JP6260452B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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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を設け、この空燃比センサの出力に基づいて内燃機関の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（以下、単に「上流側」という）に空燃比センサを設けると共に、排気流れ方向下流側（以下、単に「下流側」という）に酸素センサを設けたものが知られている（例えば、特許文献１、２）。
例えば、特許文献１に記載された制御装置では、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量とゼロとの間で交互に変動するように、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り替えられる。特に、特許文献１に記載された制御装置では、交互に切り替えられるリッチ空燃比のリッチ度合いは、交互に切り替えられるリーン空燃比のリーン度合いよりも大きくなるように設定される。特許文献１によれば、これにより、目標空燃比をリーン空燃比とするときにそのリーン度合いが小さいため、目標空燃比をリーン空燃比に設定している際に大きなトルク変動が生じることを抑制することができるとされている。
特開２００４−２８５９４８号公報 特開２００４−２５１１２３号公報
ところで、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力は、酸素の吸放出を繰り返すことにより維持される。したがって、排気浄化触媒が酸素を吸蔵した状態や、酸素を放出した状態に長時間に亘って維持されると、その酸素吸蔵能力が低下し、排気浄化触媒の浄化性能の低下を招く。具体的には、例えば、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量が低下することになる。したがって、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、特許文献１に記載された制御装置と同様に、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定することが有効である。
ここで、本願の発明者らによれば、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力は、目標空燃比がリーン空燃比であるときのリーン度合い（理論空燃比からの差）及び目標空燃比がリッチ空燃比であるときのリッチ度合い（理論空燃比からの差）が大きいほど、高く維持されることがわかっている。したがって、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、目標空燃比をリーン度合いの大きいリーン空燃比とリッチ度合いの大きいリッチ空燃比との間で交互に変動させることが好ましい。
一方、目標空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いを大きくすると、排気浄化触媒に一時的に多量の未燃ガスやＮＯｘ等を含む排気ガスが流入したときや、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量又はゼロに達したときに、排気浄化触媒から流出する未燃ガスやＮＯｘの量が多くなってしまう。
そこで、上記課題に鑑みて本発明の目的は、排気浄化触媒から流出する未燃ガスやＮＯｘの量を少なく抑えつつ、排気浄化触媒の浄化性能を高く維持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、該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前記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制御する空燃比制御装置とを具備する、内燃機関の制御装置において、前記目標空燃比は、前記下流側空燃比センサによって検出された排気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理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定され、且つ、前記下流側空燃比センサによって検出された排気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理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定され、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リーン度合い及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられる、内燃機関の制御装置が提供される。
第２の発明では、第１の発明において、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリーン度合いの最大値及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリッチ度合いの最大値の少なくとも何れか一方が増大せしめられる。
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに、前記目標空燃比は理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に切り替えられ、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によって検出される排気空燃比が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によって検出された排気空燃比がリーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比は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され、前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに、前記目標空燃比は理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に切り替えられ、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によって検出される排気空燃比が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よって検出された排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比は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される。
第４の発明では、第３の発明において、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リーン設定空燃比のリーン度合い及び前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられ、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リッチ度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リッチ度合い及び前記リーン度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リーン度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられる。
第５の発明では、第３の発明において、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リーン設定空燃比のリーン度合い及び前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられ、前記リッチ度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リーン度合い及び前記リーン度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リッチ度合いは、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合と機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合との間で変更されない。
本発明によれば、排気浄化触媒から流出する未燃ガスやＮＯｘの量を少なく抑えつつ、排気浄化触媒の浄化性能を高く維持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、空燃比補正量等のタイムチャートである。 図６は、各設定空燃比の設定制御を行う際における目標空燃比等の、図５と同様なタイムチャートである。 図７は、制御装置の機能ブロック図である。 図８は、空燃比補正量の算出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９は、リッチ設定空燃比及びリーン設定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、各設定空燃比の設定制御を行う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。
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は三元触媒とは異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。
一方、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（制御中心となる空燃比）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（制御中心となる空燃比）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、空燃比補正量ＡＦＣ、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。
なお、空燃比補正量ＡＦＣは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は制御中心となる空燃比（以下、「制御中心空燃比」という）に等しい空燃比（本実施形態では、理論空燃比）とされ、空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリーンな空燃比（本実施形態では、リーン空燃比）となり、空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリッチな空燃比（本実施形態では、リッチ空燃比）となる。また、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて空燃比補正量ＡＦＣを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量ＡＦＣに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ（弱リッチ設定空燃比に相当）に設定されている。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、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き（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、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ（リーン設定空燃比に相当）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、空燃比補正量ＡＦＣ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極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、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ（弱リーン設定空燃比に相当）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、空燃比補正量ＡＦＣを弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量から弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ（弱リッチ設定空燃比に相当）に切り替えられる。
時刻ｔ6において、空燃比補正量ＡＦＣを弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ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＞
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、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且つ上流側排気浄化触媒２０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）の流出が止まり且つ上流側排気浄化触媒２０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、下流側におい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、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦｌｅａｎから弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられる。しかしながら、これら空燃比補正量ＡＦＣ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、これら空燃比補正量ＡＦＣ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、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量に切り替えられる。
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、空燃比補正量ＡＦＣを弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦｃを弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ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がリーン設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がリッチ設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、空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定空燃比ＡＦＣｌｅａｎに一定に維持される。しかしながら、斯かる期間中、空燃比補正量ＡＦＣ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）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、空燃比補正量ＡＦＣは弱リーン設定空燃比ＡＦＣｌｅａｎに一定に維持される。しかしながら、斯かる期間中、空燃比補正量ＡＦＣ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）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。
＜空燃比制御における問題点＞
ところで、上述した空燃比制御においては、目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比との間で交互に切り替えられる。そして、リッチ設定空燃比及び弱リッチ設定空燃比のリッチ度合い（理論空燃比からの差）は、比較的小さく抑えられる。これは、内燃機関を搭載した車両の急加速等により上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が一時的に乱れた場合や、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上流側排気浄化触媒２０からリッチ空燃比の排気ガスが流出した場合に、排気ガス中の未燃ガスの濃度をできるだけ低く抑えるためである。
同様に、リーン設定空燃比及び弱リーン設定空燃比のリーン度合い（理論空燃比からの差）も、比較的小さく抑えられる。これは、内燃機関を搭載した車両の急減速等により上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が一時的に乱れた場合や、何らかの要因で上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達して上流側排気浄化触媒２０からリーン空燃比の排気ガスが流出した場合に、排気ガス中のＮＯｘの濃度をできるだけ低く抑えるためである。
一方、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いに応じて変化する。具体的には、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いが大きい方が、排気浄化触媒に吸蔵可能な酸素量を多いものとすることができる。ところが、上述したように、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中の未燃ガス濃度やＮＯｘ濃度という観点から、リッチ設定空燃比及び弱リッチ設定空燃比のリッチ度合い並びにリーン設定空燃比及び弱リーン設定空燃比のリーン度合いは比較的小さく抑えられる。このため、このような制御を行うと、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力を十分に高く維持することができない。
ここで、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの一時的な乱れ（外乱）が生じるのは、機関運転状態が定常運転状態でないときである。逆に言うと、機関運転状態が定常運転状態となっているときには、外乱が生じにくい。加えて、機関負荷が低いほど、すなわち機関運転状態が低負荷運転状態であるほど、一時的な乱れが生じたとしても、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比に生じる変化が小さい。
このため、機関運転状態が定常運転状態となっているときや機関運転状態が低負荷運転状態であるときには、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を大きくしても、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘや未燃ガスが流出する可能性は低く、また、仮に上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘや未燃ガスが流出してもその量を低く抑えることができる。なお、機関運転状態が定常運転状態にあるときとは、例えば、内燃機関の機関負荷の単位時間当たりの変化量が予め定められた変化量以下であるとき、或いは内燃機関の吸入空気量の単位時間当たりの変化量が予め定められた変化量以下であるときである。
＜各設定空燃比の設定制御＞
そこで、本実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときには、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、目標空燃比をリッチ空燃比としているときのリッチ度合い及び目標空燃比をリーン空燃比としているときのリーン度合いを大きくするようにしている。なお、本明細書における低負荷、中負荷及び高負荷については、全機関負荷を三等分したときに、最も低い負荷領域を低負荷、中程度の負荷領域を中負荷、最も高い負荷領域を高負荷と称している。
図６は、各設定空燃比の設定制御を行う際における目標空燃比等の、図５と同様なタイムチャートである。図６に示した例では、時刻ｔ9まで、図５に示した例と同様な制御が行われている。したがって、時刻ｔ1、ｔ5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以下になったときに、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定空燃比ＡＦＣｌｅａｎ1（以下、「通常時リーン設定空燃比」という）に切り替えられる。その後、時刻ｔ2、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よりも大きくなると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定空燃比ＡＦＣｓｌｅａｎ1（以下、「通常時弱リーン設定空燃比」という）に切り替えられる。
一方、時刻ｔ3、ｔ7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以上になったときに、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定空燃比ＡＦＣｒｉｃｈ1（以下、「通常時リッチ設定空燃比」という）に切り替えられる。その後、時刻ｔ4、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よりも小さくなると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定空燃比ＡＦＣｓｒｉｃｈ1（以下、「通常時弱リッチ設定空燃比」という）に切り替えられる。なお、時刻ｔ9までは、機関運転状態は定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にはなっていない。このため、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態になっているときにオンにされる定常・低負荷フラグは、オフとされている。
一方、時刻ｔ9において、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態になると、したがって定常・低負荷フラグがオンにされると、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ、弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及び弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ（以下、これらをまとめて「設定補正量」という）の絶対値が増大せしめられる。
この結果、時刻ｔ9において、空燃比補正量ＡＦＣが、通常時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ1から、これよりも絶対値の大きい増大時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ2へ変更せしめられる。すなわち、目標空燃比が、通常時リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの大きい増大時リッチ設定空燃比とされる。したがって、時刻ｔ9以降、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度が速くなる。
その後、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、空燃比補正量ＡＦＣが、通常時リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ1よりも絶対値の大きい増大時リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ2へ切り替えられる。すなわち、目標空燃比が、通常時弱リーン設定空燃比よりもリーン度合いの大きい増大時弱リーン設定空燃比とされる。したがって、時刻ｔ10以降における上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度は、時刻ｔ1〜ｔ2、時刻ｔ5〜ｔ6における増加速度よりも速くなる。
時刻ｔ11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よりも大きくなると、空燃比補正量ＡＦＣが通常時弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ1よりも絶対値の大きい増大時弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ2へ切り替えられる。すなわち、目標空燃比が、通常時弱リーン設定空燃比よりもリーン度合いの大きい増大時弱リーン設定空燃比とされる。したがって、時刻ｔ11以降における上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度は、時刻ｔ2〜ｔ3、時刻ｔ6〜ｔ7における増加速度よりも速くなる。
その後、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ＡＦｌｅａｎ以上になると、空燃比補正量ＡＦＣが、通常時リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ1よりも絶対値の大きい増大時リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ2へ切り替えられる。すなわち、目標空燃比が、通常時リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの大きい増大時リッチ設定空燃比とされる。したがって、時刻ｔ12以降における上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は、時刻ｔ3〜ｔ4、時刻ｔ7〜ｔ8における減少速度よりも速くなる。
時刻ｔ13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よりも小さくなると、空燃比補正量ＡＦＣが通常時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ1よりも絶対値の大きい増大時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ2へ切り替えられる。すなわち、目標空燃比が、通常時弱リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの大きい増大時弱リッチ設定空燃比とされる。したがって、時刻ｔ13以降における上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は、時刻ｔ4〜ｔ5、時刻ｔ8〜ｔ9における減少速度よりも速くなる。その後、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にある限り、時刻ｔ10〜ｔ14の操作が繰り返される。
本実施形態によれば、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときに、リッチ設定空燃比及び弱リッチ設定空燃比のリッチ度合いが大きくされ、また、リーン設定空燃比及び弱リーン設定空燃比のリーン度合いが大きくされる。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できるだけ少なく抑えつつ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力をより高く維持することができる。
なお、上記実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときには、リッチ設定空燃比及び弱リッチ設定空燃比のリッチ度合い並びにリーン設定空燃比及び弱リーン設定空燃比のリーン度合いが共に大きくされている。しかしながら、必ずしもリッチ度合い及びリーン度合いの両方を大きくする必要はなく、これらリッチ度合い及びリーン空燃比のリーン度合いのうちのいずれか一方のみを増大してもよい。この場合には、上流側排気浄化触媒２０から流出するＮＯｘをできるだけ少なくするという観点から、リーン設定空燃比及び弱リーン設定空燃比のリーン度合いを増大させずにリッチ設定空燃比及び弱リッチ設定空燃比のリッチ度合いのみを増大させるのが好ましい。
また、上記実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態であるときに、設定空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いを増大させるようにしている。しかしながら、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態であるときを除けば、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態であるとき以外のときに、設定空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いを増大させてもよい。例えば、機関運転状態が定常運転状態であって中負荷運転状態又は中高負荷運転状態であるとき等に、設定空燃比のリッチ度合い及びリーン度合いを増大させてもよい。
＜具体的な制御の説明＞
次に、図７〜図９を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図７に示したように、Ａ１〜Ａ７の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図７を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックＡ１〜Ａ７における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。
＜燃料噴射量の算出＞
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、基本燃料噴射量算出手段Ａ２、及び燃料噴射量算出手段Ａ３が用いられる。
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、吸入空気流量Ｇａと、機関回転数ＮＥと、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気流量Ｇａはエアフロメータ３９によって計測され、機関回転数ＮＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。
基本燃料噴射量算出手段Ａ２は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１によって算出された筒内吸入空気量Ｍｃを、目標空燃比ＡＦＴで除算することにより、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＡＦＴ）。目標空燃比ＡＦＴは、後述する目標空燃比設定手段Ａ５によって算出される。
燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量算出手段Ａ２によって算出された基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに、後述するＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを加えることで燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＦｉ）。このようにして算出された燃料噴射量Ｑｉの燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１に対して噴射指示が行われる。
＜目標空燃比の算出＞
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、空燃比補正量算出手段Ａ４、及び目標空燃比設定手段Ａ５が用いられる。
空燃比補正量算出手段Ａ４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。具体的には、図８又は図９に示したフローチャートに基づいて空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
目標空燃比設定手段Ａ５は、制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比）ＡＦＲに、空燃比補正量算出手段Ａ４で算出された空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標空燃比ＡＦＴを算出する。このようにして算出された目標空燃比ＡＦＴは、基本燃料噴射量算出手段Ａ２及び後述する空燃比偏差算出手段Ａ６に入力される。
＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量の算出に当たっては、空燃比偏差算出手段Ａ６、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ７が用いられる。
空燃比偏差算出手段Ａ６は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ５によって算出された目標空燃比ＡＦＴを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＡＦＴ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標空燃比ＡＦＴに対する燃料供給量の過不足を表す値である。
Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ７は、空燃比偏差算出手段Ａ６によって算出された空燃比偏差ＤＡＦを、比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記式（２）に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＦｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＦｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ …（２）
なお、上記式（２）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、ＤＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差ＤＡＦと前回更新されていた空燃比偏差ＤＡＦとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、ＳＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値であり、この時間積分値ＤＤＡＦは前回更新された時間積分値ＤＤＡＦに今回更新された空燃比偏差ＤＡＦを加算することで算出される（ＳＤＡＦ＝ＤＤＡＦ＋ＤＡＦ）。
＜フローチャート＞
図８は、空燃比補正量の算出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８に示したように、まず、ステップＳ１１において空燃比補正量ＡＦＣの算出条件が成立しているか否かが判定される。空燃比補正量ＡＦＣ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において空燃比補正量ＡＦＣ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、すなわち空燃比補正量ＡＦＣが０以上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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ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、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ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、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦＣが引き続きリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設空燃比ＡＦＣｓｌｅａｎ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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ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９は、リッチ設定空燃比及びリーン設定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。
まず、ステップＳ３１において、機関運転状態が定常運転状態であって且つ機関低負荷運転状態にあるか否かが判定される。具体的には、例えば、負荷センサ４３によって検出された内燃機関の機関負荷の単位時間当たりの変化量が予め定められた変化量以下であるとき、或いはエアフロメータ３９によって検出された内燃機関の吸入空気量の単位時間当たりの変化量が予め定められた変化量以下であるときに機関運転状態が定常運転状態にあると判定され、それ以外のときには機関運転状態は過渡運転状態にある（定常運転状態にない）と判定される。
ステップＳ３１において、機関運転状態が定常運転状態にない或いは中高負荷運転状態にあると判定された場合には、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２ではリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈが通常時リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ1とさる。したがって、図８に示したフローチャートのステップＳ１５、Ｓ２３において、空燃比補正量ＡＦＣは、通常時リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ1とさる。加えて、ステップＳ３２では、弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈが通常時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ1とさる。したがって、図８に示したフローチャートのステップＳ１６において、空燃比補正量ＡＦＣは、通常時リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ1とさる。
次いで、ステップＳ３３では、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎが通常時リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ1とさる。したがって、図８に示したフローチャートのステップＳ１７、Ｓ２１において、空燃比補正量ＡＦＣは、通常時リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ1とさる。加えて、ステップＳ３３では、弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎが通常時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ1とさる。したがって、図８に示したフローチャートのステップＳ２２において、空燃比補正量ＡＦＣは、通常時リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ1とさる。
一方、ステップＳ３１において、機関運転状態が定常運転状態であって且つ機関低負荷運転状態にあると判定された場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈが増大時リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ2とさる。加えて、弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈが増大時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ2とさる。次いで、ステップＳ３５では、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎが増大時リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ2とさる。加えて、弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎが増大時弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ2とさる。
＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときには、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ、弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎ、リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ及び弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈ全ての絶対値が増大せしめられる。しかしながら、必ずしもこれら全ての絶対値を大きくする必要はなく、これらのうち少なくとも一つの設定補正量の絶対を増大させればよい。
したがって、例えば、図１０に示したように、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときには、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、リーン設定補正量及びリッチ設定補正量のみを増大させて、弱リーン設定補正量及び弱リッチ設定補正量はそのまま維持することも可能である。これにより、例えば、時刻ｔ10や時刻ｔ12において上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘや未燃ガスが流出したとしても、その量を少なく抑えることが可能である。
また、上記実施形態では、基本的な空燃比制御として、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されているときにその途中でリッチ度合いを低下させ、目標空燃比がリーン空燃比に設定されているときにその途中でリーン度合いを低下させる制御を行っている。しかしながら、基本的な空燃比制御として、必ずしも斯かる空燃比制御を採用する必要はなく、目標空燃比をリッチ空燃比に設定するときには目標空燃比を或る一定のリッチ空燃比に維持し、目標空燃比をリーン空燃比に設定するときには目標空燃比を或る一定のリーン空燃比に維持するような制御を行ってもよい。
さらに、上述したように、例えば図５の時刻ｔ2〜ｔ3、時刻ｔ3〜ｔ5等において、空燃比補正量ＡＦＣはこの期間中一定に維持されなくてもよい。このように、これら期間中の空燃比補正量ＡＦＣが一定に維持されない場合には、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態にあるときと、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態にあるときとで、これら期間中の空燃比補正量ＡＦＣの平均値が変更せしめられる。
したがって、これらをまとめて表現すると、本発明の実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の目標空燃比の平均リーン度合い及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられるといえる。
或いは、見方を変えれば、本発明の実施形態では、機関運転状態が定常運転状態であって且つ低負荷運転状態である場合には、機関運転状態が定常運転状態でなく且つ中高負荷運転状態である場合に比べて、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の目標空燃比のリーン度合いの最大値及び目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリッチ度合いの最大値の少なくとも何れか一方が増大せしめられるといえる。
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

Claims (5)

  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、該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前記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、機関運転状態が定常運転状態であるか否かを判定する判定手段と、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制御する空燃比制御装置とを具備する、内燃機関の制御装置において、
    前記目標空燃比は、前記下流側空燃比センサによって検出された排気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理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に設定され、且つ、前記下流側空燃比センサによって検出された排気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理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定され、
    前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にあると判定され且つ機関運転状態が低負荷運転状態である場合には、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にないと判定され且つ機関運転状態が中高負荷運転状態である場合に比べて、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リーン度合い及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比の平均リッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられる、内燃機関の制御装置。
  2. 前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にあると判定され且つ機関運転状態が低負荷運転状態である場合には、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にないと判定され且つ機関運転状態が中高負荷運転状態である場合に比べて、前記目標空燃比がリーン空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリーン度合いの最大値及び前記目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている間の該目標空燃比のリッチ度合いの最大値の少なくとも何れか一方が増大せしめられる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに、前記目標空燃比は理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に切り替えられ、
    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によって検出される排気空燃比が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によって検出された排気空燃比がリーン判定空燃比以上になるまで、前記目標空燃比は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され、
    前記下流側空燃比センサによって検出された排気空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに、前記目標空燃比は理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に切り替えられ、
    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によって検出される排気空燃比が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よって検出された排気空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまで、前記目標空燃比は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される、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にあると判定され且つ機関運転状態が低負荷運転状態である場合には、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にないと判定され且つ機関運転状態が中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リーン設定空燃比のリーン度合い及び前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられ、
    前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にあると判定され且つ機関運転状態が低負荷運転状態である場合には、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にないと判定され且つ機関運転状態が中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リッチ度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リッチ度合い及び前記リーン度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リーン度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられる、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にあると判定され且つ機関運転状態が低負荷運転状態である場合には、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にないと判定され且つ機関運転状態が中高負荷運転状態である場合に比べて、前記リーン設定空燃比のリーン度合い及び前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いの少なくとも何れか一方が増大せしめられ、
    前記リッチ度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リーン度合い及び前記リーン度合い変更時期後における前記目標空燃比の平均リッチ度合いは、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にあると判定され且つ機関運転状態が低負荷運転状態である場合と、前記判定手段によって機関運転状態が定常運転状態にないと判定され且つ機関運転状態が中高負荷運転状態である場合との間で変更されない、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
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