用于内燃机的控制装置技术领域
本发明涉及用于内燃机的控制装置。
背景技术
传统上，已众所周知这样一种内燃机：其中，在内燃机的排气通道中设置有排气控
制催化剂，在该排气控制催化剂的排气流动方向上的上游侧设置有空燃比传感器，并且在
该排气控制催化剂的排气流动方向上的下游侧设置有氧传感器。用于这样的内燃机的控制
装置基于这些空燃比传感器和氧传感器中的每一者的输出而控制被提供给内燃机的燃料
的量。
作为用于这样的内燃机的控制装置，例如，已知执行下面的控制的控制装置。当氧
传感器的输出从指示浓于理论空燃比的空燃比(在下文中，称为“浓空燃比”)的值反转到指
示稀于理论空燃比的空燃比(在下文中，称为“稀空燃比”)的值时，流入排气控制催化剂的
排气的目标空燃比被设定为浓空燃比。另一方面，当氧传感器的输出从指示稀空燃比的值
反转到指示浓空燃比的值时，目标空燃比被设定为稀空燃比(例如，公开号为2008-075495
的日本专利申请(JP 2008-075495 A))。
特别地，在JP 2008-075495 A中描述的控制装置中，偏差累积值通过累积与偏差
对应的值而被计算出，该偏差为氧传感器的输出值与对应于目标空燃比的基准值之间的偏
差。此外，基于由此计算出的偏差累积值而控制空燃比，以使得流入排气控制催化剂的排气
的空燃比与目标空燃比对应。然后，在即使自氧传感器的输出反转起已经过指定的时段之
后也不再次反转氧传感器的输出的情况下，校正学习值。根据JP 2008-075495 A，由于上述
控制，即使学习值大幅偏离适当值，也可以迅速地使其收敛到适当值。
发明内容
而本申请的发明人提出以下用于内燃机的控制装置。在该控制装置中，对提供给
内燃机的燃烧室的燃料喷射量进行反馈控制，以使得流入排气控制催化剂的排气的空燃比
变为目标空燃比。当由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比变得等于或低于比理论空燃比
浓的浓判定空燃比时，目标空燃比被切换到稀空燃比。之后，当排气控制催化剂的储氧量变
得等于或大于指定的切换基准储量时，目标空燃比被切换到浓空燃比。以此方式，可以抑制
NOx和氧从排气控制催化剂的流出。
此外，本申请的发明人提出，在用于执行这样的控制的控制装置中，执行用于校正
下游侧空燃比传感器的输出空燃比等的学习控制。在该学习控制中，计算稀氧量累积值，该
稀氧量累积值是在从目标空燃比被切换到稀空燃比时起到推定排气控制催化剂的储氧量
变得等于或大于切换基准储量时的氧增加时段内的累积氧过剩/不足量的绝对值。此外，计
算浓氧量累积值，该浓氧量累积值是在从目标空燃比被切换到浓空燃比时起到由下游侧空
燃比传感器检测到的空燃比变得等于或低于浓判定空燃比时的氧减少时段内的累积氧过
剩/不足量的绝对值。然后，基于这些稀氧量累积值和浓氧量累积值而校正上游侧空燃比传
感器的输出空燃比等，以使得这些稀氧量累积值与浓氧量累积值之差变小。以此方式，可以
补偿在上游侧空燃比传感器的输出空燃比中出现的偏差。
而在上述空燃比控制的执行期间，存在这样的情况：其中，即使在目标空燃比从浓
空燃比被切换到稀空燃比之后，并且排气控制催化剂的储氧量变得等于或大于切换基准储
量，从排气控制催化剂流出的排气的空燃比也被维持为浓空燃比。发生这种情况的原因例
如如下。即使在浓程度相对高的浓空燃比的排气流入排气控制催化剂之后，流入排气控制
催化剂的排气的空燃比变为稀空燃比时，在排气控制催化剂中也不会迅速进行未燃烧气体
的净化，由此，未燃烧气体可能持续一段时间继续从排气控制催化剂流出。
正如上文所述，即使在排气控制催化剂的储氧量变得等于或大于切换基准储量之
后，从排气控制催化剂流出的排气的空燃比也被维持为浓空燃比。在这种情况下，当目标空
燃比被从稀空燃比切换到浓空燃比时，下游侧空燃比传感器的输出空燃比已变得等于或低
于浓判定空燃比。因此，目标空燃比在被切换到浓空燃比之后立即被切换回到稀空燃比。正
如上文所述，在目标空燃比被切换到浓空燃比的情况下，具有浓空燃比的排气流入排气控
制催化剂，同时未燃烧气体继续从排气控制催化剂流出。结果，包含未燃烧气体的排气继续
从排气控制催化剂流出的时段被延长。
此外，当执行上述学习控制时，氧减少时段变得远短于氧增加时段。结果，浓氧量
累积值变得远小于稀氧量累积值，并且下游侧空燃比传感器的输出空燃比等基于这二者的
差而被校正。然而，如上所述，因为在排气控制催化剂中不会迅速进行未燃烧气体的净化，
因此存在排气的空燃比被维持为浓空燃比的情况。在这种情况下，上游侧空燃比传感器的
输出空燃比中不出现偏差。因此，如果在这样的情况下，上游侧空燃比传感器的输出空燃比
等通过学习控制而被校正，则进行了误学习(erroneous learning)。
本发明提供一种在执行上述空燃比控制的情况下抑制目标空燃比的意外的
(unintended)波动的用于内燃机的控制装置。此外，本发明提供一种在执行上述学习控制
的情况下抑制误学习的用于内燃机的控制装置。
提供了一种根据本发明一方面的用于内燃机的控制装置。所述内燃机包括排气控
制催化剂和下游侧空燃比传感器。所述排气控制催化剂被设置在所述内燃机的排气通道
中。所述排气控制催化剂被配置为存储氧。所述下游侧空燃比传感器被设置在所述排气通
道中的所述排气控制催化剂的在排气流动方向上的下游侧。所述下游侧空燃比传感器被配
置为检测从所述排气控制催化剂流出的排气的空燃比。所述控制装置包括电子控制单元。
所述电子控制单元被配置为：(i)执行被提供给所述内燃机的燃烧室的燃料供给量的反馈
控制，以使得流入所述排气控制催化剂的所述排气的空燃比变为目标空燃比；(ii)从所述
下游侧空燃比传感器的输出空燃比变得等于或低于比理论空燃比浓的浓判定空燃比时起，
到所述排气控制催化剂的储氧量变得等于或大于比最大可储氧量小的指定的切换基准储
量并且所述下游侧空燃比传感器的所述输出空燃比变得高于所述浓判定空燃比时，将所述
目标空燃比设定为稀于所述理论空燃比的稀空燃比；以及(iii)在所述排气控制催化剂的
储氧量变得等于或大于所述指定的切换基准储量并且所述下游侧空燃比传感器的所述输
出空燃比变得高于所述浓判定空燃比之后，将所述目标空燃比设定为浓于所述理论空燃比
的浓空燃比。
在根据上述方面的所述控制装置中，所述电子控制单元可以被配置为，设定所述
目标空燃比的稀程度，以使得在所述目标空燃比被切换到所述稀空燃比之后的所述排气控
制催化剂的所述储氧量变得等于或大于所述切换基准储量并且所述下游侧空燃比传感器
的所述输出空燃比等于或低于所述浓判定空燃比的情况下的所述目标空燃比的稀程度高
于在所述储氧量小于所述切换基准储量的情况下的所述目标空燃比的稀程度。
在根据上述方面的所述控制装置中，所述电子控制单元可以被配置为，设定所述
目标空燃比的稀程度，以使得随着所述下游侧空燃比传感器的所述输出空燃比降低，所述
目标空燃比的稀程度变高。
在根据上述方面的所述控制装置中，所述电子控制单元可以被配置为，从所述排
气控制催化剂的储氧量变得等于或大于所述指定的切换基准储量并且所述下游侧空燃比
传感器的所述输出空燃比变得高于所述浓判定空燃比时起，将所述目标空燃比设定为浓于
所述理论空燃比的所述浓空燃比。
在根据上述方面的所述控制装置中，所述电子控制单元可以被配置为，基于所述
下游侧空燃比传感器的所述输出空燃比而执行用于校正与所述反馈控制相关的参数的学
习控制。所述电子控制单元可以被配置为计算第一氧量累积值。所述第一氧量累积值可以
是在从所述目标空燃比被设定为所述稀空燃比时起到推定所述排气控制催化剂的储氧量
变得等于或大于所述切换基准储量时的第一时间段内的累积氧过剩/不足量的绝对值。所
述电子控制单元可以被配置为计算第二氧量累积值。所述第二氧量累积值可以是在从所述
目标空燃比被设定为所述浓空燃比时起到所述下游侧空燃比传感器的所述输出空燃比变
得等于或低于所述浓判定空燃比时的第二时间段内的累积氧过剩/不足量的绝对值。所述
电子控制单元可以被配置为，作为所述学习控制，校正与所述反馈控制相关的参数，以使得
所述第一氧量累积值与所述第二氧量累积值之差减小。
在根据上述方面的所述控制装置中，所述电子控制单元可以被配置为，校正与所
述反馈控制相关的所述参数，以使得在所述目标空燃比被切换到所述稀空燃比之后的所述
排气控制催化剂的所述储氧量变得等于或大于所述切换基准储量并且所述下游侧空燃比
传感器的所述输出空燃比等于或低于所述浓判定空燃比的情况下的流入所述排气控制催
化剂的排气的空燃比稀于在所述储氧量小于所述切换基准储量的情况下的流入所述排气
控制催化剂的排气的空燃比。
依照根据上述方面用于内燃机的控制装置，可以在执行上述空燃比控制的情况下
抑制目标空燃比的意外波动。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，
在附图中，相同的参考标号表示相同的部件，其中：
图1是本发明的控制装置所用于的内燃机的示意图；
图2A是用于示出排气控制催化剂的储氧量与从排气控制催化剂流出的排气中的
NOx浓度之间的关系的曲线图；
图2B是用于示出排气控制催化剂的储氧量与从排气控制催化剂流出的排气中的
HC、CO浓度之间的关系的曲线图；
图3是用于示出每个排气空燃比下的传感器施加电压与输出电流之间的关系的曲
线图；
图4是用于示出当传感器施加电压恒定时的排气空燃比与输出电流之间的关系的
曲线图；
图5包括当执行空燃比控制时的空燃比校正量等的时间图；
图6包括当执行空燃比控制时的空燃比校正量等的时间图；
图7包括当在上游侧空燃比传感器的输出值中出现偏差时的空燃比校正量等的时
间图；
图8包括当在上游侧空燃比传感器的输出值中出现偏差时的空燃比校正量等的时
间图；
图9包括当执行通常学习控制时的空燃比校正量等的时间图；
图10包括当执行燃料切断控制时的空燃比校正量等的时间图；
图11包括当执行该实施例的空燃比控制时的空燃比校正量等的时间图；
图12是用于示出下游侧空燃比传感器的输出空燃比与更稀设定校正量之间的关
系的曲线图；
图13是控制装置的功能框图；
图14是空燃比校正量的计算控制的控制例程的流程图；
图15是通常学习控制的控制例程的流程图；
图16包括当在上游侧空燃比传感器中出现大幅波动时的空燃比校正量等的时间
图；
图17包括当执行滞留(remaining)学习控制时的空燃比校正量等的时间图；以及
图18是滞留学习控制的控制例程的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的实施例作出详细的描述。应注意，在下面的描述
中，类似的部件由相同的参考标号表示。
图1是本发明的控制装置所用于的内燃机的示意图。在图1中，1表示内燃机主体，2
表示气缸体，3表示在气缸体2中往复运动的活塞，4表示被固定到气缸体2的气缸盖，5表示
在活塞3与气缸盖4之间形成的燃烧室，6表示进气阀，7表示进气口，8表示排气阀，以及9表
示排气口。进气阀6打开或关闭进气口7，排气阀8打开或关闭排气口9。
如图1所示，火花塞10被设置在气缸盖4的内壁面的中心，燃料喷射阀11被设置在
气缸盖4的内壁面的周边。火花塞10被配置为根据点火信号而产生火花。燃料喷射阀11根据
喷射信号而将指定量的燃料喷射到燃烧室5中。应注意，燃料喷射阀11可以被设置为将燃料
喷射到进气口7中。在该实施例中，使用理论空燃比为14.6的汽油作为燃料。然而，也可以将
另一类型的燃料用于该实施例的内燃机。
每个气缸的进气口7通过对应的进气支管13而与稳压罐(surge tank)14耦接，并
且稳压罐14通过进气管15而与空气滤清器16耦接。进气口7、进气支管13、稳压罐14和进气
管15形成进气通道。此外，由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18被设置在进气管15中。节
流阀18通过节流阀驱动致动器17而被转动(turn)以便能够改变进气通道的开口面积。
另外，每个气缸的排气口9与排气歧管19耦接。排气歧管19具有多个分别与排气口
9耦接的支部，以及集合(aggregate)这些支部的集合部。排气歧管19的集合部与其中安装
有上游侧排气控制催化剂20的上游侧套管(casing)21耦接。上游侧套管21通过排气管22而
与其中安装有下游侧排气控制催化剂24的下游侧套管23耦接。排气口9、排气歧管19、上游
侧套管21、排气管22和下游侧套管23形成排气通道。
电子控制单元(ECU)31由数字计算机构成，并且被配备有通过双向总线32而互连
的随机存取存储器(RAM)33、只读存储器(ROM)34、微处理器(CPU)35、输入端口36和输出端
口37。用于检测流过进气管15的空气的流量的空气流量计39被设置在进气管15中，并且输
入端口36通过对应的AD变换器38接收该空气流量计39的输出。检测流过排气歧管19的排气
(即，流入上游侧排气控制催化剂20的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器(上游侧空燃
比检测器)40被设置在排气歧管19的集合部中。此外，检测流过排气管22的排气(即，从上游
侧排气控制催化剂20流出并且流入下游侧排气控制催化剂24的排气)的空燃比的下游侧空
燃比传感器(下游侧空燃比检测器)41被设置在排气管22中。输入端口36也通过对应的AD变
换器38接收这些空燃比传感器40、41中的每一者的输出。
此外，用于产生与加速踏板42的下压量成比例的输出电压的负荷传感器43与加速
踏板42相连，并且输入端口36通过对应的AD变换器38接收负荷传感器43的输出电压。曲柄
角传感器44每当例如曲柄轴旋转15度时产生输出脉冲，并且输入端口36接收该输出脉冲。
在CPU 35中，根据该曲柄角传感器44的输出脉冲而计算内燃机速度。另外，输出端口37通过
对应的驱动电路45而被连接到火花塞10、燃料喷射阀11和节流阀驱动致动器17。应注意，
ECU 31用作执行内燃机的控制的控制装置。
应注意，根据该实施例的内燃机是使用汽油作为燃料的非增压内燃机；然而，根据
本发明的内燃机的配置不限于上述配置。例如，根据本发明的内燃机的气缸布置、燃料喷射
模式、进气和排气系统的配置、阀机构的配置、增压器的存在或不存在、增压模式等可以与
上述内燃机不同。
上游侧排气控制催化剂20和下游侧排气控制催化剂24具有类似的配置。排气控制
催化剂20、24中的每一者均为具有储氧能力的三元催化剂。更具体地，在排气控制催化剂
20、24中的每一者中，由陶瓷制成的基底材料承载具有催化作用的贵金属(例如，铂(Pt))和
具有储氧能力的物质(例如，二氧化铈(CeO2))。当达到指定的活性化温度时，排气控制催化
剂20、24中的每一者除了发挥用于同时净化未燃烧气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOx)的催化
作用外，还发挥储氧能力。
关于排气控制催化剂20、24的储氧能力，当流入排气控制催化剂20、24中的每一者
的排气的空燃比稀于理论空燃比(为稀空燃比)时，排气控制催化剂20、24存储排气中的氧。
另一方面，当流入其中的排气的空燃比浓于理论空燃比(为浓空燃比)时，排气控制催化剂
20、24释放被存储在排气控制催化剂20、24中的氧。
由于排气控制催化剂20、24中的每一者具有催化作用和储氧能力，因此，排气控制
催化剂20、24中的每一者具有根据储氧量而净化NOx和未燃烧气体的作用。更具体地，如图
2A所示，在流入排气控制催化剂20、24中的每一者的排气的空燃比为稀空燃比并且储氧量
小时，排气中的氧被存储在排气控制催化剂20、24中的每一者中。与此相伴，排气中的NOX被
还原和净化。然后，当储氧量增加时，从排气控制催化剂20、24中的每一者流出的排气中的
氧和NOx的浓度从最大可储氧量Cmax附近的特定储量(图中的Cuplim)迅速升高。
另一方面，如图2B所示，在流入排气控制催化剂20、24中的每一者的排气的空燃比
为浓空燃比并且储氧量大时，存储在排气控制催化剂20、24中的每一者中的氧被释放，并且
排气中的未燃烧气体被氧化和净化。然后，当储氧量减少时，从排气控制催化剂20、24中的
每一者流出的排气中的未燃烧气体的浓度从零附近的特定储量(图中的Clowlim)迅速升
高。
如上所述，根据在该实施例中使用的排气控制催化剂20、24，排气中的NOx和未燃
烧气体的净化特性根据流入排气控制催化剂20、24中的每一者的排气的空燃比和储氧量而
变化。应注意，排气控制催化剂20、24中的每一者可以是除三元催化剂以外的催化剂，只要
它们中的每一者具有催化作用和储氧能力即可。
接下来，将参考图3和图4对该实施例中的空燃比传感器40、41的输出特性作出描
述。图3是用于示出该实施例中的空燃比传感器40的电压-电流(V-I)特性的曲线图，图4是
用于示出当施加电压被维持恒定时的分布于空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比(在
下文中，称为“排气空燃比”)与输出电流I之间的关系的曲线图。应注意，在该实施例中，使
用具有相同配置的空燃比传感器作为空燃比传感器40、41。
如从图3可以理解的，在该实施例的空燃比传感器40、41中的每一者中，输出电流I
随着排气空燃比增加(变稀)而增大。此外，在每个排气空燃比的V-I线中，存在基本与V轴平
行的区域，即，其中输出电流几乎不随着传感器施加电压的变化而变化的区域。该电压区域
被称为极限电流区域，此时的电流被称为极限电流。在图3中，当排气空燃比为18时的极限
电流区域和此时的极限电流分别由W18和I18表示。因此，可以说空燃比传感器40、41中的每
一者都是极限电流型空燃比传感器。
图4是用于示出当施加电压恒定在大约0.45V时的排气空燃比与输出电流I之间的
关系的曲线图。如从图4可以理解的，在空燃比传感器40、41中的每一者中，输出电流相对于
排气空燃比成线性(成比例地)变化，以使得来自空燃比传感器40、41中的每一者的输出电
流I随着排气空燃比增加(变稀)而增大。此外，空燃比传感器40、41中的每一者被配置为，当
排气空燃比为理论空燃比时，输出电流I变为零。此外，当排气空燃比增加到特定比率或更
高时，或者降低到特定比率或更低时，输出电流的变化相对于排气空燃比的变化的比率被
降低。
应注意，在上述例子中，极限电流型空燃比传感器被用作空燃比传感器40、41中的
每一者。然而，也可以使用诸如除了极限电流型以外的空燃比传感器的任何空燃比传感器
作为空燃比传感器40、41中的每一者，只要输出电流相对于排气空燃比成线性变化即可。此
外，空燃比传感器40、41可以是结构彼此不同的空燃比传感器。
接下来，将对用于该实施例的内燃机的控制装置中的基本空燃比控制作出概述。
在该实施例的空燃比控制中，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup而执行用于控
制由燃料喷射阀11提供给内燃机的燃烧室的燃料供给量(燃料喷射量)的反馈控制，以使得
上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变为目标空燃比。应注意，“输出空燃比”表示与
空燃比传感器的输出值对应的空燃比。
另一方面，在该实施例的空燃比控制中，执行用于基于下游侧空燃比传感器41的
输出空燃比AFdwn等而设定目标空燃比的目标空燃比设定控制。在目标空燃比设定控制中，
当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变为浓空燃比时，目标空燃比被设定为稀设
定空燃比，并且之后被维持在该空燃比。稀设定空燃比是以特定程度稀于比理论空燃比(作
为控制中心的空燃比)的预定空燃比，并且例如被设定为大约14.65至20，优选地为14.65至
18，更优选地为14.65至16。稀设定空燃比也可以被表示为通过将稀校正量加到作为控制中
心的空燃比(该实施例中的理论空燃比)而获得的空燃比。此外，在该实施例中，当下游侧空
燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于或低于比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比(例
如，14.55)时，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变为浓空燃比。
当目标空燃比被改变为稀设定空燃比时，流入上游侧排气控制催化剂20的排气中
的氧过剩/不足量被累积。氧过剩/不足量表示当尝试将流入上游侧排气控制催化剂20的排
气的空燃比设定为理论空燃比时，变得过剩的氧量或变得不足的氧量(未燃烧气体等的过
剩量)。特别地，当目标空燃比为稀设定空燃比时，流入上游侧排气控制催化剂20的排气中
的氧量过剩，并且该过剩氧量被存储在上游侧排气控制催化剂20中。因此，可以说氧过剩/
不足量的累积值(在下文中，称为“累积氧过剩/不足量”)是下游侧排气控制催化剂20的储
氧量OSA的推定值。
应注意，氧过剩/不足量基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、以及基于
空气流量计39的输出等而被计算出的进入燃烧室5的进气量的推定值或来自燃料喷射阀11
的燃料供给量中的任一者等而被计算出。更具体地，氧过剩/不足量OED例如通过以下等式
(1)而被计算出。OED＝0.23·Qi/(AFup-AFR)…(1)，其中，0.23是空气中的氧浓度，Qi是燃
料喷射量，AFup是上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup，AFR是作为控制中心的空燃比
(该实施例中的理论空燃比)。
当通过累积由此计算出的氧过剩/不足量而获得的累积氧过剩/不足量变得等于
或大于预定切换基准值(与预定切换基准储量Cref对应)时，已被维持在稀设定空燃比的目
标空燃比被设定为浓设定空燃比，并且之后被维持在该空燃比。浓设定空燃比是以特定程
度比理论空燃比(作为控制中心的空燃比)浓的预定空燃比，并且例如被设定为大约12至
14.58，优选地为13至14.57，更优选地为14至14.55。浓设定空燃比也可以被表示为通过从
作为控制中心的空燃比(该实施例中的理论空燃比)减去浓校正量而获得的空燃比。应注
意，在该实施例中，浓设定空燃比与理论空燃比的差(浓程度)被设定为等于或小于稀设定
空燃比与理论空燃比的差(稀程度)。
然后，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn再次变得等于或低于浓判定
空燃比时，目标空燃比再次被设定为稀设定空燃比，并且之后重复类似的操作。正如上文所
述，在该实施例中，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的目标空燃比被交替地设定在稀
设定空燃比和浓设定空燃比。
然而，即使在执行上述控制时，也存在其中上游侧排气控制催化剂20的实际储氧
量在累积氧过剩/不足量达到切换基准值之前达到最大可储氧量的情况。例如，上游侧排气
控制催化剂20的最大可储氧量的减小和流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比的
暂时迅速变化可以被提及作为导致这种情况的原因。当储氧量达到最大可储氧量时，正如
上文所述，稀空燃比下的排气从上游侧排气控制催化剂20流出。鉴于此，在该实施例中，当
下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变为稀空燃比时，目标空燃比被切换到浓设定
空燃比。特别地，在该实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于或
高于比理论空燃比稍稀的稀判定空燃比(例如，14.65)时，判定下游侧空燃比传感器41的输
出空燃比AFdwn变为稀空燃比。
将参考图5对上述操作作出具体的描述。图5包括在执行该实施例的空燃比控制时
的空燃比校正量AFC、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气控制催化剂20
的储氧量OSA、累积氧过剩/不足量ΣOED、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn、以及
从上游侧排气控制催化剂20流出的排气中的NOx浓度的时间图。
应注意，空燃比校正量AFC是与流入上游侧排气控制催化剂20的排气的目标空燃
比相关的校正量。当空燃比校正量AFC为零时，目标空燃比被设定为等于作为控制中心的空
燃比(在下文中，称为“控制中心空燃比”)的空燃比(该实施例中的理论空燃比)。当空燃比
校正量AFC为正值时，目标空燃比被设定为稀于控制中心空燃比的空燃比(该实施例中的稀
空燃比)。当空燃比校正量AFC为负值时，目标空燃比被设定为浓于控制中心空燃比的空燃
比(该实施例中的浓空燃比)。此外，“控制中心空燃比”表示根据内燃机工作状态而在其上
添加空燃比校正量AFC的空燃比，也就是，当目标空燃比根据空燃比校正AFC波动时用作基
准的空燃比。
在所示例的例子中，在时刻t1之前的状态下，空燃比校正量AFC被设定为浓设定校
正量AFCrich(与浓设定空燃比对应)。也就是，目标空燃比被设定为浓空燃比，与此相伴，上
游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变为浓空燃比。流入上游侧排气控制催化剂20的排
气中包含的未燃烧气体由上游侧排气控制催化剂20净化，与此相伴，上游侧排气控制催化
剂20的储氧量OSA逐渐减少。因此，累积氧过剩/不足量ΣOED也逐渐减少。由于上游侧排气
控制催化剂20中的净化，从上游侧排气控制催化剂20流出的排气中不包含未燃烧气体，因
此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn基本变得等于理论空燃比。由于流入上游侧
排气控制催化剂20的排气的空燃比为浓空燃比，因此，来自上游侧排气控制催化剂20的NOx
排放量变得近似为零。
当上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA逐渐减少时，储氧量OSA在时刻t1处接近
零。与此相伴，流入上游侧排气控制催化剂20的部分未燃烧气体未被上游侧排气控制催化
剂20净化，而是照原样从上游侧排气控制催化剂20流出。因此，下游侧空燃比传感器41的输
出空燃比AFdwn在时刻t1以后逐渐降低。结果，在时刻t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃
比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。
在该实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于或低于浓
判定空燃比AFrich时，为了增加储氧量OSA，空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量
AFClean(与稀设定空燃比对应)。因此，目标空燃比从浓空燃比被切换到稀空燃比。此外，累
积氧过剩/不足量ΣOED在此时被重置为零。
应注意，在该实施例中，空燃比校正量AFC在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比
AFdwn达到浓判定空燃比AFrich之后被切换。这是因为存在这样的情况：即使上游侧排气控
制催化剂20的储氧量充足，从上游侧排气控制催化剂20流出的排气的空燃比也会非常轻微
地偏离理论空燃比。反过来说，当上游侧排气控制催化剂20的储氧量充足时，浓判定空燃比
被设定为从上游侧排气控制催化剂20流出的排气的空燃比不会达到的空燃比。
当目标空燃比在时刻t2被切换到稀空燃比时，流入上游侧排气控制催化剂20的排
气的空燃比从浓空燃比被改变为稀空燃比。与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃
比AFup变为稀空燃比(在目标空燃比被切换之后，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的
空燃比的变化实际上存在延迟；然而，为了方便起见，在所示例的例子中它们同时发生)。当
流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比在时刻t2被改变为稀空燃比时，上游侧排气
控制催化剂20的储氧量OSA增加。与此相伴，累积氧过剩/不足量ΣOED也逐渐增加。
因此，从上游侧排气控制催化剂20流出的排气的空燃比被改变为理论空燃比，并
且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也收敛至理论空燃比。此时，流入上游侧排气
控制催化剂20的排气的空燃比为稀空燃比。然而，由于上游侧排气控制催化剂20的储氧能
力具有足够的富余，因此，流入的排气中的氧被存储在上游侧排气控制催化剂20中，并且
NOx被还原和净化。因此，来自上游侧排气控制催化剂20的NOx排放量变得近似为零。
之后，当上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA增加时，上游侧排气控制催化剂20
的储氧量OSA在时刻t3达到切换基准储量Cref。因此，累积氧过剩/不足量ΣOED达到与切换
基准储量Cref对应的切换基准值OEDref。在该实施例中，当累积氧过剩/不足量ΣOED变得
等于或大于切换基准值OEDref时，空燃比校正量AFC被切换到浓设定校正量AFCrich，以便
停止在上游侧排气控制催化剂20中储氧。由此，目标空燃比被设定为浓空燃比。此外，此时，
累积氧过剩/不足量ΣOED被重置为零。
这里，在图5所示的例子中，在目标空燃比在时刻t3被切换的同时，储氧量OSA减
少。然而，在目标空燃比被切换之后，储氧量OSA的减少实际上存在延迟。此外，存在流入上
游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比以意外的方式瞬间显著偏离目标空燃比的情况，例
如引擎负荷因为其中安装有内燃机的车辆的加速而增加并且吸入空气量瞬间显著偏移的
情况。
为了处理这样的情况，切换基准储量Cref被设定为充分小于在未使用上游侧排气
控制催化剂20时获得的最大可储氧量Cmax。因此，即使发生上述延迟时，或者即使排气的实
际空燃比以意外的方式瞬间显著偏离目标空燃比时，储氧量OSA也不会达到最大可储氧量
Cmax。反过来说，切换基准储量Cref被设定为足够小的量，以使得即使发生上述延迟或空燃
比的意外偏差时，也防止储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax。例如，切换基准储量Cref被设
定为在未使用上游侧排气控制催化剂20时获得的最大可储氧量Cmax的3/4或更少，优选地
为1/2或更少，更优选地为1/5或更少。结果，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn
达到稀判定空燃比AFlean之前，空燃比校正量AFC被切换到浓设定校正量AFCrich。
当目标空燃比在时刻t3被切换到浓空燃比时，流入上游侧排气控制催化剂20的排
气的空燃比从稀空燃比被改变为浓空燃比。与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃
比AFup变为浓空燃比(在目标空燃比被切换之后，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的
空燃比的变化实际上存在延迟；然而，为了方便起见，在所示例的例子中延迟同时发生)。由
于流入上游侧排气控制催化剂20的排气中包含未燃烧气体，因此，上游侧排气控制催化剂
20的储氧量OSA逐渐减少。然后，与时刻t1类似，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn
在时刻t4开始被降低。由于流入游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比此时仍保持为浓空
燃比，因此，来自上游侧排气控制催化剂20的NOx排放量变得近似为零。
接下来，与时刻t2类似，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t5达到
浓判定空燃比AFrich。因此，空燃比校正量AFC被切换到与稀设定空燃比对应的值AFClean。
之后，重复从时刻t1至时刻t5的上述循环。
如从上面的描述可以理解的，根据该实施例，来自上游侧排气控制催化剂20的NOx
排放量可以始终被抑制。换言之，只要执行上述控制，来自上游侧排气控制催化剂20的NOx
排放量就能够基本近似为零。此外，由于用于计算累积氧过剩/不足量ΣOED的累积时段短，
因此，与持续长时段累积氧过剩/不足量的情况相比，不太可能出现计算误差。由此，由累积
氧过剩/不足量ΣOED的计算误差导致的NOx排放被抑制。
一般而言，当排气控制催化剂的储氧量被维持恒定时，排气控制催化剂的储氧能
力降低。换言之，为了将排气控制催化剂的储氧能力维持为高的，排气控制催化剂的储氧量
需要波动。关于这一点，根据该实施例，如图5所示，由于上游侧排气控制催化剂20的储氧量
OSA不断上下波动，因此，储氧能力的降低被抑制。
应注意，在上述实施例中，空燃比校正量AFC从时刻t2至时刻t3被维持为稀设定校
正量AFClean。然而，空燃比校正量AFC并非始终必须在这样的时段内被维持恒定，而是可以
被设定为波动，例如，可以被逐渐减小。或者，在从时刻t2至时刻t3的时段内，空燃比校正量
AFC可以被暂时设定为小于零的值(例如，浓设定校正量等)。换言之，在从时刻t2至时刻t3的
时段内，目标空燃比可以被暂时设定为浓空燃比。
类似地，在上述实施例中，空燃比校正量AFC从时刻t3至时刻t5被维持为浓设定校
正量AFCrich。然而，空燃比校正量AFC并非始终必须在这样的时段内被保持恒定，而是可以
被设定为波动，例如，可以逐渐增大。或者，如图6所示，在从时刻t3至时刻t5的时段内，空燃
比校正量AFC可以被暂时设定为大于零的值(例如，稀设定校正量等)(图6中的时刻t6、t7
等)。换言之，在从时刻t3至时刻t5的时段内，目标空燃比可以被暂时设定为稀空燃比。
应注意，即使在这种情况下，从时刻t2至时刻t3的空燃比校正量AFC被设定为使得：
在该时段内的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差变得大于从时刻t3至时刻t5的时段内
的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
应注意，如上所述的该实施例中的空燃比校正量AFC的设定，即，目标空燃比的设
定，由ECU 31进行。因此，可以说，当由下游侧空燃比传感器41检测到的排气的空燃比变得
等于或低于浓判定空燃比时，ECU 31持续地或间歇地将流入上游侧排气控制催化剂20的排
气的目标空燃比设定为稀空燃比，直到推定上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA变得等
于或大于切换基准储量Cref。此外，也可以说，当推定上游侧排气控制催化剂20的储氧量
OSA变得等于或大于切换基准储量Cref时，ECU 31持续地或间歇地将目标空燃比设定为浓
空燃比，直到在防止储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax的同时，由下游侧空燃比传感器41检
测到的排气的空燃比变得等于或低于浓判定空燃比。
简言之，在该实施例中，可以说，当由下游侧空燃比传感器41检测到的空燃比变得
等于或低于浓判定空燃比时，ECU 31将目标空燃比切换到稀空燃比，以及当上游侧排气控
制催化剂20的储氧量OSA变得等于或大于切换基准储量Cref时，ECU 31将目标空燃比切换
到浓空燃比。
此外，在上述实施例中，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup以及进入
燃烧室5的吸入空气量的推定值等而计算累积氧过剩/不足量ΣOED。然而，储氧量OSA可以
基于除了这些参数以外的另一参数而被计算出，或者也可以基于不同于这些参数的参数而
被计算。此外，在上述实施例中，当累积氧过剩/不足量ΣOED变得等于或大于切换基准值
OEDref时，目标空燃比从稀设定空燃比被切换到浓设定空燃比。然而，目标空燃比从稀设定
空燃比被切换到浓设定空燃比的时机(timing)可以基于作为基准的另一参数，例如在目标
空燃比从浓设定空燃比被切换到稀设定空燃比之后的引擎工作时段或累积的吸入空气量。
应注意，在这种情况下同样地，必须在推定上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA小于最大
可储氧量的同时将目标空燃比从稀设定空燃比切换到浓设定空燃比。
另外，当内燃机主体1具有多个气缸时，存在在多个气缸当中从每个气缸排出的排
气的空燃比发生偏差的情况。另一方面，上游侧空燃比传感器40被设置在排气歧管19的集
合部中，并且根据其设置位置，从每个气缸排出的排气暴露于上游侧空燃比传感器40的程
度在各气缸中不同。结果，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup显著受到从特定气缸
排出的排气的空燃比的影响。因此，当从该特定气缸排出的排气的空燃比不同于从全部气
缸排出的排气的平均空燃比时，在平均空燃比与上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup
之间存在偏差。换言之，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup从排气的实际平均空燃
比偏移至浓侧或稀侧。
此外，未燃烧气体中的氢通过空燃比传感器的扩散率控制层的速度高。由此，当排
气中的氢浓度高时，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup偏移到比排气的实际空燃比
低的一侧(即，浓侧)。
正如上文所述，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup中存在偏差时，即使
执行如上所述的控制，也存在NOx和氧从上游侧排气控制催化剂20流出或者未燃烧气体的
流出频率增加的情况。在下文中，将参考图7和8对这样的现象作出描述。
图7包括与图5类似的上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA等的时间图。图7示出
上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup偏移到浓侧的情况。在该图中，上游侧空燃比传
感器40的输出空燃比AFup中的实线指示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup。另一方
面，虚线指示分布于上游侧空燃比传感器40周围的排气的实际空燃比。
另外在图7所示的例子中，空燃比校正量AFC在时刻t1之前的状态下被设定为浓设
定校正量AFCrich，由此，目标空燃比被设定在浓设定空燃比。与此相伴，上游侧空燃比传感
器40的输出空燃比AFup变为等于浓设定空燃比的空燃比。然而，如上所述，由于上游侧空燃
比传感器40的输出空燃比AFup偏移到浓侧，因此，排气的实际空燃比为比该浓设定空燃比
稀的一侧的空燃比。换言之，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup比实际空燃比(图中
的虚线)低(位于实际空燃比的浓侧)。因此，上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA的减少
速度为低的。
此外，在图7所示的例子中，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t2
达到浓判定空燃比AFrich。因此，如上所述，空燃比校正量AFC在时刻t2被切换到稀设定校
正量AFClean。换言之，目标空燃比被切换到稀设定空燃比。
与此相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变为等于稀设定空燃比的空
燃比。然而，如上所述，由于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup偏移到浓侧，因此，排
气的实际空燃比为比稀设定空燃比稀的一侧的空燃比。相应地，上游侧排气控制催化剂20
的储氧量OSA的增加速度增大，并且在目标空燃比被设定为稀设定空燃比期间被提供给上
游侧排气控制催化剂20的实际氧量变得大于切换基准储量Cref。
此外，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup显著偏移时，上游侧排气控制
催化剂20的储氧量OSA的增加速度变得极高。因此，在这种情况下，如图8所示，在基于上游
侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup而计算出的累积氧过剩/不足量ΣOED达到切换基准
值OEDref之前，实际储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax。结果，NOx和氧从上游侧排气控制催
化剂20流出。
另一方面，与上述例子相反，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup偏移到
稀侧时，储氧量OSA的增加速度降低，并且其减少速度升高。在这种情况下，进行时刻t2至时
刻t5的循环的速率增加，并且未燃烧气体从上游侧排气控制催化剂20的流出频率增加。
如上所述，有必要检测上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏差，并且基
于所检测到的偏差而校正上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup。
鉴于此，在本发明的实施例中，为了补偿上游侧空燃比传感器40的输出空燃比
AFup的偏差，在通常的运转期间(即，当基于如上所述的目标空燃比执行反馈控制时)执行
学习控制。首先将描述控制中的通常学习控制。
这里，将从目标空燃比被切换到稀空燃比时到累积氧过剩/不足量ΣOED变得等于
或大于切换基准值OEDref时的时段设定为氧增加时段(第一时段)。类似地，将从目标空燃
比被切换到浓空燃比时到下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于或低于浓判
定空燃比时的时段设定为氧减少时段(第二时段)。在该实施例的通常学习控制中，稀氧量
累积值(第一氧量累积值)被计算为在氧增加时段内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值。
此外，浓氧量累积值(第二氧量累积值)被计算为在氧减少时段内的累积氧过剩/不足量Σ
OED的绝对值。然后，校正控制中心空燃比AFR，以使得这些稀氧量累积值与浓氧量累积值之
差减小。这种情况在图9中示出。
图9包括控制中心空燃比ARF、空燃比校正量AFC、上游侧空燃比传感器40的输出空
燃比AFup、上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA、累积氧过剩/不足量ΣOED、下游侧空燃
比传感器41的输出空燃比AFdwn、以及学习值sfbg的时间图。与图7类似，图9示出上游侧空
燃比传感器40的输出空燃比AFup偏移到较低侧(浓侧)的情况。应注意，学习值sfbg是根据
上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup(输出电流)的偏差而变化的值，并且被用于在该
实施例中校正控制中心空燃比ARF。在图中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup中的
实线指示与上游侧空燃比传感器40检测到的输出对应的空燃比，虚线指示分布于上游侧空
燃比传感器40周围的排气的实际空燃比。此外，单点划线指示目标空燃比，即，与空燃比校
正量AFC对应的空燃比。
在所示例的例子中，与图5和图7类似，在时刻t1之前的状态下，控制中心空燃比被
设定为理论空燃比，并且空燃比校正量AFC被设定为浓设定校正量AFCrich。此时，上游侧空
燃比传感器40的输出空燃比AFup是与由实线指示的浓设定空燃比对应的空燃比。然而，由
于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup存在偏差，因此，排气的实际空燃比是比浓设
定空燃比稀的空燃比(图9中的虚线)。这里，在图9所示的例子中，如从图9中的虚线可以理
解的，时刻t1之前的排气的实际空燃比为浓空燃比，同时稀于浓设定空燃比。因此，上游侧
排气控制催化剂20的储氧量逐渐减少。
在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。
因此，如上所述，空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量AFClean。时刻t1之后，上游侧空
燃比传感器40的输出空燃比AFup变为与稀设定空燃比对应的空燃比。然而，由于上游侧空
燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏差，排气的实际空燃比变为稀于稀设定空燃比的空燃
比，即，具有较高稀程度的空燃比(参见图9中的虚线)。由此，上游侧排气控制催化剂20的储
氧量OSA迅速增大。
另一方面，基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup计算氧过剩/不足量(更
准确地，输出空燃比AFup与基本控制中心空燃比(例如，理论空燃比)之差)。然而，如上所
述，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup存在偏差。由此，所计算出的氧过剩/不足量
变为小于实际氧过剩/不足量的值(即，较小的氧量)。结果，所计算出的累积氧过剩/不足量
ΣOED变得小于实际值。
在时刻t2，累积氧过剩/不足量ΣOED达到切换基准值OEDref。因此，空燃比校正量
AFC被切换到浓设定校正量AFCrich。由此，目标空燃比被设定为浓空燃比。此时，如图9所
示，实际储氧量OSA大于切换基准储量Cref。
时刻t2之后，与时刻t1之前的状态类似，空燃比校正量AFC被设定为浓设定校正量
AFCrich，由此，目标空燃比被设定为浓空燃比。另外，此时，排气的实际空燃比是稀于浓设
定空燃比的空燃比。结果，上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA的减少速度降低。此外，如
上所述，在时刻t2，上游侧排气控制催化剂20的实际储氧量大于切换基准储量Cref。因此，
到上游侧排气控制催化剂20的实际储氧量达到零为止，花费长时间。
在时刻t3，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。
因此，如上所述，空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量AFClean。由此，目标空燃比从浓
设定空燃比被切换到稀设定空燃比。
另外，如上所述，在该实施例中计算从时刻t1至时刻t2的累积氧过剩/不足量Σ
OED。这里，从目标空燃比被从浓空燃比切换到稀空燃比时(时刻t1)到目标空燃比被从稀空
燃比切换到浓空燃比时(时刻t2)的时段被称为氧增加时段Tinc。在这种情况下，在该实施
例中计算在氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED。在图9中，从时刻t1至时刻t2的
氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值由R1表示。
在该氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED(R1)与时刻t2的储氧量OSA对
应。然而，如上所述，氧过剩/不足量通过使用上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup而
被推定，并且该输出空燃比AFup存在偏差。因此，在图9所示的例子中，从时刻t1至时刻t2的
氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED小于与时刻t2处的实际储氧量OSA对应的
值。
在该实施例中，还计算从时刻t2至时刻t3的累积氧过剩/不足量ΣOED。这里，从目
标空燃比被从稀空燃比切换到浓空燃比时(时刻t2)到目标空燃比被从浓空燃比切换到稀
空燃比时(时刻t3)的时段被称为氧减少时段Tdec。在这种情况下，在该实施例中计算在氧
减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED。在图9中，从时刻t2至时刻t3的氧减少时段
Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值由F1表示。
在氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED(F1)与从时刻t2至时刻t3从上游
侧排气控制催化剂20释放的总氧量对应。然而，如上所述，上游侧空燃比传感器40的输出空
燃比AFup存在偏差。由此，在图9所示的例子中，从时刻t2至时刻t3的氧减少时段Tdec内的累
积氧过剩/不足量ΣOED大于与时刻t2至时刻t3从上游侧排气控制催化剂20实际释放的总氧
量对应的值。
这里，在氧增加时段Tinc内，氧被存储在上游侧排气控制催化剂20中，而在氧减少
时段Tdec内，所存储的氧被完全释放。因此，理想的是，氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不
足量ΣOED的绝对值R1和氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值F1变为基
本相同的值。然而，如上所述，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup存在偏差时，这
些累积量的绝对值根据该偏差而变化。如上所述，当上游侧空燃比传感器40的输出空燃比
AFup偏移到较低侧(浓侧)时，绝对值F1变得大于绝对值R1。另一方面，当上游侧空燃比传感
器40的输出空燃比AFup偏移到较高侧(稀侧)时，绝对值F1变得小于绝对值R1。此外，氧增加
时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值R1与氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不
足量ΣOED的绝对值F1之差ΔΣOED(＝R1-F1，在下文中，称为“过剩/不足量误差”)指示上游
侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏移程度。可以说，随着这些绝对值R1、F1之差增大，
上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的偏差变大。
鉴于上述情况，在该实施例中，控制中心空燃比AFR基于过剩/不足量误差ΔΣOED
而被校正。特别地，在该实施例中，校正控制中心空燃比AFR，以使得氧增加时段Tinc内的累
积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值R1与氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝
对值F1之差ΔΣOED减小。
更具体地，在该实施例中，学习值sfbg通过以下等式(2)而被计算，并且控制中心
空燃比AFR通过以下等式(3)而被校正。sfbg(n)＝sfbg(n-1)+k1·ΔΣOED…(2)。AFR＝
AFRbase+sfbg(n)…(3)。应注意，n表示上述等式(2)中的计算次数或时间。相应地，sfbg(n)
与通过上一次计算而获得的学习值或当前学习值对应。此外，上述等式(2)中的k1是表示反
映到控制中心空燃比AFR的过剩/不足量误差ΔΣOED的程度的增益。控制中心空燃比AFR的
校正量随着增益k1的值增大而增大。此外，在上述等式(3)中，基本控制中心空燃比AFRbase
是用作基本的控制中心空燃比，并且是该实施例中的理论空燃比。
如上所述，在图9中的时刻t3，学习值sfbg基于绝对值R1、F1而被计算出。特别地，由
于在图9所示的例子中，氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值F1大于氧
增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值R1，因此，学习值sfbg在时刻t3处被减
小。
这里，控制中心空燃比AFR通过使用上述等式(3)基于学习值sfbg而被校正。由于
在图9所示的例子中，学习值sfbg为负值，因此，控制中心空燃比AFR变为小于基本控制中心
空燃比AFRbase的值，即，位于浓侧的值。因此，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃
比被校正到浓侧。
结果，时刻t3之后，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的实际空燃比从目标空
燃比的偏差变得小于时刻t3之前的偏差。因此，时刻t3之后，指示实际空燃比的虚线与指示
目标空燃比的单点划线之间的差小于时刻t3之前的差。
时刻t3之后，进行与从时刻t1至时刻t3的操作类似的操作。由此，当累积氧过剩/不
足量ΣOED在时刻t4达到切换基准值OEDref时，目标空燃比从稀设定空燃比被切换到浓设
定空燃比。之后，在时刻t5，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃
比AFrich时，目标空燃比再次被切换到稀设定空燃比。
如上所述，从时刻t3至时刻t4的时段与氧增加时段Tinc对应。由此，该时段内的累
积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值可以由图9中的R2表示。此外，如上所述，从时刻t4至时刻t5
的时段与氧减少时段Tdec对应。由此，该时段内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值可以
由图9中的F2表示。然后，基于这些绝对值R2、F2之差ΔΣOED(＝R2-F2)，通过使用上述等式
(2)而更新学习值sfbg。在该实施例中，在时刻t5之后重复类似的控制，从而反复地更新学
习值sfbg。
正如上文所述，学习值sfbg通过通常学习控制而被更新。因此，虽然上游侧空燃比
传感器40的输出空燃比AFup逐渐远离目标空燃比，但流入上游侧排气控制催化剂20的排气
的实际空燃比逐渐接近目标空燃比。以此方式，可以补偿上游侧空燃比传感器40的输出空
燃比AFup的偏差。
此外，在上述实施例中，目标空燃比在上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA达到
最大可储氧量Cmax之前被切换。因此，与目标空燃比在储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax之
后，即，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于或高于稀判定空燃比AFlean
之后被切换的情况相比，可以增加学习值sfgb的更新频率。另外，随着累积氧过剩/不足量
ΣOED的计算时段的延长，累积氧过剩/不足量ΣOED倾向于发生误差。根据该实施例，目标
空燃比在储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax之前被切换。由此，能够缩短累积氧过剩/不足
量ΣOED的计算时段。因此，可以减少累积氧过剩/不足量ΣOED的计算中的误差的发生。
应注意，如上所述，优选地基于在氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED
和紧接在该氧增加时段Tinc之后的氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED而更新
学习值sfbg。这是因为，如上所述，在氧增加时段Tinc内被存储在上游侧排气控制催化剂20
中的总氧量等于紧接在该氧增加时段Tinc之后的氧减少时段Tdec内从上游侧排气控制催
化剂20释放的总氧量。
此外，在上述实施例中，基于学习值sfbg而校正控制中心空燃比AFR。然而，替代
地，也可以基于学习值sfbg而校正与反馈控制相关的其它参数。作为其它参数，例如，可以
提及到燃烧室5的燃料供给量、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、空燃比校正量
等。
总结上面所述的内容。在该实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比
AFdwn达到浓判定空燃比时，目标空燃比被切换到稀空燃比。此外，当上游侧排气控制催化
剂20的储氧量变得等于或大于指定的切换基准储量时，目标空燃比被切换到浓空燃比。然
后，可以说，基于第一氧量累积值和第二氧量累积值，学习装置(learning means)执行用于
校正与反馈控制相关的参数的通常学习控制，以使得这些第一氧量累积值与第二氧量累积
值之差减小，该第一氧量累积值为在从目标空燃比被切换到稀空燃比时到储氧量的变化量
变得等于或大于切换基准储量时的第一时段内的累积值氧过剩/不足量的绝对值，该第二
氧量累积值为在从目标空燃比被切换到浓空燃比时到下游侧空燃比传感器41的输出空燃
比AFdwn变得等于或低于浓判定空燃比时的第二时段内的累积值氧过剩/不足量的绝对值。
另外，如上所述，在该实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变
得等于或低于浓判定空燃比AFrich时，空燃比校正量AFC从浓设定校正量AFCrich被切换到
稀设定校正量AFClean。与此相伴，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比从浓空燃
比被改变为稀空燃比。此外，与此相伴，氧被逐渐地存储在上游侧排气控制催化剂20中。
另外，根据本申请的发明人，确认存在以下情况：其中，正如上面所描述的，尽管具
有稀空燃比的排气流入上游侧排气控制催化剂20，但上游侧排气控制催化剂20中不进行未
燃烧气体的净化，由此，包含未燃烧气体的排气持续一段时间从上游侧排气控制催化剂20
流出。结果，尽管具有稀空燃比的排气流入上游侧排气控制催化剂20，但下游侧空燃比传感
器41的输出空燃比AFdwn被维持在比浓判定空燃比AFrich低的值。尤其在目标空燃比从浓
空燃比被切换到稀空燃比之前的浓空燃比浓程度高时倾向于发生这样的现象。
这里，在许多安装于车辆中的内燃机中，在内燃机的致动期间执行用于暂时停止
向内燃机的燃烧室5供应燃料的燃料切断控制。当执行这种燃料切断控制时，上游侧排气控
制催化剂20的储氧量OSA已达到最大可储氧量Cmax。因此，为了保持上游侧排气控制催化剂
20的NOx净化能力，需要在结束燃料切断控制之后迅速减少上游侧排气控制催化剂20的储
氧量OSA。由此，在结束燃料切断控制之后，作为恢复后浓控制，将目标空燃比设定为具有比
浓设定空燃比高的浓程度的恢复后浓设定空燃比。
当在执行恢复后浓控制期间下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于
或低于浓判定空燃比AFrich时，结束恢复后浓控制，并且执行通常空燃比控制。因此，在结
束恢复后浓控制之后，目标空燃比被切换到稀空燃比，即，空燃比校正量AFC被切换到稀设
定校正量AFClean。此时，存在以下情况：包含未燃烧气体的排气继续从上游侧排气控制催
化剂20流出，并且下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持为等于或低于浓判定
空燃比AFrich。
这种情况在图10中示出。图10包括当执行燃料切断控制时的空燃比校正量AFC等
的时间图。在图10所示的例子中，由于引擎负荷的降低等，燃料切断控制在时刻t1开始。一
旦开始燃料切断控制，空气便从内燃机的燃烧室5流出。因此，上游侧空燃比传感器40的输
出空燃比AFup迅速上升。上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA也迅速增加。
当上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA达到最大可储氧量Cmax时，已流入上游
侧排气控制催化剂20的氧照原样从上游侧排气控制催化剂20流出。由此，存在下游侧空燃
比传感器41的输出空燃比AFdwn的迅速增加从燃料切断控制的开始的稍微延迟。
然后，当在时刻t2结束燃料切断控制时，开始恢复后浓控制。在恢复后浓控制中，
空燃比校正量AFC被设定为恢复后浓校正量AFCfrich(与恢复后浓设定空燃比对应)。恢复
后浓校正量AFCfrich是绝对值大于浓设定校正量AFCrich的校正量。与此相伴，上游侧空燃
比传感器40的输出空燃比AFup变为浓空燃比(与恢复后浓设定空燃比对应)。此外，由于流
入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比也是具有高浓程度的浓空燃比，因此上游侧排
气控制催化剂20的储氧量OSA被迅速减少。此外，由于流入上游侧排气控制催化剂20的排气
中的未燃烧气体在上游侧排气控制催化剂20中被净化，因此下游侧空燃比传感器41的输出
空燃比AFdwn基本上被收敛至理论空燃比。
当上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA由于恢复后浓控制而接近大约零时，流
入上游侧排气控制催化剂20的未燃烧气体的一部分未在上游侧排气控制催化剂20中被净
化，并且开始从上游侧排气控制催化剂20流出。结果，在时刻t3，下游侧空燃比传感器41的
输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich。正如上文所述，当下游侧空燃比传感器41的输
出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比AFrich时，结束恢复后浓控制，然后重新开始上述通常空
燃比控制。
如上所述，由于在时刻t3下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn等于或低于
浓判定空燃比AFrich，因此在通常空燃比控制中空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量
AFClean。此外，此时，累积氧过剩/不足量ΣOED被重置为零，并且在时刻t3重新开始累积。
之后，当累积氧过剩/不足量ΣOED增大并且变得等于或大于切换基准值OEDref
时，空燃比校正量AFC在时刻t4被切换到浓设定校正量AFCrich。因此，目标空燃比被设定为
浓空燃比，并且此时，累积氧过剩/不足量ΣOED被重置为零。
此外，如上所述，在图10所示的例子中，包含未燃烧气体的排气在时刻t3之后也从
上游侧排气控制催化剂20流出。因此，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持为
等于或低于浓判定空燃比AFrich。由此，在时刻t4同样地，输出空燃比AFdwn等于或低于浓
判定空燃比AFrich。另外，如上所述，在空燃比控制中，在空燃比校正量AFC被设定为浓设定
校正量AFCrich时下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn等于或低于浓判定空燃比
AFrich的情况下，空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量AFClean。结果，在图10所示的例
子中，空燃比校正量AFC在时刻t4从稀设定校正量AFClean被切换到浓设定校正量AFCrich
之后立即被切换回到稀设定校正量AFClean。由此，在这种情况下，空燃比校正量AFC在短时
间内不必要地在浓设定校正量AFCrich与稀设定校正量AFClean之间波动。当发生这样的波
动时，尽管包含未燃烧气体的排气从上游侧排气控制催化剂20流出，但包含未燃烧气体的
排气流入上游侧排气控制催化剂20。结果，包含未燃烧气体的排气从上游侧排气控制催化
剂20流出的时段被延长。
此外，目标空燃比在时刻t3从浓空燃比被切换到稀空燃比，然后目标空燃比在时
刻t4从稀空燃比被切换到浓空燃比。因此，从时刻t3至时刻t4的时段与氧增加时段Tinc对
应，并且图10中指示的R1被计算为在该时间段内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值。
另一方面，目标空燃比在时刻t4从稀空燃比被切换到浓空燃比，然后紧接在时刻t4
之后目标空燃比从浓空燃比被切换到稀空燃比。由此，氧减少时段Tdec变得极短。结果，该
时段内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值(F1，未示出)也变为极小值。
由此，作为氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值R1与氧减少时
段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值F1之差的过剩/不足量误差ΔΣOED变为大
值。因此，学习值sfbg被显著改变，并且控制中心空燃比AFR也通过上述等式(2)而被显著改
变。
然而，如上所述，在图10所示的例子中，由于在上游侧排气控制催化剂20中未进行
未燃烧气体的净化，因此下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t4等于或低于
浓判定空燃比AFrich。因此，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup不存在偏差。然而，
如果执行上述通常学习控制，则判定上游侧空燃比传感器40的空燃比AFup存在偏差，由此
学习值sfbg被错误地改变(误学习)。
鉴于上述情况，在该实施例中，在空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量
AFClean之后累积氧过剩/不足量ΣOED变得等于或大于切换基准值OEDref时，下游侧空燃
比传感器41的输出空燃比AFdwn等于或低于浓判定空燃比AFrich(即，仍为浓空燃比)的情
况下，空燃比校正量AFC不从稀设定校正量AFClean被切换到浓设定校正量AFCrich。
图11包括当执行该实施例的空燃比控制时的与图10类似的空燃比校正量AFC等的
时间图。在图11所示的例子中同样地，燃料切断控制在时刻t1开始，且在时刻t2结束。此外，
恢复后浓控制在时刻t2开始，且在时刻t3结束。
在时刻t3，由于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn等于或低于浓判定空
燃比AFrich，因此空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量AFClean。之后，在时刻t4，从时
刻t3开始的累积氧过剩/不足量ΣOED达到切换基准值OEDref。然而，下游侧空燃比传感器
41的输出空燃比AFdwn在时刻t4仍等于或低于浓判定空燃比AFrich。
因此，在该实施例中，即使下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t4等
于或低于浓判定空燃比AFrich，空燃比校正量AFC也不会被切换到浓设定校正量AFCrich。
反过来说，在该实施例中，在时刻t4，空燃比校正量AFC被改变为大于稀设定校正量AFClean
的指定的更稀设定校正量AFClean'。以此方式，抑制了空燃比校正量AFC短时间内在浓设定
校正量AFCrich与稀设定校正量AFClean之间的不必要的波动。换言之，抑制了目标空燃比
短时间内在浓空燃比与稀空燃比之间的波动。
在图11所示的例子中，之后，来自上游侧排气控制催化剂20的未燃烧气体的流出
量减少，与此相伴，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn逐渐增加。然后，在时刻t5，
下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变为高于浓判定空燃比AFrich的空燃比。
在该实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t5变得高于
浓判定空燃比AFrich时，空燃比校正量AFC从更稀设定校正量AFClean'被切换到浓设定校
正量AFCrich。换言之，目标空燃比从稀空燃比被切换到浓空燃比。
这里，在时刻t5，上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA为一定程度的量。因此，即
使空燃比校正量AFC在时刻t5被切换时，流入上游侧排气控制催化剂20的排气中的未燃烧
气体也在上游侧排气控制催化剂20中被净化。由此，在空燃比校正量AFC被切换的时刻t5之
后同样地，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也逐渐上升并收敛至理论空燃比。
另一方面，由于流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比在时刻t5之后为浓
空燃比，因此上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA逐渐减少。结果，上游侧排气控制催化
剂20的储氧量OSA在时刻t6达到近似为零，与此相伴，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比
AFdwn变得等于或低于浓判定空燃比AFrich。因此，如上所述，空燃比校正量AFC从浓设定校
正量AFCrich被切换到稀设定校正量AFClean。由此，目标空燃比从浓设定空燃比被切换到
稀设定空燃比。
这里，在图11所示的例子中同样地，目标空燃比在时刻t3被切换到稀空燃比，并且
目标空燃比在时刻t5被切换到浓空燃比。因此，从时刻t3至时刻t5的时段与氧增加时段Tinc
对应，并且图11所指示的R1被计算为在该时段内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值。
另一方面，目标空燃比在时刻t5被切换到浓空燃比，并且目标空燃比在时刻t6被切
换到稀空燃比。因此，从时刻t5至时刻t6的时段与氧减少时段Tdec对应，并且图11所指示的
L1被计算为在该时段内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值。
如从图11可以理解的，氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值R1
和氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值L1变为基本相同的值。这是因
为，从时刻t3至时刻t5，尽管在上游侧排气控制催化剂20中未进行未燃烧气体的净化，流入
上游侧排气控制催化剂20的排气中的氧被存储在上游侧排气控制催化剂20中。结果，作为
R1与L1之差的过剩/不足量误差ΔΣOED变得近似为零，并且学习值sfbg在时刻t6几乎不变。
因此，根据该实施例，抑制了学习值sfbg的误更新。
正如上文所述，在该实施例中，目标空燃比在时刻t4不从稀空燃比被切被换到浓
空燃比。因此，抑制了目标空燃比短时间内在浓空燃比与稀空燃比之间的不必要的波动。也
抑制了学习值的误更新。
应注意，从图11所示的时刻t4至时刻t5，空燃比校正量AFC被设定为作为预定恒定
值的更稀设定校正量AFClean'。然而，更稀设定校正量AFClean'可以不是恒定值。例如，更
稀设定校正量AFClean'可以是根据在时刻t4下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn而
限定的值。在这种情况下，更稀设定校正量AFClean'从时刻t4至时刻t5被设定为恒定值。或
者，更稀设定校正量AFClean'可以根据从时刻t4至时刻t5下游侧空燃比传感器41的输出空
燃比AFdwn而变化的值。在这种情况下，更稀设定校正量AFClean'从时刻t4至时刻t5波动。
图12是用于示出当更稀设定校正量AFClean'根据下游侧空燃比传感器41的输出
空燃比AFdwn而变化时的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn与更稀设定校正量
AFClean'之间的关系的曲线图。如图12所示，更稀空设定校正量AFClean'随着下游侧空燃
比传感器41的输出空燃比AFdwn从浓判定空燃比AFrich下降(浓程度增加)而增大。因此，特
别是在尽管具有稀空燃比的排气流入上游侧排气控制催化剂20，但上游侧排气控制催化剂
20中的未燃气体的净化进行缓慢时，可以促进这样的未燃烧气体的净化。
此外，在上述实施例中，从图11中的时刻t4至时刻t5，空燃比校正量AFC被设定为比
稀设定校正量AFClean大的更稀设定校正量AFClean'。换言之，目标空燃比被设定为具有比
稀设定空燃比更高的稀程度的更稀设定校正空燃比。然而，从时刻t4至时刻t5，空燃比校正
量AFC仍可以为与稀设定校正量AFClean相同的值。
此外，在上述实施例中，在时刻t4以后，当累积氧过剩/不足量ΣOED变得等于或大
于切换基准值OEDref，以及当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得高于浓判定
空燃比AFrich时，空燃比校正量AFC从更稀设定校正量AFClean'被切换到浓设定校正量
AFCrich。然而，空燃比校正量AFC的切换时机不必总是此时机，只要是这样的时机即可：下
游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn从该时机之后变得高于浓判定空燃比AFrich。
作为这样的切换时机，例如，可以提及下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn
变为等于或高于(具有较低浓程度)浓判定空燃比AFrich的空燃比的时机。或者，作为这样
的切换时机，可以提及在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得高于浓判定空燃
比AFrich之后，累积氧过剩/不足量ΣOED、累积吸入空气量等变为指定量的时机。由于空燃
比校正量AFC在这样的时机被切换，因此即使在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn
在围绕浓判定空燃比AFrich上下波动的同时被增加的情况下，也可以进行适当的切换。
应注意，作为例子，已对在恢复后浓控制之后的空燃比控制作出了上面的描述。然
而，以下情况不仅可在恢复后浓控制之后的空燃比控制中发生，也可在通常空燃比控制中
发生：即使如在图11中的时刻t4处累积氧过剩/不足量ΣOED变得等于或大于切换基准值
OEDref时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也仍等于或低于浓判定空燃比
AFrich。因此，如上所述的空燃比校正量AFC的控制不仅在恢复后浓控制之后被执行，而且
还在并非紧接在恢复后浓控制之后执行的通常空燃比控制中被执行。
总之，在该实施例中，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得等于或低
于浓判定空燃比AFrich时，目标空燃比被切换到稀空燃比。当推定上游侧排气控制催化剂
20的储氧量OSA在目标空燃比被切换到稀空燃比之后变得等于或大于比最大可储氧量Cmax
小的指定的切换基准储量Cref时，即，例如，当累积氧过剩/不足量ΣOED变得等于或大于切
换基准值OEDref时，目标空燃比被切换到浓空燃比。此外，在即使当推定上游侧排气控制催
化剂20的储氧量OSA在目标空燃比被切换到稀空燃比之后变得等于或大于切换基准储量
Cref时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也等于或低于浓判定空燃比AFrich的
情况下，至少在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变得高于浓判定空燃比AFrich
之前，目标空燃比不会从稀空燃比被切换到浓空燃比。
接下来，将参考图13到图15对上述实施例中的控制装置作出具体的描述。如作为
功能框图的图13所示，在该实施例中的控制装置被配置为包括功能框A1到A11中的每一者。
在下文中，将参考图13对功能框中的每一者作出描述。ECU 31基本上进行这些功能框A1到
A11中的每一者中的操作。
首先，将描述燃料喷射量的计算。对于燃料喷射量的计算，使用缸内吸入空气量计
算装置A1、基本燃料喷射量计算装置A2和燃料喷射量计算装置A3。
缸内吸入空气量计算装置A1基于吸入空气流量Ga、内燃机速度NE和被存储在ECU
31的ROM 34中的图(map)或等式而计算每个气缸的吸入空气量Mc。吸入空气流量Ga由空气
流量计39测量，内燃机速度NE基于曲柄角传感器44的输出而被计算出。
基本燃料喷射量计算装置A2将由缸内吸入空气量计算装置A1计算出的缸内吸入
空气量Mc除以目标空燃比AFT而计算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/AFT)。目标空燃
比AFT由稍后将描述的目标空燃比设定装置A8计算出。
燃料喷射量计算装置A3将稍后将描述的F/B校正量DQi和由基本燃料喷射量计算
装置A2计算出的基本燃料喷射量Qbase进行相加而计算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DQi)。
对燃料喷射阀11作出喷射指令，以使得从燃料喷射阀11喷射由此计算出的燃料喷射量Qi的
燃料。
接下来，将描述目标空燃比的计算。对于目标空燃比的计算，使用氧过剩/不足量
计算装置A4、空燃比校正量计算装置A5、学习值计算装置A6、控制中心空燃比计算装置A7和
目标空燃比设定装置A8。
氧过剩/不足量计算装置A4基于由燃料喷射量计算装置A3计算出的燃料喷射量Qi
和上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup而计算出累积氧过剩/不足量ΣOED。氧过剩/
不足量计算装置A4例如通过将上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup与控制中心空燃
比AFR之差乘以燃料喷射量Qi，并对所获得的值进行累积，计算出累积氧过剩/不足量Σ
OED。
空燃比校正量计算装置A5基于由氧过剩/不足量计算装置A4计算出的累积氧过
剩/不足量ΣOED和下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn而计算出目标空燃比的空燃
比校正量AFC。更具体地，空燃比校正量AFC基于图14所示的流程图而被计算出。
学习值计算装置A6基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn、由氧过剩/不
足计算装置A4计算出的累积氧过剩/不足量ΣOED等而计算出学习值sfbg。更具体地，学习
值sfbg基于图5所示的通常学习控制的流程图而被计算出。由此计算出的学习值sfbg被存
储在ECU 31的RAM 33中的存储介质中，即使其中安装有内燃机的车辆的点火钥匙被关断，
学习值sfbg也不会从该存储介质中被删除。
控制中心空燃比计算装置A7基于基本控制中心空燃比AFRbase(例如，理论空燃
比)和由学习值计算装置A6计算出的学习值sfbg而计算出控制中心空燃比AFR。更具体地，
如上述等式(3)所示，控制中心空燃比AFR通过将学习值sfbg与基本控制中心空燃比
AFRbase进行相加而被计算出。
目标空燃比设定装置A8通过将由空燃比校正量计算装置A5计算出的空燃比校正
量AFC与由控制中心空燃比计算装置A7计算出的控制中心空燃比AFR进行相加而计算出目
标空燃比AFT。由此计算出的目标空燃比AFT被输入到基本燃料喷射量计算装置A2和稍后将
描述的空燃比偏差计算装置A9。
接下来，将描述基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup的F/B校正量的计
算。对于F/B校正量的计算，使用空燃比偏差计算装置A9和上游侧F/B校正量计算装置A10。
空燃比偏差计算装置A9通过从上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup减去由
目标空燃比设定装置A8计算出的目标空燃比AFT而计算出空燃比偏差DAF(DAF＝AFup-
AFT)。该空燃比偏差DAF是指示相对于目标空燃比AFT的燃料供给量的过剩/不足的值。
上游侧F/B校正量计算装置A10基于以下等式(4)通过对由空燃比偏差计算装置A9
计算出的空燃比偏差DAF进行比例积分微分处理(PID处理)而计算出用于补偿燃料供给量
的过剩/不足的F/B校正量DFi。由此计算出的F/B校正量DFi被输入到燃料喷射量计算装置
A3。DFi＝Kp·DAF+Ki·SDAF+Kd·DDAF…(4)
应注意，在上述等式(4)中，Kp是预定比例增益(比例常数)，Ki是预定积分增益(积
分常数)，Kd是预定微分增益(微分常数)。此外，DDAF是空燃比偏差DAF的时间微分值，并且
通过将当前更新的空燃比偏差DAF与先前更新的空燃比偏差DAF之间的偏差除以与更新间
隔对应的时间而被计算出。此外，SDAF是空燃比偏差DAF的时间积分值，该时间积分值SDAF
通过将当前更新的空燃比偏差DAF与先前更新的时间微分值DDAF进行相加而被计算出
(SDAF＝DDAF+DAF)。
图14是空燃比校正量AFC的计算控制，即，空燃比控制的控制例程的流程图。所示
例的控制例程通过每隔一固定时间间隔的中断而被进行。
如图14所示，首先在步骤S11中判定空燃比校正量AFC的计算条件是否成立。作为
空燃比校正量AFC的计算条件成立的情况，可以提及在其中执行反馈控制的通常控制期间
的情况，例如其中当前不执行燃料切断控制、恢复后浓控制等的情况。如果在步骤S11中判
定空燃比校正量AFC的计算条件成立，则处理前进到步骤S12。在步骤S12中，基于上游侧空
燃比传感器40的输出空燃比AFup和燃料喷射量Qi而计算累积氧过剩/不足量ΣOED。
接下来，在步骤S13中判定稀设定标志Fr是否被设定为0。当空燃比校正量AFC被设
定为稀设定校正量AFClean时，稀设定标志Fr被设定为1。除此之外，稀设定标志Fr被设定为
0。如果在步骤S13中稀设定标志Fr被设定为0，则处理前进到步骤S14。在步骤S14中，判定下
游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否等于或低于浓判定空燃比AFrich。如果判定
下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn高于浓判定空燃比AFrich，则结束控制例程。
另一方面，当上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA减少并且从上游侧排气控制
催化剂20流出的排气的空燃比被降低时，在步骤S14中判定下游侧空燃比传感器41的输出
空燃比AFdwn等于或低于浓判定空燃比AFrich。在这种情况下，处理前进到步骤S15，并且空
燃比校正量AFC被设定为稀设定校正量AFClean。接下来，在步骤S16中，稀设定标志Fr被设
定为1，然后结束控制例程。
在下一控制例程中，在步骤S13中判定稀设定标志Fr未被设定为零，并且处理前进
到步骤S17。在步骤S17中，判定在步骤S12中计算出的累积氧过剩/不足量ΣOED是否小于切
换基准值OEDref。如果判定累积氧过剩/不足量ΣOED小于切换基准值OEDref，则空燃比校
正量AFC仍为稀设定校正量AFClean，然后结束控制例程。
另一方面，当上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA增大时，最终在步骤S17中判
定累积氧过剩/不足量ΣOED等于或大于切换基准值OEDref。然后，处理前进到步骤S18。在
步骤S18中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否高于浓判定空燃比
AFrich。如果判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn高于浓判定空燃比AFrich，则
处理前进到步骤S19。在步骤S19中，空燃比校正量AFC被设定为浓设定校正量AFCrich。接下
来，在步骤S20中，稀设定标志Fr被重置为0，然后结束控制例程。
另一方面，如果在步骤S18判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn等于或
高于浓判定空燃比AFrich，则处理前进到步骤S21。在步骤S21中，空燃比校正量AFC被设定
为更稀设定校正量AFClean'，然后结束控制例程。
图15是通常学习控制的控制例程的流程图。所示例的控制例程通过每隔一固定时
间间隔的中断而被进行。
如图15所示，首先在步骤S31中判定是否学习值sfbg的更新条件是否成立。作为更
新条件成立的情况，可以提及例如在通常控制期间的情况等。如果在步骤S31中判定学习值
sfbg的更新条件成立，则处理前进到步骤S32。在步骤S32中，判定稀标志F1是否被设定为0。
如果在步骤S32中判定稀标志F1被设定为0，则处理前进到步骤S33。
在步骤S33中，判定空燃比校正量AFC是否大于零，即，目标空燃比是否为稀空燃
比。如果在步骤S33中判定空燃比校正量AFC大于零，则处理前进到步骤S34。在步骤S34中，
当前的氧过剩/不足量OED被加到累积氧过剩/不足量ΣOED。
然后，一旦目标空燃比被切换到浓空燃比，则在下一例程中，在步骤S33中判定空
燃比校正量AFC等于或小于零，并且处理前进到步骤S35。在步骤S35中，稀标志F1被设定为
1，接下来在步骤S36中，Rn被设定为当前的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值。接下来，在
步骤S37中，累积氧过剩/不足量ΣOED被重置为零，然后结束控制例程。
另一方面，一旦稀标志F1被设定为1，则在下一例程中，处理从步骤S32前进到步骤
S38。在步骤S38中，判定空燃比校正量AFC是否小于零，即，目标空燃比是否为浓空燃比。如
果在步骤S38中判定空燃比校正量AFC小于零，则处理前进到步骤S39。在步骤S39中，当前的
累积氧过剩/不足量OED被加到累积氧过剩/不足量ΣOED。
然后，一旦目标空燃比被切换到稀空燃比，则在下一控制例程中，在步骤S38中判
定空燃比校正量AFC等于或大于零，并且处理前进到步骤S40。在步骤S40中，稀标志F1被设
定为0，接下来在步骤S41中，Fn被设定为当前的累积氧过剩/不足量ΣOED的绝对值。接下
来，在步骤S42中，累积氧过剩/不足量ΣOED被重置为零。接下来，在步骤S43中，基于在步骤
S36中计算出的Rn和在步骤S41中计算出的Fn而更新学习值sfbg，然后结束控制例程。
接下来，将参考图16到图18对根据本发明的第二实施例的控制装置作出描述。除
了下面描述的控制之外，根据第二实施例的控制装置的配置和控制与根据第一实施例的控
制装置的配置和控制基本上相同。
顺便提及，在图7和图8所示的例子中，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup
存在偏差；然而，偏差的程度不显著。由此，如从图7和图8中的虚线可以理解的，当目标空燃
比被设定为浓设定空燃比时，排气的实际空燃比是稀于浓设定空燃比的浓空燃比。
另一方面，如果上游侧空燃比传感器40处的偏差变得显著，则尽管目标空燃比被
设定为稀设定空燃比，排气的实际空燃比也可能变为浓空燃比。这种情况在图16中示出。
在图16中，空燃比校正量AFC在时刻t1之前被设定为浓设定校正量AFCrich。与此
相伴，上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup变为浓设定空燃比。然而，由于上游侧空燃
比传感器40的输出空燃比AFup显著偏移到稀侧，因此排气的实际空燃比为浓于浓设定空燃
比的空燃比(图中的虚线)。
之后，当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t1达到浓判定空燃比
AFrich时，空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量AFClean。与此相伴，上游侧空燃比传感
器40的输出空燃比AFup变为与稀设定空燃比对应的空燃比。然而，由于上游侧空燃比传感
器40的输出空燃比AFup显著偏移到稀侧，因此排气的实际空燃比为浓空燃比(图中的虚
线)。
结果，尽管空燃比校正量AFC被设定为稀设定校正量AFClean，具有浓空燃比的排
气仍会流入上游侧排气控制催化剂20。因此，上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA被维持
为零。由此，被包含在流入的排气中的未燃烧气体照原样从上游侧排气控制催化剂20流出。
结果，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持为低于浓判定空燃比AFrich。
在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持为低于浓判定空燃比AFrich
的状态下执行根据第一实施例的空燃比控制的情况下，正如上面所描述的，即使累积氧过
剩/不足量ΣOED在时刻t2达到切换基准值OEDref时，如图16所示，空燃比校正量AFC也被维
持在稀设定校正量AFClean。此外，不更新学习值sfbg。结果，包含未燃烧气体的排气继续从
上游侧排气控制催化剂20流出。
鉴于上述情况，在该第二实施例中，在即使在累积氧过剩/不足量ΣOED达到切换
基准值OEDref之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也持续长时间被维持在浓
判定空燃比AFrich的情况下，更新学习值sfbg，以使得流入上游侧排气控制催化剂20的排
气的空燃比被改变为位于更稀侧。
图17包括当执行该实施例的空燃比控制时与图16类似的空燃比校正量AFC等的时
间图。在图17所示的例子中同样地，空燃比校正量AFC在时刻t1之前被设定为浓设定校正量
AFCrich。此外，在时刻t1，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn达到浓判定空燃比
AFrich，并且空燃比校正量AFC被切换到稀设定校正量AFClean。然而，由于上游侧空燃比传
感器40的输出空燃比AFup显著偏移到稀侧，因此即使在时刻t1以后，排气的实际空燃比也
仍为浓空燃比。相应地，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持为等于或低于浓
判定空燃比AFrich。因此，即使在从时刻t1起的累积氧过剩/不足量ΣOED达到切换基准值
OEDref的时刻t2，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也仍等于或低于浓判定空燃
比AFrich。
与图11所示的例子(时刻t4)类似，在图17所示的例子中同样地，下游侧空燃比传
感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t2仍等于或低于浓判定空燃比AFrich。因此，空燃比校正
量AFC未被切换到浓设定校正量AFCrich，而是被维持在稀设定校正量AFClean。
此外，在该实施例中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持在浓空
燃比，直到从时刻t1起的累积氧过剩/不足量ΣOED达到比切换基准值OEDref大的预定滞留
判定基准值OEDex的情况下，控制中心空燃比AFR被校正。特别地，在该实施例中，学习值
sfbg被校正，以使得流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比被改变为位于稀侧。在
图17所示的例子中，学习值sfbg在时刻t3被增加了预定的指定值。应注意，滞留判定基准值
OEDex例如被设定为切换基准值OEDref的1.5倍以上，优选地为切换基准值OEDref的2倍以
上，或者更优选地为切换基准值OEDref的3倍以上。应注意，在该实施例中，累积氧过剩/不
足量ΣOED在时刻t3被重置为零。
当学习值sfbg在时刻t3被增大时，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的空燃比
被改变为位于稀侧。因此，在时刻t3以后，流入上游侧排气控制催化剂20的排气的实际空燃
比相对于目标空燃比的偏差小于时刻t3之前的偏差。由此，在时刻t3以后，指示实际空燃比
的虚线与指示目标空燃比的单点划线之间的差小于在时刻t3之前的差。
在图17所示的例子中，当控制中心空燃比AFR在时刻t3被校正时，流入上游侧排气
控制催化剂20的排气的实际空燃比(图中的虚线)变为稀空燃比。因此，在时刻t3以后，上游
侧排气控制催化剂20的储氧量OSA逐渐增大。此外，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比
AFdwn上升并收敛至理论空燃比。之后，在时刻t4，当从时刻t3起的累积氧过剩/不足量ΣOED
达到切换基准值OEDref时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被收敛至理论空燃
比。
在当累积氧过剩/不足量ΣOED在时刻t4达到切换基准值OEDref时，下游侧空燃比
传感器41的输出空燃比AFdwn高于浓判定空燃比AFrich的情况下，空燃比校正量AFC不再需
要被维持在稀设定校正量AFClean。由此，在该实施例中，空燃比校正量AFC在时刻t4从稀设
定校正量AFClean被切换到浓设定校正量AFCrich。
当空燃比校正量AFC在时刻t4被切换到浓设定校正量AFCrich时，流入上游侧排气
控制催化剂20的排气的实际空燃比(图中的虚线)被改变为浓空燃比。与此相伴，上游侧排
气控制催化剂20的储氧量OSA逐渐减少，并且在时刻t5附近变为近似零。结果，下游侧空燃
比传感器41的输出空燃比AFdwn在时刻t5变得等于或低于浓判定空燃比AFrich，并且空燃
比校正量AFC再次从浓设定校正量AFCrich被切换到稀设定校正量AFClean。
在时刻t5，计算作为在从时刻t3至时刻t4的氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足
量ΣOED的绝对值的R1。此外，计算作为在从时刻t4至时刻t5的氧减少时段Tdec内的累积氧
过剩/不足量ΣOED的绝对值的F1。之后，计算作为这些R1与F1之差的过剩/不足量误差ΔΣ
OED(＝R1-F1)，并且基于该过剩/不足量误差ΔΣOED通过使用上述等式(2)而更新学习值
sfbg。
在图17所示的例子中，在从时刻t4至时刻t5的氧减少时段Tdec内的累积氧过剩/不
足量ΣOED的绝对值的F1小于在从时刻t3至时刻t4的氧增加时段Tinc内的累积氧过剩/不足
量ΣOED的绝对值的R1。因此，在时刻t5，学习值sfbg被校正而增大，由此，控制中心空燃比
AFR被校正至位于稀侧。结果，在时刻t5以后，与时刻t5之前相比，流入上游侧排气控制催化
剂20的排气的空燃比被改变为位于稀侧。应注意，与从时刻t3至时刻t5的时段类似，即，与图
9所示的控制类似，在时刻t5以后执行学习控制。
根据该实施例，正如所描述的，学习值sfbg通过浓滞留控制而被更新。由此，当上
游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup存在偏差时，可以通过适当地更新学习值sfbg而补
偿该偏差。因此，能够抑制包含未燃烧气体的排气继续从上游侧排气控制催化剂20流出。
应注意，在上述实施例中，学习值sfbg在时刻t3仅被改变了预定的固定值。然而，
学习值sfbg的变化程度不必总是固定的。例如，学习值sfbg的变化程度可以根据学习值
sfbg被改变之前(从图17中的时刻t2至时刻t3)的下游侧空燃比传感器41的输出空燃比
AFdwn而变化。在这种情况下，随着在学习值sfbg被改变之前的下游侧空燃比传感器41的输
出空燃比AFdwn降低(随着浓程度变高)，学习值sfbg的变化程度增大。
更具体地，例如，通过以下等式(5)而计算学习值sfbg，并且通过上述等式(3)基于
学习值sfbg而校正控制中心空燃比AFR。sfbg(n)＝sfbg(n-1)+k3·(AFClean+(14.6-
AFdwn))…(5)。应注意，在上述等式(5)中，k3是指示控制中心空燃比AFR被校正的程度的增
益(0<k3≤1)。随着增益k3的值变大，控制中心空燃比AFR的校正量增大。
这里，在图17所示的例子中，当空燃比校正量AFC被设定为稀设定校正量AFClean
时，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn被维持在浓空燃比。在这种情况下，上游侧
空燃比传感器40处的偏差对应于目标空燃比与下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn
之差。当对此情况进行分解时，可以说，上游侧空燃比传感器40处的偏差近似等于通过将目
标空燃比与理论空燃比之差(与浓设定校正量AFCrich对应)和理论空燃比与下游侧空燃比
传感器41的输出空燃比AFdwn之差进行相加而获得的程度。由此，在该实施例中，如上述等
式(5)所示，基于通过将下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn与理论空燃比之差加到
稀设定校正量AFClean而获得的值来更新学习值sfbg。
此外，在上述实施例中，当从时刻t2起的累积氧过剩/不足量ΣOED达到滞留判定
基准值OEDex时，更新学习值sfbg。然而，学习值sfbg的更新时机可以基于除累积氧过剩/不
足量ΣOED以外的参数而被设定。作为这样的参数，可以提及从目标空燃比从浓空燃比被切
换到稀空燃比的时刻t1起经过的时间、从累积氧过剩/不足量ΣOED达到切换基准值OEDref
的时刻t2起经过的时间等。此外，学习值sfbg的更新时机可以基于作为从时刻t1起被提供给
燃烧室5的吸入空气量的累积值的累积吸入空气量，或从时刻t2起的累积吸入空气量而被
设定。
这里总结上面已描述的内容。在该实施例中，在即使在推定自目标空燃比被切换
到稀空燃比起上游侧排气控制催化剂20的储氧量OSA已变得等于或大于切换基准储量Cref
之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn等于或低于浓判定空燃比AFrich的状态
也持续的情况下，可以说，与反馈控制相关的参数被校正为使得：在推定上游侧排气控制催
化剂20的储氧量OSA变得等于或大于切换基准储存量Cref之后的指定时机，流入上游侧排
气控制催化剂20的排气的空燃比变得比之前稀。
图18是第二实施例中的滞留学习控制的控制例程的流程图。所示例的控制例程通
过每隔固定时间间隔的中断而被进行。
首先，与步骤S31类似，在步骤S51中判定学习值sfbg的更新条件是否成立。如果在
步骤S31中判定学习值sfbg的更新条件成立，则处理前进到步骤S52。在步骤S52中，判定空
燃比校正量AFC是否大于零，即，目标空燃比是否为稀空燃比。如果在步骤S52中判定空燃比
校正量AFC等于或小于零，则在步骤S53中将累积氧过剩/不足量ΣOED重置为零，然后结束
控制例程。
如果在步骤S52中判定空燃比校正量AFC大于零，则处理前进到步骤S54。在步骤
S54中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否等于或低于浓判定空燃比
AFrich。如果判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn高于浓判定空燃比AFrich，则
结束控制例程。另一方面，如果在步骤S54中判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比
AFdwn等于或低于浓判定空燃比AFrich，则处理前进到步骤S55。在步骤S55中，将当前的氧
过剩/不足量OED加到累积氧过剩/不足量ΣOED，以设定新的累积氧过剩/不足量ΣOED。
接下来，在步骤S56中，判定在步骤S56中计算出的累积氧过剩/不足量ΣOED是否
等于或大于滞留判定基准值OEDex。如果判定累积氧过剩/不足量ΣOED小于滞留判定基准
值OEDex，则结束控制例程。另一方面，如果在步骤S56中判定累积氧过剩/不足量ΣOED等于
或大于滞留判定基准值OEDex，则处理前进到步骤S57。在步骤S57中，使学习值sfbg增大，增
大量为预定的固定值。接下来，在步骤S58中将累积氧过剩/不足量ΣOED重置为零，然后结
束控制例程。应注意，在步骤S58中，不仅将在步骤S55、S56中使用的累积氧过剩/不足量Σ
OED，而且还将在图15所示的通常学习控制中使用的累积氧过剩/不足量ΣOED重置为零。