特開 2025-12041 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025012041

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/14 20060101AFI20250117BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20250117BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

F02D41/14

F02D41/34

F02D41/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023114570

(22)【出願日】2023-07-12

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】井手 宏二

(72)【発明者】

【氏名】古井 憲治

【テーマコード（参考）】

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G301HA01

3G301JA15

3G301JA21

3G301KA06

3G301LB02

3G301MA01

3G301MA11

3G301ND22

3G301NE13

3G301PA01

3G301PD04

(57)【要約】

【課題】三元触媒の劣化度合いにかかわらず、三元触媒に高い排気浄化能を発揮させる。
【解決手段】制御装置８０は、第１触媒３２に対して下流側の排気の空燃比及び理論空燃比を一致させるためのフィードバック値を算出する処理と、吸入空気量が多くなるほど気筒１２内の目標空燃比がリッチ側に補正されるように触媒補正値を算出する処理と、フィードバック値及び触媒補正値に基づいて目標空燃比を算出する処理と、第１触媒３２に対して上流側の排気の空燃比が目標空燃比に一致するようにインジェクタ２２の燃料噴射量を制御する処理と、第１触媒３２の劣化度合いを算出する処理とを実行可能であり、吸入空気量が同一であると仮定したときに、触媒補正値を算出する処理では、第１触媒３２の劣化度合いが第１劣化度である場合、第１触媒３２が第１劣化度よりも低い第２劣化度の場合に比べて、リッチ側への補正量が多くなるように触媒補正値を算出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路に配置されている三元触媒と、前記排気通路における前記三元触媒に対して上流側の排気の空燃比である上流空燃比を検出する上流センサと、前記排気通路における前記三元触媒に対して下流側の排気の空燃比である下流空燃比を検出する下流センサと、吸入空気量を検出するエアフロメータと、気筒内に供給するための燃料を噴射するインジェクタと、を備えた内燃機関に適用され、
前記下流空燃比と理論空燃比との差に基づいて、前記下流空燃比及び理論空燃比を一致させるためのフィードバック値を算出する処理と、
吸入空気量が多くなるほど前記気筒内の目標空燃比がリッチ側に補正されるように触媒補正値を算出する処理と、
前記フィードバック値及び前記触媒補正値に基づいて前記目標空燃比を算出する処理と、
前記上流空燃比が前記目標空燃比に一致するように前記インジェクタの燃料噴射量を制御する処理と、
前記三元触媒の劣化度合いを算出する処理と、を実行可能であり、
吸入空気量が同一であると仮定したときに、前記触媒補正値を算出する処理では、前記三元触媒の劣化度合いが第１劣化度である場合、前記三元触媒が前記第１劣化度よりも低い第２劣化度の場合に比べて、リッチ側への補正量が多くなるように前記触媒補正値を算出する
内燃機関の制御装置。

【請求項2】

予め定められた学習条件が成立したときに、前記フィードバック値をゼロに近づけるための学習値を、前記フィードバック値に応じて更新する処理、をさらに実行可能であり、
前記目標空燃比を算出する処理では、前記フィードバック値及び前記触媒補正値に加えて前記学習値に基づいて前記目標空燃比を算出する
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項3】

前記学習条件は、吸入空気量が予め定められた判定値以下であることを含み、
前記三元触媒の劣化度合いが前記第１劣化度である場合、前記第２劣化度である場合に比べて、前記判定値を小さい値に設定する
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されている内燃機関は、排気通路に配置された三元触媒と、排気通路における三元触媒に対して上流側に位置する上流空燃比センサと、排気通路における三元触媒に対して下流側に位置する下流空燃比センサと、インジェクタと、を備えている。この内燃機関の制御装置は、インジェクタの燃料噴射量を制御する。その際、制御装置は、上流空燃比センサの検出値に基づくフィードバック制御と、下流空燃比センサの検出値に基づくフィードバック制御とを通じて、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍になるようにする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７－１９７８３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

三元触媒で高い排気浄化能が得られるように空燃比を制御する特許文献１のような技術において、三元触媒が劣化することがある。三元触媒が劣化すると、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比に近くても三元触媒が高い排気浄化能を発揮できないことがある。特許文献１では、三元触媒が劣化したときに如何にして三元触媒に高い排気浄化能を発揮させるかについて検討されていない。そのため、この点について検討の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、排気通路に配置されている三元触媒と、前記排気通路における前記三元触媒に対して上流側の排気の空燃比である上流空燃比を検出する上流センサと、前記排気通路における前記三元触媒に対して下流側の排気の空燃比である下流空燃比を検出する下流センサと、吸入空気量を検出するエアフロメータと、気筒内に供給するための燃料を噴射するインジェクタと、を備えた内燃機関に適用され、前記下流空燃比と理論空燃比との差に基づいて、前記下流空燃比及び理論空燃比を一致させるためのフィードバック値を算出する処理と、吸入空気量が多くなるほど前記気筒内の目標空燃比がリッチ側に補正されるように触媒補正値を算出する処理と、前記フィードバック値及び前記触媒補正値に基づいて前記目標空燃比を算出する処理と、前記上流空燃比が前記目標空燃比に一致するように前記インジェクタの燃料噴射量を制御する処理と、前記三元触媒の劣化度合いを算出する処理と、を実行可能であり、吸入空気量が同一であると仮定したときに、前記触媒補正値を算出する処理では、前記三元触媒の劣化度合いが第１劣化度である場合、前記三元触媒が前記第１劣化度よりも低い第２劣化度の場合に比べて、リッチ側への補正量が多くなるように前記触媒補正値を算出する。

【発明の効果】

【0006】

上記の技術思想では、三元触媒の劣化度合いにかかわらず、三元触媒に高い排気浄化能を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、内燃機関の概略構成図である。

【図2】図２は、インジェクタの制御に係る各処理を表したブロック図である。

【図3】図３は、第１マップを表したグラフである。

【図4】図４は、第２マップを表したグラフである。

【図5】図５は、第１触媒における酸素の吸脱の様子を模式的に表した図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜内燃機関の全体構成＞
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すように、車両１００は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、複数の気筒１２を備えている。気筒１２は、機関本体１０Ａに区画された、燃料と吸入空気との混合気を燃焼させるための空間である。気筒１２内での混合気の燃焼に応じて図示しないクランクシャフトが回転する。

【0009】

内燃機関１０は、複数の点火プラグ１９を有する。点火プラグ１９は、気筒１２毎に設けられている。点火プラグ１９は、気筒１２内の混合気に点火を行う。
内燃機関１０は、吸気通路２０と、スロットルバルブ２１と、複数のインジェクタ２２と、を備えている。吸気通路２０は、各気筒１２に吸入空気を導入するための通路である。吸気通路２０は、各気筒１２に接続している。スロットルバルブ２１は、吸気通路２０の途中に位置している。スロットルバルブ２１は、吸入空気量ＧＡを調節する。インジェクタ２２は、気筒１２毎に設けられている。インジェクタ２２は、吸気通路２０における、スロットルバルブ２１に対して下流側に位置している。インジェクタ２２は、燃料を噴射する。インジェクタ２２が噴射した燃料は、吸気通路２０を介して気筒１２内に至る。すなわち、インジェクタ２２は、気筒１２内に供給するための燃料を噴射する。

【0010】

内燃機関１０は、排気通路３０と、第１触媒３２と、第２触媒３４と、を備えている。排気通路３０は、各気筒１２から排気を排出するための通路である。排気通路３０は、各気筒１２に接続している。第１触媒３２は、排気通路３０の途中に位置している。第１触媒３２は、三元触媒である。すなわち、第１触媒３２は、排気の空燃比が理論空燃比近傍である状態において、排気中のＨＣ及びＣＯを酸化するとともに排気中のＮＯｘを還元することで排気を浄化する。また、第１触媒３２は、当該第１触媒３２を通過する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンの時には排気中の酸素を吸蔵し、当該空燃比が理論空燃比よりもリッチのときには吸蔵した酸素を放出するといった酸素ストレージ作用を有する。第２触媒３４は、排気通路３０における、第１触媒３２に対して下流側に位置している。第２触媒３４は、第１触媒３２と同様、三元触媒である。

【0011】

内燃機関１０は、エアフロメータ６１と、上流センサ６２と、下流センサ６３と、を備えている。エアフロメータ６１は、吸気通路２０のおける、スロットルバルブ２１に対して上流側に位置している。エアフロメータ６１は、吸入空気量ＧＡを検出する。上流センサ６２は、排気通路３０における、第１触媒３２に対して上流側に位置している。上流センサ６２は、上流空燃比ＡＦｆを検出する。上流空燃比ＡＦｆは、排気通路３０における、第１触媒３２に対して上流側を流れる排気の空燃比である。下流センサ６３は、排気通路３０における、第１触媒３２と第２触媒３４との間に位置している。下流センサ６３は、下流空燃比ＡＦｒを検出する。下流空燃比ＡＦｒは、第１触媒３２に対して下流側を流れる排気の空燃比である。上流センサ６２及び下流センサ６３は、周知の限界電流式のセンサであり、排気の空燃比に対してリニアな応答を示す。

【0012】

＜制御装置＞
車両１００は、制御装置８０を備えている。制御装置８０は、ＣＰＵ８２と、メモリ８４と、を備えている。メモリ８４は、ＣＰＵ８２が実行するべき処理が記述されたプログラムを予め記憶している。ＣＰＵ８２は、メモリ８４が記憶しているプログラムを実行することにより内燃機関１０を制御する。なお、制御装置８０は、エアフロメータ６１が検出した吸入空気量ＧＡ、上流センサ６２が検出した上流空燃比ＡＦｆ、及び下流センサ６３が検出した下流空燃比ＡＦｒを各センサから繰り返し受信する。

【0013】

図２に示すように、ＣＰＵ８２は、車両１００のイグニッションスイッチがオンになっている間、基本的には通常制御Ｕを通じてインジェクタ２２の燃料噴射量を制御する。すなわち、ＣＰＵ８２は、上記の間、基本的には通常制御Ｕを継続する。ＣＰＵ８２は、状況に応じて、通常制御Ｕをキャンセルして他の制御によってインジェクタ２２の燃料噴射量を制御することもある。いずれの制御でも、ＣＰＵ８２は、気筒１２内の目標空燃比ＡＦｔを設定するとともに、設定した目標空燃比ＡＦｔを実現できるようにインジェクタ２２の燃料噴射量を調整する。以下では、先ず、他の制御の１つである特定制御Ｖを説明する。その後、通常制御Ｕを説明する。

【0014】

＜特定制御＞
特定制御Ｖは、吸蔵量算出処理Ｖ１を実行するための専用の制御である。吸蔵量算出処理Ｖ１は、第１触媒３２における最大吸蔵量Ｃｍａｘを算出するための処理である。最大吸蔵量Ｃｍａｘは、第１触媒３２が吸蔵することのできる酸素量の最大値である。最大吸蔵量Ｃｍａｘは、第１触媒３２の劣化度合いを示す指標である。最大吸蔵量Ｃｍａｘが少ないほど、第１触媒３２の劣化度合いは高くなる。

【0015】

ＣＰＵ８２は、イグニッションスイッチがオンに切り替わった後に内燃機関１０の運転状態が安定すると、特定制御Ｖを行う。ＣＰＵ８２は、特定制御Ｖでは以下のことを行う。先ず、ＣＰＵ８２は、気筒１２内の目標空燃比ＡＦｔを理論空燃比よりもリッチに設定してインジェクタ２２に燃料噴射させる。この燃料が気筒１２内で燃焼すると、第１触媒３２にリッチな排気が至るようになる。すると、第１触媒３２は酸素を放出する。やがて第１触媒３２に吸蔵されていた酸素が全て放出されると、排気に酸素が含まれなくなるため、下流センサ６３が検出する下流空燃比ＡＦｒはリッチを示すようになる。ＣＰＵ８２は、下流空燃比ＡＦｒがリッチを示すようになると、気筒１２内の目標空燃比ＡＦｔを理論空燃比よりもリーンにしてインジェクタ２２に燃料噴射させる。すると、気筒１２からはリーンな排気が排出されるようになる。それとともに、第１触媒３２は排気に含まれる酸素を吸蔵する。やがて第１触媒３２での酸素吸蔵が限界に達すると、排気に含まれる酸素が吸蔵されることなく第１触媒３２を通過するようになる。それに伴い、下流センサ６３が検出する下流空燃比ＡＦｒはリーンを示すようになる。こうした過程の中で、ＣＰＵ８２は吸蔵量算出処理Ｖ１を行う。具体的には、ＣＰＵ８２は、目標空燃比ＡＦｔをリッチからリーンに反転させたタイミングから、下流空燃比ＡＦｒがリーンを示すまでの間に第１触媒３２に流入した酸素量を積算することで最大吸蔵量Ｃｍａｘを算出する。ＣＰＵ８２は、最大吸蔵量Ｃｍａｘを算出すると、算出した最大吸蔵量Ｃｍａｘをメモリ８４に記憶する。これら、最大吸蔵量Ｃｍａｘの算出と、当該最大吸蔵量Ｃｍａｘを記憶する処理とが吸蔵量算出処理Ｖ１である。ＣＰＵ８２は、吸蔵量算出処理Ｖ１を終えると特定制御Ｖを終了する。なお、メモリ８４は、ＣＰＵ８２が次に吸蔵量算出処理Ｖ１を実行するまでは、すなわち、次にイグニッションスイッチがオンに切り替わってＣＰＵ８２が特定制御Ｖを実行するまでは、今回の吸蔵量算出処理Ｖ１で算出した最大吸蔵量Ｃｍａｘを記憶し続ける。吸蔵量算出処理Ｖ１は、第１触媒３２の劣化度合いを算出する処理である。

【0016】

＜通常制御＞
図２に示すように、ＣＰＵ８２は、通常制御Ｕの実行中は、サブフィードバック処理Ｕ１、学習処理Ｕ２、特性処理Ｕ３、目標算出処理Ｕ４、及びメインフィードバック処理Ｕ５の各処理を繰り返し行う。以下、これらの各処理の内容を詳述する。なお、逐一の説明は割愛するが、ＣＰＵ８２は、各処理の中で算出するパラメータの値を適宜メモリ８４に記憶する。

【0017】

＜サブフィードバック処理＞
ＣＰＵ８２は、所定の制御周期でサブフィードバック処理Ｕ１を繰り返し実行する。ＣＰＵ８２は、サブフィードバック処理Ｕ１では、フィードバック値ＦＢを算出する。フィードバック値ＦＢは、下流空燃比ＡＦｒを理論空燃比に一致させるためのパラメータである。ＣＰＵ８２は、このフィードバック値ＦＢを、下流空燃比ＡＦｒと理論空燃比との差に基づいて算出する。具体的には、ＣＰＵ８２は、下流センサ６３が検出した下流空燃比ＡＦｒから理論空燃比を減じて得られる空燃比偏差ΔＡＦにＰＩＤ制御を適用することでフィードバック値ＦＢを算出する。すなわち、ＣＰＵ８２は、空燃比偏差ΔＡＦに基づく比例項、積分項、及び微分項の和として、最新のフィードバック値ＦＢを算出する。比例項は、現時点の空燃比偏差ΔＡＦに、予め定められた第１係数を乗じた値である。積分項は、空燃比偏差ΔＡＦについてのこれまでの積分値に、予め定められた第２係数を乗じた値である。微分項は、現時点の空燃比偏差ΔＡＦと前回の空燃比偏差ΔＡＦとの差に基づく空燃比偏差ΔＡＦの微分値に、予め定められた第３係数を乗じた値である。ＣＰＵ８２は、１度のサブフィードバック処理Ｕ１につき１度、フィードバック値ＦＢを算出する。

【0018】

なお、例えば上流空燃比ＡＦｆが理論空燃比よりもリッチであり、その結果として第１触媒３２の下流にリッチな排気が吹き抜けた場合、下流空燃比ＡＦｒは理論空燃比よりもリッチになる。そして、下流空燃比ＡＦｒがリッチの場合、上記の空燃比偏差ΔＡＦは負の値になる。この場合、ＣＰＵ８２は、基本的には、フィードバック値ＦＢを負側に更新する。これに伴い、後述の（式１）で算出される目標空燃比ＡＦｔは前回値よりも大きくなる。つまり、目標空燃比ＡＦｔはリーン側に修正される。このことは、インジェクタ２２の燃料噴射量を少なくする方向に作用する。その結果、上流空燃比ＡＦｆひいては下流空燃比ＡＦｒがリーン側に修正される。そして、下流空燃比ＡＦｒは理論空燃比に近づく。このように、フィードバック値ＦＢは、下流空燃比ＡＦｒを理論空燃比に一致させるように作用する。

【0019】

＜学習処理＞
ＣＰＵ８２は、所定の更新タイミングが訪れる度に学習処理Ｕ２を実行する。更新タイミングは、例えば、ＣＰＵ８２がサブフィードバック処理Ｕ１を複数回実行すると訪れる。

【0020】

学習処理Ｕ２は、事前処理と本処理とを含んでいる。ＣＰＵ８２は、学習処理Ｕ２を開始すると、先ず事前処理を行う。ＣＰＵ８２は、事前処理では、予め定められた学習条件が成立しているか否かを判定する。学習条件は、吸入空気量ＧＡが判定値ＧＡｘ以下であることである。ＣＰＵ８２は、学習条件の成立可否を判定するにあたり、先ず判定値ＧＡｘを算出する。ＣＰＵ８２が判定値ＧＡｘを算出するための前提として、メモリ８４は第１マップを予め記憶している。図３に示すように、第１マップは、判定値ＧＡｘと最大吸蔵量Ｃｍａｘとの関係を表したものである。第１マップにおいて、判定値ＧＡｘは、最大吸蔵量Ｃｍａｘの多寡に応じた値として予め定められている。具体的には、第１マップでは、最大吸蔵量Ｃｍａｘが基準値ＣＳ未満の場合、判定値ＧＡｘは第１値Ｇ１になっている。一方、第１マップでは、最大吸蔵量Ｃｍａｘが基準値ＣＳ以上の場合、判定値ＧＡｘは第２値Ｇ２になっている。第１値Ｇ１は第２値Ｇ２よりも小さい。第１値Ｇ１は、第１触媒３２の劣化度が相応に高い状況下で学習値Ｙの更新を許可できる吸入空気量ＧＡの最大値として例えば実験で予め定められている。第２値Ｇ２は、第１触媒３２の劣化度が相応に低い状況下で学習値Ｙの更新を許可できる吸入空気量ＧＡの最大値として例えば実験で予め定められている。基準値ＣＳは、事前処理で利用する判定値ＧＡｘを第１値Ｇ１と第２値Ｇ２とで切り替える上での最適な閾値として例えば実験で予め定められている。ＣＰＵ８２は、こうした第１マップを利用して判定値ＧＡｘを算出する。すなわち、ＣＰＵ８２は、判定値ＧＡｘを算出するにあたり、第１マップと、吸蔵量算出処理Ｖ１で算出した最新の最大吸蔵量Ｃｍａｘとを参照する。そして、ＣＰＵ８２は、第１マップにおいて最大吸蔵量Ｃｍａｘに対応する判定値ＧＡｘを、今回の事前処理で利用する判定値ＧＡｘとして算出する。上記の第１マップの内容を反映して、ＣＰＵ８２は、最新の最大吸蔵量Ｃｍａｘが基準値ＣＳ未満の場合、最大吸蔵量Ｃｍａｘが基準値ＣＳ以上である場合に比べて、判定値ＧＡｘを小さい値に設定する。つまり、ＣＰＵ８２は、第１触媒３２の劣化度合いが基準度合いよりも高い場合、第１触媒３２の劣化度合いが基準度合い以下の場合に比べて、判定値ＧＡｘを小さい値に設定する。基準度合いは、基準値ＣＳに対応する劣化度合いである。

【0021】

ＣＰＵ８２は、判定値ＧＡｘを算出すると、算出した判定値ＧＡｘと、エアフロメータ６１が検出した現時点の吸入空気量ＧＡと、を比較する。そして、ＣＰＵ８２は、吸入空気量ＧＡが判定値ＧＡｘ以下の場合、学習条件が成立していることから学習処理Ｕ２の本処理を行う。一方、ＣＰＵ８２は、吸入空気量ＧＡが判定値ＧＡｘよりも大きい場合、学習条件が成立していないことから、本処理をキャンセルする。

【0022】

ＣＰＵ８２は、本処理では、フィードバック値ＦＢに応じて学習値Ｙを更新する。具体的には、ＣＰＵ８２は、フィードバック値ＦＢからその積分項成分を学習値Ｙに移し替えることで、学習値Ｙを更新する。すなわち、ＣＰＵ８２は、前回の学習処理Ｕ２で算出した学習値Ｙに現時点の積分項を加算することで新たな学習値Ｙを算出する一方で、積分項をゼロにリセットする。ＣＰＵ８２は、このようにして、１度の本処理では学習値Ｙを１度更新する。

【0023】

ここで、フィードバック値ＦＢは、後述のメインフィードバック処理Ｕ５の実行に係る種々の変動要素が重畳したものになっている。そして、フィードバック値ＦＢにおける積分項は、種々の変動要素のうち、空燃比制御に内在している恒常的な誤差成分を反映している。こうした積分項をフィードバック値ＦＢから学習値Ｙに移し替えると、フィードバック値ＦＢは、主として一時的な変動成分のみを含んだものになる。それとともに、フィードバック値ＦＢを時系列でみたときに、フィードバック値ＦＢはゼロ近傍で上下することになる。すなわち、積分項を学習値Ｙに吸収することにより、フィードバック値ＦＢをゼロに近づけることができる。このように、学習値Ｙは、フィードバック値ＦＢをゼロに近づけるためのパラメータである。なお、積分項に反映される恒常的な誤差成分は、例えば、上流センサ６２といった、空燃比制御に係る機関部品の経年劣化及び個体差などに起因している。すなわち、学習値Ｙは、例えば内燃機関１０の経年劣化及び個体差など、内燃機関１０の不可逆的な変化に起因した空燃比のずれを補償するための値ともいえる。

【0024】

＜特性処理＞
図２に示すように、ＣＰＵ８２は、所定の制御周期で特性処理Ｕ３を繰り返し実行する。ＣＰＵ８２は、特性処理Ｕ３では、触媒補正値Ｈを算出する。触媒補正値Ｈは、吸入空気量ＧＡに応じて気筒１２内の目標空燃比ＡＦｔを補正するためのパラメータである。後述する（式１）との兼ね合いで、触媒補正値Ｈは、その値が大きいほど、目標空燃比ＡＦｔをリッチ側にずらすことに寄与する。すなわち、触媒補正値Ｈは、吸入空気量ＧＡに応じて目標空燃比ＡＦｔをリッチ側に補正するためのパラメータである。ＣＰＵ８２がこの触媒補正値Ｈを算出するための前提として、メモリ８４は第２マップを予め記憶している。図４に示すように、第２マップは、吸入空気量ＧＡをＸ軸、触媒補正値ＨをＹ軸とした直交座標において、吸入空気量ＧＡと触媒補正値Ｈとの関係を、様々な最大吸蔵量Ｃｍａｘについて表したものである。なお、図４では、様々な最大吸蔵量Ｃｍａｘのうちの３つについてのみ、吸入空気量ＧＡと触媒補正値Ｈとの関係を表している。図４における３つの最大吸蔵量Ｃｍａｘは、「第１吸蔵量Ｃ１＜第２吸蔵量Ｃ２＜第３吸蔵量Ｃ３」という関係にある。図４に示すように、吸入空気量ＧＡと、触媒補正値Ｈと、最大吸蔵量Ｃｍａｘとは、次の関係を有している。同一の最大吸蔵量Ｃｍａｘでみると、吸入空気量ＧＡが多いほど触媒補正値Ｈは大きくなっている。また、同一の吸入空気量ＧＡでみると、最大吸蔵量Ｃｍａｘが少ないほど、つまり第１触媒３２の劣化度合いが高いほど、触媒補正値Ｈは大きくなっている。ＣＰＵ８２は、この第２マップに基づいて触媒補正値Ｈを算出する。具体的には、ＣＰＵ８２は、第２マップに基づいて、エアフロメータ６１が検出した現時点の吸入空気量ＧＡと、吸蔵量算出処理Ｖ１で算出した最新の最大吸蔵量Ｃｍａｘとに対応する触媒補正値Ｈを算出する。第２マップの内容を反映し、ＣＰＵ８２は、次のように触媒補正値Ｈを算出する。最大吸蔵量Ｃｍａｘが同一であると仮定したとき、ＣＰＵ８２は、吸入空気量ＧＡが多くなるほど触媒補正値Ｈを大きな値として算出する。また、吸入空気量ＧＡが同一であると仮定したとき、ＣＰＵ８２は、最大吸蔵量Ｃｍａｘが少ないほど、つまり第１触媒３２の劣化度合いが高いほど、触媒補正値Ｈを大きな値として算出する。上述のとおり、触媒補正値Ｈが大きいほど、目標空燃比ＡＦｔのリッチ側への補正量は多くなる。つまり、ＣＰＵ８２は、吸入空気量ＧＡが多いほど、又は第１触媒３２の劣化度合いが高いほど、目標空燃比ＡＦｔのリッチ側への補正量が多くなるように触媒補正値Ｈを算出する。ＣＰＵ８２は、このようにして、１度の特性処理Ｕ３につき１度、触媒補正値Ｈを算出する。

【0025】

ここで、第１触媒３２の排気浄化機能が高くなる空燃比の範囲を触媒ウィンドウと呼称する。触媒ウィンドウは、吸入空気量ＧＡが多くなるほどリッチ側にずれるという特性を持つ。触媒ウィンドウが吸入空気量ＧＡに対して依存性を持つことから、第１触媒３２の排気浄化能を維持するためには、吸入空気量ＧＡの変化に合わせて、気筒１２内の目標空燃比ＡＦｔを変化させる必要がある。いま、吸入空気量ＧＡが急変したとする。そしてそれに伴い、触媒ウィンドウも急変したとする。吸入空気量ＧＡが急変すると、フィードバック値ＦＢが応答することで、いずれは目標空燃比ＡＦｔを触媒ウィンドウに収めることができる。しかし、フィードバック値ＦＢが適切な値になるまでには相応に時間がかかる。触媒補正値Ｈは、吸入空気量ＧＡの変化に対して速やかに目標空燃比ＡＦｔを変化させる上で有効に機能するパラメータである。

【0026】

＜目標算出処理＞
図２に示すように、ＣＰＵ８２は、所定の制御周期で目標算出処理Ｕ４を繰り返し実行する。ＣＰＵ８２は、目標算出処理Ｕ４では、サブフィードバック処理Ｕ１で算出した最新のフィードバック値ＦＢと、学習処理Ｕ２で算出した最新の学習値Ｙと、特性処理Ｕ３で算出した最新の触媒補正値Ｈとに基づいて、気筒１２内の目標空燃比ＡＦｔを算出する。具体的には、ＣＰＵ８２は、下記の（式１）に示すように、基準空燃比ＡＦｂを目標調整値によって除算した値を目標空燃比ＡＦｔとして算出する。基準空燃比ＡＦｂは、例えば理論空燃比である。目標調整値は、「１」と、フィードバック値ＦＢと、学習値Ｙと、触媒補正値Ｈと和である。
（式１）ＡＦｔ＝ＡＦｂ／（１＋ＦＢ＋Ｙ＋Ｈ）
ＣＰＵ８２は、１度の目標空燃比算出処理につき１度、目標空燃比ＡＦｔを算出する。

【0027】

＜メインフィードバック処理＞
ＣＰＵ８２は、所定の制御周期でメインフィードバック処理Ｕ５を繰り返し実行する。ＣＰＵ８２は、１度のメインフィードバック処理Ｕ５では以下のような処理を行う。すなわち、ＣＰＵ８２はメインフィードバック処理Ｕ５では、上流空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔに一致するようにインジェクタ２２の燃料噴射量を制御する。具体的には、ＣＰＵ８２は、上流センサ６２が検出した現時点の上流空燃比ＡＦｆと目標空燃比ＡＦｔとの差に応じて、前回のメインフィードバック処理Ｕ５で算出した燃料噴射量である前回噴射量に対して燃料噴射量を補正する。ＣＰＵ８２は、上流空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔよりもリーンである場合、燃料噴射量を前回噴射量に対して増量補正する。一方、ＣＰＵ８２は、上流空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔよりもリッチである場合、燃料噴射量を前回噴射量に対して減量補正する。ＣＰＵ８２は、新たな燃料噴射量を算出すると、この燃料噴射量分の燃料をインジェクタ２２に噴射させる。

【0028】

＜実施形態の作用＞
内燃機関１０の運転中、第１触媒３２は、排気中の酸素を取り込んだり、排気中に酸素を放出したりする。第１触媒３２が高い排気浄化能を発揮する上では、こうした酸素の吸脱量が平衡している必要がある。上記の触媒ウィンドウは、こうした平衡が得られる空燃比の範囲である。

【0029】

ここで、図５に示すように、第１触媒３２は、担体３２ａと、担体３２ａの表面に配置された貴金属３２ｂと、を備えている。担体３２ａは、例えば酸化セリウムでできている。貴金属３２ｂは、例えば白金である。貴金属３２ｂは複数種存在する。第１触媒３２は、排気中の酸素を取り込む際には、貴金属３２ｂを介さずに直接的に担体３２ａに酸素を取り込む。一方、第１触媒３２は、自身に吸蔵している酸素を放出する際には、貴金属３２ｂとの反応を必要とする。これらのこととの関連で、第１触媒３２では、酸素の取り込みが速やかに行われる一方で酸素の放出には時間がかかる。

【0030】

酸素の取り込みに対して酸素の放出に時間がかかる状況下にあって第１触媒３２での酸素の吸脱量を平衡させるためには、酸素の放出に有利な状況を作る必要がある。そしてその要求は、吸入空気量ＧＡが多いときほど、つまり、単位時間に要求される酸素の吸脱量が多いときほど顕著になる。したがって、常に第１触媒３２での酸素の吸脱量を平衡させるためには、吸入空気量ＧＡが多いほど、酸素の放出を促進すべく第１触媒３２に流入する排気をリッチ寄りにする必要がある。そこで、第２マップでは、同一の最大吸蔵量Ｃｍａｘに関して、吸入空気量ＧＡが多いほど触媒補正値Ｈを大きい値に設定している。

【0031】

さて、第１触媒３２が劣化すると、貴金属３２ｂが凝集する。それに伴い、貴金属３２ｂの表面積が減る。貴金属３２ｂの表面積が減ると、第１触媒３２が酸素を放出するにあたって酸素が反応する対象となる貴金属３２ｂの領域が減る。このこととの関連で、第１触媒３２が劣化すると、酸素の放出速度が遅くなる。その一方で、第１触媒３２が劣化しても酸素の取り込み速度は変わらない。これは、酸素の取り込み時には酸素が貴金属３２ｂとの反応を必要としないからである。こうした理由から、第１触媒３２で酸素の吸脱量を平衡させる上では、第１触媒３２の劣化度合いが高くなった場合、第１触媒３２からの酸素の放出により有利な状況を作り出す必要がある。そしてそのためには、第１触媒３２の劣化度合いが高くなるほど、第１触媒３２に流入する排気の空燃比をリッチ寄りにする必要がある。そこで、第２マップでは、同一の吸入空気量ＧＡに関して、最大吸蔵量Ｃｍａｘが少ないほど、つまり第１触媒３２の劣化度合いが高いほど、触媒補正値Ｈを大きな値に設定している。なお、第２マップに設定している各触媒補正値Ｈは、第１触媒３２における酸素の吸脱量を平衡させる上で最適な値として例えば実験で予め定められている。

【0032】

＜実施形態の効果＞
（１）上記第２マップの内容を反映し、本実施形態のＣＰＵ８２は、第１触媒３２の劣化度が高い場合、触媒補正値Ｈを大きな値として算出する。これに伴い、目標空燃比ＡＦｔひいては第１触媒３２に流入する排気の空燃比がリッチ側にずれる。このことで、第１触媒３２の劣化度が高い場合に、第１触媒３２からの酸素の放出を促進できるとともに第１触媒３２に高い排気浄化能を発揮させることができる。こうした本実施形態の構成では、第１触媒３２の劣化度合いにかかわらず常に第１触媒３２に高い排気浄化能を発揮させることができる。

【0033】

（２）本実施形態では、学習値Ｙを導入することで、フィードバック値ＦＢから学習値Ｙに恒常的な誤差成分を移し替える。ここで、仮にフィードバック値ＦＢに一時的なずれのみならず恒常的な誤差成分も含めた場合、フィードバック値ＦＢが適切な値に更新されるまでに長い時間を要する。この点、本実施形態のように、恒常的な誤差成分を学習値Ｙに移し替えると、フィードバック値ＦＢが適切な値に更新されるまでに要す時間を短縮できる。

【0034】

（３）本実施形態では、第１触媒３２の劣化度合いが高い場合、触媒補正値Ｈによって目標空燃比ＡＦｔを意図的にリッチ側にずらす。このような、目標空燃比ＡＦｔを意図的にリッチ側にずらしている状況下では、フィードバック値ＦＢに、一時的な変動成分及び恒常的な誤差成分とは異なる、意図的なリッチ化に伴う変動成分が含まれ得る。こうした状況下で学習値Ｙの更新を行うと、学習値Ｙに、本来取り込みたい恒常的な誤差成分とは異なる成分を取り込むおそれがある。この場合、空燃比制御の精度が却って悪化し得る。すなわち、本来取り込みたい恒常的な誤差成分とは異なるリッチ化に伴う変動成分を学習値Ｙに取り込むと、その後に学習値Ｙが適切な値に戻るまでの期間は、リッチ化に伴う変動成分が学習値Ｙに残存する。この場合、この期間は、学習値Ｙを利用して目標空燃比ＡＦｔを算出するにあたり、リッチ化に伴う変動成分を目標空燃比ＡＦｔに反映させ続けることになる。この場合、例えば吸入空気量ＧＡが低くなるなど、この期間の中で運転条件が変わると、当該運転条件によっては、本来であれば反映させる必要のない変動成分を目標空燃比ＡＦｔに反映させることになり得る。

【0035】

そこで、本実施形態では、第１触媒３２の劣化度合いが高い場合、低い場合に比べて、学習値Ｙの更新を許可する判定値ＧＡｘを小さい値に設定する。換言すると、第１触媒３２の劣化度合いが高い場合には、吸入空気量ＧＡが少ない状況に限って、つまり、触媒補正値Ｈによる目標空燃比ＡＦｔのリッチ側へのずれが少ない状況に限って学習値Ｙの更新を許可する。こうした構成であれば、学習値Ｙに、本来取り込みたい恒常的な誤差成分とは異なる成分を取り込む可能性は低くなる。

【0036】

＜変更例＞
上記実施形態は、以下のように変更することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0037】

・メインフィードバック処理Ｕ５の内容は、上記実施形態の例に限定されない。メインフィードバック処理Ｕ５は、上流空燃比ＡＦｆが目標空燃比ＡＦｔに一致するようにインジェクタ２２の燃料噴射量を制御するものであればよい。

【0038】

・目標算出処理Ｕ４の内容は、上記実施形態の例に限定されない。目標空燃比ＡＦｔは、フィードバック値ＦＢと学習値Ｙと触媒補正値Ｈとに基づいて算出されていればよい。後述の変更例のように、学習処理Ｕ２を廃止する場合、目標空燃比ＡＦｔは、フィードバック値ＦＢと触媒補正値Ｈとに基づいて算出されていればよい。

【0039】

・サブフィードバック処理Ｕ１の内容は、上記実施形態の例に限定されない。サブフィードバック処理Ｕ１では、下流空燃比ＡＦｒと理論空燃比との差に基づいて、下流空燃比ＡＦｒを理論空燃比に一致させるためのフィードバック値ＦＢを算出できればよい。例えば、ＰＩ制御によってフィードバック値ＦＢを算出してもよい。

【0040】

・学習処理Ｕ２の本処理の内容は、上記実施形態の例に限定されない。空燃比制御に係る恒常的な誤差成分を反映した値を更新値と呼称する。本処理では、こうした更新値をフィードバック値ＦＢから学習値Ｙに移し替えることができればよい。更新値は、例えば、ある一定期間のフィードバック値ＦＢの平均値でもよい。本処理では、フィードバック値ＦＢに応じて学習値Ｙを更新することによって、フィードバック値ＦＢをゼロに近づけることができればよい。

【0041】

・学習処理Ｕ２の事前処理で利用する第１マップの内容は、上記実施形態の例に限定されない。第１マップでは、第１触媒３２の劣化度合いが第１劣化度である場合、第１触媒３２の劣化度合いが第１劣化度よりも低い第２劣化度である場合に比べて、判定値ＧＡｘが小さい値に設定されていればよい。例えば、第１マップでは、第１触媒３２の劣化度合いが高いほど判定値ＧＡｘが小さい値に設定されていてもよい。

【0042】

・学習条件は、上記実施形態の例に限定れない。学習条件は、上記実施形態のものに代えて、又は加えて他の内容を含んでいてもよい。吸入空気量ＧＡによって学習条件を定めることに代えて、機関負荷率によって学習条件を定めてよい。それとともに、第１マップを、機関負荷率と機関回転速度と第１触媒３２の劣化度との関係を表したものにしてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様、触媒補正値Ｈによる目標空燃比ＡＦｔのリッチ側へのずれが少ない状況に限って学習値Ｙの更新を行うことができるようにすればよい。機関負荷率は、内燃機関１０の１サイクルにおいて１つの気筒１２に流入する空気の量を基準空気量で除した値である。基準空気量は、機関回転速度に応じて可変設定される。機関回転速度は、クランクシャフトの回転速度である。

【0043】

・学習条件は、触媒補正値Ｈによる目標空燃比ＡＦｔのリッチ側へのずれが少ない状況を捉えるべく定めたものでなくてもよい。ここで、学習処理Ｕ２では、フィードバック値ＦＢをゼロに近づけることができるように学習値Ｙの更新を行う。学習条件は、こうした学習処理Ｕ２を行うのに適した状況を捉えることができるように定めてあればよい。

【0044】

・学習条件及び学習処理Ｕ２を廃止してもよい。
・特性処理Ｕ３で利用する第２マップの内容は、上記実施形態の例に限定されない。第２マップは、例えば次のような内容でもよい。吸入空気量ＧＡと触媒補正値Ｈとの関係を特性関係と呼称する。第２マップは、第１触媒３２の最大吸蔵量Ｃｍａｘが所定の閾値以下の場合に適用する第１特性関係と、最大吸蔵量Ｃｍａｘが上記閾値よりも多い場合に適用する第２特性関係との２つのみを規定したものでもよい。この場合でも、これら２つの特性関係を同一の吸入空気量ＧＡで比較したときに、第１特性関係の触媒補正値Ｈが、第２特性関係の触媒補正値Ｈよりも大きくなっていればよい。総じて、第２マップは、次の２つの事項を満たしたものであればよい。第１の事項は、同一の吸入空気量ＧＡに関して、第１触媒３２の劣化度合いが第１劣化度である場合、第１触媒３２の劣化度合いが第１劣化度よりも低い第２劣化度の場合に比べて、触媒補正値Ｈが大きいことである。第２の事項は、同一の最大吸蔵量Ｃｍａｘに関して、吸入空気量ＧＡが第１吸気量の場合、吸入空気量ＧＡが第１吸気量よりも少ない第２吸気量の場合に比べて、触媒補正値Ｈが大きいことである。なお、第２マップは、第１マップと同様、吸入空気量ＧＡに代えて、機関負荷率を利用して触媒補正値Ｈを定めたものでもよい。

【0045】

・上述したような第２マップの変更に伴って特性処理Ｕ３の内容は変わり得る。特性処理Ｕ３では、第２マップの内容を反映した触媒補正値Ｈを算出すればよい。
・第１マップ及び第２マップは、グラフ又は表に限らず、数式でもよい。

【0046】

・吸蔵量算出処理Ｖ１及びそれに係る特定制御Ｖの内容は、上記実施形態の例に限定されない。吸蔵量算出処理Ｖ１及び特定制御Ｖは、最大吸蔵量Ｃｍａｘを適切に算出できるものであればよい。また、吸蔵量算出処理Ｖ１及び特定制御Ｖの実行タイミング及び頻度は、上記実施形態の例に限らない。

【0047】

・第１触媒３２の劣化度合いの指標として、最大吸蔵量Ｃｍａｘを利用することは必須ではない。第１触媒３２の劣化度合いの指標として適切なパラメータであれば、当該指標として利用してよい。利用するパラメータに合わせて、第１触媒３２の劣化度合いを算出する処理の内容を適宜変更してよい。

【0048】

・下流センサ６３は、周知の濃淡電池式の酸素センサ、つまり下流空燃比ＡＦｒがリーンであるかリッチであるかのみを検出することができるセンサでもよい。
・インジェクタ２２は、気筒１２内に直接燃料を噴射するタイプのものでもよい。

【符号の説明】

【0049】

１０…内燃機関 １２…気筒 ２２…インジェクタ ３０…排気通路 ３２…第１触媒 ６１…エアフロメータ ６２…上流センサ ６３…下流センサ ８０…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】