特許 7613431 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-06

(45)【発行日】2025-01-15

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20250107BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 368F

F02D41/02

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022128329

(22)【出願日】2022-08-10

(65)【公開番号】P2024025129

(43)【公開日】2024-02-26

【審査請求日】2023-11-09

(73)【特許権者】

【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】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北爪 芳之

(72)【発明者】

【氏名】古井 憲治

(72)【発明者】

【氏名】若尾 和弘

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０９０９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１５５４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６２１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３８８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０５５３４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ ４１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

触媒の酸素吸放量に応じて、リッチ制御またはリーン制御に切り替える内燃機関の制御装置であって、
空燃比センサの実際の出力値であるＡＦ検出値に基づいて酸素吸放量を検出吸放量として算出し、
前記空燃比センサの理想的な出力値であるＡＦ理想値に基づいて酸素吸放量を理想吸放量として算出し、前記理想吸放量に対して所定のポスト補正処理を施した値を、ガード吸放量として算出し、
前記リーン制御の実行期間中は前記検出吸放量を前記ガード吸放量で下限ガードした値を、前記リッチ制御の実行期間中は前記検出吸放量を前記ガード吸放量で上限ガードした値を、それぞれ、修正吸放量として算出し、
前記修正吸放量が、予め規定された切替吸放量に達した場合に、前記リッチ制御から前記リーン制御に、または、前記リーン制御から前記リッチ制御に切り替え、
前記ポスト補正処理は、前記理想吸放量に、規定の補正値を加算する処理であり、
前記補正値は、前記リーン制御の実行中は、負の値であり、前記リッチ制御の実行期間中は、正の値であり、
前記補正値は、前記空燃比センサが正常な場合、前記検出吸放量が、前記修正吸放量として算出される値である、
ように構成されている、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記理想吸放量は、前記ＡＦ理想値に所定のプレ補正処理を施した値に基づいて算出される、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記プレ補正処理は、前記ＡＦ理想値をなまった波形に変換するなまし処理を含む、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項4】

請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記プレ補正処理は、前記ＡＦ理想値の立ち上がり点および立ち下がり点が、前記ＡＦ検出値の立ち上がり点および立ち下がり点と一致するように、前記ＡＦ理想値の位相を変更することを含む、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、触媒の酸素吸放量に応じて、リッチ制御またはリーン制御に切り替える内燃機関の制御装置を開示する。

【背景技術】

【0002】

一般に、内燃機関の排気通路には、排気を浄化するための触媒が設けられており、この触媒により、排気に含まれる有害物質（例えば、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）が浄化される。触媒の酸素吸蔵量が高いと、ＨＣおよびＣＯの浄化効率が上昇する一方で、ＮＯｘの浄化効率が低下する。また、触媒の酸素吸蔵量が低いと、ＮＯｘの浄化効率が増加する一方で、ＨＣおよびＣＯの浄化効率が低下する。そこで、従来から、触媒の酸素吸蔵量を適切に調整するべく、リーン制御とリッチ制御とを交互に切り替える技術が提案されている。なお、リーン制御では、内燃機関の目標空燃比が、理論空燃比（例えば、１４．６）より高い値（例えば、１４．６５）に設定される。また、リッチ制御では、目標空燃比が、理論空燃比より低い値（例えば、１４．５５）に設定される。

【0003】

特許文献１には、触媒の酸素吸蔵量の増減量を推定し、リーン制御実施中に、推定増減量が上限閾値に達すれば、リーン制御からリッチ制御に切り替え、リッチ制御実施中に、推定増減量が下限閾値に達すれば、リッチ制御からリーン制御に切り替える技術が開示されている。特許文献１において、推定増減量は、触媒の上流側に設けられた第一空燃比センサの検出値と、燃料噴射量と、空気の酸素濃度と、に基づいて算出される。そして、こうした技術によれば、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを適切に浄化できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－０９０９４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、上述した通り、リーン制御とリッチ制御との切り替えタイミングは、酸素吸蔵量の増減量の変化に基づいて決定している。そして、増減量は、通常、空燃比センサの検出値から推定している。この場合、空燃比センサの応答性が悪化すると、その分、推定増減量の精度が悪化する。そして、この場合、リッチ制御とリーン制御との切り替え周期が長期化し、エミッションが悪化することがあった。

【0006】

そこで、本明細書では、エミッションの悪化をより効果的に防止できる内燃機関の制御装置を開示する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書で開示する内燃機関の制御装置は、触媒の酸素吸放量に応じて、リッチ制御またはリーン制御に切り替える内燃機関の制御装置であって、空燃比センサの実際の出力値であるＡＦ検出値に基づいて酸素吸放量を検出吸放量として算出し、前記空燃比センサの理想的な出力値であるＡＦ理想値に基づいて酸素吸放量をガード吸放量として算出し、前記リーン制御の実行期間中は前記検出吸放量を前記ガード吸放量で下限ガードした値を、前記リッチ制御の実行期間中は前記検出吸放量を前記ガード吸放量で上限ガードした値を、それぞれ、修正吸放量として算出し、前記修正吸放量が、予め規定された切替吸放量に達した場合に、前記リッチ制御から前記リーン制御に、または、前記リーン制御から前記リッチ制御に切り替える、ように構成されている、ことを特徴とする。

【0008】

ＡＦ理想値から算出したガード吸放量で検出吸放量を上限ガードまたは下限ガードするため、ガード処理後の修正吸放量が、実際の酸素吸放量から大きく乖離することを防止できる。結果として、リッチ／リーンの制御の切り替えの周期が過度に大きくなることが防止でき、エミッションの悪化を効果的に防止できる。

【0009】

この場合、前記ＡＦ理想値に基づいて酸素吸放量を理想吸放量として算出し、前記理想吸放量に対して所定のポスト補正処理を施して、前記ガード吸放量を算出する、ように構成されてもよい。

【0010】

また、前記ポスト補正処理は、前記理想吸放量に、規定の補正値を加算することを含んでもよい。

【0011】

また、前記ＡＦ理想値に所定のプレ補正処理を施した値に基づいて理想吸放量を算出し、前記理想吸放量に基づいて前記ガード吸放量を算出してもよい。

【0012】

この場合、前記プレ補正処理は、前記ＡＦ理想値をなまった波形に変換するなまし処理を含んでもよい。

【0013】

また、前記プレ補正処理は、前記ＡＦ理想値の立ち上がり点および立ち下がり点が、前記ＡＦ検出値の立ち上がり点および立ち下がり点と一致するように、前記ＡＦ理想値の位相を変更することを含んでもよい。

【0014】

ポスト補正処理またはプレ補正処理を行うことで、ガード吸放量を実際の酸素吸放量により近づけることができ、エミッションの悪化をより効果的に防止できる。

【発明の効果】

【0015】

本明細書で開示する技術によれば、エミッションの悪化をより効果的に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】エンジンの構成を示すブロック図である。

【図2】リーン制御とリッチ制御を交互に切り替える場合の触媒の状態変化を示す図である。

【図3】ＡＦ検出値の応答遅れが大幅に大きくなった場合の触媒の状態変化を示す図である。

【図4】理想吸放量に応じてリッチ／リーンの制御切り替えを行った場合の触媒の状態変化を示す図である。

【図5A】ＬＮ用切替判定部の構成を示すブロック図である。

【図5B】ＲＣ用切替判定部の構成を示すブロック図である。

【図6】検出吸放量をガード吸放量で、下限ガードまたは上限ガードした場合の効果を説明する図である。

【図7】ＡＦ理想値にプレ補正を施す場合のＬＮ用切替判定部の一例を示す図である。

【図8】なまし処理の作用を示す図である。

【図9】位相のずらし処理の作用を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して内燃機関の制御装置３４について説明する。図１は、制御装置３４の制御対象であるエンジン１０の構成を示すブロック図である。エンジン１０は、例えば、車両に搭載され、動力を出力する内燃機関である。このエンジン１０は、燃焼室１２と、燃焼室１２に繋がる吸気通路１８と、燃焼室１２に繋がる排気通路２４と、を有する。吸気通路１８には、スロットルバルブ２０が設けられている。このスロットルバルブ２０および吸気通路１８を介して、燃焼室１２に空気が供給される。また、吸気通路１８には、燃料噴射弁２２が設けられており、この燃料噴射弁２２および吸気通路１８を介して、燃焼室１２に燃料が供給される。

【0018】

燃焼室１２には、点火プラグ１６が設けられている。点火プラグ１６による点火が行われると、燃焼室１２に供給された混合気が燃焼する。そして、燃焼室１２内で混合気が燃焼することにより、ピストン１４が往復移動する。

【0019】

混合気の燃焼後に生じる排気は、排気通路２４に送り出される。排気通路２４には、触媒コンバータ２６が設けられている。触媒コンバータ２６は、三元触媒（以下「触媒」と呼ぶ）２７を有しており、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘといった有害成分を浄化する。触媒コンバータ２６より上流側には、前側空燃比センサ（以下「前側ＡＦセンサ」という）２８が設けられている。前側ＡＦセンサ２８は、触媒２７上流の排気中の酸素濃度に応じたリニアな信号を出力する。具体的には、前側ＡＦセンサ２８の出力値であるＡＦ検出値Ｏ＃は、触媒２７通過前の排気中の酸素濃度が薄くなるほど小さくなる。また、前側ＡＦセンサ２８は、理論空燃比で混合気の燃焼が行われた時、ＡＦ検出値Ｏ＃が、所定の値Ｏｓｔとなるように調整されている。なお、以下では、この所定の値Ｏｓｔを「ＡＦストイキ値Ｏｓｔ」と呼ぶ。

【0020】

制御装置３４は、エンジン１０の駆動を制御する。かかる制御装置３４は、物理的にはプロセッサ３６とメモリ３８とを有するコンピュータである。この「コンピュータ」には、コンピュータシステムを一つの集積回路に組み込んだマイクロコントローラも含まれる。また、制御装置３４は、単一のコンピュータで構成されてもよいし、物理的に離れて位置する複数のコンピュータで構成されてもよい。

【0021】

制御装置３４は、ブレーキペダル３０およびアクセルペダル３２の踏み込み量に応じて、エンジン１０の駆動を制御する。また、制御装置３４は、触媒２７の酸素吸放量ＯＳＲを推測し、その酸素吸放量ＯＳＲに応じて、リーン制御からリッチ制御に、または、リッチ制御からリーン制御に切り替える。リーン制御において、制御装置３４は、エンジン１０の目標空燃比を、理論空燃比（例えば、１４．６）より高い値（例えば、１４．６５）に設定する。また、リッチ制御において、制御装置３４は、目標空燃比を、理論空燃比より低い値（例えば、１４．５５）に設定する。そして、リーン制御およびリッチ制御のいずれの場合であっても、制御装置３４は、設定した目標空燃比の混合気が得られるように、スロットルバルブ２０および燃料噴射弁２２の開度を制御する。

【0022】

次に、リーン制御とリッチ制御を交互に切り替える場合の触媒２７の状態変化について図２を参照して説明する。図２の一段目は、制御状態ＣＳを示している。制御状態ＣＳが「ＬＮ」の期間は、リーン制御が行われ、制御状態ＣＳが「ＲＣ」の期間は、リッチ制御が行われている。

【0023】

図２の二段目は、前側ＡＦセンサ２８の出力値であるＡＦ検出値Ｏ＃を示している。上述した通り、ＡＦ検出値Ｏ＃は、触媒２７通過前の排気の酸素濃度に応じた値となる。そのため、ＡＦ検出値Ｏ＃は、リーン制御の実行中は、ＡＦストイキ値Ｏｓｔより高いＡＦリーン値Ｏｌｎとなり、リッチ制御の実行中は、ＡＦストイキ値Ｏｓｔより低いＡＦリッチ値Ｏｒｃとなる。ただし、ＡＦ検出値Ｏ＃には、ある程度の応答遅れやノイズが含まれている。そのため、ＡＦ検出値Ｏ＃は、制御状態ＣＳに比べて、鈍った信号となる。

【0024】

図２の三段目は、ＡＦ検出値Ｏ＃に基づいて算出される酸素吸放量である検出吸放量ＯＳＲ＃を示している。検出吸放量ＯＳＲ＃は、触媒２７から放出、または、触媒２７に吸収される酸素の量を示す。この検出吸放量ＯＳＲ＃は、瞬時検出吸放量ΔＯＳＲ＃を積算した値である。瞬時検出吸放量ΔＯＳＲ＃は、単位時間当たりの酸素吸放量であり、式１または式２で算出される。なお、式１および式２において、Ｑａは、燃料噴射量であり、Ａａは吸入空気量を示している。また、検出吸放量ＯＳＲ＃は、リーン制御とリッチ制御との切り替えタイミングにおいてゼロにリセットされる。
ΔＯＳＲ＃＝（Ｏ＃－Ｏｓｔ）×Ｑａ×０．２３ 式１
ΔＯＳＲ＃＝（Ｏ＃－Ｏｓｔ）／Ｏ＃×Ａａ×０．２３ 式２

【0025】

図２の三段目に示す通り、検出吸放量ＯＳＲ＃は、リーン制御の実行期間中は、徐々に増加し、リッチ制御の実行期間中は、徐々に低下していく。ただし、上述した通り、ＡＦ検出値Ｏ＃には、ある程度の応答遅れが含まれている。そのため、制御切り換え直後、検出吸放量ＯＳＲ＃は、この応答遅れの分だけ、逆方向に増減する。例えば、リーン制御からリッチ制御に切り替えた直後（例えば時刻ｔ１直後）、検出吸放量ＯＳＲ＃は、一時的に増加した後、徐々に低下していく。

【0026】

制御装置３４は、リーン制御実行中において、検出吸放量ＯＳＲ＃が、規定のＬＮ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＬＮ以上になれば、リーン制御からリッチ制御に切り替える。また、制御装置３４は、リッチ制御中において、検出吸放量ＯＳＲ＃が、規定のＲＣ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＲＣ以下になれば、リッチ制御からリーン制御に切り替える。図２の４段目は、触媒２７の酸素吸蔵量ＯＳＡを示している。図２に示すとおり、酸素吸蔵量ＯＳＡは、リーン制御中は、増加していき、リッチ制御中は、減少していく。

【0027】

ここで、上述したように、リッチ制御とリーン制御とを交互に切り替えるのは、排気に含まれる三つの有害物質（すなわちＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を効率的に浄化するためである。すなわち、触媒２７の酸素吸蔵量ＯＳＡが低いと、ＮＯｘの浄化効率が増加する一方で、ＨＣおよびＣＯの浄化効率が低下する。また、触媒２７の酸素吸蔵量ＯＳＡが高いと、ＨＣおよびＣＯの浄化効率が増加する一方で、ＮＯｘの浄化効率が低下する。そこで、本例では、酸素吸蔵量ＯＳＡが、所定の幅内で増減を繰り返すように、リッチ制御とリーン制御とを交互に切り替えている。

【0028】

ところで、繰り返し述べる通り、ＡＦ検出値Ｏ＃には、応答遅れが含まれる。前側ＡＦセンサ２８が正常の場合、この応答遅れは一定の範囲に収まる。そのため、制御装置３４は、一定範囲内の応答遅れがあることを前提として、各種パラメータ（例えば、ＬＮ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＬＮやＲＣ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＲＣ等）の値を設定している。しかしながら、前側ＡＦセンサ２８が劣化したり、何らかの原因で信号遅延が発生したりした場合、ＡＦ検出値Ｏ＃に含まれる応答遅れが過度に大きくなる。この場合、リッチ／リーンの制御の切り替え周期Ｔｃが過度に大きくなるおそれがあった。これについて図３を参照して説明する。

【0029】

図３は、ＡＦ検出値Ｏ＃の応答遅れが大幅に大きくなった場合の触媒２７の状態変化を示している。図３の一段目は、制御状態ＣＳを、二段目は、ＡＦ検出値Ｏ＃を、三段目は、ＡＦ検出値Ｏ＃から算出される検出吸放量ＯＳＲ＃を、それぞれ示している。図３の二段目に示すとおり、図３の例では、図２の例に比べて、ＡＦ検出値Ｏ＃の応答遅れが大きくなっており、ＡＦ検出値Ｏ＃は、リッチ／リーンの制御の切り替えタイミングから大きく遅れて反応する。

【0030】

そのため、図３の三段目に示す通り、リッチ／リーンの制御の切り替え後、検出吸放量ＯＳＲ＃は、逆方向に大きく変動する。その結果、検出吸放量ＯＳＲ＃が、切替吸放量ＯＳＲ＿ＲＣ，ＯＳＲ＿ＬＮに達するまでの時間が長期化する。そして、これにより、リッチ制御とリーン制御との切り替え周期Ｔｃが長くなり、エミッションが悪化するおそれがあった。

【0031】

本例の制御装置３４は、こうした問題を避けるために、前側ＡＦセンサ２８の理想的な出力値であるＡＦ理想値Ｏ＊に基づいて酸素吸放量をガード吸放量ＯＳＲｇとして算出し、このガード吸放量ＯＳＲｇを用いて検出吸放量ＯＳＲ＃を修正する。以下、これについて詳説する。

【0032】

図４は、理想吸放量ＯＳＲ＊に応じてリッチ／リーンの制御切り替えを行った場合の触媒２７の状態変化を示している。具体的には、図４の一段目は、制御状態ＣＳを、図４の二段目は、ＡＦ理想値Ｏ＊を示している。ここで、ＡＦ理想値Ｏ＊は、前側ＡＦセンサ２８の理想的な出力値である。本例では、リッチ制御の実行期間中は、Ｏ＊＝Ｏｒｃとみなし、リーン制御の実行期間中は、Ｏ＊＝Ｏｌｎとみなす。このＡＦ理想値Ｏ＊は、図４に示す通り、制御状態ＣＳの変化に遅れることなく追従している。したがって、リッチ／リーンの制御が切り替わると、ＡＦ理想値Ｏ＊の値も即座に、ＡＦリッチ値ＯｒｃとＡＦリッチ値Ｏｒｃとの間で切り替わる。

【0033】

図４の三段目は、ＡＦ理想値Ｏ＊に基づいて算出される理想吸放量ＯＳＲ＊を示している。理想吸放量ＯＳＲ＊は、瞬時理想吸放量ΔＯＳＲ＊を積算した値である。瞬時理想吸放量ΔＯＳＲ＊は、式１または式２における「Ｏ＃」を「Ｏ＊」に置き換えた式で算出される。すなわち、瞬時理想吸放量ΔＯＳＲ＊は、次の式３または式４で算出される。
ΔＯＳＲ＊＝（Ｏ＊－Ｏｓｔ）×Ｑａ×０．２３ 式３
ΔＯＳＲ＊＝（Ｏ＊－Ｏｓｔ）／Ｏ＊×Ａａ×０．２３ 式４

【0034】

図４の三段目から明らかな通り、理想吸放量ＯＳＲ＊は、リッチ／リーンの制御の切り替え後、即座に、上昇または減少していく。そのため、理想吸放量ＯＳＲ＊は、比較的短時間のうちに、切替吸放量ＯＳＲ＿ＲＣ，ＯＳＲ＿ＬＮに達する。なお、図４の例では、この理想吸放量ＯＳＲ＊が、切替吸放量ＯＳＲ＿ＲＣ，ＯＳＲ＿ＬＮに達したタイミングで、リッチ／リーンの制御の切り替えを行っている。

【0035】

本例の制御装置３４は、この理想吸放量ＯＳＲ＊を利用して、リッチ／リーンの制御の切り替え周期Ｔｃが過度に大きくなることを防止している。図５Ａ、図５Ｂは、こうした理想吸放量ＯＳＲ＊を利用した制御の切替判定部４０，６０の構成を示すブロック図である。図５Ａは、リーン制御の実行中に用いられるＬＮ用切替判定部４０であり、図５Ｂは、リッチ制御の実行中に用いられるＲＣ用切替判定部６０である。図５Ａ、図５Ｂでは、これら切替判定部４０，６０を回路のように図示しているが、実際には、切替判定部４０，６０の機能は、制御装置３４が、所定のプログラムに従って動作することでソフト的に実現されている。

【0036】

ＬＮ用切替判定部４０は、第一演算器４２を有している。第一演算器４２には、ＡＦ検出値Ｏ＃と、燃料噴射量Ｑａと、吸入空気量Ａａと、が入力される。第一演算器４２は、式１または式２に従い、瞬時検出吸放量ΔＯＳＲ＃を算出する。瞬時検出吸放量ΔＯＳＲ＃は、第一加算器４４により、１サイクル前の検出吸放量ＯＳＲ＃［ｉ－１］と加算される。この第一加算器４４からの出力値が、検出吸放量ＯＳＲ＃となる。

【0037】

また、ＬＮ用切替判定部４０は、第二演算器４６を有している。第二演算器４６には、ＡＦ理想値Ｏ＊と、燃料噴射量Ｑａと、吸入空気量Ａａと、が入力される。第二演算器４６は、式３または式４に従い、瞬時理想吸放量ΔＯＳＲ＊を算出する。瞬時理想吸放量ΔＯＳＲ＊は、第二加算器４８により、１サイクル前の理想吸放量ＯＳＲ＊［ｉ－１］と加算される。この第二加算器４８からの出力値が、理想吸放量ＯＳＲ＊となる。

【0038】

理想吸放量ＯＳＲ＊は、ポスト補正部４９に入力される。ポスト補正部４９は、第三加算器５０を有している。第三加算器５０は、理想吸放量ＯＳＲ＊と、予め規定の補正値Ｋａと、を加算し、ガード吸放量ＯＳＲｇとして出力する。なお、ＬＮ用切替判定部４０で用いられる補正値Ｋａは、理想吸放量ＯＳＲ＊を引き下げる値、すなわち、負の値である。この補正値Ｋａは、予め規定された固定値でもよいし、制御の状況に応じて変動する変数でもよい。

【0039】

下限ガード処理部５２は、検出吸放量ＯＳＲ＃を、ガード吸放量ＯＳＲｇで下限ガードした値を、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。すなわち、下限ガード処理部５２は、検出吸放量ＯＳＲ＃が、ガード吸放量ＯＳＲｇ未満の場合には、ガード吸放量ＯＳＲｇを、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。また、下限ガード処理部５２は、検出吸放量ＯＳＲ＃が、ガード吸放量ＯＳＲｇ以上の場合には、検出吸放量ＯＳＲ＃を、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。別の言い方をすれば、下限ガード処理部５２は、検出吸放量ＯＳＲ＃およびガード吸放量ＯＳＲｇのうち高い値を、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。

【0040】

比較器５４は、修正吸放量ＯＳＲｃと、予め規定されたＬＮ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＬＮと、を比較する。そして、比較器５４は、比較結果に応じた切替信号Ｓｇを出力する。切替信号Ｓｇは、ＯＳＲｃ≧ＯＳＲ＿ＬＮの場合にＨｉｇｈとなり、ＯＳＲｃ＜ＯＳＲ＿ＬＮの場合にＬｏｗとなる。制御装置３４は、Ｈｉｇｈの切替信号Ｓｇが出力されれば、リーン制御からリッチ制御に切り替える。

【0041】

リッチ制御の実行中は、図５Ｂに示す、ＲＣ用切替判定部６０により、制御の切り替えの要否が判定される。ＲＣ用切替判定部６０における、検出吸放量ＯＳＲ＃およびガード吸放量ＯＳＲｇの算出の手順は、ＬＮ用切替判定部４０での手順とほぼ同じである。ただし、ＲＣ用切替判定部６０で用いる補正値Ｋａは、理想吸放量ＯＳＲ＊を引き上げる値、すなわち、正の値である。

【0042】

検出吸放量ＯＳＲ＃およびガード吸放量ＯＳＲｇは、上限ガード処理部７２に入力される。上限ガード処理部７２は、検出吸放量ＯＳＲ＃をガード吸放量ＯＳＲｇで上限ガードした値を修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。すなわち、上限ガード処理部７２は、検出吸放量ＯＳＲ＃が、ガード吸放量ＯＳＲｇ以上の場合には、ガード吸放量ＯＳＲｇを、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。また、上限ガード処理部７２は、検出吸放量ＯＳＲ＃が、ガード吸放量ＯＳＲｇ未満の場合には、検出吸放量ＯＳＲ＃を、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。別の言い方をすれば、上限ガード処理部７２は、検出吸放量ＯＳＲ＃およびガード吸放量ＯＳＲｇのうち低い値を、修正吸放量ＯＳＲｃとして出力する。

【0043】

比較器７４は、修正吸放量ＯＳＲｃと、予め規定されたＲＣ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＲＣと、を比較する。そして、比較器７４は、比較結果に応じた切替信号Ｓｇを出力する。切替信号Ｓｇは、ＯＳＲｃ＜ＯＳＲ＿ＲＣの場合にＨｉｇｈとなり、ＯＳＲｃ≧ＯＳＲ＿ＲＣの場合にＬｏｗとなる。制御装置３４は、Ｈｉｇｈの切替信号Ｓｇが出力されれば、リッチ制御からリーン制御に切り替える。

【0044】

次に、図６を参照して、検出吸放量ＯＳＲ＃をガード吸放量ＯＳＲｇで、下限ガードまたは上限ガードした場合の効果について説明する。図６は、リーン制御中に得られる酸素吸放量ＯＳＲの一例を示す図である。図６において、破線は、前側ＡＦセンサ２８が正常な場合に得られるＡＦ検出値Ｏ＃＿ｎおよび検出吸放量ＯＳＲ＃＿ｎを示している。また、一点鎖線は、前側ＡＦセンサ２８の応答遅れが過度に増加した際に得られるＡＦ検出値Ｏ＃＿ａおよび検出吸放量ＯＳＲ＃＿ａを示している。さらに、太実線は、ＡＦ理想値Ｏ＊、および、ＡＦ理想値Ｏ＊に基づいて算出されたガード吸放量ＯＳＲｇを示している。

【0045】

ガード吸放量ＯＳＲｇは、理想吸放量ＯＳＲ＊から補正値Ｋａを加算した値である。図６の例では、補正値Ｋａは、ガード吸放量ＯＳＲｇが、正常時の検出吸放量ＯＳＲ＃＿ｎよりも小さくなる値が設定されている。そのため、前側ＡＦセンサ２８が正常な場合、検出吸放量ＯＳＲ＃が修正吸放量ＯＳＲｃとして出力される。そして、検出吸放量ＯＳＲ＃＿ｎ（すなわち修正吸放量ＯＳＲｃ）がＬＮ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＬＮに達した時点（すなわち図６における時刻ｔ２）で、リッチ制御に切り替わる。

【0046】

一方、前側ＡＦセンサ２８の応答遅れが大きくなった場合、ガード吸放量ＯＳＲｇが、検出吸放量ＯＳＲ＃＿ａより大きくなる。この場合、ガード吸放量ＯＳＲｇが修正吸放量ＯＳＲｃとして出力される。そして、検出吸放量ＯＳＲ＃＿ａが、ＬＮ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＬＮに未達であったとしても、ガード吸放量ＯＳＲｇ（すなわち修正吸放量ＯＳＲｃ）が、ＬＮ用切替吸放量ＯＳＲ＿ＬＮに達した時点（すなわち図６における時刻ｔ３）でリッチ制御に切り替わる。そして、これにより、リッチ／リーンの制御の切り替え周期Ｔｃが過度に大きくなることが防止できる。結果として、エミッションの悪化を効果的に防止できる。

【0047】

なお、本例では、理想吸放量ＯＳＲ＊に対して、補正値Ｋａを加算するというポスト補正処理を施した値を、ガード吸放量ＯＳＲｇとして算出している。しかし、ガード吸放量ＯＳＲｇは、ＡＦ理想値Ｏ＊に依存する値であれば、他の値でもよい。例えば、ガード吸放量ＯＳＲｇは、ＡＦ理想値Ｏ＊を式３または式４に当てはめて算出した理想吸放量ＯＳＲ＊そのものであってもよい。

【0048】

また、理想吸放量ＯＳＲ＊の算出に先立って、ＡＦ理想値Ｏ＊に所定のプレ補正処理を施してもよい。図７は、ＡＦ理想値Ｏ＊にプレ補正処理を施す場合のＬＮ用切替判定部４０の一例を示す図である。図７に示す通り、ＬＮ用切替判定部４０は、プレ補正部４１を有する。プレ補正部４１は、ＡＦ理想値Ｏ＊に所定のプレ補正処理を施す。第一演算器４２は、補正後のＡＦ理想値Ｏ＊＊に基づいて、理想吸放量ＯＳＲ＊を算出する。以降の処理は、図５Ａと同じであるため、説明を省略する。なお、図７では、ポスト補正部４９を図示しているが、プレ補正部４１を設ける場合、ポスト補正部４９は無くてもよい。

【0049】

ここで、プレ補正部４１で行うプレ補正処理は、理想吸放量ＯＳＲ＊を、正常時の検出吸放量ＯＳＲ＃＿ｎに近づける処理であれば、特に限定されない。したがって、例えばプレ補正処理は、ＡＦ理想値Ｏ＊をなまった波形に変換するなまし処理でもよい。例えば、プレ補正部４１は、ＡＦ理想値Ｏ＊の移動平均値を、補正後のＡＦ理想値Ｏ＊＊として出力してもよい。

【0050】

図８は、なまし処理の作用を示す図である。図８において、太実線は、補正前のＡＦ理想値Ｏ＊と、このＡＦ理想値Ｏ＊から算出される理想吸放量ＯＳＲ＊と、を示している。また、図８において、破線は、なまし処理が施されたＡＦ理想値Ｏ＊＊と、この補正後のＡＦ理想値Ｏ＊＊から算出される。理想吸放量ＯＳＲ＊＊と、を示している。

【0051】

図８から明らかな通り、なまし処理を施すことで、理想吸放量ＯＳＲ＊＊の挙動が、正常時の検出吸放量ＯＳＲ＃（すなわち図２の検出吸放量ＯＳＲ＃）に近くなる。そして、かかる理想吸放量ＯＳＲ＊＊をガード吸放量ＯＳＲｇとして用いることで、リッチ／リーンの制御の切り替え周期Ｔｃが、正常時の切り替え周期Ｔｃから大きく乖離することを防止できる。

【0052】

また、別の形態として、図９に示すように、プレ補正処理は、ＡＦ理想値Ｏ＊の位相をずらす処理でもよい。例えば、プレ補正部４１は、ＡＦ理想値Ｏ＊＊の立ち上がり点Ｐｕｐおよび立ち下がり点Ｐｄｎが、ＡＦ検出値Ｏ＃の立ち上がり点Ｐｕｐおよび立ち下がり点Ｐｄｎと一致するように、ＡＦ理想値Ｏ＊の位相をずらしてもよい。

【0053】

図９は、位相のずらし処理の作用を示す図である。図９において、一段目は、制御状態ＣＳを示しており、二段目は、ＡＦ検出値Ｏ＃を示している。また、図９の三段目、四段目における太実線は、補正前のＡＦ理想値Ｏ＊と、このＡＦ理想値Ｏ＊から算出される理想吸放量ＯＳＲ＊と、を示している。また、図９の三段目、四段目にける破線は、位相のずらし処理が施されたＡＦ理想値Ｏ＊＊と、この補正後のＡＦ理想値Ｏ＊＊から算出される。理想吸放量ＯＳＲ＊＊と、を示している。

【0054】

図９から明らかな通り、位相のずらし処理を施すことで、理想吸放量ＯＳＲ＊＊の挙動が、正常時の検出吸放量ＯＳＲ＃（すなわち図２の検出吸放量ＯＳＲ＃）に近くなる。そして、かかる理想吸放量ＯＳＲ＊＊をガード吸放量ＯＳＲｇとして用いることで、リッチ／リーンの制御周期が、正常時の制御周期から大きく乖離することを防止できる。

【0055】

また、これまで説明した補正値Ｋａの加算処理と、ＡＦ理想値Ｏ＊のなまし処理と、ＡＦ理想値Ｏ＊の位相のずらし処理と、は互いに組み合わされてもよい。また、別の形態として、プレ補正処理およびポスト補正処理のいずれも行わなくてもよい。さらに、プレ補正処理およびポスト補正処理の内容は、適宜、変更されてもよい。例えば、ポスト補正処理として、算出された理想吸放量ＯＳＲ＊の波形をなます、なまし処理を行ってもよい。また、プレ補正処理として、ＡＦ理想値Ｏ＊に、所定の補正値を加算する加算処理を行ってもよい。

【0056】

また、本例では、予め規定されたＡＦリーン値ＯｌｎおよびＡＦリッチ値ＯｒｃをＡＦ理想値Ｏ＊として用いている。しかし、燃料噴射量Ｑａと吸入空気量Ａａとの比率をＡＦ理想値Ｏ＊として用いてもよい。すなわち、Ｏ＊＝Ａａ／Ｑａとしてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１０ エンジン、１２ 燃焼室、１４ ピストン、１６ 点火プラグ、１８ 吸気通路、２０ スロットルバルブ、２２ 燃料噴射弁、２４ 排気通路、２６ 触媒コンバータ、２７ 触媒、２８ 前側ＡＦセンサ、３０ ブレーキペダル、３２ アクセルペダル、３４ 制御装置、３６ プロセッサ、３８ メモリ、４０ ＬＮ用切替判定部、４１ プレ補正部、４２ 第一演算器、４４ 第一加算器、４６ 第二演算器、４８ 第二加算器、４９ ポスト補正部、５０ 第三加算器、５２ 下限ガード処理部、５４ 比較器、６０ ＲＣ用切替判定部、６２ 第一演算器、７２ 上限ガード処理部、７４ 比較器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】