JP2016031038A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2016031038A
JP2016031038A JP2014153229A JP2014153229A JP2016031038A JP 2016031038 A JP2016031038 A JP 2016031038A JP 2014153229 A JP2014153229 A JP 2014153229A JP 2014153229 A JP2014153229 A JP 2014153229A JP 2016031038 A JP2016031038 A JP 2016031038A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel ratio
air
lean
rich
purification catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014153229A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6156278B2 (ja
Inventor
星　幸一
Koichi Hoshi
幸一 星
中川　徳久
Norihisa Nakagawa
徳久 中川
岡崎　俊太郎
Shuntaro Okazaki
俊太郎 岡崎
雄士 山口
Yuji Yamaguchi
雄士 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2014153229A priority Critical patent/JP6156278B2/ja
Priority to PCT/JP2015/003788 priority patent/WO2016017154A1/en
Priority to CN201580041060.0A priority patent/CN106574565B/zh
Priority to US15/329,440 priority patent/US10781765B2/en
Priority to EP15750142.0A priority patent/EP3175102B1/en
Publication of JP2016031038A publication Critical patent/JP2016031038A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6156278B2 publication Critical patent/JP6156278B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/002—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring or estimating temperature or pressure in, or downstream of the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/007—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0864—Oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0295—Control according to the amount of oxygen that is stored on the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441—Plural sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1445—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being related to the exhaust flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/182—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow for the control of a fuel injection device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0814—Oxygen storage amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0816—Oxygen storage capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/36—Control for minimising NOx emissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen

Abstract

【課題】排気浄化触媒からＮＯｘや未燃ガスが流出するのを抑制する。【解決手段】内燃機関は、排気浄化触媒２０と、排気浄化触媒の下流側に配置された下流側空燃比センサ４１と、吸入空気量を検出するエアフロメータ３９とを具備する。内燃機関の制御装置は、排気空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行い、下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比になったときに目標空燃比をリーン空燃比に設定し、且つ、下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン空燃比になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に設定する。吸入空気量が増大する変化が発生した場合には、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いが低下せしめられ、且つ目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いが低下せしめられる。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
従来から、内燃機関の排気通路に空燃比センサや酸素センサを設け、これら空燃比センサや酸素センサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量を制御する内燃機関の制御装置が広く知られている。特に、斯かる制御装置としては、機関排気通路に設けられた排気浄化触媒の排気流れ方向上流側及び下流側にそれぞれ空燃比センサを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
特に、特許文献１に記載の制御装置では、機関本体よりも下流側であって排気浄化触媒よりも上流側において排気通路内に燃料を供給する燃料供給装置が設けられる。そして、排気浄化触媒を加熱すべきときには、上流側空燃比センサによって検出された空燃比（以下、「出力空燃比」ともいう）の出力に基づいて排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように燃料供給装置からの燃料供給量が算出される。加えて、下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比となっていないときには、その出力空燃比が理論空燃比となるように燃料供給装置からの燃料供給量を補正するようにしている。
特開平８−３１２４０８号公報
ところで、本願の発明者らによれば、上述した特許文献１に記載された制御装置とは異なる制御を行う制御装置が提案されている。この制御装置では、下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比（理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比）以下になったときには、目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」という）に設定される。一方、下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比（理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比）以上になったときには、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）に設定される。すなわち、この制御装置では、目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられる。
このような制御を行っている場合、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がゼロと最大吸蔵可能酸素量との間の適切な量になっていれば、排気浄化触媒から酸素、ＮＯｘや未燃ガス（ＨＣやＣＯ）が流出することは少ない。しかしながら、例えば、排気浄化触媒に流入する排気ガスの流量が多いときや排気浄化触媒の未燃ガス等の浄化能力が低下したときには排気浄化触媒の酸素吸蔵量が適切な量になっているにもかかわらず酸素、ＮＯｘや未燃ガスが流出してしまう場合がある。
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、排気浄化触媒からＮＯｘや未燃ガスが流出するのを抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒を流通する排気ガスの流速を検出又は推定する流速検出装置とを具備する内燃機関の制御装置において、当該制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように該排気ガスの空燃比をフィードバック制御し、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定し、且つ、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定し、前記流速検出装置によって検出又は推定された前記排気浄化触媒を流通する排気ガスの流速が速くなるような変化が発生した時には、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いを低下させること、及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いを低下させることのうち少なくとも何れか一方を行う、内燃機関の制御装置が提供される。
上記課題を解決するために、第２の発明では、内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の浄化能力を示す浄化能力パラメータの値を検出又は推定する浄化能力検出装置とを具備する内燃機関の制御装置において、当該制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように該排気ガスの空燃比をフィードバック制御し、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定し、且つ、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定し、前記浄化能力検出装置によって検出又は推定された浄化能力パラメータの値に浄化能力の低下を示す変化が発生した場合には、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いを低下させること、及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いを低下させることのうち少なくとも何れか一方を行う、内燃機関の制御装置が提供される。
第３の発明では、第２の発明において、前記浄化能力パラメータは、前記排気浄化触媒の温度又は該排気浄化触媒の劣化度合いである。
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に設定し、前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になる前のリーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定し、前記変化が発生した場合には、前記リーン設定空燃比のリーン度合いを低下させる。
第５の発明では、第４の発明において、前記変化が発生した場合には、前記リーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上になるまでの間の空燃比のリーン度合いを低下させる。
第６の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に設定し、前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になる前のリーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定し、前記変化が発生した場合には、前記リーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上になるまでの間の空燃比のリーン度合いを低下させる。
第７の発明では、第４〜第６のいずれか一つの発明において、前記リーン度合いを低下させたときであっても、前記目標空燃比はリーン判定空燃比以上とされる。
第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に設定し、前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になる前のリッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比を前記リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定し、前記変化が発生した場合には、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを低下させる。
第９の発明では、第８の発明において、前記変化が発生した場合時には、前記リッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの間の空燃比のリッチ度合いを低下させる。
第１０の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に設定し、前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になる前のリッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比を前記リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定し、前記変化が発生した場合には、前記リッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの間の空燃比のリッチ度合いを低下させる。
第１１の発明では、第８〜第１０のいずれか一つの発明において、前記リッチ度合いを低下させたときであっても、前記目標空燃比はリッチ判定空燃比以下とされる。
本発明によれば、排気浄化触媒からＮＯｘや未燃ガスが流出するのを抑制することができる内燃機関の制御装置が提供される。
図１は、本発明の制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度又はＨＣ、ＣＯ濃度との関係を示す図である。 図３は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。 図４は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。 図５は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による基本的な空燃比制御を行った場合の、目標空燃比等のタイムチャートである。 図６は、燃焼室５への吸入空気量と上流側排気浄化触媒２０における浄化可能量との関係を示す図である。 図７は、吸入空気量とリッチ設定空燃比等との関係を示す図である。 図８は、第一実施形態に係るリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更を行った際の、目標空燃比等のタイムチャートである。 図９は、目標空燃比の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０は、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、リーン設定空燃比等の変更制御を行った際における、目標空燃比等のタイムチャートである。 図１２は、弱リーン設定空燃比等の変更制御を行った際における、目標空燃比等のタイムチャートである。 図１３は、上流側排気浄化触媒の温度とリッチ設定空燃比等との関係を示す図である。 図１４は、第二実施形態に係るリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更を行った際の、目標空燃比等のタイムチャートである。 図１５は、リーン設定空燃比等の変更制御を行った際における、目標空燃比等のタイムチャートである。 図１６は、リッチ設定空燃比等の変更制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１７は、弱リーン設定空燃比等の変更制御を行った際における、目標空燃比等のタイムチャートである。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。
図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本実施形態の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。さらに、上流側排気浄化触媒２０には、上流側排気浄化触媒２０の温度を検出する上流側温度センサ４６が配置され、下流側排気浄化触媒２４には、下流側排気浄化触媒２４の温度を検出する下流側温度センサ４７が配置される。これら温度センサ４６、４７の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。なお、ＥＣＵ３１は、内燃機関の制御を行う制御装置として機能する。
なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無、及び過給態様等が、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
＜排気浄化触媒の説明＞
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒２０、２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４は、セラミックから成る基材に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。排気浄化触媒２０、２４は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０、２４は、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン（リーン空燃比）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０、２４は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（リッチ空燃比）であるときには、排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素を放出する。
排気浄化触媒２０、２４は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、図２（Ａ）に示したように、酸素吸蔵量が少ないときには排気浄化触媒２０、２４により排気ガス中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。一方、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵可能酸素量（上限吸蔵量）Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｕｐｌｉｍ）を境に排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガス中の酸素及びＮＯｘの濃度が急激に上昇する。
一方、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、図２（Ｂ）に示したように、酸素吸蔵量が多いときには排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素が放出され、排気ガス中の未燃ガスは酸化浄化される。一方、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ（下限吸蔵量）近傍の或る吸蔵量（図中のＣｌｏｗｌｉｍ）を境に排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒２０、２４は如何なる触媒であってもよい。
＜空燃比センサの出力特性＞
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の出力特性について説明する。図３は、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す図であり、図４は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」という）と出力電流Ｉとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ４０、４１として同一構成の空燃比センサが用いられる。
図３からわかるように、本実施形態の空燃比センサ４０、４１では、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図３では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ18、Ｉ18で示している。したがって、空燃比センサ４０、４１は限界電流式の空燃比センサであるということができる。
図４は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、空燃比センサ４０、４１として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ４０、４１は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。
＜基本的な空燃比制御の概要＞
次に、本発明の内燃機関の制御装置における空燃比制御の概要を説明する。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
また、本実施形態の空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比等に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比の設定制御が行われる。目標空燃比の設定制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチなリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）以下となったときに、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。このとき、目標空燃比はリーン設定空燃比に設定される。ここで、リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リーンである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．６５〜２０、好ましくは１４．６５〜１８、より好ましくは１４．６５〜１６程度とされる。
その後、目標空燃比をリーン設定空燃比に設定した状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比よりもリーンな空燃比（リッチ判定空燃比よりも理論空燃比に近い空燃比）になると、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比になったと判断される。このとき、目標空燃比は、弱リーン設定空燃比に設定される。ここで、弱リーン設定空燃比は、リーン設定空燃比よりもリーン度合いの小さい（理論空燃比からの差が小さい）リーン空燃比であり、例えば、１４．６２〜１５．７、好ましくは１４．６３〜１５．２、より好ましくは１４．６５〜１４．９程度とされる。
一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）以上になったときに、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリーン空燃比になったと判断される。このとき、目標空燃比はリッチ設定空燃比に設定される。ここで、リッチ設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１０〜１４．５５、好ましくは１２〜１４．５２、より好ましくは１３〜１４．５程度とされる。
その後、目標空燃比をリッチ設定空燃比に設定した状態で、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比よりもリッチな空燃比（リーン判定空燃比よりも理論空燃比に近い空燃比）になると、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比になったと判断される。このとき、目標空燃比は、弱リッチ設定空燃比に設定される。ここで、弱リッチ設定空燃比は、リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの小さい（理論空燃比からの差が小さい）リッチ空燃比であり、例えば、１３．５〜１４．５８、好ましくは１４〜１４．５７、より好ましくは１４．３〜１４．５５程度とされる。
この結果、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になると、まず、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比よりも大きくなると目標空燃比が弱リーン設定空燃比に設定される。一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比以上になると、まず、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定される。その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比よりも小さくなると目標空燃比が弱リッチ設定空燃比に設定される。その後、同様な制御が繰り返される。
なお、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比は、理論空燃比の１％以内、好ましくは０．５％以内、より好ましくは０．３５％以内の空燃比とされる。したがって、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比の理論空燃比からの差は、理論空燃比が１４．６の場合には、０．１５以下、好ましくは０．０７３以下、より好ましくは０．０５１以下とされる。また、目標空燃比（例えば、弱リッチ設定空燃比やリーン設定空燃比）の理論空燃比からの差は、上述した差よりも大きくなるように設定される。
＜タイムチャートを用いた制御の説明＞
図５を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図５は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による基本的な空燃比制御を行った場合の、目標空燃比ＡＦＴ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤ、及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、目標空燃比ＡＦＴが弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに設定されている。これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となっている。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。一方、上流側排気浄化触媒２０における浄化により上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には未燃ガスは含まれていないため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡは時刻ｔ1においてゼロに近づく（例えば、図２のＣｌｏｗｌｉｍ）。これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガスの一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。これにより、時刻ｔ1以降、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に低下する。その結果、図示した例では、時刻ｔ2において、酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼゼロになると共に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌに切り替えられる。したがって、目標空燃比は、リッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替えられる。
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比からリッチ空燃比に変化してすぐではなく、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達してから、目標空燃比ＡＦＴの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが十分であっても、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から僅かにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分であるときには、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が到達することのないような空燃比とされる。なお、上述したリーン判定空燃比についても同じことがいえる。
時刻ｔ2において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリーン空燃比となる（実際には、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。時刻ｔ2において上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大していく。
このように、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大していくと、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へ向かって変化する。図５に示した例では、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きな値となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがほぼ理論空燃比となる。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが或る程度多くなっていることを意味する。
そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きな値に変化したときには、目標空燃比ＡＦＴが弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに切り替えられる。したがって、時刻ｔ3では目標空燃比のリーン度合いが低下せしめられる。以下では、時刻ｔ3をリーン度合い変更時期と称する。
リーン度合い変更時期である時刻ｔ3において、目標空燃比ＡＦＴを弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスのリーン度合いも小さくなる。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは小さくなると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度が低下する。
時刻ｔ3以降においては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは、その増加速度が遅いながらも、徐々に増加していく。上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増加すると、酸素吸蔵量ＯＳＡはやがて最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに近づく（例えば、図２のＣｕｐｌｉｍ）。時刻ｔ4において酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに近づくと、上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素の一部は上流側排気浄化触媒２０で吸蔵されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に上昇する。その結果、図示した例では、時刻ｔ5において、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達すると共に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに到達する。
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒに切り替えられる。したがって、目標空燃比は、リーン空燃比からリッチ空燃比へと切り替えられる。
時刻ｔ5において、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ空燃比となる（実際には、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。時刻ｔ5において上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは減少していく。
このように、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが減少していくと、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へ向かって変化する。図５に示した例では、時刻ｔ6において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さな値となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがほぼ理論空燃比となる。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが或る程度少なくなっていることを意味する。
そこで、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さな値に変化したときには、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比から弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに切り替えられる。
時刻ｔ6において、目標空燃比ＡＦＴを弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合いも小さくなる。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは増大すると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度が低下する。
時刻ｔ6以降においては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは、その減少速度が遅いながらも、徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡはやがて時刻ｔ7において、時刻ｔ1と同様に、ゼロに近づき、図２のＣｄｗｎｌｉｍまで減少する。その後、時刻ｔ8において、時刻ｔ2と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。その後は、時刻ｔ1〜ｔ6の操作と同様な操作が繰り返される。
＜基本的な制御における利点等＞
上述した基本的な空燃比制御によれば、時刻ｔ2において目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変更された直後、及び時刻ｔ5において目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変更された直後には、目標空燃比の理論空燃比からの差が大きなものとされる（すなわち、リッチ度合い又はリーン度合いが大きいものとされる）。このため、時刻ｔ2において上流側排気浄化触媒２０から流出していた未燃ガス及び時刻ｔ5において上流側排気浄化触媒２０から流出していたＮＯｘを迅速に減少させることができる。したがって、上流側排気浄化触媒２０からの未燃ガス及びＮＯｘの流出を抑制することができる。
また、本実施形態の空燃比制御によれば、時刻ｔ2において目標空燃比をリーン設定空燃比に設定した後、上流側排気浄化触媒２０からの未燃ガスの流出が止まり、その酸素吸蔵量ＯＳＡがある程度回復してから、時刻ｔ3において目標空燃比が弱リーン設定空燃比に切り替えられる。このように目標空燃比のリッチ度合い（理論空燃比からの差）を小さくすることにより、仮に上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出したとしても、その単位時間当たりの流出量を減少させることができる。特に、上記空燃比制御によれば、時刻ｔ5において上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出することになるが、このときの流出量を少なく抑えることができる。
加えて、本実施形態の空燃比制御によれば、時刻ｔ5において目標空燃比をリッチ設定空燃比に設定した後、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ（酸素）の流出が止まり、その酸素吸蔵量ＯＳＡがある程度減少してから、時刻ｔ6において目標空燃比が弱リッチ設定空燃比に切り替えられる。このように目標空燃比のリッチ度合い（理論空燃比からの差）を小さくすることにより、仮に上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出したとしても、その単位時間当たりの流出量を減少させることができる。特に、上記空燃比制御によれば、時刻ｔ2、ｔ8において、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出することになるが、このときにもその流出量を少なく抑えることができる。
さらに、本実施形態では、下流側にて排気ガスの空燃比を検出するセンサとして、空燃比センサ４１を用いている。この空燃比センサ４１は、酸素センサと異なり、ヒステリシスを有さない。このため、空燃比センサ４１によれば実際の排気空燃比に対して応答性が高く、上流側排気浄化触媒２０からの未燃ガス及び酸素（及びＮＯｘ）の流出を迅速に検出することができる。したがって、このことによっても、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０からの未燃ガス及びＮＯｘ（及び酸素）の流出を抑制することができる。
また、酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒では、その酸素吸蔵量をほぼ一定に維持すると、その酸素吸蔵能力の低下を招く。したがって、酸素吸蔵能力を可能な限り維持するためには、排気浄化触媒の使用時にその酸素吸蔵量を上下に変化させることが必要になる。本実施形態に係る空燃比制御によれば、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは、ゼロ近傍と最大吸蔵可能酸素量近傍との間で上下に繰り返し変化する。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡをできるだけ高く維持することができる。
なお、上記実施形態では、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きな値になったときに、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌから弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに切り替えられる。また、上記実施形態では、時刻ｔ6において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さな値になったときに、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒから弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに切り替えられる。しかしながら、これら目標空燃比ＡＦＴを切り替えるタイミングは、必ずしも下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて設定されなくてもよく、他のパラメータに基づいて決定されてもよい。
例えば、これら目標空燃比ＡＦＴを切り替えるタイミングは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡに基づいて決定されてもよい。例えば、図５に示したように、時刻ｔ2において目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた量αに達したときに、目標空燃比ＡＦＴが弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに切り替えられる。また、時刻ｔ5において、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが予め定められた量αだけ減少したときに、目標空燃比ＡＦＴが弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに切り替えられる。
この場合、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの積算酸素過不足量に基づいて推定される。酸素過不足量は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素又は不足する酸素（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比となっているときには上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値（以下、「積算酸素過不足量」という）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡを表しているといえる。図５に示したように、本実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、目標空燃比が理論空燃比を越えて変化した時にゼロにリセットされる。
なお、酸素過不足量は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、及びエアフロメータ３９等に基づいて算出される燃焼室５内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＥＤ＝０．２３・Ｑｉ／（ＡＦｕｐ−１４．６） …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比をそれぞれ表している。
或いは、目標空燃比ＡＦＴを弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに切り替える時期（リーン度合い変更時期）は、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから（時刻ｔ2）の経過時間や吸入空気量の積算値等に基づいて決定されてもよい。同様に、目標空燃比ＡＦＴを弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに切り替える時期（リッチ度合い変更時期）は、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから（時刻ｔ5）の経過時間や吸入空気量の積算値等に基づいて決定されてもよい。
このように、リッチ度合い変更時期やリーン度合い変更時期は、様々なパラメータに基づいて決定される。いずれにせよ、リーン度合い変更時期は、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定された後であって下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比以上になる前の時期とされる。同様に、リッチ度合い変更時期は、目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定された後であって下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比以下になる前の時期とされる。
また、上記実施形態では、時刻ｔ2〜ｔ3において、目標空燃比ＡＦＴはリーン設定空燃比ＡＦＴｌに一定に維持される。しかしながら、斯かる期間中、目標空燃比ＡＦＴは必ずしも一定に維持されなくてもよく、徐々に低下（理論空燃比に近づく）するように変化してもよい。同様に、上記実施形態では、時刻ｔ3〜ｔ5において、目標空燃比ＡＦＴは弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに一定に維持される。しかしながら、斯かる期間中、目標空燃比ＡＦＴは必ずしも一定に維持されていなくてもよく、例えば、徐々に低下（理論空燃比に近づく）するように変化してもよい。また、時刻ｔ5〜ｔ6、時刻ｔ6〜ｔ8についても、同じ事がいえる。
＜吸入空気量と浄化可能量との関係＞
ところで、燃焼室５内への吸入空気量に応じて、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量が変化する。そして、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量が増大すると、これに伴って上流側排気浄化触媒２０を通過する際の排気ガスの流速が速くなる。このように、排気ガスの流速が速くなると、排気ガスが上流側排気浄化触媒２０において担持されている貴金属と接触しうる時間が短くなってしまう。このため、排気ガスの流速が速くなるほど、単位体積の排気ガスが上流側排気浄化触媒２０を流通する間にその排気ガスから浄化可能なＮＯｘ量や未燃ガス量（これらをまとめて「浄化可能量」という）が減少する。
この様子を、図６に示す。図６は、燃焼室５への吸入空気量と上流側排気浄化触媒２０における浄化可能量との関係を示す図である。図６からわかるように、燃焼室５への吸入空気量が多くなるほど、すなわち上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流速が速くなるほど、上流側排気浄化触媒２０におけるＮＯｘや未燃ガスの浄化可能量が減少することがわかる。
この結果、例えば、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量が多く且つその空燃比がリッチ度合いの大きいリッチである場合には、上流側排気浄化触媒２０から浄化されていない未燃ガスを含んだ排気ガスが流出してしまうことになる。同様に、例えば上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量が多く且つその空燃比がリーン度合いの大きいリーンである場合には、上流側排気浄化触媒２０から浄化されていないＮＯｘを含んだ排気ガスが流出してしまうことになる。したがって、排気ガス中に含まれているＮＯｘや未燃ガスの浄化という観点からは、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量が多くなるほどその排気ガスの空燃比のリッチ度合い又はリーン度合いを小さくすることが必要である。
＜本実施形態における目標空燃比の制御＞
そこで、本実施形態では、燃焼室５への吸入空気量に応じて、すなわち上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量に応じて、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合い及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合いを変更するようにしている。具体的には、図７（Ａ）に示したように、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、吸入空気量が増大するにつれて大きくなるように、すなわちリッチ度合いが小さくなるように変更される。ただし、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、吸入空気量にかかわらず常にリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも小さい値とされる。また、図７（Ａ）に示した例では、吸入空気量が或る一定量以上少ない領域ではリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは一定の値とされる。同様に、吸入空気量が或る一定量以上多い領域ではリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは一定の値とされる。
また、本実施形態では、図７（Ｂ）に示したように、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは、吸入空気量が増大するにつれて小さくなるように、すなわちリーン度合いが小さくなるように変更される。ただし、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは、吸入空気量にかかわらず常にリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも大きい値とされる。また、図７（Ｂ）に示した例では、吸入空気量が或る一定量以上少ない領域ではリーン設定空燃比ＡＦＴｌは一定の値とされる。同様に、吸入空気量が或る一定量以上少ない領域ではリーン設定空燃比ＡＦＴｌは一定の値とされる。
図８は、本実施形態に係るリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌの変更を行った際の、目標空燃比ＡＦＴ等のタイムチャートである。図８に示した例においても、基本的に、図５と同様な空燃比制御が行われている。
図８に示した例では、時刻ｔ5以前には、吸入空気量Ｇａが比較的少ない量でほぼ一定に維持されている。このときのリーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、それぞれ第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1及び第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1に設定される。ここで、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1の理論空燃比からの差は、第一リーン度合いΔＡＦＴｌ1となっている。また、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1の理論空燃比からの差は、第一リッチ度合いΔＡＦＴｒ1となっている。
したがって、時刻ｔ1において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比ＡＦＴが第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に切り替えられる。また、時刻ｔ3において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、目標空燃比ＡＦＴが第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1に切り替えられる。時刻ｔ5までは斯かるサイクルが繰り返される。
図８に示した例では、時刻ｔ5以後、吸入空気量Ｇａが徐々に増大せしめられる。これに伴って、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したようなマップに基づいて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが徐々に減少せしめられ（リーン度合いが小さくされ）、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが徐々に増大せしめられる（リッチ度合いが小さくされる）。したがって、時刻ｔ6において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比ＡＦＴは第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定される。加えて、時刻ｔ10において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比は第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1よりも更にリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定される。
同様に、時刻ｔ8において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、目標空燃比ＡＦＴは第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される。加えて、時刻ｔ12において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比以上になると、目標空燃比ＡＦＴは第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりも更にリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される。
図８に示した例では、時刻ｔ14まで吸入空気量Ｇａが増大し続け、時刻ｔ14以降は吸入空気量Ｇａが比較的多い量でほぼ一定に維持される。このときのリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1よりも小さい第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2に設定される。ここで、第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2の理論空燃比からの差は、第一リーン度合いΔＡＦＴｌ1よりも小さい第二リーン度合いΔＡＦＴｌ2となっている。一方、このときのリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりも大きい第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2に設定される。ここで、第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2の理論空燃比からの差は、第一リッチ度合いΔＡＦＴｒ1よりも小さい第二リッチ度合いΔＡＦＴｒ2となっている。
また、本実施形態では、吸入空気量が変化しても、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのいずれも変化せしめられない。したがって、図８に示した例では、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒはいずれも第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1及び第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1に維持される。加えて、本実施形態では、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは吸入空気量が多いときであっても弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ以上とされる。また、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは吸入空気量が多いときであっても弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ以下とされる。
ここで、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌよりもリーン度合いが大きいため、吸入空気量が増大したときに排気ガス中のＮＯｘが上流側排気浄化触媒２０にて浄化されずに流出しやすい。また、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒよりもリッチ度合いが大きいため、吸入空気量が増大したときに排気ガス中の未燃ガスが上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出しやすい。本実施形態によれば、燃焼室５への吸入空気量が多くなるほど、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合い及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いが低下せしめられる。このため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘや未燃ガスの流出を効果的に抑制することができる。
なお、上記実施形態では、吸入空気量に応じてリーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒの両方が変更されている。しかしながら、吸入空気量に応じて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのいずれか一方のみを変更し、他方を一定のまま維持するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流速を表すパラメータとして燃料室５への吸入空気量を用い、吸入空気量に基づいてリーン設定空燃比ＡＦＴｌ等を変更している。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流速は、他のパラメータに基づいて算出してもよい。したがって、例えば、機関負荷及び機関回転数に基づいて排気ガスの流速を算出してもよく、この場合には機関負荷及び機関回転数に基づいてリーン設定空燃比ＡＦＴｌ等が変更せしめられる。
＜フローチャート＞
図９は、目標空燃比の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
図９に示したように、まず、ステップＳ１１において目標空燃比ＡＦＴの算出条件が成立しているか否かが判定される。目標空燃比ＡＦＴの算出条件が成立している場合とは、通常制御中であること、例えば燃料カット制御中ではないこと等が挙げられる。ステップＳ１１において目標空燃比ＡＦＴの算出条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１２へと進む。
ステップＳ１２では、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。リーン設定フラグＦｌは、目標空燃比がリーン空燃比に設定されているときにはＯＮとされ、それ以外のときにはＯＦＦとされるフラグである。ステップＳ１２においてリーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。
ステップＳ１３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいか否かが判定される。出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に近づき、リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さくなると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１４からステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、目標空燃比ＡＦＴが弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼゼロになって下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１３からステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌに設定される。次いで、ステップＳ１８では、リーン設定フラグＦｌがＯＮにセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
リーン設定フラグＦｌがＯＮにセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１２からステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。
ステップＳ１９において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいか否かが判定される。出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合には、ステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、目標空燃比ＡＦＴが引き続きリーン設定空燃比ＡＦＴｌに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比に近づき、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きくなると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ２０からステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、目標空燃比ＡＦＴが弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼ最大吸蔵可能酸素量になって下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１９からステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒに設定される。次いで、ステップＳ２４では、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦにリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
図１０は、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
まず、ステップＳ３１において、エアフロメータ３９によって燃焼室５への吸入空気量Ｇａが算出される。次いで、ステップＳ３２では、ステップＳ３１において検出された吸入空気量Ｇａに基づいて、図７（Ａ）に示したマップを用いてリッチ設定空燃比ＡＦＴｒが算出される。算出されたリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、図９のステップＳ１５、Ｓ２３において用いられる。次いで、ステップＳ３３では、ステップＳ３１において検出された吸入空気量Ｇａに基づいて、図７（Ｂ）に示したマップを用いてリーン設定空燃比ＡＦＴｌが算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。算出されたリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、図９のステップＳ１７、Ｓ２１において用いられる。
＜第一実施形態の変形例＞
次に、図１１及び図１２を参照して、第一実施形態の変形例に係る制御装置について説明する。第一実施形態に係る制御装置では、吸入空気量に応じて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのみを変更していた。これに対して、第一実施形態の変形例に係る制御装置では、吸入空気量に応じて、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒを変更するようにしている。
具体的には、図７（Ｃ）に示したように、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、吸入空気量が増大するにつれて大きくなるように、すなわちリッチ度合いが小さくなるように変更される。ただし、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、吸入空気量にかかわらず常にリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも小さい値とされる。また、図７（Ａ）に示したリッチ設定空燃比と比較してわかるように、吸入空気量が同一であれば、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒよりも大きな値（リッチ度合いが小さい値）とされる。
同様に、本変形では、図７（Ｄ）に示したように、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、吸入空気量が増大するにつれて小さくなるように、すなわちリーン度合いが小さくなるように変更される。ただし、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、吸入空気量にかかわらず、常にリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも大きい値とされる。また、図７（Ｂ）に示したリーン設定空燃比と比較してわかるように、吸入空気量が同一であれば、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、リーン設定空燃比ＡＦＴｌよりも小さな値（リーン度合いが小さい値）とされる。
図１１は、本変形例に係るリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ等の変更を行った際の、目標空燃比ＡＦＴ等の図８と同様なタイムチャートである。図１１に示した例でも、時刻ｔ5以前には、吸入空気量Ｇａが比較的少ない量でほぼ一定に維持されている。このときの弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、それぞれ第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1及び第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1に設定される。ここで、第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1の理論空燃比からの差は、第一リーン度合いΔＡＦＴｓｌ1となっている。また、第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1の理論空燃比からの差は、第一リッチ度合いΔＡＦＴｓｒ1となっている。
したがって、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下からリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きい空燃比に変化すると、目標空燃比ＡＦＴが第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1に切り替えられる。また、時刻ｔ4において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上からリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さい空燃比に変化すると、目標空燃比ＡＦＴが第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1に切り替えられる。その後、時刻ｔ7までは、斯かるサイクルが繰り返される。
図１１に示した例では、時刻ｔ5以降、吸入空気量Ｇａが徐々に増大せしめられる。これに伴って、図８に示した例と同様に、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが減少せしめられ、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが増大せしめられる。加えて、図１１に示した例では、吸入空気量Ｇａの増大に伴って、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）に示したようなマップに基づいて、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌが徐々に減少せしめられ（リーン度合いが小さくされ）、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒが徐々に増大せしめられる（リッチ度合いが小さくされる）。したがって、時刻ｔ7では、目標空燃比ＡＦＴは第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定され、時刻ｔ11では目標空燃比ＡＦＴは第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1よりも更にリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定される。同様に、時刻ｔ9では、目標空燃比ＡＦＴは第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される。加えて、時刻ｔ13では、目標空燃比ＡＦＴは第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1よりも更にリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される。
図１１に示した例では、図８に示した例と同様に、時刻ｔ14以降は吸入空気量Ｇａが比較的多い量でほぼ一定に維持される。このときの弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1よりも小さい第二弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ2に設定される。ここで、第二弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ2の理論空燃比からの差は、第一リーン度合いΔＡＦＴｓｌ1よりも小さい第二リーン度合いΔＡＦＴｓｌ2となっている。一方、このときの弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1よりも大きい第二弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ2に設定される。ここで、第二弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ2の理論空燃比からの差は、第一リッチ度合いΔＡＦＴｓｒ1よりも小さい第二リッチ度合いΔＡＦＴｓｒ2となっている。
ここで、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌはリーン設定空燃比ＡＦＴｌよりもリーン度合いが小さく、また、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒもリッチ設定空燃比ＡＦＴｒよりもリッチ度合いが小さい。しかしながら、このようにリーン度合いやリッチ度合いが小さい場合であっても、吸入空気量が増大したときには、ＮＯｘや未燃ガスが流出する可能性がある。
また、図５を参照すると、時刻ｔ1〜ｔ3辺りにおいては、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ空燃比となっており、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスを含む排気ガスが流出していることがわかる。このとき流出する未燃ガスは、吸入空気量が多いほど且つ弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのリッチ度合いが大きいほど多くなる。また、図５の時刻ｔ4〜ｔ6辺りにおいては、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン空燃比となり、上流側排気浄化触媒２０から酸素及びＮＯｘを含む排気ガスが流出していることがわかる。このとき流出するＮＯｘは、吸入空気量が多いほど且つ弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌのリーン度合いが大きいほど多くなる。
これに対して、本変形例の制御装置では、燃焼室５への吸入空気量が多くなるほど、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌのリーン度合い及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのリッチ度合いが低下せしめられる。このため、目標空燃比ＡＦＴが弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌや弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに設定されているときの、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘや未燃ガスの流出を効果的に抑制することができる。加えて、図５の時刻ｔ1〜ｔ3辺りにおける未燃ガスの流出や時刻ｔ4〜ｔ6辺りにおけるＮＯｘの流出を抑制することができる。
なお、上記実施形態及びその変形例では、吸入空気量が増大したときに、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合い及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いを小さくしている。しかしながら、図１２に示したように、吸入空気量が増大したときでも、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合い及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いをそのまま維持してもよい。この場合、吸入空気量が増大したときには、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌのリーン度合い及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのリッチ度合いを小さくしている。
また、図８、図１１及び図１２に示した例では、時刻ｔ1〜ｔ2、ｔ6〜ｔ7、ｔ10〜ｔ11等の各期間中、目標空燃比ＡＦＴは一定のリーン設定空燃比ＡＦＴｌに維持される。しかしながら、各期間においてリーン設定空燃比ＡＦＴｌは一定でなくてもよい。この場合、時刻ｔ6〜ｔ7におけるリーン設定空燃比ＡＦＴｌの平均値は、時刻ｔ1〜ｔ2におけるリーン設定空燃比ＡＦＴｌの平均値よりもリーン度合いが小さくなる。加えて、時刻ｔ10〜ｔ11におけるリーン設定空燃比ＡＦＴｌの平均値は、時刻ｔ1〜ｔ2におけるリーン設定空燃比ＡＦＴｌの平均値よりもより更にリーン度合いが小さくなる。同様なことは、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒにもいえる。
また、上記実施形態及びその変形例では、目標空燃比ＡＦＴをリッチ空燃比に設定している間にそのリッチ度合いが低減せしめられる（例えば、図５の時刻ｔ6）。しかしながら、目標空燃比ＡＦＴをリッチ空燃比に設定している間、そのリッチ度合いが一定に維持されていてもよい（例えば、リッチ設定空燃比にて一定に維持）。同様に、上記実施形態及びその変形例では、目標空燃比ＡＦＴをリーン空燃比に設定している間にそのリーン度合いが低減せしめられる（例えば、図５の時刻ｔ3）。しかしながら、目標空燃比ＡＦＴをリーン空燃比に設定している間、そのリーン度合いが一定に維持されていてもよい（例えば、リーン設定空燃比にて一定に維持）。この場合には、吸入空気量が増大すると、リッチ設定空燃比のリッチ度合いやリーン設定空燃比のリーン度合いが小さくされることになる。
以上をまとめて表現すると、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに目標空燃比がリーン空燃比に設定される。加えて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比がリッチ空燃比に設定される。そして、流速検出装置（例えば、エアフロメータ３９）によって検出又は推定された上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流速が速くなるような変化が発生した場合には、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いが低下せしめられること、及び目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いが低下せしめられることのうち少なくとも何れか一方が行われる。
＜第二実施形態＞
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の第二実施形態に係る制御装置について説明する。第二実施形態に係る制御装置の構成及び制御は、基本的に第一実施形態に係る制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第一実施形態では、吸入空気量に基づいてリッチ設定空燃比等を変更しているのに対して、第二実施形態では排気浄化触媒の温度等に基づいてリッチ設定空燃比等を変更している。
ところで、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じてその浄化能力が変化する。すなわち、上流側排気浄化触媒２０の温度が高くなるほど、上流側排気浄化触媒２０において担持されている貴金属の活性が高くなる。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中のＮＯｘや未燃ガスを浄化し易くなる。逆に考えると、上流側排気浄化触媒２０の温度が低くなるほど、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中のＮＯｘや未燃ガスの浄化率が低下する。
この結果、例えば、上流側排気浄化触媒２０の温度が低く且つ上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ度合いの大きいリッチである場合には、上流側排気浄化触媒２０から浄化されていない未燃ガスを含んだ排気ガスが流出してしまう。同様に、例えば、上流側排気浄化触媒２０の温度が低く且つ上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン度合いの大きいリーンである場合には、上流側排気浄化触媒２０から浄化されていないＮＯｘを含んだ排気ガスが流出してしまうことになる。したがって、排気ガス中に含まれているＮＯｘや未燃ガスの浄化という観点からは、上流側排気浄化触媒２０の温度が低くなるほど排気ガスの空燃比のリッチ度合い又はリーン度合いを小さくすることが必要である。
そこで、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じて、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合い及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合いを変更するようにしている。具体的には、図１３（Ａ）に示したように、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、上流側排気浄化触媒２０の温度が高くなるにつれて小さくなるように、すなわちリッチ度合いが大きくなるように変更される。同様に、本実施形態では、図１３（Ｂ）に示したように、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは、上流側排気浄化触媒２０の温度が高くなるにつれて大きくなるように、すなわちリーン度合いが大きくなるように変更される。
図１４は、本実施形態に係るリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌの変更を行った際の、目標空燃比ＡＦＴ等の図８と同様なタイムチャートである。
図１４に示した例では、時刻ｔ5以降、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃが徐々に低下せしめられる。これに伴って、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示したようなマップに基づいて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合いが徐々に小さくされ、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いが徐々に小さくされる。
図１４に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の温度が時刻ｔ14まで低下し続け、時刻ｔ14以降は比較的低い温度でほぼ一定に維持されている。このときのリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1よりも小さい第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2に設定される。一方、このときのリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりも大きい第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2に設定される。
また、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が変化しても、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのいずれも変化せしめられない。したがって、図１４に示した例では、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒはいずれも第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1及び第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1に維持される。
このように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が低くなると、すなわち上流側排気浄化触媒２０の浄化能力が低下すると、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合い及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いが低下せしめられる。このため、上流側排気浄化触媒２０の浄化能力の低下に伴って、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘや未燃ガスが流出するのを効果的に抑制することができる。
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じてリーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒの両方が変更されている。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのいずれか一方のみを変更し、他方を一定のまま維持するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じて、すなわち上流側排気浄化触媒２０のＮＯｘや未燃ガスの浄化能力に応じて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌ等を変更している。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０の浄化能力を示す浄化能力パラメータであれば、上流側排気浄化触媒２０の温度以外のパラメータに応じてリーン設定空燃比ＡＦＴｌ等を変更してもよい。
このような浄化能力パラメータとしては、例えば、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが挙げられる。上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高いと、上流側排気浄化触媒２０において担持されている貴金属の表面積が減少し、上流側排気浄化触媒２０の浄化能力が低下する。したがって、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高くなると、上流側排気浄化２０の温度が低下したときと同様にリーン設定空燃比ＡＦＴｌ等が変更せしめられる。
ここで、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いは、様々な方法で検出することができる。例えば、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高くなると、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが低下する。そこで、図５に示したような制御を行っている場合に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比に達してからリーン判定空燃比に達するまでの間に上流側排気浄化触媒に流入した積算酸素量（最大吸蔵可能酸素量に相当）に基づいて劣化度合いを推定することができる。この場合、積算酸素量が少ないほど上流側排気浄化触媒２０の劣化度合いが高いと判定されることになる。
＜第二実施形態の変形例＞
次に、図１５〜図１７を参照して、第二実施形態の変形例に係る制御装置について説明する。第二実施形態の変形例に係る制御装置では、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じて、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒを変更するようにしている。
具体的には、図１３（Ｃ）に示したように、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、上流側排気浄化触媒２０の温度が高くなるにつれて小さくなるように、すなわちリッチ度合いが大きくなるように変更される。また、図１３（Ａ）に示したリッチ設定空燃比と比較してわかるように、上流側排気浄化触媒２０の温度が同一であれば、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒよりも大きな値（リッチ度合いが小さい値）とされる。
同様に、本変形例では、図１３（Ｄ）に示したように、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、上流側排気浄化触媒２０の温度が高くなるにつれて大きくなるように、すなわちリーン度合いが大きくなるように変更される。また、図１３（Ｂ）に示したリーン設定空燃比と比較してわかるように、上流側排気浄化触媒２０の温度が同一であれば、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、リーン設定空燃比ＡＦＴｌよりも小さな値（リーン度合いが小さい値）とされる。
図１５は、本変形例に係るリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ等の変更を行った際の、目標空燃比ＡＦＴ等の図１４と同様なタイムチャートである。図１５に示した例では、時刻ｔ5以降、上流側排気浄化触媒２０の温度が徐々に低下せしめられる。これに伴って、図１４に示した例と同様に、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが減少せしめられ、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが増大せしめられる。
加えて、図１５に示した例では、吸入空気量Ｇａの増大に伴って、図１３（Ｃ）及び図１３（Ｄ）に示したようなマップに基づいて、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌが徐々に減少せしめられ（リーン度合いが小さくされ）、弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒが徐々に増大せしめられる（リッチ度合いが小さくされる）。したがって、時刻ｔ7では、目標空燃比ＡＦＴは第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定され、時刻ｔ11では目標空燃比ＡＦＴは第一弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ1よりも更にリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定される。同様に、時刻ｔ9では、目標空燃比ＡＦＴは第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される。加えて、時刻ｔ11では、目標空燃比ＡＦＴは第一弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒ1よりも更にリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定される。
ここで、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌや弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのようにリーン度合いやリッチ度合いが小さい場合であっても、上流側排気浄化触媒２０の温度が低いときには、ＮＯｘや未燃ガスが流出する可能性がある。これに対して、本変形例の制御装置では、上流側排気浄化触媒２０の温度が低くなるほど、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌのリーン度合い及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのリッチ度合いが低下せしめられる。このため、目標空燃比ＡＦＴが弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌや弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒに設定されているときの、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘや未燃ガスの流出を効果的に抑制することができる。加えて、図５の時刻ｔ1〜ｔ3辺りにおける未燃ガスの流出量や時刻ｔ4〜ｔ6辺りにおけるＮＯｘの流出量を抑制することができる。
図１６は、本変形例におけるリッチ設定空燃比等の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
まず、ステップＳ４１において、上流側排気浄化触媒２０の温度センサ４６によって上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔｃが検出される。次いで、ステップＳ４２では、ステップＳ４１において検出された温度Ｔｃに基づいて、図１３（Ａ）に示したマップを用いてリッチ設定空燃比ＡＦＴｒが算出される。算出されたリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは、図９のステップＳ１５、Ｓ２３において用いられる。次いで、ステップＳ４３では、ステップＳ４１において検出された温度Ｔｃに基づいて、図１３（Ｂ）に示したマップを用いてリーン設定空燃比ＡＦＴｌが算出される。算出されたリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、図９のステップＳ１７、Ｓ２１において用いられる。
次いで、ステップＳ４４では、ステップＳ４１において検出された温度Ｔｃに基づいて、図１３（Ｃ）に示したマップを用いて弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒが算出される。算出された弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒは、図９のステップＳ１６において用いられる。次いで、ステップＳ４５では、ステップＳ４１において検出された温度Ｔｃに基づいて、図１３（Ｄ）に示したマップを用いて弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌが算出される。算出された弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌは、図９のステップＳ２２において用いられる。
なお、上記実施形態及びその変形例では、上流側排気浄化触媒２０の温度が低下したときに、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合い及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いを小さくしている。しかしながら、図１７に示したように、上流側排気浄化触媒２０の温度が低下したときでも、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合い及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのリッチ度合いをそのまま維持してもよい。この場合、上流側排気浄化触媒２０の温度が低下したときには、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌのリーン度合い及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒのリッチ度合いを小さくしている。
また、図１４、図１５及び図１７に示した例では、時刻ｔ1〜ｔ2、ｔ6〜ｔ7、ｔ10〜ｔ11等の各期間中、目標空燃比ＡＦＴは一定のリーン設定空燃比ＡＦＴｌに維持される。しかしながら、各期間においてリーン設定空燃比ＡＦＴｌは一定でなくてもよい。同様なことは、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ、弱リーン設定空燃比ＡＦＴｓｌ及び弱リッチ設定空燃比ＡＦＴｓｒにもいえる。
以上をまとめて表現すると、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに目標空燃比がリーン空燃比に設定される。加えて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比がリッチ空燃比に設定される。そして、浄化能力検出装置（例えば、上流側排気浄化触媒２０の温度センサ）によって検出又は推定された浄化能力パラメータの値に浄化能力の低下を示す変化が発生した場合には、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いを低下させること、及び目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いを低下させることのうち少なくとも何れか一方が行われる。
１ 機関本体
５ 燃焼室
７ 吸気ポート
９ 排気ポート
１９ 排気マニホルド
２０ 上流側排気浄化触媒
２４ 下流側排気浄化触媒
３１ ＥＣＵ
４０ 上流側空燃比センサ
４１ 下流側空燃比センサ
４６ 温度センサ
４７ 温度センサ

Claims (11)

  1. 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒を流通する排気ガスの流速を検出又は推定する流速検出装置とを具備する内燃機関の制御装置において、
    当該制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように該排気ガスの空燃比をフィードバック制御し、
    前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定し、且つ、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定し、
    前記流速検出装置によって検出又は推定された前記排気浄化触媒を流通する排気ガスの流速が速くなるような変化が発生した場合には、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いを低下させること、及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いを低下させることのうち少なくとも何れか一方を行う、内燃機関の制御装置。
  2. 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に該排気浄化触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒の浄化能力を示す浄化能力パラメータの値を検出又は推定する浄化能力検出装置とを具備する内燃機関の制御装置において、
    当該制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように該排気ガスの空燃比をフィードバック制御し、
    前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定し、且つ、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定し、
    前記浄化能力検出装置によって検出又は推定された浄化能力パラメータの値に浄化能力の低下を示す変化が発生した場合には、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリーン度合いを低下させること、及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている期間中のうち少なくとも一部の期間においてそれまでよりもリッチ度合いを低下させることのうち少なくとも何れか一方を行う、内燃機関の制御装置。
  3. 前記浄化能力パラメータは、前記排気浄化触媒の温度又は該排気浄化触媒の劣化度合いである、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に設定し、
    前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になる前のリーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定し、
    前記変化が発生した場合には、前記リーン設定空燃比のリーン度合いを低下させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記変化が発生した場合には、前記リーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上になるまでの間の空燃比のリーン度合いを低下させる、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
  6. 当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に設定し、
    前記目標空燃比が前記リーン設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になる前のリーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比を前記リーン設定空燃比よりもリーン度合いの小さいリーン空燃比に設定し、
    前記変化が発生した場合には、前記リーン度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上になるまでの間の空燃比のリーン度合いを低下させる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記リーン度合いを低下させたときであっても、前記目標空燃比はリーン判定空燃比以上とされる、請求項４〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に設定し、
    前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になる前のリッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比を前記リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定し、
    前記変化が発生した場合には、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを低下させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  9. 前記変化が発生した場合には、前記リッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの間の空燃比のリッチ度合いを低下させる、請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
  10. 当該制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に設定し、
    前記目標空燃比が前記リッチ設定空燃比に設定された後であって前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になる前のリッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比を前記リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの小さいリッチ空燃比に設定し、
    前記変化が発生した場合には、前記リッチ度合い変更時期から前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまでの間の空燃比のリッチ度合いを低下させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
  11. 前記リッチ度合いを低下させたときであっても、前記目標空燃比はリッチ判定空燃比以下とされる、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
JP2014153229A 2014-07-28 2014-07-28 内燃機関の制御装置 Expired - Fee Related JP6156278B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014153229A JP6156278B2 (ja) 2014-07-28 2014-07-28 内燃機関の制御装置
PCT/JP2015/003788 WO2016017154A1 (en) 2014-07-28 2015-07-28 Control system of internal combustion engine
CN201580041060.0A CN106574565B (zh) 2014-07-28 2015-07-28 内燃机的控制系统
US15/329,440 US10781765B2 (en) 2014-07-28 2015-07-28 Control system of internal combustion engine
EP15750142.0A EP3175102B1 (en) 2014-07-28 2015-07-28 Control system of an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014153229A JP6156278B2 (ja) 2014-07-28 2014-07-28 内燃機関の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016031038A true JP2016031038A (ja) 2016-03-07
JP6156278B2 JP6156278B2 (ja) 2017-07-05

Family

ID=53836149

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014153229A Expired - Fee Related JP6156278B2 (ja) 2014-07-28 2014-07-28 内燃機関の制御装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10781765B2 (ja)
EP (1) EP3175102B1 (ja)
JP (1) JP6156278B2 (ja)
CN (1) CN106574565B (ja)
WO (1) WO2016017154A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124152A (ja) * 2018-01-15 2019-07-25 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 排気ガス浄化装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1144211A (ja) * 1997-05-26 1999-02-16 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒被毒再生装置
JP2008298044A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JP2016003640A (ja) * 2014-06-19 2016-01-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2016031041A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3757433B2 (ja) 1995-05-18 2006-03-22 三菱自動車工業株式会社 エンジンの排気ガス浄化装置
US6530214B2 (en) * 2001-02-05 2003-03-11 Denso Corporation Air-fuel ratio control apparatus having sub-feedback control
JP2005330870A (ja) * 2004-05-19 2005-12-02 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の排気浄化装置
EP1734240B1 (en) * 2005-06-17 2008-05-07 Ford Global Technologies, LLC Method for operating an exhaust gas purification system
JP4497132B2 (ja) * 2006-06-16 2010-07-07 トヨタ自動車株式会社 触媒劣化検出装置
JP4877246B2 (ja) * 2008-02-28 2012-02-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
JP5310444B2 (ja) * 2009-09-28 2013-10-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
US20120067028A1 (en) * 2010-02-22 2012-03-22 Clerc James C Aftertreatment catalyst degradation compensation
RU2566093C2 (ru) 2011-05-16 2015-10-20 Тойота Дзидося Кабусики Кайся Устройство, регулирующее отношение компонентов топливовоздушной смеси для двигателя внутреннего сгорания
JP2013148024A (ja) * 2012-01-19 2013-08-01 Mitsubishi Motors Corp 運転支援装置
KR101780878B1 (ko) 2013-01-29 2017-09-21 도요타지도샤가부시키가이샤 내연 기관의 제어 장치
JP6201765B2 (ja) 2014-01-10 2017-09-27 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP6260452B2 (ja) 2014-05-23 2018-01-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP6337819B2 (ja) 2015-03-30 2018-06-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1144211A (ja) * 1997-05-26 1999-02-16 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒被毒再生装置
JP2008298044A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JP2016003640A (ja) * 2014-06-19 2016-01-12 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2016031041A (ja) * 2014-07-28 2016-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019124152A (ja) * 2018-01-15 2019-07-25 株式会社Ｓｕｂａｒｕ 排気ガス浄化装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN106574565B (zh) 2019-10-18
US20170211496A1 (en) 2017-07-27
EP3175102B1 (en) 2022-05-04
WO2016017154A1 (en) 2016-02-04
EP3175102A1 (en) 2017-06-07
US10781765B2 (en) 2020-09-22
CN106574565A (zh) 2017-04-19
JP6156278B2 (ja) 2017-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6237460B2 (ja) 内燃機関の異常診断装置
JP6256240B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6323403B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
WO2014118889A1 (ja) 内燃機関の制御装置
WO2014118890A1 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5110205B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2016169664A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP6252357B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015071963A (ja) 内燃機関の制御装置
JP6107674B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6589938B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2017002843A (ja) 内燃機関
JP6296019B2 (ja) 内燃機関
JP6269367B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2019085961A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2016031039A (ja) 内燃機関
JP6268976B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6056726B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6361699B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6260452B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6156278B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015229995A (ja) 内燃機関の制御装置
JP6201765B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015222052A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2019065797A (ja) 内燃機関の排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161018

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170522

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6156278

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees