JP2009127559A

JP2009127559A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2009127559A
Application number: JP2007304835A
Authority: JP
Inventors: 衛 ▲吉▼岡; Mamoru Yoshioka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-11
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: EP2063090B1; EP2063090A1; JP4453749B2

Abstract

【課題】窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生することができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】この制御装置は、内燃機関１０の排気通路に上流から下流に向けて順に配設された、上流側空燃比センサ６６、上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４、下流側空燃比センサ６７及び下流側触媒５５を備える。制御装置は、フューエルカット制御を終了した後の期間において、機関の空燃比の平均を下流側触媒５５のウインドウの範囲内であって理論空燃比よりもリッチな第１空燃比に制御する。制御装置は下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したと判定した場合、機関の空燃比の平均を理論空燃比よりもリーン側の第２空燃比に制御する。これにより、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されて微粒子が燃焼され、窒素酸化物は下流側触媒により浄化される。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来より、ディーゼル機関から排出される微粒子（パティキュレート・マター（ＰＭ）、即ち、ＳＯＦ及びＳｏｏｔ等のナノ微粒子）を、排気通路に配設した微粒子捕集フィルタ（パティキュレート・フィルタ）により捕集するとともに、所定の条件が成立したときに微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させることにより微粒子捕集フィルタを再生させる内燃機関の制御装置が知られている。このような従来の制御装置の一つは、微粒子捕集フィルタの上流側空燃比と下流側空燃比とを検出し、それらの検出された空燃比により微粒子捕集フィルタが再生されている最中であるか否か（捕集された微粒子が燃焼している状態にあるか否か）を判定し、その判定結果に基づいてエンジンの運転モードを切り換えるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００５−２４０７１９号公報

ところで、微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させるためには、微粒子捕集フィルタが高温であること、及び、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されること、が必要である。上記従来の制御装置は、供給される混合気の空燃比が非常にリーン（希薄）であるディーゼル機関に適用される。従って、微粒子捕集フィルタには微粒子を燃焼させるための酸素が十分に供給されている。そこで、上記従来の制御装置は、燃料噴射時期の遅角、燃料噴射量の増大及び吸気絞り弁による吸気量の減少等を実行することによって微粒子捕集フィルタの温度を上昇させ、以って、捕集した微粒子を燃焼させている。

ところで、近年においては、ガソリン機関から排出される微粒子の量を低減するため、ガソリン機関の排気通路にも微粒子捕集フィルタを配設することが検討されている。一方、一般のガソリン機関においては、未燃物（ＨＣ及びＣＯ等）の大気中への排出量及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の大気中への排出量を低減することを目的として排気通路に三元触媒が備えられ、機関に供給される混合気の空燃比（以下、「機関の空燃比」とも称呼する。）が理論空燃比近傍の空燃比となるように燃料量が制御されている。

前述したように、微粒子捕集フィルタを再生させる（微粒子を燃焼させる）ためには、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されなければならない。ところが、機関の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に制御されていると、微粒子捕集フィルタに酸素が殆ど供給されない。特に、微粒子捕集フィルタの上流に三元触媒である上流側触媒が備えられている場合、上流側触媒により酸素が消費及び吸蔵されるから、微粒子捕集フィルタに流入する酸素量は極めて少なくなる。従って、ガソリン機関において微粒子捕集フィルタを再生させるためには、機関の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比（以下、「リーン空燃比」とも称呼する。）に制御することにより、微粒子捕集フィルタに酸素を供給しなければならない。しかしながら、機関の空燃比を三元触媒の状態に関わらずリーン空燃比に設定すると、機関の空燃比がリーン空燃比であるときに機関から多く排出される窒素酸化物を三元触媒によって浄化できない場合が生じ、窒素酸化物が大気中へ多く排出されてしまうという問題が発生する。

従って、本発明の目的は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関（ガソリン機関）の制御装置であって、窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生させる（微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させる）ことができる制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明による内燃機関の制御装置は、微粒子捕集フィルタと、下流側触媒と、還元状態判定手段と、空燃比制御手段と、を備えている。

前記微粒子捕集フィルタは、前記内燃機関の排気通路に配設されている。前記内燃機関が多気筒内燃機関である場合、前記微粒子捕集フィルタは各気筒に接続されたエキゾーストマニホールドの集合部（エキゾーストマニホールドの各気筒に接続された枝部が集合している部分）より下流に形成される排気通路に介装される。前記制御装置は、前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置（且つ、エキゾーストマニホールドの集合部よりも下流の位置）に三元触媒であって酸素吸蔵機能を有する上流側触媒を備えていてもよい。

前記下流側触媒は、前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設されている。この下流側触媒は三元触媒であって酸素吸蔵機能を有する。

前記還元状態判定手段は、前記下流側触媒（下流側触媒の状態）が「少なくとも所定量の（所定量以上の）窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化することができる還元状態」に到達したか否かを判定するようになっている。このような「還元状態」は、下流側触媒の酸素吸蔵量が同下流側触媒の最大酸素吸蔵量よりもある程度（例えば、第１所定量）以上小さく、前記所定量の窒素酸化物が流入した場合であってもその窒素酸化物から奪った酸素分子を貯蔵できる状態であると言うこともできる。

前記空燃比制御手段は、前記機関に供給される混合気（空気及び燃料を含む混合気）の空燃比の平均を、「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」内の「第１空燃比」に制御する。この制御は「理論空燃比近傍制御」とも称呼される。更に、前記空燃比制御手段は、前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を「前記第１空燃比よりもリーン側であって且つ理論空燃比よりもリーン側」の「第２空燃比」に制御する。この制御は「フィルタ再生制御」とも称呼され、所定期間（フィルタ再生期間）に渡り実行される。機関に供給される混合気の空燃比の平均が前記第２空燃比に制御されると、機関から排出された過剰な酸素が前記微粒子捕集フィルタに供給され、その微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子が燃焼させられる。即ち、微粒子捕集フィルタが再生する。

上記「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第１空燃比」とは、下流側触媒の所謂「ウインドウ」の範囲内における空燃比のことである。この「ウインドウ」とは、未燃物（ＨＣ，ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）のそれぞれを所定率以上の高浄化率（高転化率）にて同時に浄化し得る空燃比範囲のことである。従って、上記制御装置によれば、通常時において機関から排出される未燃物及び窒素酸化物は理論空燃比近傍制御と下流側触媒と（上流側触媒を備える場合には更に上流側触媒と）により浄化される。

なお、第１空燃比は、前記所定の空燃比範囲内であって理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比であることが望ましい。三元触媒の「未燃物の浄化率」は機関の空燃比がウインドウ範囲より僅かにリッチ側に偏移しても比較的緩やかに低下するのに対し、三元触媒の「窒素酸化物の浄化率」は機関の空燃比がウインドウ範囲より僅かにリーン側に偏移すると急激に低下するからである。

前述したように、微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させるためには微粒子捕集フィルタに酸素を供給する必要がある。微粒子捕集フィルタに酸素を供給するためには機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりもリーン側の空燃比（第２空燃比）に設定することにより、機関から過剰な酸素を排出させる必要がある。ところが、機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりもリーン側の空燃比であると、機関から窒素酸化物が多量に排出される。

そこで、本発明の制御装置は、下流側触媒が「所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態」に到達したか否かを判定し、下流側触媒が「還元状態」に到達したと判定された場合に前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりもリーン側の空燃比（第２空燃比）に制御する。この結果、微粒子捕集フィルタには酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタに捕集されていた微粒子が燃焼して微粒子捕集フィルタが再生される。更に、機関から排出された窒素酸化物は「前記還元状態にある下流側触媒」によって浄化（還元）される。従って、本発明の制御装置は、窒素酸化物の排出量を増加させることなく微粒子捕集フィルタを再生させることができる。

更に、前記制御装置が、前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備える場合、前記空燃比制御手段は以下のように構成され得る。

即ち、前記空燃比制御手段は、
前記理論空燃比近傍制御を実行するために、
前記下流側空燃比センサから出力された出力値が、前記第１空燃比として設定された下流側目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、同下流側空燃比センサから出力された出力値が同下流側目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更するサブフィードバック制御を実行するように構成される。

「機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更する」とは、機関に供給される混合気の空燃比を、その時点にて機関に供給されている混合気の空燃比よりもリッチ側の空燃比に変更する（リッチ化する）ことである。「機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更する」とは、機関に供給される混合気の空燃比を、その時点にて機関に供給されている混合気の空燃比よりもリーン側の空燃比に変更する（リーン化する）ことである。

これによれば、前記下流側触媒が前記還元状態に到達していないと判定されている期間の全部又は一部において、理論空燃比近傍制御を実現するためのサブフィードバック制御が実行される。このサブフィードバック制御が実行されることにより、下流側触媒に流入するガスの空燃比の平均は、より確実に下流側触媒のウインドウの範囲内となるので、未燃物及び窒素酸化物は高い効率にて浄化される。

更に、前記空燃比制御手段は、前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された場合、前記フィルタ再生制御を実行するために、
前記下流側空燃比センサから出力された出力値が前記下流側目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であっても前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更することなく、同機関に供給される混合気の空燃比の平均を前記第２空燃比に維持するリーン維持制御を実行するように構成される。

この場合、機関に供給される混合気の空燃比は常に理論空燃比よりもリーン側の第２空燃比に制御されてもよく、第２空燃比よりもリッチ側及びリーン側の空燃比に交互に制御されながら、その平均が第２空燃比に制御されてもよい。

これによれば、前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された場合、リーン維持制御が実行されるので、微粒子捕集フィルタに酸素が供給される。その結果、微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタが再生される。更に、機関に供給される混合気の空燃比が「理論空燃比よりもリーン側の空燃比」に維持されることにより機関から排出される多量の窒素酸化物は、還元状態に到達した下流側触媒によって浄化（還元）される。従って、本発明の制御装置は、窒素酸化物の排出量を増加させることなく微粒子捕集フィルタを再生させることができる。

この場合、フィルタ再生制御を実行するために、前記空燃比制御手段は、前記サブフィードバック制御を停止するように構成されることが望ましい。

また、前記制御装置が、前記下流側空燃比センサを備える場合、前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御を開始した時点以降において前記下流側空燃比センサから出力される出力値が理論空燃比に相当する値と一致した後に理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値となる時点まで同フィルタ再生制御を継続するように構成されることが好適である。

フィルタ再生制御が開始されると、微粒子捕集フィルタに酸素が供給され、微粒子捕集フィルタ内において微粒子が燃焼を開始する。この結果、微粒子捕集フィルタ内において微粒子が燃焼することにより酸素が消費され、微粒子捕集フィルタから酸素が流出しない。従って、下流側空燃比センサから出力される出力値は理論空燃比に相当する値となる。即ち、前記フィルタ再生制御を開始した時点以降において前記下流側空燃比センサから出力される出力値が理論空燃比に相当する値と一致していることは、微粒子が燃焼している（微粒子捕集フィルタが再生中である）可能性があることを意味する。このように微粒子が燃焼していると、下流側触媒には酸素が供給されないので、下流側触媒の状態（下流側触媒の窒素酸化物を浄化できる還元能力）は殆ど変化しない。その後、略総ての微粒子が燃焼すると、微粒子捕集フィルタに供給される酸素は微粒子捕集フィルタ内にて消費されないので、微粒子捕集フィルタから再び流出する。この結果、下流側空燃比センサから出力される出力値は理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値となる。

そこで、本制御装置は、前記フィルタ再生制御を開始した時点以降において前記下流側空燃比センサから出力される出力値が理論空燃比に相当する値と一致した後に理論空燃比よりも所定値だけリーン側の空燃比に相当する値となる時点（この時点を「リーン反転時点」とも称呼する。）まで少なくとも同フィルタ再生制御を継続する。換言すると、本制御装置は、フィルタ再生制御を「リーン反転時点」以降の所定時点にて終了する。これによれば、微粒子捕集フィルタに燃焼すべき微粒子が残存していて、且つ、下流側触媒が依然として窒素酸化物を十分に浄化できる状態にあるにも拘らず、フィルタ再生制御が停止されてしまうことを回避することができる。更に、フィルタ再生制御（リーン維持制御）が不必要に継続され、下流側触媒の窒素酸化物を浄化できる能力（還元能力）を超える量或は必要量以上の窒素酸化物が下流側触媒に流入することを回避することができる。従って、窒素酸化物が多く排出されることを回避することができる。

ところで、前記還元状態判定手段の一態様は、前記機関から前記排気通路に排出された未燃物である「還元成分の量」から同還元成分を酸化させる同機関から排出された「酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」の積算値に対応する「第１積算値」を取得するとともに、その第１積算値に基づいて前記下流側触媒が前記還元状態に到達したか否かを判定するように構成され得る。

下流側触媒の酸素吸蔵量は、酸化成分（未燃物である還元成分に酸素を供給することができる成分）に対して過剰な還元成分（酸化成分から酸素を奪う成分）が流入するにつれて減少する。下流側触媒は、その酸素吸蔵量が減少するほど、より多くの酸素を吸蔵できるようになるので、より多くの窒素酸化物を還元（浄化）することができる。従って、上記構成のように「還元成分の過剰量の積算値」に対応する「第１積算値」を取得し、その第１積算値に基づいて下流側触媒の状態を判定すれば、下流側触媒が前記還元状態に到達したか否かを容易に判定することが可能となる。

更に、本発明の制御装置が、前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段を備えている場合、
前記還元状態判定手段は、前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めた「フューエルカット復帰時点」以降における「所定の第１積算開始時点」から積算された前記第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定するとともに、同第１積算値が同第１所定値以上となったと判定されたとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成されることが好適である。

機関の運転状態が機関への燃料の供給を停止するフューエルカット運転状態となると、機関から大量の酸素が排出される。これにより、通常、下流側触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量（又はその最大酸素吸蔵量の近傍量）に到達する。従って、フューエルカット状態が終了した時点（即ち、フューエルカット復帰時点）以降の「所定の第１積算開始時点」からの「前記第１積算値」は、下流側触媒の酸素吸蔵量の減少量に応じた値になる。それ故、そのように求められる第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定することにより、下流側触媒が前記還元状態に到達したか否かを容易に判定することができる。なお、機関が前記上流側触媒を備える場合、前記第１積算値は、上流側触媒の酸素吸蔵量と下流側触媒の酸素吸蔵量の和からの酸素吸蔵量の減少量に応じた値となる。この場合、先に上流側触媒の酸素吸蔵量が「０」に到達し、次いで、下流側触媒の酸素吸蔵量が減少を始める。従って、前記第１積算値は、結果として、下流側触媒の酸素吸蔵量の減少量に応じた値となる。

更に、本発明の制御装置が、前記所定の第１積算開始時点からの前記第１積算値を用いて「下流側触媒が前記還元状態に到達したか否か」を判定するように構成されている場合、前記空燃比制御手段は、少なくとも「前記フューエルカット復帰時点」から「前記第１積算値が前記第１所定値以上となる時点」までの「フューエルカット復帰後期間」、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比に制御するように構成されることが好ましい。

これによれば、フューエルカット復帰後において下流側触媒の酸素吸蔵量を短時間にて減少させることが可能となる。従って、フューエルカット復帰時点から比較的短い時間が経過した後であれば、下流側触媒に窒素酸化物が流入しても、下流側触媒はその窒素酸化物を浄化することができる。更に、フューエルカット復帰後において下流側触媒を上記還元状態に比較的短期間にて到達させることができるので、早期に微粒子捕集フィルタを再生させること（フィルタ再生制御を開始すること）が可能となる。

また、本発明による制御装置が、前記フューエルカット復帰後期間において前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比に制御するように構成されていて、更に、前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備える場合、
前記空燃比制御手段は、前記フューエルカット復帰後期間、「前記所定の空燃比範囲内であって理論空燃比よりリッチ側の空燃比」及び「同所定の空燃比範囲外であって理論空燃比よりリッチ側の空燃比」のうちの「何れかの空燃比」をフューエルカット復帰後目標空燃比として設定するとともに、
前記下流側空燃比センサから出力された出力値が、前記フューエルカット復帰後目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、同下流側空燃比センサから出力された出力値が同フューエルカット復帰後目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更する「フューエルカット復帰後フィードバック制御」を実行するように構成されることが好適である。

これによれば、フューエルカット復帰時点から前記第１積算値が前記第１所定値以上となる時点までの期間（前記フューエルカット復帰後期間）、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が、前記下流側空燃比センサの出力値に基づいて理論空燃比よりリッチ側の空燃比（フューエルカット復帰後目標空燃比）に精度良く制御される。従って、フューエルカット復帰時点から比較的短期間内にフィルタ再生制御を開始することが可能となる。

この場合、前記フューエルカット復帰後目標空燃比は前記所定の空燃比範囲内であって理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比に設定され、且つ、前記第１空燃比は同フューエルカット復帰後目標空燃比と同じ空燃比に設定されていることが好適である。

換言すると、空燃比制御手段は、下流側触媒のウインドウの範囲内であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を第１空燃比として採用し、前記フューエルカット復帰後期間を含む期間であって前記フィルタ再生制御を実行する期間を除く期間（の一部又は全部）において、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均がその第１空燃比と一致するように、同混合気の空燃比を同第１空燃比と前記下流側空燃比センサの出力値とに基づいてフィードバック制御（サブフィードバック制御）する。

これにより、第１空燃比は、前記所定の空燃比範囲内であって理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比に設定されるので、機関の空燃比がウインドウ範囲より僅かにリーン側に偏移する状態となっても、窒素酸化物が多量に排出することを回避することができる。

更に、上記制御装置が、前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に三元触媒である上流側触媒を備える場合、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を前記フューエルカット復帰時点に設定するとともに、前記上流側触媒の最大酸素吸蔵量を取得し同取得した上流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほど前記第１所定値が大きくなるように同第１所定値を決定するように構成されることが好適である。

フューエルカット運転が実行されると、通常、上流側触媒の酸素吸蔵量は上流側触媒の最大酸素吸蔵量（又はその最大酸素吸蔵量の近傍量）に到達する。従って、フューエルカット復帰時点より、機関から排出される過剰な還元成分は、先ず、上流側触媒により酸化（消費）される。この上流側触媒によって消費されてしまう過剰な還元成分の量は上流側触媒の最大酸素吸蔵量に依存する。その後、上流側触媒の酸素吸蔵量が実質的に「０」になると、還元成分は微粒子捕集フィルタを通して下流側触媒に流入し、その結果、下流側触媒の状態は上記還元状態に向けて変化を開始する。従って、前記第１積算開始時点が前記フューエルカット復帰時点に設定された前記第１積算値が示す過剰な還元成分の量のうちの下流側触媒に流入する過剰な還元成分の量は、上流側触媒の最大酸素吸蔵量に依存して変化する。

そこで、上記構成のように、上流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほど前記第１所定値が大きくなるように同第１所定値を決定することにより、下流側触媒が上記還元状態に到達したか否かを、より精度良く判定することができる。

一方、前記空燃比制御手段が、前記フューエルカット復帰後期間、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比に制御するように構成されていて、更に、
前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒と、
を備える場合、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を「前記フューエルカット復帰時点」以降において「前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（理論空燃比よりも「０」を含む所定空燃比だけリッチ側の空燃比）に相当する値に初めてなった時点」、即ち、「リッチ反転時点」に設定していることが好適である。

通常、フューエルカット運転が実行されることによって上流側触媒の酸素吸蔵量は同上流側触媒の最大酸素吸蔵量（又はその最大酸素吸蔵量の近傍量）に到達する。従って、フューエルカット復帰後期間、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリッチ側の空燃比に制御された場合であっても、上流側触媒の酸素吸蔵量が実質的に「０」に到達するまで下流側触媒に還元成分が流入しない。即ち、フューエルカット復帰復帰後期間において、「過剰な還元成分が下流側触媒に流入し始める時点」は、上流側触媒の最大酸素吸蔵量に依存して変化する。

一方、前記リッチ反転時点は、上流側触媒の酸素吸蔵量が実質的に「０」に到達した時点であって、下流側触媒に過剰な還元成分が流入し始める時点である。従って、上記構成のように「リッチ反転時点」を過剰な還元成分の積算開始時点（第１積算開始時点）とすれば、上流側触媒の最大酸素吸蔵量に関わらず、第１積算値に基づいて下流側触媒が還元状態に到達したか否かを精度良く判定することができる。

以上に記載した本発明の内燃機関の制御装置において、前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御の開始時点以降における所定の第２積算開始時点から、前記機関から前記排気通路に排出された「酸化成分の量」から同酸化成分を還元させる同機関から排出された未燃物である「還元成分の量」を減じた量である「酸化成分の過剰量」の積算値に対応する「第２積算値」を取得するとともに、同取得された第２積算値が第２所定値以上となったとき同フィルタ再生制御を終了するように構成されることが好適である。

上流側触媒が備えられていない場合、前記第２積算開始時点から積算される「酸化成分の過剰量」の積算値である前記第２積算値は、微粒子捕集フィルタに流入した酸化成分の量に応じた値となる。排気通路に前記上流側触媒が備えられている場合、前記第２積算値は、上流側触媒の酸素吸蔵量をその上流側触媒の最大酸素吸蔵量にまで到達させる酸化成分の量と、微粒子捕集フィルタに流入した酸化成分の量と、の和に応じた値となる。このように、前記第２積算値は、微粒子捕集フィルタに流入する酸化成分の量に関連した量であり、それ故、微粒子捕集フィルタにて燃焼させられる微粒子の量に応じた量となる。

従って、上記構成によれば、前記第２積算値に応じた微粒子が燃焼されたとき、フィルタ再生制御を停止することができる。換言すると、前記第２積算値の比較の対象である前記第２所定値を適値に設定することにより、フィルタ再生制御が過度に継続されることを回避することができる。即ち、フィルタ再生制御により、下流側触媒が浄化できない量の窒素酸化物が下流側触媒に流入し、その結果、窒素酸化物が大気中に多量に放出されることを回避することができる。

この場合、前記空燃比制御手段は、前記第２積算開始時点を前記フィルタ再生制御の開始時点に設定していることが好適である。

これによれば、フィルタ再生制御の開始時点から微粒子捕集フィルタ（上流側触媒が備えられている場合には、上流側触媒及び微粒子捕集フィルタの両方）に流入する「過剰な酸化成分の量」を「第２積算値」として取得することができる。

このように、前記第２積算開始時点が前記フィルタ再生制御の開始時点に設定された場合であって、前記制御装置が前述した上流側触媒を備えるとき、
前記空燃比制御手段は、前記上流側触媒の最大酸素吸蔵量を取得するとともに、同取得された上流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほど前記第２所定値が大きくなるように同第２所定値を決定するように構成されることが好適である。

フィルタ再生制御を開始する時点において、下流側触媒は上記還元状態となっている。このとき、上流側触媒の酸素吸蔵量は実質的に「０」となっている。従って、フィルタ再生制御の開始後に微粒子捕集フィルタに「酸素が供給され始める時点」は、フィルタ再生制御の開始時点から上流側触媒の酸素吸蔵量がその最大酸素吸蔵量に到達するまでに要する時間が経過した時点となる。換言すると、フィルタ再生制御の開始後において微粒子捕集フィルタに「酸素が供給され始める時点」は、上流側触媒の最大酸素吸蔵量に依存して変化する。従って、フィルタ再生制御中における「下流側触媒の還元成分の消費量」は、上流側触媒の最大酸素吸蔵量と微粒子捕集フィルタにて燃焼された微粒子の量とに依存する。

そこで、上記構成のように、前記第２所定値が上流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほどが大きくなるように設定されれば、微粒子捕集フィルタ及び下流側触媒に供給される「過剰な酸化成分」の量を上流側触媒の最大酸素吸蔵量に関わらず所望の量に制御することができる。その結果、微粒子を適量だけ燃焼させることができ、且つ、「下流側触媒が浄化できない量の窒素酸化物が下流側触媒に流入し、その結果、窒素酸化物が大気中に多量に放出されること」を回避することができる。

前記制御装置が前記上流側触媒と前記下流側空燃比センサとを備える場合、前記第２積算開始時点を前記フィルタ再生制御の開始時点に設定する代替として、
前記空燃比制御手段は、前記第２積算開始時点を、前記フィルタ再生制御の開始時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりも所定値だけリーン側の空燃比に相当する値に初めてなった時点である「リーン反転時点」に設定していることが好適である。

前述したように、フィルタ再生制御の開始後において「微粒子捕集フィルタに酸素が供給され始める時点」は、上流側触媒の最大酸素吸蔵量に依存して変化する。一方、下流側触媒に酸素が供給され始める時点は、上記「リーン反転時点」と略一致する。このリーン反転時点は、上流側触媒の酸素吸蔵量が実質的にその最大酸素吸蔵量に到達した時点に近しい時点でもある。

従って、上記構成のように「リーン反転時点」を過剰な酸化成分の積算開始時点（第２積算開始時点）とすれば、下流側触媒に供給される「過剰な酸化成分」の量を上流側触媒の最大酸素吸蔵量に関わらず所望の量に制御することができる。その結果、下流側触媒が浄化できない量の窒素酸化物が下流側触媒に流入することを回避できる。即ち、大気中に窒素酸化物が多量に放出される前の時点にてフィルタ再生制御を終了することができる。換言すると、窒素酸化物の放出量が増大しない範囲で微粒子捕集フィルタの再生を行うことができる。

このような制御装置において、前記空燃比制御手段は、前記第２積算開始時点からの前記機関の吸入空気量の積算値に相当する値を前記第２積算値として取得するように構成されることが好適である。

フィルタ再生制御中、機関に供給される混合気の空燃比の平均は理論空燃比よりもリーン側の第２空燃比に制御されている。従って、機関から排出される過剰な酸化成分の量は機関の吸入空気量に略比例すると考えることができる。従って、上記構成のように、前記第２積算開始時点からの前記機関の吸入空気量を積算することにより、前記第２積算値を容易に取得することができる。

本発明の内燃機関の制御装置は、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を行うように構成され得る。

即ち、本発明の内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒である上流側触媒と、
前記排気通路であって前記上流側触媒よりも下流の位置に配設された微粒子捕集フィルタと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である下流側触媒と、
前記排気通路であって前記上流側触媒よりも上流の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段と、
指示に応じてメインフィードバック制御を実行するメインフィードバック制御手段と、
指示に応じてサブフィードバック制御を実行するサブフィードバック制御手段と、
前記メインフィードバック制御手段及び前記サブフィードバック制御手段に指示を与える指示手段と、
を備えることができる。

この場合、上記メインフィードバック制御は、前記上流側空燃比センサから出力された出力値により示される空燃比が上流側目標空燃比に一致するように同上流側空燃比センサから出力された出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を変更する空燃比のフィードバック制御である。

また、サブフィードバック制御は、前記下流側空燃比センサから出力された出力値が、理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比である下流側目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、同下流側空燃比センサから出力された出力値が同下流側目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更するサブフィードバック制御を指示に応じて実行する空燃比のフィードバック制御である。

そして、上記指示手段は、
（１）前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定されるまで、前記上流側目標空燃比を理論空燃比に設定するとともに前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行させることにより「通常フィードバック制御」を実行し、
（２）前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された時点以降においては、前記上流側目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるリーン空燃比に設定するとともに前記メインフィードバック制御を実行させ、且つ、前記サブフィードバック制御を停止させる「フィルタ再生制御」を所定期間に渡り実行する、
ように、前記メインフィードバック制御手段及び前記サブフィードバック制御手段に指示を与える。フィルタ再生制御により、前記微粒子捕集フィルタに酸素が供給され、微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子が燃焼させられる。

これによれば、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御とが実行される「通常フィードバック制御」により、過渡的な空燃比変動はメインフィードバック制御により吸収されるとともに、機関に供給される混合気の空燃比の平均は「理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比（この空燃比は下流側触媒のウインドウの範囲内の空燃比であることが望ましい。）」に一致せしめられる。その結果、未燃物及び窒素酸化物は上流側触媒及び下流側触媒によって良好に浄化される。また、機関の空燃比が一時的に多少リーン側に偏移して機関から多量の窒素酸化物が排出されても、機関の空燃比の平均が理論空燃比よりもリッチ側であるが故に上流側触媒及び下流側触媒が窒素酸化物を浄化し得る状態にあるから、それらの窒素酸化物が浄化される。その結果、窒素酸化物が大量に大気中に放出されることを回避することができる。

加えて、通常フィードバック制御中、上流側触媒及び下流側触媒には過剰な還元成分が流入することになるので、例えば、フューエルカット運転が実施されることにより下流側触媒の酸素吸蔵量が大きくなった場合であっても、フューエルカット復帰後から所定時間が経過すれば、下流側触媒の状態は前記還元状態に到達する。

そして、前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された以降においては、前記上流側目標空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比（リーン空燃比）に設定された上でメインフィードバック制御が実行され、且つ、サブフィードバック制御が停止させられる。即ち、フィルタ再生制御が実行される。従って、機関から多量の酸素が排出されるので、結果として微粒子捕集フィルタに酸素が供給され、微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子が燃焼させられる。このとき、機関から排出された窒素酸化物は「前記還元状態にある下流側触媒」によって浄化（還元）される。従って、この制御装置は、窒素酸化物の排出量を増加させることなく微粒子捕集フィルタを再生させることができる。

この場合、前記還元状態判定手段は、前記通常フィードバック制御中であって同通常フィードバック制御中の「所定の第１積算開始時点」以降において「前記機関から前記排気通路に排出された未燃物である還元成分の量」から「同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量」を減じた量である「還元成分の過剰量」の積算値に対応する「第１積算値」を取得するとともに、同第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定し、同第１積算値が同第１所定値以上となったと判定されたとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成されることが好適である。

上述したように、通常フィードバック制御中は過剰な還元成分が機関から排出される。従って、通常フィードバック制御中の所定の積算開始時点（第１積算開始時点）以降において「還元成分の過剰量の積算値」に対応する「第１積算値」を取得し、その第１積算値に基づいて下流側触媒の状態を判定すれば、下流側触媒が前記還元状態に到達したか否かを容易に判定することが可能となる。

更に、この制御装置は、
前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段を備え、
前記指示手段は、前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めた「フューエルカット復帰時点」以降において前記通常フィードバック制御を実行するように前記メインフィードバック制御手段及び前記サブフィードバック制御手段に指示を与えるように構成され、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を、
（１）フューエルカット復帰時点、又は、
（２）フューエルカット復帰時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなった時点であるリッチ反転時点、
に設定していることが好適である。

フューエルカット運転が実行されると、通常、上流側触媒及び下流側触媒の酸素吸蔵量は、それぞれの最大酸素吸蔵量（又はその最大酸素吸蔵量の近傍量）に到達する。また、フューエルカット復帰時点以降において、通常フィードバック制御が実行されるので、過剰な還元成分が機関から排出される。

従って、（１）上記フューエルカット復帰時点を積算開始時点とする第１積算値は、排気通路に配設された上流側触媒及び下流側触媒の酸素吸蔵量の減少量を表すことになる。それ故、その第１積算値は、下流側触媒の酸素吸蔵量の減少量（換言すると、下流側触媒の還元能力）に関連する値となる。従って、そのように取得される第１積算値に基づけば、下流側触媒が上記還元状態に到達したか否かを、より精度良く判定することができる。

また、（２）フューエルカット復帰時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなった時点である「リッチ反転時点」を積算開始時点とする第１積算値は、上流側触媒の最大酸素吸蔵量に関わらず、下流側触媒の酸素吸蔵量の減少量をより精度良く表すことになる。それ故、「リッチ反転時点」以降の「前記第１積算値」に基づけば、下流側触媒が上記還元状態に到達したか否かを、より一層精度良く判定することができる。

ところで、前記還元状態判定手段は、機関の空燃比の平均が理論空燃比よりもリッチ側の所定空燃比に制御されている際に前記第１積算値を求める場合、前記第１積算開始時点からの前記機関の吸入空気量の積算値に相当する値を前記第１積算値として取得するように構成されることが好適である。

機関の空燃比の平均が理論空燃比よりもリッチ側の所定空燃比（例えば、理論空燃比よりもリッチ側の前記第１空燃比、フューエルカット復帰後目標空燃比、及び、理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比である前記下流側目標空燃比等）に制御されている場合、過剰な還元成分の量は機関の吸入空気量に略比例すると考えることができる。従って、上記構成によれば、前記第１積算値を容易に取得することができる。

また、本発明による内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒である上流側触媒と、
前記排気通路であって前記上流側触媒よりも下流の位置に配設された微粒子捕集フィルタと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である下流側触媒と、
前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段と、
前記下流側触媒が前記還元状態に到達していないと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリッチ側の弱リッチ空燃比となるように同機関に供給される混合気の空燃比を制御するリッチ制御手段と、
前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリーン側となるように同機関に供給される混合気の空燃比を制御するリーン制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置と言うことができる。

以下、本発明による内燃機関の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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）を火花点火式多気筒（本例では４気筒）内燃機関（ガソリンエンジン）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、これにより同クランク軸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（燃料噴射手段）３９を備えている。燃料噴射手段としてのインジェクタ３９は、噴射指示信号に応答して同噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を噴射するようになっている。

吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管（吸気ダクト）４２、エアフィルタ４３、スロットル弁４４及びスロットル弁アクチュエータ４４ａを備えている。

インテークマニホールド４１は、各気筒の燃焼室２５の吸気ポート３１に接続されている。より詳細には、図２に示したように、インテークマニホールド４１は各吸気ポートに接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合したサージタンク部４１ｂと、を備えている。図１及び図２に示したように、吸気管４２はサージタンク部４１ｂに接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。図１に示したエアフィルタ４３は吸気管４２の端部に設けられている。スロットル弁４４は吸気管４２に回動可能設けられ、回動することにより吸気管４２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）４４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号に応答してスロットル弁４４を回転駆動するようになっている。

排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、エキゾーストパイプ（排気管）５２、上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４及び下流側触媒５５を備えている。

エキゾーストマニホールド５１は、図１に示したように、各気筒の燃焼室２５の排気ポート３４に接続されている。より詳細には、図２に示したように、エキゾーストマニホールド５１は各排気ポートに接続された複数の枝部５１ａと、それらの枝部５１ａが集合した集合部５１ｂと、を備えている。エキゾーストパイプ５２は、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂに接続されている。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は排気経路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂとエキゾーストパイプ５２とが形成する排気経路を、便宜上「排気通路」と称呼する。

上流側触媒５３は、セラミックからなる担持体に触媒物質である貴金属及びセリア（CeO2)を担持していて、酸素吸蔵・放出機能（単に「酸素吸蔵機能」又は「Ｏ２ストレージ機能」とも称呼する。）を有する三元触媒である。上流側触媒５３はエキゾーストパイプ５２に配設（介装）されている。換言すると、上流側触媒５３は排気通路の集合部（エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂ）よりも下流の排気通路に配設されている。上流側触媒５３は、スタート・キャタリティック・コンバータ（ＳＣ）又は第１触媒とも称呼される。

微粒子捕集フィルタ５４はセラミックからなる周知の微粒子フィルタであり、機関１０から排出される微粒子を捕集するようになっている。微粒子捕集フィルタ５４は、上流側触媒５３よりも下流の位置において排気通路（エキゾーストパイプ５２）に配設（介装）されている。微粒子捕集フィルタ５４はパティキュレート・マター・フィルタ（ＰＭＦ）とも称呼される。

下流側触媒５５は、上流側触媒５３と同様、セラミックからなる担持体に貴金属（触媒物質）及びセリア（CeO2)を担持していて、酸素吸蔵機能を有する三元触媒である。下流側触媒５５は微粒子捕集フィルタ５４よりも下流の位置において排気通路（エキゾーストパイプ５２）に配設（介装）されている。即ち、排気通路には、上流側触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４及び下流側触媒５５が、上流から下流に向けて順に直列に配設されている。下流側触媒５５は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ（ＵＦＣ）又は第２触媒とも称呼される。

上流側触媒５３及び下流側触媒５５を構成する三元触媒は、図３に示したように、三元触媒に流入するガスの空燃比が所謂「ウインドウＷ」の範囲内にあるとき、未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することにより、これらの有害成分を高い効率で浄化する特性（触媒機能）を有する。

また、三元触媒は、酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比となって三元触媒に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、触媒はＮＯｘから酸素分子を奪って（ＮＯｘを還元し）、その奪った酸素分子を吸蔵する。このような状態は、三元触媒が「実質的に還元剤（還元成分）を保持している状態である。」と表現することもできる。また、機関の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比になって三元触媒に流入するガスにＨＣ,ＣＯ等の未燃物（還元成分）が多量に含まれると、三元触媒は吸蔵している酸素分子をこれらの未燃物に対して与え、これらの成分を酸化（浄化）する。このような状態は、三元触媒が「実質的に酸化剤（酸化成分）を保持している状態である。」と表現することもできる。

更に、このシステムは、図１に示したように、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、上流側空燃比センサ６６、下流側空燃比センサ６７及びアクセル開度センサ６８を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量、吸入空気流量）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４４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所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。この信号はＧ２信号とも称呼される。
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。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスは後述する電気制御装置７０によりエンジン回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置７０は、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
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。

上流側空燃比センサ６６は、図２に示したように、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂと上流側触媒５３との間の位置において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の何れか（即ち、排気通路）に配設されている。上流側空燃比センサ６６は、上流側空燃比センサ６６が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（被検出ガス）の空燃比に応じた出力値を出力するようになっている。

より具体的に述べると、上流側空燃比センサ６６は限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ６６は、図４に示したように、被検出ガスの空燃比Ａ／Ｆ（従って、機関に供給される混合気の空燃比）に応じた電圧である出力値Vabyfsを出力するようになっている。この出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が大きくなる（リーンとなる）ほど増大する。

後述する電気制御装置７０は、図４により示したテーブル（マップ）Mapabyfsを記憶していて、そのテーブルに実際の出力値Vabyfsを適用することによって空燃比を検出する（検出空燃比を取得する）ようになっている。但し、上流側空燃比センサ６６は、上流側空燃比センサ６６に到達しているガス（即ち、被検出ガス）の空燃比が時間軸上でステップ状にしても出力値Vabyfsが徐々に変化するという検出応答遅れ特性を有する。より具体的に述べると、上流側空燃比センサ６６に到達しているガスの空燃比の値を入力信号とし、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfs及びテーブルMapabyfsに基いて求められる空燃比の値を出力信号とするとき、出力信号は入力信号に対してローパスフィルタ処理（例えば、所謂「なまし処理」を含む一次遅れ処理及び二次遅れ処理等）を施した信号と極めて似た信号となる。

下流側空燃比センサ６７は、図２に示したように、微粒子捕集フィルタ５４と下流側触媒５５との間の位置においてエキゾーストパイプ５２（排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ６７は、下流側空燃比センサ６７が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（被検出ガス）の空燃比に応じた出力値を出力するようになっている。

より具体的に述べると、下流側空燃比センサ６７は起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサである。従って、下流側空燃比センサ６７は、酸素濃度センサ６７とも称呼される。下流側空燃比センサ６７は、図５に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxsを出力する。即ち、下流側空燃比センサ６７は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリーン側の空燃比であるときに略０．１（Ｖ）、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリッチ側の空燃比であるときに略０．９（Ｖ）、空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。更に、下流側空燃比センサ６７は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比（前述した、三元触媒のウインドウＷに実質的に対応する空燃比）であるとき、被検出ガスの空燃比がリッチからリーンに変化するに従って急激に減少する（略０．９（Ｖ）から略０．１（Ｖ）に向けて変化する）電圧を出力するようになっている。なお、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて得られる上流側触媒５３の下流側空燃比afdownは、図５に示した出力値Voxsと下流側空燃比afdownとの関係を表す関数をｆとするとき、afdown＝ｆ(Voxs)により求められる。

再び、図１を参照すると、アクセル開度センサ６８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６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８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４４ａ等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。

（空燃比制御の概要）
次に、上記のように構成された第１制御装置による空燃比制御の概要について説明する。第１制御装置は、メインフィードバック制御、サブフィードバック制御及びフューエルカット制御等を含む空燃比制御（燃料噴射量制御）を実行する。

＜メインフィードバック制御の概要＞
第１制御装置は、メインフィードバック制御条件が成立したとき、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて取得された上流側空燃比abyfsが上流側目標空燃比abyfr（メインフィードバック目標値）に一致するように機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御（メインフィードバック制御）する。上流側目標空燃比abyfrは通常時において理論空燃比に設定され、後述する微粒子捕集フィルタ再生制御（フィルタ再生制御）時において理論空燃比よりもリーン側の空燃比（前記ウインドウＷよりもリーン側のリーン空燃比、第２空燃比）に設定され、その他の場合（例えば、触媒過熱防止時等）において理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定される。メインフィードバック制御条件については後述する。

＜サブフィードバック制御の概要＞
第１制御装置は、サブフィードバック制御条件が成立したとき、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが、下流側目標空燃比に相当する値である下流側目標値Voxsrefに一致するように、機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御（サブフィードバック制御）する。この下流側目標値Voxsrefは、図５に示したように、下流側空燃比センサ６７が配設された位置を通過するガス（被検出ガス）の空燃比が理論空燃比より僅かな所定値ΔＡＦだけリッチ側の空燃比ＡＦＲに相当する空燃比であるときに下流側空燃比センサ６７が出力するべき値（例えば、Voxsref＝Vrich＝０．５５Ｖ）に設定されている。これにより、機関１０に供給される混合気の空燃比、即ち、下流側触媒５５に流入するガスの空燃比の平均（中心、中央値）は理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比ＡＦＲ（以下、「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」とも称呼する。）に一致させられる。この弱リッチ空燃比ＡＦＲは、図３に示したように、ウインドウＷの範囲内であって理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比である。なお、サブフィードバック制御条件については後述する。また、上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比に設定された状態にてメインフィードバック制御が実行され、且つ、下流側目標値Voxsrefが弱リッチ空燃比ＡＦＲに相当する値Vrichに設定された状態にてサブフィードバック制御が実行される空燃比制御を、「空燃比弱リッチ制御」又は「理論空燃比近傍制御」とも称呼する。

＜フューエルカット制御＞
第１制御装置は、フューエルカット（燃料供給遮断）条件が成立したとき、インジェクタ３９からの燃料噴射（燃料供給）を停止するフューエルカット制御を行う。このとき、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御は当然に停止される。フューエルカット条件は、例えば、アクセルペダル操作量Accpが「０」であり、且つ、機関回転速度ＮＥがフューエルカット回転速度ＮＥＦＣ以上であるときに成立する。このフューエルカット制御は、減速フューエルカット条件が成立したときに実行される減速フューエルカットとも称呼される。減速フューエルカットは、例えば、フューエルカット中（フューエルカット条件成立中）においてアクセルペダル操作量Accpが「０」でなくなるか、又は、機関回転速度ＮＥがフューエルカット復帰回転速度ＮＥＦＫ以下となったときに終了し（フューエルカット条件が不成立となり）、燃料噴射（燃料供給）が再開される。フューエルカット復帰回転速度ＮＥＦＫは、フューエルカット回転速度ＮＥＦＣよりも小さい。フューエルカット制御が終了されて燃料噴射が再開されることを「フューエルカット復帰」とも称呼する。

＜微粒子捕集フィルタ再生制御＞
ところで、微粒子捕集フィルタ５４は微粒子を捕集するほと微粒子の捕集能力が低下する。逆に、微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子を微粒子捕集フィルタ５４内において燃焼させれば、微粒子捕集フィルタ５４の微粒子捕集能力は復帰する。即ち、微粒子捕集フィルタ５４を再生させることができる。微粒子捕集フィルタ５４内に捕集された微粒子を燃焼させるためには、
（１）微粒子捕集フィルタ５４内が高温であること、及び、
（２）微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されること、
が必要である。

一般に、理論空燃比近傍の空燃比にて運転されるガソリン機関が通常の運転状態（始動直後等を除く運転状態）にあるとき、微粒子捕集フィルタ５４内の温度は捕集された微粒子を燃焼させるのに十分な程度の高い温度になる。一方、フューエルカット制御が行われると、機関１０から多量の酸素を含む空気が排出される。従って、フューエルカット制御が所定時間以上継続して実行されると、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、酸素が上流側触媒５３から流出し始める。上流側触媒５３から流出した酸素は微粒子捕集フィルタ５４内に流入する。この結果、微粒子捕集フィルタ５４内は高温であり且つ微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されていた微粒子が微粒子捕集フィルタ５４内において燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４は再生される。しかしながら、フューエルカット制御がどのような頻度にて実行されるか、及び、フューエルカット制御時間がどの程度に及ぶか、は機関１０の運転がどのように行われるかに依存するから、フューエルカット制御のみによって微粒子捕集フィルタ５４を再生させることを常に期待することは適当ではない。

そこで、フューエルカット制御が実行されていないときに機関１０の空燃比を強制的にリーン空燃比に設定することにより、機関１０から比較的多量の酸素を排出させ、それによって微粒子捕集フィルタ５４に酸素を供給する（微粒子を燃焼させて微粒子捕集フィルタ５４を再生させる）ことが有効であると考えられる。

ところで、このように機関の空燃比をリーン空燃比に設定する場合においても、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を供給するためには、先ず、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１を上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達させることにより、上流側触媒５３から酸素を流出させなければならない。しかしながら、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、且つ、機関の空燃比がウインドウＷ外のリーン空燃比であると、上流側触媒５３はＮＯｘを効果的に浄化することができない。更に、機関の空燃比はリーン空燃比に設定されているから、機関からは多量のＮＯｘが排出される。

このとき、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２よりもある程度小さければ、下流側触媒５５はＮＯｘ浄化能力を有するので、上流側触媒５３から流出したＮＯｘを浄化することができる。これに対し、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が、下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達していたり、或は、最大酸素吸蔵量Ｃmax２に近い量になっていたりすると、下流側触媒５５はＮＯｘを十分に浄化ですることができず、多量のＮＯｘが大気中に放出されてしまう。

そこで、第１制御装置は、下流側触媒５５が「所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態（窒素酸化物浄化可能状態）」に到達したか否かを判定する還元状態判定手段を備え、下流側触媒５５がその「還元状態」に到達したと判定された場合にのみ機関の空燃比をリーン空燃比に変更し、微粒子捕集フィルタ５４を再生する。

より具体的には、第１制御装置は、下流側触媒５５がその「還元状態」に到達したと判定された場合、上記サブフィードバック制御を停止するとともに、上流側目標空燃比abyfrを理論空燃比よりもリーン側の「所定のリーン空燃比aflean」に設定した上で上記メインフィードバック制御を実行する。この制御を、「空燃比リーン制御」又は「微粒子捕集フィルタ再生制御（フィルタ再生制御）」又は「リーン継続制御」とも称呼する。これにより、機関１０から上流側触媒５３を通して微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ５４内にて微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。更に、この場合、機関１０から排出されたＮＯｘは上記還元状態に到達していた下流側触媒５５により浄化される。従って、第１制御装置は、ＮＯｘの排出量を増大させることなく、微粒子捕集フィルタ５４を再生させることができる。

＜還元状態の判定原理＞
上記還元状態判定手段は、機関１０より排気通路に排出された「未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）である還元成分の量Ａ」から、機関１０より排気通路に排出された「還元成分を酸化させる酸化成分の量Ｂ」を減じた量である「還元成分の過剰量（Ａ−Ｂ）」の積算値（Σ（Ａ−Ｂ））に対応する第１積算値を取得するとともに、その第１積算値に基づいて下流側触媒５５が前述した「還元状態」に到達したか否かを判定するように構成される。

より具体的には、上記サブフィードバック制御によって機関の空燃比の平均は「弱リッチ空燃比」に制御される。従って、サブフィードバック制御が実行されている場合、単位時間あたりの機関の吸入空気量Ｇａは上記「還元成分の過剰量」に比例する。そこで、還元状態判定手段は、例えば、フューエルカット復帰後にサブフィードバック制御を実行し、そのフューエルカット復帰後からの機関の吸入空気量Ｇａの積算値を上記還元成分の過剰量の積算値に対応する「第１積算値」として取得する。そして、還元状態判定手段は、その第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定し、第１積算値が第１所定値以上となったと判定されたときに、下流側触媒５５が「還元状態」に到達したと判定する。

＜制御の概略の流れ＞
第１制御装置のＣＰＵ７１は、図６に示した概略フローチャート示した手順に沿って上述した各種の制御を行うようになっている。ＣＰＵ７１は、図６に示した手順を所定時間の経過毎に繰り返すようになっている。なお、以下の説明において、上流側空燃比センサ６６及び下流側空燃比センサ６７は共に活性化していると仮定する。

ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにてステップ６００から処理を開始し、ステップ６１０にて上述したフューエルカット条件（減速フューエルカット条件）が成立しているか否かを判定する。このとき、フューエルカット条件が成立していると、ＣＰＵ７１はステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進み、フューエルカット制御を行う（燃料噴射を停止する。）。この状態は、図７に示したタイムチャートの時刻ｔ１以前の状態である。次いで、ＣＰＵ７１はステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

その後、時刻ｔ１にてフューエルカット条件が不成立になると、ＣＰＵ７１はステップ６１０に進んだとき同ステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進み、「弱リッチ制御時積算空気量（理論空燃比近傍制御時の積算空気量）ｔＧａＳＲ」がフィルタ再生制御開始閾値である第１所定値（第１閾値）Ｒｔｈより大きくなったか否かを判定する。

弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲは、機関の空燃比が「理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）」に制御されている上記「空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）」期間における吸入空気量Ｇａの積算値である。但し、空燃比弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲは、フューエルカット制御中において「０」に設定される。弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲは、上記「還元成分の過剰量の積算値」に対応する第１積算値であり、図示しないルーチンにより求められている。

現時点（時刻ｔ１直後）はフューエルカットが終了した直後（燃料供給再開の直後、フューエルカット復帰直後）である。従って、弱リッチ制御時積算空気量（第１積算値）ｔＧａＳＲはフィルタ再生制御開始閾値（第１所定値）Ｒｔｈより小さい。それ故、ＣＰＵ７１はステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）を実行する。実際には、ＣＰＵ７１は、上述したメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定され、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsrefは弱リッチ空燃比ＡＦＲに相当する値Vrichに設定される。

この弱リッチ空燃比ＡＦＲは、図３に示したように、ウインドウＷの範囲内であって理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比である。従って、空燃比弱リッチ制御中、上流側触媒５３及び下流側触媒５５は、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを極めて高い浄化率にて浄化することができる。但し、弱リッチ空燃比ＡＦＲは理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であるから、空燃比弱リッチ制御によって過剰な還元成分が機関１０から排出される。

従って、この状態が継続すると、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は「０」にまで減少し、その後、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２は下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２から所定量だけ減少する。このとき、弱リッチ制御時積算空気量（第１積算値）ｔＧａＳＲは次第に増大し、時刻ｔ２にてフィルタ再生制御開始閾値（第１所定値）Ｒｔｈ以上となる。換言すると、フィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈは、下流側触媒５５が所定量のＮＯｘを浄化し得る状態となったときに弱リッチ制御時積算空気量（第１積算値）ｔＧａＳＲが到達する値に設定されている。

従って、時刻ｔ２においては、ＣＰＵ７１はステップ６００及びステップ６１０に続くステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５０に進み、フィルタ再生制御時積算空気量（第２積算値）ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値（第２閾値、第２所定値）Ｌｔｈ以上であるか否かを判定する。

フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは、機関の空燃比が「理論空燃比よりもリーン側の空燃比（リーン空燃比）」に制御されている上記「フィルタ再生制御（空燃比リーン制御）」期間における吸入空気量Ｇａの積算値である。但し、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは、フューエルカット制御中（及び空燃比弱リッチ制御の開始時）において「０」に設定される。フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは、「機関１０から排気通路に排出された酸化成分の量Ｃ」から「その酸化成分を還元させる同機関から排出された未燃物である還元成分の量Ｄ」を減じた量である「酸化成分の過剰量（Ｃ−Ｄ）」の積算値（Σ（Ｃ−Ｄ））に対応する。フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは、「第２積算値」とも称呼され、図示しないルーチンにより求められている。

現時点（時刻ｔ２）は、フューエルカット制御後において弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲがフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈ以上となった時点の直後であり、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは「０」である。このため、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈより小さい。従って、ＣＰＵ７１はステップ６５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６６０に進み、フィルタ再生制御（微粒子捕集フィルタ再生制御）を実行する。即ち、ＣＰＵ７１は、上記サブフィードバック制御を停止するとともに、上記メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrを所定のリーン空燃比afleanに設定する「空燃比リーン制御」を実行する。

これにより、機関１０から過剰な酸素が排出されるので、所定の時間が経過したときに上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、酸素が上流側触媒５３から流出し始める。その結果、微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ５４内にて微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。この時点において、下流側触媒５５の状態は上記「還元状態」に維持されている。即ち、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２よりもある程度小さい状態となっている。従って、機関１０から排出されたＮＯｘは、下流側触媒５５により浄化される。

この状態が継続すると、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が増大する。同時に、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲはフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈに維持され、且つ、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは次第に増大する。従って、所定の時間が経過した時刻ｔ３になると、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２よりも「相当量」だけ小さい量に到達し、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となる。換言すると、フィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈは、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達する以前であって最大酸素吸蔵量Ｃmax２よりも「相当量」だけ小さい量になったときに「フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬが到達する値」に設定されている。

従って、時刻ｔ３においては、ＣＰＵ７１はステップ６００、ステップ６１０及びステップ６３０に続くステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御を再開する。このとき、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲ及びフィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは、それぞれ「０」に設定される（リセットされる）。従って、時刻ｔ３以降において、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲは「０」から再び増大させられる。

その後、所定の時間が経過して時刻ｔ４になると、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲがフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈ以上となり、且つ、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈより小さい値（＝０）となる。従って、ＣＰＵ７１はステップ６６０に進み、フィルタ再生制御を再び実行する。更に、所定の時間が経過して時刻ｔ５になると、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となるので、ＣＰＵ７１はステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御を再び実行する。

以上、説明したように、第１制御装置は、ＮＯｘを下流側触媒５５によって浄化しながら、周期的に微粒子捕集フィルタを再生させることができる。

（空燃比制御の詳細）
次に、上記空燃比制御の詳細について説明する。
第１制御装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが下流側目標空燃比としての「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」に対応する下流側目標値Voxsref（＝Vrich＝０．５５（Ｖ））に一致するように、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに応じて機関の空燃比を制御する。即ち、第１制御装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて上述した「サブフィードバック制御」を実行する。

一方、上流側触媒５３は酸素吸蔵機能を有するから、上流側触媒５３の上流の空燃比変化は所定の遅れ時間が経過した後に上流側触媒５３の下流の空燃比変化となって現れる。従って、サブフィードバック制御のみでは過渡的な空燃比変動を抑制することが困難である。そこで、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基く上述したメインフィードバック制御を実行し、過渡的な空燃比変動を抑制する。このとき、第１制御装置は、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御との間に制御上の干渉が発生することがないように、以下に述べる複数の手段による空燃比制御を行う。

即ち、この制御装置は、機能ブロック図である図８に示した複数の手段等を含んで構成されている。以下、図８を参照しながら説明する。

＜補正後基本燃料噴射量の算出＞
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機関回転速度ＮＥと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルMapMcと、に基づき今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求める。ここで、添え字の（k）は、今回の吸気行程に対する値であることを示している。筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。筒内吸入空気量Mc(k)は機関１０の吸気通路における空気の挙動をモデル化した周知の空気量推定モデル（空気モデル）を用いて求められてもよい。

上流側目標空燃比設定（決定）手段Ａ２は、内燃機関１０の運転状態である機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル操作量Accp（機関の負荷）等に基づいて上流側目標空燃比abyfr(k)を決定する。上流側目標空燃比abyfr(k)は上流側空燃比センサ６６の出力値に基いて得られる検出空燃比abyfsの目標値の基礎となる値である。上流側目標空燃比abyfr(k)は、例えば、内燃機関１０の暖機終了前においてはリッチ空燃比に設定され、暖機終了後において上述した「微粒子捕集フィルタ再生制御」を実行する場合に所定のリーン空燃比afleanに設定され、その他の場合において特殊な場合（例えば、上流側触媒５３を過熱から保護する場合等）を除き理論空燃比に設定される。上流側目標空燃比abyfr(k)は各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。

補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、下記の（１）式に示したように、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(k)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(k)で除することにより、機関の空燃比を上流側目標空燃比abyfr(k)とするための今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbaseb(k)を求める。基本燃料噴射量Fbaseb(k)は、後述する基本補正値KF等による補正がなされる前の基本燃料噴射量であるから、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)とも称呼される。補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)は各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
Fbaseb(k)＝Mc(k)／abyfr(k) …（１）

補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４は、補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３により求められた今回の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)に後述する基本補正値算出手段Ａ１６により求められてバックアップＲＡＭ７４に格納されている基本補正値KFを乗じることで補正後基本燃料噴射量Fbase(k)（＝KF・Fbaseb(k)）を求める。基本補正値KFを算出する基本補正値算出手段Ａ１６については後に詳述する。

このように、第１制御装置は、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、補正前基本燃料噴射量算出手段Ａ３、補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４及び基本補正値算出手段Ａ１６を利用して、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を求める。

＜最終燃料噴射量の算出＞
最終燃料噴射量算出手段Ａ５は、下記の（２）式により示したように、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)（＝KF・Fbaseb(k)）に後述するメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５によって求められているメインフィードバック補正値KFmainを乗じ、それらの積（＝Fbase(k)・KFmain）に後述するＰＩＤコントローラＡ９によって求められているサブフィードバック補正値Fisubを加えて今回の最終燃料噴射量Fi(k)を求める。最終燃料噴射量Fi(k)は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
Fi(k)＝(KF・Fbaseb(k))・KFmain＋Fisub＝Fbase(k)・KFmain＋Fisub …（２）

このように、第１制御装置は、最終燃料噴射量算出手段Ａ５により、補正後基本燃料噴射量Fbase(k)をメインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとに基づいて補正することにより最終燃料噴射量Fi(k)を求める。更に、第１制御装置は、この最終燃料噴射量Fi(k)の燃料が、今回の吸気行程を迎える気筒のインジェクタ３９から噴射されるように、そのインジェクタ３９に対して噴射指示信号を送出する。換言すると、噴射指示信号は、最終燃料噴射量Fi(k)に関する情報を指示噴射量として含んでいる。

＜サブフィードバック補正値の算出＞
下流側目標値設定手段Ａ６は、下流側目標値Voxsrefを出力するようになっている。下流側目標値Voxsrefは、上述した弱リッチ空燃比ＡＦＲに対応する値Vrich（例えば、０．５５（Ｖ））に設定される。なお、下流側目標値設定手段Ａ６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の運転状態である機関回転速度ＮＥ及びアクセルペダル操作量Accp（機関の負荷）等に基づいて下流側目標値Voxsrefを変更するように構成され得る。

出力偏差量算出手段Ａ７は、下記（３）式に基づいて、下流側目標値設定手段Ａ６により設定されている現時点（具体的には、今回のFi(k)の噴射指示開始時点）での下流側目標値Voxsrefから同現時点での下流側空燃比センサ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。出力偏差量算出手段Ａ７は、求めた出力偏差量DVoxsをローパスフィルタＡ８に出力する。
DVoxs＝Voxsref−Voxs …（３）

ローパスフィルタＡ８は一次のデジタルフィルタである。ローパスフィルタＡ８の特性を表す伝達関数Ａ８（ｓ）は下記の（４）式により示される。（４）式において、ｓはラプラス演算子であり、τ1は時定数である。ローパスフィルタＡ８は周波数（１／τ1）以上の高周波数成分が通過することを実質的に禁止する。ローパスフィルタＡ８は出力偏差量DVoxsの値を入力するとともに出力偏差量DVoxsの値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowをＰＩＤコントローラＡ９に出力する。
Ａ８（ｓ）＝１／（１+τ1・s） …（４）

ＰＩＤコントローラＡ９は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを下記（５）式に基づいて比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）し、サブフィードバック補正値Fisubを求める。
Fisub＝Kp・DVoxslow＋Ki・SDVoxslow＋Kd・DDVoxslow …（５）

上記（５）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、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値であり、DDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間微分値である。以上により、サブフィードバック補正値Fisubが求められる。

以上から明らかなように、下流側目標値設定手段Ａ６、出力偏差量算出手段Ａ７、ローパスフィルタＡ８及びＰＩＤコントローラＡ９はサブフィードバック補正値算出手段を構成している。

＜メインフィードバック制御及びメインフィードバック補正値の算出＞
先に説明したように、上流側触媒５３は触媒機能及び酸素吸蔵機能を有している。従って、上流側触媒５３の上流の排ガスの空燃比の変動における「比較的周波数の高い高周波数成分（前記周波数１／τ1以上の高周波数成分）」及び「比較的周波数が低く且つ振幅が比較的小さい低周波数成分（前記周波数１／τ1以下の周波数にて変動するとともに理論空燃比からの偏移量が比較的小さい低周波成分）」は、上流側触媒５３の触媒機能及び酸素吸蔵機能により吸収されるから、上流側触媒５３の下流の排ガスの空燃比の変動として現れ難い。

従って、例えば、排ガスの空燃比が前記周波数（１／τ1）以上の高周波数で大きく変動するような「過渡運転状態における空燃比の急変」に対する補償は、サブフィードバック制御により行われ得ない。それ故、「過渡運転状態における空燃比の急変」に対する補償を確実に行うためには、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいたメインフィードバック制御を行う必要がある。

一方、上流側触媒５３の上流の排ガスの空燃比の変動における「周波数が比較的低くて振幅が比較的大きい低周波数成分（例えば、前記周波数（１／τ1）以下の周波数で変動するとともに理論空燃比からの偏移量が比較的大きい低周波成分）」は、上流側触媒５３により吸収され得ない。従って、そのような上流側触媒５３の上流における空燃比の変動は、所定の遅れを有しながら下流の排ガスの空燃比の変動として現れる。この結果、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsとが理論空燃比近傍の空燃比に対して互いに逆方向に偏移した空燃比を示す値となる場合が存在する。この場合、メインフィードバック制御とサブフィードバック制御は機関に供給される混合気の空燃比を互いに逆方向に補正しようとするため、これらの制御の間に空燃比制御上の干渉が生じる場合がある。

以上のことから、第１制御装置は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsの変動における各周波数成分のうち「上流側触媒５３の下流の空燃比の変動として現れ得る程度の周波数成分である所定の周波数（本例では、周波数（１／τ1））以下の低周波数成分」を「上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsから除去した値」を、メインフィードバック制御に使用する。このメインフィードバック制御に使用される上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに応じた値は、本例においては、「メインフィードバック制御用目標空燃比abyfrtgtと、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfs(k)に基づいて得られる検出空燃比abyfs(k)と、の偏差Daf」に対して「ハイパスフィルタ処理を施した値DafHi」である。この値DafHiに基づいてメインフィードバック制御を実行する結果、前述した空燃比制御上の干渉が発生することを回避することができる。より具体的には、メインフィードバック制御の結果として得られるメインフィードバック補正値は以下に述べるようにして求められる。

テーブル変換手段Ａ１０は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと、図４に示した上流側空燃比センサ出力値Vabyfsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を表すテーブルMapabyfsと、に基づいて、上流側空燃比センサ６６が検出している現時点の検出空燃比abyfs(k)を求める。

目標空燃比遅延手段Ａ１１は、上流側目標空燃比設定手段Ａ２により決定され、且つ、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されている上流側目標空燃比abyfrのうち、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前の時点の上流側目標空燃比abyfrをＲＡＭ７３から読み出し、これを上流側目標空燃比abyfr(k-N)として設定する。ここで、添え字の（k-N）は、今回の吸気行程からＮストローク（４気筒エンジンにおいて、Ｎ・１８０°ＣＡ、ＣＡ；クランク角）前の吸気行程に対した値であることを示している。上流側目標空燃比abyfr(k-N)は、現時点からＮストローク前に吸気行程を迎えた気筒の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)（＝Mc(k-N)／abyfr(k-N)）を算出するために用いられた上流側目標空燃比である（上記（１）式を参照。）。

ここで、前記値Ｎは、内燃機関１０の排気量及び燃焼室２５から上流側空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。このように、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)をメインフィードバック補正値の算出に用いるのは、インジェクタ３９から噴射された燃料を含み且つ燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する無駄時間Ｌ１を要するからである。なお、値Ｎは、機関回転速度ＮＥが大きいほど小さくなり、且つ、機関の負荷（例えば、筒内吸入空気量Mc）が大きくなるほど小さくなるように変更されることが望ましい。

ローパスフィルタＡ１２は、目標空燃比遅延手段Ａ１１から出力された現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)に対してローパスフィルタ処理を施し、メインフィードバック制御用目標空燃比（上流側フィードバック制御用目標空燃比）abyfrtgt(k)を算出する。メインフィードバック制御用目標空燃比abyfrtgt(k)を、以下、単に「ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)」とも称呼する。このように、ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)は、上流側目標空燃比設定手段Ａ２により決定されていた上流側の上流側目標空燃比abyfr(k-N)に応じた値（基づいた値）である。

このローパスフィルタＡ１２は一次のディジタル・フィルタである。ローパスフィルタＡ１２の伝達特性Ａ１２（ｓ）は下記の（６）式により示される。（６）式において、ｓはラプラス演算子であり、τは時定数（応答性に関するパラメータ）である。この特性により、周波数（１／τ）以上の高周波数成分の通過が実質的に禁止される。
Ａ１２（ｓ）＝１／（１＋τ・s） …（６）

前述したように、上流側空燃比センサ６６に到達しているガスの空燃比の値を入力信号とし、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基いて求められる空燃比の値を出力信号とするとき、出力信号は入力信号に対してローパスフィルタ処理（例えば、所謂「なまし処理」を含む一次遅れ処理及び二次遅れ処理等）を施した信号と極めて似た信号となる。この結果、ローパスフィルタＡ１２により生成されるＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)は、上流側空燃比センサ６６に上流側目標空燃比abyfr(k−N）に応じた望ましい空燃比の排ガスが到達しているとき、実際に上流側空燃比センサ６６が出力するであろう値となる。

上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３は、下記（７）式に基づいて、「ローパスフィルタＡ１２から出力されたＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)」から「テーブル変換手段Ａ１０により求められた現時点の検出空燃比abyfs(k)」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、Ｎストローク前の時点において筒内に供給された混合気の空燃比の目標空燃比からの偏差を表す量である。
Daf＝abyfrtgt(k)−abyfs(k) …（７）

ハイパスフィルタＡ１４は一次のフィルタである。ハイパスフィルタＡ１４の特性を表す伝達関数Ａ１４（ｓ）は（８）式により示される。（８）式において、ｓはラプラス演算子であり、τ1は時定数である。時定数τ1は上記ローパスフィルタＡ８の時定数τ1と同一の時定数である。ハイパスフィルタＡ１４は、周波数（１／τ1）以下の低周波数成分が通過することを実質的に禁止する。
Ａ１４（ｓ）＝{１−１／（１+τ1・s）} …（８）

ハイパスフィルタＡ１４は、前記上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３により求められた空燃比偏差Dafを入力するとともに、上記（８）式より表された特性式に従って空燃比偏差Dafをハイパスフィルタ処理した後の値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを出力する。

メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、ハイパスフィルタＡ１４の出力値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを比例処理する。即ち、メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。このメインフィードバック補正値KFmainは、前記（２）式により示したように、最終燃料噴射量Fi(k)を求める際に使用される。

なお、メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、下記（９）式に基いて、ハイパスフィルタＡ１４の出力値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを比例・積分処理（ＰＩ処理）することにより、メインフィードバック補正値KFmainを求めてもよい。
KFmain＝(Gphi・DafHi＋Gihi・SDafHi)・KFB …（９）

上記（９）式において、Gphiは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Gihiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）である。SDafHiはメインフィードバック制御用偏差DafHiの時間積分値である。係数KFBは本例では「１」である。しかしながら、係数KFBは、機関回転速度ＮＥ及び筒内吸入空気量Mc等により可変としても良い。

以上から明らかなように、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、テーブル変換手段Ａ１０、目標空燃比遅延手段Ａ１１、ローパスフィルタＡ１２、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３、ハイパスフィルタＡ１４及びメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、メインフィードバック補正値算出手段を構成している。

このように、第１制御装置は、メインフィードバック制御系とサブフィードバック制御系とを補正前基本燃料噴射量Fbasebの算出系に対して並列且つ独立に接続している。即ち、第１制御装置は、補正後基本燃料噴射量Fbaseとメインフィードバック補正値KFmainとの積にサブフィードバック補正値Fisubを加えることによるサブフィードバック制御を、補正後基本燃料噴射量Fbaseにメインフィードバック補正値KFmainを乗じることによるメインフィードバック制御とは独立に実行する。更に、前述したように、メインフィードバック制御用偏差DafHiは、ハイパスフィルタＡ１４によって空燃比偏差Dafにハイパスフィルタ処理を施した値であって上流側触媒５３の下流には現れない空燃比変動を反映した値である。従って、メインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとは、機関に供給される混合気の空燃比の変動を干渉するように補正することがない。加えて、メインフィードバック制御により過渡運転状態における空燃比の急変が抑制され、サブフィードバック制御により「上流側触媒５３の下流の空燃比の変動として現れる緩やかな空燃比の偏移」が解消される。更に、サブフィードバック制御によって、「上流側空燃比センサ６６の特性ズレ」及び「上流側空燃比センサ６６の配設位置」等に起因する「空燃比の平均に対する検出誤差により「機関に供給される混合気の空燃比の平均」がウインドウＷから外れてしまうことを回避することができる。

＜基本補正値の算出＞
前述したように、サブフィードバック補正値FisubはＰＩＤコントローラＡ９によりローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを比例・積分・微分処理することによって算出される。しかしながら、上流側触媒５３の酸素吸蔵機能等の影響により機関１０の空燃比の変化は少し遅れて同上流側触媒５３の下流の排ガスの空燃比の変化として現れる。従って、エアフローメータの検出精度や空気量推定モデルの推定精度に起因する定常的な誤差の大きさが運転領域の急変等によって比較的急激に増大する場合、その誤差に起因する燃料噴射量の過不足分をサブフィードバック制御のみにより直ちに補償することはできない。

一方、前記酸素吸蔵機能による遅れの影響がないメインフィードバック制御において、ハイパスフィルタＡ１４によるハイパスフィルタ処理は微分処理（Ｄ処理）と同等の機能を達成する処理である。従って、ハイパスフィルタＡ１４通過後の値がメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５の入力値とされている上記メインフィードバック制御においては、仮にメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５が積分処理を行うことによりメインフィードバック補正値KFmainを求めるように構成されている場合であっても、実質的な積分項を含むメインフィードバック補正値KFmainを算出することができない。それ故、上記メインフィードバック制御より、上記エアフローメータの検出精度や空気量推定モデルの推定精度に起因する燃料噴射量の定常的な誤差は補償され得ない。その結果、運転領域が変化した場合等において、一時的にＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘ等のエミッションの排出量が増大する場合が発生するという可能性がある。

以上のことから、第１制御装置は、下記（１０）式に示したように、補正前基本燃料噴射量Fbasebを補正する基本補正値KFを求め、その基本補正値KFによって補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を求め、その補正後基本燃料噴射量Fbase(k)を更にメインフィードバック補正値KFmain及びサブフィードバック補正値Fisubにより補正している（上記（２）式を参照。）。

上記（１０）式において、Fbasetは、目標空燃比を得るために必要な真の指示噴射量であり、誤差を含まない基本燃料噴射量であるということもできる。以下、Fbasetを、「真の基本燃料噴射量」と称呼する。この真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)は、下記の（１１）式により算出される。

上記（１１）式について説明を加える。上述したように、現時点における検出空燃比abyfs(k)は最終燃料噴射量Fi(k-N)に基いて噴射された燃料によりもたらされている空燃比である。従って、（１１）式における右辺の分子のabyfs(k)・Fi(k-N)は、最終燃料噴射量Fi(k-N)を決定した際の筒内空気量を表していることになる。それ故、（１１）式に示したように、最終燃料噴射量Fi(k-N)を決定した時点の筒内空気量（abyfs(k)・Fi(k-N)）を、最終燃料噴射量Fi(k-N)を決定した時点の上流側目標空燃比abyfr(k-N）で除することにより、真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)が算出される。

一方、上記（１０）式にて使用される補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)は、下記に再度記載した上述の（１）式に基いて求められる。
Fbaseb(k)＝Mc(k)／abyfr(k) …（１）

そこで、第１制御装置は、（１）式、（１０）式及び（１１）式から得られる下記（１２）式に基いて基本補正値KFを求め、求めた基本補正値KFを同基本補正値KFを算出したときの運転領域に対応させてメモリに記憶しておく。この運転領域は、例えば、筒内吸入空気量Mcにより区画される。

以下、基本補正値算出手段Ａ１６の詳細機能ブロック図である図９を参照しながら、基本補正値KFの実際の算出の仕方について説明する。基本補正値算出手段Ａ１６は、Ａ１６ａ〜Ａ１６ｆの各手段等を含んで構成されている。

最終燃料噴射量遅延手段Ａ１６ａは、今回の最終燃料噴射量Fi(k)を遅延させることにより現時点からＮストローク前の最終燃料噴射量Fi(k-N)を求める。実際には、最終燃料噴射量遅延手段Ａ１６ａは最終燃料噴射量Fi(k-N)をＲＡＭ７３から読み出す。

目標空燃比遅延手段Ａ１６ｂは、今回の上流側目標空燃比abyfr(k)を遅延させることにより現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)を求める。実際には、目標空燃比遅延手段Ａ１６ｂは上流側目標空燃比abyfr(k-N)をＲＡＭ７３から読み出す。

真の基本燃料噴射量算出手段Ａ１６ｃは、上記（１１）式（Fbaset(k-N)＝（abyfs(k)・Fi(k-N)／abyfr(k-N)）に従って現時点からＮストローク前の真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を求める。

補正前基本燃料噴射量遅延手段Ａ１６ｄは、今回の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)を遅延させることにより現時点からＮストローク前の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)を求める。実際には、補正前基本燃料噴射量遅延手段Ａ１６ｄは補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)をＲＡＭ７３から読み出す。

フィルタ前基本補正値算出手段Ａ１６ｅは、上述した（１２）式に基く式（KFbf＝Fbaset(k-N)／Fbaseb(k-N)）に従って、真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)で除することにより、フィルタ前基本補正値KFbfを算出する。

ローパスフィルタＡ１６ｆは、フィルタ前基本補正値KFbfに対してローパスフィルタ処理を施すことにより基本補正値KFを算出する。このローパスフィルタ処理は、基本補正値KFを安定化させるため（フィルタ前基本補正値KFbfに重畳しているノイズ成分を除去するため）に行われる。このようにして求められた基本補正値KFは、現時点からＮストローク前の運転状態が属していた運転領域に対応させられながらＲＡＭ７３及びバックアップＲＡＭ７４に記憶・格納されて行く。なお、基本補正値KFが格納される運転領域は、例えば、図１０に示したように、機関１０の負荷（筒内吸入空気量Mc及びアクセルペダル操作量Accp等）により区画されている。この運転領域は、機関回転速度ＮＥと機関の負荷とによって区画されてもよい。

このように、基本補正値算出手段Ａ１６は、最終燃料噴射量Fi(k)の計算時点が到来する毎に、Ａ１６ａ〜Ａ１６ｆの各手段等を利用して基本補正値KFを更新する。そして、基本補正値算出手段Ａ１６は、図８に示したように、最終燃料噴射量Fi(k)の算出時において機関１０の運転状態が属する運転領域に格納されている基本補正値KFをバックアップＲＡＭ７４から読み出し、読み出した基本補正値KFを補正後基本燃料噴射量算出手段Ａ４に提供する。この結果、燃料噴射量（補正前基本燃料噴射量）の定常的な誤差が迅速に補償されていく。

（実際の作動）
次に、第１制御装置の実際の作動について説明する。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、その引数の値には現在値が適用される。

＜最終燃料噴射量Fi(k)の算出＞
ＣＰＵ７１は、図１１にフローチャートにより示した最終燃料噴射量Fiの計算及び噴射指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各気筒の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以下に記載したステップ１１０５乃至ステップ１１１５の処理を順に行い、ステップ１１２０に進む。

ステップ１１０５：ＣＰＵ７１は、テーブルMapMc(ＮＥ,Ｇａ)に基づいて今回の吸気行程を迎える気筒（以下、「燃料噴射気筒」と云うこともある。）に吸入される今回の筒内吸入空気量Mc(k)を推定・決定する。
ステップ１１１０：ＣＰＵ７１は、後述する図１５に示されたルーチンにより別途定められている今回の上流側目標空燃比abyfr(k)を取得する。上流側目標空燃比abyfr(k)は各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。
ステップ１１１５：ＣＰＵ７１は、上記筒内吸入空気量Mc(k)を上記上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)を算出する。補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)は各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１１２０に進み、現在の運転状態がフューエルカット条件（上述した、減速フューエルカット条件）を満足するか否かを判定する。このフューエルカット条件が成立していれば、ＣＰＵ７１はステップ１１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。従って、燃料噴射の指示を行うステップ１１４０が実行されないので、燃料噴射は停止される（フューエルカット制御が実行される。）。

一方、ステップ１１２０の判定時点においてフューエルカット条件が成立していなければ、ＣＰＵ７１はステップ１１２０にて「Ｎｏ」と判定し、以下に記載したステップ１１２５乃至ステップ１１４０の処理を順に行い、その後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１１２５：ＣＰＵ７１は、後述するルーチンによって計算されるとともにバックアップＲＡＭ７４に運転領域毎に格納されている基本補正値KFの中から、現時点における運転状態が属する運転領域に格納されている基本補正値KFを読み出す。なお、メインフィードバック制御条件が不成立のとき、運転状態に関わらず基本補正値KFには値「１」が設定される。
ステップ１１３０：ＣＰＵ７１は、補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k)に、ステップ１１２５にて読み出した基本補正値KFを乗じた値を補正後基本燃料噴射量Fbaseとして設定する。

ステップ１１３５：ＣＰＵ７１は、上記（２）式に従い、補正後基本燃料噴射量Fbaseと後述するルーチンにて求められているメインフィードバック補正値KFmainとの積にサブフィードバック補正値Fisubを加えて今回の最終燃料噴射量Fi(k)を求める。
ステップ１１４０：ＣＰＵ７１は、最終燃料噴射量Fi(k)の燃料が燃料噴射気筒に対するインジェクタ３９から噴射されるように、そのインジェクタ３９に対して噴射指示を行う。

以上により、補正前基本燃料噴射量Fbasebが上流側目標空燃比abyfr(k)と今回の筒内吸入空気量Mc(k)とに基づいて取得され、その補正前基本燃料噴射量Fbasebと基本補正値KFとにより補正後基本燃料噴射量Fbaseが取得される。更に、その補正後基本燃料噴射量Fbaseがメインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとにより補正されることにより最終的な燃料噴射量（最終燃料噴射量）Fiが求められ、その最終燃料噴射量Fiの燃料の噴射指示が燃料噴射気筒のインジェクタ３９に対してなされる。

＜メインフィードバック補正値の計算＞
次に、メインフィードバック補正値KFmainを算出する際の作動について説明する。ＣＰＵ７１は図１２にフローチャートにより示したルーチンを実行周期Δｔ（一定）の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１２００から処理を開始し、以下に記載したステップ１２０５及びステップ１２１０の処理を順に行い、ステップ１２１５に進む。なお、この実行周期Δｔは、例えば、機関回転速度ＮＥが想定される最大の機関回転速度である場合における連続する二つの噴射指示の発生時間間隔より短い時間に設定されている。

ステップ１２０５：ＣＰＵ７１は、ステップ１２０５に記載した簡易のローパスフィルタ式（abyfrtgt(k)＝α・abyfrtgtold＋(1−α)・abyfr(k−N)）に従ってＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)を求める。この処理は、前述した目標空燃比遅延手段Ａ１１及びローパスフィルタＡ１２の処理に対応している。ここで、αは０より大きく１より小さい定数であり、上記ローパスフィルタＡ１２の時定数τに応じて設定されている。abyfrtgtoldは、次のステップ１２１０にて設定される「前回本ルーチンを実行した際に算出されたＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt」である。abyfrtgtoldは、前回ＭＦＢ用目標空燃比（前回メインフィードバック制御用目標空燃比）と称呼される。abyfr(k−N)は、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比である。

ステップ１２１０：ＣＰＵ７１は、次回の本ルーチンの実行のために、前回ＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgtoldにステップ１２０５にて算出したＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)を格納する。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１２１５に進み、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるか否かを判定する。メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値は、後述するルーチンにてメインフィードバック制御条件が成立したときに「１」に設定され、メインフィードバック制御条件が不成立のとき「０」に設定される。更に、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された際に実行されるイニシャルルーチンにて「０」に設定される。いま、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１２２０乃至ステップ１２３５の処理を順に行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１２２０：ＣＰＵ７１は、現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsを図４に示したテーブルMapabyfs(Vabyfs)に基づいて変換することにより、現時点の検出空燃比abyfs(k)を求める。
ステップ１２２５：ＣＰＵ７１は、上記（７）式であるステップ１２２５内に記載した式に従ってＭＦＢ用目標空燃比abyfrtgt(k)から今回の検出空燃比abyfs(k)を減じることにより、空燃比偏差Dafを求める。

ステップ１２３０：ＣＰＵ７１は、空燃比偏差Dafに上記（８）式により表された特性を有するハイパスフィルタ処理を施すことにより、メインフィードバック制御用偏差DafHiを取得する。この処理は、前述したハイパスフィルタＡ１４による処理に対応している。
ステップ１２３５：ＣＰＵ７１は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じて得られる積に値「１」を加えることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。

一方、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１は、ステップ１２１５から以下に記載したステップ１２４０及びステップ１２４５の処理を順に行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ１２４０：ＣＰＵ７１は、メインフィードバック補正値KFmainを「１」に設定する。
ステップ１２４５：ＣＰＵ７１は、基本補正値KFを「１」に設定する。

このように、メインフィードバック制御条件が不成立（XmainFB＝０）の場合、メインフィードバック補正値KFmainの更新が停止されるとともに、メインフィードバック補正値KFmainの値が「１」に設定されるので、メインフィードバック制御が停止される（メインフィードバック補正値KFmainの最終燃料噴射量Fiへの反映が停止される）。また、メインフィードバック制御条件が不成立の場合、基本補正値KFの値が「１」に設定されるので、基本補正値KFの最終燃料噴射量Fiへの反映が停止される。

＜サブフィードバック補正値の計算＞
次に、サブフィードバック補正値Fisubを算出するための作動について説明する。ＣＰＵ７１は図１３にフローチャートにより示したルーチンを、所定時間が経過する毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵ７１はステップ１３００から処理を開始し、ステップ１３０５に進んでサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であるか否かを判定する。

サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値は、後述するルーチンにてサブフィードバック制御条件が成立したときに「１」に設定され、サブフィードバック制御条件が不成立のとき「０」に設定される。更に、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値は、図示しない前記イニシャルルーチンにて「０」に設定される。いま、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１３１０乃至ステップ１３３５の処理を順に行い、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１３１０：ＣＰＵ７１は、上記（３）式であるステップ１３１０内に記載した式に従って、下流側目標値Voxsrefから現時点の下流側空燃比センサ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。なお、前述したように、下流側目標値Voxsrefは弱リッチ空燃比ＡＦＲに対応したVrichに設定されている。
ステップ１３１５：ＣＰＵ７１は、出力偏差量DVoxsに対して上記（４）式により表された特性を有するローパスフィルタ処理を施すことによりローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを算出する。

ステップ１３２０：ＣＰＵ７１は、下記（１３）式に基づきローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの微分値DDVoxslowを求める。（１３）式において、DVoxslow1は前回の本ルーチン実行時においてステップ１３３５（後述）にて更新された「ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow」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。
DDVoxslow＝(DVoxslow-DVoxslow1)/Δt …（１３）

ステップ１３２５：ＣＰＵ７１は、上記（５）式であるステップ１３２５内に示した式に従ってサブフィードバック補正値Fisubを求める。
ステップ１３３０：ＣＰＵ７１は、その時点におけるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowに上記ステップ１３１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowを求める。
ステップ１３３５：ＣＰＵ７１は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの前回値DVoxslow1に上記ステップ１３１５にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを格納する。

一方、ステップ１３０５の判定時において、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３４０に進み、サブフィードバック補正値Fisubを「０」に設定し、続くステップ１３４５にてローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowを「０」に設定した後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、サブフィードバック制御条件が不成立（XsubFB＝０）であるとき、サブフィードバック補正値Fisubが「０」に設定されるから、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに応じた空燃比のフィードバック制御は行われない。

＜基本補正値の計算と記憶・格納＞
ＣＰＵ７１は図１４にフローチャートにより示したルーチンを、図１１に示したルーチンの実行に先だって繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んでメインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるか否かを判定する。いま、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１４１０乃至ステップ１４３０の処理を順に行い、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１４１０：ＣＰＵ７１は、上記（１１）式であるステップ１４１０内に記載した式に従って、現時点における検出空燃比abyfs(k)と現時点からＮストローク前の最終燃料噴射量Fi(k-N)との積を現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)により除することによって、現時点からＮストローク前の真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を算出する。なお、現時点からＮストローク前の最終燃料噴射量Fi(k-N)及び現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N）は、いずれもＲＡＭ７３から読み出される。

ステップ１４１５：ＣＰＵ７１は、上記（１２）式と同じ式であるステップ１４１５に記載した式に基いて、ステップ１４１０にて算出した現時点からＮストローク前の真の基本燃料噴射量Fbaset(k-N)を現時点からＮストローク前の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)により除することによって、基本補正値KFの基礎となる今回値KFnew（フィルタ前基本補正値KFbf）を算出する。なお、現時点からＮストローク前の補正前基本燃料噴射量Fbaseb(k-N)はＲＡＭ７３から読み出される。

ステップ１４２０：ＣＰＵ７１は、現時点からＮストローク前の時点における機関１０の運転状態が属する運転領域に対応してバックアップＲＡＭ７４内に格納してある基本補正値KFを同バックアップＲＡＭ７４から読み出す。この読み出された基本補正値KFは、過去の基本補正値KFoldである。
ステップ１４２５：ＣＰＵ７１は、ステップ１４２５に記載した簡易のローパスフィルタ式（KF＝β・KFold＋(1−β)・KFnew）に従って新たな基本補正値KF（最終基本補正値KF）を算出する。ここで、βは０より大きく１より小さい定数である。

ステップ１４３０：ＣＰＵ７１は、ステップ１４２５にて求められた基本補正値KFを、現時点からＮストローク前の時点における機関１０の運転状態が属する運転領域に対応したバックアップＲＡＭ７４内の格納領域に記憶・格納する。
このようにして、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」である場合、基本補正値KFが更新され、且つ、記憶されて行く。

一方、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１４０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１４９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、基本補正値KFの更新及び同基本補正値KFのバックアップＲＡＭ７４への記憶・格納処理は実行されない。

＜上流側目標空燃比abyfr(k)の算出＞
ＣＰＵ７１は所定時間の経過毎に図１５にフローチャートにより示したルーチンをステップ１５００から実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１５０５に進み、現時点がフューエルカット制御中であるか否かを判定する。現時点がフューエルカット制御中である（図７の時刻ｔ１以前を参照。）とすると、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１５１０乃至ステップ１５２０の処理を順に行い、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１５１０：ＣＰＵ７１は、フューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値を「０」に設定する。フューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値はフューエルカット制御中に「０」に設定され、フューエルカット制御が終了したときに「１」に設定される（後述するステップ１５２５及びステップ１５３０を参照。）。なお。フューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値は、前述した図示しないイニシャルルーチンにて「０」に設定され、更に、イニシャルルーチンにて「０」に設定されるメインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が、機関１０の始動後において初めて「０」から「１」へと変更されたとき、図示しないルーチンにより「１」に変更されるようになっている。
ステップ１５１５：ＣＰＵ７１は、リーン制御フラグ（フィルタ再生制御フラグ）ＸＬの値を「０」に設定する。なお、リーン制御フラグＸＬの値は、前述したイニシャルルーチンにて「０」に設定されるようになっている。

ステップ１５２０：ＣＰＵ７１は、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲの値を「０」に設定するとともに、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬの値を「０」に設定する。弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲ及びフィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは、後述する図１６に示したルーチンにより更新される。
以上に説明したステップ１５１０乃至ステップ１５２０のステップは、フューエルカット制御が実行されている間、繰り返し実行される。

その後、図７に示した時刻ｔ１になるとフューエルカット制御が終了する。この直後にＣＰＵ７１がステップ１５０５の処理を実行すると、ＣＰＵ７１はステップ１５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５２５に進み、本ルーチンを前回実行した時点においてフューエルカット制御が実行されていたか否かを判定する。現時点は、フューエルカット制御が終了した直後であるから、本ルーチンを前回実行した時点においてフューエルカット制御は実行されていた。従って、ＣＰＵ７１はステップ１５２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５３０に進んでフューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値を「１」に設定し、その後ステップ１５３５に進む。なお、本ルーチンを前回実行した時点においてフューエルカット制御が実行されていなければ、ＣＰＵ７１はステップ１５２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５３５に直接進む。

ところで、ＣＰＵ７１は図１６にフローチャートにより示した積算空気量計算ルーチンを所定時間Δｔ１の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ１６００から処理を開始し、ステップ１６０５にてフューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値が「１」であるか否かを判定する。

このとき、フューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１６１０に進み、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲの値を、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気流量Ｇａに所定時間Δｔ１を乗じた値（Ｇａ・Δｔ１）だけ増大する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１６１５に進む。これに対し、フューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ１６０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６０５からステップ１６１５に直接進む。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１６１５にてリーン制御フラグＸＬの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、リーン制御フラグＸＬの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１６２０に進み、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬの値を、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気流量Ｇａに所定時間Δｔ１を乗じた値（Ｇａ・Δｔ１）だけ増大する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、リーン制御フラグＸＬの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ１６１５て「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６１５からステップ１６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲはフューエルカット復帰フラグＸＦＫＩの値が「１」であるときに値（Ｇａ・Δｔ１）ずつ増大し、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはリーン制御フラグＸＬの値が「１」であるときに値（Ｇａ・Δｔ１）ずつ増大する。

再び、図１５を参照すると、ＣＰＵ７１はステップ１５３５に進んだとき、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲがフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈ以上となっているか否かを判定する。現時点は、フューエルカット制御が終了した直後（フューエルカット復帰直後）である。従って、ステップ１５２０にて「０」に設定された弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲの値はフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈ以上となっていない。

このため、ＣＰＵ７１はステップ１５３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５４５に直接進み、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となっているか否かを判定する。この時点では、リーン制御フラグＸＬの値は先のステップ１５１５にて「０」に設定されたままである。従って、先のステップ１５２０にて「０」に設定されたフィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは図１６のステップ１６２０により増大されない。この結果、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈより当然に小さい。

従って、ＣＰＵ７１はステップ１５４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５５０に進み、リーン制御フラグＸＬの値が「１」であるか否かを判定する。現時点においては、リーン制御フラグＸＬの値は先のステップ１５１５にて「０」に設定されたままである。従って、ＣＰＵ７１はステップ１５５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５５５に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に理論空燃比stoichを設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、図７の時刻ｔ１以降に示したように、上流側目標空燃比abyfr(k)が理論空燃比stoichとなる。

更に、ＣＰＵ７１は図１７にフローチャートにより示したフィードバック条件判定ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。メインフィードバック制御条件が成立するとメインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値がステップ１７１５にて「１」に設定される。メインフィードバック制御条件が不成立であるとメインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値がステップ１７２０にて「０」に設定される。メインフィードバック制御条件は次に述べるとおりである。

（メインフィードバック制御条件）
メインフィードバック制御条件は、以下の総ての条件が成立するとき成立する。
・上流側空燃比センサ６６が活性化している（ステップ１７０５を参照。）。
・フューエルカット制御中でない（ステップ１７１０を参照。）。

同様に、サブフィードバック制御条件が成立するとサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値がステップ１７４０にて「１」に設定される。サブフィードバック制御条件が不成立であるとサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値がステップ１７４５にて「０」に設定される。サブフィードバック制御条件は次に述べるとおりである。

（サブフィードバック制御条件）
サブフィードバック制御条件は、以下の総ての条件が成立するとき成立する。
・メインフィードバック制御条件が成立している（ステップ１７０５及びステップ１７１０を参照。）。
・下流側空燃比センサ６７が活性化している（ステップ１７２５を参照。）。
・リーン制御フラグ（フィルタ再生制御フラグ）ＸＬの値が「０」である（ステップ１７３０を参照。）。
・上流側目標空燃比abyfr(k)が理論空燃比stoichである（ステップ１７３５を参照。）。
なお、上流側空燃比センサ６６及び下流側空燃比センサ６７が活性化しているか否かは、各空燃比センサの素子（固体電解質）の抵抗値を検出し、検出した素子の抵抗値が所定値以下であるか否かを判定することにより行われ得る。

ところで、現時点はフューエルカット復帰後（時刻ｔ１以降）である。従って、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値はステップ１７１５にて「１」に設定される。一方、リーン制御フラグＸＬの値はフューエルカット制御中において図１５のステップ１５１５にて「０」に設定されている。更に、上流側目標空燃比abyfr(k)は図１５のステップ１５５５にて理論空燃比stoichに設定されている。従って、ＣＰＵ７１は図１７のステップ１７２５乃至ステップ１７３５の総てにおいて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１７４０に進んでサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値を「１」に設定する。

この結果、ＣＰＵ７１は図１２のステップ１２２０乃至ステップ１２３５によるメインフィードバック制御を実行するとともに、図１３のステップ１３１０乃至ステップ１３３５のサブフィードバック制御を実行する。従って、機関の空燃比（機関の空燃比の平均値）は上述した「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」に制御される。即ち、上述した空燃比弱リッチ制御が実行される。これにより、還元成分（ＨＣ，ＣＯ等）が上流側触媒５３に流入するので、フューエルカット制御中において上流側触媒５３に吸蔵された酸素が消費され、酸素吸蔵量ＯＳＡ１が次第に減少して「０」に至る。更に、この期間において、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲはステップ１６１０の処理によって次第に増大する。

そして、この状態が継続して図７に示した時刻ｔ２に至ると、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２は下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２から所定量だけ小さい値に到達する。即ち、下流側触媒５５の状態は、所定量の窒素酸化物を還元できる「上記還元状態」に至る。同時に、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲはフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈ以上になる。この場合、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５３５に進んだとき、ステップ１５３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５６０に進み、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲの値をフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈに設定する。

次に、ＣＰＵ７１はステップ１５６５に進み、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲがフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈに到達した直後であるか否かを判定する。現時点は、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲがフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈに到達した直後であるから、ＣＰＵ７１はステップ１５６５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５７０に進み、リーン制御フラグ（フィルタ再生制御フラグ）ＸＬの値を「１」に設定する。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ１５４５に進む。この場合、リーン制御フラグＸＬの値が「１」に設定された直後であるから、ステップ１５２０にて「０」に設定された「フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬ」はフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となっていない（図１６のステップ１６１５及びステップ１６２０を参照。）。従って、ＣＰＵ７１はステップ１５４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５５０に直接進む。

この場合、リーン制御フラグＸＬの値は先のステップ１５７０にて「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ１５５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１５８５に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に上述したリーン空燃比afleanを設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

この結果、図７の時刻ｔ２以降に示したように、上流側目標空燃比abyfr(k)がリーン空燃比afleanとなる。また、ＣＰＵ７１は図１７のステップ１７３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１７４５に進み、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値を「０」に設定する。その結果、ＣＰＵ７１は図１３のステップ１３０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１３４０及びステップ１３４５に進むので、サブフィードバック制御は停止される。

以上により、機関の空燃比の平均は上述した「リーン空燃比aflean」に制御されることになる。これにより、酸素（及びＮＯｘ）が上流側触媒５３に流入するので、空燃比弱リッチ制御（時刻ｔ１〜ｔ２）中において「０」に至った上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が次第に増大する。更に、この期間において、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは図１６のステップ１６２０の処理によって次第に増大する。

そして、この状態において所定の時間が経過すると、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、機関１０から上流側触媒５３を通して微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給される。この結果、微粒子捕集フィルタ５４内にて微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。さらに、この時点においては、下流側触媒５５は実質的に還元剤を相当量保持している（即ち、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２よりも相当量だけ小さい状態となっている）。換言すると、下流側触媒５５は所定量のＮＯｘを浄化（還元）し得る「還元状態」に到達している。従って、空燃比の平均がリーン空燃比afleanに設定されることにより機関１０から排出される比較的多量のＮＯｘは、下流側触媒５５により浄化される。

この状態が継続すると、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲはフィルタ再生制御開始閾値Ｒｔｈに維持され、且つ、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬは図１６のステップ１６２０の処理によって次第に増大する。従って、所定の時間が経過した時刻ｔ３になると、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となる。この場合、ＣＰＵ７１は図１５のステップ１５４５に進んだとき、同ステップ１５４５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５７５に進んでリーン制御フラグＸＬの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ１５８０に進み、弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲの値を「０」に設定するとともに、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬの値を「０」に設定する。

この結果、リーン制御フラグＸＬの値が「０」となるから、ＣＰＵ７１はステップ１５５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５５５に進み、再び、上流側目標空燃比abyfr(k)に理論空燃比stoichを設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これにより、ＣＰＵ７１は図１７のステップ１７３０及びステップ１７３５の両ステップにて「Ｙｅｓ」と判定するため、ステップ１７４０にてサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値を「１」に設定する。従って、時刻ｔ１〜ｔ２と同様、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御が実行され（空燃比弱リッチ制御が実行され）、機関の空燃比の平均が弱リッチ空燃比ＡＦＲに制御される。

その後、ステップ１５８０にて「０」に設定された弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲは図１６のステップ１６１０にて増大させられる。従って、以降、時刻ｔ１〜ｔ３の動作と同様な動作が繰り返される。この結果、微粒子捕集フィルタは定期的に再生させられる（図７の時刻ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５を参照。）。また、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２はフィルタ再生制御中において下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達することがないので、フィルタ再生制御中においてもＮＯｘが効果的に浄化される。

以上、説明したように、第１制御装置は、下流側触媒５５が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段（図６のステップ６３０、図１５のステップ１５３５及び図１６のステップ１６１０等を参照。）を備える。更に、第１制御装置は、空燃比制御手段を備える。

その空燃比制御手段は、機関１０に供給される「空気及び燃料」を含む「混合気の空燃比の平均」を「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）内の第１空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に制御する理論空燃比近傍制御（空燃比弱リッチ制御）を実行する。加えて、空燃比制御手段は、下流側触媒５５が前記還元状態に到達したと判定された場合、機関１０に供給される「混合気の空燃比の平均」を「前記第１空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）よりもリーン側であって且つ理論空燃比よりもリーン側の第２空燃比（リーン空燃比aflean）」に制御することにより、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を供給し、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている微粒子を燃焼させる「フィルタ再生制御」を所定期間に渡り実行する。

この結果、微粒子捕集フィルタ５４にはフューエルカット制御中以外のタイミングにおいても酸素が供給される。従って、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されていた微粒子が適宜のタイミングにて燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。更に、その際、機関１０から排出された窒素酸化物は「還元状態にある下流側触媒５５」によって浄化（還元）される。従って、第１制御装置は、窒素酸化物の排出量を増加させることなく微粒子捕集フィルタを再生させることができる。

なお、上記第１空燃比は、「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）」内の値であればよく、必ずしも理論空燃比よりリッチ側の空燃比でなくてもよい。この場合、下流側触媒５５を上記還元状態に到達させるため、一時的（好ましくは、定期的）に機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定することが好適である。下流側触媒５５を上記還元状態に到達させるために「混合気の空燃比の平均」を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定するタイミングとしては、前回のフィルタ再生制御終了後の吸入空気量の積算値が所定値以上となった場合、前回のフィルタ再生制御終了後の機関１０の運転時間の積算値が所定値以上となった場合等であってもよい。

更に、第１制御装置は、下流側空燃比センサ６７を備え、前記空燃比制御手段は、前記理論空燃比近傍制御（空燃比弱リッチ制御）を実行するために、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが、「第１空燃比（弱リッチ空燃比）ＡＦＲとして設定された下流側目標空燃比（下流側目標値Voxsref（＝Vrich）に対応する空燃比）」よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき機関１０に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、出力値Voxsが前記下流側目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき機関１０に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更するサブフィードバック制御（図６のステップ６４０、図１１のステップ１１３５及び図１３等を参照。）を実行するように構成されている。

これによれば、下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達していないと判定されている場合、理論空燃比近傍制御を実現するためのサブフィードバック制御が実行される。従って、下流側触媒５５に流入するガスの空燃比の平均は、より確実に下流側触媒５５のウインドウＷの範囲内となるので、未燃物及び窒素酸化物は高い効率にて浄化される。加えて、機関の空燃比の平均は「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」に制御されるので、ある程度の時間が経過したとき下流側触媒５５の状態は「前記還元状態」に確実に到達する。

なお、第１制御装置は、理論空燃比近傍制御（空燃比弱リッチ制御）を実行するために、サブフィードバック制御を停止し、且つ、上流側目標空燃比abyfrを弱リッチ空燃比ＡＦＲに設定することにより行っても良い。更に、第１制御装置は、理論空燃比近傍制御（空燃比弱リッチ制御）を実行するために、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の両方を停止し、上流側目標空燃比abyfrのみを弱リッチ空燃比ＡＦＲに設定することにより行っても良い。更に、第１制御装置は、フューエルカット復帰直後から所定期間が経過するまで、機関に供給される混合気の空燃比を弱リッチ空燃比ＡＦＲよりもリッチ側の空燃比に設定し、酸素吸蔵量ＯＳＡ１及び酸素吸蔵量ＯＳＡ２を迅速に低下させる所謂「フューエルカット復帰後増量」を実施してもよい。

更に、前記空燃比制御手段は、下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定された場合、前記フィルタ再生制御を実行するために上記サブフィードバック制御を停止する（図６のステップ６６０、図１３のステップ１３０５、ステップ１３４０、ステップ１３４５、図１５のステップ１５３５、ステップ１５７０、図１７のステップ１７３０及びステップ１７４５を参照。）。これにより、第１制御装置は、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが下流側目標空燃比ＡＦＲよりもリーン側の空燃比に相当する値であっても機関１０に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更することなく、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均を前記第２空燃比（リーン空燃比aflean）に維持するリーン維持制御を実行するように構成されている。

なお、この場合、第１制御装置のように、メインフィードバック制御によって機関１０に供給される混合気の空燃比が第２空燃比よりもリッチ側及びリーン側の空燃比に交互に制御されながら、その平均が第２空燃比に制御されてもよい。代替として、第１制御装置は、サブフィードバック制御のみでなくメインフィードバック制御も停止し、且つ、機関１０に供給される混合気の空燃比が常に理論空燃比よりもリーン側の第２空燃比に一致するように燃料噴射量を制御してもよい。

これによれば、下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定された場合、リーン維持制御が実行されるので、微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給される。その結果、微粒子捕集フィルタ５４が再生され、且つ、機関１０から排出される多量の窒素酸化物は「前記還元状態」に到達した下流側触媒５５によって浄化（還元）される。

また、第１制御装置の上記還元状態判定手段は、機関１０から排気通路に排出された未燃物である「還元成分の量Ａ」から「酸化成分の量Ｂ」を減じた量である「還元成分の過剰量（Ａ−Ｂ）」の積算値（Σ（Ａ−Ｂ））に対応する第１積算値（弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲ)を取得するとともに、その第１積算値ｔＧａＳＲに基づいて下流側触媒５５が前述した「還元状態」に到達したか否かを判定するように構成されている（図６のステップ６３０、図１５のステップ１５３５を参照。）。従って、下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したか否かを容易に判定することができる。

更に、第１制御装置は、機関１０の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき機関１０への燃料の供給を停止するフューエルカット手段（図６のステップ６１０及びステップ６２０、図１１のステップ１１２０等を参照。）を備えている。そして、前記還元状態判定手段は、「フューエルカット復帰時点」以降における「所定の第１積算開始時点」の一つである「フューエルカット復帰時」から積算された前記第１積算値ｔＧａＳＲが第１所定値（Ｒｔｈ）以上となったか否かを判定する（図６のステップ６３０、図１５のステップ１５３５を参照。）。更に、前記還元状態判定手段は、第１積算値ｔＧａＳＲが第１所定値Ｒｔｈ以上となったと判定されたとき下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定するように構成されている（図６のステップ６３０、図１５のステップ１５３５、ステップ１５６５、図１６のステップ１６０５及びステップ１６１０を参照。）。

一般に、フューエルカット復帰時点において、上流側触媒５３及び下流側触媒５５の酸素吸蔵量はそれぞれの最大酸素吸蔵量に到達している。従って、フューエルカット復帰時点からの「第１積算値ｔＧａＳＲ」は、排気通路に配設された触媒（上流側触媒５３及び下流側触媒５５）の酸素吸蔵量の減少量に応じた値になる。それ故、フューエルカット復帰時点からの第１積算値ｔＧａＳＲが第１所定値Ｒｔｈ以上となったか否かを判定することにより、下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したか否かを容易に判定することができる。

更に、第１制御装置の前記空燃比制御手段は、少なくとも「前記フューエルカット復帰時点」から「前記第１積算値ｔＧａＳＲが前記第１所定値Ｒｔｈ以上となる時点」までの「フューエルカット復帰後期間」、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に制御（サブフィードバック制御）するように構成されている。

これによれば、フューエルカット復帰後において下流側触媒５５の酸素吸蔵量を減少させることが可能となる。従って、フューエルカット復帰時点からある程度の時間が経過すれば、下流側触媒５５に窒素酸化物が流入しても、下流側触媒５５はその窒素酸化物を浄化することができる。更に、フューエルカット復帰後において下流側触媒５５を「上記還元状態」に到達させることができるので、微粒子捕集フィルタを再生させること（フィルタ再生制御を開始すること）が可能となる。

更に、第１制御装置の前記空燃比制御手段は、フューエルカット復帰後期間においても上記弱リッチ空燃比ＡＦＲを下流側目標空燃比とするサブフィードバック制御を実行している。言い換えると、第１制御装置の空燃比制御手段は、フューエルカット復帰後期間において、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比（弱リッチ空燃比ＡＦＲ）に制御するために、理論空燃比よりリッチ側の空燃比をフューエルカット復帰後目標空燃比として設定する。

そして、その空燃比制御手段は、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが、フューエルカット復帰後目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき機関１０に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsがフューエルカット復帰後目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更する「フューエルカット復帰後フィードバック制御」を実行するように構成されている。

これによれば、フューエルカット復帰後期間、機関１０に供給される混合気の空燃比の平均が、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて「理論空燃比よりリッチ側の空燃比（フューエルカット復帰後目標空燃比）」に精度良く制御される。従って、フューエルカット復帰時点から所定時間が経過したときにフィルタ再生制御を確実に開始することが可能となる。

なお、フューエルカット復帰後期間の全部又は一部の期間において、サブフィードバック制御を停止するとともに、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichよりもリッチ側の空燃比に一時的に設定し、メインフィードバック制御を実行してもよい。また、フューエルカット復帰後期間の全部又は一部の期間において、サブフィードバック制御及びメインフィードバック制御を実行するとともに、下流側目標空燃比（場合により、更に上流側目標空燃比）を弱リッチ空燃比ＡＦＲよりも更にリッチ側の空燃比に一時的に設定してもよい。即ち、フューエルカット復帰後期間においては、下流側触媒目標空燃比を、第１制御装置のように「前記所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）内であって理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比ＡＦＲ」に設定してもよく、「前記所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）外であって理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比」に設定してもよい。

更に、第１制御装置において、前記空燃比制御手段は、「前記フィルタ再生制御の開始時点以降における所定の第２積算開始時点」である「フィルタ再生制御の開始時点」から、前記機関から前記排気通路に排出された「酸化成分の量」から「還元成分の量」を減じた量である「酸化成分の過剰量」の積算値に対応する「第２積算値ｔＧａＳＬ」を取得するとともに、取得された第２積算値ｔＧａＳＬが第２所定値Ｌｔｈ以上となったとき同フィルタ再生制御を終了するように構成されている（図６のステップ６５０、ステップ６４０、図１５のステップ１５４５、ステップ１５７５、ステップ１５５０、ステップ１５５５等を参照。）。

これによれば、第２積算値ｔＧａＳＬに応じた量の微粒子を燃焼させたとき、微粒子捕集フィルタ５４の再生を一旦停止することができる。従って、この第２積算値ｔＧａＳＬと比較される第２所定値Ｌｔｈを適値に設定することにより、フィルタ再生制御中において下流側触媒５５が浄化できない量の窒素酸化物が下流側触媒５５に流入し、その結果、大気に窒素酸化物が多量に放出されることを回避することができる。更に、フィルタ再生制御の開始時点から微粒子捕集フィルタ５４に流入する「過剰な酸化成分の量」を「第２積算値ｔＧａＳＬ」として取得することができるので、適切なタイミングにてフィルタ再生制御を一旦停止することができる。

加えて、第１制御装置は、指示（メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFB）に応じてメインフィードバック制御を実行するメインフィードバック制御手段（図１２を参照。）と、指示（サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFB）に応じてサブフィードバック制御を実行するサブフィードバック制御手段（図１３を参照。）と、を備えている。

そして、第１制御装置は、
（１）下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定されるまで上流側目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichに設定するとともに前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行させることにより「通常フィードバック制御」を実行し、
（２）下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定された時点以降において、上流側目標空燃比abyfrを理論空燃比stoichよりもリーン側の空燃比であるリーン空燃比afleanに設定するとともに前記メインフィードバック制御を実行させ、且つ、前記サブフィードバック制御を停止させ、これにより、、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を供給し、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている微粒子を燃焼させる「フィルタ再生制御」を実行する、
ように、前記メインフィードバック制御手段及び前記サブフィードバック制御手段に指示を与える「指示手段」を備えていると表現することもできる（図１５のステップ１５７０、ステップ１５７５、ステップ１５５０、ステップ１５５５、ステップ１５８５、図１７の特にステップ１７３０等を参照。）。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。第２制御装置は、フィルタ再生制御開始閾値である第１閾値（第１所定値）Ｒｔｈ、及び、フィルタ再生制御完了閾値である第２閾値値（第２所定値）Ｌｔｈを、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に応じて変更する点のみにおいて、第１制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。

第２制御装置のＣＰＵ７１は、第１制御装置のＣＰＵ７１が実行するルーチンに加えて、図１８にフローチャートにより示した閾値決定ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１８００から処理を開始し、以下に記載したステップ１８１０乃至ステップ１８３０の処理を順に行い、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１８１０：ＣＰＵ７１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１を読み込む。最大酸素吸蔵量Ｃmax１は別途実行される図示しない「最大酸素吸蔵量取得ルーチン」により適宜更新されている。最大酸素吸蔵量取得ルーチンにおいて、ＣＰＵ７１は例えば「アクティブ制御」と呼ばれる周知の制御等を実行し最大酸素吸蔵量Ｃmax１を取得する（特開２００５−１９４９８１号公報、特開２００６−０５７４６１号公報、特開２００５−２０７２８６号公報等を参照。）。

アクティブ制御について、簡単に述べると、ＣＰＵ７１は所定の条件（定常運転状態であり、前回の最大酸素吸蔵量Ｃmax１の取得時点から所定の時間が経過している等）が成立すると、機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に設定し、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応する値になったか判定する。その後、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を示す値に変化したとき、ＣＰＵ７１は、機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比に設定し、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に対応する値に変化したかを監視する。

そして、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に対応する値に変化したことが検出されたとき（時刻ｔａ）、機関１０に供給される混合気の空燃比を再びリッチ側の空燃比に設定する。そして、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に対応する値に再び変化する時点（時刻ｔｂ）まで、下記（１４）式に基いて酸素吸蔵量の変化量ΔO2を所定時間（計算周期tsample）の経過毎に算出するとともに、下記（１５）式に基づいて変化量ΔO2を積算することにより上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１を算出する。
ΔO2＝０．２３・ｍｆｒ・（stoich − abyfrr） …（１４）
Ｃmax１＝ΣΔO2（区間ｔ＝ｔａ〜ｔｂ） …（１５）

上記（１４）式において、値「０．２３」は大気中に含まれる酸素の重量割合である。ｍｆｒは所定時間（計算周期tsample）内の燃料噴射量Ｆｉの合計量である。stoichは理論空燃比（例えば、１４．７）である。abyfrrは所定時間tsampleにおいて上流側空燃比センサ６６により測定された空燃比である。なお、abyfrrは前記所定時間tsample内の上流側空燃比センサ６６により検出された空燃比の平均値としてもよい。

ステップ１８２０：ＣＰＵ７１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１と、ステップ１８２０のブロック内に示した第１閾値決定マップ（実線Ｌ１）と、に基づいて、第１閾値Ｒｔｈを決定する。この第１閾値決定マップによれば、最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きくなるほど第１閾値Ｒｔｈが大きくなるように定められる。なお、破線Ｌ２は、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が最大酸素吸蔵量Ｃmax１である状態から積算を開始する第１積算値ｔＧａＳＲであって、酸素吸蔵量ＯＳＡ１が「０」に到達するときの第１積算値ｔＧａＳＲに相当している。

ステップ１８３０：ＣＰＵ７１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１と、ステップ１８２０のブロック内に示した第２閾値決定マップ（実線Ｌ４）と、に基づいて、第２閾値Ｌｔｈを決定する。この第２閾値決定マップによれば、最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きくなるほど第２閾値Ｌｔｈが大きくなるように定められる。更に、任意の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に対し、第２閾値Ｌｔｈは第１閾値Ｒｔｈよりも小さくなるように定められる。なお、破線Ｌ３は、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が「０」である状態から積算を開始する第２積算値ｔＧａＳＬであって、酸素吸蔵量ＯＳＡ１が最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達するときの第２積算値ｔＧａＳＬに相当している。

このように、第２制御装置は、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きくなるほど第１閾値Ｒｔｈを大きい値に設定する。そして、第２制御装置は、第１積算値ｔＧａＳＲがこの第１閾値Ｒｔｈ以上となったと判定されたとき下流側触媒５５が「前記還元状態」に到達したと判定し、空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）を中止して空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）を開始し（図６のステップ６３０、ステップ６６０、図１５のステップ１５６５、ステップ１５７０、ステップ１５５０、ステップ１５８５を参照。）、微粒子捕集フィルタ５４を再生させる。

更に、第２制御装置は、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きくなるほど第２閾値Ｌｔｈを大きい値に設定する。そして、第２制御装置は、第２積算値ｔＧａＳＬがこの第２閾値Ｌｔｈ以上となったと判定されたとき、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）を終了し、再び、空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）を再開する（図６のステップ６５０、ステップ６４０、図１５のステップ１５４５、ステップ１５７５、ステップ１５５０、ステップ１５５５を参照。）。

フューエルカット運転が実行されると、通常、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、更に、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２は下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達する。従って、フューエルカット復帰時点以降において機関１０から排出される過剰な還元成分は、先ず、上流側触媒５３により酸化（消費）される。この上流側触媒５３によって消費されてしまう過剰な還元成分の量は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に依存する。その後、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が実質的に「０」になると、還元成分は微粒子捕集フィルタ５４を通して下流側触媒５５に流入する。その結果、下流側触媒５５の状態は「上記還元状態」に向けて変化を開始する。以上から明らかなように、フューエルカット復帰時点（空燃比弱リッチ制御の開始時点）から積算を開始された第１積算値ｔＧａＳＲが示す量の過剰な還元成分のうちの下流側触媒５５に流入する過剰な還元成分の量（従って、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２、即ち、下流側触媒５５が実質的に還元成分をどれだけ保持しているか）は上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に依存する。

そこで、上記第２制御装置のように、フューエルカット復帰時点から積算される第１積算値ｔＧａＳＲが第１所定値（第１閾値）Ｒｔｈ以上となったときに下流側触媒５５が「上記還元状態」に到達したと判定する場合、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きいほど第１所定値（第１閾値）Ｒｔｈが大きくなるように第１所定値Ｒｔｈを決定することにより、下流側触媒５５が「上記還元状態」に到達したか否かをより精度良く判定することができる。

また、フィルタ再生制御（空燃比リーン制御）を開始する時点において、下流側触媒５５は「上記還元状態」となっている。このとき、上流側触媒５３の酸素吸蔵量は実質的に「０」となっている。従って、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）の開始後において機関１０から排出された過剰な酸素（酸化成分）は、先ず、上流側触媒５３により消費され、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は次第に増大して最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達する。この時点まで、上流側触媒５３の下流には酸素が殆ど流出しないので、微粒子捕集フィルタ５４の再生が行われない。

換言すると、フィルタ再生制御の開始時点から微粒子捕集フィルタ５４に「酸素が供給され始める時点」までの時間は、フィルタ再生制御の開始時点から上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１がその最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達するまでに要する時間となる。即ち、フィルタ再生制御の開始後において微粒子捕集フィルタに「酸素が供給され始める時点」は、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に依存して変化する。この結果、フィルタ再生制御中における「下流側触媒５５の還元成分の消費量」は、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１と微粒子捕集フィルタ５４にて燃焼された微粒子の量とに依存する。

そこで、第２制御装置は、フィルタ再生制御開始時点から積算される「酸化成分の過剰量」の積算値に対応する「第２積算値ｔＧａＳＬ」が「上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１が大きいほど大きくなる第２所定値Ｌｔｈ」以上となったとき、フィルタ再生制御を終了するように構成されている。従って、第２制御装置は、下流側触媒５５の酸素吸蔵量が下流側触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達する前の時点（最大酸素吸蔵量Ｃmax２よりも所定量だけ小さくなった時点）にてフィルタ再生制御を停止することができる。その結果、フィルタ再生制御中において下流側触媒５５が浄化できない量の窒素酸化物が下流側触媒５５に流入することによって大気に窒素酸化物が多量に放出されることを回避することができる。また、第２制御装置は、狙いとする適切な量だけ微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている酸素を燃焼させることができる。

なお、第２制御装置において、第１所定値Ｒｔｈは、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に所定の定数ｋ１を乗じた値に、一定の値Ｃｓ１を加えた値（＝ｋ１・Ｃmax１＋Ｃｓ１）であってもよい。同様に、第２所定値Ｌｔｈは、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に所定の定数ｋ２を乗じた値に、一定の値Ｃｓ２を加えた値（＝ｋ２・Ｃmax１＋Ｃｓ２）であってもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第３制御装置」とも称呼する。）について説明する。第３制御装置は、フィルタ再生制御（空燃比リーン制御）を開始した後の下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて微粒子の燃焼が完了したか否かを判定し、微粒子の燃焼が完了していないと判定される場合には第２積算値ｔＧａＳＬが第２閾値Ｌｔｈに到達した場合であってもフィルタ再生制御を継続する点において第１制御装置と相違する。

より具体的には、第３制御装置のＣＰＵ７１は、第１制御装置が実行する図６に示したルーチンに代えて図１９及び図２０にフローチャートにより示したルーチンを実行する点において、第１制御装置と相違する従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。

図１９に示したルーチンは、図６に示したルーチンに対して、ステップ１９１０が追加されたルーチンである。即ち、ＣＰＵ７１は、弱リッチ制御時積算空気量（第１積算値）ｔＧａＳＲがフィルタ再生制御開始閾値（第１閾値、第１所定値）Ｒｔｈ以上となると、ステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５０に進み、フィルタ再生制御中に積算されるフィルタ再生制御時積算空気量（第２積算値）ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値（第２閾値、第２所定値）Ｌｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈより小さければ、ＣＰＵ７１はステップ６５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６６０に進み、フィルタ再生制御を実行する。

この状態が所定時間だけ継続すると、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬはフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となる。このとき、ＣＰＵ７１はステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１０に進み、微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「１」であるか否かを判定する。

この微粒子燃焼完了フラグXkanの値は、ＣＰＵ７１が所定時間の経過毎に実行する「図２０にフローチャートにより示したルーチン」により変更される。即ち、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにて図２０のステップ２０００から処理を開始し、ステップ２０１０に進んで現時点がフィルタ再生制御（空燃比リーン制御）を開始した直後であるか否かを判定する。そして、現時点がフィルタ再生制御を開始した直後であれば、ＣＰＵ７１はステップ２０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０２０に進み、微粒子燃焼完了フラグXkanの値を「０」に設定し、その後、ステップ２０３０に進む。これに対し、現時点がフィルタ再生制御を開始した直後でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２０１０にて「Ｎｏ」と判定して直接ステップ２０３０に進む。

次に、ＣＰＵ７１はステップ２０３０にて、フィルタ再生制御を開始した時点以降において下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsが、（１）理論空燃比に相当する値に一時的に一致し、（２）その後、理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値に再びなったか否かを判定する。換言すると、フィルタ再生制御を開始した時点以降において下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsによって示される空燃比afdown（＝ｆ(Voxs)）が、理論空燃比、次いで理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化したか否かを判定する。以下、このステップ２０３０の判定条件を、単に、「微粒子燃焼完了判定条件」と称呼する。

なお、微粒子燃焼完了判定条件は、フィルタ再生制御を開始した時点以降において下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsによって示される空燃比afdown（＝ｆ(Voxs)）が、理論空燃比よりもリーン側の空燃比となり、次いで理論空燃比となり、その後、理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化したときに成立するように設定されてもよい。

ＣＰＵ７１は「微粒子燃焼完了判定条件」が成立している場合、ステップ２０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０４０に進み、微粒子燃焼完了フラグXkanの値を「１」に設定し、その後、ステップ２０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、ＣＰＵ７１は、「微粒子燃焼完了判定条件」が成立していない場合、ステップ２０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２０９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。

ところで、タイムチャートである図２１の時刻ｔ１〜ｔ４（特に、図２１の楕円Ｄ１内を参照。）に示したように、時刻ｔ２にてフィルタ再生制御（空燃比リーン制御）が開始されると、酸素は上流側触媒５３に吸蔵され、その後、微粒子捕集フィルタ５４に供給され始める。しかし、微粒子は直ちに燃焼を開始しない。従って、酸素は微粒子捕集フィルタ５４にて消費されることなく微粒子捕集フィルタ５４から一時的に流出する。その結果、フィルタ再生制御を開始した時点（時刻ｔ２）直後において下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値となる。

僅かな時間が経過すると、微粒子捕集フィルタ５４内において微粒子の燃焼が開始する。従って、微粒子捕集フィルタ５４に流入した酸素は微粒子捕集フィルタ５４内にて消費され、微粒子捕集フィルタ５４の下流に流出しない。従って、下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsは理論空燃比に相当する値と一致する。

更に、時間が経過して微粒子捕集フィルタ５４に捕集されていた微粒子が総て燃焼すると、微粒子捕集フィルタ５４に流入した酸素は微粒子捕集フィルタ５４内にて消費されることなく、微粒子捕集フィルタ５４の下流に流出する。従って、下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsは再び理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値となる。

即ち、上記「微粒子燃焼完了判定条件」が成立するまでの期間は、燃焼していない微粒子が残存しており、その結果、酸素が微粒子捕集フィルタ５４の下流に流出しないので、酸素は下流側触媒５５に流入しない。従って、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２は実質的に増大せず、下流側触媒５５は「上記還元状態」を実質的に維持する。換言すると、図２１の時刻ｔ３〜ｔ４に示したように、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となった場合であっても、「微粒子燃焼完了判定条件」が成立していなければ、窒素酸化物は下流側触媒５５によって浄化されるので、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を継続的に供給して微粒子を燃焼させることができる。

第３制御装置はこのような知見に基づいてなされている。即ち、フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬがフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈ以上となったとき、ＣＰＵ７１は図１９のステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１０に進み、微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「１」であるか否かを判定する。そして、「微粒子燃焼完了判定条件」が成立していないために微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「０」である場合、ＣＰＵ７１はステップ１９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６６０に進み、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）を継続する。

これに対し、「微粒子燃焼完了判定条件」が成立していて微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「１」である場合、ＣＰＵ７１はステップ１９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）を開始する。以上が、第３制御装置の概略の作動である。

より詳細に述べると、第３制御装置のＣＰＵ７１は、図１１乃至図１４に示したルーチンと、図１５の一部を図２２に示したルーチンに置換したルーチンと、図１６及び図１７に示したルーチンと、を実行する。以下、第１制御装置のＣＰＵ７１が実行するルーチンと相違する部分についてのみ説明を加える。

ＣＰＵ７１は、図１５のルーチンのステップ１５４５にて「Ｙｅｓ」と判定すると、図２２に示したステップ２２１０に進み、微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「１」であるか否かを判定する。そして、微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「０」であるとき、ＣＰＵ７１はステップ２２１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２２２０にてフィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬにフィルタ再生制御完了閾値Ｌｔｈを設定する。そして、ＣＰＵ７１はステップ１５５０にて「Ｙｅｓ」と判定しステップ１５８５に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に上述したリーン空燃比afleanを設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、上流側目標空燃比abyfr(k)がリーン空燃比afleanに維持されるから、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）が継続される。

これに対し、ＣＰＵ７１がステップ２２１０に進んだとき、微粒子燃焼完了フラグXkanの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ２２１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１５７５、ステップ１５８０、ステップ１５５０及びステップ１５５５へと進み、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）を停止するとともに空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）を開始する。

このように、第３制御装置（第３制御装置の空燃比制御手段）は、フィルタ再生制御を開始した時点以降において下流側空燃比センサ６７から出力される出力値Voxsが理論空燃比に相当する値（０．５Ｖ）と一致した後に理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値となる時点（リーン反転時点、図２１の時刻ｔ４）まで、フィルタ再生制御を継続するように構成されている。

従って、微粒子捕集フィルタに燃焼すべき微粒子が残存していて、且つ、下流側触媒が依然として窒素酸化物を浄化できる状態にあるにも拘らず、フィルタ再生制御が停止されてしまうことを回避することができる。更に、リーン反転時点にてフィルタ再生制御が停止されるので、フィルタ再生制御が不必要に継続されることに起因して下流側触媒の還元能力を超える量或は必要量以上の窒素酸化物が下流側触媒に流入することも回避することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第４制御装置」とも称呼する。）について説明する。第４制御装置は、弱リッチ制御時積算空気量（第１積算値）ｔＧａＳＲの積算開始時点及びフィルタ再生制御時積算空気量（第２積算値）ｔＧａＳＬの積算開始時点が第１制御装置と相違している。以下、第４制御装置の弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲを反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨ、第４制御装置のフィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬを反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨと称呼する。

第４制御装置は、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨが第１閾値（第１所定値）に相当するフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈ以上となると、下流側触媒５５が「上記還元状態」に到達したと判定し、空燃比弱リーン制御（フィルタ再生制御）を開始する。反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨは、フューエルカット復帰時点以降（空燃比弱リッチ制御開始後）において下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなる時点まで０に維持され、その時点から積算され始める。

更に、第４制御装置は、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨが第２閾値（第２所定値）に対応するフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈ以上となると、フィルタ再生制御を終了して弱リッチ制御を再開する。反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨは、フィルタ再生制御（空燃比リーン制御）を開始した時点以降において下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値に初めてなる時点（又は、一旦、理論空燃比に相当する値となり、その後、理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値に初めてなる時点）まで０に維持され、その時点から積算され始める。

より具体的に述べると、第４制御装置のＣＰＵ７１は、第１制御装置が実行する図６に示したルーチンに代えて図２３及び図２４にフローチャートにより示したルーチンを実行する点において、第１制御装置と相違する。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。

図２３に示したルーチンは、図６のステップ６３０をステップ２３１０に置換し、且つ、図６のステップ６５０をステップ２３２０に置換した点のみにおいて、図６に示したルーチンと相違している。

即ち、ＣＰＵ７１は、ステップ２３１０において、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨがフィルタ再生制御開始閾値（第１所定値）ＲＨｔｈ以上であるか否かを判定する。そして、ＣＰＵ７１は、フューエルカット条件が成立していない場合であって（ステップ６１０を参照。）、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨがフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈよりも小さい場合、ステップ２３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）を実行する。

一方、フューエルカット条件が成立していない場合であって（ステップ６１０を参照。）、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨがフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈ以上である場合、ＣＰＵ７１はステップ２３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３２０に進み、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨがフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈ以上であるか否かを判定する。そして、ＣＰＵ７１は、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨがフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈよりも小さい場合、ステップ２３２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６６０に進み、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）を実行する。

これに対し、ＣＰＵ７１がステップ２３３０に進んだとき、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨがフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ２３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御（理論空燃比近傍制御）の実行を開始する。

更に、ＣＰＵ７１は、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨ及び反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨを図２４にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行することにより計算する。

具体的に述べると、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにて図２４のステップ２４００から反転後積算空気量計算ルーチンの処理を開始し、ステップ２４０５に進んで現時点がフューエルカット中（フューエルカット制御条件が成立中）であるか否かを判定する。このとき、現時点がフューエルカット中であれば、ＣＰＵ７１はステップ２４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４１０に進み、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値を「０」に設定する（タイムチャートである図２５の時刻ｔ１以前を参照。）。その後、ＣＰＵ７１はステップ２４１５に進む。これに対し、現時点がフューエルカット中でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２４０５にて「Ｎｏ」と判定しステップ２４１５に直接進む。

なお、この反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨ及び反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨは、前述した図示しないイニシャルルーチンにて、何れも「０」に設定されている。従って、少なくとも機関１０の始動後において最初にフューエルカット制御が実行され、その後フューエルカット復帰時点になったとき、ＣＰＵ７１は図２３のステップ６１０及びステップ２３１０の両ステップにて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６４０にて空燃比弱リッチ制御を開始する。

ＣＰＵ７１は図２４のステップ２４１５にて、空燃比弱リッチ制御開始後（即ち、フューエルカット復帰後又は空燃比リーン制御終了後）において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比（afdown＝ｆ(Voxs)）が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化していないか否かを判定する。即ち、出力値Voxsが理論空燃比に対応する値VSth以上のリッチ側閾値VRth（本例において、VRth＝０．５Ｖ)よりも大きい値（以上の値）となっていないか否かを判定する。このとき、空燃比弱リッチ制御開始後において下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが未だ理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化していなければ、ＣＰＵ７１はステップ２４１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４２０に進み、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値を「０」に設定する。これにより、空燃比弱リッチ制御開始後において、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなる時点まで、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値は「０」に維持される。その後、ＣＰＵ７１はＣＰＵ７１はステップ２４２５に進む。

これに対し、空燃比弱リッチ制御開始後（即ち、フューエルカット復帰後又は空燃比リーン制御終了後）において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化していれば、ＣＰＵ７１はステップ２４１５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４２５に直接進む。

ＣＰＵ７１はステップ２４２５にて、現時点が空燃比弱リッチ制御中であるか否かを判定する。このとき、現時点が空燃比弱リッチ制御中であれば、ＣＰＵ７１はステップ２４２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４３０に進み、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値を、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気流量Ｇａに所定時間Δｔ１を乗じた値（Ｇａ・Δｔ１）だけ増大する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２４３５に進む。これに対し、現時点が空燃比弱リッチ制御中でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２４２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４３５に直接進む。

以上までのＣＰＵ７１の作動について、タイムチャートである図２５を参照しながら説明する。いま、時刻ｔ１以前においてフューエルカット制御条件が成立していて、フューエルカット制御が実行されていたと仮定する。従って、時刻ｔ１以前において、ステップ２４１０により反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値は「０」に設定され、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの値はイニシャルルーチンにより「０」に設定されている。

その後、時刻ｔ１にてフューエルカット制御が終了すると仮定する。このとき、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は最大酸素吸蔵量Ｃmax１（又は最大酸素吸蔵量Ｃmax１に近しい大きな値）になっている。従って、ＣＰＵ７１が図２３のステップ２３１０からステップ６４０へと進んで空燃比弱リッチ制御を開始しても、上流側触媒５３から還元成分（ＨＣ，ＣＯ等）が流出しない。その結果、時刻ｔ１から暫くの期間、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsは理論空燃比に相当する値VSthよりもリーン側の空燃比に相当する値（即ち、値VSthよりも小さいリーン側閾値VLth以下の値）となる。

その後、時刻ｔ２直前になると、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は略「０」に至る。従って、上流側触媒５３から還元成分が流出する。その結果、時刻ｔ２になったとき、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsは理論空燃比に相当する値VSthよりもリッチ側の空燃比に相当する値（即ち、値VSth以上の値）となる。

この結果、ＣＰＵ７１は、ステップ２４１５に進んだとき「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４２０を実行しなくなる。更に、ＣＰＵ７１はステップ２４２５及びステップ２４３０にて反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨを増大させる。この結果、時刻ｔ２以降において反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨは「０」から増大を開始する。

その後、時刻ｔ３になると、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨはフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈに到達する。従って、ＣＰＵ７１は、時刻ｔ３以降において、図２３のステップ２３１０にて「Ｙｅｓ」と判定しステップ２３２０に進む。この時点において反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨは「０」であってフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈよりも小さい。従って、ＣＰＵ７１はステップ２３２０からステップ６６０に進み、空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）を開始する。

このように、第４制御装置は、空燃比弱リッチ制御中において上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が「０」に到達することにより、上流側触媒５３から還元成分が流出し始めた時点（空燃比弱リッチ制御開始後、即ち、フューエルカット復帰後又は空燃比リーン制御終了後において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した時点）から反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの積算を開始する。従って、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨは、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１等に依存せず、下流側触媒５５に流入した過剰な還元成分の量（下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２の減少量、即ち、下流側触媒５５の還元成分の保持量に相当）を精度良く表す。この結果、下流側触媒５５が「上記還元状態」に到達したことを精度良く判定することができる。

以下、図２４のステップ２４３５以降の処理について説明する。ＣＰＵ７１はステップ２４３５に進むと、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨがフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈ以上であるか否かを判定する。そして、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨがフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈ以上であれば、ＣＰＵ７１はステップ２４３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４４０に進み、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値にフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈを設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２４４５に進む。これに対し、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨがフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈより小さければ、ＣＰＵ７１はステップ２４３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４４５に直接進む。

ＣＰＵ７１はステップ２４４５にて、空燃比弱リッチ制御終了後（即ち、空燃比リーン制御開始後）において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比（afdown＝ｆ(Voxs)）が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化していないか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ７１は、空燃比リーン制御開始後において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが理論空燃比に相当する値VSthよりもリーン側の空燃比に相当する値（即ち、値VSthよりも小さいリーン側閾値VLth以下の値）となっていないか否かを判定する。このとき、空燃比弱リッチ制御終了後において下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが未だ理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化していなければ、ＣＰＵ７１はステップ２４４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４５０に進み、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの値を「０」に設定する。これにより、空燃比リーン制御開始後において、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値に初めてなる時点まで、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの値は「０」に維持される。その後、ＣＰＵ７１はステップ２４５５に進む。

これに対し、空燃比リーン制御開始後（即ち、空燃比弱リッチ制御終了後）において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化していれば、ＣＰＵ７１はステップ２４４５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４５５に直接進む。

ＣＰＵ７１はステップ２４５５にて、現時点が空燃比リーン制御（フィルタ再生制御）中であるか否かを判定する。このとき、現時点が空燃比リーン制御中であれば、ＣＰＵ７１はステップ２４５５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４６０に進み、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの値を、その時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気流量Ｇａに所定時間Δｔ１を乗じた値（Ｇａ・Δｔ１）だけ増大する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２４６５に進む。これに対し、現時点が空燃比リーン制御中でなければ、ＣＰＵ７１はステップ２４５５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４６５に直接進む。

更に、ＣＰＵ７１はステップ２４６５にて反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨがフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈ以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵ７１は、現時点が空燃比弱リッチ制御が開始された直後であるか否かを判定する。このとき、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨがフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈ以上であれば、ＣＰＵ７１はステップ２４６５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２４７０に進み、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの値を「０」に設定するとともに、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ２４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。これに対し、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨがフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈより小さければ、ＣＰＵ７１はステップ２４６５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

ここで、ステップ２４３５からステップ２４７０までのＣＰＵ７１の作動について図２５を参照しながら説明する。前述したように時刻ｔ３において、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨはフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈに到達する。従って、ＣＰＵ７１はステップ２４３５及びステップ２４４０の処理を実行するので、図２５の時刻ｔ３以降に示したように、反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨはフィルタ再生制御開始閾値ＲＨｔｈに維持される。

ところで、時刻ｔ３まで空燃比弱リッチ制御が実行されるので、時刻ｔ３において上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は実質的に「０」になっている。従って、時刻ｔ３以降において空燃比リーン制御が実行されても、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達するまで、上流側触媒５３から酸素は実質的に流出しない。その結果、時刻ｔ３から暫くの期間、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsは理論空燃比近傍の空燃比に相当する値（リーン側閾値VLthよりも大きい値）となる。このため、ステップ２４５０が継続的に実行されるので、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの値は「０」に維持され続ける。

時刻ｔ３から所定の時間が経過すると、空燃比リーン制御により、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は上流側触媒の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達する。従って、時刻ｔ３から暫くの期間が経過した後の時刻ｔ４になると、上流側触媒５３から酸素が流出し始める。その結果、下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsはリーン側閾値VLth以下の値となる。即ち、時刻ｔ４にて、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownは理論空燃比よりも所定空燃比だけリーン側の空燃比になる。

従って、時刻ｔ４以降、ＣＰＵ７１はステップ２４４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４５０を実行しなくなる。更に、ＣＰＵ７１はステップ２４５５及びステップ２４６０にて反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨを増大させる。この結果、時刻ｔ４以降において反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨは「０」から増大を開始する。

その後、時刻ｔ５になると、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨはフィルタ再生制御完了閾値ＬＨｔｈに到達する。従って、ＣＰＵ７１は、時刻ｔ５直後において、図２３のステップ２３１０及びステップ２３２０の両ステップにて「Ｙｅｓ」と判定しステップ６４０に進み、空燃比弱リッチ制御を再開する（フィルタ再生制御を終了する）。

このように、第４制御装置は、空燃比リーン制御中（フィルタ再生制御中）において上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達することにより、上流側触媒５３から酸素が流出し始めた時点（空燃比リーン制御開始後において、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化した時点）から反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの積算を開始する。従って、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨは、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１等に依存せず、下流側触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２の増大量（下流側触媒５５の還元成分の減少量に相当）を精度良く表す。この結果、下流側触媒５５の窒素酸化物を浄化する能力（窒素酸化物浄化能力）が過度に低下する前に、空燃比リーン制御を停止することができる。従って、微粒子捕集フィルタ５４を再生すること（空燃比リーン制御を行うこと）によって、機関１０から大気中に排出される窒素酸化物の量が増大することを回避することができる。

なお、第４制御装置は、空燃比弱リッチ制御開始後において下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に変化した時点から反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの積算を開始し、一方、第１乃至第３制御装置のように、空燃比リーン制御開始時点からフィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬの積算を開始するように構成されてもよい。

同様に、第４制御装置は、空燃比リーン制御開始後において下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づく空燃比afdownが理論空燃比よりもリーン側の空燃比に変化した時点から反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの積算を開始し、一方、第１乃至第３制御装置のように、空燃比弱リッチ制御開始時点（フューエルカット復帰時点を含む。）から弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲの積算を開始するように構成されてもよい。

このように、第４制御装置（第４制御装置の空燃比制御手段）は、第１積算値ｔＧａＳＲとしての反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨの積算開始時点（第１積算開始時点）を「フューエルカット復帰時点」以降において「下流側空燃比センサから出力された出力値Voxsが理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（理論空燃比よりも所定空燃比だけリッチ側の空燃比）に相当する値に初めてなった時点」、即ち、「リッチ反転時点」に設定し（図２４のステップ２４１５及びステップ２４２０を参照。）、その反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨが第１閾値ＲＨｔｈ以上となったときに下流側触媒５５が「上記還元状態」にあると判定する還元状態判定手段を備えている（ステップ２３１０及び図２４を参照。）。

このリッチ反転時点は、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が実質的に「０」に到達した時点であって、下流側触媒５５に過剰な還元成分が流入し始める時点である。従って、第４制御装置における反転後弱リッチ制御時積算空気量ｔＧａＳＲＨは、上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に関わらず、下流側触媒５５へ流入した過剰な還元成分の積算量となる。この結果、第４制御装置は、下流側触媒５５が還元状態に到達したか否かを精度良く判定することができる。

更に、第４制御装置（空燃比制御手段）は、第２積算値ｔＧａＳＬとしての反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨの積算開始時点（第２積算開始時点）を、フィルタ再生制御の開始時点以降において下流側空燃比センサ６７から出力された出力値Voxsが理論空燃比よりも所定値だけリーン側の空燃比に相当する値に初めてなった時点である「リーン反転時点」に設定している（図２４のステップ２４４５及びステップ２４５０を参照。）。

前述したように、このリーン反転時点は、上流側触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が実質的にその最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達した時点であり且つ微粒子捕集フィルタ５４内において微粒子が燃焼を実質的に完了した時点でもある。従って、反転後フィルタ再生制御時積算空気量ｔＧａＳＬＨは下流側触媒５５に流入した過剰な酸化成分の量を上流側触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に関わらず精度良く表すので、下流側触媒５５に供給される「過剰な酸化成分」の量を所望の量に制御することができる。その結果、下流側触媒５５が浄化できない量の窒素酸化物が下流側触媒５５に流入することを回避できる。即ち、大気中に窒素酸化物が多量に放出される前の時点にてフィルタ再生制御を終了することができる。換言すると、窒素酸化物の放出量が増大しない範囲で微粒子捕集フィルタ５４の再生を行うことができる。

以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る内燃機関の制御装置は、
下流側触媒５５が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段（例えば、ステップ６３０、ステップ２３１０）と、
下流側触媒５５が前記還元状態に到達していないと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリッチ側の弱リッチ空燃比となるように同機関に供給される混合気の空燃比を制御するリッチ制御手段（例えば、ステップ６４０）と、
下流側触媒５５が前記還元状態に到達したと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリーン側となるように同機関に供給される混合気の空燃比を制御するリーン制御手段（例えば、ステップ６６０）と、
を備えている。

従って、窒素酸化物の排出量を増大させないようにしながら、微粒子捕集フィルタ５４を再生することができる。なお、本発明は上記各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、上記各実施形態においては、第１積算値ｔＧａＳＲが第１所定値（第１閾値）Ｒｔｈより大きくなったとき、フィルタ再生制御を開始していたが、第１積算値ｔＧａＳＲが第１所定値（第１閾値）Ｒｔｈより大きく、且つ、前回のフィルタ再生制御完了時からの吸入空気量の積算値が所定値以上である場合又は前回のフィルタ再生制御完了時からの機関１０の運転時間の積算時間が所定時間である場合に、フィルタ再生制御を実行するように構成されてもよい。

また、サブフィードバック制御は、例えば、特開２００７−２７８１８６号公報に開示されているように下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが下流側目標値に一致するように、上流側空燃比センサ６６によって検出される空燃比を見かけ上補正するような態様であってもよい。また、特開平０６−０１０７３８号公報に開示されているように、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて、上流側空燃比センサ６６の出力値に基づいて作成される空燃比補正係数を変更する態様であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る制御装置（第１制御装置）を適用した内燃機関の概略図である。図１に示した内燃機関の概略構成図である。図１に示した上流側触媒及び下流側触媒の空燃比に対する未燃成分及び窒素酸化物の浄化率を示したグラフである。図１に示した上流側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に示した下流側空燃比センサ（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。第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。第１制御装置の作動を説明するためのタイムチャートである。第１制御装置が空燃比制御を実行する際の機能ブロック図である。図８に示した基本補正値算出手段の機能ブロック図である。図８に示した基本補正値算出手段により算出される基本補正値を格納する運転領域を示した概念図である。第１制御装置のＣＰＵが実行する、最終燃料噴射量の計算及び噴射指示を行うためのルーチンを示したフローチャートである。第１制御装置のＣＰＵが実行する、メイン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。第１制御装置のＣＰＵが実行する、サブ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。第１制御装置のＣＰＵが実行する、基本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。第１制御装置のＣＰＵが実行する、メインフィードバック目標値を決定するためのルーチンを示したフローチャートである。第１制御装置のＣＰＵが実行する、積算空気量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。第１制御装置のＣＰＵが実行する、フィードバック条件判定ルーチンを示したフローチャートである。本発明の第２実施形態に係る制御装置（第２制御装置）のＣＰＵが実行する閾値決定ルーチンを示したフローチャートである。本発明の第３実施形態に係る制御装置（第３制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。第３制御装置のＣＰＵが実行する、微粒子燃焼完了フラグを操作するためのルーチンを示したフローチャートである。第３制御装置の作動を説明するためのタイムチャートである。第３制御装置のＣＰＵが実行するルーチンの一部を示したフローチャートである。本発明の第４実施形態に係る制御装置（第４制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。第４制御装置のＣＰＵが実行する、反転後積算空気量を計算するためのルーチンを示したフローチャートである。第４制御装置の作動を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関（ガソリンエンジン）、２０…シリンダブロック部、２５…燃焼室、３４…排気ポート、３９…インジェクタ、５１…エキゾーストマニホールド、５１ａ…枝部、５１ｂ…集合部、５２…エキゾーストパイプ、５３…上流側触媒、５４…微粒子捕集フィルタ、５５…下流側触媒、６１…熱線式エアフローメータ、６６…上流側空燃比センサ、６７…下流側空燃比センサ（Ｏ２センサ）、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ。

Claims

内燃機関の排気通路に配設された微粒子捕集フィルタと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である下流側触媒と、
前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段と、
前記機関に供給される空気及び燃料を含む混合気の空燃比の平均を理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第１空燃比に制御する理論空燃比近傍制御を実行するとともに、前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を前記第１空燃比よりもリーン側であって且つ理論空燃比よりもリーン側の第２空燃比に制御することにより前記微粒子捕集フィルタに酸素を供給し同微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生制御を所定期間に渡り実行する空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、
前記空燃比制御手段は、
前記理論空燃比近傍制御を実行するために、
前記下流側空燃比センサから出力された出力値が、前記第１空燃比として設定された下流側目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、同下流側空燃比センサから出力された出力値が同下流側目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更するサブフィードバック制御を実行し、且つ、
前記フィルタ再生制御を実行するために、
前記下流側空燃比センサから出力された出力値が前記下流側目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であっても前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更することなく、同機関に供給される混合気の空燃比の平均を前記第２空燃比に維持するリーン維持制御を実行するように構成された制御装置。
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御を実行している期間、前記サブフィードバック制御を停止するように構成された制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御を開始した時点以降において前記下流側空燃比センサから出力される出力値が理論空燃比に相当する値と一致した後に理論空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値となる時点まで同フィルタ再生制御を継続するように構成された制御装置。
請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記還元状態判定手段は、前記機関から前記排気通路に排出された未燃物である還元成分の量から同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量を減じた量である還元成分の過剰量の積算値に対応する第１積算値を取得するとともに、同第１積算値に基づいて前記下流側触媒が前記還元状態に到達したか否かを判定するように構成された制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記還元状態判定手段は、前記機関から前記排気通路に排出された未燃物である還元成分の量から同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量を減じた量である還元成分の過剰量の積算値に対応する第１積算値を取得するとともに、同第１積算値に基づいて前記下流側触媒が前記還元状態に到達したか否かを判定するように構成された制御装置。
請求項６に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段を備え、
前記還元状態判定手段は、前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点以降における所定の第１積算開始時点から積算された前記第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定するとともに、同第１積算値が同第１所定値以上となったと判定されたとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成された制御装置。
請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記フューエルカット復帰時点から前記第１積算値が前記第１所定値以上となる時点までのフューエルカット復帰後期間、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比に制御するように構成された制御装置。
請求項８に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサを備え、
前記空燃比制御手段は、前記フューエルカット復帰後期間、前記所定の空燃比範囲内であって理論空燃比よりリッチ側の空燃比及び同所定の空燃比範囲外であって理論空燃比よりリッチ側の空燃比のうちの何れかの空燃比をフューエルカット復帰後目標空燃比として設定するとともに、前記下流側空燃比センサから出力された出力値が、前記フューエルカット復帰後目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、同下流側空燃比センサから出力された出力値が同フューエルカット復帰後目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更するフューエルカット復帰後フィードバック制御を実行することにより、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均を理論空燃比よりリッチ側の空燃比に制御するように構成された制御装置。
請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記フューエルカット復帰後目標空燃比は前記所定の空燃比範囲内であって理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比に設定され、前記第１空燃比は同フューエルカット復帰後目標空燃比と同じ空燃比に設定されている制御装置。
請求項８乃至請求項１０の何れか一項に記載に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に三元触媒である上流側触媒を備え、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を前記フューエルカット復帰時点に設定するとともに、前記上流側触媒の最大酸素吸蔵量を取得し同取得した上流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほど前記第１所定値が大きくなるように同第１所定値を決定するように構成された制御装置。
請求項８に記載に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒と、
を備え、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を前記フューエルカット復帰時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなった時点であるリッチ反転時点に設定した制御装置。
請求項９又は請求項１０に記載に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備え、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を前記フューエルカット復帰時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりも所定値だけリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなった時点であるリッチ反転時点に設定した制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタ再生制御の開始時点以降における所定の第２積算開始時点から、前記機関から前記排気通路に排出された酸化成分の量から同酸化成分を還元させる同機関から排出された未燃物である還元成分の量を減じた量である酸化成分の過剰量の積算値に対応する第２積算値を取得するとともに、同取得された第２積算値が第２所定値以上となったとき同フィルタ再生制御を終了するように構成された制御装置。
請求項１４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記第２積算開始時点を前記フィルタ再生制御の開始時点に設定した制御装置。
請求項１５に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒を備え、
前記空燃比制御手段は、前記上流側触媒の最大酸素吸蔵量を取得するとともに、同取得された上流側触媒の最大酸素吸蔵量が大きいほど前記第２所定値が大きくなるように同第２所定値を決定するように構成された制御装置。
請求項１４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも上流の位置に配設された三元触媒である上流側触媒と、
前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置において前記排気通路に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
を備え、
前記空燃比制御手段は、前記第２積算開始時点を前記フィルタ再生制御の開始時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりも所定値だけリーン側の空燃比に相当する値に初めてなった時点であるリーン反転時点に設定した制御装置。
請求項１４乃至請求項１７の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段は、前記第２積算開始時点からの前記機関の吸入空気量の積算値に相当する値を前記第２積算値として取得するように構成された制御装置。
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒である上流側触媒と、
前記排気通路であって前記上流側触媒よりも下流の位置に配設された微粒子捕集フィルタと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である下流側触媒と、
前記排気通路であって前記上流側触媒よりも上流の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する上流側空燃比センサと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタと前記下流側触媒との間の位置に配設されるとともに同配設された部位を流れるガスの空燃比に応じた出力値を出力する下流側空燃比センサと、
前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段と、
前記上流側空燃比センサから出力された出力値により示される空燃比が上流側目標空燃比に一致するように同上流側空燃比センサから出力された出力値に基づいて前記機関に供給される混合気の空燃比を変更するメインフィードバック制御を指示に応じて実行するメインフィードバック制御手段と、
前記下流側空燃比センサから出力された出力値が、理論空燃比より所定値だけリッチ側の空燃比である下流側目標空燃比よりもリーン側の空燃比に相当する値であるとき前記機関に供給される混合気の空燃比をよりリッチ側の空燃比に変更し、同下流側空燃比センサから出力された出力値が同下流側目標空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値であるとき同機関に供給される混合気の空燃比をよりリーン側の空燃比に変更するサブフィードバック制御を指示に応じて実行するサブフィードバック制御手段と、
前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定されるまで前記上流側目標空燃比を理論空燃比に設定するとともに前記メインフィードバック制御及び前記サブフィードバック制御を実行させることにより通常フィードバック制御を実行し、前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された時点以降において前記上流側目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるリーン空燃比に設定するとともに前記メインフィードバック制御を実行させ且つ前記サブフィードバック制御を停止させることにより前記微粒子捕集フィルタに酸素を供給し同微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生制御を所定期間に渡り実行するように、前記メインフィードバック制御手段及び前記サブフィードバック制御手段に指示を与える指示手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
請求項１９に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記還元状態判定手段は、前記通常フィードバック制御中であって同通常フィードバック制御中の所定の第１積算開始時点以降において前記機関から前記排気通路に排出された未燃物である還元成分の量から同還元成分を酸化させる同機関から排出された酸化成分の量を減じた量である還元成分の過剰量の積算値に対応する第１積算値を取得するとともに、同第１積算値が第１所定値以上となったか否かを判定し、同第１積算値が同第１所定値以上となったと判定されたとき前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定するように構成された制御装置。
請求項２０に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記機関の運転状態が所定のフューエルカット運転状態となったとき前記機関への燃料の供給を停止するフューエルカット手段を備え、
前記指示手段は、前記フューエルカット手段による前記機関への燃料の供給停止が解除されて同機関に再び燃料が供給され始めたフューエルカット復帰時点以降において前記通常フィードバック制御を実行するように前記メインフィードバック制御手段及び前記サブフィードバック制御手段に指示を与えるように構成され、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点を、フューエルカット復帰時点、又は、同フューエルカット復帰時点以降において前記下流側空燃比センサから出力された出力値が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に相当する値に初めてなった時点であるリッチ反転時点、に設定した制御装置。
請求項８乃至請求項１３、請求項２０、及び、請求項２１、の何れか一項に記載に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記還元状態判定手段は、前記第１積算開始時点からの前記機関の吸入空気量の積算値に相当する値を前記第１積算値として取得するように構成された制御装置。
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒である上流側触媒と、
前記排気通路であって前記上流側触媒よりも下流の位置に配設された微粒子捕集フィルタと、
前記排気通路であって前記微粒子捕集フィルタよりも下流の位置に配設された三元触媒である下流側触媒と、
前記下流側触媒が所定量の窒素酸化物を浄化することができる還元状態に到達したか否かを判定する還元状態判定手段と、
前記下流側触媒が前記還元状態に到達していないと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリッチ側の弱リッチ空燃比となるように同機関に供給される混合気の空燃比を制御するリッチ制御手段と、
前記下流側触媒が前記還元状態に到達したと判定された場合、前記機関に供給される混合気の空燃比の平均が理論空燃比よりリーン側となるように同機関に供給される混合気の空燃比を制御するリーン制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。