JP4524929B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中のＮＯx を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化装置に関連する先行技術文献としては、特許第２８３６５２３号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、ＮＯx 触媒（ＮＯx 吸収剤）の劣化の度合いが高くなるほど、ＮＯx 触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えて吸蔵されたＮＯx を浄化するための還元（Regeneration：リジェネレーション；以下、単に『リジェネ』と記す）周期またはＮＯx 触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えたときのリッチ時間を短くして燃料消費率を低減し、リジェネ時に未燃ＨＣ，ＣＯが大気中に放出されるのを阻止する技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の排気量に対応するＮＯx 触媒によるＮＯx 吸蔵量の拡大や触媒温度の低下を図ろうとすると、複数のＮＯx 触媒を並列に設置する必要が生じることとなる。この際、各ＮＯx 触媒毎に劣化の度合いが異なることが考えられる。しかし、各ＮＯx 触媒毎の劣化の度合いに応じてリジェネ周期を設定することができないため、各ＮＯx 触媒はそれぞれの吸蔵能力を十分に発揮できないという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の排気通路に対して複数のＮＯx 触媒を設置すると共に、それぞれのＮＯx 吸蔵能力を十分に発揮させることが可能な内燃機関の排気浄化装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒制御手段によってＮＯx触媒のそれぞれの個体差や経年変化によって変化する吸蔵能力が推定され、このうちの最も吸蔵能力が低いものに応じてリッチ空燃比に切換えるリジェネ周期が設定される。これにより、ＮＯx触媒のうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯxが流入することのないよう適切なリジェネ周期が採用されることとなり、エミッション悪化が未然に防止される。
【０００６】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の手段に加え、更に、触媒制御手段によって空燃比検出手段で検出されるＮＯx 触媒の下流側の空燃比または酸素濃度に基づき、ＮＯx 触媒のそれぞれの吸蔵能力が推定される。これにより、ＮＯx 触媒のうち吸蔵能力の低い方が分かり、そのＮＯx 触媒に合わせてリジェネ周期が採用されることで、ＮＯx 触媒のうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯx が流入しないため、エミッション悪化が未然に防止される。
【０００７】
請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、触媒制御手段によってリジェネ時におけるリッチ空燃比が各気筒群毎に設定されることで、ＮＯx触媒の個体差や経時変化の違いに対処することができ、リジェネ周期毎にＮＯx触媒の個々の吸蔵能力が十分に回復される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１１】
図１において、内燃機関１は直列６気筒（＃１気筒〜＃６気筒）４サイクルの火花点火式として構成されている。内燃機関１の上流側のエアクリーナ２から吸入された空気は吸気通路３、スロットルバルブ４、サージタンク５、吸気マニホルド６を通過し、吸気マニホルド６内で＃１気筒〜＃６気筒に対応する各インジェクタ（燃料噴射弁）７から噴射された燃料と混合され、所定の空燃比（Air-Fuel Ratio）の混合気として各気筒（＃１気筒〜＃６気筒）に分配供給される。また、内燃機関１の＃１気筒〜＃６気筒に設けられた各点火プラグ８には点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０を介して逐次、分配供給され、＃１気筒〜＃６気筒の混合気が所定タイミングで点火燃焼される。
【００１２】
そして、燃焼後の排気ガスは、内燃機関１の第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）に分割され、それぞれに対応する排気マニホルド１１ａ，１１ｂに接続された排気通路１２ａ，１２ｂに設置された触媒コンバータとしてのＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂを通過したのち大気中に排出される。このＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂによって、主にリーン空燃比での燃焼時、排気ガス中のＮＯx が吸蔵されると共に、リッチ空燃比での燃焼時、吸蔵されたＮＯx がリッチ成分としてのＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）等にてリジェネされ放出される。
【００１３】
また、吸気通路３には吸気量（吸入空気量）ＱＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕を検出する吸気量センサ２１及びスロットルバルブ４の下流側の吸気通路３内の負圧としての吸気圧ＰＭ〔Ｐａ〕を検出する吸気圧センサ２２が配設されている。そして、スロットルバルブ４にはスロットル開度ＴＡ〔°〕を検出するスロットル開度センサ２３が配設されている。このスロットル開度センサ２３にはアイドルスイッチも内蔵されており、スロットルバルブ４が略全閉である旨の検出信号も出力される。
【００１４】
更に、内燃機関１のシリンダブロックには冷却水温ＴＨＷ〔℃〕を検出する水温センサ２４が配設されている。ディストリビュータ１０には内燃機関１の機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕を検出する回転数センサ２５が配設され、この回転数センサ２５によって内燃機関１の２回転、即ち、７２０〔°ＣＡ（Crank Angle:クランク角）〕毎に等間隔で２４個のパルス信号が出力される。
【００１５】
また、排気通路１２ａ，１２ｂ途中で触媒１５ａ，１５ｂの上流側には、排気ガス中のＯ2 （酸素）濃度に比例して広域でかつリニアな空燃比としてのＡ／Ｆセンサ出力値ＡＦ１，ＡＦ２を検出するＡ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂがそれぞれ配設されている。そして、排気通路１２ａ，１２ｂ途中でＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側には、排気ガス中の空燃比がリッチまたはリーンに応じて生じる異なる起電力としてのＯ2 センサ出力値ＶＯＸ１，ＶＯＸ２を検出するＯ2 センサ２７ａ，２７ｂが配設されている。
【００１６】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート３５及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート３６に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０のＣＰＵ３１によって入力ポート３５からの各種入力信号が読込まれ演算処理され、＃１気筒〜＃６気筒のインジェクタ７、点火回路９や各種アクチュエータ等に各種出力信号４２が出力され、内燃機関１０の運転状態が制御される。
【００１７】
ここで、本実施例の排気浄化制御の概要について簡単に説明する。図２に示すマップに基づき、機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕及び吸気圧〔Ｐａ〕をパラメータとして適宜、目標空燃比ＡＦＴＧが算出される。そして、図３にタイムチャートを示すように、内燃機関１に対するリーン燃焼の実施途中において一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、燃料噴射毎に計数されるリジェネ周期カウンタの値に基づき、リーン時間（時刻ｔ1 〜時刻ｔ2 ）とリッチ時間（時刻ｔ2 〜時刻ｔ3 ）とが設定され、両時間に応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施される。これにより、内燃機関１の排気通路１２ａ，１２ｂ途中に設置されたＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂにより、内燃機関１のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx が吸蔵され、内燃機関１のリッチ燃焼時、吸蔵されたＮＯx がリジェネ（還元）され浄化されることとなる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における燃料噴射制御の処理手順を示す図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この燃料噴射制御ルーチンは各気筒の燃料噴射タイミング毎（本実施例では１２０〔°ＣＡ〕毎）にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００１９】
図４において、ステップＳ１０１で、内燃機関の運転状態に応じた各種センサ情報が読込まれる。次にステップＳ１０２に移行して、ＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用い機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕及び吸気圧ＰＭ〔Ｐａ〕に基づいて基本噴射量Ｔｐが算出される。次にステップＳ１０３に移行して、後述の演算処理により目標空燃比ＡＦＴＧが算出される。次にステップＳ１０４に移行して、実際の空燃比（センサ計測値）と目標空燃比ＡＦＴＧとの偏差に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが算出される。なお、Ａ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂからの空燃比信号に基づく空燃比フィードバック制御については、周知であり、その詳細な説明は省略する。次にステップＳ１０５に移行して、最終燃料噴射量ＴＡＵが次式（１）にて算出され、この最終燃料噴射量ＴＡＵに相当する制御信号がインジェクタ７に出力され本ルーチンを終了する。ここで、ＦＡＬＬは冷却水温、エアコン負荷等に基づく各種補正係数である。
【００２０】
【数１】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ ・・・（１）
【００２１】
なお、空燃比フィードバック制御は、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが所定温度以上、高回転・高負荷状態になく、Ａ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂが活性状態にある等のフィードバック実行条件が成立するときに実行され、フィードバック実行条件が不成立であるときにはＦＡＦ＝１．０とする空燃比オープン制御が実行される。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における目標空燃比ＡＦＴＧ演算の処理手順を示す図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００２３】
図５において、ステップＳ２０１では、第１気筒群のＮＯx 触媒１５ａに対するＮＯx リジェネ処理実行を判定するためのＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１が第２気筒群のＮＯx 触媒１５ｂに対するＮＯx リジェネ処理実行を判定するためのＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ２以下であるかが判定される。なお、ＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１，ＮＯＸＪＤＧ２は後述の演算処理によって算出される。ステップＳ２０１の判定条件が成立するときにはステップＳ２０２に移行し、第１気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１が最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧに設定される。一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立しないときにはステップＳ２０３に移行し、第２気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ２が最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧに設定される。
【００２４】
ステップＳ２０２またはステップＳ２０３による処理ののちステップＳ２０４に移行し、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ以上であるかが判定される。ステップＳ２０４の判定条件が成立、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ以上と多いときにはステップＳ２０５に移行し、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＮ（オン）」とされる。一方、ステップＳ２０４の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ未満と少ないときにはステップＳ２０６に移行し、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが「０」以下であるかが判定される。ステップＳ２０６の判定条件が成立、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが「０」以下と少ないときにはステップＳ２０７に移行し、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＦＦ（オフ）」とされる。
【００２５】
ステップＳ２０５またはステップＳ２０７による処理ののち、またはステップＳ２０６の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが「０」を越えているときにはステップＳ２０８に移行する。ステップＳ２０８ではＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ２０８の判定条件が成立、即ち、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＮ」であるときにはステップＳ２０９に移行し、リッチ制御値に目標空燃比補正値ＤＬＡＦ１が加算され目標空燃比ＡＦＴＧ１、また、リッチ制御値に目標空燃比補正値ＤＬＡＦ２が加算され目標空燃比ＡＦＴＧ２が算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０８の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＦＦ」であるときにはステップＳ２１０に移行し、リーン制御値が目標空燃比ＡＦＴＧ１及び目標空燃比ＡＦＴＧ２とされ、本ルーチンを終了する。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１におけるリッチガス積算値ＡＦＡＤ演算の処理手順を示す図６のフローチャートに基づいて参照して説明する。なお、このリッチガス積算値ＡＦＡＤ演算ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００２７】
図６において、まず、ステップＳ３０１で、ストイキ空燃比ＡＦＳＤからＡ／Ｆ（空燃比）センサ２６ａのＡ／Ｆセンサ出力値ＡＦ１が減算されリッチ空燃比ＡＦＤＶが算出される。次にステップＳ３０２に移行して、ステップＳ３０１で算出されたリッチ空燃比ＡＦＤＶが「０（零）」を越えているかが判定される。ステップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０を越え大きいときにはステップＳ３０３に移行して、リッチ空燃比ＡＦＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ供給量ＡＦＤＶ１が算出される。次にステップＳ３０４に移行して、ステップＳ３０３で算出されたリッチ供給量ＡＦＤＶ１が加算されリッチガス積算値ＡＦＡＤ１が更新される。一方、ステップＳ３０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０以下と小さいときにはステップＳ３０３及びステップＳ３０４がスキップされる。
【００２８】
次にステップＳ３０５に移行して、ストイキ空燃比ＡＦＳＤからＡ／Ｆ（空燃比）センサ２６ｂのＡ／Ｆセンサ出力値ＡＦ２が減算されリッチ空燃比ＡＦＤＶが算出される。次にステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０５で算出されたリッチ空燃比ＡＦＤＶが「０」を越えているかが判定される。ステップＳ３０５の判定条件が成立、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０を越え大きいときにはステップＳ３０６に移行して、リッチ空燃比ＡＦＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ供給量ＡＦＤＶ２が算出される。次にステップＳ３０７に移行して、ステップＳ３０７で算出されたリッチ供給量ＡＦＤＶ２が加算されリッチガス積算値ＡＦＡＤ２が更新されたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０６の判定条件が成立せず、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０以下と小さいときにはステップＳ３０７及びステップＳ３０８がスキップされ、本ルーチンを終了する。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１におけるＮＯx 積算量演算の処理手順を示す図７のフローチャートに基づき、図８を参照して説明する。ここで、図８は機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕及び吸気圧ＰＭ〔Ｐａ〕をパラメータとしてＮＯx 量ＣＮＯＸを算出するマップである。なお、このＮＯx 積算量演算ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００３０】
図７において、ステップＳ４０１で、Ａ／Ｆセンサ値がリーンを示しているかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、Ａ／Ｆセンサ値がリーンを示しているときにはステップＳ４０２に移行し、図８に基づき排気ガス中のＮＯx 量ＣＮＯＸ（モル）が算出される。次にステップＳ４０３に移行して、ステップＳ４０２で算出されたＮＯx 量ＣＮＯＸが加算されＮＯx 積算量としてＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが更新されたのち、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、Ａ／Ｆセンサ値がリーンを示していないときにはステップＳ４０４に移行し、ＮＯx 還元量ＤＮＯＸ（モル）が算出される。次にステップＳ４０５に移行して、ステップＳ４０４で算出されたＮＯx 還元量ＤＮＯＸが加算されＮＯx 積算量としてＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが更新されたのち、本ルーチンを終了する。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における触媒劣化検出の処理手順を示す図９のフローチャートに基づき、図１０及び図１１を参照して説明する。ここで、図１０はＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸをパラメータとして目標空燃比補正量ＤＬＡＦを算出するマップであり、図１１はＮＯx 吸蔵量ＮＯＸＣＡＰをパラメータとしてＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧを算出するマップである。なお、この触媒劣化検出ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００３３】
図９において、ステップＳ５０１で、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるかが判定される。ステップＳ５０１の判定条件が成立、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるときにはステップＳ５０２に移行し、リッチ制御開始であるかが判定される。ステップＳ５０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ制御開始でないときにはステップＳ５０３に移行し、リーン制御中であるかが判定される。ステップＳ５０３の判定条件が成立、即ち、リーン制御中であるときにはステップＳ５０４に移行し、リーン時平均Ｏ2 センサ出力値算出としてＯ2 センサ出力値ＶＯＸ１の（１／３２）と前回までのリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ１ＳＭの（３１／３２）とが加算され今回のリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ１ＳＭ、また、リーン時平均Ｏ2 センサ出力値算出としてＯ2 センサ出力値ＶＯＸ２の（１／３２）と前回までのリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ２ＳＭの（３１／３２）とが加算され今回のリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ２ＳＭが算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０３の判定条件が成立せず、即ち、リーン制御中でもないときにはステップＳ５０４がスキップされ本ルーチンを終了する。
【００３４】
ここで、ステップＳ５０１の判定条件が成立せず、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」でないときにはステップＳ５０５に移行し、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「１」デクリメントされる。一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立、即ち、リッチ制御開始であるときにはステップＳ５０６に移行し、劣化検出タイミング判定値ＫＣＣＡＴＤＴが劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴに設定される。
【００３５】
ステップＳ５０５またはステップＳ５０６における処理ののちステップＳ５０７に移行し、後述の演算処理によりＯ2 センサ出力積算値ＶＯＸＡＤが算出される。次にステップＳ５０８に移行して、リッチガス積算値ＡＦＡＤが算出される。次にステップＳ５０９に移行して、再度、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるかが判定される。ステップＳ５０９の判定条件が成立せず、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」でないときには、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０９の判定条件が成立、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるときにはステップＳ５１０に移行し、第１気筒群においてリッチガス積算値ＡＦＡＤ１からリッチ排出量ＶＯＸ１ＡＤが減算されＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１とされる。また、第２気筒群においてリッチガス積算値ＡＦＡＤ２からリッチ排出量ＶＯＸ２ＡＤが減算されＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２とされる。そして、ＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１とＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２との偏差の絶対値が両気筒群間におけるＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸとされる。
【００３６】
次にステップＳ５１１に移行して、第１気筒群のＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１が第２気筒群のＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２を越えているかが判定される。ステップＳ５１１の判定条件が成立、即ち、ＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１がＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２を越え多いときにはステップＳ５１２に移行し、図１０のマップによりＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸをパラメータとして第１気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ１が算出されると共に、第２気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ２がクリアされる。
【００３７】
一方、ステップＳ５１１の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１がＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２以下と少ないときにはステップＳ５１３に移行し、図１０のマップによりＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸをパラメータとして第２気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ２が算出されると共に、第１気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ１がクリアされる。次にステップＳ５１４に移行して、図１１のマップによりＮＯx 吸蔵量ＮＯＸＣＡＰをパラメータとして第１気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１及び第２気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ２が算出され、本ルーチンを終了する。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１におけるＯ2 センサ出力積算値演算の処理手順を示す図１２のフローチャートに基づいて説明する。なお、このＯ2 センサ出力積算値演算ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００３９】
図１２において、ステップＳ６０１で、第１気筒群のＯ2 センサ出力値ＶＯＸ１からリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ１ＳＭが減算されリッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶとされる。次にステップＳ６０２に移行して、ステップＳ６０１によるリッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ：ボルト〕以上であるかが判定される。ステップＳ６０２の判定条件が成立、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕以上と大きいときにはステップＳ６０３に移行して、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶが補正される。そして、ステップＳ６０４に移行し、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶが加算されリッチ排出量ＶＯＸ１ＡＤが更新される。一方、ステップＳ６０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕未満と小さいときにはステップＳ６０３及びステップＳ６０４がスキップされる。
【００４０】
次にステップＳ６０５に移行して、第２気筒群のＯ2 センサ出力値ＶＯＸ２からリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ２ＳＭが減算されリッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶとされる。次にステップＳ６０６に移行して、ステップＳ６０５によるリッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ：ボルト〕以上であるかが判定される。ステップＳ６０６の判定条件が成立、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕以上と大きいときにはステップＳ６０７に移行して、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶが補正される。そして、ステップＳ６０８に移行し、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶが加算されリッチ排出量ＶＯＸ２ＡＤが更新され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ６０６の判定条件が成立せず、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕未満と小さいときにはステップＳ６０７及びステップＳ６０８がスキップされ、本ルーチンを終了する。
【００４１】
このように、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）を第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割し、各気筒群毎に独立して配設する排気通路１２ａ，１２ｂと、排気通路１２ａ，１２ｂ途中にそれぞれ設置し、内燃機関１のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx （窒素酸化物）を吸蔵し、内燃機関１のリッチ燃焼時、吸蔵したＮＯx をリジェネ（還元）し浄化するＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂと、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力を推定し、最も吸蔵能力の低いＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂに応じてリジェネ周期を設定するＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１にて達成される触媒制御手段とを具備するものである。
【００４２】
つまり、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）が第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割され、これら２つの気筒群に対して独立的に排気通路１２ａ，１２ｂが配設され、この排気通路１２ａ，１２ｂ途中にＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂが設置されている。そして、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力が推定され、このうちの最も吸蔵能力が低いものに応じてリジェネ周期が設定される。これにより、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯx が流入することのないよう適切なリジェネ周期が採用されることとなり、エミッション悪化が未然に防止される。
【００４３】
また、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、更に、排気通路１２ａ，１２ｂ途中のＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側に配設し、排気ガス中のＯ2 （酸素）濃度を検出する空燃比検出手段としてのＯ2 センサ２７ａ，２７ｂを具備し、ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１にて達成される触媒制御手段が、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力をＯ2 センサ２７ａ，２７ｂで検出したＯ2 濃度に基づいて推定するものである。
【００４４】
つまり、Ｏ2 センサ２７ａ，２７ｂで検出されるＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側のＯ2 濃度によって、これらＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力が分かり、そのＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂに合わせてリジェネ周期が設定される。これにより、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯx が流入しないため、エミッション悪化を未然に防止することができる。
【００４５】
そして、本実施例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１にて達成される触媒制御手段は、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのリジェネ時における制御空燃比を各気筒群（第１気筒群及び第２気筒群）毎に設定するものである。つまり、リジェネ時における制御空燃比を設定するための燃料噴射量が各気筒群毎に設定されることで、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの個体差や経時変化の違いに対処することができ、リジェネ周期毎にＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの個々の吸蔵能力を十分に回復させることができる。
【００４６】
更に、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）を第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割し、各気筒群毎に独立して配設する排気通路１２ａ，１２ｂと、排気通路１２ａ，１２ｂ途中にそれぞれ設置し、内燃機関１のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx （窒素酸化物）を吸蔵し、内燃機関１のリッチ燃焼時、吸蔵したＮＯx をリジェネ（還元）し浄化するＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂとを具備するものである。
【００４７】
つまり、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）が第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割され、これら２つの気筒群に対して独立的に排気通路１２ａ，１２ｂが配設され、この排気通路１２ａ，１２ｂ途中にＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂが設置されている。このように、気筒群毎の独立した排気通路１２ａ，１２ｂにＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂが設置されるため、気筒群当たりのＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの大きさを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００４８】
ところで、上記実施例では、排気通路１２ａ，１２ｂ途中でＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側にＯ2 センサ２７ａ，２７ｂを配設して排気ガス中のＯ2 濃度を検出しているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの上流側のＡ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂと同様のＡ／Ｆセンサを配設して排気ガス中の空燃比を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置における機関回転数及び吸気圧をパラメータとして目標空燃比を算出するマップである。
【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置におけるリジェネ周期カウンタの値に基づきリーン時間及びリッチ時間の設定を示す説明図である。
【図４】 図４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】 図５は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける目標空燃比演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】 図６は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるリッチガス積算値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】 図７は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるＮＯx 積算量演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】 図８は図７で機関回転数及び吸気圧をパラメータとしてＮＯx 量を算出するマップである。
【図９】 図９は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける触媒劣化検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０は図９でＮＯx 吸蔵量差をパラメータとして目標空燃比補正量を算出するマップである。
【図１１】 図１１は図９でＮＯx 吸蔵量をパラメータとしてＮＯx リジェネ実行判定値を算出するマップである。
【図１２】 図１２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるＯ2 センサ出力積算値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１２ａ，１２ｂ 排気通路
１５ａ，１５ｂ ＮＯx 触媒
２７ａ，２７ｂ Ｏ2 （酸素）センサ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１ ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中のＮＯx を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の排気浄化装置に関連する先行技術文献としては、特許第２８３６５２３号公報にて開示されたものが知られている。このものでは、ＮＯx 触媒（ＮＯx 吸収剤）の劣化の度合いが高くなるほど、ＮＯx 触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えて吸蔵されたＮＯx を浄化するための還元（Regeneration：リジェネレーション；以下、単に『リジェネ』と記す）周期またはＮＯx 触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えたときのリッチ時間を短くして燃料消費率を低減し、リジェネ時に未燃ＨＣ，ＣＯが大気中に放出されるのを阻止する技術が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の排気量に対応するＮＯx 触媒によるＮＯx 吸蔵量の拡大や触媒温度の低下を図ろうとすると、複数のＮＯx 触媒を並列に設置する必要が生じることとなる。この際、各ＮＯx 触媒毎に劣化の度合いが異なることが考えられる。しかし、各ＮＯx 触媒毎の劣化の度合いに応じてリジェネ周期を設定することができないため、各ＮＯx 触媒はそれぞれの吸蔵能力を十分に発揮できないという不具合があった。
【０００４】
そこで、この発明はかかる不具合を解決するためになされたもので、内燃機関の排気通路に対して複数のＮＯx 触媒を設置すると共に、それぞれのＮＯx 吸蔵能力を十分に発揮させることが可能な内燃機関の排気浄化装置の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、触媒制御手段によってＮＯx触媒のそれぞれの個体差や経年変化によって変化する吸蔵能力が推定され、このうちの最も吸蔵能力が低いものに応じてリッチ空燃比に切換えるリジェネ周期が設定される。これにより、ＮＯx触媒のうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯxが流入することのないよう適切なリジェネ周期が採用されることとなり、エミッション悪化が未然に防止される。
【０００６】
請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１の手段に加え、更に、触媒制御手段によって空燃比検出手段で検出されるＮＯx 触媒の下流側の空燃比または酸素濃度に基づき、ＮＯx 触媒のそれぞれの吸蔵能力が推定される。これにより、ＮＯx 触媒のうち吸蔵能力の低い方が分かり、そのＮＯx 触媒に合わせてリジェネ周期が採用されることで、ＮＯx 触媒のうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯx が流入しないため、エミッション悪化が未然に防止される。
【０００７】
請求項３の内燃機関の排気浄化装置では、触媒制御手段によってリジェネ時におけるリッチ空燃比が各気筒群毎に設定されることで、ＮＯx触媒の個体差や経時変化の違いに対処することができ、リジェネ周期毎にＮＯx触媒の個々の吸蔵能力が十分に回復される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【００１１】
図１において、内燃機関１は直列６気筒（＃１気筒〜＃６気筒）４サイクルの火花点火式として構成されている。内燃機関１の上流側のエアクリーナ２から吸入された空気は吸気通路３、スロットルバルブ４、サージタンク５、吸気マニホルド６を通過し、吸気マニホルド６内で＃１気筒〜＃６気筒に対応する各インジェクタ（燃料噴射弁）７から噴射された燃料と混合され、所定の空燃比（Air-Fuel Ratio）の混合気として各気筒（＃１気筒〜＃６気筒）に分配供給される。また、内燃機関１の＃１気筒〜＃６気筒に設けられた各点火プラグ８には点火回路９から供給される高電圧がディストリビュータ１０を介して逐次、分配供給され、＃１気筒〜＃６気筒の混合気が所定タイミングで点火燃焼される。
【００１２】
そして、燃焼後の排気ガスは、内燃機関１の第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）に分割され、それぞれに対応する排気マニホルド１１ａ，１１ｂに接続された排気通路１２ａ，１２ｂに設置された触媒コンバータとしてのＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂを通過したのち大気中に排出される。このＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂによって、主にリーン空燃比での燃焼時、排気ガス中のＮＯx が吸蔵されると共に、リッチ空燃比での燃焼時、吸蔵されたＮＯx がリッチ成分としてのＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）等にてリジェネされ放出される。
【００１３】
また、吸気通路３には吸気量（吸入空気量）ＱＡ〔ｇ／ｓｅｃ〕を検出する吸気量センサ２１及びスロットルバルブ４の下流側の吸気通路３内の負圧としての吸気圧ＰＭ〔Ｐａ〕を検出する吸気圧センサ２２が配設されている。そして、スロットルバルブ４にはスロットル開度ＴＡ〔°〕を検出するスロットル開度センサ２３が配設されている。このスロットル開度センサ２３にはアイドルスイッチも内蔵されており、スロットルバルブ４が略全閉である旨の検出信号も出力される。
【００１４】
更に、内燃機関１のシリンダブロックには冷却水温ＴＨＷ〔℃〕を検出する水温センサ２４が配設されている。ディストリビュータ１０には内燃機関１の機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕を検出する回転数センサ２５が配設され、この回転数センサ２５によって内燃機関１の２回転、即ち、７２０〔°ＣＡ（Crank Angle:クランク角）〕毎に等間隔で２４個のパルス信号が出力される。
【００１５】
また、排気通路１２ａ，１２ｂ途中で触媒１５ａ，１５ｂの上流側には、排気ガス中のＯ2 （酸素）濃度に比例して広域でかつリニアな空燃比としてのＡ／Ｆセンサ出力値ＡＦ１，ＡＦ２を検出するＡ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂがそれぞれ配設されている。そして、排気通路１２ａ，１２ｂ途中でＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側には、排気ガス中の空燃比がリッチまたはリーンに応じて生じる異なる起電力としてのＯ2 センサ出力値ＶＯＸ１，ＶＯＸ２を検出するＯ2 センサ２７ａ，２７ｂが配設されている。
【００１６】
ＥＣＵ（Electronic Control Unit:電子制御ユニット）３０は、周知の各種演算処理を実行する中央処理装置としてのＣＰＵ３１、制御プログラムを格納したＲＯＭ３２、各種データを格納するＲＡＭ３３、Ｂ／Ｕ（バックアップ）ＲＡＭ３４等を中心に論理演算回路として構成され、各種センサからの検出信号を入力する入力ポート３５及び各種アクチュエータ等に制御信号を出力する出力ポート３６に対しバス３７を介して接続されている。ＥＣＵ３０のＣＰＵ３１によって入力ポート３５からの各種入力信号が読込まれ演算処理され、＃１気筒〜＃６気筒のインジェクタ７、点火回路９や各種アクチュエータ等に各種出力信号４２が出力され、内燃機関１０の運転状態が制御される。
【００１７】
ここで、本実施例の排気浄化制御の概要について簡単に説明する。図２に示すマップに基づき、機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕及び吸気圧〔Ｐａ〕をパラメータとして適宜、目標空燃比ＡＦＴＧが算出される。そして、図３にタイムチャートを示すように、内燃機関１に対するリーン燃焼の実施途中において一時的にリッチ燃焼が実施されるよう、燃料噴射毎に計数されるリジェネ周期カウンタの値に基づき、リーン時間（時刻ｔ1 〜時刻ｔ2 ）とリッチ時間（時刻ｔ2 〜時刻ｔ3 ）とが設定され、両時間に応じてリーン燃焼とリッチ燃焼とが交互に実施される。これにより、内燃機関１の排気通路１２ａ，１２ｂ途中に設置されたＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂにより、内燃機関１のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx が吸蔵され、内燃機関１のリッチ燃焼時、吸蔵されたＮＯx がリジェネ（還元）され浄化されることとなる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における燃料噴射制御の処理手順を示す図４のフローチャートに基づいて説明する。なお、この燃料噴射制御ルーチンは各気筒の燃料噴射タイミング毎（本実施例では１２０〔°ＣＡ〕毎）にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００１９】
図４において、ステップＳ１０１で、内燃機関の運転状態に応じた各種センサ情報が読込まれる。次にステップＳ１０２に移行して、ＲＯＭ３２内に予め格納されている基本噴射マップを用い機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕及び吸気圧ＰＭ〔Ｐａ〕に基づいて基本噴射量Ｔｐが算出される。次にステップＳ１０３に移行して、後述の演算処理により目標空燃比ＡＦＴＧが算出される。次にステップＳ１０４に移行して、実際の空燃比（センサ計測値）と目標空燃比ＡＦＴＧとの偏差に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが算出される。なお、Ａ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂからの空燃比信号に基づく空燃比フィードバック制御については、周知であり、その詳細な説明は省略する。次にステップＳ１０５に移行して、最終燃料噴射量ＴＡＵが次式（１）にて算出され、この最終燃料噴射量ＴＡＵに相当する制御信号がインジェクタ７に出力され本ルーチンを終了する。ここで、ＦＡＬＬは冷却水温、エアコン負荷等に基づく各種補正係数である。
【００２０】
【数１】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ ・・・（１）
【００２１】
なお、空燃比フィードバック制御は、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷが所定温度以上、高回転・高負荷状態になく、Ａ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂが活性状態にある等のフィードバック実行条件が成立するときに実行され、フィードバック実行条件が不成立であるときにはＦＡＦ＝１．０とする空燃比オープン制御が実行される。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における目標空燃比ＡＦＴＧ演算の処理手順を示す図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００２３】
図５において、ステップＳ２０１では、第１気筒群のＮＯx 触媒１５ａに対するＮＯx リジェネ処理実行を判定するためのＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１が第２気筒群のＮＯx 触媒１５ｂに対するＮＯx リジェネ処理実行を判定するためのＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ２以下であるかが判定される。なお、ＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１，ＮＯＸＪＤＧ２は後述の演算処理によって算出される。ステップＳ２０１の判定条件が成立するときにはステップＳ２０２に移行し、第１気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１が最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧに設定される。一方、ステップＳ２０１の判定条件が成立しないときにはステップＳ２０３に移行し、第２気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ２が最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧに設定される。
【００２４】
ステップＳ２０２またはステップＳ２０３による処理ののちステップＳ２０４に移行し、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ以上であるかが判定される。ステップＳ２０４の判定条件が成立、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ以上と多いときにはステップＳ２０５に移行し、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＮ（オン）」とされる。一方、ステップＳ２０４の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが最終リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ未満と少ないときにはステップＳ２０６に移行し、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが「０」以下であるかが判定される。ステップＳ２０６の判定条件が成立、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが「０」以下と少ないときにはステップＳ２０７に移行し、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＦＦ（オフ）」とされる。
【００２５】
ステップＳ２０５またはステップＳ２０７による処理ののち、またはステップＳ２０６の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが「０」を越えているときにはステップＳ２０８に移行する。ステップＳ２０８ではＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＮ」であるかが判定される。ステップＳ２０８の判定条件が成立、即ち、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＮ」であるときにはステップＳ２０９に移行し、リッチ制御値に目標空燃比補正値ＤＬＡＦ１が加算され目標空燃比ＡＦＴＧ１、また、リッチ制御値に目標空燃比補正値ＤＬＡＦ２が加算され目標空燃比ＡＦＴＧ２が算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ２０８の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx リジェネ実行フラグが「ＯＦＦ」であるときにはステップＳ２１０に移行し、リーン制御値が目標空燃比ＡＦＴＧ１及び目標空燃比ＡＦＴＧ２とされ、本ルーチンを終了する。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１におけるリッチガス積算値ＡＦＡＤ演算の処理手順を示す図６のフローチャートに基づいて参照して説明する。なお、このリッチガス積算値ＡＦＡＤ演算ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００２７】
図６において、まず、ステップＳ３０１で、ストイキ空燃比ＡＦＳＤからＡ／Ｆ（空燃比）センサ２６ａのＡ／Ｆセンサ出力値ＡＦ１が減算されリッチ空燃比ＡＦＤＶが算出される。次にステップＳ３０２に移行して、ステップＳ３０１で算出されたリッチ空燃比ＡＦＤＶが「０（零）」を越えているかが判定される。ステップＳ３０２の判定条件が成立、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０を越え大きいときにはステップＳ３０３に移行して、リッチ空燃比ＡＦＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ供給量ＡＦＤＶ１が算出される。次にステップＳ３０４に移行して、ステップＳ３０３で算出されたリッチ供給量ＡＦＤＶ１が加算されリッチガス積算値ＡＦＡＤ１が更新される。一方、ステップＳ３０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０以下と小さいときにはステップＳ３０３及びステップＳ３０４がスキップされる。
【００２８】
次にステップＳ３０５に移行して、ストイキ空燃比ＡＦＳＤからＡ／Ｆ（空燃比）センサ２６ｂのＡ／Ｆセンサ出力値ＡＦ２が減算されリッチ空燃比ＡＦＤＶが算出される。次にステップＳ３０６に移行して、ステップＳ３０５で算出されたリッチ空燃比ＡＦＤＶが「０」を越えているかが判定される。ステップＳ３０５の判定条件が成立、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０を越え大きいときにはステップＳ３０６に移行して、リッチ空燃比ＡＦＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ供給量ＡＦＤＶ２が算出される。次にステップＳ３０７に移行して、ステップＳ３０７で算出されたリッチ供給量ＡＦＤＶ２が加算されリッチガス積算値ＡＦＡＤ２が更新されたのち、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３０６の判定条件が成立せず、即ち、リッチ空燃比ＡＦＤＶが０以下と小さいときにはステップＳ３０７及びステップＳ３０８がスキップされ、本ルーチンを終了する。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１におけるＮＯx 積算量演算の処理手順を示す図７のフローチャートに基づき、図８を参照して説明する。ここで、図８は機関回転数ＮＥ〔ｒｐｍ〕及び吸気圧ＰＭ〔Ｐａ〕をパラメータとしてＮＯx 量ＣＮＯＸを算出するマップである。なお、このＮＯx 積算量演算ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００３０】
図７において、ステップＳ４０１で、Ａ／Ｆセンサ値がリーンを示しているかが判定される。ステップＳ４０１の判定条件が成立、即ち、Ａ／Ｆセンサ値がリーンを示しているときにはステップＳ４０２に移行し、図８に基づき排気ガス中のＮＯx 量ＣＮＯＸ（モル）が算出される。次にステップＳ４０３に移行して、ステップＳ４０２で算出されたＮＯx 量ＣＮＯＸが加算されＮＯx 積算量としてＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが更新されたのち、本ルーチンを終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ４０１の判定条件が成立せず、即ち、Ａ／Ｆセンサ値がリーンを示していないときにはステップＳ４０４に移行し、ＮＯx 還元量ＤＮＯＸ（モル）が算出される。次にステップＳ４０５に移行して、ステップＳ４０４で算出されたＮＯx 還元量ＤＮＯＸが加算されＮＯx 積算量としてＮＯx 吸蔵量ＣＮＯＸＡＤが更新されたのち、本ルーチンを終了する。
【００３２】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１における触媒劣化検出の処理手順を示す図９のフローチャートに基づき、図１０及び図１１を参照して説明する。ここで、図１０はＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸをパラメータとして目標空燃比補正量ＤＬＡＦを算出するマップであり、図１１はＮＯx 吸蔵量ＮＯＸＣＡＰをパラメータとしてＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧを算出するマップである。なお、この触媒劣化検出ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００３３】
図９において、ステップＳ５０１で、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるかが判定される。ステップＳ５０１の判定条件が成立、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるときにはステップＳ５０２に移行し、リッチ制御開始であるかが判定される。ステップＳ５０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ制御開始でないときにはステップＳ５０３に移行し、リーン制御中であるかが判定される。ステップＳ５０３の判定条件が成立、即ち、リーン制御中であるときにはステップＳ５０４に移行し、リーン時平均Ｏ2 センサ出力値算出としてＯ2 センサ出力値ＶＯＸ１の（１／３２）と前回までのリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ１ＳＭの（３１／３２）とが加算され今回のリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ１ＳＭ、また、リーン時平均Ｏ2 センサ出力値算出としてＯ2 センサ出力値ＶＯＸ２の（１／３２）と前回までのリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ２ＳＭの（３１／３２）とが加算され今回のリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ２ＳＭが算出され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０３の判定条件が成立せず、即ち、リーン制御中でもないときにはステップＳ５０４がスキップされ本ルーチンを終了する。
【００３４】
ここで、ステップＳ５０１の判定条件が成立せず、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」でないときにはステップＳ５０５に移行し、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「１」デクリメントされる。一方、ステップＳ５０２の判定条件が成立、即ち、リッチ制御開始であるときにはステップＳ５０６に移行し、劣化検出タイミング判定値ＫＣＣＡＴＤＴが劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴに設定される。
【００３５】
ステップＳ５０５またはステップＳ５０６における処理ののちステップＳ５０７に移行し、後述の演算処理によりＯ2 センサ出力積算値ＶＯＸＡＤが算出される。次にステップＳ５０８に移行して、リッチガス積算値ＡＦＡＤが算出される。次にステップＳ５０９に移行して、再度、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるかが判定される。ステップＳ５０９の判定条件が成立せず、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」でないときには、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５０９の判定条件が成立、即ち、劣化検出タイミングカウンタＣＣＡＴＤＴが「０」であるときにはステップＳ５１０に移行し、第１気筒群においてリッチガス積算値ＡＦＡＤ１からリッチ排出量ＶＯＸ１ＡＤが減算されＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１とされる。また、第２気筒群においてリッチガス積算値ＡＦＡＤ２からリッチ排出量ＶＯＸ２ＡＤが減算されＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２とされる。そして、ＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１とＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２との偏差の絶対値が両気筒群間におけるＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸとされる。
【００３６】
次にステップＳ５１１に移行して、第１気筒群のＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１が第２気筒群のＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２を越えているかが判定される。ステップＳ５１１の判定条件が成立、即ち、ＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１がＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２を越え多いときにはステップＳ５１２に移行し、図１０のマップによりＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸをパラメータとして第１気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ１が算出されると共に、第２気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ２がクリアされる。
【００３７】
一方、ステップＳ５１１の判定条件が成立せず、即ち、ＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ１がＮＯx 最大吸蔵量ＮＯＸＣＡＰ２以下と少ないときにはステップＳ５１３に移行し、図１０のマップによりＮＯx 吸蔵量差ＤＬＮＯＸをパラメータとして第２気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ２が算出されると共に、第１気筒群の目標空燃比補正値ＤＬＡＦ１がクリアされる。次にステップＳ５１４に移行して、図１１のマップによりＮＯx 吸蔵量ＮＯＸＣＡＰをパラメータとして第１気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ１及び第２気筒群のＮＯx リジェネ実行判定値ＮＯＸＪＤＧ２が算出され、本ルーチンを終了する。
【００３８】
次に、本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１におけるＯ2 センサ出力積算値演算の処理手順を示す図１２のフローチャートに基づいて説明する。なお、このＯ2 センサ出力積算値演算ルーチンは所定時間毎にＣＰＵ３１にて繰返し実行される。
【００３９】
図１２において、ステップＳ６０１で、第１気筒群のＯ2 センサ出力値ＶＯＸ１からリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ１ＳＭが減算されリッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶとされる。次にステップＳ６０２に移行して、ステップＳ６０１によるリッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ：ボルト〕以上であるかが判定される。ステップＳ６０２の判定条件が成立、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕以上と大きいときにはステップＳ６０３に移行して、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶが補正される。そして、ステップＳ６０４に移行し、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶが加算されリッチ排出量ＶＯＸ１ＡＤが更新される。一方、ステップＳ６０２の判定条件が成立せず、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ１ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕未満と小さいときにはステップＳ６０３及びステップＳ６０４がスキップされる。
【００４０】
次にステップＳ６０５に移行して、第２気筒群のＯ2 センサ出力値ＶＯＸ２からリーン時平均Ｏ2 センサ出力値ＶＯＸ２ＳＭが減算されリッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶとされる。次にステップＳ６０６に移行して、ステップＳ６０５によるリッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ：ボルト〕以上であるかが判定される。ステップＳ６０６の判定条件が成立、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕以上と大きいときにはステップＳ６０７に移行して、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶに吸気量ＱＡが乗算されリッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶが補正される。そして、ステップＳ６０８に移行し、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶが加算されリッチ排出量ＶＯＸ２ＡＤが更新され、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ６０６の判定条件が成立せず、即ち、リッチ出力偏差ＶＯＸ２ＤＶの絶対値が０．０２〔Ｖ〕未満と小さいときにはステップＳ６０７及びステップＳ６０８がスキップされ、本ルーチンを終了する。
【００４１】
このように、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）を第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割し、各気筒群毎に独立して配設する排気通路１２ａ，１２ｂと、排気通路１２ａ，１２ｂ途中にそれぞれ設置し、内燃機関１のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx （窒素酸化物）を吸蔵し、内燃機関１のリッチ燃焼時、吸蔵したＮＯx をリジェネ（還元）し浄化するＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂと、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力を推定し、最も吸蔵能力の低いＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂに応じてリジェネ周期を設定するＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１にて達成される触媒制御手段とを具備するものである。
【００４２】
つまり、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）が第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割され、これら２つの気筒群に対して独立的に排気通路１２ａ，１２ｂが配設され、この排気通路１２ａ，１２ｂ途中にＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂが設置されている。そして、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力が推定され、このうちの最も吸蔵能力が低いものに応じてリジェネ周期が設定される。これにより、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯx が流入することのないよう適切なリジェネ周期が採用されることとなり、エミッション悪化が未然に防止される。
【００４３】
また、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、更に、排気通路１２ａ，１２ｂ途中のＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側に配設し、排気ガス中のＯ2 （酸素）濃度を検出する空燃比検出手段としてのＯ2 センサ２７ａ，２７ｂを具備し、ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１にて達成される触媒制御手段が、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力をＯ2 センサ２７ａ，２７ｂで検出したＯ2 濃度に基づいて推定するものである。
【００４４】
つまり、Ｏ2 センサ２７ａ，２７ｂで検出されるＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側のＯ2 濃度によって、これらＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのそれぞれの吸蔵能力が分かり、そのＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂに合わせてリジェネ周期が設定される。これにより、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのうち吸蔵能力の低い方を越えて排気ガス中のＮＯx が流入しないため、エミッション悪化を未然に防止することができる。
【００４５】
そして、本実施例の内燃機関の排気浄化装置のＥＣＵ３０内のＣＰＵ３１にて達成される触媒制御手段は、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂのリジェネ時における制御空燃比を各気筒群（第１気筒群及び第２気筒群）毎に設定するものである。つまり、リジェネ時における制御空燃比を設定するための燃料噴射量が各気筒群毎に設定されることで、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの個体差や経時変化の違いに対処することができ、リジェネ周期毎にＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの個々の吸蔵能力を十分に回復させることができる。
【００４６】
更に、本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）を第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割し、各気筒群毎に独立して配設する排気通路１２ａ，１２ｂと、排気通路１２ａ，１２ｂ途中にそれぞれ設置し、内燃機関１のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx （窒素酸化物）を吸蔵し、内燃機関１のリッチ燃焼時、吸蔵したＮＯx をリジェネ（還元）し浄化するＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂとを具備するものである。
【００４７】
つまり、内燃機関１を構成する６つの気筒（＃１気筒〜＃６気筒）が第１気筒群（＃１気筒〜＃３気筒）及び第２気筒群（＃４気筒〜＃６気筒）からなる２つの気筒群に分割され、これら２つの気筒群に対して独立的に排気通路１２ａ，１２ｂが配設され、この排気通路１２ａ，１２ｂ途中にＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂが設置されている。このように、気筒群毎の独立した排気通路１２ａ，１２ｂにＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂが設置されるため、気筒群当たりのＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの大きさを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００４８】
ところで、上記実施例では、排気通路１２ａ，１２ｂ途中でＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの下流側にＯ2 センサ２７ａ，２７ｂを配設して排気ガス中のＯ2 濃度を検出しているが、本発明を実施する場合には、これに限定されるものではなく、ＮＯx 触媒１５ａ，１５ｂの上流側のＡ／Ｆセンサ２６ａ，２６ｂと同様のＡ／Ｆセンサを配設して排気ガス中の空燃比を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関及びその周辺機器を示す概略構成図である。
【図２】 図２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置における機関回転数及び吸気圧をパラメータとして目標空燃比を算出するマップである。
【図３】 図３は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置におけるリジェネ周期カウンタの値に基づきリーン時間及びリッチ時間の設定を示す説明図である。
【図４】 図４は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】 図５は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける目標空燃比演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】 図６は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるリッチガス積算値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】 図７は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるＮＯx 積算量演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】 図８は図７で機関回転数及び吸気圧をパラメータとしてＮＯx 量を算出するマップである。
【図９】 図９は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおける触媒劣化検出の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図１０は図９でＮＯx 吸蔵量差をパラメータとして目標空燃比補正量を算出するマップである。
【図１１】 図１１は図９でＮＯx 吸蔵量をパラメータとしてＮＯx リジェネ実行判定値を算出するマップである。
【図１２】 図１２は本発明の実施の形態の一実施例にかかる内燃機関の排気浄化装置で使用されているＥＣＵ内のＣＰＵにおけるＯ2 センサ出力積算値演算の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１２ａ，１２ｂ 排気通路
１５ａ，１５ｂ ＮＯx 触媒
２７ａ，２７ｂ Ｏ2 （酸素）センサ
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１ ＣＰＵ
Claims (3)
- 内燃機関を構成する複数の気筒を複数の気筒群に分割し、各気筒群毎に独立して配設する排気通路と、
前記排気通路途中にそれぞれ設置し、前記内燃機関のリーン燃焼時、排気ガス中のＮＯx（窒素酸化物）を吸蔵し、前記内燃機関のリッチ燃焼時、吸蔵したＮＯxを還元し浄化するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒のそれぞれの個体差や経年変化によって変化する吸蔵能力を推定し、最も吸蔵能力の低い前記ＮＯx触媒に応じてリッチ空燃比に切換える還元周期を設定する触媒制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 更に、前記排気通路途中の前記ＮＯx触媒の下流側に配設し、排気ガス中の空燃比または酸素濃度を検出する空燃比検出手段を具備し、前記触媒制御手段は、前記ＮＯx 触媒のそれぞれの吸蔵能力を前記空燃比検出手段で検出した空燃比または酸素濃度に基づいて推定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。
- 前記触媒制御手段は、前記ＮＯx触媒の還元時におけるリッチ空燃比を前記各気筒群毎に設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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