(57)【要約】【課題】  酸素ストレージ能力を活かして排気浄化触媒の特性をより有効に利用する。【解決手段】  ロジウム（Ｒｈ）を含む触媒層に酸素ストレージ部を形成した三元触媒２３を用い、ＥＣＵ２６により、排気空燃比を理論空燃比（ストイキ）近傍に制御し、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する際に、リーン空燃比を長く・浅くすると共にリッチ空燃比を短く・深く変調させ、排ガス浄化性能を向上させる。【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設けられ、所定容量の酸素ストレージ部を有する触媒と、
前記触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で変動させる空燃比制御手段とを備え、
前記空燃比制御手段は、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の周期を長く変調させるとともに、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の振幅を小さく変調させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段による変動の振幅は、前記リッチ空燃比側と前記リーン空燃比側との単位時間平均がストイキになるよう設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記空燃比制御手段による変動の周期は、前記リッチ空燃比側に対して前記リーン空燃比側が約２倍に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記酸素ストレージ部は、ロジウム（Ｒｈ）を含む触媒層に酸素ストレージ剤が添加されて形成される
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記酸素ストレージ部の容量は、熱耐久後の容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
前記酸素ストレージ剤は、ジルコニウム（Ｚｒ）もしくはセリウム（Ｃｅ）から選ばれる少なくとも一つを主成分とし、これに希土類もしくはランタノイドのうちの一つを含有してなる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気中の炭素成分（ＨＣ、ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関（エンジン）から排出される排ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の排気成分が含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排ガスが通過する排気通路に、三元触媒等の排気浄化触媒を配置し、排気ガスが浄化された状態で大気に放出されるようにしている。
【０００３】
エンジンの排気浄化触媒として使用される三元触媒は、酸化雰囲気（リーン空燃比の雰囲気）でＨＣやＣＯが酸化されて浄化される一方、還元雰囲気（リッチ空燃比の雰囲気）でＮＯｘが還元されて浄化される。三元触媒の浄化性能を高めるために、排気ガスの酸素濃度を検出しながら空燃比の制御を行い、三元触媒を有効に使用する技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、一つの制御周期で、所定期間のリーン空燃比の状態と所定期間のリッチ空燃比の状態を交互に得る空燃比制御を実行し、制御周期を繰り返す技術が開示されている。これにより、酸素濃度センサを用いることなく、ＨＣやＣＯの浄化とＮＯｘの浄化との両立を継続的に達成することができる。
【０００５】
ところで、三元触媒は、一般に、担体に貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等が担持されて構成されている。これらの貴金属は希少で高価なため、三元触媒としては、最小限の貴金属を有効に利用して、即ち、少ない貴金属の担持量で最大限の浄化性能を得ることが求められているのが現状である。このような要求に対し、上述したように、空燃比の制御を実施して三元触媒を有効に使用する技術は、種々提案されているが、三元触媒の有する特性が最大限に発揮されているとは言えないのが実情である。
【０００６】
また、貴金属層にセリウム（Ｃｅ）やジルコニア（Ｚｒ）等の酸素ストレージ剤を添加することにより、酸素ストレージ能力を高めて浄化効率を向上させることも従来から種々実施されている。しかし、空燃比の制御を考慮して酸素ストレージ能力を最適化する技術は確立されていないのが現状であり、三元触媒の特性をより有効に利用するための更なる工夫が求められているのが実情である。
【特許文献１】特許第２５３１５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、酸素ストレージ能力を活かして排気浄化触媒の特性をより有効に利用することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、所定容量の酸素ストレージ部を有する触媒と、前記触媒に流入する排気の空燃比をリーン空燃比とリッチ空燃比との間で変動させる空燃比制御手段とを備え、前記空燃比制御手段は、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の周期を長く変調させるとともに、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の振幅を小さく変調させることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、所定容量の酸素ストレージ部を有する触媒を用い、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の周期を長く変調させるとともに、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の振幅を小さく変調させることで、リーン空燃比を長く・浅くすると共にリッチ空燃比を短く・深くし、排ガス浄化性能を向上させる。このため、酸素ストレージ能力を活かして排気浄化触媒の特性をより有効に利用することができる。
【００１０】
リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の周期を長く変調させるとは、リッチ空燃比に対してリーン空燃比の時間を長くすることであり、リッチ空燃比側よりもリーン空燃比側の振幅を小さく変調させるとは、リッチ空燃比のストイキからの変化量に対してリーン空燃比のストイキからの変化量を少なくするように変調させることである。
【００１１】
つまり、所定容量の酸素ストレージ部を有し、リーン空燃比が長く・浅くされ、リッチ空燃比が短く・深くされるため、貴金属がＮＯｘを吸着し、還元剤との反応によって還元浄化される際には、阻害成分であるＯ２が酸素ストレージ部にストレージされ、窒素酸化物ＮＯｘの浄化（還元）反応が向上する。また、ストレージされた酸素Ｏ２の放出とも相俟って、ＨＣや一酸化炭素ＣＯの酸化性能が維持される。
【００１２】
更に、リーン空燃比が長く・浅くされ、所定容量の酸素ストレージ部を有しているため、Ｏ２過多による貴金属の活性低下が抑制され、リッチ空燃比が短く・深くされているため、リッチ空燃比の時間は貴金属の状態変化が生じない程度の短時間となって、ＣＯ過多による貴金属の活性低下が抑制される。
【００１３】
そして、請求項２に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記空燃比制御手段による変動の振幅は、前記リッチ空燃比側と前記リーン空燃比側との単位時間平均がストイキになるよう設定されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項３に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記空燃比制御手段による変動の周期は、前記リッチ空燃比側に対して前記リーン空燃比側が約２倍に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に係る本発明では、単位時間のトータル空燃比をストイキにして貴金属の活性を保つことができ、請求項３に係る本発明ではリッチ空燃比の周期とリーン空燃比の周期の割合（時間割合）を約１：２にすることで、リッチ空燃比の深さとリーン空燃比の深さの割合を約２：１にして、単位時間のトータル空燃比をストイキにすることができる。
【００１６】
また、請求項４に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記酸素ストレージ部は、ロジウム（Ｒｈ）を含む触媒層に酸素ストレージ剤が添加されて形成されることを特徴とする。
【００１７】
請求項４係る本発明では、Ｒｈを含む触媒層に酸素ストレージ剤を添加して酸素ストレージ部を形成することで、Ｒｈの使用量を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項５に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、前記酸素ストレージ部の容量は、熱耐久後の容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上であることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る本発明では、酸素ストレージ部の容量を約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上に規定することで、酸素濃度に基づいたフィードバック制御を行った場合と同等以上の浄化性能を得ることができる。
【００２０】
また、請求項６に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、前記酸素ストレージ剤は、ジルコニウム（Ｚｒ）もしくはセリウム（Ｃｅ）から選ばれる少なくとも一つを主成分とし、これに希土類もしくはランタノイドのうちの一つを含有してなることを特徴とする。この時、ＺｒもしくはＣｅから選ばれる少なくとも一つの複合酸化物を主成分とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の内燃機関の制御装置は、酸素ストレージ能力を活かして排気浄化触媒の特性をより有効に利用することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示してある。
【００２３】
図１に示すように、内燃機関としてのガソリンエンジン（エンジン）１は、吸気管噴射型(Multi Point Injection)のエンジンである。エンジン１にはシリンダヘッド２及びシリンダブロック３が備えられ、シリンダブロック３にはシリンダ４が形成されている。シリンダ４の内部にはピストン５が往復移動自在に収容され、ピストン５とシリンダ４とシリンダヘッド２とで燃焼室が形成されている。
【００２４】
尚、エンジンとしては、吸気管噴射型(Multi Point Injection)に限らず、吸気管の集合部に燃料を噴射する型のエンジンを適用することも可能である。また、燃焼室に燃料を直接噴射する型のエンジンを適用することも可能である。
【００２５】
シリンダヘッド２には吸気ポート９が形成され、吸気ポート９には吸気マニホールド１０が接続されている。吸気ポート９には吸気弁１１が設けられ、吸気弁１１によって燃焼室と吸気ポート９とが連通・遮断される。吸気マニホールド１０には燃料噴射弁１２が設けられ、燃料噴射弁１２により吸気ポート９内に燃料が噴射される。
【００２６】
一方、シリンダヘッド２には排気ポート１３が形成され、排気ポート１３には排気マニホールド１４の一端が接続されている。排気マニホールド１４の他端には排気管１５が接続されている。排気ポート１３には排気弁１６が設けられ、排気弁１６によって燃焼室と排気ポート１３とが連通・遮断される。
【００２７】
シリンダヘッド２には、気筒毎に点火プラグ１７が取り付けられ、点火プラグ１７には高電圧を出力する点火コイル１８が接続されている。また、吸気マニホールド１０の上流側には吸気量を調整するスロットルバルブ２０が設けられ、スロットルバルブ２０により吸気量が制御される。
【００２８】
排気マニホールド１４に接続された排気管１５には、触媒としての三元触媒２３が介装されている。三元触媒２３には白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属が担持され、Ｒｈが含まれる触媒層を有し、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍の時に排ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の浄化作用を奏する。
【００２９】
即ち、三元触媒２３は、排気空燃比が酸化雰囲気（リーン空燃比）にとなった際に、ＨＣやＣＯが酸化・浄化されると共に、排気空燃比が還元雰囲気（リッチ空燃比）となるまで酸素（Ｏ２）をストレージする。そして、リッチ空燃比となった際に、ＮＯｘが還元・浄化されると共に、ストレージされたＯ２が放出され、ＨＣやＣＯが酸化・浄化される。
【００３０】
三元触媒２３の上流側の排気管１５にはフロントＯ２センサ２５が設けられ、三元触媒２３の下流側の排気管１５にはリアＯ２センサ２４が設けられている。フロントＯ２センサ２５及びリアＯ２センサ２４により排気の酸素濃度を検出することで、三元触媒２３の雰囲気の状態（空燃比）が求められる。尚、Ｏ２センサに代えて三元触媒２３の雰囲気の空燃比を求めるために、空燃比（排気空燃比）を直接検出するリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を設けることも可能である。
【００３１】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）２６は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備え、ＥＣＵ２６によりエンジン１の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ２６の入力側には、上述したフロントＯ２センサ２５及びリアＯ２センサ２４の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ２７等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００３２】
ＥＣＵ２６の出力側には、上した燃料噴射弁１２、点火コイル１８、スロットルバルブ２０等の各種出力デバイスが接続されている。各種出力デバイスには、センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ２６で演算された燃料噴射量、燃料噴射時間、点火時期等がそれぞれ出力される。各種センサ類からの検出情報に基づき適正な目標空燃比が設定され、実際の空燃比が目標空燃比となるように、適正量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁１２から噴射され、またスロットルバルブ２０が適正な開度に調整され、点火プラグ１７により適正なタイミングで火花点火が実施されるようになっている。
【００３３】
図２、図３に基づいて三元触媒２３を詳細に説明する。図２、図３には触媒層のセルの部位の模式構成を示してある。
【００３４】
三元触媒２３にはＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属が担持され、例えば、図２に示すように、担体３１にＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の貴金属がサポート剤と共に担持されて触媒層３２とされている。触媒層３２には、ジルコニウム（Ｚｒ）もしくはセリウム（Ｃｅ）から選ばれる少なくとも一つの複合酸化物を主成分とし、これに希土類もしくはランタノイドのうちの一つを含有してなる酸素ストレージ剤が担持され、Ｒｈが含まれる触媒層３２にＯ２を吸蔵する酸素ストレージ部が形成されている。
【００３５】
そして、触媒層３２のロジウム（Ｒｈ）の担持量は、触媒層の総重量に対して、例えば、０．０１ｇ〜０．５ｇの範囲とされ、酸素ストレージ部の熱耐久後の容量は、約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上とされている。
【００３６】
図２に示した触媒層３２は単層で構成されているが、図３に示すように、触媒層を２層で構成することも可能である。即ち、担体３１にＰｔ、Ｐｄ等がサポート剤と共に担持されて下地触媒層３４とされ、更に、Ｒｈがサポート剤と共に担持されて触媒層３３とされている。触媒層３３には、ＺｒもしくはＣｅから選ばれる少なくとも一つの複合酸化物を主成分とし、これに希土類もしくはランタノイドから選ばれる一つの元素を含有する酸素ストレージ剤が担持され、Ｒｈの触媒層３３にＯ２を吸蔵する酸素ストレージ部が形成されている。
【００３７】
そして、触媒層３３のＲｈの担持量は、触媒層の総重量に対して、例えば、０．０１ｇ／Ｌ〜０．５ｇ／Ｌの範囲とされ、酸素ストレージ部の熱耐久後の容量は、約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上とされている。
【００３８】
酸素ストレージ部の熱耐久後の容量は、例えば、９５０℃で４０時間の空気雰囲気の耐久後、リッチ空燃比及びリーン空燃比の状態のガスを繰り返して流通させ、リーン空燃比の場合に吸収したＯ２量を求めることで計測される。そして、計測された容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上になる状態に対応した量の酸素ストレージ剤が添加される。
【００３９】
本実施形態例の制御装置では、排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍の時に、上述した三元触媒２３により、排ガス中のＨＣやＣＯ、ＮＯｘ等を良好に浄化するため、三元触媒２３の雰囲気の空燃比をリーン空燃比及びリッチ空燃比に制御（変調）するようになっている（空燃比制御手段）。即ち、リッチ空燃比に対してリーン空燃比の時間を長くし、リッチ空燃比のストイキからの変化量に対してリーン空燃比のストイキからの変化量を少なくするように排気空燃比を変調させる制御（変調制御）が実施される。
【００４０】
図４に基づいて空燃比の変調の状況を具体的に説明する。図４には三元触媒２３の雰囲気を変調させる際の空燃比の経時変化を示してある。
【００４１】
図に示すように、一つの周期Ｔの間で、リッチ空燃比に対してリーン空燃比の時間が長くされ（周期が長くされ）、リッチ空燃比のストイキからの変化量（振幅：リッチ深さ）に対してリーン空燃比のストイキからの変化量（振幅：リーン深さ）を少なく（浅く）するように排気空燃比が変調される。そして、リッチ空燃比の長さ及びリッチ深さと、リーン空燃比の長さ及びリーン深さとの関係は、単位時間において平均してストイキとなるように設定されている。
【００４２】
本実施形態例では、リッチ空燃比の時間に対するリーン空燃比の時間が約２倍の長さにされ、リーン深さに対するリッチ深さが約２倍の深さに設定されている。つまり、一つの周期Ｔの間で、リーン空燃比が長く浅く実施され、リッチ空燃比が短く深く実施される。
【００４３】
排気空燃比がストイキ近傍の時に、排ガス中のＨＣやＣＯ、ＮＯｘ等の浄化を行う場合、ストイキに対して所定の範囲のリーン空燃比及びリッチ空燃比の状態で、図４に示した変調制御が実施される。このため、フロントＯ２センサ２５及びリアＯ２センサ２４による目標空燃比に収束させるフィードバック制御は実施されない。
【００４４】
上述した制御装置では、リーン空燃比を長く・浅くすると共にリッチ空燃比を短く・深くすることで、貴金属が窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着し、還元剤との反応によって還元浄化される際には、阻害成分であるＯ２が酸素ストレージ部にストレージされ、ＮＯｘの浄化（還元）反応が向上する。また、ストレージされた酸素の放出とも相俟って、ＨＣやＣＯの酸化性能が維持される。
【００４５】
更に、リーン空燃比が長く・浅くされ、約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上の酸素ストレージ部を有しているため、Ｏ２過多による貴金属の活性低下が抑制され、リッチ空燃比が短く・深くされているため、リッチ空燃比の時間は貴金属の状態変化が生じない程度の短時間となって、ＣＯ過多による貴金属の活性低下が抑制される。
【００４６】
このため、良好な排気浄化性能を得ることができ、酸素ストレージ能力を活かして排気浄化触媒の特性をより有効に利用することが可能になる。
【００４７】
三元触媒２３のＲｈを含む触媒層に酸素ストレージ剤を添加して約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上の酸素ストレージ部を備え、一つの周期Ｔの間で、リーン空燃比を長く浅く実施し、リッチ空燃比を短く深く実施するように空燃比を変調させることで、排ガス浄化性能を大幅に向上させることができる。また、Ｏ２センサによりストイキに収束させるフィードバック制御を実施して排ガス中のＨＣやＣＯ、ＮＯｘ等の浄化を行った場合に比べ、排ガス浄化性能を大幅に向上させることができる。
【００４８】
図５〜図９に基づいて排ガス浄化性能が大幅に向上した状況を説明する。
【００４９】
図５には３種類の三元触媒の酸素ストレージ部の容量の状況、図６には複数種類の三元触媒のＨＣ浄化率と平均空燃比の関係、図７には複数種類の三元触媒のＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係を示してある。
【００５０】
図５に示すように、三元触媒Ａは、初期の酸素ストレージ部の容量が０．９０ｍｍｏｌ／Ｌ、９５０℃の熱耐久後の酸素ストレージ部の容量が０．８５ｍｍｏｌ／Ｌ、１０５０℃の熱耐久後の酸素ストレージ部の容量が０．８０ｍｍｏｌ／Ｌとされている。また、三元触媒Ｂは、初期の酸素ストレージ部の容量が１．４０ｍｍｏｌ／Ｌ、９５０℃の熱耐久後の酸素ストレージ部の容量が１．３０ｍｍｏｌ／Ｌ、１０５０℃の熱耐久後の酸素ストレージ部の容量が１．１０ｍｍｏｌ／Ｌとされている。
【００５１】
そして、本実施形態例の三元触媒２３に相当する三元触媒Ｃは、初期の酸素ストレージ部の容量が３．２０ｍｍｏｌ／Ｌ、９５０℃の熱耐久後の酸素ストレージ部の容量が２．７０ｍｍｏｌ／Ｌ、１０５０℃の熱耐久後の酸素ストレージ部の容量が２．５０ｍｍｏｌ／Ｌとされている。即ち、熱耐久後に約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上の酸素ストレージ部を有している。
【００５２】
図６には、三元触媒Ａ（□印）、三元触媒Ｂ（△印）、三元触媒Ｃ（○印）及び酸素ストレージ部を有していない三元触媒（■印）のそれぞれのＨＣ浄化率と平均空燃比の関係を示してある。図から判るように、本実施形態例の三元触媒２３に相当する三元触媒Ｃ（○印）は、空燃比がストイキより若干リッチ空燃比側からリーン空燃比の領域で、酸化作用によるＨＣ浄化率が高くなっている。
【００５３】
このため、ストレージされたＯ２の放出と相俟って、若干リッチ空燃比側からリーン空燃比にかけての領域で、三元触媒Ｃ（○印）の酸化作用によるＨＣ浄化率が高くなることが判る。
【００５４】
図７には、三元触媒Ａ（□印）、三元触媒Ｂ（△印）、三元触媒Ｃ（○印）及び酸素ストレージ部を有していない三元触媒（■印）のそれぞれのＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係を示してある。図から判るように、本実施形態例の三元触媒２３に相当する三元触媒Ｃ（○印）は、空燃比がリッチ空燃比の領域から、よりストイキに近い領域まで、即ち、還元浄化の阻害成分であるＯ２が相対的に増加する領域まで、ＮＯｘの浄化（還元）反応が向上していることが判る。
【００５５】
つまり、還元剤との反応によってＮＯｘが還元浄化される際には、阻害成分であるＯ２が酸素ストレージ部にストレージされ、空燃比がよりストイキに近い領域までＮＯｘ浄化率が高く維持されていることが判る。
【００５６】
図８には制御の違いによるＨＣ浄化率と平均空燃比の関係、図９には制御の違いによるＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係を示してある。
【００５７】
図８には、前述した三元触媒Ｃ（本実施形態例の三元触媒２３に相当）を用いて変調制御を実施した場合のＨＣ浄化率と平均空燃比の関係（○印）、及び、一般的な三元触媒を用いて通常のフィードバック制御を実施した場合のＨＣ浄化率と平均空燃比の関係（●印）を示してある。図から判るように、空燃比が略ストイキの狭い領域でのＨＣ浄化率は両者とも高い値を示しているが、三元触媒Ｃを用いて変調制御を実施した場合には、リッチ空燃比の領域でＨＣ浄化率が高くなっていると共に、リーン空燃比の領域でＨＣ浄化率が高く維持されている。
【００５８】
つまり、ストレージされたＯ２の放出と相俟って、リッチ空燃比側の領域であっても、三元触媒Ｃ（○印）の酸化作用によるＨＣ浄化率が高くなり、リッチ空燃比の領域からリーン空燃比の領域までＨＣ浄化率を高くすることができる。
【００５９】
図９には、前述した三元触媒Ｃ（本実施形態例の三元触媒２３に相当）を用いて変調制御を実施した場合のＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係（○印）、及び、一般的な三元触媒を用いて通常のフィードバック制御を実施した場合のＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係（●印）を示してある。図から判るように、空燃比がストイキから若干リッチ空燃比側の領域でＮＯｘ浄化率は両者とも高い値を示しているが、三元触媒Ｃを用いて変調制御を実施した場合には、リーン空燃比側の領域でＮＯｘ浄化率の低下が抑制されてＮＯｘ率が維持されている。
【００６０】
つまり、還元剤との反応によってＮＯｘが還元浄化される際には、阻害成分であるＯ２が酸素ストレージ部にストレージされ、空燃比がリーン空燃比の領域までＮＯｘ浄化率の低下が抑制され、ＮＯｘ浄化率を高く維持することができる。
【００６１】
従って、三元触媒２３のＲｈを含む触媒層に酸素ストレージ部を備え、一つの周期Ｔの間で、リーン空燃比を長く浅く実施し、リッチ空燃比を短く深く実施するように空燃比を変調させることで、排ガス浄化性能を大幅に向上させることができることが判る。
【００６２】
図１０、図１１に基づいて、酸素ストレージ容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上の時に排ガス浄化性能が大幅に向上した状況を説明する。
【００６３】
図１０には酸素ストレージ容量とＨＣ浄化性能との関係、図１１には酸素ストレージ容量とＮＯｘ浄化性能との関係を示してある。図中の○印、△印、□印、■印は、図６に示した三元触媒Ａ（□印）、三元触媒Ｂ（△印）、三元触媒Ｃ（○印）及び酸素ストレージ部を有していない三元触媒（■印）の浄化性能のポイントであり、●印は、一般的な三元触媒を用いて通常のフィードバック制御を実施した場合浄化性能のポイントである。
【００６４】
図１０には、変調制御を実施した際のＨＣ浄化性能と、一般的な三元触媒を用いてＯ２センサによりストイキに収束させるフィードバック制御の際のＨＣ浄化性能との比較を示してある。図１０に示すように、フィードバック制御を実施した際のＨＣ浄化性能に対し、三元触媒Ｃ（本実施形態例の三元触媒２３に相当）を用いて変調制を実施した際のＨＣ浄化性能が高くなっていることが判る。そして、酸素ストレージ容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上（２ｍｍｏｌ／Ｌよりも若干少ない値以上）の場合に、フィードバック制御の際のＨＣ浄化性能よりも高いＨＣ浄化性能が得られていることが判る。
【００６５】
図１１には、変調制御を実施した際のＮＯｘ浄化性能と、一般的な三元触媒を用いてＯ２センサによりストイキに収束させるフィードバック制御の際のＮＯｘ浄化性能との比較を示してある。図１１に示すように、フィードバック制御を実施した際のＮＯｘ浄化性能に対し、三元触媒Ｃ（本実施形態例の三元触媒２３に相当）を用いて変調制を実施した際のＮＯｘ浄化性能が高くなっていることが判る。そして、酸素ストレージ容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上（２ｍｍｏｌ／Ｌよりも若干少ない値以上）の場合に、フィードバック制御の際のＮＯｘ浄化性能よりも高いＮＯｘ浄化性能が得られていることが判る。
【００６６】
従って、三元触媒２３のＲｈを含む触媒層に酸素ストレージ容量が約２ｍｍｏｌ／Ｌ以上の酸素ストレージ部を備え、一つの周期Ｔの間で、リーン空燃比を長く浅く実施し、リッチ空燃比を短く深く実施するように空燃比を変調させることで、排ガス浄化性能を大幅に向上させることができることが判る。
【００６７】
尚、上述した実施形態例では、酸素ストレージ部を形成する酸素ストレージ剤として、ＺｒもしくはＣｅから選ばれる少なくとも一つの複合酸化物を主成分とし、希土類もしくはランタノイドから選ばれる一つの元素を含有する酸素ストレージ剤を例に挙げたが、ＺｒもしくはＣｅを単独で用いたり、ＺｒもしくはＣｅの酸化物に希土類もしくはランタノイドの元素を含有させることも可能である。酸素ストレージ剤を適宜選択することで、酸素ストレージ能力を調整することができる。
【００６８】
また、Ｒｈの触媒層に酸素ストレージ部を形成した例を挙げて説明したが、他の貴金属、例えば、ＰｔもしくはＰｄだけの触媒層に酸素ストレージ部を形成することも可能である。
【００６９】
また、空燃比を制御する際に、リッチ空燃比の時間に対するリーン空燃比の時間を約２倍の長さにし、リーン深さに対するリッチ深さを約２倍の深さに設定することで、一つの周期Ｔの間で、リーン空燃比を長く浅く実施させ、リッチ空燃比を短く深く実施させるようにしたが、リッチ空燃比とリーン空燃比の長さの割合、及び、リッチ空燃比とリーン空燃比の深さの割合は、任意に設定することができる。単位時間でトータルの空燃比がストイキになることが好ましいが、リッチ空燃比側もしくはリーン空燃比側にすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、内燃機関から排出される排気中の炭素成分（ＨＣ、ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための制御装置の産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】触媒層のセルの部位の模式構成図である。
【図３】触媒層のセルの部位の模式説明図である。
【図４】空燃比の経時変化を表す波形図である。
【図５】３種類の三元触媒の酸素ストレージ部の容量を説明する表図である。
【図６】複数種類の三元触媒のＨＣ浄化率と平均空燃比の関係を表すグラフである。
【図７】複数種類の三元触媒のＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係を表すグラフである。
【図８】制御の違いによるＨＣ浄化率と平均空燃比の関係を表すグラフである。
【図９】制御の違いによるＮＯｘ浄化率と平均空燃比の関係を表すグラフである。
【図１０】酸素ストレージ容量とＨＣ浄化性能との関係を表すグラフである。
【図１１】酸素ストレージ容量とＮＯｘ浄化性能との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１  ガソリンエンジン（エンジン）
２  シリンダヘッド
３  シリンダブロック
４  シリンダ
５  ピストン
９  吸気ポート
１０  吸気マニホールド
１１  吸気弁
１２  燃料噴射弁
１３  排気ポート
１４  排気マニホールド
１５  排気管
１６  排気弁
１７  点火プラグ
１８  点火コイル
２０  スロットルバルブ
２３  三元触媒
２４  リアＯ２センサ
２５  フロントＯ２センサ
２６  ＥＣＵ
２７  クランク角センサ
３１  担体
３２、３３  触媒層
【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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