JP3672081B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の複数の触媒を配置した内燃機関の排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンの排ガスの浄化能力を高めるために、エンジンの排気管の途中に、排ガス浄化用の触媒を２個直列に設置したものがある。このものは、上流側触媒の上流側と下流側触媒の下流側にそれぞれ空燃比センサ（又は酸素センサ）を配置し、これら上流側と下流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するようにしている。
【０００３】
また、Ｖ型エンジンでは、気筒群毎（バンク毎）に独立した排ガス通路を設けると共に、各気筒群の排ガス通路を下流側で１本の集合排ガス通路に合流させ、各気筒群の排ガス通路にそれぞれ上流側触媒を配置すると共に、集合排ガス通路に下流側触媒を配置したものがある。このものは、上流側触媒の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサ（又は酸素センサ）を配置し、これら上流側と下流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比を目標空燃比にフィードバック制御するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、将来、益々、厳しくなる排ガス規制に対応するために、各触媒は、排ガス成分の飽和吸着量（ストレージ量）が大きい触媒を採用する傾向がある。このため、排気管に２個の触媒を直列に設置した排ガス浄化システムでは、排ガス流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒のみでも排ガスがかなり浄化されるため、エンジンから排出される排ガスの空燃比の変化が下流側触媒の下流側のセンサの出力変化に現れるまでの時間が長くかかり、空燃比制御の応答性が悪くなる欠点がある。
【０００５】
一方、各気筒群毎に上流側触媒を設置した排ガス浄化システムでは、上流側触媒の上流側と下流側にセンサを設置しているので、空燃比制御の応答性をある程度確保できるが、下流側触媒の下流側の空燃比を検出できないため、触媒系全体の排ガス浄化能力を評価することができず、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような空燃比制御を行うことができない。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、排ガス通路に排ガス浄化用の複数の触媒を配置したシステムにおいて、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関の排ガス浄化装置は、排ガス通路に排ガス浄化用の複数の触媒を配置し、各触媒の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを設けた構成としたことを第１の特徴とするものである。このようにすれば、各触媒の上流側と下流側に配置したセンサの出力に基づいて、各触媒毎に現在の排ガス浄化能力（各触媒のストレージ量等）を評価して、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことができ、排ガス浄化性能を向上できる。しかも、各触媒毎に触媒劣化判定を行うことも可能となる。 更に、請求項１に係る発明は、後述するように、前記複数の触媒のうち上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、下流側触媒の上流側のセンサの出力、吸入空気量、上流側触媒の上流側のセンサの出力と該上流側触媒の排ガス成分の吸着量、及び上下流の触媒仕様の関係に基づいて該下流側触媒の排ガス成分の吸着量を推定し、該吸着量の制御目標値からのずれを無くすように空燃比フィードバック制御を補正するフィードバック制御補正手段とを備えていることを第２の特徴とする。
【０００８】
本発明は、全気筒共通の１本の排ガス通路に、複数の触媒を直列に配置したシステムに適用したり、或は、内燃機関の各気筒群毎に独立して設けた排ガス通路に、それぞれ１個又は複数の触媒を配置したシステムに適用しても良い。この場合も、各気筒群の触媒の上流側と下流側にそれぞれセンサを配置すれば良く、これらのセンサの中で、各気筒群の最下流の触媒の下流側のセンサは、各気筒群の排ガス通路に配置しても良いが、請求項３のように、各気筒群の最下流の触媒の下流側のセンサを、各気筒群の排ガスが合流する集合排ガス通路に配置して共通化した構成としても良い。このようにすれば、各気筒群の最下流の触媒の下流側の空燃比又はガス濃度を共通のセンサで検出することができ、センサの個数を削減できる利点がある。
【０００９】
この場合、請求項４のように、各気筒群の排ガス通路にそれぞれ触媒を配置すると共に、集合排ガス通路にも触媒を配置し、各気筒群の触媒と集合排ガス通路の触媒の上流側と下流側にそれぞれセンサを配置した構成としても良い。これにより、各気筒群の排ガス通路の触媒と集合排ガス通路の触媒とを効率良く使用して排ガス浄化性能を向上できる。
【００１０】
また、請求項５のように、３個以上の触媒を複数の触媒群に区分し、各触媒群を１つの触媒と見なして各触媒群の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを配置するようにしても良い。このようにすれば、排ガス通路に３個以上の触媒を配置したシステムにおいて、各触媒群毎に現在の排ガス浄化能力（各触媒群のストレージ量等）を評価して、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことができ、排ガス浄化性能を向上できる。
【００１１】
また、請求項６のように、空燃比フィードバック制御手段によって上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御すると共に、サブフィードバック制御手段によって下流側のセンサの出力を空燃比フィードバック制御に反映させる際に、下流側の複数のセンサの中から、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサを内燃機関の運転状態に応じて切り換えるようにしても良い。
【００１２】
例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒のみでも排ガスをかなり浄化できるため、空燃比フィードバック制御に反映させる下流側のセンサとしては、上流側触媒の下流側のセンサを用いた方が空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガス流量が多くなると、上流側触媒内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなるため、上流側触媒と下流側触媒の両方を有効に使用して排ガスを浄化する必要がある。この場合は、下流側触媒の状態も考慮した空燃比フィードバック制御を行うことが好ましいため、空燃比フィードバック制御に反映させる下流側のセンサとしては、下流側触媒の下流側のセンサを用いることが好ましい。従って、請求項６のように、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサを内燃機関の運転状態に応じて切り換えるようにすれば、その時点の運転状態（排ガス流量等）に最も適した位置のセンサを使用することができ、全運転領域で、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことができる。
【００１３】
この場合、内燃機関から排出される排ガスの空燃比の変化がセンサの出力変化に現れるまでの応答遅れ時間が該センサの位置に応じて変化するため、請求項７のように、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応じて該センサの出力の反映方法（例えば空燃比フィードバック制御のゲインの補正や目標空燃比の補正等）を変化させるようにしても良い。このようにすれば、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応じて該センサの応答遅れ時間が変化するのに対応して、センサ出力の反映方法を適正化することができる。
【００１４】
更に、上流側触媒の下流側のセンサ（上流側触媒の流出ガスの空燃比を検出するセンサ）と、下流側触媒の下流側のセンサ（下流側触媒の流出ガスの空燃比を検出するセンサ）とでは、センサの目標出力（目標空燃比）が異なってくる。そこで、請求項８のように、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応じて該センサの目標出力を設定するようにしても良い。このようにすれば、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応じて該センサの目標出力（目標空燃比）を適正値に設定することができる。
【００１５】
一方、請求項９のように、空燃比フィードバック制御手段によって上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御すると共に、サブフィードバック制御手段によって上流側触媒の下流側のセンサの出力を空燃比フィードバック制御に反映させるサブフィードバック制御を行う際に、セカンドフィードバック制御手段によって下流側触媒の下流側のセンサの出力をサブフィードバック制御に反映させるようにしても良い。このようにすれば、サブフィードバック制御とセカンドフィードバック制御の両方の効果により各触媒を流れる排ガスの空燃比を各触媒の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような空燃比にフィードバック制御することができ、触媒系全体の排ガス浄化性能を更に向上することができる。
【００１６】
この場合、請求項１０のように、下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて上流側触媒の下流側のセンサの目標出力を設定するようにすると良い。つまり、下流側触媒の下流側のセンサの出力（下流側触媒の流出ガスの空燃比）によって下流側触媒の現在の排ガス浄化能力を評価することができるので、上流側触媒の下流側のセンサの目標出力（下流側触媒の流入ガスの目標空燃比）を下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて設定すれば、下流側触媒の流入ガスの空燃比を下流側触媒の現在の排ガス浄化能力に応じた適正な空燃比に制御することができ、下流側触媒の排ガス浄化能力を最大限に発揮させることができる。
【００１７】
その際、請求項１１のように、上流側触媒の下流側のセンサの目標出力（下流側触媒の流入ガスの目標空燃比）を、下流側触媒の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定すると良い。これにより、下流側触媒の排ガス成分の吸着限界や浄化ウインドを越えたセンサの目標出力の過補正を防止することができる。
【００１８】
上流側触媒の下流側のセンサは、空燃比センサ（リニアＡ／Ｆセンサ）を用いても良いが、酸素センサが用いられることが多い。上流側触媒の下流側のセンサとして酸素センサを用いる場合は、請求項１２のように、酸素センサの目標出力を０．４〜０．６５Ｖの範囲で設定すると良い。このようにすれば、下流側触媒の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように制御することができる。
【００１９】
一方、請求項１３のように、セカンドフィードバック制御手段は、下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じてサブフィードバック制御の制御ゲインを変化させるようにしても良い。このようにしても、下流側触媒の下流側のセンサの出力（下流側触媒の流出ガスの空燃比）をサブフィードバック制御に反映させて、下流側触媒の流入ガスの空燃比を下流側触媒の現在の排ガス浄化能力に応じた適正な空燃比に制御することができる。
【００２０】
更に、請求項１４のように、サブフィードバック制御手段とセカンドフィードバック制御手段の少なくとも一方は、該制御手段で用いるセンサ直前の触媒の排ガス成分の吸着量に応じて制御ゲインを変化させるようにしても良い。つまり、触媒の排ガス成分の吸着量は、現在の触媒の排ガス浄化能力を評価するのに適したパラメータであるため、触媒の排ガス成分の吸着量に応じてサブフィードバック制御やセカンドフィードバック制御の制御ゲインを変化させれば、触媒の排ガス浄化能力を精度良く反映させた空燃比フィードバック制御を実施することができる。
【００２１】
また、請求項１に係る発明は、少なくとも下流側触媒の上流側のセンサの出力と吸入空気量等に基づいて該下流側触媒の排ガス成分の吸着量を推定し、該吸着量の制御目標値からのずれを無くすように空燃比フィードバック制御をフィードバック制御補正手段により補正するようにしている。つまり、下流側触媒に流入した排ガスの空燃比（下流側触媒の上流側のセンサの出力）と吸入空気量（排ガス流量）とから、下流側触媒に流入した排ガス成分量を算出でき、この排ガス成分量と排ガス浄化能力とから下流側触媒の排ガス成分の吸着量を推定することができる。そして、推定した吸着量の制御目標値からのずれを無くすように空燃比フィードバック制御を補正すれば、下流側触媒の排ガス成分の吸着量を早期に制御目標値に制御することができ、下流側触媒を効率良く使用して排ガス浄化性能を高めることができる。
【００２２】
この場合、請求項２のように、複数の触媒の合計ストレージ量を越えない範囲で、空燃比フィードバック制御の補正量を設定するようにすると良い。このようにすれば、触媒系全体の排ガス浄化能力を最大限に発揮させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
《実施形態（１）》
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図１３に基づいて説明する。
【００２４】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００２５】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００２６】
一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２３が直列に設置されている。この場合、上流側触媒２２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッションを低減するように比較的小容量に形成され、下流側触媒２３は、排ガス量が多くなる高負荷域でも、排ガスを十分に浄化できるように比較的大容量に形成されている。
【００２７】
更に、上流側触媒２２の上流側には、排ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ２４が設けられ、上流側触媒２２の下流側と下流側触媒２３の下流側には、それぞれ排ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチかリーンかによって出力電圧ＶＯＸ２が反転する酸素センサ２５，２６が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転数ＮＥを検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
【００２８】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された図２、図３及び図７乃至図１０の各プログラムを実行することで、排ガスの空燃比をフィードバック制御する。以下、各プログラムの処理内容を説明する。
【００２９】
［燃料噴射量算出］
図２の燃料噴射量算出プログラムは、空燃比のフィードバック制御を通じて要求燃料噴射量ＴＡＵを設定するプログラムであり、所定クランク角毎に実行されることで空燃比フィードバック制御手段として機能する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、吸気管圧力ＰＭ、エンジン回転数ＮＥ等の運転状態パラメータに基づいて基本燃料噴射量ＴＰを算出し、続くステップ１０２で、空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判定する。ここで、空燃比フィードバック条件は、エンジン冷却水温ＴＨＷが所定温度以上であること、運転状態が高回転・高負荷領域ではないこと等であり、これらの条件を全て満たしたときに空燃比フィードバック条件が成立する。
【００３０】
上記ステップ１０２で、空燃比フィードバック条件が不成立と判定された場合にはステップ１０６に進み、空燃比補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定して、ステップ１０５に進む。この場合は、空燃比の補正は行われない。
【００３１】
一方、上記ステップ１０２で、空燃比フィードバック条件成立と判定された場合には、ステップ１０３に進み、後述する図３の目標空燃比設定プログラムを実行して目標空燃比λTGを設定し、次のステップ１０４で、上流側触媒２２の上流側の空燃比センサ２４の出力λ（排ガスの空燃比）と目標空燃比λTGとに基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを算出する。
【００３２】
この後、ステップ１０５で、基本燃料噴射量ＴＰ、空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数ＦＡＬＬを用いて、次式により燃料噴射量ＴＡＵを算出して、本プログラムを終了する。
ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＡＦ×ＦＡＬＬ
【００３３】
［目標空燃比設定］
次に、図２のステップ１０３で実行される図３の目標空燃比設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサを上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５と下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の中から選択する。
【００３４】
例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化できるため、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとしては、上流側触媒２２の下流側の酸素センサ２５を用いた方が空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガス流量が多くなると、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなるため、上流側触媒２２と下流側触媒２３の両方を有効に使用して排ガスを浄化する必要がある。この場合は、下流側触媒２３の状態も考慮した空燃比フィードバック制御を行うことが好ましいため、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとしては、下流側触媒２３の下流側の酸素センサ２６を用いることが好ましい。
【００３５】
また、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比の変化（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ２４の出力変化）が上流側触媒２２の下流側の酸素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間が短くなるほど、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなっている（つまり浄化効率が低下している）ことを意味するため、この酸素センサ２５の出力変化の遅れ時間が短い場合は、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして、下流側触媒２３の下流側の酸素センサ２６の出力を用いることが好ましい。
【００３６】
そこで、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６を選択する条件は、▲１▼エンジン１１から排出される排ガスの空燃比変化（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ２４の出力変化）が上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間（又は周期）が所定時間（又は所定周期）よりも短いこと、又は、▲２▼吸入空気量（排ガス流量）が所定値以上であることとしている。
【００３７】
これら２つの条件▲１▼，▲２▼のどちから一方を満たしたときは、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６を選択し、どちらも満たさない場合は、上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５を選択する。尚、▲１▼と▲２▼の両方の条件を満たしたときに下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６を選択するようにしても良い。
【００３８】
このようにして、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサを選択した後、ステップ２０２に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比（λ＝１）に相当する目標出力電圧（例えば０．４５Ｖ）より高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定し、リーンのときには、ステップ２０３に進み、前回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回もリーンである場合には、ステップ２０４に進み、リッチ積分量λIRを、現在の吸入空気量ＱＡに応じて図５に示すマップから求める。
【００３９】
このリッチ積分量λIRのマップは、上流側触媒下流側センサ用マップ［図５（ａ）の上欄］と下流側触媒下流側センサ用のマップ［図５（ｂ）の上欄］が設定され、使用するセンサに応じていずれか一方のマップが選択される。図５（ａ），（ｂ）のリッチ積分量λIRのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リッチ積分量λIRが小さくなるように設定され、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリッチ積分量λIRが少し大きくなるように設定されている。リッチ積分量λIRの算出後、ステップ２０５に進み、目標空燃比λTGをλIRだけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００４０】
また、前回リッチで今回リーンに反転した場合には、ステップ２０６に進み、リッチ側へのスキップ量λSKR を、後述する吸着量学習処理によって得られたリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichに応じて図６に示すマップから求める。図６のマップ特性は、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichの絶対値が小さくなるほどリッチスキップ量λSKR も小さくなるように設定されている。スキップ量λSKR の算出後、ステップ２０７進み、目標空燃比λTGをλIR＋λSKR だけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００４１】
一方、前記スキップ２０２で、酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２がリッチであるときには、ステップ２０８に進み、前回もリッチであったか否かを判定する。前回も今回もリッチである場合には、ステップ２０９に進み、リーン積分量λILを現在の吸入空気量ＱＡに応じて図５に示すマップから求める。このリーン積分量λILのマップは、上流側触媒下流側センサ用マップ［図５（ａ）の下欄］と下流側触媒下流側センサ用のマップ［図５（ｂ）の下欄］が設定され、下流側のセンサとして選択されたセンサに応じていすれか一方のマップが選択される。
【００４２】
図５（ａ），（ｂ）のリーン積分量λILのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リーン積分量λILが小さくなるように設定され、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリーン積分量λILが少し大きくなるように設定されている。リーン積分量λILの算出後、ステップ２１０に進み、目標空燃比λTGをλILだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００４３】
また、前回はリーン側で今回リッチに反転した場合には、ステップ２１１に進み、リーン側へのスキップ量λSKL を、後述する吸着量学習処理によって得られたリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanに応じて図６に示すマップから求める。図６のマップ特性は、リーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanが小さくなるほどリーンスキップ量λSKL も小さくなるように設定されている。この後、ステップ２１２で、目標空燃比λTGをλIL＋λSKL だけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ２１３）、本プログラムを終了する。
【００４４】
図６のマップから明らかなように、触媒２２，２３の劣化によってリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichやリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanが低下してきたときには、リッチスキップ量λSKR やリーンスキップ量λSKL も次第に小さな値に設定されるため、触媒２２，２３の吸着限界を越えた過補正が行われて有害成分が排出されるのが未然に防止される。以上説明した目標空燃比設定プログラムが特許請求の範囲でいうサブフィードバック制御手段としての役割を果たす。
【００４５】
［ストレージ量学習処理］
次に、図３のステップ２０６，２１１で用いられるリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichとリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanを算出するストレージ量学習処理を説明する。ここで、リーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanは、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒とみなしたときの両触媒２２，２３の合計のリーン成分（ＮＯｘ、Ｏ₂ 等）の飽和吸着量であり、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichは、上流側触媒２２と下流側触媒２３とを１つの触媒とみなしたときの両触媒２２，２３の合計のリッチ成分（ＨＣ、ＣＯ等）の飽和吸着量である。
【００４６】
ＥＣＵ２９は、例えば車両の走行距離が所定距離になる毎に、図７乃至図１０に示す各プログラムを実行して、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRich及びリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanを算出する。図７に示す学習開始判定プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２がリーン側許容値ＶLLとリッチ側許容値ＶRLとの範囲内（ＶLL＜ＶＯＸ２＜ＶRL）に収束しているか否かを判定する。出力電圧ＶＯＸ２が許容値ＶLL，ＶRLの範囲内に収束していないときには空燃比λが乱れており、吸着量の学習処理を実行するには適さないと判断して、ステップ３０２に進み、待機時間カウンタＴINをリセットし、次のステップ３０３で、学習実行フラグＸＯＳＴＧをクリアする。
【００４７】
これに対し、上記ステップ３０１で、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が許容値ＶLL，ＶRLの範囲内に収束していると判定された場合には、ステップ３０４に進み、待機時間カウンタＴINを「１」だけインクリメントし、次のステップ３０５で、待機時間カウンタＴINの値が待機時間ＴINL を越えたか否かを判定し、ＴIN＞ＴINL となった時点、つまり、ＶLL＜ＶＯＸ２＜ＶRLの状態の継続時間が待機時間ＴINL を越えた時点で、ステップ３０６に進み、エンジン１１が定常運転状態であるか否かを判定する。この判定は、エンジン回転数ＮＥや吸気管圧力ＰＭ等に基づいて行われ、これらの検出値がほぼ一定のときに定常運転状態と判定される。このステップ３０６で、定常運転状態と判定されれば、ステップ３０７に進み、学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされてから学習インターバル時間Ｔが経過したか否かを判定し、この学習インターバル時間Ｔが経過した時点で、ステップ３０８に進み、学習実行フラグＸＯＳＴＧをセットして、本プログラムを終了する。
【００４８】
この後、ＥＣＵ２９は、図８に示す空燃比変動制御プログラムを起動し、上記図７の学習開始判定プログラムのステップ３０８で、学習実行フラグＸＯＳＴＧがセットされていれば、ステップ４０１からステップ４０２に進み、補正実行カウンタＴC がリッチ補正時間ＴR を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴR が経過したか否かを判定する。リッチ補正時間ＴR が経過していないときには、ステップ４０３に進み、目標空燃比λTGをリッチ目標空燃比λRTとし、次のステップ４０４で、補正実行カウンタＴc を「１」だけインクリメントして本プログラムを終了する。従って、図１１に示すように、ステップ４０２で、リッチ補正時間ＴR が経過するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比（λ＝１）よりリッチ側のリッチ目標空燃比λRTに保持される。その結果、排ガス中には、ＣＯ、ＨＣ等のリッチ成分が増加して触媒２２，２３にリッチ成分が吸着され、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２は、触媒２２，２３の吸着量に応じたリッチ側の電圧となる。
【００４９】
この後、リッチ補正時間ＴR が経過した時点で、ステップ４０２からステップ４０５に進み、補正実行カウンタＴC が、リッチ補正時間ＴR にリーン補正時間ＴL を加算した値を越えたか否か、つまり、リッチ補正時間ＴR の経過後に、更にリーン補正時間ＴL が経過したか否かを判定する。リーン補正時間ＴL が経過していないときには、ステップ４０６に進み、目標空燃比λTGをリーン目標空燃比λLTに設定し、次のステップ４０４で、補正実行カウンタＴC を「１」だけインクリメントして、本プログラムを終了する。
【００５０】
従って、図１１に示すように、ステップ４０５で、リーン補正時間ＴL が経過するまで、目標空燃比λTGが理論空燃比（λ＝１）よりリーン側のリーン目標空燃比λLTに保持され、排ガス中のＯ2 等のリーン成分が増加して、前述したリッチ側の補正により触媒２２，２３に吸着されたリッチ成分をパージし、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２は理論空燃比付近に回復する。この後、リーン補正時間ＴL が経過した時点で、ステップ４０６からステップ４０７に進み、学習実行フラグＸＯＳＴＧをクリアして、本プログラムを終了する。
【００５１】
この後、ＥＣＵ２９は、図９に示す飽和判定プログラムを起動し、前記図７の学習開始判定プログラムのステップ３０８で、学習実行フラグＸＯＳＴＧがセットされていれば、ステップ５０１からステップ５０２に進み、図８の空燃比変動制御プログラムのステップ４０３で実施された目標空燃比λTGのリッチ側への補正によって、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が飽和判定レベルＶSL（ＶSL＞ＶRL）を越えたか否かを判定する。ここで、飽和判定レベルＶSLは、触媒２２，２３が飽和状態となったときの酸素センサ２６の出力電圧に設定されている。酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が飽和判定レベルＶSLを越えていなければ、そのまま本プログラムを終了し、飽和判定レベルＶSLを越えていれば、ステップ５０３に進み、飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶをセットして、本プログラムを終了する。
【００５２】
この後、ＥＣＵ２９は、図１０に示すストレージ量算出プログラムを起動し、図８の空燃比変動制御プログラムのステップ４０７で、学習実行フラグＸＯＳＴＧがクリアされて１回分の目標空燃比λTGの変動制御が完了していれば、ステップ６０１からステップ６０２に進み、飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶがセットされているか否かを判定する。飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶがセットされていなければ、前回の目標空燃比λTGの変動制御によって触媒２２，２３の吸着限界を越えなかったと判断して、ステップ６０３に進み、リッチ補正時間ＴR 及びリーン補正時間ＴL に所定の加算時間Ｔa を加算する。
【００５３】
これにより、ステップ６０２で飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶがセットされていと判定される毎に、図８の空燃比変動制御プログラムで実行される目標空燃比λTGの変動制御のリッチ補正時間ＴR 及びリーン補正時間ＴL が加算時間Ｔa づつ延長される（図１１参照）。そして、目標空燃比λTGのリッチ側への補正によって、酸素センサ２６の出力電圧ＶＯＸ２が飽和判定レベルＶSLを越えて、図９のステップ５０３で飽和判定フラグＶＯＳＴＯＶがセットされると、本プログラムのステップ６０２からステップ６０４に進み、現在の触媒２２，２３のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichを、物質濃度、吸入空気量ＱＡ、リッチ補正時間ＴR を用いて次式により算出する。
ＯＳＴRich＝物質濃度×ＱＡ×ＴR
【００５４】
ここで、物質濃度は、図１２に示す空燃比λをパラメータとする物質濃度のマップを検索して、リッチ目標空燃比λRTに対応する物質濃度を算出する。排ガスの空燃比λがリーン側に偏った場合には、ＮＯｘ、Ｏ2 等のリーン成分が増大し、リッチ側に偏った場合にはＣＯ、ＨＣ等のリッチ成分が増大するが、図１２のマップでは、物質濃度をＯ2 を基準として定めているため、リーン側ではＯ2 の過剰分を正の値で表し、リッチ側ではＣＯやＨＣの浄化に必要なＯ2 の不足分を負の値として表すようにしている。従って、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichは負の値となる。
【００５５】
この後、ステップ６０５に進み、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴRichの絶対値をリーン成分ストレージ量ＯＳＴLeanとして算出し、本プログラムを終了する。
【００５６】
次に、本実施形態（１）の空燃比制御の効果を図１３を用いて説明する。図１３は、高負荷運転時の制御例を示している。高負荷運転時のように排ガス流量が多いときは、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス量が多くなり、下流側触媒２３で浄化される排ガス量が多くなる。このため、図１３に点線で示すように、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサとして上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５を用いて空燃比制御を行うと、実際に排ガスを浄化する下流側触媒２３の状態を反映した空燃比制御を行うことができず、下流側触媒２３の排ガス成分吸着量がなかなか０に回復せず、下流側触媒２３の排ガス浄化能力が低下してしまう。
【００５７】
これに対して、本実施形態（１）では、図１３に実線で示すように、排ガス流量の多い高負荷運転時等には、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサを下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６に切り換えて空燃比制御を行うので、実際に排ガスを浄化する下流側触媒２３の状態を反映した空燃比制御を行うことができ、下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を早期に０に回復させることができる。これにより、排ガス流量の多い高負荷運転時等でも、下流側触媒２３の排ガス浄化能力を十分に確保することができて、２つの触媒２２，２３で排ガスを効率良く浄化することができる。
【００５８】
一方、排ガス流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化できることを考慮して、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサを上流側触媒２２の下流側の酸素センサ２５に切り換えて空燃比制御を行うので、応答性の良い空燃比制御を行うことができる。このように、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサをエンジン運転状態に応じて切り換えることで、全運転領域で、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことができる。
【００５９】
また、本実施形態（１）では、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサの位置に応じて、目標空燃比のリッチ積分量λIRやリーン積分量λILを変化させるようにしたので、センサの位置に対応した最適なリッチ積分量λIRやリーン積分量λILを用いて空燃比フィードバック制御を行うことができる。
【００６０】
尚、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサの位置に応じてフィードバックゲインを変化させるようにしても、ほぼ同様の効果を得ることができる。但し、本発明は、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサの切り換えに対して、リッチ積分量λIR、リーン積分量λIL、フィードバックゲインを変化させずに固定値としても良い。
【００６１】
また、本実施形態（１）では、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサの目標出力電圧を固定値（例えば０．４５Ｖ）としたが、目標空燃比の設定に用いる下流側のセンサの位置に応じて目標出力電圧を変化させるようにしても良い。このようにすれば、目標空燃比の設定に用いる下流側センサの位置に応じて該センサの目標出力電圧を適正値に設定することができる。
【００６２】
《実施形態（２）》
次に、図１４及び図１５を用いて本発明の実施形態（２）を説明する。
【００６３】
本実施形態（２）では、ＥＣＵ２９は、図１４の目標空燃比設定プログラム及び図１５の目標出力電圧設定プログラムを実行して、空燃比フィードバック制御の目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５を選択したときに、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力に応じて上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを変化させるようにしている。
【００６４】
［目標空燃比設定］
図１４の目標空燃比設定プログラムでは、まず、ステップ２０１で、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサを上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５と下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の中から選択した後、ステップ２１４に進み、後述する図１５の目標出力電圧設定プログラムを実行して、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサの目標出力電圧ＴＧＯＸを設定する。
【００６５】
この後、ステップ２１５に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が目標出力電圧ＴＧＯＸより高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定し、その結果に応じてステップ２０３〜２１３で、前記実施形態（１）で説明した方法で、目標空燃比λTGを算出して、そのときのリッチ／リーンを記憶し、本プログラムを終了する。
【００６６】
［目標出力電圧設定］
次に、図１４のステップ２１４で実行される図１５の目標出力電圧設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ９０１で、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５が選択されているか否かを判定する。もし、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５が選択されていれば、ステップ９０２に進み、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力電圧をパラメータとする目標出力電圧ＴＧＯＸのマップから、現在の下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力電圧に応じた目標出力電圧ＴＧＯＸを算出する。
【００６７】
この場合、目標出力電圧ＴＧＯＸのマップは、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力電圧（下流側触媒２３の流出ガスの空燃比）が理論空燃比付近の所定範囲（β≦出力電圧≦α）では、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力が大きくなる（リッチになる）に従って目標出力電圧ＴＧＯＸが小さくなる（リーンになる）ように設定されている。更に、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力が所定値αよりも大きい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが所定下限値（例えば０．４Ｖ）となり、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力が所定値βよりも小さい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが上限値（例えば０．６５Ｖ）となるように設定されている。これにより、上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸは、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒２３を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定される。
【００６８】
一方、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６を選択している場合は、ステップ９０１からステップ９０３に進み、目標出力電圧ＴＧＯＸを所定値（例えば０．４５Ｖ）に設定する。以上説明した目標出力電圧設定プログラムが特許請求の範囲でいうセカンドフィードバック制御手段に相当する役割を果たす。
【００６９】
以上説明した実施形態（２）によれば、目標空燃比λTGの設定に用いる下流側のセンサとして上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５を選択したときに、空燃比フィードバック制御の目標空燃比λTG（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ２４の目標出力電圧）を、サブフィードバック制御によって上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の出力電圧に応じて設定し、更に、上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを、セカンドフィードバック制御によって下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力に応じて設定するようにしたので、各触媒２２，２３を流れる排ガスの空燃比を、各触媒２２，２３の排ガス浄化能力に応じた適正な空燃比にフィードバック制御することができて、各触媒２２，２３の排ガス浄化能力を十分に発揮させることができ、触媒系全体の排ガス浄化性能を高めることができる。
【００７０】
更に、本実施形態（２）では、上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを０．４〜０．６５Ｖの範囲で設定することで、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように目標出力電圧ＴＧＯＸを設定するようにしたので、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着限界や浄化ウインドを越えた目標出力電圧ＴＧＯＸの過補正を未然に防止することができる。
【００７１】
尚、下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の出力に応じてリッチスキップ量λSKL 及びリーンスキップ量λSKL （サブフィードバック制御の制御ゲイン）を変化させるようにしても良い。このようにしても、下流側触媒２３の下流側の酸素センサ２６の出力電圧（下流側触媒２３の流出ガスの空燃比）に応じて空燃比フィードバック制御の目標空燃比λTGを設定することができ、下流側触媒２３の流入ガスの空燃比を下流側触媒２３の現在の排ガス浄化能力に応じた適正な空燃比に制御することができる。
【００７２】
また、上流側触媒２２の排ガス成分の吸着量に応じてサブフィードバック制御の制御ゲインを変化させたり、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量に応じてセカンドフィードバック制御の制御ゲインを変化させたりするようにしても良い。触媒２２，２３の排ガス成分の吸着量は、触媒２２，２３の排ガス浄化能力を評価するのに適したパラメータであるため、触媒２２，２３の排ガス成分の吸着量に応じてサブフィードバック制御やセカンドフィードバック制御の制御ゲインを変化させれば、触媒系全体の排ガス浄化能力を精度良く反映させた空燃比フィードバック制御を実施することがでことができる。
【００７３】
《実施形態（３）》
次に、図１６乃至図１８を用いて本発明の実施形態（３）を説明する。
【００７４】
本実施形態（３）では、下流側触媒２３の上流側には、酸素センサ２５に代えて、空燃比センサ（図示せず）を設置している。その他の構成は、前記実施形態（１）と同じである。本実施形態（３）では、ＥＣＵ２９は、図１６の下流側触媒吸着量推定プログラムを実行して、上流側触媒２２の排ガス成分吸着量と下流側触媒２３上流側の空燃比と吸入空気量（排ガス流量）とに基づいて下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を推定し、図１７の目標空燃比設定プログラムを実行して、下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を０にするように目標空燃比λTGを補正する。以下、各プログラムの処理内容を説明する。
【００７５】
［下流側触媒吸着量推定］
図１６の下流側触媒吸着量推定プログラムでは、まず、ステップ７０１で、上流側触媒２２の上流側の空燃比センサ２４で検出した空燃比λが、予め設定したリッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLLとの範囲内に収束しているか否かを判定する。上流側触媒２２上流側の空燃比λが許容値λRL，λLLの範囲内に収束しているときには、空燃比λが理論空燃比付近で安定しているため、両触媒２２，２３の排ガス成分の吸着量がほぼ０であると判断して、以降の処理を行うことなく本プログラムを終了する。
【００７６】
一方、上流側触媒２２上流側の空燃比λが許容値λRL，λLLの範囲内に収束せずに乱れているときには、ステップ７０２に進み、図１２に示す空燃比λをパラメータとする排ガスの物質濃度のマップを検索して、上流側触媒２２上流側の空燃比λから現時点の排ガスの物質濃度を算出する。この後、ステップ７０３に進み、今回までの吸入空気量積算値ＱＡ(TOTAL) を前回までの積算値ＱＡ(TOTAL) に今回の吸入空気量検出値ＱＡを加算して求める。
ＱＡ(TOTAL) ＝ＱＡ(TOTAL) ＋ＱＡ
更に、今回までの空燃比λの平均値から平均物質濃度を求める。
【００７７】
この後、ステップ７０４に進み、上流側触媒２２下流側（下流側触媒２３上流側）の空燃比センサで検出した空燃比が理論空燃比付近から変化したか否かを、例えば所定のしきい値を越えたか否かにより判定し、理論空燃比付近であれば、上流側触媒２２の排ガス成分の吸着量が飽和量（ストレージ量）に達していないと判断して、上記ステップ７０１に戻り、吸入空気量積算値ＱＡ(TOTAL) と平均物質濃度を求める処理を繰り返す。
【００７８】
その後、上流側触媒２２下流側の空燃比が理論空燃比付近から変化した時点で、上流側触媒２２の排ガス成分吸着量が飽和量（ストレージ量）に達したと判断して、ステップ７０５に進み、平均物質濃度に吸入空気量積算値ＱＡ(TOTAL) を乗算して上流側触媒２２の排ガス成分吸着量ＵＯＳＴ(TOTAL) を算出する。
ＵＯＳＴ(TOTAL) ＝平均物質濃度×ＱＡ(TOTAL)
【００７９】
この後、ステップ７０６に進み、下流側触媒２３の上流側の空燃比センサで検出した空燃比λが、リッチ側許容値λRLとリーン側許容値λLLとの範囲内に収束しているか否かを判定する。下流側触媒２３の上流側の空燃比λが許容値λRL，λLLの範囲内に収束しているときには、下流側触媒２３への排ガス成分の吸着が少ないと判断して、本プログラムを終了する。
【００８０】
一方、下流側触媒２３の上流側の空燃比λが許容値λRL，λLLの範囲内に収束せずに乱れているときには、下流側触媒２３への排ガス成分の吸着量が多いと判断して、ステップ７０７に進み、今回の下流側触媒２３の排ガス成分吸着量の変化量ＤＯＳＴを、下流側触媒２３上流側の空燃比λから求めた排ガスの物質濃度と吸入空気量検出値ＱＡと補正係数Ｋを用いて次式により推定する。
ＤＯＳＴ＝物質濃度×ＱＡ×Ｋ
【００８１】
ここで、補正係数Ｋは、上流側触媒２２の排ガス成分吸着量が下流側触媒２３の排ガス成分吸着量に及ぼす影響を補正するための補正係数であり、上流側触媒２２の排ガス成分吸着量ＵＯＳＴ(TOTAL) 、上流側触媒２２と下流側触媒２３の容量、担持貴金属、表面積等の触媒仕様の関係から求められる。
【００８２】
この後、ステップ７０８に進み、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) を前回までの積算値ＤＯＳＴ(TOTAL) に今回の吸着量変化量ＤＯＳＴを加算して求める。
ＤＯＳＴ(TOTAL) ＝ＤＯＳＴ(TOTAL) ＋ＤＯＳＴ
【００８３】
［目標空燃比設定］
図１７の目標空燃比設定プログラムでは、まずステップ８０１で、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) の絶対値が所定値よりも大きいか否かを判定し、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) の絶対値が所定値以下であれば、目標空燃比λTGを変更する必要はないと判断して、以降の処理を行うことなく本プログラムを終了する。
【００８４】
一方、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) の絶対値が所定値よりも大きいと判定された場合は、ステップ８０２に進み、下流側触媒２３の吸着量ＤＯＳＴ(TOTAL) が０より大きいか否かによって、下流側触媒２３の状態がリーン側にずれているかリッチ側にずれているかを判定する。もし、下流側触媒２３の状態がリーン側にずれていれば、ステップ８０３に進み、下流側触媒２３上流側の空燃比λがリーン側許容値λLLの範囲内（λ＜λLL）であるか否かを判定し、下流側触媒２３上流側の空燃比λがリーン側許容値λLLの範囲内であれば、ステップ８０４に進み、目標空燃比λTGをリッチ積分量λIRだけリッチ側に補正する。
【００８５】
一方、下流側触媒２３上流側の空燃比λがリーン側許容値λLL以上にリーン側にずれている場合は、ステップ８０５に進み、目標空燃比λTGを、リッチ積分量λIRに所定量Ｂを加算した値（λIR＋Ｂ）だけリッチ側に補正する。ここで、所定量Ｂは、目標空燃比λTGの補正により下流側触媒２３の排ガス成分吸着量が両触媒２２，２３の合計のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRich（又はリーン成分ストレージ量ＯＳＴLean）を越えない範囲で設定される。この場合、所定量Ｂは、固定値としても良いが、下流側触媒２３上流側の空燃比に応じて変化させても良い。
【００８６】
また、上記ステップ８０２で、下流側触媒２３の状態がリッチ側にずれていると判定された場合は、ステップ８０６に進み、下流側触媒２３上流側の空燃比λがリッチ側許容値λRLの範囲内（λ＞λRL）であるか否かを判定し、下流側触媒２３上流側の空燃比λがリッチ側許容値λRLの範囲内であれば、ステップ８０７に進み、目標空燃比λTGをリーン積分量λILだけリーン側に補正する。
【００８７】
一方、下流側触媒２３上流側の空燃比λがリッチ側許容値λRL以上にリッチ側にずれている場合は、ステップ８０８に進み、目標空燃比λTGを、リーン積分量λILに所定量Ｂを加算した値（λIL＋Ｂ）だけリーン側に補正する。このようにして、下流側触媒２３の排ガス成分吸着量ＤＯＳＴが０になるように目標空燃比λTGが補正される。以上説明した図１６の下流側触媒吸着量推定プログラムと図１７の目標空燃比設定プログラムが特許請求の範囲でいうフィードバック制御補正手段としての役割を果たす。
【００８８】
以上説明した実施形態（３）では、上流側触媒２２の排ガス成分吸着量ＵＯＳＴと下流側触媒２３上流側の空燃比と吸入空気量とに基づいて下流側触媒２３の排ガス成分吸着量ＤＯＳＴを推定し、その排ガス成分吸着量ＤＯＳＴを０にするように目標空燃比λTGを補正するので、図１８に示すように、排ガスの空燃比の乱れが発生しても、下流側触媒２３の排ガス成分吸着量を早期に０に回復させることができ、下流側触媒２３を効率良く使用して排ガス浄化性能を高めることができる。
【００８９】
また、本実施形態（３）では、目標空燃比λTGを補正する所定量Ｂを、目標空燃比λTGの補正によって下流側触媒２３の排ガス成分吸着量が両触媒２２，２３の合計のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴRich（又はリーン成分ストレージ量ＯＳＴLean）を越えない範囲で設定するようにしているので、両触媒２２，２３の吸着限界を越えない範囲で触媒系全体の排ガス浄化能力を最大限に発揮させることができる。
【００９０】
《実施形態（４）》
以上説明した各実施形態（１）〜（３）では、全気筒共通の１本の排気管２１に２個の触媒２２，２３を直列に配置して、各触媒２２，２３の上流側と下流側にそれぞれを空燃比センサや酸素センサ等のセンサを配置した構成としたが、排気管２１に３個以上の触媒を直列に配置して、各触媒の上流側と下流側にそれぞれセンサを配置した構成にしても良い。
【００９１】
また、図１９に示すように、エンジン３０の各気筒群毎（例えばＶ型エンジンのバンク毎）に独立して設けた排気管３１に、それぞれ１個又は複数の触媒３２を配置し、各触媒３２の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサや酸素センサ等のセンサ３３を配置した構成としても良い。この場合、各気筒群の排気管３１の最下流の触媒３２の下流側のセンサ３３は、各気筒群の排気管３１にそれぞれ配置しても良いが、図１９に示すように、各気筒群の排気管３１の最下流の触媒３２の下流側のセンサ３３を、各気筒群の排気管３１の排ガスが合流する集合排気管３４（集合排ガス通路）に配置して共通化した構成とするようにしても良い。このようにすれば、各気筒群の排気管３１の最下流の触媒３２の下流側の空燃比やガス濃度を共通のセンサ３３で検出することができ、センサ３３の個数を削減して低コスト化することができる。
【００９２】
更に、図２０に示すように、エンジン３０の各気筒群の排気管３１に、それぞれ触媒３２を配置すると共に、集合排気管３４にも触媒３２を配置し、各気筒群の排気管３１の触媒３２と集合排気管３４の触媒３２の上流側と下流側にそれぞれセンサ３３を配置した構成としても良い。この場合、図２０（ａ）に示すように、各気筒群の排気管３１の触媒３２の下流側のセンサ３３を各気筒群の排気管３１にそれぞれ配置しても良いが、図２０（ｂ）に示すように、各気筒群の排気管３１の触媒３２の下流側のセンサ３３を集合排気管３４に配置して共通化しても良い。図２０（ａ），（ｂ）のいずれの構成でも、各気筒群の排気管３１の触媒３２と集合排気管３２の触媒３２とを効率良く使用して排ガス浄化性能を向上することができる。
【００９３】
《実施形態（５）》
また、図２１に示す本発明の実施形態（５）では、エンジン３５の排気管３６に３個以上（例えば４個）の触媒３７を直列に配置した構成としている。この場合、図２１（ａ）に示す例では、上流側の２個の触媒３７からなる触媒群▲１▼と、その下流側の２個の触媒３７からなる触媒群▲２▼とに区分し、各触媒群を１個の触媒と見なして各触媒群の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサや酸素センサ等のセンサ３８を配置している。
【００９４】
この場合、触媒３７の区分方法は、制御目的等に応じて適宜変更しても良く、図２１（ｂ）に示す例のように、上流側の３個の触媒３７からなる触媒群▲１▼と、その下流側の１個の触媒３７からなる触媒群▲２▼とに区分し、各触媒群の上流側と下流側にそれぞれセンサ３８を配置しても良い。或は、図２１（ｃ）に示す例のように、上流側の１個の触媒３７からなる触媒群▲１▼と、その下流側の３個の触媒３７からなる触媒群▲２▼とに区分し、各触媒群の上流側と下流側にそれぞれセンサ３８を配置しても良い。
【００９５】
《実施形態（６）》
図２２に示す本発明の実施形態（６）では、エンジン３９の排気管４０に、１つの大型の触媒ケース４１と、２つの触媒ケース４２とを直列に配置し、上流側の触媒ケース４１内には、３個の触媒４３を所定の間隔で収納し、下流側の２つの触媒ケース４２内には、それぞれ１個の触媒４４を収納した構成としている。この場合、図２２（ａ）に示す例では、上流側の触媒ケース４１内の３個の触媒４１からなる触媒群▲１▼と、その下流側の２つの触媒４４からなる触媒群▲２▼とに区分し、各触媒群を１つの触媒と見なして各触媒群の上流側と下流側にそれぞれ空燃比センサや酸素センサ等のセンサ４５を配置した構成としている。
【００９６】
また、図２２（ｂ）に示す例のように、上流側の触媒ケース４１内の上流側の２個の触媒４２からなる触媒群▲１▼と、上流側の触媒ケース４１内の下流側の１個の触媒４２及びその下流側の２個の触媒４４からなる触媒群▲２▼とに区分し、各触媒群の上流側と下流側にそれぞれセンサ４５を配置した構成としても良い。
【００９７】
或は、図２２（ｃ）に示す例のように、上流側の触媒ケース４１内の上流側の１個の触媒４２からなる触媒群▲１▼と、上流側の触媒ケース４１内の下流側の２個の触媒４２からなる触媒群▲２▼と、下流側の２個の触媒４４からなる触媒群▲３▼とに区分し、各触媒群の上流側と下流側にそれぞれセンサ４５を配置した構成としても良い。
【００９８】
以上説明した実施形態（４）〜（６）のいずれの構成でも、各触媒（又は各触媒群）の上流側と下流側に配置したセンサの出力に基づいて各触媒毎（又は各触媒群毎）に現在の排ガス浄化能力（ストレージ量等）を評価して、触媒系全体の排ガス浄化能力を十分に発揮させるような応答性の良い空燃比制御を行うことができ、排ガス浄化性能を向上することができる。しかも、各触媒毎（又は各触媒群毎）に触媒劣化判定を行うことも可能となる。勿論、前記実施形態（１）〜（３）の空燃比制御を行うようにしても良い。
【００９９】
尚、上記各実施形態では、各触媒（又は各触媒群）の上流側と下流側に空燃比センサや酸素センサを設置したが、ＨＣ濃度やＮＯｘ濃度等のガス濃度を検出するセンサを設置しても良い。
【０１００】
その他、本発明は、各実施形態（１）〜（６）において、触媒の数を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の概略構成図
【図２】実施形態（１）の燃料噴射量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】実施形態（１）の目標空燃比設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図４】実施形態（１）の酸素センサ出力及び目標空燃比の挙動を示すタイムチャート
【図５】（ａ）は上流側触媒下流側センサ用のリッチ積分量及びリーン積分量のマップの一例を示す図、（ｂ）は下流側触媒下流側センサ用のリッチ積分量及びリーン積分量のマップの一例を示す図
【図６】リッチ成分ストレージ量（リーン成分ストレージ量）に応じたリッチスキップ量（リーンスキップ量）のマップの一例を示す図
【図７】実施形態（１）の学習開始判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図８】実施形態（１）の空燃比変動制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図９】実施形態（１）の飽和判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１０】実施形態（１）のストレージ量算出プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１１】実施形態（１）のストレージ量学習時の酸素センサ出力及び目標空燃比の挙動を示すタイムチャート
【図１２】空燃比をパラメータとする排ガスの物質濃度のマップの一例を示す図
【図１３】実施形態（１）の空燃比制御の実行例を示すタイムチャート
【図１４】実施形態（２）の目標空燃比設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１５】実施形態（２）の目標出力電圧設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１６】実施形態（３）の下流側触媒吸着量推定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１７】実施形態（３）の目標空燃比設定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１８】実施形態（３）の空燃比制御の実行例を示すタイムチャート
【図１９】実施形態（４）を示す排気系の概略構成図
【図２０】実施形態（４）の変形例を示すもので、（ａ）と（ｂ）は各気筒群の排気管の触媒下流側のセンサの配置場所が異なる排気系の概略構成図
【図２１】実施形態（５）を示すもので、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ触媒の区分方法が異なる排気系の概略構成図
【図２２】実施形態（６）を示すもので、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ触媒の区分方法が異なる排気系の概略構成図
【符号の説明】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、２０…燃料噴射弁、２１…排気管（排ガス通路）、２２…上流側触媒、２３…下流側触媒、２４…空燃比センサ、２５，２６…酸素センサ、２９…ＥＣＵ（空燃比フィードバック制御手段，サブフィードバック制御手段，フィードバック制御補正手段，セカンドフィードバック制御手段）、３０…エンジン（内燃機関）、３１…排気管（排ガス通路）、３２…触媒、３３…センサ、３４…集合排気管（集合排ガス通路）、３５…エンジン（内燃機関）、３６…排気管（排ガス通路）、３７…触媒、３８…センサ、３９…エンジン（内燃機関）、４０…排気管（排ガス通路）、４１，４２…触媒ケース、４３，４４…触媒、４５…センサ。

Claims (14)

1. 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の複数の触媒を配置したものにおいて、
   前記各触媒の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを配置し、
   前記複数の触媒のうち上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
   下流側触媒の上流側のセンサの出力、吸入空気量、上流側触媒の上流側のセンサの出力と該上流側触媒の排ガス成分の吸着量、及び上下流の触媒仕様の関係に基づいて該下流側触媒の排ガス成分の吸着量を推定し、該吸着量の制御目標値からのずれを無くすように空燃比フィードバック制御を補正するフィードバック制御補正手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記フィードバック制御補正手段は、前記複数の触媒の合計ストレージ量を越えない範囲で、空燃比フィードバック制御の補正量を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
3. 内燃機関の各気筒群毎に独立した排ガス通路を設けると共に、各気筒群の排ガス通路を下流側で１本の集合排ガス通路に合流させ、
   各気筒群の排ガス通路にそれぞれ複数の触媒を配置すると共に、各気筒群の触媒の上流側と下流側に配置するセンサのうちの最下流の触媒の下流側のセンサを前記集合排ガス通路に配置して共通化したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
4. 内燃機関の各気筒群毎に独立した排ガス通路を設けると共に、各気筒群の排ガス通路を下流側で１本の集合排ガス通路に合流させ、
   各気筒群の排ガス通路にそれぞれ触媒を配置すると共に、前記集合排ガス通路にも触媒を配置し、前記各気筒群の触媒と前記集合排ガス通路の触媒の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
5. 内燃機関の排ガス通路に排ガス浄化用の３個以上の触媒を配置したものにおいて、
   前記３個以上の触媒を複数の触媒群に区分し、各触媒群を１つの触媒と見なして各触媒群の上流側と下流側にそれぞれ排ガスの空燃比又はガス濃度を検出するセンサを配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
6. 前記複数の触媒のうち上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
   下流側のセンサの出力を空燃比フィードバック制御に反映させるサブフィードバック制御手段とを備え、
   前記サブフィードバック制御手段は、下流側の複数のセンサの中から、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサを内燃機関の運転状態に応じて切り換えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
7. 前記サブフィードバック制御手段は、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応じて該センサの出力の反映方法を変化させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
8. 前記サブフィードバック制御手段は、空燃比フィードバック制御に反映させるセンサの位置に応じて該センサの目標出力を設定することを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
9. 前記複数の触媒のうち上流側触媒の上流側のセンサの出力に基づいて排ガスの空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
   前記上流側触媒の下流側のセンサの出力を空燃比フィードバック制御に反映させるサブフィードバック制御を行うサブフィードバック制御手段と、
   前記複数の触媒のうち下流側触媒の下流側のセンサの出力をサブフィードバック制御に反映させるセカンドフィードバック制御手段と
   を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
10. 前記セカンドフィードバック制御手段は、前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じて前記上流側触媒の下流側のセンサの目標出力を設定することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
11. 前記セカンドフィードバック制御手段は、前記上流側触媒の下流側のセンサの目標出力を、前記下流側触媒の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は前記下流側触媒を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
12. 前記上流側触媒の下流側のセンサは、酸素センサであり、前記セカンドフィードバック制御手段は、前記酸素センサの目標出力を０．４〜０．６５Ｖの範囲内に設定することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
13. 前記セカンドフィードバック制御手段は、前記下流側触媒の下流側のセンサの出力に応じてサブフィードバック制御の制御ゲインを変化させることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
14. 前記サブフィードバック制御手段と前記セカンドフィードバック制御手段の少なくとも一方は、該制御手段で用いるセンサ直前の触媒の排ガス成分の吸着量に応じて制御ゲインを変化させることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれかに記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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