(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主触媒装置と、前記主触媒装置の上流側に並列配置された複数の前置触媒装置とを具備し、各前記前置触媒装置がリーン状態の排気ガスの通過によりシンタリングを発生させるような高温度である時において前記主触媒装置の温度を昇温させるために、リッチ空燃比で運転させる気筒及びリーン空燃比で運転させる気筒を選定して、少なくとも一つの前記前置触媒装置を通過するリッチ状態の排気ガスと、他の少なくとも一つの前記前置触媒装置を通過するリーン状態の排気ガスとを前記主触媒装置へ流入させる昇温制御を必要に応じて実施する内燃機関の排気浄化装置において、前記昇温制御が実施される毎に、特定の前記前置触媒装置だけにリーン状態の排気ガスが通過しないように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記昇温制御が実施される毎に、各前記前置触媒装置をリーン状態の排気ガスが通過する積算時間が略等しくなるように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選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。
【請求項３】
各前記前置触媒装置の劣化程度を把握する劣化把握手段を具備し、前記昇温制御が実施される毎に、各前記前置触媒装置の劣化程度が略等しくなるように、前記昇温制御中におけるリッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選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。
【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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料消費率を低減するために、リーン混合気を燃焼させる希薄燃焼内燃機関が実用化されている。希薄燃焼においては、有害なＮＯx が比較的多量に生成されるために、大気中へのＮＯx 放出量を低減しなければならない。
【０００３】
このために、機関排気系にＮＯx 吸蔵還元触媒装置を配置することが提案されている。ＮＯx 吸蔵還元触媒装置は、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯx を硝酸塩の形で吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低くなると吸収したＮＯx を放出すると共に、排気ガス中の還元成分によって放出したＮＯx を還元浄化させるものである。このように、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置は、酸素濃度の高い希薄燃焼の排気ガス中からＮＯx を良好に吸収し、定期的なリッチ混合気燃焼運転によって、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気ガス中にＨＣ及びＣＯ等の還元成分を存在させ、吸収したＮＯx を大気中に放出させることなく良好に浄化することができる。
【０００４】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄が含まれており、燃焼に際してＳＯx が生成される。ＳＯx は、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置へＮＯx と同様なメカニズムにより硫酸塩の形で吸収される。硫酸塩は、安定な物質であるために、通常のリッチ混合気燃焼運転を実施してもＮＯx 吸蔵還元触媒装置から放出され難く、吸蔵量が徐々に増加する。ＮＯx 吸蔵還元触媒装置への硝酸塩又は硫酸塩の吸蔵可能量は有限であり、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置における硫酸塩の吸蔵量が増加すれば（以下、ＳＯx 被毒と称する）、その分、硝酸塩の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯx を吸収することができなくなる。
【０００５】
従って、ＳＯx 被毒されたＮＯx 吸蔵還元触媒装置は回復させなければならない。硫酸塩は安定な物質であるが、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置が６００°Ｃ程度の高温とされれば、排気ガスをストイキ又はリッチ状態として酸素濃度を低下させることにより、ＳＯx として放出させることができる。それにより、特開平８−６１０５２号公報には、ＳＯx 被毒回復に際して、機関高負荷時等のようにＮＯx 吸蔵還元触媒装置の温度が比較的高い時に、六気筒内燃機関の三気筒をリッチ空燃比で運転すると共に残りの三気筒をリーン空燃比で運転することにより、リッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとをＮＯx 吸蔵還元触媒装置へ流入させ、リッチ状態の排気ガス中のＨＣ及びＣＯをリーン状態の排気ガス中のＯ2 により燃焼させ、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置の温度をさらに昇温して６００°Ｃ程度とすることが提案されている。
【０００６】
希薄燃焼内燃機関においても、機関始動直後から排気ガスを浄化することが必要であるために、熱容量が小さく機関始動直後から活性化する前置触媒装置を機関本体近傍に配置することが好ましい。前置触媒装置は、機関始動時の空燃比がリッチ又はストイキであるために、一般的には、酸化触媒又は三元触媒とされる。このような酸化作用を活発化させる前置触媒装置を前述の従来技術に適用する場合には、ＳＯx 被毒回復に際して、リッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとが同じ前置触媒装置を通過しないようにしなければならない。そうしないと、前置触媒装置でＨＣ及びＣＯが燃焼してしまいＮＯx 吸蔵還元触媒装置を意図するように昇温することができない。それにより、ＳＯx 被毒回復に際してリッチ空燃比で運転される三気筒とリーン空燃比で運転される残り三気筒とで、少なくとも別の前置触媒装置を設ける必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成において、機関高負荷時に三気筒をリッチ空燃比で運転して残り三気筒をリーン空燃比で運転すると、リーン空燃比で運転される気筒側に配置された前置触媒装置は、比較的高温となっているところに、過剰に酸素を含む排気ガスが通過することとなり、前置触媒装置に使用されている白金Ｐｔのような貴金属が酸素によってシンタリングを起こして劣化する。こうして、ＳＯＸ被毒回復毎に、リーン空燃比で運転される気筒側に配置された前置触媒装置の劣化だけ進行するために、この前置触媒装置を早期に交換することが必要となる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、前置触媒装置を備えると共に、リーン状態の排気ガスとリッチ状態の排気ガスとをＮＯX 吸蔵還元触媒装置等の主触媒装置へ流入させて主触媒装置を昇温させる内燃機関の排気浄化装置において、前置触媒装置の劣化による交換期間を延長することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、主触媒装置と、前記主触媒装置の上流側に並列配置された複数の前置触媒装置とを具備し、各前記前置触媒装置がリーン状態の排気ガスの通過によりシンタリングを発生させるような高温度である時において前記主触媒装置の温度を昇温させるために、リッチ空燃比で運転させる気筒及びリーン空燃比で運転させる気筒を選定して、少なくとも一つの前記前置触媒装置を通過するリッチ状態の排気ガスと、他の少なくとも一つの前記前置触媒装置を通過するリーン状態の排気ガスとを前記主触媒装置へ流入させる昇温制御を必要に応じて実施する内燃機関の排気浄化装置において、前記昇温制御が実施される毎に、特定の前記前置触媒装置だけにリーン状態の排気ガスが通過しないように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記昇温制御が実施される毎に、各前記前置触媒装置をリーン状態の排気ガスが通過する積算時間が略等しくなるように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、各前記前置触媒装置の劣化程度を把握する劣化把握手段を具備し、前記昇温制御が実施される毎に、各前記前置触媒装置の劣化程度が略等しくなるように、前記昇温制御中におけるリッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置が取り付けられた機関排気系を示す概略図である。同図において、１は希薄燃焼を実施する内燃機関本体である。本実施形態において、内燃機関は＃１〜＃４の四つの気筒を有するものである。これら四つの気筒の点火順序は、＃１−＃３−＃４−＃２である。２１〜２４は各気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁である。
【００１３】
機関排気系において、各気筒の排気管３１〜３４は、＃１気筒の排気管３１と＃４気筒の排気管３４とが第１合流部４１において合流し、＃２気筒の排気管３２と＃３気筒の排気管３３とが第２合流部４２において合流している。第１合流部４１の下流側の排気通路には第１前置触媒装置８１が配置され、第２合流部４２の下流側の排気通路には第２前置触媒装置８２が配置されている。第１前置触媒装置８１の下流側と第２前置触媒装置８２の下流側とが、第３合流部４３において合流し、第３合流部４３の下流側にはＮＯx 吸蔵還元触媒装置５が配置されている。こうして、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の上流側には、二つの前置触媒装置８１，８２が並列配置されている。
【００１４】
６はＮＯx 吸蔵還元触媒装置５へ流入する排気ガスの空燃比状態を検出する第１空燃比センサであり、７はＮＯx 吸蔵還元触媒装置５から流出する排気ガスの空燃比状態を検出する第２空燃比センサである。第１及び第２空燃比センサ６，７として、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサが使用可能である。
【００１５】
２０は、点火時期制御等に加えて、各燃料噴射弁２１〜２４を介しての燃料噴射制御を実施して最適な運転を実行するための制御装置であり、第１及び第２空燃比センサ６，７が接続されると共に、例えば、機関負荷としてのアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルストロークセンサ、機関回転数を検出するための回転センサ、及び、機関温度として冷却水温を検出する冷却水温センサ（いずれも図示せず）等の機関運転状態を把握するためのセンサが接続されている。
【００１６】
内燃機関１における希薄燃焼において、排気ガス中には比較的多量のＮＯx が含まれている。ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５は、この排気ガス中からＮＯx を吸蔵して還元浄化するためのものであり、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選択された少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持させたものである。
【００１７】
このようなＮＯx 吸蔵還元触媒装置５として、白金Ｐｔ及びバリウムＢａを使用した場合を例として、以下にＮＯx を吸収するメカニズムを説明する。まず、排気ガス中の酸素濃度が高いリーン状態の排気ガスにおいて、酸素が、Ｏ2 - の形で白金Ｐｔの表面に付着し、次いで、排気ガス中のＮＯが白金Ｐｔの表面上でＯ2 - と反応してＮＯ2 となる。こうして生成されたＮＯ2 の一部は、白金Ｐｔ上で酸化されつつＮＯx 吸蔵還元触媒装置内へ吸収され、酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸塩ＢａＮＯ4 として硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸蔵される。
【００１８】
排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2 が生成され、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置のＮＯx 吸蔵能力が飽和しない限りＮＯ2 が吸蔵される。しかしながら、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低下することによってＮＯ2 の生成量が低下すると、逆に硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形でＮＯx 吸蔵還元触媒装置から放出される。このＮＯ2 は、リッチ状態の排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ及びＣＯと反応して還元浄化される。
【００１９】
この一方で、ガソリン等の内燃機関の燃料には硫黄Ｓが含まれており、内燃機関における燃焼によってＳＯx が生成される。排気ガス中のＳＯx は、ＮＯx と同様なメカニズムによって硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＮＯx 吸蔵還元触媒装置に吸収され、硫酸塩ＢａＳＯ4 が生成される。この硫酸塩ＢａＳＯ4 は安定していて分解し難く、排気ガスがリッチ状態となっても分解されずにＮＯx 吸蔵還元触媒装置内に残留する。こうして、徐々に、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置内の硫酸塩ＢａＳＯ4 が増大する。ＮＯx 吸蔵還元触媒装置における硝酸塩ＢａＮＯ4 又は硫酸塩ＢａＳＯ4 の吸蔵可能量は有限であり、硫酸塩ＢａＳＯ4 の吸蔵によるＳＯx 被毒によって、その分、硝酸塩ＢａＮＯ4 の吸蔵可能量が減少し、遂には、全くＮＯx を吸収することができなくなる。それにより、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置からＳＯx 被毒を良好に回復させなければならない。
【００２０】
制御装置２０による最適運転実行処理は、図２に示す第一フローチャートに従って実施される。本フローチャートは、所定期間毎に繰り返されるものである。まず、ステップ１０１において、詳しくは後述されるフラグＦ１が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０２に進み、詳しくは後述されるフラグＦ２が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０３に進み、詳しくは後述されるフラグＦ３が１であるか否かが判断される。通常時は、この判断は否定されてステップ１０４に進み、リーン運転実行処理が行われる。
【００２１】
このリーン運転実行処理は、圧縮行程での燃料噴射によって点火プラグ近傍だけに可燃混合気を形成して成層燃焼を実施し、全体としてリーン混合気を燃焼を可能とするものである。もちろん、前述のセンサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。
【００２２】
こうして、通常時はリーン運転が実行され、排気ガス中にはＮＯx が比較的多量に含まれる。しかしながら、排気ガスはリーン状態であり、酸素濃度が高いために、前述したように、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５が排気ガス中のＮＯx を良好に吸蔵し、大気中に放出されるＮＯx 量を十分に低減することができる。
【００２３】
フラグＦ１は、現在の機関運転状態が加速時又は機関高負荷時等の高出力を必要としている場合に、セットされるものである。それにより、ステップ１０１における判断が肯定される時には、ステップ１０５に進み、ストイキ運転実行処理が行われる。このストイキ運転実行処理は、吸気行程での燃料噴射によって気筒内全体に均一混合気を形成して均一燃焼を実施し、ストイキ混合気を燃焼させるものである。もちろん、前述のセンサにより把握される現在の機関運転状態に基づき、燃料噴射量及び点火時期等は最適値に制御される。
【００２４】
第１前置触媒装置８１及び第２前置触媒装置８２は、比較的小型の三元触媒装置であり、機関本体近傍に設置されていることに加えて熱容量が小さいために、排気ガスの熱によって機関始動直後から活性化し、機関始動時のリッチ又はストイキ混合気の燃焼に際して、排気ガスを浄化することを可能とする。さらに、加速時に又は機関高負荷時等のストイキ運転においても排気ガスを良好に浄化することができる。
【００２５】
前述のリーン運転によってＮＯx 吸蔵還元触媒装置５に吸蔵されたＮＯx 量は徐々に増加する。前述したように、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５におけるＮＯx 吸蔵可能量は有限であり、吸蔵されたＮＯx 量がＮＯx 吸蔵可能量を越える以前にＮＯx 吸蔵還元触媒装置５からＮＯx を放出させて還元浄化する必要がある。この時にはフラグＦ２がセットされてステップ１０６に進み、リッチスパイク実行処理が行われる。
【００２６】
図３は、フラグＦ２をセットするための第二フローチャートであり、これを以下に説明する。本フローチャートは所定期間毎に繰り返されるものである。まず、ステップ２０１において、詳しくは後述されるフラグＦ４が１であるか否かが判断される。この判断は当初否定されてステップ２０２に進み、目標ＮＯx 吸蔵量ｓｔはｓ１とされる。このｓ１は、例えば、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５のＮＯx 吸蔵可能量の７０％の値である。次いで、リーン運転毎にＮＯx 吸蔵還元触媒装置５に吸蔵されるＮＯx 量が積算され、ＮＯx 吸蔵量ｓが算出される。この積算には、機関運転状態に基づき単位時間当たりに内燃機関で生成されるＮＯx 量が考慮される。
【００２７】
次いで、ステップ２０５において、ＮＯx 吸蔵量ｓが目標ＮＯx 吸蔵量ｓｔに達したか否かが判断され、この判断が否定される時はステップ２０６に進み、フラグＦ２は０のまま終了する。一方、ステップ２０５における判断が肯定される時にはステップ２０７に進み、フラグＦ２は１にセットされ、ステップ２０８において、ＮＯx 吸蔵量ｓは０とされ終了する。
【００２８】
リッチスパイク実行処理は、図４に示す第三フローチャートに従って実行される。まず、ステップ３０１において、リッチスパイクを実行する。リッチスパイクは、運転空燃比を所定のリッチ空燃比にすることである。それにより、排気ガスがリッチ状態となって酸素濃度が低くなるために、前述したように、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５からＮＯx が徐々に放出され、このＮＯx は、この時の排気ガス中に含まれるＨＣ及びＣＯ等によって還元浄化される。
【００２９】
次いで、ステップ３０２においてタイマを作動し、ステップ３０３において第１空燃比センサ６の出力Ａ１と第２空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致しているか否かが判断される。この判断が否定される時には、ステップ３０１におけるリッチスパイクを継続する。リッチスパイクによるＮＯx の還元が行われている間は、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５から流出する排気ガスの空燃比状態はストイキとなるために、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５へ流入する排気ガスのリッチ空燃比状態とは異なり、第１空燃比センサ６の出力Ａ１と第２空燃比センサ７の出力Ａ２とは異なっている。
【００３０】
これに対して、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５から全てのＮＯx が放出されて還元が完了すると、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５から流出する排気ガスの空燃比状態は、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５へ流入する排気ガスの空燃比状態とほぼ等しくなり、第１空燃比センサ６の出力Ａ１と第２空燃比センサ７の出力Ａ２とがほぼ一致するために、ステップ３０４に進み、リッチスパイクが中止されると共にタイマを停止させる。本実施形態において、二つの空燃比センサ６，７を設けたが、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の下流側だけに空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力がリッチスパイクの空燃比と一致した時にＮＯx 吸蔵還元触媒装置から全てのＮＯx が放出されて還元が完了したとしても良い。
【００３１】
次いで、ステップ３０５において、詳しくは後述されるフラグＦ４が１であるか否かが判断され、この判断は当初否定されてステップ３０６に進む。ステップ３０６では、タイマのカウント時間Ｔが第一所定時間Ｔ１未満であるか否かが判断される。この第一所定時間Ｔ１は、リッチスパイクの排気ガスの空燃比状態において、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５からＮＯx 吸蔵可能量の７０％のＮＯx を放出させ還元するのに要する時間である。それにより、ＮＯx 吸蔵可能量の７０％を目標ＮＯx 吸蔵量としている現在において、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５に目標ＮＯx 吸蔵量が貯蔵されていれば、ステップ３０６における判断は否定されてステップ３０７に進み、フラグＦ３は０とされる。
【００３２】
一方、ステップ３０６における判断が肯定される時には、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５にＮＯx 吸蔵可能量の７０％未満のＮＯx しか吸蔵されていないことになる。これは、前述の積算計算がＮＯx 吸蔵還元触媒装置５に吸蔵されるはずのＮＯx 量を比較的正確に算出するものであるために、ＳＯx 被毒がＮＯx 吸蔵可能量の３０％を越えて進行したことを示している。ＳＯx 被毒は、リッチスパイク実行頻度に比較して緩やかに進行するものであるために、ステップ３０６における判断が肯定されると、ＳＯx 被毒は、ＮＯx 吸蔵可能量のほぼ３０％となる。この時には、ステップ３０８に進み、フラグＦ３は１とされる。フラグＦ３がセットされると、前述の第一フローチャートのステップ１０３における判断が肯定されてステップ１０７に進み、ＳＯx 被毒の回復運転実行処理が行われる。
【００３３】
第三フローチャートにおいて、ステップ３０７又はステップ３０８を通過した後は、ステップ３１２においてフラグＦ２は０とされ、ステップ３１３においてフラグＦ４は０とされ終了する。第三フローチャートのステップ３０９〜３１０を説明する前に、図４に示す第四フローチャートに従って実施されるＳＯx 被毒の回復運転実行処理を説明する。
【００３４】
まず、ステップ４０１において、現在、機関運転状態に基づき推定されるか又は実測されたＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の温度ＴＨが、例えば、４００°Ｃ以上であるか否かが判断される。ＳＯx 被毒の回復には、前述したように、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５を約６００°Ｃ以上の温度としなければならないが、４００°Ｃを下回っていると、過剰な昇温が必要となるために、機関運転状態の変化によって肯定されるまでこの判断が繰り返される。
【００３５】
ステップ４０１における判断が肯定されると、ステップ４０２において、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の温度ＴＨが６００°Ｃ以上であるか否かが判断される。この判断が肯定される時にはステップ４０４に進むが、否定される時にはステップ４０３における昇温処理によってＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の温度を６００°Ｃ以上に高めた後にステップ４０４に進む。この昇温処理は後に説明するとして、先にステップ４０４以降の処理を説明する。ところで、ＳＯx 被毒は、比較的緩やかであるために、フラグＦ３がセットされてからステップ４０４以降の処理が実施されるまでに、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置のＳＯx 吸蔵量が大きく増加することはない。
【００３６】
ステップ４０４において、詳しくは後述されるフラグＦ５が１であるか否かが判断され、この判断が当初否定されてステップ４０６に進む。ステップ４０６では、目標回復運転時間ｔｋをｄｔｋだけ短縮させる。次いで、ステップ４０７において、排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチの所定空燃比ＡＦｔにする回復運転が実施される。次に、ステップ４０８において、目標回復運転時間ｔｋだけ回復運転が実施されたか否かが判断され、この判断が否定される時には、ステップ４０７の処理を継続する。すなわち、排気ガスの空燃比が所定空燃比ＡＦｔとなる運転を目標回復運転時間ｔｋだけ継続した後にステップ４０９においてフラグＦ４は１にセットして終了する。排気ガスの空燃比がストイキ又はリッチの所定空燃比ＡＦｔとなる運転は、各気筒における燃焼空燃比を所定空燃比ＡＦｔとして運転しても良いが、点火時期が連続する二つの気筒における燃焼空燃比を合わせて所定空燃比ＡＦｔとしても良い。但し、この場合には、詳しくは後述するが、いずれの気筒のおける燃焼空燃比もリーンとしない方が好ましい。また、機関排気系に直接的に燃料を供給して、又は排気行程での二次燃料噴射によって、排気ガスの空燃比を所定空燃比ＡＦｔとしても良い。
【００３７】
こうして、ＳＯx 被毒の回復運転が終了するが、この時にだけフラグＦ４がセットされる。それにより、フラグＦ２をセットするための第二フローチャートにおいて、ステップ２０１の判断が肯定されてステップ２０３に進み、この時に限り、目標ＮＯx 吸蔵量ｓｔはｓ２とされる。このｓ２は、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５のＮＯx 吸蔵可能量と等しくされる。それにより、ＳＯx 被毒の回復運転後の一回に限り、ステップ２０５において、ＮＯx 吸蔵可能量の１００％のＮＯx が吸蔵されたと積算されるまでフラグＦ２はセットされない。
【００３８】
フラグＦ２がセットされると、前述の第三フローチャートが実施されるが、今回はフラグＦ４は１であり、ステップ３０５における判断が肯定され、ステップ３０９に進む。ステップ３０９では、タイマのカウント時間Ｔが第二所定時間Ｔ２未満であるか否かが判断される。この第二所定時間Ｔ２は、リッチスパイクの排気ガスの空燃比状態において、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５からＮＯx 吸蔵可能量の１００％のＮＯx を放出させ還元するのに要する時間である。それにより、ＮＯx 吸蔵可能量の１００％のＮＯx がＮＯx 吸蔵還元触媒装置に吸蔵されていれば、すなわち、回復運転によってＳＯx 被毒が完全に回復していれば、ステップ３０９における判断は否定されてステップ３１０に進み、フラグＦ５は０とされる。
【００３９】
一方、ステップ３０９における判断が肯定される時には、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５にＮＯx 吸蔵可能量の１００％のＮＯx が吸蔵されていないことになり、ＳＯx 被毒から完全に回復していないことを示している。この時には、ステップ３１１において、フラグＦ５は１にセットされる。このように、本実施形態では、回復運転後の回復程度の評価に、一般的な劣化検出法を使用している。
【００４０】
フラグＦ５がセットされると、次回のＳＯx 被毒の回復運転において、第四フローチャートのステップ４０４における判断が肯定され、ステップ４０５において目標回復運転時間ｔｋはｄｔｋだけ延長され、この時間だけ回復運転が実施される。
【００４１】
このように、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５のＳＯx 被毒がＮＯx 吸蔵可能量の３０％に達した時点で、目標回復運転時間だけ排気ガスの空燃比状態をストイキ又はリッチとする回復運転が実施されるが、この目標回復運転時間は、ＳＯx 被毒が完全に回復すれば徐々に短縮され、回復が不十分であると徐々に延長されるようになっている。また、第三フローチャートにおけるタイマのカウント時間ＴはＳＯx 被毒の未回復度に反比例する値であり、このカウント時間Ｔが小さいほど、目標回復運転時間ｔｋを大幅に延長するようにしても良い。
【００４２】
次に、第四フローチャートのステップ４０３において実施される昇温処理を説明する。これは、図６に示す第５フローチャートに従って実施される。先ず、ステップ５０１において、現在のＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の温度ＴＨに基づき、昇温処理時間ｔｓを決定する。現在において温度ＴＨは４００°Ｃ以上で６００°Ｃ未満であるが、この温度ＴＨが低いほど昇温処理時間ｔｓは長くなる。
【００４３】
次に、ステップ５０２において、第１積算昇温処理時間ｔｓ１が第２積算昇温処理時間ｔｓ２より大きいか否かが判断される。本実施形態における昇温処理は、例えば、＃１気筒と＃４気筒とを所定リッチ空燃比で運転し、＃２気筒と＃３気筒とを所定リーン空燃比で運転することである。それにより、ＮＯx 吸蔵還元触媒５の上流側には前置触媒装置８１，８２が配置されているが、第１前置触媒装置８１にはリッチ状態の排気ガスしか通過せず、第２前置触媒装置８２にはリーン状態の排気ガスしか通過しないために、いずれの状態の排気ガスもそのままＮＯx 吸蔵還元触媒装置５へ流入する。特に、点火順序の関係からリッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとは交互にＮＯx 吸蔵還元触媒装置５へ流入し、排気ガスの空燃比状態がストイキとなる。それにより、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５上でリッチ状態の排気ガス中のＨＣ及びＣＯをリーン状態の排気ガス中のＯ2 によって良好に燃焼させ、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５を昇温させることができる。もちろん、リッチ空燃比で運転する気筒群とリーン状態で運転する気筒群とを逆にすることも可能である。
【００４４】
このような昇温処理は、前述したようにＮＯＸ吸蔵還元触媒装置５が４００°Ｃ以上の時に実施される。各前置触媒装置８１，８２は、機関本体に近接していて熱容量が小さいために、昇温処理が実施される時には、４００°Ｃをかなり上回る温度となっている。このように高温度の前置触媒装置８１，８２に酸素濃度の高いリーン状態の排気ガスが通過すると、白金Ｐｔのような貴金属が酸素によってシンタリングを起こし、前置触媒装置８１，８２は劣化して浄化能力が低下する。
【００４５】
それにより、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の昇温処理毎に、常に一方の前置触媒装置だけにリーン状態の排気ガスが通過するようにすると、この前置触媒装置の劣化程度は、早期に交換を必要とするまで増大するために、頻繁に車両を整備工場等へ持ち込む必要がある。
【００４６】
本実施形態では、これを防止するために、昇温処理が実施される毎に、特定の前置触媒装置だけにリーン状態の排気ガスが通過しないように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定するようになっている。四気筒内燃機関において、点火順序が連続しない二気筒をリッチ空燃比で運転して残り二気筒をリーン空燃比で運転する場合には、簡単には、昇温処理が実施される毎にリーン空燃比で運転される気筒群を変えるようにしても良いが、第５フローチャートでは、二つの前置触媒装置の劣化程度を略等しくするために、これまでの昇温処理においてリーン状態の排気ガスが通過した積算時間が短い前置触媒装置に、今回の昇温処理においてリーン状態の排気ガスを通過させるようになっている。
【００４７】
具体的には、第１積算昇温処理時間ｔｓ１とは、第１前置触媒装置８１にリーン状態の排気ガスが通過した積算時間であり、すなわち、これまでの昇温処理において、＃１気筒と＃４気筒とをリーン空燃比で運転した積算時間であり、第２積算昇温処理時間ｔｓ２とは、第２前置触媒装置８２にリーン状態の排気ガスが通過した積算時間であり、すなわち、これまでの昇温処理において、＃２気筒と＃３気筒とをリーン空燃比で運転した積算時間である。従って、ステップ５０２における判断が肯定される時には、第１前置触媒装置８１にリーン状態の排気ガスを通過させた積算時間が長いために、今回の昇温処理では、ステップ５０３において＃１気筒と＃４気筒とをリッチ空燃比で運転させ、ステップ５０４において＃２気筒と＃３気筒とをリーン空燃比で運転させる。次に、ステップ５０５において、今回の昇温処理時間ｔｓが経過したか否かが判断され、この判断が否定される時には昇温のための各気筒の運転が継続される。一方、この判断が肯定されれば今回の昇温処理は完了したとして昇温のための各気筒の運転は中止され、ステップ５０５に進み、第２積算昇温処理時間ｔｓ２に、すなわち、第２前置触媒装置８２にリーン状態の排気ガスが通過した積算時間に、今回の昇温処理時間ｔｓが積算されて終了する。
【００４８】
一方、ステップ５０２における判断が否定される時、すなわち、第２前置触媒装置８２にリーン状態の排気ガスを通過させた積算時間が長い時には、今回の昇温処理では、ステップ５０７において＃２気筒と＃３気筒とをリッチ空燃比で運転させ、ステップ５０８において＃１気筒と＃４気筒とをリーン空燃比で運転させる。次に、ステップ５０９において、今回の昇温処理時間ｔｓが経過したか否かが判断され、この判断が否定される時には昇温のための各気筒の運転が継続される。一方、この判断が肯定されれば今回の昇温処理は完了したとして昇温のための各気筒の運転は中止され、ステップ５１０に進み、第１積算昇温処理時間ｔｓ１に、すなわち、第１前置触媒装置８１にリーン状態の排気ガスが通過した積算時間に、今回の昇温処理時間ｔｓが積算されて終了する。
【００４９】
こうして、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の昇温処理において、第１前置触媒装置８１及び第２前置触媒装置８２における劣化程度をほぼ等しくすることができ、すなわち、いずれかの前置触媒装置の劣化程度が交換を必要とするまでに増大する期間を延長することができ、車両を整備工場等へ持ち込む機会を減少させることができる。
【００５０】
図７に示す第六フローチャートは、第五フローチャートの代わりに実施される昇温処理を示している。第五フローチャートとの違いについてのみ以下に説明する。本フローチャートでは、ステップ６０２において、第１前置触媒装置８１の劣化程度Ｄ１が第２前置触媒装置８２の劣化程度Ｄ２を上回っているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、第五フローチャートと同様に、昇温処理時間ｔｓが経過するまで、＃１気筒と＃４気筒とをリッチ空燃比で運転させ、＃２気筒と＃３気筒とをリーン空燃比で運転させる。その後、ステップ６０６において、第２前置触媒装置８２の劣化程度Ｄ２に今回の劣化度Ｄを積算して終了する。
【００５１】
一方、第１前置触媒装置８１の劣化程度Ｄ１が第２前置触媒装置８２の劣化程度Ｄ２を下回っている時には、第五フローチャートと同様に、昇温処理時間ｔｓが経過するまで、＃２気筒と＃３気筒とをリッチ空燃比で運転させ、＃１気筒と＃４気筒とをリーン空燃比で運転させる。その後、ステップ６１０において、第１前置触媒装置８１の劣化程度Ｄ１に今回の劣化度Ｄを積算して終了する。
【００５２】
ステップ６０６及び６１０における今回の劣化程度Ｄは、図８に示すマップから決定される。具体的には、今回の昇温処理において、リーン状態の排気ガスを通過させる前置触媒装置の温度が、機関運転状態に基づき推定されるか又は実測されると共に、今回の昇温処理中に前置触媒装置を通過したリーン状態の排気ガス量が、吸入空気量を昇温処理時間ｔｓだけ積算することによって推定される。こうして、推定された前置触媒装置温度と排気ガス量とに基づき劣化度Ｄを決定する。図８に示すマップにおいては、前置触媒装置温度が高いほど及び排気ガス量が多いほど、シンタリングが発生し易いために劣化度Ｄが大きくなるようになっている。
【００５３】
こうして、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置５の昇温処理において、第１前置触媒装置８１及び第２前置触媒装置８２における劣化程度を、第五フローチャートに比較してさらに正確に等しくすることができ、それにより、いずれかの前置触媒装置の劣化程度が交換を必要とするまでに増大する期間をさらに確実に延長することができ、車両を整備工場等へ持ち込む機会をさらに確実に減少させることができる。
【００５４】
第五フローチャートでは、第１前置触媒装置８１及び第２前置触媒装置８２の劣化程度を、昇温処理においてリーン状態の排気ガスが通過する毎に、各前置触媒装置の温度及び通過する排気ガス量に基づき決定された劣化度を積算することによって推定しているが、もちろん、各前置触媒装置に対して上流側酸素センサと下流側酸素センサとを配置し、昇温処理に先立ち、両酸素センサの出力差によって各前置触媒装置のＯ2 ストレージ能力の低下程度を検出し、これを各前置触媒装置の劣化程度として使用しても良い。また、各前置触媒装置の下流側だけに酸素センサを配置し、実際の空燃比の変化に対する酸素センサの出力変化によって各前置触媒装置のＯ2 ストレージ能力を検出することも可能である。
【００５５】
本実施形態において、昇温処理に続くＳＯx 被毒回復処理は、各前置触媒装置の劣化を防止するために、各前置触媒装置にはリーン状態の排気ガスが通過しないようにしたが、もちろん、昇温処理とＳＯx 被毒回復処理とを同時に実施するために、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置に流入するリッチ状態の排気ガスとリーン状態の排気ガスとを合わせて排気ガスの空燃比をストイキからリッチ側の空燃比状態とするようにしても良い。
【００５６】
この場合には、昇温及びＳＯx 被毒回復処理が実施されている間において、一方の前置触媒装置には、リーン状態の排気ガスが通過することとなる。それにより、第五フローチャートにおいては、昇温処理の時間に代えて、この昇温及びＳＯx 被毒回復処理の時間を使用するようにすれば良い。また、第六フローチャートにおいては、この昇温及びＳＯx 被毒回復処理の時間における劣化度をマップ等から決定するようにすれば良い。
【００５７】
本実施形態において、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置の昇温処理は、簡単のために、四気筒内燃機関の場合を示し、点火時期が連続しない二気筒をリッチ空燃比で運転すると共に残り二気筒をリーン空燃比で運転するようにしたが、これは本発明を限定するものではない。例えば、前述同様な構成を有する四気筒内燃機関であっても、一方の前置触媒装置へ通じる二つの気筒のうちの一方をリッチ空燃比で運転すると共に他方をストイキ空燃比で運転し、他方の前置触媒装置へ通じる二つの気筒のうちの一方をリーン空燃比で運転すると共に他方をストイキ空燃比で運転するようにしても良い。このようにしても、リッチ状態の排気ガス中のＨＣ及びＣＯを前置触媒装置で燃焼させることなくＮＯx 吸蔵還元触媒装置へ流入させて燃焼させることができる。
【００５８】
また、四気筒を含む複数気筒の内燃機関に一つ又は複数のＮＯx 吸蔵還元触媒装置を配置し、各ＮＯx 吸蔵還元触媒装置に対して上流側に並列配置された二つの前置触媒装置を設けることも可能であり、この場合には、各ＮＯx 吸蔵還元触媒に対する二つの前置触媒装置に前述の考え方を適用すれば良い。
【００５９】
また、昇温させる主触媒装置は、ＮＯx 吸蔵還元触媒装置に限定されるものではなく、昇温を必要とする他の主触媒装置としても良い。また、一つの主触媒装置に対して並列配置される前置触媒装置の数は三つ以上とすることもできる。この場合には、昇温処理毎に特定の前置触媒装置だけにリーン状態の排気ガスが通過しないようにすれば良い。好ましくは、第五フローチャート及び第六フローチャートのように、各前置触媒装置にリーン状態の排気ガスが通過する積算時間又は各前置触媒装置の劣化程度を略等しくするように、リッチ状態で運転する気筒とリーン状態で運転する気筒とを選定すれば良い。
【００６０】
【発明の効果】
このように、本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、主触媒装置と、主触媒装置の上流側に並列配置された複数の前置触媒装置とを具備し、各前置触媒装置がリーン状態の排気ガスの通過によりシンタリングを発生させるような高温度である時において主触媒装置の温度を昇温させるために、リッチ空燃比で運転させる気筒及びリーン空燃比で運転させる気筒を選定して、少なくとも一つの前置触媒装置を通過するリッチ状態の排気ガスと、他の少なくとも一つの前置触媒装置を通過するリーン状態の排気ガスとを主触媒装置へ流入させる昇温制御を必要に応じて実施する内燃機関の排気浄化装置において、昇温制御が実施される毎に、特定の前置触媒装置だけにリーン状態の排気ガスが通過しないように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定するようになっている。それにより、比較的高温度の前置触媒装置にリーン状態の排気ガスが通過することによって、前置触媒装置はシンタリングにより劣化するが、特定の前置触媒装置だけが劣化されることがないために、この前置触媒装置の交換時期が延長し、車両を整備工場等へ持ち込む機会を減少させることができる。
【００６１】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、昇温制御が実施される毎に、各前置触媒装置をリーン状態の排気ガスが通過する積算時間が略等しくなるように、リッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定するようになっている。それにより、各前置触媒装置のシンタリングによる劣化程度を略等しくすることができ、これは、各前置触媒装置の交換時期を確実に延長することを可能とし、車両を整備工場等へ持ち込む機会をさらに減少させることができる。
【００６２】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、各前置触媒装置の劣化程度を把握する劣化把握手段を具備し、昇温制御が実施される毎に、各前置触媒装置の劣化程度が略等しくなるように、昇温制御中におけるリッチ空燃比で運転させる気筒とリーン空燃比で運転させる気筒とを選定するようになっている。それにより、各前置触媒装置のシンタリングによる劣化程度をさらに正確に等しくすることができ、これは、各前置触媒装置の交換時期をさらに確実に延長することを可能とし、車両を整備工場等へ持ち込む機会をさらに確実に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気浄化装置が取り付けられた内燃機関の排気系を示す概略図である。
【図２】機関運転状態を制御するための第一フローチャートである。
【図３】リッチスパイク実行処理のためのフラグＦ２をセットするための第二フローチャートである。
【図４】リッチスパイク実行処理のための第三フローチャートである。
【図５】回復運転実行処理のための第四フローチャートである。
【図６】昇温処理のための第五フローチャートである。
【図７】もう一つの昇温処理のための第六フローチャートである。
【図８】第六フローチャートで使用される劣化度を決定するためのマップである。
【符号の説明】
１…内燃機関
５…ＮＯx 吸蔵還元触媒装置
６…第１空燃比センサ
７…第２空燃比センサ
８１…第１前置触媒装置
８２…第二前置触媒装置
２０…制御装置
【図１】
0003788087.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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