内燃機関の排気浄化のための制御装置
【課題】触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を適切に除去することにより、触媒の劣化を適切に解消することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】触媒の劣化度が所定の閾値以上であるとき、下流側酸素濃度が空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度と同一または基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度であれば、触媒の上流側酸素濃度を基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とするリッチ運転を下流側酸素濃度が基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度となるまで行った後、上流側酸素濃度を基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とするリーン運転を行う。制御装置は、下流側酸素濃度が基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度であれば、リーン運転を行う。
【解決手段】触媒の劣化度が所定の閾値以上であるとき、下流側酸素濃度が空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度と同一または基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度であれば、触媒の上流側酸素濃度を基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とするリッチ運転を下流側酸素濃度が基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度となるまで行った後、上流側酸素濃度を基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とするリーン運転を行う。制御装置は、下流側酸素濃度が基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度であれば、リーン運転を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出されるガス（排ガス）を浄化するための触媒を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に適用される触媒には、種々の成分を含む高温の排ガスが導入される。そのため、触媒が長期間に亘って使用されると、触媒の排ガス浄化性能が低下する場合がある（以下、触媒の排ガス浄化性能が低下することを「触媒が劣化する」とも称呼する。）。
【０００３】
そこで、従来の内燃機関の制御装置の一つ（以下、「従来装置」と称呼する。）は、触媒の温度が所定の閾値以下であることを含む所定の運転条件が満たされない場合、減速時におけるフューエルカット運転を禁止するようになっている。これにより、従来装置は、高温の触媒に多量の酸素が導入されることを回避し、触媒が劣化することを抑制するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。このように、従来から、触媒の劣化を抑制することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２２８９号公報
【発明の概要】
【０００５】
内燃機関に適用される触媒の例として、三元触媒およびNOx吸蔵還元触媒などが挙げられる。これら触媒は、触媒の温度が所定の活性温度以上であり、かつ、触媒に導入される排ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度（理論空燃比の混合気が燃焼した際に生じる排ガスの酸素濃度）であるとき、その排ガスに含まれる未燃物（HCなど）の酸化反応および窒素酸化物（NOx）の還元反応を促進し、これらを高い浄化率にて同時に浄化することができる。以下、便宜上、三元触媒およびNOx吸蔵還元触媒などを単に「触媒」と総称する。
【０００６】
上記触媒は、一般に、酸素吸蔵物質（CeO2−ZrO2など）を含む担体（Al2O3など）と、その担体に担持された触媒成分（PtおよびRhなどの貴金属）と、を有する。この触媒成分によって構成される活性点（触媒活性点）において、未燃物と窒素酸化物との酸化還元反応（すなわち、排ガスの浄化）が促進される。一方、酸素吸蔵物質は、排ガスの酸素濃度が上記所定の酸素濃度よりも高いとき（すなわち、リーン側の酸素濃度であるとき）排ガスに含まれる過剰な酸素を吸蔵し、排ガスの酸素濃度が上記所定の酸素濃度よりも低いとき（すなわち、リッチ側の酸素濃度であるとき）吸蔵されている酸素を上記酸化反応のために放出する。このように、酸素吸蔵物質は、触媒成分における酸素濃度を調節することにより、排ガスの浄化を補助する。
【０００７】
ところが、酸素吸蔵物質には、酸素だけではなく排ガスに含まれる硫黄成分（SOxなど）が吸蔵される場合がある。さらに、触媒成分には、種々の原因によって硫黄成分（Sなど）が吸着する場合がある。酸素吸蔵物質に硫黄成分が吸蔵されると、その硫黄成分によって本来吸蔵されるべき酸素が吸蔵されることが妨げられるので、触媒が吸蔵し得る酸素の量が減少する。さらに、触媒成分に硫黄成分が吸着すると、触媒活性点が硫黄成分によって覆われるので、排ガスの浄化を促進することができる触媒活性点の数が減少する。これらの結果、触媒の排ガス浄化性能が低下する。このように、触媒に硫黄成分が吸着・吸蔵されることによって触媒が劣化する場合があるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を適切に除去することにより、触媒の劣化を適切に解消することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明による制御装置は、
触媒と、触媒から排出されるガスの酸素濃度を取得する下流側酸素濃度取得手段と、を備えた内燃機関に適用される。
【００１０】
より具体的に述べると、上記触媒は、内燃機関の燃焼室から排出されるガス（排ガス）が通過する触媒であって、該触媒の上流側から導入されるガスを浄化するとともに該ガスを該触媒の下流側から排出するようになっている。さらに、上記触媒は、触媒成分と酸素吸蔵物質とを有する。
【００１１】
上記触媒は、上述したように排ガスを浄化することができる触媒であればよく、特に制限されない。上記触媒として、例えば、触媒成分と、酸素吸蔵物質を含む担体と、を有する公知の三元触媒が採用され得る。さらに、上記触媒として、例えば、触媒成分と、酸素吸蔵物質およびNOx吸蔵物質を含む担体と、を有する公知のNOx吸蔵還元触媒が採用され得る。上記触媒は、例えば、内燃機関の排気通路に設けられ得る。
【００１２】
なお、上記触媒成分は、排ガスの浄化を促進すること（未燃物と窒素酸化物との酸化還元反応の反応速度を速めること）ができる成分であればよく、特に制限されない。触媒成分として、例えば、白金（Pt）およびロジウム（Rh）などの貴金属が採用され得る。さらに、上記酸素吸蔵物質は、酸素を吸蔵することができる物質であればよく、特に制限されない。酸素吸蔵物質として、例えば、酸化セリウム（セリア。CeO2）および酸化ジルコニウム（ZrO2）などが採用され得る。
【００１３】
なお、上記「ガスを浄化する」とは、ガスに含まれる未燃物および窒素酸化物などの浄化対象物質の少なくとも一部をそのガスから除去することを意味し、必ずしも浄化対象物質の全てをそのガスから除去することを意味しない。
【００１４】
さらに、上記下流側酸素濃度取得手段は、
前記触媒から排出されるガスの酸素濃度である「下流側酸素濃度」を取得するようになっている。
【００１５】
上記「下流側酸素濃度」を取得する方法は、特に制限されない。下流側酸素濃度は、例えば、ガスの酸素濃度の実際値を測定することができるセンサなどによって取得され得る。さらに、下流側酸素濃度は、例えば、ガスの酸素濃度の推定値を内燃機関の運転状態などに基づいて推定することができる推定手段によって取得され得る。
【００１６】
上述した構成を備えた内燃機関に適用される本発明の制御装置は、触媒劣化度取得手段と、触媒劣化度低減手段と、を備える。
【００１７】
より具体的に述べると、上記触媒劣化度取得手段は、前記触媒の劣化度を取得するようになっている。
【００１８】
上記「触媒の劣化度」は、触媒が本来有する（例えば、新品状態（未使用）の触媒が有する）排ガス浄化性能を基準とする排ガス浄化性能の低下の度合いを表し得る指標であればよく、特に制限されない。触媒の劣化度は、例えば、新品状態の触媒が吸蔵することができる酸素の最大量と、劣化度を取得する時点における触媒が吸蔵することができる酸素の最大量と、を比較することにより、取得され得る。さらに、触媒の劣化度は、例えば、劣化度を取得する時点において触媒に吸蔵されている不要成分（例えば、硫黄成分など）の量に基づき、取得され得る。なお、本発明において、劣化度の値は、その値が大きいほど触媒の劣化の程度が大きいことを表す。
【００１９】
触媒が劣化する原因の一つとして、上述したように、排ガスに含まれる硫黄成分（SOxなど）が酸素吸蔵物質に吸蔵されること、および、硫黄成分（Sなど）が触媒成分に吸着すること、が挙げられる。
【００２０】
そこで、上記触媒劣化度低減手段は、前記触媒の劣化度が所定の閾値以上であるとき、前記下流側酸素濃度に応じて、下記（Ａ）に示す運転、または、下記（Ｂ）に示す運転を行うようになっている。これら運転により、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分が除去され、触媒の劣化度が低減される。
【００２１】
（Ａ）前記下流側酸素濃度が「空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度と同一」または「前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度」である場合、前記触媒に導入されるガスの酸素濃度である上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とする「リッチ運転」、および、前記上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とする「リーン運転」。
このリーン運転は、上記運転を前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度となるまで行った後、行われる。
（Ｂ）前記下流側酸素濃度が「前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度」である場合、前記リーン運転。
【００２２】
上記「基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度」とは、上記基準酸素濃度よりも高い酸素濃度を意味する。一方、上記「基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度」とは、上記基準酸素濃度よりも低い酸素濃度を意味する。以下、基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度を単に「リーン側酸素濃度」とも称呼し、基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度を単に「リッチ側酸素濃度」とも称呼する。
【００２３】
上記「リッチ運転」は、上流側酸素濃度がリッチ側酸素濃度である運転であればよく、特に制限されない。リッチ運転として、例えば、内燃機関の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比とする運転（いわゆる、燃料増量運転）が採用され得る。さらに、リッチ運転として、例えば、燃焼室から排出されるガスに再び燃料を噴射する（いわゆる、排気添加を行う）運転が採用され得る。一方、上記「リーン運転」は、上流側酸素濃度がリーン側酸素濃度である運転であればよく、特に制限されない。リーン運転として、例えば、燃焼室へ燃料を供給しない運転（いわゆる、フューエルカット運転）が採用され得る。
【００２４】
上記（Ａ）および（Ｂ）に示す運転によって触媒の劣化度が低減される理由について、以下に説明する。
上述したように、触媒に硫黄成分が吸着・吸蔵すると、触媒が劣化する。発明者による種々の考察および実験などによれば、「触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動」と「排ガスの酸素濃度」との間には密接な関係があることが確認された。
【００２５】
具体的に述べると、まず、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分は、排ガスの酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」である場合に触媒成分に向けて移動し、排ガスの酸素濃度が「リーン側酸素濃度」である場合に触媒成分上から排ガス中に放出される、ことが確認された。すなわち、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分は、酸素吸蔵物質から排ガス中に直接には放出されず、触媒成分を経由して排ガス中に放出される、ことが確認された。一方、触媒成分に吸着している硫黄成分は、排ガスの酸素濃度が上記「リーン側酸素濃度」である場合に触媒成分上から排ガス中に放出される、ことが確認された。
【００２６】
そこで、本発明の触媒劣化度低減手段は、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去する際、触媒から排出されるガスの酸素濃度（下流側酸素濃度）が「リーン側酸素濃度」である場合、まず、触媒に導入されるガスの酸素濃度（上流側酸素濃度）を「リッチ側酸素濃度」とするリッチ運転を行う。触媒劣化度低減手段は、下流側酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」となるまで、このリッチ運転を継続する（上記（Ａ））。これにより、触媒の全体において、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分が触媒成分に向けて移動される。
【００２７】
次いで、触媒劣化度低減手段は、上流側酸素濃度を「リーン側酸素濃度」とするリーン運転を行う（上記（Ａ））。これにより、上記リッチ運転によって触媒成分に向けて移動された硫黄成分および触媒成分に吸着した硫黄成分の双方が、触媒の全体において、触媒成分上から排ガス中に放出される。
【００２８】
一方、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去する際、下流側酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」である場合、触媒の全体において、酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分はすでに触媒成分に向けて移動していると考えられる。そこで、この場合、触媒劣化度低減手段は、上記リッチ運転を行うことなく上記リーン運転を行う（上記（Ｂ））。これにより、上記同様、触媒の全体において、硫黄成分が触媒成分上から排ガス中に放出される。
【００２９】
このように、本発明の制御装置は、触媒の全体において、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去することができる。その結果、本発明の制御装置は、触媒の排ガス浄化性能を適切に回復させる（すなわち、触媒の劣化を適切に解消する）ことができる。
【００３０】
上述したように、本発明の制御装置は、「触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動」と「排ガスの酸素濃度」との関係に着目し、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去するようになっている。発明者によるさらなる種々の考察および実験などによれば、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動は、排ガスの酸素濃度だけではなく「触媒の温度」の影響をも受けることが確認された。
【００３１】
具体的に述べると、触媒の温度が「特定の温度範囲内にある（例えば、第１温度以上第２温度以下である）」ときに排ガスの酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」である場合、酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて効率良く移動する、ことが確認された。さらに、触媒の温度が「上記特定の温度範囲内の特定の温度以上である（例えば、第１温度と第２温度の間の第３温度以上である）」ときに排ガスの酸素濃度が「リーン側酸素濃度」である場合、触媒成分上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される、ことが確認された。
【００３２】
そこで、本発明の制御装置の一の態様として、
触媒が下記（Ｃ−１）および（Ｃ−２）に示す特性を有する触媒であるとき、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記触媒の温度が「下記第１温度以上であり且つ下記第３温度よりも低い」場合に前記リッチ運転を「行わない」ように構成され得る。
【００３３】
（Ｃ−１）前記触媒の温度が「第１温度以上第２温度以下」であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりも「リッチ側」の酸素濃度である場合、前記酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が前記触媒成分に向けて移動する。
（Ｃ−２）前記触媒の温度が前記第１温度と前記第２温度の間の「第３温度以上」であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりも「リーン側」の酸素濃度である場合、前記触媒成分上に存在する前記硫黄成分がガス中に放出される。
【００３４】
上記第１温度、上記第２温度および上記第３温度は、触媒を構成する物質などに応じて定まる値であって、あらかじめ実験などによって取得され得る。
【００３５】
なお、上記（Ｃ−１）の特性は、触媒の温度が同特性に示される温度範囲（第１温度以上第２温度以下）に含まれる場合、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合よりも効率良く酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて移動されることを意味する。すなわち、上記（Ｃ−１）の特性は、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合に酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて全く移動しないことを意味するものではない。
【００３６】
上記同様、上記（Ｃ−２）の特性は、触媒の温度が同特性に示される温度範囲（第３温度以上）に含まれる場合、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合よりも効率良く触媒成分上に存在する硫黄成分が排ガス中に放出されることを意味する。すなわち、上記（Ｃ−２）の特性は、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合に触媒成分上に存在する硫黄成分が排ガス中に全く放出されないことを意味するものではない。
【００３７】
上述したように、本発明の触媒劣化度低減手段は、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去するとき、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分を触媒成分に向けて移動させた後に触媒成分上の硫黄成分を排ガス中に放出させる、ようになっている（上記（Ａ２）および上記（Ｂ）を参照。）。ところが、触媒が上記（Ｃ−１）および（Ｃ−２）の特性を有するとき、酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が効率良く触媒成分に移動される触媒の温度範囲（第１温度以上第２温度以下）と、触媒成分上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される触媒の温度範囲（第３温度以上）と、は一致しない場合がある。
【００３８】
そのため、触媒の温度が「第１温度以上であり且つ第３温度よりも低い」場合、リッチ運転によって酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて移動されたとしても、リーン運転によって触媒成分上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出されない（図５を参照。）。
【００３９】
そこで、本態様の触媒劣化度低減手段は、触媒の温度が上記第１温度以上であり且つ上記第３温度よりも低い場合、上記リッチ運転を行わない。換言すると、本発明の触媒劣化度低減手段は、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を効率良く除去することができるときに（すなわち、触媒の温度が「第１温度以上であり且つ第３温度よりも低い温度範囲」に含まれないときに）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去する運転（上記（Ａ）および上記（Ｂ）を参照。）を行う。これにより、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を効率良く除去することができる。
【００４０】
さらに、本発明の制御装置の他の態様として、
触媒劣化度低減手段は、触媒の劣化度の大きさに応じて、「上記リッチ運転を行う際の上流側酸素濃度」を調整するように構成され得る。
【００４１】
例えば、前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が「第１の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第１上流側酸素濃度」が、前記劣化度が「前記第１の値よりも小さい第２の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第２上流側酸素濃度と同一」または「前記第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度」である、ように構成され得る。
【００４２】
このように、劣化度が大きいほど「リッチ運転を行う際の上流側酸素濃度」を上記基準酸素濃度からリッチ側に離れる酸素濃度に設定することにより（すなわち、第１上流側酸素濃度を第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分をさらに効率良く除去することができる。一方、劣化度の大小にかかわらずリッチ運転を行う際の上流側酸素濃度を変化させないことにより（すなわち、第１上流側酸素濃度を第２上流側酸素濃度と同一の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去する処理をより簡便に行うことができる。
【００４３】
さらに、本発明の制御装置のさらに他の態様として、
触媒劣化度低減手段は、触媒の劣化度の大きさに応じて、「上記リーン運転を行う際の上流側酸素濃度」を調整するように構成され得る。
【００４４】
例えば、前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が「第３の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第３上流側酸素濃度」が、前記劣化度が「前記第３の値よりも小さい第４の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第４上流側酸素濃度と同一」または「前記第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度」である、ように構成され得る。
【００４５】
このように、劣化度が大きいほど「リーン運転を行う際の上流側酸素濃度」を上記基準酸素濃度からリーン側に離れる酸素濃度に設定することにより（すなわち、第３上流側酸素濃度を第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分をさらに効率良く除去することができる。一方、劣化度の大小にかかわらずリーン運転を行う際の上流側酸素濃度を変化させないことにより（すなわち、第３上流側酸素濃度を第４上流側酸素濃度と同一の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去する処理を簡便に行うことができる。
【００４６】
上述したように、本発明の制御装置において、触媒の劣化度を取得する方法は特に制限されない。例えば、本発明の制御装置のさらに他の態様として、
前記触媒劣化度取得手段は、
前記触媒が吸蔵し得る酸素の最大量に基づいて前記劣化度を取得する、ように構成され得る。
【００４７】
上述したように、触媒の酸素吸蔵物質に硫黄成分が吸蔵されると「触媒が吸蔵し得る酸素の最大量」が減少する。そこで、上述したように、この「最大量」に基づいて触媒の劣化度が取得され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置が適用される内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した上流側酸素濃度センサの出力値と、空燃比と、の関係を示すグラフである。
【図３】図１に示した下流側酸素濃度センサの出力値と、空燃比と、の関係を示すグラフである。
【図４】触媒の酸素吸蔵量の最大値を取得する際における、触媒上流側空燃比と、下流側酸素濃度センサの出力値と、酸素吸蔵量と、の関係を示すタイムチャートである。
【図５】触媒の温度と、排ガスの空燃比（酸素濃度）と、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の主な挙動と、の関係を示す概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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１０】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５０】
（第１実施形態）
＜装置の概要＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置（以下、「第１装置」とも称呼する。）を内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。内燃機関１０は、４サイクル火花点火式多気筒（４気筒）機関である。図１は、複数の気筒のうちの一の気筒の断面のみを示している。なお、他の気筒もこの一の気筒と同様の構成を備えている。以下、便宜上、「内燃機関１０」を単に「機関１０」とも称呼する。
【００５１】
この機関１０は、シリンダブロック部２０、シリンダブロック部２０の上部に固定されるシリンダヘッド部３０、シリンダブロック部２０に空気と燃料との混合気を導入するための吸気系統４０、および、シリンダブロック部２０から排出されるガス（排ガス）を機関１０の外部に放出するための排気系統５０、を備えている。
【００５２】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、および、クランクシャフト２４、を有している。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランクシャフト２４に伝達され、これにより同クランクシャフト２４が回転するようになっている。シリンダ２１の内壁面、ピストン２２の上面およびシリンダヘッド部３０の下面は、燃焼室２５を画成している。
【００５３】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを有するとともに同インテークカムシャフトの位相角およびリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３４、燃焼室２５に連通した排気ポート３５、排気ポート３５を開閉する排気弁３６、排気弁３６を駆動するエキゾーストカムシャフト３７、点火プラグ３８、および、点火プラグ３８に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３９、を有している。
【００５４】
なお、機関１０は、インジェクタ３４に代えて、または、インジェクタ３４とは別に、燃料を燃焼室２５内に直接噴射する筒内インジェクタ（図示省略。）を備えるように構成され得る。
【００５５】
吸気系統４０は、吸気ポート３１を介してそれぞれの気筒に連通されたインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１の上流側の集合部に接続された吸気管４２、吸気管４２の端部に設けられたエアクリーナ４３、吸気管４２の開口面積（開口断面積）を変更することができるスロットル弁（吸気絞り弁）４４、および、指示信号に応じてスロットル弁４４を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ４４ａ、を有している。吸気ポート３１、インテークマニホールド４１および吸気管４２は、吸気通路を構成している。
【００５６】
排気系統５０は、排気ポート３５を介してそれぞれの気筒に連通されたエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の下流側の集合部に接続された排気管５２、および、排気管５２に設けられた排ガス浄化用触媒５３、を有している。排気ポート３５、エキゾーストマニホールド５１および排気管５２は、排気通路を構成している。以下、排ガス浄化用触媒５３を、単に「触媒５３」とも称呼する。
【００５７】
触媒５３は、酸素吸蔵物質としてセリア・ジルコニア共触媒（CeO2−ZrO2）などを含む担体としてのアルミナなどのセラミクスと、触媒成分としての白金およびロジウムなどの貴金属と、から構成される三元触媒である。この触媒５３は、触媒の温度がその活性温度以上であり、かつ、触媒５３に導入される排ガスの酸素濃度が「理論空燃比の混合気が燃焼した際に生じる排ガスの酸素濃度」である場合、排ガス中の未燃物（HCなど）と窒素酸化物（NOx）との酸化還元反応を促進し、これらを高い浄化率にて同時に浄化することができる。
【００５８】
機関１０の外部には、機関１０に加速要求および要求トルクなどを入力するためのアクセルペダル６１が設けられている。アクセルペダル６１は、機関１０の操作者によって操作される。
【００５９】
さらに、機関１０は、複数のセンサを備えている。
具体的に述べると、第１装置は、吸入空気量センサ７１、スロットル弁開度センサ７２、カムポジションセンサ７３、クランクポジションセンサ７４、水温センサ７５、上流側酸素濃度センサ７６、下流側酸素濃度センサ７７、および、アクセル開度センサ７８、を備えている。
【００６０】
吸入空気量センサ７１は、吸気通路（吸気管４２）に設けられている。吸入空気量センサ７１は、吸気管４２内を流れる空気の質量流量である吸入空気量（すなわち、機関１０に吸入される空気の質量）に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、吸入空気量Gaの測定値が取得される。
【００６１】
スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁４４の近傍に設けられている。スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁４４の開度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、スロットル弁開度TAが取得される。
【００６２】
カムポジションセンサ７３は、可変吸気タイミング装置３３の近傍に設けられている。カムポジションセンサ７３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（すなわち、クランクシャフト２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号に基づき、インテークカムシャフトの回転位置（カムポジション）の測定値が取得される。
【００６３】
クランクポジションセンサ７４は、クランクシャフト２４の近傍に設けられている。クランクポジションセンサ７４は、クランクシャフト２４が１０°回転する毎に幅の狭いパルスを有する信号を出力するとともに、クランクシャフト２４が３６０°回転する毎に幅の広いパルスを有する信号を出力するようになっている。これら信号に基づき、クランクシャフト２４の単位時間あたりの回転数の測定値（以下、単に「機関回転速度NE」とも称呼する。）が取得される。
【００６４】
水温センサ７５は、シリンダ２１に設けられている冷却水の通路に設けられている。水温センサ７５は、冷却水の温度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、冷却水の温度THWの測定値が取得される。
【００６５】
上流側酸素濃度センサ７６は、触媒５３の上流側の排気通路（エキゾーストマニホールド５１の集合部の近傍または集合部よりも下流側）に設けられている。上流側酸素濃度センサ７６は、公知の限界電流式の酸素濃度センサである。上流側酸素濃度センサ７６は、触媒５３に導入される排ガスの酸素濃度に応じた信号を出力するようになっている。
【００６６】
以下、排ガスの酸素濃度を「排ガスの空燃比」とも、排ガスの酸素濃度が理論空燃比の混合気が燃焼した際に生じる排ガスの酸素濃度であることを「排ガスの空燃比が理論空燃比である」とも、称呼する。さらに、以下、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を「リッチ空燃比」とも、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を「リーン空燃比」とも、称呼する。
【００６７】
より具体的に述べると、排ガスの空燃比が「リッチ空燃比」であるとは、排ガスに「排ガスに含まれる未燃物を全て酸化するために必要な量よりも少ない量の酸素」が含まれている状態を表す。一方、排ガスの空燃比が「リーン空燃比」であるとは、排ガスに「排ガスに含まれる未燃物を全て酸化するために必要な量よりも多い量の酸素」が含まれている状態を表す。さらに、排ガスの空燃比が「理論空燃比」であるとは、排ガスに「排ガスに含まれる未燃物を全て酸化するために必要な量の酸素」が含まれている状態を表す。
【００６８】
この上流側酸素濃度センサ７６は、図２に示すように、測定対象であるガスの空燃比に応じた電圧であるVabyfsを出力するようになっている。出力値Vabyfsは、排ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。さらに、排ガスの空燃比が増大するにつれて（すなわち、空燃比が理論空燃比からリーン側に離れた空燃比になるにつれて）、出力値Vabyfsは増大する。この出力値Vabyfsに基づき、触媒５３に導入される排ガスの空燃比が取得される。以下、触媒５３に導入される排ガスの空燃比を「触媒上流側空燃比abyfs」とも称呼する。さらに、以下、図２に示す出力値Vabyfsと空燃比A/Fとの関係は「テーブルMapabyfs」とも称呼される。
【００６９】
再び図１を参照すると、下流側酸素濃度センサ７７は、触媒５３の下流側の排気通路に設けられている。下流側酸素濃度センサ７７は、公知の起電力式（濃淡電池型）の酸素濃度センサである。下流側酸素濃度センサ７７は、触媒５３から排出される排ガスの酸素濃度（空燃比）に応じた信号を出力するようになっている。
【００７０】
この下流側酸素濃度センサ７７は、図３に示すように、測定対象であるガスの空燃比に応じた電圧であるVoxsを出力するようになっている。出力値Voxsは、排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに最大値（例えば、約０．９Ｖ）となり、排ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに最小値（例えば、約０．１Ｖ）となり、排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大値と最小値とのほぼ中間の電圧（例えば、約０．５Ｖ）となる。さらに、出力値Voxsは、排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化するときに最大値から最小値へ急変し、排ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化するときに最小値から最大値へ急変する。この出力値Voxsに基づき、触媒５３から排出される排ガスの空燃比が取得される。以下、触媒５３から排出される排ガスの空燃比を「触媒下流側空燃比oxs」とも称呼する。
【００７１】
再び図１を参照すると、アクセル開度センサ７８は、アクセルペダル６１に設けられている。アクセル開度センサ７８は、アクセルペダル６１の開度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、アクセルペダル開度Accpが取得される。
【００７２】
さらに、機関１０は、電子制御装置８０を備えている。
電子制御装置８０は、ＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ）および定数などをあらかじめ記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じて一時的にデータを格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納すると共に格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４、ならびに、ＡＤコンバータを含むインターフェース８５を有する。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、ＲＡＭ８４およびインターフェース８５は、互いにバスで接続されている。
【００７３】
インターフェース８５は、上記各センサと接続され、ＣＰＵ８１にそれらセンサから出力される信号を伝えるようになっている。さらに、インターフェース８５は、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、インジェクタ３４、イグナイタ３９およびスロットル弁アクチュエータ４４ａなどと接続され、ＣＰＵ８１の指示に応じてそれらに指示信号を送るようになっている。
【００７４】
＜装置の作動の概要＞
以下、機関１０に適用される第１装置の作動の概要について説明する。
第１装置は、触媒５３に導入される排ガスの空燃比（触媒上流側空燃比abyfs）を理論空燃比stoichに一致させる「通常運転」が行われているとき、触媒５３の「劣化度Ke」を取得する。そして、第１装置は、所定の時点における劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、その時点において触媒５３から排出されている「排ガスの空燃比（触媒下流側空燃比oxs）」に応じて「劣化度Keを低減するための運転」を行う。
【００７５】
具体的に述べると、第１装置は、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、触媒上流側空燃比abyfsをリッチ空燃比richとする「リッチ運転」を触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで行った後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。これに対し、第１装置は、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【００７６】
さらに、第１装置は、上記リーン運転が行われている期間における吸入空気量Gaの積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となったとき、リーン運転を中止する。その後、第１装置は、通常運転を再開する。以上が第１装置の作動の概要である。
【００７７】
＜触媒の劣化度の取得方法＞
第１装置は、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxを取得するとともに、この最大酸素吸蔵量Cmaxに基づいて触媒の劣化度Keを取得する。以下、最大酸素吸蔵量Cmaxの取得および劣化度Keの取得について、より詳細に説明する。
【００７８】
１．最大酸素吸蔵量Cmaxの取得
第１装置は、通常運転が行われているとき、後述する「劣化度取得条件」が成立すれば、触媒５３の劣化度Keを取得するための制御（以下、「劣化度取得制御」とも称呼する。）を行う。
【００７９】
上記「劣化度取得制御」について、図４に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
このタイムチャートにおける時刻t1よりも前の期間においては、「通常運転」が行われている。すなわち、この期間において、触媒上流側空燃比abyfsは、理論空燃比stoichに一致するように制御されている。図４に示した例においては、便宜上、この期間において、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリッチ空燃比richを示す値であり、触媒５３の酸素吸蔵量OSAはゼロ近傍の所定値である、と仮定されている。なお、この所定値は、時刻t1よりも前に行われていた運転に応じて定まる値である。
【００８０】
時刻t1にて「劣化度取得条件」が成立すると、「劣化度取得制御」が開始される。具体的に述べると、第１装置は、時刻t1にて、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanとなるように機関１０を制御する。例えば、第１装置は、時刻t1において機関１０にフューエルカット運転を行わせる。
【００８１】
これにより、時刻t1において触媒上流側空燃比abyfsはリーン空燃比leanとなる。このとき、リーン空燃比leanの排ガス（すなわち、理論空燃比stoichの排ガスよりも酸素濃度が高い排ガス）が触媒５３に導入されるので、触媒５３はこの排ガスに含まれる酸素を吸蔵する。そのため、触媒５３の酸素吸蔵量OSAは、時刻t1以降において時間が経過するにつれて増大する。一方、このとき、触媒５３が排ガスに含まれる酸素を吸蔵するので、触媒５３から排出される排ガスには酸素が実質的に含まれない。よって、時刻t1以降においても、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリッチ空燃比richを示す値に維持される。
【００８２】
なお、実際には、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanとなる制御が開始されてから、リーン空燃比leanの排ガスが上流側酸素濃度センサ７６に到達するまで、には所定の時間長さを要する。そのため、実際には、時刻t1からその所定の時間長さが経過した後の時点にて、上流側酸素濃度abyfsがリーン空燃比leanとなる。しかし、本説明においては、理解が容易になるように、上流側酸素濃度abyfsは時刻t1においてリーン空燃比leanとなると仮定されている。以下、同様に、触媒上流側空燃比abyfsを変更する制御が開始されてからその空燃比の排ガスが上流側酸素濃度センサ７６に到達するまでの時間長さはゼロである、と仮定して説明を続ける。
【００８３】
その後、時刻t2において、触媒５３の酸素吸蔵量OSAは最大酸素吸蔵量Cmaxに到達する。このとき、触媒５３は排ガスに含まれる酸素を吸蔵することができないので、触媒５３から排出される排ガスに酸素が含まれ始める。よって、時刻t2において、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリーン空燃比leanを表す値となる。
【００８４】
時刻t2において、第１装置は、触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richとなるように機関１０を制御する。例えば、第１装置は、時刻t2において、燃料噴射量を通常運転が行われる場合の燃料噴射量よりも増大させる運転を機関１０に行わせる。
【００８５】
これにより、時刻t2において触媒上流側空燃比abyfsはリッチ空燃比richとなる。このとき、リッチ空燃比richの排ガス（すなわち、理論空燃比stoichの排ガスよりも酸素濃度が低い排ガス）が触媒５３に導入されるので、触媒５３は吸蔵されている酸素を排ガスの酸化還元反応のために放出する。そのため、触媒５３の酸素吸蔵量OSAは、時刻t2以降において時間が経過するにつれて減少する。一方、このとき、触媒５３に吸蔵されている酸素によって排ガスの酸化還元反応が行われるので、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）は、排ガスの酸化還元反応において消費されない。そのため、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）は、触媒５３から排出される排ガス中に残存する。よって、時刻t2以降においても、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリーン空燃比leanを示す値に維持される。
【００８６】
その後、時刻t3において、触媒５３の酸素吸蔵量OSAはゼロに到達する。このとき、触媒５３には酸素が吸蔵されていないので、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）が排ガスの酸化還元反応において消費される。そのため、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）は、触媒５３から排出される排ガス中に存在しない。よって、触媒５３から排出される排ガスには実質的に酸素が含まれない。したがって、時刻t3において、排ガスの空燃比はリッチ空燃比richを表す値となる。
【００８７】
時刻t3以降において、第１装置は、「通常運転」を再開する。これにより、時刻t3以降、触媒上流側空燃比abyfsは理論空燃比stoichに一致するように制御される。なお、時刻t3以降における下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsおよび触媒５３の酸素吸蔵量OSAは、機関１０の運転状態に応じた値となる。
【００８８】
上記各運転を行った後、第１装置は、下記（１）式および下記（２）式に従い、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxを算出する。下記（１）式において、数値０．２３は標準状態における空気の酸素濃度（重量パーセント濃度）を、Fsumは単位時間Δt内における燃料噴射量Fの積算値を、abyfsaveは触媒上流側空燃比abyfsの単位時間Δt内の平均値を、stoichは理論空燃比を、表す。下記（２）式において、同式の右辺はΔO2を時刻t2から時刻t3までの範囲において時間tについて積分した値の絶対値を表す。なお、周知のように、標準状態とは、温度がゼロ℃（２７３．１５Ｋ）であり且つ圧力が１ｂａｒ（１０５Ｐａ）である状態を意味する。
【００８９】
ΔO2＝0.23×Fsum×（abyfsave−stoich） ・・・（１）
Cmax＝｜Σ［t＝t2，t3］（ΔO2）｜ ・・・（２）
【００９０】
上記（１）式の右辺から明らかなように、上記（１）式により、「単位時間あたりに触媒５３に導入される排ガスに含まれる酸素量ΔO2を、理論空燃比の排ガスに含まれる酸素量を基準として表した値」が算出される。簡便に述べると、ΔO2は、理論空燃比の排ガスに含まれる酸素量を基準とする酸素の過剰量または不足量を表す値である。なお、酸素量が過剰であればΔO2は正の値となり、酸素量が不足していればΔO2は負の値となる。換言すると、ΔO2が正の値であればΔO2は単位時間あたりに触媒５３に「吸蔵」される酸素量を表し、ΔO2が負の値であればΔO2は単位時間あたりに触媒５３から「放出」される（排ガスの酸化還元反応において消費される）酸素量を表す。
【００９１】
よって、上記（２）式に示すように、時刻t2（酸素吸蔵量OSAが最大値である時点）から時刻t3（酸素吸蔵量OSAがゼロである時点）までの範囲においてΔO2を時間tについて積分することにより、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxが算出される。
【００９２】
なお、上記説明から明らかなように、「酸素吸蔵量OSAがゼロである時点」から「酸素吸蔵量OSAが最大値である時点」までの範囲においてΔO2を時間tについて積分することによっても、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxが算出され得る。
【００９３】
２．触媒の劣化度Keの取得
第１装置は、上述したように取得された触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxに基づき、触媒５３の劣化度Keを取得する。具体的に述べると、第１装置は、下記（３）式に従い、触媒５３の劣化度Keを算出する。下記（３）式において、Cmaxnewは、触媒５３が新品状態である場合における最大酸素吸蔵量を表す。このCmaxnewは、あらかじめ実験などによって取得され得る。
【００９４】
Ke＝1−（Cmax／Cmaxnew） ・・・（３）
【００９５】
上記（３）式の右辺から明らかなように、触媒５３が全く劣化していなければ（すなわち、CmaxとCmaxnewとが一致していれば）劣化度Keはゼロである。一方、触媒５３の劣化の程度が大きくなるにつれて（すなわち、CmaxとCmaxnewとの差が大きくなるにつれて）劣化度Keは増大する。なお、上記（３）式の右辺から明らかなように、劣化度Keの最大値は１である。以上が第１装置における触媒５３の劣化度Keの取得方法である。
【００９６】
＜触媒の劣化度の低減方法＞
第１装置は、上述したように取得された触媒５３の劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、触媒５３の特性に基づいて「劣化度を低減するための運転」を行う。以下、触媒５３の特性および劣化度を低減するための運転について、より詳細に説明する。
【００９７】
１．触媒の特性
上述したように、触媒５３の酸素吸蔵物質に排ガスに含まれる硫黄成分（SOxなど）が吸蔵されるとともに、触媒５３の触媒成分に硫黄成分（Sなど）が吸着することにより、触媒５３が劣化する場合がある。発明者による種々の考察および実験などによれば、「排ガスの空燃比」と「触媒の温度」と「触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動」との間には、密接な関連があることが確認された。この関連につき、図５を参照しながらより詳細に説明する。
【００９８】
図５は、排ガスの空燃比と、触媒の温度と、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の主な挙動と、の関係を示す概略図である。図５に示すように、触媒５３は下記（１）〜（４）に示す特性を有することが確認された。下記特性（１）〜（４）において、活性温度T0、第１温度T1、第２温度T2および第３温度T3は、触媒５３を構成する物質などに応じて定まる値であって、あらかじめ実験などによって取得され得る。
【００９９】
（１）触媒５３の温度TempCが活性温度T0以上第１温度T1以下であるとき、排ガスの空燃比A/Fがリーン空燃比leanである場合、触媒５３に導入されるガスに含まれる硫黄成分が顕著に酸素吸蔵物質OSMに吸蔵される。
（２）触媒５３の温度TempCが第１温度T1以上第２温度T2以下であるとき、排ガスの空燃比A/Fがリッチ空燃比richである場合、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて効率良く移動する。このとき、硫黄成分は、触媒成分CC上において硫黄原子（S）の状態（すなわち、触媒成分CCに吸着した状態）にて存在する。
（３）触媒５３の温度TempCが第１温度T1と第２温度T2の間の第３温度T3以上であるとき、排ガスの空燃比A/Fがリーン空燃比leanである場合、触媒成分CC上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される。このとき、硫黄成分は、硫黄酸化物（SOx）の状態にて排ガス中に放出される。
（４）触媒５３の温度TempCが第２温度T2よりも高いとき、排ガスの空燃比A/Fがリッチ空燃比richである場合、触媒成分CC上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される。このとき、硫黄成分は、硫化水素（H2S）の状態にて排ガス中に放出される。
【０１００】
なお、特性（３）および特性（４）に示す条件（硫黄成分が触媒成分CCから排ガス中に放出される条件）が成立しないとき、排ガス中の硫黄成分は触媒成分CCに硫黄原子（S）の状態にて吸着し得ると考えられる。触媒成分CCに吸着した硫黄成分は、酸素吸蔵物質OSMから触媒成分CCに移動した硫黄成分と同様、特性（３）および特性（４）に示す条件が成立するときに触媒成分CCから排ガス中に放出されると考えられる。
【０１０１】
ところで、特性（１）は、触媒５３の温度TempCが同関係に示される温度範囲（活性温度T0以上第１温度T1以下）に含まれる場合、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合よりも顕著に硫黄成分が酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されることを意味する。すなわち、特性（１）は、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合に硫黄成分が酸素吸蔵物質OSMに全く吸蔵されないことを意味するものではない。
【０１０２】
さらに、特性（２）は、触媒５３の温度TempCが同関係に示される温度範囲（第１温度T1以上第２温度T2以下）に含まれる場合、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合よりも効率良く酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動されることを意味する。すなわち、特性（２）は、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合に酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて全く移動しないことを意味するものではない。同様に、特性（３）および特性（４）は、触媒５３の温度TempCがそれぞれの関係に示される温度範囲に含まれる場合、触媒５３の温度TempCがそれら温度範囲に含まれない場合よりも効率良く触媒成分CC上に存在する硫黄成分が排ガス中に放出されることを意味する。すなわち、特性（３）および特性（４）は、触媒５３の温度TempCがそれら温度範囲に含まれない場合に硫黄成分が触媒成分CC上から全く放出されないことを意味するものではない。
【０１０３】
２．劣化度を低減するための運転
上述したように、触媒５３の担体に含まれる酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分は、所定の条件（上記特性（２）を参照。）が成立するとき、酸素吸蔵物質OSMから触媒成分CCに向けて効率良く移動する。そして、触媒成分CC上に存在する硫黄成分は、所定の条件（上記特性（３）および上記特性（４）を参照。）が成立するとき、排ガス中に効率良く放出される。すなわち、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分は、酸素吸蔵物質OSMからガス中に直接には放出されず、触媒成分CCを経由して排ガス中に放出される。
【０１０４】
そこで、第１装置は、上記特性（１）〜（４）のうちの特に「排ガスの空燃比」と「硫黄成分の挙動」との関係に着目し、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を行う。
【０１０５】
具体的に述べると、第１装置は、触媒５３の劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、触媒下流側空燃比oxsに応じて下記（ａ）または下記（ｂ）の運転を行う。
【０１０６】
（ａ）触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、第１装置は、まず、触媒上流側空燃比abyfsをリッチ空燃比richとする「リッチ運転」を行う。第１装置は、このリッチ運転を、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで継続する。次いで、第１装置は、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなった後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。
（ｂ）触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richである場合、第１装置は、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【０１０７】
上記運転（ａ）において、リッチ運転が開始されると、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている硫黄成分は触媒成分CCに向けて移動し始める。ただし、触媒５３は所定の大きさを有するので、リッチ運転が開始されてから触媒５３の全体において硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動するまでには、所定の時間長さを要する。そこで、上記運転（ａ）においては、「触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richになるまで」リッチ運転が継続される。これにより、触媒５３の「全体」において、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分を触媒成分CCに向けて移動させることができる。
【０１０８】
なお、上記運転（ａ）に示したように、触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoichと同一」である場合にもリッチ運転が行われる。この理由を以下に述べる。
上述したように触媒５３は酸素吸蔵能を有するので、触媒上流側空燃比abyfsの値にかかわらず触媒下流側空燃比oxsが理論空燃比stoichとなる可能性がある。そのため、運転（ａ）のリッチ運転が行われる前に何らかの理由によって触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richとなっていても、触媒下流側空燃比oxsは理論空燃比stoichとなる場合がある。この場合、運転（ａ）のリッチ運転を行わなくとも酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分は触媒成分CCに向けて移動する。しかし、第１装置は、より確実に触媒５３の全体において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分を触媒成分CCに向けて移動させるべく、この場合であってもリッチ運転を行う。
【０１０９】
さらに、上記運転（ａ）において、上述したように触媒５３の全体において硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動された後、リーン運転が行われる。これにより、触媒成分CC上の硫黄成分は排ガス中に放出される。このとき、触媒成分CCに吸着していた硫黄成分も、排ガス中に放出される。この結果、触媒５３の全体において、触媒５３に吸着・吸蔵されていた硫黄成分が除去される。
【０１１０】
一方、上記運転（ｂ）において、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば、触媒５３の全体において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分はすでに触媒成分CCに向けて移動していると考えられる。そのため、上記運転（ｂ）においては、リッチ運転が行われることなくリーン運転が行われる。この結果、触媒５３の全体において、触媒５３に吸着・吸蔵されていた硫黄成分が除去される。
【０１１１】
なお、第１装置は、上記運転（ａ）および上記運転（ｂ）におけるリーン運転が行われている期間（すなわち、硫黄成分が排ガス中に放出されている期間）において、吸入空気量Gaを積算する。第１装置は、リーン運転を、その積算量Galsumが所定の閾値積算量Galsumth以上となるまで継続する。そして、第１装置は、積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となった後、リーン運転を中止するとともに通常運転を再開する。ここで、積算量Galsumは、触媒５３に吸着・吸蔵されていた硫黄成分が十分に除去されたと判断し得る適値に設定され得る。以上が第１装置における触媒５３の劣化度Keの低減方法である。
【０１１２】
＜空燃比制御＞
次いで、第１装置の実際の作動について説明する前に、上述した通常運転、リッチ運転およびリーン運転を行うための空燃比制御について、説明する。
【０１１３】
第１装置における空燃比制御は、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるための「メインフィードバック制御」、および、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsを下流側目標出力値Voxsrefに一致させるための「サブフィードバック制御」から構成される。
【０１１４】
より具体的に述べると、まず、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsが、「下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsと下流側目標出力値Voxsrefとの差である出力偏差量DVoxsを小さくするように算出されたサブフィードバック量Vafsfb」により補正される。次いで、この補正によって得られた「フィードバック制御用出力値Vabyfc」がテーブルMapabyfs（図２を参照。）に適用されることにより、「フィードバック制御用空燃比（補正検出空燃比）abyfsc」が算出される。そして、このフィードバック制御用空燃比abyfscと「上流側目標空燃比abyfr」とが一致するように、燃料噴射量Fiが制御される。以下、この空燃比制御をより詳細に説明する。
【０１１５】
なお、この空燃比制御においては、現時点（時点k）における所定のパラメータの値と、現時点よりも過去の時点（時点k−N）における所定のパラメータの値と、が用いられる。以下、特に注釈が付されることなくそれらパラメータの値が記載されている場合、それら値は現時点（時点k）における値を表す。
【０１１６】
１．メインフィードバック制御
まず、第１装置が行うメインフィードバック制御について説明する。
第１装置は、下記（４）式に従い、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出する。下記（４）式において、Vabyfsは上流側酸素濃度センサ７６の出力値を、Vafsfbは下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック量を、表す。サブフィードバック量Vafsfbの算出方法は後述される。
【０１１７】
Vabyfc＝Vabyfs＋Vafsfb ・・・（４）
【０１１８】
次いで、第１装置は、下記（５）式に従い、上記フィードバック制御用出力値VabyfcをテーブルMapabyfs（図２を参照。）に適用することにより、フィードバック制御用空燃比abyfscを決定する。
【０１１９】
abyfsc＝Mapabyfs（Vabyfc） ・・・（５）
【０１２０】
次いで、第１装置は、下記（６）式に従い、現時点（時点k）にて気筒内に吸入される空気の量である筒内吸入空気量Mc（k）を現時点（時点k）における上流側目標空燃比abyfr（k）によって除算することにより、基本燃料噴射量Fbaseを算出する。上流側目標空燃比abyfr（k）の算出方法は後述される。
【０１２１】
Fbase＝Mc（k）／abyfr（k） ・・・（６）
【０１２２】
上記筒内吸入空気量Mcは、各気筒において吸気行程が行われる毎に、その時点の吸入空気量Gaと機関回転速度NEとに基づいて算出される。例えば、筒内吸入空気量Mcは、吸入空気量Gaに対して一次遅れ処理を施した値を機関回転速度NEで除算することによって算出される。この筒内吸入空気量Mcは、吸気行程が行われる各時点（時点k−N、・・・、時点k−1、時点k、時点k＋1、・・・）と関連付けられたデータとして、ＲＡＭ８３内に格納される。なお、筒内吸入空気量Mcは、公知の吸入空気量モデル（吸気通路における空気の挙動を模して構築されたモデル）によって算出されてもよい。
【０１２３】
次いで、第１装置は、下記（７）式に従い、上記基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック量DFiによって補正する（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、最終燃料噴射量Fiを算出する。そして、第１装置は、最終燃料噴射量Fiだけの燃料を吸気行程が行われる気筒のインジェクタ３４から噴射させる。メインフィードバック量DFiの算出方法は後述される。
【０１２４】
Fi＝Fbase＋DFi ・・・（７）
【０１２５】
上記（７）式におけるメインフィードバック量DFiは、以下のように算出される。
まず、第１装置は、下記（８）式に従い、現時点よりもNサイクル前の時点（時点k−N）における筒内吸入空気量Mc（k−N）を上記フィードバック制御用空燃比（補正検出空燃比）abyfscにて除算することにより、現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室２５に供給された燃料の量である「筒内燃料供給量Fc（k−N）」を算出する。
【０１２６】
Fc（k−N）＝Mc（k−N）／abyfsc ・・・（８）
【０１２７】
なお、上記（８）式においては、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc（k−N）を（現時点における）フィードバック制御用空燃比abyfscで除算することにより、現時点からNサイクル前の筒内燃料供給量Fc（k−N）を算出している。これは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側酸素濃度センサ７６に到達するまでにNサイクルに相当する時間を要するからである。
【０１２８】
次いで、第１装置は、下記（９）式に従い、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サイクル前の上流側目標空燃比abyfr（k−N）で除算することにより、現時点からNサイクル前の「目標筒内燃料供給量Fcr（k−N）」を算出する。
【０１２９】
Fcr（k−N）＝Mc（k−N）／abyfr（k−N） ・・・（９）
【０１３０】
次いで、第１装置は、下記（１０）式に従い、現時点からNサイクル前の目標筒内燃料供給量Fcr（k−N）から筒内燃料供給量Fc（k−N）を減算することにより、「筒内燃料供給量偏差DFc」を算出する。この筒内燃料供給量偏差DFcは、「Nサイクル前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分」を表す。
【０１３１】
DFc＝Fcr（k−N）−Fc（k−N） ・・・（１０）
【０１３２】
次いで、第１装置は、下記（１１）式に従い、メインフィードバック量DFiを算出する。下記（１１）式において、Gpはあらかじめ設定された比例ゲインを、Giはあらかじめ設定された積分ゲインを、KFBは所定の係数を、SDFcは筒内燃料供給量偏差DFcの積分値を、表す。
【０１３３】
DFi＝（Gp・DFc＋Gi・SDFc）・KFB ・・・（１１）
【０１３４】
上記（１０）式および上記（１１）式に示すように、第１装置は、フィードバック制御用空燃比abyfscと上流側目標空燃比abyfrとに基づく比例積分制御によってメインフィードバック量DFiを算出する。このメインフィードバック量DFiは、上記（７）式に示すように基本燃料噴射量Fbaseに加算される。これにより、最終燃料噴射量Fiが算出される。以上が第１装置が行うメインフィードバック制御である。
【０１３５】
２．サブフィードバック制御
次いで、第１装置が行うサブフィードバック制御について説明する。
第１装置は、下記（１２）式に従い、下流側目標出力値Voxsrefから現時点の下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsを減算することにより、出力偏差量DVoxsを算出する。第１装置においては、触媒５３の排ガス浄化性能を考慮し、下流側目標出力値Voxsrefとして「理論空燃比よりもわずかにリッチ側の空燃比に対応する値」が採用される。
【０１３６】
DVoxs＝Voxsref−Voxs ・・・（１２）
【０１３７】
次いで、第１装置は、下記（１３）式に従い、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。下記（１３）式において、Kpはあらかじめ設定された比例ゲイン（比例定数）を、Kiはあらかじめ設定された積分ゲイン（積分定数）を、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの積分値を、表す。
【０１３８】
Vafsfb＝Kp・DVoxs＋Ki・SDVoxs ・・・（１３）
【０１３９】
上記（１２）式および上記（１３）式に示すように、第１装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsと下流側目標出力値Voxsrefとに基づく比例積分制御によってサブフィードバック量Vafsfbを算出する。このサブフィードバック量Vafsfbは、上記（４）式に示すように、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsに加算される。これにより、フィードバック制御用出力値Vabyfcが算出される。以上が第１装置が行うサブフィードバック制御である。
【０１４０】
３．空燃比制御の総括
上述したように、第１装置は、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsにサブフィードバック量Vafsfbを加算することによって出力値Vabyfsを補正し、この補正によって得られたフィードバック制御用出力値Vabyfc（＝Vabyfs＋Vafsfb）に基づいてフィードバック制御用空燃比abyfscを算出する。そして、第１装置は、算出されたフィードバック制御用空燃比abyfscと、上流側目標空燃比abyfrと、が一致するように、燃料噴射量Fiを算出する。
【０１４１】
その結果、上流側空燃比abyfsが上流側目標空燃比abyfrに近づくとともに、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが下流側目標出力値Voxsrefに近づく。換言すると、触媒５３の上流側の空燃比および下流側の空燃比の双方が、それぞれの目標値に近づけられる。以上が第１装置が行う空燃比制御である。
【０１４２】
＜実際の作動＞
以下、第１装置の実際の作動について説明する。
第１装置において、ＣＰＵ８１は、図６〜図１１にフローチャートによって示した各ルーチンを所定のタイミング毎に繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、これらルーチンにおいて、触媒劣化フラグXCDおよび劣化度低減運転切替フラグXRECを用いる。
【０１４３】
触媒劣化フラグXCDは、その値が「０」であるとき、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さく、劣化度Keを低減する運転を行う必要がないことを表す。一方、触媒劣化フラグXCDは、その値が「１」であるとき、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であり、劣化度Keを低減する運転を行う必要があることを表す。
【０１４４】
劣化度低減運転切替フラグXRECは、その値が「０」であるとき、触媒５３の状態が「酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分を触媒成分CCに移動させる運転（すなわち、上記リッチ運転）を行い得る状態」であることを意味する。一方、劣化度低減運転切替フラグXRECは、その値が「１」であるとき、触媒５３の状態が「硫黄成分を触媒成分CC上から排ガス中に放出する運転（すなわち、上記リーン運転）を行い得る状態」であることを表す。
【０１４５】
触媒劣化フラグXCDの値および劣化度低減運転切替フラグXRECの値は、機関１０を搭載した車両の工場出荷時およびサービス点検実施時などにおいて触媒５３に異常がないことが確認された際に電子制御装置８０に対して所定の操作がなされたとき、初期値としての「０」に設定されるようになっている。
【０１４６】
以下、ＣＰＵ８１が実行する各ルーチンについて説明する。
まず、現時点において、触媒劣化フラグXCDの値および劣化度低減運転切替フラグXRECの値の双方は「０」に設定されていると仮定する。以下、便宜上、この仮定を「初期設定仮定」とも称呼する。
【０１４７】
ＣＰＵ８１は、機関１０が始動されると、所定時間が経過する毎に、図６にフローチャートによって示した「触媒温度推定ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒の温度TempCを取得する。
【０１４８】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図６のステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、現時点が機関１０の始動直後であるか否かを判定する。現時点が機関１０の始動直後であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進む。これに対し、現時点が機関１０の始動直後でなければ、ＣＰＵ８１は、ステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進む。ここで、「現時点が機関１０の始動直後である」と仮定して、説明を続ける。
【０１４９】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、ステップ６２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ６２０にて、「始動時冷却水温THWSと、触媒温度TempCと、の関係」をあらかじめ定めた始動時触媒温度推定関数f（THWS）に、現時点における冷却水温THWSを適用することにより、現時点における触媒の温度TempCを取得（推定）する。
【０１５０】
始動時触媒温度推定関数f（TWS）において、触媒の温度TempCは、始動時冷却水温THWSが増大するにつれて増大するように定められる。
【０１５１】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ６３０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ６３０にて、「筒内吸入空気量Mcと、機関回転速度NEと、排気温度Texと、の関係」をあらかじめ定めた排気温度テーブルMapTex（Mc，NE）に現時点における筒内吸入空気量Mcおよび機関回転速度NEを適用することにより、現時点における排気温度Texを取得（推定）する。
【０１５２】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ６４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ６４０にて、下記（１４）式に従って触媒の温度TempCを更新・取得する。下記（１４）式において、αは０よりも大きく且つ１よりも小さい定数を、TempC（k）は更新される前の触媒の温度TempCを、TempC（k+1）は更新された後の触媒の温度TempCを、表す。
【０１５３】
TempC（k+1）＝α・TempC（k）＋（1−α）・Tex ・・・（１４）
【０１５４】
ステップ６４０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５５】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図７にフローチャートによって示した「第１劣化度取得ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒５３の劣化度Keを取得する。
【０１５６】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるか否かを判定する。上記初期設定仮定に従うと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進む。
【０１５７】
ＣＰＵ８１は、ステップ７２０にて、「触媒５３の劣化度Keを判定するための条件（劣化度判定条件）」が成立しているか否かを判定する。より具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、ステップ７２０にて、以下の条件ａ−１〜ａ−３の全てが成立したとき、劣化度判定条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ８１は、条件ａ−１〜ａ−３のうちの少なくとも１つが成立しないとき、劣化度判定条件が成立しないと判定する。
【０１５８】
（条件ａ−１）冷却水の温度THWが所定の閾値以上である。
（条件ａ−２）スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量が所定の閾値以下である。
（条件ａ−３）図示しない車速センサによって取得される車速の単位時間あたりの変化量が所定の閾値以下である。
【０１５９】
条件ａ−１に係る所定の閾値は、機関１０の暖機が完了していると判断し得る適値に設定される。条件ａ−２および条件ａ−３に係る所定の閾値は、機関１０が定常運転されていると判断し得る適値に設定される。
【０１６０】
ＣＰＵ８１は、劣化度判定条件が「成立していない」とき、ステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。よって、劣化度判定条件が成立していないとき、触媒５３の劣化度Keは取得されない。これに対し、ＣＰＵ８１は、劣化度判定条件が「成立している」とき、ステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進む。以下、現時点にて劣化度判定条件が「成立している」と仮定して、説明を続ける。
【０１６１】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、ステップ７３０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７３０にて、上記（１）式および上記（２）式に従い、現時点における触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxを取得する。
【０１６２】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７４０にて、上記（３）式に従い、現時点における触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxと、触媒５３が新品状態である場合における最大酸素吸蔵量Cmaxnewと、に基づいて触媒５３の劣化度Keを取得する。
【０１６３】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７５０にて、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であるか否かを判定する。閾値劣化度Kethは、触媒５３の劣化度を低減する運転を行う必要があると判断し得る適値に設定される。
【０１６４】
ここで、第１装置が実行する運転を以下の２つの場合に場合を分けて説明する。
（場合１）現時点における触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合
（場合２）現時点における触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合
以下、説明を続ける。
【０１６５】
（場合１）触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合
この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６６】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図８にフローチャートによって示した「劣化度低減ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒５３の劣化度Keを低減するために如何なる運転を実行するか（すなわち、リーン運転およびリッチ運転のいずれを実行するか）を決定する。
【０１６７】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図８のステップ８００から処理を開始するとステップ８１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８１０にて、触媒劣化フラグXCDの値が「１」であるか否かを判定する。現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６８】
このように、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるとき、触媒５３の劣化度Keを低減するために如何なる運転を実行するかついては判断されない。これは、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるときには触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を行う必要がないからである。
【０１６９】
さらに、ＣＰＵ８１は、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の所定クランク角度（例えば、排気上死点前９０度クランク角）θｆに一致する毎に、図９にフローチャートによって示した「燃料噴射制御ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、最終燃料噴射量Fiを決定するとともに、その最終燃料噴射量Fiだけの燃料をインジェクタ３４から噴射させる。以下、便宜上、クランク角が上記所定クランク角θｆに一致する吸気行程前の気筒を、「燃料噴射気筒」とも称呼する。
【０１７０】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進み、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるか否かを判定する。現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進む。
【０１７１】
ＣＰＵ８１は、ステップ９２０にて、上流側目標空燃比abyfr（k）に「理論空燃比stoich」を格納する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。ステップ９３０〜ステップ９６０にて実行される処理は、以下の通りである。
【０１７２】
ステップ９３０：ＣＰＵ８１は、吸入空気量Gaと機関回転速度NEとに基づき、燃料噴射気筒に吸入される空気の量である筒内吸入空気量Mc（k）を取得する。
ステップ９４０：ＣＰＵ８１は、上記（６）式に従い、基本燃料噴射量Fbaseを算出する。
ステップ９５０：ＣＰＵ８１は、上記（７）式に従い、基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック量DFiによって補正することにより、最終燃料噴射量Fiを算出する。
ステップ９６０：ＣＰＵ８１は、最終燃料噴射量Fiの燃料を噴射するよう、燃料噴射気筒に設けられているインジェクタ３４に指示を与える。
【０１７３】
ステップ９６０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７４】
上述した各処理によって最終燃料噴射量Fiが算出されるとともに、その最終燃料噴射量Fiだけの燃料が燃料噴射気筒に噴射される。これにより、上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichに設定された「通常運転」が実行される。
【０１７５】
さらに、ＣＰＵ８１は、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の所定クランク角度θｇに一致する毎に、図１０にフローチャートによって示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、メインフィードバック量DFiを算出する。
【０１７６】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進み、「触媒上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるフィードバック制御を行い得る条件（メイン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。より具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、ステップ１００５にて、下記条件ｂ−１〜ｂ−５の全てが成立したとき、メインフィードバック制御条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ８１は、下記条件ｂ−１〜ｂ−５のうちの少なくとも１つが成立しないとき、メインフィードバック制御条件が成立しないと判定する。
【０１７７】
（条件ｂ−１）触媒の温度TempCが所定の閾値以上である。
（条件ｂ−２）冷却水温THWが所定の閾値以上である。
（条件ｂ−３）吸入空気量Gaが所定の閾値以下ある。
（条件ｂ−４）上流側酸素濃度センサ７６が活性化している。
（条件ｂ−５）最終燃料噴射量Fiをゼロとする運転（フューエルカット運転）が実行中ではない。
【０１７８】
条件ｂ−１に係る所定の閾値は、触媒５３が活性化していると判断し得る適値に設定される。条件ｂ−２に係る所定の閾値は、機関１０の暖機が完了していると判断し得る適値に設定される。条件ｂ−３に係る所定の閾値は、機関１０の負荷が過大ではないと判断し得る適値に設定される。条件ｂ−４は、メインフィードバック制御にて上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsが用いられるために設けられている条件である。条件ｂ−５は、フューエルカット運転中は燃料噴射量を変化させることができないために設けられている条件である。よって、例えば、機関１０が暖機運転されている期間中およびフューエルカット運転が実行されている期間中などにおいては、上記メインフィードバック制御条件は成立しない。
【０１７９】
現時点においてメインフィードバック制御条件が「成立しない」場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１０１０にて、メインフィードバック量DFiにゼロを格納する。
【０１８０】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１０１５に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１０１５にて、筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcにゼロを格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８１】
このように、メインフィードバック制御条件が成立しない場合、メインフィードバック量DFiはゼロに設定される。そのため、この場合、上述した「メインフィードバック量DFiによる基本燃料噴射量Fbaseの補正」は行われない（図９のステップ９５０を参照。）。
【０１８２】
次いで、ＣＰＵ８１は、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の所定クランク角度θｈに一致する毎に、図１１にフローチャートによって示した「サブフィードバック量算出ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。
【０１８３】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図１１のステップ１１００から処理を開始してステップ１１１０に進み、「下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsを下流側目標出力値Voxsrefに一致させるサブフィードバック制御を行い得る条件（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。より具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて、下記条件ｃ−１〜ｃ−３の全てが成立したとき、サブフィードバック制御条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ８１は、下記条件ｃ−１〜ｃ−３のうちの少なくとも１つが成立しないとき、サブフィードバック制御条件が成立しないと判定する。
【０１８４】
（条件ｃ−１）上記メインフィードバック条件が成立している。
（条件ｃ−２）上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichに設定されている。
（条件ｃ−３）下流側酸素濃度センサ７７が活性化している。
【０１８５】
条件ｃ−１および条件ｃ−２は、サブフィードバック制御は通常運転が実行されている際に上記メインフィードバック制御と並行して実行される制御であるために設けられている条件である。条件ｃ−３は、サブフィードバック制御にて下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが用いられるために設けられている条件である。よって、例えば、機関１０が暖機運転されている期間中、フューエルカット運転が実行されている期間中、ならびに、リッチ運転およびリーン運転が実行されている期間中などにおいては、上記サブフィードバック制御条件は成立しない。
【０１８６】
上述したように現時点においてメインフィードバック制御条件が成立していないので、サブフィードバック制御条件は成立しない（条件ｃ−１を参照。）。そのため、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１１２０にて、サブフィードバック量Vafsfbにゼロを格納する。
【０１８７】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１０２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１０２０にて、出力偏差量DVoxsの積分値SDVoxsにゼロを格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８８】
このように、サブフィードバック制御条件が成立しない場合、サブフィードバック量Vafsfbはゼロに設定される。そのため、この場合、後述する「サブフィードバック量Vafsfbによる上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsの補正」は行われない（図１０のステップ１０２０を参照。）。
【０１８９】
したがって、現時点においてメインフィードバック制御条件が成立しない場合、メインフィードバック量DFiがゼロに設定されるとともに、サブフィードバック量Vafsfbがゼロに設定される。そのため、吸入空気量Ga、機関回転速度NEおよび上流側目標空燃比abyfrに基づいて定められる基本燃料噴射量Fbaseの燃料が、燃料噴射気筒に噴射される（図９のステップ９３０〜ステップ９６０を参照。）。
【０１９０】
これに対し、現時点においてメインフィードバック制御条件が「成立する」場合、ＣＰＵ８１は、図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進むと、ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１００５に続くステップ１０２０〜ステップ１０５０の処理を順に実行する。ステップ１０２０〜ステップ１０５０にて実行される処理は、以下の通りである。
【０１９１】
ステップ１０２０：ＣＰＵ８１は、上記（４）式に従い、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出する。なお、上述したように、現時点におけるサブフィードバック量Vafsfbはゼロである。
ステップ１０２５：ＣＰＵ８１は、上記（５）式に従い、フィードバック制御用空燃比abyfscを決定する。
ステップ１０３０：ＣＰＵ８１は、上記（８）式に従い、現時点よりもNサイクル前の時点における筒内燃料供給量Fc（k−N）を算出する。
ステップ１０３５：ＣＰＵ８１は、上記（９）式に従い、現時点よりもNサイクル前の時点における目標筒内燃料供給量Fcr（k−N）を算出する。
ステップ１０４０：ＣＰＵ８１は、上記（１０）式に従い、筒内燃料供給量偏差DFcを算出する。
ステップ１０４５：ＣＰＵ８１は、上記（１１）式に従い、メインフィードバック量DFiを算出する。第１装置において、係数KFBとして「１」が採用される。筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcは、現時点までの筒内燃料供給量偏差DFcの値が積算された値である（下記ステップ１０５０を参照。）。
ステップ１０５０：ＣＰＵ８１は、現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１０４０にて取得された筒内燃料供給量偏差DFcを加算することにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを算出（更新）する。
【０１９２】
ステップ１０５０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１９３】
上述した各処理により、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る（ステップ１０４５を参照。）。そして、このメインフィードバック量DFiを用いて最終燃料噴射量Fiが補正される（図９のステップ９５０を参照。）。
【０１９４】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図１１のステップ１１００から処理を開始すると、ステップ１１１０に進む。現時点にてサブフィードバック制御条件が成立しなければ、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１２０およびステップ１１３０を経由してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、上述したように、サブフィードバック量Vafsfbは算出されない。
【０１９５】
これに対し、現時点にてサブフィードバック制御条件が成立していれば、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１４０に進む。以下、現時点にて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。
【０１９６】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０に続くステップ１１４０〜ステップ１１６０の処理を順に実行する。ステップ１１４０〜ステップ１１６０にて実行される処理は、以下の通りである。
【０１９７】
ステップ１１４０：ＣＰＵ８１は、上記（１２）式に従い、出力偏差量DVoxsを算出する。第１装置においては、触媒５３の排ガス浄化性能を考慮し、下流側目標出力値Voxsrefとして理論空燃比よりもわずかにリッチ側の空燃比に対応する値が採用される。
ステップ１１５０：ＣＰＵ８１は、上記（１３）式に従い、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。第１装置において、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiとして、あらかじめ定められた適値が採用される。
ステップ１１６０：ＣＰＵ８１は、現時点における出力偏差量の積分値SDVoxsに上記ステップ１１４０にて取得した出力偏差量DVoxsを加算することにより、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを算出（更新）する。
【０１９８】
ステップ１１６０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１９９】
上述した各処理により、サブフィードバック量Vafsfbが比例積分制御によって算出される（ステップ１１５０を参照。）。そして、このサブフィードバック量Vafsfbを用いて上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsが補正される（図１０のステップ１０２０を参照。）。さらに、補正されたフィードバック制御用出力値Vabyfcに基づいてメインフィードバック量DFiが算出されるとともに（図１０のステップ１０４５を参照。）、このメインフィードバック量DFiを用いて最終燃料噴射量Fiが補正される（図９のステップ９５０を参照。）。
【０２００】
以上、説明したように、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合、触媒上流側空燃比abyfsを理論空燃比stoichに一致させる「通常運転」が行われる。
【０２０１】
（場合２）触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合
この場合、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図７のステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０〜ステップ７４０を経由してステップ７５０に進むと、ステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７６０にて、触媒劣化フラグXCDの値に「１」を格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０２】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８２０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値が「０」であるか否かを判定する。上記初期設定仮定に従うと、現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３０に進む。
【０２０３】
ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが「排ガスの空燃比が理論空燃比stoichである場合における下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsstoich」以下であるか否かを判定する。すなわち、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて、「触媒下流側空燃比oxsが、理論空燃比stoichと同一または理論空燃比stoichよりもリーン側の空燃比であるか否か」を判定する。
【０２０４】
ここで、第１装置が実行する運転を以下の２つの場合に場合を分けて説明する。
（場合２−１）現時点における出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下である場合
（場合２−２）現時点における出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きい場合
以下、説明を続ける。
【０２０５】
（場合２−１）出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下である場合
この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８４０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「０」を格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０６】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図９のステップ９００から処理を開始すると、ステップ９１０に進む。現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進む。
【０２０７】
現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９８０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ９８０にて、上流側目標空燃比abyfr（k）にリッチ空燃比richを格納する。
【０２０８】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９８０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これら処理により、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に噴射される。これにより、上流側目標空燃比abyfrがリッチ空燃比richに設定された「リッチ運転」が開始される。
【０２０９】
さらに、ＣＰＵ８１は、図１０に示すルーチンおよび図１１に示すルーチンを実行し、空燃比のフィードバック制御を行う。ただし、このとき、サブフィードバック制御条件は成立しないので（条件ｃ−２を参照。）、サブフィードバック量Vafsfbはゼロに設定される（図１１のステップ１１１０〜ステップ１１３０を参照。）。そして、図１０に示すルーチンによって算出されるメインフィードバック量DFiにより、最終燃料噴射量Fiが補正される（図９のステップ９５０を参照。）。その結果、触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richに一致する。すなわち、リッチ運転が継続される。
【０２１０】
リッチ運転が継続されると、触媒５３の酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている酸素が時間が経過するにつれて消費される（吸蔵されている酸素が酸化還元反応に用いられる）とともに、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている硫黄成分が時間が経過するにつれて触媒成分CCに向けて移動する。なお、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている酸素が消費されている期間、触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richであっても、触媒下流側空燃比oxsは実質的に理論空燃比stoichとなる。
【０２１１】
その後、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている酸素の実質的に全てが消費されると、触媒５３の下流側から空燃比がリッチ空燃比richである排ガスが排出され始める。これにより、触媒下流側空燃比oxsが理論空燃比stoichよりもリッチ側の空燃比となる。上述したように、このとき、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分の実質的に全てが触媒成分CCに向けて移動していると考えられる。
【０２１２】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図８のステップ８００から処理を開始すると、ステップ８１０およびステップ８２０を経由してステップ８３０に進む。現時点における触媒下流側空燃比oxsはリッチ空燃比richであるので、出力値Voxsは出力値Voxsstoichよりも大きい（図３を参照。）よって、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８５０に進む。
【０２１３】
ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて、後述する「リーン運転」が開始された時点から現時点までに機関１０に導入された吸入空気量Gaの積算量Galsumが、所定の閾値積算量Galsumthよりも小さいか否かを判定する。
【０２１４】
上記積算量Galsumは、機関１０が始動される際に初期値としてのゼロに設定されるようになっている。さらに、上記積算量Galsumは、リーン運転によって触媒成分CC上に存在する硫黄成分の実質的に全てが排ガス中に放出されたと判断し得る適値に設定される。
【０２１５】
現時点は未だリーン運転が行われていないので、積算量Galsumは上記初期値（ゼロ）である。そのため、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８６０に進む。
【０２１６】
ＣＰＵ８１は、ステップ８６０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「１」を格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１７】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進む。
【０２１８】
そして、現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ９９０にて、上流側目標空燃比abyfr（k）にリーン空燃比leanを格納する。
【０２１９】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９９０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これら処理により、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に噴射される。これにより、上流側目標空燃比abyfrがリーン空燃比leanに設定された「リーン運転」が開始される。
【０２２０】
さらに、ＣＰＵ８１は、図１０に示すルーチンおよび図１１に示すルーチンを実行する。これにより、上記リッチ運転が実行されている場合と同様、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanに一致する。すなわち、リーン運転が継続される。
【０２２１】
リーン運転が継続されると、触媒５３の触媒成分CC上に存在する硫黄成分が時間が経過するにつれて排ガス中に放出される。なお、リーン運転が実行されている期間、時間が経過するにつれて排ガスに含まれる酸素が触媒５３の酸素吸蔵物質OSMに吸蔵される。酸素吸蔵物質OSMに酸素が吸蔵されている期間、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanであっても、触媒下流側空燃比oxsは実質的に理論空燃比stoichとなる
【０２２２】
さらに、リーン運転が実行されている期間、ＣＰＵ８１は、図示しない「吸入空気量積算ルーチン」を実行することにより、リーン運転が開始された時点から現時点までに機関１０に導入された吸入空気量Gaを積算する。これにより、ＣＰＵ８１は、吸入空気量Gaの積算量Galsumを取得する。
【０２２３】
ＣＰＵ８１は、リーン運転が実行されている期間中の所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始すると、ステップ８１０を経過してステップ８２０に進む。現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８５０に進む。
【０２２４】
このとき、現時点における積算量Galsumが閾値積算量Galsumthよりも小さければ（すなわち、触媒成分CC上に存在する硫黄成分の実質的に全てが排ガス中に放出されたと判断されなければ）、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ８６０を経由してステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。その結果、上述したように図９〜図１１のルーチンに示す各処理が実行されるので、リーン運転が継続される。
【０２２５】
これに対し、現時点における積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上であれば（すなわち、触媒成分CC上に存在する硫黄成分の実質的に全てが排ガス中に放出されたと判断されれば）、ＣＰＵ８１は、図８のステップ８５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８７０に進む。
【０２２６】
ＣＰＵ８１は、ステップ８７０にて、触媒劣化フラグXCDの値に「０」を格納してステップ８８０に進む。
【０２２７】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ８８０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「０」を格納してステップ８９０に進む。
【０２２８】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ８９０にて、積算量Galsumの値をゼロに設定（リセット）する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２２９】
その結果、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ９２０にて上流側目標空燃比abyfr（k）に理論空燃比stoichを設定する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。これにより、リーン運転が中止されるとともに、「通常運転」が再開される。
【０２３０】
このように、通常運転が実行されているときに触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下であれば（すなわち、触媒下流側空燃比oxsがリーン空燃比leanであれば）、リッチ運転が開始される。さらに、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richになるまで、リッチ運転が継続される。そして、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richになると（すなわち、出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きくなると）、リーン運転が開始される。その後、閾値積算量Galsumthだけの排ガスが触媒５３に流入すると、リーン運転は中止され、通常運転が再開される。その結果、触媒５３の劣化度Keが低減される。
【０２３１】
（場合２−２）出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きい場合
この場合、ＣＰＵ８１は、通常運転が行われているときに図７のルーチンによって触媒劣化フラグXCDが「１」に設定された後、図８のステップ８００から処理を開始すると、ステップ８１０およびステップ８２０を経由してステップ８３０に進む。そして、この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８５０に進む。
【０２３２】
現時点における積算量Galsumの値は初期値（ゼロ）であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ８６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８６０にて劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「１」を格納し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２３３】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進む。さらに、現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９０に進む。
【０２３４】
ＣＰＵ８１は、ステップ９９０にて上流側目標空燃比abyfr（k）にリーン空燃比leanを格納した後、ステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。これにより、上述したように、「リーン運転」が開始される。
【０２３５】
そして、ＣＰＵ８１は、上述したように吸入空気量の積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となるまでリーン運転を継続する。さらに、ＣＰＵ８１は、積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となると、リーン運転を中止するとともに「通常運転」を再開する。
【０２３６】
このように、通常運転がなされているときに触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きければ（すなわち、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば）、リッチ運転を行うことなく、リーン運転が開始される。その後、閾値積算量Galsumthだけの排ガスが触媒５３に流入すると、リーン運転は中止され、通常運転が再開される。その結果、触媒５３の劣化度Keが低減される。
【０２３７】
以上、場合１と場合２とに場合を分けて説明したように、第１装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合、通常運転を行う。一方、第１装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、「劣化度Keを低減するための運転」を行う。具体的に述べると、第１装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下であれば、リッチ運転を行った「後」にリーン運転を行う。これに対し、第１装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きければ、リッチ運転は「行わず」リーン運転を行う。これにより、第１装置は、「触媒５３の全体」において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分および触媒成分CCに吸着した硫黄成分を排ガス中に排出することができる。その結果、触媒５３の劣化度Keが適切に低減される。
【０２３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る制御装置（以下、「第２装置」とも称呼する。）について説明する。
【０２３９】
＜装置の概要＞
第２装置は、第１装置が適用される機関１０と同様の構成を有する機関（図１を参照。以下、便宜上、「機関１０」と称呼する。）に適用される。そこで、第２装置が適用される装置の概要についての説明は、省略される。
【０２４０】
＜装置の作動の概要＞
以下、上記機関１０に適用される第２装置の作動の概要について説明する。
第２装置は、第１装置と同様、通常運転が行われている際に触媒５３の劣化度Keを取得する。そして、第２装置は、所定の時点における劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、その時点における「触媒下流側空燃比oxs」および「触媒の温度TempC」に応じて、劣化度Keを低減するための運転を行う。すなわち、第２装置は、「触媒下流側空燃比oxs」だけではなく「触媒の温度TempC」をも考慮して劣化度Keを低減する運転を行う点において、第１装置と相違する。
【０２４１】
より具体的に述べると、第２装置は、触媒の温度TempCが所定の温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれない」場合に限り、第１装置と同様の劣化度Keを低減させるための制御を行う。すなわち、第２装置は、触媒の温度TempCが上記温度範囲「外」の温度であり（本例においては、T3≦TempC≦T2に含まれる温度を採用。）、かつ、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、触媒上流側空燃比abyfsを「リッチ空燃比rich」とする「リッチ運転」を触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで行った後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。これに対し、第２装置は、触媒の温度TempCが上記温度範囲「外」の温度である場合、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【０２４２】
さらに、第２装置は、第１装置と同様、上記リーン運転が行われている期間における吸入空気量Gaの積算量Galsumが所定の閾値積算量Galsumth以上となったとき、リーン運転を中止する。その後、第２装置は、通常運転を再開する。以上が第２装置の作動の概要である。
【０２４３】
＜触媒の劣化度の取得方法＞
第２装置は、第１装置と同様の方法によって触媒５３の劣化度Keを取得する。そこで、第２装置における触媒５３の劣化度Keの取得方法についての説明は、省略される。
【０２４４】
＜触媒の劣化度の低減方法＞
第２装置は、第１装置と同様の考え方に基づき、「リッチ運転を行った後にリーン運転を行うこと」または「リーン運転を行うこと」によって触媒５３の劣化度Keを低減する。ところが、上述した触媒５３の特性（２）および特性（３）に示すように、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分を触媒成分CCに向けて効率良く移動される温度（第１温度T1以上第２温度T2以下）と、触媒成分CC上に存在する硫黄成分を排ガス中に効率良く放出される温度（第３温度T3以上）と、は一致しない場合がある。
【０２４５】
具体的に述べると、触媒の温度TempCが「第１温度T1以上であり且つ第３温度T3よりも低い温度範囲」に含まれる場合、リッチ運転によって酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動されたとしても、リーン運転によって触媒成分CC上に存在する硫黄成分（酸素吸蔵物質から移動された硫黄成分、および、触媒成分に吸着していた硫黄成分、の双方を含む。）は排ガス中に効率良く放出されない（図５を参照。）。そこで、第２装置は、上述した触媒５３の特性（１）〜（４）のうちの「排ガスの空燃比」と「触媒の温度」と「硫黄成分の挙動」との関係に着目し、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を行う。
【０２４６】
具体的に述べると、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、触媒の温度TempCが「第１温度T1以上であり且つ第３温度T3よりも低い温度範囲（T1≦TempC＜T3）」に含まれなければ、触媒下流側空燃比oxsに応じて下記（ａ）または下記（ｂ）の運転を行う。なお、下記運転（ａ）は第１装置における運転（ａ）と同一であり、下記運転（ｂ）は第１装置における運転（ｂ）と同一である。
【０２４７】
（ａ）触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、第２装置は、まず、触媒上流側空燃比abyfsを「リッチ空燃比rich」とする「リッチ運転」を行う。第２装置は、このリッチ運転を、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで継続する。次いで、第２装置は、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなった後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。
（ｂ）触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richである場合、第２装置は、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【０２４８】
本例においては、触媒５３に吸着・吸蔵された硫黄成分を効率良く排除する観点から、上記温度範囲（T1≦TempC＜T3）に含まれない触媒の温度として「第３温度T3以上であり且つ第２温度T2以下である温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれる温度」が採用される。触媒５３の温度TempCがこの温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれるとき、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分を効率良く触媒成分CCに向けて移動させることができ、かつ、触媒成分CC上の硫黄成分を効率良く排ガス中に放出させることができるからである（図５を参照。）。
【０２４９】
さらに、第２装置は、第１装置と同様、リーン運転が行われている期間における吸入空気量Gaの積算量Galsumが所定の閾値積算量Galsumth以上となるまでリーン運転を継続する。そして、第２装置は、積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となった後、リーン運転を中止するとともに通常運転を再開する。以上が第２装置における触媒５３の劣化度Keの低減方法である。
【０２５０】
＜空燃比制御＞
第２装置は、第１装置と同様の方法によって排ガスの空燃比を制御し、通常運転、リッチ運転およびリーン運転を行う。そこで、第２装置における空燃比制御についての説明は、省略される。
【０２５１】
＜実際の作動＞
以下、第２装置の実際の作動について説明する。
第２装置において、ＣＰＵ８１は、図６、図８〜図１２にフローチャートによって示した各ルーチンを所定のタイミング毎に繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、これらルーチンにおいて、第１装置と同様の触媒劣化フラグXCDおよび劣化度低減運転切替フラグXRECを用いる。
【０２５２】
以下、ＣＰＵ８１が実行する各ルーチンについて説明する。
第２装置は、ＣＰＵ８１が、図７に示すフローチャートに代えて図１２に示すフローチャートを実行する点についてのみ、第１装置と相違している。そこで、以下、この相違点を中心として説明を加える。
【０２５３】
ＣＰＵ８１は、第１装置と同様、図６のルーチンを所定時間が経過する毎に繰り返し実行する。すなわち、第２装置は、排気温度Texに基づいて触媒の温度TempCの温度を取得（推定）する。
【０２５４】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図１２にフローチャートによって示した「第２劣化度取得ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒５３の劣化度Keを取得する。図１２に示したルーチンは、ステップ１２１０およびステップ１２２０が含まれている点のみにおいて、図７に示したルーチンと相違している。そこで、図１２において図７に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図７のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらステップについての詳細な説明は、適宜省略される。
【０２５５】
図１２のルーチンについて具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図１２のステップ１２００から処理を開始すると、ステップ７１０に進む。現時点における触媒劣化フラグXCDの値が「０」であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７２０に進む。
【０２５６】
現時点にて上述した「劣化度判定条件」が成立していれば、ＣＰＵ８１は、ステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７３０およびステップ７４０の処理を順に実行し、触媒５３の劣化度Keを取得する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０に進む。
【０２５７】
現時点における劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１２１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１２１０にて、触媒５３の温度TempCが第１温度T1以上であり且つ第３温度T3よりも低い温度範囲に含まれるか否かを判定する。現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれる」温度であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２５８】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始すると、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２５９】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始すると、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９２０に進んで上流側目標空燃比abyfr（k）に理論空燃比stoichを設定する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。これにより、「通常運転」が行われる。すなわち、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）は行われない。
【０２６０】
このように、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であっても、触媒の温度TempCが上記温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれる」場合、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転は行われない。
【０２６１】
これに対し、現時点における触媒の温度TempCが上記温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれない」場合、ＣＰＵ８１は、図１２のステップ１２００から処理を開始してステップ７１０〜ステップ７５０を経由してステップ１２１０に進むと、ステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２０に進む。
【０２６２】
ＣＰＵ８１は、ステップ１２２０にて、触媒５３の温度TempCが第３温度T3以上であり且つ第２温度T2以下である温度範囲に含まれるか否かを判定する。現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれない」場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１２２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、上記同様、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転は実行されない。一方、現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれる」場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１２２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７６０にて、触媒劣化フラグXCDの値に「１」を設定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以下、現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれる」と仮定し、説明を続ける。
【０２６３】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進むと、ステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定する。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０〜ステップ８９０の処理を第１装置と同様に実行する。さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定する。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０〜ステップ９９０の処理を第１装置と同様に実行する。加えて、第２装置は、図１０および図１１のルーチンを第１装置と同様に実行する。この結果、触媒下流側空燃比oxsに応じて触媒５３の劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）が実行される。
【０２６４】
以上、説明したように、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合、「通常運転」を行う。一方、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、触媒の温度TempCが所定の温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれる」温度であれば、劣化度Keを低減するための運転を行わない。これに対し、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、触媒の温度TempCが上記温度範囲に「含まれない」温度であれば（本例においては、T3≦TempC≦T2の温度範囲に含まれる温度であれば）、劣化度Keを低減するための運転である「リッチ運転」または「リーン運転」を行う。
【０２６５】
具体的に述べると、第２装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下であれば、リッチ運転を行った「後」にリーン運転を行う。これに対し、第２装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きければ、リッチ運転は「行わず」リーン運転を行う。これにより、第２装置は、「触媒５３の全体」において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分および触媒成分CCに吸着した硫黄成分を排ガス中に排出することができる。その結果、触媒５３の劣化度Keが適切に低減される。
【０２６６】
ところで、上述した第１装置および第２装置の説明から明らかなように、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）が行われている期間、触媒劣化フラグXCDの値は「１」に維持されている。そのため、第１装置および第２装置のいずれにおいても、ＣＰＵ８１は、その期間中に図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進むと、ステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。すなわち、この期間、触媒５３の劣化度Keを取得することは禁止される。
【０２６７】
これは、劣化度Keを取得する際に排ガスの空燃比が変化させられるため（図４を参照。）、劣化度Keを取得するための空燃比制御によって劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）が妨げられることを避けるためである。
【０２６８】
なお、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転が終了すれば、触媒劣化フラグXCDの値は再び「０」に設定されるので（図８のステップ８７０を参照。）、劣化度Keを取得すること（図７のステップ７３０）が再び可能となる。
【０２６９】
＜実施形態の総括＞
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る制御装置（第１装置および第２装置）は、
触媒５３成分CCと酸素吸蔵物質OSMとを有する触媒５３と、
前記触媒５３から排出されるガスの酸素濃度である下流側酸素濃度oxsを取得する下流側酸素濃度取得手段７７と、
を備えた内燃機関１０に適用される。
【０２７０】
この制御装置は、
前記触媒５３の劣化度Keを取得する触媒劣化度取得手段（図７および図１２を参照。）と、前記触媒５３の劣化度Keを低減させる触媒劣化度低減手段（図８〜図１１を参照。）と、を備える。
【０２７１】
この触媒劣化度低減手段は、
前記触媒５３の劣化度Keが所定の閾値Keth以上であるとき（図７のステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定されるとき）、
（Ａ）前記下流側酸素濃度oxsが「空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度（上記各実施形態における理論空燃比stoichに相当。）と同一」または「前記基準酸素濃度stoichよりもリーン側の酸素濃度lean」であれば（図８のステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定されれば）、前記触媒５３に導入されるガスの酸素濃度である上流側酸素濃度abyfsを前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richとするリッチ運転（図９のステップ９８０を参照。）を前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richとなるまで（図８のステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定されるまで）行った後、前記上流側酸素濃度abyfsを前記基準酸素濃度stoichよりもリーン側の酸素濃度leanとするリーン運転（図９のステップ９９０を参照。）を行い、かつ、
（Ｂ）前記下流側酸素濃度oxsが前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richであれば、前記リーン運転を行う、
ようになっている。
【０２７２】
さらに、本発明の第２実施形態に係る制御装置（第２装置）において、
前記触媒５３は、
該触媒５３の温度が「第１温度T1以上第２温度T2以下」であるときに前記上流側酸素濃度abyfsが前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richである場合、前記酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が前記触媒成分CCに向けて移動し（上記特性（２）を参照。）、かつ、
該触媒５３の温度が前記第１温度T1と前記第２温度T2の間の「第２温度T3以上」であるときに前記上流側酸素濃度abyfsが前記基準酸素濃度stoichよりもリーン側の酸素濃度leanである場合、前記触媒成分CC上に存在する前記硫黄成分がガス中に放出される（上記特性（３）を参照。）、触媒５３である。
【０２７３】
このとき、前記触媒劣化度低減手段は、
前記触媒５３の温度が、「前記第１温度T1以上であり且つ前記第２温度T3よりも低い」場合（図１２のステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合）に前記リッチ運転を行わない、ようになっている。
【０２７４】
さらに、上記各実施形態の制御装置（第１装置および第２装置）において、
前記触媒劣化度取得手段は、
前記触媒５３が吸蔵し得る酸素の最大量Cmaxに基づいて前記劣化度Keを取得する（図７のステップ７３０およびステップ７４０を参照。）、ようになっている。
【０２７５】
本発明は上記各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。
【０２７６】
例えば、本発明の制御装置において、触媒劣化度低減手段は、劣化度Keの大きさに応じてリッチ空燃比richおよびリーン空燃比leanを調節するように構成され得る。
【０２７７】
例えば、触媒劣化度低減手段は、劣化度Keが大きくなるにつれてリッチ空燃比richが理論空燃比stoichからリッチ側に離れるように（すなわち、排ガスの空燃比が小さくなるように）リッチ空燃比richを調整するように構成され得る。
【０２７８】
具体的に述べると、触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度Keが「第１の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第１上流側酸素濃度が、前記劣化度Keが「前記第１の値よりも小さい第２の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第２上流側酸素濃度と同一または前記第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度である、ように構成され得る。
【０２７９】
さらに、例えば、触媒劣化度低減手段は、劣化度Keが大きくなるにつれてリーン空燃比leanが理論空燃比stoichからリーン側に離れるように（すなわち、排ガスの空燃比が大きくなるように）リーン空燃比leanを調整するように構成され得る。
【０２８０】
具体的に述べると、触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度Keが「第３の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第３上流側酸素濃度が、前記劣化度Keが「前記第３の値よりも小さい第４の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第４上流側酸素濃度と同一または前記第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度である、ように構成され得る。
【０２８１】
上述したようにリッチ空燃比richまたはリーン空燃比leanが調整されることにより、触媒５３に吸着・吸蔵された硫黄成分がさらに効率良く排除することができる。
【０２８２】
さらに、本発明の制御装置は、触媒５３の温度TempCが活性温度T0よりも低い場合にリッチ運転を行わない（禁止する）ように構成され得る。これは、触媒５３の温度TempCが活性温度T0よりも低い場合、触媒５３の温度TempCが活性温度T0以上である場合に比べて排ガスの浄化率が小さいためである。
【０２８３】
さらに、本発明の制御装置は、リッチ運転を実行する際にスロットル弁開度TAを減少させるとともに、リーン運転を実行する際にスロットル弁開度TAを増大させる、ように構成され得る。これにより、リッチ運転またはリーン運転が実行される際に出力トルクが大きく変動することが抑制され、ドライバビリティが低下することが防がれる。
【０２８４】
さらに、第１装置および第２装置は、リーン運転が実行されている期間中の吸入空気量の積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となるまでリーン運転を継続するようになっている。しかし、本発明の制御装置は、積算量Galsumの大きさにかかわらず、機関１０の運転状態に応じてリーン運転を中止するように構成され得る。例えば、触媒５３の温度TempCが所定温度よりも低い温度となった場合、および、冷却水の温度THWが所定温度よりも低い温度となった場合などにおいて、リーン運転が中止され得る。
【０２８５】
加えて、上述したように、本発明の制御装置は、リーン運転が実行されている期間中の吸入空気量の積算量Galsumに基づいて触媒５３から硫黄成分が十分に除去されたか否かを判断している。しかし、本発明の制御装置は、触媒５３に吸着・吸蔵された硫黄成分の量に関連する所定のパラメータに基づき、触媒５３から硫黄成分が十分に除去されたか否かを判断するように構成され得る。
【０２８６】
さらに、第１装置および第２装置は、三元触媒を備えた機関（火花点火式機関）に適用されている。しかし、本発明の制御装置は、NOx吸蔵還元触媒を備えた機関（例えば、ディーゼル機関）に適用され得る。
【０２８７】
さらに、第１装置および第２装置は、１のみの触媒を備えている。しかし、本発明の制御装置は、複数の触媒を備える機関に適用され得る。
【０２８８】
さらに、第１装置および第２装置は、上流側目標空燃比abyfrをリーン空燃比leanに設定することによってリーン運転を行うようになっている。ここで、本発明の制御装置は、リーン運転として「フューエルカット運転」を実行するように構成され得る。
【０２８９】
さらに、第１装置および第２装置は、触媒５３の劣化度Keを上記（１）式〜上記（３）式に従って取得した最大酸素吸蔵量に基づいて算出している（図４を参照。）。しかし、本発明の制御装置が触媒の劣化度を取得する方法は、この方法に限定されない。例えば、本発明の制御装置は、触媒に吸着・吸蔵されている硫黄成分の量に基づいて触媒の劣化度を算出するように構成され得る。
【０２９０】
さらに、第２装置は、触媒の温度TempCが所定の温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれる場合に触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を実行するようになっている（図１２のステップ１２２０を参照。）。しかし、本発明の制御装置においては、触媒の温度TempCがこの温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれない場合であっても、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転が実行されてもよい。例えば、本発明の制御装置は、図１２のルーチンに代えて、図１２のルーチンからステップ１２２０を削除したルーチンを実行するように構成され得る。
【符号の説明】
【０２９１】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３４…インジェクタ、５２…吸気管、５３…触媒、７６…上流側酸素濃度センサ、７７…下流側酸素濃度センサ、８０…電子制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室から排出されるガス（排ガス）を浄化するための触媒を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に適用される触媒には、種々の成分を含む高温の排ガスが導入される。そのため、触媒が長期間に亘って使用されると、触媒の排ガス浄化性能が低下する場合がある（以下、触媒の排ガス浄化性能が低下することを「触媒が劣化する」とも称呼する。）。
【０００３】
そこで、従来の内燃機関の制御装置の一つ（以下、「従来装置」と称呼する。）は、触媒の温度が所定の閾値以下であることを含む所定の運転条件が満たされない場合、減速時におけるフューエルカット運転を禁止するようになっている。これにより、従来装置は、高温の触媒に多量の酸素が導入されることを回避し、触媒が劣化することを抑制するようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。このように、従来から、触媒の劣化を抑制することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２２８９号公報
【発明の概要】
【０００５】
内燃機関に適用される触媒の例として、三元触媒およびNOx吸蔵還元触媒などが挙げられる。これら触媒は、触媒の温度が所定の活性温度以上であり、かつ、触媒に導入される排ガスの酸素濃度が所定の酸素濃度（理論空燃比の混合気が燃焼した際に生じる排ガスの酸素濃度）であるとき、その排ガスに含まれる未燃物（HCなど）の酸化反応および窒素酸化物（NOx）の還元反応を促進し、これらを高い浄化率にて同時に浄化することができる。以下、便宜上、三元触媒およびNOx吸蔵還元触媒などを単に「触媒」と総称する。
【０００６】
上記触媒は、一般に、酸素吸蔵物質（CeO2−ZrO2など）を含む担体（Al2O3など）と、その担体に担持された触媒成分（PtおよびRhなどの貴金属）と、を有する。この触媒成分によって構成される活性点（触媒活性点）において、未燃物と窒素酸化物との酸化還元反応（すなわち、排ガスの浄化）が促進される。一方、酸素吸蔵物質は、排ガスの酸素濃度が上記所定の酸素濃度よりも高いとき（すなわち、リーン側の酸素濃度であるとき）排ガスに含まれる過剰な酸素を吸蔵し、排ガスの酸素濃度が上記所定の酸素濃度よりも低いとき（すなわち、リッチ側の酸素濃度であるとき）吸蔵されている酸素を上記酸化反応のために放出する。このように、酸素吸蔵物質は、触媒成分における酸素濃度を調節することにより、排ガスの浄化を補助する。
【０００７】
ところが、酸素吸蔵物質には、酸素だけではなく排ガスに含まれる硫黄成分（SOxなど）が吸蔵される場合がある。さらに、触媒成分には、種々の原因によって硫黄成分（Sなど）が吸着する場合がある。酸素吸蔵物質に硫黄成分が吸蔵されると、その硫黄成分によって本来吸蔵されるべき酸素が吸蔵されることが妨げられるので、触媒が吸蔵し得る酸素の量が減少する。さらに、触媒成分に硫黄成分が吸着すると、触媒活性点が硫黄成分によって覆われるので、排ガスの浄化を促進することができる触媒活性点の数が減少する。これらの結果、触媒の排ガス浄化性能が低下する。このように、触媒に硫黄成分が吸着・吸蔵されることによって触媒が劣化する場合があるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を適切に除去することにより、触媒の劣化を適切に解消することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明による制御装置は、
触媒と、触媒から排出されるガスの酸素濃度を取得する下流側酸素濃度取得手段と、を備えた内燃機関に適用される。
【００１０】
より具体的に述べると、上記触媒は、内燃機関の燃焼室から排出されるガス（排ガス）が通過する触媒であって、該触媒の上流側から導入されるガスを浄化するとともに該ガスを該触媒の下流側から排出するようになっている。さらに、上記触媒は、触媒成分と酸素吸蔵物質とを有する。
【００１１】
上記触媒は、上述したように排ガスを浄化することができる触媒であればよく、特に制限されない。上記触媒として、例えば、触媒成分と、酸素吸蔵物質を含む担体と、を有する公知の三元触媒が採用され得る。さらに、上記触媒として、例えば、触媒成分と、酸素吸蔵物質およびNOx吸蔵物質を含む担体と、を有する公知のNOx吸蔵還元触媒が採用され得る。上記触媒は、例えば、内燃機関の排気通路に設けられ得る。
【００１２】
なお、上記触媒成分は、排ガスの浄化を促進すること（未燃物と窒素酸化物との酸化還元反応の反応速度を速めること）ができる成分であればよく、特に制限されない。触媒成分として、例えば、白金（Pt）およびロジウム（Rh）などの貴金属が採用され得る。さらに、上記酸素吸蔵物質は、酸素を吸蔵することができる物質であればよく、特に制限されない。酸素吸蔵物質として、例えば、酸化セリウム（セリア。CeO2）および酸化ジルコニウム（ZrO2）などが採用され得る。
【００１３】
なお、上記「ガスを浄化する」とは、ガスに含まれる未燃物および窒素酸化物などの浄化対象物質の少なくとも一部をそのガスから除去することを意味し、必ずしも浄化対象物質の全てをそのガスから除去することを意味しない。
【００１４】
さらに、上記下流側酸素濃度取得手段は、
前記触媒から排出されるガスの酸素濃度である「下流側酸素濃度」を取得するようになっている。
【００１５】
上記「下流側酸素濃度」を取得する方法は、特に制限されない。下流側酸素濃度は、例えば、ガスの酸素濃度の実際値を測定することができるセンサなどによって取得され得る。さらに、下流側酸素濃度は、例えば、ガスの酸素濃度の推定値を内燃機関の運転状態などに基づいて推定することができる推定手段によって取得され得る。
【００１６】
上述した構成を備えた内燃機関に適用される本発明の制御装置は、触媒劣化度取得手段と、触媒劣化度低減手段と、を備える。
【００１７】
より具体的に述べると、上記触媒劣化度取得手段は、前記触媒の劣化度を取得するようになっている。
【００１８】
上記「触媒の劣化度」は、触媒が本来有する（例えば、新品状態（未使用）の触媒が有する）排ガス浄化性能を基準とする排ガス浄化性能の低下の度合いを表し得る指標であればよく、特に制限されない。触媒の劣化度は、例えば、新品状態の触媒が吸蔵することができる酸素の最大量と、劣化度を取得する時点における触媒が吸蔵することができる酸素の最大量と、を比較することにより、取得され得る。さらに、触媒の劣化度は、例えば、劣化度を取得する時点において触媒に吸蔵されている不要成分（例えば、硫黄成分など）の量に基づき、取得され得る。なお、本発明において、劣化度の値は、その値が大きいほど触媒の劣化の程度が大きいことを表す。
【００１９】
触媒が劣化する原因の一つとして、上述したように、排ガスに含まれる硫黄成分（SOxなど）が酸素吸蔵物質に吸蔵されること、および、硫黄成分（Sなど）が触媒成分に吸着すること、が挙げられる。
【００２０】
そこで、上記触媒劣化度低減手段は、前記触媒の劣化度が所定の閾値以上であるとき、前記下流側酸素濃度に応じて、下記（Ａ）に示す運転、または、下記（Ｂ）に示す運転を行うようになっている。これら運転により、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分が除去され、触媒の劣化度が低減される。
【００２１】
（Ａ）前記下流側酸素濃度が「空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度と同一」または「前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度」である場合、前記触媒に導入されるガスの酸素濃度である上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とする「リッチ運転」、および、前記上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とする「リーン運転」。
このリーン運転は、上記運転を前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度となるまで行った後、行われる。
（Ｂ）前記下流側酸素濃度が「前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度」である場合、前記リーン運転。
【００２２】
上記「基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度」とは、上記基準酸素濃度よりも高い酸素濃度を意味する。一方、上記「基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度」とは、上記基準酸素濃度よりも低い酸素濃度を意味する。以下、基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度を単に「リーン側酸素濃度」とも称呼し、基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度を単に「リッチ側酸素濃度」とも称呼する。
【００２３】
上記「リッチ運転」は、上流側酸素濃度がリッチ側酸素濃度である運転であればよく、特に制限されない。リッチ運転として、例えば、内燃機関の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比とする運転（いわゆる、燃料増量運転）が採用され得る。さらに、リッチ運転として、例えば、燃焼室から排出されるガスに再び燃料を噴射する（いわゆる、排気添加を行う）運転が採用され得る。一方、上記「リーン運転」は、上流側酸素濃度がリーン側酸素濃度である運転であればよく、特に制限されない。リーン運転として、例えば、燃焼室へ燃料を供給しない運転（いわゆる、フューエルカット運転）が採用され得る。
【００２４】
上記（Ａ）および（Ｂ）に示す運転によって触媒の劣化度が低減される理由について、以下に説明する。
上述したように、触媒に硫黄成分が吸着・吸蔵すると、触媒が劣化する。発明者による種々の考察および実験などによれば、「触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動」と「排ガスの酸素濃度」との間には密接な関係があることが確認された。
【００２５】
具体的に述べると、まず、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分は、排ガスの酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」である場合に触媒成分に向けて移動し、排ガスの酸素濃度が「リーン側酸素濃度」である場合に触媒成分上から排ガス中に放出される、ことが確認された。すなわち、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分は、酸素吸蔵物質から排ガス中に直接には放出されず、触媒成分を経由して排ガス中に放出される、ことが確認された。一方、触媒成分に吸着している硫黄成分は、排ガスの酸素濃度が上記「リーン側酸素濃度」である場合に触媒成分上から排ガス中に放出される、ことが確認された。
【００２６】
そこで、本発明の触媒劣化度低減手段は、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去する際、触媒から排出されるガスの酸素濃度（下流側酸素濃度）が「リーン側酸素濃度」である場合、まず、触媒に導入されるガスの酸素濃度（上流側酸素濃度）を「リッチ側酸素濃度」とするリッチ運転を行う。触媒劣化度低減手段は、下流側酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」となるまで、このリッチ運転を継続する（上記（Ａ））。これにより、触媒の全体において、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分が触媒成分に向けて移動される。
【００２７】
次いで、触媒劣化度低減手段は、上流側酸素濃度を「リーン側酸素濃度」とするリーン運転を行う（上記（Ａ））。これにより、上記リッチ運転によって触媒成分に向けて移動された硫黄成分および触媒成分に吸着した硫黄成分の双方が、触媒の全体において、触媒成分上から排ガス中に放出される。
【００２８】
一方、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去する際、下流側酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」である場合、触媒の全体において、酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分はすでに触媒成分に向けて移動していると考えられる。そこで、この場合、触媒劣化度低減手段は、上記リッチ運転を行うことなく上記リーン運転を行う（上記（Ｂ））。これにより、上記同様、触媒の全体において、硫黄成分が触媒成分上から排ガス中に放出される。
【００２９】
このように、本発明の制御装置は、触媒の全体において、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去することができる。その結果、本発明の制御装置は、触媒の排ガス浄化性能を適切に回復させる（すなわち、触媒の劣化を適切に解消する）ことができる。
【００３０】
上述したように、本発明の制御装置は、「触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動」と「排ガスの酸素濃度」との関係に着目し、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去するようになっている。発明者によるさらなる種々の考察および実験などによれば、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動は、排ガスの酸素濃度だけではなく「触媒の温度」の影響をも受けることが確認された。
【００３１】
具体的に述べると、触媒の温度が「特定の温度範囲内にある（例えば、第１温度以上第２温度以下である）」ときに排ガスの酸素濃度が「リッチ側酸素濃度」である場合、酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて効率良く移動する、ことが確認された。さらに、触媒の温度が「上記特定の温度範囲内の特定の温度以上である（例えば、第１温度と第２温度の間の第３温度以上である）」ときに排ガスの酸素濃度が「リーン側酸素濃度」である場合、触媒成分上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される、ことが確認された。
【００３２】
そこで、本発明の制御装置の一の態様として、
触媒が下記（Ｃ−１）および（Ｃ−２）に示す特性を有する触媒であるとき、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記触媒の温度が「下記第１温度以上であり且つ下記第３温度よりも低い」場合に前記リッチ運転を「行わない」ように構成され得る。
【００３３】
（Ｃ−１）前記触媒の温度が「第１温度以上第２温度以下」であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりも「リッチ側」の酸素濃度である場合、前記酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が前記触媒成分に向けて移動する。
（Ｃ−２）前記触媒の温度が前記第１温度と前記第２温度の間の「第３温度以上」であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりも「リーン側」の酸素濃度である場合、前記触媒成分上に存在する前記硫黄成分がガス中に放出される。
【００３４】
上記第１温度、上記第２温度および上記第３温度は、触媒を構成する物質などに応じて定まる値であって、あらかじめ実験などによって取得され得る。
【００３５】
なお、上記（Ｃ−１）の特性は、触媒の温度が同特性に示される温度範囲（第１温度以上第２温度以下）に含まれる場合、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合よりも効率良く酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて移動されることを意味する。すなわち、上記（Ｃ−１）の特性は、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合に酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて全く移動しないことを意味するものではない。
【００３６】
上記同様、上記（Ｃ−２）の特性は、触媒の温度が同特性に示される温度範囲（第３温度以上）に含まれる場合、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合よりも効率良く触媒成分上に存在する硫黄成分が排ガス中に放出されることを意味する。すなわち、上記（Ｃ−２）の特性は、触媒の温度が同温度範囲に含まれない場合に触媒成分上に存在する硫黄成分が排ガス中に全く放出されないことを意味するものではない。
【００３７】
上述したように、本発明の触媒劣化度低減手段は、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を触媒から除去するとき、酸素吸蔵物質に吸蔵されている硫黄成分を触媒成分に向けて移動させた後に触媒成分上の硫黄成分を排ガス中に放出させる、ようになっている（上記（Ａ２）および上記（Ｂ）を参照。）。ところが、触媒が上記（Ｃ−１）および（Ｃ−２）の特性を有するとき、酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が効率良く触媒成分に移動される触媒の温度範囲（第１温度以上第２温度以下）と、触媒成分上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される触媒の温度範囲（第３温度以上）と、は一致しない場合がある。
【００３８】
そのため、触媒の温度が「第１温度以上であり且つ第３温度よりも低い」場合、リッチ運転によって酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が触媒成分に向けて移動されたとしても、リーン運転によって触媒成分上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出されない（図５を参照。）。
【００３９】
そこで、本態様の触媒劣化度低減手段は、触媒の温度が上記第１温度以上であり且つ上記第３温度よりも低い場合、上記リッチ運転を行わない。換言すると、本発明の触媒劣化度低減手段は、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を効率良く除去することができるときに（すなわち、触媒の温度が「第１温度以上であり且つ第３温度よりも低い温度範囲」に含まれないときに）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去する運転（上記（Ａ）および上記（Ｂ）を参照。）を行う。これにより、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を効率良く除去することができる。
【００４０】
さらに、本発明の制御装置の他の態様として、
触媒劣化度低減手段は、触媒の劣化度の大きさに応じて、「上記リッチ運転を行う際の上流側酸素濃度」を調整するように構成され得る。
【００４１】
例えば、前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が「第１の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第１上流側酸素濃度」が、前記劣化度が「前記第１の値よりも小さい第２の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第２上流側酸素濃度と同一」または「前記第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度」である、ように構成され得る。
【００４２】
このように、劣化度が大きいほど「リッチ運転を行う際の上流側酸素濃度」を上記基準酸素濃度からリッチ側に離れる酸素濃度に設定することにより（すなわち、第１上流側酸素濃度を第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分をさらに効率良く除去することができる。一方、劣化度の大小にかかわらずリッチ運転を行う際の上流側酸素濃度を変化させないことにより（すなわち、第１上流側酸素濃度を第２上流側酸素濃度と同一の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去する処理をより簡便に行うことができる。
【００４３】
さらに、本発明の制御装置のさらに他の態様として、
触媒劣化度低減手段は、触媒の劣化度の大きさに応じて、「上記リーン運転を行う際の上流側酸素濃度」を調整するように構成され得る。
【００４４】
例えば、前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が「第３の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第３上流側酸素濃度」が、前記劣化度が「前記第３の値よりも小さい第４の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である「第４上流側酸素濃度と同一」または「前記第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度」である、ように構成され得る。
【００４５】
このように、劣化度が大きいほど「リーン運転を行う際の上流側酸素濃度」を上記基準酸素濃度からリーン側に離れる酸素濃度に設定することにより（すなわち、第３上流側酸素濃度を第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分をさらに効率良く除去することができる。一方、劣化度の大小にかかわらずリーン運転を行う際の上流側酸素濃度を変化させないことにより（すなわち、第３上流側酸素濃度を第４上流側酸素濃度と同一の酸素濃度とすることにより）、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分を除去する処理を簡便に行うことができる。
【００４６】
上述したように、本発明の制御装置において、触媒の劣化度を取得する方法は特に制限されない。例えば、本発明の制御装置のさらに他の態様として、
前記触媒劣化度取得手段は、
前記触媒が吸蔵し得る酸素の最大量に基づいて前記劣化度を取得する、ように構成され得る。
【００４７】
上述したように、触媒の酸素吸蔵物質に硫黄成分が吸蔵されると「触媒が吸蔵し得る酸素の最大量」が減少する。そこで、上述したように、この「最大量」に基づいて触媒の劣化度が取得され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置が適用される内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示した上流側酸素濃度センサの出力値と、空燃比と、の関係を示すグラフである。
【図３】図１に示した下流側酸素濃度センサの出力値と、空燃比と、の関係を示すグラフである。
【図４】触媒の酸素吸蔵量の最大値を取得する際における、触媒上流側空燃比と、下流側酸素濃度センサの出力値と、酸素吸蔵量と、の関係を示すタイムチャートである。
【図５】触媒の温度と、排ガスの空燃比（酸素濃度）と、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の主な挙動と、の関係を示す概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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１０】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第１実施形態に係る制御装置の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】本発明の第２実施形態に係る制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５０】
（第１実施形態）
＜装置の概要＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置（以下、「第１装置」とも称呼する。）を内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。内燃機関１０は、４サイクル火花点火式多気筒（４気筒）機関である。図１は、複数の気筒のうちの一の気筒の断面のみを示している。なお、他の気筒もこの一の気筒と同様の構成を備えている。以下、便宜上、「内燃機関１０」を単に「機関１０」とも称呼する。
【００５１】
この機関１０は、シリンダブロック部２０、シリンダブロック部２０の上部に固定されるシリンダヘッド部３０、シリンダブロック部２０に空気と燃料との混合気を導入するための吸気系統４０、および、シリンダブロック部２０から排出されるガス（排ガス）を機関１０の外部に放出するための排気系統５０、を備えている。
【００５２】
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、および、クランクシャフト２４、を有している。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランクシャフト２４に伝達され、これにより同クランクシャフト２４が回転するようになっている。シリンダ２１の内壁面、ピストン２２の上面およびシリンダヘッド部３０の下面は、燃焼室２５を画成している。
【００５３】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを有するとともに同インテークカムシャフトの位相角およびリフト量を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３４、燃焼室２５に連通した排気ポート３５、排気ポート３５を開閉する排気弁３６、排気弁３６を駆動するエキゾーストカムシャフト３７、点火プラグ３８、および、点火プラグ３８に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３９、を有している。
【００５４】
なお、機関１０は、インジェクタ３４に代えて、または、インジェクタ３４とは別に、燃料を燃焼室２５内に直接噴射する筒内インジェクタ（図示省略。）を備えるように構成され得る。
【００５５】
吸気系統４０は、吸気ポート３１を介してそれぞれの気筒に連通されたインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１の上流側の集合部に接続された吸気管４２、吸気管４２の端部に設けられたエアクリーナ４３、吸気管４２の開口面積（開口断面積）を変更することができるスロットル弁（吸気絞り弁）４４、および、指示信号に応じてスロットル弁４４を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ４４ａ、を有している。吸気ポート３１、インテークマニホールド４１および吸気管４２は、吸気通路を構成している。
【００５６】
排気系統５０は、排気ポート３５を介してそれぞれの気筒に連通されたエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１の下流側の集合部に接続された排気管５２、および、排気管５２に設けられた排ガス浄化用触媒５３、を有している。排気ポート３５、エキゾーストマニホールド５１および排気管５２は、排気通路を構成している。以下、排ガス浄化用触媒５３を、単に「触媒５３」とも称呼する。
【００５７】
触媒５３は、酸素吸蔵物質としてセリア・ジルコニア共触媒（CeO2−ZrO2）などを含む担体としてのアルミナなどのセラミクスと、触媒成分としての白金およびロジウムなどの貴金属と、から構成される三元触媒である。この触媒５３は、触媒の温度がその活性温度以上であり、かつ、触媒５３に導入される排ガスの酸素濃度が「理論空燃比の混合気が燃焼した際に生じる排ガスの酸素濃度」である場合、排ガス中の未燃物（HCなど）と窒素酸化物（NOx）との酸化還元反応を促進し、これらを高い浄化率にて同時に浄化することができる。
【００５８】
機関１０の外部には、機関１０に加速要求および要求トルクなどを入力するためのアクセルペダル６１が設けられている。アクセルペダル６１は、機関１０の操作者によって操作される。
【００５９】
さらに、機関１０は、複数のセンサを備えている。
具体的に述べると、第１装置は、吸入空気量センサ７１、スロットル弁開度センサ７２、カムポジションセンサ７３、クランクポジションセンサ７４、水温センサ７５、上流側酸素濃度センサ７６、下流側酸素濃度センサ７７、および、アクセル開度センサ７８、を備えている。
【００６０】
吸入空気量センサ７１は、吸気通路（吸気管４２）に設けられている。吸入空気量センサ７１は、吸気管４２内を流れる空気の質量流量である吸入空気量（すなわち、機関１０に吸入される空気の質量）に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、吸入空気量Gaの測定値が取得される。
【００６１】
スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁４４の近傍に設けられている。スロットル弁開度センサ７２は、スロットル弁４４の開度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、スロットル弁開度TAが取得される。
【００６２】
カムポジションセンサ７３は、可変吸気タイミング装置３３の近傍に設けられている。カムポジションセンサ７３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（すなわち、クランクシャフト２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号に基づき、インテークカムシャフトの回転位置（カムポジション）の測定値が取得される。
【００６３】
クランクポジションセンサ７４は、クランクシャフト２４の近傍に設けられている。クランクポジションセンサ７４は、クランクシャフト２４が１０°回転する毎に幅の狭いパルスを有する信号を出力するとともに、クランクシャフト２４が３６０°回転する毎に幅の広いパルスを有する信号を出力するようになっている。これら信号に基づき、クランクシャフト２４の単位時間あたりの回転数の測定値（以下、単に「機関回転速度NE」とも称呼する。）が取得される。
【００６４】
水温センサ７５は、シリンダ２１に設けられている冷却水の通路に設けられている。水温センサ７５は、冷却水の温度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、冷却水の温度THWの測定値が取得される。
【００６５】
上流側酸素濃度センサ７６は、触媒５３の上流側の排気通路（エキゾーストマニホールド５１の集合部の近傍または集合部よりも下流側）に設けられている。上流側酸素濃度センサ７６は、公知の限界電流式の酸素濃度センサである。上流側酸素濃度センサ７６は、触媒５３に導入される排ガスの酸素濃度に応じた信号を出力するようになっている。
【００６６】
以下、排ガスの酸素濃度を「排ガスの空燃比」とも、排ガスの酸素濃度が理論空燃比の混合気が燃焼した際に生じる排ガスの酸素濃度であることを「排ガスの空燃比が理論空燃比である」とも、称呼する。さらに、以下、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を「リッチ空燃比」とも、理論空燃比よりもリーン側の空燃比を「リーン空燃比」とも、称呼する。
【００６７】
より具体的に述べると、排ガスの空燃比が「リッチ空燃比」であるとは、排ガスに「排ガスに含まれる未燃物を全て酸化するために必要な量よりも少ない量の酸素」が含まれている状態を表す。一方、排ガスの空燃比が「リーン空燃比」であるとは、排ガスに「排ガスに含まれる未燃物を全て酸化するために必要な量よりも多い量の酸素」が含まれている状態を表す。さらに、排ガスの空燃比が「理論空燃比」であるとは、排ガスに「排ガスに含まれる未燃物を全て酸化するために必要な量の酸素」が含まれている状態を表す。
【００６８】
この上流側酸素濃度センサ７６は、図２に示すように、測定対象であるガスの空燃比に応じた電圧であるVabyfsを出力するようになっている。出力値Vabyfsは、排ガスの空燃比が理論空燃比であるときに値Vstoichに一致する。さらに、排ガスの空燃比が増大するにつれて（すなわち、空燃比が理論空燃比からリーン側に離れた空燃比になるにつれて）、出力値Vabyfsは増大する。この出力値Vabyfsに基づき、触媒５３に導入される排ガスの空燃比が取得される。以下、触媒５３に導入される排ガスの空燃比を「触媒上流側空燃比abyfs」とも称呼する。さらに、以下、図２に示す出力値Vabyfsと空燃比A/Fとの関係は「テーブルMapabyfs」とも称呼される。
【００６９】
再び図１を参照すると、下流側酸素濃度センサ７７は、触媒５３の下流側の排気通路に設けられている。下流側酸素濃度センサ７７は、公知の起電力式（濃淡電池型）の酸素濃度センサである。下流側酸素濃度センサ７７は、触媒５３から排出される排ガスの酸素濃度（空燃比）に応じた信号を出力するようになっている。
【００７０】
この下流側酸素濃度センサ７７は、図３に示すように、測定対象であるガスの空燃比に応じた電圧であるVoxsを出力するようになっている。出力値Voxsは、排ガスの空燃比がリッチ空燃比であるときに最大値（例えば、約０．９Ｖ）となり、排ガスの空燃比がリーン空燃比であるときに最小値（例えば、約０．１Ｖ）となり、排ガスの空燃比が理論空燃比であるとき最大値と最小値とのほぼ中間の電圧（例えば、約０．５Ｖ）となる。さらに、出力値Voxsは、排ガスの空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化するときに最大値から最小値へ急変し、排ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化するときに最小値から最大値へ急変する。この出力値Voxsに基づき、触媒５３から排出される排ガスの空燃比が取得される。以下、触媒５３から排出される排ガスの空燃比を「触媒下流側空燃比oxs」とも称呼する。
【００７１】
再び図１を参照すると、アクセル開度センサ７８は、アクセルペダル６１に設けられている。アクセル開度センサ７８は、アクセルペダル６１の開度に応じた信号を出力するようになっている。この信号に基づき、アクセルペダル開度Accpが取得される。
【００７２】
さらに、機関１０は、電子制御装置８０を備えている。
電子制御装置８０は、ＣＰＵ８１、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、テーブル（マップ）および定数などをあらかじめ記憶したＲＯＭ８２、ＣＰＵ８１が必要に応じて一時的にデータを格納するＲＡＭ８３、電源が投入された状態でデータを格納すると共に格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ８４、ならびに、ＡＤコンバータを含むインターフェース８５を有する。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、ＲＡＭ８４およびインターフェース８５は、互いにバスで接続されている。
【００７３】
インターフェース８５は、上記各センサと接続され、ＣＰＵ８１にそれらセンサから出力される信号を伝えるようになっている。さらに、インターフェース８５は、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、インジェクタ３４、イグナイタ３９およびスロットル弁アクチュエータ４４ａなどと接続され、ＣＰＵ８１の指示に応じてそれらに指示信号を送るようになっている。
【００７４】
＜装置の作動の概要＞
以下、機関１０に適用される第１装置の作動の概要について説明する。
第１装置は、触媒５３に導入される排ガスの空燃比（触媒上流側空燃比abyfs）を理論空燃比stoichに一致させる「通常運転」が行われているとき、触媒５３の「劣化度Ke」を取得する。そして、第１装置は、所定の時点における劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、その時点において触媒５３から排出されている「排ガスの空燃比（触媒下流側空燃比oxs）」に応じて「劣化度Keを低減するための運転」を行う。
【００７５】
具体的に述べると、第１装置は、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、触媒上流側空燃比abyfsをリッチ空燃比richとする「リッチ運転」を触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで行った後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。これに対し、第１装置は、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【００７６】
さらに、第１装置は、上記リーン運転が行われている期間における吸入空気量Gaの積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となったとき、リーン運転を中止する。その後、第１装置は、通常運転を再開する。以上が第１装置の作動の概要である。
【００７７】
＜触媒の劣化度の取得方法＞
第１装置は、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxを取得するとともに、この最大酸素吸蔵量Cmaxに基づいて触媒の劣化度Keを取得する。以下、最大酸素吸蔵量Cmaxの取得および劣化度Keの取得について、より詳細に説明する。
【００７８】
１．最大酸素吸蔵量Cmaxの取得
第１装置は、通常運転が行われているとき、後述する「劣化度取得条件」が成立すれば、触媒５３の劣化度Keを取得するための制御（以下、「劣化度取得制御」とも称呼する。）を行う。
【００７９】
上記「劣化度取得制御」について、図４に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
このタイムチャートにおける時刻t1よりも前の期間においては、「通常運転」が行われている。すなわち、この期間において、触媒上流側空燃比abyfsは、理論空燃比stoichに一致するように制御されている。図４に示した例においては、便宜上、この期間において、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリッチ空燃比richを示す値であり、触媒５３の酸素吸蔵量OSAはゼロ近傍の所定値である、と仮定されている。なお、この所定値は、時刻t1よりも前に行われていた運転に応じて定まる値である。
【００８０】
時刻t1にて「劣化度取得条件」が成立すると、「劣化度取得制御」が開始される。具体的に述べると、第１装置は、時刻t1にて、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanとなるように機関１０を制御する。例えば、第１装置は、時刻t1において機関１０にフューエルカット運転を行わせる。
【００８１】
これにより、時刻t1において触媒上流側空燃比abyfsはリーン空燃比leanとなる。このとき、リーン空燃比leanの排ガス（すなわち、理論空燃比stoichの排ガスよりも酸素濃度が高い排ガス）が触媒５３に導入されるので、触媒５３はこの排ガスに含まれる酸素を吸蔵する。そのため、触媒５３の酸素吸蔵量OSAは、時刻t1以降において時間が経過するにつれて増大する。一方、このとき、触媒５３が排ガスに含まれる酸素を吸蔵するので、触媒５３から排出される排ガスには酸素が実質的に含まれない。よって、時刻t1以降においても、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリッチ空燃比richを示す値に維持される。
【００８２】
なお、実際には、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanとなる制御が開始されてから、リーン空燃比leanの排ガスが上流側酸素濃度センサ７６に到達するまで、には所定の時間長さを要する。そのため、実際には、時刻t1からその所定の時間長さが経過した後の時点にて、上流側酸素濃度abyfsがリーン空燃比leanとなる。しかし、本説明においては、理解が容易になるように、上流側酸素濃度abyfsは時刻t1においてリーン空燃比leanとなると仮定されている。以下、同様に、触媒上流側空燃比abyfsを変更する制御が開始されてからその空燃比の排ガスが上流側酸素濃度センサ７６に到達するまでの時間長さはゼロである、と仮定して説明を続ける。
【００８３】
その後、時刻t2において、触媒５３の酸素吸蔵量OSAは最大酸素吸蔵量Cmaxに到達する。このとき、触媒５３は排ガスに含まれる酸素を吸蔵することができないので、触媒５３から排出される排ガスに酸素が含まれ始める。よって、時刻t2において、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリーン空燃比leanを表す値となる。
【００８４】
時刻t2において、第１装置は、触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richとなるように機関１０を制御する。例えば、第１装置は、時刻t2において、燃料噴射量を通常運転が行われる場合の燃料噴射量よりも増大させる運転を機関１０に行わせる。
【００８５】
これにより、時刻t2において触媒上流側空燃比abyfsはリッチ空燃比richとなる。このとき、リッチ空燃比richの排ガス（すなわち、理論空燃比stoichの排ガスよりも酸素濃度が低い排ガス）が触媒５３に導入されるので、触媒５３は吸蔵されている酸素を排ガスの酸化還元反応のために放出する。そのため、触媒５３の酸素吸蔵量OSAは、時刻t2以降において時間が経過するにつれて減少する。一方、このとき、触媒５３に吸蔵されている酸素によって排ガスの酸化還元反応が行われるので、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）は、排ガスの酸化還元反応において消費されない。そのため、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）は、触媒５３から排出される排ガス中に残存する。よって、時刻t2以降においても、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsはリーン空燃比leanを示す値に維持される。
【００８６】
その後、時刻t3において、触媒５３の酸素吸蔵量OSAはゼロに到達する。このとき、触媒５３には酸素が吸蔵されていないので、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）が排ガスの酸化還元反応において消費される。そのため、排ガスに含まれる酸素（未燃酸素）は、触媒５３から排出される排ガス中に存在しない。よって、触媒５３から排出される排ガスには実質的に酸素が含まれない。したがって、時刻t3において、排ガスの空燃比はリッチ空燃比richを表す値となる。
【００８７】
時刻t3以降において、第１装置は、「通常運転」を再開する。これにより、時刻t3以降、触媒上流側空燃比abyfsは理論空燃比stoichに一致するように制御される。なお、時刻t3以降における下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsおよび触媒５３の酸素吸蔵量OSAは、機関１０の運転状態に応じた値となる。
【００８８】
上記各運転を行った後、第１装置は、下記（１）式および下記（２）式に従い、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxを算出する。下記（１）式において、数値０．２３は標準状態における空気の酸素濃度（重量パーセント濃度）を、Fsumは単位時間Δt内における燃料噴射量Fの積算値を、abyfsaveは触媒上流側空燃比abyfsの単位時間Δt内の平均値を、stoichは理論空燃比を、表す。下記（２）式において、同式の右辺はΔO2を時刻t2から時刻t3までの範囲において時間tについて積分した値の絶対値を表す。なお、周知のように、標準状態とは、温度がゼロ℃（２７３．１５Ｋ）であり且つ圧力が１ｂａｒ（１０５Ｐａ）である状態を意味する。
【００８９】
ΔO2＝0.23×Fsum×（abyfsave−stoich） ・・・（１）
Cmax＝｜Σ［t＝t2，t3］（ΔO2）｜ ・・・（２）
【００９０】
上記（１）式の右辺から明らかなように、上記（１）式により、「単位時間あたりに触媒５３に導入される排ガスに含まれる酸素量ΔO2を、理論空燃比の排ガスに含まれる酸素量を基準として表した値」が算出される。簡便に述べると、ΔO2は、理論空燃比の排ガスに含まれる酸素量を基準とする酸素の過剰量または不足量を表す値である。なお、酸素量が過剰であればΔO2は正の値となり、酸素量が不足していればΔO2は負の値となる。換言すると、ΔO2が正の値であればΔO2は単位時間あたりに触媒５３に「吸蔵」される酸素量を表し、ΔO2が負の値であればΔO2は単位時間あたりに触媒５３から「放出」される（排ガスの酸化還元反応において消費される）酸素量を表す。
【００９１】
よって、上記（２）式に示すように、時刻t2（酸素吸蔵量OSAが最大値である時点）から時刻t3（酸素吸蔵量OSAがゼロである時点）までの範囲においてΔO2を時間tについて積分することにより、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxが算出される。
【００９２】
なお、上記説明から明らかなように、「酸素吸蔵量OSAがゼロである時点」から「酸素吸蔵量OSAが最大値である時点」までの範囲においてΔO2を時間tについて積分することによっても、触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxが算出され得る。
【００９３】
２．触媒の劣化度Keの取得
第１装置は、上述したように取得された触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxに基づき、触媒５３の劣化度Keを取得する。具体的に述べると、第１装置は、下記（３）式に従い、触媒５３の劣化度Keを算出する。下記（３）式において、Cmaxnewは、触媒５３が新品状態である場合における最大酸素吸蔵量を表す。このCmaxnewは、あらかじめ実験などによって取得され得る。
【００９４】
Ke＝1−（Cmax／Cmaxnew） ・・・（３）
【００９５】
上記（３）式の右辺から明らかなように、触媒５３が全く劣化していなければ（すなわち、CmaxとCmaxnewとが一致していれば）劣化度Keはゼロである。一方、触媒５３の劣化の程度が大きくなるにつれて（すなわち、CmaxとCmaxnewとの差が大きくなるにつれて）劣化度Keは増大する。なお、上記（３）式の右辺から明らかなように、劣化度Keの最大値は１である。以上が第１装置における触媒５３の劣化度Keの取得方法である。
【００９６】
＜触媒の劣化度の低減方法＞
第１装置は、上述したように取得された触媒５３の劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、触媒５３の特性に基づいて「劣化度を低減するための運転」を行う。以下、触媒５３の特性および劣化度を低減するための運転について、より詳細に説明する。
【００９７】
１．触媒の特性
上述したように、触媒５３の酸素吸蔵物質に排ガスに含まれる硫黄成分（SOxなど）が吸蔵されるとともに、触媒５３の触媒成分に硫黄成分（Sなど）が吸着することにより、触媒５３が劣化する場合がある。発明者による種々の考察および実験などによれば、「排ガスの空燃比」と「触媒の温度」と「触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の挙動」との間には、密接な関連があることが確認された。この関連につき、図５を参照しながらより詳細に説明する。
【００９８】
図５は、排ガスの空燃比と、触媒の温度と、触媒に吸着・吸蔵された硫黄成分の主な挙動と、の関係を示す概略図である。図５に示すように、触媒５３は下記（１）〜（４）に示す特性を有することが確認された。下記特性（１）〜（４）において、活性温度T0、第１温度T1、第２温度T2および第３温度T3は、触媒５３を構成する物質などに応じて定まる値であって、あらかじめ実験などによって取得され得る。
【００９９】
（１）触媒５３の温度TempCが活性温度T0以上第１温度T1以下であるとき、排ガスの空燃比A/Fがリーン空燃比leanである場合、触媒５３に導入されるガスに含まれる硫黄成分が顕著に酸素吸蔵物質OSMに吸蔵される。
（２）触媒５３の温度TempCが第１温度T1以上第２温度T2以下であるとき、排ガスの空燃比A/Fがリッチ空燃比richである場合、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて効率良く移動する。このとき、硫黄成分は、触媒成分CC上において硫黄原子（S）の状態（すなわち、触媒成分CCに吸着した状態）にて存在する。
（３）触媒５３の温度TempCが第１温度T1と第２温度T2の間の第３温度T3以上であるとき、排ガスの空燃比A/Fがリーン空燃比leanである場合、触媒成分CC上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される。このとき、硫黄成分は、硫黄酸化物（SOx）の状態にて排ガス中に放出される。
（４）触媒５３の温度TempCが第２温度T2よりも高いとき、排ガスの空燃比A/Fがリッチ空燃比richである場合、触媒成分CC上に存在する硫黄成分が効率良く排ガス中に放出される。このとき、硫黄成分は、硫化水素（H2S）の状態にて排ガス中に放出される。
【０１００】
なお、特性（３）および特性（４）に示す条件（硫黄成分が触媒成分CCから排ガス中に放出される条件）が成立しないとき、排ガス中の硫黄成分は触媒成分CCに硫黄原子（S）の状態にて吸着し得ると考えられる。触媒成分CCに吸着した硫黄成分は、酸素吸蔵物質OSMから触媒成分CCに移動した硫黄成分と同様、特性（３）および特性（４）に示す条件が成立するときに触媒成分CCから排ガス中に放出されると考えられる。
【０１０１】
ところで、特性（１）は、触媒５３の温度TempCが同関係に示される温度範囲（活性温度T0以上第１温度T1以下）に含まれる場合、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合よりも顕著に硫黄成分が酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されることを意味する。すなわち、特性（１）は、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合に硫黄成分が酸素吸蔵物質OSMに全く吸蔵されないことを意味するものではない。
【０１０２】
さらに、特性（２）は、触媒５３の温度TempCが同関係に示される温度範囲（第１温度T1以上第２温度T2以下）に含まれる場合、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合よりも効率良く酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動されることを意味する。すなわち、特性（２）は、触媒５３の温度TempCが同温度範囲に含まれない場合に酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて全く移動しないことを意味するものではない。同様に、特性（３）および特性（４）は、触媒５３の温度TempCがそれぞれの関係に示される温度範囲に含まれる場合、触媒５３の温度TempCがそれら温度範囲に含まれない場合よりも効率良く触媒成分CC上に存在する硫黄成分が排ガス中に放出されることを意味する。すなわち、特性（３）および特性（４）は、触媒５３の温度TempCがそれら温度範囲に含まれない場合に硫黄成分が触媒成分CC上から全く放出されないことを意味するものではない。
【０１０３】
２．劣化度を低減するための運転
上述したように、触媒５３の担体に含まれる酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分は、所定の条件（上記特性（２）を参照。）が成立するとき、酸素吸蔵物質OSMから触媒成分CCに向けて効率良く移動する。そして、触媒成分CC上に存在する硫黄成分は、所定の条件（上記特性（３）および上記特性（４）を参照。）が成立するとき、排ガス中に効率良く放出される。すなわち、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分は、酸素吸蔵物質OSMからガス中に直接には放出されず、触媒成分CCを経由して排ガス中に放出される。
【０１０４】
そこで、第１装置は、上記特性（１）〜（４）のうちの特に「排ガスの空燃比」と「硫黄成分の挙動」との関係に着目し、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を行う。
【０１０５】
具体的に述べると、第１装置は、触媒５３の劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、触媒下流側空燃比oxsに応じて下記（ａ）または下記（ｂ）の運転を行う。
【０１０６】
（ａ）触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、第１装置は、まず、触媒上流側空燃比abyfsをリッチ空燃比richとする「リッチ運転」を行う。第１装置は、このリッチ運転を、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで継続する。次いで、第１装置は、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなった後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。
（ｂ）触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richである場合、第１装置は、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【０１０７】
上記運転（ａ）において、リッチ運転が開始されると、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている硫黄成分は触媒成分CCに向けて移動し始める。ただし、触媒５３は所定の大きさを有するので、リッチ運転が開始されてから触媒５３の全体において硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動するまでには、所定の時間長さを要する。そこで、上記運転（ａ）においては、「触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richになるまで」リッチ運転が継続される。これにより、触媒５３の「全体」において、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分を触媒成分CCに向けて移動させることができる。
【０１０８】
なお、上記運転（ａ）に示したように、触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoichと同一」である場合にもリッチ運転が行われる。この理由を以下に述べる。
上述したように触媒５３は酸素吸蔵能を有するので、触媒上流側空燃比abyfsの値にかかわらず触媒下流側空燃比oxsが理論空燃比stoichとなる可能性がある。そのため、運転（ａ）のリッチ運転が行われる前に何らかの理由によって触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richとなっていても、触媒下流側空燃比oxsは理論空燃比stoichとなる場合がある。この場合、運転（ａ）のリッチ運転を行わなくとも酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分は触媒成分CCに向けて移動する。しかし、第１装置は、より確実に触媒５３の全体において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分を触媒成分CCに向けて移動させるべく、この場合であってもリッチ運転を行う。
【０１０９】
さらに、上記運転（ａ）において、上述したように触媒５３の全体において硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動された後、リーン運転が行われる。これにより、触媒成分CC上の硫黄成分は排ガス中に放出される。このとき、触媒成分CCに吸着していた硫黄成分も、排ガス中に放出される。この結果、触媒５３の全体において、触媒５３に吸着・吸蔵されていた硫黄成分が除去される。
【０１１０】
一方、上記運転（ｂ）において、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば、触媒５３の全体において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分はすでに触媒成分CCに向けて移動していると考えられる。そのため、上記運転（ｂ）においては、リッチ運転が行われることなくリーン運転が行われる。この結果、触媒５３の全体において、触媒５３に吸着・吸蔵されていた硫黄成分が除去される。
【０１１１】
なお、第１装置は、上記運転（ａ）および上記運転（ｂ）におけるリーン運転が行われている期間（すなわち、硫黄成分が排ガス中に放出されている期間）において、吸入空気量Gaを積算する。第１装置は、リーン運転を、その積算量Galsumが所定の閾値積算量Galsumth以上となるまで継続する。そして、第１装置は、積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となった後、リーン運転を中止するとともに通常運転を再開する。ここで、積算量Galsumは、触媒５３に吸着・吸蔵されていた硫黄成分が十分に除去されたと判断し得る適値に設定され得る。以上が第１装置における触媒５３の劣化度Keの低減方法である。
【０１１２】
＜空燃比制御＞
次いで、第１装置の実際の作動について説明する前に、上述した通常運転、リッチ運転およびリーン運転を行うための空燃比制御について、説明する。
【０１１３】
第１装置における空燃比制御は、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsに基づいて得られる上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるための「メインフィードバック制御」、および、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsを下流側目標出力値Voxsrefに一致させるための「サブフィードバック制御」から構成される。
【０１１４】
より具体的に述べると、まず、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsが、「下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsと下流側目標出力値Voxsrefとの差である出力偏差量DVoxsを小さくするように算出されたサブフィードバック量Vafsfb」により補正される。次いで、この補正によって得られた「フィードバック制御用出力値Vabyfc」がテーブルMapabyfs（図２を参照。）に適用されることにより、「フィードバック制御用空燃比（補正検出空燃比）abyfsc」が算出される。そして、このフィードバック制御用空燃比abyfscと「上流側目標空燃比abyfr」とが一致するように、燃料噴射量Fiが制御される。以下、この空燃比制御をより詳細に説明する。
【０１１５】
なお、この空燃比制御においては、現時点（時点k）における所定のパラメータの値と、現時点よりも過去の時点（時点k−N）における所定のパラメータの値と、が用いられる。以下、特に注釈が付されることなくそれらパラメータの値が記載されている場合、それら値は現時点（時点k）における値を表す。
【０１１６】
１．メインフィードバック制御
まず、第１装置が行うメインフィードバック制御について説明する。
第１装置は、下記（４）式に従い、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出する。下記（４）式において、Vabyfsは上流側酸素濃度センサ７６の出力値を、Vafsfbは下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsに基づいて算出されるサブフィードバック量を、表す。サブフィードバック量Vafsfbの算出方法は後述される。
【０１１７】
Vabyfc＝Vabyfs＋Vafsfb ・・・（４）
【０１１８】
次いで、第１装置は、下記（５）式に従い、上記フィードバック制御用出力値VabyfcをテーブルMapabyfs（図２を参照。）に適用することにより、フィードバック制御用空燃比abyfscを決定する。
【０１１９】
abyfsc＝Mapabyfs（Vabyfc） ・・・（５）
【０１２０】
次いで、第１装置は、下記（６）式に従い、現時点（時点k）にて気筒内に吸入される空気の量である筒内吸入空気量Mc（k）を現時点（時点k）における上流側目標空燃比abyfr（k）によって除算することにより、基本燃料噴射量Fbaseを算出する。上流側目標空燃比abyfr（k）の算出方法は後述される。
【０１２１】
Fbase＝Mc（k）／abyfr（k） ・・・（６）
【０１２２】
上記筒内吸入空気量Mcは、各気筒において吸気行程が行われる毎に、その時点の吸入空気量Gaと機関回転速度NEとに基づいて算出される。例えば、筒内吸入空気量Mcは、吸入空気量Gaに対して一次遅れ処理を施した値を機関回転速度NEで除算することによって算出される。この筒内吸入空気量Mcは、吸気行程が行われる各時点（時点k−N、・・・、時点k−1、時点k、時点k＋1、・・・）と関連付けられたデータとして、ＲＡＭ８３内に格納される。なお、筒内吸入空気量Mcは、公知の吸入空気量モデル（吸気通路における空気の挙動を模して構築されたモデル）によって算出されてもよい。
【０１２３】
次いで、第１装置は、下記（７）式に従い、上記基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック量DFiによって補正する（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、最終燃料噴射量Fiを算出する。そして、第１装置は、最終燃料噴射量Fiだけの燃料を吸気行程が行われる気筒のインジェクタ３４から噴射させる。メインフィードバック量DFiの算出方法は後述される。
【０１２４】
Fi＝Fbase＋DFi ・・・（７）
【０１２５】
上記（７）式におけるメインフィードバック量DFiは、以下のように算出される。
まず、第１装置は、下記（８）式に従い、現時点よりもNサイクル前の時点（時点k−N）における筒内吸入空気量Mc（k−N）を上記フィードバック制御用空燃比（補正検出空燃比）abyfscにて除算することにより、現時点よりもNサイクル前の時点において燃焼室２５に供給された燃料の量である「筒内燃料供給量Fc（k−N）」を算出する。
【０１２６】
Fc（k−N）＝Mc（k−N）／abyfsc ・・・（８）
【０１２７】
なお、上記（８）式においては、現時点からNサイクル前の筒内吸入空気量Mc（k−N）を（現時点における）フィードバック制御用空燃比abyfscで除算することにより、現時点からNサイクル前の筒内燃料供給量Fc（k−N）を算出している。これは、燃焼室２５内で燃焼された混合気が上流側酸素濃度センサ７６に到達するまでにNサイクルに相当する時間を要するからである。
【０１２８】
次いで、第１装置は、下記（９）式に従い、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サイクル前の上流側目標空燃比abyfr（k−N）で除算することにより、現時点からNサイクル前の「目標筒内燃料供給量Fcr（k−N）」を算出する。
【０１２９】
Fcr（k−N）＝Mc（k−N）／abyfr（k−N） ・・・（９）
【０１３０】
次いで、第１装置は、下記（１０）式に従い、現時点からNサイクル前の目標筒内燃料供給量Fcr（k−N）から筒内燃料供給量Fc（k−N）を減算することにより、「筒内燃料供給量偏差DFc」を算出する。この筒内燃料供給量偏差DFcは、「Nサイクル前の時点で筒内に供給された燃料の過不足分」を表す。
【０１３１】
DFc＝Fcr（k−N）−Fc（k−N） ・・・（１０）
【０１３２】
次いで、第１装置は、下記（１１）式に従い、メインフィードバック量DFiを算出する。下記（１１）式において、Gpはあらかじめ設定された比例ゲインを、Giはあらかじめ設定された積分ゲインを、KFBは所定の係数を、SDFcは筒内燃料供給量偏差DFcの積分値を、表す。
【０１３３】
DFi＝（Gp・DFc＋Gi・SDFc）・KFB ・・・（１１）
【０１３４】
上記（１０）式および上記（１１）式に示すように、第１装置は、フィードバック制御用空燃比abyfscと上流側目標空燃比abyfrとに基づく比例積分制御によってメインフィードバック量DFiを算出する。このメインフィードバック量DFiは、上記（７）式に示すように基本燃料噴射量Fbaseに加算される。これにより、最終燃料噴射量Fiが算出される。以上が第１装置が行うメインフィードバック制御である。
【０１３５】
２．サブフィードバック制御
次いで、第１装置が行うサブフィードバック制御について説明する。
第１装置は、下記（１２）式に従い、下流側目標出力値Voxsrefから現時点の下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsを減算することにより、出力偏差量DVoxsを算出する。第１装置においては、触媒５３の排ガス浄化性能を考慮し、下流側目標出力値Voxsrefとして「理論空燃比よりもわずかにリッチ側の空燃比に対応する値」が採用される。
【０１３６】
DVoxs＝Voxsref−Voxs ・・・（１２）
【０１３７】
次いで、第１装置は、下記（１３）式に従い、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。下記（１３）式において、Kpはあらかじめ設定された比例ゲイン（比例定数）を、Kiはあらかじめ設定された積分ゲイン（積分定数）を、SDVoxsは出力偏差量DVoxsの積分値を、表す。
【０１３８】
Vafsfb＝Kp・DVoxs＋Ki・SDVoxs ・・・（１３）
【０１３９】
上記（１２）式および上記（１３）式に示すように、第１装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsと下流側目標出力値Voxsrefとに基づく比例積分制御によってサブフィードバック量Vafsfbを算出する。このサブフィードバック量Vafsfbは、上記（４）式に示すように、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsに加算される。これにより、フィードバック制御用出力値Vabyfcが算出される。以上が第１装置が行うサブフィードバック制御である。
【０１４０】
３．空燃比制御の総括
上述したように、第１装置は、上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsにサブフィードバック量Vafsfbを加算することによって出力値Vabyfsを補正し、この補正によって得られたフィードバック制御用出力値Vabyfc（＝Vabyfs＋Vafsfb）に基づいてフィードバック制御用空燃比abyfscを算出する。そして、第１装置は、算出されたフィードバック制御用空燃比abyfscと、上流側目標空燃比abyfrと、が一致するように、燃料噴射量Fiを算出する。
【０１４１】
その結果、上流側空燃比abyfsが上流側目標空燃比abyfrに近づくとともに、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが下流側目標出力値Voxsrefに近づく。換言すると、触媒５３の上流側の空燃比および下流側の空燃比の双方が、それぞれの目標値に近づけられる。以上が第１装置が行う空燃比制御である。
【０１４２】
＜実際の作動＞
以下、第１装置の実際の作動について説明する。
第１装置において、ＣＰＵ８１は、図６〜図１１にフローチャートによって示した各ルーチンを所定のタイミング毎に繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、これらルーチンにおいて、触媒劣化フラグXCDおよび劣化度低減運転切替フラグXRECを用いる。
【０１４３】
触媒劣化フラグXCDは、その値が「０」であるとき、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さく、劣化度Keを低減する運転を行う必要がないことを表す。一方、触媒劣化フラグXCDは、その値が「１」であるとき、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であり、劣化度Keを低減する運転を行う必要があることを表す。
【０１４４】
劣化度低減運転切替フラグXRECは、その値が「０」であるとき、触媒５３の状態が「酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分を触媒成分CCに移動させる運転（すなわち、上記リッチ運転）を行い得る状態」であることを意味する。一方、劣化度低減運転切替フラグXRECは、その値が「１」であるとき、触媒５３の状態が「硫黄成分を触媒成分CC上から排ガス中に放出する運転（すなわち、上記リーン運転）を行い得る状態」であることを表す。
【０１４５】
触媒劣化フラグXCDの値および劣化度低減運転切替フラグXRECの値は、機関１０を搭載した車両の工場出荷時およびサービス点検実施時などにおいて触媒５３に異常がないことが確認された際に電子制御装置８０に対して所定の操作がなされたとき、初期値としての「０」に設定されるようになっている。
【０１４６】
以下、ＣＰＵ８１が実行する各ルーチンについて説明する。
まず、現時点において、触媒劣化フラグXCDの値および劣化度低減運転切替フラグXRECの値の双方は「０」に設定されていると仮定する。以下、便宜上、この仮定を「初期設定仮定」とも称呼する。
【０１４７】
ＣＰＵ８１は、機関１０が始動されると、所定時間が経過する毎に、図６にフローチャートによって示した「触媒温度推定ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒の温度TempCを取得する。
【０１４８】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図６のステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、現時点が機関１０の始動直後であるか否かを判定する。現時点が機関１０の始動直後であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進む。これに対し、現時点が機関１０の始動直後でなければ、ＣＰＵ８１は、ステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に進む。ここで、「現時点が機関１０の始動直後である」と仮定して、説明を続ける。
【０１４９】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、ステップ６２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ６２０にて、「始動時冷却水温THWSと、触媒温度TempCと、の関係」をあらかじめ定めた始動時触媒温度推定関数f（THWS）に、現時点における冷却水温THWSを適用することにより、現時点における触媒の温度TempCを取得（推定）する。
【０１５０】
始動時触媒温度推定関数f（TWS）において、触媒の温度TempCは、始動時冷却水温THWSが増大するにつれて増大するように定められる。
【０１５１】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ６３０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ６３０にて、「筒内吸入空気量Mcと、機関回転速度NEと、排気温度Texと、の関係」をあらかじめ定めた排気温度テーブルMapTex（Mc，NE）に現時点における筒内吸入空気量Mcおよび機関回転速度NEを適用することにより、現時点における排気温度Texを取得（推定）する。
【０１５２】
次いで、ＣＰＵ８１はステップ６４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ６４０にて、下記（１４）式に従って触媒の温度TempCを更新・取得する。下記（１４）式において、αは０よりも大きく且つ１よりも小さい定数を、TempC（k）は更新される前の触媒の温度TempCを、TempC（k+1）は更新された後の触媒の温度TempCを、表す。
【０１５３】
TempC（k+1）＝α・TempC（k）＋（1−α）・Tex ・・・（１４）
【０１５４】
ステップ６４０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５５】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図７にフローチャートによって示した「第１劣化度取得ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒５３の劣化度Keを取得する。
【０１５６】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるか否かを判定する。上記初期設定仮定に従うと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進む。
【０１５７】
ＣＰＵ８１は、ステップ７２０にて、「触媒５３の劣化度Keを判定するための条件（劣化度判定条件）」が成立しているか否かを判定する。より具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、ステップ７２０にて、以下の条件ａ−１〜ａ−３の全てが成立したとき、劣化度判定条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ８１は、条件ａ−１〜ａ−３のうちの少なくとも１つが成立しないとき、劣化度判定条件が成立しないと判定する。
【０１５８】
（条件ａ−１）冷却水の温度THWが所定の閾値以上である。
（条件ａ−２）スロットル弁開度TAの単位時間あたりの変化量が所定の閾値以下である。
（条件ａ−３）図示しない車速センサによって取得される車速の単位時間あたりの変化量が所定の閾値以下である。
【０１５９】
条件ａ−１に係る所定の閾値は、機関１０の暖機が完了していると判断し得る適値に設定される。条件ａ−２および条件ａ−３に係る所定の閾値は、機関１０が定常運転されていると判断し得る適値に設定される。
【０１６０】
ＣＰＵ８１は、劣化度判定条件が「成立していない」とき、ステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。よって、劣化度判定条件が成立していないとき、触媒５３の劣化度Keは取得されない。これに対し、ＣＰＵ８１は、劣化度判定条件が「成立している」とき、ステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進む。以下、現時点にて劣化度判定条件が「成立している」と仮定して、説明を続ける。
【０１６１】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、ステップ７３０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７３０にて、上記（１）式および上記（２）式に従い、現時点における触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxを取得する。
【０１６２】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７４０にて、上記（３）式に従い、現時点における触媒５３の最大酸素吸蔵量Cmaxと、触媒５３が新品状態である場合における最大酸素吸蔵量Cmaxnewと、に基づいて触媒５３の劣化度Keを取得する。
【０１６３】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７５０にて、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であるか否かを判定する。閾値劣化度Kethは、触媒５３の劣化度を低減する運転を行う必要があると判断し得る適値に設定される。
【０１６４】
ここで、第１装置が実行する運転を以下の２つの場合に場合を分けて説明する。
（場合１）現時点における触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合
（場合２）現時点における触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合
以下、説明を続ける。
【０１６５】
（場合１）触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合
この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６６】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図８にフローチャートによって示した「劣化度低減ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒５３の劣化度Keを低減するために如何なる運転を実行するか（すなわち、リーン運転およびリッチ運転のいずれを実行するか）を決定する。
【０１６７】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図８のステップ８００から処理を開始するとステップ８１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８１０にて、触媒劣化フラグXCDの値が「１」であるか否かを判定する。現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１６８】
このように、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるとき、触媒５３の劣化度Keを低減するために如何なる運転を実行するかついては判断されない。これは、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるときには触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を行う必要がないからである。
【０１６９】
さらに、ＣＰＵ８１は、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の所定クランク角度（例えば、排気上死点前９０度クランク角）θｆに一致する毎に、図９にフローチャートによって示した「燃料噴射制御ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、最終燃料噴射量Fiを決定するとともに、その最終燃料噴射量Fiだけの燃料をインジェクタ３４から噴射させる。以下、便宜上、クランク角が上記所定クランク角θｆに一致する吸気行程前の気筒を、「燃料噴射気筒」とも称呼する。
【０１７０】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進み、触媒劣化フラグXCDの値が「０」であるか否かを判定する。現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進む。
【０１７１】
ＣＰＵ８１は、ステップ９２０にて、上流側目標空燃比abyfr（k）に「理論空燃比stoich」を格納する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。ステップ９３０〜ステップ９６０にて実行される処理は、以下の通りである。
【０１７２】
ステップ９３０：ＣＰＵ８１は、吸入空気量Gaと機関回転速度NEとに基づき、燃料噴射気筒に吸入される空気の量である筒内吸入空気量Mc（k）を取得する。
ステップ９４０：ＣＰＵ８１は、上記（６）式に従い、基本燃料噴射量Fbaseを算出する。
ステップ９５０：ＣＰＵ８１は、上記（７）式に従い、基本燃料噴射量Fbaseをメインフィードバック量DFiによって補正することにより、最終燃料噴射量Fiを算出する。
ステップ９６０：ＣＰＵ８１は、最終燃料噴射量Fiの燃料を噴射するよう、燃料噴射気筒に設けられているインジェクタ３４に指示を与える。
【０１７３】
ステップ９６０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７４】
上述した各処理によって最終燃料噴射量Fiが算出されるとともに、その最終燃料噴射量Fiだけの燃料が燃料噴射気筒に噴射される。これにより、上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichに設定された「通常運転」が実行される。
【０１７５】
さらに、ＣＰＵ８１は、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の所定クランク角度θｇに一致する毎に、図１０にフローチャートによって示した「メインフィードバック量算出ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、メインフィードバック量DFiを算出する。
【０１７６】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進み、「触媒上流側空燃比abyfsを上流側目標空燃比abyfrに一致させるフィードバック制御を行い得る条件（メイン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。より具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、ステップ１００５にて、下記条件ｂ−１〜ｂ−５の全てが成立したとき、メインフィードバック制御条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ８１は、下記条件ｂ−１〜ｂ−５のうちの少なくとも１つが成立しないとき、メインフィードバック制御条件が成立しないと判定する。
【０１７７】
（条件ｂ−１）触媒の温度TempCが所定の閾値以上である。
（条件ｂ−２）冷却水温THWが所定の閾値以上である。
（条件ｂ−３）吸入空気量Gaが所定の閾値以下ある。
（条件ｂ−４）上流側酸素濃度センサ７６が活性化している。
（条件ｂ−５）最終燃料噴射量Fiをゼロとする運転（フューエルカット運転）が実行中ではない。
【０１７８】
条件ｂ−１に係る所定の閾値は、触媒５３が活性化していると判断し得る適値に設定される。条件ｂ−２に係る所定の閾値は、機関１０の暖機が完了していると判断し得る適値に設定される。条件ｂ−３に係る所定の閾値は、機関１０の負荷が過大ではないと判断し得る適値に設定される。条件ｂ−４は、メインフィードバック制御にて上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsが用いられるために設けられている条件である。条件ｂ−５は、フューエルカット運転中は燃料噴射量を変化させることができないために設けられている条件である。よって、例えば、機関１０が暖機運転されている期間中およびフューエルカット運転が実行されている期間中などにおいては、上記メインフィードバック制御条件は成立しない。
【０１７９】
現時点においてメインフィードバック制御条件が「成立しない」場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１００５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１０１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１０１０にて、メインフィードバック量DFiにゼロを格納する。
【０１８０】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１０１５に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１０１５にて、筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcにゼロを格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８１】
このように、メインフィードバック制御条件が成立しない場合、メインフィードバック量DFiはゼロに設定される。そのため、この場合、上述した「メインフィードバック量DFiによる基本燃料噴射量Fbaseの補正」は行われない（図９のステップ９５０を参照。）。
【０１８２】
次いで、ＣＰＵ８１は、任意の気筒のクランク角度が吸気行程前の所定クランク角度θｈに一致する毎に、図１１にフローチャートによって示した「サブフィードバック量算出ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。
【０１８３】
具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図１１のステップ１１００から処理を開始してステップ１１１０に進み、「下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsを下流側目標出力値Voxsrefに一致させるサブフィードバック制御を行い得る条件（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。より具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて、下記条件ｃ−１〜ｃ−３の全てが成立したとき、サブフィードバック制御条件が成立すると判定する。換言すると、ＣＰＵ８１は、下記条件ｃ−１〜ｃ−３のうちの少なくとも１つが成立しないとき、サブフィードバック制御条件が成立しないと判定する。
【０１８４】
（条件ｃ−１）上記メインフィードバック条件が成立している。
（条件ｃ−２）上流側目標空燃比abyfrが理論空燃比stoichに設定されている。
（条件ｃ−３）下流側酸素濃度センサ７７が活性化している。
【０１８５】
条件ｃ−１および条件ｃ−２は、サブフィードバック制御は通常運転が実行されている際に上記メインフィードバック制御と並行して実行される制御であるために設けられている条件である。条件ｃ−３は、サブフィードバック制御にて下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが用いられるために設けられている条件である。よって、例えば、機関１０が暖機運転されている期間中、フューエルカット運転が実行されている期間中、ならびに、リッチ運転およびリーン運転が実行されている期間中などにおいては、上記サブフィードバック制御条件は成立しない。
【０１８６】
上述したように現時点においてメインフィードバック制御条件が成立していないので、サブフィードバック制御条件は成立しない（条件ｃ−１を参照。）。そのため、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１１２０にて、サブフィードバック量Vafsfbにゼロを格納する。
【０１８７】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１０２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１０２０にて、出力偏差量DVoxsの積分値SDVoxsにゼロを格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８８】
このように、サブフィードバック制御条件が成立しない場合、サブフィードバック量Vafsfbはゼロに設定される。そのため、この場合、後述する「サブフィードバック量Vafsfbによる上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsの補正」は行われない（図１０のステップ１０２０を参照。）。
【０１８９】
したがって、現時点においてメインフィードバック制御条件が成立しない場合、メインフィードバック量DFiがゼロに設定されるとともに、サブフィードバック量Vafsfbがゼロに設定される。そのため、吸入空気量Ga、機関回転速度NEおよび上流側目標空燃比abyfrに基づいて定められる基本燃料噴射量Fbaseの燃料が、燃料噴射気筒に噴射される（図９のステップ９３０〜ステップ９６０を参照。）。
【０１９０】
これに対し、現時点においてメインフィードバック制御条件が「成立する」場合、ＣＰＵ８１は、図１０のステップ１０００から処理を開始してステップ１００５に進むと、ステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ１００５に続くステップ１０２０〜ステップ１０５０の処理を順に実行する。ステップ１０２０〜ステップ１０５０にて実行される処理は、以下の通りである。
【０１９１】
ステップ１０２０：ＣＰＵ８１は、上記（４）式に従い、フィードバック制御用出力値Vabyfcを算出する。なお、上述したように、現時点におけるサブフィードバック量Vafsfbはゼロである。
ステップ１０２５：ＣＰＵ８１は、上記（５）式に従い、フィードバック制御用空燃比abyfscを決定する。
ステップ１０３０：ＣＰＵ８１は、上記（８）式に従い、現時点よりもNサイクル前の時点における筒内燃料供給量Fc（k−N）を算出する。
ステップ１０３５：ＣＰＵ８１は、上記（９）式に従い、現時点よりもNサイクル前の時点における目標筒内燃料供給量Fcr（k−N）を算出する。
ステップ１０４０：ＣＰＵ８１は、上記（１０）式に従い、筒内燃料供給量偏差DFcを算出する。
ステップ１０４５：ＣＰＵ８１は、上記（１１）式に従い、メインフィードバック量DFiを算出する。第１装置において、係数KFBとして「１」が採用される。筒内燃料供給量偏差DFcの積分値SDFcは、現時点までの筒内燃料供給量偏差DFcの値が積算された値である（下記ステップ１０５０を参照。）。
ステップ１０５０：ＣＰＵ８１は、現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１０４０にて取得された筒内燃料供給量偏差DFcを加算することにより、新たな筒内燃料供給量偏差の積分値SDFcを算出（更新）する。
【０１９２】
ステップ１０５０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１９３】
上述した各処理により、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る（ステップ１０４５を参照。）。そして、このメインフィードバック量DFiを用いて最終燃料噴射量Fiが補正される（図９のステップ９５０を参照。）。
【０１９４】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図１１のステップ１１００から処理を開始すると、ステップ１１１０に進む。現時点にてサブフィードバック制御条件が成立しなければ、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ１１２０およびステップ１１３０を経由してステップ１１９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、上述したように、サブフィードバック量Vafsfbは算出されない。
【０１９５】
これに対し、現時点にてサブフィードバック制御条件が成立していれば、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１４０に進む。以下、現時点にて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。
【０１９６】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、ステップ１１１０に続くステップ１１４０〜ステップ１１６０の処理を順に実行する。ステップ１１４０〜ステップ１１６０にて実行される処理は、以下の通りである。
【０１９７】
ステップ１１４０：ＣＰＵ８１は、上記（１２）式に従い、出力偏差量DVoxsを算出する。第１装置においては、触媒５３の排ガス浄化性能を考慮し、下流側目標出力値Voxsrefとして理論空燃比よりもわずかにリッチ側の空燃比に対応する値が採用される。
ステップ１１５０：ＣＰＵ８１は、上記（１３）式に従い、サブフィードバック量Vafsfbを算出する。第１装置において、比例ゲインKpおよび積分ゲインKiとして、あらかじめ定められた適値が採用される。
ステップ１１６０：ＣＰＵ８１は、現時点における出力偏差量の積分値SDVoxsに上記ステップ１１４０にて取得した出力偏差量DVoxsを加算することにより、新たな出力偏差量の積分値SDVoxsを算出（更新）する。
【０１９８】
ステップ１１６０の処理を実行した後、ＣＰＵ８１は、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１９９】
上述した各処理により、サブフィードバック量Vafsfbが比例積分制御によって算出される（ステップ１１５０を参照。）。そして、このサブフィードバック量Vafsfbを用いて上流側酸素濃度センサ７６の出力値Vabyfsが補正される（図１０のステップ１０２０を参照。）。さらに、補正されたフィードバック制御用出力値Vabyfcに基づいてメインフィードバック量DFiが算出されるとともに（図１０のステップ１０４５を参照。）、このメインフィードバック量DFiを用いて最終燃料噴射量Fiが補正される（図９のステップ９５０を参照。）。
【０２００】
以上、説明したように、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合、触媒上流側空燃比abyfsを理論空燃比stoichに一致させる「通常運転」が行われる。
【０２０１】
（場合２）触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合
この場合、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図７のステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０〜ステップ７４０を経由してステップ７５０に進むと、ステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７６０にて、触媒劣化フラグXCDの値に「１」を格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０２】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８２０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値が「０」であるか否かを判定する。上記初期設定仮定に従うと、現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３０に進む。
【０２０３】
ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが「排ガスの空燃比が理論空燃比stoichである場合における下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsstoich」以下であるか否かを判定する。すなわち、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて、「触媒下流側空燃比oxsが、理論空燃比stoichと同一または理論空燃比stoichよりもリーン側の空燃比であるか否か」を判定する。
【０２０４】
ここで、第１装置が実行する運転を以下の２つの場合に場合を分けて説明する。
（場合２−１）現時点における出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下である場合
（場合２−２）現時点における出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きい場合
以下、説明を続ける。
【０２０５】
（場合２−１）出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下である場合
この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８４０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８４０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「０」を格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２０６】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図９のステップ９００から処理を開始すると、ステップ９１０に進む。現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進む。
【０２０７】
現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「０」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９７０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９８０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ９８０にて、上流側目標空燃比abyfr（k）にリッチ空燃比richを格納する。
【０２０８】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９８０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これら処理により、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に噴射される。これにより、上流側目標空燃比abyfrがリッチ空燃比richに設定された「リッチ運転」が開始される。
【０２０９】
さらに、ＣＰＵ８１は、図１０に示すルーチンおよび図１１に示すルーチンを実行し、空燃比のフィードバック制御を行う。ただし、このとき、サブフィードバック制御条件は成立しないので（条件ｃ−２を参照。）、サブフィードバック量Vafsfbはゼロに設定される（図１１のステップ１１１０〜ステップ１１３０を参照。）。そして、図１０に示すルーチンによって算出されるメインフィードバック量DFiにより、最終燃料噴射量Fiが補正される（図９のステップ９５０を参照。）。その結果、触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richに一致する。すなわち、リッチ運転が継続される。
【０２１０】
リッチ運転が継続されると、触媒５３の酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている酸素が時間が経過するにつれて消費される（吸蔵されている酸素が酸化還元反応に用いられる）とともに、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている硫黄成分が時間が経過するにつれて触媒成分CCに向けて移動する。なお、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている酸素が消費されている期間、触媒上流側空燃比abyfsがリッチ空燃比richであっても、触媒下流側空燃比oxsは実質的に理論空燃比stoichとなる。
【０２１１】
その後、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されている酸素の実質的に全てが消費されると、触媒５３の下流側から空燃比がリッチ空燃比richである排ガスが排出され始める。これにより、触媒下流側空燃比oxsが理論空燃比stoichよりもリッチ側の空燃比となる。上述したように、このとき、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵されていた硫黄成分の実質的に全てが触媒成分CCに向けて移動していると考えられる。
【０２１２】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図８のステップ８００から処理を開始すると、ステップ８１０およびステップ８２０を経由してステップ８３０に進む。現時点における触媒下流側空燃比oxsはリッチ空燃比richであるので、出力値Voxsは出力値Voxsstoichよりも大きい（図３を参照。）よって、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８５０に進む。
【０２１３】
ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて、後述する「リーン運転」が開始された時点から現時点までに機関１０に導入された吸入空気量Gaの積算量Galsumが、所定の閾値積算量Galsumthよりも小さいか否かを判定する。
【０２１４】
上記積算量Galsumは、機関１０が始動される際に初期値としてのゼロに設定されるようになっている。さらに、上記積算量Galsumは、リーン運転によって触媒成分CC上に存在する硫黄成分の実質的に全てが排ガス中に放出されたと判断し得る適値に設定される。
【０２１５】
現時点は未だリーン運転が行われていないので、積算量Galsumは上記初期値（ゼロ）である。そのため、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８６０に進む。
【０２１６】
ＣＰＵ８１は、ステップ８６０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「１」を格納する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２１７】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて、図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進む。
【０２１８】
そして、現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ９９０にて、上流側目標空燃比abyfr（k）にリーン空燃比leanを格納する。
【０２１９】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９９０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これら処理により、最終燃料噴射量Fiの燃料が燃料噴射気筒に噴射される。これにより、上流側目標空燃比abyfrがリーン空燃比leanに設定された「リーン運転」が開始される。
【０２２０】
さらに、ＣＰＵ８１は、図１０に示すルーチンおよび図１１に示すルーチンを実行する。これにより、上記リッチ運転が実行されている場合と同様、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanに一致する。すなわち、リーン運転が継続される。
【０２２１】
リーン運転が継続されると、触媒５３の触媒成分CC上に存在する硫黄成分が時間が経過するにつれて排ガス中に放出される。なお、リーン運転が実行されている期間、時間が経過するにつれて排ガスに含まれる酸素が触媒５３の酸素吸蔵物質OSMに吸蔵される。酸素吸蔵物質OSMに酸素が吸蔵されている期間、触媒上流側空燃比abyfsがリーン空燃比leanであっても、触媒下流側空燃比oxsは実質的に理論空燃比stoichとなる
【０２２２】
さらに、リーン運転が実行されている期間、ＣＰＵ８１は、図示しない「吸入空気量積算ルーチン」を実行することにより、リーン運転が開始された時点から現時点までに機関１０に導入された吸入空気量Gaを積算する。これにより、ＣＰＵ８１は、吸入空気量Gaの積算量Galsumを取得する。
【０２２３】
ＣＰＵ８１は、リーン運転が実行されている期間中の所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始すると、ステップ８１０を経過してステップ８２０に進む。現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８５０に進む。
【０２２４】
このとき、現時点における積算量Galsumが閾値積算量Galsumthよりも小さければ（すなわち、触媒成分CC上に存在する硫黄成分の実質的に全てが排ガス中に放出されたと判断されなければ）、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ８６０を経由してステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。その結果、上述したように図９〜図１１のルーチンに示す各処理が実行されるので、リーン運転が継続される。
【０２２５】
これに対し、現時点における積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上であれば（すなわち、触媒成分CC上に存在する硫黄成分の実質的に全てが排ガス中に放出されたと判断されれば）、ＣＰＵ８１は、図８のステップ８５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８７０に進む。
【０２２６】
ＣＰＵ８１は、ステップ８７０にて、触媒劣化フラグXCDの値に「０」を格納してステップ８８０に進む。
【０２２７】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ８８０にて、劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「０」を格納してステップ８９０に進む。
【０２２８】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ８９０にて、積算量Galsumの値をゼロに設定（リセット）する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２２９】
その結果、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ９２０にて上流側目標空燃比abyfr（k）に理論空燃比stoichを設定する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。これにより、リーン運転が中止されるとともに、「通常運転」が再開される。
【０２３０】
このように、通常運転が実行されているときに触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下であれば（すなわち、触媒下流側空燃比oxsがリーン空燃比leanであれば）、リッチ運転が開始される。さらに、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richになるまで、リッチ運転が継続される。そして、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richになると（すなわち、出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きくなると）、リーン運転が開始される。その後、閾値積算量Galsumthだけの排ガスが触媒５３に流入すると、リーン運転は中止され、通常運転が再開される。その結果、触媒５３の劣化度Keが低減される。
【０２３１】
（場合２−２）出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きい場合
この場合、ＣＰＵ８１は、通常運転が行われているときに図７のルーチンによって触媒劣化フラグXCDが「１」に設定された後、図８のステップ８００から処理を開始すると、ステップ８１０およびステップ８２０を経由してステップ８３０に進む。そして、この場合、ＣＰＵ８１は、ステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８５０に進む。
【０２３２】
現時点における積算量Galsumの値は初期値（ゼロ）であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ８６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ８６０にて劣化度低減運転切替フラグXRECの値に「１」を格納し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２３３】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「１」であるので、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９７０に進む。さらに、現時点における劣化度低減運転切替フラグXRECの値は「１」であるので、ＣＰＵ８１は、ステップ９７０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９０に進む。
【０２３４】
ＣＰＵ８１は、ステップ９９０にて上流側目標空燃比abyfr（k）にリーン空燃比leanを格納した後、ステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。これにより、上述したように、「リーン運転」が開始される。
【０２３５】
そして、ＣＰＵ８１は、上述したように吸入空気量の積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となるまでリーン運転を継続する。さらに、ＣＰＵ８１は、積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となると、リーン運転を中止するとともに「通常運転」を再開する。
【０２３６】
このように、通常運転がなされているときに触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きければ（すなわち、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば）、リッチ運転を行うことなく、リーン運転が開始される。その後、閾値積算量Galsumthだけの排ガスが触媒５３に流入すると、リーン運転は中止され、通常運転が再開される。その結果、触媒５３の劣化度Keが低減される。
【０２３７】
以上、場合１と場合２とに場合を分けて説明したように、第１装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合、通常運転を行う。一方、第１装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、「劣化度Keを低減するための運転」を行う。具体的に述べると、第１装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下であれば、リッチ運転を行った「後」にリーン運転を行う。これに対し、第１装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きければ、リッチ運転は「行わず」リーン運転を行う。これにより、第１装置は、「触媒５３の全体」において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分および触媒成分CCに吸着した硫黄成分を排ガス中に排出することができる。その結果、触媒５３の劣化度Keが適切に低減される。
【０２３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る制御装置（以下、「第２装置」とも称呼する。）について説明する。
【０２３９】
＜装置の概要＞
第２装置は、第１装置が適用される機関１０と同様の構成を有する機関（図１を参照。以下、便宜上、「機関１０」と称呼する。）に適用される。そこで、第２装置が適用される装置の概要についての説明は、省略される。
【０２４０】
＜装置の作動の概要＞
以下、上記機関１０に適用される第２装置の作動の概要について説明する。
第２装置は、第１装置と同様、通常運転が行われている際に触媒５３の劣化度Keを取得する。そして、第２装置は、所定の時点における劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、その時点における「触媒下流側空燃比oxs」および「触媒の温度TempC」に応じて、劣化度Keを低減するための運転を行う。すなわち、第２装置は、「触媒下流側空燃比oxs」だけではなく「触媒の温度TempC」をも考慮して劣化度Keを低減する運転を行う点において、第１装置と相違する。
【０２４１】
より具体的に述べると、第２装置は、触媒の温度TempCが所定の温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれない」場合に限り、第１装置と同様の劣化度Keを低減させるための制御を行う。すなわち、第２装置は、触媒の温度TempCが上記温度範囲「外」の温度であり（本例においては、T3≦TempC≦T2に含まれる温度を採用。）、かつ、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、触媒上流側空燃比abyfsを「リッチ空燃比rich」とする「リッチ運転」を触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで行った後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。これに対し、第２装置は、触媒の温度TempCが上記温度範囲「外」の温度である場合、上記所定の時点における触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richであれば、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【０２４２】
さらに、第２装置は、第１装置と同様、上記リーン運転が行われている期間における吸入空気量Gaの積算量Galsumが所定の閾値積算量Galsumth以上となったとき、リーン運転を中止する。その後、第２装置は、通常運転を再開する。以上が第２装置の作動の概要である。
【０２４３】
＜触媒の劣化度の取得方法＞
第２装置は、第１装置と同様の方法によって触媒５３の劣化度Keを取得する。そこで、第２装置における触媒５３の劣化度Keの取得方法についての説明は、省略される。
【０２４４】
＜触媒の劣化度の低減方法＞
第２装置は、第１装置と同様の考え方に基づき、「リッチ運転を行った後にリーン運転を行うこと」または「リーン運転を行うこと」によって触媒５３の劣化度Keを低減する。ところが、上述した触媒５３の特性（２）および特性（３）に示すように、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分を触媒成分CCに向けて効率良く移動される温度（第１温度T1以上第２温度T2以下）と、触媒成分CC上に存在する硫黄成分を排ガス中に効率良く放出される温度（第３温度T3以上）と、は一致しない場合がある。
【０２４５】
具体的に述べると、触媒の温度TempCが「第１温度T1以上であり且つ第３温度T3よりも低い温度範囲」に含まれる場合、リッチ運転によって酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が触媒成分CCに向けて移動されたとしても、リーン運転によって触媒成分CC上に存在する硫黄成分（酸素吸蔵物質から移動された硫黄成分、および、触媒成分に吸着していた硫黄成分、の双方を含む。）は排ガス中に効率良く放出されない（図５を参照。）。そこで、第２装置は、上述した触媒５３の特性（１）〜（４）のうちの「排ガスの空燃比」と「触媒の温度」と「硫黄成分の挙動」との関係に着目し、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を行う。
【０２４６】
具体的に述べると、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが所定の閾値劣化度Keth以上である場合、触媒の温度TempCが「第１温度T1以上であり且つ第３温度T3よりも低い温度範囲（T1≦TempC＜T3）」に含まれなければ、触媒下流側空燃比oxsに応じて下記（ａ）または下記（ｂ）の運転を行う。なお、下記運転（ａ）は第１装置における運転（ａ）と同一であり、下記運転（ｂ）は第１装置における運転（ｂ）と同一である。
【０２４７】
（ａ）触媒下流側空燃比oxsが「理論空燃比stoich」または「リーン空燃比lean」である場合、第２装置は、まず、触媒上流側空燃比abyfsを「リッチ空燃比rich」とする「リッチ運転」を行う。第２装置は、このリッチ運転を、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなるまで継続する。次いで、第２装置は、触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richとなった後、触媒上流側空燃比abyfsをリーン空燃比leanとする「リーン運転」を行う。
（ｂ）触媒下流側空燃比oxsがリッチ空燃比richである場合、第２装置は、上記リッチ運転を行うことなく、上記リーン運転を行う。
【０２４８】
本例においては、触媒５３に吸着・吸蔵された硫黄成分を効率良く排除する観点から、上記温度範囲（T1≦TempC＜T3）に含まれない触媒の温度として「第３温度T3以上であり且つ第２温度T2以下である温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれる温度」が採用される。触媒５３の温度TempCがこの温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれるとき、酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分を効率良く触媒成分CCに向けて移動させることができ、かつ、触媒成分CC上の硫黄成分を効率良く排ガス中に放出させることができるからである（図５を参照。）。
【０２４９】
さらに、第２装置は、第１装置と同様、リーン運転が行われている期間における吸入空気量Gaの積算量Galsumが所定の閾値積算量Galsumth以上となるまでリーン運転を継続する。そして、第２装置は、積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となった後、リーン運転を中止するとともに通常運転を再開する。以上が第２装置における触媒５３の劣化度Keの低減方法である。
【０２５０】
＜空燃比制御＞
第２装置は、第１装置と同様の方法によって排ガスの空燃比を制御し、通常運転、リッチ運転およびリーン運転を行う。そこで、第２装置における空燃比制御についての説明は、省略される。
【０２５１】
＜実際の作動＞
以下、第２装置の実際の作動について説明する。
第２装置において、ＣＰＵ８１は、図６、図８〜図１２にフローチャートによって示した各ルーチンを所定のタイミング毎に繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、これらルーチンにおいて、第１装置と同様の触媒劣化フラグXCDおよび劣化度低減運転切替フラグXRECを用いる。
【０２５２】
以下、ＣＰＵ８１が実行する各ルーチンについて説明する。
第２装置は、ＣＰＵ８１が、図７に示すフローチャートに代えて図１２に示すフローチャートを実行する点についてのみ、第１装置と相違している。そこで、以下、この相違点を中心として説明を加える。
【０２５３】
ＣＰＵ８１は、第１装置と同様、図６のルーチンを所定時間が経過する毎に繰り返し実行する。すなわち、第２装置は、排気温度Texに基づいて触媒の温度TempCの温度を取得（推定）する。
【０２５４】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定時間が経過する毎に、図１２にフローチャートによって示した「第２劣化度取得ルーチン」を繰り返し実行するようになっている。ＣＰＵ８１は、このルーチンにより、触媒５３の劣化度Keを取得する。図１２に示したルーチンは、ステップ１２１０およびステップ１２２０が含まれている点のみにおいて、図７に示したルーチンと相違している。そこで、図１２において図７に示したステップと同一の処理を行うためのステップには、図７のそのようなステップに付された符号と同一の符号が付されている。これらステップについての詳細な説明は、適宜省略される。
【０２５５】
図１２のルーチンについて具体的に述べると、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図１２のステップ１２００から処理を開始すると、ステップ７１０に進む。現時点における触媒劣化フラグXCDの値が「０」であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７２０に進む。
【０２５６】
現時点にて上述した「劣化度判定条件」が成立していれば、ＣＰＵ８１は、ステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７３０およびステップ７４０の処理を順に実行し、触媒５３の劣化度Keを取得する。次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０に進む。
【０２５７】
現時点における劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１２１０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ１２１０にて、触媒５３の温度TempCが第１温度T1以上であり且つ第３温度T3よりも低い温度範囲に含まれるか否かを判定する。現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれる」温度であれば、ＣＰＵ８１は、ステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２５８】
このとき、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始すると、現時点における触媒劣化フラグXCDの値は「０」であるので、ステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０２５９】
さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始すると、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ９２０に進んで上流側目標空燃比abyfr（k）に理論空燃比stoichを設定する。その後、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０に続くステップ９３０〜ステップ９６０の処理を順に実行する。これにより、「通常運転」が行われる。すなわち、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）は行われない。
【０２６０】
このように、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上であっても、触媒の温度TempCが上記温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれる」場合、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転は行われない。
【０２６１】
これに対し、現時点における触媒の温度TempCが上記温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれない」場合、ＣＰＵ８１は、図１２のステップ１２００から処理を開始してステップ７１０〜ステップ７５０を経由してステップ１２１０に進むと、ステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２２０に進む。
【０２６２】
ＣＰＵ８１は、ステップ１２２０にて、触媒５３の温度TempCが第３温度T3以上であり且つ第２温度T2以下である温度範囲に含まれるか否かを判定する。現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれない」場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１２２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、上記同様、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転は実行されない。一方、現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれる」場合、ＣＰＵ８１は、ステップ１２２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７６０に進む。ＣＰＵ８１は、ステップ７６０にて、触媒劣化フラグXCDの値に「１」を設定し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以下、現時点における触媒の温度TempCがこの温度範囲に「含まれる」と仮定し、説明を続ける。
【０２６３】
上記仮定に従うと、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進むと、ステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定する。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ８２０〜ステップ８９０の処理を第１装置と同様に実行する。さらに、ＣＰＵ８１は、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始してステップ９１０に進むと、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定する。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ９２０〜ステップ９９０の処理を第１装置と同様に実行する。加えて、第２装置は、図１０および図１１のルーチンを第１装置と同様に実行する。この結果、触媒下流側空燃比oxsに応じて触媒５３の劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）が実行される。
【０２６４】
以上、説明したように、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Kethよりも小さい場合、「通常運転」を行う。一方、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、触媒の温度TempCが所定の温度範囲（T1≦TempC＜T3）に「含まれる」温度であれば、劣化度Keを低減するための運転を行わない。これに対し、第２装置は、触媒５３の劣化度Keが閾値劣化度Keth以上である場合、触媒の温度TempCが上記温度範囲に「含まれない」温度であれば（本例においては、T3≦TempC≦T2の温度範囲に含まれる温度であれば）、劣化度Keを低減するための運転である「リッチ運転」または「リーン運転」を行う。
【０２６５】
具体的に述べると、第２装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoich以下であれば、リッチ運転を行った「後」にリーン運転を行う。これに対し、第２装置は、下流側酸素濃度センサ７７の出力値Voxsが出力値Voxsstoichよりも大きければ、リッチ運転は「行わず」リーン運転を行う。これにより、第２装置は、「触媒５３の全体」において酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分および触媒成分CCに吸着した硫黄成分を排ガス中に排出することができる。その結果、触媒５３の劣化度Keが適切に低減される。
【０２６６】
ところで、上述した第１装置および第２装置の説明から明らかなように、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）が行われている期間、触媒劣化フラグXCDの値は「１」に維持されている。そのため、第１装置および第２装置のいずれにおいても、ＣＰＵ８１は、その期間中に図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進むと、ステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。すなわち、この期間、触媒５３の劣化度Keを取得することは禁止される。
【０２６７】
これは、劣化度Keを取得する際に排ガスの空燃比が変化させられるため（図４を参照。）、劣化度Keを取得するための空燃比制御によって劣化度Keを低減するための運転（リッチ運転またはリーン運転）が妨げられることを避けるためである。
【０２６８】
なお、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転が終了すれば、触媒劣化フラグXCDの値は再び「０」に設定されるので（図８のステップ８７０を参照。）、劣化度Keを取得すること（図７のステップ７３０）が再び可能となる。
【０２６９】
＜実施形態の総括＞
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る制御装置（第１装置および第２装置）は、
触媒５３成分CCと酸素吸蔵物質OSMとを有する触媒５３と、
前記触媒５３から排出されるガスの酸素濃度である下流側酸素濃度oxsを取得する下流側酸素濃度取得手段７７と、
を備えた内燃機関１０に適用される。
【０２７０】
この制御装置は、
前記触媒５３の劣化度Keを取得する触媒劣化度取得手段（図７および図１２を参照。）と、前記触媒５３の劣化度Keを低減させる触媒劣化度低減手段（図８〜図１１を参照。）と、を備える。
【０２７１】
この触媒劣化度低減手段は、
前記触媒５３の劣化度Keが所定の閾値Keth以上であるとき（図７のステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定されるとき）、
（Ａ）前記下流側酸素濃度oxsが「空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度（上記各実施形態における理論空燃比stoichに相当。）と同一」または「前記基準酸素濃度stoichよりもリーン側の酸素濃度lean」であれば（図８のステップ８３０にて「Ｙｅｓ」と判定されれば）、前記触媒５３に導入されるガスの酸素濃度である上流側酸素濃度abyfsを前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richとするリッチ運転（図９のステップ９８０を参照。）を前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richとなるまで（図８のステップ８３０にて「Ｎｏ」と判定されるまで）行った後、前記上流側酸素濃度abyfsを前記基準酸素濃度stoichよりもリーン側の酸素濃度leanとするリーン運転（図９のステップ９９０を参照。）を行い、かつ、
（Ｂ）前記下流側酸素濃度oxsが前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richであれば、前記リーン運転を行う、
ようになっている。
【０２７２】
さらに、本発明の第２実施形態に係る制御装置（第２装置）において、
前記触媒５３は、
該触媒５３の温度が「第１温度T1以上第２温度T2以下」であるときに前記上流側酸素濃度abyfsが前記基準酸素濃度stoichよりもリッチ側の酸素濃度richである場合、前記酸素吸蔵物質OSMに吸蔵された硫黄成分が前記触媒成分CCに向けて移動し（上記特性（２）を参照。）、かつ、
該触媒５３の温度が前記第１温度T1と前記第２温度T2の間の「第２温度T3以上」であるときに前記上流側酸素濃度abyfsが前記基準酸素濃度stoichよりもリーン側の酸素濃度leanである場合、前記触媒成分CC上に存在する前記硫黄成分がガス中に放出される（上記特性（３）を参照。）、触媒５３である。
【０２７３】
このとき、前記触媒劣化度低減手段は、
前記触媒５３の温度が、「前記第１温度T1以上であり且つ前記第２温度T3よりも低い」場合（図１２のステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定される場合）に前記リッチ運転を行わない、ようになっている。
【０２７４】
さらに、上記各実施形態の制御装置（第１装置および第２装置）において、
前記触媒劣化度取得手段は、
前記触媒５３が吸蔵し得る酸素の最大量Cmaxに基づいて前記劣化度Keを取得する（図７のステップ７３０およびステップ７４０を参照。）、ようになっている。
【０２７５】
本発明は上記各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。
【０２７６】
例えば、本発明の制御装置において、触媒劣化度低減手段は、劣化度Keの大きさに応じてリッチ空燃比richおよびリーン空燃比leanを調節するように構成され得る。
【０２７７】
例えば、触媒劣化度低減手段は、劣化度Keが大きくなるにつれてリッチ空燃比richが理論空燃比stoichからリッチ側に離れるように（すなわち、排ガスの空燃比が小さくなるように）リッチ空燃比richを調整するように構成され得る。
【０２７８】
具体的に述べると、触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度Keが「第１の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第１上流側酸素濃度が、前記劣化度Keが「前記第１の値よりも小さい第２の値」であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第２上流側酸素濃度と同一または前記第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度である、ように構成され得る。
【０２７９】
さらに、例えば、触媒劣化度低減手段は、劣化度Keが大きくなるにつれてリーン空燃比leanが理論空燃比stoichからリーン側に離れるように（すなわち、排ガスの空燃比が大きくなるように）リーン空燃比leanを調整するように構成され得る。
【０２８０】
具体的に述べると、触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度Keが「第３の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第３上流側酸素濃度が、前記劣化度Keが「前記第３の値よりも小さい第４の値」であるときに前記リーン運転を行う場合の前記上流側酸素濃度abyfsである第４上流側酸素濃度と同一または前記第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度である、ように構成され得る。
【０２８１】
上述したようにリッチ空燃比richまたはリーン空燃比leanが調整されることにより、触媒５３に吸着・吸蔵された硫黄成分がさらに効率良く排除することができる。
【０２８２】
さらに、本発明の制御装置は、触媒５３の温度TempCが活性温度T0よりも低い場合にリッチ運転を行わない（禁止する）ように構成され得る。これは、触媒５３の温度TempCが活性温度T0よりも低い場合、触媒５３の温度TempCが活性温度T0以上である場合に比べて排ガスの浄化率が小さいためである。
【０２８３】
さらに、本発明の制御装置は、リッチ運転を実行する際にスロットル弁開度TAを減少させるとともに、リーン運転を実行する際にスロットル弁開度TAを増大させる、ように構成され得る。これにより、リッチ運転またはリーン運転が実行される際に出力トルクが大きく変動することが抑制され、ドライバビリティが低下することが防がれる。
【０２８４】
さらに、第１装置および第２装置は、リーン運転が実行されている期間中の吸入空気量の積算量Galsumが閾値積算量Galsumth以上となるまでリーン運転を継続するようになっている。しかし、本発明の制御装置は、積算量Galsumの大きさにかかわらず、機関１０の運転状態に応じてリーン運転を中止するように構成され得る。例えば、触媒５３の温度TempCが所定温度よりも低い温度となった場合、および、冷却水の温度THWが所定温度よりも低い温度となった場合などにおいて、リーン運転が中止され得る。
【０２８５】
加えて、上述したように、本発明の制御装置は、リーン運転が実行されている期間中の吸入空気量の積算量Galsumに基づいて触媒５３から硫黄成分が十分に除去されたか否かを判断している。しかし、本発明の制御装置は、触媒５３に吸着・吸蔵された硫黄成分の量に関連する所定のパラメータに基づき、触媒５３から硫黄成分が十分に除去されたか否かを判断するように構成され得る。
【０２８６】
さらに、第１装置および第２装置は、三元触媒を備えた機関（火花点火式機関）に適用されている。しかし、本発明の制御装置は、NOx吸蔵還元触媒を備えた機関（例えば、ディーゼル機関）に適用され得る。
【０２８７】
さらに、第１装置および第２装置は、１のみの触媒を備えている。しかし、本発明の制御装置は、複数の触媒を備える機関に適用され得る。
【０２８８】
さらに、第１装置および第２装置は、上流側目標空燃比abyfrをリーン空燃比leanに設定することによってリーン運転を行うようになっている。ここで、本発明の制御装置は、リーン運転として「フューエルカット運転」を実行するように構成され得る。
【０２８９】
さらに、第１装置および第２装置は、触媒５３の劣化度Keを上記（１）式〜上記（３）式に従って取得した最大酸素吸蔵量に基づいて算出している（図４を参照。）。しかし、本発明の制御装置が触媒の劣化度を取得する方法は、この方法に限定されない。例えば、本発明の制御装置は、触媒に吸着・吸蔵されている硫黄成分の量に基づいて触媒の劣化度を算出するように構成され得る。
【０２９０】
さらに、第２装置は、触媒の温度TempCが所定の温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれる場合に触媒５３の劣化度Keを低減するための運転を実行するようになっている（図１２のステップ１２２０を参照。）。しかし、本発明の制御装置においては、触媒の温度TempCがこの温度範囲（T3≦TempC≦T2）に含まれない場合であっても、触媒５３の劣化度Keを低減するための運転が実行されてもよい。例えば、本発明の制御装置は、図１２のルーチンに代えて、図１２のルーチンからステップ１２２０を削除したルーチンを実行するように構成され得る。
【符号の説明】
【０２９１】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３４…インジェクタ、５２…吸気管、５３…触媒、７６…上流側酸素濃度センサ、７７…下流側酸素濃度センサ、８０…電子制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から排出されるガスが通過する触媒であって、触媒成分と酸素吸蔵物質とを有し、該触媒の上流側から導入されるガスを浄化するとともに該ガスを該触媒の下流側から排出する触媒と、
前記触媒から排出されるガスの酸素濃度である下流側酸素濃度を取得する下流側酸素濃度取得手段と、
を備えた内燃機関に適用され、
前記触媒の劣化度を取得する触媒劣化度取得手段と、
前記触媒の劣化度を低減させる触媒劣化度低減手段であって、前記触媒の劣化度が所定の閾値以上であるとき、
前記下流側酸素濃度が空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度と同一または前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度であれば、前記触媒に導入されるガスの酸素濃度である上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とするリッチ運転を前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度となるまで行った後、前記上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とするリーン運転を行い、かつ、
前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度であれば、前記リーン運転を行う、触媒劣化度低減手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記触媒が、
該触媒の温度が第１温度以上第２温度以下であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度である場合、前記酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が前記触媒成分に向けて移動し、かつ、
該触媒の温度が前記第１温度と前記第２温度の間の第３温度以上であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度である場合、前記触媒成分上に存在する前記硫黄成分がガス中に放出される、触媒であるとき、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記第３温度よりも低い場合に前記リッチ運転を行わない、内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が第１の値であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である第１上流側酸素濃度が、前記劣化度が前記第１の値よりも小さい第２の値であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である第２上流側酸素濃度と同一または前記第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度である、ように構成された内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の制御装置において、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が第３の値であるときに前記リーン運転を行う場合における前記上流側酸素濃度である第３上流側酸素濃度が、前記劣化度が前記第３の値よりも小さい第４の値であるときに前記リーン運転を行う場合における前記上流側酸素濃度である第４上流側酸素濃度と同一または前記第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度である、ように構成された内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の制御装置において、
前記触媒劣化度取得手段は、
前記触媒が吸蔵し得る酸素の最大量に基づいて前記劣化度を取得する、内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から排出されるガスが通過する触媒であって、触媒成分と酸素吸蔵物質とを有し、該触媒の上流側から導入されるガスを浄化するとともに該ガスを該触媒の下流側から排出する触媒と、
前記触媒から排出されるガスの酸素濃度である下流側酸素濃度を取得する下流側酸素濃度取得手段と、
を備えた内燃機関に適用され、
前記触媒の劣化度を取得する触媒劣化度取得手段と、
前記触媒の劣化度を低減させる触媒劣化度低減手段であって、前記触媒の劣化度が所定の閾値以上であるとき、
前記下流側酸素濃度が空気と燃料とが理論空燃比にて燃焼したときに生じるガスの酸素濃度である基準酸素濃度と同一または前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度であれば、前記触媒に導入されるガスの酸素濃度である上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度とするリッチ運転を前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度となるまで行った後、前記上流側酸素濃度を前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度とするリーン運転を行い、かつ、
前記下流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度であれば、前記リーン運転を行う、触媒劣化度低減手段と、
を備えた内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記触媒が、
該触媒の温度が第１温度以上第２温度以下であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度である場合、前記酸素吸蔵物質に吸蔵された硫黄成分が前記触媒成分に向けて移動し、かつ、
該触媒の温度が前記第１温度と前記第２温度の間の第３温度以上であるときに前記上流側酸素濃度が前記基準酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度である場合、前記触媒成分上に存在する前記硫黄成分がガス中に放出される、触媒であるとき、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記第３温度よりも低い場合に前記リッチ運転を行わない、内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が第１の値であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である第１上流側酸素濃度が、前記劣化度が前記第１の値よりも小さい第２の値であるときに前記リッチ運転を行う場合の前記上流側酸素濃度である第２上流側酸素濃度と同一または前記第２上流側酸素濃度よりもリッチ側の酸素濃度である、ように構成された内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項に記載の制御装置において、
前記触媒劣化度低減手段は、
前記劣化度が第３の値であるときに前記リーン運転を行う場合における前記上流側酸素濃度である第３上流側酸素濃度が、前記劣化度が前記第３の値よりも小さい第４の値であるときに前記リーン運転を行う場合における前記上流側酸素濃度である第４上流側酸素濃度と同一または前記第４上流側酸素濃度よりもリーン側の酸素濃度である、ように構成された内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項に記載の制御装置において、
前記触媒劣化度取得手段は、
前記触媒が吸蔵し得る酸素の最大量に基づいて前記劣化度を取得する、内燃機関の排気浄化のための制御装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−４１８５０（Ｐ２０１２−４１８５０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３１１２（Ｐ２０１０−１８３１１２）
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【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１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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