JP4479603B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する触媒として、そこ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であるときに排気ガス中のＮＯｘを吸収し或いは吸蔵することによって保持すると共にそこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチとなるとそこに保持しているＮＯｘを還元浄化するタイプの触媒（以下「ＮＯｘ触媒」という）が知られている。こうしたＮＯｘ触媒を備えた内燃機関が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されている内燃機関は、６つの気筒を備え、これら気筒が２つの気筒群に分けられている。そして、各気筒群にそれぞれ排気管（以下「排気枝管」という）が接続され、これら排気枝管は、下流で合流して共通の１つの排気管（以下「共通排気管」という）となる。そして、共通排気管にＮＯｘ触媒が配置されている。

ところで、排気ガス中には、ＮＯｘの他に、硫黄酸化物（ＳＯｘ）も含まれている。そして、ＮＯｘがＮＯｘ触媒に保持されるとき、ＳＯｘもＮＯｘ触媒に保持されてしまう。このように、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが保持されてしまう（すなわち、ＮＯｘ触媒が硫黄成分によって被毒されてしまう）と、その分、ＮＯｘ触媒が保持することができるＮＯｘの量が少なくなってしまう。このため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持能力をできるだけ高く維持しておくためには、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去する必要がある。そして、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去する（すなわち、ＮＯｘ触媒を硫黄成分による被毒から回復させる）ためには、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘを除去可能な温度にまで上昇させると共に、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ（弱リッチ）にする必要がある。

そこで、特許文献１では、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去するために、次のような硫黄被毒回復制御を行うようにしている。すなわち、一方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリッチとし、他方の気筒群から排出される排気ガスの空燃比をリーンとし、これらリッチ空燃比の排気ガス（以下「リッチ排気ガス」という）とリーン空燃比の排気ガス（以下「リーン排気ガス」という）とをＮＯｘ触媒上流で合流させた後にＮＯｘ触媒に流入させるようにしている。ここで、特許文献１では、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが合流せしめられたときに、排気ガスのトータルの空燃比が理論空燃比となるように、リッチ排気ガスのリッチ度合およびリーン排気ガスのリーン度合が調整されている。

これによれば、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比となっており、さらに、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが合流すると、リッチ排気ガス中のＨＣがリーン排気ガス中の酸素と反応し、その反応熱でもって排気ガスの温度が上昇せしめられ、結果として、ＮＯｘ触媒の温度が上昇せしめられる。こうして、特許文献１では、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘを除去することができる温度にまで上昇させると共にＮＯｘ触媒に理論空燃比の排気ガスを供給して、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去するようにしている。

特開２００４−６８６９０号公報 特開平１１−３４３８３６号公報 特開２０００−１８０２５号公報 特開２００３−１２９８２９号公報

ところで、上述した硫黄被毒回復制御が実行されているとき、ＮＯｘ触媒内で排気ガス中のＨＣと酸素とが発熱反応するのであるが、この発熱反応はＮＯｘ触媒の上流側ほど活発に行われる傾向があり、このために、ＮＯｘ触媒内の温度にバラツキが生じてしまう。すなわち、ＮＯｘ触媒内には、非常に温度が高い領域もあれば温度が低い領域もあることになる。そして、この場合、ＳＯｘをＮＯｘ触媒から効率的に除去することができない。

そこで、本発明の目的は、硫黄被毒回復制御を実行したときにＳＯｘをＮＯｘ触媒から効率的に除去することにある。

上記課題を解決するために、１番目の発明では、複数の気筒を備え、これら気筒を少なくとも２つの気筒群に分け、各気筒群にそれぞれ排気枝管を接続すると共にこれら排気枝管を下流側で合流させて共通の１つの排気管に接続した内燃機関の排気浄化装置であって、上記共通の１つの排気管内にＮＯｘ触媒を配置し、該ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御として、一方の気筒群からはリッチ空燃比の排気ガスを排出させ、他方の気筒群からはリーン空燃比の排気ガスを排出させる制御を行う排気浄化装置において、硫黄被毒回復制御実行中に一方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスの空燃比と他方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスの空燃比とを、該硫黄被毒回復制御の開始直前におけるＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度と該硫黄被毒回復制御の開始直前における気筒内に吸入される空気の量との少なくとも一方に基づいて決定した空燃比とする特定空燃比制御を実行し、硫黄被毒回復制御実行中に一方の気筒群から排出させるリッチ空燃比の排気ガスの空燃比と他方の気筒群から排出させるリーン空燃比の排気ガスの空燃比として、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を回復させるのに最低限必要な温度にまでＮＯｘ触媒内の平均温度を上昇させることができる基準空燃比をそれぞれ予め求めておき、硫黄被毒回復制御の実行中において上記特定空燃比制御が中止される場合には、一方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスの空燃比と他方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスの空燃比とをそれぞれ対応する基準空燃比とする基準空燃比制御が実行される。

２番目の発明では、１番目の発明において、上記特定空燃比制御の実行中にＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度が上記最低限必要な温度よりも高い予め定められた上限温度を超えたときには、上記特定空燃比制御を中止し上記基準空燃比制御を実行する。

３番目の発明では、２番目の発明において、硫黄被毒回復制御の実行中に特定空燃比制御が中止されて基準空燃比制御が実行された後は、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の温度が上記最低限必要な温度よりも低く且つＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度が上記上限温度よりも低くなったときに基準空燃比制御を中止して特定空燃比制御を実行する。

４番目の発明では、２番目の発明において、硫黄被毒回復制御の実行中に特定空燃比制御が中止されて基準空燃比制御が実行された後は、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の温度が上記最低限必要な温度よりも低く且つＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度が上記上限温度よりも低くなったときに基準空燃比制御を中止し、両気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させる制御と両気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させる制御とを所定サイクル毎に交互に行う交互空燃比制御と上記特定空燃比制御とのいずれか一方をＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置に応じて選択的に実行する。

５番目の発明では、４番目の発明において、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置がより下流側であるときには上記交互空燃比制御を実行し、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置がより上流側であるときには上記特定空燃比制御を実行する。

６番目の発明では、４または５番目の発明において、上記交互空燃比制御を行うとき、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置が下流側にあるほど、上記所定サイクルを長くする。

７番目の発明では、１番目の発明において、硫黄被毒回復制御の開始から予め定められた時間が経過するまでは、上記特定空燃比制御を実行すると共に、上記予め定められた時間が経過した後は、上記特定空燃比制御を中止し上記基準空燃比制御を実行する。

８番目の発明では、１番目の発明において、硫黄被毒回復制御実行中、ＮＯｘ触媒内の平均温度が予め定められた温度よりも低い間は、上記特定空燃比制御を実行すると共に、ＮＯｘ触媒の温度が上記予め定められた温度を超えている間は、上記特定空燃比制御を中止し上記基準空燃比制御を実行する。

９番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、上記排気枝管に触媒が配置されており、上記硫黄被毒回復制御を終了するときには、該触媒が配置されている排気枝管に対応する気筒群からリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを排出させる終了時空燃比制御を実行する。

１０番目の発明では、９番目の発明において、上記気筒群が複数の気筒からなり、上記終了時空燃比制御において、一部の気筒からリッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に残りの気筒からリーン空燃比の排気ガスを排出させる。

１１番目の発明では、１〜１０番目の発明のいずれか１つにおいて、上記ＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分がＮＯｘ触媒の上流側の部分である。

本発明によれば、硫黄被毒回復制御を実行したときにＳＯｘがＮＯｘ触媒から効率的に除去される。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１において、１は内燃機関の本体を示し、♯１〜♯４はそれぞれ第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒を示している。各気筒には、それぞれ対応して、燃料噴射弁２１，２２，２３，２４が設けられている。また、各気筒には、それぞれ対応する吸気枝管３を介して吸気管４が接続されている。また、第１気筒および第４気筒には、第１の排気枝管５が接続されており、第２気筒および第３気筒には、第２の排気枝管６が接続されている。すなわち、第１気筒と第４気筒とをまとめて第１気筒群と称し、第２気筒と第３気筒とをまとめて第２気筒群と称したとき、第１気筒群には、第１の排気枝管５が接続されており、第２気筒群には、第２の排気枝管６が接続されている。そして、これら排気枝管５，６は、下流側において合流し、共通の１つの排気管７に接続されている。

なお、第１の排気枝管５は、下流側では１つの排気枝管であるが、上流側では２つに分岐しており、これら２つに分岐した排気枝管がそれぞれ第１気筒および第４気筒に接続されている。同様に、第２の排気枝管６も、下流側では１つの排気枝管であるが、上流側では２つに分岐しており、これら２つに分岐した排気枝管がそれぞれ第２気筒および第３気筒に接続されている。以下の説明では、排気枝管５，６の上流側の２つに分かれている部分を特定して表現する場合、これを「排気枝管の分岐部分」と表現し、排気枝管５，６の下流側の１つの部分を特定して表現する場合、これを「排気枝管の集合部分」と表現する。

各排気枝管５，６の集合部分には、それぞれ、三元触媒８，９が配置されており、排気管７には、ＮＯｘ触媒１０が配置されている。また、各三元触媒５，６上流の排気枝管５，６の集合部分には、それぞれ、空燃比センサ１１，１２が配置されている。また、ＮＯｘ触媒１０上流および下流の排気管７にも、それぞれ、空燃比センサ１３，１４が配置されている。さらに、ＮＯｘ触媒１０には、その上流側部分の温度を検出するための温度センサ１５と、その下流側部分の温度を検出するための温度センサ１６とが取り付けられている。

三元触媒８，９は、図２に示されているように、その温度が或る温度（いわゆる、活性温度）以上であって、且つ、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍（図２の領域Ｘ内）にあるときに、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および、炭化水素（ＨＣ）を同時に高い浄化率にて浄化する。一方、三元触媒は、そこ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であるときには、排気ガス中の酸素を吸収し、そこ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であるときには、吸収した酸素を放出する酸素吸放出能力を有する。この酸素吸放出能力が正常に機能する限り流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであってもリッチであっても、三元触媒内の雰囲気の空燃比がほぼ理論空燃比近傍に維持されるので、排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣが同時に高い浄化率で浄化される。

ＮＯｘ触媒１０は、その温度が或る温度（いわゆる、活性温度）以上であって、且つ、そこ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であるとき（大きいとき）に排気ガス中のＮＯｘを吸収または吸蔵することによって保持し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比または理論空燃比よりもリッチとなると保持しているＮＯｘを還元浄化する。

ところで、ＮＯｘ触媒１０にＮＯｘが保持される条件において、排気ガス中にＳＯｘが含まれていると、このＳＯｘもＮＯｘ触媒に保持されてしまう。上述したように、ＮＯｘ触媒にＳＯｘが保持されると、その分、ＮＯｘ触媒が保持することができるＮＯｘの量が少なくなってしまう。このため、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ保持能力をできるだけ高く維持しておくためには、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去する必要がある。ここで、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去するのに最低限必要な温度（以下「ＳＯｘ除去可能温度」という）にした状態で、ＮＯｘ触媒に理論空燃比またはリッチ（好ましくは、理論空燃比に極めて近いリッチ）の排気ガスを供給すれば、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去することができる。云い換えれば、本実施形態のＮＯｘ触媒は、その温度をＳＯｘ除去可能温度にした状態でそこに理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが供給されると、ＳＯｘを放出するものであると言える。

そこで、ＮＯｘ触媒１０からＳＯｘを除去することが要求されたときには、本実施形態では、以下の硫黄被毒回復制御を実行することによって、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ除去可能温度にすると共にＮＯｘ触媒に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスを供給する。すなわち、本実施形態の硫黄被毒回復制御では、第１気筒および第４気筒（すなわち、第１気筒群）からリッチ空燃比の排気ガス（以下「リッチ排気ガス」という）が排出されると共に第２気筒および第３気筒（すなわち、第２気筒群）からリーン空燃比の排気ガス（以下「リーン排気ガス」という）が排出されるように、各気筒に充填される混合気の空燃比（以下この空燃比を単に「気筒の空燃比」または「機関空燃比」ともいう）を制御する。

すなわち、硫黄被毒回復制御の実行中、リッチ排気ガスを排出させるべき気筒（以下「リッチ気筒」ともいう）においては、機関空燃比がリッチ空燃比とされ、リーン排気ガスを排出させるべき気筒（以下「リーン気筒」ともいう）においては、機関空燃比がリーン空燃比とされる。なお、硫黄被毒回復制御実行中における各気筒の空燃比、すなわち、リッチ気筒の空燃比のリッチ度合、および、リーン気筒の空燃比のリーン度合は、各気筒から排出されたリッチ排気ガスとリーン排気ガスとがＮＯｘ触媒上流で混ざり合ってＮＯｘ触媒１０に流入するときにトータルの排気ガスの空燃比が理論空燃比または所望のリッチ空燃比となるように調整される。これにより、ＮＯｘ触媒に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスが供給されることになる。そして、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが混ざり合うと、リッチ排気ガス中のＨＣとリーン排気ガス中の酸素とが反応し、反応熱が発生する。この熱によって、ＮＯｘ触媒の温度がＳＯｘ除去可能温度にまで上昇せしめられる。

この硫黄被毒回復制御によれば、ＮＯｘ触媒の温度がＳＯｘ除去可能温度となっており、且つ、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となっているので、ＮＯｘ触媒からＳＯｘが除去されることになる。

ところで、硫黄被毒回復制御において、ＮＯｘ触媒１０に供給されるＨＣの量と酸素の量とが多いほど、これらＨＣと酸素との反応により発生する熱量は多い。このため、基本的には、硫黄被毒回復制御によってＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去するためには、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ除去可能温度まで上昇させると共にＳＯｘ除去可能温度にいったん達した後にＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ除去可能温度に維持することができる量のＨＣと酸素とがＮＯｘ触媒に供給される空燃比（以下「基準空燃比」という）に各気筒の空燃比を維持すればよい。

ところが、硫黄被毒回復制御の実行中、リッチ排気ガス中のＨＣとリーン排気ガス中の酸素とは、主に、ＮＯｘ触媒１０にて反応するのであるが、その反応は、一般的に、ＮＯｘ触媒の上流側の部分ほど活発に行われる。このため、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が比較的高いときに、各気筒の空燃比を基準空燃比（すなわち、リッチ気筒では基準空燃比に対応するリッチ空燃比であり、リーン気筒では基準空燃比に対応するリーン空燃比）に制御していると、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも高くなりすぎ、ＮＯｘ触媒の上流側部分で溶損が起こる可能性がある。また、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が比較的低いときに、各気筒の空燃比を基準空燃比に制御していると、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度に到達するまでに要する時間が長くなってしまう。このように、各気筒の空燃比を基準空燃比に制御している場合、硫黄被毒回復が効率的には行われない可能性がある。

そこで、本実施形態では、硫黄被毒回復制御を開始したときの各気筒の空燃比を基準空燃比とするのではなく、硫黄被毒回復制御の開始直前におけるＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度と硫黄被毒回復制御の開始直前における各気筒に吸入される空気の量（以下「吸気量」という）とに応じて決定した空燃比（すなわち、リッチ気筒ではリッチ空燃比であり、リーン気筒ではリーン空燃比であり、以下これら空燃比を「特定空燃比」という）とする。

ここで、一般的には、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度が高いほど、上昇させるべきＮＯｘ触媒の温度幅は小さいことから、本実施形態では、硫黄被毒回復制御の開始直前におけるＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が高いほど、硫黄被毒回復制御の実行中、リッチ気筒の空燃比のリッチ度合およびリーン気筒の空燃比のリーン度合を小さくする。また、一般的に、吸気量が多いほど、燃料噴射弁から噴射される燃料の量が多く、各気筒から排出される排気ガスの温度が高く、したがって、ＮＯｘ触媒の温度も高くなっていることから、本実施形態では、硫黄被毒回復制御の開始直前における吸気量が多いほど、リッチ気筒の空燃比のリッチ度合およびリーン気筒の空燃比のリーン度合を小さくする。

このように、硫黄被毒回復制御の実行中における各気筒の空燃比を上記特定空燃比とすることによって、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度を所定の時間でＳＯｘ除去可能温度とすることができるので、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復が効率的に行われることになる。

なお、上述した実施形態において、硫黄被毒回復制御を開始したときの各気筒の空燃比を決定するに当たって硫黄被毒回復制御の開始直前におけるＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度を考慮しているのは、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復を効率的に行わせるためには、ＮＯｘ触媒の各部分のうち最も温度の高い部分の温度を考慮すべきであり、ＮＯｘ触媒の各部分の温度のうち上流側部分の温度が最も高いであろうという前提に立ったからである。したがって、硫黄被毒回復制御における各気筒の上記特定空燃比を決定するのに際しては、ＮＯｘ触媒の各部分のうち温度が最も高い部分の温度を考慮すればよいのであるから、本発明は、ＮＯｘ触媒の各部分のうち温度が最も高い部分の温度を考慮して硫黄被毒回復制御における各気筒の空燃比を決定するものであると言える。

ところで、上述したように、硫黄被毒回復制御の開始直前におけるＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度と硫黄被毒回復制御の開始直前における吸気量とに基づいて、硫黄被毒回復制御の実行中における各気筒の空燃比を決定した場合、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度は早期にＳＯｘ除去可能温度に達するのであるが、このとき、ＮＯｘ触媒の下流側部分の温度はＳＯｘ除去可能温度に達していないことが多い。そこで、上述した実施形態では、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度に達した後も、硫黄被毒回復制御の実行中は、各気筒の空燃比を特定空燃比に維持する。これによれば、ＮＯｘ触媒の下流側部分の温度をＳＯｘ除去可能温度まで上昇させることができる。

ところで、このようにＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度に達した後も各気筒の空燃比を特定空燃比に維持していると、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度を超えて該ＮＯｘ触媒の上流側部分の溶損を引き起こすほど高温になってしまうこともありえる。そこで、上述した実施形態では、各気筒の空燃比を特定空燃比に維持している間に、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも高い或る温度（例えば、ＮＯｘ触媒の上流側部分の溶損を引き起こしてしまう可能性のある温度またはそれより若干低い温度であって、以下これを「上限温度」という）を超えたときには、各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換える。これによれば、ＮＯｘ触媒の上流側部分の溶損が回避される。

なお、上述した実施形態では、硫黄被毒回復制御が開始されて各気筒の空燃比が特定空燃比とされた後、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分（最も温度が高い部分）の温度が上限温度を超えると、各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換えるようにしているが、その代わりに、硫黄被毒回復制御が開始されてから予め定められた時間が経過したときに、各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態において、硫黄被毒回復制御が開始されて各気筒の空燃比が特定空燃比とされた後、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分（最も温度が高い部分）の温度が上限温度を超えたときに各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換える代わりに、ＮＯｘ触媒の各部分の平均温度がＳＯｘ除去可能温度よりも高くなったときに、各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換え、以後、ＮＯｘ触媒の各部分の平均空燃比がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなると各気筒の空燃比を基準空燃比から特定空燃比に切り換え、ＮＯｘ触媒の各部分の平均温度がＳＯｘ除去可能温度よりも高くなると各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換えるようにしてもよい。

ところで、上述したように、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度が上記上限温度を超えたときに各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換えた後、各気筒の空燃比を基準空燃比に維持していれば、ＮＯｘ触媒の各部分の温度はＳＯｘ除去可能温度となるはずである。しかしながら、この場合において、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の下流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなることもある。このときには、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が上記上限温度を超えるまでは、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させたとしてもＮＯｘ触媒の上流側部分の溶損が生じることはないし、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復を効率的の行うという観点からは、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させたほうが好ましい。

そこで、上述した実施形態では、硫黄被毒回復制御の実行中、各気筒の空燃比を基準空燃比に維持している間に、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の下流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなったときには、各気筒の空燃比を基準空燃比から特定空燃比に切り換える。これによれば、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復が効率的に行われることになる。なお、このように各気筒の空燃比を基準空燃比から特定空燃比に切り換えた後、硫黄被毒回復制御の実行中にＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が上記上限温度を超えたときには、各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換える。

なお、各気筒の空燃比を特定空燃比から基準空燃比に切り換えたり基準空燃比から特定空燃比に切り換えたりするに当たり、上述した実施形態では、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度、或いは、ＮＯｘ触媒の下流側温度を考慮しているが、これは、ＮＯｘ触媒の各部分の温度のうち上流側部分の温度が最も高く、ＮＯｘ触媒の各部分温度のうち下流側の温度が最も低いであろうという前提に立ったからであって、硫黄被毒回復制御の実行中に各気筒の空燃比を切り換えるに際しては、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度に限らず、ＮＯｘ触媒の各部分のうち温度が最も高い部分の温度を考慮すればよいし、ＮＯｘ触媒の下流側部分の温度に限らず、ＮＯｘ触媒の各部分のうち温度が最も低い部分を考慮すればよい。

ところで、上述した実施形態では、硫黄被毒回復制御の実行中、各気筒の空燃比を基準空燃比に維持している間に、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の下流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなったときには、各気筒の空燃比を基準空燃比から特定空燃比に切り換えている。この場合、ＮＯｘ触媒の温度は全体的に上昇することになる。

ところが、これによると、ＮＯｘ触媒１０の下流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度に達する前にＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が上記上限温度を超えてしまうこともありえるし、そもそも、温度を上昇させるべきＮＯｘ触媒の部分は温度が最も低い下流側部分である。したがって、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復を効率的に行うという観点では、ＮＯｘ触媒の下流側部分の温度を重点的に上昇させるべきである。

そこで、上述した実施形態において、硫黄被毒回復制御の実行中、各気筒の空燃比を基準空燃比に維持している間にＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の下流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなったときに各気筒の空燃比を基準空燃比から特定空燃比に切り換える代わりに、以下のように各気筒の空燃比を制御してもよい。

すなわち、硫黄被毒回復制御の実行中、各気筒の空燃比を基準空燃比に維持している間に、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の下流側部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなったときに、所定数の機関サイクル（１機関サイクルは、内燃機関において吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および、排気行程の４つの行程が行われる間に相当する）が行われるまでの間、全ての気筒の空燃比をリッチ空燃比とし、そして、所定数の機関サイクルが行われた後は、同数の機関サイクルが行われるまでの間、全ての気筒の空燃比をリーン空燃比とし、以後、所定数の機関サイクル毎に全ての気筒の空燃比をリッチ空燃比とする制御と全ての気筒の機関空燃比をリーン空燃比とする制御とを交互に繰り返すようにしてもよい。

これによると、所定数の機関サイクルが行われる間は、全ての気筒からリッチ排気ガスが排出されるので、ＮＯｘ触媒１０にはリッチ排気ガスのみが流入する。ここで、リッチ排気ガス中の酸素は極めて少なく、ＮＯｘ触媒内の酸素も極めて少ないので、ＮＯｘ触媒に流入したリッチ排気ガス中のＨＣは、酸化反応しないままＮＯｘ触媒の上流側部分から下流側部分へとゆっくりと移動する。そして、ＨＣがＮＯｘ触媒の下流側部分に移動している間に、所定数の機関サイクルが行われ、今度は、全ての気筒からリーン排気ガスが排出されるので、ＮＯｘ触媒にはリーン排気ガスのみが流入する。ここで、リーン排気ガス中のＨＣは極めて少なく、先にＮＯｘ触媒に流入した排気ガス中のＨＣはＮＯｘ触媒の下流側部分へ移動しているので、ＮＯｘ触媒に流入したリーン排気ガス中の酸素は、ＨＣの燃焼に消費されずにそのままＮＯｘ触媒の上流側部分から下流側部分へと移動する。そして、この酸素がＮＯｘ触媒の下流側部分に達したとき、そこに溜まっているＨＣがこの酸素と酸化反応し、反応熱が発生する。これによれば、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度を上昇させることなく（或いは、ほとんど上昇させることなく）、ＮＯｘ触媒の下流側部分の温度を上昇させることができる。このため、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復が効率的に行われる。

なお、上述した実施形態において、硫黄被毒回復制御の実行中、ＮＯｘ触媒１０の下流側部分の温度を上昇させるために、全ての気筒の空燃比をリッチ空燃比としたりリーン空燃比としたりする場合におけるリッチ空燃比のリッチ度合とリーン空燃比のリーン度合とは、リッチ排気ガスによってＮＯｘ触媒に供給されるＨＣがリーン排気ガスによってＮＯｘ触媒に供給される酸素によって過不足なく消費されるように制御される。

なお、上述した実施形態において、温度を上昇させるべき部分がＮＯｘ触媒１０の下流側部分ではなく、ＮＯｘ触媒の上流側部分であるとき（すなわち、ＮＯｘ触媒の上流側部分の温度が最も低いとき）には、各気筒の空燃比を特定空燃比とする。すなわち、上述した実施形態では、ＮＯｘ触媒の最も温度が高い部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなったときに、ＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分が下流側部分であるときには、所定数の機関サイクル毎に全ての気筒の機関空燃比をリッチ空燃比とする制御と全ての気筒の機関空燃比をリーン空燃比とする制御とを交互に行い、一方、ＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分が上流側部分であるときには、各気筒の空燃比を特定空燃比とすることになる。

また、ＮＯｘ触媒１０の最も温度が高い部分の温度が上記上限温度よりも低く且つＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分の温度がＳＯｘ除去可能温度よりも低くなったときに、ＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分が上流側部分と下流側部分との間の部分（以下「中間部分」という）であるときには、この中間部分の温度を上昇させるためには、ＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分が下流側部分である場合と同様に、ＨＣと酸素とを上流側部分で反応させずに中間部分まで供給すべきである。したがって、この場合には、所定数の機関サイクル毎に全ての気筒の空燃比をリッチ空燃比とする制御と全ての気筒の空燃比をリーン空燃比とする制御とを交互に行う。

なお、上述した例において、ＮＯｘ触媒１０の上端面からＮＯｘ触媒の中間部分までの距離（すなわち、ＨＣおよび酸素を反応させずにＮＯｘ触媒内を移動させるべき距離が）は、ＮＯｘ触媒の上端面からＮＯｘ触媒の下流側部分までの距離よりも短いことから、ＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分が中央部分である場合には、ＮＯｘ触媒の最も温度が低い部分が下流側部分である場合に比べて、全ての気筒の空燃比をリッチ空燃比とする制御と全ての気筒の空燃比をリーン空燃比とする制御とを切り換えるタイミングを決定する上記機関サイクルの数を少なくすることが好ましい。

ところで、上述した硫黄被毒回復制御はＮＯｘ触媒１０からＳＯｘが十分に除去されたと判断されると終了される。ここで、全ての気筒の空燃比を内燃機関の運転状態に応じて設定される同じ空燃比とする制御（以下「通常空燃比制御」という）を再開してもよいが、本実施形態では、通常空燃比制御を再開する前に以下の空燃比制御（以下「終了時空燃比制御」という）を行う。

すなわち、各気筒群に対応する排気枝管５，６には、それぞれ、三元触媒８，９が配置されている。硫黄被毒回復制御の実行中は、一方の三元触媒８にはリッチ排気ガスのみが流入し、もう一方の三元触媒９にはリッチ排気ガスのみが流入する。このように、硫黄被毒回復制御の実行中、各三元触媒には、ＨＣか酸素のいずれか一方しか供給されないので、各三元触媒内でＨＣの酸化反応が起こらず、したがって、各三元触媒の温度は低くなっている。三元触媒は、その温度が或る一定の温度（いわゆる活性温度）以上であるときに浄化作用を行うので、硫黄被毒回復制御の終了後、すぐに上記通常空燃比制御を再開してしまうと、各三元触媒は浄化作用を行わないか、或いは、浄化作用を行ったとしても高い浄化率を発揮しないことになる。

そこで、硫黄被毒回復制御の終了後であって通常空燃比制御の開始前に行う終了時空燃比制御では、各気筒群において、一部の気筒の空燃比をリッチ空燃比とすると共に残りの気筒の空燃比をリーン空燃比とする。すなわち、図示した例では、例えば、第１気筒群では、第１気筒の空燃比をリッチ空燃比とすると共に第４気筒の空燃比をリーン気筒とし、第２気筒群では、第２気筒の空燃比をリッチ空燃比とすると共に第３気筒の空燃比をリーン空燃比とする。これにより、各三元触媒８，９にＨＣと酸素とが供給され、各三元触媒においてＨＣと酸素とが反応して熱を発するので、各三元触媒の温度が上昇せしめられる。そして、各三元触媒の温度が活性温度に達したとき（或いは、達したと推定されたとき）、当該終了時空燃比制御を終了する。

なお、上記終了時空燃比制御において、各気筒群の気筒の空燃比は、リッチ排気ガスによって各三元触媒８，９に供給されるＨＣがリーン排気ガスによって各三元触媒に供給される酸素によって過不足なく消費されるように、すなわち、各三元触媒に流入する排気ガスの平均空燃比が理論空燃比となるように制御される。

また、上述した終了時空燃比制御では、各気筒群において一部の気筒の空燃比をリッチ空燃比とすると共に残りの気筒の空燃比をリーン空燃比としているが、これに代えて、各気筒の空燃比を交互にリッチ空燃比とリーン空燃比とすることによって、各三元触媒８，９にＨＣと酸素とを供給するようにしてもよい。なお、この場合にも、各気筒の空燃比は、各三元触媒に流入する排気ガスの平均空燃比が理論空燃比となるように制御される。

図３は、上述した実施形態に従って硫黄被毒回復制御を実行するルーチンの一例である。図３に示したルーチンでは、まず、ステップ１０において、硫黄被毒回復制御の実行が要求されているか否かが判別される。ここで、硫黄被毒回復制御の実行が要求されていると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進む。一方、硫黄被毒回復制御の実行が要求されていないと判別されたときには、ルーチンはそのまま終了する。なお、この例では、ＮＯｘ触媒１０に保持されているＳＯｘの量が所定量よりも多くなったことをもって硫黄被毒回復制御の実行が要求される。

ステップ１１では、そのときのＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度と吸気量とに基づいて上述した特定空燃比（リッチ気筒に関しては、リッチ空燃比であり、リーン気筒に関しては、リーン空燃比である）が算出される。次いで、ステップ１２において、燃料噴射量制御Ｉが実行される。この燃料噴射量制御Ｉでは、各気筒の空燃比が特定空燃比となるように燃料噴射量が制御される。

次いで、ステップ１３において、硫黄被毒回復制御の終了が要求されているか否かが判別される。ここで、硫黄被毒回復制御の終了が要求されていないときには、ルーチンはステップ１４に進む。一方、硫黄被毒回復制御の終了が要求されているときには、ルーチンはステップ１８に進む。

ステップ１４では、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度Ｔｍａｘが上限温度ＴＨ以上になっている（Ｔｍａｘ≧ＴＨ）か否かが判別される。ここで、Ｔｍａｘ＜ＴＨであると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に戻り、以後、ステップ１４にてＴｍａｘ≧ＴＨであると判別されるまで、ステップ１２とステップ１３とが繰り返される。一方、ステップ１４において、Ｔｍａｘ≧ＴＨであると判別されたときには、ルーチンはステップ１５に進んで、燃料噴射量制御ＩＩが実行される。この燃料噴射量制御ＩＩでは、各気筒の空燃比が基準空燃比となるように燃料噴射量が制御される。

次いで、ステップ１６において、硫黄被毒回復制御の終了が要求されているか否かが判別される。ここで、硫黄被毒回復制御の終了が要求されていないときには、ルーチンはステップ１７に進む。一方、硫黄被毒回復制御の終了が要求されているときには、ルーチンはステップ１８に進む。

ステップ１７では、ＮＯｘ触媒１０の上流側部分の温度Ｔｍａｘが上限温度ＴＨよりも低く且つＮＯｘ触媒の下流側部分の温度ＴｍｉｎがＳＯｘ除去可能温度Ｔｓよりも低い（Ｔｍａｘ＜ＴＨかつＴｍｉｎ＜Ｔｓ）か否かが判別される。ここで、Ｔｍａｘ≧ＴＨまたはＴｍｉｎ≧Ｔｓであると判別されたときには、ルーチンはステップ１５に戻り、以後、ステップ１７にてＴｍａｘ＜ＴＨかつＴｍｉｎ＜Ｔｓであると判別されるまで、ステップ１５とステップ１６とが繰り返される。一方、ステップ１７において、Ｔｍａｘ＜ＴＨかつＴｍｉｎ＜Ｔｓであると判別されたときには、ルーチンはステップ１２に進んで、燃料噴射量制御Ｉが実行される。

ステップ１３またはステップ１６において、硫黄被毒回復制御の終了が要求されていると判別されたときに進むステップ１８では、上述した終了時空燃比制御が行われる。次いで、ステップ１９において、三元触媒８，９の温度Ｔｃが活性温度Ｔａ以上となっている（Ｔｃ≧Ｔａ）か否かが判別される。ここで、Ｔｃ＜Ｔａであると判別されたときには、ルーチンはステップ１８に戻り、以後、ステップ１９にてＴｃ≧Ｔａであると判別されるまで、ステップ１８が繰り返される。一方、ステップ１９において、Ｔｃ≧Ｔａであると判別されたときには、ルーチンはステップ２０に進んで、上述した通常空燃比制御が実行される。

ところで、本発明の実施形態では、三元触媒８，９上流の空燃比センサ１１，１２および三元触媒とＮＯｘ触媒１０との間の空燃比センサ１３として、リニア空燃比センサを採用し、ＮＯｘ触媒下流の空燃比センサ１４として、Ｏ_２センサを採用している。そして、本実施形態では、これらセンサからの出力に基づいて、各気筒の空燃比を目標とする空燃比に制御している。そこで、最後に、こうした空燃比の制御の一例として、まず、通常空燃比制御の実行中に各気筒の空燃比を理論空燃比に制御する制御（以下「通常ストイキ制御」という）を説明し、その後、硫黄被毒回復制御の実行中に各気筒の空燃比を所定の空燃比（すなわち、リッチ気筒ではリッチ空燃比であり、リーン気筒ではリーン空燃比である）に制御する制御（以下「硫黄被毒回復空燃比制御」という）を説明する。

リニア空燃比センサは、図４に示されている特性でもって電流を出力する。すなわち、リニア空燃比センサは、排気ガスの空燃比が理論空燃比であるとき、０Ａの電流を出力し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるほど大きな０Ａ以下の電流を出力し、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるほど大きな０Ａ以上の電流を出力する。すなわち、リニア空燃比センサは、排気ガスの空燃比に応じてリニアに変化する電流を出力する。

一方、Ｏ_２センサは、図５に示されている特性でもって電圧を出力する。すなわち、Ｏ_２センサは、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、略０Ｖの電圧を出力し、理論空燃比よりもリッチであるとき、略１Ｖの電圧を出力する。そして、出力電圧は、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にある領域で急激に変化して、０．５Ｖを横切る。すなわち、Ｏ_２センサは、排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリーンであるかリッチであるかに応じて異なる一定の電圧を出力する。

そして、通常ストイキ制御の実行中は、三元触媒８，９上流のリニア空燃比センサ１１，１２が排気ガスの空燃比（以下「排気空燃比」という）が理論空燃比よりもリーンであることを示しているときには、対応する気筒の空燃比は理論空燃比よりもリーンであるので、対応する気筒の空燃比が理論空燃比に近づくように燃料噴射弁から噴射される燃料の量（以下「燃料噴射量」という）が増量される。逆に、リニア空燃比センサ１１，１２が排気空燃比が理論空燃比よりもリッチであることを示しているときには、対応する気筒の空燃比が理論空燃比に近づくように燃料噴射量が減量される。

このように燃料噴射量を制御することにより、基本的には、各気筒の空燃比（機関空燃比）は理論空燃比に制御されるはずである。ところが、リニア空燃比センサ１１，１２に出力誤差があると、機関空燃比は理論空燃比に制御されない。例えば、リニア空燃比センサが実際の排気空燃比に対応する電流値よりもリッチ側にずれた空燃比に対応する電流値を出力してしまう傾向にあると、実際の排気空燃比が理論空燃比になっていたとしても、リニア空燃比センサは、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチであることを示してしまう。この場合、燃料噴射量が少なくされ、結果的に、機関空燃比は理論空燃比よりもリーンに制御されてしまう。逆に、リニア空燃比センサが実際の排気空燃比に対応する電流値よりもリーン側にずれた空燃比に対応する電流値を出力してしまう傾向にあると、機関空燃比は理論空燃比よりもリッチに制御されてしまう。

そこで、本実施形態では、こうしたリニア空燃比センサ１１，１２の出力誤差をＮＯｘ触媒１０下流のＯ_２センサ１４の出力値を利用して補償する。すなわち、リニア空燃比センサに出力誤差がなく、機関空燃比が理論空燃比に制御されていれば、ＮＯｘ触媒から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比になっているはずであり、このとき、Ｏ_２センサは理論空燃比に対応する０．５Ｖ（以下「基準電圧値」という）を出力する。

しかしながら、リニア空燃比センサ１１，１２に出力誤差があって、例えば、機関空燃比が理論空燃比よりもリッチに制御されていると、ＮＯｘ触媒１０から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりもリッチになっている。このとき、Ｏ_２センサ１４は理論空燃比よりもリッチな空燃比に対応する電圧値を出力する。ここで、このときにＯ_２センサから出力される電圧値と基準電圧値との差は、リニア空燃比センサの出力誤差を示している。そこで、本実施形態では、このＯ_２センサから実際に出力される電圧値と基準電圧値との差に基づいて、リニア空燃比センサの出力誤差が補償されるように、リニア空燃比センサの出力電流値を補正する。

逆に、リニア空燃比センサ１１，１２に出力誤差があって、機関空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御されているときにも、Ｏ_２センサ１４から出力される電圧値と基準電圧値との差に基づいて、リーン空燃比センサの出力誤差が補償されるように、リニア空燃比センサの出力電流値を補正する。

次に、本実施形態の通常ストイキ制御をより具体的に説明する。本実施形態では、機関空燃比を理論空燃比とするのに基準となる燃料噴射弁の開弁時間（以下「基準開弁時間」という）が次式１に従って決定される。
ＴＡＵＢ＝α×Ｇａ／Ｎｅ …（１）
ここで、αは定数、Ｇａは吸入空気量（気筒に吸入される空気の量）、Ｎｅは機関回転数である。すなわち、本実施形態によれば、基準開弁時間は、単位機関回転数当たりの吸入空気量に基づいて算出され、単位機関回転数当たりの吸入空気量が多いほど長くなる傾向にある。

そして、燃料噴射弁の実際の開弁時間（以下「実開弁時間」という）ＴＡＵが次式２に従って算出される。
ＴＡＵ＝ＴＡＵＢ×Ｆ１×β×γ …（２）
ここで、Ｆ１は後述するようにして求められる補正係数（以下「メイン補正係数」ともいう）であり、β，γはそれぞれ機関運転状態に応じて決まる定数である。

また、メイン補正係数Ｆ１は、次式３に従って算出される。
Ｆ１＝Ｋｐ１×（Ｉ−Ｆ２−Ｉ_０）＋Ｋｉ１×∫（Ｉ−Ｆ２−Ｉ_０）ｄｔ＋Ｋｄ１×ｄ（Ｉ−Ｆ２−Ｉ_０）／ｄｔ …（３）
ここで、Ｉ_０は排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにリニア空燃比センサ１１，１２から出力されるべき電流値であり、Ｉはリニア空燃比センサ１１，１２から実際に出力される電流値であり、Ｆ２は後述するようにして求められる補正係数（以下「サブ補正係数」ともいう）であり、Ｋｐ１は比例ゲインであり、Ｋｉ１は積分ゲインであり、Ｋｄ１は微分ゲインである。すなわち、これによれば、メイン補正係数Ｆ１はＰＩＤ制御されることになる。

一方、サブ補正係数Ｆ２は、次式４に従って算出される。
Ｆ２＝Ｋｐ２×（Ｖ_０−Ｖ）＋Ｋｉ２×∫（Ｖ_０−Ｖ）ｄｔ＋Ｋｄ２×ｄ（Ｖ_０−Ｖ）／ｄｔ …（４）
ここで、Ｖ_０は排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにＯ_２センサ１４から出力されるべき電圧値であり、ＶはＯ_２センサ１４から実際に出力される電圧値であり、Ｋｐ２は比例ゲインであり、Ｋｉ２は積分ゲインであり、Ｋｄ２は微分ゲインである。すなわち、これによれば、サブ補正係数Ｆ２もＰＩＤ制御されることになる。

こうして、本実施形態によれば、機関空燃比が理論空燃比に維持される。

次に、本実施形態の硫黄被毒回復空燃比制御について、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように各気筒の空燃比を特定空燃比に制御する場合を例に説明する。本実施形態では、硫黄被毒回復制御の実行中、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に制御する場合、機関空燃比を理論空燃比とするのに基準となる燃料噴射量（以下「基準燃料噴射量」という）を、リッチ気筒では所定量だけ多くして機関空燃比を特定空燃比にすると共にリーン気筒では前記所定量と同じ量だけ少なくして機関空燃比を特定空燃比にする。これにより、一方の気筒群からはリッチ空燃比の排気ガスが排出されると共に他方の気筒群からはリーン空燃比の排気ガスが排出され、理論的には、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

ところが、実際には、燃料噴射弁の性能のバラツキなどの理由から、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比とならないことが多い。ここで、例えば、ＮＯｘ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であるときには、リニア空燃比センサ１３がリッチ空燃比に対応する電流値を出力する。そこで、本実施形態では、リニア空燃比センサがリッチ空燃比に対応する電流値を出力したときには、リッチ気筒における燃料噴射量を少なくするか、或いは、リーン気筒における燃料噴射量を少なくするか、或いは、これらを組み合わせるかして、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に近づくようにする。

逆に、リニア空燃比センサ１３がリーン空燃比に対応する電流値を出力したときには、リッチ気筒における燃料噴射量を多くするか、或いは、リーン気筒における燃料噴射量を多くするか、或いは、これらを組み合わせるかして、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に近づくようにする。

このように各気筒における燃料噴射量を制御したとき、リニア空燃比センサ１３に出力誤差がなければ、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比に制御されることになる。ところが、リニア空燃比センサに出力誤差があり、例えば、リニア空燃比センサがよりリッチ側の空燃比に対応する電流値を出力する傾向にあると、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりもリーンに制御されてしまうことになる。逆に、リニア空燃比センサがよりリーン側の空燃比に対応する電流値を出力する傾向にあると、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比よりもリッチに制御されてしまうことになる。

ここで、例えば、ＮＯｘ触媒１０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であるとき、上述したように、Ｏ_２センサ１４は基準電圧値（排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにＯ_２センサが出力する電圧値）よりもリッチ側の空燃比に対応する電圧値を出力する。そして、このＯ_２センサが実際に出力する電圧値と基準電圧値との差は、リニア空燃比センサ１３の出力誤差を示している。そこで、本実施形態では、このＯ_２センサから実際に出力される電圧値と基準電圧値との差に基づいて、リニア空燃比センサの出力誤差が補償されるように、リニア空燃比センサの出力電流値を補正する。

逆に、ＮＯｘ触媒１０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であるときにも、Ｏ_２センサ１４から実際に出力される電圧値と基準電圧値との差に基づいて、リニア空燃比センサ１３の出力誤差が補償されるように、リニア空燃比センサの出力電流値を補正する。

次に、本実施形態の硫黄被毒回復空燃比制御をより具体的に説明する。本実施形態では、基準開弁時間（機関空燃比を理論空燃比とするのに基準となる燃料噴射弁の開弁時間）が次式５に従って決定される。
ＴＡＵＢ＝α×Ｇａ／Ｎｅ …（５）
この式５は上式１と同じであり、αは定数、Ｇａは吸入空気量、Ｎｅは機関回転数である。

そして、リッチ空燃比で燃焼を行わせる気筒における実開弁時間（燃料噴射弁の実際の開弁時間）ＴＡＵＲが次式６に従って算出され、リーン空燃比で燃焼を行わせる気筒における実開弁時間ＴＡＵＬが次式７に従って算出される。
ＴＡＵＲ＝ＴＡＵＢ×Ｒ×Ｆ３×β×γ …（６）
ＴＡＵＬ＝ＴＡＵＢ×Ｌ×Ｆ３×β×γ …（７）
ここで、Ｒは１よりも大きい値であって燃料噴射量が多くなるように基準開弁時間を長くするための定数であり、Ｌは１よりも小さい値であって燃料噴射量が少なくなるように基準開弁時間を短くするための定数であり、Ｆ３は後述するようにして求められる補正係数（以下「硫黄被毒回復メイン補正係数」ともいう）であり、β，γはそれぞれ機関運転状態に応じて決まる定数である。

そして、硫黄回復被毒メイン補正係数Ｆ３は、次式８に従って算出される。
Ｆ３＝Ｋｐ３×（Ｉ−Ｆ４−Ｉ_０）＋Ｋｉ３×∫（Ｉ−Ｆ４−Ｉ_０）ｄｔ＋Ｋｄ３×ｄ（Ｉ−Ｆ４−Ｉ_０）／ｄｔ …（８）
ここで、Ｉ_０は排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにリニア空燃比センサ１３から出力されるべき電流値であり、Ｉはリニア空燃比センサ１３から実際に出力される電流値であり、Ｆ４は後述するようにして求められる補正係数（以下「硫黄被毒回復サブ補正係数」ともいう）であり、Ｋｐ３は比例ゲインであり、Ｋｉ３は積分ゲインであり、Ｋｄ３は微分ゲインである。すなわち、これによれば、硫黄被毒回復メイン補正係数Ｆ１はＰＩＤ制御されることになる。

一方、硫黄被毒回復サブ補正係数Ｆ４は、次式９に従って算出される。
Ｆ４＝Ｋｐ４×（Ｖ_０−Ｖ）＋Ｋｉ４×∫（Ｖ_０−Ｖ）ｄｔ＋Ｋｄ４×ｄ（Ｖ_０−Ｖ）／ｄｔ …（９）
ここで、Ｖ_０は排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにＯ_２センサ１４から出力されるべき電圧値であり、ＶはＯ_２センサ１４から実際に出力される電圧値であり、Ｋｐ４は比例ゲインであり、Ｋｉ４は積分ゲインであり、Ｋｄ４は微分ゲインである。すなわち、これによれば、硫黄被毒回復サブ補正係数Ｆ４もＰＩＤ制御されることになる。

こうして、本実施形態によれば、硫黄被毒回復制御の実行中、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持される。

本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の全体図である。 三元触媒の浄化特性を示した図である。 本発明に従って硫黄被毒回復制御を実行するルーチンの一例を示した図である。 リニア空燃比センサの出力特性を示した図である。 Ｏ_２センサの出力特性を示した図である。

符号の説明

１ 機関本体
４ 吸気管
８，９ 三元触媒
１０ ＮＯｘ触媒
２１〜２４ 燃料噴射弁
♯１〜♯４ 気筒

Claims (11)

1. 複数の気筒を備え、これら気筒を少なくとも２つの気筒群に分け、各気筒群にそれぞれ排気枝管を接続すると共にこれら排気枝管を下流側で合流させて共通の１つの排気管に接続した内燃機関の排気浄化装置であって、上記共通の１つの排気管内にＮＯｘ触媒を配置し、該ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御として、一方の気筒群からはリッチ空燃比の排気ガスを排出させ、他方の気筒群からはリーン空燃比の排気ガスを排出させる制御を行う排気浄化装置において、硫黄被毒回復制御実行中に一方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスの空燃比と他方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスの空燃比とを、該硫黄被毒回復制御の開始直前におけるＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度と該硫黄被毒回復制御の開始直前における気筒内に吸入される空気の量との少なくとも一方に基づいて決定した空燃比とする特定空燃比制御を実行し、
   硫黄被毒回復制御実行中に一方の気筒群から排出させるリッチ空燃比の排気ガスの空燃比と他方の気筒群から排出させるリーン空燃比の排気ガスの空燃比として、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を回復させるのに最低限必要な温度にまでＮＯｘ触媒内の平均温度を上昇させることができる基準空燃比をそれぞれ予め求めておき、
   硫黄被毒回復制御の実行中において上記特定空燃比制御が中止される場合には、一方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスの空燃比と他方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスの空燃比とをそれぞれ対応する基準空燃比とする基準空燃比制御が実行される、ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 上記特定空燃比制御の実行中にＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度が上記最低限必要な温度よりも高い予め定められた上限温度を超えたときには、上記特定空燃比制御を中止し上記基準空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 硫黄被毒回復制御の実行中に特定空燃比制御が中止されて基準空燃比制御が実行された後は、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の温度が上記最低限必要な温度よりも低く且つＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度が上記上限温度よりも低くなったときに基準空燃比制御を中止して特定空燃比制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 硫黄被毒回復制御の実行中に特定空燃比制御が中止されて基準空燃比制御が実行された後は、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の温度が上記最低限必要な温度よりも低く且つＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分の温度が上記上限温度よりも低くなったときに基準空燃比制御を中止し、両気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させる制御と両気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させる制御とを所定サイクル毎に交互に行う交互空燃比制御と上記特定空燃比制御とのいずれか一方をＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置に応じて選択的に実行することを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
5. ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置がより下流側であるときには上記交互空燃比制御を実行し、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置がより上流側であるときには上記特定空燃比制御を実行することを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
6. 上記交互空燃比制御を行うとき、ＮＯｘ触媒内で温度が最も低い部分の位置が下流側にあるほど、上記所定サイクルを長くすることを特徴とする請求項４または５に記載の排気浄化装置。
7. 硫黄被毒回復制御の開始から予め定められた時間が経過するまでは、上記特定空燃比制御を実行すると共に、上記予め定められた時間が経過した後は、上記特定空燃比制御を中止し上記基準空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
8. 硫黄被毒回復制御実行中、ＮＯｘ触媒内の平均温度が予め定められた温度よりも低い間は、上記特定空燃比制御を実行すると共に、ＮＯｘ触媒の温度が上記予め定められた温度を超えている間は、上記特定空燃比制御を中止し上記基準空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
9. 上記排気枝管に触媒が配置されており、上記硫黄被毒回復制御を終了するときには、該触媒が配置されている排気枝管に対応する気筒群からリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとを排出させる終了時空燃比制御を実行することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
10. 上記気筒群が複数の気筒からなり、上記終了時空燃比制御において、一部の気筒からリッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に残りの気筒からリーン空燃比の排気ガスを排出させることを特徴とする請求項９に記載の排気浄化装置。
11. 上記ＮＯｘ触媒内で温度が最も高い部分がＮＯｘ触媒の上流側の部分であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の排気浄化装置。

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