(57)【要約】【課題】窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生することができる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】この制御装置は、内燃機関１０の排気通路に上流から下流に向けて順に配設された、上流側空燃比センサ６６、第１三元触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４、第１下流側空燃比センサ６７、第２三元触媒５５、第２下流側空燃比センサ６８及び第３三元触媒５６を備える。制御装置は、微粒子捕集フィルタの再生を行わないとき、上流側空燃比センサを用いたメインフィードバック制御と第１下流側空燃比センサを用いたサブフィードバック制御を行う。制御装置は、微粒子捕集フィルタの再生を行うとき、上流側空燃比センサを用いたメインフィードバック制御と第２下流側空燃比センサを用いたサブフィードバック制御を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路の上流側から下流側に向けて順に配設された上流側空燃比センサ、第１三元触媒、微粒子捕集フィルタ、第１下流側空燃比センサ、第２三元触媒、第２下流側空燃比センサ及び第３三元触媒を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を同微粒子捕集フィルタ内において燃焼させることにより同微粒子捕集フィルタを再生させる要求であるフィルタ再生要求が発生したか否かを判定するフィルタ再生要求発生判定手段と、
前記フィルタ再生要求が発生してないと判定されているとき前記上流側空燃比センサの出力により表される空燃比が理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第１上流側目標空燃比に一致するとともに前記第１下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第１下流側目標空燃比に一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する通常空燃比フィードバック制御を行ない、前記フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき前記上流側空燃比センサの出力により表される空燃比が所定の第２上流側目標空燃比に一致するとともに前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第２下流側目標空燃比に一致するように前記機関に供給される混合気の空燃比を制御するフィルタ再生用空燃比フィードバック制御を行なう空燃比フィードバック制御手段と、
を備えた制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記第１上流側目標空燃比を理論空燃比に設定するとともに前記第２上流側目標空燃比を理論空燃比に設定している制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記第１上流側目標空燃比を理論空燃比に設定するとともに、前記第２上流側目標空燃比を、前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲の外であって理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である強制リッチ空燃比及び前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲の外であって理論空燃比よりもリーン側の空燃比である強制リーン空燃比の何れかを時間の経過とともに交互に繰り返す空燃比に設定するように構成された制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記第２上流側目標空燃比を、前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化したときに前記強制リッチ空燃比に設定し、前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化したときに前記強制リーン空燃比に設定するように構成された制御装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記微粒子捕集フィルタの温度が高いほど大きくなるフィルタ温度対応値を取得するとともに、同取得されたフィルタ温度対応値が小さいほど前記強制リーン空燃比と前記理論空燃比との差が増大するように同強制リーン空燃比を変更する制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関の制御装置（空燃比制御装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼル機関から排出される微粒子（パティキュレート・マター（ＰＭ）、即ち、ＳＯＦ及びＳｏｏｔ等のナノ微粒子）を、排気通路に配設した微粒子捕集フィルタ（パティキュレート・フィルタ）により捕集するとともに、所定の条件が成立したときに微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させることにより微粒子捕集フィルタを再生させる内燃機関の制御装置が知られている。このような従来の制御装置の一つは、微粒子捕集フィルタの上流側空燃比と下流側空燃比とを検出し、それらの検出された空燃比により微粒子捕集フィルタが再生されている最中であるか否か（捕集された微粒子が燃焼している状態にあるか否か）を判定し、その判定結果に基づいてエンジンの運転モードを切り換えるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２４０７１９号公報
【発明の開示】
【０００３】
ところで、微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させるためには、微粒子捕集フィルタが高温であること、及び、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されること、が必要である。上記従来の制御装置は、供給される混合気の空燃比が非常にリーン（希薄）であるディーゼル機関に適用される。従って、微粒子捕集フィルタには微粒子を燃焼させるための酸素が十分に供給されている。そこで、上記従来の制御装置は、燃料噴射時期の遅角、燃料噴射量の増大及び吸気絞り弁による吸気量の減少等を実行することによって微粒子捕集フィルタの温度を上昇させ、以って、捕集した微粒子を燃焼させている。
【０００４】
一方、近年においては、ガソリン機関から排出される微粒子の量を低減するため、ガソリン機関の排気通路にも微粒子捕集フィルタを配設することが検討されている。他方、一般のガソリン機関においては、未燃物（ＨＣ及びＣＯ等）の大気中への排出量及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の大気中への排出量を低減することを目的として排気通路に三元触媒が備えられ、機関に供給される混合気の空燃比（以下、「機関の空燃比」とも称呼する。）が理論空燃比近傍の空燃比となるように燃料量が制御されている。
【０００５】
前述したように、微粒子捕集フィルタを再生させる（微粒子を燃焼させる）ためには、微粒子捕集フィルタに酸素が供給されなければならない。ところが、機関の空燃比が理論空燃比近傍の空燃比に制御されていると、微粒子捕集フィルタに酸素が殆ど供給されない。特に、微粒子捕集フィルタの上流に三元触媒である上流側触媒が備えられている場合、上流側触媒により酸素が消費及び吸蔵されるから、微粒子捕集フィルタに流入する酸素量は極めて少なくなる。従って、ガソリン機関において微粒子捕集フィルタを再生させるためには、機関の空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比（以下、「リーン空燃比」とも称呼する。）に制御することにより、微粒子捕集フィルタに酸素を供給しなければならない。しかしながら、機関の空燃比を三元触媒の状態に関わらずリーン空燃比に設定すると、機関の空燃比がリーン空燃比であるときに機関から多く排出される窒素酸化物を三元触媒によって浄化できない場合（例えば、三元触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に到達して窒素酸化物を還元できない場合等）が生じ、窒素酸化物が大気中へ多く排出されてしまうという問題が発生する。
【０００６】
従って、本発明の目的は、排気通路に微粒子捕集フィルタと三元触媒とを備えた内燃機関（ガソリン機関）の制御装置であって、窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタを再生させる（微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を燃焼させる）ことができる制御装置を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明による制御装置は、内燃機関の排気通路の上流側から下流側に向けて順に同排気通路に配設された上流側空燃比センサ、第１三元触媒、微粒子捕集フィルタ、第１下流側空燃比センサ、第２三元触媒、第２下流側空燃比センサ及び第３三元触媒を備えた内燃機関に適用される。ここで、「排気通路の上流側から下流側に向けて」とは、「排気通路内の排ガスの流れの上流側から下流側に向けて」の意味である。
【０００８】
前記内燃機関が多気筒内燃機関である場合、前記排気通路とは、各気筒に接続されたエキゾーストマニホールドの枝部が集合した集合部よりも下流に形成される排気通路を意味する。
【０００９】
前記第１三元触媒乃至第３三元触媒のそれぞれは、ＨＣ及びＣＯ等の未燃物と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒機能と、酸素吸蔵機能と、を有する。酸素吸蔵機能とは、触媒に過剰に流入する酸素及び窒素酸化物等から奪った酸素を吸蔵し、触媒に流入する未燃物に対してその吸蔵している酸素を供給することによりその未燃物を浄化する機能である。
【００１０】
前記上流側空燃比センサ、前記第１下流側空燃比センサ及び前記第２下流側空燃比センサのそれぞれは、それぞれが配設された排気通路の部位を通過する排ガスの空燃比に応じた出力を発生するようになっている。なお、好ましい実施形態において、前記上流側空燃比センサは検出対象のガスの空燃比の変化に対して出力が連続的に変化する広域空燃比センサ（例えば、限界電流式センサ）であり、前記第１下流側空燃比センサ及び前記第２下流側空燃比センサのそれぞれは理論空燃比において出力が急変する濃淡電池型センサ（所謂、Ｏ２センサ）である。
【００１１】
本内燃機関の制御装置は、フィルタ再生要求発生判定手段と、空燃比フィードバック制御手段と、を備えている。
【００１２】
前記フィルタ再生要求発生判定手段は、前記微粒子捕集フィルタに捕集された微粒子を同微粒子捕集フィルタ内において燃焼させることにより同微粒子捕集フィルタを再生させる要求である「フィルタ再生要求」が発生したか否かを判定するようになっている。
【００１３】
例えば、フィルタ再生要求発生判定手段は、機関の運転状態（吸入空気量（負荷）、機関の空燃比、走行距離及び機関運転時間等）に基づき、前記微粒子捕集フィルタを再生させる要求が発生したか否かを判定する。
【００１４】
より具体的に述べると、フィルタ再生要求発生判定手段は、車両の工場出荷時点、微粒子捕集フィルタが新品の微粒子捕集フィルタに交換された時点及び前回のフィルタ再生制御が終了した時点等の「微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子の量が極めて微量な時点（捕集微粒子少量時点）」からの積算吸入空気量、積算走行距離及び積算機関運転時間等の何れかが所定値以上となったとき、フィルタ再生要求が発生したと判定するように構成され得る。代替として、フィルタ再生要求発生判定手段は、吸入空気量及び機関の空燃比等から単位時間あたりに機関から排出される微粒子量を推定し、その単位時間当たりの微粒子量を「捕集微粒子少量時点」から積分することにより得られる微粒子捕集量（微粒子捕集フィルタに捕集されているであろう微粒子の量の推定値）が所定値以上となったとき、フィルタ再生要求が発生したと判定するように構成され得る。
【００１５】
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記フィルタ再生要求が発生してないと判定されているとき「通常空燃比フィードバック制御」を行なう。この通常空燃比フィードバック制御は、前記上流側空燃比センサの出力により表される空燃比が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」内の第１上流側目標空燃比に一致するとともに、前記第１下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が「前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」内の第１下流側目標空燃比に一致するように、前記機関に供給される混合気の空燃比を制御するフィードバック制御である。
【００１６】
上記「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」とは、三元触媒の所謂「ウインドウ」の範囲のことである。この「ウインドウ」とは、三元触媒が、未燃物（ＨＣ，ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）のそれぞれを所定率以上の高浄化率（高転化率）にて同時に浄化し得る空燃比範囲のことである。
【００１７】
これによれば、通常時（即ちフィルタ再生要求が発生してないとき）、第１下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が「前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第１下流側目標空燃比」に一致するように、機関の空燃比が制御される。第１下流側空燃比センサは、第１三元触媒の下流側に配設されている。従って、第１下流側空燃比センサは、上流側空燃比センサよりも「熱及び被毒によって劣化（特性ズレ）する」可能性が小さい。また、上流側空燃比センサは配設位置により特定の気筒の影響を強く受けることがあり、機関の空燃比の平均を精度良く検出できない場合がある。これに対し、第１下流側空燃比センサは、第１三元触媒を通過した後の排ガスの空燃比を検出するので、特定気筒の影響を受け難く、機関の空燃比の平均を精度良く検出することができる。更に、通常空燃比フィードバック制御においては、第１下流側空燃比センサの出力のみに基づくフィードバック制御では補償することが困難な「機関の空燃比の過渡的な変動」を上流側空燃比センサの出力を用いたフィードバック制御により補償することができる。従って、上記構成によれば、通常時、機関の空燃比がウインドウ内に極めて精度良く制御されるので、機関から排出される未燃物及び窒素酸化物は極めて高い浄化率にて浄化され得る。
【００１８】
更に、前記空燃比フィードバック制御手段は、前記フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御を行なう。フィルタ再生用空燃比フィードバック制御は、前記フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき前記上流側空燃比センサの出力により表される空燃比が所定の第２上流側目標空燃比に一致するとともに、前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が「前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」内の第２下流側目標空燃比に一致するように、機関の空燃比を制御するフィードバック制御である。
【００１９】
この場合、後述するように、第２上流側目標空燃比は第１上流側目標空燃比と同一の空燃比（例えば、理論空燃比）であってもよく、第１上流側目標空燃比と相違する空燃比であってもよい。同様に、第２下流側目標空燃比は「前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」内の空燃比であればよく、第１下流側目標空燃比と同一の空燃比（例えば、理論空燃比）であってもよく、第１下流側目標空燃比と相違していてもよい。
【００２０】
いま、第１下流側空燃比センサの出力により示される空燃比が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の下流側目標空燃比（前記第１下流側目標空燃比）」よりもリッチ側の空燃比であって、且つ、機関の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に制御され続けると仮定する。このとき、第１三元触媒には過剰な酸素が流入するから、第１三元触媒の酸素吸蔵量は次第に増大し第１三元触媒の最大酸素吸蔵量に到達する。この時点まで、微粒子捕集フィルタには酸素は供給されない。そして、この時点から僅かな時間が経過すると、酸素は微粒子捕集フィルタに供給され、且つ、微粒子捕集フィルタの下流へと流出する。この結果、第１下流側空燃比センサの出力により示される空燃比は下流側目標空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する。即ち、第１下流側空燃比センサの出力は「リーン反転」する。このため、通常空燃比フィードバック制御により、第１下流側空燃比センサの出力が下流側目標空燃比に一致するように空燃比フィードバック制御が実行されていると、機関の空燃比はリーン反転時点の直後から「理論空燃比よりリッチ側の空燃比」へと比較的短時間内に変更される。これにより、機関から過剰な酸素が排出されなくなるので、微粒子捕集フィルタにも酸素は供給されない。このように、通常空燃比フィードバック制御によれば、微粒子捕集フィルタに酸素が殆ど流入しないので、微粒子が燃焼せず、微粒子捕集フィルタの再生が進行しない。
【００２１】
ところが、第２下流側空燃比センサは酸素吸蔵機能を有する第２三元触媒の下流に配設されているから、第２下流側空燃比センサの出力は、第１下流側空燃比センサの出力のリーン反転後において、第２三元触媒の酸素吸蔵量が第２三元触媒の最大酸素吸蔵量に到達するまでリーン反転しない。従って、本制御装置のように、フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき、第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が下流側目標空燃比（第２下流側目標空燃比）に一致するように機関の空燃比がフィードバック制御されれば、機関の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の空燃比へと変更される時期が遅れる。換言すると、第２下流側空燃比センサの出力がリーン反転するまで機関の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比に制御されるので、微粒子捕集フィルタに多量の酸素が供給される。その結果、微粒子捕集フィルタ内において微粒子が燃焼するので、微粒子捕集フィルタが再生される。
【００２２】
しかも、第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比がウインドウ内の下流側目標空燃比（第２下流側目標空燃比）に一致するように制御されるので、第３三元触媒に流入するガスの空燃比の平均はウインドウ内の空燃比となる。この結果、機関から排出された未燃物及び窒素酸化物は第３三元触媒により高い効率にて浄化される。即ち、本制御装置は、未燃物及び窒素酸化物の排出量の増大を抑制しながら、微粒子捕集フィルタを再生させることができる。
【００２３】
この場合、前記空燃比フィードバック制御手段は、前記第１上流側目標空燃比を理論空燃比に設定するとともに前記第２上流側目標空燃比を理論空燃比に設定していてもよい。
【００２４】
また、前記空燃比フィードバック制御手段は、前記第１上流側目標空燃比を理論空燃比に設定するとともに、前記第２上流側目標空燃比を「前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」外であって「理論空燃比よりもリッチ側の空燃比である強制リッチ空燃比」及び「前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」外であって「理論空燃比よりもリーン側の空燃比である強制リーン空燃比」の何れかを、時間の経過とともに交互に繰り返す空燃比に設定するように構成されることが好適である。
【００２５】
これによれば、前記フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき（即ち、微粒子捕集フィルタを再生するとき）の機関の空燃比の振幅は、前記フィルタ再生要求が発生していないと判定されているときの機関の空燃比の振幅よりも大きくなる。しかも、この状態の機関の瞬時瞬時の空燃比はウインドウを越えて振動するから、第２上流側目標空燃比が強制リーン空燃比に設定されたとき、高濃度の酸素が微粒子捕集フィルタに流入する。その結果、微粒子捕集フィルタ内において微粒子が効率よく燃焼するから、微粒子捕集フィルタを短期間内に効率よく再生することができる。但し、前述したように、第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比がウインドウ内の第２下流側目標空燃比に一致するように制御されるので、第３三元触媒に流入するガスの空燃比の平均はウインドウ内の空燃比となる。この結果、未燃物及び窒素酸化物の排出量の増大を第３三元触媒の浄化昨日により回避しながら、微粒子捕集フィルタを効率よく再生させることができる。
【００２６】
この場合、
前記空燃比フィードバック制御手段は、前記第２上流側目標空燃比を、前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化したときに前記強制リッチ空燃比に設定し、前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比よりもリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと変化したときに前記強制リーン空燃比に設定するように構成されることが好適である。
【００２７】
これによれば、第２三元触媒の酸素吸蔵量が同第２三元触媒の最大酸素吸蔵量に到達することにより前記第２下流側空燃比センサの出力により表される空燃比が前記理論空燃比よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する時点（リーン反転時点）まで、前記第２上流側目標空燃比は強制リーン空燃比に設定される。このリーン反転時点において、第３三元触媒の酸素吸蔵量は同第３三元触媒の最大酸素吸蔵量には到達していない。従って、そのリーン反転時点にて第２上流側目標空燃比が強制リッチ空燃比に変更されれば第３三元触媒の浄化作用が期待できるから、エミッションの悪化を回避できる。しかも、そのリーン反転時点まで第２上流側目標空燃比が強制リーン空燃比に設定されるので、機関から高濃度の酸素を含むガスが排出される期間を長期化することができる。その結果、微粒子捕集フィルタに多量の酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタを効率良く再生することができる。
【００２８】
この場合、前記空燃比フィードバック制御手段は、前記微粒子捕集フィルタの温度が高いほど大きくなるフィルタ温度対応値を取得するとともに、同取得されたフィルタ温度対応値が小さいほど前記強制リーン空燃比と前記理論空燃比との差を増大させることが好適である。
【００２９】
微粒子捕集フィルタの温度が低いほど、微粒子捕集フィルタに捕集されている微粒子は燃焼し難くなる。一方、微粒子捕集フィルタにより多くの酸素が供給されるほど、より多くの微粒子が燃焼する。そこで、上記空燃比フィードバック制御手段は、微粒子捕集フィルタの温度が低いほど、強制リーン空燃比をより一層リーン側の空燃比に設定することにより、機関からより多くの酸素を排出させ、それにより、微粒子捕集フィルタにより多くの酸素を供給させる。この結果、微粒子捕集フィルタの温度に関わらず、微粒子捕集フィルタの再生を確実に進行させることができる。更に、微粒子捕集フィルタの温度が高い場合には、前記第２上流側目標空燃比が前記強制リーン空燃比に設定されている場合における機関の瞬時瞬時の空燃比が理論空燃比に近づくので、機関から排出される窒素酸化物の量も低下する。従って、この態様によれば、窒素酸化物の排出量を極力少なく抑えながら、微粒子捕集フィルタを確実に再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第１制御装置」とも称呼する。）を火花点火式多気筒（本例では４気筒）内燃機関（ガソリンエンジン）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。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からの排気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。
【００３２】
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の上面は、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
【００３３】
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インテークカムシャフトの位相角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。燃料噴射手段としてのインジェクタ３９は、噴射指示信号に応答して同噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を噴射するようになっている。
【００３４】
吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管（吸気ダクト）４２、エアフィルタ４３、スロットル弁４４及びスロットル弁アクチュエータ４４ａを備えている。
【００３５】
インテークマニホールド４１は、各気筒の燃焼室２５の吸気ポート３１に接続されている。より詳細には、図２に示したように、インテークマニホールド４１は各吸気ポートに接続された複数の枝部４１ａと、それらの枝部４１ａが集合したサージタンク部４１ｂと、を備えている。図１及び図２に示したように、吸気管４２はサージタンク部４１ｂに接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。図１に示したエアフィルタ４３は吸気管４２の端部に設けられている。スロットル弁４４は吸気管４２に回動可能設けられ、回動することにより吸気管４２が形成する吸気通路の開口断面積を変更するようになっている。スロットル弁アクチュエータ（スロットル弁駆動手段）４４ａは、ＤＣモータからなり、指示信号に応答してスロットル弁４４を回転駆動するようになっている。
【００３６】
排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、エキゾーストパイプ（排気管）５２、第１三元触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４、第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６を備えている。
【００３７】
エキゾーストマニホールド５１は、図１に示したように、各気筒の燃焼室２５の排気ポート３４に接続されている。より詳細には、図２に示したように、エキゾーストマニホールド５１は各排気ポートに接続された複数の枝部５１ａと、それらの枝部５１ａが集合した集合部５１ｂと、を備えている。エキゾーストパイプ５２は、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂに接続されている。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は排気経路を構成している。なお、本明細書において、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂとエキゾーストパイプ５２とが形成する排ガスを通過させるための経路を、便宜上「排気通路」と称呼する。
【００３８】
第１三元触媒（上流側触媒）５３は、セラミックからなる担持体に「触媒物質である貴金属」及び「セリア（CeO2)」を担持していて、触媒機能と酸素吸蔵・放出機能（単に「酸素吸蔵機能」又は「Ｏ２ストレージ機能」とも称呼する。）とを有する三元触媒である。第１三元触媒５３はエキゾーストパイプ５２に配設（介装）されている。換言すると、第１三元触媒５３は、集合部５１ｂよりも下流の排気通路に配設されている。第１三元触媒５３は、スタート・キャタリティック・コンバータ（ＳＣ）とも称呼される。
【００３９】
微粒子捕集フィルタ５４はセラミックからなる周知の微粒子フィルタであり、機関１０から排出される微粒子を捕集するようになっている。微粒子捕集フィルタ５４は、第１三元触媒５３よりも下流の位置において排気通路（エキゾーストパイプ５２）に配設（介装）されている。微粒子捕集フィルタ５４はパティキュレート・マター・フィルタ（ＰＭＦ）とも称呼される。
【００４０】
第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６は、第１三元触媒５３と同様、セラミックからなる担持体に貴金属（触媒物質）及びセリア（CeO2)を担持していて、触媒機能及び酸素吸蔵機能を有する三元触媒である。
第２三元触媒５５は微粒子捕集フィルタ５４よりも下流の位置において排気通路（エキゾーストパイプ５２）に配設（介装）されている。
第３三元触媒５６は、第２三元触媒５５よりも下流の位置において排気通路（エキゾーストパイプ５２）に配設（介装）されている。
第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６は、何れも車両のフロア下方に配設されているため、アンダ・フロア・キャタリティック・コンバータ（ＵＦＣ）とも称呼される。また、第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６は、第１下流側触媒５５及び第２下流側触媒５６ともそれぞれ称呼される。
【００４１】
第１三元触媒５３、第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６等の三元触媒は、図３に示したように、三元触媒に流入するガスの空燃比が所謂「ウインドウＷ」（理論空燃比を含む所定の空燃比範囲）内にあるとき、未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することにより、これらの有害成分を高い効率で浄化する特性（触媒機能）を有する。
【００４２】
また、三元触媒は、酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化することができる。即ち、機関の空燃比が理論空燃比よりもリーン側の空燃比となって三元触媒に流入するガスにＮＯｘが多量に含まれると、触媒はＮＯｘから酸素分子を奪って（ＮＯｘを還元し）、その奪った酸素分子を吸蔵する。このような状態は、三元触媒が「実質的に還元剤（還元成分）を保持している状態である。」と表現することもできる。また、機関の空燃比が理論空燃比よりもリッチ側の空燃比になって三元触媒に流入するガスにＨＣ,ＣＯ等の未燃物（還元成分）が多量に含まれると、三元触媒は吸蔵している酸素分子をこれらの未燃物に対して与え、これらの成分を酸化（浄化）する。このような状態は、三元触媒が「実質的に酸化剤（酸化成分）を保持している状態である。」と表現することもできる。
【００４３】
更に、このシステムは、図１に示したように、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５、上流側空燃比センサ６６、第１下流側空燃比センサ６７、第２下流側空燃比センサ６８及びアクセル開度センサ６９を備えている。
【００４４】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）Ｇａ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６２は、スロットル弁４４の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
【００４５】
カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。この信号はＧ２信号とも称呼される。
クランクポジションセンサ６４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。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスは後述する電気制御装置７０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置７０は、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。
水温センサ６５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。
【００４６】
上流側空燃比センサ６６は、図２に示したように、エキゾーストマニホールド５１の集合部５１ｂと第１三元触媒５３との間の位置において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の何れか（即ち、排気通路）に配設されている。上流側空燃比センサ６６は、上流側空燃比センサ６６が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（被検出ガス）の空燃比に応じた出力値を出力するようになっている。
【００４７】
より具体的に述べると、上流側空燃比センサ６６は限界電流式の酸素濃度センサである。上流側空燃比センサ６６は、図４に示したように、被検出ガスの空燃比Ａ／Ｆ（従って、機関に供給される混合気の空燃比）に応じた電圧である出力値Vabyfsを出力するようになっている。この出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。出力値Vabyfsは、被検出ガスの空燃比が大きくなる（リーンとなる）ほど増大する。即ち、上流側空燃比センサ６６は、検出対象のガスの空燃比の変化に対して出力が連続的に変化する広域空燃比センサである。
【００４８】
後述する電気制御装置７０は、図４により示したテーブル（マップ）Mapabyfsを記憶していて、そのテーブルに実際の出力値Vabyfsを適用することによって空燃比を検出する（検出空燃比abyfsを取得する）ようになっている。
【００４９】
第１下流側空燃比センサ６７は、図１及び図２に示したように、微粒子捕集フィルタ５４と第２三元触媒５５との間の位置においてエキゾーストパイプ５２（排気通路）に配設されている。第１下流側空燃比センサ６７は、第１下流側空燃比センサ６７が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（被検出ガス、第２三元触媒５５に流入するガス）の空燃比に応じた出力値Voxs1を出力するようになっている。
【００５０】
より具体的に述べると、第１下流側空燃比センサ６７は起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサである。従って、第１下流側空燃比センサ６７は、酸素濃度センサ６７とも称呼される。第１下流側空燃比センサ６７は、図５に示したように、理論空燃比近傍において急変する電圧である出力値Voxs1を出力する。即ち、第１下流側空燃比センサ６７は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリーン側の空燃比であるときに略０．１（Ｖ）、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりも大きくリッチ側の空燃比であるときに略０．９（Ｖ）、空燃比が理論空燃比のときは０．５（Ｖ）の電圧を出力するようになっている。更に、第１下流側空燃比センサ６７は、被検出ガスの空燃比が理論空燃比近傍の空燃比（前述した、三元触媒のウインドウＷに実質的に対応する空燃比）であるとき、被検出ガスの空燃比がリッチからリーンに変化するに従って急激に減少する（略０．９（Ｖ）から略０．１（Ｖ）に向けて変化する）電圧を出力するようになっている。なお、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1に基づいて得られる第１三元触媒５３の下流側空燃比afdown1は、図５に示した出力値Voxsと下流側空燃比afdownとの関係を表す関数をｆとするとき、afdown1＝ｆ(Voxs1)により求められる。
【００５１】
第２下流側空燃比センサ６８は、図１及び図２に示したように、第２三元触媒５５と第３三元触媒５６との間の位置においてエキゾーストパイプ５２（排気通路）に配設されている。第２下流側空燃比センサ６８は、第２下流側空燃比センサ６８が配設された排気通路内の部位を流れる排ガス（被検出ガス、第３三元触媒５６に流入するガス）の空燃比に応じた出力値Voxs2を出力するようになっている。第２下流側空燃比センサ６８は、第１下流側空燃比センサ６７と同じ出力特性を有する起電力式の酸素濃度センサである。第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2に基づいて得られる第２三元触媒５５の下流側空燃比afdown2は、図５に示した出力値Voxs2と下流側空燃比afdownとの関係を表す関数をｆとするとき、afdown2＝ｆ(Voxs2)により求められる。
【００５２】
このように、機関１０の排気通路には、その上流側から下流側に向けて、上流側空燃比センサ６６、第１三元触媒５３、微粒子捕集フィルタ５４、第１下流側空燃比センサ６７、第２三元触媒５５、第２下流側空燃比センサ６８及び第３三元触媒５６が順に直列に配設されている。
【００５３】
再び、図１を参照すると、アクセル開度センサ６９は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。
【００５４】
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに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ＲＡＭ７４、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。
【００５５】
インターフェース７５は、前記センサ６１〜６９と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６９からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１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及びスロットル弁アクチュエータ４４ａ等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００５６】
次に、第１制御装置による各種の空燃比制御の概要について述べる。
＜メインフィードバック制御の概要＞
第１制御装置は、メインフィードバック制御条件が成立したとき、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて取得された上流側空燃比abyfsが上流側目標空燃比abyfr（メインフィードバック目標値）に一致するように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（メインフィードバック制御）する。本例において、メインフィードバック制御条件は、上流側空燃比センサ６６が活性化しているときに成立し、その他の場合に不成立となる。なお、メインフィードバック制御条件には、他の条件が加えられてもよい。後述するように、メインフィードバック制御においては、上流側目標空燃比abyfrと筒内吸入空気量Mcとに基づいて基本燃料噴射量（フィードフォワード燃料噴射量）Fbaseが決定され、その基本燃料噴射量Fbaseは、「出力値Vabyfsに基づいて取得された上流側空燃比abyfs」と「上流側目標空燃比abyfr」とが一致するようにそれらの値に基づいて算出されるメインフィードバック補正値KFmainにより補正される。
【００５７】
上流側目標空燃比abyfrは、微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求が発生していないとき（フィルタ再生要求非発生時）に実行される「通常空燃比フィードバック制御時」において第１上流側目標空燃比に設定され、微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求が発生したとき（フィルタ再生要求発生時）に実行される「フィルタ再生用空燃比フィードバック制御時」において第２上流側目標空燃比に設定される。第１制御装置において、第１上流側目標空燃比と第２上流側目標空燃比は同一であり、何れも「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比（本例においては理論空燃比）」に設定される。この「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲」とは、上述した「ウインドウＷ」のことである。なお、第２上流側目標空燃比は、後述する第２実施形態等に係る制御装置において、「強制リーン空燃比afenL」及び「強制リッチ空燃比afenR」に時間の経過に伴って交互に変化させられる場合もある。
【００５８】
＜サブフィードバック制御の概要＞
第１制御装置は、サブフィードバック制御条件が成立したとき、上記メインフィードバック制御に加えてサブフィードバック制御を実行する。このサブフィードバック制御は、第１下流側空燃比センサ６７及び第２下流側空燃比センサ６８の何れかの出力値を用いて行われる。
【００５９】
より具体的に述べると、第１制御装置は、フィルタ再生要求非発生時、第１下流側空燃比センサ６７をサブフィードバック制御用の空燃比センサとして選択する。以下、このようにサブフィードバック制御用に選択される下流側空燃比センサを「選択空燃比センサ」とも称呼する。上述したメインフィードバック制御と、選択空燃比センサとして第１下流側空燃比センサ６７が選択された状態におけるサブフィードバック制御と、を実行する制御が、上記「通常空燃比フィードバック制御」である。
【００６０】
第１制御装置は、フィルタ再生要求発生時、第２下流側空燃比センサ６８をサブフィードバック制御用の空燃比センサとして選択する。上述したメインフィードバック制御と、選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８が選択された状態におけるサブフィードバック制御と、を実行する制御が、上記「フィルタ再生用空燃比フィードバック制御」である。
【００６１】
本例において、サブフィードバック制御条件は、メインフィードバック制御実行中であり、且つ、選択空燃比センサが活性化しているときに成立し、その他の場合に不成立となる。なお、サブフィードバック制御条件には、他の条件が加えられてもよい。
【００６２】
以下、選択空燃比センサの出力値（即ち、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1及び第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2のうちの何れか選択された方）を「選択空燃比センサの出力値Voxs」とも表記する。第１制御装置は、サブフィードバック制御において、選択空燃比センサの出力値Voxsが、下流側目標空燃比に相当する値である下流側目標値Voxsrefに一致するように、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する。
【００６３】
換言すると、サブフィードバック制御は、選択空燃比センサの出力値Voxsにより表される下流側空燃比afdownが、下流側目標値Voxsrefにより表される下流側目標空燃比に一致するように機関に供給される混合気の空燃比（燃料量）を調整するフィードバック制御である。サブフィードバック制御は、例えば、選択空燃比センサの出力値Voxsと下流側目標値Voxsrefとの偏差（出力偏差量DVoxs）をＰＩ（比例・積分）制御又はＰＩＤ（比例・積分、微分）制御によって「０」に一致させようとする制御である。
【００６４】
下流側目標値Voxsrefは、選択空燃比センサが配設された位置を通過するガス（被検出ガス）の空燃比が「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）内の下流側目標空燃比（本例においては理論空燃比）」であるときに、「選択空燃比センサが出力するべき値（例えば、Voxsref＝理論空燃比相当値Voxsst＝０．５Ｖ）」に設定されている。下流側目標値Voxsrefは、フィルタ再生要求非発生時及びフィルタ再生要求発生時の双方において、理論空燃比相当値Voxsstに設定されている。これにより、機関１０に供給される混合気の空燃比（より正確には、選択空燃比センサが第１下流側空燃比センサ６７である場合には第２三元触媒５５に流入するガスの空燃比、選択空燃比センサが第２下流側空燃比センサ６８である場合には第３三元触媒５６に流入するガスの空燃比）の平均（中心、中央値）が理論空燃比に一致させられる。なお、フィルタ再生要求非発生時において設定される下流側目標値Voxsrefに対応する空燃比を、便宜上「第１下流側目標空燃比」とも称呼する。また、フィルタ再生要求発生時において設定される下流側目標値Voxsrefに対応する空燃比を、便宜上「第２下流側目標空燃比」とも称呼する。
【００６５】
なお、下流側目標値Voxsrefは、図５に示したように、選択空燃比センサが配設された位置を通過するガスの空燃比が「理論空燃比より僅かな所定値Δafだけリッチ側の空燃比ＡＦＲ」に相当する空燃比であるときに「選択空燃比センサが出力するべき値（例えば、Voxsref＝Vrich＝０．５５Ｖ）」に設定されてもよい。これにより、機関１０に供給される混合気の空燃比（より正確には、選択空燃比センサが第１下流側空燃比センサ６７である場合には第２三元触媒５５に流入するガスの空燃比、選択空燃比センサが第２下流側空燃比センサ６８である場合には第３三元触媒５６に流入するガスの空燃比）の平均は理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比（以下、「弱リッチ空燃比ＡＦＲ」とも称呼する。）に一致させられる。
【００６６】
この弱リッチ空燃比ＡＦＲは、図３に示したように、ウインドウＷ内であって理論空燃比よりも僅かにリッチ側の空燃比である。このように、機関に供給される混合気の空燃比の平均を弱リッチ空燃比ＡＦＲに制御するのは、第１三元触媒５３、第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６等の三元触媒の「未燃物の浄化率」は機関の空燃比がウインドウＷより僅かにリッチ側に偏移しても比較的緩やかに低下するのに対し、三元触媒の「窒素酸化物の浄化率」は機関の空燃比がウインドウＷより僅かにリーン側に偏移すると急激に低下するからである。
【００６７】
＜フィルタ再生用空燃比フィードバック制御（微粒子捕集フィルタ再生制御）の作動＞
ところで、微粒子捕集フィルタ５４は微粒子を捕集するほと微粒子の捕集能力が低下する。逆に、微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子を微粒子捕集フィルタ５４内において燃焼させれば、微粒子捕集フィルタ５４の微粒子捕集能力は復帰する。即ち、微粒子捕集フィルタ５４を再生させることができる。微粒子捕集フィルタ５４内に捕集された微粒子を燃焼させるためには、
（１）微粒子捕集フィルタ５４内が高温であること、及び、
（２）微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されること、
が必要である。
【００６８】
一般に、理論空燃比近傍の空燃比にて運転されるガソリン機関が通常の運転状態（始動直後等を除く運転状態）にあるとき、微粒子捕集フィルタ５４内の温度は捕集された微粒子を燃焼させるのに十分な程度の高い温度になる。一方、所定の減速運転状態となってフューエルカット（燃料供給停止）制御が行われると、機関１０から多量の酸素を含む空気が排出される。従って、フューエルカット制御が所定時間以上継続して実行されると、第１三元触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は第１三元触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、酸素が第１三元触媒５３から流出し始める。第１三元触媒５３から流出した酸素は微粒子捕集フィルタ５４内に流入する。
【００６９】
この結果、微粒子捕集フィルタ５４内は高温であり且つ微粒子捕集フィルタ５４に酸素が供給されるので、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されていた微粒子が微粒子捕集フィルタ５４内において燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４は再生される。しかしながら、フューエルカット制御がどのような頻度にて実行されるか、及び、フューエルカット制御時間がどの程度に及ぶか、は機関１０の運転がどのように行われるかに依存する。従って、フューエルカット制御のみによって微粒子捕集フィルタ５４を再生させることを常に期待することは適当ではない。
【００７０】
そこで、フューエルカット制御が実行されていないときに機関１０の空燃比を強制的にリーン空燃比に設定することにより、機関１０から比較的多量の酸素を排出させ、それによって微粒子捕集フィルタ５４に酸素を供給する（微粒子を燃焼させて微粒子捕集フィルタ５４を再生させる）ことが有効であると考えられる。
【００７１】
ところで、このように機関の空燃比をリーン空燃比に設定する場合、微粒子捕集フィルタ５４に酸素を供給するためには、先ず、第１三元触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１を第１三元触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達させることにより、第１三元触媒５３から酸素を流出させなければならない。しかしながら、第１三元触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が第１三元触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、且つ、機関の空燃比がウインドウＷ外のリーン空燃比であると、第１三元触媒５３はＮＯｘを効果的に浄化することができない。更に、機関の空燃比はリーン空燃比に設定されているから、機関からは多量のＮＯｘが排出される。
【００７２】
このとき、第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６の各酸素吸蔵量がそれぞれの最大酸素吸蔵量よりもある程度小さければ、これらの三元触媒は第１三元触媒５３から流出したＮＯｘを浄化することができる。これに対し、フューエルカット復帰直後（フューエルカット終了直後）のように、第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６の各酸素吸蔵量がそれぞれの最大酸素吸蔵量に到達していると、これらの三元触媒はＮＯｘを十分に浄化ですることができず、多量のＮＯｘが大気中に放出されてしまうという問題が生じる。
【００７３】
そこで、上述したように、第１制御装置は微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求が生じたとき、サブフィードバック制御に使用する空燃比センサ（選択空燃比センサ）を第１下流側空燃比センサ６７から第２下流側空燃比センサ６８に切り換える。これにより、微粒子捕集フィルタ５４には以下に述べるように多量の酸素が流入するので、微粒子捕集フィルタ５４内において微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４が再生する。このとき、サブフィードバック制御によって、第３三元触媒５６に流入するガスの空燃比の平均が略理論空燃比に維持されるので、未燃物及び窒素酸化物は第３三元触媒５６により浄化される。その結果、エミッションを悪化させることなく、微粒子捕集フィルタ５４を再生することができる。この制御が、上述した「フィルタ再生用空燃比フィードバック制御」である。
【００７４】
ここで、選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８を採用することにより、微粒子捕集フィルタ５４の再生が行われる理由について述べる。
【００７５】
いま、通常空燃比フィードバック制御中であり、選択空燃比センサとしての第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1により示される空燃比afdown1が下流側目標空燃比である理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であって、且つ、機関の空燃比がサブフィードバック制御によって理論空燃比よりもリーン側の空燃比に制御され続けていると仮定する。この場合、機関１０から過剰の酸素が排出されるので、第１三元触媒５３に酸素が流入する。従って、図６の（Ａ）及び（Ｂ）の時刻ｔ１〜時刻ｔ２に示したように、第１三元触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１は、次第に増大し、時刻ｔ２にて第１三元触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達する。その後、時刻ｔ２から僅かな時間が経過した時刻ｔ３になると、酸素は微粒子捕集フィルタ５４を通して微粒子捕集フィルタ５４の下流へと漏れ出す。
【００７６】
この結果、図６の（Ａ）の時刻ｔ３に示したように、第１下流側空燃比センサ６７の出力により示される空燃比afdown1は下流側目標空燃比（理論空燃比）よりもリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと変化する。即ち、第１空燃比センサの出力値Voxs1は「リーン反転」する。このとき、第１空燃比センサ６７の出力値Voxs1が下流側目標空燃比（理論空燃比）に一致するようにサブフィードバック制御が実行されるので、機関の空燃比は理論空燃比よりリッチ側の空燃比へと変更される。従って、機関１０から過剰な酸素が排出されなくなる。このように、選択空燃比センサとして第１下流側空燃比センサ６７が選択される「通常空燃比フィードバック制御」においては、微粒子捕集フィルタ５４に酸素が殆ど流入しない。従って、微粒子が燃焼せず、微粒子捕集フィルタ５４の再生が進行しない。
【００７７】
これに対し、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御中（即ち、第２下流側空燃比センサ６８が選択空燃比センサとして選択されている間）、上記時刻ｔ１〜ｔ２と同じ状態が発生したと仮定する。この場合、第２下流側空燃比センサ６８は酸素吸蔵機能を有する第２三元触媒５５の下流に配設されているから、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2は、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1のリーン反転後（時刻ｔ３後）において、図６の（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）に示したように、第２三元触媒５６の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が第２三元触媒５６の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達する時点（時刻ｔ４）の直後までリーン反転しない（時刻ｔ５）。
【００７８】
即ち、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御によれば、機関の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の空燃比へと変更される時期が、第１下流側空燃比センサ６７のリーン反転時点（時刻ｔ３）よりも遅れた時刻ｔ５以降となる。換言すると、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2がリーン反転するまで、機関の空燃比は理論空燃比よりもリーン側の空燃比に維持される。従って、第１下流側空燃比センサ６７のリーン反転時点（時刻ｔ３）から第２下流側空燃比センサ６８のリーン反転時点（時刻ｔ５）までの期間において、微粒子捕集フィルタ５４に多量の酸素が供給される。その結果、微粒子捕集フィルタ５４内において微粒子が燃焼するので、微粒子捕集フィルタ５４が再生される。
【００７９】
しかも、選択空燃比センサである第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2が「ウインドウＷ内の下流側目標空燃比である理論空燃比に相当する値Voxsst」に一致するように制御されるので、第３三元触媒５６に流入するガスの空燃比の時間的平均値はウインドウＷ内の空燃比となる。この結果、機関１０から排出された未燃物及び窒素酸化物は第３三元触媒５６により高い効率にて浄化される。以上が、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御の概要である。
【００８０】
＜作動＞
次に、第１制御装置の作動について説明する。第１制御装置のＣＰＵ７１は、図７のフローチャートに示した手順を所定時間の経過毎に繰り返すことにより、上述した各種の制御を行うようになっている。なお、以下の説明において、上流側空燃比センサ６６、第１下流側空燃比センサ６７及び第２下流側空燃比センサ６８は総て活性化していると仮定する。
【００８１】
ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにてステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０に進んでフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、微粒子捕集フィルタ５４を再生する要求（フィルタ再生要求）が発生しているときに「１」に設定され、微粒子捕集フィルタ５４を再生する必要がないとき「０」に設定される。フィルタ再生要求フラグＸＰＭの操作については後述する（図８を参照。）。
【００８２】
いま、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７２０に進んで上述した「通常空燃比フィードバック制御」を実行する。
【００８３】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、ステップ７２０において、メインフィードバック制御及びサブフィードバック制御の両方を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比（第１上流側目標空燃比）abyfrは理論空燃比stoichに設定され、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsref（第１下流側目標空燃比に対応する値）は理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。更に、ＣＰＵ７１は、サブフィードバック制御に使用する選択空燃比センサとして第１下流側空燃比センサ６７を選択する。
【００８４】
上述したように、メインフィードバック制御は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるフィードバック制御である。更に、この場合のサブフィードバック制御は、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1を下流側目標値Voxsref（理論空燃比相当値Voxsst）に一致させるフィードバック制御である。その後、ＣＰＵ７１はステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、機関の空燃比の平均は実質的に理論空燃比に一致する。つまり、上流側空燃比abyfs及び下流側空燃比afdown1に基づいて、機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の空燃比となるように、機関の空燃比がフィードバック制御される。
【００８５】
ところで、ＣＰＵ７１は図８にフローチャートにより示した「フィルタ再生要求判定ルーチン」を所定時間の経過毎に実行するようになっている。従って、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ８００から処理を開始し、ステップ８１０に進んで「前回のフィルタ再生制御」を終了してからの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａが所定の閾値（フィルタ再生制御実行閾値）ＳＧａｔｈ以上となっているか否かを判定する。
【００８６】
この積算値ＳＧａは所定時間Δｔｓの経過毎に実行される図示しない吸入空気量積算ルーチンにより更新されている。即ち、ＣＰＵ７１は、所定時間Δｔｓの経過毎に、その時点の積算値ＳＧａにその時点にてエアフローメータ６１により検出されている吸入空気量Ｇａを加えることにより、積算値ＳＧａを更新する。積算値ＳＧａはバックアップＲＡＭ７４内に格納される。機関１０の運転によって発生する微粒子の量は吸入空気量Ｇａが大きくなるほど大きくなるので、積算値ＳＧａは微粒子捕集フィルタ５４に捕集された微粒子の量を表す量となる。なお、積算値ＳＧａはフィルタ再生用空燃比フィードバック制御（フィルタ再生制御）の実行が完了すると、吸入空気量積算ルーチンによって「０」に設定（クリア）されるようになっている。
【００８７】
この時点において、積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈより小さいと、ＣＰＵ７１はステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８３０に直接進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が最後に「０」から「１」へと変化した後に所定時間（フィルタ再生制御実行時間）が経過したか否かを判定する。このフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、後述するように、積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上となったとき（即ち、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御が開始されたとき）、「１」に設定される（図８のステップ８２０を参照。）。
【００８８】
現時点においては、積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈより小さいため、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は「０」に維持されている。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は「０」に維持されるので、通常空燃比フィードバック制御が続行され、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御は開始されない（図７のステップ７１０及びステップ７２０を参照。）。
【００８９】
これに対し、図８のステップ８１０の処理時において、積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上であると、ＣＰＵ７１はステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「１」に設定する。この時点においては、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」に変化した後、所定時間（フィルタ再生制御実行時間）が経過していない。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ８３０からステップ８９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。このとき、ＣＰＵ７１が図７のステップ７１０の処理を実行すると、ＣＰＵ７１はそのステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７３０に進んで上述した「フィルタ再生用空燃比フィードバック制御」を実行する。
【００９０】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、ステップ７３０において、メインフィードバック制御を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比（第２上流側目標空燃比）abyfrは理論空燃比stoichに設定される。更に、ＣＰＵ７１は、サブフィードバック制御に使用する選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８を選択し、サブフィードバック制御を実行する。この場合、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsref（第２下流側目標空燃比に対応する値）は理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。これにより、上述した「フィルタ再生用空燃比フィードバック制御」が実行されるので、微粒子捕集フィルタ５４内に酸素が多量に供給される。この結果、微粒子が燃焼し、微粒子捕集フィルタ５４の再生が開始する。その後、ＣＰＵ７１はステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００９１】
この状態が継続すると、微粒子捕集フィルタ５４の再生が進行し、且つ、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」から「１」へと変化した後に所定時間（フィルタ再生制御実行時間）が経過する。従って、ＣＰＵ７１が図８のステップ８３０に進んだとき、ＣＰＵ７１はステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８４０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「０」に設定する。そして、ＣＰＵ７１はステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９２】
この結果、ＣＰＵ７１は図７のステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７２０に進むようになる。従って、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御が中止され、且つ、通常空燃比フィードバック制御が再開される。
【００９３】
＜空燃比フィードバック制御の詳細＞
ここで、上記メインフィードバック制御及び上記サブフィードバック制御の詳細について説明する。第１制御装置は、機能ブロック図である図９に示した複数の手段等によりこれらの制御（空燃比フィードバック制御）を実行する。以下、図９を参照しながら説明する。
【００９４】
＜基本燃料噴射量の算出＞
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、エアフローメータ６１が計測している吸入空気量Ｇａと、クランクポジションセンサ６４の出力に基づいて得られる機関回転速度ＮＥと、ＲＯＭ７２が記憶しているテーブルMapMcと、に基づき今回の吸気行程を迎える気筒の吸入空気量である筒内吸入空気量Mc(k)を求める。ここで、添え字の（k）は、今回の吸気行程に対する値であることを示している。筒内吸入空気量Mc(k)は、各気筒の吸気行程に対応されながらＲＡＭ７３に記憶されていく。第１制御装置は、筒内吸入空気量Mc(k)を、機関１０の吸気通路における空気の挙動をモデル化した周知の空気量推定モデル（空気モデル）により求めてもよい。
【００９５】
上流側目標空燃比設定（決定）手段Ａ２は、上流側目標空燃比abyfr(k)を理論空燃比に設定する。上流側目標空燃比設定（決定）手段Ａ２は、上流側目標空燃比abyfr(k)を各気筒の吸気行程に対応させながらＲＡＭ７３に記憶する。
【００９６】
基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、下記の（１）式に示したように、筒内吸入空気量算出手段Ａ１により求められた筒内吸入空気量Mc(k)を上流側目標空燃比設定手段Ａ２により設定された上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、機関の空燃比を上流側目標空燃比abyfr(k)とするための「今回の吸気行程に対する基本燃料噴射量Fbase(k)」を求める。基本燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量Fbase(k)を、各気筒の吸気行程に対応させながらＲＡＭ７３に記憶していく。
Fbase(k)＝Mc(k)／abyfr(k)      …（１）
【００９７】
＜最終燃料噴射量の算出＞
最終燃料噴射量算出手段Ａ４は、下記の（２）式により示したように、基本燃料噴射量Fbase(k)に後述するメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５によって求められているメインフィードバック補正値KFmainを乗じ、それらの積（＝Fbase(k)・KFmain）に後述するＰＩＤコントローラＡ１０によって求められているサブフィードバック補正値Fisubを加えて今回の最終燃料噴射量Fi(k)を求める。
Fi(k)＝Fbase(k)・KFmain＋Fisub    …（２）
【００９８】
このように、第１制御装置は、最終燃料噴射量算出手段Ａ４により、基本燃料噴射量Fbase(k)をメインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとに基づいて補正することにより最終燃料噴射量Fi(k)を求める。更に、第１制御装置は、この最終燃料噴射量Fi(k)の燃料が、今回の吸気行程を迎える気筒のインジェクタ３９から噴射されるように、そのインジェクタ３９に対して噴射指示信号を送出する。換言すると、噴射指示信号は、最終燃料噴射量Fi(k)に関する情報を指示噴射量として含んでいる。
【００９９】
＜サブフィードバック補正値の算出＞
フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５は、図８のステップ８１０の機能を達成する。即ち、フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５は、「前回のフィルタ再生制御」を終了してからの吸入空気量Ｇａの積算値ＳＧａが所定の閾値（フィルタ再生制御実行閾値）ＳＧａｔｈ以上となっているか否かを判定する。フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５は、積算値ＳＧａが閾値ＳＧａｔｈ以上となっているときフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「１」に設定するようになっている。更に、フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５は、フィルタ再生制御実行時間が所定時間（フィルタ再生制御実行時間）以上となったか否かを判定し、フィルタ再生制御実行時間が所定時間以上となったとき、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値を「０」に設定するようになっている。
【０１００】
選択手段Ａ６は、フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５から出力されるフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であるとき、サブフィードバック制御に用いる空燃比センサ（選択空燃比センサ）として第１下流側空燃比センサ６７を選択するようになっている。選択手段Ａ６は、フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５から出力されるフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるとき、サブフィードバック制御に用いる空燃比センサ（選択空燃比センサ）として第２下流側空燃比センサ６８を選択するようになっている。選択手段Ａ６は、選択した下流側空燃比センサの出力値Voxs1又はVoxs2を出力値Voxsとして出力するようになっている。
【０１０１】
下流側目標値設定手段Ａ７は、下流側目標値Voxsrefを出力するようになっている。下流側目標値Voxsrefは、理論空燃比に対応する値Voxsst（例えば、０．５（Ｖ））に設定されている。なお、下流側目標値Voxsrefは、上述した弱リッチ空燃比ＡＦＲに対応する値Vrich（例えば、０．５５（Ｖ））に設定されてもよい。
【０１０２】
出力偏差量算出手段Ａ８は、下記（３）式に基づいて、下流側目標値設定手段Ａ７により設定されている現時点での下流側目標値Voxsrefから、同現時点で選択手段Ａ６から出力されている下流側空燃比センサの出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。出力偏差量算出手段Ａ８は、求めた出力偏差量DVoxsをローパスフィルタＡ９に出力する。
DVoxs＝Voxsref−Voxs  …（３）
【０１０３】
ローパスフィルタＡ９は一次のデジタルフィルタである。ローパスフィルタＡ９の特性を表す伝達関数Ａ９（ｓ）は下記の（４）式により示される。（４）式において、ｓはラプラス演算子であり、τ1は時定数である。ローパスフィルタＡ９は周波数（１／τ1）以下の低周波数成分を通過させ、且つ、周波数（１／τ1）以上の高周波数成分が通過させない。ローパスフィルタＡ９は出力偏差量DVoxsの値を入力するとともに出力偏差量DVoxsの値をローパスフィルタ処理した後の値であるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowをＰＩＤコントローラＡ１０に出力する。
Ａ９（ｓ）＝１／（１+τ1・s）  …（４）
【０１０４】
ＰＩＤコントローラＡ１０は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを下記（５）式に基づいて比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）し、サブフィードバック補正値Fisubを求める。
Fisub＝Kp・DVoxslow＋Ki・SDVoxslow＋Kd・DDVoxslow  …（５）
【０１０５】
上記（５）式において、Kpは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Kiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Kdは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、SDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間積分値であり、DDVoxslowはローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの時間微分値である。以上により、サブフィードバック補正値Fisubが求められる。なお、ＰＩＤコントローラＡ１０は、選択空燃比センサとして第１下流側空燃比センサ６７が選択される通常空燃比フィードバック制御用のゲイン（比例ゲインKp１、積分ゲインKi１、微分ゲインKd１）と、選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８が選択されるフィルタ再生用空燃比フィードバック制御用のゲイン（比例ゲインKp２、積分ゲインKi２、微分ゲインKd２）とを２種類備え、どちらの制御が行われるかに応じてゲインを切り換えてもよい。この場合、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御用のゲインは、通常空燃比フィードバック制御用のゲインよりも小さく設定されていることが望ましい。
【０１０６】
以上から明らかなように、フィルタ再生要求発生判定手段Ａ５、選択手段Ａ６、下流側目標値設定手段Ａ７、出力偏差量算出手段Ａ８、ローパスフィルタＡ９及びＰＩＤコントローラＡ１０はサブフィードバック補正値算出手段を構成している。
【０１０７】
＜メインフィードバック補正値の算出＞
テーブル変換手段Ａ１１は、上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsと、図４に示した上流側空燃比センサ出力値Vabyfsと空燃比Ａ／Ｆとの関係を表すテーブルMapabyfsと、に基づいて、上流側空燃比センサ６６が検出している現時点の検出空燃比abyfs(k)を求める。
【０１０８】
目標空燃比遅延手段Ａ１２は、ＲＡＭ７３に記憶されている上流側目標空燃比abyfrのうち、現時点からＮストローク（Ｎ回の吸気行程）前の時点の上流側目標空燃比abyfrをＲＡＭ７３から読み出し、これを上流側目標空燃比abyfr(k-N)として設定する。ここで、添え字の（k-N）は、今回の吸気行程からＮストローク（４気筒エンジンにおいて、Ｎ・１８０°ＣＡ、ＣＡ；クランク角）前の吸気行程に対した値であることを示している。上流側目標空燃比abyfr(k-N)は、現時点からＮストローク前に吸気行程を迎えた気筒の基本燃料噴射量Fbase(k-N)（＝Mc(k-N)／abyfr(k-N)）を算出するために用いられた上流側目標空燃比である（上記（１）式を参照。）。
【０１０９】
ここで、前記値Ｎは、内燃機関１０の排気量及び燃焼室２５から上流側空燃比センサ６６までの距離等により異なる値である。このように、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k-N)をメインフィードバック補正値の算出に用いるのは、インジェクタ３９から噴射された燃料を含み且つ燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側空燃比センサ６６に到達するまでには、Ｎストロークに相当する無駄時間Ｌ１を要するからである。なお、値Ｎは、機関回転速度ＮＥが大きいほど小さくなり、且つ、機関の負荷（例えば、筒内吸入空気量Mc）が大きくなるほど小さくなるように変更されることが望ましい。
【０１１０】
上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３は、下記（６）式に基づいて、「遅延手段Ａ１２から出力された上流側目標空燃比abyfr(k-N)」から「テーブル変換手段Ａ１１により求められた現時点の検出空燃比abyfs(k)」を減じることにより、空燃比偏差Dafを求める。この空燃比偏差Dafは、Ｎストローク前の時点において筒内に供給された混合気の空燃比の目標空燃比からの偏差を表す量である。
Daf＝abyfrtgt(k)−abyfs(k)  …（６）
【０１１１】
ハイパスフィルタＡ１４は一次のフィルタである。ハイパスフィルタＡ１４の特性を表す伝達関数Ａ１４（ｓ）は（７）式により示される。（７）式において、ｓはラプラス演算子であり、τ1は時定数である。時定数τ1は上記ローパスフィルタＡ９の時定数τ1と同一の時定数である。ハイパスフィルタＡ１４は、周波数（１／τ1）以上の高周波成分を通過させ、周波数（１／τ1）以下の低周波数成分を通過させない。
Ａ１４（ｓ）＝{１−１／（１+τ1・s）}  …（７）
【０１１２】
ハイパスフィルタＡ１４は、前記上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３により求められた空燃比偏差Dafを入力するとともに、上記（７）式より表された特性式に従って空燃比偏差Dafをハイパスフィルタ処理した後の値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを出力する。
【０１１３】
メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、ハイパスフィルタＡ１４の出力値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを比例処理する。即ち、メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。このメインフィードバック補正値KFmainは、前記（２）式により示したように、最終燃料噴射量Fi(k)を求める際に使用される。
【０１１４】
なお、メインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、下記（８）式に基いて、ハイパスフィルタＡ１４の出力値であるメインフィードバック制御用偏差DafHiを比例・積分処理（ＰＩ処理）することにより、メインフィードバック補正値KFmainを求めてもよい。
KFmain＝Gphi・DafHi＋Gihi・SDafHi    …（８）
【０１１５】
上記（８）式において、Gphiは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Gihiは予め設定された積分ゲイン（積分定数）である。SDafHiはメインフィードバック制御用偏差DafHiの時間積分値である。
【０１１６】
以上から明らかなように、上流側目標空燃比設定手段Ａ２、テーブル変換手段Ａ１１、目標空燃比遅延手段Ａ１２、上流側空燃比偏差算出手段Ａ１３、ハイパスフィルタＡ１４及びメインフィードバック補正値更新手段Ａ１５は、メインフィードバック補正値算出手段を構成している。
【０１１７】
このように、第１制御装置は、メインフィードバック制御系とサブフィードバック制御系とを基本燃料噴射量Fbaseの算出系に対して並列且つ独立に接続している。即ち、第１制御装置は、基本燃料噴射量Fbaseにメインフィードバック補正値KFmainを乗じるメインフィードバック制御と、サブフィードバック補正値Fisubを加えるサブフィードバック制御とを独立に実行する。
【０１１８】
更に、メインフィードバック制御用偏差DafHiは、ハイパスフィルタＡ１４によって空燃比偏差Dafにハイパスフィルタ処理を施した値であって第１三元触媒５３の下流には現れない空燃比変動を反映した値である。従って、メインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとは、機関に供給される混合気の空燃比の変動を干渉するように補正することがない。加えて、メインフィードバック制御により過渡運転状態における空燃比の急変が抑制され、サブフィードバック制御により「第１三元触媒５３又は第２三元触媒５５の下流の空燃比の変動として現れる緩やかな空燃比の偏移」が解消される。更に、サブフィードバック制御によって、「上流側空燃比センサ６６の特性ズレ」及び「上流側空燃比センサ６６の配設位置」等に起因する「空燃比の平均に対する上流側空燃比センサ６６の検出誤差」によって「機関の空燃比の平均がウインドウＷから外れてしまうこと」を回避することができる。なお、このような空燃比フィードバック制御の詳細については、例えば、特開２００５−２７３５２４に開示されている。
【０１１９】
（詳細な作動）
次に、第１制御装置の作動について詳細に説明する。以下、説明の便宜上、「MapX(a1,a2,…)」は、a1,a2,…を引数とする値Xを求めるためのテーブルを表すものとする。また、引数の値がセンサの検出値である場合、その引数の値には現在値が適用される。
【０１２０】
＜最終燃料噴射量Fi(k)の算出＞
ＣＰＵ７１は、図１０にフローチャートにより示した最終燃料噴射量Fiの計算及び噴射指示を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各気筒の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、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ１０００から処理を開始して以下に記載したステップ１０１０乃至ステップ１０５０の処理を順に行い、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２１】
ステップ１０１０：ＣＰＵ７１は、テーブルMapMc(ＮＥ,Ｇａ)に基づいて今回の吸気行程を迎える気筒（以下、「燃料噴射気筒」と云うこともある。）に吸入される今回の筒内吸入空気量Mc(k)を推定・決定する。
ステップ１０２０：ＣＰＵ７１は、今回の上流側目標空燃比abyfr(k)に理論空燃比stoichを設定する。
ステップ１０３０：ＣＰＵ７１は、上記（１）式に従い、上記筒内吸入空気量Mc(k)を上記上流側目標空燃比abyfr(k)で除することにより、基本燃料噴射量Fbase(k)を算出する。
【０１２２】
ステップ１０４０：ＣＰＵ７１は、上記（２）式に従い、基本燃料噴射量Fbaseと後述するルーチンにて求められているメインフィードバック補正値KFmainとの積にサブフィードバック補正値Fisubを加えて今回の最終燃料噴射量Fi(k)を求める。
ステップ１０５０：ＣＰＵ７１は、最終燃料噴射量Fi(k)の燃料が燃料噴射気筒に対するインジェクタ３９から噴射されるように、そのインジェクタ３９に対して噴射指示を行う。
【０１２３】
以上により、基本燃料噴射量Fbaseが上流側目標空燃比abyfr(k)と今回の筒内吸入空気量Mc(k)とに基づいて取得され、その基本燃料噴射量Fbaseがメインフィードバック補正値KFmainとサブフィードバック補正値Fisubとにより補正されることにより最終的な燃料噴射量（最終燃料噴射量）Fiが求められ、その最終燃料噴射量Fiの燃料の噴射指示が燃料噴射気筒のインジェクタ３９に対してなされる。
【０１２４】
＜メインフィードバック補正値の計算＞
次に、メインフィードバック補正値KFmainを算出する際の作動について説明する。ＣＰＵ７１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繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングにてＣＰＵ７１はステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１１０にてメインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるか否かを判定する。メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値は、メインフィードバック制御条件が成立したときに「１」に設定され、メインフィードバック制御条件が不成立のとき「０」に設定される。いま、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１１２０乃至ステップ１１６０の処理を順に行い、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２５】
ステップ１１２０：ＣＰＵ７１は、現時点の上流側空燃比センサ６６の出力値Vabyfsを図４に示したテーブルMapabyfs(Vabyfs)に基づいて変換することにより、現時点の検出空燃比abyfs(k)を求める。
ステップ１１３０：ＣＰＵ７１は、現時点からＮストローク前の上流側目標空燃比abyfr(k−N)をメインフィードバック用目標空燃比abyfrtgt(k)として設定する。
ステップ１１４０：ＣＰＵ７１は、上記（６）式に従って、メインフィードバック用目標空燃比abyfrtgt(k)から現時点の検出空燃比abyfs(k)を減じることにより、空燃比偏差Dafを求める。
ステップ１１５０：ＣＰＵ７１は、空燃比偏差Dafに上記（７）式により表された特性を有するハイパスフィルタ処理を施すことにより、メインフィードバック制御用偏差DafHiを取得する。
ステップ１１６０：ＣＰＵ７１は、メインフィードバック制御用偏差DafHiに比例ゲインGpHiを乗じて得られる積に値「１」を加えることにより、メインフィードバック補正値KFmainを求める。
【０１２６】
一方、メインフィードバック制御条件成立フラグXmainFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１は、ステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１７０に進み、メインフィードバック補正値KFmainを「１」に設定する。その後、ＣＰＵ７１はステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上のようにして、メインフィードバック補正値KFmainが更新される。
【０１２７】
＜サブフィードバック補正値の計算＞
次に、サブフィードバック補正値Fisubを算出するための作動について説明する。ＣＰＵ７１は図１２にフローチャートにより示したルーチンを、所定時間が経過する毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵ７１はステップ１２００から処理を開始し、ステップ１２０５に進んでサブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１２８】
サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値は、サブフィードバック制御条件が成立したときに「１」に設定され、サブフィードバック制御条件が不成立のとき「０」に設定される。
【０１２９】
いま、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「１」であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１０に進み、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。このフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値は、前述した図８に示したルーチンにより操作されている。
【０１３０】
このとき、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１５に進み、選択空燃比センサの出力値Voxsに第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2を格納する。即ち、ＣＰＵ７１は選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８を選択する。これに対し、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２０に進み、選択空燃比センサの出力値Voxsに第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1を格納する。即ち、ＣＰＵ７１は選択空燃比センサとして第１下流側空燃比センサ６７を選択する。その後、ＣＰＵ７１は、以下に記載したステップ１２２５乃至ステップ１２５０の処理を順に行い、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３１】
ステップ１２２５：ＣＰＵ７１は、上記（３）式に従って、下流側目標値Voxsrefから現時点の下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsを減じることにより、出力偏差量DVoxsを求める。なお、前述したように、下流側目標値Voxsrefは理論空燃比に対応した値Voxsstに設定されている。
ステップ１２３０：ＣＰＵ７１は、出力偏差量DVoxsに対して上記（４）式により表された特性を有するローパスフィルタ処理を施すことによりローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを算出する。
【０１３２】
ステップ１２３５：ＣＰＵ７１は、下記（９）式に基づきローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの微分値DDVoxslowを求める。（９）式において、DVoxslow1は前回の本ルーチン実行時においてステップ１２３５（後述）にて更新された「ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslow」の前回値である。また、Δtは本ルーチンが前回実行された時点から今回実行された時点までの時間である。
DDVoxslow＝(DVoxslow-DVoxslow1)/Δt  …（９）
【０１３３】
ステップ１２４０：ＣＰＵ７１は、上記（５）式に従って、サブフィードバック補正値Fisubを求める。
ステップ１２４５：ＣＰＵ７１は、その時点におけるローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowに上記ステップ１２３０にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを加えて、新たなローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowを求める。
ステップ１２５０：ＣＰＵ７１は、ローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの前回値DVoxslow1に上記ステップ１２３０にて求めたローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowを格納する。
【０１３４】
一方、ステップ１２０５の判定時において、サブフィードバック制御条件成立フラグXsubFBの値が「０」であるとすると、ＣＰＵ７１はステップ１２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２５５に進み、サブフィードバック補正値Fisubを「０」に設定し、続くステップ１２６０にてローパスフィルタ通過後出力偏差量DVoxslowの積分値SDVoxslowを「０」に設定した後、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３５】
このように、サブフィードバック制御条件が不成立（XsubFB＝０）であるとき、サブフィードバック補正値Fisubが「０」に設定されるから、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに応じた空燃比のフィードバック制御は行われない。
【０１３６】
以上、説明したように、第１制御装置は、フィルタ再生要求非発生時（フィルタ再生要求フラグＸＰＭ＝０）、上流側空燃比センサ６６の出力Vabyfsにより表される空燃比abyfsが「理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第１上流側目標空燃比(abyfr,理論空燃比）に一致するとともに、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1により表される空燃比afdown1（＝f(Voxs1)）が理論空燃比を含む所定の空燃比範囲内の第２下流側目標空燃比（理論空燃比相当値Voxsst）に一致するように、機関１０に供給される混合気の空燃比を制御する通常空燃比フィードバック制御を行なう。更に、第１制御装置は、フィルタ再生要求発生時（フィルタ再生要求フラグＸＰＭ＝１）、上流側空燃比センサ６６の出力Vabyfsにより表される空燃比abyfsが所定の第２上流側目標空燃比（第１上流側目標空燃比と同じ理論空燃比）に一致するとともに、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2により表される空燃比afdown2（＝f(Voxs2)）が第２下流側目標空燃比（第１下流側目標空燃比と同じ理論空燃比相当値Voxsst）に一致するように、機関１０に供給される混合気の空燃比を制御するフィルタ再生用空燃比フィードバック制御を行なう。
【０１３７】
この結果、機関から排出された未燃物及び窒素酸化物は、通常空燃比フィードバック制御時においては少なくとも第２三元触媒５５及び第３三元触媒５６により高い効率にて浄化され、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御時においては少なくとも第３三元触媒５６により高い効率にて浄化される。また、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御時、微粒子捕集フィルタ５４には多量の酸素が流入する。従って、第１制御装置は、未燃物及び窒素酸化物の排出量の増大を抑制しながら、微粒子捕集フィルタ５４を再生させることができる。
【０１３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第２制御装置」とも称呼する。）について説明する。第２制御装置は、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御における上流側目標空燃比abyfrを、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとに時間の経過とともに交互に変化させる点のみにおいて第１制御装置と相違している。このような制御を「空燃比アクティブ制御」と言う。
【０１３９】
より具体的に述べると、第２制御装置のＣＰＵ７１は、第１制御装置のＣＰＵ７１が実行する図７に示したルーチンに代えて、図１３にフローチャートにより示したルーチンを実行する点においてのみ第１制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。なお、図１３において図７に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図７のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
【０１４０】
図１３に示したルーチンは図７に示したルーチンのステップ７３０をステップ１３１０に置換した点のみにおいて図７に示したルーチンと相違している。このステップ１３１０の処理は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」のとき（フィルタ再生要求発生時）に行われる。
【０１４１】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１はステップ１３１０に進んだとき、再生用空燃比フィードバック制御を実行することにより、微粒子捕集フィルタ５４を再生する。この場合、ＣＰＵ７１はメインフィードバック制御及びサブフィードバック制御を実行する。メインフィードバック制御の上流側目標空燃比（即ち、第２上流側目標空燃比）abyfrは、図１４に示したように、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとの間で時間の経過とともに交互に繰り返す空燃比に設定される。
【０１４２】
即ち、ＣＰＵ７１は、図１４の時刻ｔ１に示したように、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2が理論空燃比相当値Voxsstよりも小さい値から大きい値へと変化したとき、上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに設定する。このタイミングは、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2により表される空燃比afdown2が理論空燃比よりリーン側の空燃比からリッチ側の空燃比へと反転する時点であり、「出力値Voxs2のリッチ反転時」とも称呼される。
【０１４３】
その後、ＣＰＵ７１は、図１４の時刻ｔ２に示したように、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2が理論空燃比相当値Voxsstよりも大きい値から小さい値へと変化したとき、上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRに設定する。このタイミングは、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2により表される空燃比afdown2が理論空燃比よりリッチ側の空燃比からリーン側の空燃比へと反転する時点であり、「出力値Voxs2のリーン反転時」とも称呼される。
【０１４４】
更に、ＣＰＵ７１は、図１４の時刻ｔ３に示したように、次の「出力値Voxs2のリッチ反転時」に上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに設定し、図１４の時刻ｔ４に示したように、次の「出力値Voxs2のリーン反転時」に上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRに設定する。以降、ＣＰＵ７１はこのような動作を繰り返す。
【０１４５】
強制リーン空燃比afenLは、前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）外であって理論空燃比よりも空燃比ΔafL（ΔafL＞０）だけリーン側の空燃比である。即ち、強制リーン空燃比afenL＝理論空燃比stoich＋ΔafLである。
強制リッチ空燃比afenRは、前記理論空燃比を含む所定の空燃比範囲（ウインドウＷ）外であって理論空燃比よりも空燃比ΔafR（ΔafR＞０）だけリッチ側の空燃比である。即ち、強制リッチ空燃比afenR＝理論空燃比stoich−ΔafRである。
この結果、上流側目標空燃比abyfrは、幅ＡＣ１（＝ΔafL＋ΔafR）を有しながら矩形波状に変化する。
なお、本例において、空燃比ΔafLと空燃比ΔafRとは等しいが、空燃比ΔafLは空燃比ΔafR以上に設定されることが好ましい。
【０１４６】
更に、ＣＰＵ７１は、図１３のステップ１３１０において、サブフィードバック制御に使用する選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８を選択し、サブフィードバック制御を実行する。この場合、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsref（第２下流側目標空燃比に対応する値）は、理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。
【０１４７】
以上の制御により、上流側空燃比センサ６６が配設されている箇所を通過する排ガス（第１三元触媒５３に流入する排ガス）の空燃比は、上流側目標空燃比abyfrの変化に伴う基本噴射量Fbaseの変化及びメインフィードバック制御により、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとを交互に繰り返すように変化させられる。従って、上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenLに設定されている期間、多量且つ高濃度の酸素が機関１０から排出され、第１三元触媒５３を介して微粒子捕集フィルタ５４に流入する。その結果、微粒子捕集フィルタ５４が効率よく再生される。
【０１４８】
その一方、第１制御装置と同様、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2が理論空燃比相当値Voxsstとなるようにサブフィードバック制御が実行される。従って、第３三元触媒５６に流入する排ガスの平均は理論空燃比に一致する。その結果、エミッションを良好に維持することができる。
【０１４９】
図１５は、第２制御装置のＣＰＵ７１が実行する詳細フローチャートの一つである。第２制御装置のＣＰＵ７１は、図１０のルーチンに代えて図１５のルーチンを実行する他、第１制御装置のＣＰＵ７１と同様に図８、図１１及び図１２に示したルーチンを実行する。
【０１５０】
図１５のルーチンは、図１０のステップ１０２０を、ステップ１５１０乃至ステップ１５３０に置換したルーチンである。より具体的に説明すると、ＣＰＵ７１はステップ１５１０にてフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。そして、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１５１０からステップ１５２０に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に上述した空燃比アクティブ制御用の空燃比（強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとを交互に繰り返す空燃比）を設定する。即ち、ＣＰＵ７１は、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2が理論空燃比相当値Voxsstよりも小さいとき、上流側目標空燃比abyfr(k)を強制リッチ空燃比afenRに設定する。更に、ＣＰＵ７１は、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2が理論空燃比相当値Voxsstよりも大きいとき、上流側目標空燃比abyfr(k)を強制リーン空燃比afenLに設定する。
【０１５１】
これにより、ステップ１０３０にて求められる基本燃料噴射量Fbase(k)も強制リーン空燃比afenL及び強制リッチ空燃比afenRの何れかに応じて変化する。更に、図１１に示したメインフィードバック補正値計算ルーチンにおいて、上流側目標空燃比abyfr(k)が空燃比アクティブ制御用の空燃比となるので、メインフィードバック補正値KFmainも「機関の空燃比をその空燃比アクティブ制御用の空燃比に一致させるように」算出される。
【０１５２】
このとき（即ち、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるとき）、ＣＰＵ７１は図１２のステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１５に進み、選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８を選択する。従って、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2に基づいてサブフィードバック補正値Fisubが算出される（サブフィードバック制御が実行される。）。
【０１５３】
一方、ＣＰＵ７１が図１５のステップ１５１０を実行する際、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１５１０からステップ１５３０に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に理論空燃比stoichを設定する。
【０１５４】
更に、ＣＰＵ７１は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であれば、図１２のステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２０にに進み、選択空燃比センサとして第１下流側空燃比センサ６７を選択する。従って、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1に基づいてサブフィードバック補正値Fisubが算出される（サブフィードバック制御が実行される。）。この結果、第１制御装置が実行する通常空燃比フィードバック制御と同一の通常空燃比フィードバック制御が実行される。
【０１５５】
以上、説明したように、第２制御装置によれば、フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき（フィルタ再生要求発生時）の機関の空燃比の振幅は、前記フィルタ再生要求が発生していないと判定されているとき（通常時、フィルタ再生要求非発生時）の機関の空燃比の振幅よりも大きくなる。しかも、このフィルタ再生要求発生時における機関の空燃比（平均ではなく瞬時瞬時の空燃比）はウインドウＷを越えて振動し、且つ、上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenLに設定されているときには機関１０から高濃度の酸素が多量に排出される。
【０１５６】
従って、フィルタ再生要求発生時、高濃度の酸素が微粒子捕集フィルタ５４に流入するから、微粒子は効率よく燃焼する。更に、この高濃度の酸素により単位時間あたりに燃焼する微粒子量は増大するから、より多くの熱が発生する。従って、この熱により微粒子捕集フィルタ５４の温度が更に上昇するから、微粒子の燃焼効率が一層向上する。これらの結果、第２制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４を短期間内に効率良く再生することができる。
【０１５７】
加えて、第２制御装置によれば、「出力値Voxs2のリッチ反転時」に上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenLに設定され、「出力値Voxs2のリーン反転時」に上流側目標空燃比abyfrが強制リッチ空燃比afenRに設定される。従って、第２三元触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が「０」になった時点（出力値Voxs2のリッチ反転時）から第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達する時点（出力値Voxs2のリーン反転時）までの期間、上流側目標空燃比abyfrは強制リーン空燃比afenLに設定される。更に、この出力値Voxs2のリーン反転時において、第３三元触媒５６の酸素吸蔵量ＯＳＡ３は第３三元触媒５６の最大酸素吸蔵量Ｃmax３には到達していない。そして、その出力値Voxs2のリーン反転時において上流側目標空燃比abyfrが強制リッチ空燃比afenRに変更されるから、第３三元触媒５６が浄化できないほどのＮＯｘが第３三元触媒５６に流入しない。
【０１５８】
この結果、エミッションを悪化させない範囲において、機関１０から高濃度の酸素が排出される期間（上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenLに設定されている期間）を長期化することができる。従って、微粒子捕集フィルタ５４に多量且つ高濃度の酸素が供給されるので、エミッションの悪化を回避しながら微粒子捕集フィルタ５４を効率良く再生することができる。
【０１５９】
（第２実施形態の第１変形例）
次に、第２実施形態の第１変形例（以下、「第１変形例」とも称呼する。）について説明する。第１変形例は、第２制御装置と同様、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御における上流側目標空燃比abyfrを、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとに時間の経過とともに交互に変化させる。即ち、第１変形例も「空燃比アクティブ制御」を行う。但し、第１変形例は、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1のリーン反転時を基準としたタイミングにて上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRに変更し、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1のリッチ反転時を基準としたタイミングにて上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに変更する点のみにおいて第２制御装置と相違している。
【０１６０】
より具体的に述べると、第１変形例は、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御を実行するに際し、図１６に示したように、上流側目標空燃比abyfrを設定する。即ち、ＣＰＵ７１は、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1が理論空燃比相当値Voxstよりも大きい値から小さい値へと変化したとき（出力値Voxs1のリーン反転時、図１６の時刻ｔ２）から所定時間Ｔ１の経過後（時刻ｔ３）にて上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLから強制リッチ空燃比afenRへと変更する。更に、ＣＰＵ７１は、第１下流側空燃比センサ６７の出力値Voxs1が理論空燃比相当値Voxstよりも小さい値から大きい値へと変化したとき（出力値Voxs1のリッチ反転時、図１６の時刻ｔ４）から所定時間Ｔ２の経過後（時刻ｔ５）にて上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRから強制リーン空燃比afenLへと変更する。
【０１６１】
この場合、時間Ｔ１と時間Ｔ２は同じであってもよく、異なる時間であってもよい。但し、時間Ｔ１は、第２三元触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が「０」から第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達するまでに要する時間よりも短い時間に設定されることが更に好ましい。このように時間Ｔ１を設定するため、ＣＰＵ７１は第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２を推定し、その推定された最大酸素吸蔵量Ｃmax２が大きいほど時間Ｔ１を長い時間に設定してもよい。また、時間Ｔ１は「０」であってもよい。即ち、出力値Voxs1のリーン反転時において、上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLから強制リッチ空燃比afenRへと変更してもよい。
【０１６２】
同様に、時間Ｔ２は、第２三元触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２から「０」に到達するまでに要する時間よりも短い時間に設定されることが更に好ましい。このように時間Ｔ２を設定するため、ＣＰＵ７１は第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２を推定し、その推定された最大酸素吸蔵量Ｃmax２が大きいほど時間Ｔ２を長い時間に設定してもよい。また、時間Ｔ２は「０」であってもよい。即ち、出力値Voxs1のリッチ反転時において、上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRから強制リーン空燃比afenLへと変更してもよい。
【０１６３】
この第１変形例によっても、空燃比アクティブ制御により高濃度の酸素を微粒子捕集フィルタ５４に流入させることができるので微粒子捕集フィルタ５４を効率よく再生できる。更に、選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８が選択された状態にてサブフィードバック制御が実行されるので、エミッションの悪化を回避しながら微粒子捕集フィルタ５４を再生することができる。
【０１６４】
（第２実施形態の第２変形例）
次に第２実施形態の第２変形例（以下、「第２変形例」とも称呼する。）について説明する。第２変形例は、第２制御装置と同様、フィルタ再生用空燃比フィードバック制御における上流側目標空燃比abyfrを、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとに時間の経過とともに交互に変化させる。即ち、第２変形例も「空燃比アクティブ制御」を行う。但し、第２変形例は、図１７に示したように、上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLに設定してから所定時間ＴＬの経過後に、上流側目標空燃比abyfrを強制リーン空燃比afenLから強制リッチ空燃比afenRへと変更する。更に、第２変形例は、上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRに設定してから所定時間ＴＲの経過後に、上流側目標空燃比abyfrを強制リッチ空燃比afenRから強制リーン空燃比afenLへと変更する。
【０１６５】
この場合、所定時間ＴＬは、上流側目標空燃比abyfrが強制リーン空燃比afenLに設定されている場合において、第１三元触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が「０」から第１三元触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１に到達し、その後、第２三元触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が「０」から第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２に到達する時間ＴＬ１よりも短い時間であって、且つ、時間ＴＬ１に極力近しい時間であることが望ましい。
【０１６６】
同様に、所定時間ＴＲは、上流側目標空燃比abyfrが強制リッチ空燃比afenRに設定されている場合において、第１三元触媒５３の酸素吸蔵量ＯＳＡ１が第１三元触媒５３の最大酸素吸蔵量Ｃmax１から「０」に到達し、その後、第２三元触媒５５の酸素吸蔵量ＯＳＡ２が第２三元触媒５５の最大酸素吸蔵量Ｃmax２から「０」に到達する時間ＴＲ１よりも短い時間であって、且つ、時間ＴＲ１に極力近しい時間であることが望ましい。
【０１６７】
この第２変形例によっても、空燃比アクティブ制御により高濃度の酸素を微粒子捕集フィルタ５４に流入させることができるので微粒子捕集フィルタ５４を効率よく再生できる。更に、選択空燃比センサとして第２下流側空燃比センサ６８が選択された状態にてサブフィードバック制御が実行されるので、エミッションの悪化を回避しながら微粒子捕集フィルタ５４を再生することができる。
【０１６８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第３制御装置」とも称呼する。）について説明する。第３制御装置は、第２制御装置と同様、微粒子捕集フィルタ５４を再生するために空燃比アクティブ制御を実行する。但し、第３制御装置は、その空燃比アクティブ制御実行中における強制リーン空燃比afenL及び強制リッチ空燃比afenRの値を微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFに応じて変化させる点のみにおいて、第２制御装置と相違している。
【０１６９】
より具体的に述べると、第３制御装置のＣＰＵ７１は、第２制御装置のＣＰＵ７１が実行する図１５に示したルーチンに代えて、図１８にフローチャートにより示したルーチンを実行する点においてのみ第２制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。なお、図１８において先に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
【０１７０】
図１８に示したルーチンは図１５に示したルーチンのステップ１５１０とステップ１５２０との間にステップ１８１０及びステップ１８２０を追加した点のみにおいて、図１５に示したルーチンと相違している。これらのステップの処理は、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」のとき（フィルタ再生要求発生時）に行われる。
【０１７１】
より具体的に説明すると、ＣＰＵ７１はステップ１５１０にてフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。そして、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１５１０からステップ１８１０に進み、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFを取得する。微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFは、微粒子捕集フィルタ５４の温度が高くなるほど大きくなる値である。
【０１７２】
実際には、ＣＰＵ７１は、微粒子捕集フィルタ５４に流入するガスの温度（以下、「フィルタ流入ガス温度」と称呼する。）Tempgを、現時点の機関回転速度ＮＥ、現時点の機関負荷KL（吸入空気量Ｇａ又はアクセルペダル操作量Accpでもよい。）及び現時点の点火時期ＡigをテーブルMapTempg(NE,KL,Ａig)に適用することにより推定する。テーブルMapTempg(NE,KL,Ａig)は、予め実験により求められ、ＲＯＭ７２内に格納されている。そして、ＣＰＵ７１は、そのフィルタ流入ガス温度Tempgを微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFとして取得する。なお、微粒子捕集フィルタ５４の排ガスの流入口に温度センサを配設し、ＣＰＵ７１はその温度センサの出力に基づいてフィルタ流入ガス温度Tempgを微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFとして取得してもよい。
【０１７３】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１８２０に進み、ステップ１８２０のブロック内に示したテーブルに上記取得した微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFを適用することにより、強制リーン空燃比afenL及び強制リッチ空燃比afenRを決定する。このテーブルによれば、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFの温度が高くなるほど、強制リーン空燃比afenLはリッチ側の空燃比となって理論空燃比に近づくように決定される。また、このテーブルによれば、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFの温度が高くなるほど、強制リッチ空燃比afenRはリーン側の空燃比となって理論空燃比に近づくように決定される。
【０１７４】
その後、ＣＰＵ７１はステップ１５２０に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に、ステップ１８２０にて決定された強制リーン空燃比afenL及び強制リッチ空燃比afenR（空燃比アクティブ制御用の空燃比）を設定する。
【０１７５】
これにより、図１０のステップ１０３０にて求められる基本燃料噴射量Fbase(k)も強制リーン空燃比afenL及び強制リッチ空燃比afenRの何れかに応じて変化する。更に、図１１に示したメインフィードバック補正値計算ルーチンにおいて、上流側目標空燃比abyfr(k)が空燃比アクティブ制御用の空燃比となるので、メインフィードバック補正値KFmainも「機関の空燃比をその空燃比アクティブ制御用の空燃比に一致させるように」算出される。
【０１７６】
一方、ＣＰＵ７１が図１８のステップ１５１０を実行する際、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であれば、ＣＰＵ７１はステップ１５１０からステップ１５３０に進み、上流側目標空燃比abyfr(k)に理論空燃比stoichを設定する。従って、この場合、第１制御装置が実行する通常空燃比フィードバック制御と同一の通常空燃比フィードバック制御が実行される。
【０１７７】
以上、説明したように、第３制御装置は、第２制御装置と同様、フィルタ再生要求が発生したと判定されたとき（即ち、微粒子捕集フィルタ５４を再生するとき、フィルタ再生要求発生時）、空燃比アクティブ制御を実行する。従って、第３制御装置は、第２制御装置と同様、微粒子捕集フィルタ５４により多量且つ高濃度の酸素を流入させることができる。その結果、微粒子捕集フィルタ５４を短期間内に確実に再生することができる。
【０１７８】
更に、第３制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFが高いほど大きくなるフィルタ温度対応値（この場合、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMF）を取得するとともに、その取得されたフィルタ温度対応値TempPMFが小さいほど強制リーン空燃比afenLと理論空燃比との差（図１８のステップ１８２０のΔafLを参照。）を増大させるように構成されている。
【０１７９】
微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFが低いほど、微粒子捕集フィルタ５４に捕集されている微粒子は燃焼し難くなる。一方、微粒子捕集フィルタ５４により多くの酸素が供給されるほど、より多くの微粒子が燃焼する。そこで、第３制御装置は、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFが低いほど、強制リーン空燃比をより一層リーン側の空燃比に設定する。従って、機関１０からより高濃度の酸素が排出させられ、それにより、微粒子捕集フィルタ５４により多くの酸素を供給することができる。この結果、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFに関わらず、微粒子捕集フィルタ５４の再生を確実に進行させることができる。更に、微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFが高い場合には、空燃比アクティブ制御中の機関１０の空燃比（強制リーン空燃比afenL）が理論空燃比に近づくので、機関１０から排出される窒素酸化物の量も低下する。従って、第３制御装置によれば、窒素酸化物の排出量を極力少なく抑えながら、微粒子捕集フィルタ５４を確実に再生することができる。
【０１８０】
なお、本例においても、ある微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFに対する空燃比ΔafL（強制リーン空燃比afenLと理論空燃比stoichとの差）と空燃比ΔafR（理論空燃比stoichと強制リッチ空燃比afenRとの差）とは等しい。しかしながら、ある微粒子捕集フィルタ５４の温度TempPMFに対する空燃比ΔafLは、その温度TempPMFに対する空燃比ΔafRよりも大きく設定されることが好ましい。更に、第３制御装置は、第２制御装置の第１及び第２変形例と同様のタイミングにて強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとを切り換えてもよい。
【０１８１】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「第４制御装置」とも称呼する。）について説明する。第４制御装置は、図１９に示したように第１下流側空燃比センサ６７を廃止した点、及び、「微粒子捕集フィルタ５４を再生するための空燃比アクティブ制御中」及び「通常空燃比フィードバック制御中」の両方において、第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2を用いたサブフィードバック制御を行う点、のみにおいて第２制御装置と相違している。
【０１８２】
より具体的に述べると、第４制御装置のＣＰＵ７１は、第２制御装置のＣＰＵ７１が実行する図１３に示したルーチンに代えて、図２０にフローチャートにより示したルーチンを実行する点においてのみ第２制御装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。なお、図２０において先に説明したステップと同一の処理を行うためのステップには、そのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらのステップについての詳細な説明は省略される。
【０１８３】
図２０に示したルーチンは、図１３に示したルーチンのステップ１３１０及びステップ７２０を、ステップ２０１０及びステップ２０２０にそれぞれ置換した点のみにおいて、図１３に示したルーチンと相違している。
【０１８４】
このルーチンによれば、ＣＰＵ７１はステップ７１０にてフィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であるか否かを判定する。そして、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「１」であれば、ＣＰＵ７１はステップ７１０からステップ２０１０に進み、メインフィードバック制御を実行する。このステップ２０１０は図１３のステップ１３１０と実質的に同じ処理を行うステップである。即ち、ＣＰＵ７１は、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比（即ち、第２上流側目標空燃比）abyfrを、図１４に示したように、強制リーン空燃比afenLと強制リッチ空燃比afenRとに交互に繰り返す空燃比に設定する。
【０１８５】
更に、ＣＰＵ７１は、ステップ２０１０において、サブフィードバック制御に第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2を使用する。この場合、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsrefは、理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。
【０１８６】
これに対し、フィルタ再生要求フラグＸＰＭの値が「０」であると、ＣＰＵ７１はステップ７１０からステップ２０２０に進み、メインフィードバック制御を実行する。この場合、メインフィードバック制御の上流側目標空燃比（即ち、第１上流側目標空燃比）abyfrは、理論空燃比stoichに設定される。
【０１８７】
更に、ＣＰＵ７１は、ステップ２０２０においても、サブフィードバック制御に第２下流側空燃比センサ６８の出力値Voxs2を使用する。この場合、サブフィードバック制御の下流側目標値Voxsrefは、理論空燃比に相当する理論空燃比相当値Voxsstに設定される。これにより、通常空燃比フィードバック制御が実行される。
【０１８８】
この第４制御装置も、微粒子捕集フィルタ５４を再生させるとき、空燃比アクティブ制御を実行する。従って、微粒子捕集フィルタ５４を効率良く再生させることができる。また、第４制御装置は、第２制御装置に対し、第１下流側空燃比センサ６７を省略できるので、装置のコストを低下させることができる。但し、第２制御装置は、第４制御装置と比較した場合、通常空燃比フィードバックにおけるサブフィードバック制御の周期がそれほど長くならないので、特に、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を有する排ガスが第１三元触媒５３に長期間流入することを回避できる。従って、第２制御装置は、第４制御装置よりも第１三元触媒５５のシンタリングによる劣化が進行することを抑制することができる。
【０１８９】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置は、窒素酸化物の排出量を増大させることなく微粒子捕集フィルタ５４を適切なタイミングにて再生させることができる。
【０１９０】
本発明は上記各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、サブフィードバック制御は、例えば、特開２００７−２７８１８６号公報に開示されているように下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsが下流側目標値に一致するように、上流側空燃比センサ６６によって検出される空燃比を見かけ上補正するような態様であってもよい。また、特開平６−０１０７３８号公報に開示されているように、下流側空燃比センサ６７の出力値Voxsに基づいて、上流側空燃比センサ６６の出力値に基づいて作成される空燃比補正係数を変更する態様であってもよい。
【０１９１】
加えて、第１実施形態において、再生用空燃比フィードバック制御における上流側目標空燃比abyfr（即ち、第２上流側目標空燃比）は、通常空燃比フィードバック制御における上流側目標空燃比abyfr（即ち、第１上流側目標空燃比）と相違する空燃比であってもよい。同様に、再生用空燃比フィードバック制御における下流側目標空燃比（即ち、第２下流側目標空燃比）に相当する下流側目標値は、上記各実施形態のように、三元触媒のウインドウＷの範囲内の空燃比に相当する値であれば、通常空燃比フィードバック制御における下流側目標空燃比（即ち、第１下流側目標空燃比）に相当する下流側目標値と同一（例えば、理論空燃比に相当する値Voxsst）であってもよく、相違する値であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１９２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置（第１制御装置）を適用した内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した内燃機関の概略構成図である。
【図３】図１に示した第１乃至第３三元触媒の空燃比に対する未燃成分及び窒素酸化物の浄化率を示したグラフである。
【図４】図１に示した上流側空燃比センサの出力と空燃比との関係を示したグラフである。
【図５】図１に示した第１下流側空燃比センサ及び第２下流側空燃比センサの出力と空燃比との関係を示したグラフである。
【図６】第１制御装置の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図７】第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】第１制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】空燃比フィードバック制御を実行するための第１制御装置の機能ブロック図である。
【図１０】第１制御装置のＣＰＵが実行する、最終燃料噴射量の計算及び噴射指示を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】第１制御装置のＣＰＵが実行する、メインフィードバック補正値を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】第１制御装置のＣＰＵが実行する、サブフィードバック補正値を算出するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る制御装置（第２制御装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】第２制御装置が実行する空燃比アクティブ制御における上流側目標空燃比を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】第２制御装置のＣＰＵが実行する、最終燃料噴射量の計算及び噴射指示を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】第２制御装置の第１変形例が実行する空燃比アクティブ制御における上流側目標空燃比を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】第２制御装置の第２変形例が実行する空燃比アクティブ制御における上流側目標空燃比を説明するためのタイムチャートである。
【図１８】本発明の第３実施形態に係る制御装置（第３制御装置）のＣＰＵが実行する、最終燃料噴射量の計算及び噴射指示を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１９】本発明の第４実施形態に係る制御装置（第４制御装置）が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２０】第４制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１９３】
１０…内燃機関、２０…シリンダブロック部、２５…燃焼室、３４…排気ポート、４１…インテークマニホールド、４２…吸気管、５０…排気系統、５１…エキゾーストマニホールド、５１ａ…枝部、５１ｂ…集合部、５２…エキゾーストパイプ、５３…第１三元触媒、５４…微粒子捕集フィルタ、５５…第２三元触媒、５６…第３三元触媒、６６…上流側空燃比センサ、６７…第１下流側空燃比センサ、６８…第２下流側空燃比センサ、７０…電気制御装置。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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