JPH0972235A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒内吸着物質量を適正に考慮に入れた空燃
比制御を行う。 【解決手段】 触媒５３内の吸着物質量を推定する手段
として触媒反応モデルを用いる。この触媒反応モデル
は、触媒５３内における流入ガス成分の吸着反応、流入
ガス成分と触媒内吸着物質との酸化還元反応、触媒内吸
着物質の離脱反応、流入ガス成分の未反応部分の存在が
全て考慮されている。この触媒反応モデルを用いて空燃
比センサ５４の出力に基づいて吸着物質量を吸着物質量
推定手段５５により推定する。そして、推定した吸着物
質量が所定範囲内のときに該吸着物質量に応じて目標空
燃比を設定し、吸着物質量が所定範囲外のときに内燃機
関５１の筒内空気量に応じて目標空燃比を設定する。ま
た、触媒反応モデルと同様のセンサ反応モデルを用いて
下流センサ５７の出力をセンサ出力推定手段５８により
推定し、この推定出力と実出力との関係から触媒５３の
劣化も判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排出ガスの空燃比
をリニアに検出する空燃比センサの出力に基づいて空燃
比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば特開平６−７４０７２号公
報に示すように、内燃機関の排気通路の途中に排出ガス
浄化用の三元触媒を設けると共に、この触媒の上流側に
排出ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設
け、この空燃比センサの出力信号に基づいて排出ガス中
の空燃比を目標空燃比に合わせるようにフィードバック
制御すると共に、触媒の下流側に、排出ガス中の空燃比
がリッチかリーンかを検出する酸素センサを設け、この
酸素センサの出力信号に基づいて上記目標空燃比を補正
するようにしたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、触媒に流入す
る排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ，Ｈ₂ 等のガス成分
に対して触媒は次のように作用する。

【０００４】触媒内における流入ガス成分の吸着反応 触媒内に流入したガス成分の一部は、触媒内部に吸着さ
れる。

【０００５】流入ガス成分と触媒内吸着物質との酸化
還元反応 例えば、吸着物質がリーン成分（ＮＯｘ，Ｏ₂ 等の酸化
性成分）の場合には、このリーン成分と流入ガス中のリ
ッチ成分（ＨＣ，ＣＯ，Ｈ₂ 等の還元性成分）とが酸化
還元反応して無害の中性ガス成分（ＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏ，Ｎ
₂ 等）が生成され、触媒から排出される。

【０００６】触媒内吸着物質の離脱反応 触媒内吸着物質の一部は、酸化還元反応を起こさずに触
媒から離脱して触媒下流に排出される。

【０００７】流入ガス成分の未反応部分の存在（以下
「すり抜け」という） 流入ガス成分の一部は、触媒内で吸着反応も酸化還元反
応も起こさずにそのまま触媒下流に排出される。

【０００８】従って、触媒による排出ガスの浄化効率を
高めるには、の吸着反応との酸化還元反応を増加さ
せ、の離脱反応を少なくすると共に、のすり抜けを
低減することが必要となる。これら〜の条件は、触
媒内の吸着物質量によって大きく変動し、排出ガスの浄
化効率を変動させる。例えば、リーン成分の吸着量が増
加するに従って、リーン成分の吸着反応が低下し、リー
ン成分のすり抜けが多くなるが、この状態でも、流入ガ
ス中のリッチ成分の割合が増えれば、酸化還元反応が増
加して吸着物質量が減少する。

【０００９】このような触媒の特性から、本来的には触
媒内の吸着物質量によって空燃比を制御することが理想
的であるが、前述したように、従来は、触媒下流側の酸
素センサの出力信号に基づいて目標空燃比を補正するだ
けであり、触媒内吸着物質量を適正に考慮に入れた空燃
比制御は不可能であった。

【００１０】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、触媒内吸着物質量を
適正に考慮に入れた空燃比制御を行うことができて、排
出ガスの浄化効率を高めることができる内燃機関の空燃
比制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関の空燃比制御装置は、
図１に例示するように、内燃機関５１の排気通路５２の
途中に排出ガス浄化用の触媒５３を設けると共に、この
触媒５３の上流側に排出ガスの空燃比をリニアに検出す
る空燃比センサ５４を設け、この空燃比センサ５４の出
力に基づいて目標空燃比と実空燃比との偏差を小さくす
るようにフィードバック制御するものにおいて、前記触
媒５３内における流入ガス成分の吸着反応、流入ガス成
分と触媒内吸着物質との酸化還元反応、触媒内吸着物質
の離脱反応、及び、流入ガス成分の未反応部分の存在を
考慮に入れた触媒反応モデルを用いて前記空燃比センサ
５４の出力に基づいて吸着物質量を推定する吸着物質量
推定手段５５と、この吸着物質量推定手段５５により推
定した吸着物質量が所定範囲内に収まるように前記目標
空燃比を設定する目標空燃比設定手段５６とを備えた構
成としている。

【００１２】ここで、触媒５３内の吸着物質量を推定す
るために用いる触媒反応モデルは、触媒５３内におけ
る流入ガス成分の吸着反応（リーン成分の吸着とリッチ
成分の吸着）、流入ガス成分と触媒内吸着物質との酸
化還元反応（触媒内リッチ成分が流入ガスのリーン成分
により酸化され、触媒内リーン成分が流入ガスのリッチ
成分により還元される）、触媒内吸着物質の離脱反
応、流入ガス成分の未反応部分の存在（すり抜け）が
全て考慮されている。これら〜の条件が触媒５３の
排出ガス浄化能力を左右する。

【００１３】このような触媒反応モデルを用いて空燃比
センサ５４の出力に基づいて吸着物質量を吸着物質量推
定手段５５により推定することで、触媒内リッチ成分の
吸着量とリーン成分の吸着量を精度良く推定する。そし
て、この吸着物質量推定手段５５により推定した吸着物
質量が所定範囲内に収まるように（つまり触媒内リッチ
成分とリーン成分の吸着量が共に所定量以下となるよう
に）、目標空燃比を目標空燃比設定手段５６により設定
し、この目標空燃比に基づいて噴射量演算手段６２によ
り燃料噴射量（噴射パルス幅）を演算し、その演算結果
に応じて燃料噴射弁６３を駆動する。これにより、排出
ガスの空燃比が触媒５３内の吸着物質量を少なくするよ
うに制御され、常に触媒５３の排出ガス浄化能力（つま
り吸着反応と酸化還元反応）の低下が抑えられる。

【００１４】更に、請求項２では、目標空燃比設定手段
５６は、吸着物質量推定手段５５により推定した吸着物
質量に応じて目標空燃比を設定する。これにより、触媒
内の吸着物質量の変化に追従して目標空燃比が設定さ
れ、吸着物質量に対する空燃比制御の精度が向上し、常
に排出ガス浄化能力が最良の状態に保たれる。

【００１５】また、請求項３では、目標空燃比設定手段
５６は、吸着物質量推定手段５５により推定した吸着物
質量が所定範囲内のときに該吸着物質量に応じて目標空
燃比を設定し、前記吸着物質量が所定範囲外のときに内
燃機関５１の筒内空気量に応じて目標空燃比を設定す
る。これにより、吸着物質量が所定範囲外になっても、
速やかに低減され、所定範囲内に収まる。

【００１６】ところで、触媒５３の下流側に設けられた
下流センサ５７（酸素センサ）は、白金電極の触媒作用
により流入ガス中のリッチ成分とリーン成分（酸素）と
を反応させて、流入ガスの空燃比又はリッチ／リーンを
検出する。下流センサ５７の内部でも、触媒５３と同様
の触媒反応が起こるため、下流センサ５７の出力を、触
媒反応モデルと同様のセンサ反応モデルを用いて推定可
能である。

【００１７】そこで、請求項４では、触媒反応モデルを
下流センサ５７のサイズに縮小したセンサ反応モデルを
用いて下流センサ５７の出力をセンサ出力推定手段５８
により推定し、この推定センサ出力と下流センサ５７の
実出力との偏差に応じて触媒反応モデルのパラメータを
モデル修正手段５９により修正する。これにより、触媒
５３の経時変化に応じて触媒反応モデルが自動的に修正
され、触媒５３の経時変化による吸着物質量の推定精度
の低下が抑えられる。

【００１８】また、請求項５では、燃料カット復帰後に
センサ出力推定手段５８による推定センサ出力と下流セ
ンサ５７の実出力がリーンからリッチへ反転するまでの
時間に基づいて触媒５３の容量変化を触媒容量判定手段
６０により判定する。これにより、触媒５３の劣化度合
が判定可能となる。

【００１９】更に、請求項６では、内燃機関５１が完全
暖機されているときに判定した触媒容量の低下度合によ
って触媒５３の劣化の有無を判定し、触媒劣化時に警告
表示手段６１に警告表示させる。これにより、触媒劣化
時にはこれを運転者が速やかに知ることができる。

【００２０】上述した請求項４では、下流センサ５７の
出力を、触媒反応モデルと同様の原理のセンサ反応モデ
ルを用いて推定したが、下流センサ５７の出力は、触媒
下流に流出する流出ガス成分量の変化に応じて変化し、
流出ガス成分量の変化が下流センサ５７の出力を変化さ
せる関係は一次遅れ系で近似できる。従って、流出ガス
成分量を一次遅れ系で処理しても、下流センサ５７の出
力を推定可能である。

【００２１】そこで、請求項７では、センサ出力推定手
段５８は、触媒反応モデルを用いて求めた触媒下流に流
出する流出ガス成分量を一次遅れ系で処理して下流セン
サ５７の出力を推定し、その推定センサ出力と下流セン
サ５７の実出力とに基づいて触媒最大容量を触媒容量判
定手段６０により算出し、この触媒最大容量に基づいて
前記触媒反応モデルのパラメータをモデル修正手段５９
により修正する。これにより、前記請求項４と同じく、
触媒５３の経時変化に応じて触媒反応モデルが自動的に
修正され、触媒５３の経時変化による吸着物質量の推定
精度の低下が抑えられる。

【００２２】更に、請求項８では、触媒下流に流出する
流出ガス成分量に応じて一次遅れ系の時定数を切り換え
て下流センサ５７の出力を推定する。これにより、流出
ガス成分に応じて最適な時定数を設定でき、下流センサ
出力の推定精度を向上させることができる。

【００２３】一般に、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
は、作動電圧オン中は空燃比に応じて出力がリニアに変
化するが、作動電圧をオフすると、空燃比がリッチかリ
ーンかで出力が反転する酸素センサとして動作する。こ
の場合、空燃比が目標空燃比の付近で変化するときに
は、酸素センサの出力変化の方が空燃比センサの出力変
化よりも大きくなるため、目標空燃比の付近では酸素セ
ンサの方が空燃比を検出しやすい。また、触媒内の吸着
物質量が少ないと、触媒下流の空燃比と目標空燃比との
偏差が小さくなり、触媒内の吸着物質量が多くなると、
触媒下流の空燃比と目標空燃比との偏差が大きくなると
いう関係がある。

【００２４】この関係を利用し、請求項９では、下流セ
ンサ５７として空燃比センサを用い、吸着物質量推定手
段５５により推定した吸着物質量が所定範囲内のとき、
つまり触媒下流の空燃比と目標空燃比との偏差が比較的
小さいときには、下流センサ５７の作動電圧をオフして
酸素センサとして動作させることで、触媒下流の空燃比
の検出精度を高める。これに対し、吸着物質量推定手段
５５により推定した吸着物質量が所定範囲外のとき、つ
まり触媒下流の空燃比と目標空燃比との偏差が比較的大
きいときには、下流センサ５７の作動電圧をオンして空
燃比センサとして動作させる。これは、触媒下流の空燃
比と目標空燃比との偏差が大きい領域では、酸素センサ
として動作させたのでは出力変化が少なく、触媒下流の
空燃比を検出するのは困難であるため、空燃比センサと
して動作させることで、触媒下流の空燃比を精度良く検
出するものである。

【００２５】更に、請求項１０では、吸着物質量推定手
段５５により推定した吸着物質量が所定範囲内のときに
は、下流センサ５７の作動電圧をオフして酸素センサと
して機能させ、第１の空燃比制御手段により第１の空燃
比制御を実行する。そして、吸着物質量が所定範囲外の
ときには、下流センサ５７の作動電圧をオンして空燃比
センサとして機能させ、第２の空燃比制御手段により第
２の空燃比制御を実行する。これにより、吸着物質量に
応じた最適な空燃比制御が可能となる。

【００２６】更に、請求項１１では、前記触媒容量判定
手段６０による触媒最大容量の算出と前記モデル修正手
段５９による触媒反応モデルのパラメータの修正を、吸
着物質量推定手段５５により推定した吸着物質量が所定
範囲外のときに実行する。これは、吸着物質量が所定範
囲外のときに、下流センサ５７の作動電圧をオンして空
燃比センサとして機能させるため、その空燃比センサの
実出力を利用して触媒最大容量を精度良く算出するもの
である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態（１）を
図２乃至図３２に基づいて説明する。まず、図２に基づ
いてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部に
は、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１
３の下流側に吸気温度Ｔａｍを検出する吸気温センサ１
４が設けられ、この吸気温センサ１４の下流側にスロッ
トルバルブ１５とスロットル開度ＴＨを検出するスロッ
トル開度センサ１６とが設けられている。更に、スロッ
トルバルブ１５の下流側には、吸気管圧力ＰＭを検出す
る吸気管圧力センサ１７が設けられ、この吸気管圧力セ
ンサ１７の下流側にサージタンク１８が設けられてい
る。このサージタンク１８には、エンジン１１の各気筒
に空気を導入する吸気マニホールド１９が接続され、こ
の吸気マニホールド１９の各気筒の分岐管部にそれぞれ
燃料を噴射するインジェクタ２０（燃料噴射弁）が取り
付けられている。

【００２８】また、エンジン１１には各気筒毎に点火プ
ラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１には、点火
回路２２で発生した高圧電流がディストリビュータ２３
を介して供給される。このディストリビュータ２３に
は、７２０℃Ａ（クランク軸２回転）毎に例えば２４個
のパルス信号を出力するクランク角センサ２４が設けら
れ、このクランク角センサ２４の出力パルス間隔によっ
てエンジン回転数Ｎｅを検出するようになっている。ま
た、エンジン１１には、エンジン冷却水温Ｔｈｗを検出
する水温センサ３８が取り付けられている。

【００２９】一方、エンジン１１の排気ポート（図示せ
ず）には、排気マニホールド２５を介して排気管２６
（排気通路）が接続され、この排気管２６の途中に、排
出ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減さ
せる三元触媒等の触媒２７が設けられている。この触媒
２７の上流側には、排出ガスの空燃比に応じたリニアな
空燃比信号を出力する空燃比センサ２８が設けられ、ま
た、触媒２７の下流側には、排出ガス中の空燃比がリッ
チかリーンかによって出力が反転する酸素センサ２９が
“下流センサ”として設けられている。

【００３０】上述した各種のセンサの出力は電子制御回
路３０内に入力ポート３１を介して読み込まれる。電子
制御回路３０は、マイクロコンピュータを主体として構
成され、ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、バック
アップＲＡＭ３５を備え、各種センサ出力から得られた
エンジン運転状態パラメータを用いて燃料噴射量ＴＡＵ
や点火時期Ｉｇ等を演算し、その演算結果に応じた信号
を出力ポート３６からインジェクタ２０や点火回路２２
に出力する。また、触媒２７の劣化を検出したときに
は、出力ポート３６から警告ランプ３７（警告表示手
段）に点灯信号を出力する。

【００３１】更に、この電子制御回路３０は、触媒２７
内における流入ガス成分の吸着反応、流入ガス成分と触
媒内吸着物質との酸化還元反応、触媒内吸着物質の離脱
反応及び流入ガス成分の未反応部分の存在を考慮に入れ
た触媒反応モデルを用いて前記空燃比センサ２８の出力
に基づいて吸着物質量を推定する吸着物質量推定手段と
して機能すると共に、推定した吸着物質量が所定範囲内
に収まるように目標空燃比を設定する目標空燃比設定手
段としても機能する。以下、これについて詳細に説明す
る。

【００３２】［流入ガスモル数演算］図３は、触媒２７
内に流入する排出ガス（流入ガス）の各成分のモル数を
演算するルーチンであり、所定クランク角毎又は所定時
間毎に繰り返し処理される。処理が開始されると、まず
ステップ９１で、空燃比センサ２８の出力信号を読み込
んで、流入ガスの空燃比Ａ／Ｆを検出する。次のステッ
プ９２で、流入ガス中のＯ₂ モル濃度Ｏ２ＩＮＭＣ，Ｈ
₂ モル濃度Ｈ２ＩＮＭＣ，ＣＯモル濃度ＣＯＩＮＭＣ，
ＣＯ₂ モル濃度ＣＯ２ＩＮＭＣを空燃比Ａ／Ｆに応じて
テーブル検索又は理論式で算出し（図４参照）、これら
の算出値を用いて、次のステップ９３にて、Ｈ₂ Ｏモル
濃度Ｈ２ＯＩＮＭＣを算出する。次のステップ９４で
は、後述するステップ９７で用いる分数式の分母ＫＫＫ
ＢＵＮＢＯを算出し、続くステップ９５で、基本噴射量
Ｔｐｇ（ｇ換算）を基本噴射時間Ｔｐ，インジェクタサ
イズＩＮＪＳＩＺＥ，燃料比重ρを用いて次式により算
出する。

【００３３】Ｔｐｇ＝Ｔｐ×ＩＮＪＳＩＺＥ×ρ 更に、ステップ９６では、次のステップ９７で用いる変
数ＯＦＩＮ，ＯＭＯＬを算出する。この後、ステップ９
７で、上述したステップ９２〜９６の処理で求めた数値
を用いて流入ガス中のＯ₂ モル数Ｏ２ＩＮＭ，Ｈ₂ モル
数Ｈ２ＩＮＭ，ＣＯモル数ＣＯＩＮＭ，ＣＯ₂ モル数Ｃ
Ｏ２ＩＮＭ，Ｈ₂ Ｏモル数Ｈ２ＯＩＮＭを算出する。

【００３４】［触媒反応モデル］次に、図５〜図７を用
いて触媒反応モデルの処理の流れを説明する。この処理
では、まずステップ１００で、空燃比Ａ／Ｆに対するリ
ッチ成分とリーン成分の浄化率ＲＪＯＵＫＡ，ＬＪＯＵ
ＫＡをテーブル検索により求める（図８参照）。次のス
テップ１０１では、触媒内吸着物質のうち触媒２７から
離脱する量ＫＤＲＯＰ１Ｋ，ＫＤＲＯＰ１Ｈ，ＫＤＲＯ
Ｐ２Ｈ，ＫＤＲＯＰ２Ｋ（モル数）を、前回の処理で求
められた吸着物質量ＯＳＩＯＬＤに係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ
３，Ｋ４を乗算して求める。

【００３５】ここで、ＫＤＲＯＰ１Ｋは、触媒２７内で
リーン成分の吸着反応が起こっているときにそのリーン
成分の一部が触媒２７下流に離脱する量である。

【００３６】ＫＤＲＯＰ１Ｈは、触媒２７内に吸着され
たリーン成分と流入ガスのリッチ成分との間で反応が起
こっているときにリーン成分の一部が反応せずにそのま
ま触媒２７下流に離脱する量である。

【００３７】ＫＤＲＯＰ２Ｈは、触媒２７内に吸着され
たリッチ成分と流入ガスのリーン成分との間で反応が起
こっているときにリッチ成分の一部が反応せずにそのま
ま触媒２７下流に離脱する量である。

【００３８】ＫＤＲＯＰ２Ｋは、触媒２７内でリッチ成
分の吸着反応が起こっているときにそのリッチ成分の一
部が触媒２７下流に離脱する量である。

【００３９】次のステップ１０２では、前回の処理で求
められた吸着物質量ＯＳＩＯＬＤの±を判別すること
で、吸着物質がリーン成分（＋）であるか、リッチ成分
（−）であるかを判別する。更に、ステップ１０３，１
０４で、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比（１４．６）以上で
あるか否かを判別することによって、流入ガスのリーン
／リッチを判別する。これらステップ１０２〜１０４の
処理により、触媒２７内での反応を下記の表１に示すよ
うに４つの反応形態ＬＫ，ＬＨ，ＲＨ，ＲＫに分類し、
各反応形態毎に吸着物質量ＯＳＩを算出する。

【００４０】

【表１】

【００４１】各反応形態ＬＫ，ＬＨ，ＲＨ，ＲＫ毎に、
ステップ１０５〜１０８で、触媒２７内で浄化されない
成分割合ＹＵＫＯＵ０，ＹＵＫＯＵＲを、前記ステップ
１００で求められた浄化率ＲＪＯＵＫＡ，ＬＪＯＵＫＡ
を用いて算出する。この後、ステップ１０９〜１１２
で、流入ガスのうち触媒２７内で吸着反応も酸化還元反
応も起こさずにそのまま触媒２７下流に排出される未反
応成分量（すり抜け量）ＳＵＲＩＮＵＫＥを算出する。
反応形態ＬＫ（ステップ１０９）では、リーン成分の吸
着反応であるため、Ｏ₂ のすり抜け量を算出し、反応形
態ＬＨ（ステップ１１０）では、触媒２７内に吸着され
たリーン成分が流入ガスのリッチ成分で還元される反応
であるため、Ｈ₂ とＣＯとの合計すり抜け量を算出す
る。また、反応形態ＲＨ（ステップ１１１）では、触媒
２７内に吸着されたリッチ成分が流入ガスのリーン成分
で酸化される反応であるため、Ｏ₂ のすり抜け量を算出
し、反応形態ＲＫ（ステップ１１２）では、リッチ成分
の吸着反応であるため、Ｈ₂ とＣＯのすり抜け量を算出
する。尚、Ａ１〜Ａ４は係数である。

【００４２】次のステップ１１３〜１１６では、有効吸
着割合ＹＵＫＯＵを算出し、続くステップ１１７〜１２
０で、各反応形態を考慮して触媒２７内の吸着物質量Ｏ
ＳＩを算出する。この後、ステップ１２１〜１２４で、
吸着物質量ＯＳＩを後述するようにガード処理する。ガ
ード処理後、ステップ１２５〜１２４で、触媒２７から
流出するガス中のＯ₂ モル数Ｏ２ＯＵＴＭ，Ｈ₂ モル数
Ｈ２ＯＵＴＭ，ＣＯモル数ＣＯＯＵＴＭ，ＣＯ₂ モル数
ＣＯ２ＯＵＴＭ，Ｈ₂ Ｏモル数Ｈ２ＯＯＵＴＭを各反応
形態を考慮して算出する。更に、ステップ１２９〜１３
２で、各反応形態を考慮して流出ガス中の無害な中性ガ
ス成分（Ｈ₂ Ｏ，ＣＯ₂ ，Ｏ₂ ）の合計モル数ＮＥＵＴ
ＲＡＬＯＵＴを算出する。次のステップ１３３で、今回
の処理で求めた吸着物質量ＯＳＩをＯＳＩＯＬＤとして
記憶し、これを次回の処理に利用する。

【００４３】［ガード処理］上述したステップ１２１〜
１２４で行われる吸着物質量ＯＳＩのガード処理１〜４
は、図９〜図１２のフローチャートに従って行われる。
このガード処理により、ＭＩＮＯＳＩ≦ＯＳＩ≦ＭＡＸ
ＯＳＩとなる。この場合、吸着物質量ＯＳＩはリッチ成
分がマイナス値となり、リーン成分がプラス値となる。
従って、ＭＩＮＯＳＩはリッチ成分の最大吸着量であ
り、ＭＡＸＯＳＩはリーン成分の最大吸着量である。

【００４４】反応形態ＬＫ（ＯＳＩＯＬＤ＞０，Ａ／Ｆ
≧１４．６）の場合のガード処理１は、図９に示すよう
に、まずステップ１４１で、吸着物質量ＯＳＩをＭＡＸ
ＯＳＩと比較し、ＯＳＩ≧ＭＡＸＯＳＩの場合には、ス
テップ１４２に進んで、ＯＳＩ＝ＭＡＸＯＳＩとし、次
のステップ１４３で、有効吸着割合ＹＵＫＯＵを０にす
る。また、ステップ１４４で、吸着物質量ＯＳＩがマイ
ナス値（リッチ成分）と判定された場合には、ステップ
１４５に進んで、ＯＳＩ＝０とし、次のステップ１４６
で、触媒２７内でリーン成分の吸着反応が起こっている
ときにそのリーン成分の一部が触媒２７下流に離脱する
量ＫＤＲＯＰ１Ｋを計算する。一方、上記ステップ１４
１，１４４の判定がいずれも「Ｎｏ」の場合（０≦ＯＳ
Ｉ＜ＭＡＸＯＳＩ）には、吸着物質量ＯＳＩのガード処
理は行われない。

【００４５】また、反応形態ＬＨ（ＯＳＩＯＬＤ＞０，
Ａ／Ｆ＜１４．６）の場合のガード処理２は、図１０に
示すように、まずステップ１５１で、吸着物質量ＯＳＩ
がマイナス値（リッチ成分）と判定された場合には、ス
テップ１５２に進んで、ＯＳＩ＝０とし、次のステップ
１５３で、触媒２７内に吸着されたリーン成分と流入ガ
スのリッチ成分との間で反応が起こっているときにリー
ン成分の一部が反応せずにそのまま触媒２７下流に離脱
する量ＫＤＲＯＰ１Ｈを計算する。一方、上記ステップ
１５１で、吸着物質量ＯＳＩがプラス値（リーン成分）
と判定された場合には、吸着物質量ＯＳＩのガード処理
は行われない。

【００４６】また、反応形態ＲＨ（ＯＳＩＯＬＤ≦０，
Ａ／Ｆ≧１４．６）の場合のガード処理３は、図１１に
示すように、まずステップ１６１で、吸着物質量ＯＳＩ
がプラス値（リーン成分）と判定された場合には、ステ
ップ１６２に進んで、ＯＳＩ＝０とし、次のステップ１
６３で、触媒２７内に吸着されたリッチ成分と流入ガス
のリーン成分との間で反応が起こっているときにリッチ
成分の一部が反応せずにそのまま触媒２７下流に離脱す
る量ＫＤＲＯＰ２Ｈを計算する。一方、上記ステップ１
６１で、吸着物質量ＯＳＩがマイナス値（リッチ成分）
と判定された場合には、吸着物質量ＯＳＩのガード処理
は行われない。

【００４７】また、反応形態ＲＫ（ＯＳＩＯＬＤ≦０，
Ａ／Ｆ＜１４．６）の場合のガード処理４は、図１２に
示すように、まずステップ１７１で、吸着物質量ＯＳＩ
をＭＩＮＯＳＩと比較し、ＯＳＩ＜ＭＩＮＯＳＩの場合
には、ステップ１７２に進んで、ＯＳＩ＝ＭＩＮＯＳＩ
とし、次のステップ１７３で、有効吸着割合ＹＵＫＯＵ
を０にする。また、ステップ１７４で、吸着物質量ＯＳ
Ｉがプラス値（リーン成分）と判定された場合には、ス
テップ１７５に進んで、ＯＳＩ＝０とし、次のステップ
１７６で、触媒２７内でリッチ成分の吸着反応が起こっ
ているときにそのリッチ成分の一部が触媒２７下流に離
脱する量ＫＤＲＯＰ２Ｋを計算する。一方、上記ステッ
プ１７１，１７４の判定がいずれも「Ｎｏ」の場合（Ｍ
ＩＮＯＳＩ≦ＯＳＩ≦０）には、吸着物質量ＯＳＩのガ
ード処理は行われない。

【００４８】［酸素センサ流入ガス成分判定］次に、図
１３のフローチャートに基づいて、触媒２７下流の酸素
センサ２９に流入するガス成分を判定する処理を説明す
る。まず、ステップ２００で、酸素センサ２９に流入す
るガス成分のリーン成分とリッチ成分とのバランスを判
定するためのリーン成分／リッチ成分の余剰モル数ＨＡ
ＮＮＯＵとリッチ成分モル数ＣＯＨ２ＯＵＴＭを計算す
る。

【００４９】続くステップ２０１〜２０３で、流入する
ガス成分のリーン成分とリッチ成分とのバランスを余剰
モル数ＨＡＮＮＯＵの値によって判定する。ＨＡＮＮＯ
Ｕ＝０の場合（バランスが取れている場合）には、ステ
ップ２０４，２０７に進み、中性ガス成分のモル数ＮＥ
ＵＴＲＡＬＩＮＲを算出する。ＨＡＮＮＯＵ＞０（リー
ン成分が余剰）の場合には、ステップ２０５，２０８に
進み、Ｏ₂ モル数Ｏ２ＩＮＲと中性ガス成分のモル数Ｎ
ＥＵＴＲＡＬＩＮＲを算出する。ＨＡＮＮＯＵ＜０（リ
ッチ成分が余剰）の場合には、ステップ２０６，２０９
に進み、リッチ成分のモル数ＣＯＨ２ＩＮＲと中性ガス
成分のモル数ＮＥＵＴＲＡＬＩＮＲを算出する。尚、ス
テップ２０７〜２０９において、ＰＡＲＴは、触媒２７
から流出したガスが酸素センサ２９に流入する比率を示
す定数である。

【００５０】［センサ反応モデル］触媒２７下流の酸素
センサ２９は、白金電極の触媒作用により流入ガス中の
リッチ成分とリーン成分（酸素）とを反応させて流入ガ
ス中の残存酸素濃度を低下させ、その酸素濃度低下度合
によって流入ガスのリッチ／リーンを検出する。つま
り、流入ガスがリッチであれば、残存酸素濃度が大幅に
低下し、リーンであれば、残存酸素濃度の低下幅が小さ
い。このように酸素センサ２９の内部でも、触媒２７と
同様の触媒反応が起こるため、酸素センサ２９の出力
を、触媒反応モデルと同様のセンサ反応モデルを用いて
推定可能である。

【００５１】このセンサ反応モデルを用いて酸素センサ
２９の出力を推定する処理が図１４及び図１６に示され
ている。この処理では、まずステップ３００で、酸素セ
ンサ２９内の吸着物質のうち酸素センサ２９から離脱す
る量ＫＤＲＯＰ１ＲＫ，ＫＤＲＯＰ１ＲＨ，ＫＤＲＯＰ
２ＲＨ，ＫＤＲＯＰ２ＲＫ（モル数）を、前回の処理で
求められた吸着物質量ＯＳＲＯ２ＯＬＤに係数Ｋ１Ｒ，
Ｋ２Ｒ，Ｋ３Ｒ，Ｋ４Ｒを乗算して求める。

【００５２】ここで、ＫＤＲＯＰ１ＲＫは、酸素センサ
２９内でリーン成分の吸着反応が起こっているときにそ
のリーン成分の一部がセンサ下流に離脱する量である。

【００５３】ＫＤＲＯＰ１ＲＨは、酸素センサ２９内に
吸着されたリーン成分と流入ガスのリッチ成分との間で
反応が起こっているときにリーン成分の一部が反応せず
にそのままセンサ下流に離脱する量である。

【００５４】ＫＤＲＯＰ２ＲＨは、酸素センサ２９内に
吸着されたリッチ成分と流入ガスのリーン成分との間で
反応が起こっているときにリッチ成分の一部が反応せず
にそのままセンサ下流に離脱する量である。

【００５５】ＫＤＲＯＰ２ＲＫは、酸素センサ２９内で
リッチ成分の吸着反応が起こっているときにそのリッチ
成分の一部がセンサ下流に離脱する量である。

【００５６】次のステップ３０１では、前回の処理で求
められた吸着物質量ＯＳＲＯ２ＯＬＤの±を判別するこ
とで、吸着物質がリーン成分（＋）であるか、リッチ成
分（−）であるかを判別する。更に、ステップ３０２，
３０３では、前述した図１３のステップ２００で算出さ
れたリーン成分／リッチ成分の余剰モル数ＨＡＮＮＯＵ
の±を判別することで、流入ガスのリーン／リッチを判
別する。これらステップ３０１〜３０３の処理により、
酸素センサ２９内での反応を前掲した表１に示すように
４つの反応形態ＬＫ，ＬＨ，ＲＨ，ＲＫに分類し、ステ
ップ３０４〜３０７で、各反応形態毎に吸着物質量ＯＳ
ＲＯ２を算出する。センサ反応モデルは、触媒反応モデ
ルと基本的に同じ（サイズが小さいだけ）であるが、セ
ンサ反応モデルでは、未反応部分の存在（すり抜け）を
無視できる（ＹＯＵＫＯＵＲ＝１）。従って、すり抜け
に関する図７のステップ１０５〜１１６の処理は省略さ
れている。

【００５７】以上のようにして各反応形態毎に吸着物質
量ＯＳＲＯ２を算出した後、ステップ３０８〜３１１
で、吸着物質量ＯＳＲＯ２を後述するようにガード処理
する。ガード処理後、ステップ３１２〜３１５で、酸素
センサ２９から流出するガス中のＯ₂ モル数Ｏ２ＯＵＴ
Ｒ，リッチ成分モル数ＣＯＨ２ＯＵＴＲ，中性ガス成分
のモル数ＮＥＵＴＲＡＬＯＵＴＲを算出する。

【００５８】この後、ステップ３１６に進み、酸素セン
サ２９から流出するガス全体の合計モル数ＴＯＴＡＬＲ
を算出し、続くステップ３１７で、流出ガス中のＯ₂ ガ
ス濃度ＰＯ２Ｒを算出し、更に、ステップ３１８で、流
出ガス中のリッチ成分ガス濃度ＰＣＯＨ２Ｒを算出す
る。次のステップ３１９で、流出ガス中のＯ₂ ガス濃度
ＰＯ２Ｒとリッチ成分ガス濃度ＰＣＯＨ２Ｒとの濃度差
ＰＧＤＥＬＲを算出し、続くステップ３２０で、この濃
度差ＰＧＤＥＬＲに応じて所定のセンサ出力電圧テーブ
ル（図１６参照）に基づいて酸素センサ２９の出力電圧
推定値ＲＶＴＭを算出する。この後、ステップ３２１
で、今回の処理で求めた吸着物質量ＯＳＲＯ２をＯＳＲ
Ｏ２ＯＬＤとして記憶し、これを次回の処理に利用す
る。

【００５９】［ガード処理］上述したステップ３０８〜
３１１で行われる吸着物質量ＯＳＲＯ２のガード処理１
〜４は、図１７〜図２０のフローチャートに従って行わ
れる。このガード処理により、ＭＩＮＯＳＲＯ２≦ＯＳ
ＲＯ２≦ＭＡＸＯＳＲＯ２となる。この場合、吸着物質
量ＯＳＲＯ２はリッチ成分がマイナス値となり、リーン
成分がプラス値となる。従って、ＭＩＮＯＳＲＯ２はリ
ッチ成分の最大吸着量であり、ＭＡＸＯＳＲＯ２はリー
ン成分の最大吸着量である。

【００６０】反応形態ＬＫ（ＯＳＲＯ２ＯＬＤ＞０，Ｈ
ＡＮＮＯＵ≧０）の場合のガード処理１は、図１７に示
すように、まずステップ３４１で、吸着物質量ＯＳＲＯ
２をＭＡＸＯＳＲＯ２と比較し、ＯＳＲＯ２≧ＭＡＸＯ
ＳＲＯ２の場合には、ステップ３４２に進んで、ＯＳＲ
Ｏ２＝ＭＡＸＯＳＲＯ２に設定する。また、ステップ３
４３で、吸着物質量ＯＳＲＯ２がマイナス値（リッチ成
分）と判定された場合には、ステップ３４４に進んで、
ＯＳＲＯ２＝０とし、次のステップ３４５で、酸素セン
サ２９内でリーン成分の吸着反応が起こっているときに
そのリーン成分の一部がセンサ下流に離脱する量ＫＤＲ
ＯＰ１ＲＫを計算する。一方、上記ステップ３４１，３
４３の判定がいずれも「Ｎｏ」の場合（０≦ＯＳＲＯ２
＜ＭＡＸＯＳＲＯ２）には、吸着物質量ＯＳＲＯ２のガ
ード処理は行われない。

【００６１】また、反応形態ＬＨ（ＯＳＲＯ２ＯＬＤ＞
０，ＨＡＮＮＯＵ＜０）の場合のガード処理２は、図１
８に示すように、まずステップ３５１で、吸着物質量Ｏ
ＳＲＯ２がマイナス値（リッチ成分）と判定された場合
には、ステップ３５２に進んで、ＯＳＲＯ２＝０とし、
次のステップ３５３で、酸素センサ２９内に吸着された
リーン成分と流入ガスのリッチ成分との間で反応が起こ
っているときにリーン成分の一部が反応せずにそのまま
センサ下流に離脱する量ＫＤＲＯＰ１ＲＨを計算する。
一方、上記ステップ３５１で、吸着物質量ＯＳＲＯ２が
プラス値（リーン成分）と判定された場合には、吸着物
質量ＯＳＲＯ２のガード処理は行われない。

【００６２】また、反応形態ＲＨ（ＯＳＲＯ２ＯＬＤ≦
０，ＨＡＮＮＯＵ≧０）の場合のガード処理３は、図１
９に示すように、まずステップ３６１で、吸着物質量Ｏ
ＳＲＯ２がプラス値（リーン成分）と判定された場合に
は、ステップ３６２に進み、ＯＳＲＯ２＝０とし、次の
ステップ３６３で、酸素センサ２９内に吸着されたリッ
チ成分と流入ガスのリーン成分との間で反応が起こって
いるときにリッチ成分の一部が反応せずにそのままセン
サ下流に離脱する量ＫＤＲＯＰ２ＲＨを計算する。一
方、上記ステップ３６１にて、吸着物質量ＯＳＲＯ２が
マイナス値（リッチ成分）と判定された場合には、吸着
物質量ＯＳＲＯ２のガード処理は行われない。

【００６３】また、反応形態ＲＫ（ＯＳＲＯ２ＯＬＤ≦
０，ＨＡＮＮＯＵ＜０）の場合のガード処理４は、図２
０に示すように、まずステップ３７１で、吸着物質量Ｏ
ＳＲＯ２をＭＩＮＯＳＲＯ２と比較し、ＯＳＲＯ２＜Ｍ
ＩＮＯＳＲＯ２の場合には、ステップ３７２に進んで、
ＯＳＲＯ２＝ＭＩＮＯＳＲＯ２に設定する。また、ステ
ップ３７３で、吸着物質量ＯＳＲＯ２がプラス値（リー
ン成分）と判定された場合には、ステップ３７４に進ん
で、ＯＳＲＯ２＝０とし、次のステップ３７５で、酸素
センサ２９内でリッチ成分の吸着反応が起こっていると
きにそのリッチ成分の一部がセンサ下流に離脱する量Ｋ
ＤＲＯＰ２ＲＫを計算する。一方、上記ステップ３７
１，３７３の判定がいずれも「Ｎｏ」の場合（ＭＩＮＯ
ＳＲＯ２≦ＯＳＲＯ２≦０）には、吸着物質量ＯＳＲＯ
２のガード処理は行われない。

【００６４】［触媒状態判定］図２１に示す触媒状態判
定ルーチンでは、まずステップ４００で、触媒２７内の
吸着物質量ＯＳＩが第１の所定範囲内（Ｒ１≦ＯＳＩ≦
Ｌ１）か否かを判定する。ここで、Ｒ１はリッチ側の限
界値（マイナス値）で、Ｌ１はリーン側の限界値（プラ
ス値）である。もし、吸着物質量ＯＳＩが第１の所定範
囲外になれば、ステップ４０３に進み、後述する目標λ
設定処理２を実行し、吸着物質量ＯＳＩを速やかに減少
させる。一方、吸着物質量ＯＳＩが第１の所定範囲内に
収まっていれば、ステップ４０１に進み、後述する目標
λ設定切替フラグＦＬＡＧの値によって目標λ設定処理
１（ステップ４０２）又は目標λ設定処理２（ステップ
４０３）のいずれかを選択して実行する。ここで、目標
λとは目標空気過剰率を意味し、次式で表される。 目標λ＝目標空燃比／理論空燃比 従って、目標λを設定することで、目標空燃比を設定す
ることにもなる。

【００６５】［目標λ設定処理１］触媒２７内の吸着物
質量ＯＳＩが第１の所定範囲内で、ＦＬＡＧ＝１の場合
に実行される目標λ設定処理１は、図２２に示されてい
る。この目標λ設定処理１は、吸着物質量ＯＳＩに応じ
て目標λを設定するものである。この目標λ設定処理１
では、まずステップ５００で、目標λ設定切替フラグＦ
ＬＡＧが２であるか否か、つまり前回の目標λＴＧの設
定が目標λ設定処理２で行われたか否かを判定し、「Ｙ
ｅｓ」であれば、ステップ５１１に進み、目標λＴＧを
１に設定し、目標λ設定切替フラグＦＬＡＧを１にセッ
トした後、ステップ５１３に進み、そのときのリッチ／
リーンを記憶して本ルーチンを終了する。

【００６６】その後、本ルーチンが続けて実行されると
きには、ステップ５００，５０１を経てステップ５０２
に進み、触媒２７内の吸着物質量ＯＳＩがプラス値であ
るか否かによって触媒２７内がリーン状態であるか否か
を判定し、リーン状態であれば、ステップ５０３に進
み、前回処理で求めた吸着物質量ＯＳＩＯＬＤがプラス
値であるか否かによって、前回も今回もリーンである
か、或は、前回リッチで今回リーンに反転したか否かを
判定する。前回も今回もリーンである場合には、ステッ
プ５０５に進んで、演算タイミング毎に目標λＴＧを所
定値λＩＲだけリッチ側に修正する（積分項）。また、
前回リッチで今回リーンに反転した場合には、ステップ
５０６に進んで、リッチ側へのスキップ量λＳＫＲを前
回の吸着物質量ＯＳＩＯＬＤに応じて図２３（ａ）に示
すテーブルから求める。この後、ステップ５０７に進
み、目標λＴＧをλＩＲ＋λＳＫＲだけリッチ側に修正
し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ５
１３）、本ルーチンを終了する。

【００６７】一方、ステップ５０２で、ＯＳＩ≦０の場
合、つまり触媒２７内がリッチ状態である場合には、ス
テップ５０４に進み、前回処理で求めた吸着物質量ＯＳ
ＩＯＬＤがマイナス値であるか否かによって、前回も今
回もリッチであるか、或は、前回リーンで今回リッチに
反転したか否かを判定する。前回も今回もリッチである
場合には、ステップ５０８に進み、演算タイミング毎に
目標λＴＧを所定値λＩＬだけリーン側に修正する。ま
た、前回リーンで今回リッチに反転した場合には、ステ
ップ５０９に進み、リーン側へのスキップ量λＳＫＬを
前回の吸着物質量ＯＳＩＯＬＤに応じて図２３（ｂ）に
示すテーブルから求める。この後、ステップ５１０に進
み、目標λＴＧをλＩＬ＋λＳＫＬだけリーン側に修正
し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ５
１３）、本ルーチンを終了する。

【００６８】以上説明した目標λ設定処理１により目標
λＴＧを設定する場合の挙動が図２４のタイムチャート
に示されている。上述したように、リッチ／リーンが反
転したときに、スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬを前回の
吸着物質量ＯＳＩＯＬＤに応じて変化させることで、常
に目標λＴＧを１付近に保つことができる。

【００６９】尚、上述したステップ５０６，５０９で
は、スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬをテーブル検索によ
り算出するようにしたが、次式のように、触媒２７内の
吸着物質量ＯＳＩに定数Ｃ１，Ｃ２を乗算して求めるよ
うにしても良い。 λＳＫＲ＝Ｃ１×ＯＳＩ λＳＫＬ＝Ｃ２×（−ＯＳＩ）

【００７０】［目標λ設定処理２］触媒２７内の吸着物
質量ＯＳＩが第１の所定範囲外の場合、又は目標λ設定
切替フラグＦＬＡＧが１以外の場合には、図２５に示す
目標λ設定処理２が実行される。この目標λ設定処理２
では、まずステップ６００で、目標λ設定切替フラグＦ
ＬＡＧを２にセットし、次のステップ６０１で、触媒２
７内の吸着物質量ＯＳＩがプラス値であるか否かによっ
て触媒２７内がリーン状態であるか否かを判定し、リー
ン状態であれば、ステップ６０２に進み、図２６（ａ）
に示すテーブルから目標λであるλＳＴＲをエンジン１
１の筒内空気量に応じて求め、このλＳＴＲを目標λＴ
Ｇとする（ステップ６０３）。これにより、触媒２７内
がリーン状態であるときに、それとは反対のリッチ成分
のガスが触媒２７内に流入するように目標λＴＧが設定
される。

【００７１】一方、ステップ６０１で、ＯＳＩ≦０の場
合、つまり触媒２７内がリッチ状態である場合には、ス
テップ６０４に進んで、図２６（ｂ）に示すテーブルか
ら目標λであるλＳＴＬをエンジン１１の筒内空気量に
応じて求め、このλＳＴＬを目標λＴＧとする（ステッ
プ６０５）。これにより、触媒２７内がリッチ状態であ
るときに、それとは反対のリーン成分のガスが触媒２７
内に流入するように目標λＴＧが設定される。

【００７２】この後、ステップ６０６で、触媒２７内の
吸着物質量ＯＳＩが第２の所定範囲内（Ｒ２≦ＯＳＩ≦
Ｌ２）か否かを判定する。第２の所定範囲は、この目標
λ設定処理２から図２２の目標λ設定処理１へ復帰する
タイミングを判定するものであり、前述した図２３のス
テップ４００で判定する第１の所定範囲（Ｒ１〜Ｌ１）
よりも幅が狭く、Ｒ１≦Ｒ２＜０＜Ｌ２≦Ｌ１の関係に
設定されている。これにより、目標λ設定処理１と目標
λ設定処理２の切り替えにヒステリシスを持たせて、制
御を安定させる。そして、Ｒ２≦ＯＳＩ≦Ｌ２になれ
ば、ステップ６０７に進み、目標λ設定切替フラグＦＬ
ＡＧを１にセットし、次回の処理では、図２２の目標λ
設定処理１を実行する。

【００７３】以上説明したように、触媒２７内の吸着物
質量ＯＳＩが第１の所定範囲外になったときに、目標λ
ＴＧをエンジン１１の筒内空気量に応じて設定すること
により、図２９に示すように、吸着物質量ＯＳＩを速や
かに低減することができ、排出ガス浄化能力を良好に維
持できる。

【００７４】［触媒容量変化推定］図２８及び図２９に
示す触媒容量変化推定処理では、燃料カット復帰後に図
１５のステップ３２０で算出した酸素センサ２９の出力
推定値ＲＶＴＭと実出力ＲＶＴＳがリーンからリッチへ
反転するまでの時間ＴＳ，ＴＭの比によって触媒２７の
容量変化を判定するものである（図３０のタイムチャー
ト参照）。

【００７５】具体的には、まず、図２８のステップ７０
０で、燃料カット信号（燃料カットフラグＦＦＣの値）
を取り込み、次のステップ７０１で、燃料カットフラグ
の現在値ＦＦＣと前回値ＦＦＣＯとの差ＤＦＦＣを算出
し、このＤＦＦＣが−１であるか否かによって燃料カッ
ト復帰であるか否かを判定する（ステップ７０２）。燃
料カット復帰（ＤＦＦＣ＝−１）であれば、ステップ７
０３に進んで、タイムカウントフラグＣＳ，ＣＭを共に
タイムカウント中であることを示す“１”に設定する。
次のステップ７０４にて、酸素センサ２９の実出力ＲＶ
ＴＳを０．４５（Ｖ）と比較し、ＲＶＴＳ＞０．４５、
つまり実出力ＲＶＴＳの反転タイミングに至れば、ステ
ップ７０５に進み、タイムカウントフラグＣＳを“０”
にリセットする。

【００７６】次のステップ７０６では、図１７のステッ
プ３２０で算出した酸素センサ２９の推定出力ＲＶＴＭ
を０．４５（Ｖ）と比較し、ＲＶＴＭ＞０．４５、つま
り推定出力ＲＶＴＭの反転タイミングに至れば、ステッ
プ７０７に進んで、タイムカウントフラグＣＭを“０”
にリセットする。次のステップ７０８で、タイムカウン
トフラグＣＳがタイムカウント中であることを示す
“１”であるか否かを判定し、ＣＳ＝１であれば、ステ
ップ７０９に進み、実出力ＲＶＴＳがリーンからリッチ
へ反転するまでの時間ＴＳをカウントするタイムカウン
タＣＣＳを１カウントアップする。更に、ステップ７１
０で、このタイムカウンタＣＣＳの値に定数Ｄを乗算し
て、燃料カット復帰後に実出力ＲＶＴＳがリーンからリ
ッチへ反転するまでの時間ＴＳを求める。

【００７７】次のステップ７１１では、タイムカウント
フラグＣＭがタイムカウント中であることを示す“１”
であるか否かを判定し、ＣＭ＝１であれば、ステップ７
１２に進んで、推定出力ＲＶＴＭがリーンからリッチへ
反転するまでの時間ＴＭをカウントするタイムカウンタ
ＣＣＭを１カウントアップする。更に、ステップ７１３
で、このタイムカウンタＣＣＭの値に定数Ｄを乗算し
て、燃料カット復帰後に推定出力ＲＶＴＭがリーンから
リッチへ反転するまでの時間ＴＭを求める。

【００７８】この後、ステップ７１４で、触媒２７の容
量変化率ＢＡＩＲＩＴＵを次式により算出する。 ＢＡＩＲＩＴＵ＝ＴＳ／ＴＭ×Ｅ （Ｅ：定数）

【００７９】上式により算出される触媒２７の容量変化
率ＢＡＩＲＩＴＵは、触媒２７の最大吸着容量に対する
現在容量の比率である。次のステップ７１５で、現在の
リーン成分の最大吸着量ＭＡＸＯＳＩをＭＡＸＯＳＩＯ
Ｄに容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵを掛け合わせて算出し、
現在のリッチ成分の最大吸着量ＭＩＮＯＳＩをＭＩＮＯ
ＳＩＯＤに容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵを掛け合わせて算
出する。ここで、ＭＡＸＯＳＩＯＤは、新品触媒での完
全暖機後のリーン成分の最大吸着量であり、ＭＩＮＯＳ
ＩＯＤは、新品触媒での完全暖機後のリーン成分の最大
吸着量である。その後、ステップ７１６で、エンジン冷
却水温Ｔｈｗが８０℃以上、つまり完全暖機後であるか
否かを判定し、完全暖機前であれば、以降の処理を行わ
ずに本ルーチンを終了する。

【００８０】完全暖機後であれば、ステップ７１７に進
んで、容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵの変化が所定範囲内に
入ったか否かを判定し、所定範囲内に入っていれば、ス
テップ７１８に進み、触媒劣化度合ＤＥＴＥＲＩＯを次
式により算出する。 ＤＥＴＥＲＩＯ＝ＭＡＸＯＳＩ／ＭＡＸＯＳＩＯＤ

【００８１】ここで、ＭＡＸＯＳＩは、現在のリーン成
分の最大吸着量であり、ＭＡＸＯＳＩＯＤは、新品触媒
での完全暖機後のリーン成分の最大吸着量である。次の
ステップ７１９で、触媒劣化度合ＤＥＴＥＲＩＯを所定
の劣化判定値Ｆと比較し、ＤＥＴＥＲＩＯ≦Ｆであれ
ば、触媒劣化と判定される。以上の処理により、ＤＥＴ
ＥＲＩＯ≦Ｆ（触媒劣化）の状態が所定回数続いた時
に、最終的に触媒劣化と判定され、警告ランプ３７を点
灯させて警告表示する（ステップ７２０）。

【００８２】［空燃比制御］前述した図２２又は図２５
の処理で求められた目標λＴＧを用いて、図３１の空燃
比制御処理により空燃比が目標λＴＧに一致するように
制御される。具体的には、まずステップ８０１で、吸気
管圧力ＰＭ、エンジン回転数Ｎｅ等の運転状態パラメー
タに基づいて基本燃料噴射量ＴＰを算出し、続くステッ
プ８０２で、空燃比のフィードバック条件が成立してい
るか否かを判定する。ここで、フィードバック条件とし
ては、エンジン冷却水温Ｔｈｗが所定温度以上であるこ
と、運転状態が高回転・高負荷領域ではないこと等があ
り、これらの条件を全て満たしたときにフィードバック
条件が成立し、ステップ８０４に進むが、フィードバッ
ク条件が不成立の場合には、空燃比補正係数ＦＡＦを
１．０に設定してオープンループ制御を行う。

【００８３】フィードバック条件が成立している場合に
は、ステップ８０４で、前述した図２２又は図２５の処
理で求められた目標λＴＧを用い、空燃比補正係数ＦＡ
Ｆを算出する（ステップ８０５）。この後、ステップ８
０６で、燃料噴射量ＴＡＵを次式により算出する。 ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ （ＦＡＬＬ：他
の補正係数）

【００８４】［制御特性］図３２は、本実施例による空
燃比制御と従来の空燃比制御とを対比して示すタイムチ
ャートである。本実施例では、触媒反応モデルを用いて
吸着物質量ＯＳＩを推定し、その吸着物質量ＯＳＩが所
定範囲内に収まるように目標λ（目標空燃比）を設定す
るようにしたので、従来と比較して、排出ガス中のリー
ン成分とリッチ成分を低減することができ、排出ガス浄
化能力を高めることができる。

【００８５】以上説明した実施例では、図２２の目標λ
設定処理１において、ステップ５０２〜５０４で、触媒
２７内の吸着物質量ＯＳＩ，ＯＳＩＯＬＤの正負によっ
てリッチ／リーンを判別すると共に、目標λＴＧのスキ
ップ量λＳＫＲ，λＳＫＬを吸着物質量ＯＳＩＯＬＤに
応じてテーブル検索して求めるようにしている（ステッ
プ５０６，５０９）。

【００８６】これに対し、図３３及び図３４に示す本発
明の実施形態（２）では、ステップ５０２ａ〜５０４ａ
で、酸素センサ２９の出力電圧ＲＶＴＳによってリッチ
／リーンを判別すると共に、目標λＴＧのスキップ量λ
ＳＫＲ，λＳＫＬを酸素センサ２９の出力電圧ＲＶＴＳ
に応じて図３４に示すテーブルから求める（ステップ５
０６ａ，５０９ａ）。これ以外の処理は、前述した図２
２の処理と同じである。このようにしても前述した実施
例と同様の効果を得ることができる。

【００８７】また、上記実施形態では、図２１、図２２
に示されるように、吸着物質量ＯＳＩが所定範囲内のと
きには吸着物質量ＯＳＩに応じて目標空燃比λＴＧを設
定し、所定範囲外のときには内燃機関の筒内空気量に応
じて目標空燃比λＴＧを設定しているが、吸着物質の量
に関係なく常に吸着物質量ＯＳＩに応じて目標空燃比λ
ＴＧを設定するようにしても良い。これに関して、図３
５、図３６に２つの実施例を示している。尚、この場
合、図２１にて実行される触媒状態判定は行う必要がな
い。

【００８８】図３５に示す実施形態（３）では、図２２
のステップ５００，５０１，５１１，５１２を省略する
ことにより、吸着物質量ＯＳＩに応じてのみ目標空燃比
λＴＧを設定するようにしている。尚、図３５のフロー
チャートの各ステップの処理は図２２と同じであるため
説明を省略する。

【００８９】また、図３６に示す実施形態（４）では、
目標λ設定処理が実行されると、まずステップ９００に
て吸着物質量ＯＳＩが０以上か否かで空燃比がリーンか
リッチかを判断する。吸着物質量ＯＳＩが０以上のと
き、つまり空燃比がリーンのときには、ステップ９０１
に進み、目標空燃比λＴＧを吸着物質量ＯＳＩに応じて
次式により算出して本処理を終了する。 λＴＧ＝λＴＧ−Ｃ１・ＯＳＩ

【００９０】また、ステップ９００にて吸着物質量ＯＳ
Ｉが０より小さいとき、つまり空燃比がリッチのときに
は、ステップ９０２に進み、目標空燃比λＴＧを吸着物
質量ＯＳＩに応じて次式により算出して本処理を終了す
る。 λＴＧ＝λＴＧ＋Ｃ２・（−ＯＳＩ） 以上の処理を実行することにより、吸着物質量ＯＳＩに
応じてのみ目標空燃比λＴＧを設定するようにしても良
い。

【００９１】以上説明した各実施形態では、触媒２７の
下流に設置する下流センサとして酸素センサ２７を用い
たが、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）を用いるようにし
ても良い。この場合、空燃比センサは、作動電圧が印加
されているときには排出ガスの空燃比に応じたリニアな
空燃比信号を出力するリニアＡ／Ｆセンサとして動作
し、作動電圧が印加されていないときには排出ガスの空
燃比がリッチかリーンかのみを検出する（リッチかリー
ンかで出力が反転する）酸素センサとして動作する。

【００９２】以下、触媒２７の下流に空燃比センサを設
置した実施形態（５）について図３７乃至図４４を参照
して説明する。以下、触媒２７の下流の空燃比センサを
下流側空燃比センサと呼び、前述した実施形態（１）と
異なる部分についてのみ説明する。

【００９３】［下流側空燃比センサ流入ガス成分判定］
図３７のフローチャートに基づいて、下流側空燃比セン
サに流入するガス成分を判定する処理を説明する。ま
ず、ステップ１２００で、下流側空燃比センサに流入す
るガス成分のリーン成分とリッチ成分とのバランスを判
定するためのリーン成分／リッチ成分の余剰モル数ＨＡ
ＮＮＯＵとリッチ成分モル数ＣＯＨ２ＯＵＴＭを計算す
る。

【００９４】続くステップ１２０１〜１２０３で、流入
するガス成分のリーン成分とリッチ成分とのバランスを
余剰モル数ＨＡＮＮＯＵの値によって判定する。ＨＡＮ
ＮＯＵ＝０の場合（バランスが取れている場合）には、
ステップ１２０４，１２０７に進み、中性ガス成分のモ
ル数ＮＥＵＴＲＡＬＩＮＲを算出する。

【００９５】また、ＨＡＮＮＯＵ＞０（リーン成分が余
剰）の場合には、ステップ１２０５，１２０８に進み、
Ｏ₂ モル数Ｏ２ＩＮＲと中性ガス成分のモル数ＮＥＵＴ
ＲＡＬＩＮＲを算出する。一方、ＨＡＮＮＯＵ＜０（リ
ッチ成分が余剰）の場合には、ステップ１２０６，１２
０９に進み、リッチ成分のモル数ＣＯＨ２ＩＮＲと中性
ガス成分のモル数ＮＥＵＴＲＡＬＩＮＲを算出する。
尚、ステップ１２０７〜１２０９において、ＰＡＲＴ
は、触媒２７から流出したガスが下流側空燃比センサに
流入する比率を示す定数である。

【００９６】［下流側空燃比センサ出力推定］前記実施
形態（１）では、触媒２７の下流に設置された酸素セン
サ２９の出力を触媒反応モデルと同様の原理のセンサ反
応モデルを用いて推定したが、この実施形態（５）で
は、触媒反応モデルを用いて求めた触媒２７下流に流出
する流出ガス成分量を一次遅れ系で処理して下流側空燃
比センサの出力を推定する。これは、下流側空燃比セン
サの出力は、触媒２７下流に流出する流出ガス成分量の
変化に応じて変化し、流出ガス成分量の変化が下流側空
燃比センサの出力を変化させる関係は一次遅れ系で近似
できるためである。

【００９７】図３７のフローチャートに基づいて下流側
空燃比センサの出力を推定する処理の流れを説明する。
まず、ステップ１３００で、下流側空燃比センサに流入
するＯ₂ モル数Ｏ２ＩＮＲ（図３７のステップ１２０８
で算出された値）が０より大きいか否かで、下流側空燃
比センサに流入するガスがリーンかリッチかを判別し、
Ｏ２ＩＮＲ＞０（リーン）の場合には、ステップ１３０
１に進んで、流入ガス中のリーン成分濃度を次式により
算出する。 リーン成分濃度＝Ｏ２ＩＮＲ／（ＮＥＵＴＲＡＬＩＮＲ
＋Ｏ２ＩＮＲ）

【００９８】ここで、ＮＥＵＴＲＡＬＩＮＲは、図３７
のステップ１２０８で算出された中性ガス成分のモル数
である。そして、次のステップ１３０２で、流入ガス中
のリーン成分濃度から空燃比ｔＡ／Ｆを換算するテーブ
ルＬ［図３９（ａ）参照］を用いて、ステップ１３０１
で算出したリーン成分濃度に対応する空燃比テーブル値
ｔＡ／Ｆを求める。

【００９９】次のステップ１３０３で、この空燃比テー
ブル値ｔＡ／Ｆを一次遅れ系で処理して下流側空燃比
センサの出力推定値ＲＡ／ＦＭを算出する。一次遅れ系
としては、次の（１）式又は（２）式のいずれかを用
いれば良い。 ＲＡ／ＦＭ＝ｔＡ／Ｆ・（１−ｅ^-ktimeL ） ……（１） ＲＡ／ＦＭ＝ｔＡ／Ｆ・（１−ｋnamasiL ）＋前回ＲＡ／ＦＭ・ｋnamasiL ……（２）

【０１００】ここで、ｋtimeL はリーン時の一次遅れ系
の時定数、ｋnamasiL はリーン時のなまし係数である。
尚、（２）式は一般になまし処理と呼ばれているが、な
まし処理も一次遅れの要素を含み、（１）式とほぼ同じ
結果が得られる。従って、特許請求の範囲で言う一次遅
れ系とは、なまし処理も含む広義の概念であり、一次遅
れの要素を含む系であれば良い。

【０１０１】一方、前記ステップ１３００で、Ｏ２ＩＮ
Ｒ≦０と判断された場合には、ステップ１３０４に進
み、下流側空燃比センサに流入するリッチ成分のモル数
ＣＯＨ２ＩＮＲ（図３７のステップ１２０９で算出され
た値）が０より大きいか否かで、下流側空燃比センサに
流入するガスがリッチかリーンかを判別する。そして、
ＣＯＨ２ＩＮＲ＞０（リッチ）の場合には、ステップ１
３０５に進んで、リッチ成分濃度を次式により算出す
る。 リッチ成分濃度＝ＣＯＨ２ＩＮＲ／（ＮＥＵＴＲＡＬＩ
ＮＲ＋ＣＯＨ２ＩＮＲ）

【０１０２】ここで、ＮＥＵＴＲＡＬＩＮＲは、図３７
のステップ１２０９で算出された中性ガス成分のモル数
である。そして、次のステップ１３０６で、流入ガス中
のリッチ成分濃度から空燃比ｔＡ／Ｆを換算するテーブ
ルＲ［図３９（ｂ）参照］を用いて、ステップ１３０５
で算出したリッチ成分濃度に対応する空燃比テーブル値
ｔＡ／Ｆを求める。

【０１０３】次のステップ１３０７で、この空燃比テー
ブル値ｔＡ／Ｆを一次遅れ系で処理して下流側空燃比
センサの出力推定値ＲＡ／ＦＭを算出する。一次遅れ系
としては、次の（３）式又は（４）式のいずれかを用
いれば良い。

【０１０４】 ＲＡ／ＦＭ＝ｔＡ／Ｆ・（１−ｅ^-ktimeR ） ……（３） ＲＡ／ＦＭ＝ｔＡ／Ｆ・（１−ｋnamasiR ）＋前回ＲＡ／ＦＭ・ｋnamasiR ……（４） ここで、ｋtimeR はリッチ時の一次遅れ系の時定数、ｋ
namasiR はリッチ時のなまし係数である。

【０１０５】一方、前述したステップ１３００とステッ
プ１３０４のいずれでも「Ｎｏ」と判定された場合、つ
まり流入ガスがリーンでもリッチでもない、ストイキの
場合には、ステップ１３０８に進み、下流側空燃比セン
サの出力推定値ＲＡ／ＦＭを目標空燃比Ａ／Ｆ０に設定
し、次のステップ１３０９で、この値Ａ／Ｆ０を一次遅
れ系で処理して下流側空燃比センサの出力推定値ＲＡ
／ＦＭを算出する。一次遅れ系としては、次の（５）
式又は（６）式のいずれかを用いれば良い。

【０１０６】 ＲＡ／ＦＭ＝Ａ／Ｆ０・（１−ｅ^-ktimeN ） ……（５） ＲＡ／ＦＭ＝Ａ／Ｆ０・（１−ｋnamasiN ）＋前回ＲＡ／ＦＭ・ｋnamasiN ……（６） ここで、ｋtimeN はストイキ時の一次遅れ系の時定数、
ｋnamasiN はストイキ時のなまし係数である。

【０１０７】このように流入ガス成分量に応じて一次遅
れ系の時定数を切り換えることで、流入ガス成分量に応
じた最適な時定数を設定することができ、下流側空燃比
センサの出力の推定精度を向上させることができる。

【０１０８】［触媒容量変化推定］図４０及び図４１に
示す触媒容量変化推定処理では、燃料カット復帰後に図
３８のステップ１３０３で算出した下流側空燃比センサ
の出力推定値ＲＡ／ＦＭと実出力ＲＡ／ＦＳがリーン状
態から目標空燃比Ａ／Ｆ０に達するまでの時間ＴＳ，Ｔ
Ｍの比によって触媒２７の容量変化と最大容量（最大吸
着量）を判定するものであり、前記実施形態（１）で行
った図２８と図２９の処理に対応する処理である。

【０１０９】具体的には、まず、図４０のステップ１７
００で、燃料カット信号（燃料カットフラグＦＦＣの
値）を取り込み、次のステップ１７０１で、燃料カット
フラグの現在値ＦＦＣと前回値ＦＦＣＯとの差ＤＦＦＣ
を算出し、このＤＦＦＣが−１であるか否かによって燃
料カット復帰であるか否かを判定する（ステップ１７０
２）。燃料カット復帰（ＤＦＦＣ＝−１）であれば、ス
テップ１７０３に進んで、タイムカウントフラグＣＳ，
ＣＭを共にタイムカウント中であることを示す“１”に
設定する。次のステップ１７０４で、下流側空燃比セン
サの実出力ＲＡ／ＦＳを目標空燃比Ａ／Ｆ０と比較し、
ＲＡ／ＦＳ＞Ａ／Ｆ０、つまり実出力ＲＡ／ＦＳがリッ
チ側に至れば、ステップ１７０５に進み、タイムカウン
トフラグＣＳを“０”にリセットする。

【０１１０】次のステップ１７０６では、図３８のステ
ップ１３０３で算出した下流側空燃比センサの推定出力
ＲＡ／ＦＭを目標空燃比Ａ／Ｆ０と比較し、ＲＡ／ＦＭ
＞Ａ／Ｆ０つまり推定出力ＲＡ／ＦＭがリッチ側に至れ
ば、ステップ１７０７に進んで、タイムカウントフラグ
ＣＭを“０”にリセットする。次のステップ１７０８
で、タイムカウントフラグＣＳがタイムカウント中であ
ることを示す“１”であるか否かを判定し、ＣＳ＝１で
あれば、ステップ１７０９に進み、実出力ＲＡ／ＦＳが
リーン状態から目標空燃比Ａ／Ｆ０に達するまでの時間
ＴＳをカウントするタイムカウンタＣＣＳを１カウント
アップする。更に、ステップ１７１０で、このタイムカ
ウンタＣＣＳの値に定数Ｄを乗算して、燃料カット復帰
後に実出力ＲＡ／ＦＳがリーン状態から目標空燃比Ａ／
Ｆ０に達するまでの時間ＴＳを求める。

【０１１１】次のステップ１７１１では、タイムカウン
トフラグＣＭがタイムカウント中であることを示す
“１”であるか否かを判定し、ＣＭ＝１であれば、ステ
ップ１７１２に進んで、推定出力ＲＡ／ＦＭがリーン状
態から目標空燃比Ａ／Ｆ０に達するまでの時間ＴＭをカ
ウントするタイムカウンタＣＣＭを１カウントアップす
る。更に、ステップ１７１３で、このタイムカウンタＣ
ＣＭの値に定数Ｄを乗算して、燃料カット復帰後に推定
出力ＲＡ／ＦＭがリーン状態から目標空燃比Ａ／Ｆ０に
達するまでの時間ＴＭを求める。

【０１１２】この後、ステップ１７１４で、触媒２７の
容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵを次式により算出する。 ＢＡＩＲＩＴＵ＝ＴＳ／ＴＭ×Ｅ （Ｅ：定数）

【０１１３】上式により算出される触媒２７の容量変化
率ＢＡＩＲＩＴＵは、触媒２７の最大吸着容量（最大容
量）に対する現在容量の比率である。次のステップ１７
１５で、現在のリーン成分の最大吸着量ＭＡＸＯＳＩを
ＭＡＸＯＳＩＯＤに容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵを掛け合
わせて算出し、現在のリッチ成分の最大吸着量ＭＩＮＯ
ＳＩをＭＩＮＯＳＩＯＤに容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵを
掛け合わせて算出する。ここで、ＭＡＸＯＳＩＯＤは、
新品触媒での完全暖機後のリーン成分の最大吸着量であ
り、ＭＩＮＯＳＩＯＤは、新品触媒での完全暖機後のリ
ーン成分の最大吸着量である。この後、ステップ１７１
６で、エンジン冷却水温Ｔｈｗが８０℃以上、つまり完
全暖機後であるか否かを判定し、完全暖機前であれば、
以降の処理を行わずに本ルーチンを終了する。

【０１１４】完全暖機後であれば、ステップ１７１７に
進んで、容量変化率ＢＡＩＲＩＴＵの変化が所定範囲内
に入ったか否かを判定し、所定範囲内に入っていれば、
ステップ１７１８に進み、触媒劣化度合ＤＥＴＥＲＩＯ
を次式により算出する。 ＤＥＴＥＲＩＯ＝ＭＡＸＯＳＩ／ＭＡＸＯＳＩＯＤ

【０１１５】ここで、ＭＡＸＯＳＩは、現在のリーン成
分の最大吸着量であり、ＭＡＸＯＳＩＯＤは、新品触媒
での完全暖機後のリーン成分の最大吸着量である。次の
ステップ１７１９で、触媒劣化度合ＤＥＴＥＲＩＯを所
定の劣化判定値Ｆと比較し、ＤＥＴＥＲＩＯ≦Ｆであれ
ば、触媒劣化と判定される。以上の処理により、ＤＥＴ
ＥＲＩＯ≦Ｆ（触媒劣化）の状態が所定回数続いた時
に、最終的に触媒劣化と判定され、警告ランプ３７を点
灯させて警告表示する（ステップ１７２０）。

【０１１６】［触媒反応モデルパラメータ修正］図４２
と図４３は、触媒反応モデルのパラメータである最大吸
着量ＭＡＸＯＳＩ，ＭＩＮＯＳＩを修正する処理を示し
ている。図４２は、図４１のステップ１７１５で算出さ
れたリーン成分の最大吸着量ＭＡＸＯＳＩを下記の式で
なまし処理してリーン成分の最大吸着量ＭＡＸＯＳＩを
修正する（ステップ１４００）。

【０１１７】ＭＡＸＯＳＩ(i)＝｛ＭＡＸＯＳＩ(i) ＋
（ａ−１）・ＭＡＸＯＳＩ(i-1) ｝／ａ ここで、ａはなまし係数、(i) は今回値、(i-1) は前回
値を示す。上式により修正されたリーン成分の最大吸着
量ＭＡＸＯＳＩは、図９に示すガード処理に用いられ
る。

【０１１８】一方、図４３は、図４１のステップ１７１
５で算出されたリッチ成分の最大吸着量ＭＩＮＯＳＩを
下記の式でなまし処理してリッチ成分の最大吸着量ＭＩ
ＮＯＳＩを修正する（ステップ１５００）。 ＭＩＮＯＳＩ(i)＝｛ＭＩＮＯＳＩ(i) ＋（ｂ−１）・
ＭＩＭＯＳＩ(i-1) ｝／ｂ ここで、ｂはなまし係数である。上式により修正された
リッチ成分の最大吸着量ＭＩＮＯＳＩは、図１２に示す
ガード処理に用いられる。

【０１１９】［空燃比制御］空燃比制御は、図４４に示
すように、触媒反応モデルを用いて推定した触媒２７の
吸着物質量ＯＳＩが所定範囲内にあるか否かで下流側空
燃比センサの作動電圧をオン／オフして行う。具体的に
は、まずステップ１８００にて、触媒反応モデルを用い
て推定した触媒２７の吸着物質量ＯＳＩが所定範囲内に
あるか否かを判定し、所定範囲内であれば、ステップ１
８０１に進んで、下流側空燃比センサの作動電圧印加を
停止して、該下流側空燃比センサを、排出ガスの空燃比
がリッチかリーンかのみを検出する（リッチかリーンか
で出力が反転する）酸素センサとして動作させる。これ
は、吸着物質量ＯＳＩが所定範囲内のときには、触媒２
７下流の空燃比と目標空燃比との偏差が比較的小さいた
め、酸素センサの出力変化の方が空燃比センサの出力変
化よりも大きくなり、空燃比を検出しやすいためであ
る。

【０１２０】次のステップ１８０２では、酸素センサ
（下流側空燃比センサ）の出力ＲＶＴＳを読み込み、続
くステップ１８０３で、酸素センサの出力ＲＶＴＳに基
づく第１の空燃比制御を実行する。この第１の空燃比制
御は、例えば図３３に示すように酸素センサ出力ＲＶＴ
Ｓに基づいて目標λＴＧを設定して行う。或は、図２２
又は図３５に示すように、触媒反応モデルを用いて推定
した触媒２７の吸着物質量ＯＳＩに基づいて目標λＴＧ
を設定しても良い。

【０１２１】一方、ステップ１８００で、吸着物質量Ｏ
ＳＩが所定範囲外であると判定された場合（触媒２７下
流の空燃比と目標空燃比との偏差が比較的大きい場合）
には、ステップ１８０４に進み、下流側空燃比センサに
作動電圧を印加して、該下流側空燃比センサを、排出ガ
スの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するリニ
アＡ／Ｆセンサとして動作させる。これは、触媒下流の
空燃比と目標空燃比との偏差が大きい領域では、酸素セ
ンサとして動作させたのでは出力変化が少なく、触媒下
流の空燃比を検出するのは困難であるため、リニアＡ／
Ｆセンサとして動作させることで、触媒下流の空燃比を
精度良く検出するものである。

【０１２２】次のステップ１８０５では、下流側空燃比
センサ出力ＲＡ／ＦＳを読み込み、続くステップ１８０
６で、触媒最大容量を前述した図４０及び図４１に示す
触媒容量変化推定処理によって算出する。この後、ステ
ップ１８０７で、前述した図４２及び図４３に示す触媒
反応モデルパラメータ修正処理を実行して、触媒反応モ
デルのパラメータである最大吸着量ＭＡＸＯＳＩ，ＭＩ
ＮＯＳＩを修正する。そして、次のステップ１８０８
で、第２の空燃比制御を実行する。この第２の空燃比制
御は、例えば図２５に示すように筒内空気量に基づいて
目標λＴＧを設定して行う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施態様を示すブロック図

【図２】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御シ
ステム全体の概略構成図

【図３】流入ガスモル数演算ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート

【図４】流入ガスの空燃比Ａ／Ｆと各成分の濃度との関
係を示す図

【図５】触媒反応モデル演算ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その１）

【図６】触媒反応モデル演算ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その２）

【図７】触媒反応モデル演算ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その３）

【図８】流入ガスの空燃比Ａ／Ｆとリッチ成分浄化率Ｒ
ＪＹＯＵＫＡとリーン成分浄化率ＬＪＯＵＫＡとの関係
を示す図

【図９】ガード処理１の流れを示すフローチャート

【図１０】ガード処理２の流れを示すフローチャート

【図１１】ガード処理３の流れを示すフローチャート

【図１２】ガード処理４の流れを示すフローチャート

【図１３】酸素センサに流入するガス成分を判定する処
理の流れを示すフローチャート

【図１４】センサ反応モデル演算ルーチンの処理の流れ
を示すフローチャート（その１）

【図１５】センサ反応モデル演算ルーチンの処理の流れ
を示すフローチャート（その２）

【図１６】酸素センサ出力電圧ＰＶＴＭとＰＧＤＥＬＲ
との関係を示す図

【図１７】ガード処理１の流れを示すフローチャート

【図１８】ガード処理２の流れを示すフローチャート

【図１９】ガード処理３の流れを示すフローチャート

【図２０】ガード処理４の流れを示すフローチャート

【図２１】触媒状態判定ルーチンの処理の流れを示すフ
ローチャート

【図２２】目標λ設定処理１の処理の流れを示すフロー
チャート

【図２３】スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬと触媒内吸着
物質量ＯＳＩＯＬＤとの関係を示す図

【図２４】スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬを説明するた
めのタイムチャート

【図２５】目標λ設定処理２の処理の流れを示すフロー
チャート

【図２６】スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬと筒内空気量
との関係を示す図

【図２７】スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬを説明するた
めのタイムチャート

【図２８】触媒容量変化推定ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その１）

【図２９】触媒容量変化推定ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その２）

【図３０】触媒容量変化を推定する処理を説明するため
のタイムチャート

【図３１】空燃比制御ルーチンの処理の流れを示すフロ
ーチャート

【図３２】本実施例の制御特性を従来と対比して示すタ
イムチャート

【図３３】本発明の実施形態（２）における目標λ設定
処理１の処理の流れを示すフローチャート

【図３４】スキップ量λＳＫＲ，λＳＫＬと酸素センサ
出力ＲＶＴＳとの関係を示す図

【図３５】本発明の実施形態（３）における目標λ設定
処理１の処理の流れを示すフローチャート

【図３６】本発明の実施形態（４）における目標λ設定
処理の処理の流れを示すフローチャート

【図３７】本発明の実施形態（５）における下流側空燃
比センサに流入するガス成分を判定する処理の流れを示
すフローチャート

【図３８】下流側空燃比センサの出力を推定する処理の
流れを示すフローチャート

【図３９】（ａ）は下流側空燃比センサに流入するガス
中のリーン成分濃度から空燃比ｔＡ／Ｆを換算するテー
ブルＬを概念的に示す図、（ｂ）は下流側空燃比センサ
に流入するガス中のリッチ成分濃度から空燃比ｔＡ／Ｆ
を換算するテーブルＲを概念的に示す図

【図４０】触媒容量変化推定ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その１）

【図４１】触媒容量変化推定ルーチンの処理の流れを示
すフローチャート（その２）

【図４２】触媒反応モデルのパラメータＭＡＸＯＳＩを
修正する処理の流れを示すフローチャート

【図４３】触媒反応モデルのパラメータＭＩＮＯＳＩを
修正する処理の流れを示すフローチャート

【図４４】空燃比制御ルーチンの処理の流れを示すフロ
ーチャート

【符号の説明】

１１…エンジン（内燃機関）、１７…吸気管圧力セン
サ、２６…排気管、２７…触媒、２８…空燃比センサ、
２９…酸素センサ（下流センサ）、３０…電子制御回
路、３７…警告ランプ（警告表示手段）、５１…内燃機
関、５２…排気通路、５３…触媒、５４…空燃比セン
サ、５５…吸着物質量推定手段、５６…目標空燃比設定
手段、５７…下流センサ、５８…センサ出力推定手段、
５９…モデル修正手段、６０…触媒容量判定手段、６１
…警告表示手段。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路の途中に排出ガス浄
   化用の触媒を設けると共に、この触媒の上流側に排出ガ
   スの空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設け、こ
   の空燃比センサの出力に基づいて目標空燃比と実空燃比
   との偏差を小さくするようにフィードバック制御する内
   燃機関の空燃比制御装置において、 前記触媒内における流入ガス成分の吸着反応、流入ガス
   成分と触媒内吸着物質との酸化還元反応、触媒内吸着物
   質の離脱反応、及び、流入ガス成分の未反応部分の存在
   を考慮に入れた触媒反応モデルを用いて前記空燃比セン
   サの出力に基づいて吸着物質量を推定する吸着物質量推
   定手段と、 前記吸着物質量推定手段により推定した吸着物質量が所
   定範囲内に収まるように前記目標空燃比を設定する目標
   空燃比設定手段とを備えていることを特徴とする内燃機
   関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記目標空燃比設定手段は、前記吸着物
   質量推定手段により推定した吸着物質量に基づいて前記
   目標空燃比を設定することを特徴とする請求項１に記載
   の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 前記目標空燃比設定手段は、前記吸着物
   質量推定手段により推定した吸着物質量が所定範囲内の
   ときに該吸着物質量に基づいて前記目標空燃比を設定
   し、前記吸着物質量が所定範囲外のときに内燃機関の筒
   内空気量に基づいて前記目標空燃比を設定することを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 【請求項４】 前記触媒の下流に流出する流出ガスの空
   燃比又はリッチ／リーンを検出する下流センサと、 前記触媒反応モデルを前記下流センサのサイズに縮小し
   たセンサ反応モデルを用いて前記下流センサの出力を推
   定するセンサ出力推定手段と、 前記センサ出力推定手段による推定センサ出力と前記下
   流センサの実出力との偏差に基づいて前記触媒反応モデ
   ルのパラメータを修正するモデル修正手段とを備えてい
   ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
   内燃機関の空燃比制御装置。
5. 【請求項５】 燃料カット復帰後に前記センサ出力推定
   手段による推定センサ出力と前記下流センサの実出力が
   リーンからリッチへ反転するまでの時間に基づいて前記
   触媒の容量変化を判定する触媒容量判定手段を備えてい
   ることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の空燃比
   制御装置。
6. 【請求項６】 前記触媒容量判定手段は、内燃機関が完
   全暖機されているときに判定した触媒容量の低下度合に
   よって前記触媒の劣化の有無を判定し、触媒劣化時に警
   告表示手段に警告表示させることを特徴とする請求項５
   に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 【請求項７】 前記触媒の下流に流出する排出ガスの空
   燃比を検出する下流センサと、 前記触媒反応モデルを用いて求めた触媒下流に流出する
   流出ガス成分量を一次遅れ系で処理して前記下流センサ
   の出力を推定するセンサ出力推定手段と、 前記センサ出力推定手段による推定センサ出力と前記下
   流センサの実出力とに基づいて触媒最大容量を求める触
   媒容量判定手段と、 前記触媒容量判定手段により求めた触媒最大容量に基づ
   いて前記触媒反応モデルのパラメータを修正するモデル
   修正手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 【請求項８】 前記センサ出力推定手段は、触媒下流に
   流出する流出ガス成分量に応じて一次遅れ系の時定数を
   切り換えて下流センサの出力を推定することを特徴とす
   る請求項７に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
9. 【請求項９】 前記下流センサは、作動電圧オン中は空
   燃比に応じて出力がリニアに変化し、作動電圧オフ中は
   空燃比がリッチかリーンかで出力が反転する出力特性を
   有する空燃比センサを用い、 前記吸着物質量推定手段により推定した吸着物質量が所
   定範囲内のときに前記下流センサの作動電圧をオフし、
   前記吸着物質量が所定範囲外のときに前記下流センサの
   作動電圧をオンするセンサ特性切換手段を設けたことを
   特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の空燃比制
   御装置。
10. 【請求項１０】 前記吸着物質量推定手段により推定し
    た吸着物質量が所定範囲内のときに前記下流センサの作
    動電圧をオフして第１の空燃比制御を実行する第１の空
    燃比制御手段と、 前記吸着物質量が所定範囲外のときに前記下流センサの
    作動電圧をオンして第２の空燃比制御を実行する第２の
    空燃比制御手段とを備えていることを特徴とする請求項
    ９に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
11. 【請求項１１】 前記触媒容量判定手段による触媒最大
    容量の算出と前記モデル修正手段による触媒反応モデル
    のパラメータの修正を、前記吸着物質量推定手段により
    推定した吸着物質量が所定範囲外のときに実行すること
    を特徴とする請求項９又は１０に記載の内燃機関の空燃
    比制御装置。
12. 【請求項１２】 触媒上流の空燃比が目標空燃比となる
    ようにフィードバック制御する空燃比制御手段と、 前記触媒内における流入ガス成分の吸着反応、流入ガス
    成分と触媒内吸着物質との酸化還元反応、触媒内吸着物
    質の離脱反応、及び、流入ガス成分の未反応部分の存在
    を考慮に入れた触媒反応モデルを用いて前記触媒上流の
    空燃比に基づいて前記触媒に吸着されている吸着物質量
    を推定する吸着物質量推定手段と、 前記吸着物質量推定手段により推定した吸着物質量が所
    定範囲内に収まるように前記目標空燃比を設定する目標
    空燃比設定手段とを備えていることを特徴とする内燃機
    関の空燃比制御装置。