JP2004044420A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置 Download PDF

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Abstract

【課題】排気浄化触媒を均一に再生させて、排気浄化効率を好適に回復させることができるとともに、排気浄化触媒の耐久性を向上させる。
【解決手段】エンジンの複数の気筒が共通の合流排気通路に接続され、該合流排気通路内に排気浄化触媒が配置されている。排気浄化触媒の被毒回復制御において、被毒回復制御中における全気筒への総吸入空気量が所定量ga0に達する毎に、空燃比をリッチにする気筒とリーンにする気筒とを切り替える。
【選択図】   図5

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、燃費向上を意図して理論空燃比よりもリーンな空燃比で混合気を燃焼させる、いわゆるリーン燃焼を実行することが可能な内燃機関が提案され、実用化されている。こうした内燃機関では、リーン燃焼中において通常の三元触媒による窒素酸化物(NOx)の浄化が困難になるため、リーン燃焼中に生成されるNOxを吸着するNOx吸蔵還元触媒が排気通路に設けられる。そして、リーン燃焼中には排気中のNOxをNOx吸蔵還元触媒に吸着させ、同排気とともに外部に排出されるNOxの量を少なくする。
【0003】
また、上記内燃機関では、所定のタイミングを見計らって一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼を行う、いわゆるリッチスパイク制御が実行される。こうしたリッチスパイク制御により理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼が行われると、NOx吸蔵還元触媒に吸着されたNOxが排気中の炭化水素(HC)等によって窒素(N2 )に還元され、上記NOx吸蔵還元触媒に吸着されたNOxが飽和するのを防止することができる。
【0004】
しかし、NOx吸蔵還元触媒には、NOxばかりでなく硫黄(S)が硫黄化合物(SOx)として付着する。こうした物質がNOx吸蔵還元触媒に吸着された場合、上記リッチスパイク制御を実行したとしても同触媒から上記物質を離脱させることは困難である。そして、上記物質が付着したNOx吸蔵還元触媒においては、本来NOxが吸着されるべきところに上記物質が吸着されるため、同触媒におけるNOxの吸着能力が低下することとなる。
【0005】
そこで従来、NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させて上記物質を同触媒から離脱させる被毒回復制御を行う装置が提案されている。こうした装置としては、例えば特開2000−337137公報に記載された排気浄化装置が知られている。
【0006】
この公報に記載された装置では、V型エンジンの各バンク毎に第1気筒群及び第2気筒群を構成し、各気筒群の気筒が共通の合流排気通路に接続されており、該合流排気通路内にNOx吸蔵還元触媒が配置されている。そして、NOx吸蔵還元触媒の温度を上昇させるために、第1気筒群の気筒の空燃比をリッチにするとともに、第2気筒群の気筒の空燃比をリーンにする第1の運転モードと、第1気筒群の気筒の空燃比をリーンにするとともに、第2気筒群の気筒の空燃比をリッチにする第2の運転モードとを設定している。なお、この第1の運転モードと第2の運転モードとは、運転時間が所定時間に達する毎に切り替えられるようになっている。第1気筒群の気筒の空燃比をリッチ又はリーンにするとともに、第2気筒群の気筒の空燃比をリーン又はリッチにすることで排気通路に未燃燃料と空気とを供給し、排気通路内で上記燃料を燃焼させる。こうして排気通路内での燃焼が生じることにより、NOx吸蔵還元触媒の温度が上昇して同触媒から上記物質が離脱するようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載された排気浄化装置では、複数の気筒は形状及び寸法がそれぞれ異なる複数の分岐排気通路を介して合流排気通路に接続されているため、各気筒から排出される排気ガスはNOx吸蔵還元触媒に対してそれぞれ局部的に接触する可能性が高い。そのため、通常の使用状態においてはNOx吸蔵還元触媒への硫黄成分の吸蔵は各気筒から排出される排気ガスによってほぼ均一に行われる。これに対して、被毒回復制御が行われる際、所定時間毎に各気筒群の空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えられる場合には、車両の運転状態が変化すると各気筒から排出されるリッチ空燃比の排気ガス量が不均一となる。従って、NOx吸蔵還元触媒には硫黄成分が良好に離脱する部位とそうでない部位とが生じ、NOx吸蔵還元触媒からの硫黄成分の離脱が不均一になって排気浄化効率が低下するとともに、耐久性が低下することになる。
【0008】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気浄化触媒を均一に再生させて、排気浄化効率を好適に回復させることができるとともに、排気浄化触媒の耐久性を向上させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の複数の気筒が共通の合流排気通路に接続されており、該合流排気通路内に排気空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する排気浄化触媒が配置された内燃機関であり、前記合流排気通路での排気空燃比をストイキ空燃比に設定し、前記複数の気筒のうちの一部の気筒の空燃比をリッチにするとともに、前記複数の気筒のうちの他の気筒の空燃比をリーンにすることにより、前記合流排気通路で混合気の燃焼を行わせ、この混合気の燃焼により前記排気浄化触媒の温度を上昇させて該排気浄化触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させる被毒回復制御を行う制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記被毒回復制御中における全気筒への総吸入空気量が所定量に達する毎に、空燃比をリッチにする気筒とリーンにする気筒とを切り替えることを特徴とする。
【0010】
被毒回復制御が行われる際、所定時間毎に各気筒の空燃比がリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えられる場合には、車両の運転状態が変化すると各気筒から排出されるリッチ空燃比の排気ガス量が不均一となる。そのため、排気浄化触媒には硫黄成分が良好に離脱される部位とそうでない部位とが生じ、排気浄化触媒からの硫黄成分の離脱が不均一になって排気浄化効率が低下するとともに、耐久性が低下することになる。
【0011】
この点に関して、上記構成では、硫黄被毒回復制御中において全気筒への総吸入空気量が所定量に達する毎に、空燃比をリッチにする気筒とリーンにする気筒とを変更するようにしている。従って、被毒回復制御中において内燃機関の運転状態が変化したとしても、各気筒から排出されるリッチ空燃比の排気ガス量がほぼ等しくなる。そのため、排気浄化触媒には硫黄成分の離脱が不良である部位が生ずるようなことはなく、排気浄化触媒は均一に再生されることとなり、排気浄化効率が回復するとともに、排気浄化触媒の耐久性が向上する。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記制御手段は、吸入空気量が大きいときには前記所定量を小さな値に設定し、吸入空気量が小さいときには前記所定量を大きな値に設定することを特徴とする。
【0013】
上記構成によれば、吸入空気量が大きい場合にはリッチ気筒及びリーン気筒から排出される混合気の量が多くなり、その燃焼によって排気浄化触媒の温度の上昇を促進することができる。従って、排気浄化触媒の温度を上昇させるために、総吸入空気量を低減することができ、その分燃料消費量を低減して燃費を向上させることができる。
【0014】
請求項3に記載の発明のように、前記内燃機関の複数の気筒は少なくとも1つの気筒を含む第1気筒群と、他のすべての気筒を含む第2気筒群とに分割され、前記制御手段は、空燃比をリッチにする気筒と空燃比をリーンにする気筒とを前記各気筒群にて切り替えるようにすることができる。
【0015】
また、請求項4に記載の発明のように、前記内燃機関は複数の気筒が2つのバンクに配置されたV型内燃機関であり、各バンクに含まれる気筒が第1気筒群及び第2気筒群を構成することができる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記合流排気通路には前記排気浄化触媒の上流に三元触媒が設けられていることを特徴とする。
【0017】
従って、上記構成によれば、合流排気通路には排気浄化触媒の上流に三元触媒が設けられているので、三元触媒での未燃燃料の燃焼により排気浄化触媒の温度を上昇させることができるとともに、三元触媒による排気浄化作用も得られる。これによって、両触媒の排気浄化作用によりエミッションの悪化をより効果的に防止することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、車両に搭載されたV型6気筒の筒内噴射型ガソリンエンジン(以下「エンジン」と略す)2及びその電子制御ユニット(以下、「ECU」と称す)4の概略構成を示している。ただし、図1では1つの気筒の構成を中心として示している。
【0019】
図2の排気系概略図に示すように、エンジン2は2つのバンク2a,2bからなり、バンク2aには第1気筒♯1、第3気筒♯3、第5気筒♯5が設けられ、バンク2bには第2気筒♯2、第4気筒♯4、第6気筒♯6が設けられている。なお、各気筒の番号♯1〜♯6はエンジン2における点火順序を示している。
【0020】
各バンク2a,2bからそれぞれ異なる排気通路32a,32bに沿って、空燃比センサ44a,44b、スタートキャタリスト38a,38b及び第1酸素センサ46a,46bが配列している。そして、第1酸素センサ46a,46bの下流では2本の排気通路32a,32bは1本に集合して合流排気通路32に接続されており、この合流排気通路32にNOx吸蔵還元触媒40が設けられるとともに、2つのバンク2a,2bに共用されている第2酸素センサ48が1つ設けられている。そして、第2酸素センサ48の下流では排気通路32a,32bは再び2本に分かれて、排気は各マフラー50a,50bを介して外部に排出されている。
【0021】
図1に示すように、エンジン2の出力は変速機(図示略)を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン2には各気筒の燃焼室10内に燃料を直接噴射する燃料噴射バルブ12と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ14とがそれぞれ設けられている。燃焼室10に接続している吸気ポート16は吸気バルブ18の駆動により開閉される。吸気ポート16に接続された吸気通路20の途中にはサージタンク22が設けられ、サージタンク22の上流側にはスロットルモータ24によって開度が調節されるスロットルバルブ26が設けられている。このスロットルバルブ26の開度(スロットル開度TA)により吸入空気量が調整される。スロットル開度TAはスロットル開度センサ28により検出され、サージタンク22内への吸入空気量gaは吸入空気量センサ30により検出されて、ECU4に読み込まれている。
【0022】
各燃焼室10に接続している排気通路32a,32bは排気バルブ34の駆動により開閉される。排気通路32a,32bの途中にはエンジン始動時に多量に放出される炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)成分を除去するための酸素貯蔵機能を有する三元触媒であるスタートキャタリスト38a,38bが設けられ、下流には排気浄化触媒であるNOx吸蔵還元触媒40が設けられている。NOx吸蔵還元触媒40は混合気が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼したとき、排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵する。そして、NOx吸蔵還元触媒40に吸蔵されたNOxは、混合気を理論空燃比よりもリッチな状態で燃焼させたとき、排気中の炭化水素(HC)によって窒素(N2 )に還元される。
【0023】
スタートキャタリスト38a,38bの上流側に設けられた空燃比センサ44a,44bは排気成分から空燃比(A/F)を検出する。スタートキャタリスト38a,38bとNOx吸蔵還元触媒40との間に設けられた第1酸素センサ46a,46b及びNOx吸蔵還元触媒40の下流に設けられた第2酸素センサ48は排気成分中の酸素を検出する。また、NOx吸蔵還元触媒40には触媒の温度を検出する温度センサ60が設けられている。
【0024】
ECU4はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このECU4は、スロットル開度センサ28及び吸入空気量センサ30以外に、アクセルペダル51の踏み込み量(アクセル開度ACCP)を検出するアクセル開度センサ52からの信号を入力している。更に、ECU4は、クランク軸54の回転からエンジン回転速度NEを検出するエンジン回転数センサ58、空燃比センサ44a,44b、第1酸素センサ46a,46b及び第2酸素センサ48、温度センサ60からそれぞれ信号を入力している。尚、このようなセンサ以外にも、図示省略しているが、車速センサなどのエンジン制御に必要なセンサが設けられている。
【0025】
ECU4は、上述した各種センサからの検出内容に基づいて、エンジン2の燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期及びスロットル開度TAを適宜制御する。そして、ECU4は、エンジン2における混合気の燃焼形態を、機関運転状態に応じて混合気を理論空燃比で燃焼させるストイキ燃焼と、同混合気を理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させるリーン燃焼との間で切り換える。例えば、エンジン2の運転状態が図3にAで示される高回転高負荷領域(ストイキ燃焼領域)にあるときには、ストイキ燃焼運転を実行して必要な機関出力が得られるようにする。また、エンジン2の運転状態が図3にBで示される低回転低負荷領域(リーン燃焼領域)にあるときには、リーン燃焼運転を実行してエンジン2の燃費改善を図るようにする。なお、エンジン2の燃焼形態は、必ずしも上記のようにエンジン2の運転領域に応じて決定されるとは限らない。例えば、エンジン2の始動直後など通常と異なる機関運転状態にあるときには、エンジン2の運転状態が図3にBで示される低回転低負荷領域(リーン燃焼領域)にあっても、リーン燃焼運転ではなくストイキ燃焼運転が実行されることとなる。
【0026】
例えば、リーン燃焼運転においては、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定される。従って、点火時において点火プラグ14近傍の混合気のみが部分的に点火可能な可燃混合気状態となる。また、この場合の混合気の平均的な空燃比(A/F)は各気筒♯1〜♯6とも一律にストイキ空燃比(A/F=14.5)よりもリーン(例えばA/F=25〜50)に設定される。
【0027】
また、ストイキ燃焼運転においては、燃料噴射時期は吸気行程中に設定される。従って、点火時での燃焼室10内における空燃比は略均一になり、その混合気の空燃比は各気筒♯1〜♯6とも一律にストイキ空燃比近傍に設定される。
【0028】
ところで、エンジン2のリーン燃焼運転中には、排気中のNOxがNOx吸蔵還元触媒40に吸蔵されるため、同触媒40に吸蔵されるNOxの量(NOx吸蔵量)が徐々に多くなる。ECU4は、機関運転状態に基づき現在のNOx吸蔵量を推定し、この推定されるNOx吸蔵量が許容値以上になると、リーン燃焼運転中に混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状態(例えば「12」)にするリッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御に伴う混合気のリッチ燃焼により、NOx吸蔵還元触媒40に吸蔵されたNOxが排気中のHCによってN2 に還元され、NOx吸蔵還元触媒40でのNOxの飽和が防止される。
【0029】
また、NOx吸蔵還元触媒40には、NOxだけでなく硫黄酸化物(SOx)等も吸着される。こうしたSOx等がNOx吸蔵還元触媒40に吸着された場合、上記リッチスパイク制御を実行したとしてもNOx吸蔵還元触媒40からSox等を除去するのは困難である。
【0030】
そして、SOx等が吸着したNOx吸蔵還元触媒40においては、本来NOxが吸着されるべきところにSOx等が吸着されるため、NOx吸蔵還元触媒40におけるNOxの吸着能力が低下することとなる。そのため、ECU4は、NOx吸蔵還元触媒40に吸着されたSOxの量が上限値以上になるなど所定の条件(硫黄被毒回復条件)が成立したとき、NOx吸蔵還元触媒40の温度を上昇させてSOx等を同NOx吸蔵還元触媒40から離脱させる。
【0031】
上記硫黄被毒回復制御において、ECU4は、例えば第1気筒♯1,第3気筒♯3,第5気筒♯5を第1気筒群とし、第2気筒♯2,第4気筒♯4,第6気筒♯6を第2気筒群として設定する。そして、硫黄被毒回復制御において、NOx吸蔵還元触媒40の温度を上昇させるため、ECU4は、第1気筒群での混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにし、第2気筒群での混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。
【0032】
また、硫黄被毒回復制御において所定条件が成立すると、ECU4は、第1気筒群での混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンに切り替え、第2気筒群での混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチに切り替える。被毒回復制御中における第1気筒群及び第2気筒群での空燃比の切り替えは、全気筒への総吸入空気量が所定量ga0に達する毎に行われる。なお、この所定量ga0は、前記第1気筒群及び第2気筒群の混合気の空燃比を切り替える時期を判定するための値である。このように空燃比制御が行われると、合流排気通路32に未燃燃料と空気とが供給されて同燃料が合流排気通路32内で燃焼し、この燃焼によってNOx吸蔵還元触媒40の温度が上昇してSOx等がNOx吸蔵還元触媒40から離脱するようになる。
【0033】
なお、ECU4は、図7に示すマップを参照して、被毒回復制御中における吸入空気量gaが大きいときには総吸入空気量の所定量ga0を小さな値に設定し、吸入空気量gaが小さいときには総吸入空気量の所定量ga0を大きな値に設定するようになっている。これは、被毒回復制御中においては、吸入空気量gaが大きい場合にはリッチ気筒及びリーン気筒から排出される混合気の量が多くなり、その燃焼によってNOx吸蔵還元触媒40の温度の上昇を促進することができる。よって、NOx吸蔵還元触媒40の温度を上昇させるために、総吸入空気量を低減することができ、その分燃料消費量を低減して燃費向上を図ることができるのである。
【0034】
次に、こうしたNOx吸蔵還元触媒40の硫黄被毒回復処理の詳細について図4を参照して説明する。図4は、硫黄被毒回復処理における処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は所定クランク角の割り込み処理としてECU4により実行される。
【0035】
ECU4の処理がこの一連の処理に移行すると、まず、ステップ100において、NOx吸蔵還元触媒40に吸蔵されている総SOx量が算出される。この総SOx量は基本的には消費した燃料量に対応した分が加算され、リッチ空燃比でのリッチ燃焼が実行されていてNOx吸蔵還元触媒40の温度が所定温度範囲(例えば650〜700℃)内のときには減算される。このときの加算量は、吸入空気量が多くなるほど、また空燃比が小さい(即ち燃料濃度が濃い)ときほど、大きな値に設定される。これは吸入空気量が多いときほど、また燃料濃度が濃いときほど単位時間当たりにNOx吸蔵還元触媒40に接触してこれに吸蔵されるSOx量が増大するためである。また、SOx量算出における減算量は、空燃比がリッチであるときほど、また触媒床温が高いときほど大きな値に設定される。これは、触媒床温が高いときほど、また空燃比がリッチであるほど、NOx吸蔵還元触媒40においてそのSOxの脱離が促進されるためである。なお、総SOx量の算出には使用燃料のイオウ含有量の要素が含まれている。例えば、高オクタン価ガソリンの場合には低オクタン価ガソリンよりもイオウ含有量は少ないので、このときの単位時間当たりに吸蔵されるSOx量は小さくなる。逆に低オクタン価ガソリンの場合には高オクタン価ガソリンよりもイオウ含有量は多いので、このときの単位時間当たりに吸蔵されるSOx量は大きくなる。因みに、高オクタン価ガソリンの場合にはノッキングが発生し難いため、エンジン2の点火時期は点火進角制御を通じてより進角側の時期に設定されるのに対し、低オクタン価ガソリンの場合はこれと比較して遅角側の時期に設定される傾向がある。このため、このような燃料種類の判定は、例えば、こうした傾向に基づいて行うことができる。また、これら吸入空気量及び空燃比とSOxの加算量、及び空燃比及び触媒床温とSOxの減算量との関係は実験等を通じて予め求められ、ECU4内のメモリに記憶されている。
【0036】
このようにして総SOx量を算出した後、前記ステップ100にて算出された総SOx量が許容値ASt以上かどうかが判断される(ステップ102)。この許容値AStは、NOx吸蔵能力の低下が無視できない程度にまでSOx被毒量が増大したことを判定するための値である。ここで総SOx量が許容値ASt以上である旨判断された場合には(ステップ102:YES)、SOx被毒回復処理を行うべく、燃焼モードがリーン燃焼運転からリッチ燃焼運転に切り替えられる。また、前記ステップ102の判断においてSOx量が許容値ASt未満であってSOx被毒量についてまだ余裕がある旨判断された場合(ステップ102:NO)には、処理はステップ118に移行する。
【0037】
次のステップ104において温度センサ60により検出された触媒床温が第1の所定温度TH1以上でありかつ第2の所定温度TH2以下であるかどうかが判断される。この第1の所定温度TH1は、NOx吸蔵還元触媒40がSOxを脱離することができることをその温度状態に基づいて判定するためのものである。また、第2の所定温度TH2は、NOx吸蔵還元触媒40が熱劣化を起こすおそれのあることをその温度状態に基づいて判定するためのものである。
【0038】
触媒床温が第1の所定温度TH1未満である又は第2の所定温度TH2より大きいと判定された場合(ステップ104:NO)には、処理はステップ118に移行する。
【0039】
一方、触媒床温が第1の所定温度TH1以上でありかつ第2の所定温度TH2以下である場合には(ステップ104:YES)、NOx吸蔵還元触媒40からのSOx脱離が可能なため、後述する一連の処理により全気筒♯1〜♯6の平均的な空燃比をストイキ空燃比よりもリッチ寄りとしたリッチ燃焼が実行される。ここでは、例えば図5に示すようにリッチ空燃比とする気筒が第1気筒群の第1気筒♯1に設定されるとともに、リーン空燃比とする気筒が第2気筒群の第2気筒♯2に設定される。(ステップ106)。
【0040】
次にステップ108において、NOx吸蔵還元触媒40の下流における目標空燃比がリッチ側に設定される。このリッチ燃焼の実行に際しては、図5に示されるように制御中心がストイキ空燃比よりもリッチ寄りとなるような第2酸素センサ48による空燃比フィードバック制御を通じてフィードバック(F/B)係数ekafeが算出される。また、リッチ空燃比とする気筒の燃料噴射量taurが以下の式(1)に基づいて設定されるとともに、リーン空燃比とする気筒の燃料噴射量taulが以下の式(2)に基づいて設定される。
【0041】
【数1】
taur=k ×KL×krich ×fgaf1 ×ekafe    … (1)
taul=k ×KL×14.5/krich×fgaf2 ×ekafe  … (2)
ここで、kは係数、KLは負荷率、krichは増量補正係数、fgaf1は空燃比センサ44aにて検出したストイキ燃焼運転時における空燃比フィードバック学習値、fgaf2は空燃比センサ44bにて検出したストイキ燃焼運転時における空燃比フィードバック学習値である。なお、負荷率KLは、エンジン2の総排気量に対するその時の吸入空気量の割合である。また、増量補正係数krichは図6に示されるスタートキャタリスト38a,38bの酸素吸蔵能力foを考慮した値である。
【0042】
すなわち、図6に示すように、例えば第2気筒群の各気筒の前回の燃焼ではリーン空燃比であった場合にはスタートキャタリスト38bの周囲には空気が過多の状態となっている。そのため、第2気筒群の各気筒の空燃比がリッチ空燃比に設定される場合、スタートキャタリスト38bの酸素が未燃燃料の燃焼のために消費されてしまわない限り、第1酸素センサ46bの出力はリーンのままとなる。そのため、増量補正係数krichにはスタートキャタリスト38bの酸素吸蔵能力fo分に相当する値が盛り込まれている。図8はスタートキャタリスト38a、38bの酸素吸蔵能力に対する増量補正係数krichのマップを示している。図8から分かるように、増量補正係数krichはスタートキャタリスト38a,38bの酸素吸蔵能力が大きければ大きいほど、大きな値となり、酸素吸蔵能力foが0になった場合には1.0の値をとるようになっている。
【0043】
このようにして目標空燃比がリッチ側に設定されると、図5に示されるように排気空燃比がリッチ側の目標空燃比となるように制御されてリッチ燃焼が行われる(ステップ110)。このリッチ燃焼において、各気筒の出力トルクに差が生じないように、リッチ空燃比での燃焼が行われる気筒での点火時期は図5に示されるように、通常の点火時期に比較して遅角される。また、リーン空燃比での燃焼が行われる気筒では成層燃焼が行われ、その点火時期も成層用の点火時期が採用され、リーン気筒でのリーン失火が防止される。
【0044】
このようにしてリッチ燃焼が行われると、被毒回復制御中における総吸入空気量が所定量ga0以上かどうかが判断される(ステップ112)。なお、この所定量ga0は、図7に示すマップを参照して、被毒回復制御中における吸入空気量gaが大きいときには小さな値に設定され、吸入空気量gaが小さいときには大きな値に設定される。そして、総吸入空気量が所定量ga0未満であると判断された場合には(ステップ112:NO)、本処理は一旦終了する。また、総吸入空気量が所定量ga0以上であると判断された場合(ステップ112:YES)には、処理はステップ114に移行する。
【0045】
次のステップ114では第1気筒群の各気筒のリッチ空燃比とリーン空燃比との切替回数が所定回数n0以上かどうかが判断される。切替回数が所定回数n0未満である場合(ステップ114:NO)には、本処理は一旦終了する。また、切替回数が所定回数n0以上であると判断された場合(ステップ114:YES)には処理はステップ116に移行する。
【0046】
ステップ116では、被毒回復制御において第1気筒群及び第2気筒群におけるリッチ空燃比とリーン空燃比との切替が所定値n0回行われたことにより、NOx吸蔵還元触媒40の硫黄成分の離脱が完了したものとして被毒回復制御が終了される。
【0047】
以上のように構成された上記実施形態の排気浄化装置によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態では、硫黄被毒回復制御中において全気筒への総吸入空気量が所定量に達する毎に、空燃比をリッチにする気筒とリーンにする気筒とを切り替えるようにしている。従って、硫黄被毒回復制御中においてエンジン2の運転状態が変化したとしても、各気筒から排出されるリッチ空燃比の排気ガス量はほぼ等しくなり、その排気ガスはNOx吸蔵還元触媒40に対してむらなく接触するようになる。そのため、NOx吸蔵還元触媒40には硫黄成分の離脱が不良である部位が生ずるようなことはなく、NOx吸蔵還元触媒40は均一に再生されることとなり、排気浄化効率が回復するとともに、NOx吸蔵還元触媒40の耐久性が向上する。
【0048】
・ また、硫黄被毒回復制御中において、エンジン2への吸入空気量が大きいときには気筒の空燃比の切替時期を設定するための総吸入空気量の判定値である所定量ga0を小さな値に設定し、吸入空気量が小さいときにはその所定量ga0を大きな値に設定するようにしている。エンジン2への吸入空気量が大きい場合にはリッチ気筒及びリーン気筒から排出される混合気の量が多くなり、その燃焼によってNOx吸蔵還元触媒40の温度の上昇を促進することができる。従って、NOx吸蔵還元触媒40の温度を上昇させるために、総吸入空気量を低減することができ、その分燃料消費量を低減して燃費を向上させることができる。
【0049】
・ また、合流排気通路32に接続される排気通路32a,32bにはNOx吸蔵還元触媒40の上流に三元触媒であるスタートキャタリスト38a,38bが設けられている。そのため、スタートキャタリスト38a,38bでの未燃燃料の燃焼によりNOx吸蔵還元触媒40の温度を上昇させることができるとともに、スタートキャタリスト38a,38bによる排気浄化作用も得られる。これによって、両触媒の排気浄化作用によりエミッションの悪化をより効果的に防止することができる。
【0050】
・ また、硫黄被毒回復制御中において、リッチ空燃比を設定するに際して、前回の燃焼がリーン燃焼である場合には、スタートキャタリスト38a,38bの酸素吸蔵能力foを考慮した増量補正係数krichに基づいて燃料噴射量を算出するようにしている。そのため、リーン燃焼からリッチ燃焼に切り替わった際に、噴射量不足を防止でき、エミッションの悪化を抑制することができる。
【0051】
なお、実施の形態は次のように変更してもよく、その場合でも同様の作用および効果を得ることができる。
・ 上記実施形態では、V型6気筒のエンジン2に具体化したが、これ以外の例えば直列4気筒のエンジンや、直列6気筒のエンジン、あるいはV型8気筒のエンジンに具体化することも可能である。
【0052】
・ 上記実施形態ではリーン燃焼運転におけるNOx吸蔵還元触媒40の温度を温度センサ60にて検出したが、エンジン2の定常運転時におけるエンジン回転速度NEと吸入空気量gaとのマップと、吸入空気量gaとによる時定数に基づいてNOx吸蔵還元触媒40の温度を推定してもよい。
【0053】
・ 上記実施形態において、排気通路32a,32bのスタートキャタリスト38a,38bを省略してもよい。この場合には、スタートキャタリスト38a,38b上流の空燃比センサ44a,44b又はスタートキャタリスト38a,38b下流の第1酸素センサ46a,46bを省略してもよい。
【0054】
・ 上記実施形態ではスタートキャタリスト38a,38b上流の空燃比センサ44a,44bの出力に基づいて各気筒の空燃比を設定するようにしたが、第1酸素センサ46a,46bの出力とストイキ燃焼時における空燃比学習値とに基づいて各気筒の空燃比を設定するようにしてもよい。
【0055】
以下、上記実施形態から把握できる技術思想について説明する。
・ 内燃機関の複数の気筒が共通の合流排気通路に接続されており、該合流排気通路内に排気空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する排気浄化触媒が配置された内燃機関であり、前記合流排気通路での排気空燃比をストイキ空燃比に設定し、前記複数の気筒のうちの一部の気筒の空燃比をリッチにするとともに、前記複数の気筒のうちの他の気筒の空燃比をリーンにすることにより、前記合流排気通路で混合気の燃焼を行わせ、この混合気の燃焼により前記排気浄化触媒の温度を上昇させて該排気浄化触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させる被毒回復制御を行うようにした内燃機関の排気浄化方法において、前記被毒回復制御中における全気筒への総吸入空気量が所定量に達する毎に、空燃比をリッチにする気筒とリーンにする気筒とを切り替えるようにしたことを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態のエンジンの概略構成図。
【図2】実施形態のエンジン排気系の概略構成図。
【図3】リーン燃焼運転が行われる領域、及びストイキ燃焼運転が行われる領域を示す説明図。
【図4】被毒回復処理の処理手順を示すフローチャート。
【図5】被毒回復制御の一態様を示すタイムチャート。
【図6】被毒回復制御のリッチ空燃比の気筒の空燃比制御処理を示すタイムチャート図。
【図7】吸入空気量と総吸入空気量の判定値との関係を示すマップ。
【図8】三元触媒の酸素吸蔵能力と燃料噴射量の増量補正係数との関係を示すマップ。
【符号の説明】
2…エンジン、2a,2b…バンク、4…ECU(制御手段)、32…合流排気通路、38a,38b…スタートキャタリスト(三元触媒)、40…NOx吸蔵還元触媒(排気浄化触媒)。

Claims (5)

  1. 内燃機関の複数の気筒が共通の合流排気通路に接続されており、該合流排気通路内に排気空燃比がリーン空燃比であるときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する排気浄化触媒が配置された内燃機関であり、
    前記合流排気通路での排気空燃比をストイキ空燃比に設定し、前記複数の気筒のうちの一部の気筒の空燃比をリッチにするとともに、前記複数の気筒のうちの他の気筒の空燃比をリーンにすることにより、前記合流排気通路で混合気の燃焼を行わせ、この混合気の燃焼により前記排気浄化触媒の温度を上昇させて該排気浄化触媒に吸蔵された硫黄成分を離脱させる被毒回復制御を行う制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
    前記制御手段は、前記被毒回復制御中における全気筒への総吸入空気量が所定量に達する毎に、空燃比をリッチにする気筒とリーンにする気筒とを切り替える
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記制御手段は、吸入空気量が大きいときには前記所定量を小さな値に設定し、吸入空気量が小さいときには前記所定量を大きな値に設定する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  3. 請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記内燃機関の複数の気筒は少なくとも1つの気筒を含む第1気筒群と、他のすべての気筒を含む第2気筒群とに分割され、
    前記制御手段は、空燃比をリッチにする気筒と空燃比をリーンにする気筒とを前記各気筒群にて切り替える
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  4. 請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記内燃機関は複数の気筒が2つのバンクに配置されたV型内燃機関であり、各バンクに含まれる気筒が第1気筒群及び第2気筒群を構成する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記合流排気通路には前記排気浄化触媒の上流に三元触媒が設けられている
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016223386A (ja) * 2015-06-02 2016-12-28 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

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