JP2007309108A

JP2007309108A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2007309108A
Application number: JP2006136261A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Sugiyama; 敏久杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】各気筒群のそれぞれの排気系に独立してＮＯｘ吸蔵還元触媒が配設された内燃機関の排気浄化装置において、それぞれのＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ吸蔵量を正確に把握することができ、硫黄被毒回復処理の向上を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、各気筒群のそれぞれの排気系に独立してＮＯｘ吸蔵還元触媒が配設された内燃機関の排気浄化装置において、各気筒群のそれぞれの吸入空気量と、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する各排気のそれぞれの空燃比とに基づいて、各気筒群のそれぞれの消費燃料量を算出し、該消費燃料量に基づいて、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量を算出し、該硫黄酸化物の吸蔵量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から硫黄酸化物を放出する硫黄被毒回復処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置、特に、排気浄化性能を維持すべく硫黄成分を排気浄化触媒から放出する硫黄被毒回復処理が必要となる排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気浄化性能を維持すべく硫黄被毒回復処理が必要になると考えられる内燃機関の排気浄化触媒の一つに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒がある。燃費の向上および排出ガス規制の観点から、ガソリン内燃機関において運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される希薄燃焼内燃機関の実用化が進められているとともに、ディーゼル内燃機関の適用範囲が拡大されつつある。ディーゼル内燃機関や希薄燃焼ガソリン内燃機関では、リーン空燃比すなわち空気過剰のもとで燃料が燃焼せしめられるため、不完全な燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）の排出量が少ない反面、ＮＯｘ（窒素酸化物）が多くなり、排出された有害なＮＯｘの放出を妨げる何らかの策を講ずる必要がある。

ＮＯｘの大気中への放出量を低減する一手段として、内燃機関の排気系にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配設することが知られている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘを硝酸塩の形態で吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに、吸蔵したＮＯｘを放出する役割を果たすものである。放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣや還元成分（ＣＯ、Ｈ_２等）により還元浄化せしめられる。

このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素濃度が高い希薄燃焼の排気中からＮＯｘを良好に吸蔵し、定期的なリッチ混合気燃焼運転（リッチスパイク運転とも称す）によって、排気中の酸素濃度を低下させるとともに排気中にＨＣやＣＯ、Ｈ_２等の還元成分を存在させ、吸蔵したＮＯｘを大気中に放出させることなく良好に還元浄化することができる。

しかしながら、このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置においては、燃料中の硫黄成分に起因するＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力の低下、いわゆる硫黄被毒が問題となる。

内燃機関の燃料、例えばガソリンや軽油などの燃料には、硫黄成分が含有している場合が多く、この場合、燃焼後の排気中には、ＳＯ₂やＳＯ₃などのＳＯｘ（硫黄酸化物）が含まれることになる。排気中にＳＯｘが存在すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、ＮＯｘの吸蔵を行う一方で、排気中のＳＯｘも硫酸塩の形態で吸蔵することが知られている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘは安定していて分解しづらく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から脱離しないことが明らかにされている。

このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が、排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域、例えば、３００℃〜４５０℃の温度領域で、ＳＯｘを含有する排気に対して使用される場合、ＮＯｘの吸蔵および還元浄化が行われる一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒にはＳＯｘが分解されず残存する。従って、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＳＯｘ量が増大することになり、かくして、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸蔵することができるＮＯｘ量が低下することになり、いわゆる硫黄被毒（またはＳ被毒）の問題が生じる。

一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させることで、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を６００℃以上に上昇させることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを熱分解させ放出させることができることが明らかにされている。

そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える内燃機関の排気浄化装置においては、硫黄被毒を解消する一つの方法として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にしつつＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させ所定温度に制御する、硫黄被毒回復処理が適用されている。該硫黄被毒回復処理によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを熱分解し、この熱分解されたＳＯｘのＮＯｘ吸蔵還元触媒への再吸蔵を防止しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯｘを放出することが可能となる。

特開２００４−５２６４１号公報

ところで、複数の気筒群を有する内燃機関の排気浄化装置であって、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して排気浄化触媒が配設された内燃機関の排気浄化装置がある。各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設される排気浄化触媒として上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒が適用された場合には、排気浄化性能を維持するために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量に応じて硫黄被毒回復処理を実行することが必要となる。

各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設されたＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量を特定する一つの手段としては、各気筒群にて消費された燃料量の合計量となる総燃料消費量と燃料中において硫黄成分が含有する割合とから、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の合計量となる総ＳＯｘ吸蔵量を算出し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して均等にＳＯｘが吸蔵されたものとして、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量を算出することが考えられる。

しかしながら、消費燃料量や吸入空気量が気筒群毎に異なる場合、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設された各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量は異なることになる。従って、上記にように各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して均等にＳＯｘが吸蔵されたものとして算出されたＳＯｘ吸蔵量に基づいて硫黄被毒回復処理が実行された場合には、例えば、算出されたＳＯｘ吸蔵量よりも多い量のＳＯｘが吸蔵されたＮＯｘ吸蔵還元触媒に対しては、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒から十分な量のＳＯｘを放出することできずに、排気エミッションの悪化をもたらす可能性がある。

従って、より最適な硫黄被毒回復処理を実行するためには、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設された、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれのＳＯｘ吸蔵量を、より正確に把握することが必要となる。

特許文献１においては、気筒群毎にそれぞれ排気浄化用の触媒を備えた内燃機関において、排気系温度が気筒群毎に異なる場合があることに着眼して、硫黄被毒回復処理が開始されるときの気筒群間の温度差を小さくすることにより、例えば、排気系温度が高い気筒群に硫黄被毒回復処理時間をあわせると排気系温度が低い側の気筒群の排気浄化触媒に対する硫黄被毒回復処理が不十分となるような問題を解消し、硫黄被毒回復処理の向上を図ることが記載されている。

しかしながら、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設された各排気浄化触媒の、それぞれのＳＯｘ吸蔵量の相違に着眼して、硫黄被毒回復処理の向上を図る手段については記載されていない。

本発明は上記課題に鑑み、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設された排気浄化触媒であって、排気浄化性能を維持するために硫黄被毒回復処理が必要となる排気浄化触媒、特にＮＯｘ吸蔵還元触媒が配設された内燃機関の排気浄化装置において、それぞれの上記排気浄化触媒におけるＳＯｘ吸蔵量を正確に把握することができ、硫黄被毒回復処理の向上を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、少なくとも２つの気筒群と、流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であって、前記各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設されたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にしつつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定温度に制御し、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘとともに吸蔵した硫黄酸化物を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出させる硫黄被毒回復処理を実行する硫黄被毒回復処理制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記各気筒群のそれぞれの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する各排気のそれぞれの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と前記排気空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて前記各気筒群のそれぞれの消費燃料量を算出する消費燃料量算出手段と、前記消費燃料量算出手段により算出された消費燃料量に基づいて前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量を算出する硫黄吸蔵量算出手段と、を具備し、前記硫黄吸蔵量算出手段により算出された前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量に基づいて前記硫黄被毒回復処理を実行する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

すなわち、請求項１に発明では、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設されたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵された硫黄酸化物を該ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出させる硫黄被毒回復処理を実行する硫黄被毒回復処理制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、各気筒群のそれぞれの吸入空気量と、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する各排気のそれぞれの空燃比とに基づいて、各気筒群のそれぞれの消費燃料量を算出し、該消費燃料量に基づいて、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量を算出する。これにより、各気筒群にて消費された燃料量の合計量となる総燃料消費量と燃料中において硫黄成分が含有する割合とから、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の合計量となる総ＳＯｘ吸蔵量を算出し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して均等にＳＯｘが吸蔵されたものとして、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量を算出する場合と比較して、より正確な各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量を算出することでき、硫黄被毒回復処理の向上を図ることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、前記吸入空気量検出手段は、前記各気筒群のそれぞれに分配される前の吸入空気量となる総吸入空気量を検出する総吸入空気量検出手段を有し、前記各気筒群に均等な吸入空気量が分配されるものとして、前記総吸入空気量に基づいて前記各気筒群のそれぞれの吸入空気量を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。

すなわち、請求項２に発明では、各気筒群のそれぞれに分配される前の吸入空気量となる総吸入空気量を検出し、各気筒群に均等な吸入空気量が分配されるものとして、総吸入空気量に基づいて各気筒群のそれぞれの吸入空気量を算出する。

請求項３に記載の発明によれば、前記吸入空気量検出手段は、前記各気筒群のそれぞれに分配された吸入空気量となる個別吸入空気量を検出する個別吸入空気量検出手段を有し、該個別吸入空気量検出手段により前記各気筒群のそれぞれの吸入空気量を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。

すなわち、請求項３に発明では、各気筒群のそれぞれに分配された吸入空気量となる個別吸入空気量を検出し、各気筒群のそれぞれの吸入空気量を検出する。

各請求項の記載の発明によれば、各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設された排気浄化触媒であって、排気浄化性能を維持するために硫黄被毒回復処理が必要となる排気浄化触媒、特にＮＯｘ吸蔵還元触媒が配設された内燃機関の排気浄化装置において、それぞれのＮＯｘ吸蔵還元触媒における硫黄酸化物の吸蔵量を、より正確に把握することができ、硫黄被毒回復処理の向上を図ることが可能となる共通の効果を奏する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。尚、各図面において同一又は対応する部分には同一の符号が付されている。図１は、本発明の排気浄化装置を自動車用Ｖ型８気筒内燃機関に適用した場合の第一の実施形態の概略図である。尚、ここでの内燃機関はディーゼルエンジンであってもよく、またガソリンエンジンであってもよい。

図１において、１は内燃機関本体あり、該内燃機関本体１は第一気筒（♯１）、第二気筒（♯２）、第三気筒（♯３）、第四気筒（♯４）からなる第一気筒群１００と、第五気筒（♯５）、第六気筒（♯６）、第七気筒（♯７）、第八気筒（♯８）からなる第二気筒群２００とを有している。

図１に示されているように、第一気筒群１００の各気筒に連結されている吸気マニホルド１０１と、第二気筒群２００の各気筒に連結されている吸気マニホルド２０１とは吸気管２を介して、エアクリーナ３に連結される。吸気管２には、吸入空気流量を検出するエアフローメータ４が設けられている。該エアフローメータ４は、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに分配される前の吸入空気量となる総吸入空気量を検出するために使用される。

第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３へと排気を導く通路となる第一の排気系１０５は、排気マニホルド１０２や排気管１０４などから構成される。第一気筒群１００の各気筒に連結されている排気マニホルド１０２は排気管１０４を介して第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３へと連結される。

一方、第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３へと排気を導く通路となる第二の排気系２０５は、排気マニホルド２０２や排気管２０４などから構成される。第二気筒群２００の各気筒に連結されている排気マニホルド２０２は排気管２０４を介して第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３へと連結される。

また、第一気筒群１００の第一の排気系１０５には、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサー１０が配設されている。更に、第二気筒群２００の第二の排気系２０５には、第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３に流入する排気の空燃比を検出する空燃比センサー２０が配設されている。本実施形態においては、上記各空燃比センサーは、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側近傍部に配設される。しかしながら、上記各空燃比センサーの配置はこれに限定されるものではなく、他の適当な配置とされてもよい。

図１において、１１および２１はＮＯｘ還元触媒温度検出手段を示す。該ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度検出手段１１、２１は、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のそれぞれの温度を検出する役割を果すものである。ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の内燃機関本体１に近い上流側に配設された排気温度センサーにより検出された温度情報に基づいて推定される。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度検出手段１１、２１は、排気温度センサーを主要素として構成されることになる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度検出手段１１，２１は、後述する電子制御ユニット５０に、検出した各ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度情報を伝達可能に構成されている。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）５０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知のデジタルコンピュータを具備し、各種センサーや各種手段との信号のやり取りをして、機関回転数や燃料噴射量などの制御に必要なパラメータを求めるとともに、求められたパラメータに基づいて空燃比制御や点火時期制御や硫黄被毒回復処理制御等の機関の運転に関する種々の制御を行う。

また、図１に示されるように、ＥＣＵ５０には、硫黄被毒回復処理制御手段５１、硫黄吸蔵量算出手段５２、吸入空気量検出手段５３、排気空燃比検出手段５４および消費燃料量算出手段５５が、これらの各検出手段あるいは各算出手段とＥＣＵ５０との情報のやり取りが可能なように接続されている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに、排気中のＮＯｘを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵することで排気中からＮＯｘを除去し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比あるいはストイキであるときに、吸蔵したＮＯｘを放出する機能を有する。放出されたＮＯｘは、排気に含まれるＨＣや還元成分となるＣＯ、Ｈ₂等と反応して還元浄化せしめられる。

このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒は、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに排気中のＮＯｘを吸蔵する一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気中にＳＯｘが含まれている場合には、ＮＯｘと同様にＳＯｘも吸蔵することが知られている。内燃機関本体１に供給される燃料中には硫黄成分が含まれていることが多く、この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気中には硫黄分の燃焼により生じたＳＯｘが含まれることになり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒には、ＮＯｘばかりでなく、ＳＯｘも吸蔵されることになる。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘと比較して、安定度が高く分解しづらく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域内でＮＯｘ吸蔵還元触媒が使用されるかぎり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘは分解されずにＮＯｘ吸蔵還元触媒に残存することが知られている。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域内でＮＯｘ吸蔵還元触媒が使用されるかぎり、時間が経過するにつれて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＳＯｘ量は増大し、その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気中から吸蔵することができるＮＯｘ量は低下することになる。

しかるに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定の温度以上に、例えば６００℃以上に上昇させることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを熱分解し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から脱離することができることも知られている。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から脱離されたＳＯｘは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にすることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に再吸蔵されることなく放出せしめられる。

このことに基づいて、本実施形態の排気浄化装置には、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のそれぞれに流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にしつつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させ所定温度に制御する硫黄被毒回復処理を実行する機能を有する硫黄被毒回復処理制御手段５１が具備される。これにより、硫黄被毒の問題を解消し、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３の排気浄化性能を維持することを可能とする。

ところで、消費燃料量や吸入空気量等が第一気筒群１００と第二気筒群２００とにおいて異なる場合、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれの排気系に独立して配設された各ＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３、２０３のＳＯｘ吸蔵量は異なることになる。従って、例えば、各気筒群にて消費された燃料量の合計量となる総燃料消費量と燃料中において硫黄成分が含有する割合とから各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の合計量となる総ＳＯｘ吸蔵量を算出し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して均等にＳＯｘが吸蔵されたものとして各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ吸蔵量を算出し、該ＳＯｘ吸蔵量に基づいて硫黄被毒回復処理が実行された場合には、例えば、算出されたＳＯｘ吸蔵量よりも多い量のＳＯｘが吸蔵されたＮＯｘ吸蔵還元触媒に対しては、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒から十分な量のＳＯｘを放出することできずに、排気エミッションの悪化をもたらす可能性がある。

このことに基づいて、本実施形態の排気浄化装置は、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のそれぞれのＳＯｘ吸蔵量を、より正確に算出する硫黄吸蔵量算出手段５２を具備する。

本実施形態においては、硫黄吸蔵量算出手段５２は、吸入空気量検出手段５３、排気空燃比検出手段５４および消費燃料量算出手段５５のそれぞれから検出あるいは算出された情報に基づいて、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のそれぞれのＳＯｘ吸蔵量を算出するように構成される。

吸入空気量検出手段５３は、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに吸入される空気量を検出する役割を果すものである。図１に示す第一の実施形態においては、吸入空気量検出手段５３は、エアフローメータ４を使用して、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに分配される前の吸入空気量となる総吸入空気量を検出する総吸入空気量検出手段を有する。吸入空気量検出手段５３は、第一気筒群１００および第二気筒群２００に均等な吸入空気量が分配されるものとして、すなわち上記総吸入空気量の２分の１の吸入空気量が第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに分配されるものとして、上記総吸入空気量に基づいて第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに吸入される吸入空気量を算出するように構成される。

排気空燃比検出手段５４は、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３に流入するそれぞれの排気の空燃比を検出する役割を果すものである。本実施形態における排気空燃比検出手段５４においては、空燃比センサー１０により検出された空燃比を第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３に流入する排気の空燃比とし、空燃比センサー２０により検出された空燃比を第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３に流入する排気の空燃比とする。

消費燃料量算出手段５５は、吸入空気量検出手段５３により検出された吸入空気量と、排気空燃比検出手段５４により検出された排気空燃比とに基づいて、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれの消費燃料量を算出する役割を果すものである。例えば、第一気筒群１００の消費燃料量は、吸入空気量検出手段５３により検出された第一気筒群１００の吸入空気量を、排気空燃比検出手段５４により検出された第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３に流入する排気空燃比で除算することで算出される。また、例えば、第二気筒群２００の消費燃料量は、吸入空気量検出手段５３により検出された第二気筒群２００の吸入空気量を、排気空燃比検出手段５４により検出された第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３に流入する排気空燃比で除算することで算出される。

そして、硫黄吸蔵量算出手段５２は、消費燃料量算出手段５５により算出された各気筒群のそれぞれの消費燃料量に基づいて、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のそれぞれのＳＯｘ吸蔵量を算出する。例えば、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３のＳＯｘ吸蔵量は、消費燃料量算出手段５５により算出された第一気筒群１００の消費燃料量と燃料中の硫黄成分濃度とに基づいて算出される。また、例えば、第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のＳＯｘ吸蔵量は、消費燃料量算出手段５５により算出された第二気筒群２００の消費燃料量と燃料中の硫黄成分濃度とに基づいて算出される。尚、ここで、燃料中の硫黄成分濃度とは、燃料中の硫黄成分の含有する割合を示しものであり、使用される燃料の種類に応じて適宜設定されるものである。

このような硫黄吸蔵量算出手段５２によれば、各気筒群にて消費された燃料量の合計量となる総燃料消費量と燃料中の硫黄成分が含有する割合とから、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量の合計量となる総ＳＯｘ吸蔵量を算出し、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して均等にＳＯｘが吸蔵されたものとして、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘ量を算出する場合と比較して、より正確に各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＳＯｘ吸蔵量を把握することでき、硫黄被毒回復処理性能の向上を図ることが可能となる。

以下に、上述した各構成要素を有する本排気浄化装置が適用された図１に示す第一の実施形態の内燃機関において、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量を算出し、硫黄被毒回復処理を実行するまでの制御ルーチンの一実施形態について説明する。
図２は、本発明の排気浄化装置が適用された図１に示す第一の実施形態の内燃機関において、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量を算出し、硫黄被毒回復処理を実行するまでの制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。

図２に示す制御ルーチンにおいては、まず、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれの吸入空気量と、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のそれぞれに流入する排気の空燃比とに基づいて第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれの消費燃料量が算出される。次に、該消費燃料量に基づいて、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のぞれぞれのＳＯｘ吸蔵量が算出される。そして、該ＳＯｘ吸蔵量に基づいて硫黄被毒回復処理の必要性の有無が判断され、その必要性があると判断されると硫黄被毒回復処理が実行される。以下に、各ステップの詳細について述べる。

ステップ５０１においては、吸入空気量検出手段５３からの検出情報基づいて、ＥＣＵ５０により、前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までに、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに吸入された吸入空気量が算出される。

続くステップ５０２においては、排気空燃比検出手段５４からの検出情報に基づいて、ＥＣＵ５０により、前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３に流入した排気の平均空燃比と第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３に流入した排気の平均空燃比とが算出される。該排気の平均空燃比は、本実施形態においては、空燃比センサー１０、２０による検出値が所定時間毎にＥＣＵ５０に取り込まれ、ＥＣＵ５０にて、該検出値が積算され、積算された値を検出回数で除算することで算出される。ただし、該排気の平均空燃比の算出方法はこれに限定されることはなく、他の方法で算出されてもよい。また、空燃比センサー１０、２０による検出値をＥＣＵに取り込む所定時間の設定は、設計仕様により適宜決定されるものである。

続くステップ５０３においては、消費燃料量算出手段５５により、ステップ５０１で算出された吸入空気量とステップ５０２で算出された平均空燃比とに基づいて、ＥＣＵ５０により、前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれの消費燃料量が算出される。具体的には、第一気筒群１００の消費燃料量（Ｆ−Ｌ）は下記に示す式１にて算出され、第二気筒群２００の消費燃料量（Ｆ−Ｒ）は下記に示す式２にて算出される。
（Ｆ−Ｌ）＝（Ｃ−Ｌ）／（Ａ／Ｆ−Ｌ）・・・式１
（Ｆ−Ｒ）＝（Ｃ−Ｒ）／（Ａ／Ｆ−Ｒ）・・・式２

ここで、（Ｃ−Ｌ）は前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までに第一気筒群１００に吸入された吸入空気量、（Ｃ−Ｒ）は前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までに第二気筒群２００に吸入された吸入空気量、（Ａ／Ｆ−Ｌ）は前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３に流入した排気の平均空燃比、（Ａ／Ｆ−Ｒ）は前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３に流入した排気の平均空燃比、のそれぞれを示す。

尚、ステップ５０３における前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの各気筒群の消費燃料量の算出に当たっては、本実施形態においては、前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの吸入空気量と平均空燃比とから算出されるが、これに限られることはなく、吸入空気量検出手段５３により検出された吸入空気量と、排気空燃比検出手段５４により検出された空燃比とに基づいて算出されるのであれば他の方法で算出されてもよい。例えば、前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの間における、ある所定期間または所定時に吸入空気量検出手段５３により検出された吸入空気量と排気空燃比検出手段５４により検出された空燃比とに基づいて、前回の硫黄被毒回復処理の実行が終了されてから現状までの各気筒群の消費燃料量が算出あるいは推定されてよい。

続くステップ５０４においては、ステップ５０３にて算出された各気筒群の消費燃料量に基づいて、ＥＣＵ５０により、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のぞれぞれのＳＯｘ吸蔵量が算出される。具体的には、まず、使用される燃料の種類に応じて燃料中の硫黄成分の含有する割合を示す硫黄成分濃度が設定される。そして、第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３のＳＯｘ吸蔵量は、ステップ５０３にて算出された第一気筒群１００の消費燃料量（Ｆ−Ｌ）と燃料中の硫黄成分濃度とに基づいて算出される。また同様に、第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のＳＯｘ吸蔵量は、ステップ５０３にて算出された第二気筒群２００の消費燃料量（Ｆ−Ｒ）と燃料中の硫黄成分濃度とに基づいて算出される。

続くステップ５０５においては、ステップ５０４で算出された第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のぞれぞれのＳＯｘ吸蔵量に基づいて、ＥＣＵ５０により、該硫黄成分吸蔵量が所定量を越えたか否かが判定され、硫黄被毒回復処理の実行の必要性の有無が判断される。ステップ５０５で硫黄被毒回復処理の実行が必要であると判断された場合には、続くステップ５０６に進む。

ステップ５０６においては、ステップ５０４で算出された第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のぞれぞれのＳＯｘ吸蔵量に応じた、最適な硫黄被毒回復処理が実行される。

尚、硫黄被毒回復処理は所定の期間を有して定期的に行われるように制御されてもよい。その場合には、ステップ５０５は不必要となり、ステップ５０６においては、定期的に硫黄被毒回復処理が実行される際の、ステップ５０４で算出された第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒１０３および第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒２０３のぞれぞれのＳＯｘ吸蔵量に応じた、最適な硫黄被毒回復処理が実行される。

図３は、本発明の排気浄化装置を自動車用Ｖ型８気筒内燃機関に適用した場合の第二の実施形態の概略図である。

図３に示される第二の実施形態と図１に示される第一の実施形態とは、吸気系における吸気管およびエアフローメータの配置形態、および吸入空気量検出手段の構成のみが異なり、その他の構成は第一の実施形態と同様であり、その説明は省略する。また、図３に示される第二の実施形態における、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＳＯｘ吸蔵量を算出し硫黄被毒回復処理制御を実行するまでの制御ルーチンは、図２に示された制御ルーチンと同様であり、その説明は省略する。

図１に示される第一の実施形態においては、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに分配される前の吸入空気量となる総吸入空気量を検出するように、第一気筒群１００と第二気筒群２００とに吸入空気経路が分岐する吸気管２の分岐点よりも上流側にエアフローメータ４が配設されている。これに対して、図３に示される第二の実施形態においては、吸気管２の上記分岐点と各吸気マニホルド１０１、２０１との間の吸気通路のそれぞれに、別個のエアフローメータ５、６が配設される。

そして、図３に示される第二の実施形態における吸入空気量検出手段６３は、エアフローメータ５，６を使用して、第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれに分配された吸入空気量となる個別吸入空気量を検出する個別吸入空気量検出手段を有し、該個別吸入空気量検出手段により第一気筒群１００および第二気筒群２００のそれぞれの吸入空気量を検出するように構成される。

これにより、第一気筒群１００および第二気筒群２００に均等な吸入空気量が分配されるものとして各気筒群のそれぞれに吸入される空気量を算出する第一の実施形態の吸入空気量検出手段５３と比較して、第二の実施形態の吸入空気量検出手段６３は、より正確に各気筒群のそれぞれに吸入される吸入空気量を算出することができ、より正確な各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量を算出することが可能となる。

本発明の排気浄化装置を自動車用Ｖ型８気筒内燃機関に適用した場合の第一の実施形態の概略図である。本発明の排気浄化装置が適用された図１に示す第一の実施形態の内燃機関において、各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＳＯｘ吸蔵量を算出し、硫黄被毒回復処理制御を実行するまでの制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。本発明の排気浄化装置を自動車用Ｖ型８気筒内燃機関に適用した場合の第二の実施形態の概略図である。

符号の説明

１内燃機関本体
２吸気管
４エアフローメータ
１０、２０空燃比センサー
１００第一気筒群
１０１吸気マニホルド
１０２排気マニホルド
１０３第一のＮＯｘ吸蔵還元触媒
１０４排気管
１０５第一の排気系
２００第二気筒群
２０１吸気マニホルド
２０２排気マニホルド
２０３第二のＮＯｘ吸蔵還元触媒
２０４排気管
２０５第二の排気系

Claims

少なくとも２つの気筒群と、
流入する排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比のときに吸蔵したＮＯｘを排気中の還元成分を用いて還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒であって、前記各気筒群のそれぞれの排気系に独立して配設されたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にしつつ前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定温度に制御し、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘとともに吸蔵した硫黄酸化物を前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒から放出させる硫黄被毒回復処理を実行する硫黄被毒回復処理制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記各気筒群のそれぞれの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する各排気のそれぞれの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と、前記排気空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて、前記各気筒群のそれぞれの消費燃料量を算出する消費燃料量算出手段と、
前記消費燃料量算出手段により算出された消費燃料量に基づいて、前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量を算出する硫黄吸蔵量算出手段と、を具備し、
前記硫黄吸蔵量算出手段により算出された前記各ＮＯｘ吸蔵還元触媒のそれぞれの硫黄酸化物の吸蔵量に基づいて前記硫黄被毒回復処理を実行する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記吸入空気量検出手段は、前記各気筒群のそれぞれに分配される前の吸入空気量となる総吸入空気量を検出する総吸入空気量検出手段を有し、前記各気筒群に均等な吸入空気量が分配されるものとして、前記総吸入空気量に基づいて前記各気筒群のそれぞれの吸入空気量を算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記吸入空気量検出手段は、前記各気筒群のそれぞれに分配された吸入空気量となる個別吸入空気量を検出する個別吸入空気量検出手段を有し、該個別吸入空気量検出手段により前記各気筒群のそれぞれの吸入空気量を検出する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。