(57)【要約】【課題】触媒の上流側に配設された空燃比センサの応答性診断動作を実施可能とした内燃機関に対し、この応答性診断動作時における排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】排気系に、スタート触媒４４、アンダーフロア触媒４５、スタート触媒４４上流側のＡ／Ｆセンサ４６、スタート触媒４４下流側のＯ2センサ４７を備えさせる。Ａ／Ｆセンサ４６の応答性を診断するＡ／Ｆアクティブ制御の実行条件成立時、各触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気が排気浄化に良好な状態でない場合には、このＡ／Ｆアクティブ制御を禁止し、排気エミッションの悪化を防止する。また、触媒内部がリーンである場合には目標空燃比をリッチ側に移行し、触媒内部がリッチである場合には目標空燃比をリーン側に移行してＡ／Ｆアクティブ制御を早期に開始させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の上流側に、触媒上流側における排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサが備えられ、この空燃比センサの応答性診断動作時に、上記内燃機関の空燃比を強制的にリッチ側とリーン側との間で交互に切り換えるようにした内燃機関の空燃比制御装置において、
上記触媒内部の酸素濃度雰囲気が、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるか否かを判定する酸素濃度雰囲気判定手段と、
上記酸素濃度雰囲気判定手段によって触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気ではないと判定された場合に、上記空燃比センサの応答性診断動作を禁止する診断動作禁止手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
上記酸素濃度雰囲気判定手段によって触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気ではないと判定された場合、この酸素濃度雰囲気を、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるように空燃比の補正動作を行う空燃比補正手段を備えており、
上記空燃比補正手段による空燃比の補正動作によって、触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となった場合に、上記診断動作禁止手段による上記空燃比センサの応答性診断動作の禁止状態を解除して、空燃比センサの応答性診断動作の実行を許可するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
上記請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
上記触媒は、直列に接続された上流側触媒および下流側触媒により構成されており、上記空燃比補正手段は、下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気を、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるように空燃比の補正動作を行い、この下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となった後に、上流側触媒内部の酸素濃度雰囲気を、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるように空燃比の補正動作を行うよう構成されていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
上記請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
上記触媒は、直列に接続された上流側触媒および下流側触媒により構成されており、これら上流側触媒と下流側触媒との間に、排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサが配設されており、
上記酸素センサから出力される上流側触媒の下流側における排気ガスの酸素濃度に応じた信号、および、この信号に基づいて推定される下流側触媒の下流側における酸素濃度推定値が共に所定範囲内にある場合に、上流側触媒内部および下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が共に排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるとして、空燃比センサの応答性診断動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンに代表される内燃機関の空燃比制御装置に係る。特に、本発明は、排気系に配設された空燃比センサに対する応答性診断動作が実施可能な内燃機関において、排気エミッションの改善を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば下記の特許文献１および特許文献２に開示されているように、自動車用エンジンの排気系において、触媒（例えば三元触媒）の上流に空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサと呼ぶ場合もある）を備えさせ、このＡ／Ｆセンサの出力に基づいて空燃比のフィードバック制御を行うことが知られている。つまり、目標空燃比（例えば理論空燃比１４．６）に対してＡ／Ｆセンサの出力がリーン側である場合には燃料噴射量の増量補正を行う一方、Ａ／Ｆセンサの出力がリッチ側である場合には燃料噴射量の減量補正を行う。これにより、実空燃比を目標空燃比に近付けるようにし、排気エミッションの改善等を図っている。
【０００３】
また、下記の特許文献３には、三元触媒の下流側に酸素濃度センサ（以下、単に酸素センサと呼ぶ場合もある）を備えさせ、この酸素センサの更に下流側にも三元触媒を配設して、排気エミッションの更なる改善を図ることが開示されている。一般に、上流側の触媒はスタートキャタリティックコンバータ（以下、スタート触媒）と呼ばれ、また、下流側の触媒はアンダーフロアキャタリティックコンバータ（以下、アンダーフロア触媒）と呼ばれている。これら三元触媒は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ2ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有している。このため、流入する排気ガスの空燃比がリッチである場合には貯蔵している酸素によりＨＣ，ＣＯ等の未燃成分を酸化する一方、流入する排気ガスの空燃比がリーンである場合には窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して、このＮＯｘから奪った酸素を触媒内部に貯蔵する。これにより、三元触媒は、エンジンの実空燃比が理論空燃比から偏移した場合でも、上記未燃成分や窒素酸化物を効果的に浄化することが可能である。
【０００４】
上述したように、触媒（スタート触媒）の上流側にＡ／Ｆセンサを、下流側に酸素センサをそれぞれ備えさせた場合の空燃比制御としては、上記Ａ／Ｆセンサの出力信号に基づき、触媒に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）になるよう燃料噴射量が制御されるメインフィードバック制御と併せて、上記酸素センサの出力信号に基づきＡ／Ｆセンサの出力信号を補正するサブフィードバック制御が行われる。尚、このサブフィードバック制御における補正量（以下、学習値と呼ぶ場合もある）は、エンジンなどの経時的な変化に対応する値として算出され、サブフィードバック学習動作が行われる度に更新される。このような各フィードバック制御の実行により、例えば実空燃比が理論空燃比となるようにインジェクタからの燃料噴射量が調整され、排気ガスのエミッションが改善される。
【０００５】
ところで、上述したような空燃比フィードバック制御の信頼性を確保するためにはＡ／Ｆセンサの応答性が十分に高いことが必要である。そこで、このＡ／Ｆセンサの応答性診断動作が行われるようになっている。
【０００６】
この応答性診断動作として、具体的には、診断動作開始前の目標空燃比（例えば理論空燃比＝１４．６）に対して、目標空燃比をリッチ側（例えば空燃比１４．１）に変更する動作とリーン側（例えば空燃比１５．１）に変更する動作とを短時間（例えば０．６ｓｅｃ）で交互に切り換えていき、それに応じたＡ／Ｆセンサの出力変化（出力電圧の変化）に基づいてＡ／Ｆセンサの応答性を診断するようにしている（一般に、Ａ／Ｆアクティブ制御と呼ばれる）。つまり、Ａ／Ｆセンサに高い応答性が得られている場合には、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が大きく得られるのに対し、Ａ／Ｆセンサの応答性が不十分である場合には、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が小さくなる。これらを判別することにより、Ａ／Ｆセンサの応答性を診断する。
【０００７】
図７は、このＡ／Ｆアクティブ制御実行時におけるＡ／Ｆセンサの出力電圧の変化を示している。図中の一点鎖線は、目標空燃比であって、所定期間毎にリッチ側とリーン側とで切り換えられている。また、図中の実線は、Ａ／Ｆセンサに高い応答性が得られている場合の波形であって、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が大きく得られている。一方、図中の破線は、Ａ／Ｆセンサの応答性が十分に得られていない場合の波形であって、単位時間当たりのセンサ出力の変化量は小さくなっている。
【特許文献１】特開２００５−１２１００３号公報
【特許文献２】特開２００４−２０４７７２号公報
【特許文献３】特開２００３−９７３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のようにしてＡ／Ｆセンサの応答性診断動作（Ａ／Ｆアクティブ制御）が実施されるが、これまでは、触媒の状態に関わりなく、所定の診断動作実行条件が成立すると上記応答性診断動作を実施していた。この診断動作実行条件としては、例えば、エンジンの暖機運転が完了していること、エンジン回転数および吸入空気量の変動量が小さいこと、Ａ／Ｆセンサが所定の活性温度に達していることなどが挙げられる。
【０００９】
このような診断動作実行条件に従ってＡ／Ｆセンサの応答性診断動作を実施した場合、排気エミッションの悪化を招いてしまう可能性があることを本発明の発明者は見出した。      
【００１０】
つまり、触媒内部の酸素濃度雰囲気がリーン状態で上記Ａ／Ｆセンサの応答性診断動作が実施された際、目標空燃比をリーン側に切り換えた場合に、排気中に含まれるＮＯｘが触媒において還元され難くなり、このＮＯｘが大気中に放出されてしまう可能性があることを見出した。
【００１１】
逆に、触媒内部の酸素濃度雰囲気がリッチ状態で上記Ａ／Ｆセンサの応答性診断動作が実施された際、目標空燃比をリッチ側に切り換えた場合に、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯが触媒において酸化され難くなり、このＨＣ、ＣＯが大気中に放出されてしまう可能性があることについても見出した。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、触媒の上流側に配設された空燃比センサに対する応答性診断動作が実施可能な内燃機関において、この応答性診断動作時における排気エミッションの悪化を抑制することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、触媒内部の酸素濃度雰囲気に応じて、空燃比センサの応答性診断動作を禁止する場合と許可する場合とを切り換えるようにしている。つまり、触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した状況にない場合（触媒内部において酸素量が多すぎることで還元反応が十分に行えない場合や、酸素量が少なすぎることで酸化反応が十分に行えない場合）には、上記応答性診断動作の実行に伴う排気エミッションの悪化が懸念されるため、このような状況では応答性診断動作を禁止している。加えて、このように応答性診断動作を禁止した場合、触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した状況となるように空燃比を補正することで、早期に応答性診断動作が実行可能な状態に移行させるようにもしている。
【００１４】
−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒の上流側に、触媒上流側における排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力する空燃比センサが備えられ、この空燃比センサの応答性診断動作時に、上記内燃機関の空燃比を強制的にリッチ側とリーン側との間で交互に切り換えるようにした内燃機関の空燃比制御装置を前提とする。この空燃比制御装置に対し、上記触媒内部の酸素濃度雰囲気が、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるか否かを判定する酸素濃度雰囲気判定手段と、この酸素濃度雰囲気判定手段によって触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気ではないと判定された場合に、上記空燃比センサの応答性診断動作を禁止する診断動作禁止手段とを備えさせている。
【００１５】
ここでいう「排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気」とは、触媒内部での還元反応によるＮＯｘの浄化と、酸化反応によるＨＣ，ＣＯの浄化とが良好に行える状態であって、触媒内部の酸素吸蔵限界量に対して約半分程度（例えば４０％から６０％）の酸素量が吸蔵されている状態である。この値はこれに限定されるものではない。
【００１６】
この特定事項により、空燃比センサの応答性診断動作の実行条件が成立した場合、酸素濃度雰囲気判定手段は、触媒内部の酸素濃度雰囲気が、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるか否かを判定する。そして、排気ガスの浄化に適した酸素濃度雰囲気にある場合には、そのまま空燃比センサの応答性診断動作を開始する。つまり、内燃機関の空燃比を強制的にリッチ側とリーン側との間で交互に切り換えていき、それに応じた空燃比センサの出力変化に基づいて空燃比センサの応答性を診断する。そして、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が大きく得られている場合には空燃比センサに高い応答性が得られていると診断し、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が小さい場合には空燃比センサの応答性が不十分であると診断する。
【００１７】
一方、空燃比センサの応答性診断動作の実行条件が成立している場合であっても、触媒内部の酸素濃度雰囲気が、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にない場合には、診断動作禁止手段によって空燃比センサの応答性診断動作が禁止される。これにより、触媒内部の酸素濃度雰囲気がリーン状態で上記応答性診断動作が実施された場合にＮＯｘが大気中に放出されてしまうといった状況や、触媒内部の酸素濃度雰囲気がリッチ状態で上記応答性診断動作が実施された場合にＨＣ、ＣＯが大気中に放出されてしまうといった状況を回避することができ、排気エミッションの悪化を防止することができる。
【００１８】
上述したように空燃比センサの応答性診断動作を禁止した場合に、早期に応答性診断動作が実行可能な状態に移行させるための手段としては以下のものが挙げられる。つまり、上記酸素濃度雰囲気判定手段によって触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気ではないと判定された場合、この酸素濃度雰囲気を、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるように空燃比の補正動作を行う空燃比補正手段を備えさせる。そして、この空燃比補正手段による空燃比の補正動作によって、触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となった場合に、上記診断動作禁止手段による上記空燃比センサの応答性診断動作の禁止状態を解除して、空燃比センサの応答性診断動作の実行を許可する構成としている。
【００１９】
例えば、触媒内部の酸素濃度雰囲気がリーンであることが原因で応答性診断動作が禁止された場合には、空燃比をリッチ側に移行させるように空燃比補正動作（目標空燃比の変更）が行われる。一方、触媒内部の酸素濃度雰囲気がリッチであることが原因で応答性診断動作が禁止された場合には、空燃比をリーン側に移行させるように空燃比補正動作（目標空燃比の変更）が行われる。これにより、触媒内部の酸素濃度雰囲気が早期に改善されることになり、この触媒内部の酸素濃度雰囲気が、比較的短時間のうちに、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に到達する。これにより、応答性診断動作の禁止状態は解除され、空燃比センサの応答性診断動作の実行が許可される。このように積極的に触媒内部の酸素濃度雰囲気を改善するための制御動作を行うことで、空燃比センサの応答性診断動作の実行条件が成立した後、短期間のうちに応答性診断動作を実行させることが可能になる。
【００２０】
触媒の構成および上記空燃比補正手段による空燃比の補正動作として具体的には以下のものが挙げられる。上記触媒を、直列に接続された上流側触媒および下流側触媒により構成する。そして、上記空燃比補正手段が、下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気を、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるように空燃比の補正動作を行い、この下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となった後に、上流側触媒内部の酸素濃度雰囲気を、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるように空燃比の補正動作を行う構成としている。
【００２１】
このように上流側触媒および下流側触媒を排気系に備えさせた場合、排気エミッションの更なる改善を図ることが可能になる。この構成において、上流側触媒は燃焼室に近いため、上記空燃比補正手段によって空燃比の補正動作を行った場合の酸素濃度雰囲気の変化の応答性は高い。一方、下流側触媒は燃焼室から遠いため、上記空燃比補正手段によって空燃比の補正動作を行った場合の酸素濃度雰囲気の変化の応答性は、上流側触媒に比べて低くなっている。このため、上流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となるような空燃比の補正動作を行った後に、下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となるような空燃比の補正動作を行ったのでは、この下流側触媒に対する制御途中で上流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が適正状態からズレてしまう可能性があり、空燃比センサの応答性診断動作時に、このズレに起因して排気エミッションが悪化してしまう可能性がある。このため、本解決手段では、下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気を排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気に近付けるための空燃比の補正動作を先に行うようにしている。これにより、上流側触媒および下流側触媒共に、その酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気となった状態で応答性診断動作が開始され、排気エミッションの悪化を回避することができる。
【００２２】
触媒内部の酸素濃度雰囲気が、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるか否かの判定動作として具体的には以下のものが挙げられる。つまり、上記触媒を、直列に接続された上流側触媒および下流側触媒により構成する。また、これら上流側触媒と下流側触媒との間に、排気ガスの酸素濃度に応じたリッチ信号またはリーン信号を出力する酸素センサを配設する。そして、上記酸素センサから出力される上流側触媒の下流側における排気ガスの酸素濃度に応じた信号、および、この信号に基づいて推定される下流側触媒の下流側における酸素濃度推定値が共に所定範囲内にある場合に、上流側触媒内部および下流側触媒内部の酸素濃度雰囲気が共に排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるとして、空燃比センサの応答性診断動作を実行するようにしている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した状況にない場合には、空燃比センサの応答性診断動作の実行に伴って排気エミッションの悪化が懸念されるため、この応答性診断動作を禁止している。このため、上記応答性診断動作が実施された場合にＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯが大気中に放出されてしまうといった状況を回避することができ、応答性診断動作の実行に伴う排気エミッションの悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る空燃比制御装置を自動車用４気筒ガソリンエンジン（内燃機関）に適用した場合について説明する。
【００２５】
−エンジンの構成説明−
先ず、図１を参照して、本実施形態に係るエンジン（内燃機関）１の概略構成について説明する。この図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、４気筒分（図１では１気筒分のみを示す）のシリンダボア１１ａを有するシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とを備えている。各シリンダボア１１ａ内には上下動可能に設けられたピストン１３が備えられ、このピストン１３が、コンロッド（コネクティングロッド）１４を介してエンジン１の出力軸であるクランクシャフト１５に連結されている。そして、シリンダボア１１ａの内部において、ピストン１３とシリンダヘッド１２とにより囲まれた空間によって燃焼室１６が区画形成されている。
【００２６】
シリンダヘッド１２には、各燃焼室１６に対応して点火プラグ（点火栓）２が取り付けられている。また、シリンダヘッド１２には、各燃焼室１６に通じる吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂがそれぞれ設けられ、これら吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂには、吸気通路３および排気通路４がそれぞれ接続されている。吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂにおいて燃焼室１６に通じる各開口端には、吸気バルブ３１および排気バルブ４１がそれぞれ設けられている。吸気バルブ３１および排気バルブ４１は、クランクシャフト１５の動力によってそれぞれ回転する吸気カムシャフト３２および排気カムシャフト４２によって開閉される。クランクシャフト１５の動力は、タイミングベルト１５ａおよび各タイミングプーリー３３，４３を介して、上記吸気カムシャフト３２および排気カムシャフト４２に伝達されている。
【００２７】
また、上記吸気ポート１２ａの近傍には、各気筒に対応して燃料噴射弁（インジェクタ）５がそれぞれ備えられている。各インジェクタ５には燃料供給系を介して所定圧力の燃料が供給されている。
【００２８】
一方、吸気通路３にはサージタンク３４が設けられ、このサージタンク３４の上流側には、スロットルモータ３６ａの駆動により開度調整されるスロットルバルブ３６が設けられている。このスロットルバルブ３６の開度に応じて吸気通路３へ導入される吸入空気量が調整されるようになっている。更に、このスロットルバルブ３６の上流側には、吸入空気を浄化するためのエアクリーナ３７が設けられている。
【００２９】
エンジン１の運転が開始されると、吸気通路３内への吸入空気の導入とともにインジェクタ５から燃料が噴射されることにより、それら吸入空気と燃料とが混合されて混合気となる。そして、エンジン１の吸入行程において、吸気バルブ３１により吸気ポート１２ａが開かれることにより混合気が吸気ポート１２ａを通じて燃焼室１６に取り込まれる。この燃焼室１６に取り込まれた混合気は、圧縮行程において圧縮された後、点火プラグ２によって着火され、その混合気が爆発・燃焼してクランクシャフト１５に駆動力が付与される（膨張行程）。燃焼後の排気ガスは、排気バルブ４１により排気ポート１２ｂが開かれることによって排気通路４に排出され（排気行程）、更に触媒４４，４５を経て浄化された後、外部に放出される。なお、上記点火プラグ２は、イグナイタ２１から出力される高電圧の印加タイミングに応じて混合気への点火動作を実行している。
【００３０】
エンジン１の排気通路４には２つの三元触媒４４，４５が配設されている。これら三元触媒４４，４５は、酸素を貯蔵（吸蔵）するＯ2ストレージ機能（酸素貯蔵機能）を有しており、この酸素貯蔵機能により、空燃比が理論空燃比からある程度まで偏移したとしても、ＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを浄化することが可能となっている。即ち、エンジン１の空燃比がリーンとなって、三元触媒４４，４５に流入する排気ガス中の酸素及びＮＯｘが増加すると、酸素の一部を三元触媒４４，４５が吸蔵することでＮＯｘの還元・浄化を促進する。一方、エンジン１の空燃比がリッチになって、三元触媒４４，４５に流入する排気ガスにＨＣ，ＣＯが多量に含まれると、三元触媒４４，４５は内部に吸蔵している酸素分子を放出し、これらのＨＣ，ＣＯに酸素分子を与え、酸化・浄化を促進する。
【００３１】
排気系において上流側に位置している三元触媒はスタート触媒（上流側触媒）４４である。このスタート触媒４４は、排気通路４の上流側（燃焼室１６に近い側）に設けられているため、エンジン１の始動後、短時間のうちに活性温度まで上昇するといった特徴がある。また、排気系において下流側に位置している三元触媒はアンダーフロア触媒（下流側触媒）４５である。このアンダーフロア触媒４５は、上記スタート触媒４４で浄化することのできなかったＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化するためのものであり、車体を構成するフロアパネルの下側に配設されている。
【００３２】
上記排気通路４におけるスタート触媒４４の上流側には、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）４６が配置されている。このＡ／Ｆセンサ４６は、例えば限界電流式の酸素濃度センサが適用されており、広い空燃比領域に亘って空燃比に対応した出力電圧を発生する構成となっている。
【００３３】
また、排気通路４におけるスタート触媒４４の下流側であって且つアンダーフロア触媒４５の上流側には、Ｏ2センサ（酸素センサ）４７が配置されている。このＯ2センサ４７は、例えば起電力式（濃淡電池式）の酸素濃度センサが適用されており、その出力値が理論空燃比付近でステップ状に変化する構成となっている。
【００３４】
これらＡ／Ｆセンサ４６およびＯ2センサ４７の発生する信号は、それぞれＡ／Ｄ変換された後に、エンジンＥＣＵ６に入力される。
【００３５】
また、上記スタート触媒４４には、触媒温度を検出するための触媒温度センサ４８が設けられている。
【００３６】
−制御ブロックの説明−
以上のエンジン１の運転状態はエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）６によって制御される。このエンジンＥＣＵ６は、図２に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６３およびバックアップＲＡＭ６４などを備えている。
【００３７】
ＲＯＭ６２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。
【００３８】
ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ６４は、エンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。これらＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６３およびバックアップＲＡＭ６４は、バス６７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路６５および外部出力回路６６と接続されている。
【００３９】
外部入力回路６５には、アクセル開度センサ７０、水温センサ７１、エアフローメータ７２、吸気温センサ７３、Ａ／Ｆセンサ４６、Ｏ2センサ４７、スロットルポジションセンサ７５、クランク角センサ７６、カム角センサ７７、ノックセンサ７８、吸気圧センサ７９がそれぞれ接続されている。一方、外部出力回路６６には、上記インジェクタ５、イグナイタ２１および、スロットルバルブ３６を駆動するスロットルモータ３６ａなどが接続されている。
【００４０】
アクセル開度センサ７０は、ドライバにより操作されるアクセルペダル３５の開度（操作量）を検知し、その開度信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４１】
上記水温センサ７１は、シリンダブロック１１に形成されているウォータジャケット１１ｂ内を流れる冷却水の温度を検出し、その冷却水温信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４２】
エアフローメータ７２は、吸入空気量を検出し、その吸入空気量信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４３】
吸気温センサ７３は、上記エアフローメータ７２と一体的に設けられ、吸入空気温度を検出して、その吸気温信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４４】
Ａ／Ｆセンサ４６は、上述した如く限界電流式の酸素濃度センサであって、空燃比に対応した出力電圧をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４５】
Ｏ2センサ７４は、上述した如く濃淡電池式の酸素濃度センサであって、排気中の空燃比が理論空燃比にあるか否かを判定しその判定信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４６】
スロットルポジションセンサ７５は、スロットルバルブ３６の開度を検出するものであって、そのスロットル開度検出信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００４７】
クランク角センサ７６は、クランクシャフト１５の近傍に配設されており、クランクシャフト１５の回転角（クランク角ＣＡ）および回転速度（エンジン回転数Ｎｅ）を検出するものである。具体的に、このクランク角センサ７６は、所定のクランク角（例えば３０°）毎にパルス信号を出力する。このクランク角センサ７６によるクランク角の検出手法の一例としては、クランクシャフト１５と回転一体のロータ（ＮＥロータ）の外周面の３０°おきに外歯を形成しておき、この外歯と対面して電磁ピックアップで成る上記クランク角センサ７６を配置する。そして、クランクシャフト１５の回転に伴って外歯がクランク角センサ７６の近傍を通過した際に、このクランク角センサ７６が出力パルスを発生するようになっている。尚、このＮＥロータとしては、外周面に形成される外歯が１０°おきに形成されたものが適用される場合もある。この場合、エンジンＥＣＵ６内で分周して３０°ＣＡ毎の出力パルスを発生する。
【００４８】
カム角センサ７７は、吸気カムシャフト３２の近傍に配設されており、例えば第１番気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）に対応してパルス信号を出力することにより気筒判別センサとして使用される。つまり、このカム角センサ７７は、吸気カムシャフト３２の１回転毎にパルス信号を出力する。このカム角センサ７７によるカム角の検出手法の一例としては、吸気カムシャフト３２と回転一体のロータの外周面の１箇所に外歯を形成しておき、この外歯と対面して電磁ピックアップで成る上記カム角センサ７７を配置し、吸気カムシャフト３２の回転に伴って外歯がカム角センサ７７の近傍を通過した際に、このカム角センサ７７が出力パルスを発生するようになっている。このロータはクランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するため、クランクシャフト１５が７２０°回転する毎に出力パルスを発生する。言い換えると、ある特定の気筒が同一行程（例えば第１番気筒が圧縮上死点に達した時点）となる度に出力パルスを発生する構成である。
【００４９】
ノックセンサ７８は、シリンダブロック１１に伝わるエンジンの振動を圧電素子式（ピエゾ素子式）または電磁式（マグネット、コイル）などによって検出する振動センサである。
【００５０】
吸気圧センサ７９は、サージタンク３４に備えられており、吸気通路３内の圧力（吸気管内圧力）を検出し、その吸気圧信号をエンジンＥＣＵ６に送信する。
【００５１】
そして、エンジンＥＣＵ６は、上記各種センサ７０〜７９，４６，４７の出力信号に基づいて、イグナイタ２１、インジェクタ５、スロットルモータ３６ａ等の各部を制御することによりエンジン１の各種制御を実行する。
【００５２】
その一例として、イグナイタ２１による点火プラグ２の点火タイミングの基本制御としては、点火タイミングがＭＢＴ （Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ：最適点火時期）に近付くように点火タイミングの進角補正を行っていきながら、ノックセンサ７８によってノッキングが検知された場合には、点火タイミングの遅角補正を行ってノッキングを解消するといった制御が行われる。
【００５３】
また、インジェクタ５の燃料噴射制御としては、エンジン負荷やエンジン回転数等に基づいて目標空燃比を算出し、エアフローメータ７２によって検出された吸入空気量に基づき、上記目標空燃比が得られるように燃料噴射量の制御（インジェクタ５の開弁時間の制御）が行われる。例えば、排気通路４に配置したＡ／Ｆセンサ４６およびＯ2センサ４７の各出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度を算出し、その算出した酸素濃度から得られる実際の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致するように、インジェクタ５から吸気ポート１２ａに噴射する燃料噴射量を制御する「空燃比フィードバック制御」を実行する。この「空燃比フィードバック制御」の詳細については後述する。
【００５４】
さらに、エンジンＥＣＵ６は、Ｏ2センサ４７を利用する「触媒劣化判定用アクティブ制御」によってスタート触媒４４の劣化判定動作や、「Ａ／Ｆアクティブ制御」によるＡ／Ｆセンサ４６の応答性診断動作を実行する。これら制御についても後述する。
【００５５】
また、スロットルモータ３６ａの駆動制御としては、運転者により操作されるアクセルペダル３５の開度に基づくアクセル開度信号を受けたエンジンＥＣＵ６がスロットルモータ３６ａに制御信号を送り、上記スロットルポジションセンサ７５からのスロットルバルブ３６の開度のフィードバック信号に基づいて、スロットルバルブ３６を適切な開度に制御する。これにより、エンジン１の気筒内へ導入する空気の量を制御する。
【００５６】
−空燃比フィードバック制御−
次に、上記空燃比フィードバック制御の概略について説明する。
【００５７】
本実施形態における空燃比フィードバック制御では、上記Ａ／Ｆセンサ４６の出力に基づいて、スタート触媒４４の上流における排気空燃比を理論空燃比（目標空燃比）に近づけるためのメインフィードバック制御と、上記Ｏ2センサ４７の出力に基づいて、上記メインフィードバック制御のずれを補償するためのサブフィードバック制御とが組み合わされて実行される。
【００５８】
メインフィードバック制御では、Ａ／Ｆセンサ４６の出力を基礎として検知される排気空燃比が、理論空燃比と一致するように、インジェクタ５からの燃料噴射量の増減が調整される。より具体的には、検知された排気空燃比が理論空燃比よりリッチであれば、燃料噴射量が減量調整され、逆に、その排気空燃比が理論空燃比よりリーンであれば、燃料噴射量が増量調整される。
【００５９】
このメインフィードバック制御によれば、理想的には、スタート触媒４４に流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比に維持することができる。そして、その状態が厳密に維持されれば、スタート触媒４４の吸蔵酸素量がほぼ一定量に保たれるため、その下流に未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくるのを完全に阻止することができる。
【００６０】
しかしながら、Ａ／Ｆセンサ４６の出力にはある程度の誤差が含まれている。また、インジェクタ５の噴射特性にもある程度のバラツキがある。このため、現実的には、メインフィードバック制御を実行するだけでスタート触媒４４の上流の排気空燃比を厳密に理論空燃比に制御することは困難である。更に、エンジン１においては、燃料増量やフューエルカットなど、排気空燃比を意図的に理論空燃比から乖離させる制御が行われる。そして、これらの制御が行われると、スタート触媒４４は、酸素を完全に脱離した状態、或いは酸素を能力一杯に吸蔵した状態となることがあり、下流側に未浄化成分を流出させ易い状態となる。
【００６１】
以上のような理由により、メインフィードバック制御が実行されていても、スタート触媒４４の下流には未浄化の成分を含む排気ガスが流出してくることがある。つまり、メインフィードバック制御が実行されていても、スタート触媒４４の上流の排気空燃比は、全体としてリッチ側或いはリーン側に偏ることがあり、その結果、スタート触媒４４の下流には、ＨＣやＣＯを含むリッチな排気ガス、或いは、ＮＯｘを含むリーンな排気ガスが流出してくることがある。
【００６２】
このような流出が生ずると、Ｏ2センサ４７は、排気ガスの空燃比に応じてリッチ出力或いはリーン出力を発生する。このため、本実施形態のシステムでは、Ｏ2センサ４７からリッチ出力が発せられた場合には、スタート触媒４４の上流の排気空燃比が全体としてリッチ側に偏っていたと判断することができ、また、Ｏ2センサ４７からリーン出力が発せられた場合には、スタート触媒４４の上流の排気空燃比が全体としてリーン側に偏っていたと判断することができる。
【００６３】
サブフィードバック制御では、Ｏ2センサ４７の出力値と、その出力値の制御目標値との差を小さくするための制御（例えばＰＩＤ制御）が実行される。より具体的には、上記の差が小さくなるように、Ａ／Ｆセンサ４６の出力を補正する処理が行われる。Ａ／Ｆセンサ４６の出力が上記の如く補正されると、全体としてリッチ側或いはリーン側に偏っていたスタート触媒４４の上流の空燃比が理論空燃比に近づけられる。その結果、メインフィードバック制御のずれが補償され、スタート触媒４４の下流に未浄化の成分が吹き抜け難い状態が形成される。このため、優れたエミッション特性を実現することが可能になる。また、このサブフィードバック制御は、経時的な変化に対応するべく、その補正の速度は上記メインフィードバック制御による補正速度よりも低くなっている。また、このサブフィードバック制御の学習動作により得られた学習値は、上記バックアップＲＡＭ６４に記憶され、学習動作が行われる度に更新されていく。
【００６４】
以上のような、メインフィードバック制御による短期的な変化に対応する補正値と、サブフィードバック制御による経時的な変化に対応する学習値との和がフィードバック補正量として求められて燃料噴射量が増量調整または減量調整されることになる。
【００６５】
−触媒劣化判定用アクティブ制御−
次に、触媒劣化判定用アクティブ制御について説明する。触媒劣化判定用アクティブ制御は、スタート触媒４４の劣化を判定するためのものである。この触媒４４は、継続使用するに従って、燃料中に含まれる鉛や硫黄等による被毒、あるいは触媒に加わる熱によって劣化が生じ、この劣化の程度に応じて最大酸素貯蔵量は減少していく。従って、この最大酸素貯蔵量が精度良く算出・推定できれば、触媒４４の劣化を判定することができる。
【００６６】
この触媒４４の最大酸素貯蔵量を算出するために行われる制御が触媒劣化判定用アクティブ制御である。この触媒劣化判定用アクティブ制御では、上記Ｏ2センサ４７がリーン出力を発している場合に、エンジン１に供給する混合気の空燃比（目標空燃比）を強制的にリッチ側（例えば空燃比１４．１）に設定し、その後、Ｏ2センサ４７がリッチ出力を発するようになると、エンジン１に供給する混合気の空燃比（目標空燃比）を強制的にリーン側（例えば空燃比１５．１）に切り換える。このようにして、Ｏ2センサ４７の検出値がリッチ／リーンで反転する毎に、混合気の目標空燃比を、リーン側とリッチ側との間で反転させる。この目標空燃比の反転動作に伴って、スタート触媒４４が酸素を一杯に吸蔵した状態と、吸蔵酸素を完全に放出した状態とが繰り返し実現される。従って、それらの期間内に、スタート触媒４４に流入した酸素量を積算したり、或いは、スタート触媒４４に流入した排気ガス中の酸素不足量を積算することでスタート触媒４４の酸素貯蔵能力（最大酸素貯蔵量）Ｃｍａｘを計算により求めることができる。そして、この手法で算出したＣｍａｘに基づいて、スタート触媒４４の劣化の状態を検知することができる。以上が触媒劣化判定用アクティブ制御である。
【００６７】
−Ａ／Ｆアクティブ制御−
次に、実施形態において特徴とする制御である、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性を診断するためのＡ／Ｆアクティブ制御について説明する。
【００６８】
先ず、このＡ／Ｆアクティブ制御の概略について説明する。このＡ／Ｆアクティブ制御は、上述した触媒劣化判定用アクティブ制御とは異なるタイミングで実行される。具体的な動作として、診断動作開始前の目標空燃比（例えば理論空燃比＝１４．６）に対して、目標空燃比をリッチ側（例えば空燃比１４．１）に変更する動作とリーン側（例えば空燃比１５．１）に変更する動作とを短時間（例えば０．６ｓｅｃ）で交互に切り換えていき、それに応じたＡ／Ｆセンサ４６の出力変化（出力電圧の変化）に基づいてＡ／Ｆセンサ４６の応答性を診断するようにしている。つまり、Ａ／Ｆセンサ４６に高い応答性が得られている場合には、図７に実線の波形で示すように、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が大きく得られるのに対し、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性が不十分である場合には、図７に破線の波形で示すように、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が小さくなる。これらを判別することにより、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性を診断するようにしている。
【００６９】
そして、本実施形態の特徴は、各触媒４４，４５の内部の酸素濃度雰囲気に応じて上記Ａ／Ｆアクティブ制御の実行／非実行（禁止）を制御することにある。また、このＡ／Ｆアクティブ制御の禁止状態において、早期にＡ／Ｆアクティブ制御の実行が許可されるようにするための空燃比補正動作を実施することも本実施形態の特徴である。以下、これら制御動作の手順を図３および図４のフローチャートに沿って説明する。この図３および図４に示すルーチンは、エンジン１の運転中において、例えば数ｓｅｃ程度のサイクルタイムで繰り返し実行される。
【００７０】
先ず、ステップＳＴ１において、上記アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度（酸素濃度）推定値の算出が行われる。具体的には、以下の式（１）により算出される。
【００７１】
vrro2＝vrro2old＋（vro2−vrro2old）／ｋ（ga,oscsc）    …（１）
ここで、vrro2はアンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（Ｏ2センサ４７の出力電圧に換算した値）、vrro2oldは上記vrro2の前回値（前回実行されたルーチンで算出されたvrro2の値）、vro2はＯ2センサ４７の出力電圧値、gaは単位時間当たりの吸入空気量（１ｓｅｃ当たりの吸入空気の質量）、oscscはスタート触媒４４の酸素吸蔵量の推定値（酸素吸蔵量の質量）、ｋ（ga,oscsc）は上記吸入空気量および酸素吸蔵量の推定値に基づいて決定されるなまし定数である。尚、このなまし定数は、実験的または経験的に設定され、予めマップ化されてＲＯＭ６２に記憶されている。
【００７２】
このように、ステップＳＴ１におけるアンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）の算出動作にあっては、Ｏ2センサ４７の出力電圧値（vro2）とアンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値の前回値（vrro2old）との差に対してなまし処理したものを、アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値の前回値（vrro2old）に加算することで得られた値を、現在のアンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度（vrro2）として推定している。
【００７３】
その後、ステップＳＴ２において、Ａ／Ｆアクティブ制御の実行条件が成立しているか否かを判定する。例えば以下の条件（ａ）〜（ｄ）の全てが成立した場合に、Ａ／Ｆアクティブ制御の実行条件が成立したと判定される。
【００７４】
（ａ）エンジン回転数が所定回転数範囲内（例えば１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの範囲内）で安定していること、
（ｂ）単位時間当たりの吸入空気量（ga）の変動量が所定範囲内にあり、吸入空気量が安定していること、
（ｃ）燃料タンク内で発生した蒸発燃料の吸気系への導入濃度（パージ濃度）が所定量以下となっていること、
（ｄ）燃料噴射量の学習動作が終了していること、
以上の各条件が成立しており、ステップＳＴ２でＹｅｓ判定されると、ステップＳＴ３に移り、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気（触媒内部における酸素濃度）が良好であるか否かが判定される（酸素濃度雰囲気判定手段による判定動作）。例えば、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれにおける酸素吸蔵量が、酸素吸蔵可能量に対して４０％〜６０％の範囲内にあるか否かを判定する。この範囲が、本発明でいう「触媒内部の酸素濃度雰囲気が排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気」である。
【００７５】
この場合、スタート触媒４４の内部におけるＯ2雰囲気が良好であるか否かの判断は、上記Ｏ2センサ４７の出力電圧値（vro2）に基づいて行われる。また、アンダーフロア触媒４５の内部におけるＯ2雰囲気が良好であるか否かの判断は、上記ステップＳＴ１で算出されたアンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）に基づいて行われる。具体的には、以下の式（２）が成立している場合にはスタート触媒４４の内部におけるＯ2雰囲気が良好である（排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にある）と判定され、また、以下の式（３）が成立している場合にはアンダーフロア触媒４５の内部におけるＯ2雰囲気が良好である（排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にある）と判定される。
【００７６】
ＶＴＧＴ−ＶＤＩＶ１＜vro2＜ＶＴＧＴ＋ＶＤＩＶ１      …（２）
ＶＴＧＴ−ＶＤＩＶ１＜vrro2＜ＶＴＧＴ＋ＶＤＩＶ１     …（３）
ここで、ＶＴＧＴはＯ2センサ４７の出力目標電圧値である。また、ＶＤＩＶ１は目標収束判定用偏差量である。つまり、排気ガスの浄化に適した所定の酸素濃度雰囲気にあるか否かを判定するための閾値である。
【００７７】
尚、上記ＶＴＧＴの具体的な値としては、Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値をストイキ（理論空燃比＝１４．６）よりも僅かにリッチ側（例えば、空燃比１４．４）とするように設定されている。これにより、ＮＯｘの浄化率を特に高めることが可能になる。例えば、エンジン１の通常駆動時（スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気が良好であるか否かの判定を行っていないとき）には、Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値をストイキに設定する一方、上述した如く、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気が良好であるか否かの判定を行う際には、Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値をストイキよりも僅かにリッチ側に切り換える（上記ＶＴＧＴに設定する）と行った制御が行われる。また、何れの状態においても、Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値をストイキよりも僅かにリッチ側に設定するといった制御であってもよい。
【００７８】
このようにして、上記Ｏ2センサ４７の出力電圧値（vro2）およびアンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）が共に、目標電圧値（ＶＴＧＴ）に対して±ＶＤＩＶ１の範囲内にある場合には、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気が良好であると判定されることになる。
【００７９】
そして、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気が良好であると判定され、ステップＳＴ３でＹｅｓ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、上述したＡ／Ｆアクティブ制御を実行する。つまり、診断動作開始前の目標空燃比に対して、目標空燃比をリッチ側に変更する動作とリーン側に変更する動作とを短時間で交互に切り換えていき、Ａ／Ｆセンサ４６の出力変化（出力電圧の変化）をモニタする。
【００８０】
そして、ステップＳＴ５において、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性診断を行う。つまり、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が大きく得られている場合には、Ａ／Ｆセンサ４６に高い応答性が得られていると診断される（図７に実線で示す波形を参照）。一方、単位時間当たりのセンサ出力の変化量が小さい場合には、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性が不十分であると診断される（図７に破線で示す波形を参照）。より具体的には、単位時間（例えば数μｓｅｃ毎のセンサ出力の変化量を積算していき、所定期間におけるその積算値が予め設定された閾値を超えている場合にはＡ／Ｆセンサ４６に高い応答性が得られていると診断される一方、この積算値が上記閾値を超えていない場合にはＡ／Ｆセンサ４６の応答性が不十分であると診断される。このようにしてＡ／Ｆセンサ４６の応答性が診断される。つまり、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気が良好であると判定されたことに伴って、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性診断が実行される。
【００８１】
一方、上記スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気のうち一方のＯ2雰囲気が良好でない（上記閾値（±ＶＤＩＶ１）の範囲からリッチ側またはリーン側に逸脱している）場合、または、両方のＯ2雰囲気が良好でない場合には、ステップＳＴ６（図４）に移る。つまり、この場合には、Ａ／Ｆアクティブ制御が一時的に禁止された状態となってステップＳＴ６以降の動作に移る（診断動作禁止手段による応答性診断動作の禁止）。
【００８２】
このステップＳＴ６では、以下の２つの条件（ｅ），（ｆ）が共に成立しているか否かを判定する。
【００８３】
（ｅ）Ａ／Ｆアクティブ制御の実行条件が非成立から成立に切り換わったこと、
（ｆ）アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（Ｏ2センサ４７の出力電圧に換算した値）がＯ2センサ４７の出力目標電圧値よりも小さいこと（vrro2＜ＶＴＧＴ）、つまり、上記Ｏ2濃度推定値（vrro2）がＯ2センサ４７の出力目標電圧値（ＶＴＧＴ）よりリーン側の出力であること、
このステップＳＴ６でＹｅｓ判定された場合には、ステップＳＴ７に移り、以下の２つ値を設定する。
【００８４】
・status uf＝ＬＥＡＮ
・count stage＝１
一方、ステップＳＴ６でＮｏ判定された場合には、ステップＳＴ８に移り、以下の２つの条件（ｅ），（ｇ）が共に成立しているか否かを判定する。
【００８５】
（ｅ）Ａ／Ｆアクティブ制御の実行条件が非成立から成立に切り換わったこと、
（ｇ）アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（Ｏ2センサ４７の出力電圧に換算した値）がＯ2センサ４７の出力目標電圧値以上であること（vrro2≧ＶＴＧＴ）、つまり、上記Ｏ2濃度推定値（vrro2）がＯ2センサ４７の出力目標電圧値（ＶＴＧＴ）に一致しているか、このＯ2センサ４７の出力目標電圧値よりもリッチ側の出力であること、
このステップＳＴ８でＹｅｓ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、以下の２つ値を設定する。
【００８６】
・status uf＝ＲＩＣＨ
・count stage＝１
また、ステップＳＴ８でＮｏ判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。例えば、未だ、Ａ／Ｆアクティブ制御の実行条件が非成立状態にある場合などである。
【００８７】
ステップＳＴ７またはステップＳＴ９で各値（status ufおよびcount stage）が設定された後、ステップＳＴ１０に移る。このステップＳＴ１０では、以下の２つの条件（ｈ），（ｉ）のうちの何れか一方が成立しているか否かを判定する。
【００８８】
（ｈ）status uf＝ＬＥＡＮ、かつ、vrro2≧ＶＴＧＴ−ＶＤＩＶ２
（ｉ）status uf＝ＲＩＣＨ、かつ、vrro2＜ＶＴＧＴ＋ＶＤＩＶ２
ここで、ＶＤＩＶ２は、アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）が所定状態（アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気を改善する制御からスタート触媒４４内部のＯ2雰囲気を改善する制御への移行を許可する状態）まで改善されたか否かを判定するための閾値であって、上記ＶＤＩＶ１（目標収束判定用偏差量）よりも小さな値に設定されている。
【００８９】
つまり、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がリーンであったためにＡ／Ｆアクティブ制御が実行されなかった場合において、上記条件（ｈ）が成立した際には、アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）は、Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値に対してリーン側にＶＤＩＶ２の偏差まで近付いてきたと判断し、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がＡ／Ｆアクティブ制御が許可される状態になったと判断されることになる。
【００９０】
同様に、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がリッチであったためにＡ／Ｆアクティブ制御が実行されなかった場合において、上記条件（ｉ）が成立した際には、アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）は、Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値に対してリッチ側にＶＤＩＶ２の偏差まで近付いてきたと判断し、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がＡ／Ｆアクティブ制御が許可される状態になったと判断されることになる。
【００９１】
上記判断がなされるように上記閾値（ＶＤＩＶ２）は予め設定されている。例えば、このＶＤＩＶ２は、電圧値で「０．１Ｖ」として設定される。この値はこれに限定されるものではない。
【００９２】
アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がリーンまたはリッチであったためにＡ／Ｆアクティブ制御が実行されなかった状況において、最初にステップＳＴ１０の判定を行う場合には、未だ後述する空燃比補正動作が実行されていないため、上記条件（ｈ），（ｉ）は何れも成立しておらず、ステップＳＴ１０ではＮｏ判定されてステップＳＴ１１に移る。
【００９３】
このステップＳＴ１１では、現在のstatus ufの状態は「ＬＥＡＮ」（status uf＝ＬＥＡＮ）であるか否かを判定する。つまり、Ａ／Ｆアクティブ制御が実行されなかったのはアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がリーンであったことが原因であるか否かを判定する。この判定がＹｅｓであった場合には、ステップＳＴ１２に移り、目標空燃比をリッチ側に移行させる（空燃比補正手段によるリッチ側への空燃比補正動作）。具体的には、Ｏ2センサ４７の出力電圧値の目標値（vro2tgt）を上記Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値（ＶＴＧＴ）に対してリッチ側補正量（ＶＲ＝０．０５Ｖ）だけ補正する（vro2tgt＝ＶＴＧＴ＋ＶＲ）。
【００９４】
一方、ステップＳＴ１１でＮｏ判定された場合、つまり、Ａ／Ｆアクティブ制御が実行されなかったのはアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がリッチであったことが原因であった場合には、ステップＳＴ１３に移り、目標空燃比をリーン側に移行させる（空燃比補正手段によるリーン側への空燃比補正動作）。具体的には、Ｏ2センサ４７の出力電圧値の目標値（vro2tgt）を上記Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値（ＶＴＧＴ）に対してリーン側補正量（ＶＬ＝０．１０Ｖ）だけ補正する（vro2tgt＝ＶＴＧＴ−ＶＬ）。
【００９５】
このような空燃比の補正動作において、リーン側への補正量（０．１０Ｖ）の方が、リッチ側への補正量（０．０５Ｖ）よりも大きく設定されている。これは、アンダーフロア触媒４５内部の酸素吸蔵量が不足している状況を早期に解消して、その内部での酸化反応による排気の浄化を促進するためである。
【００９６】
このようにしてアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気を改善するための空燃比補正動作を行い、上記ステップＳＴ１０でＹｅｓ判定されるまで、上記count stageを「１」に維持したまま空燃比補正動作を継続する。以上のような空燃比補正動作によって目標空燃比を移行させることにより、上述したメインフィードバック制御およびサブフィードバック制御の実施（所謂、現代フィードバック制御）により、排気空燃比も変更されていき、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気が改善されていく。
【００９７】
そして、上記条件（ｈ），（ｉ）のうちの何れか一方が成立して、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気がＡ／Ｆアクティブ制御が許可される状態になったと判断されると、ステップＳＴ１０でＹｅｓ判定されて、ステップＳＴ１４に移る。このステップＳＴ１４ではcount stageを「２」に変更してステップＳＴ１５に移る。
【００９８】
ステップＳＴ１５では、Ｏ2センサ４７の出力電圧値の目標値（vro2tgt）を上記Ｏ2センサ４７の出力目標電圧値（ＶＴＧＴ）に一致させる。これにより、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気が改善されていくことになる。
【００９９】
以上のようにして、Ａ／Ｆアクティブ制御が実行されなかった場合に空燃比補正動作を行い、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気の改善、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気の改善を順に行って、これらスタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５それぞれのＯ2雰囲気（触媒内部における酸素濃度）が良好となった場合には、ステップＳＴ３でＹｅｓ判定され、上述したＡ／Ｆアクティブ制御の実行（ステップＳＴ４）、このＡ／Ｆアクティブ制御の実行によるＡ／Ｆセンサ４６の応答性診断（ステップＳＴ５）が行われる。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態では、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気およびアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気のうちの少なくとも一方が排気ガスの浄化に適した所定のＯ2雰囲気にない場合には、Ａ／Ｆアクティブ制御およびそれに伴うＡ／Ｆセンサ４６の応答性診断動作を禁止している。このため、触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気がリーン状態で上記Ａ／Ｆアクティブ制御が実施された場合にＮＯｘが大気中に放出されてしまうといった状況や、４４，４５内部のＯ2雰囲気がリッチ状態で上記Ａ／Ｆアクティブ制御が実施された場合にＨＣ、ＣＯが大気中に放出されてしまうといった状況を回避することができ、排気エミッションの悪化を防止することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気がリーンであることが原因で応答性診断動作が禁止された場合には、空燃比をリッチ側に移行させるように空燃比補正動作（目標空燃比の変更）を行い、触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気がリッチであることが原因で応答性診断動作が禁止された場合には、空燃比をリーン側に移行させるように空燃比補正動作（目標空燃比の変更）を行うようにしている。このため、触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気が早期に改善されることになり、触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気が、比較的短時間のうちに、排気ガスの浄化に適した所定のＯ2雰囲気に到達する。これにより、応答性診断動作の禁止状態は解除され、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性診断動作の実行が許可されることになる。このように積極的に触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気を改善するための制御動作を行うことで、Ａ／Ｆセンサ４６の応答性診断動作の実行条件が成立した後、短期間のうちに応答性診断動作を実行させることが可能になる。
【０１０２】
更に、本実施形態では、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気を改善した後に、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気を改善するようにしている。その理由は、スタート触媒４４は燃焼室１６に近いため、空燃比補正動作を行った場合のＯ2雰囲気の変化の応答性は高い。一方、アンダーフロア触媒４５は燃焼室１６から遠いため、空燃比補正動作を行った場合のＯ2雰囲気の変化の応答性は、スタート触媒４４に比べて低くなっている。このため、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気を改善した後に、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気の改善動作を行ったのでは、このアンダーフロア触媒４５に対する制御途中で、応答性の高いスタート触媒４４内部のＯ2雰囲気が適正状態からズレてしまう可能性があり、Ａ／Ｆアクティブ制御の実行時に、このズレに起因して排気エミッションが悪化してしまう可能性がある。このため、本実施形態では、アンダーフロア触媒４５のＯ2雰囲気を改善するための空燃比補正動作を先に行うようにしている。これにより、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５共に、そのＯ2雰囲気が改善された状態でＡ／Ｆアクティブ制御が開始されることになり、排気エミッションの悪化を確実に回避することができる。
【０１０３】
−実験例−
上述した実施形態の効果を確認するための行った実験例の結果について説明する。この実験例では、スタート触媒４４およびアンダーフロア触媒４５の内部のＯ2雰囲気をリッチ側やリーン側に設定した状態で上記実施形態に係る制御動作を実行したものである。第１の実験例は、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気およびアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気を共にＬＥＡＮとした場合、第２実験例は、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気をＲＩＣＨとし且つアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気をＬＥＡＮとした場合、第３実験例は、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気をＬＥＡＮとし且つアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気をＲＩＣＨとした場合、第４の実験例は、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気およびアンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気を共にＲＩＣＨとした場合である。
【０１０４】
以上の実験例における、Ａ／Ｆアクティブ制御の非実行／実行の切り換わり状態、Ｏ2センサ４７の出力電圧値の変化、アンダーフロア触媒下流側のＯ2濃度推定値の変化、count stageの推移、status ufの変化、Ａ／Ｆアクティブ制御実行条件の不成立／成立の切り換わり状態を図５および図６のタイミングチャートにそれぞれ示している。図５は、アンダーフロア触媒のＬＥＡＮ状態でＡ／Ｆアクティブ制御が実行される場合のタイミングチャート（左側がスタート触媒４４をＬＥＡＮとした場合、右側がスタート触媒４４をＲＩＣＨとした場合）であり、図６は、アンダーフロア触媒のＲＩＣＨ状態でＡ／Ｆアクティブ制御が実行される場合のタイミングチャート（左側がスタート触媒４４をＬＥＡＮとした場合、右側がスタート触媒４４をＲＩＣＨとした場合）である。
【０１０５】
これらタイミングチャートにおいて、タイミングＴ１は、Ａ／Ｆアクティブ制御実行条件が成立し（上記ステップＳＴ２でＹｅｓ判定され）、count stageが「１」に設定され且つstatus ufが「ＬＥＡＮ」または「ＲＩＣＨ」に設定されたタイミングである。また、タイミングＴ２は、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気が改善されたことに伴ってcount stageが「２」に変更されたタイミングである。更に、タイミングＴ３は、各触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気が改善され、Ａ／Ｆアクティブ制御が開始されるタイミングである。
【０１０６】
これら図からも判るように、上記空燃比補正動作によって、アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値（vrro2）の改善を行った後に、Ｏ2センサ４７の出力電圧値（vro2）の改善が行われ、これにより、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気の改善、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気の改善が順に行われて、その後、Ａ／Ｆアクティブ制御が実行されるようになっている。これにより、排気エミッションの悪化が防止されている。
【０１０７】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された４気筒ガソリンエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンに対しても適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型やＶ型や水平対向型等の別）についても特に限定されるものではない。
【０１０８】
また、上記実施形態では、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気を認識するための動作として、アンダーフロア触媒４５の下流側のＯ2濃度推定値の算出を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、アンダーフロア触媒４５内部の酸素吸蔵量を直接的に認識するようにしてもよい。例えば上述した触媒劣化判定用アクティブ制御を利用してアンダーフロア触媒４５内部の酸素吸蔵量を認識するものである。
【０１０９】
また、上記実施形態では、Ａ／Ｆアクティブ制御が禁止された場合には、先ず、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気の改善動作を開始し、それが完了した後に、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気の改善動作を開始するようにしていた。本発明は、これに限らず、アンダーフロア触媒４５内部のＯ2雰囲気の改善動作の途中で、スタート触媒４４内部のＯ2雰囲気の改善動作を開始するものや、両触媒４４，４５内部のＯ2雰囲気を改善させる動作を同時並行させるものも技術的思想の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】実施形態に係るエンジンの概略構成を示すシステム構成図である。
【図２】エンジンの制御ブロックの概略を示す図である。
【図３】Ａ／Ｆアクティブ制御の動作手順の一部を示すフローチャート図である。
【図４】Ａ／Ｆアクティブ制御の動作手順の他の一部を示すフローチャート図である。
【図５】アンダーフロア触媒のＬＥＡＮ状態でＡ／Ｆアクティブ制御が実行される場合における、Ａ／Ｆアクティブ制御の非実行／実行の切り換わり状態、Ｏ2センサの出力電圧値の変化、アンダーフロア触媒下流側のＯ2濃度推定値の変化、count stageの推移、status ufの変化、Ａ／Ｆアクティブ制御実行条件の不成立／成立の切り換わり状態をそれぞれ示すタイミングチャート図である。
【図６】アンダーフロア触媒のＲＩＣＨ状態でＡ／Ｆアクティブ制御が実行される場合における、Ａ／Ｆアクティブ制御の非実行／実行の切り換わり状態、Ｏ2センサの出力電圧値の変化、アンダーフロア触媒下流側のＯ2濃度推定値の変化、count stageの推移、status ufの変化、Ａ／Ｆアクティブ制御実行条件の不成立／成立の切り換わり状態をそれぞれ示すタイミングチャート図である。
【図７】一点鎖線は目標空燃比の変化を示す波形を示し、実線はＡ／Ｆセンサに高い応答性が得られている場合のセンサ出力波形を示し、破線はＡ／Ｆセンサの応答性が十分に得られていない場合のセンサ出力波形を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１        エンジン（内燃機関）
４４      スタート触媒（上流側触媒）
４５      アンダーフロア触媒（下流側触媒）
４６      Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）
４７      Ｏ2センサ（酸素センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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