内燃機関の排ガス浄化装置
【課題】加速時にＮＯｘの排出量を低減する。
【解決手段】下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基づいて下流側空燃比センサに到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるか否かを判定するとともに、機関１０の運転状態が加速運転状態であるか否かを判定する。そして、排ガス浄化装置は、下流側空燃比センサに到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であり且つ機関の運転状態が加速運転状態である場合、冷却水ポンプ４４ｂを回転させることにより冷却水を触媒冷却部４４ａに供給し、触媒４３の後方部（下流側）を冷却する。これにより、触媒後方部の酸素吸蔵能力が低下するので、触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに触媒４３の下流に酸素が早期に漏れ出す。従って、加速時において機関の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることができるので、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【解決手段】下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基づいて下流側空燃比センサに到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるか否かを判定するとともに、機関１０の運転状態が加速運転状態であるか否かを判定する。そして、排ガス浄化装置は、下流側空燃比センサに到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であり且つ機関の運転状態が加速運転状態である場合、冷却水ポンプ４４ｂを回転させることにより冷却水を触媒冷却部４４ａに供給し、触媒４３の後方部（下流側）を冷却する。これにより、触媒後方部の酸素吸蔵能力が低下するので、触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに触媒４３の下流に酸素が早期に漏れ出す。従って、加速時において機関の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることができるので、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に酸素吸蔵機能を有する触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能（酸素吸蔵放出機能）を有する触媒（三元触媒）と、その触媒の下流側に配設された空燃比センサ（下流側空燃比センサ）と、を備え、その空燃比センサの出力値に基いて機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）を制御する空燃比制御装置（排ガス浄化装置）が広く知られている。触媒は酸素吸蔵機能を有するので、多量の未燃物を「吸蔵しておいた酸素」により浄化することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１８９３９９号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、触媒が酸素吸蔵機能を有するが故に、特に、機関の加速時等において却ってＮＯｘの排出量が増大する場合がある。そのような状況について「後に詳細に説明する図９のタイムチャート」を参照しながら具体的に述べると、例えば、下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」とも称呼する。）に対応する値である場合、従来装置は機関の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、単に「リーン空燃比」と称呼する。）に制御する（図９の時刻ｔ０以降を参照。）。
【０００５】
ところが、下流側空燃比センサの出力値は「機関の空燃比がリーン空燃比に制御され始めた時点」から所定の時間が経過しなければ「リーン空燃比に相当する値」へと変化しない。これは、機関から排出された排ガスが下流側空燃比センサに到達するには不可避的な時間（ガス輸送遅れ時間Ｔｄ）が必要であること、及び、酸素吸蔵機能によって触媒が過剰な酸素を吸蔵するために触媒の下流に酸素が流出し難いので下流側空燃比センサの出力値はリッチ空燃比に相当する値を示し続けること、等に基づく。
【０００６】
このため、下流側空燃比センサの出力値がリッチ空燃比に相当する値であって機関の空燃比がリーン空燃比に制御されているときに、機関の運転状態が加速運転状態となることにより吸入空気量（従って、排ガス量）が急激に増大すると、触媒上流の排気通路内に過剰な酸素及びＮＯｘが大量に存在する状態となる（図９の破線Ｌ２を参照。）。その後、触媒には過剰な酸素が流入し続けるので、触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量（触媒が吸蔵できる酸素の量の最大値）Ｃmaxの近傍値に到達し、触媒は新たに触媒に流入する酸素を吸蔵しきれなくなる。よって、触媒の下流に酸素が流出するので、下流側空燃比センサの出力値はリーン空燃比に相当する値へと変化する（図９の時刻ｔ５を参照。）。
【０００７】
この時点（図９の時刻ｔ５）まで、機関の空燃比はリーン空燃比に制御されていて、且つ、吸入空気量が増大しているから、触媒上流の排気通路内にはＮＯｘが大量に存在している（図９の値Ｎ１を参照。）。よって、その触媒上流の排気通路内のＮＯｘが「ＮＯｘを浄化できない状態となっている触媒（酸素吸蔵量が略最大酸素吸蔵量Ｃmaxに到達している触媒）」に流入するので、ＮＯｘの排出量が増大するという問題（即ち、触媒が酸素吸蔵機能を有するがために却ってエミッションが悪化するという問題）が生じる。
【０００８】
本発明は上記課題に対処するために為されたものであって、その目的の一つは、触媒の下流側の部位である触媒後方部を冷却することによって酸素を触媒の下流に早期に流出させ、以って、ＮＯｘの排出量を低減することが可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００９】
本発明による内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「本発明装置」とも称呼する。）は、
前記機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を備える触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流に配設された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記触媒の下流側の部位である触媒後方部を冷却する触媒冷却手段（触媒の上流側の部位である触媒前方部を冷却することなく触媒後方部を冷却する触媒冷却手段、又は、触媒後方部を触媒前方部に比べてより高い冷却効率にて冷却する触媒冷却手段）と、
を備える。
【００１０】
これによれば、触媒前方部は相対的に冷却されることなく触媒後方部が相対的に冷却されるので、触媒後方部の酸素吸蔵能力（単位体積あたりに吸蔵できる酸素量）が触媒前方部の酸素吸蔵能力よりも低下する。従って、触媒に流入するガス（触媒流入ガス）の空燃比がリーン空燃比である場合（即ち、触媒に過剰な酸素が流入している場合）、触媒前方部の酸素吸蔵量が触媒前方部の最大酸素吸蔵量に実質的に到達した後、触媒に所定量の酸素が流入したとき、触媒後方部はもはや酸素を吸蔵することができない。
【００１１】
それ故、触媒後方部を冷却しない場合に比較して、触媒の下流に酸素が早期に流出するので、下流側空燃比センサの出力値はリーン空燃比に相当する値へと早期に変化する（図９の時刻ｔ４を参照。）。従って、触媒後方部を冷却しない場合に比較して、より早いタイミングにて機関の空燃比はリッチ空燃比へと切り替えられる。これにより、「触媒によって浄化されることのないＮＯｘ」を含むガスが機関から排気通路へと排出される時間を短くすることができる。特に、加速時等においては、排気通路へと排出されるＮＯｘの量をより減少させることができる（図９の値Ｎ２を参照。）。この結果、本発明装置は、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１２】
本発明装置の態様において、前記触媒冷却手段は、指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成されている。この態様の排ガス浄化装置は、更に、前記触媒の温度を取得するとともに前記取得された触媒の温度が所定の閾値温度以上であるか否かを判定し、前記触媒の温度が前記閾値温度以上であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００１３】
機関冷間時には機関から未燃物が多量に排出される。更に、機関冷間時には触媒の温度も低いので、触媒の貴金属の活性度及び触媒全体の酸素吸蔵能力は機関暖機後に比較して低い。従って、触媒の温度が閾値温度以下となるような機関冷間時に触媒後方部が冷却されると、多量の未燃物が排出される虞がある。これに対し、上記構成によれば、触媒の温度が閾値温度未満である場合（即ち、触媒の貴金属の活性度及び酸素吸蔵能力が低い場合）には触媒後方部は冷却されないので、触媒全体として多くの未燃物を浄化する能力を確保することができる。この結果、機関冷間時における未燃物の排出量が増大することを回避することができるとともに、機関暖機後におけるＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１４】
更に、本発明装置の態様において、
前記空燃比制御手段は、前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するように構成される。更に、前記空燃比制御手段は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成される。
【００１５】
加えて、本発明装置の態様は、前記機関の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するとともに前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００１６】
これによれば、機関の運転状態が加速運転状態へと移行した場合（即ち、機関の空燃比を早期にリッチ空燃比に変更しないと多量のＮＯｘが機関から排出され、その結果、多量のＮＯｘが触媒から流出してしまう可能性が高い場合）、触媒後方部が冷却される。従って、触媒から酸素が早期に漏れ出すので、機関の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることが可能となる。この結果、定常運転時においては触媒後方部が冷却されないので触媒が高い酸素吸蔵能力を維持し、以って、エミッションを良好に維持することができ、且つ、加速運転時にはＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１７】
加えて、本発明装置の態様は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００１８】
前記空燃比制御手段によれば、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合には機関の空燃比はリーン空燃比に設定される。更に、前記空燃比制御手段によれば、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比であると判定される場合には機関の空燃比はリッチ空燃比に設定される。従って、上記構成のように、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合には触媒後方部を冷却することによって酸素を触媒から早期に漏れ出させ、それにより前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比であると早期に判定させることにより、機関から排出され且つ触媒が浄化できないＮＯｘの量を低減することができる。更に、この態様によれば、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合に機関の運転状態が加速運転状態になったとき、仮に加速運転状態であるとの判別が遅れた場合であっても、酸素を触媒から早期に漏れ出させることができる。よって、加速時に急増するＮＯｘの排出量を有効に低減することができる。
【００１９】
更に、本発明装置の態様は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であり且つ前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定したとき、前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００２０】
これによれば、上述したように、触媒後方部を冷却しなければ「機関から排出され且つ触媒が浄化できないＮＯｘの量」が著しく増大する場合において、触媒後方部が冷却される。その結果、ＮＯｘの排出量を低減することができる。加えて、定常運転時或いは前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比である場合、触媒後方部は冷却されないので、そのような場合において触媒は大きな酸素吸蔵量を利用してエミッションを良好に維持することができる。
【００２１】
加えて、上述した何れかの触媒冷却制御手段は、
前記触媒の上流側の部位である触媒前方部と前記触媒後方部との間の触媒の温度を検出する触媒温度センサを含むとともに、前記触媒温度センサにより検出される触媒の温度の変化率が所定の閾値変化率以上となったか否かを判定し、前記検出される触媒の温度の変化率が前記閾値変化率以上となったと判定したときに前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させる指示信号を送出することを許容するように構成され得る。
【００２２】
発明者は、実験により、触媒内において酸素が活発に吸蔵されている部分の温度は、他の部分の温度よりも高くなることを見出した（後に詳述する図１８を参照。）。従って、上記構成のように、触媒の前後方向の略中央部に備えられた触媒温度センサにより検出される温度の変化率が大きくなった場合、触媒の上流端から触媒の略中央部までの領域において触媒は酸素を吸蔵しきっていると考えることができる。それ故、触媒温度センサにより検出される温度の変化率が大きくなったときに触媒後方部の冷却を開始することにより、触媒前方部の酸素吸蔵能力を最大限発揮させ（即ち、触媒前方部においてＮＯｘを最大限浄化させ）、且つ、触媒の下流に酸素を早期に漏れ出させることができる。この結果、ＮＯｘの排出量をより低減することができる。
【００２３】
本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明装置の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の各実施形態に係る排ガス浄化装置が適用される内燃機関の概略図である。
【図２】図２は、排ガスの空燃比と図１に示した上流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。
【図３】図３は、排ガスの空燃比と図１に示した下流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置（第１装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図５】図５は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図６】図６は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図７】図７は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図８は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図９は、第１装置の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置（第２装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】図１１は、第２装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】図１２は、第２装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】図１３は、第２装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（第３装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】図１５は、第３装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（第４装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】図１７は、第４装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１８】図１８は、本発明の第５実施形態に係る排ガス浄化装置（第５装置）の作動原理を説明するためのタイムチャートである。
【図１９】図１９は、第５装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の変形例に係る触媒の構成を示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。この装置は、内燃機関の燃料噴射量制御装置でもあり、内燃機関の空燃比制御装置でもある。
【００２６】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、第１実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第１装置」とも称呼する。）を、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。
【００２７】
内燃機関１０は、機関本体部２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、を含む。
【００２８】
機関本体部２０は、シリンダブロック部及びシリンダヘッド部を含む。機関本体部２０は、複数の気筒（燃焼室）２１を備えている。各気筒は、図示しない「吸気ポート及び排気ポート」と連通している。吸気ポートと燃焼室２１との連通部は図示しない吸気弁により開閉される。排気ポートと燃焼室２１との連通部は図示しない排気弁により開閉される。各燃焼室２１には図示しない点火プラグが配設されている。点火プラグは、図示しない「イグナイタ及びイグニッションコイル」と接続されている。
【００２９】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、複数の燃料噴射弁３３、及び、スロットル弁３４を備えている。
【００３０】
インテークマニホールド３１は、複数の枝部３１ａとサージタンク３１ｂとを備えている。複数の枝部３１ａのそれぞれの一端は、複数の吸気ポートのそれぞれに接続されている。複数の枝部３１ａの他端はサージタンク３１ｂに接続されている。
【００３１】
吸気管３２の一端はサージタンク３１ｂに接続されている。吸気管３２の他端には図示しないエアフィルタが配設されている。
【００３２】
燃料噴射弁３３は、一つの気筒（燃焼室）２１に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁３３は吸気ポートに設けられている。即ち、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁３３を備えている。燃料噴射弁３３は、噴射指示信号に応答し、正常である場合に「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量の燃料」を吸気ポート（従って、燃料噴射弁３３に対応する気筒）内に噴射するようになっている。
【００３３】
より具体的に述べると、燃料噴射弁３３は、指示燃料噴射量に応じた時間だけ開弁する。燃料噴射弁３３に供給されている燃料の圧力は、その燃料の圧力と吸気ポート内の圧力との差圧が一定になるように図示しないプレッシャレギュレータにより制御されている。従って、燃料噴射弁３３は指示燃料噴射量と等量の燃料を噴射する。
【００３４】
スロットル弁３４は、吸気管３２内に回動可能に配設されている。スロットル弁３４は、吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁３４は、図示しないスロットル弁アクチュエータにより吸気管３２内で回転駆動されるようになっている。
【００３５】
排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２、エキゾーストパイプ４２に配設された上流側触媒４３、触媒冷却装置４４、及び、上流側触媒４３よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に配設された「図示しない下流側触媒」を備えている。
【００３６】
エキゾーストマニホールド４１は、複数の枝部４１ａと集合部４１ｂとを備えている。複数の枝部４１ａのそれぞれの一端は、複数の排気ポートのそれぞれに接続されている。複数の枝部４１ａのそれぞれの他端は集合部４１ｂに集合している。この集合部４１ｂは、複数（２以上であり、本例では４つ）の気筒から排出された排ガスが集合する部分であるから、排気集合部ＨＫとも称呼される。
【００３７】
エキゾーストパイプ４２は集合部４１ｂに接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２は、排気通路を構成している。
【００３８】
上流側触媒４３は、セラミックの一種であるコージェライトからなり且つアルミナのコート層によりコーティングされた担持体を備え、その担持体に「白金、ロジウム及びパラジウム等」の貴金属（触媒物質）からなる活性成分を担持する三元触媒装置（排気浄化用の触媒）である。触媒４３は、触媒４３に流入するガス（触媒流入ガス）の空燃比が「三元触媒のウインドウ内の空燃比（例えば、理論空燃比）」であるとき、ＨＣ，ＣＯ，Ｈ２などの未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。更に、触媒４３は、触媒４３に流入する（過剰な）酸素を吸蔵する酸素吸蔵機能（酸素吸蔵放出機能）を有する。触媒４３は、触媒４３に流入するガスが過剰な未燃物を含んでいるとき、吸蔵している酸素を放出してその未燃物を浄化する。従って、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。つまり、酸素吸蔵機能により、ウインドウの幅が拡大する。酸素吸蔵機能は、担持体に担持されているセリア（ＣｅＯ２）等の酸素吸蔵材によってもたらされる。
【００３９】
触媒冷却装置（触媒冷却手段）４４は、触媒冷却部４４ａ、冷却水ポンプ４４ｂ、放熱部４４ｃ及び冷却管４４ｄを備えている。触媒冷却部４４ａ、冷却水ポンプ４４ｂ及び冷却部４４ｃは冷却管４４ｄにより接続されている。
【００４０】
触媒冷却部４４ａは、触媒後方部の周囲を取り囲むように配設されている。触媒後方部は、上流側触媒４３の一部であって、上流側触媒４３を流れる排ガスの流れ方向において上流側触媒４３の略中央部よりも下流側の部位である。触媒冷却部４４ａは、その内部に冷却管４４ｄを備えていて、冷却管４４ｄを流れる冷却水（冷媒）により触媒後方部を冷却するようになっている。
【００４１】
冷却水ポンプ４４ｂは、電動ポンプであって、電気制御装置７０から供給される指示信号に応答して回転及び停止する。冷却水ポンプ４４ｂは、回転することにより冷却管４４ｄ内の冷却水を触媒冷却部４４ａに向けて圧送するようになっている。
【００４２】
放熱部４４ｃは、冷却管４４ｄ内の冷却水と大気との間で熱交換を行わせることにより、冷却水の温度を低下させるようになっている。
【００４３】
このように構成された冷却装置４４は、電気制御装置７０からの指示信号に応答して触媒後方部を冷却する状態（冷却水ポンプ４４ｂが回転される状態）と前記触媒後方部を冷却しない状態（冷却水ポンプ４４ｂの回転が停止される状態）との何れかの状態を実現するように構成されている。
【００４４】
図示しない下流側触媒は、上流側触媒４３と同様の三元触媒装置である。なお、本明細書において、「触媒」は特に断りのない限り上流側触媒４３を指す。
【００４５】
このシステムは、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、水温センサ５３、クランクポジションセンサ５４、インテークカムポジションセンサ５５、上流側空燃比センサ５６、下流側空燃比センサ５７、触媒温度センサ（触媒中央部触媒床温センサ）５８、及び、アクセル開度センサ５９、を備えている。
【００４６】
エアフローメータ５１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。即ち、吸入空気量Ｇａは、単位時間あたりに機関１０に吸入される吸入空気量を表す。
【００４７】
スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁３４の開度（スロットル弁開度）を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
【００４８】
水温センサ５３は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。冷却水温ＴＨＷは、機関１０の暖機状態（機関１０の温度）を表すパラメータである。
【００４９】
クランクポジションセンサ５４は、クランク軸が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電気制御装置７０によって機関回転速度ＮＥに変換される。
【００５０】
インテークカムポジションセンサ５５は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。後述する電気制御装置７０は、クランクポジションセンサ５４及びインテークカムポジションセンサ５５からの信号に基づいて、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角度ＣＡを取得するようになっている。この絶対クランク角度ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角度」に設定され、クランク軸の回転角度に応じて７２０°クランク角度まで増大し、その時点にて再び０°クランク角度に設定される。
【００５１】
上流側空燃比センサ５６は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ（排気集合部ＨＫ）と上流側触媒４３との間の位置において「エキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２の何れか」に配設されている。
【００５２】
上流側空燃比センサ５６は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００５３】
上流側空燃比センサ５６は、図２に示したように、上流側空燃比センサ５６の配設位置を流れる排ガスの空燃比（上流側空燃比abyfs）に応じた出力値Vabyfsを「空燃比センサ出力」として出力する。この出力値Vabyfsは、上流側空燃比センサ５６に到達している排ガスの空燃比が大きくなるほど（リーンとなるほど）増大する。出力値Vabyfsは、上流側空燃比センサ５６に到達している排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき、理論空燃比相当値Ｖstoichに一致する。
【００５４】
後述する電気制御装置７０は、図２に示された関係を「空燃比変換テーブルMapabyfs(Vabyfs)」としてＲＯＭ内に格納していて、実際の出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfs(Vabyfs)に適用することにより上流側空燃比abyfs（検出空燃比abyfs）を取得するようになっている。
【００５５】
再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ５７は、エキゾーストパイプ４２内に配設されている。下流側空燃比センサ５７の配設位置は、上流側触媒４３よりも下流側であり、且つ、下流側触媒よりも上流側（即ち、上流側触媒４３と下流側触媒との間の排気通路）である。下流側空燃比センサ５７は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニア等の固体電解質を用いた濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ５７は、排気通路であって下流側空燃比センサ５７が配設されている部位を通過するガスである被検出ガスの空燃比（下流側空燃比）に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。換言すると、出力値Voxsは、上流側触媒４３から流出し且つ下流側触媒に流入するガスの空燃比（下流側空燃比afdown）に応じた値である。
【００５６】
この出力値Voxsは、図３に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき（即ち、被検出ガスに過剰な酸素が実質的に含まれていないとき）最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ〜１．０Ｖ）となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき（即ち、被検出ガスに過剰な酸素が実質的に含まれているとき）最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ〜０Ｖ）となる。更に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Ｖst（中間電圧Ｖst、理論空燃比相当電圧Ｖst、例えば、約０．５Ｖ）となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変する。同様に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
【００５７】
図１に示した触媒温度センサ５８は、触媒前方部と触媒後方部との間であって触媒冷却部４４ａによって冷却されない部分（触媒前後方向中央部）に配設され、その配設された部位の触媒の温度（触媒床温）ＴｅｍｐＣを表す信号を出力するようになっている。触媒前方部は、上流側触媒４３の一部（触媒後方部以外の部分）であって、上流側触媒４３を流れる排ガスの流れ方向において上流側触媒４３の略中央部よりも上流側の部位である。
【００５８】
アクセル開度センサ５９は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量Accp（アクセルペダル操作量、アクセルペダルＡＰの開度）を表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル操作量Accpは、アクセルペダルＡＰの操作量が大きくなるとともに大きくなる。
【００５９】
電気制御装置７０は、「ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム、ルックアップテーブル（マップ）、関数及び定数等を予め記憶したＲＯＭ、ＣＰＵが必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００６０】
バックアップＲＡＭは、機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭは、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵの指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。従って、バックアップＲＡＭは、機関１０の運転停止中においてもデータを保持することができる。
【００６１】
バックアップＲＡＭは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。そこで、ＣＰＵは、バックアップＲＡＭへの電力供給が再開されたとき、バックアップＲＡＭに保持されるべきデータを初期化（デフォルト値に設定）するようになっている。なお、バックアップＲＡＭは、ＥＥＰＲＯＭ等の読み書き可能な不揮発性メモリであってもよい。
【００６２】
電気制御装置７０は、上述したセンサ等と接続され、ＣＰＵにそれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、電気制御装置７０は、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒に対応して設けられた点火プラグ（実際にはイグナイタ）、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁３３、冷却水ポンプ４４ｂ、及び、スロットル弁アクチュエータ等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００６３】
なお、電気制御装置７０は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータに指示信号を送出するようになっている。即ち、電気制御装置７０は、運転者により変更される機関１０の加速操作量（アクセルペダル操作量Accp）に応じて「機関１０の吸気通路に配設されたスロットル弁３４」の開度を変更するスロットル弁駆動手段を備えている。
【００６４】
（第１装置による制御の概要）
第１装置は、上流側空燃比センサ５６の出力値Vabyfsに基く上流側空燃比abyfsを目標空燃比abyfrに一致させるためのメインフィードバック制御（メインフィードバック量を用いた空燃比制御）を実行する。
【００６５】
更に、第１装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かを判定し、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であると判定した場合には下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスがリッチである（その排ガスに過剰な酸素が含まれていない）と判定して、目標空燃比abyfrをリーン空燃比に設定するようにサブフィードバック量ＫＳＦＢを設定する。一方、第１装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であると判定した場合には下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスがリーンである（その排ガスに過剰な酸素が含まれている）と判定して、目標空燃比abyfrをリッチ空燃比に設定するようにサブフィードバック量ＫＳＦＢを設定する。このサブフィードバック量ＫＳＦＢを用いた制御は、サブフィードバック制御（下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基く空燃比制御）とも称呼される。
【００６６】
加えて、第１装置は、以下に述べるように、触媒後方部を冷却する。
（１）第１装置は、上流側触媒４３の温度（触媒温度ＴｅｍｐＣ）が第１温度（低側閾値温度、触媒活性判定温度）ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であるとき、触媒後方部の冷却を行わない。
（２）第１装置は、上流側触媒４３の温度が第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であるとき、触媒後方部の冷却を行う。
【００６７】
（実際の作動）
次に、第１装置の実際の作動について説明する。
【００６８】
＜燃料噴射制御＞
第１装置のＣＰＵは、図４に示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度に一致する毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。前記所定クランク角度は、例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ（吸気上死点前９０°クランク角度）である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。ＣＰＵは、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行う。
【００６９】
任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度と一致すると、ＣＰＵはステップ４００から処理を開始し、ステップ４１０にてフューエルカットフラグＸＦＣが「０」であるか否かを判定する。フューエルカットフラグＸＦＣの値は、イニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。更に、フューエルカットフラグＸＦＣの値は、フューエルカット条件が成立したとき（例えば、車両運転状態が減速運転状態となったとき）に「１」に設定され、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」である場合にフューエルカット条件が不成立となったとき「０」に設定される。なお、イニシャルルーチンは、機関１０が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときにＣＰＵにより実行されるルーチンである。
【００７０】
いま、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵは、ステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ４２０乃至ステップ４６０の処理を順に行い、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
ステップ４２０：ＣＰＵは、理論空燃比stoichからサブフィードバック量ＫＳＦＢを減じた値を目標空燃比abyfr（abyfr＝stoich−ＫＳＦＢ）に設定する。サブフィードバック量ＫＳＦＢは、後述する図６に示したルーチンにより別途求められている。
【００７２】
ステップ４３０：ＣＰＵは、「エアフローメータ５１により計測された吸入空気量Ｇａ、クランクポジションセンサ５４の信号に基いて取得された機関回転速度ＮＥ、及び、ルックアップテーブルMapMc」に基いて「燃料噴射気筒の１回の吸気行程において、その燃料噴射気筒に吸入される空気量」である「筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）」を取得する。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、各吸気行程に対応されながらＲＡＭ内に記憶される。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、周知の空気量推定モデル（吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル）により算出されてもよい。
【００７３】
ステップ４４０：ＣＰＵは、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を目標空燃比abyfrで除することにより基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを求める。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅは、機関の空燃比（従って、上流側触媒４３に流入する排ガスの空燃比）を目標空燃比abyfrに一致させるために計算上必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。このステップ４４０は、機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるためのフィードフォワード制御手段（基本燃料噴射量算出手段）を構成している。
【００７４】
ステップ４５０：ＣＰＵは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅをメインフィードバック量ＤＦｉにより補正する。より具体的には、ＣＰＵは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅにメインフィードバック量ＤＦｉを加えることにより、指示燃料噴射量（最終燃料噴射量）Ｆｉを算出する。メインフィードバック量ＤＦｉは、機関の空燃比（従って、上流側触媒４３に流入する排ガスの空燃比）を目標空燃比abyfrに一致させるための空燃比フィードバック量であり、上流側空燃比センサ５６の出力値Vabyfsに基いて求められる。メインフィードバック量ＤＦｉの算出方法については後述する。
【００７５】
ステップ４６０：ＣＰＵは、「指示燃料噴射量Ｆｉの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁３３」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁３３に送出する。
【００７６】
この結果、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるために計算上必要な量（必要と推定される量）の燃料が燃料噴射気筒の燃料噴射弁３３から噴射させられる。即ち、ステップ４２０乃至ステップ４６０は、機関１０に供給される混合気の空燃比が目標空燃比abyfrとなるように指示燃料噴射量Ｆｉを制御する指示燃料噴射量制御手段を構成している。
【００７７】
一方、ＣＰＵがステップ４１０の処理を実行する時点において、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」に設定されていると、ＣＰＵはそのステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ４６０の処理による燃料噴射が実行されないので、燃料の供給（燃料噴射）が停止される運転、即ち、フューエルカット運転が実行される。
【００７８】
＜メインフィードバック量の算出＞
ＣＰＵは図５にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで「メインフィードバック制御条件（上流側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。
【００７９】
メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
（Ａ１）上流側空燃比センサ５６が活性化している。
（Ａ２）機関の負荷ＫＬが閾値ＫＬｔｈ以下である。
（Ａ３）フューエルカット運転中でない（フューエルカットフラグＸＦＣが「０」である。）。
【００８０】
なお、負荷ＫＬは、ここでは下記の（１）式により求められる負荷率である。この負荷ＫＬに代え、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが用いられても良い。（１）式において、Ｍｃは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関１０の気筒数である。
ＫＬ＝（Ｍｃ／（ρ・Ｌ／４））・１００％ …（１）
【００８１】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵはステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップ５１０乃至ステップ５４０の処理を順に行い、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８２】
ステップ５１０：ＣＰＵは、図４のステップ４２０にて算出され且つＲＡＭに格納されている「Ｎサイクル前の目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）」を読み込む。
【００８３】
ステップ５１５：ＣＰＵは、下記（２）式に示したように、上流側空燃比センサ５６の出力値Vabyfsを図２に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、検出空燃比abyfsを得る。
abyfs＝Mapabyfs（Vabyfs） …（２）
【００８４】
ステップ５２０：ＣＰＵは、下記（３）式に従って、「現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室２１に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）」を求める。即ち、ＣＰＵは、「現時点よりもＮサイクル（即ち、Ｎ・７２０°クランク角度）前の時点における筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）」を「検出空燃比abyfs」により除すことにより、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。
Ｆｃ（ｋ−Ｎ）＝Ｍｃ（ｋ−Ｎ）／abyfs …（３）
【００８５】
このように、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を検出空燃比abyfsで除すのは、「燃焼室２１内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が上流側空燃比センサ５６に到達するまでに「Ｎサイクルに相当する時間」を要しているからである。
【００８６】
ステップ５２５：ＣＰＵは、下記（４）式に従って、「現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室２１に供給されるべきであった燃料の量」である「目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）」を求める。即ち、ＣＰＵは、現時点からＮサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点からＮサイクル前の目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）で除すことにより、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）＝Ｍｃ（ｋ−Ｎ）／abyfr（ｋ−Ｎ） …（４）
【００８７】
ステップ５３０：ＣＰＵは、下記（５）式に従って、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを取得する。即ち、ＣＰＵは、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じることにより、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを求める。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。
ＤＦｃ＝Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）−Ｆｃ（ｋ−Ｎ） …（５）
【００８８】
ステップ５３５：ＣＰＵは、下記（６）式に従って、メインフィードバック量ＤＦｉを求める。この（６）式において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。更に、（６）式の「値ＳＤＦｃ」は「筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値」である。つまり、ＣＰＵは、検出空燃比abyfsを目標空燃比abyfrに一致させるための比例積分制御により「メインフィードバック量ＤＦｉ」を算出する。
ＤＦｉ＝Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ …（６）
【００８９】
ステップ５４０：ＣＰＵは、その時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ５３０にて求められた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを取得する。
【００９０】
以上により、メインフィードバック量ＤＦｉが比例積分制御により算出され、このメインフィードバック量ＤＦｉが前述した図４のステップ４５０の処理により指示燃料噴射量Ｆｉに反映される。
【００９１】
一方、図５のステップ５０５の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵはそのステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５４５に進み、メインフィードバック量ＤＦｉの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５５０にて筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃに「０」を格納する。その後、ＣＰＵは、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量ＤＦｉは「０」に設定される。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅのメインフィードバック量ＤＦｉによる補正は行われない。
【００９２】
＜サブフィードバック量ＫＳＦＢの算出＞
ＣＰＵは図６にフローチャートにより示した「サブフィードバック量ＫＳＦＢの算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、サブ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。
【００９３】
サブフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
（Ｂ１）メインフィードバック制御条件が成立している。
（Ｂ２）下流側空燃比センサ５７が活性化している。
【００９４】
いま、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６２０に進んで下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、ステップ６２０にて「下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比である（過剰な酸素を含んでいないガスである）か否か」を判定する。
【００９５】
このとき、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であると（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると）、ＣＰＵはステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、サブフィードバック量ＫＳＦＢを負の一定値（−Ａ、但し、値Ａは正の一定値）に設定する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichよりも大きい値（stoich＋Ａ）に設定されるので、機関の空燃比はリーン空燃比に制御される。
【００９６】
一方、ＣＰＵがステップ６２０の処理を行う時点において、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であると（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスに過剰な酸素が含まれておらず、その排ガスの空燃比がリーン空燃比であると）、ＣＰＵはステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０に進み、サブフィードバック量ＫＳＦＢを正の一定値Ａに設定する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichよりも小さい値（stoich−Ａ）に設定されるので、機関の空燃比はリッチ空燃比に制御される。
【００９７】
更に、ＣＰＵがステッ６１０の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していなければ、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６５０に進み、サブフィードバック量ＫＳＦＢの値を「０」に設定する。この結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定される。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９８】
＜触媒冷却フラグ操作＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートにより示した「触媒冷却フラグ操作ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、上流側触媒４３の温度（触媒温度ＴｅｍｐＣ）が第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であるか否かを判定する。
【００９９】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であると、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。なお、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１００】
一方、ＣＰＵがステップ７１０の処理を行う時点において、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０１】
＜触媒冷却（触媒後方部冷却）実施＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図８にフローチャートにより示した「触媒冷却実施ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１０２】
このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、冷却水ポンプ４４ｂを回転させることによって触媒後方部の冷却を開始する。その後、ＣＰＵはステップ８２５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値は、触媒後方部の冷却が実施されているとき「１」に設定される。
【０１０３】
一方、ＣＰＵがステップ８１０の処理を行う時点において、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８３０に進み、冷却水ポンプ４４ｂの回転を停止させることによって触媒後方部の冷却を停止（禁止）する。その後、ＣＰＵはステップ８２５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０４】
このように、第１装置は、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である場合、触媒後方部の温度が触媒前方部の温度よりも低下するように触媒後方部を触媒４３の外部から冷却する。この触媒後方部の冷却によりもたらされる効果について図９を参照しながら説明する。
【０１０５】
図９は、目標空燃比abyfr（即ち、機関の空燃比）、触媒４３の上流の排気通路に排出される酸素の総量、触媒４３に流入する酸素の総量（従って、酸素吸蔵量ＯＳＡに相当する値）、及び、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsの変化の様子を示したタイムチャートである。
【０１０６】
図９に示した例においては、機関１０の運転状態が定常状態にある場合の時刻ｔ０にて出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstを超え、それにより下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比はリッチ空燃比と判定され、その結果、目標空燃比abyfrがリーン空燃比に設定されている。これにより、時刻ｔ０以降において、実線Ｌ１により示したように、触媒４３の上流の排気通路（以下、「触媒上流排気通路部」とも称呼する。）に排出される酸素の総量は次第に（略直線的に）増大する。このため、実線Ｌ１０により示したように、「時刻ｔ０からガス輸送遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔ１」以降において、過剰な酸素が触媒に流入し始める。なお、図９に示した例においては、燃料噴射弁３１により噴射された燃料が触媒上流排気通過部に流出するまでの遅れ時間は省略されている。
【０１０７】
ここで、触媒後方部が冷却されていない場合の触媒４３の最大酸素吸蔵量がＣmaxであると仮定し、触媒後方部が冷却されている場合の触媒４３の最大酸素吸蔵量がＣ’maxであると仮定する。値Ｃ’maxは値Ｃmaxよりも当然に小さい。
【０１０８】
係る状態が継続すると、時刻ｔ２にて機関１０から触媒上流排気通路部に流出した酸素の総量は値Ｃ’maxに到達し、その後、時刻ｔ３にて触媒上流排気通路部に流出した酸素の総量は値Ｃmaxに到達する。従って、「時刻ｔ２からガス輸送遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔ４」にて触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡは値Ｃ’maxに到達し、「時刻ｔ３からガス輸送遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔ５」にて触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡは値Ｃmaxに到達する。
【０１０９】
いま、時刻ｔ３の近傍にて機関１０の運転状態が加速運転状態へと変化したと仮定する。このとき、触媒後方部が冷却されていなければ、触媒４３の最大酸素吸蔵量は値Ｃmaxであるから、時刻ｔ５にて酸素が触媒４３から漏れ出す。従って、実線の曲線Ｍ１に示したように、時刻ｔ５にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい値から小さい値へと変化し（従って、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定され）、目標空燃比abyfrはリッチ空燃比へと変更させられる。よって、この時刻ｔ５まで、触媒上流排気通路部には機関１０から過剰な酸素（及びＮＯｘ）が排出されている。しかも、機関１０の運転状態が加速運転状態へと変化しているので、吸入空気量Ｇａは急激に増大し、単位時間あたりに触媒上流排気通路部に排出される酸素（及びＮＯｘ）の量は破線Ｌ２により示したように急増する。この結果、触媒後方部が冷却されていない場合に触媒４３の下流に排出されてしまうＮＯｘの量は値Ｎ１に応じた量となる。
【０１１０】
これに対し、触媒後方部が冷却されていると、触媒４３の最大酸素吸蔵量は値Ｃ’maxであるから、時刻ｔ４にて酸素が触媒４３から漏れ出す。従って、破線の曲線Ｍ２に示したように、時刻ｔ４にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい値から小さい値へと変化し（従って、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定され）、目標空燃比abyfrはリッチ空燃比へと変更させられる。この場合、時刻ｔ４まで、触媒上流排気通路部には機関１０から過剰な酸素（及びＮＯｘ）が排出されているが、時刻ｔ４における吸入空気量Ｇａの増大量はそれ程大きくない。この結果、触媒後方部が冷却されている場合に触媒４３の下流に排出されてしまうＮＯｘの量は「値Ｎ１よりも小さい値Ｎ２」に応じた量となる。
【０１１１】
以上の説明から理解されるように、第１装置においては触媒後方部が冷却されているので、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい値から小さい値へと「より早いタイミング」にて変化し、この結果、排気通路に排出され且つ触媒４３によって浄化されないＮＯｘの量を低減することができる。
【０１１２】
以上、説明したように、第１装置は、
内燃機関１０の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を備える触媒（４３）と、
前記排気通路の前記触媒（４３）の下流に配設された空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）と、
前記空燃比センサの出力値（下流側空燃比センサ５７の出力値Voxs）に基いて前記機関１０に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（図４乃至図６、特に、図６のルーチンにより算出されるサブフィードバック量ＫＳＦＢ、及び、図４のステップ４２０を参照。）と、
前記触媒４３の下流側の部位である触媒後方部を冷却する触媒冷却手段と（触媒冷却装置４４の特に触媒冷却部４４ａ）、
を備えた内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成されており（図８及び触媒冷却装置４４の特に冷却水ポンプ４４ｂ）、
更に、
前記触媒（４３）の温度を取得するとともに前記取得された触媒の温度が所定の閾値温度（第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ）以上であるか否かを判定し（触媒温度センサ５８、図７のステップ７１０）、前記触媒の温度が前記閾値温度以上であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出し（図７のステップ７１０、ステップ７３０及び図８のステップ８１０、ステップ８２０）、前記触媒の温度が前記閾値温度未満であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出しない（図７の、特に、ステップ７１０、ステップ７２０及び図８のステップ８１０、ステップ８３０）、触媒冷却制御手段を備える。
【０１１３】
従って、第１装置は、特に、触媒４３にリーン空燃比のガスが流入している場合において触媒４３の酸素吸蔵量がある程度の値（触媒４３が冷却されない場合の触媒４３の最大酸素吸蔵量よりも小さい値）となったとき触媒４３から酸素が流出する。そのために、触媒流入ガスの空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることができる。よって、触媒上流排気通路部に多量のＮＯｘが流出することを回避することができ、その結果、触媒４３により浄化されないＮＯｘの量を低下することができる。更に、第１装置は、触媒４３の温度が低い場合（触媒４３の活性度が低い場合）には触媒後方部を冷却しないので、機関１０が完全に暖機する前には触媒４３全体として多くの未燃物を浄化する能力を確保することができる。この結果、触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxを低下させた触媒を用いる場合に比較して、機関冷間時における未燃物の排出量が増大することを回避することもできる。
【０１１４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第２装置」と称呼する。）について説明する。第２装置は、以下に述べるように触媒後方部を冷却する点においてのみ、第１装置と相違する。
【０１１５】
（１）第２装置は、上流側触媒４３の温度（触媒温度ＴｅｍｐＣ）が、第１温度（低側閾値温度、触媒活性判定温度）ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であり、且つ、第２温度（高側閾値温度、触媒過熱保護温度）ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である場合において、吸入空気量Ｇａの所定の単位時間あたりの増加量ΔＧａ（以下、単に「吸入空気量変化率ΔＧａ」とも称呼する。）が加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上となり（即ち、機関１０の運転状態が加速運転状態にあり）、且つ、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である（下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるか、及び／又は、機関の空燃比（目標空燃比abyfr）がリーン空燃比である）とき、触媒後方部の冷却を行う。
【０１１６】
（２）第２装置は、上述した機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却を実行している最中において、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満になると（下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比に変化するか、及び／又は、機関の空燃比（目標空燃比abyfr）がリッチ空燃比に変更させられると）、触媒後方部の冷却を停止する。
【０１１７】
（３）第２装置は、触媒後方部の冷却を実行しているときに触媒温度ＴｅｍｐＣが上記第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈよりも低くなると、触媒の浄化率が過度に低下することを防止するために触媒後方部の冷却を停止する。
【０１１８】
（４）第２装置は、触媒後方部の冷却を実行していないときに触媒温度ＴｅｍｐＣが上記第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも高くなると、触媒を過熱から保護するために、触媒後方部の冷却を実行する。この場合、触媒温度ＴｅｍｐＣが、上記第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈから所定値α（α＞０）を減じた温度（ＴｅｍｐＨｉｔｈ−α）よりも低くなると、触媒後方部の冷却を停止する。
【０１１９】
（実際の作動）
第２装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１０乃至図１３にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、及び、図８については説明済みである。よって、以下、図１０乃至図１３を参照しながら第２装置の作動について説明する。
【０１２０】
第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１０にフローチャートにより示した「加速時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であるか否か（即ち、触媒後方部の冷却が実施されているか否か）を判定する。
【０１２１】
このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０２０に進んで触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であるか否かを判定する。
【０１２２】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０３０に進んで触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下であるか否かを判定する。
【０１２３】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下であると、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０４０に進んで「吸入空気量Ｇａの所定の単位時間あたりの増加量ΔＧａ（即ち、吸入空気量変化率ΔＧａ）が加速判定用閾値ΔＧａｔｈ（吸入空気量変化率閾値ΔＧａｔｈ）以上であるか否か」を判定する。なお、ＣＰＵは、図示しないルーチンを前記単位時間の経過毎に繰り返し実行し、そのルーチンにおいて最新の吸入空気量Ｇａから前記単位時間前の吸入空気量Ｇａを減じることにより「吸入空気量変化率ΔＧａ」を取得している。このステップ１０３０は、機関１０の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するステップである。
【０１２４】
このとき、吸入空気量変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０５０に進み、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ１０４０にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基いて下流側空燃比センサ５７に到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか否かを判定する。
【０１２５】
このとき、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であると、ＣＰＵはステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０６０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「１」に設定する。この結果、ＣＰＵが図８に示したルーチンを実行することによって、触媒後方部の冷却が開始される。
【０１２６】
次に、ＣＰＵはステップ１０７０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値を「１」に設定する。このように、加速時冷却フラグＸＡＣの値は、機関１０の運転状態が加速運転状態にある場合に触媒後方部の冷却が開始されたとき「１」に設定され、その触媒後方部の冷却（機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却）が終了したときに「０」に設定される（後に説明する図１１のステップ１１４０を参照。）。なお、加速時冷却フラグＸＡＣの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２７】
一方、ＣＰＵが本ルーチンの処理を実行する時点にて、
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」でない（「１」である）場合、
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満である場合、
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きい場合、
・吸入空気量変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ未満である場合、及び、
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満である場合、
の何れかが成立していると、ＣＰＵは上記場合に対応する「ステップ１０１０乃至ステップ１０５０のそれぞれのステップ」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、上記場合の何れか一つが成立しているとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌ及び加速時冷却フラグＸＡＣの値は変更されない。
【０１２８】
更に、第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１１にフローチャートにより示した「加速時冷却制御終了ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１１のステップ１１００から処理を開始してステップ１１１０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１２９】
このとき、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進み、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ１１２０にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基いて下流側空燃比センサ５７に到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるか否かを判定する。
【０１３０】
このとき、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であると、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。この結果、ＣＰＵが図８に示したルーチンを実行することによって、触媒後方部の冷却が停止させられる。次に、ＣＰＵはステップ１１４０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１１０５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３１】
一方、ＣＰＵが本ルーチンの処理を実行する時点にて、
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」でない（「０」である）場合、及び、
・出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合、
の何れかが成立していると、ＣＰＵは上記場合に対応する「ステップ１１１０及びステップ１１２０のそれぞれのステップ」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、上記場合の何れか一つが成立しているとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌ及び加速時冷却フラグＸＡＣの値は変更されない。
【０１３２】
更に、第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１２にフローチャートにより示した「触媒浄化率低下防止ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１２のステップ１２００から処理を開始してステップ１２１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１３３】
このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２２０に進み、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、ステップ１２１０及びステップ１２２０において、触媒後方部の冷却中に触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈよりも小さくなったか否かを判定する。
【０１３４】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であると、ＣＰＵはステップ１２２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２３０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。これにより、触媒後方部の冷却が停止させられる。次いで、ＣＰＵはステップ１２４０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値を「０」に設定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３５】
一方、ＣＰＵが本ルーチンの処理を実行する時点にて、
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」でない（「０」である）場合、及び、
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である場合、
の何れかが成立していると、ＣＰＵは上記場合に対応する「ステップ１２１０及びステップ１２２０のそれぞれのステップ」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、上記場合の何れか一つが成立しているとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌ及び加速時冷却フラグＸＡＣの値は変更されない。
【０１３６】
更に、第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１３にフローチャートにより示した「触媒過熱防止ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１３のステップ１３００から処理を開始してステップ１３１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であるか否かを判定する。このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定し、後述するステップ１３５０に直接進む。
【０１３７】
これに対し、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２０に進み、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きいか否かを判定する。このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下であると、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｎｏ」と判定し、後述するステップ１３５０に直接進む。
【０１３８】
これに対し、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きいと、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１３３０及びステップ１３４０の処理を順に行い、ステップ１３５０に進む。
【０１３９】
ステップ１３３０：ＣＰＵは、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「１」に設定する。これにより、触媒後方部の冷却が実施される。
ステップ１３４０：ＣＰＵは、触媒保護冷却フラグＸhogoの値を「１」に設定する。このように、触媒保護冷却フラグＸhogoの値は、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きいことに基いて触媒後方部の冷却が実施されているときに「１」に設定される。なお、触媒保護冷却フラグＸhogoの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１４０】
次に、ＣＰＵはステップ１３５０に進み、触媒保護冷却フラグＸhogoの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、触媒保護冷却フラグＸhogoの値が「１」でなければ、ＣＰＵはステップ１３５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４１】
これに対し、触媒保護冷却フラグＸhogoの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１３５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３６０に進み、触媒温度ＴｅｍｐＣが「第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈから所定の正の温度αを減じた温度（ＴｅｍｐＣ−α）」未満であるか否かを判定する。このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが温度（ＴｅｍｐＣ−α）未満でなければ、ＣＰＵはステップ１３６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４２】
これに対し、触媒温度ＴｅｍｐＣが温度（ＴｅｍｐＣ−α）未満であると、ＣＰＵはステップ１３６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１３７０及びステップ１３８０の処理を順に行い、その後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４３】
ステップ１３７０：ＣＰＵは、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。これにより、触媒後方部の冷却が停止させられる。
ステップ１３８０：ＣＰＵは、触媒保護冷却フラグＸhogoの値を「０」に設定する。
【０１４４】
以上、説明したように、第２装置は、
触媒４３の下流に配設された空燃比センサの出力値（下流側空燃比センサ５７の出力値Voxs）に基いて「その空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるか」を判定するとともに（図６のステップ６２０を参照。）、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し（図６のステップ６４０及び図４のステップ４２０を参照。）、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定する（図６のステップ６３０及び図４のステップ４２０を参照。）ように構成された空燃比制御手段と、
前記機関１０の運転状態が加速運転状態にあると判定され（図１０のステップ１０４０での「Ｙｅｓ」との判定を参照。）且つ前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定されている場合（図１０のステップ１０５０での「Ｙｅｓ」との判定を参照。）に、前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出し（図１０のステップ１０６０）、且つ、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定されている場合であっても機関１０の運転状態が加速運転状態にないと判定した場合には前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出しない触媒冷却制御手段（図１０のステップ１０４０での「Ｎｏ」との判定、及び、図８のルーチンを参照。）と、
を備える。
【０１４５】
従って、触媒４３からリッチ空燃比の排ガスが流出しているが故に触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比である期間において機関１０の運転状態が加速運転状態へと移行した場合（即ち、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比に変更しないと多量のＮＯｘが機関１０から排出され、その結果、多量のＮＯｘが触媒４３から流出してしまう可能性が高い場合）、触媒後方部が冷却される。これにより、触媒４３の触媒後方部の酸素吸蔵能力が低下して触媒４３から酸素が早期に漏れ出すので、機関１０の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることが可能となる。この結果、定常運転時においては触媒後方部が冷却されないので触媒４３が高い酸素吸蔵能力を維持し、以って、エミッションを良好に維持することができ、且つ、加速運転時にはＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１４６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第３装置」と称呼する。）について説明する。第３装置は、機関１０の運転状態が加速運転状態となったとき、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに関わらず（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比に関わらず）、触媒後方部の冷却を開始する点において第２装置と相違する。
【０１４７】
（実際の作動）
第３装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１２乃至図１５にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、図８、図１２及び図１３については説明済みである。よって、以下、図１４乃至図１５を参照しながら第３装置の作動について説明する。なお、既に説明したステップと同じ処理を行うステップには、既に説明したステップと同じ符号が付されている。以下において、そのようなステップの詳細な説明は適宜省略される。
【０１４８】
第３装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１４にフローチャートにより示した「加速時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１０に示したルーチンのステップ１０５０を省略したルーチンである。従って、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」に変更され且つ加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」に設定される。これにより、機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却（加速時冷却制御）が開始される。
【０１４９】
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である。
・吸入空気量変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上である。
【０１５０】
加えて、ＣＰＵは所定時間が経過する毎に図１５にフローチャートにより示した「加速時冷却制御終了ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１１に示したルーチンのステップ１１２０をステップ１５１０に置換したルーチンである。このステップ１５１０にて、ＣＰＵは「加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過したか否か」を判定する。この所定時間Ｔｔｈは、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過すれば、触媒４３から流出している排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比（及び、その逆へ）変化するのに十分な時間となるように設定されている。
【０１５１】
そして、ＣＰＵは、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過していると、ステップ１５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０及びステップ１１４０の処理を行う。加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過していなければ、ＣＰＵはステップ１５１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過した時点において、触媒後方部の冷却が停止させられる。
【０１５２】
なお、ステップ１５１０は、「加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと切り換わる直前の下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい場合には出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下となったか否か、及び、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと切り換わる直前の下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下である場合には出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きくなったか否か、を判定するステップ」に置換されてもよい。即ち、ＣＰＵは、機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却（加速時冷却制御）が開始された場合、その開始時点（加速時冷却制御開始時点）において下流側空燃比センサ５７に到達していた排ガスの空燃比がリッチ空燃比であった場合にはリーン空燃比へと変化した時点、及び、その開始時点（加速時冷却制御開始時点）において下流側空燃比センサ５７に到達していた排ガスの空燃比がリーン空燃比であった場合にはリッチ空燃比へと変化した時点、にて、触媒後方部の冷却を停止してもよい。
【０１５３】
以上、説明したように、第３装置は、
第１及び第２装置と同様の空燃比制御手段と、
機関１０の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するとともに（図１４のステップ１０４０を参照。）、機関１０の運転状態が加速運転状態にあると判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出し、且つ、機関１０の運転状態が加速運転状態にないと判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出しない触媒冷却制御手段（図１４のステップ１０４０、ステップ１０６０、図８のルーチンを参照。）と、
を備える。
【０１５４】
従って、機関１０の運転状態が加速運転状態へと移行した場合（即ち、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比に変更しないと多量のＮＯｘが機関１０から排出され、その結果、多量のＮＯｘが触媒４３から流出してしまう可能性が高い場合）、触媒後方部が冷却される。これにより、触媒後方部の酸素吸蔵能力が低下して触媒４３から酸素が早期に漏れ出すから、機関１０の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることが可能となる。この結果、定常運転時においては触媒後方部が冷却されないので触媒４３が高い酸素吸蔵能力を維持し、以って、エミッションを良好に維持することができ、且つ、加速運転時にはＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１５５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第４装置」と称呼する。）について説明する。第４装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるとき（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスがリッチ空燃比であると判定されているとき）、機関１０の運転状態に関わらず、触媒後方部の冷却を開始する点において、第２装置と相違する。
【０１５６】
（実際の作動）
第４装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１２、図１３、図１６及び図１７にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、図８、図１２及び図１３については説明済みである。よって、以下、図１６乃至図１７を参照しながら第４装置の作動について説明する。なお、既に説明したステップと同じ処理を行うステップには、既に説明したステップと同じ符号が付されている。以下において、そのようなステップの詳細な説明は適宜省略される。
【０１５７】
第４装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１６にフローチャートにより示した「リッチ時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１０に示したルーチンのステップ１０４０を省略し、且つ、ステップ１０７０をステップ１６１０に置換したルーチンである。従って、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値がステップ１０６０にて「１」に変更され且つリッチ時冷却フラグＸＲＩの値がステップ１６１０にて「１」に設定される。これにより、触媒後方部の冷却が開始される。なお、リッチ時冷却フラグＸＲＩの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１５８】
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である。
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である。
【０１５９】
加えて、ＣＰＵは所定時間が経過する毎に図１７にフローチャートにより示した「リッチ時冷却制御終了ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１１に示したルーチンの「ステップ１１１０及びステップ１１４０」を「ステップ１７１０及びステップ１７２０」にそれぞれ置換したルーチンである。
【０１６０】
ステップ１７１０にて、ＣＰＵはリッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」であるか否かを判定する。そして、リッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」であるとき、ＣＰＵはステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進む。これに対し、リッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」でないとき、ＣＰＵはステップ１７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６１】
更に、ステップ１７２０にて、ＣＰＵはリッチ時冷却フラグＸＲＩの値を「０」に設定する。従って、図１７のルーチンによれば、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値がステップ１１３０にて「０」に変更され且つリッチ時冷却フラグＸＲＩの値がステップ１７２０にて「０」に変更される。
・リッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」である。
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満である。
【０１６２】
これにより、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満になったとき、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合に開始させられる触媒後方部の冷却が停止させられる。
【０１６３】
以上、説明したように、第４装置は、第１乃至第３装置と同様の空燃比制御手を有する。更に、第４装置は、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出し（図１６のステップ１０５０及びステップ１０６０を参照。）、且つ、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比でないと判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出しない（図１６のステップ１０５０での「Ｎｏ」との判定、図１７のステップ１１２０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、図１７のステップ１１３０）を参照。）、触媒冷却制御手段を備える。
【０１６４】
従って、第４装置は、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合には触媒後方部を冷却することによって触媒後方部の酸素吸蔵能力を低下させて酸素を触媒４３から早期に漏れ出させることができる。そのため、第４装置は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比であると早期に判定することができ、機関１０の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることができる。その結果、機関１０から排気通路へと排出されるＮＯｘの量を低減することができるので、結果としてＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１６５】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第５装置」と称呼する。）について説明する。第５装置は、第２装置と同様、機関１０の運転状態が加速運転状態にあるときに触媒後方部の冷却を開始する。但し、第５装置は、上流側触媒４３の略中央部に配置された触媒温度センサ５８により検出される触媒温度ＴｅｍｐＣの所定の単位時間（例えば、５秒）あたりの増大量（以下、触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣとも称呼する。）が閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上となったとき、触媒後方部の冷却を開始する点においてのみ第２装置と相違している。
【０１６６】
図１８は、燃料供給停止（フューエルカット、Ｆ／Ｃ）終了後においてリッチ空燃比の排ガスを触媒４３に流入させ、その後、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きくなった時点の直後の時点ｔ１以降においてリーン空燃比の排ガスを触媒４３に流入させた場合の「触媒４３の各部の温度」の変化を示したタイムチャートである。
【０１６７】
曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は、それぞれ、上流側触媒４３の上流側端部から２０ｍｍだけ下流側の部位、上流側触媒４３の中央部、及び、上流側触媒４３の下流側端部から２０ｍｍだけ上流側の部位に触媒の温度を示す。
【０１６８】
曲線Ｃ１に示されているように、酸素を放出しきった触媒４３（図１８において「リッチ」として示す。）に過剰な酸素（リーン空燃比の排ガス）が流入すると、先ず、触媒前方部位の温度が上昇する（時刻ｔ２を参照。）。これは、時刻ｔ２において触媒４３の上流側端部から２０ｍｍだけ下流の部位にて触媒４３が酸化されている（触媒４３が酸素を吸蔵している）ためであると考えられる。
【０１６９】
次いで、曲線Ｃ２に示されているように、時刻ｔ３にて触媒４３の中央部の温度が上昇する。これは、時刻ｔ３において上流側触媒４３の中央部にて触媒４３が酸化されている（触媒４３が酸素を吸蔵している）ためであると考えられる。従って、時刻ｔ２〜時刻ｔ３においては、触媒４３の中央よりも前方側のみが酸素を吸蔵した状態にある（図１８において「リーン」として示す。）と考えられる。
【０１７０】
その後、曲線Ｃ３に示されているように、時刻ｔ４にて触媒４３の触媒後方部位の温度が上昇する。これは、時刻ｔ４において触媒４３の下流側端部から２０ｍｍだけ上流の部位にて触媒４３が酸化されている（触媒４３が酸素を吸蔵している）ためであると考えられる。従って、時刻ｔ３〜時刻ｔ４においては、触媒４３の上方側端部から触媒４３の中央よりも僅かに後方側の部位までが酸素を吸蔵した状態にあると考えられる。
【０１７１】
更に、時刻ｔ４以降の所定の時点にて下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下に低下する。この状態では、触媒４３から酸素が流出しているので、触媒４３の全体が酸素を吸蔵している（即ち、触媒４３全体がリッチである）と考えられる。
【０１７２】
以上から理解されるように、上流側触媒４３の中央部に配設された触媒温度センサ５８によって検出される触媒温度ＴｅｍｐＣが上昇する時点は、その触媒温度センサ５８よりも上流側においては酸素が吸蔵されていて、触媒後方部が酸素を吸蔵し終える時点が短時間内に訪れる時点である。そこで、触媒温度ＴｅｍｐＣが上昇した時点にて触媒後方部を冷却すれば、触媒前方部の酸素吸蔵能力を最大限発揮しつつ（即ち、触媒前方部に酸素を最大限吸蔵させた上で）、触媒４３から酸素を早期に漏れ出させることができる。
【０１７３】
（実際の作動）
第５装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１１至図１３、及び、図１９にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、図８、並びに、図１１至図１３については説明済みである。よって、以下、図１９を参照しながら第５装置の作動について説明する。
【０１７４】
第５装置のＣＰＵは所定時間が経過する毎に図１９にフローチャートにより示した「加速時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１０に示したルーチンのステップ１０５０とステップ１０６０の間にステップ１９１０を追加したルーチンである。
【０１７５】
このステップ１９１０にて、ＣＰＵは触媒温度センサ５８により検出される触媒温度ＴｅｍｐＣの所定の単位時間あたりの増大量（触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣ）が閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣが閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ未満であると、ＣＰＵはステップ１９１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７６】
一方、ＣＰＵがステップ１９１０の処理を行う時点において、触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣが閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ１９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０６０及びステップ１０７０に進む。これにより、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」に設定されるので、触媒後方部の冷却が開始される。更に、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」に設定される。
【０１７７】
即ち、第５装置は、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒後方部の冷却（加速時冷却制御）を開始する。
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である。
・吸入空気量Ｇａの変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上である（機関１０の運転状態が加速運転状態である。）。
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である（下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチである。）。
・触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣが閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上である。
【０１７８】
なお、第５装置は、第２装置と同様、加速時冷却制御の実行中（加速時冷却フラグＸＡＣ＝１）において下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さくなると（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーンになると）、触媒後方部の冷却を停止する（図１２のルーチンを参照。）。
【０１７９】
以上、説明したように、第５装置は、第２装置と同様の「空燃比制御手段及び触媒冷却制御手段」を備える。但し、第５装置の触媒冷却制御手段は、「触媒４３の上流側の部位である触媒前方部と触媒４３の下流側の部位である触媒後方部との間の触媒の温度を検出する触媒温度センサ５８」を含むとともに、その触媒温度センサ５８により検出される触媒の温度の変化率ΔＴｅｍｐＣが所定の閾値変化率（閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ）以上となったか否かを判定し（図１９のステップ１９１０を参照。）、前記検出される触媒の温度の変化率ΔＴｅｍｐＣが前記閾値変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上となったと判定したときに前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させる指示信号を送出することを許容するように構成されている（図１９のステップ１９１０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、ステップ１０６０を参照。）。
【０１８０】
前述したように、触媒４３内の温度変化率が大きくなっている部分は、その部分にて酸素が活発に吸蔵されている部分である。従って、第５装置のように、触媒４３の前後方向の略中央部に備えられた触媒温度センサ５８により検出される温度の変化率ΔＴｅｍｐＣが前記閾値変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上となった場合に触媒後方部の冷却を開始することにより、触媒前方部の酸素吸蔵能力を最大限発揮させ（即ち、触媒前方部においてＮＯｘを最大限浄化させ）、且つ、触媒４３の下流に酸素を早期に漏れ出させることができる。この結果、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比に切り替えることができるので、結果として、ＮＯｘの排出量をより低減することができる。
【０１８１】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、触媒後方部を冷却する（触媒前方部に比べ触媒後方部をより高い冷却効率にて冷却する）ことによって触媒後方部の酸素吸蔵能力を低下せしめ、それにより、触媒４３の下流に酸素を早期に流出させ始める。その結果、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比へと切り替えることができるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１８２】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上流側触媒４３は、機関１０の運転状態に関わらず、触媒後方部が常に冷却されるように構成されていてもよい。
【０１８３】
この場合、例えば、図２０に示した変形例のように、上流側触媒４３が「タンデム構成（貴金属の担体を排ガスの流れ方向において２つに分割した構成）」である場合、上流側の貴金属の担体（触媒前方の担体）４３ａと下流側の貴金属の担体（触媒後方の担体）４３ｃとの間に「排ガスが通過することができる吸熱材（吸熱板）４３ｂ」を配設してもよい。これにより、下流側の貴金属の担体４３ｃに流入する排ガスの温度を低下させることができるので、触媒後方部を冷却することができる。なお、図２０において、触媒４５は上述した下流側触媒である。
【０１８４】
更に、この変形例は、上記実施形態に記載した「触媒後方部を冷却する必要があるとき」にのみ吸熱材４３ｂを上流側の担体４３ａと下流側担体４３ｃとの間に物理的に挿入し、触媒後方部を冷却する必要がないときには吸熱材４３ｂを上流側の担体４３ａと下流側担体４３ｃとの間から取り出すように構成されてもよい。
【０１８５】
加えて、上記各実施形態において、触媒後方部は一律に冷却されていたが、触媒後端部に向かうほど「より強く冷却される」ように構成されていてもよい。これは、触媒冷却部４４ａにおいて触媒後端部に近づくほど冷却管４４ｄの密度を上昇させることにより達成することができる。更に、本発明において、触媒４３全体が冷却される態様であってもよい。即ち、本発明においては、触媒後方部が触媒前方部に比べて「より強く冷却される」ような構成を採用することができる。換言すると、本発明が採用する触媒冷却手段は、触媒後方部を触媒前方部に比べてより高い冷却効率にて冷却する手段であればよい。
【０１８６】
更に、上記各実施形態において、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガス（即ち、触媒４３から流出している排ガス）の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかは、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かに基いて判定されいた。しかしながら、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定は、そのような判定方法に限定されない。
【０１８７】
例えば、各排ガス浄化装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが、「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さく且つ最小出力値minよりも大きい低側閾値」よりも小さい値から大きい値へと変化したとき、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定するとともに、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが、「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きく且つ最大出力値maxよりも小さい高側閾値」よりも大きい値から小さい値へと変化したとき、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定するように構成されていてもよい。
【０１８８】
加えて、各排ガス浄化装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合において出力値Voxsの微分値（dVoxs/dt）が所定の正の閾値以上となったとき」に下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定するとともに、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい場合において出力値Voxsの微分値（dVoxs/dt）が負の値であってその絶対値が所定の正の閾値以上となったとき」に下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定するように構成されていてもよい。
【０１８９】
更に、上記各実施形態における空燃比制御手段（サブフィードバック制御）に代え、従来より周知であるサブフィードバック制御を採用してもよい。即ち、各実施形態は、理論空燃比相当電圧Ｖstを下流側目標値Voxsrefとして設定し、下流側空燃比センサの出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefに一致するようにＰＩＤ制御を行うことによってサブフィードバック量ＫＳＦＢを算出してもよい。
【符号の説明】
【０１９０】
１０…内燃機関、２０…機関本体部、３０…吸気系統、４０…排気系統、４１…エキゾーストマニホールド、４２…エキゾーストパイプ、４３…上流側触媒（触媒）、４４…触媒冷却装置、４４ａ…触媒冷却部、４４ｂ…冷却水ポンプ、４４ｃ…放熱部、４４ｄ…冷却管、５６…上流側空燃比センサ、５７…下流側空燃比センサ（酸素濃度センサ）、５８…触媒温度センサ、７０…電気制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に酸素吸蔵機能を有する触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能（酸素吸蔵放出機能）を有する触媒（三元触媒）と、その触媒の下流側に配設された空燃比センサ（下流側空燃比センサ）と、を備え、その空燃比センサの出力値に基いて機関に供給される混合気の空燃比（機関の空燃比）を制御する空燃比制御装置（排ガス浄化装置）が広く知られている。触媒は酸素吸蔵機能を有するので、多量の未燃物を「吸蔵しておいた酸素」により浄化することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１８９３９９号公報
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、触媒が酸素吸蔵機能を有するが故に、特に、機関の加速時等において却ってＮＯｘの排出量が増大する場合がある。そのような状況について「後に詳細に説明する図９のタイムチャート」を参照しながら具体的に述べると、例えば、下流側空燃比センサの出力値が理論空燃比よりもリッチな空燃比（以下、単に「リッチ空燃比」とも称呼する。）に対応する値である場合、従来装置は機関の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下、単に「リーン空燃比」と称呼する。）に制御する（図９の時刻ｔ０以降を参照。）。
【０００５】
ところが、下流側空燃比センサの出力値は「機関の空燃比がリーン空燃比に制御され始めた時点」から所定の時間が経過しなければ「リーン空燃比に相当する値」へと変化しない。これは、機関から排出された排ガスが下流側空燃比センサに到達するには不可避的な時間（ガス輸送遅れ時間Ｔｄ）が必要であること、及び、酸素吸蔵機能によって触媒が過剰な酸素を吸蔵するために触媒の下流に酸素が流出し難いので下流側空燃比センサの出力値はリッチ空燃比に相当する値を示し続けること、等に基づく。
【０００６】
このため、下流側空燃比センサの出力値がリッチ空燃比に相当する値であって機関の空燃比がリーン空燃比に制御されているときに、機関の運転状態が加速運転状態となることにより吸入空気量（従って、排ガス量）が急激に増大すると、触媒上流の排気通路内に過剰な酸素及びＮＯｘが大量に存在する状態となる（図９の破線Ｌ２を参照。）。その後、触媒には過剰な酸素が流入し続けるので、触媒の酸素吸蔵量は最大酸素吸蔵量（触媒が吸蔵できる酸素の量の最大値）Ｃmaxの近傍値に到達し、触媒は新たに触媒に流入する酸素を吸蔵しきれなくなる。よって、触媒の下流に酸素が流出するので、下流側空燃比センサの出力値はリーン空燃比に相当する値へと変化する（図９の時刻ｔ５を参照。）。
【０００７】
この時点（図９の時刻ｔ５）まで、機関の空燃比はリーン空燃比に制御されていて、且つ、吸入空気量が増大しているから、触媒上流の排気通路内にはＮＯｘが大量に存在している（図９の値Ｎ１を参照。）。よって、その触媒上流の排気通路内のＮＯｘが「ＮＯｘを浄化できない状態となっている触媒（酸素吸蔵量が略最大酸素吸蔵量Ｃmaxに到達している触媒）」に流入するので、ＮＯｘの排出量が増大するという問題（即ち、触媒が酸素吸蔵機能を有するがために却ってエミッションが悪化するという問題）が生じる。
【０００８】
本発明は上記課題に対処するために為されたものであって、その目的の一つは、触媒の下流側の部位である触媒後方部を冷却することによって酸素を触媒の下流に早期に流出させ、以って、ＮＯｘの排出量を低減することが可能な内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００９】
本発明による内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「本発明装置」とも称呼する。）は、
前記機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を備える触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流に配設された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記触媒の下流側の部位である触媒後方部を冷却する触媒冷却手段（触媒の上流側の部位である触媒前方部を冷却することなく触媒後方部を冷却する触媒冷却手段、又は、触媒後方部を触媒前方部に比べてより高い冷却効率にて冷却する触媒冷却手段）と、
を備える。
【００１０】
これによれば、触媒前方部は相対的に冷却されることなく触媒後方部が相対的に冷却されるので、触媒後方部の酸素吸蔵能力（単位体積あたりに吸蔵できる酸素量）が触媒前方部の酸素吸蔵能力よりも低下する。従って、触媒に流入するガス（触媒流入ガス）の空燃比がリーン空燃比である場合（即ち、触媒に過剰な酸素が流入している場合）、触媒前方部の酸素吸蔵量が触媒前方部の最大酸素吸蔵量に実質的に到達した後、触媒に所定量の酸素が流入したとき、触媒後方部はもはや酸素を吸蔵することができない。
【００１１】
それ故、触媒後方部を冷却しない場合に比較して、触媒の下流に酸素が早期に流出するので、下流側空燃比センサの出力値はリーン空燃比に相当する値へと早期に変化する（図９の時刻ｔ４を参照。）。従って、触媒後方部を冷却しない場合に比較して、より早いタイミングにて機関の空燃比はリッチ空燃比へと切り替えられる。これにより、「触媒によって浄化されることのないＮＯｘ」を含むガスが機関から排気通路へと排出される時間を短くすることができる。特に、加速時等においては、排気通路へと排出されるＮＯｘの量をより減少させることができる（図９の値Ｎ２を参照。）。この結果、本発明装置は、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１２】
本発明装置の態様において、前記触媒冷却手段は、指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成されている。この態様の排ガス浄化装置は、更に、前記触媒の温度を取得するとともに前記取得された触媒の温度が所定の閾値温度以上であるか否かを判定し、前記触媒の温度が前記閾値温度以上であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００１３】
機関冷間時には機関から未燃物が多量に排出される。更に、機関冷間時には触媒の温度も低いので、触媒の貴金属の活性度及び触媒全体の酸素吸蔵能力は機関暖機後に比較して低い。従って、触媒の温度が閾値温度以下となるような機関冷間時に触媒後方部が冷却されると、多量の未燃物が排出される虞がある。これに対し、上記構成によれば、触媒の温度が閾値温度未満である場合（即ち、触媒の貴金属の活性度及び酸素吸蔵能力が低い場合）には触媒後方部は冷却されないので、触媒全体として多くの未燃物を浄化する能力を確保することができる。この結果、機関冷間時における未燃物の排出量が増大することを回避することができるとともに、機関暖機後におけるＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１４】
更に、本発明装置の態様において、
前記空燃比制御手段は、前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するように構成される。更に、前記空燃比制御手段は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成される。
【００１５】
加えて、本発明装置の態様は、前記機関の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するとともに前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００１６】
これによれば、機関の運転状態が加速運転状態へと移行した場合（即ち、機関の空燃比を早期にリッチ空燃比に変更しないと多量のＮＯｘが機関から排出され、その結果、多量のＮＯｘが触媒から流出してしまう可能性が高い場合）、触媒後方部が冷却される。従って、触媒から酸素が早期に漏れ出すので、機関の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることが可能となる。この結果、定常運転時においては触媒後方部が冷却されないので触媒が高い酸素吸蔵能力を維持し、以って、エミッションを良好に維持することができ、且つ、加速運転時にはＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００１７】
加えて、本発明装置の態様は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００１８】
前記空燃比制御手段によれば、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合には機関の空燃比はリーン空燃比に設定される。更に、前記空燃比制御手段によれば、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比であると判定される場合には機関の空燃比はリッチ空燃比に設定される。従って、上記構成のように、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合には触媒後方部を冷却することによって酸素を触媒から早期に漏れ出させ、それにより前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比であると早期に判定させることにより、機関から排出され且つ触媒が浄化できないＮＯｘの量を低減することができる。更に、この態様によれば、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合に機関の運転状態が加速運転状態になったとき、仮に加速運転状態であるとの判別が遅れた場合であっても、酸素を触媒から早期に漏れ出させることができる。よって、加速時に急増するＮＯｘの排出量を有効に低減することができる。
【００１９】
更に、本発明装置の態様は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であり且つ前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定したとき、前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段を備える。
【００２０】
これによれば、上述したように、触媒後方部を冷却しなければ「機関から排出され且つ触媒が浄化できないＮＯｘの量」が著しく増大する場合において、触媒後方部が冷却される。その結果、ＮＯｘの排出量を低減することができる。加えて、定常運転時或いは前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比である場合、触媒後方部は冷却されないので、そのような場合において触媒は大きな酸素吸蔵量を利用してエミッションを良好に維持することができる。
【００２１】
加えて、上述した何れかの触媒冷却制御手段は、
前記触媒の上流側の部位である触媒前方部と前記触媒後方部との間の触媒の温度を検出する触媒温度センサを含むとともに、前記触媒温度センサにより検出される触媒の温度の変化率が所定の閾値変化率以上となったか否かを判定し、前記検出される触媒の温度の変化率が前記閾値変化率以上となったと判定したときに前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させる指示信号を送出することを許容するように構成され得る。
【００２２】
発明者は、実験により、触媒内において酸素が活発に吸蔵されている部分の温度は、他の部分の温度よりも高くなることを見出した（後に詳述する図１８を参照。）。従って、上記構成のように、触媒の前後方向の略中央部に備えられた触媒温度センサにより検出される温度の変化率が大きくなった場合、触媒の上流端から触媒の略中央部までの領域において触媒は酸素を吸蔵しきっていると考えることができる。それ故、触媒温度センサにより検出される温度の変化率が大きくなったときに触媒後方部の冷却を開始することにより、触媒前方部の酸素吸蔵能力を最大限発揮させ（即ち、触媒前方部においてＮＯｘを最大限浄化させ）、且つ、触媒の下流に酸素を早期に漏れ出させることができる。この結果、ＮＯｘの排出量をより低減することができる。
【００２３】
本発明装置の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明装置の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の各実施形態に係る排ガス浄化装置が適用される内燃機関の概略図である。
【図２】図２は、排ガスの空燃比と図１に示した上流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。
【図３】図３は、排ガスの空燃比と図１に示した下流側空燃比センサの出力値との関係を示したグラフである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置（第１装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図５】図５は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図６】図６は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図７】図７は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図８は、第１装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図９は、第１装置の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置（第２装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１１】図１１は、第２装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１２】図１２は、第２装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１３】図１３は、第２装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（第３装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】図１５は、第３装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】図１６は、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（第４装置）のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１７】図１７は、第４装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１８】図１８は、本発明の第５実施形態に係る排ガス浄化装置（第５装置）の作動原理を説明するためのタイムチャートである。
【図１９】図１９は、第５装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図２０】図２０は、本発明の変形例に係る触媒の構成を示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の各実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。この装置は、内燃機関の燃料噴射量制御装置でもあり、内燃機関の空燃比制御装置でもある。
【００２６】
＜第１実施形態＞
（構成）
図１は、第１実施形態に係る排ガス浄化装置（以下、「第１装置」とも称呼する。）を、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。
【００２７】
内燃機関１０は、機関本体部２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、を含む。
【００２８】
機関本体部２０は、シリンダブロック部及びシリンダヘッド部を含む。機関本体部２０は、複数の気筒（燃焼室）２１を備えている。各気筒は、図示しない「吸気ポート及び排気ポート」と連通している。吸気ポートと燃焼室２１との連通部は図示しない吸気弁により開閉される。排気ポートと燃焼室２１との連通部は図示しない排気弁により開閉される。各燃焼室２１には図示しない点火プラグが配設されている。点火プラグは、図示しない「イグナイタ及びイグニッションコイル」と接続されている。
【００２９】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、複数の燃料噴射弁３３、及び、スロットル弁３４を備えている。
【００３０】
インテークマニホールド３１は、複数の枝部３１ａとサージタンク３１ｂとを備えている。複数の枝部３１ａのそれぞれの一端は、複数の吸気ポートのそれぞれに接続されている。複数の枝部３１ａの他端はサージタンク３１ｂに接続されている。
【００３１】
吸気管３２の一端はサージタンク３１ｂに接続されている。吸気管３２の他端には図示しないエアフィルタが配設されている。
【００３２】
燃料噴射弁３３は、一つの気筒（燃焼室）２１に対して一つずつ配設されている。燃料噴射弁３３は吸気ポートに設けられている。即ち、複数の気筒のそれぞれは、他の気筒とは独立して燃料供給を行う燃料噴射弁３３を備えている。燃料噴射弁３３は、噴射指示信号に応答し、正常である場合に「その噴射指示信号に含まれる指示燃料噴射量の燃料」を吸気ポート（従って、燃料噴射弁３３に対応する気筒）内に噴射するようになっている。
【００３３】
より具体的に述べると、燃料噴射弁３３は、指示燃料噴射量に応じた時間だけ開弁する。燃料噴射弁３３に供給されている燃料の圧力は、その燃料の圧力と吸気ポート内の圧力との差圧が一定になるように図示しないプレッシャレギュレータにより制御されている。従って、燃料噴射弁３３は指示燃料噴射量と等量の燃料を噴射する。
【００３４】
スロットル弁３４は、吸気管３２内に回動可能に配設されている。スロットル弁３４は、吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁３４は、図示しないスロットル弁アクチュエータにより吸気管３２内で回転駆動されるようになっている。
【００３５】
排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２、エキゾーストパイプ４２に配設された上流側触媒４３、触媒冷却装置４４、及び、上流側触媒４３よりも下流においてエキゾーストパイプ４２に配設された「図示しない下流側触媒」を備えている。
【００３６】
エキゾーストマニホールド４１は、複数の枝部４１ａと集合部４１ｂとを備えている。複数の枝部４１ａのそれぞれの一端は、複数の排気ポートのそれぞれに接続されている。複数の枝部４１ａのそれぞれの他端は集合部４１ｂに集合している。この集合部４１ｂは、複数（２以上であり、本例では４つ）の気筒から排出された排ガスが集合する部分であるから、排気集合部ＨＫとも称呼される。
【００３７】
エキゾーストパイプ４２は集合部４１ｂに接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２は、排気通路を構成している。
【００３８】
上流側触媒４３は、セラミックの一種であるコージェライトからなり且つアルミナのコート層によりコーティングされた担持体を備え、その担持体に「白金、ロジウム及びパラジウム等」の貴金属（触媒物質）からなる活性成分を担持する三元触媒装置（排気浄化用の触媒）である。触媒４３は、触媒４３に流入するガス（触媒流入ガス）の空燃比が「三元触媒のウインドウ内の空燃比（例えば、理論空燃比）」であるとき、ＨＣ，ＣＯ，Ｈ２などの未燃成分を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有する。この機能は触媒機能とも称呼される。更に、触媒４３は、触媒４３に流入する（過剰な）酸素を吸蔵する酸素吸蔵機能（酸素吸蔵放出機能）を有する。触媒４３は、触媒４３に流入するガスが過剰な未燃物を含んでいるとき、吸蔵している酸素を放出してその未燃物を浄化する。従って、この酸素吸蔵機能により空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及び窒素酸化物を浄化することができる。つまり、酸素吸蔵機能により、ウインドウの幅が拡大する。酸素吸蔵機能は、担持体に担持されているセリア（ＣｅＯ２）等の酸素吸蔵材によってもたらされる。
【００３９】
触媒冷却装置（触媒冷却手段）４４は、触媒冷却部４４ａ、冷却水ポンプ４４ｂ、放熱部４４ｃ及び冷却管４４ｄを備えている。触媒冷却部４４ａ、冷却水ポンプ４４ｂ及び冷却部４４ｃは冷却管４４ｄにより接続されている。
【００４０】
触媒冷却部４４ａは、触媒後方部の周囲を取り囲むように配設されている。触媒後方部は、上流側触媒４３の一部であって、上流側触媒４３を流れる排ガスの流れ方向において上流側触媒４３の略中央部よりも下流側の部位である。触媒冷却部４４ａは、その内部に冷却管４４ｄを備えていて、冷却管４４ｄを流れる冷却水（冷媒）により触媒後方部を冷却するようになっている。
【００４１】
冷却水ポンプ４４ｂは、電動ポンプであって、電気制御装置７０から供給される指示信号に応答して回転及び停止する。冷却水ポンプ４４ｂは、回転することにより冷却管４４ｄ内の冷却水を触媒冷却部４４ａに向けて圧送するようになっている。
【００４２】
放熱部４４ｃは、冷却管４４ｄ内の冷却水と大気との間で熱交換を行わせることにより、冷却水の温度を低下させるようになっている。
【００４３】
このように構成された冷却装置４４は、電気制御装置７０からの指示信号に応答して触媒後方部を冷却する状態（冷却水ポンプ４４ｂが回転される状態）と前記触媒後方部を冷却しない状態（冷却水ポンプ４４ｂの回転が停止される状態）との何れかの状態を実現するように構成されている。
【００４４】
図示しない下流側触媒は、上流側触媒４３と同様の三元触媒装置である。なお、本明細書において、「触媒」は特に断りのない限り上流側触媒４３を指す。
【００４５】
このシステムは、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、水温センサ５３、クランクポジションセンサ５４、インテークカムポジションセンサ５５、上流側空燃比センサ５６、下流側空燃比センサ５７、触媒温度センサ（触媒中央部触媒床温センサ）５８、及び、アクセル開度センサ５９、を備えている。
【００４６】
エアフローメータ５１は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量（吸入空気流量）Ｇａに応じた信号を出力するようになっている。即ち、吸入空気量Ｇａは、単位時間あたりに機関１０に吸入される吸入空気量を表す。
【００４７】
スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁３４の開度（スロットル弁開度）を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
【００４８】
水温センサ５３は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。冷却水温ＴＨＷは、機関１０の暖機状態（機関１０の温度）を表すパラメータである。
【００４９】
クランクポジションセンサ５４は、クランク軸が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、後述する電気制御装置７０によって機関回転速度ＮＥに変換される。
【００５０】
インテークカムポジションセンサ５５は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。後述する電気制御装置７０は、クランクポジションセンサ５４及びインテークカムポジションセンサ５５からの信号に基づいて、基準気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角度ＣＡを取得するようになっている。この絶対クランク角度ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角度」に設定され、クランク軸の回転角度に応じて７２０°クランク角度まで増大し、その時点にて再び０°クランク角度に設定される。
【００５１】
上流側空燃比センサ５６は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ（排気集合部ＨＫ）と上流側触媒４３との間の位置において「エキゾーストマニホールド４１及びエキゾーストパイプ４２の何れか」に配設されている。
【００５２】
上流側空燃比センサ５６は、例えば、特開平１１−７２４７３号公報、特開２０００−６５７８２号公報及び特開２００４−６９５４７号公報等に開示された「拡散抵抗層を備える限界電流式広域空燃比センサ」である。
【００５３】
上流側空燃比センサ５６は、図２に示したように、上流側空燃比センサ５６の配設位置を流れる排ガスの空燃比（上流側空燃比abyfs）に応じた出力値Vabyfsを「空燃比センサ出力」として出力する。この出力値Vabyfsは、上流側空燃比センサ５６に到達している排ガスの空燃比が大きくなるほど（リーンとなるほど）増大する。出力値Vabyfsは、上流側空燃比センサ５６に到達している排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき、理論空燃比相当値Ｖstoichに一致する。
【００５４】
後述する電気制御装置７０は、図２に示された関係を「空燃比変換テーブルMapabyfs(Vabyfs)」としてＲＯＭ内に格納していて、実際の出力値Vabyfsを空燃比変換テーブルMapabyfs(Vabyfs)に適用することにより上流側空燃比abyfs（検出空燃比abyfs）を取得するようになっている。
【００５５】
再び、図１を参照すると、下流側空燃比センサ５７は、エキゾーストパイプ４２内に配設されている。下流側空燃比センサ５７の配設位置は、上流側触媒４３よりも下流側であり、且つ、下流側触媒よりも上流側（即ち、上流側触媒４３と下流側触媒との間の排気通路）である。下流側空燃比センサ５７は、周知の起電力式の酸素濃度センサ（安定化ジルコニア等の固体電解質を用いた濃淡電池型の酸素濃度センサ）である。下流側空燃比センサ５７は、排気通路であって下流側空燃比センサ５７が配設されている部位を通過するガスである被検出ガスの空燃比（下流側空燃比）に応じた出力値Voxsを発生するようになっている。換言すると、出力値Voxsは、上流側触媒４３から流出し且つ下流側触媒に流入するガスの空燃比（下流側空燃比afdown）に応じた値である。
【００５６】
この出力値Voxsは、図３に示したように、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチのとき（即ち、被検出ガスに過剰な酸素が実質的に含まれていないとき）最大出力値max（例えば、約０．９Ｖ〜１．０Ｖ）となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンのとき（即ち、被検出ガスに過剰な酸素が実質的に含まれているとき）最小出力値min（例えば、約０．１Ｖ〜０Ｖ）となる。更に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大出力値maxと最小出力値minの略中間の電圧Ｖst（中間電圧Ｖst、理論空燃比相当電圧Ｖst、例えば、約０．５Ｖ）となる。出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比からリーンな空燃比へと変化する際に最大出力値maxから最小出力値minへと急変する。同様に、出力値Voxsは、被検出ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比からリッチな空燃比へと変化する際に最小出力値minから最大出力値maxへと急変する。
【００５７】
図１に示した触媒温度センサ５８は、触媒前方部と触媒後方部との間であって触媒冷却部４４ａによって冷却されない部分（触媒前後方向中央部）に配設され、その配設された部位の触媒の温度（触媒床温）ＴｅｍｐＣを表す信号を出力するようになっている。触媒前方部は、上流側触媒４３の一部（触媒後方部以外の部分）であって、上流側触媒４３を流れる排ガスの流れ方向において上流側触媒４３の略中央部よりも上流側の部位である。
【００５８】
アクセル開度センサ５９は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量Accp（アクセルペダル操作量、アクセルペダルＡＰの開度）を表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル操作量Accpは、アクセルペダルＡＰの操作量が大きくなるとともに大きくなる。
【００５９】
電気制御装置７０は、「ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム、ルックアップテーブル（マップ）、関数及び定数等を予め記憶したＲＯＭ、ＣＰＵが必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００６０】
バックアップＲＡＭは、機関１０を搭載した車両の図示しないイグニッション・キー・スイッチの位置（オフ位置、始動位置及びオン位置等の何れか）に関わらず、車両に搭載されたバッテリから電力の供給を受けるようになっている。バックアップＲＡＭは、バッテリから電力の供給を受けている場合、ＣＰＵの指示に応じてデータを格納する（データが書き込まれる）とともに、そのデータを読み出し可能となるように保持（記憶）する。従って、バックアップＲＡＭは、機関１０の運転停止中においてもデータを保持することができる。
【００６１】
バックアップＲＡＭは、バッテリが車両から取り外される等によりバッテリからの電力供給が遮断されると、データを保持することができない。そこで、ＣＰＵは、バックアップＲＡＭへの電力供給が再開されたとき、バックアップＲＡＭに保持されるべきデータを初期化（デフォルト値に設定）するようになっている。なお、バックアップＲＡＭは、ＥＥＰＲＯＭ等の読み書き可能な不揮発性メモリであってもよい。
【００６２】
電気制御装置７０は、上述したセンサ等と接続され、ＣＰＵにそれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、電気制御装置７０は、ＣＰＵの指示に応じて、各気筒に対応して設けられた点火プラグ（実際にはイグナイタ）、各気筒に対応して設けられた燃料噴射弁３３、冷却水ポンプ４４ｂ、及び、スロットル弁アクチュエータ等に駆動信号（指示信号）を送出するようになっている。
【００６３】
なお、電気制御装置７０は、取得されたアクセルペダルの操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータに指示信号を送出するようになっている。即ち、電気制御装置７０は、運転者により変更される機関１０の加速操作量（アクセルペダル操作量Accp）に応じて「機関１０の吸気通路に配設されたスロットル弁３４」の開度を変更するスロットル弁駆動手段を備えている。
【００６４】
（第１装置による制御の概要）
第１装置は、上流側空燃比センサ５６の出力値Vabyfsに基く上流側空燃比abyfsを目標空燃比abyfrに一致させるためのメインフィードバック制御（メインフィードバック量を用いた空燃比制御）を実行する。
【００６５】
更に、第１装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かを判定し、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であると判定した場合には下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスがリッチである（その排ガスに過剰な酸素が含まれていない）と判定して、目標空燃比abyfrをリーン空燃比に設定するようにサブフィードバック量ＫＳＦＢを設定する。一方、第１装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であると判定した場合には下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスがリーンである（その排ガスに過剰な酸素が含まれている）と判定して、目標空燃比abyfrをリッチ空燃比に設定するようにサブフィードバック量ＫＳＦＢを設定する。このサブフィードバック量ＫＳＦＢを用いた制御は、サブフィードバック制御（下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基く空燃比制御）とも称呼される。
【００６６】
加えて、第１装置は、以下に述べるように、触媒後方部を冷却する。
（１）第１装置は、上流側触媒４３の温度（触媒温度ＴｅｍｐＣ）が第１温度（低側閾値温度、触媒活性判定温度）ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であるとき、触媒後方部の冷却を行わない。
（２）第１装置は、上流側触媒４３の温度が第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であるとき、触媒後方部の冷却を行う。
【００６７】
（実際の作動）
次に、第１装置の実際の作動について説明する。
【００６８】
＜燃料噴射制御＞
第１装置のＣＰＵは、図４に示した燃料噴射制御ルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度に一致する毎に、その気筒に対して繰り返し実行するようになっている。前記所定クランク角度は、例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ（吸気上死点前９０°クランク角度）である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。ＣＰＵは、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量Ｆｉの計算及び燃料噴射の指示を行う。
【００６９】
任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度と一致すると、ＣＰＵはステップ４００から処理を開始し、ステップ４１０にてフューエルカットフラグＸＦＣが「０」であるか否かを判定する。フューエルカットフラグＸＦＣの値は、イニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。更に、フューエルカットフラグＸＦＣの値は、フューエルカット条件が成立したとき（例えば、車両運転状態が減速運転状態となったとき）に「１」に設定され、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」である場合にフューエルカット条件が不成立となったとき「０」に設定される。なお、イニシャルルーチンは、機関１０が搭載された車両のイグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたときにＣＰＵにより実行されるルーチンである。
【００７０】
いま、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「０」であると仮定する。この場合、ＣＰＵは、ステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ４２０乃至ステップ４６０の処理を順に行い、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
ステップ４２０：ＣＰＵは、理論空燃比stoichからサブフィードバック量ＫＳＦＢを減じた値を目標空燃比abyfr（abyfr＝stoich−ＫＳＦＢ）に設定する。サブフィードバック量ＫＳＦＢは、後述する図６に示したルーチンにより別途求められている。
【００７２】
ステップ４３０：ＣＰＵは、「エアフローメータ５１により計測された吸入空気量Ｇａ、クランクポジションセンサ５４の信号に基いて取得された機関回転速度ＮＥ、及び、ルックアップテーブルMapMc」に基いて「燃料噴射気筒の１回の吸気行程において、その燃料噴射気筒に吸入される空気量」である「筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）」を取得する。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、各吸気行程に対応されながらＲＡＭ内に記憶される。筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）は、周知の空気量推定モデル（吸気通路における空気の挙動を模した物理法則に従って構築されたモデル）により算出されてもよい。
【００７３】
ステップ４４０：ＣＰＵは、筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ）を目標空燃比abyfrで除することにより基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを求める。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅは、機関の空燃比（従って、上流側触媒４３に流入する排ガスの空燃比）を目標空燃比abyfrに一致させるために計算上必要な燃料噴射量のフィードフォワード量である。このステップ４４０は、機関に供給される混合気の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるためのフィードフォワード制御手段（基本燃料噴射量算出手段）を構成している。
【００７４】
ステップ４５０：ＣＰＵは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅをメインフィードバック量ＤＦｉにより補正する。より具体的には、ＣＰＵは、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅにメインフィードバック量ＤＦｉを加えることにより、指示燃料噴射量（最終燃料噴射量）Ｆｉを算出する。メインフィードバック量ＤＦｉは、機関の空燃比（従って、上流側触媒４３に流入する排ガスの空燃比）を目標空燃比abyfrに一致させるための空燃比フィードバック量であり、上流側空燃比センサ５６の出力値Vabyfsに基いて求められる。メインフィードバック量ＤＦｉの算出方法については後述する。
【００７５】
ステップ４６０：ＣＰＵは、「指示燃料噴射量Ｆｉの燃料」を「燃料噴射気筒に対応して設けられている燃料噴射弁３３」から噴射させるための噴射指示信号を、その燃料噴射弁３３に送出する。
【００７６】
この結果、機関の空燃比を目標空燃比abyfrに一致させるために計算上必要な量（必要と推定される量）の燃料が燃料噴射気筒の燃料噴射弁３３から噴射させられる。即ち、ステップ４２０乃至ステップ４６０は、機関１０に供給される混合気の空燃比が目標空燃比abyfrとなるように指示燃料噴射量Ｆｉを制御する指示燃料噴射量制御手段を構成している。
【００７７】
一方、ＣＰＵがステップ４１０の処理を実行する時点において、フューエルカットフラグＸＦＣの値が「１」に設定されていると、ＣＰＵはそのステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、ステップ４６０の処理による燃料噴射が実行されないので、燃料の供給（燃料噴射）が停止される運転、即ち、フューエルカット運転が実行される。
【００７８】
＜メインフィードバック量の算出＞
ＣＰＵは図５にフローチャートにより示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ５００から処理を開始し、ステップ５０５に進んで「メインフィードバック制御条件（上流側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。
【００７９】
メインフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
（Ａ１）上流側空燃比センサ５６が活性化している。
（Ａ２）機関の負荷ＫＬが閾値ＫＬｔｈ以下である。
（Ａ３）フューエルカット運転中でない（フューエルカットフラグＸＦＣが「０」である。）。
【００８０】
なお、負荷ＫＬは、ここでは下記の（１）式により求められる負荷率である。この負荷ＫＬに代え、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが用いられても良い。（１）式において、Ｍｃは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関１０の気筒数である。
ＫＬ＝（Ｍｃ／（ρ・Ｌ／４））・１００％ …（１）
【００８１】
いま、メインフィードバック制御条件が成立しているものとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵはステップ５０５にて「Ｙｅｓ」と判定して以下に述べるステップ５１０乃至ステップ５４０の処理を順に行い、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８２】
ステップ５１０：ＣＰＵは、図４のステップ４２０にて算出され且つＲＡＭに格納されている「Ｎサイクル前の目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）」を読み込む。
【００８３】
ステップ５１５：ＣＰＵは、下記（２）式に示したように、上流側空燃比センサ５６の出力値Vabyfsを図２に示したテーブルMapabyfsに適用することにより、検出空燃比abyfsを得る。
abyfs＝Mapabyfs（Vabyfs） …（２）
【００８４】
ステップ５２０：ＣＰＵは、下記（３）式に従って、「現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室２１に実際に供給された燃料の量」である「筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）」を求める。即ち、ＣＰＵは、「現時点よりもＮサイクル（即ち、Ｎ・７２０°クランク角度）前の時点における筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）」を「検出空燃比abyfs」により除すことにより、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求める。
Ｆｃ（ｋ−Ｎ）＝Ｍｃ（ｋ−Ｎ）／abyfs …（３）
【００８５】
このように、筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を求めるために、現時点からＮサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を検出空燃比abyfsで除すのは、「燃焼室２１内での混合気の燃焼により生成された排ガス」が上流側空燃比センサ５６に到達するまでに「Ｎサイクルに相当する時間」を要しているからである。
【００８６】
ステップ５２５：ＣＰＵは、下記（４）式に従って、「現時点よりもＮサイクル前の時点において燃焼室２１に供給されるべきであった燃料の量」である「目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）」を求める。即ち、ＣＰＵは、現時点からＮサイクル前の筒内吸入空気量Ｍｃ（ｋ−Ｎ）を現時点からＮサイクル前の目標空燃比abyfr（ｋ−Ｎ）で除すことにより、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）を求める。
Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）＝Ｍｃ（ｋ−Ｎ）／abyfr（ｋ−Ｎ） …（４）
【００８７】
ステップ５３０：ＣＰＵは、下記（５）式に従って、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを取得する。即ち、ＣＰＵは、目標筒内燃料供給量Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）から筒内燃料供給量Ｆｃ（ｋ−Ｎ）を減じることにより、筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを求める。この筒内燃料供給量偏差ＤＦｃは、Ｎストローク前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分を表す量となる。
ＤＦｃ＝Ｆｃｒ（ｋ−Ｎ）−Ｆｃ（ｋ−Ｎ） …（５）
【００８８】
ステップ５３５：ＣＰＵは、下記（６）式に従って、メインフィードバック量ＤＦｉを求める。この（６）式において、Ｇｐは予め設定された比例ゲイン、Ｇｉは予め設定された積分ゲインである。更に、（６）式の「値ＳＤＦｃ」は「筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値」である。つまり、ＣＰＵは、検出空燃比abyfsを目標空燃比abyfrに一致させるための比例積分制御により「メインフィードバック量ＤＦｉ」を算出する。
ＤＦｉ＝Ｇｐ・ＤＦｃ＋Ｇｉ・ＳＤＦｃ …（６）
【００８９】
ステップ５４０：ＣＰＵは、その時点における筒内燃料供給量偏差ＤＦｃの積分値ＳＤＦｃに上記ステップ５３０にて求められた筒内燃料供給量偏差ＤＦｃを加えることにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃを取得する。
【００９０】
以上により、メインフィードバック量ＤＦｉが比例積分制御により算出され、このメインフィードバック量ＤＦｉが前述した図４のステップ４５０の処理により指示燃料噴射量Ｆｉに反映される。
【００９１】
一方、図５のステップ５０５の判定時において、メインフィードバック制御条件が不成立であると、ＣＰＵはそのステップ５０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ５４５に進み、メインフィードバック量ＤＦｉの値を「０」に設定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ５５０にて筒内燃料供給量偏差の積分値ＳＤＦｃに「０」を格納する。その後、ＣＰＵは、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、メインフィードバック制御条件が不成立であるとき、メインフィードバック量ＤＦｉは「０」に設定される。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅのメインフィードバック量ＤＦｉによる補正は行われない。
【００９２】
＜サブフィードバック量ＫＳＦＢの算出＞
ＣＰＵは図６にフローチャートにより示した「サブフィードバック量ＫＳＦＢの算出ルーチン」を所定時間の経過毎に繰り返し実行している。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、サブ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。
【００９３】
サブフィードバック制御条件は以下の総ての条件が成立したときに成立する。
（Ｂ１）メインフィードバック制御条件が成立している。
（Ｂ２）下流側空燃比センサ５７が活性化している。
【００９４】
いま、サブフィードバック制御条件が成立していると仮定して説明を続ける。この場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６２０に進んで下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、ステップ６２０にて「下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比である（過剰な酸素を含んでいないガスである）か否か」を判定する。
【００９５】
このとき、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であると（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると）、ＣＰＵはステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、サブフィードバック量ＫＳＦＢを負の一定値（−Ａ、但し、値Ａは正の一定値）に設定する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichよりも大きい値（stoich＋Ａ）に設定されるので、機関の空燃比はリーン空燃比に制御される。
【００９６】
一方、ＣＰＵがステップ６２０の処理を行う時点において、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であると（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスに過剰な酸素が含まれておらず、その排ガスの空燃比がリーン空燃比であると）、ＣＰＵはステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０に進み、サブフィードバック量ＫＳＦＢを正の一定値Ａに設定する。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichよりも小さい値（stoich−Ａ）に設定されるので、機関の空燃比はリッチ空燃比に制御される。
【００９７】
更に、ＣＰＵがステッ６１０の処理を実行する時点において、サブフィードバック制御条件が成立していなければ、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６５０に進み、サブフィードバック量ＫＳＦＢの値を「０」に設定する。この結果、目標空燃比abyfrは理論空燃比stoichに設定される。その後、ＣＰＵはステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９８】
＜触媒冷却フラグ操作＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートにより示した「触媒冷却フラグ操作ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、上流側触媒４３の温度（触媒温度ＴｅｍｐＣ）が第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であるか否かを判定する。
【００９９】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であると、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。なお、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１００】
一方、ＣＰＵがステップ７１０の処理を行う時点において、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「１」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０１】
＜触媒冷却（触媒後方部冷却）実施＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図８にフローチャートにより示した「触媒冷却実施ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１０２】
このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、冷却水ポンプ４４ｂを回転させることによって触媒後方部の冷却を開始する。その後、ＣＰＵはステップ８２５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値は、触媒後方部の冷却が実施されているとき「１」に設定される。
【０１０３】
一方、ＣＰＵがステップ８１０の処理を行う時点において、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８３０に進み、冷却水ポンプ４４ｂの回転を停止させることによって触媒後方部の冷却を停止（禁止）する。その後、ＣＰＵはステップ８２５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０４】
このように、第１装置は、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である場合、触媒後方部の温度が触媒前方部の温度よりも低下するように触媒後方部を触媒４３の外部から冷却する。この触媒後方部の冷却によりもたらされる効果について図９を参照しながら説明する。
【０１０５】
図９は、目標空燃比abyfr（即ち、機関の空燃比）、触媒４３の上流の排気通路に排出される酸素の総量、触媒４３に流入する酸素の総量（従って、酸素吸蔵量ＯＳＡに相当する値）、及び、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsの変化の様子を示したタイムチャートである。
【０１０６】
図９に示した例においては、機関１０の運転状態が定常状態にある場合の時刻ｔ０にて出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstを超え、それにより下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比はリッチ空燃比と判定され、その結果、目標空燃比abyfrがリーン空燃比に設定されている。これにより、時刻ｔ０以降において、実線Ｌ１により示したように、触媒４３の上流の排気通路（以下、「触媒上流排気通路部」とも称呼する。）に排出される酸素の総量は次第に（略直線的に）増大する。このため、実線Ｌ１０により示したように、「時刻ｔ０からガス輸送遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔ１」以降において、過剰な酸素が触媒に流入し始める。なお、図９に示した例においては、燃料噴射弁３１により噴射された燃料が触媒上流排気通過部に流出するまでの遅れ時間は省略されている。
【０１０７】
ここで、触媒後方部が冷却されていない場合の触媒４３の最大酸素吸蔵量がＣmaxであると仮定し、触媒後方部が冷却されている場合の触媒４３の最大酸素吸蔵量がＣ’maxであると仮定する。値Ｃ’maxは値Ｃmaxよりも当然に小さい。
【０１０８】
係る状態が継続すると、時刻ｔ２にて機関１０から触媒上流排気通路部に流出した酸素の総量は値Ｃ’maxに到達し、その後、時刻ｔ３にて触媒上流排気通路部に流出した酸素の総量は値Ｃmaxに到達する。従って、「時刻ｔ２からガス輸送遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔ４」にて触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡは値Ｃ’maxに到達し、「時刻ｔ３からガス輸送遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔ５」にて触媒の酸素吸蔵量ＯＳＡは値Ｃmaxに到達する。
【０１０９】
いま、時刻ｔ３の近傍にて機関１０の運転状態が加速運転状態へと変化したと仮定する。このとき、触媒後方部が冷却されていなければ、触媒４３の最大酸素吸蔵量は値Ｃmaxであるから、時刻ｔ５にて酸素が触媒４３から漏れ出す。従って、実線の曲線Ｍ１に示したように、時刻ｔ５にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい値から小さい値へと変化し（従って、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定され）、目標空燃比abyfrはリッチ空燃比へと変更させられる。よって、この時刻ｔ５まで、触媒上流排気通路部には機関１０から過剰な酸素（及びＮＯｘ）が排出されている。しかも、機関１０の運転状態が加速運転状態へと変化しているので、吸入空気量Ｇａは急激に増大し、単位時間あたりに触媒上流排気通路部に排出される酸素（及びＮＯｘ）の量は破線Ｌ２により示したように急増する。この結果、触媒後方部が冷却されていない場合に触媒４３の下流に排出されてしまうＮＯｘの量は値Ｎ１に応じた量となる。
【０１１０】
これに対し、触媒後方部が冷却されていると、触媒４３の最大酸素吸蔵量は値Ｃ’maxであるから、時刻ｔ４にて酸素が触媒４３から漏れ出す。従って、破線の曲線Ｍ２に示したように、時刻ｔ４にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsは理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい値から小さい値へと変化し（従って、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定され）、目標空燃比abyfrはリッチ空燃比へと変更させられる。この場合、時刻ｔ４まで、触媒上流排気通路部には機関１０から過剰な酸素（及びＮＯｘ）が排出されているが、時刻ｔ４における吸入空気量Ｇａの増大量はそれ程大きくない。この結果、触媒後方部が冷却されている場合に触媒４３の下流に排出されてしまうＮＯｘの量は「値Ｎ１よりも小さい値Ｎ２」に応じた量となる。
【０１１１】
以上の説明から理解されるように、第１装置においては触媒後方部が冷却されているので、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい値から小さい値へと「より早いタイミング」にて変化し、この結果、排気通路に排出され且つ触媒４３によって浄化されないＮＯｘの量を低減することができる。
【０１１２】
以上、説明したように、第１装置は、
内燃機関１０の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を備える触媒（４３）と、
前記排気通路の前記触媒（４３）の下流に配設された空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）と、
前記空燃比センサの出力値（下流側空燃比センサ５７の出力値Voxs）に基いて前記機関１０に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段（図４乃至図６、特に、図６のルーチンにより算出されるサブフィードバック量ＫＳＦＢ、及び、図４のステップ４２０を参照。）と、
前記触媒４３の下流側の部位である触媒後方部を冷却する触媒冷却手段と（触媒冷却装置４４の特に触媒冷却部４４ａ）、
を備えた内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成されており（図８及び触媒冷却装置４４の特に冷却水ポンプ４４ｂ）、
更に、
前記触媒（４３）の温度を取得するとともに前記取得された触媒の温度が所定の閾値温度（第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ）以上であるか否かを判定し（触媒温度センサ５８、図７のステップ７１０）、前記触媒の温度が前記閾値温度以上であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出し（図７のステップ７１０、ステップ７３０及び図８のステップ８１０、ステップ８２０）、前記触媒の温度が前記閾値温度未満であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出しない（図７の、特に、ステップ７１０、ステップ７２０及び図８のステップ８１０、ステップ８３０）、触媒冷却制御手段を備える。
【０１１３】
従って、第１装置は、特に、触媒４３にリーン空燃比のガスが流入している場合において触媒４３の酸素吸蔵量がある程度の値（触媒４３が冷却されない場合の触媒４３の最大酸素吸蔵量よりも小さい値）となったとき触媒４３から酸素が流出する。そのために、触媒流入ガスの空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることができる。よって、触媒上流排気通路部に多量のＮＯｘが流出することを回避することができ、その結果、触媒４３により浄化されないＮＯｘの量を低下することができる。更に、第１装置は、触媒４３の温度が低い場合（触媒４３の活性度が低い場合）には触媒後方部を冷却しないので、機関１０が完全に暖機する前には触媒４３全体として多くの未燃物を浄化する能力を確保することができる。この結果、触媒全体の最大酸素吸蔵量Ｃmaxを低下させた触媒を用いる場合に比較して、機関冷間時における未燃物の排出量が増大することを回避することもできる。
【０１１４】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第２装置」と称呼する。）について説明する。第２装置は、以下に述べるように触媒後方部を冷却する点においてのみ、第１装置と相違する。
【０１１５】
（１）第２装置は、上流側触媒４３の温度（触媒温度ＴｅｍｐＣ）が、第１温度（低側閾値温度、触媒活性判定温度）ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であり、且つ、第２温度（高側閾値温度、触媒過熱保護温度）ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である場合において、吸入空気量Ｇａの所定の単位時間あたりの増加量ΔＧａ（以下、単に「吸入空気量変化率ΔＧａ」とも称呼する。）が加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上となり（即ち、機関１０の運転状態が加速運転状態にあり）、且つ、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である（下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるか、及び／又は、機関の空燃比（目標空燃比abyfr）がリーン空燃比である）とき、触媒後方部の冷却を行う。
【０１１６】
（２）第２装置は、上述した機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却を実行している最中において、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満になると（下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比に変化するか、及び／又は、機関の空燃比（目標空燃比abyfr）がリッチ空燃比に変更させられると）、触媒後方部の冷却を停止する。
【０１１７】
（３）第２装置は、触媒後方部の冷却を実行しているときに触媒温度ＴｅｍｐＣが上記第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈよりも低くなると、触媒の浄化率が過度に低下することを防止するために触媒後方部の冷却を停止する。
【０１１８】
（４）第２装置は、触媒後方部の冷却を実行していないときに触媒温度ＴｅｍｐＣが上記第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも高くなると、触媒を過熱から保護するために、触媒後方部の冷却を実行する。この場合、触媒温度ＴｅｍｐＣが、上記第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈから所定値α（α＞０）を減じた温度（ＴｅｍｐＨｉｔｈ−α）よりも低くなると、触媒後方部の冷却を停止する。
【０１１９】
（実際の作動）
第２装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１０乃至図１３にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、及び、図８については説明済みである。よって、以下、図１０乃至図１３を参照しながら第２装置の作動について説明する。
【０１２０】
第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１０にフローチャートにより示した「加速時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であるか否か（即ち、触媒後方部の冷却が実施されているか否か）を判定する。
【０１２１】
このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０２０に進んで触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であるか否かを判定する。
【０１２２】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ１０２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０３０に進んで触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下であるか否かを判定する。
【０１２３】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下であると、ＣＰＵはステップ１０３０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１０４０に進んで「吸入空気量Ｇａの所定の単位時間あたりの増加量ΔＧａ（即ち、吸入空気量変化率ΔＧａ）が加速判定用閾値ΔＧａｔｈ（吸入空気量変化率閾値ΔＧａｔｈ）以上であるか否か」を判定する。なお、ＣＰＵは、図示しないルーチンを前記単位時間の経過毎に繰り返し実行し、そのルーチンにおいて最新の吸入空気量Ｇａから前記単位時間前の吸入空気量Ｇａを減じることにより「吸入空気量変化率ΔＧａ」を取得している。このステップ１０３０は、機関１０の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するステップである。
【０１２４】
このとき、吸入空気量変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ１０４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０５０に進み、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ１０４０にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基いて下流側空燃比センサ５７に到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか否かを判定する。
【０１２５】
このとき、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であると、ＣＰＵはステップ１０５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０６０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「１」に設定する。この結果、ＣＰＵが図８に示したルーチンを実行することによって、触媒後方部の冷却が開始される。
【０１２６】
次に、ＣＰＵはステップ１０７０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値を「１」に設定する。このように、加速時冷却フラグＸＡＣの値は、機関１０の運転状態が加速運転状態にある場合に触媒後方部の冷却が開始されたとき「１」に設定され、その触媒後方部の冷却（機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却）が終了したときに「０」に設定される（後に説明する図１１のステップ１１４０を参照。）。なお、加速時冷却フラグＸＡＣの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。その後、ＣＰＵはステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２７】
一方、ＣＰＵが本ルーチンの処理を実行する時点にて、
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」でない（「１」である）場合、
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満である場合、
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きい場合、
・吸入空気量変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ未満である場合、及び、
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満である場合、
の何れかが成立していると、ＣＰＵは上記場合に対応する「ステップ１０１０乃至ステップ１０５０のそれぞれのステップ」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１０９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、上記場合の何れか一つが成立しているとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌ及び加速時冷却フラグＸＡＣの値は変更されない。
【０１２８】
更に、第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１１にフローチャートにより示した「加速時冷却制御終了ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１１のステップ１１００から処理を開始してステップ１１１０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１２９】
このとき、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進み、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ１１２０にて、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに基いて下流側空燃比センサ５７に到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるか否かを判定する。
【０１３０】
このとき、出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満であると、ＣＰＵはステップ１１２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。この結果、ＣＰＵが図８に示したルーチンを実行することによって、触媒後方部の冷却が停止させられる。次に、ＣＰＵはステップ１１４０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値を「０」に設定する。その後、ＣＰＵはステップ１１０５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３１】
一方、ＣＰＵが本ルーチンの処理を実行する時点にて、
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」でない（「０」である）場合、及び、
・出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合、
の何れかが成立していると、ＣＰＵは上記場合に対応する「ステップ１１１０及びステップ１１２０のそれぞれのステップ」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、上記場合の何れか一つが成立しているとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌ及び加速時冷却フラグＸＡＣの値は変更されない。
【０１３２】
更に、第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１２にフローチャートにより示した「触媒浄化率低下防止ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１２のステップ１２００から処理を開始してステップ１２１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１３３】
このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２２０に進み、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは、ステップ１２１０及びステップ１２２０において、触媒後方部の冷却中に触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈよりも小さくなったか否かを判定する。
【０１３４】
このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ未満であると、ＣＰＵはステップ１２２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２３０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。これにより、触媒後方部の冷却が停止させられる。次いで、ＣＰＵはステップ１２４０に進み、加速時冷却フラグＸＡＣの値を「０」に設定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３５】
一方、ＣＰＵが本ルーチンの処理を実行する時点にて、
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」でない（「０」である）場合、及び、
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である場合、
の何れかが成立していると、ＣＰＵは上記場合に対応する「ステップ１２１０及びステップ１２２０のそれぞれのステップ」にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、上記場合の何れか一つが成立しているとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌ及び加速時冷却フラグＸＡＣの値は変更されない。
【０１３６】
更に、第２装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１３にフローチャートにより示した「触媒過熱防止ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図１３のステップ１３００から処理を開始してステップ１３１０に進み、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であるか否かを判定する。このとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｎｏ」と判定し、後述するステップ１３５０に直接進む。
【０１３７】
これに対し、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」であると、ＣＰＵはステップ１３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２０に進み、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きいか否かを判定する。このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下であると、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｎｏ」と判定し、後述するステップ１３５０に直接進む。
【０１３８】
これに対し、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きいと、ＣＰＵはステップ１３２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１３３０及びステップ１３４０の処理を順に行い、ステップ１３５０に進む。
【０１３９】
ステップ１３３０：ＣＰＵは、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「１」に設定する。これにより、触媒後方部の冷却が実施される。
ステップ１３４０：ＣＰＵは、触媒保護冷却フラグＸhogoの値を「１」に設定する。このように、触媒保護冷却フラグＸhogoの値は、触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈよりも大きいことに基いて触媒後方部の冷却が実施されているときに「１」に設定される。なお、触媒保護冷却フラグＸhogoの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１４０】
次に、ＣＰＵはステップ１３５０に進み、触媒保護冷却フラグＸhogoの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、触媒保護冷却フラグＸhogoの値が「１」でなければ、ＣＰＵはステップ１３５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４１】
これに対し、触媒保護冷却フラグＸhogoの値が「１」であると、ＣＰＵはステップ１３５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３６０に進み、触媒温度ＴｅｍｐＣが「第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈから所定の正の温度αを減じた温度（ＴｅｍｐＣ−α）」未満であるか否かを判定する。このとき、触媒温度ＴｅｍｐＣが温度（ＴｅｍｐＣ−α）未満でなければ、ＣＰＵはステップ１３６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１３９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４２】
これに対し、触媒温度ＴｅｍｐＣが温度（ＴｅｍｐＣ−α）未満であると、ＣＰＵはステップ１３６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ１３７０及びステップ１３８０の処理を順に行い、その後、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４３】
ステップ１３７０：ＣＰＵは、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値を「０」に設定する。これにより、触媒後方部の冷却が停止させられる。
ステップ１３８０：ＣＰＵは、触媒保護冷却フラグＸhogoの値を「０」に設定する。
【０１４４】
以上、説明したように、第２装置は、
触媒４３の下流に配設された空燃比センサの出力値（下流側空燃比センサ５７の出力値Voxs）に基いて「その空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるか」を判定するとともに（図６のステップ６２０を参照。）、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し（図６のステップ６４０及び図４のステップ４２０を参照。）、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定する（図６のステップ６３０及び図４のステップ４２０を参照。）ように構成された空燃比制御手段と、
前記機関１０の運転状態が加速運転状態にあると判定され（図１０のステップ１０４０での「Ｙｅｓ」との判定を参照。）且つ前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定されている場合（図１０のステップ１０５０での「Ｙｅｓ」との判定を参照。）に、前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出し（図１０のステップ１０６０）、且つ、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定されている場合であっても機関１０の運転状態が加速運転状態にないと判定した場合には前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出しない触媒冷却制御手段（図１０のステップ１０４０での「Ｎｏ」との判定、及び、図８のルーチンを参照。）と、
を備える。
【０１４５】
従って、触媒４３からリッチ空燃比の排ガスが流出しているが故に触媒流入ガスの空燃比がリーン空燃比である期間において機関１０の運転状態が加速運転状態へと移行した場合（即ち、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比に変更しないと多量のＮＯｘが機関１０から排出され、その結果、多量のＮＯｘが触媒４３から流出してしまう可能性が高い場合）、触媒後方部が冷却される。これにより、触媒４３の触媒後方部の酸素吸蔵能力が低下して触媒４３から酸素が早期に漏れ出すので、機関１０の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることが可能となる。この結果、定常運転時においては触媒後方部が冷却されないので触媒４３が高い酸素吸蔵能力を維持し、以って、エミッションを良好に維持することができ、且つ、加速運転時にはＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１４６】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第３装置」と称呼する。）について説明する。第３装置は、機関１０の運転状態が加速運転状態となったとき、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsに関わらず（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比に関わらず）、触媒後方部の冷却を開始する点において第２装置と相違する。
【０１４７】
（実際の作動）
第３装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１２乃至図１５にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、図８、図１２及び図１３については説明済みである。よって、以下、図１４乃至図１５を参照しながら第３装置の作動について説明する。なお、既に説明したステップと同じ処理を行うステップには、既に説明したステップと同じ符号が付されている。以下において、そのようなステップの詳細な説明は適宜省略される。
【０１４８】
第３装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１４にフローチャートにより示した「加速時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１０に示したルーチンのステップ１０５０を省略したルーチンである。従って、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」に変更され且つ加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」に設定される。これにより、機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却（加速時冷却制御）が開始される。
【０１４９】
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である。
・吸入空気量変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上である。
【０１５０】
加えて、ＣＰＵは所定時間が経過する毎に図１５にフローチャートにより示した「加速時冷却制御終了ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１１に示したルーチンのステップ１１２０をステップ１５１０に置換したルーチンである。このステップ１５１０にて、ＣＰＵは「加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過したか否か」を判定する。この所定時間Ｔｔｈは、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過すれば、触媒４３から流出している排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比（及び、その逆へ）変化するのに十分な時間となるように設定されている。
【０１５１】
そして、ＣＰＵは、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過していると、ステップ１５１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３０及びステップ１１４０の処理を行う。加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過していなければ、ＣＰＵはステップ１５１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１５９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと変更されてから所定時間Ｔｔｈが経過した時点において、触媒後方部の冷却が停止させられる。
【０１５２】
なお、ステップ１５１０は、「加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと切り換わる直前の下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい場合には出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下となったか否か、及び、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「０」から「１」へと切り換わる直前の下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下である場合には出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きくなったか否か、を判定するステップ」に置換されてもよい。即ち、ＣＰＵは、機関１０の加速運転に基づく触媒後方部の冷却（加速時冷却制御）が開始された場合、その開始時点（加速時冷却制御開始時点）において下流側空燃比センサ５７に到達していた排ガスの空燃比がリッチ空燃比であった場合にはリーン空燃比へと変化した時点、及び、その開始時点（加速時冷却制御開始時点）において下流側空燃比センサ５７に到達していた排ガスの空燃比がリーン空燃比であった場合にはリッチ空燃比へと変化した時点、にて、触媒後方部の冷却を停止してもよい。
【０１５３】
以上、説明したように、第３装置は、
第１及び第２装置と同様の空燃比制御手段と、
機関１０の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するとともに（図１４のステップ１０４０を参照。）、機関１０の運転状態が加速運転状態にあると判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出し、且つ、機関１０の運転状態が加速運転状態にないと判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出しない触媒冷却制御手段（図１４のステップ１０４０、ステップ１０６０、図８のルーチンを参照。）と、
を備える。
【０１５４】
従って、機関１０の運転状態が加速運転状態へと移行した場合（即ち、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比に変更しないと多量のＮＯｘが機関１０から排出され、その結果、多量のＮＯｘが触媒４３から流出してしまう可能性が高い場合）、触媒後方部が冷却される。これにより、触媒後方部の酸素吸蔵能力が低下して触媒４３から酸素が早期に漏れ出すから、機関１０の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることが可能となる。この結果、定常運転時においては触媒後方部が冷却されないので触媒４３が高い酸素吸蔵能力を維持し、以って、エミッションを良好に維持することができ、且つ、加速運転時にはＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１５５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第４装置」と称呼する。）について説明する。第４装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるとき（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスがリッチ空燃比であると判定されているとき）、機関１０の運転状態に関わらず、触媒後方部の冷却を開始する点において、第２装置と相違する。
【０１５６】
（実際の作動）
第４装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１２、図１３、図１６及び図１７にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、図８、図１２及び図１３については説明済みである。よって、以下、図１６乃至図１７を参照しながら第４装置の作動について説明する。なお、既に説明したステップと同じ処理を行うステップには、既に説明したステップと同じ符号が付されている。以下において、そのようなステップの詳細な説明は適宜省略される。
【０１５７】
第４装置のＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図１６にフローチャートにより示した「リッチ時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１０に示したルーチンのステップ１０４０を省略し、且つ、ステップ１０７０をステップ１６１０に置換したルーチンである。従って、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値がステップ１０６０にて「１」に変更され且つリッチ時冷却フラグＸＲＩの値がステップ１６１０にて「１」に設定される。これにより、触媒後方部の冷却が開始される。なお、リッチ時冷却フラグＸＲＩの値は、上述したイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。
【０１５８】
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である。
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である。
【０１５９】
加えて、ＣＰＵは所定時間が経過する毎に図１７にフローチャートにより示した「リッチ時冷却制御終了ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１１に示したルーチンの「ステップ１１１０及びステップ１１４０」を「ステップ１７１０及びステップ１７２０」にそれぞれ置換したルーチンである。
【０１６０】
ステップ１７１０にて、ＣＰＵはリッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」であるか否かを判定する。そして、リッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」であるとき、ＣＰＵはステップ１７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１２０に進む。これに対し、リッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」でないとき、ＣＰＵはステップ１７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１６１】
更に、ステップ１７２０にて、ＣＰＵはリッチ時冷却フラグＸＲＩの値を「０」に設定する。従って、図１７のルーチンによれば、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値がステップ１１３０にて「０」に変更され且つリッチ時冷却フラグＸＲＩの値がステップ１７２０にて「０」に変更される。
・リッチ時冷却フラグＸＲＩの値が「１」である。
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満である。
【０１６２】
これにより、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst未満になったとき、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である場合に開始させられる触媒後方部の冷却が停止させられる。
【０１６３】
以上、説明したように、第４装置は、第１乃至第３装置と同様の空燃比制御手を有する。更に、第４装置は、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出し（図１６のステップ１０５０及びステップ１０６０を参照。）、且つ、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比でないと判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出しない（図１６のステップ１０５０での「Ｎｏ」との判定、図１７のステップ１１２０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、図１７のステップ１１３０）を参照。）、触媒冷却制御手段を備える。
【０１６４】
従って、第４装置は、前記空燃比センサ（下流側空燃比センサ５７）に到達しているガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定される場合には触媒後方部を冷却することによって触媒後方部の酸素吸蔵能力を低下させて酸素を触媒４３から早期に漏れ出させることができる。そのため、第４装置は、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比がリーン空燃比であると早期に判定することができ、機関１０の空燃比をリッチ空燃比へと早期に切り替えることができる。その結果、機関１０から排気通路へと排出されるＮＯｘの量を低減することができるので、結果としてＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１６５】
＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置（以下、単に「第５装置」と称呼する。）について説明する。第５装置は、第２装置と同様、機関１０の運転状態が加速運転状態にあるときに触媒後方部の冷却を開始する。但し、第５装置は、上流側触媒４３の略中央部に配置された触媒温度センサ５８により検出される触媒温度ＴｅｍｐＣの所定の単位時間（例えば、５秒）あたりの増大量（以下、触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣとも称呼する。）が閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上となったとき、触媒後方部の冷却を開始する点においてのみ第２装置と相違している。
【０１６６】
図１８は、燃料供給停止（フューエルカット、Ｆ／Ｃ）終了後においてリッチ空燃比の排ガスを触媒４３に流入させ、その後、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きくなった時点の直後の時点ｔ１以降においてリーン空燃比の排ガスを触媒４３に流入させた場合の「触媒４３の各部の温度」の変化を示したタイムチャートである。
【０１６７】
曲線Ｃ１、Ｃ２及びＣ３は、それぞれ、上流側触媒４３の上流側端部から２０ｍｍだけ下流側の部位、上流側触媒４３の中央部、及び、上流側触媒４３の下流側端部から２０ｍｍだけ上流側の部位に触媒の温度を示す。
【０１６８】
曲線Ｃ１に示されているように、酸素を放出しきった触媒４３（図１８において「リッチ」として示す。）に過剰な酸素（リーン空燃比の排ガス）が流入すると、先ず、触媒前方部位の温度が上昇する（時刻ｔ２を参照。）。これは、時刻ｔ２において触媒４３の上流側端部から２０ｍｍだけ下流の部位にて触媒４３が酸化されている（触媒４３が酸素を吸蔵している）ためであると考えられる。
【０１６９】
次いで、曲線Ｃ２に示されているように、時刻ｔ３にて触媒４３の中央部の温度が上昇する。これは、時刻ｔ３において上流側触媒４３の中央部にて触媒４３が酸化されている（触媒４３が酸素を吸蔵している）ためであると考えられる。従って、時刻ｔ２〜時刻ｔ３においては、触媒４３の中央よりも前方側のみが酸素を吸蔵した状態にある（図１８において「リーン」として示す。）と考えられる。
【０１７０】
その後、曲線Ｃ３に示されているように、時刻ｔ４にて触媒４３の触媒後方部位の温度が上昇する。これは、時刻ｔ４において触媒４３の下流側端部から２０ｍｍだけ上流の部位にて触媒４３が酸化されている（触媒４３が酸素を吸蔵している）ためであると考えられる。従って、時刻ｔ３〜時刻ｔ４においては、触媒４３の上方側端部から触媒４３の中央よりも僅かに後方側の部位までが酸素を吸蔵した状態にあると考えられる。
【０１７１】
更に、時刻ｔ４以降の所定の時点にて下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以下に低下する。この状態では、触媒４３から酸素が流出しているので、触媒４３の全体が酸素を吸蔵している（即ち、触媒４３全体がリッチである）と考えられる。
【０１７２】
以上から理解されるように、上流側触媒４３の中央部に配設された触媒温度センサ５８によって検出される触媒温度ＴｅｍｐＣが上昇する時点は、その触媒温度センサ５８よりも上流側においては酸素が吸蔵されていて、触媒後方部が酸素を吸蔵し終える時点が短時間内に訪れる時点である。そこで、触媒温度ＴｅｍｐＣが上昇した時点にて触媒後方部を冷却すれば、触媒前方部の酸素吸蔵能力を最大限発揮しつつ（即ち、触媒前方部に酸素を最大限吸蔵させた上で）、触媒４３から酸素を早期に漏れ出させることができる。
【０１７３】
（実際の作動）
第５装置のＣＰＵは、図４乃至図６、図８、図１１至図１３、及び、図１９にフローチャートにより示したルーチンを実行する。図４乃至図６、図８、並びに、図１１至図１３については説明済みである。よって、以下、図１９を参照しながら第５装置の作動について説明する。
【０１７４】
第５装置のＣＰＵは所定時間が経過する毎に図１９にフローチャートにより示した「加速時冷却制御開始ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンは、図１０に示したルーチンのステップ１０５０とステップ１０６０の間にステップ１９１０を追加したルーチンである。
【０１７５】
このステップ１９１０にて、ＣＰＵは触媒温度センサ５８により検出される触媒温度ＴｅｍｐＣの所定の単位時間あたりの増大量（触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣ）が閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣが閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ未満であると、ＣＰＵはステップ１９１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７６】
一方、ＣＰＵがステップ１９１０の処理を行う時点において、触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣが閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上であると、ＣＰＵはステップ１９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０６０及びステップ１０７０に進む。これにより、触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「１」に設定されるので、触媒後方部の冷却が開始される。更に、加速時冷却フラグＸＡＣの値が「１」に設定される。
【０１７７】
即ち、第５装置は、以下に述べる総ての条件が成立するとき、触媒後方部の冷却（加速時冷却制御）を開始する。
・触媒冷却フラグＸＣｏｏｌの値が「０」である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第１温度ＴｅｍｐＬｏｔｈ以上である。
・触媒温度ＴｅｍｐＣが第２温度ＴｅｍｐＨｉｔｈ以下である。
・吸入空気量Ｇａの変化率ΔＧａが加速判定用閾値ΔＧａｔｈ以上である（機関１０の運転状態が加速運転状態である。）。
・下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上である（下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチである。）。
・触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣが閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上である。
【０１７８】
なお、第５装置は、第２装置と同様、加速時冷却制御の実行中（加速時冷却フラグＸＡＣ＝１）において下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さくなると（即ち、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーンになると）、触媒後方部の冷却を停止する（図１２のルーチンを参照。）。
【０１７９】
以上、説明したように、第５装置は、第２装置と同様の「空燃比制御手段及び触媒冷却制御手段」を備える。但し、第５装置の触媒冷却制御手段は、「触媒４３の上流側の部位である触媒前方部と触媒４３の下流側の部位である触媒後方部との間の触媒の温度を検出する触媒温度センサ５８」を含むとともに、その触媒温度センサ５８により検出される触媒の温度の変化率ΔＴｅｍｐＣが所定の閾値変化率（閾値触媒温度変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ）以上となったか否かを判定し（図１９のステップ１９１０を参照。）、前記検出される触媒の温度の変化率ΔＴｅｍｐＣが前記閾値変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上となったと判定したときに前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させる指示信号を送出することを許容するように構成されている（図１９のステップ１９１０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、ステップ１０６０を参照。）。
【０１８０】
前述したように、触媒４３内の温度変化率が大きくなっている部分は、その部分にて酸素が活発に吸蔵されている部分である。従って、第５装置のように、触媒４３の前後方向の略中央部に備えられた触媒温度センサ５８により検出される温度の変化率ΔＴｅｍｐＣが前記閾値変化率ΔＴｅｍｐＣｔｈ以上となった場合に触媒後方部の冷却を開始することにより、触媒前方部の酸素吸蔵能力を最大限発揮させ（即ち、触媒前方部においてＮＯｘを最大限浄化させ）、且つ、触媒４３の下流に酸素を早期に漏れ出させることができる。この結果、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比に切り替えることができるので、結果として、ＮＯｘの排出量をより低減することができる。
【０１８１】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関の排ガス浄化装置は、触媒後方部を冷却する（触媒前方部に比べ触媒後方部をより高い冷却効率にて冷却する）ことによって触媒後方部の酸素吸蔵能力を低下せしめ、それにより、触媒４３の下流に酸素を早期に流出させ始める。その結果、機関１０の空燃比を早期にリッチ空燃比へと切り替えることができるので、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０１８２】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上流側触媒４３は、機関１０の運転状態に関わらず、触媒後方部が常に冷却されるように構成されていてもよい。
【０１８３】
この場合、例えば、図２０に示した変形例のように、上流側触媒４３が「タンデム構成（貴金属の担体を排ガスの流れ方向において２つに分割した構成）」である場合、上流側の貴金属の担体（触媒前方の担体）４３ａと下流側の貴金属の担体（触媒後方の担体）４３ｃとの間に「排ガスが通過することができる吸熱材（吸熱板）４３ｂ」を配設してもよい。これにより、下流側の貴金属の担体４３ｃに流入する排ガスの温度を低下させることができるので、触媒後方部を冷却することができる。なお、図２０において、触媒４５は上述した下流側触媒である。
【０１８４】
更に、この変形例は、上記実施形態に記載した「触媒後方部を冷却する必要があるとき」にのみ吸熱材４３ｂを上流側の担体４３ａと下流側担体４３ｃとの間に物理的に挿入し、触媒後方部を冷却する必要がないときには吸熱材４３ｂを上流側の担体４３ａと下流側担体４３ｃとの間から取り出すように構成されてもよい。
【０１８５】
加えて、上記各実施形態において、触媒後方部は一律に冷却されていたが、触媒後端部に向かうほど「より強く冷却される」ように構成されていてもよい。これは、触媒冷却部４４ａにおいて触媒後端部に近づくほど冷却管４４ｄの密度を上昇させることにより達成することができる。更に、本発明において、触媒４３全体が冷却される態様であってもよい。即ち、本発明においては、触媒後方部が触媒前方部に比べて「より強く冷却される」ような構成を採用することができる。換言すると、本発明が採用する触媒冷却手段は、触媒後方部を触媒前方部に比べてより高い冷却効率にて冷却する手段であればよい。
【０１８６】
更に、上記各実施形態において、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガス（即ち、触媒４３から流出している排ガス）の空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかは、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが理論空燃比相当電圧Ｖst以上であるか否かに基いて判定されいた。しかしながら、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるかリーン空燃比であるかの判定は、そのような判定方法に限定されない。
【０１８７】
例えば、各排ガス浄化装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが、「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さく且つ最小出力値minよりも大きい低側閾値」よりも小さい値から大きい値へと変化したとき、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定するとともに、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが、「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きく且つ最大出力値maxよりも小さい高側閾値」よりも大きい値から小さい値へと変化したとき、下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定するように構成されていてもよい。
【０１８８】
加えて、各排ガス浄化装置は、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも小さい場合において出力値Voxsの微分値（dVoxs/dt）が所定の正の閾値以上となったとき」に下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリッチ空燃比であると判定するとともに、下流側空燃比センサ５７の出力値Voxsが「理論空燃比相当電圧Ｖstよりも大きい場合において出力値Voxsの微分値（dVoxs/dt）が負の値であってその絶対値が所定の正の閾値以上となったとき」に下流側空燃比センサ５７に到達している排ガスの空燃比がリーン空燃比であると判定するように構成されていてもよい。
【０１８９】
更に、上記各実施形態における空燃比制御手段（サブフィードバック制御）に代え、従来より周知であるサブフィードバック制御を採用してもよい。即ち、各実施形態は、理論空燃比相当電圧Ｖstを下流側目標値Voxsrefとして設定し、下流側空燃比センサの出力値Voxsが下流側目標値Voxsrefに一致するようにＰＩＤ制御を行うことによってサブフィードバック量ＫＳＦＢを算出してもよい。
【符号の説明】
【０１９０】
１０…内燃機関、２０…機関本体部、３０…吸気系統、４０…排気系統、４１…エキゾーストマニホールド、４２…エキゾーストパイプ、４３…上流側触媒（触媒）、４４…触媒冷却装置、４４ａ…触媒冷却部、４４ｂ…冷却水ポンプ、４４ｃ…放熱部、４４ｄ…冷却管、５６…上流側空燃比センサ、５７…下流側空燃比センサ（酸素濃度センサ）、５８…触媒温度センサ、７０…電気制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を備える触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流に配設された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記触媒の下流側の部位である触媒後方部を冷却する触媒冷却手段と、
を備えた内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成されており、
更に、
前記触媒の温度を取得するとともに前記取得された触媒の温度が所定の閾値温度以上であるか否かを判定し、前記触媒の温度が前記閾値温度以上であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出する触媒冷却制御手段、
を備える排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、
指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成され、
前記空燃比制御手段は、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するとともに、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成され、
更に、
前記機関の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するとともに前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、
指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成され、
前記空燃比制御手段は、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するとともに、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成され、
更に、
前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、
指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成され、
前記空燃比制御手段は、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するとともに、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成され、
更に、
前記機関の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定し、前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定され且つ前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定されている場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載の燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却制御手段は、
前記触媒の上流側の部位である触媒前方部と前記触媒後方部との間の触媒の温度を検出する触媒温度センサを含むとともに、前記触媒温度センサにより検出される触媒の温度の変化率が所定の閾値変化率以上となったか否かを判定し、前記検出される触媒の温度の変化率が前記閾値変化率以上となったと判定したときに前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させる指示信号を送出することを許容するように構成された排ガス浄化装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配設された酸素吸蔵機能を備える触媒と、
前記排気通路の前記触媒の下流に配設された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記機関に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、
前記触媒の下流側の部位である触媒後方部を冷却する触媒冷却手段と、
を備えた内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成されており、
更に、
前記触媒の温度を取得するとともに前記取得された触媒の温度が所定の閾値温度以上であるか否かを判定し、前記触媒の温度が前記閾値温度以上であると判定した場合に前記触媒冷却手段により前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を前記触媒冷却手段に送出する触媒冷却制御手段、
を備える排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、
指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成され、
前記空燃比制御手段は、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するとともに、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成され、
更に、
前記機関の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定するとともに前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定した場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、
指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成され、
前記空燃比制御手段は、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するとともに、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成され、
更に、
前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定される場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却手段は、
指示信号に応答して前記触媒後方部を冷却する状態と前記触媒後方部を冷却しない状態との何れかの状態を実現するように構成され、
前記空燃比制御手段は、
前記空燃比センサの出力値に基いて前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比であるか又は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比であるかを判定するとともに、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リーン空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リッチ空燃比に設定し、且つ、前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定した場合には前記機関に供給される混合気の空燃比を前記リーン空燃比に設定するように構成され、
更に、
前記機関の運転状態が加速運転状態にあるか否かを判定し、前記機関の運転状態が加速運転状態にあると判定され且つ前記空燃比センサに到達しているガスの空燃比が前記リッチ空燃比であると判定されている場合に前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させるための指示信号を送出する触媒冷却制御手段、
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載の燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記触媒冷却制御手段は、
前記触媒の上流側の部位である触媒前方部と前記触媒後方部との間の触媒の温度を検出する触媒温度センサを含むとともに、前記触媒温度センサにより検出される触媒の温度の変化率が所定の閾値変化率以上となったか否かを判定し、前記検出される触媒の温度の変化率が前記閾値変化率以上となったと判定したときに前記触媒冷却手段に前記触媒後方部を冷却させる指示信号を送出することを許容するように構成された排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−６２７７６（Ｐ２０１２−６２７７６Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５４７６（Ｐ２０１０−２０５４７６）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]