(57)【要約】【課題】触媒の酸素吸蔵量をゼロと最大酸素吸蔵量との間で変化させる場合に、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所定の周期で振動させる加振制御を実行し、加振制御において、空燃比検出装置の出力に基づいて目標空燃比の振動中心を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交互に切り替える。【選択図】図６
2020153333.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前記目標空燃比を所定の周期で振動させる加振制御を実行し、該加振制御において、前記空燃比検出装置の出力に基づいて前記目標空燃比の振動中心を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交互に切り替える、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、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ーンなリーン判定空燃比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。したがって、斯かる空燃比制御では、触媒の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動し、触媒から少量の未燃ガス及びＮＯｘが定期的に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１１８８８９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、初期ばらつきや経時劣化等によって、下流側空燃比センサの出力にずれが生じる場合がある。例えば、下流側空燃比センサの出力がリッチ側にずれている場合、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリーン判定空燃比に達するタイミングが遅くなる。この結果、触媒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、触媒から排出されるＮＯｘの量が多くなる。
【０００７】
一方、下流側空燃比センサの出力がリーン側にずれている場合、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。
【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ゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動させる場合に、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前記目標空燃比を所定の周期で振動させる加振制御を実行し、該加振制御において、前記空燃比検出装置の出力に基づいて前記目標空燃比の振動中心を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交互に切り替える、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ゼロと最大酸素吸蔵量との間で変化させる場合に、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加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力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加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
【図７】図７は、第一実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、第二実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
【図９】図９は、第二実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第三実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサの出力等のタイムチャートである。
【図１１】図１１は、第三実施形態における振動中心切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、燃料カット制御が実行されるときの下流側空燃比センサの出力のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、第四実施形態における応答性算出処理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７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】
具体的には、空燃比制御装置は、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所定の周期で振動させる加振制御を実行する。所定の周期は例えば数百ｍｓである。
【００３６】
加振制御における目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるときには、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。一方、加振制御における目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときには、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。
【００３７】
このため、空燃比制御装置は、加振制御における目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリッチな空燃比にする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。一方、空燃比制御装置は、加振制御における目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリーンな空燃比にする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。
【００３８】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロであるときに理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが上流側触媒２０に流入すると、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。一方、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量であるときに理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが上流側触媒２０に流入すると、上流側触媒２０からＮＯｘが流出する。
【００３９】
加振制御では、目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときに、未燃ガス又はＮＯｘが上流側触媒２０から瞬間的に流出する。このため、目標空燃比が理論空燃比よりもリーン又はリッチな空燃比に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又は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。
【００４０】
しかしながら、リッチ側加振制御が実行され続けると、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量が徐々に増加する。一方、リーン側加振制御が実行され続けると、上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量が徐々に増加する。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の振動中心を切り替える必要がある。
【００４１】
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の振動中心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。リッチ側加振制御において上流側触媒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（出力電流）が負となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１によって理論空燃比よりもリッチな空燃比が検出される。一方、リーン側加振制御において上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達すると、下流側空燃比センサ４１の出力が正となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１によって理論空燃比よりもリーンな空燃比が検出される。
【００４２】
しかしながら、初期ばらつきや経時劣化等によって、下流側空燃比センサ４１の出力にずれが生じる場合がある。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力に対応する空燃比に誤差が生じる。
【００４３】
これに対して、加振制御では、目標空燃比が理論空燃比を跨いで変動するため、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するとき、下流側空燃比センサ４１の出力が増減しながら変化する。このときの出力波形は、下流側空燃比センサ４１の出力ずれの影響を受けにくい。
【００４４】
このため、空燃比制御装置は、加振制御を実行し、加振制御において、下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて目標空燃比の振動中心を理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比よりもリッチな空燃比との間で交互に切り替える。このことによって、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。
【００４５】
図５は、第一実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力、下流側空燃比センサ４１の出力、上流側触媒２０の酸素吸蔵量及び排気エミッションのタイムチャートである。上流側空燃比センサ４０の出力は、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。
【００４６】
この例では、最初に、上流側空燃比センサ４０の出力（出力電流）の振動中心が正の値になっている。すなわち、目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリーンになっており、リーン側加振制御が実行されている。リーン側加振制御では、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が変動しながら徐々に増加する。
【００４７】
リーン側加振制御において上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するとき、下流側空燃比センサ４１の出力は、ゼロと正の値との間で変動し、上に凸の山型になる。この例では、下流側空燃比センサ４１の出力において３つの山が発生したときに、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。
【００４８】
リッチ側加振制御では、上流側空燃比センサ４０の出力の振動中心が負の値となり、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が変動しながら徐々に減少する。本実施形態では、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。また、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最大値のリーン度合（理論空燃比との差）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のリーン度合よりも大きい。一方、リーン側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値のリッチ度合（理論空燃比との差）は、リッチ側加振制御における目標空燃比の振幅の最小値のリッチ度合よりも小さい。
【００４９】
リッチ側加振制御において上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達するとき、下流側空燃比センサ４１の出力は、ゼロと負の値との間で変動し、下に凸の山型になる。この例では、下流側空燃比センサ４１の出力において３つの山が発生したときに、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。以下、同様に、空燃比制御がリーン側加振制御とリッチ側加振制御との間で交互に切り替えられる。
【００５０】
なお、図５に示された上流側触媒２０の酸素吸蔵量は、上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて算出された値である。このため、リーン側加振制御において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の値が一時的に最大酸素吸蔵量よりも多くなっているが、このときの実際の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量となる。また、リッチ側加振制御において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の値が一時的にゼロよりも少なくなっているが、このときの実際の酸素吸蔵量はゼロとなる。
【００５１】
本実施形態では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力における山の数が所定数（図５の例では３）に達したときに、目標空燃比の振動中心を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切り替える。下流側空燃比センサ４１の出力における山の数は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値に基づいて判別可能である。
【００５２】
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の出力の微分値に基づいて、目標空燃比の振動中心を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交互に切り替える。具体的には、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が連続的に反転した回数が第１閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を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切り替える。第１閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ４１の出力における山の数に設定される。図５の例では、山の数が３であるため、第１閾値は３になる。
【００５３】
以下、図６を参照して、目標空燃比の振動中心を切り替えるタイミングを詳細に説明する。図６は、第一実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力、下流側空燃比センサ４１の出力、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値及び第１カウント値のタイムチャートである。下流側空燃比センサ４１の出力の微分値は、下流側空燃比センサ４１の出力を時間微分した値である。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値は、下流側空燃比センサ４１の出力の時間変化率である。第１カウント値は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が連続的に反転した回数を示す。
【００５４】
図６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、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達し、下流側空燃比センサ４１の出力が上に凸の山型となる。一つ目の山の頂点に相当する時刻ｔ１において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正から負となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻ｔ１において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が１となる。
【００５５】
時刻ｔ１の後、下流側空燃比センサ４１の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、二つ目の山の頂点に相当する時刻ｔ２において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正から負となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻ｔ２において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が２となる。
【００５６】
時刻ｔ２の後、下流側空燃比センサ４１の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、三つ目の山の頂点に相当する時刻ｔ３において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正から負となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻ｔ３において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が３となる。
【００５７】
時刻ｔ３において、第１カウント値が第１閾値（図６の例では３）に達したため、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。その後、第１カウント値はゼロにリセットされる。
【００５８】
時刻ｔ３の後、外乱によるノイズが発生した結果、時刻ｔ４において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負から正となっている。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転している。この結果、時刻ｔ４において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が１となる。しかしながら、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が連続的に反転しなかったため、時刻ｔ５において第１カウント値がゼロにリセットされる。
【００５９】
時刻ｔ５の後、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達し、下流側空燃比センサ４１の出力が下に凸の山型となる。一つ目の山の頂点に相当する時刻ｔ６において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負から正となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻ｔ６において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が１となる。
【００６０】
時刻ｔ６の後、下流側空燃比センサ４１の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、二つ目の山の頂点に相当する時刻ｔ７において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負から正となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻ｔ２において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が２となる。
【００６１】
時刻ｔ７の後、下流側空燃比センサ４１の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、三つ目の山の頂点に相当する時刻ｔ８において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負から正となる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転する。この結果、時刻ｔ８において、第１カウント値に１が加算され、第１カウント値が３となる。
【００６２】
時刻ｔ８において、第１カウント値が第１閾値（図６の例では３）に達したため、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。その後、第１カウント値はゼロにリセットされる。
【００６３】
＜振動中心切替処理＞
図７は、第一実施形態における振動中心切替処理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、内燃機関の始動後、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。
【００６４】
最初に、ステップＳ１０１において加振制御中であるか否かが実行される。加振制御は、例えば、内燃機関の始動後、所定の実行条件が満たされているときに実行される。例えば、所定の条件は、上流側触媒２０及び下流側触媒２３の温度が所定の触媒活性温度以上であること、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の温度が所定のセンサ活性温度以上であること等である。
【００６５】
ステップＳ１０１において加振制御中ではないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、第１カウント値Ｃ１がゼロにリセットされる。ステップＳ１０８の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ１０１において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。ステップＳ１０２では、第１カウント値Ｃ１が１以上であるか否かが判定される。第１カウント値Ｃ１が１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Ｓ１０３に進む。
【００６７】
ステップＳ１０３では、第１カウント値Ｃ１が現在値に設定されてから所定時間が経過したか否かが判定される。例えば、第１カウント値Ｃ１が１である場合、第１カウント値Ｃ１が１に設定されてから所定時間が経過したか否かが判定される。所定時間は、予め定められ、下流側空燃比センサ４１の出力における山の発生間隔よりも僅かに長い時間に設定される。
【００６８】
第１カウント値Ｃ１が現在値に設定されてから所定時間が経過したと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０８に進む。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が連続的に反転しなかったため、ステップＳ１０８において第１カウント値Ｃ１がゼロにリセットされる。ステップＳ１０８の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６９】
一方、第１カウント値Ｃ１が現在値に設定されてから所定時間が経過していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。また、ステップＳ１０２において第１カウント値Ｃ１がゼロであると判定された場合には、本制御ルーチンはステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４に進む。
【００７０】
ステップＳ１０４では、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転したか否かが判定される。出力の微分値の正負が反転しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、出力の微分値の正負が反転したと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。
【００７１】
ステップＳ１０５では、第１カウント値Ｃ１に１が加算される。次いで、ステップＳ１０６において、第１カウント値Ｃ１が第１閾値ＴＨ１以上であるか否かが判定される。第１閾値ＴＨ１は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ４１の出力における山の数に設定され、具体的には１以上の整数に設定される。
【００７２】
ステップＳ１０６において第１カウント値Ｃ１が第１閾値ＴＨ１未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ１０６において第１カウント値Ｃ１が第１閾値ＴＨ１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Ｓ１０７に進む。
【００７３】
ステップＳ１０７では、目標空燃比の振動中心が切り替えられる。具体的には、現在の目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に目標空燃比の振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。一方、現在の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。
【００７４】
次いで、ステップＳ１０８において、第１カウント値Ｃ１がゼロにリセットされる。ステップＳ１０８の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７５】
＜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。
【００７６】
第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値に基づいて、目標空燃比の振動中心を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交互に切り替える。具体的には、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇した回数と、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下した回数との合計が第２閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を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切り替える。第２閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ４１の出力における山の数の二倍に設定される。図５の例では、山の数が３であるため、第２閾値は６になる。
【００７７】
以下、図８を参照して、目標空燃比の振動中心を切り替えるタイミングを詳細に説明する。図８は、第二実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力、下流側空燃比センサ４１の出力、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値及び第２カウント値のタイムチャートである。下流側空燃比センサ４１の出力の微分値は、下流側空燃比センサ４１の出力を時間微分した値である。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値は、下流側空燃比センサ４１の出力の時間変化率である。第２カウント値は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇した回数と、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下した回数との合計を示す。
【００７８】
図８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、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達し、下流側空燃比センサ４１の出力が上に凸の山型となる。
【００７９】
下流側空燃比センサ４１の出力において一つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が、時刻ｔ１において正の所定値ＰＶに達し、時刻ｔ２において負の所定値ＮＶに達する。この結果、時刻ｔ１において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が１となり、時刻ｔ２において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が２となる。
【００８０】
時刻ｔ２の後、下流側空燃比センサ４１の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が、時刻ｔ３において正の所定値ＰＶに達し、時刻ｔ４において負の所定値ＮＶに達する。この結果、時刻ｔ３において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が３となり、時刻ｔ４において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が４となる。
【００８１】
時刻ｔ４の後、下流側空燃比センサ４１の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が、時刻ｔ５において正の所定値ＰＶに達し、時刻ｔ６において負の所定値ＮＶに達する。この結果、時刻ｔ５において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が５となり、時刻ｔ６において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が６となる。
【００８２】
時刻ｔ６において、第２カウント値が第２閾値（図６の例では６）に達したため、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。その後、第２カウント値はゼロにリセットされる。
【００８３】
時刻ｔ６の後、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値に外乱によるノイズが発生している。しかしながら、このとき、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値ＰＶ及び負の所定値ＮＶに達していないため、第２カウント値はゼロに維持される。
【００８４】
時刻ｔ８の後、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達し、下流側空燃比センサ４１の出力が下に凸の山型となる。下流側空燃比センサ４１の出力において一つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が、時刻ｔ９において負の所定値ＮＶに達し、時刻ｔ１０において正の所定値ＰＶに達する。この結果、時刻ｔ９において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が１となり、時刻ｔ１０において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が２となる。
【００８５】
時刻ｔ１０の後、下流側空燃比センサ４１の出力において二つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が、時刻ｔ１１において負の所定値ＮＶに達し、時刻ｔ１２において正の所定値ＰＶに達する。この結果、時刻ｔ１１において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が３となり、時刻ｔ１２において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が４となる。
【００８６】
時刻ｔ１２の後、下流側空燃比センサ４１の出力において三つ目の山が発生したことに伴い、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が、時刻ｔ１３において負の所定値ＮＶに達し、時刻ｔ１４において正の所定値ＰＶに達する。この結果、時刻ｔ１３において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が５となり、時刻ｔ１４において、第２カウント値に１が加算され、第２カウント値が６となる。
【００８７】
時刻ｔ１４において、第２カウント値が第２閾値（図６の例では６）に達したため、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。その後、第２カウント値はゼロにリセットされる。
【００８８】
＜振動中心切替処理＞
図９は、第二実施形態における振動中心切替処理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、内燃機関の始動後、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。
【００８９】
最初に、ステップＳ２０１において、図７のステップＳ１０１と同様に、加振制御中であるか否かが判定される。加振制御中ではないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、第２カウント値Ｃ２がゼロにリセットされる。ステップＳ２０７の後、本制御ルーチンは終了する。
【００９０】
一方、ステップＳ２０１において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Ｓ２０２に進む。ステップＳ２０２では、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇したか否かが判定される。正の所定値は、予め定められ、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときに下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が達するような値に設定される。
【００９１】
ステップＳ２０２において下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇しなかったと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下したか否かが判定される。負の所定値は、予め定められ、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロ又は最大酸素吸蔵量に達するときに下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が達するような値に設定される。本実施形態では、負の所定値の絶対値は正の所定値の絶対値に等しい。
【００９２】
ステップＳ２０３において下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下しなかったと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０３において下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下したと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０４に進む。また、ステップＳ２０２において下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇したと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３をスキップしてステップＳ２０４に進む。
【００９３】
ステップＳ２０４では、第２カウント値Ｃ２に１が加算される。次いで、ステップＳ２０５において、第２カウント値Ｃ２が第２閾値ＴＨ２以上であるか否かが判定される。第２閾値ＴＨ２は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ４１の出力における山の数の二倍に設定され、具体的には２以上の偶数に設定される。
【００９４】
ステップＳ２０５において第２カウント値Ｃ２が第２閾値ＴＨ２未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０５において第２カウント値Ｃ２が第２閾値ＴＨ２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Ｓ２０６に進む。
【００９５】
ステップＳ２０６では、目標空燃比の振動中心が切り替えられる。具体的には、現在の目標空燃比の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に目標空燃比の振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。一方、現在の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合には、この空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に振動中心が切り替えられる。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。
【００９６】
次いで、ステップＳ２０７において、第２カウント値Ｃ２がゼロにリセットされる。ステップＳ２０７の後、本制御ルーチンは終了する。
【００９７】
なお、ステップＳ２０３が省略され、ステップＳ２０２の判定が否定された場合に本制御ルーチンは終了してもよい。すなわち、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇した回数が第２閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を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切り替えてもよい。この場合、第２閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ４１の出力における山の数に設定される。
【００９８】
また、ステップＳ２０２が省略されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下した回数が第２閾値に達したときに目標空燃比の振動中心を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切り替えてもよい。この場合、第２閾値は、目標空燃比の振動中心を切り替えるための判定に用いられる下流側空燃比センサ４１の出力における山の数に設定される。
【００９９】
＜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。
【０１００】
図５から分かるように、上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量は、リーン側加振制御において上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する回数が増えるにつれて多くなる。言い換えれば、上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量は、リーン側加振制御において、下流側空燃比センサ４１の出力における山が発生する回数が増えるにつれて多くなる。
【０１０１】
同様に、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量は、リッチ側加振制御において上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達する回数が増えるにつれて多くなる。言い換えれば、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量は、リッチ側加振制御において、下流側空燃比センサ４１の出力における山が発生する回数が増えるにつれて多くなる。
【０１０２】
そこで、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の出力において山が検出されたときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付ける。言い換えれば、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付ける。このことによって、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場合に、排気エミッションが悪化することをより一層抑制することができる。
【０１０３】
図１０は、第三実施形態における加振制御が実行されるときの上流側空燃比センサ４０の出力、下流側空燃比センサ４１の出力、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値及び第１カウント値のタイムチャートである。下流側空燃比センサ４１の出力の微分値は、下流側空燃比センサ４１の出力を時間微分した値である。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値は、下流側空燃比センサ４１の出力の時間変化率である。第１カウント値は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が連続的に反転した回数を示す。
【０１０４】
図１０の例では、リーン側加振制御中の時刻ｔ１において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ４１の出力において山が検出されている。このため、時刻ｔ１において、第１カウント値が１となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リーン側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリーン度合が小さくされる。
【０１０５】
時刻ｔ１の後、時刻ｔ２において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ４１の出力において山が検出されている。このため、時刻ｔ２において、第１カウント値が２となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リーン側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリーン度合が小さくされる。
【０１０６】
時刻ｔ２の後、時刻ｔ３において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転し、第１カウント値が第１閾値（図１０の例では３）に達する。この結果、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えられる。その後、第１カウント値はゼロにリセットされる。
【０１０７】
時刻ｔ３の後、リッチ側加振制御中の時刻ｔ４において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ４１の出力において山が検出されている。このため、時刻ｔ４において、第１カウント値が１となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リッチ側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリッチ度合が小さくされる。
【０１０８】
時刻ｔ４の後、時刻ｔ５において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転し、下流側空燃比センサ４１の出力において山が検出されている。このため、時刻ｔ５において、第１カウント値が２となり、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。すなわち、リッチ側加振制御において、目標空燃比の振動中心のリッチ度合が小さくされる。
【０１０９】
時刻ｔ５の後、時刻ｔ６において、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値の正負が反転し、第１カウント値が第１閾値（図１０の例では３）に達する。この結果、目標空燃比の振動中心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。すなわち、空燃比制御がリッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えられる。その後、第１カウント値はゼロにリセットされる。
【０１１０】
＜振動中心切替処理＞
図１１は、第三実施形態における振動中心切替処理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、内燃機関の始動後、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。
【０１１１】
ステップＳ３０１〜ステップＳ３０８は、図７のステップＳ１０１〜ステップＳ１０８と同様であることから説明を省略する。
【０１１２】
本制御ルーチンでは、ステップＳ３０６において第１カウント値Ｃ１が第１閾値ＴＨ１未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９では、目標空燃比の振動中心が理論空燃比に近付けられる。具体的には、現在の振動中心が理論空燃比よりもリーンな空燃比である場合には、すなわちリーン側加振制御が実行されている場合には、振動中心のリーン度合が小さくされる。一方、現在の振動中心が理論空燃比よりもリッチな空燃比である場合には、すなわちリッチ側加振制御が実行されている場合には、振動中心のリッチ度合が小さくされる。ステップＳ３０９の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１１３】
＜第四実施形態＞
第四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、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１４】
下流側空燃比センサ４１は、経年劣化、被毒等によってその応答性が変化する。上述したような方法で目標空燃比の振動中心を切り替える場合、下流側空燃比センサ４１の応答性が遅くなると、振動中心の切り替えタイミングが遅くなる。リーン側加振制御からリッチ側加振制御に切り替えるタイミングが遅れると、上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量が多くなる。一方、リッチ側加振制御からリーン側加振制御に切り替えるタイミングが遅れると、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量が多くなる。
【０１１５】
そこで、第四実施形態では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の応答性を算出し、下流側空燃比センサ４１の応答性が相対的に遅い場合には、下流側空燃比センサ４１の応答性が相対的に速い場合に比べて、第１閾値を小さくする。このことによって、下流側空燃比センサ４１の応答性が遅くなったとき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。
【０１１６】
空燃比制御装置は公知の方法によって下流側空燃比センサ４１の応答性を算出する。例えば、空燃比制御装置は、燃料室５への燃料供給を停止する燃料カット制御中の下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて下流側空燃比センサ４１の応答性を算出する。
【０１１７】
図１２は、燃料カット制御が実行されるときの下流側空燃比センサ４１の出力のタイムチャートである。この例では、時刻ｔ１において燃料カット制御が開始されている。燃料カット制御が開始されると、下流側空燃比センサ４１に大量の酸素が供給される。このため、下流側空燃比センサ４１の出力が上昇し、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーンとなる。
【０１１８】
燃料カット制御中に下流側空燃比センサ４１の出力が上昇するとき、下流側空燃比センサ４１の応答性が速いほど、下流側空燃比センサ４１の出力の時間変化率が大きくなる。このため、燃料カット制御中の下流側空燃比センサ４１の出力の時間変化率に基づいて下流側空燃比センサ４１の応答性を算出することができる。
【０１１９】
＜応答性算出処理＞
図１３は、第四実施形態における応答性算出処理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、内燃機関の始動後、空燃比制御装置（本実施形態ではＥＣＵ３１）によって実行される。
【０１２０】
最初に、ステップＳ４０１において、応答性算出条件が成立しているか否かが判定される。例えば、燃料カット制御が実行されている場合に応答性算出条件が成立していると判定され、燃料カット制御が実行されていない場合に応答性算出条件が成立していないと判定される。ステップＳ４０１において応答性算出条件が成立していないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。
【０１２１】
一方、応答性算出条件が成立していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では公知の方法によって下流側空燃比センサ４１の応答性が算出される。例えば、燃料カット制御中の下流側空燃比センサ４１の出力に基づいて下流側空燃比センサ４１の応答性が算出される。
【０１２２】
次いで、ステップSＳ４０３において、ステップＳ４０２において算出された下流側空燃比センサ４１の応答性に基づいて第１閾値ＴＨ１が算出される。例えば、下流側空燃比センサ４１の応答性と第１閾値ＴＨ１との対応関係を示すマップを用いて第１閾値ＴＨ１が算出される。マップは、下流側空燃比センサ４１の応答性が遅くなるにつれて第１閾値ＴＨ１が小さくなるように作成される。ステップＳ４０３の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１２３】
また、第一実施形態と同様に、図７の振動中心切替処理の制御ルーチンが実行される。このとき、図７のステップＳ１０６では、図１３のステップＳ４０３において算出された第１閾値ＴＨ１が用いられる。
【０１２４】
＜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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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加振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。
【０１２７】
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。また、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力における変曲点又は谷の数が所定数に達したときに、目標空燃比の振動中心を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切り替えてもよい。
【０１２８】
また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。例えば、第二実施形態は第三実施形態又は第四実施形態と組合せ可能である。
【０１２９】
第二実施形態が第三実施形態と組み合わされる場合、図９の制御ルーチンにおいて、第２カウント値が偶数であり且つステップＳ２０５の判定が否定された場合に、図１１のステップＳ３０９が実行される。すなわち、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇し且つ下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付ける。また、図９のステップＳ２０３が省略され、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が正の所定値まで上昇したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付けてもよい。また、図９のステップＳ２０２が省略され、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力の微分値が負の所定値まで低下したときに、目標空燃比の振動中心を理論空燃比に近付けてもよい。
【０１３０】
また、第二実施形態が第四実施形態と組み合わされる場合、図１３のステップＳ４０３において下流側空燃比センサ４１の応答性に基づいて第２閾値ＴＨ２が第１閾値ＴＨ１と同様に算出され、算出された第２閾値ＴＨ２が図９のステップＳ２０５において用いられる。
【０１３１】
また、第三実施形態が第四実施形態と組み合わされる場合、図１３のステップＳ４０３において算出された第１閾値ＴＨ１が図１１のステップＳ３０６において用いられる。
【符号の説明】
【０１３２】
２０    上流側触媒
２２    排気管
３１    ＥＣＵ
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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