WO2013084307A1

WO2013084307A1 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: WO2013084307A1
Application number: PCT/JP2011/078237
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Inventors: 田中　比呂志; 佑輔齋藤; 健信川; 渡部　雅王
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Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
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Abstract

本発明は、活性元素と該活性元素を担持する複合酸化物とを有する触媒（４５）を排気通路（４０）に備え、触媒温度が所定固溶温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物に固溶し、触媒温度が所定析出温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物から析出する内燃機関の排気浄化装置に関する。本発明では、触媒温度が実行禁止温度以上であるときに燃料供給停止制御の実行が禁止される場合において、触媒の使用度合が所定度合以下である間は実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定され、触媒温度が実行許可温度以上であるときに燃料供給増量制御の実行が許可される場合において、触媒の使用度合が所定度合以下である間は実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。

Description

内燃機関の排気浄化装置

　本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

　内燃機関の燃焼室から排出される排気ガス中の成分を浄化する触媒が特許文献１に記載されている。この触媒は、活性元素（すなわち、排気ガス中の成分の酸化反応または還元反応を活性化するための元素）と、この活性元素を担持する複合酸化物からなる複合酸化物とを有する。また、この触媒は、その内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物内に固溶し、その内部雰囲気が還元雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物から析出する性質を有している。

国際公開第２００８／０９６５７５号特開２００６－１８３６２４号公報特開２００８－１２４８０号公報特開２００５－６６５５９号公報特開２００８－５１０６３号公報

　ところで、触媒浄化能力（すなわち、排気ガス中の成分を浄化する触媒の能力）は、触媒使用時間（すなわち、触媒が排気ガス中の成分の浄化に使用された時間の合計）などで代表される触媒使用度合に応じて変化する。したがって、内燃機関に所期の性能を発揮させるためには、こうした触媒浄化能力の変化を考慮して機関制御（すなわち、内燃機関に関する制御）を行う必要があり、あるいは、こうした触媒浄化能力の変化を考慮して機関制御に用いられる制御ロジックを構築する必要がある。しかしながら、こうした機関制御の実行やこうした制御ロジックの構築は、煩雑であると言える。

　そこで、本発明の目的は、機関制御を比較的簡便に行うことができ、そして、機関制御に用いられる制御ロジックを比較的容易に構築することができるとともに触媒に所期の浄化能力を発揮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にある。

　上記目的を達成するための本願の発明は、排気ガス中の成分を浄化する触媒であって、排気ガス中の成分の酸化反応または還元反応を活性化する活性元素と該活性元素を担持する複合酸化物とを有する触媒を排気通路に備え、前記触媒の温度が予め定められた温度である所定固溶温度以上であり且つ前記触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに前記活性元素が前記複合酸化物に固溶し、前記触媒の温度が予め定められた温度である所定析出温度以上であり且つ前記触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに前記活性元素が前記複合酸化物から析出する内燃機関の排気浄化装置に関する。

　そして、本発明では、前記内燃機関が燃焼室への燃料の供給を停止する燃料供給停止制御を実行可能であって、前記触媒の温度が予め定められた温度である実行禁止温度以上であるときに前記燃料供給停止制御の実行が禁止されるとともに前記触媒の温度が前記実行禁止温度よりも低いときに前記燃料供給停止制御の実行が許可される場合において、前記触媒の使用度合が予め定められた度合以下である間は前記実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。

　あるいは、本発明では、前記内燃機関が燃焼室への燃料の供給量を基準量よりも増量する燃料供給増量制御を実行可能であって、前記触媒の温度が予め定められた温度である実行許可温度以上であるときに前記燃料供給増量制御の実行が許可されるとともに前記触媒の温度が前記実行許可温度よりも低いときに前記燃料供給増量制御の実行が禁止される場合において、前記触媒の使用度合が予め定められた度合以下である間は前記実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。

　本発明によれば、以下の効果が得られる。すなわち、燃料供給停止制御が実行されると、触媒流入排気空燃比（すなわち、触媒に流入する排気ガスの空燃比）が理論空燃比よりもリーンな空燃比になり、その結果、触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気になる。この場合において、触媒温度が比較的高くなると、複合酸化物の凝集が生じ、その結果、触媒浄化能力が変化する。一方、燃料供給増量制御が実行されると、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になり、その結果、触媒の内部雰囲気が還元雰囲気になる。ここで、触媒温度が所定析出温度以上になり、触媒温度が所定析出温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物から析出するという性質を触媒が有している場合、複合酸化物からの活性元素の析出が生じる。したがって、析出活性元素（すなわち、複合酸化物から析出している活性元素）の量が変化し、その結果、触媒浄化能力が変化する。

　一方、内燃機関に所期の性能を発揮させるためには、機関運転中の触媒浄化能力の変化を考慮したうえで内燃機関に所期の性能を発揮させることができるように、機関制御に用いられる制御ロジックを構築するとともに、機関制御を行う必要がある。しかしながら、燃料供給停止制御の実行や燃料供給増量制御の実行によって触媒浄化能力に変化が生じる場合、上述したように制御ロジックを構築したり、機関制御を行ったりすることは、非常に煩雑であると言える。しかも、触媒の使用度合が比較的小さい間は、触媒の劣化が進行していないのであるから、触媒に所期の浄化能力を発揮させるために、触媒浄化能力を決定する析出活性元素の量を増大させる必要もない。したがって、触媒の使用度合が比較的小さい間は、析出活性元素の量をできるだけ変化させないことが好ましいと言える。

　ここで、本発明では、燃料供給停止制御を実行可能であって、触媒温度が実行禁止温度以上であるときに燃料供給停止制御の実行が禁止されるとともに触媒温度が実行禁止温度よりも低いときに燃料供給停止制御の実行が許可される場合において、触媒の使用度合が予め定められた度合以下である間（すなわち、触媒の使用度合が比較的小さい間）は実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。これによれば、燃料供給停止制御の実行機会が少なくなるので、複合酸化物の凝集が生じる機会が少なく、その結果、触媒浄化能力の変化が小さい。

　一方、本発明では、燃料供給増量制御を実行可能であって、触媒温度が実行許可温度以上であるときに燃料供給増量制御の実行が許可されるとともに触媒温度が実行許可温度よりも低いときに燃料供給増量制御の実行が禁止される場合において、触媒の使用度合が予め定められた度合以下である間（すなわち、触媒の使用度合が比較的小さい間）は実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。これによれば、燃料供給増量制御の実行機会が少なくなるので、析出活性元素の量の変化が小さく、その結果、触媒浄化能力の変化も小さい。

　このように、本発明では、触媒の使用度合が比較的小さい間は、触媒浄化能力の変化が小さいことから、機関運転中の触媒浄化能力を想定しやすくなる。このため、本発明によれば、触媒の使用度合が比較的小さい間に機関制御に用いられる制御ロジックを比較的容易に構築することができ、そして、触媒の使用度合が比較的小さい間において機関制御を比較的簡便に行うことができるとともに触媒に所期の浄化能力を発揮させることができるという効果が得られる。

　また、本願の別の発明では、上記発明において、前記内燃機関が前記燃料供給停止制御を実行可能である場合において、前記予め定められた度合を第１度合と称したとき、前記触媒の使用度合が前記第１度合よりも大きく且つ該第１度合よりも大きい予め定められた度合である第２度合以下である間は前記実行禁止温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。

　本発明によれば、以下の効果が得られる。すなわち、本発明では、触媒の使用度合が第１度合よりも大きく且つ第２度合以下である間、実行禁止温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。これによれば、燃料供給停止制御の実行機会が多くなるので、複合酸化物の凝集が促進される。このため、活性元素の析出速度を低下させることができるという効果が得られる。なお、こうした効果が得られる場合、たとえば、活性元素固溶度（すなわち、活性元素のうち複合酸化物に固溶している活性元素の割合）を目標固溶度（すなわち、目標とする活性元素固溶度）に制御する場合に、活性元素固溶度を目標固溶度に制御し易くなるという効果が得られる。

　また、本願のさらに別の発明では、上記発明において、前記内燃機関が前記燃料供給停止制御を実行可能である場合において、前記触媒の使用度合が前記第２度合よりも大きくなった後は前記活性元素のうち前記複合酸化物に固溶している活性元素の割合を表す活性元素固溶度が目標とする活性元素固溶度である目標固溶度に制御されるように前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し或いは前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する。

　本発明によれば、以下の効果が得られる。機関運転中は、触媒温度は、所定固溶温度以上になったり、所定析出温度になったりする。一方、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御されているとしても、一時的に、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンになったり、理論空燃比よりもリッチになったりすることがある。ここで、触媒温度が所定固溶温度以上になっているときに触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比になると、触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気になるので、触媒温度が所定固溶温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物に固溶する性質を有する場合、複合酸化物への活性元素の固溶が生じる。一方、触媒温度が所定析出温度以上になっているときに触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になると、触媒の内部雰囲気が還元雰囲気になるので、触媒温度が所定析出温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物から析出する性質を有する場合、複合酸化物からの活性元素の析出が生じる。つまり、機関運転中の触媒温度の変化および触媒流入排気空燃比の変化に起因して析出活性元素の量が変化し、ひいては、触媒浄化能力が変化する。また、活性元素使用度合（すなわち、活性元素が排気ガス中の成分の活性化に使用された度合）が増大すると、活性元素が劣化することがあり、その結果、活性元素の活性能力（すなわち、排気ガス中の成分の酸化反応活性または還元反応活性を高める活性元素の能力）が低下することがある。別の言い方をすれば、触媒の使用度合が大きくなると、触媒浄化能力が低下することがある。このように、機関運転中の活性元素の活性能力の変化に起因しても触媒浄化能力が変化する。

　したがって、内燃機関に所期の性能を発揮させるためには、機関運転中の触媒浄化能力の変化を考慮したうえで内燃機関に所期の性能を発揮させることができるように、機関制御に用いられる制御ロジックを構築するとともに、機関制御を行う必要がある。しかしながら、機関運転中の触媒浄化能力の変化は、機関運転の形態および触媒使用度合によって様々であるから、上述したように制御ロジックを構築したり、機関制御を行ったりすることは、非常に煩雑であると言える。一方、機関運転の形態および触媒使用度合にかかわらず、触媒浄化能力の変化が想定されたものであれば、制御ロジックを比較的容易に構築することができ、機関制御を比較的簡便に行うことができる。

　ここで、本発明では、触媒の使用度合が比較的大きくなった後（すなわち、触媒の使用度合が第２度合よりも大きくなった後）は、活性元素固溶度が目標固溶度に制御されるように、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され或いは触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。このため、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されたときに触媒温度が所定固溶温度以上であれば、析出活性元素が複合酸化物に固溶し、その結果、活性元素固溶度が大きくなる。一方、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されたときに触媒温度が所定析出温度以上であれば、触媒の内部雰囲気が還元雰囲気になることから、固溶活性元素が複合酸化物から析出し、その結果、活性元素固溶度が小さくなる。つまり、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きいか小さいかに応じて適切に流入排気空燃比を制御することによって活性元素固溶度が目標固溶度に制御される。そして、これにより、析出活性元素の量が一定に維持されることから、機関運転中の触媒浄化能力を想定しやすくなる。このため、本発明によれば、触媒の使用度合が比較的大きくなった後に機関制御に用いられる制御ロジックを比較的容易に構築することができ、また、触媒の使用度合が比較的大きくなった後においても、機関制御を比較的簡便に行うことができるとともに触媒に所期の浄化能力を発揮させることができるという効果が得られる。

　なお、上記発明において、所定固溶温度と所定析出温度とは、互いに等しい温度であっても互いに異なる温度であってもよい。また、上記発明において、目標固溶度は、条件にかかわらず一定であってもよいし、条件に応じて変更されてもよい。また、上記発明において、活性元素固溶度は、如何なる方法によって得られる活性元素固溶度であってもよく、たとえば、活性元素固溶度を検出するセンサによって検出される活性元素固溶度であってもよいし、内燃機関に関する各種のパラメータに基づいて算出される活性元素固溶度であってもよい。

本発明の第１実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示した図である。（Ａ）上流側空燃比センサの出力特性を示した図であり、（Ｂ）は下流側空燃比センサの出力特性を示した図である。第１実施形態の機関運転中に基準スロットル弁開度を取得するために利用されるマップを示した図である。第１実施形態のＦＣ制御を実行するルーチンの一例を示した図である。第２実施形態の増量制御を実行するルーチンの一例を示した図である。第３実施形態のＦＣ制御を実行するルーチンの一例を示した図である。第４実施形態の固溶度制御を実行するルーチンの一例を示した図である。

　以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の第１実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関が図１に示されている。図１に示されている内燃機関は、火花点火式の内燃機関（いわゆるガソリンエンジン）である。図１において、１１は燃料噴射弁、１２は燃焼室、１３はピストン、１４はコンロッド、１５はクランクシャフト、１６はクランクポジションセンサ、１７は点火栓、１８は吸気弁、２０は内燃機関の本体、２２は排気弁、８０はアクセルペダル、８１はアクセルペダル踏込量センサをそれぞれ示している。なお、図１には、１つの燃焼室１２のみが示されているが、内燃機関１０は、複数の燃焼室（たとえば、４つの燃焼室、または、６つの燃焼室、または、８つの燃焼室）具備している。

　また、図１において、３０は吸気通路、３１は吸気ポート、３２は吸気マニホルド、３３はサージタンク、３４は吸気管、３５はスロットル弁、３６はスロットル弁３５を駆動するためのアクチュエータ、３７はエアフローメータ、３８はエアクリーナ、４０は排気通路、４１は排気ポート、４２は排気マニホルド、４３は排気管、４４は触媒コンバータ、４６は空燃比センサ、４７は温度センサ、４８は空燃比センサをそれぞれ示している。なお、吸気通路３０は、吸気ポート３１、吸気マニホルド３２、サージタンク３３、および、吸気管３４から構成されている。一方、排気通路４０は、排気ポート４１、排気マニホルド４２、および、排気管４３から構成されている。

　電子制御装置９０はマイクロコンピュータからなる。また、電子制御装置９０はＣＰＵ（マイクロプロセッサ）９１、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、バックアップＲＡＭ９４、および、インターフェース９５を有する。これらＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、バックアップＲＡＭ９４、および、インターフェース９５は双方向バスによって互いに接続されている。

　次に、上述した内燃機関の各構成要素についてさらに詳細に説明する。なお、以下の説明において「目標燃料噴射タイミング」は「燃料噴射弁から燃料を噴射させるタイミングとして目標とするタイミング」を意味し、「目標燃料噴射量」は「燃料噴射弁から噴射させる燃料の量として目標とする量」を意味し、「混合気」は「燃焼室内に形成される空気と燃料とが混合されたガス」を意味し、「目標点火タイミング」は「点火栓によって混合気中の燃料に点火するタイミングとして目標とするタイミング」を意味し、「機関回転数」は「内燃機関の回転数」を意味し、「スロットル弁開度」は「スロットル弁の開度」を意味し、「目標スロットル弁開度」は「スロットル弁開度として目標とする開度」を意味し、「吸入空気量」は「燃焼室に吸入される空気の量」を意味し、「アクセルペダル踏込量」は「アクセルペダルの踏込量」を意味し、「要求機関トルク」は「内燃機関から出力されるトルクとして要求されるトルク」を意味する。

　燃料噴射弁１１は、その燃料噴射孔が燃焼室１２内に露出するように内燃機関の本体２０に取り付けられている。また、燃料噴射弁１１は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。電子制御装置９０は、目標燃料噴射タイミングにおいて目標燃料噴射量の燃料を燃料噴射弁１１に噴射させるための指令信号を燃料噴射弁１１に供給する。電子制御装置９０から燃料噴射弁１１に指令信号が供給されると、燃料噴射弁１１は、燃焼室１２内に燃料を直接噴射する。

　点火栓１７は、その放電電極が燃焼室１２内に露出するように内燃機関の本体２０に取り付けられている。また、点火栓１７は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。電子制御装置９０は、目標点火タイミングにおいて点火栓１７に火花を発生させるための指令信号を点火栓１７に供給する。電子制御装置９０から点火栓１７に指令信号が供給されると、点火栓１７は、燃焼室１２内の燃料を点火する。なお、燃焼室１２内の燃料が点火栓１７によって点火されると、燃焼室１２内の燃料が燃焼し、ピストン１３およびコンロッド１４を介してクランクシャフト１５にトルクが出力される。

　クランクポジションセンサ１６は、内燃機関の出力軸、すなわち、クランクシャフト１５近傍に配置されている。また、クランクポジションセンサ１６は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。クランクポジションセンサ１６は、クランクシャフト１５の回転位相に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置９０に入力される。電子制御装置９０は、この出力値に基づいて機関回転数を算出する。

　吸気マニホルド３２は、その一端で複数の管に分岐しており、これら分岐した管は、それぞれ対応する吸気ポート３１に接続されている。また、吸気マニホルド３２は、その他端でサージタンク３３の一端に接続されている。サージタンク３３は、その他端で吸気管３４の一端に接続されている。

　スロットル弁３５は、吸気管３４に配置されている。スロットル弁３５には、その開度を変更するためのアクチュエータ（以下このアクチュエータを「スロットル弁アクチュエータ」という）３６が接続されている。スロットル弁アクチュエータ３６は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。電子制御装置９０は、スロットル弁開度を目標スロットル弁開度に制御するようにスロットル弁アクチュエータ３６を駆動するための制御信号をスロットル弁アクチュエータ３６に供給する。なお、スロットル弁開度が変更されると、スロットル弁３５が配置された領域における吸気管３４内の流路面積が変わる。これによってスロットル弁３５を通過する空気の量が変わり、ひいては、燃焼室に吸入される空気の量が変わる。

　エアフローメータ３７は、スロットル弁３５よりも上流において吸気管３４に配置されている。また、エアフローメータ３７は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。エアフローメータ３７は、そこを通過する空気の量に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置９０に入力される。電子制御装置９０は、この出力値に基づいてエアフローメータ３７を通過する空気の量、ひいては、吸入空気量を算出する。

　エアクリーナ３８は、エアフローメータ３７よりも上流において吸気管３４に配置されている。

　排気マニホルド４２は、その一端で複数の管に分岐しており、これら分岐した管は、それぞれ対応する排気ポート４１に接続されている。また、排気マニホルド４２は、その他端で排気管４３の一端に接続されている。排気管４３は、その他端で外気に開放されている。

　触媒コンバータ４４は、排気通路４０（より具体的には、排気管４３に配置されている。また、触媒コンバータ４４は、その内部に触媒４５を収容している。この触媒４５は、その温度が特定の温度（いわゆる活性温度）以上であるときに該触媒に流入する排気ガス中の特定の成分を所定の浄化率で浄化することができる。より具体的には、触媒４５は、活性元素と複合酸化物とを有する。

　複合酸化物は、活性元素を担持する。また、複合酸化物は、当該複合酸化物周辺の雰囲気（すなわち、触媒の内部雰囲気）が酸化雰囲気であるときに酸素を吸収または吸蔵することによって保持するとともに、当該複合酸化物周辺の雰囲気が還元雰囲気であるときに当該複合酸化物が保持している酸素を放出する能力（以下この能力を「酸素保持放出能力」という）を有する。

　活性元素は、触媒に流入する排気ガス中の上記特定の成分の酸化反応および還元反応の少なくとも一方、または、これら酸化反応および還元反応の両方を活性化する性質を有する元素である。また、活性元素は、触媒の温度（以下、触媒の温度を「触媒温度」という）が或る温度（以下この温度を「所定固溶温度」という）以上であって且つ触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに複合酸化物に固溶し、触媒温度が或る温度（以下この温度を「触媒析出温度」という）以上であって且つ触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに複合酸化物から析出する性質を有する。したがって、複合酸化物は、触媒温度が所定固溶温度であって且つ触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに活性元素を固溶させ、触媒温度が触媒析出温度以上であって且つ触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに活性元素を析出させる性質を有する材料からなる複合酸化物である。したがって、第１実施形態の触媒では、触媒温度が所定固溶温度以上であるときに触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるとき、複合酸化物から析出している活性元素が複合酸化物に固溶し、触媒温度が所定析出温度以上であるときに触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であるとき、複合酸化物に固溶している活性元素が複合酸化物から析出する。

　また、触媒４５は、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および、未燃炭化水素（ＨＣ）を高い浄化率で同時に浄化することができるいわゆる三元触媒である。なお、排気ガスの空燃比とは、燃焼室１２に供給された燃料の量に対する燃焼室１２に吸入された空気の量の比を意味する。

　なお、活性元素は、上述したように複合酸化物に固溶し且つ上述したように複合酸化物から析出する性質を有する元素であれば、如何なる元素でもよく、たとえば、ロジウム（Ｒｈ）である。また、複合酸化物を構成する材料は、上述したように活性元素を固溶させ且つ上述したように活性元素を析出させる性質を有する材料であれば、如何なる材料でもよく、スピネル構造を有するＭｇＡｌＯ_４、ペロブスカイト構造を有するＭＡｌ_２Ｏ_３（ここで、Ｍは金属）などの複合酸化物である。

　空燃比センサ（以下「上流側空燃比センサ」ともいう）４６は、触媒４５よりも上流の排気通路４０に取り付けられている。また、空燃比センサ４６は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。空燃比センサ４６は、そこに到来する排気ガスの空燃比に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置９０に入力される。電子制御装置９０は、この出力値に基づいて空燃比センサ４６に到来する排気ガスの空燃比を算出する。したがって、空燃比センサ４６は、そこに到来する排気ガスの空燃比を検出するセンサであると言える。なお、空燃比センサ４６は、そこに到来する排気ガスの空燃比を検出するセンサであれば特定のセンサに制限されず、たとえば、空燃比センサ４６として、図２（Ａ）に示されている出力特性を有するいわゆる限界電流式の酸素濃度センサを採用することができる。この酸素濃度センサは、図２（Ａ）に示されているように、そこに到来する排気ガスの空燃比が大きいほど大きい電流値を出力値として出力する。

　空燃比センサ（以下「下流側空燃比センサ」ともいう）４８は、触媒４５よりも下流の排気通路４０に取り付けられている。また、空燃比センサ４８は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。空燃比センサ４８は、そこに到来する排気ガスの空燃比に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置９０に入力される。電子制御装置９０は、この出力値に基づいて空燃比センサ４８に到来する排気ガスの空燃比を算出する。したがって、空燃比センサ４８は、そこに到来する排気ガスの空燃比を検出するセンサであると言える。なお、空燃比センサ４８は、そこに到来する排気ガスの空燃比を検出するセンサであれば特定のセンサに制限されず、たとえば、空燃比センサ４８として、図２（Ｂ）に示されている出力特性を有するいわゆる起電力式の酸素濃度センサを採用することができる。この酸素濃度センサは、図２（Ｂ）に示されているように、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときに比較的大きい一定の電圧値を出力値として出力し、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに比較的小さい一定の電圧値を出力値として出力する。そして、この酸素濃度センサは、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときに上記比較的大きい一定の電圧値と上記比較的小さい一定の電圧値との中間の電圧値を出力値として出力する。したがって、この酸素濃度センサの出力値は、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化するとき、上記比較的大きい一定の電圧値から上記比較的小さい一定の電圧値まで上記中間の電圧値を経由して一気に小さくなる。一方、この酸素濃度センサの出力値は、そこに到来する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化するとき、上記比較的小さい一定の電圧値から上記比較的大きい一定の電圧値まで上記中間の電圧値を経由して一気に大きくなる。

　温度センサ４７は、触媒コンバータ４４に取り付けられている。また、温度センサ４７は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。温度センサ４７は、触媒４５の温度に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置９０に入力される。電子制御装置９０は、この出力値に基づいて触媒４５の温度を算出する。したがって、温度センサ４７は、触媒４５の温度を検出するセンサであると言える。

　アクセルペダル踏込量センサ８１は、アクセルペダル８０に接続されている。また、アクセルペダル踏込量センサ８１は、電子制御装置９０のインターフェース９５に電気的に接続されている。アクセルペダル踏込量センサ８１は、アクセルペダル８０の踏込量に対応する出力値を出力する。この出力値は、電子制御装置９０に入力される。電子制御装置９０は、この出力値に基づいてアクセルペダル８０の踏込量、ひいては、要求機関トルクを算出する。

　次に、第１実施形態の空燃比制御について説明する。なお、以下の説明において「機関運転状態」は「内燃機関の運転状態」を意味し、「燃料噴射量」は「燃料噴射弁から噴射される燃料の量」を意味し、「目標空燃比」は「混合気の空燃比として目標とする空燃比」を意味し、「上流側検出空燃比」は「上流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比」を意味し、「下流側検出空燃比」は「下流側空燃比センサによって検出される排気ガスの空燃比」を意味する。

　第１実施形態では、機関運転状態に応じて最適なスロットル弁開度が実験等によって予め求められる。そして、これら求められたスロットル弁開度が図３に示されているように機関回転数ＮＥと要求機関トルクＴＱとの関数のマップの形で基準スロットル弁開度Ｄｔｈｂとして電子制御装置に記憶されている。そして、機関運転中、その時々の機関回転数ＮＥおよび要求機関トルクＴＱに対応する基準スロットル弁開度Ｄｔｈｂが図３のマップから取得される。そして、斯くして取得された基準スロットル弁開度Ｄｔｈｂが目標スロットル弁開度に設定される。

　また、第１実施形態では、次式１に従って基準燃料噴射量Ｑｂが算出され、次式２に従って目標燃料噴射量Ｑｔが算出され、斯くして算出される目標燃料噴射量が目標燃料噴射量に設定される。なお、次式１において「Ｇａ」は「吸入空気量」、「ＮＥ」は「機関回転数」であり、「ＡＦｔ」は「目標空燃比」であり、次式２において「Ｑｂ」は「式１に従って算出される基準燃料噴射量」であり、「Ｋｆ」は「補正係数」である。なお、第１実施形態の空燃比制御では、目標空燃比は、理論空燃比に設定されている。

　Ｑｂ＝（Ｇａ／ＮＥ）×（１／ＡＦｔ）　　　…（１）
　Ｑｔ＝Ｑｂ×Ｋｆ　　　…（２）

　なお、上式２の補正係数Ｋｆは、以下のように設定される。すなわち、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比である間（すなわち、上流側検出空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であり、したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比である間）は、補正係数Ｋｆは、比較的小さい一定値（以下この値を「一定増大値」という）ずつ徐々に大きくされる。これによれば、目標燃料噴射量が徐々に増量されるので、混合気の空燃比が徐々に小さくなって理論空燃比に近づくことになる。一方、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも小さい空燃比である間（すなわち、上流側検出空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比であり、したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比である間）は、補正係数Ｋｆは、比較的小さい一定値（以下この値を「一定減少値」という）ずつ徐々に小さくされる。これによれば、目標燃料噴射量が徐々に減量されるので、混合気の空燃比が徐々に大きくなって理論空燃比に近づくことになる。

　また、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比から理論空燃比よりも小さい空燃比に変化したとき（すなわち、上流側検出空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化し、したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比から理論空燃比よりもリッチな空燃比に変化したとき）には、補正係数Ｋｆは、比較的大きい値（以下この値を「スキップ減少値」という）だけ小さくされる。これによれば、目標燃料噴射量が一気に減量されるので、混合気の空燃比が一気に大きくなって理論空燃比（＝目標空燃比）に一気に近づくことになる。一方、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも小さい空燃比から理論空燃比よりも大きい空燃比に変化したとき（すなわち、上流側検出空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化し、したがって、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比から理論空燃比よりもリーンな空燃比に変化したとき）には、補正係数Ｋｆは、比較的大きい値（以下この値を「スキップ増大値」という）だけ大きくされる。これによれば、目標燃料噴射量が一気に増量されるので、混合気の空燃比が一気に小さくなって理論空燃比（＝目標空燃比）に一気に近づくことになる。

　なお、第１実施形態の空燃比制御において用いられるスキップ減少値およびスキップ増大値は、以下のように設定される。すなわち、下流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比である間（すなわち、下流側検出空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比である間）は、スキップ増大値は、比較的小さい一定値（以下この値を「所定補正値」という）ずつ大きくされる。一方、下流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも小さい空燃比である間（すなわち、下流側検出空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比である間）は、スキップ増大値は、上記所定補正値ずつ小さくされる。そして、少なくとも零以上の予め定められた値（以下この値を「参照値」という）から上述したように算出されるスキップ増大値を減算することによってスキップ減少値が算出される。なお、上述したように算出されるスキップ増大値が参照値よりも小さいときには、スキップ増大値は、参照値に設定される（つまり、スキップ増大値が参照値にガードされる）。

　なお、第１実施形態の空燃比制御では、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比である間、補正係数が一定増大値ずつ徐々に大きくされるとともに、上流側検出空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比である間、補正係数が一定減少値ずつ徐々に小さくされる。しかしながら、これに代えて、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）以上の空燃比である間、補正係数を一定増大値ずつ徐々に大きくするとともに、上流側検出空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比である間、補正係数を一定減少値ずつ徐々に小さくするようにしてもよいし、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比である間、補正係数を一定増大値ずつ徐々に大きくするとともに、上流側検出空燃比が理論空燃比以下の空燃比である間、補正係数を一定減少値ずつ徐々に小さくするようにしてもよい。

　また、第１実施形態の空燃比制御では、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比から理論空燃比よりも小さい空燃比に変化したときに、補正係数がスキップ減少値だけ小さくされるとともに、上流側検出空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比から理論空燃比よりも大きい空燃比に変化したときに、補正係数がスキップ増大値だけ大きくされる。しかしながら、これに代えて、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）以上の空燃比から理論空燃比よりも小さい空燃比に変化したときに、補正係数をスキップ減少値だけ小さくするとともに、上流側検出空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比から理論空燃比以上の空燃比に変化したときに、補正係数をスキップ増大値だけ大きくするようにしてもよいし、上流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比から理論空燃比以下の空燃比に変化したときに、補正係数をスキップ減少値だけ小さくするとともに、上流側検出空燃比が理論空燃比以下の空燃比から理論空燃比よりも大きい空燃比に変化したときに、補正係数をスキップ増大値だけ大きくするようにしてもよい。

　また、第１実施形態の空燃比制御では、下流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比である間、スキップ増大値が所定補正値ずつ大きくされるとともに、下流側検出空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比である間、スキップ増大値が所定補正値ずつ小さくされる。しかしながら、これに代えて、下流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）以上の空燃比である間、スキップ増大値を所定補正値ずつ大きくするとともに、下流側検出空燃比が理論空燃比よりも小さい空燃比である間、スキップ増大値を所定補正値ずつ小さくするようにしてもよいし、下流側検出空燃比が理論空燃比（＝目標空燃比）よりも大きい空燃比である間、スキップ増大値を所定補正値ずつ大きくするとともに、下流側検出空燃比が理論空燃比以下の空燃比である間、スキップ増大値を所定補正値ずつ小さくするようにしてもよい。

　次に、第１実施形態のスロットル弁の制御について説明する。第１実施形態では、機関運転中、上述したように設定された目標スロットル弁開度だけスロットル弁を開弁させるためにスロットル弁アクチュエータに供給されるべき制御信号が算出される。そして、斯くして算出された制御信号がスロットル弁アクチュエータに供給される。これにより、スロットル弁が目標スロットル弁開度だけ開弁せしめられる。

　次に、第１実施形態の燃料噴射弁の制御について説明する。第１実施形態では、機関運転中、上述したように設定された目標燃料噴射量の燃料を燃料噴射弁から噴射させるために燃料噴射弁に供給されるべき指令信号が算出されるとともに、目標燃料噴射タイミングが設定される（この目標燃料噴射タイミングの設定については後述する）。そして、斯くして算出された指令信号が上記設定された目標燃料噴射タイミングにおいて燃料噴射弁に供給される。これにより、目標燃料噴射量の燃料が目標燃料噴射タイミングにおいて燃料噴射弁から噴射される。

　ところで、第１実施形態の内燃機関は、燃焼室への燃料の供給を停止する燃料供給停止制御、すなわち、燃料噴射弁からの燃料噴射量を零にするいわゆるフューエルカット制御を実行可能である。次に、この制御について説明する。なお、以下の説明において「ＦＣ制御」は「燃料供給停止制御」を意味し、「触媒使用度合」は「新品の触媒が内燃機関に備えられてから当該触媒が排気ガス中の成分の浄化に使用された度合」を意味する。

　第１実施形態では、触媒温度が予め定められた温度（以下この温度を「実行禁止温度」という）以上であるときには、ＦＣ制御の実行が禁止され、触媒温度が実行禁止温度よりも低いときには、ＦＣ制御の実行が許可される。そして、触媒温度が実行禁止温度よりも低く、したがって、ＦＣ制御の実行が許可されているときであって、特定の条件が成立したときに、ＦＣ制御が実行される。

　ここで、第１実施形態では、触媒使用度合が予め定められた度合（以下この度合を「第１度合」という）以下である間（すなわち、触媒使用度合が比較的小さい間）は、実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。なお、ここでの基準温度とは、触媒使用度合が比較的大きくなった後に実行禁止温度として採用される温度である。

　第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、ＦＣ制御が実行されると、触媒流入排気空燃比（すなわち、触媒に流入する排気ガスの空燃比）が理論空燃比よりもリーンな空燃比となり、その結果、触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気になる。この場合において、触媒温度が比較的高くなると、複合酸化物の凝集が生じる。したがって、触媒浄化能力が変化する。

　一方、内燃機関に所期の性能を発揮させるためには、機関運転中の触媒浄化能力の変化を考慮したうえで内燃機関に所期の性能を発揮させることができるように、機関制御（すなわち、内燃機関に関する制御）に用いられる制御ロジックを構築するとともに、機関制御を行う必要がある。しかしながら、ＦＣ制御の実行によって触媒浄化能力に変化が生じる場合、上述したように制御ロジックを構築したり、機関制御を行ったりすることは、非常に煩雑であると言える。

　ここで、第１実施形態では、触媒使用度合が第１度合以下である間（すなわち、触媒の使用度合が比較的小さい間）は実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。これによれば、ＦＣ制御の実行機会が少なくなるので、複合酸化物の凝集が生じる機会が少なく、その結果、触媒浄化能力の変化が小さい。

　このように、第１実施形態では、触媒使用度合が比較的小さい間は、触媒浄化能力の変化が小さいことから、機関運転中の触媒浄化能力を想定しやすくなる。このため、第１実施形態によれば、触媒使用度合が比較的小さい間に機関制御に用いられる制御ロジックを比較的容易に構築することができ、そして、触媒使用度合が比較的小さい間において機関制御を比較的簡便に行うことができるとともに触媒に所期の浄化能力を発揮させることができるという効果が得られる。

　また、第１実施形態によれば、以下の効果も得られる。すなわち、上述したように、第１実施形態では、触媒使用度合が比較的小さい間は、触媒浄化能力の変化が小さい。また、複合酸化物の凝集が生じると、その酸素保持放出能力が低下する。しかしながら、第１実施形態では、複合酸化物が凝集する機会が少ないことから、複合酸化物の酸素保持放出能力の低下も小さい。このため、上述した空燃比制御において下流側検出空燃比に基づく制御ゲインとして大きい制御ゲインを用いることができるので、空燃比制御のロバスト性が向上するという効果も得られる。

　なお、第１実施形態の触媒使用度合として、たとえば、触媒使用時間（すなわち、新品の触媒が排気ガス中の成分の浄化に使用された時間の合計）、または、車両走行距離（すなわち、内燃機関が車両の駆動に用いられる場合において、新品の触媒が内燃機関に備えられてから車両が走行した距離の合計）を採用することができる。また、第１実施形態において、ＦＣ制御の実行の要否の判定に用いられる上記特定の条件とは、たとえば、要求機関トルクが極めて小さいこと（特に、要求機関トルクが零であること）である。また、第１実施形態において、触媒使用度合が第１度合よりも大きくなった後は、たとえば、実行禁止温度がその基準温度に設定される。

　次に、第１実施形態のＦＣ制御を実行するルーチンの一例について説明する。このルーチンの一例が図４に示されている。なお、このルーチンは、所定周期毎に開始されるルーチンである。

　図４のルーチンが開始されると、始めに、ステップ１００において、触媒使用度合Ｄｃａｔが第１度合Ｄｃａｔｔｈ１以下である（Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１）か否かが判別される。ここで、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１であると判別されたときには、ルーチンはステップ１０１に進む。一方、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１ではないと判別されたときには、ルーチンはステップ１０５に進む。

　ステップ１０１では、実行禁止温度の基準温度Ｔｆｃｔｈｂよりも所定温度Ｋｆｃ１だけ低い温度が実行禁止温度Ｔｆｃｔｈに設定され、ルーチンがステップ１０２に進む。一方、ステップ１０５では、実行禁止温度の基準温度Ｔｆｃｔｈｂが実行禁止温度Ｔｆｃｔｈに設定され、ルーチンがステップ１０２に進む。

　ステップ１０２では、触媒温度Ｔｃａｔが実行禁止温度Ｔｆｃｔｈ以上である（Ｔｃａｔ≧Ｔｆｃｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ≧Ｔｆｃｔｈであると判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、Ｔｃａｔ≧Ｔｆｃｔｈではないと判別されたときには、ルーチンはステップ１０３に進む。なお、ルーチンがステップ１０１からステップ１０２に進んだときには、ステップ１０２では、ステップ１０１で設定された実行禁止温度Ｔｆｃｔｈが用いられ、ルーチンがステップ１０５からステップ１０２に進んだときには、ステップ１０２では、ステップ１０５で設定された実行禁止温度Ｔｆｃｔｈが用いられる。

　ステップ１０３では、ＦＣ制御条件（すなわち、第１実施形態において説明した特定の条件）が成立しているか否かが判別される。ここで、ＦＣ制御条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ１０４に進み、ＦＣ制御が実行され、その後、ルーチンが終了する。一方、ＦＣ制御条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンは終了する。

　次に、第２実施形態について説明する。なお、以下で説明されない第２実施形態の構成および制御は、それぞれ、第１実施形態の構成および制御と同じであるか、あるいは、以下で説明される第２実施形態の構成および制御に鑑みたときに第１実施形態の構成および制御から当然に導き出される構成および制御である。また、以下の説明において「基準量」は「上式２に従って算出される目標燃料噴射量」を意味する。

　第２実施形態の内燃機関は、燃焼室への燃料の供給量を基準量よりも増量する燃料供給増量制御（以下この制御を単に「増量制御」という）、すなわち、燃料噴射弁からの燃料噴射量を基準量よりも増量する制御を実行可能である。そして、第２実施形態では、触媒温度が予め定められた温度（以下この温度を「実行許可温度」という）以上であるときには、増量制御の実行が許可され、触媒温度が実行許可温度よりも低いときには、増量制御の実行が禁止される。そして、触媒温度が実行許可温度以上であり、したがって、増量制御の実行が許可されているときであって、特定の条件が成立したときに、増量制御が実行される。

　ここで、第２実施形態では、触媒使用度合が予め定められた度合（以下この度合を「第１度合」という）以下である間（すなわち、触媒使用度合が比較的小さい間）は、実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。なお、ここでの基準温度とは、触媒使用度合が比較的大きくなった後に実行許可温度として採用される温度である。また、ここでの第１度合は、第１実施形態の第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。

　第２実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、増量制御が実行されると、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になり、その結果、触媒の内部雰囲気が還元雰囲気になる。ここで、触媒温度が所定析出温度以上になると、複合酸化物からの活性元素の析出が生じる。つまり、析出活性元素（すなわち、複合酸化物から析出している活性元素）の量が変化し、ひいては、触媒浄化能力が変化する。

　一方、内燃機関に所期の性能を発揮させるためには、上述したように、機関運転中の触媒浄化能力の変化を考慮したうえで内燃機関に所期の性能を発揮させることができるように、機関制御に用いられる制御ロジックを構築するとともに、機関制御を行う必要がある。しかしながら、増量制御の実行によって触媒浄化能力に変化が生じる場合、上述したように制御ロジックを構築したり、機関制御を行ったりすることは、非常に煩雑であると言える。しかも、触媒の使用度合が比較的小さい間は、触媒の劣化が進行していないのであるから、触媒に所期の浄化能力を発揮させるためには、触媒浄化能力を決定する析出活性元素の量を増大させる必要もない。つまり、触媒の使用度合が比較的小さい間は、析出活性元素の量をできるだけ変化させないことが好ましいと言える。

　ここで、第２実施形態では、触媒使用度合が第１度合以下である間（すなわち、触媒の使用度合が比較的小さい間）は実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。これによれば、増量制御の実行機会が少なくなるので、析出活性元素の量の変化が小さく、その結果、触媒浄化能力の変化も小さい。

　このように、第２実施形態では、触媒の使用度合が比較的小さい間は、触媒浄化能力の変化が小さいことから、機関運転中の触媒浄化能力を想定しやすくなる。このため、第２実施形態によれば、触媒使用度合が比較的小さい間に機関制御に用いられる制御ロジックを比較的容易に構築することができ、そして、触媒使用度合が比較的小さい間において機関制御を比較的簡便に行うことができるとともに触媒に所期の浄化能力を発揮させることができるという効果が得られる。

　なお、第２実施形態の触媒使用度合として、たとえば、触媒使用時間、または、車両走行距離を採用することができる。また、第２実施形態において、増量制御の実行の要否の判定に用いられる上記特定の条件とは、たとえば、機関回転数が非常に高く且つ機関要求トルクが非常に大きいことである。また、第２実施形態において、触媒使用度合が第１度合よりも大きくなった後は、たとえば、実行許可温度がその基準温度に設定される。

　また、第２実施形態において、第１実施形態のＦＣ制御を採用してもよい。この場合、触媒使用度合が第１実施形態で言及した第１度合以下である間は、実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。なお、このときにＦＣ制御に用いられる第１度合は、第２実施形態の増量制御に用いられる第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。

　次に、第２実施形態の増量制御を実行するルーチンの一例について説明する。このルーチンの一例が図５に示されている。なお、このルーチンは、所定周期毎に開始されるルーチンである。

　図５のルーチンが開始されると、始めに、ステップ２００において、触媒使用度合Ｄｃａｔが第１度合Ｄｃａｔｔｈ１以下である（Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１）か否かが判別される。ここで、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１であると判別されたときには、ルーチンはステップ２０１に進む。一方、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１ではないと判別されたときには、ルーチンはステップ２０５に進む。

　ステップ２０１では、実行許可温度の基準温度Ｔｆｉｔｈｂよりも所定温度Ｋｆｉだけ高い温度が実行許可温度Ｔｆｉｔｈに設定され、ルーチンがステップ２０２に進む。一方、ステップ２０５では、実行許可温度の基準温度Ｔｆｉｔｈｂが実行許可温度Ｔｆｉｔｈに設定され、ルーチンがステップ２０２に進む。

　ステップ２０２では、触媒温度Ｔｃａｔが実行許可温度Ｔｆｉｔｈ以上である（Ｔｃａｔ≧Ｔｆｉｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ≧Ｔｆｉｔｈであると判別されたときには、ルーチンはステップ２０３に進む。一方、Ｔｃａｔ≧Ｔｆｉｔｈではないと判別されたときには、ルーチンは終了する。なお、ルーチンがステップ２０１からステップ２０２に進んだときには、ステップ２０２では、ステップ２０１で設定された実行許可温度Ｔｆｉｔｈが用いられ、ルーチンがステップ２０５からステップ２０２に進んだときには、ステップ２０２では、ステップ２０５で設定された実行許可温度Ｔｆｉｔｈが用いられる。

　ステップ２０３では、増量制御条件（すなわち、第２実施形態において説明した特定の条件）が成立しているか否かが判別される。ここで、増量制御条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ２０４に進み、増量制御が実行され、その後、ルーチンが終了する。一方、増量制御条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンは終了する。

　次に、第３実施形態について説明する。なお、以下で説明されない第３実施形態の構成および制御は、それぞれ、上述した実施形態の構成および制御と同じであるか、あるいは、以下で説明される第３実施形態の構成および制御に鑑みたときに上述した実施形態の構成および制御から当然に導き出される構成および制御である。また、以下の説明において「実行禁止温度」は「第１実施形態に関連して説明した実行禁止温度」である。

　第３実施形態では、触媒使用度合が予め定められた度合（以下この度合を「第１度合」という）以下である間は、実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。そして、触媒使用度合が第１度合よりも大きく且つこの第１度合よりも大きい別の予め定められた度合（以下この度合を「第２度合」という）以下である間は、実行禁止温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。

　第３実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、第３実施形態では、触媒使用度合が第１度合よりも大きく且つ第２度合以下である間、実行禁止温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。これによれば、燃料供給停止制御の実行機会が多くなるので、複合酸化物の凝集が促進される。このため、活性元素の析出速度を低下させることができるという効果が得られる。なお、こうした効果が得られる場合、たとえば、活性元素固溶度（すなわち、活性元素のうち複合酸化物に固溶している活性元素の割合）を目標固溶度（すなわち、目標とする活性元素固溶度）に制御する場合に、活性元素固溶度を目標固溶度に制御し易くなるという効果が得られる。また、複合酸化物の凝集が促進されることから、複合酸化物の酸素保持放出能力が小さくなる。つまり、複合酸化物の酸素保持放出能力が小さい程度で安定する。このため、上述した空燃比制御が行われた場合において、下流側検出空燃比に基づく制御ゲインとして大きい制御ゲインを用いることがでいるので、空燃比制御のロバスト性が向上するという効果も得られる。

　なお、第３実施形態における第１度合は、第１実施形態における第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。また、第３実施形態において、触媒使用度合が第２度合よりも大きくなった後は、たとえば、実行禁止温度がその基準温度に設定される。

　また、第３実施形態において、第２実施形態の増量制御を採用してもよい。この場合、触媒使用度合が第２実施形態で言及した第１度合以下である間は、実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。なお、このときに増量制御に用いられる第１度合は、第３実施形態のＦＣ制御に用いられる第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。

　次に、第３実施形態のＦＣ制御を実行するルーチンの一例について説明する。このルーチンの一例が図６に示されている。なお、このルーチンは、所定周期毎に開始されるルーチンである。

　図６のルーチンが開始されると、始めに、ステップ３００において、触媒使用度合Ｄｃａｔが第１度合Ｄｃａｔｔｈ１以下である（Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１）か否かが判別される。ここで、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１であると判別されたときには、ルーチンはステップ３０１に進む。一方、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ１ではないと判別されたときには、ルーチンはステップ３０５に進む。

　ステップ３０５では、触媒使用度合Ｄｃａｔが第２度合Ｄｃａｔｔｈ２以下である（Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ２）か否かが判別される。ここで、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ２であると判別されたときには、ルーチンはステップ３０６に進む。一方、Ｄｃａｔ≦Ｄｃａｔｔｈ２ではないと判別されたときには、ルーチンはステップ３０７に進む。

　ステップ３０１では、実行禁止温度の基準温度Ｔｆｃｔｈｂよりも所定温度Ｋｆｃ１だけ低い温度が実行禁止温度Ｔｆｃｔｈに設定され、ルーチンがステップ３０２に進む。また、ステップ３０６では、実行禁止温度の基準温度Ｔｆｃｔｈｂよりも所定温度Ｋｆｃ２だけ高い温度が実行禁止温度Ｔｆｃｔｈに設定され、ルーチンがステップ３０２に進む。また、ステップ３０７では、実行禁止温度の基準温度Ｔｆｃｔｈｂが実行禁止温度Ｔｆｃｔｈに設定され、ルーチンがステップ３０２に進む。なお、所定温度Ｋｆｃ２は、所定温度Ｋｆｃ１と同じ値であっても異なる値であってもよい。

　ステップ３０２では、触媒温度Ｔｃａｔが実行禁止温度Ｔｆｃｔｈ以上である（Ｔｃａｔ≧Ｔｆｃｔｈ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃａｔ≧Ｔｆｃｔｈであると判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、Ｔｃａｔ≧Ｔｆｃｔｈではないと判別されたときには、ルーチンはステップ３０３に進む。なお、ルーチンがステップ３０１からステップ３０２に進んだときには、ステップ３０２では、ステップ３０１で設定された実行禁止温度Ｔｆｃｔｈが用いられ、ルーチンがステップ３０６からステップ３０２に進んだときには、ステップ３０２では、ステップ３０６で設定された実行禁止温度Ｔｆｃｔｈが用いられ、ルーチンがステップ３０７からステップ３０２に進んだときには、ステップ３０２では、ステップ３０７で設定された実行禁止温度Ｔｆｃｔｈが用いられる。

　ステップ３０３では、ＦＣ制御条件（すなわち、第１実施形態において説明した特定の条件）が成立しているか否かが判別される。ここで、ＦＣ制御条件が成立していると判別されたときには、ルーチンはステップ３０４に進み、ＦＣ制御が実行され、その後、ルーチンが終了する。一方、ＦＣ制御条件が成立していないと判別されたときには、ルーチンは終了する。

　次に、第４実施形態について説明する。なお、以下で説明されない第４実施形態の構成および制御は、それぞれ、上述した実施形態の構成および制御と同じであるか、あるいは、以下で説明される第４実施形態の構成および制御に鑑みたときに上述した実施形態の構成および制御から当然に導き出される構成および制御である。また、以下の説明において「活性元素固溶度」は「活性元素のうち複合酸化物に固溶している活性元素の割合」を意味する。

　第４実施形態では、触媒使用度合が予め定められた度合（以下この度合を「第１度合」という）以下である間は、実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定される。そして、触媒使用度合が第１度合よりも大きく且つこの第１度合よりも大きい別の予め定められた度合（以下この度合を「第３度合」という）以下である間は、実行禁止温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。そして、触媒使用度合が第２度合よりも大きくなった後は、活性元素固溶度が目標固溶度に制御されるように触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し或いは触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する制御（以下この空燃比制御を「固溶度制御」という）が実行される。

　第４実施形態によれば、以下の効果が得られる。すなわち、機関運転中は、触媒温度は、所定固溶温度以上になったり、所定析出温度になったりする。一方、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御されているとしても、一時的に、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンになったり、理論空燃比よりもリッチになったりすることがある。ここで、触媒温度が所定固溶温度以上になっているときに触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比になると、触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気になるので、触媒温度が所定固溶温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物に固溶する性質を有する場合、複合酸化物への活性元素の固溶が生じる。一方、触媒温度が所定析出温度以上になっているときに触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比になると、触媒の内部雰囲気が還元雰囲気になるので、触媒温度が所定析出温度以上であり且つ触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに活性元素が複合酸化物から析出する性質を有する場合、複合酸化物からの活性元素の析出が生じる。つまり、機関運転中の触媒温度の変化および触媒流入排気空燃比の変化に起因して析出活性元素の量が変化し、ひいては、触媒浄化能力が変化する。また、活性元素使用度合（すなわち、活性元素が排気ガス中の成分の活性化に使用された度合）が増大すると、活性元素が劣化することがあり、その結果、活性元素の活性能力（すなわち、排気ガス中の成分の酸化反応活性または還元反応活性を高める活性元素の能力）が低下することがある。別の言い方をすれば、触媒使用度合が大きくなると、触媒浄化能力が低下することがある。このように、機関運転中の活性元素の活性能力の変化に起因しても触媒浄化能力が変化する。

　ここで、第４実施形態では、触媒使用度合が比較的大きくなった後（すなわち、触媒使用度合が第２度合よりも大きくなった後）は、活性元素固溶度が目標固溶度に制御されるように、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され或いは触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。このため、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されたときに触媒温度が所定固溶温度以上であれば、析出活性元素が複合酸化物に固溶し、その結果、活性元素固溶度が大きくなる。一方、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御されたときに触媒温度が所定析出温度以上であれば、触媒の内部雰囲気が還元雰囲気になることから、固溶活性元素が複合酸化物から析出し、その結果、活性元素固溶度が小さくなる。つまり、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きいか小さいかに応じて適切に流入排気空燃比を制御することによって活性元素固溶度が目標固溶度に制御される。そして、これにより、析出活性元素の量が一定に維持されることから、機関運転中の触媒浄化能力を想定しやすくなる。このため、第４実施形態によれば、触媒使用度合が比較的大きくなった後に機関制御に用いられる制御ロジックを比較的容易に構築することができ、また、触媒使用度合が比較的大きくなった後においても、機関制御を比較的簡便に行うことができるとともに触媒に所期の浄化能力を発揮させることができるという効果が得られる。

　なお、第４実施形態における第１度合は、第１実施形態における第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよいし、第２実施形態における第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。また、第４実施形態における第２度合は、第２実施形態における第２度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。また、第４実施形態において、触媒使用度合が第２度合よりも大きくなった後は、たとえば、実行禁止温度がその基準温度に設定される。

　また、第４実施形態において、第２実施形態の増量制御を採用してもよい。この場合、触媒使用度合が第２実施形態で言及した第１度合以下である間は、実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される。なお、このときに増量制御に用いられる第１度合は、第４実施形態のＦＣ制御に用いられる第１度合と同じ度合であっても異なる度合であってもよい。

　また、第４実施形態の固溶度制御において、触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するためには、たとえば、燃料噴射量を目標燃料噴射量よりも少なくすればよく、触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御するためには、たとえば、燃料噴射量を目標燃料噴射量よりも多くすればよい。あるいは、第４実施形態の固溶度制御において、触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するためには、たとえば、スロットル弁開度を目標スロットル弁開度よりも大きくすればよく（すなわち、吸入空気量を多くすればよく）、触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御するためには、たとえば、スロットル弁開度を目標スロットル弁開度よりも小さくすればよい（すなわち、吸入空気量を少なくすればよい）。

　また、第４実施形態の固溶度制御では、より具体的には、活性元素固溶度が目標固溶度よりも小さいときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きいときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され、活性元素固溶度が目標固溶度に一致しているときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御される。

　また、活性元素固溶度が目標固溶度よりも小さいときに触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御する条件として、触媒温度が所定固溶温度以上であることを追加すると好ましい。すなわち、この場合、活性元素固溶度が目標固溶度よりも小さく且つ触媒温度が所定固溶温度以上であるときに、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され、活性元素固溶度が目標固溶度よりも小さいが触媒温度が所定固溶温度よりも低いときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御されることになる。また、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きいときに触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する条件として、触媒温度が所定析出温度以上であることを追加すると好ましい。すなわち、この場合、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きく且つ触媒温度が所定析出温度以上であるときに、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きいが触媒温度が所定析出温度よりも低いときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御されることになる。

　また、第４実施形態において触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するために燃料噴射量を目標燃料噴射量よりも少なくする方法を採用する場合、燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも大幅に少なくされると、混合気の空燃比（すなわち、燃焼室内に形成される混合気の空燃比）が理論空燃比よりも大幅にリーンな空燃比となり、その結果、排気ガスに関するエミッション性能が低下する可能性がある。したがって、排気ガスに関するエミッション性能の低下を抑制するという観点では、第４実施形態において触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するために燃料噴射量を目標燃料噴射量よりも少なくする方法を採用する場合、燃料噴射量は目標燃料噴射量に近いことが好ましい。また、第４実施形態において触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御するために燃料噴射量を目標燃料噴射量よりも多くする方法を採用する場合、燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも大幅に多くされると、混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリッチな空燃比となり、その結果、排気ガスに関するエミッション性能が低下する可能性があるし、燃費も低下する。したがって、排気ガスに関するエミッション性能の低下および燃費の低下を抑制するという観点では、第４実施形態において触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御するために燃料噴射量を目標燃料噴射量よりも多くする方法を採用する場合、燃料噴射量は目標燃料噴射量に近いことが好ましい。

　また、第４実施形態では、活性元素固溶度が目標固溶度よりも小さいときに、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御される。しかしながら、これに代えて、活性元素固溶度として目標とする活性元素固溶度の範囲を目標固溶度範囲として設定しておき、活性元素固溶度が目標固溶度範囲の下限値よりも小さいときに、触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御するようにしてもよい。なお、この場合、活性元素固溶度が目標固溶度範囲内にあるときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御される。また、第４実施形態では、活性元素固溶度が目標固溶度よりも大きいときに、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御される。しかしながら、これに代えて、活性元素固溶度として目標とする活性元素固溶度の範囲を目標固溶度範囲として設定しておき、活性元素固溶度が目標固溶度範囲の上限値よりも大きいときに、触媒流入排気空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御するようにしてもよい。なお、この場合、活性元素固溶度が目標固溶度範囲内にあるときには、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御される。

　次に、第４実施形態の固溶度制御を実行するルーチンの一例について説明する。このルーチンの一例が図７に示されている。なお、このルーチンは、所定周期毎に開始されるルーチンである。また、第４実施形態のＦＣ制御を実行するルーチンとしては、図６に示されているルーチンを採用することができる。

　図７のルーチンが開始されると、始めに、ステップ４００において、触媒使用度合Ｄｃａｔが第２度合Ｄｃａｔｔｈ２よりも大きい（Ｄｃａｔ＞Ｄｃａｔｔｈ２）か否かが判別される。ここで、Ｄｃａｔ＞Ｄｃａｔｔｈ２であると判別されたときには、ルーチンはステップ４０１に進む。一方、Ｄｃａｔ＞Ｄｃａｔｔｈ２ではないと判別されたときには、ルーチンはステップ４０５に進む。

　ステップ４０１では、活性元素固溶度Ｄｓが目標固溶度Ｄｓｔよりも小さい（Ｄｓ＜Ｄｓｔ）か否かが判別される。ここで、Ｄｓ＜Ｄｓｔであると判別されたときには、ルーチンはステップ４０２に進む。一方、Ｄｓ＜Ｄｓｔではないと判別されたときには、ルーチンはステップ４０３に進む。

　ステップ４０３では、活性元素固溶度Ｄｓが目標固溶度Ｄｓｔよりも大きい（Ｄｓ＞Ｄｓｔ）か否かが判別される。ここで、Ｄｓ＞Ｄｓｔであると判別されたときには、ルーチンはステップ４０４に進む。一方、Ｄｓ＞Ｄｓｔではないと判別されたときには、ルーチンはステップ４０５に進む。

　ステップ４０２では、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御され、その後、ルーチンが終了する。また、ステップ４０４では、触媒流入排気空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御され、その後、ルーチンが終了する。また、ステップ４０５では、触媒流入排気空燃比が理論空燃比に制御され、その後、ルーチンが終了する。

　なお、上述した実施形態は、火花点火式の内燃機関（いわゆるガソリンエンジン）に本発明を適用した場合の実施形態であるが、本発明は、火花点火式の内燃機関以外の内燃機関、たとえば、圧縮自着火式の内燃機関（いわゆるディーゼルエンジン）でも適用可能である。また、上述した実施形態は、三元触媒に本発明を適用した実施形態であるが、本発明は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比であるときであっても排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を高い浄化率で浄化することができるいわゆるＮＯｘ触媒にも適用可能である。

Claims

　排気ガス中の成分を浄化する触媒であって、排気ガス中の成分の酸化反応または還元反応を活性化する活性元素と該活性元素を担持する複合酸化物とを有する触媒を排気通路に備え、前記触媒の温度が予め定められた温度である所定固溶温度以上であり且つ前記触媒の内部雰囲気が酸化雰囲気であるときに前記活性元素が前記複合酸化物に固溶し、前記触媒の温度が予め定められた温度である所定析出温度以上であり且つ前記触媒の内部雰囲気が還元雰囲気であるときに前記活性元素が前記複合酸化物から析出する内燃機関の排気浄化装置において、
　前記内燃機関が燃焼室への燃料の供給を停止する燃料供給停止制御を実行可能であって、前記触媒の温度が予め定められた温度である実行禁止温度以上であるときに前記燃料供給停止制御の実行が禁止されるとともに前記触媒の温度が前記実行禁止温度よりも低いときに前記燃料供給停止制御の実行が許可される場合において、前記触媒の使用度合が予め定められた度合以下である間は前記実行禁止温度がその基準温度よりも低い温度に設定され、
　前記内燃機関が燃焼室への燃料の供給量を基準量よりも増量する燃料供給増量制御を実行可能であって、前記触媒の温度が予め定められた温度である実行許可温度以上であるときに前記燃料供給増量制御の実行が許可されるとともに前記触媒の温度が前記実行許可温度よりも低いときに前記燃料供給増量制御の実行が禁止される場合において、前記触媒の使用度合が予め定められた度合以下である間は前記実行許可温度がその基準温度よりも高い温度に設定される内燃機関の排気浄化装置。
　請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
　前記内燃機関が前記燃料供給停止制御を実行可能である場合において、前記予め定められた度合を第１度合と称したとき、前記触媒の使用度合が前記第１度合よりも大きく且つ該第１度合よりも大きい予め定められた度合である第２度合以下である間は前記実行禁止温度がその基準温度よりも高い温度に設定される内燃機関の排気浄化装置。
　請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
　前記内燃機関が前記燃料供給停止制御を実行可能である場合において、前記触媒の使用度合が前記第２度合よりも大きくなった後は前記活性元素のうち前記複合酸化物に固溶している活性元素の割合を表す活性元素固溶度が目標とする活性元素固溶度である目標固溶度に制御されるように前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御し或いは前記触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比に制御する内燃機関の排気浄化装置。