CN109763907A

CN109763907A - 内燃机的排气净化装置

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Publication number: CN109763907A
Application number: CN201811241436.4A
Authority: CN
Inventors: 梅泽幸司; 森广锦司
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: EP3486466B1; JP6834917B2; US10626775B2; CN109763907B; US20190136737A1; JP2019085961A; EP3486466A1

Abstract

内燃机的排气净化装置，抑制在使催化剂的氧吸藏量变动时排气排放恶化。具备：上游侧催化剂，其配置于排气通路，并且能够吸藏氧；下游侧催化剂，其配置于上游侧催化剂的排气流动方向下游侧，并且能够吸藏氧；空燃比传感器，其配置于上游侧催化剂与下游侧催化剂之间，并且检测从上游侧催化剂流出的流出排气的空燃比；空燃比控制部，其将向上游侧催化剂流入的流入排气的空燃比控制为目标空燃比；以及温度算出部，其算出下游侧催化剂的温度。空燃比控制部执行单侧崩溃控制和双侧崩溃控制。空燃比控制部在由温度算出部算出的下游侧催化剂的温度上升至下游侧催化剂的活性温度以上的基准温度时进行从单侧崩溃控制向双侧崩溃控制的切换。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置。

背景技术

以往，已知有将能够吸藏氧的催化剂配置于内燃机的排气通路，在催化剂中对排气中的未燃气体(HC、CO等)及NOx进行净化。催化剂的氧吸藏能力越高，则催化剂能够吸藏的氧的量越多，催化剂的排气净化性能越提高。

为了维持催化剂的氧吸藏能力，优选使催化剂的氧吸藏量变动，以使得催化剂的氧吸藏量不维持为恒定。专利文献1记载的内燃机中，上游侧催化剂及下游侧催化剂配置于排气通路，为了使上游侧催化剂的氧吸藏量变动，进行单侧崩溃(日文：破綻)控制和双侧崩溃控制这两种控制。单侧崩溃控制及双侧崩溃控制中，基于配置于上游侧催化剂的下游侧的下游侧空燃比传感器的输出等，将向上游侧催化剂流入的排气的目标空燃比在比理论空燃比稀的稀空燃比与比理论空燃比浓的浓空燃比之间交替切换。

具体地说，在双侧崩溃控制中，在由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时目标空燃比被从浓空燃比切换为稀空燃比，在由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比成为了比理论空燃比稀的稀判定空燃比以上时目标空燃比被从稀空燃比切换为浓空燃比。因此，在双侧崩溃控制中，上游侧催化剂的氧吸藏量在0与最大氧吸藏量之间变动。因而，上游侧催化剂的氧吸藏量定期地成为0或最大氧吸藏量，从上游侧催化剂排出少量的未燃气体及NOx。

另一方面，在单侧崩溃控制中，在由下游侧空燃比传感器检测到的空燃比成为了比理论空燃比浓的浓判定空燃比以下时目标空燃比被从浓空燃比切换为稀空燃比，在上游侧催化剂的氧吸藏量成为了切换吸藏量以上时目标空燃比被从稀空燃比切换为浓空燃比。因此，在单侧控制中，上游侧催化剂的氧吸藏量在0与切换吸藏量之间变动。因而，上游侧催化剂的氧吸藏量定期地成为0，从上游侧催化剂排出少量的未燃气体。

另外，在单侧崩溃控制中，基于配置于上游侧催化剂的上游侧的上游侧空燃比传感器的输出来算出上游侧催化剂的氧吸藏量。因而，即使在上游侧催化剂的最大氧吸藏量由于劣化等而成为不足切换吸藏量的情况下，到所算出的氧吸藏量达到切换吸藏量为止，目标空燃比也会被维持为稀空燃比。其结果是，在上游侧催化剂的氧吸藏量达到最大氧吸藏量之后大量的NOx从上游侧催化剂流出，排气排放恶化。

在专利文献1所记载的内燃机中，为了解决该课题，在上游侧催化剂的最大氧吸藏量为预定值以上时执行单侧崩溃控制，在上游侧催化剂的最大氧吸藏量不足预定值时执行双侧崩溃控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015－071959号公报

发明内容

发明要解决的课题

从上游侧催化剂流出的未燃气体和NOx基本上在下游侧催化剂中被净化。然而，在下游侧催化剂处于未活性状态时，下游侧催化剂的净化性能降低，所以流入到下游侧催化剂的未燃气体及NOx的一部分在下游侧催化剂中不被净化。因而，若如专利文献1所记载的那样在上游侧催化剂的最大氧吸藏量不足预定值时始终执行双崩溃控制，则会从下游侧催化剂流出未燃气体及NOx，有可能排气排放恶化。

因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于，在内燃机中，抑制在使催化剂的氧吸藏量变动时排气排放恶化。

用于解决课题的技术方案

本发明的要旨如下。

(1)一种内燃机的排气净化装置，具备：上游侧催化剂，其配置于排气通路，并且能够吸藏氧；下游侧催化剂，其配置于所述上游侧催化剂的排气流动方向下游侧，并且能够吸藏氧；空燃比传感器，其配置于所述上游侧催化剂与所述下游侧催化剂之间，并且检测从所述上游侧催化剂流出的流出排气的空燃比；空燃比控制部，其将向所述上游侧催化剂流入的流入排气的空燃比控制为目标空燃比；以及温度算出部，其算出所述下游侧催化剂的温度，所述空燃比控制部执行第1控制和第2控制，所述空燃比控制部，在所述第1控制中，在由所述空燃比传感器检测到的空燃比达到相对于理论空燃比向第1侧偏离的判定空燃比时，将所述目标空燃比设定为相对于理论空燃比向与所述第1侧相反侧的第2侧偏离的第1设定空燃比，在判定为所述目标空燃比被维持在相对于理论空燃比向所述第2侧偏离的空燃比时的所述上游侧催化剂的氧吸藏量的变化量达到比该上游侧催化剂的最大氧吸藏量少的基准量时，将所述目标空燃比设定为相对于理论空燃比向所述第1侧偏离的第2设定空燃比，所述空燃比控制部，在所述第2控制中，在由所述空燃比传感器检测到的空燃比达到比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，将所述目标空燃比设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比，在由所述空燃比传感器检测到的空燃比达到比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，将所述目标空燃比设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比，所述空燃比控制部，在由所述温度算出部算出的所述下游侧催化剂的温度上升至该下游侧催化剂的活性温度以上的基准温度时进行从所述第1控制向所述第2控制的切换。

(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述空燃比控制部，在由所述温度算出部算出的所述下游侧催化剂的温度降低至所述基准温度时进行从所述第2控制向所述第1控制的切换。

(3)根据上述(1)或(2)所述的内燃机的排气净化装置，还具备：催化剂劣化算出部，其算出所述下游侧催化剂的劣化程度，所述空燃比控制部，由所述催化剂劣化算出部算出的所述下游侧催化剂的劣化程度越大，则使所述基准温度越高。

(4)根据上述(3)所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述催化剂劣化算出部基于所述下游侧催化剂的温度历史记录来算出所述下游侧催化剂的劣化程度。

(5)根据上述(4)所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述催化剂劣化算出部基于执行使向所述内燃机的燃烧室的燃料供给停止的燃料切断控制的时间的合计来算出所述下游侧催化剂的劣化程度。

(6)根据上述(3)所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述催化剂劣化算出部基于搭载有所述内燃机的车辆的总行驶距离或所述内燃机的总运转时间来算出所述下游侧催化剂的劣化程度。

(7)根据上述(1)～(6)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述第1侧为浓侧，所述第2侧为稀侧。

(8)根据上述(1)～(6)的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，所述第1侧为稀侧，所述第2侧为浓侧。

发明效果

根据本发明，在内燃机中，能够抑制在使催化剂的氧吸藏量变动时排气排放恶化。

附图说明

图1为概略地示出设置有本发明的第一实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。

图2示出三元催化剂的净化特性。

图3是示出各排气空燃比下的传感器施加电压与输出电流的关系的图。

图4是示出将传感器施加电压设为恒定时的排气空燃比与输出电流的关系的图。

图5是第1控制的控制框图。

图6是第2控制的控制框图。

图7是执行第一实施方式中的空燃比控制时的下游侧催化剂的温度等的时间图。

图8是示出第一实施方式中的空燃比控制切换处理的控制例程的流程图。

图9是示出内燃机转速及进入空气量与下游侧催化剂的温度的关系的图。

图10是示出第一实施方式中的第1控制的控制例程的流程图。

图11是示出第一实施方式中的第2控制的控制例程的流程图。

图12是执行第二实施方式中的空燃比控制时的下游侧催化剂的温度等的时间图。

图13是示出第二实施方式中的第1控制的控制例程的流程图。

图14是概略地示出设置有本发明的第二实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。

图15是示出第三实施方式中的基准温度设定处理的控制例程的流程图。

附图标记说明

20：上游侧催化剂

24：下游侧催化剂

30：ECU

31：空燃比控制部

32：温度算出部

33：催化剂劣化算出部

41：下游侧空燃比传感器

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素标记相同的参照编号。

＜第一实施方式＞

首先，参照图1～图11，对本发明的第一实施方式进行说明。

＜内燃机总体的说明＞

图1为概略地示出设置有本发明的第一实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。图1所示的内燃机是火花点火式内燃机。内燃机搭载于车辆。

参照图1，1表示内燃机本体，2表示汽缸体，3表示在汽缸体2内进行往复运动的活塞，4表示固定在汽缸体2上的汽缸盖，5表示形成于活塞3与汽缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6使进气口7开闭，排气门8使排气口9开闭。

如图1所示，在汽缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在汽缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10构成为根据点火信号产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射预定量的燃料。在本实施方式中，作为燃料，使用理论空燃比为14.6的汽油。

各汽缸的进气口7经由分别对应的进气支管13而与稳压罐(surge tank)14连结，稳压罐14经由进气管15而与空气滤清器16连结。进气口7、进气支管13、稳压罐14、进气管15等形成将空气导入燃烧室5的进气通路。另外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。节气门18通过利用节气门驱动致动器17使其转动而能够变更进气通路的开口面积。

另一方面，各汽缸的排气口9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口9连结的多个支部、和由这些支部集合而成的集合部。排气歧管19的集合部与内置有上游侧催化剂20的上游侧外壳(casing)21连结。上游侧外壳21经由排气管22而与内置有下游侧催化剂24的下游侧外壳23连结。排气口9、排气歧管19、上游侧外壳21、排气管22、以及下游侧外壳23等形成将通过燃烧室5中的混合气的燃烧而产生的排气排出的排气通路。

内燃机的各种控制由电子控制单元(ECU)30执行。电子控制单元(ECU)30包括中央运算装置(CPU)、ROM及RAM那样的存储器、输入端口以及输出端口等。ECU30基于内燃机的各种传感器的输出等来控制内燃机的各种致动器。

在进气管15配置有检测在进气管15内流动的空气的流量的空气流量计39。空气流量计39与ECU30电连接，空气流量计39的输出被输入到ECU30。

另外，在排气歧管19的集合部、即上游侧催化剂20的排气流动方向上游侧配置有对在排气歧管19内流动的排气(即，向上游侧催化剂20流入的排气)的空燃比进行检测的上游侧空燃比传感器40。上游侧空燃比传感器40与ECU30电连接，上游侧空燃比传感器40的输出被输入到ECU30。

另外，在排气管22内、即上游侧催化剂20与下游侧催化剂24之间配置有对在排气管22内流动的排气(即，从上游侧催化剂20流出的排气)的空燃比进行检测的下游侧空燃比传感器41。下游侧空燃比传感器41与ECU30电连接，下游侧空燃比传感器41的输出被输入到ECU30。

另外，在搭载有内燃机的车辆设置有加速器踏板42。在加速器踏板42连接有负荷传感器43，负荷传感器43产生与加速器踏板42的踩踏量、即内燃机负荷成比例的输出。负荷传感器43与ECU30电连接，负荷传感器43的输出被输入到ECU30。

另外，在内燃机设置有曲轴角传感器44，曲轴角传感器44例如每当曲轴旋转15度时产生输出脉冲。曲轴角传感器44与ECU30电连接，曲轴角传感器44的输出被输入到ECU30。ECU30基于曲轴角传感器44的输出来算出内燃机转速。

另外，ECU30与火花塞10、燃料喷射阀11以及节气门驱动致动器17电连接，对它们进行控制。具体地说，ECU30控制火花塞10的点火正时、燃料喷射阀11的燃料喷射正时及燃料喷射量、以及节气门18的开度。

此外，上述的内燃机是将汽油作为燃料的无增压内燃机，但是内燃机的结构不限定于上述结构。因此，如汽缸排列、燃料的喷射方式、进气排气系统的结构、气门驱动机构的结构、增压器的有无那样的内燃机的具体结构可以与图1所示的结构不同。例如，燃料喷射阀11也可以以向进气口7内喷射燃料的方式进行配置。

＜催化剂的说明＞

上游侧催化剂20和下游侧催化剂24配置于排气通路，下游侧催化剂24配置于上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧。上游侧催化剂20及下游侧催化剂24具有同样的结构。催化剂20、24是在由陶瓷构成的载体上担载了具有催化作用的贵金属(例如铂(Pt))及具有氧吸藏能力的助催化剂(例如，氧化铈(CeO₂))的催化剂。

图2示出三元催化剂的净化特性。如图2所示，基于催化剂20、24的未燃气体(HC、CO)及氮氧化物(NOx)的净化率在向催化剂20、24流入的排气的空燃比处于理论空燃比附近区域(图2中的净化窗口A)时非常高。因此，当排气的空燃比被维持为理论空燃比时，催化剂20、24能够有效地净化未燃气体及NOx。

另外，催化剂20、24利用助催化剂而根据排气的空燃比对氧进行吸藏或释放。具体地说，催化剂20、24在排气的空燃比比理论空燃比稀时，对排气中的过剩的氧进行吸藏。另一方面，催化剂20、24在排气的空燃比比理论空燃比浓时，释放对于使未燃气体氧化而言所缺少的氧。其结果是，即使在排气的空燃比从理论空燃比少许偏离的情况下，催化剂20、24的表面上的空燃比也被维持在理论空燃比附近，在催化剂20、24中有效地净化未燃气体及氮氧化物。

此外，催化剂20、24只要具有催化作用及氧吸藏能力即可，也可以是三元催化剂以外的催化剂。

＜空燃比传感器的输出特性＞

接着，参照图3及图4，对本实施方式中的空燃比传感器40、41的输出特性进行说明。图3是示出本实施方式中的空燃比传感器40、41的电压-电流(V-I)特性的图，图4是示出在将施加电压维持为恒定时的在空燃比传感器40、41周围流通的排气的空燃比(以下，称作“排气空燃比”)与输出电流I的关系的图。此外，在本实施方式中，作为两个空燃比传感器40、41，使用同一结构的空燃比传感器。

从图3可知，在本实施方式的空燃比传感器40、41中，排气空燃比越高(越稀)则输出电流I越大。另外，在各排气空燃比下的V-I线中，存在与V轴大致平行的区域，即，即使传感器施加电压变化而输出电流也几乎不变化的区域。该电压区域被称为界限电流区域，此时的电流被称为界限电流。在图3中，将排气空燃比为18时的界限电流区域及界限电流分别用W₁₈、I₁₈示出。因此，空燃比传感器40、41是界限电流式的空燃比传感器。

图4是示出在使施加电压为0.45V左右且恒定时的、排气空燃比与输出电流I的关系的图。从图4可知，在空燃比传感器40、41中，排气空燃比越高(即越稀)，则从空燃比传感器40、41的输出电流I越大。而且，空燃比传感器40、41构成为，在排气空燃比为理论空燃比时输出电流I成为0。因此，空燃比传感器40、41能够连续地(线性地)检测排气空燃比。此外，在排气空燃比大到一定以上时，或者小到一定以下时，输出电流的变化相对于排气空燃比的变化的比例变小。

此外，在上述例子中，作为空燃比传感器40、41，使用界限电流式的空燃比传感器。但是，只要相对于排气空燃比而输出电流线性地变化即可，作为空燃比传感器40、41，也可以使用非界限电流式的空燃比传感器等任何空燃比传感器。另外，两个空燃比传感器40、41也可以是互不相同的结构的空燃比传感器。

＜内燃机的排气净化装置＞

以下，对本发明的第一实施方式的内燃机的排气净化装置(以下，仅称为“排气净化装置”)进行说明。排气净化装置具备上游侧催化剂20、下游侧催化剂24、上游侧空燃比传感器40、下游侧空燃比传感器41、空燃比控制部31以及温度算出部32。在本实施方式中，ECU30作为空燃比控制部31及温度算出部32发挥功能。

温度算出部32算出下游侧催化剂24的温度。在本实施方式中，在内置有下游侧催化剂24的下游侧外壳23设置温度传感器45。温度传感器45检测下游侧催化剂24的温度(地板温度)。温度传感器45与ECU30电连接，温度传感器45的输出被输入到ECU30。温度算出部32基于温度传感器45的输出来算出下游侧催化剂24的温度。

此外，温度传感器45可以以与下游侧催化剂24接近的方式配置于下游侧催化剂24的排气流动方向上游侧的排气管22内或者下游侧催化剂24的排气流动方向下游侧的排气管25内。在该情况下，温度传感器45检测向下游侧催化剂24流入的排气的温度或者从下游侧催化剂24流出的排气的温度。

另外，温度算出部32也可以基于内燃机的运转参数来算出下游侧催化剂24的温度。在该情况下，省略温度传感器45。例如，温度算出部32基于从内燃机的起动起的累计进入空气量来算出下游侧催化剂24的温度。在该情况下，温度算出部32使用表示累计进入空气量与下游侧催化剂24的温度的关系的映射来算出下游侧催化剂24的温度。该映射被制作成，累计进入空气量越多，则下游侧催化剂24的温度越高。累计进入空气量通过对由空气流量计39检测的进入空气量进行累计来算出。

空燃比控制部31将向上游侧催化剂20流入的排气(以下称作“流入排气”)的空燃比控制为目标空燃比。具体地说，空燃比控制部31设定流入排气的目标空燃比，并且以使流入排气的空燃比与目标空燃比一致的方式控制向燃烧室5供给的燃料量。在本实施方式中，空燃比控制部31以使上游侧空燃比传感器40的输出空燃比与目标空燃比一致的方式，对向燃烧室5供给的燃料量进行反馈控制。此外，“输出空燃比”是指与空燃比传感器的输出值相当的空燃比，即由空燃比传感器检测的空燃比。

另外，空燃比控制部31也可以不使用上游侧空燃比传感器40，而以使流入排气的空燃比与目标空燃比一致的方式控制向燃烧室5供给的燃料量。在该情况下，空燃比控制部31以向燃烧室5供给的燃料与空气的比率与目标空燃比一致的方式，向燃烧室5供给根据由空气流量计39检测到的进入空气量和目标空燃比而算出的燃料量。

为了通过使上游侧催化剂20的氧吸藏量变动来抑制上游侧催化剂20的氧吸藏能力的降低，空燃比控制部31执行第1控制和第2控制。空燃比控制部31，在第1控制和第2控制中，将流入排气的目标空燃比交替地切换为比理论空燃比浓的空燃比和比理论空燃比稀的空燃比。

＜第1控制＞

具体地说，空燃比控制部31，在第1控制中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到相对于理论空燃比向第1侧偏离的判定空燃比时，将目标空燃比设定为相对于理论空燃比向与第1侧相反侧的第2侧偏离的第1设定空燃比，在判定为目标空燃比被维持在相对于理论空燃比向第2侧偏离的空燃比时的上游侧催化剂20的氧吸藏量的变化量达到基准量时，将目标空燃比设定为相对于理论空燃比向第1侧偏离的第2设定空燃比。基准量比是预先设定的，设定为比上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值。此外，第1控制也称作单侧崩溃控制。

空燃比控制部31通过对相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量进行累计，来算出上游侧催化剂20的氧吸藏量的变化量。此外，相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量是指，在要使流入排气的空燃比成为理论空燃比时过剩的氧的量或不足的氧的量。在流入排气的空燃比比理论空燃比稀时，由于在上游侧催化剂20吸藏氧，所以氧过剩不足量的值为正。另一方面，在流入排气的空燃比比理论空燃比浓时，由于从上游侧催化剂20释放氧，所以氧过剩不足量的值为负。

因而，空燃比控制部31在流入排气的空燃比比理论空燃比稀时，算出上游侧催化剂20的氧吸藏量的变化量，作为相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量的累计值。另外，空燃比控制部31在流入排气的空燃比比理论空燃比浓时，算出上游侧催化剂20的氧吸藏量的推定变化量，作为相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量的累计值的绝对值。

氧过剩不足量OED例如利用下述式(1)，基于上游侧空燃比传感器40的输出及燃料喷射量来算出。

OED＝0.23×(AFup－14.6)×Qi…(1)

在此，0.23是空气中的氧浓度，14.6是理论空燃比，Qi是燃料喷射量，AFup是上游侧空燃比传感器40的输出空燃比。

此外，氧过剩不足量OED也可以利用下述式(2)，基于上游侧空燃比传感器40的输出及进入空气量来算出。

OED＝0.23×(AFup－14.6)×Ga/AFup…(2)

在此，0.23是空气中的氧浓度，14.6是理论空燃比，Ga是进入空气量，AFup是上游侧空燃比传感器40的输出空燃比。进入空气量Ga由空气流量计39来检测。

另外，氧过剩不足量OED也可以不使用上游侧空燃比传感器40的输出，而是基于流入排气的目标空燃比来算出。在该情况下，在上述式(1)、(2)中，取代上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup，使用目标空燃比的值。

图5是第1控制的控制框图。空燃比控制部31包括A1～A8的功能块。以下，对各功能块进行说明。

首先，说明燃料喷射量的算出。为了算出燃料喷射量，使用缸内进入空气量算出单元A1、基本燃料喷射量算出单元A2以及燃料喷射量算出单元A3。

缸内进入空气量算出单元A1使用存储于ECU30的映射或计算式，基于进入空气量Ga及内燃机转速NE来算出向各汽缸的进入空气量Mc。进入空气量Ga由空气流量计39检测，内燃机转速NE基于曲轴角传感器44的输出来算出。

基本燃料喷射量算出单元A2通过将由缸内进入空气量算出单元A1算出的缸内进入空气量Mc除以目标空燃比TAF来算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/TAF)。目标空燃比TAF由后述的目标空燃比设定单元A5来算出。

燃料喷射量算出单元A3通过对由基本燃料喷射量算出单元A2算出的基本燃料喷射量Qbase加上后述的F/B修正量DQi来算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DQi)。对燃料喷射阀11进行喷射指示，以使得从燃料喷射阀11喷射这样算出的燃料喷射量Qi的燃料。

接着，说明目标空燃比的算出。为了算出目标空燃比，使用空燃比修正量算出单元A4、目标空燃比设定单元A5以及氧吸藏量算出单元A8。

氧吸藏量算出单元A8基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup和由燃料喷射量算出单元A3算出的燃料喷射量Qi或进入空气量Ga，利用上述式(1)或(2)算出氧过剩不足量。另外，氧吸藏量算出单元A8通过对氧过剩不足量进行累计，来算出累计氧过剩不足量ΣOED。

在空燃比修正量算出单元A4中，基于由氧吸藏量算出单元A8算出的累计氧过剩不足量ΣOED和下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn来算出目标空燃比的空燃比修正量AFC。

目标空燃比设定单元A5通过对控制中心空燃比AFR(在本实施方式中为理论空燃比)加上由空燃比修正量算出单元A4算出的空燃比修正量AFC，来算出目标空燃比TAF。这样算出的目标空燃比TAF被输入到基本燃料喷射量算出单元A2及后述的空燃比偏差算出单元A6。

接着，说明基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup进行的F/B修正量的算出。为了算出F/B修正量，使用空燃比偏差算出单元A6及F/B修正量算出单元A7。

空燃比偏差算出单元A6通过从上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup减去由目标空燃比设定单元A5算出的目标空燃比TAF，来算出空燃比偏差DAF(DAF＝AFup－TAF)。该空燃比偏差DAF是表示相对于目标空燃比TAF的燃料供给量的过剩或不足的值。

F/B修正量算出单元A7通过对由空燃比偏差算出单元A6算出的空燃比偏差DAF进行比例·积分·微分处理(PID处理)，基于下述式(3)算出用于补偿燃料供给量的过剩或不足的F/B修正量DQi。这样算出的F/B修正量DQi被输入到燃料喷射量算出单元A3。

DQi＝Kp·DAF+Ki·SDAF+Kd·DDAF…(3)

在上述式(3)中，Kp是预先设定的比例增益(比例常数)，Ki是预先设定的积分增益(积分常数)，Kd是预先设定的微分增益(微分常数)。另外，DDAF是空燃比偏差DAF的时间微分值，通过将本次更新了的空燃比偏差DAF与上次的空燃比偏差DAF的偏差除以与更新间隔对应的时间来算出。另外，SDAF是空燃比偏差DAF的时间积分值，通过对上次的时间积分值SDAF加上本次更新了的空燃比偏差DAF来算出。

此外，在不基于上游侧空燃比传感器40的输出进行反馈控制的情况下，空燃比控制中不使用空燃比偏差算出单元A6及F/B修正量算出单元A7。在该情况下，从图5所示的控制框图中省略空燃比偏差算出单元A6及F/B修正量算出单元A7。另外，在取代上游侧空燃比传感器40的输出而基于流入排气的目标空燃比来算出氧过剩不足量的情况下，取代上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup而向氧吸藏量算出单元A8输入目标空燃比TAF。

在本实施方式中，在第1控制中，第1侧为浓侧，且第2侧为稀侧。在该情况下，第1控制也称作浓崩溃控制，如下执行。空燃比控制部31，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到比理论空燃比浓的第1浓判定空燃比时，将目标空燃比设定为比理论空燃比稀的第1稀设定空燃比。另外，空燃比控制部31，在判定为目标空燃比被维持在比理论空燃比稀的空燃比时的上游侧催化剂20的氧吸藏量的变化量达到基准量时，将目标空燃比设定为比理论空燃比浓的第1浓设定空燃比。

第1浓设定空燃比、第1浓判定空燃比以及第1稀设定空燃比预先设定。第1浓设定空燃比例如是14～14.5。第1浓判定空燃比是比第1浓设定空燃比稀的空燃比，例如14.55。第1稀设定空燃比例如是14.7～16.5。基准量是预先设定的，设定为比上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值。

＜第2控制＞

另一方面，空燃比控制部31，在第2控制中，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，将目标空燃比设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，将目标空燃比设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比。此外，第2控制也称作双侧崩溃控制。

浓设定空燃比、浓判定空燃比、稀设定空燃比以及稀判定空燃比预先设定。浓设定空燃比例如是14～14.5。浓设定空燃比可以是与第1控制中的第1浓设定空燃比相同的值，也可以是不同的值。浓判定空燃比是比浓设定空燃比稀的空燃比，例如14.55。浓判定空燃比可以是与第1控制中的第1浓判定空燃比相同的值，也可以是不同的值。稀设定空燃比例如是14.7～16.5。稀判定空燃比是比稀设定空燃比浓的空燃比，例如14.65。

图6是第2控制的控制框图。空燃比控制部31包括A1～A8的功能块。图6中的功能块A1～A7与图5中的功能块A1～A7是同样的。

在第2控制中，为了算出目标空燃比，使用空燃比修正量算出单元A4及目标空燃比设定单元A5。在空燃比修正量算出单元A4中，基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn，来算出目标空燃比的空燃比修正量AFC。目标空燃比设定单元A5通过对控制中心空燃比AFR(在本实施方式中为理论空燃比)加上由空燃比修正量算出单元A4算出的空燃比修正量AFC，来算出目标空燃比TAF。

此外，在不基于上游侧空燃比传感器40的输出进行反馈控制的情况下，空燃比控制中不使用空燃比偏差算出单元A6及F/B修正量算出单元A7。在该情况下，从图6所示的控制框图中省略空燃比偏差算出单元A6及F/B修正量算出单元A7。

＜第1控制与第2控制的切换＞

若执行第1控制，则在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到第1浓判定空燃比时，从上游侧催化剂20流出未燃气体。另一方面，在上游侧催化剂20的氧吸藏量达到最大氧吸藏量之前目标空燃比被从第1稀设定空燃比切换为第1浓设定空燃比，所以基本上不从上游侧催化剂20流出NOx。

另外，若执行第2控制，则在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到浓判定空燃比时，从上游侧催化剂20流出未燃气体，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到稀判定空燃比时，从上游侧催化剂20流出NOx。在从上游侧催化剂20流出NOx时，氧与NOx一起流入下游侧催化剂24。因而，在第2控制中，未燃气体和氧交替地流入下游侧催化剂24，所以能够使下游侧催化剂24的氧吸藏量定期地变动，能够抑制下游侧催化剂24的氧吸藏能力的降低。另外，能够通过氧使下游侧催化剂24的HC中毒或硫中毒恢复，能够抑制下游侧催化剂24的氧吸藏能力的降低。

上游侧催化剂20及下游侧催化剂24在处于活性状态时能够有效地净化未燃气体及NOx。若利用排气加热上游侧催化剂20及下游侧催化剂24而使上游侧催化剂20及下游侧催化剂24的温度达到活性温度，则上游侧催化剂20及下游侧催化剂24成为活性状态。然而，下游侧催化剂24配置于上游侧催化剂20的排气流动方向下游侧，所以与上游侧催化剂20相比，到成为活性状态为止耗费时间。尤其在内燃机冷起动的情况下，到下游侧催化剂24成为活性状态为止耗费时间。

在下游侧催化剂24处于非活性状态时，下游侧催化剂24的净化性能降低，所以流入到下游侧催化剂24的未燃气体及NOx的一部分不被净化而从下游侧催化剂24流出。因而，若在下游侧催化剂24为非活性时执行第2控制，则未燃气体及NOx从下游侧催化剂24流出，有可能排气排放恶化。另一方面，在执行第1控制的情况下，基本上不从上游侧催化剂20流出NOx。

因而，本实施方式中，空燃比控制部31，在由温度算出部32算出的下游侧催化剂24的温度上升至下游侧催化剂24的活性温度以上的基准温度时进行从第1控制向第2控制的切换。由此，在下游侧催化剂24处于非活性状态时不从上游侧催化剂20流出NOx，所以能够抑制排气排放恶化。

＜使用时间图的空燃比控制的说明＞

参照图7，对本实施方式中的空燃比控制进行具体地说明。图7是执行第一实施方式中的空燃比控制时的下游侧催化剂24的温度、空燃比控制的种类、流入排气的目标空燃比、相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量的累计值(累计氧过剩不足量)、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比、从上游侧催化剂20流出的未燃气体的量、以及从上游侧催化剂20流出的NOx的量的时间图。

在图示的例子中，在时刻t0，内燃机起动。之后，在时刻t1，空燃比传感器40、41的传感器元件成为活性状态，开始使用了空燃比传感器40、41的空燃比控制。此外，传感器元件由加热器加热。

在时刻t1，下游侧催化剂24的温度比基准温度Tref低。因而，在时刻t1，开始第1控制。在该例中，在时刻t1，目标空燃比被设定为第1稀设定空燃比TAFlean1。其结果是，流入排气的空燃比成为比理论空燃比稀，上游侧催化剂20吸藏流入排气中的过剩的氧。因而，氧过剩不足量的值成为正。

之后，在时刻t2，累计氧过剩不足量达到基准量Cref。基准量Cref比上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少，所以在时刻t2，上游侧催化剂20的氧吸藏量未达到最大氧吸藏量。因而，从上游侧催化剂20几乎不流出NOx及氧。

在时刻t2，为了使上游侧催化剂20的氧吸藏量减少，目标空燃比被从第1稀设定空燃比TAFlean1切换为第1浓设定空燃比TAFrich1。其结果是，流入排气的空燃比成为比理论空燃比浓，上游侧催化剂20释放对于使未燃气体氧化而言所缺少的氧。因而，氧过剩不足量的值成为负。另外，在时刻t2，累计氧过剩不足量被重置为0。此外，在该例中，第1稀设定空燃比TAFlean1与理论空燃比之比比第1浓设定空燃比TAFrich1与理论空燃比之差大。

之后，若上游侧催化剂20的氧吸藏量接近0，则下游侧空燃比传感器41的输出空燃比逐渐降低，在时刻t3达到第1浓判定空燃比AFrich1。此时，从上游侧催化剂20流出未燃气体。

为了使上游侧催化剂20的氧吸藏量增加，在时刻t3，目标空燃比被从第1浓设定空燃比TAFrich1切换为第1稀设定空燃比TAFlean1。另外，在时刻t3，累计氧过剩不足量被重置为0。

之后，在时刻t4，累计氧过剩不足量达到基准量Cref。因而，目标空燃比被从第1稀设定空燃比TAFlean1切换为第1浓设定空燃比TAFrich1。之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在时刻t5达到第1浓判定空燃比AFrich1。因而，目标空燃比被从第1浓设定空燃比TAFrich1切换为第1稀设定空燃比TAFlean1。

下游侧催化剂24在内燃机的起动后被排气加热。下游侧催化剂24的温度逐渐上升，在时刻t6达到基准温度Tref。基准温度Tref为活性温度以上的温度，在时刻t6，下游侧催化剂24处于活性状态。因而，在时刻t6，空燃比控制被从第1控制切换为第2控制。

在第2控制中，即使累计氧过剩不足量达到基准量Cref，也不进行目标空燃比的切换。其结果是，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比逐渐变高，在时刻t7达到稀判定空燃比AFlean。此时，从上游侧催化剂20流出NOx及氧。然而，下游侧催化剂24处于活性状态，所以从上游侧催化剂20流出的NOx在下游侧催化剂24中被净化。

在时刻t7，目标空燃比被从稀设定空燃比TAFlean切换为浓设定空燃比TAFrich。此外，在该例中，稀设定空燃比TAFlean的值与第1稀设定空燃比TAFlean1的值相同，浓设定空燃比TAFrich的值与第1浓设定空燃比TAFrich1的值相同。

之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在时刻t8达到浓判定空燃比AFrich。此时，从上游侧催化剂20流出未燃气体。然而，下游侧催化剂24处于活性状态，所以从上游侧催化剂20流出的未燃气体在下游侧催化剂24中被净化。此外，在该例中，浓判定空燃比AFrich的值与第1浓判定空燃比AFrich1的值相同。

之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在时刻t9达到稀判定空燃比AFlean，目标空燃比被从稀设定空燃比TAFlean切换为浓设定空燃比TAFrich。

此外，在图7的例子中，第1浓设定空燃比TAFrich1、浓设定空燃比TAFrich、第1稀设定空燃比TAFlean1以及稀设定空燃比TAFlean被维持在恒定的值，但它们也可以变动。例如，也可以在目标空燃比刚切换后，使第1浓设定空燃比TAFrich1及浓设定空燃比TAFrich的浓程度变大，之后，使它们的浓程度变小。另外，也可以在目标空燃比刚切换后，使第1稀设定空燃比TAFlean1及稀设定空燃比TAFlean的稀程度变大，之后，使它们的稀程度变小。此外，浓程度是指比理论空燃比浓的空燃比与理论空燃比之差，稀程度是指比理论空燃比稀的空燃比与理论空燃比之差。

＜空燃比控制切换处理＞

图8是示出第一实施方式中的空燃比控制切换处理的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机的起动之后，由ECU30以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S101中，判定上游侧空燃比传感器40是否处于活性状态。在上游侧空燃比传感器40的传感器元件的温度为活性温度以上时判定为上游侧空燃比传感器40处于活性状态，在上游侧空燃比传感器40的传感器元件的温度不足活性温度时判定为上游侧空燃比传感器40不处于活性状态。上游侧空燃比传感器40的传感器元件的温度例如根据传感器元件的阻抗算出。

在步骤S101中判定为上游侧空燃比传感器40不处于活性状态的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为上游侧空燃比传感器40处于活性状态的情况下，本控制例程进入步骤S102。

在步骤S102中，判定下游侧空燃比传感器41是否处于活性状态。在下游侧空燃比传感器41的传感器元件的温度为活性温度以上时判定为下游侧空燃比传感器41处于活性状态，在下游侧空燃比传感器41的传感器元件的温度不足活性温度时判定为下游侧空燃比传感器41不处于活性状态。下游侧空燃比传感器41的传感器元件的温度例如根据传感器元件的阻抗算出。

在步骤S102中判定为下游侧空燃比传感器41不处于活性状态的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为下游侧空燃比传感器41处于活性状态的情况下，本控制例程进入步骤S103。

在步骤S103中，判定第2标志F2是否为1。第2标志F2在执行第2控制时被设定为1，在不执行第2控制时被设定为0。第2标志F2的初始值被设定为0。另外，在内燃机停止时第2标志F2被重置为0。

在步骤S103中判定为第2标志是1的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为第2标志是0的情况下，本控制例程进入步骤S104。

在步骤S104中，判定下游侧催化剂24的温度是否为基准温度以上。下游侧催化剂24的温度利用上述的任一方法由温度算出部32算出。基准温度为下游侧催化剂24的活性温度以上的温度，例如是下游侧催化剂24的活性温度。下游侧催化剂24的活性温度例如是350℃。

在步骤S104中判定为下游侧催化剂24的温度不足基准温度时，本控制例程进入步骤S105。在步骤S105中，第1标志F1被设定为1，第2标志F2被设定为0。第1标志F1在执行第1控制时被设定为1，在不执行第1控制时被设定为0。第1标志F1的初始值被设定为0。另外，在内燃机停止时第1标志F1被重置为0。在步骤S105之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S104中判定为下游侧催化剂24的温度为基准温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S106。在步骤S106中，第1标志被设定为0，第2标志被设定为1。在步骤S106之后，本控制例程结束。

本控制例程中，在下游侧催化剂24的温度上升至基准温度时进行从第1控制向第2控制的切换。在进行从第1控制向第2控制的切换之后，下游侧催化剂24的温度基本上通过基于排气的加热而被维持在基准温度以上。然而，在内燃机被长时间维持在怠速状态的情况下或者长时间执行燃料切断控制的情况下，有时下游侧催化剂24的温度降低至不足基准温度。

因而，空燃比控制部31也可以在下游侧催化剂24的温度降低至不足基准温度时进行从第2控制向第1控制的切换。即，也可以是，空燃比控制部31在下游侧催化剂24的温度不足基准温度时执行第1控制，在下游侧催化剂24的温度为基准温度以上时执行第2控制。在该情况下，在本控制例程中省略步骤S103。由此，能够进一步抑制排气排放的恶化。

温度算出部32，例如在下游侧催化剂24的温度上升至基准温度之后，在内燃机以预定时间以上被维持在怠速状态的情况下或者燃料切断控制的连续执行时间成为了预定时间以上的情况下，判定为下游侧催化剂24的温度不足基准温度。预定时间通过实验或者根据理论而预先设定。

此外，怠速状态是指，在加速器踏板42的踩踏量为0(即内燃机负荷为0)时以使内燃机转速成为预定的怠速转速(例如500～1000rpm)的方式喷射少量的燃料的状态。另外，在燃料切断控制中，通过停止从燃料喷射阀11的燃料喷射来停止向燃烧室5的燃料供给。在燃料切断控制的预定的执行条件成立时执行燃料切断控制。例如，燃料切断控制的执行条件，在加速器踏板42的踩踏量为0或大致0(即内燃机负荷为0或大致0)且内燃机转速为比怠速转速高的预定转速以上时成立。

另外，温度算出部32也可以在下游侧催化剂24的温度上升至基准温度之后，基于内燃机转速及进入空气量来算出下游侧催化剂24的温度。例如，温度算出部32使用图9所示那样的映射来算出下游侧催化剂24的温度。在图9的映射中，下游侧催化剂24的温度TC作为内燃机转速NE及进入空气量Ga的函数而示出。内燃机转速基于曲轴角传感器44的输出来算出，进入空气量由空气流量计39检测。此外，也可以取代进入空气量而使用内燃机负荷。内燃机负荷由负荷传感器43检测。

＜第1控制＞

图10是示出第一实施方式中的第1控制的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机的起动之后，由ECU30以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S201中，判定第1标志F1是否为1。第1标志F1在图8的空燃比控制切换处理的控制例程中设定。在判定为第1标志F1是0的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为第1标志F1是1的情况下，本控制例程进入步骤S202。

在步骤S202中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为第1浓判定空燃比AFrich1以下。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn为第1浓判定空燃比AFrich1以下的情况下，本控制例程进入步骤S204。

在步骤S204中，目标空燃比TAF被设定为第1稀设定空燃比TAFlean1。步骤S204之后，本控制例程结束。另一方面，在步骤S202中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn比第1浓判定空燃比AFrich1高的情况下，本控制例程进入步骤S203。

在步骤S203中，判定累计氧过剩不足量ΣOED是否为基准量Cref以上。基准量Cref例如被设定为比未使用状态的上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值(例如最大氧吸藏量的0.2～0.8倍的值)。此外，基准量Cref也可以被设定为比在执行第2控制时利用公知的方法算出的上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值(例如最大氧吸藏量的0.2～0.8倍的值)。

累计氧过剩不足量ΣOED通过对利用上述式(1)或(2)算出的氧过剩不足量OED进行累计来算出。另外，累计氧过剩不足量ΣOED在目标空燃比TAF被从第1浓设定空燃比TAFrich1切换为第1稀设定空燃比TAFlean1时、和目标空燃比TAF被从第1稀设定空燃比TAFlean1切换为第1浓设定空燃比TAFrich1时，被重置为0。

在步骤S203中判定为累计氧过剩不足量ΣOED不足基准量Cref的情况下，本控制例程结束。在该情况下，目标空燃比TAF被维持在当前的值。另一方面，在步骤S203中判定为累计氧过剩不足量ΣOED为基准量Cref以上的情况下，本控制例程进入步骤S205。在步骤S205中，目标空燃比TAF被设定为第1浓目标空燃比TAFrich1。在步骤S205之后，本控制例程结束。

＜第2控制＞

图11是示出第一实施方式中的第2控制的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机的起动之后，由ECU30以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S301中，判定第2标志F2是否为1。第2标志F2在图8的空燃比控制切换处理的控制例程中设定。在判定为第2标志F2是0的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为第2标志F2是1的情况下，本控制例程进入步骤S302。

在步骤S302中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich以下。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich以下的情况下，本控制例程进入步骤S304。

在步骤S304中，目标空燃比TAF被设定为稀设定空燃比TAFlean。在步骤S304之后，本控制例程结束。另一方面，在步骤S302中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn比浓判定空燃比AFrich高的情况下，本控制例程进入步骤S303。

在步骤S303中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为稀判定空燃比AFlean以上。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn不足稀判定空燃比AFlean的情况下，本控制例程结束。在该情况下，目标空燃比TAF被维持在当前的值。

另一方面，在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn为稀判定空燃比AFlean以上的情况下，本控制例程进入步骤S305。在步骤S305中，目标空燃比TAF被设定为浓设定空燃比TAFrich。在步骤S305之后，本控制例程结束。

＜第二实施方式＞

第二实施方式中的内燃机的排气净化装置的结构及控制，除了以下说明的点以外，基本上与第一实施方式的内燃机的排气净化装置是同样的。因而，以下对于本发明的第二实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

在第二实施方式中，第1控制中，第1侧为稀侧，且第2侧为浓侧。在该情况下，第1控制也称作稀崩溃控制，如下执行。空燃比控制部31，在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到比理论空燃比稀的第2稀判定空燃比时，将目标空燃比设定为比理论空燃比浓的第2浓设定空燃比。另外，空燃比控制部31，在判定为目标空燃比被维持在比理论空燃比浓的空燃比时的上游侧催化剂20的氧吸藏量的变化量达到基准量时，将目标空燃比设定为比理论空燃比稀的第2稀设定空燃比。

第2浓设定空燃比、第2稀设定空燃比以及第2稀判定空燃比预先设定。第2浓设定空燃比例如是14～14.5。第2浓设定空燃比可以是与第2控制中的浓设定空燃比相同的值，也可以是不同的值。第2稀设定空燃比例如是14.7～16.5。第2稀设定空燃比可以是与第2控制中的稀设定空燃比相同的值，也可以是不同的值。第2稀判定空燃比是比第2稀设定空燃比浓的空燃比，例如14.65。第2稀判定空燃比可以是与第2控制中的稀判定空燃比相同的值，也可以是不同的值。基准量是预先设定的，被设定为比上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值。

若执行第1控制，则在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比达到第1稀判定空燃比时从上游侧催化剂20流出NOx及氧。另一方面，在上游侧催化剂20的氧吸藏量达到0之前目标空燃比被从第2浓设定空燃比切换为第2稀设定空燃比，所以基本上不从上游侧催化剂20流出未燃气体。

因而，在第二实施方式中，与第一实施方式同样，空燃比控制部31，在由温度算出部32算出的下游侧催化剂24的温度上升至下游侧催化剂24的活性温度以上的基准温度时进行从第1控制向第2控制的切换。由此，在下游侧催化剂24处于非活性状态时不从上游侧催化剂20流出未燃气体，所以能够抑制排气排放恶化。

另外，与第1实施方式同样，空燃比控制部31也可以在下游侧催化剂24的温度降低至不足基准温度时进行从第2控制向第1控制的切换。即，也可以是，空燃比控制部31在下游侧催化剂24的温度不足基准温度时执行第1控制，在下游侧催化剂24的温度为基准温度以上时执行第2控制。由此，能够进一步抑制排气排放的恶化。

＜使用了时间图的空燃比控制的说明＞

参照图12，对第二实施方式中的空燃比控制进行具体说明。图12是执行第二实施方式中的空燃比控制时的下游侧催化剂24的温度、空燃比控制的种类、流入排气的目标空燃比、相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量的累计值(累计氧过剩不足量)、下游侧空燃比传感器41的输出空燃比、从上游侧催化剂20流出的未燃气体的量、以及从上游侧催化剂20流出的NOx的量的时间图。

在时刻t1，下游侧催化剂24的温度比基准温度Tref低。因而，在时刻t1，开始第1控制。在该例中，在时刻t1，目标空燃比被设定为第2浓设定空燃比TAFrich2。其结果是，流入排气的空燃比成为比理论空燃比浓，上游侧催化剂20释放对于使未燃气体氧化而言所缺少的氧。因而，氧过剩不足量的值成为负。

之后，在时刻t2，累计氧过剩不足量的绝对值达到基准量Cref。基准量Cref比上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少，所以在时刻t2，上游侧催化剂20的氧吸藏量未达到0。因而，从上游侧催化剂20几乎不流出未燃气体。

在时刻t2，为了使上游侧催化剂20的氧吸藏量增加，目标空燃比被从第2浓设定空燃比TAFrich2切换为第2稀设定空燃比TAFlean2。其结果是，流入排气的空燃比成为比理论空燃比稀，上游侧催化剂20吸藏流入排气中的过剩的氧。因而，氧过剩不足量成为正的值。另外，在时刻t2，累计氧过剩不足量ΣOED被重置为0。此外，在该例中，第2浓设定空燃比TAFrich2与理论空燃比之比比第2稀设定空燃比TAFlean2与理论空燃比之差大。

之后，若上游侧催化剂20的氧吸藏量接近最大氧吸藏量，则下游侧空燃比传感器41的输出空燃比逐渐变高，在时刻t3达到第2稀判定空燃比AFlean2。此时，从上游侧催化剂20流出NOx及氧。

为了使上游侧催化剂20的氧吸藏量减少，在时刻t3，目标空燃比被从第2稀设定空燃比TAFlean2切换为第2浓设定空燃比TAFrich2。另外，在时刻t3，累计氧过剩不足量ΣOED被重置为0。

之后，在时刻t4，累计氧过剩不足量的绝对值达到基准量Cref。因而，目标空燃比被从第2浓设定空燃比TAFrich2切换为第2稀设定空燃比TAFlean2。之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在时刻t5达到第2稀判定空燃比AFlean2。因而，目标空燃比被从第2稀设定空燃比TAFlean2切换为第2浓设定空燃比TAFrich2。

在第2控制中，即使累计氧过剩不足量的绝对值达到基准量Cref，也不进行目标空燃比的切换。其结果是，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比逐渐降低，在时刻t7达到浓判定空燃比AFrich。此时，从上游侧催化剂20流出未燃气体。然而，下游侧催化剂24处于活性状态，所以从上游侧催化剂20流出的未燃气体在下游侧催化剂24中被净化。

在时刻t7，目标空燃比被从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean。此外，在该例中，稀设定空燃比TAFlean的值与第2稀设定空燃比TAFlean2的值相同，浓设定空燃比TAFrich的值与第2浓设定空燃比TAFrich2的值相同。

之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在时刻t8达到稀判定空燃比AFlean。此时，从上游侧催化剂20流出NOx及氧。然而，下游侧催化剂24处于活性状态，所以从上游侧催化剂20流出的NOx在下游侧催化剂24中被净化。此外，在该例中，稀判定空燃比AFlean的值与第2稀判定空燃比AFlean2的值相同。

之后，下游侧空燃比传感器41的输出空燃比在时刻t9达到浓判定空燃比AFrich，目标空燃比被从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean。

此外，在图12的例中，第2浓设定空燃比TAFrich2、浓设定空燃比TAFrich、第2稀设定空燃比TAFlean2以及稀设定空燃比TAFlean被维持在恒定的值，但它们也可以变动。例如，也可以在目标空燃比刚切换后，使第2浓设定空燃比TAFrich2及浓设定空燃比TAFrich的浓程度变大，之后，使它们的浓程度变小。另外，也可以在目标空燃比刚切换后，使第2稀设定空燃比TAFlean2及稀设定空燃比TAFlean的稀程度变大，之后，使它们的稀程度变小。

＜第1控制＞

在第二实施方式中，也与第1实施方式同样地，执行图8的空燃比控制切换处理的控制例程和图11的第2控制的控制例程。图13是示出第二实施方式中的第1控制的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机的起动之后，由ECU30以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S401中，判定第1标志F1是否为1。第1标志F1在图8的空燃比控制切换处理的控制例程中设定。在判定为第1标志F1是0的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定第1标志F1是1的情况下，本控制例程进入步骤S402。

在步骤S402中，判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为第2稀判定空燃比AFrich2以上。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn为第2稀判定空燃比AFlean2以上的情况下，本控制例程进入步骤S404。

在步骤S404中，目标空燃比TAF被设定为第2浓设定空燃比TAFrich2。在步骤S404之后，本控制例程结束。另一方面，在步骤S402中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn不足第2稀判定空燃比AFlean2的情况下，本控制例程进入步骤S403。

在步骤S403中，判定累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值是否为基准量Cref以上。基准量Cref被设定为例如比未使用状态的上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值(例如最大氧吸藏量的0.2～0.8倍的值)。此外，基准量Cref也可以被设定为比在执行第2控制时利用公知的方法算出的上游侧催化剂20的最大氧吸藏量少的值(例如最大氧吸藏量的0.2～0.8倍的值)。

累计氧过剩不足量ΣOED通过对利用上述式(1)或(2)算出的氧过剩不足量OED进行累计来算出。另外，累计氧过剩不足量ΣOED在目标空燃比TAF被从第2浓设定空燃比TAFrich2切换为第2稀设定空燃比TAFlean2时、和目标空燃比TAF被从第2稀设定空燃比TAFlean2切换为第2浓设定空燃比TAFrich2时，被重置为0。

在步骤S403中判定为累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值不足基准量Cref的情况下，本控制例程结束。在该情况下，目标空燃比TAF被维持在当前的值。另一方面，在步骤S403中判定为累计氧过剩不足量ΣOED的绝对值为基准量Cref以上的情况下，本控制例程进入步骤S405。在步骤S405中，目标空燃比TAF被设定为第2稀目标空燃比TAFlean2。在步骤S405之后，本控制例程结束。

＜第三实施方式＞

第三实施方式中的内燃机的排气净化装置的结构及控制，除了以下说明的点以外，基本上与第一实施方式中的内燃机的排气净化装置是同样的。因而，以下对于本发明的第三实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

图14是概略地示出设置有本发明的第二实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。排气净化装置具备上游侧催化剂20、下游侧催化剂24、上游侧空燃比传感器40、下游侧空燃比传感器41、空燃比控制部31、温度算出部32以及催化剂劣化算出部33。在第二实施方式中，ECU30作为空燃比控制部31、温度算出部32以及催化剂劣化算出部33发挥功能。

催化剂劣化算出部33算出下游侧催化剂24的劣化程度。若下游侧催化剂24被暴露于高温的排气中，则下游侧催化剂24的劣化发展。因而，催化剂劣化算出部33例如基于下游侧催化剂24的温度历史记录来算出下游侧催化剂24的劣化程度。在该情况下，催化剂劣化算出部33例如通过累计对与下游侧催化剂24的温度对应的劣化系数乘以该温度被维持的时间而得到的值，来算出下游侧催化剂24的劣化程度。关于劣化系数，下游侧催化剂24的温度越高，则其越大，在不足预定温度时，为0。下游侧催化剂24的温度由温度算出部32算出。

另外，若下游侧催化剂24在高温下被暴露于稀气氛中，则下游侧催化剂24的劣化程度变大。另外，若执行燃料切断控制，则向下游侧催化剂24仅供给空气，所以向下游侧催化剂24流入的气体的稀程度成为最大。因而，催化剂劣化算出部33也可以基于下游侧催化剂24的温度历史记录和执行燃料切断控制的时间的合计来算出下游侧催化剂24的劣化程度。

在该情况下，催化剂劣化算出部33，例如通过在执行燃料切断控制时累计对与下游侧催化剂24的温度对应的劣化系数乘以该温度被维持的时间所得到的值，来算出下游侧催化剂24的劣化程度。关于劣化系数，下游侧催化剂24的温度越高，则其越大，在不足预定温度时，为0。下游侧催化剂24的温度由温度算出部32算出。另外，催化剂劣化算出部33也可以基于执行燃料切断控制且下游侧催化剂24的温度为预定温度以上的时间的合计来算出下游侧催化剂24的劣化程度。在该情况下，例如使用示出时间的合计与下游侧催化剂24的劣化程度的关系的映射，时间的合计越长，则下游侧催化剂24的劣化程度越大。

另外，基本上，下游侧催化剂24被暴露于排气的时间越长，则下游侧催化剂24的劣化程度越大。因而，催化剂劣化算出部33也可以基于搭载有内燃机的车辆的总行驶距离或内燃机的总运转时间来算出下游侧催化剂24的劣化程度。在该情况下，例如使用示出总行驶距离或总运转时间与下游侧催化剂24的劣化程度的关系的映射，总行驶距离或总运转时间越长，则下游侧催化剂24的劣化程度越大。

下游侧催化剂24的劣化程度越大，则下游侧催化剂24的净化性能越降低，下游侧催化剂24的活性温度越高。因而，在第二实施方式中，空燃比控制部31基于由催化剂劣化算出部33算出的下游侧催化剂24的劣化程度，来设定进行第1控制与第2控制之间的切换的基准温度。具体地说，空燃比控制部31，由催化剂劣化算出部33算出的下游侧催化剂24的劣化程度越大，则使基准温度越高。

＜基准温度设定处理＞

图15是示出第三实施方式中的基准温度设定处理的控制例程的流程图。本控制例程在内燃机的起动之后，由ECU30以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S501中，下游侧催化剂24的劣化程度利用上述的任一方法算出。接着，在步骤S502中，基于下游侧催化剂24的劣化程度来设定基准温度。例如，使用示出下游侧催化剂24的劣化程度与基准温度的关系的映射，下游侧催化剂24的劣化程度越大，则基准温度越高。此外，该映射以基准温度成为下游侧催化剂24的活性温度以上的方式制作。另外，也可以基于下游侧催化剂24的劣化程度来算出下游侧催化剂24的活性温度，将基准温度设定为所算出的活性温度。

在步骤S502之后，本控制例程结束。此外，所设定的基准温度在图8的步骤S104中使用。

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于这些实施方式，能够在权利要求书的记载内实施各种修正及变更。如上述那样，流入排气的空燃比控制及相对于流入排气的理论空燃比的氧过剩不足量的算出，也可以不使用上游侧空燃比传感器40来进行。因而，上游侧空燃比传感器40可以从排气净化装置中省略。

Claims

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：

上游侧催化剂，其配置于排气通路，并且能够吸藏氧；

下游侧催化剂，其配置于所述上游侧催化剂的排气流动方向下游侧，并且能够吸藏氧；

空燃比传感器，其配置于所述上游侧催化剂与所述下游侧催化剂之间、并且检测从所述上游侧催化剂流出的流出排气的空燃比；

空燃比控制部，其将向所述上游侧催化剂流入的流入排气的空燃比控制为目标空燃比；以及

温度算出部，其算出所述下游侧催化剂的温度，

所述空燃比控制部执行第1控制和第2控制，

所述空燃比控制部，在所述第1控制中，在由所述空燃比传感器检测到的空燃比达到相对于理论空燃比向第1侧偏离的判定空燃比时，将所述目标空燃比设定为相对于理论空燃比向与所述第1侧相反侧的第2侧偏离的第1设定空燃比，在判定为所述目标空燃比被维持在相对于理论空燃比向所述第2侧偏离的空燃比时的所述上游侧催化剂的氧吸藏量的变化量达到比该上游侧催化剂的最大氧吸藏量少的基准量时，将所述目标空燃比设定为相对于理论空燃比向所述第1侧偏离的第2设定空燃比，

所述空燃比控制部，在所述第2控制中，在由所述空燃比传感器检测到的空燃比达到比理论空燃比浓的浓判定空燃比时，将所述目标空燃比设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比，在由所述空燃比传感器检测到的空燃比达到比理论空燃比稀的稀判定空燃比时，将所述目标空燃比设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比，

所述空燃比控制部，在由所述温度算出部算出的所述下游侧催化剂的温度上升至该下游侧催化剂的活性温度以上的基准温度时进行从所述第1控制向所述第2控制的切换。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制部，在由所述温度算出部算出的所述下游侧催化剂的温度降低至不足所述基准温度时进行从所述第2控制向所述第1控制的切换。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，还具备：

催化剂劣化算出部，其算出所述下游侧催化剂的劣化程度，

所述空燃比控制部，由所述催化剂劣化算出部算出的所述下游侧催化剂的劣化程度越大，则使所述基准温度越高。

4.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述催化剂劣化算出部基于所述下游侧催化剂的温度历史记录来算出所述下游侧催化剂的劣化程度。

5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述催化剂劣化算出部基于执行使向所述内燃机的燃烧室的燃料供给停止的燃料切断控制的时间的合计来算出所述下游侧催化剂的劣化程度。

6.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述催化剂劣化算出部基于搭载有所述内燃机的车辆的总行驶距离或所述内燃机的总运转时间来算出所述下游侧催化剂的劣化程度。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述第1侧为浓侧，所述第2侧为稀侧。

8.根据权利要求1～6的任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述第1侧为稀侧，所述第2侧为浓侧。