JP2004044421A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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。被毒回復制御中において各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替える。
【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、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、各気筒への空気分配の誤差により、リッチ空燃比にするための燃料量とリーン空燃比にするための燃料量とのトータルが、全吸入空気量に対してストイキ空燃比のそれよりも大きくなる可能性が高い。そのため、被毒回復制御中において、排気浄化触媒を通過して排気ガス中に未燃成分が含まれてエミッションが悪化するおそれがある。
【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、被毒回復制御中において、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、エミッションの悪化を抑制す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、該合流排気通路には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いて各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えることを特徴とする。
【００１０】
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排気浄化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排気浄化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、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、各気筒への空気分配の誤差により、リッチ空燃比にするための燃料量とリーン空燃比にするための燃料量とのトータルが、全吸入空気量に対してストイキ空燃比のそれよりも大きくなる可能性が高い。そのため、被毒回復制御中において、排気浄化触媒を通過して排気ガス中に未燃成分が含まれてエミッションが悪化するおそれがある。
【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各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えるようにしている。従って、各気筒への空気分配に誤差があったとしても、各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えるようにしているので、リッチ空燃比にするための燃料量とリーン空燃比にするための燃料量とのトータルが、吸入空気量に対してストイキ空燃比となる。そのため、被毒回復制御中において、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、エミッションの悪化を抑制することができる。
【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、前記複数の気筒は点火順序に従って、少なくとも１つの気筒を含む複数の気筒群に分割され、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。
【００１３】
この構成においても、リッチ空燃比にするための燃料量とリーン空燃比にするための燃料量とのトータルが、吸入空気量に対してストイキ空燃比となる。そのため、被毒回復制御中において、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、エミッションの悪化を抑制することができる。
【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、各バンクにおいて点火順序に従って、一対の気筒が各気筒群を構成するように実施することもできる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３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。
【００１６】
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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
上記硫黄被毒回復制御に際して、ＥＣＵ４は、例えば第１気筒♯１及び第２気筒♯２を第１気筒群とし、第３気筒♯３及び第４気筒♯４を第２気筒群とし、第５気筒♯５及び第６気筒♯６を第３気筒群として設定する。
【００３１】
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。さらに、ＥＣＵ４は、第３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する。
【００３２】
また、被毒回復制御中において、全気筒の燃焼が一回ずつ行われると、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ッチにし、さらに、第３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。被毒回復制御中における第１気筒群、第２気筒群及び第３気筒群での空燃比の切り替えは、全気筒への燃焼が完了する毎に行われる。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】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１１６に移行する。
【００３６】
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。
【００３７】
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１１６に移行する。
【００３８】
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に示すように第１気筒群の各気筒がリッチ空燃比に設定され、第２気筒群に各気筒がリーン空燃比に設定され、さらに第３気筒群の各気筒がリッチ空燃比に設定される。（ステップ１０６）。
【００３９】
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。
【００４０】
【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。
【００４１】
すなわち、図６に示すように、例えば第１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１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４６ａ，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７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７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。
【００４２】
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。
【００４３】
次のステップ１１２では例えば第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１１２：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１１２：ＹＥＳ）には処理はステップ１１４に移行する。
【００４４】
ステップ１１４では、被毒回復制御において各気筒群における各気筒の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。
【００４５】
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エンジン２の各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えるようにしている。従って、各気筒への空気分配に誤差があったとしても、各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替えるようにしているので、リッチ空燃比にするための燃料量とリーン空燃比にするための燃料量とのトータルが、吸入空気量に対してストイキ空燃比となる。そのため、被毒回復制御中において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０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、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００４６】
・　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。
【００４７】
・　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。
【００４８】
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。
【００４９】
・　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。
【００５０】
・　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。
【００５１】
・　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。
【００５２】
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、該合流排気通路には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いて各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに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】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 (4)

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、該合流排気通路には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いて各気筒の空燃比を燃焼毎にリッチ空燃比とリーン空燃比とに切り替える
   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、
   前記複数の気筒は点火順序に従って、少なくとも１つの気筒を含む複数の気筒群に分割され、
   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。
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。
4. 請求項１〜３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、各バンクにおいて点火順序に従って、一対の気筒が各気筒群を構成している
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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