(57)【要約】【課題】三元触媒の排気浄化性能を向上する。【解決手段】エンジン１０の排気通路には、排気中の酸素の吸蔵及び放出を行う酸素吸蔵物質３２と触媒成分としての貴金属３１とを含む三元触媒２４が設けられている。ＥＣＵ４０は、空燃比制御においてリーンスパイクを実施するとともに、リーンスパイク実施後において、基準空燃比に対するリッチ側変化幅がリーンスパイクのリーン変化幅よりも小さい所定の弱リッチ領域で空燃比を制御する。つまり、リーンスパイクの実施により酸素吸蔵物質３２に酸素を吸蔵させ、弱リッチ領域で空燃比を制御することにより貴金属３１表面に対して排気中の特定成分を吸着させるとともに酸素吸蔵物質３２からの酸素放出を抑制する。【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おいて、排気中の酸素の吸蔵及び放出を行う酸素吸蔵物質と触媒成分としての貴金属とを含む触媒を備える内燃機関に適用され、
空燃比を一時的にリーン変動させるリーンスパイクを実施するリーン化制御手段と、
前記リーン化制御手段によるリーンスパイク実施後に、基準空燃比に対するリッチ側変化幅が前記リーンスパイクのリーン側変化幅よりも小さい所定の弱リッチ領域で空燃比を制御するリッチ化制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記リーン化制御手段は、前記リーンスパイクの実施により前記酸素吸蔵物質に酸素を吸蔵させるものであり、
前記リッチ化制御手段は、前記所定の弱リッチ領域で空燃比を制御することにより前記貴金属の表面に対して排気中のリッチ成分を吸着させるとともに、前記酸素吸蔵物質からの酸素放出を抑制するものである請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記リッチ化制御手段は、空燃比のリッチ領域において前記基準空燃比としての理論空燃比近傍の所定範囲を前記所定の弱リッチ領域として空燃比を制御する請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記リーンスパイク実施後における前記触媒の酸素吸蔵状態を判定する吸蔵酸素判定手段を備え、
前記リーン化制御手段は、前記吸蔵酸素判定手段により判定した前記触媒の酸素吸蔵状態に基づき決定されるタイミングで前記リーンスパイクを実施する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒の触媒温度に基づき決定されるタイミングで前記リーンスパイクを実施する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記リーン化制御手段は、前記リーンスパイクを複数回実施する請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記リーン化制御手段は、前記触媒の触媒温度が高いほど前記リーンスパイクの回数を多くする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記リーンスパイクの直前において前記所定の弱リッチ領域よりもリッチ側のリッチガスを導入する手段を備える請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記リーンスパイクの直後において前記所定の弱リッチ領域よりもリッチ側のリッチガスを導入する手段を備える請求項１乃至８のいずれか一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し、詳しくは、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの浄化を行う三元触媒を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気中に含まれるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化するための触媒として三元触媒が知られている。三元触媒は、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化できる触媒であり、主として触媒成分としての貴金属と同貴金属を分散させるアルミナ等の担体と排気中の酸素の吸蔵（吸着）及び放出を行う酸素吸蔵物質とを含んで構成されている。
【０００３】
三元触媒は、酸素吸蔵物質により排気中の酸素を吸蔵する酸素ストレージ能を有しており、この酸素ストレージ能を利用して排気浄化効率を向上させることが行われている。すなわち、排気の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に対してリーン側の場合に触媒の酸素吸蔵物質がＯ2を吸着し、リッチ側の場合に酸素吸蔵物質に吸着されたＯ2を排気中に放出してＨＣやＣＯを酸化する。
【０００４】
上記酸素ストレージ能による排気浄化を好適に行うための制御として、三元触媒を備える内燃機関では、排気（排気）の空燃比を所定周期毎に目標空燃比に対してリーン側とリッチ側とで切り替えることが行われている。これにより、触媒の酸素吸蔵物質においてＯ2の吸着と放出とが繰り返し行われ、触媒の排気浄化性能の向上を図っている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４８８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、三元触媒に用いられる触媒成分としての貴金属には、代表的なものとして、ロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）があり、このうちＲｈが最も高いＮＯｘ浄化率を示す。これは、Ｒｈの酸化物は両性酸化物であるのに対し、ＰｄやＰｔの酸化物は塩基性酸化物であるため、Ｒｈにおいては他の貴金属に比べて水蒸気改質反応（ＣｍＨｎ＋ｍＨ2Ｏ→（ｍ＋ｎ／２）Ｈ2＋ｍＣＯ）が促進されやすく、還元剤としてのＨ2の生成が促進されるためと考えられる。その一方で、ＲｈはＰｔ等に比べて高価であるため、Ｒｈ以外の貴金属（ＰｔやＰｄ）を三元触媒の触媒成分として有効活用することが期待されている。つまり、Ｒｈを用いることなく、Ｐｔ等によりＲｈと同等の排気浄化性能を実現可能な触媒の開発が求められている。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、三元触媒の排気浄化性能を向上させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００９】
本発明は、内燃機関の排気通路において、排気中の酸素の吸蔵及び放出を行う酸素吸蔵物質と触媒成分としての貴金属とを含む触媒を備える内燃機関に適用される内燃機関の排気浄化装置に関するものである。また、請求項１に記載の発明は、空燃比を一時的にリーン変動させるリーンスパイクを実施するリーン化制御手段と、前記リーン化制御手段によるリーンスパイク実施後に、基準空燃比に対するリッチ側変化幅が前記リーンスパイクのリーン側変化幅よりも小さい所定の弱リッチ領域で空燃比を制御するリッチ化制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
要するに、貴金属（例えばＰｔやＰｄ）と酸素吸蔵物質（例えばセリア（ＣｅＯ2））とを有してなる触媒（例えば三元触媒）では、下記の（式１）で示される水性ガスシフト反応が行われており、この反応の生成物である水素ガス（Ｈ2）を還元剤としてＮＯｘ浄化が行われる。
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋Ｈ2      …（式１）
【００１１】
また、三元触媒において上記（式１）の水性ガスシフト反応は、貴金属として白金を用いた場合、下記の（式２）〜（式４）の各反応に基づいて行われる。
Ｐｔ＋ＣＯ→Ｐｔ＊−ＣＯ      …（式２）
Ｐｔ＊−ＣＯ＋２ＣｅＯ2→Ｃｅ2Ｏ3＋Ｐｔ＊＋ＣＯ2      …（式３）
Ｃｅ2Ｏ3＋Ｈ2Ｏ→２ＣｅＯ2＋Ｈ2      …（式４）
【００１２】
ここで、Ｈ2は強い還元力を有しており、Ｈ2生成量を増やすことで排気中のＮＯｘ浄化を効率よく実施できると考えられる。そこで、本発明者らは、上記（式２）〜（式４）によるＨ2の生成を促進するために、
［１］酸素が吸蔵された状態の酸素吸蔵物質（上記（式３）中のＣｅＯ2）の生成
［２］貴金属−ＣＯ複合体（Ｐｔ＊−ＣＯ）の生成
［３］Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態の形成
の３つの要件を満たす状況を三元触媒の表面付近において積極的に形成させることに着目し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
すなわち、本発明では、要件［１］を目的としてリーンスパイクを導入し、要件［２］を目的としてリーンスパイク実施後の空燃比をリッチ側に制御する。また、このリッチ化制御を、基準空燃比（例えば理論空燃比）に対するリッチ側変化幅が、リーンスパイクのリーン側変化幅よりも小さい所定の弱リッチ領域で行うことにより、貴金属−ＣＯ複合体とＣｅＯ2との共存状態の形成（要件［３］）が促進され、結果として（式４）によるＨ2生成が促進される。したがって、本発明によれば、Ｈ2によるＮＯｘ浄化を促進することができ、ひいてはＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００１４】
上記発明の好ましい形態としては、請求項２に記載の発明のように、前記リーン化制御手段が、前記リーンスパイクの実施により前記酸素吸蔵物質に酸素を吸蔵させるものであり、前記リッチ化制御手段が、前記所定の弱リッチ領域で空燃比を制御することにより前記貴金属の表面に対して排気中のリッチ成分を吸着させるとともに、前記酸素吸蔵物質からの酸素放出を抑制するものであるとする。こうすることで、三元触媒における水性ガスシフト反応が促進され、ひいては高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００１５】
Ｈ2によるＮＯｘ浄化を好適に行うには、水性ガスシフト反応ができるだけ長い時間行われるようにするのが望ましく、そのためにはリーンスパイク実施後のリッチ化制御において、リーンスパイクにより触媒に吸着されたＯ2ができるだけ放出されないような雰囲気を形成するのが望ましい。したがって、請求項３に記載の発明のように、前記リッチ化制御手段が、空燃比のリッチ領域において前記基準空燃比としての理論空燃比近傍の所定範囲を前記所定の弱リッチ領域として空燃比を制御するとよい。
【００１６】
水性ガスシフト反応によるＨ2生成量は触媒の酸素吸蔵量（ＣｅＯ2量）とＰｔ＊−ＣＯ量とに応じて異なり、両反応物が多く存在するほどＨ2生成量が増加する。また、水性ガスシフト反応によるＨ2生成を促進するには、Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態が消失する前に次のリーンスパイクが実施されるとよい。その点に鑑み、請求項４に記載の発明は、前記リーンスパイク実施後における前記触媒の酸素吸蔵状態を判定する吸蔵酸素判定手段を備え、前記リーン化制御手段が、前記吸蔵酸素判定手段により判定した前記触媒の酸素吸蔵状態に基づき決定されるタイミングで前記リーンスパイクを実施する。
【００１７】
具体的には、より多くの酸素が触媒に吸蔵される状況では、リーンスパイクの実施周期を比較的長くする。これにより、リッチガスの供給時間が長くなり、より多くのＣＯを触媒に供給することができる。つまり、触媒の酸素吸蔵量が多いほど酸素吸蔵物質（上記（式３）のＣｅＯ2）と反応する貴金属−ＣＯ複合体を多くすることができ、その結果、水性ガスシフト反応によるＨ2生成量を増加させることができる。
【００１８】
あるいは、触媒におけるＣｅＯ2の残存量が所定値以下となったタイミングでリーンスパイクを実施する。これにより、水性ガスシフト反応によるＨ2生成が再度行われるため、Ｈ2によるＮＯｘ浄化を実施することができる。なお、ＣｅＯ2の残存量は、例えばＮＯｘ浄化率や、触媒下流側の酸素センサの出力値、前回のリーンスパイク導入からの経過時間等に基づいて推測するとよい。
【００１９】
触媒温度と触媒の酸素吸蔵量（詳しくは酸素吸蔵物質の酸素吸蔵量）とには相関があり、触媒温度が高いほど酸素吸蔵量が多くなる。したがって、請求項５に記載の発明のように、前記触媒の触媒温度に基づき決定されるタイミングで前記リーンスパイクを実施するとよい。この構成によれば、触媒温度を検出することで、触媒の酸素吸蔵量に見合った量の貴金属−ＣＯ複合体を形成させることができる。具体的には、触媒温度が高いほどリーンスパイクの実施周期を長くする。これにより、触媒温度が高く触媒の酸素吸蔵能が高いほど排気をリッチ雰囲気にしておく時間を長くする。
【００２０】
なお、触媒温度は、例えば温度センサ等により直接計測してもよいが、触媒温度に相関するパラメータ（例えば内燃機関の冷却水温）から推測してもよい。
【００２１】
酸素吸蔵能を有する触媒においては、排気のリーン側への変化幅（リーン変化幅）が大きいほどそのリーン変化に伴い吸蔵される酸素の増量分が大きいという特性がある（図４参照）。したがって、ある酸素濃度の排気を触媒に供給する場合、排気のリーン変化幅を小さくして酸素供給時間を長くするよりも、リーン変化幅を大きくして酸素供給時間を短くする方が触媒の酸素被毒を軽減することができると考えられる。その反面、リーン変化幅を過剰に大きくすると、ドライバビリティが悪化することが考えられる。その点に鑑み、請求項６に記載の発明は、前記リーン化制御手段が、前記リーンスパイクを複数回実施する。こうすることで、ドライバビリティの悪化を抑制しつつＣｅＯ2の生成を効率よく実施することができる。
【００２２】
上述したように、触媒温度と触媒の酸素吸蔵量とには相関があり、触媒温度が高いほど酸素吸蔵量が多くなる。したがって、触媒温度が高いほど触媒への酸素供給量を多くするのが望ましい。その一つの手段として、空燃比のリーン度合いを大きくすることが考えられるが、その場合にはドライバビリティが悪化することが考えられる。そこで、請求項７に記載の発明のように、前記触媒の触媒温度が高いほど前記リーンスパイクの回数を多くする。つまり、触媒に酸素を吸蔵させる際のリーンガスの導入を１回のリーンスパイクで実施する代わりに、１回のリーンスパイクで供給する酸素量を分割し、その分割した各々の酸素量をそれぞれリーンスパイクにより供給する。こうすることにより、ドライバビリティ悪化を抑制しながら触媒に対してＨ2生成のために必要な量の酸素を供給することができる。
【００２３】
リーンスパイクの実施によって排気中の酸素が貴金属表面に吸着した場合、同酸素により触媒の活性サイトが塞がれ、ＮＯｘの還元反応が抑制されることが考えられる。そこで、本発明者らは、排気中のＣＯが貴金属に対する吸着力において酸素よりも高いことに着目し、このＣＯにより酸素被毒を抑制できることを見出した。つまり、請求項８に記載の発明は、前記リーンスパイクの直前において前記所定の弱リッチ領域よりもリッチ側のリッチガスを導入する。この構成によれば、リーンスパイクの実施前において触媒がリッチ雰囲気に一時的に曝されることによって排気中のＣＯが触媒表面に吸着されるため、触媒の活性サイトを酸素から保護することができる。したがって、その後の水性ガスシフト反応によるＨ2生成が抑制されず、その結果、ＮＯｘ浄化を好適に実施することができる。
【００２４】
ここで、リーンスパイクを複数回実施する場合、いずれのリーンスパイクの直前において被毒対策のためのリッチガスを導入するかは特に限定しないが、酸素被毒を抑制してＮＯｘ浄化率を高めるには、全部のリーンスパイクの直前においてリッチガスを導入するのが望ましい。
【００２５】
また、リーンスパイクの導入により酸素被毒が生じてしまった場合の被毒対策として、被毒からの回復措置が有効であると考えられる。この回復措置として、請求項９に記載の発明のように、前記リーンスパイクの直後において前記所定の弱リッチ領域よりもリッチ側のリッチガスを導入するとよい。この構成によれば、リーンスパイクの導入直後にリッチガスが一時的に導入され、その後弱リッチに移行するため、触媒表面の吸着酸素がリッチガス中のＣＯと反応して二酸化炭素に変わる。したがって、触媒表面の吸着酸素を脱離することができ、酸素被毒をできるだけ早期に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】エンジン制御システムの全体概略構成図。
【図２】Ｏ2センサの起電力特性図。
【図３】空燃比制御に伴うＮＯｘ浄化率の推移を示すタイムチャート。
【図４】リーン変化幅と吸蔵酸素の増加量ΔＯＳＣとの関係を示す図。
【図５】空燃比制御の実施態様を表すタイムチャート。
【図６】水性ガスシフト反応促進のための空燃比制御の処理手順を示すフローチャート。
【図７】リーンスパイクの実施態様を示すタイムチャート。
【図８】エンジン運転状態とスパイク回数との関係を示す図。（ａ）はエンジン運転状態がエンジン冷却水温の場合を示し、（ｂ）は吸入空気量の場合を示す。
【図９】触媒温度と酸素吸蔵量との関係を示す図。
【図１０】エンジン運転状態とスパイク導入周期との関係を示す図。（ａ）はエンジン運転状態がエンジン冷却水温の場合を示し、（ｂ）は吸入空気量の場合を示す。
【図１１】被毒対策のための空燃比制御の態様を示すタイムチャート。
【図１２】被毒対策を説明するための模式図。
【図１３】被毒対策を説明するための模式図。
【図１４】第２の実施形態の空燃比制御の処理手順を示すフローチャート。
【図１５】第２の実施形態の空燃比制御の実施態様を表すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、自動車用のガソリンエンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施する。このエンジン制御システムの全体概略構成図を図１に示す。
【００２８】
図１において、エンジン１０には、吸気管１１（吸気通路）の最上流部にエアクリーナ１２が設けられている。エアクリーナ１２の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１３によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１３に内蔵されたスロットル開度センサにより検出される。また、スロットルバルブ１４の下流側には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１５が設けられており、その下流側において、吸気ポート近傍には、燃料を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁１６が取り付けられている。
【００２９】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ１７及び排気バルブ１８が設けられている。そして、吸気バルブ１７の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室１９内に導入され、排気バルブ１８の開動作により燃焼後の排気が排気管２１（排気通路）に排出される。また、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８には、それら各バルブの開閉時期を可変とする可変バルブ装置２７，２８が設けられている。
【００３０】
エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ２２が取り付けられている。点火プラグ２２には、点火コイル等よりなる点火装置２３を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、点火プラグ２２の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室１９内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。
【００３１】
また、排気管２１には、排気中のＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘの三成分を浄化する三元触媒２４が設けられている。三元触媒２４は、ハニカム構造を有するセラミックス製又は金属製の支持体の表面に、アルミナ等からなる担体、触媒成分としての貴金属３１、及び酸素吸蔵物質としての助触媒３２を含むコート層が形成されており、同コート層において担体の表面に貴金属３１が分散されている。このうち、貴金属３１は白金族元素（ＰＧＭ）で構成されており、本実施形態では、酸化物が塩基性酸化物となる金属としてＰｔを用いている。なお、触媒２４において、酸化物が両性酸化物となる金属としてＲｈは含まれていない。また、助触媒３２は、排気中の酸素の吸着及び放出を行う物質であり、本実施形態では酸化セリウム（ＣｅＯ2，Ｃｅ2Ｏ3）を含んで構成されている。
【００３２】
三元触媒２４は、リーン雰囲気で酸素を吸蔵し、その後リッチ雰囲気に曝されることで吸蔵した酸素を放出する機能（Ｏ2ストレージ機能）を有している。Ｏ2ストレージ機能は触媒２４に含まれる助触媒３２によりなされており、この機能により触媒２４近傍での雰囲気変動を抑制して三元浄化活性を高く保持している。具体的には、リーン雰囲気で助触媒３２としての酸化セリウムがＯ2を吸蔵してＣｅ2Ｏ3からＣｅＯ2となり、リッチ雰囲気で助触媒３２がＯ2を放出することで排気中のＨＣ、ＣＯが酸化されてＣＯ2とＨ2Ｏとが生成される。
【００３３】
三元触媒２４において排気浄化能力を有効に発揮させるには、理論空燃比近傍の所定の空燃比範囲（ウインドウ）で燃焼を行うことが必要である。なお、ウインドウ中心の空燃比は弱リッチとなっている。
【００３４】
三元触媒２４の上流側には、排気を検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するためのＡ／Ｆセンサ３３が設けられている。Ａ／Ｆセンサ３３は、センサ素子への電圧印加により排気中の酸素濃度に比例した広域の空燃比信号を出力する広域検出タイプのセンサである。また、三元触媒２４の下流側には、排気の空燃比（酸素濃度）を検出するためのＯ2センサ３４が設けられている。Ｏ2センサ３４は、一対の電極を有しており、この電極間において大気中と排気中との酸素濃度の差により起電力を発生する。
【００３５】
図２は、空燃比とＯ2センサ３４の起電力との関係を示す起電力特性図である。図２に示すように、Ｏ2センサ３４は、空燃比がリッチかリーンかで異なる起電力を発生し、理論空燃比（ストイキ）付近で起電力が急変する特性を有する。したがって、検出した起電力値と、起電力変動の中間付近に予め設定した基準電圧値Ｖｔｈ（例えば、理論空燃比値の０．４５Ｖ）との比較により燃料リッチ／リーンが判定される。具体的には、Ｏ2センサ３４の出力値である起電力値Ｖｏ2が基準電圧値Ｖｔｈより大きければリッチと判定され、基準電圧値Ｖｔｈ以下であればリーンと判定される。
【００３６】
その他本システムには、エンジン１０の所定クランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角度センサ２５や、エンジン１０の冷却水温度を検出する冷却水温センサ２６等が設けられている。
【００３７】
ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、前述した各種センサから各種検出信号等を入力し、これらの各種検出信号等に基づいて燃料噴射量や点火時期等を演算して燃料噴射弁１６や点火装置２３の駆動を制御する。
【００３８】
燃料噴射量の制御として、ＥＣＵ４０のマイコン４１は、Ａ／Ｆセンサ３３の電流値及びＯ2センサ３４の起電力値を用いることにより、実空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）に一致するよう空燃比制御を実施する。空燃比制御としてマイコン４１は、基本的には、空燃比をストイキ近傍の領域（ストイキ近傍領域）でフィードバック制御するストイキ燃焼制御を実施する。これにより、三元触媒２４において十分な排気浄化能力が発揮されるようにしている。
【００３９】
ところで、本発明者らは、三元触媒２４の貴金属３１としてＰｔ又はＰｄを用いた場合、Ｒｈを用いた場合に比べてＮＯｘ浄化率が劣ることを確認している。これは、Ｒｈの酸化物は両性酸化物であるため水蒸気改質反応が促進されやすいのに対し、ＰｔやＰｄの酸化物は塩基性酸化物であるため水蒸気改質反応が促進されにくいことに起因すると考えられる。つまり、水蒸気改質反応は塩基性が弱い金属によって反応が促進されることが知られており、同反応の進行に伴いＨ2の生成が促進される。また、Ｈ2は強い還元力を有しており、ＮＯｘの還元を好適に行うことができる。そのため、貴金属３１をＲｈとした場合には、Ｒｈの酸化物が酸として作用することにより水蒸気改質反応が促進され、その生成物としてのＨ2が還元剤として作用して排気中のＮＯｘを浄化するのに対し、貴金属３１をＰｔ又はＰｄとした場合には上記反応が促進されない。その結果、貴金属３１がＲｈの場合では、Ｐｔ又はＰｄとした場合に比べて高いＮＯｘ浄化率が発揮されると考えられる。
【００４０】
ところが、ＲｈはＰｔやＰｄよりも高価であることから、Ｐｔ又はＰｄでＲｈと同等のＮＯｘ浄化率を実現することが求められている。そこで、本発明者らは、触媒成分をＰｔ又はＰｄとした三元触媒２４においてＮＯｘ浄化率を向上させるための手法について鋭意検討した結果、水性ガスシフト反応によるＨ2生成の促進が有効であることを見出した。具体的には、水性ガスシフト反応が促進されやすい状況を空燃比制御により積極的に形成してやることで、三元触媒２４において排気中のＣＯやＨ2ＯからＨ2の生成が促進されやすくなるようにする。
【００４１】
以下、水性ガスシフト反応によるＨ2生成のための空燃比制御について詳しく説明する。三元触媒２４における水性ガスシフト反応は上記（式１）で示され、具体的には上記（式２）〜（式４）で示される。上記（式２）〜（式４）の各反応を促進してＨ2生成を促進させるには、三元触媒２４において、
［１］ＣｅＯ2の生成
［２］Ｐｔ＊−ＣＯの生成
［３］Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態の形成
の三つの要件をそれぞれ満たす状況を形成してやる必要がある。この点に鑑み、本発明者らは、要件［１］のために三元触媒２４をＯ2雰囲気下に曝し（空燃比をリーン側に制御し）、要件［２］のために三元触媒２４に対してＣＯを供給し（空燃比をリッチ側に制御し）、要件［３］のために理論空燃比に対する空燃比変化幅が上記リーン化の空燃比変化幅よりも小さい弱リッチ雰囲気を維持するといった空燃比制御を実施することで、水性ガスシフト反応によるＨ2生成が促進されるという考えに至った。
【００４２】
本発明者らは、水性ガスシフト反応の促進によるＮＯｘ浄化率向上の可能性について実験により検証した。図３は、空燃比制御に伴うＮＯｘ浄化率の推移を示すタイムチャートである。図３中、（ａ）は空気過剰率λの推移を示し、（ｂ）はＯ2センサの起電力値の推移を示し、（ｃ）は触媒２４上流側における排気中のＣＯ濃度の推移を示し、（ｄ）はＮＯｘ浄化率の推移を示す。なお、ＮＯｘ浄化率は、触媒２４の上流側のＮＯｘ量と下流側のＮＯｘ量との差（ＮＯｘ反応量）を上流側ＮＯｘ量により割ることで算出している。すなわち、上流側ＮＯｘ量をＹ１、下流側ＮＯｘ量をＹ２とすると、ＮＯｘ浄化率ＮＡは、
ＮＡ＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｙ１
により算出される。
【００４３】
図３において、触媒２４内にＣｅＯ2を生成するために、まず空燃比をリーン側に制御する（リーン化制御）。続いて、Ｐｔ＊−ＣＯを生成するために、時刻ｔ１１で空燃比をリッチ側に切り替える（リッチ化制御）。これにより、触媒２４に導入される排気中のＣＯ濃度が増加し（図３（ｃ）参照）、触媒２４表面にＰｔ＊−ＣＯが形成される。また、排気の空燃比がリッチになることで触媒２４中のＯ2が放出され、Ｏ2センサ３４の起電力値が増加する（図３（ｂ）参照）。このとき、Ｏ2センサ３４の起電力値は、リッチ雰囲気下で採り得る起電力値の最大値ＶＯ１まで一気に到達するのではなく、時刻ｔ１１から所定時間が経過した後の時刻ｔ１２で最大値ＶＯ１に達する。これは、触媒２４がリッチ雰囲気に曝された状態において、図中の領域ＳＡ分のＯ2が触媒２４から放出されている、つまり触媒２４内にＯ2が未だ吸蔵されている（ＣｅＯ2が存在している）ことを示していると言える。換言すれば、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間ＴＡでは、Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2とが共存した状態になっており、上記（式３）及び（式４）によりＨ2が生成されている最中であると考えられる。したがって、同期間ＴＡにおいては、ＮＯｘ浄化率が略１００％まで一気に上昇した後その値で安定に保持され、その後、Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態が消失するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくこととなる。
【００４４】
更に、本発明者らは、上記リーン化制御及びリッチ化制御について、水性ガスシフト反応を促進するための好ましい実施態様について検討した。これについて以下詳述する。
【００４５】
（リーン化制御）
排気中の酸素量（酸素濃度）の変化に伴い三元触媒２４の酸素吸蔵量が変化するが、そのときの吸蔵酸素の増加量ΔＯＳＣは図４に示す関係にあり、三元触媒２４近傍の酸素濃度の変化が大きいほど、つまり排気のリーン変化幅が大きいほど、吸蔵酸素の増加量ΔＯＳＣが多くなる（酸素吸蔵速度が大きくなる）という特性がある。そのため、要件［１］を目的として空燃比をリーン側に制御する際にリーン変化幅が小さいと、酸素吸蔵速度が小さいために排気中のＯ2が貴金属３１表面の活性サイトに付着しやすくなり、三元浄化能力が低下する（酸素被毒が発生する）ことが懸念される。そこで、空燃比をリーン側に制御する際には、リーン変化幅をできるだけ大きくするとともに三元触媒２４とＯ2との接触時間をできるだけ短時間にする。つまり、空燃比を一時的にリーン変動させるリーンスパイクの形態で行うこととする。
【００４６】
（リッチ化制御）
空燃比をリッチ側に制御する際には、空燃比のリッチ領域において理論空燃比近傍の所定範囲（弱リッチ領域）で制御する。これは、排気中のリッチ度合いが大きすぎると、触媒２４に吸蔵されたＯ2が排気中に放出されてしまい、要件［３］におけるＰｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態が短時間になってしまうからである。また、弱リッチで制御することにより、触媒２４表面にＰｔ＊−ＣＯが形成された状態をできるだけ長く維持できるからである。そこで、リッチ化制御では、助触媒３２からの酸素放出を抑制するのに好適な弱リッチ空燃比を予め設定しておき、その空燃比を目標空燃比として空燃比制御を実施する。本実施形態では、例えば弱リッチ空燃比をウインドウ中心の空燃比とする。
【００４７】
リッチ化の時間は、少なくともリーン化の時間よりも長くする。具体的には、リーン化制御では、リーンスパイクの形態で瞬間的にリーンガスを実施することで酸素被毒を抑制する。これに対し、リッチ化制御では、リッチガスの導入を比較的長く維持する（例えば、リーン化時間の数倍〜１０数倍とする）ことでＰｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態をできるだけ長く維持する。
【００４８】
以上の検討結果を踏まえ、本実施形態では、排気の空燃比を弱リッチで制御し、その弱リッチ雰囲気において間欠的にリーンスパイクを実施する空燃比制御を実施する。具体的には、Ａ／Ｆセンサ３３及びＯ2センサ３４の出力値に基づいて、排気の空燃比を弱リッチ領域の所定値（例えばウィンドウ中心の空燃比）に制御するとともに、弱リッチ雰囲気において所定周期毎にリーンスパイクを実施する。より具体的には、図５に示すように、リーン化制御により触媒２４に酸素を吸蔵させる第１の行程と、第１の行程に続くリッチ化制御により貴金属３１に対して排気中の特定成分（ＣＯ）を吸着させるとともに触媒２４からの酸素放出を抑制する第２の行程とからなる期間ＴＳを基本単位とし、その基本単位を繰り返し実施する。これにより、上記要件［１］〜［３］の各要件を満たすようにし、水性ガスシフト反応によるＨ2生成が促進されるようにする。
【００４９】
図６は、水性ガスシフト反応を促進するための空燃比制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４０のマイコン４１により所定時間毎に実行される。
【００５０】
図６において、まずステップＳ１１では、エンジン運転状態に基づいて所定の実行条件が成立しているか否かを判定する。実行条件としては、例えば、冷却水温センサ２６によって検出されるエンジン冷却水温が触媒活性判定のための所定温度以上であること、Ｏ2センサ３４の出力値に基づくリーン／リッチ判定においてリーン判定が所定時間以上継続してなされていないこと（Ｏ2センサ３４からのリーン入力時間が所定時間未満であること）、燃料カット中及び燃料カット後の所定時間内でないこと等とする。
【００５１】
実行条件が成立していれば、ステップＳ１２へ進み、リーンガス導入フラグＦ１が値０か否かを判定する。ここで、リーンガス導入フラグＦ１は、リーンガスを導入する期間であることを示すフラグであり、値１のときにリーンガスの導入期間（第１の行程）であることを示し、値０のときにリーンガスの導入期間でないことを示す。そして、リーンガス導入フラグＦ１が値０であればステップＳ１３へ進み、エンジン運転状態に基づいて第１の行程における酸素導入量を設定する。本実施形態では、リーンスパイクの実施回数（スパイク回数）を変更することにより酸素導入量を変更している。具体的には、リーンスパイクのリーン変化度合いを、ドライバビリティの観点から許容されるリーン変化幅の最大値（許容最大変化幅Ａ１）で一定としており、リーンスパイクの実施回数をエンジン運転状態に応じて可変にすることで第１の行程における酸素導入量を変更している。
【００５２】
リーンスパイクの実施回数によって酸素導入量を変更するのは以下の理由からである。すなわち、上記図４に示したように、空燃比をリッチからリーンに切り替える際、リーン変化幅が大きいほど触媒２４に吸蔵される酸素の増加量ΔＯＳＣが多くなり、その結果、触媒２４の酸素被毒が抑制される。そのため、リーンスパイクは、酸素被毒を抑制する観点からすると、リーン変化幅ができるだけ大きくなるよう１回で実施するのが望ましい。しかしながら、リーン変化幅を過剰に大きくすると、燃料噴射量の急激な減少によりドライバビリティが悪化するおそれがある。そこで、本実施形態では、例えば図７に示すように、リーンスパイクを予め定めた許容最大変化幅Ａ１で複数に分割して実施することにより、リーン変化幅を制限しつつ、Ｈ2生成に必要な量のＯ2を触媒２４に供給するようにしている。換言すると、都度のリーンガス導入期間において導入すべき酸素量が複数に分割され、その分割されたそれぞれの酸素量が１回のリーンスパイクで供給される。なお、リーンスパイク１回あたりの空燃比リーンの入力時間（リーン入力時間ＴＢ）は、酸素被毒を抑制するためにできるだけ短時間にするのが望ましい。
【００５３】
本実施形態では、エンジン運転状態を示すパラメータとしてエンジン冷却水温と吸入空気量とを用い、これらに基づいてスパイク回数を設定する。図８（ａ）は、エンジン冷却水温とスパイク回数との関係を示す図であり、図８（ｂ）は、吸入空気量とスパイク回数との関係を示す図である。
【００５４】
まず、エンジン冷却水温とスパイク回数との関係について説明する。エンジン冷却水温ＴＭＥと触媒温度ＴＭＣとは相関があり、エンジン冷却水温ＴＭＥが高いほど触媒温度ＴＭＣが高くなる。また、触媒温度ＴＭＣは、触媒２４の酸素吸蔵量ＯＳＣと相関があり、例えば図９に示すように、触媒温度ＴＭＣが高いほど酸素吸蔵量ＯＳＣが多くなる。ここで、水性ガスシフト反応によるＨ2生成量をできるだけ多くするには、上記（式３）中の反応物（ＣｅＯ2及びＰｔ＊−ＣＯ）が反応系にできるだけ多く存在しているとよく、ＣｅＯ2を多くするには、触媒２４の酸素吸蔵能力に合わせて酸素供給を行う必要がある。したがって、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、エンジン冷却水温ＴＭＥが高いほどスパイク回数を多く設定してある。これにより、触媒温度ＴＭＣが高温であるほど、すなわちエンジン冷却水温ＴＭＥが高いほど触媒２４への酸素供給量が多くなり、触媒２４内のＣｅＯ2量が多くなる。
【００５５】
なお、触媒温度ＴＭＣを検出するための温度センサを備える場合には、同センサにより検出した触媒温度ＴＭＣに基づいてスパイク回数を設定してもよい。
【００５６】
また、吸入空気量Ｑが多いほど単位時間当たりにエンジン１０に導入される酸素量が多くなり、エンジン１０の吹き抜けが発生しやすくなることが考えられる。したがって、吸入空気量Ｑが多いほど空燃比リーンの時間を短くするのが望ましい。そこで、本実施形態では、図８（ｂ）に示すように、吸入空気量Ｑが多いほどスパイク回数を少なく設定してある。
【００５７】
図６の説明に戻り、ステップＳ１４では、リーンスパイク実施後における三元触媒２４の酸素吸蔵状態（酸素吸蔵量）に基づいてリーンスパイクの実施タイミング（スパイク導入周期）を設定する。本実施形態では、リーンスパイク実施後における三元触媒２４の酸素吸蔵状態をエンジン運転状態に基づいて判定し、その判定結果に基づいてスパイク導入周期を設定する。具体的には、エンジン運転状態を示すパラメータとしてエンジン冷却水温と吸入空気量とを用い、各々に基づいてスパイク導入周期を設定する。
【００５８】
上述したように、水性ガスシフト反応によるＨ2生成量をできるだけ多くするには、上記（式３）中の反応物（ＣｅＯ2及びＰｔ＊−ＣＯ）が反応系にできるだけ多く存在しているとよい。したがって、触媒温度ＴＭＣが高く触媒２４内のＣｅＯ2量が多いほど、Ｐｔ＊−ＣＯ量を多くするのが望ましい。そこで、本実施形態では、図１０（ａ）に示すように、エンジン冷却水温ＴＭＥが高いほどスパイク導入周期（期間ＴＳ）を長く設定してある。これにより、触媒温度ＴＭＣが高温であるほど、すなわちエンジン冷却水温ＴＭＥが高いほどＣＯの供給時間（第２の行程）が長くなり、Ｐｔ＊−ＣＯの生成量が多くなる。
【００５９】
また、本実施形態では吸入空気量Ｑが多いほどスパイク回数を少なくしていることから（図８（ｂ）参照）、吸入空気量Ｑが多いほど触媒２４内のＣｅＯ2量が少なくなっていると考えられる。したがって、吸入空気量とスパイク導入周期との関係においては、図１０（ｂ）に示すように、吸入空気量Ｑが多いほどスパイク導入周期を短く設定してある。これにより、触媒２４内のＣｅＯ2量に応じた量のＣＯを供給することとしている。
【００６０】
さて、続くステップＳ１５では、空燃比をリッチからリーンに切り替えるタイミング（リーンガス導入タイミング）か否かを判定し、リーンガス導入タイミングであれば、ステップＳ１６へ進み、リーンスパイクを導入する。ここでは、上記設定したスパイク回数分のリーンスパイクを導入する。そして、ステップＳ１７において、リーン入力時間の積算値が設定値以上になったか否か、つまりスパイク回数が設定回数になったか否かを判定する。スパイク回数が設定回数に達していない場合にはステップＳ１８へ進み、リーンガス導入フラグＦ１に値１をセットする。これにより、スパイク回数が設定回数になるまでリーンスパイクが繰り返される。一方、スパイク回数が設定回数になった場合には、ステップＳ１７で肯定判定がなされ、ステップＳ１９へ進み、リーンガス導入フラグＦ１を値０にリセットするとともに、空燃比をリーンから弱リッチに切り替える。
【００６１】
以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。
【００６２】
リーンスパイクを実施する第１の行程と、リーンスパイク導入後の空燃比を弱リッチで制御する第２の行程とを有する空燃比制御を実施する構成としたため、第１の行程によりＣｅＯ2の生成が促進されるとともに、第２の行程によりＰｔ＊−ＣＯの生成が促進される。また、第２の行程において、空燃比のリッチ化を弱リッチ領域で行う構成としたため、Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態の形成が促進される。これにより、上記（式４）によるＨ2生成を促進させることができる。したがって、Ｈ2によるＮＯｘ浄化を促進することができ、ひいてはＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００６３】
第２の行程でのリッチ化を弱リッチとする構成としたため、リーンスパイクによって触媒２４に吸蔵させた酸素が排気中に放出されるのを抑制することができる。これにより、ＣｅＯ2とＰｔ＊−ＣＯとの共存状態ができるだけ長く継続され、ひいてはＨ2生成量をできるだけ多くすることができる。
【００６４】
エンジン冷却水温ＴＭＥが高く触媒温度ＴＭＣが高いほど、リーンスパイクによる触媒２４への酸素供給量を多くする構成としたため、触媒２４内のＣｅＯ2量を多くすることができ、水性ガスシフト反応を促進させることができる。
【００６５】
複数回のリーンスパイクにより酸素供給を行う構成としたため、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。また、リーンスパイクのリーン変化幅を許容最大変化幅Ａ１として複数回実施する構成としたため、ドライバビリティの悪化を抑制しつつ、ＣｅＯ2生成のために必要な量の酸素を触媒２４に供給することができる。
【００６６】
エンジン冷却水温ＴＭＥが高く触媒温度ＴＭＣが高いほど、リーンスパイクの導入周期を長くする構成としたため、触媒２４内のＣｅＯ2量に見合う量のＰｔ＊−ＣＯを生成することができ、ひいては水性ガスシフト反応によるＨ2生成量を増加させることができる。
【００６７】
リーンスパイクを行う第１の行程と、弱リッチ制御を行う第２の行程とを１周期とし、これを繰り返し実施する構成としたため、Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態が消失する前に次のリーンスパイクを導入することができる。これにより、水性ガスシフト反応によるＨ2生成が継続して行われ、そのＨ2によりＮＯｘの還元を継続して実施することができる。
【００６８】
三元触媒２４の触媒成分としてＲｈを含んでいないため、コスト低減を図ることができる。また、コスト低減を、ＮＯｘ浄化率を好適に保持したまま実現することができる。さらに、汎用の排気浄化システムの構成を変更したり新たな構成を追加したりすることなくコスト低減及び適正なＮＯｘ浄化率を実現ことができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、図１１に示すように、空燃比を弱リッチに制御するとともにその弱リッチ雰囲気に対し間欠的にリーンスパイクを導入する構成において、リーンスパイクの直前及び直後に、よりリッチ側のリッチ入力（ＲＦ，ＲＢ）をそれぞれ追加する構成としている。以下、リーンスパイク直前のリッチ入力ＲＦ及びリーンスパイク直後のリッチ入力ＲＢについて、適宜図を用いてそれぞれ詳しく説明する。
【００７０】
（リーンスパイク直前のリッチ入力）
Ｏ2は、貴金属３１への吸着力がＮＯｘよりも高い。そのため、リーンスパイクを実施することによって排気中のＯ2が貴金属３１表面に吸着し、そのＯ2により触媒２４の活性サイトが塞がれてしまうことが考えられる。つまり、リーンスパイクの実施により酸素被毒が発生し、ＮＯｘの還元反応が抑制されるおそれがある。したがって、リーンスパイクの実施に際し、予め被毒対策を講じておくのが望ましい。そこで、本発明者らは、酸素被毒予防のための手段として、貴金属３１への吸着力においてＯ2よりも高いＣＯを触媒保護に利用することに着目した。具体的には、図１１に示すように、弱リッチでの制御中にリーンスパイクの直前においてよりリッチ度合いが高いリッチ入力（図中のＲＦ）を行い、このリッチ入力ＲＦにより触媒２４に対してＣＯを供給することで、触媒２４の表面にＣＯを吸着させて触媒２４表面とＯ2との接触を抑制する。
【００７１】
そのメカニズムを図１２（ａ）〜（ｃ）の模式図を用いて説明する。図１２（ａ）は、弱リッチでの制御中によりリッチ度合いが高い空燃比へ変更した場合を示す。この場合、排気中のＣＯが増加して触媒２４に多量に供給され、そのＣＯが触媒２４表面（貴金属３１表面）に吸着する。
【００７２】
この状態で空燃比がリーンに切り替えられると、排気中のＯ2量が増加し、助触媒３２としてのＣｅ2Ｏ3がＣｅＯ2に変化する（Ｏ2が吸蔵される）。このとき、触媒２４に対してＯ2が多量に供給されているが、図１２（ｂ）に示すように、貴金属３１の表面はＣＯで保護されているため、触媒２４の酸素被毒が抑制される。また、図１２（ｃ）に示すように、触媒２４表面のＣＯは、リーン雰囲気下において排気中のＯ2やＮＯｘと反応することによりＣＯ2となって放出される。
【００７３】
（リーンスパイク直後のリッチ入力）
リーンスパイク前にＯ2被毒のための予防措置を講じたとしても、リーンスパイクの実施により酸素被毒が生じることが考えられる。したがって、酸素被毒が生じてしまった場合の被毒対策として、被毒からの回復措置を実施する。本実施形態では、図１１に示すように、リーンスパイクの直後にリッチ入力を行い（図中のＲＢ）、このリッチ入力ＲＢにより触媒２４に対してＣＯを供給する。これにより、通常の弱リッチの状態に比べてＣＯが過剰に供給され、このＣＯが触媒２４の表面に吸着したＯ2と反応してＣＯ2となることで、触媒２４表面からＯ2が脱離される。
【００７４】
そのメカニズムを図１３（ａ）〜（ｃ）の模式図を用いて説明する。図１３（ａ）は、
リーンガス導入に伴いＯ2被毒が発生した場合を示す。この状態で空燃比がリッチに切り替えられると、排気中のＣＯが増加して触媒２４に多量に供給され、そのＣＯが触媒表面のＯ2と反応する（図１３（ｂ）参照）。これにより、図１３（ｃ）に示すように、触媒表面に吸着したＯ2がＣＯ2となって触媒２４から脱離され、酸素被毒が解消される。
【００７５】
次に、本実施形態の排気浄化処理の処理手順について説明する。図１４は、水性ガスシフト反応を促進するための処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４０のマイコン４１により所定時間毎に実行される。なお、以下の説明では、上記図６と同一の処理については図６と同じステップ番号を付してその説明を省略する。
【００７６】
図１４において、ステップＳ２１〜Ｓ２４では、図６のステップＳ１１〜Ｓ１４と同一の処理を実施し、ステップＳ２５において、リッチ入力ＲＦの入力タイミングか否かを判定する。リッチ入力ＲＦの入力タイミングであれば、ステップＳ２６へ進み、リッチ入力ＲＦを実施する。このリッチ入力ＲＦは、被毒対策のうち被毒の予防に寄与するものである。
【００７７】
続いて、ステップＳ２７において、リーンスパイクを１回実施する。つまり、上記設定したスパイク回数のうち１回分のリーンスパイクを実施する。その後、ステップ２８において、リッチ入力ＲＢを実施する。このリッチ入力ＲＢは、被毒対策のうち被毒からの回復に寄与するものである。
【００７８】
なお、リッチ入力ＲＦ，ＲＢの入力時間は、例えばエンジン運転状態（吸入空気量など）に基づいて設定する。また、リーン期間においてＯ2の吸蔵を効率よく行うには、同入力時間は、リーンスパイク１回あたりの実施時間よりも短時間とするのが望ましい。リッチ変化幅は、ドライバビリティに影響を与えない範囲で適宜設定すればよいが、リーン期間においてＯ2の吸蔵を効率よく行うには、リーン変化幅よりも小さくするとよい。
【００７９】
ステップＳ２９では、リーン入力時間の積算値が設定値以上になったか否か、つまりスパイク回数が設定回数になったか否かを判定する。スパイク回数が設定回数に達していない場合には、ステップＳ３０へ進み、リーンガス導入フラグＦ１に値１をセットする。これにより、スパイク回数が設定回数になるまで、リッチ入力ＲＦ、リーンスパイク、リッチ入力ＲＢの順にこれらが繰り返し実施される。つまり、本実施形態では、リーンスパイクの実施毎に、その実施前後においてリッチ入力を行うのである。その後、スパイク回数が設定回数になったことを条件として、ステップＳ３１においてリーンガス導入フラグＦ１を値０にリセットするとともに、空燃比をリーンから弱リッチに切り替える。
【００８０】
図１５は、本実施形態の空燃比制御における空燃比とＮＯｘ浄化率との推移を示すタイムチャートである。なお、図１５において、実線は弱リッチでの制御中にリーンスパイクを実施し、かつリーンスパイクの前後においてリッチ入力ＲＦ，ＲＢを行う場合を示し、一点鎖線は弱リッチでの制御中にリーンスパイク及びリーン入力を実施しない場合を示す。
【００８１】
図１５に示すように、空燃比制御において、リーンスパイク及びリッチ入力を実施する場合（図中の実線）では、ＮＯｘ浄化率が略１００％で安定している。また、リーンスパイクに伴うＮＯｘ浄化率の低下もほとんど見られない。一方、リーンスパイク及びリッチ入力を実施しない場合（図中の一点鎖線）では、これらを実施する本実施形態に比べてＮＯｘ浄化率が低く、かつ不安定である。したがって、弱リッチでの制御中にリーンスパイクを実施するとともに、そのリーンスパイクの前後にリッチ入力を行う本実施形態の空燃比制御によれば、排気浄化が非常に効率よく実施されることが分かる。
【００８２】
以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。
【００８３】
弱リッチでの制御中にリーンスパイクを実施する構成において、リーンスパイクの導入直前によりリッチ度合いが高いリッチ入力ＲＦを行う構成としたため、リーンスパイクの実施前において三元触媒２４をリッチ雰囲気に一時的に曝すことができる。これにより、排気中のＣＯが触媒２４表面に吸着されるため、触媒２４の活性サイトをＯ2から保護することができる。したがって、その後の水性ガスシフト反応によるＨ2生成が抑制されず、その結果、ＮＯｘ浄化を好適に実施することができる。
【００８４】
リーンスパイクの実施直後において一時的にリッチガスを導入した後によりリッチ度合いが小さい弱リッチに移行する構成としたため、リーンスパイクの実施後において三元触媒２４をリッチ雰囲気に一時的に曝すことができる。これにより、触媒２４表面に吸着したＯ2がリッチガス中のＣＯと反応してＣＯ2に変わる。したがって、触媒２４表面の吸着酸素を脱離することができ、酸素被毒をできるだけ早期に解消することができる。
【００８５】
それぞれのリーンスパイクの直前及び直後にリッチ入力ＲＦ，ＲＢを行う構成としたため、酸素被毒対策の効果を好適に得ることができ、高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
【００８６】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００８７】
・リーンスパイク実施後における三元触媒２４の酸素吸蔵状態（酸素吸蔵量）を触媒温度ＴＭＣ及び吸入空気量Ｑに基づいて判定し、触媒温度ＴＭＣ及び吸入空気量Ｑに基づき決定したタイミングでリーンスパイクを実施する構成としたが、酸素吸蔵状態の判定に用いるパラメータはこれらに限定しない。例えば、三元触媒２４の下流側にＮＯｘセンサを設け、同センサの出力値に基づき決定したタイミングでリーンスパイクを実施する構成とする。具体的には、リーンスパイク実施後のＮＯｘ浄化率をＮＯｘセンサの出力値を基にモニタし、ＮＯｘ浄化率の低下が検出されたタイミングで（例えばＮＯｘ浄化率が所定値以下になったタイミングで）次のリーンスパイクを実施する。
【００８８】
あるいは、Ｏ2センサ３４の起電力値に基づいて触媒２４内のＣｅＯ2量（酸素残存量）をモニタし、同残存量が所定値以下となったタイミングで次のリーンスパイクを実施する。具体的には、図３（ｂ）においてＯ2センサ出力が一定になったタイミング又は同タイミングから所定時間が経過したタイミングで（例えばタイミングｔ１２で）、あるいはＯ2センサ出力が所定値以上になったタイミングで、次のリーンスパイクを実施する。こうすることにより、Ｐｔ＊−ＣＯとＣｅＯ2との共存状態が消失する前に次のリーンスパイクが実施され、その結果、水性ガスシフト反応によるＨ2生成を引き続き行うことができる。また、酸素残存量が所定値以下になるタイミングを、前回のリーンスパイク実施からの経過時間により予め設定しておき、同時間が経過する毎にリーンスパイクを実施してもよい。
【００８９】
・リーンスパイクを実施する第１の行程と、弱リッチで保持する第２の行程とからなる期間ＴＳを１周期とし、これを繰り返し実施する構成としたが、同期間ＴＳを所定タイミングで１回行う構成としてもよい。
【００９０】
・被毒対策としてリーンスパイクの直前及び直後においてリッチ入力を行う構成としたが、リーンスパイクの直前か又は直後かのいずれかのみリッチ入力を行う構成とする。このとき、リーンスパイク直後のリッチ入力ＲＢよりも直前のリッチ入力ＲＦを優先して実施するとよい。
【００９１】
・リーンスパイク毎にその前後においてリッチ入力を行う構成としたが、一部のリーンスパイクの直前又は直後においてリッチ入力を行う構成とする。例えば、最初のリーンスパイクの直前と最後のリーンスパイクの直後とにリッチ入力を行う。あるいは、１つ又は複数個おきのリーンスパイクにおいてその直前及び直後にてリッチ入力を行う。
【００９２】
・三元触媒２４の触媒成分（貴金属３１）としてＰｔを用いる構成としたが、ＰｄやＲｈを用いてもよい。また、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうち２種以上を混合して用いてもよい。
【００９３】
・上記実施形態では三元触媒２４を備える構成について説明したが、酸素吸蔵物質と貴金属３１とを備えるものであれば三元触媒２４以外の触媒を適用してもよい。
【符号の説明】
【００９４】
１０…エンジン、１３…スロットルアクチュエータ、１６…燃料噴射弁、２１…排気管、２４…三元触媒、２５…クランク角度センサ、２６…冷却水温センサ、３１…貴金属、３２…助触媒（酸素吸蔵物質）、３３…Ａ／Ｆセンサ、３４…Ｏ2センサ、４０…ＥＣＵ、４１…マイコン（リッチ化制御手段リーン化制御手段、触媒温度検出手段）。
【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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