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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
<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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
<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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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)
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
<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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。