JP2006348904A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 第一気筒群の第一排気経路と第二気筒群の第二排気経路との合流部の下流側にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置されて希薄燃焼を実施する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温制御に際して、昇温制御初期の排気エミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】 第一排気経路２ａは第二排気経路２ｂに比較して長い経路長を有し、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の昇温制御時には、第一気筒群１ａ及び第二気筒群１ｂの一方から設定リッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に、第一気筒群及び第二気筒群の他方から設定リーン空燃比の排気ガスを排出させ、設定リーン空燃比又は設定リッチ空燃比の排気ガスの第二気筒群からの排出が、設定リッチ空燃比又は設定リーン空燃比の排気ガスの第一気筒群からの排出より遅れるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、希薄燃焼を実施する内燃機関の排気浄化装置に関する。

理論空燃比よりリーンな均質混合気を火花着火させて希薄燃焼を実施する内燃機関が公知である。このような希薄燃焼の排気ガス中にはＮＯ_Xが含まれており、この内燃機関の排気通路には、リーン空燃比の排気ガスからＮＯ_Xを良好に吸蔵するＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置されている。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置は、ＮＯ_Xだけでなく、排気ガス中のＳＯ_XもＮＯ_Xと同様なメカニズムによって吸蔵してしまう。ＳＯ_Xの吸蔵量が増加すると、その分、ＮＯ_Xの吸蔵可能量が減少するために、設定量のＳＯ_Xが吸蔵された時には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置からＳＯ_Xを放出させなければならない。ＳＯ_Xは、安定な物質として吸蔵されており、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置を高温にしないと、放出させることができない。

このようにＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温が必要とされることがあり、そのための昇温制御は、一般的に、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置において、リッチ空燃比の排気ガス中に多く含まれるＨＣ及びＣＯを、リーン空燃比の排気ガス中に多く含まれる酸素によって燃焼させることとなる。

このような昇温制御として、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の上流側において互いに独立する第一排気経路及び第二排気経路に対応する第一気筒群及び第二気筒群の一方でリーン空燃比の運転を実施すると共に、他方でリッチ空燃比の運転を実施し、第一排気経路及び第二排気経路の合流部おいてリーン空燃比の排気ガスとリッチ空燃比の排気ガスとを混合してＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−６８６９０ 特開２００３−２０１８９２

一般的に、第一気筒群から合流部までの第一排気経路の経路長と第二気筒群から合流部までの第二排気経路の経路長とは大きく異なっている。昇温制御において、一方の気筒群のリーン空燃比と、他方の気筒群のリッチ空燃比とは、両方の平均が理論空燃比となるように選択される。こうして選択された昇温制御におけるリーン空燃比が、通常の希薄燃焼におけるリーン空燃比よりリーン側である場合において、昇温制御を実施する際に、経路長の違いによって、一方の気筒群のリーン空燃比運転の排気ガスより他方の気筒群のリッチ空燃比運転の排気ガスが早く合流部に達すると、昇温制御の初期において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスはリッチとなり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置において、酸素不足によって燃焼させることができなかったＨＣ及びＣＯが大気中へ放出されて排気エミッションを悪化させる。

また、通常の希薄燃焼においては、ＮＯ_X生成量が比較的少ないリーン空燃比が選択されている。これに対して、昇温制御におけるリーン空燃比が、通常の希薄燃焼とは異なりＮＯ_X生成量が比較的多いリーン空燃比とされている場合において、昇温制御を実施する際に、経路長の違いによって、他方の気筒群のリッチ空燃比運転の排気ガスより一方の気筒群のリーン空燃比運転の排気ガスが早く合流部に達すると、昇温制御の初期において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入する排気ガスはリーンとなり、一方の気筒群のリーン空燃比運転において比較的多く生成されたＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が十分に吸蔵することができず、ＮＯ_Xの大気放出量が増加して排気エミッションを悪化させる。

従って、本発明の目的は、第一気筒群の第一排気経路と第二気筒群の第二排気経路との合流部の下流側にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置されて希薄燃焼を実施する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温制御に際して、昇温制御初期の排気エミッションの悪化を抑制することである。

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、少なくとも第一気筒群と第二気筒群とを有して希薄燃焼を実施する内燃機関の排気浄化装置であって、前記第一気筒群の第一排気経路と前記第二気筒群の第二排気経路との合流部の下流側にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置され、前記第一排気経路は前記第二排気経路に比較して長い経路長を有し、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温制御時には、前記第一気筒群及び前記第二気筒群の一方から設定リッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に、前記第一気筒群及び前記第二気筒群の他方から設定リーン空燃比の排気ガスを排出させ、前記設定リーン空燃比又は前記設定リッチ空燃比の排気ガスの前記第二気筒群からの排出が、前記設定リッチ空燃比又は前記設定リーン空燃比の排気ガスの前記第一気筒群からの排出より遅れるようにすることを特徴とする。

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、前記昇温制御時には、前記第一気筒群で前記設定リッチ空燃比の運転を実施すると共に、前記第二気筒群で前記設定リーン空燃比の運転を実施することを特徴とする。

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、前記第一排気経路には酸化機能を有する触媒装置が配置され、前記第一排気経路は前記第二排気経路より車両前側に位置し、設定負荷より高い高負荷時に前記昇温制御を実施する際には、前記第一気筒群で前記設定リーン空燃比の運転を実施すると共に、前記第二気筒群で前記設定リッチ空燃比の運転を実施することを特徴とする。

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、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温制御時において、第一排気経路に比較して短い経路長を有する第二排気経路に対応する第二気筒群からの設定リーン空燃比又は設定リッチ空燃比の排気ガスの排出が、第一排気経路に対応する第一気筒群からの設定リッチ空燃比又は設定リーン空燃比の排気ガスの排出より遅れるようになっているために、第一気筒群から排出される設定リッチ空燃比又は設定リーン空燃比の排気ガスと、第二気筒群から排出される設定リーン空燃比又は設定リッチ空燃比の排気ガスとが、ほぼ同時に合流部に到達して混合され、ほぼ理論空燃比の混合排気ガスとなってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入する。それにより、昇温制御初期にリッチ空燃比の混合排気ガス又はリーン空燃比の混合排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置へ流入して排気エミッションを悪化させることは抑制される。

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、昇温制御時には、第二排気経路に比較して長い経路長を有する第一排気経路に対応する第一気筒群で設定リッチ空燃比の運転を実施すると共に、短い経路長を有する第二排気経路に対応する第二気筒群で設定リーン空燃比の運転を実施するようになっている。排気ガス温度は、設定リッチ空燃比の運転時より設定リーン空燃比の運転時の方が高くなるために、温度の高い方の排気ガスを短い経路長で合流部まで導くことができ、合流部までの排気ガス全体の放熱量が少なくなるために、特に、設定負荷より低く排気ガス温度が低くなる低負荷時においてＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温に有利となる。

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、第一排気経路及び第二排気経路にはそれぞれ酸化機能を有する触媒装置が配置され、第一排気経路は第二排気経路より車両前側に位置し、設定負荷より高い高負荷時に昇温制御を実施する際には、第一気筒群で設定リーン空燃比の運転を実施すると共に、第二気筒群で設定リッチ空燃比の運転を実施するようになっている。高温度のリーン空燃比の排気ガスが酸化機能を有する触媒装置を通過すると、触媒装置の劣化を促進することとなるために、昇温制御に際して、車両前側に位置して走行風により冷却され易い第一排気経路には、設定負荷より高く排気ガス温度が高温となる高負荷時のリーン空燃比の排気ガスを通過させるようにし、一方、車両後側に位置して冷却され難い第二排気経路には、リッチ空燃比の排気ガスを通過させるようにし、それにより、高温度のリーン空燃比の排気ガスが酸化機能を有する触媒装置を通過して触媒装置の劣化を促進することは抑制される。

図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、１は、例えば、Ｖ型６気筒の機関本体であり、第一気筒群としての第一バンク１ａ及び第二気筒群としての第二バンク１ｂにはそれぞれ三気筒が配置されている。本実施形態において、第一バンク１ａは車両前側に位置し、第二バンク１ｂは車両後側（車室側）に位置している。２ａは第一バンク１ａの第一排気経路であり、２ｂは第二バンク１ｂの第二排気経路である。第一排気経路２ａ及び第二排気経路２ｂは合流部４において合流して、単一の排気通路５に通じている。

機関本体１は、例えば空燃比２０のような理論空燃比よりリーンな均質混合気を火花着火させる希薄燃焼を実施可能な内燃機関である。希薄燃焼の空燃比を適当に選択することにより、ＮＯ_X生成量を抑制することができる。しかしながら、それでもＮＯ_Xは生成されるために、排気通路５には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が配置されている。

また、機関始動時には、均質混合気の着火性を向上させて良好な始動性を確保するために、理論空燃比（又はリッチ空燃比）の均質燃焼が実施される。この理論空燃比運転時の排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、及び、ＮＯ_Xを浄化するための三元触媒装置３ａ及び３ｂが第一排気経路２ａ及び第二排気経路２ｂのそれぞれの排気マニホルドの下流側に配置されている。これらの三元触媒装置３ａ及び３ｂは、容量が比較的小さくされると共に、機関本体１近傍に位置するために、機関始動直後に暖機されて排気ガスの浄化を開始する。

機関本体１にターボチャージャのような過給機を設けることにより、多量の吸気を気筒内へ供給することが可能となり、それにより、前述の希薄燃焼は高負荷側まで実施可能となる。さらに高い極高負荷での運転が必要な場合には、理論空燃比運転を実施するようにしても良い。第一排気経路２ａの三元触媒装置３ａの直上流側及び第二排気経路２ｂの三元触媒装置３ｂの直上流側には、それぞれ、リニア出力型の空燃比センサ７ａ及び７ｂが配置されており、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂから排出される排気ガスの空燃比をそれぞれ検出可能となっている。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、雰囲気中の空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸蔵し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵剤を担持し、希薄燃焼時のリーン空燃比の排気ガスからＮＯ_Xを良好に吸収する。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６のＮＯ_X吸蔵能力には限度があり、ＮＯ_X吸蔵量がＮＯ_X吸蔵可能量に達する以前にＮＯ_Xを放出させる再生処理が必要である。この再生処理は、ＮＯ吸蔵還元触媒装置６へ流入する排気ガスの空燃比をリッチ空燃比（又は理論空燃比）とすれば良い。再生処理において、放出されたＮＯ_Xは、リッチ空燃比の排気ガス中の還元物質ＣＯ及びＨＣによって還元浄化される。排気通路５のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の直上流側にはリニア出力型の空燃比センサ８が配置されており、再生処理の排気ガスの空燃比を監視することができる。また、排気通路６のＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の直下流側にはステップ出力型の酸素センサ９が配置されている。再生処理において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させる排気ガスの空燃比はリッチとされるが、放出されたＮＯ_Xの還元浄化によってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。それにより、酸素センサ９の出力がリッチとなれば、再生処理が完了したと判断することができる。

ところで、燃料中にはイオウＳが含まれており、このイオウＳは気筒内で酸素と反応してＳＯ_Xとなる。従って排気ガス中にはＮＯ_XだけでなくＳＯ_Xも含まれており、このＳＯ_XもＮＯ_Xと同様なメカニズムによってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６に吸蔵される。ＮＯ_Xは硝酸塩として吸蔵されるのに対して、ＳＯ_Xは硝酸塩より安定な硫酸塩として吸蔵されるために、再生処理によって排気ガスの空燃比を単にリッチ空燃比としても放出させることはできずに徐々に吸蔵量が増加し、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６のＮＯ_X吸蔵可能量を減少させる。

それにより、例えば、積算された燃料噴射量に基づきＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６のＳＯ_X吸蔵量を推定し、この推定量が設定量に達した時には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を所定温度へ昇温させ、その後に排気ガスの空燃比をリッチ空燃比（又は理論空燃比）としてＳＯ_Xを放出させるＳ被毒回復処理が実施される。Ｓ被毒回復処理においても再生処理と同様に、空燃比センサ８によってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する排気ガスの空燃比を、酸素センサ９によってＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６から流出する排気ガスの空燃比を検出することができる。このＳ被毒回復処理において、前述したように、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を所定温度に昇温するための昇温制御が必要となる。また、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、良好にＮＯ_Xを吸蔵可能な温度範囲を有しており、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の温度がこの温度範囲を下回る場合にも昇温制御が必要である。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６は、白金Ｐｔのような貴金属触媒も担持しており、昇温制御は、比較的多量の未燃燃料と比較的多量の酸素をＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させ、貴金属触媒によって未燃燃料を燃焼させれば良い。そのためには、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂのいずれか一方で燃焼空燃比をリッチにして、排気ガス中の比較的多量のＨＣ及びＣＯをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させると共に、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの他方で燃焼空燃比をリーンにして、排気ガス中の比較的多量のＯ₂及びＮＯ_XをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させる。一つのバンクの気筒毎で燃焼空燃比をリッチ及びリーンとすると、リッチ燃焼空燃比の気筒から排出されるＨＣ及びＣＯは、リーン燃焼空燃比の気筒から排出されるＯ₂及びＮＯ_Xを使用して、三元触媒装置３ａ又は３ｂにおいて燃焼してしまうために、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を昇温させることはできない。それにより、昇温制御には、前述したように、バンク毎で燃焼空燃比をリッチ及びリーンとする必要がある。

一般的に、第一バンク１ａから合流部４までの第一排気経路２ａの経路長と、第二バンク１ｂから合流部４までの第二排気経路２ｂの経路長とは大きく異なり、本実施形態においては、第一バンク１ａが車両前側に位置するために、第一排気経路２ａの方が第二排気経路２ｂに比較して長くなる。それにより、昇温制御が必要である時に、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの一方で燃焼空燃比をリッチにすると同時に、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの他方で燃焼空燃比をリーンにすると、リッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとは同時に合流部に到達せず、昇温制御の初期において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する混合排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンとなる。

本実施形態において、昇温制御直前は、通常、例えば空燃比２０の希薄燃焼が実施されている。この希薄燃焼が低負荷側である場合には、排気ガス温度が低く、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の温度も低くなっている。それにより、所望温度までの昇温に際しては、かなりの量のＨＣ及びＣＯを燃焼させなければならず、一方のバンクでは、燃焼空燃比を例えば９以下のリッチ空燃比とする必要がある。この場合において、各バンクの気筒数は同じであるために、他方のバンクでは、一方のバンクのリッチ空燃比との平均空燃比が理論空燃比（１４．７）となるようなリーン空燃比（２０．４以上）での燃焼が開始されることとなる。

このような昇温制御において、第一排気経路２ａと第二排気経路２ｂとの経路長の違いによって、リッチ空燃比の排気ガスが先に合流部４へ到達すると、通常の希薄燃焼のリーン空燃比の排気ガスと混合した結果として、合流部４での排気ガスの空燃比はリッチとなり、昇温制御当初は、リッチ空燃比の排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入することとなる。この時には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６において、酸素不足によって酸化させることができないＨＣ及びＣＯが存在し、これらが大気中へ放出され、排気エミッションを悪化させる。

また、一方のバンクの燃焼空燃比を、通常の希薄燃焼の空燃比２０に対して、平均値が理論空燃比となるリッチ空燃比（９．４）とする場合には、他方のバンクの燃焼空燃比は通常の希薄燃焼のままであり、特に、問題はない。しかしながら、一方のバンクの燃焼空燃比を、それ以外のリッチ空燃比とする場合には、他方のバンクの燃焼空燃比は、通常の希薄燃焼のリーン空燃比とは異なる空燃比とされ、この空燃比の燃焼では比較的多量のＮＯ_Xが生成されるために、第一排気経路２ａと第二排気経路２ｂとの経路長の違いによって、このリーン空燃比の排気ガスが先に合流部４へ到達すると、昇温制御当初は、多量のＮＯ_XがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入し、ＮＯ_Xを還元するリッチ空燃比の排気ガスも存在せず、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６によって吸蔵しきれないＮＯ_Xが大気中へ放出され、やはり、排気エミッションを悪化させる。

このように、昇温制御において、リッチ空燃比の排気ガスが先に合流部へ到達しても、リーン空燃比の排気ガスは先に合流部に到達しても、排気エミッションを悪化させる要因となる。この問題を解決するために、本実施形態では、図３に示すフローチャートに従って、昇温制御を実施するようになっている。

先ず、ステップ１０１において、昇温制御の要求があるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了する。一方、昇温制御の要求がある時には、ステップ１０２において、アクセルペダルの踏み込み量及び機関回転数等により現在の運転領域が検出される。前述したように、現在の運転領域が設定負荷より小さな低負荷側である時には排気ガス温度が低く、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を所望温度に昇温させるのに、かなりの量のＨＣ及びＣＯを燃焼させることが必要であり、一方のバンクでは、比較的小さなリッチ空燃比での燃焼が必要となる。一方、現在の運転領域が設定負荷以上の高負荷側である時には排気ガス温度が高く、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６を所望温度に昇温させるのに、それほど多量のＨＣ及びＣＯを燃焼させる必要はなく、一方のバンクでは、比較的大きなリッチ空燃比で燃焼させれば良い。リッチ空燃比の決定に際して、機関回転数が高いほど、同じリッチ空燃比でも単位時間当たりのＨＣ及びＣＯの排出量が増加するために、機関回転数もリッチ空燃比の決定に考慮される。

こうして、リッチ空燃比とされる一方のバンクでの燃焼リッチ空燃比が決定されると共に、各バンクの気筒数が同じであるために、決定されたリッチ空燃比に対して平均値が理論空燃比となるリーン空燃比が他方のバンクの燃焼リーン空燃比として決定される。

ところで、図２は燃焼空燃比と排気ガス温度との関係を示している。図２において、実線は低負荷時であり、点線は高負荷時である。同図に示すように、燃焼空燃比の全体に渡り、低負荷時の排気ガス温度は高負荷時の排気ガス温度より低く、また、いずれの負荷においても、リッチ空燃比の排気ガス温度はリーン空燃比の排気ガス温度より低くなっている。図２において、Ｒ１は低負荷時において決定された燃焼リッチ空燃比Ａ／Ｆであり、Ｌ１は低負荷時において決定された燃焼リーン空燃比Ａ／Ｆであり、Ｒ２は高負荷時において決定された燃焼リッチ空燃比Ａ／Ｆであり、Ｌ２は高負荷時において決定された燃焼リーン空燃比Ａ／Ｆである。

このように、リッチ空燃比に比較してリーン空燃比の排気ガス温度が高くなるために、リーン空燃比の排気ガスが短い経路長を通過し、リッチ空燃比の排気ガスが長い経路長を通過するようにして、排気ガスをＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入させた場合の方が、逆の場合に比較して、排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入するまでの排気ガス全体の放熱量を小さくすることができ、これは、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の昇温に有利である。それにより、特に、排気ガス温度が低い低負荷時においては、経路長の短い第二排気経路２ｂに対応する第二バンク１ｂにおいてリーン空燃比の燃焼を実施し、経路長の長い第一排気経路２ａに対応する第一バンク１ａにおいてリッチ空燃比の燃焼を実施するようにする。

ところで、三元触媒装置３ａ及び３ｂに高温度のリーン空燃比の排気ガスを通過させると、三元触媒装置に担持された貴金属触媒の劣化を促進させることが分かっており、それにより、排気ガス温度が高くなる高負荷時には、車両前側に位置して走行風によって冷却され易い第一排気経路２ａにリーン空燃比の排気ガスを通過させ、車両後側に位置して冷却され難い第二排気経路２ｂにリッチ空燃比の排気ガスを通過させるようにする。すなわち、高負荷時においては、第一バンク１ａにおいてリーン空燃比の燃焼を実施し、第二バンク１ｂにおいてリッチ空燃比の燃焼を実施するようにする。

このようにして、ステップ１０３では、現在の運転領域に応じて、昇温制御における第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂのそれぞれの燃焼空燃比Ａ／Ｆが決定される。次いで、ステップ１０４において、遅れ時間Ｔ１及び昇温時間Ｔ２が決定される。遅れ時間Ｔ１は、第一バンク１ａから排出されて経路長の長い第一排気経路２ａを通過する排気ガスと経第二バンク１ｂから排出されて経路長の短い第二排気経路２ｂを通過する排気ガスとが合流部４へ到達する時間差であり、第一排気経路２ａと第二排気経路２ｂとの間の経路長差と、現在（昇温制御の開始時点）の運転状態における排気ガス量等に基づき決定される。一方、昇温時間Ｔ２は、第一バンク１ａの燃焼空燃比を昇温制御の燃焼空燃比Ａ／Ｆに変更してからＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６が所望温度に昇温されるまでの時間であり、現在の排気ガス量、現在の運転状態に基づき推定されるＮＯ_X吸蔵還元触媒の温度、及び、昇温制御における燃焼リッチ空燃比等に基づき決定される。

次いで、ステップ１０５において、第一バンク１ａの燃焼空燃比がステップ１０３において決定された昇温制御の燃焼空燃比Ａ／Ｆに変更される。ステップ１０６では、第一バンク１ａの燃焼空燃比が変更されてからの経過時間ｔが算出される。次いで、ステップ１０７において、経過時間ｔが遅れ時間Ｔ１に達したか否かが判断され、この判断が否定される時には、第二バンク１ｂの燃焼空燃比は昇温制御の燃焼空燃比に変更されない。

第一バンク１ａの燃焼空燃比が変更されてからの経過時間ｔが遅れ時間Ｔ１に達すれば、ステップ１０７の判断が肯定され、ステップ１０８において、第二バンク１ｂの燃焼空燃比がステップ１０３において決定された昇温制御の燃焼空燃比Ａ／Ｆに変更される。それにより、いずれも昇温制御の燃焼空燃比に変更された第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂからの排気ガスは同時に合流部４へ到達し、混合されて理論空燃比の排気ガスとなり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する。こうして、リッチ空燃比の排気ガス中のＨＣ及びＣＯがリーン空燃比の排気ガス中のＯ₂及びＮＯ_Xを使用して過不足なく酸化され、排気エミッションを悪化させることなくＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の昇温が開始される。

次いで、ステップ１０９において、第一バンク１ａの燃焼空燃比が変更されてからの経過時間ｔが昇温時間Ｔ２に達したか否かが判断され、この判断が否定される時には、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの燃焼空燃比は昇温制御の燃焼空燃比に維持される。一方、経過時間ｔが昇温時間Ｔ２に達すれば、ステップ１０９の判断が肯定され、ステップ１１０において第一バンク１ａの燃焼空燃比が理論空燃比（ストイキ）とされ、ステップ１１１において昇温時間Ｔ２に達した経過時間ｔのさらなる時間経過が算出される。

次いで、ステップ１１２において、経過時間ｔが遅れ時間Ｔ１と昇温時間Ｔ２との和に達したか否かが判断される。この判断が否定される時には、第一バンク１ａの燃焼空燃比は理論空燃比に維持されると共に、第二バンク１ｂは昇温制御の燃焼空燃比に維持される。一方、経過時間ｔが前述の和（Ｔ１＋Ｔ２）に達すれば、ステップ１１２の判断が肯定され、ステップ１１３において第二バンク１ｂの燃焼空燃比が理論空燃比（ストイキ）とされる。

高温度のリーン空燃比の排気ガスが貴金属触媒の劣化を促進させることは、三元触媒装置３ａ及び３ｂに関して説明したが、もちろん、貴金属触媒が高温度であれば、それほど高温度でないリーン空燃比の排気ガスが貴金属触媒に接触しても同様に劣化を促進させる。それにより、昇温制御直後に両バンク１ａ，１ｂの燃焼空燃比を通常のリーン空燃比とすると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６に担持された貴金属触媒を劣化させてしまう。

これを防止するために、昇温制御直後には、両バンク１ａ，１ｂの燃焼空燃比を理論空燃比とし、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の温度を低下させることが好ましい。この場合において、両バンク１ａ，１ｂの燃焼空燃比を同時に理論空燃比とすると、経路長の違いによって、第二バンク１ｂから排出される理論空燃比の排気ガスが先に合流部４へ到達し、やはり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入する混合排気ガスの空燃比がリッチ又はリーンとなって、昇温制御初期と同様な問題が発生するために、本フローチャートでは、第一バンク１ａの燃焼空燃比を先に昇温制御の燃焼空燃比から理論空燃比とし、この時から遅れ時間Ｔ１が経過した時に、第二バンク１ｂの燃焼空燃比を昇温制御の燃焼空燃比から理論空燃比とするようになっている。それにより、第一及び第二バンク１ａ，１ｂから排出される理論空燃比の排気ガスは同時に合流部４へ到達し、リッチ又はリーンの混合排気ガスがＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６へ流入することは抑制される。

ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の温度が低下すれば、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの燃焼空燃比は通常のリーン空燃比へ変更される。この時には、第二バンク１ｂから排出されるリーン空燃比（例えば２０）の排気ガスが先に合流部４へ到達しても、ＮＯ_Xの生成量は抑制されており、特に問題はない。

昇温制御がＳ被毒回復処理のために実施される場合には、昇温制御の完了直後に、第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの燃焼空燃比はリッチとされる。酸素センサ９の出力がリッチとなってＳ被毒回復処理が完了した時に、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の温度が良好にＮＯ_Xを吸蔵する温度範囲を超えて高ければ、前述したように遅れ時間を設けて第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの燃焼空燃比を理論空燃比とすることが好ましい。また、ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置６の温度が良好にＮＯ_Xを吸蔵する温度範囲を下回った際の昇温制御が、この温度範囲を超えてＮＯ_X吸蔵触媒装置の温度を昇温させた場合にも、前述したように、遅れ時間を設けて第一バンク１ａ及び第二バンク１ｂの燃焼空燃比を理論空燃比とすることが好ましい。

本実施形態の昇温制御は、一方の気筒群の燃焼空燃比を設定リッチ空燃比とすると共に、他方の気筒群の燃焼空燃比を設定リッチ空燃比としたが、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられている場合には、両方の気筒群の燃焼空燃比を昇温制御の設定リーン空燃比として（一方の気筒群の燃焼空燃比は通常のリーン空燃比としても良い）、一方の気筒群の各気筒においては、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を噴射して気筒内を昇温制御の設定リッチ空燃比とするようにしても良い。この場合においても、一方の気筒群から排出されるリーン空燃比の排気ガスと他方の気筒群から排出されるリッチ空燃比の排気ガスとを各排気経路の合流部に同時に到達させることが好ましい。

本実施形態において、内燃機関は第一気筒群と第二気筒群とだけを有するものとしたが、これは本発明を限定するものではい。例えば、それぞれ別の排気経路を有する三つ以上の気筒群が設けられる場合において、昇温制御時に、これら気筒群から排出されるリッチ空燃比又はリーン空燃比の排気ガスを、各排気経路の合流部へ同時に到達させるためには、合流部までの排気経路長さが長い気筒群ほど先にリッチ空燃比又はリーン空燃比の排気ガスが排出されるようにすれば良い。また、昇温制御時に、リッチ空燃比又はリーン空燃比ではなく理論空燃比の排気ガスを排出する気筒群があれば、この気筒群からの理論空燃比の排気ガスの排出は、他の気筒群から排出されるリッチ空燃比及びリーン空燃比の排気ガスの排出に関して自由に設定可能である。

本発明による内燃機関の排気浄化装置の構成を示す概略図である。 燃焼空燃比と排気ガス温度との関係を示すグラフである。 昇温制御を実施するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 機関本体
１ａ 第一バンク
１ｂ 第二バンク
２ａ 第一排気経路
２ｂ 第二排気経路
３ａ，３ｂ 三元触媒装置
４ 合流部
６ ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置

Claims (3)

1. 少なくとも第一気筒群と第二気筒群とを有して希薄燃焼を実施する内燃機関の排気浄化装置であって、前記第一気筒群の第一排気経路と前記第二気筒群の第二排気経路との合流部の下流側にＮＯ_X吸蔵還元触媒装置が配置され、前記第一排気経路は前記第二排気経路に比較して長い経路長を有し、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒装置の昇温制御時には、前記第一気筒群及び前記第二気筒群の一方から設定リッチ空燃比の排気ガスを排出させると共に、前記第一気筒群及び前記第二気筒群の他方から設定リーン空燃比の排気ガスを排出させ、前記設定リーン空燃比又は前記設定リッチ空燃比の排気ガスの前記第二気筒群からの排出が、前記設定リッチ空燃比又は前記設定リーン空燃比の排気ガスの前記第一気筒群からの排出より遅れるようにすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記昇温制御時には、前記第一気筒群で前記設定リッチ空燃比の運転を実施すると共に、前記第二気筒群で前記設定リーン空燃比の運転を実施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。
3. 前記第一排気経路には酸化機能を有する触媒装置が配置され、前記第一排気経路は前記第二排気経路より車両前側に位置し、設定負荷より高い高負荷時に前記昇温制御を実施する際には、前記第一気筒群で前記設定リーン空燃比の運転を実施すると共に、前記第二気筒群で前記設定リッチ空燃比の運転を実施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。

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