JP2021195945A - 内燃機関の排気浄化装置及び触媒 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に配置された触媒の排気浄化性能を高める。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒２０と、触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御装置とを備える。空燃比制御装置は、触媒において、酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域と、酸素吸蔵量が所定値未満である第２領域とが触媒の軸方向に沿って交互に形成されるように流入排気ガスの空燃比を制御する分布形成制御を実行する。分布形成制御によって形成される第１領域及び第２領域の総数が三以上である。【選択図】図５Ｂ

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置及び触媒に関する。

従来、酸素を吸蔵可能な触媒を内燃機関の排気通路に配置し、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を触媒において浄化することが知られている。

斯かる触媒では、酸素又はＨＣによる被毒によって触媒の貴金属が不活性状態になると、触媒の排気浄化性能が低下する。これに対して、特許文献１に記載の内燃機関では、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比を中心に強制的に振動させるパータベーション制御が実施される。特許文献１には、パータベーション制御により触媒における酸素の吸蔵及び放出を繰り返すことによって触媒の貴金属を活性化することができ、ひいては触媒の排気浄化性能を高めることができると記載されている。

特開２００７−２３９６９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の手法には、触媒内の局所的な排気浄化性能の向上に改善の余地がある。また、排出ガス規制の厳格化に伴い、触媒の排気浄化性能の更なる向上が望まれている。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、内燃機関の排気通路に配置された触媒の排気浄化性能を高めることにある。

本開示の要旨は以下のとおりである。

（１）排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒と、前記触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御装置とを備え、前記空燃比制御装置は、前記触媒において、酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域と、酸素吸蔵量が前記所定値未満である第２領域とが該触媒の軸方向に沿って交互に形成されるように前記流入排気ガスの空燃比を制御する分布形成制御を実行し、前記分布形成制御によって形成される前記第１領域及び前記第２領域の総数が三以上である、内燃機関の排気浄化装置。

（２）前記空燃比制御装置は、前記第１領域と前記第２領域との間の境界のうちの少なくとも一つが前記触媒の下流側に形成され且つ該境界のうちの少なくとも一つが該触媒の上流側に形成されるように前記分布形成制御を実行する、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（３）前記分布形成制御によって形成される前記第１領域及び前記第２領域の総数が四以上である、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（４）前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、前記流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ空燃比制御と、前記流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにするリーン空燃比制御とを、各空燃比制御中の前記触媒の酸素変動量が徐々に少なくなるように交互に実行する、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

（５）前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、各空燃比制御における前記流入排気ガスの目標空燃比と理論空燃比との差が徐々に小さくなるように前記リッチ空燃比制御と前記リーン空燃比制御とを交互に実行する、上記（４）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（６）前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、各空燃比制御の実行時間が徐々に短くなるように前記リッチ空燃比制御と前記リーン空燃比制御とを交互に実行する、上記（４）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（７）前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、各空燃比制御における前記流入排気ガスの目標空燃比と理論空燃比との差が徐々に小さくなり且つ各空燃比制御の実行時間が徐々に短くなるように前記リッチ空燃比制御と前記リーン空燃比制御とを交互に実行する、上記（４）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（８）前記空燃比制御装置は、前記リッチ空燃比制御中の前記触媒への還元剤供給量を算出し、該還元剤供給量が所定量に達したときに該リッチ空燃比制御を終了させ、前記リーン空燃比制御中の前記触媒への酸素供給量を算出し、該酸素供給量が所定量に達したときに該リーン空燃比制御を終了させる、上記（４）又は（５）に記載の内燃機関の排気浄化装置。

（９）前記空燃比制御装置は、前記触媒の劣化度合を算出し、該劣化度合に基づいて、前記リッチ空燃比制御中の前記流入排気ガスの目標空燃比と、前記リーン空燃比制御中の前記流入排気ガスの目標空燃比とを設定する、上記（４）から（８）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

（１０）前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御を繰り返し実行する場合に、該分布形成制御によって前記触媒に形成される前記第１領域及び前記第２領域の位置が入れ替わるように前記流入排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

（１１）内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒であって、酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域と、酸素吸蔵量が前記所定値未満である第２領域とが当該触媒の軸方向に沿って交互に形成され、前記第１領域及び前記第２領域の総数が三以上である、触媒。

本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された触媒の排気浄化性能を高めることができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、触媒の表面の空燃比と触媒の反応性との関係を示す図である。 図３は、排気ガスが触媒に流入しているときの触媒の状態を概略的に示す図である。 図４は、図３の触媒の軸方向に沿った酸素吸蔵状態を示す図である。 図５Ａは、第一実施形態において分布形成制御が実行されるときの流入排気ガスの目標空燃比、還元剤供給量の積算値及び酸素供給量の積算値のタイムチャートである。 図５Ｂは、図５Ａの各時刻における触媒の軸方向に沿った酸素吸蔵状態を示す図である。 図６Ａは、第一実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図６Ｂは、第一実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、第二実施形態において分布形成制御が実行されるときの流入排気ガスの目標空燃比、還元剤供給量の積算値及び酸素供給量の積算値のタイムチャートである。 図８Ａは、第二実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図８Ｂは、第二実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、第三実施形態における空燃比設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０Ａは、第三実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０Ｂは、第三実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０Ｃは、第三実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、第四実施形態において分布形成制御が繰り返し実行された場合に触媒に形成される第１領域及び第２領域の分布の一例を示す図である。 図１２は、第四実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１３は、分布形成制御後の触媒の軸方向に沿った酸素吸蔵状態の一例を示す図である。 図１４は、分布形成制御後の触媒の軸方向に沿った酸素吸蔵状態の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜第一実施形態＞
最初に図１〜図６Ｂを参照して、本発明の第一実施形態について説明する。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が設けられた内燃機関を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関は火花点火式内燃機関である。内燃機関は車両に搭載される。

図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

図１に示したように、シリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５等は、空気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。また、吸気管１５内には、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は、触媒２０を内蔵したケーシング２１に連結される。ケーシング２１は排気管２２に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、ケーシング２１、排気管２２等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。

内燃機関の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１によって実行される。ＥＣＵ３１には、内燃機関又は内燃機関を搭載した車両に設けられた各種センサの出力が入力され、ＥＣＵ３１は各種センサの出力等に基づいて内燃機関の各種アクチュエータを制御する。

ＥＣＵ３１は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を備える。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ３１が設けられているが、機能毎に複数のＥＣＵが設けられていてもよい。

吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ４０が配置され、エアフロメータ４０の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、排気マニホルド１９の集合部、すなわち触媒２０の排気流れ方向上流側の排気通路には、排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、内燃機関の燃焼室５から排出されて触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４１が配置される。上流側空燃比センサ４１の出力（出力電流）は排気ガスの空燃比に比例して大きくなり、上流側空燃比センサ４１は排気ガスの空燃比を連続的に（リニアに）検出することができる。上流側空燃比センサ４１の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、排気管２２内、すなわち触媒２０の排気流れ方向下流側の排気通路には、排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、触媒２０から流出する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４２が配置される。下流側空燃比センサ４２の出力（出力電流）は排気ガスの空燃比に比例して大きくなり、下流側空燃比センサ４２は排気ガスの空燃比を連続的に（リニアに）検出することができる。下流側空燃比センサ４２の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。

また、内燃機関を搭載した車両に設けられたアクセルペダル４３には、アクセルペダル４３の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４４が接続され、負荷センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。ＥＣＵ３１は負荷センサ４４の出力に基づいて機関負荷を算出する。

また、入力ポート３６には、クランクシャフトが所定角度（例えば１０°）回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続され、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＥＣＵ３１はクランク角センサ４５の出力に基づいて機関回転数を算出する。

一方、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、内燃機関の各種アクチュエータに接続される。本実施形態では、出力ポート３７は、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続され、ＥＣＵ３１はこれらを制御する。具体的には、ＥＣＵ３１は、点火プラグ１０の点火時期、燃料噴射弁の噴射時期及び噴射量、並びにスロットル弁１８の開度を制御する。

なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるための構成が設けられていてもよい。

＜内燃機関の排気浄化装置＞
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」という）について説明する。排気浄化装置は、空燃比制御装置、上流側空燃比センサ４１、下流側空燃比センサ４２及び触媒２０を備える。本実施形態では、ＥＣＵ３１が空燃比制御装置として機能する。

空燃比制御装置は、触媒２０に流入する排気ガス（以下、「流入排気ガス」という）の空燃比を制御する。具体的には、空燃比制御装置は、流入排気ガスの目標空燃比を設定すると共に、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量を制御する。例えば、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量をフィードバック制御する。ここで、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比、すなわち空燃比センサによって検出される空燃比を意味する。

なお、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４１を用いることなく、流入排気ガスの空燃比が目標空燃比に一致するように、燃焼室５に供給する燃料量を制御してもよい。この場合、空燃比制御装置は、燃焼室５に供給される燃料と空気との比率が目標空燃比に一致するように、エアフロメータ４０によって検出された吸入空気量と目標空燃比とから算出された燃料量を燃焼室５に供給する。

触媒２０は、排気通路に配置され、排気ガスを浄化する。触媒２０は、酸素を吸蔵可能であり、例えば炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に浄化可能な三元触媒である。触媒２０は、セラミック、金属等から成る基材（担体）と、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等）と、酸素吸蔵能力を有する助触媒（例えばセリア（ＣｅＯ₂）等）とを有する。貴金属及び助触媒は基材に担持される。

触媒２０は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵又は放出する。具体的には、触媒２０は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒２０は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、ＨＣ及びＣＯを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒２０の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒２０においてＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが効果的に浄化される。

しかしながら、触媒２０の酸素吸蔵能力を超えた量の酸素が触媒２０に流入すると、酸素によって触媒２０の貴金属が覆われ、いわゆる酸素被毒が生じる。一方、触媒２０に吸蔵された酸素が枯渇すると、ＨＣのような還元剤によって触媒２０の貴金属が覆われ、いわゆるＨＣ被毒が生じる。酸素被毒又はＨＣ被毒が生じると、触媒２０の貴金属が不活性状態となり、触媒２０の排気浄化性能が低下する。このため、従来、触媒２０の排気浄化性能を高めるためには触媒２０の表面の雰囲気をできるだけ理論空燃比に近付けることが望ましいと考えられていた。

しかしながら、本願の発明者らによる鋭意検討の結果、触媒２０の貴金属に少量の酸素又は還元剤が吸着された状態において触媒２０の排気浄化性能が更に高められることが分かってきた。図２は、触媒２０の表面の空燃比と触媒２０の反応性との関係を示す図である。図２に示されるように、触媒２０の反応性は、触媒２０の表面の空燃比が理論空燃比から僅かにリッチ側又はリーン側にずれた領域において最も高くなる。斯かる現象が生じる具体的な原理は必ずしも明確ではないが、以下のようなメカニズムによって生じるものであると考えられる。

ＨＣは触媒２０において酸化反応によって浄化される。このとき、少量の酸素が貴金属に吸着された状態では、酸素が貴金属上に存在しない状態に比べて、貴金属上でのＨＣと酸素との反応速度が高められる。一方、ＮＯｘは触媒２０において還元反応によって浄化される。このとき、少量のＨＣが貴金属に吸着された状態では、ＨＣが貴金属上に存在しない状態に比べて、貴金属上でのＮＯｘとＨＣとの反応速度が高められる。したがって、触媒２０の排気浄化性能を更に高めるためには、酸素被毒又はＨＣ被毒により貴金属が不活性状態とならない範囲で、触媒２０内に酸素濃度の濃淡を生じさせることが有効である。

図３は、排気ガスが触媒２０に流入しているときの触媒２０の状態を概略的に示す図である。図３には、排気流れ方向が矢印で示されている。触媒２０は円柱形状を有し、触媒２０の軸方向は排気流れ方向と等しい。

図３の例では、触媒２０が酸素で飽和した後に、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが触媒２０に流入している。理論空燃比よりもリッチな排気ガスが触媒２０に流入すると、排気ガス中のＨＣ等を浄化するために、触媒２０に吸蔵された酸素が放出される。このとき、触媒２０に吸蔵された酸素は上流側から順に放出される。このため、図３の例では、酸素が吸蔵されたリーン領域が下流側に残され、酸素が枯渇したリッチ領域が上流側に形成される。また、リーン領域とリッチ領域との間には、局所的な酸素濃度が徐々に変化する移行領域が形成される。

図４は、図３の触媒２０の軸方向に沿った酸素吸蔵状態を示す図である。図４には、触媒２０の軸方向の位置がｘ軸として示され、その位置における触媒２０の酸素吸蔵量がｙ軸として示される。リーン領域では、酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達し、多量の酸素が貴金属に吸着する。一方、リッチ領域では、酸素吸蔵量がゼロに達し、多量の還元剤（例えばＨＣ）が貴金属に吸着する。なお、最大酸素吸蔵量とは、触媒２０の軸方向の特定の位置において触媒２０に吸蔵可能な酸素の量を意味する。

リーン領域とリッチ領域との間の移行領域では、酸素吸蔵量がゼロと最大酸素吸蔵量との間で変化し、酸素濃度の濃淡が生じる。すなわち、移行領域内に、酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量の半分（５０％）となる部位が生じ、この付近が、触媒２０の局所的な排気浄化性能を高める高活性領域に相当すると考えられる。このため、本実施形態では、触媒２０内に高活性領域を形成するために、以下の空燃比制御が実施される。

すなわち、空燃比制御装置は、触媒２０において、酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域と、酸素吸蔵量が所定値未満である第２領域とが触媒２０の軸方向に沿って交互に形成されるように流入排気ガスの空燃比を制御する分布形成制御を実行する。このとき、空燃比制御装置は、分布形成制御によって形成される第１領域及び第２領域の総数が三以上になるように分布形成制御を実行する。このことによって、酸素濃度が変化する複数の領域を触媒２０内に形成することができ、ひいては触媒２０の排気浄化性能を高めることができる。なお、分布形成制御によって形成される第１領域及び第２領域の総数は四以上であってもよい。このことによって触媒２０の排気浄化性能をより一層高めることができる。

例えば、第１領域及び第２領域を画定する所定値は最大酸素吸蔵量の半分である。この場合、図４に示されるように、図４の例では、リーン領域と移行領域の一部（酸素吸蔵量が５０％以上の部分）とが第１領域に相当し、リッチ領域と移行領域の一部（酸素吸蔵量が５０％未満の部分）とが第２領域に相当する。図４に示される状態において、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に切り替えた場合、上流側から順に酸素が触媒２０に吸蔵され、上流側の第２領域が第１領域に変化する。このとき、下流側の第１領域と上流側の第１領域との間に第２領域を残すためには、第２領域の下流側端部まで酸素が供給されないようにする必要がある。すなわち、上流側の第１領域を形成するときの触媒２０の酸素変動量（酸素吸蔵量）を、図４に示される第２領域が形成されたときの触媒２０の酸素変動量（酸素放出量）よりも少なくする必要がある。

このため、空燃比制御装置は、分布形成制御において、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ空燃比制御と、流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにするリーン空燃比制御とを、各空燃比制御中の触媒２０の酸素変動量が徐々に少なくなるように交互に実行する。例えば、空燃比制御装置は、分布形成制御において、各空燃比制御の実行時間が徐々に短くなるようにリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に実行する。

また、空燃比制御装置は、第１領域と第２領域との間の境界のうちの少なくとも一つが触媒２０の下流側に形成され且つ境界のうちの少なくとも一つが触媒２０の上流側に形成されるように分布形成制御を実行する。このことによって、触媒２０の下流側及び上流側に高活性領域を形成することができ、ひいては触媒２０全体の排気浄化性能を効率的に高めることができる。なお、触媒２０の下流側とは触媒２０の軸方向において中央よりも下流側の部分を意味し、触媒２０の上流側とは触媒２０の軸方向において中央よりも上流側の部分を意味する。

＜タイムチャートを用いた分布形成制御の説明＞
図５Ａ及び図５Ｂを参照して、上述した分布形成制御の具体例について説明する。図５Ａは、分布形成制御が実行されるときの流入排気ガスの目標空燃比、還元剤供給量の積算値及び酸素供給量の積算値のタイムチャートである。図５Ｂは、図５Ａの各時刻（時刻ｔ１〜ｔ５）における触媒２０の軸方向に沿った酸素吸蔵状態を示す図である。

図５Ａの例では、時刻ｔ０において、通常制御が実行され、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンな値に設定されている。時刻ｔ０の後、時刻ｔ１において、触媒２０の軸方向の全ての位置において酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達し、触媒２０が酸素で飽和する。すなわち、時刻ｔ１では、触媒２０に第１領域のみが形成されており、触媒２０において酸素濃度の濃淡は生じていない。

時刻ｔ１において、分布形成制御が開始される。まず、第１領域の上流側に第２領域を形成すべく、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定され、リッチ空燃比制御が開始される。リッチ空燃比制御では、触媒２０に還元剤が供給され、還元剤供給量の積算値が徐々に増加する。この結果、触媒２０に吸蔵された酸素が上流側から順に放出され、触媒２０の上流側の酸素吸蔵量がゼロになる。

リッチ空燃比制御は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定時間だけ実行される。リッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）は、時刻ｔ１において触媒２０に吸蔵されていた酸素吸蔵量、すなわち触媒２０全体に吸蔵可能な酸素の量よりも少ない。このため、図５Ｂに示されるように、リッチ空燃比制御の終了時の時刻ｔ２において、第１領域の上流側に第２領域が形成される。

次いで、時刻ｔ２において、第２領域の上流側に第１領域を形成すべく、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定され、リーン空燃比制御が開始される。リーン空燃比制御では、触媒２０に酸素が供給され、酸素供給量の積算値が徐々に増加する。この結果、上流側から順に触媒２０に酸素が吸蔵され、触媒２０の上流側の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量になる。

リーン空燃比制御は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの所定時間だけ実行される。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間よりも短い。この結果、時刻ｔ２から時刻ｔ３までのリーン空燃比制御中の酸素変動量（酸素吸蔵量）は時刻ｔ１から時刻ｔ２までのリッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）よりも少なくなる。このため、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ３において、第２領域の上流側に第１領域が形成される。

次いで、上流側の第１領域の上流側に第２領域を形成すべく、リッチ空燃比制御が時刻ｔ３から時刻ｔ４までの所定時間だけ実行される。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間よりも短い。この結果、時刻ｔ３から時刻ｔ４までのリッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）は時刻ｔ２から時刻ｔ３までのリーン空燃比制御中の酸素変動量（酸素吸蔵量）よりも少なくなる。このため、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ４において、上流側の第１領域の上流側に第２領域が形成される。

次いで、上流側の第２領域の上流側に第１領域を形成すべく、リーン空燃比制御が時刻ｔ４から時刻ｔ５までの所定時間だけ実行される。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間は時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間よりも短い。この結果、時刻ｔ４から時刻ｔ５までのリーン空燃比制御中の酸素変動量（酸素吸蔵量）は時刻ｔ３から時刻ｔ４までのリッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）よりも少なくなる。このため、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ５において、上流側の第２領域の上流側に第１領域が形成される。時刻ｔ５において分布形成制御が終了し、通常制御が再び開始される。

図５の例では、分布形成制御によって形成される第１領域及び第２領域の総数は五、すなわち分布形成制御によって形成される高活性領域の数は四である。また、第１領域と第２領域との間の二つの境界が触媒２０の下流側に形成され、第１領域と第２領域との間の二つの境界が触媒２０の上流側に形成される。

なお、図５の例では、触媒２０が酸素で飽和しているときに分布形成制御が開始されているが、触媒２０の酸素が枯渇しているとき、すなわち触媒２０に第２領域のみが形成されているときに分布形成制御が開始されてもよい。この場合、分布形成制御において、最初に、第２領域の上流側に第１領域を形成すべく、リーン空燃比制御が実行される。

＜分布形成制御＞
以下、図６Ａ及び図６Ｂのフローチャートを用いて、上述した分布形成制御について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、第一実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３１によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

最初に、ステップＳ１０１において、空燃比制御装置は、分布形成フラグＦｄが１であるか否かを判定する。分布形成フラグＦｄは、分布形成制御が開始されるときに１に設定され、分布形成制御が終了するときにゼロに設定されるフラグである。なお、分布形成フラグＦｄの初期値はゼロである。

ステップＳ１０１において分布形成フラグＦｄがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であるか否かを判定する。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、触媒２０が酸素で飽和したときに下流側空燃比センサ４２によって検出される空燃比である。リーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、予め定められ、理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比（例えば１４．６５）に設定される。

ステップＳ１０２において下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎよりもリッチであると判定された場合、すなわち触媒２０が酸素で飽和していないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かを判定する。リッチ判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、触媒２０の酸素が枯渇したときに下流側空燃比センサ４２によって検出される空燃比である。リッチ判定空燃比ＡＦｌｅａｎは、予め定められ、理論空燃比よりも僅かにリッチな空燃比（例えば１４．５５）に設定される。ステップＳ１０３において下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりもリーンであると判定された場合、すなわち触媒２０の酸素が枯渇していないと判定された場合、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１０２において下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合、すなわち触媒２０が酸素で飽和していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、空燃比制御装置は、分布形成制御を開始し、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定する。すなわち、空燃比制御装置はリッチ空燃比制御を実行する。リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈは、予め定められ、理論空燃比よりもリッチな空燃比（例えば１２．６〜１４．４）に設定される。

次いで、ステップＳ１０５において、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔを１に設定する。実行回数Ｃｏｕｎｔは、分布形成制御中に実行された空燃比制御（リッチ空燃比制御及びリーン空燃比制御）の実行回数を示す。ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。

また、ステップＳ１０３において下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、すなわち触媒２０の酸素が枯渇していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、空燃比制御装置は、分布形成制御を開始し、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定する。すなわち、空燃比制御装置はリーン空燃比制御を実行する。リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎは、予め定められ、理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば１４．８〜１６．６）に設定される。

次いで、ステップＳ１０５において、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔを１に設定し、ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１０１において分布形成フラグＦｄが１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、空燃比制御装置は微小時間Δｔを加算することによって積算時間ＥＴを更新する。積算時間ＥＴは現在の空燃比制御（リッチ空燃比制御又はリーン空燃比制御）の実行時間を示す。また、微小時間Δｔは本制御ルーチンの実行間隔に相当する。

次いで、ステップＳ１０８において、空燃比制御装置は、積算時間ＥＴが所定時間Ｔｒｅｆ（Ｃｏｕｎｔ）以上であるか否かを判定する。所定時間Ｔｒｅｆ（Ｃｏｕｎｔ）は実行回数Ｃｏｕｎｔ毎に予め定められる。所定時間Ｔｒｅｆ（Ｃｏｕｎｔ）は、実行回数Ｃｏｕｎｔの値が大きいほど短くされる。例えば、実行回数Ｃｏｕｎｔが２のときの所定時間Ｔｒｅｆ（２）は、実行回数Ｃｏｕｎｔが１のときの所定時間Ｔｒｅｆ（１）よりも短い。

ステップＳ１０８において積算時間ＥＴが所定時間Ｔｒｅｆ（Ｃｏｕｎｔ）未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、現在の空燃比制御が継続される。

一方、ステップＳ１０８において積算時間ＥＴが所定時間Ｔｒｅｆ（Ｃｏｕｎｔ）以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、空燃比制御装置は、実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であるか否かを判定する。所定回数Ｎは予め定められ、分布形成制御によって形成される第１領域及び第２領域の総数は、所定回数Ｎに１を加算した値となる。所定回数Ｎは、二以上、好ましくは三以上、より好ましくは四以上に設定される。

ステップＳ１０９において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、空燃比制御装置は、現在の目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈであるか否かを判定する。すなわち、空燃比制御装置は、現在の空燃比制御がリッチ空燃比制御であるか否かを判定する。

ステップＳ１１０において現在の目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈであると判定された場合、すなわち現在の空燃比制御がリッチ空燃比制御であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、空燃比制御装置は目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定する。すなわち、空燃比制御装置は、目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替え、リーン空燃比制御を実行する。

次いで、ステップＳ１１２において、空燃比制御装置は１を加算することによって実行回数Ｃｏｕｎｔを更新する。ステップＳ１１２の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ１１０において現在の目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎであると判定された場合、すなわち現在の空燃比制御がリーン空燃比制御であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１３に進む。ステップＳ１１３では、空燃比制御装置は目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定する。すなわち、空燃比制御装置は、目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替え、リッチ空燃比制御を実行する。

次いで、ステップＳ１１２において、空燃比制御装置は１を加算することによって実行回数Ｃｏｕｎｔを更新する。ステップＳ１１２の後、本制御ルーチンは終了する。

その後、ステップＳ１０９において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。

次いで、ステップＳ１１５において、空燃比制御装置は通常制御を開始する。通常制御では、例えば、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦが理論空燃比よりも僅かにリーンな値に設定される。なお、通常制御において、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦは、理論空燃比よりも僅かにリッチな値、理論空燃比、内燃機関の運転状態に応じた値等に設定されてもよい。ステップＳ１１５の後、本制御ルーチンは終了する。

＜第二実施形態＞
第二実施形態における排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

上述したように、空燃比制御装置は、分布形成制御において、各空燃比制御中の触媒２０の酸素変動量が徐々に少なくなるようにリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に実行する。これに関して、第二実施形態では、空燃比制御中の目標空燃比を徐々に理論空燃比に近付けることによって空燃比制御中の触媒２０の酸素変動量を徐々に少なくする。すなわち、空燃比制御装置は、各空燃比制御における流入排気ガスの目標空燃比と理論空燃比との差が徐々に小さくなるようにリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に実行する。

＜タイムチャートを用いた分布形成制御の説明＞
図７を参照して、第二実施形態における分布形成制御の具体例について説明する。図７は、分布形成制御が実行されるときの流入排気ガスの目標空燃比、還元剤供給量の積算値及び酸素供給量の積算値のタイムチャートである。図５Ａと同様に、図７の各時刻（時刻ｔ１〜ｔ５）における触媒２０の軸方向に沿った酸素吸蔵状態が図５Ｂに示される。

図５Ａの例と同様に、触媒２０に第１領域のみが形成されている時刻ｔ１において、分布形成制御が開始される。まず、第１領域の上流側に第２領域を形成すべく、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１に設定され、リッチ空燃比制御が開始される。

リッチ空燃比制御は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの所定時間だけ実行される。リッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）は、時刻ｔ１において触媒２０に吸蔵されていた酸素吸蔵量、すなわち触媒２０全体に吸蔵可能な酸素の量よりも少ない。このため、図５Ｂに示されるように、リッチ空燃比制御の終了時の時刻ｔ２において、第１領域の上流側に第２領域が形成される。

次いで、時刻ｔ２において、第２領域の上流側に第１領域を形成すべく、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１に設定され、リーン空燃比制御が開始される。リーン空燃比制御は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの所定時間だけ実行される。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間は時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間と等しい。また、第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１と理論空燃比との差は第１リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ１と理論空燃比との差よりも小さい。この結果、時刻ｔ２から時刻ｔ３までのリーン空燃比制御中の酸素変動量（酸素吸蔵量）は時刻ｔ１から時刻ｔ２までのリッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）よりも少なくなる。このため、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ３において、第２領域の上流側に第１領域が形成される。

次いで、上流側の第１領域の上流側に第２領域を形成すべく、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリッチな第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２に設定され、リッチ空燃比制御が実行される。リッチ空燃比制御は時刻ｔ３から時刻ｔ４までの所定時間だけ実行される。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間と等しい。また、第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２と理論空燃比との差は第１リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ１と理論空燃比との差よりも小さい。この結果、時刻ｔ３から時刻ｔ４までのリッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）は時刻ｔ２から時刻ｔ３までのリーン空燃比制御中の酸素変動量（酸素吸蔵量）よりも少なくなる。このため、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ４において、上流側の第１領域の上流側に第２領域が形成される。

次いで、上流側の第２領域の上流側に第１領域を形成すべく、流入排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンな第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２に設定され、リーン空燃比制御が実行される。リーン空燃比制御は時刻ｔ４から時刻ｔ５までの所定時間だけ実行される。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間は時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間と等しい。また、第２リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ２と理論空燃比との差は第２リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ２と理論空燃比との差よりも小さい。この結果、時刻ｔ４から時刻ｔ５までのリーン空燃比制御中の酸素変動量（酸素吸蔵量）は時刻ｔ３から時刻ｔ４までのリッチ空燃比制御中の酸素変動量（酸素放出量）よりも少なくなる。このため、図５Ｂに示されるように、時刻ｔ５において、上流側の第２領域の上流側に第１領域が形成される。時刻ｔ５において分布形成制御が終了し、通常制御が再び開始される。

＜分布形成制御＞
図８Ａ及び図８Ｂは、第二実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３１によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０６は、図６ＡのステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様に実行される。このとき、空燃比制御装置は、ステップＳ２０６において目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（１）に設定し、ステップＳ２０４において目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（１）に設定する。リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（１）は、実行回数Ｃｏｕｎｔが１のときのリッチ設定空燃比であり、予め定められる。リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（１）は、実行回数Ｃｏｕｎｔが１のときのリーン設定空燃比であり、予め定められる。

ステップＳ２０１において分布形成フラグＦｄが１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、図６ＢのステップＳ１０７と同様に、空燃比制御装置は微小時間Δｔを加算することによって積算時間ＥＴを更新する。

次いで、ステップＳ２０８において、空燃比制御装置は積算時間ＥＴが所定時間Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定する。所定時間Ｔｒｅｆは予め定められる。ステップＳ２０８において積算時間ＥＴが所定時間Ｔｒｅｆ未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。この場合、現在の空燃比制御が継続される。

一方、ステップＳ２０８において積算時間ＥＴが所定時間Ｔｒｅｆ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９では、図６ＢのステップＳ１０９と同様に、空燃比制御装置は、実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ２０９において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、空燃比制御装置は１を加算することによって実行回数Ｃｏｕｎｔを更新する。

次いで、ステップＳ２１１において、空燃比制御装置は、現在の目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈであるか否かを判定する。ステップＳ２１１において現在の目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈであると判定された場合、すなわち現在の空燃比制御がリッチ空燃比制御であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２では、空燃比制御装置は目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（Ｃｏｕｎｔ）に設定する。すなわち、空燃比制御装置は、目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（Ｃｏｕｎｔ−１）からリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（Ｃｏｕｎｔ）に切り替え、リーン空燃比制御を実行する。リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（Ｃｏｕｎｔ）は実行回数Ｃｏｕｎｔ毎に予め定められる。リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（Ｃｏｕｎｔ）のリーン度合は、実行回数Ｃｏｕｎｔの値が大きいほど小さくされる。なお、リーン度合とは、理論空燃比よりもリーンな空燃比と理論空燃比との差を意味する。ステップＳ２１２の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ２１１において現在の目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎであると判定された場合、すなわち現在の空燃比制御がリーン空燃比制御であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２１３に進む。ステップＳ２１３では、空燃比制御装置は目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（Ｃｏｕｎｔ）に設定する。すなわち、空燃比制御装置は、目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（Ｃｏｕｎｔ−１）からリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（Ｃｏｕｎｔ）に切り替え、リッチ空燃比制御を実行する。リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（Ｃｏｕｎｔ）は実行回数Ｃｏｕｎｔ毎に予め定められる。リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（Ｃｏｕｎｔ）のリッチ度合は、実行回数Ｃｏｕｎｔの値が大きいほど小さくされる。なお、リッチ度合とは、理論空燃比よりもリッチな空燃比と理論空燃比との差を意味する。ステップＳ２１３の後、本制御ルーチンは終了する。

また、ステップＳ２０９において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。

次いで、ステップＳ２１５において、図６ＢのステップＳ１１５と同様に、空燃比制御装置は通常制御を開始する。ステップＳ２１５の後、本制御ルーチンは終了する。

＜第三実施形態＞
第三実施形態における排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

上述したように、空燃比制御装置は、分布形成制御において、リッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に繰り返し実行する。リッチ空燃比制御では、流入排気ガスの目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定され、リーン空燃比制御では、流入排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。

このとき、リッチ設定空燃比のリッチ度合及びリーン設定空燃比のリーン度合を大きくすることによって、触媒２０内に複数の高活性領域を迅速に形成して触媒２０の排気浄化性能を迅速に高めることができる。しかしながら、リッチ設定空燃比のリッチ度合及びリーン設定空燃比のリーン度合を大きくした場合、分布形成制御中の排気エミッションが悪化するおそれがある。また、触媒２０の劣化が進行するほど、触媒２０の排気浄化性能が低下し、分布形成制御中の排気エミッションの悪化が顕著になる。

そこで、第三実施形態では、空燃比制御装置は、触媒２０の劣化度合を算出し、触媒２０の劣化度合に基づいてリッチ設定空燃比及びリーン設定空燃比を設定する。このことによって、分布形成制御中の排気エミッションの悪化を抑制しつつ、分布形成制御によって触媒２０の排気浄化性能を迅速に高めることができる。

また、上述したように、空燃比制御装置は、各空燃比制御中の触媒２０の酸素変動量が徐々に少なくなるようにリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に実行する。リッチ空燃比制御中の触媒２０の酸素変動量（酸素放出量）は、リッチ空燃比制御中の触媒２０への還元剤供給量が多いほど多くなる。一方、リーン空燃比制御中の触媒２０の酸素変動量（酸素吸蔵量）は、リーン空燃比制御中の触媒２０への酸素供給量が多いほど多くなる。また、触媒２０への還元剤供給量及び酸素供給量は内燃機関の運転状態に応じて変動する。

このため、第三実施形態では、空燃比制御装置は、リッチ空燃比制御中の触媒２０への還元剤供給量を算出し、触媒２０への還元剤供給量が所定量に達したときにリッチ空燃比制御を終了させる。このことによって、第１領域の上流側に第２領域を形成するときに第１領域の下流側端部まで還元剤が供給されることを抑制することができ、第１領域と第２領域との間の高活性領域をより確実に形成することができる。また、空燃比制御装置は、リーン空燃比制御中の触媒２０への酸素供給量を算出し、触媒２０への酸素供給量が所定量に達したときにリーン空燃比制御を終了させる。このことによって、第２領域の上流側に第１領域を形成するときに第２領域の下流側端部まで酸素が供給されることを抑制することができ、第２領域と第１領域との間の高活性領域をより確実に形成することができる。

＜空燃比設定処理＞
図９は、第三実施形態における空燃比設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、例えば、内燃機関を搭載した車両のイグニッションスイッチがオンにされる度に一度実行される。

最初に、ステップＳ３０１において、空燃比制御装置は触媒２０の劣化度合を算出する。例えば、空燃比制御装置は、公知の手法によって触媒２０全体に吸蔵可能な酸素の量を算出し、この量に基づいて触媒２０の劣化度合を算出する。この場合、触媒２０全体に吸蔵可能な酸素の量が少ないほど、触媒２０の劣化度合が大きくされる。なお、触媒２０の経年劣化を考慮して、空燃比制御装置は積算吸入空気量等に基づいて触媒２０の劣化度合を算出してもよい。

次いで、ステップＳ３０２において、空燃比制御装置は、例えばマップを用いて、触媒２０の劣化度合に基づいてリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ及びリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎを設定する。マップでは、触媒２０の劣化度合が大きいほど、すなわち触媒２０が劣化しているほど、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈのリッチ度合及びリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎのリーン度合が小さくされる。ステップＳ３０２の後、本制御ルーチンは終了する。

＜分布形成制御＞
図１０Ａ〜図１０Ｃは、第三実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３１によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ４０１〜Ｓ４０６は、図６ＡのステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様に実行される。このとき、ステップＳ４０４におけるリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ及びステップＳ４０６におけるリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとして、図９の制御ルーチンによって設定された値が用いられる。

ステップＳ４０１において分布形成フラグＦｄが１であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７では、空燃比制御装置は、現在の目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈであるか否かを判定する。すなわち、空燃比制御装置は、現在の空燃比制御がリッチ空燃比制御であるか否かを判定する。

ステップＳ４０７において現在の目標空燃比ＴＡＦがリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈであると判定された場合、すなわち現在の空燃比制御がリッチ空燃比制御であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０８では、空燃比制御装置はリッチ空燃比制御中の触媒２０への還元剤供給量ＲＦＡを算出する。

触媒２０に流入する還元剤の量は流入排気ガスの空燃比及び排気流量に応じて変化する。また、排気流量は、エアフロメータ４０によって検出される吸入空気量と、燃料噴射弁１１の燃料噴射量とに基づいて算出可能である。このため、例えば、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比、吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、単位時間当たりに触媒２０に流入する還元剤の量を算出し、この量を積算することによって触媒２０への還元剤供給量ＲＦＡを算出する。なお、流入排気ガスの空燃比は吸入空気量及び燃料噴射量から算出されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、単位時間当たりに触媒２０に流入する還元剤の量を算出してもよい。

次いで、ステップＳ４０９において、空燃比制御装置は、還元剤供給量ＲＦＡが所定量Ｘ（Ｃｏｕｎｔ）以上であるか否かを判定する。所定量Ｘ（Ｃｏｕｎｔ）は実行回数Ｃｏｕｎｔ毎に予め定められる。所定量Ｘ（Ｃｏｕｎｔ）は、実行回数Ｃｏｕｎｔの値が大きいほど少なくされる。例えば、実行回数Ｃｏｕｎｔが２のときの所定量Ｘ（２）は、実行回数Ｃｏｕｎｔが１のときの所定量Ｘ（１）よりも少ない。

ステップＳ４０９において還元剤供給量ＲＦＡが所定量Ｘ（Ｃｏｕｎｔ）未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ４０９において還元剤供給量ＲＦＡが所定量Ｘ（Ｃｏｕｎｔ）以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０では、図６ＢのステップＳ１０９と同様に、空燃比制御装置は、実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ４１０において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１では、空燃比制御装置は目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定する。すなわち、空燃比制御装置は、目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈからリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに切り替え、リーン空燃比制御を実行する。このとき、リーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎとして、図９の制御ルーチンによって設定された値が用いられる。

次いで、ステップＳ４１２において、空燃比制御装置は１を加算することによって実行回数Ｃｏｕｎｔを更新する。ステップＳ４１２の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ４１０において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４１３に進む。ステップＳ４１３では、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。

次いで、ステップＳ４１４において、図６ＢのステップＳ１１５と同様に、空燃比制御装置は通常制御を開始する。ステップＳ４１４の後、本制御ルーチンは終了する。

また、ステップＳ４０７において現在の目標空燃比ＴＡＦがリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎであると判定された場合、すなわち現在の空燃比制御がリーン空燃比制御であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４１５に進む。ステップＳ４１５では、空燃比制御装置はリーン空燃比制御中の触媒２０への酸素供給量ＯＦＡを算出する。

触媒２０に流入する酸素の量は流入排気ガスの空燃比及び排気流量に応じて変化する。このため、例えば、空燃比制御装置は、上流側空燃比センサ４１の出力空燃比、吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、単位時間当たりに触媒２０に流入する酸素の量を算出し、この量を積算することによって触媒２０への酸素供給量ＯＦＡを算出する。なお、空燃比制御装置は、吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、単位時間当たりに触媒２０に流入する酸素の量を算出してもよい。

次いで、ステップＳ４１６において、空燃比制御装置は、酸素供給量ＯＦＡが所定量Ｙ（Ｃｏｕｎｔ）以上であるか否かを判定する。所定量Ｙ（Ｃｏｕｎｔ）は実行回数Ｃｏｕｎｔ毎に予め定められる。所定量Ｙ（Ｃｏｕｎｔ）は、実行回数Ｃｏｕｎｔの値が大きいほど少なくされる。例えば、実行回数Ｃｏｕｎｔが２のときの所定量Ｙ（２）は、実行回数Ｃｏｕｎｔが１のときの所定量Ｙ（１）よりも少ない。

ステップＳ４１６において酸素供給量ＯＦＡが所定量Ｙ（Ｃｏｕｎｔ）未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ４１６において酸素供給量ＯＦＡが所定量Ｙ（Ｃｏｕｎｔ）以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４１７に進む。ステップＳ４１７では、図６ＢのステップＳ１０９と同様に、空燃比制御装置は、実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であるか否かを判定する。

ステップＳ４１７において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ未満であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４１８に進む。ステップＳ４１８では、空燃比制御装置は目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定する。すなわち、空燃比制御装置は、目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎからリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに切り替え、リッチ空燃比制御を実行する。このとき、リッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとして、図９の制御ルーチンによって設定された値が用いられる。

次いで、ステップＳ４１９において、空燃比制御装置は１を加算することによって実行回数Ｃｏｕｎｔを更新する。ステップＳ４１９の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ４１７において実行回数Ｃｏｕｎｔが所定回数Ｎ以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ４２０に進む。ステップＳ４２０では、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。

次いで、ステップＳ４２１において、図６ＢのステップＳ１１５と同様に、空燃比制御装置は通常制御を開始する。ステップＳ４２１の後、本制御ルーチンは終了する。

なお、第三実施形態において、図９の制御ルーチンが省略され、図１０ＡのステップＳ４０４及び図１０ＢのステップＳ４１１におけるリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎと、図１０ＡのステップＳ４０６及び図１０ＣのステップＳ４１８におけるリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとして、予め定められた値が用いられてもよい。

＜第四実施形態＞
第四実施形態における排気浄化装置の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。

上述したように、触媒２０は、触媒作用を有する貴金属を有し、貴金属は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）及びロジウム（Ｒｈ）を含む。貴金属として用いられるＰｔ、Ｐｄ及びＲｈは、それぞれ、酸化雰囲気及び還元雰囲気において熱劣化に対する耐性が異なる。斯かる現象が生じる具体的な原理は必ずしも明確ではないが、以下のようなメカニズムによって生じるものであると考えられる。

Ｐｔ及びＲｈは、酸化されたときに高温時における蒸気圧が高くなる特性を有する。言い換えれば、Ｐｔ及びＲｈは、還元雰囲気よりも酸化雰囲気において所定温度における蒸気圧が高くなる特性を有する。このため、還元雰囲気よりも酸化雰囲気において、Ｐｔ及びＲｈの蒸散が生じやすく、触媒２０の熱劣化が促進される。

一方、Ｐｄは、酸化されたときに高温時における蒸気圧が低くなる特性を有する。言い換えれば、Ｐｄは、還元雰囲気よりも酸化雰囲気において所定温度における蒸気圧が低くなる特性を有する。このため、酸化雰囲気よりも還元雰囲気において、Ｐｄの蒸散が生じやすく、触媒２０の熱劣化が促進される。

したがって、酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域では、酸素吸蔵量が所定値未満である第２領域に比べて、Ｐｔ及びＲｈの蒸散による触媒２０の熱劣化が促進される。一方、第２領域では、第１領域に比べて、Ｐｄの蒸散による触媒２０の熱劣化が促進される。このため、分布形成制御が繰り返し実行されるときに常に触媒２０内の同一の位置に第１領域及び第２領域が形成されると、特定の貴金属に起因する触媒２０の熱劣化が局所的に進行するおそれがある。

例えば、第１領域が繰り返し形成される位置では、Ｐｔ及びＲｈの蒸散が促進され、ＰｔによるＨＣ及びＣＯの酸化反応並びにＲｈによるＮＯｘの還元反応が抑制され、触媒２０の排気浄化性能が低下する。一方、第２領域が繰り返し形成される位置では、Ｐｄの蒸散が促進され、ＰｄによるＨＣ及びＣＯの酸化反応が抑制され、触媒２０の排気浄化性能が低下する。

そこで、第四実施形態では、空燃比制御装置は、分布形成制御を繰り返し実行する場合に、分布形成制御によって触媒２０に形成される第１領域及び第２領域の位置が入れ替わるように流入排気ガスの空燃比を制御する。言い換えれば、空燃比制御装置は、分布形成制御を繰り返し実行する場合に、分布形成制御によって触媒２０に形成される第１領域及び第２領域の分布が反転するように流入排気ガスの空燃比を制御する。このことによって、触媒２０の熱劣化が局所的に進行することを抑制することができ、ひいては触媒２０の排気浄化性能が低下することを抑制することができる。

上述したように、空燃比制御装置は、分布形成制御においてリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に実行する。例えば、空燃比制御装置は、第１領域及び第２領域の位置を入れ替えるときには、連続する分布形成制御におけるリッチ空燃比制御及びリーン空燃比制御の順序を逆にする。

図１１は、第四実施形態において分布形成制御が繰り返し実行された場合に触媒２０に形成される第１領域及び第２領域の分布の一例を示す図である。一回目、三回目及び五回目の分布形成制御では、触媒２０の酸素が飽和している状態から最初にリッチ空燃比制御が実行される。一方、二回目及び四回目の分布形成制御では、触媒２０の酸素が枯渇している状態から最初にリーン空燃比制御が実行される。

この結果、一回目、三回目及び五回目の分布形成制御後の触媒２０では、触媒２０の最も下流側に第１領域が形成され、触媒２０の軸方向に沿って第１領域と第２領域とが交互に形成されている。一方、二回目及び四回目の分布形成制御後の触媒２０では、触媒２０の最も下流側に第２領域が形成され、触媒２０の軸方向に沿って第２領域と第１領域とが交互に形成されている。すなわち、分布形成制御が実行される度に、触媒２０における第１領域及び第２領域の分布が反転している。

＜分布形成制御＞
図１２は、第四実施形態における分布形成制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３１によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ５０１〜ステップＳ５０３は、図６ＡのステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同様に実行される。ステップＳ５０２において下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上であると判定された場合、すなわち触媒２０が酸素で飽和していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０８では、空燃比制御装置は、リッチフラグＦｒがゼロであるか否かを判定する。リッチフラグＦｒは、分布形成制御において最初にリッチ空燃比制御が実行されたときに１に設定され、分布形成制御において最初にリーン空燃比制御が実行されたときにゼロに設定されるフラグである。なお、リッチフラグＦｒの初期値はゼロである。

ステップＳ５０８においてリッチフラグＦｒが１であると判定された場合、すなわち前回の分布形成制御において最初にリッチ空燃比制御が実行された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ５０８においてリッチフラグＦｒがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ５０９に進む。ステップＳ５０９では、図６ＡのステップＳ１０６と同様に、空燃比制御装置は、分布形成制御を開始し、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦをリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈに設定する。すなわち、空燃比制御装置はリッチ空燃比制御を実行する。

次いで、ステップＳ５１０において、空燃比制御装置は、リッチフラグＦｒを１に設定し、リーンフラグＦｌをゼロに設定する。次いで、ステップＳ５０７において、図６ＡのステップＳ１０５と同様に、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔを１に設定する。ステップＳ５０７の後、本制御ルーチンは終了する。

また、ステップＳ５０３において下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定された場合、すなわち触媒２０の酸素が枯渇していると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ５０４に進む。ステップＳ５０４では、空燃比制御装置は、リーンフラグＦｌがゼロであるか否かを判定する。リーンフラグＦｌは、分布形成制御において最初にリーン空燃比制御が実行されたときに１に設定され、分布形成制御において最初にリッチ空燃比制御が実行されたときにゼロに設定されるフラグである。なお、リーンフラグＦｌの初期値はゼロである。

ステップＳ５０４においてリーンフラグＦｌが１であると判定された場合、すなわち前回の分布形成制御において最初にリーン空燃比制御が実行された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ５０８においてリーンフラグＦｌがゼロであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ５０５に進む。ステップＳ５０５では、図６ＡのステップＳ１０４と同様に、空燃比制御装置は、分布形成制御を開始し、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦをリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎに設定する。すなわち、空燃比制御装置はリーン空燃比制御を実行する。

次いで、ステップＳ５０６において、空燃比制御装置は、リッチフラグＦｒをゼロに設定し、リーンフラグＦｌを１に設定する。次いで、ステップＳ５０７において、図６ＡのステップＳ１０５と同様に、空燃比制御装置は分布形成フラグＦｄ及び実行回数Ｃｏｕｎｔを１に設定する。ステップＳ５０７の後、本制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ５０１において分布形成フラグＦｄが１であると判定された場合、第一実施形態と同様に、図６ＢのステップＳ１０７〜ステップＳ１１５が実行され、触媒２０に第１領域及び第２領域が形成される。

なお、ステップＳ５０８においてリッチフラグＦｒが１であると判定された場合に、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になるように、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦを理論空燃比よりもリッチな空燃比（例えばリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ）に設定してもよい。また、ステップＳ５０４においてリーンフラグＦｌが１であると判定された場合に、空燃比制御装置は、下流側空燃比センサ４２の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になるように、流入排気ガスの目標空燃比ＴＡＦを理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えばリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ）に設定してもよい。

また、本制御ルーチンによれば、分布形成制御が実行される度に、触媒２０において第１領域の位置と第２領域の位置とが入れ替えられる。しかしながら、分布形成制御が複数回実行される毎に、触媒２０において第１領域の位置と第２領域の位置とが入れ替えられてもよい。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、触媒２０の下流側の排気通路に下流側触媒が配置され、下流側触媒において第１領域と第２領域とが交互に形成されるように分布形成制御が実行されてもよい。

また、空燃比制御装置は、触媒２０に形成された第１領域及び第２領域の総数が二であり且つ下流側の領域の軸方向の長さが所定値（例えば触媒２０の軸方向の長さの１／１０〜１／２）以下であるときに分布形成制御を開始してもよい。すなわち、空燃比制御装置は、通常制御において触媒２０の酸素が枯渇する前又は触媒２０が酸素で飽和する前に分布形成制御を開始してもよい。例えば、空燃比制御装置は、図５Ｂのｔ２のような酸素吸蔵状態において分布形成制御を開始してもよい。この場合、空燃比制御装置は通常制御中の触媒２０への酸素供給量及び還元剤供給量に基づいて触媒２０の酸素吸蔵状態を推定する。

また、空燃比制御装置は、所定条件が満たされたときに、燃料噴射弁１１による燃料噴射を停止する燃料カット制御を実行する。通常、燃料カット制御が実行されると、多量の酸素が触媒２０に供給され、触媒２０が酸素で飽和する。すなわち、燃料カット制御の実行後には、触媒２０に第１領域のみが形成される。このため、空燃比制御装置は燃料カット制御の終了時に分布形成制御を開始してもよい。

また、空燃比制御装置は、図１３又は図１４に示されるような酸素濃度の濃淡が形成されるように分布形成制御を実行してもよい。図１３及び図１４は、分布形成制御後の触媒２０の軸方向に沿った酸素吸蔵状態の一例を示す図である。分布形成制御におけるリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御との間の触媒２０の酸素変動量の差を小さくすることによって、図１３又は図１４に示される状態を形成することができる。

図１３の状態が形成される場合には、空燃比制御装置は、第１領域の上流側に第２領域を形成するときに、第１領域の軸方向の一箇所において触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に達するようにリッチ空燃比制御を実行する。また、空燃比制御装置は、第２領域の上流側に第１領域を形成するときに、第２領域の軸方向の一箇所において触媒２０の酸素吸蔵量がゼロに達するようにリーン空燃比制御を実行する。

図１４の状態が形成される場合には、空燃比制御装置は、第１領域の上流側に第２領域を形成するときに、第１領域における触媒２０の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量未満になるようにリッチ空燃比制御を実行する。また、空燃比制御装置は、第２領域の上流側に第１領域を形成するときに、第２領域における触媒２０の酸素吸蔵量がゼロよりも多くなるようにリーン空燃比制御を実行する。したがって、図１４の例では、図１３の例に比べて、分布形成制御におけるリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御との間の触媒２０の酸素変動量の差が更に小さくされる。なお、図１４のような例において、触媒２０の酸素吸蔵量の振幅の中心が最大酸素吸蔵量の半分（５０％）以外の値となるようにリッチ空燃比制御及びリーン空燃比制御が実行されてもよい。

また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。例えば、図１０Ａ〜図１０Ｃの制御ルーチンが実行される場合に、図１０ＡのステップＳ４０４及びＳ４０６の代わりに図８ＡのステップＳ２０４及びＳ２０６が実行され、図１０ＢのステップＳ４１１及びＳ４１２の代わりに図８ＢのステップＳ２１０及びＳ２１２が実行され、図１０ＣのステップＳ４１８及びＳ４１９の代わりに図８ＢのステップＳ２１０及びステップＳ２１３が実行されてもよい。

また、図６Ａ及び図６Ｂの制御ルーチンが実行される場合に、図６ＡのステップＳ１０４及び図６ＢのステップＳ１１１におけるリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎと、図６ＡのステップＳ１０６及び図６ＢのステップＳ１１３におけるリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとして、図９の制御ルーチンによって設定された値が用いられてもよい。同様に、図１２及び図６Ｂの制御ルーチンが実行される場合に、図１２のステップＳ５０５及び図６ＢのステップＳ１１１におけるリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎと、図１２のステップＳ５０９及び図６ＢのステップＳ１１３におけるリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈとして、図９の制御ルーチンによって設定された値が用いられてもよい。同様に、図８Ａ及び図８Ｂの制御ルーチンが実行される場合に、図８ＡのステップＳ２０４におけるリーン設定空燃比ＴＡＦｌｅａｎ（１）と、図８ＡのステップＳ２０６におけるリッチ設定空燃比ＴＡＦｒｉｃｈ（１）として、図９の制御ルーチンによって設定された値が用いられてもよい。

また、図８Ａ及び図８Ｂの制御ルーチンが実行される場合に、図８ＢのステップＳ２０８の代わりに図６ＢのステップＳ１０８が実行されてもよい。すなわち、空燃比制御装置は、分布形成制御において、各空燃比制御における流入排気ガスの目標空燃比と理論空燃比との差が徐々に小さくなり且つ各空燃比制御の実行時間が徐々に短くなるようにリッチ空燃比制御とリーン空燃比制御とを交互に実行してもよい。

また、図８Ａ及び図８Ｂの制御ルーチンが実行される場合に、ステップＳ２０４の前後に図１２のステップＳ５０４及びＳ５０６が実行され、ステップＳ２０６の前後に図１２のステップＳ５０８及びＳ５１０が実行されてもよい。また、図１０Ａ〜図１０Ｃの制御ルーチンが実行される場合に、ステップＳ４０４の前後に図１２のステップＳ５０４及びＳ５０６が実行され、ステップＳ４０６の前後に図１２のステップＳ５０８及びＳ５１０が実行されてもよい。

２０ 触媒
３１ ＥＣＵ

Claims (11)

1. 排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒と、
   前記触媒に流入する流入排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御装置と
   を備え、
   前記空燃比制御装置は、前記触媒において、酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域と、酸素吸蔵量が前記所定値未満である第２領域とが該触媒の軸方向に沿って交互に形成されるように前記流入排気ガスの空燃比を制御する分布形成制御を実行し、
   前記分布形成制御によって形成される前記第１領域及び前記第２領域の総数が三以上である、内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記空燃比制御装置は、前記第１領域と前記第２領域との間の境界のうちの少なくとも一つが前記触媒の下流側に形成され且つ該境界のうちの少なくとも一つが該触媒の上流側に形成されるように前記分布形成制御を実行する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記分布形成制御によって形成される前記第１領域及び前記第２領域の総数が四以上である、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、前記流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチ空燃比制御と、前記流入排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにするリーン空燃比制御とを、各空燃比制御中の前記触媒の酸素変動量が徐々に少なくなるように交互に実行する、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、各空燃比制御における前記流入排気ガスの目標空燃比と理論空燃比との差が徐々に小さくなるように前記リッチ空燃比制御と前記リーン空燃比制御とを交互に実行する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、各空燃比制御の実行時間が徐々に短くなるように前記リッチ空燃比制御と前記リーン空燃比制御とを交互に実行する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御において、各空燃比制御における前記流入排気ガスの目標空燃比と理論空燃比との差が徐々に小さくなり且つ各空燃比制御の実行時間が徐々に短くなるように前記リッチ空燃比制御と前記リーン空燃比制御とを交互に実行する、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記空燃比制御装置は、前記リッチ空燃比制御中の前記触媒への還元剤供給量を算出し、該還元剤供給量が所定量に達したときに該リッチ空燃比制御を終了させ、前記リーン空燃比制御中の前記触媒への酸素供給量を算出し、該酸素供給量が所定量に達したときに該リーン空燃比制御を終了させる、請求項４又は５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記空燃比制御装置は、前記触媒の劣化度合を算出し、該劣化度合に基づいて、前記リッチ空燃比制御中の前記流入排気ガスの目標空燃比と、前記リーン空燃比制御中の前記流入排気ガスの目標空燃比とを設定する、請求項４から８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記空燃比制御装置は、前記分布形成制御を繰り返し実行する場合に、該分布形成制御によって前記触媒に形成される前記第１領域及び前記第２領域の位置が入れ替わるように前記流入排気ガスの空燃比を制御する、請求項１から９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 内燃機関の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒であって、
    酸素吸蔵量が所定値以上である第１領域と、酸素吸蔵量が前記所定値未満である第２領域とが当該触媒の軸方向に沿って交互に形成され、前記第１領域及び前記第２領域の総数が三以上である、触媒。

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