WO2012157059A1

WO2012157059A1 - 内燃機関の空燃比制御装置

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Publication number: WO2012157059A1
Application number: PCT/JP2011/061176
Authority: WO
Inventors: 藤原　孝彦; 木村　光壱; 亮冨松; 鈴木　純一
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-22
Also published as: AU2011368598A1; RU2013150622A; BR112013029356A2; BR112013029356B1; JP5664884B2; RU2566093C2; CN103534452B; JPWO2012157059A1; US20140283504A1; AU2011368598B2; US9212583B2; EP2711519A1; KR20130140884A; CN103534452A; EP2711519A4

Abstract

本発明の一態様に係る内燃機関の空燃比制御装置（本制御装置）は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基いて触媒４３の酸素吸蔵量が過剰となる傾向にあると判定したとき目標空燃比を目標リッチ空燃比に設定するとともに、出力値Voxsに基いて触媒４３の酸素吸蔵量が不足する傾向にあると判定したとき目標空燃比を目標リーン空燃比に設定する。更に、本制御装置は、触媒４３に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来するか否かを「所定の条件が成立しているか」に基づいて判定し、所定の条件が成立しているときの目標リッチ空燃比を前記所定の条件が成立していない場合の目標リッチ空燃比よりも小さくする。これにより、多量のＮＯｘが触媒４３に流入する時点までに触媒４３内の還元剤の濃度を高めておくことができるので、多量のＮＯｘが触媒４３に流入したときにそのＮＯｘの多くを浄化することができる。

Description

内燃機関の空燃比制御装置

　本発明は、排気通路に配設された三元触媒を有効に活用することによりＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減することが可能な内燃機関の空燃比制御装置に関する。

　従来より、内燃機関から排出される排ガスを浄化するために同機関の排気通路に三元触媒が配設されている。三元触媒は、周知のように、酸素吸蔵機能を有する。即ち、三元触媒は、その三元触媒に流入するガス（触媒流入ガス）に過剰の酸素が含まれているとき、その酸素を吸蔵するとともにＮＯｘを浄化する。三元触媒は、触媒流入ガスに過剰な未燃物が含まれているとき、吸蔵している酸素を放出してその未燃物を浄化する。以下、三元触媒は単に「触媒」とも称呼される。

　従来の空燃比制御装置（従来装置）は、機関の排気通路であって触媒の上流及び下流にそれぞれ配設された上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサを備える。従来装置は、上流側空燃比センサの出力値により表される空燃比（検出上流側空燃比）を目標空燃比（上流側目標空燃比、触媒流入ガスの目標空燃比）に一致させるように「機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）」を制御する。この制御は「メインフィードバック制御」とも称呼される。

　更に、従来装置は、下流側空燃比センサの出力値が「理論空燃比に対応する目標値」に一致するようにサブフィードバック量を算出し、そのサブフィードバック量により上流側目標空燃比を実質的に変更することにより、機関の空燃比を制御する（例えば、特許文献１を参照。）。サブフィードバック量を用いた空燃比制御は「サブフィードバック制御」とも称呼される。

特開２００９－１６２１３９号公報

　ところで、機関が「その吸入空気量がある程度大きい状態にて定常運転されている場合」に、その機関に対して加速操作がなされると、特に、その加速操作の時点における機関の空燃比（機関に供給される混合気の空燃比）が理論空燃比よりもリーンであるときには機関から多量のＮＯｘ（窒素酸化物）が排出される。この場合、触媒のＮＯｘの還元速度（ＮＯｘを浄化するための反応速度）が十分に高くないと、触媒に流入する多量のＮＯｘが触媒にて十分に浄化されず、触媒下流に流出する。このような状況は、例えば、機関が搭載された車両が比較的高速にて定常走行されている場合において、前方車両の追い越し等のために加速された場合に生じる。

　本発明は、上述した課題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、多量のＮＯｘが触媒に流入することが予測される場合、触媒の状態を予め「ＮＯｘの還元速度」が高い状態へと変更しておくことにより、ＮＯｘの排出量を低減することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。

　本発明による内燃機関の制御装置（本発明装置）は、
　内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
　前記排気通路の前記触媒の下流側に配設された下流側空燃比センサと、
　前記下流側空燃比センサの出力値に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比である機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
　を備える。

　更に、前記空燃比制御手段は、
　前記触媒に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来することを予測する所定の条件（特定条件）が成立しているか否かを判定する条件判定手段を含み、
　前記所定の条件が成立した場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、前記触媒内の還元剤（未燃物）の濃度及び前記触媒の温度の少なくとも一方が上昇するように、前記機関の空燃比を制御する。なお、触媒内の還元剤の濃度を上昇させることと、触媒の酸素吸蔵量を低下させることは同義である。

　前記所定の条件は、例えば、
　前記機関の吸入空気量が大きいほど大きくなる吸入空気量相関値が低側空気量閾値よりも大きく且つ前記低側空気量閾値よりも大きい高側空気量閾値よりも小さいこと、及び、前記機関を搭載した車両の速度が低側速度閾値よりも大きく且つ前記低側速度閾値よりも大きい高側速度閾値よりも小さいこと、の少なくとも何れか一方が成立する場合に成立する条件である。
　更に、前記所定の条件は、前記吸入空気量相関値の単位時間当たりの変化量が所定変化量閾値よりも小さいことが成立する場合に成立する条件であることが望ましい。

　これによれば、触媒に多量の窒素酸化物が流入する時点までに、触媒内の還元剤の濃度が上昇させられているか、及び／又は、触媒の温度が上昇させられている。従って、触媒に多量の窒素酸化物が流入する時点にて、触媒のＮＯｘの還元速度は既に高くなっている。よって、多量のＮＯｘが触媒に流入した場合であっても、その多くを触媒により浄化（還元）することができるから、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

　なお、触媒の還元剤の濃度を常に高い値に維持しておくことは、未燃物が触媒から排出される可能性が高くなるので好ましくない。しかし、本発明装置の一態様においては、触媒内の還元剤の濃度を高い値に維持することは前記所定の条件が成立する場合に限られ、しかも前記所定の条件が成立する場合には機関の排気温度もある程度高いので、触媒の温度はある程度高い温度となっている。よって、未燃物が排出される可能性は小さい。

　更に、触媒の温度を常に高い温度に維持しておくことは触媒の劣化（シンタリング等）を招くので好ましくない。しかし、本発明装置の一態様においては、前記所定の条件が成立する場合にのみ触媒の温度が高い温度に設定されるので、それによって触媒の劣化が大きく進行することはない。

　この場合、前記空燃比制御手段は、
　前記所定の条件が成立している場合の前記機関の空燃比の平均値が、前記所定の条件が成立していない場合の前記機関の空燃比の平均値よりも小さくなるように、前記機関の空燃比を制御することにより、前記所定の条件が成立している場合に前記触媒内の還元剤の濃度を上昇させるように構成される。

　より具体的に述べると、本発明装置の一態様において、
　前記空燃比制御手段は、目標空燃比設定手段と、燃料供給量制御手段と、を備える。

　前記目標空燃比設定手段は、前記下流側空燃比センサの出力値に基いて、前記触媒の酸素吸蔵量が過剰となる傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比のガスを流入させるリッチ要求が発生したと判定したとき、前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定する。

　更に、前記目標空燃比設定手段は、前記下流側空燃比センサの出力値に基いて、前記触媒の酸素吸蔵量が不足する傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも大きいリーン空燃比のガスを流入させるリーン要求が発生したと判定したとき、前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する。

　燃料供給量制御手段は、前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する。

　この場合、前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記目標リッチ空燃比を、前記所定の条件が成立していない場合の前記目標リッチ空燃比よりも小さい空燃比に設定するように構成される。

　更に、前記目標空燃比設定手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記リッチ要求が発生したと判定し、
　前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記リーン要求が発生したと判定する、ように構成される。

　これによれば、前記所定の条件が成立している場合の目標リッチ空燃比が所定の条件が成立していない場合の目標リッチ空燃比よりも小さくなる。よって、前記所定の条件が成立している場合、機関の空燃比の平均値（従って、触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比の平均値）が小さくなる（リッチになる）ので、触媒内の還元剤の濃度が上昇する。従って、触媒の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

　本発明装置の他の態様において、前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記触媒の状態が前記酸素過剰状態となったと判定するとともに、前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記触媒の状態が酸素不足状態となったと判定する触媒状態判定手段と、
　前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素不足状態から前記酸素過剰状態へと変化したと判定された時点から０を含む所定の遅延時間であるリーン遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素過剰状態から前記酸素不足状態へと変化したと判定された時点から０を含む所定の遅延時間であるリッチ遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リッチ遅延時間を、前記所定の条件が成立していない場合の前記リッチ遅延時間よりも長い時間に設定するように構成される。

　これによれば、前記所定の条件が成立している場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている時間が「リッチ遅延時間が長くなった時間」だけ長くなる。従って、機関の空燃比の平均値（従って、触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比の平均値）が理論空燃比よりも小さくなる（リッチになる）。よって、前記所定の条件が成立したとき、触媒の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

　同様に、前記空燃比制御手段は、
　前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素不足状態から前記酸素過剰状態へと変化したと判定された時点から所定の遅延時間であるリーン遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素過剰状態から前記酸素不足状態へと変化したと判定された時点から所定の遅延時間である０を含むリッチ遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リーン遅延時間を、前記所定の条件が成立していない場合の前記リーン遅延時間よりも短い時間に設定するように構成される。

　これによれば、前記所定の条件が成立している場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている時間が「リーン遅延時間が短くなった時間」だけ長くなる。従って、機関の空燃比の平均値（従って、触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比の平均値）が理論空燃比よりも小さくなる（リッチになる）。よって、前記所定の条件が成立したとき、触媒の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

　本発明装置の他の態様において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定し、
　前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する、目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含む。

　この場合、前記目標空燃比設定手段は、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リッチ判定閾値dRichthを、前記所定の条件が成立していない場合の前記リッチ判定閾値dRichthよりも大きい値に設定するように構成される。

　或いは、前記目標空燃比設定手段は、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リーン判定閾値dLeanthを、前記リーン遅延時間が前記所定の条件が成立していない場合の前記リーン判定閾値dLeanthよりも小さい値に設定するように構成される。

　これらによれば、前記所定の条件が成立している場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、触媒の状態が酸素不足状態であると判定されている期間が短くなり、触媒の状態が酸素過剰状態であると判定されている期間が長くなる。よって、前記所定の条件が成立している場合、目標空燃比が目標リッチ空燃比に設定されている時間が相対的に長くなる。従って、機関の空燃比の平均値（従って、触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比の平均値）が理論空燃比よりも小さくなる（リッチになる）。よって、前記所定の条件が成立したとき、触媒の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

　本発明装置の他の態様において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値に基いて、前記触媒の酸素吸蔵量が過剰となる傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比のガスを流入させるべきであると判定したとき前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒の酸素吸蔵量が不足する傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも大きいリーン空燃比のガスを流入させるべきであると判定したとき前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含む。

　この場合、前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記目標リッチ空燃比を前記所定の条件が成立していない場合の前記目標リッチ空燃比よりも小さい空燃比に設定するとともに、前記所定の条件が成立している場合の前記目標リーン空燃比を前記所定の条件が成立していない場合の前記目標リーン空燃比よりも大きい空燃比に設定することにより、前記触媒内において発生する熱の量を増大させて前記触媒の温度を上昇させる。この場合、前記所定の条件が成立している場合の前記目標リッチ空燃比と、前記所定の条件が成立している場合の前記目標リーン空燃比と、の平均が理論空燃比又は理論空燃比よりも小さい値となるように、これらの目標空燃比が設定されていることが好ましい。

　これによれば、所定の条件が成立している場合、触媒に流入するガスの空燃比の振幅が大きくなる。従って、触媒における反応が活発になるので、反応熱が大きくなる。その結果、前記所定の条件が成立した場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、触媒の温度を上昇させることができるので、触媒の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

　本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の各実施形態に係る空燃比制御装置が適用される内燃機関の概略平面図である。図２は、図１に示した触媒に流入するガスの空燃比（上流側空燃比）と図１に示した上流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。図３は、図１に示した触媒から流出するガスの空燃比（下流側空燃比）と図１に示した下流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。図４は、本発明の第１実施形態に係る制御装置（第１制御装置）により変更される目標空燃比を示したタイムチャートである。図５は、第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図６は、第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図７は、第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図８は、第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図９は、本発明の第２実施形態に係る制御装置（第２制御装置）が使用する触媒リーン状態表示フラグ及びリッチ要求フラグを示したタイムチャートである。図１０は、第２制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図１１は、第２制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図１２は、図１に示した下流側空燃比センサの出力値と、本発明の第３実施形態に係る制御装置（第３制御装置）が使用する触媒リーン状態表示フラグ及びリッチ要求フラグと、を示したタイムチャートである。図１３は、第３制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。図１４は、本発明の第４実施形態に係る制御装置（第４制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

　以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置（以下、単に「制御装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。この制御装置は、内燃機関に供給される混合気に含まれる燃料噴射量（燃料供給量）を制御する燃料噴射量制御装置の一部でもある。

＜第１実施形態＞
（構成）
　図１は、第１実施形態に係る制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）を、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。内燃機関１０は、機関本体部２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、を含む。

　機関本体部２０は、シリンダブロック部及びシリンダヘッド部を含む。機関本体部２０は、複数の気筒（燃焼室）２１を備えている。各気筒は、図示しない「吸気ポート及び排気ポート」と連通している。吸気ポートと燃焼室２１との連通部は図示しない吸気弁により開閉される。排気ポートと燃焼室２１との連通部は図示しない排気弁により開閉される。各燃焼室２１には図示しない点火プラグが配設されている。

　吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、複数の燃料噴射弁３３、及び、スロットル弁３４を備えている。

　インテークマニホールド３１は、複数の枝部３１ａとサージタンク３１ｂとを備えている。複数の枝部３１ａのそれぞれの一端は、複数の吸気ポートのそれぞれに接続されている。複数の枝部３１ａの他端はサージタンク３１ｂに接続されている。

　吸気管３２の一端はサージタンク３１ｂに接続されている。吸気管３２の他端には図示しないエアフィルタが配設されている。

　燃料噴射弁３３は、一つの気筒（燃焼室）２１に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁３３は吸気ポートに設けられている。燃料噴射弁３３には燃料配管５０を通して図示しない燃料タンクから燃料が供給されている。燃料噴射弁３３は、噴射指示信号に応答して開弁し、「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量の燃料」を吸気ポート（従って、燃料噴射弁３３に対応する気筒２１）内に噴射するようになっている。

　スロットル弁３４は、吸気管３２内に回動可能に配設されている。スロットル弁３４は、吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁３４は、図示しないスロットル弁アクチュエータにより吸気管３２内で回転駆動されるようになっている。

　排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２、エキゾーストパイプ４２に配設された上流側触媒４３、及び、上流側触媒４３よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に配設された「図示しない下流側触媒」を備えている。

　エキゾーストマニホールド４１は、複数の枝部４１ａと集合部４１ｂとを備えている。複数の枝部４１ａのそれぞれの一端は、複数の排気ポートのそれぞれに接続されている。複数の枝部４１ａのそれぞれの他端は集合部４１ｂに集合している。この集合部４１ｂは、複数（２以上であり、本例では４つ）の気筒から排出された排ガスが集合する部分であるから、排気集合部ＨＫとも称呼される。

　エキゾーストパイプ４２は集合部４１ｂに接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２は、排気通路を構成している。

　上流側触媒４３及び下流側触媒のそれぞれは、所謂、白金、ロジウム及びパラジウム等の貴金属（触媒物質）からなる活性成分を担持する三元触媒装置（排気浄化用の触媒）である。各触媒は、各触媒に流入するガスの空燃比が「三元触媒のウインドウ内の空燃比（例えば、理論空燃比）」であるとき、ＨＣ，ＣＯ，Ｈ_２などの未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。

　更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する酸素吸蔵機能を有する。即ち、各触媒は、その触媒に流入するガス（触媒流入ガス）に過剰の酸素が含まれているとき、その酸素を吸蔵するとともにＮＯｘを浄化する。各触媒は、触媒流入ガスに過剰な未燃物が含まれているとき、吸蔵している酸素を放出してその未燃物を浄化する。各触媒は、触媒流入ガスの空燃比が小さくなるほど、より多くの酸素を放出する。より多くの酸素を放出した状態（換言すると触媒内の還元剤の濃度が大きい状態）において、触媒はより高い反応速度にてＮＯｘを還元することができる。

　触媒の酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア（ＣｅＯ_２）等の酸素吸蔵材によってもたらされる。各触媒は、酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。つまり、酸素吸蔵機能により、ウインドウの幅が拡大する。

　このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、水温センサ６３、クランクポジションセンサ６４、インテークカムポジションセンサ６５、上流側空燃比センサ６６、下流側空燃比センサ６７、及び、アクセル開度センサ６８を備えている。

　エアフローメータ６１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。即ち、吸入空気量Ｇａは、単位時間あたりに機関１０に吸入される吸入空気量を表す。

　スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁３４の開度（スロットル弁開度）を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。

　水温センサ６３は、機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。冷却水温ＴＨＷは、機関１０の暖機状態（機関１０の温度）を表す運転状態指標量である。

　クランクポジションセンサ６４は、クランク軸が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電気制御装置７０によって機関回転速度ＮＥに変換される。

　インテークカムポジションセンサ６５は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。後述する電気制御装置７０は、クランクポジションセンサ６４及びインテークカムポジションセンサ６５からの信号に基いて、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角度ＣＡを取得するようになっている。この絶対クランク角度ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角度」に設定され、クランク軸の回転角度に応じて７２０°クランク角度まで増大し、その時点にて再び０°クランク角度に設定される。

　上流側空燃比センサ６６は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ（排気集合部ＨＫ）と上流側触媒４３との間の位置において「エキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２の何れか」に配設されている。

　上流側空燃比センサ６６は、例えば、特開平１１－７２４７３号公報、特開２０００－６５７８２号公報及び特開２００４－６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。

　上流側空燃比センサ６６は、上流側空燃比センサ６６の配設位置を流れる排ガスの空燃比（触媒４３に流入するガスである「触媒流入ガス」の空燃比、上流側空燃比abyfs）に応じた出力値Vabyfsを出力する。出力値Vabyfsは、図２に示したように、触媒流入ガスの空燃比（上流側空燃比abyfs）が大きくなるほど（リーン側の空燃比になるほど）増大する。

　電気制御装置７０は、出力値Vabyfsと上流側空燃比abyfsとの図２に示した関係を規定した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを記憶している。電気制御装置７０は、出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfsに適用することにより、実際の上流側空燃比abyfsを検出する（検出上流側空燃比abyfsを取得する）ようになっている。

　再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ６７は、エキゾーストパイプ４２内に配設されている。下流側空燃比センサ６７の配設位置は、上流側触媒４３よりも下流側であり、且つ、下流側触媒よりも上流側（即ち、上流側触媒４３と下流側触媒との間の排気通路）である。下流側空燃比センサ６７は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニア等の固体電解質を用いた周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ６７は、排気通路であって下流側空燃比センサ６７が配設されている部位を通過するガスである被検出ガスの空燃比に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。換言すると、出力値Voxsは、上流側触媒４３から流出し且つ下流側触媒に流入するガスの空燃比に応じた値である。

　この出力値Voxsは、図３に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ～１．０Ｖ）となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ～０Ｖ）となる。更に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Ｖst（中央値Vmid、中間電圧Ｖst、例えば、約０．５Ｖ）となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変する。同様に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。

　図１に示したアクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量Accp（アクセルペダル操作量、アクセルペダルＡＰの開度）を表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル操作量Accpは、アクセルペダルＡＰの操作量が大きくなるとともに大きくなる。

　電気制御装置７０は、「ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ、ＣＰＵが必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（Ｂ－ＲＡＭ）、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる周知のマイクロコンピュータである。

　バックアップＲＡＭは、機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭは、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵの指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。従って、バックアップＲＡＭは、機関１０の運転停止中においてもデータを保持することができる。

　バックアップＲＡＭは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。そこで、ＣＰＵは、バックアップＲＡＭへの電力供給が再開されたとき、バックアップＲＡＭに保持されるべきデータを初期化（デフォルト値に設定）するようになっている。なお、バックアップＲＡＭは、ＥＥＰＲＯＭ等の読み書き可能な不揮発性メモリであってもよい。

　電気制御装置７０は、上述したセンサ等と接続され、ＣＰＵにそれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、電気制御装置７０は、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒に対応して設けられた点火プラグ（実際にはイグナイタ）、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁３３、及び、スロットル弁アクチュエータ等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。

　なお、電気制御装置７０は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータに指示信号を送出するようになっている。即ち、電気制御装置７０は、運転者により変更される機関１０の加速操作量（アクセルペダル操作量Accp）に応じて「機関１０の吸気通路に配設されたスロットル弁３４」の開度を変更するスロットル弁駆動手段を備えている。

（第１制御装置の作動の概要）
　第１制御装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基いて、触媒４３の状態（酸素吸蔵状態）が、酸素過剰状態及び酸素不足状態のうちの何れであるかを判定する。
　酸素過剰状態は、リーン状態とも称呼される。酸素過剰状態は、触媒４３の酸素吸蔵量が過剰となる傾向にあって最大酸素吸蔵量Ｃmaxに近い値になりつつある状態である。
　酸素不足状態は、リッチ状態とも称呼される。酸素不足状態は、触媒４３の酸素吸蔵量が不足する傾向にあって「０」に近い値になりつつある状態である。

　より具体的に述べると、第１制御装置は、触媒４３の状態が酸素過剰状態であると判定されている場合であって、出力値Voxsの所定時間あたりの変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、触媒４３の状態が酸素不足状態となったと判定する。このとき、第１制御装置は、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「０」に設定する。

　更に、第１制御装置は、触媒４３の状態が酸素不足状態であると判定されているときに、変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、触媒４３の状態が酸素過剰状態となったと判定する。このとき、第１制御装置は、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「１」に設定する。

　なお、第１制御装置は、触媒４３の状態が酸素過剰状態であると判定されている場合であって、出力値Voxsがリッチ判定閾値VRichthよりも大きくなったとき、触媒４３の状態が酸素不足状態となったと判定してもよい。更に、第１制御装置は、触媒４３の状態が酸素不足状態であると判定されているときに、出力値Voxsがリーン判定閾値VLeanthよりも小さくなったとき、触媒４３の状態が酸素過剰状態となったと判定してもよい。

　触媒４３の状態が酸素過剰状態であるとき、触媒４３には過剰な未燃物を流入させるべきである。そこで、第１制御装置は、触媒４３の状態が酸素過剰状態であると判定したとき（触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「１」に設定したとき）、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「１」に設定し（リッチ要求が発生したと判定し）、「機関に供給される混合気の空燃比の目標である目標空燃比abyfr」を「理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比afRich」に設定する。なお、目標空燃比abyfrは、触媒４３に流入する排ガスの空燃比の目標でもある。

　これに対し、触媒４３の状態が酸素不足状態であるとき、触媒４３には過剰な酸素を流入させるべきである。そこで、第１制御装置は、触媒４３の状態が酸素不足状態であると判定したとき（触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「０」に設定したとき）、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「０」に設定し（リーン要求が発生したと判定し）、目標空燃比abyfrを「理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比afLean」に設定する。

　更に、第１制御装置は、触媒４３に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来することが予測される状態となったか否かを判定する。具体的には、第１制御装置は、以下に述べる総ての条件（以下、単に「所定の条件」又は「特定条件」と言う。）が成立したとき、触媒４３に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来すると予測する。
（条件１）吸入空気量Ｇａが、低側空気量閾値ＧａＬｏｔｈよりも大きく、且つ、高側空気量閾値ＧａＨｉｔｈよりも小さい。なお、高側空気量閾値ＧａＨｉｔｈは低側空気量閾値ＧａＬｏｔｈよりも大きい。
（条件２）吸入空気量Ｇａの単位時間当たりの変化量の大きさ（｜ΔＧａ｜）が所定変化量閾値ΔＧａｔｈよりも小さい。

　なお、条件１及び条件２の吸入空気量Ｇａは負荷ＫＬ、スロットル弁開度ＴＡ及びアクセルペダル操作量Accp等に置換され得る。これらは、何れも、吸入空気量Ｇａが大きいほど大きくなるパラメータであり、吸入空気量相関値とも称呼される。負荷ＫＬは、本例において負荷率（充填率）ＫＬであり、下記の（１）式に基いて算出される。この（１）式において、Ｍｃ（ｋ）はある気筒が一回の吸気行程において吸入する空気量（単位は（ｇ））、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、４は機関１０の気筒数である。

　ＫＬ＝｛Ｍｃ（ｋ）／（ρ・Ｌ／４）｝・100（％）…（１）

　更に、上記条件１は、「機関１０を搭載した車両の速度が、「低側速度閾値」よりも大きく、且つ、「前記低側速度閾値よりも大きい高側速度閾値」よりも小さい。」という条件に置換されてもよい。

　前記所定の条件が成立していないとき（即ち、条件１及び条件２の少なくとも一方が成立していないとき）、第１制御装置は図４の時刻ｔ１以前に示したように、目標リーン空燃比afLeanを基準目標リーン空燃比afLean0に設定し、目標リッチ空燃比afRichを基準目標リッチ空燃比afRich0に設定する。基準目標リーン空燃比afLean0は理論空燃比よりも正の所定値Ａだけ大きい空燃比である。基準目標リッチ空燃比afRich0は理論空燃比よりも正の所定値Ａだけ小さい空燃比である。よって、基準目標リーン空燃比afLean0及び基準目標リッチ空燃比afRich0の平均値は理論空燃比stoichである。

　これに対し、第１制御装置は、前記所定の条件が成立したとき（即ち、前記条件１及び前記条件２の両条件が成立したとき）、図４の時刻ｔ１以降に示したように、目標リーン空燃比afLeanを「基準目標リーン空燃比afLean0よりも正の所定値ΔＬだけ小さい値（afLean0－ΔＬ）」に設定し、目標リッチ空燃比afRichを「基準目標リッチ空燃比afRich0よりも正の所定値ΔＲだけ小さい値（afRich0－ΔＲ）」に設定する。但し、値（afLean0－ΔＬ）は理論空燃比stoichよりも大きい。

　これにより、触媒４３に流入する排ガスの空燃比の平均が「理論空燃比stoichよりも小さくなる」ので、触媒４３内の還元剤の濃度は時刻ｔ１以前に比べて時刻ｔ１以降において上昇する。よって、その後に機関１０が加速されて多量のＮＯｘが触媒４３に流入した場合、触媒４３におけるＮＯｘの還元速度が十分に高くなっているから、触媒４３から流出する未浄化のＮＯｘの量を低減することができる。

（実際の作動）
　次に、第１制御装置の実際の作動について説明する。

＜燃料噴射制御＞
　第１制御装置のＣＰＵは、図５に示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。前記所定クランク角度は、例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ（吸気上死点前９０°クランク角度）である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。ＣＰＵは、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量（最終燃料噴射量）Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行う。

　任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度と一致すると、ＣＰＵはステップ５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで「吸入空気量Ｇａ、機関回転速度ＮＥ、及び、ルックアップテーブルMapMc（Ｇａ，ＮＥ）」に基いて「燃料噴射気筒に吸入される空気量（即ち、筒内吸入空気量）Ｍｃ）」を取得する。筒内吸入空気量Ｍｃは、周知の空気モデル（吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル）により算出されてもよい。

　次に、ＣＰＵはステップ５１０に進み、フィードバック制御フラグＸＦＢの値が「１」であるか否かを判定する。このフィードバック制御フラグＸＦＢの値は、空燃比のフィードバック制御条件が成立しているときに「１」に設定され、フィードバック制御条件が成立していないときに「０」に設定される。更に、フィードバック制御フラグＸＦＢの値はイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。イニシャルルーチンは、機関１０が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置に変更されたときにＣＰＵにより実行されるルーチンである。

　空燃比のフィードバック制御条件は、例えば、以下の総ての条件が成立したときに成立する。
（Ａ１）上流側空燃比センサ６６が活性化している。
（Ａ２）下流側空燃比センサ６７が活性化している。
（Ａ３）機関の負荷ＫＬが閾値負荷ＫＬfbｔｈ以下である。

　フィードバック制御フラグＸＦＢの値が「１」でなければ、ＣＰＵはステップ５１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５１５に進み、目標空燃比abyfrを理論空燃比stoich（例えば、１４．６）に設定する。

　次に、ＣＰＵは以下に述べるステップ５２０乃至ステップ５３５の処理を順に行い、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ステップ５２０：ＣＰＵは、筒内吸入空気量Ｍｃを目標空燃比abyfrで除することによって基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを算出する。基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅは、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるために必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。

　ステップ５２５：ＣＰＵは、図示しないルーチンにより別途計算されているメインフィードバック量ＫＦmainを読み込む。メインフィードバック量ＫＦmainは、検出上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrに一致するように周知のＰＩＤ制御に基いて算出される。従って、メインフィードバック量ＫＦmainは、検出上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrよりも大きいとき増大させられ、検出上流側空燃比abyfsが目標空燃比abyfrよりも小さいとき減少させられる。なお、メインフィードバック量ＫＦmainは、フィードバック制御フラグＸＦＢの値が「０」であるとき「１」に設定される。更に、メインフィードバック量ＫＦmainは常に「１」に設定されてもよい。即ち、メインフィードバック量ＫＦmainを用いたフィードバック制御は本実施形態において必須ではない。

　ステップ５３０：ＣＰＵは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅをメインフィードバック量ＫＦmainにより補正することによって指示燃料噴射量Ｆｉを算出する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅにメインフィードバック量ＫＦmainを乗じることによって指示燃料噴射量Ｆｉを算出する。

　ステップ５３５：ＣＰＵは、「指示燃料噴射量Ｆｉの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁３３」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁３３に送出する。

　この結果、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるために必要な量の燃料が燃料噴射気筒の燃料噴射弁３３から噴射させられる。即ち、ステップ５２０乃至ステップ５３５は、「機関の空燃比が目標空燃比abyfrに一致するように指示燃料噴射量Ｆｉを制御する」指示燃料噴射量制御手段、或いは、「機関１０に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比abyfrに基いて制御する燃料供給量制御手段」を構成している。

　一方、ＣＰＵがステップ５１０の処理を行う時点において、フィードバック制御フラグＸＦＢの値が「１」であると、ＣＰＵはそのステップ５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」であるか否かを判定する。リッチ要求フラグＸRichreqの値は後述する図７に示したルーチンにより設定される。

　リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ５４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５４５に進み、目標リッチ空燃比afRichを読み出す。目標リッチ空燃比afRichは後述する図８に示したルーチンにより別途算出されている。次いで、ＣＰＵはステップ５５０に進み、目標空燃比abyfrを目標リッチ空燃比afRichに設定する。その後、ＣＰＵはステップ５２０以降に進む。従って、機関の空燃比は目標リッチ空燃比afRichに一致させられる。

　これに対し、ＣＰＵがステップ５４０の処理を実行する時点において、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ５４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５５５に進み、目標リーン空燃比afLeanを読み出す。目標リーン空燃比afLeanも後述する図８に示したルーチンにより別途算出されている。次いで、ＣＰＵはステップ５６０に進み、目標空燃比abyfrを目標リーン空燃比afLeanに設定する。その後、ＣＰＵはステップ５２０以降に進む。従って、機関の空燃比は目標リーン空燃比afLeanに一致させられる。

＜触媒状態判定＞
　ＣＰＵは図６にフローチャートにより示した「触媒状態判定ルーチン」を所定時間ｔｓの経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、「現時点の下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs」から「前回の下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsold」を減じることにより、所定時間ｔｓ（単位時間）あたりの出力値Voxsの変化量ΔVoxsを算出する。

　次に、ＣＰＵはステップ６１０に進み、現時点の出力値Voxsを「前回の出力値Voxsold」として記憶する。即ち、前回の出力値Voxsoldは、現時点から所定時間ｔｓだけ前の時点の出力値Voxs（本ルーチンが前回実行されたときの出力値Voxs）である。変化量ΔVoxsは変化速度ΔVoxsとも称呼される。

　次に、ＣＰＵはステップ６１５に進み、リッチ判定閾値dRichthを読み出す。リッチ判定閾値dRichthは本例において一定値に定められている。次に、ＣＰＵはステップ６２０に進み、リーン判定閾値dLeanthを読み出す。リーン判定閾値dLeanthは本例において一定値に定められている。

　次に、ＣＰＵはステップ６３０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であるか否かを判定する。触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「１」に設定されるようになっている。更に、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基いて触媒４３の状態が酸素不足状態（リッチ状態）であると判定されたときに「０」に設定され、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基いて触媒４３の状態が酸素過剰状態（リーン状態）であると判定されたときに「１」に設定される。

　いま、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０に進み、変化速度ΔVoxsが正であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、出力値Voxsが増大しているか否かを判定する。このとき、変化速度ΔVoxsが正でなければ、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ところで、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であるとき、後述する図７に示したルーチンによりリッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」に設定され、それにより目標空燃比abyfrは目標リッチ空燃比afRichに設定される（図５のステップ５４０乃至ステップ５５０を参照。）。従って、触媒４３の酸素吸蔵量は次第に減少し、ある時点から未燃物が触媒４３から流出し始める。

　その結果、変化速度ΔVoxsは正の値となる。変化速度ΔVoxsが正の値になると、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５０に進み、変化速度ΔVoxsの大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きいか否かを判定する。このとき、大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichth以下であると、ＣＰＵはステップ６５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ＣＰＵがステップ６５０の処理を実行する時点において、変化速度ΔVoxsの大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きいと、ＣＰＵはそのステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６６０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「０」に設定する。即ち、出力値Voxsが増大していて且つその変化速度ΔVoxsの大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きい場合、ＣＰＵは「触媒４３の状態は酸素不足状態である。」と判定し、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「０」に設定する。

　この状態（即ち、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」に設定された状態）において、ＣＰＵがステップ６００から処理を再び開始すると、ＣＰＵはステップ６０５乃至ステップ６２０を経由してステップ６３０に進み、そのステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６７０に進む。

　ＣＰＵは、ステップ６７０にて変化速度ΔVoxsが負であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、出力値Voxsが減少しているか否かを判定する。このとき、変化速度ΔVoxsが負でなければ、ＣＰＵはステップ６７０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ところで、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」であるとき、後述する図７に示したルーチンによりリッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」に設定され、それにより目標空燃比abyfrは目標リーン空燃比afLeanに設定される（図５のステップ５４０、ステップ５５５及びステップ５６０を参照。）。従って、触媒４３の酸素吸蔵量は次第に増大し、ある時点から酸素が触媒４３から流出し始める。

　その結果、変化速度ΔVoxsは負の値となる。変化速度ΔVoxsが負の値になると、ＣＰＵはステップ６７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６８０に進み、変化速度ΔVoxsの大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きいか否かを判定する。このとき、大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanth以下であると、ＣＰＵはステップ６８０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

　これに対し、変化速度ΔVoxsの大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きいと、ＣＰＵはステップ６８０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６９０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「１」に設定する。即ち、出力値Voxsが減少していて且つその変化速度ΔVoxsの大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きい場合、ＣＰＵは「触媒４３の状態が酸素過剰状態である。」と判定し、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanを「１」に設定する。

　なお、ＣＰＵは、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であるとき、出力値Voxsがリッチ判定閾値VRichthよりも大きくなったとき、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「０」に設定してもよい。同様に、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」であるとき、出力値Voxsがリーン判定閾値VLeanthよりも小さくなったとき、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値を「１」に設定してもよい。この場合、リッチ判定閾値VRichthは中央値Vmid以下の値であってもよい。リーン判定閾値VLeanthは中央値Vmid以上の値であってもよい。

　このように触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基いて、「１」及び「０」の何れかの値に交互に設定される。そして、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanに応じてリッチ要求フラグＸRichreqが設定され、そのリッチ要求フラグＸRichreqに応じて目標空燃比abyfrが決定される。

＜リッチ要求フラグ設定（要求空燃比の決定）＞
　ＣＰＵは図７に示した要求空燃比決定ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵはステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であれば、ＣＰＵはステップ７２０に進んでリッチ要求フラグＸRichreqの値を「１」に設定する。即ち、ＣＰＵは「要求空燃比」がリッチ空燃比であり、リッチ要求が発生したと判定する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　これに対し、ＣＰＵがステップ７１０の処理を実行する時点において、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」であれば、ＣＰＵはステップ７３０に進んでリッチ要求フラグＸRichreqの値を「０」に設定する。即ち、ＣＰＵは「要求空燃比」がリーン空燃比であり、リーン要求が発生したと判定する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

＜目標空燃比算出＞
　ＣＰＵは図８に示した目標空燃比算出ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵはステップ８００から処理を開始してステップ８０５に進み、上述した条件１が成立しているか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、吸入空気量Ｇａが、低側空気量閾値ＧａＬｏｔｈよりも大きく、且つ、高側空気量閾値ＧａＨｉｔｈよりも小さいか否かを判定する。

　いま、ステップ８０５の判定条件が満足されていないと仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定し、以下に述べるステップ８１０及びステップ８１５の処理を順に行い、その後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ステップ８１０：ＣＰＵは、目標リッチ空燃比afRichの値を基準目標リッチ空燃比afRich0に設定する。基準目標リッチ空燃比afRich0は理論空燃比stoichよりも正の所定値Ａだけ小さい値（例えば、１４．２）である。
　ステップ８１５：ＣＰＵは、目標リーン空燃比afLeanの値を基準目標リーン空燃比afLean0に設定する。基準目標リーン空燃比afLean0は理論空燃比stoichよりも正の所定値Ａだけ大きい値（例えば、１５．０）である。

　これに対し、ＣＰＵがステップ８０５の処理を実行する時点において、吸入空気量Ｇａが低側空気量閾値ＧａＬｏｔｈよりも大きく且つ高側空気量閾値ＧａＨｉｔｈよりも小さいと、ＣＰＵはそのステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、「現時点の吸入空気量Ｇａ」から「前回の吸入空気量Ｇａold」を減じることにより、所定時間ｔｓ（単位時間）あたりの吸入空気量変化量ΔＧａを算出する。

　次に、ＣＰＵはステップ８２５に進み、現時点の吸入空気量Ｇａを「前回の吸入空気量Ｇａold」として記憶する。即ち、前回の吸入空気量Ｇａoldは、現時点から所定時間ｔｓだけ前の時点の吸入空気量Ｇａ（本ルーチンが前回実行されたときの吸入空気量Ｇａ）である。

　次に、ＣＰＵはステップ８３０に進み、吸入空気量変化量ΔＧａの大きさ｜ΔＧａ｜が所定の変化量閾値ΔＧａｔｈよりも小さいか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは上記条件２が成立しているか否かを判定する。このとき、大きさ｜ΔＧａ｜が変化量閾値ΔＧａｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８１０及びステップ８１５の処理を実行して本ルーチンを一旦終了する。従って、この場合、目標リッチ空燃比afRichは基準目標リッチ空燃比afRich0に設定され、目標リーン空燃比afLeanは基準目標リーン空燃比afLean0に設定される。

　これに対し、ＣＰＵがステップ８３０の処理を実行する時点において、吸入空気量変化量ΔＧａの大きさ｜ΔＧａ｜が所定の変化量閾値ΔＧａｔｈよりも小さいと、ＣＰＵはそのステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ８３５乃至ステップ８５０の処理を順に行い、その後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ステップ８３５：ＣＰＵは吸入空気量Ｇａに基いて目標リッチ空燃比補正量ΔＲを決定する。目標リッチ空燃比補正量ΔＲは、吸入空気量Ｇａが大きくなるほど大きくなるように決定される。
　ステップ８４０：ＣＰＵは、目標リッチ空燃比afRichを、基準目標リッチ空燃比afRich0から目標リッチ空燃比補正量ΔＲを減じた値（afRich0－ΔＲ）に設定する。この結果、目標リッチ空燃比afRichは、吸入空気量Ｇａが大きいほど理論空燃比stoichから遠ざかるように小さくなる空燃比として算出される。

　ステップ８４５：ＣＰＵは吸入空気量Ｇａに基いて目標リーン空燃比補正量ΔＬを決定する。目標リーン空燃比補正量ΔＬは、吸入空気量Ｇａが大きくなるほど大きくなるように決定される。
　ステップ８５０：ＣＰＵは、目標リーン空燃比afLeanを、基準目標リーン空燃比afLean0から目標リーン空燃比補正量ΔＬを減じた値（afLean0－ΔＬ）に設定する。この結果、目標リーン空燃比afLeanは、吸入空気量Ｇａが大きいほど理論空燃比stoichに近づくように小さくなる空燃比として算出される。但し、目標リーン空燃比補正量ΔＬは、値（afLean0－ΔＬ）が理論空燃比stoichよりも大きくなるように定められている。

　以上、説明したように、第１制御装置によれば、上記所定の条件（条件１及び条件２）が成立した場合（即ち、ステップ８０５及びステップ８３０の両ステップにて共に「Ｙｅｓ」と判定された場合）、多量のＮＯｘが触媒４３に流入することが予測されると決定する。

　そして、第１制御装置によれば、目標リーン空燃比afLeanが「前記所定の条件が成立していない場合」に比較して目標リーン空燃比補正量ΔＬだけ減少させられ（図８のステップ８４５及びステップ８５０）、目標リッチ空燃比afRichが「前記所定の条件が成立していない場合」に比較して目標リッチ空燃比補正量ΔＲだけ減少させられる（図８のステップ８３５及びステップ８４０）。その結果、触媒４３内の還元剤の濃度が上昇させられるので、ＮＯｘが流入した場合のＮＯｘの還元速度が大きくなる。その結果、その後において機関１０が加速され、多量のＮＯｘが触媒４３に流入した場合であっても、触媒４３から流出する未浄化のＮＯｘの量を低減することができる。

＜第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。

　第２制御装置は、前記所定の条件が成立したとき、目標リッチ空燃比afRich及び目標リーン空燃比afLeanを変更する代わりに、目標空燃比abyfrを目標リッチ空燃比afRichに維持している時間を相対的に長くする点のみにおいて、第１制御装置と相違している。

　より具体的に述べると、第２制御装置は、第１制御装置と同様、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」のときに目標空燃比abyfrを目標リッチ空燃比afRichに設定し、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」のときに目標空燃比abyfrを目標リーン空燃比afLeanに設定する。

　更に、第２制御装置は、図９に示したように、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」から「１」へと変化じた時点（時刻ｔ１、ｔ５）からリーン遅延時間ＴＤＬが経過した時点にてリッチ要求フラグＸRichreqを「０」から「１」へと変更する。加えて、第２制御装置は、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」から「０」へと変化じた時点（時刻ｔ３）からリッチ遅延時間ＴＤＲが経過した時点にてリッチ要求フラグＸRichreqを「１」から「０」へと変更する。従って、リッチ遅延時間ＴＤＲを長くすることにより、及び／又は、リーン遅延時間ＴＤＬを短くすることにより、目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichに設定されている時間が長くなるから、触媒４３に流入する排ガスの空燃比の平均値をリッチ側へと移行することができる。そこで、第２制御装置は、前記所定の条件が成立した場合、リッチ遅延時間ＴＤＲを長くするか、又は、リーン遅延時間ＴＤＬを短くする。これにより、第２制御装置は、前記所定の条件が成立した場合、触媒４３内の還元剤の濃度を上昇させる。

（実際の作動）
　第２制御装置のＣＰＵは、図５及び図６に示したルーチンを第１制御装置のＣＰＵと同様に実行する。但し、図５のステップ５４５にて読み出される目標リッチ空燃比afRichは一定値（例えば、１４．２）であり、図５のステップ５５５にて読み出される目標リーン空燃比afLeanは一定値（１５．０）である。

　更に、第２制御装置のＣＰＵは図１０に示した要求空燃比決定ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵはステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、リーン遅延時間ＴＤＬを読み出す。リーン遅延時間ＴＤＬは後述する図１１に示したルーチンにより算出されている。次いで、ＣＰＵはステップ１０２０に進み、リッチ遅延時間ＴＤＲを読み出す。リッチ遅延時間ＴＤＲは後述する図１１に示したルーチンにより算出されている。

　次に、ＣＰＵはステップ１０３０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」から「１」へと変化した時点からリーン遅延時間ＴＤＬが経過したか否かを判定する。

　そして、リーン遅延時間ＴＤＬが経過していなければ、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、リッチ要求フラグＸRichreqの値は変更されない。

　これに対し、ＣＰＵがステップ１０４０の処理を実行する時点において、リーン遅延時間ＴＤＬが経過していると、ＣＰＵはそのステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０５０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「１」に設定する。この結果、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」から「１」へと変化した時点からリーン遅延時間ＴＤＬが経過した時点以降において、目標空燃比abyfrは目標リーン空燃比afLeanから目標リッチ空燃比afRichに変更される。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

　一方、ＣＰＵがステップ１０３０の処理を実行する時点において、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「０」である場合、ＣＰＵはそのステップ１０３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０６０に進み、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」から「０」へと変化した時点からリッチ遅延時間ＴＤＲが経過したか否かを判定する。

　そして、リッチ遅延時間ＴＤＲがが経過していなければ、ＣＰＵはステップ１０６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、リッチ要求フラグＸRichreqの値は変更されない。

　これに対し、ＣＰＵがステップ１０６０の処理を実行する時点において、リッチ遅延時間ＴＤＲが経過していると、ＣＰＵはそのステップ１０６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０７０に進み、リッチ要求フラグＸRichreqの値を「０」に設定する。この結果、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLeanの値が「１」から「０」へと変化した時点からリッチ遅延時間ＴＤＲが経過した時点以降において、目標空燃比abyfrは目標リッチ空燃比afRichから目標リーン空燃比afLeanへと変更される。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

　更に、ＣＰＵは図１１に示した遅延時間算出ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。なお、図１１に示されたステップであって図８にも示されたステップには、図８に示されたステップと同一の符号が付されている。これらのステップの詳細な説明は適宜省略される。

　上述した所定の条件が成立していない場合、ＣＰＵはステップ１１１０に進んでリッチ遅延時間ＴＤＲを一定の基準リッチ遅延時間ＴＤＲ０に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ１１２０に進み、リーン遅延時間ＴＤＬを一定の基準リーン遅延時間ＴＤＬ０に設定し、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　これに対し、上述した所定の条件が成立していると、ＣＰＵはステップ１１３０に進み、リッチ遅延時間ＴＤＲを吸入空気量Ｇａに基いて決定する。より具体的に述べると、リッチ遅延時間ＴＤＲは吸入空気量Ｇａが大きくなるほど、基準リッチ遅延時間ＴＤＲ０以上の範囲において大きくなるように決定される。

　次に、ＣＰＵはステップ１１４０に進み、リーン遅延時間ＴＤＬを吸入空気量Ｇａに基いて決定する。より具体的に述べると、リーン遅延時間ＴＤＬは吸入空気量Ｇａが大きくなるほど、基準リーン遅延時間ＴＤＬ０以下の範囲において小さくなるように決定される。

　以上、説明したように、第２制御装置は、
　下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsの単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、触媒４３の状態が前記酸素過剰状態となったと判定するとともに（図６のステップ６７０乃至ステップ６９０）、前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、触媒４３の状態が酸素不足状態となったと判定する（図６のステップ６４０乃至ステップ６５０）触媒状態判定手段を備える。

　更に、第２制御装置は、目標空燃比設定手段と、前記機関に供給される燃料量を前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含む。

　前記目標空燃比設定手段は、
前記触媒状態判定手段により触媒４３の状態が前記酸素不足状態から前記酸素過剰状態へと変化したと判定された時点から「０を含む所定の遅延時間であるリーン遅延時間ＴＤＬ」だけ経過したときに目標空燃比abyfrを「理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比afRich」に設定するとともに（図１０のステップ１０４０及びステップ１０５０、図５のステップ５４０乃至ステップ５５０）、前記触媒状態判定手段により触媒４３の状態が前記酸素過剰状態から前記酸素不足状態へと変化したと判定された時点から「０を含む所定の遅延時間であるリッチ遅延時間ＴＤＲ」だけ経過したときに目標空燃比abyfrを「理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比afLean」に設定する（図１０のステップ１０６０及びステップ１０７０、図５のステップ５４０、ステップ５５５及びステップ５６０）。
　前記燃料供給量制御手段は、
　機関１０に供給される燃料量（燃料噴射量）を前記設定された目標空燃比abyfrに基いて制御する（図５のステップ５２０乃至ステップ５３５、燃料噴射弁３３）。

　更に、前記目標空燃比設定手段は、前記所定の条件が成立している場合（図１１のステップ８０５及びステップ８３０の両ステップにおける「Ｙｅｓ」との判定を参照。）、リッチ遅延時間ＴＤＲを、前記所定の条件が成立していない場合の前記リッチ遅延時間ＴＤＲ（＝基準リッチ遅延時間ＴＤＲ０）よりも長い時間に設定するように構成されている（図１１のステップ１１３０）。なお、このようにリッチ遅延時間ＴＤＲが設定される場合、前記リーン遅延時間ＴＤＬは常に「０」又は一定値であってもよい。

　加えて、前記目標空燃比設定手段は、前記所定の条件が成立している場合（図１１のステップ８０５及びステップ８３０の両ステップにおける「Ｙｅｓ」との判定を参照。）、リーン遅延時間ＴＤＬを、前記所定の条件が成立していない場合の前記リーン遅延時間ＴＤＬ（＝基準リーン遅延時間ＴＤＬ０）よりも短い時間に設定するように構成されている（図１１のステップ１１４０）。なお、このようにリーン遅延時間ＴＤLが設定される場合、前記リッチ遅延時間ＴＤＲは「０」又は一定値であってもよい。

　従って、第２制御装置によれば、目標空燃比がリッチ空燃比に設定されている時間が「リッチ遅延時間ＴＤＲが長くなった時間」及び／又は「リーン遅延時間ＴＤＬが短くなった時間」だけ長くなる。従って、機関１０の空燃比の平均値（従って、触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比の平均値）が理論空燃比よりも小さくなる（リッチになる）。よって、前記所定の条件が成立したとき、触媒４３の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

＜第３実施形態＞
　次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第３制御装置」とも称呼する。）について説明する。

　第３制御装置は、前記所定の条件が成立したとき、目標リッチ空燃比afRich及び目標リーン空燃比afLeanを変更する代わりに、リッチ判定閾値dRichthを大きくすることにより、触媒４３の状態が酸素過剰状態となっていると判定されている期間を相対的に長くする点のみにおいて、第１制御装置と相違している。

　より具体的に述べると、第３制御装置は、第１制御装置と同様、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」のときに目標空燃比abyfrを目標リッチ空燃比afRichに設定し、リッチ要求フラグＸRichreqの値が「０」のときに目標空燃比abyfrを目標リーン空燃比afLeanに設定する。

　更に、第３制御装置は、図１２に示したように、上述した所定の条件が成立していない場合、リッチ判定閾値dRichthを基準リッチ判定閾値dRichth0に設定する。このため、図１２に示した例においては、時刻ｔ２において触媒リーン状態表示フラグＸCCROLean及びリッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」から「０」へと変更される。即ち、触媒４３の状態が酸素過剰状態であると判定されている場合、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが僅かに増大した時点にて触媒４３の状態が酸素不足状態に変化したと判定され、その時点にて目標空燃比abyfrが目標リーン空燃比afLeanに切り換えられる。

　これに対し、上述した所定の条件が成立した場合、第３制御装置はリッチ判定閾値dRichthを「基準リッチ判定閾値dRichth0に正の補正量ΔｄＲｉを加えた値（dRichth0＋ΔｄＲｉ）」に設定する。これによれば、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsの変化の態様が同じであったとしても、触媒リーン状態表示フラグＸCCROLean及びリッチ要求フラグＸRichreqの値が「１」から「０」へと変更される時点が時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３となる。即ち、触媒４３の状態が酸素過剰状態であると判定されている場合、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが単位時間あたりに「基準リッチ判定閾値dRichth0よりも大きい量」だけ増大した時刻ｔ３にて触媒４３の状態が酸素不足状態に変化したと判定され、その時点にて目標空燃比abyfrが目標リーン空燃比afLeanに切り換えられる。この結果、目標空燃比abyfrは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間に対応する時間分だけ長く、目標リッチ空燃比afRichに設定される。これにより、第３制御装置は、上述した所定の条件が成立した場合、触媒４３内の還元剤の濃度を上昇させる。

（実際の作動）
　第３制御装置のＣＰＵは、図５乃至図７に示したルーチンを第１制御装置のＣＰＵと同様に実行する。但し、図５のステップ５４５にて読み出される目標リッチ空燃比afRichは一定値（例えば、１４．２）であり、図５のステップ５５５にて読み出される目標リーン空燃比afLeanは一定値（１５．０）である。

　更に、第３制御装置のＣＰＵは図１３に示した判定閾値算出ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。このルーチンにより、図６のステップ６１５及びステップ６２０にてそれぞれ読み出されるリッチ判定閾値dRichth及びリーン判定閾値dLeanthが算出される。図１３に示されたステップであって図８にも示されたステップには、図８に示されたステップと同一の符号が付されている。これらのステップの詳細な説明は適宜省略される。

　上述した所定の条件が成立していない場合、ＣＰＵは図１３のステップ１３１０に進んでリッチ判定閾値dRichthを一定の基準リッチ判定閾値dRichth0に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ１３２０に進みリーン判定閾値dLeanthを一定の基準リーン判定閾値dLeanth0に設定し、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　これに対し、上述した所定の条件が成立すると、ＣＰＵはステップ１３３０に進み、リッチ判定閾値dRichthを吸入空気量Ｇａに基いて決定する。より具体的に述べると、リッチ判定閾値dRichthは吸入空気量Ｇａが大きくなるほど、基準リッチ判定閾値dRichth0以上の範囲において大きくなるように決定される。換言すると、ＣＰＵは、吸入空気量Ｇａが大きいほど大きくなる正の補正量ΔｄＲｉを求め、「基準リッチ判定閾値dRichth0に正の補正量ΔｄＲｉを加えた値（dRichth0＋ΔｄＲｉ）」をリッチ判定閾値dRichthとして設定する。

　次に、ＣＰＵはステップ１３４０に進み、リーン判定閾値dLeanthを吸入空気量Ｇａに基いて決定する。より具体的に述べると、リーン判定閾値dLeanthは吸入空気量Ｇａが大きくなるほど、基準リーン判定閾値dLeanth0以下の範囲において小さくなるように決定される。換言すると、ＣＰＵは、吸入空気量Ｇａが大きいほど大きくなる正の補正量ΔｄＬｉを求め、「基準リーン判定閾値dLeanth0から正の補正量ΔｄＬｉを減じた値（dLeanth0－ΔｄＬｉ）」をリーン判定閾値dLeanthとして設定する。なお、リーン判定閾値dLeanthは一定値（基準リーン判定閾値dLeanth0）であってもよい。また、リーン判定閾値dLeanthがステップ１３４０の処理に基づくように可変である場合、リッチ判定閾値dRichthは一定値（基準リッチ判定閾値dRichth0）であってもよい。その後、ＣＰＵはステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　以上、説明したように、第３制御装置は、第２制御装置の「目標空燃比設定手段及び燃料供給量制御手段」を有する。更に、第３制御装置の目標空燃比設定手段は、前記所定の条件が成立している場合の前記リッチ判定閾値dRichthを、前記所定の条件が成立していない場合の前記リッチ判定閾値dRichth（＝基準リッチ判定閾値dRichth0）よりも大きい値に設定するように構成されている（図１３のステップ１３３０）。

　加えて、第３制御装置の目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リーン判定閾値dLeanthを、前記リーン遅延時間が前記所定の条件が成立していない場合の前記リーン判定閾値dLeanth（＝基準リーン判定閾値dLeanth0）よりも小さい値に設定するように構成されている（図１３のステップ１３４０）。

　従って、第３制御装置によれば、前記所定の条件が成立している場合、触媒４３の状態が酸素不足状態であると判定されている期間が短くなり、触媒４３の状態が酸素過剰状態であると判定されている期間が長くなる。よって、前記所定の条件が成立している場合、目標空燃比が目標リッチ空燃比afRichに設定されている時間が相対的に長くなる。従って、機関１０の空燃比の平均値（従って、触媒に流入するガスである触媒流入ガスの空燃比の平均値）が理論空燃比よりも小さくなる（リッチになる）。よって、前記所定の条件が成立したとき、触媒４３の状態を「ＮＯｘの還元速度が高められた状態」に設定しておくことができる。

＜第４実施形態＞
　次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第４制御装置」とも称呼する。）について説明する。

　第４制御装置は、第１乃至第３制御装置と異なり、前記所定の条件が成立したとき、触媒４３の温度が上昇するように機関の空燃比を制御する。より具体的に述べると、第４制御装置は、前記所定の条件が成立したときの目標リッチ空燃比afRichを前記所定の条件が成立していないときの目標リッチ空燃比afRichよりも小さい値に設定し、且つ、前記所定の条件が成立したときの目標リーン空燃比afLeanを前記所定の条件が成立していないときの目標リーン空燃比afLeanよりも大きい値に設定する。

（実際の作動）
　第４制御装置のＣＰＵは、図５乃至図７に示したルーチンを第１制御装置のＣＰＵと同様に実行する。更に、第４制御装置のＣＰＵは、図１４に示した目標空燃比算出ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。なお、図１４に示されたステップであって図８にも示されたステップには、図８に示されたステップと同一の符号が付されている。これらのステップの詳細な説明は適宜省略される。

　上述した所定の条件が成立していない場合、ＣＰＵは図１４のステップ８１０に進んで目標リッチ空燃比afRichを一定の基準目標リッチ空燃比afRich0に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ８１５に進み目標リーン空燃比afLeanを一定の基準目標リーン空燃比afLean0に設定する。

　これに対し、上述した所定の条件が成立すると、ＣＰＵは、以下に述べるステップ８３５乃至ステップ８４５、並びに、ステップ１４１０の処理を順に行い、その後、ステップ１４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

　ステップ８３５：ＣＰＵは吸入空気量Ｇａに基いて目標リッチ空燃比補正量ΔＲを決定する。目標リッチ空燃比補正量ΔＲは、吸入空気量Ｇａが大きくなるほど大きくなるように決定される。

　ステップ８４０：ＣＰＵは、目標リッチ空燃比afRichを、基準目標リッチ空燃比afRich0から目標リッチ空燃比補正量ΔＲを減じた値（afRich0－ΔＲ）に設定する。この結果、目標リッチ空燃比afRichは、吸入空気量Ｇａが大きいほど理論空燃比stoichから遠ざかるように小さくなる空燃比として算出される。

　ステップ８４５：ＣＰＵは吸入空気量Ｇａに基いて目標リーン空燃比補正量ΔＬを決定する。目標リーン空燃比補正量ΔＬは、吸入空気量Ｇａが大きくなるほど大きくなるように決定される。この場合、任意の吸入空気量Ｇａに対する目標リーン空燃比補正量ΔＬは、その吸入空気量Ｇａに対する目標リッチ空燃比補正量ΔＲと同じ値として決定される。但し、任意の吸入空気量Ｇａに対する目標リーン空燃比補正量ΔＬは、その吸入空気量Ｇａに対する目標リッチ空燃比補正量ΔＲと異なる値として決定されてもよい。

　ステップ１４１０：ＣＰＵは、目標リーン空燃比afLeanを、基準目標リーン空燃比afLean0に目標リーン空燃比補正量ΔＬを加えた値（afLean0＋ΔＬ）に設定する。この結果、目標リーン空燃比afLeanは、吸入空気量Ｇａが大きいほど理論空燃比stoichから遠ざかるように大きくなる空燃比として算出される。

　以上、説明したように、第４制御装置によれば、上記所定の条件（条件１及び条件２）が成立した場合、換言すると、多量のＮＯｘが触媒４３に流入することが予測された場合、目標リーン空燃比afLeanが所定の条件が成立していない場合に比較して目標リーン空燃比補正量ΔＬだけ増大させられ、目標リッチ空燃比afRichが所定の条件が成立していない場合に比較して目標リッチ空燃比補正量ΔＲだけ減少させらる。その結果、触媒４３には、通常時（上記所定の条件が成立していないとき）に比べて、より大きな空燃比の排ガスとより小さな空燃比の排ガスとが交互に流入する。但し、目標リッチ空燃比補正量ΔＲと目標リーン空燃比補正量ΔＬとは互いに同じ値であるので、上記所定の条件（条件１及び条件２）が成立した場合における「目標リッチ空燃比afRichと目標リーン空燃比afLeanとの平均値」は理論空燃比stoichとなる。

　この結果、触媒４３に流入するガスの空燃比の変動幅が大きくなり、よって、触媒４３内における酸化還元反応が活発になるので、その反応により発生する熱の量が大きくなる。これにより、上記所定の条件が成立した場合、触媒４３の温度を上昇させることができる。従って、その後において機関１０が加速され、多量のＮＯｘが触媒４３に流入した場合であっても、触媒４３のＮＯｘの還元速度が大きくなっているので、触媒４３は多くのＮＯｘを浄化することができる。その結果、触媒４３から流出する未浄化のＮＯｘの量を低減することができる。

　以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基いて機関の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えた内燃機関の空燃比制御装置である。

　更に、前記空燃比制御手段は、
　前記触媒に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来することを予測する所定の条件が成立しているか否かを判定する条件判定手段（図８、図１１及び図１３等のステップ８０５乃至ステップ８３０を参照。）を含み、
　前記所定の条件が成立した場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、前記触媒４３内の還元剤の濃度が上昇するように機関１０の空燃比を制御する（第１～第３制御装置）。

　更に、第１～第３制御装置は、前記所定の条件が成立している場合の機関１０の空燃比の平均値が、前記所定の条件が成立していない場合の機関１０の空燃比の平均値よりも小さくなるように、機関１０の空燃比を制御することにより、前記所定の条件が成立している場合に前記触媒４３内の還元剤の濃度を上昇させるように構成されている。

　或いは、前記空燃比制御手段は、
　前記触媒に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来することを予測する所定の条件が成立しているか否かを判定する条件判定手段（図１４のステップ８０５乃至ステップ８３０を参照。）を含み、
　前記所定の条件が成立した場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、前記触媒４３の温度が上昇するように機関１０の空燃比を制御する（第４制御装置）。

　このように、前記空燃比制御手段は、触媒４３に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来するか否かを「前記所定の条件が成立しているか」に基づいて判定する手段を含む。

　従って、各制御装置は、機関１０が加速されて多量のＮＯｘが触媒４３に流入する場合、その時点までに触媒４３のＮＯｘの還元速度を大きい値に設定しておくことができるので、触媒４３により多くのＮＯｘを浄化することができる。その結果、触媒４３から流出する未浄化のＮＯｘの量を低減することができる。

　本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、第１乃至第４制御装置は、矛盾の発生しない範囲において互いに組み合わせることができる。また、ステップ８３５、ステップ８４５、ステップ１１３０、ステップ１１４０、ステップ１３３０及びステップ１３４０等にて用いられる吸入空気量Ｇａは、前述した吸入空気量相関値であればよい。

Claims

　内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
　前記排気通路の前記触媒の下流側に配設された下流側空燃比センサと、
　前記下流側空燃比センサの出力値に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比である機関の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
　を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記触媒に多量の窒素酸化物が流入する運転状態が到来することを予測する所定の条件が成立しているか否かを判定する条件判定手段を含み、
　前記所定の条件が成立した場合、前記所定の条件が成立していない場合に比較して、前記触媒内の還元剤の濃度及び前記触媒の温度の少なくとも一方が上昇するように、前記機関の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置。
　請求項１に記載の空燃比制御装置において、
　前記所定の条件は、
　前記機関の吸入空気量が大きいほど大きくなる吸入空気量相関値が低側空気量閾値よりも大きく且つ前記低側空気量閾値よりも大きい高側空気量閾値よりも小さいこと、及び、前記機関を搭載した車両の速度が低側速度閾値よりも大きく且つ前記低側速度閾値よりも大きい高側速度閾値よりも小さいこと、の少なくとも何れか一方が成立する場合に成立する条件である空燃比制御装置。
　請求項２に記載の空燃比制御装置において、
　前記所定の条件は、更に、
　前記吸入空気量相関値の単位時間当たりの変化量が所定変化量閾値よりも小さいことが成立する場合に成立する条件である空燃比制御装置。
　請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記所定の条件が成立している場合の前記機関の空燃比の平均値が、前記所定の条件が成立していない場合の前記機関の空燃比の平均値よりも小さくなるように、前記機関の空燃比を制御することにより、前記所定の条件が成立している場合に前記触媒内の還元剤の濃度を上昇させるように構成された空燃比制御装置。
　請求項４に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値に基いて、前記触媒の酸素吸蔵量が過剰となる傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比のガスを流入させるリッチ要求が発生したと判定したとき前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒の酸素吸蔵量が不足する傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも大きいリーン空燃比のガスを流入させるリーン要求が発生したと判定したとき前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記目標リッチ空燃比を、前記所定の条件が成立していない場合の前記目標リッチ空燃比よりも小さい空燃比に設定するように構成された空燃比制御装置。
　請求項５に記載の空燃比制御装置において、
　前記目標空燃比設定手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記リッチ要求が発生したと判定し、
　前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記リーン要求が発生したと判定する、
　ように構成された空燃比制御装置。
　請求項４に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記触媒の状態が前記酸素過剰状態となったと判定するとともに、前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記触媒の状態が酸素不足状態となったと判定する触媒状態判定手段と、
　前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素不足状態から前記酸素過剰状態へと変化したと判定された時点から０を含む所定の遅延時間であるリーン遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素過剰状態から前記酸素不足状態へと変化したと判定された時点から０を含む所定の遅延時間であるリッチ遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リッチ遅延時間を、前記所定の条件が成立していない場合の前記リッチ遅延時間よりも長い時間に設定するように構成された空燃比制御装置。
　請求項４に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記触媒の状態が前記酸素過剰状態となったと判定するとともに、前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記触媒の状態が酸素不足状態となったと判定する触媒状態判定手段と、
　前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素不足状態から前記酸素過剰状態へと変化したと判定された時点から所定の遅延時間であるリーン遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒状態判定手段により前記触媒の状態が前記酸素過剰状態から前記酸素不足状態へと変化したと判定された時点から所定の遅延時間である０を含むリッチ遅延時間だけ経過したときに前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リーン遅延時間を、前記所定の条件が成立していない場合の前記リーン遅延時間よりも短い時間に設定するように構成された空燃比制御装置。
　請求項４に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定し、
　前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する、目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リッチ判定閾値dRichthを、前記所定の条件が成立していない場合の前記リッチ判定閾値dRichthよりも大きい値に設定するように構成された空燃比制御装置。
　請求項４に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値の単位時間あたりの変化量ΔVoxsが負の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリーン判定閾値dLeanthよりも大きくなったとき、前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定し、
　前記変化量ΔVoxsが正の値であり、且つ、その大きさ｜ΔVoxs｜がリッチ判定閾値dRichthよりも大きくなったとき、前記機関の空燃比の目標空燃比を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する、目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記リーン判定閾値dLeanthを、前記リーン遅延時間が前記所定の条件が成立していない場合の前記リーン判定閾値dLeanthよりも小さい値に設定するように構成された空燃比制御装置。
　請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の空燃比制御装置において、
　前記空燃比制御手段は、
　前記下流側空燃比センサの出力値に基いて、前記触媒の酸素吸蔵量が過剰となる傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも小さいリッチ空燃比のガスを流入させるリッチ要求が発生したと判定したとき前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも小さい目標リッチ空燃比に設定するとともに、前記触媒の酸素吸蔵量が不足する傾向にあって前記触媒に理論空燃比よりも大きいリーン空燃比のガスを流入させるリーン要求が発生したと判定したとき前記機関の空燃比の目標を理論空燃比よりも大きい目標リーン空燃比に設定する目標空燃比設定手段と、
　前記機関に供給される燃料量を前記設定された目標空燃比に基いて制御する燃料供給量制御手段と、
　を含み、
　前記目標空燃比設定手段は、更に、
　前記所定の条件が成立している場合の前記目標リッチ空燃比を前記所定の条件が成立していない場合の前記目標リッチ空燃比よりも小さい空燃比に設定するとともに、前記所定の条件が成立している場合の前記目標リーン空燃比を前記所定の条件が成立していない場合の前記目標リーン空燃比よりも大きい空燃比に設定することにより、前記触媒内において発生する熱の量を増大させて前記触媒の温度を上昇させる空燃比制御装置。