(57)【要約】【課題】排気浄化触媒のＨＣ被毒を抑制して排気浄化触媒による浄化能力を高く維持する。【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た酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒２０、２４と、内燃機関の燃焼室５に供給される吸気ガスのＥＧＲ率を算出すると共に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置３１とを備える。制御装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換え、算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多いときに排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように排気ガスの空燃比を制御する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記内燃機関の燃焼室に供給される吸気ガスのＥＧＲ率を算出すると共に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換え、
ＥＧＲ率の増大に伴って機関本体から排出されるＨＣ濃度が高くなる所定のＥＧＲ率領域では、前記算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多いときに前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記所定のＥＧＲ率領域では、前記算出されたＥＧＲ率が高いほど、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多くなってから前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記所定のＥＧＲ率領域では、前記算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記所定のＥＧＲ率領域では、前記算出されたＥＧＲ率が高いほど、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記所定のＥＧＲ率領域では、前記算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされるときの１回の継続時間が長くなるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に配置された酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記内燃機関の燃焼室に供給される吸気ガスのＥＧＲ率を算出すると共に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御装置は、前記算出されたＥＧＲ率が、ＥＧＲ率の増大に伴って機関本体から排出されるＨＣ濃度が高くなる所定のＥＧＲ率領域内の予め定められた基準ＥＧＲ率よりも低いときには、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比になるように制御し、前記算出されたＥＧＲ率が予め定められた基準ＥＧＲ率以上であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換えるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、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】
従来から、内燃機関の排気通路に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒を設け、この排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。斯かる排気浄化装置では、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置された空燃比センサによって出力された空燃比（出力空燃比）が目標空燃比と一致するように制御される。
【０００３】
加えて、特許文献１に記載の排気浄化装置は、排気ガスの一部を再び燃焼室に供給する排気再循環（ＥＧＲ）機構を備えており、燃焼室に吸入される吸気ガスの総量に対するＥＧＲガスの量の比率（以下、「ＥＧＲ率」という）が高くなるほど、目標空燃比を高い値（リーン側の値）に設定するようにしている。特許文献１によれば、これによりＥＧＲガスの導入状況に応じてより的確に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０５６５１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼室に供給される吸気ガスのＥＧＲ率が高くなるほど、燃焼室から排出される排気ガス中の未燃の炭化水素（ＨＣ）の量が多くなる。これはＥＧＲ率が高くなるほど燃焼室内での燃焼が緩慢になり、よって燃焼室内での燃え残りが多くなることによるものである。燃焼室から排出された未燃ＨＣは、基本的に排気浄化触媒において酸化されて浄化される。しかしながら、排気浄化触媒に流入する排気ガスの状態によっては未燃ＨＣの一部が排気浄化触媒の触媒貴金属上に付着し、触媒貴金属の活性を低下させる（以下、未燃ＨＣによる斯かる作用をＨＣ被毒と称する）。ＨＣ被毒が発生すると、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のＨＣやＮＯｘの浄化能力の低下を招く。
【０００６】
特許文献１に記載の排気浄化装置では、上述したようにＥＧＲガスの導入に伴う空燃比センサの出力のズレを補償するように目標空燃比が補正されている。しかしながら、このような制御では排気浄化触媒のＨＣ被毒を効果的に抑制することはできない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気浄化触媒のＨＣ被毒を抑制して排気浄化触媒による浄化能力を高く維持することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、その要旨は以下のとおりである。
【０００９】
（１）内燃機関の排気通路に配置された酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、内燃機関の燃焼室に供給される吸気ガスのＥＧＲ率を算出すると共に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、制御装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換え、ＥＧＲ率の増大に伴って機関本体から排出されるＨＣ濃度が高くなる所定のＥＧＲ率領域では、算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多いときに排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【００１０】
（２）制御装置は、所定のＥＧＲ率領域では、算出されたＥＧＲ率が高いほど、排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多くなってから排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるように排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１１】
（３）制御装置は、所定のＥＧＲ率領域では、算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１２】
（４）制御装置は、所定のＥＧＲ率領域では、算出されたＥＧＲ率が高いほど、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（３）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１３】
（５）制御装置は、所定のＥＧＲ率領域では、算出されたＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされるときの１回の継続時間が長くなるように排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１４】
（６）内燃機関の排気通路に配置された酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、内燃機関の燃焼室に供給される吸気ガスのＥＧＲ率を算出すると共に排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、制御装置は、算出されたＥＧＲ率が、ＥＧＲ率の増大に伴って機関本体から排出されるＨＣ濃度が高くなる所定のＥＧＲ率領域内の予め定められた基準ＥＧＲ率よりも低いときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比になるように制御し、算出されたＥＧＲ率が予め定められた基準ＥＧＲ率以上であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換えるように排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排気浄化触媒のＨＣ被毒を抑制して排気浄化触媒による浄化能力を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第一実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、空燃比センサ周りの排気ガスの空燃比と空燃比センサの出力電流との関係を示す図である。
【図３】図３は、内燃機関の運転時における、上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量等の変化を示すタイムチャートである。
【図４】図４は、目標空燃比設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は、ＥＧＲ率と未燃ＨＣの濃度及びＮＯｘの濃度との関係を示す図である。
【図６】図６は、ＥＧＲ率が低く維持されている場合における排気浄化触媒の表面近傍を模式的に表した図である。
【図７】図７は、ＥＧＲ率が高く維持されている場合における排気浄化触媒の表面近傍を模式的に表した図である。
【図８】図８は、第一実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等のタイムチャートである。
【図９】図９は、ＥＧＲ率と切替基準吸蔵量及びリーン設定空燃比との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、ＥＧＲ率に応じて切替基準吸蔵量及びリーン設定空燃比を設定するＥＧＲ率対応制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第二実施形態の基本的な空燃比制御を行ったときの目標空燃比等のタイムチャートである。
【図１２】図１２は、目標空燃比設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第二実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図１１と同様なタイムチャートである。
【図１４】図１４は、ＥＧＲ率に応じて上限吸蔵量及びリーン設定空燃比を設定するＥＧＲ率対応制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、第三実施形態の基本的な空燃比制御を行ったときの目標空燃比等のタイムチャートである。
【図１６】図１６は、第三実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図１５と同様なタイムチャートである。
【図１７】図１７は、第四実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図１３と同様なタイムチャートである。
【図１８】図１８は、ＥＧＲ率に応じて目標空燃比の設定方法を変更するＥＧＲ率対応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】
【００１７】
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。
【００１８】
＜第一実施形態＞
≪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排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。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。
【００１９】
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。なお、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、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。しかしながら、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関では、ガソリン以外の燃料、或いはガソリンとの混合燃料を用いてもよい。
【００２０】
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は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。
【００２１】
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の集合部は上流側排気浄化触媒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を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３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及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。
【００２２】
排気マニホルド１９とサージタンク１４とは排気再循環（ＥＧＲ）通路２５を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２５内には電気制御式のＥＧＲ制御弁２６が配置される。また、ＥＧＲ通路２５周りにはＥＧＲ通路２５内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２７が配置される。ＥＧＲ制御弁２６の開度を調整することによって、燃焼室５内へ再び供給される排気ガスの流量を制御することができ、その結果、燃焼室５内に吸入される吸気ガスのＥＧＲ率を制御することできる。ここで、ＥＧＲ率とは、燃焼室５に吸入される吸気ガスの総量に対するＥＧＲガスの量の比率を意味する。
【００２３】
なお、本実施形態では、ＥＧＲ制御弁２６の開度を調整することによって吸気ガスのＥＧＲ率を変更している。しかしながら、例えば、排気ガスの一部を吸気ポート７へ一旦逆流させて排気ガスを燃焼室５内に再び流入させるように吸気弁６や排気弁８のバルブタイミングを変更可能である場合には、これらのバルブタイミングを変更することによって燃焼室５内に再び流入させる排気ガスの量を変更し、これによってＥＧＲ率を変更するようにしてもよい。
【００２４】
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を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ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。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒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。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）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。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。
【００２５】
本実施形態では、空燃比センサ４０、４１として、限界電流式の空燃比センサが用いられる。したがって、空燃比センサ４０、４１は、図２に示したように、空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの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からの出力電流が大きくなるように構成される。特に、本実施形態の空燃比センサ４０、４１は、空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの空燃比に対して出力電流がリニアに（比例して）変化するように構成される。なお、本実施形態では、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が、排気ガスの空燃比に応じて出力が変化するセンサであれば限界電流式の空燃比センサ以外の空燃比センサを用いてもよい。斯かる空燃比センサとしては、例えば、センサを構成する電極間に電圧が印加されずに理論空燃比近傍で急激に出力が変化する酸素センサ等が挙げられる。
【００２６】
さらに、本実施形態の排気浄化装置では、排気管２２内に排気管２２内を流れる排気ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ４６が配置される。したがって、ＮＯｘセンサ４６は、上流側排気浄化触媒２０の排気流れ方向下流側に配置されて、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を検出する。ＮＯｘセンサ４６は、排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなるほどその出力が大きくなるように構成される。ＮＯｘセンサ４６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。なお、ＮＯｘセンサ４６は上流側ケーシング２１に取り付けられて、上流側排気浄化触媒２０内のＮＯｘ濃度を検出するように構成されてもよい。
【００２７】
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ではこのクランク角センサ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。なお、ＥＣＵ３１は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を制御すると共に、ＮＯｘセンサ４６の出力に基づいて上流側排気浄化触媒２０の異常診断を行う制御・診断装置として機能する。
【００２８】
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４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物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する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ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒２０、２４に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘとが同時に浄化される。
【００２９】
すなわち、排気浄化触媒２０、２４が酸素吸蔵能力を有していると、すなわち排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リーンになったときには、排気ガス中に含まれる過剰な酸素が排気浄化触媒２０、２４内に吸蔵される。このため、排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。
【００３０】
一方、排気浄化触媒２０、２４が酸素を放出することができる状態にあると、すなわち排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵量が０よりも多いと、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リッチになったときには、排気ガス中に含まれている未燃ＨＣ、ＣＯを還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒２０、２４から放出される。このため、この場合にも排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。
【００３１】
このように、排気浄化触媒２０、２４に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘとが同時に浄化され、排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。
【００３２】
≪基本的な制御≫
次に、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。すなわち、本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
【００３３】
また、本実施形態の空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比等に基づいて目標空燃比が設定される。具体的には、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空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）となったときに、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比もリーン設定空燃比になる。ここで、リーン設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リーンである予め定められた一定値の空燃比であり、例えば、１４．６５〜１６程度とされる。加えて、本実施形態では、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僅かにリッチであるリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）以下になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。
【００３４】
目標空燃比がリーン設定空燃比に変更されると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの酸素過不足量が積算される。酸素過不足量は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量（過剰な未燃ＨＣ、ＣＯ等（以下、「未燃ガス」という）の量）を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比となっているときには上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値（以下、「積算酸素過不足量」という）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値であるといえる。
【００３５】
なお、酸素過不足量の算出は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、及びエアフロメータ３９の出力等に基づいて算出される燃焼室５内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＥＤ＝０．２３×Ｑｉ×（ＡＦｕｐ−ＡＦＲ）      …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、ＡＦＲは制御中心となる空燃比（本実施形態では、基本的には理論空燃比）をそれぞれ表している。
【００３６】
このようにして算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値（予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比に設定される。リッチ設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば１４〜１４．５５程度とされる。
【００３７】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、目標空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に繰り返し設定される。換言すると、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」という）とに交互に切り換えられるといえる。
【００３８】
≪タイムチャートを用いた空燃比制御の説明≫
図３を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図３は、本実施形態の基本的な空燃比制御を行った場合における、目標空燃比ＡＦＴ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、積算酸素過不足量ΣＯＥＤ、及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎのタイムチャートである。
【００３９】
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに設定されており、よって上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となる。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている未燃ガス等は、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒２０において未燃ガスが浄化されるため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
【００４０】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡはゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガス等の一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。これにより下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは徐々に低下し、時刻ｔ1においてリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。本実施形態では、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以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられる。このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは０にリセットされる。
【００４１】
時刻ｔ1において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。このため時刻ｔ1以降、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大する。同様に、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に増大していく。
【００４２】
これにより、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎも理論空燃比に収束する。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵され、ＮＯｘは還元浄化される。
【００４３】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大すると、時刻ｔ2において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当する切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、上流側排気浄化触媒２０への酸素の吸蔵を中止すべく、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。
【００４４】
時刻ｔ2において目標空燃比をリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中には未燃ガス等が含まれることになるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。その後、時刻ｔ3において、時刻ｔ1と同様に、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に到達する。これにより、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられる。その後、上述した時刻ｔ1〜ｔ3のサイクルが繰り返される。このような基本的な制御を行うことにより、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に少なく抑制することができる。
【００４５】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ1〜ｔ2において、及び時刻ｔ2〜ｔ3において目標空燃比はそれぞれリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに一定に維持される。しかしながら、斯かる期間において、目標空燃比は必ずしも一定に維持されている必要はなく、変動するように設定されてもよい。
【００４６】
また、このような本実施形態における目標空燃比ＡＦＴの設定は、ＥＣＵ３１によって行われる。したがって、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったと推定されるまで、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比をリーン空燃比に設定する。加えて、ＥＣＵ３１は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったと推定されたときに、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達することなく下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、目標空燃比をリッチ空燃比に設定する。
【００４７】
より簡単に言えば、本実施形態では、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比）をリーン空燃比に切り替えると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったときに目標空燃比（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比）をリッチ空燃比に切り替えているといえる。
【００４８】
＜目標空燃比設定制御のフローチャート＞
図４は、目標空燃比設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で実行される。
【００４９】
図４に示したように、まず、ステップＳ１１において目標空燃比の設定条件が成立しているか否かが判定される。設定条件が成立している場合とは、フィードバック制御が行われる通常制御中であること、例えば燃料カット制御中等ではないこと等が挙げられる。ステップＳ１１において目標空燃比の設定条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１２へと進む。
【００５０】
ステップＳ１２では、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。リーン設定フラグＦｌは、目標空燃比ＡＦＴがリーン空燃比に設定されるとＯＮとされ、それ以外の場合にはＯＦＦとされる。ステップＳ１２においてリーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されていると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、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以下であるか否かが判定される。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よりも大きいと判定された場合にはステップＳ１４にて目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに設定されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５１】
一方、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが減少して、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が低下すると、ステップＳ１３に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る。この場合には、ステップＳ１５へと進み、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられる。ステップＳ１６では、リーン設定フラグＦｌがＯＮに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５２】
リーン設定フラグＦｌがＯＮに設定されると、次の制御ルーチンにおいては、ステップＳ１２からステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り替えられてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であるか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆよりも少ないと判定された場合にはステップＳ１８へと進み、目標空燃比ＡＦＴが引き続きリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに設定されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が増大すると、やがてステップＳ１７において積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であると判定され、ステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り替えられる。ステップＳ２０では、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦにリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５３】
≪ＥＧＲ率とＨＣ被毒≫
ところで、燃焼室５から排出される排気ガス中に含まれる未燃ＨＣの濃度は、燃焼室５へ吸入される吸気ガスのＥＧＲ率に応じて変化する。このことについて、図５を参照して説明する。
【００５４】
図５は、燃焼室５に吸入される吸気ガスのＥＧＲ率と、燃焼室５から排出される排気ガス中の未燃ＨＣの濃度との関係を示す図である。図５からわかるように、ＥＧＲ率が或る所定の値ＲＥｓ以上になるとＥＧＲ率が高くなるほど、したがって吸気ガス中の排気ガスの比率が高くなるほど、機関本体１の燃焼室５から排出される排気ガス中のＨＣの濃度が高くなる。
【００５５】
このような現象は、燃焼室５内で燃焼が行われるときの空燃比（燃焼空燃比）がリッチ空燃比であるときにもリーン空燃比であるときにも生じる。したがって、上述した現象は、燃焼空燃比に無関係に排気ガス中には酸素及び未燃ＨＣも含まれており、ＥＧＲ率が高くなるにつれて燃焼室５から排出される排気ガス中のＨＣ濃度も、酸素濃度も高くなることを意味している。
【００５６】
このようにＥＧＲ率が所定の値ＲＥｓ以上であるときにＥＧＲ率が高くなるほど排気ガス中のＨＣ濃度が高くなるのは、ＥＧＲ率が高くなるほど燃焼室５内での混合気の燃焼が緩慢になるためである。混合気の燃焼が緩慢になると、燃焼室５内での燃え残るＨＣが多くなり、その結果、排気ガス中のＨＣ濃度が高くなると考えられる。
【００５７】
このように燃焼室５から排出される排気ガス中のＨＣの濃度が高くなると、すなわち排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガス中のＨＣ濃度が高くなると、排気浄化触媒がＨＣ被毒し易くなる。このことについて、図６及び図７を参照して説明する。
【００５８】
図６及び図７は、排気浄化触媒の表面近傍を模式的に表した図である。図６及び図７に示したように、排気浄化触媒の表面では、酸素吸蔵能力を有する物質を担持した担体５１上に白金等の貴金属５２が担持されている。なお、図６及び図７の担体５１のうち５１ａで示された領域は酸素が吸蔵されていない領域を、５１ｂで示した領域は酸素が吸蔵されている領域を、５１ｃで示した領域は部分的に酸素が吸蔵されている領域を示している。また、図６及び図７は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比との間で交互に変化している状況を示している。
【００５９】
図６は、ＥＧＲ率が中程度（例えば、上記所定の値ＲＥｓ近傍）に維持されている場合の排気浄化触媒の表面近傍の様子を示している。図６の（ａ）に示したように、排気浄化触媒にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が減少し、やがてほぼゼロになる（図３の時刻ｔ1直前の状態）。この状態でリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、排気ガス中には未燃ＨＣが含まれていることから、担体５１や貴金属５２周りにＨＣが付着する。この結果、貴金属の活性が低下するが、ＨＣの付着量はそれほど多くないため貴金属の活性の低下もそれほど大きくない。
【００６０】
その後、図６の（ｂ）に示したように、排気浄化触媒にリーン空燃比の排気ガスが流入すると、排気浄化触媒にはその上流側から順に酸素が吸蔵されていく。また、酸素の吸蔵に伴って担体５１や貴金属５２周りに付着していたＨＣは酸化、浄化される。しかしながら、上述したように、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比は酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達する前にリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられる（図３の時刻ｔ2）。このため、排気浄化触媒の下流側の領域では担体５１や貴金属５２周りに付着していたＨＣはそのまま残る。この結果、図６の（ｂ）に示したように、領域５１ｃ上では僅かながらＨＣが付着したまま残り、領域５１ａでは比較的多くのＨＣが付着したまま残る。
【００６１】
その後、図６の（ｃ）に示したように排気浄化触媒にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、担体５１や貴金属５２周りにＨＣが再び付着する。そして、図６（ｄ）に示したように排気浄化触媒にリーン空燃比の排気ガスが流入すると、酸素の吸蔵に伴ってＨＣが酸化、浄化されていく。しかしながら、図６の（ｂ）に示した場合と同様に、排気浄化触媒の下流側においてＨＣはそのまま残る。このときのＨＣの総付着量は排気浄化触媒にリーン空燃比を前回流入させたとき（図６の（ｂ））よりも増大する。このようにして、排気浄化触媒の表面上にはＨＣが徐々に付着していく。
【００６２】
しかしながら、図６はＥＧＲ率が中程度に維持されている場合を示している。したがって、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のＨＣ濃度はそれほど高くない。このため、図６に示したように未燃ＨＣが付着していく速度はそれほど速くない。また、排気浄化触媒の下流側部分にＨＣが付着したまま残っても、車両の減速時等に一時的に燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止する燃料カット制御が行われるときには付着したＨＣが酸化、浄化されることを考慮すると、貴金属の活性が極端に低下してしまうことは少ない。
【００６３】
一方、図７は、ＥＧＲ率が高く維持されている場合の排気浄化触媒の表面近傍の様子を示している。図７からわかるように、ＥＧＲ率が高く維持されている場合にも、図６に示したＥＧＲ率が中程度に維持されている場合と同様に、排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比との交互に切り替わるのに伴って、ＨＣは排気浄化触媒の担体５１や貴金属５２周りへの付着と酸化・浄化とを繰り返す。
【００６４】
しかしながら、ＥＧＲ率が高く維持されている場合には、排気浄化触媒に流入する排気ガス中のＨＣ濃度が高い。このため、図７の（ａ）や（ｃ）に示したように、排気浄化触媒にリッチ空燃比の排気ガスが流入したときには、ＥＧＲ率が中程度に維持されている場合に比べて多くのＨＣが担体５１や貴金属５２周りに付着する。その結果、図７の（ｄ）に示したように、排気浄化触媒にリーン空燃比の排気ガスが流入しても酸素が吸蔵されない領域５１ａでは、担体５１や貴金属５２周りに多量のＨＣが付着し、特にこの領域において貴金属５２等の活性が低下する。この結果、ＨＣ被毒により排気浄化触媒の浄化能力が低下し、排気浄化触媒に或る程度の酸素が吸蔵されているときでも排気ガス中のＨＣやＮＯｘの一部が排気浄化触媒で浄化されずにそのまま流出してしまうことになる。
【００６５】
≪第一実施形態における空燃比制御≫
そこで、第一実施形態に係る排気浄化装置では、ＥＧＲ率が予め定められた基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆを多くするようにしている。換言すると、本排気浄化装置では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるときには基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が多いときに上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられる。なお、基準ＥＧＲ率は、ＥＧＲ率の増大に伴って機関本体から排出されるＨＣ濃度が高くなる所定のＥＧＲ率領域Ｘ（図５に示した例では、所定の値ＲＥｓ以上のＥＧＲ率領域。以下、「特定ＥＧＲ率領域」という）内の値に設定される。
【００６６】
このような制御が行われる結果、本排気浄化装置では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときの１回の継続時間が長くなる。加えて、本排気浄化装置では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、リーン設定空燃比のリーン度合いが大きくされる。
【００６７】
図８は、本実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図３と同様なタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ3以前は、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満となっており、時刻ｔ3以降はＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上となっている。
【００６８】
図８に示したように、時刻ｔ3以前はリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが比較的低い第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定され、また切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆが比較的少ない第１切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ1に設定されている。したがって、時刻ｔ1において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比ＡＦＴが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定される。その後、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが第１切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ1に対応する第１切替基準値ＯＥＤｒｅｆ1以上になると、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。このとき、目標空燃比ＡＦＴが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定されている１回の継続期間（すなわち、例えば時刻ｔ1から時刻ｔ2までの期間）はΔｔ1とされる。
【００６９】
一方、時刻ｔ3以降は、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1よりも大きい（リーン度合が高い）第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2に設定され、また切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆが第１切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ1よりも多い第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2に設定される。したがって、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以下になると、目標空燃比ＡＦＴが第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2に設定される。その後、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2に対応する第２切替基準値ＯＥＤｒｅｆ2以上になると、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。このとき、目標空燃比ＡＦＴが第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2に設定されている１回の継続期間（すなわち、例えば時刻ｔ4から時刻ｔ5までの期間）はΔｔ1よりも長いΔｔ2とされる。
【００７０】
本実施形態によれば、このようにＥＧＲ率が高いときには切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆを増大させることによって、上流側排気浄化触媒２０にリーン空燃比の排気ガスが流入しても酸素が吸蔵されない領域（図７の（ｄ）の領域５１ａ）をできるだけ少なくすることができる。これによりＨＣ被毒が生じる領域を少なく抑えることができる。
【００７１】
加えて、本実施形態によれば、ＥＧＲ率が高いときにはリーン設定空燃比のリーン度合いが大きくされる。このようにリーン設定空燃比のリーン度合いを大きくすることにより、担体５１や貴金属５２周りに付着していたＨＣをできるだけ多く酸化、浄化することができる。特に、ＥＧＲ率が高いときには上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中のＨＣ濃度が高いため部分的に酸素が吸蔵されている領域５１ｃ上にもＨＣが付着したまま残り易い。しかしながら、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎのリーン度合いを大きくすることによりこのような領域５１ｃ上に付着したＨＣも酸化、浄化することができる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるか否かに基づいて、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎを二段階に切り換えている。しかしながら、これら切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎは必ずしも二段階に切り換えられる必要はなく、多段階に又は図９に示したように連続的に切り換えられるようにしてもよい。
【００７３】
図９は、ＥＧＲ率と、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎとの関係を示す図である。図９の（ａ）に示したように、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆが連続的に切り換えられる場合には、特定ＥＧＲ率領域内においてＥＧＲ率が高くなるにつれて、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆが多くされる。また、図９の（ｂ）に示したように、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが連続的に切り換えられる場合には、特定ＥＧＲ率領域内においてＥＧＲ率が高くなるにつれて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが大きくされる（リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎのリーン度合いが大きくされる）。
【００７４】
したがって、図９に示した例では、ＥＧＲ率が高いほど、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがより多くなってから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。また、ＥＧＲ率が高いほど、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。
【００７５】
以上をまとめると、本実施形態では、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内にある場合には、ＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが多いときに上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。加えて、本実施形態では、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内にある場合には、ＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比とされているときのリーン度合いが大きくなるように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。さらに、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内にある場合には、ＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比とされるときの１回の継続時間が長くなるように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。
【００７６】
上記実施形態では、ＥＧＲ率が高いときには目標空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときの継続時間が長くされ、且つリーン設定空燃比のリーン度合いが大きくされている。ここで、ＨＣ被毒の抑制という観点からはリーン設定空燃比のリーン度合いを大きくすることが効果的であるが、リーン度合いを大きくし過ぎると排気ガス中のＮＯｘを上流側排気浄化触媒２０にて十分に浄化することができなくなる可能性がある。上記実施形態のように、継続時間も長くしつつリーン度合いも大きくすることにより、リーン度合いを大きくする程度を小さくすることができ、よって排気ガス中のＮＯｘを確実に浄化しつつＨＣ被毒を抑制することができる。
【００７７】
ただし、ＥＧＲ率が高いときに最終的に切替基準吸蔵量が多くなれば、必ずしもこれら両方が変更される必要は無い。したがって、例えば、リーン設定空燃比のリーン度合いは大きくせずに継続時間を長くするようにしてもよいし、継続時間は長くせずにリーン設定空燃比のリーン度合いを大きくするようにしてもよい。
【００７８】
≪フローチャートの説明≫
図１０は、ＥＧＲ率に応じて切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎを設定するＥＧＲ率対応制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。
【００７９】
まず、ステップＳ３１において、ＥＧＲ率ＲＥが算出される。ＥＧＲ率ＲＥの算出は様々な方法で行うことができる。ＥＧＲ率は、例えば、エアフロメータ３９の出力、ＥＧＲ制御弁２６の開度、スロットル弁１８の開度等に基づいて算出される。
【００８０】
次いでステップＳ３２では、ステップＳ３１で算出されたＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満であるか否かが判定される。ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満であると判定された場合には、ステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが第１切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ1に対応する第１切替基準値ＯＥＤｒｅｆ1に設定される。次いで、ステップＳ３４では、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８１】
一方、ステップＳ３２において、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2に対応する第２切替基準値ＯＥＤｒｅｆ2（＞ＯＥＤｒｅｆ1）に設定される。次いで、ステップＳ３６では、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2（＞ＡＦＴｌｅａｎ1）に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８２】
ステップＳ３３及びステップＳ３５で設定された積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、図４のステップＳ１７において用いられる。また、ステップＳ３４及びＳ３６で設定されたリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎは図４のステップＳ１５及びＳ１８で用いられる。
【００８３】
＜第二実施形態＞
次に、図１１〜図１４を参照して、第二実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態に係る排気浄化装置と異なる部分を中心に説明する。
【００８４】
≪基本的な制御≫
まず、第二実施形態に係る排気浄化装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。第一実施形態に係る空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったときに、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り換えられていた。これに対して、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがゼロよりも多い下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆ以下になったときに目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り換えると共に、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも少ない上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ以上になったときに目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えるようにしている。なお、酸素吸蔵量ＯＳＡの算出は、上述したように算出される酸素過不足量をリセットすることなく継続的に積算することによって行われる。
【００８５】
図１１を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図１１は、本実施形態の基本的な空燃比制御を行ったときの目標空燃比ＡＦＴ等のタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに設定されており、これにより上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していき、やがて時刻ｔ1において下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆに到達する。
【００８６】
本実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆに到達すると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り換えられる。この結果、酸素吸蔵量ＯＳＡがゼロに近づいて上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣ等の一部が流出し始める前に目標空燃比がリーン空燃比に切り換えられることになる。したがって、上流側排気浄化触媒２０から未燃ＨＣ等が流出することが抑制される。
【００８７】
時刻ｔ1において目標空燃比がリーン空燃比に切り換えられると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増大し、やがて時刻ｔ2において上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ（第一実施形態の切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）に到達する。本実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡが上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆに到達すると、酸素吸蔵量を減少させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比に切り換えられる。この結果、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量に近づいて上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ等の一部が流出し始める前に目標空燃比がリッチ空燃比に切り換えられることになる。したがって、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ等が流出することが抑制される。目標空燃比ＡＦＴをリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えると、その後、ｔ3においてｔ1と同様に酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆに到達し、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り換えられる。その後、上述したｔ1〜ｔ3のサイクルが繰り返される。
【００８８】
図１２は、目標空燃比設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔（例えば、数ｍｓｅｃ）で実行される。図１２のステップＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４４〜Ｓ４６及びＳ４８〜Ｓ５０は、それぞれ図４のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１４〜Ｓ１６及びＳ１８〜Ｓ２０と同様であるため説明を省略する。
【００８９】
ステップＳ４３では、積算酸素過不足量の算出方法と同様な手法で現在の酸素吸蔵量ＯＳＡが推定されると共に、推定された酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆ以下であるか否かが判定される。酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆよりも多いと判定された場合にはステップＳ４４へと進む。一方、ステップＳ４３において酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆ以下であると判定された場合にはステップＳ４５へと進む。
【００９０】
また、ステップＳ４７では、推定された酸素吸蔵量ＯＳＡが上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ以上であるか否かが判定される。酸素吸蔵量ＯＳＡが上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ未満である判定された場合にはステップＳ４８へと進む。一方、ステップＳ４７において酸素吸蔵量ＯＳＡが上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ以上であると判定された場合にはステップＳ４９へと進む。
【００９１】
≪第二実施形態における空燃比制御≫
第二実施形態に係る排気浄化装置でも、ＥＧＲ率が予め定められた基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆを多くするようにしている。この結果、本排気浄化装置では、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内の基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときの継続時間が長くなる。加えて、本排気浄化装置でも、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、リーン設定空燃比のリーン度合いが大きくされる。
【００９２】
図１３は、本実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図１１と同様なタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ3以前は、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満となっており、時刻ｔ3以降はＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上となっている。
【００９３】
図１３に示したように、時刻ｔ3以前はリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが比較的低い第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定され、また上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆが比較的少ない第１上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ1に設定されている。したがって、時刻ｔ1において上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵樓ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆ以下になると、目標空燃比ＡＦＴが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定される。その後、酸素吸蔵量ＯＳＡが第１上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ1以上になると、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。このとき、目標空燃比ＡＦＴが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1に設定されている１回の継続期間（すなわち、例えば時刻ｔ1から時刻ｔ2までの期間）はΔｔ1とされる。
【００９４】
一方、時刻ｔ3以降は、リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎが第１リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ1よりも大きい第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2に設定され、また上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆが第１上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ1よりも多い第２上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ2に設定される。したがって、時刻ｔ4において酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆ以下になると、目標空燃比ＡＦＴが第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2に設定される。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが第２上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ2以上になると、目標空燃ＡＦＴ比がリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。このとき、目標空燃比ＡＦＴが第２リーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎ2に設定されている１回の継続期間（すなわち、例えば時刻ｔ4から時刻ｔ5までの期間）はΔｔ1よりも長いΔｔ2とされる。
【００９５】
本実施形態においても、ＥＧＲ率が高いときには上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆを増大させることによって、ＨＣ被毒が生じる領域を少なく抑えることができる。また、ＥＧＲ率が高いときにはリーン設定空燃比のリーン度合いを大きくすることによって、担体５１や貴金属５２周りに付着していたＨＣをできるだけ多く酸化、浄化することができる。
【００９６】
なお、本実施形態においても、上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎは多段階に又は連続的に切り換えられてもよい。また、本実施形態においても、ＥＧＲ率が高いときに上限吸蔵量が多くなれば、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときの１回の継続時間及びリーン設定空燃比の一方のみを変更するようにしてもよい。
【００９７】
図１４は、ＥＧＲ率に応じて上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎを設定するＥＧＲ率対応制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。図１４のステップＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５４及びＳ５６は、それぞれ図１０のステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３４及びＳ３６と同様であるため説明を省略する。
【００９８】
図１４に示した制御ルーチンでは、図１０のステップＳ３３の代わりにステップＳ５３が実行され、図１０のステップＳ３５の代わりにステップＳ５５が実行される。ステップＳ５３では、上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆが第１上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ1に設定される。また、ステップＳ５５では、上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆが第２上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆ2（＞Ｃｕｒｅｆ1）に設定される。
【００９９】
＜第三実施形態＞
次に、図１５及び図１６を参照して、第三実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第三実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る排気浄化装置と異なる部分を中心に説明する。
【０１００】
≪基本的な制御≫
まず、第三実施形態に係る排気浄化装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。第一実施形態に係る空燃比制御では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準量ＯＥＤｒｅｆに到達したときに、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えられていた。これに対して、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になったときに目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えると共に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったときに目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り換えるようにしている。本実施形態では、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僅かにリーンであるリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）以上になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断される。
【０１０１】
図１５を参照して、上述した操作について具体的に説明する。図１５は、本実施形態の基本的な空燃比制御を行ったときの目標空燃比ＡＦＴ等のタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに設定されており、これにより上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒは徐々に減少していき、ついには時刻ｔ1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に到達する。
【０１０２】
本実施形態では、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に到達すると、酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒを増大させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り換えられる。このとき、上流側排気浄化触媒２０からは一時的にリッチ空燃比の排気ガスが流出し、このリッチ空燃比の排気ガスは下流側排気浄化触媒２４に流入する。この結果、時刻ｔ1近傍においては、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが減少せしめられる。
【０１０３】
時刻ｔ1において目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り換えられると、時刻ｔ1以降、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒは徐々に増大していき、ついには時刻ｔ2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に到達する。
【０１０４】
本実施形態では、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に到達すると、酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒを減少させるべく、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｒｉｃｈに切り換えられる。このとき、上流側排気浄化触媒２０からは一時的にリーン空燃比の排気ガスが流出し、このリーン空燃比の排気ガスは下流側排気浄化触媒２４に流入する。この結果、時刻ｔ2近傍においては、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが増大せしめられる。その後、上述したｔ1〜ｔ2のサイクルが繰り返される。
【０１０５】
≪第三実施形態における空燃比制御≫
図１５に示したような制御を行った場合、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒは定期的に最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達する。このため、上流側排気浄化触媒２０では一時的に担体５１及び貴金属５２上にＨＣが付着しても、酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達するときに付着したＨＣは基本的に酸化、浄化される。したがって、上流側排気浄化触媒２０においては、ＨＣ被毒は生じにくい。
【０１０６】
一方、ＥＧＲ率が高くて燃焼室５から排出される排気ガス中のＨＣ濃度が高い場合、上流側排気浄化触媒２０では必ずしも完全にＨＣは浄化されず、一部のＨＣは下流側排気浄化触媒２４に流入することになる。このため、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒを中程度で一定に維持してしまうと、下流側排気浄化触媒２４の一部がＨＣ被毒してしまう可能性がある。
【０１０７】
そこで、第三実施形態の排気浄化装置では、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内の予め定められた基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが平均的に多い状態で下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比との間で変化するように目標空燃比の制御を行っている。したがって、第三実施形態の排気浄化装置では、ＥＧＲ率が予め定められた基準ＥＧＲ率以上であるときには、基準ＥＧＲ率未満であるときに比べて、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが多いときに下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの空燃比が制御されている。
【０１０８】
図１６は、本実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図１５と同様なタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ3以前は、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満となっており、時刻ｔ3以降はＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上となっている。
【０１０９】
図１６に示したように、時刻ｔ3以前は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍に到達して上流側排気浄化触媒２０からリッチ空燃比の排気ガスが流出するとき（例えば、時刻ｔ2近傍）に、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが第１切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ1となるように、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈとリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎとに交互に設定される。
【０１１０】
一方、時刻ｔ3においてＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上になると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍に到達して上流側排気浄化触媒２０からリッチ空燃比の排気ガスが流出するときに、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが第１切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ1よりも多い第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2となるように、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈとリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎとに交互に設定される。
【０１１１】
具体的には、時刻ｔ3以降、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に到達すると、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り換えられる。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｆｒが徐々に増大し、時刻ｔ5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に到達する。しかしながら、この時点で目標空燃比ＡＦＴをリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えてしまうと、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒは第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2にまでは増大しない。
【０１１２】
そこで、本実施形態では、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2近傍に到達するまでは、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以上になっていても、目標空燃比ＡＦＴをリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに維持するようにしている。これにより、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒは徐々に増大し、やがて時刻ｔ6において第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2近傍にまで到達する。
【０１１３】
本実施形態では、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2近傍に到達すると、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。これにより、上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガスの空燃比はリーン空燃比から理論空燃比に変化し、その結果、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2に維持される。その後、図１５に示した制御と同様な制御が行われ、よって下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒは第２切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ2とこれよりも少ない所定量との間で交互に変化する。
【０１１４】
なお、本実施形態では、その後、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満となったときには、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以下になっても一時的に目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに維持される。これにより、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒを減少させることができる。
【０１１５】
本実施形態によれば、ＥＧＲ率が高いときには、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｒｒが多い状態で維持される。これにより、下流側排気浄化触媒２４のＨＣ被毒を抑制することができる。
【０１１６】
なお、上記実施形態では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるか否かに基づいて、下流側排気浄化触媒２４の切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆを二段階に切り換えている。しかしながら、本実施形態においても、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ等は必ずしも二段階に切り換えられる必要はなく、多段階に又は図９に示したように連続的に切り換えられるようにしてもよい。
【０１１７】
以上をまとめると、本実施形態では、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内にある場合には、ＥＧＲ率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、下流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが多いときに下流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように下流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。
【０１１８】
＜第四実施形態＞
次に、図１７及び図１８を参照して、第四実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第四実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態から第三実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態から第三実施形態に係る排気浄化装置と異なる部分を中心に説明する。
【０１１９】
第４実施形態に係る排気浄化装置では、ＥＧＲ率が特定ＥＧＲ率領域内の予め定められた基準ＥＧＲ率未満であるときには、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比に一定に維持される。したがって、このときには、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比になるように制御される。
【０１２０】
一方、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるときには、目標空燃比ＡＦＴがリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定されるアクティブ制御が行われる。すなわち、本実施形態では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるときには、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比との間で交互に切り換わるように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。このとき行われるアクティブ制御としては、図３に示した制御、図１１に示した制御、及び図１５に示した制御のうちいずれの制御が行われてもよい。
【０１２１】
図１７は、本実施形態に係る空燃比制御を行ったときのＥＧＲ率等の、図１３と同様なタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ1以前は、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満となっており、時刻ｔ1以降はＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上となっている。また、図１７に示した例では、アクティブ制御として、図１１に示したような制御を行っている場合を示している。
【０１２２】
図１７に示したように、ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満となっている時刻ｔ1以前は、目標空燃比ＡＦＴが理論空燃比に一定に維持される。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡも一定のまま維持される。
【０１２３】
一方、時刻ｔ1においてＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上になると、アクティブ制御が開始される。図１７に示した例では、時刻ｔ1において目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに設定される。その後、時刻ｔ2において上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが下限吸蔵量Ｃｌｒｅｆに到達すると、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌｅａｎに切り換えられる。そして、時刻ｔ3において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが上限吸蔵量Ｃｕｒｅｆに到達すると、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒｉｃｈに切り換えられる。ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上の間は、アクティブ制御が継続される。
【０１２４】
本実施形態によれば、ＥＧＲ率が中程度以下であってＨＣ被毒が生じにくいときには目標空燃比が一定に維持され、その結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡも中程度の量に一定に維持される。一方、ＥＧＲ率が高くＨＣ被毒が生じ易いときにはアクティブ制御が行われ、その結果、ＥＧＲ率が低いときに比べて上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの最大値が増大せしめられ、よって上流側排気浄化触媒２０のＨＣ被毒を抑制することができる。
【０１２５】
図１８は、ＥＧＲ率に応じて目標空燃比の設定方法を変更するＥＧＲ率対応制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。
【０１２６】
まず、ステップＳ６１において、ＥＧＲ率ＲＥが算出され、次いでステップＳ６２では、ステップＳ６１で算出されたＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満であるか否かが判定される。ＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ未満であると判定された場合には、ステップＳ６３へと進む。ステップＳ６３では、目標空燃比が理論空燃比に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ６２においてＥＧＲ率ＲＥが基準ＥＧＲ率ＲＥｒｅｆ以上であると判定された場合にはステップＳ６４へと進む。ステップＳ６４ではアクティブ制御が実行される。具体的には、図４や図１２に示した制御ルーチンによって目標空燃比の設定が行われる。
【０１２７】
なお、本実施形態のアクティブ制御として、上述した第一実施形態から第三実施形態に係る制御を行ってもよい。したがって、たとえばアクティブ制御中に、ＥＧＲ率に応じて切替基準吸蔵量を変化させてもよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１    機関本体
５    燃焼室
７    吸気ポート
９    排気ポート
１９    排気マニホルド
２０    上流側排気浄化触媒
２４    下流側排気浄化触媒
２５    ＥＧＲ通路
２６    ＥＧＲ制御弁
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
４６    ＮＯｘセンサ
【図１】
2018204533.tif 000003
【図２】
2018204533.tif 000004
【図３】
2018204533.tif 000005
【図４】
2018204533.tif 000006
【図５】
2018204533.tif 000007
【図６】
2018204533.tif 000008
【図７】
2018204533.tif 000009
【図８】
2018204533.tif 000010
【図９】
2018204533.tif 000011
【図１０】
2018204533.tif 000012
【図１１】
2018204533.tif 000013
【図１２】
2018204533.tif 000014
【図１３】
2018204533.tif 000015
【図１４】
2018204533.tif 000016
【図１５】
2018204533.tif 000017
【図１６】
2018204533.tif 000018
【図１７】
2018204533.tif 000019
【図１８】
2018204533.tif 000020