JP2004100492A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料カット後のリッチ空燃比運転時におけるＮＯｘスパイクを抑止でき、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの浄化性能を高く維持可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＣＯよりもＨＣを選択的に酸化するＨＣ選択酸化機能、還元雰囲気下でＣＯを吸蔵するＣＯ吸蔵機能を有し、酸化雰囲気下で酸素を吸蔵する酸素吸蔵能力の方がＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低い三元触媒コンバータ（３０，３０ａ）と、三元触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比間で強制的に変動させる空燃比変調手段（４０）と、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて空燃比変調手段の変調特性を変更する変調特性変更手段（４０）とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】ＣＯよりもＨＣを選択的に酸化するＨＣ選択酸化機能、還元雰囲気下でＣＯを吸蔵するＣＯ吸蔵機能を有し、酸化雰囲気下で酸素を吸蔵する酸素吸蔵能力の方がＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低い三元触媒コンバータ（３０，３０ａ）と、三元触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比間で強制的に変動させる空燃比変調手段（４０）と、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて空燃比変調手段の変調特性を変更する変調特性変更手段（４０）とを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、三元触媒により排気浄化効率を高める技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
車両用内燃機関の排気浄化触媒として三元触媒が一般的に広く使用されている。
また、最近では、三元触媒の触媒性能を最大限に活用することを目的とし、リーン空燃比運転時に酸素をストレージすることで一時的に触媒雰囲気をストイキオ近傍雰囲気としてＮＯｘを浄化させ、その後リッチ空燃比運転時に上記ストレージした酸素を放出することでＨＣ、ＣＯの浄化を促進させる所謂酸素ストレージ機能（Ｏ２ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＯＳＣと略す）を有した三元触媒が開発されている。
【０００３】
このようなＯＳＣを有した三元触媒では、酸素ストレージが飽和状態となる前にリーン空燃比運転からリッチ空燃比運転に強制的に切換えるＡ／Ｆ変調制御を実施して酸素の吸蔵と放出とを繰り返すようにしており、これによりＮＯｘとともにＨＣ、ＣＯを効率よく浄化可能となっている。
また、リッチ空燃比運転時にＣＯをストレージし、その後リーン空燃比運転時に上記ストレージしたＣＯを放出することでＮＯｘの浄化を促進させる所謂ＣＯストレージ機能（ＣＯ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＣＯＳＣと略す）を有した三元触媒も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８９２５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者の試験によれば、Ａ／Ｆ変調制御を行うと、リッチ空燃比運転時においてＨＣよりもＣＯの方が選択的に浄化される特性を有していることが確認されており、ＯＳＣを有する三元触媒の場合、リッチ空燃比運転時にあってはＨＣが十分に浄化されないという問題がある（図６参照）。
【０００６】
また、最近では、燃費向上等の理由から、車両の減速時等に内燃機関への燃料供給を停止する所謂燃料カットを実施可能な車両が開発され実用化されつつあるが、当該燃料カット時には酸素がそのまま排出されるために酸素ストレージが飽和状態となり易く、燃料供給復帰後にリッチ空燃比運転を実施すると多量の酸素が一気に放出され、ＣＯＳＣを有していても触媒雰囲気がリーン雰囲気となって大量にＮＯｘが発生する所謂ＮＯｘスパイクを生じるという問題もある。
【０００７】
このようなことから、ＯＳＣを有さない三元触媒を使用してＡ／Ｆ変調制御を実施することが考えられ、このようにすれば、リッチ空燃比運転時においてＣＯよりもＨＣを比較的良好に浄化でき、また燃料供給復帰後のリッチ空燃比運転時においてリーン雰囲気となることを防止できることになるが、根本的にリッチ空燃比運転時に発生するＣＯ及びリーン空燃比運転時に発生するＮＯｘを十分浄化しきれないという問題がある（図７参照）。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料カット後のリッチ空燃比運転時におけるＮＯｘスパイクを抑止でき、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの浄化性能を高く維持可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられ、ＣＯよりもＨＣを選択的に酸化するＨＣ選択酸化機能、還元雰囲気下でＣＯを吸蔵するＣＯ吸蔵機能を有し、酸化雰囲気下で酸素を吸蔵する酸素吸蔵能力の方が前記ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低い三元触媒コンバータと、前記三元触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比間で強制的に変動させる空燃比変調手段と、前記ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて前記空燃比変調手段の変調特性を変更する変調特性変更手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
従って、三元触媒コンバータは、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の方がＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低いため、空燃比変調手段による変調制御を行った場合でも、リッチ空燃比運転時においてＨＣよりもＣＯの方が選択的に浄化されてしまうことが抑制され、ＨＣが三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化される。そして、リッチ空燃比運転時には、ＣＯ吸蔵機能によってＣＯが三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、少ないながらも酸素吸蔵機能によってリーン空燃比運転時に吸蔵された酸素が放出されて触媒雰囲気がストイキオ近傍雰囲気となり、一方リーン空燃比運転時には、少ないながらも酸素吸蔵機能によって酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、ＣＯ吸蔵機能によってリッチ空燃比運転時に吸蔵されたＣＯが放出されて触媒雰囲気がやはりストイキオ近傍雰囲気となるので、ＣＯやＮＯｘについても三元触媒コンバータによって良好に浄化される。特に、変調特性変更手段により、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて空燃比変調手段の変調特性が変更されるので、ＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを繰り返し実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率が向上する。
【００１１】
また、このように酸素吸蔵能力が低いと、車両減速時等に燃料カットを実施した場合において、燃料供給復帰後にリッチ空燃比運転を実施したとしても多量の酸素が一気に放出されることがなく、ＮＯｘスパイクの発生が防止され、やはり排気浄化効率が向上する。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータは、さらに酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分と高い部分とから構成されることを特徴としている。
【００１２】
従って、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分では、ＨＣが三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化され、酸素吸蔵能力の高い部分では、酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されてＣＯとＮＯｘとが良好に浄化され、簡単な構成にして確実に排気浄化効率が向上する。
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータは、さらに酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分と該酸素吸蔵能力の高い下流部分とから構成されることを特徴としている。
【００１３】
従って、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分では、ＨＣが三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化されるとともに、燃料カット中に吸蔵される酸素量は少なく、酸素吸蔵能力の高い下流部分では、酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されて上記ＨＣの酸化したＣＯを含むＣＯとＮＯｘとが良好に浄化され、燃料カット後の燃料供給復帰時においては、上流から放出される吸蔵酸素が少ないために過剰なリーン雰囲気とならず、ＮＯｘスパイクの発生が良好に防止され、簡単な構成にして確実に排気浄化効率が向上する。
【００１４】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、前記変調特性変更手段は、変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴としている。
従って、変調特性変更手段により、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータに流入するＣＯの量を検出するＣＯ量検出手段を備え、前記変調特性変更手段は、前記ＣＯ量検出手段により検出されるＣＯ流入量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴としている。
従って、ＣＯ吸蔵量相関値であるＣＯ流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、ＣＯ流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１６】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータに流入する酸素の量を検出する酸素量検出手段を備え、前記変調特性変更手段は、前記酸素量検出手段により検出される酸素流入量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴としている。
従って、ＣＯ吸蔵量相関値である酸素流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、酸素流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１７】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータの温度を検出する触媒温度検出手段を備え、前記変調特性変更手段は、前記触媒温度検出手段により検出される前記三元触媒コンバータの温度が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴としている。
従って、ＣＯ吸蔵量相関値である三元触媒コンバータの温度に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、三元触媒コンバータの温度が低いほど、即ちＣＯ吸蔵能力が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
【００１９】
同図に示すように、エンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。
【００２０】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００２１】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
【００２２】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
同図に示すように、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４及び当該スロットル弁１４の開度θｔｈを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられており、さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００２３】
一方、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒コンバータ３０が介装されている。
この三元触媒コンバータ３０は、ＨＣ選択酸化機能、酸素ストレージ機能（Ｏ２ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＯＳＣ）及びＣＯストレージ機能（ＣＯ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＣＯＳＣ）を兼ね備えている。詳しくは、三元触媒コンバータ３０は、ＨＣ選択酸化機能とＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）とを有するとともにＣＯＳＣよりも低い僅かな酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）を有する上流側触媒（上流部分）３０ａと、ＨＣ選択酸化機能とＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）を有するとともにＣＯＳＣと同等或いはそれ以上の比較的高い酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）を有する下流側触媒（下流部分）３０ｂとから構成されている。
【００２４】
より詳しくは、三元触媒コンバータ３０は、上流側触媒３０ａの担体に、ＨＣ選択酸化反応物質として白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも一つの活性貴金属を含有するとともに、ＣＯＳＣとして炭酸塩を形成する物質、例えばバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属を含有し、さらに、ＯＳＣとしてセリウム（Ｃｅ）或いはジルコニウム（Ｚｒ）を僅かに含有して構成されており、下流側触媒３０ｂの担体に、ＨＣ選択酸化反応物質として白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも一つの活性貴金属を含有するとともに、ＣＯＳＣとして炭酸塩を形成する物質、例えばバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属を含有し、さらに、ＯＳＣとして比較的多くのセリウム（Ｃｅ）或いはジルコニウム（Ｚｒ）を含有して構成されている。
【００２５】
なお、ＨＣ選択酸化機能、酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）、ＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）を有する物質は上記した物質に限られるものではなく、例えば、ＣＯＳＣとしてニッケル（Ｎｉ）を含有していてもよい。
つまり、本発明では、三元触媒コンバータ３０は、上流側触媒３０ａについては、活性貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ）の存在によりＣＯよりもＨＣを選択的に酸化可能に構成され、ＣＯＳＣとしてのアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）の存在により、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリッチ空燃比である還元雰囲気中においてＣＯを炭酸塩（例えば、ＢａＣＯ３、ＣａＣＯ３等）として吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比となり酸化雰囲気となるとＣＯを放出可能に構成され、また、少ないながらもＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）の存在により、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比である酸化雰囲気中においてＯ２を吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となり還元雰囲気となると当該Ｏ２を放出可能に構成されており、下流側触媒３０ｂについては、ＣＯＳＣとしてのアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）の存在により、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比である還元雰囲気中においてＣＯを炭酸塩（例えば、ＢａＣＯ３、ＣａＣＯ３等）として吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比となり酸化雰囲気となるとＣＯを放出可能に構成され、さらに、多くのＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）の存在により、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比である酸化雰囲気中においてＯ２を十分に吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となり還元雰囲気となると当該Ｏ２を十分に放出可能に構成されている。
【００２６】
なお、ここでは、上流側触媒３０ａに僅かにＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）を含むようにしたが、上流側触媒３０ａにＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）を全く含まないよう構成してもよい。但し、ＯＳＣを有している方が耐熱性が高いという利点がある。また、上流側触媒３０ａと下流側触媒３０ｂの双方にＣＯＳＣとしてのアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）を含むようにしたが、上流側触媒３０ａ及び下流側触媒３０ｂの一方にのみアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）を含むような構成であってもよい。
【００２７】
そして、排気管２０の三元触媒コンバータ３０上流には、酸素濃度に基づいて空燃比を検出するＯ２センサ２２が配設されており、三元触媒コンバータ３０には触媒温度Ｔｃａｔを検出する高温センサ（触媒温度検出手段）３２が配設されている。
また、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設けられており、このＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【００２８】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８及びＯ２センサ２２、高温センサ３２の他、クランク角センサ４２、アクセルペダル４４の操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４６、車速Ｖを検出する車速センサ４８等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。なお、クランク角センサ４２からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。
【００２９】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、Ｏ２センサ２２からの検出情報等に基づき燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定されると、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃料噴射弁６に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁１４に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル８に出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁１４が適正な開度とされ、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３０】
また、当該エンジン１は、車両の減速時において燃料噴射弁６からの燃料供給を停止する所謂燃料カットを実施可能に構成されており、ＥＣＵ４０は、ＡＰＳ４６からのアクセル開度情報、車速センサ４８からの車速情報Ｖに応じ、例えばアクセル開度がゼロで車速Ｖが所定値Ｖ１以下になると燃料噴射弁６からの燃料噴射を一部気筒或いは全気筒で停止し、アクセル開度がゼロでなくなり或いは車速Ｖが所定値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）以下になると燃料噴射を再開（燃料供給復帰）するようにしている。
【００３１】
以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。
本発明に係る排気浄化装置では、三元触媒コンバータ３０の能力を十分発揮するため、ＥＣＵ４０によって排気Ａ／Ｆをリッチ空燃比とリーン空燃比との間で強制的に交互に振るようにしている。即ち、ここでは、排気Ａ／Ｆを一定期間に亘り所定のリーン空燃比とした後、一定期間に亘り所定のリッチ空燃比とするように変調させ、ストイキオ近傍値を中心にリーン空燃比とリッチ空燃比とを周期的に繰り返す空燃比変調（Ａ／Ｆ変調）を実施するようにしている（空燃比変調手段）。実際には、Ｏ２センサ２２からの検出情報に基づき、排気Ａ／Ｆが上記所定のリーン空燃比及び所定のリッチ空燃比となるよう、ＥＣＵ４０によって燃焼Ａ／Ｆをリッチ空燃比とリーン空燃比との間で強制的に変調させるようにしている。
【００３２】
図２を参照すると、本発明に係る空燃比変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき本発明に係る空燃比変調制御について説明する。
先ず、ステップＳ１０では、三元触媒コンバータ３０へのＣＯの流入量を検出する。ここでは、例えば吸入空気量、燃焼Ａ／ＦとＣＯ流入量（ＣＯ吸蔵量相関値）との関係が実験等により予めマップ化されており、ＣＯ流入量は当該マップより読み出される（ＣＯ量検出手段）。
【００３３】
そして、ステップＳ１２では、上記のように求めたＣＯ流入量に基づき、空燃比変調制御のための変調周期（Ａ／Ｆ変調周期）及び変調振幅（Ａ／Ｆ変調振幅）を変更設定する（変調特性変更手段）。具体的には、ＣＯ流入量が多いほどＡ／Ｆ変調周期を短くするとともにＡ／Ｆ変調振幅を小さく抑えるようにする。実際には、図３に示すように、Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＣＯ流入量との関係が実験等により予め設定されマップ化されており、Ａ／Ｆ変調周期とＡ／Ｆ変調振幅とは当該マップより読み取られる。
【００３４】
また、ステップＳ１２では、さらに、ＣＯ流入量に基づいて空燃比デューティ（Ａ／Ｆデューティ）、即ちリッチ化時間とリーン化時間との比（反転時間比）及び平均空燃比（平均Ａ／Ｆ）を変更設定する（変調特性変更手段）。なお、平均Ａ／Ｆについては、ＮＯｘを効率的に浄化することを考えると、ストイキに対し空燃比で１％以上リッチ寄りの空燃比とするのがよい。
【００３５】
このようにＣＯ流入量に基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するのは、空燃比変調の実施により排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比になったときに、ＣＯ流入量が多いとＣＯが三元触媒コンバータ３０のＣＯＳＣによるＣＯ吸蔵能力を超えて浄化されずに流出してしまうおそれがあり、主として当該ＣＯの流出を防止するためである。
【００３６】
これにより、リッチ化時間及びリーン化時間並びに所定のリッチ空燃比及び所定のリーン空燃比が適正なものとなり、特にＣＯの流出が防止されてＣＯの浄化性能が向上し、併せてリーン空燃比時におけるＮＯｘの発生が抑制されてＮＯｘの浄化性能が向上し、全体として排気浄化効率が向上する。
なお、ここでは、三元触媒コンバータ３０に流入するＣＯ流入量に基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしているが、ＣＯＳＣによるＣＯ吸蔵能力に相関するものとして、リーン空燃比時に吸蔵されたＣＯを除去すべく三元触媒コンバータ３０に流入するＯ２流入量（ＣＯ吸蔵量相関値）があり、当該Ｏ２流入量に基づいてＡ／Ｆ変調周期やＡ／Ｆ変調振幅等を変更設定するようにしてもよい。具体的には、例えばＯ２流入量が多いほどＡ／Ｆ変調周期を短くするとともにＡ／Ｆ変調振幅を小さく抑えるようにする。この場合、Ｏ２流入量は、例えば吸入空気量とＯ２センサ２２からの検出情報に基づき演算される（酸素量検出手段）。また、例えば図４に示すようなＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＯ２流入量との関係を示すマップを予め設定しておき、当該マップからＡ／Ｆ変調周期とＡ／Ｆ変調振幅とを読み出すようにしてもよい。このようにすれば、ＣＯの流出が良好に防止されるのみならず、リーン空燃比時においてＮＯｘの発生も良好に抑制され、やはり全体として排気浄化効率が向上する。
【００３７】
また、ＣＯＳＣによるＣＯ吸蔵能力に相関するものとして、触媒温度Ｔｃａｔ（ＣＯ吸蔵量相関値）もあり、高温センサ３２により検出される触媒温度Ｔｃａｔに基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしてもよい。具体的には、三元触媒コンバータ３０は触媒温度Ｔｃａｔが低く活性していないほどＣＯ吸蔵能力は低いため、例えば触媒温度Ｔｃａｔが低いほどＡ／Ｆ変調周期を短くするとともにＡ／Ｆ変調振幅を小さく抑えるようにする。この場合も、例えば図５に示すようなＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅と触媒温度Ｔｃａｔとの関係を示すマップを予め設定しておき、当該マップからＡ／Ｆ変調周期とＡ／Ｆ変調振幅とを読み出すようにしてもよい。なお、ここでは、触媒温度Ｔｃａｔを高温センサ３２により検出する場合を示したが、触媒温度Ｔｃａｔは、排気温度を検出し、当該排気温度に基づいて推定するようなものであってもよいし、アクセル開度、エンジン回転速度Ｎｅ等に応じて予め設定されたマップから読み出すようなものであってもよい。
【００３８】
また、ＣＯ流入量、Ｏ２流入量、触媒温度Ｔｃａｔの組み合わせに基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしてもよい。
また、ここではＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしたが、Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆのうちの少なくともいずれか一つ以上を変更設定するような構成にしてもよい。
【００３９】
また、ＣＯ吸蔵能力は排気流量や排気Ａ／Ｆとも相関があり、これらを考慮してＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしてもよい。
ステップＳ１４では、上記のように設定したＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆに基づいてＡ／Ｆ変調を実施する。
【００４０】
これにより、三元触媒コンバータ３０の上流側触媒３０ａでは、ＨＣ選択酸化機能と相俟ってＯＳＣによる酸素吸蔵能力が低いことでＨＣが良好にＣＯ或いはＣＯ２に酸化され、さらに、ＣＯＳＣにより、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比であるときにＣＯが吸蔵されて上流側触媒３０ａがストイキオ近傍雰囲気に保持される一方、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比となるとＣＯが良好に放出されてＯ２と反応し、上流側触媒３０ａがやはりストイキオ近傍雰囲気に保持され、ＣＯとＮＯｘとが良好に浄化される。
【００４１】
そして、三元触媒コンバータ３０の下流側触媒３０ｂでは、ＯＳＣによる酸素吸蔵能力が高いために、上流側触媒３０ａにおいてＨＣが酸化して生じたＣＯがＣＯＳＣにより良好に浄化されるとともに、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比であるときにＯ２が吸蔵されて下流側触媒３０ｂがストイキオ近傍雰囲気に保持される一方、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となるとＯ２が良好に放出されてＣＯと反応し、下流側触媒３０ｂがやはりストイキオ近傍雰囲気に保持され、特にＮＯｘが良好に浄化される。
【００４２】
このように、本発明の排気浄化装置では、三元触媒コンバータ３０にＨＣ選択酸化機能、酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）及びＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）を備え、上流側にＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い上流側触媒３０ａを設けるようにしているので、当該上流側触媒３０ａにおいてＨＣの浄化性能を低下させることなくＨＣをＣＯ或いはＣＯ２に確実に酸化するようにでき、Ａ／Ｆ変調制御をＣＯ吸蔵能力の範囲内において行うことにより、ＣＯの吸蔵と放出をＣＯの流出なく良好に実施して触媒雰囲気をストイキオ近傍雰囲気に保持でき、ＣＯ及びＮＯｘを良好に浄化することができる。さらに、上流側触媒３０ａの下流にＯＳＣの酸素吸蔵能力の高い下流側触媒３０ｂを設けるようにしているので、Ｏ２の吸蔵と放出を良好に実施して三元触媒コンバータ３０をさらに良好にストイキオ近傍雰囲気に保持でき、ＣＯ及びＮＯｘを確実に浄化することができ、三元触媒コンバータ３０の排気浄化効率を確実に向上させることができる。
【００４３】
また、燃料カットを実施した場合には、燃料噴射を停止した気筒からは空気のみが排出されるため、ＯＳＣによってＯ２が多量に吸蔵され、燃料供給復帰により排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となったときには当該吸蔵されたＯ２が一気に放出されて触媒雰囲気が一時的にリーン空燃比となり、ＮＯｘが大量発生する所謂ＮＯｘスパイクが起こる可能性があるが、本発明のようにＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い上流側触媒３０ａを設けるようにすると、燃料供給復帰によって排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となったときでも、Ｏ２の吸蔵量が少ないために触媒雰囲気が一時的にリーン空燃比となってしまうことが好適に防止され、ＮＯｘスパイクの発生が確実に防止される。これにより、やはり三元触媒コンバータ３０の排気浄化効率を向上させることができる。
【００４４】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、三元触媒コンバータ３０を上流側触媒３０ａと下流側触媒３０ｂとで担体を分けて構成したが、単一の担体を上流側部分と下流側部分とに使い分けて構成するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、ＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い上流側触媒３０ａとＯＳＣの酸素吸蔵能力の高い下流側触媒３０ｂとを設けるようにしたが、三元触媒コンバータ３０をＯＳＣの酸素吸蔵能力の低い触媒（ＯＳＣを全く有しない触媒を含む）のみで構成するようにしてもよく、この場合であっても本発明の効果を十分に得ることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、ＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い触媒（ＯＳＣを全く有しない触媒を含む）を上流に設け、ＯＳＣの酸素吸蔵能力の高い触媒を下流に設けるようにしたが、これらは逆であっても本発明の効果を十分に得ることができる。但し、燃料カット後の燃料供給復帰によるＮＯｘスパイクを防止することを考えると、上記実施形態のようにＯＳＣの酸素吸蔵能力の低い触媒を上流に設ける方が効果的である。
【００４７】
また、上記実施形態では、ＣＯ吸蔵量相関値であるＣＯ流入量、Ｏ２流入量或いは触媒温度Ｔｃａｔに応じてＣＯ吸蔵能力の範囲内となるように変調特性を変更するようにしたが、ＣＯ吸蔵能力の範囲内であれば浄化効率が高いことから、浄化効率が高くなるように変調特性を変更しても同様の効果を得ることができる。この場合、例えば、予め浄化効率が高くなるように求めた変調特性を使用してもよいし、浄化効率と相関のあるパラメータ（例えば、触媒下流に設けたＯ２センサの出力振幅等）に応じて変更するようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンを採用したが、エンジン１は吸気管噴射型ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、三元触媒コンバータは、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の方がＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低いため、空燃比変調手段による変調制御を行った場合でも、リッチ空燃比運転時においてＨＣよりもＣＯの方が選択的に浄化されてしまうことを抑制でき、故にＨＣを三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化させるようにでき、また、リッチ空燃比運転時には、ＣＯ吸蔵機能によってＣＯが三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、少ないながらも酸素吸蔵機能によってリーン空燃比運転時に吸蔵された酸素が放出されて触媒雰囲気がストイキオ近傍雰囲気となり、一方リーン空燃比運転時には、少ないながらも酸素吸蔵機能によって酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、ＣＯ吸蔵機能によってリッチ空燃比運転時に吸蔵されたＣＯが放出されて触媒雰囲気がやはりストイキオ近傍雰囲気となるので、ＣＯやＮＯｘについても三元触媒コンバータによって良好に浄化するようにできる。さらに、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて空燃比変調手段の変調特性を変更するので、ＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを繰り返し実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５０】
また、このように酸素吸蔵能力が低いと、車両減速時等に燃料カットを実施した場合において、燃料供給復帰後にリッチ空燃比運転を実施したとしても多量の酸素が一気に放出されることがなく、ＮＯｘスパイクの発生を防止でき、やはり排気浄化効率を向上させることができる。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分ではＨＣを三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化でき、酸素吸蔵能力の高い部分では酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されてＣＯとＮＯｘとを良好に浄化でき、簡単な構成にして排気浄化効率を向上させることができる。
【００５１】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分ではＨＣを三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化でき、酸素吸蔵能力の高い下流部分では酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されて上記ＨＣの酸化したＣＯを含むＣＯとＮＯｘとを良好に浄化でき、また、燃料カット後の燃料供給復帰時におけるＮＯｘスパイクの発生を良好に防止でき、簡単な構成にして確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５２】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５３】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵量相関値であるＣＯ流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、ＣＯ流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５４】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵量相関値である酸素流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、酸素流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵量相関値である三元触媒コンバータの温度に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、三元触媒コンバータの温度が低いほど、即ちＣＯ吸蔵能力が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＡ／Ｆ変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＣＯ流入量との関係を示すマップである。
【図４】Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＯ２流入量との関係を示すマップである。
【図５】Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅と触媒温度Ｔｃａｔとの関係を示すマップである。
【図６】ＯＳＣを有する三元触媒におけるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率を示す図である。
【図７】ＯＳＣの無い三元触媒におけるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 点火プラグ
６ 燃料噴射弁
２０ 排気管（排気通路）
２２ Ｏ２センサ
３０ 三元触媒コンバータ
３０ａ 上流側触媒
３０ｂ 下流側触媒
３２ 高温センサ
４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４２ クランク角センサ
４６ アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）
４８ 車速センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、三元触媒により排気浄化効率を高める技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
車両用内燃機関の排気浄化触媒として三元触媒が一般的に広く使用されている。
また、最近では、三元触媒の触媒性能を最大限に活用することを目的とし、リーン空燃比運転時に酸素をストレージすることで一時的に触媒雰囲気をストイキオ近傍雰囲気としてＮＯｘを浄化させ、その後リッチ空燃比運転時に上記ストレージした酸素を放出することでＨＣ、ＣＯの浄化を促進させる所謂酸素ストレージ機能（Ｏ２ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＯＳＣと略す）を有した三元触媒が開発されている。
【０００３】
このようなＯＳＣを有した三元触媒では、酸素ストレージが飽和状態となる前にリーン空燃比運転からリッチ空燃比運転に強制的に切換えるＡ／Ｆ変調制御を実施して酸素の吸蔵と放出とを繰り返すようにしており、これによりＮＯｘとともにＨＣ、ＣＯを効率よく浄化可能となっている。
また、リッチ空燃比運転時にＣＯをストレージし、その後リーン空燃比運転時に上記ストレージしたＣＯを放出することでＮＯｘの浄化を促進させる所謂ＣＯストレージ機能（ＣＯ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＣＯＳＣと略す）を有した三元触媒も開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８９２５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者の試験によれば、Ａ／Ｆ変調制御を行うと、リッチ空燃比運転時においてＨＣよりもＣＯの方が選択的に浄化される特性を有していることが確認されており、ＯＳＣを有する三元触媒の場合、リッチ空燃比運転時にあってはＨＣが十分に浄化されないという問題がある（図６参照）。
【０００６】
また、最近では、燃費向上等の理由から、車両の減速時等に内燃機関への燃料供給を停止する所謂燃料カットを実施可能な車両が開発され実用化されつつあるが、当該燃料カット時には酸素がそのまま排出されるために酸素ストレージが飽和状態となり易く、燃料供給復帰後にリッチ空燃比運転を実施すると多量の酸素が一気に放出され、ＣＯＳＣを有していても触媒雰囲気がリーン雰囲気となって大量にＮＯｘが発生する所謂ＮＯｘスパイクを生じるという問題もある。
【０００７】
このようなことから、ＯＳＣを有さない三元触媒を使用してＡ／Ｆ変調制御を実施することが考えられ、このようにすれば、リッチ空燃比運転時においてＣＯよりもＨＣを比較的良好に浄化でき、また燃料供給復帰後のリッチ空燃比運転時においてリーン雰囲気となることを防止できることになるが、根本的にリッチ空燃比運転時に発生するＣＯ及びリーン空燃比運転時に発生するＮＯｘを十分浄化しきれないという問題がある（図７参照）。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料カット後のリッチ空燃比運転時におけるＮＯｘスパイクを抑止でき、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの浄化性能を高く維持可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられ、ＣＯよりもＨＣを選択的に酸化するＨＣ選択酸化機能、還元雰囲気下でＣＯを吸蔵するＣＯ吸蔵機能を有し、酸化雰囲気下で酸素を吸蔵する酸素吸蔵能力の方が前記ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低い三元触媒コンバータと、前記三元触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比間で強制的に変動させる空燃比変調手段と、前記ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて前記空燃比変調手段の変調特性を変更する変調特性変更手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
従って、三元触媒コンバータは、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の方がＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低いため、空燃比変調手段による変調制御を行った場合でも、リッチ空燃比運転時においてＨＣよりもＣＯの方が選択的に浄化されてしまうことが抑制され、ＨＣが三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化される。そして、リッチ空燃比運転時には、ＣＯ吸蔵機能によってＣＯが三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、少ないながらも酸素吸蔵機能によってリーン空燃比運転時に吸蔵された酸素が放出されて触媒雰囲気がストイキオ近傍雰囲気となり、一方リーン空燃比運転時には、少ないながらも酸素吸蔵機能によって酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、ＣＯ吸蔵機能によってリッチ空燃比運転時に吸蔵されたＣＯが放出されて触媒雰囲気がやはりストイキオ近傍雰囲気となるので、ＣＯやＮＯｘについても三元触媒コンバータによって良好に浄化される。特に、変調特性変更手段により、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて空燃比変調手段の変調特性が変更されるので、ＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを繰り返し実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率が向上する。
【００１１】
また、このように酸素吸蔵能力が低いと、車両減速時等に燃料カットを実施した場合において、燃料供給復帰後にリッチ空燃比運転を実施したとしても多量の酸素が一気に放出されることがなく、ＮＯｘスパイクの発生が防止され、やはり排気浄化効率が向上する。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータは、さらに酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分と高い部分とから構成されることを特徴としている。
【００１２】
従って、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分では、ＨＣが三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化され、酸素吸蔵能力の高い部分では、酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されてＣＯとＮＯｘとが良好に浄化され、簡単な構成にして確実に排気浄化効率が向上する。
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータは、さらに酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分と該酸素吸蔵能力の高い下流部分とから構成されることを特徴としている。
【００１３】
従って、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分では、ＨＣが三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化されるとともに、燃料カット中に吸蔵される酸素量は少なく、酸素吸蔵能力の高い下流部分では、酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されて上記ＨＣの酸化したＣＯを含むＣＯとＮＯｘとが良好に浄化され、燃料カット後の燃料供給復帰時においては、上流から放出される吸蔵酸素が少ないために過剰なリーン雰囲気とならず、ＮＯｘスパイクの発生が良好に防止され、簡単な構成にして確実に排気浄化効率が向上する。
【００１４】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、前記変調特性変更手段は、変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴としている。
従って、変調特性変更手段により、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータに流入するＣＯの量を検出するＣＯ量検出手段を備え、前記変調特性変更手段は、前記ＣＯ量検出手段により検出されるＣＯ流入量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴としている。
従って、ＣＯ吸蔵量相関値であるＣＯ流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、ＣＯ流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１６】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータに流入する酸素の量を検出する酸素量検出手段を備え、前記変調特性変更手段は、前記酸素量検出手段により検出される酸素流入量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴としている。
従って、ＣＯ吸蔵量相関値である酸素流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、酸素流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１７】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置では、前記三元触媒コンバータの温度を検出する触媒温度検出手段を備え、前記変調特性変更手段は、前記触媒温度検出手段により検出される前記三元触媒コンバータの温度が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴としている。
従って、ＣＯ吸蔵量相関値である三元触媒コンバータの温度に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、三元触媒コンバータの温度が低いほど、即ちＣＯ吸蔵能力が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
【００１９】
同図に示すように、エンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、例えば、燃料噴射モードを切換えることで吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）とともに圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を実施可能な筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンが採用される。この筒内噴射型のエンジン１は、容易にして理論空燃比（ストイキオ）での運転やリッチ空燃比での運転（リッチ空燃比運転）の他、リーン空燃比での運転（リーン空燃比運転）が実現可能である。
【００２０】
同図に示すように、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４とともに電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、これにより、燃料を燃焼室内に直接噴射可能である。
点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁６に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁６から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能である。
【００２１】
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
【００２２】
なお、当該筒内噴射型のエンジン１は既に公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
同図に示すように、吸気マニホールド１０には吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４及び当該スロットル弁１４の開度θｔｈを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられており、さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００２３】
一方、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には、排気浄化触媒装置として三元触媒コンバータ３０が介装されている。
この三元触媒コンバータ３０は、ＨＣ選択酸化機能、酸素ストレージ機能（Ｏ２ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＯＳＣ）及びＣＯストレージ機能（ＣＯ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ：ＣＯＳＣ）を兼ね備えている。詳しくは、三元触媒コンバータ３０は、ＨＣ選択酸化機能とＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）とを有するとともにＣＯＳＣよりも低い僅かな酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）を有する上流側触媒（上流部分）３０ａと、ＨＣ選択酸化機能とＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）を有するとともにＣＯＳＣと同等或いはそれ以上の比較的高い酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）を有する下流側触媒（下流部分）３０ｂとから構成されている。
【００２４】
より詳しくは、三元触媒コンバータ３０は、上流側触媒３０ａの担体に、ＨＣ選択酸化反応物質として白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも一つの活性貴金属を含有するとともに、ＣＯＳＣとして炭酸塩を形成する物質、例えばバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属を含有し、さらに、ＯＳＣとしてセリウム（Ｃｅ）或いはジルコニウム（Ｚｒ）を僅かに含有して構成されており、下流側触媒３０ｂの担体に、ＨＣ選択酸化反応物質として白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）のうちの少なくとも一つの活性貴金属を含有するとともに、ＣＯＳＣとして炭酸塩を形成する物質、例えばバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）等のアルカリ土類金属を含有し、さらに、ＯＳＣとして比較的多くのセリウム（Ｃｅ）或いはジルコニウム（Ｚｒ）を含有して構成されている。
【００２５】
なお、ＨＣ選択酸化機能、酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）、ＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）を有する物質は上記した物質に限られるものではなく、例えば、ＣＯＳＣとしてニッケル（Ｎｉ）を含有していてもよい。
つまり、本発明では、三元触媒コンバータ３０は、上流側触媒３０ａについては、活性貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ）の存在によりＣＯよりもＨＣを選択的に酸化可能に構成され、ＣＯＳＣとしてのアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）の存在により、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリッチ空燃比である還元雰囲気中においてＣＯを炭酸塩（例えば、ＢａＣＯ３、ＣａＣＯ３等）として吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比となり酸化雰囲気となるとＣＯを放出可能に構成され、また、少ないながらもＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）の存在により、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比である酸化雰囲気中においてＯ２を吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となり還元雰囲気となると当該Ｏ２を放出可能に構成されており、下流側触媒３０ｂについては、ＣＯＳＣとしてのアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）の存在により、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比である還元雰囲気中においてＣＯを炭酸塩（例えば、ＢａＣＯ３、ＣａＣＯ３等）として吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比となり酸化雰囲気となるとＣＯを放出可能に構成され、さらに、多くのＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）の存在により、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比である酸化雰囲気中においてＯ２を十分に吸蔵可能である一方、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となり還元雰囲気となると当該Ｏ２を十分に放出可能に構成されている。
【００２６】
なお、ここでは、上流側触媒３０ａに僅かにＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）を含むようにしたが、上流側触媒３０ａにＯＳＣ（Ｃｅ、Ｚｒ）を全く含まないよう構成してもよい。但し、ＯＳＣを有している方が耐熱性が高いという利点がある。また、上流側触媒３０ａと下流側触媒３０ｂの双方にＣＯＳＣとしてのアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）を含むようにしたが、上流側触媒３０ａ及び下流側触媒３０ｂの一方にのみアルカリ土類金属（Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ等）を含むような構成であってもよい。
【００２７】
そして、排気管２０の三元触媒コンバータ３０上流には、酸素濃度に基づいて空燃比を検出するＯ２センサ２２が配設されており、三元触媒コンバータ３０には触媒温度Ｔｃａｔを検出する高温センサ（触媒温度検出手段）３２が配設されている。
また、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０が設けられており、このＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【００２８】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８及びＯ２センサ２２、高温センサ３２の他、クランク角センサ４２、アクセルペダル４４の操作量（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４６、車速Ｖを検出する車速センサ４８等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。なお、クランク角センサ４２からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。
【００２９】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、Ｏ２センサ２２からの検出情報等に基づき燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が設定されると、当該燃焼Ａ／Ｆに応じて燃料噴射量や燃料噴射時期の指令信号が燃料噴射弁６に出力されるとともに吸入空気量の指令信号がスロットル弁１４に出力され、さらに点火時期の指令信号が燃焼順に点火コイル８に出力される。これにより、燃料噴射弁６から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、スロットル弁１４が適正な開度とされ、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３０】
また、当該エンジン１は、車両の減速時において燃料噴射弁６からの燃料供給を停止する所謂燃料カットを実施可能に構成されており、ＥＣＵ４０は、ＡＰＳ４６からのアクセル開度情報、車速センサ４８からの車速情報Ｖに応じ、例えばアクセル開度がゼロで車速Ｖが所定値Ｖ１以下になると燃料噴射弁６からの燃料噴射を一部気筒或いは全気筒で停止し、アクセル開度がゼロでなくなり或いは車速Ｖが所定値Ｖ２（Ｖ２＜Ｖ１）以下になると燃料噴射を再開（燃料供給復帰）するようにしている。
【００３１】
以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用を説明する。
本発明に係る排気浄化装置では、三元触媒コンバータ３０の能力を十分発揮するため、ＥＣＵ４０によって排気Ａ／Ｆをリッチ空燃比とリーン空燃比との間で強制的に交互に振るようにしている。即ち、ここでは、排気Ａ／Ｆを一定期間に亘り所定のリーン空燃比とした後、一定期間に亘り所定のリッチ空燃比とするように変調させ、ストイキオ近傍値を中心にリーン空燃比とリッチ空燃比とを周期的に繰り返す空燃比変調（Ａ／Ｆ変調）を実施するようにしている（空燃比変調手段）。実際には、Ｏ２センサ２２からの検出情報に基づき、排気Ａ／Ｆが上記所定のリーン空燃比及び所定のリッチ空燃比となるよう、ＥＣＵ４０によって燃焼Ａ／Ｆをリッチ空燃比とリーン空燃比との間で強制的に変調させるようにしている。
【００３２】
図２を参照すると、本発明に係る空燃比変調制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき本発明に係る空燃比変調制御について説明する。
先ず、ステップＳ１０では、三元触媒コンバータ３０へのＣＯの流入量を検出する。ここでは、例えば吸入空気量、燃焼Ａ／ＦとＣＯ流入量（ＣＯ吸蔵量相関値）との関係が実験等により予めマップ化されており、ＣＯ流入量は当該マップより読み出される（ＣＯ量検出手段）。
【００３３】
そして、ステップＳ１２では、上記のように求めたＣＯ流入量に基づき、空燃比変調制御のための変調周期（Ａ／Ｆ変調周期）及び変調振幅（Ａ／Ｆ変調振幅）を変更設定する（変調特性変更手段）。具体的には、ＣＯ流入量が多いほどＡ／Ｆ変調周期を短くするとともにＡ／Ｆ変調振幅を小さく抑えるようにする。実際には、図３に示すように、Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＣＯ流入量との関係が実験等により予め設定されマップ化されており、Ａ／Ｆ変調周期とＡ／Ｆ変調振幅とは当該マップより読み取られる。
【００３４】
また、ステップＳ１２では、さらに、ＣＯ流入量に基づいて空燃比デューティ（Ａ／Ｆデューティ）、即ちリッチ化時間とリーン化時間との比（反転時間比）及び平均空燃比（平均Ａ／Ｆ）を変更設定する（変調特性変更手段）。なお、平均Ａ／Ｆについては、ＮＯｘを効率的に浄化することを考えると、ストイキに対し空燃比で１％以上リッチ寄りの空燃比とするのがよい。
【００３５】
このようにＣＯ流入量に基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するのは、空燃比変調の実施により排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比になったときに、ＣＯ流入量が多いとＣＯが三元触媒コンバータ３０のＣＯＳＣによるＣＯ吸蔵能力を超えて浄化されずに流出してしまうおそれがあり、主として当該ＣＯの流出を防止するためである。
【００３６】
これにより、リッチ化時間及びリーン化時間並びに所定のリッチ空燃比及び所定のリーン空燃比が適正なものとなり、特にＣＯの流出が防止されてＣＯの浄化性能が向上し、併せてリーン空燃比時におけるＮＯｘの発生が抑制されてＮＯｘの浄化性能が向上し、全体として排気浄化効率が向上する。
なお、ここでは、三元触媒コンバータ３０に流入するＣＯ流入量に基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしているが、ＣＯＳＣによるＣＯ吸蔵能力に相関するものとして、リーン空燃比時に吸蔵されたＣＯを除去すべく三元触媒コンバータ３０に流入するＯ２流入量（ＣＯ吸蔵量相関値）があり、当該Ｏ２流入量に基づいてＡ／Ｆ変調周期やＡ／Ｆ変調振幅等を変更設定するようにしてもよい。具体的には、例えばＯ２流入量が多いほどＡ／Ｆ変調周期を短くするとともにＡ／Ｆ変調振幅を小さく抑えるようにする。この場合、Ｏ２流入量は、例えば吸入空気量とＯ２センサ２２からの検出情報に基づき演算される（酸素量検出手段）。また、例えば図４に示すようなＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＯ２流入量との関係を示すマップを予め設定しておき、当該マップからＡ／Ｆ変調周期とＡ／Ｆ変調振幅とを読み出すようにしてもよい。このようにすれば、ＣＯの流出が良好に防止されるのみならず、リーン空燃比時においてＮＯｘの発生も良好に抑制され、やはり全体として排気浄化効率が向上する。
【００３７】
また、ＣＯＳＣによるＣＯ吸蔵能力に相関するものとして、触媒温度Ｔｃａｔ（ＣＯ吸蔵量相関値）もあり、高温センサ３２により検出される触媒温度Ｔｃａｔに基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしてもよい。具体的には、三元触媒コンバータ３０は触媒温度Ｔｃａｔが低く活性していないほどＣＯ吸蔵能力は低いため、例えば触媒温度Ｔｃａｔが低いほどＡ／Ｆ変調周期を短くするとともにＡ／Ｆ変調振幅を小さく抑えるようにする。この場合も、例えば図５に示すようなＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅と触媒温度Ｔｃａｔとの関係を示すマップを予め設定しておき、当該マップからＡ／Ｆ変調周期とＡ／Ｆ変調振幅とを読み出すようにしてもよい。なお、ここでは、触媒温度Ｔｃａｔを高温センサ３２により検出する場合を示したが、触媒温度Ｔｃａｔは、排気温度を検出し、当該排気温度に基づいて推定するようなものであってもよいし、アクセル開度、エンジン回転速度Ｎｅ等に応じて予め設定されたマップから読み出すようなものであってもよい。
【００３８】
また、ＣＯ流入量、Ｏ２流入量、触媒温度Ｔｃａｔの組み合わせに基づいてＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしてもよい。
また、ここではＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしたが、Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆのうちの少なくともいずれか一つ以上を変更設定するような構成にしてもよい。
【００３９】
また、ＣＯ吸蔵能力は排気流量や排気Ａ／Ｆとも相関があり、これらを考慮してＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆを変更設定するようにしてもよい。
ステップＳ１４では、上記のように設定したＡ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅、Ａ／Ｆデューティ及び平均Ａ／Ｆに基づいてＡ／Ｆ変調を実施する。
【００４０】
これにより、三元触媒コンバータ３０の上流側触媒３０ａでは、ＨＣ選択酸化機能と相俟ってＯＳＣによる酸素吸蔵能力が低いことでＨＣが良好にＣＯ或いはＣＯ２に酸化され、さらに、ＣＯＳＣにより、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比であるときにＣＯが吸蔵されて上流側触媒３０ａがストイキオ近傍雰囲気に保持される一方、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比となるとＣＯが良好に放出されてＯ２と反応し、上流側触媒３０ａがやはりストイキオ近傍雰囲気に保持され、ＣＯとＮＯｘとが良好に浄化される。
【００４１】
そして、三元触媒コンバータ３０の下流側触媒３０ｂでは、ＯＳＣによる酸素吸蔵能力が高いために、上流側触媒３０ａにおいてＨＣが酸化して生じたＣＯがＣＯＳＣにより良好に浄化されるとともに、排気Ａ／Ｆがリーン空燃比であるときにＯ２が吸蔵されて下流側触媒３０ｂがストイキオ近傍雰囲気に保持される一方、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となるとＯ２が良好に放出されてＣＯと反応し、下流側触媒３０ｂがやはりストイキオ近傍雰囲気に保持され、特にＮＯｘが良好に浄化される。
【００４２】
このように、本発明の排気浄化装置では、三元触媒コンバータ３０にＨＣ選択酸化機能、酸素ストレージ機能（ＯＳＣ）及びＣＯストレージ機能（ＣＯＳＣ）を備え、上流側にＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い上流側触媒３０ａを設けるようにしているので、当該上流側触媒３０ａにおいてＨＣの浄化性能を低下させることなくＨＣをＣＯ或いはＣＯ２に確実に酸化するようにでき、Ａ／Ｆ変調制御をＣＯ吸蔵能力の範囲内において行うことにより、ＣＯの吸蔵と放出をＣＯの流出なく良好に実施して触媒雰囲気をストイキオ近傍雰囲気に保持でき、ＣＯ及びＮＯｘを良好に浄化することができる。さらに、上流側触媒３０ａの下流にＯＳＣの酸素吸蔵能力の高い下流側触媒３０ｂを設けるようにしているので、Ｏ２の吸蔵と放出を良好に実施して三元触媒コンバータ３０をさらに良好にストイキオ近傍雰囲気に保持でき、ＣＯ及びＮＯｘを確実に浄化することができ、三元触媒コンバータ３０の排気浄化効率を確実に向上させることができる。
【００４３】
また、燃料カットを実施した場合には、燃料噴射を停止した気筒からは空気のみが排出されるため、ＯＳＣによってＯ２が多量に吸蔵され、燃料供給復帰により排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となったときには当該吸蔵されたＯ２が一気に放出されて触媒雰囲気が一時的にリーン空燃比となり、ＮＯｘが大量発生する所謂ＮＯｘスパイクが起こる可能性があるが、本発明のようにＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い上流側触媒３０ａを設けるようにすると、燃料供給復帰によって排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比となったときでも、Ｏ２の吸蔵量が少ないために触媒雰囲気が一時的にリーン空燃比となってしまうことが好適に防止され、ＮＯｘスパイクの発生が確実に防止される。これにより、やはり三元触媒コンバータ３０の排気浄化効率を向上させることができる。
【００４４】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、三元触媒コンバータ３０を上流側触媒３０ａと下流側触媒３０ｂとで担体を分けて構成したが、単一の担体を上流側部分と下流側部分とに使い分けて構成するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、ＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い上流側触媒３０ａとＯＳＣの酸素吸蔵能力の高い下流側触媒３０ｂとを設けるようにしたが、三元触媒コンバータ３０をＯＳＣの酸素吸蔵能力の低い触媒（ＯＳＣを全く有しない触媒を含む）のみで構成するようにしてもよく、この場合であっても本発明の効果を十分に得ることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、ＯＳＣの酸素吸蔵能力がＣＯＳＣのＣＯ吸蔵能力よりも低い触媒（ＯＳＣを全く有しない触媒を含む）を上流に設け、ＯＳＣの酸素吸蔵能力の高い触媒を下流に設けるようにしたが、これらは逆であっても本発明の効果を十分に得ることができる。但し、燃料カット後の燃料供給復帰によるＮＯｘスパイクを防止することを考えると、上記実施形態のようにＯＳＣの酸素吸蔵能力の低い触媒を上流に設ける方が効果的である。
【００４７】
また、上記実施形態では、ＣＯ吸蔵量相関値であるＣＯ流入量、Ｏ２流入量或いは触媒温度Ｔｃａｔに応じてＣＯ吸蔵能力の範囲内となるように変調特性を変更するようにしたが、ＣＯ吸蔵能力の範囲内であれば浄化効率が高いことから、浄化効率が高くなるように変調特性を変更しても同様の効果を得ることができる。この場合、例えば、予め浄化効率が高くなるように求めた変調特性を使用してもよいし、浄化効率と相関のあるパラメータ（例えば、触媒下流に設けたＯ２センサの出力振幅等）に応じて変更するようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態では、エンジン１として筒内噴射型火花点火式ガソリンエンジンを採用したが、エンジン１は吸気管噴射型ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、三元触媒コンバータは、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の方がＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低いため、空燃比変調手段による変調制御を行った場合でも、リッチ空燃比運転時においてＨＣよりもＣＯの方が選択的に浄化されてしまうことを抑制でき、故にＨＣを三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化させるようにでき、また、リッチ空燃比運転時には、ＣＯ吸蔵機能によってＣＯが三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、少ないながらも酸素吸蔵機能によってリーン空燃比運転時に吸蔵された酸素が放出されて触媒雰囲気がストイキオ近傍雰囲気となり、一方リーン空燃比運転時には、少ないながらも酸素吸蔵機能によって酸素が三元触媒コンバータに吸蔵されるとともに、ＣＯ吸蔵機能によってリッチ空燃比運転時に吸蔵されたＣＯが放出されて触媒雰囲気がやはりストイキオ近傍雰囲気となるので、ＣＯやＮＯｘについても三元触媒コンバータによって良好に浄化するようにできる。さらに、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて空燃比変調手段の変調特性を変更するので、ＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを繰り返し実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５０】
また、このように酸素吸蔵能力が低いと、車両減速時等に燃料カットを実施した場合において、燃料供給復帰後にリッチ空燃比運転を実施したとしても多量の酸素が一気に放出されることがなく、ＮＯｘスパイクの発生を防止でき、やはり排気浄化効率を向上させることができる。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分ではＨＣを三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化でき、酸素吸蔵能力の高い部分では酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されてＣＯとＮＯｘとを良好に浄化でき、簡単な構成にして排気浄化効率を向上させることができる。
【００５１】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分ではＨＣを三元触媒コンバータによって良好にＣＯまたはＣＯ２に酸化でき、酸素吸蔵能力の高い下流部分では酸素吸蔵機能による酸素の吸蔵及び放出とが良好に実施されて上記ＨＣの酸化したＣＯを含むＣＯとＮＯｘとを良好に浄化でき、また、燃料カット後の燃料供給復帰時におけるＮＯｘスパイクの発生を良好に防止でき、簡単な構成にして確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５２】
また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更するので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５３】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵量相関値であるＣＯ流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、ＣＯ流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５４】
また、請求項６の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵量相関値である酸素流入量に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、酸素流入量が多いほど、即ちＣＯ吸蔵量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【００５５】
また、請求項７の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＣＯ吸蔵量相関値である三元触媒コンバータの温度に基づいて容易にＣＯ吸蔵量がＣＯ吸蔵能力範囲外となることを予測でき、三元触媒コンバータの温度が低いほど、即ちＣＯ吸蔵能力が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくするので、容易にしてＣＯ吸蔵能力範囲内においてＣＯの吸蔵と放出とを実施してＣＯの排出を抑止でき、併せてＮＯｘの発生を抑止でき、確実に排気浄化効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＡ／Ｆ変調制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＣＯ流入量との関係を示すマップである。
【図４】Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅とＯ２流入量との関係を示すマップである。
【図５】Ａ／Ｆ変調周期、Ａ／Ｆ変調振幅と触媒温度Ｔｃａｔとの関係を示すマップである。
【図６】ＯＳＣを有する三元触媒におけるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率を示す図である。
【図７】ＯＳＣの無い三元触媒におけるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化率を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン
４ 点火プラグ
６ 燃料噴射弁
２０ 排気管（排気通路）
２２ Ｏ２センサ
３０ 三元触媒コンバータ
３０ａ 上流側触媒
３０ｂ 下流側触媒
３２ 高温センサ
４０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４２ クランク角センサ
４６ アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）
４８ 車速センサ
Claims (7)
- 内燃機関の排気通路に設けられ、ＣＯよりもＨＣを選択的に酸化するＨＣ選択酸化機能、還元雰囲気下でＣＯを吸蔵するＣＯ吸蔵機能を有し、酸化雰囲気下で酸素を吸蔵する酸素吸蔵能力の方が前記ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力よりも低い三元触媒コンバータと、
前記三元触媒コンバータに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比間で強制的に変動させる空燃比変調手段と、
前記ＣＯ吸蔵機能によるＣＯ吸蔵能力と相関のあるＣＯ吸蔵量相関値に応じて前記空燃比変調手段の変調特性を変更する変調特性変更手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記三元触媒コンバータは、さらに酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い部分と高い部分とから構成されることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記三元触媒コンバータは、さらに酸素吸蔵機能による酸素吸蔵能力の低い上流部分と該酸素吸蔵能力の高い下流部分とから構成されることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記変調特性変更手段は、変調周期、変調振幅、反転時間比及び平均空燃比のうちの少なくともいずれか一つを変更することを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記三元触媒コンバータに流入するＣＯの量を検出するＣＯ量検出手段を備え、
前記変調特性変更手段は、前記ＣＯ量検出手段により検出されるＣＯ流入量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記三元触媒コンバータに流入する酸素の量を検出する酸素量検出手段を備え、
前記変調特性変更手段は、前記酸素量検出手段により検出される酸素流入量が多いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記三元触媒コンバータの温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記変調特性変更手段は、前記触媒温度検出手段により検出される前記三元触媒コンバータの温度が低いほど変調周期を短く或いは変調振幅を小さくすることを特徴とする、請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
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