(57)【要約】【課題】触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒２０と、触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置４１と、触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置３１とを備える。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第１の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第１加振制御を実行し、第１加振制御において空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して第１の側とは反対側の第２の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第２加振制御を開始し、又は目標空燃比を理論空燃比に対して第２の側にずれた空燃比に設定する。【選択図】図９
2020153334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒と、
前記触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、該触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置と、
前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置と
を備え、
前記空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第１の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第１加振制御を実行し、該第１加振制御において空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して前記第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第２加振制御を開始し、又は前記目標空燃比を理論空燃比に対して前記第２の側にずれた空燃比に設定する、内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素を吸蔵可能な触媒を内燃機関の排気通路に配置し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ等）及びＮＯｘを触媒において浄化することが知られている。触媒の酸素吸蔵能力が高いほど触媒に吸蔵可能な酸素の量が多くなり、触媒の排気浄化性能が向上する。
【０００３】
触媒の酸素吸蔵能力を維持するためには、触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されないように触媒の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。特許文献１に記載の内燃機関では、触媒の酸素吸蔵量を変動させるために、触媒の排気流れ方向下流側に配置された空燃比センサ（下流側空燃比センサ）の出力に基づいて、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ーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で交互に切り替えられる。
【０００４】
具体的には、下流側空燃比センサによって検出された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目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。斯かる空燃比制御では、目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられるときに触媒の酸素吸蔵量がゼロに達するため、触媒から少量の未燃ガスが排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１１８８９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、下流側空燃比センサによって検出される空燃比は常に実際の空燃比を示すとは限らない。例えば、下流側空燃比センサは、その位置に応じて、特定の気筒から排出される排気ガスの影響を強く受ける。このため、各気筒に供給される燃料や空気の量にバラツキが生じることにより特定の気筒から排出される排気ガスの空燃比がずれた結果、下流側空燃比センサによって検出される空燃比が排気ガス全体の平均空燃比よりもリーン側にずれる場合がある。また、下流側空燃比センサの個体バラツキによって、下流側空燃比センサによって検出される空燃比が実際の空燃比よりもリーン側にずれる場合がある。
【０００７】
これらの場合、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比に達するタイミング、すなわち目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられるタイミングが遅くなる。この結果、触媒の酸素吸蔵量がゼロに維持される時間が長くなり、触媒から排出される未燃ガスの量が多くなる。したがって、下流側空燃比センサの出力ずれによって排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明では、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒と、前記触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、該触媒から流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置と、前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第１の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第１加振制御を実行し、該第１加振制御において前記空燃比検出装置によって検出された空燃比が理論空燃比に対して前記第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側にずれた空燃比を振動中心に前記目標空燃比を振動させる第２加振制御を開始し、又は前記目標空燃比を理論空燃比に対して前記第２の側にずれた空燃比に設定する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、触媒の酸素吸蔵量を変動させる場合に、排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、三元触媒の浄化特性を示す。
【図３】図３は、各排気空燃比における印加電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、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】図５は、第一実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図６】図６は、第一実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、第二実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図８】図８は、第二実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、第三実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力空燃比等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、第三実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜第一実施形態＞
最初に図１〜図６を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
【００１４】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。
【００１５】
図１を参照すると、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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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等は、空気を燃焼室５に導く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。
【００１８】
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、下流側触媒２３を内蔵した下流側ケーシング２４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、下流側ケーシング２４等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。
【００１９】
内燃機関の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１によって実行される。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及び出力ポート３７を備える。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ３９が配置され、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。
【００２０】
また、排気マニホルド１９の集合部、すなわち上流側触媒２０の排気流れ方向上流側には、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。上流側空燃比センサ４０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。上流側空燃比センサ４０は上流側空燃比検出装置の一例である。
【００２１】
また、排気管２２内、すなわち上流側触媒２０の排気流れ方向下流側には、排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側触媒２０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４１が配置される。下流側空燃比センサ４１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。下流側空燃比センサ４１は下流側空燃比検出装置の一例である。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、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、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、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、吸気ポート７内に燃料を噴射するポート噴射弁と、燃料を燃焼室５内に噴射する筒内噴射弁との二つの燃料噴射弁が内燃機関に設けられていてもよい。
【００２４】
＜触媒の説明＞
排気通路に配置された上流側触媒２０及び下流側触媒２３は同様な構成を有する。触媒２０、２３は、酸素吸蔵可能な触媒であり、例えば三元触媒である。具体的には、触媒２０、２３は、セラミックから成る担体に、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助触媒（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。
【００２５】
図２は、三元触媒の浄化特性を示す。図２に示されるように、触媒２０、２３による未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率は、触媒２０、２３に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域（図２における浄化ウィンドウＡ）にあるときに非常に高くなる。したがって、触媒２０、２３は、排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ガス及びＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【００２６】
また、触媒２０、２３は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵又は放出する。具体的には、触媒２０、２３は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒２０、２３は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒２０、２３の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒２０、２３において未燃ガス及びＮＯｘが効果的に浄化される。
【００２７】
なお、触媒２０、２３は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、三元触媒以外の触媒であってもよい。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。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がゼロになるように構成される。したがって、空燃比センサ４０、４１は排気空燃比を連続的に（リニアに）検出することができる。
【００３１】
なお、上記の例では、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。
【００３２】
＜内燃機関の排気浄化装置＞
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」という）について説明する。排気浄化装置は、上流側触媒２０、下流側触媒２３、上流側空燃比センサ４０、下流側空燃比センサ４１及び空燃比制御装置を備える。本実施形態では、ＥＣＵ３１が空燃比制御装置として機能する。
【００３３】
空燃比制御装置は、上流側触媒２０に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」という）の空燃比を目標空燃比に制御する。具体的には、空燃比制御装置は、目標空燃比を設定すると共に、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量を制御する。本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。
【００３４】
上流側触媒２０の酸素吸蔵能力を維持するためには、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が一定に維持されないように上流側触媒２０の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。このため、空燃比制御装置は、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動するように流入排気ガスの目標空燃比を設定する。
【００３５】
しかしながら、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロである時間が長いほど、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量が多くなる。また、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量である時間が長いほど、上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量が多くなる。このため、上流側触媒２０の酸素吸蔵能力の低下を抑制しつつ、排気エミッションの悪化を抑制するためには、適切なタイミングで目標空燃比を切り替える必要がある。
【００３６】
上流側触媒２０の酸素吸蔵状態を把握して適切なタイミングで目標空燃比を切り替えるために、下流側空燃比センサ４１を用いることが考えられる。理論空燃比よりもリッチな空燃比に目標空燃比が設定されているときに上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達すると、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リッチとなる。一方、理論空燃比よりもリーンな空燃比に目標空燃比が設定されているときに上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達すると、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リーンとなる。
【００３７】
このため、本実施形態において、空燃比制御装置は、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リッチなリッチ判定空燃比に達したときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替える。また、空燃比制御装置は、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リーンなリーン判定空燃比に達したときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替える。
【００３８】
しかしながら、気筒間の空燃比のバラツキ、下流側空燃比センサ４１の個体バラツキ等によって、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比にずれが生じる場合がある。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン側にずれた場合には、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に達するタイミング、すなわち目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えられるタイミングが遅くなる。この結果、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに維持される時間が長くなり、上流側触媒２０から排出される未燃ガスの量が多くなる。
【００３９】
そこで、下流側空燃比センサ４１の出力ずれの影響を低減する手法として、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスに対する下流側空燃比センサ４１の反応性を高めることが考えられる。例えば、還元性ガスの一つである水素（Ｈ2）は、ＨＣ、ＣＯ等よりも速い拡散速度を有する。このため、排気ガス中の水素濃度が高い場合には、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスに対する下流側空燃比センサ４１の反応性が高くなる。
【００４０】
水素は、上流側触媒２０において下記の水性ガスシフト反応（１）又は水蒸気改質反応（２）が起こることによって生成される。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2…（１）
ＨＣ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2…（２）
【００４１】
上記式（１）及び（２）から分かるように、水素の生成にはＣＯ及びＨＣが用いられる。このため、基本的に、流入排気ガスの空燃比がリッチであるほど、上流側触媒２０から流出する排気ガス中の水素濃度が高くなる。このため、下流側空燃比センサ４１の出力ずれの影響を低減するために、上流側触媒２０の酸素吸蔵量をゼロにするときの目標空燃比のリッチ度合（理論空燃比との差）を大きくすることが望ましい。
【００４２】
しかしながら、目標空燃比のリッチ度合を大きくすると、下流側空燃比センサ４１の出力がリッチ判定空燃比に達するときに上流側触媒２０から排出される未燃ガスが多くなる。このため、下流側空燃比センサ４１の出力ずれの影響を低減できたとしても、排気エミッションの改善効果は小さい。
【００４３】
また、目標空燃比のリッチ度合を大きくすると、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の減少速度が速くなり、下流側空燃比センサ４１の出力がリッチ判定空燃比に達するまでの時間が短くなる。この結果、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比が頻繁に切り替えられ、機関出力のトルク変動が大きくなる。
【００４４】
これに対して、本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側触媒２０の酸素吸蔵量をゼロにするときに、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させるリッチ側加振制御を実行する。目標空燃比の振動周期は例えば数百ｍｓである。
【００４５】
リッチ側加振制御では、上流側触媒２０の酸素吸蔵量に吸蔵される酸素の量よりも上流側触媒２０から放出される酸素の量が多くなるため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に減少する。このため、空燃比制御装置はリッチ側加振制御を実行することによって上流側触媒２０の酸素吸蔵量を徐々に減少させてゼロにすることができる。
【００４６】
空燃比制御装置は、リッチ側加振制御において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に達したときに、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。リッチ側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達するとき、目標空燃比のリッチ度合が瞬間的に大きくなる。このため、リッチ度合が大きい空燃比に目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達するときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４７】
また、リッチ側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の減少速度が遅くなる。このため、リッチ側加振制御の実行時間が減少することを抑制することができ、ひいては機関出力のトルク変動を抑制することができる。なお、リッチ側加振制御では目標空燃比が短周期で振動するため、目標空燃比を振動させることによる機関出力のトルク変動はほとんど生じない。
【００４８】
また、本実施形態では、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値が理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定される。すなわち、空燃比制御装置は、リッチ側加振制御において、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を振動させる。このことによって、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達するときに未燃ガスが瞬間的に排出されるため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達するときの排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。また、このことによって、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の減少速度がより一層遅くなるため、機関出力のトルク変動をより一層抑制することができる。
【００４９】
また、空燃比制御装置は、リッチ側加振制御の実行後、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量にすべく、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に維持するリーン制御を実行する。空燃比制御装置は、リーン制御において、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に達したときに、リッチ側加振制御を開始する。
【００５０】
以下、図５を参照して、第一実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図５は、第一実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比及び排気エミッションのタイムチャートである。なお、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比は、上流側触媒２０において浄化される前の排気ガスの空燃比を示すので、流入排気ガスの目標空燃比と同様に変化する。
【００５１】
図５の例では、時刻ｔ０において、目標空燃比がリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定され、リーン制御が実行されている。時刻ｔ０の後、リーン制御によって上流側触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量に達する。これに伴い、時刻ｔ１において、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ＡＦｌｅａｎに達する。また、時刻ｔ１の前後において上流側触媒２０からＮＯｘが流出する。
【００５２】
時刻ｔ１では、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を減少させるべく、リーン制御が終了し、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。この例では、目標空燃比の振動中心のリッチ度合（理論空燃比との差）はリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎのリーン度合（理論空燃比との差）と等しい。
【００５３】
時刻ｔ１の後、リッチ側加振制御によって上流側触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少してゼロに達する。これに伴い、時刻ｔ２において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。また、時刻ｔ２の後、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。しかしながら、リッチ側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒２０から未燃ガスが一時的に流出する。
【００５４】
時刻ｔ２後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達していない。このため、リッチ側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が再びゼロに達し、時刻ｔ３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。
【００５５】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のリッチ度合は大きくなる。しかしながら、時刻ｔ３後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達しなかったため、リッチ側加振制御が継続される。
【００５６】
この結果、時刻ｔ４において、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ＡＦｒｉｃｈに達する。このため、時刻ｔ４において、リッチ側加振制御が終了し、リーン制御が再び開始される。具体的には、目標空燃比がリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定される。
【００５７】
＜空燃比制御＞
以下、図６を参照して、第一実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図６は、第一実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、空燃比制御装置（本実施形態ではＥＣＵ３１）によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００５８】
最初に、ステップＳ１０１においてリッチ側加振制御中であるか否かが判定される。リッチ側加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。
【００５９】
ステップＳ１０２では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、予め定められ、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値よりもリーンな値に設定される。
【００６０】
ステップＳ１０２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よりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リッチ側加振制御が継続される。
【００６１】
一方、ステップＳ１０２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以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、リーン制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに目標空燃比が設定される。リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎは予め定められる。ステップＳ１０３の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６２】
また、ステップＳ１０１においてリッチ側加振制御中ではないと判定された場合、すなわちリーン制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、予め定められ、リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎよりもリッチな値に設定される。
【００６３】
ステップＳ１０４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よりもリッチであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リーン制御が継続される。
【００６４】
一方、ステップＳ１０４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以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６５】
なお、ステップＳ１０４において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以上であるか否かが判定されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、リーン制御において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量に達したときに、リッチ側加振制御を開始してもよい。この場合、上流側触媒２０の酸素吸蔵量は例えば上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて算出される。
【００６６】
＜第二実施形態＞
第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６７】
下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側にずれた場合には、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に達するタイミング、すなわち目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に切り替えられるタイミングが遅くなる。この結果、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に維持される時間が長くなり、上流側触媒２０から排出されるＮＯｘの量が多くなる。
【００６８】
そこで、下流側空燃比センサ４１の出力ずれの影響を低減する手法として、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスに対する下流側空燃比センサ４１の反応性を高めることが考えられる。下流側空燃比センサ４１の出力ずれが生じていない場合には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのリーン度合は上流側触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリーンであるほど大きくなる。このため、目標空燃比のリーン度合を大きくすることによって、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側に若干ずれたとしても、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はリーン判定空燃比に迅速に達する。
【００６９】
また、本願の発明者は、鋭意検討の結果、目標空燃比がリーンであるほど、流入排気ガス中の酸素に対するＮＯｘの比率が低下することを見出した。このため、目標空燃比のリーン度合を大きくしたとしても、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときに上流側触媒２０から排出されるＮＯｘの量が抑制される。また、目標空燃比のリーン度合を大きくすることによって、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に達するタイミングが遅れたとしても、上流側触媒２０から排出されるＮＯｘの量を抑制することができる。
【００７０】
しかしながら、目標空燃比のリーン度合を大きくすると、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の増加速度が速くなり、下流側空燃比センサ４１の出力がリーン判定空燃比に達するまでの時間が短くなる。この結果、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比が頻繁に切り替えられ、機関出力のトルク変動が大きくなる。
【００７１】
これに対して、本実施形態では、空燃比制御装置は、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を最大酸素吸蔵量にするときに、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させるリーン側加振制御を実行する。目標空燃比の振動周期は例えば数百ｍｓである。
【００７２】
リーン側加振制御では、上流側触媒２０の酸素吸蔵量から放出される酸素の量よりも上流側触媒２０に吸蔵される酸素の量が多くなるため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に増加する。このため、空燃比制御装置はリーン側加振制御を実行することによって上流側触媒２０の酸素吸蔵量を徐々に増加させて最大酸素吸蔵量にすることができる。
【００７３】
空燃比制御装置は、リーン側加振制御において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に達したときに、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定する。リーン側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するとき、目標空燃比のリーン度合が瞬間的に大きくなる。このため、リーン度合が大きい空燃比に目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００７４】
また、リーン側加振制御では、目標空燃比が振動せしめられるため、目標空燃比が維持される場合と比べて、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の増加速度が遅くなる。このため、リーン側加振制御の実行時間が減少することを抑制することができ、ひいては機関出力のトルク変動を抑制することができる。なお、リーン側加振制御では目標空燃比が短周期で振動するため、目標空燃比を振動させることによる機関出力のトルク変動はほとんど生じない。
【００７５】
また、本実施形態では、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値が理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定される。すなわち、空燃比制御装置は、リーン側加振制御において、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比との間で目標空燃比を振動させる。このことによって、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときにＮＯｘが瞬間的に排出されるため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するときの排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。また、このことによって、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の増加速度がより一層遅くなるため、機関出力のトルク変動をより一層抑制することができる。
【００７６】
また、空燃比制御装置は、リーン側加振制御の実行後、上流側触媒２０の酸素吸蔵量をゼロにすべく、目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に維持するリッチ制御を実行する。空燃比制御装置は、リッチ制御において、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に達したときに、リーン側加振制御を開始する。
【００７７】
以下、図７を参照して、第二実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図７は、第二実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比及び排気エミッションのタイムチャートである。
【００７８】
図７の例では、時刻ｔ０において、リーン側加振制御が実行されている。時刻ｔ０の後、リーン側加振制御によって上流側触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量に達する。これに伴い、時刻ｔ１において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。また、時刻ｔ１の後、上流側触媒２０からＮＯｘが流出する。しかしながら、リーン側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒２０からＮＯｘが一時的に流出する。
【００７９】
時刻ｔ１後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達していない。このため、リーン側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が再び最大酸素吸蔵量に達し、時刻ｔ２において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。
【００８０】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のリーン度合は大きくなる。しかしながら、時刻ｔ２後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達しなかったため、リーン側加振制御が継続される。
【００８１】
この結果、時刻ｔ３において、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ＡＦｌｅａｎに達する。このため、時刻ｔ３において、リーン側加振制御が終了し、リッチ制御が開始される。具体的には、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定される。
【００８２】
時刻ｔ２の後、リッチ制御によって上流側触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少してゼロに達する。これに伴い、時刻ｔ４おいて、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ＡＦｒｉｃｈに達する。また、時刻ｔ４の前後において上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。
【００８３】
時刻ｔ４では、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を増加させるべく、リッチ制御が終了し、リーン側加振制御が再び開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。この例では、目標空燃比の振動中心のリーン度合はリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈのリッチ度合と等しい。
【００８４】
＜空燃比制御＞
以下、図８を参照して、第二実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図８は、第二実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、空燃比制御装置（本実施形態ではＥＣＵ３１）によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００８５】
最初に、ステップＳ２０１においてリッチ制御中であるか否かが判定される。リッチ側制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０２に進む。
【００８６】
ステップＳ２０２では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、予め定められ、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈよりもリーンな値に設定される。
【００８７】
ステップＳ２０２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よりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リッチ制御が継続される。
【００８８】
一方、ステップＳ２０２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以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、リーン側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップＳ２０３の後、本制御ルーチンは終了する。
【００８９】
また、ステップＳ２０１においてリッチ制御中ではないと判定された場合、すなわちリーン側加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、予め定められ、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値よりもリッチな値に設定される。
【００９０】
ステップＳ２０４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よりもリッチであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リーン側加振制御が継続される。
【００９１】
一方、ステップＳ２０４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以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、リッチ制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに目標空燃比が設定される。リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈは予め定められる。ステップＳ２０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【００９２】
なお、ステップＳ２０２において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満の所定の切替基準吸蔵量以下であるか否かが判定されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、リッチ制御において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量に達したときに、リッチ制御を終了してリーン側加振制御を開始してもよい。この場合、上流側触媒２０の酸素吸蔵量は例えば上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて算出される。
【００９３】
上述した第一実施形態及び第二実施形態における空燃比制御はまとめて以下のように表現される。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第１の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第１加振制御を実行し、第１加振制御において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に対して第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、目標空燃比を理論空燃比に対して第２の側にずれた空燃比に設定する。第一実施形態において、第１の側はリッチ側であり、第２の側はリーン側である。一方、第二実施形態において、第１の側はリーン側であり、第２の側はリッチ側である。
【００９４】
＜第三実施形態＞
第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００９５】
第三実施形態では、空燃比制御装置は下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいてリッチ側加振制御とリーン側加振制御とを交互に実行する。具体的には、空燃比制御装置は、リッチ側加振制御において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に達したときにリーン側加振制御を開始し、リーン側加振制御において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に達したときにリッチ側加振制御を開始する。第三実施形態における空燃比制御によって、上流側触媒２０の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させるときの排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。
【００９６】
以下、図９を参照して、第三実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図９は、第三実施形態における空燃比制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比及び排気エミッションのタイムチャートである。
【００９７】
図９の例では、時刻ｔ０において、リーン側加振制御が実行されている。時刻ｔ０の後、リーン側加振制御によって上流側触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に増加して最大酸素吸蔵量に達する。これに伴い、時刻ｔ１において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。また、時刻ｔ１の後、上流側触媒２０からＮＯｘが流出する。しかしながら、リーン側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒２０からＮＯｘが一時的に流出する。
【００９８】
時刻ｔ１後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達していない。このため、リーン側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が再び最大酸素吸蔵量に達し、時刻ｔ２において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化する。
【００９９】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のリーン度合は大きくなる。しかしながら、時刻ｔ２後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達しなかったため、リーン側加振制御が継続される。
【０１００】
この結果、時刻ｔ３において、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ＡＦｌｅａｎに達する。このため、時刻ｔ３において、リーン側加振制御が終了し、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。この例では、リッチ側加振制御における目標空燃比の振動中心のリッチ度合は、リーン側加振制御における目標空燃比の振動中心のリーン度合と等しい。また、この例では、リーン側加振制御及びリッチ側加振制御において、目標空燃比の振幅及び振動周期は等しい。
【０１０１】
時刻ｔ３の後、リッチ側加振制御によって上流側触媒２０の酸素吸蔵量が徐々に減少してゼロに達する。これに伴い、時刻ｔ４において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。また、時刻ｔ４の後、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。しかしながら、リッチ側加振制御において目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は理論空燃比に再び戻り、上流側触媒２０から未燃ガスが一時的に流出する。
【０１０２】
時刻ｔ４後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化では、出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達していない。このため、リッチ側加振制御が継続される。この結果、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が再びゼロに達し、時刻ｔ５において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化する。
【０１０３】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達する回数が増えるにつれて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比のリッチ度合は大きくなる。しかしながら、時刻ｔ５後の下流側空燃比センサ４１の出力空燃比の変化においても出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達しなかったため、リッチ側加振制御が継続される。
【０１０４】
この結果、時刻ｔ６において、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ＡＦｒｉｃｈに達する。このため、時刻ｔ６において、リッチ側加振制御が終了し、リーン側加振制御が再び開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。
【０１０５】
＜空燃比制御＞
以下、図１０を参照して、第三実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図１０は、第三実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、空燃比制御装置（本実施形態ではＥＣＵ３１）によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１０６】
最初に、ステップＳ３０１においてリッチ側加振制御中であるか否かが判定される。リッチ側加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０２に進む。
【０１０７】
ステップＳ３０２では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、予め定められ、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値よりもリーンな値に設定される。
【０１０８】
ステップＳ３０２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よりもリーンであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リッチ側加振制御が継続される。
【０１０９】
一方、ステップＳ３０２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以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、リーン側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリーンな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップＳ３０３の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１１０】
また、ステップＳ３０１においてリッチ側加振制御中ではないと判定された場合、すなわちリーン加振制御中であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０４に進む。ステップＳ３０４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、予め定められ、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値よりもリッチな値に設定される。
【０１１１】
ステップＳ３０４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よりもリッチであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、リーン制御が継続される。
【０１１２】
一方、ステップＳ３０４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以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、リッチ側加振制御が開始される。具体的には、理論空燃比よりもリッチな空燃比を振動中心に目標空燃比が振動せしめられる。目標空燃比の振動中心、振幅及び振動周期は予め定められる。ステップＳ３０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１１３】
上述した第三実施形態における空燃比制御は以下のように表現される。空燃比制御装置は、理論空燃比に対して第１の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第１加振制御を実行し、第１加振制御において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に対して第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して第１の側とは反対側の第２の側にずれた空燃比を振動中心に目標空燃比を振動させる第２加振制御を開始する。
【０１１４】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。
【０１１５】
例えば、排気浄化装置は、上流側空燃比検出装置として、上流側空燃比センサ４０の代わりに、流入排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンであることを検出する酸素センサを備えていてもよい。また、排気浄化装置は、下流側空燃比検出装置として、下流側空燃比センサ４１の代わりに、流入排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンであることを検出する酸素センサを備えていてもよい。
【０１１６】
また、上流側空燃比センサ４０が排気浄化装置から省略され、下流側空燃比センサ４１の出力のみに基づいて空燃比制御が行われてもよい。この場合、上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて燃焼室５に供給する燃料量をフィードバック制御する代わりに、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量が制御される。具体的には、吸入空気量と目標空燃比とから算出された燃料量が燃焼室５に供給される。
【０１１７】
また、下流側触媒２３は排気浄化装置から省略されてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
２０    上流側触媒
２２    排気管
３１    ＥＣＵ
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
2020153334.tif 000003
【図２】
2020153334.tif 000004
【図３】
2020153334.tif 000005
【図４】
2020153334.tif 000006
【図５】
2020153334.tif 000007
【図６】
2020153334.tif 000008
【図７】
2020153334.tif 000009
【図８】
2020153334.tif 000010
【図９】
2020153334.tif 000011
【図１０】
2020153334.tif 000012