特開 2024-98920 エンジンの空燃比制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024098920

(43)【公開日】2024-07-24

(54)【発明の名称】エンジンの空燃比制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/14 20060101AFI20240717BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240717BHJP

   F01N 3/035 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

F02D41/14

F01N3/24 E

F01N3/24 C

F01N3/035 A

F01N3/035 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023002741

(22)【出願日】2023-01-11

(71)【出願人】

【識別番号】000002082

【氏名又は名称】スズキ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】津田 豊史

【テーマコード（参考）】

3G091

3G190

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA21

3G091AB13

3G091BA07

3G091CB02

3G091DB10

3G091DC01

3G091EA01

3G091EA07

3G091EA16

3G091EA18

3G091EA34

3G091GA06

3G091GB17

3G091HA15

3G091HA36

3G091HA37

3G190AA02

3G190CA03

3G190CB13

3G190CB18

3G190CB34

3G190CB35

3G190EA01

3G190EA02

3G190EA25

3G190EA26

3G301HA01

3G301HA24

3G301JA21

3G301LB02

3G301MA01

3G301ND01

3G301ND18

3G301NE17

3G301NE19

3G301PA01

3G301PA11

3G301PD09

3G301PD12

3G301PE01

3G301PE08

3G301PF03

(57)【要約】

【課題】浄化反応に関与する排気浄化触媒を適切に切り換えることにより、触媒が浄化反応に不要に関与することに伴う弊害を抑制する。
【解決手段】第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、空燃比振動制御により排気の空燃比を振動させる際の周波数を、制御周波数として特定する制御周波数特定手段と、エンジンの運転状態が、触媒温度と排気流量とに応じて定まる第１領域にあるか、第２領域にあるかを判定する運転領域判定手段と、を備え、制御周波数特定手段は、エンジンの運転状態が第１領域にある場合は、第１下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに制御周波数を特定し、第２領域にある場合は、第２下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに制御周波数を特定し、空燃比振動制御手段は、排気の空燃比を制御周波数で振動させる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気通路に備わる排気浄化触媒として、第１排気浄化触媒と、前記第１排気浄化触媒よりも下流側に配置され、排気中の粒子状物質を捕集可能な排気フィルタに触媒成分が担持された第２排気浄化触媒と、を備えるエンジンの空燃比制御装置であって、
前記排気通路において前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒との間に配置され、前記第１排気浄化触媒を通過した排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された第１下流側排気センサと、
前記排気通路において前記第２排気浄化触媒よりも下流側に配置され、前記第２排気浄化触媒を通過した排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された第２下流側排気センサと、
前記第１および第２下流側排気センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、
前記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、
前記空燃比振動制御により前記排気の空燃比を振動させる際の周波数を、制御周波数として特定する制御周波数特定手段と、
エンジンの運転状態が、前記排気浄化触媒の触媒温度と排気流量とに応じて定まる所定の第１領域にあるか、前記第１領域とは異なる第２領域にあるかを判定する運転領域判定手段と、を備え、
前記制御周波数特定手段は、エンジンの運転状態が前記第１領域にある場合は、前記第１下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記制御周波数を特定する一方、エンジンの運転状態が前記第２領域にある場合は、前記第２下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記制御周波数を特定し、
前記空燃比振動制御手段は、前記制御周波数特定手段による前記制御周波数の特定後、前記排気の空燃比を前記制御周波数で振動させる、エンジンの空燃比制御装置。

【請求項2】

前記運転領域判定手段は、前記排気浄化触媒の触媒温度が所定の第１温度以上でありかつ前記排気流量が所定の第１流量以下の場合に、エンジンの運転状態が前記第１領域にあると判定し、前記排気浄化触媒の触媒温度が前記第１温度よりも低いかまたは前記排気流量が前記第１流量よりも多い場合に、エンジンの運転状態が前記第２領域にあると判定する、請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。

【請求項3】

前記コントローラは、前記第２下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記空燃比振動制御における前記排気の空燃比の最大値および最小値を検出する第１特定空燃比検出手段をさらに備え、
前記運転領域判定手段は、前記第１特定空燃比検出手段により検出された空燃比の最小値が所定の第１判定値以下でありかつ検出された空燃比の最大値が所定の第２判定値以下である場合に、エンジンの運転状態が前記第１領域にあると判定する、請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。

【請求項4】

前記コントローラは、
前記排気通路において前記第１排気浄化触媒よりも上流側に配置され、前記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された上流側排気センサと、
前記上流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をストイキ相当値に制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段と、をさらに備え、
前記排気浄化触媒の触媒温度が前記第１温度よりも高い所定の第２温度以上でありかつ前記排気流量が前記第１流量よりも少ない所定の第２流量以下の場合に、前記空燃比フィードバック制御手段により前記空燃比フィードバック制御を実行する、請求項２に記載のエンジンの空燃比制御装置。

【請求項5】

前記コントローラは、
前記排気通路において前記第１排気浄化触媒よりも上流側に配置され、前記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された上流側排気センサと、
前記上流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をストイキ相当値に制御する空燃比フィードバック制御を実行する空燃比フィードバック制御手段と、
前記第１下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、前記空燃比振動制御における前記排気の空燃比の最大値および最小値を検出する第２特定空燃比検出手段と、をさらに備え、
前記第２特定空燃比検出手段により検出された空燃比の最小値が所定の第３判定値以下でありかつ検出された空燃比の最大値が所定の第４判定値以下である場合に、前記空燃比フィードバック制御手段により前記空燃比フィードバック制御を実行する、請求項３に記載のエンジンの空燃比制御装置。

【請求項6】

前記制御周波数特定手段は、前記第１下流側排気センサまたは前記第２下流側排気センサにより検出された空燃比の最小値または検出された空燃比の最大値と最小値との差分が空燃比振動の周波数の対数に対してなす変化の傾きが所定の値に達するときの前記周波数を、前記制御周波数として特定する、請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジンの空燃比制御装置。

【請求項7】

前記制御周波数特定手段は、前記傾きの絶対値が０．０１５から０．０２５までの範囲で予め設定された値に達するときの前記周波数を、前記制御周波数として特定する、請求項６に記載のエンジンの空燃比制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの空燃比制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

排気浄化触媒が収容された触媒コンバータと、触媒コンバータの下流側に配置され、排気中の粒子状物質を捕集可能な排気フィルタと、を排気通路に備えるエンジンが存在する。このようなエンジンとして、排気フィルタに触媒コンバータに備わる排気浄化触媒と同様の触媒、例えば、三元触媒を担持させたものも存在する。

【0003】

他方で、排気通路に三元触媒を備えるエンジンにおいて、混合気の空燃比を理論空燃比に対してリッチ側とリーン側とに強制的に振動させることで、触媒による排気の浄化率が向上することが知られている。混合気の空燃比がリッチ側であるとは、混合気に含まれる燃料が当量よりも多量であることをいい、リーン側であるとは、混合気に含まれる燃料が当量よりも少量であることをいう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特公昭５６－０１７５３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

触媒コンバータと排気フィルタとを排気通路に備えるエンジンでは、空燃比の強制振動による排気浄化を実施した場合に、次のことが問題となる。

【0006】

空燃比を振動させる際の周波数は、排気浄化触媒の下流側を流れる排気、つまり、排気浄化触媒による浄化後の排気の空燃比をもとに、適切に設定することが可能である。例えば、排気浄化触媒の下流側に排気の空燃比を検出可能な排気センサを設置するとともに、この排気センサにより検出された空燃比の最小値（下流側最小空燃比）を検出する。そして、下流側最小空燃比の周波数に対する変化の特異点を抽出し、その特異点の周波数を、振動させる際の周波数（つまり、制御周波数）に設定する。

【0007】

ここで、触媒コンバータと排気フィルタとの間の排気通路に排気センサを設置し、この排気センサにより検出される空燃比をもとに空燃比振動の周波数を設定する場合は、設定後の周波数が触媒コンバータに備わる排気浄化触媒にのみ適合したものとなり、排気フィルタに担持させた排気浄化触媒に対しては必ずしも適合したものとはならない。これにより、触媒コンバータに備わる排気浄化触媒を浄化反応に関与させることはできるものの、排気フィルタに担持された排気浄化触媒をも浄化反応に良好に関与させることまではできず、触媒コンバータおよび排気フィルタを含むシステム全体での浄化性能を有効に活用することが困難となる。よって、触媒温度が低かったり、排気流量が多かったりという理由で排気の浄化が困難な条件にある場合に、浄化性能が不足することが懸念される。

【0008】

これに対し、排気フィルタの下流側における排気通路に排気センサを設置し、この排気センサにより検出される空燃比をもとに空燃比振動の周波数を設定する場合は、設定後の周波数が触媒コンバータに備わる排気浄化触媒だけでなく、排気フィルタに担持された排気浄化触媒にも適合したものとなる。これにより、双方の排気浄化触媒を浄化反応に関与させ、システム全体での浄化性能を有効に活用することができ、排気の浄化が困難な条件にあっても高い浄化性能を維持することが可能となる。

【0009】

しかし、排気フィルタに担持された排気浄化触媒が浄化反応に関与する場合は、浄化反応に伴う触媒の発熱により排気が加熱されることで、排気の温度が上昇する。これにより、触媒コンバータに備わる排気浄化触媒のみで充分な浄化性能が確保されるにも拘わらず排気フィルタに担持された排気浄化触媒を浄化反応に関与させ続けることで、排気温度の上昇により排気の粘性が増大し、排気フィルタにおける圧損が過度に増大することが懸念される。

【0010】

さらに、触媒コンバータに備わる排気浄化触媒だけでなく、排気フィルタに担持された排気浄化触媒もが浄化反応に関与する場合は、システム全体での酸素吸蔵能力が増大するため、双方の排気浄化触媒に適合する周波数は、触媒コンバータに備わる排気浄化触媒にのみ適合する周波数と比較して低い傾向にある。これにより、空燃比振動における一周期当たりのリッチ期間が長くなるため、リッチ期間中に排気フィルタに堆積する粒子状物質の量が増大し、これに伴い、リーン期間中に燃焼する粒子状物質の量も増大する。そして、粒子状物質の燃焼による発熱量が増大して、排気フィルタに過度な熱負荷がかかり、排気フィルタの熱劣化が進行することが懸念される。

【0011】

そこで、本発明は、第１排気浄化触媒と、第１排気浄化触媒よりも下流側に配置され、排気フィルタに担持された第２排気浄化触媒と、を備えるエンジンにおいて、浄化反応に関与する排気浄化触媒を適切に切り換えることにより、双方の触媒が浄化反応に不要に関与することに伴う弊害を抑制しながら、エンジンの運転状態によらず高い浄化性能を維持することのできるエンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記の課題を解決するため、本発明の一形態に係るエンジンの空燃比制御装置は、排気通路に備わる排気浄化触媒として、第１排気浄化触媒と、第１排気浄化触媒よりも下流側に配置され、排気中の粒子状物質を捕集可能な排気フィルタに触媒成分が担持された第２排気浄化触媒と、を備えるエンジンの空燃比制御装置であって、排気通路において第１排気浄化触媒と第２排気浄化触媒との間に配置され、第１排気浄化触媒を通過した排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された第１下流側排気センサと、排気通路において第２排気浄化触媒よりも下流側に配置され、第２排気浄化触媒を通過した排気の空燃比に応じた信号を出力可能に構成された第２下流側排気センサと、第１および第２下流側排気センサにより出力された信号に基づき、エンジンの運転状態を制御するコントローラと、を備える。コントローラは、第１排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を、ストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに振動させる空燃比振動制御を実行する空燃比振動制御手段と、空燃比振動制御により排気の空燃比を振動させる際の周波数を、制御周波数として特定する制御周波数特定手段と、エンジンの運転状態が、排気浄化触媒の触媒温度と排気流量とに応じて定まる所定の第１領域にあるか、第１領域とは異なる第２領域にあるかを判定する運転領域判定手段と、を備え、制御周波数特定手段は、エンジンの運転状態が第１領域にある場合は、第１下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、制御周波数を特定する一方、エンジンの運転状態が第２領域にある場合は、第２下流側排気センサにより検出された空燃比をもとに、制御周波数を特定し、空燃比振動制御手段は、制御周波数特定手段による制御周波数の特定後、排気の空燃比を制御周波数で振動させる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、第１排気浄化触媒と、第１排気浄化触媒よりも下流側に配置され、排気フィルタに担持された第２排気浄化触媒と、を備えるエンジンにおいて、浄化反応に関与する排気浄化触媒をエンジンの運転状態が属する領域に応じて切り換えることにより、排気の浄化が比較的容易な条件にあるにも拘らず第２排気浄化触媒が浄化反応に関与し続けることによる弊害を抑制しながら、エンジンの運転状態によらず高い浄化性能を維持することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示す概略図である。

【図2】同上実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。

【図3】同上実施形態に係る空燃比制御において制御方式の切り換えに用いられる運転領域マップである。

【図4】同上実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。

【図5】同上実施形態に係る空燃比フィードバック制御の基本的な流れを示すフローチャートである。

【図6】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒高活性・排気低流量時について示す実験データのグラフである。

【図7】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒高活性・排気高流量時について示す実験データのグラフである。

【図8】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒低活性・排気低流量時について示す実験データのグラフである。

【図9】空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最小値λｒ＿ｍｉｎとの関係を、触媒低活性・排気高流量時について示す実験データのグラフである。

【図10】空燃比振動制御における上流側排気センサおよび下流側排気センサの出力波形を、高周波数領域について示すグラフである。

【図11】空燃比振動制御における上流側排気センサおよび下流側排気センサの出力波形を、低周波数領域について示すグラフである。

【図12】本発明の他の実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。

【図13】同上実施形態に係る空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、下流側空燃比の最大値λｒ＿ｍａｘと最小値λｒ＿ｍｉｎとの差分（空燃比レンジＲｌｍｂ）との関係を、異なる触媒温度（ａ）Ｔｃａｔ１、（ｂ）Ｔｃａｔ２（＞Ｔｃａｔ１）について示す実験データのグラフである。

【図14】同上実施形態に係る空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒の浄化率η、空燃比レンジＲｌｍｂとの関係を、異なる触媒温度（ａ）Ｔｃａｔ３（＞Ｔｃａｔ２）、（ｂ）Ｔｃａｔ４（＞Ｔｃａｔ３）について示す実験データのグラフである。

【図15】本発明の更に別の実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。

【図16】触媒温度Ｔｃａｔと全炭化水素（ＴＨＣ）の浄化率ηｔｈｃとの関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。

【図17】触媒温度Ｔｃａｔと窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率ηｎｏｘとの関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。

【図18】触媒温度Ｔｃａｔと下流側排気センサの最小出力値（下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ）との関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。

【図19】触媒温度Ｔｃａｔと下流側排気センサの最大出力値（下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘ）との関係を、空燃比振動の複数の周波数について示すグラフである。

【図20】下流側排気センサの最小出力値λｒ＿ｍｉｎ、最大出力値λｒ＿ｍａｘと全炭化水素の浄化率ηｔｈｃとの関係を示す分布図である。

【図21】下流側排気センサの最小出力値λｒ＿ｍｉｎ、最大出力値λｒ＿ｍａｘと窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘとの関係を示す分布図である。

【図22】下流側排気センサの最小出力値λｒ＿ｍｉｎ、最大出力値λｒ＿ｍａｘと全炭化水素および窒素酸化物の平均浄化率ηａｖｅとの関係を示す分布図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃エンジン（以下単に「エンジン」という）Ｅの全体的な構成を示す概略図である。

【0017】

以下の説明において、「上流」および「下流」との用語は、エンジンＥから排出される通常の排気の流れの方向との関係で用いられる。例えば、排気浄化装置の上流側とは、排気の流れの方向に排気浄化装置の上流側をいい、排気浄化触媒の下流側とは、排気の流れの方向に排気浄化触媒の下流側をいう。

【0018】

本実施形態において、エンジンＥは、車両に搭載され、その駆動源を構成する。エンジンＥは、バイフューエルエンジンであり、液体燃料と気体燃料とで燃料を切り換えて運転可能に構成されている。後に述べるように、エンジンＥは、液体燃料供給用の第１燃料系統と、気体燃料供給用の第２燃料系統と、を備える。液体燃料とは、常温常圧下またはエンジンＥへの供給時に液体の状態にある燃料をいい、本実施形態では、ガソリンが用いられる。これに対し、気体燃料とは、常温常圧下で気体の状態にある燃料をいい、本実施形態では、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が用いられる。エンジンＥは、バイフューエルエンジンに限らず、液体燃料または気体燃料の一方のみを燃料として運転するエンジンであってもよい。圧縮天然ガスを燃料とすることで、ガソリンを燃料とする場合と比較して、二酸化炭素排出量の削減を図ることが可能である。

【0019】

エンジンＥは、燃焼室を有するエンジン本体１に加え、吸気システム２および排気システム３を備える。本実施形態において、エンジンＥは、直列式の４気筒エンジンであるが、エンジンＥの形式、つまり、エンジンＥにおける気筒の数および配列は、これに限定されるものではない。単気筒、２気筒、６気筒、Ｖ型および水平対向型等、各種のエンジンを対象とすることが可能である。

【0020】

エンジン本体１は、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびクランクケースを備え、シリンダブロックにはピストンが挿入され、ピストンの冠面とシリンダヘッドの内面との間に形成された空間が燃焼室となる。

【0021】

吸気システム２は、吸気管２１および吸気マニホールド２２を備えるとともに、吸気管２１の導入部に取り付けられたエアクリーナ２３を備える。エアクリーナ２３を介して塵埃等の異物が除去された空気が、吸気管２１に導入される。吸気管２１は、吸気マニホールド２２の集合部に接続され、吸気マニホールド２２は、集合部から分岐して、シリンダヘッドの側面部に接続されている。吸気管２１から吸気マニホールド２２に流入した空気は、吸気マニホールド２２の分岐部を介してそれぞれの気筒に分配される。

【0022】

本実施形態では、ポート噴射式の燃料供給システムを採用する。エンジンＥは、シリンダヘッドに埋設された複数の燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）を備え、これら複数の燃料インジェクタ４１のそれぞれから、対応する気筒に向けて燃料が噴射供給される。エンジンＥは、バイフューエルエンジンであり、液体燃料供給用の第１燃料系統とは別に気体燃料供給用の第２燃料系統を備える。具体的には、エンジンＥは、液体燃料を貯蔵する液体燃料タンク（図示せず）と、液体燃料を噴射する第１燃料インジェクタ４１ａと、気体燃料を貯蔵する気体燃料タンク（図示せず）と、気体燃料を噴射する第２燃料インジェクタ４１ｂと、を備える。第１燃料インジェクタ４１ａは、液体燃料タンクに対して第１燃料配管を介して接続され、液体燃料タンクから液体燃料の供給を受ける。第２燃料インジェクタ４１ｂは、気体燃料タンクに対して第２燃料配管を介して接続され、気体燃料タンクから気体燃料の供給を受ける。第１燃料インジェクタ４１ａと第２燃料インジェクタ４１ｂとは、いずれも吸気マニホールド２２の分岐部に設置され、対応する気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射する。燃料の供給方式は、これに限定されるものではなく、ポート噴射式以外の供給方式として、例えば、液体燃料の供給に直噴式を採用することが可能である。

【0023】

本実施形態において、第１燃料インジェクタ４１ａにより噴射された液体燃料および第２燃料インジェクタ４１ｂにより噴射された気体燃料は、吸気マニホールド２２の分岐部を通過した空気と混合し、対応する気筒に導入される。各気筒の筒内では、燃料と空気との混合が進み、混合気が形成される。そして、この混合気に点火プラグ５１により点火を実行することで、混合気が燃焼する。

【0024】

排気システム３は、排気マニホールド３１および排気管３２を備えるとともに、触媒コンバータ３３を備える。燃焼後、筒内に残る排気は、排気マニホールド３１の分岐部に排出される。排気は、排気マニホールド３１において分岐部から集合部に集められ、排気管３２に導入される。排気管３２には触媒コンバータ３３が設置され、排気管３２を流れる排気は、触媒コンバータ３３に導入され、触媒コンバータ３３に収められた排気浄化触媒（第１排気浄化触媒３３１、第２排気浄化触媒３３２）により、全炭化水素（ＴＨＣ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排気有害成分が浄化された後、大気へ放出される。

【0025】

ここで、本実施形態では、第１排気浄化触媒３３１に加え、その下流側に第２排気浄化触媒３３２が設置されている。触媒コンバータ３３に導入された排気は、第１排気浄化触媒３３１を通過した後、第２排気浄化触媒３３２に流入し、これを通過する。第１排気浄化触媒３３１は、セラミック製のハニカム担体に触媒成分を担持させた構成であり、第２排気浄化触媒３３２は、排気フィルタに触媒成分を担持させた構成である。排気フィルタは、いわゆるウォールフロー式の排気フィルタであって、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ）とも呼ばれ、第１排気浄化触媒３３１の担体と同様のハニカム構造を有するとともに、内部の空間を区画する隔壁が排気を通過させることのできる多孔質をなす。これにより、排気中の粒子状物質は、排気がこの隔壁を通過する際に、隔壁により捕集される。第１排気浄化触媒３３１および第２排気浄化触媒３３２、具体的には、これらの触媒３３１、３３２を形成する触媒成分は、いずれも三元触媒である。上流側の第１排気浄化触媒３３１は、本実施形態に係る「第１排気浄化触媒」を構成し、下流側の第２排気浄化触媒３３２は、本実施形態に係る「第２排気浄化触媒」を構成する。

【0026】

第２排気浄化触媒３３２は、第１排気浄化触媒３３１と共通の筐体（本実施形態では、触媒コンバータ３３の筐体）に収容するだけでなく、第１排気浄化触媒３３１のものとは別体の筐体に収容することも可能である。具体的には、第１排気浄化触媒３３１の筐体と第２排気浄化触媒３３２の筐体とを別体に形成するとともに、第１および第２排気浄化触媒３３１、３３２をそれぞれの筐体に収容し、両者の筐体を直列に配置して、排気管を介して互いに接続するのである。

【0027】

以上に加え、エンジンＥは、エンジンコントローラ１０１および各種のセンサ２０１～２０８を備える。

【0028】

エンジンコントローラ１０１は、電子制御ユニットとして、中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータにより構成される。

【0029】

エンジンＥは、アクセルセンサ２０１およびエンジン回転速度センサ２０２を備えるとともに、エアフローメータ２０３、冷却水温度センサ２０４、触媒温度センサ２０５、上流側排気センサ２０６、第１下流側排気センサ２０７および第２下流側排気センサ２０８を備える。これらのセンサ２０１～２０８から出力される検出信号は、エンジンコントローラ１０１に入力される。

【0030】

アクセルセンサ２０１は、アクセル開度ＡＰＯとして、運転者によるアクセルペダルの踏込量を検出する。アクセル開度ＡＰＯは、エンジンＥに求められる目標負荷の指標である。

【0031】

エンジン回転速度センサ２０２は、エンジンＥの回転速度Ｎｅを検出する。エンジン回転速度センサ２０２として、クランク角センサを採用可能であり、クランク角センサにより検出される単位クランク角または基準クランク角当たりの経過時間を回転速度Ｎｅに換算する。

【0032】

エアフローメータ２０３は、吸入空気量Ｑａとして、エンジンＥに導入される空気の流量を検出する。本実施形態において、吸入空気量Ｑａは、燃焼室から排出される排気の流量の指標として参照する。

【0033】

冷却水温度センサ２０４は、エンジン本体１のシリンダブロックに形成されている冷却水通路を流れる冷却水の温度Ｔｗを検出する。

【0034】

触媒温度センサ２０５は、触媒コンバータ３３に備わる排気浄化触媒３３１、３３２の温度（以下「触媒温度」という）Ｔｃａｔを検出する。本実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔとして、触媒コンバータ３３の入口部における排気の温度、換言すれば、第１排気浄化触媒３３１に流入する排気の温度（以下「触媒入口ガス温度」という）Ｔｃａｔ＿ｉｎを検出する。

【0035】

このように、本実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔとして、第１排気浄化触媒３３１の温度に近い排気の温度（触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎ）を採用するが、触媒温度Ｔｃａｔとして採用可能なものは、これに限定されず、第１排気浄化触媒３３１と第２排気浄化触媒３３２との間を流れる排気の温度であってもよいし、第１排気浄化触媒３３１の担体の温度（触媒ベッド部温度）であってもよい。

【0036】

上流側排気センサ２０６は、触媒コンバータ３３よりも上流側の排気管３２に設置され、第１排気浄化触媒３３１に流入する前の排気の空燃比（以下「上流側空燃比」という）λｆを検出する。上流側排気センサ２０６は、本実施形態に係る「上流側排気センサ」を構成する。

【0037】

第１下流側排気センサ２０７は、触媒コンバータ３３の中間部に設置され、第１排気浄化触媒３３１と第２排気浄化触媒３３２との間を流れる排気、つまり、第１排気浄化触媒３３１を通過した排気の空燃比（以下「第１下流側空燃比」という）λｒ１を検出する。第１下流側排気センサ２０７は、本実施形態に係る「第１下流側排気センサ」を構成する。

【0038】

第２下流側排気センサ２０８は、触媒コンバータ３３よりも下流側の排気管３２に設置され、第２排気浄化触媒３３２を通過した排気の空燃比（以下「第２下流側空燃比」という）λｒ２を検出する。第２下流側排気センサ２０８は、本実施形態に係る「第２下流側排気センサ」を構成する。

【0039】

エンジンコントローラ１０１は、先に述べた各種のセンサ２０１～２０８から出力された検出信号をもとに、燃焼に用いられる混合気の空燃比を制御しながら、エンジンＥの運転状態を制御する。エンジンコントローラ１０１は、本実施形態に係る「コントローラ」を構成する。

【0040】

エンジンコントローラ１０１は、空燃比の制御において、触媒コンバータ３３に流入する排気の空燃比をストイキ相当値に対してリッチ側とリーン側とに強制的に振動させる空燃比振動制御を実行する。本実施形態において、空燃比振動制御は、燃焼室に形成される混合気の空燃比を振動させることによる。具体的には、燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）の燃料噴射量を強制的に増減させる。

【0041】

ここで、空燃比を振動させる際の周波数を、排気浄化触媒３３１、３３２の下流側を流れる排気、つまり、排気浄化触媒３３１、３３２による浄化後の排気の空燃比λｒ１、λｒ２をもとに設定する。本実施形態では、第１下流側排気センサ２０７により検出される第１下流側空燃比λｒ１または第２下流側排気センサ２０８により検出される第２下流側空燃比λｒ２の最小値λｒ１＿ｍｉｎ、λｒ２＿ｍｉｎを算出するか、第１下流側空燃比λｒ１または第２下流側空燃比λｒ２の最大値と最小値との差分（空燃比レンジＲｌｍｂ）を算出し、最小値λｒ１＿ｍｉｎ、λｒ２＿ｍｉｎまたは差分が周波数の対数に対してなす変化の傾きｇｌｍｂａ、ｇｌｍｂｂを算出する。そして、この傾きｇｌｍｂａ、ｇｌｍｂｂが所定の値ｇ０１、ｇ０２を超える変化を示す特異点を抽出し、その特異点の周波数を、振動させる際の周波数（つまり、制御周波数）に設定する。

【0042】

さらに、本実施形態では、制御周波数を設定する際に用いる空燃比を、第１下流側空燃比λｒ１と第２下流側空燃比λｒ２とで、エンジンＥの運転状態に応じて切り換える。図３に示すように、エンジンＥの運転領域を、排気浄化触媒３３１、３３２の触媒温度Ｔｃａｔ（本実施形態では、触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎ）と排気流量Ｑｅｘｈとに応じて定まる複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃに区画し、触媒温度Ｔｃａｔが所定の第１温度Ｔｃａｔ１以上でありかつ排気流量Ｑｅｘｈが所定の第１流量Ｑｅｘｈ１以下である領域Ａを「第１領域」に、触媒温度Ｔｃａｔが第１温度Ｔｃａｔ１よりも低いかまたは排気流量Ｑｅｘｈが第１流量Ｑｅｘｈ１よりも多い領域Ｂを「第２領域」に設定する。後に述べるように、第１領域Ａのうち、触媒温度Ｔｃａｔが第１温度Ｔｃａｔ１よりも高い第２温度Ｔｃａｔ２以上でありかつ排気流量Ｑｅｘｈが第１流量Ｑｅｘｈ１よりも少ない第２流量Ｑｅｘｈ２以下である領域Ｃを、特に「第３領域」に設定する。そして、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにある場合は、第１下流側空燃比λｒ１を採用し、第２領域Ｂにある場合は、第２下流側空燃比λｒ２を採用する。第１温度Ｔｃａｔ１、第１流量Ｑｅｘｈ１は、夫々本実施形態に係る「第１温度」、「第１流量」に相当し、第２温度Ｔｃａｔ２、第２流量Ｑｅｘｈ２は、夫々本実施形態に係る「第２温度」、「第２流量」に相当する。

【0043】

以上に加え、本実施形態では、空燃比振動制御と空燃比フィードバック制御とを切り替えて実行する。空燃比振動制御は、先に述べたとおりであり、空燃比フィードバック制御は、上流側排気センサ２０６からの信号をもとに、混合気の空燃比を理論空燃比に調整する制御である。空燃比フィードバック制御の結果、触媒コンバータ３３に流入する排気の空燃比がストイキ相当値に近付けられる。

【0044】

空燃比振動制御と空燃比フィードバック制御との切り替えは、エンジンＥの運転状態が属する運転領域による。具体的には、エンジンＥの運転状態が、先に述べた第３領域Ｃにある場合は、空燃比振動制御を停止させ、空燃比フィードバック制御を実行する。

【0045】

ここで、触媒温度Ｔｃａｔは、排気浄化触媒３３１、３３２の活性状態の指標であり、触媒温度Ｔｃａｔが高いほど排気浄化触媒３３１、３３２の活性化が進み、排気浄化触媒３３１、３３２が高活性状態にあることを示す。他方で、排気流量Ｑｅｘｈは、排気浄化触媒３３１、３３２による浄化が必要な排気有害物質の量の指標であり、排気流量Ｑｅｘｈが少ないほど浄化すべき排気有害物質が少量であり、活性化が進んだ排気浄化触媒３３１、３３２による処理が容易な条件にあることを示す。本発明者らが行った実験において、エンジンＥの運転状態が触媒高活性かつ排気低流量側の第１領域Ａにある場合は、制御周波数の最適化により第１排気浄化触媒３３１のみで充分な浄化性能が得られることが確認されている。そして、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａのうち特に触媒高活性かつ排気低流量側の第３領域Ｃにある場合は、排気の浄化が特に容易な条件にあり、空燃比振動制御によらず、空燃比フィードバック制御によっても充分な浄化性能が得られることが確認されている。

【0046】

図２は、本実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。

【0047】

本実施形態において、図２に示すルーチンによる空燃比制御は、エンジンコントローラ１０１により、エンジンＥの始動後、所定の時間毎に実行される。空燃比制御の開始に当たり、エンジンコントローラ１０１は、空燃比の制御方式として、空燃比振動制御を選択する。

【0048】

Ｓ１０１では、エンジンＥの運転状態の指標として、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、上流側空燃比λｆ、第１下流側空燃比λｒ１、第２下流側空燃比λｒ２および触媒温度Ｔｃａｔ等を読み込む。

【0049】

Ｓ１０２では、エンジンＥの運転状態が、図３に示す第２領域Ｂにあるか否かを判定する。触媒温度Ｔｃａｔが第１温度Ｔｃａｔ１より低いかまたは吸入空気量Ｑａが第１流量Ｑｅｘｈ１に対応する所定の流量Ｑａ１よりも多い場合は、エンジンＥの運転状態が第２領域Ｂにあると判定し、Ｓ１０４へ進む。それ以外の場合、つまり、触媒温度Ｔｃａｔが第１温度Ｔｃａｔ１以上でありかつ吸入空気量Ｑａが流量Ｑａ１以下である場合は、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにあると判定し、Ｓ１０３へ進む。吸入空気量Ｑａは、排気流量Ｑｅｘｈに対する高い相関性を有する状態変数の一例であり、本実施形態では、排気流量Ｑｅｘｈに代えて吸入空気量Ｑａを採用する。

【0050】

Ｓ１０３では、エンジンＥの運転状態が第３領域Ｃにあるか否かを判定する。触媒温度Ｔｃａｔが第２温度Ｔｃａｔ２以上でありかつ吸入空気量Ｑａが第２流量Ｑｅｘｈ２に対応する所定の流量Ｑａ２以下である場合は、エンジンＥの運転状態が第３領域Ｃにあると判定し、Ｓ１０６へ進む。それ以外の場合は、Ｓ１０５へ進む。Ｓ１０２およびＳ１０３の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「運転領域判定手段」として実行する処理に相当する。

【0051】

Ｓ１０４では、制御周波数の特定に第２下流側空燃比λｒ２を用いることにより、制御周波数を第１排気浄化触媒３３１と第２排気浄化触媒３３２との双方に適合させて、空燃比振動制御を実行する。空燃比振動制御は、図４に示すフローチャートに従う。

【0052】

Ｓ１０５では、制御周波数の特定に第１下流側空燃比λｒ１を用いることにより、制御周波数を第１排気浄化触媒３３１のみに適合させて、空燃比振動制御を実行する。制御周波数を第１排気浄化触媒３３１のみに適合させることで、浄化反応に対する第２排気浄化触媒３３２の実質的な関与が抑制される。ただし、浄化反応への関与は抑制されるものの、排気フィルタ自体の機能は損なわれず、排気フィルタは、第１排気浄化触媒３３１を通過した排気中の粒子状物質を捕集する。空燃比振動制御は、Ｓ１０４と同様に、図４に示すフローチャートに従う。図４のフローチャートに示す処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「空燃比振動制御手段」として実行する処理に相当する。

【0053】

Ｓ１０６では、空燃比フィードバック制御を実行する。空燃比フィードバック制御は、図５に示すフローチャートに従う。図５のフローチャートに示す処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「空燃比フィードバック制御手段」として実行する処理に相当する。

【0054】

図４は、本実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。

【0055】

Ｓ２０１では、制御周波数Ｆｃｎの設定が既に終了しているか否かを判定する。制御周波数Ｆｃｎは、空燃比振動制御を実行するに当たり排気浄化触媒３３１により最も高い浄化率（以下「極大浄化率」という）ηが得られる最適周波数であり、本実施形態では、制御周波数Ｆｃｎを、エンジンＥの回転速度および負荷に応じて定まるエンジンＥの運転領域毎に設定する。制御周波数Ｆｃｎの設定が既に終了している場合は、Ｓ２０２へ進み、未だ終了していない場合は、Ｓ２０３へ進む。エンジンＥの負荷の指標として、吸入空気量Ｑａを採用することが可能である。

【0056】

Ｓ２０２では、制御周波数Ｆｃｎを読み込む。本実施形態では、エンジンＥの回転速度および負荷に対応させて制御周波数Ｆｃｎを割付可能に設定された運転領域マップが設けられ、既に設定が終了している運転領域から、該当する制御周波数Ｆｃｎを読み込む。制御周波数Ｆｃｎの読込後、Ｓ２１０へ進む。

【0057】

Ｓ２０３では、フラグＦＲＧの値が０であるか否かを判定する。フラグＦＲＧの値が０である場合は、Ｓ２０４へ進み、０でない場合は、Ｓ２０６へ進む。

【0058】

Ｓ２０４では、空燃比振動の周波数Ｆｒｑに基準周波数Ｆ０を設定する。基準周波数Ｆ０は、制御周波数Ｆｃｎの特定を開始するに当たり仮に設定される値であり、運転領域マップにおいて、周波数Ｆｒｑの初期値として運転領域毎に予め設定される。これに限らず、簡易的には、エンジンＥの運転領域全体に対して一律に１［Ｈｚ］に設定することも可能である。

【0059】

Ｓ２０５では、フラグＦＲＧの値を１に設定する。

【0060】

Ｓ２０６では、空燃比振動の周波数Ｆｒｑを所定の周波数ΔＦだけ減少させる。具体的には、周波数Ｆｒｑを、現在の周波数Ｆｒｑから所定の周波数ΔＦだけ減少させた周波数に更新し（Ｆｒｑ＝Ｆｒｑ－ΔＦ）、更新後の新たな周波数Ｆｒｑにより、空燃比振動制御を実行する。

【0061】

Ｓ２０７では、下流側空燃比λｒをもとに、所定の時間内における下流側空燃比λｒの最小値（以下「下流側最小空燃比」という）λｒ＿ｍｉｎを算出するとともに、周波数ＦｒｑをΔＦだけ減少させる前後における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化量（以下「空燃比変化量」という）Δλｒ＿ｍｉｎを算出する。ここで、所定の時間は、空燃比振動の一周期分の時間であってもよいし、これよりも長い時間であってもよい。本実施形態では、空燃比振動の一周期分よりも長い時間とする。

【0062】

下流側空燃比λｒには、第１下流側空燃比λｒ１または第２下流側空燃比λｒ２を採用する。具体的には、エンジンＥの運転状態が第２領域Ｂにあり、図２に示すフローチャートのＳ１０４の処理として空燃比振動制御を実行する場合は、第２下流側空燃比λｒ２を採用する。これに対し、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにあり、図２に示すフローチャートのＳ１０５の処理として空燃比振動制御を実行する場合は、第１下流側空燃比λｒ１を採用する。

【0063】

Ｓ２０８では、空燃比変化量Δλｒ＿ｍｉｎをΔＦで除することにより、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きｇｌｍｂａを算出する。本実施形態では、傾きｇｌｍｂａとして、周波数Ｆｒｑを基準周波数Ｆ０から所定の周波数ΔＦずつ減少させた場合に得られる、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑの対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対する変化の傾きを採用する。そして、傾きｇｌｍｂａの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１以上であるか否かを判定する。所定の値ｇ０１以上である場合、換言すれば、周波数Ｆｒｑの減少前後における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化の傾きｇｌｍａが減少して、その絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達した場合は、Ｓ２０９へ進み、所定の値ｇ０１未満である場合は、Ｓ２０９の処理を迂回して、Ｓ２１０へ進む。

【0064】

Ｓ２０９では、制御周波数Ｆｃｎを設定する。本実施形態では、傾きｇｌｍｂａの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達したときの周波数Ｆｒｑを、制御周波数Ｆｃｎに設定する。

【0065】

Ｓ２０６からＳ２０９の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「制御周波数特定手段」として実行する処理に相当する。

【0066】

Ｓ２１０では、燃料噴射量Ｑｆを算出する。空燃比振動制御では、吸入空気量Ｑａに対して当量となる燃料の基本噴射量Ｑｆｂを算出するとともに、基本噴射量Ｑｆｂに空燃比振動のための補正係数αを乗算し、さらに、冷却水温度Ｔｗ等に応じた各種の増量補正量Ｈを加算することで、燃料噴射量Ｑｆを算出する。ここで、補正係数αは、１よりも大きな値と１よりも小さな値とに、制御周波数Ｆｃｎの半周期に相当する時間（＝１／（２Ｆｃｎ））毎に切り替わるように設定され、補正係数αの乗算により、混合気の空燃比が、例えば、空気過剰率換算で０．９５と１．０５との間で変動または振動する。

【0067】

Ｓ２１１では、燃料噴射量Ｑｆにより燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）を駆動する。

【0068】

図５は、本実施形態に係る空燃比フィードバック制御の基本的な流れを示すフローチャートである。

【0069】

Ｓ３０１では、基本噴射量Ｑｆｂを算出する。基本噴射量Ｑｆｂは、吸入空気量Ｑａに対して当量となる燃料量に相当する噴射量である

【0070】

Ｓ３０２では、空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆを算出する。本実施形態において、空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆは、上流側排気センサ２０６により検出される上流側空燃比λｆとストイキ相当値λｓｔ（つまり、１）との差分の関数として算出する。空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆは、上流側空燃比λｆとストイキ相当値λｓｔとの差分が０よりも大きく、排気が空気過剰な状態にある場合は、燃料を増量させる増量補正量として、差分が０よりも小さく、排気が燃料過剰な状態にある場合は、燃料を減量させる減量補正量として算出される。

【0071】

Ｓ３０３では、燃料噴射量Ｑｆを設定する。空燃比フィードバック制御では、基本噴射量Ｑｆｂに空燃比フィードバック補正量Ｈｑｆを加算するとともに、冷却水温度Ｔｗ等に応じた各種の増量補正量Ｈを加算することにより算出する。

【0072】

Ｓ３０４では、燃料噴射量Ｑｆにより燃料インジェクタ４１（４１ａ、４１ｂ）を駆動する。

【0073】

Ｓ２１１、Ｓ３０４において、コントローラ１０１は、液体燃料による運転中は、燃料噴射量Ｑｆに応じた液体燃料噴射用の駆動パルス信号を第１燃料インジェクタ４１ａの駆動回路に出力し、気体燃料による運転中は、燃料噴射量Ｑｆに応じた気体燃料噴射用の駆動パルス信号を第２燃料インジェクタ４１ｂの駆動回路に出力する。

【0074】

ここで、図６から図１１を参照して、図４のＳ２０６からＳ２０９の処理についてより詳細に説明する。

【0075】

図６から図９は、空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑに対する排気浄化触媒３３１の浄化率ηおよび下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化を、触媒温度Ｔｃａｔおよび排気流量Ｑｅｘｈを変えて、複数の条件のもとで測定した実験データのグラフである。図６は、触媒高活性かつ排気低流量時のデータであり、図７は、触媒高活性かつ排気高流量時のデータであり、図８は、触媒低活性かつ排気低流量時のデータであり、図９は、触媒低活性かつ排気高流量時のデータである。

【0076】

図６から図９のそれぞれにおいて、横軸は、周波数Ｆｒｑの対数を示し、縦軸は、浄化率ηおよび下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを示す。ｌｏｇ（Ｆｒｑ）＝０は、１［Ｈｚ］に相当する。白抜きの四角は、全炭化水素ＴＨＣの浄化率ηｔｈｃを示し、白抜きの丸は、窒素酸化物ＮＯｘの浄化率ηｎｏｘを示す。三角は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを示す。

【0077】

ここで、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎのうち、浄化率ηが極大となる周波数よりも低周波側の領域で測定されたものを白抜きの三角により、高周波側の領域で測定されたものを黒塗りの三角により、夫々示す。太い点線は、低周波側の領域における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの近似直線であり、太い実線は、高周波側の領域における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの近似直線である。

【0078】

図６から図９のそれぞれにおいて、浄化率ηが極大となる周波数の近傍で、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが不連続に変化するとともに、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑ（具体的には、周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ））に対する変化の傾きが変化する事象を確認することができる。横軸の周波数Ｆｒｑを対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）とすることで、この事象をより顕著に確認することが可能である。本実施形態では、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよびその傾きが不連続な変化を示す周波数Ｆｒｑに着目して、これを「最適周波数」と呼び、制御周波数Ｆｃｎに設定する。周波数Ｆｒｑの対数をとる場合に、所定の値ｇ０１を０．０１５から０．０２５までの範囲の値とするのが好ましく、これにより、適切な制御周波数Ｆｃｎを設定することが可能である。

【0079】

図１０および図１１は、空燃比振動制御における上流側排気センサ２０６および第１下流側排気センサ２０７の出力波形を示すグラフであり、図１０は、これらの出力波形を高周波数（短周期）領域について示し、図１１は、低周波数（長周期）領域について示す。図１０でいう「高周波数領域」とは、図６から図９でいう「浄化率ηが極大となる周波数よりも高周波側の領域」の一部であり、図１１でいう「低周波数領域」とは、「浄化率ηが極大となる周波数よりも低周波側の領域」の一部である。図１０および図１１において、細い実線は、上流側空燃比λｆを示し、太い実線は、下流側空燃比λｒを示す。点線は、触媒温度Ｔｃａｔを示す。第１下流側排気センサ２０７に代えて第２下流側排気センサ２０８によっても同様の傾向を示す出力波形が得られることが確認されている。

【0080】

図１０を参照すると、高周波数領域では、触媒温度Ｔｃａｔの上昇に拘わらず、上流側空燃比λｆに対して下流側空燃比λｒ（第１下流側空燃比λｒ１）の振動が大きく減衰していることが分かる。これに対し、図１１を参照すると、低周波数領域では、下流側空燃比λｒに減衰の事象を確認することはできず、寧ろ振動が増幅していることが分かる。これは、排気浄化触媒３３１の酸素貯蔵能力（ＯＳＣ）に起因するものであると推察される。つまり、高周波数領域では、空燃比振動に伴う燃料および空気の不均衡が酸素貯蔵能力により補われ、触媒３３１通過後の排気の空燃比（下流側空燃比λｒ）がストイキ相当値の近傍に維持されるのに対し、低周波数領域では、燃料および空気の不均衡を酸素貯蔵能力では補い切れず、混合気における空燃比の変動がそのまま下流側空燃比λｒの変化に現れるためである。これにより、酸素貯蔵能力が有効に作用する領域と酸素貯蔵能力が破綻する領域との境界で、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが不連続に変化するとともに、周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きに、閾値との比較により判定可能な程度の変化が生じる。

【0081】

以上の知見を踏まえ、最適周波数の抽出、つまり、制御周波数Ｆｃｎの特定の手順について、以下に説明する。

【0082】

空燃比振動制御を開始し、空燃比振動の周波数Ｆｒｑを基準周波数Ｆ０から所定の周波数ΔＦ毎に減少させていく。下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを検出し、周波数ＦｒｑをΔＦだけ減少させる前後で検出された下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化量を、空燃比変化量Δλｒ＿ｍｉｎとして算出する。そして、空燃比変化量Δλｒ＿ｍｉｎをΔＦ（本実施形態では、周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）の変化量）で除することにより、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対してなす変化の傾きｇｌｍｂａを算出し、その絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）と所定の値ｇ０１とを比較する。傾きｇｌｍｂａの絶対値（＝｜ｇｌｍｂａ｜）が所定の値ｇ０１に達したときの周波数Ｆｒｑを特定し、これを制御周波数Ｆｃｎに設定する。

【0083】

先に述べたように、制御周波数Ｆｃｎの設定は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの変化の傾きｇｌｍｂａを所定の値ｇ０１と対比することによる方法に代えて、周波数ＦｒｑをΔＦだけ減少させる前後で下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎに所定の値を超える大きな変化（つまり、差分）が生じたときの周波数Ｆｒｑを最適周波数として特定し、制御周波数Ｆｃｎに設定することによっても可能である。

【0084】

基準周波数Ｆ０は、空燃比振動を行うに当たり最初に設定される値であり、エンジンＥの運転領域の全体に対して一律に設定してもよいし、運転領域毎に異なる値に設定してもよい。一律に設定する場合の基準周波数Ｆ０として、簡易的には、１［Ｈｚ］（つまり、ｌｏｇＦ０＝０）を採用することができる。さらに、制御周波数Ｆｃｎを運転領域毎に記憶可能に運転領域マップを設定し、特定された制御周波数Ｆｃｎを、運転領域毎に記憶または更新するようにしてもよい。

【0085】

本実施形態に係るエンジンＥの空燃比制御装置は、以上の構成を有する。以下に、本実施形態により得られる効果について説明する。

【0086】

第１に、排気の浄化が困難な条件にある場合は、具体的には、エンジンＥの運転状態が図３に示す第２領域Ｂにある場合は、第２下流側排気センサ２０８により検出される第２下流側空燃比λｒ２をもとに制御周波数Ｆｎを特定することで、空燃比振動制御により空燃比を振動させる際の周波数（つまり、制御周波数Ｆｎ）を第１排気浄化触媒３３１および第２排気浄化触媒３３２の双方に適合させ、第１排気浄化触媒３３１および第２排気浄化触媒３３２の双方を浄化反応に関与させることが可能となる。これにより、排気の浄化が困難な条件にあっても空燃比振動制御による高い浄化性能を維持することが可能となる。

【0087】

ここで、本実施形態において燃料として使用する圧縮天然ガスは、ガソリンと比較して二酸化炭素排出量の抑制を図ることが可能である一方、排気に主成分として含まれるメタンは、二酸化炭素と比較して２５倍ほどの温室効果を有することが知られている。よって、ガソリンを使用する場合に対する利点を確保するうえで、メタンの排出を抑制することが重要となる。メタンは、他のＨＣ種と比較して化学的に安定しており、他のＨＣ種と同様の酸化による浄化を適用したのでは、充分な浄化率を達成することは困難である。

【0088】

制御周波数Ｆｃｎを適切に調整した空燃比振動制御によれば、メタンの浄化率を特異的に改善することが可能である。

【0089】

他方で、第１排気浄化触媒３３１の活性化が進んでいたり、浄化すべき排気有害物質が比較的少量であったりするなど、排気の浄化が比較的容易な条件にある場合は、第１下流側排気センサ２０７により検出される第１下流側空燃比λｒ１をもとに制御周波数Ｆｃｎを特定することで、制御周波数Ｆｃｎを第１排気浄化触媒３３１に適合させ、第１排気浄化触媒３３１により充分な浄化性能を確保しながら、第２排気浄化触媒３３２の浄化反応に対する関与を軽減することが可能となる。これにより、浄化反応に伴う第２排気浄化触媒３３２の発熱により排気が加熱され、排気温度の上昇により排気の粘度が増大して、圧損が過度に増大する事態を回避することが可能となる。

【0090】

さらに、浄化反応に対して第１排気浄化触媒３３１のみが実質的に関与する状況では、酸素吸蔵能力（ＯＳＣ）に応じて空燃比振動の周波数を高め、周期を短縮することにより、空燃比振動における一周期当たりのリッチ期間が短くなるため、リッチ期間中に排気フィルタに堆積する粒子状物質の量を低減し、リーン期間中に燃焼させる粒子状物質の量を低減することが可能となる。これにより、粒子状物質の燃焼による発熱を抑制し、排気フィルタに対する熱負荷の軽減を図ることが可能となる。

【0091】

このように、第１排気浄化触媒３３１と、第１排気浄化触媒３３１よりも下流側に配置され、排気フィルタに担持された第２排気浄化触媒３３２と、が排気通路に備わる場合に、浄化反応に関与する排気浄化触媒を条件に応じて適切に切り換えることにより、双方の触媒３３１、３３２、特に第２排気浄化触媒３３２が浄化反応に不要に関与することに伴う弊害を抑制しながら、エンジンＥの運転状態によらず高い浄化性能を維持することが可能となる。

【0092】

第２に、触媒温度Ｔｃａｔが所定の第１温度Ｔｃａｔ１以上でありかつ排気流量Ｑｅｘｈが所定の第１流量Ｑｅｘｈ１以下の場合に、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにあり、それ以外の場合、つまり、触媒温度Ｔｃａｔが第１温度Ｔｃａ１よりも低いかまたは排気流量Ｑｅｘｈが第１流量Ｑｅｘｈ１よりも多い場合に、エンジンＥの運転状態が第２領域Ｂにあると判定することで、排気の浄化が困難な条件にあるか、比較的容易な条件にあるかを容易かつ適切に判定することが可能となる。

【0093】

第３に、触媒温度Ｔｃａｔが所定の第２温度Ｔｃａ２以上でありかつ排気流量Ｑｅｘｈが所定の第２流量Ｑｅｘｈ２以下の場合、つまり、排気の浄化が特に容易な条件にある場合は、空燃比振動制御を停止し、空燃比フィードバック制御を実行することで、充分な浄化性能を確保しながら、トルク変動や騒音等の原因となる空燃比の振動自体を回避して、運転性や乗り心地との両立を図ることが可能となる。

【0094】

第４に、第１または第２下流側排気センサ２０７、２０８により検出される空燃比の最小値（第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎ、λｒ２＿ｍｉｎ）が空燃比振動の周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対してなす変化の傾きｇｌｍａを算出し、その絶対値が所定の値ｇ０１に達するときの周波数を、制御周波数Ｆｃｎとして特定することで、比較的簡易な構成でありながら適切な制御周波数Ｆｃｎを特定可能とし、より適切な制御周波数Ｆｃｎのもとで空燃比振動制御を実行することが可能となる。

【0095】

そして、所定の値ｇ０１を０．０１５から０．０２５までの範囲で設定することで、制御周波数Ｆｃｎとして、より適切な周波数を特定することが可能となる。

【0096】

以上の説明では、最適周波数の抽出ないし制御周波数Ｆｃｎの特定において、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きまたは周波数Ｆｒｑの減少前後における下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎの差分に着目することとした。制御周波数Ｆｃｎの特定は、これに限定されるものではなく、第１または第２下流側排気センサ２０７、２０８により検出される空燃比の最大値（以下「下流側最大空燃比」という）λｒ＿ｍａｘと最小値λｒ＿ｍｉｎとの差分（以下「空燃比レンジ」という）Ｒｌｍｂの、周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きに着目して行うことも可能である。

【0097】

図１２は、その場合の適用例として、本発明の更に別の実施形態に係る空燃比振動制御の基本的な流れを示すフローチャートである。

【0098】

本実施形態では、図４に示すフローチャートのＳ２０７における処理に代えて、空燃比レンジＲｌｍｂ（＝λｒ＿ｍａｘ－λｒ＿ｍｉｎ）を算出する（Ｓ６０１）。ここで、エンジンＥの運転状態が図３に示す第２領域Ｂにある場合は、排気の浄化が困難な条件にあるとして、空燃比レンジＲｌｍｂの算出に第２下流側排気センサ２０８により検出される空燃比（第２下流側空燃比λｒ２）を採用し、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにある場合は、排気の浄化が比較的容易な条件にあるとして、空燃比レンジＲｌｍｂの算出に第１下流側排気センサ２０７により検出される空燃比（第１下流側空燃比λｒ１）を採用する。

【0099】

さらに、Ｓ２０８の処理に代えて、空燃比レンジＲｌｍｂの周波数Ｆｒｑまたはその対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対する変化の傾きｇｌｍｂｂを算出し、この傾きの絶対値（＝｜ｇｌｍｂｂ｜）が所定の値ｇ０２に達するときの周波数を最適周波数として特定し、制御周波数Ｆｃｎに設定する（Ｓ６０２）。周波数Ｆｒｑの対数をとる場合に、所定の値ｇ０２を０．０１５から０．０２５までの範囲の値とするのが好ましく、これにより、適切な制御周波数Ｆｃｎを設定することが可能である。

【0100】

図１３および図１４は、本実施形態に係る空燃比振動制御における空燃比振動の周波数Ｆｒｑと排気浄化触媒３３１の浄化率η、空燃比レンジＲｌｍｂとの関係を、異なる触媒温度Ｔｃａｔについて示す実験データのグラフである。図１３（ａ）は、比較的低い触媒温度Ｔｃａｔ１の場合を示し、図１３（ｂ）は、Ｔｃａｔ１よりも高い触媒温度Ｔｃａｔ２の場合を示す。図１４（ａ）は、Ｔｃａｔ２よりも高い触媒温度Ｔｃａｔ３の場合を示し、図１４（ｂ）は、Ｔｃａｔ３よりも高い触媒温度Ｔｃａｔ４の場合を示す。

【0101】

図１３および図１４のそれぞれにおいて、横軸は、周波数Ｆｒｑの対数を示し、縦軸は、浄化率ηおよび空燃比レンジＲｌｍｂを示す。白抜きの四角は、全炭化水素ＴＨＣの浄化率ηｔｈｃを示し、白抜きの丸は、窒素酸化物ＮＯｘの浄化率ηｎｏｘを示す。三角は、空燃比レンジＲｌｍｂを示し、浄化率ηが極大となる周波数よりも低周波側の領域で測定されたものを白抜きの三角により、高周波側の領域で測定されたものを黒塗りの三角により、夫々示す。太い点線は、低周波側の領域における空燃比レンジＲｌｍｂの近似直線であり、太い実線は、高周波側の領域における空燃比レンジＲｌｍｂの近似直線である。

【0102】

図１３および図１４に示すように、触媒温度Ｔｃａｔの上昇とともに浄化率ηが全炭化水素と窒素酸化物とのいずれについても増大し、さらに、より高い周波数Ｆｒｑに至るまで高い浄化率ηが維持される傾向にあることが分かる。ここで、周波数Ｆｒｑを所定の周波数ΔＦずつ減少させた場合に、浄化率ηが極大となる周波数の近傍で、空燃比レンジＲｌｍｂの近似曲線が実線から点線に移行し、その周波数Ｆｒｑに対する変化の傾きｇｌｍｂｂおよびその絶対値（＝｜ｇｌｍｂｂ｜）が増大する事象を確認することができる。

【0103】

本実施形態では、この事象が生じる周波数を所定の値ｇ０２との対比により特異点として抽出し、制御周波数Ｆｃｎに設定する。

【0104】

このように、第１または第２下流側排気センサ２０７、２０８により検出される空燃比λｒ１、λｒ２の最大値と最小値との差分（空燃比レンジＲｌｍｂ）が空燃比振動の周波数の対数ｌｏｇ（Ｆｒｑ）に対してなす変化の傾きｇｌｍｂｂを算出し、その絶対値が所定の値ｇ０２に達するときの周波数を、制御周波数Ｆｃｎとして特定することで、比較的簡易な構成でありながら適切な制御周波数Ｆｃｎを特定可能とし、より適切な制御周波数Ｆｃｎのもとで空燃比振動制御を実行することが可能となる。

【0105】

エンジンＥの運転状態が属する運転領域ＡからＣの判定は、触媒温度Ｔｃａｔおよび排気流量Ｑｅｘｈにより直接的に行うだけでなく、下流側排気センサ（第１または第２下流側排気センサ２０７、２０８）により検出される空燃比により間接的に行うことも可能である。

【0106】

図１５は、その場合の適用例として、本発明の更に別の実施形態に係る空燃比制御の全体的な流れを示すフローチャートである。

【0107】

本実施形態では、図２に示すフローチャートのＳ１０２およびＳ１０３の処理に代えて、Ｓ１０２１、Ｓ１０２２、Ｓ１０３１およびＳ１０３２の処理を実行する。

【0108】

Ｓ１０２１では、吸入空気量Ｑａが所定の流量Ｑａ１よりも多いか否かを判定する。所定の流量Ｑａ１よりも多い場合は、Ｓ１０４へ進み、所定の流量Ｑａ１以下である場合は、Ｓ１０２２へ進む。流量Ｑａ１は、図３に示す第１領域Ａと第２領域Ｂとの境界を定める排気の第１流量Ｑｅｘｈ１に対応する吸入空気量である。

【0109】

Ｓ１０２２では、第２下流側空燃比λｒ２の最大値λｒ２＿ｍａｘおよび最小値λｒ２＿ｍｉｎを検出し、第２下流側最大空燃比λｒ２＿ｍａｘが所定の判定値ＳＬ２２以下でありかつ第２下流側最小空燃比λｒ２＿ｍｉｎが所定の判定値ＳＬ２１以下であるか否かを判定する。第２下流側最大空燃比λｒ２＿ｍａｘが所定の判定値ＳＬ２２以下でありかつ第２下流側最小空燃比λｒ２＿ｍｉｎが所定の判定値ＳＬ２１以下である場合は、Ｓ１０３１へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０２２の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「第１特定空燃比検出手段」として実行する処理に相当し、第２下流側最小空燃比λｒ２＿ｍｉｎと対比する判定値ＳＬ２１は、「第１判定値」に相当し、第２下流側最大空燃比λｒ２＿ｍａｘと対比する判定値ＳＬ２２は、「第２判定値」に相当する。

【0110】

Ｓ１０３１では、吸入空気量Ｑａが流量Ｑａ１よりも少ない所定の流量Ｑａ２よりも多いか否か（つまり、流量Ｑａ２、Ｑａ１の間にあるか）否かを判定する。所定の流量Ｑａ２よりも多い場合は、Ｓ１０５へ進み、所定の流量Ｑａ２以下である場合は、Ｓ１０３２へ進む。流量Ｑａ２は、図３に示す第１領域Ａと第３領域Ｃとの境界を定める排気の第２流量Ｑｅｘｈ２に対応する吸入空気量である。

【0111】

Ｓ１０３２では、第１下流側空燃比λｒ１の最大値λｒ１＿ｍａｘおよび最小値λｒ１＿ｍｉｎを検出し、第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘが所定の判定値ＳＬ１２以下でありかつ第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎが所定の判定値ＳＬ１１以下であるか否かを判定する。第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘが所定の判定値ＳＬ１２以下でありかつ第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎが所定の判定値ＳＬ１１以下である場合は、Ｓ１０６へ進み、それ以外の場合は、Ｓ１０５へ進む。Ｓ１０３２の処理は、エンジンコントローラ１０１が本実施形態に係る「第２特定空燃比検出手段」として実行する処理に相当し、第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎと対比する判定値ＳＬ１１は、「第３判定値」に相当し、第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘと対比する判定値ＳＬ１２は、「第４判定値」に相当する。

【0112】

以下に、図１６から図２２を参照して、図１５に示すＳ１０２２およびＳ１０３２の処理についてより詳細に説明する。

【0113】

図１６から図１９は、空燃比振動の周波数Ｆｒｑを異なる複数の周波数の間で切り替えて実施した場合に得られた実験データのグラフであり、触媒温度Ｔｃａｔに対する浄化率η、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘの変化を示す。本実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔとして触媒入口ガス温度Ｔｃａｔ＿ｉｎを採用し、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘは、第１下流側空燃比λｒ１の最大値および最小値である。図１６は、第１排気浄化触媒３３１による全炭化水素の浄化率ηｔｈｃの変化を、図１７は、第１排気浄化触媒３３１による窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘの変化を示す。図１８は、第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎの変化を、図１９は、第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘの変化を示す。図１６から図１９に示すのと同様の傾向は、第２下流側空燃比λｒ２の最大値および最小値、第１および第２排気浄化触媒３３１、３３２による浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘにおいても確認することが可能である。

【0114】

図１６から図１９のそれぞれにおいて、白抜きの三角を二点鎖線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．０５［Ｈｚ］の場合を示し、白抜きの四角を長い点線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．１［Ｈｚ］の場合を示す。さらに、白抜きの円を一点鎖線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．２［Ｈｚ］の場合を示し、白抜きの三角を短い点線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが０．５［Ｈｚ］の場合を示す。黒塗りの円を太い実線で繋いだものは、周波数Ｆｒｑが１［Ｈｚ］の場合であるが、１［Ｈｚ］の周波数は、空燃比フィードバック制御による場合に得られる周波数に相当する。

【0115】

図１６および図１７を参照すると、全体的な傾向として、触媒温度Ｔｃａｔの上昇、つまり、第１排気浄化触媒３３１の活性化が進むとともに、全炭化水素および窒素酸化物の浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘが上昇していることが分かる。さらに、０．５［Ｈｚ］以下の周波数で空燃比振動制御を実施した場合に、空燃比フィードバック制御を実施した場合に相当する１［Ｈｚ］の周波数で振動を付与した場合と比較して、特に低温側の領域で高い浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘが得られ、０．５［Ｈｚ］と０．２［Ｈｚ］とでは、温度領域の全体に亘って１［Ｈｚ］の場合よりも高い浄化率ηｔｈｃ、ηｎｏｘが得られることが分かる。

【0116】

図１８を参照すると、触媒温度Ｔｃａｔの上昇とともに、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ（第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎ）が低下していくことが分かる。これは、第１排気浄化触媒３３１の浄化率ηの上昇、つまり、触媒３３１の活性化の進行度合いと対応するものであり、空燃比がリッチ側に振れた際に第１排気浄化触媒３３１が水素を生成し、第１下流側空燃比センサ２０７がこの水素に反応するためである。このように、触媒温度Ｔｃａｔと下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎとには相関性があり、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎから、触媒温度Ｔｃａｔ、つまり、第１排気浄化触媒３３１の活性状態を間接的に把握することが可能である。本実施形態では、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎを、空燃比制御における領域判定に使用する（図１５のＳ１０２２、１０３２）。

【0117】

ここで、周波数が０．０５［Ｈｚ］の場合は、他の周波数の場合と同様に、触媒温度Ｔｃａｔの上昇とともに、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低下していくものの（図１８）、他の周波数の場合と比較して、窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘが特に低い。これは、０．０５［Ｈｚ］という周波数が第１排気浄化触媒３３１の酸素貯蔵能力に対して低すぎるためであり、空燃比振動による空燃比の変動を酸素貯蔵能力によっては最早吸収することができず、触媒３３１の反応場における空燃比が定常リッチと定常リーンとを繰り返すのに近い状態となるためであると推察される。

【0118】

このように、単に下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低下したことのみをもっては酸素貯蔵能力が破綻した場合を判別することまではできず、実際には充分な浄化率ηが得られないにも拘らず、第１排気浄化触媒３３１の活性化が進んだものとして、誤った判定を下す事態になりかねない。

【0119】

このような事態は、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘを参照することにより回避可能である。図１９に示すように、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘ（第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘ）は、周波数が０．０５［Ｈｚ］の場合に、触媒温度Ｔｃａｔが上昇した状況にあっても比較的高い値、例えば、１よりも高い値を維持する。本実施形態では、図１５に示すフローチャートの領域判定（Ｓ１０２２、１０３２）において、第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎ、第２下流側最小空燃比λｒ２＿ｍｉｎに併せて第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘ、第２下流側最大空燃比λｒ２＿ｍａｘを参照する。

【0120】

図２０から図２２は、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘに対して排気浄化触媒の浄化率ηを割り付けた分布図であり、図２０から図２２のそれぞれにおいて、異なる排気流量Ｑｅｘｈのもとで得られる浄化率ηを重ねて示している。例えば、ＳＶ値が２６ｋの場合に得られる浄化率ηに加え、ＳＶ値が４９ｋおよび９８ｋの場合に得られる浄化率ηを重ねて示している。具体的には、第１排気浄化触媒３３１を対象とし、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘは、第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎ、第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘであり、浄化率ηは、第１排気浄化触媒３３１の浄化率ηである。空燃比振動制御による場合の浄化率ηを○印のプロットにより示すとともに、空燃比フィードバック制御による場合の浄化率ηを×印のプロットにより示している。○印および×印のプロットのそれぞれについて、色の濃いものほど、浄化率ηが高いことを示す。図２０は、全炭化水素の浄化率ηｔｈｃを示し、図２１は、窒素酸化物の浄化率ηｎｏｘを示し、図２２は、全炭化水素と窒素酸化物との平均の浄化率ηａｖｅを示す。図２０から図２２に示すのと同様の傾向は、第１および第２排気浄化触媒３３１、３３２を対象とした場合においても確認することが可能である。

【0121】

図２０から図２２を参照すると、図の左下ほど、つまり、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎが低くかつ下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘも低いほど、浄化率ηが高い傾向にあることが分かる。このような傾向により、図２０から図２２において、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎ（第１下流側最小空燃比λｒ１＿ｍｉｎ）が閾値ＳＬ１１以下であり、下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘ（第１下流側最大空燃比λｒ１＿ｍａｘ）が閾値ＳＬ１２以下である太い点線の枠内では、空燃比フィードバック制御および空燃比振動制御のいずれによっても高い浄化率ηが得られるほどに触媒３３１の活性化が進み、例えば、閾値ＳＬ１１を０．９６５とし、閾値ＳＬ１２を１．０００とした場合に、全炭化水素、窒素酸化物およびそれらの平均のそれぞれについて、枠内の領域で８０％以上の浄化率ηが得られることが確認されている。つまり、図１５に示すフローチャートのＳ１０３２において、判定値ＳＬ１１を、例えば、０．９６５とし、判定値ＳＬ１２を、例えば、１．０００とすることにより、エンジンＥの運転状態が排気の浄化が容易な第３領域Ｃにあることを適切に判定することが可能である。判定値ＳＬ１１、ＳＬ１２は、夫々０．９６０±０．０１、１．０００±０．０１の範囲内で、適宜に設定することができる。

【0122】

そして、第１および第２排気浄化触媒３３１、３３２を対象とした場合についても同様であり、閾値ＳＬ２１を０．９６５とし、閾値ＳＬ２２を１．０００とした場合に、全炭化水素、窒素酸化物およびそれらの平均のそれぞれについて、枠内の領域で８０％以上の浄化率ηが得られることが確認されている。つまり、図１５に示すフローチャートのＳ１０２２において、判定値ＳＬ２１を、例えば、０．９６５とし、判定値ＳＬ２２を、例えば、１．０００とすることにより、エンジンＥの運転状態が排気の浄化が比較的容易な第１領域Ａにあるか、排気の浄化が困難な第２領域Ｂにあるかを適切に判定することが可能である。判定値ＳＬ２１、ＳＬ２２は、夫々０．９６０±０．０１、１．０００±０．０１の範囲内で、適宜に設定することができる。

【0123】

このように、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａにあるか否か、換言すれば、排気の浄化が容易な条件にあるか、困難な条件にあるかの判定を、第２下流側排気センサ２０８により空燃比振動制御の実行中に検出される空燃比（第２下流側空燃比λｒ２）をもとに、推定的に行う構成としたことで、第２下流側排気センサ２０８の出力に基づく空燃比振動制御から第１下流側排気センサ２０７の出力に基づく空燃比振動制御への切り換えを適切に行うとともに、部品点数の増加を抑制するなど、より簡易な構成による実現を図ることが可能となる。

【0124】

さらに、エンジンＥの運転状態が第１領域Ａのうち特に排気の浄化が容易な条件にあるか否かの判定を、第１下流側排気センサ２０７により空燃比振動制御の実行中に検出される空燃比（第１下流側空燃比λｒ１）をもとに、推定的に行う構成としたことで、空燃比振動制御から空燃比フィードバック制御への切り換えを適切に行うとともに、部品点数の増加を抑制するなど、より簡易な構成による実現を図ることが可能となる。

【0125】

このように、本実施形態では、下流側最小空燃比λｒ＿ｍｉｎおよび下流側最大空燃比λｒ＿ｍａｘとそれぞれの閾値との対比により、排気の浄化が容易な条件にあるか、困難な条件にあるかを、排気流量Ｑｅｘｈによらずに判別することが可能である。よって、排気流量Ｑｅｘｈ、本実施形態では、吸入空気量Ｑａによる判定（図１５のＳ１０２１、１０３１）は、省略してもよい。ただし、吸入空気量Ｑａは、本実施形態に限らず、エンジン制御のために一般的に取得される状態変数であり、取得に際して部品の追加を伴うこともない一方、吸入空気量Ｑａを用いた簡単な手法により空燃比振動制御によるべき場合を判定することが可能である。よって、吸入空気量Ｑａによる判定は、制御の安定性を確保するうえで有効である。

【符号の説明】

【0126】

Ｅ…エンジン、１…エンジン本体、２…吸気システム、２１…吸気管、２２…吸気マニホールド、２３…エアクリーナ、３…排気システム、３１…排気マニホールド、３２…排気管、３３…触媒コンバータ、３３１…排気浄化触媒、４１…燃料インジェクタ、４１ａ…第１（液体燃料用）燃料インジェクタ、４１ｂ…第２（気体燃料用）燃料インジェクタ、５１…点火プラグ、１０１…エンジンコントローラ、２０１…アクセルセンサ、２０２…エンジン回転速度センサ、２０３…エアフローメータ、２０４…冷却水温度センサ、２０５…触媒温度センサ、２０６…上流側排気センサ、２０７…第１下流側排気センサ、２０８…第２下流側排気センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】