CN106014664B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在下游侧空燃比传感器产生了元件破损的异常的情况下能够对该异常进行诊断的内燃机的排气净化装置，具备：排气净化催化剂(20)、下游侧空燃比传感器(41)、执行控制排气的空燃比的空燃比控制和进行下游侧空燃比传感器的异常诊断的异常诊断控制的控制装置。控制装置在空燃比控制中，将流入排气净化催化剂的排气的空燃比交替地反复切换成浓空燃比和稀空燃比。另外，控制装置在异常诊断控制中，在通过空燃比控制将流入排气净化催化剂的排气的空燃比控制成了浓空燃比的期间，在下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比预定的稀判定空燃比浓的空燃比变化成了比该稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，判定为下游侧空燃比传感器产生了异常。

Description

内燃机的排气净化装置
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
已知有一种在设置于内燃机的排气通路的排气净化催化剂的排气流动方向上游侧和排气流动方向下游侧设置有空燃比传感器的排气净化装置。在该内燃机中，基于上游侧的空燃比传感器的输出进行反馈控制，以使得流入排气净化催化剂的排气的空燃比成为目标空燃比。除此之外，目标空燃比被交替地设定成比理论空燃比浓的空燃比(以下，仅称为“浓空燃比”)和比理论空燃比稀的空燃比(以下，仅称为“稀空燃比”)(例如，专利文献1)。
尤其是，在专利文献1所记载的内燃机中，在相当于下游侧空燃比传感器的输出的空燃比(以下，也称为“输出空燃比”)成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时，将目标空燃比切换成稀空燃比，并且在排气净化催化剂的氧吸藏量成为了比最大可吸藏氧量少的预定的切换基准吸藏量以上时，将目标空燃比切换成浓空燃比。根据专利文献1，从而能够抑制NOx从排气净化催化剂流出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2014/118892号
专利文献2：日本特开2006-343281号公报
发明内容
发明要解决的问题
在构成空燃比传感器的元件产生了破损的情况下，在空燃比传感器周围的排气的空燃比为大致理论空燃比或稀空燃比时，空燃比传感器的输出空燃比与实际的排气的空燃比大致相等。但是，在空燃比传感器周围的排气的空燃比为浓空燃比时，空燃比传感器的输出空燃比有时会成为与实际的排气的空燃比不同的空燃比，尤其是成为稀空燃比。
这样，在空燃比传感器产生了元件破损的情况下，有时无法准确地检测空燃比传感器周围的排气的空燃比。若使用像这样产生了元件破损而产生错误的输出的空燃比传感器来进行上述那样的目标空燃比的控制，则有时无法抑制NOx等从排气净化催化剂流出。
于是，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种在下游侧空燃比传感器产生了元件破损的异常的情况下能够诊断该异常的内燃机的排气净化装置。
用于解决问题的手段
为了解决所述问题，在第1发明中，提供一种内燃机的排气净化装置，具备：排气净化催化剂，其设置于内燃机的排气通路；下游侧空燃比传感器，其在比该排气净化催化剂靠排气流动方向下游侧的位置设置于所述排气通路；以及控制装置，其进行空燃比控制和异常诊断控制，所述空燃比控制是对流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比进行控制的控制，所述异常诊断控制是基于所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比来进行该下游侧空燃比传感器的异常诊断的控制，所述控制装置在所述空燃比控制中，将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比交替地反复切换成比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比，所述控制装置在所述异常诊断控制中，在通过所述空燃比控制将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比控制成了浓空燃比的期间，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比稀判定空燃比浓的空燃比变化成了比该稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常，所述稀判定空燃比是比理论空燃比稀的预定的空燃比。
在第2发明中，在第1发明的基础上，所述控制装置在所述空燃比控制中以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为目标空燃比的方式对向内燃机的燃烧室供给的燃料供给量进行反馈控制，并且还进行基于所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比来修正与空燃比相关的参数的学习控制，所述控制装置在所述空燃比控制中将所述目标空燃比交替地切换成浓空燃比和稀空燃比，并且在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比以下时，进行所述目标空燃比从浓空燃比向稀空燃比的切换，所述控制装置在所述学习控制中，基于累计氧过剩量和累计氧不足量，以使得该累计氧过剩量与累计氧不足量之差变小的方式修正与所述空燃比相关的参数，所述累计氧过剩量是在从将所述目标空燃比切换成稀空燃比起到再次切换成浓空燃比为止的氧增大期间内欲使流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为理论空燃比时所过剩的氧的量的累计值，所述累计氧不足量是在从将所述目标空燃比切换成浓空燃比起到再次切换成稀空燃比为止的氧减少期间内欲使流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为理论空燃比时所不足的氧的量的累计值，所述控制装置在将所述目标空燃比设定成了浓空燃比的期间判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的情况下，即使在此之后所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为浓判定空燃比以下而将所述目标空燃比切换成稀空燃比，也中止基于此时的累计氧不足量的对与所述空燃比相关的参数的修正。
在第3发明中，在第2发明的基础上，所述控制装置在将所述目标空燃比设定成了浓空燃比的期间因所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比所述稀判定空燃比浓的空燃比变化成了比该稀判定空燃比稀的空燃比而判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的情况下，算出从上次将所述目标空燃比切换成浓空燃比起到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比所述稀判定空燃比浓的空燃比变化成了稀的空燃比时为止的期间内的累计氧不足量，以使得该累计氧不足量与所述累计氧过剩量之差变小的方式修正与所述空燃比相关的参数。
在第4发明中，在第2或第3发明的基础上，所述控制装置在所述空燃比控制中，将所述目标空燃比交替地切换成比理论空燃比浓的一定的浓设定空燃比和比理论空燃比稀的一定的稀设定空燃比，所述控制装置在通过所述异常诊断控制而判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的情况下，减小所述浓设定空燃比的浓程度。
在第5发明中，在第4发明的基础上，所述控制装置若将在所述空燃比控制中将所述目标空燃比设定为浓空燃比和稀空燃比各一次的期间设为1个循环，则在判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的次数相对于该循环的次数的比例为预先设定的比例以上的情况下，减小所述浓设定空燃比的浓程度。
在第6发明中，在第1～第5发明的任一发明的基础上，所述控制装置在所述空燃比控制中，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比以下时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从浓空燃比向稀空燃比切换，在所述排气净化催化剂的氧吸藏量成为了比最大可吸藏氧量少的预定的切换基准氧量以上时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换。
发明的效果
根据本发明，提供一种在下游侧空燃比传感器产生了元件破损的异常的情况下能够对该异常进行诊断的内燃机的排气净化装置。
附图说明
图1是概略地示出使用了本发明的异常诊断装置的内燃机的图。
图2是空燃比传感器的概略的剖视图。
图3是示出各排气空燃比A/F下的施加电压V与输出电流I的关系的图。
图4是示出将施加电压V设为了一定时的空燃比与输出电流I的关系的图。
图5是示出内燃机通常运转时的上游侧排气净化催化剂的氧吸藏量等的变化的时间图。
图6是产生了元件破损的空燃比传感器的概略的剖视图。
图7是空燃比修正量等的时间图。
图8是控制装置的功能框图。
图9是示出空燃比修正量设定控制的控制例程的流程图。
图10是示出进行下游侧空燃比传感器的异常诊断的异常诊断控制的控制例程的流程图。
图11是示出浓设定空燃比和稀设定空燃比的设定控制中的控制例程的流程图。
图12是与图5同样的示出上游侧排气净化催化剂的氧吸藏量等的变化的时间图。
图13是控制中心空燃比等的时间图。
图14是示出在下游侧空燃比传感器周围流通的排气的流量与下游侧空燃比传感器的输出空燃比的关系的图。
图15是示出下游侧空燃比传感器产生了元件破损的期间的空燃比修正量等的变化的时间图。
图16是示出空燃比修正量等的变化的与图15同样的时间图。
图17是控制装置的功能框图。
图18是示出学习控制的控制例程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素标注同一参照编号。
＜内燃机整体的说明>
图1是概略地示出使用本发明的第一实施方式所涉及的排气净化装置的内燃机的图。参照图1，1表示内燃机主体，2表示汽缸体，3表示在汽缸体2内进行往复运动的活塞，4表示固定于汽缸体2上的汽缸盖，5表示形成于活塞3和汽缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6对进气口7进行开闭，排气门8对排气口9进行开闭。
如图1所示，在汽缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在汽缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10构成为根据点火信号来产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号，向燃烧室5内喷射预定量的燃料。此外，燃料喷射阀11也可以配置成向进气口7内喷射燃料。另外，在本实施方式中，作为燃料使用理论空燃比为14.6的汽油。然而，在使用本发明的排气净化装置的内燃机中，也可以使用汽油以外的燃料、或者与汽油相混合的混合燃料。
各汽缸的进气口7分别经由对应的进气支管13而连结于缓冲罐14，缓冲罐14经由进气管15而连结于空气滤清器16。进气口7、进气支管13、缓冲罐14以及进气管15形成进气通路。另外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。通过节气门驱动致动器17使节气门18转动，从而能够变更进气通路的开口面积。
另一方面，各汽缸的排气口9连结于排气歧管19。排气歧管19具有连结于各排气口9的多个枝部和由这些枝部集合而成的集合部。排气歧管19的集合部连结于内置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21。上游侧壳体21经由排气管22而连结于内置有下游侧排气净化催化剂24的下游侧壳体23。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22以及下游侧壳体23形成排气通路。
电子控制单元(ECU)31包括数字计算机，具备经由双向总线32而彼此连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。在进气管15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变换器38而被输入至输入端口36。另外，在排气歧管19的集合部配置有对在排气歧管19内流动的排气(即，流入上游侧排气净化催化剂20的排气)的空燃比进行检测的上游侧空燃比传感器40。除此之外，在排气管22内配置有用于对在排气管22内流动的排气(即，从上游侧排气净化催化剂20流出并流入下游侧排气净化催化剂24的排气)的空燃比进行检测的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD变换器38而被输入至输入端口36。此外，关于这些空燃比传感器40、41的结构将在后叙述。
另外，在加速器踏板42连接有产生与加速器踏板42的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD变换器38而被输入至输入端口36。曲轴角传感器44例如每当曲轴旋转15度时产生输出脉冲，该输出脉冲被输入至输入端口36。在CPU35中根据该曲轴角传感器44的输出脉冲来计算内燃机转速。另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路45而连接于火花塞10、燃料喷射阀11以及节气门驱动致动器17。此外，ECU31作为进行空燃比控制和异常诊断控制的控制装置而发挥功能，所述空燃比控制是对流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比进行控制的控制，所述异常诊断控制是基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比来进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断的控制。
上游侧排气净化催化剂20和下游侧排气净化催化剂24是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体而言，排气净化催化剂20、24是使由陶瓷构成的担体担载具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))以及具有氧吸藏能力的物质(例如，氧化铈(CeO2))而成的三元催化剂。三元催化剂当流入三元催化剂的排气的空燃比被维持为理论空燃比时，具有同时净化未燃HC、CO以及NOx的功能。除此之外，在排气净化催化剂20、24吸藏有某种程度的氧的情况下，即使流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比相对于理论空燃比向浓侧或稀侧稍微偏移，也会同时净化未燃HC、CO以及NOx。
即，当排气净化催化剂20、24具有氧吸藏能力时，即排气净化催化剂20、24的氧吸藏量比最大可吸藏氧量少时，在流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为了比理论空燃比稍稀的情况下，排气中所含的过剩的氧会被吸藏于排气净化催化剂20、24内。因此，排气净化催化剂20、24的表面上被维持为理论空燃比。结果，在排气净化催化剂20、24的表面上，未燃HC、CO以及NOx被同时净化，此时从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
另一方面，当排气净化催化剂20、24处于能够放出氧的状态时，即排气净化催化剂20、24的氧吸藏量比0多时，在流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比成为了比理论空燃比稍浓的情况下，从排气净化催化剂20、24放出对于还原排气中所含的未燃HC、CO而言不足的氧。因此，在该情况下，排气净化催化剂20、24的表面上也被维持为理论空燃比。结果，在排气净化催化剂20、24的表面上，未燃HC、CO以及NOx被同时净化，此时从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
这样，在排气净化催化剂20、24吸藏有某种程度的氧的情况下，即使流入排气净化催化剂20、24的排气的空燃比相对于理论空燃比向浓侧或稀侧稍微偏移，未燃HC、CO以及NOx也会被同时净化，从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
＜空燃比传感器的说明>
在本实施方式中，作为空燃比传感器40、41，使用杯型的界限电流式空燃比传感器。使用图2，对空燃比传感器40、41的构造进行简单说明。空燃比传感器40、41具备：固体电解质层51、配置在其一侧面上的排气侧电极52、配置在其另一侧面上的大气侧电极53、对通过的排气进行扩散限速的扩散限速层54、基准气体室55、以及对空燃比传感器40、41进行加热、尤其是对固体电解质层51进行加热的加热器部56。
尤其是，在本实施方式的杯型的空燃比传感器40、41中，固体电解质层51形成为一端封闭的圆筒状。在固体电解质层51的内部形成的基准气体室55中，被导入大气(空气)，并且配置有加热器部56。在固体电解质层51的内表面上配置有大气侧电极53，在固体电解质层51的外表面上配置有排气侧电极52。在固体电解质层51和排气侧电极52的外表面上以将该固体电解质层51和排气侧电极52覆盖的方式配置有扩散限速层54。此外，也可以在扩散限速层54的外侧设置有用于防止液体等附着于扩散限速层54的表面上的保护层(未图示)。
固体电解质层51由将CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等作为稳定剂而分配给ZrO2(二氧化锆)、HfO2、ThO2、Bi2O3等而成的氧离子传导性氧化物的烧结体形成。另外，扩散限速层54由氧化铝、氧化镁、石英、尖晶石、莫来石等耐热性无机物质的多孔质烧结体形成。而且，排气侧电极52和大气侧电极53由铂等催化活性高的贵金属形成。
另外，在排气侧电极52与大气侧电极53之间，通过搭载于ECU31的施加电压控制装置60而施加传感器施加电压V。除此之外，在ECU31设置有电流检测部61，该电流检测部61检测在施加了传感器施加电压V时经由固体电解质层51而在这些电极52、53间流动的电流I。由该电流检测部61检测到的电流即是空燃比传感器40、41的输出电流I。
这样构成的空燃比传感器40、41具有如图3所示的电压-电流(V-I)特性。从图3可知，排气的空燃比、即排气空燃比A/F越高(越稀)，则空燃比传感器40、41的输出电流I越大。另外，在各排气空燃比A/F下的V-I线中，存在与传感器施加电压V轴平行的区域，即即使传感器施加电压V变化输出电流I也几乎不变化的区域。该电压区域被称作界限电流区域，此时的电流被称作界限电流。在图3中，分别由W18、I18表示排气空燃比为18时的界限电流区域和界限电流。
图4示出了将施加电压V恒定地设为0.45V左右(图3)时的排气空燃比与输出电流I的关系。从图4可知，在空燃比传感器40、41中，以排气空燃比越高(即越稀)则来自空燃比传感器40、41的输出电流I越大的方式，输出电流相对于排气空燃比呈线性地(成比例地)变化。除此之外，空燃比传感器40、41构成为：在排气空燃比为理论空燃比时，输出电流I成为零。
此外，作为空燃比传感器40、41，也可以代替图2所示的构造的界限电流式空燃比传感器，而使用例如层叠型的界限电流式空燃比传感器等其他构造的界限电流式的空燃比传感器。
＜基本的控制>
接着，对本实施方式的内燃机的控制装置中的基本的空燃比控制的概要进行说明。在本实施方式的空燃比控制中，进行如下的反馈控制：基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比，以使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比成为目标空燃比的方式控制来自燃料喷射阀11的燃料喷射量。即，在本实施方式的空燃比控制中，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比，以使得流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为目标空燃比的方式进行反馈控制。此外，“输出空燃比”意味着相当于空燃比传感器的输出值的空燃比。
另外，在本实施方式的空燃比控制中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比等来设定目标空燃比。具体而言，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓空燃比时，将目标空燃比设定成稀设定空燃比。结果，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比也成为稀设定空燃比。在此，稀设定空燃比是比理论空燃比(作为控制中心的空燃比)稀某种程度的预先设定的一定值的空燃比，例如，设为14.65～20，优选设为14.65～18，更优选设为14.65～16的程度。另外，稀设定空燃比也可以表示为对作为控制中心的空燃比(在本实施方式中，是理论空燃比)加上正的空燃比修正量而得到的空燃比。除此之外，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比(例如，14.55)以下时，判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓空燃比。
当将目标空燃比变更为稀设定空燃比时，对流入上游侧排气净化催化剂20的排气的氧过剩不足量进行累计。氧过剩不足量意味着在欲使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为理论空燃比时所过剩的氧的量或所不足的氧的量(过剩的未燃HC、CO等(以下，称作“未燃气体”)的量)。尤其是，在目标空燃比成为了稀设定空燃比的期间，流入上游侧排气净化催化剂20的排气中的氧过剩，该过剩的氧被吸藏于上游侧排气净化催化剂20。因此，氧过剩不足量的累计值(以下，称作“累计氧过剩不足量”)也可以说是上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的推定值。
此外，氧过剩不足量的算出基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比、以及根据空气流量计39的输出等而算出的向燃烧室5内的吸入空气量的推定值或从燃料喷射阀11的燃料供给量等来进行。具体而言，氧过剩不足量OED例如通过下述式(1)算出。
OED＝0.23×Qi×(AFup-AFR)…(1)
在此，0.23表示空气中的氧浓度，Qi表示燃料喷射量，Afup表示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比，AFR表示作为控制中心的空燃比(在本实施方式中，基本上是理论空燃比)。
当对这样算出的氧过剩不足量进行累计而得到的累计氧过剩不足量成为预先设定的切换基准值(相当于预先设定的切换基准吸藏量Cref)以上时，将此前是稀设定空燃比的目标空燃比设定成浓设定空燃比。浓设定空燃比是比理论空燃比(作为控制中心的空燃比)浓某种程度的预先设定的空燃比，例如，设为12～14.58，优选设为13～14.57，更优选设为14～14.55的程度。另外，浓设定空燃比也可以表示为对作为控制中心的空燃比(在本实施方式中，是理论空燃比)加上负的空燃比修正量而得到的空燃比。此外，在本实施方式中，浓设定空燃比与理论空燃比之差(浓程度)被设为稀设定空燃比与理论空燃比之差(稀程度)以下。
之后，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比再次成为了浓判定空燃比以下时，将目标空燃比再次设为稀设定空燃比，之后，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剂20的排气的目标空燃比交替地反复设定成稀设定空燃比和浓设定空燃比。换言之，在本实施方式中，可以说是将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比交替地切换成浓空燃比和稀空燃比。
＜使用时间图的空燃比控制的说明>
参照图5，对上述那样的操作进行具体说明。图5是进行本实施方式的空燃比控制的情况下的、空燃比修正量、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、累计氧过剩不足量ΣOED、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn以及从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOx浓度的时间图。
此外，空燃比修正量AFC是与流入上游侧排气净化催化剂20的排气的目标空燃比相关的修正量。在空燃比修正量AFC为0时，将目标空燃比设为与作为控制中心的空燃比(以下，称作“控制中心空燃比”)相等的空燃比(在本实施方式中，是理论空燃比)，在空燃比修正量AFC为正的值时，目标空燃比成为比控制中心空燃比稀的空燃比(在本实施方式中，是稀空燃比)，在空燃比修正量AFC为负的值时，目标空燃比成为比控制中心空燃比浓的空燃比(在本实施方式中，是浓空燃比)。另外，“控制中心空燃比”意味着成为根据内燃机运转状态而加上空燃比修正量AFC的对象的空燃比，即根据空燃比修正量AFC使目标空燃比变动时作为基准的空燃比。
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设定成了浓设定修正量AFCrich(相当于浓设定空燃比)。即，将目标空燃比设为了浓空燃比，伴随于此，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比成为浓空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20的排气中所含的未燃气体等被上游侧排气净化催化剂20净化，伴随于此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少。通过上游侧排气净化催化剂20中的净化，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中不含有未燃气体等，所以下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn成为大致理论空燃比。流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为了浓空燃比，所以从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量大致成为零。
当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少时，氧吸藏量OSA接近零，伴随于此，流入到上游侧排气净化催化剂20的未燃气体等的一部分没有被上游侧排气净化催化剂20净化而开始流出。由此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn逐渐降低，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比AFrich。
在本实施方式中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn成为浓判定空燃比AFrich以下时，为了增大氧吸藏量OSA，将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean(相当于稀设定空燃比)。另外，此时，将累计氧过剩不足量ΣOED复位成0。
此外，在本实施方式中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达了浓判定空燃比Africh之后，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剂20的氧吸藏量足够，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比有时也会极其微小地偏离理论空燃比。反言之，浓判定空燃比被设为在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量足够时，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比不会达到的空燃比。
在时刻t1将目标空燃比切换成稀空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比从浓空燃比变化为稀空燃比。在时刻t1，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比变化成稀空燃比时，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA增大。另外，伴随于此，累计氧过剩不足量ΣOED也逐渐增大。
由此，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比向理论空燃比变化，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn也收敛于理论空燃比。此时，虽然流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为了稀空燃比，但上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏能力具有足够的余裕，所以流入的排气中的氧被吸藏于上游侧排气净化催化剂20，NOx被还原净化。因此，从上游侧排气净化催化剂20的NOx的排出大致成为零。
之后，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA增大时，在时刻t2，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA到达切换基准吸藏量Cref。因此，累计氧过剩不足量ΣOED到达相当于切换基准吸藏量Cref的切换基准值OEDref。在本实施方式中，当累计氧过剩不足量ΣOED成为切换基准值OEDref以上时，为了中止氧向上游侧排气净化催化剂20的吸藏，将空燃比修正量AFC切换成浓设定修正量AFCrich。因此，将目标空燃比设为浓空燃比。另外，此时，将累计氧过剩不足量ΣOED复位成0。
此外，将切换基准吸藏量Cref设为即使产生了由车辆的紧急加速而引起的意想不到的空燃比的偏移等，氧吸藏量OSA也不会达到最大可吸藏氧量Cmax的足够少的量。例如，切换基准吸藏量Cref设为上游侧排气净化催化剂20未使用时的最大可吸藏氧量Cmax的3/4以下，优选设为1/2以下，更优选设定1/5以下。结果，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达比理论空燃比稍稀的稀判定空燃比(例如，14.65。相对于理论空燃比的偏差和浓判定空燃比与理论空燃比之差是同等程度的稀空燃比)之前，将空燃比修正量AFC切换成浓设定修正量AFCrich。
在时刻t2将目标空燃比切换成浓空燃比时，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比从稀空燃比变化为浓空燃比。在流入上游侧排气净化催化剂20的排气中含有未燃气体等，所以上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少。此时从上游侧排气净化催化剂20的NOx的排出大致成为零。
在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少时，在时刻t3，与时刻t1同样，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比AFrich。由此，将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean。之后，反复进行上述的时刻t1～t3的循环。
从以上说明中可知，根据本实施方式，能够始终抑制从上游侧排气净化催化剂20的NOx排出量。即，只要进行着上述控制，就基本上能够使从上游侧排气净化催化剂20的NOx排出量大致为零。另外，算出累计氧过剩不足量ΣOED时的累计期间短，所以与长期间进行累计的情况相比，不容易产生算出误差。因此，可抑制因累计氧过剩不足量ΣOED的算出误差而排出NOx。
另外，通常，若排气净化催化剂的氧吸藏量被维持为一定，则该排气净化催化剂的氧吸藏能力会降低。即，为了将排气净化催化剂的氧吸藏能力维持为高，需要使排气净化催化剂的氧吸藏量变动。与此相对，根据本实施方式，如图5所示，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA始终上下变动，所以可抑制氧吸藏能力降低。
此外，在上述实施方式中，在时刻t1～t2，将空燃比修正量AFC维持为稀设定修正量AFClean。然而，在该期间，空燃比修正量AFC不一定必须维持为一定，也可以设定成使其逐渐减少等而变动。或者也可以是，在时刻t1～t2的期间中，暂时将空燃比修正量AFC设为比0小的值(例如，浓设定修正量等)。
同样，在上述实施方式中，在时刻t2～t3，将空燃比修正量AFC维持为浓设定修正量AFCrich。然而，在该期间，空燃比修正量AFC不一定必须维持为一定，也可以设定成使其逐渐增大等而变动。或者也可以是，在时刻t2～t3的期间中，暂时将空燃比修正量AFC设为比0大的值(例如，稀设定修正量等)。
此外，这样的本实施方式中的空燃比修正量AFC的设定、即目标空燃比的设定由ECU31进行。因此，可以说，ECU31在由下游侧空燃比传感器41检测到的排气的空燃比成为了浓判定空燃比以下时，持续地或断续地将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的目标空燃比设为稀空燃比，直到推定为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA成为了切换基准吸藏量Cref以上，并且，在推定为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA成为了切换基准吸藏量Cref以上时，持续地或断续地将目标空燃比设为浓空燃比，直到氧吸藏量OSA不达到最大可吸藏氧量Cmax地由下游侧空燃比传感器41检测到的排气的空燃比成为浓判定空燃比以下。
更简单地说，在本实施方式中，可以说，ECU31在由下游侧空燃比传感器41检测到的空燃比成为了浓判定空燃比以下时，将目标空燃比(即，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比)切换成稀空燃比，并且在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA成为了切换基准吸藏量Cref以上时，将目标空燃比(即，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比)切换成浓空燃比。
＜空燃比传感器的元件破损>
作为上述那样的空燃比传感器40、41产生的异常，可举出构成空燃比传感器40、41的元件产生破损的元件破损这一现象。具体而言，产生贯穿固体电解质层51和扩散限速层54的破损(图6的C1)、除了固体电解质层51和扩散限速层54之外还贯穿两电极52、53的破损(图6的C2)。若产生这样的元件破损，则如图6所示，排气会经由破损的部分而进入基准气体室55内。
结果，在空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比为浓空燃比的情况下，浓空燃比的排气进入基准气体室55内。由此，在基准气体室55内浓空燃比的排气进行扩散，大气侧电极53周围的氧浓度降低。另一方面，在该情况下，排气侧电极52也经由扩散限速层54而暴露于排气中。因此，大气侧电极53周围与排气侧电极52周围之间的氧浓度差降低，结果，空燃比传感器40、41的输出空燃比成为稀空燃比。即，若空燃比传感器40、41产生元件破损，则即使空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比为浓空燃比，空燃比传感器40、41的输出空燃比也会成为稀空燃比。
另一方面，在空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比为稀空燃比的情况下，不会产生这样的输出空燃比的逆转现象。这是因为，在排气的空燃比为稀空燃比的情况下，与固体电解质层51的两侧的空燃比之差相比，空燃比传感器40、41的输出电流更依赖于经由扩散限速层54而到达排气侧电极52表面上的氧的量。
这样，若空燃比传感器40、41产生元件破损，则在空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比为浓空燃比时会产生错误的输出。因此，例如，若下游侧空燃比传感器41产生元件破损，则在进行上述那样的空燃比控制的期间，不能恰当地进行空燃比控制。因此，需要迅速地诊断下游侧空燃比传感器41产生元件破损的情况。
＜异常诊断>
于是，在本实施方式中，利用上述那样的下游侧空燃比传感器41的元件破损异常的性质，进行基于下游侧空燃比传感器41的元件破损的异常诊断。具体而言，在异常诊断控制中，在通过上述的空燃比控制将流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比设定成了浓空燃比的期间，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比从比稀判定空燃比浓的空燃比变化成了稀的空燃比时，判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常。
除此之外，在本实施方式中，在通过异常诊断控制判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常的情况下，减小浓设定修正量的绝对值，即减小浓设定空燃比的浓程度。除此之外，在本实施方式中，在判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常的情况下，还减小稀设定修正量的绝对值，即减小稀设定空燃比的稀程度。参照图7对该情形进行说明。
图7是空燃比修正量AFC、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、累计氧过剩不足量ΣOED以及下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的时间图。图中的虚线表示下游侧空燃比传感器41没有产生元件破损的异常时的推移，图中的实线表示下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时的推移。
在图7所示的例子中，在时刻t1以前，将空燃比修正量AFC设定成了浓设定修正量AFCrich，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup成为了浓空燃比。尤其是，将此时的浓设定修正量AFCrich设为了第1浓设定修正量AFCrich1。伴随于此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少并接近零，由此，流入到上游侧排气净化催化剂20的未燃气体等的一部分不被上游侧排气净化催化剂20净化而开始流出。
若从上游侧排气净化催化剂20开始流出未燃气体等，则在下游侧空燃比传感器41没有产生元件破损的异常时，如图中虚线所示，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn成为浓空燃比。但是，在下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，如图中实线所示，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn从大致理论空燃比向稀空燃比变化。
即，在下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常的情况下，在将空燃比修正量AFC设定成了浓设定修正量AFCrich的期间，即将空燃比修正量AFC设定成了负的值的期间，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn从低于稀判定空燃比Aflean向稀判定空燃比AFlean以上变化。在本实施方式中，在产生这样的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的变化的时刻t1，判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常。由此，在本实施方式中，能够准确地诊断下游侧空燃比传感器41的元件破损的异常。
在图7所示的例子中，在时刻t1，将在下游侧空燃比传感器41产生了异常时被激活的异常诊断标志激活。除此之外，在本实施方式中，在像这样判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，例如，将搭载有内燃机的车辆的警告灯点亮。
另外，在时刻t1，在判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，使浓设定修正量AFCrich的绝对值和稀设定修正量AFClean的绝对值减少。在图7所示的例子中，浓设定修正量AFCrich从第1浓设定修正量AFCrich1向绝对值比第1浓设定修正量AFCrich1的绝对值小的第2浓设定修正量AFCrich2变更(|AFCrich1|>|AFCrich2|)。另外，稀设定修正量AFClean从第1稀设定修正量AFClean1向绝对值比第1稀设定修正量AFClean1的绝对值小的第2稀设定修正量AFClean2变更(|AFClean1|>|AFClean2|)。因此，使浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度降低。
由此，时刻t1以后，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的浓程度降低，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的浓程度降低。因此，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的未燃气体等的浓度降低，因此能够抑制排气排放性的恶化。此外，在本实施方式中，使浓设定修正量AFCrich的绝对值和稀设定修正量AFClean的绝对值双方都减少。然而，不一定使双方减少，可以仅使浓设定修正量AFCrich的绝对值减少。
在图7中实线所示的例子中，在判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常之后，也继续原样不变地进行上述的空燃比控制。因此，如上所述那样，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn成为了浓判定空燃比AFrich以下时，将空燃比修正量AFC从浓设定修正量AFCrich切换成稀设定修正量AFClean。因此，在时刻t1，不将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean，而是维持为浓设定修正量AFCrich。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA被大致维持为零。
此外，在上述的实施方式中，当一次判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，使车辆的警告灯点亮。然而，为了提高判定精度，也可以在一定时间内判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常的次数为预定次数以上时使车辆的警告灯点亮。或者，也可以是在将空燃比修正量AFC设定成浓设定修正量AFCrich和稀设定修正量AFClean各一次的期间设为1个循环的情况下，在判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常的次数相对于该循环的次数的比例为预先设定的比例Ra(0＜Ra＜1)以上时使车辆的警告灯点亮。
同样，在上述的实施方式中，当一次判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，使浓设定修正量AFCrich的绝对值和稀设定修正量AFClean的绝对值减少。然而，为了避免这些设定修正量不小心变更，也可以在一定时间内判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常的次数为预定次数以上时使这些设定修正量的绝对值减少。或者，也可以在判定为下游侧空燃比传感器产生了异常的次数相对于上述循环的次数的比例为预先设定的比例Ra(0＜Ra＜1)以上的情况下，使这些设定修正量的绝对值减少。
此外，在上述实施方式中，在空燃比控制中，在由下游侧空燃比传感器41检测到的空燃比成为了浓判定空燃比以下时将目标空燃比切换成稀空燃比。另外，在累计氧过剩不足量ΣOED成为了预定的切换基准值OEDref以上时将目标空燃比切换成浓空燃比。然而，作为空燃比控制，也可以使用另外的控制。作为该另外的控制，可以考虑例如在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了稀判定空燃比以上时将目标空燃比切换成浓空燃比、在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓判定空燃比以下时将目标空燃比切换成稀空燃比的控制。在进行了这样的控制的情况下，也能够同样对下游侧空燃比传感器41的元件破损的异常进行诊断。
＜具体的控制的说明>
接着，参照图8～图11，对上述实施方式中的控制装置进行具体说明。本实施方式中的控制装置如作为功能框图的图8所示，包括A1～A8的各功能框而构成。以下，参照图8对各功能框进行说明。这些各功能框A1～A8中的操作基本上在ECU31中执行。
＜燃料喷射量的算出>
首先，对燃料喷射量的算出进行说明。在算出燃料喷射量时，使用缸内吸入空气量算出单元A1、基本燃料喷射量算出单元A2以及燃料喷射量算出单元A3。
缸内吸入空气量算出单元A1基于吸入空气流量Ga、内燃机转速NE以及在ECU31的ROM34中存储的映射或计算式，算出向各汽缸的吸入空气量Mc。吸入空气流量Ga由空气流量计39计测，内燃机转速NE基于曲轴角传感器44的输出而算出。
基本燃料喷射量算出单元A2通过使由缸内吸入空气量算出单元A1算出的缸内吸入空气量Mc除以目标空燃比AFT，来算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/AFT)。目标空燃比AFT由后述的目标空燃比设定单元A6算出。
燃料喷射量算出单元A3对由基本燃料喷射量算出单元A2算出的基本燃料喷射量Qbase加上后述的F/B修正量Dfi来算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DFi)。对燃料喷射阀11发出喷射指示，以使得从燃料喷射阀11喷射这样算出的燃料喷射量Qi的燃料。
＜目标空燃比的算出>
接着，对目标空燃比的算出进行说明。在算出目标空燃比时，使用氧过剩不足量算出单元A4、空燃比修正量算出单元A5以及目标空燃比设定单元A6。
氧过剩不足量算出单元A4基于由燃料喷射量算出单元A3算出的燃料喷射量Qi和上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup来算出累计氧过剩不足量ΣOED。氧过剩不足量算出单元A4例如使上游侧空燃比传感器40的输出空燃比与控制中心空燃比的差量乘以燃料喷射量Qi，并且对所求出的值进行累计来算出累计氧过剩不足量ΣOED。
在空燃比修正量算出单元A5中，基于由氧过剩不足量算出单元A4算出的累计氧过剩不足量ΣOED和下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn，来算出目标空燃比的空燃比修正量AFC。具体而言，基于图9所示的流程图来算出空燃比修正量AFC。
目标空燃比设定单元A6对控制中心空燃比AFR(在本实施方式中是理论空燃比)加上由空燃比修正量算出单元A5算出的空燃比修正量AFC，来算出目标空燃比AFT。这样算出的目标空燃比AFT被输入到基本燃料喷射量算出单元A2和后述的空燃比偏差算出单元A7。
＜F/B修正量的算出>
接着，对基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup的F/B修正量的算出进行说明。在算出F/B修正量时，使用空燃比偏差算出单元A7和F/B修正量算出单元A8。
空燃比偏差算出单元A7通过从上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup减去由目标空燃比设定单元A6算出的目标空燃比AFT来算出空燃比偏差DAF(DAF＝AFup-AFT)。该空燃比偏差DAF是表示燃料供给量相对于目标空燃比AFT的过剩不足情况的值。
F/B修正量算出单元A8通过对由空燃比偏差算出单元A7算出的空燃比偏差DAF进行比例·积分·微分处理(PID处理)，基于下述式(2)算出用于补偿燃料供给量的过剩不足的F/B修正量DFi。这样算出的F/B修正量Dfi被输入到燃料喷射量算出单元A3。
DFi＝Kp·DAF+Ki·SDAF+Kd·DDAF…(2)
此外，在上述式(2)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是空燃比偏差DAF的时间微分值，通过将本次更新后的空燃比偏差DAF与上次更新后的空燃比偏差DAF的偏差除以与更新间隔对应的时间来算出。另外，SDAF是空燃比偏差DAF的时间积分值，该时间积分值SDAF通过对上次更新后的时间积分值SDAF加上本次更新后的空燃比偏差DAF来算出(SDAF＝SDAF+DAF)。
＜空燃比修正量设定控制的流程图>
图9是示出空燃比修正量设定控制的控制例程的流程图。图示的控制例程通过一定时间间隔的中断(日文：割り込み)来进行。
如图9所示，首先，在步骤S11中判定空燃比修正量AFC的算出条件是否成立。空燃比修正量AFC的算出条件成立的情况是指进行反馈控制的通常控制期间，可举出例如没有处于燃料削减控制期间等情况。在步骤S11中判定为目标空燃比的算出条件成立了的情况下，向步骤S12前进。
在步骤S12中，判定稀设定标志Fl是否被设定成了非激活。稀设定标志Fl在将空燃比修正量AFC设定成稀设定修正量AFClean时被设为激活，在除此以外的情况下被设为非激活。在步骤S12中稀设定标志Fl被设定成了非激活的情况下，向步骤S13前进。在步骤S13中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn是否为浓判定空燃比AFrich以下。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn比浓判定空燃比AFrich大的情况下向步骤S14前进。在步骤S14中，将空燃比修正量AFC维持在被设定成浓设定修正量AFCrich的状态，使控制例程结束。
另一方面，当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA减少而从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比降低时，在步骤S13中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn为浓判定空燃比AFrich以下。在该情况下，向步骤S15前进，将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean。接下来，在步骤S16中，将稀设定标志Fl设定成激活，结束控制例程。
在将稀设定标志Fl设定成激活后，在下一控制例程中，在步骤S12中判定为稀设定标志Fl没有被设定成非激活，而向步骤S17前进。在步骤S17中，判定从空燃比修正量AFC被切换成稀设定修正量AFClean起的累计氧过剩不足量ΣOED是否比切换基准值OEDref少。在判定为累计氧过剩不足量ΣOED比切换基准值OEDref少的情况下向步骤S18前进，继续将空燃比修正量AFC维持在被设定成稀设定修正量AFClean的状态，结束控制例程。另一方面，当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量增大时，最终在步骤S17中判定为累计氧过剩不足量ΣOED为切换基准值OEDref以上，向步骤S19前进。在步骤S19中，将空燃比修正量AFC切换成浓设定修正量AFCrich。接下来，在步骤S20中，将稀设定标志Fl复位成非激活，结束控制例程。
＜异常诊断控制的流程图>
图10是示出进行下游侧空燃比传感器41的异常诊断的异常诊断控制的控制例程的流程图。图示的控制例程通过一定时间间隔的中断来进行。
如图10所示，首先，在步骤S31中，判定异常诊断的执行条件是否成立。异常诊断的执行条件成立的情况可举出例如正在执行上述空燃比控制等情况。在步骤S31中判定为异常诊断的执行条件成立的情况下，向步骤S32前进。
在步骤S32中，判定在上述的空燃比修正量的设定控制中是否将空燃比修正量AFC设定成了低于0，即目标空燃比是否为浓空燃比。在步骤S32中判定为将空燃比修正量AFC设定成了低于0的情况下，即判定为目标空燃比为浓空燃比的情况下，向步骤S33前进。
在步骤S33中，判定理想配比(日文：ストイキ)标志Fs是否被设定成了非激活。理想配比标志Fs是在将空燃比修正量AFC设定成了浓设定修正量AFCrich的期间，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn比稀判定空燃比AFlean小而成为了理论空燃比附近的空燃比时被设为激活，在除此以外的情况下被设为非激活的标志。在步骤S33中判定为理想配比标志Fs被设定成了非激活的情况下，向步骤S34前进。
在步骤S34中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn是否低于稀判定空燃比AFlean。在空燃比修正量AFC刚切换成浓设定修正量AFCrich之后，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比成为了大致理论空燃比，所以在步骤S34中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn低于稀判定空燃比AFlean，向步骤S35前进。在步骤S35中，将理想配比标志Fs设为激活，结束控制例程。
当理想配比标志Fs被设为激活时，在下一控制例程中从步骤S33向步骤S36前进。在步骤S36中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn是否成为了稀判定空燃比AFlean以上，即输出空燃比Afdwn是否从比稀判定空燃比AFlean低的空燃比变化成了稀判定空燃比AFlean以上。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn没有成为稀判定空燃比AFlean以上的情况下结束控制例程。另一方面，在步骤S36中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn成为了稀判定空燃比AFlean以上的情况下，向步骤S37前进。在步骤S37中，判定为下游侧空燃比传感器41存在异常，向步骤S38前进。在步骤S38中，将理想配比标志Fs设为非激活，结束控制例程。
另一方面，在步骤S32中判定为将空燃比修正量AFC设定成了0以上的情况下，即判定为目标空燃比为稀空燃比的情况下，向步骤S39前进。在步骤S39中，判定理想配比标志Fs是否成为了激活。在目标空燃比被设定成稀空燃比之前被设定成了浓空燃比时，在步骤S35中将理想配比标志Fs设为了激活的情况下，向步骤S40前进。在该情况下，意味着在上次将目标空燃比设定成了浓空燃比的期间，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn没有成为稀判定空燃比AFlean以上。因此，在步骤S40中判定为下游侧空燃比传感器41正常。接下来，在步骤S41中，将理想配比标志Fs复位成非激活，结束控制例程。在将理想配比标志Fs复位成非激活后，在下一控制例程中，在步骤S39中判定为理想配比标志Fs没有成为激活，结束控制例程。
＜设定空燃比变更控制的流程图>
图11是示出浓设定空燃比和稀设定空燃比的设定控制中的控制例程的流程图。图示的控制例程通过一定时间间隔的中断来进行。
首先，在步骤S51中，判定在图10的步骤S37中是否判定为下游侧空燃比传感器41存在异常。在判定为在步骤S37中没有做出下游侧空燃比传感器41的异常判定的情况下，向步骤S52前进。在步骤S52中，将浓设定修正量AFCrich设定成第1浓设定修正量AFCrich1。因此，在图9所示的流程图的步骤S14、S19中，将空燃比修正量AFC设定成第1浓设定修正量AFCrich1。
接下来，在步骤S53中，将稀设定修正量AFClean设定成第1稀设定修正量AFClean1。因此，在图9所示的流程图的步骤S15、S18中，将空燃比修正量AFC设定成第1稀设定修正量AFClean1。
另一方面，在步骤S51中，在判定为做出了下游侧空燃比传感器41的异常判定的情况下，向步骤S54前进。在步骤S54中，将浓设定修正量AFCrich设定成第2浓设定修正量AFCrich2(|AFCrich2|＜|AFCrich1|)。因此，在图9所示的流程图的步骤S14、S19中，将空燃比修正量AFC设定成第2浓设定修正量AFCrich2。
接下来，在步骤S55中，将稀设定修正量AFClean设定成第2稀设定修正量AFClean2(|AFClean2|＜|AFClean1|)。因此，在图9所示的流程图的步骤S15、S18中，将空燃比修正量AFC设定成第2稀设定修正量AFClean2。
＜第二实施方式>
接着，参照图12～图18对本发明的第二实施方式所涉及的排气净化装置进行说明。第二实施方式所涉及的排气净化装置的结构和控制除了以下说明的点之外，基本上与第一实施方式所涉及的排气净化装置的结构和控制是同样的。
＜上游侧空燃比传感器中的偏移>
在内燃机主体1具有多个汽缸的情况下，从各汽缸排出的排气的空燃比有时在汽缸间产生偏移。另一方面，上游侧空燃比传感器40虽然配置于排气歧管19的集合部，但从各汽缸排出的排气暴露于上游侧空燃比传感器40的程度会根据其配置位置而在汽缸间不同。结果，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比会较强地受到从某一特定的汽缸排出的排气的空燃比的影响。因此，在从该某一特定的汽缸排出的排气的空燃比成为了与从所有汽缸排出的排气的平均空燃比不同的空燃比的情况下，在平均空燃比和上游侧空燃比传感器40的输出空燃比之间会产生偏移。即，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比会比实际的排气的平均空燃比向浓侧或稀侧偏移。
另外，未燃气体等中的氢通过空燃比传感器的扩散限速层的通过速度较快。因此，若排气中的氢浓度高，则上游侧空燃比传感器40的输出空燃比会向比排气的实际的空燃比低的一侧(即，浓侧)偏移。
若像这样上游侧空燃比传感器40的输出空燃比产生偏移，则即使进行上述那样的控制，从上游侧排气净化催化剂20流出NOx和氧、未燃气体等的流出频度变高的可能性也大。以下，参照图12对该现象进行说明。
图12是与图5同样的上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA等的时间图。图12示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向浓侧偏移了的情况。图中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup中的实线表示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比。另一方面，虚线表示在上游侧空燃比传感器40周围流通的排气的实际的空燃比。
在图12所示的例子中，在时刻t1以前的状态下，也将空燃比修正量AFC设为浓设定修正量AFCrich，因此目标空燃比被设为浓设定空燃比。伴随于此，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup成为与浓设定空燃比相等的空燃比。然而，如上所述那样，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向浓侧偏移，所以排气的实际的空燃比成为了比浓设定空燃比靠稀侧的空燃比。即，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup成为了比实际的空燃比(图中的虚线)低(靠浓侧)的空燃比。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的减少速度变慢。
另外，在图12所示的例子中，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比AFrich。因此，如上所述那样，在时刻t1，将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean。即，将目标空燃比切换成稀设定空燃比。
伴随于此，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup成为与稀设定空燃比相等的空燃比。然而，如上所述那样，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向浓侧偏移，所以排气的实际的空燃比成为了比稀设定空燃比稀的空燃比。即，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup成为了比实际的空燃比(图中的虚线)低(靠浓侧)的空燃比。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的增加速度变快，并且在将目标空燃比设为了稀设定空燃比的期间，向上游侧排气净化催化剂20供给的实际的氧量变为比切换基准吸藏量Cref多。
若像这样上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup产生了偏移，则在将空燃比修正量AFC设定成了稀设定修正量AFClean的期间流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比的稀程度变大。因此，即使上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA未达到最大可吸藏氧量Cmax，有时也无法将流入到上游侧排气净化催化剂20的NOx和/或氧全部吸藏而从上游侧排气净化催化剂20流出NOx和/或氧。另外，在时刻t2，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA成为了切换基准吸藏量Cref以上，若在时刻t2附近产生如上所述那样的意想不到的空燃比的偏移等，则有可能从上游侧排气净化催化剂20流出NOx和/或氧。
根据以上内容，需要对上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移进行检测，并且需要基于所检测到的偏移来进行输出空燃比等的修正。
＜学习控制>
于是，在本发明的实施方式中，为了补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移，在通常运转期间(即，上述那样的基于目标空燃比进行反馈控制的期间)进行学习控制。以下，对该学习控制进行说明。
在此，将从目标空燃比切换成稀空燃比起到累计氧过剩不足量ΣOED成为切换基准值OEDref以上、即将目标空燃比再次切换成浓空燃比为止的期间设为氧增大期间。同样，将从目标空燃比切换成浓空燃比起到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为浓判定空燃比以下、即将目标空燃比再次切换成稀空燃比为止的期间设为氧减少期间。在本实施方式的学习控制中，作为氧增大期间内的累计氧过剩不足量ΣODE的绝对值，算出累计氧过剩量。此外，累计氧过剩量表示在氧增大期间内欲使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为理论空燃比时所过剩的氧的量的累计值。除此之外，作为氧减少期间内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值，算出累计氧不足量。此外，累计氧不足量表示在氧减少期间内欲使流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比成为理论空燃比时所不足的氧的量的累计值。并且，以使得这些累计氧过剩量与累计氧不足量之差变小的方式修正控制中心空燃比AFR。图13示出该情形。
图13是控制中心空燃比AFR、空燃比修正量AFC、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、累计氧过剩不足量ΣOED、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn以及学习值sfbg的时间图。图13与图12同样，示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup向低侧(浓侧)偏移了的情况。此外，学习值sfbg是根据上游侧空燃比传感器40的输出空燃比(输出电流)的偏移而变化的值，在本实施方式中用于修正控制中心空燃比AFR。另外，图中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup的实线表示与由上游侧空燃比传感器40检测到的输出相当的空燃比，虚线表示在上游侧空燃比传感器40周围流通的排气的实际的空燃比。除此之外，单点划线表示对目标空燃比、即理论空燃比加上空燃比修正量AFC和学习值sfbg而得到的空燃比。
在图13所示的例子中，与图5和图12同样，在时刻t1以前的状态下，将控制中心空燃比设为理论空燃比，将空燃比修正量AFC设为了浓设定修正量AFCrich。此时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup如实线所示成为相当于浓设定空燃比的空燃比。然而，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup产生了偏移，所以排气的实际的空燃比成为了比浓设定空燃比稀的空燃比(图13的虚线)。其中，在图13所示的例子中，从图13的虚线可知，时刻t1以前的实际的排气的空燃比虽然比浓设定空燃比稀，但依然成为了浓空燃比。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量逐渐减少。
在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比AFrich。由此，如上所述那样，将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean。时刻t1以后，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比成为相当于稀设定空燃比的空燃比。然而，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移，排气的实际的空燃比成为比稀设定空燃比稀的空燃比，即稀程度大的空燃比(参照图13的虚线)。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA急速增大。
另一方面，氧过剩不足量OED基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup而算出。然而，如上所述那样，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup产生了偏移。因此，算出的氧过剩不足量OED成为比实际的氧过剩不足量OED少(即，氧量少)的值。结果，算出的累计氧过剩不足量ΣOED变为比实际的值少。
在时刻t2，累计氧过剩不足量ΣOED到达切换基准值OEDref。因此，将空燃比修正量AFC切换成浓设定修正量AFCrich。因此，目标空燃比被设为浓空燃比。此时，实际的氧吸藏量OSA如图13所示变得比切换基准吸藏量Cref多。
时刻t2以后，与时刻t1以前的状态同样，将空燃比修正量AFC设为浓设定修正量AFCrich，因此目标空燃比被设为浓空燃比。此时，排气的实际的空燃比也成为了比浓设定空燃比稀的空燃比。结果，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的减少速度变慢。除此之外，如上所述那样，在时刻t2，上游侧排气净化催化剂20的实际的氧吸藏量变为比切换基准吸藏量Cref多。因此，在上游侧排气净化催化剂20的实际的氧吸藏量OSA到达零之前会花费时间。
在时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比AFrich。由此，如上所述那样，将空燃比修正量AFC切换成稀设定修正量AFClean。因此，目标空燃比从浓设定空燃比切换成稀设定空燃比。
在本实施方式中，如上所述那样，在时刻t1到时刻t2的期间，算出累计氧过剩不足量ΣOED。在此，若将从目标空燃比切换成了稀空燃比时(时刻t1)到上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的推定值成为了切换基准吸藏量Cref以上时(时刻t2)为止的期间称作氧增大期间Tinc，则在本实施方式中，在氧增大期间Tinc算出累计氧过剩不足量ΣOED。在图13中，由R1表示时刻t1～时刻t2的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值(累计氧过剩量)。
该累计氧过剩量R1相当于时刻t2的氧吸藏量OSA。然而，如上所述那样，在氧过剩不足量OED的推定中使用上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup，该输出空燃比Afup产生了偏移。因此，在图13所示的例子中，时刻t1～时刻t2的累计氧过剩量R1变为比与时刻t2的实际的氧吸藏量OSA相当的值少。
另外，在本实施方式中，在从时刻t2到时刻t3的期间，也算出累计氧过剩不足量ΣOED。在此，若将从目标空燃比切换成了浓空燃比时(时刻t2)到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比AFrich时(时刻t3)为止的期间称作氧减少期间Tdec，则在本实施方式中，在氧减少期间Tdec算出累计氧过剩不足量ΣOED。在图13中，由F1表示时刻t2～时刻t3的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值(累计氧不足量)。
该累计氧不足量F1相当于在从时刻t2到时刻t3的期间从上游侧排气净化催化剂20放出的总氧量。然而，如上所述那样，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup产生了偏移。因此，在图13所示的例子中，时刻t2～时刻t3的累计氧不足量F1变为比与在从时刻t2到时刻t3的期间从上游侧排气净化催化剂20实际放出的总氧量相当的值多。
在此，在氧增大期间Tinc内氧被吸藏于上游侧排气净化催化剂20，并且在氧减少期间Tdec内所吸藏的氧被全部放出。因此，理想情况是累计氧过剩量R1和累计氧不足量F1基本上成为同一值。但是，如上所述那样，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比Afup产生了偏移的情况下，这些累计值的值也根据该偏移而变化。如上所述那样，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向低侧(浓侧)偏移了的情况下，累计氧不足量F1相对于累计氧过剩量R1变多。相反，在上游侧空燃比传感器40的输出空燃比向高侧(稀侧)偏移了的情况下，累计氧不足量F1相对于累计氧过剩量R1变少。除此之外，累计氧过剩量R1与累计氧不足量F1之差ΔΣOED(＝R1-F1。以下，称作“过剩不足量误差”)表示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移的程度。可以说，该过剩不足量误差ΔΣOED越大，则上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移越大。
于是，在本实施方式中，基于过剩不足量误差ΔΣOED来修正控制中心空燃比AFR。尤其是，在本实施方式中，以使得累计氧过剩量R1与累计氧不足量F1之差ΔΣOED变小的方式修正控制中心空燃比AFR。
具体而言，在本实施方式中，通过下述式(3)算出学习值sfbg，并且通过下述式(4)来修正控制中心空燃比AFR。
sfbg(n)＝sfbg(n-1)+k1·ΔΣOED…(3)
AFR＝AFRbase+sfbg(n)…(4)
此外，在上述式(3)中，n表示计算次数或时间。因此，sfbg(n)是本次的计算或当前的学习值。除此之外，上述式(3)中的k1是表示将过剩不足量误差ΔΣOED反映于控制中心空燃比AFR的程度的增益。增益k1的值越大则控制中心空燃比AFR的修正量越大。而且，在上述式(4)中，基本控制中心空燃比AFRbase是作为基本的控制中心空燃比，在本实施方式中是理论空燃比。
在图13的时刻t3，如上所述那样，基于累计氧过剩量R1以及累计氧不足量F1而算出学习值sfbg。尤其是，在图13所示的例子中，累计氧不足量F1比累计氧过剩量R1多，所以在时刻t3使学习值sfbg减少。
在此，控制中心空燃比AFR使用上述式(4)并基于学习值sfbg来进行修正。在图13所示的例子中，学习值sfbg成为了负的值，所以控制中心空燃比AFR成为了比基本控制中心空燃比AFRbase小的值，即浓侧的值。由此，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比被向浓侧修正。
结果，时刻t3以后，流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比相对于目标空燃比的偏移与时刻t3以前相比变小。因此，时刻t3以后，表示实际的空燃比的虚线与表示目标空燃比的单点划线之间的差变得比时刻t3以前的差小。
另外，时刻t3以后，也进行与时刻t1～时刻t2的操作同样的操作。因此，在时刻t4，当累计氧过剩不足量ΣOED到达切换基准值OEDref时，将目标空燃比从稀设定空燃比向浓设定空燃比切换。之后，在时刻t5，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn到达浓判定空燃比Africh时，再次将目标空燃比切换成稀设定空燃比。
时刻t3～时刻t4如上所述那样相当于氧增大期间Tinc，因此该期间的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值可由图13的累计氧过剩量R2表示。另外，时刻t4～时刻t5如上所述那样相当于氧减少期间Tdec，因此该期间的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值可由图13的累计氧不足量F2表示。并且，基于这些累计氧过剩量R2与累计氧不足量F2之差ΔΣOED(＝R2-F2)，并使用所述式(3)来更新学习值sfbg。在本实施方式中，时刻t5以后也反复进行同样的控制，由此，来反复更新学习值sfbg。
通过学习控制来像这样更新学习值sfbg，由此，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup逐渐远离目标空燃比，但流入上游侧排气净化催化剂20的排气的实际的空燃比逐渐接近目标空燃比。由此，能够补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移。
此外，如所述那样，学习值sfbg的更新优选基于氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED和紧接着该氧增大期间Tinc之后的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED来进行。这是因为，如上所述那样，在氧增大期间Tinc内吸藏于上游侧排气净化催化剂20的总氧量和在紧接着该期间之后的氧减少期间Tdec从上游侧排气净化催化剂20放出的总氧量相等。
除此之外，在上述实施方式中，基于一次的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED和一次的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED来更新学习值sfbg。然而，也可以基于多次的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩不足量ΣOED的合计值或平均值和多次的氧减少期间Tdec内的累计氧过剩不足量ΣOED的合计值或平均值来更新学习值sfbg。
另外，在上述实施方式中，基于学习值sfbg来修正控制中心空燃比。然而，基于学习值sfbg来进行修正的也可以是与空燃比相关的其他的参数。作为其他的参数，例如，可以举出向燃烧室5内的燃料供给量、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比以及空燃比修正量等。
此外，在本实施方式中，作为空燃比控制也可以进行上述的另外的控制。具体而言，作为另外的控制，例如，可以考虑在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了稀判定空燃比以上时将目标空燃比切换成浓空燃比，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为了浓判定空燃比以下时将目标空燃比切换成稀空燃比的控制。
在该情况下，算出从将目标空燃比切换成浓空燃比起到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为浓判定空燃比以下为止的氧减少期间内的累计氧过剩不足量的绝对值，来作为累计氧不足量。除此之外，算出从将目标空燃比切换成稀空燃比起到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比成为稀判定空燃比以上为止的氧增大期间内的累计氧过剩不足量的绝对值，来作为累计氧过剩量。并且，以这些累计氧过剩量与累计氧不足量之差变小的方式修正控制中心空燃比等。
因此，综上，在本实施方式中，在学习控制中，可以说，基于从将目标空燃比切换成稀空燃比起到再次切换成浓空燃比为止的氧增大期间内的累计氧过剩量和从将目标空燃比切换成浓空燃比起到再次切换成稀空燃比为止的氧减少期间内的累计氧不足量，以这些累计氧过剩量与累计氧不足量之差变小的方式修正与空燃比相关的参数。
＜产生元件破损时的举动>
如上所述那样，若下游侧空燃比传感器41产生元件破损，则基本上在下游侧空燃比传感器41周围的排气的空燃比为浓空燃比时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn成为稀空燃比。然而，根据在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量，有时不会发生这样的现象。
图14是示出了在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量与下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的关系的图。图14示出了在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的空燃比成为了比理论空燃比稍浓的浓空燃比的情况。另外，图中的圆形标记表示使用没有产生元件破损的正常的传感器的情况，图中的三角标记表示使用产生了元件破损的传感器的情况。
从图14可知，在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量多时，若下游侧空燃比传感器41没有产生元件破损，则该输出空燃比AFdwn与排气的实际的空燃比一致。因此，在图14所示的例子中，输出空燃比AFdwn成为了比理论空燃比稍浓的空燃比。另一方面，此时，若下游侧空燃比传感器41产生了元件破损，则如上所述那样输出空燃比AFdwn成为稀空燃比。与此相对，在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量少时，与下游侧空燃比传感器41是否存在元件破损无关，输出空燃比AFdwn与排气的实际的空燃比一致，成为了比理论空燃比稍浓的空燃比。
这样，即使在下游侧空燃比传感器41产生了上述的元件破损的情况下，在排气的流量少时也不产生上述那样的现象，可以认为是以下的缘故。即，若在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量少，则经由产生了破损的部分而进入基准气体室55内的排气的流量少。因此，即使排气经由破损部位而进入基准气体室55内，大气侧电极53周围的氧浓度也几乎不变化。结果，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也不变化而输出正确的空燃比。
＜元件破损所导致的误学习>
若因为在下游侧空燃比传感器41产生了元件破损时其输出空燃比呈现上述那样的举动所以进行了上述那样的学习控制，则有时会错误地更新学习值。关于这样的错误的学习值的更新，参照图15进行说明。
图15是下游侧空燃比传感器41产生了元件破损时的吸入空气量Mc、控制中心空燃比AFR、空燃比修正量AFC、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、累计氧过剩不足量ΣOED、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn以及学习值sfbg的时间图。在图15所示的例子中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup没有产生误差。
在图15所示的例子中，在时刻t1以前的状态下，空燃比修正量AFC被设定成浓设定修正量AFCrich。因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少，在时刻t1附近从上游侧排气净化催化剂20开始流出未燃气体等。此时，被向内燃机的燃烧室5吸入的吸入空气量Mc比较少，因此在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量也比较少。因此，当在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的空燃比成为浓空燃比时，伴随于此下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也成为浓空燃比。结果，在图示的例子中，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为浓设定空燃比AFrich以下。因此，空燃比修正量AFC被从浓设定修正量AFCrich切换成稀设定修正量AFClean。
在时刻t1空燃比修正量AFC被切换成稀设定修正量AFClean后，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐增加。另外，伴随于此累计氧过剩不足量ΣOED也逐渐增大，在时刻t2到达切换基准值OEDref。因此，在时刻t2空燃比修正量AFC被从稀设定修正量AFClean切换成浓设定修正量AFCrich。
在空燃比修正量AFC被切换成浓设定修正量AFCrich后，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少，在时刻t3附近上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA大致到达零。因此，在时刻t3附近从上游侧排气净化催化剂20开始流出未燃气体等。
此时，在图15所示的例子中，被向内燃机的燃烧室5吸入的吸入空气量Mc比较多，因此在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量也比较多。因此，当在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的空燃比成为浓空燃比时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为稀空燃比。因此，在时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为稀判定空燃比AFlean以上，判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常。
然而，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn并没有成为了浓判定空燃比AFrich以下，所以空燃比修正量AFC被继续维持为浓设定修正量。因此，从上游侧排气净化催化剂20流出未燃气体等，另外，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持为比稀判定空燃比AFlean大的空燃比。
之后，在图15所示的例子中，在时刻t4吸入空气量Mc减少，在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量变为比较少。因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn朝向相当于排气的实际的空燃比的正确的空燃比变化。结果，在时刻t5，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为浓判定空燃比AFrich以下。因此，空燃比修正量AFC被从浓设定空燃比AFCrich向稀设定空燃比AFClean切换。
在此，如上所述那样，在算出学习值sfbg时所使用的氧减少期间被设为从将目标空燃比切换成浓空燃比时起到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达浓判定空燃比AFrich时(或将目标空燃比切换成稀空燃比时)为止的期间。因此，若像这样算出氧减少期间，则氧减少期间会变得极长。结果，时刻t2～时刻t5的累计氧不足量F1变为比时刻t1～时刻t2的累计氧过剩量R1多，如图15所示，学习值sfbg大幅减少。结果，尽管上游侧空燃比传感器40的输出空燃比没有产生误差，学习值sfbg却被变更，从而进行错误的学习值的更新。结果，如图15所示，控制中心空燃比AFR被错误地变更。
＜元件破损异常时的学习值更新>
于是，在本实施方式中，在将目标空燃比设定成了浓空燃比的期间判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常的情况下，即使在此之后下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为浓判定空燃比AFrich以下而将目标空燃比切换成稀空燃比，也中止基于此时的累计氧不足量的学习值sfbg的修正。
除此之外，在本实施方式中，在将目标空燃比设定成了浓空燃比的期间由于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从比稀判定空燃比AFlean浓的空燃比变化成了比稀判定空燃比AFlean稀的空燃比而判定为下游侧空燃比传感器41产生了异常的情况下，算出从上次将目标空燃比切换成浓空燃比起到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从比稀判定空燃比AFlean浓的空燃比变化成了稀的空燃比时为止的期间内的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值，作为累计氧不足量F，以使得这样算出的累计氧不足量F与累计氧过剩量R之差变小的方式修正学习值sfbg。以下，参照图16，对本实施方式中的学习值的更新方法进行说明。
图16是示出空燃比修正量AFC等的与图15同样的时间图。图16示出了上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup产生了微小误差的情况。在图16所示的例子中，在时刻t3之前各参数也与图15所示的例子同样地推移。
另外，在图16所示的例子中，在时刻t3下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也到达稀判定空燃比AFlean，判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常。此时，从图16可知，氧吸藏量OSA大致成为零，因此实际上从上游侧排气净化催化剂20流出了浓空燃比的排气。因此，时刻t2到时刻t3的累计氧过剩不足量ΣOED表示在时刻t2到时刻t3的期间从上游侧排气净化催化剂20放出的氧量，相当于时刻t2的上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量。即，时刻t2到时刻t3相当于图13中的氧减少期间Tdec，并且从时刻t2到时刻t3为止的累计氧过剩不足量ΣOED相当于图13所示的累计氧不足量F。
因此，若上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup没有产生偏移，则从时刻t1到时刻t2为止的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩量R1和从时刻t2到时刻t3为止的氧减少期间Tdec内的累计氧不足量F1成为同一值。然而，在上游侧空燃比传感器40产生了偏移的情况下，这些累计氧过剩量R1和累计氧不足量F1成为不同的值。
于是，在本实施方式中，基于从时刻t1到时刻t2为止的氧增大期间Tinc内的累计氧过剩量R1与从时刻t2到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为了稀判定空燃比AFlean以上的时刻t3为止的氧减少期间Tdec内的累计氧不足量F1之差即过剩不足量误差ΔΣOED(＝R1-F1)并通过上述式(3)来算出学习值sfbg。另外，基于算出的学习值sfbg并通过所述式(4)来修正控制中心空燃比AFR。
结果，在图16所示的例子中，累计氧不足量F1比累计氧过剩量R1多，所以在时刻t3学习值sfbg减少。另外，结果，控制中心空燃比AFR减少。由此，根据本实施方式，即使在下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常的期间，也能够恰当地进行学习值sfbg的更新，因此能够恰当地补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比的偏移。
另外，在图16所示的例子中，与图15所示的例子同样，在时刻t4吸入空气量Mc减少，在下游侧空燃比传感器41周围流通的排气的流量变为比较少。因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t4以后朝向浓空燃比变化，在时刻t5，成为浓判定空燃比AFrich以下。因此，空燃比修正量AFC被从浓设定空燃比AFCrich向稀设定空燃比AFClean切换。
此时，在本实施方式中，在时刻t5，中止学习值sfbg的更新，因此控制中心空燃比AFR的修正被中止。若如参照图15进行说明那样基于从时刻t2到时刻t5的累计氧不足量来进行学习值sfbg的更新则学习值sfbg会被错误地更新。在本实施方式中，在时刻t5，不进行基于从时刻t2到时刻t5的累计氧不足量的学习值sfbg的更新，所以能够防止错误地将学习值sfbg更新。
此外，在上述实施方式中，在时刻t3进行了学习值sfbg的更新，但并不是一定在此时更新学习值sfbg。即，有时出于除了下游侧空燃比传感器41产生了元件破损以外的理由，在将空燃比修正量AFC设定成了浓设定修正量AFCrich的期间，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为稀判定空燃比AFlean以上。作为这样的情况，可以考虑例如内燃机负荷急剧变化而流入上游侧排气净化催化剂20的排气的空燃比急剧变化了的情况等。通过不在时刻t3更新学习值sfbg，可抑制在这样的情况下错误地更新学习值。
＜第二实施方式中的控制的说明>
接着，参照图17以及图18，对本实施方式中的控制装置进行具体说明。本实施方式中的控制装置如图17所示，构成为包括A1～A10的各功能框。其中，功能框A1～A8与第一实施方式中的功能框A1～A8同样，所以基本上省略说明。
在学习值算出单元A9中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn、由氧过剩不足量算出单元A4算出的累计氧过剩不足量ΣOED等来算出学习值sfbg。具体而言，基于图18所示的学习控制的流程图来算出学习值sfbg。这样算出的学习值sfbg保存于ECU31的RAM33中的即使将搭载有内燃机的车辆的点火开关断开也不会消除的存储介质。
在控制中心空燃比算出单元A10中，基于基本控制中心空燃比AFRbase(例如理论空燃比)和由学习值算出单元A9算出的学习值sfbg来算出控制中心空燃比AFR。具体而言，如上述式(4)所示，通过对基本控制中心空燃比AFRbase加上学习值sfbg来算出控制中心空燃比AFR。
目标空燃比设定单元A6通过对由控制中心空燃比算出单元A10算出的控制中心空燃比AFR加上由空燃比修正量算出单元A5算出的空燃比修正量AFC，来算出目标空燃比AFT。
＜学习控制的流程图>
图18是示出学习控制的控制例程的流程图。图示的控制例程通过一定时间间隔的中断来进行。
如图18所示，首先，在步骤S61中，判定学习值sfbg的更新条件是否成立。更新条件成立的情况例如可以举出处于通常控制期间等情况。在步骤S61中判定为学习值sfbg的更新条件成立了的情况下，向步骤S62前进。在步骤S62中，判定稀设定标志Fl是否被设定成了激活。稀设定标志Fl是在图9所示的空燃比修正量设定控制的控制例程中进行设定的标志。在步骤S62中判定为稀设定标志Fl被设定成了激活的情况下，即空燃比修正量AFC被设定成了稀设定修正量AFClean的情况下，向步骤S63前进。
在步骤S63中，判定是否到了空燃比修正量AFC的切换定时。具体而言，判定在本控制例程从上次结束起到本次开始为止的期间是否将空燃比修正量AFC从浓设定修正量AFCrich切换成了稀设定修正量AFClean。在步骤S63中判定为没到空燃比修正量AFC的切换定时的情况下，向步骤S64前进。在步骤S64中，对累计氧过剩不足量ΣOED加上当前的氧过剩不足量OED。
之后，当目标空燃比被向浓空燃比切换时，在下一控制例程中在步骤S62中判定为稀设定标志Fl被设定成了非激活，向步骤S65前进。在步骤S65中，判定是否到了空燃比修正量AFC的切换定时。具体而言，判定在本控制例程从上次结束起到本次开始为止的期间是否将空燃比修正量AFC从稀设定修正量AFClean切换成了浓设定修正量AFCrich。在步骤S65中判定为到了空燃比修正量AFC的切换定时的情况下，向步骤S66前进。在步骤S66中将累计氧过剩量Rn设为当前的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值。接下来，在步骤S67中将累计氧过剩不足量ΣOED复位成0，结束控制例程。
在下一控制例程中，通常地，在步骤S62中判定为稀设定标志Fl被设定成了非激活，在步骤S65中判定为没到空燃比修正量AFC的切换定时。在该情况下，本控制例程向步骤S68前进。在步骤S68中，对累计氧过剩不足量ΣOED加上当前的氧过剩不足量OED。
之后，当目标空燃比被切换成稀空燃比时，在下一控制例程中在步骤S62中判定为稀设定标志Fl被设定成了激活，在步骤S63中判定为到了空燃比修正量AFC的切换定时。在该情况下，本控制例程向步骤S69前进。在步骤S69中，判定在将目标空燃比设定成了浓空燃比的期间下游侧空燃比传感器41是否被判定成了异常。在步骤S69中判定为下游侧空燃比传感器41没有被判定成了异常的情况下，向步骤S70前进。
在步骤S70中，将累计氧不足量Fn设为当前的累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值。接下来，在步骤S71中，将累计氧过剩不足量ΣOED复位成0。接下来，在步骤S72中，基于在步骤S66中算出的累计氧过剩量Rn和在步骤S70中算出的累计氧不足量Fn来更新学习值sfbg，结束控制例程。这样更新了的学习值sfbg被用于通过上述式(4)来修正控制中心空燃比AFR。
另一方面，在步骤S69中判定为下游侧空燃比传感器41被判定成了异常的情况下，向步骤S73前进。在步骤S73中，算出在从空燃比修正量AFC切换成浓设定修正量AFCrich起到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn成为稀判定空燃比AFlean以上为止的期间累计的累计氧过剩不足量ΣOED，作为累计氧不足量Fn。接下来，在步骤S71中，将累计氧过剩不足量ΣOED复位成0。接下来，在步骤S72中，基于在步骤S66中算出的累计氧过剩量Rn和在步骤S73中算出的累计氧不足量Fn来更新学习值sfbg，结束控制例程。这样更新了的学习值sfbg被用于通过上述式(4)来修正控制中心空燃比AFR。此外，为了抑制错误地更新学习值，也可以在步骤S69中判定为下游侧空燃比传感器41被判定成了异常的情况下，在步骤S72中不更新学习值sfbg。
此外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，在判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，使浓设定修正量AFCrich的绝对值和稀设定修正量AFClean的绝对值减少。结果，对控制中心空燃比加上浓设定修正量AFCrich而得到的浓设定空燃比的浓程度降低。除此之外，对控制中心空燃比加上稀设定修正量AFClean而得到的稀设定空燃比的稀程度也降低。
然而，在判定为下游侧空燃比传感器41产生了元件破损的异常时，也可以不对浓设定修正量AFCrich的绝对值和稀设定修正量AFClean的绝对值进行修正，而是直接对浓设定空燃比和稀设定空燃比进行修正。在该情况下，在判定为产生了元件破损的异常时，使浓设定空燃比的浓程度和稀设定空燃比的稀程度降低。
附图标记说明
1 内燃机主体
5 燃烧室
7 进气口
9 排气口
19 排气歧管
20 上游侧排气净化催化剂
24 下游侧排气净化催化剂
31 ECU
40 上游侧空燃比传感器
41 下游侧空燃比传感器

Claims (8)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：
排气净化催化剂，其设置于内燃机的排气通路；
下游侧空燃比传感器，其在比该排气净化催化剂靠排气流动方向下游侧的位置设置于所述排气通路；以及
控制装置，其进行空燃比控制和异常诊断控制，所述空燃比控制是对流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比进行控制的控制，所述异常诊断控制是基于所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比来进行该下游侧空燃比传感器的异常诊断的控制，
所述控制装置，在所述空燃比控制中，将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比交替地反复切换成比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比，
所述控制装置，在所述异常诊断控制中，在通过所述空燃比控制将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比控制成了浓空燃比的期间，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比稀判定空燃比浓的空燃比变化成了比该稀判定空燃比稀的空燃比的情况下，判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常，所述稀判定空燃比是比理论空燃比稀的预定的空燃比。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述空燃比控制中以使得流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为目标空燃比的方式对向内燃机的燃烧室供给的燃料供给量进行反馈控制，并且还进行基于所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比来修正与空燃比相关的参数的学习控制，
所述控制装置，在所述空燃比控制中将所述目标空燃比交替地切换成浓空燃比和稀空燃比，并且在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比以下时，进行所述目标空燃比从浓空燃比向稀空燃比的切换，
所述控制装置，在所述学习控制中，基于累计氧过剩量和累计氧不足量，以使得该累计氧过剩量与累计氧不足量之差变小的方式修正与所述空燃比相关的参数，所述累计氧过剩量是在从将所述目标空燃比切换成稀空燃比起到再次切换成浓空燃比为止的氧增大期间内欲使流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为理论空燃比时所过剩的氧的量的累计值，所述累计氧不足量是在从将所述目标空燃比切换成浓空燃比起到再次切换成稀空燃比为止的氧减少期间内欲使流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比成为理论空燃比时所不足的氧的量的累计值，
所述控制装置，在将所述目标空燃比设定成了浓空燃比的期间判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的情况下，即使在此之后所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为浓判定空燃比以下而将所述目标空燃比切换成稀空燃比，也中止基于此时的累计氧不足量的对与所述空燃比相关的参数的修正。
3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在将所述目标空燃比设定成了浓空燃比的期间因所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比所述稀判定空燃比浓的空燃比变化成了比该稀判定空燃比稀的空燃比而判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的情况下，算出从上次将所述目标空燃比切换成浓空燃比起到所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比从比所述稀判定空燃比浓的空燃比变化成了稀的空燃比时为止的期间内的累计氧不足量，以使得该累计氧不足量与所述累计氧过剩量之差变小的方式修正与所述空燃比相关的参数。
4.根据权利要求2或3所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述空燃比控制中，将所述目标空燃比交替地切换成比理论空燃比浓的一定的浓设定空燃比和比理论空燃比稀的一定的稀设定空燃比，
所述控制装置，在通过所述异常诊断控制而判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的情况下，减小所述浓设定空燃比的浓程度。
5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，若将在所述空燃比控制中将所述目标空燃比设定为浓空燃比和稀空燃比各一次的期间设为1个循环，则在判定为所述下游侧空燃比传感器产生了异常的次数相对于该循环的次数的比例为预先设定的比例以上的情况下，减小所述浓设定空燃比的浓程度。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述空燃比控制中，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比以下时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从浓空燃比向稀空燃比切换，在所述排气净化催化剂的氧吸藏量成为了比最大可吸藏氧量少的预定的切换基准氧量以上时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换。
7.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述空燃比控制中，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比以下时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从浓空燃比向稀空燃比切换，在所述排气净化催化剂的氧吸藏量成为了比最大可吸藏氧量少的预定的切换基准氧量以上时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换。
8.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置，
所述控制装置，在所述空燃比控制中，在所述下游侧空燃比传感器的输出空燃比成为了比理论空燃比浓的预定的浓判定空燃比以下时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从浓空燃比向稀空燃比切换，在所述排气净化催化剂的氧吸藏量成为了比最大可吸藏氧量少的预定的切换基准氧量以上时将流入所述排气净化催化剂的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换。
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