(57)【要約】  内燃機関にアルコール混合燃料が供給されると、吸入空気流量Gaが検出され（ステップ１００５）、この検出された吸入空気流量Gaに対応する上流側目標空燃比abyfrの基本振幅量αが算出される（ステップ１０１０）。続いて、燃料中のアルコール濃度（より詳しくは、エタノール濃度Cetha）及び冷却水温THW（又は、吸気温度THA）が検出され（ステップ１０１５）、検出されたエタノール濃度Cetha及び冷却水温THW（又は、吸気温度THA）に基づいて混合排ガス中の水素濃度Chが算出され（ステップ１０２０）、算出された水素濃度Chに対応する振幅ゲインβが算出され（ステップ１０２５）、最終的に上流側目標空燃比abyfrの振幅量（α×β）が算出される（ステップ１０３０）。
2012066645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に少なくともガソリンを含む燃料及び空気からなる混合気を供給する混合気供給手段と、前記燃焼室から排出された排ガスが通過する排気通路に配設された触媒と、少なくとも前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設されて同排気通路を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、同空燃比センサからの出力値に基づいて前記混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室から排出された排ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段と、
前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度に基づいて、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関に単位時間あたりに吸入される空気の質量を表す吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段を備え、
前記目標空燃比設定手段は、
前記吸入空気流量検出手段により検出された前記吸入空気流量に基づいて、理論空燃比からリーン側又はリッチ側への変位量を表す振幅量を変更して前記目標空燃比を設定するものであり、
前記補正手段は、少なくとも、
前記変更された理論空燃比からリーン側への振幅量を、前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度に基づいて補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した内燃機関の制御装置において、
前記補正手段は、
前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度が高いほど目標空燃比がよりリーン側となるように、前記目標空燃比設定手段により設定された前記目標空燃比を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料に含まれるアルコール成分の濃度であるアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記内燃機関の運転状態温度を検出する温度検出手段と、を備えており、
前記水素濃度検出手段は、
前記アルコール濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度及び前記温度検出手段によって検出された前記運転状態温度に基づいて、前記排ガス中の前記水素濃度を検出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記目標空燃比設定手段は、
前記触媒内部が同触媒に流入する排ガスを還元する還元雰囲気から同触媒に流入する排ガスを酸化する酸化雰囲気になることに対応する前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定し、
前記触媒内部が前記酸化雰囲気から前記還元雰囲気になることに対応する前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載した内燃機関の制御装置において、
前記空燃比センサは、
濃淡電池型の酸素濃度センサであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。なお、以下、内燃機関を単に「機関」とも称呼することがある。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に三元触媒（以下、単に「触媒」とも称呼することもある。）の上流側及び下流側の排気通路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の各出力値に基づいて機関に供給される混合気の空燃比（以下、単に「機関の空燃比」とも称呼する。）をフィードバック制御する内燃機関の制御装置が広く知られている。このような制御装置では、内燃機関の各気筒から排出されて排気通路を通過する排ガス（以下、「混合排ガス」と称呼する。）の空燃比を上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサが検出し、これら各センサが検出したそれぞれの空燃比を用いて空燃比フィードバック量が算出される。そして、この空燃比フィードバック量に基づいて複数の気筒に対してそれぞれ噴射される燃料の量が調整されることにより、機関の空燃比が目標空燃比と一致するようにフィードバック制御される。【０００３】
このような空燃比制御に関し、例えば、下記特許文献１には、触媒内部の雰囲気（すなわち、還元雰囲気又は酸化雰囲気）に応じて機関の空燃比（すなわち、触媒に流入する混合排ガスの空燃比）の目標空燃比（以下、上流側目標空燃比とも称呼する。）を設定する排気浄化装置が開示されている。この従来の排気浄化装置では、触媒コンバータの下流側に設けられた第２の排ガス検出手段（下流側空燃比センサ）により触媒コンバータの雰囲気が還元雰囲気にあるか酸化雰囲気にあるかを検出する触媒雰囲気検出手段を備えており、触媒コンバータによる排ガスの浄化状況が悪化したとき、触媒雰囲気検出手段の検出結果に応じて触媒コンバータの雰囲気を前記検出結果と異なる雰囲気に調整する触媒雰囲気調整手段を備えるようになっている。この場合、具体的に、前記内燃機関は所定の周期、振幅で空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比間で強制的に変調可能な空燃比強制変動手段を備えており、触媒雰囲気調整手段は、触媒雰囲気検出手段の検出結果に応じて空燃比強制変動手段のリーン空燃比とリッチ空燃比の変調度合いを調整するようになっている。【０００４】
また、近年、燃料として機関に供給されるガソリン中にエタノール等のアルコールが含まれることがある。例えば、所謂ＦＦＶ(Flexible Fuel Vehicle)に用いられるエタノール含有ガソリン燃料については、主なものとして、エタノール濃度が３％である「Ｅ３」、同濃度が８５％である「Ｅ８５」、エタノール１００％燃料である「Ｅ１００」等が知られており、エタノール濃度には大きな幅がある。なお、このようにガソリン中にアルコールが含まれる場合、このようなガソリンとアルコールとの混合燃料を、以下、「アルコール混合燃料」又は単に「燃料」と称呼する。【０００５】
ところで、このようなアルコール混合燃料が機関に供給されると、ガソリンのみからなる燃料が機関に供給される場合に比して、混合排ガス中の水素濃度が高くなる。このように、混合排ガス中の水素濃度が高くなると、排気通路に配設された触媒内部における水素濃度も通過する混合排ガスによって高くなる。ここで、水素は、所謂、強還元剤として作用するものであるため、触媒内部の水素濃度が上昇することにより、触媒内部の雰囲気は還元雰囲気となる。【０００６】
このため、上述した従来の排気浄化装置のように、第２の排ガス検出手段（下流側空燃比センサ）による触媒コンバータの雰囲気の検出結果に基づいて上流側目標空燃比を変調してフィードバック制御する場合には、アルコール混合燃料が機関に供給されると、第２の排ガス検出手段（下流側空燃比センサ）が触媒コンバータ内部の雰囲気が還元雰囲気であるにも関わらず酸化雰囲気であると誤判定する可能性があり、その結果、触媒内部の雰囲気に応じてを適切に設定できない場合がある。この点に関し、下記特許文献２には、アルコール混合燃料が供給され得る内燃機関において、触媒よりも下流側に配設される下流側空燃比センサ（酸素濃度センサ）の検出値のずれをアルコール混合燃料に含まれるアルコールの濃度（以下、「アルコール濃度」と称呼する。）に応じて補正することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１４７２７０号公報
【特許文献２】特開平５−２０９５４９号公報
【発明の概要】
【０００８】
ところで、アルコール混合燃料が機関に供給される状況において、下流側空燃比センサが触媒内部の雰囲気を誤検出する要因としては、内燃機関に吸入される吸入空気流量の大きさを挙げることができる。すなわち、内燃機関に吸入される吸入空気流量が増大すると、触媒内部を混合排ガス（具体的には、窒素酸化物（ＮＯｘ））が還元されることなく通過すること（所謂、吹き抜け）が生じる場合がある。そして、この場合には、下流側空燃比センサが吹き抜けた混合排ガスの空燃比に応じた出力値を出力することにより、触媒内部が未だ十分に還元雰囲気であるにも関わらわす、酸化雰囲気に変化していると誤判定する可能性がある。
【０００９】
このように、誤判定が生じた場合にも、上流側目標空燃比が理想空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更される。これにより、リッチな空燃比に変更されることによって発生しやすい未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）が触媒内部に流入するようになる。この場合、触媒内部は還元雰囲気であるため、流入したＨＣ，ＣＯ等が浄化（酸化）されることなく外部に流出してしまう恐れがある。
【００１０】
このため、一般に、内燃機関の運転状態に応じて吸入空気流量を増大させる場合、下流側空燃比センサの反応遅れや上流側目標空燃比の制御遅れ等を加味し、上流側目標空燃比を理論空燃比からリーン側又はリッチ側に変動させるときには、同変動の幅（以下、「振幅」とも称呼する。）を小さくして上流側目標空燃比を決定する。これにより、触媒内部に流入するＮＯｘやＨＣ，ＣＯ等の量を相対的に少なくし、触媒内部の雰囲気を適切に検出することができるとともに、これらエミッションが外部に流出することを防止することができる。
【００１１】
ところが、理論空燃比からリーン側又はリッチ側への振幅が小さい状況では、触媒の浄化能力を活性化させることを目的として上流側目標空燃比をリーン側とリッチ側とに繰り返し変更しても、触媒の浄化能力を十分に活性化させることができない場合があり、その結果、触媒によるエミッションの浄化率が減少してしまう可能性がある。また、アルコール混合燃料が機関に供給される場合において、特に、理論空燃比からリーン側への振幅が小さくなると、触媒内部に流入するＮＯｘの量が減少する。このため、ＮＯｘを浄化（還元）するための水素の消費量が減少し、触媒内部における水素濃度が高い状態に維持されるため、上述したように触媒内部の雰囲気を誤検出する可能性がある。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、アルコール混合燃料が機関に供給された場合、触媒内部の雰囲気を確実に判定し、同判定した雰囲気を反映して機関に供給される混合気の目標空燃比を決定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。
【００１３】
係る目的を達成するための本発明による内燃機関の制御装置（本制御装置）は、内燃機関の燃焼室に少なくともガソリンを含む燃料及び空気からなる混合気を供給する混合気供給手段と、前記燃焼室から排出された排ガスが通過する排気通路に配設された触媒と、少なくとも前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設されて同排気通路を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、同空燃比センサからの出力値に基づいて前記混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、を備えた内燃機関に適用される。すなわち、本制御装置は、ガソリン及びアルコールの混合されたアルコール混合燃料が供給され得る内燃機関に適用される。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の制御装置の特徴の一つは、水素濃度検出手段と、補正手段とを備えることにある。前記水素濃度検出手段は、前記燃焼室から排出された排ガス中の水素濃度を検出する。補正手段は、前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度に基づいて、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を補正する。
【００１５】
これらによれば、排ガス中の水素濃度に応じて目標空燃比を補正することができる。これにより、排ガス中の水素濃度が高いすなわち触媒内部の水素濃度が高い状態であれば、強還元剤である水素の還元力を利用する（言い換えれば、水素を消費する）ことにより、例えば、目標空燃比をよりリーン側に設定して増大するＮＯｘを良好に浄化（還元）することができる。そして、このように水素を消費することにより、例えば、触媒内部の水素濃度を低くすることができ、その結果、触媒内部が未だ還元雰囲気であるにも関わらわす、酸化雰囲気に変化していると誤判定することを防止することができる。したがって、例えば、触媒内部の雰囲気を適切に判定して触媒に適切な浄化能力を発生させることにより、エミッションが外部に流出することを効果的に防止することができる。
【００１６】
また、本発明に係る制御装置の特徴の他の１つは、吸入空気流量検出手段を備えることにある。前記吸入空気流量検出手段は、前記内燃機関に単位時間あたりに吸入される空気の質量を表す吸入空気流量を検出する。
【００１７】
そして、このように吸入空気流量検出手段を備える場合には、前記目標空燃比設定手段が、前記吸入空気流量検出手段により検出された前記吸入空気流量に基づいて、理論空燃比からリーン側又はリッチ側への変位量を表す振幅量を変更して前記目標空燃比を設定することができる。また、前記補正手段は、少なくとも、前記変更された理論空燃比からリーン側への振幅量を、前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度に基づいて補正することができる。
【００１８】
これらによれば、内燃機関に吸入される吸入空気流量が増大して触媒から吹き抜けが生じ得る状況であっても、排ガス中の水素濃度が高いすなわち触媒内部の水素濃度が高い状態であれば、強還元剤である水素の還元力を利用して、排ガス中のＮＯｘを良好に浄化（還元）することができるため、リーン側への振幅量が大きくなるように補正することができる。これにより、例えば、空燃比センサにおいては、吹き抜けたＮＯｘを検出することが効果的に抑制され、触媒内部が未だ還元雰囲気であるにも関わらわす、酸化雰囲気に変化していると誤判定することを防止することができる。
【００１９】
また、本発明に係る制御装置の特徴の他の一つは、前記補正手段が、前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度が高いほど目標空燃比がよりリーン側となるように、前記目標空燃比設定手段により設定された前記目標空燃比を補正することにある。
【００２０】
これによれば、排ガス中の水素濃度が高くなればなるほど、目標空燃比をよりリーン側に設定することにより、触媒内部の水素の消費量を増加させることができる。また、目標空燃比をよりリーン側に設定することにより、触媒の浄化能力を活性化させることを目的として目標空燃比をリーン側とリッチ側とに繰り返し変更するときの変動幅が大きくなって、触媒の浄化能力を十分に活性化させることができ、その結果、触媒によるエミッションの浄化率を良好に維持することができる。
【００２１】
また、本発明に係る制御装置の特徴の他の一つは、アルコール濃度検出手段及び温度検出手段を備えることにある。前記アルコール濃度検出手段は、前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料に含まれるアルコール成分の濃度であるアルコール濃度を検出する。また、温度検出手段は、前記内燃機関の運転状態温度（例えば、冷却水温や吸気温度など）を検出する。
【００２２】
そして、この場合には、前記水素濃度検出手段が、前記アルコール濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度及び前記温度検出手段によって検出された前記運転状態温度に基づいて、前記排ガス中の前記水素濃度を検出することができる。
【００２３】
これによれば、排ガス中の水素濃度を直接的に検出するためのセンサを別途設ける必要がなく、制御装置の構成を簡略化することができるとともに、コストダウンを達成することができる。
【００２４】
また、本発明に係る制御装置の特徴の他の一つは、前記目標空燃比設定手段が、前記触媒内部が同触媒に流入する排ガスを還元する還元雰囲気から同触媒に流入する排ガスを酸化する酸化雰囲気になることに対応する前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定し、前記触媒内部が前記酸化雰囲気から前記還元雰囲気になることに対応する前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定することにある。この場合、前記空燃比センサは、濃淡電池型の酸素濃度センサであるとよい。
【００２５】
これによれば、目標空燃比設定手段が、触媒内部の雰囲気（酸化雰囲気又は還元雰囲気）に応じて目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比又は理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えることにより、触媒のエミッション浄化能力を適切に発揮させることができる。すなわち、触媒に流入する排ガスの空燃比を速やかにリッチ側の空燃比とすることにより、酸化雰囲気となった触媒によって未燃物であるＨＣ，ＣＯ等を高い浄化率で酸化することができ、触媒に流入する排ガスの空燃比を速やかにリーン側の空燃比とすることにより、還元雰囲気となった触媒によって窒素酸化物（ＮＯｘ）を高い浄化率で還元することができる。
【００２６】
本制御装置は、排ガス中の水素濃度が高いときには、水素が有する優れた還元力を利用することにより、吸入空気流量が多くても、目標空燃比をよりリーン側に設定することができる。この場合、多量のＮＯｘを浄化（還元）させて水素の消費量を増大させ、例えば、触媒内部における水素濃度を適切に減少させることができ、例えば、触媒内部の雰囲気を適切に還元雰囲気から酸化雰囲気に変化させることができて、触媒内部の雰囲気を誤検出することを効果的に防止することができる。したがって、触媒内部の雰囲気を適切に検出することができるため、触媒内部の雰囲気に適切に合わせて目標空燃比をリーン側又はリッチ側に変更して設定することができて、エミッションの外部への流出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用される多気筒内燃機関の概略構成を示した図である。
【図２】図２は、図１に示した触媒、上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサが排気通路に配設された様子を示した図である。
【図３】図３は、図１にて示した上流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図４】図４は、図１にて示した下流側空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図５】図５は、基本空燃比制御における上流側空燃比と下流側空燃比の関係を示した図である。
【図６】図６は、吸入空気流量に対する上流側目標空燃比の振幅量及びＮＯｘの浄化率の関係を示したグラフである。
【図７】図７は、図１に示した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】図８は、燃料中のアルコール濃度及び冷却水温と混合排ガス中の水素濃度との関係を示したグラフである。
【図９】図９は、混合排ガス中の水素濃度と上流側目標空燃比の振幅ゲインとの関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、単に「本装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（構成）
図１は、本装置を、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。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００３０】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にアルコール混合燃料の混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０と、吸気系統４０に燃料を供給するための燃料系統６０と、を含んでいる。
【００３１】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１の壁面及びピストン２２の上面は、シリンダヘッド部３０の下面とともに燃焼室２５を形成している。
【００３２】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフト（図示省略）を含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング制御装置３３、可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト（図示省略）を含むとともに同エキゾーストカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変排気タイミング制御装置３６、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び、燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。
【００３３】
吸気系統４０は、各気筒の吸気ポート３１とそれぞれ接続されたインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、及び、吸気管４１内にあって吸気開口面積を可変とするスロットルバルブ４３、スロットルバルブ４３のアクチュエータ４３ａを備えている。ここで、少なくとも、吸気ポート３１、インジェクタ３９、吸気管４１及びスロットルバルブ４３は、混合気供給手段を構成している。
【００３４】
排気系統５０は、各気筒の排気ポート３４とそれぞれ接続されたエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された触媒５３（三元触媒）を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００３５】
燃料系統６０は、燃料タンク６１及び燃料供給管６２を備えている。燃料タンク６１は、例えば、ガソリンとエタノールとを混合した「アルコール混合燃料」を貯蔵するようになっている。なお、燃料タンク６１はには、エタノールを全く含まないガソリンのみからなる燃料、及び、ガソリンを全く含まないエタノールのみからなる燃料が充填されてもよい。燃料供給管６２は、燃料タンク６１とインジェクタ３９とを接続するパイプである。燃料タンク６１内の燃料は、燃料タンク６１内に配設された図示しない燃料ポンプにより燃料供給管６２を介してインジェクタ３９に圧送される。
【００３６】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ７１、吸気温度センサ７２、スロットルポジションセンサ７３、インテークカムポジションセンサ７４、エキゾーストカムポジションセンサ７５、クランクポジションセンサ７６、水温センサ７７、上流側空燃比センサ７８、下流側空燃比センサ７９、アクセル開度センサ８１、及び、アルコール濃度センサ８２を備えている。
【００３７】
エアフローメータ７１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量（機関１０に単位時間あたりに吸入される空気の質量（本発明においては、「吸入空気流量」とも称呼する。））Gaに応じた信号を出力するようになっている。吸気温度センサ７２は、吸気管４１内を流れる吸入空気の吸気温度THAに応じた信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ７３は、スロットルバルブ４３の開度を検出し、スロットルバブル開度TAを表す信号を出力するようになっている。
【００３８】
インテークカムポジションセンサ７４は、インテークカムシャフトの近傍に配設されている。インテークカムポジションセンサ７４は、インテークカムシャフトが９０°回転するごとに（すなわち、クランク軸２４が１８０°回転するごとに）一つのパルスを有する信号を発生するようになっている。エキゾーストカムポジションセンサ７５は、エキゾーストカムシャフトの近傍に配設されている。エキゾーストカムポジションセンサ７５は、エキゾーストカムシャフトが９０°回転するごとに（すなわち、クランク軸２４が１８０°回転するごとに）一つのパルスを有する信号を発生するようになっている。
【００３９】
クランクポジションセンサ７６は、クランク軸２４が３６０°回転するごと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、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ７７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。
【００４０】
上流側空燃比センサ７８は、図２に示すように、各気筒から延びるそれぞれの排気通路が集合してなる集合排気通路（具体的には、エキゾーストパイプ５２）において触媒５３よりも上流に配設されている。上流側空燃比センサ７８は、例えば、特開平１１−７２４７２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。
【００４１】
そして、上流側空燃比センサ７８は、エキゾーストパイプ５２内を通過して触媒５３に流入する混合排ガスの空燃比（したがって、機関１０に供給される混合気の空燃比、より具体的には、各気筒の燃焼室２５内における混合気の空燃比）に応じた出力値Vabyfs(V)を発生する。この出力値Vabyfsは、図３に示した空燃比変換テーブル（マップ）Mapabyfsを利用して、出力値Vabyfsにより表される上流側空燃比（以下、「検出空燃比」とも称呼する。）abyfsに変換される。
【００４２】
また、図２に示すように、下流側空燃比センサ７９は、集合排気通路（具体的には、エキゾーストパイプ５２）において触媒５３よりも下流側に配設されている。下流側空燃比センサ７９は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニア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７９は、触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比（したがって、機関１０に供給される混合気の空燃比（より具体的には、各気筒の燃焼室２５内における混合気の空燃比）の時間的平均値）に応じた出力値Voxs(V)を発生する。
【００４３】
この出力値Voxsは、図４に示すように、下流側空燃比afdown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）となり、下流側空燃比afdown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）となり、下流側空燃比afdown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（例えば、０．５Ｖ）となる。さらに、この出力値Voxsは、下流側空燃比afdown（混合排ガスの空燃比）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へと急変し、下流側空燃比afdown（混合排ガスの空燃比）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。
【００４４】
アクセル開度センサ８１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を表す信号を出力するようになっている。
【００４５】
アルコール濃度センサ８２は、例えば、特開平６−２７０７３号公報等に開示されているような周知の静電容量型のセンサ（一対の電極を用いて測定対象の比誘電率を測定可能なセンサ）である。アルコール濃度センサ８２は、アルコール混合燃料の比誘電率がそのアルコール濃度に応じて変化することを利用し、アルコール濃度センサ８２が配設された燃料供給管６２内の部位を流れる燃料のアルコール濃度（この実施形態の機関１０においては、エタノール濃度Cetha）に応じた出力値を出力するようになっている。
【００４６】
電気制御装置９０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ９１、ＣＰＵ９１が実行するルーチン（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ＲＯＭ９２、ＣＰＵ９１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ９３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ９４、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース９５からなるマイクロコンピュータである。
【００４７】
インターフェース９５は、前記センサ７１〜８２と接続され、ＣＰＵ９１にセンサ７１〜８２からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ９１の指示に応じて可変吸気タイミング制御装置３３のアクチュエータ３３ａ、可変排気タイミング制御装置３６のアクチュエータ３６ａ、各気筒のイグナイタ３８、各気筒に対応して設けられたインジェクタ３９、及び、スロットルバルブアクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００４８】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された本装置が行うものであって、機関１０の各気筒の燃焼室２５内における混合気の空燃比、すなわち、「機関の空燃比」のフィードバック制御の概要について説明する。
【００４９】
＜触媒の浄化能力＞
まず、触媒５３のような三元触媒（以下、「触媒」と称呼する。）は、流入する混合排ガスの上流側空燃比abyfsすなわち機関の空燃比が理論空燃比であるときに、混合排ガス中の未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元し、これらの有害成分を高い効率で浄化する。また、触媒は、通常、上流側空燃比abyfs（機関の空燃比）がリーンな空燃比のときに混合排ガス中のＮＯｘを還元してＮＯｘから奪った酸素を内部に貯蔵するとともに、上流側空燃比abyfsがリッチな空燃比のときに貯蔵している酸素により混合排ガス中のＨＣ，ＣＯ等を酸化する機能（以下、酸素吸蔵機能と称呼する。）を有している。
【００５０】
このように酸素を吸蔵・放出する酸素吸蔵機能を有することにより、上流側空燃比abyfs（機関の空燃比）が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、触媒はＨＣ，ＣＯ、及び、ＮＯｘを浄化することができる。すなわち、上流側空燃比abyfsがリーン（すなわち、機関の空燃比がリーン）となって触媒に流入する混合排ガスにＮＯｘが多量に含まれると、触媒はＮＯｘから酸素分子を奪って還元するとともに同酸素分子を吸蔵し、これによりＮＯｘを浄化する。また、上流側空燃比abyfsがリッチ（すなわち、機関の空燃比がリッチ）になって触媒に流入する混合排ガスにＨＣ，ＣＯ等が多量に含まれると、触媒はこれらに吸蔵している酸素分子を与えて（放出して）酸化し、これによりＨＣ，ＣＯ等を浄化する。
【００５１】
したがって、触媒が連続的に流入する多量のＨＣ，ＣＯ等を効率的に浄化（酸化）するためには、同触媒が酸素を多量に貯蔵していなければならず、逆に連続的に流入する多量のＮＯｘを効率的に浄化（還元）するためには、同触媒が酸素を十分に貯蔵し得る状態になければならないことになる。以上のことから、触媒の浄化能力は、同触媒が貯蔵し得る最大の酸素量（最大酸素貯蔵量）に依存する。
【００５２】
一方、触媒５３のような三元触媒は燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、あるいは、触媒に加わる熱により劣化し、これに伴い最大酸素吸蔵量が次第に低下してくる。また、触媒が多量のＨＣ，ＣＯ等を連続的に浄化（酸化）し続けると貯蔵した酸素が不足して浄化能力が低下し、また、触媒が多量のＮＯｘを連続的に浄化（還元）し続けると酸素を貯蔵しきれずに浄化能力が低下してくる。このような最大酸素吸蔵量の低下及び浄化能力の低下を抑制するためには、上流側空燃比abyfs（機関の空燃比）を理論空燃比よりも強制的にリッチな空燃比とリーンな空燃比となるように繰り返し制御して、触媒が酸素分子の吸蔵する状態（すなわち、触媒内部を酸化雰囲気化する）及び酸素分子を放出する状態（すなわち、触媒内部を還元雰囲気化する）を繰り返すことが必要である。
【００５３】
＜触媒内部雰囲気の判定＞
上述したように、最大酸素吸蔵量の低下及び浄化能力の低下を抑制するためには、触媒内部の雰囲気に応じて、上流側空燃比abyfsが理論空燃比よりもリッチな空燃比とリーンな空燃比となるように繰り返し変更することが有効である。ところで、触媒５３が最大酸素吸蔵量の近傍まで酸素を吸蔵し同触媒５３内部が酸化雰囲気となっているか、又は、触媒５３が「０」近傍となる酸素吸蔵量まで酸素を放出して同触媒５３内部が還元雰囲気となっているかは、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsに基づいて判定することができる。
【００５４】
今、機関１０に吸入される吸入空気流量Gaが小さく、上流側空燃比abyfsがリーンな空燃比である場合を想定する。この場合には、触媒５３が内部に流入するＮＯｘから酸素分子を奪って吸蔵することにより、触媒５３内部に流入するＮＯｘが浄化（還元）される。このため、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsは電圧Vstよりも大きく最大出力値max以下となり、触媒５３から流出する混合排ガスの空燃比すなわち下流側空燃比afdownはリッチな空燃比となる。そして、連続して触媒５３内部に流入するＮＯｘを浄化（還元）し続けると、触媒５３に吸蔵される酸素分子が最大酸素吸蔵量となり、それ以上のＮＯｘの浄化能力が低下する。
【００５５】
このため、最大酸素吸蔵量まで酸素分子を吸蔵した触媒５３においてはその内部が酸化雰囲気となり、浄化（還元）されずに流出するＮＯｘによって下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsは最大出力値maxから最小出力値minへと急変する。すなわち、下流側空燃比afdownがリッチな空燃比からリーンな空燃比に変化すると、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minへと急変するため、触媒５３内部が還元雰囲気から酸化雰囲気に変化したか否かを判定することができる。
【００５６】
一方、上流側空燃比abyfsがリッチな空燃比であれば、吸蔵（貯蔵）された酸素分子が放出されることによって触媒５３内部に流入するＨＣ，ＣＯ等が浄化（酸化）される。このため、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsは電圧Vstよりも小さく最小出力値min以上となり、下流側空燃比afdpwnはリーンな空燃比となる。そして、連続して触媒５３内部に流入するＨＣ，ＣＯ等を浄化（酸化）し続けると、触媒５３の酸素吸蔵量が略「０」となり、それ以上のＨＣ，ＣＯ等の浄化能力が低下する。
【００５７】
このため、酸素吸蔵量の少ない触媒５３においてはその内部が還元雰囲気となり、流出するＨＣ，ＣＯ等によって下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsは最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。すなわち、下流側空燃比afdownがリーンな空燃比からリッチな空燃比に変化すると、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが最小出力値minから最大出力値maxへと急変するため、触媒５３内部が酸化雰囲気から還元雰囲気に変化したか否かを判定することができる。
【００５８】
＜上流側空燃比の強制的な変更（変調）＞
上述したように、上流側空燃比abyfsがリーンな空燃比であるときには、触媒５３内部に流入するＮＯｘを浄化（還元）することにより触媒５３内部に吸蔵（貯蔵）される酸素量が最大酸素吸蔵量まで増加して酸化雰囲気になる。このように触媒５３内部が酸化雰囲気になると、ＮＯｘの浄化能力（還元能力）が低下してＮＯｘが流出する恐れがある。この場合、速やかに上流側空燃比abyfsをリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更して触媒５３内部にＨＣ，ＣＯ等を流入させ、同流入したＨＣ，ＣＯ等を浄化（酸化）することにより吸蔵（貯蔵）された酸素分子を放出（消費）させて貯蔵している酸素量を減少させる必要がある。
【００５９】
一方、上述したように、上流側空燃比abyfsがリッチな空燃比であるときには、触媒５３内部に流入するＨＣ，ＣＯ等を浄化（酸化）することにより触媒５３内部に吸蔵（貯蔵）されている酸素量が「０」近傍まで減少して還元雰囲気になる。このように触媒５３内部が還元雰囲気になると、未燃物であるＨＣ，ＣＯ等の浄化能力（酸化能力）が低下してＨＣ，ＣＯ等が流出する恐れがある。この場合、速やかに上流側空燃比abyfsをリッチな空燃比からリーンな空燃比に変更して触媒５３内部にＮＯｘを流入させ、同流入したＮＯｘを浄化（還元）することにより、貯蔵している酸素量を増加させる必要がある。
【００６０】
＜基本空燃比制御＞
次に、本装置による基本空燃比制御の概要について説明する。本装置においては、機関１０が定常運転状態にあるときに、上述したように、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが急変することに応じて、すなわち、触媒５３内部が酸化雰囲気であるか還元雰囲気であるかに応じて、上流側目標空燃比（機関の目標空燃比）を理論空燃比よりも強制的にリーンな空燃比又は強制的にリッチな空燃比となるように制御する。
【００６１】
具体的に図５に示すように、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsに基づいて下流側空燃比afdownがリッチな空燃比であるときには上流側目標空燃比（機関の目標空燃比）がリーンな空燃比となるように制御し、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsに基づいて下流側空燃比afdownがリーンな空燃比であるときには上流側目標空燃比（機関の目標空燃比）がリッチな空燃比となるように制御する。
【００６２】
また、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minに急変したときには上流側目標空燃比（機関の目標空燃比）をリーンな空燃比からリッチな空燃比に変更（変調）して（より具体的には、大きく振幅させて）制御し、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが最小出力値minから最大出力値maxに急変したときには上流側目標空燃比（機関の目標空燃比）をリッチな空燃比からリーンな空燃比に変更（変調）して（より具体的には、大きく振幅させて）制御する。
【００６３】
そこで、本装置は、上流側空燃比センサ７８及び下流側空燃比センサ７９の出力値が対応するセンサ目標値（具体的に下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsに応じて理論空燃比よりもリッチな空燃比又は理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応する値）にそれぞれ一致するように、インジェクタ３９による燃料噴射量を制御して機関の空燃比をフィードバック制御する。
【００６４】
＜基本燃料噴射量の決定＞
まず、基本燃料噴射量Fbaseの決定について、一例を説明する。基本燃料噴射量Fbaseを決定するにあたっては、内燃機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE及びスロットルバルブ開度TA等に基づいて上流側空燃比センサ７８の出力目標値（上流側目標値）に対応する上流側目標空燃比abyfr（すなわち、機関の目標空燃比）を決定する。この上流側目標空燃比abyfrは、上述したように下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsに応じて理論空燃比よりもリッチな空燃比又は理論空燃比よりもリーンな空燃比に対応する値に変更可能に予め設定されている。また、上流側目標空燃比abyfrは、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ９３に記憶されていく。このように上流側目標空燃比abyfrを決定すると、エアフローメータ７１が計測している吸入空気流量Gaと、クランクポジションセンサ７６の出力に基づいて得られるエンジン回転速度NEとを引数とする所定のテーブルに基づいて求められる今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気流量である筒内吸入空気流量Mcを上記決定された上流側目標空燃比abyfrで除することにより、基本燃料噴射量Fbaseを求める。
【００６５】
＜燃料噴射量の算出＞
次に、燃料噴射量Fiの算出について説明する。燃料噴射量Fiは、上述した基本燃料噴射量Fbaseに対して下流側フィードバック補正量及び上流側フィードバク補正量を乗算することにより求められる。なお、下流側フィードバック補正量については、一例として、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsと、機関１０の運転状態であるエンジン回転速度NE及びスロットルバルブ開度TA等に基づいて下流側空燃比センサ出力の目標値である下流側目標値Voxsrefとの偏差についてＰＩＤ処理することによって求められる。ここで、下流側目標値Voxsrefは、同下流側目標値Voxsrefに対応する下流側目標空燃比afdownrefが上述した上流側目標空燃比abyfrと常時一致するように設定される。また、上流側フィードバック補正量については、一例として、上流側空燃比センサ７８の出力値Vabyfsと図３に示した空燃比変換テーブルMapabyfsとに基づいて上流側空燃比センサ７８による現時点における検出空燃比abyfsを求めるとともに、この検出空燃比abyfsと上記上流側目標空燃比abyfrとの偏差についてＰＩＤ処理することによって求められる。
【００６６】
本装置は、このようにして、基本燃料噴射量Fbaseを下流側フィードバック補正量及び上流側フィードバック補正量とにより補正することによって得られる燃料噴射量Fiの燃料を今回の吸気行程を迎える気筒に対してインジェクタ３９により噴射する。これにより、本装置は、理論空燃比よりもリッチな空燃比又は理論空燃比よりもリーンな空燃比になるように、機関の空燃比をフィードバック制御することができる。
【００６７】
＜吸入空気流量とＮＯｘの浄化との関係について＞
上述したように、上流側空燃比abyfsを強制的に変更（変調）するときには、触媒５３内部の雰囲気変化、言い換えれば、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsの変化に基づく。特に、上流側空燃比abyfsをリーンな空燃比からリッチな空燃比に強制的に変更（変調）するときには、下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minに急変、すなわち、ＮＯｘが検出されているか否かに基づく。
【００６８】
ところで、触媒５３内部においては、上述したように、酸素吸蔵機能によって流入したＮＯｘから酸素分子を奪ってＮＯｘを還元して浄化する。すなわち、触媒５３内部の雰囲気が還元雰囲気であるときに、吸入空気流量Gaが小さければ、触媒５３内部における表面と流入したＮＯｘが接触することによって還元することができる。一方、吸入空気流量Gaが増大すると、触媒５３内部における表面と接触するＮＯｘの量が相対的に減少して触媒５３内を混合排ガスが吹き抜けるようになり、ＮＯｘの還元が損なわれる場合がある。
【００６９】
具体的に、吸入空気流量Gaが小さい場合には、相対的に少量の混合排ガスが触媒５３内を通過するため、混合排ガスに含まれるＮＯｘが触媒５３の内部表面に良好に接触することができて効率よく還元されて浄化される。これに対して、吸入空気流量Gaが大きくなると、多量の混合排ガスが触媒５３内を通過するため、混合排ガスに含まれるＮＯｘが触媒５３の内部表面に接触できない部分が生じ、その結果、還元されることなく流出する（吹き抜ける）ＮＯｘが存在するようになる。このため、上述した酸素吸蔵機能によるＮＯｘの還元浄化は、流入したＮＯｘが触媒５３の内部表面に接触することによって実現されるものであるため、混合排ガスが触媒５３内を通過する状態、より具体的には、吸入空気流量Gaの依存して変化するものであると言える。
【００７０】
したがって、触媒５３からのＮｏｘの流出を防止する、言い換えれば、触媒５３によるＮＯｘの還元効率（以下、「還元率」とも称呼する。）を維持するためには、一般的に、図６に示すように、吸入空気流量Gaが増大することに伴って、上述した基本空燃比制御における上流側目標空燃比の理論空燃比からリーン側への変位量（以下、この変位量を振幅量と称呼する。）を小さくする必要がある。このように、吸入空気流量Gaの増加に対して基本空燃比制御における振幅量を小さく変更することにより、吹き抜けるＮＯｘの量を相対的に少なくすることができるため、触媒５３からのＮＯｘの流出を防止することができる。なお、図６にて実線により示した上流側目標空燃比の振幅量とＮＯｘの浄化率との関係は、燃料がガソリンのみからなる場合の関係を概略的に示すものである。
【００７１】
一方で、基本空燃比制御における理論空燃比からリーン側への振幅量が小さく抑制されることにより、触媒５３内部を酸化雰囲気又は還元雰囲気することを繰り返して触媒５３の有する酸素吸蔵機能を活性化させるという効果が低減してしまうことが懸念される。また、基本空燃比制御における理論空燃比からリーン側への振幅量が小さく抑制されることによって、より低燃費化を実現することが困難になる。
【００７２】
＜燃料中のアルコール濃度の触媒内部の雰囲気への影響＞
アルコール混合燃料に含まれるアルコール濃度が大きくなると、上述したように、混合排ガス中における水素濃度が増加する。このため、アルコール混合燃料が気筒の燃焼室２５内に供給されて混合排ガスが触媒５３に流入すると、触媒５３内部の水素濃度が増加する。ここで、水素は、所謂、強還元剤として作用するものである。したがって、水素濃度が増加した触媒５３内部は還元雰囲気となる。
【００７３】
この場合、触媒５３内部においては、上述したような酸素吸蔵機能による還元雰囲気に対して水素濃度の増加に伴う還元雰囲気が加わることにより、より効率よく触媒５３内部に流入するＮＯｘを浄化（還元）することができる。すなわち、触媒５３は、水素濃度の増加に伴う還元雰囲気によって、吸入空気流量Gaが大きくなってもＮＯｘを浄化（還元）することができる。
【００７４】
これにより、図６にて破線により示すように、触媒５３は、等吸入空気流量Gaであるときには、実線により示したガソリンのみの場合に比して、基本空燃比制御における理論空燃比からリーン側への振幅量を大きくしても、水素濃度の増加に伴う還元雰囲気によってＮＯｘを浄化（還元）することができてＮＯｘの流出を防止することができる。その結果、触媒５３内部の雰囲気が未だ還元雰囲気であるにもかかわらず、吹き抜けにより流出したＮｏｘによって下流側空燃比センサ７９の出力値Voxsが最大出力値maxから最小出力値minに急変することが良好に抑制され、触媒５３内部の雰囲気が酸化雰囲気に変化したと誤判定されることを防止することができる。ここで、触媒５３内部に存在する水素は、基本空燃比制御における理論空燃比からリーン側への振幅量を大きくすることによって触媒５３内部に多量に流入するＮＯｘを浄化（還元）するために消費される。
【００７５】
そして、このように触媒５３内部の雰囲気の誤判定を防止するとともに触媒５３内部に存在する水素を適切に消費することにより、基本空燃比制御において触媒５３内部が還元雰囲気であるにもかかわらずリーンな空燃比からリッチな空燃比に強制的に変更（変調）されることが防止される。したがって、内部が還元雰囲気である触媒５３に酸化による浄化が必要なＨＣ，ＣＯ等が流入することを防止することができ、その結果、ＨＣ，ＣＯ等の流出も効果的に防止することができる。
【００７６】
（実際の作動）
次に、本実施形態に係る制御装置の実際の作動について説明する。図７は、本装置のＣＰＵ９１により実行される、「混合排ガス中の水素濃度に応じて基本空燃比制御の振幅量を変更」する処理ルーチンの流れの一例を示すフローチャートである。この例では、まず、ステップ１００５にて、エアフローメータ７１から取得した信号に基づいて吸入空気流量Gaを検出する。
【００７７】
続いて、ステップ１０１０においては、図６にて実線により示した上流側目標空燃比の振幅量とＮＯｘの浄化率との関係に基づいて、前記ステップ１００５にて検出した吸入空気流量Gaに対応する上流側目標空燃比abyfrの振幅量α（以下、この振幅量を基本振幅量αとも称呼する。）を算出する。すなわち、このステップ１０１０にて算出される基本振幅量αは、燃料中のアルコール濃度に関係することなく（すなわち、ガソリンのみの燃料）、単に吸入された吸入空気流量Gaに対応する上流側目標空燃比abyfrの振幅量αである。
【００７８】
このように、ステップ１０１０にて基本振幅量αを算出すると、続くステップ１０１５にて、アルコール濃度センサ８２から取得した出力値に基づいて燃料中のアルコール濃度としてのエタノール濃度Cethaを検出するとともに、水温センサ７７から取得した信号に基づいて機関の運転状態温度として冷却水温THW（又は、吸気温度センサ７２から取得した信号に基づいて吸気温度THA）を検出する。そして、このようにエタノール濃度Cethaを検出するとともに冷却水温THW（又は吸気温度THA）を検出すると、ステップ１０２０にて、アルコール濃度及び水温と混合排ガス中の水素濃度との関係をを定めた図８のマップを参照し、これら検出されたエタノール濃度Cetha及び冷却水温THW（又は吸気温度THA）に対応する混合排ガス中の水素濃度Chを算出する。
【００７９】
ここで、混合排ガス中の水素濃度Ch（以下、単に「水素濃度Ch」とも称呼する。）は、図８に示すように、燃料中のエタノール濃度Cethaが大きくなるほど大きくなる。また、水素濃度Chは、冷却水温THW（又は吸気温度THA）に応じて、エタノール濃度Cethaの増大に対する変化態様が異なる。すなわち、燃料中のアルコール（より詳しくは、燃料中のエタノール）が微粒化しにくく燃焼しにくい状態となる冷却水温THW（又は吸気温度THA）が低い状況においては、アルコール（エタノール）が未燃のまま排ガスとして排出されやすくなるため、水素濃度Chはエタノール濃度Cethaの増大に伴って大きく増大する。
【００８０】
一方、燃料中のアルコール（より詳しくは、燃料中のエタノール）が微粒化しやすく燃焼しやすい状態となる冷却水温THW（又は吸気温度THA）が高い状況においては、アルコール（エタノール）の一部のみが未燃のまま排ガスとして排出されるため、水素濃度Chは冷却水温THW（又は吸気温度THA）が低い状況に比してエタノール濃度Cethaの増大に伴って緩やかに増大する。水素濃度Chを算出すると、ステップ１０２５に進む。
【００８１】
ステップ１０２５においては、混合排ガス中の水素濃度と上流側目標空燃比の振幅ゲインとの関係を定めた図９のマップを参照して、前記ステップ１０２０にて算出した水素濃度Chに対応する上流側目標空燃比abyfrの振幅ゲインβ（以下、単に「振幅ゲインβ」とも称呼する。）を算出する。ここで、振幅ゲインβは、水素濃度Chが高くなるほど、例えば、「１」よりも大きな値となるように算出される。上流側目標空燃比abyfrの振幅ゲインβを算出すると、ステップ１０３０を実行する。
【００８２】
ステップ１０３０においては、前記ステップ１０１０にて算出した上流側目標空燃比abyfrの基本振幅量αに対して前記ステップ１０２５にて算出した振幅ゲインβを乗算することにより、燃料中のアルコール濃度（具体的には、エタノール濃度Cetha）に応じた基本空燃比制御の振幅量、言い換えれば、上流側目標空燃比abyfrの振幅量（α×β）を決定する。すなわち、混合排ガス中の水素濃度Chが高くなるほど、水素濃度Chの高い混合排ガスが触媒５３の内部に流入するため、触媒５３内部における水素濃度Chも高くなる。その結果、触媒５３内部においては、上述した酸素吸蔵機能によるＮＯｘの還元作用に加えて、水素濃度Chの高まりに伴う雰囲気の還元雰囲気化によってＮＯｘが還元される。したがって、図６にて破線により示すように、水素濃度Chの高まりに伴う触媒５３内部の還元雰囲気化に伴って吸入空気流量Gaが増加してもＮＯｘの浄化率を向上させることができる。
【００８３】
以上のように、本発明に係る実施形態（具体的には、図７に示した処理）によれば、吸入空気流量Gaが検出され（ステップ１００５）、この検出された吸入空気流量Gaに対応する上流側目標空燃比abyfrの基本振幅量αが算出される（ステップ１０１０）。すなわち、ステップ１００５，１０１０においては、燃料にアルコールが含まれているか否かに関わらずに処理される。
【００８４】
続いて、燃料中のアルコール濃度（より詳しくは、エタノール濃度Cetha）及び機関１０の運転状態温度として冷却水温THW（又は、吸気温度THA）が検出され（ステップ１０１５）、検出されたエタノール濃度Cetha及び冷却水温THW（又は、吸気温度THA）に基づいて混合排ガス中の水素濃度Chが算出され（ステップ１０２０）、算出された水素濃度Chに対応する振幅ゲインβが算出され（ステップ１０２５）、最終的に上流側目標空燃比abyfrの振幅量（α×β）が算出される（ステップ１０３０）。
【００８５】
したがって、燃料中のアルコール濃度（エタノール濃度Cetha）が高いすなわち混合排ガス中の水素濃度Chが高い場合には、上流側目標空燃比abyfrの振幅量（α×β）が混合排ガス中の水素濃度Chが低い場合に比して大きくなるように決定される。これにより、触媒５３の浄化能力を活性化させることを目的として、図５に示した基本空燃比制御に従って上流側目標空燃比abyfrをリーン側とリッチ側とに繰り返し変更した場合には、大きな振幅量によって触媒５３の浄化能力を十分に活性化させることができ、その結果、触媒５３によるエミッションの浄化率を適切に維持することができる。
【００８６】
また、アルコール混合燃料が機関１０に供給される場合において、特に、基本空燃比制御において理論空燃比からリーン側への振幅量（α×β）を大きく決定することができることにより、触媒５３内部に流入するＮＯｘの量を増大させることができる。これにより、ＮＯｘを浄化（還元）するための水素の消費量を増大させることができ、触媒５３内部における水素濃度Chを適切に減少させることができる。したがって、触媒５３内部の雰囲気を適切に還元雰囲気から酸化雰囲気に変化させることができ、触媒５３内部の雰囲気を誤検出することを効果的に防止することができる。さらに、強還元剤である水素を利用して多量のＮＯｘを浄化（還元）することができるため、触媒５３のＮＯｘ浄化率を大幅に向上させることもできる。
【００８７】
なお、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、上記実施形態においては、吸入空気流量Gaを検出し、この検出した吸入空気流量Gaに応じた上流側目標空燃比abyfrの基本振幅量αを算出するように実施した（図７のステップ１００５，１０１０）。
【００８８】
この場合、吸入空気流量Gaに関わらず、予め上流側目標空燃比abyfrの基本振幅量αが決定されていれば、図７におけるステップ１００５，１０１０を省略して、混合排ガス中の水素濃度Chに基づいて振幅ゲインβを算出するように実施することも可能である。
【００８９】
また、上記実施形態においては、混合排ガス中の水素濃度Chを検出されたエタノール濃度Cetha及び冷却水温THW（又は、吸気温度THA）に基づいて推定して算出するように実施した。この場合、混合排ガス中の水素濃度Chを直接検出して実施可能であることは言うまでもない。なお、この場合には、触媒５３の上流側のエキゾーストパイプ５２に水素濃度検出センサを配設して実施するとよい。
【００９０】
さらに、上記実施形態においては、上流側目標空燃比abyfr（すなわち、機関の空燃比）を理想空燃比に対してリッチ側の空燃比又は理想空燃比に対してリーン側の空燃比に設定するように実施した。しかし、上流側目標空燃比abyfr（すなわち、機関の空燃比）を理想空燃比に設定して実施可能であることは言うまでもない。
【図１】
2012066645.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012066645.tif 000005
【図４】
2012066645.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年7月9日(2012.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に少なくともガソリンを含む燃料及び空気からなる混合気を供給する混合気供給手段と、前記燃焼室から排出された排ガスが通過する排気通路に配設された触媒と、少なくとも前記触媒よりも下流の前記排気通路に配設されて同排気通路を通過する排ガスの空燃比に応じた出力値を発生する空燃比センサと、同空燃比センサからの出力値に基づいて前記混合気の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室から排出された排ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段と、
前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度に基づいて、前記目標空燃比設定手段により設定された目標空燃比を補正する補正手段と、
前記内燃機関に単位時間あたりに吸入される空気の質量を表す吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段とを備え、
前記目標空燃比設定手段は、
前記吸入空気流量検出手段により検出された前記吸入空気流量に基づいて、理論空燃比からリーン側又はリッチ側への変位量を表す振幅量を変更して前記目標空燃比を設定するものであり、
前記補正手段は、少なくとも、
前記変更された理論空燃比からリーン側への振幅量を、前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度に基づいて補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記補正手段は、
前記水素濃度検出手段により検出された前記水素濃度が高いほど目標空燃比がよりリーン側となるように、前記目標空燃比設定手段により設定された前記目標空燃比を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の燃焼室に供給される燃料に含まれるアルコール成分の濃度であるアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記内燃機関の運転状態温度を検出する温度検出手段と、を備えており、
前記水素濃度検出手段は、
前記アルコール濃度検出手段により検出された前記アルコール濃度及び前記温度検出手段によって検出された前記運転状態温度に基づいて、前記排ガス中の前記水素濃度を検出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載した内燃機関の制御装置において、
前記目標空燃比設定手段は、
前記触媒内部が同触媒に流入する排ガスを還元する還元雰囲気から同触媒に流入する排ガスを酸化する酸化雰囲気になることに対応する前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定し、
前記触媒内部が前記酸化雰囲気から前記還元雰囲気になることに対応する前記空燃比センサの出力値に基づいて前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載した内燃機関の制御装置において、
前記空燃比センサは、
濃淡電池型の酸素濃度センサであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【国際調査報告】
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