JP5397551B2 - 空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、空燃比制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられた上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する装置が、従来広く知られている（例えば、特開平６−３１７２０４号公報、特開２００３−３１４３３４号公報、特開２００４−１８３５８５号公報、特開２００５−１２０８６９号公報、特開２００５−２７３５２４号公報、等参照。）。前記上流側空燃比センサは、気筒からの排気を浄化するための排気浄化触媒（２つ以上設けられている場合は最上流のもの）よりも、排気流動方向における上流側に設けられている。また、前記下流側空燃比センサは、前記排気浄化触媒よりも、前記排気流動方向における下流側に設けられている。

前記下流側空燃比センサとしては、理論空燃比前後でステップ状の応答（Ｚ特性：理論空燃比よりもリッチ側とリーン側との間で出力が急変する態様でステップ的に出力が変化する特性）を示す、いわゆる酸素センサ（Ｏ_２センサとも称される）が広く用いられている。一方、前記上流側空燃比センサとしては、上述の酸素センサ、あるいは、出力が空燃比に対して比例的に変化する、いわゆるＡ／Ｆセンサ（リニアＯ_２センサとも称される）が、広く用いられている。

この種の装置においては、前記上流側空燃比センサからの出力信号に基づいて、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が目標空燃比になるように、燃料噴射量がフィードバック制御される（以下、この制御を「メインフィードバック制御」と称する。）。また、このメインフィードバック制御と併せて、前記下流側空燃比センサからの出力信号を燃料噴射量にフィードバックする制御も行われる（以下、この制御を「サブフィードバック制御」と称する。）。

具体的には、サブフィードバック制御においては、前記下流側空燃比センサからの出力信号（より詳細には当該信号と目標空燃比に対応する目標電圧との偏差）に基づいて、サブフィードバック補正量が算出される。そして、このサブフィードバック補正量をメインフィードバック制御にさらにフィードバックすることで、前記上流側空燃比センサからの出力に対応する排気の空燃比と目標空燃比との偏差が補正される。

ところで、前記排気浄化触媒としては、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び水素炭化物（ＨＣ）等の未燃成分及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に除去可能な、いわゆる三元触媒が広く用いられている。この三元触媒は、酸素吸蔵機能あるいは酸素貯蔵機能と称される機能を有している。この酸素吸蔵機能は、（１）燃料混合気の空燃比がリーンである場合に、排気中の窒素酸化物から酸素を奪うことで窒素酸化物を還元して、この奪った酸素を内部に吸蔵（貯蔵）するとともに、（２）燃料混合気の空燃比がリッチである場合に、吸蔵されている酸素を排気中の未燃成分の酸化のために放出する、という機能である。

この種の三元触媒の排気浄化能力である上述の酸素吸蔵機能は、酸素の吸蔵と放出との繰り返しによって触媒物質（貴金属）を活性化させることで、高く維持することができる。そこで、前記三元触媒における酸素の吸蔵と放出との繰り返しを生じさせるために、排気の空燃比すなわち燃料混合気の空燃比を強制振動させる制御（パータベーション制御）を行う装置が、従来広く知られている（例えば、特開平２−１１８４１号公報、特開平８−１８９３９９号公報、特開平１０−１３１７９０号公報、特開２００１−１５２９１３号公報、特開２００５−７６４９６号公報、特開２００７−２３９６９８号公報、特開２００７−５６７５５号公報、特開２００９−２１７０号公報、等参照。）。

特開平２−１１８４１号公報 特開平８−１８９３９９号公報 特開平１０−１３１７９０号公報、 特開２００１−１５２９１３号公報 特開２００５−７６４９６号公報 特開２００７−２３９６９８号公報 特開２００７−５６７５５号公報 特開２００９−２１７０号公報

＜構成＞
本発明の適用対象である内燃機関システムは、内部に気筒を有する内燃機関と、排気通路（前記気筒から排出された排気の通路）に装着された排気浄化触媒及び下流側空燃比センサと、を備えている。前記排気浄化触媒は、前記気筒から排出された排気を浄化するように構成されている。前記下流側空燃比センサは、前記排気浄化触媒よりも排気流動方向における下流側の部位にて前記排気通路に装着されていて、当該部位における排気の空燃比に対応する出力を発生するようになっている。

なお、前記内燃機関システムには、上流側空燃比センサがさらに備えられ得る。この上流側空燃比センサは、前記内燃機関システムにおける前記排気浄化触媒及び前記下流側空燃比センサよりも前記排気流動方向における上流側の部位にて前記排気通路に装着されていて、当該部位における排気の空燃比に対応する出力を発生するようになっている。

本発明の空燃比制御装置は、少なくとも前記下流側空燃比センサの出力に基づいて前記内燃機関の空燃比を制御する装置であって、その特徴は、逆方向スパイク導入手段と逆方向スパイク間隔設定手段とを備えたことにある。前記逆方向スパイク導入手段は、前記下流側空燃比センサの出力によって要求される空燃比補正の実施中に、当該方向とは逆方向の空燃比スパイク（逆方向スパイク）を導入するようになっている。すなわち、この逆方向スパイクは、制御目標空燃比よりも、前記下流側空燃比センサの出力によって要求される空燃比補正の方向とは逆方向に、前記排気の空燃比を一時的に変化させる、空燃比スパイクである。前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記内燃機関システムの運転状態に基づいて、逆方向スパイク間隔を設定するようになっている。この逆方向スパイク間隔は、時間的に隣り合う２つの前記逆方向スパイク同士の間隔である。

前記空燃比制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力と所定の目標値（例えば理論空燃比に対応する値）との偏差を取得する、偏差取得手段をさらに備えていてもよい。この場合、前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記偏差に基づいて、前記逆方向スパイク間隔を設定するようになっている。

前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記内燃機関の負荷（すなわち前記気筒の吸入空気量）に基づいて、前記逆方向スパイク間隔を設定するようになっていてもよい。この場合、具体的には、例えば、前記逆方向スパイク間隔設定手段は、負荷が高いほど（すなわち前記吸入空気量が大きいほど）、前記逆方向スパイク間隔を短く設定するようになっている。

前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記排気浄化触媒の劣化状態に基づいて、前記逆方向スパイク間隔を設定するようになっていてもよい。この場合、具体的には、例えば、前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記排気浄化触媒が劣化するほど、前記逆方向スパイク間隔を短く設定するようになっている。

前記空燃比制御装置は、前記内燃機関システムの運転状態に基づいて逆方向スパイク時間（１回の前記逆方向スパイクあたりの継続時間）を設定する、逆方向スパイク時間設定手段をさらに備えていてもよい。この場合、例えば、前記逆方向スパイク時間設定手段は、前記内燃機関の負荷に基づいて、前記逆方向スパイク時間を設定するようになっていてもよい。また、前記逆方向スパイク時間設定手段は、前記排気浄化触媒の劣化状態に基づいて、前記逆方向スパイク時間を設定するようになっていてもよい。

前記空燃比制御装置は、前記気筒の吸入空気量に基づいて、１回の前記逆方向スパイクにおける空燃比変動幅である逆方向スパイク強度を設定する、逆方向スパイク強度設定手段を、さらに備えていてもよい。

前記空燃比制御装置は、前記下流側空燃比センサの出力の定常的な誤差の補正のための学習を許可する、下流側学習条件判定手段を、さらに備えていてもよい。この場合、前記下流側学習条件判定手段は、前記逆方向スパイク間隔に基づいて前記学習を許可するようになっている。また、この場合、前記空燃比制御装置は、前記逆方向スパイクの導入中に、前記下流側空燃比センサの出力の変化の方向が当該出力によって要求される空燃比補正の方向とは逆方向になった時点で、前記目標値を補正することによって前記学習を行うようになっている。

前記空燃比制御装置は、前記上流側空燃比センサの出力の定常的な誤差の補正のための学習を許可する、上流側学習条件判定手段を、さらに備えていてもよい。この場合、前記上流側学習条件判定手段は、前記逆方向スパイク間隔に基づいて前記学習を許可するようになっている。

＜作用効果＞
かかる構成を備えた本発明の空燃比制御装置においては、前記下流側空燃比センサは、前記排気浄化触媒から排出された（流出してきた）排気における空燃比（酸素濃度）に対応した出力を生じる。ここで、排気が前記排気浄化触媒に流入すると、排気浄化作用（酸素の吸蔵又は放出反応）は、前記排気流動方向における上流端側（前端側あるいは排気流入側）から生じる。そして、実質的な排気浄化部位（反応部位）は、徐々に下流端側（後端側あるいは排気流出側）に向けて移動する。

そして、前記排気浄化触媒の全体（すなわち上流端から下流端に至るまで）にて排気浄化機能（酸素の吸蔵又は放出反応）が飽和して、当該排気浄化触媒にて排気が処理しきれなくなったときに、当該排気浄化触媒における排気の吹き抜けが生じる。このとき、一般的には、前記下流側空燃比センサに達する排気中の空燃比（酸素濃度）が急変し、これにより前記下流側空燃比センサの出力も急変する。

これに対し、本発明の空燃比制御装置においては、前記下流側空燃比センサの出力によって要求される空燃比補正の実施中に、当該方向とは逆方向の空燃比スパイクである前記逆方向スパイクが、前記内燃機関システムの運転状態に応じた適切な間隔で導入される。これにより、前記下流側空燃比センサの過渡出力の発生が可及的に抑制されるとともに、より効率的な排気浄化が行われる。

より詳細に説明すると、例えば、前記下流側空燃比センサの出力がリッチ側からリーン側に反転すると、これにより、リッチ方向の空燃比補正が要求される。この出力反転時点において、前記排気浄化触媒における窒素酸化物の浄化処理機能（酸素吸蔵）は、完全に飽和している。

リッチ方向の空燃比補正が開始されると、前記排気浄化触媒に流入する排気がリッチ化される。これにより、前記排気浄化触媒の前記排気流動方向における上流端側にて、リッチ空燃比の排気中の未燃成分の浄化処理（酸化）が行われるとともに、窒素酸化物の浄化処理機能が回復する（吸蔵酸素が放出される）。そして、リッチ空燃比の排気の浄化処理部位及び窒素酸化物の浄化処理機能の回復部位は、徐々に下流側に移動していく。

ここで、本発明においては、前記下流側空燃比センサの出力に基づくリッチ要求の空燃比補正とは逆方向の、リーンスパイクが、前記内燃機関システムの運転状態に応じた適切な条件（間隔等）で導入される。すると、前記排気浄化触媒の前記排気流動方向における上流部（上流端部）にて、リーンスパイクによるリーン空燃比の排気中の窒素酸化物が浄化される。一方、平均的な排気の空燃比は依然としてリッチであるので、リッチ空燃比の排気の浄化処理部位及び窒素酸化物の浄化処理機能回復部位は、前記排気流動方向における下流側に向けて徐々に移動していく。

よって、前記排気浄化触媒においては、前記排気流動方向における上流部にてリーンスパイクに伴う排気が適宜処理されつつ、中流部及び下流部にてリッチ方向の空燃比補正に伴う触媒反応が徐々に進行する。このため、中流部及び下流部における排気の空燃比（酸素濃度）変化が緩やかにされ、以て前記下流側空燃比センサの過渡出力の発生が可及的に抑制される。さらに、中央部及び下流部における排気浄化能力（酸素吸蔵能力あるいは酸素放出能力）が、万遍なく活用される。

同様に、例えば、前記下流側空燃比センサの出力がリーン側からリッチ側に反転すると、これにより、リーン方向の空燃比補正が要求される。この出力反転時点において、前記排気浄化触媒における未燃成分の浄化処理機能（酸素放出）は、完全に飽和している。

リーン方向の空燃比補正が開始されると、前記排気浄化触媒に流入する排気がリーン化される。これにより、前記排気浄化触媒の前記排気流動方向における上流端側にて、リーン空燃比の排気中の窒素酸化物の浄化処理（還元）が行われるとともに、未燃成分の浄化処理機能が回復する（酸素が吸蔵される）。そして、リーン空燃比の排気の浄化処理部位及び未燃成分の浄化処理機能の回復部位は、徐々に下流側に移動していく。

ここで、本発明においては、前記下流側空燃比センサの出力に基づくリーン要求の空燃比補正とは逆方向の、リッチスパイクが、前記内燃機関システムの運転状態に応じた適切な条件（間隔等）で導入される。すると、前記排気浄化触媒の前記排気流動方向における上流部（上流端部）にて、リッチスパイクによるリッチ空燃比の排気中の未燃成分が浄化される。一方、平均的な排気の空燃比は依然としてリーンであるので、リーン空燃比の排気の浄化処理部位及び未燃成分の浄化処理機能回復部位は、前記排気流動方向における下流側に向けて徐々に移動していく。

よって、前記排気浄化触媒においては、前記排気流動方向における上流部にてリッチスパイクに伴う排気が適宜処理されつつ、中流部及び下流部にてリーン方向の空燃比補正に伴う触媒反応が徐々に進行する。このため、中流部及び下流部における排気の空燃比（酸素濃度）変化が緩やかにされ、以て前記下流側空燃比センサの過渡出力の発生が可及的に抑制される。さらに、中央部及び下流部における排気浄化能力（酸素吸蔵能力あるいは酸素放出能力）が、万遍なく活用される。

図１は、本発明の一実施形態が適用された内燃機関システムの全体構成を示す概略図である。 図２は、図１に示されている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３は、図１に示されている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４は、本実施形態において実行される制御の内容を示したタイミングチャートである。 図５は、図１に示されているＣＰＵによって実行される処理の一具体例を示すフローチャートである。 図６は、図１に示されているＣＰＵによって実行される処理の一具体例を示すフローチャートである。 図７は、図１に示されているＣＰＵによって実行される処理の一具体例を示すフローチャートである。 図８は、図１に示されているＣＰＵによって実行される処理の他の具体例を示すフローチャートである。 図９は、本実施形態において実行される他の制御の内容を示したタイミングチャートである。 図１０は、図９に示されている制御に対応する処理の一具体例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件及び実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態に対して施され得る各種の変更（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜システムの構成＞
図１は、本発明の適用対象である内燃機関システムＳ（以下、単に「システムＳ」と称する。例えば車両がこれに該当する。）の概略構成を示す図である。このシステムＳは、ピストン往復動型の火花点火式複数気筒４サイクルエンジン１（以下、単に「エンジン１」と称する。）と、本発明の空燃比制御装置の一実施形態であるエンジン制御装置２と、を含んでいる。なお、図１には、エンジン１の特定の気筒における、気筒配列方向と直交する面による断面図が示されている。

＜＜エンジン＞＞
図１を参照すると、エンジン１は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを備えている。これらは、図示しないボルト等によって、互いに固定されている。また、エンジン１（具体的にはシリンダブロック１１）には、吸気通路１３及び排気通路１４が接続されている。

シリンダブロック１１には、気筒を構成するための略円柱形状の貫通孔である、シリンダボア１１１が形成されている。上述の通り、シリンダブロック１１には、複数のシリンダボア１１１が、気筒配列方向に沿って一列に配置されている。各シリンダボア１１１の内側には、ピストン１１２が、シリンダボア１１１の中心軸（以下、「シリンダ中心軸」と称する。）に沿って往復移動可能に収容されている。

シリンダブロック１１内には、クランクシャフト１１３が、気筒配列方向と平行に配置されつつ、回転可能に支持されている。クランクシャフト１１３は、ピストン１１２のシリンダ中心軸に沿った往復移動に基づいて回転駆動されるように、コンロッド１１４を介してピストン１１２と連結されている。

シリンダブロック１１のシリンダ中心軸に沿った方向における一端部（ピストン１１２の上死点側の端部：図中上端部）には、シリンダヘッド１２が接合されている。シリンダヘッド１２における、シリンダブロック１１側の端面には、複数の凹部が、各シリンダボア１１１に対応する位置に設けられている。すなわち、シリンダヘッド１２がシリンダブロック１１に接合及び固定された状態における、ピストン１１２の頂面よりもシリンダヘッド１２側（図中上側）のシリンダボア１１１の内側の空間と、上述の凹部の内側の空間と、によって、燃焼室ＣＣが形成されている。

シリンダヘッド１２には、吸気ポート１２１及び排気ポート１２２が、燃焼室ＣＣに連通するように設けられている。吸気ポート１２１には、インテークマニホールド及びサージタンク等を含む吸気通路１３が接続されている。同様に、排気ポート１２２には、エキゾーストマニホールドを含む排気通路１４が接続されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気バルブ１２３と、排気バルブ１２４と、吸気バルブ制御装置１２５と、排気カムシャフト１２６と、点火プラグ１２７と、イグナイタ１２８と、インジェクタ１２９と、が装着されている。

吸気バルブ１２３は、吸気ポート１２１を開閉する（すなわち吸気ポート１２１と燃焼室ＣＣとの連通状態を制御する）ためのバルブである。排気バルブ１２４は、排気ポート１２２を開閉する（すなわち排気ポート１２２と燃焼室ＣＣとの連通状態を制御する）ためのバルブである。吸気バルブ制御装置１２５は、図示しない吸気カム及び吸気カムシャフトの回転角度（位相角度）を制御するための機構（かかる機構の具体的な構成については周知なので、本明細書においてはその説明を省略する。）を備えている。排気カムシャフト１２６は、排気バルブ１２４を駆動するように構成されている。

点火プラグ１２７は、その先端部の火花発生電極が、燃焼室ＣＣ内に露出するように設けられている。イグナイタ１２８は、点火プラグ１２７に与える高電圧を発生するためのイグニッションコイルを備えている。インジェクタ１２９は、燃焼室ＣＣ内に供給するための燃料を、吸気ポート１２１内にて噴射するように、構成及び配置されている。

＜＜吸排気通路＞＞
吸気通路１３における、エアフィルタ１３１と吸気ポート１２１との間の位置には、スロットルバルブ１３２が装着されている。このスロットルバルブ１３２は、スロットルバルブアクチュエータ１３３によって回転駆動されることで、吸気通路１３の開口断面積を可変とするようになっている。

排気通路１４には、上流側触媒コンバータ１４１及び下流側触媒コンバータ１４２が装着されている。本発明の「排気浄化触媒」に相当する上流側触媒コンバータ１４１は、燃焼室ＣＣから排気ポート１２２に排出された排気が最初に流入する排気浄化触媒装置であって、下流側触媒コンバータ１４２よりも排気流動方向における上流側に設けられている。上流側触媒コンバータ１４１及び下流側触媒コンバータ１４２は、酸素吸蔵機能を有する三元触媒を内部に備えていて、排気中のＣＯ及びＨＣ等の未燃成分並びにＮＯｘを同時に浄化可能に構成されている。

＜＜制御装置＞＞
エンジン制御装置２は、本発明の各手段を構成する電子制御ユニット２００（以下、単に「ＥＣＵ２００」と称する。）を備えている。ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１と、ＲＯＭ２０２と、ＲＡＭ２０３と、バックアップＲＡＭ２０４と、インターフェース２０５と、双方向バス２０６と、を備えている。ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、バックアップＲＡＭ２０４、及びインターフェース２０５は、双方向バス２０６によって互いに接続されている。

ＲＯＭ２０２には、ＣＰＵ２０１が実行するルーチン（プログラム）、このルーチンの実行時に参照されるテーブル（ルックアップテーブル、マップを含む）、等が、予め格納されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納するようになっている。

バックアップＲＡＭ２０４は、電源が投入された状態でＣＰＵ２０１がルーチンを実行する際にデータを格納するとともに、格納したデータを電源遮断後も保持するようになっている。具体的には、バックアップＲＡＭ２０４は、取得（検出又は推定）された運転状態パラメータの一部、上述のテーブルの一部、当該テーブルの補正（学習）結果、等を、上書き可能に格納するようになっている。

インターフェース２０５は、システムＳにおける動作部（吸気バルブ制御装置１２５、イグナイタ１２８、インジェクタ１２９、スロットルバルブアクチュエータ１３３、等）及び後述する各種センサと、電気的に接続されている。すなわち、インターフェース２０５は、後述する各種センサからの検出信号をＣＰＵ２０１に伝達するとともに、上述の動作部を駆動するための駆動信号（これはＣＰＵ２０１にて上述の検出信号に基づいて演算（上述のルーチンの実行）が行われることで発生する。）を当該動作部に伝達するようになっている。

システムＳには、冷却水温センサ２１１、カムポジションセンサ２１２、クランクポジションセンサ２１３、エアフローメータ２１４、上流側空燃比センサ２１５ａ、下流側空燃比センサ２１５ｂ、スロットルポジションセンサ２１６、及びアクセル開度センサ２１７、等の各種センサが備えられている。

冷却水温センサ２１１は、シリンダブロック１１に装着されていて、シリンダブロック１１内の冷却水温Ｔｗに対応する信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ２１２は、シリンダヘッド１２に装着されていて、吸気バルブ１２３を往復移動させるための上述の不図示の吸気カムシャフト（吸気バルブ制御装置１２５に含まれている）の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号（Ｇ２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２１３は、シリンダブロック１１に装着されていて、クランクシャフト１１３の回転角度に応じたパルスを有する波形の信号を出力するようになっている。エアフローメータ２１４は、吸気通路１３に装着されていて、吸気通路１３内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量である吸入空気流量Ｇａに対応する信号を出力するようになっている。

上流側空燃比センサ２１５ａ及び下流側空燃比センサ２１５ｂは、排気通路１４に装着されている。上流側空燃比センサ２１５ａは、上流側触媒コンバータ１４１よりも前記排気流動方向における上流側に配置されている。下流側空燃比センサ２１５ｂは、上流側触媒コンバータ１４１よりも前記排気流動方向における下流側の位置、具体的には、上流側触媒コンバータ１４１と下流側触媒コンバータ１４２との間の位置に配置されている。

上流側空燃比センサ２１６ａ及び下流側空燃比センサ２１６ｂは、それぞれが装着された部位を通過する排気の空燃比（酸素濃度）に対応する信号を出力するようになっている。具体的には、上流側空燃比センサ２１５ａは、限界電流式の酸素濃度センサ（いわゆるＡ／Ｆセンサ）であって、図２に示されているように、広範囲にわたる空燃比に対してほぼリニアな出力を生じるようになっている。これに対し、下流側空燃比センサ２１５ｂは、起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサ（いわゆるＯ_２センサ）であって、図３に示されているように、理論空燃比にて約０．５Ｖであってその近傍の空燃比において出力が急変する一方、理論空燃比よりもリッチ側にて約０．９Ｖで出力が一定となり理論空燃比よりもリーン側にて約０．１Ｖで出力が一定となるような、空燃比変化に対してステップ状の応答特性（Ｚ特性）を有する出力を生じるようになっている。

スロットルポジションセンサ２１６は、スロットルバルブ１３２に対応する位置に配置されている。このスロットルポジションセンサ２１６は、スロットルバルブ１３２の実際の回転位相（すなわちスロットルバルブ開度ＴＡ）に対応する信号を出力するようになっている。アクセル開度センサ２１７は、運転者によるアクセルペダル２２０の操作量（アクセル操作量ＰＡ）に対応する信号を出力するようになっている。

＜実施形態の構成による動作の概要＞
本実施形態のＥＣＵ２００は、上流側空燃比センサ２１５ａ及び下流側空燃比センサ２１５ｂの出力に基づいて、エンジン１の空燃比制御、すなわち、インジェクタ１２９における燃料噴射量（噴射時間）の制御を行う。

具体的には、上流側空燃比センサ２１５ａからの出力信号に基づいて、上流側触媒コンバータ１４１に流入する排気の空燃比が目標空燃比（要求空燃比）になるように、燃料噴射量がフィードバック制御される（メインフィードバック制御）。また、このメインフィードバック制御と併せて、下流側空燃比センサ２１５ｂの出力を燃料噴射量にフィードバックする制御も行われる（サブフィードバック制御）。このサブフィードバック制御においては、下流側空燃比センサ２１５ｂの出力に基づいて、上流側触媒コンバータ１４１に流入する排気の空燃比すなわち燃焼室ＣＣに供給される燃料混合気の空燃比（要求空燃比）が決定される。

図４は、本実施形態において実行される制御の内容を示したタイミングチャートである。図４における下側の「Ｖoxs」は、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsの経時変化を示し、図４における上側の「要求Ａ／Ｆ」は、下側に示された下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsに基づいて設定される要求空燃比を示す。

図４を参照すると、時刻ｔ１より前においては、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが、リーン側である（すなわち理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refよりも低い）。このため、時刻ｔ１より前においては、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsに基づき、要求空燃比がリッチ側に設定されている（リッチ要求）。このリッチ要求時においては、要求空燃比は、理論空燃比（ストイキ）から大きくリッチ側に変位した値に設定されている（図中ＡＦ_Ｒ参照）。

リッチ要求の空燃比補正の実行中は、リッチ空燃比の排気が、上流側触媒コンバータ１４１に流入する。これにより、上流側触媒コンバータ１４１に備えられた三元触媒（以下、単に「三元触媒」と称する。）においては、リッチ空燃比の排気を浄化（酸化）処理するために、酸素放出が生じている。かかる酸素放出が前記三元触媒の全体にて飽和すると、リッチ空燃比の排気が上流側触媒コンバータ１４１を吹き抜けることで、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリーン側からリッチ側に反転する。

下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリーン側からリッチ側に反転した時点ｔ１から、当該出力Ｖoxsに基づき、要求空燃比がリーン側に設定される（リーン要求）。このリーン要求時においては、要求空燃比は、理論空燃比から大きくリーン側に変位した値に設定される（図中ＡＦ_Ｌ参照）。これにより、前記三元触媒における酸素吸蔵速度が高められ、以て酸素吸蔵機能が最大限に活用される。

ところで、この時刻ｔ１の直後は、前記三元触媒においては、上述のように、酸素放出がほぼ飽和している。このため、時刻ｔ１にてリーン要求が開始した直後からリッチスパイクが行われると、当該リッチスパイクに伴うリッチ空燃比の排気を浄化（酸化）処理することが困難である可能性がある。

そこで、本実施形態においては、時刻ｔ１から所定時間経過した時点ｔ２までは、リッチスパイクが待機（禁止）される。この時刻ｔ２は、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが、理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refを中心としたリッチ側の振幅に相当する値（リッチ側最大値あるいはリッチ側極値）Ｖoxs_Rmaxよりも若干電圧が低下してリッチスパイク開始値Ｖoxs_RSに達した時点である。

時刻ｔ１からｔ２までの間は、リーン要求に伴うリーン空燃比の排気が前記三元触媒に流入することで、当該三元触媒の前記排気流動方向における上流端側から、酸素吸蔵が開始される。前記三元触媒の前記排気流動方向における上流端部にて酸素吸蔵が飽和すると、酸素吸蔵部位は、次第に下流側に向かって移動する。このようにして、当該三元触媒の上流端側から順に、酸素放出の飽和状態が解消され、後のリッチスパイクに伴うリッチ空燃比の排気の処理が可能になる。なお、時刻ｔ１からｔ２までの間、リッチスパイクが禁止されることで、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリッチ側極値Ｖoxs_Rmaxからすみやかに低下してリッチスパイク開始値Ｖoxs_RSに達することができる。

時刻ｔ２以降にリッチスパイクが許可され、リッチスパイクが実行されると、当該リッチスパイクに伴うリッチ空燃比の排気は、前記三元触媒の前記排気流動方向における上流端側にて適宜処理される。一方、平均的な排気の空燃比は、依然としてリーンであるため、酸素吸蔵部位は、前記三元触媒の前記排気流動方向における中流部から下流端側に向かって移動する。これにより、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsの変化が図４に示されているように緩やかにされつつ、前記三元触媒における酸素吸蔵能力が万遍なく活用される。このリッチスパイクは、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリッチ側からリーン側に反転する時点ｔ３以前まで許可される。なお、リッチスパイクは、例えば、１回が０．１〜１秒程度であり、１〜５秒間に１回実行される（後述するリーンスパイクも同様である）。

ここで、本実施形態においては、図４に示されているように、リッチスパイク間隔（時間的に隣り合うリッチスパイク同士の間隔）Ｔ_ＲＳは、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsと目標値Ｖoxs_refとの偏差ΔＶoxsに応じて設定される。具体的には、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳは、偏差ΔＶoxsが大きいほど大きく設定され、逆に偏差ΔＶoxsが小さいほど小さく設定される。これにより、前記三元触媒に強いリーン空燃比の排気を導入することによる酸素吸蔵機能の最大限の活用が確保されつつ、下流側空燃比センサ２１６ｂの過渡出力の発生が可及的に抑制される。

また、本実施形態においては、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳは、機関負荷に応じて設定される。具体的には、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳは、機関負荷が高いほど小さく設定される。これと同時に、リッチスパイク時間（１回のリッチスパイクあたりの継続時間）ｔ_ＲＳは、機関負荷が高いほど短く設定される。これにより、最適なリッチスパイクの実行状態（リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳ及びリッチスパイク時間ｔ_ＲＳ）が維持される。

例えば、機関負荷が低い領域（すなわち低Ｇａ領域）においては、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳを大きく設定することで、前記三元触媒にリーン空燃比の排気がより長い時間導入される。これにより、前記三元触媒の酸素吸蔵機能をより大きく引き出すことができる。逆に、機関負荷が高い領域（すなわち高Ｇａ領域）においては、前記三元触媒内にリーン空燃比の排気が導入されやすい状態となっている。このため、かかる領域においては、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳを小さく設定することで、リーン要求中の平均空燃比のリーン側への変位が緩和され、以てエミッションが低減される。

さらに、本実施形態においては、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳ及びリッチスパイク時間ｔ_ＲＳは、前記三元触媒の劣化状態に応じて設定される。具体的には、前記三元触媒の劣化が進行するほど（すなわちオンボード触媒診断によって取得される酸素吸蔵能力ＯＳＣの値が小さくなるほど）、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが小さく設定されるとともにリッチスパイク時間ｔ_ＲＳが短く設定される。これにより、エミッションを低減することができる。

時刻ｔ３にて、前記三元触媒における酸素吸蔵が飽和して下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリッチ側からリーン側に反転すると、リッチ要求が開始する。このリッチ要求時においては、要求空燃比は、理論空燃比から大きくリッチ側に変位した値に設定される（図中ＡＦ_Ｒ参照）。これにより、前記三元触媒における酸素放出速度が高められ、以て酸素吸蔵機能が最大限に活用される。

このとき、上述と同様に、リッチ要求が開始した時刻ｔ３から所定時間経過するまでは、リーンスパイクが禁止される。これにより、前記三元触媒の前記排気流動方向における上流端部にて、時刻ｔ４以降のリーンスパイクに対応可能な、酸素吸蔵可能部位が生じる。また、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが後述するリーン側極値Ｖoxs_Lmaxからすみやかに上昇してリーンスパイク開始値Ｖoxs_LSに達することができる。

そして、時刻ｔ３から所定時間経過した時刻ｔ４以降、リーンスパイクが許可される。この時刻ｔ４は、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが、理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refを中心としたリーン側の振幅に相当する値（リーン側最大値あるいはリーン側極値）Ｖoxs_Lmaxよりも若干電圧が上昇してリーンスパイク開始値Ｖoxs_LSに達した時点である。これにより、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsの変化が図４に示されているように緩やかにされつつ、前記三元触媒における酸素放出能力が万遍なく活用される。その後、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリーン側からリッチ側に反転する時点ｔ５以前まで、リーンスパイクが許可される。

ここで、本実施形態においては、上述のリッチスパイクと同様に、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsと目標値Ｖoxs_refとの偏差ΔＶoxs、機関負荷、及び前記三元触媒の劣化状態に応じて設定される。具体的には、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳは、偏差ΔＶoxsが大きいほど大きく設定され、機関負荷が高いほど小さく設定され、前記三元触媒の劣化が進行するほど小さく設定される。また、リーンスパイク時間ｔ_ＬＳが、機関負荷及び前記三元触媒の劣化状態に応じて設定される。具体的には、リーンスパイク時間ｔ_ＬＳは、機関負荷が高いほど短く設定され、前記三元触媒の劣化が進行するほど短く設定される。

加えて、本実施形態においては、リッチ要求における要求空燃比ＡＦ_Ｒ及びリーンスパイク強度（リーンスパイクにおける要求空燃比）ＡＦ_ＬＳ、並びに、リーン要求における要求空燃比ＡＦ_Ｌ及びリッチスパイク強度（リッチスパイクにおける要求空燃比）ＡＦ_ＲＳは、機関負荷に応じて設定される。

具体的には、機関負荷が低い領域（すなわち触媒床温が低い領域）においては、これらを目標値Ｖoxs_refから大きく変位した値とすることで、酸素の吸蔵及び放出速度を高めることができる。一方、機関負荷が高い領域（すなわち触媒床温が高い領域）においては、これらの目標値Ｖoxs_refからの変位を小さくすることで、エミッションの低減を図ることができる。

さらに、吸入空気流量Ｇａが増加すると、触媒ストイキ（前記三元触媒のストイキ点：具体的には触媒ウィンドウの中央値）がリッチ側にシフトする（例えば、特開２００５−４８７１１号公報、特開２００５−３５１２５０号公報、等参照。）。このため、高負荷であるほど（すなわち吸入空気流量Ｇａが増加するほど）、触媒ストイキをリッチ側にシフトさせるように、上述の要求空燃比ＡＦ_Ｒ等や目標値Ｖoxs_refが適宜設定される。

＜動作の具体例＞
図５〜図７は、図１に示されているＣＰＵ２０１によって実行される処理の一具体例を示すフローチャートである。なお、各図のフローチャートにおいて、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている。

まず図５を参照すると、ステップ５１０にて、現在フィードバック制御が行われているか否かが判定される。フィードバック制御中でない場合（ステップ５１０＝Ｎｏ）、以降の処理がすべてスキップされる。フィードバック制御中である場合（ステップ５１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ５２０に進行し、現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが、理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refよりも高いか否かが判定される。

現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも高い場合（ステップ５２０＝Ｙｅｓ）、処理が図６のステップ６１０以降に進行し、リーン要求が開始される。このリーン要求においては、まず、ステップ６１０にて、リーン要求における要求空燃比ＡＦ_Ｌが、機関負荷すなわち吸入空気流量Ｇａに基づいて（マップ等を用いて）設定される。

次に、処理がステップ６２０に進行し、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが下降中であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが下降し始めるまでは、処理は続くステップ６３０には進行しない。

下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが下降し始めると（ステップ６２０＝Ｙｅｓ）、リッチスパイクの実行が許可され、スパイク制御タイマがリセットされる（ステップ６３０）。このとき、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsは、図４に示されているように、リッチ側極値Ｖoxs_Rmaxからリッチスパイク開始値Ｖoxs_RS程度にまで下降している。

リッチスパイク制御が開始されると、ステップ６４０にて、現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsから目標値Ｖoxs_refを減じることで、偏差ΔＶoxsが取得される。次に、かかる偏差ΔＶoxsを含むシステムＳの運転状態パラメータに基づいて（マップ等を用いて）リッチスパイク強度ＡＦ_ＲＳ、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳ、及びリッチスパイク時間ｔ_ＲＳが設定され（ステップ６４５〜６５５）、これらの設定値と上述のスパイク制御タイマの計数値とに基づいてリッチスパイクが実行される（ステップ６６０）。

すなわち、ステップ６４５においては、吸入空気流量Ｇａに基づいて、リッチスパイク強度ＡＦ_ＲＳが設定される。また、ステップ６５０においては、吸入空気流量Ｇａ、前記三元触媒の酸素吸蔵能力ＯＳＣ（これは周知のオンボード触媒診断によって別途求められている：例えば特開平８−２８４６４８号公報、特開平１０−３１１２１３号公報、特開平１１−１２５１１２号公報、等参照。）、及び偏差ΔＶoxsに基づいて、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが設定される。さらに、ステップ６５５においては、吸入空気流量Ｇａ及び酸素吸蔵能力ＯＳＣに基づいて、リッチスパイク時間ｔ_ＲＳが設定される。

続いて、現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも低くなったか否かが判定される（ステップ６７０）。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも低くなるまでは（ステップ６７０＝Ｎｏ）、リッチスパイク制御が許可される。これにより、図４に示されているように、リッチスパイクが適宜実行される。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも低くなると（ステップ６７０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ６８０に進行し、リッチスパイク制御が終了する。

図５のステップ５２０における判定が「Ｎｏ」である場合、又は、図６のステップ６８０を経た場合（すなわち上述のリッチスパイク制御が終了した場合）、処理が図７におけるステップ７１０以降に進行し、リッチ要求が開始される。このリッチ要求においては、まず、ステップ７１０にて、リッチ要求における要求空燃比ＡＦ_Ｒが、機関負荷すなわち吸入空気流量Ｇａに基づいて（マップ等を用いて）設定される。

次に、処理がステップ７２０に進行し、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが上昇中であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが上昇し始めるまでは、処理は続くステップ７３０には進行しない。

下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが上昇し始めると（ステップ７２０＝Ｙｅｓ）、リーンスパイクの実行が許可され、スパイク制御タイマがリセットされる（ステップ７３０）。このとき、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsは、図４に示されているように、リーン側極値Ｖoxs_Lmaxからリーンスパイク開始値Ｖoxs_LS程度にまで上昇している。

リーンスパイク制御が開始されると、ステップ７４０にて、目標値Ｖoxs_refから現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsを減じることで、偏差ΔＶoxsが取得される。次に、かかる偏差ΔＶoxsを含む運転状態パラメータに基づいて（マップ等を用いて）リーンスパイク強度ＡＦ_ＬＳ、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳ、及びリーンスパイク時間ｔ_ＬＳが設定され（ステップ７４５〜７５５）、これらの設定値とスパイク制御タイマとに基づいてリーンスパイクが実行される（ステップ７６０）。

すなわち、ステップ７４５においては、吸入空気流量Ｇａに基づいて、リーンスパイク強度ＡＦ_ＬＳが設定される。また、ステップ７５０においては、吸入空気流量Ｇａ、酸素吸蔵能力ＯＳＣ、及び偏差ΔＶoxsに基づいて、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが設定される。さらに、ステップ７５５においては、吸入空気流量Ｇａ及び酸素吸蔵能力ＯＳＣに基づいて、リーンスパイク時間ｔ_ＬＳが設定される。

続いて、現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも高くなったか否かが判定される（ステップ７７０）。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも高くなるまでは（ステップ７７０＝Ｎｏ）、リーンスパイク制御が許可される。これにより、図４に示されているように、リーンスパイクが適宜実行される。

下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも高くなると（ステップ７７０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ７８０に進行し、リーンスパイク制御が終了する。その後、処理が図６におけるステップ６１０に進行し、再びリーン要求が開始される。

＜実施形態による作用効果＞
以上詳述した通り、本実施形態においては、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリーン側からリッチ側に反転した場合に、この出力に基づいて、要求空燃比が、理論空燃比から大きくリーン側に変位した値（リーン要求における要求空燃比ＡＦ_Ｌ：図４参照）に設定される。同様に、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリッチ側からリーン側に反転した場合に、この出力に基づいて、要求空燃比が、理論空燃比から大きくリッチ側に変位した値（リッチ要求における要求空燃比ＡＦ_Ｒ：図４参照）に設定される。これにより、前記三元触媒における酸素の吸蔵及び放出の速度が増加し、当該触媒における酸素吸蔵機能が高められる。

また、本実施形態においては、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsに基づく要求空燃比の方向とは逆方向のスパイクが、システムＳの運転状態に応じた適切な条件で行われる。これにより、前記三元触媒における酸素吸蔵機能が万遍なく活用されつつ、下流側空燃比センサ２１６ｂの過渡的な出力（出力の急変）が抑制される。さらに、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが極値（Ｖoxs_LmaxやＶoxs_Rmax）の近傍である時間が可及的に短くなるため、下流側空燃比センサ２１６ｂを可及的に良好な応答性の領域で使用することができる。

このように、本実施形態の構成は、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsと理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refとの乖離が小さいほどサブフィードバック補正量が小さくなる従来の空燃比制御装置や、単なるパータベーション制御を行っていたに止まる従来の空燃比制御装置に比して、前記三元触媒の酸素吸蔵機能をよりいっそう活用することができるものであるとともに、エミッション抑制性能も優れている。

＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。よって、本発明はもとより上述の実施形態に何ら限定されるものではない。したがって、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、上述の実施形態に対して種々の変形が施され得ることは、当然である。

以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、複数の変形例が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明（特に、本発明の課題を解決するための手段を構成する各構成要素における、作用的あるいは機能的に表現されているもの）は、上述の実施形態や、下記変形例の記載に基づいて限定解釈されてはならない。このような限定解釈は、（先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。

本発明は、上述の実施形態にて開示された具体的な装置構成に限定されない。例えば、本発明は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、メタノールエンジン、バイオエタノールエンジン、その他任意のタイプの内燃機関に適用可能である。気筒数、気筒配列方式（直列、Ｖ型、水平対向）、燃料供給方式、着火方式も、特に限定はない。

インジェクタ１２９とともに、あるいはこれに代えて、燃焼室ＣＣ内に燃料を直接噴射するための筒内噴射弁が設けられていてもよい（例えば特開２００７−２７８１３７号公報等参照）。かかる構成に対しても、本発明は好適に適用される。また、上流側空燃比センサ２１６ａや下流側空燃比センサ２１６ｂは、上流側触媒コンバータ１４１の筐体に装着されていてもよい。

本発明は、上記の実施形態にて開示された具体的な処理態様に限定されない。例えば、或るセンサで取得（検出）された運転状態パラメータは、他のセンサで取得（検出）された他の運転状態パラメータや、これを用いたオンボード推定値に代用され得る。すなわち、例えば、図６及び図７の各ステップにおいて、吸入空気流量Ｇａに代えて、負荷率ＫＬやスロットルバルブ開度ＴＡやアクセル操作量ＰＡや触媒床温が用いられ得る。

図６のステップ６２０の処理に代えて、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsがリーン側からリッチ側に反転してから所定時間経過したか否かの判定が行われてもよい。図７のステップ７２０についても同様である。また、出力反転後の吸入空気流量Ｇａの積算値も、スパイク開始判定に用いられ得る。

リッチスパイクにおける要求空燃比ＡＦ_ＲＳは、リッチ要求における要求空燃比ＡＦ_Ｒと同じに設定されてもよいし、これよりもリッチ側に設定されてもよい。同様に、リーンスパイクにおける要求空燃比ＡＦ_ＬＳは、リーン要求における要求空燃比ＡＦ_Ｌと同じに設定されてもよいし、これよりもリーン側に設定されてもよい。すなわち、ＡＦ_Ｒ及びＡＦ_ＲＳは１３．５〜１４．５の範囲内に、ＡＦ_Ｌ及びＡＦ_ＬＳは１４．７〜１５．７の範囲内に、それぞれ設定され得る。

ところで、スパイクが多く導入されている状態においては、上流側空燃比センサ２１５ａの出力は、その応答性等の影響で、実際の空燃比変動を「なました」状態となる。よって、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsと目標値Ｖoxs_refとの乖離が小さくスパイク間隔（リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳやリーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳ）が短いときは、上流側空燃比センサ２１５ａの出力の定常的な誤差の補正のためのメインフィードバック学習は、行われない方がよい。すなわち、かかるメインフィードバック学習は、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refから所定以上乖離していてスパイク間隔が長いときに行われることが好ましい。

図８は、かかる動作例に対応する処理の一具体例を示すフローチャートである。以下図８を参照すると、まず、ステップ８１０にて、現在フィードバック制御が行われているか否かが判定される。フィードバック制御中でない場合（ステップ８１０＝Ｎｏ）、以降の処理がすべてスキップされる。フィードバック制御中である場合（ステップ８１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ８２０に進行し、現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが、理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refよりも高いか否かが判定される。

現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも高い場合（ステップ８２０＝Ｙｅｓ）、リーン要求の実行中であるので、処理がステップ８３０に進行し、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０よりも長いか否かが判定される（なお、リッチスパイク制御開始前は、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳは無限大に相当する大きな値であるものとする。）。

リッチスパイク制御開始前や、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０よりも長い場合、ステップ８３０における判定が「Ｙｅｓ」となるため、処理がステップ８４０に進行し、メインフィードバック学習が許可される。その後、処理がステップ８５０に進行し、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０よりも長いか否かが再度判定される。リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０よりも長い間は、引き続きメインフィードバック学習が許可される（ステップ８５０＝Ｙｅｓ）。

一方、リッチ要求の実行中は（ステップ８２０＝Ｎｏ）、処理がステップ８６０に進行し、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０よりも長いか否かが判定される（なお、上述と同様に、リーンスパイク制御開始前は、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳは無限大に相当する大きな値であるものとする。）。

リーンスパイク制御開始前や、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０よりも長い場合、ステップ８６０における判定が「Ｙｅｓ」となるため、処理がステップ８７０に進行し、メインフィードバック学習が許可される。その後、処理がステップ８８０に進行し、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０よりも長いか否かが再度判定される。リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０よりも長い間は、引き続きメインフィードバック学習が許可される（ステップ８８０＝Ｙｅｓ）。

リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０以下となった場合（ステップ８５０＝Ｎｏ）、あるいは、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０以下となった場合（ステップ８８０＝Ｎｏ）、処理がステップ８９０に進行し、メインフィードバック学習が終了する。なお、ステップ８３０にて判定が「Ｎｏ」の場合、ステップ８４０、８５０、及び８９０の処理はスキップされる。ステップ８６０にて判定が「Ｎｏ」の場合も同様に、ステップ８７０、８８０、及び８９０の処理はスキップされる。

このように、本例においては、スパイク間隔が所定値よりも長いときに、メインフィードバック学習が許可される（図９参照）。これにより、スパイクの影響を受けてメインフィードバック学習の精度が悪化することが、可及的に抑制される。

一方、下流側空燃比センサ２１５ｂの出力の定常的な誤差の補正のためのサブフィードバック学習は、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsと目標値Ｖoxs_refとの乖離が大きいときには行うことができない。このため、サブフィードバック学習は、かかる乖離が小さくスパイク間隔（リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳやリーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳ）が短いときに行われる。具体的には、図９に示されているように、下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが逆行したときに、目標値（目標電圧）をＶoxs_refからＶoxs_ref’（下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが逆行したときの極値）にシフトさせることで、サブフィードバック学習が行われる。

図１０は、かかる動作例に対応する処理の一具体例を示すフローチャートである。以下図１０を参照すると、まず、ステップ１０１０にて、現在フィードバック制御が行われているか否かが判定される。フィードバック制御中でない場合（ステップ１０１０＝Ｎｏ）、以降の処理がすべてスキップされる。フィードバック制御中である場合（ステップ１０１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１０２０に進行し、現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが、理論空燃比に対応する目標値Ｖoxs_refよりも高いか否かが判定される。

現在の下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが目標値Ｖoxs_refよりも高い場合（ステップ１０２０＝Ｙｅｓ）、リーン要求の実行中であるので、処理がステップ１０３０に進行し、リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０よりも短いか否かが判定される。リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０以上である間は（ステップ１０３０＝Ｎｏ）、ステップ１０３５への処理の進行が待機される（すなわち、サブフィードバック学習の許可が待機される。）。

リッチスパイク間隔Ｔ_ＲＳが所定値Ｔ_ＲＳ０よりも短くなると（ステップ１０３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１０３５に進行し、サブフィードバック学習が許可される。すなわち、ステップ１０４０にて、平均空燃比がリーンであるにもかかわらず下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが逆行（すなわち上昇）したか否かが判定される。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが逆行すると（ステップ１０４０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１０５０に進行して目標電圧がＶoxs_refからＶoxs_ref’に書き換えられ、サブフィードバック学習が終了する（ステップ１０６０）。

一方、リッチ要求の実行中は（ステップ１０２０＝Ｎｏ）、処理がステップ１０７０に進行し、リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０よりも短いか否かが判定される。リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０以上である間は（ステップ１０７０＝Ｎｏ）、ステップ１０７５への処理の進行が待機される（すなわち、サブフィードバック学習の許可が待機される。）。

リーンスパイク間隔Ｔ_ＬＳが所定値Ｔ_ＬＳ０よりも短くなると（ステップ１０７０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１０７５に進行し、サブフィードバック学習が許可される。すなわち、ステップ１０８０にて、平均空燃比がリッチであるにもかかわらず下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが逆行（すなわち下降）したか否かが判定される。下流側空燃比センサ２１６ｂの出力Ｖoxsが逆行すると（ステップ１０８０＝Ｙｅｓ）、上述と同様に、処理がステップ１０５０に進行して目標電圧がＶoxs_refからＶoxs_ref’に書き換えられ、サブフィードバック学習が終了する（ステップ１０６０）。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の範囲内に含まれることは当然である。

また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用的あるいは機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用あるいは機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして援用され得る。

Claims (11)

1. 内部に気筒を有する内燃機関と、
   前記気筒から排出された排気を浄化するために排気通路に装着された、排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒よりも排気流動方向における下流側の部位にて前記排気通路に装着されていて、当該部位における排気の空燃比に対応する出力を発生する、下流側空燃比センサと、
   を備えた内燃機関システムの空燃比制御装置であって、
   少なくとも前記下流側空燃比センサの出力と所定の目標値との比較に基いて理論空燃比よりもリッチな空燃比が要求されるリッチ要求時には前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に設定するとともに、前記下流側空燃比センサの出力と前記所定の目標値との比較に基いて理論空燃比よりもリーンな空燃比が要求されるリーン要求時には前記内燃機関の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定する、空燃比補正を実施する空燃比制御装置において、
   前記空燃比補正によって前記内燃機関の空燃比が前記リッチな空燃比に設定されている場合に前記内燃機関の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化させるリーンスパイクを導入し、前記空燃比補正によって前記内燃機関の空燃比が前記リーンな空燃比に設定されている場合に前記内燃機関の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化させるリッチスパイクを導入する、逆方向スパイク導入手段と、
   前記内燃機関システムの運転状態に基づいて、時間的に隣り合う２つの前記リーンスパイク同士の間隔又は時間的に隣り合う２つの前記リッチスパイク同士の間隔を設定する、逆方向スパイク間隔設定手段と、
   前記下流側空燃比センサの出力の定常的な誤差の補正のための学習を許可する、下流側学習条件判定手段と、
   を備え、
   前記下流側学習条件判定手段は、前記時間的に隣り合う２つのリーンスパイク同士の間隔又は前記時間的に隣り合う２つのリッチスパイク同士の間隔に基づいて前記学習を許可することを特徴とする、空燃比制御装置。
2. 請求項１に記載の、空燃比制御装置において、
   前記下流側空燃比センサの出力と所定の目標値との偏差を取得する、偏差取得手段をさらに備え、
   前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記偏差に基づいて、前記時間的に隣り合う２つのリーンスパイク同士の間隔又は前記時間的に隣り合う２つのリッチスパイク同士の間隔を設定することを特徴とする、空燃比制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記内燃機関の負荷に基づいて、前記時間的に隣り合う２つのリーンスパイク同士の間隔又は前記時間的に隣り合う２つのリッチスパイク同士の間隔を設定することを特徴とする、空燃比制御装置。
4. 請求項３に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記気筒の吸入空気量に基づいて、前記時間的に隣り合う２つのリーンスパイク同士の間隔又は前記時間的に隣り合う２つのリッチスパイク同士の間隔を設定することを特徴とする、空燃比制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記逆方向スパイク間隔設定手段は、前記排気浄化触媒の劣化状態に基づいて、前記時間的に隣り合う２つのリーンスパイク同士の間隔又は前記時間的に隣り合う２つのリッチスパイク同士の間隔を設定することを特徴とする、空燃比制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５のうちのいずれか１項に記載の、空燃比制御装置において、
   前記内燃機関システムの運転状態に基づいて、１回の前記リーンスパイク又は１回の前記リッチスパイクあたりの継続時間である逆方向スパイク時間を設定する、逆方向スパイク時間設定手段を、さらに備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
7. 請求項６に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記逆方向スパイク時間設定手段は、前記内燃機関の負荷に基づいて、前記逆方向スパイク時間を設定することを特徴とする、空燃比制御装置。
8. 請求項６又は請求項７に記載の、空燃比制御装置であって、
   前記逆方向スパイク時間設定手段は、前記排気浄化触媒の劣化状態に基づいて、前記逆方向スパイク時間を設定することを特徴とする、空燃比制御装置。
9. 請求項１乃至請求項８のうちのいずれか１項に記載の、空燃比制御装置において、
   前記気筒の吸入空気量に基づいて、１回の前記リーンスパイク又は１回の前記リッチスパイクにおける空燃比変動幅である逆方向スパイク強度を設定する、逆方向スパイク強度設定手段を、さらに備えたことを特徴とする、空燃比制御装置。
10. 請求項１乃至請求項９のうちのいずれか１項に記載の、空燃比制御装置であって、
    前記リーンスパイクの導入中に前記下流側空燃比センサの出力の変化の方向がリーン方向になった時点、又は、前記リッチスパイクの導入中に前記下流側空燃比センサの出力の変化の方向がリッチ方向になった時点で、前記目標値を補正することによって前記学習を行うことを特徴とする、空燃比制御装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のうちのいずれか１項に記載の、空燃比制御装置において、
    前記内燃機関システムにおける前記排気浄化触媒及び前記下流側空燃比センサよりも前記排気流動方向における上流側の部位にて前記排気通路に装着されていて当該部位における排気の空燃比に対応する出力を発生する上流側空燃比センサの出力の定常的な誤差の補正のための学習を許可する、上流側学習条件判定手段をさらに備え、
    前記上流側学習条件判定手段は、前記時間的に隣り合う２つのリーンスパイク同士の間隔又は前記時間的に隣り合う２つのリッチスパイク同士の間隔に基づいて前記学習を許可することを特徴とする、空燃比制御装置。

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