(57)【要約】【課題】  燃料カット等の高酸素濃度運転後のＮＯxスパイクを効果的に抑制可能な内燃機関の排気浄化システムを提供する。【解決手段】  排気中の酸素濃度が高くなる高酸素濃度雰囲気で酸素を捕捉するとともに排気中の酸素濃度が低くなる低酸素濃度雰囲気で上記捕捉した酸素を放出する酸素捕捉部材を有する第１触媒と、排気系に該第１触媒の同位置または下流に設けられ、排気中の酸素または上記第１触媒から放出される酸素を利用してＮＯxを捕捉するとともに低酸素濃度雰囲気で上記捕捉したＮＯxを放出し還元するＮＯx捕捉部材を有する第２触媒とを備え、空燃比調整手段は、排気中の酸素濃度が高酸素濃度となる空燃比での運転終了後(S10)、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後にリッチ空燃比に調整する(S12〜S18)。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
排気系に設けられ、排気中の酸素濃度が高くなる高酸素濃度雰囲気で酸素を捕捉するとともに排気中の酸素濃度が低くなる低酸素濃度雰囲気で前記捕捉した酸素を放出する酸素捕捉部材を有する第１触媒と、
排気系に該第１触媒の同位置または下流に設けられ、排気中の酸素または前記第１触媒から放出される酸素を利用してＮＯxを捕捉するとともに低酸素濃度雰囲気で前記捕捉したＮＯxを放出し還元するＮＯx捕捉部材を有する第２触媒とを備え、
前記空燃比調整手段は、排気中の酸素濃度が高酸素濃度となる空燃比での運転終了後、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後にリッチ空燃比に調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、
内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット手段と、
排気系に設けられ、排気中の酸素濃度が高くなる高酸素濃度雰囲気で酸素を捕捉するとともに排気中の酸素濃度が低くなる低酸素濃度雰囲気で前記捕捉した酸素を放出する酸素捕捉部材を有する第１触媒と、
排気系に該第１触媒の同位置または下流に設けられ、排気中の酸素または前記第１触媒から放出される酸素を利用してＮＯxを捕捉するとともに低酸素濃度雰囲気で前記捕捉したＮＯxを放出し還元するＮＯx捕捉部材を有する第２触媒とを備え、
前記空燃比調整手段は、前記燃料カット手段により停止した燃料供給の復帰後、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後にリッチ空燃比に調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記空燃比調整手段は、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後、前記第１触媒に捕捉された酸素の放出状況に応じて空燃比をリッチ空燃比に調整することを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記第１触媒は、酸素捕捉部材として貴金属を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記第２触媒は、ＮＯx捕捉部材としてアルカリ金属を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記第２触媒は、ＮＯx捕捉部材としてアルカリ土類金属を含むことを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記空燃比調整手段は、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後に徐々にリッチ空燃比に調整することを特徴とする、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに係り、詳しくは、内燃機関の空燃比を制御することにより排気浄化性能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載された内燃機関の排気通路には、当該内燃機関から排出されるＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等の有害物質を浄化することを目的として触媒が設けられている。通常、触媒には貴金属が添加されており、これにより当該有害物質の酸化反応、還元反応が促進され、排気浄化性能の向上が図れている。
ところで、近年、燃焼空燃比をリーン空燃比として燃焼を行うリーンバーンエンジンが開発され実用化されており、当該リーンバーンエンジンにおいては、リーン空燃比での運転（高酸素濃度運転）を長期間に亘り行った後、リッチ空燃比での運転（低酸素濃度運転）に切り換えると、上記触媒の存在によってもＮＯxが十分に浄化されず、所謂ＮＯxスパイクが発生するという問題がある。
【０００３】
また、最近では、燃料消費量の低減、触媒保護の観点から、主として車両の減速時において燃料供給を停止する所謂燃料カットが行われており、上記ＮＯxスパイクは、当該燃料カットを終了して燃料供給を復帰（燃料復帰）させる際において特に発生し易い傾向にある。
このようなＮＯxスパイクを防止するためには、リーン空燃比での運転直後或いは燃料カットからの燃料復帰時において短期的な空燃比のリッチ化を行い、触媒を低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）にすることが効果的である。この場合、当該空燃比のリッチ化をステップ的に実施すればさらに効果的である。
【０００４】
しかしながら、このように空燃比をリッチ化する場合であっても、ＮＯxスパイクが残存するという問題がある。
かかるＮＯxスパイクが残存する問題は、特に燃料カット実施直後において、吸気系及び排気系に酸素が多量に存在しているために起こると考えられ、例えば、燃料カット復帰後において排気管内の酸素濃度が低下するまで空燃比のリッチ化を禁止することが考えられている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術は、排気系に酸素が多量に存在しているときには内燃機関の燃焼空燃比をリッチ化しても排気空燃比が直ぐにはリッチ空燃比とならないことに鑑み、排気系内の酸素が掃気されるまではリッチ化を禁止して燃費悪化を防止することを主目的としたものであり、当該技術によっても、リッチ化したときには三元触媒はＮＯxを浄化できず、依然としてＮＯxスパイクは残存し、ＮＯxの浄化効率を十分に向上させることはできない。
【０００６】
特に、近年の排ガス規制強化の環境下では、かかるＮＯxスパイクが全ＮＯx排出量に占める割合は多く、当該ＮＯxスパイクの発生を抑えることは排気浄化効率を向上させるための重要な課題となっている。
また、上述の如く空燃比をステップ的にリッチ化すると、ステップ的なトルク変化を生じ、トルクショックによる車両乗員のフィーリング悪化を招くという問題もある。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料カット等の高酸素濃度運転後のＮＯxスパイクを効果的に抑制可能な内燃機関の排気浄化システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化システムでは、内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、排気系に設けられ、排気中の酸素濃度が高くなる高酸素濃度雰囲気で酸素を捕捉するとともに排気中の酸素濃度が低くなる低酸素濃度雰囲気で前記捕捉した酸素を放出する酸素捕捉部材を有する第１触媒と、排気系に該第１触媒の同位置または下流に設けられ、排気中の酸素または前記第１触媒から放出される酸素を利用してＮＯxを捕捉するとともに低酸素濃度雰囲気で前記捕捉したＮＯxを放出し還元するＮＯx捕捉部材を有する第２触媒とを備え、前記空燃比調整手段は、排気中の酸素濃度が高酸素濃度となる空燃比での運転終了後、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後にリッチ空燃比に調整することを特徴とする。
【０００９】
ある種の触媒は、酸素濃度の高い高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）にあるときに貴金属等（酸素捕捉部材）の周りに酸素を捕捉（吸着、吸蔵等を含む）し、酸素濃度の低い低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）にあるときに当該捕捉した酸素を放出する性質を有しており、酸化雰囲気下における当該酸素の貴金属等への捕捉量が多いと、触媒の浄化性能が低下し、主として排気中のＮＯxを十分に浄化できないという特性を有している（これを酸素被毒を含む概念として酸素被爆という）。さらに、このように貴金属等に捕捉された酸素を還元雰囲気下で放出しようとしても、酸素の放出にはある程度の時間を要し、ＮＯxの浄化性能を直ぐには回復させることができないという特性を有している。
【００１０】
従って、例えば、内燃機関を排出酸素濃度の高いリーン空燃比で運転（高酸素濃度運転）した後、リッチ空燃比での運転（低酸素濃度運転）に切り換えるような場合、貴金属等に捕捉された酸素が直ぐには放出されないために障害となり、リーン空燃比からリッチ空燃比への遷移中に発生する排気中のＮＯxを十分に浄化しきれず、これがＮＯxスパイクの原因になると考えられる。
【００１１】
本発明は触媒のこのような知見に着目してなされたものである。
即ち、請求項１の内燃機関の排気浄化システムでは、上流側の第１触媒は高酸素濃度雰囲気で酸素を酸素捕捉部材に捕捉する機能を有しているため、排気中の酸素濃度が高酸素濃度となる空燃比での運転終了後には、第１触媒の酸素捕捉部材には多量の酸素が捕捉されており、このとき空燃比が一旦理論空燃比近傍に調整されると、当該第１触媒の酸素捕捉部材に捕捉された酸素が酸素捕捉部材から脱離して放出される。この際、第１触媒と同位置またはこれより下流の第２触媒はある程度の酸素濃度雰囲気でもＮＯxをＮＯx捕捉部材に捕捉する機能を有しているため、当該内燃機関から排出される排気中の酸素濃度が低い状態においても、上記酸素捕捉部材からの酸素により、ある程度の酸素濃度雰囲気の下、ＮＯxが第２触媒のＮＯx捕捉部材に捕捉される。そして、その後、空燃比がリッチ空燃比に調整されると、当該第２触媒に捕捉されたＮＯxが良好に放出還元される。
【００１２】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化システムでは、内燃機関の空燃比を調整する空燃比調整手段と、内燃機関への燃料供給を停止する燃料カット手段と、排気系に設けられ、排気中の酸素濃度が高くなる高酸素濃度雰囲気で酸素を捕捉するとともに排気中の酸素濃度が低くなる低酸素濃度雰囲気で前記捕捉した酸素を放出する酸素捕捉部材を有する第１触媒と、排気系に該第１触媒の同位置または下流に設けられ、排気中の酸素または前記第１触媒から放出される酸素を利用してＮＯxを捕捉するとともに低酸素濃度雰囲気で前記捕捉したＮＯxを放出し還元するＮＯx捕捉部材を有する第２触媒とを備え、前記空燃比調整手段は、前記燃料カット手段により停止した燃料供給の復帰後、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後にリッチ空燃比に調整することを特徴とする。
【００１３】
即ち、燃料カット時には排気系に空気のみが排出されるために酸素が酸素捕捉部材に捕捉され易く、その後、燃料復帰させ、空燃比をリッチ化したとしても、触媒を覆い尽くした酸素は直ぐには放出されず、触媒の大部分が酸素被爆された状態となっているためにＮＯxを十分に浄化できないのであるが、当該請求項２の内燃機関の排気浄化システムでは、燃料カットからの燃料復帰後、空燃比が一旦理論空燃比近傍に調整されると、当該第１触媒の酸素捕捉部材に捕捉された酸素が酸素捕捉部材から脱離して放出され、この際、第１触媒と同位置またはこれより下流の第２触媒はある程度の酸素濃度雰囲気でＮＯxをＮＯx捕捉部材に捕捉する機能を有しているため、当該第１触媒から放出された酸素を利用して、ある程度の酸素濃度雰囲気の下、ＮＯxが第２触媒のＮＯx捕捉部材に捕捉される。そして、その後、空燃比がリッチ空燃比に調整されると、当該第２触媒に捕捉されたＮＯxが良好に放出還元される。
【００１４】
また、請求項３の内燃機関の排気浄化システムでは、請求項１または２において、前記空燃比調整手段は、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後、前記第１触媒に捕捉された酸素の放出状況に応じて空燃比をリッチ空燃比に調整することを特徴とする。
また、請求項４の内燃機関の排気浄化システムでは、請求項１または２において、前記第１触媒は、酸素捕捉部材として貴金属を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の内燃機関の排気浄化システムでは、請求項１または２において、前記第２触媒は、ＮＯx捕捉部材としてアルカリ金属を含むことを特徴とする。
また、請求項６の内燃機関の排気浄化システムでは、請求項１または２において、前記第２触媒は、ＮＯx捕捉部材としてアルカリ土類金属を含むことを特徴とする。
また、請求項７の内燃機関の排気浄化システムでは、請求項１または２において、前記空燃比調整手段は、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後に徐々にリッチ空燃比に調整することを特徴とする。
【００１６】
なお、好ましくは、上記理論空燃比近傍を僅かにリッチ空燃比側となるスライトリッチとするのがよく、これにより酸素被爆が早急に解消される。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の内燃機関の排気浄化システムによれば、排気中の酸素濃度が高酸素濃度となる空燃比での運転終了後、空燃比を一旦理論空燃比近傍に調整して第１触媒の酸素捕捉部材に捕捉された酸素を酸素捕捉部材から放出させるので、当該放出された酸素を用いることで、ある程度の酸素濃度雰囲気の下、第１触媒と同位置またはこれより下流に位置する第２触媒のＮＯx捕捉部材にＮＯxを捕捉させるようにできる。そして、その後、空燃比をリッチ空燃比に調整することにより、当該第２触媒に捕捉されたＮＯxを良好に放出還元させることができる。
【００１８】
これにより、排気中の酸素濃度が高酸素濃度となる空燃比での運転終了後、リッチ空燃比或いはストイキへの切り換え時において、ＮＯxスパイクの発生を効果的に抑制することができ、ＮＯxの浄化性能の向上を図り、排気浄化効率を高く維持することができる。
また、請求項２の内燃機関の排気浄化システムによれば、燃料カットからの燃料復帰後、空燃比を一旦理論空燃比近傍に調整して第１触媒の酸素捕捉部材に捕捉された酸素を酸素捕捉部材から放出させるので、当該放出された酸素を用いることで、ある程度の酸素濃度雰囲気の下、第１触媒と同位置またはこれより下流に位置する第２触媒のＮＯx捕捉部材にＮＯxを捕捉させるようにできる。そして、その後、空燃比をリッチ空燃比に調整することにより、当該第２触媒に捕捉されたＮＯxを良好に放出還元させることができる。
【００１９】
これにより、燃料カットからの燃料復帰後において、ＮＯxスパイクの発生を効果的に抑制することができ、ＮＯxの浄化性能の向上を図り、排気浄化効率を高く維持することができる。
請求項３の内燃機関の排気浄化システムによれば、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後、第１触媒に捕捉された酸素の放出状況に応じて空燃比をリッチ空燃比に調整するので、空燃比を一旦理論空燃比近傍に制御した後、精度よく適切にリッチ空燃比に調整するようにでき、ＮＯxスパイクの発生をより一層効果的に抑制することができる。
【００２０】
請求項４の内燃機関の排気浄化システムによれば、貴金属は酸素捕捉性能が高いことから、当該貴金属を用いることで容易に酸素捕捉部材を構成できる。
請求項５の内燃機関の排気浄化システムによれば、アルカリ金属はＮＯx捕捉性能が高いことから、アルカリ金属を用いることで容易にＮＯx捕捉部材を構成できる。
請求項６の内燃機関の排気浄化システムによれば、アルカリ土類金属もＮＯx捕捉性能が高いことから、アルカリ土類金属を用いることで容易にＮＯx捕捉部材を構成できる。
【００２１】
請求項７の内燃機関の排気浄化システムによれば、空燃比のリッチ化を徐々に行うことにより、内燃機関のトルク変化率を低減でき、トルクショックによる車両乗員のフィーリング悪化を抑制することができる。
なお、上記理論空燃比近傍を僅かにリッチ空燃比側となるスライトリッチとすれば、酸素被爆を早急に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成図が示されており、以下、当該排気浄化システムの構成を説明する。
同図に示すように、内燃機関であるエンジン本体（以下、単にエンジンという）１としては、吸気管噴射型（Multi  Point  Injection：ＭＰＩ）リーンバーン４気筒ガソリンエンジンが採用される。
【００２３】
エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４が取り付けられており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。吸気マニホールド１０には、電磁式の燃料噴射弁６が取り付けられており、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示せず）が接続されている。
【００２４】
吸気マニホールド１０の燃料噴射弁６よりも上流側には、吸入空気量を調節する電磁式のスロットル弁１４が設けられており、併せてスロットル弁１４の弁開度θthを検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６が設けられている。さらに、スロットル弁１４の上流には、吸入空気量を計測するエアフローセンサ１８が介装されている。エアフローセンサ１８としては、カルマン渦式エアフローセンサが使用される。
【００２５】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド１２の一端がそれぞれ接続されている。
なお、当該ＭＰＩエンジンは公知のものであるため、その構成の詳細については説明を省略する。
排気マニホールド１２の他端には排気管２０が接続されており、当該排気管２０には、排気浄化触媒装置として触媒３０が介装されている。
【００２６】
触媒３０は、排気上流側の酸素捕捉部（第１触媒）３０ａと排気下流側のＮＯx捕捉部（第２触媒）３０ｂとから構成されている。
酸素捕捉部３０ａには、貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ）の少なくともいずれか或いは酸素ストレージ材としてセリア（Ｃｅ），ジルコニア（Ｚｒ）の少なくともいずれかを有している。貴金属等（酸素捕捉部材）は、酸素捕捉機能を有しており、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーン空燃比（リーンＡ／Ｆ）である高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）中において酸素（Ｏ2）を捕捉（吸着、吸蔵等）すると、排気Ａ／Ｆがリッチ空燃比（リッチＡ／Ｆ）となり低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となるまでその捕捉Ｏ2を解離Ｏの状態で保持し、還元雰囲気中において当該捕捉Ｏ2を脱離し放出する特性を有している。なお、酸素捕捉部３０ａの少なくとも一部は、貴金属の存在により、当然に通常の三元触媒機能を併せ有している。
【００２７】
また、ＮＯx捕捉部３０ｂには、アルカリ金属としてカリウム（Ｋ）等またはアルカリ土類金属としてバリウム（Ｂａ）等またはセリア（Ｃｅ），ジルコニア（Ｚｒ）等を有している。これらアルカリ金属及びアルカリ土類金属（ＮＯx捕捉部材）等は、ＮＯx捕捉機能を有しており、上記貴金属の場合と同様、排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆである比較的高酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）中においてＮＯxを捕捉（吸着、吸蔵等）すると、排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆとなり低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となるまでその捕捉ＮＯxを保持し、還元雰囲気中において当該捕捉ＮＯxを脱離し放出する特性を有している。
【００２８】
また、排気管２０の触媒３０よりも上流側には、排気中のＯ2濃度を検出することで排気Ａ／Ｆを検出する排気センサ（Ｏ2センサ等）２２が配設され、下流側には、同様の排気センサ２４が配設されている。
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）４０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ており、当該ＥＣＵ４０により、エンジン１を含めた排気浄化システムの総合的な制御が行われる。
【００２９】
ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６、エアフローセンサ１８、排気センサ２２、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４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６、点火コイル８、スロットル弁１４等の各種出力デバイスが接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき燃焼空燃比（燃焼Ａ／Ｆ）が適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）に設定され、当該目標Ａ／Ｆに応じた量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁６から噴射され、またスロットル弁１４が適正な開度に調整され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施される。
【００３０】
特に、当該エンジン１は、リーンバーンエンジンであり、目標Ａ／ＦをリーンＡ／Ｆに設定してリーンＡ／Ｆ運転可能に構成されており、例えば通常は目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆまたはストイキ（理論空燃比）とし、適宜リーンＡ／Ｆに切り換えるようにしている。これにより燃費の向上等が図られる。
また、当該エンジン１は、車両の減速走行時において燃料供給を停止し、燃料カットを実施することが可能に構成されている（燃料カット手段）。つまり、当該エンジン１では、運転者がアクセルペダル（図示せず）の踏み込みを中止し且つエンジン回転速度Ｎeが所定回転速度以上の場合において、燃料噴射弁６からの燃料噴射を停止して適宜燃料カットを行うようにしている。そして、当該エンジン１では、燃料カットを実施して燃料供給を復帰させた直後、即ち燃料復帰直後には、十分なエンジン出力を得るべく、また燃料カットによって触媒３０に多量に吸着された捕捉Ｏ2を放出すべく、目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定するようにしている。なお、燃料カットは、全気筒について実施するようにしてもよいし、一部気筒についてのみ実施するようにしてもよい。
【００３１】
ところで、エンジン１におけるＮＯxの発生について注目すると、上述したように、リーンＡ／Ｆでの運転を長時間に亘り実施した後、目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに切り換える場合や、燃料カット後の燃料復帰直後において、ＮＯxスパイクが発生する傾向にある。
上述したように、ＮＯxスパイクは、目標Ａ／Ｆひいては排気Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆにしても、酸素被爆により、三元触媒機能が求められている貴金属等に捕捉された捕捉Ｏ2が直ぐには放出されないために障害となり、リーンＡ／ＦからリッチＡ／Ｆへの遷移中に発生する排気中のＮＯxを十分に浄化しきれないために発生すると考えられる。
【００３２】
そこで、本発明に係る排気浄化システムにおいては、かかる貴金属等の有する特性に着目して空燃比制御を行い、ＮＯxスパイクの発生を確実に抑制するように図っている。
先ず、第１実施例を説明する。
図２を参照すると、本発明に係る空燃比制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており（空燃比調整手段）、以下同フローチャートに沿い本発明に係る排気浄化システムの空燃比制御内容及び作用について説明する。
【００３３】
ステップＳ１０では、高酸素濃度運転後であるか否か、即ち、リーンＡ／Ｆでの運転を長時間に亘り実施した後であるか或いは燃料カットからの燃料復帰後であるか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、ステップＳ１１において通常制御を行う。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）で高酸素濃度運転後と判定された場合には、ステップＳ１２に進む。なお、当該高酸素濃度運転後との判定は、当該判定が解除されるまで維持される。
【００３４】
ステップＳ１２では、ストイキ運転条件中であるか否かを判別する。ここでは、例えば、高酸素濃度運転直後から所定期間ｔ1が経過するまでの期間内であるか否かを判別する。所定期間ｔ1は、捕捉Ｏ2の放出状況に応じて設定され、例えば触媒３０の酸素捕捉部３０ａに捕捉された捕捉Ｏ2が後述のストイキ運転によって放出され尽くすまでの時間に、或いは、酸素捕捉部３０ａも含めた触媒のうち、三元触媒機能が求められている触媒の酸素被爆が再生するまでの時間に予め設定されている。なお、所定期間ｔ1はエンジン１の運転条件（エンジン回転速度Ｎe、体積効率、排気流量、吸入空気流量、吸気管圧、触媒温度、冷却水温の少なくともいずれか一つ）に応じて最適化されるのが好ましい。
【００３５】
ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ストイキ運転条件中であると判定された場合には、ステップＳ１４に進み、目標Ａ／Ｆをストイキに設定してストイキ運転を行う。
このように、高酸素濃度運転後、目標Ａ／Ｆをストイキに設定してストイキ運転を行うと、触媒３０の酸素捕捉部３０ａでは低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となり、還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）の作用により、酸素捕捉部３０ａに捕捉（吸着、吸蔵等）された捕捉Ｏ2が貴金属等から脱離して放出される。そして、酸素捕捉部３０ａから放出されたＯ2は、下流に位置するＮＯx捕捉部３０ｂに流入する。これにより、ＮＯx捕捉部３０ｂでは、目標Ａ／Ｆがストイキでありながらある程度の酸素濃度雰囲気（酸化雰囲気）とされ、排気中のＮＯxがＮＯx捕捉部３０ｂのアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等に捕捉（吸着、吸蔵等）される。つまり、高酸素濃度運転後においては、ストイキ運転により酸素捕捉部３０ａから放出させたＯ2を利用して排気中のＮＯxをＮＯx捕捉部３０ｂに捕捉させるようにする。
【００３６】
ステップＳ１２の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、ストイキ運転条件中ではなくなった場合には、ストイキ運転を終了し、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、リッチＡ／Ｆ運転条件中であるか否かを判別する。例えば、所定期間ｔ1の経過後、所定期間ｔ2が経過するまでの期間内であるか否かを判別する。所定期間ｔ2は、例えば上記の如く触媒３０のＮＯx捕捉部３０ｂに捕捉された捕捉ＮＯxが後述のリッチＡ／Ｆ運転によって放出還元され尽くすまでの時間に予め設定されている。なお、所定期間ｔ2についてもエンジン１の運転条件（エンジン回転速度Ｎe、体積効率、排気流量、吸入空気流量、吸気管圧、触媒温度、冷却水温の少なくともいずれか一つ）に応じて最適化されるのが好ましい。
【００３７】
ステップＳ１６の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、リッチＡ／Ｆ運転条件中であると判定された場合には、ステップＳ１８に進み、目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定してリッチＡ／Ｆ運転を行う。
このように、ストイキ運転に引き続き目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定してリッチＡ／Ｆ運転を行うと、触媒３０のＮＯx捕捉部３０ｂでは低酸素濃度雰囲気（還元雰囲気）となり、還元剤（ＨＣ、ＣＯ等）の作用により、ＮＯx捕捉部３０ｂに捕捉（吸着、吸蔵等）された捕捉ＮＯxがアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等から脱離して放出され還元される。
【００３８】
ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）となり、リッチＡ／Ｆ運転条件中ではなくなった場合には、リッチＡ／Ｆ運転を終了し、ステップＳ２０に進む。
ステップＳ２０では、リッチＡ／Ｆ運転の終了を受けて高酸素濃度運転後との判定を解除する。
このように、本発明に係る排気浄化システムでは、触媒３０を貴金属等（酸素捕捉部材）を含む酸素捕捉部３０ａとアルカリ金属或いはアルカリ土類金属或いはセリア、ジルコニア（ＮＯx捕捉部材）を含むＮＯx捕捉部３０ｂとから構成し、リーンＡ／Ｆでの運転を長時間に亘り実施した後或いは燃料カットからの燃料復帰後、即ち高酸素濃度運転後において、一旦ストイキ運転を行った後、リッチＡ／Ｆ運転を行うようにしているので、酸素捕捉部３０ａの貴金属等から放出されるＯ2を利用して排気中のＮＯxをＮＯx捕捉部３０ｂに捕捉させるようにでき、その後、ＮＯx捕捉部３０ｂに捕捉されたＮＯxを良好に放出して還元除去することができる。
【００３９】
これにより、高酸素濃度運転後、目標Ａ／ＦのリッチＡ／Ｆへの切り換え時において、ＮＯxスパイクの発生を効果的に抑制することができ、ＮＯxの浄化性能の向上を図り、排気浄化効率を高く維持することができる。
なお、ここでは、触媒３０の同一担体上に酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂを形成する場合を例に説明したが、酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂの他にその他の触媒３０ｃを併せて設けるようにしてもよいし、酸素捕捉部３０ａ、ＮＯx捕捉部３０ｂ及びその他の触媒３０ｃをそれぞれ別体として個別に配設するようにしてもよい。
【００４０】
即ち、図３（ａ）〜（ｆ）を参照すると、酸素捕捉部３０ａ、ＮＯx捕捉部３０ｂ及びその他の触媒３０ｃの配設パターンが種々示されているが、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、酸素捕捉部３０ａ、ＮＯx捕捉部３０ｂ、その他の触媒３０ｃの全てを同一担体上に形成するようにしてもよいし、図３（ｄ）〜（ｆ）に示すように、酸素捕捉部３０ａ、ＮＯx捕捉部３０ｂ、その他の触媒３０ｃをそれぞれ個別に設けるようにしてもよい。また、酸素捕捉部３０ａが最上流に位置する構成であれば、ＮＯx捕捉部３０ｂとその他の触媒３０ｃについてはいずれを上流側に配設してもよい。なお、図３（ａ）〜（ｆ）中の白抜き矢印は排気流方向を示し、図３（ａ）は図１の配設パターンを示す。
【００４１】
また、ここでは酸素捕捉部３０ａを上流側としＮＯx捕捉部３０ｂを下流側としたが、これら酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂとを担体上の同位置に層状に形成するようにしてもよい。詳しくは、酸素捕捉部３０ａを上層として形成し、ＮＯx捕捉部３０ｂを下層として形成するようにしてもよい。或いは、酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂとを担体上の同位置に同層に形成するようにしてもよい。  また、ここでは酸素捕捉部材を貴金属等とし、ＮＯx捕捉部材をアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等としたが、貴金属はＯ2のみならずＮＯxをも捕捉する機能を有していることから、酸素捕捉部材、ＮＯx捕捉部材共に貴金属とすることも可能である。但し、Ｏ2の方がＮＯxよりも貴金属への捕捉速度が速いことから貴金属のＮＯx捕捉機能はＮＯx捕捉部材をアルカリ金属或いはアルカリ土類金属等とする場合ほど高くはない。
【００４２】
また、ここでは触媒３０の上流側に貴金属等のみを含んで酸素捕捉部３０ａを形成するようにしたが、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属を添加すると耐熱性が向上することが知られており、酸素捕捉部３０ａに貴金属等とともにバリウム（Ｂａ）等を含むことを妨げるものではない。なお、還元剤がバリウム（Ｂａ）等に捕捉されたＮＯxの放出に消費されてしまうことを考えると、本来的に酸素捕捉部３０ａにはバリウム（Ｂａ）等を含まない方が効果的である。
【００４３】
また、ここではステップＳ１４においてストイキ運転を実施するようにしたが、これに限られず、貴金属等の捕捉Ｏ2を放出可能な範囲で目標Ａ／Ｆをスライトリーンに設定してもよく、還元剤がＮＯx捕捉部３０ｂに流入しないような範囲で目標Ａ／Ｆをスライトリッチに設定するようにしてもよい。
また、ここでは貴金属等の捕捉Ｏ2が貴金属等から脱離し放出されてＮＯx捕捉部３０ｂに流入するものとして説明したが、酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂとが近接している、例えば両者を同層に形成した場合には、捕捉Ｏ2が貴金属等からスピルオーバ等してＮＯx捕捉部３０ｂに流入する場合をも含む趣旨である。
【００４４】
また、ここでは目標Ａ／ＦをリッチＡ／Ｆに設定してリッチＡ／Ｆ運転を行うようにしているが、目標Ａ／Ｆをストイキから徐々にリッチＡ／Ｆに移行させてリッチＡ／Ｆ運転を実施するようにするのがよい。これにより、エンジン１のトルク変化率を低減でき、トルクショックによる車両乗員のフィーリング悪化を抑制することができる。
次に、第２実施例を説明する。
【００４５】
第２実施例では、上記第１実施例とストイキ運転条件中か否か（図２のステップＳ１２）及びリッチＡ／Ｆ運転中か否か（同ステップＳ１６）の判別の仕方が相違しており、以下、上記第１実施例と異なる点についてのみ説明する。
上記第１実施例の場合には、ステップＳ１２において、ストイキ運転条件中か否かを高酸素濃度運転直後から予め設定した所定期間ｔ1が経過するまでの期間内であるか否かで判別するようにしたが、ここでは、捕捉Ｏ2の放出状況、即ち触媒３０の下流側に設けられた排気センサ２４からの情報に基づき、触媒３０の下流側の排気Ａ／ＦがリーンＡ／Ｆでなくなるまでの間をストイキ運転条件中と判定する。或いは、触媒３０の下流側の排気Ａ／Ｆが排気センサ２２からの情報に基づく触媒３０の上流側の排気Ａ／Ｆと同等になるまでの間をストイキ運転条件中と判定する。
【００４６】
さらに、上記第１実施例の場合には、ステップＳ１６において、リッチＡ／Ｆ運転条件中か否かを所定期間ｔ1の経過後、予め設定した所定期間ｔ2が経過するまでの期間内であるか否かで判別するようにしたが、ここでは、触媒３０の下流側に設けられた排気センサ２４からの情報に基づき、触媒３０の下流側の排気Ａ／ＦがリッチＡ／Ｆと判定するまでの間をリッチＡ／Ｆ運転条件中と判定する。
【００４７】
このように排気センサ２２、２４からの排気Ａ／Ｆ情報に基づきストイキ運転条件中か否か、及び、リッチＡ／Ｆ運転条件中か否かを判別することにより、高精度且つ効率よくストイキ運転及びリッチＡ／Ｆを実施することができる。
即ち、図４（ｇ）〜（ｋ）を参照すると、酸素捕捉部３０ａ、ＮＯx捕捉部３０ｂ及び排気センサの配設パターンが種々示されているが、図４（ｇ）、（ｈ）、（ｋ）に示すように、排気センサ２２、２４からの排気Ａ／Ｆ情報に基づきストイキ運転条件中か否か、及び、リッチＡ／Ｆ運転条件中か否かを判別するようにする。なお、図４（ｇ）〜（ｋ）中の白抜き矢印は排気流方向を示す。
【００４８】
また、図４（ｉ）、（ｊ）に示すように、酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂとを別体とする場合には、酸素捕捉部３０ａとＮＯx捕捉部３０ｂとの間に別途排気センサ２３を設け、当該排気センサ２３からの排気Ａ／Ｆ情報に基づきストイキ運転条件中か否かを判別するようにしてもよい。このようにすれば、ストイキ運転条件中か否かの判定精度をさらに向上させることができる。
【００４９】
これにより、高酸素濃度運転後、目標Ａ／ＦのリッチＡ／Ｆへの切り換え時において、ＮＯxスパイクの発生をより一層効果的に抑制することができる。
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン１を吸気管噴射型ガソリンエンジンとしたが、筒内噴射型ガソリンエンジンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの概略構成図である。
【図２】本発明に係る空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第１実施例における酸素捕捉部、ＮＯx捕捉部及びその他の触媒の配設パターン（ａ）〜（ｆ）を種々示す図である。
【図４】第２実施例における酸素捕捉部、ＮＯx捕捉部及び排気センサの配設パターン（ｇ）〜（ｋ）を種々示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン本体
６  燃料噴射弁
２２  排気センサ
２４  排気センサ
３０  触媒
３０ａ  酸素捕捉部（第１触媒）
３０ｂ  ＮＯx捕捉部（第２触媒）
４０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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