JP2012241527A

JP2012241527A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2012241527A
Application number: JP2011109168A
Authority: JP
Inventors: Kinichi Iwachido; 均一岩知道; Seiji Kikuchi; 誠二菊池; Takayuki Onodera; 孝之小野寺
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: JP5500122B2

Abstract

【課題】本発明は、コスト及び圧力損失の増大を抑制しつつ、排気浄化性能を向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】三元触媒は、パラジウム（Ｐｄ）と、三元機能を高めるセリア（ＣｅＯ_２）とが添加される内層とロジウム（Ｒｈ）が添加され、セリアが添加されない表層との２層で構成される。そして、空燃比変調制御は、エンジンの冷機状態であれば(S10)、変調制御の変調振幅を通常時より大きく(S12)、変調平均空燃比をリーンに(S14)、またリッチ度合いをリーン度合いより大きく(S16)、リーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長くする(S18)。そして、三元触媒下流の排気の空燃比により、変調平均空燃比をリッチ側或いはリーン側にシフトし、その後シフト前の変調平均空燃比に復帰する(S20-S28)。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、排気の浄化効率を高めるための技術に関する。

自動車等の内燃機関からの排気中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＴＨＣ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等の化学物質が含まれている。このようなことから、内燃機関の排気通路には、三元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒等の排気浄化触媒が配設されている。そして、排気浄化触媒で排気中のこれら化学物質を酸化或いは還元し、排気を浄化して大気中に放出するようにしている。

三元触媒は、空燃比が理論空燃比（ストイキ）の近傍で化学物質を高い効率で浄化できることや、排気浄化触媒が高温であるときに排気浄化触媒が活性化し化学物質を高い浄化効率で浄化できることが知られている。
しかしながら、内燃機関の始動時や冷態時には、三元触媒は内燃機関からの排気の温度が低く排気浄化触媒を活性化されていないこともあって、十分に化学物質を除去することができない虞がある。

このことから、特許文献１のように内燃機関の空燃比を理論空燃比を挟みリッチ側とリーン側とに変調させ、三元触媒に流入する酸素濃度を三元触媒の酸素ストレージ容量の範囲で可及的に大きくして、三元触媒の昇温を促進させる技術が開発されている。また、特許文献２のように内燃機関始動後のフィードバック制御開始前に空燃比を強制的に変調させると共に、このときの空燃比の変調の振幅及び周期をフィードバック制御時に比べて排気の酸素（Ｏ_２）濃度及びＣＯ濃度が共に高くなるように設定し、三元触媒上に十分な量のＣＯやＯ_２を供給して三元触媒の昇温を促進させる技術や、特許文献３のように、内燃機関始動後に空燃比の強制変調を実行すると共に、空燃比の中心空燃比を触媒温度の上昇に伴ってリーン空燃比側からリッチ空燃比側にシフトし、三元触媒上に適切な量のＣＯやＯ_２を供給して三元触媒の昇温を促進させる技術も開発されている。

特開２００８−２５５９７２号公報特開２００８−１１１３５１号公報特開２００８−１１１３５２号公報

このような上記特許文献１、２或いは３の技術を、触媒昇温に不利な排気システムを用いている内燃機関、例えば、熱容量の大きなエキゾーストマニホールドを有する排気システム、ターボチャージャを有する排気システムや排気浄化触媒の搭載位置が内燃機関から遠く離れている排気システムに適用しても、排気の熱がエキゾーストマニホールド、ターボチャージャや排気管に吸熱されてしまい、三元触媒の活性化に時間を有することになる。したがって、排気中の化学物質を浄化するために三元触媒の貴金属の担持量を増大させる必要がある。

しかしながら、三元触媒の貴金属の担持量の増大は、コストの増大及び触媒容量の増大による圧力損失の増大につながり好ましいことではない。
本発明は、この様な問題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、コスト及び圧力損失の増大を抑制しつつ、排気浄化性能を向上させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

上記の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た排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で強制的に変調させる空燃比変調制御手段と、を備え、前記排気浄化触媒は、貴金属としてパラジウムを主成分としセリウム酸化物を含む内層と、貴金属としてロジウムを主成分としセリウム酸化物を含まない表層とを有して構成される三元触媒であって、前記空燃比変調制御手段は、前記空燃比の平均値を理論空燃比よりもリーン空燃比とし、更に前記空燃比の変調周期をリーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長くすることを特徴とする。

また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１において、前記空燃比変調制御手段は、前記内燃機関が冷態時には温態時よりも、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の振幅を大きくすることを特徴とする。
また、請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１又は２において、前記空燃比変調制御手段は、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の１サイクルにおいて、リッチ空燃比での当量比と量論比との差の絶対値であるリッチ化度合いがリーン空燃比での当量比と前記量論比との差の絶対値であるリーン化度合いより大きいことを特徴とする。

また、請求項４の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記排気浄化触媒の状態を検出する触媒状態検出手段を備え、前記空燃比変調制御手段は、前記触媒状態検出手段の検出結果に基づいて、前記排気浄化触媒がリーン雰囲気であれば前記空燃比の平均値をリッチ側にシフトし、リッチ雰囲気であれば前記空燃比の平均値をリーン側にシフトするとともに、当該シフト後に前記空燃比の平均値を当該シフト前の空燃比の平均値に復帰させることを特徴とする。

また、請求項５の内燃機関の排気浄化装置では、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記排気浄化触媒の下流の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、前記空燃比変調制御手段は、前記酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記排気浄化触媒下流の空燃比がリーンであれば前記空燃比の平均値をリッチ側にシフトし、前記空燃比がリッチであれば前記空燃比の平均値をリーン側にシフトするとともに、当該シフト後に前記空燃比の平均値を当該シフト前の空燃比の平均値に復帰させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、貴金属としてパラジウムを主成分とし微量のセリウム酸化物（セリウムを含む酸化物でジルコニウムや希土類元素を含んでもよい。以下，単にセリアという）を含む内層と、貴金属としてロジウムを主成分としセリアを含まない表層とを有した三元触媒を備えた内燃機関において、空燃比の平均値を理論空燃比よりもリーン空燃比とし、更に空燃比の変調周期をリーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長くするように制御している。

このように、空燃比の変調周期をリーン空燃比である期間よりもリッチ空燃比である期間を短くすることで空燃比の平均値が理論空燃比よりもリーン側の領域において、ＴＨＣやＣＯのみならずＮＯｘの浄化効率が高くなる。そして、表層のロジウムにセリアを添加しない三元触媒では、セリアの無添加により過渡的に空燃比がリーン側に変化するとＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が低下することになるが、セリアを添加しないことによりロジウムの粒子成長（貴金属劣化）が抑制されるため、実用上の触媒劣化を考慮するとＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率を高く保持することができる。

従って、これらの三元触媒と上記空燃比変調制御とを同時に用いることで、例えば、セリアの無添加で過渡的にリーン空燃比に変化し、ＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が低下するような場合でも、上記空燃比変調制御でリーン空燃比でのＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が高くできるので、三元触媒の貴金属の担持量の増大することなくＴＨＣ及びＮＯｘを効率的に浄化することができ、コスト及び圧力損失の増大を抑制しつつ、排気浄化性能を向上させることができる。また、三元触媒の表層へのセリアの添加を無くすことができるのでコストを低減することができる。

また、請求項２の発明によれば、内燃機関が冷態時には温態時よりも、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の振幅を大きくするよう制御している。このように、空燃比の変調の振幅を大きくすることで三元触媒の入口でのＣＯ及びＯ_２濃度がより高まり触媒の温度が上昇し易くなる。また、空燃比の変調の振幅を大きくすることで、空燃比の平均値において理論空燃比を挟んでリッチ側、リーン側の両方でＴＨＣの浄化効率を、また理論空燃比よりもリーン側でＮＯｘの浄化効率を高めることができる。

また、請求項３の発明によれば、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の１サイクルにおいて、リッチ化度合いをリーン化度合いより大きくし、内層のパラジウムに排気中のＣＯ及びＴＨＣをより多く吸着させることができるので、リーン空燃比時にＮＯｘ浄化効率を高くすることができる。
また、請求項４の発明によれば、排気浄化触媒の状態がリーン雰囲気直後には空燃比の平均値をリッチ側にシフトし、排気浄化触媒の状態がリッチ雰囲気直後には空燃比の平均値をリーン側にシフトし、シフト後に空燃比の平均値をシフト前の空燃比の平均値に復帰するようにしており、例えば、アクセルＯＦＦ等で燃料カットがされると空燃比が過剰なリーン状態となり排気浄化触媒でＯ_２が過剰となりリーン雰囲気後にはＮＯｘの浄化効率が低下する。また、登坂路等での急激なアクセルＯＮでの内燃機関の高負荷運転時には、空燃比が過剰なリッチ状態となりＣＯ或いはＴＨＣで排気浄化触媒の表面が覆われＴＨＣの浄化効率が低下する。

従って、空燃比の平均値をリーン雰囲気直後にはリッチ側に、リッチ雰囲気直後にはリーン側にシフトすることで、ＮＯｘ或いはＴＨＣの浄化効率を高くすることができる。
また、請求項５の発明によれば、排気浄化触媒の下流の空燃比がリーン直後には空燃比の平均値をリッチ側にシフトし、空燃比がリッチ直後には空燃比の平均値をリーン側にシフトし、シフト後に空燃比の平均値をシフト前の空燃比の平均値燃比に復帰するようにしており、請求項３と同様に、空燃比の平均値をリーン直後にはリッチ側に、リッチ直後にはリーン側にシフトすることで、ＮＯｘ或いはＴＨＣの浄化効率を高くすることができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されたエンジンの概略構成図である。三元触媒の一部分の断面の拡大図である。ＥＣＵが実行する空燃比変調制御のフローチャートである。空燃比の波形パターンを時系列で示す図である。リッチ空燃比の期間をリーン空燃比の期間よりも短くした変調制御の排気浄化特性を示す図である。エンジン始動後の空燃比変調制御の排気低減効果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、内燃機関の排気浄化装置が適用された吸気ポート燃料噴射エンジン（以下、エンジン１という）（内燃機関）の概略構成図である。
図１に示すように、エンジン１は、吸気マニホールド２１に配設された燃料噴射弁２２から吸気バルブ１４に向け吸気ポート１３内へ燃料を噴射する４サイクル直列４気筒型ガソリンエンジンである。図１にはエンジン１の１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド３が載置されて構成されている。
シリンダブロック２には、エンジン１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ４が設けられている。また、シリンダブロック２に形成されているシリンダ５内には上下摺動可能にピストン６が設けられている。当該ピストン６はコンロッド７を介してクランクシャフト８に連結されている。また、シリンダブロック２には、当該エンジン１の回転速度及びクランクシャフト８の位相を検出するクランク角センサ９が設けられている。また、シリンダヘッド３とシリンダ５とピストン６で燃焼室１０が形成されている。

シリンダヘッド３には、燃焼室１０に臨むようにして点火プラグ１１が設けられている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室１０からシリンダヘッド３の一側面に向かって吸気ポート１２が形成されており、燃焼室１０からシリンダヘッド３の他側面に向かって排気ポート１３が形成されている。そして、シリンダヘッド３には、燃焼室１０と吸気ポート１２との連通及び遮断を行う吸気バルブ１４と、燃焼室１０と排気ポート１３との連通及び遮断を行う排気バルブ１５がそれぞれ設けられている。また、シリンダヘッド３上部には吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を駆動するカム１６、１７を有したカムシャフト１８、１９がそれぞれ設けられている。そして、シリンダヘッド３の上部には、カムシャフト１８の位相を検出するカム角センサ２０が設けられている。また、シリンダヘッド３の一側面には吸気ポート１２と連通するように吸気マニホールド２１が接続されている。

吸気マニホールド２１には吸気ポート１２内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２２が設けられている。また、吸気マニホールド２１の吸気上流端には図示しない吸気管、吸入空気流量を調節する図示しない電子制御スロットルバルブが設けられている。そして、電子制御スロットルバルブには、スロットルバルブの開き度合を検出する図示しないスロットルポジションセンサが備えられている。

電子制御スロットルバルブの上流側の吸気管には吸入空気流量を検出する図示しないエアフローセンサが設けられているとともに、吸気管の吸気上流端には吸入した空気中のゴミ等を除去する図示しないエアクリーナが設けられている。
一方、シリンダヘッド３の吸気マニホールド２１が接続された側面とは反対側の側面には、排気ポート１３と連通するように排気マニホールド２３が接続されている。排気マニホールド２３の排気下流端には、排気管２３が連通するように接続されている。そして、排気管２３の排気下流には、排気中のＴＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化する機能を有する三元触媒２５が備えられている。また、排気管２３の三元触媒２５の下流には、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ（酸素濃度検出手段）２６が配設されている。

三元触媒２５は、図２に示すように、セラミックスやステンレス等でハニカム状に排気が通過する通路が形成される担体２５ａと、当該担体２５ａに触媒層が内層２５ｂと表層２５ｃとの２層で構成され担持されている。内層２５ｂには、パラジウム（Ｐｄ）と、三元機能を高めるセリウム酸化物（（セリウムを含む酸化物でジルコニウムや希土類元素を含んでもよい。ここでは単にセリア、ＣｅＯ_２という）とが添加されている。また、表層２５ｃには、ロジウム（Ｒｈ）が添加されている。

そして、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される電子コントロールユニット（ＥＣＵ）（空燃比変調制御手段）３０を備えている。
水温センサ４、クランク角センサ９、カム角センサ２０、吸気圧センサ、スロットルポジションセンサ、エアフローセンサ、Ｏ_２センサ２６及び車両の車速を検出する図示しない車速センサ等の各種センサ類は、車両に搭載されているＥＣＵ３０の入力側に電気的に接続されており、これらセンサ類からの検出情報がＥＣＵ３０に入力される。

一方、ＥＣＵ３０の出力側には、上記点火プラグ１１、燃料噴射弁２２、電子制御スロットルバルブ等の各種装置が電気的に接続されており、これら各種装置には各種センサ類からの検出情報に基づき演算された点火時期、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットル開度等がそれぞれ出力される。
次にＥＣＵ３０での空燃比制御について説明する。

図３は、ＥＣＵが実行する空燃比変調制御のフローチャートである。また、図４は、空燃比の波形パターンを時系列で示す図であり、図中一点鎖線は、空燃比変調平均値（平均値）を、破線は理論空燃比をそれぞれ示している。
図３に示すように、ステップＳ１０では、水温センサ４の検出情報であるエンジン１の冷却水温度に基づき、エンジン１が冷機状態であるか、否かを判別する。例えば検出した冷却水温度が所定温度以下であるか否かを判別し、判別結果が真（Ｙｅｓ）でエンジン１が冷機状態であれば、ステップＳ１２に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）でエンジン１が冷機状態でなく温態状態であれば、ステップＳ３２に進み、通常の空燃比変調制御を開始する。そして、本ルーチンをリターンする。なお、エンジンの冷機状態の判定は、三元触媒２５の温度情報（温度センサや推定制御に基づく情報）を加味して設定してもよい。例えば、エンジン水温が高くても三元触媒２５の温度が３５０℃未満の条件では冷機状態とみなすことも可能である。

通常の空燃比変調制御は、理論空燃比を挟みリッチ側とリーン側とに周期的に変調させる制御であって、空燃比変調平均値を理論空燃比とし、変調幅及び変調周期をリーン側とリッチ側とで同一とする。
ステップＳ１２では、空燃比変調の変調振幅を通常時の空燃比変調制御の変調振幅よりも大きく設定する。そして、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、図４に示すように、空燃比変調の平均値である変調平均空燃比ＡＦaveを理論空燃比よりもリーン側に設定する。そして、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、図４に示すように、リッチ度合いをリーン度合いより大きく設定する。詳しくは、リーン空燃比ＡＦleanでの空気過剰率λlean、即ちリーン空燃比ＡＦleanの当量比から理論空燃比ＡＦstでの空気過剰率λst、即ち量論比（＝１）を減算し絶対値としてリーン度合いを算出する。次に、リッチ空燃比ＡＦrichでの空気過剰率λrich、即ちリッチ空燃比ＡＦrichの当量比から量論比（＝１）を減算し絶対値としてリッチ度合いを算出する。そして、このように算出されるリッチ度合いをリーン度合いよりも大きく設定する。そして、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、図４に示すように、空燃比変調の変調サイクルを所定値（例えば１Ｈｚ）で、リーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長く（例えば、リッチ期間に対するリーン期間の割合が１：２）なるように設定する。そして、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、Ｏ_２センサ２６の検出結果に基づき、三元触媒２５下流の排気がリーンであるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で三元触媒２５下流の排気がリーンであれば、ステップＳ２２に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で三元触媒２５下流の排気がリーンでなければ、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２２では、変調平均空燃比ＡＦaveをリッチ側にシフトする。そして、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２４では、Ｏ_２センサ２６の検出結果に基づき、三元触媒２５下流の排気がリッチであるか、否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で三元触媒２５下流の排気がリッチであれば、ステップＳ２６に進み、判別結果が偽（Ｎｏ）で三元触媒２５下流の排気がリッチ空燃比でなければ、本ルーチンをリターンする。

ステップＳ２６では、変調平均空燃比ＡＦaveをリーン側にシフトする。そして、ステップＳ２８に進む。
ステップＳ２８では、所定時間経過後、変調平均空燃比ＡＦaveをシフト前の変調平均空燃比に復帰する。そして、本ルーチンをリターンする。ここで、変調空平均燃比ＡＦaveをリーン側にする所定時間は、三元触媒２５の温度情報（温度センサや推定制御に基づく情報）に基づいて設定してもよい。これは、三元触媒２５の温度上昇は車両の運転条件に依存するため、三元触媒２５の温度を検出して変調期間を設定することで、より精密に排気を浄化することができる。

次にＥＣＵ３０での空燃比制御の効果について説明する。
図５は、リッチ空燃比の期間をリーン空燃比の期間よりも短くした変調制御の排気浄化特性を示す図であり、白抜き丸がＮＯｘを、白抜き四角がＴＨＣを、一点鎖線がストイキをそれぞれ示している。また、図６は、エンジン始動後の空燃比変調制御の排気低減効果を示す図であり、図中細線が本実施例を、太線が従来例、詳しくは変調平均空燃比をストイキ近傍とした振幅の小さい変調制御を示している。また、図中の触媒中心温度は、三元触媒２５の触媒中心温度を示している。

図５に示すように、図４のような１サイクル中のリッチ期間をリーン期間に対して短く（例えばリッチ期間：リーン期間＝１：２）すると、変調平均空燃比ＡＦaveがストイキよりも僅かにリーン側の領域でＴＨＣの浄化効率が最も高くなる。
また、図６に示すように、本発明の空燃比変調制御を行うことにより、従来例と比べ本実施例では三元触媒２５の触媒中心温度の昇温速度が早くなっている。そして、三元触媒２５の触媒中心温度の上昇に伴いＴＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化効率も早く上昇し、ＴＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの排出量が低減している。

このように本発明の内燃機関の排気浄化装置では、三元触媒２５は、パラジウム（Ｐｄ）と三元機能を高めるセリウム酸化物を含む内層２５ｂと、ロジウム（Ｒｈ）を含みセリウム酸化物を含まない表層２５ｃとの２層で構成される。そして、空燃比変調制御は、エンジン１の冷機状態であれば変調制御の変調振幅を通常時より大きく（例えば、Ａ／Ｆの絶対値で１．０の振幅とし）、変調平均空燃比ＡＦaveをリーン（例えばＡ／Ｆ＝１５．０）に、またリッチ度合いをリーン度合いより大きく、そしてリーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長くしている。

従って、空燃比の変調の振幅を大きくすることで三元触媒２５の入口でのＣＯ及びＯ２濃度が高まり触媒の温度が上昇し、ＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が高くなる。また、空燃比の変調の振幅を大きくすることで、変調平均空燃比ＡＦaveを理論空燃比よりもリーン側でのＮＯｘの浄化効率を高めることができる。更にリーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長くなるようにすることでＮＯｘの浄化効率が更に高くなる。そして、表層２５ｃのロジウムにセリアを添加しない三元触媒では、セリアの無添加により過渡的に空燃比がリーン側に変化するとＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が低下することになるが、セリアを添加しないことによりロジウムの粒子成長（貴金属劣化）が抑制されるため、実用上の触媒劣化を考慮するとＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率を高く保持することができる。

これらのことから、三元触媒２５と上記空燃比変調制御とを同時に用いることで、例えば、エンジン１の始動時或いは冷態時等で燃料の噴射量が多くセリアの無添加で過渡的にリッチ空燃比に変化し、ＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が低下するような場合でも、上記空燃比変調制御でリーン空燃比でのＴＨＣ及びＮＯｘの浄化効率が高くできるので、エンジン１の始動時或いは冷態時であっても三元触媒２５の貴金属の担持量を増大することなくＴＨＣ及びＮＯｘを効率的に浄化することができ、コスト及び圧力損失の増大を抑制しつつ、排気浄化性能を向上させることができる。また、三元触媒２５の表層へのセリアの添加を無くすことができるので更にコストを低減することができる。

また、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の１サイクルにおいて、リッチ化度合いをリーン化度合いより大きくしているので、内層２５ａのパラジウムに排気中のＣＯ及びＴＨＣをより多く吸着させることができ、リーン空燃比時にＮＯｘ浄化効率を高くすることができる。
また、Ｏ_２センサ２６の検出結果に基づき、三元触媒２５の下流の空燃比がリーンであれば変調平均空燃比ＡＦaveをリッチ側にシフトし、空燃比がリッチであれば変調平均空燃比ＡＦaveをリーン側にシフトし、シフト後の所定時間経過後に最適な空燃比に変調平均空燃比ＡＦaveを復帰するようにしている。

例えば、アクセルＯＦＦ等で燃料カットされると空燃比が過剰なリーン状態となり排気浄化触媒でＯ_２が過剰となりＮＯｘの浄化効率が低下する。また、登坂路等での急激なアクセルＯＮでの内燃機関の高負荷運転時には、空燃比が過剰なリッチ状態となりＣＯ或いはＴＨＣで排気浄化触媒の表面が覆われＴＨＣの浄化効率が低下する。
従って、三元触媒２５下流の酸素濃度に基づいて、変調制御の変調平均空燃比をリーン直後にはリッチ側に、リッチ直後にはリーン側にシフトすることで、ＮＯｘ或いはＴＨＣの浄化効率を更に高くすることができる。

以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、Ｏ_２センサ２６により三元触媒２５の下流の酸素濃度を検出して、排気の空燃比によって、変調制御の変調平均空燃比を変化させるようにしているが、これに限定されるものではなく、触媒状態検出手段（例えば、リニアＡ／Ｆセンサ）によって三元触媒２５の状態を検出して、検出結果に基づいて変調制御の変調平均空燃比を変化させるようにしても良い。

また、上記実施形態では、変調波形を矩形波としているが、これに限定されるものではなく、三角波形であっても、鋸波形であっても良く、同様の効果を得ることができる。
また、図１には、吸気ポート燃料噴射エンジンを示したが、筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた所謂直噴エンジンにも適用できる。

１エンジン（内燃機関）
２シリンダブロック
３シリンダヘッド
２２燃料噴射弁
２４排気管
２５三元触媒
２６Ｏ_２センサ（酸素濃度検出手段）
３０ＥＣＵ（空燃比変調制御手段）

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で強制的に変調させる空燃比変調制御手段と、を備え、
前記排気浄化触媒は、貴金属としてパラジウムを主成分としセリウム酸化物を含む内層と、貴金属としてロジウムを主成分としセリウム酸化物を含まない表層とを有して構成される三元触媒であって、
前記空燃比変調制御手段は、前記空燃比の平均値を理論空燃比よりもリーン空燃比とし、更に前記空燃比の変調周期をリーン空燃比である期間をリッチ空燃比である期間よりも長くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比変調制御手段は、前記内燃機関が冷態時には温態時よりも、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の振幅を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比変調制御手段は、リーン空燃比とリッチ空燃比との変調の１サイクルにおいて、リッチ空燃比での当量比と量論比との差の絶対値であるリッチ化度合いがリーン空燃比での当量比と前記量論比との差の絶対値であるリーン化度合いより大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化触媒の状態を検出する触媒状態検出手段を備え、
前記空燃比変調制御手段は、前記触媒状態検出手段の検出結果に基づいて、前記排気浄化触媒がリーン雰囲気であれば前記空燃比の平均値をリッチ側にシフトし、リッチ雰囲気であれば前記空燃比の平均値をリーン側にシフトするとともに、当該シフト後に前記空燃比の平均値を当該シフト前の空燃比の平均値に復帰させることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化触媒の下流の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を備え、
前記空燃比変調制御手段は、前記酸素濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記排気浄化触媒下流の空燃比がリーンであれば前記空燃比の平均値をリッチ側にシフトし、前記空燃比がリッチであれば前記空燃比の平均値をリーン側にシフトするとともに、当該シフト後に前記空燃比の平均値を当該シフト前の空燃比の平均値に復帰させることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。