(57)【要約】【課題】排気浄化触媒を通った排気ガス中にＮＯｘが残存してしまうこと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。【解決手段】内燃機関は、上流側排気浄化触媒２０と、下流側排気浄化触媒２４と、両触媒間の下流側空燃比センサ４１とを具備する。制御装置は、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フィードバック制御すると共に、空燃比センサの出力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且つ上流側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をリッチ空燃比に切り替える。燃料カット制御の終了後には、目標空燃比をリッチ空燃比に設定すると共に、空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比に到達しても目標空燃比を一時的にリッチ空燃比のまま維持する。【選択図】図９
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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上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側において前記排気通路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、前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側であって前記下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前記上流側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とを具備する内燃機関の制御装置において、
前記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すると共に、前記下流側空燃比センサの出力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理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に切り替え且つ前記上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量がその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理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に切り替える空燃比制御を行い、
内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御の終了後には、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定すると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下となっても前記目標空燃比をリーン空燃比に切り替えずに一時的にリッチ空燃比のまま維持する、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料カット制御の終了後には、少なくとも、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比よりもリッチな基準空燃比以下になるまでは、前記目標空燃比をリッチ空燃比のまま維持する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
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上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側において前記排気通路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、前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側であって前記下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前記上流側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とを具備する内燃機関の制御装置において、
当該制御装置は、前記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と、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に設定する共に前記下流側空燃比センサの出力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空燃比に切り替える空燃比制御とを行い、
内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御の終了後には、前記目標空燃比を前記空燃比制御中に設定されるリッチ空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定すると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリッチな基準空燃比以下になるまでは一時的にリッチ空燃比のまま維持する、内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料カット制御の終了後において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比に到達してから所定時間経っても前記基準空燃比以下にならないときには、前記目標空燃比をそれまでの空燃比よりもリッチな空燃比に変更する、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料カット制御の終了後において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が初めて前記基準空燃比以下になったときには、前記目標空燃比をそれまでの空燃比よりもリーンなリッチ空燃比に変更する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記変更後のリッチ空燃比は、前記基準空燃比よりもリッチな空燃比である、請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記基準空燃比以下の所定の空燃比以下になると、前記目標空燃比がリーン空燃比へ切り替えられる、請求項２〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃料カット制御の終了後においては、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの経過時間に基づいて、前記一時的にリッチ空燃比に維持した後の前記目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記燃料カット制御の終了後においては、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの下流側排気浄化触媒における積算排気ガス流量に基づいて、前記一時的にリッチ空燃比に維持した後の前記目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記燃料カット制御の終了後においては、燃料カット制御終了後の予め定められた時期から前記下流側排気浄化触媒に流入する排気ガスにおいて不足している酸素の積算量に基づいて、前記一時的にリッチ空燃比に維持した後の前記目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記空燃比制御では、前記上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量が前記切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比が予め定められたリッチ設定空燃比に切り替えられ、前記燃料カット制御の終了後に前記目標空燃比を最初にリッチ空燃比に設定するときには、該目標空燃比は前記リッチ設定空燃比よりもリッチな復帰後リッチ設定空燃比に設定される、請求項１〜１０のいずれか１高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上流側排気浄化触媒を設けると共に、この上流側排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において排気通路に下流側排気浄化触媒を設けた内燃機関が広く知られている（例えば、特許文献１）。斯かる内燃機関で用いられる排気浄化触媒は、一般に、酸素吸蔵能力を有する排気浄化触媒が用いられる。
【０００３】
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等を浄化することができる。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、斯かる内燃機関の制御装置では、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、上流側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、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。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。
【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】
一方、車両に搭載された多くの内燃機関では、内燃機関の作動中であっても内燃機関の燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カット制御が行われる。斯かる燃料カット制御を行った場合には、上流側排気浄化触媒及び下流側排気浄化触媒には多量の酸素が流入することになる。
【０００７】
このため、燃料カット制御の終了時には、上流側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いる。このため、上流側排気浄化触媒はそれ以上酸素を吸蔵することができない。そこで、燃料カット制御の終了後には、上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にして、上流側排気浄化触媒から酸素を放出させることが提案されている（例えば、特許文献２〜５等）。
【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２００９−０３６１１７号公報
【特許文献３】米国特許第６２２６９８２号明細書
【特許文献４】特開２０１３−０２４１３１号公報
【特許文献５】特開２００６−１９４１１８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、上記特許文献１に記載されたような制御を行った場合でも、上流側排気浄化触媒からはＮＯｘが流出する場合がある。例えば、特許文献１に記載の制御を行っていたとしても、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるまでには遅れが生じ、この遅れ期間中に上流側排気浄化触媒からＮＯｘが流出してしまうことがある。また、内燃機関の急加速等によって上流側排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的に目標空燃比から大きく変動してしまい、この結果、上流側排気浄化触媒からＮＯｘが流出してしまうことがある。
【００１０】
また、上述したように、上流側排気浄化触媒と下流側排気浄化触媒との二つの排気浄化触媒を有する場合、上流側排気浄化触媒によって浄化されなかった未燃ガス（未燃ＨＣやＣＯ等）やＮＯｘ等が下流側排気浄化触媒にて浄化される。その結果、内燃機関から排出される排気ガス中の未燃ガス及びＮＯｘを適切に浄化することができるようになる。
【００１１】
しかしながら、燃料カット制御の終了後には、下流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量となっている。このため、燃料カット制御の終了後に、上流側排気浄化触媒から上述したようにＮＯｘが流出すると、このＮＯｘを下流側排気浄化触媒で浄化することができない場合がある。
【００１２】
そこで、上記課題に鑑みて本発明の目的は、酸素吸蔵能力を有する２つの排気浄化触媒を具備する内燃機関において、両排気浄化触媒を通った排気ガス中にＮＯｘが残存してしまうこと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】
【００１３】
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上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側において前記排気通路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、前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側であって前記下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前記上流側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とを具備する内燃機関の制御装置において、前記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すると共に、前記下流側空燃比センサの出力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理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に切り替え且つ前記上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量がその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理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に切り替える空燃比制御を行い、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御の終了後には、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定すると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下となっても前記目標空燃比をリーン空燃比に切り替えずに一時的にリッチ空燃比のまま維持する、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１４】
第２の発明では、第１の発明において、前記燃料カット制御の終了後には、少なくとも、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比よりもリッチな基準空燃比以下になるまでは、前記目標空燃比をリッチ空燃比のまま維持する。
【００１５】
上記課題を解決するために、第３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上流側排気浄化触媒と、該上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側において前記排気通路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、前記上流側排気浄化触媒の排気流れ方向下流側であって前記下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前記上流側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とを具備する内燃機関の制御装置において、当該制御装置は、前記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と、前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に設定する共に前記下流側空燃比センサの出力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空燃比に切り替える空燃比制御とを行い、内燃機関の作動中に燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御の終了後には、前記目標空燃比を前記空燃比制御中に設定されるリッチ空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に設定すると共に、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比よりもリッチな基準空燃比以下になるまでは一時的にリッチ空燃比のまま維持する、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１６】
第４の発明では、第２又は第３の発明において、前記燃料カット制御の終了後において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比に到達してから所定時間経っても前記基準空燃比以下にならないときには、前記目標空燃比をそれまでの空燃比よりもリッチな空燃比に変更する。
【００１７】
第５の発明では、第２〜第４のいずれか一つの発明において、前記燃料カット制御の終了後において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が初めて前記基準空燃比以下になったときには、前記目標空燃比をそれまでの空燃比よりもリーンなリッチ空燃比に変更する。
【００１８】
第６の発明では、第５の発明において、前記変更後のリッチ空燃比は、前記基準空燃比よりもリッチな空燃比である。
【００１９】
第７の発明では、第２〜第６のいずれか一つの発明において、前記下流側空燃比センサの出力空燃比が前記基準空燃比以下の所定の空燃比以下になると、前記目標空燃比がリーン空燃比へ切り替えられる。
【００２０】
第８の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、前記燃料カット制御の終了後においては、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの経過時間に基づいて、前記一時的にリッチ空燃比に維持した後の前記目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定される。
【００２１】
第９の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、前記燃料カット制御の終了後においては、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの下流側排気浄化触媒における積算排気ガス流量に基づいて、前記一時的にリッチ空燃比に維持した後の前記目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定される。
【００２２】
第１０の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、前記燃料カット制御の終了後においては、燃料カット制御終了後の予め定められた時期から前記下流側排気浄化触媒に流入する排気ガスにおいて不足している酸素の積算量に基づいて、前記一時的にリッチ空燃比に維持した後の前記目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定される。
【００２３】
第１１の発明では、第１〜第１０のいずれか一つの発明において、前記空燃比制御では、前記上流側排気浄化触媒の酸素吸蔵量が前記切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比が予め定められたリッチ設定空燃比に切り替えられ、前記燃料カット制御の終了後に前記目標空燃比を最初にリッチ空燃比に設定するときには、該目標空燃比は前記リッチ設定空燃比よりもリッチな復帰後リッチ設定空燃比に設定される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、酸素吸蔵能力を有する２つの排気浄化触媒を具備する内燃機関において、両排気浄化触媒を通った排気ガス中にＮＯｘが残存してしまうこと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】
【００２５】
【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空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図６】図６は、空燃比制御を行った際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図７】図７は、空燃比制御を行った際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図８】図８は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図９】図９は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１１】図１１は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１２】図１２は、制御装置の機能ブロック図である。
【図１３】図１３は、通常時において空燃比補正量を算出する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、復帰後リッチ制御中において空燃比補正量の算出する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、下流側排気浄化触媒に酸素が吸放出される様子を概念的に示した図である。
【図１６】図１６は、下流側排気浄化触媒に酸素が吸放出される様子を概念的に示した図である。
【図１７】図１７は、燃料カット制御が行われた際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図１８】図１８は、燃料カット制御が行われた際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
＜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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（上流側空燃比検出装置）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（下流側空燃比検出装置）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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
＜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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。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の濃度が急激に上昇する。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
＜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。
【００４４】
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に設定され、その後、その空燃比に維持される。ここで、リーン設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リーンである予め定められた空燃比であり、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（例えば、１４．５５）以下になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。
【００４５】
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ＯＳＡｓｃを表しているといえる。
【００４６】
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、及び上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスにおける酸素過不足量ＯＥＤｓｃは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＥＤｓｃ＝０．２３・Ｑｉ／（ＡＦｕｐ−ＡＦＲ）      …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、ＡＦＲは制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）をそれぞれ表している。なお、上流側排気浄化触媒２０を流通する排気ガスの流量は、例えば、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内への吸入空気量に基づいて算出される。このため、酸素過不足量ＯＥＤｓｃの算出は、燃焼室５内への吸入空気量に基づいて行われるということもできる。
【００４７】
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に設定されていた目標空燃比が、リッチ設定空燃比に設定され、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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜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、空燃比補正量ＡＦＣ、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ＯＳＡｓｃ、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスにおける積算酸素過不足量ΣＯＥＤｓｃ、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。
【００５０】
なお、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制御中心となる空燃比（以下、「制御中心空燃比」という）に等しい空燃比（本実施形態では、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制御中心空燃比よりもリーンな空燃比（本実施形態では、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制御中心空燃比よりもリッチな空燃比（本実施形態では、リッチ空燃比）となる。また、「制御中心空燃比」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。
【００５１】
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（リッチ設定空燃比に相当）とされている。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ＯＳＡｓｃは徐々に減少していく。したがって、積算酸素過不足量ΣＯＥＤｓｃ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。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。
【００５２】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃ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。
【００５３】
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ＯＳＡｓｃ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（リーン設定空燃比に相当）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ΣＯＥＤｓｃは０にリセットされる。
【００５４】
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達してから、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。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。
【００５５】
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ＯＳＡｓｃは増大する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣＯＥＤｓｃも徐々に増大していく。
【００５６】
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。
【００５７】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃ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ＯＳＡｓｃ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ΣＯＥＤｓｃ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ΣＯＥＤｓｃ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ΣＯＥＤｓｃが０にリセットされる。
【００５８】
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ＯＳＡｓｃ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ＯＳＡｓｃ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。
【００５９】
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が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃや、ＮＯｘ等が急激に流出し易くなる流出増大吸蔵量（図２（Ａ）のＣｕｐｌｉｍ）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ＯＳＡｓｃは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃや流出増大吸蔵量Ｃｕｐｌｉｍ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ＯＳＡｓｃが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃや流出増大吸蔵量Ｃｌｕｐｌｉｍ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が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃ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。
【００６０】
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ＯＳＡｓｃ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の排出はほぼゼロされる。
【００６１】
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、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。
【００６２】
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ΣＯＥＤｓｃ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ΣＯＥＤｓｃ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。
【００６３】
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ＯＳＡｓｃ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。
【００６４】
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。
【００６５】
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６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６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。
【００６６】
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のが好ましい。なお、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と同一又はこれよりも小さくなるように設定されてもよい。
【００６７】
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の出力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ＯＳＡｓｃ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いえる。加えて、ＥＣＵ３１は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上となったときに、酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃに達することなく、また、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比に達することなく、下流側排気浄化触媒２４の出力空燃比が下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、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。
【００６８】
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の出力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ＯＳＡｓｃ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。
【００６９】
また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤｓｃ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ＯＳＡｓｃ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ΣＯＥＤｓｃ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ＯＳＡｓｃ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。
【００７０】
＜下流側排気浄化触媒も用いた通常制御の説明＞
また、本実施形態では、上述したように、上流側排気浄化触媒２０に加えて下流側排気浄化触媒２４も設けられている。このため、例えば、図５の時刻ｔ2や時刻ｔ4において、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスを含んだ排気ガスが流出したとしても、これら流出した未燃ガスは下流側排気浄化触媒２４において酸化浄化される。この様子を、図７に示す。
【００７１】
図７に示した例では、時刻ｔ1以前において、或る程度の量の酸素が下流側排気浄化触媒２４に吸蔵されている。また、時刻ｔ1以前においては、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比に保たれる。このため、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは一定に維持される。
【００７２】
図７に示した例では、その後、時刻ｔ1〜ｔ3において、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっている。このため、下流側排気浄化触媒２４には、未燃ガスを含む排気ガスが流入する。
【００７３】
上述したように、下流側排気浄化触媒２４には時刻ｔ1以前において或る程度の量の酸素が吸蔵されているため、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に未燃ガスが含まれていると、吸蔵されている酸素により未燃ガスが酸化浄化される。また、これに伴って、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは減少する。ただし、時刻ｔ1〜ｔ3において上流側排気浄化触媒２０から流出する未燃ガスはそれほど多くないため、この間の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの減少量はわずかである。このため、時刻ｔ1〜ｔ3において上流側排気浄化触媒２０から流出する未燃ガスは全て下流側排気浄化触媒２４において還元浄化される。
【００７４】
時刻ｔ4以降についても、或る程度の時間間隔毎に時刻ｔ1〜ｔ3における場合と同様に、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出する。このようにして流出した未燃ガスは基本的に下流側排気浄化触媒２４に吸蔵されている酸素により還元浄化される。この結果、図７に示したように、上流側排気浄化触媒２０から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度は常にほぼゼロとされると共に、下流側排気浄化触媒２４から排出される排気ガス中の未燃ガス濃度は常にほぼゼロとされる。この結果、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度及び未燃ガス濃度は基本的に常にほぼゼロとされる。
【００７５】
＜燃料カット制御後の酸素吸蔵量＞
ところで、上述したような内燃機関が車両に搭載されている場合、車両の減速時等において、クランクシャフトやピストン３が運動している状態（すなわち、内燃機関の作動中）であっても、燃料噴射弁１１から燃料の噴射を行わない燃料カット制御が行われる。斯かる燃料カット制御中には、燃焼室５への燃料供給が停止されて燃焼室５からは空気が流出することになるため、両排気浄化触媒２０、２４には多量の酸素が流入することになる。
【００７６】
このため、燃料カット制御を行った場合には、上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４共に酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に達する。このように、排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達すると、これら排気浄化触媒２０、２４はそれ以上酸素を吸蔵することができなくなり、よってＮＯｘを浄化することができなくなる。そこで、燃料カット制御の終了後には、目標空燃比をリッチ空燃比に設定する復帰後リッチ制御が行われる。この様子を、図８に示す。
【００７７】
図８は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始され（燃料カットフラグＯＮ）、時刻ｔ4において燃料カット制御が終了せしめられている（燃料カットフラグＯＦＦ）。時刻ｔ3以前においては、上述した基本的な空燃比制御が行われている。
【００７８】
図８からわかるように、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始されると、燃料噴射弁１１からの燃料噴射が停止されるため、空燃比補正量ＡＦＣの値は設定されない。また、燃焼室５からは酸素を大量に含んだガス（空気）が流出するため、これに伴って上流側空燃比センサの出力空燃比は非常に大きな値（リーン度合いの極めて大きいリーン空燃比）となる。この結果、上流側排気浄化触媒２０には酸素を多く含んだガスが流入し、その酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃはすぐに最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃに到達する。
【００７９】
また、上流側排気浄化触媒２０には酸素を多く含んだガスが流入することから上流側排気浄化触媒２０ではその全てが吸蔵されずに一部が流出する。加えて、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｓｃに到達すると、上流側排気浄化触媒２０では酸素は吸蔵されずに、酸素を多く含んだガスがそのまま流出する。したがって、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎも燃料カット制御を開始してからすぐに非常に大きな値となる。この結果、下流側排気浄化触媒２４にも酸素を多く含んだガスが流入し、その酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃはすぐに最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｆｃに到達する。
【００８０】
その後、時刻ｔ4において、燃料カット制御が終了せしめられると、目標空燃比をリッチ空燃比に設定する復帰後リッチ制御が行われる。特に、図８に示した制御では、復帰後リッチ制御において空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりもリッチ度合いが大きい空燃比に相当する復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに設定される。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの大きい復帰後リッチ空燃比となる。上流側排気浄化触媒２０には未燃ガスを含んだ排気ガスが流入するため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃは徐々に減少していく。この間、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。このため、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と共に、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃはほぼ最大吸蔵可能酸素量のまま維持される。
【００８１】
そのまま上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが減少し続けると、酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃはゼロに近づき、これに伴って上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガスの一部がそのまま流出し始める。その結果、時刻ｔ5において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【００８２】
上述したような空燃比制御を行った場合、時刻ｔ5において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられることになる。その後、図５に示した例と同様に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達するまで空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに維持される。そして、時刻ｔ6において上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達すると、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。
【００８３】
上述したように、時刻ｔ5〜ｔ6においては上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出する。しかしながら、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以下になった時刻ｔ5において空燃比補正量ＡＦＣが切り替えられるため、時刻ｔ5〜ｔ6において流出する未燃ガスの総量はそれほど多くない。このため、上流側排気浄化触媒２０からの未燃ガスの流出が終わった時刻ｔ6においても、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｆｃからほとんど減少していない。
【００８４】
上述した空燃比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からリーン空燃比の排気ガスが流出することはなく、よってＮＯｘや酸素を含んだ排気ガスが流出することはない。しかしながら、上述した空燃比制御を行っていても、何らかの要因で偶発的に上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘや酸素を含んだ排気ガスが流出することがある。このとき、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｆｃ付近の量であると、上流側排気浄化触媒２０から流出したＮＯｘを十分に浄化することができない場合がある。
【００８５】
＜燃料カット後の空燃比制御＞
そこで、本発明の実施形態では、燃料カット制御の終了後に行われる復帰後リッチ制御において以下のような制御を行っている。すなわち、燃料カット制御の終了後に目標空燃比をリッチ空燃比に設定する。その後、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に到達しても、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えずに一時的にリッチ空燃比のまま維持する。
【００８６】
図９は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図示した例でも、図８に示した例と同様に、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始され、時刻ｔ4において燃料カット制御が終了せしめられている。
【００８７】
燃料カット制御が終了せしめられると、空燃比補正量ＡＦＣが、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに設定される。したがって、このときの目標空燃比は、リッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの大きい復帰後リッチ設定空燃比となる。復帰後リッチ制御において目標空燃比におけるリッチ度合いを大きくすることにより、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを迅速に減少させることができる。
【００８８】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃの減少により、時刻ｔ5において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。しかしながら、本実施形態では、時刻ｔ5において、空燃比補正量ＡＦＣが切り替えられずに、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈのまま維持される。
【００８９】
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ＡＦｄｗｎが、切替空燃比ＡＦｓｗに到達するまで空燃比補正量ＡＦＣは復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈのまま維持される。切替空燃比ＡＦｓｗは、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりもリッチであって、復帰後リッチ設定空燃比（復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに相当）と同一又はそれよりもリーンな空燃比とされる。なお、切替空燃比ＡＦｓｗは、後述する基準空燃比ＡＦｒｅｆよりもリッチな空燃比とされるのが好ましい。その後、時刻ｔ6において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが切替空燃比ＡＦｓｗに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。時刻ｔ6以降は、上述した基本的な空燃比制御が行われる。
【００９０】
このように、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よりもリッチな切替空燃比ＡＦｓｗに到達するまで、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられない。このため、上流側排気浄化触媒２０からは或る程度の時間に亘って未燃ガスを含む排気ガスが排出され、この結果、下流側排気浄化触媒２４には或る程度の量の未燃ガスが流入することになる。これにより、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを或る程度低減させることができ、よって下流側排気浄化触媒２４のＮＯｘ浄化能力を確保することができる。
【００９１】
＜第一変更例＞
次に、図１０を参照して、上記実施形態の第一変更例について説明する。第一変更例における制御装置の構成及び制御は基本的に上記実施形態と同様である。しかしながら、本変更例では、燃料カット制御後に空燃比補正量ＡＦＣを復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈからリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えるタイミングが、上記実施形態とは異なっている。
【００９２】
図１０は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図示した例においても、図８及び図９に示した例と同様に、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始され、時刻ｔ4において燃料カット制御が終了せしめられる。加えて、時刻ｔ5において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【００９３】
本変更例においても、時刻ｔ5において、空燃比補正量ＡＦＣは切り替えられずに、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈのまま維持される。その後、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に到達した時（時刻ｔ5）から基準経過時間ΔＴｒが経過した時刻ｔ6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。時刻ｔ6以降は、上述した基本的な空燃比制御が行われる。
【００９４】
基準経過時間ΔＴｒは、時刻ｔ5前から時刻ｔ6後までに上流側排気浄化触媒２０から流出すると予想される未燃ガス量が、下流側排気浄化触媒２４の最大吸蔵可能酸素量に相当する量よりも少ない所定の量となるように設定される。本実施形態では、基準経過時間ΔＴｒは、予め定められた一定の値とされる。しかしながら、基準経過時間ΔＴｒは、内燃機関の運転状態に関するパラメータに基づいて変更されてもよい。この場合、基準経過時間ΔＴｒは、例えば、排気通路を流通する排気ガス流量（或いは、吸入空気流量）、機関負荷、機関回転数等に基づいて変更される。このとき、例えば、排気ガス流量が多いほど上流側排気浄化触媒２０から流出すると予想される未燃ガス量が多くなるため、基準経過時間ΔＴｒは短くされる。
【００９５】
このように、本変更例では、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に到達してから基準経過時間ΔＴｒが経過するまで、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられない。このため、下流側排気浄化触媒２４には十分な量の未燃ガスが流入し、よって下流側排気浄化触媒２４のＮＯｘ浄化能力を確保することができる。
【００９６】
なお、上記第一変更例では、基準経過時間ΔＴｒ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に到達した時期を始点にしている。しかしながら、基準経過時間ΔＴｒの算出における始点は、必ずしもこの時期に限られるわけではない。燃料カット制御終了時以降であれば、様々な時期を基準経過時間の算出における始点とすることができる。例えば、燃料カット制御の終了時（図１０中の時刻ｔ4）や、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とは異なる所定の空燃比に到達した時を、基準経過時間の算出における始点としてもよい。したがって、本変更例では、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの経過時間に基づいて、目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定されているといえる。
【００９７】
＜第二変更例＞
次に、図１１を参照して、上記実施形態の第二変更例について説明する。第二変更例における制御装置の構成及び制御は基本的に上記実施形態及びその第一変更例と同様である。しかしながら、本変更例では、燃料カット制御後に空燃比補正量ＡＦＣを復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈからリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えるタイミングが、上記実施形態とは異なっている。
【００９８】
図１１は、燃料カット制御が行われる際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図示した例においても、図８〜図１０に示した例と同様に、時刻ｔ3において燃料カット制御が開始され、時刻ｔ4において燃料カット制御が終了せしめられる。加えて、時刻ｔ5において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【００９９】
本変更例においても、時刻ｔ5において、空燃比補正量ＡＦＣは切り替えられずに、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈのまま維持される。その後、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に到達した時（時刻ｔ5）からの積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎに到達した時刻ｔ6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。時刻ｔ6以降は、上述した基本的な空燃比制御が行われる。
【０１００】
ここでの積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃは、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスにおける酸素過不足量の積算値である。また、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。なお、図１１の時刻ｔ5〜ｔ6においては、基本的に酸素が過剰になることはないため、ここでの酸素過不足量は、実質的に、排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに不足している酸素量である酸素不足量を意味する。
【０１０１】
下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの酸素過不足量の算出は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比、及び下流側排気浄化触媒２４を流通する排気ガスの流量（或いは、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、下流側排気浄化触媒に流入する排気ガスにおける酸素過不足量ＯＥＤｕｆｃは、例えば、下記式（２）により算出される。
ＯＥＤｕｆｃ＝０．２３・Ｑｉ／（ＡＦｄｗｎ−ＡＦＲ）      …（２）
【０１０２】
また、終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎは、下流側排気浄化触媒２４の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｆｃよりも或る程度少ない量に相当する値とされる。この結果、下流側排気浄化触媒２４には或る程度の酸素が吸蔵された状態で、空燃比補正量ＡＦＣが復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈからリーン設定補正量に切り替えられることになる。具体的には、終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎは、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｆｃの１／２以下、好ましくは１／３以下とされる。
【０１０３】
このように、本変更例では、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に到達してから下流側排気浄化触媒２４への積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが予め定められた終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎに到達するまで、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられない。このため、下流側排気浄化触媒２４には十分な量の未燃ガスが流入し、よって下流側排気浄化触媒２４のＮＯｘ浄化能力を確保することができる。
【０１０４】
なお、上記第二変更例では、下流側排気浄化触媒２４への積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃの積算は、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に到達した時期に開始されている。しかしながら、積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃの積算は、必ずしもこの時期に開始されなくてもよい。燃料カット制御終了時以降であれば、様々な時期を積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃの積算開始時期とすることができる。例えば、燃料カット制御の終了時（図１０中の時刻ｔ4）や、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とは異なる所定の空燃比に到達した時を、積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃの積算開始時期としてもよい。したがって、本変更例では、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃに基づいて、目標空燃比のリーン空燃比への切替時期が設定されているといえる。
【０１０５】
さらに、上記第二変更例では、下流側排気浄化触媒２４を流通する排気ガスの流量と下流側空燃比センサ４１の出力空燃比とに基づいて算出された積算酸素過不足量ＯＥＤｕｆｃに基づいて、空燃比補正量ＡＦＣの切替時期を決めている。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０から流出した排気ガスの平均空燃比は或る程度予想可能であることから、下流側排気浄化触媒２４を流通する排気ガスの流量のみに基づいて空燃比補正量ＡＦＣの切替時期を決めてもよい。この場合、燃料カット制御終了後の予め定められた時期からの積算排気ガス流量が予め定められた終了判定基準量に到達したときに、空燃比補正量ＡＦＣが復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈからリーン設定補正量に切り替えられることになる。
【０１０６】
＜具体的な制御の説明＞
次に、図１２〜図１４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１２に示したように、Ａ１〜Ａ９の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図１２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〜Ａ８における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。
【０１０７】
＜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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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Ａ６によって算出される。
【０１１０】
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ＤＦｉを加えることで燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＦｉ）。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。
【０１１１】
＜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、空燃比補正量算出手段Ａ５、及び目標空燃比設定手段Ａ６が用いられる。
【０１１２】
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の出力空燃比ＡＦｕｐ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の出力空燃比と制御中心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。なお、酸素過不足量算出手段Ａ４は、上記第二変更例の場合には、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及び下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の推定値も算出する。
【０１１３】
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の出力空燃比ＡＦｄｗｎとに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。具体的には、図１３又は図１４に示したフローチャートに基づいて空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【０１１４】
目標空燃比設定手段Ａ６は、制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比）ＡＦＲに、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Ａ７に入力される。
【０１１５】
＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ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、空燃比偏差算出手段Ａ７、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ８が用いられる。
【０１１６】
空燃比偏差算出手段Ａ７は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ６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。
【０１１７】
Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ８は、空燃比偏差算出手段Ａ７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（３）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      …（３）
【０１１８】
なお、上記式（３）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）。
【０１１９】
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を上流側空燃比センサ４０によって検出している。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比の検出精度は必ずしも高い必要はないことから、例えば、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量及びエアフロメータ３９の出力に基づいてこの排気ガスの空燃比を推定するようにしてもよい。
【０１２０】
＜通常時における空燃比補正量算出のフローチャート＞
図１３は、通常時において空燃比補正量ＡＦＣを算出す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。
【０１２１】
図１３に示したように、まず、ステップＳ１１において空燃比補正量ＡＦＣの算出条件が成立しているか否かが判定される。空燃比補正量ＡＦＣの算出条件が成立している場合とは、フィードバック制御が行われる通常制御中であること、例えば燃料カット制御中や復帰後リッチ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の出力空燃比ＡＦｕｐ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。
【０１２２】
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、空燃比補正量ＡＦＣ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。
【０１２３】
一方、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃ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、空燃比補正量ＡＦＣ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。
【０１２４】
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へと進み、空燃比補正量ＡＦＣ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、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量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。
【０１２５】
＜復帰後リッチ制御における空燃比補正量算出のフローチャート＞
図１４は、復帰後リッチ制御中において空燃比補正量ＡＦＣを算出す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。
【０１２６】
図１４に示したように、まず、ステップＳ２１において、燃料カット制御を行っていることを示すＦＣフラグがオンになっているか否かが判定される。燃料カット制御が行われていない場合、すなわちＦＣフラグがオフになっている場合には、ステップＳ２２へと進む。次いで、ステップＳ２２では、復帰後フラグがオンになっているか否かが判定される。復帰後フラグは、復帰後リッチ制御を行っているときにオンとされ、それ以外のときにオフとされるフラグである。復帰後リッチ制御が行われていないとき、すなわち復帰後リッチフラグがオフとなっているときには、制御ルーチンが終了せしめられる。このときには、図１３に示した制御ルーチンに基づいて空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【０１２７】
一方、燃料カット制御が開始されると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ２１においてＦＣフラグがオンになっていると判定され、ステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、復帰後フラグがオンにされ、制御ルーチンが終了せしめられる。その後、燃料カット制御が終了せしめられると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ２１において、ＦＣフラグがオフになっていると判定される。このため、ステップＳ２１からステップＳ２２へと進み、ステップＳ２２においても復帰後フラグがオンになっていると判定され、ステップＳ２４へと進む。
【０１２８】
ステップＳ２４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆよりも大きいか（リーンであるか）否かが判定される。ステップＳ２４において、出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆよりも大きいと判定された場合には、ステップＳ２５へと進み、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに設定される。一方、ステップＳ２４において、出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆ以下であると判定された場合には、ステップＳ２６へと進み、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎへ切り替えられると共に、ステップＳ２７において復帰後フラグがオフにリセットされる。
【０１２９】
なお、上述した第一変更例及び第二変更例の場合には、ステップＳ２４が変更せしめられる。第一変更例の場合には、ステップＳ２４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達してからの経過時間が基準経過時間ΔＴｒに到達したか否かが判定される。一方、第二変更例の場合には、ステップＳ２４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達してからの下流側排気浄化触媒２４への積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎに到達したか否かが判定される。
【０１３０】
＜第二実施形態＞
次に、図１５〜図１７を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における制御装置の構成及び制御は基本的に上記第一実施形態と同様である。しかしながら、上記実施形態では、復帰後リッチ制御中に空燃比補正量ＡＦＣは一定の復帰後リッチ設定補正量に維持されており、よって目標空燃比は一定のリッチ空燃比に維持されている。これに対して、本実施形態では、復帰後リッチ制御中において、空燃比補正量ＡＦＣが制御される。
【０１３１】
＜排気浄化触媒における酸素の吸放出態様＞
ところで、上述したように燃料カット制御を行うと、下流側排気浄化触媒２４には最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｕｆｃまで酸素が吸蔵される。この後に、下流側排気浄化触媒２４にリッチ空燃比の排気ガスが流入すると、これに伴って下流側排気浄化触媒２４に吸蔵されていた酸素が放出されて、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵能力が回復せしめられる。このとき、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵能力が回復する程度は、下流側排気浄化触媒２４に流入する未燃ガスの総量に応じて変化し、未燃ガスの総量が多いほど酸素吸蔵能力が大きく回復する。加えて、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵能力が回復する程度は、下流側排気浄化触媒２４に流入するリッチ空燃比の排気ガスのリッチ度合いによっても変化し、リッチ度合いが大きいほど大きく回復する。以下、図１５及び図１６を用いてこれについて説明する。
【０１３２】
図１５及び図１６は、下流側排気浄化触媒２４に酸素が吸放出される様子を概念的に示した図である。図中の２４ａは、下流側排気浄化触媒２４を構成する隔壁２４ａを示しており、この隔壁２４ａ間の通路を排気ガスが流通する。図中の斜線で示した領域は、酸素が吸蔵されている領域を示している。したがって、この領域にはそれ以上酸素を吸蔵させることができない。一方、斜線の付されていない隔壁２４ａの領域は、酸素が吸蔵されていない領域を示している。したがって、この領域には、酸素を吸蔵させることができる。
【０１３３】
図１５（Ａ）は、燃料カット制御の終了直後における下流側排気浄化触媒２４の様子を示している。図１５（Ａ）からわかるように、燃料カット制御の終了直後は、下流側排気浄化触媒２４の全ての領域において酸素が吸蔵されている。このため、図１５（Ａ）の状態では、それ以上酸素を吸蔵することができず、よって酸素吸蔵能力が低下している。
【０１３４】
その後、下流側排気浄化触媒２４にリッチ度合いの小さいリッチ空燃比の排気ガスを流入させると、図１５（Ｂ）に示したように排気ガスの流れ方向上流側から徐々に、下流側排気浄化触媒２４に吸蔵されていた酸素が放出され、未燃ガスが浄化される。ただし、流入する排気ガスのリッチ度合いが小さいと、隔壁２４ａの表面近傍の酸素のみが放出される。このため、下流側排気浄化触媒２４にリッチ空燃比の排気ガスを流入させ続けると、図１５（Ｃ）に示したように、酸素を放出した領域が下流側に向かって広がる。しかしながら、下流側排気浄化触媒２４の全域に亘って隔壁２４ａの深い領域の酸素は放出されずに残ったままとなる。
【０１３５】
一方、図１６は、下流側排気浄化触媒２４にリッチ度合いの大きいリッチ空燃比の排気ガスを流入させた場合を示している。この場合も、図１５（Ｂ）に示した場合と同様に、排気ガスの流れ方向上流側から徐々に、下流側排気浄化触媒２４に吸蔵されていた酸素が放出される。加えて、流入する排気ガスのリッチ度合いが大きいと、図１６（Ａ）からわかるように、隔壁２４ａの表面近傍の酸素のみならず、隔壁２４ａの深くに吸蔵されていた酸素も放出される。このため、下流側排気浄化触媒２４にリッチ度合いの大きいリッチ空燃比の排気ガスを流入させ続けると、図１６（Ｂ）に示したように下流側排気浄化触媒２４の隔壁２４ａの深い領域まで酸素が放出された状態が下流側に向かって広がる。
【０１３６】
このように、下流側排気浄化触媒２４の隔壁２４ａの深くから酸素を放出させることにより、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵能力が大きく回復される。また、一般に、排気浄化触媒はその排気流れ方向上流側の方が高温になり、よって活性度合いが高くなる。上述したように、リッチ度合いの大きいリッチ空燃比の排気ガスを下流側排気浄化触媒２４に流入させると、その排気上流側の領域においても単位表面積辺りに吸蔵できる酸素量が多くなる。したがって、下流側排気浄化触媒２４にリッチ度合いの大きいリッチ空燃比の排気ガスを流入させることにより、活性度合いのより高い領域において酸素の吸放出を行うことができるようになり、よって排気ガスの浄化効率を高めることができる。
【０１３７】
＜第二実施形態における制御＞
そこで、本実施形態では、燃料カット制御の終了後には、上記第一実施形態と同様に、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に到達しても、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えないようにしている。特に、本実施形態では、少なくとも、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よりもリッチな基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達するまでは目標空燃比をリーン空燃比へ切り替えないようにしている。
【０１３８】
加えて、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に到達してから所定の待機判定時間ΔＴｊが経過するまで、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達しないままである場合には、目標空燃比をそれまでの空燃比よりもリッチな空燃比（リッチ度合いの大きい空燃比）に変更するようにしている。
【０１３９】
図１７は、燃料カット制御が行われた際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ1において燃料カット制御が終了せしめられると共に、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。また、上述した基準空燃比ＡＦｒｅｆは、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに相当するリッチ空燃比よりもリーンな空燃比とされる。
【０１４０】
上述したように、本実施形態においても、時刻ｔ2において、出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達しても、空燃比補正量ＡＦＣは切り替えられずに、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈのまま維持される。
【０１４１】
その後、図示した例では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは大きく変化せずに、基準空燃比ＡＦｒｅｆよりもリーン側の空燃比で停滞している。このような現象が起きる原因としては様々なものが考えられるが、例えば、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐが実際の排気ガスの平均空燃比からずれていることが考えられる。このように、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐにずれが生じると、結果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理論空燃比からずれる。このようなずれの結果、実際の排気空燃比が基準空燃比ＡＦｒｅｆよりもリーンな空燃比になってしまうと、図１７に示したように下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達しなくなる。
【０１４２】
なお、基準空燃比ＡＦｒｅｆは、排気空燃比がこの空燃比以下である排気ガスが排気浄化触媒に流入すれば、排気浄化触媒の隔壁の深い領域からも十分に酸素を放出されることができるような空燃比とされる。具体的には、基準空燃比ＡＦｒｅｆは、例えば、１１〜１４、好ましくは１１．５〜１３．５、より好ましくは１２〜１３程度とされる。
【０１４３】
図１７に示した例では、時刻ｔ2から所定の待機判定時間ΔＴｊが経過した時刻ｔ3まで、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達しない。そこで、本実施形態では、時刻ｔ3において、空燃比補正量ＡＦＣが、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも小さな値に変更される。したがって、時刻ｔ3において、目標空燃比が復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに相当する空燃比から、これよりもリッチ度合いの大きい空燃比に変更せしめられる。
【０１４４】
このように、目標空燃比のリッチ度合いを大きくすることにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎもリッチ方向に変化する。図１７に示した例では、時刻ｔ4において、出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆ以下になる。これにより、下流側排気浄化触媒２４にはリッチ度合いの大きいリッチ空燃比が流入し、図１６に示したように隔壁２４ａの深い領域においても吸蔵されていた酸素が放出される。このため、下流側排気浄化触媒２４の酸素吸蔵能力を大きく回復させることができる。
【０１４５】
本実施形態においても、上記第一実施形態の第二変更例と同様に、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの時刻ｔ2からの積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが算出される。図１７に示した例では、時刻ｔ5において、下流側排気浄化触媒２４における積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎに到達し、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ｔ5以降は、上述した基本的な空燃比制御が行われる。
【０１４６】
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に到達した時刻ｔ2から所定の待機判定時間ΔＴｊが経過するまで出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達しないときに、目標空燃比を変更している。この待機判定時間ΔＴｊは、予め定められた一定の値とされてもよいし、上述した基準経過時間ΔＴｒと同様に、内燃機関の運転状態に関するパラメータに基づいて変更されてもよい。
【０１４７】
また、時刻ｔ2からの経過時間以外のパラメータに基づいて目標空燃比の変更タイミングを決めてもよい。例えば、時刻ｔ2からの積算酸素過不足量や、時刻ｔ2からの積算排気ガス流量等が、予め定められた所定の待機判定量以上になったときに目標空燃比をよりリッチ側へ変更するようにしてもよい。また、上記実施形態では経過時間等の計測が行われる始点は時刻ｔ2とされているが、必ずしもこの時期に限られるわけではない。上記第一実施形態の変更例と同様に燃料カット制御終了時以降の様々な時期を始点とすることができ、また、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達した時期を始点とすることもできる。
【０１４８】
加えて、上記実施形態では、時刻ｔ2等から所定の待機判定時間ΔＴｊが経過したときに一回のみ目標空燃比が変更されている。しかしながら、目標空燃比の変更は、時刻ｔ2等からの経過時間に基づいて段階的に複数回変更してもよい。或いは、時刻ｔ２等以降又は時刻ｔ２等から所定の時間が経過した時期以降に、目標空燃比を徐々に低下させるようにしてもよい。
【０１４９】
＜第三実施形態＞
次に、図１８を参照して、本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における制御装置の構成及び制御は、基本的に上記第二実施形態と同様である。しかしながら、第三実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆ以下となった場合には、目標空燃比がリーン側に変更せしめられる。
【０１５０】
ところで、上述したように、上記実施形態では、復帰後リッチ制御では、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを迅速に減少させるために、空燃比補正量ＡＦＣをリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈよりも小さい復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに設定している。すなわち、目標空燃比をリッチ設定空燃比よりもリッチ度合いの高い復帰後リッチ設定空燃比に設定している。
【０１５１】
一方、図１６に示したように下流側排気浄化触媒２４の隔壁２４ａの深い領域に吸蔵されている酸素を放出させるという観点からは、下流側排気浄化触媒２４にリッチ度合いの大きいリッチ空燃比の排気ガスを流入させることが必要となる。しかしながら、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスのリッチ度合いが或る一定のリッチ度合いに達すると、隔壁２４ａの深い領域に吸蔵されている酸素を十分に放出させることができるようになる。したがって、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスのリッチ度合いをこの或る一定のリッチ度合いよりも大きくしても、下流側排気浄化触媒２４の隔壁２４ａの深い領域に吸蔵されている酸素を放出させるという観点からは、その効果にほとんど差異がなくなる。そして、この或る一定のリッチ度合いは、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈの設定によっては、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに相当するリッチ度合いよりも小さい。すなわち、斯かる観点からは、目標空燃比は、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに相当する空燃比よりもリーン側の空燃比に設定されてもよい。
【０１５２】
そこで、本実施形態では、燃料カット制御の終了後であって下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが初めて基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達したときには、空燃比補正量ＡＦＣを復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈよりも大きな値に変更するようにしている。すなわち、出力空燃比ＡＦｄｗｎが初めて基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達したときには、目標空燃比を、それまでの空燃比（リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈに相当する空燃比）よりもリーンなリッチ空燃比に設定するようにしている。
【０１５３】
図１８は、燃料カット制御が行われた際の空燃比補正量等のタイムチャートである。図示した例では、時刻ｔ1において燃料カット制御が終了せしめられると共に、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。しかしながら、本実施形態においても、時刻ｔ2においては、空燃比補正量ＡＦＣは切り替えられずに、復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈのまま維持される。
【０１５４】
その後、図示した例では、時刻ｔ3において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達する。本実施形態では、出力空燃比ＡＦｄｗｎが基準空燃比ＡＦｒｅｆに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣが復帰後リッチ設定補正量ＡＦＣｆｒｉｃｈよりも大きな暫定リッチ設定補正量ＡＦＣｔｒｉｃｈに変更せしめられる。ただし、暫定リッチ設定補正量ＡＦＣｔｒｉｃｈは、基準空燃比ＡＦｒｅｆに相当する補正量よりも小さな値とされる。すなわち、暫定リッチ設定補正量ＡＦＣｔｒｉｃｈに相当する空燃比は、基準空燃比ＡＦｒｅｆよりもリッチな空燃比とされる。
【０１５５】
このように、時刻ｔ3において、空燃比補正量ＡＦＣを暫定リッチ設定補正量ＡＦＣｔｒｉｃｈに変更すると、これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐがそれまでよりもリーンなリッチ空燃比となる。加えて、時刻ｔ3から多少の遅れの後に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが上昇（リッチ側へ変化）する。ただし、暫定リッチ設定補正量ＡＦＣｔｒｉｃｈが基準空燃比ＡＦｒｅｆに相当する補正量よりも小さな値とされているため、出力空燃比ＡＦｄｗｎも基準空燃比ＡＦｒｅｆよりも小さく維持される。この結果、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの空燃比は、図１６に示したように隔壁２４ａの深い領域においても吸蔵されていた酸素を放出することができる。
【０１５６】
本実施形態においても、上記第一実施形態の第二変更例と同様に、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの時刻ｔ2からの積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが算出される。図１８に示した例では、時刻ｔ4において、下流側排気浄化触媒２４における積算酸素過不足量ΣＯＥＤｕｆｃが終了判定基準値ＯＥＤｆｉｎに到達し、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ｔ4以降は、上述した基本的な空燃比制御が行われる。
【０１５７】
本実施形態によれば、時刻ｔ3以降、目標空燃比が、暫定リッチ設定補正量ＡＦＣｔｒｉｃｈに相当する空燃比とされる。これにより、下流側排気浄化触媒２４の深い領域においても吸蔵されていた酸素を放出させつつ、下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガスの空燃比のリッチ度合いを低く抑えることができる。このため、排気ガス中の未燃ガスが下流側排気浄化触媒２４を通り抜けて、下流側排気浄化触媒２４から未燃ガスが排出されることを抑制することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
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】
2015224562.tif 000003
【図２】
2015224562.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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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