(57)【要約】【課題】  ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御が終了した後、できるだけ早期に、三元触媒が有効に機能可能な状態とする。【解決手段】  複数の気筒♯１〜♯４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５，６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７に接続した内燃機関の排気浄化装置であって、各排気枝管内に三元触媒８，９をそれぞれ配置すると共に共通の１つの排気管内にＮＯｘ触媒１０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、硫黄被毒回復制御を終了するとき、該硫黄被毒回復制御中にリッチ空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させる排気空燃比逆転制御を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、各排気枝管内に三元触媒をそれぞれ配置すると共に上記共通の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、上記硫黄被毒回復制御を終了するとき、該硫黄被毒回復制御中にリッチ空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させる排気空燃比逆転制御を行うことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリッチ空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させた後、該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交互に排出させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリーン空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリッチ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１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリーン空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させた後、該気筒群からリーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとを交互に排出させることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリーン空燃比の排気ガスを排出していた気筒群では通常運転にて行われるべき燃焼が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記排気空燃比逆転制御中に特定の気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させるときの該排気ガスの空燃比は理論空燃比に近いリーンであり、上記排気空燃比逆転制御中に特定の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させるときの該排気ガスの空燃比は理論空燃比に近いリッチであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
複数の気筒を備え、これら気筒を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、各排気枝管内に三元触媒をそれぞれ配置すると共に上記共通の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、上記硫黄被毒回復制御中、リッチ空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とリーン空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とを繰り返し交替させることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項８】
上記硫黄被毒回復制御の終了が要求されたとき、該硫黄被毒回復制御において最初にリッチ空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とされた気筒群からリーン空燃比の排気ガスが排出されると共に最初にリーン空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とされた気筒群からリッチ空燃比の排気ガスが排出されたときに、該硫黄被毒回復制御を終了させることを特徴とする請求項７に記載の排気浄化装置。
【請求項９】
上記内燃機関が各気筒に充填される混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御として三元触媒下流の排気枝管または排気管に配置された空燃比センサの出力を利用して上記混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御を行うと共に該空燃比制御の制御対象に対する制御量を学習する学習制御を行う内燃機関である場合において、上記硫黄被毒回復制御が終了してから所定期間、上記学習制御の実行を禁止することを特徴とする請求項７または８に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。また、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはその近傍であるときに排気ガス中のＮＯｘ、一酸化炭素（ＣＯ）、および、炭化水素（ＨＣ）を同時に高い浄化率で浄化する触媒として、三元触媒が知られている。これらＮＯｘ触媒や三元触媒を備えた内燃機関が特許文献１に開示されている。
【０００３】
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、各排気枝管にはそれぞれ三元触媒が配置されており、共通排気管にはＮＯｘ触媒が配置されている。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６８６９０号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３８３６号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した硫黄被毒回復制御を行っているとき、一方の三元触媒には、リッチ排気ガスが流入し続けると共に、他方の三元触媒には、リーン排気ガスが流入し続ける。このため、硫黄被毒回復制御が終了したとき、一方の三元触媒がリッチ排気ガス中のＣＯやＨＣによって被毒されていたり、他方の三元触媒がリーン排気ガス中の酸素によって被毒されていたりする。このため、硫黄被毒回復制御が終了した後に、三元触媒が機能するはずの条件が整ったとしても、三元触媒が有効に機能しないことがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上述したように三元触媒とＮＯｘ触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御が終了した後、できるだけ早期に、三元触媒が有効に機能可能な状態とし、或いは、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御が終了したときに三元触媒が有効に機能可能な状態としておくことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、各排気枝管内に三元触媒をそれぞれ配置すると共に上記共通の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、上記硫黄被毒回復制御を終了するとき、該硫黄被毒回復制御中にリッチ空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させる排気空燃比逆転制御を行う。
【００１１】
２番目の発明では、１番目の発明において、上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリッチ空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させた後、該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交互に排出させる。
３番目の発明では、１または２番目の発明において、上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリーン空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させる。
【００１２】
４番目の発明では、３番目の発明において、上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリーン空燃比の排気ガスを排出していた気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させた後、該気筒群からリーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとを交互に排出させる。
５番目の発明では、１または２番目の発明において、上記排気空燃比逆転制御では、硫黄被毒回復制御中にリーン空燃比の排気ガスを排出していた気筒群では通常運転にて行われるべき燃焼が行われる。
６番目の発明では、１〜５番目の発明のいずれか１つにおいて、上記排気空燃比逆転制御中に特定の気筒群からリーン空燃比の排気ガスを排出させるときの該排気ガスの空燃比は理論空燃比に近いリーンであり、上記排気空燃比逆転制御中に特定の気筒群からリッチ空燃比の排気ガスを排出させるときの該排気ガスの空燃比は理論空燃比に近いリッチである。
【００１３】
上記課題を解決するために、７番目の発明では、複数の気筒を備え、これら気筒を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、各排気枝管内に三元触媒をそれぞれ配置すると共に上記共通の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、上記硫黄被毒回復制御中、リッチ空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とリーン空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とを繰り返し交替させる。
【００１４】
８番目の発明では、７番目の発明において、上記硫黄被毒回復制御の終了が要求されたとき、該硫黄被毒回復制御において最初にリッチ空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とされた気筒群からリーン空燃比の排気ガスが排出されると共に最初にリーン空燃比の排気ガスを排出させる気筒群とされた気筒群からリッチ空燃比の排気ガスが排出されたときに、該硫黄被毒回復制御を終了させる。
【００１５】
９番目の発明では、７または８番目の発明において、上記内燃機関が各気筒に充填される混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御として三元触媒下流の排気枝管または排気管に配置された空燃比センサの出力を利用して上記混合気の空燃比を目標空燃比に制御する空燃比制御を行うと共に該空燃比制御の制御対象に対する制御量を学習する学習制御を行う内燃機関である場合において、上記硫黄被毒回復制御が終了してから所定期間、上記学習制御の実行を禁止する。
【発明の効果】
【００１６】
１つ目の発明（１〜６番目の発明）によれば、硫黄被毒回復制御中にリッチ空燃比の排気ガスが流入していた三元触媒には、該硫黄被毒回復制御が終了した後、リーン空燃比の排気ガスが供給されるので、より早期に、三元触媒が有効に機能可能な状態とされる。
また、２つ目の発明（７〜９番目の発明）によれば、硫黄被毒回復制御中に三元触媒にはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが交互に流入するので、該硫黄被毒回復制御が終了したときに三元触媒が有効に機能可能な状態とされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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ＳＯｘを除去可能な温度にした状態で、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、その温度を或る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。
【００２３】
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を除去可能な温度にすると共に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を制御する。
【００２４】
ここで、各気筒から排出させる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は、これらリッチ排気ガスとリーン排気ガスとがＮＯｘ触媒１０上流で混ざり合ってＮＯｘ触媒に流入するときに、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。
【００２５】
一般的に、ＮＯｘ触媒１０からＳＯｘを除去可能な温度（以下「ＳＯｘ除去可能温度」という）は、ＮＯｘ触媒にＮＯｘを保持させたり還元浄化させたりする温度よりも高いので、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去するためには、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させる必要がある。これに関し、本実施形態の硫黄被毒回復制御によれば、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが混ざり合って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することで、反応熱が発生し、この反応熱により、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ除去可能温度まで上昇させることができる。
【００２６】
そして、上述したように、ＮＯｘ触媒１０からＳＯｘを除去するためには、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空燃比とすることが必要である。これに関し、本実施形態の硫黄被毒回復制御によれば、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比またはリッチ空燃比となっている。こうして、本実施形態の硫黄被毒回復制御によれば、ＮＯｘ触媒１０からＳＯｘを除去することができる。
【００２７】
なお、硫黄被毒回復制御において各気筒から排出させるリッチ排気ガスの空燃比は、理論空燃比に近いリッチ空燃比であることが好ましく、したがって、硫黄被毒回復制御において各気筒から排出させるリーン排気ガスの空燃比も、理論空燃比に近いリーン空燃比であることが好ましい。
【００２８】
ところで、硫黄被毒回復制御中、一方の三元触媒８には常にリッチ排気ガスが流入する。このように、リッチ排気ガスのみが三元触媒に流入し続けると、リッチ排気ガス中のＨＣやＣＯが三元触媒に付着する。そして、このような三元触媒の状態が硫黄被毒回復制御の終了後も継続していると、本来であれば三元触媒が有効に機能する条件が整ったとしても、三元触媒が有効に機能しない可能性がある。また、硫黄被毒回復制御中、他方の三元触媒９には常にリーン排気ガスが流入する。このように、リーン排気ガスのみが三元触媒に流入し続けると、リーン排気ガス中の酸素が三元触媒に付着する。そして、このような三元触媒の状態が硫黄被毒回復制御の終了後も継続していると、本来であれば三元触媒が有効に機能する条件が整ったとしても、三元触媒が有効に機能しない可能性がある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、硫黄被毒回復制御の終了後、以下の三元触媒被毒回復制御を実行することによって、三元触媒に付着しているＨＣやＣＯ、或いは、酸素を三元触媒から除去する。すなわち、本実施形態の三元触媒被毒回復制御では、第１気筒群からリーン排気ガスが排出されると共に第２気筒群からリッチ排気ガス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を制御する。すなわち、云い換えると、硫黄被毒回復制御中にリッチ排気ガスを排出していた気筒群からはリーン排気ガスを排出させ、硫黄被毒回復制御中にリーン排気ガスを排出していた気筒群からはリッチ排気ガスを排出させる。
【００３０】
これによれば、硫黄被毒回復制御中にリッチ排気ガスのみが流入していたことによってＨＣやＣＯが付着している三元触媒８には、リーン排気ガスが供給されることになる。これによると、供給されたリーン排気ガス中の酸素が三元触媒８に付着しているＨＣやＣＯと反応してこれらＨＣやＣＯを除去することになる。一方、硫黄被毒回復制御中にリーン排気ガスのみが流入していたことによって酸素が付着している三元触媒９には、リッチ排気ガスが供給されることになる。これによると、供給されたリッチ排気ガス中のＨＣやＣＯが三元触媒９に付着している酸素と反応してこの酸素を除去することになる。
【００３１】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、三元触媒被毒回復制御において、硫黄被毒回復制御中にリッチ排気ガスを排出していた気筒群からリーン排気ガスを排出させると共に硫黄被毒回復制御中にリーン排気ガスを排出していた気筒群からリッチ排気ガスを排出させた後、リーン排気ガスを排出させる気筒群とリッチ排気ガスを排出させる気筒群とを交互に切り替える。
【００３２】
このように、三元触媒被毒回復制御を実行することには、以下のような利点がある。すなわち、本実施形態によれば、三元触媒被毒回復制御中、ＨＣやＣＯの付着によって被毒された三元触媒８にリーン排気ガスのみを供給するのではなく、リーン排気ガスとリッチ排気ガスとが交互に供給されることになる。このため、単に、リーン排気ガスのみを供給する場合に比べ、三元触媒８での反応に刺激を多く与えることになるので、三元触媒８からＨＣやＣＯを迅速に除去することができる。また、本実施形態によれば、三元触媒被毒回復制御中、酸素の付着によって被毒された三元触媒９にリッチ排気ガスのみを供給するのではなく、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが交互に供給されるので、上と同じ理由で、三元触媒９から酸素を迅速に除去することができる。
【００３３】
なお、リーン排気ガスを排出させる気筒群とリッチ排気ガスを排出させる気筒群とを切り替えるタイミングは、例えば、単に一定時間が経過したタイミングでもよいし、別の何らかのパラメータに基づいて算出されるタイミングでもよい。
【００３４】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、三元触媒被毒回復制御において、第１気筒群からはリーン排気ガスが排出されるように第１気筒群の各気筒に充填される混合気の空燃比を制御するが、第２気筒群からは必ずしもリッチ排気ガスが排出されるようには第２気筒群の各気筒に充填される混合気の空燃比を制御せず、通常運転にて行われる空燃比制御を行う。云い換えると、硫黄被毒回復制御中にリッチ排気ガスを排出していた気筒群からはリーン排気ガスを排出させるが、硫黄被毒回復制御中にリーン排気ガスを排出していた気筒群からは必ずしもリッチ排気ガスを排出させるのではなく、この気筒群では、通常運転を行わせる。
【００３５】
三元触媒被毒回復制御をこのように行う理由は、酸素の付着による三元触媒９の被毒は、ＨＣやＣＯの付着による三元触媒８の被毒に比べて、被毒の程度が小さいと言え、こうした意味では、少なくとも、ＨＣやＣＯの付着によって被毒されている三元触媒８に対してのみ被毒回復制御を行えば十分であるとできるからである。そして、こうすることで、一方の気筒群において通常運転とは異なる運転を行う必要がなくなるので、機関運転制御がよりシンプルなものとなるという利点が得られる。
【００３６】
なお、第３実施形態の三元触媒被毒回復制御において、硫黄被毒回復制御中にリッチ排気ガスを排出していた気筒群からリーン排気ガスを排出させた後、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとを交互に排出させるようにしてもよい。この場合、リーン排気ガスとリッチ排気ガスとを切り替えるタイミングは、例えば、単に一定時間が経過したタイミングでもよいし、別の何らかのパラメータに基づいて算出されるタイミングでもよい。
【００３７】
図３は、上述した硫黄被毒回復制御と三元触媒被毒回復制御とを行うルーチンの一例を示している。図３のルーチンでは、始めに、ステップ１０において、ＳＯｘ保持量Ｓが所定量ＳＲよりも多い（Ｓ＞ＳＲ）か否かが判別される。ここで、ＳＯｘ保持量とは、ＮＯｘ触媒１０に現在保持されているＳＯｘの量である。ステップ１０において、Ｓ≦ＳＲであると判別されたときには、現時点では、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを除去する必要はないと判断し、ルーチンが終了する。一方、ステップ１０において、Ｓ＞ＳＲであると判別されたときには、ＮＯｘ触媒１０からＳＯｘを除去する必要があると判断し、次のステップ１１において、上述した硫黄被毒回復制御が開始される。
【００３８】
次いで、ステップ１２において、ＳＯｘ保持量Ｓが零になった（Ｓ＝０）か否かが判別される。ここで、Ｓ≠０であると判別されたときには、硫黄被毒回復制御を続ける必要があると判断し、ルーチンはステップ１２に戻る。そして、ステップ１２において、Ｓ＝０であると判別されるまで、ステップ１２が繰り返され、この間、硫黄被毒回復制御が続けられる。ステップ１２において、Ｓ＝０であると判別されたときには、ステップ１３において、硫黄被毒回復制御が終了され、次いで、ステップ１４において、上述したいずれかの三元触媒被毒回復制御が開始される。
【００３９】
次いで、ステップ１５において、三元触媒被毒回復制御が開始されてから経過した時間Ｔが所定時間ＴＲを超えた（Ｔ＞ＴＲ）か否かが判別される。ここで、Ｔ≦ＴＲであると判別されたときには、三元触媒被毒回復制御を続ける必要があると判断し、ルーチンはステップ１５に戻る。そして、ステップ１５において、Ｔ＞ＴＲであると判別されるまで、ステップ１５が繰り返され、この間、三元触媒被毒回復制御が続けられる。ステップ１５において、Ｔ＞ＴＲであると判別されたときには、ステップ１６において、三元触媒被毒回復制御が終了される。
【００４０】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、硫黄被毒回復制御において、始めに、第１気筒群からリッチ排気ガスが排出されると共に第２気筒群からリーン排気ガス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を制御した後、リッチ排気ガスが排出される気筒群とリーン排気ガスが排出される気筒群とが切り替わるように、各気筒に充填される混合気の空燃比を制御する。これにより、ＮＯｘ触媒１０からＳＯｘを除去することができる。
【００４１】
さらに、硫黄被毒回復制御中、各三元触媒８，９には、リッチ排気ガスとリーン排気ガスとが交互に流入するので、硫黄被毒回復制御の終了時、ＨＣやＣＯの付着による三元触媒の被毒や酸素の付着による三元触媒の被毒はほとんどない。このため、硫黄被毒回復制御の終了直後から、三元触媒は有効に機能する状態となっている。
【００４２】
なお、第４実施形態において、硫黄被毒回復制御の終了が要求されたとき、該硫黄被毒回復制御において最初にリッチ排気ガスを排出させる気筒群とされた気筒群（上述した例では、第１気筒群）からリーン排気ガスが排出され、同硫黄被毒回復制御において最初にリーン排気ガスを排出させる気筒群とされた気筒群（上述した例では、第２気筒群）からリッチ排気ガスが排出されたときに、硫黄被毒回復制御を終了させると好ましい。すなわち、これによると、硫黄被毒回復制御中に各三元触媒８，９に流入した排気ガスの空燃比を平均してみると理論空燃比となることから、ＨＣやＣＯの付着による三元触媒の被毒や酸素の付着による三元触媒の被毒を抑制するという観点から好ましい。
【００４３】
また、第４実施形態において、リーン排気ガスを排出させる気筒群とリッチ排気ガスを排出させる気筒群とを切り替えるタイミングは、例えば、単に一定時間が経過したタイミングでもよいし、別の何らかのパラメータに基づいて算出されるタイミングでもよい。
【００４４】
ところで、空燃比センサとしては、例えば、図４に示されている特性でもって電流を出力するいわゆるリニア空燃比センサがある。この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。
【００４５】
また、別の空燃比センサとしては、例えば、図５に示されている特性でもって電圧を出力するいわゆるＯ２センサがある。このＯ２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、Ｏ２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。
【００４６】
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、Ｏ２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、各気筒に充填される混合気の空燃比を目標空燃比に制御している。次に、こうした空燃比の制御の一例として、通常運転時に各気筒に充填される混合気の空燃比を理論空燃比に制御する本実施形態の制御（以下「通常ストイキ制御」という）を説明する。
【００４７】
まず、本実施形態の通常ストイキ制御の概略を説明する。三元触媒８，９上流の空燃比センサ（以下「リニア空燃比センサ」という）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、対応する気筒に充填される混合気の空燃比（機関空燃比）は理論空燃比よりもリーンであるので、対応する気筒における機関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、対応する気筒における機関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。
【００４８】
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、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、排気空燃比が理論空燃比になっていたとしても、排気空燃比は理論空燃比よりもリッチであることになってしまう。このため、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。
【００４９】
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Ｏ２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、Ｏ２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。
【００５０】
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、Ｏ２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Ｏ２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Ｏ２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。
【００５１】
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、Ｏ２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。
【００５２】
次に、本実施形態の通常ストイキ制御をより具体例に説明する。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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−Ｉ０）＋Ｋｉ１×∫（Ｉ−Ｆ２−Ｉ０）ｄｔ＋Ｋｄ１×ｄ（Ｉ−Ｆ２−Ｉ０）／ｄｔ  …（３）
ここで、Ｉ０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。
【００５５】
一方、サブ補正係数Ｆ２は、次式４に従って算出される。
Ｆ２＝Ｋｐ２×（Ｖ０−Ｖ）＋Ｋｉ２×∫（Ｖ０−Ｖ）ｄｔ＋Ｋｄ２×ｄ（Ｖ０−Ｖ）／ｄｔ  …（４）
ここで、Ｖ０は排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにＯ２センサ１４から出力されるべき電圧値であり、ＶはＯ２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。
【００５６】
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。
【００５７】
ところで、本発明の実施形態では、サブ補正係数Ｆ２を学習するようにしている。ここで、「学習」とは、或る値を記憶すると共に、その記憶した値を次々と算出される最新の値に適宜更新することを意味する。すなわち、上式４に従って時々刻々と求められるサブ補正係数Ｆ２は、リニア空燃比センサの恒常的な出力誤差に対応してこれを補償するものであるから、例えば、通常ストイキ制御（機関空燃比を理論空燃比に制御する制御）が中断された後にこの通常ストイキ制御が再開されたとき、サブ補正係数Ｆ２を一から求め直すよりも、通常ストイキ制御の中断前に記憶しておいたサブ補正係数Ｆ２を通常ストイキ制御が再開されたときから使用したほうが、より早く、機関空燃比を理論空燃比に制御することができる。本実施形態において、サブ補正係数Ｆ２を記憶しておくのは、こうした理由からである。
【００５８】
ところで、上述したように、通常ストイキ制御中、サブ補正係数Ｆ２が学習されるとすれば、機関制御が硫黄被毒回復制御から通常ストイキ制御に移行した後も、サブ補正係数Ｆ２が学習されることになる。ところが、機関制御が硫黄被毒回復制御から通常ストイキ制御に移行した直後は、三元触媒の酸素吸放出能力が有効には働いていない可能性が高い。すなわち、このとき、三元触媒から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比から大きくずれている可能性が高い。このため、機関制御が硫黄被毒回復制御から通常ストイキ制御に移行した直後に算出されるサブ補正係数Ｆ２は、通常算出される値から大きくずれたものになっている可能性が高い。
【００５９】
ここで、サブ補正係数Ｆ２の学習を行っていた場合において、機関制御が通常ストイキ制御から別の制御に移行すると、この通常算出される値から大きくずれたサブ補正係数Ｆ２が学習値として記憶されることになる。そして、この場合、機関制御が再び通常ストイキ制御に移行したとき、この通常算出される値から大きくずれたサブ補正係数Ｆ２がサブ補正係数の初期値として利用されることになる。ここで、三元触媒の酸素吸放出能力が有効に機能していて、サブ補正係数Ｆ２が通常算出される値であれば、機関空燃比が理論空燃比に正確に制御されるのであるが、サブ補正係数Ｆ２が通常算出される値から大きくずれていると、機関空燃比が理論空燃比から大きくずれた空燃比となってしまう。
【００６０】
もちろん、或る一定の時間が経過したときには、サブ補正係数Ｆ２は通常算出される値となるのであるが、こうなるまでは、機関空燃比が理論空燃比から大きくずれた空燃比となってしまっていることになる。
【００６１】
こうした不都合を回避するために、本発明の実施形態では、硫黄被毒回復制御が終了してから所定の期間は、通常ストイキ制御が行われているとしても、サブ補正係数Ｆ２の学習は禁止する。
【００６２】
なお、このように学習を禁止するという技術思想は、三元触媒下流の空燃比センサからの出力を利用して機関空燃比を制御し、その制御によって算出される制御係数を学習するようにしている場合にも適用可能である。
【００６３】
なお、上述した実施形態において、硫黄被毒回復制御中は、図６〜図８を参照して説明した制御において三元触媒８，９上流のリニア空燃比センサ１１，１２からの出力を利用するのに代えて、三元触媒とＮＯｘ触媒１０との間のリニア空燃比センサ１３からの出力を利用し、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、機関空燃比（すなわち、燃料噴射量）が制御される。
【００６４】
なお、上述では、４つの気筒を２つの気筒群に分けた場合に本発明を適用した例について説明したが、複数の気筒を２つ以上の気筒群に分けた場合にも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関の一例を示した図である。
【図２】三元触媒の浄化特性を示した図である。
【図３】本発明の硫黄被毒・三元触媒被毒回復を行うルーチンの一例を示した図である。
【図４】リニア空燃比センサの出力特性を示した図である。
【図５】Ｏ２センサの出力特性を示した図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    機関本体
４    吸気管
５，６    排気枝管
７    排気管
８，９    三元触媒
１０    ＮＯｘ触媒
１１〜１４    空燃比センサ
２１〜２４    燃料噴射弁
【図１】
2006322344.tif 000003
【図２】
2006322344.tif 000004
【図３】
2006322344.tif 000005
【図４】
2006322344.tif 000006
【図５】
2006322344.tif 000007