JP2008280854A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第１触媒と同触媒より下流の第２触媒との間に配設された起電力式の酸素濃度センサの出力値から算出される補正値に基づく空燃比フィードバック制御をする空燃比制御装置において第２触媒に流入するＮＯｘの量を抑制しつつＯ_２を十分に供給すること。
【解決手段】 この装置は、酸素濃度センサの出力がリッチを示す値からリーンを示す値に反転してから所定期間βにおいて、空燃比リッチ制御をするのに代えて、触媒上流空燃比を、同反転前の空燃比リーン制御における触媒上流側空燃比の理論空燃比からのリーン方向の偏移程度（リーン深さ）より小さいリーン深さをもつ理論空燃比よりリーンな空燃比に制御する。ここで、上記反転前の空燃比リーン制御におけるリーン深さが大きいほど、第１触媒からのＯ_２流出開始時期がＮＯｘ流出開始時期に近づく傾向がある。これにより、第１触媒からのＯ_２流出期間を長くでき、ＮＯｘ流出量を抑制することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配設された第１触媒の下流であって、第１触媒より下流の排気通路に配設された第２触媒の上流の排気通路に設けられた起電力式の酸素濃度センサの出力値に基づいて、第１触媒に流入するガスの空燃比である触媒上流空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来より、この種の空燃比制御装置が広く知られている。例えば、特許文献１に記載の空燃比制御装置では、内燃機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を有する第１触媒（三元触媒）よりも下流であって、第１触媒よりも下流の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を有する第２触媒（三元触媒）よりも上流の排気通路に配設された、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサの出力値と目標空燃比（＝理論空燃比）に相当する値との偏差が比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）されてフィードバック補正値が算出されるようになっている。そして、フィードバック補正値に基づいて燃料噴射量が補正されることで、触媒上流空燃比が目標空燃比に一致するようフィードバック制御されるようになっている。
特開２００５−３５１２５０号公報

図１３は、上記文献に記載の空燃比制御装置により上述したフィードバック制御が実行される際の各種変数の変化の一例を示したタイムチャートである。前記酸素濃度センサの出力がリッチを示す値（最大値）に維持されているときに、燃料噴射量を減量する方向に補正するためのフィードバック補正値が算出されることで、前記触媒上流空燃比が理論空燃比よりリーンな空燃比に制御される。この制御を「空燃比リーン制御」と称呼する。一方、前記酸素濃度センサの出力がリーンを示す値（最小値）に維持されているときに、燃料噴射量を増量する方向に補正するためのフィードバック補正値が算出されることで、前記触媒上流空燃比が前記理論空燃比よりリッチな空燃比に制御される。この制御を「空燃比リッチ制御」と称呼する。

上記起電力式の酸素濃度センサの出力は、一旦リッチを示す値（最大値）になると、その後の空燃比リーン制御により第１触媒から比較的多量の窒素酸化物ＮＯｘ（、及び酸素Ｏ_２）が流出してくるまで同リッチを示す値に維持され、一旦リーンを示す値（最小値）になると、その後の空燃比リッチ制御により第１触媒から比較的多量の一酸化炭素ＣＯ、及び未燃炭化水素ＨＣが流出してくるまで同リーンを示す値に維持される特性を有する。

従って、上述のようにフィードバック制御が実行されると、酸素濃度センサの出力のリッチを示す値からリーンを示す値への反転前後の短期間において第１触媒から窒素酸化物ＮＯｘ、及び酸素Ｏ_２が流出し、酸素濃度センサの出力のリーンを示す値からリッチを示す値への反転前後の短期間において第１触媒から一酸化炭素ＣＯ、及び未燃炭化水素ＨＣが流出する。また、未燃炭化水素ＨＣについては、燃料噴射が実行される全期間に亘って第１触媒から微量の未燃炭化水素ＨＣが流出する傾向がある。以下、酸素濃度センサの出力のリッチを示す値からリーンを示す値への反転を、単に「リッチからリーンへの反転」と、酸素濃度センサの出力のリーンを示す値からリッチを示す値への反転を、単に「リーンからリッチへの反転」と称呼することもある。また、第１触媒から流出する窒素酸化物ＮＯｘ、酸素Ｏ_２、一酸化炭素ＣＯ、及び未燃炭化水素ＨＣを、単にＮＯｘ，Ｏ_２，ＣＯ、及びＨＣとそれぞれ称呼することもある。

このＣＯ，ＨＣは第１触媒より下流の排気通路に配設された第２触媒に流入し、第２触媒中のプラチナＰｔ等の貴金属に吸着される。これにより、第２触媒の活性の程度が低下する所謂「被毒」が発生する。ここで、Ｏ_２も第２触媒に流入することに着目し、上記吸着されているＣＯ，ＨＣを同流入するＯ_２を利用して酸化させることで、第２触媒の被毒を解消させることが考えられる。

しかしながら、上述のフィードバック制御では、Ｏ_２の流出期間が短いため、第２触媒に供給されるＯ_２の総量が小さい。このため、上記第２触媒の被毒を十分に解消させることが困難であった。

そこで、第２触媒に供給されるＯ_２の総量を大きくする観点から、「リッチからリーンへの反転」からの所定期間（以下、「リーンディレイ期間」とも称呼する。）において、上記空燃比リッチ制御を実行するのに代えて、触媒上流空燃比を理論空燃比よりリーンな空燃比に制御する「空燃比リーンディレイ制御」を実行することが提案されている。以下、上述したフィードバック制御に加え、空燃比リーンディレイ制御が実行される場合における、各種変数の変化の一例を示したタイムチャートである図１４を参照しながら、空燃比リーンディレイ制御が実行される場合におけるＮＯｘ、及びＯ_２の流出傾向について説明する。

ここで、ＮＯｘ、及びＯ_２の第１触媒からの流出が開始するタイミング（以下、単に「ＮＯｘ流出開始タイミング」、及び「Ｏ_２流出開始タイミング」とそれぞれ称呼する。）について付言する。「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御中においては、触媒上流空燃比が理論空燃比よりリーンな空燃比に制御されるため、第１触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大していく。そして、第１触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡが第１触媒の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘに達したとき、Ｏ_２流出開始タイミングが到来する。

一方、第１触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡが、上記最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘより若干小さい或る値ＯＳＡＮに達したとき、ＮＯｘ流出開始タイミングが到来する。これは、第１触媒に流入するガス中のＮＯｘの濃度が同排ガス中のＯ_２の濃度に比して小さいこと、第１触媒においてＮＯｘから酸素が脱離した後に酸素が吸蔵されること等により、第１触媒におけるＮＯｘの処理速度が第１触媒に流入するＯ_２の吸蔵速度より小さいことに基づくと考えられる。

即ち、上記Ｏ_２流出開始タイミングは、上記最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘからの上記値ＯＳＡの乖離の程度δＯＳＡ（以下、「ＮＯｘ未処理区間δＯＳＡ」と称呼する。）に相当する分だけ、上記ＮＯｘ流出開始タイミングより遅れて到来する。以下、ＮＯｘ流出開始タイミングからＯ_２流出開始タイミングまでの時間を「Ｏ_２流出遅れ時間」と称呼する。

上記乖離の程度δＯＳＡが一定の場合、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御中における触媒上流空燃比の理論空燃比からのリーン方向の偏移の程度が大きいほど（即ち、第１触媒に流入するガス中のＮＯｘ、及びＯ_２濃度が大きいほど）、第１触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡの増大速度が増大するのに伴い、上記Ｏ_２流出遅れ時間がより短くなる。以下、触媒上流空燃比の理論空燃比からのリーン方向の偏移の程度を、「リーン深さ」と称呼する。

即ち、ＮＯｘ流出開始タイミング、及びＯ_２流出開始タイミングにおいては、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御中における上記リーン深さが大きいほど、上記Ｏ_２流出遅れ時間がより短くなる。

先ず、空燃比リーン制御、及び空燃比リーンディレイ制御の何れにおいても、上記リーン深さが大きい場合について説明する（図１４の実線を参照）。この場合、上記リーンディレイ期間において、フィードバック補正値は、「リッチからリーンへの反転」に対応する時刻ｔＡ（の直前）（即ち、リーンディレイ期間の始期ｔＡ（の直前））において算出されていたフィードバック補正値Vafsfbと等しい値に維持され、リーンディレイ期間の終期ｔＢ１以降、通常の空燃比リッチ制御を実行するための値となる。

空燃比リーン制御中においては、第１触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡの増大速度が大きいため、上記Ｏ_２流出遅れ時間が短い（期間δｔＯを参照）。従って、ＮＯｘ流出開始タイミングｔＮが到来した後、Ｏ_２流出開始タイミングｔＯが比較的早く到来する。空燃比リーンディレイ制御が実行されるため、上記時刻ｔＡ以降、ＮＯｘ、及びＯ_２が大きい濃度Ｎ、及び大きい濃度Ｏをもって第１触媒からそれぞれ流出していく。そして、リーンディレイ期間の終期ｔＢ１にて第１触媒からの流出がそれぞれ終了する。これにより、第２触媒に供給されるＯ_２の量が上記被毒を解消するのに十分な量となり得る一方、第２触媒に流入するＮＯｘの量が過度に大きくなるという問題がある。

次に、空燃比リーン制御、及び空燃比リーンディレイ制御の何れにおいても、上記リーン深さが小さい場合について説明する（図１４の破線を参照）。この場合、上記リーンディレイ期間において、フィードバック補正値は、上記時刻ｔＡにおけるフィードバック補正値Vafsfb’（|Vafsfb’|＜|Vafsfb|）と等しい値に維持され、リーンディレイ期間の終期ｔＢ１以降、通常の空燃比リッチ制御を実行するための値となる。

空燃比リーン制御中においては、第１触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡの増大速度が小さいため、上記Ｏ_２流出遅れ時間が長い（期間δｔＯ’を参照）。従って、ＮＯｘ流出開始タイミングｔＮが到来した後、Ｏ_２流出開始タイミングｔＯ’が遅く到来する。空燃比リーンディレイ制御が実行されるため、上記時刻ｔＡ以降、ＮＯｘ、及びＯ_２が小さい濃度Ｎ’、及び小さい濃度Ｏ’をもって第１触媒からそれぞれ流出していく。そして、リーンディレイ期間の終期ｔＢ１にて第１触媒からの流出がそれぞれ終了する。これにより、第２触媒に流入するＮＯｘの量が過度に大きくなることが抑制され得る一方、第２触媒に供給されるＯ_２の量が上記被毒を解消するのに十分な量に達しないという問題がある。

従って、本発明の目的は、積極的に第１触媒からＯ_２を流出させるための上記空燃比リーンディレイ制御が実行される内燃機関の制御装置において、第２触媒に供給される（第１触媒から流出する）Ｏ_２の量が第２触媒の被毒を解消するのに十分な量とされつつ、第２触媒に流入する（第１触媒から流出する）ＮＯｘの量が過度に大きくなることが抑制され得るものを提供することにある。

本発明に係る空燃比制御装置は、排気通路に配設された酸素吸蔵機能を有する第１触媒と、第１触媒よりも下流の排気通路に配設された酸素濃度センサと、酸素濃度センサよりも下流の排気通路に配設された第２触媒とを備えた内燃機関に適用される。

本発明に係る空燃比制御装置の特徴は、前記酸素濃度センサの出力がリーンを示す値からリッチを示す値に反転した後同リッチを示す値に維持されているときに前記触媒上流空燃比を理論空燃比よりリーンな空燃比である第１リーン空燃比に制御し、前記酸素濃度センサの出力がリッチを示す値からリーンを示す値に反転した後同リーンを示す値に維持されているときに前記触媒上流空燃比を前記理論空燃比よりリッチな空燃比に制御する空燃比制御手段と、前記酸素濃度センサの出力のリッチを示す値からリーンを示す値への反転から第１所定期間（即ち、上記リーンディレイ期間）において、前記触媒上流空燃比を、前記理論空燃比よりリッチな空燃比に代えて、上記リーン深さが前記第１リーン空燃比のものより小さい前記理論空燃比よりリーンな空燃比である第２リーン空燃比に制御する空燃比リーンディレイ制御手段とを備えたことにある。

ここにおいて、「前記第２リーン空燃比」は、例えば、リッチを示す値（最大値）に維持されていた酸素濃度センサの出力が減少し始める時点に対応する第１リーン空燃比のリーン深さより小さいリーン深さをもつ理論空燃比よりリーンな空燃比、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御期間中において変化する第１リーン空燃比のリーン深さの平均値より小さいリーン深さをもつ理論空燃比よりリーンな空燃比、空燃比リーン制御期間中において変化する第１リーン空燃比のリーン深さの最大値より小さいリーン深さをもつ理論空燃比よりリーンな空燃比等であり、これらに限定されない。

上記構成によれば、第１リーン空燃比のリーン深さが、第２リーン空燃比のリーン深さより大きくされ得る。従って、上記ＮＯｘ流出タイミング（図１４の時刻ｔＮを参照）から上記リーンディレイ期間の始期（図１４の時刻ｔＡを参照）までの、第１触媒の酸素吸蔵量の増大速度が大きくされ得、上記Ｏ_２流出遅れ時間が短くされ得る。これにより、Ｏ_２が第２触媒に流入する期間が長くされ得る。

また、第２リーン空燃比のリーン深さが、第１リーン空燃比のリーン深さより小さくされ得る。これにより、上記リーンディレイ期間中に第２触媒に流入するガス中のＮＯｘの濃度が小さくされ得る。以上のことから、第２触媒に供給されるＯ_２の量を第２触媒の被毒を解消するのに十分な量にしつつ、第２触媒に流入するＮＯｘの量が過度に大きくなることを抑制することができる。

本発明に係る空燃比制御装置においては、同空燃比制御装置が、前記第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、前記第１所定期間（即ち、上記リーンディレイ期間）をより短い時間に決定する手段を備えるように構成されることが好適である。

ここにおいて、「前記第１触媒の最大酸素吸蔵量」は、第１触媒が吸蔵し得る酸素の最大量であり、第１触媒の温度が低いほど、また第１触媒の劣化の程度が大きいほどより小さくなる量である。

酸素吸蔵機能を有する第１触媒においては、第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、上記ＮＯｘ未処理区間がより小さくなる傾向がある。従って、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御中における第１触媒の酸素吸蔵量の増大速度が同一の場合（即ち、空燃比リーン制御中におけるリーン深さが同一の場合）においては、第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、上記Ｏ_２流出遅れ時間がより短くなる。

また、上記Ｏ_２流出遅れ時間が短いほど、第１触媒からＯ_２が流出する期間がより長くなり得る。従って、上記リーンディレイ期間が同一の場合においては、第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、第１触媒からＯ_２が流出する期間がより長くなる（後述する図６の破線を参照）。

このことは、例えば、第１触媒からＯ_２が流出する期間を同一の所定の期間とする場合において（即ち、第１触媒から流出するＯ_２の総量を同一の所定量とする場合において）、第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、上記Ｏ_２流出遅れ時間が短くなる分だけ上記リーンディレイ期間の終期を早められる（即ち、リーンディレイ期間を短くする）余地が大きくなることを意味する。

他方、上記リーンディレイ期間の終期が早いほど、第１触媒からＮＯｘが流出する期間もより短くなり、第２触媒に流入するＮＯｘの総量がより小さくなる。従って、上記構成によれば、第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、上記リーンディレイ期間がより短くされることで、第２触媒に供給されるＯ_２の総量を同一の所定量に維持しながら、第２触媒に流入するＮＯｘの総量を上記リーンディレイ期間が短くされた分だけ小さくすることができる。従って、上記同一の所定量を、上記第２触媒の被毒の解消のために必要なＯ_２の量に設定することで、第２触媒に流入するＮＯｘの量を更に小さくすることができる。

このように、前記第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど上記リーンディレイ期間がより短い時間に決定される場合、上記空燃比制御装置が、前記第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、前記第２リーン空燃比のリーン深さをより大きい程度に決定する手段を備えるように構成されてもよい。

この場合において、上記リーンディレイ期間が短くされることで第２触媒に流入するＮＯｘの量がより小さくなることは、同ＮＯｘの量を増大させられる余地がより大きくなることを意味する。即ち、上記リーンディレイ期間が短くされるほど、同リーンディレイ期間における第２リーン空燃比のリーン深さをより大きくすることで、第１触媒から流出するガス中のＮＯｘの濃度、及びＯ_２の濃度を大きくできる余地がより大きくなる（後述する図６の１点鎖線を参照）。

上記構成によれば、第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど（即ち、上記リーンディレイ期間がより短くされるほど）、第２リーン空燃比のリーン深さがより大きくされる。これにより、第２触媒に流入するＮＯｘの量が過度に大きくなることが抑制されつつ、第２触媒に供給されるＯ_２の総量を上記リーン深さが大きくされた分だけ大きくすることができる。

例えば、第１触媒の最大酸素吸蔵量の減少に応じて上記リーンディレイ期間が短くされた分に対応するＮＯｘの減少量だけＮＯｘの量を増大させるように、第２リーン空燃比のリーン深さを増大させれば、第２触媒に流入するＮＯｘの総量を同一の所定量に維持しながら第２触媒に供給されるＯ_２の総量を増大させることができる。上記同一の所定量が、第２触媒に流入するＮＯｘの総量が第２触媒への流入が許容される範囲内の所定量に設定されることで、同ＮＯｘの総量が同範囲を逸脱することが抑制され得、第２触媒の被毒をより効果的に解消させることができる。

本発明に係る空燃比制御装置においては、前記第２触媒が酸素吸蔵機能を有する場合、同空燃比制御装置が、前記内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射を禁止する処理（以下、「フューエルカット処理」とも称呼する。）を行う手段と、過去において最も後に発生した前記燃料噴射を禁止する処理の終了時点から前記第1所定期間（上記リーンディレイ期間）の始期までの期間が短いほど前記第１所定期間をより短い時間に決定する手段を備えるように構成されることが好適である。

第２触媒が酸素吸蔵機能を有している場合、上記フューエルカット処理の実行中において、理論空燃比から大きくリーン方向に偏移した空燃比のガスが第２触媒に流入することで第２触媒の酸素吸蔵量が大きい速度をもって増大していく。従って、上記フューエルカット処理の終了時点においては、同第２触媒の酸素吸蔵量が大きい量となっており、第２触媒に流入するＮＯｘを処理し得る余地が小さい場合が多い。

上記フューエルカット処理の終了時点以降、上述したフィードバック制御が実行されることにより、同終了時点から新たなフューエルカット処理が実行されることなく経過した時間が長いほど、第２触媒の酸素吸蔵量が減少していくことに伴い、第２触媒に流入するＮＯｘを処理し得る余地がより大きくなる。

従って、過去において最も後に発生した上記フューエルカット処理の終了時点から上記リーンディレイ期間の始期までの期間が短いほど、第２触媒に流入するＮＯｘを処理し得る余地がより小さいため、第２触媒に流入するＮＯｘの量をより小さくする必要がある。このためには、上記終了時点から上記リーンディレイ期間の始期までの期間が短いほど、上記リーンディレイ期間をより短くすればよい。

上記構成は係る知見に基づく。これにより、第２触媒に流入するＮＯｘの処理をする余地が考慮されながらリーンディレイ期間が決定されるから、第２触媒から流出するＮＯｘの量が過度に大きくなることが抑制されつつ、上記空燃比リーンディレイ制御を実行することができる。

また、本発明に係る空燃比制御装置においては、前記第２触媒が酸素吸蔵機能を有する場合、同空燃比制御装置が、前記第２触媒が活性状態となる前記第２触媒の温度範囲内の基準温度から前記第２触媒の温度が乖離するほど前記第１所定期間（上記リーンディレイ期間）をより短い時間に決定する手段を備えるように構成されることが好適である。

一般に、酸素吸蔵機能を有する触媒において、触媒の劣化の程度が同一である場合、触媒の温度が、触媒が活性状態となる触媒の温度範囲の下限温度より低いほど、触媒の最大酸素吸蔵量が小さくなる。また、触媒の最大酸素吸蔵量は、触媒に流入するＮＯｘを処理し得る余地の大きさをも表す値となる。従って、触媒の温度が上記温度範囲の下限温度より低いほど、触媒に流入するＮＯｘの量を小さくする必要がある。

他方、上記触媒の温度が比較的高い場合、同触媒に大きい量のＯ_２が流入すると触媒の劣化が進行する場合が多く、触媒の劣化が過度に進行しないＯ_２の流入量の範囲の上限量は、触媒の温度が高いほど小さくなる傾向がある。

従って、第２触媒が酸素吸蔵機能を有する場合、第２触媒の温度が高いほどリーンディレイ期間をより長くすると、第２触媒から流出するＮＯｘの量が過度に大きくなることは抑制され得るものの、第２触媒に流入するＯ_２の量が上記範囲の上限量より大きくなり得、第２触媒の劣化が過度に進行し得るという問題がある。一方、第２触媒の温度が低いほどリーンディレイ期間をより長くすると、第２触媒の劣化が過度に進行することは抑制され得るものの、第２触媒に流入するＮＯｘの量が処理し得る量より大きくなり得、第２触媒から流出するＮＯｘの量が過度に大きくなり得るという問題がある。

上記構成によれば、第２触媒の温度が基準温度より低いほど、また、第２触媒の温度が基準温度より高いほど、リーンディレイ期間がより短く決定され得る。従って、例えば、基準温度を、所定の長さのリーンディレイ期間に対応する量のＮＯｘを処理し得る第２触媒の温度範囲内の温度であって、同リーンディレイ期間に対応する量のＯ_２が第２触媒に流入しても第２触媒の劣化が過度に進行しない第２触媒の温度範囲の上限温度に設定することで、第２触媒の過度な劣化を抑制しつつ、第２触媒からＮＯｘが流出する量が過度に大きくなることを抑制することができる。

また、本発明に係る空燃比制御装置においては、前記内燃機関が、前記酸素濃度センサよりも下流であって前記第２触媒よりも上流の前記排気通路に配設されて前記第１触媒から流出するガスの空燃比が前記理論空燃比よりもリーンのときに前記第１触媒から流出するガス中のＮＯｘを吸収し前記理論空燃比のとき又は前記理論空燃比よりもリッチのときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えるように構成されてもよい。

これによれば、上記空燃比リーンディレイ制御中において、第１触媒から流出する理論空燃比よりリーンな空燃比のガス中のＮＯｘが吸収されるから、第２触媒に流入するＮＯｘの量が抑制されつつ、同ガス中のＯ_２が選択的に第２触媒に供給され得る。従って、第２触媒に流入するＮＯｘを処理し得る余地の大きさにかかわらず、上記空燃比リーンディレイ制御において、リーンディレイ期間を大きくする、及び／又は、リーン深さを大きくすることで、第２触媒に供給されるＯ_２の総量が大きくされ得る。この結果、第２触媒から流出するＮＯｘの量が過度に大きくなることが抑制されつつ、第２触媒の被毒をより効果的に解消させることができる。

このように、前記内燃機関の排気通路に前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が備えられている場合、上記空燃比制御装置が、前記酸素濃度センサの出力のリーンを示す値からリッチを示す値への反転から第２所定期間において、前記触媒上流空燃比を、前記第１リーン空燃比に代えて、前記理論空燃比よりリッチな空燃比に制御する空燃比リッチディレイ制御手段を備えるように構成されることが好適である。

これによれば、上記空燃比リッチディレイ制御が実行されない場合に比して、第１触媒から流出するＣＯ，ＨＣの量がより大きくされる。従って、上記空燃比リッチディレイ制御の実行中において、理論空燃比よりリッチな空燃比のガスを利用して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒中のＮＯｘの還元を十分に行うことができる。この結果、上記空燃比リーンディレイ制御により、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が、同触媒がＮＯｘを吸蔵し得る最大量に達した場合であっても、同触媒中のＮＯｘの還元が十分に行われることで、同触媒のＮＯｘ吸蔵機能を十分に回復させることができる。

以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空燃比制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともにインテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、及びスロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒（スタート・コンバータ、前記第１触媒に対応）５３、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側触媒（アンダフロア・コンバータ、前記第２触媒に対応）５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

上流側触媒５３及び下流側触媒５４のそれぞれは、所謂、プラチナＰｔ等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置である。各触媒は、触媒流入ガスがほぼ理論空燃比であるとき、ＣＯ，ＨＣなどの未燃ガスを酸化するとともに、ＮＯｘを還元する機能を有する。更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃ガス及びＮＯｘを浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、触媒の担体であるセリアＣｅＯ_２によってもたらされる。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、空燃比センサ６６、酸素濃度センサ６７、上流側触媒温度センサ６８Ｓ、下流側触媒温度センサ６８Ｕ、及びアクセル開度センサ６９を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Gaを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにクランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、運転速度NEを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。

空燃比センサ６６は、排気通路であって上流側触媒５３よりも上流側に配設されている。空燃比センサ６６は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、上流側触媒５３に流入する排ガス中の空燃比（以下、「触媒上流空燃比」と称呼する。前記触媒上流空燃比に対応）を検出し、図２に実線にて示したように、空燃比Ａ／Ｆに応じた電流を出力し、この電流に応じた電圧である出力値Vabyfs(V)を出力するようになっている。特に、正常状態では、空燃比が理論空燃比であるときに出力値Vabyfs(V)は値Vstoich(V)になるようになっている。図２から明らかなように、空燃比センサ６６によれば、広範囲にわたる空燃比Ａ／Ｆを精度良く検出することができる。

酸素濃度センサ６７は、排気通路であって上流側触媒５３よりも下流側であり下流側触媒５４よりも上流側に配設されている。酸素濃度センサ６７は、所謂「起電力式（濃淡電池型）酸素濃度センサ」である。図３に示したように、酸素濃度センサ６７は、上流側触媒５３から流出するガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ及びリーンのとき略０．９(V)（最大値）及び略０．１(V)（最小値）の電圧をそれぞれ出力し、上流側触媒５３から流出するガスの空燃比が理論空燃比であるときは０．５(V)（＝下流側目標値Voxsref）の電圧を出力するようになっている。

上流側触媒温度センサ６８Ｓは、上流側触媒５３の温度を検出し、上流側触媒温度ＴＨＳＣを表す信号を出力するようになっている。下流側触媒温度センサ６８Ｕは、下流側触媒５４の温度を検出し、下流側触媒温度ＴＨＵＦを表す信号を出力するようになっている。アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットル弁アクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。

（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された空燃比制御装置が行う空燃比のフィードバック制御の概要について説明する。

この空燃比制御装置（以下、「本装置」と称呼する。）は、酸素濃度センサ６７の出力値Voxsと目標空燃比に相当する下流側目標値Voxsref(＝０．５（V）)との偏差DVoxs（＝Voxsref-Voxs）を比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）した値である下流側ＰＩＤ処理値sfbpidを求め、原則的に、下流側フィードバック補正値Vafsfbを下流側ＰＩＤ処理値sfbpidと等しい値に決定する。

一方、後述するように、酸素濃度センサ６７の出力のリッチを示す値（略０．９(V)（最大値））からリーンを示す値（略０．１(V)（最小値））への反転（以下、単に「リッチからリーンへの反転」とも称呼する。）から所定の期間（以下、「リーンディレイ期間β」と称呼する。前記第１所定期間に対応）においては、本装置は、上記下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに代えて、下流側フィードバック補正値Vafsfbを、触媒上流空燃比を理論空燃比よりリーンな空燃比とするための値である後述するリーンディレイ補正値sfbdelayと等しい値に決定する。

そして、本装置は、下流側フィードバック補正値Vafsfb（即ち、下流側ＰＩＤ処理値sfbpid、又は、リーンディレイ補正値sfbdelay）を空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに加えて空燃比センサ６６の出力値Vabyfsを補正し、この補正した値に対応する空燃比（以下、「制御用空燃比」と称呼する。）が目標空燃比と一致するように空燃比をフィードバック制御する。特に、上記リーンディレイ補正値sfbdelayが用いられる際の制御を「空燃比リーンディレイ制御」と称呼する。

より具体的に述べると、本装置は、機能ブロック図である図４に示したように、Ａ１〜Ａ１１の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図４を参照しながら各機能ブロックについて説明していく。

<基本燃料噴射量の算出>
先ず、筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、エアフローメータ６１が計測している吸入空気流量Gaと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られる運転速度NEと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルMapMcとに基づき、吸気行程を迎える気筒の今回の吸入空気量である筒内吸入空気量Mcを求める。

上流側目標空燃比設定手段Ａ２は、内燃機関１０の運転状態である運転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて上流側目標空燃比abyfrを決定する。この上流側目標空燃比abyfrは、例えば、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘを取得するために触媒上流空燃比を理論空燃比からリッチ側、及びリーン側に交互に変動させる（所謂、アクティブ空燃比制御）場合等の特殊な場合を除き理論空燃比に設定されている。なお、アクティブ空燃比制御については、例えば、特開平５−１３３２６４号公報等に記載されているので、ここではその詳細な説明を省略する。

基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により求められた筒内吸入空気量Mcを上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定された上流側目標空燃比abyfrで除することにより、空燃比を上流側目標空燃比abyfrとするための今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbaseを求める。

このようにして、本装置は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、基本燃料噴射量算出手段Ａ３を利用して、基本燃料噴射量Fbaseを求める。

<燃料噴射量の算出>
燃料噴射量算出手段Ａ４は、基本燃料噴射量算出手段Ａ３により求められた基本燃料噴射量Fbaseに、後述する上流側フィードバック補正値DFiを加えることで、下記(1)式に基づいて燃料噴射量Fiを求める。
Fi＝Fbase＋DFi ・・・(1)

このようにして、本装置は、燃料噴射量算出手段Ａ４により、基本燃料噴射量Fbaseを上流側フィードバック補正値DFiに基づいて補正することにより得られる燃料噴射量Fiの燃料の噴射指示を今回の吸気行程を迎える気筒についてのインジェクタ３９に対して行う。

<下流側フィードバック補正値の算出>
先ず、下流側目標値設定手段Ａ５は、上述した上流側目標空燃比設定手段Ａ２と同様、内燃機関１０の運転状態である運転速度NE、及びスロットル弁開度TA等に基づいて下流側目標値Voxsrefを決定する。この下流側目標値Voxsrefは、本例では、下流側目標値Voxsrefに対応する空燃比が上述した上流側目標空燃比abyfrと常時一致するように設定される。即ち、下流側目標値Voxsrefは、原則的には、理論空燃比に相当する値（０．５(V)）に設定される。

出力偏差量算出手段Ａ６は、下記(2)式に基づいて、下流側目標値設定手段Ａ５により設定されている現時点（具体的には、今回のFiの噴射指示開始時点）での下流側目標値Voxsrefから現時点での酸素濃度センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。
DVoxs＝Voxsref−Voxs ・・・(2)

下流側フィードバック補正値算出手段Ａ７は、出力偏差量DVoxsを比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記(3)式に基づいて下流側ＰＩＤ処理値sfbpidを求める。
sfbpid＝Kp・DVoxs＋Ki・SDVoxs＋Kd・DDVoxs ・・・(3)

上記(3)式において、Kpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Kiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Kdは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの時間積分値であり、DDVoxsは出力偏差量DVoxsの時間微分値である。即ち、下流側目標値Voxsrefと酸素濃度センサ６７の出力値Voxsとの定常偏差がゼロになるように下流側ＰＩＤ処理値sfbpidが求められる。

また、本装置は、上記「リッチからリーンへの反転」からリーンディレイ期間βの始期において、下記(4)に基づいて、リーンディレイ期間βの始期の直前に上記ＰＩＤ処理により求められていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpid1に後述するリーン深さ係数γ（＜１．０）を乗じることにより、リーンディレイ補正値sfbdelayを求める。
sfbdelay＝sfbpid1・γ ・・・(4)

そして、本装置は、原則的には、下流側フィードバック補正値Vafsfbを上記下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに設定する。一方、上記リーンディレイ期間βにおいては、下流側フィードバック補正値Vafsfbを、上記下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに代えて、上記リーンディレイ補正値sfbdelayに設定する。これにより、上記空燃比リーンディレイ制御が実行されるようになっている。なお、空燃比リーンディレイ制御実行中においても、上記下流側ＰＩＤ処理値sfbpidの算出が実行されるようになっている。

このようにして求められる下流側フィードバック補正値Vafsfb（即ち、下流側ＰＩＤ処理値sfbpid、又は、リーンディレイ補正値sfbdelay）は、後述するように制御用空燃比abyfsの取得に用いられる。

<上流側フィードバック補正値の算出>
制御用空燃比相当出力値算出手段Ａ８は、空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに、下流側フィードバック補正値算出手段Ａ７により求められた下流側フィードバック補正値Vafsfbを加えることで、制御用空燃比相当出力値(Vabyfs+Vafsfb)を求める。

テーブル変換手段Ａ９は、制御用空燃比相当出力値算出手段Ａ８により算出された制御用空燃比相当出力値(Vabyfs+Vafsfb)と、先に説明した図２にグラフにより示した空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を規定したテーブルMapabyfsとに基づいて、制御用空燃比abyfsを求める。このように、制御用空燃比abyfsは、空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに対応する空燃比（検出空燃比）に対して下流側フィードバック補正値Vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比（見かけ上の空燃比）である。

空燃比偏差算出手段Ａ１０は、下記(5)式に基づいて、テーブル変換手段Ａ９により求められた制御用空燃比abyfsから上記上流側目標空燃比abyfrを減じることにより、空燃比偏差DAFを求める。この空燃比偏差DAFは、燃料供給量の過不足分を表す量となる。
DAF＝abyfs−abyfr ・・・(5)

上流側フィードバック補正値算出手段Ａ１１は、空燃比偏差算出手段Ａ１０により算出された空燃比偏差DAFを比例・積分処理（ＰＩ処理）することで、下記(6)式に基づいて燃料供給量の過不足を補償するための上流側フィードバック補正値DFiを求める。
DFi＝Gp・DAF＋Gi・SDAF ・・・(6)

上記(6)式において、Gpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Giは予め設定された積分ゲイン（積分定数）である。SDAFは空燃比偏差DAFの時間積分値である。係る上流側フィードバック補正値DFiは、先に述べたように燃料噴射量算出手段Ａ４により燃料噴射量Fiを求める際に使用される。

このように、本装置は、上流側目標空燃比abyfrと制御用空燃比abyfsとが一致するように空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて空燃比をフィードバック制御する。加えて、制御用空燃比abyfsは、上述したように空燃比センサ６６による検出空燃比に対して、下流側フィードバック補正値Vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比であるから、酸素濃度センサ６７の出力値Voxsの下流側目標値Voxsrefからの出力偏差量DVoxsにも応じて変化する。

例えば、酸素濃度センサ６７の出力値Voxsがリッチを示す値（略０．９(V)（最大値））に維持されているときには、上記出力偏差量DVoxs（＝Voxsref-Voxs）は負の値となる。このため、下流側フィードバック補正値Vafsfb（＝sfbpid）も負の値となり、制御用空燃比が目標空燃比（＝理論空燃比）よりリッチ方向へ偏移した空燃比となり、空燃比偏差DAFが負の値となる。従って、上流側フィードバック補正値DFiが負の値となる。これにより燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも小さくなって、触媒上流空燃比が理論空燃比よりリーン方向に偏移した空燃比に制御される。以下、触媒上流空燃比の理論空燃比よりリーン方向に偏移した空燃比への制御を「空燃比リーン制御」と称呼することもある。

一方、酸素濃度センサ６７の出力値Voxsがリーンを示す値（略０．１(V)（最小値））に維持されているときには、上記出力偏差量DVoxs（＝Voxsref-Voxs）は正の値となる。このため、下流側フィードバック補正値Vafsfb（＝sfbpid）も正の値となり、制御用空燃比が目標空燃比（＝理論空燃比）よりリーン方向へ偏移した空燃比となり、空燃比偏差DAFが正の値となる。従って、上流側フィードバック補正値DFiが正の値となる。これにより燃料噴射量Fiは基本燃料噴射量Fbaseよりも大きくなって、触媒上流空燃比が理論空燃比よりリッチ方向に偏移した空燃比に制御される。以下、触媒上流空燃比の理論空燃比よりリッチ方向に偏移した空燃比への制御を「空燃比リッチ制御」と称呼することもある。

(空燃比リーンディレイ制御の概要)
次に、本装置が行う上記空燃比リーンディレイ制御の概要について、発明の開示の欄で説明した図１４に対応する図５に示したタイムチャートを参照しながら説明する。

上述のように空燃比のフィードバック制御が実行されると、酸素濃度センサ６７の出力のリーンを示す値（略０．１(V)）からリッチを示す値（略０．９(V)）への反転前後において、上流側触媒５３からＣＯ，ＨＣが流出する（図１３を参照）。このＣＯ，ＨＣは下流側触媒５４に流入し、下流側触媒５４中のプラチナＰｔ等の貴金属に吸着されることで、下流側触媒５４の被毒が発生する。

下流側触媒５４の被毒を十分に解消するためには、上記吸着されているＣＯ，ＨＣを下流側触媒５４に流入するＯ_２を利用して酸化させればよい。従って、本装置は、下流側触媒５４に積極的にＯ_２を供給する（即ち、上流側触媒５３から流出するＯ_２の流出期間を長くすることで、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の総量を大きくする）観点から、上記「リッチからリーンへの反転」（時刻ｔＡを参照）から上記リーンディレイ期間βにおいて、触媒上流空燃比を、理論空燃比よりリッチな空燃比に代えて、理論空燃比よりリーンな空燃比に制御する「空燃比リーンディレイ制御」を実行する。

具体的には、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御においては、触媒上流空燃比が理論空燃比よりリーンな空燃比に制御されるように、下流側フィードバック補正値Vafsfb（即ち、下流側ＰＩＤ処理値sfbpid）が負の値となるように算出される一方、「リッチからリーンへの反転」時刻ｔＡが到来してから上記リーンディレイ期間βに亘って、下流側フィードバック補正値Vafsfbは、同時刻ｔＡ直前に算出されていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpid1（＜０）にリーン深さ係数γ（０＜γ＜１．０）が乗じられた値sfbpid1・γ（即ち、上記リーンディレイ補正値sfbdelay）に設定される（図５の実線を参照）。なお、上記値sfbpid1は、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御期間における下流側ＰＩＤ処理値の最小値となる。

従って、上記リーンディレイ期間βにおいて制御される触媒上流空燃比（前記第２空燃比に対応）の理論空燃比からのリーン方向への偏移の程度（以下、「リーン深さ」と称呼する。）は、上記時刻ｔＡが到来したとき（即ち、下流側ＰＩＤ処理値sfbpidが上記値sfbpid1に算出されている場合）に制御されていた触媒上流空燃比（前記第１空燃比に対応）のリーン深さより小さい。

ここで、上述したように、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御における上記リーン深さが大きいほど、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡの増大速度が増大することに伴い、ＮＯｘ流出開始タイミングからＯ_２流出開始タイミングまでの期間であるＯ_２流出遅れ時間がより短くなる傾向がある。

本装置との比較対象として、リーンディレイ期間βにおいて制御される触媒上流空燃比のリーン深さが、上記時刻ｔＡが到来したときに制御されていた触媒上流空燃比のリーン深さと等しい値に決定される装置を考える。

例えば、空燃比リーン制御、及び空燃比リーンディレイ制御における触媒上流空燃比のリーン深さがそれぞれ大きく、上記時刻ｔＡが到来したときに対応する下流側フィードバック補正値Vafsfbが上記値sfbpid1と等しい値に算出され、リーンディレイ期間βにおける下流側フィードバック補正値Vafsfbが同値sfbpid1に決定される場合を考える（図５の１点鎖線を参照）。

この場合、Ｏ_２流出遅れ時間が短く（図５のδｔＯ１を参照）、ＮＯｘ流出開始タイミングｔＮから比較的早期にＯ_２流出開始タイミングｔＯ１が到来する。また、リーンディレイ期間β中に上流側触媒５３から流出する排ガス中のＮＯｘの濃度、及びＯ_２の濃度は、それぞれ上記値sfbpid1に対応する大きい濃度Ｎ１’、及び大きい濃度Ｏ１’となる。従って、上流側触媒５３から流出するＯ_２の流出期間が長く（図５の期間ｔＯ１〜ｔＢ１を参照）、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の総量が大きくなり得るものの、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの総量が大きい。

他方、空燃比リーン制御、及び空燃比リーンディレイ制御における触媒上流空燃比のリーン深さがそれぞれ小さく、上記時刻ｔＡが到来したときに対応する下流側フィードバック補正値Vafsfbが上記値sfbpid1・γと等しい値に算出され、リーンディレイ期間βにおける下流側フィードバック補正値Vafsfbが同値sfbpid1・γに決定される場合を考える（図５の破線を参照）。

この場合、Ｏ_２流出遅れ時間が長く（図５のδｔＯ１’を参照）、ＮＯｘ流出開始タイミングｔＮから大きく遅れてＯ_２流出開始タイミングｔＯ１’が到来する。また、リーンディレイ期間β中の上流側触媒５３から流出する排ガス中のＮＯｘの濃度、及びＯ_２の濃度は、それぞれ上記値sfbpid1・γに対応する小さい濃度Ｎ１’、及び小さい濃度Ｏ１’となる。従って、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの総量が小さくなるものの、上流側触媒５３から流出するＯ_２の流出期間が短く（図５の期間ｔＯ１’〜ｔＢ１を参照）、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の総量が小さくなる。

これらに対し、本装置による空燃比リーン制御における触媒上流空燃比のリーン深さは大きいため、Ｏ_２流出遅れ時間が短く(図５のδｔＯ１を参照)、ＮＯｘ流出開始タイミングｔＮが到来してから比較的早期にＯ_２流出開始タイミングｔＯ１が到来する。従って、上流側触媒５３からＯ_２が流出する期間が長い（図５の実線、及び期間ｔＯ１〜ｔＢ１を参照）。

また、本装置による空燃比リーンディレイ制御における触媒上流空燃比のリーン深さは小さいため、上流側触媒５３から流出する排ガス中のＮＯｘの濃度、及びＯ_２の濃度は、上記値sfbpid1・γに対応する小さい濃度Ｎ１、及び濃度Ｏ１となる。以上により、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの総量が過度に大きくなることが抑制されつつ、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の総量が大きくされ得る。

なお、本装置においては、１回の空燃比リーンディレイ制御により上流側触媒５３から流出するＮＯｘ、及びＯ_２の総量が、原則的には、それぞれ値ＳＵＭＮ１、及び値ＳＵＭＯ１と等しい値となるように、リーンディレイ期間β、及びリーン深さ係数γが設定されるようになっている。

より具体的には、上記値ＳＵＭＯ１は、リーンディレイ期間β及びリーン深さ係数γがそれぞれ基準リーンディレイ期間β１及び基準リーン深さ係数γ１であって、上流側触媒５３が吸蔵し得る酸素量の最大量である最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが、上流側触媒５３の劣化の程度がゼロ（即ち、新品の状態）の場合であって、且つ、上流側触媒５３の温度が酸素吸蔵機能が最も大きくなり得る温度と等しい場合に対応する基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１である場合において、１回の空燃比リーンディレイ制御開始時において下流側触媒５４中に吸着されているＣＯ，ＨＣの全てを酸化し得るＯ_２の量の最小値である。

また、上記値ＳＵＭＮ１は、リーンディレイ期間β及びリーン深さγがそれぞれ基準リーンディレイ期間β１及び基準リーン深さγ１であって、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１である場合であって、更に、下流側触媒５４の酸素吸蔵量がゼロである場合（即ち、下流側触媒５４でＮＯｘが処理され得る余地が最大となる場合）において、１回の空燃比リーンディレイ制御において下流側触媒５４にて処理され得るＮＯｘの量の最大値である。

(リーンディレイ期間、及びリーン深さ係数の決定方法)
上述したように、本装置では、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１である場合、リーンディレイ期間β及びリーン深さ係数γが、上記基準リーンディレイ期間β１及び基準リーン深さ係数γ１にそれぞれ設定され、１回の空燃比リーンディレイ制御により上流側触媒５３から流出するＮＯｘ、及びＯ_２の総量が、それぞれ値ＳＵＭＮ１、及び値ＳＵＭＯ１と等しい量となるようになっている。

更に、本装置は、上流側触媒５３の劣化が進行すること等により、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１より小さくなった場合、最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１からの減少に応じて、上記リーンディレイ期間β及びリーン深さ係数γを、上記基準リーンディレイ期間β１及び基準リーン深さγ１とは異なる値に設定する。

上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１であった上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが、同基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１より小さい最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ２へ減少した場合におけるリーンディレイ期間β及びリーン深さ係数γの決定方法について、本装置が空燃比リーンディレイ制御を実行する際の各種変数の変化の一例を示したタイムチャートである図６を参照しながら説明する。

図６の実線は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１である場合、図６の破線は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１より小さい最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ２である場合に対応する各種変数の変化を示している。先ず、リーン深さ係数γが上記基準リーン深さ係数γ１であるとして、リーンディレイ期間βの決定方法について詳述する。

ここで、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと上記Ｏ_２流出遅れ時間との関係について付言する。上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが小さいほど、上記ＮＯｘ未処理区間δＯＳＡが小さくなる傾向がある。従って、「リッチからリーンへの反転」前の空燃比リーン制御中における上記リーン深さが同一（即ち、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡの増大速度が同一）である場合、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが小さいほど、上記Ｏ_２流出遅れ時間が短くなる。

即ち、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１から上記量Ｃｍａｘ２に減少すると、上記ＮＯｘ未処理区間がδＯＳＡ１からδＯＳＡ２（＜δＯＳＡ１）に減少する。従って、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記量Ｃｍａｘ２である場合に対応する上記Ｏ_２流出遅れ時間δｔＯ２は、上記δＯＳＡ１とδＯＳＡ２との差に相当する時間δβだけ、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１である場合に対応する上記Ｏ_２流出遅れ時間δｔＯ１より短くなる。即ち、Ｏ_２流出開始タイミングがｔＯ１よりδβだけ早いｔＯ２となる。

従って、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１から上記量Ｃｍａｘ２に減少すると、上記リーンディレイ期間βが上記基準リーンディレイ期間β１である場合において、上流側触媒５３からＯ_２が流出する量が上記時間δβに相当する分だけ上記値ＳＵＭＯ１より大きくなる（図６の破線を参照）。

このことは、下流側触媒５４に供給するＯ_２の量を上記値ＳＵＭＯ１にする観点から、上記リーンディレイ期間βを、上記基準リーンディレイ期間β１から上記時間δβだけ短くできる余地がある（即ち、リーンディレイ期間βの終期を上記基準リーンディレイ期間β１の終期ｔＢ１から上記時間δβだけ早くできる余地がある）ことを意味する。

他方、リーンディレイ期間βの終期を上記終期ｔＢ１から上記時間δβだけ早くできれば、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量を上記値ＳＵＭＮ１より時間δβに相当する分だけ小さくすることができる（図６の右下がり斜線部の面積を参照）。

以上のことから、本装置は、リーンディレイ期間βを、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１より小さくなった程度に応じた上記Ｏ_２流出遅れ時間の上記時間δＯ１からの短縮時間だけ、上記基準リーンディレイ期間β１より短い時間に決定する。

本例では、リーンディレイ期間βが、上記基準リーンディレイ期間β１に第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１（≦１．０）が乗じられた値に決定されるようになっている。この第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１は、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと、同最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと上記第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１との関係を規定する図７に示したテーブルMapＫβ１(Ｃｍａｘ)とに基づいて決定される。

上記テーブルMapＫβ１(Ｃｍａｘ)は、リーン深さ係数γが上記値「γ１」である場合において、リーンディレイ期間βが値「β１・Ｋβ１」に決定されることで、上流側触媒５３から流出するＯ_２の量が上記値ＳＵＭＯ１と等しい値になるように適合・作成されたものである。即ち、上記テーブルMapＫβ１(Ｃｍａｘ)によれば、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが小さいほど、第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１がより小さく決定され、特に、同最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１と等しい量である場合、第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１は「１．０」に決定される。

次に、リーン深さ係数γの決定方法について詳述する。上述のように上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記量Ｃｍａｘ２である場合、上記テーブルMapＫβ１(Ｃｍａｘ)に基づいて、リーンディレイ期間βの終期が、基準リーンディレイ期間β１の終期ｔＢ１から上記時間δβだけ短い時刻ｔＢ２とされる。これにより、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量が上記値ＳＵＭＮ１より時間δβに相当する分だけ小さくなる（図６の右下がりの斜線の面積を参照）。

このことは、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量を上記値ＳＵＭＮ１にする観点から、上流側触媒５３から流出する排ガス中のＮＯｘの濃度を、上記基準リーン深さ係数γ１に対応する濃度Ｎ１から、図６のＮＯｘの変化を示すタイムチャートにおける右上がり斜線部の面積が、上記右下がり斜線部の面積と等しくなる場合に対応する濃度Ｎ３まで大きくできる余地があることを意味する。

換言すれば、リーン深さ係数γを、上記基準リーン深さ係数γ１から上記濃度Ｎ３に対応する値まで大きくできる余地があることを意味する。

他方、リーン深さ係数γを上記基準リーン深さ係数γ１から上記濃度Ｎ３に対応する値まで大きくできれば、上流側触媒５３から流出する排ガス中のＯ_２の濃度を、上記基準リーン深さ係数γ１に対応する濃度Ｏ１から、リーン深さ係数γが増大した分だけ大きい濃度Ｏ３まで大きくすることができる。即ち、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の量を、上記値ＳＵＭＯ１より図６の右上がり斜線部の面積に相当する分だけ大きくすることができる（図６の１点鎖線を参照）。

以上のことから、本装置は、リーン深さ係数γを、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１より小さくなった程度に応じた上記リーンディレイ期間βの上記基準リーンディレイ期間β１からの短縮時間に応じて、上記基準リーン深さ係数γ１より大きい値に決定する。

本例では、リーン深さ係数γが、上記基準リーン深さ係数γ１にリーン深さ補正係数Ｋγ（１．０≦Ｋγ＜１／γ１）が乗じられた値に決定されるようになっている。このリーン深さ補正係数Ｋγは、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと、同最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘと上記リーン深さ補正係数Ｋγとの関係を規定する図８に示したテーブルMapＫγ(Ｃｍａｘ)とに基づいて決定される。

上記テーブルMapＫγ(Ｃｍａｘ)は、リーンディレイ期間βが上記値「β１・Ｋβ１」である場合において、リーン深さ係数γが上記値「γ１・Ｋγ」に決定されることで、上流側触媒５３から流出するＮＯｘの量が上記値ＳＵＭＮ１と等しい値になるように適合・作成されたものである。即ち、上記テーブルMapＫγ(Ｃｍａｘ)によれば、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが小さいほど、リーン深さ補正係数Ｋγがより大きく決定され、特に、同最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘが上記基準最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ１と等しい量である場合、リーン深さ補正係数Ｋγは「１．０」に決定される。

ところで、本装置においては、車両の運転者のアクセル８１の操作によりアクセル操作量Accpが「０」となる場合等において、上記フューエルカット処理を実行するため、インジェクタ３９に対して燃料供給を停止する指示が送られるようになっている。

フューエルカット処理の実行中において、理論空燃比よりリーン方向へ大きく偏移した空燃比のガスが下流側触媒５４に流入することで下流側触媒５４の酸素吸蔵量が大きい速度をもって増大していく。従って、フューエルカット処理の終了時点においては、下流側触媒５４の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に近接しており、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの処理をする余地がほとんどない場合が多い。

上記フューエルカット処理の終了時点以降、上述したフィードバック制御が実行されることにより、同終了時点から新たなフューエルカット処理が実行されることなく経過した時間が長いほど、下流側触媒５４の酸素吸蔵量が減少していくことに伴い、下流側触媒５４に流入するＮＯｘを処理し得る余地がより大きくなる。

従って、過去において最も後に発生した上記フューエルカット処理の終了時点から上記リーンディレイ期間βの始期までの期間（即ち、上記反転時刻ｔＡまでの期間）が短いほど、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの処理をする余地がより小さいため、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量をより小さくする必要がある。このためには、上記終了時点から上記リーンディレイ期間βの始期までの期間が短いほど、上記リーンディレイ期間βをより短くすればよい（即ち、リーンディレイ期間βの終期をより早くすればよい）。

従って、本装置は、上記フューエルカット処理が実行された場合、フューエルカット処理の終了時点からの経過時間を計時するとともに、過去において最も後に発生した上記フューエルカット処理の終了時点から上記リーンディレイ期間βの始期までの期間であるＦＣ後経過期間ＴＦＣが短いほど、上記リーンディレイ期間βをより短い時間に決定する。

本例では、上記基準リーンディレイ期間β１に、上記第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１とは別に、更に第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ２（≦１．０）が乗じられるようになっている。この第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ２は、上記ＦＣ後経過期間ＴＦＣと、同ＦＣ後経過期間ＴＦＣと上記第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ２との関係を規定する図９に示したテーブルMapＫβ２(ＴＦＣ)とに基づいて決定される。

上記テーブルMapＫβ２(ＴＦＣ)は、リーン深さ係数γが上記値「γ１・Ｋγ」である場合において、リーンディレイ期間βが上記値「β１・Ｋβ１・Ｋβ２」に決定されることで、上流側触媒５３から流出するＮＯｘの量が下流側触媒５４にて処理され得るＮＯｘの量の範囲の最大値（≦ＳＵＭＮ１）と等しい値になるように適合・作成されたものである。即ち、上記テーブルMapＫβ２(ＴＦＣ)によれば、ＦＣ後経過期間ＴＦＣが短いほど、第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ２がより小さく決定され、特に、ＦＣ後経過期間ＴＦＣが「０」から基準リーンディレイ期間β１と等しい時間までの範囲内である場合、第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ２は「０」に決定される（即ち、リーンディレイ期間βが「０」に決定される）。また、ＦＣ後経過期間ＴＦＣが、フューエルカット処理の終了時点から下流側触媒５４の酸素吸蔵量がゼロとなる場合に対応する時間までの期間ＴＦＣ１以上である場合、第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ２は「１」に決定される。

また、下流側触媒温度ＴＨＵＦが、下流側触媒５４が活性状態となる温度範囲内の下限温度より低いほど、下流側触媒５４の最大酸素吸蔵量が減少することに伴い、下流側触媒５４に流入するＮＯｘを処理し得る余地がより小さくなる。従って、下流側触媒温度ＴＨＵＦが上記下限温度より低いほど、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量を小さくするために、リーンディレイ期間βを短くする必要がある。

他方、下流側触媒５４の劣化が過度に進行しないＯ_２の流入量の範囲の上限量は、下流側触媒温度ＴＨＵＦが高いほど小さくなる傾向がある。従って、下流側触媒５４の劣化の過度な進行を抑制するためには、下流側触媒温度ＴＨＵＦが高いほど、下流側触媒５４に流入するＯ_２の量を小さくするために、リーンディレイ期間βを短くする必要がある。

以上のことから、本装置においては、上記値ＳＵＭＮ１と等しい量のＮＯｘを処理し得る下流側触媒５４温度範囲内であって、上記値ＳＵＭＯ１と等しい量のＯ_２が下流側触媒５４に流入しても下流側触媒５４の劣化が過度に進行しない下流側触媒５４の温度範囲の上限温度が基準温度ＴＨＵＦ１に設定される。そして、本装置は、下流側触媒温度ＴＨＵＦが上記基準温度ＴＨＵＦ１から乖離するほど、上記リーンディレイ期間βをより短い時間に決定する。

本例では、上記基準リーンディレイ期間β１に、上記第１、第２リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１，Ｋβ２とは別に、更に第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ３（≦１．０）が乗じられるようになっている。この第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ３は、下流側触媒温度ＴＨＵＦと、下流側触媒温度ＴＨＵＦと上記第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ３との関係を規定する図１０に示したテーブルMapＫβ３(ＴＨＵＦ)とに基づいて決定されるようになっている。

上記テーブルMapＫβ３(ＴＨＵＦ)によれば、下流側触媒温度ＴＨＵＦが上記基準温度ＴＨＵＦ１より低いほど、また上記基準温度ＴＨＦＵ１より高いほど、第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ３がより小さく決定され、特に、下流側触媒温度ＴＨＵＦが、上記基準温度ＴＨＵＦ１と等しい値である場合、第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ３は「１．０」に決定される。

このように、リーンディレイ期間βは、下記(7)式に基づいて基準リーンディレイ期間β１に第１、第２、第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１，Ｋβ２，Ｋβ３が乗じられることにより求められ、リーン深さ係数γは、下記(8)式に基づいて基準リーン深さ係数γ１にリーン深さ補正係数Ｋγが乗じられることにより求められる。以上が、リーンディレイ期間β、及びリーン深さ係数γの決定方法である。
β＝β１・Ｋβ１・Ｋβ２・Ｋβ３ ・・・(7)
γ＝γ１・Ｋγ ・・・(8)

（実際の作動）
以下、このような処理を行う本装置の実際の作動のうち、下流側フィードバック補正値Vafsfbの算出について、図１１、及び図１２に示したフローチャートを参照しながら説明していく。

以下、説明の便宜上、「MapX(a1,a2,…)」は、a1,a2,…を引数とする値Xを求めるためのテーブルを表すものとする。また、引数の値がセンサの検出値である場合、現在値が使用される。

ＣＰＵ７１は、図１１にフローチャートにより示した下流側フィードバック補正値Vafsfbの算出を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ１１００から処理を開始してステップ１１０５に進んでフィードバック条件が成立しているか否かを判定する。ここで、フィードバック条件は、本例では、冷却水温THWが、酸素濃度センサ６７が活性状態となる場合に対応する冷却水温THWの温度範囲の下限温度以上であり、且つ、空燃比センサ６６及び酸素濃度センサ６７がそれぞれ正常であるときに成立する。

フィードバック条件が不成立である場合、ＣＰＵ７１はステップ１１０５にて「Ｎｏ」と判定し、直ちにステップ１１９５に進み本ルーチンを一旦終了する。

一方、フィードバック条件が成立している場合、ＣＰＵ７１はステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１０に進み、目標空燃比（＝理論空燃比）に相当する値である下流側目標値Voxsrefから現時点の酸素濃度センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１１１５に進んで、ステップ１１１５内に記載の式に基づいて出力偏差量の微分値DDVoxsを求める。ここにおいて、DVoxs1は前回の本ルーチン実行時において後述するステップ１１３０にて設定（更新）された出力偏差量DVoxsの前回値である。また、Δtは本ルーチンが前回実行された時点から今回実行された時点までの時間である。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１１２０に進んで、ステップ１１２０内に記載の式に基づいて下流側ＰＩＤ処理値sfbpidを求める。ここにおいて、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの積分値であり、後述するステップ１１２５にて更新される値である。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ１１２５に進み、その時点における偏差積分値SDVoxsに、ステップ１１１０にて求められた出力偏差量DVoxsを加えて、新たな偏差積分値SDVoxsを求める。

続いて、ＣＰＵ７１はステップ１１３０に進み、出力偏差量DVoxsの前回値DVoxs1を上記ステップ１１１０にて求めた出力偏差量DVoxsに設定する。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１１３５を経由して、図１２にフローチャートにより示した空燃比リーンディレイ制御実行フラグＦ（以下、単に「フラグＦ」とも称呼することもある。）の設定を行うためのルーチン処理を、ステップ１２００から開始する。上記フラグＦは、「１」、又は「０」に設定されるフラグであって、「Ｆ＝１」であるときに空燃比リーンディレイ制御が実行されるように、一方、「Ｆ＝０」であるときに空燃比リーンディレイ制御が実行されない（即ち、通常の空燃比リーン制御、又は空燃比リッチ制御が実行される）ように下流側フィードバック補正値Vafsfbを設定するためのフラグである。

ステップ１２００に進んだＣＰＵ７１は、ステップ１２０５に進んで「Ｆ＝０」であるか否かを判定する。先ず、「Ｆ＝０」である場合について説明すると、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、酸素濃度センサ６７の出力値Voxsが、リッチを示す値（略０．９(V)（最大値））からリーンを示す値（略０．１(V)（最小値））に反転したか否かを判定する。本例では、前回の本ルーチン実行時において検出された酸素濃度センサ６７の出力値Voxsが０．１（V）より大きい所定の電圧であって、且つ、今回の本ルーチン実行時において検出された酸素濃度センサ６７の出力値Voxsが略０．１（V）である場合、「リッチからリーンへの反転」が生じたとみなされるようになっている。

「リッチからリーンへの反転」が生じたとみなされていない場合、ＣＰＵ７１はステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定して、直ちにステップ１２９５を経由して図１１のステップ１１４０に進む。従って、ＣＰＵ７１がステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定する限り、フラグＦは「０」に維持される。

「リッチからリーンへの反転」が生じたとみなされた場合、ＣＰＵ７１はステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１５に進み、フラグＦを「０」から「１」に変更・設定する。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１２２０に進んで、図示しない第１タイマにより計時される経過時間αを「０」にリセットする。即ち、リーンディレイ期間βの始期が設定される。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２２５，１２３０，１２３５に順に進んで、上記テーブルMapＫβ１(Ｃｍａｘ)，MapＫβ２(ＴＦＣ)，MapＫβ３(ＴＨＵＦ)に基づいて、第１、第２、第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１，Ｋβ２，Ｋβ３を求める（図７、図９、及び図１０を参照）。

なお、本例では、上流側触媒温度ＴＨＳＣ、上記アクティブ空燃比制御等を利用して、所定のタイミング毎に、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの更新、及びバックアップＲＡＭ７４での記憶がなされるようになっている。この最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘは、上流側触媒温度ＴＨＳＣが低いほど、また上流側触媒５３の劣化の程度が大きいほど小さい。上記ステップ１２２５、及び後述するステップ１２４５においては、バックアップＲＡＭ７４にて記憶されている最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘの最新値が用いられるようになっている。

また、本例では、フューエルカット処理のための指示が実行されるようになっており、フューエルカット処理終了指示毎に図示しない第２タイマにより計時される経過時間がゼロにリセットされるようになっている。上記ステップ１２３０においては、現時点において第２タイマにより計時されている経過時間と等しい時間に設定されたＦＣ後経過期間ＴＦＣが用いられるようになっている。

続いて、ＣＰＵ７１はステップ１２４０に進んで、ステップ１２４０内の式に基づいて、基準リーンディレイ期間β１に上記ステップ１２２５，１２３０，１２３５にて求められた第１、第２、第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１，Ｋβ２，Ｋβ３を乗じることで、リーンディレイ期間βを決定する。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１２４５に進んで、上記テーブルMapＫγ(Ｃｍａｘ)に基づいて、リーン深さ補正係数Ｋγを求める（図８を参照）。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ１２５０に進んで、ステップ１２５０内の式に基づいて、基準リーン深さ係数γ１に上記ステップ１２４５にて求められたリーン深さ補正係数Ｋγを乗じることで、リーン深さ係数γを決定する。

続いて、ＣＰＵ７１はステップ１２５５に進んで、ステップ１２５５内の式に基づいて、リーンディレイ補正値sfbdelayを求めた後、ステップ１２９５を経由して図１１のステップ１１４０に進む。ここにおいて、γは今回の本ルーチン実行時において上記ステップ１２５０にて決定された今回値であり、sfbpid1は前回の本ルーチン実行時において後述するステップ１１５５にて設定（更新）された下流側ＰＩＤ処理値sfbpidの前回値である。

次に、「Ｆ＝１」である場合について説明すると、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２６０に進み、上記第１タイマにより計時される経過時間αが、上記ステップ１２４０にて決定されたリーンディレイ期間βより長いか否かを判定する。

経過時間αがリーンディレイ期間β以下である場合、ＣＰＵ７１はステップ１２６０にて「Ｎｏ」と判定して、直ちにステップ１２９５を経由して図１１のステップ１１４０に進む。従って、ＣＰＵ７１がステップ１２６０にて「Ｎｏ」と判定する限り、フラグＦは「１」に維持される。

経過時間αがリーンディレイ期間βより長い場合、ＣＰＵ７１はステップ１２６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２６５に進み、空燃比リーンディレイ制御実行フラグＦを「１」から「０」に変更・設定した後、ステップ１２９５を経由して図１１のステップ１１４０に進む。

このように、ステップ１１３５にてフラグＦが設定された後、ＣＰＵ７１はステップ１１４０に進んで、「Ｆ＝１」であるか否かを判定する。「Ｆ＝１」である場合、ＣＰＵ７１はステップ１１４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１４５に進み、下流側フィードバック補正値Vafsfbを上記ステップ１２５５にて求められたリーンディレイ補正値sfbdelayと等しい値に設定する（図６の時刻ｔＡ〜ｔＢ１（リーンディレイ期間β）を参照）。

一方、「Ｆ＝０」である場合、ＣＰＵ７１はステップ１１４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１５０に進み、下流側フィードバック補正値Vafsfbを上記ステップ１１２０にて求められた下流側ＰＩＤ処理値sfbpidと等しい値に設定する（図６の時刻ｔＡ以前、及び時刻ｔＢ１以降を参照）。ステップ１１４５、又はステップ１１５０にて設定された下流側フィードバック補正値Vafsfbは、制御用空燃比abyfsを求めるのに用いられる（図４のＡ８を参照）。

なお、「Ｆ＝１」である場合であっても、本ルーチンの実行毎にステップ１１２０にて下流側ＰＩＤ処理値sfbpidが算出されるようになっている（図６のリーンディレイ期間βにおける細い点線を参照）。従って、リーンディレイ期間βの終期が到来した場合における下流側フィードバック補正値Vafsfb（即ち、下流側ＰＩＤ処理値sfbpid）は、同リーンディレイ期間β中に算出されていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpid（の積分項Ki・SDVoxs）が考慮されて算出される。

そして、ＣＰＵ７１はステップ１１５５に進んで、下流側ＰＩＤ処理値sfbpidの前回値sfbpid1を上記ステップ１１２０にて求めた下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに更新した後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の実施形態によれば、上流側触媒５３よりも下流であって下流側触媒５４よりも上流の排気通路に配設された起電力式の酸素濃度センサ６７の出力がリッチを示す値に維持されているとき、及びリーンを示す値に維持されているときに、下流側フィードバック補正値Vafsfbが下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに決定されることで、空燃比リーン制御、及び空燃比リッチ制御がそれぞれ実行され、酸素濃度センサ６７の出力がリッチを示す値からリーンを示す値に反転してからリーンディレイ期間βにおいては、下流側フィードバック補正値Vafsfbが、下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに代えて、同反転（直前）時において決定されていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpid1にリーン深さ係数γ（０＜γ＜１．０）が乗じられた値であるリーンディレイ補正値sfbdelayに決定されることで、空燃比リーンディレイ制御が実行される。

これにより、リーンディレイ期間βの空燃比リーンディレイ制御により制御される触媒上流空燃比のリーン深さは、リーンディレイ期間βの始期が到来する前の空燃比リーン制御により制御される触媒上流空燃比のリーン深さよりも小さくなる。

ここで、空燃比リーン制御により制御される触媒上流空燃比のリーン深さが大きいほど、ＮＯｘ流出開始タイミングからＯ_２流出開始タイミングまでの期間がより短くなる。また、空燃比リーンディレイ制御により制御される触媒上流空燃比のリーン深さが小さいほど、上流側触媒５３から流出するＮＯｘの濃度、及びＯ_２の濃度がより小さくなる。

従って、上述のように空燃比リーンディレイ制御が実行されることにより、Ｏ_２が上流側触媒５３から下流側触媒５４に流入する期間が長くされ、且つ、同流入する排ガス中のＮＯｘの濃度が小さくされ得る。この結果、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の量を下流側触媒５４の被毒を解消するのに十分な量にしつつ、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量が過度に大きくなることを抑制することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、酸素濃度センサ６７よりも下流であって下流側触媒５４よりも上流の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が配設されてもよい。これにより、上流側触媒５３から流出するガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに同ガス中のＮＯｘが吸収され、上流側触媒５３から流出するガスの空燃比が理論空燃比のとき、又は、理論空燃比よりもリッチのときに、吸収されていたＮＯｘが放出され還元される。

従って、下流側触媒５４に流入するＮＯｘを処理し得る余地の大きさにかかわらず、空燃比リーンディレイ制御において、リーンディレイ期間βを大きくする、及び／又は、リーン深さ係数γを大きくすることで、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の総量が大きくされ得る。

また、上述のように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が配設される場合、酸素濃度センサ６７の出力値Voxsのリーンを示す値（略０．１(V)（最小値））からリッチ（略０．９(V)（最大値））を示す値への反転から第２所定期間において、下流側フィードバック補正値Vafsfbが、下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに代えて、同反転時（の直前）において決定されていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpidと等しい値に決定する空燃比リッチディレイ制御が実行されるように構成されてもよい。

これにより、上記空燃比リッチディレイ制御が実行されない場合に比して、上流側触媒５３から流出するＣＯ，ＨＣの量がより大きくされる。従って、上記空燃比リッチディレイ制御の実行中において、理論空燃比よりリッチな空燃比のガスを利用して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒中のＮＯｘの還元を十分に行うことができ、同触媒のＮＯｘ吸蔵機能を十分に回復させることができる。なお、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にてＮＯｘが還元される一方、ＣＯ，ＨＣは酸化されるから、空燃比リッチディレイ制御が実行されても下流側触媒５４に流入するＣＯ，ＨＣの量が大きくなることが抑制され得、下流側触媒５４の被毒の発生を抑制することができる。

上記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としては、例えば、担体としてのアルミナＡｌ_２Ｏ_３等に、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つをプラチナＰｔとともに担持したものが用いられると好適である。

また、上記実施形態においては、「リッチからリーンへの反転」毎に空燃比リーンディレイ制御が実行されるように構成されているが、これに代えて、上記反転の回数が所定回数に達する毎にのみ空燃比リーンディレイ制御が実行されるように構成されてもよい。

また、上記リッチディレイ制御においても、「リーンからリッチへの反転」毎に空燃比リッチディレイ制御が実行されてもよいし、上記反転の回数が所定回数に達する毎にのみ空燃比リッチディレイ制御が実行されるように構成されてもよい。

また、上記実施形態においては、リーンディレイ期間βにおける下流側フィードバック補正値Vafsfbであるリーンディレイ補正値sfbdelayを、「リッチからリーンへの反転」（の直前）時において決定されていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpid1にリーン深さ係数γ（０＜γ＜１．０）が乗じられた値に決定していたが、これに代えて、リーンディレイ期間βにおいて算出される下流側ＰＩＤ処理値sfbpidに負の値の係数が乗じられた値に決定してもよい。

また、上記実施形態においては、リーン深さ係数γを基準リーン深さ係数γ１にリーン深さ補正係数Ｋγが乗じられた値に決定しているが、これに代えて、リーン深さ係数γを基準リーン深さ係数γ１そのものに決定してもよい。

加えて、上記実施形態においては、リーンディレイ期間βを基準リーンディレイ期間β１に第１、第２、第３リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１，Ｋβ２，Ｋβ３の３の補正係数が乗じられた値に決定しているが、これに代えて、上記３つの補正係数のうち１つ、又は２つの補正係数が乗じられた値に決定されてもよい。リーンディレイ期間βの決定に際し、第１リーンディレイ期間補正係数Ｋβ１が用いられない場合、リーン深さ係数γを基準リーン深さγ１そのものに決定することが好ましい。

なお、本発明に係る実施形態とは別に、上述のように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が配設される場合、空燃比制御装置が、リーン深さ係数γを用いることなく空燃比リーンディレイ制御が実行されるように構成されてもよい。この場合、リーンディレイ補正値sfbdelayが、「リッチからリーンへの反転」（の直前）時において決定されていた下流側ＰＩＤ処理値sfbpid1と等しい値に決定される。これに加え、更に上記空燃比リッチディレイ制御が実行されるように構成されてもよい。これらによっても、下流側触媒５４に供給されるＯ_２の量を下流側触媒５４の被毒を解消するのに十分な量にしつつ、下流側触媒５４に流入するＮＯｘの量が過度に大きくなることを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る空燃比制御装置を内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。 図１に示した空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。 図１に示した酸素濃度センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。 図１に示した空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の機能ブロック図である。 図１に示した空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の各種変数の変化の一例を示したタイムチャートである。 図１に示した空燃比制御装置が決定するリーンディレイ期間、及びリーン深さ係数の決定方法を説明するための図である。 図１に示したＣＰＵが参照する上流側触媒の最大酸素吸蔵量と第１リーンディレイ期間補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照する上流側触媒の最大酸素吸蔵量とリーン深さ補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照するフューエルカット処理終了時点からリーンディレイ期間の始期までの時間と第２リーンディレイ期間補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照する下流側触媒の温度と第３リーンディレイ期間補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する下流側フィードバック補正値を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行する空燃比リーンディレイ制御実行フラグを設定するためのルーチンを示したフローチャートである。 特許文献１に開示された空燃比制御装置が空燃比フィードバック制御を実行する際の各種変数等の変化の一例を示したタイムチャートである。 空燃比フィードバック制御を実行する空燃比制御装置がリーンディレイ制御を実行する際の各種変数等の変化の一例を示したタイムチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、５２…エキゾーストパイプ（排気管）、５３…上流側触媒、５４…下流側触媒、６７…酸素濃度センサ、６８Ｓ…上流側触媒温度センサ、６８Ｕ…下流側触媒温度センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を有する第１触媒と、
   前記第１触媒よりも下流の前記排気通路に配設されて前記第１触媒から流出するガスの空燃比に応じた値を出力する起電力式の酸素濃度センサと、
   前記酸素濃度センサよりも下流の前記排気通路に配設された第２触媒と、
   を備えた内燃機関に適用され、
   前記酸素濃度センサの出力がリーンを示す値からリッチを示す値に反転した後同リッチを示す値に維持されているときに前記第１触媒に流入するガスの空燃比である触媒上流空燃比を理論空燃比よりリーンな空燃比である第１リーン空燃比に制御し、前記酸素濃度センサの出力がリッチを示す値からリーンを示す値に反転した後同リーンを示す値に維持されているときに前記触媒上流空燃比を前記理論空燃比よりリッチな空燃比に制御する空燃比制御手段と、
   前記酸素濃度センサの出力のリッチを示す値からリーンを示す値への反転から第１所定期間において、前記触媒上流空燃比を、前記理論空燃比よりリッチな空燃比に代えて、前記理論空燃比からのリーン方向の偏移の程度が前記第１リーン空燃比のものより小さい前記理論空燃比よりリーンな空燃比である第２リーン空燃比に制御する空燃比リーンディレイ制御手段と、
   を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、前記第１所定期間をより短い時間に決定する手段を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記第１触媒の最大酸素吸蔵量が小さいほど、前記第２リーン空燃比の前記理論空燃比からのリーン方向の偏移の程度をより大きい程度に決定する手段を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記第２触媒は、酸素吸蔵機能を有し、
   前記内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射を禁止する処理を行う手段と、
   過去において最も後に発生した前記燃料噴射を禁止する処理の終了時点から前記第1所定期間の始期までの期間が短いほど、前記第１所定期間をより短い時間に決定する手段と、
   を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記第２触媒は、酸素吸蔵機能を有し、
   前記第２触媒が活性状態となる前記第２触媒の温度範囲内の基準温度から前記第２触媒の温度が乖離するほど、前記第１所定期間をより短い時間に決定する手段を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   前記酸素濃度センサよりも下流であって前記第２触媒よりも上流の前記排気通路に配設されて、前記第１触媒から流出するガスの空燃比が前記理論空燃比よりもリーンのときに前記第１触媒から流出するガス中のＮＯｘを吸収し、前記理論空燃比のとき、又は、前記理論空燃比よりもリッチのときに前記吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記酸素濃度センサの出力のリーンを示す値からリッチを示す値への反転から第２所定期間において、前記触媒上流空燃比を、前記第１リーン空燃比に代えて、前記理論空燃比よりリッチな空燃比に制御する空燃比リッチディレイ制御手段を備えた内燃機関の空燃比制御装置。

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