(57)【要約】【課題】内燃機関の空燃比制御装置に関し、混合気の空燃比の強制振動により排気浄化触媒の浄化能力を高く維持しつつ強制振動の副作用を抑えることを可能にする。【解決手段】システム要求空燃比abyfstがストイキよりもリッチのときに限り、混合気の空燃比を強制振動させる。その場合、強制振動の振幅はリッチ側リーン側ともに０．１乃至０．５の範囲が好ましく、強制振動の周期は０．５乃至２秒の範囲が好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素貯蔵能を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて要求空燃比を設定する要求空燃比設定手段と、
設定された要求空燃比に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
前記空燃比制御手段は、設定された要求空燃比がストイキよりもリッチのときに限り、混合気の空燃比を強制振動させる強制振動制御を実行することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記強制振動制御では、強制振動の振幅はリッチ側リーン側ともに０．１乃至０．５の範囲で制御され、強制振動の周期は０．５乃至２秒の範囲で制御されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記排気浄化触媒は所定の温度域においてその前後の温度域よりも浄化能力が相対的に低下する特性を有しており、
前記強制振動制御は、前記排気浄化触媒の温度が前記所定温度域にあるとき、或いは、前記所定温度域にあると推定されるときに実行されることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記強制振動制御では、最大空燃比がストイキ或いはストイキよりもリーンになるように強制振動の振幅が制御されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記強制振動制御では、空燃比がリーン側に振られているときの要求空燃比に対する１サイクルあたりの酸素過剰量がサイクル間で一定になるように、また、空燃比がリッチ側に振られているときの要求空燃比に対する１サイクルあたりの酸素不足量がサイクル間で一定になるように、強制振動の振幅及び／又は周期が制御されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記強制振動制御では、強制振動の振幅は吸入空気流量が多いほど小さくなるように制御されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記排気浄化触媒の酸素貯蔵能の劣化を判定する劣化判定手段をさらに備え、
前記空燃比制御手段は、前記排気浄化触媒の酸素貯蔵能が劣化している場合には、前記強制振動制御の実行を中止するか、若しくは、強制振動の振幅又は周期の少なくとも一方を前記排気浄化触媒が劣化していない場合よりも小さくすることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の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空燃比制御装置に関し、特に、酸素貯蔵能を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関に用いて好適な空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配置される排気浄化装置として、酸素貯蔵能（ＯＳＣ）を有する触媒、例えば、三元触媒が知られている。三元触媒は、周囲雰囲気がストイキ近傍にあるときにその浄化能力を発揮する触媒であり、流入する排気ガスの空燃比がリーン側或いはリッチ側にずれている場合には、自身が吸蔵している酸素を気相に放出したり気相中の酸素を取り込んで吸蔵したりすることで、周囲雰囲気をストイキ近傍に維持するようになっている。
【０００３】
三元触媒の浄化能力は、酸素の吸蔵／放出の繰り返しにより触媒貴金属を活性化させることで高く維持することができる。三元触媒への酸素の吸蔵／放出を繰り返し行う手段としては、例えば特許文献１に記載されるように、混合気の空燃比を強制振動（パータベーション）させる技術が知られている。特許文献１に記載の技術では、空燃比の強制振動によって三元触媒内の酸素蓄積量をその最大酸素蓄積量の範囲内でできるだけ大きな振幅で振動させるようにしている。
【特許文献１】特開平７−１５１００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、空燃比は内燃機関の出力に影響するため、むやみに空燃比を強制振動させるとトルク変動の発生によってドライバビリティを悪化させてしまうおそれがある。また、空燃比を強制振動させる機会が多いほど、空燃比の過度なリーン化によって三元触媒の酸素蓄積量が飽和してしまったり、逆に過度なリッチ化によって酸素蓄積量が枯渇してしまったりする可能性が高くなる。酸素蓄積量が飽和或いは枯渇した状態では三元触媒は浄化能力を発揮することができず、また、そのような状態に晒される機会が多いほど触媒貴金属が劣化してしまう可能性が高くなる。
【０００５】
つまり、混合気の空燃比を強制振動させることには、三元触媒の浄化能力を高く維持できるという効果を期待できる反面、ドライバビリティの悪化や触媒貴金属の劣化などの副作用に対する懸念もある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、混合気の空燃比の強制振動により排気浄化触媒の浄化能力を高く維持しつつ強制振動の副作用を抑えることを可能にした内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、酸素貯蔵能を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
酸素貯蔵能を有する排気浄化触媒を備えた内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて要求空燃比を設定する要求空燃比設定手段と、
設定された要求空燃比に基づいて前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、
前記空燃比制御手段は、設定された要求空燃比がストイキよりもリッチのときに限り、混合気の空燃比を強制振動させる強制振動制御を実行することを特徴としている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記強制振動制御では、強制振動の振幅はリッチ側リーン側ともに０．１乃至０．５の範囲で制御され、強制振動の周期は０．５乃至２秒の範囲で制御されることを特徴としている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記排気浄化触媒は所定の温度域においてその前後の温度域よりも浄化能力が相対的に低下する特性を有しており、
前記強制振動制御は、前記排気浄化触媒の温度が前記所定温度域にあるとき、或いは、前記所定温度域にあると推定されるときに実行されることを特徴としている。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記強制振動制御では、最大空燃比がストイキ或いはストイキよりもリーンになるように強制振動の振幅が制御されることを特徴としている。
【００１１】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記強制振動制御では、空燃比がリーン側に振られているときの要求空燃比に対する１サイクルあたりの酸素過剰量がサイクル間で一定になるように、また、空燃比がリッチ側に振られているときの要求空燃比に対する１サイクルあたりの酸素不足量がサイクル間で一定になるように、強制振動の振幅及び／又は周期が制御されることを特徴としている。
【００１２】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記強制振動制御では、強制振動の振幅は吸入空気流量が多いほど小さくなるように制御されることを特徴としている。
【００１３】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記排気浄化触媒の酸素貯蔵能の劣化を判定する劣化判定手段をさらに備え、
前記空燃比制御手段は、前記排気浄化触媒の酸素貯蔵能が劣化している場合には、前記強制振動制御の実行を中止するか、若しくは、強制振動の振幅又は周期の少なくとも一方を前記排気浄化触媒が劣化していない場合よりも小さくすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
排気浄化触媒の浄化能力の低下は、触媒貴金属のＨＣ被毒が起こるリッチ雰囲気化において顕著になる。第１の発明によれば、要求空燃比がストイキよりもリッチに設定されて触媒内雰囲気がリッチ雰囲気になりやすいときに強制振動制御を実行するので、触媒貴金属のＨＣ被毒に伴う浄化能力の低下を効果的に抑制することができる。また、要求空燃比がストイキ或いはストイキよりもリーンに設定されているときには強制振動制御は禁止されるので、その分、ドライバビリティの悪化や触媒貴金属の劣化の可能性は低減される。つまり、第１の発明によれば、強制振動制御を要求空燃比がストイキよりもリッチのときに限定して実行することにより、排気浄化触媒の浄化能力を高く維持しつつ強制振動の副作用を抑えることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、強制振動の振幅及び周期を上記の各範囲内で制御することにより、強制振動に伴うドライバビリティの悪化を招くことなく触媒貴金属の活性化を図ることができる。
【００１６】
第３の発明によれば、排気浄化触媒の浄化能力が低下する温度域に限定して強制振動制御を実行することにより、触媒貴金属のＨＣ被毒による浄化能力の低下を効果的に抑制しつつ強制振動の副作用をより効果的に抑えることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、強制振動時に空燃比をストイキ或いはストイキよりもリーンまで振ることで、多量の酸素を排気浄化触媒に吸蔵させることができる。
【００１８】
第５の発明によれば、要求空燃比に対する酸素過不足量がサイクル毎にばらつくことがなく、触媒貴金属を効率良く活性化させることができる。
【００１９】
第６の発明によれば、触媒貴金属を活性化させるのに必要量の酸素は確保しつつ、空燃比の変動を抑えて強制振動時のドライバビリティを向上させることができる。
【００２０】
第７の発明によれば、空燃比の変動範囲が排気浄化触媒の酸素貯蔵能による吸収範囲を超えてしまい、排気ガスが排気浄化触媒で浄化されずに大気中に排出されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図５は本発明の実施の形態としての内燃機関の空燃比制御装置について説明するための図である。本実施の形態の空燃比制御装置は、排気通路に酸素貯蔵能を有する触媒、例えば三元触媒を備えた内燃機関に適用される。また、本実施の形態の空燃比制御装置は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)として構成されている。ＥＣＵ２は、複数のセンサの出力信号に基づき、内燃機関の運転状態に係わる各種機器を総合的に制御する。
【００２２】
図１に示すように、ＥＣＵ２の入力部には、Ａ／Ｆセンサ４、Ｏ2センサ６、排気温度センサ８、及びエアフローメータ１０等のセンサ類が接続され、その出力部には、燃料噴射弁１２等の機器が接続されている。Ａ／Ｆセンサ４及び排気温度センサ８は排気通路において排気浄化触媒の上流に設けられ、Ａ／Ｆセンサ４は排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比に応じた信号をＥＣＵ２に出力している。排気温度センサ８は排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度に応じた信号をＥＣＵ２に出力している。Ｏ2センサ６は排気通路において排気浄化触媒の下流に設けられ、排気浄化触媒を通過した排気ガスの空燃比の状態（リーン或いはリッチ）に応じた信号をＥＣＵ２に出力している。エアフローメータ１０は吸気通路に設けられ、吸入空気流量に応じた信号をＥＣＵ２に出力している。ＥＣＵ２は、これら各センサから出力信号の供給を受けていると共に、燃料噴射弁１２に対して駆動信号を供給している。燃料噴射弁１２は気筒毎に設けられているが、ここでは代表して１つのみ示している。
【００２３】
ＥＣＵ２は内燃機関の空燃比制御の１つとして、混合気の空燃比を強制的に振動させるパータベーション制御（強制振動制御）を実施する。空燃比の強制振動は、エアフローメータ１０によって計測される吸入空気流量と要求空燃比とから決まる基本燃料噴射量に振動成分を与えることで実現される。パータベーション制御により排気浄化触媒内の酸素蓄積量をその最大酸素蓄積量の範囲内でできるだけ大きな振幅で振動させることで、酸素の吸蔵／放出の繰り返しによって触媒貴金属を活性化させ、排気浄化触媒の浄化能力を高く維持することが可能になる。以下、図２乃至図４を参照して本実施の形態にかかるパータベーション制御の概要について説明する。
【００２４】
図２は、パータベーション制御による空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を模式化して示す図である。図２中、abyfrefsで示すラインは内燃機関の運転状態に基づいて要求されるシステム要求空燃比であり、abyfstで示すラインはパータベーション制御の実施基準となる基準空燃比である。基準空燃比abyfstはストイキよりもリッチ側に設定されている。本実施の形態では、以下に説明する理由により、システム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチのときに限定してパータベーション制御が実施される。
【００２５】
パータベーション制御の実施をシステム要求空燃比がリッチのときに限定する第１の理由は、パータベーション制御の効果と空燃比との関係による。排気浄化触媒の浄化能力の低下は触媒貴金属のＨＣ被毒が主たる原因であるが、ＨＣ被毒は触媒内雰囲気がリッチ雰囲気のときに起きやすい。そして、触媒内雰囲気がリッチ雰囲気となるのは、混合気の空燃比がストイキよりもリッチ側に制御されているとき、つまり、システム要求空燃比がリッチのときである。したがって、システム要求空燃比がリッチのときにパータベーション制御を実施することには、触媒貴金属のＨＣ被毒に伴う浄化能力の低下を抑制する上で高い効果がある。
【００２６】
第２の理由は、パータベーション制御の副作用を可能な限り抑えるためである。パータベーション制御の頻繁な実施は、トルク変動を招いてドライバビリティを悪化させるおそれがある。また、空燃比の過度なリーン化による酸素蓄積量の飽和や過度なリッチ化による酸素蓄積量の枯渇を招き、それにより触媒貴金属を劣化させる可能性も高くなる。したがって、パータベーション制御の実施をシステム要求空燃比がリッチのとき、つまり、顕著な効果が得られるときに限定することで、ドライバビリティの悪化や触媒貴金属の劣化の可能性を低減することができる。
【００２７】
本実施の形態にかかるパータベーション制御では、強制振動はシステム要求空燃比abyfrefsを中心にして行われ、その振幅はリッチ側リーン側ともに空燃比で０．１乃至０．５の範囲で制御されている。振幅の０．１は、排気浄化触媒内の酸素蓄積量の振動によって触媒貴金属の活性効果が得られる振幅範囲の下限値であり、振幅の０．５は、ドライバビリティ等の車両挙動の悪化や内燃機関の異常燃焼を招くことのない振幅範囲の上限値である。図２中、sabyfrefLmaxで示すラインは振幅範囲の上限値から決まる上限空燃比であり、sabyfrefRminで示すラインは下限空燃比である。パータベーション制御では、これら上限空燃比sabyfrefLmaxと下限空燃比sabyfrefRminとの間で空燃比が強制振動される。上限空燃比sabyfrefLmax及び下限空燃比sabyfrefRminは、内燃機関の運転状態に応じて変化させてもよい。図２中、sabyfrefLで示すラインは強制振動時の最大空燃比（リーン側目標空燃比）であり、sabyfrefRで示すラインは強制振動時の最小空燃比（リッチ側目標空燃比）である。
【００２８】
強制振動の振幅についてさらに説明すると、この振幅は最大空燃比であるリーン側目標空燃比sabyfrefLがストイキ以上になるように制御される。好ましくは、図２に示すように、リーン側目標空燃比sabyfrefLがストイキよりもリーンになるように振幅を制御する。強制振動時に空燃比をストイキ或いはストイキよりもリーンまで振ることで、多量の酸素を排気浄化触媒に吸蔵させることができ、触媒貴金属をより効率的に活性化させることが可能になる。
【００２９】
さらに説明すると、強制振動の振幅は上記の振幅範囲内で、また、リーン側目標空燃比sabyfrefLがストイキ以上に保たれる範囲で、エアフローメータ１０により計測される吸入空気流量が多いほど小さくなるように制御される。好ましくは、吸入空気流量に対して反比例の関係で振幅を制御する。排気浄化触媒内の酸素蓄積量の振幅は、空燃比の振幅が同一であるならば吸入空気流量に略比例する。したがって、空燃比の振幅を吸入空気流量に反比例させることで、触媒貴金属を活性化させるのに必要量の酸素は確保しつつ、トルク変動を最小限に抑えて強制振動時のドライバビリティを向上させることが可能になる。
【００３０】
また、本実施の形態にかかるパータベーション制御では、強制振動の周期は０．５乃至２秒の範囲で制御されている。振動周期の０．５秒は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を鈍ることなく明確に変動させることが可能な周期範囲の下限値であり、振動周期の２秒は、排気浄化触媒内の酸素蓄積量の振動によって触媒貴金属の活性効果が得られる周期範囲の上限値である。
【００３１】
強制振動の周期についてさらに説明すると、この周期は固定ではなく、空燃比がリーン側に振られているときのシステム要求空燃比に対する１サイクルあたりの酸素過剰量がサイクル間で一定になるように制御される。図２には、前記酸素過剰量osalの変化を空燃比（Ａ／Ｆ）の変化に合わせて模式化して示している。図２中、osalsで示すラインは酸素過剰量の基準値である。空燃比がシステム要求空燃比abyfrefsよりもリーン側に振られることで酸素過剰量osalは次第に増加していく。パータベーション制御では、酸素過剰量osalが基準値osalsに達した時点で空燃比をリーン側からリッチ側に反転させている。
【００３２】
また、強制振動の周期は、空燃比がリッチ側に振られているときのシステム要求空燃比に対する１サイクルあたりの酸素不足量がサイクル間で一定になるように制御されてもいる。図２には、前記酸素過不足量osarの変化を空燃比（Ａ／Ｆ）の変化に合わせて模式化して示している。図２中、osarsで示すラインは酸素不足量の基準値である。空燃比がシステム要求空燃比abyfresよりもリッチ側に振られることで酸素不足量osarは次第に増加していく。パータベーション制御では、酸素不足量osarが基準値osarsに達した時点で空燃比をリッチ側からリーン側に反転させている。
【００３３】
強制振動の周期を上記のように制御することで、システム要求空燃比に対する酸素過不足量がサイクル毎にばらつくことがなく、触媒貴金属を効率良く活性化させることができる。なお、酸素過剰量基準値osals及び酸素不足量基準値osarsは、強制振動の周期が０．５乃至２秒の範囲に収まるように設定されている。
【００３４】
次に、パータベーション制御が実施される排気浄化触媒の温度条件について説明する。図３は、排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度（入ガス温）と排気浄化触媒の床温との関係、及び、空燃比がストイキよりもリッチ側に制御されているときの入ガス温に対する各有害成分（ＮＯｘ、ＴＨＣ、ＣＯ）の浄化率の傾向について示している。この図に示すように、排気浄化触媒は、ある温度域においてその前後の温度域よりも浄化能力が相対的に低下する特性を有している。浄化能力が低下する温度域とは、具体的には触媒床温で５００乃至７００℃の温度域である。本実施の形態では、この温度域に限定してパータベーション制御を実施する。浄化能力が特に低下する温度域でパータベーション制御を実施することで、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することが可能になる。また、パータベーション制御を実施する温度域を限定することで、パータベーション制御の副作用、つまり、ドライバビリティの悪化や触媒貴金属の劣化の可能性を低減することもできる。
【００３５】
図４はパータベーション制御の効果を排気ガス中の有害成分の濃度変化によって示す図である。図４の最上段のグラフはパータベーション時の空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を示し、下段の３つのグラフは上からＮＯｘ、ＴＨＣ、ＣＯの各濃度変化を示している。各濃度変化のグラフにおいて、実線はパータベーション制御を実行した場合の濃度変化を示し、破線はパータベーション制御を実行せずに単に空燃比をリッチにした場合の濃度変化を示している。なお、各グラフは実測値をそのまま示したものではなく、各変化の傾向を模式化して示したものである。
【００３６】
空燃比がストイキよりもリッチ側に制御されている場合、触媒貴金属のＨＣ被毒によって浄化能力が次第に低下していくため、図４に破線で示すように排気浄化触媒を通過した排気ガス中のＴＨＣ及びＣＯの濃度は大きく増加していく。しかし、パータベーション制御を実行すれば、酸素の吸蔵／放出を繰り返させることで触媒貴金属の活性低下を抑制することができるため、図４に実線で示すように排気ガス中のＴＨＣ及びＣＯの濃度の増加を抑制することができる。つまり、空燃比のリッチ制御に伴う排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００３７】
ところで、排気浄化触媒の触媒貴金属の劣化によって酸素貯蔵能が大きく低下している場合には、パータベーション制御時の空燃比の変動範囲が酸素貯蔵能による吸収範囲を超えてしまう可能性がある。空燃比の変動範囲を酸素貯蔵能で吸収できなければ、排気ガスは浄化が不十分な状態で大気中に排出されることになる。そこで、本実施の形態にかかるパータベーション制御では、酸素貯蔵能が基準以下の場合には、空燃比の強制振動を中止するようにしている。これによれば、排気ガスが排気浄化触媒で浄化されずに大気中に排出されることを防止することができる。なお、酸素貯蔵能の測定方法には限定はなく、公知の方法を用いることができる。また、空燃比を強制変動させたときに排気浄化触媒の下流のＯ2センサ６がハンチングする場合には、排気浄化触媒の酸素貯蔵能が劣化していると判断してもよい。
【００３８】
以上説明したパータベーション制御は、次に説明するルーチンを実行することで実現される。図５は、ＥＣＵ２により実行されるパータベーション制御のルーチンを示すフローチャートである。
【００３９】
図５に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、内燃機関の暖機が完了しているか否か判定される。内燃機関の暖機が完了していない状態では、排気浄化触媒も活性温度まで温まっていない。このため、以降の処理は内燃機関の暖機が完了してから実行される。
【００４０】
暖機の完了後は、まず、ステップＳ１０２において排気浄化触媒の酸素吸蔵能Cmaxが基準値Cmaxbよりも大きいか否か判定される。酸素吸蔵能Cmaxが基準値Cmaxb以下の場合、すなわち、排気浄化触媒の触媒貴金属の劣化が進んでいる場合には、以降の処理は中止して本ルーチンは終了される。パータベーション制御によって却って排気エミッションを悪化させてしまうことを防止するためである。
【００４１】
酸素吸蔵能Cmaxが基準値Cmaxbよりも大きい場合には、次のステップＳ１０４でシステム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチか否か判定される。システム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチになっていない場合には、以降の処理は中止して本ルーチンは終了される。リッチ雰囲気下に限定してパータベーション制御を実行することで、排気浄化触媒の浄化能力を高く維持しつつ強制振動の副作用を低減することができるからである。
【００４２】
システム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチになっている場合には、次のステップＳ１０６で触媒床温tcatが下限温度tcatHClから上限温度tcatHChまでの温度域に入っているか否か判定される。この温度域は触媒貴金属のＨＣ被毒が顕著になる温度域であり、一例としては、前述のように下限温度tcatHClは５００℃、上限温度tcatHChは７００℃に設定する。触媒床温tcatは排気温度センサ８によって計測される入ガス温から予測する他、排気浄化触媒に温度センサを配置して直接測定することもできる。触媒床温tcatが上記温度域に入っていない場合には、以降の処理は中止して本ルーチンは終了される。温度域を限定してパータベーション制御を実行することで、排気エミッションの悪化を効果的に抑制しつつ強制振動の副作用を低減することができるからである。
【００４３】
触媒床温tcatが上記温度域に入っている場合には、ステップＳ１０８以降の処理が行われる。まず、ステップＳ１０８では、空燃比を強制振動させる際のリッチ側の目標空燃比（最小空燃比）sabyfrefRが算出される。このリッチ側目標空燃比sabyfrefRは、リッチ側振幅基準値sraddを吸入空気流量gaで除した値だけシステム要求空燃比abyfrefsよりも小さい値に設定される。
【００４４】
次のステップＳ１１０では、ステップＳ１０８で設定したリッチ側目標空燃比sabyfrefRが下限空燃比sabyfrefRmin内か否か判定される。リッチ側目標空燃比sabyfrefRが下限空燃比sabyfrefRminよりもリッチになっている場合にはステップＳ１１２の処理が実行され、下限空燃比sabyfrefRminがリッチ側目標空燃比sabyfrefRとして再設定される。
【００４５】
そして、次のステップＳ１１４では、ステップＳ１０８或いはステップＳ１１２で設定されたリッチ側目標空燃比sabyfrefRに目標空燃比abyfrefが制御され、燃料噴射弁１２からは目標空燃比abyfrefに応じた量の燃料が噴射される。これにより、内燃機関に供給される混合気の空燃比はシステム要求空燃比abyfrefsよりもリッチ側に変化する。
【００４６】
ステップＳ１１４で目標空燃比abyfrefがリッチ側目標空燃比sabyfrefRに設定されている間、ＥＣＵ２は、システム要求空燃比abyfrefsに対する酸素不足量を示すカウンタosarをカウントアップしている。ステップＳ１１６では、この酸素不足量カウンタosarの値が基準値osarsに達したか否か判定される。酸素不足量カウンタosarが基準値osarsに達すまでは、上述のステップＳ１０４乃至Ｓ１１４の処理が繰り返し実施され、ステップＳ１０４或いはステップＳ１０６の判定結果がＮｏにならない限り、目標空燃比abyfrefはリッチ側目標空燃比sabyfrefRに保持される。
【００４７】
酸素不足量カウンタosarが基準値osarsに達したときには、ステップＳ１１８の処理によって酸素不足量カウンタosarはリセットされて０になる。次に、ステップＳ１２０以降の処理が実行される。
【００４８】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１０４と同じく、システム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチか否か判定される。システム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチになっていない場合には、以降の処理は中止して本ルーチンは終了される。
【００４９】
システム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリッチになっている場合には、次のステップＳ１２２で触媒床温tcatが下限温度tcatHClから上限温度tcatHChまでの温度域に入っているか否か再び判定される。触媒床温tcatが上記温度域に入っていない場合には、以降の処理は中止して本ルーチンは終了される。
【００５０】
触媒床温tcatが上記温度域に入っている場合には、次のステップＳ１２４で、空燃比を強制振動させる際のリーン側の目標空燃比（最大空燃比）sabyfrefLが算出される。このリーン側目標空燃比sabyfrefLは、リーン側振幅基準値sladdを吸入空気流量gaで除した値だけシステム要求空燃比abyfrefsよりも大きい値に設定される。
【００５１】
次のステップＳ１２６では、ステップＳ１２４で設定したリーン側目標空燃比sabyfrefLが上限空燃比sabyfrefLmax内か否か判定される。リーン側目標空燃比sabyfrefLが上限空燃比sabyfrefLmaxよりもリーンになっている場合にはステップＳ１２８の処理が実行され、上限空燃比sabyfrefLmaxがリーン側目標空燃比sabyfrefLとして再設定される。
【００５２】
そして、次のステップＳ１３０では、ステップＳ１２４或いはステップＳ１２８で設定されたリーン側目標空燃比sabyfrefLに目標空燃比abyfrefが制御され、燃料噴射弁１２からは目標空燃比abyfrefに応じた量の燃料が噴射される。これにより、内燃機関に供給される混合気の空燃比はシステム要求空燃比abyfrefsよりもリーン側に変化する。
【００５３】
ステップＳ１３０で目標空燃比abyfrefがリーン側目標空燃比sabyfrefLに設定されている間、ＥＣＵ２は、システム要求空燃比abyfrefsに対する酸素過剰量を示すカウンタosalをカウントアップしている。ステップＳ１３２では、この酸素過剰量カウンタosalの値が基準値osalsに達したか否か判定される。酸素過剰量カウンタosalが基準値osalsに達すまでは、上述のステップＳ１２０乃至Ｓ１３０の処理が繰り返し実施され、ステップＳ１２０或いはステップＳ１２２の判定結果がＮｏにならない限り、目標空燃比abyfrefはリーン側目標空燃比sabyfrefLに保持される。
【００５４】
酸素過剰量カウンタosalが基準値osalsに達したときには、ステップＳ１３４の処理によって酸素過剰量カウンタosalはリセットされて０になる。そして、再びステップＳ１０４に戻り、上述の一連の処理が繰り返し実行される。本ルーチンは、ステップＳ１０４或いはＳ１２０においてシステム要求空燃比abyfrefsが基準空燃比abyfstよりもリーンになるか、或いは、ステップＳ１０６或いはＳ１２２において触媒床温tcatが上記温度域から外れるまで実行され続ける。
【００５５】
以上説明したルーチンの実行により、図２に示すような波形で混合気の空燃比を変動させることが可能になる。本実施の形態においては、ＥＣＵ２により上記ルーチンが実行されることで、本発明にかかる「空燃比制御手段」が実現される。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の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。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００５７】
空燃比がリッチ側に振られているときの目標空燃比に対する１サイクルあたりの酸素不足量がサイクル間で一定になるよう、また、空燃比がリーン側に振られているときの目標空燃比に対する１サイクルあたりの酸素過剰量がサイクル間で一定になるよう、強制振動の周期ではなく振幅を制御してもよい。或いは、強制振動の周期と振幅の両方を制御してもよい。
【００５８】
排気浄化触媒の劣化が進んでいると判定される場合、パータベーション制御を完全に中止するのではなく、強制振動の振幅又は周期の少なくとも一方を排気浄化触媒が劣化していない場合よりも小さくするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態としての内燃機関の空燃比制御装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるパータベーション制御による空燃比Ａ／Ｆの変化を模式化して示す図である。また、酸素過不足量osarの変化と酸素過剰量osalの変化を空燃比の変化に合わせて模式化して示している。
【図３】排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度と排気浄化触媒の床温との関係、及び、空燃比がストイキよりもリッチ側に制御されているときの入ガス温に対する各有害成分の浄化率の傾向について示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるパータベーション制御の効果を排気ガス中の有害成分の濃度変化によって示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において実行されるパータベーション制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
２  ＥＣＵ
４  Ａ／Ｆセンサ
６  Ｏ2センサ
８  排気温度センサ
１０  エアフローメータ
１２  燃料噴射弁
abyfrefs  システム要求空燃比
abyfst  基準空燃比
sabyfrefLmax  上限空燃比
sabyfrefRmin  下限空燃比
sabyfrefL  リーン側目標空燃比
sabyfrefR  リッチ側目標空燃比
osal  酸素過剰量
osals  酸素過剰量基準値
osar  酸素不足量
osars  酸素不足量基準値
【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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