JP6128041B2 - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御システムに関する。

内燃機関の排気中に含まれる有害物質を触媒で浄化することができる。この触媒へ多量のＨＣが流入すると、ＨＣ被毒が起こることが知られている。このＨＣ被毒により、触媒の浄化能力が低下する。一方、ＨＣ被毒が起こった場合に、空燃比を理論空燃比よりも高い空燃比にすることで触媒に酸素を供給して、ＨＣ被毒を回復することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、三元触媒を有し、理論空燃比よりも高い空燃比（以下、リーン空燃比ともいう。）で運転するリーンバーン内燃機関では、運転領域によっては理論空燃比よりも低い空燃比（以下、リッチ空燃比ともいう。）で運転することがある。このような内燃機関では、リッチ空燃比で運転中に三元触媒でＨＣ被毒が起こる。このＨＣ被毒は、その後にリーン空燃比で運転したときに回復される。しかし、ＨＣ被毒が回復するまでの間は、三元触媒における排気の浄化能力が低下しているため、その間に三元触媒に流入するＨＣの一部が該三元触媒において酸化されずに、該三元触媒を通り抜ける虞がある。したがって、ＨＣ被毒が起こった場合には、このＨＣ被毒を早期に回復することが望ましい。

なお、三元触媒では、酸素吸蔵剤と貴金属とを含んだ下層触媒層の上に、さらに、酸素吸蔵剤と貴金属とを含んだ上層触媒層を設けることがある。すなわち、触媒層が積層されている。ここで、上層触媒層及び下層触媒層においてＨＣ被毒が生じた場合に、内燃機関をリーン空燃比で運転すると、まずは主に上層触媒層のＨＣ被毒が回復され、その後に、下層触媒層のＨＣ被毒が回復される。しかし、下層触媒層では、ＨＣ被毒が起こった後にリーン空燃比で運転したとしても、最初に酸素との反応性の高い酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵され、その後に貴金属に付着しているＨＣと酸素との反応が起こると考えられる。このため、リーン空燃比で運転することで下層触媒層のＨＣ被毒を回復するには、下層触媒層の酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵されるまで待つ必要があるので、下層触媒層のＨＣ被毒が回復するまでには時間を要する。

特開２００７−０４６４９４号公報 特開２００９−０２４５２１号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、触媒のＨＣ被毒を早期に回復することにある。

上記課題を達成するために本発明は、
酸素吸蔵剤及び貴金属を含んだ触媒層である下層触媒層と、酸素吸蔵剤及び貴金属を含んだ触媒層であって前記下層触媒層よりも上層に配置される上層触媒層と、を有する排気浄化触媒を内燃機関の排気通路に備えた内燃機関の制御システムにおいて、
理論空燃比よりも低い空燃比での運転から、理論空燃比よりも高い空燃比であるリーン目標空燃比での運転へ切り換えるときに、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも一時的に高くする第一運転と、
前記第一運転の後に実施し、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低い状態と理論空燃比よりも高い状態とに交互に複数回変化させる第二運転と、
を経て前記リーン目標空燃比での運転へ切り換える制御装置を備える。

リーン目標空燃比は、リッチ空燃比からリーン空燃比へ切り換える際の内燃機関の最終的な目標空燃比である。制御装置は、リーン目標空燃比で運転する前に第一運転及び第二運転を実施する。リッチ空燃比から、リーン目標空燃比へ切り換えるときには、排気浄化触媒においてＨＣ被毒が生じている場合がある。ここで、リッチ空燃比から、最終的にリーン目標空燃比に至るまでに、第一運転を実施すると、排気浄化触媒へ多くの酸素を供給することができる。このときには、まずは上層触媒層のＨＣ被毒が回復されるものと考えられる。上層触媒層では、十分な酸素が存在するために、酸素吸蔵剤と貴金属とに同時期に酸素を供給することができる。しかし、上層触媒層において酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵されたりＨＣの酸化に酸素が用いられたりしている間は、下層触媒層へ酸素が届き難い。すなわち、上層触媒層のＨＣ被毒が回復された後に、下層触媒層へ酸素が到達するものと考えられる。このため、上層触媒層を通り抜けて下層触媒層へ酸素が到達するまでには時間を要する。また、下層触媒層へ酸素が到達しても、その量が少ないために、まずは酸素との反応性の高い酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵されると考えられる。第一運転を継続した場合には、下層触媒層の酸素吸蔵剤に多くの酸素が吸蔵された後に、下層触媒層の貴金属に付着したＨＣと酸素とが反応する。そうすると、仮に、第一運転によるリーン空燃比を維持した場合には、下層触媒層の酸素吸蔵剤に多くの酸素が吸蔵された後に、下層触媒層のＨＣ被毒が回復されるために、下層触媒層のＨＣ被毒が回復するまでに時間を要する。

そこで、第一運転において一時的にリーン空燃比で運転した後に、第二運転を実施すると、第二運転におけるリーン空燃比のときには下層触媒層の酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵されるが、第二運転におけるリッチ空燃比のときには、下層触媒層の酸素吸蔵剤から酸素が放出される。この下層触媒層の酸素吸蔵剤から放出される酸素は、下層触媒層の貴金属に付着しているＨＣと反応し易い。したがって、リーン空燃比とリッチ空燃比とを交互に変化させることにより、下層触媒層の貴金属に付着しているＨＣを効率的に除去することができる。この場合、下層触媒層の酸素吸蔵剤に多くの酸素が吸蔵されるのを待つ必要がない。

すなわち、第一運転を実施することにより、主に上層触媒層のＨＣ被毒を速やかに回復させることができる。その後に第二運転を実施することにより、主に下層触媒層のＨＣ被毒を速やかに回復させることができる。

なお、第一運転を実施する期間は、第二運転中において１回当たりのリーン空燃比となる期間と比較して、長くする。第一運転では、内燃機関においてリーン空燃比で燃焼を行うことにより、排気の空燃比をリーン空燃比としてもよいが、これに代えて、内燃機関においてリッチ空燃比または理論空燃比で燃焼を行い且つ排気中に空気を導入してもよい。すなわち、排気浄化触媒へ流入するまでに排気の空燃比がリーン空燃比となっていればよい。

第二運転においてリッチ空燃比とするときに、空燃比が低すぎたり、リッチ空燃比とする期間が長すぎたりすると、新たなＨＣ被毒が発生する虞がある。また、第二運転においてリーン空燃比とするときに、理論空燃比よりも高い空燃比ではあっても空燃比が低すぎたり、リーン空燃比とする期間が短すぎたりすると、下層触媒層の酸素吸蔵剤の酸素吸蔵量が少なくなり、続いてリッチ空燃比としたときに放出される酸素によってＨＣ被毒を回復させることが困難となる。したがって、第二運転においてリッチ空燃比とするときの空
燃比及びリッチ空燃比の継続時間は、新たなＨＣ被毒が発生しない空燃比及び継続時間としてもよい。また、第二運転においてリーン空燃比とするときの空燃比及びリーン空燃比の継続時間は、続いてリッチ空燃比としたときに下層触媒層の酸素吸蔵剤から放出される酸素によってＨＣ被毒を回復させることが可能となるように、下層触媒層の酸素吸蔵剤に酸素を吸蔵させることができる空燃比及び継続時間としてもよい。

このように、リッチ空燃比からリーン目標空燃比へ切り換えるときに、単にリーン目標空燃比に切り換える場合には、下層触媒層の酸素吸蔵剤に酸素が十分に吸蔵されるまで下層触媒層におけるＨＣ被毒を回復するのは困難であるが、一時的にリーン空燃比とした後に、リッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に変化させることにより、下層触媒層の酸素吸蔵剤に多くの酸素が吸蔵される前であっても、下層触媒層におけるＨＣ被毒を回復することができる。これにより、ＨＣ被毒を回復するのに要する時間を短縮することができる。

なお、第一運転により下層触媒層のＨＣ被毒を部分的に回復することもできるし、第二運転により上層触媒層のＨＣ被毒を部分的に回復することもできるため、第一運転から第二運転に切り換える時期は、上層触媒層のＨＣ被毒の回復が完了した時点に限らず、その前後にずれていてもよい。リッチ空燃比からリーン目標空燃比へ切り換える際に、第一運転及び第二運転を順に行えばよい。

前記制御装置は、前記第二運転において、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも高い場合には前記排気の空燃比を低くし、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも低い場合には前記排気の空燃比を高くすることで、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低い状態と理論空燃比よりも高い状態とに交互に複数回変化させることができる。

排気浄化触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比の場合には該排気の空燃比が低くなる方向へ変化させ、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比の場合には該排気の空燃比が高くなる方向へ変化させることで、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも低い状態と理論空燃比よりも高い状態とに交互に変化する。このときには、リーン空燃比及びリッチ空燃比となっていても、理論空燃比に近い空燃比となる。また、比較的短い周期で空燃比が切り換わるため、酸素吸蔵剤に吸蔵された酸素を短い周期で放出させることができる。これにより、ＨＣ被毒の回復を促進させることができる。空燃比を変化させるために、例えば、内燃機関への燃料供給量または内燃機関の吸入空気量を変化させてもよい。第二運転におけるリッチ空燃比は、第一運転が実施される前のリッチ空燃比よりも高い空燃比としてもよく、第二運転におけるリーン空燃比は、第一運転におけるリーン空燃比またはリーン目標空燃比よりも低い空燃比としてもよい。ただし、第二運転におけるリッチ空燃比は、第一運転が実施される前のリッチ空燃比と同じであってもよいし、第二運転におけるリーン空燃比は、第一運転におけるリーン空燃比またはリーン目標空燃比と同じであってもよい。

前記制御装置は、前記第一運転を、前記上層触媒層のＨＣ被毒が回復するまで実施し、前記第二運転を、前記下層触媒層のＨＣ被毒が回復するまで実施することができる。

第一運転を実施すれば排気浄化触媒へ酸素を供給することができるが、下層触媒層のＨＣ被毒を回復するには時間がかかる。したがって、第一運転は、上層触媒層のＨＣ被毒が回復するまで行う。第一運転を実施することにより、上層触媒層のＨＣ被毒を速やかに回復させることができる。一方、下層触媒層のＨＣ被毒は第二運転を実施することで回復させることにより、下層触媒層の酸素吸蔵剤に多くの酸素が吸蔵されるのを待たなくても下層触媒層のＨＣ被毒を回復させることができる。これにより、ＨＣ被毒回復に要する時間をより短縮することができる。

前記上層触媒層及び前記下層触媒層の夫々においてＨＣ被毒が発生しているか否か判定する判定部を備え、
前記制御装置は、
前記判定部が、前記上層触媒層においてＨＣ被毒が発生していると判定した場合には、前記第一運転を実施し、
前記判定部が、前記下層触媒層においてＨＣ被毒が発生していると判定した場合には、前記第二運転を実施することができる。

第一運転は、上層触媒層のＨＣ被毒を回復させるのに適しており、第二運転は、下層触媒層のＨＣ被毒を回復させるのに適している。したがって、上層触媒層のＨＣ被毒を回復させるときには、第一運転を実施し、下層触媒層のＨＣ被毒を回復させるときには、第二運転を実施するとよい。また、内燃機関の運転状態やＨＣ被毒の回復の進行状態によっては、上層触媒層または下層触媒層の何れか一方のみにＨＣ被毒が起こっている場合もある。この場合には、第一運転または第二運転の何れか一方のみを行うことにより、制御の簡略化を図ってもよい。

前記排気浄化触媒よりも下流側に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒と、を排気の流れ方向に順に備えることができる。

ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）は、リーン空燃比のときにＮＯｘを吸蔵することができる。なお、「吸蔵」とは、一時的なＮＯｘの吸着をも含む用語として使用している。ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘは、理論空燃比またはリッチ空燃比のときにＮＳＲ触媒から放出され、このときに還元剤（例えばＨＣ）が存在するとＮＯｘが還元される。ここで、第一運転を実施しているときには、ＨＣ被毒が発生している排気浄化触媒においてはＮＯｘの浄化が困難である。一方、下流にＮＳＲ触媒を備えていれば、第一運転中にＮＯｘを吸蔵することができる。

しかし、その後に第二運転を実施すると、排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となり得るため、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが放出される。排気の空燃比が理論空燃比近傍であると、還元剤となるＨＣ等が少ないため、ＮＳＲ触媒においてＮＯｘの還元が困難となり得る。したがって、第二運転中には、ＮＳＲ触媒からＮＯｘが流出する虞がある。ＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘは、さらに下流に備わる選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）によって浄化することができる。

ここで、ＳＣＲ触媒は、例えばアンモニアを還元剤として吸着しておき、該アンモニアによりＮＯｘを還元する。このアンモニアは、ＮＳＲ触媒において生成することができる。したがって、ＳＣＲ触媒に予めアンモニアを吸着させておけば、第二運転中にＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘをＳＣＲ触媒において浄化することができる。

前記制御装置は、前記第一運転において前記内燃機関で成層燃焼を実施することで前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも一時的に高くすることができる。

ここで、均質燃焼によっても排気の空燃比をリーン空燃比とすることができるが、均質燃焼では、空燃比を高くし過ぎると燃焼状態が悪化することにより、ＨＣの排出量が多くなる虞がある。一方、成層燃焼は、ＨＣの排出を抑制しつつ空燃比をより高くすることができる。このため、上層触媒層のＨＣ被毒を速やかに回復させることができる。なお、成層燃焼を実施すると、ＮＯｘの排出量が増加する場合もある。この場合には、下流側にＮＳＲ触媒及びＳＣＲ触媒を備えることでＮＯｘを浄化することができる。

前記内燃機関は複数の気筒を備え、
前記制御装置は、前記第一運転において前記内燃機関の一部の気筒において燃料の供給を停止させる減筒運転を実施することで前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも一時的に高くすることができる。

減筒運転を実施することにより、一部の気筒から空気を排出させることができる。したがって、他の気筒において例えば理論空燃比で燃焼を行ったとしても、排気浄化触媒へ流入する排気の空燃比はリーン空燃比となる。また、燃焼を行う気筒では、ＮＯｘまたはＨＣの排出量を低減することができる。なお、燃焼を行う気筒では、リーン空燃比で燃焼を行ってもよい。リーン空燃比で燃焼を行う場合には、成層燃焼または均質燃焼を行ってもよい。

前記排気浄化触媒よりも下流側で且つ前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側において排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサを備え、
前記制御装置は、前記第一運転を実施しているときに前記ＮＯｘセンサにより検知されるＮＯｘ濃度の上昇率が閾値以上となった場合に、前記第一運転から前記第二運転へ切り
換えることができる。
また、前記排気浄化触媒よりも下流側において排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサを備え、
前記制御装置は、前記第一運転を実施しているときに前記ＮＯｘセンサにより検知されるＮＯｘ濃度の上昇率が閾値以上となった場合に、前記第一運転から前記第二運転へ切り換えることができる。

ここで、上層触媒層または下層触媒層に付着したＨＣは、酸素によって酸化されるが、ＮＯｘによっても酸化される。第一運転を実施すると、上層触媒層において、貴金属に付着したＨＣの酸化と、酸素吸蔵剤による酸素の吸蔵と、が起こる。このときには、上層触媒層において酸素が消費されるため、下層触媒層へ到達する酸素は少ない。また、上層触媒層では、ＨＣの一部がＮＯｘにより酸化される。このときの下層触媒層には酸素がほとんど到達しないが、ＮＯｘは到達し得る。すなわち、酸素と異なり、上層触媒層にはＮＯｘが吸蔵されないため、下層触媒層へ多くのＮＯｘが到達する。このＮＯｘにより、下層触媒層のＨＣが酸化される。このように、排気中のＮＯｘが、上層触媒層及び下層触媒層のＨＣ被毒を回復させる。このときには、上層触媒層および下層触媒層においてＨＣの酸化のためにＮＯｘが消費されるので、その分、排気浄化触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度が低くなる。そして、上層触媒層及び下層触媒層のＨＣの減少とともに、ＨＣの酸化のために消費されるＮＯｘが減少していくので、排気浄化触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度が上昇していく。

さらに第一運転を継続すると、上層触媒層のＨＣ被毒が回復される。また、上層触媒層の酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵されていく。このような場合には、上層触媒層にはＨＣが存在しないために、上層触媒層ではＮＯｘは反応しない。上層触媒層においてＮＯｘが消費されないので、排気浄化触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度が高くなる。一方、下層触媒層に十分な酸素が供給されるまでは、下層触媒層のＨＣとＮＯｘとが反応する。下層触媒層においてＨＣとＮＯｘとが反応しているときには、その分、排気浄化触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度が低くなる。そして、下層触媒層のＨＣの減少とともに、ＨＣの酸化のために消費されるＮＯｘが減少していくので、排気浄化触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度が上昇していく。

さらに第一運転を継続すると、下層触媒層に酸素が吸蔵されるとともに、酸素の一部が下層触媒層に付着しているＨＣと反応することがある。下層触媒層においてＨＣと酸素とが反応を始めると、ＨＣと反応するＮＯｘの量が減少するため、排気浄化触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度が上昇する。このような場合には、下層触媒層の酸素吸蔵剤にも酸素が吸蔵されているため、第一運転を継続して実施するよりも、第二運転に切り換えた方が、ＨＣ被毒を回復させる効率が高い。したがって、このときには、第二運転を実施することが望ましい。

このように、下層触媒層のＨＣ被毒の状態によって排気浄化触媒よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度が変化する。下層触媒層においてＨＣと酸素とが反応を始めた場合には、下層触媒層の酸素吸蔵剤に酸素が吸蔵されていると考えられるため、第二運転に切り換えたほうがよい。したがって、排気浄化触媒よりも下流側においてＮＯｘ濃度の上昇率が閾値以上となった場合に、第一運転から第二運転へ切り換えることにより、ＨＣ被毒を速やかに回復させることができる。なお、閾値は、下層触媒層においてＨＣと酸素との反応が始まったときのＮＯｘ濃度の上昇率とすることができる。ＮＯｘ濃度の上昇率は、単位時間当たりのＮＯｘ濃度の上昇量としてもよく、所定の期間におけるＮＯｘ濃度の上昇量としてもよい。

前記制御装置は、前記上層触媒層及び前記下層触媒層の夫々において、
前記排気浄化触媒のＨＣ被毒及び硫黄被毒がない状態で求められる前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の熱劣化による減少分を算出し、
前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の熱劣化による減少分、及び、前記排気浄化触媒のＨＣ被毒がない状態で求められる前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の硫黄被毒による減少分を算出し、
前記排気浄化触媒の初期状態の酸素吸蔵量から、前記熱劣化による減少分と、前記硫黄被毒による減少分と、を減算した値に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分を算出し、
前記上層触媒層における前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分に基づいて、前記第一運転を実施する期間を決定し、
前記下層触媒層における前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分に基づいて、前記第二運転を実施する期間を決定することができる。

ここで、排気浄化触媒には、熱による劣化と、硫黄被毒による劣化と、ＨＣ被毒による劣化と、が生じ得る。熱劣化は、熱により排気浄化触媒が劣化したものであり、熱劣化した分は回復させることができない。硫黄被毒による劣化は、排気中の硫黄成分が排気浄化触媒に吸蔵等されることにより起こる劣化であり、硫黄被毒回復制御を実施することで回復することができる。ＨＣ被毒による劣化は、第一運転及び第二運転を実施することで回復することができる。熱劣化、硫黄被毒による劣化、ＨＣ被毒による劣化は、夫々、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を減少させる。

ここで、硫黄被毒による劣化及びＨＣ被毒による劣化がない状態では、最大限吸蔵可能な酸素の量が、初期状態よりも、熱劣化による分だけ少なくなる。したがって、排気浄化触媒の酸素吸蔵量の最大値を求め、この最大値を初期状態の酸素吸蔵量から減算することにより、酸素吸蔵量の熱劣化による減少分を求めることができる。また、ＨＣ被毒による劣化がない状態では、最大限吸蔵可能な酸素の量が、初期状態よりも、熱劣化及び硫黄被毒による劣化の分だけ少なくなる。熱劣化による減少分は、上述のようにして求めることができる。したがって、残りが、酸素吸蔵量の硫黄被毒による劣化の分となる。なお、熱劣化による酸素吸蔵量の減少は、硫黄被毒による劣化と比較して緩慢なため、例えば、前回に求めた熱劣化による減少分をそのまま用いることができる。

そして、初期状態の酸素吸蔵量から、熱劣化分と硫黄被毒分とを減算することにより、酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分を求めることができる。この酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分に応じて第一運転または第二運転を実施する期間を決定することにより、第一運転及び第二運転が必要以上に実施されることを抑制できる。

なお、熱劣化は、上層触媒層と下層触媒層とで同じように進むと考えられるので、全体の熱劣化分を二分すればよい。また、硫黄被毒分は、上層触媒層と下層触媒層とで例えば
貴金属の種類に応じて予め求められる割合で分けることができる。

本発明によれば、触媒のＨＣ被毒を早期に回復することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を表す図である。 気筒内の空燃比と三元触媒から流出する排気中のＨＣ濃度との推移を示したタイムチャートである。 リッチ空燃比のときの上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 リッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わった直後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 リーン空燃比のときに上層触媒層の酸素吸蔵剤にある程度の酸素が吸蔵された後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 リーン空燃比のときに下層触媒層の酸素吸蔵剤にある程度の酸素が吸蔵された後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 リーン空燃比のときに下層触媒層の貴金属に酸素が供給されたときの上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 実施例に係る第一運転及び第二運転を実施したときの空燃比の推移を示した図である。 リッチ空燃比のときの上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 リッチ空燃比から第一運転のリーン空燃比に切り換わった直後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 第一運転のリーン空燃比のときに上層触媒層の酸素吸蔵剤にある程度の酸素が吸蔵された後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 第一運転から第二運転に切り換わった直後のリッチ空燃比のときの上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 第二運転のリッチ空燃比での運転からリーン空燃比での運転に切り換わった直後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 第二運転のリーン空燃比での運転からリッチ空燃比での運転に切り換わった直後の上層触媒層及び下層触媒層の状態を示した図である。 実施例に係るＨＣ被毒回復制御を実施するか否かを判定するためのフローを示したフローチャートである。 空燃比とＨＣ被毒量との関係を示した図である。 三元触媒の温度とＨＣ被毒量との関係を示した図である。 内燃機関の吸入空気量とＨＣ被毒量との関係を示した図である。 被毒増加カウンタを補正するための被毒増加係数を算出するフローを示したフローチャートである。 空燃比と飽和酸素吸蔵量との関係を示した図である。 上層触媒層のΔＯＳＣから下層補正値を求めるための図である。 酸素吸蔵割合と、被毒増加係数との関係を示した図である。 ＨＣ被毒回復制御のフローチャートであって、特に上層触媒層におけるＨＣ被毒回復制御を示すフローチャートである。 空燃比とＨＣ被毒回復量との関係を示した図である。 三元触媒の温度とＨＣ被毒回復量との関係を示した図である。 内燃機関の吸入空気量とＨＣ被毒回復量との関係を示した図である。 被毒減少カウンタを補正するための被毒回復係数を算出するフローを示したフローチャートである。 酸素吸蔵割合と、被毒回復係数との関係を示した図である。 下層触媒層におけるＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。 上層触媒層または下層触媒層における酸素吸蔵割合と、被毒カウンタと、被毒減少カウンタと、の関係を示した図である。 ＨＣ被毒回復制御時の各種値の推移を示したタイムチャートである。 内燃機関の気筒内の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるときの空燃比と三元触媒から流出する排気中のＨＣ濃度との推移を示したタイムチャートである。 三元触媒の酸素吸蔵量の推移を示した図である。 三元触媒よりも上流の排気の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させたときの、三元触媒よりも下流の排気の空燃比の推移を示したタイムチャートである。 三元触媒の酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を求めるためのフローチャートである。 三元触媒の酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を求めるためのフローチャートである。 硫黄被毒量の総量と、上層触媒層における硫黄被毒量及び下層触媒層における硫黄被毒量の割合（硫黄被毒割合）との関係を示した図である。 硫黄被毒量の総量が図２８のＳ１で示した値であるときの上層触媒層と下層触媒層との各被毒分による酸素吸蔵量の減少量の割合を示した図である。 実施例２に係るＨＣ被毒回復制御のフローを示したフローチャートである。 空燃比と、第二ＮＯｘセンサで計測したＮＯｘ濃度（ＮＯｘ計測値）と、の推移を示したタイムチャートである。 実施例３に係るＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。 実施例４に係るＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。 参考例に係るＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。 内燃機関の気筒内の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるときの空燃比と三元触媒から流出する排気中のＨＣ濃度との推移を示したタイムチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、４つの気筒２を有するガソリン機関である。

内燃機関１のシリンダヘッド１１には、吸気管３１及び排気管４１が接続されている。シリンダヘッド１１には、吸気管３１から気筒２内に通じる吸気ポート３２、及び、排気管４１から気筒２内に通じる排気ポート４２が形成されている。吸気ポート３２の気筒２側の端部には、吸気弁５が備わる。また、排気ポート４２の気筒２側の端部には、排気弁６が備わる。なお、本実施例においては排気管４１が、本発明における排気通路に相当する。

そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコネクティングロッド１４を介して連結
されたピストン１５が、気筒２内で往復する。

また、吸気管３１には、該吸気管３１を流れる吸気の量を調節するスロットル１６が備えられている。このスロットル１６よりも上流の吸気管３１には、該吸気管３１内を流れる空気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９０が取り付けられている。このエアフローメータ９０により内燃機関１の吸入空気量が検知される。

排気管４１の途中には、上流側から順に、三元触媒７、ＮＳＲ触媒８、ＳＣＲ触媒９が備えられている。

三元触媒７は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを最大効率で浄化する。また、三元触媒７は、酸素吸蔵能を有している。すなわち、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、排気を浄化する。このような酸素吸蔵能の作用により、三元触媒７へ流入する排気の空燃比が理論空燃比以外であっても、三元触媒７がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化することができる。

三元触媒７には、基材側に下層触媒層７２が設けられ、該下層触媒層７２の上に上層触媒層７１が設けられている（図３Ａ参照）。すなわち、基材側に下層触媒層７２が設けられ、排気が流通している側に上層触媒層７１が設けられている。上層触媒層７１は、直接排気に晒されているとしてもよい。上層触媒層７１及び下層触媒層７２は、夫々、貴金属（Ｐｄ，Ｒｈ等）と酸素吸蔵剤（セリア等）とを含んでいる。なお、本実施例に係る三元触媒７は、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の二層の触媒層を設けているが、三層以上の触媒層を設けていてもよい。本実施例においては三元触媒７が、本発明における排気浄化触媒に相当する。

また、ＮＳＲ触媒８は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒８に供給する還元剤には、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。

ＳＣＲ触媒９は、還元剤を吸着しておき、ＮＯｘが通過するときに、吸着していた還元剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒９へ供給する還元剤には、ＮＳＲ触媒８にて生成されるアンモニア（ＮＨ_３）を利用することができる。なお、排気がＮＳＲ触媒８を通過するときに、排気中のＮＯｘがＨＣまたはＨ_２と反応してアンモニアが生成されることもある。

また、三元触媒７よりも上流の排気管４１には、排気の空燃比を検知する第一空燃比センサ９１と、排気中のＮＯｘを検知する第一ＮＯｘセンサ９２とが取り付けられている。また、三元触媒７よりも下流で且つＮＳＲ触媒８よりも上流の排気管４１には、排気の空燃比を検知する第二空燃比センサ９３と、排気中のＮＯｘを検知する第二ＮＯｘセンサ９４とが取り付けられている。なお、実施例においては第二ＮＯｘセンサ９４が、本発明におけるＮＯｘセンサに相当する。

第一空燃比センサ９１により、内燃機関１からの排気の空燃比、または、三元触媒７に流入する排気の空燃比を検知することができる。なお、内燃機関１からの排気の空燃比、または、三元触媒７に流入する排気の空燃比は、内燃機関１の吸入空気量及び燃料供給量に基づいて推定することもできる。また、第一ＮＯｘセンサ９２により、内燃機関１からの排気中のＮＯｘ濃度、または、三元触媒７に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検知することができる。

また、第二空燃比センサ９３により、三元触媒７から流出する排気の空燃比、または、ＮＳＲ触媒８に流入する排気の空燃比を検知することができる。さらに、第二ＮＯｘセンサ９４により、三元触媒７から流出する排気中のＮＯｘ濃度、または、ＮＳＲ触媒８に流入する排気中のＮＯｘ濃度を検知することができる。

なお、第一空燃比センサ９１または第二空燃比センサ９３は、酸素濃度センサとしてもよい。

また、スロットル１６よりも下流の吸気管３１には、燃料を吸気管３１または吸気ポート３２へ向けて噴射する通路内噴射弁８１が取り付けられている。また、内燃機関１には、気筒２内へ燃料を噴射する筒内噴射弁８２が取り付けられている。さらに、内燃機関１には、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ８３が取り付けられている。

そして、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。

ここで、上記各種センサの他、アクセル開度センサ９６およびクランクポジションセンサ９７がＥＣＵ１０と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０はアクセル開度センサ９６からアクセル開度に応じた信号を受け取り、この信号に応じて内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、ＥＣＵ１０はクランクポジションセンサ９７から内燃機関１のクランクシャフト１３の回転角に応じた信号を受け取り、機関回転速度を算出する。

一方、ＥＣＵ１０には、通路内噴射弁８１、筒内噴射弁８２、点火プラグ８３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

例えばＥＣＵ１０は、エアフローメータ９０において検知される吸入空気量に応じた燃料を供給するように通路内噴射弁８１及び筒内噴射弁８２を制御する。このときに設定される目標空燃比は、内燃機関１の運転状態に応じて設定される空燃比である。なお、本実施例に係る内燃機関１では、理論空燃比よりも高い空燃比（以下、リーン空燃比という。）での運転であるリーンバーン運転が実施されている。リーンバーン運転時には、内燃機関１の運転状態に応じたリーン目標空燃比となるように、気筒２内の空燃比が調整される。ただし、高負荷運転時などにおいて、理論空燃比近傍または理論空燃比よりも低い空燃比（以下、リッチ空燃比という。）で内燃機関１が運転されることもある。また、ＮＨ_３を生成するため又はＮＯｘを還元するためにリッチ空燃比で運転することもある。ＥＣＵ１０は、吸入空気量または燃料供給量を調整することにより、空燃比を調整する。吸入空気量は、例えばスロットル１６の開度を変更することにより調整可能である。また、吸気弁５または排気弁６の開閉時期を変更することにより吸入空気量を調整することもできる。

ここで、内燃機関１をリッチ空燃比で運転したときに、三元触媒７から酸素が放出される。三元触媒７から酸素が放出されている間は、該三元触媒７においてＨＣが浄化される。しかし、内燃機関１をリッチ空燃比で運転する期間が長くなり、三元触媒７に吸蔵されていた酸素がすべて消費されてしまうと、三元触媒７において未燃燃料（ＨＣ、ＣＯ等）を酸化することが困難となる。このため、三元触媒７にＨＣが蓄積されてＨＣ被毒が生じる。例えば、ＮＳＲ触媒８に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とすることで、ＮＳＲ触媒８に対して還元剤を供給することができる。このときに、ＮＳＲ触媒８よりも上流に備わる三元触媒７にもリッチ空燃比の排気が流通するので、三元触媒７においてＨＣ被毒
が起こることがある。三元触媒７にＨＣ被毒が生じると、該三元触媒７における排気の浄化性能が低下するため、ＨＣ被毒は早期に回復することが望ましい。

ＨＣ被毒は、未燃物質であるＨＣが貴金属の表面を覆い、触媒の活性が低下している状態である。この貴金属の表面を覆っているＨＣを除去するために、触媒へ酸素を供給し、該酸素とＨＣとを反応させることで、貴金属の表面からＨＣを除去することが考えられる。三元触媒７へ酸素を供給する方法としては、内燃機関１をリーン空燃比で運転することが考えられる。なお、内燃機関１への燃料の供給を停止する燃料カットを実施したり、三元触媒７よりも上流に二次空気を供給したりすることにより、三元触媒７へ酸素を供給することもできる。

しかし、上層触媒層７１と下層触媒層７２とを備えた三元触媒７では、上層触媒層７１でのＨＣ被毒の回復及び酸素の吸蔵が行われた後で、且つ、下層触媒層７２に酸素が吸蔵された後に、下層触媒層７２においてＨＣと酸素とが活発に反応すると考えられるため、下層触媒層７２のＨＣ被毒が回復されるまでには時間がかかる。そして、下層触媒層７２のＨＣ被毒が回復されるまでは、三元触媒７の全体としての浄化率が低くなる。

ここで、図２は、気筒２内の空燃比と三元触媒７から流出する排気中のＨＣ濃度との推移を示したタイムチャートである。実線は理論空燃比で運転後にリーン空燃比で運転した場合を示し、破線はリッチ空燃比で運転後にリーン空燃比で運転した場合を示している。どちらの場合も、リーン空燃比のときの目標空燃比は同じである。

内燃機関１を理論空燃比で運転していた場合には、理論空燃比で運転中に内燃機関１から排出されるＨＣ量が少ない。すなわち、内燃機関１が理論空燃比で運転中には、三元触媒７に流入するＨＣ量が少ない。さらに、内燃機関１が理論空燃比で運転中には、三元触媒７におけるＨＣの浄化能力も高いために、三元触媒７から流出するＨＣは比較的少ない。このため、その後にリーン空燃比で運転しても、排気中のＨＣをすぐに浄化することができるため、三元触媒７から流出するＨＣ量は比較的少ない。

一方、内燃機関１をリッチ空燃比で運転していた場合には、内燃機関１から排出されるＨＣ量が多いため、三元触媒７においてＨＣ被毒が起こる。さらに、三元触媒７においてＨＣ被毒が発生しているために、三元触媒７におけるＨＣの浄化能力も低い。このため、三元触媒７から流出するＨＣ量が比較的多くなる。その後にリーン空燃比で運転したとしても、ＨＣ被毒が回復するまでには、ある程度の時間を要する。そして、ＨＣ被毒が回復するまでの間はＨＣの浄化率が低くなる。このため、リーン空燃比での運転に移行した後であっても、三元触媒７からある程度のＨＣが流出してしまう。

なお、内燃機関１からの排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化した場合には、まず上層触媒層７１のＨＣ被毒が主に回復され、その後に、下層触媒層７２のＨＣ被毒が主に回復されると考えられる。そして、上層触媒層７１のＨＣ被毒の回復に要する時間に対して、下層触媒層７２の回復に要する時間は長い。

ここで、図３Ａから図３Ｅは、三元触媒７に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化するときの上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を所定時間ごとに推定した図である。図３Ａから図３Ｅは、図２における破線で示したように空燃比が変化した場合の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態の推移を示している。なお、三元触媒７においてどのように酸素が吸蔵・放出されるのか、さらには、どのようにＨＣ被毒が回復されるのかは必ずしも明らかではないが、以下のように考えることができる。

図３Ａは、リッチ空燃比のとき（図２のＴ１Ａのとき）の上層触媒層７１及び下層触媒
層７２の状態を示した図である。リッチ空燃比になると、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａ及び下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに吸蔵さていた酸素がＨＣと反応する。このため、リッチ空燃比で運転される期間が長くなると、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａ及び下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに酸素が吸蔵されていない状態となる。さらにリッチ空燃比で運転されると、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂ及び下層触媒層７２の貴金属７２ＢにＨＣが付着する。このような状態では、三元触媒７の浄化能力が低下する。

図３Ｂは、リッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わった直後（図２のＴ１Ｂのとき）の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。破線の矢印は、酸素の流れを示している。リッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わると、上層触媒層７１では酸素濃度が高くなるために、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂに付着したＨＣと酸素とが反応して該ＨＣが除去される。さらに、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａには、酸素が吸蔵される。このように、上層触媒層７１では、十分な酸素が存在するため、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａへの酸素の吸蔵と、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂに付着したＨＣの反応と、が同時に起こり得る。一方、上層触媒層７１において酸素が消費されるため、リーン空燃比に切り換わった直後には、下層触媒層７２へ供給される酸素は少ない。

図３Ｃは、リーン空燃比のときに上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａにある程度の酸素が吸蔵された後（図２のＴ１Ｃのとき）の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａにある程度の酸素が吸蔵されると、酸素が下層触媒層７２に到達する。下層触媒層７２に到達した酸素は、まず、反応性の高い酸素吸蔵剤７２Ａに吸蔵される。このときには、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣはほとんど酸化されない。

図３Ｄは、リーン空燃比のときに下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにある程度の酸素が吸蔵された後（図２のＴ１Ｄのとき）の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。また、図３Ｅは、リーン空燃比のときに下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに酸素が供給されたとき（図２のＴ１Ｅのとき）の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにある程度の酸素が吸蔵された後に、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣと酸素とが反応する。このように、単にリッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わったとしても、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣが酸素と反応するまでには時間を要するため、ＨＣ被毒が回復するまでに時間を要する。

そこで本実施例では、内燃機関１がリッチ空燃比での運転から、最終的な目標となるリーン空燃比（リーン目標空燃比）での運転へ移行する際に、リッチ空燃比での運転から第一運転と第二運転とを経てリーン目標空燃比での運転へ移行する。図４は、本実施例に係る第一運転及び第二運転を実施したときの空燃比の推移を示した図である。ここで、第一運転では、三元触媒７に流入する排気の空燃比を一時的にリーン空燃比にする。この第一運転では、たとえば内燃機関１の気筒２内の空燃比をリーン空燃比（図４のＡＦ１）として該内燃機関１を運転する。なお、第一運転中のリーン空燃比は、リーン目標空燃比と同じ空燃比であってもよいが、異なる空燃比であってもよい。第一運転では、主に上層触媒層７１のＨＣ被毒を回復させる。

第二運転では、三元触媒７に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比（図４のＡＦ３）とリーン空燃比（図４のＡＦ２）とに交互に複数回変化させる。第二運転におけるリッチ空燃比は、第一運転が実施される前のリッチ空燃比よりも高い空燃比とし、第二運転におけるリーン空燃比は、第一運転におけるリーン空燃比及びリーン目標空燃比よりも低い空燃比とする。ただし、第二運転におけるリッチ空燃比は、第一運転が実施される前のリッチ空燃比と同じであってもよいし、第二運転におけるリーン空燃比は、第一運転におけるリ
ーン空燃比またはリーン目標空燃比と同じであってもよい。第二運転では、主に下層触媒層７２のＨＣ被毒を回復させる。ここで、第二運転では、理論空燃比を目標とする燃料噴射量または吸入空気量のフィードバック制御を行うことで、三元触媒７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とに交互に複数回変化させる。このフィードバック制御では、リッチ空燃比の場合には、空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射量を減量させるか又は吸入空気量を増量させ、リーン空燃比の場合には、空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射量を増量させるか又は吸入空気量を減量させる。このようなフィードバック制御を実施することにより、三元触媒７に流入する排気の空燃比が、結果的に、理論空燃比を境に、リッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に変化する。なお、上記フィードバック制御に代えて、所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比とを目標として、交互に空燃比を変化させてもよい。また、第二運転を実施しているときの最も低い空燃比を１４．２に設定することにより、ＨＣの排出を抑制しつつ、ＮＳＲ触媒８においてアンモニアを生成することができる。

ここで、図５Ａから図５Ｆは、三元触媒７に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比から第一運転及び第二運転を経てリーン空燃比に変化するときの上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を所定時間ごとに推定した図である。なお、三元触媒７においてどのように酸素が吸蔵・放出されるのか、さらには、どのようにＨＣ被毒が回復されるのかは必ずしも明らかではないが、以下のように考えることができる。また、仮に本願で説明の現象と異なる現象によってＨＣ被毒が回復したとしても、本願発明の構成を含んでＨＣ被毒が回復される限り、本願の権利範囲に属する。

図５Ａは、リッチ空燃比のときの上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。このときの状態は、図３Ａに示した状態と同じである。

図５Ｂは、リッチ空燃比から第一運転のリーン空燃比（図４のＡＦ１）に切り換わった直後の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。破線の矢印は、酸素の流れを示している。リッチ空燃比からリーン空燃比に切り換わると、上層触媒層７１では酸素濃度が高くなるために、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂに付着したＨＣと酸素とが反応して該ＨＣが除去される。さらに、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａには、酸素が吸蔵される。このように、上層触媒層７１では、十分な酸素が存在するため、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａへの酸素の吸蔵と、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂに付着したＨＣの反応と、が同時に起こり得る。一方、上層触媒層７１において酸素が消費されるため、リーン空燃比に切り換わった直後には、下層触媒層７２へ供給される酸素は少ない。

図５Ｃは、第一運転のリーン空燃比（図４のＡＦ１）のときに上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａにある程度の酸素が吸蔵された後の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａにある程度の酸素が吸蔵されると、酸素が下層触媒層７２に到達する。下層触媒層７２に到達した酸素は、まず、反応性の高い酸素吸蔵剤７２Ａに吸蔵される。このときには、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣはほとんど酸化されない。

このように、第一運転を実施すると、排気中の酸素濃度が高くなるため、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂに付着したＨＣが酸素と反応する。さらに、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａにも酸素が速やかに吸蔵される（図５Ｃ）。このため、第一運転を実施することにより、下層触媒層７２へ酸素が到達し易くなる。さらに、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにも酸素が吸蔵される。

図５Ｄは、第一運転から第二運転に切り換わった直後のリッチ空燃比（図４のＡＦ３）のときの上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。第二運転では、図
４に示すＡＦ２とＡＦ３とに空燃比を複数回切り換える。第二運転に移行してリッチ空燃比（図４のＡＦ３）になると、リーン空燃比（図４のＡＦ１またはＡＦ２）のときに下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに吸蔵されていた酸素が貴金属７２Ｂを介して放出される。この酸素は、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣと反応して、該ＨＣを除去する。

このように、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに酸素が満たされる前であっても、リッチ空燃比のときに下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａから放出される酸素により、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着しているＨＣを除去することができる。仮に、リーン空燃比での運転を継続した場合、すなわち、図２の破線で示したように空燃比が変化する場合には、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａの反応性が高いために、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａへ十分な量の酸素が吸蔵された後でなければ、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着しているＨＣと酸素とが反応し難い。

また、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａからの酸素の放出が終了した後にもリッチ空燃比での運転を続けると、上層触媒層７１の貴金属７１Ｂ及び下層触媒層７２の貴金属７２ＢにＨＣが付着してしまう。これに対し、本願の第二運転のように、リッチ空燃比での運転と、リーン空燃比での運転と、を交互に繰り返すことにより、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａからの酸素の放出と、下層触媒層７２への酸素の吸蔵と、を繰り返すことができる。この結果、後述する図５Ｅ及び図５Ｆに示すように、下層触媒層７２のＨＣ被毒を回復することができる。

図５Ｅは、第二運転のリッチ空燃比（図４のＡＦ３）での運転からリーン空燃比（図４のＡＦ２）での運転に切り換わった直後の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。リーン空燃比で運転することにより、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａ及び下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに酸素が吸蔵される。すなわち、図５Ｄに示すように下層触媒層７２のＨＣ被毒の回復のためにリッチ空燃比のときに下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａから酸素が放出されたとしても、リーン空燃比のときに下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに酸素を供給することができる。

図５Ｆは、第二運転のリーン空燃比（図４のＡＦ２）での運転からリッチ空燃比（図４のＡＦ３）での運転に切り換わった直後の上層触媒層７１及び下層触媒層７２の状態を示した図である。このときの状態は、図５Ｄに示した状態と同じである。このように、第二運転を実施しているときには、三元触媒７へ新たにＨＣが付着することを抑制しつつ、下層触媒層７２の貴金属７２ＢからＨＣを除去することができる。

したがって、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａへ十分な量の酸素が吸蔵される前であっても、該下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにある程度溜まった酸素を放出させ、それを繰り返すことにより、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣを除去することができる。これにより、三元触媒７のＨＣ被毒を早期に回復することができる。

なお、第一運転は、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにある程度の酸素が吸蔵されるまで実施してもよいし、下層触媒層７２へ酸素が到達するまで実施してもよい。この期間の最適値は、予め実験またはシミュレーション等により求めてもよい。

図６は、本実施例に係るＨＣ被毒回復制御を実施するか否かを判定するためのフローを示したフローチャートである。本フローは、排気の空燃比がリッチ空燃比のときに所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。このリッチ空燃比は、例えば、ＳＣＲ触媒９へ還元剤を供給するために実施されるリッチスパイク制御時の空燃比である。このリッチ空燃比は、ＮＳＲ触媒８においてアンモニアの生成に適した空燃比であり、第二運転中のリッ
チ空燃比よりも低い空燃比である。

ステップＳ１０１では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々の被毒増加カウンタが算出される。被毒増加カウンタは、三元触媒７に新たに付着するＨＣ量を算出するためのカウンタである。被毒増加カウンタは、空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量に基づいて算出される。被毒増加カウンタは、前回のステップＳ１０１の実行時から、今回のステップＳ１０１の実行時までの間に増加し得るＨＣ被毒量（ＨＣの付着量）の最大値として求められる。

ここで、図７は、空燃比とＨＣ被毒量との関係を示した図である。このＨＣ被毒量は、三元触媒７における単位時間当たりに増加するＨＣ被毒量（すなわち、単位時間当たりに増加するＨＣの量）である。空燃比は、三元触媒７に流入する排気の空燃比または内燃機関１の気筒２内の空燃比である。空燃比が低くなるほど（リッチになるほど）、排気中に含まれるＨＣが多くなるため、ＨＣ被毒量が大きくなる。

また、図８は、三元触媒７の温度とＨＣ被毒量との関係を示した図である。このＨＣ被毒量は、三元触媒７における単位時間当たりに増加するＨＣ被毒量である。所定の温度までは温度が高いほどＨＣ被毒量が増加するが、所定の温度以上では温度が高いほどＨＣ被毒量が減少する。すなわち、ＨＣ被毒量が最大となる温度が存在し、この所定の温度よりも低くなるほどＨＣ被毒量が小さくなり、または、この所定の温度よりも高くなるほどＨＣ被毒量が小さくなる。

図９は、内燃機関１の吸入空気量とＨＣ被毒量との関係を示した図である。このＨＣ被毒量は、単位時間当たりに増加するＨＣ被毒量である。吸入空気量が多くなるほど、三元触媒７を通過する排気の量が多くなるため、三元触媒７に流入するＨＣ量も多くなる。このため、吸入空気量が多くなるほど、ＨＣ被毒量が大きくなる。

このように、空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量に応じて、ＨＣ被毒量が変化するため、これらの値に基づいて、被毒増加カウンタを求める。空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量から被毒増加カウンタを求めるマップを予め実験またはシミュレーション等を行って作成しておけば、空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量に基づいて被毒増加カウンタを求めることができる。

ステップＳ１０２では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々について被毒カウンタが算出される。この被毒カウンタは、現時点でのＨＣ被毒量を示す。なお、被毒カウンタは、ＨＣ被毒量と相関関係のある値としてもよい。被毒カウンタは、前回のステップＳ１０２で算出された被毒カウンタに、ＨＣ被毒量の増加分を加算することにより求められる。このＨＣ被毒量の増加分の最大値は、ステップＳ１０１で算出される被毒増加カウンタの値である。

ここで、ＨＣ被毒量は、三元触媒７における酸素吸蔵量の影響を受ける。例えば、酸素吸蔵量が多いほど、ＨＣが酸化され易くなるので、ＨＣ被毒量は増加し難くなる。しかし、ステップＳ１０１で算出される被毒増加カウンタは、酸素吸蔵量の影響を考慮していない。このため、ＥＣＵ１０は、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々の酸素吸蔵量を算出し、この値に基づいて、被毒増加カウンタを補正する。

図１０は、被毒増加カウンタを補正するための被毒増加係数を算出するフローを示したフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。本フローにより算出される被毒増加係数は、ステップＳ１０２において利用される。

ステップＳ２０１では、上層触媒層７１の酸素吸蔵量が算出される。上層触媒層７１の酸素吸蔵量は、上層触媒層７１において、現時点の空燃比において酸素が飽和したときの酸素吸蔵量（以下、飽和酸素吸蔵量ともいう。）と前回のステップＳ２０１で算出される酸素吸蔵量との差（以下、「ΔＯＳＣ１」という。）に応じて変化する。なお、飽和酸素吸蔵量は、空燃比によって変化する。

ここで、図１１は、空燃比と飽和酸素吸蔵量との関係を示した図である。この関係は、実験またはシミュレーション等により求めることができる。飽和酸素吸蔵量は、その時の空燃比が十分な時間継続した時の酸素吸蔵量である。すなわち、その時の空燃比での上層触媒層７１の酸素吸蔵量の最大値である。図１１に示したように、空燃比が高くなるほど、飽和酸素吸蔵量は大きくなる。特に、理論空燃比付近で飽和酸素吸蔵量が大きく変化する。空燃比が低下すると飽和酸素吸蔵量が低下するため、実際の酸素吸蔵量が飽和酸素吸蔵量に達している場合には、空燃比が低下したときに、酸素吸蔵剤から酸素が放出される。

酸素吸蔵量を算出するために、酸素吸蔵量の変化量を求める。そして、酸素吸蔵量の変化量を積算することにより、酸素吸蔵量を算出する。酸素吸蔵量の変化量は、ΔＯＳＣ１に、時間と、係数と、を乗算することにより求まる。すなわち、「酸素吸蔵量の変化量＝ΔＯＳＣ１×時間×係数」の関係が成立する。このときに用いる「時間」は、図１０に示すフローチャートが前回実施されてから今回実施されるまでの時間である。ΔＯＳＣ１は、前述のように、現時点における飽和酸素吸蔵量と、前回のステップＳ２０１で算出される酸素吸蔵量との差である。現時点における飽和酸素吸蔵量は、現時点における空燃比から図１１を用いて求めることができる。ΔＯＳＣ１は、負の値にもなり得る。前回のステップＳ２０１で算出される酸素吸蔵量は、ＥＣＵ１０が記憶している。ここでいう係数は、ΔＯＳＣ１によって変わる。すなわち、ΔＯＳＣ１が大きいほど、酸素吸蔵量の変化量が大きくなり易くなるので、ΔＯＳＣ１に基づいて係数を変化させる。ΔＯＳＣ１と係数との関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

このようにΔＯＳＣ１に時間及び係数を乗算することで、上層触媒層７１の酸素吸蔵量の変化量を求めることができる。そして、この上層触媒層７１の酸素吸蔵量の変化量を、前回のステップＳ２０１で算出される上層触媒層７１の酸素吸蔵量に加算することにより、現時点における上層触媒層７１の酸素吸蔵量を算出することができる。すなわち、以下の関係が成立する。
上層触媒層７１の酸素吸蔵量＝前回のステップＳ２０１で算出される上層触媒層７１の酸素吸蔵量＋ΔＯＳＣ１×時間×係数

ステップＳ２０２では、下層触媒層７２の酸素吸蔵量が算出される。下層触媒層７２の酸素吸蔵量は、下層触媒層７２において、現時点の空燃比における飽和酸素吸蔵量と前回のステップＳ２０２で算出される酸素吸蔵量との差（以下、「ΔＯＳＣ２」という。）に応じて変化する。下層触媒層７２の酸素吸蔵量は、前回のステップＳ２０２で算出される下層触媒層７２の酸素吸蔵量に、下層触媒層７２の酸素吸蔵量の変化量を加算することにより求めることができる。下層触媒層７２の酸素吸蔵量の変化量は、ΔＯＳＣ２に、時間と、係数と、下層補正値と、を乗算することにより求まる。すなわち、「酸素吸蔵量の変化量＝ΔＯＳＣ２×時間×係数×下層補正値」の関係が成立する。ΔＯＳＣ２、時間、係数は上層触媒層７１と同様にして求めることができる。

下層補正値は、上層触媒層７１の酸素吸蔵量の影響による変化分を補正するために用いられる。図１２は、上層触媒層７１のΔＯＳＣ１から下層補正値を求めるための図である。横軸は、上層触媒層７１のΔＯＳＣ１の絶対値である。上層触媒層７１の酸素吸蔵量が大きく変化したときには、上層触媒層７１で酸素の吸蔵または放出が活発に行われている
。このため、排気の空燃比の変化の影響が上層触媒層７１において吸収されている。したがって、下層触媒層７２では空燃比の変化の影響が小さくなる。すなわち、上層触媒層７１のΔＯＳＣ１の絶対値が大きいほど、下層触媒層７２の酸素吸蔵量の変化量は小さくなる。このため、上層触媒層７１のΔＯＳＣ１の絶対値が大きくなるほど、下層補正値を小さくしている。下層補正値は、０以上１以下の値である。図１２の関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

このようにΔＯＳＣ２に時間、係数及び下層補正値を乗算することで、下層触媒層７２の酸素吸蔵量の変化量を求めることができる。そして、この下層触媒層７２の酸素吸蔵量の変化量を、前回のステップＳ２０２で算出される下層触媒層７２の酸素吸蔵量に加算することにより、現時点における下層触媒層７２の酸素吸蔵量を算出することができる。すなわち、以下の関係が成立する。
下層触媒層７２の酸素吸蔵量＝前回のステップＳ２０２で算出される下層触媒層７２の酸素吸蔵量＋ΔＯＳＣ２×時間×係数×下層補正値

ステップＳ２０３では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２夫々の酸素吸蔵割合に基づいて、上層触媒層７１及び下層触媒層７２夫々の被毒増加係数が算出される。図１３は、酸素吸蔵割合と、被毒増加係数との関係を示した図である。酸素吸蔵割合は、現時点での酸素吸蔵量を飽和酸素吸蔵量で除算した値である。被毒増加係数は、被毒増加カウンタに乗算することで、該被毒増加カウンタを補正するために用いる。すなわち、以下の関係が成立する。
補正後の被毒増加カウンタ＝補正前の被毒増加カウンタ×被毒増加係数
被毒増加係数は、０以上１以下の値である。ここで、酸素吸蔵割合が高いほど、ＨＣ被毒量が増加し難くなるので、被毒増加係数は小さくなる。酸素吸蔵割合が０の場合、すなわち、酸素吸蔵量が０の場合には、被毒増加係数が１となり、被毒増加カウンタの値がＨＣ被毒量の増加分となる。

図６のフローに戻る。ステップＳ１０２において、被毒カウンタが算出される。被毒カウンタは、被毒増加カウンタに被毒増加係数を乗算し、この値を積算することで算出される。すなわち、被毒増加カウンタに被毒増加係数を乗算して求められる値を、前回のステップＳ１０２で算出された被毒カウンタに加算することで、新たな被毒カウンタを算出する。すなわち、以下の関係が成立する。
被毒カウンタ＝前回のステップＳ１０２で算出された被毒カウンタ＋被毒増加カウンタ

ステップＳ１０３では、リッチ空燃比以外での運転が要求されているか否か判定される。本ステップでは、リーン空燃比での運転が要求されているか否か判定される。すなわち、リッチ空燃比での運転が終了するか否か判定される。例えば、ＮＳＲ触媒８またはＳＣＲ触媒９へ還元剤を供給するために、内燃機関１をリッチ空燃比で運転することがある。この場合、ＮＳＲ触媒８またはＳＣＲ触媒９への還元剤の供給が完了するとリーン空燃比での運転に切り換える。したがって、ＮＳＲ触媒８またはＳＣＲ触媒９への還元剤の供給が完了したときに、リッチ空燃比以外での運転が要求されていると判定することができる。また、内燃機関１の高負荷運転時には内燃機関１をリッチ空燃比で運転することがある。この場合、内燃機関１の出力が要求される所定の運転領域以外の運転領域に入ったときに、リッチ空燃比以外での運転が要求されていると判定することができる。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローを終了させる。

ステップＳ１０４では、ＨＣ被毒回復制御が実施される。図１４は、ＨＣ被毒回復制御のフローチャートであって、特に上層触媒層におけるＨＣ被毒回復制御を示すフローチャートである。本フローはステップＳ１０４においてＥＣＵ１０により実行される。

ステップＳ３０１では、リッチ空燃比以外での運転の要求が継続しているか否か判定される。ＨＣ被毒回復制御中にリッチ空燃比での運転が要求された場合もあるため、このような場合には、ＨＣ被毒回復制御を終了させてリッチ空燃比での運転へ移行する。ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進む。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、図６のフローに戻る。この場合、図６のステップＳ１０４の処理が完了するため、図６に示したフローが終了する。また、図６のフローに戻るときに第一運転が実施されている場合には、第一運転を終了させる。本フローにおける第一運転は、ステップＳ３０４で実施される減筒運転、または、ステップＳ３０６で実施されるリーン空燃比での運転である。

ステップＳ３０２では、上層触媒層７１の被毒カウンタ（上層被毒カウンタともいう。）が閾値以上であるか否か判定される。本ステップでは、三元触媒７へ流入する排気の空燃比をリーン空燃比とすることで、上層触媒層７１のＨＣ被毒を回復させるか否か判定している。すなわち、第一運転を実施するか否か判定している。この閾値は、上層触媒層７１のＨＣ被毒の回復を行う上層被毒カウンタの値である。この閾値は、三元触媒７における排気の浄化性能が許容範囲よりも低くなるような上層被毒カウンタの値、または、三元触媒７における排気の浄化性能が許容範囲よりも低くなる虞のある上層被毒カウンタの値として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進む。

ステップＳ３０３では、減筒運転が可能か否か判定される。本ステップでは、減筒運転を実施することにより、三元触媒７へ流入する排気の空燃比を第一運転におけるリーン空燃比とすることができるか否か判定している。すなわち、減筒運転を実施することにより第一運転を実施可能か否か判定している。ここで、一部の気筒２において、通路内噴射弁８１または筒内噴射弁８２からの燃料噴射を停止させることにより、該一部の気筒２から空気を排出させることができる。燃料噴射を実施する他の気筒では、例えば理論空燃比またはリーン空燃比となるように燃料を供給する。これにより、三元触媒７へ流入する排気の空燃比はリーン空燃比となる。

また、燃焼を行う気筒２において理論空燃比で燃焼を行うことにより、内燃機関１からＨＣが排出されることを抑制できる。すなわち、全気筒２においてリーン空燃比で燃焼を行うよりも、ＨＣの排出量を低減することができる。また、燃焼を行う気筒２においてリーン空燃比で燃焼を行ってもよい。そうすると、他の気筒２から排出される空気により、三元触媒７に流入する排気の空燃比がさらに高くなる。リーン空燃比で運転する気筒２においては、均質燃焼または成層燃焼を実施してもよい。

しかし、燃料噴射を停止した気筒２では、トルクが発生しないため、内燃機関１の運転状態に与える影響が大きい。さらに、一部の気筒２で燃料噴射を停止すると、振動や騒音が発生する虞がある。このため、内燃機関１に要求されるトルクを発生させることができ、且つ、振動や騒音が許容範囲内となる場合に限り減筒運転が可能であると判定する。たとえば、振動や騒音を抑制し得る所定負荷以上のときで、且つ、要求トルクを発生可能な吸入空気量を得ることができる運転領域のときに、減筒運転が実施可能であると判定する。なお、減筒運転をするときに燃料噴射を停止させる気筒２の数を、振動や騒音が許容範囲内となるように決定してもよい。

ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進んで、減筒運転が実施される。これにより、三元触媒７に流入する排気中の酸素濃度が高くなるため、上層触媒層７１のＨＣ被毒の回復を促進させることができる。

一方、ステップＳ３０３で否定判定がなされた場合には、ステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５では、内燃機関１をリーン空燃比で運転可能であるか否か判定される。内燃機関１をリーン空燃比で運転させることにより、三元触媒７へ流入する排気の空燃比をリーン空燃比とすることができる。なお、本ステップでは、まず、内燃機関１からのＨＣの排出量を比較的少なくでき且つ内燃機関１からの酸素の排出量を比較的多くできる成層燃焼を実施可能か否か判定する。

ここで、本実施例に係る第一運転では、上層触媒層７１へ速やかに酸素を送りたいために、空燃比は高いほうがよい。内燃機関１をリーン空燃比で運転するために、均質燃焼を実施してもよいが、成層燃焼を実施することで空燃比をより高くすることができる。理論空燃比に近いリーン空燃比では、成層燃焼よりも均質燃焼のほうがＨＣの排出量が少ない。しかし、リーンの度合いが高くなると、均質燃焼よりも成層燃焼のほうが、安定した燃焼を行うことができるため、ＨＣの排出量が少なくなる。したがって、均質燃焼よりも成層燃焼のほうが、より高い空燃比で運転することができる。このため、成層燃焼を実施することによりＨＣ被毒の回復を促進させることができる。

リーン空燃比で運転するときに成層燃焼を行う場合には、気筒２内の乱れが閾値以下の場合に成層燃焼が成立する。したがって、気筒２内の乱れが閾値を超えるような運転領域の場合には、リーン空燃比で運転可能でないと判定される。

なお、成層燃焼を実施できない場合には、均質燃焼を実施可能か否か判定してもよい。均質燃焼によるリーン空燃比で内燃機関１を運転すると、内燃機関１から排出されるＨＣ量が増加する虞がある。このため、例えば、ＨＣの排出量が許容値を超える場合には、リーン空燃比で運転可能でないと判定される。

なお、リーン空燃比で運転するときには、三元触媒７ではＮＯｘの浄化は困難である。一方、リーン空燃比で運転するときには、ＮＳＲ触媒８にＮＯｘを吸蔵させることができる。ＮＳＲ触媒８に吸蔵されたＮＯｘは、第二運転を実施したときに該ＮＳＲ触媒８から放出される。このＮＳＲ触媒８から放出されるＮＯｘは、ＳＣＲ触媒９において還元することができる。しかし、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が多すぎると、ＮＳＲ触媒８に吸蔵しきれなくなったり、ＳＣＲ触媒９で浄化しきれなくなったりする虞がある。したがって、ＮＳＲ触媒８から流出するＮＯｘを、ＳＣＲ触媒９が吸着しているアンモニアで還元可能な場合に、内燃機関１をリーン空燃比で運転可能であると判定してもよい。これは、ＮＳＲ触媒８が吸蔵しているＮＯｘを、ＳＣＲ触媒９が吸着しているアンモニアで還元可能な場合に、内燃機関１をリーン空燃比で運転可能であると判定するともいえる。

均質燃焼よりも成層燃焼のほうがＨＣの排出量が少なくなる空燃比では、均質燃焼よりも成層燃焼のほうがＮＯｘの排出量が多くなる。このＮＯｘは、ＮＳＲ触媒８に吸蔵させたり、ＳＣＲ触媒９で還元したりできる。このため、成層燃焼を行うことにより内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が増加したとしても、大気中へＮＯｘが排出されることを抑制できる。

ステップＳ３０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０６へ進んで、内燃機関１をリーン空燃比で運転させる。すなわち、成層燃焼または均質燃焼を実施することにより、内燃機関１からの排気の空燃比をリーン空燃比にする。一方、ステップＳ３０５で否定判定がなされた場合にはステップＳ３１０へ進んで、第一運転を実施しないことにし、その後、ステップＳ３０１へ戻る。

ステップＳ３０７では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々の被毒減少カウンタが算出される。被毒減少カウンタは、三元触媒７から除去されるＨＣ量を算出するための
カウンタである。被毒減少カウンタは、空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量に基づいて算出される。被毒減少カウンタは、前回のステップＳ３０７の実行時から、今回のステップＳ３０７の実行時までの間に減少し得るＨＣ被毒量の最大値として求められる。

ここで、図１５は、空燃比とＨＣ被毒回復量との関係を示した図である。このＨＣ被毒回復量は、三元触媒７における単位時間当たりに減少するＨＣ被毒量（すなわち、単位時間当たりに減少するＨＣの量）である。空燃比は、三元触媒７に流入する排気の空燃比または内燃機関１の気筒２内の空燃比である。空燃比が高くなるほど（リーンになるほど）、排気中に含まれる酸素が多くなるため、ＨＣ被毒回復量が大きくなる。

また、図１６は、三元触媒７の温度とＨＣ被毒回復量との関係を示した図である。このＨＣ被毒回復量は、三元触媒７における単位時間当たりに減少するＨＣ被毒量である。三元触媒７の温度が高いほどＨＣ被毒回復量が大きくなる。ここで、三元触媒７の温度が活性化温度よりも低い場合には、三元触媒７の温度が高くなったとしても、ＨＣ被毒回復量はあまり大きくならない。したがって、活性化温度よりも低い場合には、温度の変化に対するＨＣ被毒回復量の変化は小さい。すなわち、活性化温度未満では、図１６において傾きが小さい。一方、三元触媒７の温度が活性化温度以上となると、三元触媒７の温度の変化に対する、ＨＣ被毒回復量の変化が大きくなる。すなわち、活性化温度以上になると、図１６において傾きが大きくなる。しかし、三元触媒７の温度がさらに高くなると、温度が変化しても、ＨＣと酸素との反応速度の変化が小さいため、図１６における傾きが小さくなる。

図１７は、内燃機関１の吸入空気量とＨＣ被毒回復量との関係を示した図である。このＨＣ被毒回復量は、単位時間当たりに減少するＨＣ被毒量である。吸入空気量が多くなるほど、三元触媒７を通過する排気の量が多くなるため、三元触媒７に流入する酸素量も多くなる。このため、吸入空気量が多くなるほど、ＨＣ被毒回復量が大きくなる。

このように、空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量に応じて、ＨＣ被毒回復量が変化するため、これらの値に基づいて、被毒減少カウンタを求める。空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量から被毒減少カウンタを求めるマップを予め実験またはシミュレーション等を行って作成しておけば、空燃比、三元触媒７の温度、内燃機関１の吸入空気量に基づいて被毒減少カウンタを求めることができる。

ステップＳ３０８では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々の被毒カウンタが算出される。本ステップでは、ＨＣ被毒量が減少した分を、被毒カウンタから減算している。被毒カウンタは、前回のステップＳ３０８で算出された被毒カウンタから、ＨＣ被毒量の減少分を減算することにより求められる。このＨＣ被毒量の減少分の最大値は、ステップＳ３０７で算出される被毒減少カウンタである。すなわち、以下の関係が成立する。
被毒カウンタ＝前回のステップＳ３０８で算出された被毒カウンタ−ＨＣ被毒量の減少分

ここで、ＨＣ被毒回復量は、酸素吸蔵量の影響を受ける。例えば、酸素吸蔵量が多いほど、ＨＣが酸化され易くなるので、ＨＣ被毒回復量は大きくなる。しかし、ステップＳ３０７で算出される被毒減少カウンタは、酸素吸蔵量の影響を考慮していない。このため、ＥＣＵ１０は、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々の酸素吸蔵量を算出し、この値に基づいて、被毒減少カウンタを補正する。

図１８は、被毒減少カウンタを補正するための被毒回復係数を算出するフローを示したフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。本フ
ローにより算出される被毒回復係数は、ステップＳ３０８において利用される。

ステップＳ４０１では、上層触媒層７１の酸素吸蔵量が算出される。本ステップでは、ステップＳ２０１と同様にして上層触媒層７１の酸素吸蔵量が算出される。

ステップＳ４０２では、下層触媒層７２の酸素吸蔵量が算出される。本ステップでは、ステップＳ２０２と同様にして下層触媒層７２の酸素吸蔵量が算出される。

ステップＳ４０３では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の酸素吸蔵割合に基づいて、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の被毒回復係数が夫々算出される。図１９は、酸素吸蔵割合と、被毒回復係数との関係を示した図である。被毒回復係数は、被毒減少カウンタに乗算される。被毒回復係数は、０以上１以下の値である。ここで、酸素吸蔵割合が高いほど、ＨＣ被毒量が減少し易くなるので、被毒回復係数は大きくなる。

図１４のフローに戻る。ステップＳ３０８において、被毒カウンタが算出される。被毒カウンタは、被毒減少カウンタに被毒回復係数を乗算し、前回のステップＳ３０８で算出された被毒カウンタに加算することで、算出される。すなわち、以下の関係が成立する。
被毒カウンタ＝前回のステップＳ３０８で算出された被毒カウンタ＋被毒減少カウンタ×被毒回復係数

ステップＳ３０７で算出される被毒減少カウンタは負の値であるため、被毒カウンタは徐々に小さくなる。その後、ステップＳ３０１へ戻る。すなわち、上層被毒カウンタが閾値未満となるまで、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復される。これは、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復されるまで、第一運転を実施しているといえる。

一方、ステップＳ３０２で否定判定がなされた場合にはステップＳ３０９へ進む。なお、本実施例では、ステップＳ３０２において、上層被毒カウンタが閾値未満となった場合には、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復したものとして第一運転を終了させている。

ステップＳ３０９では、下層触媒層７２におけるＨＣ被毒回復制御が実施される。すなわち、第二運転が実施される。図２０は、下層触媒層７２におけるＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。本フローはステップＳ３０９においてＥＣＵ１０により実行される。なお、前述のフローと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。本フローでは、ステップＳ３０１において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０１へ進む。一方、ステップＳ３０１で否定判定がなされた場合には、図１４のステップＳ３０９へ戻り、該ステップＳ３０９の処理を終了させ、さらに、図６のフローに戻る。この場合、図６のステップＳ１０４の処理が完了するため、図６に示したフローが終了する。

ステップＳ５０１では、下層触媒層７２の被毒カウンタ（下層被毒カウンタともいう。）が閾値以上であるか否か判定される。本ステップでは、第二運転を実施可能か否か判定している。第二運転では、理論空燃比を目標としたフィードバック制御を実施する。すなわち、本ステップでは、理論空燃比を目標としたフィードバック制御により下層触媒層７２のＨＣ被毒を回復させるか否か判定している。この閾値は、下層触媒層７２のＨＣ被毒の回復を行う下層被毒カウンタの値である。この閾値は、三元触媒７における排気の浄化性能が許容範囲よりも低くなるような下層被毒カウンタの値、または、三元触媒７における排気の浄化性能が許容範囲よりも低くなる虞のある下層被毒カウンタの値として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、上層触媒層７１の閾値と、下層触媒層７２の閾値と、は同じ値であってもよいが、異なる値であってもよい。ステップＳ５０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ５０２へ進む。一方、ステップＳ５０１
で否定判定がなされた場合には、図１４のステップＳ３０９へ戻り、該ステップＳ３０９の処理を終了させ、さらに、図６のフローに戻る。この場合、図６のステップＳ１０４の処理が完了するため、図６に示したフローが終了する。ステップＳ５０１で否定判定がなされた場合にはＨＣ被毒は回復しているため、ＥＣＵ１０は、最終的な目標空燃比であるリーン目標空燃比での運転へ移行させる。

なお、本実施例においてはステップＳ３０２またはステップＳ５０１を処理するＥＣＵ１０が、本発明における判定部に相当する。また、本実施例では、図６，１３，１９に示したフローを処理するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

ステップＳ５０２では、理論空燃比を目標としたフィードバック制御が実施される。本ステップでは、三元触媒７へ流入する排気の空燃比が理論空燃比となるように、通路内噴射弁８１または筒内噴射弁８２からの燃料噴射量をフィードバック制御する。本ステップでは、理論空燃比を目標としたフィードバック制御により第二運転を実施する。具体的には、第一空燃比センサ９１により検知される空燃比が、リッチ空燃比の場合には燃料噴射量を減少させ、リーン空燃比の場合には燃料噴射量を増加させる。このため、三元触媒７へ流入する排気の空燃比は、理論空燃比を中心としてリッチ空燃比（図４のＡＦ３）とリーン空燃比（図４のＡＦ２）とに交互に変化する。なお、本ステップでは、燃料噴射量をフィードバック制御しているが、これに代えて、内燃機関１の吸入空気量、または二次空気量をフィードバック制御してもよい。さらに、本ステップでは、理論空燃比を目標としたフィードバック制御を実施しているが、これに代えて、リッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に目標空燃比を切り換える制御を実施してもよい。なお、何れの制御であっても、リーン空燃比が継続するのは、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにおいて酸素が飽和しない期間とし、リッチ空燃比が継続するのは、下層触媒層７２の貴金属７２ＢにおいてＨＣが新たに付着しない期間とすることが望ましい。

なお、本実施例に係る第二運転においてリーン空燃比とするときには、減筒運転を実施してもよい。この場合、空燃比をリーン側へ変更するときに、一部の気筒２において燃料供給を停止させ、燃焼を行う他の気筒２においては理論空燃比となるように燃料を供給してもよい。第二運転において減筒運転を実施することができない場合には、一部の気筒２においてリーン空燃比で運転し、他の気筒２において理論空燃比で運転してもよい。このときのリーン空燃比で運転する気筒においては、均質燃焼または成層燃焼を実施してもよい。第二運転においては、目標空燃比をリッチ空燃比とリーン空燃比とで交互に複数回変化させるディザ制御を実施してもよい。

ステップＳ５０３では、三元触媒７に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へと変化したときに、下層触媒層７２の被毒減少カウンタが算出される。本ステップにおける被毒減少カウンタは、下層触媒層７２の酸素吸蔵量及び被毒カウンタに基づいて算出される。

図２１は、下層触媒層７２における酸素吸蔵割合と、被毒カウンタと、被毒減少カウンタと、の関係を示した図である。下層触媒層７２における酸素吸蔵割合が高いほど、ＨＣ被毒が回復し易くなるので、被毒減少カウンタが大きくなる。さらに、被毒カウンタの値が大きいほど、ＨＣ被毒が回復し易くなるので、被毒減少カウンタが大きくなる。図２１に示した関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

ステップＳ５０４では、ステップＳ５０３で算出される被毒減少カウンタを、被毒カウンタから減算することにより、新たな被毒カウンタが算出される。このように、ＨＣ被毒量が減少した分を被毒カウンタから減算している。ステップＳ５０４の処理が完了するとステップＳ３０１へ戻る。すなわち、下層被毒カウンタが閾値未満となるまで、下層触媒
層７２のＨＣ被毒が回復される。これは、下層触媒層７２のＨＣ被毒が回復されるまで、第二運転を実施しているといえる。

ここで、第二運転を実施すると、理論空燃比近傍で空燃比が変化するためにＮＳＲ触媒８からＮＯｘが放出される。このときには、還元剤の不足によりＮＳＲ触媒８においてＮＯｘを浄化することは困難である。しかし、第一運転の前のリッチ空燃比のときにＮＳＲ触媒８においてアンモニアが生成されるので、ＳＣＲ触媒９に予めアンモニアを吸着させておくことができる。これにより、ＮＳＲ触媒８から流出するＮＯｘを、ＳＣＲ触媒９において浄化することができる。したがって、三元触媒７よりも下流に、ＮＳＲ触媒８及びＳＣＲ触媒９を設けることにより、ＮＯｘの浄化率をより高めることができる。

図２２は、ＨＣ被毒回復制御時の各種値の推移を示したタイムチャートである。上から順に、目標空燃比、上層触媒層７１の酸素吸蔵量、下層触媒層７２の酸素吸蔵量、上層触媒層７１の被毒カウンタ、下層触媒層７２の被毒カウンタを示している。Ｔ１で示した時点よりも前では、目標空燃比がリーン空燃比となっている。Ｔ１からＴ６までの期間では、目標空燃比がリッチ空燃比となっている。Ｔ６からＴ７までの期間は、第一運転が実施され、Ｔ７からＴ９までの期間は、第二運転が実施される。Ｔ９よりも後の期間では、目標空燃比がリーン目標空燃比となっている。

すなわち、Ｔ１で示した時点において、目標空燃比がリーン目標空燃比からリッチ空燃比に切り換わっている。これにより、まず上層触媒層７１の酸素吸蔵量が減少を始め、次いで下層触媒層７２の酸素吸蔵量が減少を始める。すなわち、上層触媒層７１の酸素吸蔵量がある程度減少してから、下層触媒層７２の酸素吸蔵量が減少を始める。このときには、下層触媒層７２のΔＯＳＣ２が大きいほど、下層触媒層７２の酸素吸蔵量の減少の度合いが大きくなる。リッチ空燃比になると、まず上層触媒層７１にＨＣが付着するため、上層触媒層７１の被毒カウンタはＴ１で示した時点から上昇を始める。一方、下層触媒層７２にＨＣが到達するには時間がかかるため、下層被毒カウンタは、Ｔ１よりも後に上昇を始める。

Ｔ２で示した時点において上層触媒層７１の酸素吸蔵量が０となる。上層触媒層７１の酸素吸蔵量が０となることにより、上層触媒層７１の被毒カウンタの上昇率が少し高まる。さらに、Ｔ３で示した時点において下層触媒層７２の酸素吸蔵量が０となる。下層触媒層７２の酸素吸蔵量が０となることにより、下層触媒層７２の被毒カウンタの上昇率が少し高まる。

ここで、目標空燃比がリーン空燃比のときには、上層触媒層７１及び下層触媒層７２にはＨＣがほとんど付着していないため、Ｔ１で示した時点では、上層触媒層７１の被毒カウンタ及び下層触媒層７２の被毒カウンタが０となっているが、Ｔ１で示した時点から後には、上層触媒層７１の被毒カウンタ及び下層の被毒カウンタが上昇する。そして、Ｔ４で示した時点において上層触媒層７１の被毒カウンタが最大値となり、Ｔ５で示した時点において下層触媒層７２の被毒カウンタが最大値となる。三元触媒７に付着しないＨＣは、三元触媒７から流出してＮＳＲ触媒８で反応する。

Ｔ６で示した時点において、リーンバーン運転へ切り換える要求が発生している。リーンバーン運転へ切り換える要求が発生すると、被毒回復制御が実施される。すなわち、Ｔ６で示した時点からリーン空燃比で運転する第一運転に切り換わる。第一運転においてリーン空燃比で運転することにより、主に上層触媒層７１において酸素吸蔵量が上昇すると共に、上層触媒層７１の被毒カウンタが下降する。そして、Ｔ７で示した時点において、上層触媒層７１の酸素吸蔵量が十分多くなる。上層触媒層７１の酸素吸蔵量が十分多くなるまでは下層触媒層７２に到達する酸素量は少ないので、Ｔ６からＴ７までの期間は下層
触媒層７２の酸素吸蔵量の上昇率は低く、下層触媒層７２の被毒カウンタの減少率も低い。

Ｔ７で示した時点から目標空燃比を理論空燃比として燃料噴射量をフィードバック制御する第二運転が実施される。このときの目標空燃比は理論空燃比であるが、実施の空燃比はリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に変化する。この第二運転の実施により、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにおいて酸素の吸蔵及び放出が繰り返し行われる。リッチ空燃比のときに下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａから酸素が放出されるときに、この酸素が下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着していたＨＣと反応するので、下層触媒層７２の被毒カウンタが減少する。なお、リーン空燃比のときよりも理論空燃比のときのほうが酸素吸蔵剤における飽和酸素吸蔵量が少ないので、第一運転から第二運転へ切り換わると、上層触媒層７１において酸素吸蔵量が減少する。また、第二運転が実施されているＴ８からＴ９までの期間では、上層触媒層７１において、酸素吸蔵量の増加と減少を繰り返しながら、全体としては、酸素吸蔵量が徐々に減少していく。

また、Ｔ８で示した時点において、上層触媒層７１の被毒カウンタが０となり、Ｔ９で示した時点において、下層触媒層７２の被毒カウンタが０となる。このため、Ｔ９で示した時点において第二運転が終了する。Ｔ９で示した時点よりも後には、目標空燃比がリーン目標空燃比となる。目標空燃比がリーン目標空燃比となることにより、上層触媒層７１の酸素吸蔵量及び下層触媒層７２の酸素吸蔵量が再度上昇する。下層触媒層７２の酸素吸蔵量の増加は、上層触媒層７１の酸素吸蔵量がある程度増加してから始まる。そして、Ｔ１０で示した時点において上層触媒層７１の酸素吸蔵量が上限値となり、Ｔ１１で示した時点において下層触媒層７２の酸素吸蔵量が上限値となる。

ところで、本実施例では、リッチ空燃比で運転してから、リーン目標空燃比への運転に切り換えるときに、第一運転及び第二運転を実施しているが、これに代えて、第二運転のみを実施しても、ＨＣ被毒は回復する。ここで、図２３は、内燃機関１の気筒２内の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるときの空燃比と三元触媒７から流出する排気中のＨＣ濃度との推移を示したタイムチャートである。

実線は最終的な目標空燃比であるリーン目標空燃比とする前に第一運転及び第二運転を実施した場合を示し、破線は最終的な目標空燃比であるリーン目標空燃比とする前に第二運転のみを実施した場合を示している。図２３に示されるように、三元触媒７から流出する排気中のＨＣ濃度は、第一運転及び第二運転を実施したほうが、第二運転のみを実施するよりも早く低下する。したがって、第一運転及び第二運転を実施したほうが、第二運転のみを実施するよりも、破線と実線との差の分だけＨＣの排出量を低減することができる。さらに、第一運転及び第二運転を実施したほうが、第二運転のみを実施するよりも、下層触媒層７２のＨＣ被毒の回復が早くなるので、リーン目標空燃比に切り換わるまでの時間を短縮することができる。したがって、第二運転のみを実施するよりも、第一運転及び第二運転を実施するほうが、燃費を向上させることができる。

以上説明したように本実施例によれば、リッチ空燃比で運転しているときに、リーン目標空燃比での運転へ移行する前に、第一運転及び第二運転を経てリーン空燃比へ移行するので、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに酸素が満たされる前であっても、下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣを除去することができる。このため、ＨＣ被毒を速やかに回復することができる。これにより、三元触媒７の浄化能力を速やかに回復させることができる。また、リーン空燃比へ早期に移行することができるため、燃費を向上させることができる。

なお、本実施例では、上層触媒層７１のＨＣ被毒回復と、下層触媒層７２のＨＣ被毒回
復とを順に行うために、第一運転の後に第二運転を実施している。これに対し、上層触媒層７１のＨＣ被毒回復または下層触媒層７２のＨＣ被毒回復の何れか一方を行うために、第一運転または第二運転の何れか一方を実施してもよい。上層触媒層７１のみにＨＣ被毒が発生している場合には、第一運転のみを実施してもよい。また、下層触媒層７２のみにＨＣ被毒が発生している場合には、第二運転のみを実施してもよい。

また、本実施例では、上層被毒カウンタが閾値未満となった場合には、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復したものとして第一運転を終了させているが、これに代えて、第一運転を所定期間実施した後に、第一運転を終了させてもよい。また、本実施例では、下層被毒カウンタが閾値未満となった場合には、下層触媒層７２のＨＣ被毒が回復したものとして第二運転を終了させているが、これに代えて、第二運転を所定期間実施してもよい。さらに、本実施例では上層被毒カウンタ及び下層被毒カウンタが夫々閾値以上の場合に第一運転及び第二運転を実施しているが、これに代えて、リッチ空燃比での運転からリーン目標空燃比での運転へ移行するときに、第一運転及び第二運転を必ず実施するようにしてもよい。また、本実施例ではＨＣ被毒が生じているか否かを上層被毒カウンタ及び下層被毒カウンタを用いて判定しているが、これに限らず、他の手法によりＨＣ被毒が生じているか否か判定してもよい。

（実施例２）
本実施例では、三元触媒７の硫黄被毒による劣化及び熱による劣化に応じて、ＨＣ被毒回復制御を実施する期間を変更する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

ここで、三元触媒７で硫黄被毒による劣化や熱による劣化が起こると、三元触媒７の酸素吸蔵能力（最大限吸蔵可能な酸素の量としてもよい。）が変化する。このため、ＨＣ被毒の回復に必要な酸素供給量（リーン空燃比とする期間、または、リーン度合いとしてもよい。）が変化する。ＨＣ被毒回復制御を硫黄被毒による劣化または熱による劣化に応じて実施すれば、必要最低限の時間でＨＣ被毒を回復することができるため、燃費を向上させたり、ＨＣの排出量を低減させたりすることができる。

ところで、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで担持する貴金属が異なる場合がある。このような場合には、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで硫黄被毒のし易さが異なる。例えば、上層触媒層７１にＲｈ、下層触媒層７２にＰｄを担持する場合がある。Ｐｄは、Ｒｈよりも硫黄被毒が起こり易い。硫黄被毒が発生している箇所ではＨＣ被毒は起こらない若しくはＨＣ被毒が起こったとしても浄化性能に変化はない。このため、硫黄被毒が生じている場合には、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで同じように硫黄被毒が起これば、下層触媒層７２のＰｄのＨＣ被毒量は、上層触媒層７１のＲｈのＨＣ被毒量よりも小さくなる。すなわち、硫黄被毒による劣化の度合いに応じて、上層触媒層７１と下層触媒層７２とのＨＣ被毒による劣化の度合いが変化する。熱劣化の場合にも同様に、熱劣化の度合いに応じて、上層触媒層７１と下層触媒層７２とのＨＣ被毒による劣化の度合いが変化する。

よって、上層触媒層７１及び下層触媒層７２のＨＣ被毒を回復するのに要する時間が、夫々の硫黄被毒の度合いや熱劣化の度合いによって変わる。このため、硫黄被毒による劣化や熱劣化を考慮して第一運転及び第二運転を実施すれば、第一運転及び第二運転を実施する期間をより正確に設定することができる。なお、ＨＣ被毒回復制御を決まった期間だけ実行する場合、または、ＨＣ被毒回復制御を三元触媒７の全体のＨＣ被毒量に基づいた期間だけ実行する場合にも、硫黄被毒による劣化や熱劣化が考慮されていないので、ＨＣ被毒回復制御を実施する期間に過不足が生じる虞がある。

図２４は、三元触媒７の酸素吸蔵量の推移を示した図である。三元触媒７の酸素吸蔵量は、熱劣化、硫黄被毒劣化、ＨＣ被毒劣化により低下する。図２４に示す酸素吸蔵量は、三元触媒７に最大限吸蔵可能な酸素の量である。酸素吸蔵量の減少は、熱劣化分と、硫黄被毒劣化分と、ＨＣ被毒劣化分とに分かれる。ここで、熱劣化は、回復することができない劣化である。一方、硫黄被毒は、硫黄被毒回復制御を実施することにより回復することができる。また、ＨＣ被毒もＨＣ被毒回復制御を実施することにより回復することができる。図２４において、実線が酸素吸蔵量の推移を示し、一点鎖線は初期状態（新品状態）の酸素吸蔵量を示し、破線は熱劣化による酸素吸蔵量の低下のみが起こっている場合の酸素吸蔵量を示している。

ここで、硫黄被毒回復制御は、三元触媒７の硫黄被毒のほか、ＮＳＲ触媒８またはＳＣＲ触媒９の硫黄被毒を回復させる場合にも実施される。硫黄被毒回復制御では、三元触媒７の温度を高温にし、且つ、酸素濃度を低下させた排気を三元触媒７に流通させる。なお、ＨＣ被毒回復制御（第一運転及び第二運転）を実施しても、硫黄被毒が回復される条件にはならないため、ＨＣ被毒回復制御（第一運転及び第二運転）を実施しても硫黄被毒は回復されない。硫黄被毒回復制御及びＨＣ被毒回復制御の両方を実施した場合には、三元触媒７に熱劣化の影響のみが残る。したがって、硫黄被毒回復制御及びＨＣ被毒回復制御を実施した後であれば、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を求めることができる。

さらに、硫黄被毒回復制御を実施せず、且つ、ＨＣ被毒回復処理を実施した場合には、熱劣化分と硫黄被毒劣化分とによって三元触媒７の酸素吸蔵量が減少している。酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量は上述のようにして求めることができる。なお、酸素吸蔵量の熱劣化による減少は、硫黄被毒による減少よりも緩やかに進行する。したがって、硫黄被毒回復制御が実施されてから、次の硫黄被毒回復制御が実施されるまでの間の酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量は、硫黄被毒回復制御が実施された直後に算出される熱劣化分の減少量をそのまま用いてもよい。さらに、硫黄被毒回復制御を実施するごとに、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を求めずに、硫黄被毒回復制御を複数回実施するごとに、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を求めてもよい。また、図２４の破線で示すように、以前に求められた酸素吸蔵量の熱劣化分の減少が、これ以降にも同じように続くものと仮定して、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を推定してもよい。すなわち、硫黄被毒回復制御及びＨＣ被毒回復制御を実施した直後に酸素吸蔵量の熱劣化による減少量を求め、この値を複数回記憶しておけば、以降の熱劣化分の減少量を推定することができる。たとえば、図２４に示した破線の傾きがその後も続くものと考えて、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を算出してもよい。なお、図２４に示した破線は直線であるが、これは曲線であってもよい。

このように、ＨＣ被毒回復処理を実施した直後の酸素吸蔵量の減少は、熱劣化分と硫黄被毒分とによるものであり、さらに熱劣化分は上述のようにして求めることができるので、残りが硫黄被毒による劣化分であると考えることができる。すなわち、初期の酸素吸蔵量から、熱劣化分による減少量と、ＨＣ被毒を回復した直後に最大限吸蔵可能な酸素の量（ＨＣ被毒分による減少量としてもよい。）と、を減算することにより、硫黄被毒分による減少量を算出することができる。

なお、現時点で最大限吸蔵可能な酸素の量は、三元触媒７よりも上流の排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化してから、三元触媒７よりも下流の排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化するまでの時間に基づいて求めることができる。また、現時点で最大限吸蔵可能な酸素の量は、三元触媒７よりも上流の排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化してから、三元触媒７よりも下流の排気の空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比へ変化するまでの時間に基づいて求めることもできる。現時点で最大限吸蔵可能な酸素の量を求めるときのリッチ空燃比及びリーン空燃比は、第一運転及び第二運転における空燃比とは関係がない。

ここで、図２５は、三元触媒７よりも上流の排気の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させたときの、三元触媒７よりも下流の排気の空燃比の推移を示したタイムチャートである。一点鎖線で示した矢印は、三元触媒７の劣化の進行とともに移動する方向を示している。

三元触媒７に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化してから、三元触媒７から流出する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化するまでの時間は、三元触媒７に吸蔵されている酸素の量が多いほど長くなる。ここで、三元触媒７に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化しても、三元触媒７に酸素が吸蔵されている間は、三元触媒７から酸素が放出されないため、三元触媒７から流出する排気の空燃比が理論空燃比となる。したがって、三元触媒７の劣化が進んで、吸蔵可能な酸素の量が少なくなると、三元触媒７よりも下流の排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化するまでの時間が短くなる。この時間と酸素吸蔵量（劣化の度合いとしてもよい。）との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めておけば、排気の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比へ変化させることで、三元触媒７の酸素吸蔵量を求めることができる。

図２６は、三元触媒７の酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を求めるためのフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０により所定時間毎に実施される。

ステップＳ６０１では、硫黄被毒回復制御が実施されたか否か判定される。硫黄被毒回復制御は、三元触媒７の硫黄被毒を回復する制御であってもよく、ＮＳＲ触媒８またはＳＣＲ触媒９の硫黄被毒を回復する制御であってもよい。ＮＳＲ触媒８またはＳＣＲ触媒９の硫黄被毒を回復する場合であっても、三元触媒７の硫黄被毒が回復される条件が成立するため、三元触媒７の硫黄被毒も回復される。なお、三元触媒７の酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量を求めるために本ステップにおいて硫黄被毒回復制御を実施してもよい。ステップＳ６０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ６０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローを終了させる。

ステップＳ６０２では、三元触媒７における酸素吸蔵能力が検出される。本ステップでは、三元触媒７において最大限吸蔵可能な酸素の量を酸素吸蔵能力として求める。内燃機関１の気筒２内の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させた後、第一空燃比センサ９１の検出値がリーン空燃比に変化してから、第二空燃比センサ９３の検出値がリーン空燃比に変化するまでの時間に基づいて酸素吸蔵量を算出する。

ステップＳ６０３では、三元触媒７の酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量が算出される。ここで、硫黄被毒回復制御が実施された後は、ＨＣ被毒も回復されているため、三元触媒７に残っている劣化分は、熱劣化分のみである。なお、三元触媒７に熱劣化がない状態（すなわち、初期状態）での酸素吸蔵能力（すなわち、最大限吸蔵可能な酸素の量）は、予め求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。そして、初期状態の酸素吸蔵能力とステップＳ６０２で検出される酸素吸蔵能力との差が、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量として算出される。

次に、三元触媒７の酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を求める。図２７は、三元触媒７の酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を求めるためのフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ１０により所定時間毎に実施される。

ステップＳ７０１では、ＨＣ被毒回復制御が実施されたか否か判定される。このＨＣ被毒回復制御は、実施例１で説明したＨＣ被毒回復制御であってもよい。なお、三元触媒７
の酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を求めるために本ステップにおいてＨＣ被毒回復制御を実施してもよい。ステップＳ７０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ７０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローを終了させる。

ステップＳ７０２では、三元触媒７における酸素吸蔵能力が検出される。本ステップでは、ステップＳ６０２と同様にして、三元触媒７において最大限吸蔵可能な酸素の量が求められる。本ステップでは、ＨＣ被毒が起こっていない状態での、現時点での酸素吸蔵能力が検出される。

ステップＳ７０３では、三元触媒７の酸素吸蔵量の硫黄被毒劣化分の減少量が算出される。ここで、ＨＣ被毒回復制御が実施された直後において三元触媒７に残っている劣化分は、硫黄被毒劣化分及び熱劣化分である。図２６で示したフローにより熱劣化分を算出することができるため、残りの分が硫黄被毒劣化分となる。このため、初期状態（新品状態としてもよい。）の酸素吸蔵量から、ステップＳ６０３で得られる酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量、及び、ステップＳ７０２で得られる酸素吸蔵量を減算することにより、酸素吸蔵量の硫黄被毒劣化分の減少量を算出することができる。

酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を求める時期を、ＨＣ被毒回復制御の実施直後とすることで、ＨＣ被毒の影響を受けずに硫黄被毒分の減少量を算出することができる。これにより、酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を正確に算出することができる。

次に、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々の酸素吸蔵量の硫黄被毒分による減少量を算出する。図２７に示したフローチャートにより求まる酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量は、上層触媒層７１と下層触媒層７２とを合わせた値である。この値から、上層触媒層７１と下層触媒層７２との夫々の酸素吸蔵量の硫黄被毒分による減少量を算出する。

ここで、図２８は、硫黄被毒量の総量と、上層触媒層７１における硫黄被毒量及び下層触媒層７２における硫黄被毒量の割合（硫黄被毒割合）との関係を示した図である。「硫黄被毒量の総量」は、三元触媒７の全体としての硫黄被毒量である。また、「上層硫黄被毒量」は、硫黄被毒量の総量に対する上層触媒層７１の硫黄被毒量の割合を示し、「下層硫黄被毒量」は、硫黄被毒量の総量に対する下層触媒層７２の硫黄被毒量の割合を示している。

ここで、本実施例に係る三元触媒７の上層触媒層７１にはＲｈが含まれ、下層触媒層７２にはＰｄが含まれている。Ｐｄは、Ｒｈよりも硫黄被毒が起こりやすい。すなわち、上層触媒層７１よりも下層触媒層７２のほうが、硫黄被毒が起こりやすい。ただし、排気中の硫黄成分は、まず上層触媒層７１に到達するため、上層触媒層７１のほうが硫黄被毒の進行が速い。そして、上層触媒層７１において硫黄成分が飽和すると、下層触媒層７２に到達する硫黄成分が増加する。すなわち、上層触媒層７１では、硫黄被毒量が早期に上限に達する。その後、下層触媒層７２における硫黄被毒割合の上昇率が高くなる。図２８に示した関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

このように、図２７に基づいて得られる酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量には、図２８に示した関係があるため、図２８の関係に基づいて、上層触媒層７１と下層触媒層７２との夫々の酸素吸蔵量の硫黄被毒分の減少量を算出することができる。

なお、熱劣化については、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで同等に進行するものと仮定する。ここで、三元触媒７の基材の熱容量と比較すれば、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の熱容量は小さい。さらに、上層触媒層７１及び下層触媒層７２は共に薄いため、上層触媒層７１と下層触媒層７２とでは、略同じ温度であると考えられる。このため、上層触媒層７１と下層触媒層７２とでは、熱劣化の度合いが同程度になる。したがって、酸素吸蔵量の熱劣化分の減少量は、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで等分することがでる。

図２９は、硫黄被毒量の総量が図２８のＳ１で示した値であるときの上層触媒層７１と下層触媒層７２との各被毒分による酸素吸蔵量の減少量の割合を示した図である。図２９において、熱劣化分は、図２６により求められる熱劣化分を２で割って上層触媒層７１及び下層触媒層７２に分けている。図２９において、硫黄被毒分は、図２７により求められる硫黄被毒分を図２８に示した割合で分けている。そして、上層触媒層７１及び下層触媒層７２で夫々残った分が、ＨＣ被毒分となる。上層触媒層７１は下層触媒層７２と比較して、ＨＣ被毒分の割合が高く、且つ、硫黄被毒分の割合が低い。なお、上層触媒層７１においてＲｈに硫黄被毒が発生したとしても、酸素吸蔵能力を有するセリアにはまだ酸素吸蔵能力が残っているため、この酸素吸蔵能力が残っている部分においてＨＣ被毒が発生する。

以上のようにして、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々における酸素吸蔵量のＨＣ被毒分の減少量を求めることができる。これにより、上層触媒層７１においてＨＣ被毒回復に要する時間、及び、下層触媒層７２においてＨＣ被毒回復に要する時間を夫々精度よく求めることができる。

図３０は、本実施例に係るＨＣ被毒回復制御のフローを示したフローチャートである。本フローは、硫黄被毒回復制御及びＨＣ被毒回復制御を実施した直後に、ＥＣＵ１０により実施される。

ステップＳ８０１では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々におけるＨＣ被毒量が算出される。このＨＣ被毒量は、現時点において三元触媒７に付着し得るＨＣ量の最大値である。このＨＣ被毒量は、酸素吸蔵量のＨＣ被毒分の減少量に、変換係数を乗算することにより求めることができる。変換係数は、酸素吸蔵量のＨＣ被毒分の減少量をＨＣ被毒量に変換するための係数であり、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで夫々、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々における酸素吸蔵量のＨＣ被毒分の減少量は、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々において、初期状態の酸素吸蔵量から、酸素吸蔵量の熱劣化による減少量と、酸素吸蔵量の硫黄被毒による減少量とを減算することにより算出される。

ステップＳ８０２では、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々におけるＨＣ被毒を回復するのに要する時間が算出される。すなわち、第一運転及び第二運転の夫々について、実施する期間が算出される。本ステップでは、ステップＳ８０１で算出されるＨＣ被毒量を、ＨＣ被毒回復に要する時間に変換する。このために、係数を用いる。この係数をＨＣ被毒量に乗算することで、第一運転及び第二運転を実施する期間をそれぞれ求める。この係数は、上層触媒層７１と下層触媒層７２とで夫々、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。上層触媒層７１のＨＣ被毒を回復するのに要する時間が、第一運転を実施する期間であり、下層触媒層７２のＨＣ被毒を回復するのに要する時間が、第二運転を実施する期間となる。なお、減筒運転、均質燃焼による運転、成層燃焼による運転の何れかを実施することが考えられるが、夫々で空燃比が異なる場合もある。このような場合には、ＨＣ被毒回復に要する時間が変化することもあるため、どのような運転が行われるのかによって係数を変化させてもよい。

ステップＳ８０３では、第一運転及び第二運転を、夫々ステップＳ８０２で求めた時間だけ実施する。

このようにして、第一運転及び第二運転を実施する前に、第一運転及び第二運転を実施
する時間を算出することができる。これにより、第一運転及び第二運転を実施する時間を適切に設定することができる。したがって、燃費を向上させることができる。さらに、三元触媒７から流出するＨＣ量を低減することができる。

（実施例３）
本実施例では、第一運転から第二運転に切り換える時期を、三元触媒７よりも下流の排気中のＮＯｘ濃度に基づいて決定する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

ここで、第一運転から第二運転に切り換える時期が最適な時期よりも遅い場合には、第一運転が必要以上に実施される虞がある。第一運転が実施される期間が必要以上に長いと、ＮＳＲ触媒８に吸蔵されるＮＯｘ量が増加する。このため、第二運転のときにＮＳＲ触媒８から放出されるＮＯｘ量が増加するので、第二運転を実施しているときのＳＣＲ触媒９におけるアンモニア消費量が増加してしまう。一方、第一運転から第二運転に切り換える時期が最適な時期よりも早い場合には、第二運転が必要以上に実施される虞がある。第二運転が実施される期間が必要以上に長いと、リーン空燃比で運転される期間が短くなるため、燃費が悪化する虞がある。

本実施例では、三元触媒７よりも下流で且つＮＳＲ触媒８よりも上流に設けられる第二ＮＯｘセンサ９４を用いて計測したＮＯｘ濃度の上昇率（傾き）に基づいて、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復されたか否か判定する。すなわち、第二ＮＯｘセンサ９４を用いて計測したＮＯｘ濃度の上昇率（傾き）に基づいて、第一運転から第二運転へ切り換える時期を決定する。

図３１は、空燃比と、第二ＮＯｘセンサ９４で計測したＮＯｘ濃度（ＮＯｘ計測値）と、の推移を示したタイムチャートである。なお、図３１では、説明のため、ＮＯｘ濃度を直線で結んでいるが、実際には曲線にもなり得る。ここで、三元触媒７に付着したＨＣは、酸素によって酸化されるが、ＮＯｘによっても酸化される。

ＴＡで示した期間では、上層触媒層７１にＨＣが付着している期間であり、主に上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復される期間である。このときの三元触媒７の状態は、例えば図３Ｂで示される。この期間ＴＡでは、上層触媒層７１において、主に酸素によってＨＣが酸化される。ただし、一部のＨＣは、ＮＯｘによっても酸化される。このＴＡで示した期間では、下層触媒層７２へは酸素がほとんど到達しないが、ＮＯｘは到達するので、下層触媒層７２に付着しているＨＣはＮＯｘによって酸化される。そして、上層触媒層７１及び下層触媒層７２に付着しているＨＣの減少とともに、三元触媒７で反応するＮＯｘが減少するため、三元触媒７から流出するＮＯｘが増加していく。

ＴＢで示した期間では、上層触媒層７１のＨＣ被毒は回復された後であり、上層触媒層７１にＨＣはほとんど存在していない。このときの三元触媒７の状態は、例えば図３Ｃで示される。このため、上層触媒層７１においてＨＣの酸化のためにＮＯｘが消費されることはほとんどない。また、ＴＢで示した期間では、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａに酸素が吸蔵される。なお、上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａに酸素が満たされる前であっても、上層触媒層７１を通過する酸素も存在するものと考えられる。下層触媒層７２では、酸素吸蔵剤７２Ａにおける反応性が高いために、主に酸素吸蔵剤７２Ａへ酸素が吸蔵される。このＴＢで示した期間では、下層触媒層７２のＨＣは、主にＮＯｘと反応する。そして、下層触媒層７２に付着しているＨＣの減少とともに、三元触媒７で反応するＮＯｘが減少するため、三元触媒７から流出するＮＯｘが増加していく。

ＴＣで示した期間は、リーン空燃比での運転を続けたと仮定した期間である。このとき
には、上層触媒層７１にはＨＣが存在しないため、上層触媒層７１においてはＨＣの酸化のためにＮＯｘが消費されることはほとんどない。また、ＴＣで示した期間には、ある程度の酸素が下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａに吸蔵されている。そして、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにある程度の酸素が吸蔵されると、該下層触媒層７２の貴金属７２Ｂに付着したＨＣと上層触媒層７１を通り抜けてきた酸素とが反応する場合もある。すなわち、下層触媒層７２では、上層触媒層７１を通り抜けてきた酸素と、下層触媒層７２に付着していたＨＣとが反応する場合がある。このように、下層触媒層７２においてＨＣと酸素とが反応を始めると、下層触媒層７２において消費されるＮＯｘ量が急激に減少する。これにより、第二ＮＯｘセンサ９４で計測されるＮＯｘ濃度が急激に上昇する。

したがって、第二ＮＯｘセンサ９４の計測値の単位時間当たりの増加量、すなわち上昇率が、ＴＣで示した期間の値以上となった場合には、上層触媒層７１のＨＣ被毒は回復され、下層触媒層７２の酸素吸蔵剤７２Ａにある程度の酸素が吸蔵されていると考えることができる。このため、本実施例では、第二ＮＯｘセンサ９４の計測値の上昇率が閾値以上となった場合に、第一運転から第二運転へ切り換える。

図３２は、本実施例に係るＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。本フローチャートは、排気の空燃比がリッチ空燃比のときにＥＣＵ１０により所定の時間毎に実施される。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ９０１へ進む。一方、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には本フローを終了させる。このときに第一運転が実施されている場合には、第一運転を終了させる。ステップＳ９０１では、第一運転が開始される。すなわち、上層触媒層７１のＨＣ被毒の回復が開始される。なお、ステップＳ９０１において、すでに第一運転が実施されている場合には、第一運転を継続させる。

ステップＳ９０２では、三元触媒７よりも下流のＮＯｘ濃度の上昇率が閾値以上であるか否か判定される。すなわち、第二ＮＯｘセンサ９４の計測値の上昇率が閾値以上であるか否か判定される。閾値は、下層触媒層７２において酸素とＨＣとが反応を始めたときのＮＯｘ濃度の上昇率として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、本実施例においてはステップＳ９０２における閾値が、本発明における閾値に相当する。ステップＳ９０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ９０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ戻る。

ステップＳ９０３では、第一運転が終了される。すなわち、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復したと考えられるため、第一運転を終了させている。

ステップＳ９０４では、第二運転が開始される。なお、第二運転は、所定の時間だけ実施してもよい。また、前記実施例のようにして、第二運転を終了させる時期を決定してもよい。

このようにして、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復した後に第二運転へ切り換えることができる。本実施例では、第二ＮＯｘセンサ９４による実際のＮＯｘ濃度の計測値に基づいて、第一運転から第二運転へ切り換えるため、切り換え時期の精度が高い。よって、アンモニアの消費量を低減したり、または、燃費の悪化を抑制したりできる。

（実施例４）
本実施例では、第一運転及び第二運転を夫々所定期間実施する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

前記実施例では、第一運転及び第二運転を実施する期間を、被毒カウンタまたは第二ＮＯｘセンサ９４の計測値に基づいて決定している。これに対して本実施例では、第一運転及び第二運転を実施する時期を予め決定しておく。また、本実施例では、リッチ空燃比での運転からリーン空燃比での運転へ移行するときには、三元触媒７にＨＣ被毒が起こっているか否かによらず、第一運転及び第二運転を実施する。このため、被毒カウンタを算出する必要がない。第一運転及び第二運転を実施する期間は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

図３３は、本実施例に係るＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。本フローチャートは、排気の空燃比がリッチ空燃比のときにＥＣＵ１０により所定の時間毎に実施される。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施例では、ステップＳ９０１の処理の後に、ステップＳ１０１０へ進む。ステップＳ１０１０では、第一運転の実施期間が第一所定期間以上であるか否か判定される。第一所定期間は、上層触媒層７１のＨＣ被毒が回復する期間として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ９０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１０を再度実行する。

また、本実施例では、ステップＳ９０３の処理の後にステップＳ９０４へ進み、ステップＳ９０４の処理の後にステップＳ１０２０へ進む。ステップＳ１０２０では、第二運転の実施期間が第二所定期間以上であるか否か判定される。第二所定期間は、下層触媒層７２のＨＣ被毒が回復する期間として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０２０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３０へ進んで、第二運転が終了される。一方、ステップＳ１０２０で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０２０を再度実行する。

以上説明したように本実施例では、内燃機関１がリッチ空燃比で運転されている場合において、リーン空燃比での運転へ切り換えるときにＨＣ被毒を速やかに解消することができる。また、第一運転及び第二運転を所定の期間だけ実施するため、処理を簡略化することができる。なお、第一運転または第二運転を実施しているときに、リッチ空燃比での運転が要求された場合には、第一運転または第二運転を終了させた後にリッチ空燃比での運転に移行してもよい。

（参考例）
前記実施例では、リッチ空燃比からリーン空燃比へ切り換えるときに第一運転及び第二運転を実施している。一方、本参考例では、リッチ空燃比からリーン空燃比へ切り換えるときに第二運転のみを実施する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。

前記実施例では、第一運転を実施することにより上層触媒層７１のＨＣ被毒を速やかに回復させている。一方、第二運転のみを実施しても上層触媒層７１のＨＣ被毒を回復させることができる。すなわち、リーン空燃比とリッチ空燃比とで交互に変化する場合において、リーン空燃比のときに上層触媒層７１の酸素吸蔵剤７１Ａに酸素が吸蔵され、リッチ空燃比のときに上層触媒層７１から放出される酸素によって上層触媒層７１の貴金属７１Ｂに付着しているＨＣを酸化させることができる。

図３４は、本参考例に係るＨＣ被毒回復制御のフローチャートである。本フローチャートは、排気の空燃比がリッチ空燃比のときにＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。なお、前記ステップと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。

本参考例では、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１１１０へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローを終了させる。ステップＳ１１１０では、上層触媒層７１の被毒カウンタ、又は、下層触媒層７２の被毒カウンタが、閾値以上であるか否か判定される。本ステップでは、ＨＣ被毒の回復を行うか否か判定している。すなわち、閾値は、ＨＣ被毒の回復を行う被毒カウンタの値である。この閾値は、三元触媒７における排気の浄化性能が許容範囲よりも低くなるような被毒カウンタの値、または、三元触媒７における排気の浄化性能が許容範囲よりも低くなる虞のある被毒カウンタの値として予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、上層触媒層７１の閾値と、下層触媒層７２の閾値と、は同じ値であってもよいが、異なる値であってもよい。ステップＳ１１１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ９０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローを終了させる。

そして、ステップＳ９０４の処理が終わると、ステップＳ１１２０へ進む。ステップＳ１１２０では、前記実施例と同様にして、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々について被毒減少カウンタが算出される。

ステップＳ１１２０の処理が完了するとステップＳ１１３０へ進む。ステップＳ１１３０では、前記実施例と同様にして、上層触媒層７１及び下層触媒層７２の夫々について被毒カウンタが算出される。その後、ステップＳ１０３へ戻る。なお、第二運転が実施されている場合において、ステップＳ１１１０で否定判定がなされた場合には、第二運転を終了させてから本フローを終了させる。

図３５は、内燃機関１の気筒２内の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させるときの空燃比と三元触媒７から流出する排気中のＨＣ濃度との推移を示したタイムチャートである。

実線は最終的な目標空燃比であるリーン空燃比とする前に第二運転を実施した場合を示し、破線は最終的な目標空燃比であるリーン空燃比とする前に第二運転を実施しなかった場合を示している。図３５に示されるように、三元触媒７から流出する排気中のＨＣ濃度は、第二運転を実施したほうが、第二運転を実施しなかった場合よりも早く低下する。したがって、破線と実線との差の分だけＨＣの排出量を低減することができる。

以上説明したように、第二運転のみを実施した場合であっても、ＨＣの排出量を低減することができる。

１ 内燃機関
２ 気筒
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ 三元触媒
８ ＮＳＲ触媒
９ ＳＣＲ触媒
１０ ＥＣＵ
１５ ピストン
１６ スロットル
３１ 吸気管
４１ 排気管
７１ 上層触媒層
７１Ａ 酸素吸蔵剤
７１Ｂ 貴金属
７２ 下層触媒層
７２Ａ 酸素吸蔵剤
７２Ｂ 貴金属
８１ 通路内噴射弁
８２ 筒内噴射弁
８３ 点火プラグ
９０ エアフローメータ
９１ 第一空燃比センサ
９２ 第一ＮＯｘセンサ
９３ 第二空燃比センサ
９４ 第二ＮＯｘセンサ

Claims (10)

1. 酸素吸蔵剤及び貴金属を含んだ触媒層である下層触媒層と、酸素吸蔵剤及び貴金属を含んだ触媒層であって前記下層触媒層よりも上層に配置される上層触媒層と、を有する排気浄化触媒を内燃機関の排気通路に備えた内燃機関の制御システムにおいて、
   理論空燃比よりも低い空燃比での運転から、理論空燃比よりも高い空燃比であるリーン目標空燃比での運転へ切り換えるときに、
   前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも一時的に高くする第一運転と、
   前記第一運転の後に実施し、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低い状態と理論空燃比よりも高い状態とに交互に複数回変化させる第二運転と、
   を経て前記リーン目標空燃比での運転へ切り換える制御装置を備える内燃機関の制御システム。
2. 前記制御装置は、前記第二運転において、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも高い場合には前記排気の空燃比を低くし、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比よりも低い場合には前記排気の空燃比を高くすることで、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも低い状態と理論空燃比よりも高い状態とに交互に複数回変化させる請求項１に記載の内燃機関の制御システム。
3. 前記制御装置は、前記第一運転を、前記上層触媒層のＨＣ被毒が回復するまで実施し、前記第二運転を、前記下層触媒層のＨＣ被毒が回復するまで実施する請求項１または２に記載の内燃機関の制御システム。
4. 前記上層触媒層及び前記下層触媒層の夫々においてＨＣ被毒が発生しているか否か判定する判定部を備え、
   前記制御装置は、
   前記判定部が、前記上層触媒層においてＨＣ被毒が発生していると判定した場合には、前記第一運転を実施し、
   前記判定部が、前記下層触媒層においてＨＣ被毒が発生していると判定した場合には、前記第二運転を実施する
   請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。
5. 前記排気浄化触媒よりも下流側に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、選択還元型ＮＯｘ触媒と、を排気の流れ方向に順に備える請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。
6. 前記制御装置は、前記第一運転において前記内燃機関で成層燃焼を実施することで前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも一時的に高くする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。
7. 前記内燃機関は複数の気筒を備え、
   前記制御装置は、前記第一運転において前記内燃機関の一部の気筒において燃料の供給を停止させる減筒運転を実施することで前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比よりも一時的に高くする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。
8. 前記排気浄化触媒よりも下流側で且つ前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側において排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサを備え、
   前記制御装置は、前記第一運転を実施しているときに前記ＮＯｘセンサにより検知されるＮＯｘ濃度の上昇率が閾値以上となった場合に、前記第一運転から前記第二運転へ切り換える請求項５に記載の内燃機関の制御システム。
9. 前記排気浄化触媒よりも下流側において排気中のＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサを備え、
   前記制御装置は、前記第一運転を実施しているときに前記ＮＯｘセンサにより検知されるＮＯｘ濃度の上昇率が閾値以上となった場合に、前記第一運転から前記第二運転へ切り換える請求項１−４，６，７の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。
10. 前記制御装置は、前記上層触媒層及び前記下層触媒層の夫々において、
    前記排気浄化触媒のＨＣ被毒及び硫黄被毒がない状態で求められる前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の熱劣化による減少分を算出し、
    前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の熱劣化による減少分、及び、前記排気浄化触媒のＨＣ被毒がない状態で求められる前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量の硫黄被毒による減少分を算出し、
    前記排気浄化触媒の初期状態の酸素吸蔵量から、前記熱劣化による減少分と、前記硫黄被毒による減少分と、を減算した値に基づいて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分を算出し、
    前記上層触媒層における前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分に基づいて、前記第一運転を実施する期間を決定し、
    前記下層触媒層における前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量のＨＣ被毒による減少分に基づいて、前記第二運転を実施する期間を決定する
    請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の制御システム。

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