JP2010090880A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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均一 岩知道
Tetsuya Watanabe
哲也 渡邊
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively utilize property of an exhaust gas control catalyst by utilizing an oxygen storage capacity. <P>SOLUTION: Using a ternary catalyst 23 forming an oxygen storage part in a catalyst layer including rhodium (Rh), an exhaust gas air-fuel ratio is controlled in the vicinity of a theoretical air-fuel ratio (stoichiometric) with an ECU 26. When hydrocarbon (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxide (NO<SB>x</SB>) and the like in the exhaust gas are cleaned, a lean air-fuel ratio is modulated long and shallow and a rich air-fuel ratio is modulated short and deep to improve exhaust gas control performance. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a control device for purifying carbon components (HC, CO) and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

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。   The exhaust gas discharged from the internal combustion engine (engine) of the vehicle contains exhaust components such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx). For this reason, generally, an exhaust purification catalyst such as a three-way catalyst is disposed in an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine passes so that the exhaust gas is released into the atmosphere in a purified state. .

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）。   A three-way catalyst used as an engine exhaust purification catalyst is purified by oxidizing HC and CO in an oxidizing atmosphere (lean air-fuel ratio atmosphere) while reducing NOx in a reducing atmosphere (rich air-fuel ratio atmosphere). To be purified. In order to improve the purification performance of the three-way catalyst, a technique for effectively using the three-way catalyst by controlling the air-fuel ratio while detecting the oxygen concentration of the exhaust gas has been proposed (for example, see Patent Document 1). ).

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。   Patent Document 1 discloses a technique for executing air-fuel ratio control for alternately obtaining a lean air-fuel ratio state for a predetermined period and a rich air-fuel ratio state for a predetermined period in one control cycle, and repeating the control cycle. . This makes it possible to continuously achieve both HC and CO purification and NOx purification without using an oxygen concentration sensor.

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。   By the way, the three-way catalyst is generally configured by supporting platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd) or the like as a noble metal on a carrier. Since these noble metals are rare and expensive, the three-way catalyst is required to effectively use the minimum noble metal, that is, to obtain the maximum purification performance with a small amount of noble metal supported. Currently. In response to such demands, as described above, various techniques for effectively using the three-way catalyst by controlling the air-fuel ratio have been proposed, but the characteristics of the three-way catalyst are maximized. The reality is that it cannot be said.

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。
特許第２５３１５２５号公報 In addition, it has been conventionally practiced to increase the oxygen storage capacity and improve the purification efficiency by adding an oxygen storage agent such as cerium (Ce) or zirconia (Zr) to the noble metal layer. However, at present, no technology has been established to optimize the oxygen storage capacity in consideration of air-fuel ratio control, and further ingenuity is required to make more effective use of the characteristics of the three-way catalyst. Is the actual situation.
Japanese Patent No. 2531525

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。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can utilize the characteristics of an exhaust purification catalyst more effectively by making use of oxygen storage capacity.

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。   In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine according to the present invention provides a catalyst having a predetermined capacity oxygen storage unit provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and an air-fuel ratio of exhaust flowing into the catalyst as a lean air-fuel ratio. And an air-fuel ratio control means that varies between the air-fuel ratio and the rich air-fuel ratio, the air-fuel ratio control means modulates the period on the lean air-fuel ratio side longer than the rich air-fuel ratio side and is leaner than the rich air-fuel ratio side. It is characterized in that the amplitude on the air-fuel ratio side is modulated small.

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。   In the present invention according to claim 1, a catalyst having a predetermined capacity oxygen storage unit is used to modulate the period on the lean air-fuel ratio side longer than the rich air-fuel ratio side, and on the lean air-fuel ratio side rather than the rich air-fuel ratio side. By modulating the amplitude to be small, the lean air-fuel ratio is made longer and shallower and the rich air-fuel ratio is made shorter and deeper to improve the exhaust gas purification performance. For this reason, the characteristics of the exhaust purification catalyst can be utilized more effectively by utilizing the oxygen storage capacity.

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。   Modulating the period of the lean air-fuel ratio longer than the rich air-fuel ratio means that the time of the lean air-fuel ratio is made longer with respect to the rich air-fuel ratio, and the amplitude of the lean air-fuel ratio side than the rich air-fuel ratio side is increased. The small modulation means that the amount of change from the lean air-fuel ratio stoichiometric is reduced with respect to the amount of change from the rich air-fuel ratio stoichiometric.

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。 In other words, since it has an oxygen storage unit with a predetermined capacity, the lean air-fuel ratio is made longer and shallower, and the rich air-fuel ratio is made shorter and deeper, the noble metal adsorbs NOx and is reduced and purified by reaction with the reducing agent. In this case, O 2 that is an inhibitory component is stored in the oxygen storage unit, and the purification (reduction) reaction of nitrogen oxides NOx is improved. Also, coupled with the release of the stored oxygen O 2 , the oxidation performance of HC and carbon monoxide CO is maintained.

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。 Further, since the lean air-fuel ratio is long and shallow, and has a predetermined capacity of oxygen storage, the decrease in the activity of the noble metal due to excessive O 2 is suppressed, and the rich air-fuel ratio is shortened and deepened. The time of the fuel ratio is a short time that does not cause a change in the state of the noble metal, and the decrease in the activity of the noble metal due to excessive CO is suppressed.

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。   The control apparatus for an internal combustion engine according to a second aspect of the present invention is the control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect, wherein the amplitude of fluctuation by the air-fuel ratio control means is different from the rich air-fuel ratio side and the lean air-fuel side. The unit time average with the fuel ratio side is set to be stoichiometric.

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。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect, wherein the period of variation by the air-fuel ratio control means is greater than the rich air-fuel ratio side. The lean air-fuel ratio side is set to about twice.

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。   In the present invention according to claim 2, the activity of the noble metal can be maintained by making the total air-fuel ratio per unit time stoichiometric. In the present invention according to claim 3, the ratio of the cycle of the rich air-fuel ratio and the cycle of the lean air-fuel ratio ( By setting the time ratio to about 1: 2, the ratio of the rich air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio can be about 2: 1, and the total air-fuel ratio per unit time can be stoichiometric.

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。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control device for an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, wherein the oxygen storage unit is rhodium (Rh). The catalyst layer is formed by adding an oxygen storage agent to the catalyst layer.

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。   In the present invention according to claim 4, the amount of Rh used can be suppressed by adding an oxygen storage agent to the catalyst layer containing Rh to form the oxygen storage part.

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。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the control device for an internal combustion engine according to the fourth aspect, wherein the oxygen storage section has a capacity after thermal endurance of about 2 mmol / L or more. It is characterized by being.

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。   In the present invention according to claim 5, by setting the capacity of the oxygen storage unit to about 2 mmol / L or more, it is possible to obtain a purification performance equal to or higher than that when feedback control based on the oxygen concentration is performed.

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。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the control device for an internal combustion engine according to the fifth aspect, wherein the oxygen storage agent is at least one selected from zirconium (Zr) or cerium (Ce). It is characterized by comprising one of the two as a main component and containing one of a rare earth or a lanthanoid. At this time, it is preferable that at least one complex oxide selected from Zr or Ce is a main component.

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。   The control device for an internal combustion engine of the present invention can utilize the characteristics of the exhaust purification catalyst more effectively by utilizing the oxygen storage capacity.

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。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

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。   As shown in FIG. 1, a gasoline engine (engine) 1 as an internal combustion engine is an intake pipe injection type (Multi Point Injection) engine. The engine 1 includes a cylinder head 2 and a cylinder block 3, and a cylinder 4 is formed in the cylinder block 3. A piston 5 is accommodated in the cylinder 4 so as to be able to reciprocate. A combustion chamber is formed by the piston 5, the cylinder 4, and the cylinder head 2.

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。   The engine is not limited to an intake pipe injection type (Multi Point Injection), and an engine of a type that injects fuel into a collecting portion of the intake pipe can also be applied. It is also possible to apply an engine that directly injects fuel into the combustion chamber.

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。   An intake port 9 is formed in the cylinder head 2, and an intake manifold 10 is connected to the intake port 9. An intake valve 11 is provided in the intake port 9, and the intake valve 11 communicates and blocks the combustion chamber and the intake port 9. The intake manifold 10 is provided with a fuel injection valve 12, and fuel is injected into the intake port 9 by the fuel injection valve 12.

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。   On the other hand, an exhaust port 13 is formed in the cylinder head 2, and one end of an exhaust manifold 14 is connected to the exhaust port 13. An exhaust pipe 15 is connected to the other end of the exhaust manifold 14. The exhaust port 13 is provided with an exhaust valve 16, and the exhaust valve 16 communicates and blocks the combustion chamber and the exhaust port 13.

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。   An ignition plug 17 is attached to the cylinder head 2 for each cylinder, and an ignition coil 18 that outputs a high voltage is connected to the ignition plug 17. A throttle valve 20 that adjusts the intake air amount is provided on the upstream side of the intake manifold 10, and the intake air amount is controlled by the throttle valve 20.

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。   A three-way catalyst 23 as a catalyst is interposed in the exhaust pipe 15 connected to the exhaust manifold 14. The three-way catalyst 23 carries a noble metal such as platinum (Pt), palladium (Pd), rhodium (Rh), has a catalyst layer containing Rh, and the exhaust air-fuel ratio is close to the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric). Purifies the hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), etc. in the exhaust gas.

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。 That is, in the three-way catalyst 23, when the exhaust air-fuel ratio becomes an oxidizing atmosphere (lean air-fuel ratio), HC and CO are oxidized and purified, and the exhaust air-fuel ratio becomes a reducing atmosphere (rich air-fuel ratio). Oxygen (O 2 ) is stored. When the air-fuel ratio becomes rich, NOx is reduced and purified, and stored O 2 is released, and HC and CO are oxidized and purified.

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。 A front O 2 sensor 25 is provided in the exhaust pipe 15 upstream of the three-way catalyst 23, and a rear O 2 sensor 24 is provided in the exhaust pipe 15 downstream of the three-way catalyst 23. By detecting the oxygen concentration of the exhaust by the front O 2 sensor 25 and rear O 2 sensor 24, an atmosphere in the state of the three-way catalyst 23 (air-fuel ratio) is obtained. Note that a linear air-fuel ratio sensor (LAFS) that directly detects the air-fuel ratio (exhaust air-fuel ratio) can be provided in order to obtain the air-fuel ratio of the atmosphere of the three-way catalyst 23 instead of the O 2 sensor.

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。 The ECU (electronic control unit) 26 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like, and the ECU 26 performs overall control of the engine 1. In addition to the front O 2 sensor 25 and the rear O 2 sensor 24 described above, various sensors such as a crank angle sensor 27 for detecting the crank angle of the engine 1 are connected to the input side of the ECU 26, and detection from these sensors is performed. Information is entered.

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。   Various output devices such as the fuel injection valve 12, the ignition coil 18, and the throttle valve 20 are connected to the output side of the ECU 26. The various output devices output the fuel injection amount, fuel injection time, ignition timing, and the like calculated by the ECU 26 based on detection information from the sensors. An appropriate target air-fuel ratio is set based on detection information from various sensors, and an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 12 at an appropriate timing so that the actual air-fuel ratio becomes the target air-fuel ratio. The valve 20 is adjusted to an appropriate opening, and spark ignition is performed at an appropriate timing by the spark plug 17.

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。   The three-way catalyst 23 will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 and FIG. 3 show schematic configurations of the cell portions of the catalyst layer.

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。 The three-way catalyst 23 carries a noble metal such as Pt, Pd, and Rh. For example, as shown in FIG. 2, a noble metal such as Pt, Pd, and Rh is carried on a support 31 together with a support agent to form a catalyst layer 32. ing. The catalyst layer 32 is loaded with an oxygen storage agent containing at least one complex oxide selected from zirconium (Zr) or cerium (Ce) as a main component and containing one of a rare earth or a lanthanoid. , Rh-containing catalyst layer 32 is formed with an oxygen storage portion that occludes O 2 .

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。   The supported amount of rhodium (Rh) in the catalyst layer 32 is, for example, in the range of 0.01 g to 0.5 g with respect to the total weight of the catalyst layer, and the capacity of the oxygen storage unit after thermal endurance is about 2 mmol / L or more.

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。 The catalyst layer 32 shown in FIG. 2 is composed of a single layer, but as shown in FIG. 3, the catalyst layer can be composed of two layers. That is, Pt, Pd, etc. are supported on the carrier 31 together with the support agent to form the base catalyst layer 34, and further, Rh is supported together with the support agent to form the catalyst layer 33. The catalyst layer 33 has at least one composite oxide selected from Zr or Ce as a main component, and an oxygen storage agent containing one element selected from rare earths or lanthanoids is supported on the catalyst layer 33, and the Rh catalyst layer 33 is supported on the catalyst layer 33. An oxygen storage part for storing O 2 is formed.

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。   The amount of Rh supported on the catalyst layer 33 is, for example, in the range of 0.01 g / L to 0.5 g / L with respect to the total weight of the catalyst layer, and the capacity of the oxygen storage unit after thermal endurance is About 2 mmol / L or more.

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。 The capacity of the oxygen storage unit after the heat endurance is, for example, after the endurance of the air atmosphere at 950 ° C. for 40 hours, the gas in the rich air-fuel ratio and lean air-fuel ratio is repeatedly circulated and absorbed in the case of the lean air-fuel ratio. It is measured by determining the amount of O 2 . Then, an oxygen storage agent in an amount corresponding to a state where the measured capacity is about 2 mmol / L or more is added.

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。   In the control device of the present embodiment, when the exhaust air-fuel ratio is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric), the above-described three-way catalyst 23 favorably purifies HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas. The air-fuel ratio of the atmosphere 23 is controlled (modulated) to a lean air-fuel ratio and a rich air-fuel ratio (air-fuel ratio control means). That is, the control is performed to modulate the exhaust air-fuel ratio so that the lean air-fuel ratio time is lengthened with respect to the rich air-fuel ratio and the change amount from the lean air-fuel ratio stoichiometric is reduced with respect to the change amount from the rich air-fuel ratio stoichiometry. (Modulation control) is performed.

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。   The state of air-fuel ratio modulation will be specifically described with reference to FIG. FIG. 4 shows the change with time of the air-fuel ratio when the atmosphere of the three-way catalyst 23 is modulated.

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。   As shown in the figure, during one period T, the lean air-fuel ratio time is increased (the period is increased) with respect to the rich air-fuel ratio, and the amount of change from the stoichiometric rich air-fuel ratio (amplitude: rich depth). The exhaust air-fuel ratio is modulated so that the amount of change (amplitude: lean depth) from the stoichiometric lean air-fuel ratio is reduced (shallow). The relation between the length and rich depth of the rich air-fuel ratio and the length and lean depth of the lean air-fuel ratio is set so as to be stoichiometric on average in unit time.

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。   In this embodiment, the lean air-fuel ratio time is set to about twice as long as the rich air-fuel ratio time, and the rich depth relative to the lean depth is set to about twice the depth. That is, during one cycle T, the lean air-fuel ratio is long and shallow, and the rich air-fuel ratio is short and deep.

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。 When purifying HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas when the exhaust air-fuel ratio is in the vicinity of stoichiometric, the modulation control shown in FIG. 4 is performed in a predetermined range of lean air-fuel ratio and rich air-fuel ratio with respect to stoichiometry. Is implemented. Therefore, feedback control to converge by the front O 2 sensor 25 and rear O 2 sensor 24 to the target air-fuel ratio is not performed.

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。 In the control device described above, when the lean air-fuel ratio is made longer and shallower and the rich air-fuel ratio is made shorter and deeper, the noble metal adsorbs nitrogen oxide (NOx) and is reduced and purified by reaction with the reducing agent. it is, O 2 is the inhibition component is storage the oxygen storage unit, thereby improving the purification of NOx (reduction) reaction. In addition, combined with the release of stored oxygen, the oxidation performance of HC and CO is maintained.

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。 Further, since the lean air-fuel ratio is long and shallow and has an oxygen storage portion of about 2 mmol / L or more, the decrease in the activity of noble metal due to excessive O 2 is suppressed, and the rich air-fuel ratio is shortened and deepened. The time of the rich air-fuel ratio is a short time that does not cause a change in the state of the noble metal, and a decrease in the activity of the noble metal due to excessive CO is suppressed.

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。   Therefore, good exhaust purification performance can be obtained, and the characteristics of the exhaust purification catalyst can be utilized more effectively by utilizing the oxygen storage capacity.

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。 The oxygen storage agent is added to the catalyst layer containing Rh of the three-way catalyst 23 to provide an oxygen storage part of about 2 mmol / L or more, and the lean air-fuel ratio is made long and shallow during one period T, and the rich air-fuel ratio The exhaust gas purification performance can be greatly improved by modulating the air-fuel ratio so as to execute the process short and deep. In addition, the exhaust gas purification performance can be greatly improved as compared with the case where HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas are purified by performing feedback control that converges on stoichiometry by the O 2 sensor.

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。   A situation in which the exhaust gas purification performance is greatly improved will be described with reference to FIGS.

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。   FIG. 5 shows the capacity of the oxygen storage section of three types of three-way catalysts, FIG. 6 shows the relationship between the HC purification rates and average air-fuel ratios of the plurality of types of three-way catalysts, and FIG. 7 shows the types of three-way catalysts. The relationship between the NOx purification rate and the average air-fuel ratio is shown.

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。   As shown in FIG. 5, the three-way catalyst A has an initial oxygen storage capacity of 0.90 mmol / L and an oxygen storage capacity of 850 ° C. after heat endurance of 950 ° C. The capacity of the oxygen storage part after endurance is 0.80 mmol / L. The three-way catalyst B has an initial oxygen storage capacity of 1.40 mmol / L and an oxygen storage capacity after heat endurance of 950 ° C. of 1.30 mmol / L and oxygen storage after heat endurance of 1050 ° C. The capacity of the part is 1.10 mmol / L.

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。   The three-way catalyst C corresponding to the three-way catalyst 23 of the present embodiment example has an initial oxygen storage part capacity of 3.20 mmol / L and an oxygen storage part capacity of 2.70 mmol after thermal endurance at 950 ° C. / L The capacity of the oxygen storage part after heat durability at 1050 ° C. is 2.50 mmol / L. That is, it has an oxygen storage part of about 2 mmol / L or more after heat endurance.

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。   FIG. 6 shows three-way catalyst A (marked with □), three-way catalyst B (marked with △), three-way catalyst C (marked with ◯), and three-way catalyst not marked with an oxygen storage unit (marked with ■). The relationship between the HC purification rate and the average air-fuel ratio is shown. As can be seen from the figure, the three-way catalyst C (circle) corresponding to the three-way catalyst 23 of the present embodiment has an HC due to oxidation in the region where the air-fuel ratio is slightly richer than the stoichiometric side to the lean air-fuel ratio. The purification rate is high.

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。 For this reason, in combination with the release of the stored O 2 , the HC purification rate due to the oxidizing action of the three-way catalyst C (marked by ○) may increase in the region from the slightly rich air-fuel ratio side to the lean air-fuel ratio. I understand.

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。 FIG. 7 shows three-way catalyst A (□ mark), three-way catalyst B (△ mark), three-way catalyst C (◯ mark), and three-way catalyst (■ mark) that does not have an oxygen storage unit. The relationship between the NOx purification rate and the average air-fuel ratio is shown. As can be seen from the figure, the three-way catalyst C (circle) corresponding to the three-way catalyst 23 of this embodiment example is from the region where the air-fuel ratio is rich to the stoichiometric region, that is, for reduction purification. It can be seen that the NOx purification (reduction) reaction is improved up to the region where the inhibitory component O 2 relatively increases.

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。 That is, when NOx is reduced and purified by reaction with the reducing agent, O 2 that is an inhibitory component is stored in the oxygen storage unit, and the NOx purification rate is maintained high until the air-fuel ratio is closer to the stoichiometric range. I understand that.

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。   FIG. 8 shows the relationship between the HC purification rate and the average air-fuel ratio due to the difference in control, and FIG. 9 shows the relationship between the NOx purification rate and the average air-fuel ratio due to the difference in control.

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。   FIG. 8 shows the relationship between the HC purification rate and the average air-fuel ratio when the modulation control is performed using the above-described three-way catalyst C (corresponding to the three-way catalyst 23 of the present embodiment), and The relationship between the HC purification rate and the average air-fuel ratio when the normal feedback control is performed using a general three-way catalyst (marked with ●) is shown. As can be seen from the figure, the HC purification rate in the region where the air-fuel ratio is substantially narrow is both high, but when modulation control is performed using the three-way catalyst C, the rich air-fuel ratio is reduced. The HC purification rate is high in the region, and the HC purification rate is maintained high in the lean air-fuel ratio region.

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。 That is, coupled with the release of the stored O 2 , even in the region on the rich air-fuel ratio side, the HC purification rate due to the oxidation action of the three-way catalyst C (◯ mark) becomes high, and the region in the rich air-fuel ratio The HC purification rate can be increased from the lean air-fuel ratio region.

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。   In FIG. 9, the relationship between the NOx purification rate and the average air-fuel ratio when the modulation control is performed using the above-described three-way catalyst C (corresponding to the three-way catalyst 23 of the present embodiment example), and The relationship between the NOx purification rate and the average air-fuel ratio when the normal feedback control is performed using a general three-way catalyst (marked with ●) is shown. As can be seen from the figure, both of the NOx purification rates show a high value when the air-fuel ratio is slightly richer than the stoichiometric range, but when the three-way catalyst C is used for modulation control, the lean control ratio is low. In the region on the air-fuel ratio side, the reduction in the NOx purification rate is suppressed and the NOx rate is maintained.

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。 That is, when NOx is reduced and purified by reaction with the reducing agent, O 2 that is an inhibitory component is stored in the oxygen storage unit, and the reduction in the NOx purification rate is suppressed to the region where the air-fuel ratio is lean, The NOx purification rate can be maintained high.

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。   Therefore, the catalyst layer including the Rh of the three-way catalyst 23 is provided with an oxygen storage unit, and during one period T, the lean air-fuel ratio is implemented long and shallow, and the air-fuel ratio is modulated so that the rich air-fuel ratio is implemented short and deep. It can be seen that the exhaust gas purification performance can be greatly improved.

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。   Based on FIG. 10 and FIG. 11, the situation in which the exhaust gas purification performance is greatly improved when the oxygen storage capacity is about 2 mmol / L or more will be described.

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。   FIG. 10 shows the relationship between the oxygen storage capacity and the HC purification performance, and FIG. 11 shows the relation between the oxygen storage capacity and the NOx purification performance. In the figure, ○ mark, △ mark, □ mark, and ■ mark indicate the three-way catalyst A (□ mark), the three-way catalyst B (△ mark), the three-way catalyst C (◯ mark) and the oxygen storage shown in FIG. This is a point of purification performance of a three-way catalyst (marked with ■) that does not have a portion, and a mark ● is a point of purification performance when normal feedback control is performed using a general three-way catalyst.

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。 FIG. 10 shows a comparison between the HC purification performance when the modulation control is performed and the HC purification performance at the time of feedback control in which a general three-way catalyst is used to converge on the stoichiometry by the O 2 sensor. As shown in FIG. 10, the HC purification performance when the modulation control is performed using the three-way catalyst C (corresponding to the three-way catalyst 23 of the present embodiment) with respect to the HC purification performance when the feedback control is performed. Can be seen to be higher. It can be seen that when the oxygen storage capacity is about 2 mmol / L or more (a value slightly smaller than 2 mmol / L or more), HC purification performance higher than that for feedback control is obtained.

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。 FIG. 11 shows a comparison between the NOx purification performance when modulation control is performed and the NOx purification performance during feedback control in which a general three-way catalyst is used to converge to stoichiometry using an O 2 sensor. As shown in FIG. 11, the NOx purification performance when the modulation control is performed using the three-way catalyst C (corresponding to the three-way catalyst 23 of the present embodiment) with respect to the NOx purification performance when the feedback control is performed. Can be seen to be higher. It can be seen that when the oxygen storage capacity is about 2 mmol / L or more (a value slightly more than 2 mmol / L or more), NOx purification performance higher than the NOx purification performance in feedback control is obtained.

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。   Therefore, the catalyst layer containing Rh of the three-way catalyst 23 is provided with an oxygen storage part with an oxygen storage capacity of about 2 mmol / L or more, and the lean air-fuel ratio is made long and shallow during one period T, and the rich air-fuel ratio is reduced. It can be seen that the exhaust gas purification performance can be greatly improved by modulating the air-fuel ratio so as to be implemented short and deep.

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。   In the above-described embodiment, as an oxygen storage agent for forming the oxygen storage portion, oxygen containing at least one complex oxide selected from Zr or Ce as a main component and one element selected from rare earths or lanthanoids. The storage agent has been described as an example, but it is also possible to use Zr or Ce alone, or to contain a rare earth element or a lanthanoid element in the oxide of Zr or Ce. By appropriately selecting the oxygen storage agent, the oxygen storage capacity can be adjusted.

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。   Further, although an example in which the oxygen storage portion is formed in the Rh catalyst layer has been described, the oxygen storage portion can be formed in a catalyst layer of only another noble metal, for example, Pt or Pd.

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。   Further, when controlling the air-fuel ratio, the lean air-fuel ratio time with respect to the rich air-fuel ratio time is about twice as long, and the rich depth with respect to the lean depth is set to about double depth, During one cycle T, the lean air-fuel ratio is made long and shallow, and the rich air-fuel ratio is made short and deep. However, the ratio between the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio, and the rich air-fuel ratio and the lean air-fuel ratio are reduced. The ratio of the depth of the air-fuel ratio can be set arbitrarily. It is preferable that the total air-fuel ratio becomes stoichiometric in unit time, but it is also possible to set it to the rich air-fuel ratio side or the lean air-fuel ratio side.

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。   The present invention can be used in the industrial field of a control device for purifying carbon components (HC, CO) and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from an internal combustion engine.

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。1 is a schematic configuration diagram of a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 触媒層のセルの部位の模式構成図である。It is a schematic block diagram of the site | part of the cell of a catalyst layer. 触媒層のセルの部位の模式説明図である。It is a model explanatory drawing of the site | part of the cell of a catalyst layer. 空燃比の経時変化を表す波形図である。It is a wave form diagram showing a time-dependent change of an air fuel ratio. 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。It is a table | surface figure explaining the capacity | capacitance of the oxygen storage part of three types of three way catalysts. 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。It is a graph showing the relationship between the HC purification rate and average air-fuel ratio of multiple types of three-way catalysts. 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。It is a graph showing the relationship between the NOx purification rate and average air-fuel ratio of multiple types of three-way catalysts. 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。It is a graph showing the relationship between the HC purification rate and the average air-fuel ratio due to the difference in control. 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。It is a graph showing the relationship between the NOx purification rate and the average air-fuel ratio due to the difference in control. 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。It is a graph showing the relationship between oxygen storage capacity and HC purification performance. 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。It is a graph showing the relationship between oxygen storage capacity and NOx purification performance.

符号の説明Explanation of symbols

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

1 Gasoline engine (engine)
2 Cylinder Head 3 Cylinder Block 4 Cylinder 5 Piston 9 Intake Port 10 Intake Manifold 11 Intake Valve 12 Fuel Injection Valve 13 Exhaust Port 14 Exhaust Manifold 15 Exhaust Pipe 16 Exhaust Valve 17 Spark Plug 18 Ignition Coil 20 Throttle Valve 23 Three-way Catalyst 24 Rear O 2 sensor 25 Front O 2 sensor 26 ECU
27 Crank angle sensor 31 Carrier 32, 33 Catalyst layer

Claims (6)

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。 A catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and having an oxygen storage part of a predetermined capacity;
Air-fuel ratio control means for varying the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst between a lean air-fuel ratio and a rich air-fuel ratio,
The air-fuel ratio control means modulates the period on the lean air-fuel ratio side longer than the rich air-fuel ratio side, and modulates the amplitude on the lean air-fuel ratio side to be smaller than the rich air-fuel ratio side. apparatus. 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。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the amplitude of fluctuation by the air-fuel ratio control means is set so that a unit time average between the rich air-fuel ratio side and the lean air-fuel ratio side becomes stoichiometric. 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。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2,
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cycle of fluctuation by the air-fuel ratio control means is set to be approximately twice the lean air-fuel ratio side with respect to the rich air-fuel ratio side. 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。 The control apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
The control device for an internal combustion engine, wherein the oxygen storage part is formed by adding an oxygen storage agent to a catalyst layer containing rhodium (Rh). 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。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
The control device for an internal combustion engine, wherein the capacity of the oxygen storage unit is about 2 mmol / L or more after heat endurance. 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。
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 5,
The control of an internal combustion engine characterized in that the oxygen storage agent contains at least one selected from zirconium (Zr) or cerium (Ce) as a main component and contains one of a rare earth or a lanthanoid. apparatus.
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