(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された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と、
前記下流側空燃比センサの出力値が判定値よりも大きい場合には前記三元触媒に流入する排ガスである触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比であるリーン空燃比となるように、且つ、前記下流側空燃比センサの出力値が前記判定値よりも小さい場合には前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比であるリッチ空燃比となるように、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、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リーン空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が増加している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正する第１の修正を行うことにより、前記出力値が前記判定値よりも大きい値から前記判定値よりも小さい値へと変化する時点を前記第１の修正を行わない場合に比較して早期に到来させる第１パラメータ修正手段を含む空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の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、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が減少している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正する第２の修正を行うことにより、前記出力値が前記判定値よりも小さい値から前記判定値よりも大きい値へと変化する時点を前記第２の修正を行わない場合に比較して早期に到来させる第２パラメータ修正手段を含む空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記空燃比制御手段は、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が増大している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正する第３の修正を行うことにより、前記出力値が前記判定値よりも小さい値から前記判定値よりも大きい値へと変化する時点を前記第３の修正を行わない場合に比較して早期に到来させる第３パラメータ修正手段を含む空燃比制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された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と、
前記下流側空燃比センサの出力値が判定値よりも大きい場合には前記三元触媒に流入する排ガスである触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比であるリーン空燃比となるように、且つ、前記下流側空燃比センサの出力値が前記判定値よりも小さい場合には前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比であるリッチ空燃比となるように、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、
前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど、前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正することにより、前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との大小関係が逆転する時点を前記修正を行わない場合に比較して早期に到来させるパラメータ修正手段を含む空燃比制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記パラメータ修正手段は、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リーン空燃比となるように前記機関の空燃比が制御され且つ前記機関の吸入空気量が減少している場合には、前記修正を行わないように構成された空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に三元触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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。
【０００３】
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下流に配設された下流側空燃比センサを備える。従来装置は、その下流側空燃比センサの出力値に基づいて触媒の状態（酸素吸蔵状態）を実質的に判定し、その判定した触媒の状態に基づいて触媒流入ガスの空燃比を変更する。
【０００４】
より具体的に述べると、下流側空燃比センサは図２に示した出力値Voxsを出力する。下流側空燃比センサは濃淡電池型の酸素濃度センサとも称呼される。酸素濃度センサは、例えば、図３の（Ａ）に示した試験管状の素子部を備える。素子部は、図３の（Ｂ）に示したように、固体電解質層５６ａと、固体電解質層５６ａの外側に形成された排ガス側電極層（外側電極）５６ｂと、大気室ＡＲ（固体電解質層５６ａの内側）に露呈し且つ固体電解質層５６ａを挟んで排ガス側電極層５６ｂと対向するように固体電解質層５６ａの内側に形成された大気側電極層（内側電極）５６ｃと、排ガス側電極層５６ｂを覆うコーティング層５６ｄと、そのコーティング層５６ｄを覆う触媒層５６ｅと、触媒層５６ｅを覆うとともに排ガスＥｘが接触する（図示しない保護カバーを通過して保護カバー内に流入した排ガスＥｘ中に晒されるように配置される）保護層（トラップ層）５６ｆを備える。なお、固体電解質層５６ａ等は板状であってもよい。
【０００５】
下流側空燃比センサの出力値Voxsは、「排ガス側電極層（外側電極）５６ｂにおける酸素分圧と、大気側電極層（内側電極）５６ｃにおける酸素分圧と、の差」に応じた起電力であって、固体電解質層５６ａに酸素イオンの移動を生じさせる起電力である。即ち、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、図２に示したように、触媒から流出するガス（以下、「触媒流出ガス」とも称呼される。）の空燃比が理論空燃比よりも小さい場合（理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である場合）、即ち、触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれていない場合、最大値Vmax又は最大値Vmax近傍の値となる。この場合、触媒の状態は、一般に、酸素不足状態である（触媒内に酸素が殆ど吸蔵されていない）と判断され得る。
【０００６】
一方、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい場合（理論空燃比よりもリーン側の空燃比である場合）、即ち、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれている場合、最小値Vmin又は最小値Vmin近傍の値となる。この場合、触媒の状態は、一般に、酸素過剰状態である（触媒内に吸蔵されている酸素の量が、最大酸素吸蔵量Ｃmaxに近い）と判断され得る。
【０００７】
そこで、従来装置は、出力値Voxsと、「最大値Vmaxと最小値Vminとの平均値（中央の値）である中央値Vmid＝（Vmax＋Vmin）／２」に設定された判定値Vth（目標値）と、に基づいて触媒の状態を実質的に判定し、その判定結果に実質的に基づいて機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）を制御している。
【０００８】
即ち、従来装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsが判定値Vthよりも大きい場合、触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比（リーン空燃比）となるように（触媒に過剰な酸素が流入するように）、機関の空燃比を制御する。更に、従来装置は、下流側空燃比センサの出力値Voxsが判定値Vthよりも小さい場合、触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比（リッチ空燃比）となるように（触媒に過剰な未燃物が流入するように）、機関の空燃比を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１７１９８２号公報
【発明の概要】
【００１０】
ところで、検出対象である排ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へと変化すると、そのリッチ空燃比の排ガスに含まれる還元成分（未燃物）が下流側空燃比センサの触媒層５６ｅにおいて酸化反応を引き起こす。その結果、下流側空燃比センサのコーティング層５６ｄから酸素が奪われるので、コーティング層５６ｄに覆われている排ガス側電極層（外側電極）５６ｂの酸素分圧が低下し、出力値Voxsが上昇する。
【００１１】
ここで、触媒層５６ｅでの酸化反応の速度ｖは、排ガスに含まれる還元成分がＣＯであるとすると、ｋを定数、［ＣＯ］をＣＯの濃度、［Ｏ２］をＯ２の濃度とするとき、
ｖ＝ｋ・［ＣＯ］・［Ｏ２］
である。
【００１２】
この酸化反応が発生すれば、還元成分（ここではＣＯ）の濃度は低下する。このとき、排ガスの流量を表す吸入空気量Ｇａが大きいほどより多くの還元成分が触媒層５６ｅに到達する（供給される）ので、還元成分の濃度が高い値に維持される。この結果、図４に示したように、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、排ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へと変化する場合、排ガスの流量を表す吸入空気量Ｇａが大きくなるほど迅速に上昇する。
【００１３】
これに対し、排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へと変化した場合には、コーティング層５６ｄにＯ２が直接取り込まれ、「排ガス側電極層（外側電極）５６ｂにおける酸素分圧と、大気側電極層（内側電極）５６ｃにおける酸素分圧と、の差」が小さくなり、その結果、出力値Voxsが低下する。即ち、排ガスの空燃比がリーン空燃比へと変化した場合におけるコーティング層５６ｄの酸素濃度（酸素分圧）は、その排ガスの酸素濃度（酸素分圧）に強く依存するが、排ガスの流量には殆ど依存しない。その結果、図５に示したように、排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へと変化する場合、酸素濃度センサの出力値Voxsの変化速度は吸入空気量Ｇａに実質的に依存しない。
【００１４】
このように、排ガスの流量（吸入空気量Ｇａ）が大きいほど、コーティング層５６ｄが還元状態へとより短時間にて変化するので、出力値Voxsはより迅速に増大する。これに対し、コーティング層５６ｄが酸化状態へと変化するまでの時間は排ガスの流量（吸入空気量Ｇａ）に依存しない。その結果、下流側空燃比センサのリーン感度（出力値Voxsがリーン空燃比に対応する値へと変化する際の応答性）は低下する。
【００１５】
このため、機関の運転状態が「吸入空気量Ｇａが急変する運転状態（加速運転状態等）」となった場合、触媒の状態が酸素過剰状態（リーン状態）であるとの判定が遅れ、機関の空燃比がリーン空燃比に維持される期間が過度に長くなり、その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）が排出されるという問題がある。
【００１６】
本発明は上述した問題に対処するためになされたものであり、その目的は吸入空気量が変動する場合のエミッションをより改善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。
【００１７】
より具体的に述べると、本発明による内燃機関の空燃比制御装置は、
内燃機関の排気通路に配設された三元触媒と、
前記排気通路の前記触媒よりも下流に配設された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と、
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。
【００１８】
前記空燃比制御装置は、
（１）前記下流側空燃比センサの出力値が判定値よりも大きい場合には「前記三元触媒に流入する排ガスである触媒流入ガス」の空燃比が「理論空燃比よりも大きい空燃比であるリーン空燃比」となるように、前記機関の空燃比を制御し、且つ、
（２）前記下流側空燃比センサの出力値が前記判定値よりも小さい場合には前記触媒流入ガスの空燃比が「理論空燃比よりも小さい空燃比であるリッチ空燃比」となるように、前記機関の空燃比を制御する。
【００１９】
更に、前記空燃比制御装置は、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リーン空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が増加している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正する第１の修正を行うことにより、前記出力値が前記判定値よりも大きい値から前記判定値よりも小さい値へと変化する時点を前記第１の修正を行わない場合に比較して早期に到来させる第１パラメータ修正手段を含む。
【００２０】
図６は、従来装置における種々の値と、本発明による空燃比制御装置（本発明装置）の一態様における種々の値と、を示したタイムチャートである。この例においては、（Ａ）及び（Ｂ）に示したように、時刻ｔ１にて加速運転が開始され、それにより、吸入空気量Ｇａが急増する。更に、（Ｄ）及び（Ｇ）に示したように、時刻ｔ１において、下流側空燃比センサの出力値Voxsは判定値Vthよりも大きい。
【００２１】
そのため、従来装置は、（Ｃ）に示したように、時刻ｔ１の時点にて目標空燃比abyfrをリーン空燃比に維持している。しかしながら、前述したように、吸入空気量Ｇａが増大する場合、下流側空燃比センサのリーン感度は低下する。よって、従来装置においては、（Ｄ）に示したように時刻ｔ４に至るまで出力値Voxsは判定値Vthよりも大きい。その結果、（Ｃ）に示したように時刻ｔ４の直後の時点まで機関の空燃比がリーン空燃比に設定されるので、（Ｅ）に示したように時刻ｔ４前後において過大なＮＯｘが発生して触媒の下流に排出される。
【００２２】
これに対し、本発明装置の一態様によれば、（Ｇ）に示したように、時刻ｔ１以降において「所定時間における吸入空気量Ｇａの変化量」が大きいほど判定値Vthが大きくなるように判定値Vthが修正される。それにより、出力値Voxsと判定値Vthとの差が小さくなる。この修正は第１の修正と称呼される。この第１の修正によって、出力値Voxsが判定値Vthよりも大きい値から判定値Vthよりも小さい値へと変化する時点（（Ｇ）の時刻ｔ２）が、前記第１の修正を行わない場合（（Ｄ）の時刻４を参照。）に比較して早期に到来する。その結果、本発明装置の一態様によれば、機関の空燃比がリーン空燃比に設定される期間が短くなるので、（Ｈ）に示したように、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００２３】
なお、図６に示した本発明装置の一態様においては、第１の修正として判定値Vthを増大させる修正が行われていたが、第１の修正として出力値Voxsを減少させる修正が行われてもよい。
【００２４】
更に、本発明装置の他の態様における前記空燃比制御手段は、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が減少している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど、前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正する第２の修正を行うことにより、前記出力値が前記判定値よりも小さい値から前記判定値よりも大きい値へと変化する時点を前記第２の修正を行わない場合に比較して早期に到来させる第２パラメータ修正手段を含む。
【００２５】
図１０の時刻ｔ３〜時刻５に示したように、前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比が制御され且つ前記機関の吸入空気量が減少している場合、（Ｄ）に示したように出力値及び判定値の両方を修正しないと、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が遅くなる（時刻ｔ５を参照。）。その結果、時刻ｔ２〜時刻ｔ５に対応する期間において、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持されることから、時刻ｔ５直後において出力値Voxsは非常に大きくなる。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が遅くなるので（時刻ｔ７を参照。）、機関の空燃比は長期間に渡りリーン空燃比に維持され（時刻ｔ５〜時刻ｔ７に対応する期間を参照。）、それにより多量のＮＯｘが発生する。その結果、（Ｅ）に示したように、時刻ｔ７の直後においてＮＯｘが触媒から流出する。
【００２６】
これに対し、上記本発明装置の他の態様によれば、図１０の（Ｇ）の時刻ｔ３直後に示したように、前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比が制御され且つ前記機関の吸入空気量が減少している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさが小さくなるように出力値Voxs及び判定値Vthのうちの少なくとも一方が修正される（図１０の例においては判定値Vthが減少するように修正される。）。この修正は第２の修正と称呼される。
【００２７】
これによれば、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が早くなる（図１０の（Ｄ）の時刻ｔ５に対する（Ｇ）の時刻ｔ４を参照。）。その結果、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持される期間が短くなるので（図１０の（Ｆ）の時刻ｔ２〜時刻ｔ４に対応する期間を参照。）、出力値Voxsは時刻ｔ４直後において過大とならない。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が早くなるので（図１０の（Ｄ）の時刻ｔ７に対する（Ｇ）の時刻ｔ６を参照。）、ＮＯｘの発生量が過大にならない。その結果、（Ｈ）に示したように、時刻ｔ６の直後においてＮＯｘが流出しない。
【００２８】
なお、図１０に示した本発明の他の態様においては、第２の修正として判定値Vthを減少させる修正が行われていたが、第２の修正として出力値Voxsを増大させる修正が行われても良い。
【００２９】
更に、本発明装置の他の態様における前記空燃比制御手段は、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が増大している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正する第３の修正を行うことにより、前記出力値が前記判定値よりも小さい値から前記判定値よりも大きい値へと変化する時点を前記第３の修正を行わない場合に比較して早期に到来させる第３パラメータ修正手段を含む。
【００３０】
図１２の時刻ｔ３以前に示したように、前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比を制御し且つ前記機関の吸入空気量が増大している場合、（Ｄ）に示したように出力値Voxs及び判定値Vthの両方を修正しないと、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が遅くなる（時刻ｔ３を参照。）。その結果、時刻ｔ３直後までの期間において、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持されることから、時刻ｔ３直後において出力値Voxsは非常に大きくなる。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が遅くなるので（時刻ｔ６を参照。）、機関の空燃比は長期間に渡りリーン空燃比に維持され（時刻ｔ３〜時刻ｔ６に対応する期間を参照。）、それにより多量のＮＯｘが発生する。その結果、（Ｅ）に示したように、時刻ｔ６の直後において多量のＮＯｘが触媒から流出する。
【００３１】
これに対し、上記本発明装置の他の態様によれば、図１２の（Ｇ）の時刻ｔ２までに示したように、前記触媒流入ガスの空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記機関の空燃比が制御され且つ前記機関の吸入空気量が増大している場合、前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさが小さくなるように出力値Voxs及び判定値Vthのうちの少なくとも一方が修正される（図１２の例においては判定値Vthが減少するように修正される。）。この修正は第３の修正と称呼される。
【００３２】
これによれば、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が早くなる（図１２の（Ｄ）の時刻ｔ３に対する（Ｇ）の時刻ｔ２を参照。）。その結果、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持される期間が短くなるので（図１２の（Ｆ）の時刻ｔ２の直後を参照。）、出力値Voxsは時刻ｔ２直後において過大とならない。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が早くなるので（図１２の（Ｄ）の時刻ｔ６に対する（Ｇ）の時刻ｔ４を参照。）、ＮＯｘの発生量が過大にならない。その結果、触媒から流出するＮＯｘの量は、（Ｈ）の時刻ｔ４の直後に示したように、（Ｅ）の時刻ｔ６の前後に示した場合よりも格段に少なくなる。
【００３３】
なお、図１２に示した本発明の他の態様においては、第３の修正として判定値Vthを減少させる修正が行われていたが、第３の修正として出力値Voxsを増大させる修正が行われても良い。
【００３４】
このように、本発明装置の空燃比制御手段は、
前記下流側空燃比センサの出力値が判定値よりも大きい場合には前記三元触媒に流入する排ガスである触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい空燃比であるリーン空燃比となるように、且つ、前記下流側空燃比センサの出力値が前記判定値よりも小さい場合には前記触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比であるリッチ空燃比となるように、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し、且つ、
前記吸入空気量の所定時間あたりの変化量の大きさが大きくなるほど、前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との差の大きさが小さくなるように同出力値及び同判定値のうちの少なくとも一方を修正することにより、前記下流側空燃比センサの出力値と前記判定値との大小関係が逆転する時点を前記修正を行わない場合に比較して早期に到来させるパラメータ修正手段を含む。
【００３５】
更に、前記パラメータ修正手段は、
前記触媒流入ガスの空燃比が前記リーン空燃比となるように前記機関の空燃比が制御され且つ前記機関の吸入空気量が減少している場合には、前記修正を行わないように構成されていると表現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置（第１制御装置）を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した下流側空燃比センサの出力電圧と空燃比との関係を示したグラフである。
【図３】図３の（Ａ）は図１に示した下流側空燃比センサの素子部の概略断面図であり、図３の（Ｂ）は素子部の拡大概略断面図である。
【図４】排ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した場合の下流側空燃比センサの出力値の変化の様子を示したタイムチャートある。
【図５】排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化した場合の下流側空燃比センサの出力値の変化の様子を示したタイムチャートある。
【図６】第１制御装置の作動を説明するために種々の値の変化を示したタイムチャートである。
【図７】第１制御装置のＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図８】第１制御装置のＣＰＵが参照する目標空燃比のマップである。
【図９】第１制御装置のＣＰＵが実行する触媒状態判定ルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置（第２制御装置）の作動を説明するために種々の値の変化を示したタイムチャートである。
【図１１】第２制御装置のＣＰＵが実行する触媒状態判定ルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置（第３制御装置）の作動を説明するために種々の値の変化を示したタイムチャートである。
【図１３】第３制御装置のＣＰＵが実行する触媒状態判定ルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
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について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る空燃比制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）が適用される内燃機関１０の概略構成を示している。機関１０は、４サイクル・火花点火式・多気筒（本例において４気筒）・ガソリン燃料機関である。機関１０は、本体部２０、吸気系統３０及び排気系統４０を備えている。
【００３９】
本体部２０は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部２０は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる複数（４個）の燃焼室（第１気筒＃１乃至第４気筒＃４）２１を備えている。
【００４０】
シリンダヘッド部には、各燃焼室（各気筒）２１に「空気及び燃料からなる混合気」を供給するための吸気ポート２２と、各燃焼室２１から排ガス（既燃ガス）を排出するための排気ポート２３と、が形成されている。吸気ポート２２は図示しない吸気弁により開閉され、排気ポート２３は図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
【００４１】
シリンダヘッド部には複数（４個）の点火プラグ２４が固定されている。各点火プラグ２４は、その火花発生部が各燃焼室２１の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグ２４は、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。
【００４２】
シリンダヘッド部には更に複数（４個）の燃料噴射弁（インジェクタ）２５が固定されている。燃料噴射弁２５は、各吸気ポート２２に一つずつ（即ち、一つの気筒に対して一つ）設けられている。燃料噴射弁２５は、噴射指示信号に応答し、「その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料」を対応する吸気ポート２２内に噴射するようになっている。
【００４３】
更に、シリンダヘッド部には、吸気弁制御装置２６が設けられている。この吸気弁制御装置２６は、インテークカムシャフト（図示せず）とインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧により調整・制御する周知の構成を備えている。吸気弁制御装置２６は、指示信号（駆動信号）に基いて作動し、吸気弁の開弁タイミング（吸気弁開弁タイミング）を変更することができるようになっている。
【００４４】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、エアフィルタ３３、スロットル弁３４及びスロットル弁アクチュエータ３４ａを備えている。
【００４５】
インテークマニホールド３１は、各吸気ポート２２に接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合したサージタンク部と、を備えている。吸気管３２はサージタンク部に接続されている。インテークマニホールド３１、吸気管３２及び複数の吸気ポート２２は、吸気通路を構成している。エアフィルタ３３は吸気管３２の端部に設けられている。スロットル弁３４はエアフィルタ３３とインテークマニホールド３１との間の位置において吸気管３２に回動可能に取り付けられている。スロットル弁３４は、回動することにより吸気管３２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ３４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号（駆動信号）に応答してスロットル弁３４を回動させるようになっている。
【００４６】
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（排気管）４２、上流側触媒４３及び下流側触媒４４を備えている。
【００４７】
エキゾーストマニホールド４１は、各排気ポート２３に接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合した集合部（排気集合部）４１ｂと、からなっている。エキゾーストパイプ４２は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂに接続されている。エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２及び複数の排気ポート２３は、排ガスが通過する通路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ及びエキゾーストパイプ４２により形成される通路を、便宜上、「排気通路」と称呼する。
【００４８】
上流側触媒４３は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属（パラジウムＰｄ及び白金Ｐｔ、ロジウムＲｄ等の一種類以上）」及び「酸素吸蔵材であるセリア（CeO2)」を担持していて、酸素吸蔵・放出機能（酸素吸蔵機能）を有する三元触媒である。上流側触媒４３はエキゾーストパイプ４２に配設（介装）されている。上流側触媒４３は所定の活性温度に到達すると、「未燃物（ＨＣ、ＣＯ及びＨ２等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒機能」及び「酸素吸蔵機能」を発揮する。上流側触媒４３は、スタート・キャタリティック・コンバータ（ＳＣ）又は第１触媒とも称呼される。
【００４９】
下流側触媒４４は、上流側触媒４３と同様の三元触媒である。下流側触媒４４は、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（介装）されている。下流側触媒４４は、車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ（ＵＦＣ）又は第２触媒とも称呼される。なお、本明細書において、単に「触媒」と言うとき、その「触媒」は上流側触媒４３を意味する。
【００５０】
本制御装置は、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、機関回転速度センサ５３、水温センサ５４、上流側空燃比センサ５５、下流側空燃比センサ５６及びアクセル開度センサ５７を備えている。
【００５１】
熱線式エアフローメータ５１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
【００５２】
スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁３４の開度を検出し、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。
【００５３】
機関回転速度センサ５３は、インテークカムシャフトが５°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが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。機関回転速度センサ５３から出力される信号は後述する電気制御装置６０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置６０は、機関回転速度センサ５３及び図示しないクランク角センサからの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
【００５４】
水温センサ５４は、内燃機関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。
【００５５】
上流側空燃比センサ５５は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ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（即ち、排気通路）に配設されている。上流側空燃比センサ５５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。
【００５６】
上流側空燃比センサ５５は、上流側空燃比センサ５５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は触媒流入ガスの空燃比が大きくなるほど（即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーン側の空燃比になるほど）増大する。
【００５７】
電気制御装置６０は、出力値Vabyfsと上流側空燃比abyfsとの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６０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。
【００５８】
再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ５６は、上流側触媒４３と下流側触媒４４との間の位置においてエキゾーストパイプ４２（即ち、排気通路）に配設されている。下流側空燃比センサ５６は、周知の濃淡電池型の酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）である。下流側空燃比センサ５６は図２に示した出力値Voxsを出力する。
【００５９】
下流側空燃比センサ５６は、図３の（Ａ）に示した試験管状の素子部を備える。素子部は、図３の（Ｂ）に示したように、固体電解質層５６ａと、固体電解質層５６ａの外側に形成された排ガス側電極層５６ｂと、大気室ＡＲ（固体電解質層５６ａの内側）に露呈し且つ固体電解質層５６ａを挟んで排ガス側電極層（外側電極）５６ｂと対向するように固体電解質層５６ａの内側に形成された大気側電極層（内側電極）５６ｃと、排ガス側電極層５６ｂを覆うコーティング層５６ｄと、そのコーティング層５６ｄを覆う触媒層５６ｅと、触媒層５６ｅを覆うとともに排ガスＥｘが接触する（図示しない保護カバーの貫通孔を通過して保護カバー内に流入した排ガスＥｘ中に晒されるように配置される）保護層（トラップ層）５６ｆを備える。
【００６０】
なお、固体電解質層５６ａ等は板状であってもよい。触媒４３から流出するガス（以下、「触媒流出ガス」とも称呼される。）は、保護カバーの貫通孔を通過して保護カバー内に流入し、次いで、保護層５６ｆ、触媒層５６ｅ及びコーティング層５６ｄを通過して、排ガス側電極層５６ｂに到達する。
【００６１】
下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは、「排ガス側電極層（外側電極）５６ｂにおける酸素分圧と、大気側電極層（内側電極）５６ｃにおける酸素分圧と、の差」に応じた起電力であって、固体電解質層５６ａに酸素イオンの移動を生じさせる起電力である。
【００６２】
より具体的に述べると、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりも小さい場合（理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である場合）、即ち、触媒流出ガスに過剰な酸素が含まれていない場合、最大値Vmax又は最大値Vmax近傍の値（例えば、約０．９〜１．０Ｖ）となる。この場合、触媒４３の状態は、一般に、酸素不足状態である（触媒内に酸素が殆ど吸蔵されていない）と判断され得る。
【００６３】
一方、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きい場合（理論空燃比よりもリーン側の空燃比である場合）、即ち、触媒流出ガスに過剰の酸素が含まれている場合、最小値Vmin又は最小値Vmin近傍の値（例えば、約０〜０．１Ｖ）となる。この場合、触媒４３の状態は、一般に、酸素過剰状態である（触媒内に吸蔵されている酸素の量が、最大酸素吸蔵量Ｃmaxに近い）と判断され得る。
【００６４】
更に、この出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する際に最大値Vmaxから最小値Vminへと急激に減少する。逆に、出力値Voxsは、触媒流出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化する際に最小値Vminから最大値Vmaxへと急激に増大する。なお、最小値Vminと最大値Vmaxとの平均値は中央値Vmid（＝（Vmax＋Vmin）／２）又は理論空燃比相当電圧Ｖstと称呼される。
【００６５】
ところで、触媒流出ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へと変化すると、そのリッチ空燃比の排ガスに含まれる還元成分（未燃物）が下流側空燃比センサ５６の触媒層５６ｅにおいて酸化反応を引き起こす。その結果、下流側空燃比センサ５６のコーティング層５６ｄから酸素が奪われるので、コーティング層５６ｄに覆われている排ガス側電極層（外側電極）５６ｂの酸素分圧が低下し、出力値Voxsが上昇する。
【００６６】
ここで、触媒層５６ｅでの酸化反応の速度ｖは、排ガスに含まれる還元成分がＣＯであるとすると、ｋを定数、［ＣＯ］をＣＯの濃度、［Ｏ２］をＯ２の濃度とするとき、
ｖ＝ｋ・［ＣＯ］・［Ｏ２］
である。
【００６７】
この酸化反応が発生すれば、還元成分（ここではＣＯ）の濃度は低下する。このとき、排ガスの流量を表す吸入空気量Ｇａが大きいほど多くの還元成分が触媒層５６ｅに到達する（供給される）ので、還元成分の濃度が高い値に維持される。この結果、図４に示したように、下流側空燃比センサの出力値Voxsは、排ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へと変化した場合、排ガスの流量を表す吸入空気量Ｇａが大きくなるほど迅速に上昇する。
【００６８】
これに対し、排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へと変化した場合には、コーティング層５６ｄにＯ２が直接取り込まれ、「排ガス側電極層（外側電極）５６ｂにおける酸素分圧と、大気側電極層（内側電極）５６ｃにおける酸素分圧と、の差」が小さくなり、その結果、出力値Voxsが低下する。即ち、排ガスの空燃比がリーン空燃比へと変化した場合におけるコーティング層５６ｄの酸素濃度（酸素分圧）は、その排ガスの酸素濃度（酸素分圧）に強く依存するが、排ガスの流量には殆ど依存しない。その結果、図５に示したように、排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へと変化した場合、酸素濃度センサの出力値Voxsの変化速度は吸入空気量Ｇａに実質的に依存しない。
【００６９】
このように、排ガスの空燃比がリッチ空燃比へと変化した際、排ガスの流量（吸入空気量Ｇａ）が大きいほどコーティング層５６ｄが還元状態へとより短時間にて変化するので、出力値Voxsはより迅速に増大する。これに対し、排ガスの空燃比がリーン空燃比へと変化した際、コーティング層５６ｄが酸化状態へと変化するまでの時間は排ガスの流量（吸入空気量Ｇａ）に依存しない。その結果、下流側空燃比センサのリーン感度（出力値Voxsがリーン空燃比に対応する値へと変化する際の応答性）は低下する。
【００７０】
再び、図１を参照すると、アクセル開度センサ５７は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量を検出し、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。
【００７１】
電気制御装置６０は、「ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップ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」を含む電子回路である。
【００７２】
電気制御装置６０が備えるバックアップ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。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。即ち、それまでに保持していたデータが消失（破壊）される。
【００７３】
電気制御装置６０のインターフェースは、前記センサ５１〜５７と接続され、ＣＰＵにセンサ５１〜５７からの信号を供給するようになっている。更に、そのインターフェースは、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒の点火プラグ２４、各気筒の燃料噴射弁２５、吸気弁制御装置２６及びスロットル弁アクチュエータ３４ａ等に指示信号（駆動信号）等を送出するようになっている。なお、電気制御装置６０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３４ａに指示信号を送出するようになっている。
【００７４】
（第１制御装置による空燃比フィードバック制御の概要）
第１制御装置は、以下に述べるように触媒４３の状態（酸素吸蔵状態、触媒状態）を判定するとともに、判定された触媒４３の状態に基づいて触媒４３に流入する排ガス（触媒流入ガス）の空燃比（従って、機関１０に供給される混合気の空燃比）をフィードバック制御する。触媒４３は、触媒４３が酸素をその最大酸素吸蔵量に近い値まで吸蔵している状態（即ち、酸素過剰状態、リーン状態）、及び、触媒４３が酸素を殆ど吸蔵していない状態（即ち、酸素不足状態、還元状態、リッチ状態）の何れかの状態にあると判定される。
【００７５】
１．従来装置
第１制御装置による空燃比フィードバック制御を説明するために、先ず、本発明が適用されていない従来装置による空燃比フィードバック制御について説明する。従来装置における「目標空燃比abyfr、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxs、及び、排出されるＮＯｘの量」は、それぞれ図６の（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）に示されている。
【００７６】
従来装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが「常に上記中央値Vmidに設定された判定値Vth」以上であるとき、触媒４３の状態が酸素不足状態（リッチ状態）であると判定し、機関の空燃比を所定のリーン空燃比afLeanに設定する（図６の時刻ｔ４以前に実質的に対応する期間、及び、時刻ｔ５以降に実質的に対応する期間を参照。）。
【００７７】
従来装置は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが「常に上記中央値Vmidに設定された判定値Vth」未満であるとき、触媒４３の状態が酸素過剰状態（リーン状態）であると判定し、機関の空燃比を所定のリッチ空燃比afRichに設定する（図６の時刻ｔ４〜時刻ｔ５に実質的に対応する期間を参照。）。
【００７８】
ところで、図６に示した例においては、（Ａ）の車速の変化から理解されるように、時刻ｔ１にて加速運転が開始され、（Ｂ）に示したように、吸入空気量Ｇａが時刻ｔ１〜時刻ｔ３において増加し、時刻ｔ３以降において減少している。更に、加速開始時点（時刻ｔ１）において、（Ｄ）に示したように、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは判定値Vthよりも大きいので、従来装置は触媒４３の状態はリッチ状態（酸素不足状態）であると判定し、触媒流入ガスの空燃比及び機関の空燃比に実質的に等しい目標空燃比abyfrを目標リーン空燃比afLean（理論空燃比よりも大きい空燃比）に設定している。
【００７９】
前述したように、下流側空燃比センサ５６のリーン感度は吸入空気量Ｇａが大きくなるほど低下する。このため、時刻ｔ１〜時刻ｔ３において吸入空気量Ｇａが増大しているにも関らず、出力値Voxsは判定値Vthよりも大きい値を維持する。その後、（Ｄ）に示したように、出力値Voxsは時刻ｔ４にて判定値Vthよりも大きい値から小さい値へと変化する（判定値Vthを下回る。）。
【００８０】
従って、従来装置は、時刻ｔ４にて触媒４３の状態はリーン状態（酸素過剰状態）であると判定し、時刻ｔ４の直後に目標空燃比abyfrを目標リッチ空燃比afRich（理論空燃比よりも小さい空燃比）に設定する。しかしながら、時刻ｔ４に至るまでの期間（特に、吸入空気量Ｇａが大きい時刻ｔ１〜時刻ｔ４までの期間）において「多量かつ触媒４３にとって過剰なＮＯｘ」が排気通路に排出されているので、（Ｅ）に示したように、時刻ｔ４の前後において触媒４３からＮＯｘが排出されてしまう。
【００８１】
２．第１制御装置
次に、第１制御装置による空燃比フィードバック制御を説明する。第１制御装置における「目標空燃比abyfr、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxs、及び、排出されるＮＯｘの量」は、それぞれ図６の（Ｆ）、（Ｇ）及び（Ｈ）に示されている。
【００８２】
第１制御装置は、機関の空燃比をリーン空燃比に設定している場合（目標空燃比abyfrとして目標リーン空燃比afLeanを設定している場合、即ち、出力値Voxsが判定値Vthよりも大きい場合）であって、吸入空気量Ｇａが増大しているとき、「吸入空気量Ｇａの単位時間（所定時間）あたりの変化量ΔＧａ（以下、「吸入空気変化量ΔＧａ」とも称呼する。）」の大きさが大きくなるほど判定値Vthが大きくなるように、判定値Vthを修正する点においてのみ従来装置と相違している。この判定値Vthの修正は、便宜上、第１の修正とも称呼される。
【００８３】
より具体的に述べると、図６の（Ｂ）及び（Ｇ）に示したように、第１制御装置は時刻ｔ１以降において吸入空気量Ｇａが増大すると、時刻ｔ１において目標空燃比abyfrが目標リーン空燃比afLeanに設定されていることから、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど判定値Vthを大きくする（判定値Vthと中央値Vmidとの差の大きさが小さくなるように判定値Vthを増大させる。）。これにより、下流側空燃比センサ５６のリーン感度の低下が補償される。
【００８４】
この修正（第１の修正）によって、出力値Voxsが判定値Vthよりも大きい値から判定値Vthよりも小さい値へと変化する時点（（Ｇ）の時刻ｔ２）が、前記第１の修正を行わない場合（（Ｄ）の時刻４を参照。）に比較して早期に到来する。従って、第１制御装置は、従来装置よりも早い時点にて、目標空燃比abyfrを目標リッチ空燃比afRichへと切り替える（（Ｆ）の時刻ｔ２の直後を参照。）。その結果、（Ｈ）に示したように、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００８５】
（作動）
次に、第１制御装置の実際の作動について説明する。
【００８６】
＜燃料噴射制御＞
第１制御装置のＣＰＵは、図７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。
【００８７】
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７００から処理を開始し、ステップ７０５にてフューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であるか否かを判定する。フューエルカットフラグＸＦＣの値は、フューエルカット開始条件が成立したときに「１」に設定され、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」であるときにフューエルカット終了条件が成立したときに「０」に設定される。フューエルカットフラグＸＦＣの値は更に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・スイッチがオフからオン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。
【００８８】
フューエルカット開始条件は、スロットル弁開度ＴＡが「０」であり且つ機関回転速度ＮＥがフューエルカット回転閾値速度ＮＥＦＣ以上であるとき成立する。フューエルカット終了条件は、スロットル弁開度ＴＡが「０」でなくなるか、又は、機関回転速度ＮＥがフューエルカット終了回転閾値速度ＮＥＲＴ以下となったとき、成立する。フューエルカット終了回転閾値速度ＮＥＲＴはフューエルカット回転閾値速度ＮＥＦＣよりも小さい。
【００８９】
いま、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵは、ステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、「エアフローメータ５１により計測された吸入空気量Ｇａ、機関回転速度センサ５３の信号に基いて取得された機関回転速度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。
【００９０】
次に、ＣＰＵはステップ７１５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、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。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５５が活性化している。
（Ａ２）下流側空燃比センサ５６が活性化している。
（Ａ３）機関の負荷ＫＬが閾値ＫＬｔｈ以下である。
（Ａ４）フューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」である。
【００９１】
このとき、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７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７２０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。
【００９２】
次に、ＣＰＵは以下に述べるステップ７２５乃至ステップ７４０の処理を順に行い、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９３】
ステップ７２５：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。
【００９４】
ステップ７３０：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制御に基づいて算出される。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。
【００９５】
ステップ７３５：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。
【００９６】
ステップ７４０：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２５」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁２５に送出する。
【００９７】
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２５から噴射させられる。即ち、ステップ７２５乃至ステップ７４０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を構成している。
【００９８】
一方、ＣＰＵがステップ７１５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７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４５に進み、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「１」であるか否かを判定する。触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値は後述するルーチンにより設定される。
【００９９】
触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ７４５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７５０に進み、目標空燃比abyfrを「所定の目標リーン空燃比afLean」に設定する。
【０１００】
より具体的に述べると、ＣＰＵは図８に示した「目標空燃比abyfrの一つである目標リーン空燃比afLeanと、吸入空気量Ｇａと、の関係を規定したテーブルｆＬ（Ｇａ）」に、実際の吸入空気量Ｇａを適用することにより、目標リーン空燃比afLeanを決定する。このテーブルｆＬ（Ｇａ）によれば、目標リーン空燃比afLeanは、理論空燃比よりも大きい範囲の空燃比であって、且つ、吸入空気量Ｇａが大きいほど理論空燃比に近づく（小さくなる）空燃比となるように決定される。その後、ＣＰＵはステップ７２５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。
【０１０１】
これに対し、ＣＰＵがステップ７４５の処理を実行する時点において、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ７４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７５５に進み、目標空燃比abyfrを「所定の目標リッチ空燃比afRich」に設定する。
【０１０２】
より具体的に述べると、ＣＰＵは図８に示した「目標空燃比abyfrの一つである目標リッチ空燃比afRichと、吸入空気量Ｇａと、の関係を規定したテーブルｆＲ（Ｇａ）」に、実際の吸入空気量Ｇａを適用することにより、目標リッチ空燃比afRichを決定する。このテーブルｆＲ（Ｇａ）によれば、目標リッチ空燃比afRichは、理論空燃比よりも小さい範囲の空燃比であって、且つ、吸入空気量Ｇａが大きいほど理論空燃比に近づく（大きくなる）空燃比となるように決定される。その後、ＣＰＵはステップ７２５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。
【０１０３】
一方、ＣＰＵがステップ７０５の処理を実行する時点において、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」であると、ＣＰＵはそのステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ７４０の処理による燃料噴射が実行されないので、フューエルカット制御（燃料供給停止制御）が実行される。即ち、機関１０の運転状態はフューエルカット運転状態となる。
【０１０４】
＜触媒状態（触媒４３の酸素吸蔵状態）判定＞
ＣＰＵは図９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９００から処理を開始してステップ９１０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Ｇａの変化量ΔＧａ（吸入空気変化量ΔＧａ）を算出する。前回の吸入空気量Ｇａoldは、次のステップ９２０にて更新される値であり、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９２０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。
【０１０５】
次に、ＣＰＵはステップ９３０に進み、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「１」であるか否かを判定する。触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichは、上述した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。更に、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値は、後述するように、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが判定値Vth以上であるとき（即ち、触媒４３の状態が酸素不足状態（リッチ状態）であると判定されるとき）に「１」に設定され、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが判定値Vthよりも小さいとき（即ち、触媒４３の状態が酸素過剰状態（リーン状態）であると判定されるとき）に「０」に設定される。
【０１０６】
いま、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「１」であると仮定する。この場合、ＣＰＵはステップ９３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４０に進み、「吸入空気変化量ΔＧａと、暫定判定値Vthnewと、の関係」を規定したテーブルｆleanvth（ΔＧａ）に、ステップ９１０にて算出した実際の吸入空気変化量ΔＧａを適用することにより、暫定判定値Vthnewを決定する。
【０１０７】
このテーブルｆleanvth（ΔＧａ）によれば、吸入空気変化量ΔＧａが負であるとき（即ち、吸入空気量Ｇａが減少しているとき）、暫定判定値Vthnewは中央値Vmidに設定される。更に、このテーブルｆleanvth（ΔＧａ）によれば、吸入空気変化量ΔＧａが正であるとき（即ち、吸入空気量Ｇａが増大しているとき）、暫定判定値Vthnewは吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど中央値Vmidから離れるように次第に大きくなる値に設定される。
【０１０８】
次に、ＣＰＵはステップ９５０に進み、下記の（１）式に従って最終的な判定値Vth（比較値Vth、フィードバック目標値Vth）を決定する。（１）式において、Vth（ｎ）は最終的な判定値Vth、Vth（ｎ−１）は所定時間ｔｓ前の判定値Vth、αは０以上であり、且つ、１よりも小さい定数（例えば、１／２）である。
なお、αは「０」であってもよい。即ち、ステップ９５０を省略し、暫定判定値Vthnewを最終的な判定値Vthとして設定してもよい。
Vth（ｎ）＝α・Vth（ｎ−１）＋（１−α）・Vthnew    …（１）
【０１０９】
次に、ＣＰＵはステップ９６０に進み、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsが「ステップ９５０にて決定された判定値Vth」よりも小さいか否かを判定する。このとき、出力値Voxsが判定値Vth以上であれば、ＣＰＵはステップ９６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進み、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値を「１」に設定する。即ち、この場合、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値は「１」に維持される。その後、ＣＰＵはステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１０】
この結果、目標空燃比abyfrは目標リーン空燃比afLeanに維持・設定される（図７のステップ７４５及びステップ７５０を参照。）。従って、触媒４３には過剰の酸素が流入し、所定の時間が経過すると触媒４３から酸素が流出する。この結果、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsは判定値Vth未満となる。この場合、ＣＰＵはステップ９６０に進んだとき、そのステップ９６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９８０に進み、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１１】
この結果、ＣＰＵは図７のステップ７４５に進んだとき、そのステップ７４５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７５５に進む。従って、目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichに設定されるので、触媒４３には過剰の未燃物が流入する。更に、ＣＰＵは図９のステップ９３０に進んだとき、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「０」に設定されていることから、そのステップ９３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９０に進み、暫定判定値Vthnewに中央値Vmidを設定する。換言すると、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「０」であるとき（目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichであるとき）、暫定判定値Vthnewは吸入空気変化量ΔＧａに依存せず一定値となる。その後、ＣＰＵはステップ９５０以降に進む。
【０１１２】
触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「０」に変更になった直後においては、触媒４３から未燃物は流出しない。従って、出力値Voxsは判定値Vth未満であるから、ＣＰＵはステップ９６０及びステップ９８０へと進む。この結果、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値は「０」に維持される。
【０１１３】
その後、所定の時間が経過すると触媒４３から未燃物が流出する。この結果、下流側空燃比センサの出力値Voxsは判定値Vth以上となる。従って、ＣＰＵは図９のステップ９６０に進んだとき、そのステップ９６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進み、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichを「１」に設定する。この結果、目標空燃比abyfrは再び目標リーン空燃比afLeanに設定される。
【０１１４】
以上、説明したように、第１制御装置は、
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５６の出力値Voxsが判定値Vthよりも大きい場合には触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比となるように、且つ、出力値Voxsが判定値Vthよりも小さい場合には触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように、機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）を制御する空燃比制御手段を備える（図９のステップ９６０乃至ステップ９８０と、図７のステップ７４５乃至７５５と、等を参照。）。
【０１１５】
更に、その空燃比制御手段は、
触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比となるように機関の空燃比を制御し（図９のステップ９３０での「Ｙｅｓ」との判定、図７のステップ７４５及びステップ７５０を参照。）、且つ、吸入空気量Ｇａが増加している場合、吸入空気量Ｇａの所定時間あたりの変化量（吸入空気変化量ΔＧａ）の大きさが大きくなるほど「下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさ」が小さくなるように、出力値Voxs及び判定値Vthのうちの少なくとも一方（本例においては、判定値Vth）を修正する第１の修正を行う第１パラメータ修正手段を含む（図９のステップ９４０のテーブル、及び、ステップ９５０を参照。）。
【０１１６】
これにより、出力値Voxsが判定値Vthよりも大きい値から判定値Vthよりも小さい値へと変化する時点（図６の（Ｇ）における時刻ｔ２）が、前記第１の修正を行わない場合（図６の（Ｄ）における時刻ｔ４）に比較して早期に到来する。即ち、吸入空気量Ｇａが増大する場合の下流側空燃比センサ５６のリーン感度の低下が補償される。その結果、機関の空燃比が必要以上にリーン空燃比に維持されることがないので、ＮＯｘの排出量を低減することができる（図６の（Ｅ）に対する（Ｈ）を参照。）。
【０１１７】
なお、第１制御装置において、第１の修正は判定値Vthを増大することであったが、第１の修正は出力値Voxsを修正することであってもよい。即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比となるように機関の空燃比を制御し、且つ、吸入空気量Ｇａが増加している場合、吸入空気量Ｇａの所定時間あたりの変化量（吸入空気変化量ΔＧａ）の大きさが大きくなるほど大きくなる値を出力値Voxsから減じた値（吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きいほど出力値Voxsがより小さくなるように出力値Voxsを修正した値）を、触媒状態の判定のための出力値（判定値Vthと比較する出力値）として採用してもよい。
【０１１８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る空燃比制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。
【０１１９】
第２制御装置は、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御されていて（目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichに設定されていて）、且つ、吸入空気量Ｇａが減少している（吸入空気変化量ΔＧａが負である）場合に、吸入空気変化量ΔＧａの大きさ（｜ΔＧａ｜）が大きくなるほど判定値Vthを小さくする（中央値Vmidと判定値Vthとの差が大きくなるように判定値Vthを減少させる）点のみにおいて、第１制御装置と相違している。以下、この相違点を中心に説明する。
【０１２０】
（第２制御装置による空燃比フィードバック制御の概要）
図１０の時刻ｔ３〜時刻５に示したように、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御され且つ吸入空気量Ｇａが減少している場合、第１制御装置によれば、出力値Voxs及び判定値Vthの何れもが修正されない（図１０の（Ｄ）の時刻ｔ３〜時刻ｔ５を参照。）。そのため、第１制御装置においては、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が遅くなる（（Ｄ）における時刻ｔ５を参照。）。その結果、時刻ｔ２〜時刻ｔ５に対応する期間において、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持されることから、時刻ｔ５直後において出力値Voxsは非常に大きくなる。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が遅くなるので（（Ｄ）における時刻ｔ７を参照。）、機関の空燃比は長期間に渡りリーン空燃比に維持され（（Ｃ）における時刻ｔ５〜時刻ｔ７に対応する期間を参照。）、それにより多量のＮＯｘが発生する。その結果、（Ｅ）に示したように、時刻ｔ７の直後においてＮＯｘが触媒４３から流出する。
【０１２１】
これに対し、第２制御装置によれば、図１０の（Ｇ）の時刻ｔ３直後に示したように、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御され且つ吸入空気量Ｇａが減少している場合、出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさが小さくなるように判定値Vthが修正される（図１０の例においては、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きいほど、判定値Vthと中央値Vmidとの差が大きくなるように判定値Vthが減少させられる。）。この修正は第２の修正と称呼される。
【０１２２】
これによれば、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が早くなる（図１０の（Ｄ）の時刻ｔ５に対する（Ｇ）の時刻ｔ４を参照。）。その結果、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持される期間が短くなるので（図１０の（Ｆ）の時刻ｔ２〜時刻ｔ４に対応する期間を参照。）、出力値Voxsは時刻ｔ４直後において過大とならない（図１０の（Ｇ）を参照。）。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が早くなるので（図１０の（Ｄ）の時刻ｔ７に対する（Ｇ）の時刻ｔ６を参照。）、ＮＯｘの発生量が過大にならない。その結果、（Ｈ）に示したように、時刻ｔ６の直後においてＮＯｘが流出しない。
【０１２３】
（作動）
次に、第２制御装置の実際の作動について説明する。第２制御装置のＣＰＵは、第１制御装置のＣＰＵと同様、図７の燃料噴射制御ルーチンを実行する。更に、第２制御装置のＣＰＵは、図９に代わる図１１に示した「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する。図７に示したルーチンについては説明済みである。よって、以下、図１１に示したルーチンについて説明する。なお、図１１に示したステップであって図９にも示されたステップには、図９に示されたステップと同一の符号が付されている。
【０１２４】
図１１のルーチンは、図９のルーチンのステップ９９０をステップ１１１０に置換したルーチンである。より具体的に説明すると、ＣＰＵは、図１１のステップ９３０にて触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「０」であると判定すると（即ち、目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichに設定されていると判定すると）、ステップ１１１０に進み、「吸入空気変化量ΔＧａと、暫定判定値Vthnewと、の関係」を規定したテーブルｆrichvth（ΔＧａ）に、ステップ９１０にて算出した実際の吸入空気変化量ΔＧａを適用することにより、暫定判定値Vthnewを決定する。
【０１２５】
このテーブルｆrichvth（ΔＧａ）によれば、吸入空気変化量ΔＧａが正であるとき（即ち、吸入空気量Ｇａが増大しているとき）、暫定判定値Vthnewは中央値Vmidに設定される。更に、このテーブルｆrichvth（ΔＧａ）によれば、吸入空気変化量ΔＧａが負であるとき（即ち、吸入空気量Ｇａが減少しているとき）、暫定判定値Vthnewは吸入空気変化量ΔＧａの大きさ（｜ΔＧａ｜）が大きくなるほど中央値Vmidから離れるように次第に小さくなる値に設定される。その後、ＣＰＵはステップ９５０以降に進む。この結果、吸入空気変化量ΔＧａが負であるとき判定値Vthは次第に小さくなる。
【０１２６】
以上、説明したように、第２制御装置は、第１制御装置と同様の空燃比制御手段を備える。更に、第２制御装置の空燃比制御手段は、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比を制御し（図１１のステップ９３０での「Ｎｏ」との判定、図７のステップ７４５及びステップ７５５を参照。）、且つ、吸入空気量Ｇａが減少している場合、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど「下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさ」が小さくなるように、出力値Voxs及び判定値Vthのうちの少なくとも一方（本例においては、判定値Vth）を修正する第２の修正を行う第２パラメータ修正手段を含む（図１１のステップ１１１０及びステップ９５０を参照。）。
【０１２７】
これにより、出力値Voxsが判定値Vthよりも小さい値から判定値Vthよりも大きい値へと変化する時点（図１０の（Ｇ）における時刻ｔ４）が、前記第２の修正を行わない場合（図１０の（Ｄ）における時刻ｔ５）に比較して早期に到来する。
【０１２８】
その結果、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持される期間が短くなるので（図１０の（Ｆ）の時刻ｔ２〜時刻ｔ４に対応する期間を参照。）、出力値Voxsは時刻ｔ４直後において過大とならない。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が早くなるので（図１０の（Ｄ）の時刻ｔ７に対する（Ｇ）の時刻ｔ６を参照。）、機関の空燃比は長期間に渡りリーン空燃比に維持されず、よって、（Ｈ）に示したように時刻ｔ６の直後においてＮＯｘが流出しない。
【０１２９】
なお、第２制御装置において、第２の修正は判定値Vthを減少することであったが、第２の修正は出力値Voxsを修正することであってもよい。即ち、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御され、且つ、吸入空気量Ｇａが減少している場合、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど大きくなる値を出力値Voxsに加えた値（吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きいほど出力値Voxsがより大きくなるように出力値Voxsを修正した値）を、触媒状態の判定のための出力値（判定値Vthと比較する出力値）として採用してもよい。
【０１３０】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る空燃比制御装置（以下、「第３制御装置」とも称呼する。）について説明する。
【０１３１】
第３制御装置は、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御されていて（目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichに設定されていて）、且つ、吸入空気量Ｇａが増加している（吸入空気変化量ΔＧａが正である）場合に、吸入空気変化量ΔＧａの大きさ（｜ΔＧａ｜）が大きくなるほど判定値Vthを小さくする（中央値Vmidと判定値Vthとの差が大きくなるように判定値Vthを減少させる）点のみにおいて、第２制御装置と相違している。以下、この相違点を中心に説明する。
【０１３２】
（第３制御装置による空燃比フィードバック制御の概要）
図１２の時刻ｔ３以前に示したように、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御され且つ吸入空気量Ｇａが増大している場合、図１２の（Ｄ）に示したように出力値Voxs及び判定値Vthの両方を修正しないと、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が遅くなる（（Ｄ）の時刻ｔ３を参照。）。その結果、時刻ｔ３直後までの期間において、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持されることから、時刻ｔ３直後において出力値Voxsは非常に大きくなる。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が遅くなるので（時刻ｔ６を参照。）、機関の空燃比は長期間に渡りリーン空燃比に維持され（（Ｃ）の時刻ｔ３〜時刻ｔ６に対応する期間を参照。）、それにより多量のＮＯｘが発生する。その結果、（Ｅ）に示したように、時刻ｔ６の直後において多量のＮＯｘが触媒から流出する。
【０１３３】
これに対し、第３制御装置によれば、図１２の（Ｇ）の時刻ｔ２までに示したように、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御され且つ吸入空気量Ｇａが増大している場合、出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさが小さくなるように判定値Vthが修正される（図１２の例においては、判定値Vthと中央値Vmidとの差が大きくなるように判定値Vthが減少させられる。）。この修正は第３の修正と称呼される。
【０１３４】
これによれば、出力値Voxsが判定値Vthを上回る時点が早くなる（図１２の（Ｄ）の時刻ｔ３に対する（Ｇ）の時刻ｔ２を参照。）。その結果、機関の空燃比がリッチ空燃比に維持される期間が短くなるので（図１２の（Ｆ）の時刻ｔ２の直後を参照。）、出力値Voxsは時刻ｔ２直後において過大とならない。このため、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が早くなるので（図１２の（Ｄ）の時刻ｔ６に対する（Ｇ）の時刻ｔ４を参照。）、ＮＯｘの発生量が過大にならない。その結果、触媒から流出するＮＯｘの量は、（Ｈ）の時刻ｔ４の直後に示したように、（Ｅ）の時刻ｔ６の前後に示した場合よりも格段に少なくなる。
【０１３５】
（作動）
次に、第３制御装置の実際の作動について説明する。第３制御装置のＣＰＵは、第１制御装置のＣＰＵと同様、図７の燃料噴射制御ルーチンを実行する。更に、第３制御装置のＣＰＵは、図９に代わる図１３に示した「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する。図７に示したルーチンについては説明済みである。よって、以下、図１３に示したルーチンについて説明する。なお、図１３に示したステップであって図９にも示されたステップには、図９に示されたステップと同一の符号が付されている。
【０１３６】
図１３のルーチンは、図９のルーチンのステップ９９０をステップ１３１０に置換したルーチンである。より具体的に説明すると、ＣＰＵは、図１３のステップ９３０にて触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「０」であると判定すると（即ち、目標空燃比abyfrが目標リッチ空燃比afRichに設定されていると判定すると）、ステップ１３１０に進み、「吸入空気変化量ΔＧａと、暫定判定値Vthnewと、の関係」を規定したテーブルｆrichvth（ΔＧａ）に、ステップ９１０にて算出した実際の吸入空気変化量ΔＧａを適用することにより、暫定判定値Vthnewを決定する。
【０１３７】
このテーブルｆrichvth（ΔＧａ）によれば、吸入空気変化量ΔＧａが正であるとき（即ち、吸入空気量Ｇａが増大しているとき）、暫定判定値Vthnewは吸入空気変化量ΔＧａの大きさ（｜ΔＧａ｜）が大きくなるほど中央値Vmidから離れるように次第に小さくなる値に設定される。同様に、テーブルｆrichvth（ΔＧａ）によれば、吸入空気変化量ΔＧａが負であるとき（即ち、吸入空気量Ｇａが減少しているとき）、暫定判定値Vthnewは吸入空気変化量ΔＧａの大きさ（｜ΔＧａ｜）が大きくなるほど中央値Vmidから離れるように次第に小さくなる値に設定される。即ち、機関の空燃比がリッチ空燃比に設定されている場合には、吸入空気量Ｇａが増大しているか否かに関らず、吸入空気変化量ΔＧａの大きさ（｜ΔＧａ｜）が大きいほど判定値Vthが小さくなるように決定される。その後、ＣＰＵはステップ９５０以降に進む。
【０１３８】
以上、説明したように、第３制御装置は、第１制御装置と同様の空燃比制御手段を備える。更に、第３制御装置の空燃比制御手段は、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比を制御し（図１３のステップ９３０での「Ｎｏ」との判定、図７のステップ７４５及びステップ７５５を参照。）、且つ、吸入空気量Ｇａが増大している場合、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど「下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさ」が小さくなるように、出力値Voxs及び判定値Vthのうちの少なくとも一方（本例においては、判定値Vth）を修正する第３の修正を行う第３パラメータ修正手段を含む（図１３のステップ１３１０及びステップ９５０を参照。）。
【０１３９】
これにより、出力値Voxsが判定値Vthよりも小さい値から判定値Vthよりも大きい値へと変化する時点（図１２の（Ｇ）における時刻ｔ２）が、前記第３の修正を行わない場合（図１２の（Ｄ）における時刻ｔ３）に比較して早期に到来する。
【０１４０】
よって、出力値Voxsは時刻ｔ２直後において過大とならないので、出力値Voxsが次に判定値Vthを下回る時点が早くなる（図１２の（Ｇ）の時刻ｔ４を参照。）。その結果、触媒から流出するＮＯｘの量は、（Ｈ）の時刻ｔ４の直後に示したように、（Ｅ）の時刻ｔ６の前後に示した場合よりも格段に少なくなる。
【０１４１】
なお、第３制御装置において、第３の修正は判定値Vthを減少することであったが、第３の修正は出力値Voxsを修正することであってもよい。即ち、触媒流入ガスの空燃比がリッチ空燃比となるように機関の空燃比が制御され、且つ、吸入空気量Ｇａが増大している場合、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど大きくなる値を出力値Voxsに加えた値（吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きいほど出力値Voxsがより大きくなるように出力値Voxsを修正した値）を、触媒状態の判定のための出力値（判定値Vthと比較する出力値）として採用してもよい。
【０１４２】
以上、本発明による空燃比制御装置の種々の実施形態について説明した。これらの実施形態の空燃比制御手段は、吸入空気変化量ΔＧａの大きさが大きくなるほど、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsと判定値Vthとの差の大きさが小さくなるように、出力値Voxs及び判定値Vthのうちの少なくとも一方を修正することにより、「出力値Voxsと判定値Vthとの大小関係が逆転する時点」を前記修正を行わない場合に比較して早期に到来させるパラメータ修正手段（即ち、第１〜第３パラメータ修正手段を組み合わせた手段）を含むと表現することもできる。
【０１４３】
但し、図１３の「ステップ９４０及びステップ１３１０」に示したテーブルから理解されるように、触媒リッチ状態表示フラグＸCCRORichの値が「１」の場合（機関の空燃比がリーン空燃比に設定されている場合）であって吸入空気変化量ΔＧａが負の場合（吸入空気量Ｇａが減少している場合）には、出力値Voxs及び判定値Vthの何れも修正されない。
【０１４４】
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、目標リッチ空燃比afRichは一定値であってもよい。更に、目標リーン空燃比afLeanは一定値であってもよい。また、上記実施形態の空燃比制御手段は、目標空燃比abyfrを、周知のサブフィードバック制御により変更する空燃比制御を行ってもよい。即ち、空燃比制御手段は、下流側空燃比センサ５６の出力値Voxsを判定値Vthに接近させるサブフィードバック量を求め、そのサブフィードバック量により目標空燃比abyfrを修正してもよい（例えば、特開２００５−１７１９８２号公報を参照。）。
【符号の説明】
【０１４５】
１０…内燃機関、２１…燃焼室、２２…吸気ポート、２３…排気ポート、２５…燃料噴射弁、４１…エキゾーストマニホールド、４１ａ…枝部、４１ｂ…集合部、４２…エキゾーストパイプ、４３…上流側触媒（触媒）、４４…下流側触媒、５５…上流側空燃比センサ、５６…下流側空燃比センサ、６０…電気制御装置。
【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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