(57)【要約】【課題】触媒の硫黄被毒回復のための昇温制御時に、機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とするための燃料噴射量の増量分を小さくしつつ、速やかな硫黄被毒回復を実現する。【解決手段】ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の硫黄被毒回復のための昇温制御では、一部の気筒をリッチ空燃比にするとともに他の気筒をリーン空燃比とし、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆについては理論空燃比とされる。この昇温制御は、自動車の登坂中であることや自動車の加速度が所定値以上であることに基づき、エンジン高負荷が連続すると予測されることを条件に実行される。こうしたエンジン高負荷状態にあっては、理論空燃比での均質燃焼が実行されるとともに、エンジン運転に必要とされる燃料量が昇温制御時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９を速やかに昇温させることの可能な値をとるようになる。【選択図】　　　図１
2004068690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状態に応じて燃焼形態をリーン燃焼とストイキ燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の排気通路に設けられた触媒の硫黄被毒回復が要求されたとき、一部の気筒では空燃比をリーンにするとともに、その他の気筒では空燃比をリッチにし、機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比に近づける昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化装置において、
前記硫黄被毒回復が要求されたとき、機関高負荷が連続すると予測されることを条件に、前記昇温制御を実行する制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、内燃機関の搭載される車両の登坂中、又は加速中であるとき機関高負荷が連続すると予測する
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
リーン空燃比での混合気の燃焼は、圧縮行程での燃料噴射による成層燃焼によって実現される
請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、昇温制御が実行されるとき、内燃機関の点火時期を遅角側に制御する
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、昇温制御が実行されるとき、前記点火時期遅角による機関出力トルクの低下に対応する分だけ、スロットルバルブを開き側に制御する
請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御手段は、昇温制御中に排気温度が許容値以上になるとき、点火時期の遅角量を制限する
請求項４又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記点火時期の遅角量の制限に対応するように、前記スロットルバルブの開き量を制限する
請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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】
従来より、燃費向上等を意図して理論空燃比よりもリーンな空燃比で混合気を燃焼させる、いわゆるリーン燃焼を実行することの可能な内燃機関が提案され、実用化されている。こうした内燃機関では、リーン燃焼中において通常の三元触媒による窒素酸化物（ＮＯｘ　）の浄化が困難になるため、リーン燃焼中に生成されるＮＯｘ　を吸蔵するＮＯｘ　吸蔵還元触媒が排気通路に設けられる。そして、リーン燃焼中には排気中のＮＯｘ　をＮＯｘ　吸蔵還元触媒に吸蔵させ、同排気とともに外部に排出されるＮＯｘ　の量を少なくする。
【０００３】
また、上記内燃機関では、所定のタイミングを見計らって一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼を行う、いわゆるリッチスバイク制御が実行される。こうしたリッチスパイク制御によりリッチ空燃比での混合気の燃焼が行われると、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ　が排気中の炭化水素（ＨＣ）等によって窒素（Ｎ２　）に還元され、上記ＮＯｘ　吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘ　が飽和するのを防止することができる。
【０００４】
しかし、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒については、本来はＮＯｘ　が吸蔵されるべきところに硫黄酸化物（ＳＯｘ　）等が吸蔵され、同触媒におけるＮＯｘの吸蔵能力が低下する。このＮＯｘ　吸蔵還元触媒からのＳＯｘ　離脱（硫黄被毒回復）については、触媒温度を６００℃程度まで昇温した状態で理論空燃比又はリッチ空燃比での混合気の燃焼を行うことが有効である。
【０００５】
ＮＯｘ　吸蔵還元触媒を上記のように昇温させる昇温制御としては、例えば一部の気筒では空燃比をリーンにするとともに他の気筒では空燃比をリッチにし、触媒に流入する排気中の酸素濃度から分かるエンジン全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とする制御が知られている。こうした昇温制御を行うことにより、排気通路でリッチ気筒からの排気中に含まれるＨＣ及びＣＯが、リーン気筒からの排気中に含まれる酸素（Ｏ２　）により燃焼し、触媒の温度が必要とされる値まで上昇させられ、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒の硫黄被毒回復が行われるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記リーン燃焼は高い機関出力の要求されない低負荷時等に行われ、それ以外のときに（高負荷時等）にはストイキ燃焼が行われることとなる。このように燃焼形態がリーン燃焼とストイキ燃焼との間で切り換えられる内燃機関にあって、リーン燃焼中に上記硫黄被毒回復が行われる場合、内燃機関全体としての空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又はリッチ空燃比としなければならなくなり、そのために必要な燃料噴射量の増量分が大きなものとなる。
【０００７】
この燃料噴射量の増量分を小さく抑えるために、例えば特開２００２−３８９３２公報に示されるように、低負荷での定常運転のうち吸入空気量及び排気量が少なくなるアイドル運転時や減速時に限って、上記昇温制御を実行することも考えられている。このように吸入空気量及び排気量が少ない状態にあっては、燃料噴射量の増量に対する空燃比のリッチ側への変化量が大となるため、上記燃料噴射量の増量分をある程度は低く抑えることができる。
【０００８】
しかし、内燃機関全体としての空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又はリッチ空燃比へと変化させなければならないことに変わりはなく、上記燃料噴射量の増量分が小さく抑えられるとはいえ、その増量分だけ内燃機関の燃費改善が妨げれることは否めない。
【０００９】
特に近年は、点火プラグ周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を形成して同混合気に対し点火を行うことにより、空燃比を大幅にリーンとすることの可能な成層燃焼をリーン燃焼として行い、一層の燃費改善が図られている。こうした成層燃焼が実行される内燃機関にあっては、成層燃焼によって空燃比を大幅にリーンとすることはできるが、上記のように昇温制御時に内燃機関全体としての空燃比をリーン空燃比から理論空燃比又はリッチ空燃比へと変化させる際、必要とされる燃料噴射量の増量分が一層大きなものとなる。
【００１０】
また、リーン燃焼が行われるような低負荷時においては機関運転に必要とされる燃料量が少ないことから、昇温制御によって内燃機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比にしたとしても、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒の昇温に寄与する燃料自体が少ないことになる。このため、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで上昇させるのには時間がかかるようになる。
【００１１】
一方、ストイキ燃焼時に上記昇温制御を行えば、内燃機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とするための燃料噴射量の増量分が極めて小さいものとなる。ただし、この場合でも、エンジン運転に必要とされる燃料量が、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで速やかに上昇させ得るほど多くなるとは限らない。従って、昇温制御が実行されたときに触媒昇温に寄与する燃料量が不足し、速やかな硫黄被毒回復を実現できないおそれがある。
【００１２】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒の硫黄被毒回復のための昇温制御時に、機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とするための燃料噴射量の増量分を小さくしつつ、速やかな硫黄被毒回復を実現することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、機関運転状態に応じて燃焼形態をリーン燃焼とストイキ燃焼との間で切り換える内燃機関に適用され、同機関の排気通路に設けられた触媒の硫黄被毒回復が要求されたとき、一部の気筒では空燃比をリーンにするとともに、その他の気筒では空燃比をリッチにし、機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比に近づける昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化装置において、前記硫黄被毒回復が要求されたとき、機関高負荷が連続すると予測されることを条件に、前記昇温制御を実行する制御手段を備えた。
【００１４】
機関運転状態に応じて燃焼形態がリーン燃焼とストイキ燃焼との間で切り換えられる内燃機関にあっては、例えば機関低負荷時にリーン燃焼が実行されて機関全体としての空燃比がリーン空燃比とされ、機関高負荷時にはストイキ燃焼が実行されて上記空燃比が理論空燃比とされる。従って、機関高負荷が連続すると予測されるときには、ストイキ燃焼が実行されていることになり、機関運転に必要な燃料量も多くなって燃料噴射量が多くなっていることになる。このため、昇温制御時に内燃機関全体としての空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とする際、それに必要な燃料噴射量の増量分を小さいものとすることができ、その増量分によって燃費改善が妨げられるのを抑制することができる。また、機関高負荷が連続するときには燃料噴射量が多いことから、昇温制御が実行されたときに触媒昇温に寄与する燃料量も多くなり、触媒の温度が硫黄被毒回復に必要な値まで速やかに上昇することから、速やかな硫黄被毒回復を実現することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、内燃機関の搭載される車両の登坂中、又は加速中であるとき機関高負荷が連続すると予測するものとした。
【００１６】
内燃機関が搭載される車両の登坂中や加速中には、昇温制御時に触媒温度を硫黄被毒回復に必要な値まで速やかに上昇するのに必要な燃料量が得られるほど高負荷になる。従って、車両の登坂中、又は加速中であることを条件に昇温制御が行われる上記構成によれば、昇温制御が実行されたときに触媒昇温に寄与する燃料量が多くなり、同触媒の温度が速やかに硫黄被毒回復に必要な値まで上昇することから、速やかな硫黄被毒回復を実現することができる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、リーン空燃比での混合気の燃焼は、圧縮行程での燃料噴射による成層燃焼によって実現されるものとした。
【００１８】
成層燃焼をリーン燃焼として行うことにより、大幅にリーンな空燃比での混合気の燃焼が実現される。従って、通常の機関運転時におけるリーン燃焼として成層燃焼を行う場合、仮に成層燃焼中に昇温制御が行われて内燃機関全体としての空燃比がリーン空燃比から理論空燃比又はリッチ空燃比にされる際、それに必要な燃料噴射量の増量分が一層大きなものとなる。しかし、機関高負荷が連続すると予測され、ストイキ燃焼が実行されているとき、昇温制御が実行されるため、上記のように燃料噴射量の増量分が大きくなるのを抑制することができる。また、昇温制御によって触媒を速やかに昇温させるためには、リーン気筒では空燃比を極力リーン側とし、リッチ気筒では空燃比を極力リッチ側とすることが好ましい。従って、昇温制御時にリーン気筒で成層燃焼を実行する場合には、同リーン気筒の空燃比を大幅にリーンとすることができ、触媒の昇温を速やかに行うことができるようになる。
【００１９】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、昇温制御が実行されるとき、内燃機関の点火時期を遅角側に制御するものとした。
【００２０】
混合気の燃焼温度は、点火が行われてから最大値まで上昇してゆき、その後に下降してゆく。また、混合気は、燃焼温度が下降する過程で排気通路に排気として送り出されることになる。そして、上述した燃焼温度の推移は点火時期を遅角させるほど遅らされることから、点火時期を遅角させるほど燃焼温度の高い状態で混合気が排気として排気通路に送り出され、排気温度が高くなる。従って、昇温制御が実行されるとき点火時期を遅角させることで、硫黄被毒回復のための触媒の昇温を速やかに行うことができる。
【００２１】
請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記制御手段は、昇温制御が実行されるとき、前記点火時期遅角による機関出力トルクの低下に対応する分だけ、スロットルバルブを開き側に制御するものとした。
【００２２】
点火時期を遅角させることで排気温度を高めることはできるが、燃焼エネルギの一部を排気温度の上昇に費やすことになるため、機関出力トルクが低下することとなる。しかし、この機関出力トルクの低下に対応する分だけスロットルバルブが開き側に制御され、これにより内燃機関の吸入空気量が増加するとともに燃料噴射量が増加して燃焼させられる混合気の量が増量するため、上記機関出力トルクの低下を抑制することができる。
【００２３】
請求項６記載の発明では、請求項４又は５記載の発明において、前記制御手段は、昇温制御中に排気温度が許容値以上になるとき、点火時期の遅角量を制限するものとした。
【００２４】
昇温制御時における排気温度の過上昇により触媒が過度に高温になると、同触媒が熱劣化することとなる。しかし、上記構成によれば、点火時期の遅角量の制限によって、排気温度の過上昇を抑制することができる。
【００２５】
請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記制御手段は、前記点火時期の遅角量の制限に対応するように、前記スロットルバルブの開き量を制限するものとした。
【００２６】
上記構成によれば、点火時期の遅角量の制限に伴い機関出力トルクの低下が少なくなるとき、スロットルバルブの開き量が制限されるため、同バルブが点火時期の遅角に対し開き過ぎた状態になり、機関出力トルクが必要以上に高くなるのを抑制することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をＶ型６気筒の自動車用エンジンに適用した一実施形態について、図１〜図５に基づき説明する。
【００２８】
図１に示されるエンジン１においては、一番〜六番気筒＃１〜＃６の燃焼室２に吸気通路３から空気が吸入されるとともに燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料が噴射供給され、それら空気及び燃料からなる混合気に対し燃焼室２内で点火プラグ５による点火が行われる。この点火により燃焼室２内の混合気が燃焼し、そのときの燃焼エネルギによりエンジン１が駆動される。なお、燃焼室２で燃焼した後の混合気は、排気として排気通路７に送り出される。
【００２９】
エンジン１が駆動されると、その出力軸であるクランクシャフト６が回転する。クランクシャフト６の回転は、自動変速機といった変速機等を介して自動車の車輪側に伝達される。こうして車輪への回転伝達が行われることにより、自動車が走行するようになる。
【００３０】
エンジン１における混合気の燃焼形態は、エンジン運転状態に応じて、空気に対し燃料が均等に混合された均質混合気を燃焼させる「均質燃焼」と、点火プラグ５周りのみに可燃混合気が存在する成層混合気を燃焼させる「成層燃焼」との間で切り換えられる。例えば、高い出力が要求される高負荷時には、エンジン１の高出力を得やすい理論空燃比（ストイキ）での均質燃焼が各気筒＃１〜＃６で実行され、あまり高い出力が要求されない低負荷時には、エンジン１の燃費改善を図るべくリーンな空燃比での成層燃焼が各気筒＃１〜＃６で実行される。
【００３１】
なお、上記均質燃焼時の均質混合気は、吸気行程中に燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料噴射を行い、その噴射燃料をピストン（図示せず）の往復移動によって燃焼室２内の空気と混合させることによって形成される。そして、この均質混合気に対し点火プラグ５による点火を行うことで、同均質混合気が燃焼して均質燃焼が行われるようになる。
【００３２】
また、上記成層燃焼時の成層混合気は、圧縮行程中に燃料噴射弁４から燃焼室２内に燃料噴射を行い、その噴射燃料をピストンの頭部に当てて点火プラグ５周りに到達させることによって形成される。そして、上記噴射燃料が点火プラグ５周りに到達することによって、同プラグ５周りのみに可燃混合気が存在するようになり、この状態での点火を行うことで成層混合気が燃焼して成層燃焼が行われるようになる。
【００３３】
エンジン１の吸気通路３には、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１３が設けられている。このスロットルバルブ１３は、自動車の運転者によって踏込操作されるアクセルペダル１１の踏込量に応じて開度調節される。そして、スロットルバルブ１３の開度調節によって吸気通路３の空気流通面積が変化し、エンジン１の吸入空気量が調整されるようになる。
【００３４】
エンジン１の排気通路７において、一番気筒＃１、三番気筒＃３、及び五番気筒＃５から延びる部分と、二番気筒＃２、四番気筒＃４、及び六番気筒＃６から延びる部分とには、それぞれ三元触媒８が設けられている。これら三元触媒８は、理論空燃比での混合気の燃焼時に排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ　）について浄化を行うとともに、リーン空燃比での混合気の燃焼時に排気中のＨＣ及びＣＯの浄化を行うものである。
【００３５】
また、排気通路７において、一番気筒＃１、三番気筒＃３、及び五番気筒＃５から延びる部分と、二番気筒＃２、四番気筒＃４、及び六番気筒＃６から延びる部分とは三元触媒８の下流で一つに合流している。そして、その排気通路７の合流部分よりも下流には、同三元触媒８では排気中のＮＯｘ　について浄化を行うことが困難なリーンな空燃比での混合気の燃焼時に、排気中のＮＯｘ　について浄化を行うＮＯｘ　吸蔵還元触媒９が設けられている。同ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９は、リーンな空燃比の混合気の燃焼時に排気中のＮＯｘ　を一時的に吸蔵し、理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼が行われたとき、上記吸蔵したＮＯｘ　を排気中のＨＣ等によって窒素（Ｎ２　）に還元する。
【００３６】
エンジン１において、燃料噴射弁４から噴射される燃料量、点火プラグ５による点火の時期、及びスロットルバルブ１３の開度は、エンジン１を運転制御すべく自動車に搭載されたエンジンコントロールコンピュータ１０によって制御される。エンジンコントロールコンピュータ１０には、自動車に搭載された自動変速機等の変速機を制御するトランスミッションコントロールコンピュータ２０が接続されるとともに、以下に示される各種センサからの検出信号が入力される。
【００３７】
・アクセルペダル１１の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１２。
・スロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１４。
【００３８】
・吸気通路３におけるスロットルバルブ１３よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出するバキュームセンサ１５。
・クランクシャフト６の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ１６。
【００３９】
・排気通路７において一番気筒＃１、三番気筒＃３、及び五番気筒＃５から延びる部分を流れる排気中の酸素濃度に対応した信号を出力する空燃比センサ１７ａ。
【００４０】
・排気通路７において二番気筒＃２、四番気筒＃４、及び六番気筒＃６から延びる部分を流れる排気中の酸素濃度に対応した信号を出力する空燃比センサ１７ｂ。
【００４１】
・排気通路７におけるＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の下流側を通過する排気の温度を検出する排気温センサ１８。
・自動車の速度（車速）を検出するための車速センサ１９。
【００４２】
エンジンコントロールコンピュータ１０は、リーンな空燃比での混合気の燃焼時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９に吸蔵されるＮＯｘ　が飽和しないよう、所定のタイミングを見計らって上記ＮＯｘ　をＮＯｘ　吸蔵還元触媒９から除去するためのリッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御においては、一時的に理論空燃比よりもリッチな空燃比での混合気の燃焼（リッチ燃焼）が行われ、このリッチ燃焼中の排気に含まれるＨＣ等により上記ＮＯｘ　がＮ２　に還元されてＮＯｘ　吸蔵還元触媒９から除去される。
【００４３】
また、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９には、ＮＯｘ　だけでなく硫黄酸化物（ＳＯｘ　）等も吸蔵されることとなる。この場合、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９において、本来ＮＯｘ　が吸蔵されるべきところにＳＯｘ　等が吸蔵されるため、ＮＯｘ　吸蔵能力が低下することとなる。エンジンコントロールコンピュータ１０は、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９に吸蔵されたＳＯｘ　の量として、以下の式（１）に基づきＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ　を例えば燃料噴射タイミング毎に算出する。
【００４４】
Ｓｉ　＝Ｓｉ−１　＋ＳＵ＋ＳＤ　　　…（１）
Ｓｉ　　：今回のＳＯｘ　吸蔵量
Ｓｉ−１　：前回のＳＯｘ　吸蔵量
ＳＵ　：ＳＯｘ　増加量
ＳＤ　：ＳＯｘ　減少量
式（１）において、前回のＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ−１　は、所定周期毎に算出されるＳＯｘ　吸蔵量において、今回のＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ　を算出する一回前の算出タイミングで算出されたものであり、初回のＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ　の算出時には「０」に設定されるものである。
【００４５】
式（１）のＳＯｘ　増加量ＳＵは、一回の燃料噴射での燃料に含まれる硫黄（Ｓ）によるＳＯｘ　吸蔵量の増加分を表している。このＳＯｘ　増加量ＳＵを算出するために、まず所定周期毎に算出される燃料噴射量の指令値Ｑｆｉｎ　、即ち一回の燃料噴射で噴射される燃料量の指令値に対し、予め定められた値である燃料中の硫黄濃度Ｎを「１００」で除算した値（「Ｎ／１００」）が乗算される。その結果として得られる値（Ｑｆｉｎ　・（Ｎ／１００））は、上記一回の燃料噴射で噴射される燃料に含まれる硫黄量に対応した値となる。この値（Ｑｆｉｎ　・（Ｎ／１００））に対し硫黄量というパラメータをＳＯｘ　吸蔵量というパラメータに変換するための係数Ｋを乗算することで、上記ＳＯｘ　増加量ＳＵ求められる。
【００４６】
上記係数Ｋは、空燃比センサ１７ａ，１７ｂからの検出信号に基づき求められるエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆと、所定の計算式から算出されるＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の触媒温度Ｔとに基づきマップを参照して求められる。こうして求められる係数Ｋは、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーン側の値であるとき、リーンになるほど且つ触媒温度Ｔが高くなるほど大きくなる。
【００４７】
なお、上記エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆは、空燃比センサ１７ａ，１７ｂからの検出信号に基づき求められる。また、触媒温度Ｔを算出するための上記計算式では、クランクポジションセンサ１６からの検出信号に基づき求められるエンジン回転速度ＮＥと、エンジン１の吸入空気量等から求められる体積効率ηとが用いられる。
【００４８】
式（１）のＳＯｘ　減少量ＳＤは、上記空燃比Ａ／Ｆ及び触媒温度Ｔに基づきマップから求められ、その空燃比Ａ／Ｆ及び触媒温度ＴであるときのＳＯｘ　吸蔵量の減少分、即ちＮＯｘ　吸蔵還元触媒９からのＳＯｘ　の離脱量を表している。そして、ＳＯｘ　減少量ＳＤは、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比、若しくは理論空燃比よりもリッチ側の値であるときには触媒温度Ｔが高く且つリッチになるほど「０」よりも小さい値になり、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーン側の値であるときには「０」に維持される。
【００４９】
ところで、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９に吸蔵されたＳＯｘ　等を離脱（硫黄被毒回復）させるのには、同触媒９を６００℃程度まで昇温した状態で、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比又はリッチ空燃比として排気中の酸素濃度を低下させることが有効である。
【００５０】
エンジンコントロールコンピュータ１０は、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の硫黄被毒回復を行うために、一部の気筒での空燃比をリッチにするとともに他の気筒での空燃比をリーンにし、エンジン全体での空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比又はリッチ空燃比とする昇温制御を実行する。こうした昇温制御を実行することにより、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９からＳＯｘ　等が離脱するとともに、上記ＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ　が減少してゆくことになる。
【００５１】
本実施形態の上記昇温制御については、ＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ　が上限値に達しているとき、エンジン高負荷が連続すると予測されることを条件に実行されることとなる。このため、理論空燃比での均質燃焼が連続するとともに、機関運転に必要とされる燃料量が多くなるとき、上記昇温制御が実行されることとなる。なお、エンジン高負荷が連続するとの予測は、例えば登坂中であることや加速中であることに基づきなされることとなる。
【００５２】
上記のように昇温制御を実行することにより、昇温制御時にエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比又はリッチ空燃比とする際、それに必要な燃料噴射量の増量分を小さいものとすることができ、その増量分によって燃費改善が妨げられるのを抑制することができる。また、エンジン高負荷が連続するときにはエンジン運転に必要とされる燃料量が多くなり、昇温制御が実行されるときにＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温に寄与する燃料量も多くなる。このため、昇温制御時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで速やかに上昇させることができ、速やかな硫黄被毒回復を実現することができる。
【００５３】
また、上記昇温制御時には、エンジン１の排気温度の上昇を意図して、リッチ気筒では点火時期が所定量だけ遅角側に制御され、リーン気筒では点火時期が所定量だけ遅角側に制御される。こうした点火時期遅角により、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温が速やかに行われるようになる。
【００５４】
なお、点火時期の遅角によって排気温度が上昇するのは、混合気が燃焼温度の高いうちに排気として排気通路に送り出されるようになるためである。即ち、混合気の燃焼温度は点火が行われてから最大値まで上昇してゆき、その後に下降してゆく。そして、混合気は、燃焼温度が下降する過程で排気通路に排気として送り出されることとなる。従って、上述した燃焼温度の推移は、点火時期を遅角させるほど遅らされることから、点火時期を遅角させるほど燃焼温度の高い状態で混合気が排気として排気通路に送り出され、排気温度が高くなる。
【００５５】
上記のように点火時期を遅角させることで排気温度を高めることはできるが、燃焼エネルギの一部を排気温度の上昇に費やすことになるため、エンジン１の出力トルクが低下することとなる。こうした点火時期の遅角によるエンジン１の出力トルクの低下に対応する分だけ、上記昇温制御時にはスロットルバルブ１３が所定量だけ開き側に制御される。これにより、エンジン１の吸入空気量が増加するとともに燃料噴射量が増加し、燃焼させられる混合気の量が増量するため、上記出力トルクの低下が抑制されるようになる。
【００５６】
ここで、上記昇温制御時におけるエンジン全体の燃料噴射量、及びその増量分について図２を参照して説明する。なお、図２は、減速時、アイドル運転時、成層燃焼（リーン燃焼）での定常運転時、及び均質燃焼（ストイキ燃焼）での定常運転時といった各種運転状況で昇温制御を行ったときと、登坂・加速時に昇温制御を行ったときとで、エンジン全体の燃料噴射量、及びその増量分を比較したものである。図２において、斜線で示される部分は、昇温制御時にエンジン全体の空燃比を例えば理論空燃比とするのに必要な燃料噴射量を表している。
【００５７】
成層燃焼（リーン燃焼）での定常運転時に昇温制御が行われると、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるよう、エンジン全体の燃料噴射量が増量分ｃだけ増量されることとなる。この燃料噴射量の増量分を小さく抑えるために、成層燃焼が行われる運転領域において吸入空気量及び排気量が少なくなる減速時やアイドル運転時に昇温制御を行うことも考えられる。
【００５８】
減速時にはフューエルカットが行われることから、減速時からの昇温制御ではエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるよう、エンジン全体の燃料噴射量が「０」から増量分ａだけ増量される。また、低負荷運転であるアイドル運転時には成層燃焼が行われることから、アイドル運転時からの昇温制御ではエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるよう、エンジン全体の燃料噴射量が増量分ｂだけ増量される。
【００５９】
減速時やアイドル運転時にはエンジン１の吸入空気量及び排気量が少なくなることから、燃料噴射量の増量に対する空燃比のリッチ側への変化量が多くなる。このため、減速時やアイドル運転時にエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とするための上記燃料噴射量の増量分ａ，ｂは、上述した増量分ｃよりも小さいものとなる。
【００６０】
従って、減速時やアイドル運転時に昇温制御を行うことにより、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とするのに必要な燃料噴射量の増量分を小さく抑えることはできる。ただし、減速時には燃料噴射量が「０」の状態からエンジン全体の空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とし、アイドル運転時には同空燃比Ａ／Ｆをリーン空燃比から理論空燃比としなければならないため、上記燃料噴射量の増量分が少なく抑えられるとはいえ、その増量分の分だけ燃費改善が妨げられることは否めない。
【００６１】
また、低負荷時においてはエンジン運転に必要とされる燃料量が少ないことから、昇温制御によってエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比としたとしても、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温に寄与する燃料量自体が少ないことになる。このため、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで上昇させるのに時間がかかるようになる。
【００６２】
一方、均質燃焼（ストイキ燃焼）での定常運転時に昇温制御を行うようにすると、昇温制御中に点火時期が遅角側に制御されて排気温度の上昇が図られるとともに、上記点火時期遅角に伴うエンジンの出力トルク低下を抑制するためにスロットルバルブ１３が開き側に制御される。スロットルバルブ１３が開き側に制御されると、吸入空気量及び燃料噴射量が増量されて燃焼室２に充填される混合気の量が増え、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とした状態で上記出力トルクの低下が抑制されるようになる。従って、均質燃焼（ストイキ燃焼）での定常運転時に昇温制御が行われると、エンジン全体の燃料噴射量が増量分ｄだけ増量される。
【００６３】
この場合、上記燃料噴射量の増量分ｄについては、点火時期遅角に伴うエンジン１の出力トルクの低下を抑制するのに必要な量にとどまるため、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とするための燃料噴射量の増量分を極めて小さくすることができる。ただし、上記のように均質燃焼時に昇温制御が行われるとしても、当該均質燃焼時に必ずしもエンジン負荷がＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで速やかに上昇させるのに必要な燃料量が得られるほど高い状態にあるとは限らず、常に速やかな硫黄被毒回復を実現できるとは言い難い。
【００６４】
これに対し、登坂・加速時には、昇温制御が行われたときにＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで速やかに上昇させるのに必要な燃料量が得られるほどの高負荷が継続される。従って、登坂・加速時にはエンジン運転に必要とされる燃料量が増え、昇温制御時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温に寄与する燃料量も多くなる。このため、本実施形態のように登坂・加速中に昇温制御を行うようにすれば、昇温制御時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温を速やかに行い、常に同触媒９の速やかな硫黄被毒回復を実現することができるようになる。
【００６５】
また、登坂・加速時といった高負荷時には均質燃焼（ストイキ燃焼）が行われるため、昇温制御時にエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とするための燃料噴射量の増量分は、点火時期遅角に伴うエンジンの出力トルク低下を抑制するのに必要な増量分ｅのみになる。従って、昇温制御時に空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とするのに必要な燃料噴射量の増量分（増量分ｅ）を小さいものとすることができ、その増量分によって燃費改善が妨げられるのを抑制することができる。
【００６６】
次に、本実施形態における昇温制御の実行手順について、昇温制御ルーチンを示す図４及び図５のフローチャートを参照して詳しく説明する。この昇温制御ルーチンは、エンジンコントロールコンピュータ１０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００６７】
昇温制御ルーチンいおいては、まずＳＯｘ　吸蔵量Ｓｉ　が上限値を越えているか否かが判断され（Ｓ１０１：図４）、ここで肯定判定であればエンジン高負荷が連続するか否かを判断するための処理が実行される（Ｓ１０２，Ｓ１０３）。この処理においては、登坂中であるか否か（Ｓ１０２）、及び加速度が所定値以上であるか否か（Ｓ１０３）といった判断が行われ、これらのうちの一方で肯定判定がなされることに基づき昇温制御が開始される。
【００６８】
なお、登坂中であるか否かはエンジン回転速度ＮＥ、アクセル踏込量、及びトランスミッションコントロールコンピュータ２０から出力される変速機の変速位置に対応する変速信号に基づき判断される。また、加速度が所定値以上であるか否かは車速センサ１９からの検出信号に基づき判断される。
【００６９】
ステップＳ１０２とステップＳ１０３とのいずれか一方で肯定判定がなされると、昇温制御を行うべく気筒毎に燃料噴射量を増量側、又は減量側に制御するとともに、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比となるように燃料噴射量を制御する（Ｓ１０４：図５）。この燃料噴射量制御では、例えば三つの気筒で空燃比がリーンにされるとともに他の三つの気筒で空燃比がリッチにされ、リッチ気筒とリーン気筒とが燃焼毎に例えば一番、三番、及び五番気筒＃１，＃３，＃５と、二番、四番、及び六番気筒＃２，＃４，＃６との間で燃焼毎に入れ替えられる。
【００７０】
続いて、アクセル踏込量に基づき、昇温制御時におけるスロットルバルブ１３の開き側への制御に用いられるスロットル開き量ＴＯが算出される（Ｓ１０５）。更に、スロットル開き量ＴＯに基づき、昇温制御時におけるリッチ気筒での点火時期の遅角制御に用いられる遅角量ｒＲ、及びリーン気筒での点火時期の遅角制御に用いられる遅角量ｒＬが算出される（Ｓ１０６）。
【００７１】
その後、排気温センサ１８からの検出信号が求められる実際の排気温度が、触媒の熱劣化が進むことのない許容値以上であるか否かが判断される（Ｓ１０７）。ここで肯定判定であれば、実際の排気温度と許容値との差に基づき、上記スロットル開き量ＴＯを小さくするための開き制限量ΔＴ、リッチ気筒の点火時期の遅角量ｒＲを小さくするための遅角制限量ΔｒＲ、及びリーン気筒の点火時期の遅角量ｒＬを小さくするための遅角制限量ΔｒＬが算出される（Ｓ１０８）。
【００７２】
上記差の大きさに応じた開き制限量ΔＴ、遅角制限量ΔｒＲ、及び遅角制限量ΔｒＬの推移を図３に示す。同図から分かるように、開き制限量ΔＴは、上記差が大きくなるにつれて、「ｔ１」、「ｔ１＋ｔ２」、「ｔ１＋ｔ２＋ｔ３」、「ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４」と順次大きくされる。また、遅角制限量ΔｒＲについては、上記差が大きくなるにつれて、「ａＲ１」、「ａＲ１＋ａＲ２」、「ａＲ１＋ａＲ２＋ａＲ３」、「ａＲ１＋ａＲ２＋ａＲ３＋ａＲ４」と順次大きくされる。更に、遅角制限量ΔｒＬについては、「ａＬ１」、「ａＬ１＋ａＬ２」、「ａＬ１＋ａＬ２＋ａＬ３」、「ａＬ１＋ａＬ２＋ａＬ３＋ａＬ４」と順次大きくされる。
【００７３】
そして、スロットルバルブ１３については、スロットル開き量ＴＯから開き制限量ΔＴを減算した値（「ＴＯ−ΔＴ」）の分だけ、開き側に制御される（Ｓ１１０）。更に、リッチ気筒の点火時期については遅角量ｒＲから遅角制限量ΔｒＲを減算した値（「ｒＲ−ΔｒＲ」）の分だけ遅角側に制御され（Ｓ１１１）、リーン気筒については遅角量ｒＬから遅角制限量ΔｒＬだけ減算した値（「ｒＲ−ΔｒＬ」）の分だけ遅角側に制御される（Ｓ１１２）。
【００７４】
一方、上記ステップＳ１０７で否定判定であれば、排気温度が許容値未満である旨判断され、開き制限量ΔＴ、遅角制限量ΔｒＲ、及び遅角制限量ΔｒＬが「０」に設定される（Ｓ１０９）。この場合、スロットルバルブ１３についてはスロットル開き量ＴＯの分だけ開き側に制御され（Ｓ１１０）、スロットルバルブ１３の開き側への制御が制限されることはなくなる。更に、リッチ気筒の点火時期については遅角量ｒＲの分だけ遅角側に制御され（Ｓ１１１）、リーン気筒については遅角量ｒＬの分だけ遅角側に制御される（Ｓ１１２）。このため、点火時期の遅角側への制御が制限されることもなくなる。
【００７５】
このように昇温制御中に、スロットルバルブ１３の開度及び点火時期を制御することにより、昇温制御が実行されたときの触媒昇温が熱劣化を生じさせないレベルに制限されるとともに、点火時期遅角に伴うエンジン１の出力トルク低下に対応する分だけスロットルバルブ１３を開き側に制御することができる。そして、このスロットルバルブ１３の開き側への制御により、エンジン１の吸入空気量及び燃料噴射量を増量して燃焼させられる混合気の量が増量し、上記出力トルクの低下が抑制されるようになる。
【００７６】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の硫黄被毒回復のための昇温制御では、一部の気筒をリッチ空燃比にするとともに他の気筒をリーン空燃比とし、エンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆについては理論空燃比とされる。この昇温制御は、自動車の登坂中であることや自動車の加速度が所定値以上であってエンジン高負荷が連続すると予測されることを条件に実行される。こうしたエンジン高負荷状態にあっては、エンジン運転に必要とされる燃料量が昇温制御時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９を速やかに昇温させることの可能な値をとり、その必要とされる燃料量が得られるよう燃料噴射量が調整される。従って、上記エンジン高負荷が連続すると予測されることを条件に昇温制御を行うことで、昇温制御時にＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温に寄与する燃料量が多くなり、同触媒９の温度を硫黄被毒回復のために必要な値まで速やかに上昇させることができる。その結果、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の速やかな硫黄被毒回復を実現することができるようになる。また、登坂中や加速中といったエンジン高負荷時には、均質燃焼（ストイキ燃焼）が行われることとなる。このことから、昇温制御時にエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比とする際、それに必要な燃料噴射量の増量分（図２の増量分ｅ）を小さいものとすることができ、その増量分によって燃費改善が妨げられるのを抑制することができる。
【００７７】
（２）リーン燃焼として大幅に空燃比をリーン側にすることの可能な成層燃焼が実行される場合、仮に成層燃焼中に昇温制御が行われるとすると、昇温制御時にエンジン全体としての空燃比Ａ／Ｆをリーン空燃比から理論空燃比にされる際、それに必要な燃料噴射量の増量分も大きなものとなる。しかし、登坂中や加速中といったエンジン高負荷時であって、理論空燃比での均質燃焼が行われているときに限って昇温制御が行われることから、上記のように燃料噴射量の増量分が大きなものとなるのを抑制することができる。
【００７８】
（３）昇温制御によってＮＯｘ　吸蔵還元触媒９を速やかに昇温させるためには、リーン気筒では空燃比を極力リーン側とし、リッチ気筒では空燃比を極力リッチ側とすることが好ましい。このリーン気筒でのリーン燃焼として、大幅に空燃比をリーン側にすることの可能な成層燃焼が行われるため、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の硫黄被毒回復のための昇温を速やかに行うことができる。
【００７９】
（４）昇温制御時には点火時期が遅角量ｒＲ，ｒＬ分だけ遅角側に制御されることにより排気温度が上昇するため、硫黄被毒回復のためのＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の昇温を速やかに行うことができる。
【００８０】
（５）上記のように点火時期を遅角させると、燃焼エネルギの一部を排気温度の上昇に費やすことになるため、エンジン１の出力トルクが低下することとなる。この出力トルクの低下に対応する分、即ちスロットル開き量ＴＯ分だけスロットルバルブが開き側に制御され、これによりエンジン１の吸入空気量及び燃料噴射量が増加して燃焼させられる混合気の量が増加するため、上記出力トルクの低下を抑制することができる。
【００８１】
（６）また、昇温制御中に排気温度が触媒の熱劣化が進むことのない許容値以上であるときには、点火時期の遅角量ｒＲ，ｒＬが遅角制限量ΔｒＲ，ΔｒＬだけ小さくされ、排気温度上昇のための点火時期の遅角が制限されるようになる。このため、触媒の熱劣化が生じるほど排気温度が過度に上昇するのを抑制することができる。
【００８２】
（７）上記のように点火時期の遅角が遅角制限量ΔｒＲ，ΔｒＬによって制限されるとき、スロットルバルブ１３の開き量が開き制限量ΔＴによって制限される。この開き制限量ΔＴ、及び遅角制限量ΔｒＲ，ΔｒＬは実際の排気温度と許容値との差に基づきそれぞれ算出され、開き制限量ΔＴは遅角制限量ΔｒＲ，ΔｒＬによる点火時期遅角の制限に対応するようにスロットルバルブ１３の開き量を制限するものとなる。従って、点火時期の遅角に対してスロットルバルブ１３が開きすぎた状態になり、エンジン１の出力トルクが必要以上に高くなるのを抑制することができる。
【００８３】
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・昇温制御時にはエンジン全体としての空燃比が理論空燃比となるよう燃料噴射量を制御したが、これに代えて上記空燃比がリッチ空燃比となるよう燃料噴射量を制御してもよい。
【００８４】
・昇温制御時における点火時期遅角量の制限やスロットル開き量の制限については、昇温制御時の排気温度が触媒の熱劣化を生じさせるほど高くならないよう、昇温制御時のリッチ気筒のリッチ度合い及びリーン気筒のリーン度合いが予め設定されているのであれば行う必要はない。
【００８５】
・昇温制御時における点火時期の遅角については、一部の気筒で空燃比をリッチにするとともに他の気筒で空燃比をリーンとすることにより、ＮＯｘ　吸蔵還元触媒９の温度を硫黄被毒回復に必要な値まで上昇させることができるのであれば、必ずしも行う必要はない。なお、昇温制御時の点火時期遅角を行わない場合には、スロットルバルブ１３の開き側への制御を行う必要もない。
【００８６】
・昇温制御時に点火時期遅角を行う場合であっても、それによるエンジン１の出力トルク低下が無視できるレベルであるならば、スロットルバルブ１３の開き側への制御を行わなくてもよい。
【００８７】
・昇温制御時のリーン気筒での混合気の燃焼や、通常運転時のリーン燃焼において、成層燃焼を実行する代わりに、リーン空燃比での均質燃焼を実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の排気浄化装置が適用されるＶ型６気筒のエンジン全体を示す略図。
【図２】昇温制御が行われるときのエンジン全体の燃料噴射量、及びその増量分を各種運転状況毎に比較するためのグラフ。
【図３】実際の排気温度と許容値との差の大きさに基づく、スロットル開き量ＴＯの開き制限量ΔＴ、リッチ気筒における点火時期の遅角量ｒＲの遅角制限量ΔｒＲ、及びリーン気筒における点火時期の遅角量ｒＬの遅角制限量ΔｒＬの変化を示すグラフ。
【図４】昇温制御の実行手順を示すフローチャート。
【図５】昇温制御の実行手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、＃１〜＃６…一番気筒〜六番気筒、２…燃焼室、３…吸気通路、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…クランクシャフト、７…排気通路、８…三元触媒、９…ＮＯｘ　吸蔵還元触媒、１０…エンジンコントロールコンピュータ（制御手段）、１１…アクセルペダル、１２…アクセルポジションセンサ、１３…スロットルバルブ、１４…スロットルポジションセンサ、１５…バキュームセンサ、１６…クランクポジションセンサ、１７ａ，１７ｂ…空燃比センサ、１８…排気温センサ、１９…車速センサ、２０…トランスミッションコントロールコンピュータ。
【図１】
2004068690.tif 000003
【図２】
2004068690.tif 000004
【図３】
2004068690.tif 000005
【図４】
2004068690.tif 000006
【図５】
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