JP4031765B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関に適用される排気浄化装置に関する。

Ｖ型の気筒配列を採用する内燃機関では、バンク毎に個別の排気浄化触媒を設置することがある。このようにそれぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関では、各排気浄化触媒の床温にばらつきが生じると、排気浄化触媒毎に浄化性能が変わってしまうため、排気浄化制御を適正に行うことが困難となってしまう。すなわち、特定の排気浄化触媒に対して排気浄化制御を適合させたとしても、床温の異なる他の排気浄化触媒については適合が取れず、十分に排気を浄化することができなくなってしまう虞がある。

そこで従来、バンク毎に個別の排気浄化触媒を備えるＶ型気筒配列の内燃機関において、両排気浄化触媒の床温をそれぞれ検出し、バンク毎に点火時期をフィードバック調整する排気浄化装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。この排気浄化装置では、触媒床温のより高いバンクの点火時期を遅角して排気温度を低下させたり、触媒床温のより低いバンクの点火時期を進角させて排気温度を上昇させたりすることで、触媒床温のばらつきを縮小するようにしている。
特開平１１−１１７７８６号公報

ところで上記のような触媒床温のばらつきは、排気から排気浄化触媒への受熱量のばらつきがその主たる要因となっている。排気浄化触媒の受熱及び放熱の状態が定常に保たれていれば、触媒床温を一致させることで、各排気浄化触媒に対する排気からの受熱量のばらつきは自ずと是正されることとなる。しかしながら、車載等の内燃機関にあっては、その運転状態の変化により排気温度や排気流量が激しく変化され、排気浄化触媒の受熱状態も激しく変動される。そのため、触媒床温が一時的に一致されたとしても、各排気浄化触媒の受熱量が一致されるとは限らず、各排気浄化触媒の床温が一致した状態を保持することは困難となる。したがって単に各排気浄化触媒の床温に基づくだけでは、上記触媒床温のフィードバック調整に遅れや過応答、制御ハンチングが生じてしまう虞がある。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化触媒間の浄化性能のばらつきをより効果的に抑制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。

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説明する。
先ず、請求項１に記載の発明は、それぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関に適用される排気浄化装置であって、各排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ個別に推定する推定手段と、前記推定された各排気浄化触媒の排気流量のそれぞれに応じて、該当する排気浄化触媒の接続された気筒群の制御態様を個別設定する設定手段とを備え、当該内燃機関は、第１の排気浄化触媒に接続された第１の気筒群と、その第１の排気浄化触媒とは別の第２の排気浄化触媒に接続された第２の気筒群とを有するとともに、各気筒群の排気がそれぞれ該当する排気浄化触媒の通過後に合流される排気通路を有して構成され、前記推定手段は、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ１、前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ２、前記合流後の排気の温度Ｔ及び前記合流後の排気の質量流量Ｇに基づき、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ１及び前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ２を下式（１）及び（２）に基づき算出することで、前記排気流量の推定を行うことをその要旨とする。
Ｇ１＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） …（１）
Ｇ２＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（２）

また、請求項２に記載の発明は、それぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関に適用される排気浄化装置であって、各排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ個別に推定する推定手段と、前記各排気浄化触媒の上流側に配置され、それら排気浄化触媒の状態を個別に変更可能な触媒制御手段と、前記推定された各排気浄化触媒の排気流量に応じて各触媒制御手段の制御態様を個別設定する設定手段とを備え、当該内燃機関は、第１の排気浄化触媒に接続された第１の気筒群と、その第１の排気浄化触媒とは別の第２の排気浄化触媒に接続された第２の気筒群とを有するとともに、各気筒群の排気がそれぞれ該当する排気浄化触媒の通過後に合流される排気通路を有して構成され、前記推定手段は、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ１、前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ２、前記合流後の排気の温度Ｔ及び前記合流後の排気の質量流量Ｇに基づき、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ１及び前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ２を下式（１）及び（２）に基づき算出することで、前記排気流量の推定を行うことをその要旨とする。
Ｇ１＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） …（１）
Ｇ２＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（２）

気筒毎の体積充填効率の相違、排気還流装置の流量特性の相違、排気タービン式の過給機の特性の相違等に起因して、各排気浄化触媒を通過する排気の流量にばらつきが生じることがある。こうした排気流量のばらつきが生じれば、排気浄化触媒毎に排気からの受熱量がばらつき、触媒床温のずれを生じさせることとなる。また排気流量が相違すれば、各排気浄化触媒の窒素酸化物吸蔵や硫黄被毒等の進行速度にもばらつきが生じることとなる。

その点、上記請求項１又は２に記載の発明の構成では、各排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ個別に推定し、その推定結果に応じて、各気筒群の制御態様を個別設定する、或いは各排気浄化触媒の状態を個別に変更可能な触媒制御手段の制御態様を個別設定するようにしている。そのため、各々の排気流量から各排気浄化触媒の現状の浄化特性を的確に把握し、それらのばらつきに応じた対応を適切に行うことができる。

ちなみに各排気浄化触媒の排気流量の推定は、例えば排気流量との相関の高い排気温度や排気圧力等に基づいて行うことができる。また排気の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機を気筒群毎に備える内燃機関であれば、各気筒群の過給機の過給圧に基づいて上記排気流量の推定を行うこともできる。

また、図６に示すように、両排気浄化触媒を通過して合流した後の排気の質量流量Ｇは、下式（３）のように、第１の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ１と第２の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ２との和として求められる。
Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２ …（３）
一方、上記合流後の排気の有する熱量Ｑ、第１の排気浄化触媒を通過する排気の有する熱量Ｑ１、第２の排気浄化触媒を通過する排気の有する熱量Ｑ２は、「Ｔ」を合流後の排気の温度、「Ｔ１」を第１の排気浄化触媒を通過する排気の温度、「Ｔ２」を第２の排気浄化触媒を通過する排気の温度、「Ｃ」を排気の比熱としたとき、下式（４）〜（６）でそれぞれ表すことができる。
Ｑ＝Ｃ・Ｔ・Ｇ …（４）
Ｑ１＝Ｃ・Ｔ１・Ｇ１ …（５）
Ｑ２＝Ｃ・Ｔ２・Ｇ２ …（６）
ここで放熱による排気の温度低下の影響が無視できるとすれば、上記合流後の排気の有する熱量Ｑは、両排気浄化触媒を通過する排気の有する熱量Ｑ１，Ｑ２の合計と等しくなるから（Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２）、下式（７）が成立する。
Ｇ・Ｔ＝Ｇ１・Ｔ１＋Ｇ２・Ｔ２ …（７）
上式（３）及び上式（７）からなる連立方程式を解けば、上式（１）及び上式（２）が得られる。したがって上記構成によれば、各排気の温度Ｔ，Ｔ１，Ｔ２及び合流後の排気の質量流量Ｇを把握すれば、両排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ適切に推定することができるようになる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記各排気の温度Ｔ、Ｔ１、Ｔ２として、それら温度の検出値に対して、各温度の検出位置の違いに起因した放熱による温度変化の差違を補償する補正を行った値を用いることをその要旨とする。

排気の温度は、下流に向かうほど、外部への放熱により低下する。すなわち、排気の有する熱量は、下流側に向かうほど減少する。そのため厳密には、両排気浄化触媒の下流にて合流された後の排気の熱量Ｑは、両排気浄化触媒を通過する排気の熱量Ｑ１，Ｑ２の合計よりは若干小さくなる。その点、上記構成では、温度の検出位置に応じた補償行ったものを排気流量の推定に用いているため、より正確に排気流量を推定することができる。

また、請求項４に記載の発明は、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において、前記合流後の排気の質量流量Ｇは、単位時間当りに内燃機関に噴射された燃料の総質量と吸気の質量流量との和として求められることをその要旨とする。

各気筒から排出される排気の総質量は、各気筒に供給されるガス及び燃料の質量の総和と等しくなる。よって合流後の排気の質量流量Ｇは、単位時間当りに内燃機関に噴射された燃料の総質量と、吸気の質量流量、すなわち単位時間当りに各気筒に供給された新気及び還流排気の総質量との和に等しくなる。したがって上記構成によれば、上記合流後の排気の質量流量Ｇを、直接検出せずとも的確に求めることができる。

また、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記設定手段は、前記推定された各排気浄化触媒の排気流量の差が小さくなるように、気筒群毎に排気流量を個別調整することをその要旨とする。

上記構成によれば、機関運転中における各排気浄化触媒の排気流量のばらつきが抑えられ、排気からの受熱量の相違や窒素酸化物吸蔵及び硫黄被毒等の進行速度の相違といった、排気浄化触媒間の浄化特性のばらつきを好適に抑制することができる。なお排気浄化触媒間の排気流量差の縮小は、気筒群毎に排気還流装置を備える内燃機関であれば、各気筒群の排気還流率を個別調整することで行うことができる。また気筒群毎に可変容量式の過給機を備える内燃機関であれば、気筒群毎の過給量を個別調整することで行うこともできる。更に可変吸気機構や可変動弁機構により、吸入空気量を気筒群毎に調整することによっても、排気浄化触媒間の排気流量を個別に調整して、それらの差を縮小することが可能である。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記設定手段は、前記推定された各排気浄化触媒の排気流量に基づいて、前記排気浄化触媒に対する還元剤の添加量を気筒群毎に個別設定することをその要旨とする。

排気浄化触媒に吸蔵された窒素酸化物や硫黄酸化物、或いは堆積された微粒子物質を浄化するために、排気に対する燃料添加等により、炭化水素や一酸化炭素といった還元剤の供給を行うことがある。このときの最適な還元剤の添加量は、排気浄化触媒を通過する排気の流量によって変化する。上記構成では、推定された各排気浄化触媒の排気流量に基づいて、それぞれの排気浄化触媒に対する還元剤の添加量が個別設定される。そのため、たとえ排気浄化触媒毎に排気流量が相違する場合でも、排気浄化触媒のそれぞれに対して最適な量の還元剤を添加することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
本実施の形態にかかる内燃機関の排気浄化装置は第１及び第２の２つのバンクを有するＶ型の内燃機関に適用される。

図１に、上記内燃機関を中心とする機関システムの概略構成を示す。
同図１に示すように、内燃機関１０には、その各気筒に対応して、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１４が設けられている。この内燃機関１０では、第１のバンク１２Ｒの気筒群に対応して第１の吸気通路２０Ｒ及び第１の排気通路４０Ｒが、また第２のバンク１２Ｌの気筒群に対して第２の吸気通路２０Ｌ及び第２の排気通路４０Ｌがそれぞれ設けられている。

以下、各吸気通路２０Ｒ，２０Ｌについて説明する。
各吸気通路２０Ｒ，２０Ｌの最上流には共通のエアクリーナ２２が設けられており、このエアクリーナ２２よりも下流側において２つの吸気通路２０Ｒ，２０Ｌに分流されている。各吸気通路２０Ｒ，２０Ｌには、その上流側から順に、過給機２４Ｒ，２４Ｌ（詳しくはそのコンプレッサ）、インタークーラ２６Ｒ，２６Ｌ、吸気絞り弁２８Ｒ，２８Ｌがそれぞれ設けられている。なお、上記過給機２４Ｒ，２４Ｌは、排気通路４０Ｒ，４０Ｌに配設されたタービンが排気の流勢によって回転されて排気のエネルギーを回収し、これを上記コンプレッサに伝えることによって過給を行う排気駆動式の過給機であり、その回収する排気エネルギー量を可変制御するための可変ノズル機構（図示略）を備える可変容量式の過給機である。

また、各吸気通路２０Ｒ，２０Ｌは共通の吸気マニホールド３０に接続されている。各吸気通路２０Ｒ，２０Ｌを通過した吸気は、吸気マニホールド３０内に一旦集められた後、各バンク１２Ｒ，１２Ｌの各気筒に吸入される。

次に、上記各排気通路４０Ｒ，４０Ｌについて説明する。
各排気通路４０Ｒ，４０Ｌには、その上流側から順に、排気マニホールド４２Ｒ，４２Ｌ、過給機２４Ｒ，２４Ｌ（詳しくは前記タービン）、排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌがそれぞれ設けられている。これら排気通路４０Ｒ，４０Ｌは排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌよりも下流側において合流されて一本の通路（合流通路４６）となっている。

なお、各排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌは窒素酸化物（ＮＯｘ）吸蔵還元触媒やフィルタとしての機能を有している。そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒としての機能により、内燃機関１０の通常の運転時において排気が酸化雰囲気（リーン）にある時にはＮＯｘが吸蔵され、還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）では吸蔵されたＮＯｘが酸化窒素（ＮＯ）として離脱し炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）により還元される。このことによりＮＯｘの浄化を行っている。一方、フィルタとしての機能により、排気中の微粒子物質（ＰＭ）が捕捉される。そして、高温の酸化雰囲気ではＮＯｘ吸蔵時に発生する活性酸素によりＰＭの酸化が開始され、更に周囲の過剰酸素によりＰＭ全体が酸化される。還元雰囲気では排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌ自身が発生する大量の活性酸素によりＰＭの酸化が促進される。このことによりＮＯｘの浄化と共に、ＰＭの浄化も実行している。

また、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌには還元剤添加装置５０Ｒ，５０Ｌがそれぞれ設けられている。具体的には、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌにあって上記過給機２４Ｒ，２４Ｌと排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌとの間に添加弁５２Ｒ，５２Ｌがそれぞれ設けられており、それら添加弁５２Ｒ，５２Ｌには燃料ポンプ（図示略）から燃料が供給されている。そして、各添加弁５２Ｒ，５２Ｌの開弁駆動を通じて、各排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌよりも上流側の排気に還元剤としての燃料がそれぞれ添加される。この還元剤添加は、例えばＮＯｘの浄化処理に際して排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌの雰囲気を一時的に還元雰囲気にしたり、上述したＰＭの浄化処理や、各排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌからの硫黄酸化物の除去処理などにおいて触媒床温を上昇させたりするために実行される。

内燃機関１０には、その各バンク１２Ｒ，１２Ｌに対応して、吸気通路２０Ｒ，２０Ｌから排気通路４０Ｒ，４０Ｌへの排気還流を行う排気還流装置６０Ｒ，６０Ｌが個別に設けられている。各排気還流装置６０Ｒ，６０Ｌは、吸気マニホールド３０及び各排気マニホールド４２Ｒ，４２Ｌ間を各別に連通する排気還流通路６２Ｒ，６２Ｌと、それら排気還流通路６２Ｒ，６２Ｌの途中にそれぞれ設けられる排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌとにより構成される。そして、それら排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度制御や上記吸気絞り弁２８Ｒ，２８Ｌの開度制御を通じて、各排気還流通路６２Ｒ，６２Ｌの通路断面積が可変設定されて、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌから吸気マニホールド３０に戻される排気の量が調節される。そして、排気還流率（各燃焼室内に吸入される気体における還流排気の重量％）が機関負荷と機関回転速度とに基づき設定される目標還流率となるように、各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度や上述した各吸気絞り弁２８Ｒ，２８Ｌの開度が調節されることによって排気還流量が調節される。

その他、機関システムには各種センサが設けられている。例えば、各吸気通路２０Ｒ，２０Ｌの各対応する過給機２４Ｒ，２４Ｌよりも上流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ７２Ｒ，７２Ｌがそれぞれ設けられている。なお、このエアフロメータ７２Ｒ，７２Ｌとしては、例えば熱線式のものなど、吸入空気の質量流量を検出可能なタイプのものが採用されている。また、第１の排気通路４０Ｒにあって第１の排気浄化触媒４４Ｒよりも下流側には排気温度Ｔ１を検出するための排気温センサ７４Ｒと排気の空燃比を検出するための空燃比センサ７６Ｒとが設けられている。また、第２の排気通路４０Ｌにあって第２の排気浄化触媒４４Ｌよりも下流側には排気温度Ｔ２を検出するための排気温センサ７４Ｌと排気の空燃比を検出するための空燃比センサ７６Ｌとが設けられている。更に、上記合流通路４６には排気温度Ｔを検出するための排気温センサ７８が設けられている。

また、機関システムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたデジタルコンピュータと各種装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成された電子制御装置７０を備えている。電子制御装置７０は各種センサの出力信号を読み込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて機関制御にかかる各種制御を実行する。それら制御としては、例えば燃料噴射弁１４の駆動制御や、過給機２４Ｒ，２４Ｌ（可変ノズル機構）の作動制御、吸気絞り弁２８Ｒ，２８Ｌの開度制御、添加弁５２Ｒ，５２Ｌの駆動制御、排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度制御などが挙げられる。

ここで、気筒毎の体積充填効率の相違や、各排気還流装置６０Ｒ，６０Ｌの流量特性の相違、各過給機２４Ｒ，２４Ｌの特性の相違等に起因して、各排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌを通過する排気の流量にばらつきが生じることがある。こうした排気流量のばらつきが生じれば、排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌ毎に排気からの受熱量がばらつき、触媒床温のずれを生じさせることとなる。また排気流量が相違すれば、各排気浄化触媒４４Ｒ，４４ＬのＮＯｘ吸蔵や硫黄被毒等の進行速度にもばらつきが生じることとなる。

そこで、本実施の形態では、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌを流れる排気の質量流量Ｇ１，Ｇ２をそれぞれ個別に推定し、それら推定した質量流量Ｇ１，Ｇ２の差が小さくなるように各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度を補正することにより、実際の排気流量のばらつきを抑制するようにしている。なお、本実施の形態では、それら排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌが、各排気浄化触媒の上流側に配置されて各排気浄化触媒の状態を個別に変更可能な触媒制御手段として機能する。

ここでは先ず、各質量流量Ｇ１，Ｇ２の推定方法について説明する。
上記合流通路４６の排気の質量流量Ｇは、下式（１１）のように、第１の排気通路４０Ｒを通過する排気の質量流量Ｇ１と第２の排気通路４０Ｌを通過する排気の質量流量Ｇ２との和として求められる。

Ｇ＝Ｇ１＋Ｇ２ …（１１）

一方、合流通路４６の排気の有する熱量Ｑ、第１の排気通路４０Ｒを通過する排気の有する熱量Ｑ１、第２の排気通路４０Ｌを通過する排気の有する熱量Ｑ２は、排気の比熱を「Ｃ」とすると、下式（１２）〜（１４）でそれぞれ表すことができる。

Ｑ＝Ｃ・Ｔ・Ｇ …（１２）
Ｑ１＝Ｃ・Ｔ１・Ｇ１ …（１３）
Ｑ２＝Ｃ・Ｔ２・Ｇ２ …（１４）

ここで放熱による排気の温度低下の影響が無視できるとすれば、上記合流通路４６の排気の有する熱量Ｑは、両排気通路４０Ｒ，４０Ｌを通過する排気の有する熱量Ｑ１，Ｑ２の合計と等しくなるから（Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２）、下式（１５）が成立する。

Ｇ・Ｔ＝Ｇ１・Ｔ１＋Ｇ２・Ｔ２ …（１５）

上式（１１）及び上式（１５）からなる連立方程式を解けば、下式（１６）及び上式（１７）が得られる。

Ｇ１＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） …（１６）
Ｇ２＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（１７）

実際には、排気の温度は、下流に向かうほど、外部への放熱により低下する。すなわち、排気の有する熱量は下流側に向かうほど減少する。そのため厳密には、上記合流通路４６の排気の有する熱量Ｑは、両排気通路４０Ｒ，４０Ｌを通過する排気の熱量Ｑ１，Ｑ２の合計よりは若干小さくなる。

このため、本実施の形態では、各排気温度の検出値に対して、排気温度Ｔの検出位置を基準として各温度の検出位置の違いに起因した放熱による温度変化の差違を補償する補正を行った値を、各質量流量Ｇ１，Ｇ２の推定に用いる各排気温度として用いるようにしている。

具体的には、上記各排気温度として「Ｔ１・α」，「Ｔ２・β」をそれぞれ用いた以下の関係式（１８）及び（１９）に基づいて、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌを通過する排気の質量流量Ｇ１，Ｇ２を、推定するようにしている。

Ｇ１＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ２・β）／（Ｔ１・α−Ｔ２・β） …（１８）
Ｇ２＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ１・α）／（Ｔ２・β−Ｔ１・α） …（１９）

なお、上記「α」，「β」は共に所定の係数であって、係数αは排気温度Ｔ１の検出位置から排気温度Ｔの検出位置に至るまでの間での放熱による温度変化の差違を補償するための値であり、また係数βは排気温度Ｔ２の検出位置から排気温度Ｔの検出位置に至るまでの間での放熱による温度変化の差違を補償するための値である。それら係数α，βとしては、実験結果等に基づいて「１」未満の正の値が予め設定されている。

したがって、合流通路４６の排気の質量流量Ｇを把握すれば、各検出される排気温度Ｔ，Ｔ１，Ｔ２に基づいて上記関係式（１８），（１９）から、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気の質量流量Ｇ１，Ｇ２を推定することができるようになる。

ここで、各気筒から排出される排気の総質量は、各気筒に供給されるガス及び燃料の質量の総和と等しくなる。よって合流通路４６の排気の質量流量Ｇは、単位時間当りに各燃料噴射弁１４から噴射された燃料の総質量と、吸気の質量流量、すなわち単位時間当りに各気筒に供給された新気及び還流排気の総質量との和に等しいと云える。

この点をふまえ、本実施の形態では、上記質量流量Ｇを単位時間当りに各燃料噴射弁１４から噴射された燃料の総質量と吸気の質量流量との和として求め、これを上記各質量流量Ｇ１，Ｇ２の算出に用いるようにしている。なお、単位時間当たりの吸気の質量流量としては、具体的には、各エアフロメータ７２Ｒ，７２Ｌにより検出される空気（新気）の量と前記設定される目標還流率とに基づき推定された値が用いられる。

次に、それら質量流量Ｇ１，Ｇ２に基づく各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度制御にかかる処理について説明する。本実施の形態では、この開度制御処理が、推定された各排気浄化触媒の排気流量のそれぞれに応じて、該当する排気浄化触媒の接続された気筒群、或いは前記触媒制御手段の制御態様を個別設定する設定手段として機能する。

図２のフローチャートは、上記開度制御にかかる処理の具体的な処理手順を示している。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置７０により実行される。

この処理では先ず、機関負荷や機関回転速度に基づいて前記目標還流率が算出されるとともに、実際の排気還流率を目標還流率とするのに適した排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度（目標開度ＴａｃＲ，ＴａｃＬ）が算出される（ステップＳ１００）。ここでは、各目標開度ＴａｃＲ，ＴａｃＬとして等しい値（ＴａｃＲ＝ＴａｃＬ）が算出される。

その後、還元剤の添加中であるか否かが判断され、還元剤の未添加時には（ステップＳ１０２：ＮＯ）、上述した各質量流量Ｇ１，Ｇ２を推定する処理、及びそれら質量流量Ｇ１，Ｇ２の差に基づいて各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度を補正する処理（ステップＳ１０４〜Ｓ１１０）が実行される。

すなわち先ず、各質量流量Ｇ１，Ｇ２が推定される（ステップＳ１０４）。本実施の形態では、このステップＳ１０４の処理が、各排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ個別に推定する推定手段として機能する。

そして、それら質量流量Ｇ１，Ｇ２の差に基づいて、上記目標開度ＴａｃＲについての補正量ΔＫｒと目標開度ＴａｃＬについての補正量ΔＫｌとがそれぞれ算出される（ステップＳ１０６）。次に、前回の処理において算出された補正項Ｋｒに上記補正量ΔＫｒが、また前回の処理において算出された補正項Ｋｌに上記補正量ΔＫｌがそれぞれ加算されて、各補正項Ｋｒ、Ｋｌが更新される（ステップＳ１０８）。更には、補正項Ｋｒが上記目標開度ＴａｃＲに加算され、補正項Ｋｌが目標開度ＴａｃＬに加算されることによって目標開度ＴａｃＲ，ＴａｃＬがそれぞれ補正される（ステップＳ１１０）。

なお、上記各補正量ΔＫｒ，ΔＫｌは共にマップ演算により求められる。それらマップ演算に用いられる各マップは、上記質量流量Ｇ１，Ｇ２の差と同差を速やかに「０」にすることの可能な補正量ΔＫｒ（若しくは補正項ΔＫｌ）との関係が実験などにより求められ、それぞれ電子制御装置７０に記憶されている。

例えば第１の排気通路４０Ｒについての質量流量Ｇ１が多いときには（Ｇ１＞Ｇ２）、補正量ΔＫｒとして排気還流弁６４Ｒの開度を大きい開度に変更する値が、また補正量ΔＫｌとして排気還流弁６４Ｌの開度を小さい開度に変更する値がそれぞれ算出される。これにより、第１のバンク１２Ｒに対応する排気マニホールド４２Ｒからの排気還流量が増量される一方、第２のバンク１２Ｌに対応する排気マニホールド４２Ｌからの排気還流量が減量され、これにより各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量の差が減少するようになる。これとは逆に、第１の排気通路４０Ｒについての質量流量Ｇ１が少ないときには（Ｇ１＜Ｇ２）、補正量ΔＫｒとして排気還流弁６４Ｒの開度を小さい開度に変更する値が、また補正量ΔＫｌとして排気還流弁６４Ｌの開度を大きい開度に変更する値がそれぞれ算出される。

一方、還元剤添加時には（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、添加される還元剤の影響によって各質量流量Ｇ１，Ｇ２を精度良く推定することができなくなることから、各質量流量Ｇ１，Ｇ２を推定する処理（ステップＳ１０４）、及び各補正量ΔＫｒ，ΔＫｌに基づいて補正項Ｋｒ，Ｋｌを更新する処理（ステップＳ１０６，Ｓ１０８）が実行されない。この場合には、記憶されている補正項Ｋｒが目標開度ＴａｃＲに、同じく記憶されている補正項Ｋｌが目標開度ＴａｃＬにそれぞれ加算されることによって各目標開度ＴａｃＲ，ＴａｃＬが補正される（ステップＳ１１０）。

このように目標開度ＴａｃＲ，ＴａｃＬの補正が適宜実行された後、それら目標開度ＴａｃＲ，ＴａｃＬに応じて各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌが作動制御される（ステップＳ１１２）。その後、本処理は一旦終了される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）各排気通路４０Ｒ，４０Ｌを流れる排気の質量流量Ｇ１，Ｇ２をそれぞれ個別に推定し、それら質量流量Ｇ１，Ｇ２の差が小さくなるように各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度を制御して、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量を個別に調整するようにした。これにより、機関運転中における各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量のばらつきが抑えられるようになる。したがって、排気からの受熱量の相違や窒素酸化物吸蔵及び硫黄被毒等の進行速度の相違といった、排気浄化触媒間の浄化特性のばらつきを好適に抑制することができるようになる。

（２）各排気温度Ｔ，Ｔ１，Ｔ２及び合流通路４６の排気の質量流量Ｇに基づいて、上記関係式（１８）及び（１９）から、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気の質量流量Ｇ１，Ｇ２を適切に推定することができる。

（３）各排気温度の検出値に対して、排気温度Ｔの検出位置を基準として各温度の検出位置の違いに起因した放熱による温度変化の差異を補償する補正を行った値を、各質量流量Ｇ１，Ｇ２の推定に用いるようにした。このため、より正確に各質量流量Ｇ１，Ｇ２を推定することができる。

（４）合流通路４６の排気の質量流量Ｇを、単位時間当りに燃料噴射弁１４から噴射された燃料の総質量と吸気の質量流量との和として求めるようにした。このため、上記質量流量Ｇを、直接検出せずとも的確に求めることができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・吸気温度による補正等を通じて質量流量を精度良く検出可能であれば、吸入空気量の検出に、体積流量を検出するタイプのエアフロメータや吸気圧センサ等を用いることも可能である。

・排気流量のばらつきを抑制するために双方の排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度を補正するようにしたが、各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度のうち一方のみを補正するようにしてもよい。

・排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度を補正することに代えて、以下の（イ）〜（ハ）に記載の構成を採用することができる。また、各排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度を補正する構成及び（イ）〜（ハ）に記載の構成のうちの２つ以上を組み合わせた構成を採用することもできる。それら構成によっても、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量を個別に調整することが可能である。
（イ）：過給機２４Ｒ，２４Ｌの可変ノズル機構の作動量（ノズル開度）を変更する。

具体的には、排気流量が多い側のバンクに対応する過給機のノズル開度を小さい開度に変更すればよい。これにより、同バンクに対応する過給機の配設部分における排気通路の通路断面積が小さくなって排気マニホールドの内圧が高められて、排気還流量が増量されるようになり、排気流量を減少させることができるようになる。逆に、排気流量が少ない側のバンクに対応する過給機のノズル開度を大きい開度に変更するようにしてもよい。これにより、同バンクに対応する排気マニホールドの内圧を低下させることができ、ひいては排気流量を増加させることができるようになる。なお、同構成にあっては、可変ノズル機構が前記触媒制御手段として機能する。
（ロ）：吸気絞り弁２８Ｒ，２８Ｌの開度を変更する。

具体的には、排気流量が多い側のバンクに対応する吸気絞り弁の開度を小さい開度に変更すればよい。これにより、同バンクに対応する吸気通路の内圧を低下させて排気還流量を増加させることができ、排気流量を減少させることができる。また、これとは逆に、排気流量が少ない側のバンクに対応する吸気絞り弁の開度を大きい開度に変更するようにしてもよい。これにより、同バンクに対応する吸気通路の内圧を上昇させて排気還流量を減少させることができ、排気流量を増加させることができるようになる。同構成にあっては、吸気絞り弁が前記触媒制御手段として機能する。

なお、同構成は、各排気通路内の吸入空気の圧力を個別に変化させる必要があることから、以下に記載する機関システムに限って適用可能である。すなわち、図３に一例を示すように、各バンク１２Ｒ，１２Ｌ毎に独立した排気還流通路８２Ｒ，８２Ｌを有する排気還流装置８０Ｒ，８０Ｌが採用されていること。これに加えて、各バンク１２Ｒ，１２Ｌに吸気通路２０Ｒ，２０Ｌ及び吸気絞り弁２８Ｒ，２８Ｌがそれぞれ個別に設けられ、一方の吸気通路２０Ｒに排気還流通路８２Ｒが、他方の吸気通路２０Ｌに排気還流通路８２Ｌがそれぞれ接続されていることが必須である。
（ハ）：吸気弁や排気弁の開弁時期、閉弁時期、或いはリフト量等といった動弁特性を可変設定する可変動弁機構が設けられた内燃機関にあって、その動弁特性を変更する。

具体的には、排気流量が多い側のバンクに対応する各弁の動弁特性をバルブオーバラップ量が大きくなるように変更して排気通路から燃焼室へと戻される排気の量（排気還流量）を増加させたり、排気流量が少ない側のバンクに対応する各弁の動弁特性をバルブオーバラップ量が小さくなるように変更して排気還流量を減少させたりすればよい。また、排気流量が多い側のバンクに対応する排気弁の開弁時間を短くして排気量を減少させることや、排気流量が少ない側のバンクに対応する排気弁の開弁時間を長くして排気量を増加させることも考えられる。なお、同構成にあっては、可変動弁機構が前記触媒制御手段として機能する。

・また、複数の機関運転領域を設定し、それら領域毎に排気流量差を縮小させるために用いる装置を切り換えることなども可能である。同構成にあっては、例えば機関運転状態に対する影響が少ない装置や、排気流量についての調節量を容易に確保可能な装置を領域毎に選択して用いるようにすればよい。

・可変ノズル式の過給機２４Ｒ，２４Ｌに限らず、その作動量の変更を通じて排気圧力を変化させる或いは排気還流量を変化させることの可能な可変容量型の過給機であれば、排気の流勢を利用して過給を行う他のタイプの過給機や、電動モータによって駆動されるタイプの過給機を用いることもできる。

・排気還流弁６４Ｒ，６４Ｌの開度制御処理に代えて、図４のフローチャートに示す還元剤添加装置５０Ｒ，５０Ｌの添加量制御処理を実行するようにしてもよい。
図４に示すように、この処理では先ず、前述した態様で各排気通路４０Ｒ，４０Ｌを流れる排気の質量流量Ｇ１，Ｇ２が算出される（ステップＳ２００）。その後、質量流量Ｇ１及び第１の排気通路４０Ｒを流れる排気の空燃比に基づいて、第１のバンク１２Ｒに対応する還元剤添加装置５０Ｒからの還元剤添加量についての目標値ＦａＲが算出される（ステップＳ２０２）。これに併せて、質量流量Ｇ２及び第２の排気通路４０Ｌを流れる排気の空燃比に基づいて、第２のバンク１２Ｌに対応する還元剤添加装置５０Ｌからの還元剤添加量についての目標値ＦａＬが算出される。そして、それら目標値ＦａＲ，ＦａＬに応じて各添加弁５２Ｒ，５２Ｌが作動制御される（ステップＳ２０４）。

同構成では、各質量流量Ｇ１，Ｇ２に応じて、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌへの還元剤添加量が個別設定される。このため、たとえ排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌ毎に排気流量が相違する場合でも、排気浄化触媒４４Ｒ，４４Ｌのそれぞれに対して最適な量の還元剤を添加することができるようになる。なお、同構成にあっては、添加弁５２Ｒ，５２Ｌが前記触媒制御手段として機能する。

・上記実施の形態では、還元剤として燃料を添加する還元剤添加装置５０Ｒ，５０Ｌを採用したが、例えば尿素等の他の物質を還元剤として添加する還元剤添加装置を採用することも可能である。

・各排気温度の検出値に対して、排気温度Ｔの検出位置を基準として各温度の検出位置の違いに起因した放熱による温度変化の差異を補償する補正を行った値を、各質量流量Ｇ１，Ｇ２の推定に用いるようにした。この補正の基準とする位置は、排気温度Ｔ１の検出位置や、排気温度Ｔ２の検出位置、その他の位置など、任意に変更可能である。

・各排気温度の検出位置間での排気の放熱による影響が無視できる程度に小さいのであれば、関係式（１６）及び（１７）を通じて、各質量流量Ｇ１，Ｇ２を推定するようにしてもよい。

・各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量の推定方法は、上述した推定方法に限らず、任意に変更可能である。ちなみに排気流量は、排気温度に基づき推定することの他、何れも排気流量と相関の高い排気圧力や過給機の過給圧に基づいて推定することなども可能である。

・各排気温度Ｔ１，Ｔ２の差が小さくなるように、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量を調節するようにしてもよい。ここで、図５に一例を示すように、各排気温度Ｔ１，Ｔ２の差が大きくなるほど各排気通路４０Ｒ，４０Ｌ間の排気流量の差が大きくなることが発明者等によって確認された。したがって、上記構成によれば、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量のばらつきを抑えることができるようになる。また、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気圧力を検出するとともにそれら検出した排気圧力の差が小さくなるように排気流量を可変制御するようにしてもよい。同構成によれば、排気流量が多いときほど高くなる排気圧力についてその各排気通路４０Ｒ，４０Ｌ間での差が小さくなるように排気流量を調節することが可能になり、各排気通路４０Ｒ，４０Ｌの排気流量のばらつきを抑えることができるようになる。また、各過給機２４Ｒ，２４Ｌの過給圧を検出するとともに、それら検出した過給圧の差が小さくなるように排気流量を可変制御すること等も可能である。

・本発明は、Ｖ型の内燃機関に限らず、例えば水平対向型等、複数のバンクを有する内燃機関であれば適用可能である。また、複数のバンクを有する内燃機関に限らず、それぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関であれば、本発明は適用可能である。なお、気筒群は１つの気筒のみからなるものであってもよい。

本発明の一実施の形態が適用される機関システムの概略構成を示すブロック図。 同実施の形態にかかる開度制御処理の具体的な処理手順を示すフローチャート。 本実施の形態の他の実施の形態が適用される機関システムの概略構成を示すブロック図。 本実施の形態の他の実施の形態にかかる添加量制御処理の処理手順を示すフローチャート。 各排気通路間における排気流量の差と排気温度の差との関係の一例を示すグラフ。 機関排気系の各部における排気性状を示す略図。

符号の説明

１０…内燃機関、１２Ｒ…第１のバンク、１２Ｌ…第２のバンク、１４…燃料噴射弁、２０Ｒ…第１の吸気通路、２０Ｌ…第２の吸気通路、２２…エアクリーナ、２４Ｒ，２４Ｌ…過給機、２６Ｒ，２６Ｌ…インタークーラ、２８Ｒ，２８Ｌ…吸気絞り弁、３０…吸気マニホールド、４０Ｒ…第１の排気通路、４０Ｌ…第２の排気通路、４２Ｒ，４２Ｌ…排気マニホールド、４４Ｒ…第１の排気浄化触媒、４４Ｌ…第２の排気浄化触媒、４６…合流通路、５０Ｒ，５０Ｌ…還元剤添加装置、５２Ｒ，５２Ｌ…添加弁、６０Ｒ，６０Ｌ，８０Ｒ，８０Ｌ…排気還流装置、６２Ｒ，６２Ｌ，８２Ｒ，８２Ｌ…排気還流通路、６４Ｒ，６４Ｌ…排気還流弁、７０…電子制御装置、７２Ｒ，７２Ｌ…エアフロメータ、７４Ｒ，７４Ｌ…排気温センサ、７６Ｒ，７６Ｌ…空燃比センサ、７８…排気温センサ。

Claims (6)

1. それぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関に適用される排気浄化装置であって、
   各排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ個別に推定する推定手段と、
   前記推定された各排気浄化触媒の排気流量のそれぞれに応じて、該当する排気浄化触媒の接続された気筒群の制御態様を個別設定する設定手段とを備え、
   当該内燃機関は、第１の排気浄化触媒に接続された第１の気筒群と、その第１の排気浄化触媒とは別の第２の排気浄化触媒に接続された第２の気筒群とを有するとともに、各気筒群の排気がそれぞれ該当する排気浄化触媒の通過後に合流される排気通路を有して構成され、
   前記推定手段は、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ１、前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ２、前記合流後の排気の温度Ｔ及び前記合流後の排気の質量流量Ｇに基づき、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ１及び前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ２を下式（１）及び（２）に基づき算出することで、前記排気流量の推定を行う
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
   Ｇ１＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） …（１）
   Ｇ２＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（２）
2. それぞれ異なる排気浄化触媒に接続された複数の気筒群を有する内燃機関に適用される排気浄化装置であって、
   各排気浄化触媒の排気流量をそれぞれ個別に推定する推定手段と、
   前記各排気浄化触媒の上流側に配置され、それら排気浄化触媒の状態を個別に変更可能な触媒制御手段と、
   前記推定された各排気浄化触媒の排気流量に応じて各触媒制御手段の制御態様を個別設定する設定手段とを備え、
   当該内燃機関は、第１の排気浄化触媒に接続された第１の気筒群と、その第１の排気浄化触媒とは別の第２の排気浄化触媒に接続された第２の気筒群とを有するとともに、各気筒群の排気がそれぞれ該当する排気浄化触媒の通過後に合流される排気通路を有して構成され、
   前記推定手段は、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ１、前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の温度Ｔ２、前記合流後の排気の温度Ｔ及び前記合流後の排気の質量流量Ｇに基づき、前記第１の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ１及び前記第２の排気浄化触媒を通過する排気の質量流量Ｇ２を下式（１）及び（２）に基づき算出することで、前記排気流量の推定を行う
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
   Ｇ１＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２） …（１）
   Ｇ２＝Ｇ・（Ｔ−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１） …（２）
3. 前記各排気の温度Ｔ、Ｔ１、Ｔ２として、それら温度の検出値に対して、各温度の検出位置の違いに起因した放熱による温度変化の差違を補償する補正を行った値を用いる
   請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記合流後の排気の質量流量Ｇは、単位時間当りに内燃機関に噴射された燃料の総質量と吸気の質量流量との和として求められる
   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。
5. 前記設定手段は、前記推定された各排気浄化触媒の排気流量の差が小さくなるように、気筒群毎に排気流量を個別調整する
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記設定手段は、前記推定された各排気浄化触媒の排気流量に基づいて、前記排気浄化触媒に対する還元剤の添加量を気筒群毎に個別設定する
   請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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