(57)【要約】【課題】酸素を吸蔵可能な触媒を備える内燃機関において、排気エミッションを改善する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１０、１０’の排気通路に配置されると共に酸素を吸蔵可能な触媒６１と、触媒の酸素吸蔵量を算出する吸蔵量算出部８１と、触媒の被毒量を算出する被毒量算出部８２と、酸素吸蔵量及び被毒量に基づいて、触媒に供給される酸素量を制御する酸素量制御部８３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、
前記触媒の酸素吸蔵量を算出する吸蔵量算出部と、
前記触媒の被毒量を算出する被毒量算出部と、
前記酸素吸蔵量及び前記被毒量に基づいて、前記触媒に供給される酸素量を制御する酸素量制御部と
を備える、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記被毒量算出部は理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスによる前記触媒のリッチ被毒量を算出し、
前記酸素量制御部は前記リッチ被毒量に基づいて前記酸素量を制御する、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記被毒量算出部は理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスによる前記触媒のリーン被毒量を算出し、
前記酸素量制御部は前記リーン被毒量に基づいて前記酸素量を制御する、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒よりも上流側の前記排気通路に空気を直接供給する空気供給装置を更に備え、
前記酸素量制御部は、前記空気供給装置から前記排気通路に供給される空気量を変更することによって前記酸素量を制御する、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。
【請求項５】
前記酸素量制御部は、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比を変更することによって前記酸素量を制御する、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記酸素量制御部は、前記内燃機関の燃焼室において混合気の燃焼が実施されていないときに前記触媒に酸素を供給する、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記酸素量制御部は、前記内燃機関の始動が要求されたときに前記触媒に酸素を供給する、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記内燃機関を搭載した車両が走行用の動力源として該内燃機関及び電動機を備え、
当該内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の始動及び停止を制御する機関制御部を更に備え、
前記被毒量算出部は理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスによる前記触媒のリッチ被毒量を算出し、前記機関制御部は、前記触媒の温度が所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が所定値以上である場合には、該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記内燃機関の停止時間を長くする、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記機関制御部は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電率が下限閾値まで低下したときに前記内燃機関を始動し、前記触媒の温度が前記所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が前記所定値以上である場合には、該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記下限閾値を低くする、請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記機関制御部は、前記内燃機関の停止時に前記触媒の温度が所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が所定値以上である場合には、該内燃機関の停止時に該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記下限閾値を低くする、請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記機関制御部は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電率が下限閾値まで低下したときに前記内燃機関を始動し、該バッテリの充電率が上限閾値まで上昇したときに該内燃機関を停止させ、前記触媒の温度が所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が所定値以上である場合には、該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記上限閾値を高くする、請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するモータリング装置を更に備え、
前記酸素量制御部は、前記モータリング装置が前記クランクシャフトを回転駆動する時間を変更することによって前記酸素量を制御する、請求項６から１１のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するモータリング装置を更に備え、
前記酸素量制御部は、前記モータリング装置が前記クランクシャフトを回転駆動するときに、前記内燃機関の吸気通路に配置されたスロットル弁の開度を変更することによって前記酸素量を制御する、請求項６から１２のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガスを浄化するために、酸素を吸蔵可能な触媒を内燃機関の排気通路に設けることが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の内燃機関では、触媒の酸素吸蔵量が閾値以下であるときにはスロットル弁の開度が大きくされ、触媒の酸素吸蔵量が閾値よりも大きいときにはスロットル弁の開度が小さくされる。この結果、触媒の酸素吸蔵量が閾値以下であるときには触媒への酸素供給量が多くなり、触媒の酸素吸蔵量が閾値よりも大きいときには触媒への酸素供給量が少なくなる。このことによって、触媒の排気浄化性能が高められ、排気エミッションの悪化が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２１３７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、触媒への酸素供給量を制御するときに触媒の被毒量が一切考慮されていない。このため、触媒の酸素吸蔵量が適切な値からずれるおそれがある。
【０００６】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、酸素を吸蔵可能な触媒を備える内燃機関において、排気エミッションを改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）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と、前記触媒の酸素吸蔵量を算出する吸蔵量算出部と、前記触媒の被毒量を算出する被毒量算出部と、前記酸素吸蔵量及び前記被毒量に基づいて、前記触媒に供給される酸素量を制御する酸素量制御部とを備える、内燃機関の排気浄化装置。
【０００９】
（２）前記被毒量算出部は理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスによる前記触媒のリッチ被毒量を算出し、前記酸素量制御部は前記リッチ被毒量に基づいて前記酸素量を制御する、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１０】
（３）前記被毒量算出部は理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスによる前記触媒のリーン被毒量を算出し、前記酸素量制御部は前記リーン被毒量に基づいて前記酸素量を制御する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１１】
（４）前記触媒よりも上流側の前記排気通路に空気を直接供給する空気供給装置を更に備え、前記酸素量制御部は、前記空気供給装置から前記排気通路に供給される空気量を変更することによって前記酸素量を制御する、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。
【００１２】
（５）前記酸素量制御部は、前記内燃機関の燃焼室に供給される混合気の空燃比を変更することによって前記酸素量を制御する、上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１３】
（６）前記酸素量制御部は、前記内燃機関の燃焼室において混合気の燃焼が実施されていないときに前記触媒に酸素を供給する、上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１４】
（７）前記酸素量制御部は、前記内燃機関の始動が要求されたときに前記触媒に酸素を供給する、上記（６）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１５】
（８）前記内燃機関を搭載した車両が走行用の動力源として該内燃機関及び電動機を備え、当該内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の始動及び停止を制御する機関制御部を更に備え、前記被毒量算出部は理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスによる前記触媒のリッチ被毒量を算出し、前記機関制御部は、前記触媒の温度が所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が所定値以上である場合には、該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記内燃機関の停止時間を長くする、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置、上記（７）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１６】
（９）前記機関制御部は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電率が下限閾値まで低下したときに前記内燃機関を始動し、前記触媒の温度が前記所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が前記所定値以上である場合には、該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記下限閾値を低くする、上記（８）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１７】
（１０）前記機関制御部は、前記内燃機関の停止時に前記触媒の温度が所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が所定値以上である場合には、該内燃機関の停止時に該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記下限閾値を低くする、上記（９）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１８】
（１１）前記機関制御部は、前記電動機に電力を供給するバッテリの充電率が下限閾値まで低下したときに前記内燃機関を始動し、該バッテリの充電率が上限閾値まで上昇したときに該内燃機関を停止させ、前記触媒の温度が所定温度以上であり且つ前記リッチ被毒量が所定値以上である場合には、該触媒の温度が該所定温度未満であり又は該リッチ被毒量が該所定値未満である場合に比べて、前記上限閾値を高くする、上記（８）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１９】
（１２）前記内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するモータリング装置を更に備え、前記酸素量制御部は、前記モータリング装置が前記クランクシャフトを回転駆動する時間を変更することによって前記酸素量を制御する、上記（６）から（１１）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００２０】
（１３）前記内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するモータリング装置を更に備え、前記酸素量制御部は、前記モータリング装置が前記クランクシャフトを回転駆動するときに、前記内燃機関の吸気通路に配置されたスロットル弁の開度を変更することによって前記酸素量を制御する、上記（６）から（１２）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、酸素を吸蔵可能な触媒を備える内燃機関において、排気エミッションを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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適用される内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、三元触媒の浄化特性を示す。
【図３】図３は、第一実施形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。
【図４】図４は、触媒の温度と被毒係数との関係を示す図である。
【図５】図５は、現在の被毒量の絶対値と被毒係数との関係を示す図である。
【図６】図６は、排気ガスの流速と被毒係数との関係を示す図である。
【図７】図７は、触媒の温度、現在の被毒量及び排気ガスの流速に基づいて被毒係数を算出するためのマップを示す図である。
【図８】図８は、本発明の第一実施形態における酸素吸蔵量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第一実施形態における被毒量算出処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の第一実施形態における酸素供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、酸素吸蔵量と補正前の目標空燃比との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、被毒量と目標空燃比の補正量との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、酸素吸蔵量及び被毒量に基づいて目標空燃比を算出するためのマップを示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の第二実施形態における酸素供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、酸素吸蔵量と補正前の空気量との関係を示す図である。
【図１７】図１７は、被毒量と空気量の補正量との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、酸素吸蔵量及び被毒量に基づいて空気量を算出するためのマップを示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載する車両を概略的に示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第三実施形態における酸素供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、本発明の第四実施形態における酸素供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、酸素吸蔵量と補正前のモータリング時間との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、被毒量とモータリング時間の補正量との関係を示す図である。
【図２４】図２４は、酸素吸蔵量及び被毒量に基づいてモータリング時間を算出するためのマップを示す図である。
【図２５】図２５は、本発明の第五実施形態における酸素供給処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、酸素吸蔵量と補正前のスロットル弁の開度との関係を示す図である。
【図２７】図２７は、被毒量とスロットル弁の開度の補正量との関係を示す図である。
【図２８】図２８は、酸素吸蔵量及び被毒量に基づいてスロットル弁の開度を算出するためのマップを示す図である。
【図２９】図２９は、第六実施形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。
【図３０】図３０は、第六実施形態における制御が実行されるときの触媒の温度等のタイムチャートである。
【図３１】図３１は、本発明の第六実施形態における下限閾値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３２】図３２は、第七実施形態における制御が実行されるときの触媒の温度等のタイムチャートである。
【図３３】図３３は、本発明の第七実施形態における上限閾値設定処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
＜第一実施形態＞
以下、図１〜図１３を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
【００２５】
＜内燃機関の構成＞
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適用される内燃機関を概略的に示す図である。内燃機関１０は、火花点火式内燃機関であり、具体的にはガソリンを燃料とするガソリンエンジンである。内燃機関１０は車両に搭載される。
【００２６】
内燃機関１０は、シリンダブロック４２及びシリンダヘッド４４を含む機関本体４１を備える。シリンダブロック４２の内部には、複数の気筒が形成される。各気筒には、気筒の軸線方向に往復運動するピストン４３が配置される。ピストン４３とシリンダヘッド４４との間には燃焼室４５が形成される。
【００２７】
シリンダヘッド４４には吸気ポート４７及び排気ポート４９が形成される。吸気ポート４７及び排気ポート４９は燃焼室４５に接続される。内燃機関１０は、シリンダヘッド４４内に配置された吸気弁４６及び排気弁４８を更に備える。吸気弁４６は吸気ポート４７を開閉し、排気弁４８は排気ポート４９を開閉する。
【００２８】
内燃機関１０は点火プラグ５０及び燃料噴射弁５１を更に備える。点火プラグ５０は、シリンダヘッド４４の内壁面の中央部に配置され、点火信号に応じて火花を発生させる。燃料噴射弁５１は、シリンダヘッド４４の内壁面周辺部に配置され、噴射信号に応じて燃料を燃焼室４５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。
【００２９】
内燃機関１０は、吸気枝管５３、サージタンク５４、吸気管５５、エアクリーナ５６及びスロットル弁５８を更に備える。各気筒の吸気ポート４７はそれぞれ対応する吸気枝管５３を介してサージタンク５４に連結され、サージタンク５４は吸気管５５を介してエアクリーナ５６に連結される。吸気ポート４７、吸気枝管５３、サージタンク５４、吸気管５５等は、空気を燃焼室４５に導く吸気通路を形成する。スロットル弁５８は、サージタンク５４とエアクリーナ５６との間の吸気管５５内に配置され、スロットル弁駆動アクチュエータ５７（例えばＤＣモータ）によって駆動される。スロットル弁５８は、スロットル弁駆動アクチュエータ５７によって回動せしめられることで、その開度に応じて吸気通路の開口面積を変更することができる。
【００３０】
内燃機関１０は、排気マニホルド５９、排気管６０及び触媒６１を更に備える。各気筒の排気ポート４９は排気マニホルド５９に連結される。排気マニホルド５９は、各排気ポート４９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５９の集合部は、触媒６１を内蔵したケーシング６２に連結される。ケーシング６２は排気管６０に連結される。排気ポート４９、排気マニホルド５９、ケーシング６２、排気管６０等は、燃焼室４５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。
【００３１】
内燃機関１０の各種制御は、内燃機関１０に設けられた各種センサの出力等に基づいて電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０によって実行される。ＥＣＵ７０は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バス７１を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７４、入力ポート７５及び出力ポート７６を備える。
【００３２】
吸気管５５には、吸気通路を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ９１が配置され、エアフロメータ９１の出力は対応するＡＤ変換器７７を介して入力ポート７５に入力される。
【００３３】
また、排気マニホルド５９の集合部、すなわち触媒６１の上流側には、排気マニホルド５９内を流れる排気ガス（すなわち、触媒６１に流入する排気ガス）の空燃比を検出する空燃比センサ９２が配置される。空燃比センサ９２の出力は対応するＡＤ変換器７７を介して入力ポート７５に入力される。
【００３４】
また、触媒６１を内蔵するケーシング６２には、触媒６１の温度（床温）を検出する温度センサ９３が配置される。温度センサ９３の出力は対応するＡＤ変換器７７を介して入力ポート７５に入力される。
【００３５】
また、内燃機関１０を搭載した車両には、アクセルペダル６５が設けられる。アクセルペダル６５には、アクセルペダル６５の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ９５が接続され、負荷センサ９５の出力は対応するＡＤ変換器７７を介して入力ポート７５に入力される。ＣＰＵ７４は負荷センサ９５の出力に基づいて機関負荷を算出する。
【００３６】
また、内燃機関１０にはクランク角センサ９６が設けられる。クランク角センサ９６は、クランクシャフトが所定角度（例えば１５度）回転する毎に出力パルスを発生させる。クランク角センサ９６の出力は入力ポート７５に入力される。ＣＰＵ７４はクランク角センサ９６の出力に基づいて機関回転数を計算する。
【００３７】
一方、出力ポート７６は、対応する駆動回路７８を介して、点火プラグ５０、燃料噴射弁５１及びスロットル弁駆動アクチュエータ５７に接続され、ＣＰＵ７４はこれらを制御する。具体的には、ＣＰＵ７４は、点火プラグ５０の点火時期、燃料噴射弁５１から噴射される燃料の噴射時期及び噴射量、並びにスロットル弁５８の開度を制御する。
【００３８】
なお、上述した内燃機関１０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５１は、吸気ポート４７内に燃料を噴射するように構成されてもよい。また、触媒６１の下流側の排気通路に追加の触媒が配置されてもよい。
【００３９】
＜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」と称する）について説明する。
【００４０】
排気浄化装置は、排気ガス中の有害物質を浄化すべく、排気通路に配置された触媒６１を備える。触媒６１は、酸素を吸蔵可能な触媒であり、例えば三元触媒である。触媒６１は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する助触媒（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。
【００４１】
触媒６１は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に浄化することができる。図２は、三元触媒の浄化特性を示す。図２に示されるように、触媒６１によるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化率は、触媒６１に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域（図２における浄化ウィンドウＡ）にあるときに高くなる。
【００４２】
また、触媒６１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し又は放出する。具体的には、触媒６１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６１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６１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６１において、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘが効果的に浄化される。
【００４３】
したがって、触媒６１の酸素吸蔵量は、触媒６１に流入する排気ガスの空燃比に応じて変動する。具体的には、触媒６１の酸素吸蔵量は、触媒６１に流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときに増加し、触媒６１に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときに減少する。
【００４４】
触媒６１の酸素吸蔵量が最大値であるときに理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスが触媒６１に流入すると、過剰な酸素が触媒６１に吸蔵されず、ＮＯｘに対する触媒６１の排気浄化性能が低下する。一方、触媒６１の酸素吸蔵量がゼロであるときに理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスが触媒６１に流入すると、酸化のための酸素が不足し、ＨＣ及びＣＯに対する触媒６１の排気浄化性能が低下する。このため、触媒６１の排気浄化性能の低下を抑制するためには、触媒６１の酸素吸蔵量を適切な値に維持することが望ましい。
【００４５】
そこで、触媒６１の酸素吸蔵量を適切な値に維持すべく、触媒６１に供給される酸素量を触媒６１の酸素吸蔵量に応じて変化させることが考えられる。しかしながら、触媒６１の排気浄化性能は触媒６１の被毒（リッチ被毒及びリーン被毒）によっても低下する。
【００４６】
リッチ被毒は、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスによって触媒６１の貴金属にＨＣが付着することによって発生し、触媒６１の排気浄化性能を低下させる。リッチ被毒は、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスを触媒６１に供給することによって解消される。このとき、触媒６１に供給される酸素はリッチ被毒の解消に用いられ、触媒６１の酸素吸蔵量はほとんど増加しない。
【００４７】
リーン被毒は、理論空燃比よりもリーンな空燃比の排気ガスによって触媒６１の貴金属が酸化することによって発生し、触媒６１の排気浄化性能を低下させる。リーン被毒は、理論空燃比よりもリッチな空燃比の排気ガスを触媒６１に供給することによって解消される。このとき、触媒６１に供給されるＨＣ及びＣＯはリーン被毒の解消に用いられ、触媒６１の酸素吸蔵量はほとんど減少しない。
【００４８】
このため、触媒６１の被毒が考慮されない場合、触媒６１の酸素吸蔵量が目標値からずれるおそれがある。そこで、本実施形態では、触媒６１の酸素吸蔵量及び被毒量に基づいて、触媒６１に供給される酸素量が制御される。このことによって、触媒６１の酸素吸蔵量が目標値からずれることを抑制することができ、ひいては排気エミッションを改善することができる。
【００４９】
図３は、第一実施形態におけるＥＣＵ７０の機能ブロック図である。排気浄化装置は、吸蔵量算出部８１、被毒量算出部８２及び酸素量制御部８３を更に備える。本実施形態では、ＥＣＵ７０が、吸蔵量算出部８１、被毒量算出部８２及び酸素量制御部８３を有する。吸蔵量算出部８１、被毒量算出部８２及び酸素量制御部８３は、ＥＣＵ７０のＲＯＭ７３に記憶されたプログラムをＥＣＵ７０のＣＰＵ７４が実行することによって実現される機能ブロックである。
【００５０】
吸蔵量算出部８１は触媒６１の酸素吸蔵量（以下、単に「酸素吸蔵量」と称する）を算出する。具体的には、吸蔵量算出部８１は、酸素吸蔵量の変化量を算出し、この変化量を積算することによって酸素吸蔵量を算出する。
【００５１】
吸蔵量算出部８１は、触媒６１に流入する排気ガスの空燃比（以下、「排気空燃比」と称する）と、吸入空気量とに基づいて酸素吸蔵量の変化量を算出する。酸素吸蔵量の変化量ＯＥＤは例えば下記式（１）により算出され、酸素吸蔵量ＯＳＡは下記式（２）により算出される。
ＯＥＤ＝Ｋs×Ｇａ×（ＡＦｕｐ−ＡＦｓｔ）／ＡＦｕｐ      …（１）
ＯＳＡ＝ΣＯＥＤ      …（２）
【００５２】
ここで、Ｋｓは、吸蔵係数であり、空気中の酸素密度、触媒６１の酸素吸蔵効率等を考慮して予め定められる。なお、吸蔵係数Ｋｓは空気中の酸素密度（０．２３）に設定されてもよい。また、Ｇａは吸入空気量であり、ＡＦｕｐは排気空燃比であり、ＡＦｓｔは理論空燃比（本実施形態では１４．６）である。吸入空気量Ｇａはエアフロメータ９１によって検出され、排気空燃比ＡＦｕｐは空燃比センサ９２によって検出される。
【００５３】
なお、吸蔵量算出部８１は排気空燃比及び燃料噴射量に基づいて酸素吸蔵量の変化量を算出してもよい。この場合、酸素吸蔵量の変化量ＯＥＤは例えば下記式（３）により算出される。下記式（３）は、下記式（１）のＧａにＡＦｕｐ×Ｑｉを代入することによって導出される。
ＯＥＤ＝Ｋs×Ｑｉ×（ＡＦｕｐ−ＡＦｓｔ）      …（３）
ここで、Ｑｉは、燃料噴射量であり、ＥＣＵ７０から燃料噴射弁５１に出力される指令値に基づいて算出される。
【００５４】
被毒量算出部８２は触媒６１の被毒量（以下、単に「被毒量」と称する）を算出する。具体的には、被毒量算出部８２は、被毒量の変化量を算出し、この変化量を積算することによって被毒量を算出する。
【００５５】
被毒量算出部８２は、吸入空気量、排気空燃比、触媒６１の温度、現在の被毒量及び排気ガスの流速に基づいて、被毒量の変化量を算出する。被毒量の変化量ＣＰＡは例えば下記式（４）により算出され、被毒量ＰＡは下記式（５）により算出される。
ＣＰＡ＝Ｋｐ×Ｇａ×（ＡＦｓｔ−ＡＦｕｐ）      …（４）
ＰＡ＝ΣＣＰＡ      …（５）
【００５６】
上記式（４）及び式（５）によれば、触媒６１がリッチ被毒しているときに被毒量ＰＡが正となり、触媒６１がリーン被毒しているときに被毒量ＰＡが負となる。被毒量ＰＡが正である場合には、理論空燃比よりもリッチな排気ガスによって触媒６１が被毒している。このため、被毒量ＰＡが正であるときの被毒量、すなわち理論空燃比よりもリッチな排気ガスによる被毒量はリッチ被毒量と称される。一方、被毒量ＰＡが負である場合には、理論空燃比よりもリーンな排気ガスによって触媒６１が被毒している。このため、被毒量ＰＡ負であるときの被毒量、すなわち理論空燃比よりもリーンな排気ガスによる被毒量はリーン被毒量と称される。したがって、被毒量算出部８２は被毒量の変化量ＣＰＡを積算することによってリッチ被毒量及びリーン被毒量を算出する。
【００５７】
上記式（４）において、Ｋｐは、被毒係数であり、触媒６１の温度、現在の被毒量及び排気ガスの流速に基づいて算出される。被毒係数Ｋｐが大きいほど、被毒量の変化量は大きくなる。また、Ｇａは吸入空気量であり、ＡＦｕｐは排気空燃比であり、ＡＦｓｔは理論空燃比（本実施形態では１４．６）である。吸入空気量Ｇａはエアフロメータ９１によって検出され、排気空燃比ＡＦｕｐは空燃比センサ９２によって検出される。
【００５８】
なお、被毒量算出部８２は、燃料噴射量、排気空燃比、触媒６１の温度、現在の被毒量及び排気ガスの流速に基づいて、被毒量の変化量を算出してもよい。この場合、被毒量の変化量ＣＰＡは例えば下記式（６）により算出される。下記式（６）は、下記式（４）のＧａにＡＦｕｐ×Ｑｉを代入することによって導出される。
ＣＰＡ＝Ｋｐ×ＡＦｕｐ×Ｑｉ×（ＡＦｓｔ−ＡＦｕｐ）      …（６）
ここで、Ｑｉは、燃料噴射量であり、ＥＣＵ７０から燃料噴射弁５１に出力される指令値に基づいて算出される。
【００５９】
図４は、触媒６１の温度と被毒係数Ｋｐとの関係を示す図である。図の実線は、触媒６１の被毒が進行するときの触媒６１の温度と被毒係数Ｋｐとの関係を示している。一方、図の破線は、触媒６１の被毒が解消されるときの触媒６１の温度と被毒係数Ｋｐとの関係を示している。
【００６０】
触媒６１のリッチ被毒が進行するときに触媒６１の温度が高温である場合には、触媒６１の貴金属へのＨＣの吸着が抑制される。また、触媒６１のリーン被毒が進行するときに触媒６１の温度が高温である場合には、触媒６１の貴金属の酸化が抑制される。
【００６１】
一方、触媒６１のリッチ被毒が解消されるときに触媒６１の温度が高温である場合には、触媒６１の貴金属上のＨＣの除去が促進される。また、触媒６１のリーン被毒が解消されるときに触媒６１の温度が高温である場合には、触媒６１の貴金属上の酸素の除去が促進される。
【００６２】
このため、触媒６１の被毒が進行する場合、触媒６１の温度が高いほど、被毒係数Ｋｐは小さくされる。一方、触媒６１の被毒が解消される場合、触媒６１の温度が高いほど、被毒係数Ｋｐは大きくされる。
【００６３】
図５は、現在の被毒量の絶対値と被毒係数Ｋｐとの関係を示す図である。図の実線は、触媒６１の被毒が進行するときの現在の被毒量の絶対値と被毒係数Ｋｐとの関係を示している。一方、図の破線は、触媒６１の被毒が解消されるときの現在の被毒量の絶対値と被毒係数Ｋｐとの関係を示している。
【００６４】
触媒６１のリッチ被毒が進行するときに現在の被毒量の絶対値が大きい場合には、被毒可能領域が小さいため、触媒６１の貴金属へのＨＣの吸着が抑制される。また、触媒６１のリーン被毒が進行するときに現在の被毒量の絶対値が大きい場合には、被毒可能領域が小さいため、触媒６１の貴金属の酸化が抑制される。
【００６５】
一方、触媒６１のリッチ被毒が解消されるときに現在の被毒量の絶対値が大きい場合には、被毒領域が大きいため、触媒６１の貴金属上のＨＣの除去が促進される。また、触媒６１のリーン被毒が解消されるときに現在の被毒量の絶対値が大きい場合には、被毒領域が大きいため、触媒６１の貴金属上の酸素の除去が促進される。
【００６６】
このため、触媒６１の被毒が進行する場合、現在の被毒量の絶対値が大きいほど、被毒係数Ｋｐは小さくされる。一方、触媒６１の被毒が解消される場合、現在の被毒量の絶対値が大きいほど、被毒係数Ｋｐは大きくされる。
【００６７】
図６は、排気ガスの流速と被毒係数Ｋｐとの関係を示す図である。図の実線は、触媒６１の被毒が進行し又は解消されるときの排気ガスの流速と被毒係数Ｋｐとの関係を示している。
【００６８】
触媒６１のリッチ被毒が進行するときに排気ガスの流速が速い場合には、排気ガスと貴金属との接触頻度が低下し、触媒６１の貴金属へのＨＣの吸着が抑制される。また、触媒６１のリーン被毒が進行するときに排気ガスの流速が速い場合には、排気ガスと貴金属との接触頻度が低下し、触媒６１の貴金属の酸化が抑制される。
【００６９】
また、触媒６１のリッチ被毒が解消されるときに排気ガスの流速が速い場合には、排気ガスと貴金属との接触頻度が低下し、触媒６１の貴金属上のＨＣの除去が抑制される。また、触媒６１のリーン被毒が解消されるときに排気ガスの流速が速い場合には、排気ガスと貴金属との接触頻度が低下し、触媒６１の貴金属上の酸素の除去が抑制される。
【００７０】
このため、触媒６１の被毒が進行し又は解消される場合、排気ガスの流速が速いほど、被毒係数Ｋｐは小さくされる。
【００７１】
被毒量算出部８２は、図７に示されるような三次元マップを用いて、触媒６１の温度Ｔ、現在の被毒量ＰＡ及び排気ガスの流速ＦＶに基づいて被毒係数Ｋｐを算出する。三次元マップは、図４〜図６に示した関係を考慮して作成される。
【００７２】
上記の説明から明らかなように、触媒６１の被毒が進行するときの三次元マップの値は、触媒６１の被毒が解消されるときの三次元マップの値と異なる。なお、触媒６１がリッチ被毒しているときの三次元マップの値が、触媒６１がリーン被毒しているときの三次元マップの値と異なっていてもよい。この場合、合計４つの三次元マップが用いられる。また、被毒量算出部８２は、計算式を用いて、触媒６１の温度Ｔ、現在の被毒量ＰＡ及び排気ガスの流速ＦＶに基づいて被毒係数Ｋｐを算出してもよい。
【００７３】
酸素量制御部８３は、触媒６１の酸素吸蔵量及び被毒量に基づいて、触媒６１に供給される酸素量（以下、「触媒６１への酸素供給量」と称する）を制御する。例えば、内燃機関１０の燃焼室４５に供給される混合気の空燃比がリーンであるほど、触媒６１への酸素供給量は多くなる。このため、本実施形態では、酸素量制御部８３は、内燃機関１０の燃焼室４５に供給される混合気の空燃比を変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御する。
【００７４】
＜酸素吸蔵量算出処理＞
以下、図８のフローチャートを参照して、触媒６１の酸素吸蔵量を算出するための制御について詳細に説明する。図８は、本発明の第一実施形態における酸素吸蔵量算出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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００７５】
最初に、ステップＳ１０１において、吸蔵量算出部８１は、エアフロメータ９１によって検出された吸入空気量を取得する。次いで、ステップＳ１０２において、吸蔵量算出部８１は、空燃比センサ９２によって検出された排気空燃比を取得する。
【００７６】
次いで、ステップＳ１０３において、吸蔵量算出部８１は酸素吸蔵量の変化量を算出する。具体的には、吸蔵量算出部８１は吸入空気量及び排気空燃比に基づいて上記式（１）により酸素吸蔵量の変化量を算出する。酸素吸蔵量の変化量は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合には正となり、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合には負となる。
【００７７】
次いで、ステップＳ１０４において、吸蔵量算出部８１は酸素吸蔵量を算出する。具体的には、吸蔵量算出部８１は酸素吸蔵量の変化量を現在の酸素吸蔵量に加算することによって酸素吸蔵量を更新する。なお、酸素吸蔵量の初期値は所定値（例えばゼロ）に設定される。また、酸素吸蔵量の上限値が予め定められた最大酸素吸蔵量に設定され、酸素吸蔵量の下限値がゼロに設定される。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７８】
なお、ステップＳ１０１において、吸蔵量算出部８１は、ＥＣＵ７０から燃料噴射弁５１に出力される指令値に基づいて燃料噴射量を算出してもよい。この場合、ステップＳ１０３において、吸蔵量算出部８１は上記式（３）により酸素吸蔵量の変化量を算出する。
【００７９】
また、触媒６１の下流側に下流側空燃比センサが配置され、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリッチなリッチ判定空燃比（例えば１４．５５）まで低下したときに、触媒６１の酸素吸蔵量がゼロにリセットされてもよい。また、下流側空燃比センサによって検出された空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン判定空燃比（例えば１４．６５）まで上昇したときに、触媒６１の酸素吸蔵量が最大酸素吸蔵量に設定されてもよい。
【００８０】
＜被毒量算出処理＞
以下、図９のフローチャートを参照して、触媒６１の被毒量を算出するための制御について説明する。図９は、本発明の第一実施形態における被毒量算出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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００８１】
最初に、ステップＳ２０１において、被毒量算出部８２は、空燃比センサ９２によって検出された排気空燃比を取得する。次いで、ステップＳ２０２において、被毒量算出部８２は、排気空燃比が理論空燃比であるか否かを判定する。排気空燃比が理論空燃比であると判定された場合、被毒量の変化量がゼロとなるため、本制御ルーチンは終了する。すなわち、被毒量が現在の値に維持される。
【００８２】
一方、ステップＳ２０２において、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ又はリーンであると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３において、被毒量算出部８２は、温度センサ９３によって検出された触媒６１の温度を取得する。
【００８３】
なお、温度センサ９３が触媒６１の上流側又は下流側に配置され、被毒量算出部８２は、温度センサ９３によって検出された排気ガスの温度に基づいて触媒６１の温度を算出してもよい。また、被毒量算出部８２は、温度センサ９３を用いることなく、内燃機関１０の所定の状態量（例えば吸入空気量、機関負荷等）に基づいて触媒６１の温度を算出してもよい。
【００８４】
次いで、ステップＳ２０４において、被毒量算出部８２は内燃機関１０の所定の状態量に基づいて排気ガスの流速を算出する。例えば、基本的には吸入空気量が多いほど排気ガスの流速が速くなるため、被毒量算出部８２は吸入空気量に基づいて排気ガスの流速を算出する。なお、被毒量算出部８２は内燃機関１０の他の状態量（例えば機関負荷及び機関回転数）に基づいて排気ガスの流速を算出してもよい。
【００８５】
次いで、ステップＳ２０５において、被毒量算出部８２は、図７に示されるような三次元マップを用いて、触媒６１の温度Ｔ、現在の被毒量ＰＡ及び排気ガスの流速に基づいて被毒係数Ｋｐを算出する。現在の被毒量ＰＡは例えばＥＣＵ７０のＲＡＭ７２に記憶されている。
【００８６】
現在の被毒量ＰＡが正であり且つ排気空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合には、リッチ被毒が進行する。また、現在の被毒量ＰＡが負であり且つ排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合には、リーン被毒が進行する。このため、これらの場合、被毒係数Ｋｐを算出するために、触媒６１の被毒が進行する場合の第１マップが用いられる。
【００８７】
一方、現在の被毒量ＰＡが正であり且つ排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合には、リッチ被毒が解消される。また、現在の被毒量ＰＡが負であり且つ排気空燃比が理論空燃比よりもリッチである場合には、リーン被毒が解消される。このため、これらの場合、被毒係数Ｋｐを算出するために、触媒６１の被毒が解消される場合の第２マップが用いられる。
【００８８】
次いで、ステップＳ２０６において、被毒量算出部８２は、エアフロメータ９１によって検出された吸入空気量を取得する。次いで、ステップＳ２０７において、被毒量算出部８２は、被毒係数、排気空燃比及び吸入空気量に基づいて、上記式（４）により被毒量の変化量を算出する。被毒量の変化量は、排気空燃比が理論空燃比よりリッチである場合には正となり、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合には負となる。
【００８９】
次いで、ステップＳ２０８において、被毒量算出部８２は被毒量を算出する。具体的には、被毒量算出部８２は被毒量の変化量を現在の被毒量に加算することによって被毒量を更新する。なお、被毒量の初期値は所定値（例えばゼロ）に設定される。ステップＳ２０８の後、本制御ルーチンは終了する。
【００９０】
なお、ステップＳ２０６において、被毒量算出部８２は、ＥＣＵ７０から燃料噴射弁５１に出力される指令値に基づいて燃料噴射量を算出してもよい。この場合、ステップＳ２０７において、被毒量算出部８２は上記式（６）により被毒量の変化量を算出する。また、被毒量算出部８２は、触媒６１の温度、現在の被毒量及び排気ガスの流速の少なくとも一つに基づいて被毒係数を算出してもよい。
【００９１】
＜酸素供給処理＞
以下、図１０のフローチャートを参照して、触媒６１に酸素を供給するための制御について説明する。図１０は、本発明の第一実施形態における酸素供給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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００９２】
最初に、ステップＳ３０１において、酸素量制御部８３は、図８の制御ルーチンにおいて算出された酸素吸蔵量と、図９の制御ルーチンにおいて算出された被毒量とに基づいて、触媒６１に流入する排気ガスの目標空燃比を算出する。例えば、酸素量制御部８３は、酸素吸蔵量に基づいて補正前の目標空燃比を算出し、被毒量に基づいて目標空燃比の補正量を算出し、補正前の目標空燃比に補正量を加算することによって目標空燃比を算出する。
【００９３】
図１１は、酸素吸蔵量と補正前の目標空燃比との関係を示す図である。酸素吸蔵量が少ないほど、触媒６１に多くの酸素を供給する必要がある。このため、補正前の目標空燃比は、酸素吸蔵量が少ないほどリーンにされる。酸素吸蔵量と補正前の目標空燃比との関係の例が、実線、一点鎖線及び二点鎖線によって図１１に示されている。
【００９４】
図１２は、被毒量と目標空燃比の補正量との関係を示す図である。被毒量が正である場合、すなわち触媒６１がリッチ被毒している場合、触媒６１に供給される酸素が被毒の解消のために用いられる。このため、所望の酸素吸蔵量を実現するためには、より多くの酸素を触媒６１に供給する必要がある。このことを考慮し、被毒量が正である場合には、目標空燃比の補正量が正の値に設定される。この結果、補正前の目標空燃比がリーン側に補正される。
【００９５】
一方、被毒量が負である場合、すなわち触媒６１がリーン被毒している場合、触媒６１に供給されるＨＣ及びＣＯが被毒の解消のために用いられ、触媒６１に吸蔵された酸素がＨＣ及びＣＯの浄化のために消費されない。このため、触媒６１が実際の酸素吸蔵量よりも多くの酸素を吸蔵しているとみなすことができる。このことを考慮し、被毒量が負である場合には、目標空燃比の補正量が負の値に設定される。この結果、補正前の目標空燃比がリッチ側に補正される。被毒量と目標空燃比の補正量との関係の例が実線及び破線によって図１２に示されている。
【００９６】
酸素量制御部８３は、図１１に示されるようなマップを用いて酸素吸蔵量に基づいて補正前の目標空燃比を算出し、図１２に示されるようなマップを用いて被毒量に基づいて目標空燃比の補正量を算出する。
【００９７】
なお、酸素量制御部８３は、図１３に示されるような二次元マップを用いて、酸素吸蔵量ＯＳＡ及び被毒量ＰＡに基づいて目標空燃比ＴＡＦを算出してもよい。このマップでは、被毒量ＰＡが一定である場合、酸素吸蔵量ＯＳＡが少ないほど、目標空燃比ＴＡＦがリーンにされる。また、酸素吸蔵量ＯＳＡが一定である場合、被毒量ＰＡの値が大きいほど、目標空燃比ＴＡＦがリーンにされる。
【００９８】
次いで、ステップＳ３０２において、酸素量制御部８３は空燃比制御を実行する。具体的には、酸素量制御部８３は、排気空燃比が目標空燃比に一致するように、燃料噴射弁５１から燃焼室４５に供給される燃料量を制御する。本実施形態では、酸素量制御部８３は、空燃比センサ９２によって検出された空燃比が目標空燃比に一致するように、燃料噴射弁５１から燃焼室４５に供給される燃料量をフィードバック制御する。ステップＳ３０２の後、本制御ルーチンは終了する。
【００９９】
なお、本制御ルーチンは、所定条件が満たされた場合にのみ実行されてもよい。所定条件は、例えば、吸蔵量算出部８１によって算出された酸素吸蔵量が所定範囲外であること、被毒量算出部８２によって算出された被毒量の絶対値が所定値以上であること等である。
【０１００】
＜第二実施形態＞
第二実施形態に係る排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態に係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。
【０１０１】
図１４は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用される内燃機関を概略的に示す図である。第二実施形態では、内燃機関１０’及び排気浄化装置は、触媒６１よりも上流側の排気通路に空気を直接供給する空気供給装置１００を更に備える。
【０１０２】
空気供給装置１００は、空気供給通路１０１、エアポンプ１０２、エアスイッチングバルブ１０３及び逆止弁１０４を含む。エアポンプ１０２、エアスイッチングバルブ１０３及び逆止弁１０４は空気供給通路１０１に配置される。
【０１０３】
空気供給通路１０１はスロットル弁５８よりも上流側の吸気通路と触媒６１よりも上流側の排気通路とを接続する。具体的には、空気供給通路１０１は吸気管５５と排気マニホルド５９とを接続する。エアポンプ１０２は、電気モータによって駆動され、吸気通路内の空気を加圧して排気マニホルド５９に供給する。エアスイッチングバルブ１０３は空気供給通路１０１を開閉する。逆止弁１０４は排気通路から吸気通路への空気の逆流を防止する。
【０１０４】
エアポンプ１０２及びエアスイッチングバルブ１０３は、ＥＣＵ７０に電気的に接続され、ＥＣＵ７０によって制御される。空気供給装置１００よって空気が排気通路に供給されるとき、エアスイッチングバルブ１０３が開かれ、エアポンプ１０２が駆動される。この結果、エアクリーナ５６を通過した空気の一部が空気供給通路１０１を通って排気通路に供給される。空気供給装置１００はいわゆる二次空気供給装置である。なお、空気の供給源は吸気通路以外であってもよい。
【０１０５】
第二実施形態では、酸素量制御部８３は空気供給装置１００から排気通路に空気を供給することによって触媒６１に酸素を供給する。空気供給装置１００から排気通路に供給される空気量が多いほど、触媒６１への酸素供給量は多くなる。このため、酸素量制御部８３は、空気供給装置１００から排気通路に供給される空気量を変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御する。この場合、触媒６１への酸素供給量を制御するために混合気の空燃比を変更する必要がないため、内燃機関１０’の運転状態に応じた所望の値に混合気の空燃比を設定することができる。
【０１０６】
＜酸素供給処理＞
図１５は、本発明の第二実施形態における酸素供給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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１０７】
最初に、ステップＳ４０１において、酸素量制御部８３は、図８の制御ルーチンにおいて算出された酸素吸蔵量と、図９の制御ルーチンにおいて算出された被毒量とに基づいて、空気供給装置１００を用いて触媒６１に供給する空気量を算出する。例えば、酸素量制御部８３は、酸素吸蔵量に基づいて補正前の空気量を算出し、被毒量に基づいて空気量の補正量を算出し、補正前の空気量に補正量を加算することによって空気量を算出する。
【０１０８】
図１６は、酸素吸蔵量と補正前の空気量との関係を示す図である。酸素吸蔵量が少ないほど、触媒６１に多くの酸素を供給する必要がある。このため、補正前の空気量は、酸素吸蔵量が少ないほど多くされる。酸素吸蔵量と補正前の空気量との関係の例が、実線、一点鎖線及び二点鎖線によって図１６に示されている。なお、酸素吸蔵量が所定値以上であるときの補正前の空気量がゼロに設定されてもよい。
【０１０９】
図１７は、被毒量と空気量の補正量との関係を示す図である。被毒量が正である場合、すなわち触媒６１がリッチ被毒している場合、触媒６１に供給される酸素が被毒の解消のために用いられる。このため、所望の酸素吸蔵量を実現するためには、より多くの酸素を触媒６１に供給する必要がある。このことを考慮し、被毒量が正である場合には、空気量の補正量が正の値に設定される。この結果、補正によって補正前の空気量が多くされる。
【０１１０】
一方、被毒量が負である場合、すなわち触媒６１がリーン被毒している場合、触媒６１に供給されるＨＣ及びＣＯが被毒の解消のために用いられ、触媒６１に吸蔵された酸素がＨＣ及びＣＯの浄化のために消費されない。このため、触媒６１が実際の酸素吸蔵量よりも多くの酸素を吸蔵しているとみなすことができる。このことを考慮し、被毒量が負である場合には、空気量の補正量が負の値に設定される。この結果、補正によって補正前の空気量が少なくされる。被毒量と空気量の補正量との関係の例が実線及び破線によって図１７に示されている。
【０１１１】
酸素量制御部８３は、図１６に示されるようなマップを用いて酸素吸蔵量に基づいて補正前の空気量を算出し、図１７に示されるようなマップを用いて被毒量に基づいて空気量の補正量を算出する。
【０１１２】
なお、酸素量制御部８３は、図１８に示されるような二次元マップを用いて、酸素吸蔵量ＯＳＡ及び被毒量ＰＡに基づいて空気量ＡＡを算出してもよい。このマップでは、被毒量ＰＡが一定である場合、酸素吸蔵量ＯＳＡが少ないほど、空気量ＡＡが多くされる。また、酸素吸蔵量ＯＳＡが一定である場合、被毒量ＰＡの値が大きいほど、空気量ＡＡが多くされる。
【０１１３】
次いで、ステップＳ４０２において、酸素量制御部８３は、ステップＳ４０１において算出した空気量が排気通路に供給されるように、空気供給装置１００から排気通路に空気を供給する。例えば、酸素量制御部８３は、ステップＳ４０１において算出した空気量に相当する時間だけ空気供給装置１００のエアスイッチングバルブ１０３を開く。ステップＳ４０２の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１１４】
なお、本制御ルーチンは、所定条件が満たされた場合にのみ実行されてもよい。所定条件は、例えば、吸蔵量算出部８１によって算出された酸素吸蔵量が所定範囲外であること、被毒量算出部８２によって算出された被毒量の絶対値が所定値以上であること等である。
【０１１５】
＜第三実施形態＞
第三実施形態に係る排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第二実施形態に係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、第二実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１６】
図１９は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載する車両を概略的に示す図である。車両１は、内燃機関１０’、第１電動発電機１２、動力分割機構１４、第２電動発電機１６、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１８及びバッテリ２０を備える。
【０１１７】
車両１は走行用の動力源として内燃機関１０’及び第２電動発電機１６を備える。すなわち、車両１はいわゆるハイブリッド車両である。ハイブリッド車両の構成は公知であるため、以下、各部品の機能について簡単に説明する。
【０１１８】
内燃機関１０’の出力軸（クランクシャフト１１）は動力分割機構１４に機械的に接続されており、内燃機関１０’の出力は動力分割機構１４に入力される。第１電動発電機１２が発電機として機能するとき、内燃機関１０’の出力が動力分割機構１４を介して第１電動発電機１２及び減速機３２に分配される。第１電動発電機１２に分配された内燃機関１０’の出力を用いて第１電動発電機１２によって電力が発電される。一方、減速機３２に分配された内燃機関１０’の出力は、走行用の動力として車軸３４を介して車輪３６に伝達される。
【０１１９】
第１電動発電機１２は動力分割機構１４を介して内燃機関１０’のクランクシャフト１１に機械的に接続されている。第１電動発電機１２が電動機として機能するとき、バッテリ２０に蓄えられた電力がＰＣＵ１８を介して第１電動発電機１２に供給される。第１電動発電機１２の出力は動力分割機構１４を介して内燃機関１０’のクランクシャフト１１に供給される。この結果、燃焼室４５において混合気の燃焼が実施されることなくクランクシャフト１１が回転駆動され、いわゆるモータリングが実施される。モータリングによって内燃機関１０’が始動される。
【０１２０】
第２電動発電機１６が電動機として機能するときには、バッテリ２０に蓄えられた電力又は第１電動発電機１２によって発電された電力がＰＣＵ１８を介して第２電動発電機１６に供給され、第２電動発電機１６の出力が減速機３２に供給される。減速機３２に供給された第２電動発電機１６の出力は、走行用の動力として車軸３４を介して車輪３６に伝達される。
【０１２１】
一方、車両の減速時には、車輪３６の回転によって第２電動発電機１６が駆動され、第２電動発電機１６は発電機として機能する。第２電動発電機１６によって発電された回生電力はＰＣＵ１８を介してバッテリ２０に供給される。
【０１２２】
また、バッテリ２０の電極間の電圧を検出する電圧センサ９７がバッテリ２０に設けられる。電圧センサ９７の出力は対応するＡＤ変換器７７を介して入力ポート７５に入力される。
【０１２３】
なお、第１電動発電機１２は、発電機としては機能しない電動機であってもよい。また、第２電動発電機１６は、発電機としては機能しない電動機であってもよい。また、車両１は、外部電源によってバッテリ２０を充電可能なプラグインハイブリッド車両であってもよい。また、図１９に示される車両１はいわゆるシリーズパラレル式のハイブリッド車両であるが、車両１は、シリーズ式、パラレル式等の他の種類のハイブリッド車両であってもよい。
【０１２４】
第三実施形態では、酸素量制御部８３は、内燃機関１０’の燃焼室４５において混合気の燃焼が実施されていないときに、触媒６１に酸素を供給する。このことによって、混合気の燃焼が実施される前に予め触媒６１の酸素吸蔵量を適切な値にすることができる。
【０１２５】
例えば、酸素量制御部８３は、内燃機関１０’の始動が要求されたときに、混合気の燃焼が実施される前に触媒６１に酸素を供給する。通常、内燃機関１０’の始動が要求されるときには排気通路に排気ガスが残されていない。このため、このタイミングで触媒６１に酸素を供給することによって、触媒６１の酸素吸蔵量をより精度良く制御することができる。
【０１２６】
第二実施形態と同様に、酸素量制御部８３は空気供給装置１００から排気通路に空気を供給することによって触媒６１に酸素を供給する。空気供給装置１００への電力はバッテリ２０から供給される。また、酸素量制御部８３は、空気供給装置１００から排気通路に供給される空気量を変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御する。
【０１２７】
＜酸素供給処理＞
図２０は、本発明の第三実施形態における酸素供給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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１２８】
最初に、ステップＳ５０１において、酸素量制御部８３は、内燃機関１０’の始動が要求されたか否かを判定する。例えば、バッテリ２０の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が下限閾値まで低下したときに、内燃機関１０’の始動が要求される。バッテリ２０のＳＯＣは電圧センサ９７の出力等に基づいて算出される。
【０１２９】
次いで、ステップＳ５０２及びステップＳ５０３が、図１５のステップＳ４０１及びステップＳ４０２と同様に実行される。ステップＳ５０３の後、本制御ルーチンは終了する。触媒６１への酸素供給が終了すると、第１電動発電機１２によって内燃機関１０’が始動される。
【０１３０】
なお、酸素量制御部８３は内燃機関１０’の停止後に空気供給装置１００によって触媒６１に酸素を供給してもよい。この場合、ステップＳ５０１において、酸素量制御部８３は、内燃機関１０’が停止されたか否かを判定する。例えば、バッテリ２０のＳＯＣが上限閾値まで回復したときに、内燃機関１０’の停止が要求され、内燃機関１０’が停止される。
【０１３１】
＜第四実施形態＞
第四実施形態に係る排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第三実施形態に係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、第三実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１３２】
第四実施形態では、車両１は、図１４に示される内燃機関１０’の代わりに、図１に示される内燃機関１０を備える。第四実施形態では、排気浄化装置は、内燃機関１０のクランクシャフト１１を回転駆動するモータリング装置を更に備える。本実施形態では、第１電動発電機１２がモータリング装置として機能する。
【０１３３】
モータリング装置によってクランクシャフト１１が回転駆動されているときには、燃焼室４５に燃料が供給されることなく、排気通路に空気が供給される。そこで、第四実施形態では、酸素量制御部８３は、モータリング装置によってクランクシャフト１１を回転駆動することによって触媒６１に酸素を供給する。このことによって、空気供給装置１００を設けることなく、混合気の燃焼が実施されていないときに触媒６１に酸素を供給することができる。
【０１３４】
また、モータリング装置がクランクシャフト１１を回転駆動する時間（以下、「モータリング時間」と称する）が長いほど、触媒６１への酸素供給量は多くなる。このため、第四実施形態では、酸素量制御部８３はモータリング時間を変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御する。
【０１３５】
＜酸素供給処理＞
図２１は、本発明の第四実施形態における酸素供給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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１３６】
最初に、ステップＳ６０１において、図２０のステップＳ５０１と同様に、酸素量制御部８３は、内燃機関１０の始動が要求されたか否かを判定する。
【０１３７】
次いで、ステップＳ６０２において、酸素量制御部８３は、図８の制御ルーチンにおいて算出された酸素吸蔵量と、図９の制御ルーチンにおいて算出された被毒量とに基づいて、モータリング時間を算出する。例えば、酸素量制御部８３は、酸素吸蔵量に基づいて補正前のモータリング時間を算出し、被毒量に基づいてモータリング時間の補正量を算出し、補正前のモータリング時間に補正量を加算することによってモータリング時間を算出する。
【０１３８】
図２２は、酸素吸蔵量と補正前のモータリング時間との関係を示す図である。酸素吸蔵量が少ないほど、触媒６１に多くの酸素を供給する必要がある。このため、補正前のモータリング時間は、酸素吸蔵量が少ないほど長くされる。酸素吸蔵量と補正前のモータリング時間との関係の例が、実線、一点鎖線及び二点鎖線によって図２２に示されている。なお、酸素吸蔵量が所定値以上であるときのモータリング時間が最小値（内燃機関１０の始動に必要な時間）に設定されてもよい。
【０１３９】
図２３は、被毒量とモータリング時間の補正量との関係を示す図である。被毒量が正である場合、すなわち触媒６１がリッチ被毒している場合、触媒６１に供給される酸素が被毒の解消のために用いられる。このため、所望の酸素吸蔵量を実現するためには、より多くの酸素を触媒６１に供給する必要がある。このことを考慮し、被毒量が正である場合には、モータリング時間の補正量が正の値に設定される。この結果、補正によって補正前のモータリング時間が長くされる。
【０１４０】
一方、被毒量が負である場合、すなわち触媒６１がリーン被毒している場合、触媒６１に供給されるＨＣ及びＣＯが被毒の解消のために用いられ、触媒６１に吸蔵された酸素がＨＣ及びＣＯの浄化のために消費されない。このため、触媒６１が実際の酸素吸蔵量よりも多くの酸素を吸蔵しているとみなすことができる。このことを考慮し、被毒量が負である場合には、モータリング時間の補正量が負の値に設定される。この結果、補正によって補正前のモータリング時間が短くされる。被毒量と空気量の補正量との関係の例が実線及び破線によって図２３に示されている。
【０１４１】
酸素量制御部８３は、図２２に示されるようなマップを用いて酸素吸蔵量に基づいて補正前のモータリング時間を算出し、図２３に示されるようなマップを用いて被毒量に基づいてモータリング時間の補正量を算出する。
【０１４２】
なお、酸素量制御部８３は、図２４に示されるような二次元マップを用いて、酸素吸蔵量ＯＳＡ及び被毒量ＰＡに基づいてモータリング時間ＭＴを算出してもよい。このマップでは、被毒量ＰＡが一定である場合、酸素吸蔵量ＯＳＡが少ないほど、モータリング時間ＭＴが長くされる。また、酸素吸蔵量ＯＳＡが一定である場合、被毒量ＰＡの値が大きいほど、モータリング時間ＭＴが長くされる。
【０１４３】
次いで、ステップＳ６０３において、酸素量制御部８３はモータリング制御を実行する。具体的には、酸素量制御部８３は、ステップＳ６０２において算出したモータリング時間だけ、モータリング装置（本実施形態では第１電動発電機１２）によってクランクシャフト１１を回転駆動する。ステップＳ６０３の後、本制御ルーチンは終了する。モータリング装置によるクランクシャフト１１の回転駆動が終了すると、内燃機関１０の燃焼室４５において混合気の燃焼が開始される。
【０１４４】
なお、酸素量制御部８３は、内燃機関１０の停止が要求されたときに、混合気の燃焼の終了後にモータリング装置によって触媒６１に酸素を供給してもよい。この場合、ステップＳ６０１において、酸素量制御部８３は、混合気の燃焼が終了したか否かを判定する。
【０１４５】
＜第五実施形態＞
第五実施形態に係る排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第四実施形態に係る排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第五実施形態について、第四実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１４６】
モータリング時間が一定である場合、モータリング装置がクランクシャフト１１を回転駆動するときのスロットル弁５８の開度が大きいほど、触媒６１への酸素供給量は多くなる。このため、第五実施形態では、酸素量制御部８３は、モータリング装置がクランクシャフト１１を回転駆動するときのスロットル弁５８の開度（以下、単に「スロットル弁５８の開度」と称する）を変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御する。
【０１４７】
＜酸素供給処理＞
図２５は、本発明の第五実施形態における酸素供給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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１４８】
最初に、ステップＳ７０１において、図２０のステップＳ５０１と同様に、酸素量制御部８３は、内燃機関１０の始動が要求されたか否かを判定する。
【０１４９】
次いで、ステップＳ７０２において、酸素量制御部８３は、図８の制御ルーチンにおいて算出された酸素吸蔵量と、図９の制御ルーチンにおいて算出された被毒量とに基づいて、スロットル弁５８の開度を算出する。例えば、酸素量制御部８３は、酸素吸蔵量に基づいて補正前のスロットル弁５８の開度を算出し、被毒量に基づいてスロットル弁５８の開度の補正量を算出し、補正前のスロットル弁５８の開度に補正量を加算することによってスロットル弁５８の開度を算出する。
【０１５０】
図２６は、酸素吸蔵量と補正前のスロットル弁５８の開度との関係を示す図である。酸素吸蔵量が少ないほど、触媒６１に多くの酸素を供給する必要がある。このため、補正前のスロットル弁５８の開度は、酸素吸蔵量が少ないほど大きくされる。酸素吸蔵量と補正前のスロットル弁５８の開度との関係の例が、実線、一点鎖線及び二点鎖線によって図２６に示されている。なお、酸素吸蔵量が所定値以上であるときのスロットル弁５８の開度が最小値に設定されてもよい。
【０１５１】
図２７は、被毒量とスロットル弁５８の開度の補正量との関係を示す図である。被毒量が正である場合、すなわち触媒６１がリッチ被毒している場合、触媒６１に供給される酸素が被毒の解消のために用いられる。このため、所望の酸素吸蔵量を実現するためには、より多くの酸素を触媒６１に供給する必要がある。このことを考慮し、被毒量が正である場合には、スロットル弁５８の開度の補正量が正の値に設定される。この結果、補正によって補正前のスロットル弁５８の開度が大きくされる。
【０１５２】
一方、被毒量が負である場合、すなわち触媒６１がリーン被毒している場合、触媒６１に供給されるＨＣ及びＣＯが被毒の解消のために用いられ、触媒６１に吸蔵された酸素がＨＣ及びＣＯの浄化のために消費されない。このため、触媒６１が実際の酸素吸蔵量よりも多くの酸素を吸蔵しているとみなすことができる。このことを考慮し、被毒量が負である場合には、スロットル弁５８の開度の補正量が負の値に設定される。この結果、補正によって補正前のスロットル弁５８の開度が小さくされる。被毒量と空気量の補正量との関係の例が実線及び破線によって図２７に示されている。
【０１５３】
酸素量制御部８３は、図２６に示されるようなマップを用いて酸素吸蔵量に基づいて補正前のスロットル弁５８の開度を算出し、図２７に示されるようなマップを用いて被毒量に基づいてスロットル弁５８の開度の補正量を算出する。
【０１５４】
なお、酸素量制御部８３は、図２８に示されるような二次元マップを用いて、酸素吸蔵量ＯＳＡ及び被毒量ＰＡに基づいてスロットル弁５８の開度ＴＯを算出してもよい。このマップでは、被毒量ＰＡが一定である場合、酸素吸蔵量ＯＳＡが少ないほど、スロットル弁５８の開度が大きくされる。また、酸素吸蔵量ＯＳＡが一定である場合、被毒量ＰＡの値が大きいほど、スロットル弁５８の開度が大きくされる。
【０１５５】
次いで、ステップＳ７０３において、酸素量制御部８３はモータリング制御を実行する。具体的には、酸素量制御部８３は、モータリング装置（本実施形態では第１電動発電機１２）によってクランクシャフト１１を所定時間だけ回転駆動し、このときのスロットル弁５８の開度を、ステップＳ７０２において算出した値に制御する。ステップＳ７０３の後、本制御ルーチンは終了する。モータリング装置によるクランクシャフト１１の回転駆動が終了すると、内燃機関１０の燃焼室４５において混合気の燃焼が開始される。
【０１５６】
なお、混合気の燃焼が開始される直前に、燃焼開始時のトルクショックを低減すべくスロットル弁５８の開度が所定値以下にされてもよい。また、酸素量制御部８３は、内燃機関１０の停止が要求されたときに、混合気の燃焼の終了後にモータリング装置によって触媒６１に酸素を供給してもよい。この場合、ステップＳ７０１において、酸素量制御部８３は、混合気の燃焼が終了したか否かを判定する。
【０１５７】
＜第六実施形態＞
第六実施形態に係る排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第四実施形態に係る排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第六実施形態について、第四実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１５８】
図２９は、第六実施形態におけるＥＣＵ７０の機能ブロック図である。排気浄化装置は、吸蔵量算出部８１、被毒量算出部８２及び酸素量制御部８３加えて、機関制御部８４を更に備える。第六実施形態では、ＥＣＵ７０が、吸蔵量算出部８１、被毒量算出部８２、酸素量制御部８３及び機関制御部８４を有する。吸蔵量算出部８１、被毒量算出部８２、酸素量制御部８３及び機関制御部８４は、ＥＣＵ７０のＲＯＭ７３に記憶されたプログラムをＥＣＵ７０のＣＰＵ７４が実行することによって実現される機能ブロックである。
【０１５９】
機関制御部８４は内燃機関１０の始動及び停止を制御する。具体的には、機関制御部８４は、バッテリ２０のＳＯＣが下限閾値まで低下したときに内燃機関１０を始動し、バッテリ２０のＳＯＣが上限閾値まで上昇したときに内燃機関１０を停止させる。
【０１６０】
ところで、触媒６１がリッチ被毒している場合には、触媒６１の排気浄化性能を回復させるべく触媒６１に酸素を供給してリッチ被毒を解消する必要がある。しかしながら、触媒６１が高温であるときに触媒６１に酸素が供給されると、触媒６１が劣化するおそれがある。このため、触媒６１の温度が低いときに触媒６１に酸素を供給することが望ましい。
【０１６１】
第六実施形態では、酸素量制御部８３は、内燃機関１０の始動が要求されたときに、混合気の燃焼が実施される前に触媒６１に酸素を供給する。この場合、内燃機関１０の停止時間を長くすることによって酸素供給時の触媒６１の温度を低くすることができる。
【０１６２】
このため、機関制御部８４は、触媒６１の温度が所定温度以上であり且つ触媒６１のリッチ被毒量が所定値以上である場合には、触媒６１の温度が所定温度未満であり又は触媒６１のリッチ被毒量が所定値未満である場合に比べて、内燃機関１０の停止時間を長くする。このことによって、酸素供給時の触媒６１の温度を下げることができ、ひいてはリッチ被毒解消時の触媒６１の劣化を抑制することができる。
【０１６３】
具体的には、機関制御部８４は、触媒６１の温度が所定温度以上であり且つ触媒６１のリッチ被毒量が所定値以上である場合には、触媒６１の温度が所定温度未満であり又は触媒６１のリッチ被毒量が所定値未満である場合に比べて、下限閾値を低くする。
【０１６４】
＜タイムチャートを用いた制御の説明＞
以下、図３０を参照して、上述した制御について具体的に説明する。図３０は、第六実施形態における制御が実行されるときの触媒６１の温度、触媒６１のリッチ被毒量、バッテリ２０のＳＯＣ及び内燃機関１０の運転状態のタイムチャートである。バッテリ２０のＳＯＣのグラフでは、下限閾値が一点鎖線によって示され、上限閾値が二点鎖線によって示されている。
【０１６５】
図示した例では、時刻ｔ１において、内燃機関１０が作動している。時刻ｔ１の後、触媒６１の温度は、徐々に上昇し、時刻ｔ２において所定温度ＲＴに達する。また、時刻ｔ１の後、触媒６１のリッチ被毒量は、徐々に増加し、時刻ｔ３において所定値ＲＰＡに達する。この結果、バッテリ２０のＳＯＣのグラフに示されるように、時刻ｔ３において下限閾値が低くされる。
【０１６６】
内燃機関１０が作動している間、内燃機関１０の出力によってバッテリ２０が充電される。このため、時刻ｔ１の後、バッテリ２０のＳＯＣは、徐々に上昇し、時刻ｔ４において、上限閾値に達する。この結果、時刻ｔ４において、内燃機関１０の停止が要求され、内燃機関１０が停止せしめられる。
【０１６７】
内燃機関１０が停止している間、走行用の動力は第２電動発電機１６によって出力される。このため、内燃機関１０の停止後、バッテリ２０のＳＯＣは、徐々に低下し、時刻ｔ６において下限閾値に達する。この結果、時刻ｔ６において、内燃機関１０の始動が要求され、内燃機関１０が始動される。
【０１６８】
また、内燃機関１０が停止すると、排気通路の温度が低下し、触媒６１が徐々に冷やされる。このため、内燃機関１０の停止時間が長いほど、触媒６１の温度の低下量が大きくなる。本実施形態では、時刻ｔ３において下限閾値を低くしたことによって、内燃機関１０の始動時刻が時刻ｔ５から時刻ｔ６に延びている。このため、内燃機関１０の始動時における触媒６１の温度を低くすることができる。
【０１６９】
時刻ｔ６において内燃機関１０が始動されると、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで、モータリング装置によって内燃機関１０のクランクシャフト１１が回転駆動され、触媒６１に酸素が供給される。この結果、リッチ被毒量が小さくなる。また、触媒６１への酸素供給が終了する時刻ｔ７において、下限閾値が初期値に戻される。すなわち、下限閾値が高くされる。
【０１７０】
＜下限閾値設定処理＞
図３１は、本発明の第六実施形態における下限閾値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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１７１】
最初に、ステップＳ８０１において、機関制御部８４は、触媒６１の被毒を解消するために触媒６１への酸素供給が行われたか否かを判定する。すなわち、機関制御部８４は、図２１のステップＳ６０３におけるモータリング制御が実行されたか否かを判定する。ステップＳ８０１において触媒６１への酸素供給が行われなかったと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ８０２に進む。
【０１７２】
ステップＳ８０２では、機関制御部８４は、温度センサ９３によって検出された触媒６１の温度を取得する。なお、温度センサ９３が触媒６１の上流側又は下流側に配置され、機関制御部８４は、温度センサ９３によって検出された排気ガスの温度に基づいて触媒６１の温度を算出してもよい。また、機関制御部８４は、温度センサ９３を用いることなく、内燃機関１０の所定の状態量（例えば吸入空気量、機関負荷等）に基づいて触媒６１の温度を算出してもよい。
【０１７３】
次いで、ステップＳ８０３において、機関制御部８４は、触媒６１の温度が所定温度以上であるか否かを判定する。所定温度は、予め定められ、酸素供給による触媒６１の劣化が生じうる温度に設定される。ステップＳ８０３において触媒６１の温度が所定温度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。
【０１７４】
一方、ステップＳ８０３において触媒６１の温度が所定温度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Ｓ８０４に進む。ステップＳ８０４では、機関制御部８４は、図９の制御ルーチンにおいて算出されたリッチ被毒量が所定値以上であるか否かを判定する。所定値は予め定められる。なお、被毒量算出部８２によって算出された被毒量が負である場合、すなわち触媒６１がリーン被毒している場合、リッチ被毒量はゼロとなる。ステップＳ８０４においてリッチ被毒量が所定値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。
【０１７５】
一方、ステップＳ８０４においてリッチ被毒量が所定値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Ｓ８０５に進む。ステップＳ８０５では、機関制御部８４は下限閾値を低くする。具体的には、機関制御部８４は、予め定められた下限閾値の初期値よりも低い値に下限閾値を設定する。ステップＳ８０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１７６】
また、ステップＳ８０１において触媒６１への酸素供給が行われたと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ８０６に進む。ステップＳ８０６では、被毒量算出部８２は下限閾値を初期化する。すなわち、被毒量算出部８２は下限閾値を初期値に戻す。ステップＳ８０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１７７】
なお、内燃機関１０の作動中に触媒６１の温度が一時的に所定温度よりも高くなったとしても、内燃機関１０の停止時には触媒６１の温度が所定温度未満になる場合がある。この場合、内燃機関１０の停止時間を長くするために下限閾値を低くする必要はない。
【０１７８】
このため、機関制御部８４は、内燃機関１０の停止時に触媒６１の温度が所定温度以上であり且つリッチ被毒量が所定値以上である場合には、内燃機関１０の停止時に触媒６１の温度が所定温度未満であり又はリッチ被毒量が所定値未満である場合に比べて、下限閾値を低くしてもよい。このことによって、触媒６１が劣化する可能性が高いときにのみ下限閾値が低くされ、バッテリ２０のＳＯＣの低下によるバッテリ２０の劣化を抑制することができる。
【０１７９】
この場合、図３０の例では、内燃機関１０が停止する時刻ｔ４において、下限閾値が低くされる。また、この場合、図３１のステップＳ８０２の前に、内燃機関１０が停止されたか否かが判定され、内燃機関１０が停止されたと判定された場合に本制御ルーチンはステップＳ８０２に進む。
【０１８０】
また、上述したように、機関制御部８４は、バッテリ２０のＳＯＣが上限閾値まで上昇したときに内燃機関１０を停止させる。しかしながら、機関制御部８４は、他の条件が成立したときに内燃機関１０を停止させてもよい。この場合も、下限閾値を低くすることによって内燃機関１０の停止時間を長くすることができる。
【０１８１】
＜第七実施形態＞
第七実施形態に係る排気浄化装置は、以下に説明する点を除いて、基本的に第六実施形態に係る排気浄化装置と同様である。このため、以下、本発明の第七実施形態について、第六実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１８２】
第七実施形態では、第六実施形態と同様に、機関制御部８４は、バッテリ２０のＳＯＣが下限閾値まで低下したときに内燃機関１０を始動し、バッテリ２０のＳＯＣが上限閾値まで上昇したときに内燃機関１０を停止させる。また、機関制御部８４は、触媒６１の温度が所定温度以上であり且つ触媒６１のリッチ被毒量が所定値以上である場合には、触媒６１の温度が所定温度未満であり又は触媒６１のリッチ被毒量が所定値未満である場合に比べて、上限閾値を高くする。このことによって、内燃機関１０の停止時間を長くすることができ、酸素供給時の触媒６１の温度を低くすることができる。
【０１８３】
＜タイムチャートを用いた制御の説明＞
以下、図３２を参照して、上述した制御について具体的に説明する。図３２は、第七実施形態における制御が実行されるときの触媒６１の温度、触媒６１のリッチ被毒量、バッテリ２０のＳＯＣ及び内燃機関１０の運転状態のタイムチャートである。バッテリ２０のＳＯＣのグラフでは、下限閾値が一点鎖線によって示され、上限閾値が二点鎖線によって示されている。
【０１８４】
図示した例では、時刻ｔ１において、内燃機関１０が作動している。時刻ｔ１の後、触媒６１の温度は、徐々に上昇し、時刻ｔ２において所定温度ＲＴに達する。また、時刻ｔ１の後、触媒６１のリッチ被毒量は、徐々に増加し、時刻ｔ３において所定値ＲＰＡに達する。この結果、バッテリ２０のＳＯＣのグラフに示されるように、時刻ｔ３において上限閾値が高くされる。
【０１８５】
内燃機関１０が作動している間、内燃機関１０の出力によってバッテリ２０が充電される。このため、時刻ｔ１の後、バッテリ２０のＳＯＣは、徐々に上昇し、時刻ｔ４において、上限閾値に達する。この結果、時刻ｔ４において、内燃機関１０の停止が要求され、内燃機関１０が停止せしめられる。
【０１８６】
内燃機関１０が停止している間、走行用の動力は第２電動発電機１６によって出力される。このため、内燃機関１０の停止後、バッテリ２０のＳＯＣは、徐々に低下し、時刻ｔ６において下限閾値に達する。この結果、時刻ｔ６において、内燃機関１０の始動が要求され、内燃機関１０が始動される。
【０１８７】
また、内燃機関１０が停止すると、排気通路の温度が低下し、触媒６１が徐々に冷やされる。このため、内燃機関１０の停止時間が長いほど、触媒６１の温度の低下量が大きくなる。本実施形態では、時刻ｔ３において上限閾値を高くしたことによって、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間だけ内燃機関１０の停止時間が延びている。このため、内燃機関１０の始動時における触媒６１の温度を低くすることができる。
【０１８８】
時刻ｔ６において内燃機関１０が始動されると、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで、モータリング装置によって内燃機関１０のクランクシャフト１１が回転駆動され、触媒６１に酸素が供給される。この結果、リッチ被毒量が小さくなる。また、触媒６１への酸素供給が終了する時刻ｔ７において、上限閾値が初期値に戻される。すなわち、上限閾値が低くされる。
【０１８９】
＜上限閾値設定処理＞
図３３は、本発明の第七実施形態における上限閾値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、ＥＣＵ７０によって所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【０１９０】
ステップＳ９０１〜ステップＳ９０４は、図３１のステップＳ８０１〜ステップＳ８０４と同様に実行される。ステップＳ９０４においてリッチ被毒量が所定値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Ｓ９０５に進む。ステップＳ９０５では、機関制御部８４は上限閾値を高くする。具体的には、機関制御部８４は、予め定められた上限閾値の初期値よりも高い値に上限閾値を設定する。ステップＳ９０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１９１】
また、ステップＳ９０１において触媒６１への酸素供給が行われたと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ９０６に進む。ステップＳ９０６では、被毒量算出部８２は上限閾値を初期化する。すなわち、被毒量算出部８２は上限閾値を初期値に戻す。ステップＳ９０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【０１９２】
＜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。
【０１９３】
例えば、第一実施形態〜第七実施形態において、被毒量算出部８２によって算出された被毒量が負であるとき、すなわち触媒６１がリーン被毒しているときの補正量がゼロに設定されてもよい。すなわち、酸素量制御部８３は酸素吸蔵量及びリッチ被毒量に基づいて触媒６１への酸素供給量を制御してもよい。
【０１９４】
また、第一実施形態〜第七実施形態において、被毒量算出部８２によって算出された被毒量が正であるとき、すなわち触媒６１がリッチ被毒しているときの補正量がゼロに設定されてもよい。すなわち、酸素量制御部８３は酸素吸蔵量及びリーン被毒量に基づいて触媒６１への酸素供給量を制御してもよい。
【０１９５】
また、第四実施形態又は第五実施形態において、混合気の燃焼が実施されていないときに内燃機関１０のクランクシャフト１１を回転駆動可能な電動機がモータリング装置として車両１に設けられていれば、車両１は走行用の動力源として内燃機関１０のみを備えていてもよい。
【０１９６】
また、酸素量制御部８３は、上述した方法を組み合わせて触媒６１への酸素供給量を制御してもよい。例えば、第二実施形態において、酸素量制御部８３は、混合気の空燃比と空気供給装置１００から排気通路に供給される空気量とを変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御してもよい。また、第三実施形態〜第七実施形態において、酸素量制御部８３は、空気供給装置１００から排気通路に供給される空気量、モータリング時間、及びスロットル弁５８の開度の少なくとも二つを変更することによって触媒６１への酸素供給量を制御してもよい。すなわち、第四実施形態〜第七実施形態において、車両１は、内燃機関１０（図１）の代わりに、空気供給装置１００を備える内燃機関１０’（図１４）を備えていてもよい。
【符号の説明】
【０１９７】
１０、１０’    内燃機関
６１    触媒
７０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
８１    吸蔵量算出部
８２    被毒量算出部
８３    酸素量制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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