勢(shì)E收斂于傳感器施加電壓Vr后，電位差Vs不久也會(huì)收斂于傳感器施加電壓Vr0
[0135]因此，可以說基準(zhǔn)元件電壓施加裝置70實(shí)質(zhì)上在兩電極57、58間施加了傳感器施加電壓Vr。此外，基準(zhǔn)元件電壓施加裝置70的電路不一定必須是如圖13所示的電路，只要能夠在兩電極57、58間實(shí)質(zhì)上施加傳感器施加電壓Vr即可，可以是任何形態(tài)的裝置。
[0136]另外，基準(zhǔn)元件輸出電流檢測(cè)裝置71不是實(shí)際檢測(cè)電流，而是檢測(cè)電壓Etl并根據(jù)該電壓Etl算出電流。在此，E ^可以如下述式⑴那樣表示。
[0137]E0= Vr+V 0+IrR...(I)
[0138]在此，Vtl是偏置電壓(以使得E C1不會(huì)成為負(fù)值的方式預(yù)先施加的電壓，例如3V)，R是圖13所示的電阻的值。
[0139]在式⑴中，由于傳感器施加電壓Vr、偏置電壓Vtl以及電阻值R—定，所以電壓Eq根據(jù)電流Ir而變化。因而，只要檢測(cè)電壓Etl，就能根據(jù)該電壓Etl算出電流Ir。
[0140]因此，可以說基準(zhǔn)元件輸出電流檢測(cè)裝置71實(shí)質(zhì)上檢測(cè)在兩電極57、58間流動(dòng)的電流Ir。此外，基準(zhǔn)元件輸出電流檢測(cè)裝置71的電路不一定必須是如圖13所示的電路，只要能夠檢測(cè)在兩電極57、58間流動(dòng)的電流Ir即可，可以是任何形態(tài)的裝置。
[0141]<排氣凈化催化劑的說明>
[0142]接著，對(duì)本實(shí)施方式中使用的排氣凈化催化劑20、24進(jìn)行說明。上游側(cè)排氣凈化催化劑20和下游側(cè)排氣凈化催化劑24都具有同樣的結(jié)構(gòu)。以下，雖然僅對(duì)上游側(cè)排氣凈化催化劑20進(jìn)行說明，但下游側(cè)排氣凈化催化劑24也具有同樣的結(jié)構(gòu)和作用。
[0143]上游側(cè)排氣凈化催化劑20是具有氧吸藏能力的三元催化劑。具體而言，上游側(cè)排氣凈化催化劑20是在由陶瓷構(gòu)成的載體上擔(dān)載具有催化作用的貴金屬(例如鉑(Pt))和具有氧吸藏能力的物質(zhì)(例如氧化鈰(CeO2))而成的催化劑。上游側(cè)排氣凈化催化劑20在達(dá)到預(yù)定的活性溫度時(shí)，除了同時(shí)凈化未燃?xì)怏w(HC、C0等)和氮氧化物(NOx)的催化作用之外，還發(fā)揮氧吸藏能力。
[0144]根據(jù)上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏能力，上游側(cè)排氣凈化催化劑20在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比比理論空燃比稀(為稀空燃比)時(shí)吸藏排氣中的氧。另一方面，上游側(cè)排氣凈化催化劑20在流入的排氣的空燃比比理論空燃比濃(為濃空燃比)時(shí)放出吸藏于上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧。此外，“排氣的空燃比”是指在生成該排氣之前所供給的燃料的質(zhì)量相對(duì)于空氣的質(zhì)量的比率，通常是指在生成該排氣時(shí)向燃燒室5內(nèi)供給的燃料的質(zhì)量相對(duì)于空氣的質(zhì)量的比率。
[0145]上游側(cè)排氣凈化催化劑20具有催化作用和氧吸藏能力，從而根據(jù)氧吸藏量而具有NOx和未燃?xì)怏w的凈化作用。圖14示出上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量與從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中的NOx和未燃?xì)怏w(HC、CO等)的濃度的關(guān)系。圖14(A)示出在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為稀空燃比時(shí)的、氧吸藏量與從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中的NOx濃度的關(guān)系。另一方面，圖14(B)示出在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為濃空燃比時(shí)的、氧吸藏量與從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中的未燃?xì)怏w的濃度的關(guān)系。
[0146]從圖14(A)可知，在上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量少時(shí)，距離最大氧吸藏量存在余裕。因而，即使流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為稀空燃比(即，該排氣包含NOx和氧)，排氣中的氧也會(huì)被排氣凈化催化劑吸藏，NOx也隨之被還原凈化。其結(jié)果，在從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中幾乎不含NOx。
[0147]但是，若上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量變多，則在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為稀空燃比的情況下，在上游側(cè)排氣凈化催化劑20中變得難以吸藏排氣中的氧，排氣中的NOx也隨之變得難以被還原凈化。因而，從圖14(A)可知，若氧吸藏量增大至超過某上限吸藏量Cuplim，則從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中的NOx濃度急劇上升。
[0148]另一方面，在上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量多時(shí)，若流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為濃空燃比(即，該排氣包含未燃?xì)怏w)，則吸藏于上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧會(huì)被放出。因而，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣中的未燃?xì)怏w被氧化凈化。其結(jié)果，從圖14(B)可知，從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中幾乎不含未燃?xì)怏w。
[0149]但是，若上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量變少，則在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為濃空燃比的情況下，從上游側(cè)排氣凈化催化劑20放出的氧變少，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣中的未燃?xì)怏w也隨之變得難以被氧化凈化。因而，從圖14(B)可知，若氧吸藏量減少至低于某下限吸藏量Clowlim，從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中的未燃?xì)怏w的濃度急劇上升。
[0150]這樣，根據(jù)在本實(shí)施方式中使用的排氣凈化催化劑20、24，流入排氣凈化催化劑20,24的排氣中的NOx和未燃?xì)怏w的凈化特性根據(jù)排氣的空燃比和氧吸藏量而變化。此外，若具有催化作用和氧吸藏能力，則排氣凈化催化劑20、24也可以是與三元催化劑不同的催化劑。
[0151 ] <空燃比控制的概要>
[0152]接著，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置中的空燃比控制的概要進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，基于上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup進(jìn)行反饋控制，以使得上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流(即，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比)Ipup成為與目標(biāo)空燃比相當(dāng)?shù)闹怠?br>[0153]流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的目標(biāo)空燃比基于下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn來設(shè)定。具體而言，在下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn成為了零以下時(shí)，目標(biāo)空燃比被設(shè)為稀設(shè)定空燃比，并維持為該空燃比。所謂傳感器輸出電流Ipdwn成為零以下時(shí)，是指從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比成為了比理論空燃比稍濃的預(yù)先設(shè)定的濃判定空燃比(例如14.55)以下。另外，稀設(shè)定空燃比是比理論空燃比稀某種程度的預(yù)先設(shè)定的空燃比，例如設(shè)為14.65?20，優(yōu)選為14.68?18，更優(yōu)選為14.7?16左右。
[0154]當(dāng)目標(biāo)空燃比被變更為稀設(shè)定空燃比后，推定上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc。氧吸藏量OSAsc的推定根據(jù)上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup、以及基于空氣流量計(jì)39等算出的向燃燒室5內(nèi)的吸入空氣量的推定值或來自燃料噴射閥11的燃料噴射量等來進(jìn)行。然后，若氧吸藏量OSAsc的推定值成為預(yù)先設(shè)定的判定基準(zhǔn)吸藏量Cref以上，則此前為稀設(shè)定空燃比的目標(biāo)空燃比被設(shè)為弱濃設(shè)定空燃比，并維持為該空燃比。弱濃設(shè)定空燃比是比理論空燃比稍濃的預(yù)先設(shè)定的空燃比，例如設(shè)為13.5?14.58，優(yōu)選為14?14.57，更優(yōu)選為14.3?14.55左右。之后，在下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn再次成為了零以下時(shí)，再次將目標(biāo)空燃比設(shè)為稀設(shè)定空燃比，之后反復(fù)進(jìn)行同樣的操作。
[0155]這樣，在本實(shí)施方式中，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的目標(biāo)空燃比被交替地設(shè)定為稀設(shè)定空燃比和弱濃設(shè)定空燃比。特別是，在本實(shí)施方式中，稀設(shè)定空燃比與理論空燃比之差比弱濃設(shè)定空燃比與理論空燃比之差大。因此，在本實(shí)施方式中，目標(biāo)空燃比會(huì)被交替地設(shè)定為短期的稀設(shè)定空燃比和長(zhǎng)期的弱濃設(shè)定空燃比。
[0156]<使用了時(shí)間圖的控制的說明>
[0157]參照?qǐng)D15，對(duì)如上所述的操作進(jìn)行具體說明。圖15是進(jìn)行了本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的控制裝置中的空燃比控制的情況下的、上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc、下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn、空燃比修正量AFC、上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup以及從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣中的NOx濃度的時(shí)間圖。
[0158]此外，如上所述，上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為理論空燃比時(shí)成為零，在該排氣的空燃比為濃空燃比時(shí)成為負(fù)值，在該排氣的空燃比為稀空燃比時(shí)成為正值。另外，在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比為濃空燃比或稀空燃比時(shí)，與理論空燃比之差越大，則上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup的絕對(duì)值越大。
[0159]另一方面，下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn在從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比為濃判定空燃比(比理論空燃比稍濃)時(shí)成為零，在該排氣的空燃比比濃判定空燃比濃時(shí)成為負(fù)值，在該排氣的空燃比比濃判定空燃比稀時(shí)成為正值。另外，在從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比比濃判定空燃比濃或稀時(shí)，與濃判定空燃比之差越大，則下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn的絕對(duì)值越大。
[0160]另外，空燃比修正量AFC是與目標(biāo)空燃比相關(guān)的修正量。在空燃比修正量AFC為O時(shí)，目標(biāo)空燃比被設(shè)為理論空燃比，在空燃比修正量AFC為正值時(shí)，目標(biāo)空燃比成為稀空燃比，在空燃比修正量AFC為負(fù)值時(shí)，目標(biāo)空燃比成為濃空燃比。
[0161]在圖示的例子中，在時(shí)刻^以前的狀態(tài)下，空燃比修正量AFC被設(shè)為弱濃設(shè)定修正量AFCrich。弱濃設(shè)定修正量AFCrich是與弱濃設(shè)定空燃比相當(dāng)?shù)闹?，是小于O的值。因此，目標(biāo)空燃比被設(shè)為濃空燃比，上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup隨之而成為負(fù)值。由于在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣中會(huì)包含未燃?xì)怏w，所以上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc逐漸減少。但是，排氣中所包含的未燃?xì)怏w會(huì)被上游側(cè)排氣凈化催化劑20凈化，從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比大致成為理論空燃比。因而，下游側(cè)空燃比傳感器的傳感器輸出電流Ipdwn成為正值(與理論空燃比相當(dāng))。此時(shí)，由于流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比成為了濃空燃比，所以可抑制來自上游側(cè)排氣凈化催化劑20的NOx排出量。
[0162]若上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc逐漸減少，則氧吸藏量OSAsc在時(shí)刻1^減少至低于下限吸藏量(參照?qǐng)D14的Clowlim)。若氧吸藏量OSAsc減少至低于下限吸藏量，則流入到上游側(cè)排氣凈化催化劑20中的未燃?xì)怏w的一部分不被上游側(cè)排氣凈化催化劑20凈化而流出。因而，時(shí)刻^以后，隨著上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc減少，下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn逐漸降低。此時(shí)，由于流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比也成為了濃空燃比，所以可抑制來自上游側(cè)排氣凈化催化劑20的NOx排出量。
[0163]之后，在時(shí)刻t2，下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn達(dá)到與濃判定空燃比相當(dāng)?shù)牧?。在本?shí)施方式中，若下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn成為零，則為了抑制上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc的減少而將空燃比修正量AFC切換為稀設(shè)定修正量AFClean。稀設(shè)定修正量AFClean是與稀設(shè)定空燃比相當(dāng)?shù)闹?，是大于O的值。因此，目標(biāo)空燃比被設(shè)為稀空燃比。
[0164]此外，在本實(shí)施方式中，在下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn達(dá)到零之后，即，在從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比達(dá)到濃判定空燃比之后，進(jìn)行空燃比修正量AFC的切換。這是因?yàn)?，即使上游?cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量充足，從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比有時(shí)也會(huì)稍微偏離理論空燃比。即，若假設(shè)即使在傳感器輸出電流Ipdwn稍微偏離了與理論空燃比相當(dāng)?shù)闹档那闆r下也判斷為氧吸藏量減少至低于下限吸藏量，則有可能即使實(shí)際上是充足的氧吸藏量也會(huì)判斷為氧吸藏量減少至低于下限吸藏量。因此，在本實(shí)施方式中，在從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比達(dá)到濃判定空燃比時(shí)才判斷為氧吸藏量減少至低于下限吸藏量。反過來說，濃判定空燃比被設(shè)為在上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量充足時(shí)從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比不會(huì)達(dá)到的空燃比。
[0165]即使在時(shí)刻丨2將目標(biāo)空燃比切換為稀空燃比，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比也不會(huì)立即成為稀空燃比，而會(huì)產(chǎn)生某種程度的延遲。其結(jié)果，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比在時(shí)刻t3從濃空燃比變化為稀空燃比。此外，在時(shí)刻t2?t3的期間內(nèi)，由于從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比成為了濃空燃比，所以在該排氣中會(huì)包含未燃?xì)怏w。但是，可抑制來自上游側(cè)排氣凈化催化劑20的NOx排出量。
[0166]當(dāng)在時(shí)刻t3流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比變化為稀空燃比后，上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc增大。另外，與此相伴，從上游側(cè)排氣凈化催化劑20流出的排氣的空燃比向理論空燃比變化，下游側(cè)空燃比傳感器41的傳感器輸出電流Ipdwn也向與理論空燃比相當(dāng)?shù)恼凳諗?。此時(shí)，雖然流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比成為了稀空燃比，但由于上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏能力具有充足的余裕，所以流入的排氣中的氧被吸藏于上游側(cè)排氣凈化催化劑20，NOx被還原凈化。因而，可抑制來自上游側(cè)排氣凈化催化劑20的NOx排出量。
[0167]之后，當(dāng)上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc增大后，在時(shí)刻丨4氧吸藏量OSAsc達(dá)到判定基準(zhǔn)吸藏量Cref。在本實(shí)施方式中，若氧吸藏量OSAsc成為判定基準(zhǔn)吸藏量Cref，則為了中止氧向上游側(cè)排氣凈化催化劑20的吸藏而將空燃比修正量AFC切換為弱濃設(shè)定修正量AFCrich (小于O的值)。因此，目標(biāo)空燃比被設(shè)為濃空燃比。
[0168]但是，如上所述，在切換目標(biāo)空燃比之后，在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比實(shí)際變化之前會(huì)產(chǎn)生延遲。因而，即使在時(shí)刻t4進(jìn)行切換，流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比也會(huì)在經(jīng)過了某種程度的時(shí)間后的時(shí)刻t5從稀空燃比變化為濃空燃比。在時(shí)刻t4?15的期間內(nèi)，由于流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比是稀空燃比，所以上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc逐漸增大。
[0169]但是，由于判定基準(zhǔn)吸藏量Cref被設(shè)定為與最大氧吸藏量Cmax、上限吸藏量(參照?qǐng)D14的Cuplim)相比足夠低，所以在時(shí)刻1:5氧吸藏量OSAsc不會(huì)達(dá)到最大氧吸藏量Cmax和/或上限吸藏量。反過來說，判定基準(zhǔn)吸藏量Cref被設(shè)為充分少的量，以使得即使從切換目標(biāo)空燃比到流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣的空燃比實(shí)際變化為止產(chǎn)生了延遲，氧吸藏量OSAsc也不會(huì)達(dá)到最大氧吸藏量Cmax和/或上限吸藏量。例如，判定基準(zhǔn)吸藏量Cref設(shè)為最大氧吸藏量Cmax的3/4以下，優(yōu)選為最大氧吸藏量Cmax的1/2以下，更優(yōu)選為最大氧吸藏量Cmax的1/5以下。因此，在時(shí)刻t4?15的期間內(nèi)也可抑制來自上游側(cè)排氣凈化催化劑20的NOx排出量。
[0170]在時(shí)刻t5以后，空燃比修正量AFC被設(shè)為弱濃設(shè)定修正量AFCrich。因此，目標(biāo)空燃比被設(shè)為濃空燃比，上游側(cè)空燃比傳感器40的傳感器輸出電流Ipup隨之而成為負(fù)值。由于在流入上游側(cè)排氣凈化催化劑20的排氣中會(huì)包含未燃?xì)怏w，所以上游側(cè)排氣凈化催化劑20的氧吸藏量OSAsc逐漸減少，在時(shí)刻t6，與時(shí)刻h同樣，氧吸藏量OSAsc減少至低于下限吸藏量。此時(shí)，由于流入上游側(cè)排