JP4566178B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯXを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯXを放出するＮＯX吸蔵触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関において、気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群の排気通路と第２の気筒群の排気通路とを合流させて共通のＮＯX吸蔵触媒に連結した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。この内燃機関では通常、全気筒においてリーン空燃比のもとで燃焼が行われており、このとき発生するＮＯXがＮＯX吸蔵触媒に吸蔵される。一方、ＮＯX吸蔵触媒のＮＯX吸蔵能力が飽和に近づくとＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯX吸蔵触媒からＮＯXが放出され還元される。
ところで燃料および潤滑油内にはイオウが含まれており、従って排気ガス中にはＳＯXが含まれている。このＳＯXはＮＯXと共にＮＯX吸蔵触媒に吸蔵される。ところがこのＳＯXは排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけではＮＯX吸蔵触媒から放出されず、従ってＮＯX吸蔵触媒に吸蔵されているＳＯXの量が次第に増大していく。その結果吸蔵しうるＮＯX量が次第に減少してしまう。従ってＮＯX吸蔵触媒に吸蔵されたＳＯX量が増大したときにはＮＯX吸蔵触媒からＳＯXを放出させる必要がある。
この場合、ＮＯX吸蔵触媒の温度をほぼ６００℃以上のＳＯX放出温度まで上昇させかつＮＯX吸蔵触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯX吸蔵触媒からＳＯXを放出させることができる。ところで上述の内燃機関では第１の気筒群の各気筒の空燃比をリッチとし、第２の気筒群の各気筒の空燃比をリーンにすると第１の気筒群から排出された多量の未燃ＨＣが第２の気筒群から排出された過剰酸素によりＮＯX吸蔵触媒において酸化せしめられ、このときの酸化反応熱によってＮＯX吸蔵触媒の温度を上昇せしめることができる。従って上述の内燃機関ではＮＯX吸蔵触媒からＳＯXを放出するためにＮＯX吸蔵触媒を昇温すべきときには第１の気筒群の全気筒の空燃比をリッチにすると共に第２の気筒群の全気筒の空燃比をリーンにするようにしている。
特開平８−１８９３８８号公報
しかしながらこの内燃機関ではＮＯX吸蔵触媒が各気筒からかなり離れた排気通路内に配置されているためにＮＯX吸蔵触媒の温度は低く、活性化していない場合も多々ある。ところがこのようにＮＯX吸蔵触媒の温度が低く、ＮＯX吸蔵触媒が活性化していないときにＮＯX吸蔵触媒を昇温すべく一方の気筒群の空燃比をリッチとし、他方の気筒群の空燃比をリーンにすると多量の未燃ＨＣが酸化されることなくＮＯX吸蔵触媒をすり抜けてしまい、斯くして昇温作用が十分に行われないばかりでなく、多量の未燃ＨＣが大気中に排出されるという問題を生ずる。
上記問題点を解決するために本発明によれば、気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群に対して共通の第１の排気通路内および第２の気筒群に対して共通の第２の排気通路内に夫々酸化機能を有する前段触媒が配置されており、第１の排気通路および第２の排気通路が夫々対応する前段触媒の下流において酸化機能を有する共通の後段触媒に連結されている内燃機関の排気浄化装置において、後段触媒を昇温すべきときには各気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにしつついずれか一方の気筒群における平均空燃比をリッチにしかつ他方の気筒群における平均空燃比をリーンにし、前段触媒および後段触媒の双方における酸化反応熱により後段触媒を昇温させるようにしている。
後段触媒を昇温する際に未燃ＨＣが大気中に排出されるのを抑制することができる。
図１は本発明をＶ型６気筒火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、言うまでもないが本発明は直列６気筒内燃機関等の直列型内燃機関に適用することもできるし、６気筒以外の気筒数の内燃機関にも適用することができる。
図１を参照すると、一方のバンクには点火順序が一つおきの１番気筒＃１、３番気筒＃３および５番気筒＃５の３つの気筒３からなる第１の気筒群１が形成されており、他方のバンクには点火順序が一つおきの２番気筒＃２、４番気筒＃４および６番気筒＃６の３つの気筒３からなる第２の気筒群２が形成されている。第１気筒群１および第２気筒群２の各気筒３は共通の吸気マニホルド４に連結され、吸気マニホルド４の入口部はエアフローメータ５を介してエアクリーナ６に連結される。吸気マニホルド４の入口部にはアクチュエータ７によって開閉制御されるスロットル弁が配置される。
一方、第１気筒群１の各気筒＃１，＃３，＃５は共通の第１の排気マニホルド９ａを介して酸化機能を有する前段触媒１０ａの入口部に連結され、第２気筒群２の各気筒＃２，＃４，＃６は共通の第２の排気マニホルド９ｂを介して酸化機能を有する前段触媒１０ｂの入口部に連結される。前段触媒１０ａの出口部および前段触媒１０ｂの出口部は夫々対応する排気管１１ａ，１１ｂを介して酸化機能を有する共通の後段触媒１２の入口部に連結される。本発明による実施例では前段触媒１０ａおよび前段触媒１０ｂは夫々三元触媒からなり、後段触媒１２はＮＯX吸蔵触媒からなる。
電子制御ユニット２０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス２１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２４、入力ポート２５および出力ポート２６を具備する。前段触媒、即ち三元触媒１０ａ，１０ｂの入口部には夫々空燃比センサ１３ａ，１３ｂが配置され、後段触媒、即ちＮＯX吸蔵触媒１２の入口部にも空燃比センサ１４が配置される。これらの空燃比センサ１３ａ，１３ｂ，１４の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。
アクセルペダル３０にはアクセルペダル３０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ３１が接続され、負荷センサ３１の出力電圧は対応するＡＤ変換器２７を介して入力ポート２５に入力される。更に入力ポート２５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３２が接続される。一方、出力ポート２６は対応する駆動回路２８を介してスロットル弁８のアクチュエータ７および各気筒＃１〜＃６に夫々燃料を供給するための燃料噴射弁３４に接続される。
次にＮＯX吸蔵触媒１２について説明する。ＮＯX吸蔵触媒１２の基体上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図２はこの触媒担体４０の表面部分の断面を図解的に示している。図２に示されるように触媒担体４０の表面上には貴金属触媒４１が分散して担持されており、更に触媒担体４０の表面上にはＮＯX吸収剤４２の層が形成されている。
本発明による実施例では貴金属触媒４１として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯX吸収剤４２を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室およびＮＯX吸蔵触媒１２上流の排気通路内に供給された空気および燃料の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯX吸収剤４２は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯXを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯXを放出するＮＯXの吸放出作用を行う。
即ち、ＮＯX吸収剤４２を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図２に示されるように白金Ｐｔ４１上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯX吸収剤４２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯX吸収剤４２内に拡散する。このようにしてＮＯXがＮＯX吸収剤４２内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ４１の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯX吸収剤４２のＮＯX吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯX吸収剤４２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸素濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯX吸収剤４２内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯX吸収剤４２から放出される。次いで放出されたＮＯXは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯXがＮＯX吸収剤４２内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯX吸収剤４２のＮＯX吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯX吸収剤４２によりＮＯXを吸収できなくなってしまう。従って本発明による実施例ではＮＯX吸収剤４２の吸収能力が飽和する前に排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯX吸収剤４２からＮＯXが放出せしめられる。
ところで排気ガス中にはＳＯX、即ちＳＯ2が含まれており、このＳＯ2がＮＯX吸蔵触媒１２に流入するとこのＳＯ2は白金Ｐｔ４１において酸化されてＳＯ3となる。次いでこのＳＯ3はＮＯX吸収剤４２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ4 2-の形でＮＯX吸収剤４２内に拡散し、安定した硫酸塩ＢａＳＯ4を生成する。しかしながらＮＯX吸収剤４２が強い塩基性を有するためにこの硫酸塩ＢａＳＯ4は安定していて分解しづらく、排気ガスの空燃比を単にリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ4は分解されずにそのまま残る。従ってＮＯX吸収剤４２内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ4が増大し、斯くしてＮＯX吸収剤４２が吸収しうるＮＯX量が低下するのでＮＯX吸収剤４２内の硫酸塩ＢａＳＯ4の量が増大したときにはＮＯX吸収剤４２からＳＯXを放出させる必要がある。
ところでこの場合、ＮＯX吸蔵触媒１２の温度を６００℃以上のＳＯX放出温度まで上昇させた状態でＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするとＮＯX吸収剤４２からＳＯXが放出される。従ってＮＯX吸収剤４２からＳＯXを放出すべきときにはまず初めにＮＯX吸蔵触媒１２の温度をＳＯX放出温度まで上昇させるＮＯX吸蔵触媒１２の昇温制御が行われ、次いでＮＯX吸蔵触媒１２の温度をＳＯX放出温度に保持しつつＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯX放出制御が行われる。
次に図３から図５を参照しつつ本発明の実施例において行われているＮＯX放出制御およびＳＯX放出制御の全体について概略的に説明する。
機関から排出されるＮＯX量は機関の運転状態に応じて変化し、斯くしてＮＯX吸収剤４２に吸収されるＮＯX量も機関の運転状態に応じて変化する。従って本発明による実施例ではＮＯX吸蔵触媒１２に単位時間当り吸蔵されるＮＯX量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図３（Ａ）に示すマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されており、このＮＯX量ＮＯＸＡを積算することによってＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されたＮＯX量ΣＮＯＸが算出される。本発明による実施例では図４に示されるようにこのＮＯX量ΣＮＯＸが許容値ＮＸに達する毎にＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比Ａ／Ｆが一時的にリッチにされ、それによってＮＯX吸蔵触媒１２からＮＯXが放出される。
一方、燃料中には或る割合でイオウが含まれており、従って排気ガス中に含まれるＳＯX量、即ちＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されるＳＯX量は燃料噴射量に比例する。燃料噴射量は要求トルクおよび機関回転数の関数であり、従ってＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されるＳＯX量も要求トルクおよび機関回転数の関数となる。本発明による実施例ではＮＯX吸蔵触媒１２に単位時間当り吸蔵されるＳＯX量ＳＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図３（Ｂ）に示されるようなマップの形で予めＲＯＭ２２内に記憶されており、このＳＯX量ＳＯＸＡを積算することによってＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されたＳＯX量ΣＳＯＸが算出される。本発明による実施例では図４に示されるようにこのＳＯX量ΣＳＯＸが許容値ＳＸに達したときにはＮＯX吸蔵触媒１２の温度ＴがＳＯX放出温度ＴＸまで上昇せしめられ、ＮＯX吸蔵触媒１２の温度ＴがＳＯX放出温度ＴＸに保持された状態でＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比がリッチとされる。
図５はＮＯX吸蔵触媒１２に対する処理ルーチンを示している。
図５を参照するとまず初めにステップ５０において図３（Ａ）に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯX量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ５１ではこのＮＯＸＡがＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯX量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ５２では吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ５３に進んで燃料噴射量を増量することによりＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。
図５を参照するとまず初めにステップ５０において図３（Ａ）に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＮＯX量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ５１ではこのＮＯＸＡがＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されているＮＯX量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ５２では吸蔵ＮＯX量ΣＮＯＸが許容値ＮＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＮＸとなったときにはステップ５３に進んで燃料噴射量を増量することによりＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリーンからリッチに切換えるリッチ処理が行われ、ΣＮＯＸがクリアされる。
次いでステップ５４では図３（Ｂ）に示すマップから単位時間当り吸蔵されるＳＯX量ＳＯＸＡが算出される。次いでステップ５５ではこのＳＯＸＡがＮＯX吸蔵触媒１２に吸蔵されているＳＯX量ΣＳＯＸに加算される。次いでステップ５６では吸蔵ＳＯX量ΣＳＯＸが許容値ＳＸを越えたか否かが判別され、ΣＳＯＸ＞ＳＸとなったときにはステップ５７に進んでＮＯX吸蔵触媒１２の温度ＴをＳＯX放出温度ＴＸまで上昇させる昇温制御が行われる。次いでステップ５８ではＮＯX吸蔵触媒１２の温度をＳＯX放出温度ＴＸに維持しつつＮＯX吸蔵触媒１２に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするＳＯX放出制御が行われ、ΣＳＯＸがクリアされる。
さて、本発明では図５のステップ５７においてＮＯX吸蔵触媒１２の温度をＳＯX放出温度ＴＸまで上昇させる際に各気筒３における空燃比を種々に変化させている。このことを説明するために図６の（Ｉ），（II）および（III）には図１にされる第１の気筒群１と第２の気筒群２のみを取出して図解的に表した機関本体が示されている。
なお、図６の（Ｉ），（II）および（III）では発明を理解しやすいように理論空燃比のときの燃料の量を１．０としたときの燃料量でもって各気筒＃１〜＃６におけるリッチの度合およびリーンの度合を表しており、１．０に対して数値が大きくなるほどリッチの度合が高くなり、１．０に対して数値が小さくなるほどリーンの度合が大きくなる。
なお、各気筒＃１〜＃６に示されている数値と空燃比との関係を下表に示す。
気筒に示された数値 空燃比 呼称
１．３ １１．２ 強リッチ
１．１５ １２．６ 弱リッチ
０．８５ １７．１ 弱リーン
０．７ ２０．７ 強リーン
上表の呼称の欄に記載されているように気筒に示された数値が１．３，１．１５，０．８５，０．７であるとき、以下夫々強リッチ、弱リッチ、弱リーン、強リーンと称する。
気筒に示された数値 空燃比 呼称
１．３ １１．２ 強リッチ
１．１５ １２．６ 弱リッチ
０．８５ １７．１ 弱リーン
０．７ ２０．７ 強リーン
上表の呼称の欄に記載されているように気筒に示された数値が１．３，１．１５，０．８５，０．７であるとき、以下夫々強リッチ、弱リッチ、弱リーン、強リーンと称する。
図７は本発明による昇温制御の一実施例を示している。図７において縦軸ＴはＮＯX吸蔵触媒１２の温度を示しており、横軸は経過時間を示している。なお、図７は、昇温制御が開始されるときのＮＯX吸蔵触媒１２の温度ＴがＳＯX放出温度ＴＸに比べてかなり低い場合を示している。次に図６および図７を参照しつつ本発明による昇温制御について説明する。
従来では昇温制御が開始されると、図６の（III）に示されるように一方の気筒群、例えば第１の気筒群１の全気筒＃１，＃３，＃５が強リッチとされ、他方の気筒群、例えば第２の気筒群２の全気筒＃２，＃４，＃６が強リーンとされる。このように第１の気筒群１の全気筒＃１，＃３，＃５が強リッチにされると第１の気筒群１からは多量の未燃ＨＣが排出され、第２の気筒群２の全気筒＃２，＃４，＃６が強リーンにされると第２の気筒群２からは多量の過剰酸素が排出されるのでこのときＮＯX吸蔵触媒１２が活性化していればＮＯX吸蔵触媒１２において強力な酸化反応熱が発生し、斯くしてＮＯX吸蔵触媒１２が急速に昇温せしめられることになる。
ところがこのときＮＯX吸蔵触媒１２が活性化していない場合には多量の未燃ＨＣが酸化されることなくＮＯX吸蔵触媒１２をすり抜け、大気中に排出されることになる。そこで本発明ではＮＯX吸蔵触媒１２を昇温すべきときにＮＯX吸蔵触媒１２が活性化していないときには図６の（Ｉ）に示されるように、一方の気筒群、例えば第１の気筒群１の全気筒＃１，＃３，＃５の平均空燃比がほぼ理論空燃比となるように第１の気筒群１のうちの２つの気筒＃１，＃３が弱リッチにされると共に１つの気筒＃５が強リーンとされ、他方の気筒群、例えば第２の気筒群２の全気筒＃２，＃４，＃６の平均空燃比がほぼ理論空燃比となるように第２の気筒群２のうちの２つの気筒＃２，＃４が弱リーンにされると共に１つの気筒＃６が強リッチとされる。
ところで各前段触媒、即ち各三元触媒１０ａ，１０ｂはＮＯX吸蔵触媒１２に比べて各気筒＃１〜＃６の近くに位置しているために常に比較的高温の排気ガスと接触しており、斯くしてこれら三元触媒１０ａ，１０ｂは通常活性化している。従って上述の如く一部の気筒がリッチにされ、一部の気筒がリーンにされるとリッチ気筒から排出された未燃ＨＣがリーン気筒から排出された過剰酸素により対応する三元触媒１０ａ，１０ｂ上において酸化せしめられる。その結果、この三元触媒１０ａ，１０ｂ上における酸化作用による酸化反応熱によって三元触媒１０ａ，１０ｂを流通する排気ガスの温度が上昇せしめられ、斯くして温度上昇した排気ガスによってＮＯX吸蔵触媒１２がすみやかに昇温せしめられることになる。
また、図６の（Ｉ）に示される場合には上述した如く第１の気筒群１の全気筒＃１，＃３，＃５の平均空燃比がほぼ理論空燃比となるように第１の気筒群１のうちの２つの気筒＃１，＃３が弱リッチにされると共に１つの気筒＃５が強リーンとされているので弱リッチの気筒＃１，＃３から排出された大部分の未燃ＨＣは強リーンの気筒＃５から排出される過剰酸素によって酸化せしめられる。
同様に第２の気筒群２の全気筒＃２，＃４，＃６の平均空燃比がほぼ理論空燃比となるように第２の気筒群２のうちの２つの気筒＃２，＃４が弱リーンにされると共に１つの気筒＃６が強リッチとされているので強リッチの気筒＃６から排出された大部分の未燃ＨＣは弱リーンの気筒＃２，＃４から排出される過剰酸素によって酸化せしめられる。従ってＮＯX吸蔵触媒１２に送り込まれる排気ガス中にはほとんど未燃ＨＣが含まれておらず、斯くしてＮＯX吸蔵触媒１２が活性化していなくても大気中にほとんど未燃ＨＣが排出されない。
また、本発明による実施例では図６の（Ｉ）に示される場合、第１の気筒群１の各気筒＃１，＃３，＃５の空燃比は空燃比センサ１３ａの出力信号に基づいて第１の気筒群１の全気筒＃１，＃３，＃５の平均空燃比が理論空燃比となるようにフィードバック制御されており、従って第１の気筒群１から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯXが三元触媒１０ａにおいて同時に低減せしめられる。同様に第２の気筒群２の各気筒＃２，＃４，＃６の空燃比は空燃比センサ１３ｂの出力信号に基づいて第２の気筒群２の全気筒＃２，＃４，＃６の平均空燃比が理論空燃比となるようにフィードバック制御されており、従って第２の気筒群２から排出される排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯXが三元触媒１０ｂにおいて同時に低減せしめられる。
これに対し、図６の（II）に示される例では一方の気筒群、例えば第１の気筒群１の全気筒＃１，＃３，＃５の平均空燃比がリッチとなるように第１の気筒群１のうちの２つの気筒＃１，＃３が強リッチにされると共に１つの気筒＃５が強リーンとされ、他方の気筒群、例えば第２の気筒群２の全気筒＃２，＃４，＃６の平均空燃比がリーンとなるように第２の気筒群２のうちの２つの気筒＃２，＃４が強リーンにされると共に１つの気筒＃６が強リッチとされる。
この例では第１の気筒群１のうちの強リッチの気筒＃１，＃３から排出される未燃ＨＣの一部が強リーンの気筒＃５から排出される過剰酸素によって三元触媒１０ａ上において酸化され、余剰の未燃ＨＣがＮＯX吸蔵触媒１２に送り込まれる。一方、第２の気筒群２のうちの強リッチの気筒＃６から排出される未燃ＨＣが強リーンの気筒＃２，＃４から排出される過剰酸素の一部によって三元触媒１０ｂ上において酸化され、余剰の過剰酸素がＮＯX吸蔵触媒１２に送り込まれる。
この例では各三元触媒１０ａ，１０ｂ上における酸化作用による酸化反応熱でもって三元触媒１０ａ，１０ｂを流通する排気ガスの温度が上昇せしめられ、この温度上昇した排気ガスによってＮＯX吸蔵触媒１２が昇温せしめられる。また、この例ではＮＯX吸蔵触媒１２が活性化していれば第１の気筒群１からＮＯX吸蔵触媒１２に送り込まれた余剰の未燃ＨＣが第２の気筒群２からＮＯX吸蔵触媒１２に送り込まれた余剰の過剰酸素によって酸化され、このＮＯX吸蔵触媒１２上における酸化作用による酸化反応熱によってもＮＯX吸蔵触媒１２が昇温せしめられる。
以上の説明からわかるように図６の（Ｉ）に示す例では三元触媒１０ａ，１０ｂ上における酸化反応熱によってＮＯX吸蔵触媒１２が昇温せしめられ、図６の（II）に示す例では三元触媒１０ａ，１０ｂ上およびＮＯX吸蔵触媒１２上の双方における酸化反応熱によってＮＯX吸蔵触媒１２が昇温せしめられ、図６の（III）に示す例ではＮＯX吸蔵触媒１２上における酸化反応熱によってＮＯX吸蔵触媒１２が昇温せしめられる。
図７に示される実施例ではＮＯX吸蔵触媒１２の温度Ｔが予め定められた第１の温度ＴＸ1、例えば４００℃程度よりも低いときには図６の（Ｉ）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされ、ＮＯX吸蔵触媒１２の温度Ｔが第１の温度ＴＸ1よりも高く、予め定められた第２の温度ＴＸ2、例えば５００℃程度よりも低いときには図６の（II）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされ、ＮＯX吸蔵触媒１２の温度Ｔが第２の温度ＴＸ2よりも高いときには図６の（III）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされる。なお、ＮＯX吸蔵触媒１２は三元触媒の機能も有しており、従って図６（III）に示される場合には全気筒＃１〜＃６の平均空燃比が理論空燃比となるように空燃比センサ１４の出力信号に基づいて全気筒＃１〜＃６の空燃比がフィードバック制御される。
図８は図７に示される昇温制御を実行するために図５のステップ５７において行われる昇温制御のルーチンを示している。
図８を参照するとまず初めにステップ６０においてＮＯX吸蔵触媒１２の温度Ｔが第１の温度ＴＸ1よりも低いか否かが判別される。Ｔ＜ＴＸ1のときにはステップ６１に進んで図６の（Ｉ）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされる。次いでステップ６５に進んで昇温制御が完了したか否かが判別され、完了していないときにはステップ６０に戻る。
図８を参照するとまず初めにステップ６０においてＮＯX吸蔵触媒１２の温度Ｔが第１の温度ＴＸ1よりも低いか否かが判別される。Ｔ＜ＴＸ1のときにはステップ６１に進んで図６の（Ｉ）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされる。次いでステップ６５に進んで昇温制御が完了したか否かが判別され、完了していないときにはステップ６０に戻る。
ステップ６０においてＴ≧ＴＸ1であると判別されたときにはステップ６２に進んでＮＯX吸蔵触媒１２の温度Ｔが第２の温度ＴＸ2よりも低いか否かが判別される。Ｔ＜ＴＸ2のときにはステップ６３に進んで図６の（II）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされ、次いでステップ６５に進む。一方、ステップ６２においてＴ≧ＴＸ2であると判別されたときにはステップ６４に進んで図６の（III）に示されるリーン・リッチ気筒配列とされ、次いでステップ６５に進む。ステップ６５において昇温制御が完了したと判断されたときには図５のステップ５８に進む。
なお、図７に示される昇温制御において図６の（II）に示されるリーン・リッチ気筒配列を省略し、図６の（Ｉ）に示されるリーン・リッチ気筒配列から図６の（III）に示されるリーン・リッチ気筒配列に切換えることもできる。また、昇温制御時に図６の（II）に示されるリーン・リッチ気筒配列のみを用いてＮＯX吸蔵触媒１２を昇温させることもできる。
１ 第１の気筒群
２ 第２の気筒群
３ 気筒
９ａ 第１の排気マニホルド
９ｂ 第２の排気マニホルド
１０ａ，１０ｂ 前段触媒
１２ 後段触媒
２ 第２の気筒群
３ 気筒
９ａ 第１の排気マニホルド
９ｂ 第２の排気マニホルド
１０ａ，１０ｂ 前段触媒
１２ 後段触媒
Claims (7)
- 気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群に対して共通の第１の排気通路内および第２の気筒群に対して共通の第２の排気通路内に夫々酸化機能を有する前段触媒が配置されており、第１の排気通路および第２の排気通路が夫々対応する前段触媒の下流において酸化機能を有する共通の後段触媒に連結されている内燃機関の排気浄化装置において、後段触媒を昇温すべきときには各気筒の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにしつついずれか一方の気筒群における平均空燃比をリッチにしかつ他方の気筒群における平均空燃比をリーンにし、前段触媒および後段触媒の双方における酸化反応熱により後段触媒を昇温させるようにした内燃機関の排気浄化装置。
- 全気筒の平均空燃比がほぼ理論空燃比とされる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 後段触媒を昇温すべきときに後段触媒の温度が予め定められた第１の温度よりも低いときには第１の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにしかつ第２の気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにして各前段触媒での酸化反応熱により後段触媒を昇温させ、後段触媒の温度が上記第１の温度よりも高くかつ予め定められた第２の温度よりも低いときに各気筒群の中の一部の気筒の空燃比をリッチにすると共に一部の気筒の空燃比をリーンにしつついずれか一方の気筒群における平均空燃比をリッチにしかつ他方の気筒群における平均空燃比をリーンにして前段触媒および後段触媒の双方における酸化反応熱により後段触媒を昇温させ、後段触媒の温度が上記第２の温度よりも高くなったときには第１の気筒群と第２の気筒群のうちのいずれか一方の気筒群の全気筒の空燃比をリッチにすると共に他方の気筒群の全気筒の空燃比をリーンにして後段触媒での酸化反応熱により後段触媒を昇温させるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 後段触媒の温度が上記第１の温度よりも低く前段触媒での酸化反応熱により後段触媒が昇温せしめられているときには各気筒群における平均空燃比が夫々ほぼ理論空燃比とされる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 後段触媒の温度が上記第２の温度よりも高くなって後段触媒での酸化反応熱により後段触媒が昇温せしめられているときには全気筒の平均空燃比がほぼ理論空燃比とされる請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記前段触媒が三元触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記後段触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯ X を吸蔵し流入する排気ガスの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 吸蔵触媒からなる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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