよりも低くなったときに、比例項（Ｐ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定し、比例項（Ｐ項）が小さくできる。また同時に、Ｏ_２ストレージ効果の影響を受ける期間を含む空燃比センサ９の検出値がストイキ以上のときに、積分項（Ｉ項）を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定し、積分項（Ｉ項）が過剰積算されることを抑制でき、積分項（Ｉ項）を小さくできる。

なお、本実施例においても、実施例２，４のように中間目標空燃比や低位目標空燃比を補正するようにしてもよい。

また、上記実施例では、Ｓ再生においてリッチ燃焼を用いて排気の空燃比を低下させるようにしていた。しかしこれに限られず、本発明では燃料噴射弁２からのポスト噴射などの副噴射や排気通路４に配置された添加弁から排気への燃料や還元剤の添加を用いてもよい。これらの場合には、Ｓ再生における制御量として燃料量や還元剤量も制御することになる。そして本発明ではリッチ燃焼や副噴射や排気への燃料や還元剤の添加によっても排気の空燃比を低くすることに起因して発生する未燃焼成分や還元成分の排出を抑制しエミッションが悪化することを抑制できる。また同時に排気の空燃比をより短時間で最終目標空燃比に収束させることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図。 従来の排気空燃比低下制御における排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例１に係る排気空燃比低下制御における排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例１に係る空燃比低下制御ルーチンを示すフローチャート。 実施例２に係る排気空燃比低下制御における差分値が許容値外となった場合の排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例２に係る排気空燃比低下制御における差分値が許容値内となった場合の排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例２に係る中間目標空燃比補正制御ルーチンを示すフローチャート。 従来の排気空燃比低下制御における比例項が小さい場合の排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 従来の排気空燃比低下制御における比例項が大きい場合の排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例３に係る排気空燃比低下制御における排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例３に係る空燃比低下制御ルーチンを示すフローチャート。 実施例４に係る排気空燃比低下制御における差分値が許容値外となった場合の排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例４に係る排気空燃比低下制御における差分値が許容値内となった場合の排気の空燃比並びに比例項及び積分項を示す図。 実施例４に係る低位目標空燃比補正制御ルーチンを示すフローチャート。 実施例５に係る空燃比低下制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 燃料噴射弁
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサ
５ｂ タービン
５ｃ 可変ノズル
６ スロットル弁
７ エアフローメータ
８ 触媒ユニット
９ 空燃比センサ
１０ ＥＧＲ通路
１１ ＥＧＲ弁
１２ ＥＣＵ
１３ クランクポジションセンサ
１４ アクセルポジションセンサ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気の空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
   前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記触媒に流入する排気の空燃比を低くし前記触媒の排気浄化能力を回復させる際に、前記排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって前記触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる排気空燃比低下制御手段と、
   を備え、
   前記排気空燃比低下制御手段が前記触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、
   前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記積分項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記積分項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気の空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
   前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記触媒に流入する排気の空燃比を低くし前記触媒の排気浄化能力を回復させる際に、前記排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって前記触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる排気空燃比低下制御手段と、
   を備え、
   前記排気空燃比低下制御手段が前記触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、
   前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比が高いときに排気浄化を行い、流入する排気の空燃比が低いときに排気浄化能力を回復する触媒と、
   前記触媒よりも下流の前記排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記触媒に流入する排気の空燃比を低くし前記触媒の排気浄化能力を回復させる際に、前記排気空燃比検出手段の検出値と目標空燃比に基づいて算出される比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によって前記触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比に収束させる排気空燃比低下制御手段と、
   を備え、
   前記排気空燃比低下制御手段が前記触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりも低い最終目標空燃比に収束させる場合に、
   前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも低い空燃比である低位目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記比例項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定すると共に、
   前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキ以上のときは、前記積分項を算出するために
   用いる目標空燃比を最終目標空燃比よりも高い空燃比である中間目標空燃比に設定し、前記排気空燃比検出手段の検出値がストイキよりも低いときは、前記積分項を算出するために用いる目標空燃比を最終目標空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 中間目標空燃比は、ストイキと最終目標空燃比との間に設定されることを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、中間目標空燃比を補正することを特徴とする請求項１、３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、当該差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の中間目標空燃比に足して、補正後の中間目標空燃比を算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、低位目標空燃比を補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
8. 最終目標空燃比から前記排気空燃比検出手段の検出値における最低値を引いた差分値が許容値外の場合に、当該差分値に定数をかけた値を補正値として算出し、当該補正値を補正前の低位目標空燃比に足して、補正後の低位目標空燃比を算出することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御装置。

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