(57)【要約】【課題】内燃機関において、触媒の酸素吸蔵量を変動させるときに排気エミッションが悪化することを抑制する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な上流側触媒２０と、上流側触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に酸素を吸蔵可能な下流側触媒２４と、上流側触媒と下流側触媒との間に配置されると共に、上流側触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ４１と、上流側触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御部３１と、下流側触媒の温度を算出する温度算出部３２とを備える。空燃比制御部は片側破綻制御及び両側破綻制御を実行する。空燃比制御部は、温度算出部によって算出された下流側触媒の温度が下流側触媒の活性温度以上の基準温度まで上昇したときに片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な上流側触媒と、
前記上流側触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に酸素を吸蔵可能な下流側触媒と、
前記上流側触媒と前記下流側触媒との間に配置されると共に、前記上流側触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、
前記上流側触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御部と、
前記下流側触媒の温度を算出する温度算出部と
を備え、
前記空燃比制御部は第１制御及び第２制御を実行し、
前記空燃比制御部は、前記第１制御において、前記空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比に対して第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側にずれた第１設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、前記目標空燃比が理論空燃比に対して前記第２の側にずれた空燃比に維持されているときの前記上流側触媒の酸素吸蔵量の変化量が該上流側触媒の最大酸素吸蔵量よりも少ない基準量に達したと判定したときに、理論空燃比に対して前記第１の側にずれた第２設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、
前記空燃比制御部は、前記第２制御において、前記空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、前記空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、
前記空燃比制御部は、前記温度算出部によって算出された前記下流側触媒の温度が該下流側触媒の活性温度以上の基準温度まで上昇したときに前記第１制御から前記第２制御への切替を行う、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記空燃比制御部は、前記温度算出部によって算出された前記下流側触媒の温度が前記基準温度未満に低下したときに前記第２制御から前記第１制御への切替を行う、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記下流側触媒の劣化度合を算出する触媒劣化算出部を更に備え、
前記空燃比制御部は、前記触媒劣化算出部によって算出された前記下流側触媒の劣化度合が大きいほど、前記基準温度を高くする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒劣化算出部は前記下流側触媒の温度履歴に基づいて前記下流側触媒の劣化度合を算出する、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒劣化算出部は、前記内燃機関の燃焼室への燃料供給が停止される燃料カット制御が実行された時間の合計に基づいて、前記下流側触媒の劣化度合を算出する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒劣化算出部は、前記内燃機関を搭載した車両の総走行距離又は前記内燃機関の総運転時間に基づいて、前記下流側触媒の劣化度合を算出する、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第１の側がリッチ側であり、前記第２の側がリーン側である、請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第１の側がリーン側であり、前記第２の側がリッチ側である、請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素を吸蔵可能な触媒を内燃機関の排気通路に配置し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ等）及びＮＯｘを触媒において浄化することが知られている。触媒の酸素吸蔵能力が高いほど触媒に吸蔵可能な酸素の量が多くなり、触媒の排気浄化性能が向上する。
【０００３】
触媒の酸素吸蔵能力を維持するためには、触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されないように触媒の酸素吸蔵量を変動させることが望ましい。特許文献１に記載の内燃機関では、上流側触媒及び下流側触媒が排気通路に配置され、上流側触媒の酸素吸蔵量を変動させるために、片側破綻制御及び両側破綻制御の二種類の制御が行われる。片側破綻制御及び両側破綻制御では、上流側触媒の下流側に配置された下流側空燃比センサの出力等に基づいて、上流側触媒に流入する排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比と理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比との間で交互に切り替えられる。
【０００４】
具体的には、両側破綻制御では、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。したがって、両側破綻制御では、上流側触媒の酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変動する。このため、上流側触媒の酸素吸蔵量が定期的にゼロ又は最大酸素吸蔵量となり、上流側触媒から少量の未燃ガス及びＮＯｘが排出される。
【０００５】
一方、片側破綻制御では、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられ、上流側触媒の酸素吸蔵量が切替吸蔵量以上になったときに目標空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられる。したがって、片側制御では、上流側触媒の酸素吸蔵量がゼロと切替吸蔵量との間で変動する。このため、上流側触媒の酸素吸蔵量が定期的にゼロとなり、上流側触媒から少量の未燃ガスが排出される。
【０００６】
また、片側破綻制御では、上流側触媒の上流側に配置された上流側空燃比センサの出力に基づいて上流側触媒の酸素吸蔵量が算出される。このため、上流側触媒の最大酸素吸蔵量が劣化等によって切替吸蔵量未満になった場合でも、算出される酸素吸蔵量が切替吸蔵量に達するまで目標空燃比がリーン空燃比に維持される。この結果、上流側触媒の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達した後に多量のＮＯｘが上流側触媒から流出し、排気エミッションが悪化する。
【０００７】
特許文献１に記載の内燃機関では、斯かる課題を解決するために、上流側触媒の最大酸素吸蔵量が所定値以上であるときには片側破綻制御が実行され、上流側触媒の最大酸素吸蔵量が所定値未満であるときには両側破綻制御が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−０７１９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上流側触媒から流出する未燃ガス及びＮＯｘは基本的に下流側触媒において浄化される。しかしながら、下流側触媒が未活性状態にあるときには、下流側触媒の浄化性能が低下するため、下流側触媒に流入した未燃ガス及びＮＯｘの一部が下流側触媒において浄化されない。このため、特許文献１に記載のように上流側触媒の最大酸素吸蔵量が所定値未満であるときに常に両破綻制御が実行されると、下流側触媒から未燃ガス及びＮＯｘが流出し、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【００１０】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、内燃機関において、触媒の酸素吸蔵量を変動させるときに排気エミッションが悪化することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な上流側触媒と、前記上流側触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に酸素を吸蔵可能な下流側触媒と、前記上流側触媒と前記下流側触媒との間に配置されると共に、前記上流側触媒から流出する流出排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサと、前記上流側触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御部と、前記下流側触媒の温度を算出する温度算出部とを備え、前記空燃比制御部は第１制御及び第２制御を実行し、前記空燃比制御部は、前記第１制御において、前記空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比に対して第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して前記第１の側とは反対側の第２の側にずれた第１設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、前記目標空燃比が理論空燃比に対して前記第２の側にずれた空燃比に維持されているときの前記上流側触媒の酸素吸蔵量の変化量が該上流側触媒の最大酸素吸蔵量よりも少ない基準量に達したと判定したときに、理論空燃比に対して前記第１の側にずれた第２設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、前記空燃比制御部は、前記第２制御において、前記空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、前記空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に前記目標空燃比を設定し、前記空燃比制御部は、前記温度算出部によって算出された前記下流側触媒の温度が該下流側触媒の活性温度以上の基準温度まで上昇したときに前記第１制御から前記第２制御への切替を行う、内燃機関の排気浄化装置。
【００１３】
（２）前記空燃比制御部は、前記温度算出部によって算出された前記下流側触媒の温度が前記基準温度まで低下したときに前記第２制御から前記第１制御への切替を行う、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１４】
（３）前記下流側触媒の劣化度合を算出する触媒劣化算出部を更に備え、前記空燃比制御部は、前記触媒劣化算出部によって算出された前記下流側触媒の劣化度合が大きいほど、前記基準温度を高くする、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１５】
（４）前記触媒劣化算出部は前記下流側触媒の温度履歴に基づいて前記下流側触媒の劣化度合を算出する、上記（３）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１６】
（５）前記触媒劣化算出部は、前記内燃機関の燃焼室への燃料供給が停止される燃料カット制御が実行された時間の合計に基づいて、前記下流側触媒の劣化度合を算出する、上記（４）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１７】
（６）前記触媒劣化算出部は、前記内燃機関を搭載した車両の総走行距離又は前記内燃機関の総運転時間に基づいて、前記下流側触媒の劣化度合を算出する、上記（３）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１８】
（７）前記第１の側がリッチ側であり、前記第２の側がリーン側である、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１９】
（８）前記第１の側がリーン側であり、前記第２の側がリッチ側である、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、内燃機関において、触媒の酸素吸蔵量を変動させるときに排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、三元触媒の浄化特性を示す。
【図３】図３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４】図４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５】図５は、第１制御の制御ブロック図である。
【図６】図６は、第２制御の制御ブロック図である。
【図７】図７は、第一実施形態における空燃比制御が実行されるときの下流側触媒の温度等のタイムチャートである。
【図８】図８は、第一実施形態における空燃比制御切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、機関回転数及び吸入空気量と下流側触媒の温度との関係を示すマップである。
【図１０】図１０は、第一実施形態における第１制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第一実施形態における第２制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第二実施形態における空燃比制御が実行されるときの下流側触媒の温度等のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、第二実施形態における第１制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。
【図１５】図１５は、第三実施形態における基準温度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
＜第一実施形態＞
最初に図１〜図１１を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
【００２４】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。
【００２５】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。
【００２６】
図１に示したように、シリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。
【００２７】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５等は、空気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。また、吸気管１５内には、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
【００２８】
一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は、上流側触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して、下流側触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２、下流側ケーシング２３等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。
【００２９】
内燃機関の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって実行される。電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ及びＲＡＭのようなメモリ、入力ポート、出力ポート等を含む。ＥＣＵ３０は内燃機関の各種センサの出力等に基づいて内燃機関の各種アクチュエータを制御する。
【００３０】
吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ３９が配置される。エアフロメータ３９はＥＣＵ３０に電気的に接続され、エアフロメータ３９の出力はＥＣＵ３０に入力される。
【００３１】
また、排気マニホルド１９の集合部、すなわち上流側触媒２０の排気流れ方向上流側には、排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。上流側空燃比センサ４０はＥＣＵ３０に電気的に接続され、上流側空燃比センサ４０の出力はＥＣＵ３０に入力される。
【００３２】
また、排気管２２内、すなわち上流側触媒２０と下流側触媒２４との間には、排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側触媒２０から流出する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。下流側空燃比センサ４１はＥＣＵ３０に電気的に接続され、下流側空燃比センサ４１の出力はＥＣＵ３０に入力される。
【００３３】
また、内燃機関を搭載した車両には、アクセルペダル４２が設けられる。アクセルペダル４２には負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３は、アクセルペダル４２の踏込み量、すなわち機関負荷に比例した出力を発生する。負荷センサ４３はＥＣＵ３０に電気的に接続され、負荷センサ４３の出力はＥＣＵ３０に入力される。
【００３４】
また、内燃機関にはクランク角センサ４４が設けられ、クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生する。クランク角センサ４４はＥＣＵ３０に電気的に接続され、クランク角センサ４４の出力はＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０はクランク角センサ４４の出力に基づいて機関回転数を算出する。
【００３５】
また、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に電気的に接続され、これらを制御する。具体的には、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１０の点火時期、燃料噴射弁１１の燃料噴射時期及び燃料噴射量並びにスロットル弁１８の開度を制御する。
【００３６】
なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。
【００３７】
＜触媒の説明＞
上流側触媒２０及び下流側触媒２４は排気通路に配置され、下流側触媒２４は上流側触媒２０の排気流れ方向下流側に配置される。上流側触媒２０及び下流側触媒２４は同様な構成を有する。触媒２０、２４は、酸素吸蔵能力を有する触媒であり、例えば三元触媒である。具体的には、触媒２０、２４は、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助触媒（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。
【００３８】
図２は、三元触媒の浄化特性を示す。図２に示されるように、触媒２０、２４による未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化率は、触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域（図２における浄化ウィンドウＡ）にあるときに非常に高くなる。したがって、触媒２０、２４は、排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ガス及びＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【００３９】
また、触媒２０、２４は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵し又は放出する。具体的には、触媒２０、２４は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒２０、２４は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒２０、２４の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒２０、２４において未燃ガス及び窒素酸化物が効果的に浄化される。
【００４０】
なお、触媒２０、２４は、触媒作用及び酸素吸蔵能力を有していれば、三元触媒以外の触媒であってもよい。
【００４１】
＜空燃比センサの出力特性＞
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の出力特性について説明する。図３は、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す図であり、図４は、印加電圧を一定に維持したときの、空燃比センサ４０、４１周りを流通する排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」という）と出力電流Ｉとの関係を示す図である。なお、本実施形態では、両空燃比センサ４０、４１として同一構成の空燃比センサが用いられる。
【００４２】
図３からわかるように、本実施形態の空燃比センサ４０、４１では、出力電流Ｉは、排気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３では、排気空燃比が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、空燃比センサ４０、４１は限界電流式の空燃比センサである。
【００４３】
図４は、印加電圧を０．４５Ｖ程度で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。図４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわち、リーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなる。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気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。したがって、空燃比センサ４０、４１は排気空燃比を連続的に（リニアに）検出することができる。なお、排気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。
【００４４】
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１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、空燃比センサ４０、４１として、限界電流式ではない空燃比センサ等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。また、両空燃比センサ４０、４１は互いに異なる構造の空燃比センサであってもよい。
【００４５】
＜内燃機関の排気浄化装置＞
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」という）について説明する。排気浄化装置は、上流側触媒２０、下流側触媒２４、上流側空燃比センサ４０、下流側空燃比センサ４１、空燃比制御部３１及び温度算出部３２を備える。本実施形態では、ＥＣＵ３０が空燃比制御部３１及び温度算出部３２として機能する。
【００４６】
温度算出部３２は下流側触媒２４の温度を算出する。本実施形態では、下流側触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に温度センサ４５が設けられる。温度センサ４５は下流側触媒２４の温度（床温）を検出する。温度センサ４５はＥＣＵ３０に電気的に接続され、温度センサ４５の出力はＥＣＵ３０に入力される。温度算出部３２は温度センサ４５の出力に基づいて下流側触媒２４の温度を算出する。
【００４７】
なお、温度センサ４５は下流側触媒２４に近接するように下流側触媒２４の排気流れ方向上流側の排気管２２内又は下流側触媒２４の排気流れ方向下流側の排気管２５内に配置されてもよい。この場合、温度センサ４５は、下流側触媒２４に流入する排気ガスの温度又は下流側触媒２４から流出する排気ガスの温度を検出する。
【００４８】
また、温度算出部３２は内燃機関の運転パラメータに基づいて下流側触媒２４の温度を算出してもよい。この場合、温度センサ４５は省略される。例えば、温度算出部３２は、内燃機関の始動からの積算吸入空気量に基づいて下流側触媒２４の温度を算出する。この場合、温度算出部３２は、積算吸入空気量と下流側触媒２４の温度との関係を示すマップを用いて下流側触媒２４の温度を算出する。このマップは、積算吸入空気量が多いほど下流側触媒２４の温度が高くなるように作成される。積算吸入空気量は、エアフロメータ３９によって検出される吸入空気量を積算することによって算出される。
【００４９】
空燃比制御部３１は、上流側触媒２０に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」という）の空燃比を目標空燃比に制御する。具体的には、空燃比制御部３１は、流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量を制御する。本実施形態では、空燃比制御部３１は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量をフィードバック制御する。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。
【００５０】
また、空燃比制御部３１は、上流側空燃比センサ４０を用いることなく、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように燃焼室５に供給する燃料量を制御してもよい。この場合、空燃比制御部３１は、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、エアフロメータ３９によって検出された吸入空気量と目標空燃比とから算出された燃料量を燃焼室５に供給する。
【００５１】
空燃比制御部３１は、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を変動させることによって上流側触媒２０の酸素吸蔵能力の低下を抑制すべく、第１制御及び第２制御を実行する。空燃比制御部３１は、第１制御及び第２制御において、流入排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比よりもリーンな空燃比とに交互に切り替える。
【００５２】
＜第１制御＞
具体的には、空燃比制御部３１は、第１制御において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比に対して第１の側にずれた判定空燃比に達したときに、理論空燃比に対して第１の側とは反対側の第２の側にずれた第１設定空燃比に目標空燃比を設定し、目標空燃比が理論空燃比に対して第２の側にずれた空燃比に維持されているときの上流側触媒２０の酸素吸蔵量の変化量が基準量に達したと判定したときに、理論空燃比に対して第１の側にずれた第２設定空燃比に目標空燃比を設定する。基準量は、予め定められ、上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値に設定される。なお、第１制御は片側破綻制御とも称される。
【００５３】
空燃比制御部３１は、流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量を積算することによって上流側触媒２０の酸素吸蔵量の変化量を算出する。なお、流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量とは、流入排気ガス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を意味する。流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、上流側触媒２０に酸素が吸蔵されるため、酸素過不足量の値は正となる。一方、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、上流側触媒２０から酸素が放出されるため、酸素過不足量の値は負となる。
【００５４】
このため、空燃比制御部３１は、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量の積算値として、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の変化量を算出する。また、空燃比制御部３１は、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量の積算値の絶対値として、上流側触媒２０の酸素吸蔵量の推定変化量を算出する。
【００５５】
酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、上流側空燃比センサ４０の出力及び燃料噴射量に基づいて下記式（１）により算出される。
ＯＥＤ＝０．２３×（ＡＦｕｐ−１４．６）×Ｑｉ      …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度であり、１４．６は理論空燃比であり、Ｑｉは燃料噴射量であり、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比である。
【００５６】
なお、酸素過不足量ＯＥＤは、上流側空燃比センサ４０の出力及び吸入空気量に基づいて下記式（２）により算出されてもよい。
ＯＥＤ＝０．２３×（ＡＦｕｐ−１４．６）×Ｇａ／ＡＦｕｐ      …（２）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度であり、１４．６は理論空燃比であり、Ｇａは吸入空気量であり、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比である。吸入空気量Ｇａはエアフロメータ３９によって検出される。
【００５７】
また、酸素過不足量ＯＥＤは、上流側空燃比センサ４０の出力を用いることなく、流入排気ガスの目標空燃比に基づいて算出されてもよい。この場合、上記式（１）、（２）において、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐの代わりに目標空燃比の値が用いられる。
【００５８】
図５は、第１制御の制御ブロック図である。空燃比制御部３１はＡ１〜Ａ８の機能ブロックを含む。以下、各機能ブロックについて説明する。
【００５９】
最初に、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量を算出するために、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、基本燃料噴射量算出手段Ａ２及び燃料噴射量算出手段Ａ３が用いられる。
【００６０】
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、ＥＣＵ３０に記憶されたマップ又は計算式を用いて、吸入空気量Ｇａ及び機関回転数ＮＥに基づいて各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気量Ｇａはエアフロメータ３９によって検出され、機関回転数ＮＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。
【００６１】
基本燃料噴射量算出手段Ａ２は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１によって算出された筒内吸入空気量Ｍｃを目標空燃比ＴＡＦで除算することによって基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＴＡＦ）。目標空燃比ＴＡＦは、後述する目標空燃比設定手段Ａ５によって算出される。
【００６２】
燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量算出手段Ａ２によって算出された基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに、後述するＦ／Ｂ補正量ＤＱｉを加えることによって燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＱｉ）。このようにして算出された燃料噴射量Ｑｉの燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１に対して噴射指示が行われる。
【００６３】
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比を算出するために、空燃比補正量算出手段Ａ４、目標空燃比設定手段Ａ５及び酸素吸蔵量算出手段Ａ８が用いられる。
【００６４】
酸素吸蔵量算出手段Ａ８は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐと、燃料噴射量算出手段Ａ３によって算出された燃料噴射量Ｑｉ又は吸入空気量Ｇａとに基づいて上記式（１）又は（２）により酸素過不足量を算出する。また、酸素吸蔵量算出手段Ａ８は、酸素過不足量を積算することによって積算酸素過不足量ΣＯＥＤを算出する。
【００６５】
空燃比補正量算出手段Ａ４では、酸素吸蔵量算出手段Ａ８によって算出された積算酸素過不足量ΣＯＥＤと、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎとに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【００６６】
目標空燃比設定手段Ａ５は、制御中心空燃比ＡＦＲ（本実施形態では理論空燃比）に、空燃比補正量算出手段Ａ４によって算出された空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標空燃比ＴＡＦを算出する。このようにして算出された目標空燃比ＴＡＦは、基本燃料噴射量算出手段Ａ２及び後述する空燃比偏差算出手段Ａ６に入力される。
【００６７】
次に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量を算出するために、空燃比偏差算出手段Ａ６及びＦ／Ｂ補正量算出手段Ａ７が用いられる。
【００６８】
空燃比偏差算出手段Ａ６は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ５によって算出された目標空燃比ＴＡＦを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＴＡＦ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標空燃比ＴＡＦに対する燃料供給量の過不足を表す値である。
【００６９】
Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ７は、空燃比偏差算出手段Ａ６によって算出された空燃比偏差ＤＡＦを、比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記式（３）に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのＦ／Ｂ補正量ＤＱｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＱｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＱｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ      …（３）
【００７０】
上記式（３）において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Ｋｉは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Ｋｄは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、ＤＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差ＤＡＦと前回の空燃比偏差ＤＡＦとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、ＳＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値であり、前回の時間積分値ＳＤＡＦに今回更新された空燃比偏差ＤＡＦを加算することで算出される。
【００７１】
なお、上流側空燃比センサ４０の出力に基づくフィードバック制御が行われない場合には、空燃比制御のために空燃比偏差算出手段Ａ６及びＦ／Ｂ補正量算出手段Ａ７は用いられない。この場合、図５に示した制御ブロック図から空燃比偏差算出手段Ａ６及びＦ／Ｂ補正量算出手段Ａ７が省略される。また、酸素過不足量が上流側空燃比センサ４０の出力の代わりに流入排気ガスの目標空燃比に基づいて算出される場合には、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐの代わりに目標空燃比ＴＡＦが酸素吸蔵量算出手段Ａ８に入力される。
【００７２】
本実施形態では、第１制御において、第１の側がリッチ側であり且つ第２の側がリーン側である。この場合、第１制御は、リッチ破綻制御とも称され、以下のように実行される。空燃比制御部３１は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリッチな第１リッチ判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリーンな第１リーン設定空燃比に目標空燃比を設定する。また、空燃比制御部３１は、目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に維持されているときの上流側触媒２０の酸素吸蔵量の変化量が基準量に達したと判定したときに、理論空燃比よりもリッチな第１リッチ設定空燃比に目標空燃比を設定する。
【００７３】
第１リッチ設定空燃比、第１リッチ判定空燃比及び第１リーン設定空燃比は予め定められる。第１リッチ設定空燃比は例えば１４〜１４．５である。第１リッチ判定空燃比は、第１リッチ設定空燃比よりもリーンな空燃比であり、例えば１４．５５である。第１リーン設定空燃比は例えば１４．７〜１６．５である。基準量は、予め定められ、上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値に設定される。
【００７４】
＜第２制御＞
一方、空燃比制御部３１は、第２制御において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比に目標空燃比を設定し、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比に目標空燃比を設定する。なお、第２制御は両側破綻制御とも称される。
【００７５】
リッチ設定空燃比、リッチ判定空燃比、リーン設定空燃比及びリーン判定空燃比は予め定められる。リッチ設定空燃比は例えば１４〜１４．５である。リッチ設定空燃比は第１制御における第１リッチ設定空燃比と同じ値であっても異なる値であってもよい。リッチ判定空燃比は、リッチ設定空燃比よりもリーンな空燃比であり、例えば１４．５５である。リッチ判定空燃比は第１制御における第１リッチ判定空燃比と同じ値であっても異なる値であってもよい。リーン設定空燃比は例えば１４．７〜１６．５である。リーン判定空燃比は、リーン設定空燃比よりもリッチな空燃比であり、例えば１４．６５である。
【００７６】
図６は、第２制御の制御ブロック図である。空燃比制御部３１はＡ１〜Ａ８の機能ブロックを含む。図６における機能ブロックＡ１〜Ａ７は図５における機能ブロックＡ１〜Ａ７と同様である。
【００７７】
第２制御では、目標空燃比を算出するために、空燃比補正量算出手段Ａ４及び目標空燃比設定手段Ａ５が用いられる。空燃比補正量算出手段Ａ４では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。目標空燃比設定手段Ａ５は、制御中心空燃比ＡＦＲ（本実施形態では理論空燃比）に、空燃比補正量算出手段Ａ４によって算出された空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標空燃比ＴＡＦを算出する。
【００７８】
なお、上流側空燃比センサ４０の出力に基づくフィードバック制御が行われない場合には、空燃比制御のために空燃比偏差算出手段Ａ６及びＦ／Ｂ補正量算出手段Ａ７は用いられない。この場合、図６に示した制御ブロック図から空燃比偏差算出手段Ａ６及びＦ／Ｂ補正量算出手段Ａ７が省略される。
【００７９】
＜第１制御と第２制御との切替＞
第１制御が実行されると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が第１リッチ判定空燃比に達するときに、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。一方、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達する前に目標空燃比が第１リーン設定空燃比から第１リッチ設定空燃比に切り替えられるため、基本的に上流側触媒２０からＮＯｘは流出しない。
【００８０】
また、第２制御が実行されると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ判定空燃比に達するときに、上流側触媒２０から未燃ガスが流出し、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリーン判定空燃比に達するときに、上流側触媒２０からＮＯｘが流出する。上流側触媒２０からＮＯｘが流出するときには、ＮＯｘと共に酸素が下流側触媒２４に流入する。このため、第２制御では、未燃ガスと酸素とが交互に下流側触媒２４に流入するため、下流側触媒２４の酸素吸蔵量を定期的に変動させることができ、下流側触媒２４の酸素吸蔵能力の低下を抑制することができる。また、酸素によって下流側触媒２４のＨＣ被毒又は硫黄被毒を回復させることができ、下流側触媒２４の酸素吸蔵能力の低下を抑制することができる。
【００８１】
上流側触媒２０及び下流側触媒２４は活性状態にあるときに未燃ガス及びＮＯｘを効果的に浄化することができる。排気ガスによって上流側触媒２０及び下流側触媒２４が加熱されて上流側触媒２０及び下流側触媒２４の温度が活性温度に達すると、上流側触媒２０及び下流側触媒２４は活性状態となる。しかしながら、下流側触媒２４は、上流側触媒２０の排気流れ方向下流側に配置されているため、上流側触媒２０に比べて活性状態になるまでに時間がかかる。特に内燃機関が冷間始動される場合に、下流側触媒２４が活性状態になるまでに時間がかかる。
【００８２】
下流側触媒２４が未活性状態にあるときには、下流側触媒２４の浄化性能が低下するため、下流側触媒２４に流入した未燃ガス及びＮＯｘの一部が浄化されずに下流側触媒２４から流出する。このため、下流側触媒２４が未活性であるときに第２制御が実行されると、未燃ガス及びＮＯｘが下流側触媒２４から流出し、排気エミッションが悪化するおそれがある。一方、第１制御が実行される場合、基本的には上流側触媒２０からＮＯｘは流出しない。
【００８３】
このため、本実施形態では、空燃比制御部３１は、温度算出部３２によって算出された下流側触媒２４の温度が下流側触媒２４の活性温度以上の基準温度まで上昇したときに第１制御から第２制御への切替を行う。このことによって、下流側触媒２４が未活性状態にあるときには上流側触媒２０からＮＯｘが流出しないため、排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【００８４】
＜タイムチャートを用いた空燃比制御の説明＞
図７を参照して、本実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図７は、第一実施形態における空燃比制御が実行されるときの下流側触媒２４の温度、空燃比制御の種類、流入排気ガスの目標空燃比、流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量の積算値（積算酸素過不足量）、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量、及び上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量のタイムチャートである。
【００８５】
図示した例では、時刻ｔ０において内燃機関が始動される。その後、時刻ｔ１において、空燃比センサ４０、４１のセンサ素子が活性状態になり、空燃比センサ４０、４１を用いた空燃比制御が開始される。なお、センサ素子はヒータによって加熱される。
【００８６】
時刻ｔ１では、下流側触媒２４の温度が基準温度Ｔｒｅｆよりも低い。このため、時刻ｔ１において第１制御が開始される。この例では、時刻ｔ１において、目標空燃比が第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１に設定される。この結果、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンになり、上流側触媒２０は流入排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。このため、酸素過不足量の値が正となる。
【００８７】
その後、時刻ｔ２において積算酸素過不足量が基準量Ｃｒｅｆに達する。基準量Ｃｒｅｆが上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ないため、時刻ｔ２において上流側触媒２０の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量に達しない。このため、上流側触媒２０からＮＯｘ及び酸素はほとんど流出しない。
【００８８】
時刻ｔ２において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を減少させるべく、目標空燃比が第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１から第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１に切り替えられる。この結果、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになり、上流側触媒２０は、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。このため、酸素過不足量の値が負となる。また、時刻ｔ２において、積算酸素過不足量がゼロにリセットされる。なお、この例では、第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１と理論空燃比との差が第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１と理論空燃比との差よりも大きい。
【００８９】
その後、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに近付くと、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が、徐々に低下し、時刻ｔ３において第１リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ１に達する。このとき、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。
【００９０】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量を増加させるべく、時刻ｔ３において目標空燃比が第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１から第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１に切り替えられる。また、時刻ｔ３において、積算酸素過不足量がゼロにリセットされる。
【００９１】
その後、時刻ｔ４において積算酸素過不足量が基準量Ｃｒｅｆに達する。このため、目標空燃比が第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１から第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１に切り替えられる。その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が時刻ｔ５において第１リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ１に達する。このため、目標空燃比が第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１から第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１に切り替えられる。
【００９２】
下流側触媒２４は内燃機関の始動後に排気ガスによって加熱される。下流側触媒２４の温度は、徐々に上昇し、時刻ｔ６において基準温度Ｔｒｅｆに達する。基準温度Ｔｒｅｆは活性温度以上の温度であり、時刻ｔ６において下流側触媒２４は活性状態にある。このため、時刻ｔ６において空燃比制御が第１制御から第２制御に切り替えられる。
【００９３】
第２制御では、積算酸素過不足量が基準量Ｃｒｅｆに達しても、目標空燃比の切替が行われない。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が、徐々に高くなり、時刻ｔ７においてリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達する。このとき、上流側触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出する。しかしながら、下流側触媒２４が活性状態にあるため、上流側触媒２０から流出したＮＯｘは下流側触媒２４において浄化される。
【００９４】
時刻ｔ７において、目標空燃比がリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられる。なお、この例では、リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎの値は第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１の値と同じであり、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈの値は第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１の値と同じである。
【００９５】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が時刻ｔ８においてリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達する。このとき、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。しかしながら、下流側触媒２４が活性状態にあるため、上流側触媒２０から流出した未燃ガスは下流側触媒２４において浄化される。なお、この例では、リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈの値は第１リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ１の値と同じである。
【００９６】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が時刻ｔ９においてリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達し、目標空燃比がリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替えられる。
【００９７】
なお、図７の例において第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ、第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１及びリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎは一定の値に維持されているが、これらは変動してもよい。例えば、目標空燃比の切替直後に、第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１及びリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈのリッチ度合が大きくされ、その後、これらのリッチ度合が小さくされてもよい。また、目標空燃比の切替直後に、第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１及びリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎのリーン度合が大きくされ、その後、これらのリーン度合が小さくされてもよい。なお、リッチ度合とは、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比との差を意味し、リーン度合とは、理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比との差を意味する。
【００９８】
＜空燃比制御切替処理＞
図８は、第一実施形態における空燃比制御切替処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００９９】
最初に、ステップＳ１０１において、上流側空燃比センサ４０が活性状態にあるか否かが判定される。上流側空燃比センサ４０のセンサ素子の温度が活性温度以上であるときには上流側空燃比センサ４０が活性状態にあると判定され、上流側空燃比センサ４０のセンサ素子の温度が活性温度未満であるときには上流側空燃比センサ４０が活性状態にないと判定される。上流側空燃比センサ４０のセンサ素子の温度は例えばセンサ素子のインピーダンスから算出される。
【０１００】
ステップＳ１０１において上流側空燃比センサ４０が活性状態にないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、上流側空燃比センサ４０が活性状態にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。
【０１０１】
ステップＳ１０２では、下流側空燃比センサ４１が活性状態にあるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１のセンサ素子の温度が活性温度以上であるときには下流側空燃比センサ４１が活性状態にあると判定され、下流側空燃比センサ４１のセンサ素子の温度が活性温度未満であるときには下流側空燃比センサ４１が活性状態にないと判定される。下流側空燃比センサ４１のセンサ素子の温度は例えばセンサ素子のインピーダンスから算出される。
【０１０２】
ステップＳ１０２において下流側空燃比センサ４１が活性状態にないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、下流側空燃比センサ４１が活性状態にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。
【０１０３】
ステップＳ１０３では、第２フラグＦ２が１であるか否かが判定される。第２フラグＦ２は、第２制御が実行されるときに１に設定され、第２制御が実行されないときにゼロに設定される。第２フラグＦ２の初期値はゼロに設定される。また、内燃機関が停止したときには第２フラグＦ２はゼロにリセットされる。
【０１０４】
ステップＳ１０３において第２フラグが１であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、第２フラグがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。
【０１０５】
ステップＳ１０４では、下流側触媒２４の温度が基準温度以上であるか否かが判定される。下流側触媒２４の温度は上記のいずれの方法によって温度算出部３２によって算出される。基準温度は、下流側触媒２４の活性温度以上の温度であり、例えば下流側触媒２４の活性温度である。下流側触媒２４の活性温度は例えば３５０℃である。
【０１０６】
ステップＳ１０４において下流側触媒２４の温度が基準温度未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、第１フラグＦ１が１に設定され、第２フラグＦ２がゼロに設定される。第１フラグＦ１は、第１制御が実行されるときに１に設定され、第１制御が実行されないときにゼロに設定される。第１フラグＦ１の初期値はゼロに設定される。また、内燃機関が停止したときには第１フラグＦ１はゼロにリセットされる。ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１０７】
一方、ステップＳ１０４において下流側触媒２４の温度が基準温度以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、第１フラグがゼロに設定され、第２フラグが１に設定される。ステップＳ１０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１０８】
本制御ルーチンでは、下流側触媒２４の温度が基準温度まで上昇したときに第１制御から第２制御への切替が行われる。第１制御から第２制御への切替が行われた後、下流側触媒２４の温度は基本的には排気ガスによる加熱によって基準温度以上に維持される。しかしながら、内燃機関がアイドリング状態に長時間維持された場合、又は燃料カット制御が長時間実行された場合には、下流側触媒２４の温度が基準温度未満に低下することがある。
【０１０９】
このため、空燃比制御部３１は、下流側触媒２４の温度が基準温度未満に低下したときに第２制御から第１制御への切替を行ってもよい。すなわち、空燃比制御部３１は、下流側触媒２４の温度が基準温度未満であるときに第１制御を実行し、下流側触媒２４の温度が基準温度以上であるときに第２制御を実行してもよい。この場合、本制御ルーチンにおいてステップＳ１０３が省略される。このことによって、排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。
【０１１０】
温度算出部３２は、例えば、下流側触媒２４の温度が基準温度まで上昇した後、内燃機関がアイドリング状態に所定時間以上維持された場合、又は燃料カット制御の連続実行時間が所定時間以上になった場合に、下流側触媒２４の温度が基準温度未満に低下したと判定する。所定時間は実験的又は理論的に予め定められる。
【０１１１】
なお、アイドリング状態とは、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ）であるときに機関回転数が所定のアイドル回転数（例えば５００〜１０００ｒｐｍ）になるように少量の燃料が噴射されている状態を意味する。また、燃料カット制御では、燃料噴射弁１１からの燃料噴射を停止することで燃焼室５への燃料供給が停止される。燃料カット制御は、燃料カット制御の所定の実行条件が成立しているときに実行される。例えば、燃料カット制御の実行条件は、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ）であり且つ機関回転数がアイドル回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに成立する。
【０１１２】
また、温度算出部３２は、下流側触媒２４の温度が基準温度まで上昇した後、機関回転数及び吸入空気量に基づいて下流側触媒２４の温度を算出してもよい。例えば、温度算出部３２は、図９に示されたようなマップを用いて下流側触媒２４の温度を算出する。図９のマップでは、下流側触媒２４の温度ＴＣが機関回転数ＮＥ及び吸入空気量Ｇａの関数として示される。機関回転数はクランク角センサ４４の出力に基づいて算出され、吸入空気量はエアフロメータ３９によって検出される。なお、吸入空気量の代わりに機関負荷が用いられてもよい。機関負荷は負荷センサ４３によって検出される。
【０１１３】
＜第１制御＞
図１０は、第一実施形態における第１制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１１４】
最初に、ステップＳ２０１において、第１フラグＦ１が１であるか否かが判定される。第１フラグＦ１は図８の空燃比制御切替処理の制御ルーチンにおいて設定される。第１フラグＦ１がゼロであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、第１フラグＦ１が１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０２に進む。
【０１１５】
ステップＳ２０２では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが第１リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ１以下であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが第１リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ１以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０４に進む。
【０１１６】
ステップＳ２０４では、目標空燃比ＴＡＦが第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１に設定される。ステップＳ２０４の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０２において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが第１リッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ１よりも高いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。
【０１１７】
ステップＳ２０３では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤが基準量Ｃｒｅｆ以上であるか否かが判定される。基準量Ｃｒｅｆは、例えば未使用状態の上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値（例えば最大酸素吸蔵量の０．２〜０．８倍の値）に設定される。なお、基準量Ｃｒｅｆは、第２制御が実行されるときに公知の手法によって算出された上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値（例えば最大酸素吸蔵量の０．２〜０．８倍の値）に設定されてもよい。
【０１１８】
積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、上記式（１）又は（２）により算出される酸素過不足量ＯＥＤを積算することによって算出される。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、目標空燃比ＴＡＦが第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１から第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１に切り替えられるときと、目標空燃比ＴＡＦが第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１から第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１に切り替えられるときとにゼロにリセットされる。
【０１１９】
ステップＳ２０３において積算酸素過不足量ΣＯＥＤが基準量Ｃｒｅｆ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、目標空燃比ＴＡＦは現在の値に維持される。一方、ステップＳ２０３において積算酸素過不足量ΣＯＥＤが基準量Ｃｒｅｆ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５では、目標空燃比ＴＡＦが第１リッチ目標空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１に設定される。ステップＳ２０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１２０】
＜第２制御＞
図１１は、第一実施形態における第２制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１２１】
最初に、ステップＳ３０１において、第２フラグＦ２が１であるか否かが判定される。第２フラグＦ２は図８の空燃比制御切替処理の制御ルーチンにおいて設定される。第２フラグＦ２がゼロであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、第２フラグＦ２が１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０２に進む。
【０１２２】
ステップＳ３０２では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０４に進む。
【０１２３】
ステップＳ３０４では、目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定される。ステップＳ３０４の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ３０２において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも高いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０３に進む。
【０１２４】
ステップＳ３０３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、目標空燃比ＴＡＦは現在の値に維持される。
【０１２５】
一方、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０５では、目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定される。ステップＳ３０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１２６】
＜第二実施形態＞
第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１２７】
第二実施形態では、第１制御において、第１の側がリーン側であり且つ第２の側がリッチ側である。この場合、第１制御は、リーン破綻制御とも称され、以下のように実行される。空燃比制御部３１は、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりもリーンな第２リーン判定空燃比に達したときに、理論空燃比よりもリッチな第２リッチ設定空燃比に目標空燃比を設定する。また、空燃比制御部３１は、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に維持されているときの上流側触媒２０の酸素吸蔵量の変化量が基準量に達したと判定したときに、理論空燃比よりもリーンな第２リーン設定空燃比に目標空燃比を設定する。
【０１２８】
第２リッチ設定空燃比、第２リーン設定空燃比及び第２リーン判定空燃比は予め定められる。第２リッチ設定空燃比は例えば１４〜１４．５である。第２リッチ設定空燃比は第２制御におけるリッチ設定空燃比と同じ値であっても異なる値であってもよい。第２リーン設定空燃比は例えば１４．７〜１６．５である。第２リーン設定空燃比は第２制御におけるリーン設定空燃比と同じ値であっても異なる値であってもよい。第２リーン判定空燃比は、第２リーン設定空燃比よりもリッチな空燃比であり、例えば１４．６５である。第２リーン判定空燃比は第２制御におけるリーン判定空燃比と同じ値であっても異なる値であってもよい。基準量は、予め定められ、上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値に設定される。
【０１２９】
第１制御が実行されると、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が第１リーン判定空燃比に達するときに、上流側触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出する。一方、上流側触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達する前に目標空燃比が第２リッチ設定空燃比から第２リーン設定空燃比に切り替えられるため、基本的に上流側触媒２０から未燃ガスは流出しない。
【０１３０】
このため、第二実施形態では、第一実施形態と同様に、空燃比制御部３１は、温度算出部３２によって算出された下流側触媒２４の温度が下流側触媒２４の活性温度以上の基準温度まで上昇したときに第１制御から第２制御への切替を行う。このことによって、下流側触媒２４が未活性状態にあるときには上流側触媒２０から未燃ガスが流出しないため、排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【０１３１】
また、第１実施形態と同様に、空燃比制御部３１は、下流側触媒２４の温度が基準温度未満に低下したときに第２制御から第１制御への切替を行ってもよい。すなわち、空燃比制御部３１は、下流側触媒２４の温度が基準温度未満であるときに第１制御を実行し、下流側触媒２４の温度が基準温度以上であるときに第２制御を実行してもよい。このことによって、排気エミッションの悪化をより一層抑制することができる。
【０１３２】
＜タイムチャートを用いた空燃比制御の説明＞
図１２を参照して、第二実施形態における空燃比制御について具体的に説明する。図１２は、第二実施形態における空燃比制御が実行されるときの下流側触媒２４の温度、空燃比制御の種類、流入排気ガスの目標空燃比、流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量の積算値（積算酸素過不足量）、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比、上流側触媒２０から流出する未燃ガスの量、及び上流側触媒２０から流出するＮＯｘの量のタイムチャートである。
【０１３３】
図示した例では、時刻ｔ０において内燃機関が始動される。その後、時刻ｔ１において、空燃比センサ４０、４１のセンサ素子が活性状態になり、空燃比センサ４０、４１を用いた空燃比制御が開始される。なお、センサ素子はヒータによって加熱される。
【０１３４】
時刻ｔ１では、下流側触媒２４の温度が基準温度Ｔｒｅｆよりも低い。このため、時刻ｔ１において第１制御が開始される。この例では、時刻ｔ１において、目標空燃比が第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２に設定される。この結果、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチになり、上流側触媒２０は、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。このため、酸素過不足量の値が負となる。
【０１３５】
その後、時刻ｔ２において積算酸素過不足量の絶対値が基準量Ｃｒｅｆに達する。基準量Ｃｒｅｆが上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ないため、時刻ｔ２において上流側触媒２０の酸素吸蔵量はゼロに達しない。このため、上流側触媒２０から未燃ガスはほとんど流出しない。
【０１３６】
時刻ｔ２において、上流側触媒２０の酸素吸蔵量を増加させるべく、目標空燃比が第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２から第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２に切り替えられる。この結果、流入排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンになり、上流側触媒２０は流入排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。このため、酸素過不足量が正の値となる。また、時刻ｔ２において、積算酸素過不足量ΣＯＥＤがゼロにリセットされる。なお、この例では、第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２と理論空燃比との差が第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２と理論空燃比との差よりも大きい。
【０１３７】
その後、上流側触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に近付くと、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が、徐々に高くなり、時刻ｔ３において第２リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ２に達する。このとき、上流側触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出する。
【０１３８】
上流側触媒２０の酸素吸蔵量を減少させるべく、時刻ｔ３において目標空燃比が第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２から第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２に切り替えられる。また、時刻ｔ３において、積算酸素過不足量ΣＯＥＤがゼロにリセットされる。
【０１３９】
その後、時刻ｔ４において積算酸素過不足量の絶対値が基準量Ｃｒｅｆに達する。このため、目標空燃比が第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２から第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２に切り替えられる。その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が時刻ｔ５において第２リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ２に達する。このため、目標空燃比が第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２から第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２に切り替えられる。
【０１４０】
下流側触媒２４は内燃機関の始動後に排気ガスによって加熱される。下流側触媒２４の温度は、徐々に上昇し、時刻ｔ６において基準温度Ｔｒｅｆに達する。基準温度Ｔｒｅｆは活性温度以上の温度であり、時刻ｔ６において下流側触媒２４は活性状態にある。このため、時刻ｔ６において空燃比制御が第１制御から第２制御に切り替えられる。
【０１４１】
第２制御では、積算酸素過不足量の絶対値が基準量Ｃｒｅｆに達しても、目標空燃比の切替が行われない。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が、徐々に低下し、時刻ｔ７においてリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達する。このとき、上流側触媒２０から未燃ガスが流出する。しかしながら、下流側触媒２４が活性状態にあるため、上流側触媒２０から流出した未燃ガスは下流側触媒２４において浄化される。
【０１４２】
時刻ｔ７において、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられる。なお、この例では、リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎの値は第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２の値と同じであり、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈの値は第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２の値と同じである。
【０１４３】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が時刻ｔ８においてリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎに達する。このとき、上流側触媒２０からＮＯｘ及び酸素が流出する。しかしながら、下流側触媒２４が活性状態にあるため、上流側触媒２０から流出したＮＯｘは下流側触媒２４において浄化される。なお、この例では、リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎの値は第２リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ２の値と同じである。
【０１４４】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が時刻ｔ９においてリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに達し、目標空燃比がリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替えられる。
【０１４５】
なお、図１２の例において第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ、第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２及びリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎは一定の値に維持されているが、これらは変動してもよい。例えば、目標空燃比の切替直後に、第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２及びリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈのリッチ度合が大きくされ、その後、これらのリッチ度合が小さくされてもよい。また、目標空燃比の切替直後に、第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２及びリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎのリーン度合が大きくされ、その後、これらのリーン度合が小さくされてもよい。
【０１４６】
＜第１制御＞
第二実施形態においても、第１実施形態と同様に、図８の空燃比制御切替処理の制御ルーチン及び図１１の第２制御の制御ルーチンが実行される。図１３は、第二実施形態における第１制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１４７】
最初に、ステップＳ４０１において、第１フラグＦ１が１であるか否かが判定される。第１フラグＦ１は図８の空燃比制御切替処理の制御ルーチンにおいて設定される。第１フラグＦ１がゼロであると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、第１フラグＦ１が１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０２に進む。
【０１４８】
ステップＳ４０２では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが第２リーン判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ２以上であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが第２リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ２以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０４に進む。
【０１４９】
ステップＳ４０４では、目標空燃比ＴＡＦが第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２に設定される。ステップＳ４０４の後、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ４０２において下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが第２リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ２未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０３に進む。
【０１５０】
ステップＳ４０３では、積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値が基準量Ｃｒｅｆ以上であるか否かが判定される。基準量Ｃｒｅｆは、例えば未使用状態の上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値（例えば最大酸素吸蔵量の０．２〜０．８倍の値）に設定される。なお、基準量Ｃｒｅｆは、第２制御が実行されるときに公知の手法によって算出された上流側触媒２０の最大酸素吸蔵量よりも少ない値（例えば最大酸素吸蔵量の０．２〜０．８倍の値）に設定されてもよい。
【０１５１】
積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、上記式（１）又は（２）により算出される酸素過不足量ＯＥＤを積算することによって算出される。また、積算酸素過不足量ΣＯＥＤは、目標空燃比ＴＡＦが第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２から第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２に切り替えられるときと、目標空燃比ＴＡＦが第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２から第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２に切り替えられるときとにゼロにリセットされる。
【０１５２】
ステップＳ４０３において積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値が基準量Ｃｒｅｆ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、目標空燃比ＴＡＦは現在の値に維持される。一方、ステップＳ４０３において積算酸素過不足量ΣＯＥＤの絶対値が基準量Ｃｒｅｆ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０５では、目標空燃比ＴＡＦが第２リーン目標空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２に設定される。ステップＳ４０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１５３】
＜第三実施形態＞
第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１５４】
図１４は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。排気浄化装置は、上流側触媒２０、下流側触媒２４、上流側空燃比センサ４０、下流側空燃比センサ４１、空燃比制御部３１、温度算出部３２及び触媒劣化算出部３３を備える。第二実施形態では、ＥＣＵ３０が、空燃比制御部３１、温度算出部３２及び触媒劣化算出部３３として機能する。
【０１５５】
触媒劣化算出部３３は下流側触媒２４の劣化度合を算出する。下流側触媒２４が高温の排気ガスに晒されると、下流側触媒２４の劣化が進行する。このため、触媒劣化算出部３３は例えば下流側触媒２４の温度履歴に基づいて下流側触媒２４の劣化度合を算出する。この場合、触媒劣化算出部３３は、例えば、下流側触媒２４の温度に対応する劣化係数に、その温度が維持された時間を乗じた値を積算することによって下流側触媒２４の劣化度合を算出する。劣化係数は、下流側触媒２４の温度が高いほど大きくされ、所定温度未満ではゼロにされる。下流側触媒２４の温度は温度算出部３２によって算出される。
【０１５６】
また、下流側触媒２４が高温下でリーン雰囲気に晒されると、下流側触媒２４の劣化度合が大きくなる。また、燃料カット制御が実行されると、下流側触媒２４には空気のみが供給されるため、下流側触媒２４に流入するガスのリーン度合が最大となる。このため、触媒劣化算出部３３は、下流側触媒２４の温度履歴と、燃料カット制御が実行された時間の合計とに基づいて下流側触媒２４の劣化度合を算出してもよい。
【０１５７】
この場合、触媒劣化算出部３３は、例えば、燃料カット制御が実行されているときに、下流側触媒２４の温度に対応する劣化係数に、その温度が維持された時間を乗じた値を積算することによって下流側触媒２４の劣化度合を算出する。劣化係数は、下流側触媒２４の温度が高いほど大きくされ、所定温度未満ではゼロにされる。下流側触媒２４の温度は温度算出部３２によって算出される。また、触媒劣化算出部３３は、燃料カット制御が実行され且つ下流側触媒２４の温度が所定温度以上である時間の合計に基づいて下流側触媒２４の劣化度合を算出してもよい。この場合、例えば時間の合計と下流側触媒２４の劣化度合との関係を示すマップが用いられ、時間の合計が長いほど、下流側触媒２４の劣化度合が大きくされる。
【０１５８】
また、基本的に、下流側触媒２４が排気ガスに晒される時間が長いほど、下流側触媒２４の劣化度合が大きくなる。このため、触媒劣化算出部３３は、内燃機関を搭載した車両の総走行距離又は内燃機関の総運転時間に基づいて下流側触媒２４の劣化度合を算出してもよい。この場合、例えば総走行距離又は総運転時間と下流側触媒２４の劣化度合との関係を示すマップが用いられ、総走行距離又は総運転時間が長いほど、下流側触媒２４の劣化度合が大きくされる。
【０１５９】
下流側触媒２４の劣化度合が大きいほど、下流側触媒２４の浄化性能が低下し、下流側触媒２４の活性温度が高くなる。このため、第二実施形態では、空燃比制御部３１は、触媒劣化算出部３３によって算出された下流側触媒２４の劣化度合に基づいて、第１制御と第２制御との間の切替が行われる基準温度を設定する。具体的には、空燃比制御部３１は、触媒劣化算出部３３によって算出された下流側触媒２４の劣化度合が大きいほど、基準温度を高くする。
【０１６０】
＜基準温度設定処理＞
図１５は、第三実施形態における基準温度設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、内燃機関の始動後、ＥＣＵ３０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１６１】
最初に、ステップＳ５０１において、下流側触媒２４の劣化度合が上記のいずれかの方法によって算出される。次いで、ステップＳ５０２において、下流側触媒２４の劣化度合に基づいて基準温度が設定される。例えば、下流側触媒２４の劣化度合と基準温度との関係を示すマップが用いられ、下流側触媒２４の劣化度合が大きいほど、基準温度が高くされる。なお、このマップは、基準温度が下流側触媒２４の活性温度以上になるように作成される。また、下流側触媒２４の劣化度合に基づいて下流側触媒２４の活性温度が算出され、算出された活性温度に基準温度が設定されてもよい。
【０１６２】
ステップＳ５０２の後、本制御ルーチンは終了する。なお、設定された基準温度は図８のステップＳ１０４において用いられる。
【０１６３】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。上述したように、流入排気ガスの空燃比制御及び流入排気ガスの理論空燃比に対する酸素過不足量の算出は、上流側空燃比センサ４０を用いずに行われてもよい。このため、上流側空燃比センサ４０は排気浄化装置から省略されてもよい。
【符号の説明】
【０１６４】
２０    上流側触媒
２４    下流側触媒
３０    ＥＣＵ
３１    空燃比制御部
３２    温度算出部
３３    触媒劣化算出部
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
2019085961.tif 000003
【図２】
2019085961.tif 000004
【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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