JP2004068690A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve quick sulfur poisoning recovery while reducing the increment of a fuel injection amount for an air-fuel ratio of a whole engine to be a theoretical air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio during temperature rise control for the sulfur poisoning recovery of a catalyst. <P>SOLUTION: In the temperature rise control for sulfur poisoning recovery of the NOx storing/reducing catalyst 9, part of cylinders is made into a rich air-fuel ratio and the other cylinders are made into a lean air-fuel ratio, and the air-fuel ratio A/F of the whole engine is the theoretical air-fuel ratio. The temperature rise control is executed on condition that a high engine load is predicted to be continued, in accordance with an automobile climbing a hill or its acceleration being a preset value or higher. In such a high engine load condition, homogeneous combustion at the theoretical air-fuel ratio is executed and the amount of fuel required for engine operation becomes a value sufficient for quick temperature rise of the NOx storing/reducing catalyst 9 during the temperature rise control. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【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。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, an internal combustion engine capable of performing so-called lean combustion, in which an air-fuel ratio is leaner than a stoichiometric air-fuel ratio for the purpose of improving fuel efficiency or the like, has been proposed and put into practical use. In such an internal combustion engine, it is difficult to purify nitrogen oxides (NOx) by a normal three-way catalyst during lean combustion. Therefore, a NOx storage reduction catalyst that stores NOx generated during lean combustion is provided in the exhaust passage. . During lean combustion, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and the amount of NOx discharged to the outside together with the exhaust gas is reduced.
[0003]
Further, in the internal combustion engine, so-called rich bike control in which the air-fuel mixture is temporarily burned at an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio at a predetermined timing is executed. When the air-fuel mixture is burned at the rich air-fuel ratio by the rich spike control, the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst is reduced to nitrogen (N2) by hydrocarbons (HC) and the like in the exhaust gas. It is possible to prevent the NOx stored in the reduction catalyst from being saturated.
[0004]
However, in the NOx storage reduction catalyst, sulfur oxides (SOx) and the like are stored where NOx should be stored, and the NOx storage capacity of the catalyst decreases. Regarding the release of SOx from the NOx storage reduction catalyst (recovery of sulfur poisoning), it is effective to burn the air-fuel mixture at a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio with the catalyst temperature raised to about 600 ° C. .
[0005]
As the temperature raising control for raising the temperature of the NOx storage reduction catalyst as described above, for example, the air-fuel ratio is made lean in some cylinders, the air-fuel ratio is made rich in other cylinders, and the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the catalyst is increased. There is known a control in which the air-fuel ratio of the entire engine, which can be understood from FIG. By performing such a temperature rise control, HC and CO contained in the exhaust gas from the rich cylinder in the exhaust passage are burned by oxygen (O2) contained in the exhaust gas from the lean cylinder, and the temperature of the catalyst is required. , And the sulfur poisoning recovery of the NOx storage reduction catalyst is performed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the lean combustion is performed at a low load or the like where high engine output is not required, and at other times (at a high load or the like), stoichiometric combustion is performed. In the case of the internal combustion engine in which the combustion mode is switched between lean combustion and stoichiometric combustion, and the sulfur poisoning recovery is performed during the lean combustion, the air-fuel ratio of the entire internal combustion engine is theoretically calculated from the lean air-fuel ratio. The air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio must be set, and the amount of increase in the fuel injection amount required for that becomes large.
[0007]
In order to reduce the increase in the fuel injection amount, for example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-38932, during steady-state operation at a low load, only during idling operation when the intake air amount and exhaust amount are reduced or during deceleration. Therefore, it is considered that the above-mentioned temperature raising control is executed. In the state where the intake air amount and the exhaust amount are small as described above, the amount of change in the air-fuel ratio to the rich side with respect to the increase in the fuel injection amount is large. Therefore, the increase in the fuel injection amount is suppressed to some extent. be able to.
[0008]
However, the air-fuel ratio of the internal combustion engine as a whole must be changed from a lean air-fuel ratio to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio, and although the increase in the fuel injection amount can be kept small, It cannot be denied that the fuel consumption improvement of the internal combustion engine is hindered by the increased amount.
[0009]
In particular, in recent years, a stratified combustion in which a combustible air-fuel mixture exists only around the spark plug and ignites the air-fuel mixture to perform a stratified combustion that can significantly increase the air-fuel ratio to a lean combustion. As a result, further improvement in fuel efficiency has been achieved. In an internal combustion engine in which such stratified combustion is performed, the air-fuel ratio can be made significantly lean by the stratified combustion, but as described above, the air-fuel ratio of the entire internal combustion engine is calculated from the lean air-fuel ratio during the temperature increase control. When changing to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio, the required increase in the fuel injection amount becomes larger.
[0010]
Also, at low load such as when lean combustion is performed, since the amount of fuel required for engine operation is small, it is assumed that the air-fuel ratio of the entire internal combustion engine is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio by temperature increase control. Also, the fuel itself that contributes to the temperature rise of the NOx storage reduction catalyst is small. For this reason, it takes time to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst to a value required for sulfur poisoning recovery.
[0011]
On the other hand, if the temperature increase control is performed during the stoichiometric combustion, the increase in the fuel injection amount for setting the air-fuel ratio of the entire internal combustion engine to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio becomes extremely small. However, even in this case, the amount of fuel required for engine operation is not always large enough to quickly raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst to a value required for sulfur poisoning recovery. Therefore, when the temperature increase control is executed, the amount of fuel contributing to the temperature increase of the catalyst may be insufficient, and it may not be possible to realize rapid sulfur poisoning recovery.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to set the air-fuel ratio of the entire engine to a stoichiometric air-fuel ratio or a rich air-fuel ratio at the time of temperature increase control for recovering sulfur poisoning of the catalyst. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that can realize rapid sulfur poisoning recovery while reducing the amount of increase in the fuel injection amount for performing the operation.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Hereinafter, the means for achieving the above object and the effects thereof will be described.
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is applied to an internal combustion engine that switches a combustion mode between lean combustion and stoichiometric combustion according to an engine operating state, and is provided in an exhaust passage of the engine. When sulfur poisoning recovery is required, while making the air-fuel ratio lean in some cylinders, making the air-fuel ratio rich in other cylinders, and bringing the air-fuel ratio of the entire engine closer to the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine that performs temperature increase control, the control device that performs the temperature increase control is provided on condition that when the sulfur poisoning recovery is requested, the engine high load is expected to be continuous. Was.
[0014]
In an internal combustion engine in which the combustion mode is switched between lean combustion and stoichiometric combustion according to the engine operating state, for example, lean combustion is performed at a low engine load, and the air-fuel ratio of the entire engine is set to the lean air-fuel ratio. At a high engine load, stoichiometric combustion is performed, and the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, when it is predicted that the engine high load will be continued, it means that the stoichiometric combustion is being performed, and the amount of fuel necessary for the operation of the engine is also increased and the fuel injection amount is increased. Therefore, when the air-fuel ratio of the entire internal combustion engine is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio during the temperature raising control, the amount of increase in the fuel injection amount required for the stoichiometric air-fuel ratio can be reduced. Can be prevented from being hindered. In addition, since the fuel injection amount is large when the engine high load is continuous, the amount of fuel that contributes to the temperature rise of the catalyst when the temperature rise control is executed also increases, and the temperature of the catalyst becomes the value required for sulfur poisoning recovery. , The sulfur poisoning recovery can be realized quickly.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control means predicts that the engine high load will continue when the vehicle on which the internal combustion engine is mounted is climbing up or accelerating.
[0016]
During climbing or accelerating a vehicle equipped with an internal combustion engine, the load becomes high enough to obtain the fuel amount required to quickly raise the catalyst temperature to the value required for sulfur poisoning recovery during temperature rise control. . Therefore, according to the above-described configuration in which the temperature increase control is performed on the condition that the vehicle is climbing a slope or accelerating, the amount of fuel that contributes to the catalyst temperature increase when the temperature increase control is performed increases. Since the temperature of the catalyst quickly rises to a value required for sulfur poisoning recovery, rapid sulfur poisoning recovery can be realized.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, combustion of the air-fuel mixture at a lean air-fuel ratio is realized by stratified combustion by fuel injection in a compression stroke.
[0018]
By performing stratified combustion as lean combustion, combustion of the air-fuel mixture at a significantly lean air-fuel ratio is realized. Therefore, in the case of performing stratified combustion as lean combustion during normal engine operation, if the temperature increase control is performed during stratified combustion, the air-fuel ratio of the entire internal combustion engine is changed from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio. In this case, the necessary increase in the fuel injection amount becomes larger. However, when the engine high load is predicted to be continuous and the stoichiometric combustion is being executed, the temperature increase control is executed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the fuel injection amount as described above. Further, in order to quickly raise the temperature of the catalyst by the temperature increase control, it is preferable that the air-fuel ratio be as lean as possible in a lean cylinder and the air-fuel ratio be as rich as possible in a rich cylinder. Therefore, when stratified charge combustion is performed in the lean cylinder during the temperature increase control, the air-fuel ratio of the lean cylinder can be made significantly lean, and the temperature of the catalyst can be increased quickly.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the control means controls the ignition timing of the internal combustion engine to a retard side when the temperature increase control is performed. did.
[0020]
The combustion temperature of the air-fuel mixture rises to a maximum value after ignition is performed, and then falls. Further, the air-fuel mixture is sent out to the exhaust passage as exhaust gas in the process of lowering the combustion temperature. And, since the transition of the combustion temperature described above is delayed as the ignition timing is retarded, the air-fuel mixture is sent out as exhaust gas to the exhaust passage at a higher combustion temperature as the ignition timing is retarded. Get higher. Therefore, by delaying the ignition timing when the temperature increase control is executed, the temperature of the catalyst for sulfur poisoning recovery can be quickly increased.
[0021]
According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the present invention, when the temperature increase control is performed, the control means sets the throttle valve by an amount corresponding to a decrease in engine output torque due to the ignition timing retard. It is controlled to open side.
[0022]
Although the exhaust gas temperature can be raised by retarding the ignition timing, a part of the combustion energy is used for raising the exhaust gas temperature, so that the engine output torque is reduced. However, the throttle valve is controlled to the opening side by an amount corresponding to the decrease in the engine output torque, whereby the intake air amount of the internal combustion engine increases, the fuel injection amount increases, and the amount of air-fuel mixture burned increases. Therefore, a decrease in the engine output torque can be suppressed.
[0023]
According to a sixth aspect of the present invention, in the fourth or fifth aspect of the present invention, the control means limits the retard amount of the ignition timing when the exhaust gas temperature exceeds an allowable value during the temperature raising control. .
[0024]
If the temperature of the catalyst becomes excessively high due to an excessive rise in the exhaust gas temperature during the temperature increase control, the catalyst will be thermally degraded. However, according to the above configuration, an excessive rise in exhaust gas temperature can be suppressed by limiting the amount of retard of the ignition timing.
[0025]
In the invention described in claim 7, in the invention described in claim 6, the control means restricts the opening amount of the throttle valve so as to correspond to the restriction on the retard amount of the ignition timing.
[0026]
According to the above configuration, when the decrease in the engine output torque is reduced due to the limitation of the retard amount of the ignition timing, the opening amount of the throttle valve is limited. State and the engine output torque can be prevented from becoming unnecessarily high.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a V-type six-cylinder automobile engine will be described with reference to FIGS.
[0028]
In the engine 1 shown in FIG. 1, air is sucked into the combustion chambers 2 of the first to sixth cylinders # 1 to # 6 from the intake passage 3, and fuel is injected and supplied from the fuel injection valves 4 into the combustion chambers 2. Then, the air-fuel mixture is ignited by a spark plug 5 in the combustion chamber 2. This ignition causes the air-fuel mixture in the combustion chamber 2 to burn, and the combustion energy at that time drives the engine 1. The air-fuel mixture burned in the combustion chamber 2 is sent to the exhaust passage 7 as exhaust gas.
[0029]
When the engine 1 is driven, the crankshaft 6 as its output shaft rotates. The rotation of the crankshaft 6 is transmitted to the vehicle wheel via a transmission such as an automatic transmission. By transmitting the rotation to the wheels in this manner, the automobile runs.
[0030]
The combustion mode of the air-fuel mixture in the engine 1 is “homogeneous combustion” in which a homogeneous air-fuel mixture is evenly mixed with air in accordance with the engine operating state, and a combustible air-fuel mixture exists only around the ignition plug 5. The switching is performed between "stratified combustion" in which the stratified air-fuel mixture is burned. For example, at the time of a high load that requires a high output, homogeneous combustion at a stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric) where the high output of the engine 1 is easy to be performed is performed in each of the cylinders # 1 to # 6, and a low load that does not require an extremely high output is performed. At times, stratified combustion at a lean air-fuel ratio is performed in each of the cylinders # 1 to # 6 in order to improve the fuel efficiency of the engine 1.
[0031]
Note that the homogeneous mixture during the homogeneous combustion performs fuel injection from the fuel injection valve 4 into the combustion chamber 2 during the intake stroke, and the injected fuel is reciprocated by the piston (not shown) in the combustion chamber 2. It is formed by mixing with air. Then, by igniting the homogeneous mixture with the ignition plug 5, the homogeneous mixture is burned to perform homogeneous combustion.
[0032]
The stratified air-fuel mixture during the stratified combustion is injected into the combustion chamber 2 from the fuel injection valve 4 during the compression stroke, and the injected fuel is applied to the head of the piston to reach around the ignition plug 5. Formed by When the injected fuel reaches around the ignition plug 5, a combustible mixture exists only around the plug 5. By igniting in this state, the stratified mixture burns, and the stratified combustion occurs. Will be performed.
[0033]
A throttle valve 13 for adjusting the intake air amount of the engine 1 is provided in the intake passage 3 of the engine 1. The opening of the throttle valve 13 is adjusted in accordance with the amount of depression of an accelerator pedal 11 which is depressed by a driver of the vehicle. Then, by adjusting the opening degree of the throttle valve 13, the air circulating area of the intake passage 3 changes, and the intake air amount of the engine 1 is adjusted.
[0034]
In the exhaust passage 7 of the engine 1, a portion extending from the first cylinder # 1, the third cylinder # 3, and the fifth cylinder # 5, and from the second cylinder # 2, the fourth cylinder # 4, and the sixth cylinder # 6. The three-way catalyst 8 is provided in each of the extending portions. These three-way catalysts 8 purify hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas during combustion of the air-fuel mixture at the stoichiometric air-fuel ratio, and perform the purification at a lean air-fuel ratio. This purifies HC and CO in exhaust gas during combustion of the air-fuel mixture.
[0035]
In the exhaust passage 7, a portion extending from the first cylinder # 1, the third cylinder # 3, and the fifth cylinder # 5, and a portion extending from the second cylinder # 2, the fourth cylinder # 4, and the sixth cylinder # 6. The portion joins one downstream of the three-way catalyst 8. Further, downstream of the merged portion of the exhaust passage 7, when the three-way catalyst 8 burns the air-fuel mixture at a lean air-fuel ratio where it is difficult to purify the NOx in the exhaust gas, the three-way catalyst 8 reduces the NOx in the exhaust gas. A NOx storage reduction catalyst 9 for purifying is provided. The NOx storage reduction catalyst 9 temporarily stores NOx in the exhaust gas during the combustion of the air-fuel mixture having a lean air-fuel ratio, and when the air-fuel mixture is burned at an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, The stored NOx is reduced to nitrogen (N2) by HC or the like in the exhaust gas.
[0036]
In the engine 1, the amount of fuel injected from the fuel injection valve 4, the timing of ignition by the spark plug 5, and the opening of the throttle valve 13 are controlled by an engine control computer 10 mounted on an automobile to control the operation of the engine 1. Is done. The engine control computer 10 is connected to a transmission control computer 20 for controlling a transmission such as an automatic transmission mounted on an automobile, and receives detection signals from various sensors described below.
[0037]
An accelerator position sensor 12 that detects the amount of depression of an accelerator pedal 11 (accelerator depression amount).
A throttle position sensor 14 for detecting the opening of the throttle valve 13 (throttle opening).
[0038]
A vacuum sensor 15 for detecting a pressure (intake pressure) downstream of the throttle valve 13 in the intake passage 3.
A crank position sensor 16 that outputs a signal corresponding to the rotation of the crankshaft 6;
[0039]
An air-fuel ratio sensor 17a that outputs a signal corresponding to the concentration of oxygen in the exhaust gas flowing through portions extending from the first cylinder # 1, the third cylinder # 3, and the fifth cylinder # 5 in the exhaust passage 7;
[0040]
An air-fuel ratio sensor 17b that outputs a signal corresponding to the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through portions extending from the second cylinder # 2, the fourth cylinder # 4, and the sixth cylinder # 6 in the exhaust passage 7.
[0041]
An exhaust gas temperature sensor 18 for detecting the temperature of exhaust gas passing through the exhaust passage 7 downstream of the NOx storage reduction catalyst 9;
A vehicle speed sensor 19 for detecting the speed (vehicle speed) of the vehicle;
[0042]
The engine control computer 10 removes the NOx from the NOx storage reduction catalyst 9 at a predetermined timing so that the NOx stored in the NOx storage reduction catalyst 9 does not saturate during combustion of the air-fuel mixture at a lean air-fuel ratio. Of the rich spike control. In the rich spike control, the air-fuel mixture is temporarily burned (rich combustion) at an air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the NOx is reduced to N2 by HC contained in the exhaust gas during the rich combustion. It is reduced and removed from the NOx storage reduction catalyst 9.
[0043]
The NOx storage reduction catalyst 9 stores not only NOx but also sulfur oxides (SOx) and the like. In this case, in the NOx storage reduction catalyst 9, SOx and the like are stored where NOx should be stored, so that the NOx storage capacity is reduced. The engine control computer 10 calculates the SOx storage amount Si as the amount of SOx stored in the NOx storage reduction catalyst 9 based on the following equation (1), for example, at each fuel injection timing.
[0044]
Si = Si-1 + SU + SD (1)
Si: current SOx storage amount
Si-1: previous SOx storage amount
SU: SOx increase
SD: SOx reduction amount
In the equation (1), the previous SOx storage amount Si-1 is calculated at the calculation timing immediately before the current SOx storage amount Si is calculated in the SOx storage amount calculated for each predetermined cycle. , Is set to “0” at the time of calculating the first SOx storage amount Si.
[0045]
The SOx increase amount SU in the equation (1) represents an increase amount of the SOx storage amount due to sulfur (S) contained in fuel in one fuel injection. In order to calculate the SOx increase amount SU, first, a predetermined value is set with respect to a command value Qfin of the fuel injection amount calculated every predetermined cycle, that is, a command value of the fuel amount injected in one fuel injection. Is multiplied by a value obtained by dividing the sulfur concentration N in the fuel by “100” (“N / 100”). The resulting value (Qfin · (N / 100)) is a value corresponding to the amount of sulfur contained in the fuel injected in the single fuel injection. By multiplying this value (Qfin · (N / 100)) by a coefficient K for converting the parameter of the sulfur amount into the parameter of the SOx storage amount, the SOx increase amount SU is obtained.
[0046]
The coefficient K is based on the air-fuel ratio A / F of the entire engine obtained based on the detection signals from the air-fuel ratio sensors 17a and 17b, and the catalyst temperature T of the NOx storage reduction catalyst 9 calculated from a predetermined formula. Asked by referring to the map. When the air-fuel ratio A / F is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the coefficient K thus obtained increases as the engine becomes leaner and the catalyst temperature T becomes higher.
[0047]
Note that the air-fuel ratio A / F of the entire engine is obtained based on detection signals from the air-fuel ratio sensors 17a and 17b. Further, in the above calculation formula for calculating the catalyst temperature T, the engine rotational speed NE obtained based on the detection signal from the crank position sensor 16 and the volume efficiency η obtained from the intake air amount of the engine 1 and the like are used. .
[0048]
The SOx reduction amount SD in the equation (1) is obtained from a map based on the air-fuel ratio A / F and the catalyst temperature T, and the reduction amount of the SOx storage amount at the air-fuel ratio A / F and the catalyst temperature T, ie It indicates the amount of SOx released from the NOx storage reduction catalyst 9. When the air-fuel ratio A / F is a stoichiometric air-fuel ratio or a value richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the SOx reduction amount SD becomes a value smaller than “0” as the catalyst temperature T increases and becomes richer. When the air-fuel ratio A / F is a value leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, it is maintained at “0”.
[0049]
By the way, in order to release (recover from sulfur poisoning) SOx or the like stored in the NOx storage reduction catalyst 9, the air-fuel ratio A / F of the entire engine is increased while the temperature of the catalyst 9 is raised to about 600 ° C. It is effective to reduce the oxygen concentration in exhaust gas as the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio.
[0050]
In order to recover the sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst 9, the engine control computer 10 enriches the air-fuel ratio in some cylinders, makes the air-fuel ratio in other cylinders lean, and sets the air-fuel ratio in the entire engine. The temperature raising control is performed to set the fuel ratio A / F to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio. By executing such a temperature increase control, SOx and the like are released from the NOx storage reduction catalyst 9, and the SOx storage amount Si is reduced.
[0051]
The temperature increase control of the present embodiment is executed on the condition that it is predicted that the engine high load will continue when the SOx storage amount Si has reached the upper limit. For this reason, when the homogeneous combustion at the stoichiometric air-fuel ratio continues and the amount of fuel required for engine operation increases, the above-mentioned temperature increase control is executed. The prediction that the engine high load is continuous is made based on, for example, that the vehicle is climbing a slope or accelerating.
[0052]
By performing the temperature increase control as described above, when the air-fuel ratio A / F of the entire engine is set to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio at the time of the temperature increase control, the amount of increase in the fuel injection amount required for the stoichiometric air-fuel ratio is small. It is possible to prevent the fuel consumption improvement from being hindered by the increased amount. Further, when the engine high load continues, the amount of fuel required for engine operation increases, and when the temperature increase control is executed, the amount of fuel that contributes to the temperature increase of the NOx storage reduction catalyst 9 also increases. For this reason, the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 can be quickly increased to a value required for sulfur poisoning recovery during the temperature raising control, and rapid sulfur poisoning recovery can be realized.
[0053]
At the time of the temperature increase control, the ignition timing is controlled to be retarded by a predetermined amount in a rich cylinder, and the ignition timing is controlled to be retarded by a predetermined amount in a lean cylinder in order to increase the exhaust temperature of the engine 1. Is done. Due to the ignition timing retard, the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 is quickly raised.
[0054]
The reason why the exhaust gas temperature rises due to the retardation of the ignition timing is that the air-fuel mixture is sent to the exhaust passage as exhaust gas while the combustion temperature is high. That is, the combustion temperature of the air-fuel mixture rises to a maximum value after ignition is performed, and then falls. Then, the air-fuel mixture is sent out as exhaust gas to the exhaust passage in the process of decreasing the combustion temperature. Therefore, since the transition of the combustion temperature described above is delayed as the ignition timing is retarded, the air-fuel mixture is sent out to the exhaust passage at a higher combustion temperature as the ignition timing is retarded, and the exhaust gas temperature is increased. Will be higher.
[0055]
Although the exhaust gas temperature can be increased by retarding the ignition timing as described above, a part of the combustion energy is used for raising the exhaust gas temperature, and the output torque of the engine 1 is reduced. During the temperature increase control, the throttle valve 13 is controlled to open by a predetermined amount by the amount corresponding to the decrease in the output torque of the engine 1 due to the retardation of the ignition timing. As a result, the intake air amount of the engine 1 increases, the fuel injection amount increases, and the amount of the air-fuel mixture to be burned increases, so that the decrease in the output torque is suppressed.
[0056]
Here, the fuel injection amount of the entire engine and the increase in the fuel injection amount during the temperature increase control will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the case where the temperature increase control is performed in various operation states such as deceleration, idling operation, steady operation in stratified combustion (lean combustion), and steady operation in homogeneous combustion (stoichiometric combustion). This is a comparison of the fuel injection amount of the entire engine and the increase in the fuel injection amount when the temperature rise control is performed during climbing and accelerating. In FIG. 2, a hatched portion represents a fuel injection amount necessary for setting the air-fuel ratio of the entire engine to, for example, a stoichiometric air-fuel ratio during the temperature increase control.
[0057]
When the temperature increase control is performed during the steady operation in the stratified combustion (lean combustion), the fuel injection amount of the entire engine is increased by the increment c so that the air-fuel ratio A / F of the entire engine becomes the stoichiometric air-fuel ratio. It will be. In order to reduce the increase in the fuel injection amount, it is conceivable to perform the temperature increase control during deceleration or idle operation in which the intake air amount and the exhaust amount decrease in the operation region where stratified combustion is performed.
[0058]
Since fuel cut is performed at the time of deceleration, the fuel injection amount of the entire engine is increased from "0" by an increment a so that the air-fuel ratio A / F of the entire engine becomes the stoichiometric air-fuel ratio in the temperature increase control from the time of deceleration. Be increased. In addition, since the stratified combustion is performed during the idling operation which is a low load operation, the fuel injection amount of the entire engine is set such that the air-fuel ratio A / F of the entire engine becomes the stoichiometric air-fuel ratio in the temperature increase control from the idling operation. Is increased by the increment b.
[0059]
At the time of deceleration or idle operation, the intake air amount and the exhaust amount of the engine 1 decrease, and therefore, the amount of change in the air-fuel ratio to the rich side with respect to the increase of the fuel injection amount increases. For this reason, the increase amounts a and b of the fuel injection amount for setting the air-fuel ratio A / F of the entire engine to the stoichiometric air-fuel ratio at the time of deceleration or idle operation are smaller than the increase amount c described above.
[0060]
Therefore, by performing the temperature increase control during deceleration or idle operation, it is possible to reduce the amount of increase in the fuel injection amount necessary for setting the air-fuel ratio A / F of the entire engine to the stoichiometric air-fuel ratio. However, at the time of deceleration, the air-fuel ratio A / F of the entire engine must be the stoichiometric air-fuel ratio from the state where the fuel injection amount is "0", and the air-fuel ratio A / F must be changed from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio during idling operation. Although the increase in the fuel injection amount can be suppressed to a small amount, it cannot be denied that improvement in fuel efficiency is hindered by the increase.
[0061]
Further, at low load, the amount of fuel required for engine operation is small. Therefore, even if the air-fuel ratio A / F of the engine as a whole is set to the stoichiometric air-fuel ratio by the temperature raising control, the NOx storage reduction catalyst 9 rises. The amount of fuel itself that contributes to the temperature is small. For this reason, it takes time to raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 to a value required for sulfur poisoning recovery.
[0062]
On the other hand, if the temperature increase control is performed during the steady operation in the homogeneous combustion (stoichiometric combustion), the ignition timing is controlled to the retard side during the temperature increase control, and the exhaust gas temperature is increased. The throttle valve 13 is controlled to the open side in order to suppress the decrease in engine output torque due to the angle. When the throttle valve 13 is controlled to open, the intake air amount and the fuel injection amount are increased, and the amount of air-fuel mixture charged into the combustion chamber 2 is increased, and the air-fuel ratio A / F of the entire engine is reduced to the stoichiometric air-fuel ratio. In this state, the decrease in the output torque is suppressed. Therefore, when the temperature increase control is performed during the steady operation in the homogeneous combustion (stoichiometric combustion), the fuel injection amount of the entire engine is increased by the increased amount d.
[0063]
In this case, the increased amount d of the fuel injection amount is limited to the amount necessary to suppress the decrease in the output torque of the engine 1 due to the ignition timing retard, so that the air-fuel ratio A / F of the entire engine is theoretically determined. The amount of increase in the fuel injection amount for achieving the air-fuel ratio can be extremely reduced. However, even if the temperature rise control is performed during the homogeneous combustion as described above, the engine load is not necessarily required to quickly raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 to a value required for sulfur poisoning recovery during the homogeneous combustion. It is not always high enough to obtain a sufficient fuel amount, and it is hard to say that rapid sulfur poisoning recovery can always be realized.
[0064]
On the other hand, at the time of climbing and accelerating, when the temperature rise control is performed, the amount of fuel necessary to quickly raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 to a value required for sulfur poisoning recovery is obtained. High load is continued. Therefore, the amount of fuel required for engine operation increases during climbing and accelerating, and the amount of fuel that contributes to increasing the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 during the temperature increase control also increases. For this reason, if the temperature increase control is performed during climbing or accelerating as in the present embodiment, the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 is quickly increased during the temperature increase control, and the sulfur removal of the catalyst 9 is always performed quickly. Poison recovery can be realized.
[0065]
In addition, since homogeneous combustion (stoichiometric combustion) is performed at high load such as when climbing or accelerating, the amount of increase in the fuel injection amount for setting the air-fuel ratio A / F of the entire engine to the stoichiometric air-fuel ratio during temperature rise control is as follows: Only the amount of increase e required to suppress a decrease in the output torque of the engine due to the ignition timing retard is obtained. Therefore, the amount of increase in fuel injection amount (increase amount e) required to bring the air-fuel ratio A / F to the stoichiometric air-fuel ratio during the temperature increase control can be reduced, and improvement in fuel efficiency is hindered by the increase. Can be suppressed.
[0066]
Next, an execution procedure of the temperature raising control in the present embodiment will be described in detail with reference to flowcharts of FIGS. 4 and 5 showing a temperature raising control routine. This temperature increase control routine is executed by the engine control computer 10 at, for example, a predetermined time interval.
[0067]
In the temperature raising control routine, first, it is determined whether or not the SOx storage amount Si exceeds an upper limit value (S101: FIG. 4). If the determination is affirmative, it is determined whether or not the engine high load continues. Processing for determination is performed (S102, S103). In this process, a determination is made as to whether the vehicle is climbing a hill (S102) and whether the acceleration is equal to or higher than a predetermined value (S103). The temperature rise control is started.
[0068]
Whether or not the vehicle is climbing a slope is determined based on the engine speed NE, the accelerator pedal depression amount, and a shift signal output from the transmission control computer 20 and corresponding to the shift position of the transmission. Whether the acceleration is equal to or higher than a predetermined value is determined based on a detection signal from the vehicle speed sensor 19.
[0069]
If an affirmative determination is made in either step S102 or step S103, the fuel injection amount is controlled to increase or decrease for each cylinder in order to perform the temperature increase control, and the air-fuel ratio A / The fuel injection amount is controlled so that F becomes the stoichiometric air-fuel ratio (S104: FIG. 5). In this fuel injection amount control, for example, the air-fuel ratio is made lean in three cylinders, and the air-fuel ratio is made rich in the other three cylinders. And each of the fifth cylinders # 1, # 3, and # 5 and the second, fourth, and sixth cylinders # 2, # 4, and # 6 for each combustion.
[0070]
Subsequently, based on the accelerator pedal depression amount, a throttle opening amount TO used for controlling the opening of the throttle valve 13 during the temperature raising control is calculated (S105). Further, based on the throttle opening TO, a retard amount rR used for retard control of the ignition timing in the rich cylinder and a retard amount rL used for retard control of the ignition timing in the lean cylinder during the temperature raising control. Is calculated (S106).
[0071]
Thereafter, it is determined whether or not the actual exhaust gas temperature at which the detection signal from the exhaust gas temperature sensor 18 is obtained is equal to or higher than an allowable value at which thermal deterioration of the catalyst does not proceed (S107). If an affirmative determination is made here, based on the difference between the actual exhaust gas temperature and the allowable value, the opening limit amount ΔT for reducing the throttle opening amount TO and the retard amount rR of the ignition timing of the rich cylinder are reduced. Is calculated (S108), and the retardation limit amount ΔrL for reducing the retardation amount rL of the lean cylinder and the retardation amount rL of the ignition timing of the lean cylinder is calculated (S108).
[0072]
FIG. 3 shows transitions of the opening restriction amount ΔT, the retardation restriction amount ΔrR, and the retardation restriction amount ΔrL according to the magnitude of the difference. As can be seen from the figure, the opening restriction amount ΔT is sequentially increased as “t1”, “t1 + t2”, “t1 + t2 + t3”, and “t1 + t2 + t3 + t4” as the difference increases. Further, the retardation limit amount ΔrR is sequentially increased as “aR1”, “aR1 + aR2”, “aR1 + aR2 + aR3”, and “aR1 + aR2 + aR3 + aR4” as the difference increases. Further, the retardation limit amount ΔrL is sequentially increased to “aL1”, “aL1 + aL2”, “aL1 + aL2 + aL3”, and “aL1 + aL2 + aL3 + aL4”.
[0073]
Then, the throttle valve 13 is controlled to open by the value obtained by subtracting the opening limit amount ΔT from the throttle opening amount TO (“TO−ΔT”) (S110). Further, the ignition timing of the rich cylinder is controlled to the retard side by the value obtained by subtracting the retard limit amount ΔrR from the retard amount rR (“rR−ΔrR”) (S111). Control is performed on the retard side by a value obtained by subtracting the retard limit amount ΔrL from rL (“rR−ΔrL”) (S112).
[0074]
On the other hand, if a negative determination is made in step S107, it is determined that the exhaust gas temperature is lower than the allowable value, and the opening limit ΔT, the retard limit ΔrR, and the retard limit ΔrL are set to “0” ( S109). In this case, the throttle valve 13 is controlled to be opened by the amount of the throttle opening TO (S110), and the control of the throttle valve 13 to be opened is not limited. Further, the ignition timing of the rich cylinder is controlled to the retard side by the retard amount rR (S111), and the lean cylinder is controlled to the retard side by the retard amount rL (S112). Therefore, the control of the ignition timing to the retard side is not restricted.
[0075]
By controlling the opening degree and the ignition timing of the throttle valve 13 during the temperature increase control as described above, the catalyst temperature increase when the temperature increase control is executed is limited to a level that does not cause thermal deterioration, and the ignition is controlled. The throttle valve 13 can be controlled to the open side by an amount corresponding to the decrease in the output torque of the engine 1 due to the timing retard. By controlling the throttle valve 13 to open, the amount of air-fuel mixture to be burned by increasing the intake air amount and the fuel injection amount of the engine 1 is increased, and the decrease in the output torque is suppressed. Become.
[0076]
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In the temperature raising control for recovering sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst 9, some cylinders are set to a rich air-fuel ratio and other cylinders are set to a lean air-fuel ratio, and the air-fuel ratio A / F of the entire engine is set. Is the stoichiometric air-fuel ratio. This temperature increase control is executed on the condition that the vehicle is climbing a hill or that the acceleration of the vehicle is equal to or more than a predetermined value and the engine high load is predicted to be continuous. In such a high engine load state, the amount of fuel required for engine operation takes a value that can quickly raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 during the temperature raising control. The fuel injection amount is adjusted so as to obtain. Accordingly, by performing the temperature increase control on the condition that the high engine load is expected to be continuous, the amount of fuel that contributes to the temperature increase of the NOx storage reduction catalyst 9 during the temperature increase control increases, and the temperature of the catalyst 9 increases. Can be quickly increased to a value required for sulfur poisoning recovery. As a result, prompt recovery of sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst 9 can be realized. In addition, when the engine is under a high load such as during uphill or acceleration, homogeneous combustion (stoichiometric combustion) is performed. From this, when the air-fuel ratio A / F of the entire engine is set to the stoichiometric air-fuel ratio during the temperature increase control, the amount of increase in the fuel injection amount required for the stoichiometric air-fuel ratio (the increase e in FIG. 2) can be reduced. In addition, it is possible to prevent the fuel consumption improvement from being hindered by the increased amount.
[0077]
(2) If stratified charge combustion that can significantly increase the air-fuel ratio to the lean side is performed as lean burn, and if the temperature increase control is performed during stratified charge combustion, the air-fuel ratio of the entire engine during the temperature increase control is assumed. When the fuel ratio A / F is changed from the lean air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio, the amount of increase in the fuel injection amount required for that becomes large. However, since the temperature rise control is performed only when the engine is under a high load such as climbing a slope or accelerating and homogeneous combustion is performed at the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel injection amount is increased as described above. It is possible to suppress an increase in minutes.
[0078]
(3) In order to quickly raise the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 by the temperature increase control, it is preferable that the air-fuel ratio be as lean as possible in a lean cylinder and the air-fuel ratio be as rich as possible in a rich cylinder. As the lean combustion in the lean cylinder, the stratified combustion that can significantly increase the air-fuel ratio to the lean side is performed, so that the temperature rise for recovering the sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst 9 can be quickly performed. it can.
[0079]
(4) During the temperature increase control, since the exhaust gas temperature rises by controlling the ignition timing to the retard side by the retard amounts rR and rL, the temperature rise of the NOx storage reduction catalyst 9 for sulfur poisoning recovery is reduced. It can be done promptly.
[0080]
(5) If the ignition timing is retarded as described above, a part of the combustion energy will be used for raising the exhaust gas temperature, so that the output torque of the engine 1 will decrease. The throttle valve is controlled to the opening side by an amount corresponding to the decrease in the output torque, that is, the throttle opening amount TO, whereby the intake air amount and the fuel injection amount of the engine 1 increase, and the amount of the air-fuel mixture burned increases. Since the output torque increases, the decrease in the output torque can be suppressed.
[0081]
(6) Further, when the exhaust gas temperature is equal to or more than the allowable value during which the thermal deterioration of the catalyst does not progress during the temperature increase control, the retardation amounts rR and rL of the ignition timing are reduced by the retardation limit amounts ΔrR and ΔrL, The retardation of the ignition timing for raising the exhaust gas temperature is restricted. For this reason, it is possible to suppress the exhaust gas temperature from excessively increasing as the thermal degradation of the catalyst occurs.
[0082]
(7) As described above, when the retard of the ignition timing is limited by the retard limit amounts ΔrR and ΔrL, the opening amount of the throttle valve 13 is limited by the opening limit amount ΔT. The opening restriction amount ΔT and the retardation restriction amounts ΔrR and ΔrL are calculated based on the difference between the actual exhaust temperature and the allowable value, respectively, and the opening restriction amount ΔT is the restriction of the ignition timing retard by the retardation restriction amounts ΔrR and ΔrL. Therefore, the opening amount of the throttle valve 13 is limited so as to correspond to. Therefore, the throttle valve 13 is opened too much with respect to the retard of the ignition timing, and it is possible to suppress the output torque of the engine 1 from becoming unnecessarily high.
[0083]
The above embodiments can be modified, for example, as follows.
In the temperature raising control, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio of the entire engine becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Alternatively, the fuel injection amount may be controlled such that the air-fuel ratio becomes the rich air-fuel ratio.
[0084]
-Regarding the restriction on the ignition timing retard amount and the restriction on the throttle opening amount during the temperature raising control, the rich cylinders during the temperature raising control must be set so that the exhaust temperature during the temperature raising control does not become so high as to cause thermal deterioration of the catalyst. If the rich degree and the lean degree of the lean cylinder are set in advance, there is no need to perform this operation.
[0085]
Regarding the retardation of the ignition timing during the temperature raising control, the air-fuel ratio is made rich in some cylinders and the air-fuel ratio is made lean in other cylinders, so that the temperature of the NOx storage reduction catalyst 9 is sulfur poisoned. If it can be raised to the value required for recovery, it is not always necessary to carry out. If the ignition timing is not retarded during the temperature rise control, there is no need to perform control to open the throttle valve 13.
[0086]
Even if the ignition timing is retarded during the temperature increase control, if the decrease in the output torque of the engine 1 due to the ignition timing retardation is negligible, the control to open the throttle valve 13 may not be performed.
[0087]
In the combustion of the air-fuel mixture in the lean cylinder during the temperature increase control, or in the lean combustion during the normal operation, instead of performing the stratified combustion, the homogeneous combustion at the lean air-fuel ratio may be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the entirety of a V-type six-cylinder engine to which an exhaust emission control device according to an embodiment is applied.
FIG. 2 is a graph for comparing the fuel injection amount of the entire engine when the temperature increase control is performed, and the increase in the fuel injection amount for each of various operating situations.
FIG. 3 is a graph showing a difference between an actual exhaust gas temperature and a permissible value, based on a magnitude of a difference ΔT of an opening amount TO of a throttle, a retardation amount ΔRR of a retard amount rR of an ignition timing in a rich cylinder, and a lean cylinder. 5 is a graph showing a change in the retardation limit amount ΔrL of the ignition timing retard amount rL in FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for executing a temperature rise control.
FIG. 5 is a flowchart showing an execution procedure of a temperature rise control.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, # 1 to # 6 ... First cylinder to sixth cylinder, 2 ... Combustion chamber, 3 ... Intake passage, 4 ... Fuel injection valve, 5 ... Spark plug, 6 ... Crankshaft, 7 ... Exhaust passage, 8 ... three-way catalyst, 9 ... NOx storage reduction catalyst, 10 ... engine control computer (control means), 11 ... accelerator pedal, 12 ... accelerator position sensor, 13 ... throttle valve, 14 ... throttle position sensor, 15 ... vacuum sensor, 16 ... Crank position sensors, 17a, 17b ... Air-fuel ratio sensors, 18 ... Exhaust temperature sensors, 19 ... Vehicle speed sensors, 20 ... Transmission control computers.

Claims (7)

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。Applied to an internal combustion engine that switches the combustion mode between lean combustion and stoichiometric combustion in accordance with the operating state of the engine, some cylinders are required to recover sulfur poisoning of the catalyst provided in the exhaust passage of the engine. In the exhaust purification device of the internal combustion engine, which performs the temperature raising control to make the air-fuel ratio lean and to make the air-fuel ratio rich in other cylinders and bring the air-fuel ratio of the entire engine closer to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich air-fuel ratio,
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising: a control unit that executes the temperature increase control on condition that it is predicted that the engine high load will continue when the sulfur poisoning recovery is requested. 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。2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit predicts that the engine high load will continue when the vehicle on which the internal combustion engine is mounted is climbing up or accelerating. 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。3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion of the air-fuel mixture at the lean air-fuel ratio is realized by stratified combustion by fuel injection in a compression stroke. 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。The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the control means controls the ignition timing of the internal combustion engine to a retard side when the temperature raising control is executed. 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。5. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein when the temperature increase control is performed, the control unit controls the throttle valve to be opened to an amount corresponding to a decrease in engine output torque due to the ignition timing delay. . 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。6. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the control means limits the amount of retard of the ignition timing when the exhaust gas temperature becomes equal to or higher than an allowable value during the temperature increase control. 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。7. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the control means limits the opening amount of the throttle valve so as to correspond to the limitation of the retard amount of the ignition timing.

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