(57)【要約】【課題】排気系に排気により駆動される過給機と排気浄化触媒とが配設され、該排気浄化触媒雰囲気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とするリッチスパイク制御が機関運転中に実行される過給機付き内燃機関において、内燃機関の運転状態がリッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰される際における、過給機の回転の上昇遅れによる機関の出力トルク低下を抑制し、運転性能の改善を図る過給機付き内燃機関を提供すること。【解決手段】本過給機付き内燃機関は、過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群と、過給機に供給されない排気を排出する第二の気筒群とを有し、リッチスパイク制御においては、第一の気筒群の空燃比は理論空燃比に制御され、第二の気筒群の空燃比はリッチ空燃比に制御され、第一の気筒群から排出された排気と第二の気筒群から排出された排気とにより排気浄化触媒雰囲気の空燃比をリッチ空燃比に制御する。【選択図】図２
2007239493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される内燃機関であって、排気系に、排気により駆動される過給機と排気浄化触媒とが配設され、該排気浄化触媒雰囲気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とするリッチスパイク制御が機関運転中に実行される過給機付き内燃機関において、
前記過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群と、前記過給機に供給されない排気を排出する第二の気筒群とを有し、
前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比は理論空燃比に制御され、前記第二の気筒群の空燃比はリッチ空燃比に制御され、前記第一の気筒群から排出された排気と前記第二の気筒群から排出された排気とにより前記排気浄化触媒雰囲気の空燃比をリッチ空燃比に制御する、
ことを特徴とする過給機付き内燃機関。
【請求項２】
更に、吸入空気量と機関回転数とに基づいて内燃機関の負荷状態を判定する負荷状態判定手段を有し、
前記リッチスパイク制御実行時に前記負荷状態判定手段により内燃機関の負荷状態が低負荷状態にあると判定された場合には、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比はリッチ空燃比に制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項３】
更に、吸入空気量と機関回転数とに基づいて内燃機関の負荷状態を判定する負荷状態検出手段を有し、
前記リッチスパイク制御実行時に前記負荷状態判定手段により内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定された場合には、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比は、前記過給機に供給される排気の温度が所定温度以上にならないよう制御される、
ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記リッチスパイク制御実行時に前記負荷状態判定手段により内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定された場合には、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比は、前記過給機に供給される排気の温度が前記所定温度以上にならないように制御され、前記第二の気筒群の空燃比は、前記第一の気筒群から排出された排気と前記第二の気筒群から排出された排気とにより前記排気浄化触媒雰囲気の空燃比が所望のリッチ空燃比となるように制御される、
ことを特徴とする請求項３に記載の過給機付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過給機付き内燃機関、特に、機関運転中に排気空燃比の切り換えを実行する過給機付き希薄燃焼内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、燃費の向上および排出ガス規制の観点から、運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される希薄燃焼内燃機関（以下、リーンバーンエンジンと称する）の実用化が進められている。このようなリーンバーンエンジンでは、リーン空燃比すなわち空気過剰のもとで燃料が燃焼せしめられるため、不完全な燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）の排出量が少ない反面、ＮＯｘ（窒素酸化物）が多くなり、排出された有害なＮＯｘの放出を妨げる何らかの策を講ずる必要がある。
【０００３】
ＮＯｘの大気中への放出量を低減する一手段として、内燃機関排気系にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置することが知られている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘを硝酸塩の形態で吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比がリッチ空燃比であるときに、吸蔵したＮＯｘを放出する役割を果たすものである。放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣや還元成分（ＣＯ、Ｈ２等）により還元浄化せしめられる。
【０００４】
このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒を排気浄化触媒として用いる場合には、リーン空燃比運転中にＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸蔵したＮＯｘ量が増大する毎に運転空燃比を短時間リッチ空燃比に切り換えて運転を行い、ＮＯｘ吸蔵還元触媒にリッチ空燃比の排気を供給して触媒が吸蔵したＮＯｘを還元浄化するリッチスパイク制御を実行する必要がある。
【０００５】
一方、リーンバーンエンジンに、リーン空燃比運転領域を拡大する目的で過給機を設けた過給機付きリーンバーンエンジンが知られている。このような過給機付きリーンバーンエンジンでは、過給機により内燃機関の吸気効率を高めて出力を増大させることができ、燃費および排気エミッションの改善と高出力化との両立を図ることが可能となる。
【０００６】
また、例えばＶ型エンジンや水平対向エンジンのように、各々複数のシリンダを有する２つのバンクを備える内燃機関に過給機を適用するに当たって、コストの観点から、両バンクの双方に過給機を設けずに、片側バンクのみに過給機を設ける過給機付き内燃機関が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６９０２９号公報
【特許文献２】特公平１−２７２４６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、リーンバーンエンジンにおいて排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を適用する場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の浄化性能を維持するためにリッチスパイク制御が必要となるが、リーンバーンエンジンにおけるリッチスパイク制御の一制御方法として、排気空燃比をリッチ化するために付加的な燃料を添加し、また、該付加的な燃料の添加による出力の変動を防止すべく、吸入空気量をリーン空燃比制御運転時の吸入空気量よりも減少させることが知られている。この場合、付加的な燃料の添加および吸入空気量の減少に起因して、リーンバーンエンジンにおけるリッチスパイク制御運転時は、リーン制御運転時よりも排気流量および排気温度が低下し、排気流によって駆動される排気駆動式過給機が用いられる場合には、過給機の回転は大幅に低下する。
【０００９】
リッチスパイク制御によりＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、放出されたＮＯｘが、排気中のＨＣや還元成分（ＣＯ、Ｈ２等）により還元浄化せしめられると、内燃機関の運転状態をリッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰させることになる。リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態への復帰においては、空燃比をリーンにするために大幅に吸入空気量を増大する必要がある。
【００１０】
しかしながら、上述したような場合のリーンバーンエンジンにおけるリッチスパイク制御運転時は、リーン空燃比運転状態と比較して排気流量が低下していて且つ排気温度が低下しているために、排気駆動式過給機を駆動するための排気のエネルギーは小さく、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態へ復帰させる際の過給機の回転の上昇遅れがもたらされ、吸入空気量増大の応答遅れが生じる。
【００１１】
このことは、リッチスパイク運転状態からリーン空燃比運転状態への切り換え時において、機関の出力トルクの低下をもたらし、車輌搭載機関では車輌加速性能の悪化などが生じ運転性能の悪化をもたらす問題がある。
【００１２】
本発明の目的は上記課題に鑑み、運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される内燃機関であって、排気系に、排気により駆動される過給機と排気浄化触媒とが配設され、該排気浄化触媒雰囲気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とするリッチスパイク制御が機関運転中に実行される過給機付き内燃機関において、内燃機関の運転状態がリッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰される際における、過給機の回転の上昇遅れによる機関の出力トルク低下を抑制し、運転性能の改善を図るようにした過給機付き内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明によれば、運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される内燃機関であって、排気系に、排気により駆動される過給機と排気浄化触媒とが配設され、該排気浄化触媒雰囲気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とするリッチスパイク制御が機関運転中に実行される過給機付き内燃機関において、前記過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群と、前記過給機に供給されない排気を排出する第二の気筒群とを有し、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比は理論空燃比に制御され、前記第二の気筒群の空燃比はリッチ空燃比に制御され、前記第一の気筒群から排出された排気と前記第二の気筒群から排出された排気とにより前記排気浄化触媒雰囲気の空燃比をリッチ空燃比に制御する、ことを特徴とする過給機付き内燃機関が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項１の発明では、当該内燃機関が、過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群と、過給機に供給されない排気を排出する第二の気筒群とを有し、排気浄化触媒雰囲気を一時的にリッチ空燃比にするリッチスパイク制御においては、過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群の空燃比が理論空燃比に制御され、また、過給機に供給されない排気を排出する第二の気筒群の空燃比がリッチ空燃比に制御され、第一の気筒群から排出された排気と第二の気筒群から排出された排気とにより排気浄化触媒雰囲気をリッチ空燃比に制御する。リッチスパイク制御において過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群の空燃比は理論空燃比に制御されるため、リッチスパイク制御において過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群の空燃比がリッチ空燃比に制御される場合と比較して、リッチスパイク制御期間中における第一の気筒群から排出される排気の流量の低下を抑制することができ、且つ、排気温度の低下を抑制することができる。これにより、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰させる際における、過給機の回転の上昇遅れによる機関の出力トルク低下を抑制することができ、運転性能の改善を図ることが可能となる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、更に、吸入空気量と機関回転数とに基づいて内燃機関の負荷状態を判定する負荷状態判定手段を有し、前記リッチスパイク制御実行時に前記負荷状態判定手段により内燃機関の負荷状態が低負荷状態にあると判定された場合には、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比はリッチ空燃比に制御される、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項２の発明では、吸入空気量と機関回転数とに基づいて判定される内燃機関の負荷状態が低負荷状態にあると判定された場合には、過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群の空燃比がリッチ空燃比に制御される。
【００１７】
内燃機関が低負荷状態にある場合、第一の気筒群および第二の気筒群から排出される排気温度は共に低い。そのため、リッチスパイク制御において、過給機に排気を供給する第一の気筒群の空燃比が理論空燃比を維持するように制御された場合であって、排気浄化触媒雰囲気を所望のリッチ空燃比にするために、過給機に排気を供給しない第二の気筒群の空燃比が大きくリッチ空燃比側に制御することが必要となった場合には、第二の気筒群から排出される排気温度は大きく低下し、排気浄化触媒に流入する排気の温度が大きく低下する。このことは、排気浄化触媒温度を大きく低下させ、排気浄化触媒の浄化性能の低下をもたらし、結果として、排気エミッションの悪化をもたらすことになる。
【００１８】
このことに基づいて、請求項２の発明では、リッチスパイク制御実行時において、内燃機関の負荷状態が低負荷状態にある場合には、過給機に排気を供給する第一の気筒群の空燃比を理論空燃比に維持する制御が解除され、第一の気筒群の空燃比は、過給機に排気を供給しない第二の気筒群と同様にリッチ空燃比に制御される。これにより、第一の気筒群の空燃比が理論空燃比を維持するように制御された場合と比較して、第一の気筒群から排出される排気を排気浄化触媒雰囲気の空燃比のリッチ化に大きく寄与させることができ、第二の気筒群の空燃比が大きくリッチ空燃比側に制御されることを回避することが可能となり、よって、排気浄化触媒温度の低下による排気浄化触媒の浄化性能の低下を抑制することができ、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、更に、吸入空気量と機関回転数とに基づいて内燃機関の負荷状態を判定する負荷状態検出手段を有し、前記リッチスパイク制御実行時に前記負荷状態判定手段により内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定された場合には、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比は、前記過給機に供給される排気の温度が所定温度以上にならないよう制御される、ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関が提供される。
【００２０】
すなわち、請求項３の発明では、吸入空気量と機関回転数とに基づいて判定される内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定された場合には、リッチスパイク制御時における過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群の空燃比が、過給機に供給される排気の温度が所定温度以上にならないように制御される。
【００２１】
内燃機関が高負荷状態にある場合、第一の気筒群から排出される排気温度は高い。そのため、リッチスパイク制御において、過給機に排気を供給する第一の気筒群の空燃比が理論空燃比を維持するように制御され場合、過給機に供給される排気の温度が、過給機の性能保障許容温度を越える温度となる可能性がある。
【００２２】
このことに基づいて、請求項３の発明では、リッチスパイク制御実行時において、内燃機関の負荷状態が高負荷状態にある場合には、過給機に排気を供給する第一の気筒群の空燃比を理論空燃比に維持する制御が解除され、第一の気筒群の空燃比は、過給機に供給される排気の温度が所定温度以上にならないように制御される。これにより、第一の気筒群から供給される排気により、過給機が性能保障許容温度を越えて昇温されることを防止でき、過給機が支障をきたすことを回避することが可能となる。尚、ここで、所定温度とは、過給機の性能保障許容温度とされてもよく、また、第一の気筒群から排出される排気の影響を受ける部品あって、過給機の性能保障許容温度よりも許容温度が低い部品がある場合には、該部品の許容温度とされてもよい。
【００２３】
請求項４の発明によれば、前記リッチスパイク制御実行時に前記負荷状態判定手段により内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定された場合には、前記リッチスパイク制御においては、前記第一の気筒群の空燃比は、前記過給機に供給される排気の温度が前記所定温度以上にならないように制御され、前記第二の気筒群の空燃比は、前記第一の気筒群から排出された排気と前記第二の気筒群から排出された排気とにより前記排気浄化触媒雰囲気の空燃比が所望のリッチ空燃比となるように制御される、ことを特徴とする請求項３に記載の過給機付き内燃機関が提供される。
【００２４】
すなわち、請求項４の発明では、吸入空気量と機関回転数とに基づいて判定される内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定された場合には、過給機に供給される排気を排出する第一の気筒群の空燃比が、過給機に供給される排気の温度が前記所定温度以上にならないように制御され、第二の気筒群の空燃比が、第一の気筒群から排出された排気と第二の気筒群から排出された排気とにより排気浄化触媒雰囲気の空燃比が所望のリッチ空燃比となるように制御される。これにより、第一の気筒群から供給される排気により、過給機が性能保障許容温度を越えて昇温されることを防止でき、過給機が支障をきたすことを回避することが可能となるとともに、確実に排気浄化触媒の浄化性能を維持することが可能となる。排気浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元触媒が用いられた場合には、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することができ、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２５】
各請求項に記載の発明によれば、運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される内燃機関であって、排気系に、排気により駆動される過給機と排気浄化触媒とが配設され、該排気浄化触媒雰囲気の空燃比を一時的にリッチ空燃比とするリッチスパイク制御が機関運転中に実行される過給機付き内燃機関において、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰させる際における、過給機の回転の上昇遅れによる機関の出力トルク低下を抑制することでき、運転性能の改善を図ることが可能となる共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、図面において同一または対応する部分には同一の参照符号が付けられている。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態の過給機付き内燃機関について説明するための全体構成図である。本実施形態における内燃機関は、過給機を有するＶ型６気筒ガソリンエンジンであって、運転領域の大部分がリーン空燃比で運転されるリーンバーンエンジンである。尚、ここではガソリンエンジンを例にとって説明するが本発明はこれに限定されるものではなく、他の実施形態ではディーゼルエンジンであってもよい。
【００２８】
図１において、１０は機関本体であり、該機関本体は第一気筒（♯１）、第二気筒（♯２）、第三気筒（♯３）からなる第一気筒群１００と、第四気筒（♯４）、第五気筒（♯５）、第六気筒（♯６）からなる第二気筒群２００とを有している。また、機関本体１０は各気筒の吸気弁１２１、２２１及び排気弁１２２、２２２の開閉タイミングを変更するための開閉タイミング変更機構１６と、各気筒の吸気弁１２１、２２１及び排気弁１２２、２２２のバルブリフト量を変更するためのバルブリフト量変更機構１７とを備えている。更に、機関本体１０には機関冷却水温度を検出する冷却温度センサ１５が設けられている。
【００２９】
図１に示されているように、第一気筒群１００の各気筒に連結されている吸気マニホルド１０１は吸気管１０２を介して過給機１０３のコンプレッサ１０３ａの出口に連結され、コンプレッサ１０３ａの入口はエアクリーナ１０４に連結される。エアクリーナ１０４とコンプレッサ１０３ａとの間には第一気筒群１００の気筒の吸入空気量を検出するエアフローメータ１０５が設けられている。吸気管１０２内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０６が配置され、更に吸気管１０２周りには吸気管１０２内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置（インタークーラ）１０７が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がインタークーラ１０７内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、第一気筒群１００の各気筒に連結されている排気マニホルド１１０は過給機１０３の排気タービン１０３ｂの入口に連結され、排気タービン１０３ｂの出口は排気管１１１を介して上流側三元触媒１１２へと連結される。
【００３０】
他方、第二気筒群２００の各気筒に連結されている吸気マニホルド２０１は吸気管２０２を介してエアクリーナ２０４に連結される。吸気管２０２内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁２０６が配置され、エアクリーナ２０４とスロットル弁２０６との間には第二気筒群２００の気筒の吸入空気量を検出するエアフローメータ２０５が設けられている。また、第二気筒群２００の各気筒に連結されている排気マニホルド２１０は排気管２１１を介して上流三元触媒２１２へと連結されている。
【００３１】
そして図１に示されているように、排気管１１１及び２１１は上流側三元触媒１１２及び２１２の下流において合流して集合排気管２０となり、該集合排気管２０は下流側三元触媒３０に連結される。また、該下流側三元触媒３０の更に下流側に排気ガス中のＮＯｘを除去するためのＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が設けられている。
【００３２】
また、本実施形態においては図１に示されているように、空燃比を検出する空燃比センサ１１３及び２１３が上記上流側三元触媒１１２及び２１２の上流側（空燃比センサ１１３については詳細には排気タービン１０３ｂの入口上流）にそれぞれ設けられており、酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１１４及び２１４が上記上流側三元触媒１１２及び２１２の下流側にそれぞれ設けられている。更に、排気タービン１０３ｂの入口上流には、排気タービン１０３ｂに流入する排気温度を検出する排気温センサ１１５が設けられている。
【００３３】
更に、本実施形態においては図１に示されているように、機関回転数を検出する機関回転数検出手段７０と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘ量を検出するＮＯｘ吸蔵量検出手段６０とが設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘの量は、例えば、排気管にＮＯｘセンサを配置し、該ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ量により算出することができる。また、運転状態に応じたＮＯｘの排出量を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップにより求まるＮＯｘ排出量を積算して吸蔵されたＮＯｘ量とすることもできる。更に、車輌走行速度もしくは走行時間に応じて吸蔵されたＮＯｘの量を推定してもよい。
【００３４】
電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）５０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、上述した冷却水温度センサ１５、エアフローメータ１０５及び２０５、空燃比センサ１１３及び２１３、酸素濃度センサ１１４及び２１４、排気温センサ１１５を含む各種センサや機関回転数検出手段７０や駆動装置と信号をやり取りして機関回転数や吸入空気量等の制御に必要なパラメータを求めると共に、求められたパラメータに基づいて空燃比制御（燃料噴射量制御）や点火時期制御等の機関の運転に関する種々の制御を行なう。
【００３５】
なお、上述した開閉タイミング変更機構１６及びバルブリフト量変更機構１７もＥＣＵ５０に接続されており、ＥＣＵ５０からの信号によって各吸排気弁の開閉タイミング及びバルブリフト量が制御される。また、上述したスロットル弁１０６及び２０６もＥＣＵ５０が接続されており、ＥＣＵ５０からの信号によって各スロットル弁１０６及び２０６の開度が制御される。本実施形態においては各スロットル弁１０６及び２０６の開度は独立に制御することができる。更に、上述したＮＯｘ吸蔵量検出手段６０もＥＣＵ５０に接続されており、該ＮＯｘ吸蔵量検出手段６０からの検出情報に基づいてＥＣＵ５０よりリッチスパイク制御の必要性の有無が判定される。
【００３６】
以上の構成の説明から理解されるように本実施形態の内燃機関では、複数の気筒群のうちの一部の気筒群の気筒（すなわち第一気筒群１００の気筒）からの排気ガスのみが過給機１０３を駆動するのに利用されるようになっている。また、過給機１０３の駆動に利用された排気ガス（すなわち第一気筒群１００の気筒からの排気ガス）と過給機１０３の駆動に利用されなかった排気ガス（すなわち第二気筒群２００の気筒からの排気ガス）の両方が通る排気ガス通路（すなわち集合排気管２０）に排気ガス浄化用触媒（下流側三元触媒３０、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０）が設けられている。
【００３７】
また、本実施形態の内燃機関では、第一気筒群１００の気筒と第二気筒群２００の気筒とで吸気通路を独立にして第一気筒群１００の気筒と第二気筒群２００の気筒とでそれぞれ独立に吸入空気量と混合気の空燃比を制御するようにし、第一気筒群１００と第二気筒群２００とのそれぞれの空燃比を独立して制御することができる。
【００３８】
ところで、上述したように、リーンバーンエンジンにおいてＮＯｘ吸蔵還元触媒４０を排気浄化触媒として用いる場合には、リーン空燃比運転中にＮＯｘ吸蔵還元触媒４０が吸蔵したＮＯｘ量が増大する毎に運転空燃比を短時間リッチ空燃比に切り換えて運転を行い、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０にリッチ空燃比の排気を供給してＮＯｘ吸蔵触媒４０が吸蔵したＮＯｘを還元浄化するリッチスパイク制御を実行する必要がある。
【００３９】
上述した各構成要素を有する図１に示す実施形態の内燃機関において実行されるリッチスパイク制御における作用効果について以下に説明する。図２は、図１に示された内燃機関で実行されるリッチスパイク制御の制御ルーチンの第一の実施形態を示すフローチャート図である。
【００４０】
図２に示す制御ルーチンでは、リッチスパイク制御の実行要求があると、まず、過給機１０３に供給される排気を排出する第一気筒群１００すなわち過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の制御空燃比が理論空燃比に設定され、過給機１０３に供給されない排気を排出する第二気筒群２００すなわち過給機１０３に排気を供給しない第二気筒群２００の制御空燃比がリッチ空燃比に設定される。リッチスパイク制御における第一気筒群１００および第二気筒群２００の制御空燃比が設定されると、設定された制御空燃比を実現するようにスロットル開度や燃料噴射量や点火時期などが最適制御される。そして、リッチスパイク制御の終了要求があるとリッチスパイク制御が終了される。
以下に各ステップの詳細について述べる。
【００４１】
まず、ステップ５０１においては、リッチスパイク制御の実行要求があるか否かの判定がなされる。具体的には、ＮＯｘ吸蔵量検出手段６０からのＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘ量の検出情報に基づいて、ＥＣＵ５０によりリッチスパイク制御の実行の必要性の有無が判定される。ステップ５０１において、リッチスパイク制御の実行が必要であると判定されると、続くステップ５０２に進む。
【００４２】
ステップ５０２においては、リッチスパイク制御の際における第一気筒群１００および第二気筒群２００の制御空燃比が設定される。具体的には、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の制御空燃比は、リッチスパイク制御時において第一気筒群１００の空燃比が理論空燃比となるように設定される。また、過給機１０３に排気を供給しない第二気筒群２００の制御空燃比は、リッチスパイク制御時においてリッチ空燃比となるように設定される。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒雰囲気の空燃比を所望のリッチ空燃比にすることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されていたＮＯｘを放出することができ、放出されたＮＯｘを排気中のＨＣや還元成分（ＣＯ、Ｈ２等）により還元浄化することが可能となる。
【００４３】
ここで留意すべき点は、リッチスパイク制御において、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の制御空燃比が理論空燃比に設定されることである。
【００４４】
リッチスパイク制御において過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の制御空燃比がリッチ空燃比に設定される場合、第一気筒群１００においては、排気空燃比をリッチ化するために付加的な燃料が添加され、また、該付加的な燃料の添加による出力の変動を防止すべく、吸入空気量がリーン空燃比制御運転時の吸入空気量よりも減少される制御が実行される。この場合、付加的な燃料の添加および吸入空気量の減少に起因して、リーン制御運転時よりも排気流量および排気温度が低下し、排気流によって駆動される過給機１０３の回転は大幅に低下する。
【００４５】
リッチスパイク制御において第一気筒群１００の制御空燃比がリッチ空燃比に設定される場合、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態への復帰の際においては、第一気筒群１００の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比にするために大幅に機関の吸入空気量を増大する必要となる。しかしながら、上述したような場合のリッチスパイク制御運転時は、リーン空燃比運転状態と比較して大幅に排気流量が低下していて且つ排気温度が低下しているために、過給機１０３を駆動するための排気のエネルギーは小さく、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態へ復帰させる際の過給機１０３の回転の上昇遅れがもたらされ、吸入空気量増大の応答遅れが生じる。
【００４６】
このことは、リッチスパイク運転状態からリーン空燃比運転状態への復帰時において、機関の出力トルクの低下をもたらし、車輌搭載機関では車輌加速性能の悪化などが生じ運転性能の悪化をもたらす。
【００４７】
ことことに基づいて、本過給機付き内燃機関におけるリッチスパイク制御においては、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比は理論空燃比に制御される。これにより、第一気筒群１００の空燃比をリッチ空燃比に制御する場合と比較して、過給機１０３に供給される排気の流量および温度の低下を抑制することができ、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰させる際における、過給機１０３の回転の上昇遅れによる機関の出力トルク低下を抑制することでき、運転性能の改善を図ることが可能となる。
【００４８】
ステップ５０２に続くステップ５０３においては、第一気筒群１００および第二気筒群２００の空燃比をステップ５０２にて設定された制御空燃比に制御するように、スロットル開度や燃料噴射量や点火時期などがＥＣＵ５０により最適制御される。
【００４９】
ステップ５０３に続くステップ５０４においては、リッチスパイク制御の終了要求があるか否かの判定がなされる。具体的には、ＮＯｘ吸蔵量検出手段６０からのＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘ量の検出情報に基づいてＥＣＵ５０により、リッチスパイク制御の終了の必要性の有無が判定される。ここで、リッチスパイク制御の終了要求が有りと判定されると、本制御ルーチンは終了され、また、リッチスパイク制御を継続する必要があると判定されるとステップ５０２に戻り、更に、リッチスパイク制御が継続される。
【００５０】
次に、図１に示された内燃機関で実行されるリッチスパイク制御の制御ルーチンの第二の実施形態について説明する。図３は、図１に示された内燃機関で実行されるリッチスパイク制御の制御ルーチンの第二の実施形態を示すフローチャート図である。
【００５１】
本過給機付き内燃機関におけるリッチスパイク制御においては、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比が理論空燃比に制御されることを特徴とする。しかしながら、内燃機関が、機関回転数が低く吸入空気量が小さい低負荷状態にある場合、リッチスパイク制御において、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比が理論空燃比を維持するように制御すると、排気エミッションの悪化をもたらす場合がある。
【００５２】
内燃機関が低負荷状態にある場合、第一気筒群１００および第二の気筒群２００から排出される排気温度は共に低い。そのため、リッチスパイク制御において、過給機１０３に排気を供給する第一の気筒群１００の空燃比が理論空燃比を維持するように制御された場合であって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒雰囲気を所望のリッチ空燃比にするために、過給機１０３に排気を供給しない第二気筒群２００の空燃比が大きくリッチ空燃比側に制御することが必要となった場合には、第二気筒群２００から排出される排気温度は大きく低下し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０を含む排気浄化触媒に流入する排気の温度が大きく低下する。このことは、排気浄化触媒温度の低下もたらし、排気浄化触媒の浄化性能を低下させ、排気エミッションの悪化をもたらすことになる。
【００５３】
また、内燃機関が、機関回転数が高く吸入空気量が大きい高負荷状態にある場合、リッチスパイク制御において、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比が理論空燃比を維持するように制御されると、過給機１０３の性能に支障をもたらす場合がある。
【００５４】
内燃機関が高負荷状態にある場合、第一気筒群１００から排出される排気温度は高い。そのため、リッチスパイク制御において、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比が理論空燃比を維持するように制御され場合、過給機１０３に供給される排気の温度が、過給機１０３の性能保障許容温度を越える温度となる可能性がある。
【００５５】
以上のことに基づいて、図３に示すリッチスパイク制御の制御ルーチンの第二の実施形態では、リッチスパイク制御の実行要求があると、まず、機関回転数や吸入空気量などに基づいて内燃機関の負荷状態が判定される。次に、内燃機関の負荷状態に応じて、第一気筒群１００および第二気筒群２００の制御空燃比が設定され、該設定された制御空燃比を実現するようにスロットル開度や燃料噴射量や点火時期などがＥＣＵ５０により最適制御される。そして、リッチスパイク制御の終了要求があるとリッチスパイク制御が終了される。以下に各ステップの詳細について述べる。
【００５６】
まず、ステップ６０１においては、リッチスパイク制御の実行要求があるか否かの判定がなされる。具体的には、ＮＯｘ吸蔵量検出手段６０からのＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘ量の検出情報に基づいてＥＣＵ５０により、リッチスパイク制御の実行の必要性の有無が判定される。ステップ６０１において、リッチスパイク制御の実行が必要であると判定されると、続くステップ６０２に進む。
【００５７】
ステップ６０２においては、機関回転数や吸入空気量あるいは過給圧などに基づいて、内燃機関の負荷状態が判定される。本実施形態においては、エアフローメータ１０５および機関回転数検出手段７０からの検出情報がＥＣＵ５０に取り込まれ、機関回転数と吸入空気量とをパラメータとして予め評価試験や解析評価などのデータに基づいて作成された内燃機関の運転状態を三つの領域の負荷状態に区分けするマップを使用して、内燃機関の負荷状態がＥＣＵ５０により判定される。該マップは、ＥＣＵ５０のメモリーなど格納される。図４は、機関回転数と吸入空気量とをパラメータとして内燃機関の負荷状態を、低負荷状態（領域−１）、中負荷状態（領域−２）および高負荷状態（領域−３）の三つの領域の負荷状態に区分けするマップの一例を示したものである。本実施形態においては、内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段は、主として、エアフローメータ１０５、機関回転数検出手段７０、ＥＣＵ５０および上記マップを有して構成されるが、他の構成要素を有して構成されてもよい。例えば、内燃機関の負荷状態を判定する際のパラメータとして過給圧が加えられてもよく、この場合には、過給圧を検出するセンサが負荷状態検出手段に含まれることになる。更には、本実施形態においては、内燃機関の負荷状態を３つの領域に区分したが、更に多くの領域で区分けされてもよい。
【００５８】
ステップ６０２において、内燃機関の負荷状態が低負荷状態にあると判定されと、ステップ６０３およびステップ６０４に進み、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比を理論空燃比に維持する制御が解除され、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００および過給機１０３に排気を供給しない第二気筒群２００の制御空燃比は共に、リッチ空燃比に設定される。これにより、第一気筒群１００の空燃比が理論空燃比を維持するように制御された場合と比較して、第一気筒群１００から排出される排気をＮＯｘ吸蔵還元触媒雰囲気の空燃比のリッチ化に大きく寄与させることができ、第二気筒群２００の空燃比が大きくリッチ空燃比側に制御されることを回避することが可能となり、よって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０を含む排気浄化触媒温度の低下による排気浄化触媒の浄化性能の低下を抑制することができ、排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００５９】
ステップ６０２において、内燃機関の負荷状態が中負荷状態にあると判定されと、ステップ６０５およびステップ６０６に進み、過給機１０３に排気を供給する第一気筒群１００の制御空燃比は理論空燃比に設定される。また、過給機１０３に排気を供給しない第二気筒群２００の制御空燃比は、リッチ空燃比に設定される。これにより、第一気筒群１００から排出される排気と第二気筒群２００から排出される排気とにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒雰囲気の空燃比を所望のリッチ空燃比にすることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されていたＮＯｘを放出することができ、放出されたＮＯｘを排気中のＨＣや還元成分（ＣＯ、Ｈ２等）により還元浄化することが可能となる。
【００６０】
ステップ６０２において、内燃機関の負荷状態が高負荷状態にあると判定されると、ステップ６０７およびステップ６０８に進み、過給機に排気を供給する第一気筒群１００の空燃比を理論空燃比に維持する制御が解除され、第一気筒群１００の空燃比は、過給機１０３に供給される排気の温度が過給機１０３の性能保障許容温度以上にならないように制御される。過給機１０３に供給される排気の温度は、排気温センサ１１５の検出情報に基づいてＥＣＵ５０により監視される。これにより、第一気筒群１００から供給される排気により、過給機１０３が性能保障許容温度を越えて昇温されることを防止でき、過給機１０３が支障をきたすことを回避することが可能となる。尚、第一気筒群１００から排出される排気の影響を受ける部品あって、過給機１０３の性能保障許容温度よりも許容温度が低い部品がある場合には、第一気筒群１００の空燃比は、過給機１０３に供給される排気の温度が該部品の許容温度以上にならないように制御されてもよい。
【００６１】
ステップ６０８に続くステップ６０９においては、第一気筒群１００から排出された排気と第二気筒群２００から排出された排気とによりＮＯｘ吸蔵還元触媒雰囲気の空燃比が所望のリッチ空燃比となるように、第一気筒群１００に対して設定された制御空燃比に応じて、第二気筒群２００の空燃比は調整され設定される。これにより、第一気筒群１００から供給される排気により、過給機１０３が性能保障許容温度を越えて昇温されることを防止でき、過給機１０３が支障をきたすことを回避することが可能になるとともに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することができ、排気エミッションの悪化を抑制することも可能となる。
【００６２】
ステップ６１０においては、第一気筒群１００および第二気筒群２００の空燃比をステップ６０３からステップ６０９にて設定された制御空燃比に制御するように、スロットル開度や燃料噴射量や点火時期などがＥＣＵ５０により最適制御される。
【００６３】
ステップ６１０に続くステップ６１１においては、リッチスパイク制御の終了要求があるか否かの判定がなされる。具体的には、ＮＯｘ吸蔵量検出手段６０からのＮＯｘ吸蔵還元触媒４０に吸蔵されたＮＯｘ量の検出情報に基づいてＥＣＵ５０により、リッチスパイク制御の終了の必要性の有無が判定される。ここで、リッチスパイク制御の終了要求が有りと判定されと、本制御ルーチンは終了され、また、リッチスパイク制御を継続する必要があると判定されるとステップ６０２に戻り、更に、リッチスパイク制御が継続される。
【００６４】
以下に、本発明の過給機付き内燃機関の他の実施形態について説明する。なお、以下で説明する実施形態は上述した実施形態の構成において多くの共通する部分を有しており、これらの共通する部分を有しており、これらの共通する部分については原則として説明を省略する。
【００６５】
図５は、本発明の他の実施形態の過給機付き内燃機関を説明するための全体構成図である。図５から明らかなように本実施形態の構成は上述した実施形態の構成（図１）とほぼ同様であるが、過給機１０３からの空気が第二気筒群２００の気筒にのみ供給されるようになっている点で上述した実施形態の構成とは異なっている。すなわち、上述した実施形態では第一気筒群１００の気筒からの排気ガスのみが過給機１０３を駆動するのに利用されると共に該過給機１０３からの空気が第一気筒群１００の気筒のみに供給されるようになっているのに対し、本実施形態では、第一気筒群１００の気筒からの排気ガスのみが過給機１０３を駆動するのに利用されると共に過給機１０３からの空気は第二気筒群２００の気筒にのみ供給されるようになっている。
【００６６】
そして本実施形態においても上述した実施形態の場合と同様、第一気筒群１００の気筒と第二気筒群２００の気筒とで吸気通路を独立にして第一気筒群１００の気筒と第二気筒群２００の気筒とでそれぞれ独立に吸入空気量と混合気の空燃比を制御するようにし、リッチスパイク制御において、第一気筒群１００と第二気筒群２００とのそれぞれの空燃比を独立して制御することができる。
【００６７】
これにより、図５に示された実施形態に、上述した図２および図３に示されたリッチスパイク制御の制御ルーチンを適用することにより、図１に示された実施形態の場合と同様に、リッチスパイク制御運転状態からリーン空燃比運転状態に復帰させる際における、過給機の回転の上昇遅れによる機関の出力トルク低下を抑制し、運転性能の改善を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態の過給機付き内燃機関について説明するための全体構成図である。
【図２】図１に示された内燃機関で実行されるリッチスパイク制御の制御ルーチンの第一の実施形態を示すフローチャート図である。
【図３】図１に示された内燃機関で実行されるリッチスパイク制御の制御ルーチンの第二の実施形態を示すフローチャート図である。
【図４】機関回転数と吸入空気量とをパラメータとして内燃機関の負荷状態を、低負荷状態、中負荷状態および高負荷状態の三つの領域の負荷状態に区分けするマップの一例を示したものである。
【図５】本発明の他の実施形態の過給機付き内燃機関を説明するための全体構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０    機関本体
２０    集合排気管
３０    下流側三元触媒
４０    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
５０    ＥＣＵ
６０    ＮＯｘ吸蔵量検出手段
７０    機関回転数検出手段
１００    第一気筒群
１０１    吸気マニホルド
１０２    吸気管
１０３    過給機
１０５    エアフローメータ
１０６    スロットル弁
１１０    排気マニホルド
１１１    排気管
１１５    排気温度センサ
２００    第二気筒群
２０１    吸気マニホルド
２０２    吸気管
２０５    エアフローメータ
２０６    スロットル弁
２１０    排気マニホルド
２１１    排気管
【図１】
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【図２】
2007239493.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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