(57)【要約】【課題】排気浄化触媒からのＮＯｘ又は未燃ガスの流出を抑制することができる制御装置を提供する。【解決手段】排気浄化触媒２０を具備する内燃機関の制御装置は、下流側空燃比センサ４１と、排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように燃料供給量を制御する供給量制御手段と、排気ガス中の酸素過不足量を推定する過不足量推定手段とを具備する。目標空燃比は、下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ空燃比になったときにリーン空燃比に切り替えられると共に、その後の排気浄化触媒の酸素吸蔵量が切替基準量以上になったときにリッチ空燃比に切り替えられる。目標空燃比がリーン空燃比とされている期間における積算酸素過不足量の絶対値と、目標空燃比がリッチ空燃比とされている期間における積算酸素過不足量の絶対値とに基づいて、これら絶対値の差が小さくなるように目標空燃比等が補正される。【選択図】図１０
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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検出装置と、内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量を制御する供給量制御手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素過不足量を推定する過不足量推定手段とを具備し、
前記供給量制御手段は、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内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御し、前記目標空燃比は、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチ側又はリーン側のいずれか一方側にずれた判定空燃比に達したときに理論空燃比よりも前記一方側とは反対側の他方側にずれた空燃比に切り替えられると共に、当該目標空燃比が切り替えられた後の前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の変化量が所定の切替基準量以上になったときに理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えられ、
前記目標空燃比を理論空燃比よりも他方側にずれた空燃比に切り替えてから前記酸素吸蔵量の変化量が前記切替基準量以上になるまでの第１期間における積算酸素過不足量の絶対値である第１酸素量積算値と、前記目標空燃比を理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えてから前記下流側空燃比検出装置によって検出された空燃比が前記判定空燃比以下になるまでの第２期間における積算酸素過不足量の絶対値である第２酸素量積算値とに基づいて、これら第１酸素量積算値と第２酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空燃比に関するパラメータの補正は、前記第１期間における第１酸素量積算値と、該第１期間の直後に続く第２期間における第２酸素量積算値とに基づいて行われる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第１酸素量積算値と前記第２酸素量積算値との差に基づいて学習値が算出されると共に該学習値に基づいて前記空燃比に関するパラメータが補正され、
前記学習値は、前記内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記一方側はリッチ側であり、前記他方側はリーン側である、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排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出装置を更に具備し、
前記過不足量推定手段は、前記上流側空燃比検出装置によって検出された空燃比と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの流量又は燃料噴射量とに基づいて前記酸素過不足量を推定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記供給量制御手段は、フィードバック制御中止条件が成立すると前記フィードバック制御を中止し、
前記フィードバック制御の中止が前記第２期間中に行われ且つ該第２期間の直前の前記第１期間中における第１酸素量積算値よりも、前記目標空燃比を理論空燃比よりも前記一方側の空燃比に切り替えてから前記フィードバック制御が中止されるまでの部分第２期間中における積算酸素過不足量の絶対値である部分第２酸素量積算値の方が大きい場合には、前記第１酸素量積算値と前記部分第２酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される、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】
前記フィードバック制御の中止が前記第２期間中に行われた場合であっても、前記部分第２期間の直前の前記第１期間中における第１酸素量積算値よりも、前記部分第２酸素量積算値の方が少ない場合には、前記空燃比に関するパラメータの補正が行われない、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記フィードバック制御中止条件は、前記内燃機関の作動中に燃焼室内への燃料供給を停止する燃料カット制御の実行、燃焼室内への燃料供給を一時的に増量する供給量増量制御の実行及び機関自動停止・始動装置による内燃機関の停止のうちの少なくともいずれか一つである、請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記空燃比に関するパラメータは、前記目標空燃比又は燃料供給量である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記空燃比に関するパラメータは、制御中心となる空燃比である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記制御中心となる空燃比は、理論空燃比である、請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記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排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出装置を更に具備し、
前記供給量制御手段は、前記上流側空燃比検出装置によって検出される空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御し、
前記空燃比に関するパラメータは、前記上流側空燃比検出装置の出力値である、請求項１〜８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。
【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（例えば、特許文献１〜５を参照）。
【０００３】
斯かる制御装置が用いられる内燃機関では、排気通路内に設けられた酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒が用いられる。酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量（上限吸蔵量）とゼロ（下限吸蔵量）との間の適当な量であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガス中の未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）やＮＯｘ等を浄化できる。すなわち、排気浄化触媒に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比（以下、「リッチ空燃比」ともいう）の排気ガスが流入すると、排気浄化触媒に吸蔵されている酸素により排気ガス中の未燃ガスが酸化浄化される。逆に、排気浄化触媒に理論空燃比よりもリーン側の空燃比（以下、「リーン空燃比」ともいう）の排気ガスが流入すると、排気ガス中の酸素が排気浄化触媒に吸蔵される。これにより、排気浄化触媒表面上で酸素不足状態となり、これに伴って排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。その結果、排気浄化触媒は、酸素吸蔵量が適当な量である限り、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に関わらず、排気ガスを浄化することができる。
【０００４】
そこで、斯かる制御装置では、排気浄化触媒における酸素吸蔵量を適切な量に維持すべく、排気浄化触媒の排気流れ方向上流側に空燃比センサを設け、排気流れ方向下流側に酸素センサを設けるようにしている。これらセンサを用いて、制御装置は、例えば、上流側の空燃比センサの出力に基づいてこの空燃比センサの出力が目標空燃比に相当する目標値となるようにフィードバック制御を行う（例えば、特許文献１〜４）。加えて、下流側の酸素センサの出力に基づいて上流側の空燃比センサの目標値を補正する。なお、以下の説明では、排気流れ方向上流側を単に「上流側」と称し、排気流れ方向下流側を単に「下流側」と称する場合もある。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載の制御装置では、下流側の酸素センサの出力電圧が高側閾値以上であって、排気浄化触媒の状態が酸素不足状態であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン空燃比とされる。逆に、下流側の酸素センサの出力電圧が低側閾値以下であって、排気浄化触媒の状態が酸素過剰状態であるときには、目標空燃比がリッチ空燃比とされる。特許文献１によれば、これにより、酸素不足状態又は酸素過剰状態にあるときに、排気浄化触媒の状態を速やかにこれら両状態の中間の状態（すなわち、排気浄化触媒に適当な量の酸素が吸蔵されている状態）に戻すことができるとされている。
【０００６】
加えて、上記制御装置では、下流側の酸素センサの出力電圧が高側閾値と低側閾値との間にある場合、酸素センサの出力電圧が増大傾向にあるときには目標空燃比がリーン空燃比とされる。逆に、酸素センサの出力電圧が減少傾向にあるときには目標空燃比がリッチ空燃比とされる。特許文献１によれば、これにより、排気浄化触媒の状態が酸素不足状態又は酸素過剰状態となることを未然に防止することができるとされている。
【０００７】
また、特許文献２に記載の制御装置では、エアフロメータ及び排気浄化触媒の上流側の空燃比センサ等の出力に基づいて、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を算出している。その上で、算出された酸素吸蔵量が目標酸素吸蔵量よりも多いときには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空燃比とし、算出された酸素吸蔵量が目標酸素吸蔵量よりも少ないときには目標空燃比をリーン空燃比としている。特許文献２によれば、これにより、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を目標酸素吸蔵量に一定に維持することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−０６９３３７号公報
【特許文献２】特開２００１−２３４７８７号公報
【特許文献３】特開平８−２３２７２３号公報
【特許文献４】特開２００９−１６２１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献１に記載の制御では、下流側の酸素センサの出力電圧が低側閾値以下になったときに、目標空燃比がリッチ空燃比とされる。このため、特許文献１に記載の制御では、排気浄化触媒から一時的に酸素及びＮＯｘが流出しているといえる。また、特許文献２に記載の制御を行っている場合、排気浄化触媒の酸素吸蔵量に関する推定誤差により、酸素吸蔵量が目標吸蔵量からずれ、結果的に排気浄化触媒から酸素及びＮＯｘが流出してしまうことがある。
【００１０】
そこで、本願の発明者らは、以下の内燃機関の制御装置を提案している。この制御装置では、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内燃機関の燃焼室に供給される燃料噴射量がフィードバック制御される。目標空燃比は、下流側空燃比センサ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リーン空燃比に切り替えられる。その後、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が所定の切替基準吸蔵量以上になったときに、目標空燃比は、リッチ空燃比に切り替えられ、これにより、排気浄化触媒からのＮＯｘ及び酸素の流出を抑制することができる。
【００１１】
ところが、内燃機関が複数の気筒を有する場合、各気筒から排出される排気ガスの空燃比には気筒間でずれが生じる場合がある。このような場合、上流側の空燃比センサの設置位置に応じて、全気筒から排出される排気ガスの平均空燃比と上流側の空燃比センサによって検出された空燃比との間にはずれが生じる。この結果、上流側の空燃比センサによって検出される空燃比は実際の排気ガスの平均空燃比よりもリッチ側又はリーン側にずれることになる。このように上流側の空燃比センサの出力値にずれが生じていると、目標空燃比をリーン空燃比にしたときに、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達して、排気浄化触媒からＮＯｘ及び酸素が流出してしまう場合がある。
【００１２】
また、本願の発明者らは、上述した制御とは逆の制御も提案している。この逆の制御とは、下流側空燃比センサの検出空燃比がリーン空燃比になると目標空燃比をリッチ空燃比に切り替え、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が切替基準量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制御である。斯かる制御を行った場合にも、上流側の空燃比センサの出力値にずれが生じていると、排気浄化触媒から未燃ガスが流出してしまう場合がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑みて、上流側の空燃比センサ等の出力値にずれが生じた場合であっても、排気浄化触媒からのＮＯｘ又は未燃ガスの流出を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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検出装置と、内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量を制御する供給量制御手段と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素過不足量を推定する過不足量推定手段とを具備し、前記供給量制御手段は、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内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御し、前記目標空燃比は、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチ側又はリーン側のいずれか一方側にずれた判定空燃比に達したときに理論空燃比よりも前記一方側とは反対側の他方側にずれた空燃比に切り替えられると共に、当該目標空燃比が切り替えられた後の前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の変化量が所定の切替基準量以上になったときに理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えられ、前記目標空燃比を理論空燃比よりも他方側にずれた空燃比に切り替えてから前記酸素吸蔵量の変化量が前記切替基準量以上になるまでの第１期間における積算酸素過不足量の絶対値である第１酸素量積算値と、前記目標空燃比を理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えてから前記下流側空燃比検出装置によって検出された空燃比が前記判定空燃比以下になるまでの第２期間における積算酸素過不足量の絶対値である第２酸素量積算値とに基づいて、これら第１酸素量積算値と第２酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１５】
第２の発明では、第１の発明において、前記空燃比に関するパラメータの補正は、前記第１期間における第１酸素量積算値と、該第１期間の直後に続く第２期間における第２酸素量積算値とに基づいて行われる。
【００１６】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記第１酸素量積算値と前記第２酸素量積算値との差に基づいて学習値が算出されると共に該学習値に基づいて前記空燃比に関するパラメータが補正され、前記学習値は、前記内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される。
【００１７】
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、前記一方側はリッチ側であり、前記他方側はリーン側である。
【００１８】
第５の発明では、第１〜第４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上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出装置を更に具備し、前記過不足量推定手段は、前記上流側空燃比検出装置によって検出された空燃比と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの流量又は燃料噴射量とに基づいて前記酸素過不足量を推定する。
【００１９】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つ発明において、前記供給量制御手段は、フィードバック制御中止条件が成立すると前記フィードバック制御を中止し、前記フィードバック制御の中止が前記第２期間中に行われ且つ該第２期間の直前の前記第１期間中における第１酸素量積算値よりも、前記目標空燃比を理論空燃比よりも前記一方側の空燃比に切り替えてから前記フィードバック制御が中止されるまでの部分第２期間中における積算酸素過不足量の絶対値である部分第２酸素量積算値の方が大きい場合には、前記第１酸素量積算値と前記部分第２酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される。
【００２０】
第７の発明では、第６の発明において、前記フィードバック制御の中止が前記第２期間中に行われた場合であっても、前記部分第２期間の直前の前記第１期間中における第１酸素量積算値よりも、前記部分第２酸素量積算値の方が少ない場合には、前記空燃比に関するパラメータの補正が行われない。
【００２１】
第８の発明では、第６又は第７の発明において、前記フィードバック制御中止条件は、前記内燃機関の作動中に燃焼室内への燃料供給を停止する燃料カット制御の実行、燃焼室内への燃料供給を一時的に増量する供給量増量制御の実行及び機関自動停止・始動装置による内燃機関の停止のうちの少なくともいずれか一つである。
【００２２】
第９の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、前記空燃比に関するパラメータは、前記目標空燃比又は燃料供給量である。
【００２３】
第１０の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、前記空燃比に関するパラメータは、制御中心となる空燃比である。
【００２４】
第１１の発明では、第１０の発明において、前記制御中心となる空燃比は、理論空燃比である。
【００２５】
第１２の発明では、第１〜第８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上流側に配置されると共に該排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する上流側空燃比検出装置を更に具備し、前記供給量制御手段は、前記上流側空燃比検出装置によって検出される空燃比が目標空燃比となるように内燃機関の燃焼室に供給される燃料供給量をフィードバック制御し、前記空燃比に関するパラメータは、前記上流側空燃比検出装置の出力値である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、上流側の空燃比センサ等の出力値にずれが生じた場合であっても、排気浄化触媒からのＮＯｘの流出を抑制することができる内燃機関の制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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、空燃比センサの概略的な断面図である。
【図４】図４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５】図５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６】図６は、目標空燃比に関する空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図７】図７は、目標空燃比に関する空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図８】図８は、目標空燃比に関する空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図９】図９は、目標空燃比に関する空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、目標空燃比に関する空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１１】図１１は、制御装置の機能ブロック図である。
【図１２】図１２は、基本空燃比補正量の算出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、学習値更新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、第二実施形態における空燃比補正量の算出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、第二実施形態における学習値更新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】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の内燃機関の制御装置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。図１は、本発明の第一実施形態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。
【００２９】
＜内燃機関全体の説明＞
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。
【００３０】
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、本発明の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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（上流側空燃比検出手段）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（下流側空燃比検出手段）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。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。
【００３４】
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。
【００３５】
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、気筒数、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、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
【００３６】
＜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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、図２（Ａ）に示したように、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、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。
【００３９】
一方、図２（Ｂ）に示したように、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、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。
【００４０】
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。
【００４１】
＜空燃比センサの構成＞
次に、図３を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の構成について説明する。図３は、空燃比センサ４０、４１の概略的な断面図である。図３から分かるように、本実施形態における空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが１つである１セル型の空燃比センサである。
【００４２】
図３に示したように、空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、固体電解質層５１の一方の側面上に配置された排気側電極（第一電極）５２と、固体電解質層５１の他方の側面上に配置された大気側電極（第二電極）５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、拡散律速層５４を保護する保護層５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。
【００４３】
固体電解質層５１の一方の側面上には拡散律速層５４が設けられ、拡散律速層５４の固体電解質層５１側の側面とは反対側の側面上には保護層５５が設けられる。本実施形態では、固体電解質層５１と拡散律速層５４との間には被測ガス室５７が形成される。この被測ガス室５７には拡散律速層５４を介して空燃比センサ４０、４１による検出対象であるガス、すなわち排気ガスが導入せしめられる。また、排気側電極５２は被測ガス室５７内に配置され、したがって、排気側電極５２は拡散律速層５４を介して排気ガスに曝されることになる。なお、被測ガス室５７は必ずしも設ける必要はなく、排気側電極５２の表面上に拡散律速層５４が直接接触するように構成されてもよい。
【００４４】
固体電解質層５１の他方の側面上にはヒータ部５６が設けられる。固体電解質層５１とヒータ部５６との間には基準ガス室５８が形成され、この基準ガス室５８内には基準ガスが導入される。本実施形態では、基準ガス室５８は大気に開放されており、よって基準ガス室５８内には基準ガスとして大気が導入される。大気側電極５３は、基準ガス室５８内に配置され、したがって、大気側電極５３は、基準ガス（基準雰囲気）に曝される。
【００４５】
ヒータ部５６には複数のヒータ５９が設けられており、これらヒータ５９によって空燃比センサ４０、４１の温度、特に固体電解質層５１の温度を制御することができる。ヒータ部５６は、固体電解質層５１を活性化するまで加熱するのに十分な発熱容量を有している。
【００４６】
固体電解質層５１は、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。
【００４７】
また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１に搭載された電圧印加装置６０によりセンサ印加電圧Ｖｒが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、電圧印加装置６０によってセンサ印加電圧Ｖｒを印加したときに固体電解質層５１を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流を検出する電流検出装置６１が設けられる。この電流検出装置６１によって検出される電流が空燃比センサ４０、４１の出力電流である。
【００４８】
このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図４に示したような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図４からわかるように、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４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。
【００４９】
図５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５からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなる。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが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。
【００５０】
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図３に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、上流側空燃比センサ４０としては例えばコップ型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサや、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。
【００５１】
＜基本的な空燃比制御＞
次に、本発明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。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて上流側空燃比センサ４０の出力電流（排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に相当）Ｉｒｕｐが目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。
【００５２】
一方、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流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の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに、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。ここで、リッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められたリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）に相当する値である。また、リーン設定空燃比は、理論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１４．６８〜１８、より好ましくは１４．７〜１６程度とされる。
【００５３】
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又は不足する酸素（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。
【００５４】
なお、酸素過不足量は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、及びエアフロメータ３９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の出力電流Ｉｒｕｐに対応する空燃比をそれぞれ表している。
【００５５】
このようにして算出された酸素過不足量が、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。なお、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。その後、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが再びリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに再び目標空燃比が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。
【００５６】
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。特に、本実施形態では、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差は、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差以上とされる。したがって、本実施形態では、目標空燃比は、短期間のリーン設定空燃比と、長期間の弱リッチ設定空燃比とに交互に設定されることになる。
【００５７】
＜タイムチャートを用いた空燃比制御の説明＞
図６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６は、本実施形態の空燃比制御を行った場合における、空燃比補正量ＡＦＣ、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ、積算酸素過不足量ΣＯＥＤ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。
【００５８】
なお、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ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であるときに零になる。加えて、当該排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに負の値となり、当該排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに正の値となる。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がリッチ空燃比又はリーン空燃比であるときには、理論空燃比からの差が大きくなるほど、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐの絶対値が大きくなる。
【００５９】
下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎも、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比に応じて、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと同様に変化する。また、空燃比補正量ＡＦＣ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に関する補正量である。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は理論空燃比とされ、空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比はリーン空燃比となり、空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比はリッチ空燃比となる。
【００６０】
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされている。リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈは、リッチ設定空燃比に相当する値であり、０よりも小さな値である。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる。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く。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に減少していく。
【００６１】
また、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で浄化されるため、下流側空燃比センサの出力電流Ｉｒｄｗｎはほぼ０（理論空燃比に相当）となる。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。
【００６２】
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の出力電流Ｉｒｄｗｎ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の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。
【００６３】
本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎは、リーン設定空燃比に相当する値であり、０よりも大きな値である。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替えられる。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。
【００６４】
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達してから、すなわち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リッチ判定空燃比に到達してから、空燃比補正量ＡＦＣの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分であっても、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から極わずかにずれてしまう場合があるためである。すなわち、仮に出力電流Ｉｒｄｗｎが零（理論空燃比に相当）から僅かにずれた場合にも酸素吸蔵量がほぼゼロであると判断してしまうと、実際には十分な酸素吸蔵量があっても酸素吸蔵量がほぼゼロであると判断される可能性がある。そこで、本実施形態では、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リッチ判定空燃比に到達して始めて酸素吸蔵量がほぼゼロであると判断することとしている。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分で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到達することのないような空燃比とされる。
【００６５】
時刻ｔ2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。また、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが正の値となる（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。
【００６６】
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の出力電流Ｉｒｄｗｎも０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。
【００６７】
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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（０よりも小さな値）に切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。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。
【００６８】
ここで、図６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。これに対して、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは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、このような遅れが生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡは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、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実際に変化するまで遅延が生じても、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が新品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。
【００６９】
時刻ｔ3において目標空燃比をリッチ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の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる（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の出力電流Ｉｒｄｗｎ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の排出はほぼゼロされる。
【００７０】
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の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。これにより、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定空燃比に相当する値ＡＦＣｌｅａｎ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。
【００７１】
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排出量を少ないものとすることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出、すなわち上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの推定は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ及び吸入空気量の推定値等に基づいて行われる。しかしながら、このように積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出した場合には誤差が生じる可能性がある。本実施形態においても、時刻ｔ2〜ｔ3に亘って酸素吸蔵量ＯＳＡを推定しているため、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値には多少の誤差が含まれる。ただし、本実施形態では、切替基準値ＯＥＤｒｅｆに相当する切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆを最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定している。このため、上述したような誤差が含まれていたとしても、上流側排気浄化触媒２０が大幅に劣化しない限り、実際の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘにまで到達することはほとんどない。したがって、斯かる観点からも上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出を抑制することができる。
【００７３】
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６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。
【００７４】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ2〜ｔ3において、空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣ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、一時的に空燃比補正量ＡＦＣを０よりも小さな値（例えば、リッチ設定補正量等）としてもよい。すなわち、時刻ｔ2〜ｔ3の期間中において、一時的に目標空燃比をリッチ空燃比としてもよい。
【００７５】
同様に、上記実施形態では、時刻ｔ3〜ｔ5において、空燃比補正量ＡＦＣはリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣ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、図７に示したように、時刻ｔ3〜ｔ5の期間中において、一時的に空燃比補正量ＡＦＣを０よりも大きな値（例えば、リーン設定補正量等）としてもよい（図７の時刻ｔ6、ｔ7等）。すなわち、時刻ｔ3〜ｔ5の期間中において、一時的に目標空燃比をリーン空燃比としてもよい。
【００７６】
ただし、この場合であっても、時刻ｔ2〜ｔ3における空燃比補正量ＡＦＣ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。
【００７７】
なお、このような本実施形態における空燃比補正量ＡＦＣの設定、すなわち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Ｃｍａｘｎ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。
【００７８】
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。
【００７９】
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の出力電流Ｉｒｕｐ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、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。
【００８０】
＜上流側空燃比センサにおけるずれの影響＞
ところで、機関本体１が複数の気筒を有する場合、各気筒から排出される排気ガスの空燃比には気筒間でずれが生じる場合がある。一方、上流側空燃比センサ４０は排気マニホルド１９の集合部に配置されるが、その配置位置に応じて各気筒から排出された排気ガスが上流側空燃比センサ４０に曝される程度が気筒間で異なる。この結果、上流側空燃比センサ４０によって検出される空燃比は、或る特定の気筒から排出された排気ガスの空燃比の影響を強く受けることになる。このため、この或る特定の気筒から排出された排気ガスの空燃比が全気筒から排出される排気ガスの平均空燃比とは異なる空燃比となっている場合、平均空燃比と上流側空燃比センサ４０によって検出された空燃比との間にはずれが生じる。すなわち、上流側空燃比センサ４０によって検出される空燃比は実際の排気ガスの平均空燃比よりもリッチ側又はリーン側にずれることになる。
【００８１】
また、水素は空燃比センサの拡散律速層の通過速度が速い。このため、排気ガス中の水素濃度が高いと、上流側空燃比センサ４０によって検出される空燃比が排気ガスの実際の空燃比よりも低い側（すなわち、リッチ側）にずれてしまう。
【００８２】
このように上流側空燃比センサ４０の出力値にずれが生じていると、上述したような制御を行っていても、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出してしまう場合がある。以下では、図８を参照して斯かる現象について説明する。
【００８３】
図８は、図６と同様な、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ等のタイムチャートである。図８は、上流側空燃比センサ４０の出力電流がリッチ側にずれている場合を示している。図中、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐにおける実線は実際の出力電流を示している。一方、破線は、仮に上流側空燃比センサ４０にずれが生じていないと仮定した場合の出力電流を示している。すなわち、破線は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの実際の空燃比に相当する上流側空燃比センサ４０の出力電流に該当する。
【００８４】
図８に示した例においても、時刻ｔ1以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされており、よって目標空燃比がリッチ設定空燃比とされている。また、上述したように、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御している。このため、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐはリッチ設定空燃比に相当する負の値となる。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流はリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。すなわち、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは、実際の空燃比に相当する値（図中の破線）よりも低い（リッチ側）ものとなっている。
【００８５】
このように上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれにより、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリッチ度合いが小さい空燃比となる。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は遅いものとなる。また、上流側空燃比センサ４０の出力電流のずれが大きいと、目標空燃比をリッチ設定空燃比にしていても排気ガスの実際の空燃比がリーン空燃比となる場合もある。この場合には、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡはむしろ増大していくことになる。したがって、この場合、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達することになり、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出することになる。
【００８６】
また、図８に示した例では、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。このため、上述したように、時刻ｔ2において、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。すなわち、目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。
【００８７】
これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐはリーン設定空燃比に相当する負の値になる。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流はリッチ側にずれているため、排気ガスの実際の空燃比はリーン設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。すなわち、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは、実際の空燃比に相当する値（図中の破線）よりも低い（リッチ側）ものとなっている。
【００８８】
このように、上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれにより、排気ガスの実際の空燃比はリーン設定空燃比よりもリーン度合いの大きい空燃比となる。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度は速いものとなる。加えて、上流側空燃比センサ４０の出力電流のずれが大きいと、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの増加速度は極端に速くなる。したがって、この場合、図９に示したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて算出された酸素過不足量の積算値ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する前に、実際の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達することになる。この結果、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出することになる。
【００８９】
このように、上流側空燃比センサ４０の出力電流に大きなずれが生じると、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出することになる。加えて、上流側空燃比センサ３０の出力電流に生じているずれがそれほど大きくなくても、図６及び図８に示した時刻ｔ2〜ｔ5までのサイクルが極端に短くなる場合がある。この場合、酸素吸蔵量ＯＳＡの変動幅が小さいことにより上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力の低下を招く。また、時刻ｔ3において、酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多くなることから、上流側排気浄化触媒２０の劣化等により上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出し易くなる。このため、上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれを検出することが必要になると共に、検出されたずれに基づいて出力電流等の補正を行うことが必要である。
【００９０】
＜学習制御＞
そこで、本発明の実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれを補償すべく、通常運転中（すなわち、上述したような目標空燃比に基づいてフィードバック制御を行っているとき）に学習制御が行われる。ここで、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になるまでの期間を酸素増大期間（第１期間）とする。同様に、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えてから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るまでの期間を酸素減少期間（第２期間）とする。本実施形態の学習制御では、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥの絶対値としてリーン酸素量積算値（第１酸素量積算値）を算出する。加えて、酸素減少期間における積算酸素過不足量の絶対値としてリッチ酸素量積算値（第２酸素量積算値）を算出する。そして、これらリーン酸素量積算値とリッチ酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比補正量ＡＦＣが補正される。以下、図１０を参照してこの様子を説明する。
【００９１】
図１０は、空燃比補正量ＡＦＣ、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ、積算酸素過不足量ΣＯＥＤ及び学習値ｓｆｂｇのタイムチャートである。図１０は、図８と同様に、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが低い側（リッチ側）にずれている場合を示している。なお、学習値ｓｆｂｇは、上流側空燃比センサ４０の出力電流のずれに応じて変化する値であり、上流側空燃比センサ４０の出力電流を補正するのに用いられる。
【００９２】
図示した例では、図６及び図８と同様に、時刻ｔ1以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされ、よって目標空燃比はリッチ空燃比とされている。このとき、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは実線で示したように、リッチ設定空燃比に相当する負の値となる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力電流は実際の空燃比に対応する値よりも低い側（すなわち、リッチ側）にずれている。このため、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。ただし、図１０に示した例では、図１０の破線から分かるように、時刻ｔ1以前の実際の排気ガスはリッチ設定空燃比よりもリーンながらも、理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比となっている。したがって、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は徐々に減少していく。
【００９３】
時刻ｔ1において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。これにより、上述したように、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。時刻ｔ1以降は、上流側空燃比センサ４０の出力電流はリーン設定空燃比に相当する正の値となる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の出力電流のずれにより、排気ガスの実際の空燃比は、リーン設定空燃比よりもリーンの空燃比、すなわちリーン度合いの大きい空燃比となる（図１０の破線を参照）。このため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは急速に増大する。
【００９４】
一方、酸素過不足量は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて算出される。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐにはずれが生じている。したがって、算出された酸素過不足量は、実際の酸素過不足量よりも少ない（すなわち、酸素量が少ない）値となる。その結果、算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、実際の値よりも少なくなる。
【００９５】
時刻ｔ2では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する。このため、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。このとき、実際の酸素吸蔵量ＯＳＡは図１０に示したように切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多くなっている。
【００９６】
時刻ｔ2以降は、時刻ｔ1以前の状態と同様に、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされ、よって目標空燃比はリッチ空燃比とされる。このときも、排気ガスの実際の空燃比はリッチ設定空燃比よりもリーンの空燃比となっている。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの減少速度は遅くなる。加えて、上述したように、時刻ｔ2において、上流側排気浄化触媒２０の実際の酸素吸蔵量は切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多くなっている。このため、上流側排気浄化触媒２０の実際の酸素吸蔵量がゼロに到達するまでには時間がかかる。
【００９７】
時刻ｔ3では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。これにより、上述したように、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へと切り替えられる。
【００９８】
ここで、本実施形態では、上述したように、時刻ｔ1から時刻ｔ2までにおいて、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。ここで、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えた時（時刻ｔ1）から上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になった時（時刻ｔ2）までの期間を酸素増大期間Ｔｉｎｃと称すると、本実施形態では酸素増大期間Ｔｉｎｃに積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。図１０では、時刻ｔ1〜時刻ｔ2の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値をＲ1として示している。
【００９９】
この酸素増大期間Ｔｉｎｃの積算酸素過不足量ΣＯＥＤ（Ｒ1）は、時刻ｔ2における酸素吸蔵量ＯＳＡに相当する。しかしながら、上述したように、酸素過不足量の推定には上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが用いられ、この出力電流Ｉｒｕｐにはずれが生じている。このため、図１０に示した例では、時刻ｔ1〜時刻ｔ2の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、時刻ｔ2における酸素吸蔵量ＯＳＡに相当する値よりも少ないものとなっている。
【０１００】
また、本実施形態では、時刻ｔ2から時刻ｔ3までにおいても、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。ここで、目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えた時（時刻ｔ2）から下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する時（時刻ｔ3）までの期間を酸素減少期間Ｔｄｅｃと称すると、本実施形態では酸素減少期間Ｔｄｅｃに積算酸素過不足量ΣＯＥＤが算出される。図１０では、時刻ｔ2〜時刻ｔ3における酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値をＦ1として示している。
【０１０１】
この酸素減少期間Ｔｄｅｃの積算酸素過不足量ΣＯＥＤ（Ｆ1）は、時刻ｔ2から時刻ｔ3までに上流側排気浄化触媒２０から放出された総酸素量に相当する。しかしながら、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐにはずれが生じている。このため、図１０に示した例では、時刻ｔ2〜時刻ｔ3の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、時刻ｔ2から時刻ｔ3までに上流側排気浄化触媒２０から放出された総酸素量に相当する値よりも少ないものとなっている。
【０１０２】
ところで、酸素増大期間Ｔｉｎｃでは上流側排気浄化触媒２０に酸素が吸蔵されると共に、酸素減少期間Ｔｄｅｃでは吸蔵されていた酸素が全て放出される。したがって、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ1と、酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ1とは基本的に同一の値になるのが理想的である。ところが、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐにずれが生じている場合、このずれに応じてこれら積算値の値も変化する。上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力電流が低い側（リッチ側）にずれている場合、絶対値Ｒ1に対して絶対値Ｆ1の方が多くなる。逆に、上流側空燃比センサ４０の出力電流が高い側（リーン側）にずれている場合、絶対値Ｒ1に対して絶対値Ｆ1の方が少なくなる。加えて、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ1と酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ1の差ΔΣＯＥＤ（＝Ｒ1−Ｆ1。以下、「過不足量誤差」という）は上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれの程度を表している。これら絶対値Ｒ1、Ｆ1の差が大きくなるほど、上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれが大きいといえる。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、過不足量誤差ΔΣＯＥＤに基づいて、空燃比補正量ＡＦＣを補正するようにしている。特に、本実施形態では、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ1と酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ1の差ΔΣＯＥＤが小さくなるように空燃比補正量ＡＦＣを補正するようにしている。
【０１０４】
具体的には、本実施形態では、下記式（２）により学習値ｓｆｂｇを算出すると共に、下記式（２）により空燃比補正量ＡＦＣが補正される。
ｓｆｂｇ（ｎ）＝ｓｆｂｇ（ｎ−１）＋ｋ・ΔＯＥＤ      …（２）
ＡＦＣ＝ＡＦＣｂａｓｅ＋ｓｆｂｇ（ｎ）      …（３）
なお、上記式（２）において、ｎは計算回数又は時間を表している。したがって、ｓｆｂｇ（ｎ）は今回の計算又は現在の学習値である。加えて、上記式（２）におけるｋは、過不足量誤差ΔＯＥＤを空燃比補正量ＡＦＣに反映させる程度を表すゲインである。ゲインｋの値が大きいほど空燃比補正量ＡＦＣの補正量が大きくなる。加えて、上記式（３）において、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅは、上述した目標空燃比の設定制御に基づいて決定される補正量である。なお、図１０における空燃比補正量ＡＦＣは、実際には、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅを表している。
【０１０５】
図１０の時刻ｔ3においては、上述したように、絶対値Ｒ1、Ｆ1に基づいて学習値ｓｆｂｇが算出される。特に、図１０に示した例では、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ1よりも酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｆ1の方が大きいことから、時刻ｔ3において学習値ｓｆｂｇは減少せしめられる。
【０１０６】
ここで、本実施形態では、空燃比補正量ＡＦＣは、学習値ｓｆｂｇに基づいて補正される。具体的には、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅに学習値ｓｆｂｇを加算したものが空燃比補正量ＡＦＣとして扱われる。図１０に示した例では、学習値ｓｆｂｇは負の値となっているため、空燃比補正量ＡＦＣは、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅよりも小さな値、すなわちリッチ側の値となっている。これにより、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側に補正されることになる。
【０１０７】
この結果、時刻ｔ3以降、実際の排気ガスの空燃比に相当する値に対する上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐのずれは時刻ｔ3以前と比べて小さなものとなる。したがって、時刻ｔ3以降の出力電流Ｉｒｕｐにおける実線と破線との間の差は、時刻ｔ3以前における差よりも小さくなっている。
【０１０８】
また、時刻ｔ3以降も、時刻ｔ1〜時刻ｔ2における操作と同様な操作が行われる。したがって、時刻ｔ4において積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達すると、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。その後、時刻ｔ5において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達すると、再度、目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられる。
【０１０９】
時刻ｔ3〜時刻ｔ4は、上述したように酸素増大期間Ｔｉｎｃに該当し、よってこの間の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値は図１０のＲ2で表せる。また、時刻ｔ4〜時刻ｔ5は、上述したように酸素減少期間Ｔｄｅｃに該当し、よってこの間の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値は図１０のＦ2で表せる。そして、これら絶対値Ｒ2、Ｆ2の差ΔＯＥＤ（＝Ｒ2−Ｆ2）に基づいて、上記式（１）を用いて学習値ｓｆｂｇが更新される。本実施形態では、時刻ｔ5以降も同様な制御が繰り返され、これにより学習値ｓｆｂｇの更新が繰り返される。
【０１１０】
このように学習値ｓｆｂｇの更新を行うことにより、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは徐々に実際の空燃比に相当する出力電流に近づく。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力電流におけるずれを徐々に小さくすることができる。
【０１１１】
また、上記実施形態では、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に到達する前に、目標空燃比の切替を行っている。このため、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量に到達してから、すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ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てから目標空燃比を切り替える場合に比べて、学習値の更新頻度を低下させることができる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、その算出期間が長くなるほど誤差が生じやすい。本実施形態によれば、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量に到達する前に目標空燃比の切替が行われることから、その算出期間を短くすることができる。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出における誤差を小さくすることができる。
【０１１２】
なお、上述したように、学習値ｓｆｂｇの更新は、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤと、この酸素増大期間Ｔｉｎｃの直後に続く酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤとに基づいて行われるのが好ましい。これは、上述したように、酸素増大期間Ｔｉｎｃに上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される総酸素量とこの直後に続く酸素減少期間Ｔｄｅｃに上流側排気浄化触媒２０から放出される総酸素量が等しくなるためである。
【０１１３】
加えて、上記実施形態では、１回の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤと、１回の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤとに基づいて学習値ｓｆｂｇの更新が行われている。しかしながら、複数回の酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの合計値と、複数回の酸素減少期間Ｔｄｅｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの合計値とに基づいて学習値ｓｆｂｇの更新を行ってもよい。
【０１１４】
また、上記実施形態では、学習値ｓｆｂｇに基づいて、空燃比補正量ＡＦＣ（すなわち、目標空燃比）を補正することとしている。しかしながら、学習値ｓｆｂｇに基づいて補正するのは、空燃比に関する他のパラメータであってもよい。他のパラメータとしては、例えば、燃焼室５内への燃料供給量や、上流側空燃比センサ４０の出力電流（すなわち、上流側空燃比センサ４０によって検出される空燃比）、後述する制御中心となる空燃比等が挙げられる。
【０１１５】
なお、上記実施形態では、基本的な空燃比制御において、下流側空燃比センサ４１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がリーン空燃比に切り替えられる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが所定の切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になったときに目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。しかしながら、基本的な空燃比制御として、上述した制御とはリッチとリーンとを逆にした制御を用いてもよい。この場合、下流側空燃比センサ４１よって検出された空燃比がリーン判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられることになる。また、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられてからの上流側排気浄化触媒２０からの酸素放出量が切替基準放出量（切替基準吸蔵量に相当）以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられることになる。
【０１１６】
この場合、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられてからの上流側排気浄化触媒２０からの酸素放出量が切替基準放出量以上になるまでの酸素減少期間における積算酸素過不足量の絶対値としてリッチ酸素量積算値が算出される。加えて、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリーン判定空燃比以上になるまでの酸素増大期間における積算酸素過不足量の絶対値としてリーン酸素量積算値が算出される。そして、これらリッチ酸素量積算値とリーン酸素量積算値との差が小さくなるように上流側空燃比センサ４０の出力電流が補正されることになる。
【０１１７】
したがって、以上をまとめると、本実施形態では、目標空燃比は、下流側空燃比センサ４１よって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチ側又はリーン側のいずれか一方側にずれた判定空燃比に達したときに理論空燃比よりも前記一方側とは反対側の他方側にずれた空燃比に切り替えられる。加えて、目標空燃比は、当該目標空燃比が切り替えられた後の上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の変化量が所定の切替基準量以上になったときに理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えられる。そして、目標空燃比を理論空燃比よりも他方側にずれた空燃比に切り替えてから酸素吸蔵量の変化量が切替基準量以上になるまでの第１期間における積算酸素過不足量の絶対値である第１酸素量積算値と、目標空燃比を理論空燃比よりも一方側にずれた空燃比に切り替えてから下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比が判定空燃比以下になるまでの第２期間における積算酸素過不足量の絶対値である第２酸素量積算値とに基づいて、これら第１酸素量積算値と第２酸素量積算値との差が小さくなるように空燃比に関するパラメータが補正される。
【０１１８】
＜具体的な制御の説明＞
次に、図１１〜図１３を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図１１に示したように、Ａ１〜Ａ１１の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図１１を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックＡ１〜Ａ１１における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。
【０１１９】
＜燃料噴射量の算出＞
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、基本燃料噴射量算出手段Ａ２、及び燃料噴射量算出手段Ａ３が用いられる。
【０１２０】
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、吸入空気流量Ｇａと、機関回転数ＮＥと、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気流量Ｇａはエアフロメータ３９によって計測され、機関回転数ＮＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。
【０１２１】
基本燃料噴射量算出手段Ａ２は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１によって算出された筒内吸入空気量Ｍｃを、目標空燃比ＡＦＴで除算することにより、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＡＦＴ）。目標空燃比ＡＦＴは、後述する目標空燃比設定手段Ａ８によって算出される。
【０１２２】
燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量算出手段Ａ２によって算出された基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに、後述するＦ／Ｂ補正量ＤＱｉを加えることで燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＱｉ）。このようにして算出された燃料噴射量Ｑｉの燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１に対して噴射指示が行われる。
【０１２３】
＜目標空燃比の算出＞
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素過不足量算出手段Ａ４、基本空燃比補正量算出手段Ａ５、学習値算出手段Ａ６、空燃比補正量算出手段Ａ７、目標空燃比設定手段Ａ８が用いられる。
【０１２４】
酸素過不足量算出手段Ａ４は、燃料噴射量算出手段Ａ３によって算出された燃料噴射量Ｑｉ及び上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。酸素過不足量算出手段Ａ４は、例えば、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに対応する空燃比と理論空燃比との差分に燃料噴射量Ｑｉを乗算すると共に、求めた値を積算することによって積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。
【０１２５】
基本空燃比補正量算出手段Ａ５では、酸素過不足量算出手段Ａ４によって算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤと、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎとに基づいて、目標空燃比の基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが算出される。具体的には、図１２に示したフローチャートに基づいて基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが算出される。
【０１２６】
学習値算出手段Ａ６では、酸素過不足量算出手段Ａ４によって算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤに基づいて学習値ｓｆｂｇが算出される。具体的には、図１３に示したフローチャートに基づいて学習値ｓｆｂｇが算出される。このようにして算出された学習値ｓｆｂｇは、ＥＣＵ３１のＲＡＭ３３のうち、内燃機関を搭載した車両のイグニッションキーがオフにされても消去されない記憶媒体に保存される。
【０１２７】
空燃比補正量算出手段Ａ７では、基本空燃比補正量算出手段Ａ５によって算出された基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅと、学習値算出手段Ａ６によって算出された学習値ｓｆｂｇとに基づいて空燃比補正量ＡＦＣが算出される。具体的には、上述した式（３）に示したように、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅに学習値ｓｆｂｇを加算することによって空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【０１２８】
目標空燃比設定手段Ａ８は、制御中心となる空燃比（本実施形態では理論空燃比）ＡＦＲに、目標空燃比補正量算出手段Ａ５で算出された空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標空燃比ＡＦＴを算出する。このようにして算出された目標空燃比ＡＦＴは、基本燃料噴射量算出手段Ａ２及び後述する空燃比偏差算出手段Ａ１０に入力される。なお、「制御中心となる空燃比」は、機関運転状態に応じて空燃比補正量ＡＦＣを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量ＡＦＣに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
【０１２９】
＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量の算出に当たっては、数値変換手段Ａ９、空燃比偏差算出手段Ａ１０、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ１１が用いられる。
【０１３０】
数値変換手段Ａ９は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと、空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと空燃比との関係を規定したマップ又は計算式（例えば、図５に示したようなマップ）とに基づいて、上流側排気空燃比ＡＦｕｐを算出する。したがって、上流側排気空燃比ＡＦｕｐ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相当する。
【０１３１】
空燃比偏差算出手段Ａ１０は、数値変換手段Ａ９によって求められた上流側排気空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ８によって算出された目標空燃比ＡＦＴを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＡＦＴ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標空燃比ＡＦＴに対する燃料供給量の過不足を表す値である。
【０１３２】
Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ１１は、空燃比偏差算出手段Ａ１０によって算出された空燃比偏差ＤＡＦを、比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記式（４）に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＦｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＦｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ      …（４）
【０１３３】
なお、上記式（４）において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Ｋｉは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Ｋｄは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、ＤＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差ＤＡＦと前回更新されていた空燃比偏差ＤＡＦとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、ＳＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値であり、この時間積分値ＤＤＡＦは前回更新された時間積分値ＤＤＡＦに今回更新された空燃比偏差ＤＡＦを加算することで算出される（ＳＤＡＦ＝ＤＤＡＦ＋ＤＡＦ）。
【０１３４】
＜フローチャート＞
図１２は、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅの算出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。
【０１３５】
図１１に示したように、まず、ステップＳ１１において基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅの算出条件が成立しているか否かが判定される。基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅの算出条件が成立している場合とは、通常制御中であること、例えば後述する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算出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の出力電流Ｉｒｕｐ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。
【０１３６】
次いでステップＳ１３において、リーン設定フラグＦｒ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Ｆｒは、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されると１とされ、それ以外の場合には０とされる。ステップＳ１３においてリーン設定フラグＦｒが０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の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ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。
【０１３７】
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Ｓ１４にて下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ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、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとされる。次いで、ステップＳ１６では、リーン設定フラグＦｒが１に設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１３８】
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Ｆｒ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Ｓ１８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へと進み、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが引き続きリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎとされる。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が判定基準値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、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされ、次いで、ステップＳ２０では、リーン設定フラグＦｒが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１３９】
図１３は、学習値ｓｆｂｇの更新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。
【０１４０】
図１３に示したように、まず、ステップＳ２１において、学習値ｓｆｂｇの更新条件が成立しているか否かが判定される。更新条件が成立している場合とは、例えば、通常制御中であること等が挙げられる。ステップＳ２１において、学習値ｓｆｂｇの更新条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、リーンフラグＦｒが１に設定されているか否かが判定される。ステップＳ２２において、リーンフラグＳ２２が０に設定されていると判定された場合には、ステップＳ２３へと進む。
【０１４１】
ステップＳ２３では、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが０よりも大きいか否か、すなわち目標空燃比がリーン空燃比であるか否かが判定される。ステップＳ２３において、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが０よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ２４へと進む。ステップＳ２４では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤに現在の酸素過不足量ＯＥＤが加算される。
【０１４２】
その後、目標空燃比がリッチ空燃比へと切り替えられると、次の制御ルーチンではステップＳ２３において基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが０以下であると判定され、ステップＳ２５へと進む。ステップＳ２５では、リーンフラグＦｒが１にセットされ、次いで、ステップＳ２６ではＲｎが現在の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値とされる。次いで、ステップＳ２７では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１４３】
一方、リーンフラグＦｒが１にセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ２２からステップＳ２８へと進む。ステップＳ２８では、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが０よりも小さいか否か、すなわち目標空燃比がリッチ空燃比であるか否かが判定される。ステップＳ２８において、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが０よりも小さいと判定された場合にはステップＳ２９へと進む。ステップＳ２９では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤに現在の酸素過不足量ＯＥＤが加算される。
【０１４４】
その後、目標空燃比がリーン空燃比へと切り替えられると、次の制御ルーチンではステップＳ２８において基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅが０以上であると判定され、ステップＳ３０へと進む。ステップＳ３０では、リーンフラグＦｒが０にセットされ、次いで、ステップＳ３１では、Ｆｎが現在の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値とされる。次いで、ステップＳ３２では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。次いで、ステップＳ３３では、ステップＳ２６で算出されたＲｎとステップＳ３１で算出されたＦｎに基づいて学習値ｓｆｂｇが更新され、制御ルーチンが終了せしめられる。
【０１４５】
＜第二実施形態＞
次に、図１４及び図１５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の構成及び制御は、基本的に第一実施形態の制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第二実施形態では、酸素減少期間の途中で、通常制御が終了せしめられた場合であっても、学習値の更新が行われる。
【０１４６】
ところで、車両に搭載された内燃機関では、車両の減速等により燃料カット制御が行われる。燃料カット制御は、内燃機関の作動中に燃焼室５内への燃料供給を停止する制御である。斯かる燃料カット制御の実行中には、上述した通常制御が中止される。すなわち、上述した燃料カット制御の実行中には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように燃焼室５に供給される燃料供給量のフィードバック制御が中止せしめられる。
【０１４７】
加えて、例えば、車両の急な加速が必要な場合等には、一時的に燃焼室５内への燃料供給量を増量する供給量増量制御が行われる。このような供給量増量制御が行われた場合にも、フィードバック制御が中止せしめられる。さらに、例えば、車両の停車中等に内燃機関を自動的に停止させ且つ再始動させる機関自動停止・始動装置が設けられた内燃機関では、機関自動停止・始動装置により内燃機関が停止されたときにもフィードバック制御が中止せしめられる。
【０１４８】
ところで、上述したように、学習値の更新は、酸素増大期間とこれに続く酸素減少期間における積算酸素過不足量に基づいて行われる。このため、上述した学習値の更新制御では、学習値の更新は、酸素増大期間と酸素減少期間とから成る１サイクル（或いは、複数サイクル）に亘って酸素過不足量を積算することが必要になる。ところが、燃料カット制御は運転状態にもよるが頻繁に行われる。このため、燃料カット制御の終了後、この１サイクルが経過する前に再度燃料カット制御が行われることがある。同様に、この１サイクルが経過する前に供給量増量制御が行われたり、機関自動停止・始動装置による内燃機関の停止が行われたりする。
【０１４９】
このように、１サイクルが経過する前に、上述した燃料カット制御の開始等、フィードバック制御の中止条件が成立すると、学習値の更新を行うことができない。したがって、１サイクルが経過する前にフォードバック制御の中止条件の成立が繰り返されると、長期間に亘って学習値の更新を行うことができなくなってしまう。
【０１５０】
そこで、本実施形態では、酸素減少期間中にフィードバック制御の中止条件が成立した場合でも、学習値の更新を行うようにしている。具体的には、フィードバック制御の中止条件が成立したときに以下の二つの条件を満たしている場合には、学習値の更新が行われる。一つ目の条件は、１サイクルのうち酸素増大期間に続く酸素減少期間中にフィードバック制御が中止されることである。二つ目の条件は、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥの絶対値よりも、フィードバック制御が中止されるまでの酸素減少期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥの絶対値の方が大きいことである。ここで、フィードバック制御が中止されるまでの酸素減少期間とは、より詳細には、目標空燃比をリッチ設定空燃比に切り替えてからフィードバック制御が中止されるまでの期間であり、以下、部分酸素減少期間と称する。
【０１５１】
フィードバック制御が中止されるときに上述した二つの条件が満たされる場合には、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥと部分酸素減少期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥとの差が小さくなるように空燃比補正量ＡＦＣが補正される。一方、これら条件を満たさない場合には空燃比補正量ＡＦＣの補正は行われない。すなわち、１サイクルのうち酸素増大期間中にフィードバック制御が中止された場合には、空燃比補正量ＡＦＣの補正は行われない。加えて、酸素増大期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥの絶対値が、部分酸素減少期間における積算酸素過不足量ΣＯＤＥの絶対値よりも少ない場合にも、空燃比補正量ＡＦＣの補正は行われない。
【０１５２】
図１４は、燃料カット制御が行われた場合における基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅ等のタイムチャートである。図１４に示した例では、時刻ｔ1〜時刻ｔ2、時刻ｔ5〜時刻ｔ6において、燃料カット制御が実行される。
【０１５３】
図１４に示したように、時刻ｔ1において燃料カット制御が実行されると、燃料噴射弁１１からの燃料噴射が停止される。このため、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅもその算出が停止される。また、燃料カット制御が開始されると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比は極めてリーン度合いの大きいリーン空燃比となり、これから少し遅れ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も極めてリーン度合いの大きいリーン空燃比となる。このため、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ及び下流側空燃比センサの出力電流Ｉｒｄｗｎは極めて大きな値となる。時刻ｔ1において燃料カット制御が開始されてから時刻ｔ2において燃料カット制御が終了されるまで、フィードバック制御は行われず、また、学習値の更新制御も行われない。
【０１５４】
その後、時刻ｔ2において、燃料カット制御が終了されると、燃料カット制御中に上流側排気浄化触媒２０に吸蔵された多量の酸素を放出するために、復帰後リッチ制御が行われる。復帰後リッチ制御では、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも小さな値に設定される。すなわち、目標空燃比がリッチ設定空燃比よりもリッチな空燃比に設定される。これにより、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは０よりも小さな値（リッチ空燃比に相当）になり、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎはほぼ０（理論空燃比に相当）となる。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがほぼゼロになると、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値ｉｒｒｉｃｈ以下になる（時刻ｔ3）。これにより、復帰後リッチ制御が終了せしめられ、通常制御が再開される。
【０１５５】
時刻ｔ3において、通常制御が再開されると、時刻ｔ3では下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値ｉｒｒｉｃｈ以下になっていることから、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定される。また、時刻ｔ3以降は、酸素過不足量の積算が行われる。次いで、時刻ｔ3以降の積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると（時刻ｔ4）、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。このため、時刻ｔ4において、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。
【０１５６】
図１４に示した例では、その後、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値ｉｒｒｉｃｈに到達する前に、時刻ｔ5において、車両の減速等のために燃料カット制御が再度開始される。したがって、燃料噴射弁１１からの燃料噴射が停止され、基本空燃比補正量ＡＦＣｂａｓｅの算出が停止される。このため、図１４に示した例では、酸素減少期間中に燃料カット制御が開始されている。
【０１５７】
ここで、図１４に示した例では、時刻ｔ4から時刻ｔ5までの部分酸素減少期間Ｔｄｅｃ’における積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値Ｆ1は、時刻ｔ3から時刻ｔ4までの酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値Ｒ1よりも大きい。したがって、上流側空燃比センサ４０の出力電流は、少なくともこれら絶対値Ｒ1、Ｆ1の差に相当する分だけ、低い側（リッチ側）にずれていることがわかる。そこで、本実施形態では、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値Ｒ1と、部分酸素減少期間Ｔｄｅｃ’における積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値Ｆ1との差ΔΣＯＥＤに基づいて空燃比補正量ＡＦＣを補正することとしている。特に、本実施形態では、酸素増大期間Ｔｉｎｃにおける積算酸素過不足量の絶対値Ｒ1と部分酸素減少期間Ｔｄｅｃ’における積算酸素過不足量の絶対値Ｆ1の差ΔΣＯＥＤが小さくなるように空燃比補正量ＡＦＣを補正するようにしている。具体的には、過不足量誤差ΔΣＯＥＤに基づいて上記式（２）を用いて学習値が更新され、上記式（３）により空燃比補正量ＡＦＣが補正される。
【０１５８】
本実施形態によれば、酸素増大期間と酸素減少期間とから成る１サイクルが経過する前に学習値の更新を行うことができる。これにより、燃料カット制御や供給量増量制御によりフィードバック制御が頻繁に中止されても、学習値を更新することができる。
【０１５９】
図１５は、本実施形態にける学習値ｓｆｂｇの更新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。また、ステップＳ４１〜Ｓ４７、Ｓ４９〜Ｓ５４は、それぞれ図１３のステップＳ２１〜Ｓ２７、Ｓ２８〜Ｓ３３と同様であるため、説明を省略する。
【０１６０】
ステップＳ４２において、リーンフラグＦｒが０にセットされていないと判定された場合には、ステップＳ４８へと進む。ステップＳ４８では、フィードバック制御の中止条件が成立したか否か、すなわち通常制御が終了されたか否かが判定される。ステップＳ４８において、フィードバック制御の中止条件が成立していないと判定された場合にはステップＳ４９へと進む。一方、フィードバック制御の中止条件が成立したと判定された場合にはステップＳ５５へと進む。ステップＳ５５では、リーンフラグＦｒが０にセットされ、次いで、ステップＳ５６では、Ｆｎが現在の積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値とされる。次いで、ステップＳ５７では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。
【０１６１】
次いで、ステップＳ５８では、ステップＳ５６において算出されたＦｎが、ステップＳ４６において算出されたＲｎよりも大きいか否かが判定される。ＦｎがＲｎ以下であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられ、学習値ｓｆｂｇの更新は行われない。一方、ＦｎがＲｎよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ５４へと進み、学習値ｓｆｂｇの更新が行われる。
【符号の説明】
【０１６２】
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】
2015071963.tif 000003
【図２】
2015071963.tif 000004
【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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