(57)【要約】【課題】燃料カット制御後の排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１００の空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比とリーン側ストイキ判定空燃比との間のストイキ判定領域にあるときには、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であると判定すると共に、内燃機関の運転中に燃焼室５への燃料供給を停止する燃料カット制御と、燃料カット制御の終了後に、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比をリッチな空燃比に設定する復帰後リッチ制御とを実行し、復帰後リッチ制御において、上流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチであり且つ下流側空燃比センサの出力空燃比がリーン側ストイキ判定空燃比よりもリーンな切替空燃比以下になったときに目標空燃比のリッチ度合を低下させる。【選択図】図５
2018003742.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上流側排気浄化触媒と、
前記排気通路において前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、酸素を吸蔵可能な下流側排気浄化触媒と、
前記排気通路において前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に、該上流側排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記排気通路において前記上流側排気浄化触媒と前記下流側排気浄化触媒との間に配置されると共に、前記上流側排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、
前記流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給される燃料量をフィードバック制御する空燃比制御装置と
を備えた内燃機関において、
前記空燃比制御装置は、前記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側ストイキ判定空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン側ストイキ判定空燃比との間のストイキ判定領域にあるときには、前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定し、
前記空燃比制御装置は、当該内燃機関の運転中に前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御と、該燃料カット制御の終了後に前記目標空燃比を前記リッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチな空燃比に設定する復帰後リッチ制御とを実行し、該復帰後リッチ制御において、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記リッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチであり且つ前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記リーン側ストイキ判定空燃比よりもリーンな切替空燃比以下になったときに前記目標空燃比のリッチ度合を低下させることを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
二つの排気浄化触媒（上流側排気浄化触媒及び下流側排気浄化触媒）と二つの空燃比センサ（上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサ）とを排気通路に設け、二つの空燃比センサの出力に基づいて、上流側排気浄化触媒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、燃焼室に供給する燃料量をフィードバック制御する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
また、特許文献１に記載の内燃機関では、内燃機関の運転中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御が実行される。燃料カット制御中には、上流側排気浄化触媒及び下流側排気浄化触媒に空気又は空気と同様な排気ガスが流入する。このため、燃料カット制御が所定時間以上継続されると、上流側排気浄化触媒及び下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大となる。排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が最大の状態では排気ガス中のＮＯｘを還元浄化することができない。
【０００４】
このため、特許文献１に記載の内燃機関では、燃料カット制御の終了後に、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比にする復帰後リッチ制御が実行される。復帰後リッチ制御では、燃料カット制御後に上流側排気浄化触媒及び下流側排気浄化触媒からＮＯｘが流出することを抑制すべく、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒の貴金属に付着した酸素を迅速に還元浄化する必要がある。このため、復帰後リッチ制御における目標空燃比は、リッチ度合が大きな空燃比にされる。また、特許文献１に記載された復帰後リッチ制御では、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所定のリッチ空燃比以下になったときに、復帰後リッチ制御が終了せしめられ、上流側排気浄化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にされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２２４５６２号公報
【特許文献２】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、空燃比センサには、多かれ少なかれ応答遅れが存在する。このため、下流側空燃比センサ周りの排気ガスの実際の空燃比は、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が所定のリッチ空燃比以下になるときには既にリッチな値となっている。また、復帰後リッチ制御の終了時に目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えたとしても、目標空燃比の切替直後には、切替前に燃焼室から排出されていたリッチな排気ガスが下流側排気浄化触媒に流入する。
【０００７】
このため、特許文献１に記載された復帰後リッチ制御が実行されると、リッチ度合の大きな排気ガスが下流側排気浄化触媒に流入し、下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量が過度に低下する。この結果、下流側排気浄化触媒２４における未燃ガスの浄化能力が低下するため、排気ガス中の未燃ガスが下流側排気浄化触媒から流出し、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、燃料カット制御後の排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関を提供することにある。
【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、第１の発明では、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な上流側排気浄化触媒と、前記排気通路において前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に、酸素を吸蔵可能な下流側排気浄化触媒と、前記排気通路において前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に配置されると共に、該上流側排気浄化触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記排気通路において前記上流側排気浄化触媒と前記下流側排気浄化触媒との間に配置されると共に、前記上流側排気浄化触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する下流側空燃比センサと、前記流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記目標空燃比に一致するように燃焼室に供給される燃料量をフィードバック制御する空燃比制御装置とを備えた内燃機関において、前記空燃比制御装置は、前記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側ストイキ判定空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン側ストイキ判定空燃比との間のストイキ判定領域にあるときには、前記流出排気ガスの空燃比が理論空燃比であると判定し、前記空燃比制御装置は、当該内燃機関の運転中に前記燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御と、該燃料カット制御の終了後に前記目標空燃比を前記リッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチな空燃比に設定する復帰後リッチ制御とを実行し、該復帰後リッチ制御において、前記上流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記リッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチであり且つ前記下流側空燃比センサによって検出された空燃比が前記リーン側ストイキ判定空燃比よりもリーンな切替空燃比以下になったときに前記目標空燃比のリッチ度合を低下させることを特徴とする、内燃機関が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料カット制御後の排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態における内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度又はＨＣ、ＣＯ濃度との関係を示す図である。
【図３】図３は、各排気空燃比におけるセンサ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、センサ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、燃料カット制御の前後における流入排気ガスの目標空燃比等のタイムチャートである。
【図６】図６は、第１実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、上流側排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量と切替空燃比との関係を示すマップである。
【図８】図８は、第２実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１３】
＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図６を参照して本発明の第１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１実施形態における内燃機関１００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。
【００１５】
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内に直接噴射する。燃料噴射弁１１は、燃焼室５内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド４の内壁面周辺部に配置されている。すなわち、内燃機関１００は筒内噴射式内燃機関である。なお、内燃機関１００はポート噴射式内燃機関であってもよい。この場合、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る。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。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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。したがって、下流側排気浄化触媒２４は排気通路において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、混合気の燃焼によって生じた排気ガスを燃焼室５から排出する排気通路を形成する。
【００１８】
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および出力ポート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。
【００１９】
また、排気マニホルド１９の集合部、すなわち上流側排気浄化触媒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、すなわち上流側排気浄化触媒２０と下流側排気浄化触媒との間には、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。
【００２０】
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、内燃機関１００の各種制御を行う制御装置として機能する。
【００２１】
なお、本実施形態に係る内燃機関１００は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、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、及び過給態様等が、図１に示した内燃機関１００と異なるものであってもよい。
【００２２】
＜排気浄化触媒の説明＞
排気通路に配置された上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒２０、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基材に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等）及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。排気浄化触媒２０、２４は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。
【００２３】
排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０、２４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よりもリーン（リーン空燃比）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０、２４は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（リッチ空燃比）であるときには、排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素を放出する。
【００２４】
排気浄化触媒２０、２４は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、図２（Ａ）に示したように、酸素吸蔵量が少ないときには排気浄化触媒２０、２４により排気ガス中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｕｐｌｉｍ）を境に排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガス中の酸素及びＮＯｘの濃度が急激に上昇する。
【００２５】
一方、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、図２（Ｂ）に示したように、酸素吸蔵量が多いときには排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素が放出され、排気ガス中の未燃ガスは酸化浄化される。また、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｌｏｗｌｉｍ）を境に排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
【００２６】
以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒２０、２４は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。
【００２７】
＜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。
【００２８】
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ということができる。
【００２９】
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が大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。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が零になるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
【００３０】
なお、上記例では、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。
【００３１】
＜空燃比制御装置の説明＞
内燃機関１００は空燃比制御装置を備える。本実施形態ではＥＣＵ３１が空燃比制御装置に相当する。空燃比制御装置は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス（以下、単に「流入排気ガス」と称する。）の目標空燃比を設定すると共に、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に供給される燃料量をフィードバック制御する。目標空燃比は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比等に基づいて設定される。なお、「出力空燃比」とは、空燃比センサ４０、４１によって検出された空燃比であり、空燃比センサ４０、４１の出力値に相当する空燃比を意味する。
【００３２】
例えば、空燃比制御装置は、通常制御において、流入排気ガスの目標空燃比をリーン設定空燃比と通常リッチ設定空燃比とに交互に設定する。この場合、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに、目標空燃比をリーン設定空燃比に設定する。リーン設定空燃比は、理論空燃比よりもリーンである予め定められた空燃比であり、例えば１４．８〜１５．５程度とされる。また、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ側ストイキ判定空燃比（例えば、１４．５５）未満になったときに、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定する。
【００３３】
空燃比制御装置は、目標空燃比をリーン設定空燃比に変更した後、流入排気ガスの酸素過不足量を積算する。酸素過不足量とは、流入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流入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」と称する。）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の推定値を表している。
【００３４】
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×（ＡＦｕｐ−１４．６）×Ｑｉ      …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、１４．６は理論空燃比、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比をそれぞれ表している。
【００３５】
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、切替基準値（切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）以上になると、空燃比制御装置は、流入排気ガスの目標空燃比をリーン設定空燃比から通常リッチ設定空燃比に切り替える。切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量よりも少ない値に設定される。また、通常リッチ設定空燃比は、理論空燃比よりもリッチである予め定められた空燃比であり、例えば１４．４〜１４．５程度とされる。なお、本実施形態では、通常リッチ設定空燃比と理論空燃比との差（リッチ度合）は、リーン設定空燃比と理論空燃比との差（リーン度合）以下とされる。
【００３６】
空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が再びリッチ側ストイキ判定空燃比未満となったときに、目標空燃比を通常リッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替え、その後、同様に目標空燃比をリーン設定空燃比と通常リッチ設定空燃比とに交互に設定する。
【００３７】
ただし、上述したような通常制御を行った場合であっても、積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に上流側排気浄化触媒２０の実際の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達する場合がある。その原因としては、例えば、経年劣化によって上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が低下することが挙げられる。上流側排気浄化触媒２０の実際の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達すると、上流側排気浄化触媒２０からリーン空燃比の排気ガスが流出する。
【００３８】
このため、本実施形態では、積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比となった場合には、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比と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替える。この場合、空燃比制御装置は、その後の通常制御における切替基準値を低下させる。このことによって、その後の通常制御において上流側排気浄化触媒２０からリーン空燃比の排気ガスが再び流出することを抑制することができる。
【００３９】
また、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンであるリーン側ストイキ判定空燃比（例えば、１４．６５）よりも高くなったときに、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定する。また、上述したように、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ側ストイキ判定空燃比（例えば、１４．５５）未満になったときに、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定する。したがって、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比とリーン側ストイキ判定空燃比との間のストイキ判定領域（例えば１４．５５〜１４．６５）にあるときには、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス（以下、単に「流出排気ガス」と称する。）が理論空燃比であると判定する。
【００４０】
＜燃料カット制御＞
また、空燃比制御装置は、内燃機関１００の運転中に燃焼室５への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行する。具体的には、空燃比制御装置は、燃料カット制御において、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止することで燃焼室５への燃料供給を停止する。燃料カット制御は、燃料カット制御の所定の実行条件が成立しているときに実行される。例えば、燃料カット制御の実行条件は、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ）であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに成立する。
【００４１】
燃料カット制御が実行されると、機関本体１から空気又は空気と同様な排気ガスが排出されるため、上流側排気浄化触媒２０には空燃比の極めて高い（すなわち、リーン度合の極めて高い）ガスが流入することになる。このため、燃料カット制御が所定時間以上継続されると、上流側排気浄化触媒２０に多量の酸素が流入し、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に達する。また、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に達すると、下流側排気浄化触媒２４にも多量の酸素が流入し、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量も最大吸蔵可能酸素量に達する。
【００４２】
＜復帰後リッチ制御＞
上述したように、燃料カット制御が所定時間以上継続されると、上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量が最大となる。上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、酸素吸蔵量が最大の状態では排気ガス中のＮＯｘを還元浄化することができない。このため、空燃比制御装置は、燃料カット制御の終了後に、流入排気ガスの目標空燃比をリッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチな空燃比に設定する復帰後リッチ制御を実行する。
【００４３】
復帰後リッチ制御では、燃料カット制御後に上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４からＮＯｘが流出することを抑制すべく、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０の貴金属に付着した酸素を迅速に還元浄化する必要がある。このため、復帰後リッチ制御における目標空燃比は、通常制御における通常リッチ設定空燃比よりもリッチにされる。
【００４４】
しかしながら、復帰後リッチ制御における目標空燃比がリッチ度合が大きな空燃比に維持されると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロになった後、リッチ度合が大きな排気ガスが下流側排気浄化触媒２４にも流入し、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量が過度に低下する。この結果、下流側排気浄化触媒２４における未燃ガスの浄化能力が低下するため、排気ガス中の未燃ガスが下流側排気浄化触媒２４から流出し、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、空燃比制御装置は、復帰後リッチ制御において、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチであり且つ下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン側ストイキ判定空燃比よりもリーンな切替空燃比以下になったときに流入排気ガスの目標空燃比のリッチ度合を低下させる。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロになる前に流入排気ガスの目標空燃比のリッチ度合が低下されるため、リッチ度合の大きな排気ガスが下流側排気浄化触媒２４に流入することが抑制される。したがって、燃料カット制御後に、排気ガス中の未燃ガスが下流側排気浄化触媒２４から流出し、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。
【００４６】
一方、本実施形態における復帰後リッチ制御においても、流入排気ガスの目標空燃比のリッチ度合を低下させる前には、リッチ度合が大きな排気ガスが上流側排気浄化触媒２０に流入する。このため、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０の貴金属に付着した酸素を迅速に還元浄化することでき、燃料カット制御後に、排気ガス中のＮＯｘが上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４から流出し、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。したがって、本実施形態における復帰後リッチ制御によれば、燃料カット制御後の排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４７】
＜タイムチャートを用いた空燃比制御の説明＞
以下、図５のタイムチャートを参照して、本実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図５は、燃料カット制御の前後における、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、下流側空燃比センサ４１周りの実際の空燃比、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｐ及び下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｄｗｎのタイムチャートである。
【００４８】
図示した例では、時刻ｔ１まで燃料カット制御が実行されている。この結果、時刻ｔ１において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｐが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐになっており、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｄｗｎが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｄｗｎになっている。なお、この例では、下流側排気浄化触媒２４の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｄｗｎは上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐよりも少ない。
【００４９】
時刻ｔ１において燃料カット制御が終了せしめられ、復帰後リッチ制御が開始される。通常、空燃比センサ４０、４１の温度は燃料カット制御によって低下し、燃料カット制御の終了時には、空燃比センサ４０、４１は非活性状態となっている。このため、復帰後リッチ制御の開始直後には、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいて空燃比をフィードバック制御することができない。
【００５０】
そこで、復帰後リッチ制御の開始直後には、空燃比の開ループ制御が実行される。具体的には、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ＴＡＦに一致するように、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と、目標空燃比ＴＡＦとから算出された燃料量が燃焼室５に供給される。このときの目標空燃比ＴＡＦは、リッチ度合が非常に大きな値に設定される。時刻ｔ１において復帰後リッチ制御が開始されると、上流側排気浄化触媒２０から酸素が放出されるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｐは徐々に低下していく。
【００５１】
時刻ｔ１の後、時刻ｔ２において、上流側空燃比センサ４０が活性状態となり、目標空燃比が強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈに設定される。時刻ｔ２以降、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づく空燃比のフィードバック制御が実行される。
【００５２】
時刻ｔ２の後、時刻ｔ３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが切替空燃比ＡＦｓｗ以下になる。また、このときの上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐは、強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈであり、リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりもリッチである。時刻ｔ３において、目標空燃比ＴＡＦが強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈから弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈに切り替えられる。すなわち、目標空燃比ＴＡＦのリッチ度合が低下せしめられる。
【００５３】
時刻ｔ３において上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量はゼロよりも多い。このため、下流側空燃比センサ４１周りの実際の空燃比は理論空燃比以上になっており、下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡｄｗｎは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｄｗｎに維持されている。
【００５４】
時刻ｔ３の後、時刻ｔ４において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満となる。この結果、目標空燃比ＴＡＦが弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられ、復帰後リッチ制御が終了せしめられる。
【００５５】
下流側空燃比センサ４１周りの実際の空燃比は時刻ｔ４よりも前にリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満となっている。このため、リッチ空燃比の排気ガスが下流側排気浄化触媒２４に流入し、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｄｗｎが減少する。しかしながら、下流側空燃比センサ４１周りの実際の空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満になる前の時刻ｔ３において目標空燃比ＴＡＦのリッチ度合を低下させているため、酸素吸蔵量ＯＳＡｄｗｎの減少量は少ない。このため、復帰後リッチ制御が終了した後も、未燃ガスを酸化浄化するのに十分な量の酸素が下流側排気浄化触媒２４に残される。
【００５６】
時刻ｔ４以降、通常制御が実行される。その後、時刻ｔ５において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｐが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに達する。この結果、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎから通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈに切り替えられる。通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈは弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈよりもリッチ度合が小さい。
【００５７】
時刻ｔ５の後、時刻ｔ６において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが再びリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満となる。この結果、目標空燃比ＴＡＦが通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられる。その後、通常制御では、目標空燃比ＴＡＦが通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈとリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎとの間で交互に切り替えられる。
【００５８】
なお、図示した例では、空燃比の開ループ制御が実行されるとき（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）の目標空燃比が強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈよりもリッチな値にされている。しかしながら、空燃比の開ループ制御が実行されるときの目標空燃比は強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈと同じであってもよい。また、空燃比の開ループ制御が実行されるときの目標空燃比は二段階以上に切り替えられてもよい。
【００５９】
＜空燃比制御の制御ルーチン＞
以下、図６のフローチャートを参照して、本実施形態における空燃比制御について詳細に説明する。図６は、第１実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、内燃機関１００の始動後、ＥＣＵ３１によって繰り返し実行される。
【００６０】
最初にステップＳ１０１において燃料カット制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。例えば、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロであり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに燃料カット制御の実行条件が成立していると判定され、アクセルペダル４２の踏込み量が所定値以上であり又は機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数未満であるときに燃料カット制御の実行条件が成立していないと判定される。
【００６１】
ステップＳ１０１において燃料カット制御の実行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Ｓ１０２に進む。ステップＳ１０２では、燃焼室５への燃料供給が停止される。
【００６２】
次いで、ステップＳ１０３において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが所定値Ａ以上であるか否かが判定される。所定値Ａは、リーン度合が非常に大きい空燃比とされ、例えば１６〜１７である。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが所定値Ａ以上である場合には、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量となっており、上流側排気浄化触媒２０から酸素が流出していると考えられる。
【００６３】
ステップＳ１０３において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが所定値Ａ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Ｓ１０４に進む。この場合、燃料カット制御の終了後に復帰後リッチ制御によって上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を迅速に減少させる必要があるため、ステップＳ１０４において、復帰後リッチ制御実行フラグＦが１に設定される。なお、復帰後リッチ制御実行フラグＦの初期値はゼロである。また、復帰後リッチ制御実行フラグＦは、後述するように復帰後リッチ制御が終了するときにゼロに設定される。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６４】
一方、ステップＳ１０３において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが所定値Ａ未満であると判定された場合、復帰後リッチ制御実行フラグＦが１に設定されることなく、本制御ルーチンは終了する。
【００６５】
また、ステップＳ１０１において燃料カット制御の実行条件が成立していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、復帰後リッチ制御実行フラグＦが１であるか否かが判定される。復帰後リッチ制御実行フラグＦが１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０６に進む。
【００６６】
ステップＳ１０６では、上流側空燃比センサ４０が活性状態にあるか否かが判定される。例えば、上流側空燃比センサ４０のセンサ素子の温度が活性温度以上であるときには上流側空燃比センサ４０が活性状態にあると判定され、上流側空燃比センサ４０のセンサ素子の温度が活性温度未満であるときには上流側空燃比センサ４０が活性状態にないと判定される。上流側空燃比センサ４０のセンサ素子の温度は例えばセンサ素子のインピーダンスから算出される。
【００６７】
ステップＳ１０６において上流側空燃比センサ４０が活性状態にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、空燃比の開ループ制御が実行される。具体的には、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ＴＡＦに一致するように、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と、目標空燃比ＴＡＦとから算出された燃料量が燃焼室５に供給される。このときの目標空燃比ＴＡＦは、リッチ度合が非常に大きい値に設定される。ステップＳ１０７の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６８】
一方、ステップＳ１０６において上流側空燃比センサ４０が活性状態にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、目標空燃比ＴＡＦが強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈに設定される。強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈは、通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈ及び弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈよりもリッチな空燃比であり、例えば１１〜１３である。
【００６９】
次いで、ステップＳ１０９において、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満であるか否かが判定される。リッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈは、理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比であり、例えば１４．５５である。
【００７０】
ステップＳ１０９において上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ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Ｓ１０８に戻る。この場合、目標空燃比ＴＡＦは強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈに維持される。一方、ステップＳ１０９において上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ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Ｓ１１０に進む。
【００７１】
ステップＳ１１０では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが切替空燃比ＡＦｓｗ以下であるか否かが判定される。切替空燃比ＡＦｓｗは、リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりもリーンな予め定められた空燃比であり、例えば１４．７〜１５．５である。
【００７２】
ステップＳ１１０において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが切替空燃比ＡＦｓｗよりも高い（リーンである）と判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０８に戻る。この場合、目標空燃比ＴＡＦは強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈに維持される。一方、ステップＳ１１０において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが切替空燃比ＡＦｓｗ以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１１に進む。
【００７３】
ステップＳ１１１では、目標空燃比ＴＡＦが弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈに設定される。すなわち、目標空燃比ＴＡＦが強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈから弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈに切り替えられる。弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈは、通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈよりもリッチであり且つ強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈよりもリーンな空燃比であり、例えば１３．５〜１４．３である。
【００７４】
次いで、ステップＳ１１２において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満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がリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ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Ｓ１１１に戻る。この場合、目標空燃比ＴＡＦは弱リッチ設定空燃比ＴＡＦｗｒｉｃｈに維持される。一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ側ストイキ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ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Ｓ１１３に進む。
【００７５】
ステップＳ１１３では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定され、復帰後リッチ制御実行フラグＦがリセットされてゼロにされる。リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎは、リーン側ストイキ判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりもリーンな空燃比であり、例えば１４．８〜１５．５である。ステップＳ１１３の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７６】
また、ステップＳ１０５において復帰後リッチ制御実行フラグＦがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、通常制御が実行される。通常制御では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎと通常リッチ設定空燃比ＴＡＦｎｒｉｃｈとの間で交互に切り替えられる。ステップＳ１１４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７７】
なお、ステップＳ１０７において空燃比の閉ループ制御が実行されるときの目標空燃比ＴＡＦは、強リッチ設定空燃比ＴＡＦｓｒｉｃｈと同じであってもよい。また、空燃比の開ループ制御が実行されるときの目標空燃比ＴＡＦは二段階以上に切り替えられてもよい。
【００７８】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る内燃機関は、以下に説明する点を除いて、基本的に第１実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。このため、以下、本発明の第２実施形態について、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７９】
上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量は、未使用の状態で最大であり、使用に伴って徐々に低下する。また、切替空燃比が予め定められた値である場合、復帰後リッチ制御において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が切替空燃比以下になるときの上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が多いほど多くなる。
【００８０】
このため、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が相対的に多いときには、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量を迅速に減少させることによってＮＯｘの流出を抑制すべく、切替空燃比のリーン度合を相対的に小さくすることが望ましい。一方、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が相対的に少ないときには、流入排気ガスの目標空燃比のリッチ度合を低下させる前にリッチ度合の高い排気ガスが下流側排気浄化触媒２４に流入することを抑制すべく、切替空燃比のリーン度合を相対的に大きくすることが望ましい。
【００８１】
そこで、第２実施形態では、空燃比制御装置は、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量を推定し、推定した最大吸蔵可能酸素量が相対的に多い場合には、推定した最大吸蔵可能酸素量が少ない場合に比べて、切替空燃比のリーン度合を小さくする。このことによって、燃料カット制御後の排気エミッションの悪化をより効果的に抑制することができる。
【００８２】
空燃比制御装置は、例えば、通常制御における積算酸素過不足量の切替基準値（切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）に基づいて上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量を推定する。第１実施形態の説明において上述したように、通常制御において積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比となった場合、空燃比制御装置は、その後の通常制御における切替基準値を低下させる。通常制御において積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン空燃比となった場合には、経年劣化によって上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が低下していると考えられる。したがって、切替基準値は、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が所定量減少したときに低下せしめられるため、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量と相関する。このため、空燃比制御装置は、通常制御における積算酸素過不足量の切替基準値に基づいて上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量を推定することができる。空燃比制御装置は、例えば、積算酸素過不足量の現在の切替基準値に１以上の係数を乗じた値を上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量として算出する。
【００８３】
また、上述した通常制御では、空燃比制御装置は、基本的に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比未満になったときに目標空燃比をリーン設定空燃比に設定し、積算酸素過不足量が切替基準値以上になったときに目標空燃比を通常リッチ設定空燃比に設定している。しかしながら、通常制御において、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比未満になったときに目標空燃比をリーン設定空燃比に設定し、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン側ストイキ判定空燃比よりも高くなったときに目標空燃比を通常リッチ設定空燃比に設定してもよい。
【００８４】
後者の通常制御が実行される場合、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替えられるときには上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロとなっており、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替えられるときには上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大となっていると考えられる。このため、空燃比制御装置は、目標空燃比がリッチ設定空燃比に維持されている間の積算酸素過不足量の絶対値、目標空燃比がリーン設定空燃比に維持されている間の積算酸素過不足量、又は両方の値の平均値を上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量として算出することができる。
【００８５】
また、空燃比制御装置は、図７に示したようなマップを用いて、推定した最大吸蔵可能酸素量から切替空燃比を算出する。このマップでは、切替空燃比ＡＦｓｗが上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐの関数として示される。なお、切替空燃比は、図７に破線で示したように、最大吸蔵可能酸素量が多くなるにつれて段階的（ステップ状）にリーン度合が小さくされてもよい。
【００８６】
また、切替空燃比は二段階に変更されてもよい。具体的には、空燃比制御装置は、推定した最大吸蔵可能酸素量が予め定められた基準量以上のときには切替空燃比をリーン側ストイキ判定空燃比に設定し、推定した最大吸蔵可能酸素量が基準量未満のときには切替空燃比をリーン側ストイキ判定空燃比よりもリーンな空燃比に設定する。基準量は上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量よりも少ない値に設定される。したがって、空燃比制御装置は、推定した最大吸蔵可能酸素量が予め定められた基準量以上の場合には、復帰後リッチ制御において、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ側ストイキ判定空燃比よりもリッチであり且つ下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン側ストイキ判定空燃比以下になったときに流入排気ガスの目標空燃比のリッチ度合を低下させてもよい。
【００８７】
＜空燃比制御の制御ルーチン＞
以下、図８及び図９のフローチャートを参照して、第２実施形態における空燃比制御について説明する。図８及び図９は、第２実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、内燃機関１００の始動後、ＥＣＵ３１によって繰り返し実行される。
【００８８】
最初に、ステップＳ２０１において、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐが取得される。最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐは、上述したいずれかの方法によって通常制御中に算出される。
【００８９】
次いで、ステップＳ２０２において、ステップＳ２０１において取得された最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐに基づいて切替空燃比ＡＦｓｗが算出される。例えば、切替空燃比ＡＦｓｗは、図７に示したようなマップを用いて最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐから算出される。なお、切替空燃比ＡＦｓｗは、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐが予め定められた基準量以上のときにはリーン側ストイキ判定空燃比に設定され、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐが基準量未満のときにはリーン側ストイキ判定空燃比よりもリーンな空燃比に設定されてもよい。基準量は上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｐよりも少ない値である。
【００９０】
ステップＳ２０２の後、ステップＳ２０３〜ステップＳ２１６が、それぞれ、図６のステップＳ１０１〜ステップＳ１１４と同様に実行される。このとき、ステップＳ２１２において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが、ステップＳ２０２において算出された切替空燃比ＡＦｓｗ以下であるか否かが判定される。なお、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２は、本制御ルーチンにおける他の位置、例えばステップＳ２０８とステップＳ２１０との間において実行されてもよい。
【００９１】
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。
【符号の説明】
【００９２】
５    燃焼室
２０    上流側排気浄化触媒
２４    下流側排気浄化触媒
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
１００    内燃機関
【図１】
2018003742.tif 000003
【図２】
2018003742.tif 000004
【図３】
2018003742.tif 000005
【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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