(57)【要約】【課題】  触媒下流に配設された酸素濃度センサの検出電極周辺に残留しているガスを除去して同酸素濃度センサ出力による空燃比フィードバック制御の精度を向上すること。【解決手段】  空燃比制御装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒下流の酸素濃度センサ出力と理論空燃比相当目標値とが一致するように空燃比フィードバック制御を行う。空燃比制御装置は、触媒から略理論空燃比のガスが流出していることが保証され得る状態にて酸素濃度センサ出力がリーン又はリッチ空燃比を示すとき、酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃ周辺（検出電極６８ｃの表面、検出電極６８ｃをコーティングする多孔質セラミック６８ｄの内部）に酸素又は還元ガスが残留していると判定し、酸素濃度センサの基準電極６８ｂ−検出電極６８ｃ間への電圧の強制印加により固体電解質６８ａ内にて酸素イオンの電気泳動が発生することを利用して残留酸素又は残留還元ガスを除去する。【選択図】  図５
2005351096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された触媒と、
固体電解質を挟んだ両側に基準電極と検出電極とをそれぞれ備えるとともに、同基準電極が大気に曝され同検出電極が前記触媒から流出するガスに曝されるように前記排気通路の同触媒の下流に配設されて同触媒から流出するガス中の酸素濃度に応じた値を出力する酸素濃度センサと、
前記酸素濃度センサの出力を理論空燃比に相当する所定の目標値と一致させるための空燃比制御量を演算する空燃比制御量演算手段と、
前記演算された空燃比制御量に基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
所定の条件が成立したとき、前記酸素濃度センサの検出電極の周辺に残留しているガスを除去する残留ガス除去制御を実行する残留ガス除去手段と、
を備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記残留ガス除去手段は、
前記内燃機関が前記触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となる特定の状態にある場合において、前記酸素濃度センサの出力が前記理論空燃比に相当する目標値よりもリーン側に偏移した値となっているときに前記残留ガスとしての酸素を除去する残留酸素除去制御を実行するとともに、同酸素濃度センサの出力が同理論空燃比に相当する目標値よりもリッチ側に偏移した値となっているときに同残留ガスとしての還元ガスを除去する残留還元ガス除去制御を実行するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記残留ガス除去手段は、
前記酸素濃度センサにおける前記基準電極と前記検出電極との間に所定の電圧を印加することにより、前記残留酸素除去制御、及び前記残留還元ガス除去制御を実行するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記残留ガス除去手段は、
前記残留酸素除去制御を実行する場合、前記基準電極に対する前記検出電極の電圧が負の電圧になるように同基準電極と同検出電極との間に前記所定の電圧を印加し、
前記残留還元ガス除去制御を実行する場合、前記基準電極に対する前記検出電極の電圧が正の電圧になるように同基準電極と同検出電極との間に前記所定の電圧を印加するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記残留ガス除去手段は、
前記残留酸素除去制御実行中、又は前記残留還元ガス除去制御実行中は、前記空燃比制御手段による前記空燃比制御の実行を禁止させるように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記残留ガス除去手段は、
前記残留酸素除去制御実行中、又は前記残留還元ガス除去制御実行中において、前記酸素濃度センサにおける前記基準電極と前記検出電極との間を流れる前記所定の電圧に基づく電流値が所定の基準値まで減少したとき、同実行中の制御を終了するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記残留ガス除去手段は、
前記残留酸素除去制御実行中、又は前記残留還元ガス除去制御実行中において、前記電流値が同実行中の制御の開始時点から所定時間が経過しても前記所定の基準値まで減少しなかったとき、同実行中の制御を中止するように構成された内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
請求項２乃至請求項７の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記内燃機関の負荷の程度が所定の程度を超えている場合、前記残留ガス除去手段による前記残留酸素除去制御、及び前記残留還元ガス除去制御の実行を禁止させる残留ガス除去制御禁止手段を更に備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項９】
請求項２乃至請求項８の何れか一項に記載の内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記残留ガス除去手段による前記残留酸素除去制御、又は前記残留還元ガス除去制御が終了した後、前記理論空燃比に相当する目標値を、前記酸素濃度センサの実際の出力値に更新する更新手段を更に備えた内燃機関の空燃比制御装置。
【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設された触媒の下流に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて同触媒に流入するガスの空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気通路に配設された触媒（三元触媒）の下流に酸素濃度センサを設け、この酸素濃度センサの出力が理論空燃比に相当する値となるように同内燃機関に供給する混合気の空燃比（従って、触媒に流入するガスの空燃比）をフィードバック制御する空燃比制御装置が広く知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平９−６０５４４号公報（第５頁、図３）
【０００３】
このような空燃比制御装置に使用される酸素濃度センサは、一般に、検出電極と基準電極の間の酸素濃度（酸素分圧）の差に基づいて出力が変化するセンサであり、その基準電極は大気に曝されている。従って、図１４の実線に示したように、酸素濃度センサの検出電極に到達したガス（以下、単に「酸素濃度センサ到達ガス」とも称呼する。）の空燃比が理論空燃比より僅かでもリッチであると、検出電極と基準電極の間の酸素濃度の差が大きくなるので、その出力Voxsは最大出力値maxとなる。
【０００４】
これに対し、酸素濃度センサ到達ガスの空燃比が理論空燃比より僅かでもリーンであると、検出電極と基準電極の間の酸素濃度の差が小さくなるので、その出力Voxsは最小出力値minとなる。従って、酸素濃度センサの出力が最大出力値と最小出力値の略中間の値（以下、「中央値ａ」と称呼する。）であるとき、酸素濃度センサ到達ガスの空燃比は理論空燃比であると考えられている。このため、上記従来の空燃比制御装置は、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsが中央値ａとなるように、内燃機関に供給する混合気の空燃比をフィードバック制御している。
【０００５】
一方、触媒は、触媒に流入するガス（以下、単に「触媒流入ガス」とも称呼する。）中に酸素が過剰に含まれているとき（即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーンであるとき）、そのガス中の酸素を内部に吸蔵するとともに、触媒流入ガス中にＣＯ，Ｈ２等の未燃ガス（未燃成分）が多量に含まれていて同未燃ガスを酸化するための酸素が不足しているとき（即ち、触媒流入ガスの空燃比がリッチであるとき）、内部に吸蔵しておいた酸素により同未燃ガスを酸化する機能を備えている。この触媒の機能は、「酸素吸蔵機能」或いは「Ｏ２ストレージ効果」などと称呼される。
【０００６】
この酸素吸蔵機能により、酸素が吸蔵されている状態の触媒に空燃比がリッチであるガスが流入しても、触媒に吸蔵されている酸素が総て消費されるまでの期間、触媒下流のガスの空燃比はリッチとはならず（略）理論空燃比となる。これに対し、酸素を吸蔵し得る余力が残されている状態の触媒に空燃比がリーンであるガスが流入しても、触媒が酸素を吸蔵しきれなくなるまでの期間、触媒下流のガスの空燃比はリーンとはならず（略）理論空燃比となる。
【０００７】
以上のことから、上記従来の空燃比制御装置により機関に供給される混合気の空燃比をフィードバック制御し、その結果、触媒流入ガスの空燃比がリーンとリッチとの間で変化すると、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは、図１５の破線に示したように変化するものと考えられる。
【０００８】
即ち、触媒流入ガスの空燃比がリーンであり且つ触媒に酸素が吸蔵しきれない状態であると、図１５の時刻ｔ１以前のように、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは最小出力値min近傍の値となる。その後、上述したフィードバック制御により触媒に流入するガスの空燃比がリッチになると、時刻ｔ１〜ｔ２に示したように、触媒内に吸蔵されている酸素が総て消費されるまで、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは中央値ａ近傍の値となる。
【０００９】
次いで、触媒に吸蔵されている総ての酸素が消費されると、時刻ｔ２〜ｔ３に示したように、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは最大出力値max近傍の値となる。その後、上述した空燃比フィードバック制御により触媒に流入するガスの空燃比がリーンになると、時刻ｔ３〜ｔ４に示したように、触媒内に酸素が吸蔵しきれなくなるまで触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは中央値ａ近傍の値となる。そして、触媒内に酸素が吸蔵しきれなくなると、時刻ｔ４以降に示したように、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは再び最小出力値min近傍の値となる。
【００１０】
しかしながら、実際の酸素濃度センサの出力Voxsは、図１５の実線に示したように変化する。即ち、触媒に流入するガスの空燃比がリーンからリッチへと変化した後であって、触媒内に吸蔵されている酸素が総て消費されるまでの時刻ｔ１〜ｔ２の期間、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは最小出力値minと中央値ａの間の値Vleanとなる。この現象は、触媒内に吸蔵されている酸素が消費されるまでの期間においては、酸素濃度センサの検出電極周辺にそれ以前の期間（時刻ｔ１以前）において到達した多量の酸素分子が残留しているので、検出電極と基準電極の間の酸素濃度差が小さくなっているために発生すると考えられる。
【００１１】
また、触媒に流入するガスの空燃比がリッチからリーンへと変化した後であって、触媒内に酸素が吸蔵しきれなくなるまでの時刻ｔ３〜ｔ４の期間、触媒下流側の酸素濃度センサの出力Voxsは最大出力値maxと中央値ａとの間の値Vrichとなる。この現象は、触媒内に酸素が吸蔵しきれなくなるまでの期間においては、酸素濃度センサの検出電極周辺にそれ以前の期間（時刻ｔ２〜ｔ３）において到達した多量の未燃ガスによって酸素分子がほぼ完全に消滅しているので（従って、酸素濃度センサの検出電極周辺に多量の未燃ガスが残留しているので）、検出電極と基準電極の間の酸素濃度差が大きくなっているために発生すると考えられる。
【００１２】
換言すれば、図１４の二点鎖線に示したように、触媒に流入するガスの空燃比がリーンとリッチとの間で変化すると、同触媒流入ガスの空燃比に対する触媒下流側の酸素濃度センサの実際の出力Voxsの特性には、検出電極周辺に残留しているガスの影響によるヒステリシスが発生する。
【００１３】
以上のことから理解されるように、触媒下流側の酸素濃度センサに到達しているガスの空燃比が略理論空燃比であっても、同酸素濃度センサの出力は、検出電極周辺に残留しているガスの影響（従って、上記ヒステリシス）によって異なる値となり得る。
【００１４】
しかしながら、従来の空燃比制御装置においては、触媒下流側の酸素濃度センサの出力が常に一定の中央値ａ（一定の理論空燃比相当の目標値）となるように機関に供給される混合気の空燃比がフィードバック制御されている。従って、実際には触媒内で窒素酸化物や未燃ガスが十分に浄化され、触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となっている場合（即ち、触媒に流入するガスの空燃比が適切な値となっている場合）であっても、機関に供給される混合気の空燃比（従って、触媒に流入するガスの空燃比）がリッチ又はリーンに過補正されてしまう場合がある。
【００１５】
この結果、大気中に排出される窒素酸化物や未燃ガスの量をより低減できる可能性があるにもかかわらず、同可能性を逸しているという問題が発生する。係る問題は、上記検出電極周辺に残留しているガスを除去することができれば解決され得る。
【発明の開示】
【００１６】
本発明は上記問題に対処するためになされたものであって、その目的は、触媒下流に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて同触媒に流入するガスの空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、同酸素濃度センサの検出電極周辺に残留しているガスを除去することができるものを提供することにある。
【００１７】
本発明による空燃比制御装置は、内燃機関の排気通路に配設された触媒と、固体電解質を挟んだ両側に基準電極と検出電極とをそれぞれ備えるとともに、同基準電極が大気に曝され同検出電極が前記触媒から流出するガスに曝されるように前記排気通路の同触媒の下流に配設されて同触媒から流出するガス中の酸素濃度に応じた値を出力する酸素濃度センサと、前記酸素濃度センサの出力を理論空燃比に相当する所定の目標値と一致させるための空燃比制御量を演算する空燃比制御量演算手段と、前記演算された空燃比制御量に基づいて前記触媒に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関の空燃比制御装置が、所定の条件が成立したとき、前記酸素濃度センサの検出電極の周辺に残留しているガスを除去する残留ガス除去制御を実行する残留ガス除去手段を備えたことにある。
【００１８】
これによれば、所定の条件が成立したとき、酸素濃度センサの検出電極の周辺に残留しているガスを除去する残留ガス除去制御が実行され、この結果、酸素濃度センサの出力は、検出電極周辺に残留しているガスの影響を受けなくなる。従って、係る残留ガス除去制御が実行された後（直後）においては、酸素濃度センサの検出電極に理論空燃比のガスが到達している場合に同酸素濃度センサが出力する値は一定値となり得る。
【００１９】
よって、酸素濃度センサの出力が常に一定の理論空燃比相当の目標値となるように触媒に流入するガスの空燃比がフィードバック制御される場合であっても、窒素酸化物や未燃ガスを触媒内で浄化する状態をできるだけ維持することが可能となる。
【００２０】
更には、残留ガス除去制御が実行された後（直後）においては、上記残留ガスの影響を受けることなく酸素濃度センサの検出電極に新たに到達したガスの空燃比を直ちに、且つ直接的に検出することができ、この結果、同酸素濃度センサの応答性が向上する。
【００２１】
この場合、前記残留ガス除去手段は、前記内燃機関が前記触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となる特定の状態にある場合において、前記酸素濃度センサの出力が前記理論空燃比に相当する目標値よりもリーン側に偏移した値となっているときに前記残留ガスとしての酸素を除去する残留酸素除去制御を実行するとともに、同酸素濃度センサの出力が同理論空燃比に相当する目標値よりもリッチ側に偏移した値となっているときに同残留ガスとしての還元ガスを除去する残留還元ガス除去制御を実行するように構成されることが好適である。
【００２２】
触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となっている場合（即ち、酸素濃度センサの検出電極に理論空燃比のガスが到達している場合）において、酸素濃度センサ出力が理論空燃比相当の目標値よりもリーン側に偏移した値となっていること、又はリッチ側に偏移した値となっていることは、検出電極周辺に酸素が残留していること、又は未燃ガス（即ち、還元ガス）が残留していることをそれぞれ意味する。
【００２３】
従って、上記構成によれば、除去されるべき検出電極周辺に残留しているガスを適切に選択・特定でき、この結果、同残留しているガスに応じた適切な残留ガス除去制御を実行することができる。
【００２４】
この場合、「内燃機関が触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となる特定の状態にある場合」としては、例えば、触媒の酸素吸蔵量が所定量以上（例えば、最大酸素吸蔵量近傍）となったときに機関に供給される混合気の空燃比（従って、触媒に流入するガスの空燃比）が所定のリッチ空燃比に制御される場合がある。
【００２５】
この場合の典型的な例としては、燃費向上等を目的としたフューエルカット処理の実行により最大酸素吸蔵量近傍まで到達している可能性が高い触媒の酸素吸蔵量を適切な値（例えば、最大酸素吸蔵量の半分近傍の値）にまで減少させるため、同フューエルカット処理後に機関に供給される混合気の空燃比を所定の期間だけ所定のリッチ空燃比に維持するリッチ制御が実行される場合が挙げられる。なお、触媒を、空燃比がリッチ及びリーンの何れのガスが流入しても上述した酸素吸蔵機能を十分に発揮し得る状態とするためには、一般に、同触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分程度に調整されることが好ましい。
【００２６】
また、「内燃機関が触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となる特定の状態にある場合」としては、例えば、触媒の酸素吸蔵量が所定量以下（例えば、「０」近傍）となったときに機関に供給される混合気の空燃比が所定のリーン空燃比に制御される場合もある。
【００２７】
この場合の典型的な例としては、加速増量処理、ＯＴ増量処理等の燃料の増量処理の実行により「０」近傍まで到達している可能性が高い触媒の酸素吸蔵量を適切な値（例えば、最大酸素吸蔵量の半分近傍の値）にまで増加させるため、同増量処理後に機関に供給される混合気の空燃比を所定の期間だけ所定のリーン空燃比に維持するリーン制御が実行される場合が挙げられる。
【００２８】
ここで、「加速増量処理」とは、運転者によるアクセル操作量が所定量以上となっていて同運転者の加速要求が大きいときに機関の出力トルクをより高めるため燃料噴射量を理論空燃比に対応する量よりも増大させて機関に供給される混合気の空燃比を所定のリッチ空燃比とする処理である。また、「ＯＴ増量処理」とは、触媒の温度が高くなって同温度が適正な温度範囲を超えたときに未燃成分の気化熱を利用して同触媒の温度を下げるため燃料噴射量を理論空燃比に対応する量よりも増大させて機関に供給される混合気の空燃比を所定のリッチ空燃比とする処理である。
【００２９】
また、前記残留ガス除去手段は、前記酸素濃度センサにおける前記基準電極と前記検出電極との間に所定の電圧を印加することにより、前記残留酸素除去制御、及び前記残留還元ガス除去制御を実行するように構成され得る。
【００３０】
即ち、酸素濃度センサにおける基準電極と検出電極との間に強制的に電圧を印加すると、両電極に挟まれた固体電解質内において酸素イオンの電気泳動が発生し得、係る酸素イオンの電気泳動が原動力となって検出電極周辺に残留している酸素、或いは還元ガスを除去することができる。
【００３１】
より具体的に述べると、前記残留ガス除去手段は、前記残留酸素除去制御を実行する場合、前記基準電極に対する前記検出電極の電圧が負の電圧になるように同基準電極と同検出電極との間に前記所定の電圧を印加し、前記残留還元ガス除去制御を実行する場合、前記基準電極に対する前記検出電極の電圧が正の電圧になるように同基準電極と同検出電極との間に前記所定の電圧を印加するように構成される。ここにおいて、上記印加される電圧（の絶対値）は、残留酸素除去制御を実行する場合と残留還元ガス除去制御を実行する場合とで同一であっても異なっていてもよい。
【００３２】
これによると、残留酸素除去制御を実行する場合、固体電解質内において検出電極側から基準電極側への酸素イオンの電気泳動が発生し、検出電極表面に吸着している酸素（具体的には、酸素原子）と同検出電極内の電子とが結合する反応が促進される。これにより、検出電極周辺に残留している酸素が固体電解質内に酸素イオンとして順次取り込まれていき、この結果、同残留している酸素が除去され得る。
【００３３】
一方、残留還元ガス除去制御を実行する場合、固体電解質内において基準電極側から検出電極側への酸素イオンの電気泳動が発生し、検出電極表面に吸着している還元ガス（具体的には、ＣＯ，Ｈ２等）と固体電解質内の酸素イオンとの反応が促進される。これにより、検出電極周辺に残留している還元ガスが順次中性ガスとなって同検出電極周辺から離れていき、この結果、同残留している還元ガスが除去され得る。
【００３４】
また、残留酸素除去制御実行中、又は残留還元ガス除去制御実行中にて酸素濃度センサにおける基準電極と検出電極との間に電圧を強制的に印加する場合、同印加された電圧の影響を受けて酸素濃度センサの出力は検出電極に到達しているガスの空燃比を表さなくなる。従って、この場合、前記残留ガス除去手段は、前記空燃比制御手段による前記空燃比制御の実行を禁止させるように構成されることが好適である。
【００３５】
また、前記残留ガス除去手段は、前記残留酸素除去制御実行中、又は前記残留還元ガス除去制御実行中において、前記酸素濃度センサにおける前記基準電極と前記検出電極との間を流れる前記所定の電圧に基づく電流値が所定の基準値まで減少したとき、同実行中の制御を終了するように構成されることが好ましい。
【００３６】
酸素濃度センサにおける基準電極と検出電極との間に電圧を強制的に印加した際に両電極間を流れる電流値は、上述した検出電極表面にて発生する反応の速度の減少に応じて減少する。一方、係る反応速度は、検出電極周辺に残留しているガスの濃度の減少に応じて減少していく。
【００３７】
即ち、上記電流値は、検出電極周辺に残留しているガスが徐々に除去されていくにつれて減少していく。従って、上記電流値を監視することにより検出電極周辺に残留していたガスが総て除去された時点が推定され得る。従って、上記構成のように、上記電流値が所定の基準値まで減少したとき実行中の制御を終了すれば、検出電極周辺に残留していたガスが総て除去された時点で同実行中の制御を終了することができる。
【００３８】
この結果、早めに制御を終了することで検出電極周辺に残留していたガスが依然として残留し続ける事態、並びに、不必要に長く制御を継続して電圧印加に要する電力を不必要に消費する事態の発生を防止することができる。なお、ここにおいて、「所定の基準値」は、残留酸素除去制御を実行する場合と残留還元ガス除去制御を実行する場合とで同一であっても異なっていてもよい。
【００３９】
ところで、上述したように、残留酸素除去制御、及び残留還元ガス除去制御は、機関が上記特定の状態にある場合（即ち、触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となっている場合）に実行される。しかしながら、機関が上記特定の状態にあっても、例えば、触媒が劣化していて上述した酸素吸蔵機能が十分に発揮され得ないような場合等においては、空燃比が理論空燃比から乖離したガスが触媒から流出する事態が発生する場合もあり得る。
【００４０】
このような場合、触媒から流出するガス中に過剰に含まれている酸素、又は還元ガスが酸素濃度センサの検出電極周辺に継続的に供給されることになるから、上記残留酸素除去制御、又は上記残留還元ガス除去制御を長時間継続しても検出電極に残留しているガスが除去され得ない場合も考えられる。
【００４１】
以上のことから、前記残留ガス除去手段は、前記残留酸素除去制御実行中、又は前記残留還元ガス除去制御実行中において、前記電流値が同実行中の制御の開始時点から所定時間が経過しても前記所定の基準値まで減少しなかったとき、同実行中の制御を中止するように構成されると好ましい。
【００４２】
加えて、機関の負荷（例えば、アクセル開度、エンジン回転速度等）が大きくなると触媒に流入するガス流量が大きくなる。この場合、機関が上記特定の状態にあって且つ触媒が劣化していなくても、上述した酸素吸蔵機能が十分に発揮される前に触媒に流入したガスが同触媒を通過し、この結果、空燃比が理論空燃比から乖離したガスが触媒から流出する事態が発生する場合もあり得る。このような場合、上記残留酸素除去制御、及び上記残留還元ガス除去制御を開始すべきでない。
【００４３】
以上のことから、上記本発明による空燃比制御装置においては、前記内燃機関の負荷の程度が所定の程度を超えている場合、前記残留ガス除去手段による前記残留酸素除去制御、及び前記残留還元ガス除去制御の実行を禁止させる残留ガス除去制御禁止手段を更に備えるとよい。
【００４４】
また、上記本発明による空燃比制御装置においては、前記残留ガス除去手段による前記残留酸素除去制御、又は前記残留還元ガス除去制御が終了した後、前記理論空燃比に相当する目標値を、前記酸素濃度センサの実際の出力値に更新する更新手段を更に備えると好ましい。
【００４５】
上述したように、残留酸素除去制御、及び残留還元ガス除去制御は、機関が上記特定の状態にある場合（即ち、触媒から流出するガスの空燃比が略理論空燃比となっている場合）に実行される。従って、係る制御が終了した後（直後）においては、酸素濃度センサの検出電極には理論空燃比のガスのみが到達していて、同酸素濃度センサの実際の出力値は理論空燃比のガスに対応する値に正確に一致しているものと考えられる。
【００４６】
従って、上記構成によれば、残留酸素除去制御、又は残留還元ガス除去制御が終了する毎に、酸素濃度センサについての理論空燃比に相当する目標値をより正確な値へと更新していくことができる。従って、触媒に流入するガスの空燃比を正確に理論空燃比とし、或いは、触媒から流出するガスの空燃比を正確に理論空燃比とすることができるから、触媒内において窒素酸化物や未燃成分を極めて効果的に浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。この空燃比制御装置は、機関の燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置でもある。
【００４８】
図１は、本発明の実施形態に係る空燃比制御装置を４サイクル火花点火式多気筒内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。なお、図１は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００４９】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００５０】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００５１】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角及びリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
【００５２】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットルバルブ４３及びスワールコントロールバルブ（以下、「ＳＣＶ」と称呼する。）４４を備えている。
【００５３】
スロットルバルブ４３は、ＤＣモータからなるスロットルバルブアクチュエータ４３ａにより吸気管４１内で回転駆動されるようになっている。ＳＣＶ４４は、ＤＣモータからなるＳＣＶアクチュエータ４４ａにより回転駆動されるようになっている。
【００５４】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ５２、エキゾーストパイプ５２に配設された上流側触媒５３、上流側触媒５３よりも下流のエキゾーストパイプ５２に配設された下流側触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
【００５５】
上流側触媒５３及び下流側触媒５４のそれぞれは、所謂、白金等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置である。各触媒は、触媒流入ガスがほぼ理論空燃比であるとき、ＨＣ，ＣＯなどの未燃ガスを酸化するとともに、窒素酸化物（NOx）を還元する機能を有する。更に、各触媒は、酸素を吸蔵（貯蔵）する酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃ガス及び窒素酸化物を浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、触媒に担持されているセリア(CeO2)によってもたらされる。
【００５６】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、吸気温センサ６２、スロットルポジションセンサ６３、カムポジションセンサ６４、クランクポジションセンサ６５、水温センサ６６、空燃比センサ６７、酸素濃度センサ６８、触媒温度センサ６９及びアクセル開度センサ７０を備えている。
【００５７】
エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の質量流量Gaに応じた信号を出力するようになっている。吸気温センサ６２は、吸入空気の温度を検出し、吸気温度THAを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６３は、スロットルバルブ４３の開度（スロットルバルブ開度）を検出し、スロットルバルブ開度TAを表す信号を出力するようになっている。
【００５８】
カムポジションセンサ６４は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。クランクポジションセンサ６５は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、エンジン回転速度NEを表す。水温センサ６６は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
【００５９】
空燃比センサ６７は、排気通路であって上流側触媒５３よりも上流側に配設されている。空燃比センサ６７は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、上流側触媒５３に流入する排ガス中の空燃比を検出し、図２に示したように、検出した空燃比に応じた信号vabyfsを出力するようになっている。
【００６０】
酸素濃度センサ６８は、排気通路であって上流側触媒５３よりも下流側であり下流側触媒５４よりも上流側に配設されている。酸素濃度センサ６８は、固体電解質型センサ（安定化ジルコニアを用いた周知の濃淡電池型の酸素センサ）であり、概略構成を模式的に示した図３に示したように、ジルコニアからなる固体電解質６８ａの両側に白金からなる基準電極６８ｂと白金からなる検出電極６８ｃとを備えている。検出電極６８ｃは多孔質のセラミック６８ｄによりコーティングされている。基準電極６８ｂは大気に曝され、多孔質セラミック６８ｄにより覆われた検出電極６８ｃは上流側触媒５３から流出したガス（上流側触媒５３と下流側触媒５４との間の排気通路内のガス）に曝されている。
【００６１】
この酸素濃度センサ６８の出力Voxsの静的な特性は、基準電極６８ｂと検出電極６８ｃの間の酸素濃度（酸素分圧）の差に基づいて変化する特性となる。具体的に述べると、図４に示したように、酸素濃度センサ６８は、一般に、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ及びリーンのとき最大出力値max及び最小出力値minをそれぞれ出力し、検出対象のガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の値（中央値）ａを出力するようになっている。
【００６２】
アクセル開度センサ７０は、運転者によって操作されるアクセルペダル７１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００６３】
電気制御装置８０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４並びにＡＤコンバータを含むインターフェース８５等からなるマイクロコンピュータである。
【００６４】
インターフェース８５は、前記センサ６１〜７０と接続され、ＣＰＵ８１にセンサ６１〜７０からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ８１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、インジェクタ３９、スロットルバルブアクチュエータ４３ａ及びＳＣＶアクチュエータ４４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００６５】
また、電気制御装置８０は、酸素濃度センサ６８における基準電極６８ｂと検出電極６８ｃとの間に所定の電圧を強制的に印加するための電圧印加装置８６（後述する図５、図６を参照）を内蔵している。電圧印加装置８６は、ＣＰＵ８１の指示に応じてインターフェース８５を介して基準電極６８ｂと検出電極６８ｃとの間に所定の電圧を印加するとともに、同電圧印加装置８６の電気回路内を流れる電流（従って、基準電極６８ｂと検出電極６８ｃとの間を流れる電流i）を示す信号をＣＰＵ８１に供給するようになっている。
【００６６】
（空燃比フィードバック制御の概要）
次に、上記のように構成された空燃比制御装置（以下、「本装置」と称呼することもある。）による空燃比フィードバック制御の概要について説明する。本装置は、上流側触媒５３から流出しているガスの空燃比が理論空燃比となるように機関に供給する混合気の空燃比（以下、「機関の空燃比」とも称呼する。）を制御する。
【００６７】
具体的には、上流側触媒５３の下流に配設された酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比に相当する目標値Voxsrefとなるように、同出力Voxsに基づいて（実際には、空燃比センサ６７の出力vabyfsにも基づいて）機関の空燃比をフィードバック制御する。
【００６８】
なお、上記理論空燃比に相当する目標値Voxsrefは、図４に示した中央値ａに近い値であって、後述する残留酸素除去制御、又は残留還元ガス除去制御が終了する毎に更新されていく値である。
【００６９】
また、本装置は、対応する所定の条件の成立を条件に、上述したフューエルカット処理、及び「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、並びに、加速増量等の増量処理、及び「増量処理終了後におけるリーン制御」をそれぞれ実行する。以下、これらの処理・制御を「特定処理」と呼ぶこともある。本装置は、特定処理の何れかを実行する場合、上記空燃比フィードバック制御を中断して空燃比フィードフォワード制御を行う。以上が、空燃比フィードバック制御の概要である。
【００７０】
（残留ガス除去制御の概要）
次に、本装置による残留ガス除去制御の概要について説明する。多量の酸素（窒素酸化物ＮＯｘ中の酸素を含む。）を含んだリーン空燃比のガスが継続的に酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃに到達すると、検出電極６８ｃの表面、及び検出電極６８ｃをコーティングしている多孔質のセラミック６８ｄの内部（以下、「検出電極６８ｃの周辺」と称呼する。）に多量の酸素が残留するようになる。
【００７１】
この残留している酸素は、その後において多量の還元ガス（即ち、ＣＯ，Ｈ２，ＨＣ等）を含んだリッチ空燃比のガスが継続的に検出電極６８ｃに到達しない限り消滅し得ない。換言すれば、微小量の（濃度の小さい）還元ガスしか含んでいない略理論空燃比のガスが検出電極６８ｃに到達しても残留している酸素は除去され得ない。この結果、略理論空燃比のガスが検出電極６８ｃに到達しても基準電極６８ｂと検出電極６８ｃとの間の酸素濃度差が小さいままとなって、酸素濃度センサ出力Voxsはリーンを示す値（例えば、図１４、図１５にて示した値Vlean）となる。
【００７２】
一方、多量のＣＯ，Ｈ２等の還元ガスを含んだリッチ空燃比のガスが継続的に酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃに到達すると、検出電極６８ｃの周辺に多量の還元ガスが残留するようになる。
【００７３】
この残留している還元ガスは、その後において多量の酸素を含んだリーン空燃比のガスが継続的に検出電極６８ｃに到達しない限り消滅し得ない。換言すれば、微小量の（濃度の小さい）酸素しか含んでいない略理論空燃比のガスが検出電極６８ｃに到達しても残留している還元ガスは除去され得ない。この結果、略理論空燃比のガスが検出電極６８ｃに到達しても基準電極６８ｂと検出電極６８ｃとの間の酸素濃度差が大きいままとなって、酸素濃度センサ出力Voxsはリッチを示す値（例えば、図１４、図１５にて示した値Vrich）となる。
【００７４】
以上のように、酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃの周辺に酸素、又は還元ガスが残留していると、検出電極６８ｃに略理論空燃比のガスが到達しても、酸素濃度センサ出力Voxsは検出電極６８ｃの周辺に残留しているガスの影響によって上記理論空燃比相当の目標値Voxsrefと異なる値となる。この結果、上記空燃比フィードバック制御の正確な実行が阻害される。
【００７５】
従って、酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃの周辺に酸素、又は還元ガスが残留している場合、同残留しているガスを除去する必要がある。このため、本装置は、酸素が残留している場合に残留ガス除去制御としての残留酸素除去制御を実行し、還元ガスが残留している場合に残留ガス除去制御としての残留還元ガス除去制御を実行する。
【００７６】
<残留酸素除去制御の原理>
以下、先ず、残留酸素除去制御の原理について図５を参照しながら説明する。図５は、検出電極６８ｃの周辺に酸素（Ｏ２）が残留している場合を示している。この場合、本装置は、前述した電圧印加装置８６を利用して、酸素濃度センサ６８における基準電極６８ｂに対する検出電極６８ｃの電圧が負の電圧Vcとなるように両電極間に電圧を印加する。なお、この電圧Vcは、酸素濃度センサ出力Voxsの最大出力値maxよりも大きい値である。
【００７７】
そうすると、図５に示すように、固体電解質６８ａ内において検出電極６８ｃ側から基準電極６８ｂ側への酸素イオン（Ｏ２−）の電気泳動が発生する。係る電気泳動が発生すると、固体電解質６８ａ内の検出電極６８ｃ近傍における酸素イオン濃度が減少することに起因して、検出電極６８ｃ側では、検出電極６８ｃ表面に吸着している酸素（具体的には、乖離吸着している酸素原子（Ｏ））と、電圧印加装置８６から供給された検出電極６８ｃ内の電子（ｅ−）とが結合する下記(1)式に示した反応が促進される。
【００７８】
Ｏ＋２・ｅ− → Ｏ２−・・・(1)
【００７９】
この結果、検出電極６８ｃ表面に吸着している酸素原子が固体電解質６８ａ内に酸素イオンとして取り込まれるとともに、同酸素原子が吸着していた部位（吸着サイト）に、多孔質のセラミック６８ｄの内部に残留している酸素が酸素原子となって新たに乖離吸着する。
【００８０】
一方、上記電気泳動が発生すると、固体電解質６８ａ内の基準電極６８ｂ近傍における酸素イオン濃度が増加することに起因して、基準電極６８ｂ側では、固体電解質６８ａ内の酸素イオンから電子が離脱する下記(2)式に示した反応が促進される。この結果、固体電解質６８ａ内の酸素イオンが酸素となって基準電極６８ｂ表面を介して大気中に開放される。酸素イオンから離脱した基準電極６８ｂ内の電子は、電圧印加装置８６に取り込まれる。
【００８１】
Ｏ２− → Ｏ＋２・ｅ−・・・(2)
【００８２】
即ち、両電極間に上記負の電圧Vcを印加し続けると、多孔質のセラミック６８ｄの内部に残留している酸素が順次、検出電極６８ｃ側から固体電解質６８ａ内に酸素イオンとして取り込まれていく。そして、固体電解質６８ａ内に取り込まれた酸素イオンは同固体電解質６８ａ内を電気泳動により基準電極６８ｂ側へ順次移動し、酸素となって大気中に順次開放されていく。この結果、係る酸素イオンの電気泳動に伴って、図５に示したように、電圧印加装置８６内にて電子の流れ（即ち、電流値i）が発生する。
【００８３】
このようにして、両電極間に上記負の電圧Vcを印加し続けると、多孔質のセラミック６８ｄの内部に残留している酸素量が徐々に減少していき、この結果、検出電極６８ｃの周辺に残留している酸素が完全に除去され得る。以上が、残留酸素除去制御の原理である。
【００８４】
<残留還元ガス除去制御の原理>
次に、残留還元ガス除去制御の原理について図６を参照しながら説明する。図６は、検出電極６８ｃの周辺に還元ガスとしての一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ２）が残留している場合を示している。この場合、本装置は、前述した電圧印加装置８６を利用して、基準電極６８ｂに対する検出電極６８ｃの電圧が正の電圧Vcとなるように両電極間に電圧を印加する。なお、上述したように、この電圧Vcは酸素濃度センサ出力Voxsの最大出力値maxよりも大きい値である。
【００８５】
そうすると、図６に示すように、固体電解質６８ａ内において基準電極６８ｂ側から検出電極６８ｃ側への酸素イオンの電気泳動が発生する。係る電気泳動が発生すると、固体電解質６８ａ内の基準電極６８ｂ近傍における酸素イオン濃度が減少することに起因して、基準電極６８ｂ側では、基準電極６８ｂ表面に乖離吸着している酸素原子と、電圧印加装置８６から供給された基準電極６８ｂ内の電子とが結合する上記(1)式に示した反応が促進される。
【００８６】
この結果、基準電極６８ｂ表面に吸着している酸素原子が固体電解質６８ａ内に酸素イオンとして取り込まれるとともに、同酸素原子が吸着していた部位（吸着サイト）に、大気中の酸素が酸素原子となって新たに乖離吸着する。
【００８７】
一方、上記電気泳動が発生すると、固体電解質６８ａ内の検出電極６８ｃ近傍における酸素イオン濃度が増加することに起因して、検出電極６８ｃ側では、固体電解質６８ａ内の酸素イオンと、検出電極６８ｃ表面に吸着している一酸化炭素及び水素とがそれぞれ反応し、下記(3)式、及び(4)式に示した各反応が促進される。
【００８８】
ＣＯ＋Ｏ２− → ＣＯ２＋２・ｅ−・・・(3)
Ｈ２＋Ｏ２− → Ｈ２Ｏ＋２・ｅ−・・・(4)
【００８９】
この結果、各反応によりそれぞれ生成された中性ガスである二酸化炭素（ＣＯ２）、及び水（Ｈ２Ｏ）は、検出電極６８ｃ表面から離れていくとともに、上記一酸化炭素及び水素が吸着していた部位（吸着サイト）に、多孔質のセラミック６８ｄの内部に残留している一酸化炭素及び水素が新たに吸着する。上記各反応により酸素イオンから離脱された検出電極６８ｃ内の電子は、電圧印加装置８６に取り込まれる。
【００９０】
即ち、両電極間に上記正の電圧Vcを印加し続けると、大気中の酸素が順次、基準電極６８ｂ側から固体電解質６８ａ内に酸素イオンとして取り込まれていく。そして、固体電解質６８ａ内に取り込まれた酸素イオンは同固体電解質６８ａ内を電気泳動により検出電極６８ｃ側へ順次移動し、多孔質のセラミック６８ｄの内部に残留している一酸化炭素、及び水素と順次反応する。これにより、残留している一酸化炭素、及び水素は中性ガスとなって検出電極６８ｃから順次離れていく。この結果、係る酸素イオンの電気泳動に伴って、図６に示したように、電圧印加装置８６内にて電子の流れ（即ち、電流値i）が発生する。
【００９１】
このようにして、両電極間に上記正の電圧Vcを印加し続けると、多孔質のセラミック６８ｄの内部に残留している一酸化炭素量、及び水素量が徐々に減少していき、この結果、検出電極６８ｃの周辺に残留している還元ガスが完全に除去され得る。以上が、残留還元ガス除去制御の原理である。
【００９２】
<残留ガス除去制御の開始条件>
次に、上記残留酸素除去制御、及び上記残留還元ガス除去制御の開始条件について説明する。残留酸素除去制御中において多量の酸素を含んだリーン空燃比のガスが上流側触媒５３から継続的に流出してくると、検出電極６８ｃの周辺に残留している酸素が除去され得ない。同様に、残留還元ガス除去制御中において多量の還元ガスを含んだリッチ空燃比のガスが上流側触媒５３から継続的に流出してくると、検出電極６８ｃの周辺に残留している還元ガスが除去され得ない。
【００９３】
即ち、残留酸素除去制御中、及び残留還元ガス除去制御中は、上流側触媒５３から流出するガスの空燃比は略理論空燃比に維持されていることが好ましい。他方、本装置が実行する「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、又は「増量処理終了後におけるリーン制御」が実行されている間は、上述したように、上流側触媒５３から略理論空燃比のガスが流出していることが保証され得る。即ち、「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、又は「増量処理終了後におけるリーン制御」が実行されている場合は、内燃機関１０が前記特定の状態にある場合に対応している。
【００９４】
また、上述したように、略理論空燃比のガスが上流側触媒５３から流出している場合において、酸素濃度センサ出力Voxsがリーンを示す値、又はリッチを示す値となっていることは、検出電極６８ｃの周辺に酸素、又は還元ガスが残留していることをそれぞれ意味する。
【００９５】
以上のことから、本装置は、「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、又は「増量処理終了後におけるリーン制御」が開始された直後において、酸素濃度センサ出力Voxsがリーンを示す値となっているときは残留酸素除去制御を開始し、酸素濃度センサ出力Voxsがリッチを示す値となっているときは残留還元ガス除去制御を開始する。
【００９６】
なお、残留酸素除去制御中、又は残留還元ガス除去制御中においては、上記負の電圧Vc、或いは上記正の電圧Vcの印加により酸素濃度センサ出力Voxsが同印加電圧の値に強制的に一致せしめられ、酸素濃度センサ出力Voxsが検出電極６８ｃに到達しているガスの空燃比を表さなくなる。従って、本装置は、残留酸素除去制御中、又は残留還元ガス除去制御中においては上記空燃比フィードバック制御を中断する。
【００９７】
実際には、残留酸素除去制御中、又は残留還元ガス除去制御中は、「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、又は「増量処理終了後におけるリーン制御」が実行されていることにより、上述したように上記空燃比フィードバック制御が中断される。以上が、残留ガス除去制御の開始条件の概要である。
【００９８】
<残留ガス除去制御の終了条件>
次に、上記残留酸素除去制御、及び上記残留還元ガス除去制御の終了条件について説明する。図５、及び図６を参照しながら説明したように、残留酸素除去制御中、又は上記残留還元ガス除去制御中において発生する電流は、固体電解質６８ａ内における酸素イオンの電気泳動に伴って発生する。この酸素イオンの電気泳動は、検出電極６８ｃ表面にて発生する上記各反応に伴って発生する。
【００９９】
即ち、上記電流は、検出電極６８ｃ表面にて発生する上記各反応に伴って発生する。従って、電流値iは、検出電極６８ｃ表面にて発生する反応の速度に依存し、同反応速度の減少に応じて減少する。一方、係る反応速度は、検出電極６８ｃの周辺に残留しているガスの濃度の減少に応じて減少していく。従って、電流値iは、検出電極６８ｃ周辺に残留しているガス量が減少するにつれて減少していく。
【０１００】
そして、残留酸素除去制御中においては、検出電極６８ｃ周辺に残留している酸素が完全に除去されると、検出電極６８ｃを介して固体電解質６８ａ内に酸素イオンとして取り込まれる対象となる酸素がなくなる。この結果、上記酸素イオンの電気泳動が全く発生しなくなるから、電流値iは「０」になる。以上のことから、本装置は、残留酸素除去制御中において、電流値iを逐次監視するとともに、電流値iが「０」になった時点で同残留酸素除去制御を終了する。
【０１０１】
一方、残留還元ガス除去制御中においても、検出電極６８ｃ周辺に残留している還元ガスが完全に除去されると、検出電極６８ｃを介して固体電解質６８ａ内の酸素イオンと反応する還元ガスがなくなる。しかしながら、この場合、係る還元ガスがなくなっても、基準電極６８ｂ側にて大気中の酸素を固体電解質６８ａ内に取り込む上記(1)式の反応が継続し得、且つ、検出電極６８ｃ側にて上記(2)式の反応が発生し得る。
【０１０２】
この結果、上記酸素イオンの電気泳動が継続的に僅かに残存し得るから、電流値iは「０」にはならず、或る微小値に維持される。以上のことから、本装置は、残留還元ガス除去制御中においては、電流値iを逐次監視するとともに、電流値iが所定の微小値ithにまで減少した時点で同残留還元ガス除去制御を終了する。以上が、残留ガス除去制御の終了条件の概要である。
【０１０３】
<酸素濃度センサ出力目標値の更新>
上述したように、残留酸素除去制御、及び残留還元ガス除去制御は、「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、又は「増量処理終了後におけるリーン制御」が実行されている間（即ち、上流側触媒５３から略理論空燃比のガスが流出している間）に実行される。
【０１０４】
従って、残留酸素除去制御、又は残留還元ガス除去制御が終了した直後においては、酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃには理論空燃比のガスのみが到達しているから、この時点での同酸素濃度センサ６８の出力Voxsは、理論空燃比のガスに対応する値に正確に一致しているものと考えられる。
【０１０５】
以上のことから、本装置は、残留酸素除去制御、又は残留還元ガス除去制御の終了時点が到来する毎に、同終了時点の直後において、酸素濃度センサ６８の出力Voxsについての上記理論空燃比相当の目標値Voxsrefを、現時点（同終了時点の直後の時点）での酸素濃度センサ出力Voxsに更新していく。以上、残留ガス除去制御の概要について説明した。
【０１０６】
（実際の作動）
次に、上記のように構成された空燃比制御装置の実際の作動について、電気制御装置８０のＣＰＵ８１が実行するルーチン（プログラム）をフローチャートにより示した図７〜図１３を参照しながら説明する。なお、図７に示したフローチャートは、演算された空燃比制御量に基づいて上流側触媒５３に流入するガスの空燃比を制御する空燃比制御手段に対応し、図８、及び図９に示したフローチャートは、酸素濃度センサ６８の出力Voxsを理論空燃比に相当する所定の目標値Voxsrefと一致させるための前記空燃比制御量を演算する空燃比制御量演算手段に対応している。
【０１０７】
また、図１０、及び図１２に示したフローチャートは、酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃの周辺に残留しているガスを除去する残留ガス除去制御を実行する残留ガス除去手段に対応し、図１１、及び図１３に示したフローチャートは、理論空燃比に相当する目標値Voxsrefを、酸素濃度センサ６８の実際の出力値Voxsに更新する更新手段に対応している。
【０１０８】
ＣＰＵ８１は、図７に示した最終燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行うルーチンを、所定の気筒のクランク角が吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定の気筒のクランク角度が前記所定クランク角度になると、ＣＰＵ８１はステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、エアフローメータ６１により計測された吸入空気量Gaとエンジン回転速度NEとに基づいて、機関の空燃比を理論空燃比とするための基本燃料噴射量Ｆbaseをマップfから求める。このマップfは、ＲＯＭ８２に予め記憶されている。
【０１０９】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ７１０に進み、前記「特定処理」が実行中であるか否かを判定する。いま、特定処理が実行されていないものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１５に進み、上記求めた基本燃料噴射量Ｆbaseに後述する空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを加えた値を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定する。
【０１１０】
そして、ＣＰＵ８１はステップ７２０に進んで最終燃料噴射量Ｆｉの燃料を噴射するための指示を前記所定の気筒に対応するインジェクタ３９に対して行い、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、フィードバック補正された最終燃料噴射量Ｆｉの燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。
【０１１１】
次に、上記「特定処理」が実行中である場合について説明する。この場合、ＣＰＵ８１はステップ７１０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２５に進むようになり、同ステップ７２５にて係数Ｋを設定する。係数Ｋは、実行中の特定処理に応じて機関の空燃比を理論空燃比から所定量だけ偏移させるために次のステップ７３０にて基本燃料噴射量Ｆbaseに乗算される係数である。
【０１１２】
具体的には、係数Ｋは、フューエルカット処理が実行中である場合には「０」、増量処理が実行中である場合には「１」より大きい所定の値、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」が実行中である場合には「１」よりも大きい所定の値、「増量処理後におけるリーン制御」が実行中である場合には、「０」よりも大きく「１」よりも小さい所定の値に設定される。
【０１１３】
ここで、フューエルカット処理は、例えば、アクセルペダル７１の操作量Accpが「０」であって、且つエンジン回転速度NEが所定値以上である場合に実行される。増量処理は、加速増量処理については、例えば、アクセルペダル操作量Accpが所定値以上である場合に実行され、ＯＴ増量処理については、例えば、触媒温度センサ６９により検出された触媒温度が所定温度以上である場合に実行される。また、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」は、フューエルカット処理終了後、所定の短期間に亘って実行され、「増量処理後におけるリーン制御」は、増量処理終了後、所定の短期間に亘って実行される。
【０１１４】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ７３０に進み、上記ステップ７０５にて求めた基本燃料噴射量Ｆbaseに上記係数Ｋを乗じた値を最終燃料噴射量Ｆｉとして設定する。この場合、最終燃料噴射量Ｆｉの設定に際し、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが反映されない。そして、ＣＰＵ８１はステップ７２０に進んで上述した燃料噴射処理を行う。
【０１１５】
これにより、特定処理の何れかが実行中である場合、空燃比フィードバック制御が中断される。加えて、機関の空燃比を実行中の特定処理に応じた理論空燃比から所定量だけ偏移した値とするために必要な量の燃料が吸気行程を迎える気筒に対して噴射される。この結果、実行中の特定処理が達成される。なお、このルーチンは、他の気筒に対しても上記と同様に実行される。
【０１１６】
次に、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの算出について説明する。ＣＰＵ８１は図８に示したルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んでフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。空燃比フィードバック制御条件は、例えば、上記特定処理が実行されておらず、水温センサ６６により検出される機関の冷却水温THWが第１所定温度以上であり、機関の一回転当りの吸入空気量（負荷）が所定値以下であり、且つ、空燃比センサ６７が正常であるとき成立する。
【０１１７】
いま、空燃比フィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、現時点の空燃比センサ６７の出力vabyfsと後述するサブフィードバック制御量vafsfbとの和（vabyfs＋vafsfb）及び図２に示したマップに基づいて現時点における上流側触媒５３の上流の空燃比を求める。この空燃比は、上流側触媒５３の上流におけるガスの「みかけの空燃比」であり、以下、「上流側制御用空燃比abyfs」と称呼される。
【０１１８】
次に、ＣＰＵ８１はステップ８１５に進み、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前に吸気行程を迎えた気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を前記求めた上流側制御用空燃比abyfsで除することにより、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。値Ｎは、内燃機関の排気量及び燃焼室２５から空燃比センサ６７までの距離等により異なる値である。
【０１１９】
このように、現時点からＮストローク前の筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を上流側制御用空燃比abyfsで除するのは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が空燃比センサ６７に到達するまでには、Ｎストロークに相当する時間を要しているからである。なお、筒内吸入空気量Ｍｃは、各気筒の吸気行程毎に、その時点のエアフローメータ６１の出力Gaとエンジン回転速度NEとに基づいて求められ（例えば、エアフローメータ６１の出力Gaに一次遅れ処理を施した値をエンジン回転速度NEで除することにより求められ）、各吸気行程に対応してＲＡＭ８３内に記憶されている。
【０１２０】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ８２０に進み、現時点からＮストローク前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点からＮストローク前の時点における目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）（この例では、理論空燃比）で除することにより、現時点からＮストローク前の目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
【０１２１】
そして、ＣＰＵ８１はステップ８２５に進んで目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じた値を筒内燃料供給量偏差ＤＦｃとして設定する。つまり、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。次に、ＣＰＵ８１はステップ８３０に進み、（１）式に基づいて空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを求める。
ＤＦｉ＝（Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ）・ＫＦＢ  …  （１）
【０１２２】
上記（１）式において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。なお、（１）式の係数ＫＦＢはエンジン回転速度NE及び筒内吸入空気量Ｍｃ等により可変とすることが好適であるが、ここでは「１」としている。また、値ＳＤＦｃは筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値であり、次のステップ８３５にて更新される。
【０１２３】
即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ８３５にてその時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ８２５にて求めた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えて、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを求め、ステップ８９５にて本ルーチンを一旦終了する。
【０１２４】
以上により、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが比例積分制御により求められ、この空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが前述した図７のステップ７１５及びステップ７２０により最終燃料噴射量Ｆｉに反映される。この結果、現時点からＮストローク前の燃料供給量の過不足が補償されるので、機関の空燃比（従って、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比）の平均値が目標空燃比abyfrと略一致せしめられる。
【０１２５】
一方、ステップ８０５の判定時において、空燃比フィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１は同ステップ８０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８４０に進み、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの値を「０」に設定し、続くステップ８４５にて、その後に空燃比フィードバック制御を再開するための準備として筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを「０」に初期化した後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、空燃比フィードバック制御条件が不成立であるときは、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉを「０」として空燃比（基本燃料噴射量Ｆbase）の補正を行わない。
【０１２６】
次に、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づく空燃比フィードバック制御について説明する。なお、かかる制御はサブフィードバック制御とも呼ばれる。このサブフィードバック制御により、上述したサブフィードバック制御量vafsfbが算出される。
【０１２７】
ＣＰＵ８１は、サブフィードバック制御量vafsfbを求めるために、図９に示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ９００から処理を開始し、ステップ９０５に進んでサブフィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。サブフィードバック制御条件は、例えば、上記特定処理が実行されておらず、前述したステップ８０５での空燃比フィードバック制御条件が成立し、機関の冷却水温THWが前記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上であり、且つ、酸素濃度センサ６８が正常であるときに成立する。
【０１２８】
いま、サブフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、現時点での前記理論空燃比相当目標値Voxsrefから現時点の酸素濃度センサ６８の出力Voxsを減じることにより、出力偏差量ＤＶoxsを求める。次に、ＣＰＵ８１はステップ９１５に進み、下記（２）式に基づいてサブフィードバック制御量vafsfbを求める。
vafsfb＝Ｋｐ・ＤＶoxs＋Ｋｉ・ＳＤＶoxs  …（２）
【０１２９】
上記（２）式において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン、Ｋｉは予め設定された積分ゲインである。また、ＳＤＶoxsは、出力偏差量ＤＶoxsの積分値であって、次のステップ９２０にて更新される値である。即ち、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０に進むと、その時点における出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsに上記ステップ９１０にて求めた出力偏差量ＤＶoxsを加えて、新たな出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsを求め、その後、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３０】
このようにして、サブフィードバック制御量vafsfbが求められ、この値は前述した図８のステップ８１０にて空燃比センサ６７の実際の出力に加えられ、その和（vabyfs
+ vafsfb）が図２に示したマップに基づいて前記上流側制御用空燃比abyfsに変換される。換言すると、上流側制御用空燃比abyfsは、空燃比センサ６７が実際に検出している空燃比に対して、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに基づいて求められるサブフィードバック制御量vafsfbに相当する分だけ異なる空燃比として求められる。
【０１３１】
この結果、前述した図８のステップ８１５にて計算される筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）が酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じて変化するので、ステップ８２５，８３０によって空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが同酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じて変更せしめられる。これにより、上流側触媒５３の下流側の空燃比が理論空燃比に一致するように、機関の空燃比が制御せしめられる。
【０１３２】
例えば、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比相当値Voxsrefよりも小さい値（即ち、リーン側に偏移した値）となっていると、ステップ９１０にて求められる出力偏差量ＤＶoxsが正の値となるので、ステップ９１５にて求められるサブフィードバック制御量vafsfbは正の値となる。従って、ステップ８１０にて求められるabyfsは空燃比センサ６７が実際に検出している空燃比よりもリーンな値（より大きな値）として求められる。
【０１３３】
このため、ステップ８１５にて求められる筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は小さい値となり、ステップ８２５にて求められる筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは大きい値となる。従って、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが大きい正の値となる。この結果、図７のステップ７１５にて求められる最終燃料噴射量Ｆｉは、基本燃料噴射量Ｆbaseよりも大きくなって、機関の空燃比がリッチ側の値となるように制御される。
【０１３４】
反対に、機関の平均的な空燃比がリッチであるために酸素濃度センサ６８の出力Voxsが理論空燃比相当値Voxsrefよりも大きい値（即ち、リッチ側に偏移した値）となっていると、出力偏差量ＤＶoxsが負の値となるので、サブフィードバック制御量vafsfbは負の値となる。従って、ステップ８１０にて求められるabyfsは空燃比センサ６７が実際に検出している空燃比よりもリッチな値（より小さな値）として求められる。
【０１３５】
従って、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）は大きい値となるので、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは負の値として求められる。その結果、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉが負の値となる。これにより、最終燃料噴射量Ｆｉは、基本燃料噴射量Ｆbaseよりも小さくなって、機関の空燃比がリーン側の値となるように制御される。
【０１３６】
一方、ステップ９０５の判定時において、サブフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵ８１は同ステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９２５に進み、サブフィードバック制御量vafsfbの値を「０」に設定し、続くステップ９３５にて、その後にサブフィードバック制御を再開するための準備として出力偏差量の積分値ＳＤＶoxsを「０」に初期化した後、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、サブフィードバック制御条件が不成立であるときは、サブフィードバック制御量vafsfbを「０」として、酸素濃度センサ６８の出力Voxsに応じた空燃比センサ６７の出力vabyfsの補正（従って、空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの補正）を行わない。
【０１３７】
次に、残留酸素除去制御の実行について説明する。ＣＰＵ８１は、図１０にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１０００から処理を開始し、ステップ１００５に進んで、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」及び「増量処理後におけるリーン制御」の何れかが実行中であるか否か（即ち、機関１０が前記特定の状態にあるか否か）を判定する。
【０１３８】
いま、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」、及び「増量処理後におけるリーン制御」が共に実行されていないものとすると、ＣＰＵ８１はステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０５０に進んで、前記電圧印加装置８６に対して電圧印加の終了指示を行い、続くステップ１０５５にて酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値を「０」に設定した後、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３９】
ここで、酸素除去制御実行中フラグＯＸＩは、その値が「１」のとき残留酸素除去制御が実行中であることを示し、その値が「０」のとき同残留酸素除去制御が実行中でないことを示す。以降、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」及び「増量処理後におけるリーン制御」の何れかが開始されない限りにおいて、ＣＰＵ８１はステップ１００５、１０５０、１０５５の処理を繰り返し実行する。即ち、酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値は「０」に維持される。
【０１４０】
次に、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」及び「増量処理後におけるリーン制御」の何れかが開始された場合について説明する。以下、実行が開始された制御を「実行中特定処理」と称呼する。これにより、ＣＰＵ８１は、先の図８のステップ８０５、図９のステップ９０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定するようになり、この結果、上述したように、空燃比フィードバック制御が中断される。
【０１４１】
この場合、ＣＰＵ８１はステップ１００５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１０に進むようになり、同ステップ１０１０にて残留酸素除去制御開始条件が成立しているか否かを判定する。
【０１４２】
残留酸素除去制御開始条件は、例えば、実行中特定処理が開始された直後であり、酸素濃度センサ６８の出力Voxsがリーンを示す値（例えば、図１４、図１５にて示した値Vlean以下の値）であり、機関の負荷が所定の小さい状態となっていて、機関の冷却水温THWが前記第２所定温度以上であり、且つ、酸素濃度センサ６８が正常であるときに成立する。
【０１４３】
ここで、「機関の負荷が所定の小さい状態」とは、例えば、アクセルペダル操作量Accpが所定値以下であって、且つエンジン回転速度NEが所定値以下である状態である。このように、機関の負荷が所定の小さい状態となっていなければ、残留酸素除去制御が開始されない。このように、残留酸素除去制御開始条件に「機関の負荷が所定の小さい状態となっていること」が含まれていることは、残留ガス除去制御禁止手段に対応している。
【０１４４】
残留酸素除去制御開始条件が成立していない場合、ＣＰＵ８１はステップ１０１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０２５に進み、酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値が「１」となっているか否かを判定し、ここでも「Ｎｏ」と判定してステップ１０９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４５】
そして、実行中特定処理が継続する限りにおいてＣＰＵ８１はステップ１００５、１０１０、１０２５の処理を繰り返し実行し、その後において同実行中特定処理が終了した時点以降は、ステップ１００５、１０５０、１０５５の処理を繰り返し実行する。これにより、残留酸素除去制御が実行されない。
【０１４６】
一方、いま、残留酸素除去制御開始条件が成立しているものとして説明を続けると、ＣＰＵ８１はステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１５以降に進んで残留酸素除去制御を実行するための処理を開始する。即ち、ＣＰＵ８１はステップ１０１５にて酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値を「０」から「１」に変更し、続くステップ１０２０にて経過時間T1をリセットする。ここで、経過時間T1は、電気制御装置８０に内蔵されている図示しないタイマにより計時される時間であって、残留酸素除去制御開始時点からの経過時間を表す。
【０１４７】
続いて、ＣＰＵ８１はステップ１０２５に進んで、酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値が「１」となっているか否かを判定する。現時点では酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値が「１」となっているから、ＣＰＵ８１はステップ１０２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０３０に進み、基準電極６８ｂに対する検出電極６８ｃの電圧が前記負の電圧Vcとなるように、電圧印加装置８６に電圧印加指示を行う。これにより、酸素濃度センサ６８の両電極間に上記負の電圧Vcが印加される。
【０１４８】
次に、ＣＰＵ８１はステップ１０３５に進んで、経過時間T1が異常判定基準時間Toxiよりも短いか否かを判定する。現時点は残留酸素除去制御が開始された直後であって経過時間T1が「０」であるから、ＣＰＵ８１はステップ１０３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０４０に進み、電圧印加装置８６内を流れる電流値iが「０」以外（「０」よりも大きい）か否かを判定する。
【０１４９】
現時点は残留酸素除去制御が開始された直後であるから、酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃの周辺に多量の酸素が残留していることから電流値iは大きい値となっている。従って、ＣＰＵ８１は、ステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５０】
以降、実行中特定処理が継続中において、経過時間T1が異常判定基準時間Toxiに到達しない状態において、減少していく電流値iが「０」にならない限りにおいて、ＣＰＵ８１はステップ１００５、１０１０、１０２５〜１０４０の処理を繰り返し実行する。これにより、上記負の電圧Vcが酸素濃度センサ６８の両電極間に印加され続け、この結果、検出電極６８ｃの周辺に残留している酸素量が徐々に減少していく。
【０１５１】
そして、検出電極６８ｃの周辺に残留している酸素が完全に除去されると、電流値iは「０」になる。従って、ＣＰＵ８１はステップ１０４０に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１０４５に進んで、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値を「１」に設定し（「０」から「１」に変更し）、続くステップ１０５０にて電圧印加装置８６に対して電圧印加の終了指示を行い、続くステップ１０５５にて酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値を「１」から「０」に変更した後、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５２】
これにより、実行中特定処理が継続中において、上記負の電圧Vcの酸素濃度センサ６８の両電極間への印加が終了せしめられ、残留酸素除去制御が正常に終了する。ここで、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiは、その値が「１」のとき、残留酸素除去制御終了後における酸素濃度センサ６８についての理論空燃比相当の目標値Voxsrefの更新が許可状態にあることを示し、その値が「０」のとき、同理論空燃比相当の目標値Voxsrefの更新が許可状態にないことを示す。更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiは、「フューエルカット処理後におけるリッチ制御」及び「増量処理後におけるリーン制御」がともに実行されていないとき、後述するルーチンによりその値が「０」に維持されるようになっている。
【０１５３】
これにより、酸素除去制御実行中フラグＯＸＩの値が「０」になるから、ＣＰＵ８１は、実行中特定処理が継続中において、ステップ１００５、１０１０、１０２５の処理を繰り返し実行するとともに、その後において同実行中特定処理が終了した時点以降は、ステップ１００５、１０５０、１０５５の処理を繰り返し実行する。
【０１５４】
次に、残留酸素除去制御実行中において、経過時間T1が異常判定基準時間Toxiに到達した時点で電流値iが「０」になっていない場合について説明する。これは、上流側触媒５３から理論空燃比から乖離した空燃比のガスが流出している場合に対応する。
【０１５５】
この場合、ステップ１００５、１０１０、１０２５〜１０４０の処理を繰り返し実行しているＣＰＵ８１は、ステップ１０３５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１０５０、１０５５の処理を直ちに実行する。これにより、上記負の電圧Vcの酸素濃度センサ６８の両電極間への印加が終了して残留酸素除去制御が中止せしめられる。更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値は「０」に維持される。
【０１５６】
次に、残留酸素除去制御実行中において、経過時間T1が異常判定基準時間Toxiに到達しておらず、且つ電流値iが「０」になっていない状態で、実行中特定処理が終了する場合について説明する。この場合、ステップ１００５、１０１０、１０２５〜１０４０の処理を繰り返し実行しているＣＰＵ８１は、ステップ１００５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１０５０、１０５５の処理を直ちに実行する。
【０１５７】
これにより、この場合も、上記負の電圧Vcの酸素濃度センサ６８の両電極間への印加が終了して残留酸素除去制御が中止せしめられる。更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値は「０」に維持される。以上のように、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値は、実行中特定処理が継続中において残留酸素除去制御が正常に終了した場合（即ち、経過時間T1が異常判定基準時間Toxiに到達しない状態で電流値iが「０」になった場合）のみ「０」から「１」に変更される。
【０１５８】
次に、残留酸素除去制御終了後における酸素濃度センサ６８の出力Voxsの理論空燃比相当の目標値Voxsrefの更新について説明する。ＣＰＵ８１は、図１１にフローチャートにより示したルーチンを所定時間の経過毎に実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ８１はステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進んで、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値が「１」になっているか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１１９５に直ちに進んだ本ルーチンを一旦終了する。
【０１５９】
いま、実行中特定処理が継続中において残留酸素除去制御が正常に終了した直後、即ち、先のステップ１０４５の処理が実行された直後であるものとすると、ＣＰＵ８１はステップ１１０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１０に進み、図１０のステップ１００５と同じ判定（即ち、実行中特定処理が継続中であるか否か）を行う。
【０１６０】
現時点では、実行中特定処理が継続中であるから、ＣＰＵ８１はステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１１５に進み、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値が「０」から「１」に変化したか否かを判定する。
【０１６１】
現時点は、先のステップ１０４５の処理が実行された直後であるから、ＣＰＵ８１はステップ１１１５でも「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進んで、経過時間T2をリセットする。ここで、経過時間T2は、電気制御装置８０に内蔵されている図示しないタイマにより計時される時間であって、残留酸素除去制御終了時点（即ち、電圧印加の終了時点）からの経過時間を表す。
【０１６２】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１１２５に進み、経過時間T2が所定の短時間（更新待ち時間Twaitox）に達していないか否かを判定する。現時点では、経過時間T2は「０」であるから、ＣＰＵ８１はステップ１１２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６３】
以降、実行中特定処理が継続中において経過時間T2が上記更新待ち時間Twaitoxに達しない限りにおいて、ＣＰＵ８１はステップ１１０５〜１１１５、１１２５の処理を繰り返し実行する。
【０１６４】
そして、この状態にて経過時間T2が上記更新待ち時間Twaitoxに達すると、ＣＰＵ８１はステップ１１２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１３０に進み、現時点での酸素濃度センサ６８の出力Voxsの値を上記理論空燃比相当の目標値Voxsrefとして格納し、続くステップ１１３５にて更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値を「１」から「０」に変更した後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６５】
これにより、実行中特定処理が継続中において、残留酸素除去制御が正常に終了した後に上記更新待ち時間Twaitoxが経過した時点で、上記理論空燃比相当の目標値Voxsrefが更新される。このように、上記更新待ち時間Twaitoxが設けられているのは、残留酸素除去制御が終了した直後は電圧の印加が終了した直後であるから、酸素濃度センサ６８の出力Voxsの値が過渡状態にあって理論空燃比のガスに対応する値に正確に一致していない可能性があるからである。
【０１６６】
また、これにより、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値は「０」になっている。従って、先のステップ１０４５の処理が再び実行されない限りにおいて、ＣＰＵ８１はステップ１１０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了するようになる。
【０１６７】
一方、実行中特定処理が継続中において経過時間T2が上記更新待ち時間Twaitoxに達する前に同実行中特定処理が終了した場合、ステップ１１０５〜１１１５、１１２５の処理を繰り返し実行しているＣＰＵ７１は、ステップ１１１０に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１１３５に進み、更新フラグＵＰＤＡＴＥoxiの値を「１」から「０」に変更する。
【０１６８】
これにより、以降、ＣＰＵ８１はステップ１１０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に直ちに進むようになる。この結果、この場合、上記理論空燃比相当の目標値Voxsrefが更新されない。以上、残留酸素除去制御の実行、及び残留酸素除去制御終了後における理論空燃比相当目標値Voxsrefの更新について説明した。
【０１６９】
次に、残留還元ガス除去制御の実行、及び残留還元ガス除去制御終了後における理論空燃比相当目標値Voxsrefの更新について説明する。このため、ＣＰＵ８１は、図１２にフローチャートにより示した残留還元ガス除去制御の実行のためのルーチンを所定時間の経過毎に実行しているとともに、図１３にフローチャートにより示した残留酸素除去制御終了後における理論空燃比相当目標値Voxsrefの更新のためのルーチンを所定時間の経過毎に実行している。
【０１７０】
ここで、図１２、図１３に示したルーチンは、先の図１０、図１１に示したルーチンにそれぞれ酷似しているから、これらについての詳細な説明を省略するとともに、図１２、図１３に示した各ルーチン内における注目すべき点についてのみ、以下説明する。
【０１７１】
図１２のステップ１２１０における残留還元ガス除去制御開始条件は、例えば、実行中特定処理が開始された直後であり、酸素濃度センサ６８の出力Voxsがリッチを示す値（例えば、図１４、図１５にて示した値Vrich以下の値）であり、機関の負荷が所定の小さい状態となっていて、機関の冷却水温THWが前記第２所定温度以上であり、且つ、酸素濃度センサ６８が正常であるときに成立する。このように、残留還元ガス除去制御開始条件に「機関の負荷が所定の小さい状態となっていること」が含まれていることは、残留ガス除去制御禁止手段に対応している。
【０１７２】
図１２における還元ガス除去制御実行中フラグＸＲＥＤＵＣは、その値が「１」のとき残留還元ガス除去制御が実行中であることを示し、その値が「０」のとき同残留還元ガス除去制御が実行中でないことを示す。図１２における経過時間T3は、電気制御装置８０に内蔵されている図示しないタイマにより計時される時間であって、残留還元ガス除去制御開始時点からの経過時間を表す。
【０１７３】
図１２、図１３における更新フラグＵＰＤＡＴＥredは、その値が「１」のとき、残留還元ガス除去制御終了後における上記理論空燃比相当の目標値Voxsrefの更新が許可状態にあることを示し、その値が「０」のとき、同理論空燃比相当の目標値Voxsrefの更新が許可状態にないことを示す。
【０１７４】
図１３における経過時間T4は、電気制御装置８０に内蔵されている図示しないタイマにより計時される時間であって、残留還元ガス除去制御終了時点（即ち、電圧印加の終了時点）からの経過時間を表す。
【０１７５】
図１３のステップ１３２５におけるTwaitreは、待ち時間であって、図１１のステップ１１２５における待ち時間Twaitoxと同一の時間であっても異なる時間であってもよい。以上、残留還元ガス除去制御の実行、及び残留還元ガス除去制御終了後における理論空燃比相当目標値Voxsrefの更新について説明した。
【０１７６】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る空燃比制御装置によれば、上流側触媒５３から略理論空燃比のガスが流出していることが保証され得る状態にある場合（例えば、「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、又は「増量処理終了後におけるリーン制御」が実行されている場合）において、上流側触媒５３の下流の酸素濃度センサ６８の出力Voxsがリーン空燃比を示す値となっているとき、同酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃの周辺（検出電極６８ｃの表面、及び検出電極６８ｃをコーティングする多孔質のセラミック６８ｄの内部）に酸素が残留していると判定して、同残留酸素を除去するための上記残留酸素除去制御を行う。
【０１７７】
また、上流側触媒５３から略理論空燃比のガスが流出していることが保証され得る状態にある場合において、酸素濃度センサ出力Voxsがリッチ空燃比を示す値となっているとき、同酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃの周辺に還元ガス（ＣＯ，Ｈ２等）が残留していると判定して、同残留還元ガスを除去するための上記残留還元ガス除去制御を行う。
【０１７８】
これにより、検出電極６８ｃの周辺から残留ガスが除去され、略理論空燃比のガスが検出電極６８ｃに到達した場合における酸素濃度センサ６８の出力Voxsは理論空燃比に相当する値に一致し得るようになる。従って、酸素濃度センサ出力Voxsが理論空燃比相当目標値Voxsrefに一致するように機関の空燃比をフィードバック制御する場合において、窒素酸化物や未燃ガスを上流側触媒５３内で浄化できる状態をできるだけ維持することが可能となる。
【０１７９】
また、検出電極６８ｃの周辺から残留ガスが除去されるから、同残留ガスの影響を受けることなく酸素濃度センサ６８の検出電極６８ｃに新たに到達したガスの空燃比を直ちに、且つ直接的に検出することができ、この結果、同酸素濃度センサ６８の応答性が向上する。
【０１８０】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、「フューエルカット処理終了後におけるリッチ制御」、及び「増量処理終了後におけるリーン制御」の何れかが実行中の場合にのみ、残留酸素除去制御、或いは残留還元ガス除去制御を実行するように構成しているが、上記空燃比フィードバック制御中において、上記空燃比フィードバック補正量ＤＦｉ（図８のステップ８３０を参照）が正から負、或いは負から正に変化する毎に、残留酸素除去制御、或いは残留還元ガス除去制御を実行するように構成してもよい。
【０１８１】
空燃比フィードバック補正量ＤＦｉの符号が変化した時点では、上流側触媒５３の酸素吸蔵機能により同触媒５３から略理論空燃比のガスが流出している可能性が高いからである。
【０１８２】
また、上記実施形態においては、燃料噴射量を変更して上流側触媒５３に流入するガスの空燃比を制御していたが、燃料噴射量の制御に加え、又は、燃料噴射量の制御に代え、上流側触媒５３に二次空気や燃料などを直接加えることにより、上流側触媒５３に流入するガスの空燃比を制御してもよい。また、上流側触媒５３の温度は、機関の運転状態を表すパラメータ（例えば、吸入空気量Ga及びエンジン回転速度NE）に基づいて推定されてもよい。
【０１８３】
また、空燃比センサ６７は、酸素濃度センサ６８と同様な酸素濃度センサであってもよい。この場合、上流側の酸素濃度センサの出力がリーンであることを示したときに次第に増大し、リッチであることを示したときに次第に減少するとともに、上流側の酸素濃度センサの出力がリーンからリッチへと変化したことを示したときに所定量ＳＫｌだけスキップ的に減少し、リッチからリーンへと変化したことを示したときに所定量ＳＫｒだけスキップ状に増大するフィードバック補正量を求め、これを基本燃料噴射量Ｆbaseに加えるか乗じることで最終燃料噴射量Ｆｉを求めてもよい。
【０１８４】
そして、このようなフィードバック制御において、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが目標値Voxsrefより小さいとき所定量ＳＫｒを次第に増大させるとともに所定量ＳＫｌを次第に減少せしめ、酸素濃度センサ６８の出力Voxsが目標値Voxsrefより大きいとき所定量ＳＫｒを次第に減少させるとともに所定量ＳＫｌを次第に増大せしめてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】内燃機関に適用した本発明の実施形態に係る空燃比制御装置（燃料噴射量制御装置）の概略を示した図である。
【図２】図１に示した空燃比センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図３】図１に示した酸素濃度センサの概略構成を示した図である。
【図４】図３に示した酸素濃度センサの出力と空燃比の関係を示したグラフである。
【図５】図１に示した空燃比制御装置による残留酸素除去制御の原理を説明するための図である。
【図６】図１に示した空燃比制御装置による残留還元ガス除去制御の原理を説明するための図である。
【図７】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図１に示したＣＰＵが空燃比フィードバック補正量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図１に示したＣＰＵがサブフィードバック量を算出するために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが残留酸素除去制御を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】図１に示したＣＰＵが残留酸素除去制御後において酸素濃度センサ出力目標値の更新を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】図１に示したＣＰＵが残留還元ガス除去制御を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが残留還元ガス除去制御後において酸素濃度センサ出力目標値の更新を行うために実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】空燃比と酸素濃度センサの出力値の関係を示したグラフである。
【図１５】触媒の下流に配設された酸素濃度センサの出力値の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【０１８６】
２５…燃焼室、３２…吸気弁、３５…排気弁、３９…インジェクタ、５３…上流側触媒、６７…空燃比センサ、６８…酸素濃度センサ、６８ａ…固体電解質、６８ｂ…基準電極、６８ｃ…検出電極、６８ｄ…多孔質セラミック、８０…電気制御装置、８１…ＣＰＵ
【図１】
2005351096.tif 000003
【図２】
2005351096.tif 000004
【図３】
2005351096.tif 000005
【図４】
2005351096.tif 000006
【図５】
2005351096.tif 000007
【図６】
2005351096.tif 000008
【図７】
2005351096.tif 000009
【図８】
2005351096.tif 000010
【図９】
2005351096.tif 000011
【図１０】
2005351096.tif 000012
【図１１】
2005351096.tif 000013
【図１２】
2005351096.tif 000014
【図１３】
2005351096.tif 000015
【図１４】
2005351096.tif 000016
【図１５】
2005351096.tif 000017