(57)【要約】【課題】バンク制御により排気浄化触媒の温度を目標温度に制御する内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の温度の目標温度への制御と排気中のＮＯｘの十分な浄化との両立を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、後段触媒の酸素吸蔵量を検出する酸素吸蔵量検出手段を具備し、バンク制御により後段触媒の温度を目標温度に制御するときに、後段触媒の酸素吸蔵量が所定量以上の場合には、後段触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御にて第１の各気筒群及び第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御され、後段触媒の酸素吸蔵量が所定量よりも小さい場合には、後段触媒の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御にて第１の気筒群及び第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、前記第１の気筒群に対して共通の第１の排気通路内および前記第２の気筒群に対して共通の第２の排気通路内に夫々酸化還元機能を有する前段触媒が配置されており、前記第１の排気通路および前記第２の排気通路が夫々対応する前記前段触媒の下流において、酸化還元機能を有するとともに流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する共通の後段触媒に連結されている内燃機関の排気浄化装置であって、
前記後段触媒の下流に配設され排気の空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ2センサを具備し、前記後段触媒の温度を目標温度に制御すべきときに、前記Ｏ2センサから検出された空燃比に基づいて前記後段触媒に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御が実行される内燃機関の排気浄化装置において、
前記後段触媒の酸素吸蔵量を検出する酸素吸蔵量検出手段を具備し、前記バンク制御により前記後段触媒の温度を目標温度に制御するときに、
前記後段触媒の酸素吸蔵量が所定量以上の場合には、前記後段触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御にて前記第１の各気筒群及び前記第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御され、前記後段触媒の酸素吸蔵量が前記所定量よりも小さい場合には、前記後段触媒の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御にて前記第１の気筒群及び前記第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにし、
前記第２モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比をリッチにして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比をリーンにして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする、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。
【請求項３】
前記第２モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにし、
前記第１モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を前記第１のリッチ空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を、前記第１のリーン空燃比よりもリーン側の第２のリーン空燃比であって気筒内の燃焼により生成されるＮＯｘの量が前記第１のリーン空燃比にて生成されるＮＯｘの量よりも少なくなる第２のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする、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。
【請求項４】
前記前段触媒は三元触媒からなる、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記後段触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒からなる、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【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】
流入する排気の空燃比がリーンのときには排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関において、気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群の排気通路と第２の気筒群の排気通路とを合流させて共通のＮＯｘ吸蔵触媒に連結した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では通常、全気筒においてリーン空燃比のもとで燃焼が行われており、このとき発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくとＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘが放出され還元される。
【０００３】
ところで燃料および潤滑油内にはイオウが含まれており、従って排気中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯｘはＮＯｘと共にＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯｘは排気の空燃比を単にリッチにしただけではＮＯｘ吸蔵触媒から放出されず、従ってＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯｘ量が次第に減少してしまう。従ってＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯｘ量が増大したときにはＮＯｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させる必要がある。
【０００４】
この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度をほぼ６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させかつＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気の空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出させることができる。ところで上述の内燃機関では第１の気筒群の各気筒の空燃比をリッチとし、第２の気筒群の各気筒の空燃比をリーンにすると第１の気筒群から排出された多量の未燃ＨＣが第２の気筒群から排出された過剰酸素によりＮＯｘ吸蔵触媒において酸化せしめられ、このときの酸化反応熱によってＮＯｘ吸蔵触媒の温度を上昇せしめることができる。この際、各気筒群から排出される未燃ＨＣの量および過剰酸素の量を機関の運転状態に応じた最適な量に維持すると、即ち第１の気筒群のリッチの度合と第２の気筒群のリーンの度合を機関の運転状態に応じた最適な度合に維持するとＮＯｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘ放出温度に維持することができる。
【０００５】
従って上述の内燃機関ではＮＯｘ吸蔵触媒の温度をＳＯｘ放出温度に維持するのに必要な第１の気筒群のリッチの度合および第２の気筒群のリーンの度合を機関の運転状態毎に記憶しておき、ＮＯｘ吸蔵触媒からＳＯｘを放出すべきときには第１の気筒群のリッチの度合を記憶されている機関の運転状態に応じたリッチ度合にすると共に第２の気筒群のリーンの度合を記憶されている機関の運転状態に応じたリーン度合とするようにしている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１８９３８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御によれば排気浄化触媒の温度を昇温せしめることができる一方で、大量のＮＯｘを含んだ排気を排気浄化触媒に流入させてしまう場合があり、この際に排気浄化触媒がＮＯｘを十分に浄化することができる状態にない場合には、排気中のＮＯｘが排気浄化触媒をすり抜けてしまい、多量のＮＯｘが大気中に排出されてしまうという場合がある。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑み、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御により排気浄化触媒の温度を目標温度に制御する内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の温度の目標温度への制御と排気中のＮＯｘの十分な浄化との両立を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明によれば、気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、前記第１の気筒群に対して共通の第１の排気通路内および前記第２の気筒群に対して共通の第２の排気通路内に夫々酸化還元機能を有する前段触媒が配置されており、前記第１の排気通路および前記第２の排気通路が夫々対応する前記前段触媒の下流において、酸化還元機能を有するとともに流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する共通の後段触媒に連結されている内燃機関の排気浄化装置であって、前記後段触媒の下流に配設され排気の空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ2センサを具備し、前記後段触媒の温度を目標温度に制御すべきときに、前記Ｏ2センサから検出された空燃比に基づいて前記後段触媒に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御が実行される内燃機関の排気浄化装置において、前記後段触媒の酸素吸蔵量を検出する酸素吸蔵量検出手段を具備し、前記バンク制御により前記後段触媒の温度を目標温度に制御するときに、前記後段触媒の酸素吸蔵量が所定量以上の場合には、前記後段触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御にて前記第１の各気筒群及び前記第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御され、前記後段触媒の酸素吸蔵量が前記所定量よりも小さい場合には、前記後段触媒の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御にて前記第１の気筒群及び前記第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御を行い後段触媒の温度を目標温度に制御するときに、後段触媒の酸素吸蔵量が所定量以上である場合すなわち後段触媒に多量の酸素が吸蔵されており後段触媒雰囲気がリーン空燃比状態にあり後段触媒により排気中のＮＯｘを十分に還元浄化することが困難である場合には、後段触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御にて第１の各気筒群及び第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される。一方で、後段触媒の酸素吸蔵量が所定量よりも小さい場合すなわち後段触媒に多量の酸素が吸蔵されておらず後段触媒雰囲気が理論空燃比あるいはリッチ空燃比状態にあり後段触媒により排気中のＮＯｘを十分に還元浄化すること可能な場合には、後段触媒の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御にて第１の気筒群及び第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される。
【００１１】
このように請求項１の発明では、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御を行い後段触媒の温度を目標温度に制御するときに、後段触媒の酸素吸蔵量に基づいて、後段触媒に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御と後段触媒の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御との切替えを制御することにより、後段触媒の温度の目標温度への制御と排気中のＮＯｘの十分な浄化との両立を図ることを可能とする。
【００１２】
請求項２の発明によれば、前記第１モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにし、前記第２モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比をリッチにして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比をリーンにして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする、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が提供される。
【００１３】
請求項３の発明によれば、前記第２モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにし、前記第１モードの空燃比制御は、前記第１の気筒群と前記第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を前記第１のリッチ空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を、前記第１のリーン空燃比よりもリーン側の第２のリーン空燃比であって気筒内の燃焼により生成されるＮＯｘの量が前記第１のリーン空燃比にて生成されるＮＯｘの量よりも少なくなる第２のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする、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が提供される。
【００１４】
請求項４の発明によれば、前記前段触媒は三元触媒からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１５】
請求項５の発明によれば、前記後段触媒は、流入する排気の空燃比がリーンのときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つの請求項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
各請求項の記載によれば、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御により排気浄化触媒の温度を目標温度に制御する内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の温度の目標温度への制御と排気中のＮＯｘの十分な浄化との両立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】
【００１７】
図１は本発明をＶ型６気筒火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、言うまでもないが本発明は直列６気筒内燃機関等の直列型内燃機関に適用することもできるし、６気筒以外の気筒数の内燃機関にも適用することができる。
【００１８】
図１を参照すると、一方のバンクには点火順序が一つおきの１番気筒＃１、３番気筒＃３および５番気筒＃５の３つの気筒３からなる第１の気筒群１が形成されており、他方のバンクには点火順序が一つおきの２番気筒＃２、４番気筒＃４および６番気筒＃６の３つの気筒３からなる第２の気筒群２が形成されている。第１気筒群１および第２気筒群２の各気筒３は共通の吸気マニホルド４に連結され、吸気マニホルド４の入口部はエアフローメータ５を介してエアクリーナ６に連結される。吸気マニホルド４の入口部にはアクチュエータ７によって開閉制御されるスロットル弁８が配置される。
【００１９】
一方、第１気筒群１の各気筒＃１，＃３，＃５は共通の第１の排気マニホルド９ａを介して三元触媒１０ａの入口部に連結され、第２気筒群２の各気筒＃２，＃４，＃６は共通の第２の排気マニホルド９ｂを介して三元触媒１０ｂの入口部に連結される。三元触媒１０ａの出口部および三元触媒１０ｂの出口部は夫々対応する排気管１１ａ，１１ｂを介して、酸化還元機能を有するとともに流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する共通の触媒１２の入口部に連結される。本発明による実施形態ではこの共通の触媒１２はＮＯｘ吸蔵触媒からなる。
【００２０】
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。
【００２１】
アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介してスロットル弁８のアクチュエータ７および各気筒＃１〜＃６に夫々燃料を供給するための燃料噴射弁３３に接続される。
【００２２】
本実施形態においては、後段触媒として配設されたＮＯｘ吸蔵触媒１２の入口部に配設され排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するリニア空燃比センサ１３と、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の出口部に配設され排気の空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ2センサ１４とを備え、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に制御すべきときには、Ｏ2センサ１４からの検出情報に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の目標空燃比をフィードバック制御し、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の空燃比を該目標空燃比に制御すべく、リニア空燃比センサ１３の出力情報に基づいて燃料噴射量をフィードバック制御する。尚、これらのセンサ１３、１４の出力信号は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。
【００２３】
前段触媒として配設された三元触媒１０ａ、１０ｂは、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯｘ（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する排気浄化触媒である。
【００２４】
次に後段触媒として配設されたＮＯｘ吸蔵触媒１２について説明する。本実施形態におけるＮＯｘ吸蔵触媒１２は、酸化還元機能を有するとともに流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒であって、流入する排気の空燃比がリーンのときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出する排気浄化触媒である。尚、本発明の内燃機関の排気浄化装置の後段触媒として適用可能な排気浄化触媒はＮＯｘ吸蔵触媒に限定されることはなく、酸化還元機能を有するとともに流入する排気中の酸素濃度が過剰であるときには排気中の酸素を吸蔵し且つ排気中の酸素濃度が不足しているときには吸蔵している酸素を放出する酸素ストレージ能を有する排気浄化触媒であれば本発明の内燃機関の排気浄化装置に適用可能である。
【００２５】
本実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒１２の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２はこの触媒担体４０の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４０の表面上には貴金属触媒４１が分散して担持されており、更に触媒担体４０の表面上にはＮＯｘ吸収剤４２の層が形成されている。
【００２６】
本実施形態では貴金属触媒４１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤４２を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００２７】
機関吸気通路、燃焼室およびＮＯｘ吸蔵触媒１２上流の排気通路内に供給された空気および燃料の比を排気の空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤４２は排気の空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００２８】
即ち、ＮＯｘ吸収剤４２を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気の空燃比がリーンのとき、即ち排気中の酸素濃度が高いときには排気中に含まれるＮＯは図２に示されるように白金Ｐｔ４１上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯｘ吸収剤４２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤４２内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４２内に吸収される。排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４１の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤４２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤４２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００２９】
これに対し、排気の空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤４２内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤４２から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００３０】
このように排気の空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４２内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤４２のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤４２によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。従って本発明による実施形態ではＮＯｘ吸収剤４２の吸収能力が飽和する前に排気の空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸収剤４２からのＮＯｘが放出せしめられる。
【００３１】
ところで排気中にはＳＯｘ、即ちＳＯ2が含まれており、このＳＯ2がＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入するとこのＳＯ2は白金Ｐｔ４１において酸化されてＳＯ3となる。次いでこのＳＯ3はＮＯｘ吸収剤４２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ42-の形でＮＯｘ吸収剤４２内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。しかしながらＮＯｘ吸収剤４２が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ4は安定していて分解しづらく、排気の空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ4は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯｘ吸収剤４２内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4が増大し、斯くしてＮＯｘ吸収剤４２が吸収しうるＮＯｘ量が低下するので、ＮＯｘ吸収剤４２内の硫酸塩ＢａＳＯ4の量が増大したときにはＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘを放出させる必要がある。
【００３２】
ところでこの場合、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を６００℃以上のＳＯｘ放出温度まで上昇させた状態でＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の空燃比をリッチにするとＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘが放出される。従ってＮＯｘ吸収剤４２からＳＯｘを放出すべきときには、まず初めにＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度をＳＯｘ放出温度まで上昇させるＮＯｘ吸蔵触媒１２の昇温制御が行われ、次いでＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度をＳＯｘ放出温度に保持しつつＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の空燃比をリッチにするＳＯｘ放出制御が行われる。
【００３３】
さて、本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、後段触媒としてＮＯｘ吸蔵触媒１２の出口部に配設され排気の空燃比がリッチかリーンかを検出するＯ2センサ１４を具備し、例えばＳＯｘ放出温度を目標温度として該目標温度にＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を制御すべきときには、すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を昇温し且つ該目標温度を維持するように制御すべきときには、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御され、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御が実行される。
【００３４】
しかしながら、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御によればＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を昇温せしめることができる一方で、大量のＮＯｘを含んだ排気をＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入させてしまう場合があり、この際にＮＯｘ吸蔵触媒１２がＮＯｘを十分に浄化することができる状態にない場合には、排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒１２をすり抜けてしまい、多量のＮＯｘが大気中に排出されてしまうという場合がある。
【００３５】
このことに基づいて、本発明の内燃機関の排気浄化装置においては、後段触媒としてのＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量を検出する酸素吸蔵量検出手段１５を具備し、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御を行いＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に制御するときに、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量以上である場合すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１２に多量の酸素が吸蔵されておりＮＯｘ吸蔵触媒雰囲気がリーン空燃比状態にあり排気中のＮＯｘを十分に還元浄化することが困難である場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御にて第１の各気筒群及び第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される。一方で、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量よりも小さい場合すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１２に多量の酸素が吸蔵されておらずＮＯｘ吸蔵触媒雰囲気が理論空燃比あるいはリッチ空燃比状態にあり排気中のＮＯｘを十分に還元浄化すること可能な場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１２を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御にて第１の気筒群及び第２の気筒群の各気筒の空燃比が制御される。尚、本実施形態における酸素吸蔵量検出手段は、吸入空気量や排気の空燃比などに基づいてＮＯｘ吸蔵触媒１２に吸蔵されている酸素量を検出するものとする。
【００３６】
このような本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、一方の気筒群の平均空燃比をリッチに制御し他方の気筒群の平均空燃比をリーンに制御するバンク制御を行いＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に制御するときに、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量に基づいて、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御とＮＯｘ吸蔵触媒１２を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御との切替えを制御することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の目標温度への制御と排気中のＮＯｘの十分な浄化との両立を図ることを可能となる。
【００３７】
以下に、本発明によるＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の目標温度への昇温制御について説明する。図３は、本発明の内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温制御の制御ルーチンの一実施形態を示す図である。
【００３８】
図３に示した実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘを少なくするのに適した第１モードの空燃比制御は、第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする制御とされる。このような第１モードの空燃比制御によれば、平均空燃比がリーンとされる気筒群から排出される排気の空燃比のリーン度合を小さくすることができ、すなわち、より理論空燃比側のリーン空燃比にすることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１２よりも上流に配設された前段触媒となる三元触媒にて排気中のＮＯｘを十分に浄化することができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘの量を小さくすることが可能となる。
【００３９】
しかしながら、このような第１モードの空燃比制御においては、平均空燃比がリーンとされる気筒群からはリーン度合が小さな排気が排出されるように制御され該排気がＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入することになるため、平均空燃比がリーンとされる気筒群と平均空燃比がリッチとされる気筒群とから排出される排気が合流してＮＯｘ吸蔵触媒１２にて発生する酸化反応熱は小さいものとなり、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果は小さい。
【００４０】
そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量よりも小さい場合に実行される第２モードの空燃比制御においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１２を目標温度に制御するのに適した空燃比制御すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果が大きい空燃比制御が実行される。具体的には本実施形態においては、第２モードの空燃比制御は、第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比をリッチにして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比をリーンにして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする制御とされる。このような第２モードの空燃比制御によれば、平均空燃比がリーンとされる気筒群から排出される排気の空燃比のリーン度合を大きくすることができ、すなわち、より理論空燃比から離れる側のリーン空燃比にすることができ、平均空燃比がリーンとされる気筒群と平均空燃比がリッチとされる気筒群とから排出される排気が合流してＮＯｘ吸蔵触媒１２にて発生する酸化反応熱を大きくすることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を急速に昇温することが可能となる。
【００４１】
尚、このような第２モードの空燃比制御においては、平均空燃比がリーンとされる気筒群から排出される排気の空燃比のリーン度合が大きく、ＮＯｘ吸蔵触媒１２よりも上流に配設された前段触媒となる三元触媒にて排気中のＮＯｘを十分に浄化することはできないが、ＮＯｘ吸蔵触媒雰囲気がリッチ空燃比状態にあり、ＮＯｘ吸蔵触媒１２にて排気中のＮＯｘを十分に還元浄化することが可能である。
【００４２】
図３を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置による昇温制御の制御ルーチンの一実施形態について説明する。図３に示される制御ルーチンにおいては、まずステップ１０１において、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比がリッチであるか否かが判定され、リッチであると判定されると、ステップ１０２に進み、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量よりも小さいか否かが判定される。ステップ１０２にて酸素吸蔵量が所定量よりも小さいと判定されると、ステップ１０３に進み上記第２モードの空燃比制御が実行され、酸素吸蔵量が所定量以上であると判定されると、ステップ１０４に進み上記第１モードの空燃比制御が実行される。その一方で、ステップ１０１において、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比がリッチにないと判定されると、ステップ１０５に進み、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量以上であるか否かが判定される。ステップ１０５にて酸素吸蔵量が所定量以上であると判定されると、ステップ１０４に進み上記第１モードの空燃比制御が実行され、酸素吸蔵量が所定量よりも小さいと判定されると、ステップ１０６に進み上記第２モードの空燃比制御が実行される。
【００４３】
図４は、図３に示された実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温制御のタイムチャートである。図４から理解される如く、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比に基づいてＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の目標空燃比がフィードバック制御される。例えば、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比がリッチにある場合にはＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の目標空燃比がリーンとされるようにフィードバック制御され、ＮＯｘ吸蔵触媒１２には酸素が徐々に吸蔵され酸素吸蔵量が増加する。その一方で、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比がリーンにある場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気の目標空燃比がリッチとされ、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量は減少する。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量以上にある場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御が実行され、その一方でＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量よりも小さい場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御が実行される。
【００４４】
図５は、本発明の内燃機関の排気浄化装置によるＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温制御の制御ルーチンのもう一つの実施形態を示す図である。
【００４５】
ところで、気筒内の燃焼により生成されるＮＯｘの量は、気筒の空燃比が燃焼温度の最も高い空燃比１５近傍である場合に一番多く、該空燃比よりもリーン側になるほど少なくなることが知られている。
【００４６】
このことに基づいて、図５に示した実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１２を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御は、第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする制御とされる。そして、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘを少なくするのに適した第１モードの空燃比制御は、第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を上記第１のリッチ空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を、上記第１のリーン空燃比よりもリーン側の第２のリーン空燃比であって気筒内の燃焼により生成されるＮＯｘの量が第１のリーン空燃比にて生成されるＮＯｘの量よりも少なくなる第２のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする制御とされる。
【００４７】
すなわち、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘを少なくするのに適した第１モードの空燃比制御は、第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリッチ空燃比よりもリッチ側の第２のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を第１のリーン空燃比よりもリーン側の第２のリーン空燃比であって気筒内の燃焼により生成されるＮＯｘの量が第１のリーン空燃比にて生成されるＮＯｘの量よりも少なくなる第２のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする制御とされる。このような第１モードの空燃比制御によれば、平均空燃比がリーンに制御される気筒群から排出される排気中のＮＯｘ量を少なくすることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘの量を小さくすることが可能となる。
【００４８】
しかしながら、このような第１モードの空燃比制御においては、平均空燃比がリーンとされる気筒群からはリーン度合が大きい排気、すなわち、より理論空燃比から離れる側のリーン空燃比の排気が排出されるように制御され該排気がＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入するため、平均空燃比がリーンとされる気筒群と平均空燃比がリッチとされる気筒群とから排出される排気が合流してＮＯｘ吸蔵触媒１２にて発生する酸化反応熱は極めて大きなものとなり、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果が大きすぎてＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の目標温度への制御が困難となる場合があり、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が目標温度を越えて制御されてしまう場合がある。
【００４９】
そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量よりも小さい場合に実行される第２モードの空燃比制御においては、ＮＯｘ吸蔵触媒１２を目標温度に制御するのに適した空燃比制御すなわちＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果が小さい空燃比制御が実行される。具体的には本実施形態においては、第２モードの空燃比制御は、第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比を第２のリッチ空燃比よりも理論空燃比側の第１のリッチ空燃比にして該一方の気筒群の平均空燃比をリッチにし、他方の気筒群の全気筒の空燃比を第２のリーン空燃比よりも理論空燃比側の第１のリーン空燃比にして該他方の気筒群の平均空燃比をリーンにする制御とする。このような第２モードの空燃比制御によれば、平均空燃比がリーンとされる気筒群からはリーン度合が小さな排気、すなわち、より理論空燃比側のリーン空燃比の排気を排出させるようにすることができ、平均空燃比がリーンとされる気筒群と平均空燃比がリッチとされる気筒群とから排出される排気が合流してＮＯｘ吸蔵触媒１２にて発生する酸化反応熱を小さくすることができ、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の目標温度への制御を容易とし、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が目標温度を越えて制御されてしまうことを防止することが可能となる。
【００５０】
尚、このような第２モードの空燃比制御においては、第１モードの空燃比制御と比較して、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘの量は多くなるが、ＮＯｘ吸蔵触媒雰囲気がリッチ空燃比状態にあり、ＮＯｘ吸蔵触媒１２にて排気中のＮＯｘを十分に還元浄化することが可能である。
【００５１】
図５を参照して、本発明の排気浄化装置による昇温制御の制御ルーチンのもう一つの実施形態について説明する。図５に示される制御ルーチンにおいては、まずステップ２０１において、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比がリッチであるか否かが判定され、リッチであると判定されると、ステップ２０２に進み、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量よりも小さいか否かが判定される。ステップ２０２にて酸素吸蔵量が所定量よりも小さいと判定されると、ステップ２０３に進み上記第２モードの空燃比制御が実行され、酸素吸蔵量が所定量以上であると判定されると、ステップ２０４に進み上記第１モードの空燃比制御が実行される。その一方で、ステップ２０１において、Ｏ2センサ１４から検出された空燃比がリッチにないと判定されると、ステップ２０５に進み、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量が所定量以上であるか否かが判定される。ステップ２０５にて酸素吸蔵量が所定量以上であると判定されると、ステップ２０４に進み上記第１モードの空燃比制御が実行され、酸素吸蔵量が所定量よりも小さいと判定されると、ステップ２０６に進み上記第２モードの空燃比制御が実行される。尚、図５に示された実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温制御のタイムチャートは、図４に示されたタイムチャートと同様である。
【００５２】
尚、図３及び図５に示した本発明の内燃機関の排気浄化装置による昇温制御の制御ルーチンの実施形態において、ＮＯｘ吸蔵触媒１２に流入する排気中のＮＯｘ量を少なくするのに適した第１モードの空燃比制御とＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に制御するのに適した第２モードの空燃比制御との切替えを制御するための閾値となるＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量の所定量は、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の昇温制御の目標温度に対する現在のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度に基づいて変化するように制御されてもよい。
【００５３】
例えば、図３に示された昇温制御の制御ルーチンの実施形態において、現在のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度が該昇温制御の目標温度に対して懸け離れて低いような場合には、第１モードの空燃比制御と第２モードの空燃比制御との切替えを制御するための閾値となるＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量の所定量を大きくするように制御する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果の大きい第２モードの空燃比制御を、より長時間実行することができ、より迅速にＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に到達させることが可能となる。そして、現在のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度が該昇温制御の目標温度に対して、ある程度近づいた時点で該所定量を小さくするように制御する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果の小さい第１モードの空燃比制御を、より長時間実行することができ、より精度よくＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に到達させることが可能となる。
【００５４】
また、例えば、図５に示された昇温制御の制御ルーチンの実施形態において、現在のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度が該昇温制御の目標温度に対して懸け離れて低いような場合には、第１モードの空燃比制御と第２モードの空燃比制御との切替えを制御するための閾値となるＮＯｘ吸蔵触媒１２の酸素吸蔵量の所定量を小さくするように制御する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果の大きい第１モードの空燃比制御を、より長時間実行することができ、より迅速にＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に到達させることが可能となる。そして、現在のＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度が該昇温制御の目標温度に対して、ある程度近づいた時点で該所定量を大きくするように制御する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度の昇温効果の小さい第２モードの空燃比制御を、より長時間実行することができ、より精度よくＮＯｘ吸蔵触媒１２の温度を目標温度に到達させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒の触媒担体の表面部分の断面である。
【図３】後段触媒の温度の昇温制御の制御ルーチンの一実施形態を示す図である。
【図４】図３に示された実施形態の後段触媒の昇温制御のタイムチャートである。
【図５】後段触媒の温度の昇温制御の制御ルーチンのもう一つの実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１    第１の気筒群
２    第２の気筒群
３    気筒
１０ａ、１０ｂ    三元触媒（前段触媒）
１２    ＮＯｘ吸蔵触媒（後段触媒）
１４    Ｏ2センサ
１５    酸素吸蔵量検出手段
【図１】
2009180128.tif 000003
【図２】
2009180128.tif 000004
【図３】
2009180128.tif 000005
【図４】
2009180128.tif 000006
【図５】
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