(57)【要約】【課題】燃費の悪化を抑制する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００は、三元触媒３４の酸素吸蔵状態、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３５のＮＯｘ吸蔵状態及びＮＯｘ選択還元触媒３６の還元剤吸蔵状態に基づいて、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能か否かを判定する判定部と、判定部の判定結果に応じて、ストイキ運転モード中の目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、を備え、目標空燃比設定部は、ＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定されている場合は、目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定し、ＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定されている場合は、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに目標空燃比を排気後処理装置３３のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を回復させるためのリッチ制御用の空燃比に設定し、当該リッチ制御の終了後に目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定する。【選択図】図１
2016186231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の排気通路に設けられた三元触媒と、
三元触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも下流側の前記排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒と、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記三元触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比となるように、前記機関本体から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、
機関運転状態に基づいて、前記機関本体の運転モードをリーン運転モード又はストイキ運転モードに切り替える運転モード切替部と、
前記三元触媒の酸素吸蔵状態、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵状態及び前記ＮＯｘ選択還元触媒の還元剤吸蔵状態に基づいて、前記三元触媒、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒及び前記ＮＯｘ選択還元触媒からなる排気後処理装置全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能か否かを判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、ストイキ運転モード中の前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、
を備え、
前記目標空燃比設定部は、
前記判定部においてＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定されている場合は、前記目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定し、
前記判定部においてＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定されている場合は、前記機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに前記目標空燃比を前記排気後処理装置のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を回復させるためのリッチ制御用の空燃比に設定し、当該リッチ制御の終了後に前記目標空燃比を前記ストイキ運転モード用の空燃比に設定する、
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関本体から排出された排気が流れる排気通路に、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下「ＮＳＲ（NOx storage reduction）触媒」という。）及びＮＯｘ選択還元触媒（以下「ＳＣＲ（Selective catalytic reduction）」という。）をこの順序で上流側から配置した内燃機関が開示されている。
【０００３】
また特許文献１には、当該内燃機関の制御装置として、機関運転状態に応じて機関本体の運転モードをリーン運転モード又はストイキ運転モードに切り替えると共に、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることを目的としたリッチ制御（リッチスパイク）を実施するように構成されたものが開示されている。これにより、ストイキ運転モード中に仮に排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれた場合であっても、ＮＳＲ触媒によってＮＯｘを吸蔵することができるので、ＮＳＲ触媒の下流にＮＯｘが流出するのを抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５７５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ストイキ運転モード中に仮に排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれたとしても、三元触媒の酸素吸蔵量が少なく、三元触媒が排気中の酸素（Ｏ２）を吸蔵できる状態であれば、たとえＮＳＲ触媒がＮＯｘを吸蔵できない状態であったとしても、三元触媒によってＮＯｘを窒素（Ｎ２）に還元して排気を浄化することができる。
【０００６】
また、ストイキ運転モード中に仮に排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれたとしても、ＳＣＲに還元剤としてのアンモニア（ＮＨ３）が十分に吸蔵されている状態であれば、たとえＮＳＲ触媒がＮＯｘを吸蔵できない状態であったとしても、ＳＣＲによってＮＯｘを水（Ｈ２Ｏ）と窒素に還元して排気を浄化することができる。
【０００７】
これに対し、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、このような三元触媒の酸素吸蔵状態及びＳＣＲの還元剤吸蔵状態を考慮することなく、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときには必ずリッチ制御を実施するように構成されていた。
【０００８】
そのため、三元触媒又はＳＣＲによってＮＯｘを還元して排気を浄化できる場合であっても、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに必ずリッチ制御が実施され、燃費が悪化するという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、三元触媒、ＮＳＲ触媒及びＳＣＲを含む排気後処理装置全体のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を考慮して、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときにリッチ制御を実施するか否かを決定することで、リッチ制御の頻度を減らして燃費を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の排気通路に設けられた三元触媒と、三元触媒よりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも下流側の排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒と、を備える内燃機関を制御する制御装置が、三元触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比となるように機関本体から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、機関運転状態に基づいて機関本体の運転モードをリーン運転モード又はストイキ運転モードに切り替える運転モード切替部と、三元触媒の酸素吸蔵状態、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵状態及びＮＯｘ選択還元触媒の還元剤吸蔵状態に基づいて、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒及びＮＯｘ選択還元触媒からなる排気後処理装置全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能か否かを判定する判定部と、判定部の判定結果に応じてストイキ運転モード中の目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、を備え、目標空燃比設定部は、判定部においてＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定されている場合は、目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定し、判定部においてＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定されている場合は、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに目標空燃比を排気後処理装置のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を回復させるためのリッチ制御用の空燃比に設定し、当該リッチ制御の終了後に目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定するように構成されている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のこの態様によれば、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒及びＮＯｘ選択還元触媒からなる排気後処理装置全体でＮＯｘの吸蔵還元処理な可能な場合は、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときにリッチ制御を実施せずに三元触媒に流入する排気の空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に制御する。そのため、リッチ制御の頻度を減らして燃費を向上させることがきる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度又はＨＣ、ＣＯ濃度との関係を示す図である。
【図３】図３は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図４】図４は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
【図５】図５は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を行った際の目標空燃比に関する空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図６】図６は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を行った際の空燃比補正量等のタイムチャートである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態によるストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御について説明するフローチャートである。
【図８】図８は、ＳＣＲの還元剤吸蔵量に基づいてＮＯｘ還元可能量を算出するテーブルを示す図である。
【図９】図９は、第１の目標空燃比設定処理について説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２の目標空燃比設定処理について説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、ストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、ストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１３】図１３は、ストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御の動作の一例を示すタイムチャートである。
【図１４】図１４は、ストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御の動作の一例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１４】
＜内燃機関全体の説明＞
まず図１から図４を参照して、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００について説明する。図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
【００１５】
図１に示すように、内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、を備える。
【００１６】
機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、を備える。
【００１７】
シリンダブロック２には、複数のシリンダ４が形成される。シリンダ４の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ４の内部を往復運動するピストン５が収められる。ピストン５は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン５の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ４の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室６となる。
【００１８】
シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する吸気ポート７と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する排気ポート８と、が形成される。
【００１９】
またシリンダヘッド３には、燃焼室６と吸気ポート７との開口を開閉するための吸気弁９と、燃焼室６と排気ポート８との開口を開閉するための排気弁１０と、吸気弁９を開閉駆動する吸気カムシャフト１１と、排気弁１０を開閉駆動する排気カムシャフト１２と、が取り付けられる。
【００２０】
さらにシリンダヘッド３には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室６内で点火するための点火プラグ１４と、が取り付けられる。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンを用いているが、他の燃料を用いることもできる。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように取り付けてもよい。
【００２１】
吸気装置２０は、吸気ポート７を介してシリンダ４内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、電子制御式のスロットル弁２４と、エアフローメータ２１１と、を備える。
【００２２】
エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
【００２３】
吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。吸気管２２によって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気（吸気）が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに導かれる。
【００２４】
吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート７の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各シリンダ４内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２３及び吸気ポート７が、各シリンダ４内に空気を導くための吸気通路を形成する。
【００２５】
スロットル弁２４は、吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ２５によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ２５によってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）の調整することで、各シリンダ４内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。
【００２６】
エアフローメータ２１１は、スロットル弁２４よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。
【００２７】
排気装置３０は、燃焼室６内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気管３２と、排気後処理装置３３と、第１空燃比センサ２１３と、第２空燃比センサ２１４と、を備える。
【００２８】
排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート８の開口と連結される複数の排気枝管３１ａと、排気枝管３１ａを集合させて１本にまとめた集合管３１ｂと、を備える。
【００２９】
排気管３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管３１ｂに連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ４から排気ポート８を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３２を流れて外気に排出される。
【００３０】
排気後処理装置３３は、それぞれ排気浄化触媒が内蔵された第１触媒コンバータ３３ａ、第２触媒コンバータ３３ｂ及び第３触媒コンバータ３３ｃを備える。各触媒コンバータは、排気流れ方向上流側から第１触媒コンバータ３３ａ、第２触媒コンバータ３３ｂ、第３触媒コンバータ３３ｃの順で排気管３２に連結されている。このように、排気ポート８、排気マニホールド３１、排気管３２、第１触媒コンバータ３３ａ、第２触媒コンバータ３３ｂ及び第３触媒コンバータ３３ｃが、各シリンダ４から排出された排気が流れる排気通路を形成する。
【００３１】
第１触媒コンバータ３３ａには、排気浄化触媒として、酸素吸蔵能力を有する三元触媒３４が内蔵されている。三元触媒３４は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。三元触媒３４は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。なお本実施形態では、吸収及び吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を使用している。
【００３２】
三元触媒３４の酸素吸蔵能力によれば、三元触媒３４は、三元触媒３４に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン（リーン空燃比）であるときには排気中の酸素を吸蔵する。一方、三元触媒３４は、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチ（リッチ空燃比）であるときには、三元触媒３４に吸蔵されている酸素を放出する。また三元触媒３４では、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに、排気中の窒素と水素、又はＨＣとＮＯｘが反応することによりアンモニアが生成される。
【００３３】
三元触媒３４は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である場合、図２（Ａ）に示したように、酸素吸蔵量が少ないときには三元触媒３４により排気中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気中のＮＯｘが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｕｐｌｉｍ）を境に三元触媒３４から流出する排気中の酸素及びＮＯｘの濃度が急激に上昇する。
【００３４】
一方、三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比である場合、図２（Ｂ）に示したように、酸素吸蔵量が多いときには三元触媒３４に吸蔵されている酸素が放出され、排気中の未燃ガスは酸化浄化される。また、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｌｏｗｌｉｍ）を境に三元触媒３４から流出する排気中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
【００３５】
以上のように、本実施形態において用いられる三元触媒３４によれば、三元触媒３４に流入する排気の空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、三元触媒３４は三元触媒３４とは異なる触媒であってもよい。
【００３６】
第２触媒コンバータ３３ｂには、排気浄化触媒として、ＮＳＲ触媒３５が内蔵されている。ＮＳＲ触媒３５は、ＮＯｘの酸化・還元反応を促進する貴金属触媒と、ＮＯｘを吸蔵・放出する機能を有するＮＯｘ吸蔵剤と、を含み、これらをアルミナ（ＡＬ２Ｏ３）などの担体に担持したものである。
【００３７】
貴金属触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などの貴金属類が挙げられる。本実施形態では、貴金属触媒として白金（Ｐｔ）を用いている。
【００３８】
ＮＯｘ吸蔵剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、セシウム（Ｃｓ）などのアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）などのアルカリ土類、又は、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）などの希土類から選ばれた少なくとも１つが挙げられる。本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）を用いている。
【００３９】
ＮＳＲ触媒３５は、ＮＳＲ触媒３５に流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯｘを放出して還元する。
【００４０】
すなわち、ＮＳＲ触媒３５に流入する排気の空燃比がリーン空燃比のとき、つまり排気中に酸素（Ｏ２）が存在するときは、排気中に含まれる一酸化窒素（ＮＯ）は白金により酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）となる。このＮＯ２は、ＮＯｘ吸蔵剤内に吸収されて炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）と結合しながら硝酸イオン（ＮＯ３−）の形でＮＯｘ吸蔵剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸蔵剤内に吸収される。排気中の酸素濃度が高い限り白金の表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しない限り、ＮＯ２がＮＯｘ吸蔵剤内に吸蔵されて硝酸イオン（ＮＯ３−）が生成される。
【００４１】
これに対し、ＮＳＲ触媒３５に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられて排気中に酸素が存在しなくなると、排気中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、ＮＯｘ吸蔵剤内の硝酸イオン（ＮＯ３−）がＮＯ２の形でＮＯｘ吸蔵剤から放出される。放出されたＮＯ２は、排気中に含まれる未燃ガス（ＨＣやＣＯ等））によって還元されて窒素となり、排気中の諸成分は、二酸化炭素や水、窒素などの無害な物質として大気中に排出される。
【００４２】
第３触媒コンバータ３３ｃには、排気浄化触媒として、ＳＣＲ３６が内蔵されている。ＳＣＲ３６は、ゼオライト又はアルミナなどの担体に、鉄や銅などの卑金属触媒を担持させたものである。
【００４３】
ＳＣＲ３６は、ＳＣＲ３６に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときには、三元触媒３４で生成された還元剤としてのアンモニアを吸蔵する。一方、ＳＣＲ３６は、ＳＣＲ３６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときには、吸蔵したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元する。
【００４４】
第１空燃比センサ２１３は、排気マニホールド３１の集合管３１ｂに設けられ、三元触媒３４に流入する排気の空燃比を検出する。
【００４５】
第２空燃比センサ２１４は、三元触媒３４とＮＳＲ触媒３５との間の排気管３２に設けられ、三元触媒３４から流出してＮＳＲ触媒３５に流入する排気の空燃比を検出する。
【００４６】
ここで図３及び図４を参照して、本実施形態における第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４の出力特性について説明する。図３は、本実施形態における第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す図であり、図４は、印加電圧を一定に維持したときの、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４周りを流通する排気の空燃比（以下、「排気空燃比」という）と出力電流Ｉとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４として、同一構成の空燃比センサを用いている。
【００４７】
図３からわかるように、本実施形態の第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４では、出力電流Ｉは、排気空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図３では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ18、Ｉ18で示している。したがって、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４は限界電流式の空燃比センサであるということができる。
【００４８】
図４は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４からわかるように、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉがゼロになるように構成される。また、排気空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
【００４９】
なお、上記例では、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、第１空燃比センサ２１３及び第２空燃比センサ２１４は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。
【００５０】
図１に戻り、電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００５１】
入力ポート２０５には、前述したエアフローメータ２１１やスロットルセンサ２１２、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４の出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００５２】
出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁１３や点火プラグ１４、スロットルアクチュエータ２５などの各制御部品が電気的に接続される。
【００５３】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００５４】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態に基づいて、機関本体の運転モードをリーン運転モード又はストイキ運転モードに切り替える。具体的には、機関回転速度とアクセル踏込量とに基づいて定まる機関運転点が、低負荷運転領域又は中負荷運転領域にあれば運転モードをリーン運転モードに切り替え、機関運転点がアイドル運転領域又は高負荷運転領域にあれば運転モードをストイキ運転モードに切り替える。ここでリーン運転モードとは、低負荷運転領域及び中負荷運転領域における燃費の向上を目的として、基本的に理論空燃比よりもリーンな空燃比の混合気を燃焼室６内で燃焼させて運転を行うモードのことをいう。一方でストイキ運転モードとは、アイドル運転領域における燃焼安定性及び高負荷領域における出力性能の確保を目的として、基本的に理論空燃比又は理論空燃比近傍の混合気を燃焼室６内で燃焼させて運転を行うモードのことをいう。
【００５５】
本明細書では、機関負荷領域を三等分したときに、最も低い負荷領域を低負荷領域、中程度の負荷領域を中負荷領域、最も高い負荷領域を高負荷としている。なお、アイドル運転領域は低負荷運転領域内の一領域であるが、本明細書では、アイドル運転領域を除いた領域を低負荷運転領域としている。
【００５６】
そして電子制御ユニット２００は、運転モードに応じた空燃比制御を実施し、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比が目標空燃比となるように、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比に基づいて燃料噴射弁１３からの燃料噴射量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、各空燃比センサ２１３，２１４の出力値に相当する空燃比を意味する。
【００５７】
＜リーン運転モード中における基本的な空燃比制御＞
以下ではまず、リーン運転モード中における基本的な空燃比制御について説明する。
【００５８】
電子制御ユニット２００は、運転モードがリーン運転モードに設定されているときは、基本的に目標空燃比をリーン運転モード用の目標空燃比に設定する。リーン運転モード用の目標空燃比は、理論空燃比よりもリーンな予め定められた空燃比とされ、例えば２０以上とされる。本実施形態では、リーン運転モード用の目標空燃比を２３に設定している。
【００５９】
また電子制御ユニット２００は、後述するように機関運転中にＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量を随時算出しており、ＮＯｘ吸蔵量が予め定められた上限ＮＯｘ吸蔵量（例えばＮＳＲ触媒３５の最大ＮＯｘ吸蔵量の８割程度の吸蔵量）なったときには、一時的に目標空燃比を予め定められた所定のリッチ空燃比に変更し、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるためのリッチ制御（以下「ＮＯｘ吸蔵能力回復制御」という。）を実施する。
【００６０】
さらに電子制御ユニット２００は、車両減速時等に実施される燃料カット運転後にも、一時的に目標空燃比を予め定められた所定のリッチ空燃比に変更し、三元触媒３４の酸素吸蔵能力を回復させるためのリッチ制御（以下「酸素吸蔵能力回復制御」という。）を実施する。
【００６１】
なお本実施形態では、このＮＯｘ吸蔵能力回復制御及び酸素吸蔵能力回復制御を、運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替わった後のストイキ運転モード中にも、必要に応じて実施するようにしているが、この点については後述する。
【００６２】
＜ストイキ運転モード中における基本的な空燃比制御＞
次に、ストイキ運転モード中における基本的な空燃比制御について説明する。
【００６３】
電子制御ユニット２００は、運転モードがストイキ運転モードに設定されているときは、基本的に目標空燃比をストイキ運転モード用の目標空燃比に設定する。
【００６４】
本実施形態では、ストイキ運転モード用の目標空燃比は、以下で説明する通り、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比等に基づいて、リーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に切り替えられる。このように第２空燃比センサ２１４の出力空燃比等に基づいて、ストイキ運転モード中の目標空燃比をリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに切り替える制御のことを、以下では必要に応じて「ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御」という。なお、別の実施形態では、ストイキ運転モード用の目標空燃比は、理論空燃比に設定される。
【００６５】
ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御の実施中は、電子制御ユニット２００は第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに、目標空燃比をリーン設定空燃比に切り替え、その後、その空燃比に維持する。
【００６６】
リーン設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リーンである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．６５〜２０、好ましくは１４．６５〜１８、より好ましくは１４．６５〜１６程度とされる。リーン設定空燃比は、制御中心となる空燃比（本実施形態では、理論空燃比）にリーン補正量を加算した空燃比として表すこともできる。なお本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）以下になったときに、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。
【００６７】
目標空燃比がリーン設定空燃比に切り替えられると、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４に流入する排気の酸素過不足量を積算する。酸素過不足量は、三元触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比となっているときには三元触媒３４に流入する排気中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は三元触媒３４に吸蔵される。したがって、酸素過不足量の積算値（以下「積算酸素過不足量」という。）は、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡを表しているといえる。
【００６８】
なお、酸素過不足量の算出は、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比、及びエアフローメータ２１１の出力等に基づいて算出される燃焼室６内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１３からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＤＥ＝０．２３・Ｑｉ／（ＡＦｕｐ−ＡＦＲ）      …（１）
【００６９】
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは第１空燃比センサ２１３の出力空燃比、ＡＦＲは制御中心となる空燃比（本実施形態では理論空燃比）をそれぞれ表している。
【００７０】
このようにして算出された酸素過不足量を積算した積算酸素過不足量が、予め定められた切替基準値（予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）以上になると、それまでリーン設定空燃比に設定されていた目標空燃比が、リッチ設定空燃比に切り替えられ、その後、その空燃比に維持される。
【００７１】
リッチ設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１２〜１４．５８、好ましくは１３〜１４．５７、より好ましくは１４〜１４．５５程度とされる。リッチ設定空燃比は、制御中心となる空燃比（本実施形態では理論空燃比）からリッチ補正量を減算した空燃比として表すこともできる。なお、本実施形態では、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）以下とされる。
【００７２】
その後、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下となったときに、ストイキ運転モード用の目標空燃比が再びリーン設定空燃比に切り替えられ、その後、同様な操作が繰り返される。
【００７３】
ただし、上述したような制御を行った場合であっても、積算酸素過不足量が切替基準値に到達する前に三元触媒３４の実際の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達する場合がある。その原因としては、例えば、三元触媒３４の最大吸蔵可能酸素量が低下したり、一時的に三元触媒３４に流入する排気の空燃比が急激に変化したりすることが挙げられる。このように酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達すると、三元触媒３４からはリーン空燃比の排気が流出することになる。そこで、本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリーン空燃比となったときには、目標空燃比はリッチ設定空燃比に切り替えられる。特に、本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンであるリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）以上になったときに、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断される。
【００７４】
＜タイムチャートを用いたストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御の説明＞
図５を参照して、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御の動作について説明する。図５は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を行った場合における、空燃比補正量ＡＦＣ、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐ、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡ、積算酸素過不足量ΣＯＥＤ、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎ及び三元触媒３４から流出する排気中のＮＯｘ濃度のタイムチャートである。
【００７５】
なお、空燃比補正量ＡＦＣは、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は制御中心となる空燃比（以下「制御中心空燃比」という。）に等しい空燃比（本実施形態では、理論空燃比）とされ、空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリーンな空燃比（本実施形態では、リーン空燃比）となり、空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリッチな空燃比（本実施形態では、リッチ空燃比）となる。また、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて空燃比補正量ＡＦＣを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量ＡＦＣに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
【００７６】
図示した例では、時刻ｔ１以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（リッチ設定空燃比に相当）とされている。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って第１空燃比センサ２１３の出力空燃比がリッチ空燃比となる。三元触媒３４に流入する排気中に含まれている未燃ガスは、三元触媒３４で浄化され、これに伴って、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。したがって、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に減少していく。三元触媒３４における浄化により三元触媒３４から流出する排気中には未燃ガスは含まれていないため、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。三元触媒３４に流入する排気の空燃比はリッチ空燃比となっているため、三元触媒３４からのＮＯｘ排出量はほぼゼロとなる。
【００７７】
三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡは時刻ｔ１においてゼロに近づき、これに伴って、三元触媒３４に流入した未燃ガスの一部は三元触媒３４で浄化されずに流出し始める。これにより、時刻ｔ１以降、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に低下する。その結果、時刻ｔ２において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。
【００７８】
本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ（リーン設定空燃比に相当）に切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替えられる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは０にリセットされる。
【００７９】
なお、本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達してから、空燃比補正量ＡＦＣの切替を行っている。これは、三元触媒３４の酸素吸蔵量が十分であっても、三元触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比から極わずかにずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、三元触媒３４の酸素吸蔵量が十分であるときには三元触媒３４から流出する排気の空燃比が到達することのないような空燃比とされる。
【００８０】
時刻ｔ２において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、三元触媒３４に流入する排気の空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。また、これに伴って、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐがリーン空燃比となる（実際には、目標空燃比を切り替えてから三元触媒３４に流入する排気の空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。時刻ｔ２において三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン空燃比に変化すると、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大する。また、これに伴って、積算酸素過不足量ΣＯＥＤも徐々に増大していく。
【００８１】
これにより、三元触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比へと変化し、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎも理論空燃比に収束する。このとき、三元触媒３４に流入する排気の空燃比はリーン空燃比となっているが、三元触媒３４の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気中の酸素は三元触媒３４に吸蔵され、ＮＯｘは還元浄化される。このため、三元触媒３４からのＮＯｘの排出はほぼゼロとなる。
【００８２】
その後、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大すると、時刻ｔ３において、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当する切替基準値ＯＥＤｒｅｆに到達する。本実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、三元触媒３４への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。また、このとき、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが０にリセットされる。
【００８３】
ここで、図５に示した例では、時刻ｔ３において目標空燃比を切り替えると同時に酸素吸蔵量ＯＳＡが低下しているが、実際には目標空燃比を切り替えてから酸素吸蔵量ＯＳＡが低下するまでには遅れが発生する。また、内燃機関を搭載した車両の加速により機関負荷が高くなって吸入空気量が瞬間的に大きくずれた場合等、三元触媒３４に流入する排気の空燃比が意図せずに瞬間的に目標空燃比から大きくずれる場合がある。
【００８４】
これに対して、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは三元触媒３４が新触であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定される。このため、上述したような遅れが生じたり、実際の排気の空燃比が意図せずに目標空燃比から瞬間的に大きくずれたりしたときであっても、酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しない。逆に言うと、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上述したような遅れや意図しない空燃比のずれが生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、三元触媒３４が新触であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。
【００８５】
時刻ｔ３において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、三元触媒３４に流入する排気の空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。これに伴って、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐがリッチ空燃比となる（実際には、目標空燃比を切り替えてから三元触媒３４に流入する排気の空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている）。三元触媒３４に流入する排気中には未燃ガスが含まれることになるため、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していき、時刻ｔ４において、時刻ｔ１と同様に、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎが低下し始める。このときも、三元触媒３４に流入する排気の空燃比はリッチ空燃比となっているため、三元触媒３４からのＮＯｘの排出はほぼゼロされる。
【００８６】
次いで、時刻ｔ５において、時刻ｔ２と同様に、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。これにより、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定空燃比に相当する値ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。その後、上述した時刻ｔ１〜ｔ５のサイクルが繰り返される。
【００８７】
以上の説明から分かるように本実施形態によれば、三元触媒３４からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には三元触媒３４からのＮＯｘ排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの算出誤差によりＮＯｘが排出されてしまうことが抑制される。
【００８８】
また、一般に、三元触媒３４の酸素吸蔵量が一定に維持されると、その三元触媒３４の酸素吸蔵能力が低下する。すなわち、三元触媒３４の酸素吸蔵能力を高く維持するためには、三元触媒３４の酸素吸蔵量が変動することが必要になる。これに対して、本実施形態によれば、図５に示したように、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。
【００８９】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ２〜ｔ３において、空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中において、一時的に空燃比補正量ＡＦＣを０よりも小さな値（例えば、リッチ設定補正量等）としてもよい。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中において、一時的に目標空燃比をリッチ空燃比としてもよい。
【００９０】
同様に、上記実施形態では、時刻ｔ３〜ｔ５において、空燃比補正量ＡＦＣはリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に増大させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、図６に示したように、時刻ｔ３〜ｔ５の期間中において、一時的に空燃比補正量ＡＦＣを０よりも大きな値（例えば、リーン設定補正量等）としてもよい（図６の時刻ｔ６、ｔ７等）。すなわち、時刻ｔ３〜ｔ５の期間中において、一時的に目標空燃比をリーン空燃比としてもよい。
【００９１】
ただし、この場合であっても、時刻ｔ２〜ｔ３における空燃比補正量ＡＦＣは、当該期間における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差が、時刻ｔ３〜ｔ５における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差よりも大きくなるように設定される。
【００９２】
なお、このような本実施形態における空燃比補正量ＡＦＣの設定、すなわち目標空燃比の設定は、電子制御ユニット２００によって行われる。したがって、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御中は、第２空燃比センサ２１４によって検出された排気の空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆとなるまで、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を継続的又は断続的にリーン空燃比にすると共に、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上となったときに、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達することなく第２空燃比センサ２１４によって検出された排気の空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比にしているといえる。
【００９３】
より簡単に言えば、本実施形態では、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御中は、第２空燃比センサ２１４によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えているといえる。
【００９４】
また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐ及び燃焼室６内への吸入空気量の推定値等に基づいて算出されている。しかしながら、酸素吸蔵量ＯＳＡはこれらパラメータに加えて他のパラメータに基づいて算出されてもよいし、これらパラメータとは異なるパラメータに基づいて推定されてもよい。また、上記実施形態では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上になると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えられる。しかしながら、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えるタイミングは、例えば目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へ切り替えてからの機関運転時間や積算吸入空気量等、他のパラメータを基準としてもよい。ただし、この場合であっても、三元触媒３４の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと推定される間に、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えることが必要となる。
【００９５】
＜運転モード切替時の問題点＞
ところでリーン運転モード中は、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比が所定のリーン空燃比に設定されるため、三元触媒３４の酸素吸蔵量が徐々に増加していく。そのため、運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替わったあと、仮にＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が三元触媒３４に流入しても、三元触媒３４でＮＯｘを十分に還元できない可能性がある。
【００９６】
そこで従来から、運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替わったときに、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を一時的に所定のリッチ空燃比に設定してＮＯｘ吸蔵能力回復制御を実施し、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させた後に目標空燃比を理論空燃比に設定するものがある。このように、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときにＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を一旦回復させることで、ストイキ運転モード中に仮に三元触媒３４に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれた場合であっても、ＮＳＲ触媒３５によってＮＯｘを吸蔵することができるので、ＮＳＲ触媒３５の下流にＮＯｘが流出するのを抑制することができる。
【００９７】
しかしながら、ストイキ運転モード中に、本実施形態のように三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比をリーン設定空燃比に設定している場合や、別の実施形態のように三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を理論空燃比に設定したときに仮に三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン側にずれた場合であっても、三元触媒３４の酸素吸蔵量が少なく、三元触媒３４が排気中の酸素を吸蔵できる状態であれば、たとえＮＳＲ触媒３５がＮＯｘを吸蔵できない状態であったとしても、三元触媒３４によってＮＯｘを窒素に還元して排気を浄化することができる。
【００９８】
また、ストイキ運転モード中に、本実施形態のように三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比をリーン設定空燃比に設定している場合や、別の実施形態のように三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を理論空燃比に設定したときに仮に三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン側にずれた場合であっても、ＳＣＲ３６にアンモニアが十分に吸蔵されている状態であれば、たとえＮＳＲ触媒３５がＮＯｘを吸蔵できない状態であったとしても、ＳＣＲ３６によってアンモニアを還元剤としてＮＯｘを水と窒素に還元して排気を浄化することができる。
【００９９】
このように、三元触媒３４又はＳＣＲ３６によってＮＯｘを還元して排気を浄化できるにもかかわらず、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに必ずＮＯｘ吸蔵能力回復制御を実施すると、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御の頻度が増加して燃費が悪化するおそれがある。
【０１００】
また、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときにＮＯｘ吸蔵能力回復制御を実施すると、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御がＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量にかかわらず実施されることになる。ＮＯｘ吸蔵能力回復制御を実施したときのＮＯｘ吸蔵能力の回復効率は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が少ないときと比べて多いときの方が高くなる傾向にある。そのため、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときのＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量によってはＮＯｘ吸蔵能力の回復効率が低下し、結果として燃費の悪化につながる。
【０１０１】
さらに、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中は、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比が所定のリッチ空燃比に設定されるので、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を酸化するために三元触媒３４に吸蔵されている酸素が放出される。そのため、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中は、三元触媒３４の酸素吸蔵量が徐々に減少していくことなる。その結果、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中に三元触媒３４の酸素吸蔵量が例えばゼロにおそれがある。そうすると、三元触媒３４でＨＣ及びＣＯを酸化させることができなくなり、三元触媒３４の下流にＨＣ及びＣＯが流出することになる。そして、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中はＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量も減少していくので（すなわちＮＳＲ触媒３５からのＮＯｘ放出量も減少していくので）、三元触媒３４から流出したＨＣ及びＣＯの一部が、ＮＳＲ触媒３５から放出されたＮＯｘの還元に使用されずにそのまま排気後処理装置３３の下流に流出し、排気エミッションが悪化するおそれもある。
【０１０２】
そこで本実施形態では、三元触媒３４、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６を含む排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能か否かを判定し、その判定結果に応じてストイキ運転モード中の目標空燃比を設定することとした。以下、この本実施形態によるストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御について説明する。
【０１０３】
＜ストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御＞
図７は、本実施形態によるストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１０４】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに設定されていればステップＳ２の処理に進み、リーン運転モードに設定されていればステップＳ１２の処理に進む。
【０１０５】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、機関本体の運転モードがリーン運転モードからストイキ運転モードに切り替わったか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがリーン運転モードであったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがリーン運転モードであれば、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったと判定してステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがストイキ運転モードであれば、ステップＳ１１の処理に進む。
【０１０６】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、本ルーチンとは別途に機関運転中に随時算出しているＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量及びＳＣＲ３６の還元剤吸蔵量をそれぞれ読み込む。
【０１０７】
ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量は、例えば以下のようにして算出することができる。すなわち、機関本体から排出される単位時間当たりのＮＯｘ量は、機関運転状態（機関回転速度及びアクセル踏込量）と、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比（又は目標空燃比）と、によって変動する。そして、機関本体から排出されたＮＯｘのうち三元触媒３４から流出してＮＳＲ触媒３５に吸蔵される単位時間当たりのＮＯｘ量は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比によって変動する。また、ＮＳＲ触媒３５から放出される単位時間当たりのＮＯｘ量は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比によって変動する。
【０１０８】
そこで本実施形態では、電子制御ユニット２００は、予め実験的に求められたマップを参照し、機関運転状態と、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比と、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比と、に基づいて、機関本体から排出されたＮＯｘのうち三元触媒３４から流出してＮＳＲ触媒３５に吸蔵される単位時間当たりのＮＯｘ量（正の値）と、ＮＳＲ触媒３５から放出される単位時間当たりのＮＯｘ量（負の値）と、を随時算出し、これらを積算したものをＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量として随時算出している。なお、ＮＳＲ触媒３５の担体温度が低いほど、ＮＳＲ触媒３５にＮＯｘが吸蔵されやすくなる傾向にあるので、上記のパラメータの他、ＮＳＲ触媒３５の担体温度も考慮してＮＯｘ吸蔵量を算出するようにしても良い。
【０１０９】
また、ＳＣＲ３６の還元剤吸蔵量は、例えば以下のようにして算出することができる。すなわち、三元触媒３４で生成される単位時間当たりの還元剤（アンモニア）生成量は、機関運転状態（機関回転速度及びアクセル踏込量）と、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比（又は目標空燃比）と、によって変動する。そして、三元触媒３４で生成された還元剤のうちＮＳＲ触媒３５に吸蔵される単位時間当たりの還元剤量は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比によって変動する。また、ＳＣＲ３６でＮＯｘを還元するために消費される単位時間当たりの還元剤消費量は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比によって変動する。
【０１１０】
そこで本実施形態では、電子制御ユニット２００は、予め実験的に求められたマップを参照し、機関運転状態と、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比と、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比と、に基づいて、三元触媒３４で生成される単位時間当たりの還元剤生成量（正の値）と、ＳＣＲ３６でＮＯｘを還元するために消費された単位時間当たりの還元剤消費量（負の値）と、を随時算出し、これらを積算したものをＳＣＲ３６の還元剤吸蔵量として随時算出している。なお、ＳＣＲ３６の担体温度が高いほど、ＳＣＲ３６に還元剤が吸蔵されやすくなる傾向にあるので、上記のパラメータの他、ＳＣＲ３６の担体温度も考慮して還元剤吸蔵量を算出するようにしても良い。
【０１１１】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵状態とＳＣＲ３６の還元剤吸蔵状態とに基づいて、ＮＳＲ触媒３５とＳＣＲ３６とで吸蔵又は還元できるＮＯｘ量（以下「ＮＯｘ吸蔵還元可能量」という。）を算出する。
【０１１２】
具体的には、電子制御ユニット２００は、予め定められたＮＳＲ触媒３５の上限ＮＯｘ吸蔵量（例えばＮＳＲ触媒３５の最大ＮＯｘ吸蔵量の８割程度の吸蔵量）から、ステップＳ３で読み込んだ運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時点におけるＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量を減じて「ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵可能量」を算出する。ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵可能量は、運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時点において、ＮＳＲ触媒３５があとどれだけＮＯｘを吸蔵できるかを表すものである。
【０１１３】
また電子制御ユニット２００は、図８のテーブルを参照し、ステップＳ３で読み込んだ運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時点におけるＳＣＲ３６の還元剤吸蔵量に基づいて、「ＳＣＲ３６のＮＯｘ還元可能量」を算出する。ＳＣＲ３６のＮＯｘ還元可能量は、運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時点において、ＳＣＲ３６によってあとどれだけＮＯｘを還元できるかを表すものである。
【０１１４】
そして電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵可能量と、ＳＣＲ３６のＮＯｘ還元可能量と、の和をＮＯｘ吸蔵還元可能量として算出する。
【０１１５】
ステップＳ５及びステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード中に、本実施形態のように三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比をリーン設定空燃比に設定しているときや、別の実施形態のように三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を理論空燃比に設定したときに仮に三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン側にずれた場合であっても、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が可能か否かを、三元触媒３４の酸素吸蔵状態、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵状態及びＳＣＲ３６の還元剤吸蔵状態に基づいて判定する。すなわちステップＳ５及びステップＳ６では、ストイキ運転モード中に三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン空燃比になったとしても、三元触媒３４、ＮＳＲ触媒３５又はＳＣＲ３６のいずれかでＮＯｘを吸蔵又は還元することができ、排気後処理装置３３の下流にＮＯｘが流出することがないか否かが判定される。
【０１１６】
以下、ステップＳ５及びステップＳ６の具体的な処理内容について説明する。
【０１１７】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４の酸素吸蔵状態に基づいて、三元触媒３４でＮＯｘを還元することができるか、すなわち三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が可能か否かを判定する。
【０１１８】
具体的には、電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりも僅かにリーンであるリーン判定空燃比（例えば１４．６５）ＡＦｌｅａｎ未満であれば、三元触媒３４の酸素吸蔵量がまだ最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量Ｃｕｐｌｉｍ（図２（Ａ）参照）に達していないと判定し、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が可能であると判定する。この場合、三元触媒３４でＮＯｘを還元することができるので、ステップＳ６の処理に進むことなくステップＳ７の処理に進む。
【０１１９】
一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であれば、三元触媒３４の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量Ｃｕｐｌｉｍに達していると判定し、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が不能であると判定する。この場合、ストイキ運転モード中に三元触媒３４にＮＯｘが含まれるリーン空燃比の排気が流入すると、当該排気中のＮＯｘが三元触媒３４で還元されることなく、ＮＳＲ触媒３５にＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流入することになる。そこで、ＮＳＲ触媒３５又はＳＣＲ３６のいずれかでＮＯｘを吸蔵又は還元することができるかを判定するためにステップＳ６の処理に進む。
【０１２０】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵状態とＳＣＲ３６の還元剤吸蔵状態とに基づいて、ＮＳＲ触媒３５にＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流入したとしても、ＮＳＲ触媒３５又はＳＣＲ３６のいずれかでＮＯｘを吸蔵又は還元することができるか、すなわちＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能か否かを判定する。
【０１２１】
具体的には、電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵可能量と、ＳＣＲ３６のＮＯｘ還元可能量と、の和であるＮＯｘ吸蔵還元可能量が、予め定められた第１所定量以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ吸蔵還元可能量が第１所定量以上であれば、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能と判定し、ステップＳ７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ吸蔵還元可能量が第１所定量未満であれば、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が不能と判定し、ステップＳ８の処理に進む。
【０１２２】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が可能と判定された場合のストイキ運転モード中の目標空燃比設定処理（以下「第１の目標空燃比設定処理」という。）を実施する。第１の目標空燃比設定処理の詳細については、図９を参照して後述する。
【０１２３】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｐｉｋｅを１に設定する。フラグＦｓｐｉｋｅは、初期値が０に設定されており、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が不能と判定された場合に１に設定され、機関本体の運転モードがストイキ運転モードからリーン運転モードに切り替わったときに０に戻される。
【０１２４】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が不能と判定された場合のストイキ運転モード中の目標空燃比設定処理（以下「第２の目標空燃比設定処理」という。）を実施する。第２の目標空燃比設定処理の詳細については、図１０を参照して後述する。
【０１２５】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比が、第１の目標空燃比設定処理又は第２の目標空燃比処理によって設定された目標空燃比となるように、機関本体から排出される排気の空燃比を制御する。
【０１２６】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｐｉｋｅが１に設定されているか否かを判定する。すなわち、機関本体の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が不能と判定されたか否か判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｐｉｋｅが０に設定されていれば、ステップＳ７の処理に進み、フラグＦｓｐｉｋｅが１に設定されていればステップＳ９の処理に進む。
【０１２７】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｐｉｋｅを０に戻す。
【０１２８】
図９は、第１の目標空燃比設定処理について説明するフローチャートである。
【０１２９】
ステップＳ７１において、電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがリーン運転モードであったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがリーン運転モードであれば、ステップＳ７２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがストイキ運転モードであったときは、ステップＳ７３の処理に進む。
【０１３０】
ステップＳ７２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏ１を０に戻す。フラグＦｓｔｏ１は、初期値が０に設定されており、ステップＳ７８で三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が可能と判定されたとき、又は、ステップＳ８３で三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定されたときに１に設定され、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに０に戻されるフラグである。
【０１３１】
ステップＳ７３において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏが０に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏが０に設定されていればステップＳ７４の処理に進み、フラグＦｓｔｏが１に設定されていればステップＳ７７の処理に進む。
【０１３２】
ステップＳ７４において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ１が０に設定されているか否かを判定する。フラグＦｓｃ１は、初期値が０に設定されており、ステップＳ８１で目標空燃比が酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比に設定されたときに１に設定され、ステップＳ８３で三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定されたとき、すなわち酸素吸蔵能力回復制御が終了したときに０に戻されるフラグである。電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ１が０に設定されていればステップＳ７５の処理に進み、フラグＦｓｃ１が１に設定されていればステップＳ８３の処理に進む。
【０１３３】
ステップＳ７５において、電子制御ユニット２００は、運転モードがストイキ運転モードに切り替わってからＮＳＲ触媒３５に流入したＮＯｘ量の積算値（以下「ＮＯｘ積算量」という。）を算出する。電子制御ユニット２００は、例えば機関運転状態（機関回転速度及びアクセル踏込量）と、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比と、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比と、に基づいて、機関本体から排出されたＮＯｘのうち三元触媒３４から流出するＮＯｘ量を随時算出し、これを積算したものをＮＯｘ積算量として算出する。
【０１３４】
ステップＳ７６において、電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ積算量が、ＮＳＲ触媒３５とＳＣＲ３６とで処理可能なＮＯｘ量（以下「処理可能ＮＯｘ量」という。）以上になったか否かを判定する。処理可能ＮＯｘ量の最大値は、前述したステップＳ４で算出されたＮＯｘ吸蔵還元可能量になる。そこで本実施形態では、処理可能ＮＯｘ量がＮＯｘ吸蔵還元可能量以下の値となるように、ＮＯｘ吸蔵還元可能量に予め定められた所定の補正係数α（０＜α≦１）を乗じた値を処理可能ＮＯｘ量としている。
【０１３５】
電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量未満であれば、ＮＳＲ触媒３５とＳＣＲ３６とでまだＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が可能と判定する。この場合、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上となるまで、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を、ストイキ運転モード用の目標空燃比に設定するためにステップＳ７７の処理に進む。
【０１３６】
一方で電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上であれば、ＮＳＲ触媒３５とＳＣＲ３６とでＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が不能になったと判定する。この場合、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が可能か否かを判定するためにステップＳ７８の処理に進む。
【０１３７】
ステップＳ７７において、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施する。これにより、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比が、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比等に基づいてリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に切り替えられることになる。
【０１３８】
ステップＳ７８において、電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上になるまでの間、すなわちストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施している間に、１度でも第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったことがあるか否かを判定する。このような判定をするのは、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施している間に、１度でも第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になっていれば（すなわちリッチ履歴があれば）、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復していると判断でき、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が可能と判断できるためである。
【０１３９】
したがって電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上になるまでの間にこのようなリッチ履歴があれば、引き続きストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施しても三元触媒３４によってＮＯｘの還元処理が可能と判定し、ステップＳ７９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上になるまでの間にこのようなリッチ履歴がなければ、三元触媒３４の酸素吸蔵能力がどの程度回復しているかが不明なので、酸素吸蔵能力回復制御を実施するために、ステップＳ８１の処理に進む。
【０１４０】
ステップＳ７９において、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施する。これにより、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比が、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比等に基づいてリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に切り替えられることになる。
【０１４１】
ステップＳ８０において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏ１を１に設定する。
【０１４２】
ステップＳ８１において、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を、酸素吸蔵能力回復制御用の所定のリッチ空燃比に設定する。本実施形態では、酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比を１２としている。
【０１４３】
ステップＳ８２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ１を１に設定する。
【０１４４】
ステップＳ８３において、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満であれば、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が未回復であると判定し、今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以上であれば、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定し、ステップＳ８３の処理に進む。
【０１４５】
ステップＳ８４において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ１を０に戻す
【０１４６】
図１０は、第２の目標空燃比設定処理について説明するフローチャートである。
【０１４７】
ステップＳ９１において、電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがリーン運転モードであったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがリーン運転モードであればステップＳ９２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、本ルーチンの前回実施時における運転モードがストイキ運転モードであればステップＳ９３の処理に進む。
【０１４８】
ステップＳ９２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏ２を０に設定する。フラグＦｓｔｏ２は、初期値が０に設定されており、ステップＳ１０１でストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が開始されたときに１に設定され、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに０に戻されるフラグである。
【０１４９】
ステップＳ９３において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏが０に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｔｏが０に設定されていればステップＳ９４の処理に進み、フラグＦｓｃ２が１に設定されていればステップＳ１０１の処理に進む。
【０１５０】
ステップＳ９４において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ２が０に設定されているか否かを判定する。フラグＦｓｃ２は、初期値が０に設定されており、ステップＳ９７で目標空燃比が酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比に設定されたときに１に設定され、ステップＳ９９で三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定されたとき、すなわち酸素吸蔵能力回復制御が終了したときに０に戻されるフラグである。電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ２が０に設定されていればステップＳ９５の処理に進み、フラグＦｓｃ２が１に設定されていればステップＳ９９の処理に進む。
【０１５１】
ステップＳ９５において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｎｓｒが０に設定されているか否かを判定する。フラグＦｎｓｒは、初期値が０に設定されており、ステップＳ１０３で目標空燃比がＮＯｘ吸蔵能回復制御用のリッチ空燃比に設定されたときに１に設定され、ステップＳ１０５でＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力が回復したと判定されたとき、すなわちＮＯｘ吸蔵能回復制御が終了したときに０に戻されるフラグである。電子制御ユニット２００は、フラグＦｎｓｒが０に設定されていればステップＳ９６の処理に進む、フラグＦｎｓｒが１に設定されていればステップＳ１０５の処理に進む。
【０１５２】
ステップＳ９６において、電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる必要があるか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、ステップＳ３で読み込んだ、運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時点におけるＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が、所定の回復要求量以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が回復要求量未満であれば、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力にまだ余裕があり、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる必要はないと判定する。この場合、三元触媒３４の酸素吸蔵能力を回復させるためにステップＳ９７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が回復要求量以上であれば、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる必要があると判定し、ステップＳ１０３の処理に進む。
【０１５３】
ステップＳ９７において、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を、酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比に設定する。
【０１５４】
ステップＳ９８において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ２を１に設定する。
【０１５５】
ステップＳ９９において、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ未満であれば、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が未回復であると判定し、今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以上であれば、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定し、ステップＳ１００の処理に進む。
【０１５６】
ステップＳ１００において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃ２を０に戻す。
【０１５７】
ステップＳ１０１において、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施する。これにより、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比が、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比等に基づいてリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に切り替えられることになる。
【０１５８】
ステップＳ１０２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｃｏを１に設定する。
【０１５９】
ステップＳ１０３において、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御用の所定のリッチ空燃比に設定する。本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比を１２としている。このように本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比の値と、酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比の値と、を同一としているが、例えば三元触媒３４の酸素吸蔵容量及びＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵容量に応じて異ならせても良い。
【０１６０】
ステップＳ１０４において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｎｓｒを１に設定する。
【０１６１】
ステップＳ１０５において、電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力が回復したか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために噴射された追加燃料量（目標空燃比をリッチ空燃比にした分、追加で噴射された燃料量）が、所定量以上になったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために噴射された追加燃料量が所定量未満であれば、今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるために噴射された追加燃料量が所定量以上になっていれば、ステップＳ１０６の処理に進む。
【０１６２】
ステップＳ１０６において、電子制御ユニット２００は、フラグＦｎｓｒを０に戻す。
【０１６３】
以下、図１１から図１４を参照して、本実施形態によるストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御の動作について説明する。
【０１６４】
まず、図１１及び図１２を参照して、図７のフローチャートで第１の目標空燃比設定処理に進んだ場合の動作について説明する。
【０１６５】
図１１に示すように、時刻ｔ１１で、運転モードがストイキ運転モードに切り替わると、電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が可能か否かを判定する。時刻ｔ１１の時点では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比（＝１４．６５）以上なので、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が不能であると判定する。そのため電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能か否かを判定する。このタイムチャートでは、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能と判定されたものとする。
【０１６６】
その結果、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｐｉｋｅを０に設定したまま、第１の目標空燃比設定処理を実施する。第１の目標空燃比処理が実施されると、運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時刻ｔ１１の時点では、フラグＦｓｔｏ１及びフラグＦｓｃ１はそれぞれ０に設定されているので、ＮＯｘ積算量が算出される。
【０１６７】
時刻ｔ１１の時点では、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量未満なので、電子制御ユニット２００は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施する。これにより、目標空燃比がまずリッチ設定空燃比に設定される。
【０１６８】
その結果、時刻ｔ１１以降は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に理論空燃比に収束していき、時刻ｔ１２以降は理論空燃比となる。
【０１６９】
また時刻ｔ１２までは、リーン運転モード中に機関本体１から排出されたＮＯｘが三元触媒３４から流出するのでＮＯｘ積算量が増加していくが、時刻ｔ１２で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比になった後は、三元触媒３４からのＮＯｘ排出量はほぼゼロとなるため、ＮＯｘ積算量はほとんど増加しなくなる。
【０１７０】
そのため、時刻ｔ１２以降も、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量未満の状態が続き、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が継続して実施され、目標空燃比が第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎ等に基づいてリッチ設定空燃比とリーン設定空燃比とに交互に切り替えられる。
【０１７１】
一方で図１２に示すように、処理可能ＮＯｘ量が比較的小さいときは、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御の実施中に、ＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上になる場合がある。
【０１７２】
この場合、時刻ｔ２２でＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上になったときに、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が可能か否かを判定する。具体的には、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施している間に、１度でも第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったことがあるか否かを判定する。ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御を実施している間に、１度でも第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になっていれば（すなわちリッチ履歴があれば）、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復していると判断でき、三元触媒３４でのＮＯｘの還元処理が可能と判断できるためである。
【０１７３】
このタイムチャートでは、時刻ｔ２２以前にこのようなリッチ履歴がなく、三元触媒３４の酸素吸蔵能力がどの程度回復しているかが不明なので、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が不能と判定する。
【０１７４】
その結果、時刻ｔ２２で、目標空燃比が酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比に設定されると共に、フラグＦｓｃ１が１に設定される。これにより、時刻ｔ２３で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下となって、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復した判定されるまで、酸素吸蔵能力回復制御が実施される。
【０１７５】
そして時刻ｔ２３で、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定されると、フラグＦｓｃ１が０に戻されると共に、フラグＦｓｔｏ１が１に設定される。その結果、時刻ｔ２３以降は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が実施されることになる。
【０１７６】
このように運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定された場合は、切り替え時にＮＯｘ吸蔵能回復制御を実施せずに、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が実施される。そのため、ＮＯｘ吸蔵能回復制御の頻度を減らすことができ、燃費の悪化を抑制することができる。
【０１７７】
そして、ストイキ運転モード中にＮＯｘ積算量が処理可能ＮＯｘ量以上となったときは、必要に応じてＮＯｘ吸蔵能回復制御ではなく酸素吸蔵能力回復制御が実施される。そのため、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中に三元触媒３４の酸素吸蔵量が少なくなることに起因する排気エミッションの悪化（排気中のＨＣ及びＣＯの増加）を抑制することができる。
【０１７８】
次に、図１３及び図１４を参照して、図７のフローチャートで第２の目標空燃比設定処理に進んだ場合の動作について説明する。
【０１７９】
図１３に示すように、時刻ｔ３１で、運転モードがストイキ運転モードに切り替わると、電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵処理又は還元処理が可能か否かを判定する。時刻ｔ３１の時点では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン設定空燃比（＝１４．６５）以上なので、電子制御ユニット２００は、三元触媒３４でのＮＯｘ還元処理が不能であると判定する。そのため電子制御ユニット２００は、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能か否かを判定する。このタイムチャートでは、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が不能と判定されたものとする。
【０１８０】
その結果、電子制御ユニット２００は、フラグＦｓｐｉｋｅを１に設定し、第２の目標空燃比設定処理を実施する。第２の目標空燃比処理が実施されると、運転モードがストイキ運転モードに切り替わった時刻ｔ３１の時点では、フラグＦｓｔｏ２、フラグＦｓｃ２及びフラグＦｎｓｒはそれぞれ０に設定されているので、ＮＯｘ吸蔵量が回復要求量以上か否かが判定される。
【０１８１】
このタイムチャートでは、時刻ｔ３１の時点で、ＮＯｘ吸蔵量が回復要求量未満となっているので、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を酸素吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比に設定すると共に、フラグＦｓｃ２を１に設定する。
【０１８２】
その結果、時刻ｔ３２で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下となって、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復した判定されるまで、酸素吸蔵能力回復制御が実施される。
【０１８３】
そして時刻ｔ３２で、三元触媒３４の酸素吸蔵能力が回復したと判定されると、フラグＦｓｃ２が０に戻されると共にフラグＦｓｔｏ２が１に設定される。その結果、時刻ｔ３２以降は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が実施される。
【０１８４】
一方で図１４に示すように、時刻ｔ４１の時点で、ＮＯｘ吸蔵量が回復要求量以上となっていた場合は、電子制御ユニット２００は、目標空燃比をＮＯｘ吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比に設定すると共に、フラグＦｎｓｒを１に設定する。
【０１８５】
その結果、時刻ｔ４２で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下となった後も、時刻ｔ４３でＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力が回復したと判定されるまで、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御が実施される。
【０１８６】
そして時刻ｔ４３で、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力が回復したと判定されると、フラグＦｎｓｒが０に戻されると共にフラグＦｓｔｏ２が１に設定される。その結果、時刻ｔ４２以降は、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が実施される。
【０１８７】
このように、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定された場合は、切り替え時に排気後処理装置３３のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を回復させるためのリッチ制御が実施される。具体的には、切り替え時のＮＯｘ吸蔵量が回復要求量以上であればＮＯｘ吸蔵能回復制御が実施され、切り替え時のＮＯｘ吸蔵量が回復要求量未満であれば酸素吸蔵能力回復制御が実施される。
【０１８８】
切り替え時のＮＯｘ吸蔵量に応じてＮＯｘ吸蔵能回復制御を実施するか、又は、酸素吸蔵能力回復制御を実施するかを決定することで、ＮＯｘ吸蔵能回復制御を実施する場合には、効率良くＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。そのため、燃費の悪化を抑制することができる。
【０１８９】
一方、ＮＯｘ吸蔵量が少なく、ＮＯｘ吸蔵能回復制御を実施すると効率良くＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができない場合は、酸素吸蔵能力回復制御が実施される。そのため、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中に三元触媒３４の酸素吸蔵量が少なくなることに起因する排気エミッションの悪化（排気中のＨＣ及びＣＯの増加）を抑制することができる。
【０１９０】
＜ストイキ運転モード中の目標空燃比設定制御による効果＞
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の排気通路に設けられた三元触媒３４と、三元触媒３４よりも下流側の排気通路に設けられたＮＳＲ触媒３５と、ＮＳＲ触媒３５よりも下流側の排気通路に設けられたＳＣＲ３６と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット（制御装置）２００が、三元触媒３４に流入する排気の空燃比が目標空燃比となるように機関本体１から排出される排気の空燃比を制御し、機関運転状態に基づいて機関本体１の運転モードをリーン運転モード又はストイキ運転モードに切り替え、三元触媒３４の酸素吸蔵状態、ＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵状態及びＳＣＲ３６の還元剤吸蔵状態に基づいて、三元触媒３４、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６からなる排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能か否かを判定し、当該判定結果に応じて、ストイキ運転モード中の目標空燃比を設定するように構成されている。
【０１９１】
そして電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定されている場合は、目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定し、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定されている場合は、機関本体１の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに目標空燃比を排気後処理装置３３のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を回復させるためのリッチ制御用の空燃比に設定し、当該リッチ制御の終了後に目標空燃比をストイキ運転モード用の空燃比に設定するように構成されている。
【０１９２】
このように運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定された場合は、切り替え時にＮＯｘ吸蔵能回復制御を実施せずに、ストイキ運転モード用の目標空燃比通常切替制御が実施される。そのため、ＮＯｘ吸蔵能回復制御の頻度を減らすことができ、燃費の悪化を抑制することができる。一方で、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定された場合は、排気後処理装置３３のＮＯｘ吸蔵還元処理能力を回復させるためのリッチ制御が実施されるので、排気後処理装置３３の下流にＮＯｘが流出するのを抑制することができる。
【０１９３】
また本実施形態による電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が可能と判定した場合は、ストイキ運転モードに切り替わってからの機関運転状態等に基づいて、ストイキ運転モード中に三元触媒３４から流出したＮＯｘの積算量であるＮＯｘ積算量を算出し、当該ＮＯｘ積算量が、ストイキ運転モードに切り替わったときのＮＯｘ吸蔵還元可能量に基づいて設定される処理可能ＮＯｘ量以上になった場合は、ＮＯｘ積算量が当該処理可能ＮＯｘ量以上になるまでの間に１度も第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になっていなければ、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまで、目標空燃比を酸素吸蔵能回復制御用のリッチ空燃比（すなわち三元触媒３４のＮＯｘ還元処理能力を回復させるためのリッチ空燃比）に設定するように構成されている。
【０１９４】
このようにストイキ運転モード中は、必要に応じてＮＯｘ吸蔵能回復制御ではなく酸素吸蔵能力回復制御が実施される。そのため、排気後処理装置３３の下流にＮＯｘが流出するのを抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中に三元触媒３４の酸素吸蔵量が少なくなることに起因する排気エミッションの悪化（排気中のＨＣ及びＣＯの増加）を抑制することができる。
【０１９５】
また本実施形態による電子制御ユニット２００は、排気後処理装置３３全体でＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定した場合は、機関本体１の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときのＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が回復要求量未満であれば、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になるまで、目標空燃比を酸素吸蔵能回復制御用のリッチ空燃比に設定するように構成されている。
【０１９６】
このように、ＮＯｘ吸蔵量が少なく、ＮＯｘ吸蔵能回復制御を実施すると効率良くＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができない場合は、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに酸素吸蔵能力回復制御が実施される。そのため、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵能力回復制御中に三元触媒３４の酸素吸蔵量が少なくなることに起因する排気エミッションの悪化（排気中のＨＣ及びＣＯの増加）を抑制することができる。また、排気後処理装置３３の下流にＮＯｘが流出するのを抑制することができる。
【０１９７】
さらに本実施形態による電子制御ユニット２００は、ＮＯｘの吸蔵還元処理が不能と判定した場合は、機関本体１の運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときのＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵量が回復要求量以上であれば、目標空燃比をＮＯｘ吸蔵能力回復制御用のリッチ空燃比（すなわちＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵処理能力を回復させるためのリッチ空燃比）に設定するように構成されている。
【０１９８】
そのため、効率良くＮＳＲ触媒３５のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができるので、燃費の悪化を抑制しつつ、排気後処理装置３３の下流にＮＯｘが流出するのを抑制することができる。
【０１９９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０２００】
例えば上記の実施形態では、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能か否かを判定するために、ＮＯｘ吸蔵還元可能量が予め定められた第１所定量以上か否かを判定していた。そして上記の実施形態では、この第１所定量を固定値としていたが、例えば機関運転状態がアイドル運転状態と判断されてストイキ運転モードに切り替わった場合と、機関運転状態が高負荷運転状態と判断されてストイキ運転モードに切り替わった場合と、で変化させるようにしても良い。
【０２０１】
具体的には、機関運転状態がアイドル運転状態と判断されてストイキ運転モードに切り替わった場合は、機関運転状態が高負荷運転状態と判断されてストイキ運転モードに切り替わった場合よりも、第１所定量が小さくなるようにする。すなわち、機関運転状態がアイドル運転状態と判断されてストイキ運転モードに切り替わったときの方が、ＮＳＲ触媒３５及びＳＣＲ３６でのＮＯｘ吸蔵還元処理が可能と判断されやすくなるようにする。
【０２０２】
これは、機関運転状態がアイドル運転状態と判断されてストイキ運転モードに切り替わったときの方が、ストイキ運転モード中にＮＳＲ触媒３５に流入するＮＯｘ量が少ないことが明確なためである。これにより、運転モードがストイキ運転モードに切り替わったときに、第１の目標空燃比設定処理が実施される頻度が増加するので、燃費の悪化をさらに抑制することができる。
【０２０３】
また上記の実施形態では、内燃機関１００の一例として、無過給ガソリンエンジンを例示して説明したが、上記の構成に限られるものではなく、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無、過給態様等が、上記の構成と異なるものであっても良い。
【符号の説明】
【０２０４】
１    機関本体
３３    排気後処理装置
３４    三元触媒
３５    ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）
３６    ＳＣＲ（ＮＯｘ選択還元触媒）
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
2016186231.tif 000003
【図２】
2016186231.tif 000004
【図３】
2016186231.tif 000005
【図４】
2016186231.tif 000006
【図５】
2016186231.tif 000007
【図６】
2016186231.tif 000008
【図７】
2016186231.tif 000009
【図８】
2016186231.tif 000010
【図９】
2016186231.tif 000011
【図１０】
2016186231.tif 000012
【図１１】
2016186231.tif 000013
【図１２】
2016186231.tif 000014
【図１３】
2016186231.tif 000015
【図１４】
2016186231.tif 000016