JP2015135077A

JP2015135077A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2015135077A
Application number: JP2014006761A
Authority: JP
Inventors: 祥尚篠田; Sachihisa Shinoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
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Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2015-07-27
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Abstract

【課題】この発明は内燃機関の制御装置に関し、複数の気筒群に対するリッチスパイクを一斉に実行する際の燃費の悪化を抑制することを目的とする。
【解決手段】２つの気筒群（バンク１，２）の両者に対するリッチスパイクを同時に開始する（ステップ１１０）。リッチスパイクの開始に際し、各バンクに接続されたＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤の量が算出される（ステップ１２０）。還元剤量の差が小さいか否かが判定される（ステップ１３０）。還元剤量差が閾値以下であると判定された場合、両バンクの目標空燃比が同一値に設定される（ステップ１４０）。還元剤量差が閾値を上回ると判定された場合、バンク１とバンク２の目標空燃比が異なる値に設定される（ステップ１５０）。これにより、バンク１とバンク２に対するリッチスパイクを同時刻に終了させる。
【選択図】図５

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関する。より具体的には、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒により浄化する内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、リーン燃焼運転を行う内燃機関の２つの気筒群の空燃比を一斉にストイキよりもリッチ側に設定してリッチスパイクを一斉に実行する際に、空燃比をリッチ側にする時間（リッチ時間）を気筒群毎に設定する装置が開示されている。この内燃機関は、２つの気筒群に対応する２つのＮＯｘ触媒を備えている。各ＮＯｘ触媒は、内燃機関のリーン燃焼時にＮＯｘを吸蔵し、内燃機関のリッチ燃焼時にＮＯｘを還元する機能を有している。リッチ時間を気筒群毎に設定すれば、リッチスパイク中に各ＮＯｘ触媒に吸蔵したＮＯｘを個別に還元して浄化できる。

また、特許文献１の装置では、各ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力に基づいて、これらに共通するリッチスパイクの実行周期を設定している。従って、ＮＯｘ吸蔵能力を上回る量のＮＯｘがＮＯｘ触媒に導入される前に、リッチスパイクを開始できる。また、特許文献１の装置では、各ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力に基づいてリッチ時間を設定し、尚且つ、リッチスパイクの開始後、リッチ時間が早く終了したＮＯｘ触媒の空燃比を、もう一方のＮＯｘ触媒のリッチ時間が終了するまでストイキ近傍に制御している。空燃比をストイキ近傍に制御すればＮＯｘ触媒への新たなＮＯｘの吸蔵を抑制できる。従って、新たなＮＯｘの吸蔵によって上述したリッチスパイクの実行周期が短くなるのを防止できる。

特開２００３−３４３３１４号公報特開２００６−００９７０２号公報特開２００１−０５００４１号公報特開２０００−２１３３４０号公報特開２００４−０５２６４１号公報

しかしながら、リッチ時間の終了後に空燃比をストイキ近傍に制御すると、リッチ時間の終了直後からリーン燃焼運転に戻す場合に比べて燃費が悪化する可能性がある。従って、燃費の観点から見た場合、特許文献１の装置には依然として改良の余地がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。即ち、複数の気筒群に対するリッチスパイクを一斉に実行する際の燃費の悪化を抑制することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
複数の気筒群を有する内燃機関の各気筒群に独立して接続された排気通路と、
前記排気通路毎に設けられ、前記内燃機関のリーン燃焼時に排気中のＮＯｘを吸蔵し、前記内燃機関のリッチ燃焼時に吸蔵したＮＯｘを還元し浄化するＮＯｘ触媒と、
前記気筒群の空燃比を一斉にストイキよりもリッチ側に設定してリッチスパイクを開始する際に各ＮＯｘ触媒に導入すべき還元剤の量を算出し、前記リッチスパイクの実行に際しては算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度よりも速めることにより、前記リッチスパイクの終了タイミングを前記気筒群の間で一致させるように構成された制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒に接続された気筒群の空燃比を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒に接続された気筒群の空燃比よりもリッチ側に設定するように構成されていることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の各気筒には、総燃料量に対する噴射割合を制御可能に構成されたポートインジェクタと筒内インジェクタとが設けられ、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒に接続された気筒群の筒内インジェクタの噴射割合を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒に接続された気筒群の筒内インジェクタの噴射割合に比べて高めるように構成されていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記ＮＯｘ触媒は、その床温をそれぞれ独立して制御可能に構成され、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒の床温を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒の床温に比べて上昇させるように構成されていることを特徴とする

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか１つにおいて、
前記ＮＯｘ触媒の下流には、前記ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元反応の生成物の濃度を検出する濃度検出手段がそれぞれ設けられ、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度よりも速めるリッチスパイクの実行中に検出した前記生成物の濃度に基づいて各ＮＯｘ触媒の性能を比較し、各ＮＯｘ触媒の性能が同等である場合には、前記リッチスパイクの次回の実行の際にはＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度の独立制御を禁止して、前記気筒群を一律に制御するように構成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、一斉に開始したリッチスパイクの終了タイミングを、気筒群の間で一致させることができる。従って、複数の気筒群に対するリッチスパイクを一斉に実行する際の燃費の悪化を抑制できる。

第２の発明によれば、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒に接続された気筒群の空燃比を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒に接続された気筒群の空燃比よりもリッチ側に設定できる。空燃比がストイキよりもリッチ側の場合、空燃比をよりリッチ側に設定するほど内燃機関から排出される還元剤量を多くできる。また、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度は、還元剤量を増やすほど速くなり、還元剤量を減らすほど遅くなる。従って、第２の発明によれば、リッチスパイクの終了タイミングを気筒群の間で一致させることができる。

第３の発明によれば、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒に接続された気筒群の筒内インジェクタの噴射割合を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒に接続された気筒群の筒内インジェクタの噴射割合よりも高い値に設定できる。筒内インジェクタの噴射割合を高めるほど内燃機関から排出される還元剤量を多くできる。また、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度は、還元剤量を増やすほど速くなり、還元剤量を減らすほど遅くなる。従って、第３の発明によれば、リッチスパイクの終了タイミングを気筒群の間で一致させることができる。

第４の発明によれば、還元剤量の多いＮＯｘ触媒の床温を、還元剤量の少ないＮＯｘ触媒の床温よりも高い値に設定できる。ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元反応は、適正な床温範囲内において進行する。この床温の範囲内におけるＮＯｘの還元速度は、床温が高いほど速く、床温が低いほど遅くなる。従って、第４の発明によれば、リッチスパイクの終了タイミングを気筒群の間で一致させることができる。

第５の発明によれば、各ＮＯｘ触媒の性能が同等である場合、リッチスパイクの次回の実行の際にはＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度の独立制御を禁止して、全ての気筒群を一律に制御することができる。全ての気筒群を一律に制御すれば、ＮＯｘの還元速度の制御を簡素化できる。即ち、第５の発明によれば、ＮＯｘの還元速度の制御の実行による制御負担を最小限に留めることができる。

実施の形態１のシステム構成を模式的に示す図である。リッチスパイクの終了タイミングに関する問題点を説明するための図である。リッチスパイクの終了タイミングに関する問題点を説明するための図である。本実施の形態におけるリッチスパイクの実行イメージを示す図である。実施の形態１において、ＥＣＵ６０により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。実施の形態２のシステム構成を模式的に示す図である。実施の形態３のシステム構成を模式的に示す図である。実施の形態４のシステム構成を模式的に示す図である。

実施の形態１．
先ず、図１乃至図５参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。

［システム構成の説明］
図１は、実施の形態１のシステム構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両等に搭載される内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の各気筒には、気筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタ１２が配置されている。筒内インジェクタ１２の代わりに、吸気ポート（図示しない）に燃料を噴射するポートインジェクタが配置されていてもよい。

内燃機関１０は、２つの気筒群（バンク）と、これらに対応する２つの排気通路とを備えている。具体的に、内燃機関１０は、１番および４番気筒に連通する排気通路１４と、２番および３番気筒に連通する排気通路２２とを備えている。なお、以下の説明においては、１番および４番気筒を有する気筒群を「バンク１」と、２番および３番気筒を「バンク２」とも称する。

排気通路１４には、三元触媒（Ｓ／Ｃ）１６、ＮＳＲ触媒（NOx Storage Reduction Catalyst）１８およびＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction Catalyst）２０がこの順序で配置されている。同様に、排気通路２２には、三元触媒２４、ＮＳＲ触媒２６およびＳＣＲ触媒２８がこの順序で配置されている。

内燃機関１０は、リーン空燃比からリッチ空燃比までの広い空燃比範囲で運転可能に構成されている。内燃機関１０は、リッチ空燃比の場合にＨＣおよびＣＯを排出し易く、また、リーン空燃比の場合にＮＯｘを排出し易い。三元触媒１６，２４は、リーン雰囲気において酸素を吸着しながらＮＯｘを還元してＮ_２に浄化する。他方、三元触媒１６，２４は、リッチ雰囲気において酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化してＨ_２Ｏ，ＣＯ_２に浄化する。

ＮＳＲ触媒１８，２６は、排気中に含まれるＮＯｘをリーン雰囲気において吸蔵する。また、ＮＳＲ触媒１８，２６は、吸蔵したＮＯｘをリッチ雰囲気において放出する。放出されたＮＯｘは、還元剤（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）により還元される。この際、ＮＳＲ触媒１８，２６において、ＮＯｘの還元により生成したＮ_２がＨ_２と更に反応することにより、アンモニアＮＨ_３が生成される。

ＳＣＲ触媒２０，２８は、リッチ雰囲気において生成されたＮＨ_３を吸蔵し、リーン雰囲気において、このＮＨ_３を還元剤として排気中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有している。ＳＣＲ触媒２０，２８によれば、ＮＳＲ触媒１８，２６の後段に吹き抜けてきたＮＨ_３やＮＯｘが大気中に放出されるのを抑制できる。

本実施形態のシステムは更に、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、ＮＳＲ触媒１８，２６の温度（床温）を検出する温度センサ３０の他、内燃機関１０の制御に必要な各種センサ（例えば、エンジン回転数を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータ、スロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ、エンジン水温を検出する温度センサ等）が電気的に接続されている。他方、ＥＣＵ６０の出力側には、１番〜４番気筒の筒内インジェクタ１２といった各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータ等を作動させることにより、内燃機関１０の運転に関する種々の制御を実行する。

［バンク１とバンク２に対するリッチスパイク］
本実施の形態においては、燃費低減の観点から、内燃機関１０の目標空燃比をストイキよりもリーン側の値（例えばＡ／Ｆ＝２５．０）に設定するリーン燃焼運転を行う。リーン燃焼運転中に三元触媒１６を通り抜けたＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１８に流入して吸蔵される。同様に、三元触媒２４を通り抜けたＮＯｘは、ＮＳＲ触媒２６に吸蔵される。ここで、ＮＳＲ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量（以下「ＮＯｘ吸蔵量」と称す。）がそのＮＳＲ触媒の吸蔵許容値を超えると、排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒をも通り抜けて大気中に排出されてしまう。そのため、本実施の形態においては、バンク１とバンク２の目標空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側の値に設定して、ＮＳＲ触媒１８，２６に吸蔵したＮＯｘを放出させるリッチスパイクを実行する。

リッチスパイクを実行することで、還元剤（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）を含む排気をＮＳＲ触媒１８，２６に導入してＮＯｘを還元できる。従って、ＮＳＲ触媒１８，２６のＮＯｘ吸蔵能力を回復できる。但し、このＮＯｘ吸蔵能力には個体差がある。そのため、ＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量がその吸蔵許容量を超えるタイミングと、ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量がその吸蔵許容量を超えるタイミングは、必ずしも一致しない。そこで、本実施の形態においては、一方のＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量がその吸蔵許容量に到達したタイミングで、バンク１とバンク２の両者に対するリッチスパイクを同時に開始する。リッチスパイク開始後のバンク１とバンク２の目標空燃比は、一定の値（例えばＡ／Ｆ＝１２．５）に設定される。

［実施の形態１の特徴的制御］
本実施の形態において、リッチスパイクは、バンク１とバンク２の目標空燃比をこの値からリーン側の値（例えばＡ／Ｆ＝２５．０）に戻すことにより終了する。このリッチスパイクの終了タイミングに関し、図２および図３を参照しながら説明する。図２および図３は、リッチスパイクの終了タイミングに関する問題点を説明するための図である。なお、これらの図において、バンク１とバンク２の両者に対するリッチスパイクは、時刻ｔ_０において開始される。また、これらの図の説明において、ＮＳＲ触媒１８，２６のＮＯｘ吸蔵量とは、この時刻ｔ_０における値を示している。

図２（Ａ）は、ＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量と、ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量が同等の場合を示している。この場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を同一の値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定すれば、これらのバンクに対するリッチスパイクを時刻ｔ_１において同時に終了できる。一方、図２（Ｂ）は、ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量がＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量よりも多い場合を示している。この場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を同一の値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定すると、バンク１に対するリッチスパイクは時刻ｔ_２で終了するが、バンク２に対するリッチスパイクは時刻ｔ_３まで継続されることになる。

図２（Ａ），（Ｂ）で説明した問題は、ＮＯｘ吸蔵能力の個体差に起因するものである。また、この問題は、ＮＳＲ触媒のＮＯｘ還元能力の個体差によっても起こり得る。何故なら、ＮＯｘ還元能力に個体差があれば、ＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量とＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵能力が同等であっても、リッチスパイクの終了タイミングにズレが生じるからである。このＮＯｘ還元能力は、ＮＳＲ触媒の温度（床温）や、ＮＳＲ触媒の劣化によって変わる。

図２（Ｂ）において、時刻ｔ_２以降のバンク１の目標空燃比は、リッチスパイクの開始前の値（Ａ／Ｆ＝２５．０）に戻される。そうすると、同図に示すように、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３まではバンク１とバンク２の間のトルク差が大きくなり、ドライバビリティが低下するという問題がある。このような理由から、リッチスパイクの終了タイミングは、バンク１とバンク２で揃えることが望ましい。

一方のバンクに対するリッチスパイクの終了タイミングを変更すれば、リッチスパイクの終了タイミングをバンク間で揃えることができる。図３（Ａ）は、バンク２に対するリッチスパイクの終了タイミングを時刻ｔ_２まで早めた場合を示している。しかし、この場合は、ＮＳＲ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘの放出が不十分となる。そうすると、ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量が再び吸蔵許容量に到達してしまい、リッチスパイクの実行頻度が増加した結果、燃費が悪化してしまう。図３（Ｂ）は、バンク１の終了タイミングを時刻ｔ_３まで延長した場合を示している。しかし、この場合は、バンク１にとっては過剰なリッチスパイクとなるので、燃費の悪化のみならずＨＣの排出量が増加するという問題も生じてしまう。

一方のバンクに対するリッチスパイクの終了後、当該バンクの目標空燃比を段階的にリーン側の値に戻すこともできる。図３（Ｃ）は、バンク１の終了タイミングを時刻ｔ_２に設定し、尚且つ、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３まではバンク１の目標空燃比をストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．６）に設定した場合を示している。しかし、この場合、図３（Ｂ）に比べれば改善するものの、依然として燃費の問題は完全には解消されない。

以上の問題に鑑み、本実施の形態では、リッチスパイクの開始に際して当該リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出する。この還元剤量は、各ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能力およびＮＯｘ還元能力に基づいて算出されるものである。また、本実施の形態では、算出した還元剤量に基づき、直後に実行するリッチスパイク中の目標空燃比をバンク毎に制御して、リッチスパイクの終了タイミングをバンク間で揃える。図４は、本実施の形態におけるリッチスパイクの実行イメージを示す図である。図４は、ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵能力がＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵能力よりも高い場合を示している。つまり、図２（Ｂ）同様、ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量がＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量よりも多い場合を示している。なお、図４の説明においては、ＮＳＲ触媒１８，２６のＮＯｘ還元能力が同等であるものとする。

図４に示すように、本実施の形態においては、バンク１の目標空燃比を通常の値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定する。一方、バンク２の目標空燃比は、この通常値よりもリッチ側の値（Ａ／Ｆ＝１２．０）に設定する。これにより、バンク２からの排気中の還元剤（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）の量を増やすことができるので、ＮＳＲ触媒２６におけるＮＯｘの還元速度を、ＮＳＲ触媒１８におけるＮＯｘの還元速度よりも速めることができる。従って、バンク１に対するリッチスパイクの終了タイミング（時刻ｔ_２）に、バンク２に対するリッチスパイクの終了タイミングを間に合わせることができる。よって、リッチスパイクの終了タイミングのズレに起因する不具合の発生を抑制できる。

［具体的処理］
次に、図５を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図５は、実施の形態１において、ＥＣＵ６０により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。

図５に示すルーチンにおいては、リッチスパイクの要求の有無が判定される（ステップ１１０）。ＮＳＲ触媒１８，２６の何れかのＮＯｘ吸蔵量が、吸蔵許容量に到達した場合にリッチスパイクの要求が有ると判定される。なお、各ＮＳＲ触媒の吸蔵許容量は予め設定されＥＣＵ６０に記憶されている値が用いられる。リッチスパイクの要求が無いと判定された場合、本ルーチンが閉じられる。

ステップ１１０において、リッチスパイクの要求が有る場合、各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）の量が算出される（ステップ１２０）。具体的には、各ＮＳＲ触媒の現時点におけるＮＯｘ還元能力が算出される。このＮＯｘ還元能力は、各ＮＳＲ触媒の床温と劣化度を変数として構築し、ＥＣＵ６０内に記憶しておいたモデル等に基づいて算出される。同時に、各ＮＳＲ触媒の現時点におけるＮＯｘ吸蔵量が算出される。ここで、リッチスパイクの要求があったバンクのＮＳＲ触媒の現時点におけるＮＯｘ吸蔵量は、吸蔵許容量に等しい。そのため、ここではリッチスパイクの要求があったバンクとは異なるバンクに接続されたＮＳＲ触媒に対する算出がなされる。そして、算出したＮＯｘ還元能力とＮＯｘ吸蔵量とに基づいて、各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤の量が算出される。なお、各ＮＳＲ触媒の床温は、温度センサ３０の出力値に基づいて算出される。また、各ＮＳＲ触媒の劣化度は、例えば、内燃機関１０の運転履歴、各バンクに対するリッチスパイクの過去の履歴などを考慮して構築し、ＥＣＵ６０内に記憶しておいたモデル等に基づいて算出される。

続いて、各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量の差が小さいか否かが判定される（ステップ１３０）。具体的には、ステップ１１０で算出した還元剤量の差が、閾値以下であるか否かが判定される。この閾値には、予め設定されＥＣＵ６０に記憶されている値が用いられる。この差が閾値以下であると判定された場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を同一値に設定しても、これらのバンクに対するリッチスパイクを同時刻に終了できると判断できる。そのため、この場合は、バンク１とバンク２の目標空燃比が通常値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定される（ステップ１４０）。

ステップ１３０において、還元剤量差が閾値を上回ると判定された場合、バンク１とバンク２の目標空燃比が異なる値に設定される。具体的には、ステップ１１０で算出した還元剤量の少ないバンクの目標空燃比が通常値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定され、同還元剤量の多いバンクの目標空燃比が、この通常値よりも低い値（Ａ／Ｆ＝１２．０）に設定される（ステップ１５０）。これにより、バンク１とバンク２に対するリッチスパイクを同時刻に終了させることが可能となる（ステップ１６０）。各ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量はリッチスパイク中に減少し、リッチスパイクの終了タイミングにおいて一致する。リッチスパイクの終了時点におけるＮＯｘ吸蔵量は、固定値（例えばゼロ）とすることができる。なお、ＥＣＵ６０内に別途記憶しておいたモデル等に基づいて、当該終了時点におけるＮＯｘ吸蔵量を求めてもよい。

ステップ１６０に続いて、リーン燃焼運転が開始される（ステップ１７０）。リーン燃焼運転の開始に際しては、リーン燃焼運転の許可条件の成立が確認される。この許可条件には、ＮＳＲ触媒１８，２６やＳＣＲ触媒２０，２８の床温が一定範囲内にあること、エンジン水温が所定値以上であること、エンジン回転数や負荷から内燃機関１０の運転状態が定常であること等が挙げられる。

以上、図５に示したルーチンによれば、一方のＮＳＲ触媒に対するリッチスパイク要求が有る場合に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、この還元剤量の差に応じてバンク１とバンク２の目標空燃比を設定できる。従って、ＮＳＲ触媒１８，２６のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が異なる場合においても、バンク１とバンク２に対するリッチスパイクを同時刻に終了させることができる。よって、リッチスパイクの終了タイミングのズレに起因する不具合の発生を抑制できる。

ところで、上記実施の形態１においては、内燃機関１０が２つのバンクと、このバンクに対応する２つのＮＳＲ触媒を備えるとしたが、３つ以上のバンクと、これらのバンクに対応するＮＳＲ触媒を備えていてもよい。この場合においても、各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、この還元剤量の差に応じて各バンクの目標空燃比を設定すれば、全バンクに対するリッチスパイクを同時刻に終了させることができる。なお、本変形例は、後述する実施の形態２や３においても同様に適用が可能である。

また、上記実施の形態１においては、内燃機関１０の１番および４番気筒をバンク１とし、２番および３番気筒をバンク２とした。しかし、バンク１，２の設定は、内燃機関１０の気筒数や気筒配列に応じて各種の変形が可能である。例えば、内燃機関１０が２つの気筒群と、これらの気筒群に対応するＮＳＲ触媒とを備えるＶ型エンジンの場合には、一方の気筒群をバンク１とし、他方の気筒群をバンク２としてもよい。

また、上記実施の形態１においては、リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を、各ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能力およびＮＯｘ還元能力に基づいて算出した。しかし、各ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵能力にのみ基づいて当該還元剤量を算出してもよい。床温と劣化度が両ＮＳＲ触媒において同一であると仮定すれば、ＮＯｘ吸蔵量にのみ基づいて当該還元剤量を算出できる。

また、上記実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１８，２６の温度を温度センサ３０によって検出したが、これらの温度を推定によって求めてもよい。

なお、上記実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１８，２６が上記第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に相当している。
また、ＥＣＵ６０が図５のステップ１１０〜１６０の処理を実行することにより、同発明における「制御手段」が実現される。

実施の形態２．
次に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。なお、本実施の形態の説明においては、実施の形態１との共通部分についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１と異なる部分について重点的に説明するものとする。

［システム構成の説明］
図６は、実施の形態２のシステム構成を模式的に示す図である。図６に示すように、本実施形態のシステムは、気筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタ１２の他に、吸気ポート（図示しない）に燃料を噴射するポートインジェクタ３２を気筒毎に備えている。これらのポートインジェクタ３２は、ＥＣＵ６０の出力側に接続されている。ＥＣＵ６０は、総燃料量に対する筒内インジェクタ１２の噴射割合（以下「直噴割合」ともいう）を設定するように構成されている。

［実施の形態２の特徴的制御］
上記実施の形態１においては、リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、これらの還元剤量の差が閾値を上回る場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を異なる値に設定した。本実施の形態においては、該還元剤量差が閾値を上回る場合、直噴割合をバンク毎に設定して、実施の形態１と同様の機能を実現させる。なお、バンク１とバンク２の目標空燃比は同一値に設定する。

ポートインジェクタからの燃料は吸気と混合して、筒内に均一な混合気を形成する。そのため、ポートインジェクタからの燃料を燃焼した場合には、筒内インジェクタからの燃料を燃焼した場合に比べて排気中の還元剤（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）の量が少なくなる。よって、バンク１とバンク２の直噴割合を異なる値に設定すれば、バンク１からの排気中の還元剤量とバンク２からの排気中の還元剤量を変えることができる。

ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量がＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量よりも多い場合を例に、本実施の形態の特徴的制御を説明する。この場合、バンク１の直噴割合よりもバンク２の直噴割合の方が高くなるように各バンクの直噴割合を設定する。これにより、バンク２からの排気中の還元剤（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２）の量を増やすことができるので、ＮＳＲ触媒２６におけるＮＯｘの還元速度を、ＮＳＲ触媒１８におけるＮＯｘの還元速度よりも速めることができる。

以上、実施の形態２によれば、バンク１とバンク２に対するリッチスパイクを同時刻に終了させることができる。よって、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

ところで、上記実施の形態２においては、直噴割合をバンク毎に設定したが、直噴割合の代わりに、総噴射量に対するポートインジェクタ３２の噴射割合（ポート噴射割合）をバンク毎に設定してもよい。

実施の形態３．
次に、図７を参照しながら、本発明の実施の形態７について説明する。なお、本実施の形態の説明においては、実施の形態１との共通部分についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１と異なる部分について重点的に説明するものとする。

［システム構成の説明］
図７は、実施の形態３のシステム構成を模式的に示す図である。図７に示すように、本実施形態のシステムは、排気通路１４に設けられた過給機のタービン３４と、タービン３４をバイパスする排気バイパス通路３６と、排気バイパス通路３６に設けられたＷＧＶ（Ｗaste Ｇate Ｖalve）３８とを備えている。また、本実施形態のシステムは、排気通路２２に設けられた過給機のタービン４０と、タービン４０をバイパスする排気バイパス通路４２と、排気バイパス通路４２に設けられたＷＧＶ４４とを備えている。

本実施形態のシステムは、更に、排気通路１４，２２から吸気通路（図示しない）へ排気を再循環させるＥＧＲ通路４６，４８と、ＥＧＲ通路４６，４８に設けられたＥＧＲバルブ５０，５２とを備えている。ＷＧＶ３８，４４およびＥＧＲバルブ５０，５２は、ＥＣＵ６０の出力側に接続されている。

［実施の形態３の特徴的制御］
上記実施の形態１においては、リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、これらの還元剤量の差が閾値を上回る場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を異なる値に設定した。本実施の形態においては、該還元剤量差が閾値を上回る場合、リッチスパイク中のＮＳＲ触媒１８，２６の床温を異なる値に制御して、実施の形態１と同様の機能を実現させる。ＮＳＲ触媒上で進行するＮＯｘの還元反応は、ＮＳＲ触媒の床温が高くなるほど活性化する。そのため、ＮＳＲ触媒の床温を適正な範囲内で上昇させれば、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの還元速度を速めることができる。

ＮＳＲ触媒２６のＮＯｘ吸蔵量がＮＳＲ触媒１８のＮＯｘ吸蔵量よりも多い場合を例に、本実施の形態の特徴的制御を説明する。この場合は、ＷＧＶ４４の開度がＷＧＶ３８の開度よりも大きくなるように制御する。これにより、タービン４０をバイパスする排気量を、タービン３４をバイパスする排気量よりも多くする。或いは、ＥＧＲバルブ５２の開度をＥＧＲバルブ５０の開度よりも小さくなるように制御する。これにより、ＮＳＲ触媒２６に導入する排気量をＮＳＲ触媒１８に導入する排気量よりも多くする。或いは、バンク２の筒内インジェクタ１２の燃料噴射タイミングを、バンク１の筒内インジェクタ１２の燃料噴射タイミングよりも遅角側に制御する。これにより、バンク１よりもバンク２の後燃え期間を長くする。

上述した３つの制御によれば、ＮＳＲ触媒２６の床温をＮＳＲ触媒１８の床温よりも高温化できる。従って、ＮＳＲ触媒２６におけるＮＯｘの還元速度を、ＮＳＲ触媒１８におけるＮＯｘの還元速度よりも速めることができる。なお、これらの制御は、単独で実行してもよいし、２つ以上を同時に実行してもよい。

以上、実施の形態３によれば、バンク１とバンク２に対するリッチスパイクを同時刻に終了させることができる。よって、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態で示したＷＧＶやＥＧＲバルブの制御によれば、バンク毎の制御を行わずに済むので、リッチスパイク実行中の制御を簡素化できる。

ところで、上記実施の形態においては、上述した３つの制御によってＮＳＲ触媒１８，２６の床温を異なる値に制御したが、他の制御によってＮＳＲ触媒１８，２６の床温を制御することもできる。他の制御としては、例えば、排気バルブの閉じ時期をバンク間で変える制御が挙げられる。排気バルブの閉じ時期を進角すると、筒内に閉じ込められた既燃ガスが圧縮されてポンプ損失が発生する。発生したポンプ損失は、その後に筒内に吸入される空気の熱エネルギに変換されるので、圧縮上死点における筒内温度が上昇する。その結果、排気損失が増大して排気温度が上昇する。従って、バンク１とバンク２で排気バルブの閉じ時期を変える制御によっても、ＮＳＲ触媒１８，２６の床温を異なる値に制御できる。

実施の形態４．
次に、図８を参照しながら、本発明の実施の形態４について説明する。なお、本実施の形態の説明においては、実施の形態１との共通部分についてはその説明を省略或いは簡略し、実施の形態１と異なる部分について重点的に説明するものとする。

［システム構成の説明］
図８は、実施の形態４のシステム構成を模式的に示す図である。図８に示すように、本実施形態のシステムは、ＮＳＲ触媒１８とＳＣＲ触媒２０の間に設けられたＮＯｘセンサ５４と、ＮＳＲ触媒２６とＳＣＲ触媒２８の間に設けられたＮＯｘセンサ５６と、を備えている。ＮＯｘセンサ５４，５６は、排気中のＮＯｘ濃度に加えて、ＮＨ_３濃度をも検出可能に構成されている。

［実施の形態４の特徴的制御］
上記実施の形態１においては、リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、この還元剤量差に応じて各バンクの目標空燃比を設定した。しかし、この還元剤量は、ＮＳＲ触媒１８，２６のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力の推定値であり必ずしも正確ではない。そのため、例えば、還元剤量差が閾値を上回ると判定されたにも関わらず、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が同等と見做せる場合もある。

そこで、本実施の形態においては、一方のＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの還元速度を、他方のＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの還元速度よりも速めるリッチスパイクの実行中におけるＮＯｘセンサ５４，５６の出力値の挙動からＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力を推定する。上述したように、リッチ雰囲気においては、ＮＳＲ触媒１８，２６においてＮＯｘが還元されてＮ_２が生成し、このＮ_２がＨ_２と更に反応してＮＨ_３が生成する。生成したＮＨ_３は、ＮＳＲ触媒１８，２６の下流に流れてＮＯｘセンサ５４，５６によって検出される。従って、リッチスパイク中のＮＯｘセンサ５４，５６の出力値の挙動は、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力と高い相関があると言える。

本実施の形態においては、この挙動の比較により、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が同等であるか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘセンサ５４，５６においてＮＨ_３の検出が終了したタイミング（例えば、ＮＯｘセンサの出力値が所定値以下となったタイミング）を比較する。そして、当該終了タイミングの差が所定時間以下の場合、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が同等であると判定する。そして、同等であると判定された場合、次回のリッチスパイクの実行に際しては、バンク１とバンク２の目標空燃比の独立制御を禁止して、該目標空燃比を一律に制御する。具体的には、リッチスパイクの要求があったバンクの目標空燃比に合わせてバンク１とバンク２に対するリッチスパイクを実行する。

一方、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が同等でないと判定された場合は、今回のリッチスパイクと同様に、次回のリッチスパイクにおいてもバンク毎に目標空燃比を制御する。

以上、実施の形態４によれば、リッチスパイク中のＮＯｘセンサ５４，５６の出力値の挙動の比較によって、次回のリッチスパイクにおける目標空燃比を一律制御に切り換えることができる。一律制御に切り換えれば、バンク毎の制御を行わずに済むので、リッチスパイク実行中の制御を簡素化できる。

なお、上記実施の形態４においては、ＮＯｘセンサ５４，５６が上記第５の発明における「濃度検出手段」に相当している。

１０内燃機関
１２筒内インジェクタ
１４，２２排気通路
１６，２４三元触媒
１８，２６ＮＳＲ触媒
２０，２８ＳＣＲ触媒
３２ポートインジェクタ
５４，５６ＮＯｘセンサ
６０ＥＣＵ

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか１つにおいて、
前記ＮＯｘ触媒の下流には、前記ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元反応の生成物の濃度を検出する濃度検出手段がそれぞれ設けられ、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度よりも速めるリッチスパイクの実行中に検出した前記生成物の濃度に基づいてＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力およびＮＯｘ還元能力の少なくとも一方を表すＮＯｘ触媒の性能をＮＯｘ触媒間で比較し、各ＮＯｘ触媒の性能が同等である場合には、前記リッチスパイクの次回の実行の際にはＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度の独立制御を禁止して、前記気筒群を一律に制御するように構成されていることを特徴とする。

続いて、各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量の差が小さいか否かが判定される（ステップ１３０）。具体的には、ステップ１２０で算出した還元剤量の差が、閾値以下であるか否かが判定される。この閾値には、予め設定されＥＣＵ６０に記憶されている値が用いられる。この差が閾値以下であると判定された場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を同一値に設定しても、これらのバンクに対するリッチスパイクを同時刻に終了できると判断できる。そのため、この場合は、バンク１とバンク２の目標空燃比が通常値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定される（ステップ１４０）。

ステップ１３０において、還元剤量差が閾値を上回ると判定された場合、バンク１とバンク２の目標空燃比が異なる値に設定される。具体的には、ステップ１２０で算出した還元剤量の少ないバンクの目標空燃比が通常値（Ａ／Ｆ＝１２．５）に設定され、同還元剤量の多いバンクの目標空燃比が、この通常値よりも低い値（Ａ／Ｆ＝１２．０）に設定される（ステップ１５０）。これにより、バンク１とバンク２に対するリッチスパイクを同時刻に終了させることが可能となる（ステップ１６０）。各ＮＳＲ触媒のＮＯｘ吸蔵量はリッチスパイク中に減少し、リッチスパイクの終了タイミングにおいて一致する。リッチスパイクの終了時点におけるＮＯｘ吸蔵量は、固定値（例えばゼロ）とすることができる。なお、ＥＣＵ６０内に別途記憶しておいたモデル等に基づいて、当該終了時点におけるＮＯｘ吸蔵量を求めてもよい。

［実施の形態２の特徴的制御］
上記実施の形態１においては、リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、これらの還元剤量の差が閾値を上回る場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を異なる値に設定した。本実施の形態においては、該還元剤量差が閾値を上回る場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を異なる値に設定するのではなく、直噴割合をバンク毎に設定して、実施の形態１と同様の機能を実現させる。なお、本実施の形態においては、当該リッチスパイク中におけるバンク１とバンク２の目標空燃比を同一値に設定する。

［実施の形態３の特徴的制御］
上記実施の形態１においては、リッチスパイク中に各ＮＳＲ触媒に導入すべき還元剤量を算出し、これらの還元剤量の差が閾値を上回る場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を異なる値に設定した。本実施の形態においては、該還元剤量差が閾値を上回る場合、バンク１とバンク２の目標空燃比を異なる値に設定するのではなく、リッチスパイク中のＮＳＲ触媒１８，２６の床温を異なる値に制御して、実施の形態１と同様の機能を実現させる。ＮＳＲ触媒上で進行するＮＯｘの還元反応は、ＮＳＲ触媒の床温が高くなるほど活性化する。そのため、ＮＳＲ触媒の床温を適正な範囲内で上昇させれば、ＮＳＲ触媒におけるＮＯｘの還元速度を速めることができる。

本実施の形態においては、この挙動の比較により、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が同等であるか否かを判定する。具体的には、ＮＯｘセンサ５４，５６においてＮＨ_３の検出が終了したタイミング（例えば、ＮＯｘセンサの出力値が所定値以下となったタイミング）を比較する。そして、当該終了タイミングの差が所定時間以上の場合、ＮＳＲ触媒１８，２６の実際のＮＯｘ吸蔵能力やＮＯｘ還元能力が同等であると判定する。そして、同等であると判定された場合、次回のリッチスパイクの実行に際しては、バンク１とバンク２の目標空燃比の独立制御を禁止して、該目標空燃比を一律に制御する。具体的には、リッチスパイクの要求があったバンクの目標空燃比に合わせてバンク１とバンク２に対するリッチスパイクを実行する。

Claims

複数の気筒群を有する内燃機関の各気筒群に独立して接続された排気通路と、
前記排気通路毎に設けられ、前記内燃機関のリーン燃焼時に排気中のＮＯｘを吸蔵し、前記内燃機関のリッチ燃焼時に吸蔵したＮＯｘを還元し浄化するＮＯｘ触媒と、
前記気筒群の空燃比を一斉にストイキよりもリッチ側に設定してリッチスパイクを開始する際に各ＮＯｘ触媒に導入すべき還元剤の量を算出し、前記リッチスパイクの実行に際しては算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度よりも速めることにより、前記リッチスパイクの終了タイミングを前記気筒群の間で一致させるように構成された制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒に接続された気筒群の空燃比を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒に接続された気筒群の空燃比よりもリッチ側に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の各気筒には、総燃料量に対する噴射割合を制御可能に構成されたポートインジェクタと筒内インジェクタとが設けられ、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒に接続された気筒群の筒内インジェクタの噴射割合を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒に接続された気筒群の筒内インジェクタの噴射割合に比べて高めるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記ＮＯｘ触媒は、その床温をそれぞれ独立して制御可能に構成され、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒の床温を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒の床温に比べて上昇させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記ＮＯｘ触媒の下流には、前記ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ還元反応の生成物の濃度を検出する濃度検出手段がそれぞれ設けられ、
前記制御手段は、算出した還元剤量の多いＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度を、算出した還元剤量の少ないＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度よりも速めるリッチスパイクの実行中に検出した前記生成物の濃度に基づいて各ＮＯｘ触媒の性能を比較し、各ＮＯｘ触媒の性能が同等である場合には、前記リッチスパイクの次回の実行の際にはＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの還元速度の独立制御を禁止して、前記気筒群を一律に制御するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。