(57)【要約】触媒コンバータに流入する排気の空燃比を目標平均空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、所定の振幅、所定の変調比及び所定の波形で強制変調を行い、当該強制変調中に（Ｓ１０，Ｓ１２）、所定期間における酸素センサの出力が該酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値Ｓｂよりも大きい或いは小さい期間（リッチ出力期間またはリーン出力期間）の比率または該比率の相関値を求め（Ｓ１４）、該比率または比率の相関値に基づいて排気の空燃比を制御する（Ｓ１６，Ｓ１８）。
2004085819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、
前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を目標平均空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、所定の振幅、所定の変調比及び所定の波形で強制変調させる空燃比強制変調要素と、
前記排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出し出力する酸素センサと、
所定期間における前記酸素センサの出力が該酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値を求める期間比率算出要素と、
前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整する空燃比調整要素とを備えることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記所定期間は、前記所定の周期の整数倍であることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記所定の周期は、前記酸素センサの出力により検出される空燃比が前記酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないような周期以下に設定されていることを特徴とする。
【請求項４】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、前記酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るように強制変調を行うことを特徴とする。
【請求項５】
請求項４の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値は、前記酸素センサのスイッチング点または該スイッチング点の近傍の値に設定されていることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記酸素センサは触媒機能を有することを特徴とする。
【請求項７】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比調整要素は、前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値と比率基準値との偏差に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整することを特徴とする。
【請求項８】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項９】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１０】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１１】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出要素をさらに有し、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記回転速度検出要素により検出される内燃機関の回転速度が高いほど前記比率を大側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記回転速度が高いほど前記比率を小側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
排気流量を検出する排気流量検出要素をさらに有し、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記排気流量検出要素により検出される排気流量が多いほど前記比率を大側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記排気流量が多いほど前記比率を小側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値よりも大きい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値０．５〜０．７５であることを特徴とする。
【請求項１４】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値よりも小さい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値０．２５〜０．５であることを特徴とする。
【請求項１５】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、
前記期間比率算出要素は、過去の変更された変調周期を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間と過去に変更された変調周期とから前記比率の相関値を求めることを特徴とする。
【請求項１６】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、
前記期間比率算出要素は、前回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい期間と、該今回の出力基準値よりも大きい期間及び前回の出力基準値よりも小さい期間を加算した周期とから、或いは、今回の出力基準値よりも小さい期間と、該今回の出力基準値よりも小さい期間及び前回の出力基準値よりも大きい期間を加算した周期とから前記比率の相関値を求めることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、排気空燃比を強制変調させることにより触媒コンバータの浄化性能を向上させる技術に関する。
【背景技術】  白金（Ｐｔ）等の貴金属等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）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を吸蔵して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、上記吸蔵したＯ２を放出してＨＣ、ＣＯの酸化促進を図り、排気浄化性能を向上させることが可能である。
このようなことから、近年では、例えば内燃機関の燃焼室内の空燃比を所定空燃比（例えば、理論空燃比）を挟み一定期間毎に所定の振幅で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強制的に変調、即ち強制変調させ、三元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、実用化されている。
そして、強制変調を行うに際し、排気空燃比を排気センサにより監視し、実際の排気空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御を行い、強制変調制御の向上を図った装置が開発されている（特開平１０−１３１７９０号公報参照）。
ところで、排気空燃比を検出する排気センサとしては、広域空燃比センサ（例えば、リニアＡ／Ｆセンサ：ＬＡＦＳ）や酸素センサ（例えば、Ｏ２センサ）が知られているが、上記特許文献１にも開示されるように、実際の排気空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するためには排気空燃比を広い範囲に亘り的確に検出する必要があり、実際の排気空燃比の検出には一般に広域空燃比センサを用いるようにしている。
しかしながら、広域空燃比センサは検出可能な空燃比領域が広い一方、コストが非常に高いという欠点があり、実用的なものではない。
これに対し、酸素センサは低コストであるため、一般に多用するには非常に有利である一方、空燃比に対して非線形の特性を示すために検出可能な空燃比検出領域が狭く、例えば排気浄化性能の向上を図るべく強制変調の振幅を大きくすると、排気空燃比が酸素センサの空燃比検出領域を超えてしまい、当該酸素センサの出力からでは排気空燃比を正確に検出できないという難点がある。
【発明の開示】
本発明の目的は、排気空燃比を強制変調する際、低コストの排気センサを用いて排気空燃比の制御精度の向上を図り、排気浄化性能の向上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。
上記した目的を達成するため、本発明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、前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を目標平均空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、所定の振幅、所定の変調比及び所定の波形で強制変調させる空燃比強制変調要素と、前記排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出し出力する酸素センサと、所定期間における前記酸素センサの出力が該酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値よりも大きい或いは小さい期間（リッチ出力期間またはリーン出力期間）の比率または該比率の相関値を求める期間比率算出要素と、前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整する空燃比調整要素とを備える。
即ち、本発明の排気浄化装置では、空燃比強制変調要素によって排気空燃比をリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、所定の振幅及び所定の波形で強制変調させることにより触媒コンバータの酸素ストレージ機能を利用して排気浄化性能の向上が図られるが、この際、期間比率算出要素により、所定期間における酸素センサの出力が該酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値が求められ、空燃比調整要素により、当該比率または比率の相関値に基づいて強制変調中における排気空燃比が良好に調整される。
一般に、酸素センサには応答遅れがあり、強制変調を行っても酸素センサの出力は例えば方形波である実際値に遅れてなだらかな波状波で変化する傾向にあるため、酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に出力基準値を設定しておくと、強制変調中に排気の平均空燃比が目標平均空燃比からずれて酸素センサの出力波が出力軸方向（上下方向）で全体的にずれたとき、酸素センサの出力波が当該出力基準値を横切る時期が時間軸方向でずれる。そして、これと連動して所定期間（例えば、強制変調の所定の周期）における上記出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値が変化する。従って、この応答遅れによる性質を逆に利用すれば、当該期間比率または期間比率の相関値の変化を検出することにより、酸素センサの出力波の出力軸方向でのずれ量、ひいては排気の平均空燃比のずれ量を容易に検出することができ、これら酸素センサの出力波のずれ量或いは排気の平均空燃比のずれ量に基づいて排気の平均空燃比を目標平均空燃比に良好に調整することができる。
これにより、低コストの排気センサを用いながらも強制変調時における排気空燃比の制御精度を向上させ、触媒コンバータの排気浄化性能の向上を図ることができる。
また、前記所定期間は、前記所定の周期の整数倍であるのが好ましい。
即ち、酸素センサの出力は変調周期単位で変動することから、所定期間が強制変調の所定の周期或いはその整数倍であれば、出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の全体比率または該全体比率の相関値が良好に求まる。故に、酸素センサの出力波の出力軸方向でのずれ量、ひいては排気の平均空燃比のずれ量を正確に検出でき、排気の平均空燃比を目標平均空燃比に適正に調整することができる。
これにより、的確に強制変調時における排気空燃比の制御精度の向上を図ることができる。
また、前記所定の周期は、前記酸素センサの出力により検出される空燃比が前記酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないような周期以下に設定されているのが好ましい。
即ち、酸素センサの出力は排気空燃比が空燃比検出領域を超えると頭打ちとなり空燃比を正確に検出できなくなるのであるが、強制変調を行っても酸素センサの出力は応答遅れ期間において実際値より小さな値を示す傾向にあるため、所定の周期を縮め、酸素センサの出力により検出される空燃比が酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないようにすることにより、酸素センサでも排気空燃比を確実に検出するようにでき、排気の平均空燃比を実際値に即した正確な値とすることが可能である。
従って、期間比率または期間比率の相関値の変化をより適正に検出でき、排気の平均空燃比をより一層良好に目標平均空燃比に調整することができ、低コストの排気センサを用いながらも強制変調時における排気空燃比の制御精度をさらに向上させることができる。
また、前記空燃比強制変調要素は、前記酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るように強制変調を行うのが好ましい。
そして、この場合、前記出力基準値は、前記酸素センサのスイッチング点または該スイッチング点の近傍の値に設定されているのが好ましい。
即ち、酸素センサは、経時変化等により出力値にばらつきが生じる場合があるが、このような経時変化等によるばらつきの影響は酸素センサのスイッチング点（変曲点）近傍で最も小さく、故に出力基準値をスイッチング点近傍に設定することにより、所定期間における当該出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値を常に良好に求めることができる。
例えば、上述の如く酸素センサには応答遅れがあり、強制変調の所定の周期が速すぎるような場合には酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切らない範囲で変動する場合もあり得るが、当該所定の周期を酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るようになる周期以上に設定することで、酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るようにできる。そして、出力基準値を当該スイッチング点近傍に設定することにより、期間比率または該期間比率の相関値を常に良好に求めることができる。
また、前記空燃比調整要素は、前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値と比率基準値との偏差に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整するのが好ましい。
即ち、期間比率または期間比率の相関値と比率基準値との偏差を検出することにより、酸素センサの出力波の出力軸方向でのずれ量、ひいては排気の平均空燃比のずれ量を容易に検出することができ、期間比率または期間比率の相関値と比率基準値との偏差に基づいて排気の平均空燃比を目標平均空燃比に良好に調整することができる。
また、前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を大側に補正した値であるのが好ましい。
また、前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を大側に補正した値であるのが好ましい。
また、前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を大側に補正した値であるのが好ましい。
また、内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出要素をさらに有し、前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記回転速度検出要素により検出される内燃機関の回転速度が高いほど前記比率を大側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記回転速度が高いほど前記比率を小側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を大側に補正した値であるのが好ましい。
また、排気流量を検出する排気流量検出要素をさらに有し、前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記排気流量検出要素により検出される排気流量が多いほど前記比率を大側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記排気流量が多いほど前記比率を小側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を大側に補正した値であるのが好ましい。
即ち、期間比率と排気の平均空燃比との関係は、内燃機関の回転速度、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形の影響を受けることが判っており、期間比率に基づき排気の平均空燃比を求めると当該排気の平均空燃比に誤差が生じる場合があるが、これら内燃機関の回転速度、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形に応じて期間比率を補正した値を期間比率の相関値とすることにより、例えば当該期間比率の相関値と比率基準値との偏差に基づいて排気の平均空燃比を目標平均空燃比に良好に調整することができる。
この場合、期間比率を補正する代わりに、或いは補正するとともに、期間比率から求めた空燃比或いはその相関値、目標とする空燃比或いはその相関値、目標とする期間比率、目標とする期間比率の相関値を補正するようにしてもよい。この際、期間比率から求めた空燃比或いはその相関値を補正する場合には、「リッチ側に補正」或いは「リーン側に補正」とする。なお、目標とする空燃比或いはその相関値、目標とする期間比率、目標とする期間比率の相関値を補正する場合は、期間比率から求めた空燃比或いはその相関値、期間比率、期間比率の相関値に対する補正とは逆特性の補正を行う。即ち、「大側に補正」を「小側に補正」とし、「小側に補正」を「大側に補正」とし、「リッチ側に補正」を「リーン側に補正」とし、「リーン側に補正」を「リッチ側に補正」とする。  さらに、期間比率の相関値として、出力基準値よりも大きい或いは小さい期間（リッチ出力期間またはリーン出力期間）を用いるようにしてもよく、この際、さらに上記のような補正を行うようにするのが好ましい。
また、前記出力基準値よりも大きい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値０．５〜０．７５であるのが好ましい。或いは、前記出力基準値よりも小さい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値０．２５〜０．５であるのが好ましい。
即ち、期間の比率が値０．５近傍では内燃機関の回転速度、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形の影響を殆ど受けないことが判っており、目標平均空燃比がスライトリッチ空燃比であって出力基準値よりも大きい期間の比率または該比率の相関値に対応する比率基準値が値０．５〜０．７５である場合、或いは出力基準値よりも小さい期間の比率または該比率の相関値に対応する比率基準値が値０．２５〜０．５である場合には、内燃機関の回転速度、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形の影響を最小限に抑えながら排気の平均空燃比を目標平均空燃比であるスライトリッチ空燃比に調整可能であり、この際、触媒機能を有する酸素センサを用いるようにすれば、排気の平均空燃比を精度よく確実にスライトリッチ空燃比に調整することができる。
これにより、特に触媒コンバータのＮＯｘの浄化性能をＨＣ、ＣＯの浄化性能を確保しつつ確実に向上させることができる。
また、前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、前記期間比率算出要素は、過去の変更された変調周期を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間（今回のリッチ出力期間またはリーン出力期間）と過去に変更された変調周期とから前記比率の相関値を求めるのが好ましい。
また、前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、前記期間比率算出要素は、前回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間（前回のリッチ出力期間またはリーン出力期間）を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい期間（今回のリッチ出力期間）と、該今回の出力基準値よりも大きい期間（今回のリッチ出力期間）及び前回の出力基準値よりも小さい期間（前回のリーン出力期間）を加算した周期とから、或いは、今回の出力基準値よりも小さい期間（今回のリーン出力期間）と、該今回の出力基準値よりも小さい期間（今回のリーン出力期間）及び前回の出力基準値よりも大きい期間（前回のリッチ出力期間）を加算した周期とから前記比率の相関値を求めるのが好ましい。
これにより、変調周期が内燃機関の運転状態に応じて変更されるような場合であって、排気系の遅れにより現在設定されている周期と実際に酸素センサに到達している或いは酸素センサが検出する排気雰囲気の変動（変調）周期とが異なる場合であっても、当該排気系の遅れによる誤差が抑制され、制御精度の悪化が防止される。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図；
図２は、Ａ／Ｆに対するＯ２センサの出力特性を示す図；
図３は、強制変調により実際のＡ／Ｆ（破線）が定常時のＡ／Ｆ検出領域を超え、Ａ／Ｆ検出領域を超えた領域でＯ２センサの出力が頭打ちとなった場合の排気Ａ／Ｆ（実線）を示す図；
図４は、本発明の第１実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御ルーチンを示すフローチャート；
図５は、リーン側振幅とリーン時間及びリッチ側振幅とリッチ時間との関係を示すマップ；
図６は、強制変調Ｆ／Ｂ制御によりリーン時間及びリッチ時間を制限した場合の排気Ａ／Ｆ（実線）を示す図；
図７は、強制変調制御における排気Ａ／Ｆの制御波形（ａ）、Ｏ２センサの出力波形（ｂ）を示す図；
図８は、期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係を示す期間比率マップ；
図９は、本発明の第２実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御ルーチンを示すフローチャート；
図１０は、本発明の第３実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部；
図１１は、図１０に続く本発明の第３実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御ルーチンを示すフローチャートの残部；
図１２は、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジンの運転状態が変化した場合の期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係を示す図；
図１３は、本発明の第４実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御ルーチンを示すフローチャート；
図１４は、本発明の第５実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御ルーチンを示すフローチャート；
図１５は、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジンの運転状態が変化した場合のリッチ期間比率及びリーン期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係を示す図；
図１６は、触媒付きＯ２センサを示す図；及び
図１７は、触媒層を有しないＯ２センサの出力特性（破線）と触媒付きＯ２センサの出力特性（実線）とを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  先ず、第１実施例を説明する。
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。
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。
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。なお、エアフローセンサ１８により検出される吸入空気量に基づき排気流量も検出される（排気流量検出要素）。
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。
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）等の酸素吸蔵材を含む場合の他、当該酸素吸蔵材を含まない場合においても、活性貴金属は、酸素吸蔵機能（Ｏ２ストレージ機能）を有しており、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素（Ｏ２）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そのＯ２をストレージＯ２として保持し、当該ストレージＯ２により、還元雰囲気状態においてもＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）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を浄化できるのは勿論のこと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蔵されたＯ２によりＨＣ、ＣＯをもある程度浄化可能である。
また、排気管２０の三元触媒コンバータ３０よりも上流側には、排気中の酸素濃度を検出するＯ２センサ（酸素センサ）２２が配設されている。Ｏ２センサ２２は、空燃比（Ａ／Ｆ）に対して図２に示すような特性を有し、安価な排気センサとして公知である。
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。
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からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが検出される（回転速度検出要素）。
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（Ａ／Ｆ）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。
より詳しくは、当該排気浄化装置では、三元触媒３０が上記Ｏ２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（Ａ／Ｆ）を目標平均空燃比（目標平均Ａ／Ｆ）を境に所定のリッチＡ／Ｆと所定のリーンＡ／Ｆとの間で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）を一定期間に亘りリーンＡ／Ｆとした後一定期間リッチＡ／Ｆとするように変調制御し、排気Ａ／Ｆを所定のリーンＡ／Ｆと所定のリッチＡ／Ｆ間で所定の振幅、所定の周期、所定の波形で周期的に変調させるようにしている（空燃比強制変調要素）。なお、変調波形は方形波に限られるものではなく、三角波、正弦波、波状波等でもよい。
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が良好に浄化されるとともに三元触媒３０のＯ２ストレージ機能によりＯ２が吸蔵されて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蔵されたストレージＯ２によってＨＣ、ＣＯ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。
ところで、エンジン１でこのようなＡ／Ｆの強制変調を行う場合、三元触媒３０の排気浄化性能を向上させるためには、排気Ａ／ＦをＯ２センサ２２により監視して排気Ａ／Ｆの平均空燃比（平均Ａ／Ｆ）が常に目標平均Ａ／Ｆとなるよう空燃比制御を行うのがよい。しかしながら、上述したように、Ｏ２センサ２２は、Ａ／Ｆに対して非線形の特性を示すために検出可能な空燃比検出領域（Ａ／Ｆ検出領域）が狭く、排気浄化性能の向上を図るべく強制変調の振幅を大きくすると、図３に示すように、実際のＡ／Ｆ（破線で示す）が定常時のＡ／Ｆ検出領域を超えてしまい、Ａ／Ｆ検出領域を超えた領域ではＯ２センサ２２の出力が頭打ちとなって排気Ａ／Ｆを正確に検出できず（実線で示す）、実際の平均Ａ／Ｆ（破線で示す）とＯ２センサ２２の出力により検出される平均Ａ／Ｆ（実線で示す）との間にずれが生じ、故にＯ２センサ２２の出力値からでは平均Ａ／Ｆを正確に検出できないことになる。
本発明に係る排気浄化装置では、このような問題を解決するように図っており、以下、上記のように構成された本発明に係る排気浄化装置の空燃比強制変調手法について説明する。
図４を参照すると、本発明の第１実施例に係る強制変調フィードバック（強制変調Ｆ／Ｂ）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。
ステップＳ１０では、現在強制変調中であるか否かを判別する。具体的には、三元触媒３０が所定の活性状態に達し、上記強制変調制御の開始条件が成立して強制変調制御が開始されているか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で強制変調を実施していないと判定された場合には、何もせずに当該ルーチンを抜ける。
一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で強制変調中である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、強制変調においてリーンＡ／Ｆ側となっている時間、即ちリーン時間とリッチＡ／Ｆ側となっている時間、即ちリッチ時間とをそれぞれ所定期間ｔ１、所定期間ｔ２に設定し、変調周期Ｔを所定の周期Ｔ１に設定する。
一般に、Ｏ２センサ２２には応答遅れがあり、強制変調を行ってもＯ２センサ２２の出力は急激に変化する酸素濃度に追従しきれず、実際値よりも小さな値を示す傾向にある。そして、この傾向は、強制変調の変調周期が小さいほど、即ちリーン時間とリッチ時間とが短くなるほど顕著である。
そこで、ここでは、この応答遅れの性質を利用し、排気浄化性能の向上を図るべく強制変調の振幅を大きくしたとしてもＯ２センサ２２の出力が頭打ちとならないよう、強制変調の振幅（リーン側振幅、リッチ側振幅）の大きさに応じてリッチ時間とリーン時間とを適正に制限してＯ２センサ２２の出力を小さく抑え、強制変調の振幅の大きさに拘わらずＯ２センサ２２の出力により検出される排気Ａ／ＦがＡ／Ｆ検出領域の上限値（上限境界値）及び下限値（下限境界値）に達しないようにしてＡ／Ｆ検出領域内に納まるようにする。つまり、強制変調の所定の周期Ｔ１をＯ２センサ２２の出力により検出される排気Ａ／ＦがＡ／Ｆ検出領域を超えないような周期（例えば、１．０ｓ）以下に設定する。
なお、リーン側振幅とリッチ側振幅とは、理論空燃比（ストイキオ）を基準としてもよいし、Ｏ２センサ２２の出力の中央値を基準としてもよい。また、Ａ／Ｆ検出領域としてはＯ２センサ２２の定常時におけるＡ／Ｆ検出領域が用いられ、当該Ａ／Ｆ検出領域は、例えば、リーンＡ／ＦからリッチＡ／Ｆへの切換後５００ｍｓ後にＯ２センサ２２の出力から求めたリッチ側Ａ／Ｆ、即ち上限値とリッチＡ／ＦからリーンＡ／Ｆへの切換後５００ｍｓ後にＯ２センサ２２の出力から求めたリーン側Ａ／Ｆ、即ち下限値との間までの安定領域とされる。
実際には、リーン側振幅とリーン時間及びリッチ側振幅とリッチ時間との関係が実験等により予め設定され、図５に示すようにマップとしてＥＣＵ４０内に記憶されており、リーン時間及びリッチ時間、即ち所定期間ｔ１と所定期間ｔ２とは、リーン側振幅及びリッチ側振幅の大きさに応じて当該マップから読み出される。具体的には、リーン側振幅及びリッチ側振幅が大きいほどリーン時間とリッチ時間とをそれぞれ短く制限する。
また、Ｏ２センサ２２の出力は、基本的に、Ｏ２センサ２２の応答遅れ（排気流量小、エンジン回転速度Ｎｅ低、触媒温度低、排気温度低、体積効率小、正味平均有効圧小、吸気管圧力小、排気圧力小等）、排気輸送遅れ（Ｏ２センサ上流排気系容積大、排気流量小、エンジン回転速度Ｎｅ低、体積効率小等）が大きいほど、或いは、Ｏ２センサの活性状態（冷却水温度低、吸気温度低、潤滑油温度低、始動後経過時間短、Ｏ２センサヒータ通電時間短、走行距離長等）が悪いほど強制変調により急変する酸素濃度に追従し難いため、リーン時間とリッチ時間とをこれらＯ２センサ２２の応答遅れ、排気輸送遅れ、Ｏ２センサの活性状態の各状況の少なくともいずれか一つに応じて設定するのがよい。具体的には、Ｏ２センサ２２の応答遅れ、排気輸送遅れが小さいほど、或いはＯ２センサの活性状態が良好であるほどリーン時間とリッチ時間とをそれぞれ短く制限する。なお、Ｏ２センサ２２は、走行距離が長くなると劣化して活性状態が悪くなる。
また、同時に、Ｏ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点（図２の変曲点Ｐ）を横切るようにリーン時間とリッチ時間とを設定し、所定の周期Ｔ１を設定する。つまり、強制変調の所定の周期Ｔ１が速すぎるとＯ２センサ２２の出力が該Ｏ２センサ２２のスイッチング点（変曲点）を横切らない範囲で変動する場合もあり得るのであるが、ここでは、所定の周期Ｔ１をＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るようになる周期（例えば、０．０５ｓ）以上に設定する。
この場合、簡便な手法として、リーン時間とリッチ時間とを触媒システムに応じて予め設定した最適な時間値（例えば、０．４ｓと０．４ｓ）に固定するようにしてもよい。
なお、このように変調周期を調整する場合の他、変調振幅や変調波形を調整するようにしてもＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るようにすることは可能である。具体的には、変調振幅を大きく、或いは変調波形を方形波に近づけるようにしてもよい。
また、ここではリーン時間とリッチ時間のように時間で規定しているが、サイクルで規定してもよい。
このようにしてリーン時間及びリッチ時間が所定期間ｔ１及び所定期間ｔ２に設定され、即ち所定の周期Ｔ１が設定されると、図６に示すように、強制変調による実際の排気Ａ／Ｆの振幅（破線で示す）はそのままでありながら、Ｏ２センサ２２の出力により検出される排気Ａ／Ｆは振幅（実線で示す）が小さく抑えられてＡ／Ｆ検出領域内に良好に納まることになる。
ステップＳ１４では、所定の周期Ｔ１（所定期間）におけるＯ２センサ２２の出力が該Ｏ２センサ２２の出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値Ｓｂよりも大きい期間ｔｒの比率、即ち期間比率を次式（１）に基づき算出する（期間比率算出要素）。
期間比率＝（Ｏ２センサ出力が出力基準値Ｓｂより大の期間ｔｒ）／所定の周期Ｔ１
…（１）
即ち、図７を参照すると、強制変調制御における排気Ａ／Ｆの制御波形（ａ）とともに遅れ時間ｔｄだけ遅れて変動するＯ２センサ２２の出力波形（ｂ）が示されており、同図において平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆである場合のＯ２センサ２２の基準出力波形が実線で示され、平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／ＦからリッチＡ／Ｆ側にずれた場合の現実の出力波形が破線で示されているが、ここでは所定の周期Ｔ１に対するＯ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂより大となる期間ｔｒの比率を期間比率として算出する。
なお、平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆである場合には、所定の周期Ｔ１に対するＯ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂより大となる期間ｔｒ０の比率が比率基準値Ｒｂとして算出される。
また、ここではＯ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂより大となる期間ｔｒ、ｔｒ０を用いて期間比率を求めるようにしたが、Ｏ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂより小となる期間ｔ１、ｔ１０を用いて期間比率を求めてもよい。
ここに、出力基準値Ｓｂは例えばＯ２センサ２２のスイッチング点（図２の変曲点Ｐ）の値（例えば、０．５Ｖ）またはその近傍値に設定される。このように、出力基準値ＳｂをＯ２センサ２２のスイッチング点の値またはその近傍値に設定するのは、Ｏ２センサ２２は経時変化等により出力値にばらつきが生じる場合があるのであるが、このような経時変化等によるばらつきの影響がスイッチング点近傍において最も小さく、所定の周期Ｔ１における出力基準値Ｓｂより大或いは出力基準値Ｓｂより小の期間比率を常に良好に求めることができるからである。
この場合、上述したように、強制変調の所定の周期Ｔ１がＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るように設定されているので、出力基準値Ｓｂを例えばスイッチング点に設定しても、所定の周期Ｔ１における出力基準値Ｓｂより大或いは出力基準値Ｓｂより小の期間比率を確実に求めることができる。
以上のように期間比率が求められたら、ステップＳ１６では、当該期間比率から排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを検出する。詳しくは、図８に示すように、予め期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係が実験等により設定され、期間比率マップとしてＥＣＵ４０に記憶されており、ここでは、当該期間比率マップから排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを読み出す。
つまり、Ｏ２センサ２２の応答遅れの性質を利用すれば、Ａ／Ｆに対し非線形で変化する特性を有し且つリニアＡ／Ｆセンサ（ＬＡＦＳ）よりも安価なＯ２センサ２２を排気センサとして用いるようにしても、期間比率に基づいて的確に排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを検出することができる。
ステップＳ１８では、上記のように求めた排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆと目標平均Ａ／Ｆとの差、即ちＡ／Ｆのずれ量に応じて、平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／ＦとなるようにＡ／Ｆを調整する（空燃比調整要素）。即ち、排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆとなるようにフィードバック制御を行う。フィードバック制御はＰＩＤ制御、現代制御理論に基づく制御のいずれであってもよい。
この際、ステップＳ１６で求めた平均Ａ／Ｆをそのまま用いてもよいが、所定期間に亘り求めた平均Ａ／Ｆを平均化した値を用いてもよいし、加重平均（フィルタリング処理）により平滑化した値を用いるようにしてもよい。
なお、ここでは期間比率を平均Ａ／Ｆ、即ち空燃比（Ａ／Ｆ）に変換するようにしているが、空燃比に相当する空燃比相関値（例えば、燃空比、当量比、燃料噴射量、燃料噴射期間、Ｏ２センサ出力等）に変換するようにし、平均Ａ／Ｆ相関値が目標平均Ａ／Ｆ相関値となるように空燃比相関値を調整するようにしてもよい。
これにより、期間比率に基づいて排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを良好に目標平均Ａ／Ｆに調整できることになり、低コストのＯ２センサ２２を用いながら、排気Ａ／Ｆの強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御精度を向上させて排気Ａ／Ｆの強制変調を常に適正な状態に維持し、三元触媒３０の排気浄化性能の向上を図ることができる。
次に、第２実施例を説明する。
上記第１実施例では、期間比率を平均Ａ／Ｆに変換し、当該平均Ａ／Ｆを目標平均Ａ／Ｆに調整するようにしているが、期間比率を直接的に目標平均Ａ／Ｆに対応した上記比率基準値Ｒｂ（図８参照）に調整するようにしてもよく、当該第２実施例では、期間比率を比率基準値Ｒｂに調整する場合の例を示す。
ここに、排気浄化装置の基本構成については上記図１に示した通りであるため説明を省略し、ここでは、上記第１実施例と異なる強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御内容についてのみ説明する。
図９を参照すると、本発明の第２実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ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。
ステップＳ２０では、上記ステップＳ１０と同様に、現在強制変調中であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で強制変調を実施していないと判定された場合には、何もせずに当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で強制変調中であると判定された場合には、ステップＳ２２に進む。
ステップＳ２２では、強制変調の変調振幅、変調周期、変調波形、変調比をそれぞれ所定の振幅、所定の周期、所定の波形、所定の変調比に設定する。
このように、変調振幅、変調周期、変調波形をそれぞれ所定の振幅、所定の周期、所定の波形に設定するのは、期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係（図８参照）は、実際には、エンジン１の運転状態、即ちエンジン回転速度Ｎｅ、排気流量等の運転条件や運転条件に基づく変調振幅、変調周期、変調波形の影響を受けることが判っており、変調振幅、変調周期、変調波形が適切なものでないと、平均Ａ／Ｆに誤差が生じる場合があることに基づいている。また、変調比を所定の変調比に設定するのは、基本的に平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆとなるように強制変調するためである。
具体的には、所定の振幅、所定の周期、所定の波形は、例えばエンジン回転速度Ｎｅが低く或いは排気流量が少ない運転条件の下、上述した如くＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るよう、変調振幅については大きく、変調周期については長く、変調波形についてはより方形波に近づくように設定される。所定の周期については例えば上記所定の周期Ｔ１（例えば、０．０５ｓ以上）に設定される。そして、所定の変調比は、上述したように、例えばリーン時間とリッチ時間とがそれぞれ所定期間ｔ１（例えば、０．４ｓ）、所定期間ｔ２（例えば、０．４ｓ）となるように設定される。
ステップＳ２４では、Ｏ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂ以上であるか否かを判別する。ここに、出力基準値Ｓｂは、上記同様、例えばＯ２センサ２２のスイッチング点の値（例えば、０．５Ｖ）に設定される。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、Ｏ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂ以上、即ち排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ側にあると判定された場合には、ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２６では、リッチ継続時間ｔｒ、即ち排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ側にあってＯ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂ以上である期間（リッチ出力期間）を検出するとともに、次式（２）からリッチ期間比率を算出する。
リッチ期間比率＝リッチ継続時間ｔｒ／所定の周期Ｔ１  …（２）
一方、ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）で、Ｏ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂ未満、即ち排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆ側にあると判定された場合には、ステップＳ３４に進む。
ステップＳ３４では、リーン継続時間ｔ１、即ち排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆ側にあってＯ２センサ２２の出力が出力基準値Ｓｂ未満である期間（リーン出力期間）を検出するとともに、次式（３）からリーン期間比率を算出する。
リーン期間比率＝リーン継続時間ｔ１／所定の周期Ｔ１  …（３）
ステップＳ２８では、上記式（２）から求めたリッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より大か否かを判別する。ステップＳ２４の判別により排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ側と判定された直後には、リッチ期間比率は比率基準値Ｒｂ１よりも小さい。故に、この場合には判別結果は偽（Ｎｏ）となり、次にステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、逆にリーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２よりも小か否かを判別する。ここで使用されるリーン期間比率はステップＳ２４の判別により排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ側と判定される直前のリーン期間比率である。判別結果が偽（Ｎｏ）で、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より小でない場合には、そのまま当該ルーチンを抜け、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より小と判定された場合には、ステップＳ３２に進む。なお、当該ステップＳ３０は、ステップＳ２４の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆ側と判定された直後にのみ或いは所定期間のみ実行される。
当該ルーチンが繰り返し実行され、ステップＳ２８の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より大と判定されたような場合には、ステップＳ３２に進む。
リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より大、或いは、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より小であるとは、即ち排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／ＦよりもリッチＡ／Ｆ側にシフトしていることを意味している。従って、ステップＳ３２では、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１になるように、排気Ａ／Ｆのリーン化補正を行う。具体的には、リッチ期間比率と比率基準値Ｒｂ１との偏差に基づいてＡ／Ｆをフィードバック制御する（空燃比調整要素）。
一方、ステップＳ３６では、上記式（３）から求めたリーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より大か否かを判別する。ステップＳ２４の判別により排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆ側と判定された直後には、リーン期間比率は比率基準値Ｒｂ２よりも小さい。故に、この場合には判別結果は偽（Ｎｏ）となり、次にステップＳ３８に進む。
ステップＳ３８では、逆にリッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１よりも小か否かを判別する。ここで使用されるリッチ期間比率はステップＳ２４の判別により排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆ側と判定される直前のリッチ期間比率である。判別結果が偽（Ｎｏ）で、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より小でない場合には、そのまま当該ルーチンを抜け、判別結果が真（Ｙｅｓ）で、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より小と判定された場合には、ステップＳ４０に進む。なお、当該ステップＳ３８は、ステップＳ２４の判別結果が偽（Ｎｏ）となり排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆ側と判定された直後にのみ或いは所定期間のみ実行される。
当該ルーチンが繰り返し実行され、ステップＳ３６の判別結果が真（Ｙｅｓ）となり、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より大と判定されたような場合には、ステップＳ４０に進む。
リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より大、或いは、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より小であるとは、即ち排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／ＦよりもリーンＡ／Ｆ側にシフトしていることを意味している。従って、ステップＳ４０では、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２になるように、排気Ａ／Ｆのリッチ化補正を行う。具体的には、リーン期間比率と比率基準値Ｒｂ２との偏差に基づいてＡ／Ｆをフィードバック制御する（空燃比調整要素）。
なお、ここでは、目標平均Ａ／Ｆに対応した比率基準値Ｒｂとして、リッチ期間比率に対しては比率基準値Ｒｂ１を用い、リーン期間比率に対しては比率基準値Ｒｂ２を用いるようにしているが、これは目標平均Ａ／Ｆがストイキオである場合には比率基準値Ｒｂ１と比率基準値Ｒｂ２とは同値（例えば、Ｒｂ１＝Ｒｂ２＝０．５）となるが、目標平均Ａ／Ｆがストイキオでないような場合には同値とならないためである（但し、Ｒｂ１＋Ｒｂ２＝１．０）。
また、比率基準値Ｒｂ１や比率基準値Ｒｂ２近傍に不感帯を設けるようにしてもよい。
また、比率基準値Ｒｂ１に代えて（１−前回のリーン期間比率）を用いるようにしてもよく、比率基準値Ｒｂ２に代えて（１−前回のリッチ期間比率）を用いるようにしてもよい。この場合、ステップＳ３２では、リッチ期間比率と（１−前回のリーン期間比率）との偏差に基づいてＡ／Ｆをフィードバック制御し、ステップＳ４０では、リーン期間比率と（１−前回のリッチ期間比率）との偏差に基づいてＡ／Ｆをフィードバック制御する。
これにより、リッチ期間比率と比率基準値Ｒｂ１の偏差及びリーン期間比率と比率基準値Ｒｂ２との偏差に基づいて排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを良好に目標平均Ａ／Ｆに調整できることになり、上記第１実施例の場合と同様に、低コストのＯ２センサ２２を用いながら、排気Ａ／Ｆの強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御精度を向上させて排気Ａ／Ｆの強制変調を常に適正な状態に維持し、やはり三元触媒３０の排気浄化性能の向上を図ることができる。
次に、第２実施例の変形例について説明する。
上記第２実施例においては、強制変調Ｆ／Ｂ制御の変調周期（燃料量を変更する周期）が一定の場合を前提としている。しかしながら、変調周期を運転条件等によって変更する場合には、排気系の遅れにより、現在設定されている変調周期と実際にＯ２センサ２２に到達している或いはＯ２センサ２２が検出する排気雰囲気の変動（変調）周期とが異なり、期間比率（リッチ期間比率またはリーン期間比率）に誤差が生じ、制御精度が悪化することがある。
そこで、ここでは、変調周期をエンジン１の運転条件等によって変更する場合において期間比率（リッチ期間比率またはリーン期間比率）を補正するようにしており、以下変調周期を変更する場合における期間比率の補正手法について説明する。
第１の手法では、過去の変調周期を記憶しておき、期間比率として、例えばリッチ期間比率を次式（２’）から算出する。
リッチ期間比率＝今回のリッチ継続時間ｔｒ
／排気系遅れ相当の過去の所定の周期Ｔ１’  …（２’）
即ち、この手法では、今回のリッチ継続時間ｔｒに対応する周期を、排気系遅れ相当を考慮して、記憶された過去の変調周期Ｔ１’とし、当該過去の変調周期Ｔ１’からリッチ期間比率を求めるようにする。これにより、変更された変調周期に対応する排気系遅れを補正することができる。なお、リーン期間比率についても同様に算出することができる。
第２の手法では、Ｏ２センサ２２に到達している或いはＯ２センサ２２が検出する排気雰囲気の変動（変調）周期を直接検出し、期間比率として、例えばリッチ期間比率を次式（２”）から算出する。
リッチ期間比率＝今回のリッチ継続時間ｔｒ
／（前回のリーン継続時間ｔ１’＋今回のリッチ継続時間ｔｒ）
…（２”）
即ち、この手法では、今回のリッチ継続時間ｔｒに対応する周期を、Ｏ２センサ２２により検出した今回のリッチ継続時間ｔｒと前回のリーン継続時間ｔ１’との加算により求め、当該加算値からリッチ期間比率を求めるようにする。これにより、やはり変更された変調周期に対応する排気系遅れを補正することができる。なお、リーン期間比率についても同様に算出することができる。
次に、第３実施例を説明する。
上記第１及び第２実施例では、Ｏ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るように変調周期を所定の周期Ｔ１に設定するようにしているが、所定の周期Ｔ１が変化する場合も考えられ、当該第３実施例では、所定の周期Ｔ１が変化して変調周期に補正を加味する場合の例を示す。具体的には、ここでは、上記第２実施例に変調周期の補正を加味する場合の例を示す。
この場合にも、排気浄化装置の基本構成については上記図１に示した通りであるため説明を省略し、ここでは、上記第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図１０及び図１１を参照すると、本発明の第３実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ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。なお、上記図９と同一ステップについては同一符号を付して説明を省略する。
図１０のステップＳ２０からステップＳ４０を経て、ステップＳ４２では、リッチ期間比率が値１より大であるか否かを判別する。ここに、リッチ期間比率が値１より大であるとは、即ちＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切らず、排気Ａ／Ｆが常時リッチＡ／Ｆ側となっている状況を意味しており、ここではＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切らなくなっているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）でリッチ期間比率が値１より大と判定された場合には、ステップＳ４４に進む。
ステップＳ４４では、変調周期を増大側に補正する。即ち、所定の周期Ｔ１に対し、Ｏ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るように変調周期を増側に補正する。
一方、ステップＳ４２の判別結果が偽（Ｎｏ）でリッチ期間比率が値１以下と判定された場合には、ステップＳ４６に進み、変調周期を減少側に補正する。即ち、所定の周期Ｔ１に対し、Ｏ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るように変調周期を減側に補正する。
ステップＳ４８では、このように補正した変調周期を基本周期と最大周期との間に制限する。ここに、基本周期とは、強制変調のための基準となる周期、例えば上記所定の周期Ｔ１であり、最大周期とは、例えば上述した排気Ａ／ＦがＡ／Ｆ検出領域を超えないような周期（例えば、１．０ｓ）である。
これにより、Ｏ２センサ２２の出力が確実にＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るように調整され、出力基準値Ｓｂをスイッチング点に設定した場合において、出力基準値Ｓｂより大或いは出力基準値Ｓｂより小の期間比率を確実に求めることができ、当該期間比率に基づいて排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを良好に目標平均Ａ／Ｆに調整することができる。
なお、ここでは、変調周期を調整することでＯ２センサ２２の出力がＯ２センサ２２のスイッチング点を横切るようにしたが、上述したように、変調振幅や変調波形を調整することも有効である。但し、変調振幅を増大させたり変調波形を方形波に近づけると、燃費や運転フィーリングの悪化に繋がるため、燃費や運転フィーリングの悪化が小さい場合にのみ変調振幅や変調波形を調整するのがよい。
次に、第４実施例を説明する。
上述したように、期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係（図８参照）は、実際には、エンジン１の運転状態、即ちエンジン回転速度Ｎｅ、排気流量等の運転条件や運転条件に基づく変調振幅、変調周期、変調波形の影響を受け、平均Ａ／Ｆに誤差が生じる場合がある。
つまり、図１２を参照すると、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態が変化した場合の期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係が概略的に示されているが、同図に示すように、期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係は、エンジン回転速度Ｎｅが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほど比率基準値Ｒｂ（値０．５）、即ちストイキオを中心に破線のような傾向を示し、エンジン回転速度Ｎｅが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほど比率基準値Ｒｂ（値０．５）、即ちストイキオを中心に二点差線のような傾向を示す。
そこで、当該第４実施例では、このような誤差を防止すべく、上記第１実施例に対し、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態に応じて期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係に補正を加える場合の例を示す。具体的には、ここでは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係に補正を加える場合を例に示す。
この場合にも、排気浄化装置の基本構成については上記図１に示した通りであるため説明を省略し、ここでは、上記第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図１３を参照すると、本発明の第４実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ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。なお、上記図４と同一ステップについては同一符号を付して説明を省略する。
ステップＳ１０を経てステップＳ１３において強制変調の変調振幅、変調周期、変調波形、変調比をそれぞれ所定の振幅、所定の周期、所定の波形、所定の変調比に設定し、ステップＳ１４において期間比率が求められたら、ステップＳ１４２において、期間比率が比率基準値Ｒｂよりも大であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、期間比率が比率基準値Ｒｂよりも大と判定された場合には、ステップＳ１４４に進む。
ステップＳ１４４では、期間比率が比率基準値Ｒｂよりも大の範囲において、実際に検出されたエンジン回転速度Ｎｅ、即ち実Ｎｅが基準Ｎｅ以上であるか否かを判別する。ここに、基準Ｎｅは、例えば上記ステップＳ１３において所定の振幅、所定の周期Ｔ１、所定の波形の設定条件とした低いエンジン回転速度Ｎｅである。判別の結果、実Ｎｅと基準Ｎｅとが同等と判定された場合には、そのままステップＳ１６に進む。また、判別結果が真（Ｙｅｓ）で実Ｎｅが基準Ｎｅより大と判定された場合には、ステップＳ１４６に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で実Ｎｅが基準Ｎｅより小と判定された場合には、ステップＳ１４８に進む。
ステップＳ１４６では、上記式（１）から求められた期間比率を増大側に補正して期間比率の相関値を求める。また、ステップＳ１４８では、当該期間比率を減少側に補正して期間比率の相関値を求める。具体的には、比率基準値Ｒｂよりも大側であるほど或いは小側であるほど大きく、且つ、実Ｎｅと基準Ｎｅとの偏差量が大きいほど大きく期間比率を補正する。
一方、ステップＳ１４２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、期間比率が比率基準値Ｒｂ以下と判定された場合には、ステップＳ１５０に進む。
ステップＳ１５０では、期間比率が比率基準値Ｒｂ以下の範囲において、実Ｎｅが基準Ｎｅ以下であるか否かを判別する。判別の結果、実Ｎｅと基準Ｎｅとが同等と判定された場合には、上記同様にそのままステップＳ１６に進む。また、判別結果が真（Ｙｅｓ）で実Ｎｅが基準Ｎｅより小と判定された場合には、上記ステップＳ１４６に進み、期間比率を増大側に補正して期間比率の相関値を求める。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）で実Ｎｅが基準Ｎｅより大と判定された場合には、ステップＳ１４８に進み、期間比率を減少側に補正して期間比率の相関値を求める。
なお、ステップＳ１４４及びステップＳ１５０の判別において、基準Ｎｅ近傍に不感帯を設けるようにしてもよい。
また、ここでは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係に補正を加える場合を例に示したが、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形が変化するような場合には、期間比率が比率基準値Ｒｂより大の範囲では、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほど期間比率を増大側に補正し、一方、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほど期間比率を減少側に補正する。また、期間比率が比率基準値Ｒｂ以下の範囲では、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほど期間比率を減少側に補正し、一方、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほど期間比率を増大側に補正する。
このように期間比率の補正を行うと、図１２に示すように、期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係が破線のような傾向を示すようになった場合であっても、また二点鎖線のような傾向を示すようになった場合であっても、基準Ｎｅの場合（実線で示す）と同様に、期間比率に対して平均Ａ／Ｆが誤差なく適正な値として求められる。
これにより、期間比率の相関値に基づいて排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆをより一層良好に目標平均Ａ／Ｆに調整できることになり、低コストのＯ２センサ２２を用いながら、排気Ａ／Ｆの強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御精度をさらに向上させて排気Ａ／Ｆの強制変調を常に適正な状態に維持し、三元触媒３０の排気浄化性能の向上を図ることができる。
なお、ここでは、期間比率の補正を行うようにしているが、平均Ａ／Ｆを補正し、当該補正した平均Ａ／Ｆを目標平均Ａ／Ｆに調整するようにしてもよく、また、Ａ／Ｆの制御量を補正するようにしてもよい。
ところで、図１２によれば、比率基準値Ｒｂが値０．５近傍、即ちストイキオ近傍にあるときには、期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係においてエンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態の影響が小さいことが判る。従って、比率基準値Ｒｂを値０．５近傍に設定し目標平均Ａ／Ｆを例えばストイキオ近傍に設定しておけば、平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆに調整されることで必然的に期間比率は比率基準値Ｒｂ（値０．５近傍）に調整されることになり、この状態において期間比率と排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆとの関係がエンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態の影響を受け難いようにできる。
つまり、比率基準値Ｒｂが値０．５近傍となるように目標平均Ａ／Ｆをストイキオ近傍に設定することにより、平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆからずれた場合であっても、上記期間比率の補正の有無に拘わらず、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態の影響を最小限に抑えながら平均Ａ／Ｆを目標平均Ａ／Ｆに調整することが可能である。
次に、第５実施例を説明する。
当該第５実施例では、平均Ａ／Ｆの誤差を防止すべく、期間比率を比率基準値Ｒｂに調整する上記第２実施例に対し、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態に応じて期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係に補正を加える場合の例を示す。
この場合にも、排気浄化装置の基本構成については上記図１に示した通りであるため説明を省略し、ここでは、上記第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。
図１４を参照すると、本発明の第５実施例に係る強制変調Ｆ／Ｂ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。なお、上記図９と同一ステップについては同一符号を付して説明を省略する。
ステップＳ２０からステップＳ２６を経てリッチ期間比率が求められたら、ステップＳ２７において、当該リッチ期間比率をエンジン１の運転状態に応じて補正してリッチ期間比率の相関値を求める。
具体的には、上記同様に、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形が変化するような場合には、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より大の範囲では、エンジン回転速度Ｎｅが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリッチ期間比率を増大側に補正し、一方、エンジン回転速度Ｎｅが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリッチ期間比率を減少側に補正する。また、リッチ期間比率が比率基準値Ｒｂ１より小の範囲では、エンジン回転速度Ｎｅが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリッチ期間比率を減少側に補正し、一方、エンジン回転速度Ｎｅが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリッチ期間比率を増大側に補正する。そして、ステップＳ２８以降に進む。
一方、ステップＳ２０からステップＳ３４を経てリーン期間比率が求められたら、ステップＳ３５において、当該リーン期間比率をエンジン１の運転状態に応じて補正してリーン期間比率の相関値を求める。
具体的には、上記同様に、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形が変化するような場合には、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より大の範囲では、エンジン回転速度Ｎｅが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリーン期間比率を増大側に補正し、一方、エンジン回転速度Ｎｅが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリーン期間比率を減少側に補正する。また、リーン期間比率が比率基準値Ｒｂ２より小の範囲では、エンジン回転速度Ｎｅが高く、排気流量が多く、変調振幅が大きく、変調周期が長く、変調波形が方形波に近いほどリーン期間比率を減少側に補正し、一方、エンジン回転速度Ｎｅが低く、排気流量が少なく、変調振幅が小さく、変調周期が短く、変調波形が方形波から遠いほどリーン期間比率を増大側に補正する。そして、ステップＳ３６以降に進む。
このようにリッチ期間比率及びリーン期間比率の補正を行うと、図１５に示すように、リッチ期間比率或いはリーン期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係が破線のような傾向を示すようになった場合であっても、また二点鎖線のような傾向を示すようになった場合であっても、基準Ｎｅ、基準流量、基準振幅、基準周期、基準波形の場合（実線で示す）と同様に、リッチ期間比率或いはリーン期間比率に対し平均Ａ／Ｆが誤差なく適正な値として求められる。なお、基準振幅、基準周期、基準波形とは、例えばステップＳ２２において設定した所定の振幅、所定の周期Ｔ１、所定の波形である。また、基準Ｎｅ、基準流量は、これら所定の振幅、所定の周期Ｔ１、所定の波形の設定条件とした低いエンジン回転速度Ｎｅ、少ない排気流量である。
これにより、リッチ期間比率の相関値と比率基準値Ｒｂ１の偏差及びリーン期間比率の相関値と比率基準値Ｒｂ２との偏差に基づいて排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆをより一層良好に目標平均Ａ／Ｆに調整できることになり、低コストのＯ２センサ２２を用いながら、排気Ａ／Ｆの強制変調Ｆ／Ｂ制御の制御精度をさらに向上させて排気Ａ／Ｆの強制変調を常に適正な状態に維持し、三元触媒３０の排気浄化性能の向上を図ることができる。
なお、ここでは、第２実施例に対し、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態に応じて期間比率と平均Ａ／Ｆとの関係に補正を加える場合の例を示したが、同様にして、当該補正を上記第２実施例の変形例や第３実施例に適用するようにしてもよい。
ところで、この場合にも、比率基準値Ｒｂ１及び比率基準値Ｒｂ２がそれぞれ値０．５近傍となるように目標平均Ａ／Ｆをストイキオ近傍に設定することにより（但し、Ｒｂ１＋Ｒｂ２＝１．０）、平均Ａ／Ｆが目標平均Ａ／Ｆからずれた場合であっても、上記リッチ期間比率及びリーン期間比率の補正の有無に拘わらず、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態の影響を最小限に抑えながら平均Ａ／Ｆを目標平均Ａ／Ｆに調整することが可能である。
次に、第６実施例を説明する。
当該第６実施例では、上記第１実施例から第５実施例において、Ｏ２センサ２２に代えて触媒付きＯ２センサ２２０を用いるようにする。
触媒付きＯ２センサ２２０は、図１６に示すように、ハウジング２２１内にコップ型の検出素子２２２が取り付けられ、当該検出素子２２２の周囲に素子カバー２２３が取り付けられて構成されている。検出素子２２２は、ジルコニア固体電解質２２４の内側に内側電極（大気側Ｐｔ電極）２２５が装着され、外側に外側電極（排気側電極）２２６が装着されるとともに、外側電極２２６の外側に電極保護層（セラミックコーティング等）２２７が設けられ、さらに電極保護層２２７の外側にＮＯｘ還元機能を有する触媒層２２８が設けられて構成されている。
即ち、触媒付きＯ２センサ２２０は、内側電極２２５に高酸素濃度の大気が導入され、触媒層２２８に低酸素濃度の排気が導入されると、ジルコニア固体電解質２２４が内外面の酸素濃度差に応じて起電力を発生し、この起電力に基づいて酸素濃度を検出するが、この際、排気中のＮＯｘを触媒層２２８で還元してＮＯｘ中の酸素をも排気中の酸素濃度分として良好に検出可能に構成されている。
つまり、図１７に出力特性を示すように、触媒層を有しないＯ２センサ２２の場合には出力特性が全体的にリーンＡ／Ｆ側に偏る傾向にあるのであるが（破線で示す）、触媒付きＯ２センサ２２０を用いることにより、このような偏りが解消されてスイッチング点が良好にストイキオに一致し、排気Ａ／Ｆを正確に検出することができる（実線で示す）。
従って、触媒層を有しないＯ２センサ２２を用いた場合には、出力基準値Ｓｂを例えばＯ２センサ２２のスイッチング点の値（例えば、０．５Ｖ）に設定すると、実際のスイッチング点はリーンＡ／Ｆ側に偏っているため、計算値である上記期間比率（リッチ期間比率、リーン期間比率）と実際値との間にはずれが生じ、期間比率（リッチ期間比率、リーン期間比率）に基づいて平均Ａ／Ｆを目標平均Ａ／Ｆに調整したとしても、実際には平均Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆ寄りになる可能性があるのであるが、触媒付きＯ２センサ２２０を用いることで、期間比率（リッチ期間比率、リーン期間比率）を正確に求め、平均Ａ／Ｆを偏りなく確実に目標平均Ａ／Ｆに調整することができる。
これより、上述したように、比率基準値Ｒｂや比率基準値Ｒｂ１及び比率基準値Ｒｂ２が値０．５近傍となるように目標平均Ａ／Ｆをストイキオ近傍に設定すれば、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量、変調振幅、変調周期、変調波形等のエンジン１の運転状態の影響を極力少なく抑えながら排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを目標平均Ａ／Ｆに調整することが可能であるが、当該平均Ａ／Ｆを極めて正確に目標平均Ａ／Ｆに調整することができる。
故に、例えば、目標平均Ａ／Ｆをストイキオ近傍のスライトリッチＡ／Ｆに設定し、比率基準値Ｒｂや比率基準値Ｒｂ１を値０．５近傍の値０．５〜０．７５とした場合、或いは比率基準値Ｒｂ２を０．５近傍の値０．２５〜０．５とした場合において、排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆを精度よく確実にスライトリッチＡ／Ｆに調整することができ、三元触媒３０におけるＮＯｘの浄化性能をＨＣ、ＣＯの浄化性能を確保しつつ確実に向上させることができる。
なお、ここでは、触媒層２２８をＮＯｘ還元機能を有する触媒層としたが、排気中にはＨ２も存在しており、Ｈ２は拡散速度が速いためにスイッチング点をやはりリーンＡ／Ｆ側に偏らせる性質があることから、触媒層２２８に加え、さらにＨ２酸化機能を有する触媒層を設けるようにしてもよく、センサ拡散層の細孔を増大するようにしてもよい。
また、ここでは、Ｏ２センサにＮＯｘ還元機能を有する触媒層２２８を設けるようにしたが、外側電極２２６自体をＮＯｘ還元電極（例えば、Ｒｈ、Ｐｄ電極）としてもよい。
以上で本発明に係る実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、出力基準値Ｓｂを固定値として設定するようにしたが、Ｏ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０の応答遅れ（排気流量小、エンジン回転速度Ｎｅ低、触媒温度低、排気温度低、体積効率小、正味平均有効圧小、吸気管圧力小、排気圧力小等）、排気輸送遅れ（Ｏ２センサ上流排気系容積大、排気流量小、エンジン回転速度Ｎｅ低、体積効率小等）、或いは、Ｏ２センサの活性状態（冷却水温度低、吸気温度低、潤滑油温度低、始動後経過時間短、Ｏ２センサヒータ通電時間短、走行距離長等）の各状況の少なくともいずれか一つに応じて出力基準値Ｓｂを基準値マップとして設定しておき、当該基準値マップから出力基準値Ｓｂを読み出すようにしてもよい。
また、Ｏ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０の出力の最大値及び最小値をリアルタイムで検出し、これら検出した最大値及び最小値の間において出力基準値Ｓｂを設定するようにしてもよい。
また、ここでは所定の周期Ｔ１に対し出力基準値Ｓｂより大の期間比率（リッチ期間比率）または当該期間比率の相関値或いは出力基準値Ｓｂより小の期間比率（リーン期間比率）または当該期間比率の相関値を求めるようにしているが、期間比率の相関値は以下のものを包含する。
・上述した変調周期、変調振幅、変調波形、エンジン回転速度Ｎｅ、排気流量に基づく補正（周期等補正）後の期間比率
・出力基準値Ｓｂよりも大きい或いは小さい期間（出力期間）
出力期間＝期間比率×周期
・周期等補正後の出力期間
・出力基準値Ｓｂより大の期間（リッチ出力期間）と出力基準値Ｓｂより小の期間
（リーン出力期間）との比率（Ｒ−Ｌ比率）
Ｒ−Ｌ比率＝リッチ出力期間／リーン出力期間、または、リーン出力期間
／リッチ出力期間
・Ｒ−Ｌ比率の相関値
・周期等補正後のＲ−Ｌ比率
・周期等補正後のＲ−Ｌ比率の相関値
・期間比率或いは期間比率の相関値から求めた（相関のある）空燃比
・周期等補正後の期間比率或いは期間比率の相関値から求めた（相関のある）空燃比
・期間比率或いは期間比率の相関値から求めた（相関のある）空燃比の相関値（燃空比、当量比、空気過剰率）
・周期等補正後の期間比率或いは期間比率の相関値から求めた（相関のある）空燃比の相関値
なお、期間比率或いは期間比率の相関値から求めた空燃比を補正する場合には、「リッチ側に補正」或いは「リーン側に補正」とする。
また、上記実施形態では、周期等補正は、期間比率に対して実施したが、上記期間比率の相関値に対して補正を行うようにしてもよいし、目標とする期間比率或いは目標とする期間比率の相関値に対して補正を行うようにしてもよい。但し、目標値に対して周期等補正をする場合には、期間比率或いは期間比率の相関値に対して行う補正とは逆特性の補正を行うようにする。即ち、「大側に補正」を「小側に補正」とし、「小側に補正」を「大側に補正」とし、「リッチ側に補正」を「リーン側に補正」とし、「リーン側に補正」を「リッチ側に補正」とする。
また、上記実施形態では、期間比率または期間比率の相関値と比率基準値との偏差に基づいて排気の空燃比を補正するようにしたが、これに限るものではなく、比率基準値に対する期間比率または期間比率の相関値の大小関係、或いは大−同等−小の関係により排気の空燃比を補正するようにしても本発明の効果は十分に得られるものである。
また、空燃比を補正する手段として、供給燃料量を増減するようにしてもよいし、変調比を変更して補正するようにしてもよい。例えば、リッチＡ／Ｆ側へ補正する場合には、リッチ変調比を大きく或いはリーン変調比を小さくし、リーンＡ／Ｆ側へ補正する場合には、リッチ変調比を小さく或いはリーン変調比を大きくするようにする。
また、変調周期、変調振幅、変調波形、変調比、目標とする期間比率或いは目標とする期間比率の相関値は固定値としてもよく、これらを運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ、車速、体積効率、吸入空気量、スロットル開度、吸気管圧、排気温、Ｏ２センサの素子温、Ｏ２センサのヒータ温、エンジン回転速度変化率、車速変化率、体積効率変化率、吸入空気量変化率、スロットル開度変化率、吸気管圧変化率、冷却水温、油温、吸気温、始動後経過時間のうちの一つ以上）に応じて適値に変更するようにしてもよい。
また、出力基準値Ｓｂに代えて互いに異なる所定値Ｓ１及び所定値Ｓ２を用い、Ｏ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０の出力が所定値Ｓ１より大の期間と所定値Ｓ２より小の期間との比率または当該比率の相関値を求めるようにしてもよい。
また、比率基準値Ｒｂ、比率基準値Ｒｂ１、比率基準値Ｒｂ２に代えて、互いに異なる所定値Ｒ１及び所定値Ｒ２、所定値Ｒ１１及び所定値Ｒ１２、所定値Ｒ２１及び所定値Ｒ２２をそれぞれ用いるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、上記式（１）、（２）、（３）に基づき、所定の周期Ｔ１に対する期間比率、リッチ期間比率、リーン期間比率を求めるようにしたが、所定の周期Ｔ１の整数倍（１も含む）の期間（所定期間）に対する期間比率、リッチ期間比率、リーン期間比率を求めるようにしてもよい。即ち、Ｏ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０の出力は変調周期単位で変動することから、所定の周期Ｔ１或いはその整数倍（２Ｔ１、３Ｔ１、・・・）に対する期間比率、リッチ期間比率、リーン期間比率を求めるようにしてもよい。これにより、出力基準値Ｓｂより大きい或いは出力基準値Ｓｂより小さい期間の全体比率または該全体比率の相関値を求め、期間比率または期間比率の相関値を良好に求めることができ、排気Ａ／Ｆの平均Ａ／Ｆと目標平均Ａ／Ｆとの差、即ちＡ／Ｆのずれ量を正確に検出でき、排気Ａ／Ｆを適正に調整することができる。
また、上記実施形態では、リーン時間及びリッチ時間がそれぞれ所定期間ｔ１及び所定期間ｔ２になるようにし、Ｏ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０の出力により検出される排気Ａ／ＦがＡ／Ｆ検出領域内に納まるようにして強制変調を実施するようにしているが、必ずしもこれに限定されることはなく、排気Ａ／ＦがＡ／Ｆ検出領域を外れるような場合であっても本発明の効果は十分に得られるものである。
また、上記実施形態では、Ｏ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０を三元触媒３０の上流側に設置した場合を例に説明したが、Ｏ２ストレージ機能の弱い三元触媒３０にあってはＯ２センサ２２、触媒付きＯ２センサ２２０を三元触媒３０の下流側に設置するようにしてもよい。この場合、触媒雰囲気を直接検出できることになり、また、ＯＢＤ（Ｏｎ  Ｂｏａｒｄ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）に対応して触媒下流にＯ２センサを要する触媒システムにおいては、触媒上流のＯ２センサが不要となりコスト削減が図られる。
また、触媒コンバータは、三元触媒に限られず、少なくともＯ２ストレージ機能を有していれば如何なるものであってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１としてＭＰＩエンジンを採用した例を示したが、これに限られず、エンジン１は強制変調制御が可能であれば如何なるエンジンであってもよく、筒内噴射型エンジンであってもよい。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月23日(2004.7.23)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられた触媒コンバータと、
前記触媒コンバータに流入する排気の空燃比を目標平均空燃比を挟みリーン空燃比側とリッチ空燃比側とに所定の周期、所定の振幅、所定の変調比及び所定の波形で強制変調させる空燃比強制変調要素と、
前記排気通路に設けられ、排気中の酸素濃度を検出し出力する酸素センサと、
所定期間における前記酸素センサの出力が該酸素センサの出力の最大値及び最小値の間に設定された出力基準値よりも大きい或いは小さい期間の比率または該比率の相関値を求める期間比率算出要素と、
前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整する空燃比調整要素とを備え、
前記所定の周期は、前記酸素センサの出力により検出される空燃比が前記酸素センサの空燃比検出領域の上限値及び下限値に達しないような周期以下に設定されることを特徴とする。
【請求項２】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記所定期間は、前記所定の周期の整数倍であることを特徴とする。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、前記酸素センサの出力が該酸素センサのスイッチング点を横切るように強制変調を行うことを特徴とする。
【請求項５】
請求項４の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値は、前記酸素センサのスイッチング点または該スイッチング点の近傍の値に設定されていることを特徴とする。
【請求項６】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記酸素センサは触媒機能を有することを特徴とする。
【請求項７】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比調整要素は、前記期間比率算出要素により求められた比率または該比率の相関値と比率基準値との偏差に基づき、前記強制変調中における排気の空燃比を調整することを特徴とする。
【請求項８】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の周期が長いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の周期が短いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項９】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の振幅が大きいほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の振幅が小さいほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１０】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を大側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記所定の波形が方形波に近いほど前記比率を小側に補正するとともに前記所定の波形が方形波から遠いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１１】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出要素をさらに有し、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記回転速度検出要素により検出される内燃機関の回転速度が高いほど前記比率を大側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記回転速度が高いほど前記比率を小側に補正するとともに前記回転速度が低いほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１２】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
排気流量を検出する排気流量検出要素をさらに有し、
前記比率の相関値は、前記比率が比率基準値より大のとき、前記排気流量検出要素により検出される排気流量が多いほど前記比率を大側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を小側に補正し、前記比率が比率基準値より小のとき、前記排気流量が多いほど前記比率を小側に補正するとともに前記排気流量が少ないほど前記比率を大側に補正した値であることを特徴とする。
【請求項１３】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値よりも大きい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値０．５〜０．７５であることを特徴とする。
【請求項１４】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記出力基準値よりも小さい期間の比率または該比率の相関値の基準となる比率基準値が値０．２５〜０．５であることを特徴とする。
【請求項１５】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、
前記期間比率算出要素は、過去の変更された変調周期を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間と過去に変更された変調周期とから前記比率の相関値を求めることを特徴とする。
【請求項１６】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記空燃比強制変調要素は、内燃機関の運転状態に応じて変更する変更要素を含み、
前記期間比率算出要素は、前回の出力基準値よりも大きい或いは小さい期間を記憶し、今回の出力基準値よりも大きい期間と、該今回の出力基準値よりも大きい期間及び前回の出力基準値よりも小さい期間を加算した周期とから、或いは、今回の出力基準値よりも小さい期間と、該今回の出力基準値よりも小さい期間及び前回の出力基準値よりも大きい期間を加算した周期とから前記比率の相関値を求めることを特徴とする。
【国際調査報告】
2004085819.tif 000020
2004085819.tif 000021