CN104870789A

CN104870789A - 内燃机的控制装置

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Publication number: CN104870789A
Application number: CN201380066776.7A
Authority: CN
Inventors: 青木圭一郎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2033-07-08
Also published as: EP2952717A4; JP2014145308A; US9400258B2; EP2952717B1; WO2014119026A1; US20150330323A1; JP5360312B1; EP2952717A1; CN104870789B

Abstract

内燃机的控制装置包括设置在内燃机的排气通路内的排气净化催化器(20)、设置在比排气净化催化器靠下游侧的位置的下游侧空燃比传感器(41)、以及将流入排气净化催化器的废气的空燃比控制成目标空燃比的空燃比控制装置。下游侧空燃比传感器构成为排气空燃比越高，越降低使输出电流成为零的外加电压。在目标空燃比比基准空燃比浓时，将向下游侧空燃比传感器外加的外加电压设为比在排气空燃比是理论空燃比时使输出电流成为零的电压高的电压，在目标空燃比比基准空燃比稀时，将所述外加电压设为比排气空燃比是理论空燃比时使输出电流成为零的电压低的电压。由此，提供使用了如下的空燃比传感器的内燃机的控制装置，即，能够准确地检测出排气空燃比的绝对值成为比理论空燃比浓的规定的空燃比时的空燃比传感器。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种依据空燃比传感器的输出控制内燃机的内燃机的控制装置。

背景技术

一直广泛公知在内燃机的排气通路内设置空燃比传感器，基于该空燃比传感器的输出对供给到内燃机内的燃料量进行控制的内燃机的控制装置(例如参照专利文献1～6)。

例如在专利文献1所述的控制装置中，作为空燃比传感器，使用包括第一电极、第二电极和氧化锆等的固体电解质层的传感器，上述第一电极暴露于在排气通路内流动的废气，上述第二电极暴露在大气中，上述氧化锆等的固体电解质层配置在第一电极与第二电极之间。在利用该空燃比传感器检测废气的空燃比(以下也称为“排气空燃比”)时，对这些电极间外加0.4V的电压，并且检测在这些电极间流动的电流来作为输出电流。并且，基于该输出电流算出排气空燃比。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004–316553号公报

专利文献2：日本特开2005–351096号公报

专利文献3：日本特开2004–258043号公报

专利文献4：日本特开2003–329637号公报

专利文献5：日本特开平8–029388号公报

专利文献6：日本特开平5–240829号公报

发明内容

发明要解决的问题

另外，专利文献1所述的那种空燃比传感器通常构成为具有图2中实线A所示的输出特性。即，在该空燃比传感器中，排气空燃比越大(即，越趋于稀)，来自空燃比传感器的输出电流变得越大。而且，该空燃比传感器构成为在排气空燃比是理论空燃比时，输出电流变为零。

但是，图2中的倾斜度即输出电流的增加量相对于排气空燃比的增加量的比率(以下称为“输出电流变化率”)，即使经历同样的生产工序，也未必相同，即使是同一型式的空燃比传感器，也会在个体间出现偏差。而且，在同一空燃比传感器中，也会因时效变化等使输出电流变化率发生变化。结果，即使使用同一型式的传感器，也会因所使用的传感器、使用时长等的不同，如图2中虚线B所示使输出电流变化率变小，或者如点划线C所示使输出电流变化率增大。

因此，使用同一型式的空燃比传感器进行相同的空燃比的废气的计量，也会因所使用的传感器、使用时长等的不同使空燃比传感器的输出电流不同。例如在空燃比传感器具有实线A所示的那种输出特性的情况下，进行了空燃比为af₁的废气的计量时的输出电流变为I₂。但是，在空燃比传感器具有虚线B、点划线C所示的那种输出特性的情况下，进行了空燃比为af₁的废气的计量时的输出电流分别变为I₁及I₃，变为与上述的I₂不同的输出电流。

因而，在该空燃比传感器中，虽然能够准确地检测出理论空燃比及相对于理论空燃比是浓以及稀，但在排气空燃比不是理论空燃比时，不能准确地检测排气空燃比的绝对值(即，浓的程度、稀的程度)。因而，需要一种即使在排气空燃比不是理论空燃比时，也能检测排气空燃比的绝对值的空燃比传感器。

特别理想的是，利用设置于比设置在内燃机的排气通路内的排气净化催化器靠排气流动方向下游侧的位置的下游侧空燃比传感器，当流入到排气净化催化器内的废气的空燃比比理论空燃比浓(以下也称为“浓空燃比”)时，即，当从排气净化催化器流出了哪怕微量的未燃烧气体(HC、CO等)时，也能够迅速地检测出该未燃烧气体。

那么，鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种使用了如下这种空燃比传感器的内燃机的控制装置，即，能准确地检测出排气空燃比的绝对值变成了比理论空燃比浓的规定的空燃比时的空燃比传感器。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，在第1技术方案中，提供一种内燃机的控制装置，具备排气净化催化器、下游侧空燃比传感器和空燃比控制装置，上述排气净化催化器设置在内燃机的排气通路内，上述下游侧空燃比传感器设置在上述排气通路内的比该排气净化催化器靠排气流动方向下游侧的位置，上述空燃比控制装置将流入上述排气净化催化器的废气的空燃比控制为目标空燃比，其中，上述下游侧空燃比传感器构成为排气空燃比越高则输出电流为零的外加电压越低，向上述下游侧空燃比传感器外加的外加电压，在上述目标空燃比比预先确定的基准空燃比浓时成为比在排气空燃比为理论空燃比时输出电流为零的电压高的电压，在上述目标空燃比比上述基准空燃比稀时成为比在排气空燃比为理论空燃比时输出电流为零的电压低的电压，上述基准空燃比为理论空燃比以上的空燃比。

在第2技术方案中，在第1技术方案的基础上，上述基准空燃比为理论空燃比。

在第3技术方案中，在第1技术方案的基础上，上述基准空燃比为比理论空燃比稀的空燃比。

在第4技术方案中，在第1技术方案～第3技术方案中任一项的基础上，在上述目标空燃比比上述基准空燃比稀时，向上述下游侧空燃比传感器外加的外加电压在停止向上述内燃机供给燃料而使空气流入到排气净化催化器时成为使上述下游侧空燃比传感器的输出电流为预先确定的最大容许电流以下那样的电压。

在第5技术方案中，在第2技术方案的基础上，在上述目标空燃比比上述基准空燃比稀时，向上述下游侧空燃比传感器外加的外加电压成为在排气空燃比为比理论空燃比稀的规定空燃比时上述输出电流为零那样的电压。

在第6技术方案中，在第1技术方案～第5技术方案中任一项的基础上，在上述目标空燃比比上述基准空燃比浓时，向上述下游侧空燃比传感器外加的外加电压成为在排气空燃比为比理论空燃比浓的规定空燃比时上述输出电流为零那样的电压。

在第7技术方案中，在第1技术方案～第6技术方案中任一项的基础上，该内燃机的控制装置还具备基于上述下游侧空燃比传感器的输出电流设定目标空燃比的目标空燃比设定机构，上述目标空燃比设定机构在上述下游侧空燃比传感器的输出电流成为零时判断为排气空燃比是与理论空燃比不同的规定的空燃比。

在第8技术方案中，在第1技术方案～第6技术方案中任一项的基础上，该内燃机的控制装置还具备基于上述下游侧空燃比传感器的输出电流设定目标空燃比的目标空燃比设定机构，上述目标空燃比设定机构在上述目标空燃比设定为比上述基准空燃比浓时上述下游侧空燃比传感器的输出电流为零以下的情况下，将上述目标空燃比设定为比理论空燃比稀。

在第9技术方案中，在第5技术方案的基础上，上述目标空燃比设定机构在上述目标空燃比设定为比上述基准空燃比稀时上述下游侧空燃比传感器的输出电流为零以上的情况下，将上述目标空燃比设定为比理论空燃比浓。

在第10技术方案中，在第1技术方案～第9技术方案中任一项的基础上，向上述下游侧空燃比传感器外加的外加电压，在上述目标空燃比比上述基准空燃比浓时成为比0.45V高且为0.9V以下的电压，在上述目标空燃比比上述基准空燃比稀时成为比0.4V低且为0.1V以上的电压。

在第11技术方案中，在第1技术方案～第10技术方案中的任一项的基础上，上述下游侧空燃比传感器具备经由扩散限制层暴露在作为空燃比的检测对象的废气中的第一电极、暴露在基准气氛中的第二电极、配置在上述第一电极与上述第二电极之间的固体电解质层以及对上述第一电极与上述第二电极之间外加电压的电压外加装置，上述外加电压是利用电压外加装置外加的电压。

发明效果

采用本发明，提供使用了如下的空燃比传感器的内燃机的控制装置，即，能准确地检测出排气空燃比的绝对值成为了比理论空燃比浓的规定的空燃比时的空燃比传感器。

附图说明

图1是概略地表示使用了本发明的控制装置的内燃机的图。

图2是表示空燃比传感器的输出特性的图。

图3是空燃比传感器的概略性的剖视图。

图4是概略性地表示空燃比传感器的动作的图。

图5是表示构成电压外加装置及电流检测装置的具体的回路的一例的图。

图6是表示各排气空燃比的情况下的传感器外加电压与输出电流的关系的图。

图7是表示各传感器外加电压的情况下的排气空燃比与输出电流的关系的图。

图8是将在图6中用X–X表示的区域放大表示的图。

图9是将图7中Y所示的区域放大表示的图。

图10是表示空燃比传感器的传感器外加电压与输出电流的关系的图。

图11是表示空燃比传感器的空燃比与输出电流的关系的图。

图12是表示传感器外加电压与输出电流的关系的图。

图13表示排气净化催化器的氧吸留量与从排气净化催化器流出的废气中的NOx或未燃烧气体的浓度的关系。

图14是上游侧排气净化催化器的氧吸留量等的时间图。

图15是控制装置的功能框图。

图16是表示空燃比修正量的算出控制的控制程序的流程图。

图17是上游侧排气净化催化器的氧吸留量等的时间图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的内燃机的控制装置进行详细说明。另外，在以下的说明中，对于同样的构成要素标注相同的参照附图标记。图1是概略地表示使用了本发明的第一实施方式的控制装置的内燃机的图。

内燃机整体的说明

参照图1，附图标记1表示内燃机主体，附图标记2表示缸体，附图标记3表示在缸体2内往返移动的活塞，附图标记4表示固定在缸体2上的缸盖，附图标记5表示形成在活塞3与缸盖4之间的燃烧室，附图标记6表示进气门，附图标记7表示进气口，附图标记8表示排气门，附图标记9表示排气口。进气门6开闭进气口7，排气门8开闭排气口9。

如图1所示，在缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10构成为依据点火信号产生火花。另外，燃料喷射阀11依据喷射信号将规定量的燃料喷射到燃烧室5内。另外，燃料喷射阀11也可以配置为将燃料喷射到进气口7内。另外，在本实施方式中，作为燃料，使用排气净化催化器中的理论空燃比是14.6的汽油。但是，本发明的内燃机也可以使用其他的燃料。

各缸的进气口7分别借助对应的进气歧管13与浪涌调整槽14相连结，浪涌调整槽14借助进气管15与空气滤清器16相连结。进气口7、进气歧管13、浪涌调整槽14和进气管15形成进气通路。另外，在进气管15内配置有被节气门驱动促动器17驱动的节气门18。通过利用节气门驱动促动器17使节气门18转动，能使进气通路的开口面积变更。

另一方面，各缸的排气口9与排气歧管19相连结。排气歧管19具有与各排气口9相连结的多个支部和由这些支部集合而成的集合部。排气歧管19的集合部与内置有上游侧排气净化催化器20的上游侧壳体21相连结。上游侧壳体21借助排气管22与内置有下游侧排气净化催化器24的下游侧壳体23相连结。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22及下游侧壳体23形成排气通路。

电子控制单元(ECU)31由数字计算机构成，具备借助双向性总线32彼此连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微型处理器)35、输入口36以及输出口37。在进气管15内配置有用于检测在进气管15内流动的空气流量的空气流量计39，该空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38输入到输入口36。另外，在排气歧管19的集合部配置有检测在排气歧管19内流动的废气(即，流入到上游侧排气净化催化器20的废气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。而且，在排气管22内配置有下游侧空燃比传感器41，该下游侧空燃比传感器41检测在排气管22内流动的废气(即，从上游侧排气净化催化器20流出而流入到下游侧排气净化催化器24的废气)的空燃比。上述空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD转换器38输入到输入口36。另外，上述空燃比传感器40、41的结构见后述。

另外，产生与加速踏板42的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器43与加速踏板42相连接，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD转换器38输入到输入口36。曲轴转角传感器44例如在曲轴每旋转15度时产生输出脉冲，该输出脉冲输入到输入口36。在CPU35中根据该曲轴转角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面，输出口37经由对应的驱动回路45与火花塞10、燃料喷射阀11及节气门驱动促动器17相连接。另外，ECU31作为基于各种传感器等的输出控制内燃机的内燃机控制装置发挥功能。

空燃比传感器的结构

接下来，参照图3说明本实施方式中的空燃比传感器40、41的结构。图3是空燃比传感器40、41的概略性的剖视图。根据图3可知，本实施方式中的空燃比传感器40、41是由固体电解质层及一对电极构成的单元为1个的单个单元型的空燃比传感器。

如图3所示，空燃比传感器40、41具备固体电解质层51、配置在固体电解质层51的一侧表面上的排气侧电极(第一电极)52、配置在固体电解质层51的另一侧表面上的大气侧电极(第二电极)53、对通过的废气进行扩散限制的扩散限制层54、保护扩散限制层54的保护层55、以及对空燃比传感器40、41进行加热的加热器部56。

在固体电解质层51的一侧表面上设置有扩散限制层54，在扩散限制层54的靠固体电解质层51侧的侧表面的相反侧的侧表面上设置有保护层55。在本实施方式中，在固体电解质层51与扩散限制层54之间形成有被测气体室57。经由扩散限制层54将作为由空燃比传感器40、41进行的检测的检测对象的气体即废气导入到该被测气体室57。另外，排气侧电极52配置在被测气体室57内，因而排气侧电极52经由扩散限制层54暴露在废气中。另外，被测气体室57不必一定设置，也可以构成为使扩散限制层54与排气侧电极52的表面直接接触。

在固体电解质层51的另一侧表面上设置有加热器部56。在固体电解质层51与加热器部56之间形成有基准气体室58，基准气体被导入到该基准气体室58内。在本实施方式中，基准气体室58开放于大气，因此大气作为基准气体被导入到基准气体室58内。大气侧电极53配置在基准气体室58内，因而大气侧电极53暴露于基准气体(基准气氛)。在本实施方式中，使用大气作为基准气体，因此大气侧电极53暴露于大气。

在加热器部56设置有多个加热器59，能够利用这些加热器59控制空燃比传感器40、41的温度，特别是固体电解质层51的温度。加热器部56具有足以加热至将固体电解质层51活化所需的发热容量。

利用将CaO、MgO、Y₂O₃、Yb₂O₃等作为稳定剂分配到ZrO₂(二氧化锆)、HfO₂、ThO₂、Bi₂O₃等中而形成的氧离子传导性氧化物的烧结体，形成固体电解质层51。另外，利用氧化铝、氧化镁、硅质、尖晶石和莫来石等耐热性无机物质的多孔质烧结体来形成扩散限制层54。此外，利用铂等催化活性较高的贵金属来形成排气侧电极52及大气侧电极53。

另外，利用搭载在ECU31中的电压外加装置60对排气侧电极52与大气侧电极53之间外加传感器外加电压Vr。而且，在ECU31设置有电流检测装置61，在利用电压外加装置60外加了传感器外加电压Vr时，该电流检测装置61检测出经由固体电解质层51流动到这些电极52、53间的电流(输出电流)。利用该电流检测装置61检测出的电流是空燃比传感器40、41的输出电流。

空燃比传感器的动作

接下来，参照图4说明这样构成的空燃比传感器40、41的动作的基本的概念。图4是概略性地表示空燃比传感器40、41的动作的图。在使用时，空燃比传感器40、41配置为使保护层55及扩散限制层54的外周面暴露在废气中。另外，大气被导入到空燃比传感器40、41的基准气体室58内。

如上所述，固体电解质层51由氧离子传导性氧化物的烧结体形成。因而，具有如下性质，即，当在因高温而活化了的状态下在固体电解质层51的两侧表面间出现氧浓度的差时，产生想要使氧离子从浓度高的侧表面侧向浓度低的侧表面侧移动的电动势E的性质(氧电池特性)。

相反，固体电解质层51具有如下特性，即，当对固体电解质层51的两侧表面间施加电位差时，想要以依据该电位差在固体电解质层的两侧表面间产生氧浓度比的方式引发氧离子的移动的特性(氧泵特性)。详细而言，当对两侧表面间施加了电位差的情况下，以被施加了正极性的侧表面上的氧浓度相对于被施加了负极性的侧表面上的氧浓度以与电位差相对应的比率增高的方式，引发氧离子的移动。另外，如图3及图4所示，在空燃比传感器40、41中，以大气侧电极53为正极性，排气侧电极52为负极性的方式对上述电极52、53间外加恒定的传感器外加电压Vr。

在空燃比传感器40、41周围的排气空燃比比理论空燃比稀时，固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度的比没那么大。因此，在将传感器外加电压Vr设定为适当的值时，在固体电解质层51的两侧表面间，实际的氧浓度比小于与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比。因此，如图4的(A)所示，以固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比朝向与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比增大的方式，从排气侧电极52向大气侧电极53发生氧离子的移动。结果，电流从外加传感器外加电压Vr的电压外加装置60的正极，经由大气侧电极53、固体电解质层51及排气侧电极52流向电压外加装置60的负极。

若将传感器外加电压Vr设定为适当的值，则此时流动的电流(输出电流)Ir的大小与从排气中经过扩散限制层54向被测气体室57以扩散的方式流入的氧量成比例。因而，通过利用电流检测装置61检测出该电流Ir的大小，能够知晓氧浓度，进而能够知晓稀区域内的空燃比。

另一方面，在空燃比传感器40、41周围的排气空燃比比理论空燃比浓时，未燃烧气体从排气中经过扩散限制层54流入到被测气体室57内，因此即使氧存在于排气侧电极52上，也能与未燃烧气体发生反应而被去除。因此，在被测气体室57内，氧浓度变得极低，结果，固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度的比较大。因此，若将传感器外加电压Vr设定为适当的值，则在固体电解质层51的两侧表面间，实际的氧浓度比大于与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比。因此，如图4的(B)所示，以固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比朝向与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比减小的方式，从大气侧电极53向排气侧电极52发生氧离子的移动。结果，电流从大气侧电极53经过外加传感器外加电压Vr的电压外加装置60流向排气侧电极52。

若将传感器外加电压Vr设定为适当的值，则此时流动的电流(输出电流)Ir的大小由在固体电解质层51中从大气侧电极53向排气侧电极52移动的氧离子的流量决定。该氧离子与从排气中经过扩散限制层54向被测气体室57以扩散的方式流入的未燃烧气体在排气侧电极52上发生反应(燃烧)。因此，氧离子的移动流量与流入到被测气体室57内的废气中的未燃烧气体的浓度相对应。因而，通过用电流检测装置61检测出该电流Ir的大小，能够知晓未燃烧气体浓度，进而能够知晓浓区域内的空燃比。

另外，在空燃比传感器40、41周围的排气空燃比为理论空燃比时，向被测气体室57流入的氧及未燃烧气体的量成为化学当量比。因此，借助排气侧电极52的催化作用使两者完全燃烧，被测气体室57内的氧及未燃烧气体的浓度不会发生变动。结果，固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比不变，一直被维持成与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比。因此，如图4的(C)所示，不会发生因氧泵特性导致的氧离子的移动，结果不会产生在回路内流动的电流。

电压外加装置及电流检测装置的回路

在图5表示构成电压外加装置60及电流检测装置61的具体的回路的一例。在图示的例子中，将由氧电池特性产生的电动势表示为E，将固体电解质层51的内部电阻表示为Ri，将两电极52、53间的电位差表示为Vs。

根据图5可知，电压外加装置60基本上以使利用氧电池特性产生的电动势E与传感器外加电压Vr一致的方式进行负反馈控制。换言之，电压外加装置60进行负反馈控制，使得即使在固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比的变化使两电极52、53间的电位差Vs发生了变化时，也使该电位差Vs成为传感器外加电压Vr。

因而，在排气空燃比成为理论空燃比，在固体电解质层51的两侧表面间不发生氧浓度比的变化的情况下，固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比成为与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比。在该情况下，电动势E与传感器外加电压Vr一致，两电极52、53间的电位差Vs也成为传感器外加电压Vr，结果电流Ir不流动。

另一方面，在排气空燃比成为与理论空燃比不同的空燃比，且在固体电解质层51的两侧表面间发生氧浓度比的变化的情况下，固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比未成为与传感器外加电压Vr相对应的氧浓度比。在该情况下，电动势E成为与传感器外加电压Vr不同的值。结果，利用负反馈控制对两电极52、53间施加电位差Vs，以为了使电动势E与传感器外加电压Vr一致而使氧离子在固体电解质层51的两侧表面间移动。并且，随着此时的氧离子的移动，电流Ir流动。结果，电动势E收敛为传感器外加电压Vr，当电动势E收敛为传感器外加电压Vr时，不久电位差Vs也收敛为传感器外加电压Vr。

因而，电压外加装置60实际上能够对两电极52、53间外加传感器外加电压Vr。另外，电压外加装置60的电路不必一定是图5所示的那种形态，只要实际上能对两电极52、53间外加传感器外加电压Vr即可，可以是任意形态的装置。

另外，电流检测装置61实际上并非检测电流，而是检测电压E₀，根据该电压E₀算出电流。这里，E₀表示为下述算式(1)。

E₀＝Vr+V₀+I_rR……(1)

这里，V₀为偏置电压(防止E₀成为负值而外加的电压，例如是3V)，R是图5所示的电阻的值。

在算式(1)中，传感器外加电压Vr、偏置电压V₀及电阻值R恒定，所以电压E₀随着电流Ir进行变化。因此，当检测出电压E₀时，能够根据该电压E₀算出电流Ir。

因而，电流检测装置61实际上能够检测出在两电极52、53间流动的电流Ir。另外，电流检测装置61的电路不必一定是图5所示的那种形态，只要能够检测出在两电极52、53间流动的电流Ir，则可以是任意形态的装置。

空燃比传感器的输出特性

以上述方式构成且动作的空燃比传感器40、41具有图6所示的那种电压–电流(V–I)特性。根据图6可知，在传感器外加电压Vr为0以下及0附近的区域内，在排气空燃比恒定的情况下，若使传感器外加电压Vr从负的值逐渐增加，则输出电流Ir随之增加。

即，在该电压区域内，由于传感器外加电压Vr较低，所以能经由固体电解质层51移动的氧离子的流量较少。因此，与经由了扩散限制层54的废气的流入速度相比，能经由固体电解质层51移动的氧离子的流量减少，因此，输出电流Ir随着能经由固体电解质层51移动的氧离子的流量进行变化。由于能经由固体电解质层51移动的氧离子的流量随着传感器外加电压Vr进行变化，因此结果使输出电流随着传感器外加电压Vr的增加而增加。另外，将输出电流Ir这样与传感器外加电压Vr成比例变化的电压区域称为比例区域。另外，之所以在传感器外加电压Vr为0时输出电流Ir取负值，是因为由氧电池特性产生与固体电解质层51的两侧表面间的氧浓度比相对应的电动势E。

随后，在使排气空燃比恒定不变，使传感器外加电压Vr逐渐增加时，输出电流相对于传感器外加电压Vr增加的比例逐渐减小，最终成为大致饱和状态。结果，即使使传感器外加电压Vr增加，输出电流也基本不再变化。将该大致饱和的电流称为极限电流，在以下的说明中，将产生该极限电流的电压区域称为极限电流区域。

即，在该极限电流区域内，传感器外加电压Vr在一定程度上较高，所以能经由固体电解质层51移动的氧离子的流量较多。因此，与经由了扩散限制层54的废气的流入速度相比，能经由固体电解质层51移动的氧离子的流量变多。因而，输出电流Ir依据经由扩散限制层54流入被测气体室57的废气中的氧浓度、未燃烧气体的浓度而进行变化。即使使排气空燃比恒定而改变传感器外加电压Vr，经由扩散限制层54流入被测气体室57的废气中的氧浓度、未燃烧气体的浓度也基本不变，所以输出电压Ir不会变化。

但需要注意的是，当排气空燃比不同时，经由扩散限制层54流入被测气体室57的废气中的氧浓度、未燃烧气体的浓度也不同，所以输出电流Ir随着排气空燃比进行变化。根据图6可知，稀空燃比和浓空燃比的情况下的极限电流的流动方向相反，在稀空燃比时，空燃比越大，极限电流的绝对值越大，在浓空燃比时，空燃比越小，极限电流的绝对值越大。

随后，在使排气空燃比恒定，进一步增加传感器外加电压Vr时，输出电流Ir随之再次开始增加。当这样外加较高的传感器外加电压Vr时，在排气侧电极52上发生废气中所含的水分的分解，使电流随之流动。另外，在进一步增加传感器外加电压Vr时，仅是水的分解不再能提供电流，这次是发生固体电解质层51的分解。在以下的说明中，将这样发生水、固体电解质层51的分解的电压区域称为水分解区域。

图7是表示各传感器外加电压Vr的情况下的排气空燃比与输出电流Ir的关系的图。根据图7可知，当传感器外加电压Vr为0.1V～0.9V左右时，至少在理论空燃比的附近，输出电流Ir随着排气空燃比变化。另外，根据图7可知，当传感器外加电压Vr为0.1V～0.9V左右时，在理论空燃比的附近，排气空燃比与输出电流Ir的关系与传感器外加电压Vr无关，大致相同。

另一方面，根据图7可知，当排气空燃比降低至某种恒定的排气空燃比以下时，即使排气空燃比变化，输出电流Ir也几乎不再变化。该恒定的排气空燃比随着传感器外加电压Vr变化，传感器外加电压Vr越高，该恒定的排气空燃比越高。因此，在使传感器外加电压Vr增大为某个特定的值以上时，如图中点划线所示，无论排气空燃比为何值，输出电流Ir也不再为0。

另一方面，当排气空燃比增高为某种恒定的排气空燃比以上时，即使排气空燃比变化，输出电流Ir也几乎不再变化。该恒定的排气空燃比也随着传感器外加电压Vr变化，传感器外加电压Vr越低，该恒定的排气空燃比越低。因此，在使传感器外加电压Vr下降为某个特定的值以下时，如图中双点划线所示，无论排气空燃比为何值，输出电流Ir均不再为0(例如在使传感器外加电压Vr为0V的情况下，无论排气空燃比如何，输出电流Ir都不会为0)。

理论空燃比附近的微观的特性

另外，本发明人进行了潜心研究，发现传感器外加电压Vr与输出电流Ir的关系(图6)、以及排气空燃比与输出电流Ir的关系(图7)从宏观上看处于上述的那种倾向，但当在理论空燃比附近微观看上述关系时，处于与上述倾向不同的倾向。以下，对此进行说明。

图8是关于图6的电压–电流线图，将输出电流Ir处于0附近的区域(在图6中用X–X表示的区域)放大表示的图。根据图8可知，在极限电流区域内，在使排气空燃比恒定时，随着传感器外加电压Vr的增大，输出电流Ir也极微量地增大。例如，在以排气空燃比为理论空燃比(14.6)的情况为例时，在传感器外加电压Vr为0.45V左右时，输出电流Ir成为0。相对于此，在使传感器外加电压Vr比0.45V低一定程度(例如0.2V)时，输出电流成为低于0的值。另一方面，在使传感器外加电压Vr比0.45V高一定程度(例如0.7V)时，输出电流成为高于0的值。

图9是关于图7的空燃比–电流线图，将排气空燃比处于理论空燃比附近且输出电流Ir为0附近的区域(图7中用Y表示的区域)放大表示的图。根据图9可知，在理论空燃比附近的区域，相对于同一排气空燃比的输出电流Ir在每种传感器外加电压Vr的情况下稍有不同。例如在图示的例子中，在排气空燃比为理论空燃比的情况下，在使传感器外加电压Vr为0.45V时，输出电流Ir成为0。并且，在使传感器外加电压Vr大于0.45V时，输出电流Ir也增大，在使传感器外加电压Vr小于0.45V时，输出电流Ir也减小。

而且，根据图9可知，在每种传感器外加电压Vr的情况下，输出电流Ir成为0时的排气空燃比(以下称为“电流为零时的排气空燃比”)均不同。在图示的例子中，在传感器外加电压Vr为0.45V的情况下，当排气空燃比为理论空燃比时，输出电流Ir成为0。相对于此，在传感器外加电压Vr大于0.45V的情况下排气空燃比比理论空燃比浓时，输出电流Ir成为0，传感器外加电压Vr越大，电流为零时的排气空燃比越小。相反，在传感器外加电压Vr小于0.45V的情况下排气空燃比比理论空燃比稀时，输出电流Ir成为0，传感器外加电压Vr越小，电流为零时的排气空燃比越大。即，通过改变传感器外加电压Vr，能够改变电流为零时的排气空燃比。

这里，如使用图2说明的那样，关于输出电流变化率，在空燃比传感器的个体间出现偏差，或者在同一空燃比传感器中也会因时效等出现偏差。但是，根据图2也可知，即使出现了该偏差，电流为零时的排气空燃比(在图2的例子中是理论空燃比)也几乎不变。即，当输出电流Ir取除了零以外的值时，难以准确地检测出排气空燃比的绝对值，而在输出电流Ir成为零时，能准确地检测出排气空燃比的绝对值(在图2的例子中是理论空燃比)。

并且，如使用图9说明的那样，利用空燃比传感器40、41，通过改变传感器外加电压Vr，能够改变电流为零时的排气空燃比。即，在适当地设定传感器外加电压Vr时，能够准确地检测出除理论空燃比以外的排气空燃比的绝对值。特别是，在使传感器外加电压Vr在后述的“特定电压区域”内变化的情况下，能够相对于理论空燃比(14.6)，只微量地调整电流为零时的排气空燃比(例如±1％的范围(约14.45～约14.75)内)。因而，通过适当地设定传感器外加电压Vr，能够准确地检测出与理论空燃比稍微不同的空燃比的绝对值。

特定电压区域的说明

另外，如上所述，通过改变传感器外加电压Vr，能够改变电流为零时的排气空燃比。但是，在使传感器外加电压Vr大于某一上限电压或者小于某一下限电压时，电流为零时的排气空燃比相对于传感器外加电压Vr的变化量的变化量增大。因而，在该电压区域，当传感器外加电压Vr稍有偏差时，电流为零时的排气空燃比会大幅变化。因而，为了在该电压区域准确地检测出排气空燃比的绝对值，需要精密地控制传感器外加电压Vr，不大实用。因此，从准确地检测出排气空燃比的绝对值的观点出发，需要使传感器外加电压Vr为某一上限电压与某一下限电压之间的“特定电压区域”内的值。

该特定电压区域能够利用各种方法定义。在以下的说明中，使用图10～图12说明若干定义的例子。

首先，说明第一个例子。如图10的(A)的电压–电流线图所示，空燃比传感器40、41对于各排气空燃比，具有输出电流Ir随着传感器外加电压Vr的增大而增大的电压区域即电流增大区域以及因设置有扩散限制层而使相对于传感器外加电压Vr的增加量的、输出电流Ir的增加量小于电流增大区域的电压区域即电流微增区域(在图10的(A)中，只表示排气空燃比为理论空燃比时的电流增大区域及电流微增区域)。在第一个例子中，将排气空燃比为理论空燃比时的电流微增区域设为“特定电压区域”。

接下来，说明第二个例子。如图10的(B)的电压–电流线图所示，空燃比传感器40、41对于各排气空燃比，具有输出电流Ir成为极限电流的电压区域即极限电流区域(在图10的(B)中，只表示排气空燃比为理论空燃比时的极限电流区域)。在第二个例子中，将排气空燃比为理论空燃比时的极限电流区域设为“特定电压区域”。

接下来，说明第三个例子。如图10的(C)的电压–电流线图所示，空燃比传感器40、41对于各排气空燃比，具有输出电流与外加电压的增大成比例地增大的电压区域即比例区域、因发生了水、固体电解质层51的分解而使输出电流随着外加电压的变化而变化的电压区域即水分解区域以及上述比例区域与水分解区域之间的电压区域即中间区域(在图10的(C)中，只表示排气空燃比为理论空燃比时的比例区域、水分解区域及中间区域)。在第三个例子中，将排气空燃比为理论空燃比时的中间区域设为“特定电压区域”。

接下来，说明第四个例子。如图9所示，电流为零时的排气空燃比依据传感器外加电压Vr进行变化，传感器外加电压Vr越高，电流为零时的排气空燃比越低。如图11所示，在本实施方式的空燃比传感器40、41中，在使传感器外加电压Vr为上限电压值时，电流为零时的排气空燃比成为比理论空燃比AFst低例如0.2％～2％左右(优选1％左右)的空燃比。另一方面，在使传感器外加电压Vr为下限电压值时，电流为零时的排气空燃比成为比理论空燃比AFst高例如0.2％～2％左右(优选1％左右)的空燃比。在第四个例子中，将上述上限电压值(电流为零时的排气空燃比成为比理论空燃比AFst低例如1％的空燃比的电压值)与上述下限电压值(电流为零时的排气空燃比成为比理论空燃比AFst高例如1％的空燃比的电压值)之间的电压区域设为“特定电压区域”。

接下来，参照图12说明第五个例子。图12表示电流相对于电压的变化。如图12所示，在本实施方式的空燃比传感器40、41中，对于各排气空燃比，随着从传感器外加电压Vr为负的状态开始增大，输出电流Ir增大至第一弯曲点B₁，随着传感器外加电压Vr从第一弯曲点B₁开始增大，输出电流Ir增大至第二弯曲点B₂，随着传感器外加电压Vr从第二弯曲点开始增大，输出电流Ir增大。在第一弯曲点B₁与第二弯曲点B₂之间的电压区域内，与其他的电压区域相比，相对于传感器外加电压Vr的增加量的、外加电流Ir的增加量较小。在第五个例子中，将排气空燃比为理论空燃比时的上述第一弯曲点与第二弯曲点之间的电压设为“特定电压区域”。

接下来，说明第六个例子。在第六个例子中，“特定电压区域”的上限电压值和下限电压值由具体的数值特定。详细而言，“特定电压区域”为0.05V～0.95V，优选为0.1V～0.9V，更优选为0.15V～0.8V。

另外，如使用图7说明的那样，在使传感器外加电压Vr增大到某一特定的值(最大电压)以上时，如图中点划线所示，无论排气空燃比为何值，输出电流Ir均不再为0。另一方面，在使传感器外加电压Vr下降到某一特定的值(最小电压)以下时，如图中双点划线所示，无论排气空燃比为何值，输出电流Ir均不再为0。

因而，当传感器外加电压Vr为最大电压与最小电压之间的电压时，存在使输出电流成为零的排气空燃比。相反，当传感器外加电压Vr为高于最大电压的电压或低于最小电压的电压时，不存在使输出电流成为零的排气空燃比。因而，传感器外加电压Vr需要是至少在排气空燃比为任一个空燃比时使输出电流成为零的电压，即，最大电压与最小电压之间的电压。上述的“特定电压区域”是最大电压与最小电压之间的电压区域。

燃料切断控制时的输出电流

另外，在本实施方式的内燃机中进行燃料切断控制。燃料切断控制是在搭载有内燃机的车辆减速时等，即使在曲轴、活塞3正在运动的状态下，也不从燃料喷射阀11进行燃料的喷射的控制。当进行该控制时，流入到燃烧室5内的空气直接流出到排气歧管19，所以空气流入两个排气净化催化器20、24。

当这样使空气流入两个排气净化催化器20、24时，下游侧空燃比传感器41暴露在空气中。这里，参照图6，图中的虚线表示下游侧空燃比传感器41暴露在空气中的情况下的外加电压Vr与输出电流Ir的关系。根据图6的虚线可知，在传感器外加电压Vr为一定程度以上较高的情况下，若下游侧空燃比传感器41暴露在空气中，则使过量的输出电流流动。例如在图6所示的例子中，在将传感器外加电压Vr设为0.45V以上时，过量的输出电流流动。当这样产生过量的输出电流时，促进电极52、53及固体电解质层51的氧化，成为使下游侧空燃比传感器41提早劣化的原因。

另一方面，当在一定程度上降低向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vr时，即使下游侧空燃比传感器41暴露在空气中，也不会使过量的输出电流流动。例如在图6所示的例子中，在使传感器外加电压Vr为0.2V左右或为0.2V以下时，即使在下游侧空燃比传感器41暴露在空气中时，也能将输出电流Ir抑制为较低。

另外，在将向下游侧空燃比传感器41外加的传感器外加电压Vr设定为下游侧空燃比传感器41暴露在空气中时的比例区域(图6中的区域P)内的电压时，与将传感器外加电压Vr设定为较高时(例如0.4V以上)相比，能将输出电流Ir抑制为较低。因而，为了将输出电流Ir抑制为较低，优选将传感器外加电压Vr设定为下游侧空燃比传感器41暴露在空气中时的比例区域(图6中的区域P)内的电压。

各空燃比传感器中的外加电压

在本实施方式中，鉴于上述的微观的特性，在利用上游侧空燃比传感器40检测废气的空燃比时，将上游侧空燃比传感器40中的传感器外加电压Vrup，固定为在排气空燃比为理论空燃比(在本实施方式中是14.6)时使输出电流成为零的那种恒定电压(例如0.4V～0.45V)。换言之，在上游侧空燃比传感器40中，将传感器外加电压Vrup设定为使电流为零时的排气空燃比成为理论空燃比。

另一方面，在利用下游侧空燃比传感器41检测废气的空燃比时，将下游侧空燃比传感器41中的传感器外加电压Vr，固定为在排气空燃比为比理论空燃比稍浓的预先确定的规定空燃比(例如14.55。以下称为“浓判定空燃比”)时使输出电流成为零的那种恒定电压(例如0.7V)。换言之，在下游侧空燃比传感器41中，将传感器外加电压Vrdwn设定为使电流为零时的排气空燃比为比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比(以下也称为“浓判定用外加电压Vrrich”)。

但需要注意的是，在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比的稀的程度较大的情况下，即，在该废气的空燃比为稀空燃比且与理论空燃比的差较大的情况下(例如18以上)，将传感器外加电压Vrdwn设为电流降低电压Vrred。电流降低电压Vrred是在进行使向内燃机实施的燃料供给暂时停止的燃料切断控制而使空气流入到上游侧排气净化催化器20中时，使下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为预先确定的最大容许电流Irmax以下的那种电压。另外，电流降低电压Vrred设定为在下游侧空燃比传感器41暴露在空气中时的比例区域(图6中的区域P)内的电压。

即，在本实施方式中，外加电压Vrdwn设为在目标空燃比与比理论空燃比稀的规定的空燃比(基准空燃比)相比较浓时比在排气空燃比为理论空燃比时使输出电流成为零的电压高的电压，且是在目标空燃比比上述规定的空燃比稀时比在排气空燃比为理论空燃比时使输出电流成为零的电压低的电压。

因而，采用本实施方式，将下游侧空燃比传感器41中的传感器外加电压Vr设为在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比与比理论空燃比稀的切换基准空燃比(例如18左右)相比较浓时，使电流为零时的排气空燃比成为浓判定空燃比那样的电压，且在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比比切换基准空燃比稀时，设为电流降低电压Vrred。

另外，与两个空燃比传感器40、41相连接的ECU31在上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为了零时，判断为上游侧空燃比传感器40周围的排气空燃比是理论空燃比。另一方面，在将下游侧空燃比传感器41中的传感器外加电压Vr设为使电流为零时的排气空燃比成为浓判定空燃比那样的电压的情况下，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为了零时，ECU31判断为下游侧空燃比传感器41周围的排气空燃比为稀判定空燃比，即，比理论空燃比稀的预先确定的空燃比。

排气净化催化器的说明

接下来，说明在本实施方式中使用的排气净化催化器20、24。上游侧排气净化催化器20及下游侧排气净化催化器24均具有同样的结构。在以下的说明中，只说明上游侧排气净化催化器20，但下游侧排气净化催化器24也具有同样的结构及作用。

上游侧排气净化催化器20是具有氧吸留能力的三元催化剂。详细而言，上游侧排气净化催化器20使由陶瓷构成的载体承载具有催化作用的贵金属(例如铂(Pt))及具有氧吸留能力的物质(例如氧化铈(CeO₂))。上游侧排气净化催化器20在达到规定的活性温度时，在将未燃烧气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOx)同时净化的催化作用的基础上，发挥氧吸留能力。

采用上游侧排气净化催化器20的氧吸留能力，上游侧排气净化催化器20在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比比理论空燃比稀(稀空燃比)时，吸留废气中的氧。另一方面，上游侧排气净化催化器20在流入的废气的空燃比比理论空燃比浓(浓空燃比)时，将被上游侧排气净化催化器20吸留的氧放出。另外，“废气的空燃比”是指燃料的质量与到生成该废气为止供给的空气的质量的比率，通常指在生成该废气时，燃料的质量与供给到燃烧室5内的空气的质量的比率。

上游侧排气净化催化器20通过具有催化作用及氧吸留能力，而具有依据氧吸留量将NOx及未燃烧气体净化的净化作用。在图13中表示上游侧排气净化催化器20的氧吸留量与从上游侧排气净化催化器20中流出的废气中的NOx及未燃烧气体(HC、CO等)的浓度的关系。图13的(A)表示在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比为稀空燃比时的、氧吸留量与从上游侧排气净化催化器20中流出的废气中的NOx浓度的关系。另一方面，图13的(B)表示在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比为浓空燃比时的、氧吸留量与从上游侧排气净化催化器20中流出的废气中的未燃烧气体的浓度的关系。

根据图13的(A)可知，在上游侧排气净化催化器20的氧吸留量较少时，到最大氧吸留量还存在富余。因此，即使流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比是稀空燃比(即，该废气包含NOx及氧)，废气中的氧也会被排气净化催化器吸留，相应地NOx也会被还原净化。结果，在从上游侧排气净化催化器20流出的废气中基本不含NOx。

但是，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量增多时，在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比是稀空燃比的情况下，在上游侧排气净化催化器20中，不易吸留废气中的氧，相应地废气中的NOx也难以被还原净化。因此，根据图13的(A)可知，当氧吸留量超过某一上限吸留量Cuplim而增大时，从上游侧排气净化催化器20中流出的废气中的NOx浓度急剧上升。

另一方面，在上游侧排气净化催化器20的氧吸留量较多时，若流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比是浓空燃比(即，该废气包含未燃烧气体)，则被上游侧排气净化催化器20吸留的氧被放出。因此，流入上游侧排气净化催化器20的废气中的未燃烧气体被氧化净化。结果，根据图13的(B)可知，在从上游侧排气净化催化器20中流出的废气中基本不含未燃烧气体。

但是，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量减少时，在流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比是浓空燃比的情况下，从上游侧排气净化催化器20放出的氧减少，相应地使流入上游侧排气净化催化器20的废气中的未燃烧气体也不易被氧化净化。因此，根据图13的(B)可知，当氧吸留量超过某一下限吸留量Clowlim而减少时，从上游侧排气净化催化器20流出的废气中的未燃烧气体的浓度急剧上升。

这样，采用在本实施方式中使用的排气净化催化器20、24，废气中的NOx及未燃烧气体的净化特性依据流入排气净化催化器20、24的废气的空燃比及氧吸留量进行变化。另外，排气净化催化器20、24只要具有催化作用及氧吸留能力即可，也可以是与三元催化剂不同的催化器。

空燃比控制的概要

接下来，说明本发明的内燃机的控制装置中的空燃比控制的概要。在本实施方式中，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup，以使上游侧空燃比传感器40的输出电流(即，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比)Irup成为相当于目标空燃比的值的方式进行反馈控制。

流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比基于下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn来设定。这里，在本实施方式中，下游侧空燃比传感器41的外加电压Vrdwn基本上设定为在排气空燃比是比理论空燃比稍浓的预先确定的浓判定空燃比(例如14.55)时使输出电流Irdwn成为零那样的电压，即，浓判定用外加电压Vrrich。并且，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为了零以下时，将目标空燃比设为稀设定空燃比，且维持为该空燃比。稀设定空燃比是比理论空燃比在一定程度上稀的预先确定的空燃比，例如是14.65～20，优选为14.68～18，更优选为14.7～16左右。

在将目标空燃比变更为稀设定空燃比时，推测上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc。基于根据上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup及空气流量计39等算出的向燃烧室5内吸入的吸入空气量的推测值或来自燃料喷射阀11的燃料喷射量等，进行氧吸留量OSAsc的推测。并且，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的推测值达到预先确定的判定基准吸留量Cref以上时，将之前为稀设定空燃比的目标空燃比设为弱浓设定空燃比，且维持为该空燃比。弱浓设定空燃比是比理论空燃比稍浓的预先确定的空燃比，例如为13.5～14.58，优选为14～14.57，更优选为14.3～14.55左右。随后，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn再次成为了零以下时，再次将目标空燃比设为稀设定空燃比，随后反复进行同样的操作。

这样，在本实施方式中，将流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比交替地设定为稀设定空燃比和弱浓设定空燃比。特别是，在本实施方式中，稀设定空燃比与理论空燃比的差大于比弱浓设定空燃比与理论空燃比的差。因而，在本实施方式中，将目标空燃比交替地设定为短时间的稀设定空燃比和长时间的弱浓设定空燃比。

而且，在本实施方式中，依据内燃机运转状态进行燃料切断控制。在执行燃料切断控制的过程中，不进行上述的目标空燃比的设定，实际上将目标空燃比设定为极大的值。这样，当利用燃料切断控制的执行等将目标空燃比设定为例如18以上的大值时，在本实施方式中，将下游侧空燃比传感器41的传感器外加电压Vr设为上述的电流降低电压Vrred。

使用了时间图的控制的说明

参照图14详细说明上述那样的操作。图14是进行了本发明的内燃机的控制装置中的空燃比控制的情况下的、上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc、下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn、下游侧空燃比传感器41的外加电压Vrdwn、空燃比修正量AFC及上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的时间图。

另外，如上所述，当流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比为理论空燃比时，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为零，当该废气的空燃比为浓空燃比时，上述输出电流Irup成为负的值，当该废气的空燃比为稀空燃比时，上述输出电流Irup成为正的值。另外，当流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比为浓空燃比或稀空燃比时，与理论空燃比的差越大，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的绝对值越大。

另一方面，基本上(未进行燃料切断控制时)在从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比是浓判定空燃比(比理论空燃比稍浓)时，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为零，当该废气的空燃比比浓判定空燃比浓时，上述输出电流Irdwn成为负的值。另外，在从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比比浓判定空燃比稀时，与浓判定空燃比的差越大，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn的绝对值越大。

另外，空燃比修正量AFC是与目标空燃比相关的修正量。当空燃比修正量AFC为0时，将目标空燃比设定为理论空燃比，当空燃比修正量AFC为正的值时，目标空燃比成为稀空燃比，当空燃比修正量AFC为负的值时，目标空燃比成为浓空燃比。

在图示的例子中，在时刻t₁以前的状态下，将空燃比修正量AFC设为弱浓设定修正量AFCrich。弱浓设定修正量AFCrich是相当于弱浓设定空燃比的值，是小于0的值。因而，将目标空燃比设为浓空燃比，相应地使上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为负的值。由于在流入上游侧排气净化催化器20的废气中含有未燃烧气体，因此上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐减少。

但是，流入上游侧排气净化催化器20的废气中所含的未燃烧气体被上游侧排气净化催化器20净化，所以从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比大致为理论空燃比。此时，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为使电流为零时的排气空燃比成为浓判定空燃比那样的电压(例如0.7V)，即，浓判定用外加电压Vrrich。因此，下游侧空燃比传感器的输出电流Irdwn成为正的值(相当于理论空燃比)。此时，由于流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比成为浓空燃比，所以来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量受到抑制。

当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐减少时，氧吸留量OSAsc在时刻t₁超过下限吸留量(参照图13的Clowlim)而减少。当氧吸留量OSAsc比下限吸留量少时，流入到上游侧排气净化催化器20内的未燃烧气体的一部分未被上游侧排气净化催化器20净化就流出。因此，在时刻t₁以后，随着上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐下降。此时，由于流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比成为浓空燃比，所以来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量也受到抑制。

随后，在时刻t₂，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到相当于浓判定空燃比的零。在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为零时，为了抑制上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少，将空燃比修正量AFC切换为稀设定修正量AFClean。稀设定修正量AFClean是相当于稀设定空燃比的值，是大于0的值。因而，将流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比设定为稀空燃比。

另外，在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到零后，即，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比达到浓判定空燃比后，进行空燃比修正量AFC的切换。这是因为，即使上游侧排气净化催化器20的氧吸留量充分，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比有时也会稍稍偏离理论空燃比。即，如果在输出电流Irdwn稍稍偏离了相当于理论空燃比的值的情况下也判断为氧吸留量超过下限吸留量而减少，则即使实际上存在充分的氧吸留量，也可能判断为氧吸留量已超过下限吸留量而减少。那么，在本实施方式中，在从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比达到浓判定空燃比之后才判断为氧吸留量已超过下限吸留量而减少。反言之，浓判定空燃比设为在上游侧排气净化催化器20的氧吸留量充分时，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比几乎不会达到那样的空燃比。

在时刻t₂，在将目标空燃比切换为稀空燃比时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比也从浓空燃比变化为稀空燃比(实际上，从切换目标空燃比后到流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比发生变化为止，存在延迟，但在图示的例子中，为了方便说明，视作同时变化)。

当在时刻t₂流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比变化为稀空燃比时，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc增大。另外，相应地，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比向理论空燃比变化，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn也收敛为相当于理论空燃比的正的值。另外，在图示的例子中，在刚刚切换了目标空燃比后，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn下降。这是因为，从切换目标空燃比后到该废气达到下游侧空燃比传感器41为止，发生了延迟。

此时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比成为稀空燃比，但由于上游侧排气净化催化器20的氧吸留能力存在充分的富余，所以流入的废气中的氧被吸留在上游侧排气净化催化器20内，NOx被还原净化。因此，来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量受到抑制。

随后，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc增大时，氧吸留量OSAsc在时刻t₃达到判定基准吸留量Cref。在本实施方式中，当氧吸留量OSAsc成为判定基准吸留量Cref时，为了中止将氧吸留在上游侧排气净化催化器20内，将空燃比修正量AFC切换为弱浓设定修正量AFCrich(小于0的值)。因而，将目标空燃比设定为浓空燃比。

但需要注意的是，如上所述，在图示的例子中，在切换目标空燃比的同时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比也发生变化，但实际上发生延迟。因此，即使在时刻t₃进行切换，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比也会在经过了一定程度的时间后从稀空燃比变化为浓空燃比。因而，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc增大，直到流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比变化为浓空燃比为止。

但是，由于将判定基准吸留量Cref设定为相比最大氧吸留量Cmax、上限吸留量(参照图13的Cuplim)足够低，所以氧吸留量OSAsc在在时刻t₃也不会达到最大氧吸留量Cmax、上限吸留量Cuplim。反言之，判定基准吸留量Cref设为足够少的量，使得即使从切换目标空燃比后到流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比实际变化为止发生了延迟，氧吸留量OSAsc也不会达到最大氧吸留量Cmax、上限吸留量。例如，判定基准吸留量Cref设为最大氧吸留量Cmax的3/4以下，优选设为1/2以下，更优选设为1/5以下。因而，在时刻t₂～t₃，来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量也受到抑制。

在时刻t₃之后，将空燃比修正量AFC设为弱浓设定修正量AFCrich。因而，将目标空燃比设为浓空燃比，相应地使上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为负的值。由于在流入上游侧排气净化催化器20的废气中含有未燃烧气体，所以上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐减少，在时刻t₄，与时刻t₁同样，氧吸留量OSAsc超过下限吸留量而减少。此时，由于流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比成为浓空燃比，所以来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量也受到抑制。

接着，在时刻t₅，与时刻t₂同样，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到相当于浓判定空燃比的零。由此，将空燃比修正量AFC切换为相当于稀设定空燃比的值AFClean。随后，反复进行上述的时刻t₁～t₅的循环。另外，在上述循环的期间内，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn维持成使电流为零时的排气空燃比成为浓判定空燃比那样的电压。

根据以上的说明可知，采用上述实施方式，能使来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量始终得到抑制。即，只要进行上述的控制，则基本上就能使来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量较少。另外，在本实施方式中，实际上只在时刻t₂～t₃进行氧吸留量OSAsc的推测即可。因此，与必须在长时间推测氧吸留量的情况相比，氧吸留量的推测值不易产生误差，从该观点出发，也能够抑制来自上游侧排气净化催化器20的NOx排出量。而且，在将排气净化催化器的氧吸留量维持为恒定时，该排气净化催化器的氧吸留能力下降。相对于此，采用本实施方式，由于氧吸留量OSAsc经常上下变动，所以能够抑制氧吸留能力下降。

另外，在上述实施方式中，在时刻t₂～t₃将空燃比修正量AFC维持成稀设定修正量AFClean。但是，在该期间内，不必一定将空燃比修正量AFC维持成恒定，也可以设定为使空燃比修正量AFC逐渐减少或者暂时成为浓空燃比等地进行变动。同样，在上述实施方式中，在时刻t₃～t₅将空燃比修正量AFC维持成弱浓设定修正量AFrich。但是，在该期间内，空燃比修正量AFC不必一定维持成恒定，也可以设定为使空燃比修正量AFC逐渐减少或者暂时成为稀空燃比等地进行变动。

但是，即使在该情况下，也将时刻t₂～t₃的空燃比修正量AFC设定为使该期间内的目标空燃比的平均值与理论空燃比的差，大于时刻t₃～t₅的目标空燃比的平均值与理论空燃比的差。

另外，在上述实施方式中，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup及向燃烧室5内吸入的吸入空气量的推测值等，推测上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc。但是，氧吸留量OSAsc可以在基于这些参数的基础上再基于其他参数算出，也可以基于与这些参数不同的参数进行推测。另外，在上述实施方式中，当氧吸留量OSAsc的推测值成为判定基准吸留量Cref以上时，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为弱浓设定空燃比。但是，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为弱浓设定空燃比的正时，也可以例如将目标空燃比从弱浓设定空燃比切换为稀设定空燃比后的内燃机运转时间等其他参数作为基准。但是，在这种情况下，也需要在推测为上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc比最大氧吸留量少的期间内，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为弱浓设定空燃比。

考虑到以上事项，在本实施方式中，ECU31可以说具备氧吸留量增加机构和氧吸留量减少机构，在利用下游侧空燃比传感器41检测出的废气的空燃比达到了浓判定空燃比以下时，上述氧吸留量增加机构将流入上游侧排气净化催化器的废气的目标空燃比持续地或断续地设定为稀设定空燃比，直到上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc成为判定基准吸留量Cref，在上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc达到了判定基准吸留量Cref以上时，上述氧吸留量减少机构将目标空燃比持续地或断续地设定为弱浓设定空燃比，以使氧吸留量OSAsc不达到最大氧吸留量Cmax地朝向零减少。

另外，如上所述，在本实施方式的内燃机中，依据内燃机运转状态进行燃料切断控制。图14的比波浪线靠右侧的区域表示进行了燃料切断控制时的各参数的推移。

在时刻t₆，当开始进行燃料切断控制时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比成为极大的值，即，稀的程度极大的稀空燃比。因此，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为极大的值。结果，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc急剧增大。

另外，在时刻t₆，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn从浓判定用外加电压Vrrich切换为电流降低电压Vrred。当向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn成为电流降低电压Vrred时，在排气空燃比是理论空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为负的值。因此，如图14所示，当在时刻t₆切换向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn时，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn从正的值向负的值变化。

另外，在燃料切断控制中，不进行来自燃料喷射阀11的燃料喷射。使用了空燃比修正量AFC的目标空燃比的控制实际上是来自燃料喷射阀11的燃料喷射量的控制，所以不进行该目标空燃比的控制。因此，在图14所示的例子中，在燃料切断控制中，未进行空燃比修正量AFC的算出。

随后，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc持续增大时，在时刻t₇，氧吸留量OSAsc达到最大氧吸留量Cmax，不再能进一步吸留氧。结果，含有氧的气体从上游侧排气净化催化器20流出，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn急剧增大。但是，由于将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为电流降低电压Vrred，所以即使下游侧空燃比传感器41暴露在空气中，也能将下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn抑制为比较低。

随后，在时刻t₈，当结束燃料切断控制时，将流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比修正量AFC设定为弱浓设定修正量AFCrich。结果，将目标空燃比设为浓空燃比，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为负的值。而且，向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn也从电流降低电压Vrred切换为浓判定用外加电压Vrrich。

在时刻t₈之后，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比成为浓空燃比，所以上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐减少。另外，相应地，来自上游侧排气净化催化器20的氧的流出减少，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn也下降。随后，再重复进行时刻t₁～t₅所示的循环。

采用上述的本实施方式的控制，当利用下游侧空燃比传感器41检测出在从上游侧排气净化催化器20流出的废气中含有未燃烧气体时，将目标空燃比切换为稀空燃比。由此，能够将NOx从上游侧排气净化催化器20中流出抑制为最小程度。

此外，在本实施方式中，如上所述，能够利用下游侧空燃比传感器41准确地检测浓判定空燃比的绝对值。如使用图2说明的那样，利用以往的空燃比传感器难以准确地检测除理论空燃比以外的空燃比的绝对值。因此，当在以往的空燃比传感器中因时效变化、个体差等使该输出电流出现误差时，即使在废气的实际的空燃比与浓判定空燃比不同的情况下，空燃比传感器的输出电流也会成为相当于浓判定空燃比的值。结果，空燃比修正量AFC的向稀设定修正量AFClean进行切换的正时延迟，或者在不需要进行切换的正时进行该切换。相对于此，在本实施方式中，能够利用下游侧空燃比传感器41准确地检测浓判定空燃比的绝对值。因此，能够抑制空燃比修正量AFC的向稀设定修正量AFClean进行切换的正时的延迟、在不需要进行切换的正时进行切换。

而且，采用上述实施方式的控制，在进行燃料切断控制时，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为电流降低电压Vrred。因此，即使因燃料切断控制而使下游侧空燃比传感器41暴露在空气中，也能抑制下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn过量上升。

另外，在上述实施方式的控制中，在进行燃料切断控制时，只将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn切换为电流降低电压Vrred。但是，在进行燃料切断控制时，可以也将向上游侧空燃比传感器40外加的外加电压Vrup切换为电流降低电压Vrred。

具体控制的说明

接下来，参照图15及图16具体说明上述实施方式中的控制装置。本实施方式中的控制装置如作为功能框图的图15所示，构成为具有A1～A9的各功能块。以下，参照图15说明各功能块。

燃料喷射量的算出

首先，说明燃料喷射量的算出。在算出燃料喷射量时，使用缸内吸入空气量算出机构A1、基本燃料喷射量算出机构A2以及燃料喷射量算出机构A3。

缸内吸入空气量算出机构A1基于由空气流量计39计量的吸入空气流量Ga、基于曲轴转角传感器44的输出算出的内燃机转速NE、存储在ECU31的ROM34中的映射或计算式，算出向各缸吸入的吸入空气量Mc。

基本燃料喷射量算出机构A2用由缸内吸入空气量算出机构A1算出的缸内吸入空气量Mc除以由后述的目标空燃比设定机构A6算出的目标空燃比AFT，从而算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/AFT)。

燃料喷射量算出机构A3使利用基本燃料喷射量算出机构A2算出的基本燃料喷射量Qbase与后述的F/B修正量DQi相加，从而算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DQi)。对燃料喷射阀11进行喷射指示，以从燃料喷射阀11喷射上述那样算出的燃料喷射量Qi的燃料。

目标空燃比的算出

接下来，说明目标空燃比的算出。在算出目标空燃比时，使用氧吸留量算出机构A4、目标空燃比修正量算出机构A5及目标空燃比设定机构A6。

氧吸留量算出机构A4基于利用燃料喷射量算出机构A3算出的燃料喷射量Qi及上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup，算出上游侧排气净化催化器20的氧吸留量的推测值OSAest。例如，氧吸留量算出机构A4使燃料喷射量Qi与对应于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的空燃比与理论空燃比的差相乘，并且将求得的值累计，从而算出氧吸留量的推测值OSAest。另外，也可以不是始终进行由氧吸留量算出机构A4实施的对上游侧排气净化催化器20的氧吸留量的推测。例如也可以只在从目标空燃比实际上自浓空燃比切换为稀空燃比时(图14中的时刻t₂)到氧吸留量的推测值OSAest达到判定基准吸留量Cref(图14中的时刻t₃)为止的期间内，推测氧吸留量。

在目标空燃比修正量算出机构A5中，基于由氧吸留量算出机构A4算出的氧吸留量的推测值OSAest和下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn，算出目标空燃比的空燃比修正量AFC。详细而言，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为了零(相当于浓判定空燃比的值)以下时，将空燃比修正量AFC设为稀设定修正量AFClean。随后，将空燃比修正量AFC维持成稀设定修正量AFClean，直到氧吸留量的推测值OSAest达到判定基准吸留量Cref。当氧吸留量的推测值OSAest达到判定基准吸留量Cref时，空燃比修正量AFC设为弱浓设定修正量AFCrich。随后，将空燃比修正量AFC维持成弱浓设定修正量AFCrich，直到下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为零以下。另外，在本实施方式中，在进行燃料切断控制的期间内，目标空燃比修正量算出机构A5不算出目标空燃比的空燃比修正量AFC。

目标空燃比设定机构A6使成为基准的空燃比在本实施方式中是理论空燃比AFR，与利用目标空燃比修正量算出机构A5算出的空燃比修正量AFC相加，从而算出目标空燃比AFT。因而，将目标空燃比AFT设为比理论空燃比AFR稍浓的弱浓设定空燃比(空燃比修正量AFC为弱浓设定修正量AFCrich的情况)，或者比理论空燃比AFR稀一定程度的稀设定空燃比(空燃比修正量AFC为稀设定修正量AFClean的情况)中的任一个。这样算出的目标空燃比AFT输入到基本燃料喷射量算出机构A2及后述的空燃比差算出机构A8。

图16是表示利用目标空燃比修正量算出机构A5进行的空燃比修正量AFC的算出控制以及向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn的设定控制的控制程序的流程图。图示的控制程序间隔一定时间的间隔进行。

如图16所示，首先，在步骤S11中判定内燃机是否在执行燃料切断控制的过程中。例如在搭载有内燃机的车辆的速度为恒定以上且内燃机负荷为零的情况下，执行燃料切断控制。当不是在执行燃料切断控制的过程中的情况下，进入步骤S12。在步骤S12中，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设定为浓判定用外加电压Vrrich。

接着，在步骤S13中，取得上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup、下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn以及燃料喷射量Qi。在步骤S14中，基于由步骤S13取得的上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup及燃料喷射量Qi，算出氧吸留量的推测值OSAest。

接着，在步骤S15中，判定稀设定标记Fr是否设定为0。在空燃比修正量AFC设定为稀设定修正量AFClean时，将稀设定标记Fr设定为1，在除此以外的情况下，将稀设定标记Fr设定为0。当在步骤S15中将稀设定标记Fr设定为0的情况下，进入步骤S16。在步骤S16中，判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn是否为零以下。在已判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn大于零的情况下，进入步骤S17，将空燃比修正量AFC维持成弱浓设定修正量AFCrich。

另一方面，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc减少而使从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比下降时，在步骤S16中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn为零以下。在该情况下，进入步骤S18，将空燃比修正量AFC设为稀设定修正量AFClean。接着，在步骤S19中，将稀设定标记Fr设定为1，结束控制程序。

在下一个控制程序中，在步骤S15中判定为未将稀设定标记Fr设定成0，进入步骤S20。在步骤S20中，判定在步骤S14中算出的氧吸留量的推测值OSAest是否比判定基准吸留量Cref少。在已判定为氧吸留量的推测值OSAest比判定基准吸留量Cref少的情况下，进入步骤S21，继续将空燃比修正量AFC维持成稀设定修正量AFClean。

另一方面，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量增大时，不久在步骤S20中判定为氧吸留量的推测值OSAest为判定基准吸留量Cref以上，进入步骤S22。在步骤S22中，将空燃比修正量AFC设定为弱浓设定修正量AFCrich，接着在步骤S23中将稀设定标记Fr重置为0，结束控制程序。

另一方面，当燃料切断控制开始时，在随后的控制程序中，在步骤S11中判定为在执行燃料切断控制的过程中，进入步骤S24。在步骤S24中，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设定为电流降低电压Vrred。接着，在步骤S25中，将稀设定标记Fr重置为0。由此，在燃料切断控制结束后，为了降低被上游侧排气净化催化器20大量吸留的氧，将目标空燃比设为弱浓设定空燃比。

F/B修正量的算出

再次回到图15，对基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup进行的F/B修正量的算出进行说明。在算出F/B修正量时，使用数值转换机构A7、空燃比差算出机构A8和F/B修正量算出机构A9。

数值转换机构A7基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup以及规定了空燃比传感器40的输出电流Irup与空燃比的关系的映射或计算式，算出相当于输出电流Irup的上游侧排气空燃比AFup。因而，上游侧排气空燃比AFup相当于流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比。

空燃比差算出机构A8从利用数值转换机构A7求得的上游侧排气空燃比AFup中减去利用目标空燃比设定机构A6算出的目标空燃比AFT，从而算出空燃比差DAF(DAF＝AFup–AFT)。该空燃比差DAF是表示燃料供给量相对于目标空燃比AFT过量或不足的值。

F/B修正量算出机构A9通过对利用空燃比差算出机构A8算出的空燃比差DAF进行比例·积分·微分处理(PID处理)，基于下述算式(1)算出用于补偿燃料供给量的不足的F/B修正量DFi。这样算出的F/B修正量DFi输入到燃料喷射量算出机构A3中。

DFi＝Kp·DAF+Ki·SDAF+Kd·DDAF……(1)

另外，在上述算式(1)中，Kp是预先设定的比例增益(比例常数)，Ki是预先设定的积分增益(积分常数)，Kd是预先设定的微分增益(微分常数)。另外，DDAF是空燃比差DAF的时间微分值，通过用本次更新的空燃比差DAF与前一次更新的空燃比差DAF的差除以与更新间隔相对应的时间来算出。另外，SDAF是空燃比差DAF的时间积分值，通过使前一次更新的时间积分值DDAF与本次更新的空燃比差DAF相加，算出该时间积分值DDAF(SDAF＝DDAF+DAF)。

另外，在上述实施方式中，由上游侧空燃比传感器40对流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比进行检测。但是，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比的检测精度不必一定高，所以例如也可以基于来自燃料喷射阀11的燃料喷射量及空气流量计39的输出，推测该废气的空燃比。

第二实施方式

接下来，参照图17说明本发明的第二实施方式的内燃机的控制装置。第二实施方式的内燃机的控制装置的结构基本上与第一实施方式的内燃机的控制装置的结构相同。但是，本实施方式的控制装置进行与第一实施方式中的控制不同的空燃比控制。

第二实施方式中的空燃比控制的概要

在本实施方式中，基于下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn及上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc，设定流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比。

而且，在本实施方式中，基于目标空燃比设定向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn。当目标空燃比为浓空燃比时，向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为使电流为零时的排气空燃比成为浓判定空燃比那样的电压(浓判定用外加电压Vrrich)。另外，当目标空燃比为稀空燃比时，向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为使电流为零时的排气空燃比成为比理论空燃比稍稀的稀判定空燃比那样的电压(以下也称为“稀判定用外加电压Vrlean”)。即，在本实施方式中，当目标空燃比比理论空燃比(基准空燃比)浓时，外加电压Vrdwn设为比排气空燃比是理论空燃比时使输出电流成为零的电压高的电压，当目标空燃比比理论空燃比稀时，外加电压Vrdwn设为比排气空燃比是理论空燃比时使输出电流成为零的电压低的电压。

详细而言，以如下方式进行目标空燃比的设定。首先，在将目标空燃比设定为浓空燃比时，向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为浓判定用外加电压Vrrich。此时，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为了零以下时，即，下游侧空燃比传感器41周围的排气空燃比成为了浓判定空燃比以下时，利用稀切换机构将目标空燃比设定为稀设定空燃比。稀设定空燃比是比理论空燃比稀一定程度的预先确定的空燃比，例如设为14.65～20，优选设为14.68～18，更优选设为14.7～16左右。另外，相对应地将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为稀判定用外加电压Vrlean。

随后，当在将目标空燃比设定为稀设定空燃比的状态下，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc达到比零多的规定的吸留量时，利用稀程度降低机构将目标空燃比切换为弱稀设定空燃比(另外，将此时的氧吸留量称为“稀程度变更基准吸留量”)。弱稀设定空燃比是与理论空燃比的差比稀设定空燃比与理论空燃比的差小的稀空燃比，例如为14.62～15.7，优选设为14.63～15.2，更优选设为14.65～14.9左右。另外，稀程度变更基准吸留量设为与零的差是规定的变更基准差α的吸留量。

另一方面，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为了零以上时，即，下游侧空燃比传感器41周围的排气空燃比成为了稀判定空燃比以上时，利用浓切换机构将目标空燃比设定为浓设定空燃比。浓设定空燃比是比理论空燃比浓一定程度的预先确定的空燃比，例如是10～14.55，优选是12～14.52，更优选是13～14.5左右。另外，相对应地将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为浓判定用外加电压Vrrich。

随后，当在将目标空燃比设定为浓设定空燃比的状态下，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc达到比最大吸留量少的规定的吸留量时，利用浓程度降低机构将目标空燃比切换为弱浓设定空燃比(另外，将此时的氧吸留量称为“浓程度变更基准吸留量”)。弱浓设定空燃比是与理论空燃比的差比浓设定空燃比与理论空燃比的差小的浓空燃比，例如是13.5～14.58，优选为14～14.57，更优选为14.3～14.55左右。另外，浓程度变更基准吸留量设为与最大氧吸留量的差是上述规定的变更基准差α的吸留量。

结果，在本实施方式中，当利用下游侧空燃比传感器41检测出的排气空燃比成为浓判定空燃比以下时，首先，将目标空燃比设定为稀设定空燃比，随后当氧吸留量OSAsc在一定程度上增多时，将目标空燃比设定为弱稀设定空燃比。随后，当利用下游侧空燃比传感器41检测出的排气空燃比成为稀判定空燃比以上时，首先，将目标空燃比设定为浓设定空燃比，随后当氧吸留量OSAsc在一定程度上减少时，将目标空燃比设定为弱浓设定空燃比，重复进行同样的操作。

使用了时间图的控制的说明

参照图17详细说明上述那样的操作。图17是进行了本实施方式的内燃机的控制装置中的空燃比控制的情况下的、上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc等的时间图。

在图示的例子中，在时刻t₁以前的状态下，目标空燃比的空燃比修正量AFC设为弱浓设定修正量AFCsrich。弱浓设定修正量AFCsrich是相当于弱浓设定空燃比的值，是小于0的值。因而，将流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比设为浓空燃比，相应地，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为负的值。由于在流入上游侧排气净化催化器20的废气中含有未燃烧气体，所以上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐减少。

另外，此时，利用被上游侧排气净化催化器20吸留的氧将流入上游侧排气净化催化器20的废气中的未燃烧气体氧化、净化。因此，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比大致成为理论空燃比。此时，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设为浓判定用外加电压Vrrich。因此，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为正的值(相当于理论空燃比)。

当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐减少时，在时刻t₁，氧吸留量OSAsc超过下限吸留量(参照图13的Clowlim)而减少。当氧吸留量OSAsc变得比下限吸留量少时，流入到上游侧排气净化催化器20中的未燃烧气体的一部分未被上游侧排气净化催化器20净化就流出。因此，在图17的时刻t₁以后，随着上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐下降。

随后，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐下降，在时刻t₂达到相当于浓判定空燃比的零。在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn成为浓判定基准值Irrich以下时，为了抑制上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少，将空燃比修正量AFC切换为稀设定修正量AFCglean。稀设定修正量AFCglean是相当于稀设定空燃比的值，是大于0的值。

另外，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设定为稀判定用外加电压Vrlean。因此，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn下降。

当在时刻t₂将流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比切换为稀设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比也从浓空燃比变成稀空燃比。当在时刻t₂流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比变化成稀空燃比时，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为正的值，并且上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc开始增大。

另外，在图示的例子中，在刚刚切换了目标空燃比后，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn下降。这是因为，从切换目标空燃比后到该废气到达上游侧排气净化催化器20之前，发生延迟，未燃烧气体一直从上游侧排气净化催化器20中流出。

随后，随着上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增大，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比向理论空燃比变化，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn也增大。在该期间内，目标空燃比的空燃比修正量AFC也维持成稀设定修正量AFCglean，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup也维持成正的值。

当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc持续增大时，在时刻t₄达到稀程度变更基准吸留量Clean。在本实施方式中，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc成为稀程度变更基准吸留量Clean以上时，为了减慢上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增加速度，将空燃比修正量AFC切换成弱稀设定修正量AFCslean。弱稀设定修正量AFCslean是相当于弱稀设定空燃比的值，是小于AFCglean且大于0的值。

在时刻t₄中，当将目标空燃比切换成弱稀设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比与理论空燃比的差也变小。相应地，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的值减小，并且上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增加速度降低。另外，流入上游侧排气净化催化器20的废气中的氧及NOx被上游侧排气净化催化器20吸留及净化。因此，不只来自上游侧排气净化催化器20的未燃烧气体排出量被抑制，NOx排出量也被抑制。

在时刻t₄以后，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增加速度虽然较慢，但仍是逐渐增加。当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc逐渐增加时，在时刻t₅，氧吸留量OSAsc超过上限吸留量(参照图13的Cuplim)而增加。当氧吸留量OSAsc变得比上限吸留量大时，流入到上游侧排气净化催化器20中的氧的一部分不被上游侧排气净化催化器20吸留就流出。因此，在图17的时刻t₅以后，随着上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增加，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐上升。另外，在上游侧排气净化催化器20中，随着氧的一部分不再被吸留，NOx也不再被还原、净化，但该NOx被下游侧排气净化催化器24还原、净化。

随后，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐上升，在时刻t₆达到相当于稀判定空燃比的零。在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零以上时，为了抑制上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增大，将空燃比修正量AFC切换成浓设定修正量AFCgrich。浓设定修正量AFCgrich是相当于浓设定空燃比的值，是小于0的值。

另外，将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设定为浓判定用外加电压Vrrich。因此，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn上升。

在时刻t₆，在将流入上游侧排气净化催化器20的废气的目标空燃比切换成浓设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比也从稀空燃比变化成浓空燃比。当在时刻t₆流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比变化为浓空燃比时，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup成为负的值，并且上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc开始减少。

随后，随着上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少，从上游侧排气净化催化器20流出的废气的空燃比向理论空燃比变化，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn也减小。在该期间内，目标空燃比的空燃比修正量AFC也被维持成浓设定修正量AFCgrich，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup也被维持成负的值。

当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc持续减少时，在时刻t₈达到浓程度变更基准吸留量Crich。在本实施方式中，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc成为浓程度变更基准吸留量Crich以下时，为了减慢上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少速度，将空燃比修正量AFC切换成弱浓设定修正量AFCsrich。弱浓设定修正量AFCsrich是相当于弱浓设定空燃比的值，是大于AFCgrich且小于0的值。

当在时刻t₈将目标空燃比切换成弱浓设定空燃比时，流入上游侧排气净化催化器20的废气的空燃比与理论空燃比的差也减小。相对应地，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的值增大，并且上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少速度下降。另外，流入上游侧排气净化催化器20的废气中的未燃烧气体在上游侧排气净化催化器20内被氧化、净化。因此，不只来自上游侧排气净化催化器20的氧及NOx排出量被抑制，未燃烧气体排出量也被抑制。

在时刻t₈以后，上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少速度虽然较慢，但仍是逐渐减少，结果，开始从上游侧排气净化催化器20中流出未燃烧气体，结果，与时刻t₂同样，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到零。随后，重复进行与时刻t₁～t₈的操作同样的操作。

本实施方式的控制的作用效果

采用上述的本实施方式的空燃比控制，当刚刚在时刻t₂将目标空燃比从浓空燃比变更成稀空燃比后，以及刚刚在时刻t₆将目标空燃比从稀空燃比变更成浓空燃比后，与理论空燃比的差较大(即，浓程度或稀程度较大)。因此，能使在时刻t₂从上游侧排气净化催化器20中流出的未燃烧气体以及在时刻t6从上游侧排气净化催化器20中流出的NOx迅速减少。因而，能够抑制未燃烧气体及NOx从上游侧排气净化催化器20中流出。

另外，采用本实施方式的空燃比控制，当在时刻t₂将目标空燃比设定为稀设定空燃比后，在来自上游侧排气净化催化器20的未燃烧气体的流出停止，且上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc在一定程度上恢复后，在时刻t₄将目标空燃比切换成弱稀设定空燃比。通过这样减小目标空燃比与理论空燃比的差，能在时刻t₄～时刻t₅，减慢上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的增加速度。由此，能够延长从时刻t₄到时刻t₆的时间间隔。结果，能使每单位时间内的来自上游侧排气净化催化器20的NOx、未燃烧气体的流出量减少。此外，采用上述空燃比控制，能在时刻t₅以及在从上游侧排气净化催化器20中流出NOx时，将该流出量抑制为较少。因而，能够抑制来自上游侧排气净化催化器20的NOx流出。

而且，采用本实施方式的空燃比控制，当在时刻t₆将目标空燃比设定成浓设定空燃比后，在来自上游侧排气净化催化器20的NOx(氧)的流出停止，且上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc在一定程度上减少后，在时刻t₈将目标空燃比切换成弱浓设定空燃比。通过这样减小目标空燃比与理论空燃比的差，能在时刻t₈～时刻t₁，减慢上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc的减少速度。由此，能够延长从时刻t₈到时刻t₁的时间间隔。结果，能使每单位时间内的来自上游侧排气净化催化器20的NOx、未燃烧气体的流出量减少。此外，采用上述空燃比控制，能在时刻t₁以及在从上游侧排气净化催化器20中流出未燃烧气体时，将该流出量抑制成较少。因而，能够抑制来自上游侧排气净化催化器20的未燃烧气体流出。

此外，在本实施方式中，如上所述，也能利用下游侧空燃比传感器41准确地检测稀判定空燃比及浓判定空燃比的绝对值。因此，能够抑制如下情况：在空燃比修正量AFC的向浓设定修正量AFCgrich切换的正时发生延迟，致使NOx从上游侧排气净化催化器20中流出。同样，能够抑制如下情况：在空燃比修正量AFC的向稀设定修正量AFCglean切换的正时发生延迟，致使未燃烧气体从上游侧排气净化催化器20中流出。而且，能够抑制在不需要进行切换的正时进行切换。

另外，在上述实施方式中，当上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc成为了稀程度变更基准吸留量Clean以上时，使目标空燃比变化为与理论空燃比的差减小。但是，使目标空燃比变化成与理论空燃比的差减小的正时，可以是时刻t₂～时刻t₆间的任意时刻。

同样，在上述实施方式中，在上游侧排气净化催化器20的氧吸留量OSAsc成为了浓程度变更基准吸留量Crich以下时，使目标空燃比变化成与理论空燃比的差减小。但是，使目标空燃比变化成与理论空燃比的差减小的正时，可以是时刻t₆～时刻t₂间的任意时刻。

此外，在上述实施方式中，在时刻t₄～时刻t₆的期间内以及时刻t₈～时刻t₂的期间内，将目标空燃比固定成弱稀设定空燃比或弱浓设定空燃比。但是，在上述期间内，也可以将目标空燃比设定成其差呈阶段性减小，也可以将目标空燃比设定成其差连续地减小。

综上所述，采用本发明，内燃机的控制装置可以说包括空燃比稀切换机构、稀程度降低机构、空燃比浓切换机构和浓程度降低机构，在下游侧空燃比传感器41的输出电流成为相当于比理论空燃比浓的浓判定空燃比的值以下时，上述空燃比稀切换机构使目标空燃比变化至稀设定空燃比，在利用空燃比稀切换机构使空燃比变化后，且在下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零以上以前，上述稀程度降低机构使目标空燃比变化成与理论空燃比的差比稀设定空燃比与理论空燃比的差小的稀空燃比，当下游侧空燃比传感器41的输出电流成为零以上时，上述空燃比浓切换机构使目标空燃比变化至浓设定空燃比，在利用空燃比浓切换机构使空燃比变化后，且在下游侧空燃比传感器41的输出电流成为相当于上述浓判定空燃比的值以下以前，上述浓程度降低机构使目标空燃比变化成与理论空燃比的差比浓设定空燃比与理论空燃比的差小的浓空燃比。

另外，也可以将第二实施方式的控制与第一实施方式的控制组合。因而，也可以在未执行燃料切断控制的期间内进行第二实施方式的控制，并且在执行燃料切断控制的期间内将向下游侧空燃比传感器41外加的外加电压Vrdwn设定为电流降低电压Vrred。

另外，在上述实施方式中，将理论空燃比或比理论空燃比稀的规定的空燃比作为基准空燃比，依据目标空燃比是比基准空燃比浓还是稀，切换向下游侧空燃比传感器外加的外加电压Vrdwn。该基准电压只要为理论空燃比以上，则可以是任意的空燃比。另外，当目标空燃比比基准空燃比浓时，将向下游侧空燃比传感器外加的外加电压设为比在排气空燃比是理论空燃比时使输出电流成为零的电压高的电压，详细而言，设为比0.45V高且为0.9V以下的电压。另外，当目标空燃比比基准空燃比稀时，将上述外加电压设为比在排气空燃比是理论空燃比时使输出电流成为零的电压低的电压，详细而言，设为比0.4V低且为0.1V以上的电压。

另外，在本说明书中，说明了排气净化催化器的氧吸留量在最大氧吸留量与零之间变化的情况。这意味着能被排气净化催化器进一步吸留的氧的量在零(氧吸留量为最大氧吸留量的情况)与最大值(氧吸留量为零的情况)之间变化。

附图标记说明

5、燃烧室；6、进气门；8、排气门；10、火花塞；11、燃料喷射阀；13、进气歧管；15、进气管；18、节气门；19、排气歧管；20、上游侧排气净化催化器；21、上游侧壳体；22、排气管；23、下游侧壳体；24、下游侧排气净化催化器；31、ECU；39、空气流量计；40、上游侧空燃比传感器；41、下游侧空燃比传感器。

Claims

1.一种内燃机的控制装置，具备排气净化催化器、下游侧空燃比传感器和空燃比控制装置，所述排气净化催化器设置在内燃机的排气通路内，所述下游侧空燃比传感器设置在所述排气通路内的比该排气净化催化器靠排气流动方向下游侧的位置，所述空燃比控制装置将流入所述排气净化催化器的废气的空燃比控制为目标空燃比，其中，

所述下游侧空燃比传感器构成为排气空燃比越高则输出电流为零的外加电压越低，

向所述下游侧空燃比传感器外加的外加电压，在所述目标空燃比比预先确定的基准空燃比浓时成为比在排气空燃比为理论空燃比时输出电流为零的电压高的电压，在所述目标空燃比比所述基准空燃比稀时成为比在排气空燃比为理论空燃比时输出电流为零的电压低的电压，所述基准空燃比为理论空燃比以上的空燃比。

2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，

所述基准空燃比为理论空燃比。

3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其中，

所述基准空燃比为比理论空燃比稀的空燃比。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，

在所述目标空燃比比所述基准空燃比稀时，向所述下游侧空燃比传感器外加的外加电压在停止向所述内燃机供给燃料而使空气流入到排气净化催化器时成为使所述下游侧空燃比传感器的输出电流为预先确定的最大容许电流以下那样的电压。

5.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其中，

在所述目标空燃比比所述基准空燃比稀时，向所述下游侧空燃比传感器外加的外加电压成为在排气空燃比为比理论空燃比稀的规定空燃比时所述输出电流为零那样的电压。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，

在所述目标空燃比比所述基准空燃比浓时，向所述下游侧空燃比传感器外加的外加电压成为在排气空燃比为比理论空燃比浓的规定空燃比时所述输出电流为零那样的电压。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，

该内燃机的控制装置还具备基于所述下游侧空燃比传感器的输出电流设定目标空燃比的目标空燃比设定机构，

所述目标空燃比设定机构在所述下游侧空燃比传感器的输出电流成为零时判断为排气空燃比是与理论空燃比不同的规定的空燃比。

8.根据权利要求1～6中任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，

所述目标空燃比设定机构在所述目标空燃比设定为比所述基准空燃比浓时所述下游侧空燃比传感器的输出电流为零以下的情况下，将所述目标空燃比设定为比理论空燃比稀。

9.根据权利要求5所述的内燃机的控制装置，其中，

该内燃机的控制装置还具备基于所述下游侧空燃比传感器的输出电流设定所述目标空燃比的目标空燃比设定机构，

所述目标空燃比设定机构在所述目标空燃比设定为比所述基准空燃比稀时所述下游侧空燃比传感器的输出电流为零以上的情况下，将所述目标空燃比设定为比理论空燃比浓。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，

向所述下游侧空燃比传感器外加的外加电压，在所述目标空燃比比所述基准空燃比浓时成为比0.45V高且为0.9V以下的电压，在所述目标空燃比比所述基准空燃比稀时成为比0.4V低且为0.1V以上的电压。

11.根据权利要求1～10中任意一项所述的内燃机的控制装置，其中，

所述下游侧空燃比传感器具备经由扩散限制层暴露在作为空燃比的检测对象的废气中的第一电极、暴露在基准气氛中的第二电极、配置在所述第一电极与所述第二电极之间的固体电解质层以及对所述第一电极与所述第二电极之间外加电压的电压外加装置，所述外加电压是利用电压外加装置外加的电压。