CN112983665A

CN112983665A - 内燃机的排气净化装置

Info

Publication number: CN112983665A
Application number: CN202011472712.5A
Authority: CN
Inventors: 植田启仁; 梅本寿丈
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2040-12-15
Also published as: US20210180491A1; JP2021095860A; DE102020129835A1; CN112983665B; US11339695B2; JP7172976B2

Abstract

本发明提供能够有效地抑制催化剂的劣化的内燃机的排气净化装置。内燃机的排气净化装置具备：催化剂(20)，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及空燃比控制装置，控制向催化剂流入的流入排气的空燃比。催化剂具有贵金属，贵金属具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变低的特性，空燃比控制装置在催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到催化剂的升温的情况下，以使催化剂的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置。

背景技术

以往，已知在内燃机的排气通路配置催化剂且将排气中的有害物质(HC、NOx等)在催化剂中净化(例如专利文献1)。然而，若在催化剂的温度高的状态下向催化剂供给氧，则可能会因贵金属的氧化而导致催化剂劣化。

对此，在专利文献1所记载的内燃机中，在停止燃料喷射阀的燃料喷射的燃料切断控制的执行条件成立时催化剂的温度为预定温度以上的情况下，在燃料切断控制的执行时，进行用于取代新气而使EGR气体向催化剂流入的控制。由此，能够防止氧向催化剂的流入，抑制催化剂的劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-009535号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，为了进行上述的控制，用于使EGR气体从排气通路向进气通路回流的结构是必需的，并且需要为了使EGR气体回流而使燃料切断控制的开始正时延迟。另外，在内燃机的停止时这样的燃料切断控制以外的定时下，氧也可能会向催化剂流入。除此之外，根据催化剂的贵金属的特性，在催化剂的温度高时，有时会因比理论空燃比浓的空燃比的排气向催化剂流入而导致催化剂劣化。

于是，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供能够有效地抑制催化剂的劣化的内燃机的排气净化装置。

用于解决课题的手段

本开示的主旨如下。

(1)一种内燃机的排气净化装置，具备：催化剂，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及空燃比控制装置，控制向所述催化剂流入的流入排气的空燃比，所述催化剂具有贵金属，该贵金属具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变低的特性，所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述催化剂的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比稀。

(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置，还具备NOx净化装置，该NOx净化装置配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够净化从所述催化剂流出的NOx。

(3)根据上述(2)所述的内燃机的排气净化装置，所述NOx净化装置能够吸藏氧，所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述NOx净化装置的氧吸藏量成为小于所述上侧基准量的下侧基准量以下的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比浓，之后，以使所述催化剂的氧吸藏量成为所述上侧基准量以上的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比稀。

(4)根据上述(2)所述的内燃机的排气净化装置，还具备向所述催化剂与所述NOx净化装置之间的排气通路供给燃料的燃料添加阀，所述NOx净化装置能够吸藏氧，所述空燃比控制装置控制所述燃料添加阀，在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述NOx净化装置的氧吸藏量成为小于所述上侧基准量的下侧基准量以下的方式利用所述燃料添加阀供给燃料。

(5)一种内燃机的排气净化装置，具备：催化剂，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及空燃比控制装置，控制向所述催化剂流入的流入排气的空燃比，所述催化剂具有贵金属，该贵金属具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变高的特性，所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述催化剂的氧吸藏量成为下侧基准量以下的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比浓。

(6)根据上述(5)所述的内燃机的排气净化装置，还具备HC净化装置，该HC净化装置配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够净化从所述催化剂流出的HC。

(7)根据上述(6)所述的内燃机的排气净化装置，所述HC净化装置能够吸藏氧，所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述HC净化装置的氧吸藏量成为比所述下侧基准量多的上侧基准量以上的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比稀，之后，以使所述催化剂的氧吸藏量成为所述下侧基准量以下的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比浓。

(8)根据上述(6)所述的内燃机的排气净化装置，还具备向所述催化剂与所述HC净化装置之间的排气通路供给空气的空气供给装置，所述HC净化装置能够吸藏氧，所述空燃比控制装置控制所述空气供给装置，在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述HC净化装置的氧吸藏量成为比所述下侧基准量多的上侧基准量以上的方式利用所述空气供给装置供给空气。

(9)一种内燃机的排气净化装置，具备：催化剂，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及空燃比控制装置，控制所述催化剂的气氛，所述催化剂具有贵金属，该贵金属具有与第1气氛相比在第2气氛中预定温度下的蒸气压变低的特性，所述第1气氛是氧化气氛或还原气氛，所述第2气氛是还原气氛或氧化气氛，所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，使所述催化剂成为所述第2气氛。

(10)根据上述(9)所述的内燃机的排气净化装置，还具备下游侧催化剂，该下游侧催化剂配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够吸藏氧的，所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，使所述下游侧催化剂成为所述第1气氛。

发明效果

根据本发明，提供能够有效地抑制催化剂的劣化的内燃机的排气净化装置。

附图说明

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

图2是示出三元催化剂的净化特性的图。

图3是示出Pd及PdO的蒸气压曲线的图。

图4是在第一实施方式中执行用于抑制催化剂的劣化的空燃比控制时的催化剂的温度等的时间图。

图5是示出第一实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

图6是概略地示出设置有本发明的第二实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。

图7是在第二实施方式中执行用于抑制催化剂的劣化的空燃比控制时的催化剂的温度等的时间图。

图8是示出第二实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

图9是概略地示出设置有本发明的第三实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。

图10是示出第三实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

图11是示出Rh、RhO及RhO₂的蒸气压曲线的图。

图12是示出Pt、PtO及PtO₂的蒸气压曲线的图。

图13是在第四实施方式中执行用于抑制催化剂的劣化的空燃比控制时的催化剂的温度等的时间图。

图14是示出第四实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

图15是在第五实施方式中执行用于抑制催化剂的劣化的空燃比控制时的催化剂的温度等的时间图。

图16是示出第五实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

图17是概略地示出设置有本发明的第六实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。

图18是示出第六实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

图19是概略地示出设置有本发明的第七实施方式的内燃机的排气净化装置的车辆的结构的图。

图20是示出第七实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。

标号说明

20催化剂

31ECU

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，在以下的说明中，对同样的构成要素标注同一附图标记。

<第一实施方式>

首先参照图1～图5对本发明的第一实施方式进行说明。

<内燃机整体的说明>

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

参照图1，1表示内燃机主体，2表示气缸体，3表示在气缸体2内往复运动的活塞，4表示固定于气缸体2上的气缸盖，5表示形成于活塞3与气缸盖4之间的燃烧室，6表示进气门，7表示进气口，8表示排气门，9表示排气口。进气门6开闭进气口7，排气门8开闭排气口9。

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

各气缸的进气口7分别经由对应的进气支管13而连结于稳压罐14，稳压罐14经由进气管15而连结于空气滤清器16。进气口7、进气支管13、稳压罐14、进气管15等形成将空气向燃烧室5引导的进气通路。另外，在进气管15内配置有由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。通过利用节气门驱动致动器17使节气门18转动，能够变更进气通路的开口面积。

另一方面，各气缸的排气口9连结于排气歧管19。排气歧管19具有连结于各排气口9的多个支部和这些支部集合而成的集合部。排气歧管19的集合部连结于内置有催化剂20的壳体21。壳体21连结于排气管22。排气口9、排气歧管19、壳体21、排气管22等形成将通过燃烧室5中的混合气的燃烧而产生的排气排出的排气通路。

内燃机的各种控制由电子控制单元(ECU)31执行。即，ECU31作为内燃机的控制装置发挥功能。对ECU31输入在内燃机或搭载有内燃机的车辆设置的各种传感器的输出，ECU31基于各种传感器的输出等来控制内燃机的各种致动器。

ECU31由数字计算机构成，具备经由双向性总线32而相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36及输出端口37。此外，在本实施方式中，设置有一个ECU31，但也可以针对每个功能而设置有多个ECU。

在进气管15配置有检测在进气管15内流动的空气的流量的空气流量计40，空气流量计40的输出经由对应的AD变换器38而向输入端口36输入。

另外，在排气歧管19的集合部即催化剂20的排气流动方向上游侧的排气通路配置有检测在排气歧管19内流动的排气(即，向催化剂20流入的排气)的空燃比的空燃比传感器41。空燃比传感器41的输出经由对应的AD变换器38而向输入端口36输入。

另外，在内置有催化剂20的壳体21配置有检测催化剂20的温度(床温)的温度传感器45。温度传感器45的输出经由对应的AD变换器38而向输入端口36输入。

另外，在设置于搭载有内燃机的车辆的加速器踏板42上连接有产生与加速器踏板42的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器43，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD变换器38而向输入端口36输入。ECU31基于负荷传感器43的输出来算出内燃机负荷。

另外，在输入端口36上连接有每当曲轴旋转预定角度(例如10°)时产生输出脉冲的曲轴角传感器44，该输出脉冲向输入端口36输入。ECU31基于曲轴角传感器44的输出来算出内燃机转速。

另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路39而连接于内燃机的各种致动器。在本实施方式中，输出端口37连接于火花塞10、燃料喷射阀11及节气门驱动致动器17，ECU31控制它们。具体而言，ECU31控制火花塞10的点火正时、燃料喷射阀的喷射正时及喷射量以及节气门18的开度。

此外，上述的内燃机是以汽油为燃料的无增压内燃机，但内燃机的结构不限定于上述结构。因此，气缸排列、燃料的喷射方式、进排气系统的结构、气门机构的结构、增压器的有无这样的内燃机的具体的结构也可以与图1所示的结构不同。例如，燃料喷射阀11也可以以向进气口7内喷射燃料的方式配置。另外，也可以设置有用于使EGR气体从排气通路向进气通路回流的结构。另外，也可以在排气通路设置有捕集排气中包含的颗粒状物质(PM)的颗粒捕集器等。

<催化剂的说明>

配置于排气通路的催化剂20是能够吸藏氧且能够将例如烃(HC)、一氧化碳(CO)及氮氧化物(NOx)同时净化的三元催化剂。催化剂20具有由陶瓷构成的载体、具有催化剂作用的贵金属及具有氧吸藏能力的助催化剂(例如，氧化铈(CeO₂)。贵金属及助催化剂担载于载体。

图2是示出三元催化剂的净化特性的图。如图2所示，催化剂20对HC、CO及NOx的净化率在向催化剂20流入的排气的空燃比处于理论空燃比附近区域(图2中的净化窗A)时非常高。因此，若排气的空燃比维持为理论空燃比，则催化剂20能够将HC、CO及NOx有效地净化。

另外，催化剂20利用助催化剂，根据排气的空燃比而吸藏或放出氧。具体而言，催化剂20在排气的空燃比比理论空燃比稀时，吸藏排气中的过剩的氧。另一方面，催化剂20在排气的空燃比比理论空燃比浓时，放出使HC及CO氧化所不足的氧。其结果，即使在排气的空燃比从理论空燃比些许偏离的情况下，催化剂20的表面上的空燃比也维持为理论空燃比附近，在催化剂20中HC、CO及NOx被有效地净化。

<内燃机的排气净化装置>

以下，对本发明的第一实施方式的内燃机的排气净化装置(以下，简称作“排气净化装置”)进行说明。排气净化装置具备催化剂20、空燃比传感器41、温度传感器45及空燃比控制装置。在本实施方式中，ECU31作为空燃比控制装置发挥功能。

空燃比控制装置控制向催化剂20流入的排气(以下，称作“流入排气”)的空燃比。具体而言，空燃比控制装置设定流入排气的目标空燃比，并且以使流入排气的空燃比与目标空燃比一致的方式控制向燃烧室5供给的燃料量。例如，空燃比控制装置以使空燃比传感器41的输出空燃比与目标空燃比一致的方式对向燃烧室5供给的燃料量进行反馈控制。在此，“输出空燃比”意味着相当于空燃比传感器的输出值的空燃比，即由空燃比传感器检测的空燃比。

此外，空燃比控制装置也可以不使用空燃比传感器41而以使流入排气的空燃比与目标空燃比一致的方式控制向燃烧室5供给的燃料量。在该情况下，空燃比控制装置以使向燃烧室5供给的燃料和空气的比率与目标空燃比一致的方式，将根据由空气流量计40检测到的吸入空气量和目标空燃比而算出的燃料量向燃烧室5供给。

另外，空燃比控制装置在满足了预定的执行条件时，执行停止向燃烧室5的燃料供给的燃料切断控制。预定的执行条件例如在加速器踏板42的踩踏量为零或大致零(即，内燃机负荷为零或大致零)且内燃机转速为比怠速时的转速高的预定转速以上时满足。若执行燃料切断控制，则从进气通路向排气通路供给空气，空气向催化剂20供给。

在本实施方式中，催化剂20具有钯(Pd)作为贵金属。图3是示出Pd及PdO的蒸气压曲线的图。从图3可知，Pd在预定温度(750℃以上)下具有比PdO高的蒸气压。即，Pd具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变低的特性。换言之，Pd具有与还原气氛相比在氧化气氛中预定温度下的蒸气压变低的特性。

若稀程度大的空燃比的排气向催化剂20流入，则催化剂20的贵金属被氧化，Pd变化成PdO。例如，若执行上述的燃料切断控制，则向催化剂20供给氧，Pd变化成PdO。然而，在刚向催化剂20供给氧后，吸附于贵金属的HC与氧反应，产生催化剂20的局部发热。此时，贵金属的氧化被抑制，贵金属以Pd的形式存在。

因而，若在催化剂20的温度高时向催化剂20供给氧，则如图3的箭头所示，因催化剂20的局部发热而导致贵金属的蒸气压沿着Pd的蒸气压曲线急剧上升。其结果，贵金属蒸发，催化剂20劣化。

另一方面，在催化剂20的温度低的区域(在图3的例子中是低于750℃的区域)中，贵金属的蒸气压曲线的斜率是大致零。因而，即使在该温度区域中因催化剂20的局部发热而导致贵金属的温度上升，贵金属的蒸气压也不上升。因此，通过在催化剂20的温度变高前使催化剂20成为氧化气氛，能够高效地抑制催化剂20的劣化。

因而，在本实施方式中，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，使催化剂20成为氧气氛。阈值温度预先确定，被设定为在产生了由氧供给引起的催化剂20的局部发热的情况下贵金属的蒸气压不会上升的温度。例如，阈值温度被设定为650℃～700℃。

例如，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，以使催化剂20的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。上侧基准量预先确定，被设定为比新品时的最大氧吸藏量的一半多的量。例如，上侧基准量被设定为新品时的最大氧吸藏量的2/3～4/5的量。

另外，空燃比控制装置在催化剂20的氧吸藏量到达上侧基准量后，直到催化剂的温度成为阈值温度以下为止，以使催化剂20的氧吸藏量维持为上侧基准量的方式控制流入排气的空燃比。由此，在催化剂20的温度高时，能够将催化剂20维持为氧气氛。

<使用了时间图的空燃比控制的说明>

参照图4对用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制进行具体说明。图4是在第一实施方式中执行用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制时的催化剂20的温度、流入排气的空燃比及催化剂20的氧吸藏量的时间图。

在图示的例子中，在时刻t0下，催化剂20的温度比阈值温度Tth低。在催化剂20的温度比阈值温度Tth低时，根据内燃机的运转状态而流入排气的空燃比被控制为理论空燃比附近。

在时刻t0后，催化剂20的温度伴随于内燃机负荷的上升而上升，在时刻t1下到达阈值温度Tth。其结果，用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制开始，为了使催化剂20成为氧化气氛，流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀。具体而言，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比AFlean。稀设定空燃比AFlean预先确定，例如被设定为16～17。

若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀，则供给到催化剂20的氧与吸附于催化剂20的贵金属的HC反应，产生催化剂20的局部的发热。其结果，催化剂20的温度的上升量变大。

另外，若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀，则向催化剂20供给氧，催化剂20的氧吸藏量增加。其结果，在时刻t2下，催化剂20的氧吸藏量到达上侧基准量Uref。

在时刻t2后，以使催化剂20的氧吸藏量维持为上侧基准量Uref的方式控制流入排气的空燃比。具体而言，以使排气中的HC及CO被氧化的方式，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的值。此时的目标空燃比的稀程度比稀设定空燃比AFlean的稀程度小。此外，稀程度意味着比理论空燃比稀的空燃比与理论空燃比之差。

之后，在时刻t3下，催化剂20的温度下降至阈值温度Tth。其结果，在时刻t3下，用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制结束。因而，在时刻t3后，根据内燃机的运转状态而流入排气的空燃比被控制为理论空燃比附近。

<催化剂劣化抑制处理>

以下，参照图5的流程图，对用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制进行详细说明。图5是示出第一实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S101中，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。例如，空燃比控制装置基于温度传感器45的输出来判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。

此外，温度传感器45也可以以检测流入排气的温度的方式配置于催化剂20的上游侧的排气通路，或者以检测从催化剂20流出的排气的温度的方式配置于催化剂20的下游侧的排气通路。另外，空燃比控制装置也可以不使用温度传感器45而基于内燃机的预定的状态量(例如吸入空气量、内燃机负荷等)来算出催化剂20的温度。在该情况下，温度传感器45也可以从排气净化装置省略。

在步骤S101中判定为催化剂20的温度低于阈值温度的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S101中判定为催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S102。

在步骤S102中，空燃比控制装置使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。具体而言，空燃比控制装置将流入排气的目标空燃比设定为稀设定空燃比AFlean。

接着，在步骤S103中，空燃比控制装置判定催化剂20的氧吸藏量OSA是否为上侧基准量Uref以上。例如，空燃比控制装置通过对流入排气相对于理论空燃比的氧过多不足量(oxygen excess/deficiency)进行累计来算出催化剂20的氧吸藏量OSA。催化剂20的氧吸藏量OSA作为零与最大氧吸藏量之间的值而算出。

此外，流入排气相对于理论空燃比的氧过多不足量意味着在要使流入排气的空燃比成为理论空燃比时过剩的氧的量或不足的氧的量。在流入排气的空燃比比理论空燃比稀时，向催化剂20吸藏氧，氧过多不足量的值成为正。另一方面，在流入排气的空燃比比理论空燃比浓时，从催化剂20放出氧，氧过多不足量的值成为负。

氧过多不足量OED例如基于空燃比传感器41的输出及燃料喷射量而由下述式(1)算出。

OED＝0.23×(AFup-14.6)×Qi…(1)

在此，0.23是空气中的氧浓度，14.6是理论空燃比，Qi是燃料喷射量，AFup是空燃比传感器41的输出空燃比。

此外，氧过多不足量OED也可以基于空燃比传感器41的输出及吸入空气量而由下述式(2)算出。

OED＝0.23×(AFup-14.6)×Ga/AFup…(2)

在此，0.23是空气中的氧浓度，14.6是理论空燃比，Ga是吸入空气量，AFup是空燃比传感器41的输出空燃比。吸入空气量Ga由空气流量计40检测。

另外，氧过多不足量OED也可以不使用空燃比传感器41的输出而基于流入排气的目标空燃比来算出。即，在上述式(1)、(2)中，也可以取代空燃比传感器41的输出空燃比AFup而使用目标空燃比的值。在该情况下，也可以从排气净化装置省略空燃比传感器41。

另外，在执行了燃料切断控制的情况下，催化剂20的氧吸藏量OSA也可以被修正为最大氧吸藏量。另外，在流入排气的目标空燃比在预定时间以上维持为比理论空燃比浓的值的情况下，催化剂20的氧吸藏量OSA也可以被修正为零。通过这样的修正，能够降低氧吸藏量OSA的计算误差。

在步骤S103中判定为催化剂20的氧吸藏量OSA小于上侧基准量Uref的情况下，本控制例程返回步骤S102，流入排气的目标空燃比维持为稀设定空燃比AFlean。另一方面，在步骤S103中判定为催化剂20的氧吸藏量OSA为上侧基准量Uref以上的情况下，本控制例程进入步骤S104。

在步骤S104中，空燃比控制装置以使催化剂20的氧吸藏量OSA维持为上侧基准量Uref的方式算出目标空燃比TAF。例如，空燃比控制装置以使排气中的HC及CO被氧化的方式，基于内燃机的预定的状态量(例如吸入空气量、内燃机负荷等)来算出目标空燃比TAF。在该情况下，空燃比控制装置使用映射或计算式，基于内燃机的预定的状态量来算出目标空燃比TAF。此时，目标空燃比TAF作为比理论空燃比稀的值而算出。

接着，在步骤S105中，空燃比控制装置使流入排气的空燃比成为目标空燃比TAF。

接着，在步骤S106中，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以下。在判定为催化剂20的温度比阈值温度高的情况下，本控制例程返回步骤S104，再次执行步骤S104及步骤S105。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以下的情况下，本控制例程结束。

此外，在步骤S106中，空燃比控制装置也可以判定催化剂20的温度是否为低于阈值温度的预定温度以下。即，空燃比控制装置也可以在催化剂20的氧吸藏量到达上侧基准量后，直到催化剂的温度成为低于阈值温度的预定温度以下为止，以使催化剂20的氧吸藏量维持为上侧基准量的方式控制流入排气的空燃比。

<第二实施方式>

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

图6是概略地示出设置有本发明的第二实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。在第二实施方式中，排气净化装置具备催化剂(上游侧催化剂)20、空燃比传感器(上游侧空燃比传感器)41、温度传感器45、空燃比控制装置、NOx净化装置23及下游侧空燃比传感器46。

NOx净化装置23配置于催化剂20的排气流动方向下游侧的排气通路，净化从催化剂20流出的NOx。具体而言，NOx净化装置23内置于在壳体(上游侧壳体)21的排气流动方向下游侧配置的下游侧壳体24。壳体21经由排气管22而连结于下游侧壳体24。

下游侧空燃比传感器46配置于催化剂20与NOx净化装置23之间的排气通路，检测从催化剂20流出的排气(即向NOx净化装置23流入的排气)的空燃比。下游侧空燃比传感器46的输出经由对应的AD变换器38而向输入端口36输入。

如上所述，在为了抑制催化剂20的劣化而使催化剂20成为了氧气氛的情况下，催化剂20对排气中的NOx的净化能力下降，可能会从催化剂20流出NOx。相对于此，在第二实施方式中，即使从催化剂20流出了NOx，也能够利用配置于催化剂20的排气流动方向下游侧的NOx净化装置23来净化NOx。因而，能够抑制排气排放的恶化，并高效地抑制催化剂20的劣化。

在本实施方式中，NOx净化装置23是能够吸藏氧且能够将例如HC、CO及NOx同时净化的三元催化剂。即，NOx净化装置23具有与催化剂20同样的结构。NOx净化装置23也被称作下游侧催化剂。

为了提高能够吸藏氧的NOx净化装置23对NOx的净化能力，需要使NOx净化装置23成为还原气氛。因而，在第二实施方式中，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，使NOx净化装置23成为还原气氛。由此，能够提高NOx净化装置23的净化能力，能够更有效地抑制NOx的流出。

通过了催化剂20的排气向NOx净化装置23流入。因而，为了以使NOx净化装置23成为还原气氛的方式使NOx净化装置23的氧吸藏量减少，需要使催化剂20的氧吸藏量成为零。因而，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，以使NOx净化装置23的氧吸藏量成为下侧基准量以下的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比浓，之后，以使催化剂20的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。下侧基准量预先确定，被设定为比上侧基准量少的量。即，下侧基准量被设定为比新品时的最大氧吸藏量的一半少的量。例如，下侧基准量被设定为新品时的最大氧吸藏量的1/5～1/3的量。

<使用了时间图的空燃比控制的说明>

图7是在第二实施方式中执行用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制时的催化剂20的温度、流入排气的空燃比、催化剂20的氧吸藏量及NOx净化装置23的氧吸藏量的时间图。

在时刻t0后，催化剂20的温度伴随于内燃机负荷的上升而上升，在时刻t1下到达阈值温度Tth。其结果，用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制开始，为了使NOx净化装置23成为还原气氛，流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓。具体而言，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比AFrich。浓设定空燃比AFrich预先确定，例如被设定为12～13.5。

另外，若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓，则首先从催化剂20放出氧，催化剂20的氧吸藏量减少。其结果，在时刻t2下，催化剂20的氧吸藏量成为零。在时刻t1～时刻t2之间催化剂20的氧吸藏量减少时，排气中的HC及CO在催化剂20中被净化，NOx净化装置23的氧吸藏量维持为大致恒定。

在时刻t2后，比理论空燃比浓的空燃比的排气也向NOx净化装置23流入，从NOx净化装置23放出氧，NOx净化装置23的氧吸藏量减少。此时，催化剂20的氧吸藏量维持为零。

之后，在时刻t3下，NOx净化装置23的氧吸藏量到达下侧基准量Dref。其结果，在时刻t3下，为了使催化剂20成为氧化气氛，流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀。具体而言，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比AFlean。稀设定空燃比AFlean预先确定，例如被设定为16～17。

若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀，则供给到催化剂20的氧与吸附于催化剂20的贵金属的HC反应，产生催化剂20的局部性的发热。其结果，催化剂20的温度的上升量变大。

另外，若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀，则向催化剂20供给氧，催化剂20的氧吸藏量增加。其结果，在时刻t4下，催化剂20的氧吸藏量到达上侧基准量Uref。

在时刻t4后，以使催化剂20的氧吸藏量维持为上侧基准量Uref的方式控制流入排气的空燃比。具体而言，以使排气中的HC及CO被氧化的方式，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的值。此时的目标空燃比的稀程度比稀设定空燃比AFlean的稀程度小。

之后，在时刻t5下，催化剂20的温度下降至阈值温度Tth。其结果，在时刻t5下，用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制结束。因而，在时刻t5后，根据内燃机的运转状态而流入排气的空燃比被控制为理论空燃比附近。

<催化剂劣化抑制处理>

图8是示出第二实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S201中，与图5的步骤S101同样，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。在判定为催化剂20的温度低于阈值温度的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S202。

在步骤S202中，空燃比控制装置使流入排气的空燃比比理论空燃比浓。具体而言，空燃比控制装置将流入排气的空燃比的目标空燃比设定为浓设定空燃比AFrich。

接着，在步骤S203中，空燃比控制装置判定NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd是否为下侧基准量Dref以下。例如，空燃比控制装置通过对向NOx净化装置23流入的排气相对于理论空燃比的氧过多不足量进行累计来算出NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd。NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd作为零与最大氧吸藏量之间的值而算出。

此外，向NOx净化装置23流入的排气相对于理论空燃比的氧过多不足量意味着在要使向NOx净化装置23流入的排气的空燃比成为理论空燃比时过剩的氧的量或不足的氧的量。在向NOx净化装置23流入的排气的空燃比比理论空燃比稀时，向NOx净化装置23吸藏氧，氧过多不足量的值成为正。另一方面，在向NOx净化装置23流入的排气的空燃比比理论空燃比浓时，从NOx净化装置23放出氧，因此氧过多不足量的值成为负。

氧过多不足量OEDd例如基于下游侧空燃比传感器46的输出及燃料喷射量而由下述式(3)算出。

OEDd＝0.23×(AFdwn-14.6)×Qi…(3)

在此，0.23是空气中的氧浓度，14.6是理论空燃比，Qi是燃料喷射量，AFdwn是下游侧空燃比传感器46的输出空燃比。

此外，氧过多不足量OEDd也可以基于下游侧空燃比传感器46的输出及吸入空气量而由下述式(4)算出。

OEDd＝0.23×(AFdwn-14.6)×Ga/AFup…(4)

在此，0.23是空气中的氧浓度，14.6是理论空燃比，Ga是吸入空气量，AFdwn是下游侧空燃比传感器46的输出空燃比。吸入空气量Ga由空气流量计40检测。

另外，氧过多不足量OEDd也可以不使用下游侧空燃比传感器46的输出而基于流入排气的目标空燃比来算出。即，在上述式(3)、(4)中，也可以取代下游侧空燃比传感器46的输出空燃比AFdwn而使用目标空燃比的值。此外，在催化剂20的氧吸藏量不是零或最大氧吸藏量时，氧过多不足量OEDd被设为零。在不使用下游侧空燃比传感器46的输出的情况下，也可以从排气净化装置省略下游侧空燃比传感器46。

另外，在执行了燃料切断控制的情况下，NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd也可以被修正为最大氧吸藏量。另外，在流入排气的目标空燃比在预定时间以上维持为比理论空燃比浓的值的情况下，NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd也可以被修正为零。通过这样的修正，能够降低氧吸藏量OSAd的计算误差。

在步骤S203中判定为NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd比下侧基准量Dref多的情况下，本控制例程返回步骤S202，流入排气的目标空燃比维持为浓设定空燃比AFrich。另一方面，在步骤S203中判定为NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd为下侧基准量Dref以下的情况下，本控制例程进入步骤S204。

步骤S204～步骤S208与图5的步骤S102～步骤S106同样地执行。在步骤S208后，本控制例程结束。

此外，NOx净化装置23也可以是吸附NOx的NOx吸附材料。在该情况下，步骤S202及步骤S203省略。另外，NOx净化装置23还可以是NOx吸附材料和三元催化剂组合而成的装置。

另外，NOx净化装置23还可以是吸藏NOx的NOx吸藏还原催化剂。在该情况下，省略步骤S203，在步骤S202中，空燃比控制装置为了将吸藏于NOx净化装置23的NOx还原而在预定时间内使流入排气的空燃比比理论空燃比浓。

<第三实施方式>

第三实施方式的排气净化装置除了以下说明的点之外，基本上与第二实施方式的排气净化装置的结构及控制是同样的。因而，以下，关于本发明的第三实施方式，以与第二实施方式不同的部分为中心进行说明。

图9是概略地示出设置有本发明的第三实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。在第三实施方式中，排气净化装置具备催化剂(上游侧催化剂)20、空燃比传感器(上游侧空燃比传感器)41、温度传感器45、空燃比控制装置、NOx净化装置23、下游侧空燃比传感器46及燃料添加阀47。

燃料添加阀47配置于催化剂20与NOx净化装置23之间的排气通路，向催化剂20与NOx净化装置23之间的排气通路供给燃料。燃料添加阀47连接于输出端口37，ECU31控制燃料添加阀47。具体而言，ECU31控制燃料添加阀47的喷射正时及喷射量。

另外，燃料添加阀47配置于比下游侧空燃比传感器46靠排气流动方向上游侧的排气通路。因而，下游侧空燃比传感器46能够检测到添加有从燃料添加阀47喷射出的燃料的排气的空燃比。

在第三实施方式中，空燃比控制装置控制燃料添加阀47，在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，通过利用燃料添加阀47供给燃料而使NOx净化装置23成为还原气氛。例如，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，以使NOx净化装置23的氧吸藏量成为下侧基准量以下的方式利用燃料添加阀47供给燃料。在该情况下，无需为了使NOx净化装置23成为还原气氛而使催化剂20的氧吸藏量成为零。因而，能够迅速使NOx净化装置23成为还原气氛。

<催化剂劣化抑制处理>

图10是示出第三实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S301中，与图8的步骤S201同样，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。在判定为催化剂20的温度低于阈值温度的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S302。

在步骤S302中，空燃比控制装置利用燃料添加阀47来供给燃料。其结果，包括燃料的排气即比理论空燃比浓的空燃比的排气向NOx净化装置23流入。

接着，在步骤S303中，与图8的步骤S203同样，空燃比控制装置判定NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd是否为下侧基准量Dref以下。在步骤S303中判定为NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd比下侧基准量Dref多的情况下，本控制例程返回步骤S302，燃料的供给继续。另一方面，在步骤S303中判定为NOx净化装置23的氧吸藏量OSAd为下侧基准量Dref以下的情况下，本控制例程进入步骤S304。

步骤S304～步骤S308与图8的步骤S204～步骤S208同样地执行。在步骤S308后，本控制例程结束。

此外，步骤S304及步骤S305也可以与步骤S302及步骤S303并列地执行。

另外，NOx净化装置23也可以是吸附NOx的NOx吸附材料。在该情况下，步骤S302及步骤S303省略。另外，NOx净化装置23还可以是NOx吸附材料与三元催化剂组合而成的装置。

另外，NOx净化装置23还可以是吸藏NOx的NOx吸藏还原催化剂。在该情况下，步骤S303省略，在步骤S302中，空燃比控制装置为了将吸藏于NOx净化装置23的NOx还原而在预定时间内利用燃料添加阀47来供给燃料。

<第四实施方式>

第四实施方式的排气净化装置除了以下说明的点之外，基本上与第一实施方式的排气净化装置的结构及控制是同样的。因而，以下，关于本发明的第四实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

在第四实施方式中，催化剂20具有铑(Rh)或铂(Pt)作为贵金属。图11是示出Rh、RhO及RhO₂的蒸气压曲线的图。从图11可知，RhO在预定温度下具有比Rh高的蒸气压。另外，RhO₂在预定温度下具有比Rh高的蒸气压。即，Rh具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变高的特性。换言之，Rh具有与氧化气氛相比在还原气氛中预定温度下的蒸气压变低的特性。

图12是示出Pt、PtO及PtO₂的蒸气压曲线的图。从图12可知，PtO在预定温度下具有比Pt高的蒸气压。另外，PtO₂在预定温度下具有比Pt高的蒸气压。即，Pt具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变高的特性。换言之，Pt具有与氧化气氛相比在还原气氛中预定温度下的蒸气压变低的特性。

若在催化剂20的贵金属被氧化的状态下浓程度大的空燃比的排气向催化剂20流入，则催化剂20的贵金属被还原。然而，在刚向催化剂20供给HC等后，吸附于贵金属的氧与HC等反应，产生催化剂20的局部发热。此时，贵金属的还原被抑制。

因而，若在催化剂20的温度高时向催化剂20供给HC等，则通过催化剂20的局部发热，沿着被氧化的贵金属的蒸气压曲线而贵金属的蒸气压急剧上升。其结果，贵金属蒸发，催化剂20劣化。

另一方面，在催化剂20的温度低的区域中，贵金属的蒸气压曲线的斜率是大致零。因而，即使在该温度区域中因催化剂20的局部发热而贵金属的温度上升，贵金属的蒸气压也不上升。因此，通过在催化剂20的温度变高前使催化剂20成为还原气氛，能够高效地抑制催化剂20的劣化。

因而，在本实施方式中，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，使催化剂20成为还原气氛。阈值温度预先确定，被设定为在产生了由HC等的供给引起的催化剂20的局部发热的情况下贵金属的蒸气压不会上升的温度。

例如，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，以使催化剂20的氧吸藏量成为下侧基准量以下的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比浓。下侧基准量预先确定，被设定为比新品时的最大氧吸藏量的一半少的量。例如，下侧基准量被设定为新品时的最大氧吸藏量的1/5～1/3的量。

另外，空燃比控制装置在催化剂20的氧吸藏量到达下侧基准量后，直到催化剂的温度成为阈值温度以下为止，以使催化剂20的氧吸藏量维持为下侧基准量的方式控制流入排气的空燃比。由此，在催化剂20的温度高时，能够将催化剂20维持为还原气氛。

<使用了时间图的空燃比控制的说明>

图13是在第四实施方式中执行用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制时的催化剂20的温度、流入排气的空燃比及催化剂20的氧吸藏量的时间图。

在时刻t0后，催化剂20的温度伴随于内燃机负荷的上升而上升，在时刻t1下到达阈值温度Tth。其结果，用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制开始，为了使催化剂20成为还原气氛，流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓。具体而言，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比AFrich。浓设定空燃比AFrich预先确定，例如被设定为12～13.5。

若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓，则供给到催化剂20的HC等与吸附于催化剂20的贵金属的氧反应，产生催化剂20的局部性的发热。其结果，催化剂20的温度的上升量变大。

另外，若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓，则从催化剂20放出氧，催化剂20的氧吸藏量减少。其结果，在时刻t2下，催化剂20的氧吸藏量到达下侧基准量Dref。

在时刻t2后，以使催化剂20的氧吸藏量维持为下侧基准量Dref的方式控制流入排气的空燃比。具体而言，以使排气中的NOx被还原的方式，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的值。此时的目标空燃比的浓程度比浓设定空燃比AFrich的浓程度小。此外，浓程度意味着比理论空燃比浓的空燃比与理论空燃比之差。

<催化剂劣化抑制处理>

以下，参照图14的流程图对用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制进行详细说明。图14是示出第四实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S401中，与图5的步骤S101同样，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。在判定为催化剂20的温度低于阈值温度的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S402。

在步骤S402中，空燃比控制装置使流入排气的空燃比比理论空燃比浓。具体而言，空燃比控制装置将流入排气的目标空燃比设定为浓设定空燃比AFrich。

接着，在步骤S403中，空燃比控制装置判定催化剂20的氧吸藏量OSA是否为下侧基准量Dref以下。例如，空燃比控制装置与图5的步骤S103同样，通过对流入排气相对于理论空燃比的氧过多不足量进行累计来算出催化剂20的氧吸藏量OSA。

在步骤S403中判定为催化剂20的氧吸藏量OSA比下侧基准量Dref多的情况下，本控制例程返回步骤S402，流入排气的目标空燃比维持为浓设定空燃比AFrich。另一方面，在步骤S403中判定为催化剂20的氧吸藏量OSA为下侧基准量Uref以下的情况下，本控制例程进入步骤S404。

在步骤S404中，空燃比控制装置以使催化剂20的氧吸藏量OSA维持为下侧基准量Dref的方式算出目标空燃比TAF。例如，空燃比控制装置以使排气中的NOx被还原的方式，基于内燃机的预定的状态量(例如吸入空气量、内燃机负荷等)来算出目标空燃比TAF。在该情况下，空燃比控制装置使用映射或计算式，基于内燃机的预定的状态量来算出目标空燃比TAF。此时，目标空燃比TAF作为比理论空燃比浓的值而算出。

接着，在步骤S405中，空燃比控制装置使流入排气的空燃比成为目标空燃比TAF。

接着，在步骤S406中，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以下。在判定为催化剂20的温度比阈值温度高的情况下，本控制例程返回步骤S404，再次执行步骤S404及步骤S405。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以下的情况下，本控制例程结束。

此外，在步骤S406中，空燃比控制装置也可以判定催化剂20的温度是否为低于阈值温度的预定温度以下。即，空燃比控制装置也可以在催化剂20的氧吸藏量到达下侧基准量后，直到催化剂的温度成为低于阈值温度的预定温度以下为止，以使催化剂20的氧吸藏量维持为下侧基准量的方式控制流入排气的空燃比。

<第五实施方式>

第五实施方式中的排气净化装置的结构及控制除了以下说明的点之外，基本上与第四实施方式中的排气净化装置是同样的。因而，以下，关于本发明的第五实施方式，以与第四实施方式不同的部分为中心进行说明。

第五实施方式中的排气净化装置应用于图6所示的内燃机。在第五实施方式中，排气净化装置具备催化剂(上游侧催化剂)20、空燃比传感器(上游侧空燃比传感器)41、温度传感器45、空燃比控制装置、HC净化装置23及下游侧空燃比传感器46。

HC净化装置23配置于催化剂20的排气流动方向下游侧的排气通路，净化从催化剂20流出的HC。具体而言，HC净化装置23内置于在壳体(上游侧壳体)21的排气流动方向下游侧配置的下游侧壳体24。壳体21经由排气管22而连结于下游侧壳体24。

如上所述，在为了抑制催化剂20的劣化而使催化剂20成为了还原气氛的情况下，催化剂20对排气中的HC的净化能力下降，可能会从催化剂20流出HC。对此，在第五实施方式中，即使从催化剂20流出了HC，也能够利用配置于催化剂20的排气流动方向下游侧的HC净化装置23来净化HC。因而，能够抑制排气排放的恶化，并高效地抑制催化剂20的劣化。

在本实施方式中，HC净化装置23是能够吸藏氧且能够将例如HC、CO及NOx同时净化的三元催化剂。即，HC净化装置23具有与催化剂20同样的结构。HC净化装置23也被称作下游侧催化剂。

为了提高能够吸藏氧的HC净化装置23对HC的净化能力，需要使HC净化装置23成为氧化气氛。因而，在第五实施方式中，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，使HC净化装置23成为氧化气氛。由此，能够提高HC净化装置23的净化能力，更有效地抑制HC的流出。

通过了催化剂20的排气向HC净化装置23流入。因而，为了以使HC净化装置23成为氧化气氛的方式使HC净化装置23的氧吸藏量增加，需要使催化剂20的氧吸藏量成为最大氧吸藏量。因而，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，以使HC净化装置23的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比稀，之后，以使催化剂20的氧吸藏量成为下侧基准量以下的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比浓。上侧基准量预先确定，被设定为比下侧基准量多的量。即，上侧基准量被设定为比新品时的最大氧吸藏量的一半多的量。例如，上侧基准量被设定为新品时的最大氧吸藏量的2/3～4/5的量。

<使用了时间图的空燃比控制的说明>

图15是在第五实施方式中执行用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制时的催化剂20的温度、流入排气的空燃比、催化剂20的氧吸藏量及HC净化装置23的氧吸藏量的时间图。

在时刻t0后，催化剂20的温度伴随于内燃机负荷的上升而上升，在时刻t1下到达阈值温度Tth。其结果，用于抑制催化剂20的劣化的空燃比控制开始，以使HC净化装置23成为氧化气氛的方式，流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀。具体而言，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的稀设定空燃比AFlean。稀设定空燃比AFrich预先确定，例如被设定为16～17。

另外，若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比稀，则首先向催化剂20吸藏氧，催化剂20的氧吸藏量增加。其结果，在时刻t2下，催化剂20的氧吸藏量成为最大氧吸藏量。在时刻t1～时刻t2之间催化剂20的氧吸藏量增加时，排气中的NOx在催化剂20中被净化，HC净化装置23的氧吸藏量维持为大致恒定。

在时刻t2后，比理论空燃比稀的空燃比的排气也向HC净化装置23流入，向HC净化装置23吸藏氧，HC净化装置23的氧吸藏量增加。此时，催化剂20的氧吸藏量维持为最大氧吸藏量。

之后，在时刻t3下，HC净化装置23的氧吸藏量到达上侧基准量Uref。其结果，在时刻t3下，以使催化剂20成为还原气氛的方式，流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓。具体而言，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的浓设定空燃比AFrich。浓设定空燃比AFrich预先确定，例如被设定为12～13.5。

另外，若流入排气的空燃比被设为比理论空燃比浓，则从催化剂20放出氧，催化剂20的氧吸藏量减少。其结果，在时刻t4下，催化剂20的氧吸藏量到达下侧基准量Dref。

在时刻t4后，以使催化剂20的氧吸藏量维持为下侧基准量Dref的方式控制流入排气的空燃比。具体而言，以使排气中的NOx被还原的方式，流入排气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的值。此时的目标空燃比的浓程度比浓设定空燃比AFrich的浓程度小。

<催化剂劣化抑制处理>

图16是示出第五实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S501中，与图14的步骤S401同样，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。在判定为催化剂20的温度低于阈值温度的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S502。

在步骤S502中，空燃比控制装置使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。具体而言，空燃比控制装置将流入排气的空燃比的目标空燃比设定为稀设定空燃比AFlean。

接着，在步骤S503中，空燃比控制装置判定HC净化装置23的氧吸藏量OSAd是否为上侧基准量Uref以上。例如，空燃比控制装置与图8的步骤S203同样，通过对向HC净化装置23流入的排气相对于理论空燃比的氧过多不足量进行累计来算出HC净化装置23的氧吸藏量OSAd。

在步骤S503中判定为HC净化装置23的氧吸藏量OSAd比上侧基准量Dref少的情况下，本控制例程返回步骤S502，流入排气的目标空燃比维持为稀设定空燃比AFlean。另一方面，在步骤S503中判定为HC净化装置23的氧吸藏量OSAd为上侧基准量Uref以上的情况下，本控制例程进入步骤S504。

步骤S504～步骤S508与图14的步骤S402～步骤S406同样地执行。在步骤S508后，本控制例程结束。

此外，HC净化装置23也可以是吸附HC的HC吸附材料。在该情况下，步骤S502及步骤S503省略。另外，HC净化装置23还可以是HC吸附材料与三元催化剂组合而成的装置。

<第六实施方式>

第六实施方式的排气净化装置除了以下说明的点之外，基本上与第五实施方式的排气净化装置的结构及控制是同样的。因而，以下，关于本发明的第六实施方式，以与第五实施方式不同的部分为中心进行说明。

图17是概略地示出设置有本发明的第六实施方式的内燃机的排气净化装置的内燃机的图。在第六实施方式中，排气净化装置具备催化剂(上游侧催化剂)20、空燃比传感器(上游侧空燃比传感器)41、温度传感器45、空燃比控制装置、HC净化装置23、下游侧空燃比传感器46及空气供给装置100。

空气供给装置100包括空气供给通路101、空气泵102、空气开关阀103及逆止阀104。空气泵102、空气开关阀103及逆止阀104配置于空气供给通路101。

空气供给通路101将比节气门18靠进气流动方向上游侧的进气通路和催化剂20与HC净化装置23之间的排气通路连接。空气泵102由电动马达驱动，将进气通路内的空气加压并向排气通路供给。空气开关阀103开闭空气供给通路101。逆止阀104防止从排气通路向进气通路的空气的逆流。

空气泵102及空气开关阀103与ECU31电连接，由ECU31控制。在由空气供给装置100向排气通路供给空气时，空气开关阀103被打开，空气泵102被驱动。其结果，通过了空气滤清器16的空气的一部分通过空气供给通路101而向排气通路供给。因此，空气供给装置100向催化剂20与HC净化装置23之间的排气通路供给空气。此外，空气的供给源也可以是进气通路以外。

另外，空气供给通路101配置于比下游侧空燃比传感器46靠排气流动方向上游侧的排气通路。因而，下游侧空燃比传感器46能够检测添加有从空气供给装置100供给的空气的排气的空燃比。

在第六实施方式中，空燃比控制装置控制空气供给装置100，在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，通过利用空气供给装置100供给空气来使HC净化装置23成为氧化气氛。例如，空燃比控制装置在催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，以使HC净化装置23的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式利用空气供给装置100供给空气。在该情况下，无需为了使HC净化装置23成为氧化气氛而使催化剂20的氧吸藏量成为最大氧吸藏量。因而，能够迅速使HC净化装置23成为氧化气氛。

<催化剂劣化抑制处理>

图18是示出第六实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S601中，与图16的步骤S501同样，空燃比控制装置判定催化剂20的温度是否为阈值温度以上。在判定为催化剂20的温度低于阈值温度的情况下，本控制例程结束。另一方面，在判定为催化剂20的温度为阈值温度以上的情况下，本控制例程进入步骤S602。

在步骤S602中，空燃比控制装置利用空气供给装置100来供给空气。其结果，包括空气的排气即比理论空燃比稀的空燃比的排气向HC净化装置23流入。

接着，在步骤S603中，与图16的步骤S503同样，空燃比控制装置判定HC净化装置23的氧吸藏量OSAd是否为上侧基准量Uref以上。在步骤S603中判定为HC净化装置23的氧吸藏量OSAd比上侧基准量Uref少的情况下，本控制例程返回步骤S602，空气的供给继续。另一方面，在步骤S603中判定为HC净化装置23的氧吸藏量OSAd为上侧基准量Uref以上的情况下，本控制例程进入步骤S604。

步骤S604～步骤S608与图16的步骤S504～步骤S508同样地执行。在步骤S608后，本控制例程结束。

此外，步骤S604及步骤S605也可以与步骤S602及步骤S603并列地执行。

另外，HC净化装置23也可以是吸附HC的HC吸附材料。在该情况下，步骤S602及步骤S603省略。另外，HC净化装置23还可以是HC吸附材料与三元催化剂组合而成的装置。

<第七实施方式>

第七实施方式的排气净化装置除了以下说明的点之外，基本上与第一实施方式的排气净化装置的结构及控制是同样的。因而，以下，关于本发明的第七实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心进行说明。

图19是概略地示出设置有本发明的第七实施方式的内燃机的排气净化装置的车辆的结构的图。在车辆设置有GPS接收机91、地图数据库92、导航系统93、通信模块94及车速传感器95。

GPS接收机91从3个以上的GPS卫星接收信号，检测车辆的当前位置(例如，车辆的纬度及经度)。GPS接收机91经由车内网络而连接于ECU31，GPS接收机91的输出向ECU31发送。

地图数据库92存储有地图信息。在地图信息中包括道路的位置信息、道路的形状信息(例如弯道和直线部的类别、弯道的曲率半径、道路坡度等)、道路类别、限制车速等道路信息。地图数据库92经由车内网络而连接于ECU31，ECU31从地图数据库92取得地图信息。

导航系统93基于由GPS接收机91检测到的车辆的当前位置、地图数据库92的地图信息、车辆的驾驶员的输入等来设定直到目的地为止的车辆的行驶路线。导航系统93经由车内网络而连接于ECU31，由导航系统93设定的行驶路线向ECU31发送。此外，GPS接收机91及地图数据库92也可以并入于导航系统93。

通信模块94是能够进行车辆与车辆的外部的通信的设备。通信模块94例如包括数据通信模块(DCM(Data communication module))、近距离无线通信模块等。车辆经由数据通信模块而与车辆的外部的服务器等通信。另外，车辆经由近距离无线模块，通过路车间通信而与路侧机进行通信，通过车车间通信而与车辆进行通信。通信模块94经由车内网络而连接于ECU31，由通信模块94接收到的信息向ECU31发送。

车速传感器95检测车辆的速度。车速传感器95经由车内网络而连接于ECU31，车速传感器95的输出向ECU31发送。

另外，对ECU31输入空气流量计40、空燃比传感器41、温度传感器45、曲轴角传感器44及负荷传感器43的输出。

如上所述，在催化剂20具有Pd作为贵金属的情况下，通过在催化剂20的温度变高前使催化剂20成为氧化气氛，能够高效地抑制催化剂20的劣化。因而，在能够预测催化剂20的升温的情况下，优选在预测到催化剂20的升温时使催化剂20成为氧气氛。由此，即使在催化剂20的温度急剧上升的情况下，也能够可靠地抑制催化剂20的劣化。

因而，在本实施方式中，空燃比控制装置在预测到催化剂20的升温的情况下，使催化剂20成为氧气氛。例如，空燃比控制装置在预测到催化剂20的升温的情况下，以使催化剂20的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。

<催化剂劣化抑制处理>

图20是示出第七实施方式中的催化剂劣化抑制处理的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以预定的时间间隔反复执行。

首先，在步骤S701中，空燃比控制装置基于GPS接收机91的输出、存储于地图数据库92的地图信息、由导航系统93设定的行驶路线、由通信模块94接收到的信息、车速传感器95的输出等来判定是否预测到催化剂20的升温。

例如，在由导航系统93设定的行驶路线中包括向内燃机的要求负荷变高的区间(例如上坡路等)的情况下，在该区间之前的区间中预测到催化剂20的升温。另外，即使在未由导航系统93设定行驶路线的情况下，也能够基于前行车辆的车速、周边道路的交通量或坡度等来预测催化剂20的升温。

另外，在加速器踏板42的踩踏量为预定值以上的情况即负荷传感器43的输出为预定值以上的情况下，预测到催化剂20的升温。另外，在执行着使车速成为恒定的目标速度的控制(所谓的巡航控制)时，在从目标速度减去当前的车速而得到的值为预定值以上的情况下，预测到催化剂20的升温。

在步骤S701中判定为未预测到催化剂20的升温的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S701中判定为预测到催化剂20的升温的情况下，本控制例程进入步骤S702。

步骤S702～步骤S706与图5的步骤S102～步骤S106同样地执行。在步骤S706后，本控制例程结束。

以上，说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不限定于这些实施方式，能够在权利要求书的记载内实施各种各样的修正及变更。例如，催化剂20的贵金属只要具有与第1气氛相比在第2气氛中预定温度下的蒸气压变低的特性即可，也可以是其他种类的贵金属，第1气氛是氧化气氛或还原气氛，第2气氛是还原气氛或氧化气氛的。

另外，也可以是，排气净化装置具备向比催化剂20靠上游侧的排气通路供给空气的空气供给装置100，空燃比控制装置通过利用空气供给装置100供给空气而使流入排气的空燃比比理论空燃比稀。另外，还可以是，排气净化装置具备向比催化剂20靠上游侧的排气通路供给燃料的燃料添加阀47，空燃比控制装置通过利用燃料添加阀47供给燃料而使流入排气的空燃比比理论空燃比浓。

另外，上述的实施方式能够任意组合而实施。例如，在第七实施方式与第二实施方式～第六实施方式组合的情况下，在图8的步骤S201、图10的步骤S301、图14的步骤S401、图16的步骤S501及图18的步骤S601中，与图20的步骤S701同样，空燃比控制装置判定是否预测到催化剂20的升温。

Claims

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：

催化剂，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及

空燃比控制装置，控制向所述催化剂流入的流入排气的空燃比，

所述催化剂具有贵金属，该贵金属具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变低的特性，

所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述催化剂的氧吸藏量成为上侧基准量以上的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比稀。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，

还具备NOx净化装置，该NOx净化装置配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够净化从所述催化剂流出的NOx。

3.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，

所述NOx净化装置能够吸藏氧，

所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述NOx净化装置的氧吸藏量成为小于所述上侧基准量的下侧基准量以下的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比浓，之后，以使所述催化剂的氧吸藏量成为所述上侧基准量以上的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比稀。

4.根据权利要求2所述的内燃机的排气净化装置，

还具备向所述催化剂与所述NOx净化装置之间的排气通路供给燃料的燃料添加阀，

所述NOx净化装置能够吸藏氧，

所述空燃比控制装置控制所述燃料添加阀，在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述NOx净化装置的氧吸藏量成为小于所述上侧基准量的下侧基准量以下的方式利用所述燃料添加阀供给燃料。

5.一种内燃机的排气净化装置，具备：

催化剂，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及

所述催化剂具有贵金属，该贵金属具有在被氧化时预定温度下的蒸气压变高的特性，

所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述催化剂的氧吸藏量成为下侧基准量以下的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比浓。

6.根据权利要求5所述的内燃机的排气净化装置，

还具备HC净化装置，该HC净化装置配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够净化从所述催化剂流出的HC。

7.根据权利要求6所述的内燃机的排气净化装置，

所述HC净化装置能够吸藏氧，

所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述HC净化装置的氧吸藏量成为比所述下侧基准量多的上侧基准量以上的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比稀，之后，以使所述催化剂的氧吸藏量成为所述下侧基准量以下的方式使所述流入排气的空燃比比理论空燃比浓。

8.根据权利要求6所述的内燃机的排气净化装置，

还具备向所述催化剂与所述HC净化装置之间的排气通路供给空气的空气供给装置，

所述HC净化装置能够吸藏氧，

所述空燃比控制装置控制所述空气供给装置，在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，以使所述HC净化装置的氧吸藏量成为比所述下侧基准量多的上侧基准量以上的方式利用所述空气供给装置供给空气。

9.一种内燃机的排气净化装置，具备：

催化剂，配置于排气通路并且能够吸藏氧；及

空燃比控制装置，控制所述催化剂的气氛，

所述催化剂具有贵金属，该贵金属具有与第1气氛相比在第2气氛中预定温度下的蒸气压变低的特性，所述第1气氛是氧化气氛或还原气氛，所述第2气氛还原气氛或氧化气氛，

所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，使所述催化剂成为所述第2气氛。

10.根据权利要求9所述的内燃机的排气净化装置，

还具备下游侧催化剂，该下游侧催化剂配置于所述催化剂的排气流动方向下游侧的排气通路，并且能够吸藏氧，

所述空燃比控制装置在所述催化剂的温度为所述阈值温度以上的情况或预测到所述催化剂的升温的情况下，使所述下游侧催化剂成为所述第1气氛。