(57)【要約】【課題】排気浄化触媒が劣化しても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制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、排気浄化触媒２０と、下流側空燃比センサ４１と、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する流入空燃比制御手段と、目標空燃比の設定を行う目標空燃比設定手段とを具備する。目標空燃比設定手段は片側破綻制御及び両側破綻制御を実行可能である。両側破綻制御では、触媒下流の排気空燃比が理論空燃比とは異なる空燃比となったときに目標空燃比が反転される。片側破綻制御では、触媒下流の排気空燃比がリッチ空燃比となったときに目標空燃比がリーン空燃比に切り替えられ、この排気空燃比がリーン空燃比になる前に目標空燃比がリッチ空燃比に切り替えられる。目標空燃比設定手段は、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量等に基づいて両制御との切替を行う。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に前記排気浄化触媒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検出装置と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する流入空燃比制御手段と、前記目標空燃比の設定を行う目標空燃比設定手段とを具備する、内燃機関の制御装置において、
前記目標空燃比設定手段は、片側破綻制御と、両側破綻制御とを実行可能であり、
前記片側破綻制御は、前記下流側空燃比検出装置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前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に切り替えると共に前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に切り替える制御であり、
前記両側破綻制御は、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比が前記リッチ判定空燃比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ると共に前記下流側空燃比検出装置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をリッチ空燃比に切り替える制御であり、
前記目標空燃比設定手段は、前記排気浄化触媒に吸蔵可能な最大吸蔵可能酸素量又は該最大吸蔵可能酸素量とは異なる運転パラメータであって該運転パラメータの値が変化すると前記最大吸蔵可能酸素量が変化する運転パラメータに基づいて、前記片側破綻制御と前記両側破綻制御との切替を行う、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定する最大吸蔵量推定手段をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記両側破綻制御中に前記最大吸蔵量推定手段によって推定された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以下になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記下限吸蔵量は、前記切替基準吸蔵量に等しい、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定する最大吸蔵量推定手段をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記片側破綻制御中に前記最大吸蔵量推定手段によって推定された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた上限吸蔵量以上になったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記目標空燃比設定手段は、前記片側破綻制御中に、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比がリーン判定空燃比以上になった単位時間当たりの回数が予め定められた回数以上になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた下限温度以下になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた上限温度以上になったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして内燃機関のアイドル運転継続時間を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記アイドル運転継続時間が所定の基準継続時間以上となったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして内燃機関の冷間始動後の積算吸入空気量を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記積算吸入空気量が所定の基準空気量以上となったときには、前記両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う、請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関は、当該内燃機関が作動している状態で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記燃料カット制御終了後の経過時間を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記燃料カット制御終了後の経過時間が所定の基準経過時間以上となったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う、請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記内燃機関は、当該内燃機関が作動している状態で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数が予め定められた回数以上となったときには、前記両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、
前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた離脱温度以上となったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の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】
従来から、内燃機関の排気通路に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて内燃機関に供給する燃料量を制御する内燃機関の制御装置が広く知られている。特に、斯かる制御装置としては、機関排気通路に設けられた排気浄化触媒の上流側に空燃比センサを設けると共に、下流側に酸素センサを設けたものが知られている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
特に、特許文献１に記載された制御装置では、上流側の空燃比センサによって検出された空燃比に応じて、この空燃比が目標空燃比となるように内燃機関に供給する燃料量を制御するようにしている。加えて、下流側の酸素センサによって検出された酸素濃度に応じて、目標空燃比を補正するようにしている。特許文献１によれば、これにより、上流側の空燃比センサ等に経年劣化や固体バラツキが存在しても、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標値に合致させることができるようになるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２３２７２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１６２１３９号公報
【特許文献３】特開２００１−２３４７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本願の発明者らによれば、上述した特許文献１〜３に記載された制御装置とは異なる制御を行う制御装置が提案されている。この制御装置では、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比（理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比）以下になったときには、目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、「リーン空燃比」という）に設定される。一方、目標空燃比がリーン空燃比とされている間に排気浄化触媒の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量以上となったときには、目標空燃比が理論空燃比によりもリッチな空燃比（以下、「リッチ空燃比」という）に設定される。ここで、切替基準吸蔵量は、新品状態における最大吸蔵可能酸素量よりも少ない量とされる。
【０００６】
この結果、斯かる制御装置による制御が行われていると、下流側空燃比センサによって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になる場合がある。このとき、排気浄化触媒の酸素吸蔵量はゼロに到達し、排気浄化触媒からはリッチ空燃比の排気ガスが流出している。一方、斯かる制御が行われていると、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達する前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、斯かる制御によれば、排気浄化触媒からはリーン空燃比の排気ガスが流出することはほとんどなく、その結果、排気浄化触媒からのＮＯｘの流出を抑制することができる。
【０００７】
ところが、排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量は、排気浄化触媒の劣化等、様々な要因により減少する。最大吸蔵可能酸素量が上述した切替基準吸蔵量未満にまで減少すると、目標空燃比をリーン空燃比に設定している間に排気浄化触媒の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量に到達する。この結果、排気浄化触媒からはＮＯｘが流出することになる。このため、最大吸蔵可能酸素量の減少度合いによっては、排気エミッションの悪化を招くことになる。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑みて本発明の目的は、排気浄化触媒が劣化しても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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、該排気浄化触媒の排気流れ方向下流側に配置されると共に前記排気浄化触媒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検出装置と、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比に制御する流入空燃比制御手段と、前記目標空燃比の設定を行う目標空燃比設定手段とを具備する、内燃機関の制御装置において、前記目標空燃比設定手段は、片側破綻制御と、両側破綻制御とを実行可能であり、前記片側破綻制御は、前記下流側空燃比検出装置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前記目標空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に切り替えると共に前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量が所定の切替基準吸蔵量以上になったときに前記目標空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に切り替える制御であり、前記両側破綻制御は、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比が前記リッチ判定空燃比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ると共に前記下流側空燃比検出装置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をリッチ空燃比に切り替える制御であり、前記目標空燃比設定手段は、前記排気浄化触媒に吸蔵可能な最大吸蔵可能酸素量又は該最大吸蔵可能酸素量とは異なる運転パラメータであって該運転パラメータの値が変化すると前記最大吸蔵可能酸素量が変化する運転パラメータに基づいて、前記片側破綻制御と前記両側破綻制御との切替を行う、内燃機関の制御装置が提供される。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定する最大吸蔵量推定手段をさらに具備し、前記目標空燃比設定手段は、前記両側破綻制御中に前記最大吸蔵量推定手段によって推定された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた下限吸蔵量以下になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う。
【００１１】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、前記下限吸蔵量は、前記切替基準吸蔵量に等しい。
【００１２】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の最大吸蔵可能酸素量を推定する最大吸蔵量推定手段をさらに具備し、前記目標空燃比設定手段は、前記片側破綻制御中に前記最大吸蔵量推定手段によって推定された最大吸蔵可能酸素量が予め定められた上限吸蔵量以上になったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う。
【００１３】
第５の発明では、第１の発明において、前記目標空燃比設定手段は、前記片側破綻制御中に、前記下流側空燃比検出装置よって検出された空燃比がリーン判定空燃比以上になった単位時間当たりの回数が予め定められた回数以上になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う。
【００１４】
第６の発明では、第１〜第５のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた下限温度以下になったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う。
【００１５】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた上限温度以上になったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う。
【００１６】
第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして内燃機関のアイドル運転継続時間を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記アイドル運転継続時間が所定の基準継続時間以上となったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う。
【００１７】
第９の発明では、第１〜第８のいずれか一つの発明において、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして内燃機関の冷間始動後の積算吸入空気量を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記積算吸入空気量が所定の基準空気量以上となったときには、前記両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う。
【００１８】
第１０の発明では、第１〜第９のいずれか一つの発明において、前記内燃機関は、当該内燃機関が作動している状態で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記燃料カット制御終了後の経過時間を用いると共に、前記片側破綻制御中に前記燃料カット制御終了後の経過時間が所定の基準経過時間以上となったときには、前記片側破綻制御から前記両側破綻制御への切替を行う。
【００１９】
第１１の発明では、第１〜第１０のいずれか一つの発明において、前記内燃機関は、当該内燃機関が作動している状態で燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行可能であり、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数が予め定められた回数以上となったときには、前記両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う。
【００２０】
第１２の発明では、第１〜第１１のいずれか一つの発明において、前記排気浄化触媒の温度を検出又は推定する温度検出装置をさらに具備し、前記目標空燃比設定手段は、前記運転パラメータとして前記排気浄化触媒の温度を用いると共に、前記両側破綻制御中に前記温度検出装置によって検出又は推定された触媒温度が予め定められた離脱温度以上となったときには、前記両側破綻制御から前記片側破綻制御への切替を行う。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、排気浄化触媒が劣化しても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制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の内燃機関の制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、酸素吸蔵量と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、空燃比センサの概略的な断面図である。
【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、片側破綻制御実行中における酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図７】図７は、片側破綻制御実行中における酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図８】図８は、両側破綻制御実行中における酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図９】図９は、両側破綻制御実行中における酸素吸蔵量等のタイムチャートである。
【図１０】図１０は、第一実施形態における片側破綻制御から両側破綻制御への切替の様子を示すタイムチャートである。
【図１１】図１１は、第一実施形態における両側破綻制御から片側破綻制御への切替の様子を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、制御装置の機能ブロック図である。
【図１３】図１３は、第一実施形態における空燃比補正量の設定制御を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、第二実施形態における片側破綻制御から両側破綻制御への切替の様子を示すタイムチャートである。
【図１５】図１５は、第二実施形態における空燃比補正量の設定制御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】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の内燃機関の制御装置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。図１は、本発明の第一実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【００２４】
＜内燃機関全体の説明＞
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。
【００２５】
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。なお、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。また、本実施形態では、燃料として排気浄化触媒における理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の内燃機関は他の燃料を用いても良い。
【００２６】
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は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。
【００２７】
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の集合部は上流側排気浄化触媒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を介して下流側排気浄化触媒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及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。
【００２８】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒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（上流側空燃比検出装置）４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ（下流側空燃比検出装置）４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。
【００２９】
また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。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し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ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に接続される。
【００３０】
なお、本実施形態に係る内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、本発明に係る内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば、本発明に係る内燃機関は、気筒数、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、及び過給態様等が、上記内燃機関と異なるものであってもよい。
【００３１】
＜排気浄化触媒の説明＞
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、いずれも同様な構成を有する。排気浄化触媒２０、２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒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物質（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。排気浄化触媒２０、２４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。
【００３２】
排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵能力によれば、排気浄化触媒２０、２４は、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン（リーン空燃比）であるときには排気ガス中の酸素を吸蔵する。一方、排気浄化触媒２０、２４は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ（リッチ空燃比）であるときには、排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素を放出する。
【００３３】
排気浄化触媒２０、２４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、図２（Ａ）に示したように、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比である場合、酸素吸蔵量が少ないときには排気浄化触媒２０、２４により排気ガス中の酸素が吸蔵される。また、これに伴って、排気ガス中のＮＯｘが還元浄化される。また、酸素吸蔵量が多くなると、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍の或る吸蔵量（図中のＣｕｐｌｉｍ）を境に排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガス中の酸素及びＮＯｘの濃度が急激に上昇する。
【００３４】
一方、図２（Ｂ）に示したように、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比である場合、酸素吸蔵量が多いときには排気浄化触媒２０、２４に吸蔵されている酸素が放出され、排気ガス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）を境に排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガス中の未燃ガスの濃度が急激に上昇する。
【００３５】
以上のように、本実施形態において用いられる排気浄化触媒２０、２４によれば、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比及び酸素吸蔵量に応じて排気ガス中の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２０、２４は三元触媒とは異なる触媒であってもよい。
【００３６】
＜空燃比センサの構成＞
次に、図３を参照して、本実施形態における空燃比センサ４０、４１の構成について説明する。図３は、空燃比センサ４０、４１の概略的な断面図である。図３から分かるように、本実施形態における空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層及び一対の電極から成るセルが１つである１セル型の空燃比センサである。
【００３７】
図３に示したように、空燃比センサ４０、４１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（第一電極）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（第二電極）５３と、通過する排気ガス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、空燃比センサ４０、４１の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。
【００３８】
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を介して空燃比センサ４０、４１による検出対象であるガス、すなわち排気ガスが導入せしめられる。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を介して排気ガス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。
【００３９】
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。
【００４０】
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によって空燃比センサ４０、４１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。
【００４１】
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。
【００４２】
また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１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、ＥＣＵ３１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空燃比センサ４０、４１の出力電流である。
【００４３】
このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図４に示したような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図４からわかるように、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。
【００４４】
図５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５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が零になるように構成される。また、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。
【００４５】
なお、上記例では、空燃比センサ４０、４１として図３に示した構造の限界電流式の空燃比センサを用いている。しかしながら、上流側空燃比センサ４０としては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等、如何なる空燃比センサを用いてもよい。
【００４６】
＜空燃比制御の概要＞
次に、本発明の内燃機関の制御装置における空燃比制御の概要を説明する。本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて上流側空燃比センサ４０の出力電流（すなわち、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比）Ｉｒｕｐが目標空燃比に相当する値となるようにフィードバック制御が行われる。目標空燃比は、下流側空燃比センサ４１の出力電流に基づいて設定される。特に、本実施形態では、目標空燃比の設定は、片側破綻制御と両側破綻制御との二種類の制御に基づいて行われる。以下では、これら片側破綻制御及び両側破綻制御について説明する。
【００４７】
＜片側破綻制御＞
まず、片側破綻制御について説明する。片側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに、目標空燃比がリーン設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。ここで、リッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈは、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められたリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）に相当する値である。また、リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リーンである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１４．５〜１６程度とされる。
【００４８】
目標空燃比がリーン設定空燃比に変更されると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが推定される。酸素吸蔵量ＯＳＡの推定は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、及びエアフロメータ３９等に基づいて算出される燃焼室５内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１１からの燃料噴射量等に基づいて行われる。そして、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比が、リッチ設定空燃比とされ、その後、その空燃比に維持される。リッチ設定空燃比は、理論空燃比よりも或る程度リッチである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。なお、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）以下とされる。その後、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが再びリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに再び目標空燃比がリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。
【００４９】
このように本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に設定される。特に、本実施形態では、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差は、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差よりも大きい。したがって、本実施形態では、目標空燃比は、短期間のリーン設定空燃比と、長期間の弱リッチ設定空燃比とに交互に設定されることになる。
【００５０】
＜タイムチャートを用いた片側破綻制御の説明＞
図６を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図６は、片側破綻制御を行った場合における、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ、空燃比補正量ＡＦＣ、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ、及び上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中のＮＯｘ濃度のタイムチャートである。
【００５１】
なお、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに零になる。加えて、当該排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに負の値となり、当該排気ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに正の値となる。また、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比又はリーン空燃比であるときには、理論空燃比からの差が大きくなるほど、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐの絶対値が大きくなる。下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎも、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比に応じて、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと同様に変化する。また、空燃比補正量ＡＦＣは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は理論空燃比とされ、空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比はリーン空燃比となり、空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比はリッチ空燃比となる。
【００５２】
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとされている。リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈは、リッチ設定空燃比に相当する値であり、０よりも小さな値である。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。しかしながら、排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側排気浄化触媒２０で浄化されるため、下流側空燃比センサの出力電流Ｉｒｄｗｎはほぼ０（理論空燃比に相当）となる。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量はほぼゼロとなる。
【００５３】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡは時刻ｔ1においてゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガスの一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。これにより、時刻ｔ1以降、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが徐々に低下する。その結果、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。
【００５４】
片側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。リーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎは、リーン設定空燃比に相当する値であり、０よりも大きな値である。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比へと切り替えられる。
【００５５】
なお、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達してから、すなわち上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比に到達してから、空燃比補正量ＡＦＣの切替を行っている。これは、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分であっても、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から極わずかにずれてしまう場合があるためである。すなわち、仮に出力電流Ｉｒｄｗｎが零（理論空燃比に相当）から僅かにずれた場合にも酸素吸蔵量がほぼゼロであると判断してしまうと、実際には十分な酸素吸蔵量があっても酸素吸蔵量がほぼゼロであると判断される可能性がある。そこで、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比に到達して始めて酸素吸蔵量がほぼゼロであると判断することとしている。逆に言うと、リッチ判定空燃比は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が十分であるときには上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が到達することのないような空燃比とされる。なお、後述するリーン判定空燃比についても同じことがいえる。
【００５６】
時刻ｔ2において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する（実際には、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス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）。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが正の値となる。時刻ｔ2において上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大する。また、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎも０に収束する。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵され、ＮＯｘは還元浄化される。このため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロとなる。
【００５７】
その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大すると、時刻ｔ3において酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値は切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。本実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆになると、上流側排気浄化触媒２０への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（０よりも小さな値）に切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。
【００５８】
ここで、図６に示した例では、時刻ｔ3において目標空燃比を切り替えると同時に酸素吸蔵量ＯＳＡが低下しているが、実際には目標空燃比を切り替えてから酸素吸蔵量ＯＳＡが低下するまでには遅れが発生する。これに対して、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定される。このため、このような遅れが生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡは最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しない。逆に言うと、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が実際に変化するまで遅延が生じても、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘには到達しないように十分少ない量とされる。例えば、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が新品であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。
【００５９】
時刻ｔ3において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する（実際には、目標空燃比を切り替えてから上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス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）。これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していき、時刻ｔ4において、時刻ｔ1と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが低下し始める。このときも、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比となっているため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロされる。
【００６０】
次いで、時刻ｔ5において、時刻ｔ2と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。これにより、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定空燃比に相当する値ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。その後、上述した時刻ｔ1〜ｔ5のサイクルが繰り返される。
【００６１】
以上の説明から分かるように片側破綻制御によれば、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。すなわち、片側破綻制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を少ないものとすることができる。
【００６２】
また、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ及び吸入空気量の推定値等に基づいて推定される。しかしながら、このように酸素吸蔵量ＯＳＡを推定した場合には誤差が生じる可能性がある。本実施形態においても、時刻ｔ2〜ｔ3に亘って酸素吸蔵量ＯＳＡを推定しているため、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値には多少の誤差が含まれる。これに対して、本実施形態では、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆを最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも十分に低く設定している。このため、上述したような誤差が含まれていたとしても、上流側排気浄化触媒２０が劣化しない限り、実際の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘにまで到達することはほとんどない。したがって、斯かる観点からも上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出を抑制することができる。
【００６３】
また、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が一定に維持されると、一般に、その排気浄化触媒の酸素吸蔵能力が低下する。これに対して、本実施形態によれば、酸素吸蔵量ＯＳＡは常に上下に変動しているため、酸素吸蔵能力が低下することが抑制される。
【００６４】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ2〜ｔ3において、空燃比補正量ＡＦＣはリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣは必ずしも一定に維持されている必要はなく、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ｔ2〜ｔ3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、リッチ設定補正量等）としてもよい。すなわち、時刻ｔ2〜ｔ3の期間中において、一時的に目標空燃比をリッチ空燃比としてもよい。
【００６５】
同様に、上記実施形態では、時刻ｔ3〜ｔ5において、空燃比補正量ＡＦＣはリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に増大させる等、変動するように設定されてもよい。或いは、図７に示したように、時刻ｔ3〜ｔ5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、リーン設定補正量等）としてもよい（図７の時刻ｔ6、ｔ7等）。すなわち、時刻ｔ3〜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としてもよい。
【００６６】
ただし、この場合であっても、時刻ｔ2〜ｔ3における空燃比補正量ＡＦＣは、当該期間における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差が、時刻ｔ3〜ｔ5における目標空燃比の平均値と理論空燃比との差よりも大きくなるように設定される。
【００６７】
なお、このような片側破綻制御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、ＥＣＵ３１によって行われる。したがって、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆとなるまで、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を継続的又は断続的にリーン設定空燃比にすると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上となったときに、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘｎに達することなく下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ設定空燃比にしているといえる。
【００６８】
より簡単に言えば、片側破綻制御では、ＥＣＵ３１は、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比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ると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ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ているといえる。
【００６９】
また、上記実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐ及び燃焼室５内への吸入空気量の推定値等に基づいて、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが推定されている。しかしながら、酸素吸蔵量ＯＳＡ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。また、上記実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になると、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えられる。しかしながら、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えるタイミングは、例えば目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比へ切り替えてからの機関運転時間等、他のパラメータを基準としてもよい。ただし、この場合であっても、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと推定される間に、目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比へと切り替えることが必要となる。
【００７０】
＜両側破綻制御＞
次に、両側破綻制御について説明する。両側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となったときに、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。この場合、目標空燃比が弱リッチ空燃比から弱リーン設定空燃比に切り替えられ、その空燃比に維持される。弱リーン設定空燃比は、理論空燃比よりも僅かにリーンである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．６２〜１５．７、好ましくは１４．６３〜１５．２、より好ましくは１４．６５〜１４．９程度とされる。弱リーン設定空燃比は、リーン設定空燃比よりも理論空燃比からの差が小さいリーン空燃比であるのが好ましいが、リーン設定空燃比と同一であってもよい。
【００７１】
一方、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上となったときに、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリーン空燃比になったと判断される。この場合、目標空燃比が弱リーン設定空燃比から弱リッチ設定空燃比に切り替えられ、その空燃比に維持される。ここで、リーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎは、理論空燃比よりも僅かにリーンである予め定められたリーン判定空燃比（例えば、１４．６５）に相当する値である。また、弱リッチ設定空燃比は、理論空燃比よりも僅かにリッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１３．５〜１４．５８、好ましくは１４〜１４．５７、より好ましくは１４．３〜１４．５５程度とされる。弱リッチ設定空燃比は、リッチ設定空燃比よりも理論空燃比からの差が小さいリッチ空燃比であるのが好ましいが、リッチ設定空燃比と同一であってもよい。
【００７２】
この結果、本実施形態の両側破綻制御では、目標空燃比が弱リッチ設定空燃比とされた状態で下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、目標空燃比が弱リーン設定空燃比に設定される。その後、目標空燃比が弱リーン設定空燃比とされた状態で下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になると、目標空燃比が弱リッチ設定空燃比に設定され、同様な操作が繰り返される。
【００７３】
なお、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比は、理論空燃比の１％以内、好ましくは０．５％以内、より好ましくは０．３５％以内の空燃比とされる。したがって、リッチ判定空燃比及びリーン判定空燃比の理論空燃比からの差は、理論空燃比が１４．６の場合には、０．１５以下、好ましくは０．０．０７３以下、より好ましくは０．０５１以下とされる。
【００７４】
＜タイムチャートを用いた両側破綻制御の説明＞
図８を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図８は、両側破綻制御を行った場合における、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ、空燃比補正量ＡＦＣ、及び上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐのタイムチャートである。
【００７５】
図示した例では、時刻ｔ1以前の状態では、目標空燃比の空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈとされている。弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈは、弱リッチ設定空燃比に相当する値であり、０よりも小さな値である。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐが負の値となる。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中には未燃ガスが含まれることになるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。しかしながら、排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側排気浄化触媒２０で浄化されるため、下流側空燃比センサの出力電流Ｉｒｄｗｎはほぼ０（理論空燃比に相当）となる。
【００７６】
上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡは時刻ｔ1においてゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガスの一部が上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。このため、図８の時刻ｔ1以降、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが徐々に低下する。なお、上流側排気浄化触媒２０から流出した排気ガス中に含まれる未燃ガスは、下流側排気浄化触媒２４によって酸化、浄化される。
【００７７】
その後、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは徐々に低下して、時刻ｔ2においてリッチ判定空燃比に相当するリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達する。本実施形態の両側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに切り替えられる。弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎは、弱リーン設定空燃比に相当する値であり、０よりも大きい値である。
【００７８】
時刻ｔ2において、目標空燃比を弱リーン設定空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比もリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは正の値になると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大し始める。
【００７９】
時刻ｔ2以降において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に増加すると、酸素吸蔵量ＯＳＡは時刻ｔ3において最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに近づく。これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素の一部は、上流側排気浄化触媒２０で吸蔵されずに流出し始める。これにより、図８の時刻ｔ3以降、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが徐々に上昇する。その結果、時刻ｔ4において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定空燃比に相当するリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎに到達する。本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力電流がリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させるべく、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられる。
【００８０】
時刻ｔ4において、目標空燃比を弱リッチ設定空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比もリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。これに伴って、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐは負の値になると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは減少し始める。時刻ｔ4以降においては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。その後は、時刻ｔ1〜ｔ5の操作と同様な操作が繰り返される。
【００８１】
なお、上記実施形態では、時刻ｔ2〜ｔ4において、空燃比補正量ＡＦＣは弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に減少させる等、変動するように設定されてもよい。同様に、上記実施形態では、時刻ｔ4〜ｔ2において、空燃比補正量ＡＦＣは弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに維持される。しかしながら、斯かる期間において、空燃比補正量ＡＦＣは必ずしも一定に維持されている必要はなく、徐々に増大させる等、変動するように設定されてもよい。
【００８２】
或いは、図９に示したように、図ｔ2〜ｔ4において、空燃比補正量ＡＦＣをまずリーン設定補正量（弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎよりも大きい正の値）に設定してもよい。そして、その後、時刻ｔ5において、弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに設定するようにしてもよい。同様に、図ｔ4〜ｔ2において、空燃比補正量ＡＦＣをまずリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈよりも小さい負の値）に設定してもよい。そして、その後、時刻ｔ6において、弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに設定するようにしてもよい。なお、リーン設定補正量及びリッチ設定補正量は、片側破綻制御におけるリーン設定補正量及びリッチ設定補正量とは異なる値であってもよい。
【００８３】
特に、図９に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがゼロよりも多い所定のリーン度合い変更基準吸蔵量Ｃｌｅａｎに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎから弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに切り替えられる。すなわち、目標空燃比がリーン設定空燃比から弱リーン設定空燃比に切り替えられる。同様に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量よりも少ないリッチ度合い変更基準吸蔵量Ｃｒｉｃｈに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈから弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられる。すなわち、目標空燃比がリッチ設定空燃比から弱リッチ設定空燃比に切り替えられる。なお、リーン度合い変更基準吸蔵量及びリッチ度合い変更基準吸蔵量はそれぞれゼロ及び最大吸蔵可能酸素量からの差が所定の変更基準差αとなる吸蔵量とされる。
【００８４】
図９に示したような両側破綻制御によれば、目標空燃比は、時刻ｔ2においてリッチ空燃比からリーン空燃比に変更された直後には、理論空燃比からの差が大きなものとされる（すなわち、リーン度合いが大きいものとされる）。同様に、目標空燃比は、時刻ｔ4においてリーン空燃比からリッチ空燃比に変更された直後には、理論空燃比からの差が大きなものとされる（すなわち、リッチ度合いが大きいものとされる）。このため、時刻ｔ2において上流側排気浄化触媒２０から流出していた未燃ガス及び時刻ｔ4において上流側排気浄化触媒２０から流出していたＮＯｘを迅速に減少させることができる。
【００８５】
また、図９に示した両側破綻制御によれば、時刻ｔ5において目標空燃比が弱リーン設定空燃比に切り替えられる。このように目標空燃比の理論空燃比からの差を小さくすることにより、時刻ｔ4において、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出するときにもその流出量を少なく抑えることができる。加えて、図９に示した両側破綻制御によれば、時刻ｔ6において目標空燃比が弱リッチ設定空燃比に切り替えられる。このように目標空燃比の理論空燃比からの差を小さくすることにより、時刻ｔ2において、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスが流出するときにもその流出量を少なく抑えることができる。
【００８６】
いずれにせよ、上述した両側破綻制御をまとめて表現すると、両側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１よって検出された空燃比がリッチ判定空燃比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ると共に、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比が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空燃比に切り替えているといえる。
【００８７】
＜両制御の切替＞
ところで、排気浄化触媒２０、２４の最大吸蔵可能酸素量は様々な要因で変化する。例えば、排気浄化触媒２０、２４に担持された貴金属が凝集したり剥がれ落ちたりすることにより、排気浄化触媒２０、２４に劣化が生じた場合には、最大吸蔵可能酸素量が減少する。また、排気浄化触媒２０、２４の温度が低下した場合には、吸蔵している酸素を放出しにくくなり、結果的に、最大吸蔵可能酸素量が減少することになる。加えて、排気浄化触媒２０、２４に担持された貴金属等の周りに排気ガス中の硫黄成分や炭化水素が吸蔵されることにより、排気浄化触媒２０、２４が硫黄被毒やＨＣ被毒された場合にも、最大吸蔵可能酸素量が減少する。
【００８８】
このように上流側排気浄化触媒２０の劣化が進んだり、その温度が低下したりすると、最大吸蔵可能酸素量は片側破綻制御における切替基準吸蔵量未満にまで減少する場合がある。このように、最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量未満にまで減少すると、目標空燃比がリーン空燃比に設定されている際に上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は切替基準吸蔵量に到達する前に最大吸蔵可能酸素量に到達することになる。このため、片側破綻制御の実行中には、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量は最大吸蔵可能酸素量に到達しているにもかかわらず、目標空燃比がリーン空燃比に設定されたままになる。この結果、上流側排気浄化触媒２０からは酸素及びＮＯｘを含んだ排気ガスが流出することになる。
【００８９】
そこで、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量に基づいて、片側破綻制御と両側破綻制御との切替を行うようにしている。特に、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも少なくなった場合に、片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行う。逆に、最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも多くなった場合に、両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行う。
【００９０】
図１０は、本実施形態における片側破綻制御から両側破綻制御への切替の様子を示すタイムチャートである。図１０の時刻ｔ1〜ｔ4では、図６に示した片側破綻制御と同様な制御が行われている。したがって、空燃比補正量ＡＦＣをリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈとした状態で、時刻ｔ1において出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻ｔ2において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大して、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻ｔ3及びｔ4では、時刻ｔ1及びｔ2と同様な操作が繰り返される。
【００９１】
図１０の波線の左側は、上流側排気浄化触媒２０の劣化等により、その最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少なくなった場合を示している。図１０に示した例では、時刻ｔ5においても、時刻ｔ1及びｔ3と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下となる。このため、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。
【００９２】
ところが、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少なくなっていると、その酸素吸蔵量ＯＳＡは切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する前に最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに到達する。このため、上流側排気浄化触媒２０はそれ以上排気ガス中の酸素を吸蔵することができなくなり、上流側排気浄化触媒２０からは酸素及びＮＯｘを含んだ排気ガスが流出する。このため、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎは時刻ｔ6において、リーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上となる。
【００９３】
このように、酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する前に、出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になることは、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少なくなったことを意味する。そこで、本実施形態では、時刻ｔ6において、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。このため、時刻ｔ6以降においては、図８に示した両側破綻制御と同様な制御が行われる。
【００９４】
両側破綻制御においては、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になったときには、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈへと切り替えられる。このため、図１０に示した例では、時刻ｔ6において、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈへと切り替えられる。
【００９５】
時刻ｔ6以降は、両側破綻制御が行われる。このため、時刻ｔ7において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比が弱リッチ設定空燃比から弱リーン設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻ｔ8において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比が弱リーン設定空燃比から弱リッチ設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻ｔ9及びｔ10では、時刻ｔ7及び時刻ｔ8と同様な操作が繰り返される。
【００９６】
このように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも少なくなった場合に、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。これにより、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が減少したときには、目標空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えるタイミングは、酸素吸蔵量ではなく下流側空燃比センサ４１の出力電流に基づいて決定されることになる。この結果、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量に到達している状態で目標空燃比がリーン空燃比に設定されたままになることが防止される。このため、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出することが抑制される。
【００９７】
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも少なくなった場合を示している。しかしながら、例えば、上流側排気浄化触媒２０の吸蔵されていた硫黄成分が放出された場合等には、最大吸蔵可能酸素量が増大することになる。このような場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも多くなった場合には、両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行うようにしてもよい。
【００９８】
図１１は、本実施形態における両側破綻制御から片側破綻制御への切替の様子を示すタイムチャートである。特に、図１１に示した例では、上流側排気浄化触媒２０の温度上昇と共に、その最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが増大していく状態を示している。図１１の時刻ｔ1〜ｔ2では、図８に示した両側破綻制御と同様な制御が行われている。したがって、空燃比補正量ＡＦＣを弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎとした状態で、時刻ｔ1において出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比が弱リーン設定空燃比から弱リッチ設定空燃比に切り替えられる。なお、時刻ｔ1における酸素吸蔵量ＯＳＡは、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少ないものとなっている。したがって、このことから、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少ないものとなっていることがわかる。
【００９９】
その後、時刻ｔ2において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達すると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比が弱リッチ設定空燃比から弱リーン設定空燃比に切り替えられる。
【０１００】
図１１に示した例では、時間経過に従って上流側排気浄化触媒２０の温度が上昇している。このため、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘは時間経過に従って増大している。この結果、図１１に示した例では、時刻ｔ3において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達しても、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎはリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎよりも小さいままとなっている。これは、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多くなったことを意味する。そこで、本実施形態では、時刻ｔ3において、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われる。このため、時刻ｔ3以降においては、図６に示した片側破綻制御と同様な制御が行われる。
【０１０１】
片側破綻制御においては、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったときには、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈへと切り替えられる。このため、図１１に示した例では、時刻ｔ3において、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈへと切り替えられる。
【０１０２】
時刻ｔ3以降は、片側破綻制御が行われる。このため、時刻ｔ4において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻ｔ5において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になると、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り替えられる。その後、時刻ｔ6及びｔ7では、時刻ｔ4及び時刻ｔ5と同様な操作が繰り返される。
【０１０３】
ここで、片側破綻制御ではその制御中に上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出しないのに対して、両側破綻制御ではその制御中に一時的に少量のＮＯｘが流出する。したがって、排気エミッションの観点からは、両側破綻制御を行うよりも片側破綻制御を行う方が好ましい。これに対して、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも多くなった場合に、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われる。したがって、片側破綻制御を実行しても排気エミッションの悪化が生じない状況下においては、できるだけ片側破綻制御が実行されるようになる。このため、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出することが抑制される。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以下になったときには片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行っている。しかしながら、切替基準吸蔵量とは異なる下限吸蔵量以下になったときに片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行ってもよい。この場合には、片側破綻制御中に、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘを推定するための最大吸蔵量推定制御が行われる。この最大吸蔵量推定制御によって推定された最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが下限吸蔵量以下になったときに、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。なお、下限吸蔵量は、切替基準吸蔵量よりも多いことが好ましい。
【０１０５】
また、上述した最大吸蔵量推定制御としては、下流側空燃比センサ４１の出力電流がリッチ判定基準値に達するまで目標空燃比をリッチ空燃比にすると共に、その後、出力電流がリーン判定基準値に達するまで目標空燃比をリーン空燃比にする制御、或いはその逆の制御が挙げられる。斯かる制御を行うことで、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量がゼロから最大吸蔵可能酸素量に変化するまで、または最大吸蔵可能酸素量からゼロに変化するまでに、上流側排気浄化触媒２０に流入した酸素量又は未燃ガス量を算出することができる。これにより、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が推定される。
【０１０６】
また、図１０に示した例では、片側破綻制御の実行中に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが１回リーン判定基準値を超えると、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以下に低下したと判断される。その結果、出力電流Ｉｒｄｗｎが１回リーン判定基準値を超えると、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。しかしながら、実際には、下流側空燃比センサ４１におけるノイズにより出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値以上になっている可能性がある。そこで、片側破綻制御の実行中に、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎが予め定められた複数回以上になったときに、片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行うようにしてもよい。
【０１０７】
＜具体的な制御の説明＞
次に、図１２及び図１３を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図１２に示したように、Ａ１〜Ａ９の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図１２を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックＡ１〜Ａ９における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。
【０１０８】
＜燃料噴射量の算出＞
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、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。
【０１０９】
筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、吸入空気流量Ｇａと、機関回転数ＮＥと、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気流量Ｇａはエアフロメータ３９によって計測され、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。
【０１１０】
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ＡＦＴで除算することにより、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＡＦＴ）。目標空燃比ＡＦＴは、後述する目標空燃比設定手段Ａ６によって算出される。
【０１１１】
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を加えることで燃料噴射量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。
【０１１２】
＜目標空燃比の算出＞
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素吸蔵量算出手段Ａ４、目標空燃比補正量算出手段Ａ５、及び目標空燃比設定手段Ａ６が用いられる。
【０１１３】
酸素吸蔵量算出手段Ａ４は、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及び上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいて上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量の推定値ＯＳＡｅｓｔを算出する。例えば、酸素吸蔵量算出手段Ａ４は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに対応する空燃比と理論空燃比との差分に燃料噴射量Ｑｉを乗算すると共に、求めた値を積算することによって酸素吸蔵量の推定値ＯＳＡｅｓｔを算出する。
【０１１４】
目標空燃比補正量算出手段Ａ５では、酸素吸蔵量算出手段Ａ４によって算出された酸素吸蔵量の推定値ＯＳＡｅｓｔと、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎ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。具体的には、図１３に示したフローチャートに基づいて空燃比補正量ＡＦＣが算出される。
【０１１５】
目標空燃比設定手段Ａ６は、基準となる空燃比、本実施形態では理論空燃比ＡＦＲに、目標空燃比補正量算出手段Ａ５で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ＡＦＴを算出する。このようにして算出された目標空燃比ＡＦＴ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Ａ８に入力される。
【０１１６】
＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量の算出に当たっては、数値変換手段Ａ７、空燃比偏差算出手段Ａ８、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ９が用いられる。
【０１１７】
数値変換手段Ａ７は、上流側空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと、空燃比センサ４０の出力電流Ｉｒｕｐと空燃比との関係を規定したマップ又は計算式（例えば、図５に示したようなマップ）とに基づいて、上流側排気空燃比ＡＦｕｐを算出する。したがって、上流側排気空燃比ＡＦｕｐは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比に相当する。
【０１１８】
空燃比偏差算出手段Ａ８は、数値変換手段Ａ７によって求められた上流側排気空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ６によって算出された目標空燃比ＡＦＴを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＡＦＴ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標空燃比ＡＦＴに対する燃料供給量の過不足を表す値である。
【０１１９】
Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ９は、空燃比偏差算出手段Ａ８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（１）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ＤＦｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＦｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＦｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ      …（１）
【０１２０】
なお、上記式（１）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と前回更新されていた空燃比偏差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、この時間積分値ＤＤＡＦは前回更新された時間積分値ＤＤＡＦ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（ＳＤＡＦ＝ＤＤＡＦ＋ＤＡＦ）。
【０１２１】
なお、上記実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を上流側空燃比センサ４０によって検出している。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比の検出精度は必ずしも高い必要はないことから、例えば、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量及びエアフロメータ３９の出力に基づいてこの排気ガスの空燃比を推定するようにしてもよい。
【０１２２】
図１３は、空燃比補正量の設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１３に示したフローチャートは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【０１２３】
図１３に示したように、まず、ステップＳ１１では、空燃比補正量ＡＦＣの設定条件が成立しているか否かが判定される。空燃比補正量の設定条件が成立している場合とは、例えば燃料カット制御中ではないこと等が挙げられる。ステップＳ１１において空燃比補正量の算出条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、両側フラグＦＲが０であるか否かが判定される。両側フラグＦＲは、両側破綻制御が実行されているときには１にセットされ、片側破綻制御が実行されているときには０にセットされるフラグである。片側破綻制御が実行されているときには、ステップＳ１２からステップＳ１３へと進む。
【０１２４】
ステップＳ１３では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多いか否かが判定される。具体的には、例えば、片側破綻制御の実行中に下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上となったときに、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多いと判定される。ステップＳ１３において、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも多いと判定された場合には、ステップＳ１４へと進み、片側破綻制御が継続される。片側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量に切り替えられる。その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに達すると、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量に切り替えられ。片側破綻制御では、このような空燃比補正量ＡＦＣの設定操作が繰り返し行われる。
【０１２５】
一方、ステップＳ１３において、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以下であると判定された場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、両側フラグＦＲが１にセットされ、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。両側破綻制御では、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量に切り替えられる。その後、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になると空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量に切り替えられる。両側破綻制御では、このような空燃比補正量ＡＦＣの設定操作が繰り返し行われる。
【０１２６】
ステップＳ１５において、両側フラグＦＲが１にセットされると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１２からステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少ないか否かが判定される。ステップＳ１７において、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆよりも少ないと判定された場合には、ステップＳ１８へと進み、両側破綻制御が継続される。一方、ステップＳ１７において、最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、両側フラグＦＲが０にセットされ、ステップＳ２０へと進む。ステップＳ２０では、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われる。
【０１２７】
＜第二実施形態＞
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第二実施形態の制御装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態の制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、第一実施形態の制御装置では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量に基づいて制御の切替を行っているのに対して、本実施形態の制御装置では、上流側排気浄化触媒２０の触媒温度に基づいて制御の切替を行うようにしている。
【０１２８】
ところで、上述したように上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量は、その触媒温度に応じて変化する。上流側排気浄化触媒２０の温度が低下すると、上流側排気浄化触媒２０から吸蔵されている酸素が放出されにくくなり、結果的に、最大吸蔵可能酸素量が減少する。換言すると、上流側排気浄化触媒２０の温度が或る一定温度以下になると、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量も或る一定の下限吸蔵量（例えば、切替基準吸蔵量）以下になっているといえる。そこで、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が予め定められた下限温度以下になったときには片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行うようにしている。
【０１２９】
図１４は、本実施形態における片側破綻制御から両側破綻制御への切替の様子を示すタイムチャートである。図１４の時刻ｔ1〜ｔ6では、図６に示した片側破綻制御と同様な制御が行われている。したがって、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達した時刻ｔ1、ｔ3及びｔ5においては、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。一方、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達した時刻ｔ2、ｔ4及びｔ6においては、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。
【０１３０】
一方、図１４に示した例では、時刻ｔ4以降、上流側排気浄化触媒２０の温度が徐々に低下している。これに伴って、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量も徐々に低下している。このように上流側排気浄化触媒２０の温度が低下していくと、この温度は時刻ｔ7において下限温度Ｔｒｅｆｌｏｗに到達する。このとき、図１４に示した例では上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量も下限吸蔵量（切替基準吸蔵量）に到達している。なお、図１４に示した例では、時刻ｔ7において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈに到達している。
【０１３１】
本実施形態では、このように上流側排気浄化触媒２０の温度が下限温度Ｔｒｅｆ以下になると、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。このため、時刻ｔ7以降においては、図８に示した両側破綻制御と同様な制御が行われる。両側破綻制御においては、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になったときには、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎへと切り替えられる。このため、図１４に示した例では、時刻ｔ7において、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎへと切り替えられる。
【０１３２】
時刻ｔ7以降は、両側破綻制御が行われる。このため、時刻ｔ8において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリーン判定基準値Ｉｒｌｅａｎ以上になると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リッチ設定補正量ＡＦＣｓｒｉｃｈに切り替えられる。その後、時刻ｔ9において、下流側空燃比センサ４１の出力電流Ｉｒｄｗｎがリッチ判定基準値Ｉｒｒｉｃｈ以下になると、空燃比補正量ＡＦＣが弱リーン設定補正量ＡＦＣｓｌｅａｎに切り替えられる。
【０１３３】
このように、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度が下限温度以下になった場合に、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。これにより、上流側排気浄化触媒２０の温度低下に伴って最大吸蔵可能酸素量が低下している場合でも、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの流出を抑制することができる。
【０１３４】
なお、上記実施形態では、片側破綻制御から両側破綻制御への切替タイミングとなる下限温度は、予め定められた一定値とされている。しかしながら、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い等に応じて最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量を下回る温度も変化する。したがって、下限温度は、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い、上流側排気浄化触媒２０の使用開始からの経過時間又は積算流通排気ガス量等、上流側排気浄化触媒２０に関するパラメータに応じて変化する値であってもよい。また、上記実施形態では、下限温度は、最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量になるような温度として設定されている。しかしながら、下限温度は必ずしもこのような温度として設定される必要はなく、最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量よりも多い所定値になるような温度として設定してもよい。
【０１３５】
加えて、上述した例では、上流側排気浄化触媒２０の温度が下限温度以下に低下した場合には、片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行っている。これと同様に、上流側排気浄化触媒２０の温度が上限温度以上に上昇した場合には、両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行ってもよい。これにより、片側破綻制御を実行しても排気エミッションの悪化が生じない状況下においてはできるだけ片側破綻制御が実行されるようになる。このため、上流側排気浄化触媒２０からＮＯｘが流出することが抑制される。なお、上限温度は、上述した下限温度と同様に設定され、下限温度と同一の温度であってもよいし、下限温度よりも高い温度であってもよい。
【０１３６】
図１５は、本実施形態における空燃比補正量の設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１５に示したフローチャートは一定時間間隔の割り込みによって行われる。また、図１５のステップＳ３１〜Ｓ４０は、ステップＳ３３、Ｓ３７を除いて、図１３のステップＳ１１〜Ｓ２０と同様であるため、説明を省略する。
【０１３７】
図１５のステップＳ３３では、上流側排気浄化触媒２０の温度を検出する温度センサ（図示せず）によって検出された上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔが下限温度Ｔｒｅｆｌｏｗよりも高いか否かが判定される。ステップＳ３３において、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔが下限温度Ｔｒｅｆｌｏｗよりも高いと判定された場合には、ステップＳ３４へと進み、片側破綻制御が継続される。一方、ステップＳ３３において、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔが下限温度Ｔｒｅｆｌｏｗ以下であると判定された場合には、ステップＳ３５へと進む。ステップＳ３５では、両側フラグＦＲが１にセットされ、次いでステップＳ３６では、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。
【０１３８】
また、図１５のステップＳ３７では、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔが上限温度Ｔｒｅｆｈｉｇｈよりも低いか否かが判定される。ステップＳ３７において、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔが上限温度Ｔｒｅｆｈｉｇｈよりも低いと判定された場合には、ステップＳ３８へと進み、両側破綻制御が継続される。一方、ステップＳ３７において、上流側排気浄化触媒２０の温度Ｔが上限温度Ｔｒｅｆｈｉｇｈ以上であると判定された場合には、ステップＳ３９へと進む。ステップＳ３９では、両側フラグＦＲが０にセットされ、次いでステップＳ４０では、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われる。
【０１３９】
次に、第二実施形態の変更例について説明する。上記第二実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度に基づいて、片側破綻制御と両側破綻制御との切替タイミングを決定している。ここで、上流側排気浄化触媒２０の温度は、内燃機関のアイドル運転の時間や、内燃機関の冷間始動からの経過時間や積算空気量等に応じて変化する。そこで、本変形例では、これらパラメータに基づいて片側破綻制御と両側破綻制御との切替タイミングを決定するようにしている。
【０１４０】
内燃機関のアイドル運転中は、一般に、機関本体から排出される排気ガスの温度が低い上、その流量も少ない。このため、内燃機関のアイドル運転時間が長期間に亘って続く場合には、上流側排気浄化触媒２０の温度が低くなる。そこで、本変形例では、片側破綻制御実行中に内燃機関のアイドル運転の継続時間が予め定められた所定の基準継続時間以上となったときには、片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行うこととしている。基準継続時間は、一般的に、アイドル運転を継続すると上流側排気浄化触媒２０の温度が上述した下限温度以下になるような時間に設定される。なお、基準継続時間は、必ずしも予め定められた一定時間でなくてもよく、上記下限温度と同様に、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い等に応じて変わるようにしてもよい。
【０１４１】
また、内燃機関の冷間始動後、上流側排気浄化触媒２０の温度は徐々に上昇する。このときの上流側排気浄化触媒２０の温度は、内燃機関の冷間始動後に上流側排気浄化触媒２０に流入した排気ガスの積算排気ガス量が多くなるほど上昇する。すなわち、上流側排気浄化触媒２０の温度は、冷間始動後に機関本体１の燃焼室５に供給された積算吸入空気量が多くなるほど上昇する。
【０１４２】
そこで、本変形例では、両側破綻制御中に燃焼室５への積載吸入空気量が予め定められた所定の基準空気量以上となったときには、両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行うこととしている。基準空気量は、一般的に、上流側排気浄化触媒２０の温度が上述した上限温度以上になるような空気量に設定される。なお、基準空気量は、必ずしも予め定められた一定空気量でなくてもよく、上記上限温度と同様に、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い等に応じて変わるようにしてもよいし、外気温等に応じて変わるようにしてもよい。
【０１４３】
＜第三実施形態＞
次に、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。第三実施形態の制御装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態及び第二実施形態の制御装置の構成及び制御と同様である。しかしながら、上述した実施形態の制御装置では、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量や温度等に基づいて制御の切替を行っている。これに対して、本実施形態の制御装置では、燃料カット制御後の経過時間や単位時間当たりの燃料カット制御の回数等に基づいて制御の切替を行うようにしている。
【０１４４】
ところで、上述したように、上流側排気浄化触媒２０に担持された貴金属等の周りに排気ガス中の硫黄成分や炭化水素が吸蔵されると、上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒やＨＣ被毒を招く。このように、上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒やＨＣ被毒が生じると、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が減少する。
【０１４５】
このような上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒やＨＣ被毒は、一般に、燃料カット制御を行うと低減されることが知られている。ここで、燃料カット制御とは、内燃機関の作動中に燃焼室５への燃料供給を停止又は大幅に減量する制御であり、内燃機関を搭載した車両の減速中等に行われる。このような燃料カット制御を行うと、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている硫黄成分や炭化水素が放出されることになり、その結果、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が増大することになる。
【０１４６】
同様に、上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒やＨＣ被毒は、一般に、上流側排気浄化触媒２０の温度が硫黄成分や炭化水素の離脱温度以上の高温になると、低減されることが知られている。すなわち、上流側排気浄化触媒２０の温度が離脱温度以上になると、上流側排気浄化触媒２０に吸蔵されている硫黄成分や炭化水素が放出されることになり、その結果、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が増大することになる。
【０１４７】
したがって、長期間に亘って燃料カット制御が行われずに内燃機関の運転が継続されている場合には、上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒やＨＣ被毒が進行して、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が減少する。一方、燃料カット制御が頻繁に行われている場合及び上流側排気浄化触媒２０の温度が離脱温度以上になった場合には、上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒やＨＣ被毒は進行せず、よって、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量は多いまま維持される。
【０１４８】
そこで、本実施形態では、片側破綻制御実行中に前回燃料カット制御が実行されてからの経過時間が予め定められた基準経過時間以上となったときには、片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行うこととしている。基準経過時間は、新品時において上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量に到達するのにかかる時間以下の時間とされる。なお、所定の基準経過時間は、必ずしも予め定められた一定時間でなくてもよく、上述した下限温度と同様に、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い等に応じて変わるようにしてもよい。また、本実施形態では、前回燃料カット制御が実行されてからの経過時間に基づいて切替を決定しているが、硫黄被毒やＨＣ被毒に応じて変化するパラメータであれば、他のパラメータに基づいて切替を決定してもよい。このようなパラメータとしては、例えば、前回燃料カット制御が実行されてからの積算吸入空気量等が挙げられる。
【０１４９】
また、本実施形態では、両側破綻制御中に単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数が予め定められた基準回数以上となったときには、両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行うこととしている。基準回数は、新品時において上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量を切替基準吸蔵量以上に維持するのに必要な回数以上とされる。なお、所定の基準回数は、必ずしも予め定められた一定回数でなくてもよく、上述した下限温度と同様に、上流側排気浄化触媒２０の劣化度合い等に応じて変わるようにしてもよい。
【０１５０】
加えて、本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度を検出する温度センサ（図示せず）によって上流側排気浄化触媒２０の温度が検出される。そして、両側破綻制御中に、この温度センサによって検出された触媒温度が上述した硫黄成分や炭化水素の離脱温度以上となったときには、両側破綻制御から片側破綻制御への切替を行うこととしている。
【０１５１】
このように、本実施形態では、前回燃料カット制御が実行されてからの経過時間が基準経過時間以上になった場合に、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われる。これにより、上流側排気浄化触媒２０の硫黄被毒及びＨＣ被毒に伴って最大吸蔵可能酸素量が低下している場合でも、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの流出を抑制することができる。
【０１５２】
また、本実施形態では、単位時間当たりの燃料カット制御の実行回数が予め定められた基準回数以上となった場合、及び上流側排気浄化触媒２０の温度が離脱温度以上となった場合に、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われる。これにより、片側破綻制御を実行しても排気エミッションの悪化が生じない状況下においてはできるだけ片側破綻制御が実行されるようになる。
【０１５３】
なお、上記第二実施形態及び第三実施形態では、上流側排気浄化触媒２０の温度や前回燃料カット制御が実行されてからの経過時間等のパラメータに基づいて、制御の切替が行われている。これらパラメータは、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量とは異なる運転パラメータであってこの運転パラメータの値が変化すると最大吸蔵可能酸素量が変化する運転パラメータであるといえる。したがって、これら実施形態では、斯かる運転パラメータに基づいて制御の切替が行われているといえる。なお、斯かる運転パラメータであれば、上述したパラメータとは異なるパラメータに基づいて制御の切替を行ってもよい。
【０１５４】
また、上記第一実施形態から第三実施形態の制御装置は、互いに組み合わせて用いてもよい。このような組み合わせについて、例えば、第一実施形態の制御装置と第二実施形態の制御装置とを組み合わせた場合を例にとって説明する。この場合、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量以下になった場合或いはその温度が下限温度以下になった場合に、片側破綻制御から両側破綻制御への切替が行われることになる。この場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量以上になり且つその温度が上限温度以上になった場合に、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われることになる。
【０１５５】
或いは、第一実施形態の制御装置と第二実施形態の制御装置とを組み合わせた場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量以下になり且つその温度が下限温度以下になった場合に、片側破綻制御から両側破綻制御への切替を行うようにしてもよい。この場合には、上流側排気浄化触媒２０の最大吸蔵可能酸素量が切替基準吸蔵量以上になった場合又はその温度が上限温度以上になった場合、或いはその両方を満たした場合に、両側破綻制御から片側破綻制御への切替が行われることになる。
【符号の説明】
【０１５６】
１    機関本体
５    燃焼室
７    吸気ポート
９    排気ポート
１９    排気マニホルド
２０    上流側排気浄化触媒
２４    下流側排気浄化触媒
３１    ＥＣＵ
４０    上流側空燃比センサ
４１    下流側空燃比センサ
【図１】
2015071959.tif 000003
【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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