(57)【要約】【課題】排気エミッションの悪化を抑制する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００は、吸蔵量減少制御の開始時には目標空燃比を第２リッチ空燃比に設定すると共に、目標空燃比を前記第２リッチ空燃比に設定している期間において、第１触媒３４から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから目標空燃比を第３リッチ空燃比に設定するように構成される。また内燃機関１００の制御装置２００は、吸蔵量増加制御の開始時には目標空燃比を第２リーン空燃比に設定すると共に、目標空燃比を前記第２リーン空燃比に設定している期間において、第１触媒３４から理論空燃比よりも空燃比の大きい排気が流出してから目標空燃比を第３リーン空燃比に設定するように構成される。【選択図】図１
2018003776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第１触媒と、
前記第１触媒よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第２触媒と、
前記第１触媒よりも排気流れ方向上流側の前記排気通路に配置され、前記第１触媒に流入する排気の空燃比を検出するための第１空燃比センサと、
前記第１触媒と前記第２触媒との間の前記排気通路に配置され、前記第１触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第２空燃比センサと、
前記第２触媒よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置され、前記第２触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第３空燃比センサと、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記第１空燃比センサの出力空燃比が目標空燃比となるように、前記機関本体から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、
前記目標空燃比を切り替える目標空燃比設定部と、
を備え、
前記目標空燃比設定部は、
前記第２空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりも小さい所定のリッチ判定空燃比以下になったときに、前記目標空燃比を理論空燃比よりも大きい所定の第１リーン空燃比に切り替えると共に、前記第２空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ前記第１リーン空燃比よりも小さい所定のリーン判定空燃比以上になったときに、前記目標空燃比を前記リッチ判定空燃比よりも小さい所定の第１リッチ空燃比に切り替える通常制御を行うための第１設定制御部と、
前記第３空燃比センサの出力空燃比が前記リーン判定空燃比以上になったときに、前記通常制御を停止して、前記第２触媒の酸素吸蔵量を減少させるための吸蔵量減少制御を行うための第２設定制御部と、
前記第３空燃比センサの出力空燃比が前記リッチ判定空燃比以下になったときに、前記通常制御を停止して、前記第２触媒の酸素吸蔵量を増加させるための吸蔵量増加制御を行うための第３設定制御部と、
を備え、
前記第２設定制御部は、
前記吸蔵量減少制御の開始時に前記目標空燃比を前記第１リッチ空燃比よりも小さい所定の第２リッチ空燃比に設定すると共に、
前記目標空燃比を前記第２リッチ空燃比に設定している期間において、前記第１触媒から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから前記目標空燃比を前記リッチ判定空燃比よりも小さくかかつ前記第１リッチ空燃比よりも大きい所定の第３リッチ空燃比に設定し、
前記第３設定制御部は、
前記吸蔵量増加制御の開始時に前記目標空燃比を前記第１リーン空燃比よりも大きい所定の第２リーン空燃比に設定すると共に、
前記目標空燃比を前記第２リーン空燃比に設定している期間において、前記第１触媒から理論空燃比よりも空燃比の大きい排気が流出してから、前記目標空燃比を前記リーン判定空燃比よりも大きくかつ前記第１リーン空燃比よりも小さい所定の第３リーン空燃比に設定する、
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、機関本体の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第１触媒と、第１触媒よりも下流側の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第２触媒と、第１触媒の上流側に配置された第１排気センサ（空燃比センサ）と、第１触媒と第２触媒との間に配置された第２排気センサ（酸素センサ）と、第２触媒の下流側に配置された第３排気センサ（酸素センサ）と、を備えた内燃機関が開示されている。
【０００３】
また特許文献１には、この内燃機関の制御装置が、第１排気センサによって検出される排気の空燃比が目標空燃比となるように機関本体を制御すると共に、第２排気センサの検出値に基づいて第１触媒からリーン空燃比の排気が流出していることを判定したときには目標空燃比をリッチ空燃比に切り替え、逆にリッチ空燃比の排気が流出していることを判定したときには目標空燃比をリーン空燃比に切り替える制御を実施することが開示されている。
【０００４】
そして、第３排気センサの検出値に基づいて第２触媒からリーン空燃比の排気が流出していることを判定したときには、第２触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵量近傍であると判定し、第２触媒の酸素吸蔵量を減少させるために、目標空燃比が通常時よりも小さくなるように目標空燃比を補正することが開示されている。また、第３排気センサの検出値に基づいて第２触媒からリッチ空燃比の排気が流出していることを判定したときには、第２触媒の酸素吸蔵量がゼロ近傍であると判定し、第２触媒の酸素吸蔵量を増加させるために、目標空燃比が通常時よりも大きくなるように目標空燃比を補正することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９９４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、第２排気センサの検出値に基づいて目標空燃比をリーン空燃比又はリッチ空燃比に切り替えていた。
【０００７】
そのため、第３排気センサの検出値に基づいて目標空燃比が通常時よりも小さくなるように補正しても、第２排気センサの検出値に基づいて第１触媒からリッチ空燃比の排気が流出していると判定された場合には、目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられる。その結果、第２触媒の酸素吸蔵量が十分に減少する前に目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられることになるため、第１触媒からリーン空燃比の排気が流出したときに、当該排気中に含まれるＮＯｘを第２触媒によって還元浄化できず、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００８】
また、第３排気センサの検出値に基づいて目標空燃比が通常時よりも大きくなるように補正しても、第２排気センサの検出値に基づいて第１触媒からリーン空燃比の排気が流出していると判定された場合には、目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。その結果、第２触媒の酸素吸蔵量が十分に増加する前に目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられることになるため、第１触媒からリッチ空燃比の排気が流出したときに、当該排気中に含まれる未燃ガスを第２触媒によって酸化浄化できず、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００９】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、第２触媒でＮＯｘ及び未燃ガスを浄化できなくなった場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第１触媒と、第１触媒よりも排気流れ方向下流側の前記排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第２触媒と、第１触媒よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置され、第１触媒に流入する排気の空燃比を検出するための第１空燃比センサと、第１触媒と第２触媒との間の排気通路に配置され、第１触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第２空燃比センサと、第２触媒よりも排気流れ方向下流側の排気通路に配置され、第２触媒から流出する排気の空燃比を検出するための第３空燃比センサと、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、第１空燃比センサの出力空燃比が目標空燃比となるように、機関本体から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、を備える。目標空燃比設定部は、第２空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりも小さい所定のリッチ判定空燃比以下になったときに、目標空燃比を理論空燃比よりも大きい所定の第１リーン空燃比に切り替えると共に、第２空燃比センサの出力空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ第１リーン空燃比よりも小さい所定のリーン判定空燃比以上になったときに、目標空燃比をリッチ判定空燃比よりも小さい所定の第１リッチ空燃比に切り替える通常制御を行うための第１設定制御部と、第３空燃比センサの出力空燃比がリーン判定空燃比以上になったときに、通常制御を停止して、第２触媒の酸素吸蔵量を減少させるための吸蔵量減少制御を行うための第２設定制御部と、第３空燃比センサの出力空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに、通常制御を停止して、第２触媒の酸素吸蔵量を増加させるための吸蔵量増加制御を行うための第３設定制御部と、を備える。
【００１１】
そして第２設定制御部は、吸蔵量減少制御の開始時に目標空燃比を第１リッチ空燃比よりも小さい所定の第２リッチ空燃比に設定すると共に、目標空燃比を第２リッチ空燃比に設定している期間において、第１触媒から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから目標空燃比をリッチ判定空燃比よりも小さくかかつ第１リッチ空燃比よりも大きい所定の第３リッチ空燃比に設定するように構成されている。
【００１２】
また第３設定制御部は、吸蔵量増加制御の開始時に目標空燃比を第１リーン空燃比よりも大きい所定の第２リーン空燃比に設定すると共に、目標空燃比を第２リーン空燃比に設定している期間において、第１触媒から理論空燃比よりも空燃比の大きい排気が流出してから目標空燃比をリーン判定空燃比よりも大きくかつ第１リーン空燃比よりも小さい所定の第３リーン空燃比に設定するように構成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のこの態様によれば、第２触媒の酸素吸蔵量を適切に減少又は増加させることができるので、第２触媒でＮＯｘ及び未燃ガスを浄化できなくなった場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、排気浄化触媒の酸素吸蔵量と排気浄化触媒から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度又はＨＣ、ＣＯ濃度との関係を示す図である。
【図３】図３は、各空燃比センサのセンサ素子部の概略断面図である。
【図４】図４は、各排気空燃比におけるセンサ印加電圧と出力電流との関係を示す図である。
【図５】図５は、センサ印加電圧を一定にしたときの排気空燃比と出力電流との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態による両破綻制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態による吸蔵量増加制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態による目標空燃比設定制御について説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態による両破綻制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態による吸蔵量減少制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態による吸蔵量増加制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の第２実施形態による両破綻制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第２実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の第２実施形態による吸蔵量増加制御の動作について説明するタイムチャートである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の第２実施形態による両破綻制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の第２実施形態による両破綻制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１６】
（第１実施形態）
＜内燃機関全体の説明＞
まず図１から図５を参照して、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００について説明する。図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
【００１７】
図１に示すように、内燃機関１００は、機関本体１と、吸気装置２０と、排気装置３０と、を備える。
【００１８】
機関本体１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上面に固定されたシリンダヘッド３と、を備える。
【００１９】
シリンダブロック２には、複数のシリンダ４が形成される。シリンダ４の内部には、燃焼圧力を受けてシリンダ４の内部を往復運動するピストン５が収められる。ピストン５は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン５の往復運動が回転運動に変換される。シリンダヘッド３の内壁面、シリンダ４の内壁面及びピストン冠面によって区画された空間が燃焼室６となる。
【００２０】
シリンダヘッド３には、シリンダヘッド３の一方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する吸気ポート７と、シリンダヘッド３の他方の側面に開口すると共に燃焼室６に開口する排気ポート８と、が形成される。
【００２１】
またシリンダヘッド３には、燃焼室６と吸気ポート７との開口を開閉するための吸気弁９と、燃焼室６と排気ポート８との開口を開閉するための排気弁１０と、吸気弁９を開閉駆動する吸気カムシャフト１１と、排気弁１０を開閉駆動する排気カムシャフト１２と、が取り付けられる。
【００２２】
さらにシリンダヘッド３には、燃焼室６内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１３と、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と空気との混合気を燃焼室６内で点火するための点火プラグ１４と、が取り付けられる。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンを用いているが、他の燃料を用いることもできる。なお、燃料噴射弁１３は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように取り付けてもよい。
【００２３】
吸気装置２０は、吸気ポート７を介してシリンダ４内に空気を導くための装置であって、エアクリーナ２１と、吸気管２２と、吸気マニホールド２３と、電子制御式のスロットル弁２４と、エアフローメータ２１１と、を備える。
【００２４】
エアクリーナ２１は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。
【００２５】
吸気管２２は、一端がエアクリーナ２１に連結され、他端が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに連結される。吸気管２２によって、エアクリーナ２１を介して吸気管２２内に流入してきた空気（吸気）が吸気マニホールド２３のサージタンク２３ａに導かれる。
【００２６】
吸気マニホールド２３は、サージタンク２３ａと、サージタンク２３ａから分岐してシリンダヘッド側面に形成されている各吸気ポート７の開口に連結される複数の吸気枝管２３ｂと、を備える。サージタンク２３ａに導かれた空気は、吸気枝管２３ｂを介して各シリンダ４内に均等に分配される。このように、吸気管２２、吸気マニホールド２３及び吸気ポート７が、各シリンダ４内に空気を導くための吸気通路を形成する。
【００２７】
スロットル弁２４は、吸気管２２内に設けられる。スロットル弁２４は、スロットルアクチュエータ２５によって駆動され、吸気管２２の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ２５によってスロットル弁２４の開度（以下「スロットル開度」という。）の調整することで、各シリンダ４内に吸入される吸気量が調整される。スロットル開度は、スロットルセンサ２１２によって検出される。
【００２８】
エアフローメータ２１１は、スロットル弁２４よりも上流側の吸気管２２内に設けられる。エアフローメータ２１１は、吸気管２２内を流れる空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。
【００２９】
排気装置３０は、燃焼室６内で生じた燃焼ガス（排気）を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド３１と、排気管３２と、排気後処理装置３３と、第１空燃比センサ２１３と、第２空燃比センサ２１４と、第３空燃比センサ２１５と、を備える。
【００３０】
排気マニホールド３１は、シリンダヘッド側面に形成されている各排気ポート８の開口と連結される複数の排気枝管３１ａと、排気枝管３１ａを集合させて１本にまとめた集合管３１ｂと、を備える。
【００３１】
排気管３２は、一端が排気マニホールド３１の集合管３１ｂに連結され、他端が外気に開口している。各シリンダ４から排気ポート８を介して排気マニホールド３１に排出された排気は、排気管３２を流れて外気に排出される。
【００３２】
排気後処理装置３３は、それぞれ排気浄化触媒が内蔵された第１触媒コンバータ３３ａと、第２触媒コンバータ３３ｂと、を備える。各触媒コンバータは、排気流れ方向上流側から第１触媒コンバータ３３ａ、第２触媒コンバータ３３ｂの順で排気管３２に連結されている。このように、排気ポート８、排気マニホールド３１、排気管３２、第１触媒コンバータ３３ａ、及び第２触媒コンバータ３３ｂが、各シリンダ４から排出された排気が流れる排気通路を形成する。
【００３３】
第１触媒コンバータ３３ａ及び第２触媒コンバータ３３ｂには、排気浄化触媒として、それぞれ酸素吸蔵能力を有する三元触媒が内蔵されている。なお、以下の説明では、第１触媒コンバータ３３ａ及び第２触媒コンバータ３３ｂのそれぞれに内蔵された三元触媒のことを特に区別する必要があるときは、第１触媒コンバータ３３ａに内蔵された三元触媒のことを「第１三元触媒３４」といい、第２触媒コンバータ３３ｂに内蔵された三元触媒のことを「第２三元触媒３５」という。
【００３４】
三元触媒は、それぞれセラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。三元触媒は、所定の活性温度に達すると、未燃ガス（ＨＣやＣＯ等）と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化する触媒作用に加えて、酸素吸蔵能力を発揮する。なお本実施形態では、吸収及び吸着の双方を含む用語として吸蔵という用語を使用している。
【００３５】
酸素吸蔵能力を有する三元触媒は、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいとき、すなわち三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるときには、排気中の酸素を吸蔵する。一方で、三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも小さいとき、すなわち三元触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるときには、三元触媒に吸蔵されている酸素を放出する。また三元触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときには、三元触媒において排気中の窒素と水素、又はＨＣとＮＯｘが反応することによりアンモニアが生成される。
【００３６】
三元触媒は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有することにより、酸素吸蔵量に応じてＮＯｘ及び未燃ガスの浄化作用を有する。すなわち、三元触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比である場合、図２（Ａ）に示したように、酸素吸蔵量が少ないときには三元触媒により排気中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気中のＮＯｘが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｕｐｌｉｍ）を境に三元触媒から流出する排気中の酸素及びＮＯｘの濃度が急激に上昇する。
【００３７】
一方、三元触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比である場合、図２（Ｂ）に示したように、酸素吸蔵量が多いときには三元触媒に吸蔵されている酸素が放出され、排気中の未燃ガスは酸化浄化される。また、酸素吸蔵量が少なくなると、ゼロ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｌｏｗｌｉｍ）を境に三元触媒から流出する排気中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
【００３８】
以上のように、本実施形態において用いられる三元触媒によれば、三元触媒に流入する排気の空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気中のＮＯｘ及び未燃ガスの浄化特性が変化する。なお、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、排気浄化触媒は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。
【００３９】
第１空燃比センサ２１３は、排気マニホールド３１の集合管３１ｂに設けられ、第１触媒コンバータ３３ａに流入する排気の空燃比を検出する。
【００４０】
第２空燃比センサ２１４は、第１触媒コンバータ３３ａと第２触媒コンバータ３３ｂとの間の排気管３２に設けられ、第１触媒コンバータ３３ａから流出して第２触媒コンバータ３３ｂに流入する排気の空燃比を検出する。
【００４１】
第３空燃比センサ２１５は、第２触媒コンバータ３３ｂよりも排気流れ方向下流側の排気管３２に設けられ、第２触媒コンバータ３３ｂから流出する排気の空燃比を検出する。本実施形態では、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５として、同一構成の空燃比センサを用いている。
【００４２】
図３は、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５のセンサ素子部５０の概略断面図である。
【００４３】
図３に示すように、センサ素子部５０は、固体電解質層５１と、固体電解質層５１の一方の側面上に配置された排気側電極５２と、固体電解質層５１の他方の側面上に配置された大気側電極５３と、通過する排気の拡散律速を行う拡散律速層５４と、拡散律速層５４を保護する保護層５５と、センサ素子部５０の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。
【００４４】
固体電解質層５１の一方の側面上には拡散律速層５４が設けられ、拡散律速層５４の固体電解質層５１側の側面とは反対側の側面上には保護層５５が設けられる。本実施形態では、固体電解質層５１と拡散律速層５４との間には被測ガス室５７が形成される。この被測ガス室５７には拡散律速層５４を介して各空燃比センサ２１３、２１４、２１５による検出対象であるガス、すなわち排気が導入させられる。また、排気側電極５２は被測ガス室５７内に配置され、したがって、排気側電極５２は拡散律速層５４を介して排気に曝されることになる。なお、被測ガス室５７は必ずしも設ける必要はなく、排気側電極５２の表面上に拡散律速層５４が直接接触するように構成されてもよい。
【００４５】
固体電解質層５１の他方の側面上にはヒータ部５６が設けられる。固体電解質層５１とヒータ部５６との間には基準ガス室５８が形成され、この基準ガス室５８内には基準ガスが導入される。本実施形態では、基準ガス室５８は大気に開放されており、よって基準ガス室５８内には基準ガスとして大気が導入される。大気側電極５３は、基準ガス室５８内に配置され、したがって、大気側電極５３は、基準ガス（基準雰囲気）に曝される。
【００４６】
ヒータ部５６には複数のヒータ５９が設けられており、これらヒータ５９によって各空燃比センサ２１３、２１４、２１５の温度、特に固体電解質層５１の温度を制御することができる。ヒータ部５６は、固体電解質層５１を活性化するまで加熱するのに十分な発熱容量を有している。
【００４７】
固体電解質層５１は、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＨｆＯ2、ＴｈＯ2、Ｂｉ2Ｏ3等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。
【００４８】
また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、電子制御ユニット２００に搭載された電圧印加装置６０によりセンサ印加電圧Ｖｒが印加される。加えて、電子制御ユニット２００には、電圧印加装置６０によってセンサ印加電圧Ｖｒを印加したときに固体電解質層５１を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流を検出する電流検出装置６１が設けられる。この電流検出装置６１によって検出される電流が各空燃比センサ２１３、２１４、２１５の出力電流である。
【００４９】
次に図４及び図５を参照して、本実施形態における第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５の出力特性について説明する。図４は、本実施形態における第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す図であり、図５は、印加電圧を一定に維持したときの、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５の周りを流通する排気の空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。
【００５０】
図４からわかるように、本実施形態の第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５では、出力電流Ｉは、排気の空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比におけるＶ−Ｉ線には、Ｖ軸にほぼ平行な領域、すなわちセンサ印加電圧が変化しても出力電流がほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図４では、排気の空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ18、Ｉ18で示している。したがって、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５は限界電流式の空燃比センサであるということができる。
【００５１】
図５は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気の空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図５からわかるように、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５では、排気の空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気の空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５は、排気の空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉがゼロになるように構成される。また、排気の空燃比が一定以上に大きくなったとき、或いは一定以下に小さくなったときには、排気の空燃比の変化に対する出力電流の変化の割合が小さくなる。
【００５２】
なお、上記例では、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５として限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、排気の空燃比に対して出力電流がリニアに変化するものであれば、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５として、例えばコップ型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサや、限界電流式ではない空燃比センサなど、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、及び第３空燃比センサ２１５はそれぞれ異なる構造の空燃比センサであってもよい。
【００５３】
図１に戻り、電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００５４】
入力ポート２０５には、前述したエアフローメータ２１１やスロットルセンサ２１２、第１空燃比センサ２１３、第２空燃比センサ２１４、第３空燃比センサ２１５などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度等を算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００５５】
出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁１３や点火プラグ１４、スロットルアクチュエータ２５などの各制御部品が電気的に接続される。
【００５６】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の空燃比制御について説明する。
＜空燃比制御の概要＞
電子制御ユニット２００は、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比が目標空燃比となるように、機関本体１の燃焼室６から排出される排気の空燃比を制御する。具体的には電子制御ユニット２００は、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比が目標空燃比となるように、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比に基づいて燃料噴射弁１３からの燃料噴射量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、各空燃比センサ２１３，２１４，２１５の出力値に相当する空燃比を意味する。そして電子制御ユニット２００は、目標空燃比を設定するための目標空燃比設定制御として、目標空燃比を理論空燃比よりも大きい所定の第１リーン空燃比ＡＦＬ１と、理論空燃比よりも小さい所定の第１リッチ空燃比ＡＦＲ１と、に交互に切り替える通常制御を実施する。
【００５７】
＜通常制御としての両破綻制御＞
本実施形態では通常制御として、第１三元触媒３４の酸素吸蔵量（以下「第１酸素吸蔵量」という。）ＯＳＡｓｃを周期的に第１三元触媒３４の最大貯蔵量Ｃｍａｘｕｐまで増大させて第１三元触媒３４をリーン破綻させると共に、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを周期的にゼロまで増大させて第１三元触媒３４をリッチ破綻させる両破綻制御を実施する。
【００５８】
電子制御ユニット２００は、両破綻制御の実施中は第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン空燃比になったときに、目標空燃比を所定の第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替え、その後、第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に維持する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが理論空燃比よりも僅かに大きいリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ（例えば、１４．６５）以上になったときに、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン空燃比になったと判断し、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えている。
【００５９】
第１リッチ空燃比ＡＦＲ１は、理論空燃比よりも或る程度小さな予め定められた空燃比であり、例えば、１２〜１４．５８、好ましくは１３〜１４．５７、より好ましくは１４〜１４．５５程度とされる。第１リッチ空燃比ＡＦＲ１は、制御中心となる空燃比（以下「制御中心空燃比」という。本実施形態では理論空燃比。）ＡＦｃｅｎからリッチ補正量（負の値）を加算した空燃比として表すこともできる。
【００６０】
そして電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定している期間に、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ空燃比になると、目標空燃比を所定の第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替え、その後、第１リーン空燃比ＡＦＬ１に維持する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが理論空燃比よりも僅かに小さいリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ（例えば、１４．５５）以下になったときに、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ空燃比になったと判断している。
【００６１】
第１リーン空燃比ＡＦＬ１は、理論空燃比よりも或る程度大きな予め定められた空燃比であり、例えば、１４．６５〜２０、好ましくは１４．６５〜１８、より好ましくは１４．６５〜１６程度とされる。第１リーン空燃比ＡＦＬ１は、制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比。）ＡＦｃｅｎにリーン補正量（正の値）を加算した空燃比として表すこともできる。なお本実施形態では、第１リーン空燃比ＡＦＬ１の理論空燃比からの差（リーン度合い）は、第１リッチ空燃比ＡＦＲ１の理論空燃比からの差（リーン度合い）と同じとしているが、異ならせても良い。
【００６２】
そして電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定している期間に第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になると、目標空燃比を再び第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替え、その後、同様の操作を繰り返す。
【００６３】
＜第１実施形態による両破綻制御の動作の説明＞
図６を参照して、本実施形態による両破綻制御の動作について説明する。図６は、両破綻制御を行った場合における、空燃比補正量ＡＦＣ、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐ、第１三元触媒３４の酸素吸蔵量（第１酸素吸蔵量）ＯＳＡｓｃ、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄ、第２三元触媒３５の酸素吸蔵量（以下「第２酸素吸蔵量」という。）ＯＳＡｕｆｃ、及び第３空燃比センサの出力空燃比ＡＦｄｗｎをそれぞれ示したタイムチャートである。
【００６４】
図６において、空燃比補正量ＡＦＣは、第１三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比に関する補正量を表している。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比。）ＡＦｃｅｎとなる。空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比ＡＦｃｅｎよりも大きい空燃比となる。空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比ＡＦｃｅｎよりも小さい空燃比となる。制御中心空燃比ＡＦｃｅｎは、機関運転状態に応じて空燃比補正量ＡＦＣを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量ＡＦＣに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。
【００６５】
図６に示すタイムチャートでは、時刻ｔ１以前において、空燃比補正量ＡＦＣが所定の第１リーン補正量ＡＦＣＬ１とされ、これにより目標空燃比が理論空燃比よりも大きい所定の第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定される。そのため、時刻ｔ１以前において、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐは第１リーン空燃比ＡＦＬ１となっており、第１三元触媒３４にはリーン空燃比の排気が流入している。この第１三元触媒３４に流入する排気中に含まれるＮＯｘは、第１三元触媒３４で還元浄化される。そのため、時刻ｔ１以前において、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが徐々に増加している。また、第１三元触媒３４における還元浄化により、第１三元触媒３４から流出する排気には酸素が含まれていないため、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄはほぼ理論空燃比となる。
【００６６】
第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが徐々に増加していき、時刻ｔ１で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第１三元触媒３４の最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐ近傍まで増加すると、第１三元触媒３４に流入した排気中の酸素の一部が第１三元触媒３４で吸蔵されずに流出し始める。その結果、リーン空燃比の排気が、第１三元触媒３４と第２三元触媒３５との間の排気管３２を流れて２三元触媒３５に流入することになる。
【００６７】
これにより、時刻ｔ１以降は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが徐々に増加する。その結果、時刻ｔ２において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅに到達する。また時刻ｔ１以降は、第１三元触媒３４から流出して第２三元触媒３５に流入するリーン空燃比の排気中に含まれるＮＯｘが、第２三元触媒３５で還元浄化されることになるため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に増加していく。この第２三元触媒３５における還元浄化により第２三元触媒３５から流出する排気中には酸素が含まれていないため、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
【００６８】
時刻ｔ２で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になると、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを減少させるべく、空燃比補正量ＡＦＣが第１リーン補正量ＡＦＣＬ１から第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１に切り替えられ、これにより目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられる。
【００６９】
なお本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になってから、目標空燃比の切り替えを行っている。これは、第１三元触媒３４が十分に酸素を吸蔵できる状態である場合、すなわち、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが十分に少ない場合であっても、第１三元触媒３４にリーン空燃比の排気が流入したときに、第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比からずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅは、第１三元触媒３４にリーン空燃比の排気が流入した場合において、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが少ないときには第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比が到達することのないような空燃比とされる。
【００７０】
時刻ｔ２で、目標空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられると、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐが第１リッチ空燃比ＡＦＲ１となる。なお実際には、目標空燃比を切り替えてから第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている。
【００７１】
そして、時刻ｔ２で第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐが第１リッチ空燃比ＡＦＲ１となり、第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化すると、それ以降は、第１三元触媒３４に流入する排気中に含まれる未燃ガスを酸化浄化するために、第１三元触媒３４に吸蔵された酸素が消費されるので、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが徐々に減少していく。また、これにより第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比へと変化していき、時刻ｔ３で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが理論空燃比に収束する。
【００７２】
そして時刻ｔ３で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが理論空燃比に収束すると、それ以降は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは増加せずに一定に維持される。
【００７３】
なお時刻ｔ２以降は、第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１なっているが、第１三元触媒３４には十分な酸素が吸蔵されているため、第１三元触媒３４に流入する排気中の未燃ガスは第１三元触媒３４よって酸化浄化される。このため、第１三元触媒３４からの未燃ガスの排出量はほぼゼロとなる。
【００７４】
第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが徐々に減少していき、時刻ｔ４で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロ近傍まで減少すると、第１三元触媒３４に流入した排気中の未燃ガスの一部が第１三元触媒３４で酸化浄化されずに流出し始める。その結果、未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が、第１三元触媒３４と第２三元触媒３５との間の排気管３２を流れて２三元触媒３５に流入することになる。
【００７５】
これにより、時刻ｔ４以降は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが徐々に低下する。その結果、時刻ｔ５において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉに到達する。また時刻ｔ４以降は、第１三元触媒３４から流出して第２三元触媒３５に流入する排気中に含まれる未燃ガスが、第２三元触媒３５で酸化浄化されることになるため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に減少していく。この第２三元触媒３５における酸化浄化により第２三元触媒３５から流出する排気中には未燃ガスが含まれていないため、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。
【００７６】
時刻ｔ５で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になると、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを増加させるべく、空燃比補正量ＡＦＣが第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１から第１リーン補正量ＡＦＣＬ１に切り替えられ、これにより目標空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられる。
【００７７】
なお本実施形態では、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になってから、目標空燃比の切り替えを行っている。これは、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが十分に多い場合であっても、第１三元触媒３４にリッチ空燃比の排気が流入したときに、第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比からずれてしまう場合があるためである。逆に言うと、リーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅは、第１三元触媒３４にリーン空燃比の排気が流入した場合において、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが多いときには第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比が到達することのないような空燃比とされる。
【００７８】
時刻ｔ５で、目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられると、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐが第１リーン空燃比ＡＦＬ１となる。なお実際には、目標空燃比を切り替えてから第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比が変化するまでには遅れが生じるが、図示した例では便宜上同時に変化するものとしている。
【００７９】
そして、時刻ｔ５で第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐが第１リーン空燃比ＡＦＬ１となり、第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化すると、それ以降は、第１三元触媒３４に流入する排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化するために、第１三元触媒３４に酸素が吸蔵されるので、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが徐々に増加していく。また、これにより第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比が理論空燃比へと変化していき、時刻ｔ６で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが理論空燃比に収束する。
【００８０】
そして時刻ｔ６で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが理論空燃比に収束すると、それ以降は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは減少せずに一定に維持される。
【００８１】
なお時刻ｔ５以降は、第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１なっているが、第１三元触媒３４には酸素を吸蔵する十分な余裕があるので、第１三元触媒３４に流入する排気中のＮＯｘは第１三元触媒３４よって還元浄化される。このため、第１三元触媒３４からのＮＯｘの排出量はほぼゼロとなる。
【００８２】
時刻ｔ７で、時刻ｔ２と同様に第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になると、空燃比補正量ＡＦＣが第１リーン補正量ＡＦＣＬ１に切り替えられる。これにより、目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられ、その後、同様の動作が繰り返される。
【００８３】
なお、本実施形態では、時刻ｔ２〜ｔ５において、空燃比補正量ＡＦＣを第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１に維持している。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣを必ずしも一定に維持する必要はなく、徐々に増加させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中において、一時的に空燃比補正量ＡＦＣを０よりも大きな値（例えば、第１リーン補正量ＡＦＣＬ１）としてもよい。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ５の期間中において、一時的に目標空燃比をリーン空燃比（例えば、第１リーン空燃比ＡＦＬ１）としてもよい。
【００８４】
同様に、本実施形態では、時刻ｔ５〜ｔ７において、空燃比補正量ＡＦＣを第１リーン補正量ＡＦＣＬ１に維持している。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣを必ずしも一定に維持する必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、時刻ｔ５〜ｔ７の期間中において、一時的に空燃比補正量ＡＦＣを０よりも小さな値（例えば、第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１）としてもよい。すなわち、時刻ｔ４〜ｔ７の期間中において、一時的に目標空燃比をリッチ空燃比（例えば、第１リッチ空燃比ＡＦＲ１）としてもよい。
【００８５】
なお、このような本実施形態における空燃比補正量ＡＦＣの設定、すなわち目標空燃比の設定は、電子制御ユニット２００によって行われている。したがって、電子制御ユニット２００は、両破綻制御中は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下となるまで、第１三元触媒３４に流入する排気の目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比にすると共に、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリーン空燃比にしているといえる。
【００８６】
より簡単に言えば、本実施形態では、電子制御ユニット２００は、両破綻制御中は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると共に、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えているといえる。
【００８７】
＜両破綻制御の実施中に生じる問題点＞
目標空燃比設定制御として両破綻制御を実施した場合は、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えた後、第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出し始めて第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに、目標空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられる。そのため、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替える前後の期間（図６のタイムチャートでは、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間）に、第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出することになる。そして、この第１三元触媒３４から流出したリーン空燃比の排気中に含まれるＮＯｘは、第２三元触媒３５が酸素を吸蔵できる状態であれば、第２三元触媒３５で還元浄化される。
【００８８】
一方で目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えた後は、第１三元触媒３４からリッチ空燃比の排気が流出し始めて第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに、目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられる。そのため、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替える前後の期間（図６のタイムチャートでは、例えば時刻ｔ４から時刻ｔ６までの期間）に、第１三元触媒３４からリッチ空燃比の排気が流出することになる。そして、この第１三元触媒３４から流出したリッチ空燃比の排気中に含まれる未燃ガスは、第２三元触媒３５に酸素が吸蔵されていれば、第２三元触媒３５で酸化浄化される。
【００８９】
このように両破綻制御を実施した場合には、目標空燃比を切り替えるたびに、第１三元触媒３４から交互にリーン空燃比の排気とリッチ空燃比の排気とが流出して第２三元触媒３５に流入することになる。したがって、目標空燃比を切り替えるたびに、リーン空燃比の排気中のＮＯｘとリッチ空燃比の排気中の未燃ガスとを浄化するために、第２三元触媒３５への酸素の吸蔵と、第２三元触媒３５に吸蔵された酸素の消費と、が繰り返されることになるため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが上下に変動することになる。このとき、このリーン空燃比の排気中の酸素過剰量と、リッチ空燃比の排気中の酸素不足量と、が概ね同じであれば、図６のタイムチャートに示すように、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは基本的にある一定の範囲内で上下に変動する。
【００９０】
しかしながら、例えばリーン空燃比の排気中の酸素過剰量が、リッチ空燃比の排気中の酸素不足量よりも多い場合は、第２三元触媒３５に吸蔵される酸素量に対して、第２三元触媒３５で消費される酸素量が少なくなる。その結果、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に増加していき、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第２三元触媒３５の最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎに到達するおそれがある。そうすると、第２三元触媒３５によってＮＯｘを還元浄化することができなくなるので、第２三元触媒３５からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流出することになる。
【００９１】
また逆に、リーン空燃比の排気中の酸素過剰量が、リッチ空燃比の排気中の酸素不足量よりも少ない場合は、第２三元触媒３５に吸蔵される酸素量に対して、第２三元触媒３５で消費される酸素量が多くなる。その結果、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に減少していき、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロとなるおそれがある。そうすると、第２三元触媒３５によって未燃ガスを還元浄化することができなくなるので、第２三元触媒３５から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出することになる。
【００９２】
そこで本実施形態では、両破綻制御の実施中に第２三元触媒３５からリーン空燃比の排気が流出し始めて第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときには、両破綻制御（通常制御）を停止して、目標空燃比設定制御として第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを減少させるための吸蔵量減少制御を実施することとした。また、両破綻制御の実施中に第２三元触媒３５からリッチ空燃比の排気が流出し始めて第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときは、両破綻制御（通常制御）を停止して、目標空燃比設定制御として第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを増加させるための吸蔵量増加制御を実施することとした。
【００９３】
＜第１実施形態による吸蔵量減少制御＞
まず図７のタイムチャートを参照して、両破綻制御の実施中に第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに実施される本実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明する。
【００９４】
図７のタイムチャートにおいて、時刻ｔ４以前は、図６を参照して前述した通りに両破綻制御が実施されている。しかしながら、図７のタイムチャートでは、時刻ｔ４以前の両破綻制御中に第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に増加しており、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎ近傍まで増加している。
【００９５】
両破綻制御の実施中に、時刻ｔ１で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐに近づくと、第１三元触媒３４に流入したＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が第１三元触媒３４から流出し始める。
【００９６】
これにより、時刻ｔ１以降において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが増加し始め、時刻ｔ２でリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅに到達すると、目標空燃比が、第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられる。
【００９７】
また、第１三元触媒３４から流出したＮＯｘを還元浄化するために、排気中の酸素が第２三元触媒３５に吸蔵されるので、時刻ｔ１以降において、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に増加していく。
【００９８】
時刻ｔ２で目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられるものの、実際にリッチ空燃比の排気が排気管３２に流れてくるまでには時間遅れがあるため、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄは未だ理論空燃比よりも大きくなっている。そのため、時刻ｔ２以降も第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは増加していく。
【００９９】
そして、時刻ｔ３で第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎに到達すると、第２三元触媒３５で酸素を吸蔵することができなくなり、時刻ｔ３の直前から、リーン空燃比の排気が第２三元触媒３５から流出し始める。これにより、時刻ｔ３の直前から第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが増加し始め、時刻ｔ４で第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅに到達する。
【０１００】
時刻ｔ４で、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になると、電子制御ユニット２００は、両破綻制御（通常制御）を停止し、目標空燃比設定制御として吸蔵量減少制御を開始する。
【０１０１】
電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御の開始時には、空燃比補正量ＡＦＣを、両破綻制御の実施中に設定される第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１よりも絶対値の大きい所定の第２リッチ補正量ＡＦＣＲ２に切り替える。すなわち目標空燃比を、両破綻制御の実施中に設定される第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも小さい（すなわちリッチ度合いの大きい）所定の第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に切り替える。
【０１０２】
ここで、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを減少させるためには、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃをゼロまで低下させて、第１三元触媒３４を未燃ガスの酸化浄化ができない状態とし、第１三元触媒３４から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を流出させる必要がある。
【０１０３】
このとき、本実施形態による吸蔵量減少制御のように、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりもリッチ度合いの大きい第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に切り替えることで、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定した場合と比較して、第１三元触媒３４に多量の未燃ガスを供給することができるので、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを素早く減少させることができる。すなわち、短い期間で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃをゼロまで減少させることができるので、素早く第１三元触媒３４から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を流出させることができる。その結果、第２三元触媒３５に素早く未燃ガスを供給して、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを減少させることができる。
【０１０４】
時刻ｔ５で、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロに近づくと、第１三元触媒３４から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出し始める。これにより、時刻ｔ５以降において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが低下し始め、時刻ｔ６で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉに到達する。これにより時刻ｔ５以降は、未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が第２三元触媒３５に流入するようになり、この未燃ガスを酸化浄化するために第２三元触媒３５に吸蔵された酸素が消費されるので、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが減少していく。
【０１０５】
なお本実施形態では、時刻ｔ６で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になると、空燃比補正量ＡＦＣを、第２リッチ補正量ＡＦＣＲ２からその第２リッチ補正量ＡＦＣＲ２よりも絶対値の小さい所定のリッチ補正量に切り替えるようにしている。特に本実施形態では、空燃比補正量ＡＦＣを第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１よりも絶対値の小さい所定の第３リッチ補正量ＡＦＣＲ３に切り替えるようにしており、これにより時刻ｔ６で、目標空燃比が第２リッチ空燃比ＡＦＲ２から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも大きい（すなわちリッチ度合いの小さい）所定の第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に切り替えられる。このように、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに目標空燃比をリッチ度合いの小さい空燃比に切り替える理由については後述する。
【０１０６】
また時刻ｔ６で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になると、電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御と並行して第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを推定するための第２酸素吸蔵量推定制御を開始する。具体的には電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄに基づいて、第２三元触媒３５に流入する排気の酸素過不足量ＯＥＤｕｆｃを随時算出し、この酸素過不足量ＯＥＤｕｆｃを積算することで第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを推定する。酸素過不足量ＯＥＤｕｆｃは、第２三元触媒３５に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、下記の式（１）に示す通り、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄ、制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比）ＡＦｃｅｎ、及び燃料噴射弁１３からの燃料供給量Ｑｉ（又はエアフローメータ２１１の出力等に基づいて算出される燃焼室６内への吸入空気量の推定値）に基づいて、酸素過不足量ＯＥＤｕｆｃを随時算出している。なお式（１）において、０．２３は空気中の酸素濃度を表す。
ＯＥＤｕｆｃ＝０．２３×Ｑｉ×（ＡＦｍｉｄ−ＡＦｃｅｎ）      …（１）
【０１０７】
ここで本実施形態による内燃機関１００は第３空燃比センサ２１５を備えているため、時刻ｔ４で第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅに到達したことをもって、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎであると推定できる。すなわち、第２酸素吸蔵量推定制御の開始時は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎであると推定できる。そのため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを精度良く推定することができる。
【０１０８】
時刻ｔ７で、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが所定の第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下になると、電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御を終了して両破綻制御（通常制御）を再開する。
【０１０９】
電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御を終了して両破綻制御（通常制御）を再開するときには、空燃比補正量ＡＦＣを、第３リッチ補正量ＡＦＣＲ３から第１リーン補正量ＡＦＣＬ１に切り替える。すなわち目標空燃比を、第３リッチ空燃比ＡＦＲ３から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替える。これは、吸蔵量減少制御後は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロとなっているため、第１三元触媒３４に流入する排気をリーン空燃比として第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを増大させる必要があるためである。
【０１１０】
なお第２三元触媒３５には、時刻ｔ７で目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられた後も、しばらくの間（概ね時刻ｔ８までの間）は第２三元触媒３５よりも上流側の排気通路内に存在するリッチ空燃比の排気が流入することになる。そのため、第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１は、このような排気通路内に存在するリッチ空燃比の排気が全て第２三元触媒３５流入しても、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで低下しない値とされる。
【０１１１】
ところで、時刻ｔ６で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になった後は、第１三元触媒３４に流入した排気中の未燃ガスが第１三元触媒３４で酸化浄化されることなく第１三元触媒３４から流出し、そのまま第２三元触媒３５に流入することになる。
【０１１２】
そのため、時刻ｔ６以降も目標空燃比をリッチ度合いの大きい第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に維持したままにすると、時刻ｔ６以降は比較的多量の未燃ガスが第２三元触媒３５に流入することになる。時刻ｔ６の時点では、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは最大吸蔵量Ｃｍａｄｗｎ近傍の値となっているため、基本的に第２三元触媒３５に流入した未燃ガスは第２三元触媒３５によって酸化浄化されることになる。しかしながら、多量の未燃ガスが第２三元触媒３５に流入すると、未燃ガスの一部が第２三元触媒３５を吹き抜けて、第２三元触媒３５で酸化浄化されずに第２三元触媒３５から流出することも考えられる。
【０１１３】
このとき、本実施形態による吸蔵量減少制御のように、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに目標空燃比をリッチ度合いの小さい第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に切り替えることで、多量の未燃ガスが第２三元触媒３５に流入するのを抑制することができる。そのため、第２三元触媒３５に流入した未燃ガスの一部が第２三元触媒３５を吹き抜けて、第２三元触媒３５で酸化浄化されずに第２三元触媒３５から流出するのを抑制することができる。
【０１１４】
また本実施形態では、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値が第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下になったときに、吸蔵量減少制御を終了するようにしている。そのため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値と実際値とがずれてしまう場合がある。
【０１１５】
例えば経時劣化などの理由によって第２三元触媒３５の酸素吸蔵能力が低下し、第２三元触媒３５の最大吸蔵量が第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１未満まで低下した場合には、吸蔵量減少制御中に第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで低下して第２三元触媒３５がリッチ破綻し、第２三元触媒３５から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するおそれがある。
【０１１６】
また、吸蔵量減少制御中に、実際の排気の空燃比が目標空燃比から瞬間的に大きくリッチ側にずれることも考えられる。このような場合にも、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値と実際値とがずれてしまい、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで低下して第２三元触媒３５がリッチ破綻するおそれがある。その結果、第２三元触媒３５から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するおそれがある。このように、第１三元触媒３４から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出しているときに、何らかの要因によって第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで低下して第２三元触媒３５がリッチ破綻してしまうと、一時的に多量の未燃ガスが第２三元触媒３５から流出するおそれがある。
【０１１７】
したがって本実施形態による吸蔵量減少制御のように、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに目標空燃比をリッチ度合いの小さい第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に切り替えることで、何らかの要因によって仮に第２三元触媒３５がリッチ破綻したとしても、第２三元触媒３５から一時的に流出する未燃ガスの排出量を抑制することができる。
【０１１８】
＜吸蔵量減少制御を終了するタイミングの変形例＞
なお図７に示した例では、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下になったときに吸蔵量減少制御を終了させていたが、吸蔵量減少制御を終了するタイミングは、このタイミングに限られるものではなく、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃをある程度まで減少させた後、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロに達するまで（すなわち第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になるまで）の間に終了させれば良い。
【０１１９】
第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがある程度まで減少したか否かは、例えば吸蔵量減少制御中に第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロまで低下して、第２三元触媒３５にリッチ空燃比の排気が流入するようになり、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比になったことをもって判断すれば良い。すなわち、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比（又はリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ未満）になったときに、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがある程度まで減少したと判定すれば良い。
【０１２０】
また、電子制御ユニット２００によって、第２三元触媒３５よりも上流側の排気通路内に存在する排気中の未燃ガス量（酸素不足量）を、例えば機関運転状態に基づいて随時推定するようにしておき、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値から未燃ガス量の推定値を減算した値がゼロになるまでの間に、吸蔵量減少制御を終了して両破綻制御（通常制御）を再開するようにしても良い。
【０１２１】
＜第１実施形態による吸蔵量増加制御＞
次に図８のタイムチャートを参照して、両破綻制御の実施中に第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに実施される本実施形態による吸蔵量増加制御の動作について説明する。
【０１２２】
図８のタイムチャートにおいて、時刻ｔ４以前は、図６を参照して前述した通りに両破綻制御が実施されている。しかしながら、図８のタイムチャートでは、時刻ｔ４以前の両破綻制御中に第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に減少しており、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロ近傍まで減少している。
【０１２３】
両破綻制御の実施中に、時刻ｔ１で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロに近づくと、第１三元触媒３４に流入した未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が第１三元触媒３４から流出し始める。
【０１２４】
これにより、時刻ｔ１以降において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが低下し始め、時刻ｔ２でリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉに到達すると、目標空燃比が、第１リッチ空燃比ＡＦＲ１から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられる。
【０１２５】
また、第１三元触媒３４から流出した未燃ガスを酸化浄化するために、第２三元触媒３５に吸蔵された酸素が消費されるので、時刻ｔ１以降において、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが徐々に減少していく。
【０１２６】
時刻ｔ２で目標空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられるものの、実際にリーン空燃比の排気が排気管３２に流れてくるまでには時間遅れがあるため、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄは未だ理論空燃比よりも小さくなっている。そのため、時刻ｔ２以降も第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃは減少していく。
【０１２７】
そして、時刻ｔ３で第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロに到達すると、第２三元触媒３５で未燃ガスを酸化浄化することができなくなり、時刻ｔ３の直前から、リッチ空燃比の排気が第２三元触媒３５から流出し始める。これにより、時刻ｔ３の直前から第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが低下し始め、時刻ｔ４で第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉに到達する。
【０１２８】
時刻ｔ４で、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になると、電子制御ユニット２００は、両破綻制御（通常制御）を停止し、目標空燃比設定制御として吸蔵量増加制御を開始する。
【０１２９】
電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御の開始時には、空燃比補正量ＡＦＣを、両破綻制御の実施中に設定される第１リーン補正量ＡＦＣＬ１よりも大きい所定の第２リーン補正量ＡＦＣＬ２に切り替える。すなわち目標空燃比を、両破綻制御の実施中に設定される第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも大きい（すなわちリーン度合いの大きい）所定の第２リーン空燃比ＡＦＬ２に切り替える。
【０１３０】
ここで、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを増加させるためには、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐまで増加させて、第１三元触媒３４を酸素の吸蔵ができない状態とし、第１三元触媒３４からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気を流出させる必要がある。
【０１３１】
このとき、本実施形態による吸蔵量増加制御のように、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりもリーン度合いの大きい第２リーン空燃比ＡＦＬ２に切り替えることで、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定した場合と比較して、第１三元触媒３４に多量の酸素を供給することができるので、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを素早く増加させることができる。すなわち、短い期間で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐまで増加させることができるので、素早く第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気を流出させることができる。その結果、第２三元触媒３５に素早く酸素を供給して、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを増加させることができる。
【０１３２】
時刻ｔ５で、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐに近づくと、第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出し始める。これにより、時刻ｔ５以降において、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄが上昇し始め、時刻ｔ６で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅに到達する。これにより時刻ｔ５以降は、ＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が第２三元触媒３５に流入するようになり、第２三元触媒３５でこの排気中のＮＯｘが還元浄化されるため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが増加していく。
【０１３３】
なお本実施形態では、時刻ｔ６で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になると、空燃比補正量ＡＦＣを、第２リーン補正量ＡＦＣＬ２からその第２リーン補正量ＡＦＣＲＬよりも小さい所定のリーン補正量に切り替えるようにしている。特に本実施形態では、空燃比補正量ＡＦＣを第１リーン補正量ＡＦＣＬ１よりも小さい所定の第３リーン補正量ＡＦＣＬ３に切り替えるようにしており、これにより時刻ｔ６で、目標空燃比が第２リーン空燃比ＡＦＬ２から第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい（すなわちリーン度合いの小さい）所定の第３リーンチ空燃比ＡＦＬ３に切り替えられる。このように、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに目標空燃比をリーン度合いの小さい空燃比に切り替える理由については後述する。
【０１３４】
また時刻ｔ６で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になると、電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御と並行して前述した第２酸素吸蔵量推定制御を開始する。
【０１３５】
ここで本実施形態による内燃機関１００は第３空燃比センサ２１５を備えているため、時刻ｔ４で第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉに到達したことをもって、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロであると推定できる。すなわち、吸蔵量増加制御と並行して第２酸素吸蔵量推定制御を開始するときは、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロであると推定できる。そのため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを精度良く推定することができる。
【０１３６】
時刻ｔ７で、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが所定の第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上になると、電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御を終了して通常制御を再開する。
【０１３７】
電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御を終了して通常制御を再開するときには、空燃比補正量ＡＦＣを、第３リーン補正量ＡＦＣＬ３から第１リッチ補正量ＡＦＣＲ１に切り替える。すなわち目標空燃比を、第３リーン空燃比ＡＦＬ３から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替える。これは、吸蔵量減少制御後は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐとなっているため、第１三元触媒３４に流入する排気をリッチ空燃比として第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを減少させる必要があるためである。
【０１３８】
なお第２三元触媒３５には、時刻ｔ７で目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられた後も、しばらくの間（概ね時刻ｔ８までの間）は第２三元触媒３５よりも上流側の排気通路内に存在するリーン空燃比の排気が流入することになる。そのため、第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２は、このような排気通路内に存在するリーン空燃比の排気が全て第２三元触媒３５流入しても、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎまで増加しない値とされる。
【０１３９】
ところで、時刻ｔ６で第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になった後は、第１三元触媒３４に流入した排気中のＮＯｘが第１三元触媒３４で還元浄化されることなく第１三元触媒３４から流出し、そのまま第２三元触媒３５に流入することになる。
【０１４０】
そのため、時刻ｔ６以降も目標空燃比をリーン度合いの大きい第２リーン空燃比ＡＦＬ２に維持したままにすると、時刻ｔ６以降は比較的多量のＮＯｘが第２三元触媒３５に流入することになる。時刻ｔ６の時点では、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃはゼロ近傍の値となっているため、基本的に第２三元触媒３５に流入したＮＯｘは第２三元触媒３５によって還元浄化されることになる。しかしながら、多量のＮＯｘが第２三元触媒３５に流入すると、ＮＯｘの一部が第２三元触媒３５を吹き抜けて、第２三元触媒３５で還元浄化されずに第２三元触媒３５から流出することも考えられる。
【０１４１】
このとき、本実施形態による吸蔵量増加制御のように、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに目標空燃比をリーン度合いの小さい第３リーン空燃比ＡＦＬ３に切り替えることで、多量のＮＯｘが第２三元触媒３５に流入するのを抑制することができる。そのため、第２三元触媒３５に流入したＮＯｘの一部が第２三元触媒３５を吹き抜けて、第２三元触媒３５で還元浄化されずに第２三元触媒３５から流出するのを抑制することができる。
【０１４２】
また本実施形態では、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値が第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上になったときに、吸蔵量増加制御を終了するようにしている。そのため、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値と実際値とがずれてしまう場合がある。
【０１４３】
例えば経時劣化などの理由によって第２三元触媒３５の酸素吸蔵能力が低下し、第２三元触媒３５の最大吸蔵量が第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２未満まで低下した場合には、吸蔵量増加制御中に第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量まで増加して第２三元触媒３５がリーン破綻し、第２三元触媒３５からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流出するおそれがある。
【０１４４】
また、吸蔵量増加制御中に、実際の排気の空燃比が目標空燃比から瞬間的大きくリーン側にずれることも考えられる。このような場合にも、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値と実際値とがずれてしまい、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量まで増加して第２三元触媒３５がリーン破綻するおそれがある。その結果、第２三元触媒３５からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流出するおそれがある。このように、第１三元触媒３４からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流出しているときに、何らかの要因によって第２三元触媒３５がリーン破綻してしまうと、一時的に多量のＮＯｘが第２三元触媒３５から流出するおそれがある。
【０１４５】
したがって本実施形態による吸蔵量増加制御のように、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに目標空燃比をリーン度合いの小さい第３リーン空燃比ＡＦＬ３に切り替えることで、何らかの要因によって仮に第２三元触媒３５がリーン破綻したとしても、第２三元触媒３５から一時的に流出するＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【０１４６】
＜吸蔵量増加制御を終了するタイミングの変形例＞
なお図８に示した例では、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが所定の第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上になったときに吸蔵量増加制御を終了させていたが、吸蔵量増加制御を終了するタイミングは、このタイミングに限られるものではなく、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃをある程度まで増加させた後、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎに達するまで（すなわち第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になるまで）の間に終了させれば良い。
【０１４７】
第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがある程度まで増加した否かは、例えば吸蔵量増加制御中に第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐまで増加して、第２三元触媒３５にリーン空燃比の排気が流入するようになり、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比になったことをもって判断すれば良い。すなわち、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比になったとき（又はリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｒｉｅより大きくなったとき）に、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがある程度まで増加したと判定すれば良い。
【０１４８】
また、電子制御ユニット２００によって、第２三元触媒３５よりも上流側の排気通路内に存在する排気中の酸素過剰量を、例えば機関運転状態に基づいて随時推定するようにしておき、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値に酸素過剰量の推定値を加算した値が最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎになるまでの間に、吸蔵量増加制御を終了して通常制御を再開するようにしても良い。
【０１４９】
＜目標空燃比設定制御のフローチャート＞
図９は、本実施形態による目標空燃比設定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【０１５０】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が１に設定されているか否かを判定する。フラグＦ１は、吸蔵量減少制御を実施するときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。電子制御ユニット２００は、フラグＦ１が０に設定されていればステップＳ２の処理に進む。一方で電子制御ユニットは、フラグＦ１が１に設定されていればステップＳ７の処理に進む。
【０１５１】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ２が１に設定されているか否かを判定する。フラグＦ２は、吸蔵量増加制御を実施するときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。電子制御ユニット２００は、フラグＦ２が０に設定されていればステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニットは、フラグＦ２が１に設定されていればステップＳ９の処理に進む。
【０１５２】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、第２三元触媒３５からリーン空燃比の排気が流出しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ未満であれば、ステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上であれば、ステップＳ６の処理に進む。
【０１５３】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、第２三元触媒３５からリッチ空燃比の排気が流出しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉよりも大きければ、ステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下であれば、ステップＳ８の処理に進む。
【０１５４】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比設定制御として通常制御を実施する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、両破綻制御を実施する。両破綻制御の詳細な処理内容については図１０を参照して後述する。
【０１５５】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ１を１に設定する。
【０１５６】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比設定制御として吸蔵量減少制御を実施する。吸蔵量減少制御の詳細な処理内容については図１１を参照して後述する。
【０１５７】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ２を１に設定する。
【０１５８】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比設定制御として吸蔵量増加制御を実施する。吸蔵量増加制御の詳細な処理内容については図１２を参照して後述する。
【０１５９】
＜第１実施形態による通常制御のフローチャート＞
図１０は、通常制御としての本実施形態による両破綻制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【０１６０】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御を実施した後の通常制御の再開時か否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、前回処理時のフラグＦ２が１であったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御を実施した後の通常制御の再開時であればステップＳ１２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御を実施した後の通常制御の再開時でなければステップＳ１４の処理に進む。
【０１６１】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定する。
【０１６２】
ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ３を１に設定する。フラグＦ３は、通常制御中に目標空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられたときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。
【０１６３】
ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御を実施した後の通常制御の再開時か否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、前回処理時のフラグＦ１が１であったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御を実施した後の通常制御の再開時であればステップＳ１５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御を実施した後の通常制御の再開時でなければステップＳ１７の処理に進む。
【０１６４】
ステップＳ１５において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定する。
【０１６５】
ステップＳ１６において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ４を１に設定する。フラグＦ３は、通常制御中に目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられたときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。
【０１６６】
ステップＳ１７において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ３が１に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦ３が０に設定されていればステップＳ１８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ３が１に設定されていればステップＳ２１の処理に進む。
【０１６７】
ステップＳ１８において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ４が１に設定されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、フラグＦ４が０に設定されていればステップＳ１９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ４が１に設定されていればステップＳ２５の処理に進む。
【０１６８】
ステップＳ１９において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定する。
【０１６９】
ステップＳ２０において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ３を１に設定する。
【０１７０】
ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉより大きければ今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下であればステップＳ２２の処理に進む。
【０１７１】
ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ３を０に戻す。
【０１７２】
ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定する。
【０１７３】
ステップＳ２０において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ４を１に設定する。
【０１７４】
ステップＳ２５において、電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ未満であれば今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上であればステップＳ２６の処理に進む。
【０１７５】
ステップＳ２６において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ４を０に戻す。
【０１７６】
＜第１実施形態による吸蔵量減少制御のフローチャート＞
図１１は、本実施形態による吸蔵量減少制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【０１７７】
ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロまで減少しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉよりも大きければ、ステップＳ３２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下であれば、ステップＳ３３の処理に進む。
【０１７８】
ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に設定する。
【０１７９】
ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に設定する。
【０１８０】
ステップＳ３４において、電子制御ユニット２００は、第２酸素吸蔵量推定制御によって推定されている第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを読み込み、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下になったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第１再開基準値Ｃｒｅｆｄｗｎ１よりも多ければ、今回の処理を終了する。この場合、吸蔵量減少制御が引き続き実施されることになる。一方で電子制御ユニット２００は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第１再開基準値Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下であれば、ステップＳ３５の処理に進む。
【０１８１】
ステップＳ３５において、電子制御ユニット２００は、吸蔵量減少制御を終了させて通常制御を再開させるべく、フラグＦ１を０に戻す。
【０１８２】
＜第１実施形態による吸蔵量増加制御のフローチャート＞
図１２は、本実施形態による吸蔵量増加制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【０１８３】
ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐまで増加しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以下か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ未満であれば、ステップＳ４２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上であれば、ステップＳ４３の処理に進む。
【０１８４】
ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第２リーン空燃比ＡＦＬ２に設定する。
【０１８５】
ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第３リーン空燃比ＡＦＬ３に設定する。
【０１８６】
ステップＳ４４において、電子制御ユニット２００は、第２酸素吸蔵量推定制御によって推定されている第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを読み込み、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上になったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２未満であれば、今回の処理を終了する。この場合、吸蔵量増加制御が引き続き実施されることになる。一方で電子制御ユニット２００は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上であれば、ステップＳ４５の処理に進む。
【０１８７】
ステップＳ４５において、電子制御ユニット２００は、吸蔵量増加制御を終了させて両破綻制御（通常制御）を再開させるべく、フラグＦ２を０に戻す。
【０１８８】
＜作用効果＞
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第１三元触媒３４（第１触媒）と、第１三元触媒３４よりも排気流れ方向下流側の排気通路に配置された酸素吸蔵能力を有する第２三元触媒３５（第２触媒）と、第１三元触媒３４よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置され、第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比を検出するための第１空燃比センサ２１３と、第１三元触媒３４と第２三元触媒３５との間の排気通路に配置され、第１三元触媒３４から流出する排気の空燃比を検出するための第２空燃比センサ２１４と、第２三元触媒３５よりも排気流れ方向下流側の排気通路に配置され、第２三元触媒３５から流出する排気の空燃比を検出するための第３空燃比センサ２１５と、を備える内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐが目標空燃比となるように、機関本体１から排出される排気の空燃比を制御する空燃比制御部と、目標空燃比を設定する目標空燃比設定部と、を備える。
【０１８９】
目標空燃比設定部は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比が理論空燃比よりも小さい所定のリッチ判定空燃比ＡＦｌｅｆｒｉ以下になったときに、目標空燃比を理論空燃比よりも大きい所定の第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えると共に、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比が理論空燃比よりも大きくかつ第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい所定のリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに、目標空燃比をリッチ判定空燃比ＡＦｌｅｆｒｉよりも小さい所定の第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替える通常制御を行うための第１設定制御部と、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比がリーン判定空燃比以上ＡＦｒｅｆｌｅになったときに、通常制御を停止して、第２三元触媒３５の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを減少させるための吸蔵量減少制御を行うための第２設定制御部と、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比がリッチ判定空燃比ＡＦｌｅｆｒｉ以下になったときに、通常制御を停止して、第２三元触媒３５の酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを増加させるための吸蔵量増加制御を行うための第３設定制御部と、を備える。
【０１９０】
そして第２設定制御部は、吸蔵量減少制御の開始時に目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも小さい所定の第２リッチ空燃比ＡＦＲに設定すると共に、目標空燃比を第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に設定している期間において、第１三元触媒３４から理論空燃比よりも空燃比の小さい排気が流出してから、目標空燃比をリッチ判定空燃比ＡＦｌｅｆｒｉよりも小さくかかつ第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも大きい所定の第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に設定するように構成されている。
【０１９１】
そのため吸蔵量減少制御時には、少なくとも第１三元触媒３４からリッチ空燃比の排気が流出するまでは、目標空燃比が通常制御時に設定される第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも小さい（すなわちリッチ度合いの大きい）第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に設定される。したがって、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に設定した場合と比較して、第１三元触媒３４に多量の未燃ガスを供給することができるので、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを素早く減少させることができる。すなわち、短い期間で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃをゼロまで減少させることができるので、素早く第１三元触媒３４から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気を流出させることができる。その結果、第２三元触媒３５に素早く未燃ガスを供給して、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを減少させることができる。
【０１９２】
ここで、第１三元触媒３４からリッチ空燃比の排気が流出するようになった後も、目標空燃比をリッチ度合いの大きい第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に維持したままにすると、比較的多量の未燃ガスが第２三元触媒３５に流入することになる。そのため、第２三元触媒３５に流入した未燃ガスの一部が第２三元触媒３５を吹き抜けて、第２三元触媒３５で酸化浄化されずに第２三元触媒３５から流出することも考えられる。また、例えば第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値と実際値とがずれてしまった場合など、第１三元触媒３４からリッチ空燃比の排気が流出しているときに、何らかの要因によって第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで低下して第２三元触媒３５がリッチ破綻してしまうと、一時的に多量の未燃ガスが第２三元触媒３５から流出するおそれがある。
【０１９３】
これに対して本実施形態による第２設定制御部によれば、第１三元触媒３４からリッチ空燃比の排気が流出した後は、目標空燃比が第２リッチ空燃比ＡＦＲ２よりも大きい（すなわちリッチ度合いの小さい）第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に設定される。そのため、第２三元触媒３５に流入する未燃ガス量を抑えることができるので、第２三元触媒３５から未燃ガスが流出するのを抑制することができる。特に本実施形態では、第３リーン空燃比ＡＦＬ３は第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい空燃比とされる。そのため、未燃ガスが第２三元触媒３５から流出するのを一層抑制することができ、また、仮に第２三元触媒３５がリッチ破綻したとしても、一時的に第２三元触媒３５から流出する未燃ガス量を抑えることができる。
【０１９４】
このように本実施形態による第２設定制御部によれば、第２三元触媒３５からの未燃ガスの流出を抑制しながら第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを減少させることができるので、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎまで増加した場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【０１９５】
また第３設定制御部は、吸蔵量増加制御の開始時に目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも大きい所定の第２リーン空燃比ＡＦＬ２に設定すると共に、目標空燃比を第２リーン空燃比ＡＦＬ２に設定している期間において、第１三元触媒３４から理論空燃比よりも空燃比の大きい排気が流出してから目標空燃比をリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅよりも大きくかつ第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい所定の第３リーン空燃比ＡＦＬ３に設定するように構成されている。
【０１９６】
そのため吸蔵量増加制御時には、少なくとも第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出するまでは、目標空燃比が通常制御時に設定される第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも大きい（すなわちリーン度合いの大きい）第２リーン空燃比ＡＦＬ２に設定される。したがって、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定した場合と比較して、第１三元触媒３４に多量の酸素を供給することができるので、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを素早く増加させることができる。すなわち、短い期間で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐまで増加させることができるので、素早く第１三元触媒３４から酸素を含むリーン空燃比の排気を流出させることができる。その結果、第２三元触媒３５に素早く酸素を供給して、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを増加させることができる。
【０１９７】
ここで、第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出するようになった後も、目標空燃比をリーン度合いの大きい第２リーン空燃比ＡＦＬ２に維持したままにすると、比較的多量のＮＯｘが第２三元触媒３５に流入することになる。そのため、第２三元触媒３５に流入したＮＯｘの一部が第２三元触媒３５を吹き抜けて、第２三元触媒３５で還元浄化されずに第２三元触媒３５から流出することも考えられる。また、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値と実際値とがずれてしまった場合など、第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出しているときに、何らかの要因によって第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量まで増加して第２三元触媒３５がリーン破綻してしまうと、一時的に多量のＮＯｘが第２三元触媒３５から流出するおそれがある。
【０１９８】
これに対して本実施形態による第３設定制御部によれば、第１三元触媒３４からリーン空燃比の排気が流出した後は、目標空燃比が第２リーン空燃比ＡＦＬ２よりも小さい（すなわちリーン度合いの小さい）第３リーン空燃比ＡＦＬ３に設定される。そのため、第２三元触媒３５に流入するＮＯｘの量を抑えることができるので、第２三元触媒３５からＮＯｘが流出するのを抑制することができる。特に本実施形態では、第３リーン空燃比ＡＦＬ３は第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい空燃比とされる。そのため、ＮＯｘが第２三元触媒３５から流出するのを一層抑制することができ、また、仮に第２三元触媒３５がリーン破綻したとしても、一時的に第２三元触媒３５から流出するＮＯｘの量を抑えることができる。
【０１９９】
このように本実施形態による第３設定制御部によれば、第２三元触媒３５からのＮＯｘの流出を抑制しながら第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを増加させることができるので、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで減少した場合に生じる排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【０２００】
また本実施形態による第２設定制御部は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比になってから、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になるまでの間に、吸蔵量減少制御を終了させて通常制御を再開させるように構成されている。具体的には、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下になったときに、吸蔵量減少制御を終了させて通常制御を再開させるように構成されている。
【０２０１】
これにより、第１三元触媒３４から流出したリッチ空燃比の排気が第２三元触媒３５に流入するようになった後、少なくとも第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比となって、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがある程度まで減少した状態になるまでは、吸蔵量減少制御を実施することができる。そのため、通常制御が再開された後に、第２三元触媒３５にＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流入したとしても、第２三元触媒３５によって確実にＮＯｘを還元浄化することができる。そのため、第２三元触媒３５からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流出するのを抑制して排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【０２０２】
また本実施形態の変形例による第２設定制御部は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値から、第２三元触媒３５の前端面よりも排気流れ方向上流側の排気通路内に存在する未燃ガス量（酸素不足量）の推定値を減算した値がゼロになるまでの間に、吸蔵量減少制御を終了して通常制御を再開するように構成されている。
【０２０３】
これにより、吸蔵量減少制御後に第２三元触媒３５よりも上流側の排気通路内に存在するリッチ空燃比の排気が第２三元触媒３５に流入しても、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがゼロまで低下するのを抑制できる。そのため、第２三元触媒３５から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するのを抑制できる。
【０２０４】
また本実施形態による第３設定制御部は、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比になってから、第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になるまでの間に、吸蔵量増加制御を終了させて通常制御を再開させるように構成されている。具体的には、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上になったときに、吸蔵量増加制御を終了させて通常制御を再開させるように構成されている。
【０２０５】
これにより、第１三元触媒３４から流出したリーン空燃比の排気が第２三元触媒３５に流入するようになった後、少なくとも第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比となって、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃがある程度まで増加した状態になるまでは、吸蔵量増加制御を実施することができる。そのため、通常制御が再開された後に、第２三元触媒３５に未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流入したとしても、第２三元触媒３５によって確実に未燃ガスを酸化浄化することができる。そのため、第２三元触媒３５から未燃ガスを含むリッチ空燃比の排気が流出するのを抑制して排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【０２０６】
また本実施形態の変形例による第３設定制御部は、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃの推定値に、第２三元触媒３５の前端面よりも排気流れ方向上流側の排気通路内に存在する酸素量（酸素過剰量）の推定値を加算した値が最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎになるまでの間に、吸蔵量増加制御を終了して通常制御を再開するように構成されている。
【０２０７】
これにより、吸蔵量増加制御後に第２三元触媒３５よりも上流側の排気通路内に存在するリーン空燃比の排気が第２三元触媒３５に流入しても、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｄｗｎまで増加するのを抑制できる。そのため、第２三元触媒３５からＮＯｘを含むリーン空燃比の排気が流出するのを抑制できる。
【０２０８】
また本実施形態による第１設定制御部は、吸蔵量減少制御を実施した後に通常制御を再開するときは、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定するように構成されている。また吸蔵量増加制御を実施した後に通常制御を再開するときは、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に設定するように構成されている。
【０２０９】
これにより、吸蔵量減少制御後は第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃがゼロとなっているが、吸蔵量減少制御を実施した後に通常制御を開始するときには、第１三元触媒３４に流入する排気をリーン空燃比にすることができる。よって、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを増加させることができる。また、吸蔵量増加制御後は第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐとなっているが、吸蔵量増加制御を実施した後に通常制御を開始するときには、第１三元触媒３４に流入する排気をリッチ空燃比にすることができる。よって、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを減少させることができる。
【０２１０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、両破綻制御の内容が第１実施形態と相違する。以下、この本実施形態による両破綻制御について説明する。
【０２１１】
＜第２実施形態による両破綻制御＞
図１３を参照して、本実施形態による両破綻制御の動作について説明する。
【０２１２】
前述した第１実施形態では電子制御ユニット２００は、両破綻制御の実施中は第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに、目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替え、その後、第１リーン空燃比ＡＦＬ１に維持していた。そして電子制御ユニット２００は、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに、目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替え、その後、第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に維持していた。
【０２１３】
これに対して本実施形態では、図１３のタイムチャートに示すように、時刻ｔ２で目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えた後、時刻ｔ４で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃの推定値が最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐよりも小さい所定の第１切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ１以上になったときに、目標空燃比を所定の第４リーン空燃比ＡＦＬ４に切り替え、その後、第４リーン空燃比ＡＦＬ４に維持することとした。第４リーン空燃比ＡＦＬ４は、第１リーン空燃比ＡＦＬ１より小さく、かつ第３リーン空燃比ＡＦＬ３以上の空燃比とされる。
【０２１４】
また、時刻ｔ６で目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えた後、時刻ｔ８で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃの推定値が最大吸蔵量Ｃｍａｘｕｐよりも小さい所定の第２切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ２以下になったときに、目標空燃比を所定の第４リッチ空燃比ＡＦＲ４に切り替え、その後、第４リッチ空燃比ＡＦＲ４に維持することとした。第４リッチ空燃比ＡＦＲ４は、第１リッチ空燃比ＡＦＲ１より大きく、かつ第３リッチ空燃比ＡＦＲ３以下の空燃比とされる。
【０２１５】
そして、時刻ｔ１０で、時刻ｔ２と同様に目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えた後は、時刻ｔ１２で第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃの推定値が第１切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ１以上になったときに、時刻ｔ４のときと同様に目標空燃比が第４リーン空燃比ＡＦＬ４に切り替えられ、その後、同様の動作が繰り返される。
【０２１６】
このように、時刻ｔ６で目標空燃比を第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えるまでの間に、目標空燃比を予め第１リーン空燃比ＡＦＬ１よりも小さい（すなわちリーン度合いの小さい）第４リーン空燃比ＡＦＬ４に設定しておくことで、時刻ｔ５から時刻７までの目標空燃比を第４リーン空燃比ＡＦＬ４から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替える前後の期間に、第１三元触媒３４から一時的に流出する排気のリーン度合いを小さくすることができる。したがって、目標空燃比を第４リーン空燃比ＡＦＬ４から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替える前後の期間に、第１三元触媒３４から一時的に流出するＮＯｘの量を抑制することができる。
【０２１７】
また、時刻ｔ２及び時刻ｔ１０で目標空燃比を第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えるまでの間に、目標空燃比を予め第１リッチ空燃比ＡＦＲ１よりも大きい（すなわちリッチ度合いの小さい）第４リッチ空燃比ＡＦＲ４に設定しておくことで、時刻ｔ１から時刻３、及び時刻ｔ９から時刻ｔ１１までの目標空燃比を第４リッチ空燃比ＡＦＲ４から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替える前後の期間に、第１三元触媒３４から一時的に流出する排気のリッチ度合いを小さくすることができる。したがって、目標空燃比を第４リッチ空燃比ＡＦＲ４から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替える前後の期間に、第１三元触媒３４から一時的に流出する未燃ガスの量を抑制することができる。
【０２１８】
なお第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃの推定値は、電子制御ユニット２００が目標空燃比設定制御と並行して実施している第１酸素吸蔵量推定制御によって算出される。具体的には電子制御ユニット２００は、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいて、第１三元触媒３４に流入する排気の酸素過不足量ＯＥＤｓｃを機関運転中に随時算出しており、この酸素過不足量ＯＥＤｓｃを積算することで第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを推定している。酸素過不足量ＯＥＤｓｃは、第１三元触媒３４に流入する排気の空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量（過剰な未燃ガス等の量）を意味する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、下記の式（２）に示す通り、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐ、制御中心空燃比ＡＦｃｅｎ、及び燃料噴射弁１３からの燃料供給量Ｑｉ（又はエアフローメータ２１１の出力等に基づいて算出される燃焼室６内への吸入空気量の推定値）に基づいて、酸素過不足量ＯＥＤｓｃを随時算出している。なお式（２）において、０．２３は空気中の酸素濃度を表す。
ＯＥＤｓｃ＝０．２３×Ｑｉ×（ＡＦｕｐ−ＡＦｃｅｎ）      …（２）
【０２１９】
＜第２実施形態による吸蔵量減少制御＞
図１４を参照して、本実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明する。本実施形態による吸蔵量減少制御は、第１実施形態による吸蔵量減少制御と同様である。
【０２２０】
すなわち、時刻ｔ１で第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になったときに開始され、目標空燃比が第１リッチ空燃比ＡＦＲ１から第２リッチ空燃比ＡＦＲ２に切り替えられる。時刻ｔ２で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になると、目標空燃比が第２リッチ空燃比ＡＦＲ２から第３リッチ空燃比ＡＦＲ３に切り替えられる。そして時刻ｔ３で、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第１再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ１以下になると、両破綻制御（通常制御）が再開され、目標空燃比が第３リッチ空燃比ＡＦＲ３から第１リーン空燃比ＡＦＬ１に切り替えられる。
【０２２１】
＜第２実施形態による吸蔵量増加制御＞
図１５を参照して、本実施形態による吸蔵量減少制御の動作について説明する。本実施形態による吸蔵量増加制御は、第１実施形態による吸蔵量増加制御と同様である。
【０２２２】
すなわち、時刻ｔ１で第３空燃比センサ２１５の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｅｆｒｉ以下になったときに開始され、目標空燃比が第１リーン空燃比ＡＦＬ１から第２リーン空燃比ＡＦＬ２に切り替えられる。時刻ｔ２で、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄがリーン判定空燃比ＡＦｒｅｆｌｅ以上になると、目標空燃比が第２リーン空燃比ＡＦＬ２から第３リーン空燃比ＡＦＬ３に切り替えられる。そして時刻ｔ３で、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃが第２再開基準量Ｃｒｅｆｄｗｎ２以上になると、両破綻制御（通常制御）が再開され、目標空燃比が第３リーン空燃比ＡＦＬ３から第１リッチ空燃比ＡＦＲ１に切り替えられる。
【０２２３】
＜第２実施形態による通常制御のフローチャート＞
図１６Ａ及び図１６Ｂは、本実施形態による両破綻制御の詳細な処理内容について説明するフローチャートである。
【０２２４】
ステップＳ１１からステップＳ２１、ステップＳ２３、及びステップＳ２５の処理は第１実施形態と同様なのでここでは説明を省略する。
【０２２５】
ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ５に１に設定されているか否かを判定する。フラグＦ５は、通常制御中に目標空燃比が第４リッチ空燃比ＡＦＲ４に切り替えられたときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。電子制御ユニット２００は、フラグＦ５が０に設定されていればステップＳ５２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ５が１に設定されていればステップＳ５５の処理に進む。
【０２２６】
ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ６が１に設定されているか否かを判定する。フラグＦ６は、通常制御中に目標空燃比が第４リーン空燃比ＡＦＬ４に切り替えられたときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。電子制御ユニット２００は、フラグＦ６が０に設定されていればステップＳ１９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、フラグＦ６が１に設定されていればステップＳ２５の処理に進む。
【０２２７】
ステップＳ５３において、電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量推定制御によって推定されている第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを読み込み、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第２切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ２まで低下したか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第２切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ２よりも多ければ今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第２切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ２以下であれば、ステップＳ５４の処理に進む。
【０２２８】
ステップＳ５４において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第４リッチ空燃比ＡＦＲ４に設定する。
【０２２９】
ステップＳ５５において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ３を０に戻すと共に、フラグＦ５を１に設定する。
【０２３０】
ステップＳ５６において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ４を１に設定すると共に、フラグＦ５を０に戻す。
【０２３１】
ステップＳ５７において、電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量推定制御によって推定されている第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを読み込み、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第１切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ２まで増加したか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第１切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ１未満であれば今回の処理を終了する。一方で電子制御ユニット２００は、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃが第１切替基準量Ｃｒｅｆｕｐ１以上であれば、ステップＳ５８の処理に進む。
【０２３２】
ステップＳ５８において、電子制御ユニット２００は、目標空燃比を第４リーン空燃比ＡＦＬ４に設定する。
【０２３３】
ステップＳ５９において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ４を０に戻すと共に、フラグＦ６を１に設定する。
【０２３４】
ステップＳ６０において、電子制御ユニット２００は、フラグＦ６を０に戻す。
【０２３５】
＜作用効果＞
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、両破綻制御（通常制御）中に第１三元触媒３４から流出するＮＯｘ及び未燃ガスの量を抑制することができる。
【０２３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０２３７】
例えば上記の実施形態では、第１空燃比センサ２１３の出力空燃比ＡＦｕｐ等に基づいて、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃを推定し、第２空燃比センサ２１４の出力空燃比ＡＦｍｉｄ等に基づいて、第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃを推定していた。しかしながら、しかしながら、第１酸素吸蔵量ＯＳＡｓｃ及び第２酸素吸蔵量ＯＳＡｕｆｃはこれらパラメータに加えて他のパラメータに基づいて算出されてもよいし、これらパラメータとは異なるパラメータに基づいて推定されてもよい。
【符号の説明】
【０２３８】
１    機関本体
３４    第１三元触媒（第１触媒）
３５    第２三元触媒（第２触媒）
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
２１３    第１空燃比センサ
２１４    第２空燃比センサ
２１５    第３空燃比センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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