(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の硫黄成分吸蔵量を低く維持する。【解決手段】内燃機関は、排気浄化触媒２０と、排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出手段４６とを具備する。制御装置は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行うと共に、目標空燃比をリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比とに交互に設定する目標空燃比の設定制御を行う。加えて、制御装置は、温度検出手段によって検出又は推定された排気浄化触媒の温度が予め定められた上限温度以下のときには、上限温度よりも高いときに比べて、リーン設定空燃比のリーン度合いからリッチ設定空燃比のリッチ度合いを減算した変動差を大きくするようにした。【選択図】図６
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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ると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出手段とを具備する内燃機関の制御装置において、
前記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フィードバック制御を行うと共に、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比とに交互に設定する目標空燃比の設定制御を行う内燃機関の制御装置において、
前記温度検出手段によって検出又は推定された前記排気浄化触媒の温度が予め定められた上限温度以下のときには、該上限温度よりも高いときに比べて、前記リーン設定空燃比と理論空燃比との差であるリーン度合いから前記リッチ設定空燃比と理論空燃比との差であるリッチ度合いを減算した変動差を大きくするようにした、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記温度検出手段によって検出又は推定された前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下のときには、該上限温度よりも高いときに比べて、前記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た、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記温度検出手段によって検出又は推定された前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下のときには、該上限温度よりも高いときに比べて、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくするようにした、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は、内燃機関の吸入空気量を検出又は推定する吸入空気量検出手段であり、該吸入空気量検出手段によって検出又は推定された吸入空気量が予め定められた上限吸入空気量以下であるときには前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下であると推定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記温度検出手段は、前記内燃機関がアイドル運転を行っているときには、前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下であると推定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記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該排気浄化触媒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を更に具備し、
前記目標空燃比の設定制御では、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判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えると共に、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記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該排気浄化触媒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を更に具備し、
前記目標空燃比の設定制御では、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判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えると共に、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ーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量を制御する内燃機関の制御装置が広く知られている。特に、斯かる制御装置としては、機関排気通路に設けられた排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを設けると共に、下流側に酸素センサを設けたものが知られている（例えば、特許文献１〜４）。
【０００３】
特に、特許文献１に記載された制御装置では、上流側の空燃比センサによって検出された空燃比に応じて、この空燃比が目標空燃比となるように内燃機関に供給する燃料量を制御するようにしている。加えて、下流側の酸素センサによって検出された酸素濃度に応じて、目標空燃比を補正するようにしている。特許文献１によれば、これにより、上流側の空燃比センサ等に経年劣化や固体バラツキが存在しても、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標値に合致させることができるようになるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３２７２３号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３６１４号公報
【特許文献３】特開２００６−１８３６３６号公報
【特許文献４】特開平６−３０７２７１号公報
【特許文献５】特開昭６２−１２６２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本願の発明者らによれば、上述した特許文献１に記載された制御装置とは異なる制御を行う制御装置が提案されている。この制御装置では、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（理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比）以下になったときには、目標空燃比が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）に設定される。一方、目標空燃比がリーン空燃比とされている間に排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない切替基準吸蔵量以上となったときには、目標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）に設定される。すなわち、この制御装置では、目標空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられる。
【０００６】
このように、目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替える制御を行っている場合、排気浄化触媒では酸素の吸放出が行われる。ここで、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に達すると、排気浄化触媒はそれ以上酸素を吸蔵することができなくなる。このため、排気浄化触媒からは酸素及びＮＯｘが流出することになる。したがって、排気浄化触媒からＮＯｘの流出を抑制するためには、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を多く維持することが必要である。
【０００７】
ところで、機関本体から排出される排気ガス中にはＳＯｘ等の硫黄成分が含まれている。排気浄化触媒に斯かる硫黄成分が吸蔵されると、その分だけ排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量が減少する。したがって、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を高く維持するという観点からは、排気浄化触媒の硫黄成分吸蔵量を低く維持することが必要となる。
【０００８】
したがって、上記問題に鑑みて、本発明の目的は、目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替える制御を行っている内燃機関の制御装置において、排気浄化触媒の硫黄成分吸蔵量を低く維持することにある。
【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、内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出手段とを具備する内燃機関の制御装置において、前記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フィードバック制御を行うと共に、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比とに交互に設定する目標空燃比の設定制御を行う内燃機関の制御装置において、前記温度検出手段によって検出又は推定された前記排気浄化触媒の温度が予め定められた上限温度以下のときには、該上限温度よりも高いときに比べて、前記リーン設定空燃比と理論空燃比との差であるリーン度合いから前記リッチ設定空燃比と理論空燃比との差であるリッチ度合いを減算した変動差を大きくするようにした、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、前記温度検出手段によって検出又は推定された前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下のときには、該上限温度よりも高いときに比べて、前記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た。
【００１１】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記温度検出手段によって検出又は推定された前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下のときには、該上限温度よりも高いときに比べて、前記リッチ設定空燃比のリッチ度合いを小さくするようにした。
【００１２】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記温度検出手段は、内燃機関の吸入空気量を検出又は推定する吸入空気量検出手段であり、該吸入空気量検出手段によって検出又は推定された吸入空気量が予め定められた上限吸入空気量以下であるときには前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下であると推定する。
【００１３】
第５の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記温度検出手段は、前記内燃機関がアイドル運転を行っているときには、前記排気浄化触媒の温度が前記上限温度以下であると推定する。
【００１４】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記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該排気浄化触媒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を更に具備し、前記目標空燃比の設定制御では、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判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えると共に、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ない所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替える。
【００１５】
第７の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記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該排気浄化触媒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を更に具備し、前記目標空燃比の設定制御では、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判定空燃比以下になったときに前記目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替えると共に、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ーンなリーン判定空燃比以上になったときに前記目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、排気浄化触媒の硫黄成分吸蔵量を低く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の制御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、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、空燃比制御を行った際の目標空燃比等のタイムチャートである。
【図６】図６は、本実施形態におけるリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更制御を行った際における、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図７】図７は、１サイクルにおけるリッチ時間の比率に対するＣｍａｘ比率を表すグラフである。
【図８】図８は、図６と同様な、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図９】図９は、図６と同様な、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、目標空燃比の設定制御における制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第一実施形態における設定空燃比の変更制御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、図６と同様な、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、第二実施形態における設定空燃比の変更制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、図６と同様な、目標空燃比等のタイムチャートである。
【図１５】図１５は、第三実施形態における設定空燃比の変更制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、図６と同様な、目標空燃比等のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明に係る制御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において、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。
【００２０】
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、本実施形態の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。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。さらに、上流側排気浄化触媒２０には、上流側排気浄化触媒２０の温度を検出する上流側温度センサ４６が配置され、下流側排気浄化触媒２４には、下流側排気浄化触媒２４の温度を検出する下流側温度センサ４７が配置される。これら温度センサ４６、４７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。
【００２４】
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、内燃機関の制御を行う制御装置として機能する。
【００２５】
なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、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、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、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
【００２６】
＜排気浄化触媒の説明＞
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））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や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。
【００２７】
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。
【００２８】
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）に実線で示したように、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。一方、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の濃度が上昇する。
【００２９】
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）に実線で示したように、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。一方、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Ｃｄｗｎｌｉｍ）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。
【００３０】
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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
＜基本的な空燃比制御＞
次に、本実施形態の内燃機関の制御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（上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比に相当）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。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。
【００３６】
一方、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を設定する目標空燃比の設定制御が行われる。目標空燃比の設定制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに、目標空燃比はリーン設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。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空燃比であり、例えば、１４．６５〜２０、好ましくは１４．６５〜１８、より好ましくは１４．６５〜１６程度とされる。また、リーン設定空燃比は、制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）にリーン補正量を加算した空燃比として表すこともできる。また、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。
【００３７】
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（過剰な未燃ガス等の量）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を表しているといえる。
【００３８】
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。
ＯＤＥ＝０．２３・Ｑｉ／（ＡＦｕｐ−１４．６）      …（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の出力空燃比をそれぞれ表している。
【００３９】
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、リッチ設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。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、１２〜１４．５８、好ましくは１３〜１４．５７、より好ましくは１４〜１４．５５程度とされる。また、リッチ設定空燃比は、制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）からリッチ補正量を減算した空燃比として表すこともできる。なお、本実施形態では、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）以下とされる。
【００４０】
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設定される。
【００４１】
ただし、上述したような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、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が低下したり、一時的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急激に変化したりすることが挙げられる。このように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からはリーン空燃比の排気ガスが流出することになる。そこで、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となったときには、目標空燃比はリッチ設定空燃比に切り替えられる。特に、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。
【００４２】
＜タイムチャートを用いた空燃比制御の説明＞
図５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５は、本実施形態の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、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ及び上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度のタイムチャートである。
【００４３】
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ＡＦＴｒとされている。これに伴って、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。したがって、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒２０における浄化により上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には未燃ガスは含まれていないため、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。また、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となっているため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量はほぼゼロとなる。
【００４４】
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は時刻ｔ1においてゼロに近づき、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、時刻ｔ1以降、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に低下する。その結果、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【００４５】
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ＡＦＴｌに切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは０にリセットされる。
【００４６】
時刻ｔ2において、目標空燃比ＡＦＴをリーン設定空燃比ＡＦＴｌ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。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリーン空燃比となる（実際には、目標空燃比を切り替え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変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。時刻ｔ2にお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リーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に増大していく。
【００４７】
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。このため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロとなる。
【００４８】
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ｔ3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ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒに切り替えられる。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。
【００４９】
ここで、図５に示した例では、時刻ｔ3において目標空燃比を切り替えると同時に酸素吸蔵量ＯＳＡが低下しているが、実際には目標空燃比を切り替えてから酸素吸蔵量ＯＳＡが低下するまでには遅れが発生する。また、内燃機関を搭載した車両の加速により機関負荷が高くなって吸入空気量が瞬間的に大きくずれた場合等、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が意図せずに瞬間的に目標空燃比から大きくずれる場合がある。これに対して、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは上流側排気浄化触媒２０が新触であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定される。このため、上述したような遅れが生じたり実際の排気ガスの空燃比が意図せずに目標空燃比から瞬間的に大きくずれたりしたときであっても、酸素吸蔵量ＯＳＡは基本的に最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しない。逆に言うと、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上述したような遅れや意図しない空燃比のずれが生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が新触であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。
【００５０】
時刻ｔ3において目標空燃比ＡＦＴをリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ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ーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ空燃比となる（実際には、目標空燃比を切り替え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変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。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き、時刻ｔ4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が低下し始める。このときも、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となっているため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロとされる。
【００５１】
次いで、時刻ｔ5において、時刻ｔ2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ＡＦＴｌに切り替えられる。その後、上述した時刻ｔ1〜ｔ5のサイクルが繰り返される。
【００５２】
以上の説明から分かるように本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出誤差によりＮＯｘが排出されてしまうことが抑制される。
【００５３】
また、一般に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されると、その排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。すなわち、排気浄化触媒の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が変動することが必要になる。これに対して、本実施形態によれば、図５に示したように、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。
【００５４】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ2〜ｔ3において、目標空燃比ＡＦＴは一定のリーン設定空燃比ＡＦＴｌに維持される。しかしながら、斯かる期間において、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻ｔ2〜ｔ3の期間中において、リーン設定空燃比ＡＦＴｌを一時的にリッチ空燃比としてもよい。
【００５５】
同様に、上記実施形態では、時刻ｔ3〜ｔ5において、目標空燃比ＡＦＴは一定のリッチ設定空燃比ＡＦＴｒに維持される。しかしながら、斯かる期間において、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に増大させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻ｔ3〜ｔ5の期間中において、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒを一時的にリーン空燃比としてもよい。
【００５６】
ただし、この場合であっても、時刻ｔ2〜ｔ3における目標空燃比ＡＦＴは、当該期間における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差が、時刻ｔ3〜ｔ5における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差よりも大きくなるように設定される。
【００５７】
なお、このような本実施形態における目標空燃比の設定は、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となるまで、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継続的又は断続的にリーン空燃比にすると共に、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以上となったときに、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、目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比にしているといえる。
【００５８】
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をリッチ空燃比に切り替えているといえる。
【００５９】
また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ及び燃焼室５内への吸入空気量の推定値等に基づいて算出されている。しかしながら、酸素吸蔵量ＯＳＡはこれらパラメータに加えて他のパラメータに基づいて算出されてもよいし、これらパラメータとは異なるパラメータに基づいて推定されてもよい。また、上記実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えられる。しかしながら、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えるタイミングは、例えば目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へ切り替えてからの機関運転時間や積算吸入空気量等、他のパラメータを基準としてもよい。ただし、この場合であっても、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと推定される間に、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えることが必要となる。
【００６０】
＜硫黄成分の吸蔵に関する特性＞
ところで、上述した切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が新触であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定される。このため、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが高く維持されている限り、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達してしまうことはほとんどない。ところが、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは常に一定ではなく、上流側排気浄化触媒２０の劣化等により低下する。このように最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘを低下させる一因として、上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵が挙げられる。
【００６１】
一般に、燃焼室５から排出される排気ガス中にはＳＯｘ等の少量の硫黄成分が含まれており、よって上流側排気浄化触媒２０には斯かる硫黄成分を含んだ排気ガスが流入することになる。上流側排気浄化触媒２０では、流入する排気ガス中に硫黄成分が含まれていると、上流側排気浄化触媒２０の温度等の条件によっては硫黄成分が吸蔵される。このように、上流側排気浄化触媒２０に硫黄成分が吸蔵されると、その分だけ上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが減少する。したがって、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘを高く維持するためには、上流側排気浄化触媒２０の硫黄成分吸蔵量を低く維持することが必要となる。
【００６２】
ここで、上流側排気浄化触媒２０による硫黄成分の吸蔵の有無は、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じて大きく変化する。上流側排気浄化触媒２０の温度が或る一定の硫黄吸蔵上限温度（例えば、６００℃）以下であるときには、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比であると、流入する排気ガス中の硫黄成分が上流側排気浄化触媒２０に吸蔵せしめられる。他方、このときでも、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であると、流入する排気ガス中に硫黄成分が含まれていても、上流側排気浄化触媒２０には硫黄成分はほとんど吸蔵されない。一方、上流側排気浄化触媒２０の温度が硫黄吸蔵上限温度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にかかわらず、上流側排気浄化触媒２０に硫黄成分は吸蔵されない。
【００６３】
＜リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の制御＞
そこで、本発明の実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度に応じて、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）及びリッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）を変更するようにしている。
【００６４】
図６は、本実施形態におけるリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比（以下、これらをまとめて「設定空燃比」という）の変更制御を行った際における、目標空燃比ＡＦＴ等のタイムチャートである。図６に示した例においても、基本的に、図５と同様な空燃比制御が行われている。
【００６５】
図６に示した例では、時刻ｔ5以前には、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高い温度となっている。このときのリッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、それぞれ第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1及び第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定されている。ここで、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1の理論空燃比からの差は、第一リッチ度合いΔＡＦＴｒ1となっている。また、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1の理論空燃比からの差は、第一リーン度合いΔＡＦＴｌ1となっている。
【００６６】
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ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比ＡＦＴが第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に切り替えられる。その後、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以上になると、すなわち積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、目標空燃比ＡＦＴが第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1に切り替えられる。その後、時刻ｔ5までは、斯かるサイクルが繰り返される。
【００６７】
その後、時刻ｔ5において、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下になると、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌの値が変更される。図６に示した例では、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1から第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2へと変更される。第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2の理論空燃比からの差は、第一リッチ度合いΔＡＦＴｒ1よりも小さい第二リッチ度合いΔＡＦＴｒ2となっている。したがって、第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2は、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1よりも大きい（リーン側の）空燃比となっている。
【００６８】
加えて、図６に示した例では、時刻ｔ5において、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1から第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2へと変更される。第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2の理論空燃比からの差は、第一リーン度合いΔＡＦＴｌ1よりも大きい第二リーン度合いΔＡＦＴｌ2となっている。したがって、第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2は、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1よりも大きい（リーン側の）空燃比となっている。
【００６９】
ここで、時刻ｔ5以前の第一リーン度合いΔＡＦＴｌ1から第一リッチ度合いΔＡＦＴｒ1を減算した値を第一変動差ΔＬＲ1とする（ΔＬＲ1＝ΔＡＦＴｌ1−ΔＡＦＴｒ1）。同様に、時刻ｔ5以降の第二リーン度合いΔＡＦＴｌ2から第二リッチ度合いΔＡＦＴｒ2を減算した値を第二変動差ΔＬＲ2とする（ΔＬＲ2＝ΔＡＦＴｌ2−ΔＡＦＴｒ2）。この場合、本発明の実施形態では、第二変動差ΔＬＲ2は、第一変動差ΔＬＲ1以上の値とされる（ΔＬＲ2≧ΔＬＲ1）。
【００７０】
その後、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下になっている間は、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2に、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2にそれぞれ維持される。そして、時刻ｔ10において上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが再び硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高い温度に変化すると、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1に、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に変更される。
【００７１】
＜設定空燃比制御の効果＞
このように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下のときには、硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高いときに比べて、リーン設定空燃比のリーン度合いからリッチ設定空燃比のリッチ度合いを減算した変動差ΔＬＲが大きくされる。以下では、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比をこのように制御することの効果について説明する。
【００７２】
図６に示したように、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高いときに、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に到達してから酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達するまでの時間をＴ1とする（例えば、時刻ｔ1〜ｔ2）。同様に、酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達してから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に到達するまでの時間をＴ2とする（例えば、時刻ｔ2〜ｔ3）。したがって、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に達してから再度リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達するまでの１サイクルにかかる時間はＴ1＋Ｔ2で表せる（例えば、時刻ｔ1〜ｔ3）。
【００７３】
一方、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下のときに、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に到達してから酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達するまでの時間をＴ3とする（例えば、時刻ｔ6〜ｔ7）。同様に、酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達してから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に到達するまでの時間をＴ4とする（例えば、時刻ｔ7〜ｔ8）。したがって、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に達してから再度リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達するまでの１サイクルにかかる時間はＴ3＋Ｔ4で表せる（例えば、時刻ｔ6〜ｔ8）。
【００７４】
図６からわかるように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が高いとき（図中の時刻ｔ5以前）には、１サイクルの時間（Ｔ1＋Ｔ2）における時間Ｔ1の比率はそれほど低くない。すなわち、１サイクルの時間のうち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である時間（以下、「リーン時間」という）はそれほど短くない。これに対して、上流側排気浄化触媒２０の温度が低いとき（図中の時刻ｔ5〜ｔ10）には、１サイクルの時間（Ｔ3＋Ｔ4）における時間Ｔ3の比率は極めて低くなる。すなわち、１サイクルの時間のうちリーン時間が短くなる。これは、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが低いときに変動差ΔＬＲが大きくされるためである。
【００７５】
ここで、上述したように、上流側排気浄化触媒２０では、その温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下になると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比のときに硫黄成分が吸蔵される。本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が低いときには、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である時間が短くなるため、上流側排気浄化触媒２０に硫黄成分が吸蔵されるのが抑制される。
【００７６】
一方、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が高いときには、１サイクルの時間のうちリーン時間はそれほど短くない。しかしながら、上述したように、上流側排気浄化触媒２０では、その温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高い場合には、排気ガスの空燃比がリーン空燃比であっても上流側排気浄化触媒２０には硫黄成分はほとんど吸蔵されない。したがって、排気ガスの空燃比がリーン空燃比である時間がそれほど短くなくても、上流側排気浄化触媒２０には硫黄成分はほとんど吸蔵されない。以上より、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵を抑制することができ、よって上流側排気浄化触媒２０の硫黄成分吸蔵量を低く維持することができる。
【００７７】
これに関する実験結果を、図７に示す。図７は、１サイクルの時間におけるリッチ時間の比率（例えば、Ｔ2／（Ｔ1＋Ｔ2）、Ｔ4／（Ｔ3＋Ｔ4））とＣｍａｘ比率との関係を表すグラフである。図７に示したグラフは、新触の排気浄化触媒を用いて１サイクルにおけるリッチ時間の比率を一定に維持して内燃機関の運転を行い、その結果、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘがどのように変化したかを表している。図中のＣｍａｘ比率は、新触時の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘを１としたときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの比率を表している。
【００７８】
図７からわかるように、排気浄化触媒の温度が低いとき（４００℃）には、リッチ時間の比率が大きくなると、すなわちリーン時間の比率が小さくなるとＣｍａｘ比率が増大する。これは、リーン時間の比率が小さくなるほど、排気浄化触媒に硫黄成分が吸蔵されにくくなっていることを裏付けるものである。一方、排気浄化触媒の温度が高いとき（７００℃）には、Ｃｍａｘ比率は、排気浄化触媒の温度が低いときに比べて高いと共に、リッチ時間の比率に無関係にほぼ一定となっている。したがって、図７に示したグラフからも、本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵を抑制することができることが裏付けられる。
【００７９】
なお、上記実施形態では、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に到達してから酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達するまでの間（例えば、時刻ｔ1〜ｔ2、ｔ6〜ｔ7）、目標空燃比ＡＦＴは一定に維持されている。すなわち、リーン設定空燃比は一定に維持されている。しかしながら、リーン設定空燃比は必ずしも一定でなくてもよく、或る程度変動してもよい。ただし、この場合であっても、時刻ｔ6〜ｔ7におけるリーン設定空燃比の平均値のリーン度合いは、時刻ｔ1〜ｔ2におけるリーン設定空燃比の平均値のリーン度合いよりも大きいものとされる。
【００８０】
同様に、上記実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達してから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に到達するまで（例えば、時刻ｔ2〜ｔ3、ｔ7〜ｔ8）、目標空燃比ＡＦＴは一定に維持されている。すなわち、リッチ設定空燃比は一定に維持されている。しかしながら、リッチ設定空燃比も必ずしも一定でなくてもよく、或る程度変動してもよい。ただし、この場合であっても、時刻ｔ6〜ｔ7におけるリッチ設定空燃比の平均値のリッチ度合いは、時刻ｔ1〜ｔ2におけるリッチ設定空燃比の平均値のリッチ度合いよりも小さいものとされる。
【００８１】
また、上述した例では、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下であるときに、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌの両方を変更するようにしている。しかしながら、これら両設定空燃比を変更せずに一方のみを変更するようにしてもよい。
【００８２】
図８は、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下であるときに、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのみを第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1から第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2へと変更し、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒは一定のまま維持している例を示している。この場合であっても、第二変動差ΔＬＲ2（＝ΔＡＦＴｌ2−ΔＡＦＴｒ1）は、第一変動差ΔＬＲ1（＝ΔＡＦＴｌ1−ΔＡＦＴｒ1）よりも大きな値とされる（ΔＬＲ2＞ΔＬＲ1）。この結果、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが高いときにリーン時間の比率を高めることができ、よって上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵を抑制することができる。
【００８３】
図９は、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下であるときに、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒのみを第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1から第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2へと変更し、リーン設定空燃比ＡＦＴｌは一定のまま維持している例を示している。この場合であっても、第二変動差ΔＬＲ2（＝ΔＡＦＴｌ1−ΔＡＦＴｒ2）は、第一変動差ΔＬＲ1（＝ΔＡＦＴｌ1−ΔＡＦＴｒ1）よりも大きな値とされる（ΔＬＲ2＞ΔＬＲ1）。この結果、図９に示した場合であっても、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが高いときにリーン時間の比率を高めることができ、よって上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵を抑制することができる。
【００８４】
また、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍを境に、リッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比を変更している。しかしながら、設定空燃比を切り替えるための温度は、必ずしも硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍでなくてもよく、これよりも低い温度であってもよい。また、上流側排気浄化触媒２０の温度は、必ずしも上流側温度センサ４６を設けて実際に検出せずに、上流側排気浄化触媒２０の温度に関連する他のパラメータ（例えば、後述する第二実施形態のような吸入空気量等）に基づいて推定してもよい。
【００８５】
＜フローチャート＞
図１０は、目標空燃比の設定制御における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の割り込みによって行われる。
【００８６】
図１０に示したように、まず、ステップＳ１１において目標空燃比ＡＦＴの設定条件が成立しているか否かが判定される。目標空燃比ＡＦＴの設定条件が成立している場合とは、通常制御中であること、例えば燃料カット制御中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。ステップＳ１２では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比及び燃料噴射量Ｑｉに基づいて積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。
【００８７】
次いでステップＳ１３において、リーン設定フラグＦｌが０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がリーン設定空燃比ＡＦＴｌに設定されたときには１とされ、それ以外のときには０とされるフラグである。ステップＳ１３においてリーン設定フラグＦｌが０に設定されていると判定された場合、すなわち目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒに設定されている場合には、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４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制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８８】
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、次の制御ルーチンではステップＳ１４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ＡＦＴｌとされる。次いで、ステップＳ１６では、リーン設定フラグＦｌが１にセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００８９】
次の制御ルーチンにおいては、ステップＳ１３において、リーン設定フラグＦｌが０に設定されていないと判定されて、ステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、ステップＳ１２で算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤが判定基準値ＯＥＤｒｅｆよりも少ないか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣＯＥＤが判定基準値ＯＥＤｒｅｆよりも少ないと判定された場合にはステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８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以上であるか否か、すなわち酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍に到達しているか否かが判定される。ステップＳ１８において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、目標空燃比ＡＦＴが引き続きリーン設定空燃比ＡＦＴｌとされる。
【００９０】
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が判定基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であると判定され、ステップＳ２０へと進む。或いは、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍に到達すると、ステップＳ１８において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定され、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒとされ、次いで、ステップＳ２１では、リーン設定フラグＦｌが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９１】
図１１は、設定空燃比の変更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の割り込みによって行われる。
まず、ステップＳ３１において、上流側温度センサ４６によって検出された上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下であるか否かが判定される。温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高いと判定された場合には、ステップＳ３２へと進む。ステップＳ３２では、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1に設定される。次いで、ステップＳ３３では、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９２】
一方、ステップＳ３１において、温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下であると判定された場合には、ステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2に設定される。次いで、ステップＳ３５では、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００９３】
＜第二実施形態＞
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明の第二実施形態に係る制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置における構成及び制御は、基本的に第一実施形態の制御装置における構成及び制御と同様である。ただし、第二実施形態では、内燃機関の吸入空気量に基づいて、両設定空燃比の値が変更せしめられる。
【００９４】
一般に、上流側排気浄化触媒２０の温度は、上流側排気浄化触媒２０に流入する高温の排気ガスの流量、すなわち内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量に応じて変化する。したがって、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量が多くなるほど、上流側排気浄化触媒２０の温度も上昇する。このため、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量に基づいて上流側排気浄化触媒２０の温度を推定することができる。具体的には、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量が上限吸入空気量以下であるときには、上流側排気浄化触媒２０の温度が硫黄吸蔵上限温度以下であると推定することができる。逆に、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量が上限吸入空気量よりも多いときには、上流側排気浄化触媒２０の温度が硫黄吸蔵上限温度よりも高いと推定することができる。
【００９５】
そこで、本実施形態では、エアフロメータ３９の出力等に基づいて算出された吸入空気量に応じて、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）及びリッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）を変更するようにしている。
【００９６】
図１２は、本実施形態におけるリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更制御を行った際における、目標空燃比ＡＦＴ等の、図６と同様なタイムチャートである。図１２に示した例では、時刻ｔ5以前には、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量Ｇａが上限吸入空気量Ｇａｌｉｍよりも多くなっている。このとき、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、それぞれ第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1及び第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定されている。
【００９７】
一方、時刻ｔ5において、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量Ｇａが上限吸入空気量Ｇａｌｉｍ以下になると、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1から第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2へと変更される。加えて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1から第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2へと変更される。なお、本実施形態における第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1、第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2及び第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2の関係は、第一実施形態における関係と同様である。
【００９８】
本実施形態では、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量Ｇａが上限吸入空気量Ｇａｌｉｍになるのを境に両設定空燃比を変更している。この結果、実質的に、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍになるのを境に両設定空燃比を変更しているといえる。したがって、本実施形態においても、上記第一実施形態と同様に、上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵を抑制することができ、よって上流側排気浄化触媒２０の硫黄成分吸蔵量を低く維持することができる。
【００９９】
また、内燃機関の運転状態によっては、例えば、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量Ｇａが急激に上昇する場合がある。この場合、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合いが高いと、上流側排気浄化触媒２０に急激に酸素及びＮＯｘが流入することになる。したがって、場合によっては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達して、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出してしまう可能性がある。しかしながら、本実施形態では、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量Ｇａが大量に流入した場合にはリーン設定空燃比ＡＦＴｌのリーン度合いが低くせしめられる。このため、このような場合であっても、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出してしまうのが抑制される。
【０１００】
なお、本実施形態においても、図８及び図９に示した例と同様に、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのみ、或いはリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのみを変更するようにしてもよい。加えて、本実施形態においても、リーン設定空燃比ＡＦＴｌ及びリッチ設定空燃比ＡＦＴｒは或る程度変動するように設定されてもよい。また、設定空燃比を変更するための吸入空気量は必ずしも上限吸入空気量でなくてもよく、これよりも少ない吸入空気量であってもよい。
【０１０１】
図１３は、本実施形態における設定空燃比の変更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の割り込みによって行われる。なお、図１３のステップＳ４２〜Ｓ４５は、図１１のステップＳ３２〜Ｓ３５と同様であるため、説明を省略する。
【０１０２】
図１３に示した制御ルーチンでは、ステップＳ４１において、エアフロメータ３９の出力等に基づいて算出された吸入空気量Ｇａが上限吸入空気量Ｇａｌｉｍ以下であるか否かが判定される。吸入空気量Ｇａが上限吸入空気量Ｇａｌｉｍよりも多いと判定された場合には、ステップＳ４２へと進み、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌがそれぞれ第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1及び第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定される。一方、吸入空気量Ｇａが上限吸入空気量Ｇａｌｉｍ以下であると判定された場合には、ステップＳ４４へと進み、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌがそれぞれ第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2及び第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2に設定される。
【０１０３】
＜第三実施形態＞
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第三実施形態に係る制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置における構成及び制御は、基本的に第一実施形態及び第二実施形態の制御装置における構成及び制御と同様である。ただし、第三実施形態では、内燃機関がアイドル運転を行っているか否かで、両設定空燃比の値が変更せしめられる。
【０１０４】
ところで、内燃機関がアイドル運転を行っているときには、それ以外の運転を行っているときに比べて、燃焼室５から排出される排気ガスの温度が低いものとなる。この結果、上流側排気浄化触媒２０の温度も低いものとなる。したがって、内燃機関がアイドル運転を行っているときは、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも低い所定の温度以下になっているといえる。そこで、本実施形態では、内燃機関がアイドル運転を行っているか否かに応じて、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）及びリッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）を変更するようにしている。
【０１０５】
図１４は、本実施形態におけるリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比の変更制御を行った際における、目標空燃比ＡＦＴ等の図６と同様なタイムチャートである。図１４に示した例では、時刻ｔ5以前には、内燃機関はアイドル運転を行っていない。このとき、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、それぞれ第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1及び第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定されている。
【０１０６】
一方、時刻ｔ5において、内燃機関がアイドル運転を開始すると、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1から第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2へと変更される。加えて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1から第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2へと変更される。なお、本実施形態における第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1、第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2及び第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2の関係は、第一実施形態における関係と同様である。
【０１０７】
本実施形態では、内燃機関がアイドル運転を行っているか否かで両設定空燃比を変更している。この結果、実質的に、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも低い一定温度になるのを境に両設定空燃比を変更しているといえる。したがって、本実施形態においても、上記第一実施形態と同様に、上流側排気浄化触媒２０への硫黄成分の吸蔵を抑制することができ、よって上流側排気浄化触媒２０の硫黄成分吸蔵量を低く維持することができる。
【０１０８】
また、内燃機関がアイドル運転を行っている際には、内燃機関の燃焼室５に供給される吸入空気量が極めて少ない。このため、吸入空気量等に乱れが生じても、上流側排気浄化触媒２０に多量の酸素及びＮＯｘが流入してしなうことはほとんどない。このため、吸入空気量等に乱れが生じることによって、上流側排気浄化触媒２０から一時的にＮＯｘが流出してしまうことが抑制される。なお、本実施形態においても、図８及び図９に示した例と同様に、リーン設定空燃比ＡＦＴｌのみ、或いはリッチ設定空燃比ＡＦＴｒのみを変更するようにしてもよい。
【０１０９】
図１５は、本実施形態における設定空燃比の変更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の割り込みによって行われる。なお、図１５のステップＳ５２〜Ｓ５５は、図１１のステップＳ３２〜Ｓ３５と同様であるため、説明を省略する。
【０１１０】
図１５に示した制御ルーチンでは、ステップＳ５１において、内燃機関がアイドル運転中であるか否かが判定される。内燃機関がアイドル運転中であるか否かは、例えば負荷センサ４３よって検出される機関負荷及びクランク角センサ４４によって検出される機関回転数に基づいて判定される。この場合、例えば、機関負荷が予め定められた所定のアイドル判定負荷以下であって且つ機関回転数が予め定められた所定のアイドル判定回転数以下であるときにアイドル運転中であると判定される。
【０１１１】
ステップＳ５１において内燃機関がアイドル運転中ではないと判定された場合には、ステップＳ５２へと進み、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌがそれぞれ第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1及び第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定される。一方、ステップＳ５１において内燃機関がアイドル運転中であると判定された場合には、ステップＳ５４へと進み、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴlがそれぞれ第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2及び第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2に設定される。
【０１１２】
ところで、上記第一実施形態から上記第三実施形態では、いずれも空燃比制御として図５に示した制御を行うことを前提としている。しかしながら、前提とする空燃比制御は必ずしも図５に示した制御を行う必要はなく、目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に設定するような制御であれば如何なる制御であってもよい。
【０１１３】
このような制御としては、例えば、図１６に示した制御が考えられる。図１６に示した制御においても、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比の設定制御が行われる。この目標空燃比の設定制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ空燃比になったとき、具体的には出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに、目標空燃比ＡＦＴがリーン設定空燃比ＡＦＴｌとされる（例えば、図中の時刻ｔ1、ｔ3、ｔ6、ｔ8）。一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン空燃比になったとき、具体的には出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になったときに、目標空燃比ＡＦＴがリッチ設定空燃比ＡＦＴｒとされる（例えば、図中の時刻ｔ2、ｔ4、ｔ7、ｔ9）。
【０１１４】
このような空燃比制御を行っている場合でも、上記第一実施形態から上記第三実施形態と同様な制御が行われる。図１６に示した例では、時刻ｔ5以前には、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍよりも高くなっている。このとき、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ及びリーン設定空燃比ＡＦＴｌは、それぞれ第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1及び第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1に設定される。
【０１１５】
一方、時刻ｔ5において、上流側排気浄化触媒２０の温度ＣＴが硫黄吸蔵上限温度ＣＴｌｉｍ以下になると、リッチ設定空燃比ＡＦＴｒが、第一リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ1から第二リッチ設定空燃比ＡＦＴｒ2へと変更される。加えて、リーン設定空燃比ＡＦＴｌが、第一リーン設定空燃比ＡＦＴｌ1から第二リーン設定空燃比ＡＦＴｌ2へと変更される。
【符号の説明】
【０１１６】
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
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
2015132189.tif 000003
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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