(57)【要約】【課題】  空燃比変調において運転条件によらず変調サイクル間の平均空燃比が一定になるようにし、触媒コンバータにおける排気浄化性能の最適化を図った内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】  変調特性変更手段は、空燃比変調手段による変調サイクル間或いは該変調サイクルの整数倍の期間において還元剤量検出手段により検出される還元剤の総流入量と酸化剤量検出手段により検出される酸化剤の総流入量が化学量論的に一致するように(S12,S18)、空燃比制御を行う(S14,S20)。【選択図】      図２
2005264826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、
内燃機関の燃焼空燃比を所定中心空燃比を跨いでリッチ空燃比側とリーン空燃比側とに変調させることにより前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比側とリーン空燃比側とに変調させる空燃比変調手段と、
該空燃比変調手段によるリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更する変調特性変更手段と、
前記触媒コンバータの触媒内に流入する還元剤の総流入量を検出する還元剤量検出手段、及び、該触媒内に流入する酸化剤の総流入量を検出する酸化剤量検出手段とを備え、
前記変調特性変更手段は、前記空燃比変調手段による変調サイクル間或いは該変調サイクルの整数倍の期間において前記還元剤量検出手段により検出される還元剤の総流入量と前記酸化剤量検出手段により検出される酸化剤の総流入量が化学量論的に一致するようにリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤量検出手段は、リッチ空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と還元剤濃度との積に基づき還元剤の総流入量を検出し、前記酸化剤量検出手段は、リーン空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と酸化剤濃度との積に基づき酸化剤の総流入量を検出することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記還元剤量検出手段は、リッチ空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と変調振幅との積に基づき還元剤の総流入量を検出し、前記酸化剤量検出手段は、リーン空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と変調振幅との積に基づき酸化剤の総流入量を検出することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記変調特性変更手段は、還元剤の総流入量と酸化剤の総流入量との差または比率或いはこれらの相関値が所定値となるようにリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記空燃比変調手段は、変調サイクル中の全期間或いは一部の期間において変調振幅を変化させるものであって、さらに変調周期を予測する変調周期予測手段を含み、該変調周期予測手段により予測された変調周期に基づいて最大振幅を維持しつつ変調振幅を変化させることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定を行う排気空燃比判定手段をさらに備え、
前記変調特性変更手段は、前記空燃比変調手段によるリッチ空燃比側への変調開始から前記排気空燃比判定手段によるリッチ空燃比の判定までに前記触媒コンバータの触媒内に流入する酸化剤の総流入量或いはその相関値を基準として目標とする還元剤の総流入量を調整し、リッチ空燃比側への変調期間、変調振幅の少なくともいずれか一つを変更することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定を行う排気空燃比判定手段をさらに備え、
前記変調特性変更手段は、前記空燃比変調手段によるリーン空燃比側への変調開始から前記排気空燃比判定手段によるリーン空燃比の判定までに前記触媒コンバータの触媒内に流入する還元剤の総流入量或いはその相関値を基準として目標とする酸化剤の総流入量を調整し、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
内燃機関は燃料カット運転可能に構成され、
前記触媒コンバータの下流には該触媒コンバータから排出される排気の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定を行う触媒下流排気空燃比判定手段と、前記燃料カット運転の開始から前記触媒下流排気空燃比判定手段により排気の空燃比がリーン空燃比と判定されるまでに前記触媒コンバータに流入する酸素の総流入量を検出する燃料カット時流入酸素総量検出手段とをさらに備え、
前記触媒内に流入する酸化剤の総流入量或いは前記目標とする酸化剤の総流入量は、前記燃料カット時流入酸素総量検出手段により検出される酸素の総流入量以下に設定されることを特徴とする、請求項６または７記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、内燃機関の燃焼空燃比を制御することにより触媒コンバータの排気浄化性能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
白金（Ｐｔ）等の貴金属を利用した排気浄化用の三元触媒コンバータは、少なからず酸素（Ｏ2）等の酸化剤を吸着する酸化剤ストレージ機能を有しており、排気空燃比がリーン空燃比（酸化雰囲気）であるときにＯ2を吸着してＮＯxの発生を抑え、一方排気空燃比がリッチ空燃比（還元雰囲気）であるときには、上記吸着したＯ2を放出（供給）してＨＣ、ＣＯの酸化促進を図り、これによりＮＯxの還元反応とＨＣ、ＣＯの酸化反応とを広い空燃比範囲で実現して排気浄化性能を向上させることが可能である。
【０００３】
また、最近では酸化剤ストレージ機能とともにＨＣ等の還元剤を吸着する還元剤ストレージ機能をも併せ有した触媒コンバータの開発も進んでおり、当該触媒コンバータでは、排気空燃比がリッチ空燃比であるときに還元剤を吸着してＨＣ等の発生を抑え、一方排気空燃比がリーン空燃比であるときには、上記吸着したＨＣ等を放出（供給）してＮＯxの酸化促進を図り、これにより排気浄化性能をさらに向上させることが可能である。
【０００４】
このようなことから、例えば内燃機関の燃焼室内の空燃比（燃焼空燃比）を所定中心空燃比（例えば、ストイキ）を挟み一定期間毎にリーン空燃比とリッチ空燃比とに切り換えることで排気空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比とに変調（パータベーション）させ、酸化剤や還元剤の吸着と放出を繰り返すことで触媒コンバータの排気浄化性能向上を図った自動車が開発されている（特許文献１等参照）。
【０００５】
ところで、空燃比を変調する際、変調サイクル間の平均空燃比を一定に保持しつつ、内燃機関の運転条件に応じて変調周期、変調振幅等を変更する場合がある。
しかしながら、このような場合、変更前後の変調サイクル間の平均空燃比が一定であっても、変更点を含む変調サイクル間の平均空燃比は当該変更前後の平均空燃比と一致しないという問題が生じる（図１７参照）。また、変調周期、変調振幅等を一定にした場合においても、内燃機関の運転条件、例えば排気流量が変化すれば、当該変化前後の変調サイクル間の平均空燃比が一定であっても、変化点を含む変調サイクル間の平均空燃比は当該変化前後の平均空燃比と一致しないという問題も生じる。
【０００６】
このような場合、一時的ではあるが、変調サイクル間の平均空燃比がリッチ空燃比側或いはリーン空燃比側にシフトし、即ち触媒コンバータの触媒内に流入する酸化剤と還元剤とが化学量論的にバランスしなくなり、排気浄化性能が悪化することになる。例えば、酸化剤（Ｏ2等）が過剰となった場合にはＮＯx還元反応の低下を招き、還元剤（ＣＯ等）が過剰となった場合にはＣＯ、ＨＣの酸化反応の低下を招く。
【０００７】
このようなことから、例えば、吸入空気量に応じて変調周期を変更する技術が開発されている（特許文献２参照）。また、排ガス量に応じて変調周波数、変調振幅を変更する技術が開発されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−１５９６２９号公報
【特許文献２】特許第２５６１５３２号公報
【特許文献３】特許第３１８１１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献２に開示された技術は、吸入空気量に応じて変調周期を変更し、酸素ストレージ量の最適化を図ることを目的としているが、触媒性能は酸素ストレージ量のみで決まるものではなく、実際には酸化剤供給量と還元剤供給量との化学量論的なバランスにより決まるところが大きい。
特許文献３に開示された技術は、排ガス量に応じて変調周波数、変調振幅を変更しているが、排ガス量と酸化剤量或いは還元剤量とは同一ではなく、また、当該文献には、酸素蓄積量に応じて変調周波数、変調振幅を変更する技術も開示されているが、同様に酸素蓄積量と酸化剤量とは同一ではない。
【０００９】
つまり、酸化剤はＯ2以外にＮＯxをも含み、還元剤はＣＯ以外にＨ2やＨＣをも含むのであるが、上記各文献にはかかる技術思想が存在していない。
従って、例えば、Ｏ2に対しＮＯxの触媒への吸着速度は遅いため、Ｏ2が飽和するときにはＮＯxは破過しており、触媒の性能を最大限活用するためにはＯ2が飽和する前でなくＯ2とＮＯxとを含めた酸化剤全体が飽和する前に触媒を還元雰囲気にする必要があると考えられるのであるが、上記各文献に開示の技術では、主としてＯ2にのみ着目して制御を行っており、かかる手法では、上記の如く内燃機関の運転条件に応じて変調周期、変調振幅等を変更した場合等において、酸化剤供給量と還元剤供給量との化学量論的なバランスを欠き、十分に触媒性能の向上を図ることができないという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、空燃比変調において運転条件によらず変調サイクル間の平均空燃比が一定になるようにし、触媒コンバータにおける排気浄化性能の最適化を図った内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、内燃機関の燃焼空燃比を所定中心空燃比を跨いでリッチ空燃比側とリーン空燃比側とに変調させることにより前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比側とリーン空燃比側とに変調させる空燃比変調手段と、該空燃比変調手段によるリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更する変調特性変更手段と、前記触媒コンバータの触媒内に流入する還元剤の総流入量を検出する還元剤量検出手段、及び、該触媒内に流入する酸化剤の総流入量を検出する酸化剤量検出手段とを備え、前記変調特性変更手段は、前記空燃比変調手段による変調サイクル間或いは該変調サイクルの整数倍の期間において前記還元剤量検出手段により検出される還元剤の総流入量と前記酸化剤量検出手段により検出される酸化剤の総流入量が化学量論的に一致するようにリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記還元剤量検出手段は、リッチ空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と還元剤濃度との積に基づき還元剤の総流入量を検出し、前記酸化剤量検出手段は、リーン空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と酸化剤濃度との積に基づき酸化剤の総流入量を検出することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記還元剤量検出手段は、リッチ空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と変調振幅との積に基づき還元剤の総流入量を検出し、前記酸化剤量検出手段は、リーン空燃比側への変調時に前記触媒コンバータを通過する排気流量と変調振幅との積に基づき酸化剤の総流入量を検出することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記変調特性変更手段は、還元剤の総流入量と酸化剤の総流入量との差または比率或いはこれらの相関値が所定値となるようにリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記空燃比変調手段は、変調サイクル中の全期間或いは一部の期間において変調振幅を変化させるものであって、さらに変調周期を予測する変調周期予測手段を含み、該変調周期予測手段により予測された変調周期に基づいて最大振幅を維持しつつ変調振幅を変化させることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至５のいずれかにおいて、内燃機関の排気通路に設けられ、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定を行う排気空燃比判定手段をさらに備え、前記変調特性変更手段は、前記空燃比変調手段によるリッチ空燃比側への変調開始から前記排気空燃比判定手段によるリッチ空燃比の判定までに前記触媒コンバータの触媒内に流入する酸化剤の総流入量或いはその相関値を基準として目標とする還元剤の総流入量を調整し、リッチ空燃比側への変調期間、変調振幅の少なくともいずれか一つを変更することを特徴としている。
【００１７】
即ち、内燃機関から排気空燃比判定手段までの排気系容積は一定であることから、リッチ空燃比側への変調開始から排気空燃比がリッチ空燃比と判定されるまでの酸化剤の総流入量はリーン空燃比側への変調における排気空燃比と相関し、この相関関係により、リッチ空燃比側への変調において化学量論的に不足する還元剤量が補正値として求められ、当該補正値に基づき目標とする還元剤の総流入量を調整することで、酸化剤と還元剤とが化学量論的に良好にバランスされる。
【００１８】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至５のいずれかにおいて、内燃機関の排気通路に設けられ、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定を行う排気空燃比判定手段をさらに備え、前記変調特性変更手段は、前記空燃比変調手段によるリーン空燃比側への変調開始から前記排気空燃比判定手段によるリーン空燃比の判定までに前記触媒コンバータの触媒内に流入する還元剤の総流入量或いはその相関値を基準として目標とする酸化剤の総流入量を調整し、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴としている。
【００１９】
即ち、上記請求項６の場合と同様、内燃機関から排気空燃比判定手段までの排気系容積は一定であることから、リーン空燃比側への変調開始から排気空燃比がリーン空燃比と判定されるまでの還元剤の総流入量はリッチ空燃比側への変調における排気空燃比と相関し、この相関関係により、リーン空燃比側への変調において化学量論的に不足する酸化剤量が補正値として求められ、当該補正値に基づき目標とする酸化剤の総流入量を調整することで、酸化剤と還元剤とが化学量論的に良好にバランスされる。
【００２０】
また、請求項８の内燃機関の排気浄化装置では、請求項６または７において、内燃機関は燃料カット運転可能に構成され、前記触媒コンバータの下流には該触媒コンバータから排出される排気の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定を行う触媒下流排気空燃比判定手段と、前記燃料カット運転の開始から前記触媒下流排気空燃比判定手段により排気の空燃比がリーン空燃比と判定されるまでに前記触媒コンバータに流入する酸素の総流入量を検出する燃料カット時流入酸素総量検出手段とをさらに備え、前記触媒内に流入する酸化剤の総流入量或いは前記目標とする酸化剤の総流入量は、前記燃料カット時流入酸素総量検出手段により検出される酸素の総流入量以下に設定されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、変調特性変更手段は、空燃比変調手段による変調サイクル間或いは該変調サイクルの整数倍の期間において還元剤量検出手段により検出される還元剤の総流入量と酸化剤量検出手段により検出される酸化剤の総流入量が化学量論的に一致するようにリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、内燃機関の運転条件に応じて変調周期、変調振幅等を変更した場合や、内燃機関の運転条件（例えば、排気流量）が変化した場合であっても、酸化剤と還元剤とが化学量論的に良好にバランスし、当該変更点や変化点を含む変調サイクル間の平均空燃比が当該変更前後或いは変化前後の平均空燃比、即ち所定中心空燃比と良好に一致するようになり、内燃の運転条件によらず触媒コンバータの排気浄化性能の最適化を図ることができる。
【００２２】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、還元剤の総流入量についてはリッチ空燃比側への変調時に触媒コンバータを通過する排気流量と還元剤濃度との積に基づき検出し、酸化剤の総流入量についてはリーン空燃比側への変調時に触媒コンバータを通過する排気流量と酸化剤濃度との積に基づき検出するので、簡易にして還元剤及び酸化剤の総量を検出することができる。
【００２３】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１において、還元剤の総流入量についてはリッチ空燃比側への変調時に触媒コンバータを通過する排気流量と変調振幅との積に基づき検出し、酸化剤の総流入量についてはリーン空燃比側への変調時に触媒コンバータを通過する排気流量と変調振幅との積に基づき検出するので、簡易にして精度よく還元剤及び酸化剤の総量を検出することができる。
【００２４】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至３のいずれかにおいて、変調特性変更手段は、還元剤の総流入量と酸化剤の総流入量との差または比率或いはこれらの相関値が所定値となるようにリッチ空燃比側への変調期間、変調振幅、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、簡易にして確実に酸化剤と還元剤とを化学量論的にバランスさせるようにできる。
【００２５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至４のいずれかにおいて、空燃比変調が変調サイクル中の全期間或いは一部の期間において変調振幅を変化させるもの（例えば、鋸波、三角波）である場合には、変調周期予測手段により予測された変調周期に基づいて最大振幅を維持しつつ変調振幅を変化させるようにするので、空燃比変調の変調波形に拘わらず、変調期間中の最大振幅を維持し、触媒コンバータの排気浄化性能のばらつきを防止することができる。
【００２６】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至５のいずれかにおいて、変調特性変更手段は、空燃比変調手段によるリッチ空燃比側への変調開始から排気空燃比判定手段によるリッチ空燃比の判定までに触媒コンバータの触媒内に流入する酸化剤の総流入量或いはその相関値を基準として目標とする還元剤の総流入量を調整し、リッチ空燃比側への変調期間、変調振幅の少なくともいずれか一つを変更するので、内燃機関の燃料噴射弁等のばらつき等によって空燃比変動が生じた場合であっても、触媒コンバータの触媒内に流入する実際の還元剤と酸化剤とを化学量論的に良好にバランスさせることができる。
【００２７】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１乃至５のいずれかにおいて、変調特性変更手段は、空燃比変調手段によるリーン空燃比側への変調開始から排気空燃比判定手段によるリーン空燃比の判定までに触媒コンバータの触媒内に流入する還元剤の総流入量或いはその相関値を基準として目標とする酸化剤の総流入量を調整し、リーン空燃比側への変調期間、変調振幅のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、内燃機関の燃料噴射弁等のばらつき等によって空燃比変動が生じた場合であっても、やはり触媒コンバータの触媒内に流入する実際の還元剤と酸化剤とを化学量論的に良好にバランスさせることができる。
【００２８】
また、請求項８の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項６または７において、触媒内に流入する酸化剤の総流入量或いは目標とする酸化剤の総流入量は、燃料カット時流入酸素総量検出手段により検出される燃料カット時の酸素の総流入量以下（例えば、燃料カット時の酸素の総流入量と酸化剤に対する酸素比率の乗算値）に設定されるので、酸素よりも触媒への吸着速度の遅いＮＯx等の酸化剤を破過することなく良好に触媒内に吸着させるようにでき、触媒コンバータの排気浄化性能のさらなる最適化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化装置の構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、吸気管噴射型（Multi  Point  Injection：ＭＰＩ）ガソリンエンジンが採用される。
【００３０】
エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
【００３１】
吸気マニホールド１０の燃料噴射弁６よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられており、併せてスロットル弁１４の弁開度θthを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられている。さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００３２】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該ＭＰＩエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
排気マニホールド１２の他端には排気管２０が接続されており、当該排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒（触媒コンバータ）３０が介装されている。
【００３３】
この三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）のいずれかを有している。セリウム（Ｃｅ）、ジルコニア（Ｚｒ）等の酸素吸着材を含む場合の他、当該酸素吸着材を含まない場合においても、活性貴金属は、酸化剤吸着機能（酸化剤ストレージ機能）を有している。故に、三元触媒３０は、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）である酸化雰囲気中において酸化剤である酸素（Ｏ2）やＮＯxを吸着すると、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）となり還元雰囲気となるまでこれら酸化剤を保持し、当該吸着した酸化剤の放出（供給）により、還元雰囲気状態においても炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）さらには水素（Ｈ2）を酸化除去可能である。即ち、当該三元触媒３０は、酸化雰囲気でＨＣ、ＣＯ、Ｈ2を浄化できるのは勿論のことＯ2、ＮＯxを吸着してＮＯxの発生をもある程度抑え、還元雰囲気中においてＮＯxの浄化のみならず吸着されたＯ2、ＮＯxによりＨＣ、ＣＯ、Ｈ2をもある程度浄化可能である。
【００３４】
また、排気管２０の三元触媒３０の直上流には、排気Ａ／ＦがリッチＡ／ＦであるかリーンＡ／Ｆであるかを検出し判定するＯ2センサ（排気空燃比判定手段）２２が配設されている。さらに、三元触媒３０の直下流にもＯ2センサ（触媒下流排気空燃比判定手段）２４が配設されている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【００３５】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８、Ｏ2センサ２２、Ｏ2センサ２４の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。なお、クランク角センサ４２からの情報に基づきエンジン回転速度Ｎeが算出される。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき空燃比が適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に設定され、当該目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁６から噴射され、またスロットル弁１４が適正な開度に調整され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３６】
より詳しくは、当該排気浄化装置では、三元触媒３０が上記酸化剤ストレージ機能を有していることから、三元触媒３０の能力を十分発揮するために、通常運転時には、ＥＣＵ４０によって空燃比を中心Ａ／Ｆ（所定中心空燃比、例えば、ストイキ）を境にリッチＡ／ＦとリーンＡ／Ｆとの間で周期的に強制的に交互に振る強制変調制御を行うようにしている。つまり、燃焼室内の空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）をエンジン１の運転条件（エンジン回転速度、体積効率、排気流量、吸入空気流量、排気温度、触媒温度、始動後経過時間、冷却水温度、作動油温度、空燃比変動量等）に応じた所定の振幅（所定のリッチ側片振幅ｄr及び所定のリーン側片振幅ｄl）、所定の周期（所定のリッチ側期間ｔr及び所定のリーン側期間ｔl）をもって所定のリッチＡ／Ｆ及び所定のリーンＡ／Ｆ間で変調制御し、排気Ａ／ＦをリッチＡ／ＦとリーンＡ／Ｆ間において強制的に変調させるようにしている（空燃比変調手段、変調特性変更手段）。
【００３７】
なお、ここでは、中心Ａ／Ｆを例えばストイキとしたが、中心Ａ／Ｆについてはその他運転条件（エンジン回転速度、体積効率、排気流量、吸入空気流量、排気温度、触媒温度、始動後経過時間、冷却水温度、作動油温度、空燃比変動量等）に応じて変更するようにしてもよい。
これにより、排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである酸化雰囲気中ではＨＣ、ＣＯ、Ｈ2が良好に浄化されるとともに三元触媒３０の酸化剤ストレージ機能によりＯ2やＮＯxが吸着されてＮＯxの発生がある程度抑えられ、排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆである還元雰囲気中ではＮＯxが良好に浄化されるとともに吸着されたＯ2やＮＯxによってＨＣ、ＣＯ、Ｈ2がある程度継続的に浄化され続け、三元触媒３０の排気浄化性能の向上が図られる。
【００３８】
ところで、このようなＡ／Ｆ変調では、上述のようにエンジン１の運転条件に応じて上記所定の周期、所定の振幅等を変更することになるが、この際、変更前後の変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが中心Ａ／Ｆで一定であっても、当該変更点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変更前後の平均Ａ／Ｆと一致しない場合がある。また、所定の周期、所定の振幅等を一定にした場合においても、エンジン１の運転条件、例えば排気流量が変化すると、当該変化点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変化前後の平均Ａ／Ｆと一致しない場合がある。
【００３９】
そこで、本発明に係る排気浄化装置では、空燃比変調制御においてかかる問題を解決するように図っており、以下、本発明に係る空燃比変調制御について説明する。
先ず、第1実施例について説明する。
図２を参照すると、本発明の第1実施例に係る空燃比変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
【００４０】
ステップＳ１０では、現在空燃比変調モードであるか否か、即ち変調制御中であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で変調制御中と判定された場合には、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、先ず、リッチＡ／Ｆ側への変調における還元剤総量（例えば、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ2量）が予め設定した目標還元剤総量よりも小さいか否かを判別する。
【００４１】
具体的には、例えば次式(1)に基づき判別する。
∫（還元剤濃度×触媒流入排気流量(t)）dt
＜∫（基本還元剤濃度×基本触媒流入排気流量）dt  …(1)
上式において、左辺はリッチ側変調中の積分であって変調サイクル間の三元触媒３０内への還元剤供給量（還元剤量検出手段）、右辺は基本リッチ変調期間、即ち所定のリッチ側期間ｔr中の積分であって目標とする変調サイクル間の三元触媒３０内への還元剤供給量、即ち目標還元剤総量を意味している。
【００４２】
ここに、還元剤濃度や基本還元剤濃度については、リッチ側変調時の空燃比から求めることができる。
また、還元剤濃度は変調振幅（リッチ側片振幅）と相関があり、実際には次式(2) に基づいて判別する。
∫（変調振幅(t)×触媒流入排気流量(t)）dt
＜∫（基本変調振幅(t)×基本触媒流入排気流量）dt  …(2)
【００４３】
ここに、変調振幅(t)はＥＣＵ４０からの指令値であり、触媒流入排気流量(t)は例えばエアフローセンサ１８からの吸入空気量情報や吸気マニフォールド圧等に基づき推定される値である。また、基本変調振幅(t)は例えば上記所定のリッチ側片振幅ｄrであり、基本触媒流入排気流量は上記所定のリッチ側期間ｔrに対応するものである。基本変調振幅(t)については、変調波形が矩形波等であれば一定値であり、鋸波、三角波、波状波等であれば変化値である。
【００４４】
なお、上記式(1)、(2)の左辺と右辺についてエンジン１の運転状態（エンジン回転速度、触媒温度、排気温度、始動後経過時間、冷却水温度、作動油温度、還元剤／酸化剤拡散バランス、還元剤／酸化剤吸着バランス等）に応じた補正を行うようにしてもよい。
また、ここでは、基本触媒流入排気流量は、例えば１０L/sとし、所定のリッチ側期間ｔrについては、例えば０．５sとするが、排気システムに応じて最適値が選択される。或いは、上記式(1)、(2)の右辺については所定値とすることも可能である。
【００４５】
また、可能であれば、還元剤量を検出するセンサを設け、還元剤総量を直接検出して判別するようにしてもよい。
ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、還元剤総量が目標還元剤総量よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ１４に進んでリッチＡ／Ｆ側への変調（リッチ変調）を継続するとともに、ステップＳ１６において還元剤総量を更新する。
【００４６】
ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、還元剤総量が目標還元剤総量以上と判定された場合には、ステップＳ１８に進む。
ステップＳ１８では、上記ステップＳ１２と同様にして、今度は、リーンＡ／Ｆ側への変調における酸化剤総量（例えば、Ｏ2、ＮＯx量）が予め設定した目標酸化剤総量よりも小さいか否かを、次式(3)に基づき判別する。
【００４７】
ここで、目標酸化剤総量は、上記目標還元剤総量と化学量論的な一致性を有するように設定されている。つまり、目標酸化剤総量と目標還元剤総量とは、三元触媒３０にリッチ側変調時に目標還元剤総量を供給するとともにリーン変調時に目標酸化剤総量を供給すると、三元触媒３０における酸化剤と還元剤とが化学量論的にバランスし、三元触媒３０の排気浄化性能の最適化が図られるように設定されている。具体的には、目標酸化剤総量と目標還元剤総量とは、目標酸化剤総量と目標還元剤総量との差或いはその相関値が所定値となるよう、或いは、目標酸化剤総量と目標還元剤総量との比率或いはその相関値が所定比率となるように設定されている。
【００４８】
∫（酸化剤濃度×触媒流入排気流量(t)）dt
＜∫（基本酸化剤濃度×基本触媒流入排気流量）dt  …(3)
上式において、左辺はリーン側変調中の積分であって変調サイクル間の三元触媒３０内への酸化剤供給量（酸化剤量検出手段）、右辺は基本リーン変調期間、即ち所定のリーン側期間ｔl中の積分であって目標とする変調サイクル間の三元触媒３０内への酸化剤供給量、即ち目標酸化剤総量を意味している。
【００４９】
ここに、酸化剤濃度や基本酸化剤濃度については、リーン側変調時の空燃比から求めることができる。
また、上記還元剤濃度の場合と同様、酸化剤濃度は変調振幅（リーン側片振幅）と相関があり、実際には次式(4) に基づいて判別する。
∫（変調振幅(t)×触媒流入排気流量(t)）dt
＜∫（基本変調振幅(t)×基本触媒流入排気流量）dt  …(4)
【００５０】
なお、同式(4)は上記式(2)と同じであり、説明を省略するが、ここでは、基本変調振幅(t)は例えば上記所定のリーン側片振幅ｄlであり、基本触媒流入排気流量は上記所定のリーン側期間ｔlに対応するものである。
また、上記還元剤濃度の場合と同様、基本触媒流入排気流量は、例えば１０L/sとし、所定のリーン側期間ｔlについては、例えば０．５sとするが、排気システムに応じて最適値が選択される。或いは、上記式(3)、(4)の右辺については所定値とすることも可能である。
【００５１】
また、可能であれば、酸化剤量を検出するセンサを設け、酸化剤総量を直接検出して判別するようにしてもよい。
ステップＳ１８の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、酸化剤総量が目標酸化剤総量よりも小さいと判定された場合には、ステップＳ２０に進んでリーンＡ／Ｆ側への変調（リーン変調）を継続するとともに、ステップＳ２２において酸化剤総量を更新する。
【００５２】
ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、酸化剤総量が目標酸化剤総量以上と判定された場合には、ステップＳ２４に進む。
ステップＳ２４では、ステップＳ１２及びステップＳ１８で使用した還元剤総量と酸化剤総量とを共にリセットして次回の変調に備え、ステップＳ１０に戻る。
つまり、当該空燃比変調制御においては、燃焼Ａ／Ｆをエンジン１の運転条件に応じて所定の振幅（所定のリッチ側片振幅ｄr及び所定のリーン側片振幅ｄl）、所定の周期（所定のリッチ側期間ｔr及び所定のリーン側期間ｔl）で変調制御するが、この際、リッチ側変調時の還元剤とリーン側変調時の酸化剤との化学量論的なバランスに着目し、還元剤総量が予め設定した目標還元剤総量に達するとリーン変調に切り換え、酸化剤総量が予め設定した目標酸化剤総量に達するとリッチ変調に切り換えるようにしている。
【００５３】
従って、エンジン１の運転条件に応じて所定の周期、所定の振幅等が変更されるような場合であっても、主としてその所定の周期（所定のリッチ側期間ｔr及び所定のリーン側期間ｔl）については所定の周期、所定の振幅等の変更点を含む変調サイクル間で還元剤と酸化剤とが化学量論的にバランスするように設定されることになり、当該変更点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変更前後の平均Ａ／Ｆ、即ち中心Ａ／Ｆと良好に一致することになる。
【００５４】
また、エンジン１の運転条件、例えば排気流量が変化するような場合であっても、やはり主としてその所定の周期（所定のリッチ側期間ｔr及び所定のリーン側期間ｔl）については運転条件の変化点を含む変調サイクル間で還元剤と酸化剤とが化学量論的にバランスするように設定されることになり、当該変化点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変化前後の平均Ａ／Ｆ、即ち中心Ａ／Ｆと良好に一致することになる。
【００５５】
これにより、エンジン１の運転条件によらず三元触媒３０の排気浄化性能の最適化を図ることができる。
なお、還元剤総量、酸化剤総量は、各々破過する最大の還元剤総量、酸化剤総量以下とし、破過しないように設定することが好ましく、例えば、目標還元剤総量、目標酸化剤総量を各々破過する最大の還元剤総量、酸化剤総量でクリップするようにしてもよい。この場合、一時的に還元剤と酸化剤とが化学量論的に不一致となることを妨げるものではない。
【００５６】
ところで、このようにエンジン１の運転条件の変更或いは変化に応じて所定の周期（所定のリッチ側期間ｔr及び所定のリーン側期間ｔl）が変化することになると、変調波形が矩形波等のように変調振幅が一定値である場合はよいが、変調波形が鋸波、三角波、波状波等のように変調振幅が変化値である場合には、振幅変化（変化勾配）が一定の下、図３に示すように、所定の周期の変化に伴って最大振幅（最大片振幅）も変化してしまい、三元触媒３０の排気浄化性能にばらつきが発生するという問題がある。
【００５７】
従って、変調波形が鋸波、三角波、波状波等のように変調振幅が変化値である場合を考慮し、空燃比変調制御において、さらに、最大振幅を保持するようにしている。
図４を参照すると、エンジン１の運転条件が急激には変更されず或いは変化しない場合における最大振幅保持制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
【００５８】
ステップＳ３０では、前回の実変調周期を検出する。実際には、ＥＣＵ４０に記憶された前回の実変調周期情報を読み出す。
そして、ステップＳ３２において、前回の実変調周期を今回予測される所定の周期（今回の予測変調周期）として設定する（変調周期予測手段）。
ステップＳ３４では、今回予測される所定の周期に基づき、波形を維持し且つ最大振幅を維持するように変調振幅、即ち振幅変化（変化勾配）を設定する。
【００５９】
このように所定の周期を予測して変調振幅を設定すると、図５に最大振幅保持制御後の変調波形を示すように、最大振幅が良好に維持されることになり、三元触媒３０の排気浄化性能のばらつきが防止される。
また、図６を参照すると、エンジン１の運転条件が急激に変更され或いは変化するような場合における最大振幅保持制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
【００６０】
なお、同制御ルーチンでは、上記図４のステップＳ３０〜ステップＳ３４の後にステップＳ３６が追加されている点が異なるのみであり、ここではステップＳ３６についてのみ説明する。
上述したように、所定の周期は還元剤と酸化剤とが化学量論的にバランスするように設定されるのであるが、エンジン１の運転条件が急激に変更され或いは変化した場合には、今回の所定の周期が当該変更或いは変化前の所定の周期から大きくずれることになり、ステップＳ３２において前回の実変調周期を今回予測される所定の周期として設定すると、実際には還元剤或いは酸化剤が不足或いは過剰となってしまう。
【００６１】
従って、このような場合を考慮し、ステップＳ３６において、片振幅を所定値でクリップする。
具体的には、図７に示すように、例えば、今回予測される所定の周期の範囲内において、還元剤と酸化剤とが化学量論的にバランスするように片振幅の所定値を設定し、当該所定値でクリップを行うようにする。
【００６２】
これにより、前回の実変調周期に基づいて今回予測される所定の周期を設定した場合であっても、最大振幅を良好に維持しながら還元剤と酸化剤とを化学量論的に良好にバランスさせることができる。
また、図８を参照すると、最大振幅保持制御の他の実施例に係るフローチャートが示されており、同フローチャートに基づいて最大振幅保持制御を実施するようにしてもよい。
【００６３】
当該他の実施例に係る最大振幅保持制御では、上記図４及び図６のステップＳ３２に代えてステップＳ３２’を実施する。
ステップＳ３２’では、前回の実変調周期と前々回の実変調周期との差を変調周期変化量として求め、前回の実変調周期と当該変調周期変化量との和を今回予測される所定の周期として設定する。つまり、ここでは、過去の変調周期変化量に基づいて直線補完を行うことにより今回予測される所定の周期を設定する。
【００６４】
なお、ここでは例えば直線補完を行うようにしているが、その他、最小二乗法やスプライン補完等を用いるようにしてもよい。また、ここでは、変調周期変化量の全てを今回予測される所定の周期に反映させるようにしているが、一部（例えば、５０％）を反映させるようにしてもよい。
これにより、今回予測される所定の周期（今回の予測変調周期）をより一層適切なものにできる。
【００６５】
次に、第２実施例について説明する。
上記第１実施例のように、酸化剤総量或いは還元剤総量を触媒流入排気流量と酸化剤濃度或いは還元剤濃度との積として求めることにより、比較的精度よく酸化剤総量或いは還元剤総量を求めることができ、エンジン１の運転条件によらず三元触媒３０の排気浄化性能の最適化を図ることが可能である。
【００６６】
しかしながら、エアフローセンサ１８や燃料噴射弁６等のばらつき、燃料付着による筒内への燃料供給量誤差、燃料量演算誤差等に起因して実際の排気Ａ／Ｆが中心Ａ／Ｆに対し全体としてリッチＡ／Ｆ側或いはリーンＡ／Ｆ側に偏る場合があり（以下、空燃比変動）、このような場合には、排気中の実際の酸化剤量或いは還元剤量が変動することになる。
【００６７】
そこで、当該第２実施例では、このような空燃比変動に拘わらず、三元触媒３０内に流入する実際の還元剤と酸化剤とが化学量論的にバランスするように図っている。
図９、図１０を参照すると、本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、図１１乃至図１３を参照すると、当該第２実施例に係る空燃比変調制御の制御結果の一例が横軸を排気系距離、縦軸を時間軸として図示されており、以下、図１１乃至図１３を参照しながらフローチャートに沿い説明する。なお、図１３は排気中の実際の酸化剤量或いは還元剤量に変動が生じない理想的な空燃比変調制御の場合を示す。
【００６８】
図９及び図１０のフローチャートは同時に実行されるが、ここでは、先ず、図９の制御ルーチンについて説明する。
ステップＳ４０では、Ｏ2センサ２２からの情報に基づき、排気Ａ／ＦがリッチＡ／ＦであるかリーンＡ／Ｆであるかを判別する。判別結果によりリーンＡ／Ｆと判定された場合には、ステップＳ４２に進む。
【００６９】
ステップＳ４２では、エンジン１におけるリッチ変調開始からＯ2センサ２２により排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆと判定されるまでに三元触媒３０内に流入する酸化剤総流量ＺＬＳＵＭ（図１１中に実線矢印Ａで示す期間に対応）を酸化剤量ＬＱＡＩＲ（酸化剤濃度×触媒流入排気流量(t)）を加算して求める。
ＺＬＳＵＭ(n)＝ＺＬＳＵＭ(n-1)＋ＬＱＡＩＲ(n)
【００７０】
ステップＳ４４では、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ（図１１中に一点鎖線矢印Ｂで示す期間に対応）を酸化剤総流量ＺＬＳＵＭに補正値ｄＺＬＳＵＭ（図１１中に破線矢印Ｃで示す期間に対応）を加算して求める（但し、補正値ｄＺＬＳＵＭが増加側の場合に実行）。
ＺＬＥＡＮ＝ＺＬＳＵＭ(n)＋ｄＺＬＳＵＭ
一方、ステップＳ４０の判別結果によりリッチＡ／Ｆと判定された場合には、ステップＳ４６に進む。
【００７１】
ステップＳ４６では、エンジン１におけるリーン変調開始からＯ2センサ２２により排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆと判定されるまでに三元触媒３０内に流入する還元剤総流量ＺＲＳＵＭ（図１１中に実線矢印Ｅで示す期間に対応）を還元剤量ＲＱＡＩＲ（還元剤濃度×触媒流入排気流量(t)）を加算して求める。
ＺＲＳＵＭ(n)＝ＺＲＳＵＭ(n-1)＋ＲＱＡＩＲ(n)
【００７２】
ステップＳ４８では、目標還元剤総量ＺＲＩＣＨ（図１１中に一点鎖線矢印Ｆで示す期間に対応）を還元剤総流量ＺＲＳＵＭに補正値ｄＺＲＳＵＭ（図１１中に破線矢印Ｇで示す期間に対応）を加算して求める（但し、補正値ｄＺＲＳＵＭが増加側の場合に実行）。
ＺＲＩＣＨ＝ＺＲＳＵＭ(n)＋ｄＺＲＳＵＭ
【００７３】
エンジン１からＯ2センサ２２までの排気系距離は一定であってこの間の排気系容積は一定であることから、リッチ変調開始から排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆと判定されるまでの酸化剤総流量ＺＬＳＵＭ（図１１中に実線矢印Ａで示す期間に対応）は排気Ａ／Ｆと相関し、例えば排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆと判定されたときの酸化剤総流量ＺＬＳＵＭと排気系容積との比は実際の排気Ａ／Ｆと比例している。これより、当該酸化剤総流量ＺＬＳＵＭとリーン側期間との関係に基づいてリーン変調によって三元触媒３０内に実際に流入した実酸化剤総量（図１１中に二点鎖線矢印Ｄで示す期間に対応）が求まり、このように実酸化剤総量が求まると、当該実酸化剤総量に対し上記酸化剤総流量ＺＬＳＵＭに対応した量だけでは化学量論的に不足する還元剤量、即ち補正値ｄＺＬＳＵＭ（図１１中に破線矢印Ｃで示す期間に対応）が求まることになる。
【００７４】
従って、補正値ｄＺＬＳＵＭを酸化剤総流量ＺＬＳＵＭに加算し、実酸化剤総量と化学量論的に一致するように目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ（図１１中に一点鎖線矢印Ｂで示す期間に対応）を更新（調整）するようにする。
同様に、リーン変調開始から排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆと判定されるまでの還元剤総流量ＺＲＳＵＭ（図１１中に実線矢印Ｅで示す期間に対応）は排気Ａ／Ｆと相関し、例えば排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆと判定されたときの還元剤総流量ＺＲＳＵＭと排気系容積との比は実際の排気Ａ／Ｆと比例している。これより、当該還元剤総流量ＺＲＳＵＭとリッチ側期間との関係に基づいてリッチ変調によって三元触媒３０内に実際に流入した実還元剤総量（図１１中に二点鎖線矢印Ｈで示す期間に対応）が求まり、このように実還元剤総量が求まると、当該実還元剤総量に対し上記還元剤総流量ＺＲＳＵＭに対応した量だけでは化学量論的に不足する酸化剤量、即ち補正値ｄＺＲＳＵＭ（図１１中に破線矢印Ｇで示す期間に対応）が求まることになる。
【００７５】
従って、当該補正値ｄＺＲＳＵＭを還元剤総流量ＺＲＳＵＭに加算し、実還元剤総量と化学量論的に一致するように目標還元剤総量ＺＲＩＣＨ（図１１中に一点鎖線矢印Ｆで示す期間に対応）を更新（調整）するようにする。
なお、ここでは、ステップＳ４４において逐次目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを求め、ステップＳ４８において逐次目標還元剤総量ＺＲＩＣＨを求めるようにしたが、排気Ａ／Ｆが反転してリッチＡ／Ｆと判定された後に当該反転時期（相関値）を基準に一回のみ目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを更新し、排気Ａ／Ｆが反転してリーンＡ／Ｆと判定された後に当該反転時期（相関値）を基準に一回のみ目標還元剤総量ＺＲＩＣＨを更新するようにしてもよい。つまり、図９においてステップＳ４４とステップＳ４８とを入れ替えるような構成にしてもよい。
【００７６】
次に、図１０の制御ルーチンについて説明する。
ステップＳ５０では、現在空燃比変調モードであるか否か、即ち変調制御中であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で変調制御中と判定された場合には、ステップＳ５２に進む。
ステップＳ５２では、リッチＡ／Ｆ側への変調（リッチ変調）によって増加する還元剤総量ＺＲＱＳＵＭが上記のように設定した目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で還元剤総量ＺＲＱＳＵＭが未だ目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ以下と判定される場合には、ステップＳ５４に進んでリッチ変調を継続する。
【００７７】
即ち、リッチ変調時、補正値ｄＺＬＳＵＭが増加側の場合には、上記ステップＳ４４で目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮが補正値ｄＺＬＳＵＭに基づき更新されることになるが、還元剤総量ＺＲＱＳＵＭが当該更新された目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮに達するまでリッチ変調が継続実施される。
ステップＳ５６では、目標還元剤総量ＺＲＩＣＨを直前のリッチＡ／Ｆにおいて最終的に求められた還元剤総流量ＺＲＳＵＭから補正値ｄＺＲＳＵＭを減算して更新（調整）する（但し、図１２に示すような補正値ｄＺＲＳＵＭが減少側の場合に１回のみ実行）。
【００７８】
ＺＲＩＣＨ＝ＺＲＳＵＭ(n)−ｄＺＲＳＵＭ
なお、これにより更新した目標還元剤総量ＺＲＩＣＨは次回のリーン変調時に反映される。
ステップＳ５８では、還元剤総量ＺＲＱＳＵＭを還元剤量ＲＱＡＩＲ（還元剤濃度×触媒流入排気流量(t)）を加算して更新し、ステップＳ５０に戻る。
【００７９】
ＺＲＱＳＵＭ(n)＝ＺＲＱＳＵＭ(n-1)＋ＲＱＡＩＲ(n)
なお、還元剤量ＲＱＡＩＲ(n)については上記第１実施例の場合と同様に還元剤量ＲＱＡＩＲ（変調振幅(t)×触媒流入排気流量(t)）としてもよい。
ステップＳ５２の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、還元剤総量ＺＲＱＳＵＭが目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを越えた場合には、ステップＳ６０に進んで還元剤総流量ＺＲＳＵＭ及び酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭを値０にリセットし、ステップＳ６２に進む。
【００８０】
ステップＳ６２では、リーンＡ／Ｆ側への変調（リーン変調）によって増加する酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭが上記のように設定した目標還元剤総量ＺＲＩＣＨ以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭが未だ目標還元剤総量ＺＲＩＣＨ以下と判定される場合には、ステップＳ６４に進んでリーン変調を継続する。
即ち、リーン変調時、補正値ｄＺＲＳＵＭが増加側の場合には、上記ステップＳ４８で目標還元剤総量ＺＲＩＣＨが補正値ｄＺＲＳＵＭに基づき更新されることになるが、酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭが当該更新された目標還元剤総量ＺＲＩＣＨに達するまでリーン変調が継続実施される。
【００８１】
ステップＳ６６では、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを直前のリーンＡ／Ｆにおいて最終的に求められた酸化剤総流量ＺＬＳＵＭから補正値ｄＺＬＳＵＭを減算して更新（調整）する（但し、図１２に示すような補正値ｄＺＬＳＵＭが減少側の場合に１回のみ実行）。
ＺＬＥＡＮ＝ＺＬＳＵＭ(n)−ｄＺＬＳＵＭ
なお、このように更新した目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮは次回のリッチ変調時に反映される。
【００８２】
ステップＳ６８では、酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭを酸化剤量ＬＱＡＩＲ（酸化剤濃度×触媒流入排気流量(t)）を加算して更新し、ステップＳ５０に戻る。
ＺＬＱＳＵＭ(n)＝ＺＬＱＳＵＭ(n-1)＋ＬＱＡＩＲ(n)
なお、酸化剤量ＬＱＡＩＲ(n)については上記第１実施例の場合と同様に酸化剤量ＬＱＡＩＲ（変調振幅(t)×触媒流入排気流量(t)）としてもよい。
【００８３】
ステップＳ６２の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭが目標還元剤総量ＺＲＩＣＨを越えた場合には、ステップＳ７０に進んで酸化剤総流量ＺＬＳＵＭ及び還元剤総量ＺＲＱＳＵＭを値０にリセットし、ステップＳ５０に戻る。
ステップＳ５０の判別結果が偽（Ｎｏ）で変調制御中ではないと判定された場合には、ステップＳ７２に進み、目標還元剤総量ＺＲＩＣＨ、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ、還元剤総量ＺＲＱＳＵＭ、酸化剤総量ＺＬＱＳＵＭ、還元剤総流量ＺＲＳＵＭ、酸化剤総流量ＺＬＳＵＭを値０にリセットする。
【００８４】
図９、図１０のフローチャートに基づき目標還元剤総量ＺＲＩＣＨ、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを更新した場合には、燃焼Ａ／Ｆと排気Ａ／Ｆの変調パターンは、鋸波の場合にあっては、例えば図１４（ａ）〜（ｃ）に示すようなものとなる。なお、図１４（ｄ）のパターンは更新内容を１周期遅らせて反映する場合の例であるが、１周期遅らせて反映する場合には、このように変調の初期においてスパイク変調させるのが好ましく、これにより、変調周期を短く維持することができる。
【００８５】
このように、本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御では、リッチ変調開始から排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆと判定されるまでの酸化剤総流量ＺＬＳＵＭ（図１１中に実線矢印Ａで示す期間に対応）及びリーン変調開始から排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆと判定されるまでの還元剤総流量ＺＲＳＵＭ（図１１中に実線矢印Ｅで示す期間に対応）が排気Ａ／Ｆと相関していることに基づいて、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ、目標還元剤総量ＺＲＩＣＨを補正するようにし、それぞれ現在の或いは次回のリッチ変調、リーン変調に反映するようにしている。
【００８６】
従って、エンジン１の運転条件に応じて所定の周期、所定の振幅等が変更され、これに加えて空燃比変動があった場合であっても、当該空燃比変動に拘わらず、三元触媒３０内に流入する実際の還元剤と酸化剤とが化学量論的に良好にバランスし、当該変更点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変更前後の平均Ａ／Ｆ、即ち中心Ａ／Ｆと良好に一致することになる。
【００８７】
また、エンジン１の運転条件、例えば排気流量が変化し、これに加えて空燃比変動があった場合であっても、当該空燃比変動に拘わらず、やはり三元触媒３０内に流入する実際の還元剤と酸化剤とが化学量論的に良好にバランスし、当該変更点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変更前後の平均Ａ／Ｆ、即ち中心Ａ／Ｆと良好に一致し、当該変化点を含む変調サイクル間の平均Ａ／Ｆが当該変化前後の平均Ａ／Ｆ、即ち中心Ａ／Ｆと良好に一致することになる。
【００８８】
これにより、エンジン１の運転条件及び空燃比変動によらず三元触媒３０の排気浄化性能の最適化を図ることができる。
なお、上記ステップＳ４４、ステップＳ４８、ステップＳ５６、ステップＳ６６において補正値ｄＺＬＳＵＭ或いは補正値ｄＺＲＳＵＭを加減算処理するようにしているが、補正係数を用いて乗除算処理するようにしてもよいし、その他の任意の処理を行ってもよい。また、補正値ｄＺＬＳＵＭ或いは補正値ｄＺＲＳＵＭをエンジン１の運転条件（エンジン回転速度、体積効率、排気流量、吸気管圧、正味平均有効圧、排気温度、触媒温度、始動後経過時間、冷却水温度等）に応じて変更するようにしてもよい。
【００８９】
次に、第３実施例について説明する。
上述したように、Ｏ2に比べてＮＯxの三元触媒３０への吸着速度は遅いため、Ｏ2が飽和するときにはＮＯxは破過してしまっている可能性が高い。
従って、第３実施例では、上記第１及び第２実施例において、ＮＯx等のＯ2以外の酸化剤が破過しないように目標酸化剤総量（第１実施例）、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮ（第２実施例）（以下、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮに統一する）を設定する場合の例を示す。
【００９０】
具体的には、ここでは、車両の減速時にエンジン１において燃料カット運転（以下、単に燃料カット）を行い、当該燃料カット時における三元触媒３０の下流のＯ2センサ２４からの情報に基づいて目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを設定する。
図１５を参照すると、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを設定する目標酸化剤総量設定ルーチンが示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【００９１】
ステップＳ８０では、車両が減速して燃料カットを実施しているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で燃料カットを実施していると判定された場合には、ステップＳ８２に進む。
ステップＳ８２では、Ｏ2センサ２４からの情報に基づき、三元触媒３０の下流の空燃比がリーンＡ／Ｆであるかを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）でリーンＡ／Ｆ以外（リッチＡ／Ｆ、ストイキ、スライトリーンＡ／Ｆを含む）と判定された場合にはステップＳ８４に進む。
【００９２】
ステップＳ８４では、燃料カットの開始から三元触媒３０の下流の空燃比がリーンＡ／Ｆと判定されるまでに三元触媒３０内に流入する酸化剤総流量ＺＬＳＵＭを酸化剤量ＬＱＡＩＲ（酸化剤濃度×触媒流入排気流量(t)）を加算して求める。
ＺＬＳＵＭ(n)＝ＺＬＳＵＭ(n-1)＋ＬＱＡＩＲ(n)
燃料カットを開始すると、三元触媒３０下流の排気Ａ／Ｆは、最初はリッチＡ／Ｆであっても、燃料カットによる排気中のＯ2が三元触媒３０に達すると当該Ｏ2は三元触媒３０に吸着或いは吸蔵され、ストイキ或いはスライトリーンＡ／Ｆとなる。それ故、ここでは、実際には、当該燃料カットによって排気中のＯ2が三元触媒３０に達した後の酸化剤総流量ＺＬＳＵＭが求められる。
【００９３】
このように燃料カット時において求められた酸化剤総流量ＺＬＳＵＭは、酸化剤がＯ2のみであることから、ＮＯx等を含まないＯ2のみの総流量である。従って、当該Ｏ2のみの総流量は、即ち三元触媒３０に吸着可能な酸化剤量を意味している（燃料カット時流入酸素総量検出手段）。
その後、三元触媒３０においてＯ2が飽和すると、Ｏ2は三元触媒３０の下流に流出し、ステップＳ８２の判別結果は真（Ｙｅｓ）で三元触媒３０下流の排気Ａ／ＦはリーンＡ／Ｆとなり、この場合にはステップＳ８６に進む。
【００９４】
ステップＳ８６では、酸化剤総流量ＺＬＳＵＭに排気中の酸化剤に対するＯ2比率（酸素比率）を乗算し、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを、酸化剤総流量ＺＬＳＵＭ以下となるように、具体的には当該酸化剤総流量ＺＬＳＵＭに当該Ｏ2比率を乗算した値となるように設定する。
ＺＬＥＡＮ＝ＺＬＳＵＭ(n)×（Ｏ2比率）≦ＺＬＳＵＭ(n)
【００９５】
即ち、ここでは、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを三元触媒３０に吸着可能な酸化剤量そのものとせず、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを、吸着可能な酸化剤量以下、具体的には当該吸着可能な酸化剤量にＯ2比率を乗じた値となるように設定する。
ステップＳ８０の判別結果が偽（Ｎｏ）で燃料カット中でないと判定された場合には、ステップＳ８８に進み、酸化剤総流量ＺＬＳＵＭを値０にリセットする。
【００９６】
燃料カットにより目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを設定した場合には、燃焼Ａ／Ｆと排気Ａ／Ｆの変調パターンは、鋸波の場合にあっては、例えば図１６に示すようなものとなる。
このように、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを、吸着可能な酸化剤量以下、例えば吸着可能な酸化剤量にＯ2比率を乗じた値となるように設定するようにすると、多くのＯ2を三元触媒３０に吸着させることができるとともに、ＮＯx等のＯ2以外の酸化剤（被還元剤）を破過することもなく確実に三元触媒３０に吸着させることが可能となる。
【００９７】
また、このように三元触媒３０に吸着可能な酸化剤量を求める場合、三元触媒３０において酸化剤を一旦飽和させ、三元触媒３０の下流側に酸化剤を流出させる必要があるのであるが、このように酸化剤がＯ2のみとなる燃料カット中に実施すると、破過して三元触媒３０から排出される酸化剤はＯ2のみとなり、ＮＯｘ等の有害成分が三元触媒３０から排出される心配がなく、排気浄化性能の悪化をも防止することができる。
【００９８】
また、車両の減速時の燃料カットは実施頻度が高く、さらに、排気流量が少ないため、燃料カット開始から三元触媒３０下流のＯ2センサ２４がリーンＡ／Ｆ判定するまでの時間が長く、三元触媒３０に吸着可能な酸化剤量を精度よく求めることができる。
なお、燃料カットの開始前には排気Ａ／ＦはリッチＡ／Ｆ（好ましくはスライトリッチＡ／Ｆ）であるのがよく、或いは、Ｏ2センサ２４がリッチＡ／Ｆ判定するまで燃料カットを延期するのがよい。これにより、燃料カットによる排気中のＯ2が三元触媒３０に到達する前に三元触媒３０を還元雰囲気として吸着した酸化剤を一掃でき、故に三元触媒３０に酸化剤が吸着していない状態から燃料カット中の酸化剤（Ｏ2）を良好に吸着させるようにでき、目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを適正な値に設定することができる。
【００９９】
また、酸化剤総流量ＺＬＳＵＭ、即ち三元触媒３０に吸着可能な酸化剤量が所定値以下であるような場合には、三元触媒３０が劣化或いは故障していると判断して警告等を行うようにすることも可能である。
また、このように燃料カットを実施した後、即ち燃料カット復帰後には、すぐには空燃比変調制御が安定しないため、上記図２のステップＳ１０や図１０のステップＳ５０において燃料カット復帰後所定時間が経過したか否かの判別を行うのが好ましい。
【０１００】
また、燃料カット復帰後には、図９のステップＳ４４、ステップＳ４８、図１０のステップＳ５６、ステップＳ６６において補正値ｄＺＬＳＵＭ或いは補正値ｄＺＲＳＵＭを燃料カット復帰後経過時間に応じて変更するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【０１０１】
例えば、上記実施形態では、目標還元剤総量ＺＲＩＣＨや目標酸化剤総量ＺＬＥＡＮを更新して変調周期を変更する場合を例に説明したが、変調振幅を変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、Ｏ2ストレージ機能（酸化剤ストレージ機能）を有した三元触媒３０を例に説明したが、ＨＣ、ＣＯ等を吸蔵し放出する還元剤ストレージ機能を有した触媒コンバータや酸化剤ストレージ機能と還元剤ストレージ機能との双方を有した触媒コンバータにも本発明を同様に適用可能である。
【０１０２】
また、上記実施形態では、エンジン１を吸気管噴射型ガソリンエンジンとしたが、筒内噴射型ガソリンエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第1実施例に係る空燃比変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】振幅変化（変化勾配）が一定の下で所定の周期の変化に伴って最大振幅が変化する例を示す図である。
【図４】エンジンの運転条件が急激には変更されず或いは変化しない場合における最大振幅保持制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図４の最大振幅保持制御後の変調波形を示す図である。
【図６】エンジンの運転条件が急激に変更され或いは変化するような場合における最大振幅保持制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図６の最大振幅保持制御後の変調波形を示す図である。
【図８】最大振幅保持制御の他の実施例に係るフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御の制御結果の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御の制御結果の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御の制御結果の一例を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施例に係る空燃比変調制御を行った場合の燃焼Ａ／Ｆと排気Ａ／Ｆの変調パターンを示す図である。
【図１５】本発明の第３実施例に係る目標酸化剤総量設定ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明の第３実施例に係る目標酸化剤総量設定ルーチンを行った場合の燃焼Ａ／Ｆと排気Ａ／Ｆの変調パターンを示す図である。
【図１７】従来の問題点を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  エンジン本体
６  燃料噴射弁
２２  Ｏ2センサ（排気空燃比検出手段）
２４  Ｏ2センサ（触媒下流排気空燃比判定手段）
３０  三元触媒（触媒コンバータ）
４０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
【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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【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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