(57)【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、酸素吸蔵能を有する三元触媒と、
前記三元触媒より下流の排気通路に配置され、前記三元触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する空燃比センサと、
を備える内燃機関に適用される制御装置であって、
前記制御装置は、前記三元触媒の暖機過程において、該三元触媒へ流入する排気の空燃比を、理論空燃比よりリッチ度合の大きな所定の開始時リッチ空燃比から該開始時リッチ空燃比よりリッチ度合の小さな空燃比であって且つ理論空燃比近傍の空燃比である最終目標値へ向けて、所定量ずつ段階的にリッチ度合の小さい空燃比に変更していくための暖機時空燃比制御を実行するものであり、
前記暖機時空燃比制御の実行時において、
前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが予め定められた基準タイミング以降であれば、前記制御装置は、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、前記三元触媒へ流入する排気の空燃比を、その時点における空燃比より前記所定量だけリッチ度合の小さいリッチ空燃比であって且つ前記最終目標値と同等以上のリッチ度合の空燃比に変更し、
前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早ければ、前記制御装置は、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、前記三元触媒へ流入する排気の空燃比を、その時点における空燃比より前記所定量だけリッチ度合の小さいリッチ空燃比であって且つ前記最終目標値と同等以上のリッチ度合の空燃比に変更する処理に加え、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比を今回の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比よりもリッチ度合の小さい空燃比へ補正するためのリーン補正処理を実行する、
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早い場合は、前記空燃比センサの測定値が所定時間以上連続してリッチ空燃比を示したことをトリガとして、前記リーン補正処理を実行することにより、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比を補正するものであり、
前記暖機時空燃比制御の実行時において、前記空燃比センサの測定値がリーン空燃比を示す場合には、前記制御装置は、前記空燃比センサの測定値がリーン空燃比を示すタイミ
ングをトリガとして、前記三元触媒へ流入する排気の空燃比を、その時点における空燃比よりリッチ度合の大きな空燃比へ直ちに補正し、且つ次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比を今回の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比よりもリッチ度合の大きな空燃比へ補正する、
請求項１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、内燃機関の排気通路に配置される三元触媒へ流入する排気の空燃比を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関が冷間始動された場合において、冷却水温度が基準温度以下であるときに、混合気の空燃比を理論空燃比よりも低いリッチ空燃比にオープンループ制御する制御装置が開示されている。また、特許文献１には、前記オープンループ制御において、冷却水温度の上昇又は時間経過の少なくとも一方の条件にしたがって、混合気の空燃比をリッチ空燃比から理論空燃比へ向けて徐々に変更する方法も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３４７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の技術は、内燃機関の暖機過程における燃焼安定性の向上を目的としたものであるが、内燃機関の排気通路に配置される三元触媒の暖機過程においても、混合気の空燃比をリッチ空燃比から理論空燃比へ向けて徐々に変更していく方法が有効といえる。すなわち、三元触媒の暖機過程においては、該三元触媒の浄化能力が活性するにつれて、該三元触媒の酸素吸蔵能も活性していく。三元触媒の酸素吸蔵能が活性すると、内燃機関の前回の運転停止時以降に該三元触媒に吸蔵された酸素が該三元触媒から放出可能になるため、三元触媒の雰囲気がリーン空燃比の雰囲気となる可能性がある。ここで、三元触媒は、理論空燃比近傍の雰囲気に曝されているときに、排気中の炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物を効率的に浄化可能になる。よって、三元触媒の暖機過程においては、該三元触媒から放出され得る酸素が消費されるように、該三元触媒へ流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にすることで、該三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気にすることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、三元触媒の暖機過程において、三元触媒へ流入する排気のリッチ度合が過大になると、三元触媒によって浄化されない炭化水素や一酸化炭素の量が多くなる可能性がある。一方、三元触媒の暖機過程において、三元触媒へ流入する排気のリッチ度合が過小になると、三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなる可能性がある。
【０００６】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒の雰囲気を可及的に理論空燃比近傍の雰囲気に保つことで、三元触媒の暖機過程における排気エミッションを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の排気通路に配置され、酸素吸蔵能を有する三元触媒と、前記三元触媒より下流の排気通路に配置され、前記三元触媒から流出する排気の空燃比に相関する物理量を測定する空燃比センサと、を備える内燃機関に適用される制御装置である。該制御装置は、前記三元触媒の暖機過程において、該三元触媒へ流入する排気の空燃比を、理論空燃比より低い所定の開始時リッチ空燃比から理論空燃比近傍の最終目標値へ向けて段階的に近づけていくための暖機時空燃比制御を実行するものである。そして、前記暖機時空
燃比制御の実行時において、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが予め定められた基準タイミング以降であれば、前記制御装置は、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、前記三元触媒へ流入する排気の空燃比をその時点における空燃比より高い空燃比に変更する。また、前記暖機時空燃比制御の実行時において、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早ければ、前記制御装置は、次回以降の暖機時空燃比制御における前記開始時リッチ空燃比を今回よりも高い空燃比へ補正するためのリーン補正処理を実行する。
【０００８】
なお、「三元触媒の暖機過程」は、前記三元触媒が活性し始めたと推定されてから、該三元触媒が所望の浄化能力を発揮する程度に活性（暖機完了）したと推定されるまでの期間である。また、ここでいう「基準タイミング」は、新品相当の三元触媒の暖機制御に適合するように予め実験的に求められた値である。
【０００９】
ここで、三元触媒の暖機過程においては、該三元触媒の上流側の部位から下流側の部位へ向かって徐々に昇温していく。それに伴い、三元触媒の上流側の部位から下流側の部位へ向かって、酸素吸蔵能が徐々に活性していくことになる。その際、単位時間あたりに三元触媒から放出可能になる酸素量は、三元触媒の暖機過程における初期から終期にかけて徐々に少なくなる傾向がある。このような傾向を踏まえると、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒へ流入する排気の空燃比（以下、「流入空燃比」と称する）を、前記開始時リッチ空燃比から前記最終目標値へ向けて段階的に近づけていくことで、流入空燃比のリッチ度合を段階的に小さくしていけば、三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気に維持することができると考えられる。
【００１０】
ところで、流入空燃比を前記開始時リッチ空燃比から前記最終目標値へ向けて段階的に変更するタイミングが、前記したような基準タイミングに設定されると、三元触媒の活性部位から単位時間あたりに放出される酸素量が比較的多い状態で、流入空燃比がより高い空燃比に変更される事態が発生し得る。その場合、三元触媒の雰囲気がリーン空燃比の雰囲気になるため、三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなる可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、暖機時空燃比制御の実行中において、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミング以降であれば、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、流入空燃比をその時点における流入空燃比（すなわち、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示した時点における流入空燃比）より高い空燃比に変更するようにした。ここで、三元触媒の雰囲気は、該三元触媒から流出する排気の空燃比に相関する。そのため、空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すときは、三元触媒の雰囲気がリッチ空燃比になっているとみなすことができる。そして、三元触媒の雰囲気がリッチ空燃比になっているときは、該三元触媒の活性部位から単位時間あたりに放出される酸素量が比較的少なくなっているとみなすことができる。よって、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示したタイミングをトリガとして、流入空燃比がその時点における流入空燃比より高い空燃比に変更されると、三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気にすることができる。その結果、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなることを抑制することができる。
【００１２】
また、三元触媒の使用期間が長くなると、該三元触媒の酸素吸蔵能が経年劣化する可能性がある。三元触媒の酸素吸蔵能が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、該三元触媒の酸素吸蔵容量が小さくなる。そのため、三元触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、三元触媒の暖機過程において該三元触媒の活性部位から単位時間あた
りに放出される酸素量がより早期に少なくなる可能性がある。その場合、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早くなる。これに対し、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早い場合においても、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミング以降である場合と同様に、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、流入空燃比をその時点における流入空燃比より高い空燃比に変更する方法が考えられる。
【００１３】
しかしながら、上記した方法によると、次回以降の暖機時空燃比制御においても、今回と同様の開始時リッチ空燃比を基準として、暖機時空燃比制御が実行されることになる。そのため、次回以降の暖機時空燃比制御においても、今回と同様に、前記空燃比センサがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早くなる。そして、前記空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングは、三元触媒の劣化が進行するほど早くなる。それに伴い、前記流入空燃比を変更する間隔が、三元触媒の劣化が進行するほど短くなる。よって、三元触媒の劣化がある程度進行した状態で暖機時空燃比制御が実行されると、三元触媒の暖機が完了する前に、前記流入空燃比が前記最終目標値に到達してしまう可能性がある。その場合、前記流入空燃比を三元触媒の活性度合に適した空燃比に制御することが困難になる。その結果、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒によって浄化されない炭化水素、一酸化炭素、又は窒素酸化物が多くなる可能性がある。
【００１４】
そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早ければ、次回以降の暖機時空燃比制御における前記開始時リッチ空燃比を今回よりも高い空燃比へ補正するためのリーン補正を行うようにした。このように、次回以降の暖機時空燃比制御における前記開始時リッチ空燃比が今回よりも高い空燃比に補正されると、次回以降の暖機時空燃比制御において、空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングに対して過早となることが抑制され、それに伴って、前記流入空燃比を変更する間隔が過剰に短くなることも抑制される。その結果、三元触媒の劣化がある程度進行した状態で暖機時空燃比制御された場合であっても、三元触媒の暖機が完了する前に、前記流入空燃比が前記最終目標値に到達することが抑制される。よって、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒によって浄化されない炭化水素、一酸化炭素、又は窒素酸化物が多くなることを抑制することができる。
【００１５】
なお、前記リーン補正処理においては、空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示したことをトリガとして、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比を修正してもよいが、三元触媒の劣化状態以外の要因によって一時的に空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すことも想定される。そこで、前記制御装置は、空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早い場合は、該空燃比センサの測定値が所定時間以上連続してリッチ空燃比を示すことをトリガとして、前記リーン補正処理を実行することにより、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比を修正してもよい。その場合、三元触媒の劣化状態以外の要因によって一時的に空燃比センサの測定値がリッチ空燃比を示すような場合に、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比が不要に修正されることを抑制することができる。また、前記暖機時空燃比制御において、前記空燃比センサの測定値がリーン空燃比を示したときは、前記制御装置は、前記流入空燃比を直ちにより低い空燃比に修正し、且つ次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比をより低い空燃比に修正してもよい。このような構成によれば、上記したリーン補正処理によって前記開始時リッチ空燃比が過剰に高い空燃比に補正されたような場合であっても、前記流入空燃比が直ちに低下させられるため、暖機過程の三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が過剰に多くなることが抑制される。また、次回以降の暖機時空燃比制御においても、前記三元触媒の雰囲気が過剰に高い空燃
比になることが抑制される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒の雰囲気を可及的に理論空燃比近傍の雰囲気に保つことができる。その結果、三元触媒の暖機過程における排気エミッションを向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】暖機時空燃比制御の実行手順の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】空燃比補正値を求める手順を示すタイミングチャートである。
【図４】暖機時空燃比制御の実行時にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】リーン補正処理を実行する際にＥＣＵによって実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。
【図６】暖機時空燃比制御の実行時において流出空燃比がリーン空燃比を示したときにＥＣＵによって実行される処理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】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。内燃機関１は、図示しない気筒内へ燃料を供給するための燃料噴射弁２と、該燃料噴射弁２から気筒内へ供給された燃料に点火するための点火プラグ３と、を備えている。なお、燃料噴射弁２は、気筒内へ直接燃料を噴射するものであってもよく、又は吸気ポート内へ燃料を噴射するものであってもよい。
【００２０】
内燃機関１には、吸気管４と排気管５とが接続されている。吸気管４は、大気中から取り込まれた新気（空気）を内燃機関１の吸気ポートへ導くための吸気通路が形成された管である。排気管５は、内燃機関１の気筒内から排出されるガスを流通させるための排気通路が形成された管である。
【００２１】
排気管５の途中には、触媒ケーシング６が配置される。触媒ケーシング６は、三元触媒を収容する。三元触媒は、例えば、セラミックから成る触媒担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金等）と、酸素吸蔵材（例えば、セリア等）と、を担持させたものである。このように構成される三元触媒は、該三元触媒が活性しているときに、理論空燃比近傍の雰囲気に曝されると、排気中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物を浄化可能となる。また、三元触媒は、該三元触媒が活性しているときに、理論空燃比より高いリーン空燃比の雰囲気に曝されると、排気中の酸素を吸蔵可能になる。一方、三元触媒は、該三元触媒が活性しているときに、理論空燃比より低いリッチ空燃比の雰囲気に曝されると、該三元触媒に吸蔵されている酸素を放出可能になる。
【００２２】
前記触媒ケーシング６より上流の排気管５には、前記触媒ケーシング６の三元触媒へ流入する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する第一空燃比センサ７が配置される。また、前記触媒ケーシング６より下流の排気管５には、前記触媒ケーシング６の三元触媒から流出する排気の空燃比に相関する電気信号を出力する第二空燃比センサ８が配置される。この第二空燃比センサ８は、本発明の「空燃比センサ」に相当する。さらに、前記触媒
ケーシング６より下流の排気管５には、前記触媒ケーシング６の三元触媒から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する排気温度センサ９が配置される。
【００２３】
このように構成された内燃機関１には、本発明に係わる「制御装置」としてのＥＣＵ１０が併設される。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、前述した第一空燃比センサ７、第二空燃比センサ８、及び排気温度センサ９に加え、アクセルポジションセンサ１１、クランクポジションセンサ１２、エアフローメータ１３等の各種センサが電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１２は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１３は、吸気管４に取り付けられ、該吸気管４を介して内燃機関１に吸入される空気量（質量）に相関する電気信号を出力する。
【００２４】
また、ＥＣＵ１０は、前述した燃料噴射弁２や点火プラグ３等の各種機器と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、前記各種センサから入力される電気信号に基づいて、前記各種機器を制御する。例えば、前記触媒ケーシング６の三元触媒が暖機完了状態（三元触媒が所望の浄化能力を発揮する程度に活性している状態）にあるときに、ＥＣＵ１０は、以下に述べるような暖機後空燃比制御を実行する。暖機後空燃比制御では、ＥＣＵ１０は、第一空燃比センサ７の測定値（触媒ケーシング６の三元触媒へ流入する排気の空燃比（流入空燃比））Ｆａｆが目標流入空燃比Ｘａｆとなるように、燃料噴射弁２から噴射される燃料量をフィードバック制御する。その際、ＥＣＵ１０は、第二空燃比センサ８の測定値（触媒ケーシング６の三元触媒から流出する排気の空燃比（以下、「流出空燃比」と称する））Ｒａｆに基づいて、目標流入空燃比Ｘａｆを設定する。詳細には、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが理論空燃比より低いリッチ空燃比になったときは、ＥＣＵ１０は、目標流入空燃比Ｘａｆを理論空燃比より高いリーン空燃比（以下、「ＦＢ用リーン空燃比」と称する）Ｙｌａｆに設定する。目標流入空燃比ＸａｆがＦＢ用リーン空燃比Ｙｌａｆに設定されると、排気中に含まれる酸素が三元触媒に吸蔵されるため、該三元触媒の雰囲気が理論空燃比近傍の雰囲気となる。その際、ＥＣＵ１０は、第一空燃比センサ７の測定値（流入空燃比）Ｆａｆ、エアフローメータ１３の測定値（吸入空気量）、燃料噴射弁２から噴射される燃料量（燃料噴射量）等をパラメータとして、三元触媒の酸素吸蔵量を推定する。そして、ＥＣＵ１０は、酸素吸蔵量の推定値が所定の基準吸蔵量以上になると、目標流入空燃比Ｘａｆを前記ＦＢ用リーン空燃比Ｙｌａｆから理論空燃比より僅かに低い弱リッチ空燃比（以下、「ＦＢ用弱リッチ空燃比」と称する）Ｙｒａｆへ変更する。目標流入空燃比ＸａｆがＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆに設定されると、三元触媒に吸蔵されていた酸素が該三元触媒から放出されるため、三元触媒の雰囲気が理論空燃比近傍の雰囲気となる。その後、三元触媒の酸素吸蔵量が減少することで、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが再びリッチ空燃比を示すと、ＥＣＵ１０は、目標流入空燃比Ｘａｆを前記ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆから再び前記ＦＢ用リーン空燃比Ｙｌａｆへ変更する。つまり、暖機後空燃比制御における目標流入空燃比Ｘａｆは、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆに応じて、ＦＢ用リーン空燃比ＹｌａｆとＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆとに交互に切り替えられる。このような方法によって暖機後空燃比制御が実行されると、目標流入空燃比ＸａｆがＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆに設定されているときは、前記触媒ケーシング６の三元触媒から酸素が放出されるため、該三元触媒の雰囲気が理論空燃比近傍の雰囲気になる。一方、目標流入空燃比ＸａｆがＦＢ用リーン空燃比Ｙｌａｆに設定されているときは、前記触媒ケーシング６の三元触媒が排気中の酸素を吸蔵することで、該三元触媒の雰囲気が理論空燃比近傍の雰囲気になる。したがって、三元触媒が暖機完了状態にあるときに、該三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気に維持することが可能になる。その結果、排気中の炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物を効率的に浄化することができる。
【００２５】
また、前記三元触媒が活性し始めたと推定されてから、該三元触媒が所望の浄化能力を発揮する程度に活性（暖機完了）したと推定されるまでの暖機過程においても、該三元触媒の暖機完了後と同様に、該三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気にすることが望ましい。そこで、本実施形態では、前記三元触媒の暖機過程において、目標流入空燃比Ｘａｆを、前記ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆより低い開始時リッチ空燃比Ｙａｆから理論空燃比近傍の最終目標値へ向けて所定量Ｇａｆ（開始時リッチ空燃比Ｙａｆと最終目標値との差より小さい量）ずつ段階的に近づけていくための暖機時空燃比制御を実行するようにした。以下では、本実施形態における暖機時空燃比制御の実行方法について説明する。
【００２６】
前記三元触媒の暖機過程では、該三元触媒の上流側の部位から下流側の部位へ向かって徐々に昇温するため、それに伴って該三元触媒の浄化能力が上流側の部位から下流側の部位へ向かって徐々に活性していくことになる。また、前記三元触媒の上流側の部位から下流側の部位へ向かって徐々に昇温していくと、それに伴って該三元触媒の酸素吸蔵能も上流側の部位から下流側の部位へ向かって徐々に活性していくことになる。三元触媒の酸素吸蔵能が活性すると、内燃機関の前回の運転停止時以降に該三元触媒に吸蔵された酸素が該三元触媒から放出可能になる。そのため、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒の上流側の部位から下流側の部位へ向かって酸素吸蔵能が徐々に活性していくと、酸素吸蔵能が活性した部位から順次酸素が放出される。つまり、暖機過程の三元触媒において、酸素を放出する部位は、上流側の部位から下流側の部位へ順次シフトしていくことになる。ただし、三元触媒の酸素吸蔵能が上流側の部位から下流側の部位へ向かって徐々に活性していく過程で、単位時間あたりに活性する範囲は、暖機過程の初期ほど大きく、且つ暖機過程の終期ほど小さくなる傾向がある。そのため、前記三元触媒の暖機過程において、単位時間あたりに該三元触媒から放出される酸素の量は、暖機過程の初期から終期に向かって徐々に少なくなる。
【００２７】
そこで、図２に示すように、前記三元触媒の暖機過程において、目標流入空燃比Ｘａｆを、前記開始時リッチ空燃比Ｙａｆから最終目標値（図２に示す例では、ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆ）へ向けて所定量Ｇａｆずつ段階的に近づけていく方法が考えられる。詳細には、前記三元触媒が活性し始めたと推定されたときに（図２中のｔ１）、目標流入空燃比Ｘａｆを開始時リッチ空燃比Ｙａｆに制御する。続いて、前記三元触媒が活性し始めたときからの吸入空気量の積算値（以下、「活性後空気量」と称する）ΣＧａａｃが所定空気量Ｉｇａに達したとき（図２中のｔ２）に、目標流入空燃比Ｘａｆを前記開始時リッチ空燃比Ｙａｆから所定量Ｇａｆだけ高い空燃比（Ｙａｆ＋Ｇａｆ）に変更する。さらに、目標流入空燃比Ｘａｆを変更した時点（図２中のｔ２）からの活性後空気量ΣＧａａｃの増加分ΔΣＧａａｃが前記所定空気量Ｉｇａに達したときに（図２中のｔ３）、目標流入空燃比Ｘａｆを更に所定量Ｇａｆだけ高い空燃比（（Ｙａｆ＋Ｇａｆ）＋Ｇａｆ）に変更する。その後は、活性後空気量ΣＧａａｃの増加分ΔΣＧａが所定空気量Ｉｇａに達する度に、目標流入空燃比Ｘａｆを所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する処理を繰り返す。そして、目標流入空燃比Ｘａｆが前記ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆ以上に達したら（図２中のｔｎ）、暖機時空燃比制御を終了して、前述したような暖機後空燃比制御を開始すればよい。なお、目標流入空燃比Ｘａｆが前記ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆ以上に到達する前に、他のパラメータ（例えば、内燃機関１の始動時からの吸入空気量の積算値、内燃機関１の始動時からの燃料噴射量の積算値、又は内燃機関１の始動時からの運転時間等）に基づいて、前記三元触媒の暖機が完了したと推定された場合は、その時点で暖機時空燃比制御を終了して、前述したような暖機後空燃比制御を開始してもよい。
【００２８】
ここで、上記した暖機時空燃比制御において、前記開始時リッチ空燃比Ｙａｆと、前記所定量Ｇａｆと、前記所定空気量Ｉｇａとは、前記三元触媒が新品相当の正常な状態にある場合の暖機過程において、前述したような単位時間あたりに三元触媒から放出される酸
素量の推移を踏まえて、該三元触媒の雰囲気が理論空燃比近傍の雰囲気に維持されように定められた値であり、予め実験等を利用した適合処理によって求めておくことができる。その際、前記所定量Ｇａｆは、一定量であってもよく、又は暖機時空燃比制御の初期から終期へかけて段階的に変更されてもよい。なお、図２中のｔ２、ｔ３のように、前記目標流入空燃比Ｘａｆを所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更するタイミングは、本発明に係わる「基準タイミング」に相当する。
【００２９】
前記活性後空気量ΣＧａａｃは、暖機過程における三元触媒の活性度合の指標となるパラメータである。暖機過程における三元触媒の活性度合は、暖機過程における三元触媒の昇温度合に相関する。そして、暖機過程における三元触媒の昇温度合は、前記三元触媒が活性し始めたときからの吸入空気量の積算値である活性後空気量ΣＧａａｃに相関する。具体的には、前記活性後空気量ΣＧａａｃが多くなるにつれて、三元触媒の昇温範囲がより下流側の部位まで拡がり、それに伴って該三元触媒の活性範囲がより下流側の部位まで拡がる。なお、前述したように、三元触媒の暖機過程において、単位時間あたりに活性する範囲は、暖機過程の初期ほど大きく、且つ暖機過程の終期ほど小さくなる傾向がある。よって、前記活性後空気量ΣＧａａｃが比較的少ないときは、三元触媒から単位時間あたりに放出される酸素量が多くなるが、前記活性後空気量ΣＧａａｃが多くなるにつれて、三元触媒から単位時間あたりに放出される酸素の量が少なくなる傾向がある。よって、図２に示したように、前記活性後空気量ΣＧａａｃが多くなるにつれて、目標流入空燃比Ｘａｆを段階的に高くしていけば、三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気に維持することができると考えられる。なお、暖機過程における三元触媒の昇温度合は、前記三元触媒が活性し始めたときからの燃料噴射量の積算値、又は前記三元触媒が活性し始めたときからの内燃機関１の運転時間にも相関する。よって、活性後空気量ΣＧａａｃの代わりに、前記三元触媒の活性開始時からの燃料噴射量の積算値、又は前記三元触媒の活性開始時からの内燃機関１の運転時間を用いて、前記基準タイミングが決定されてもよい。その場合は、前記所定空気量Ｉｇａの代わりに、該所定空気量Ｉｇａに相当する燃料噴射量、又は運転時間を用いればよい。
【００３０】
ところで、暖機過程における三元触媒の昇温度合は、ばらつく可能性がある。そのため、前述の図２の説明で述べたように、目標流入空燃比Ｘａｆを所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更するタイミングが前記基準タイミングに設定されると、三元触媒の活性部位から単位時間あたりに放出される酸素量が比較的多い状態で、目標流入空燃比Ｘａｆが前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更される可能性がある。その場合、三元触媒の雰囲気がリーン空燃比の雰囲気になる可能性がある。その結果、三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなる可能性がある。
【００３１】
そこで、本実施形態の暖機時空燃比制御では、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミング以降であれば、前記第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆを前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更するようにした。第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すときは、三元触媒の雰囲気がリッチ空燃比になっているとみなすことができる。それに伴い、三元触媒の雰囲気がリッチ空燃比になっているときは、該三元触媒の活性部位から単位時間あたりに放出される酸素量が比較的少なくなっているとみなすことができる。よって、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示したタイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆを前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更すると、三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気にすることができる。その結果、三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなることを抑制することができる。
【００３２】
また、前記三元触媒の使用期間が長くなると、該三元触媒の酸素吸蔵能が経年劣化する
可能性がある。前記三元触媒の酸素吸蔵能が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、該三元触媒の酸素吸蔵容量が小さくなる。そのため、前記三元触媒が劣化している場合は劣化していない場合に比べ、暖機過程の三元触媒の活性部位から単位時間あたりに放出され得る酸素量がより早期に少なくなる。その結果、例えば、前述した図２中のｔ１〜ｔ２の期間の途中や、ｔ２〜ｔ３の期間の途中で、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示す可能性がある。すなわち、三元触媒が劣化している場合は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早くなる可能性がある。そのような状態において、前記基準タイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆが前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更されると、目標流入空燃比Ｘａｆが変更される前に、三元触媒の活性部位から単位時間あたりに放出される酸素量が少なくなり、該三元触媒の雰囲気がリッチ空燃比の雰囲気になる可能性がある。その場合、三元触媒によって浄化されない炭化水素や一酸化炭素の量が多くなる可能性ある。
【００３３】
上記した問題に対し、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早い場合においても、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミング以降となる場合と同様に、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆを前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する方法が考えられる。
【００３４】
しかしながら、上記した方法によると、次回以降の暖機時空燃比制御においても、今回と同等の開始時リッチ空燃比Ｙａｆを基準として、目標流入空燃比Ｘａｆが制御されることになる。そのため、次回以降の暖機時空燃比制御においても、今回と同様に、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早くなる。そして、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングは、三元触媒の劣化が進行するほど早くなる。それに伴い、目標流入空燃比Ｘａｆを前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する間隔が、三元触媒の劣化が進行するほど短くなる。よって、三元触媒の劣化がある程度進行した状態で暖機時空燃比制御が実行されると、三元触媒の暖機が完了する前に、目標流入空燃比Ｘａｆが最終目標値に到達してしまう可能性がある。
【００３５】
そこで、本実施形態の暖機時空燃比制御では、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミング以降であるときは、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示したタイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆを所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する。また、本実施形態の暖機時空燃比制御では、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早いときは、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆを今回よりも高い空燃比へ補正するためのリーン補正処理を実行する。
【００３６】
ここで、本実施形態におけるリーン補正処理の実行手順について、図３に基づいて説明する。図３は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早い場合に、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比を補正するための補正値（以下、「空燃比補正値」と称する）αを学習する手順を示すタイミングチャートである。図３中のｔ１は、前述した図２と同様に、前記三元触媒が活性し始めたと推定されるタイミングである。図３中のｔ２は、前述した図２と同様に、前記三元触媒が活性し始めたと推定されるタイミングｔ１からの活性後空気量ΣＧａａｃの増加分ΔΣＧａａｃが所定空気量Ｉｇａに達するタイミング（基準タイミング）を示している。
【００３７】
図３に示すように、基準タイミングｔ２より早いタイミング（図３中のｔ）で第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示した場合に、前記空燃比補正値αを学習するための処理が実行される。その際、空燃比補正値αの学習処理は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示したときに直ちに実行されてもよい。ただし、前記三元触媒の劣化状態以外の要因によって一時的に第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すことも想定される。そこで、本実施形態においては、前記空燃比補正値αの学習は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが所定時間Δｔ以上連続してリッチ空燃比を示していると判定された後に実行されるようにした。そして、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが所定時間Δｔ以上連続してリッチ空燃比を示していると判定されると、以下の式（１）にしたがって、空燃比補正値αが更新（学習）される。
α＝αｏｌｄ＋ΔＡ／Ｆ＊β・・・（１）
式（１）中のαｏｌｄは、前回のリーン補正処理が実行されたときに求められた空燃比補正値である。なお、三元触媒の使用過程において、初回のリーン補正処理が実行される場合は、αｏｌｄに０（初期値）が設定されるものとする。また、式（１）中のΔＡ／Ｆは、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示しているときの該測定値（流出空燃比）Ｒａｆと理論空燃比との差（＝（理論空燃比）−（流出空燃比Ｒａｆ））である。式（１）中のβは、０より大きく、且つ１より小さいなまし係数である。
【００３８】
上記した手順によって空燃比補正値αが学習されると、該空燃比補正値αに基づいて、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆが補正される。具体的には、以下の式（２）にしたがって、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆが補正される。
Ｙａｆ＝Ｙ＋α・・・（２）
式（２）中のＹは、前記三元触媒が新品相当の状態にある場合に適合する、開始時リッチ空燃比である。式（２）中の空燃比補正値αは、リーン補正処理が実行される度に上記した式（１）にしたがって更新される値であるが、初回のリーン補正処理が実行されるまでは、０（初期値）に設定される。
【００３９】
次回以降の暖機時空燃比制御において、上記式（２）にしたがって補正された開始時リッチ空燃比Ｙａｆを基準として目標流入空燃比Ｘａｆが制御されると、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングに対して過剰に早くなることが抑制され、それに伴って目標流入空燃比Ｘａｆを前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する間隔が過剰に短くなることも抑制される。その結果、三元触媒の劣化がある程度進行した状態で暖機時空燃比制御が実行された場合であっても、三元触媒の暖機が完了する前に、目標流入空燃比Ｘａｆが最終目標値に到達してしまうことが抑制される。その結果、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒によって浄化されない炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物が多くなることを抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、上記した手順によって求められた空燃比補正値αを、今回の暖機時空燃比制御における目標流入空燃比Ｘａｆにも反映されるものとする。具体的には、前記リーン補正処理の実行によって空燃比補正値αが学習されたときに（図３中のｔ’）、以下の式（３）にしたがって、目標流入空燃比Ｘａｆを補正する。
Ｘａｆ＝Ｘａｆｏｌｄ−αｏｌｄ＋α・・・（３）
式（３）中のＸａｆｏｌｄは、補正前の目標流入空燃比である。
【００４１】
上記式（３）にしたがって、今回の暖機時空燃比制御における目標流入空燃比Ｘａｆが補正されると、その補正後において目標流入空燃比Ｘａｆを所定量Ｇａｆだけ高い空燃比
に変更する間隔が過剰に短くなることが抑制される。その結果、今回の暖機時空燃比制御において、三元触媒の暖機が完了する前に、目標流入空燃比Ｘａｆが最終目標値に到達することも抑制される。よって、三元触媒の暖機過程において、該三元触媒によって浄化されない炭化水素や一酸化炭素の量が多くなることが抑制される。
【００４２】
なお、１回あたりの暖機時空燃比制御において、リーン補正処理が複数回実行されてもよいが、リーン補正処理の実行回数が１回のみに制限されてもよい。これは、前記リーン補正処理において求められた空燃比補正値αが今回の暖機時空燃比制御における目標流入空燃比Ｘａｆに反映されても、それ以降において第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早くなる可能性があり、そのような場合にリーン補正処理が再度行われると、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆが過度に高い空燃比になる可能性があるからである。ただし、１回あたりの暖機時空燃比制御におけるリーン補正処理の実行回数が制限されても、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆが過度に高い空燃比になる可能性がある。その場合は、次回以降の暖機時空燃比制御が実行された際に、三元触媒の雰囲気がリーン空燃比の雰囲気となって、該三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなる可能性がある。そこで、リーン補正処理によって補正された開始時リッチ空燃比Ｙａｆに基づく暖機時空燃比制御が実行された場合において、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示したときは、空燃比補正値αを以下の式（４）にしたがって修正するものとする。さらに、空燃比補正値αの修正量（以下の式（４）中のγ）を直ちに今回の目標流入空燃比Ｘａｆに反映させることで、三元触媒へ流入する排気の空燃比も直ちに修正するものとする。
α＝αｏｌｄ−γ・・・（４）
式（４）中のγ（＞０）は、αｏｌｄより大きくならないように定められる値である。このγは、予め設定された固定値であってもよく、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示しているときの該測定値（流出空燃比）Ｒａｆと理論空燃比との差（＝（流出空燃比Ｒａｆ）−理論空燃比）に応じて決定される可変値であってもよい。なお、今回の目標流入空燃比Ｘａｆを修正する際の修正量は、前記γと同等である必要はなく、例えば、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示しているときの該測定値（流出空燃比）Ｒａｆと理論空燃比との差に応じて適宜決定されてもよい。
【００４３】
以下、本実施形態における暖機時空燃比制御の実行手順について、図４乃至図６の処理ルーチンに沿って説明する。先ず、図４は、暖機時空燃比制御を実行する際にＥＣＵ１０によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭ等に記憶されており、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される。
【００４４】
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１の処理において、暖機完了フラグがオフであるか否かを判別する。暖機完了フラグは、三元触媒の暖機が完了したと推定されたときにオンにされ、内燃機関１の運転停止又は始動時にオフにリセットされるフラグである。Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、既に三元触媒の暖機が完了していることになるため、ＥＣＵ１０は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、三元触媒の暖機が未だ完了していないことになるため、Ｓ１０２の処理へ進む。
【００４５】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の始動時からの吸入空気量の積算値（以下、「始動後空気量」と称する）ΣＧａｓｔが活性開始判定量Ｃより多いか否かを判別する。ここでいう活性開始判定量Ｃは、始動後空気量ΣＧａｓｔが該活性開始判定量Ｃを超えると、三元触媒の少なくとも一部（例えば、上流側端面近傍の部位）が活性したと推定することができる量である。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合（ΣＧａｓｔ
≦Ｃ）は、三元触媒が活性し始めていない未活性状態にあるとみなすことができるため、ＥＣＵ１０は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合（ΣＧａｓｔ＞Ｃ）は、三元触媒の少なくとも一部が活性しているとみなすことができるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３の処理へ進む。
【００４６】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ１０は、始動後空気量ΣＧａｓｔが活性完了判定量Ｈより少ないか否かを判別する。ここでいう活性完了判定量Ｈは、始動後空気量ΣＧａｓｔが該活性完了判定量Ｈ以上になると、三元触媒の活性が完了（暖機完了）したと推定することができる量である。Ｓ１０３の処理において否定判定された場合（ΣＧａｓｔ≧Ｈ）は、三元触媒の活性が完了した状態（暖機完了状態）にあるとみなすことができるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１０の処理へ進み、暖機完了フラグをオンにする。一方、Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合（ΣＧａｓｔ＜Ｈ）は、三元触媒の活性が完了していない暖機過程にあるとみなすことができるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理へ進む。
【００４７】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ１０は、今回の暖機時空燃比制御において、目標流入空燃比Ｘａｆに初期値（開始時リッチ空燃比Ｙａｆ）を設定した履歴があるか否かを判別する。例えば、目標流入空燃比Ｘａｆに開始時リッチ空燃比Ｙａｆを設定したときにオンにされ、且つ三元触媒の暖機が完了した推定されたときにオフにされるフラグを予め設定しておき、そのフラグがオンであれば、開始時リッチ空燃比Ｙａｆを目標流入空燃比Ｘａｆに設定した履歴があると判定してもよい。Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１２の処理へ進み、目標流入空燃比Ｘａｆに初期値（開始時リッチ空燃比Ｙａｆ（＝Ｙ＋α））を設定する。一方、Ｓ１０４の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の処理へ進む。
【００４８】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ１０は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示しているか否かを判別する。Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが理論空燃比、又はリーン空燃比を示していることになる。ただし、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示している場合は、後述する図６の処理ルーチンにおいて、空燃比補正値αが修正されるため、ここでは第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが理論空燃比を示しているとみなすものとする。つまり、Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、三元触媒の酸素吸蔵能の働きによって、該三元触媒の雰囲気が理論空燃比の雰囲気になっているとみなすものとする。そこで、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１２の処理へ進み、目標流入空燃比Ｘａｆを目標流入空燃比の前回値（現状の目標流入空燃比）Ｘａｆｏｌｄに維持する。一方、Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６の処理へ進む。
【００４９】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ１０は、補正完了フラグがオフであるか否かを判別する。補正完了フラグは、後述するリーン補正処理が終了したときにオンにされ、暖機時空燃比制御の開始時にオフにされるフラグである。Ｓ１０６の処理において肯定判定された場合は、今回の暖機時空燃比制御において、リーン補正処理が未だ実行されていないことになるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７の処理へ進む。
【００５０】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ１０は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示したタイミングが前記基準タイミング以降であるか否かを判別する。例えば、現時点における目標流入空燃比Ｘａｆが開始時リッチ空燃比Ｙａｆから変更されていない場合は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示した時点において、活性後空気量ΣＧａａｃが所定空気量Ｉｇａ以上に達していれば、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示したタイミングが基準タイミング以降（例えば、図２中のｔ２以降）であると判定すればよい。また、現時
点における目標流入空燃比Ｘａｆが開始時リッチ空燃比Ｙａｆから既に変更されている場合は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示した時点において、目標流入空燃比Ｘａｆが最後に変更された時点からの活性後空気量ΣＧａａｃの増加分ΔΣＧａが所定空気量Ｉｇａ以上に達していれば、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示したタイミングが基準タイミング以降（例えば、図２中のｔ３以降）であると判定すればよい。Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０８の処理へ進む。
【００５１】
Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ１０は、目標流入空燃比Ｘａｆを所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する。詳細には、ＥＣＵ１０は、現時点の目標流入空燃比Ｘａｆｏｌｄに所定量Ｇａｆを加算することで、新たな目標流入空燃比Ｘａｆを演算する。続いて、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０９の処理へ進み、前記Ｓ１０８の処理で演算された目標流入空燃比Ｘａｆが理論空燃比近傍の最終目標値（図４に示す例では、ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆ）以上であるか否かを判別する。Ｓ１０９の処理において肯定判定された場合（Ｘａｆ≧Ｙｒａｆ）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１０の処理へ進み、目標流入空燃比Ｘａｆを前記ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆに設定する。そして、ＥＣＵ１０は、暖機時空燃比制御を終了して、前述した暖機後空燃比制御を開始する。続いて、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１１の処理へ進み、暖機完了フラグをオンにする。また、前記Ｓ１０９の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０８の処理で演算された目標流入空燃比Ｘａｆにしたがって、暖機時空燃比制御を継続する。
【００５２】
なお、前述のＳ１０６の処理において否定判定された場合は、今回の暖機時空燃比制御において、リーン補正処理が既に１回実行されていることになる。その場合は、リーン補正処理が２回以上実行されないようにする必要があるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７の処理をスキップして、Ｓ１０８の処理へ進む。つまり、今回の暖機時空燃比制御においてリーン補正処理が既に１回実行された後は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆが所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更されるものとする。
【００５３】
また、前記Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１４の処理へ進み、リーン補正処理を実行する。詳細には、ＥＣＵ１０は、図５に示すサブルーチンにしたがってリーン補正処理を実行する。図５のサブルーチンでは、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０１の処理において、補正完了フラグがオンであるか否かを判別する。補正完了フラグは、前述したように、リーン補正処理が終了したときにオンにされ、暖機時空燃比制御の開始時にオフにされるフラグである。Ｓ２０１の処理において否定判定された場合は、今回の暖機時空燃比制御においてリーン補正処理が既に１回実行されていることになるため、ＥＣＵ１０は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ２０１の処理において肯定判定された場合は、今回の暖機時空燃比制御においてリーン補正処理が未だ実行されていないことになるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０２の処理へ進む。
【００５４】
Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ１０は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆが連続してリッチ空燃比を示す時間（リッチ時間）が前記所定時間Δｔ以上であるか否かを判別する。Ｓ２０２の処理において否定判定された場合は、三元触媒の劣化状態以外の要因によって一時的に第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示している可能性があるため、ＥＣＵ１０は、リーン補正処理を実行せずに、本サブルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ２０２の処理において肯定判定された場合は、三元触媒の酸素吸蔵能が劣化しているとみなすことができるため、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０３の処理へ進む。
【００５５】
Ｓ２０３の処理では、ＥＣＵ１０は、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａ
ｆがリッチ空燃比を示しているときの該測定値（流出空燃比）Ｒａｆと理論空燃比との差ΔＡ／Ｆ（＝（理論空燃比）−（流出空燃比Ｒａｆ））を演算し、その差ΔＡ／Ｆが所定値Ｋより大きいか否かを判別する。ここでいう所定値Ｋは、暖機時空燃比制御におけるハンチングを抑制するために予め設定されている不感帯である。Ｓ２０３の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、リーン補正処理を実行せずに、本サブルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ２０３の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ２０４の処理へ進む。
【００５６】
Ｓ２０４の処理では、ＥＣＵ１０は、前述した式（１）にしたがって、空燃比補正値αを更新する。このように空燃比補正値αが更新されると、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆ（＝Ｙ＋α）の値が自動的に補正されることになる。
【００５７】
ＥＣＵ１０は、前記Ｓ２０４の処理を実行した後に、Ｓ２０５の処理へ進み、前記Ｓ２０４の処理で更新された空燃比補正値αを、現時点における目標流入空燃比Ｘａｆに反映させる。具体的には、ＥＣＵ１０は、前述した式（３）にしたがって、現時点における目標流入空燃比Ｘａｆを補正する。その際、ＥＣＵ１０は、前記空燃比補正値αが反映された目標流入空燃比Ｘａｆを、更に所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更してもよい。
【００５８】
ＥＣＵ１０は、Ｓ２０５の処理を実行し終えると、Ｓ２０６の処理へ進み、前記した補正完了フラグをオンにする。
【００５９】
次に、暖機時空燃比制御の実行時に、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示した場合における空燃比補正値αの修正手順について図６に沿って説明する。図６は、暖機時空燃比制御の実行期間中に、ＥＣＵ１０によって繰り返し実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。
【００６０】
図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、Ｓ３０１の処理において、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示しているか否かを判別する。Ｓ３０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ３０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ３０２の処理へ進む。
【００６１】
Ｓ３０２の処理では、ＥＣＵ１０は、前述した式（４）にしたがって、空燃比補正値αを更新する。続いて、Ｓ３０３の処理では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ３０２の処理で更新された空燃比補正値αを前述した式（３）に代入することにより、該空燃比補正値αを現時点の目標流入空燃比Ｘａｆに直ちに反映させる。その場合、今回の暖機時空燃比制御において、三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなることを抑制することができる。
【００６２】
上記した図４乃至図６の処理ルーチンにしたがって、暖機時空燃比制御が実行されると、三元触媒の暖機過程において、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングをトリガとして、目標流入空燃比Ｘａｆが開始時リッチ空燃比から最終目標値（ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆ）へ向けて段階的に変更されることになる。その結果、暖機過程における三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍の雰囲気に維持することができる。
【００６３】
また、三元触媒の経年劣化等に起因して、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングより早くなった場合は、次回以降の暖機時空燃比制御における開始時リッチ空燃比Ｙａｆがより高い空燃比に補正されるため、次回以降の暖機時空燃比制御において第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃
比）Ｒａｆがリッチ空燃比を示すタイミングが前記基準タイミングに対して過剰に早くなることが抑制され、それに伴って目標流入空燃比Ｘａｆを前記所定量Ｇａｆだけ高い空燃比に変更する間隔が過剰に短くなることも抑制される。その結果、三元触媒の劣化がある程度進行した状態で暖機時空燃比制御が実行された場合であっても、三元触媒の暖機が完了する前に、目標流入空燃比Ｘａｆが最終目標値（ＦＢ用弱リッチ空燃比Ｙｒａｆ）に到達してしまうことが抑制される。
【００６４】
さらに、前記リーン補正処理によって開始時リッチ空燃比Ｙａｆが過度に高い空燃比に補正されたような場合であっても、第二空燃比センサ８の測定値（流出空燃比）Ｒａｆがリーン空燃比を示した時点（三元触媒の雰囲気が理論空燃比からリーン空燃比へ移行した時点）で、空燃比補正値αが直ちに修正され、それに伴って目標流入空燃比Ｘａｆもより低い空燃比へ直ちに修正されることになるため、暖機過程の三元触媒によって浄化されない窒素酸化物の量が多くなることが抑制される。
【００６５】
したがって、本実施形態の暖機時空燃比制御によれば、暖機過程における三元触媒の雰囲気を可及的に理論空燃比近傍の雰囲気に維持することができるため、暖機過程の三元触媒によって浄化されない炭化水素、一酸化炭素、及び窒素酸化物の量が多くなることを抑制することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    内燃機関
２    燃料噴射弁
３    点火プラグ
４    吸気管
５    排気管
６    触媒ケーシング
７    第一空燃比センサ
８    第二空燃比センサ
９    排気温度センサ
１０  ＥＣＵ
【図１】
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【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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