CN113803136A - 内燃机的排气净化装置及催化剂 - Google Patents

Abstract

一种内燃机的排气净化装置及催化剂，提高配置于内燃机的排气通路的催化剂的排气净化性能。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留氧；和空燃比控制装置，控制向催化剂流入的流入废气的空燃比。空燃比控制装置以使在催化剂中氧吸留量为规定值以上的第一区域与氧吸留量低于规定值的第二区域沿着催化剂的轴向交替地形成的方式执行控制流入废气的空燃比的分布形成控制。通过分布形成控制形成的第一区域及第二区域的总数为三以上。

Description

内燃机的排气净化装置及催化剂

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置及催化剂。

背景技术

以往，已知有如下技术：将能够吸留氧的催化剂配置于内燃机的排气通路而在催化剂中净化废气中的HC、CO、NOx等。

在该催化剂中，当因氧或HC导致的催化剂中毒而催化剂的贵金属成为非活性状态时，催化剂的排气净化性能降低。对此，在专利文献1记载的内燃机中，实施强制使混合气的空燃比以比理论空燃比浓的空燃比为中心振动的扰动控制。在专利文献1中记载了，通过利用扰动控制反复进行催化剂中的氧的吸留及放出能够使催化剂的贵金属活性化，进而能够提高催化剂的排气净化性能。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-239698号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，专利文献1记载的方法在催化剂内的局部的排气净化性能的提高上具有改善的余地。另外，伴随于排出气体限制的严格化，期望催化剂的排气净化性能的进一步提高。

因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于提高配置于内燃机的排气通路的催化剂的排气净化性能。

用于解决课题的技术方案

本公开的要旨如下。

(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留氧；和空燃比控制装置，控制向所述催化剂流入的流入废气的空燃比，所述空燃比控制装置以使在所述催化剂中氧吸留量为规定值以上的第一区域与氧吸留量低于所述规定值的第二区域沿着该催化剂的轴向交替地形成的方式执行控制所述流入废气的空燃比的分布形成控制，通过所述分布形成控制形成的所述第一区域及所述第二区域的总数为三以上。

(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置以使所述第一区域与所述第二区域之间的边界中的至少一个形成于所述催化剂的下游侧、且使该边界中的至少一个形成于该催化剂的上游侧的方式执行所述分布形成控制。

(3)根据上述(1)或(2)所述的内燃机的排气净化装置，通过所述分布形成控制形成的所述第一区域及所述第二区域的总数为四以上。

(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中以使各空燃比控制中的所述催化剂的氧变动量逐渐变少的方式交替地执行使所述流入废气的空燃比比理论空燃比浓的浓空燃比控制和使所述流入废气的空燃比比理论空燃比稀的稀空燃比控制。

(5)根据上述(4)所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中以使各空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比与理论空燃比之差逐渐变小的方式交替地执行所述浓空燃比控制和所述稀空燃比控制。

(6)根据上述(4)所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中以使各空燃比控制的执行时间逐渐变短的方式交替地执行所述浓空燃比控制和所述稀空燃比控制。

(7)根据上述(4)所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中以使各空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比与理论空燃比的差逐渐变小且各空燃比控制的执行时间逐渐变短的方式交替地执行所述浓空燃比控制和所述稀空燃比控制。

(8)根据上述(4)或(5)所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置算出所述浓空燃比控制中的向所述催化剂的还原剂供给量，在该还原剂供给量达到了规定量时使该浓空燃比控制结束，所述空燃比控制装置算出所述稀空燃比控制中的向所述催化剂的氧供给量，在该氧供给量达到了规定量时使该稀空燃比控制结束。

(9)根据上述(4)～(8)中任一项所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置算出所述催化剂的老化程度，并基于该老化程度来设定所述浓空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比和所述稀空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比。

(10)根据上述(1)～(9)中任一项所述的内燃机的排气净化装置，所述空燃比控制装置在反复执行所述分布形成控制的情况下，以使通过该分布形成控制形成于所述催化剂的所述第一区域及所述第二区域的位置对调的方式控制所述流入废气的空燃比。

(11)一种催化剂，配置于内燃机的排气通路并且能够吸留氧，其中，氧吸留量为规定值以上的第一区域与氧吸留量低于所述规定值的第二区域沿着该催化剂的轴向交替地形成，所述第一区域及所述第二区域的总数为三以上。

发明效果

根据本发明，能够提高配置于内燃机的排气通路的催化剂的排气净化性能。

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是示出催化剂的表面的空燃比与催化剂的反应性的关系的图。

图3是概略地示出废气正向催化剂流入时的催化剂的状态的图。

图4是示出沿着图3的催化剂的轴向的氧吸留状态的图。

图5A是在第一实施方式中执行分布形成控制时的流入废气的目标空燃比、还原剂供给量的累计值及氧供给量的累计值的时间图。

图5B是示出图5A的各时刻下的沿着催化剂的轴向的氧吸留状态的图。

图6A是示出第一实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图6B是示出第一实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图7是在第二实施方式中执行分布形成控制时的流入废气的目标空燃比、还原剂供给量的累计值及氧供给量的累计值的时间图。

图8A是示出第二实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图8B是示出第二实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图9是示出第三实施方式中的空燃比设定处理的控制例程的流程图。

图10A是示出第三实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图10B是示出第三实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图10C是示出第三实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图11是示出在第四实施方式中反复执行了分布形成控制的情况下形成于催化剂的第一区域及第二区域的分布的一例的图。

图12是示出第四实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。

图13是示出分布形成控制后的沿着催化剂的轴向的氧吸留状态的一例的图。

图14是示出分布形成控制后的沿着催化剂的轴向的氧吸留状态的一例的图。

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一参照标号。

<第一实施方式>

首先，参照图1～图6B，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内往复移动的活塞，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对进气口7进行开闭，排气门8对排气口9进行开闭。

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

各气缸的进气口7经由各自对应的进气支管13连结于稳压箱14，稳压箱14经由进气管15连结于空气滤清器16。进气口7、进气支管13、稳压箱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，配置由节气门驱动致动器17驱动的节气门18。节气门18通过由节气门驱动致动器17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废气排出的排气通路。

内燃机的各种控制由电子控制单元(ECU)31执行。对ECU31，输入设置于内燃机或搭载了内燃机的车辆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，具备经由双向总线32彼此连接的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设置有多个ECU。

在进气管15配置空气流量计40，检测在进气管15内流动的空气的流量，空气流量计40的输出经由对应的AD变换器38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上游侧空燃比传感器41，检测在排气歧管19内流动的废气(即从内燃机的燃烧室5排出并向催化剂20流入的废气)的空燃比。上游侧空燃比传感器41的输出(输出电流)与废气的空燃比成比例地变大，上游侧空燃比传感器41能够连续地(线性地)检测废气的空燃比。上游侧空燃比传感器41的输出经由对应的AD变换器38向输入端口36输入。

另外，在排气管22内即催化剂20的排气流动方向下游侧的排气通路配置下游侧空燃比传感器42，检测在排气管22内流动的废气(即从催化剂20流出的废气)的空燃比。下游侧空燃比传感器42的输出(输出电流)与废气的空燃比成比例地变大，下游侧空燃比传感器42能够连续地(线性地)检测废气的空燃比。下游侧空燃比传感器42的输出经由对应的AD变换器38向输入端口36输入。

另外，在设置于搭载了内燃机的车辆的加速器踏板43连接产生与加速器踏板43的踩踏量成比例的输出电压的负荷传感器44，负荷传感器44的输出电压经由对应的AD变换器38向输入端口36输入。ECU31基于负荷传感器44的输出算出内燃机负荷。

另外，在输入端口36连接每当曲轴旋转规定角度(例如10°)时产生输出脉冲的曲轴角传感器45，该输出脉冲向输入端口36输入。ECU31基于曲轴角传感器45的输出算出内燃机转速。

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对它们进行控制。具体地说，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，像气缸排列、燃料的喷射方式、进排气系统的结构、气门机构的结构、有无增压器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也可以配置成向进气口7内喷射燃料。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。

<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。排气净化装置具备空燃比控制装置、上游侧空燃比传感器41、下游侧空燃比传感器42及催化剂20。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流入的废气(以下，称作“流入废气”)的空燃比。具体地说，空燃比控制装置设定流入废气的目标空燃比，并且，以使得流入废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得上游侧空燃比传感器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，也可以不使用上游侧空燃比传感器41，以使得流入废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得向燃烧室5供给的燃料与空气的比率与目标空燃比一致的方式，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算出的燃料量向燃烧室5供给。

催化剂20配置于排气通路，净化废气。催化剂20是能够吸留氧，能够同时净化例如烃(HC)、一氧化碳(CO)及氮氧化物(NOx)的三元催化剂。催化剂20具有由陶瓷、金属等构成的基材(载体)、具有催化剂作用的贵金属(例如铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)等)、具有氧吸留能力的助催化剂(例如氧化铈(CeO₂)等)。贵金属及助催化剂担载于基材。

催化剂20通过助催化剂根据废气的空燃比吸留或放出氧。具体地说，催化剂20在废气的空燃比比理论空燃比稀时，吸留废气中的过剩的氧。另一方面，催化剂20在废气的空燃比比理论空燃比浓时，放出对于使HC及CO氧化来说不足的氧。其结果，即便在废气的空燃比从理论空燃比偏离了少许的情况下，催化剂20的表面上的空燃比也被维持在理论空燃比附近，在催化剂20中HC、CO及NOx被有效地净化。

然而，当超过了催化剂20的氧吸留能力的量的氧流入催化剂20时，催化剂20的贵金属被氧覆盖，产生所谓的氧中毒。另一方面，当吸留于催化剂20的氧枯竭时，催化剂20的贵金属被HC那样的还原剂覆盖，产生所谓的HC中毒。当产生氧中毒或HC中毒时，催化剂20的贵金属成为非活性状态，催化剂20的排气净化性能降低。因而，以往认为，为了提高催化剂20的排气净化性能，优选尽可能使催化剂20的表面的气氛接近理论空燃比。

然而，通过本申请的发明人锐意研究的结果是，得知了在催化剂20的贵金属吸附有少量的氧或还原剂的状态下催化剂20的排气净化性能能够进一步提高。图2是示出催化剂20的表面的空燃比与催化剂20的反应性的关系的图。如图2所示，催化剂20的反应性，在催化剂20的表面的空燃比从理论空燃比稍微向浓侧或稀侧偏离了的区域处成为最高。该现象产生的具体的原理不一定明确，但可以认为是因以下这样的机制而产生。

HC在催化剂20中通过氧化反应而被净化。此时，在少量的氧吸附于贵金属的状态下，与氧不存在于贵金属上的状态相比，贵金属上的HC与氧的反应速度提高。另一方面，NOx在催化剂20中通过还原反应而被净化。此时，在少量的HC吸附于贵金属的状态下，与HC不存在于贵金属上的状态相比，贵金属上的NOx与HC的反应速度提高。因此，为了进一步提高催化剂20的排气净化性能，在不会因氧中毒或HC中毒而贵金属成为非活性状态的范围内，在催化剂20内产生氧浓度的浓淡是有效的。

图3是概略地示出废气向催化剂20流入时的催化剂20的状态的图。图3中，以箭头示出了排气流动方向。催化剂20具有圆柱形状，催化剂20的轴向等同于排气流动方向。

在图3的例子中，在催化剂20因氧而饱和之后，比理论空燃比浓的废气向催化剂20流入。当比理论空燃比浓的废气流入催化剂20时，为了净化废气中的HC等，吸留于催化剂20的氧被放出。此时，吸留于催化剂20的氧从上游侧起依次放出。因而，在图3的例子中，吸留有氧的稀区域残留于下游侧，氧枯竭的浓区域形成于上游侧。另外，在稀区域与浓区域之间，形成局部的氧浓度逐渐变化的转变区域。

图4是示出沿着图3的催化剂20的轴向的氧吸留状态的图。图4中，催化剂20的轴向的位置作为x轴示出，该位置的催化剂20的氧吸留量作为y轴示出。在稀区域，氧吸留量达到最大氧吸留量，大量的氧吸附于贵金属。另一方面，在浓区域，氧吸留量达到零，大量的还原剂(例如HC)吸附于贵金属。此外，所谓最大氧吸留量，意味着在催化剂20的轴向的特定的位置能够吸留于催化剂20的氧的量。

在稀区域与浓区域之间的转变区域，氧吸留量在零与最大氧吸留量之间变化，产生氧浓度的浓淡。即，在转变区域内，产生氧吸留量成为最大氧吸留量的一半(50％)的部位，可以认为这附近相当于提高催化剂20的局部的排气净化性能的高活性区域。因而，在本实施方式中，为了在催化剂20内形成高活性区域，实施以下的空燃比控制。

即，空燃比控制装置以使在催化剂20中氧吸留量为规定值以上的第一区域与氧吸留量低于规定值的第二区域沿着催化剂20的轴向交替地形成的方式执行控制流入废气的空燃比的分布形成控制。此时，空燃比控制装置执行分布形成控制使得通过分布形成控制形成的第一区域及第二区域的总数成为三以上。由此，能够在催化剂20内形成氧浓度变化的多个区域，进而，能够提高催化剂20的排气净化性能。此外，通过分布形成控制形成的第一区域及第二区域的总数也可以为四以上。由此，能够更进一步地提高催化剂20的排气净化性能。

例如，划定第一区域及第二区域的规定值是最大氧吸留量的一半。在该情况下，如图4所示，在图4的例子中，稀区域和转变区域的一部分(氧吸留量为50％以上的部分)相当于第一区域，浓区域和转变区域的一部分(氧吸留量低于50％的部分)相当于第二区域。在图4所示的状态下，将流入废气的空燃比切换为比理论空燃比稀的空燃比的情况下，氧从上游侧起依次吸留于催化剂20，上游侧的第二区域变化为第一区域。此时，为了在下游侧的第一区域与上游侧的第一区域之间残留第二区域，需要使得氧不被供给至第二区域的下游侧端部。即，需要使形成上游侧的第一区域时的催化剂20的氧变动量(氧吸留量)比形成了图4所示的第二区域时的催化剂20的氧变动量(氧放出量)少。

因而，空燃比控制装置在分布形成控制中，以使得各空燃比控制中的催化剂20的氧变动量逐渐变少的方式，交替地执行使流入废气的空燃比比理论空燃比浓的浓空燃比控制和使流入废气的空燃比比理论空燃比稀的稀空燃比控制。例如，空燃比控制装置在分布形成控制中，以使得各空燃比控制的执行时间逐渐变短的方式交替地执行浓空燃比控制和稀空燃比控制。

另外，空燃比控制装置以使得第一区域与第二区域之间的边界中的至少一个形成于催化剂20的下游侧且边界中的至少一个形成于催化剂20的上游侧的方式执行分布形成控制。由此，能够在催化剂20的下游侧及上游侧形成高活性区域，进而，能够高效地提高催化剂20整体的排气净化性能。此外，所谓催化剂20的下游侧，意味着在催化剂20的轴向上比中央靠下游侧的部分，所谓催化剂20的上游侧，意味着在催化剂20的轴向上比中央靠上游侧的部分。

<使用了时间图的分布形成控制的说明>

参照图5A及图5B，对上述的分布形成控制的具体例进行说明。图5A是执行分布形成控制时的流入废气的目标空燃比、还原剂供给量的累计值及氧供给量的累计值的时间图。图5B是示出图5A的各时刻(时刻t1～t5)下的沿着催化剂20的轴向的氧吸留状态的图。

在图5A的例子中，在时刻t0，执行通常控制，流入废气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稍微稀的值。时刻t0之后，在时刻t1，在催化剂20的轴向的所有位置，氧吸留量达到最大氧吸留量，催化剂20因氧而饱和。即，在时刻t1，在催化剂20仅形成有第一区域，在催化剂20中没有产生氧浓度的浓淡。

在时刻t1，开始分布形成控制。首先，为了在第一区域的上游侧形成第二区域，流入废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TAFrich，开始浓空燃比控制。在浓空燃比控制中，向催化剂20供给还原剂，还原剂供给量的累计值逐渐增加。其结果，吸留于催化剂20的氧从上游侧起依次放出，催化剂20的上游侧的氧吸留量成为零。

浓空燃比控制执行从时刻t1到时刻t2为止的规定时间。浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)，比在时刻t1吸留于催化剂20的氧吸留量、即能够吸留于催化剂20整体的氧的量少。因而，如图5B所示，在浓空燃比控制的结束时的时刻t2，在第一区域的上游侧形成第二区域。

接下来，在时刻t2，为了在第二区域的上游侧形成第一区域，流入废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TAFlean，开始稀空燃比控制。在稀空燃比控制中，向催化剂20供给氧，氧供给量的累计值逐渐增加。其结果，氧从上游侧起依次吸留于催化剂20，催化剂20的上游侧的氧吸留量成为最大氧吸留量。

稀空燃比控制执行从时刻t2到时刻t3为止的规定时间。从时刻t2到时刻t3为止的时间比从时刻t1到时刻t2为止的时间短。其结果，从时刻t2到时刻t3为止的稀空燃比控制中的氧变动量(氧吸留量)变得比从时刻t1到时刻t2为止的浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)少。因而，如图5B所示，在时刻t3，在第二区域的上游侧形成第一区域。

接下来，为了在上游侧的第一区域的上游侧形成第二区域，浓空燃比控制执行从时刻t3到时刻t4为止的规定时间。从时刻t3到时刻t4为止的时间比从时刻t2到时刻t3为止的时间短。其结果，从时刻t3到时刻t4为止的浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)变得比从时刻t2到时刻t3为止的稀空燃比控制中的氧变动量(氧吸留量)少。因而，如图5B所示，在时刻t4，在上游侧的第一区域的上游侧形成第二区域。

接下来，为了在上游侧的第二区域的上游侧形成第一区域，稀空燃比控制执行从时刻t4到时刻t5为止的规定时间。从时刻t4到时刻t5为止的时间比从时刻t3到时刻t4为止的时间短。其结果，从时刻t4到时刻t5为止的稀空燃比控制中的氧变动量(氧吸留量)变得比从时刻t3到时刻t4为止的浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)少。因而，如图5B所示，在时刻t5，在上游侧的第二区域的上游侧形成第一区域。在时刻t5分布形成控制结束，再次开始通常控制。

在图5的例子中，通过分布形成控制形成的第一区域及第二区域的总数为五，即通过分布形成控制形成的高活性区域的数为四。另外，第一区域与第二区域之间的二个边界形成于催化剂20的下游侧，第一区域与第二区域之间的二个边界形成于催化剂20的上游侧。

此外，在图5的例子中，在催化剂20因氧而饱和时开始分布形成控制，但也可以在催化剂20的氧枯竭时，即在催化剂20仅形成有第二区域时开始分布形成控制。在该情况下，在分布形成控制中，首先，为了在第二区域的上游侧形成第一区域，执行稀空燃比控制。

<分布形成控制>

以下，使用图6A及图6B的流程图，对上述的分布形成控制进行说明。图6A及图6B是示出第一实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以规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分布形成标志Fd是否为1。分布形成标志Fd是在分布形成控制开始时被设定为1，在分布形成控制结束时被设定为零的标志。此外，分布形成标志Fd的初始值为零。

在步骤S101中判定为分布形成标志Fd为零的情况下，本控制例程前进至步骤S102。在步骤S102中，空燃比控制装置判定下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn是否为稀判定空燃比AFlean以上。稀判定空燃比AFlean是在催化剂20因氧而饱和时由下游侧空燃比传感器42检测的空燃比。稀判定空燃比AFlean预先确定，被设定为比理论空燃比稍微稀的空燃比(例如14.65)。

在步骤S102中判定为下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn比稀判定空燃比AFlean浓的情况下，即在判定为催化剂20没有因氧而饱和的情况下，本控制例程前进至步骤S103。在步骤S103中，空燃比控制装置判定下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich以下。浓判定空燃比AFlean是在催化剂20的氧枯竭了时由下游侧空燃比传感器42检测的空燃比。浓判定空燃比AFlean预先确定，被设定为比理论空燃比稍微浓的空燃比(例如14.55)。在步骤S103中判定为下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn比浓判定空燃比AFrich稀的情况下，即在判定为催化剂20的氧没有枯竭的情况下，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S102中判定为下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn为稀判定空燃比AFlean以上的情况下，即在判定为催化剂20因氧而饱和的情况下，本控制例程前进至步骤S106。在步骤S106中，空燃比控制装置开始分布形成控制，将流入废气的目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich。即，空燃比控制装置执行浓空燃比控制。浓设定空燃比TAFrich预先确定，被设定为比理论空燃比浓的空燃比(例如12.6～14.4)。

接下来，在步骤S105中，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count设定为1。执行次数Count表示在分布形成控制中执行的空燃比控制(浓空燃比控制及稀空燃比控制)的执行次数。步骤S105之后，本控制例程结束。

另外，在步骤S103中判定为下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich以下的情况下，即在判定为催化剂20的氧枯竭了的情况下，本控制例程前进至步骤S104。在步骤S104中，空燃比控制装置开始分布形成控制，将流入废气的目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean。即，空燃比控制装置执行稀空燃比控制。稀设定空燃比TAFlean预先确定，被设定为比理论空燃比稀的空燃比(例如14.8～16.6)。

接下来，在步骤S105中，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count设定为1，步骤S105之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S101中判定为分布形成标志Fd为1的情况下，本控制例程前进至步骤S107。在步骤S107中，空燃比控制装置通过加上微小时间Δt来更新累计时间ET。累计时间ET表示当前的空燃比控制(浓空燃比控制或稀空燃比控制)的执行时间。另外，微小时间Δt相当于本控制例程的执行间隔。

接下来，在步骤S108中，空燃比控制装置判定累计时间ET是否为规定时间Tref(Count)以上。规定时间Tref(Count)针对每个执行次数Count预先确定。执行次数Count的值越大，则规定时间Tref(Count)越短。例如，执行次数Count为2时的规定时间Tref(2)比执行次数Count为1时的规定时间Tref(1)短。

在步骤S108中判定为累计时间ET短于规定时间Tref(Count)的情况下，本控制例程结束。在该情况下，继续当前的空燃比控制。

另一方面，在步骤S108中判定为累计时间ET为规定时间Tref(Count)以上的情况下，本控制例程前进至步骤S109。在步骤S109中，空燃比控制装置判定执行次数Count是否为规定次数N以上。规定次数N预先确定，通过分布形成控制形成的第一区域及第二区域的总数成为对规定次数N加上了1的值。规定次数N被设定为二以上，优选三以上，更优选四以上。

在步骤S109中判定为执行次数Count小于规定次数N的情况下，本控制例程前进至步骤S110。在步骤S110中，空燃比控制装置判定当前的目标空燃比TAF是否为浓设定空燃比TAFrich。即，空燃比控制装置判定当前的空燃比控制是否为浓空燃比控制。

在步骤S110中判定为当前的目标空燃比TAF为浓设定空燃比TAFrich的情况下，即在判定为当前的空燃比控制为浓空燃比控制的情况下，本控制例程前进至步骤S111。在步骤S111中，空燃比控制装置将目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean。即，空燃比控制装置将目标空燃比TAF从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean，执行稀空燃比控制。

接下来，在步骤S112中，空燃比控制装置通过加上1来更新执行次数Count。步骤S112之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S110中判定为当前的目标空燃比TAF为稀设定空燃比TAFlean的情况下，即在判定为当前的空燃比控制为稀空燃比控制的情况下，本控制例程前进至步骤S113。在步骤S113中，空燃比控制装置将目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich。即，空燃比控制装置将目标空燃比TAF从稀设定空燃比TAFlean切换为浓设定空燃比TAFrich，执行浓空燃比控制。

接下来，在步骤S112中，空燃比控制装置通过加上1来更新执行次数Count。步骤S112之后，本控制例程结束。

之后，在步骤S109中判定为执行次数Count为规定次数N以上的情况下，本控制例程前进至步骤S114。在步骤S114中，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count重置为零。

接下来，在步骤S115中，空燃比控制装置开始通常控制。在通常控制中，例如，流入废气的目标空燃比TAF被设定为比理论空燃比稍微稀的值。此外，在通常控制中，流入废气的目标空燃比TAF也可以被设定为比理论空燃比稍微浓的值、理论空燃比、与内燃机的运转状态相应的值等。步骤S115之后，本控制例程结束。

<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来进行说明。

如上所述，空燃比控制装置在分布形成控制中交替地执行浓空燃比控制和稀空燃比控制，以使得各空燃比控制中的催化剂20的氧变动量逐渐变少。关于此，在第二实施方式中，通过使空燃比控制中的目标空燃比逐渐接近理论空燃比来使空燃比控制中的催化剂20的氧变动量逐渐变少。即，空燃比控制装置以使得各空燃比控制中的流入废气的目标空燃比与理论空燃比的差逐渐变小的方式，交替地执行浓空燃比控制和稀空燃比控制。

<使用了时间图的分布形成控制的说明>

参照图7，对第二实施方式中的分布形成控制的具体例进行说明。图7是执行分布形成控制时的流入废气的目标空燃比、还原剂供给量的累计值及氧供给量的累计值的时间图。与图5A同样，图7的各时刻(时刻t1～t5)下的沿着催化剂20的轴向的氧吸留状态示于图5B。

与图5A的例子同样，在催化剂20仅形成有第一区域的时刻t1，开始分布形成控制。首先，为了在第一区域的上游侧形成第二区域，流入废气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的第一浓设定空燃比TAFrich1，开始浓空燃比控制。

浓空燃比控制执行从时刻t1到时刻t2为止的规定时间。浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)比在时刻t1吸留于催化剂20的氧吸留量、即能够吸留于催化剂20整体的氧的量少。因而，如图5B所示，在浓空燃比控制的结束时的时刻t2，在第一区域的上游侧形成第二区域。

接下来，在时刻t2，为了在第二区域的上游侧形成第一区域，流入废气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的第一稀设定空燃比TAFlean1，开始稀空燃比控制。稀空燃比控制执行从时刻t2到时刻t3为止的规定时间。从时刻t2到时刻t3为止的时间与从时刻t1到时刻t2为止的时间相等。另外，第一稀设定空燃比TAFlean1与理论空燃比的差比第一浓设定空燃比TAFrich1与理论空燃比的差小。其结果，从时刻t2到时刻t3为止的稀空燃比控制中的氧变动量(氧吸留量)变得比从时刻t1到时刻t2为止的浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)少。因而，如图5B所示，在时刻t3，在第二区域的上游侧形成第一区域。

接下来，为了在上游侧的第一区域的上游侧形成第二区域，流入废气的目标空燃比被设定为比理论空燃比浓的第二浓设定空燃比TAFrich2，执行浓空燃比控制。浓空燃比控制执行从时刻t3到时刻t4为止的规定时间。从时刻t3到时刻t4为止的时间与从时刻t2到时刻t3为止的时间相等。另外，第二浓设定空燃比TAFrich2与理论空燃比的差比第一稀设定空燃比TAFlean1与理论空燃比的差小。其结果，从时刻t3到时刻t4为止的浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)变得比从时刻t2到时刻t3为止的稀空燃比控制中的氧变动量(氧吸留量)少。因而，如图5B所示，在时刻t4，在上游侧的第一区域的上游侧形成第二区域。

接下来，为了在上游侧的第二区域的上游侧形成第一区域，流入废气的目标空燃比被设定为比理论空燃比稀的第二稀设定空燃比TAFlean2，执行稀空燃比控制。稀空燃比控制执行从时刻t4到时刻t5为止的规定时间。从时刻t4到时刻t5为止的时间与从时刻t3到时刻t4为止的时间相等。另外，第二稀设定空燃比TAFlean2与理论空燃比的差比第二浓设定空燃比TAFrich2与理论空燃比的差小。其结果，从时刻t4到时刻t5为止的稀空燃比控制中的氧变动量(氧吸留量)变得比从时刻t3到时刻t4为止的浓空燃比控制中的氧变动量(氧放出量)少。因而，如图5B所示，在时刻t5，在上游侧的第二区域的上游侧形成第一区域。在时刻t5分布形成控制结束，再次开始通常控制。

<分布形成控制>

图8A及图8B是示出第二实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以规定的时间间隔反复执行。

步骤S201～S206与图6A的步骤S101～S106同样地执行。此时，空燃比控制装置在步骤S206中将目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich(1)，在步骤S204中将目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean(1)。浓设定空燃比TAFrich(1)是执行次数Count为1时的浓设定空燃比，预先确定。稀设定空燃比TAFlean(1)是执行次数Count为1时的稀设定空燃比，预先确定。

在步骤S201中判定为分布形成标志Fd为1的情况下，本控制例程前进至步骤S207。在步骤S207中，与图6B的步骤S107同样，空燃比控制装置通过加上微小时间Δt来更新累计时间ET。

接下来，在步骤S208中，空燃比控制装置判定累计时间ET是否为规定时间Tref以上。规定时间Tref预先确定。在步骤S208中判定为累计时间ET短于规定时间Tref的情况下，本控制例程结束。在该情况下，继续当前的空燃比控制。

另一方面，在步骤S208中判定为累计时间ET为规定时间Tref以上的情况下，本控制例程前进至步骤S209。在步骤S209中，与图6B的步骤S109同样，空燃比控制装置判定执行次数Count是否为规定次数N以上。

在步骤S209中判定为执行次数Count小于规定次数N的情况下，本控制例程前进至步骤S210。在步骤S210中，空燃比控制装置通过加上1来更新执行次数Count。

接下来，在步骤S211中，空燃比控制装置判定当前的目标空燃比TAF是否为浓设定空燃比TAFrich。在步骤S211中判定为当前的目标空燃比TAF为浓设定空燃比TAFrich的情况下，即在判定为当前的空燃比控制为浓空燃比控制的情况下，本控制例程前进至步骤S212。

在步骤S212中，空燃比控制装置将目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean(Count)。即，空燃比控制装置将目标空燃比TAF从浓设定空燃比TAFrich(Count-1)切换为稀设定空燃比TAFlean(Count)，执行稀空燃比控制。稀设定空燃比TAFlean(Count)针对每个执行次数Count预先确定。执行次数Count的值越大，则稀设定空燃比TAFlean(Count)的稀程度越小。此外，所谓稀程度，意味着比理论空燃比稀的空燃比与理论空燃比的差。步骤S212之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S211中判定为当前的目标空燃比TAF为稀设定空燃比TAFlean的情况下，即在判定为当前的空燃比控制为稀空燃比控制的情况下，本控制例程前进至步骤S213。在步骤S213中，空燃比控制装置将目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich(Count)。即，空燃比控制装置将目标空燃比TAF从稀设定空燃比TAFlean(Count-1)切换为浓设定空燃比TAFrich(Count)，执行浓空燃比控制。浓设定空燃比TAFrich(Count)针对每个执行次数Count预先确定。执行次数Count的值越大，则浓设定空燃比TAFrich(Count)的浓程度越小。此外，所谓浓程度，意味着比理论空燃比浓的空燃比与理论空燃比的差。步骤S213之后，本控制例程结束。

另外，在步骤S209中判定为执行次数Count为规定次数N以上的情况下，本控制例程前进至步骤S214。在步骤S214中，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count重置为零。

接下来，在步骤S215中，与图6B的步骤S115同样，空燃比控制装置开始通常控制。步骤S215之后，本控制例程结束。

<第三实施方式>

第三实施方式中的排气净化装置的构成及控制，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，关于本发明的第三实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心来进行说明。

如上所述，空燃比控制装置在分布形成控制中，交替地反复执行浓空燃比控制和稀空燃比控制。在浓空燃比控制中，流入废气的目标空燃比被设定为浓设定空燃比，在稀空燃比控制中，流入废气的目标空燃比被设定为稀设定空燃比。

此时，通过使浓设定空燃比的浓程度及稀设定空燃比的稀程度变大，能够在催化剂20内迅速形成多个高活性区域而迅速提高催化剂20的排气净化性能。然而，在使浓设定空燃比的浓程度及稀设定空燃比的稀程度变大了的情况下，分布形成控制中的排气排放有可能恶化。另外，催化剂20的老化越加重，催化剂20的排气净化性能越降低，分布形成控制中的排气排放的恶化越显著。

因此，在第三实施方式中，空燃比控制装置算出催化剂20的老化程度，基于催化剂20的老化程度来设定浓设定空燃比及稀设定空燃比。由此，能够抑制分布形成控制中的排气排放的恶化，同时通过分布形成控制迅速提高催化剂20的排气净化性能。

另外，如上所述，空燃比控制装置以使得各空燃比控制中的催化剂20的氧变动量逐渐变少的方式交替地执行浓空燃比控制和稀空燃比控制。浓空燃比控制中的向催化剂20的还原剂供给量越多，则浓空燃比控制中的催化剂20的氧变动量(氧放出量)越多。另一方面，稀空燃比控制中的向催化剂20的氧供给量越多，则稀空燃比控制中的催化剂20的氧变动量(氧吸留量)越多。另外，向催化剂20的还原剂供给量及氧供给量根据内燃机的运转状态而变动。

因而，在第三实施方式中，空燃比控制装置算出浓空燃比控制中的向催化剂20的还原剂供给量，在向催化剂20的还原剂供给量达到了规定量时使浓空燃比控制结束。由此，能够抑制在第一区域的上游侧形成第二区域时还原剂被供给至第一区域的下游侧端部，能够更可靠地形成第一区域与第二区域之间的高活性区域。另外，空燃比控制装置算出稀空燃比控制中的向催化剂20的氧供给量，在向催化剂20的氧供给量达到了规定量时使稀空燃比控制结束。由此，能够抑制在第二区域的上游侧形成第一区域时氧被供给至第二区域的下游侧端部，能够更加可靠地形成第二区域与第一区域之间的高活性区域。

<空燃比设定处理>

图9是示出第三实施方式中的空燃比设定处理的控制例程的流程图。本控制例程例如每当搭载了内燃机的车辆的点火开关被接通时执行一次。

首先，在步骤S301中，空燃比控制装置算出催化剂20的老化程度。例如，空燃比控制装置利用公知的方法算出能够吸留于催化剂20整体的氧的量，基于该量来算出催化剂20的老化程度。在该情况下，能够吸留于催化剂20整体的氧的量越少，则催化剂20的老化程度越大。此外，也可以考虑催化剂20的老化，空燃比控制装置基于累计吸入空气量等来算出催化剂20的老化程度。

接下来，在步骤S302中，空燃比控制装置例如使用映射，基于催化剂20的老化程度来设定浓设定空燃比TAFrich及稀设定空燃比TAFlean。在映射中，催化剂20的老化程度越大，即催化剂20老化得越严重，则使浓设定空燃比TAFrich的浓程度及稀设定空燃比TAFlean的稀程度越小。步骤S302之后，本控制例程结束。

<分布形成控制>

图10A～图10C是示出第三实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以规定的时间间隔反复执行。

步骤S401～S406与图6A的步骤S101～S106同样地执行。此时，作为步骤S404中的稀设定空燃比TAFlean及步骤S406中的浓设定空燃比TAFrich，使用通过图9的控制例程设定的值。

在步骤S401中判定为分布形成标志Fd为1的情况下，本控制例程前进至步骤S407。在步骤S407中，空燃比控制装置判定当前的目标空燃比TAF是否为浓设定空燃比TAFrich。即，空燃比控制装置判定当前的空燃比控制是否为浓空燃比控制。

在步骤S407中判定为当前的目标空燃比TAF为浓设定空燃比TAFrich的情况下，即在判定为当前的空燃比控制为浓空燃比控制的情况下，本控制例程前进至步骤S408。在步骤S408中，空燃比控制装置算出浓空燃比控制中的向催化剂20的还原剂供给量RFA。

向催化剂20流入的还原剂的量根据流入废气的空燃比及排气流量而变化。另外，排气流量能够基于由空气流量计40检测的吸入空气量和燃料喷射阀11的燃料喷射量来算出。因而，例如，空燃比控制装置基于上游侧空燃比传感器41的输出空燃比、吸入空气量及燃料喷射量，算出每单位时间向催化剂20流入的还原剂的量，通过对该量进行累计，来算出向催化剂20的还原剂供给量RFA。此外，流入废气的空燃比也可以根据吸入空气量及燃料喷射量算出。即，空燃比控制装置也可以基于吸入空气量及燃料喷射量，算出每单位时间向催化剂20流入的还原剂的量。

接下来，在步骤S409中，空燃比控制装置判定还原剂供给量RFA是否为规定量X(Count)以上。规定量X(Count)针对每个执行次数Count预先确定。执行次数Count的值越大，则规定量X(Count)越少。例如，执行次数Count为2时的规定量X(2)比执行次数Count为1时的规定量X(1)少。

在步骤S409中判定为还原剂供给量RFA低于规定量X(Count)的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S409中判定为还原剂供给量RFA为规定量X(Count)以上的情况下，本控制例程前进至步骤S410。在步骤S410中，与图6B的步骤S109同样，空燃比控制装置判定执行次数Count是否为规定次数N以上。

在步骤S410中判定为执行次数Count小于规定次数N的情况下，本控制例程前进至步骤S411。在步骤S411中，空燃比控制装置将目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean。即，空燃比控制装置将目标空燃比TAF从浓设定空燃比TAFrich切换为稀设定空燃比TAFlean，执行稀空燃比控制。此时，作为稀设定空燃比TAFlean，使用通过图9的控制例程设定的值。

接下来，在步骤S412中，空燃比控制装置通过加上1来更新执行次数Count。步骤S412之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S410中判定为执行次数Count为规定次数N以上的情况下，本控制例程前进至步骤S413。在步骤S413中，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count重置为零。

接下来，在步骤S414中，与图6B的步骤S115同样，空燃比控制装置开始通常控制。步骤S414之后，本控制例程结束。

另外，在步骤S407中判定为当前的目标空燃比TAF为稀设定空燃比TAFlean的情况下，即在判定为当前的空燃比控制为稀空燃比控制的情况下，本控制例程前进至步骤S415。在步骤S415中，空燃比控制装置算出稀空燃比控制中的向催化剂20的氧供给量OFA。

向催化剂20流入的氧的量根据流入废气的空燃比及排气流量而变化。因而，例如，空燃比控制装置基于上游侧空燃比传感器41的输出空燃比、吸入空气量及燃料喷射量，算出每单位时间向催化剂20流入的氧的量，通过对该量进行累计，来算出向催化剂20的氧供给量OFA。此外，空燃比控制装置也可以基于吸入空气量及燃料喷射量，算出每单位时间向催化剂20流入的氧的量。

接下来，在步骤S416中，空燃比控制装置判定氧供给量OFA是否为规定量Y(Count)以上。规定量Y(Count)针对每个执行次数Count预先确定。执行次数Count的值越大，则规定量Y(Count)越少。例如，执行次数Count为2时的规定量Y(2)比执行次数Count为1时的规定量Y(1)少。

在步骤S416中判定为氧供给量OFA低于规定量Y(Count)的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S416中判定为氧供给量OFA为规定量Y(Count)以上的情况下，本控制例程前进至步骤S417。在步骤S417中，与图6B的步骤S109同样，空燃比控制装置判定执行次数Count是否为规定次数N以上。

在步骤S417中判定为执行次数Count小于规定次数N的情况下，本控制例程前进至步骤S418。在步骤S418中，空燃比控制装置将目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich。即，空燃比控制装置将目标空燃比TAF从稀设定空燃比TAFlean切换为浓设定空燃比TAFrich，执行浓空燃比控制。此时，作为浓设定空燃比TAFrich，使用通过图9的控制例程设定的值。

接下来，在步骤S419中，空燃比控制装置通过加上1来更新执行次数Count。步骤S419之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S417中判定为执行次数Count为规定次数N以上的情况下，本控制例程前进至步骤S420。在步骤S420中，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count重置为零。

接下来，在步骤S421中，与图6B的步骤S115同样，空燃比控制装置开始通常控制。步骤S421之后，本控制例程结束。

此外，在第三实施方式中，也可以省略图9的控制例程，作为图10A的步骤S404及图10B的步骤S411中的稀设定空燃比TAFlean、和图10A的步骤S406及图10C的步骤S418中的浓设定空燃比TAFrich，使用预先确定的值。

<第四实施方式>

第四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，关于本发明的第四实施方式，以与第一实施方式不同的部分为中心来进行说明。

如上所述，催化剂20具有具备催化剂作用的贵金属，贵金属例如包括铂(Pt)、钯(Pd)及铑(Rh)。作为贵金属使用的Pt、Pd及Rh，各自在氧化气氛及还原气氛下针对热老化的耐性不同。该现象产生的具体的原理不一定明确，但可以认识是因以下这样的机制而产生的。

Pt及Rh具有在被氧化了时高温时的蒸气压变高的特性。换言之，Pt及Rh具有与还原气氛相比在氧化气氛下规定温度下的蒸气压变高的特性。因而，与还原气氛相比，在氧化气氛下，容易产生Pt及Rh的蒸腾，催化剂20的热老化被促进。

另一方面，Pd具有在被氧化了时高温时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下规定温度下的蒸气压变低的特性。因而，与氧化气氛相比，在还原气氛下，容易产生Pd的蒸腾，催化剂20的热老化被促进。

因此，在氧吸留量为规定值以上的第一区域中，与氧吸留量低于规定值的第二区域相比，由Pt及Rh的蒸腾导致的催化剂20的热老化被促进。另一方面，在第二区域中，与第一区域相比，由Pd的蒸腾导致的催化剂20的热老化被促进。因而，若在分布形成控制反复执行时始终在催化剂20内的同一位置形成第一区域及第二区域，则由特定的贵金属引起的催化剂20的热老化有可能局部地加重。

例如，在第一区域反复形成的位置，Pt及Rh的蒸腾被促进，基于Pt的HC及CO的氧化反应以及基于Rh的NOx的还原反应被抑制，催化剂20的排气净化性能降低。另一方面，在第二区域反复形成的位置，Pd的蒸腾被促进，基于Pd的HC及CO的氧化反应被抑制，催化剂20的排气净化性能降低。

因此，在第四实施方式中，空燃比控制装置在反复执行分布形成控制的情况下，以使通过分布形成控制形成于催化剂20的第一区域及第二区域的位置对调的方式控制流入废气的空燃比。换言之，空燃比控制装置在反复执行分布形成控制的情况下，以使通过分布形成控制形成于催化剂20的第一区域及第二区域的分布反转的方式控制流入废气的空燃比。由此，能够抑制催化剂20的热老化局部地加重，进而能够抑制催化剂20的排气净化性能降低。

如上所述，空燃比控制装置在分布形成控制中交替地执行浓空燃比控制和稀空燃比控制。例如，空燃比控制装置在将第一区域及第二区域的位置对调时，使连续的分布形成控制中的浓空燃比控制及稀空燃比控制的顺序相反。

图11是示出在第四实施方式中反复执行了分布形成控制的情况下形成于催化剂20的第一区域及第二区域的分布的一例的图。在第一次、第三次及第五次的分布形成控制中，从催化剂20的氧饱和的状态起首先执行浓空燃比控制。另一方面，在第二次及第四次的分布形成控制中，从催化剂20的氧枯竭的状态起首先执行稀空燃比控制。

其结果，在第一次、第三次及第五次的分布形成控制后的催化剂20中，在催化剂20的最下游侧形成第一区域，沿着催化剂20的轴向，第一区域与第二区域交替地形成。另一方面，在第二次及第四次的分布形成控制后的催化剂20中，在催化剂20的最下游侧形成第二区域，沿着催化剂20的轴向，第二区域与第一区域交替地形成。即，每当执行分布形成控制时，催化剂20中的第一区域及第二区域的分布反转。

<分布形成控制>

图12是示出第四实施方式中的分布形成控制的控制例程的流程图。本控制例程由ECU31以规定的时间间隔反复执行。

步骤S501～步骤S503与图6A的步骤S101～S103同样地执行。在步骤S502中判定为下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn为稀判定空燃比AFlean以上的情况下，即在判定为催化剂20因氧而饱和的情况下，本控制例程前进至步骤S508。

在步骤S508中，空燃比控制装置判定浓标志Fr是否为零。浓标志Fr是在分布形成控制中首先执行了浓空燃比控制时被设定为1，在分布形成控制中首先执行了稀空燃比控制时被设定为零的标志。此外，浓标志Fr的初始值为零。

在步骤S508中判定为浓标志Fr为1的情况下，即在上次的分布形成控制中首先执行了浓空燃比控制的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S508中判定为浓标志Fr为零的情况下，本控制例程前进至步骤S509。在步骤S509中，与图6A的步骤S106同样，空燃比控制装置开始分布形成控制，将流入废气的目标空燃比TAF设定为浓设定空燃比TAFrich。即，空燃比控制装置执行浓空燃比控制。

接下来，在步骤S510中，空燃比控制装置将浓标志Fr设定为1，将稀标志Fl设定为零。接下来，在步骤S507中，与图6A的步骤S105同样，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count设定为1。步骤S507之后，本控制例程结束。

另外，在步骤S503中判定为下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich以下的情况下，即在判定为催化剂20的氧枯竭了的情况下，本控制例程前进至步骤S504。在步骤S504中，空燃比控制装置判定稀标志Fl是否为零。稀标志Fl是在分布形成控制中首先执行了稀空燃比控制时被设定为1，在分布形成控制中首先执行了浓空燃比控制时被设定为零的标志。此外，稀标志Fl的初始值为零。

在步骤S504中判定为稀标志Fl为1的情况下，即在上次的分布形成控制中首先执行了稀空燃比控制的情况下，本控制例程结束。另一方面，在步骤S508中判定为稀标志Fl为零的情况下，本控制例程前进至步骤S505。在步骤S505中，与图6A的步骤S104同样，空燃比控制装置开始分布形成控制，将流入废气的目标空燃比TAF设定为稀设定空燃比TAFlean。即，空燃比控制装置执行稀空燃比控制。

接下来，在步骤S506中，空燃比控制装置将浓标志Fr设定为零，将稀标志Fl设定为1。接下来，在步骤S507中，与图6A的步骤S105同样，空燃比控制装置将分布形成标志Fd及执行次数Count设定为1。步骤S507之后，本控制例程结束。

另一方面，在步骤S501中判定为分布形成标志Fd为1的情况下，与第一实施方式同样，执行图6B的步骤S107～步骤S115，在催化剂20形成第一区域及第二区域。

此外，在步骤S508中判定为浓标志Fr为1的情况下，空燃比控制装置也可以以使下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn成为浓判定空燃比AFrich以下的方式，将流入废气的目标空燃比TAF设定为比理论空燃比浓的空燃比(例如浓设定空燃比TAFrich)。另外，在步骤S504中判定为稀标志Fl为1的情况下，空燃比控制装置也可以以使下游侧空燃比传感器42的输出空燃比AFdwn成为稀判定空燃比AFlean以上的方式，将流入废气的目标空燃比TAF设定为比理论空燃比稀的空燃比(例如稀设定空燃比TAFlean)。

另外，根据本控制例程，每当执行分布形成控制时，在催化剂20中第一区域的位置与第二区域的位置对调。然而，也可以是每当执行数次分布形成控制时，在催化剂20中第一区域的位置与第二区域的位置对调。

<其他实施方式>

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于这些实施方式，能够在专利权利要求书的记载内实施各种修正及变更。例如，也可以在催化剂20的下游侧的排气通路配置下游侧催化剂，以使在下游侧催化剂中第一区域与第二区域交替地形成的方式执行分布形成控制。

另外，空燃比控制装置也可以在形成于催化剂20的第一区域及第二区域的总数为二且下游侧的区域的轴向的长度为规定值(例如催化剂20的轴向的长度的1/10～1/2)以下时开始分布形成控制。即，空燃比控制装置也可以在通常控制中在催化剂20的氧枯竭前或催化剂20因氧而饱和前开始分布形成控制。例如，空燃比控制装置也可以在如图5B的t2那样的氧吸留状态下开始分布形成控制。在该情况下，空燃比控制装置基于通常控制中的向催化剂20的氧供给量及还原剂供给量来推定催化剂20的氧吸留状态。

另外，空燃比控制装置在满足了规定条件时，执行停止基于燃料喷射阀11的燃料喷射的燃料切断控制。通常，当执行燃料切断控制时，大量的氧向催化剂20供给，催化剂20因氧而饱和。即，在燃料切断控制的执行后，在催化剂20仅形成第一区域。因而，空燃比控制装置也可以在燃料切断控制的结束时开始分布形成控制。

另外，空燃比控制装置也可以以形成如图13或图14所示的氧浓度的浓淡的方式执行分布形成控制。图13及图14是示出分布形成控制后的沿着催化剂20的轴向的氧吸留状态的一例的图。通过使分布形成控制中的浓空燃比控制与稀空燃比控制之间的催化剂20的氧变动量的差变小，能够形成图13或图14所示的状态。

在形成图13的状态的情况下，空燃比控制装置在第一区域的上游侧形成第二区域时，以使在第一区域的轴向的一处催化剂20的氧吸留量达到最大氧吸留量的方式执行浓空燃比控制。另外，空燃比控制装置在第二区域的上游侧形成第一区域时，以使在第二区域的轴向的一处催化剂20的氧吸留量达到零的方式执行稀空燃比控制。

在形成图14的状态的情况下，空燃比控制装置在第一区域的上游侧形成第二区域时，以使得第一区域中的催化剂20的氧吸留量低于最大氧吸留量的方式执行浓空燃比控制。另外，空燃比控制装置在第二区域的上游侧形成第一区域时，以使得第二区域中的催化剂20的氧吸留量变得比零多的方式执行稀空燃比控制。因此，在图14的例子中，与图13的例子相比，分布形成控制中的浓空燃比控制与稀空燃比控制之间的催化剂20的氧变动量的差更小。此外，在图14那样的例子中，也可以以使得催化剂20的氧吸留量的振幅的中心成为最大氧吸留量的一半(50％)以外的值的方式，执行浓空燃比控制及稀空燃比控制。

另外，上述的实施方式可以任意组合来实施。例如，在执行图10A～图10C的控制例程的情况下，也可以代替图10A的步骤S404及S406而执行图8A的步骤S204及S206，代替图10B的步骤S411及S412而执行图8B的步骤S210及S212，代替图10C的步骤S418及S419而执行图8B的步骤S210及步骤S213。

另外，在执行图6A及图6B的控制例程的情况下，作为图6A的步骤S104及图6B的步骤S111中的稀设定空燃比TAFlean、和图6A的步骤S106及图6B的步骤S113中的浓设定空燃比TAFrich，也可以使用通过图9的控制例程设定的值。同样，在执行图12及图6B的控制例程的情况下，作为图12的步骤S505及图6B的步骤S111中的稀设定空燃比TAFlean、和图12的步骤S509及图6B的步骤S113中的浓设定空燃比TAFrich，也可以使用通过图9的控制例程设定的值。同样，在执行图8A及图8B的控制例程的情况下，作为图8A的步骤S204中的稀设定空燃比TAFlean(1)、和图8A的步骤S206中的浓设定空燃比TAFrich(1)，也可以使用通过图9的控制例程设定的值。

另外，在执行图8A及图8B的控制例程的情况下，也可以代替图8B的步骤S208而执行图6B的步骤S108。即，空燃比控制装置也可以在分布形成控制中，以使得各空燃比控制中的流入废气的目标空燃比与理论空燃比的差逐渐变小且各空燃比控制的执行时间逐渐变短的方式，交替地执行浓空燃比控制和稀空燃比控制。

另外，在执行图8A及图8B的控制例程的情况下，也可以在步骤S204的前后执行图12的步骤S504及S506，在步骤S206的前后执行图12的步骤S508及S510。另外，在执行图10A～图10C的控制例程的情况下，也可以在步骤S404的前后执行图12的步骤S504及S506，在步骤S406的前后执行图12的步骤S508及S510。

标号说明

20催化剂

31ECU。

Claims (11)

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留氧；和

空燃比控制装置，控制向所述催化剂流入的流入废气的空燃比，

所述空燃比控制装置以使在所述催化剂中氧吸留量为规定值以上的第一区域与氧吸留量低于所述规定值的第二区域沿着该催化剂的轴向交替地形成的方式执行控制所述流入废气的空燃比的分布形成控制，

通过所述分布形成控制形成的所述第一区域及所述第二区域的总数为三以上。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置以使所述第一区域与所述第二区域之间的边界中的至少一个形成于所述催化剂的下游侧且该边界中的至少一个形成于该催化剂的上游侧的方式执行所述分布形成控制。

3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置，其中，

通过所述分布形成控制形成的所述第一区域及所述第二区域的总数为四以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中，以使各空燃比控制中的所述催化剂的氧变动量逐渐变少的方式交替地执行使所述流入废气的空燃比比理论空燃比浓的浓空燃比控制和使所述流入废气的空燃比比理论空燃比稀的稀空燃比控制。

5.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中，以使各空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比与理论空燃比的差逐渐变小的方式，交替地执行所述浓空燃比控制和所述稀空燃比控制。

6.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中，以使各空燃比控制的执行时间逐渐变短的方式，交替地执行所述浓空燃比控制和所述稀空燃比控制。

7.根据权利要求4所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置在所述分布形成控制中，以使各空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比与理论空燃比之差逐渐变小且各空燃比控制的执行时间逐渐变短的方式，交替地执行所述浓空燃比控制和所述稀空燃比控制。

8.根据权利要求4或5所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置算出所述浓空燃比控制中的向所述催化剂的还原剂供给量，在该还原剂供给量达到了规定量时使该浓空燃比控制结束，所述空燃比控制装置算出所述稀空燃比控制中的向所述催化剂的氧供给量，在该氧供给量达到了规定量时使该稀空燃比控制结束。

9.根据权利要求4～8中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置算出所述催化剂的老化程度，并基于该老化程度来设定所述浓空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比和所述稀空燃比控制中的所述流入废气的目标空燃比。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的内燃机的排气净化装置，其中，

所述空燃比控制装置在反复执行所述分布形成控制的情况下，以使通过该分布形成控制形成于所述催化剂的所述第一区域及所述第二区域的位置对调的方式控制所述流入废气的空燃比。

11.一种催化剂，配置于内燃机的排气通路并且能够吸留氧，其中，

氧吸留量为规定值以上的第一区域与氧吸留量低于所述规定值的第二区域沿着该催化剂的轴向交替地形成，所述第一区域及所述第二区域的总数为三以上。

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