JP6679771B2 - 内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気管に設置された排気浄化触媒の上流側と下流側とに、排気成分から空燃比状態を検出するセンサを備えた内燃機関に適用される、内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法に関する。

特許文献１には、触媒上流側の空燃比センサの出力に基づいて触媒上流側の排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比（燃料噴射量）をフィードバック制御すると共に、触媒下流側の酸素センサの出力に基づいて触媒上流側の目標空燃比を補正するためのサブフィードバック制御を行う空燃比制御装置において、触媒上流側の空燃比と理論空燃比との偏差が所定範囲内の時には、該空燃比偏差が大きくなるほどサブフィードバック制御のパラメータ（リッチ積分項λＩＲ、リーン積分項λＩＬ、リッチスキップ項λＳＫＲ、リーンスキップ項λＳＫＬ）を大きくし、該空燃比偏差が所定範囲外の時には、該パラメータを前記所定範囲内における該パラメータの最大値よりも小さい所定値に固定する構成が開示されている。

特開２００１−３０４０１８号公報

排気管に設置された排気浄化触媒の上流側と下流側とに、排気成分から空燃比状態を検出するセンサを備えた内燃機関の空燃比制御において、下流側センサの出力に基づいて上流側の制御空燃比（目標空燃比）を設定する制御におけるパラメータ（積分項、比例項（スキップ項）など）を、空燃比偏差に応じて変更する構成とすれば、空燃比のハンチングを抑制できるが、制御応答が低下するために実空燃比のエラー時間が長くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、空燃比のハンチングを抑制しつつ、実空燃比のエラー時間を可及的に短くできる、内燃機関の空燃比制御装置及び空燃比制御方法を提供することを目的とする。

そのため、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、その一態様として、下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように制御空燃比を設定する手段が、前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って変化したときに、前記制御空燃比を所定のリセット空燃比にリセットし、前記制御空燃比をリセットした状態で前記下流側センサの出力が前記所定範囲外に変化したときに、前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、前記制御空燃比を徐々にシフトさせるようにした。
また、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、その一態様として、下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように制御空燃比を設定する手段が、前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って該所定範囲外に変化したときに、所定のリセット空燃比へのシフト補正分とスキップ項によって前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、積分項によって前記制御空燃比を徐々にシフトさせるようにした。

また、本発明に係る内燃機関の空燃比制御方法は、その一態様として、下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように制御空燃比を設定するステップであって、前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って変化したときに、前記制御空燃比を所定のリセット空燃比にリセットし、前記制御空燃比をリセットした状態で前記下流側センサの出力が前記所定範囲外に変化したときに、前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、前記制御空燃比を徐々にシフトさせるステップを含むようにした。
また、本発明に係る内燃機関の空燃比制御方法は、その一態様として、下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように制御空燃比を設定するステップであって、前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って該所定範囲外に変化したときに、所定のリセット空燃比へのシフト補正分とスキップ項によって前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、積分項によって前記制御空燃比を徐々にシフトさせるステップを含むようにした。

上記発明によると、空燃比のハンチングを抑制しつつ、実空燃比のエラー時間を可及的に短くできる。

本発明の実施形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。 本発明の実施形態における制御空燃比の設定処理の第１態様を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における前記第１態様での制御空燃比変化の一例を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における制御空燃比の設定処理の第２態様を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における前記第２態様での制御空燃比変化の一例を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における制御空燃比の設定処理の第３態様を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における前記第３態様での制御空燃比変化の一例を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における制御空燃比の設定処理の第４態様を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における前記第４態様での制御空燃比変化の一例を示すタイムチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用する内燃機関の一態様を示す全体構成図である。
内燃機関１００は車両用の４気筒直列機関であり、吸気ダクト１１０に設けた電制スロットル１１１により各気筒（＃１気筒〜＃４気筒）に流入する空気量が調整される。

また、各気筒の吸気ポート１１２ａ〜１１２ｄには、燃料噴射弁１１３ａ〜１１３ｄが設けられていて、燃料噴射弁１１３ａ〜１１３ｄは各気筒に燃料を供給する。なお、燃料噴射弁１１３ａ〜１１３ｄが各気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関とすることができる。
また、排気マニホールド１１４の集合部に接続される排気管１１５には、三元触媒などの排気浄化触媒を内蔵する触媒コンバータ（マニ触媒）１１６が設けられている。

電子制御ユニット（空燃比制御装置）１２０は、マイクロコンピュータを備え、電制スロットル１１１の開度や燃料噴射弁１１３ａ〜１１３ｄによる燃料噴射などを制御する機能をソフトウエアとして備えている。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）１２０には、内燃機関１００の吸入空気量ＱＡを検出するエアフローセンサ１３０、内燃機関１００の回転速度ＮＥを検出する回転速度センサ１３１、触媒コンバータ１１６の上流側と下流側とに配置され排気成分から空燃比状態を検出するセンサ１３２，１３３などの各種センサの出力信号が入力される。

触媒コンバータ１１６の上流側のセンサ１３２は、排気中の酸素濃度に感応して理論空燃比を含む所定範囲の排気空燃比を連続的に検出できる所謂広域空燃比センサである。
一方、触媒コンバータ１１６の下流側のセンサ１３３は、排気中の酸素濃度に感応し、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチになると出力電圧が高くなり、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンになると出力電圧が低くなり、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）を境に出力電圧値が急変する特性を有し、理論空燃比に対する排気空燃比のリッチ／リーンを検出する所謂ストイキセンサである。
なお、以下では、上流側のセンサ１３２を空燃比センサ１３２と称し、下流側のセンサ１３３を酸素センサ１３３と称する。

電子制御ユニット１２０は、空燃比センサ１３２の出力から検出した排気空燃比（上流側排気空燃比）と制御空燃比（目標空燃比）とを比較し、例えば排気空燃比の検出値と制御空燃比との偏差（エラー量）に基づく比例積分微分制御（ＰＩＤ制御）によって、排気空燃比の検出値を制御空燃比に近づけるための空燃比フィードバック補正係数（空燃比補正値）ＬＡＭＢＤＡを演算する。

そして、電子制御ユニット１２０は、吸入空気量ＱＡや機関回転速度ＮＥなどに基づいて算出した基準噴射パルス幅を空燃比フィードバック補正係数ＬＡＭＢＤＡで補正して最終的な燃料噴射パルス幅（燃料供給量）ＴＩを演算し、この燃料噴射パルス幅ＴＩの噴射パルス信号を燃料噴射弁１１３ａ〜１１３ｄに出力して燃焼混合気の空燃比を制御する。
つまり、電子制御ユニット１２０は、上流側センサ１３２により検出される排気空燃比が制御空燃比に近づくように内燃機関１００への燃料供給量を制御する手段（メインの空燃比フィードバック機能）をソフトウエアとして備えている。

また、電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力から排気空燃比（下流側排気空燃比）のリッチ／リーンを検出し、下流側排気空燃比が理論空燃比（基準空燃比）に近づくように例えば比例積分制御（ＰＩ制御）によって制御空燃比を設定する。
つまり、電子制御ユニット１２０は、下流側センサ１３３により検出される排気空燃比が理論空燃比（基準空燃比）に近づくように制御空燃比を設定する手段（サブの空燃比フィードバック機能）をソフトウエアとして備えている。

なお、電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力から排気空燃比のリッチ／リーンを検出できるが、理論空燃比（基準空燃比）に対する実空燃比の偏差（エラー量）を検知することはできない。
そのため、電子制御ユニット１２０は、ＰＩ制御によって制御空燃比を設定する処理において、空燃比偏差に応じた比例項、積分項の設定を行わず、予め記憶された固定値である比例項，積分項、若しくは、機関運転条件に応じて可変に設定する比例項，積分項に基づき簡易型の比例積分制御を実施する。

以下では、電子制御ユニット１２０による制御空燃比の設定処理（サブの空燃比フィードバック機能）を詳細に説明する。
図２のフローチャートは、電子制御ユニット１２０による制御空燃比の設定処理の一態様を示す。なお、電子制御ユニット１２０は、図２のフローチャートに示すルーチンを一定周期毎に割り込み実行する。

電子制御ユニット１２０は、まず、ステップＳ２０１で、そのときの酸素センサ１３３の出力電圧が、出力電圧の可変範囲のうちの理論空燃比近傍領域内に設定した上下２つの電圧閾値ＲＴＨ，ＬＴＨ（ＲＴＨ＞ＬＴＨ）で挟まれる電圧範囲内に含まれる電圧であるか否かを検出する。
酸素センサ１３３の出力電圧が、リッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内である場合、換言すれば、触媒下流側の排気空燃比が理論空燃比近傍の空燃比である場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０２に進み、制御空燃比（メインフードバック制御の目標空燃比）が所定のリセット空燃比にリセットされているか否かを設定する。

なお、前記リセット空燃比は、例えば理論空燃比とすることができ、また、理論空燃比近傍の任意の値とすることができる。
そして、制御空燃比がリセット空燃比とは異なっていてリセット空燃比にリセットされていない状態である場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０３に進み、制御空燃比をリセット空燃比にリセットする。換言すれば、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０３で、制御空燃比をそれまでの値からリセット空燃比に切り替える。

一方、制御空燃比がリセット空燃比に一致していてリセット空燃比にリセットされている状態である場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０３を迂回して本ルーチンを終了させることで、制御空燃比をリセット空燃比に保持させる。
酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲外からリッチ側閾値ＲＴＨ又はリーン側閾値ＬＴＨを横切って範囲内に変化したとき、換言すれば、酸素センサ１３３の出力電圧が、リッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内の値であることを検出した初回に、制御空燃比がリセット空燃比にリセットされる。そして、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内に留まっている間は、制御空燃比はリセット空燃比に保持されるよう構成されている。

一方、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲外である場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０１からステップＳ２０４に進み、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い排気空燃比のリッチ状態であるか否かを検出する。
そして、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０５に進み、本ルーチンの前回実行時に、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であったか否かを検出する。

酸素センサ１３３の出力電圧の前回値がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であった場合、つまり、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内からリッチ側閾値ＲＴＨを横切って範囲外（リッチ領域）になった初回である場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６で電子制御ユニット１２０は、前回までの制御空燃比に所定のリーン補正Ｐ分（リーンスキップ項、比例分）を付加した空燃比、換言すれば、前回の制御空燃比よりもリーン側にリーン補正Ｐ分だけシフトした空燃比を、今回の制御空燃比とする比例制御を実施する。

ここで、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であるときに制御空燃比はリセット空燃比に保持されるから、ステップＳ２０６で電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比からリセット空燃比よりもリーン補正Ｐ分だけリーン側の空燃比に制御空燃比を切り替えることになる。
一方、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い排気空燃比のリッチ状態が前回から継続している場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０６を迂回してステップＳ２０７に進み、また、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０６の処理後もステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７で電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０７の処理前の制御空燃比に所定のリーン補正Ｉ分（リーン積分項、積分分）を付加した空燃比、換言すれば、ステップＳ２０７の処理前の制御空燃比よりもリーン側にリーン補正Ｉ分だけ変更した空燃比を、制御空燃比の最新値とする積分制御を実施する。
つまり、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い下流側排気空燃比のリッチ状態において、電子制御ユニット１２０は、一定周期毎に制御空燃比を前回値よりもリーン側にリーン補正Ｉ分だけ変更する処理を繰り返し、制御空燃比を徐々にリーン方向に変化させる。

ここで、電子制御ユニット１２０が、制御空燃比を目標空燃比として内燃機関１００の燃料供給量を制御することで、下流側排気空燃比のリッチ状態が解消されるように、内燃機関１００の空燃比が制御されることになる。
そして、下流側排気空燃比のリッチ状態が解消され、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内に戻ると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０１→ステップＳ２０２→ステップＳ２０３と進み、徐々にリーン方向に変化させていた制御空燃比をリセット空燃比にまでステップ的に戻す処理を実施する。

一方、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内でなく、かつ、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い排気空燃比のリッチ状態でもない場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０１→ステップＳ２０４→ステップＳ２０８の順に進む。
ステップＳ２０８で電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低い排気空燃比のリーン状態であるか否かを検出する。

そして、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低い場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０９に進み、本ルーチンの前回実行時に、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であったか否かを検出する。
酸素センサ１３３の出力電圧の前回値がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であった場合、つまり、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内からリーン側閾値ＬＴＨを横切って範囲外（リーン領域）になった初回である場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０で電子制御ユニット１２０は、前回までの制御空燃比に所定のリッチ補正Ｐ分（リッチスキップ項）を付加した空燃比、換言すれば、前回の制御空燃比よりもリッチ側にリッチ補正Ｐ分だけシフトした空燃比を、今回の制御空燃比とする比例制御を実施する。
ここで、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であるときに制御空燃比はリセット空燃比に保持されるから、ステップＳ２１０で電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比からリセット空燃比よりもリッチ補正Ｐ分だけリッチ側の空燃比に制御空燃比を切り替えることになる。

一方、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低い排気空燃比のリーン状態が前回から継続している場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２１０を迂回してステップＳ２１１に進み、また、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２１０の処理後もステップＳ２１１に進む。
ステップＳ２１１で電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２１１の処理前の制御空燃比に所定のリッチ補正Ｉ分（リッチ積分項）を付加した空燃比、換言すれば、ステップＳ２１１の処理前の制御空燃比よりもリッチ側にリッチ補正Ｉ分だけ変更した空燃比を、制御空燃比の最新値とする積分制御を実施する。

つまり、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低い下流側排気空燃比のリーン状態において、電子制御ユニット１２０は、一定周期毎に制御空燃比を前回値よりもリッチ側にリッチ補正Ｉ分だけ変更する処理を繰り返し、制御空燃比を徐々にリッチ方向に変化させる。
ここで、電子制御ユニット１２０が、制御空燃比を目標空燃比として内燃機関１００の燃料供給量を制御することで、下流側排気空燃比のリーン状態が解消されるように、内燃機関１００の空燃比が制御されることになる。

そして、下流側排気空燃比のリーン状態が解消され、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内に戻ると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ２０１→ステップＳ２０２→ステップＳ２０３と進み、徐々にリッチ方向に変化させていた制御空燃比をリセット空燃比にまでステップ的に戻す処理を実施する。
なお、電子制御ユニット１２０は、リーン補正Ｐ分、リーン補正Ｉ分、リッチ補正Ｐ分、リッチ補正Ｉ分（サブフィードバック制御のパラメータ）として、予めメモリに記憶されている固定値を用いることができ、また、内燃機関１００の運転状態（機関負荷や機関回転速度など）に応じて可変に設定することができる。

図３のタイムチャートは、電子制御ユニット１２０が図２のフローチャートに従って制御空燃比の設定を行ったときの上流側排気空燃比、酸素センサ１３３の出力電圧、制御空燃比（目標空燃比）の変化の一例を示す。
この図３のタイムチャートに示す例では、時刻ｔ１のときに、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ方向に変化し、係る変化を検知した電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリセット空燃比からリーン補正Ｐ分だけリーン方向にシフトさせる。

その後、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い下流側排気空燃比のリッチ状態では、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリーン補正Ｉ分によって周期的によりリーン側に変更する。
時刻ｔ２のときに酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内に戻ると、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリッチ方向にシフトさせてリセット空燃比にリセットする。

つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、触媒上流側の排気空燃比がリッチシフトした場合、電子制御ユニット１２０は、積分制御で制御空燃比を徐々にリーン化させてリッチ状態の解消を図り、酸素センサ１３３の出力電圧（触媒下流側の排気空燃比）がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内に戻ったときに、制御空燃比をリセット空燃比にリセットする。これにより、積分制御による制御空燃比の補正分が過剰に残ることが抑制され、その後の制御空燃比の収束性を高めることができる。

そして、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内を保持する状態では、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリセット空燃比に維持する。
時刻ｔ３のときに酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側閾値ＬＴＨよりも低い値になると、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリセット空燃比からリッチ補正Ｐ分だけリッチ方向にシフトさせる。

その後、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリッチ補正Ｉ分によって周期的によりリッチ側に変更する処理を、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内に戻るまで（時刻ｔ４まで）繰り返す。
係る制御空燃比の設定処理では、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲内であるとき、制御空燃比はリセット空燃比に保持され、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲外になったときに制御空燃比を変化させるので、上流側排気空燃比のハンチングを抑制し安定化させることができる。

また、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨとリーン側閾値ＬＴＨとで挟まれる範囲外から範囲内に戻ったときに、制御空燃比をリセット空燃比にまでステップ的に戻すから、積分制御による制御空燃比の補正代が残ることを抑制でき、以って、高い応答で空燃比を収束させつつ上流側排気空燃比の変動幅を安定化させてエラー時間を短くすることができる。

つまり、積分制御によって蓄積される補正分の大きさは変動するが、リッチ状態若しくはリーン状態が解消されたときに付加される比例分（Ｐ分）は、積分制御の蓄積量とは無関係に設定される値であるため、上記のリセット空燃比へのリセットを実施しない比例積分制御では、制御空燃比を理論空燃比付近に安定して戻すことができず、実空燃比の収束が遅れる場合がある。
これに対し、リッチ状態若しくはリーン状態が解消されたときに制御空燃比をリセット空燃比に戻すようにすれば、積分制御の蓄積量が変動しても、制御空燃比を理論空燃比付近に安定して戻すことができ、実空燃比の収束を早めることができる。

次いで、図４のフローチャートに基づき、電子制御ユニット１２０による制御空燃比の設定処理の別の態様を説明する。なお、電子制御ユニット１２０は、図４のフローチャートに示すルーチンを一定周期毎に割り込み実行する。
図４のフローチャートに示す制御空燃比の設定処理では、図２のフローチャートに示した設定処理と同様に、電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力電圧とリッチ側閾値ＲＴＨ，リーン側閾値ＬＴＨとを比較して制御空燃比をＰＩ制御によって変化させるが、制御空燃比をリセット空燃比にリセットさせるタイミングが異なる。

電子制御ユニット１２０は、まず、ステップＳ３０１で、リーンフラグＦＬが立ち上がっているか否か（リーンフラグＦＬ＝１であるか否か）を判定し、リーンフラグＦＬが立ち上がっている制御空燃比のリッチ化処理中である場合は、ステップＳ３０２に進む。
なお、上記のリーンフラグＦＬ及び後述するリッチフラグＦＲの初期値は零である。

ステップＳ３０２で電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高くなったか否かを判別し、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも低い場合はステップＳ３０３に進んで、制御空燃比を前回値よりもリッチ補正Ｉ分だけリッチ方向に変更する処理を実施する。
つまり、リーンフラグＦＬが立ち上がっている状態では、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側閾値ＲＴＨよりも高くなるまで、制御空燃比をリッチ補正Ｉ分だけリッチ方向に変更する処理を繰り返し、制御空燃比を徐々にリッチ方向に変化させる。

係る制御空燃比のリッチ化によって酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側閾値ＲＴＨよりも高くなると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０４に進み、リーンフラグＦＬを零にリセットし、リッチフラグＦＲを立ち上げる。
次いで、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０５に進み、制御空燃比をリセット空燃比にリセットし、更に、次のステップＳ３０６で制御空燃比をリーン補正Ｐ分だけリセット空燃比よりもリーン側に変更する。

リーンフラグＦＬが零にリセットされリッチフラグＦＲが立ち上げられたことで、次回の本ルーチン実行時に、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０１でリーンフラグＦＬが零であることを判定し、ステップＳ３０７に進む。
ステップＳ３０７で電子制御ユニット１２０は、リッチフラグＦＲが立ち上がっているか否かを判定し、リッチフラグＦＲが立ち上がっている制御空燃比のリーン化処理中である場合は、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８で電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低くなったか否かを判別し、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも高い場合はステップＳ３０９に進んで、制御空燃比を前回値よりもリーン補正Ｉ分だけリーン方向に変更する処理を実施する。
つまり、リッチフラグＦＲが立ち上がっている状態では、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側閾値ＬＴＨよりも低くなるまで、制御空燃比をリーン補正Ｉ分だけリーン方向に変更する処理を繰り返し、制御空燃比を徐々にリーン方向に変化させる。

係る制御空燃比のリーン化によって酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側閾値ＬＴＨよりも低くなると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３１０に進み、リッチフラグＦＲを零にリセットし、リーンフラグＦＬを立ち上げる。
次いで、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３１１に進み、制御空燃比をリセット空燃比にリセットし、更に、次のステップＳ３１２で制御空燃比をリッチ補正Ｐ分だけリセット空燃比よりもリッチ側に変更する。

リッチフラグＦＲが零にリセットされリーンフラグＦＬが立ち上げられたことで、次回の本ルーチン実行時に、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０１でリーンフラグＦＬが立ち上がっていることを判定し、ステップＳ３０２に進む。
リッチフラグＦＲ及びリーンフラグＦＬの初期値は零であり、空燃比制御の開始当初はリッチフラグＦＲ及びリーンフラグＦＬが共に零であるため、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０１及びステップＳ３０７の判定を経て、ステップＳ３１３に進むことになる。

ステップＳ３１３で電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも低い値からリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側閾値ＲＴＨよりも高い値になったか否か、又は、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも高い値からリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側閾値ＬＴＨよりも低い値になったか否かを検出する。
そして、電子制御ユニット１２０は、上記の制御開始条件が成立しない間は、そのまま本ルーチンを終了させることで、リッチフラグＦＲ及びリーンフラグＦＬを共に零に保持し、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切って増大変化したときにステップＳ３１４に進み、また、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切って減少変化したときにステップＳ３１４に進む。

電子制御ユニット１２０は、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってステップＳ３１４に進んだときにはリッチフラグＦＲを立ち上げ、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってステップＳ３１４に進んだときにはリーンフラグＦＬを立ち上げる。
また、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３１４で、制御空燃比を任意の初期値（理論空燃比若しくは理論空燃比近傍値）に設定する。

図４のフローチャートに示した制御空燃比の設定処理では、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨとリッチ側閾値ＲＴＨとで挟まれる範囲内からリーン側閾値ＬＴＨ又はリッチ側閾値ＲＴＨを横切って範囲外になったときに、制御空燃比を変化させる方向を切り替え、出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨとリッチ側閾値ＲＴＨとで挟まれる範囲内でも制御空燃比を変更するので、図２のフローチャートにしたがって制御空燃比を設定する場合に比べて、空燃比センサ（上流側センサ）１３２による空燃比制御点のずれを検知し易い。

また、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側に変化したとき、及び、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側に変化したときに、制御空燃比をリセット空燃比にリセットするから、積分制御による制御空燃比の補正代が残ることを抑制でき、以って、高い応答で空燃比を収束させつつ上流側排気空燃比の変動幅を安定化させてエラー時間を短くすることができる。
また、制御空燃比のリセットタイミングの判定に用いるリッチ側閾値ＲＴＨ，リーン側閾値ＬＴＨの間隔を拡げれば、触媒コンバータ１１６の下流に床下触媒コンバータが配置される構成において、床下触媒コンバータの入口における排気空燃比を周期的に振らせて床下触媒コンバータにおける排気浄化機能を向上させることができる。

図４のフローチャートに示した制御空燃比の設定処理において、リセット空燃比は任意の値であり、電子制御ユニット１２０は、理論空燃比のほか、触媒の性能に合わせて理論空燃比からずらした空燃比を用いることができる。
図５のタイムチャートは、電子制御ユニット１２０が図４のフローチャートに従って空燃比制御を実施したときの上流側排気空燃比、酸素センサ１３３の出力電圧、制御空燃比（目標空燃比）の変化の一例を示す。

酸素センサ１３３の出力電圧の閾値として、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）付近の領域内にリッチ側閾値ＲＴＨ及びリーン側閾値ＬＴＨ（ＲＴＨ＞ＬＴＨ）が設定され、例えば、時刻ｔ１で酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ方向に変化すると、制御空燃比はリセット空燃比にリセットされ、更に、リセット空燃比からリーン補正Ｐ分だけリーン方向にシフトされる。
その後、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも高い下流側排気空燃比のリッチ状態では、制御空燃比はリーン補正Ｉ分によって周期的によりリーン側に変更され、時刻ｔ２のときに酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン方向に変化すると、制御空燃比はリッチ方向にシフトされてリセット空燃比にリセットされ、更に、リセット空燃比からリッチ補正Ｐ分だけリッチ方向にシフトされる。

つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間で、触媒上流側の排気空燃比がリッチシフトした場合、電子制御ユニット１２０は、積分制御で制御空燃比を徐々にリーン化させてリッチ状態の解消を図り、酸素センサ１３３の出力電圧（触媒下流側の排気空燃比）がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン方向に変化したときに制御空燃比をリセット空燃比にリセットする。これにより、積分制御による制御空燃比の補正分が過剰に残ることが抑制され、その後の制御空燃比の収束性を高めることができる。
その後、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも低い下流側排気空燃比のリーン状態では、制御空燃比はリッチ補正Ｉ分によって周期的によりリッチ側に変更される。

ところで、図４のフローチャートに示した制御空燃比の設定処理において、リセット空燃比を制御空燃比の振幅に応じて変更する処理を付加するができ、係るリセット空燃比の変更処理を含む制御空燃比の設定処理の一態様を、図６のフローチャートに従って説明する。
図６のフローチャートにおいて、図４のフローチャートと同じ処理を行うステップには同じステップ番号を付して詳細な説明は省略する。

図６のフローチャートにおいて、リーンフラグＦＬが立ち上がっている状態で酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側に変化すると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０４でリッチ／リーンフラグの設定処理を実施した後に、ステップＳ３０５Ａに進む。
ステップＳ３０５Ａで電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比の更新演算処理（学習処理）を実施する。

このステップＳ３０５Ａでのリセット空燃比の演算処理を、図７のタイムチャートを参照しつつ以下に説明する。
電子制御ユニット１２０がステップＳ３０５Ａに進んだタイミングが、図７のタイムチャートの時刻ｔ４のタイミングであると仮定し、時刻ｔ４のタイミングでリセット空燃比にリセットされる前の制御空燃比をリッチピーク（２）とする。

また、時刻ｔ４の前に酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側に変化したタイミングである時刻ｔ３にて、リセットされる前の制御空燃比をリーンピーク（１）とする。
ここで、電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比の更新前の値をＲＡＦoldとし、リセット空燃比の更新後の値をＲＡＦnewとしたときに、時刻ｔ４のタイミングでリセット空燃比ＲＡＦnewを下式に基づき算出する。

ＲＡＦnew＝ＲＡＦold＋{（リーンピーク（１）−ＲＡＦold）−（ＲＡＦold−リッチピーク（２））}／２＊重みＷ
例えば、ＲＡＦold＝14.25、リーンピーク（１）＝16.00、リッチピーク（２）＝12.00、重みＷ＝1.0と仮定すると、時刻ｔ４でのＲＡＦnew＝14.00となり、時刻ｔ３で制御空燃比はリッチピーク（２）＝12.00からＲＡＦnew＝14.00にリセットされる。

つまり、重みＷ＝1.0の場合は、リーンピーク（１）とリッチピーク（２）との平均値をリセット空燃比ＲＡＦnewとし、リーンピーク（１）を最大値としリッチピーク（２）を最小値とする制御空燃比の振幅の中心を新たなリセット空燃比ＲＡＦnewとする。
ここで、重みＷが1.0よりも小さい値であれば、制御空燃比のリーン側のピーク値とリッチ側のピーク値との中心にリセット空燃比を徐々に近づけることになり、リセット空燃比の変動を抑制することができ、空燃比制御点を安定させることができる。

上記のようにして、電子制御ユニット１２０はステップＳ３０５Ａでリセット空燃比の更新演算を行うと、次いで、ステップＳ３０５Ｂに進み、制御空燃比をステップＳ３０５Ａで算出したリセット空燃比ＲＡＦnewにリセットする処理を実施する。
一方、図６のフローチャートにおいて、リッチフラグＦＲが立ち上がっている状態で酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨを横切ってリーン側に変化すると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３１０でリッチ／リーンフラグの設定処理を実施した後に、ステップＳ３１１Ａに進む。

ステップＳ３１１Ａで電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０５Ａと同様に、リセット空燃比の更新演算処理（学習処理）を実施する。
このステップＳ３１１Ａでのリセット空燃比の演算処理を、図７のタイムチャートを参照しつつ以下に説明する。

電子制御ユニット１２０がステップＳ３１１Ａに進んだタイミングが、図７のタイムチャートの時刻ｔ３のタイミングであると仮定し、時刻ｔ３の前に酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨを横切ってリッチ側に変化したタイミングである時刻ｔ２にて、リセットされる前の制御空燃比をリッチピーク（１）とする。
ここで、電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比の更新前の値をＲＡＦoldとし、リセット空燃比の更新後の値をＲＡＦnewとしたときに、リセット空燃比ＲＡＦnewを下式に基づき算出する。

ＲＡＦnew＝ＲＡＦold＋{（リーンピーク（１）−ＲＡＦold）−（ＲＡＦold−リッチピーク（１））}／２＊重みＷ
例えば、ＲＡＦold＝14.50、リーンピーク（１）＝16.00、リッチピーク（１）＝12.50、重みＷ＝1.0と仮定すると、時刻ｔ３でのＲＡＦnew＝14.25となり、時刻ｔ３で制御空燃比はリーンピーク（２）＝16.00からＲＡＦnew＝14.25にリセットされる。

また、電子制御ユニット１２０がステップＳ３１１Ａに進んだタイミングが、図７のタイムチャートの時刻ｔ５のタイミングであると仮定し、時刻ｔ５でリセットする前の制御空燃比をリーンピーク（２）とすると、電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比ＲＡＦnewを下式に基づき算出する。

ＲＡＦnew＝ＲＡＦold＋{（リーンピーク（２）−ＲＡＦold）−（ＲＡＦold−リッチピーク（２））}／２＊重みＷ
例えば、ＲＡＦold＝14、リーンピーク（２）＝16.50、リッチピーク（１）＝12.00、重みＷ＝1.0と仮定すると、時刻ｔ５でのＲＡＦnew＝14.25となり、時刻ｔ５で制御空燃比はリーンピーク（２）＝16.50からＲＡＦnew＝14.25にリセットされる。

上記のようにして、電子制御ユニット１２０はステップＳ３１１Ａでリセット空燃比の更新演算を行うと、次いで、ステップＳ３１１Ｂに進み、制御空燃比をステップＳ３１１Ａで算出したリセット空燃比ＲＡＦnewにリセットする処理を実施する。
電子制御ユニット１２０は、上記のようにしてリセット空燃比を制御空燃比の振幅（リッチピーク、リーンピーク）に応じて変更することで、制御空燃比の制御点（制御中心）の変化に応じてリセット空燃比を修正し、制御空燃比を制御中心付近にリセットするので、制御空燃比の収束安定性がより向上する。

ところで、触媒下流側の排気空燃比がリッチ方向又はリーン方向に振れ、制御空燃比をリセット空燃比にリセットする周期（下流側排気空燃比のリッチ／リーン反転周期）が長くなると、制御空燃比のＰＩ制御における積分補正項が蓄積され、空燃比制御の安定性が損なわれることになる。
係るリセット周期が長くなることによる空燃比制御の安定性の低下を抑制する処理（以下では、タイムアウト処理ともいう）を更に付加した制御空燃比の設定処理の一態様を、図８のフローチャートに従って説明する。

なお、図８のフローチャートにおいて、図６のフローチャートと同じ処理を実施するステップには同じステップ番号を付して詳細な説明は省略する。
つまり、図８のフローチャートに示す制御空燃比の設定処理では、図６のフローチャートに基づき説明した、制御空燃比の制御点の変化に応じてリセット空燃比を変更する処理（ステップＳ３０５Ａ，ステップＳ３１１Ａ）を実施し、更に、後述するタイムアウト処理を実施する。

電子制御ユニット１２０は、リーンフラグＦＬが立ち上がっていてかつ酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも低い状態では、ステップＳ３０３Ａに進んで制御空燃比をリッチ補正Ｉ分だけリッチ方向に変更する処理を実施し、次いでステップＳ３０３Ｂに進む。
ステップＳ３０３Ｂで電子制御ユニット１２０は、前回制御空燃比をリセットしてからの経過時間（リセット時間周期）、換言すれば、リッチ方向への積分制御の継続時間が、当該継続時間が空燃比制御の収束性を損なうほどに長いか否かを判定するための判定時間に達しているか否かを判別する。

ここで、前記経過時間が判定時間よりも短い間は、電子制御ユニット１２０は後述するステップＳ３０３Ｃ，ステップＳ３０３Ｄを迂回することで、制御空燃比をリッチ補正Ｉ分だけリッチ方向に変更する処理を通常に繰り返す。
一方、前記経過時間（リセット時間周期）が判定時間に達した場合、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０３Ｃに進み、タイムアウト用リセット空燃比を演算する。

このとき、空燃比のリーン状態が過剰に継続している状態であるので、電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比を制御空燃比のリセット方向とは逆方向であるリッチ方向に所定値だけオフセットさせた空燃比を、タイムアウト用リセット空燃比に設定する。
次いで、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０３Ｄに進み、制御空燃比をタイムアウト用リセット空燃比にリセットした後、リッチ補正Ｐ分（リッチスキップ項）だけリセット空燃比よりもリッチ側に変更する。
つまり、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリセット空燃比に一旦リセットした後に、制御空燃比をリッチ方向に比例積分制御で変化させる制御を開始し、下流側排気空燃比のリーン状態の解消を図る。

制御空燃比をタイムアウト用リセット空燃比にリセットした後に下流側排気空燃比のリーン状態が解消され、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高くなると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０４でリーンフラグＦＬを零にリセットしリッチフラグＦＲを立ち上げた後、ステップＳ３０５Ａに進む。
ステップＳ３０５Ａで電子制御ユニット１２０は、直前のリーンフラグＦＬが立ち上がっていた期間（リッチ方向への積分制御期間）で、タイムアウト用リセット空燃比へのリセット（タイムアウト処理）を実施したか否かによって、リセット空燃比を異なる処理で算出する。

直前のリーンフラグＦＬが立ち上がっていた期間でタイムアウト用リセット空燃比へのリセットを実施していない場合、電子制御ユニット１２０は、図６のフローチャートのステップＳ３０５Ａと同様に、現時点のリセット処理前の制御空燃比であるリッチピーク値と前回のリセット処理前のリーンピーク値とに基づきこれらピーク値の中心値に近づくようにリセット空燃比を更新し、係るリセット空燃比に制御空燃比をリセットする処理を次のステップＳ３０５Ｂで実施する。

一方、直前のリーンフラグＦＬが立ち上がっていた期間でタイムアウト用リセット空燃比へのリセットを実施している場合、つまり、タイムアウト用リセット空燃比へのリセットを実施した後もリセット前と同一方向に制御空燃比を変化させる必要が生じ、２回連続して同一方向に制御空燃比をリセットすることになる場合、電子制御ユニット１２０は、現時点のリセット処理前の制御空燃比であるリッチピーク値（２）と、タイムアウト用リセット空燃比にリセットする前の制御空燃比であるリッチピーク値（１）と、タイムアウト用リセット空燃比ＴＲＡＦとに基づき、下式に従って今回制御空燃比をリセットするリセット空燃比ＲＡＦnewを算出する。

ＲＡＦnew＝ＴＲＡＦ−{（ＴＲＡＦ−リッチピーク（１））−（ＴＲＡＦ−リッチピーク（２））}／２＊重みＷ２＝ＴＲＡＦ−（リッチピーク（２）−リッチピーク（１））／２＊重みＷ２
上記演算式により、２回分のピーク値の偏差に重みを掛けた値に基づきリセット空燃比が変更され、タイムアウト用リセット空燃比へのリセットにおいて下流側排気空燃比を反転させるのに不足していた分だけリセット空燃比ＲＡＦが更にリッチ側に修正され、リッチ方向への積分制御期間の短縮が図られる。

なお、重みＷ２は、前記重みＷよりも1.0により近い値（1.0≧Ｗ２＞Ｗ）とすることで、リセット周期（リッチ・リーン反転周期）が長い状態を速やかに解消しつつ、空燃比制御の安定性を維持できる。但し、重みＷ２と重みＷとを同じ値（1.0≧Ｗ＝Ｗ２）とすることができる。
一方、リッチ期間が過剰に長くなった場合も、電子制御ユニット１２０は上記と同様な処理を実施する。

つまり、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０９Ａで制御空燃比をリーン補正Ｉ分だけリーン方向に変更した後、ステップＳ３０９Ｂで、前回制御空燃比をリセットしてからの経過時間、換言すれば、リーン方向への積分制御の継続時間が、当該継続時間が空燃比制御の収束性を損なうほどに長いか否かを判定するための判定時間に達しているか否かを判別する。
そして、リーン方向への積分制御の継続時間が判定時間に達すると、ステップＳ３０９Ｃに進み、タイムアウト用リセット空燃比を演算する。

このとき、空燃比のリッチ状態が継続している状態であるので、電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比を制御空燃比のリセット方向とは逆方向であるリーン方向に所定値だけオフセットさせた空燃比を、タイムアウト用リセット空燃比に設定する。
次いで、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３０９Ｄに進み、制御空燃比をタイムアウト用リセット空燃比にリセットした後、リーン補正Ｐ分（リーンスキップ項）だけリセット空燃比よりもリッチ側に変更する。つまり、電子制御ユニット１２０は、制御空燃比をリセット空燃比に一旦リセットした後に、制御空燃比をリーン方向に比例積分制御で変化させる制御を開始し、リッチ状態の解消を図る。

上記のようにして制御空燃比をタイムアウト用リセット空燃比にリセットした後にリッチ状態が解消され、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低くなると、電子制御ユニット１２０は、ステップＳ３１０でリッチフラグＦＲを零にリセットしリーンフラグＦＬを立ち上げた後、ステップＳ３１１Ａに進む。
ステップＳ３１１Ａで電子制御ユニット１２０は、直前のリッチフラグＦＲが立ち上がっていた期間（リーン方向への積分制御期間）で、タイムアウト用リセット空燃比へのリセット（タイムアウト処理）を実施したか否かによって、リセット空燃比を異なる処理で算出する。

直前のリッチフラグＦＲが立ち上がっていた期間でタイムアウト用リセット空燃比へのリセットを実施していない場合、電子制御ユニット１２０は、図６のフローチャートのステップＳ３１１Ａと同様に、現時点のリセット処理前の制御空燃比であるリーンピーク値と前回のリセット処理前のリッチピーク値とに基づきこれらピーク値の中心値に近づくようにリセット空燃比を更新し、係るリセット空燃比に制御空燃比をリセットする処理を次のステップＳ３１１Ｂで実施する。

一方、直前のリッチフラグＦＲが立ち上がっていた期間でタイムアウト用リセット空燃比へのリセットを実施している場合、つまり、タイムアウト用リセット空燃比へのリセットを実施した後もリセット前と同一方向に制御空燃比を変化させる必要が生じ、２回連続して同一方向に制御空燃比をリセットすることになる場合、電子制御ユニット１２０は、現時点のリセット処理前の制御空燃比であるリーンピーク値（２）と、タイムアウト用リセット空燃比にリセットする前の制御空燃比であるリーンピーク値（１）と、タイムアウト用リセット空燃比ＴＲＡＦとに基づき、下式に従ってリセット空燃比ＲＡＦnewを算出する。

ＲＡＦnew＝ＴＲＡＦ＋{（リーンピーク（１）−ＴＲＡＦ）−（リーンピーク（２）−ＴＲＡＦ）}／２＊重みＷ２＝ＴＲＡＦ＋（リーンピーク（１）−リーンピーク（２））／２＊重みＷ２
上記演算式により、２回分のピーク値の偏差に重みを掛けた値に基づきリセット空燃比が変更され、タイムアウト用リセット空燃比へのリセットにおいて下流側排気空燃比を反転させるのに不足していた分だけリセット空燃比ＲＡＦが更にリーン側に修正され、リーン方向への積分制御期間の短縮が図られる。

図９のタイムチャートは、リーン方向への積分制御期間が過剰に長くなった場合のリセット空燃比の設定特性を例示する。
図９のタイムチャートの時刻ｔ１の時点で空燃比のリーン状態が解消され、酸素センサ１３３の出力電圧がリッチ側閾値ＲＴＨよりも高くなると、制御空燃比はリセット空燃比にリセットされるが、リセット前の制御空燃比がリッチピーク（１）として記憶され、後のリセット空燃比の更新演算に用いることができるようにする。

時刻ｔ１から制御空燃比は積分制御によって徐々にリーン方向に変更されるが、時刻ｔ１から所定の判定時間だけ経過した時刻ｔ２の時点になっても、酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低くなっていないため、時刻ｔ２のときに制御空燃比はタイムアウト用リセット空燃比にリセットされる。また、時刻ｔ２では、タイムアウト用リセット空燃比にリセットされる前の制御空燃比がリーンピーク（１）としてデータ保存される。

前回のリセット処理からの経過時間が判定時間に達したことに基づく制御空燃比の強制的なリセット処理を実施した後、制御空燃比はタイムアウト用リセット空燃比を初期値として積分制御によって徐々にリーン方向に変更され、時刻ｔ３のときに酸素センサ１３３の出力電圧がリーン側閾値ＬＴＨよりも低くなる。
この時刻ｔ３で、リセット処理前の制御空燃比をリーンピーク（２）とし、このリーンピーク（２）と前回の経過時間に基づく強制的なリセット時のリーンピーク（１）とに基づいてリセット空燃比が更新され、更新されたリセット空燃比に制御空燃比がリセットされる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、上記実施形態において、電子制御ユニット１２０は、リセット空燃比を制御空燃比のピーク値に基づき変更する処理を行うが、基本リセット空燃比を補正するための補正値を制御空燃比のピーク値に基づき設定する処理を行い、基本リセット空燃比を補正値で補正してリセット空燃比を定め、このリセット空燃比に制御空燃比をリセットすることができる。

また、電子制御ユニット１２０は、上記の制御空燃比のピーク値に基づき変更したリセット空燃比又は基本リセット空燃比の補正値を、内燃機関１００の運転条件（機関負荷、機関回転速度など）に応じてメモリに更新記憶させる学習処理を実施し、そのときの運転条件に対応して記憶されているリセット空燃比又は基本リセット空燃比の補正値を読み出して、制御空燃比のリセット処理に用いることができる。

また、リセット空燃比を制御空燃比のピーク値に基づき変更する場合に、ピーク値や変更後のリセット空燃比が予め定めた範囲を逸脱する値であった場合に、リセット空燃比の変更をキャンセルしたり、リセット空燃比を初期値に戻したりする構成とすることができる。
また、電子制御ユニット１２０は、リッチ側閾値ＲＴＨ，リーン側閾値ＬＴＨ、リセット周期と比較する判定時間、重みＷ，Ｗ２のうちの少なくとも１つのパラメータを、機関運転状態などに応じて可変に設定することができる。

１００…内燃機関、１１３ａ〜１１３ｄ…燃料噴射弁、１１６…触媒コンバータ（排気浄化触媒）、１２０…電子制御ユニット、１３２…空燃比センサ（上流側センサ）、１３３…酸素センサ（下流側センサ）

Claims (9)

1. 排気管に設置された排気浄化触媒の上流側と下流側とに、排気成分から空燃比状態を検出するセンサを備えた内燃機関に適用される空燃比制御装置であって、
   前記上流側センサにより検出される排気空燃比が制御空燃比に近づくように前記内燃機関への燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
   前記下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように前記制御空燃比を設定する制御空燃比設定手段と、
   を備え、
   前記制御空燃比設定手段は、
   前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って変化したときに、前記制御空燃比を所定のリセット空燃比にリセットし、
   前記制御空燃比をリセットした状態で前記下流側センサの出力が前記所定範囲外に変化したときに、前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、前記制御空燃比を徐々にシフトさせること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
2. 排気管に設置された排気浄化触媒の上流側と下流側とに、排気成分から空燃比状態を検出するセンサを備えた内燃機関に適用される空燃比制御装置であって、
   前記上流側センサにより検出される排気空燃比が制御空燃比に近づくように前記内燃機関への燃料供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
   前記下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように前記制御空燃比を設定する制御空燃比設定手段と、
   を備え、
   前記制御空燃比設定手段は、
   前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って該所定範囲外に変化したときに、所定のリセット空燃比へのシフト補正分とスキップ項によって前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、積分項によって前記制御空燃比を徐々にシフトさせること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記制御空燃比を所定のリセット空燃比にリセットした状態で、前記下流側センサの出力が前記所定範囲外となるまでは、リセット状態を保持すること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
4. 請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせるスキップ項は前記内燃機関の運転状態に応じて可変に設定されること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
5. 請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記制御空燃比を徐々にシフトさせる積分項は前記内燃機関の運転状態に応じて可変に設定されること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
6. 請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記スキップ項は前記内燃機関の運転状態に応じて可変に設定されること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
7. 請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記積分項は前記内燃機関の運転状態に応じて可変に設定されること、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
8. 排気管に設置された排気浄化触媒の上流側と下流側とに、排気成分から空燃比状態を検出するセンサを備えた内燃機関に適用される空燃比制御方法であって、
   前記上流側センサにより検出される排気空燃比が制御空燃比に近づくように前記内燃機関への燃料供給量を制御する第１ステップと、
   前記下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように前記制御空燃比を設定する第２ステップであって、
   前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って変化したときに、前記制御空燃比を所定のリセット空燃比にリセットし、
   前記制御空燃比をリセットした状態で前記下流側センサの出力が前記所定範囲外に変化したときに、前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、前記制御空燃比を徐々にシフトさせる前記第２ステップと、
   を含むこと、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御方法。
9. 排気管に設置された排気浄化触媒の上流側と下流側とに、排気成分から空燃比状態を検出するセンサを備えた内燃機関に適用される空燃比制御方法であって、
   前記上流側センサにより検出される排気空燃比が制御空燃比に近づくように前記内燃機関への燃料供給量を制御する第１ステップと、
   前記下流側センサにより検出される排気空燃比が基準空燃比に近づくように前記制御空燃比を設定する第２ステップであって、
   前記下流側センサの出力が前記基準空燃比近傍の所定範囲の閾値を横切って該所定範囲外に変化したときに、所定のリセット空燃比へのシフト補正分とスキップ項によって前記制御空燃比をスキップ的にシフトさせてから、積分項によって前記制御空燃比を徐々にシフトさせる前記第２ステップと、
   を含むこと、
   を特徴とする、内燃機関の空燃比制御方法。