JP4635853B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関する。より具体的には、複数の気筒群を備える内燃機関の、各気筒群の排気通路が集合して接続するリーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分を除去する硫黄被毒回復制御を実行する内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、特開２０００−３３７１３７号には、複数のバンク（気筒群）と、複数のバンクからの排気通路の排気を集合させる排気通路に設置されたリーンＮＯｘ触媒（リア三元触媒）を有する内燃機関が開示されている。この内燃機関において、リーンＮＯｘ触媒は、内燃機関をリーン空燃比で運転した場合に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する一方、ストイキまたはリッチ空燃比で運転した場合には吸蔵されたＮＯｘを放出還元する作用を有している。しかし、リーンＮＯｘ触媒には、ＮＯｘが吸蔵されると共に、燃料中に含まれる硫黄成分が吸蔵されてしまう場合がある。リーンＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分が増加すると、リーンＮＯｘ触媒の浄化率が低下するという不具合が生じる場合がある。このため、リーンＮＯｘ触媒の浄化率が許容範囲を越えて低下する前に、リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分を除去する硫黄被毒回復制御を行う必要がある。

リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分は、リーンＮＯｘ触媒の温度を高温にし、空燃比をリッチあるいはストイキに制御することで除去される。上記従来技術においては、硫黄被毒回復制御の際、リーンＮＯｘ触媒の温度を硫黄成分除去可能な温度（以下「硫黄脱離温度」とする）に昇温するため、１のバンクの空燃比をリッチになるように制御し、他のバンクの空燃比をリーンになるように制御し、更に、リーンＮＯｘ触媒に流入する排気全体としては理論空燃比になるように制御する。これにより、リーンＮＯｘ触媒の上流のフロント三元触媒からは触媒反応に寄与しない余剰の未燃焼燃料成分と酸素とが流出し、これらがリーンＮＯｘ触媒に流入する。その結果、リーンＮＯｘ触媒では未燃焼燃料と酸素との反応が促進され触媒温度が上昇する。またこのとき、リーンＮＯｘ触媒に流入する排気全体としてはストイキ空燃比付近に制御されている。従って上記従来技術の硫黄被毒回復制御によれば、各バンクをリッチあるいはリーン空燃比に制御することにより、触媒温度を硫黄脱離温度に上昇させ、ストイキ空燃比下で硫黄成分を効率よく還元、放出することができるものとしている。

特開２０００−３３７１３７号公報 特開２００３−１２０３６５号公報 特開平１１−３５１０４８号公報

しかし、特にリーン空燃比に制御されているバンクから排出される排気温は低く、更に、三元触媒による排気浄化のため三元触媒下流における排気温は低くなっている。従って、リーンＮＯｘ触媒へ流入する排気ガス温度は低い状態となる。このような状況下で、未燃焼燃料と酸素との反応によりリーンＮＯｘ触媒を硫黄脱離温度にまで昇温させるためには長時間を要することとなる。一方、上記従来技術における硫黄被毒回復制御中、各バンクからの排気ガスはリッチあるいはリーン空燃比に制御されているため、フロント三元触媒の浄化率は低下することとなる。従って、硫黄被毒回復制御中の排気ガスの浄化は、主にリーンＮＯｘ触媒による浄化に頼られることとなる。従って、硫黄被毒回復制御に長時間を要することは、浄化率向上やエミッション低減の観点からは好ましいものではない。

従って、この発明においては、リーンＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御時に、リーンＮＯｘ触媒の昇温時間を短縮するように改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、２以上の気筒群と、前記気筒群のそれぞれに接続する排気通路が集合して接続するリーンＮＯｘ触媒と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分を除去するように前記内燃機関を制御する硫黄成分除去制御手段と、
前記硫黄成分除去に先立って、前記リーンＮＯｘ触媒の温度を昇温させるように前記内燃機関を制御する触媒昇温制御手段と、を備え、
前記硫黄成分除去制御手段は、
前記リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分の除去を行う際に、前記気筒群のうちいずれかの気筒群の空燃比の制御目標値を理論空燃比よりリッチになるように設定し、他の気筒群の空燃比の制御目標値を理論空燃比よりリーンになるように設定する、リッチ/リーン空燃比設定手段を備え、
前記触媒昇温制御手段は、前記気筒群の各気筒の点火時期を遅角する点火時期遅角手段を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記触媒昇温制御手段は、
前記硫黄成分除去制御手段により硫黄成分を除去する際の、スロットルバルブの開度を推定する開度推定手段と、
前記推定されたスロットルバルブの開度に応じて、前記スロットルバルブの開度を制御する開度制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記触媒昇温制御手段は、前記硫黄成分除去制御手段により硫黄成分を除去する際の、発生トルクを推定するトルク推定手段を備え、
前記点火時期遅角手段は、前記推定されたトルクに応じて、前記点火時期を遅角させることを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記内燃機関は、前記気筒群の各気筒に配置され、それぞれ前記気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタを備え、
前記触媒昇温制御手段は、前記筒内インジェクタから、前記各気筒の圧縮行程において、燃料が前記気筒内に直接噴射されるように制御する燃料噴射時期制御手段を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、前記内燃機関は、
前記筒内インジェクタに供給する燃料を保持する燃料タンクと、
前記燃料タンクからの蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、
前記蒸発燃料を含むパージガスを、前記キャニスタから吸気通路に流入させるパージ機構と、を備え、
前記吸気通路に供給されるパージガス濃度を学習するパージガス濃度学習手段を備えることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記パージガス濃度が判定濃度以下か否かを判定するパージガス濃度判定手段を備え、
前記触媒昇温制御手段は、前記パージガス濃度が判定濃度以下であると認められた場合にのみ、前記リーンＮＯｘ触媒の昇温制御を実行することを特徴とする。

第７の発明は、第６の発明において、前記パージガス濃度が判定濃度以下であると認められるまでの間、前記パージガスを吸気通路に流入させる際の目標パージ率を、運転条件に応じて設定される基本の目標パージ率よりも、高いパージ率に設定する高パージ率設定手段を備えることを特徴とする。

第８の発明は、第４から第７のいずれかの発明において、前記内燃機関は、
前記筒内インジェクタに供給する燃料を保持する燃料タンクと、
前記燃料タンクからの蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、
前記蒸発燃料を含むパージガスを、前記キャニスタから吸気通路に流入させるパージ機構と、を備え、
前記触媒昇温制御手段は、前記パージガスを吸気通路に流入させる際の目標パージ率を、運転条件に応じて設定される基本の目標パージ率よりも、低いパージ率に設定する低パージ率設定手段を備えることを特徴とする。

第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、前記触媒昇温制御手段は、
前記気筒群のうちいずれかの気筒群の空燃比の制御目標値を、前記硫黄除去制御の際のリッチ率よりも小さい比率で、理論空燃比よりリッチに設定し、他の気筒群の空燃比の制御目標値を、前記硫黄除去制御の際のリーン率よりも小さい比率で、理論空燃比よりもリーンに設定する、弱リッチ/弱リーン空燃比設定手段を備えることを特徴とする。

第１０の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、前記触媒昇温制御手段は、前記全ての気筒群の空燃比の制御目標値を、理論空燃比付近に設定する理論空燃比設定手段を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分を除去する制御を行う前に、気筒群の各気筒の点火時期を遅角するように制御する。これにより、リーンＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの温度を上昇させることができ、硫黄成分除去の制御に先立ってリーンＮＯｘ触媒の温度を上昇させることができる。従って、硫黄成分除去の時間を短時間とすることができ、排気浄化率の向上を図ることができる。

第２の発明によれば、硫黄成分除去の制御に先立って、リーンＮＯｘ触媒の昇温制御を行う際のスロットルバルブの開度を、硫黄成分除去制御の際のスロットルバルブの開度に応じて設定する。従って、触媒の昇温制御から硫黄成分除去の制御に移行する際の空気量の変動を抑えることができ、移行時におけるショックの発生を抑えることができる。

第３の発明によれば、硫黄成分除去の制御に先立って、リーンＮＯｘ触媒の昇温制御を行う際の点火時期遅角量を、硫黄成分除去の制御の際に発生すると推定されるトルクに応じて決定する。従って、触媒の昇温制御から硫黄成分除去の制御に移行する際のトルクの変動を抑えることができ、移行時におけるショックの発生を抑えることができる。

第４の発明によれば、触媒の昇温制御の際には、筒内インジェクタから、気筒の圧縮行程において、燃料が気筒内に直接噴射されるように制御される。従って、触媒の昇温制御において点火時期を大幅に遅角した場合にも、燃焼を安定させることができる。

第５の発明によれば、吸気通路に供給されるパージガス濃度を学習することができる。従って、触媒の昇温制御の際に、筒内の空燃比を予測することができ、予測される空燃比に応じて、燃焼を安定させるように運転条件を選択することができる。

第６の発明によれば、吸気通路に供給されるパージガス濃度が判定濃度以下になるまで、リーンＮＯｘ触媒の昇温制御が禁止される。従って、触媒の昇温制御時の、点火プラグ近傍のオーバーリッチ状態による燃焼不良発生を抑えることができる。

第７の発明によれば、パージガス濃度が判定濃度以下であると認められるまでの間、目標パージ率を、高いパージ率に設定する。従って、より早い段階でパージガス濃度を低くすることができ、硫黄被毒回復制御にかかる時間を短縮化することができる。

第８の発明によれば、触媒の昇温制御中、目標パージ率を低いパージ率に設定する。従って、気筒内の空燃比がオーバーリッチ状態となることを防ぐことができ、燃焼不良の発生を抑えることができる。

第９の発明によれば、触媒の昇温制御中、気筒群のうちいずれかの気筒群の空燃比の制御目標値を、硫黄除去制御の際のリッチ率よりも小さい比率で、理論空燃比よりリッチに設定し、他の気筒群の空燃比の制御目標値を、硫黄除去制御の際のリーン率よりも小さい比率で、理論空燃比よりもリーンに設定する。従って、触媒昇温制御において、点火時期の遅角によるリーンＮＯｘ触媒の昇温効果と共に、リーンＮＯｘ触媒における未燃焼成分と酸素との反応により昇温させることができ、より早い段階でリーンＮＯｘ触媒を昇温させることができる。

第１０の発明によれば、触媒の昇温制御中、全ての気筒群の空燃比の制御目標値を、理論空燃比付近に設定する。従って、リーンＮＯｘ触媒を所定の温度に昇温させるまでの間、排気浄化率を上昇させることができ、エミッションの低減を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
[実施の形態１のシステム構成]
図１は、この発明の実施の形態１の制御システムを説明するための模式図である。図１に示すシステムは内燃機関２を備えている。内燃機関２は、第１バンク、第２バンクの２つのバンクを備え、２つのバンクのそれぞれは、気筒４ａ、４ｂを有する。なお、図１においては、第１、第２バンクのそれぞれに属する気筒４ａ、４ｂの断面のみを表しているが、第１、第２バンクはそれぞれ複数の気筒を備えている。各気筒４ａ、４ｂのそれぞれにはピストン６が配置されている。ピストン６はその表面に窪みを有する。ピストン６は、コンロッド８を介してクランクシャフト（図示せず）に接続されている。クランクシャフトの近傍には、内燃機関２の機関回転数に応じた出力を発する回転数センサ１０が配置されている。

気筒４ａ、４ｂ内のピストン６上部には燃焼室１２が設けられている。燃焼室１２の天井部（シリンダヘッド）中央には、点火プラグ１４が、その先端のギャップを燃焼室１２内に突出させるようにして組み付けられている。燃焼室１２の側部には、筒内インジェクタ１６が燃焼室１２内に突出するように組み付けられている。各気筒４ａ、４ｂの燃焼室１２の天井部には、吸気ポート１８ａ、１８ｂ及び排気ポート２０ａ、２０ｂがそれぞれ連通している。吸気ポート１８ａ、１８ｂにはそれぞれ、吸気ポート１８ａ、１８ｂを開閉する吸気バルブ２２が備えられている。排気ポート２０ａ、２０ｂには、それぞれ排気ポート２０ａ、２０ｂを開閉する排気バルブ２４が備えられている。

上記のように内燃機関２の第１バンクに属する各気筒４ａの吸気ポート１８ａは、共通の吸気マニホルド２６ａに接続されている。また第２バンクに属する各気筒４ｂの吸気ポート１８ｂは、共通の吸気マニホルド２６ｂに接続されている。吸気マニホルド２６ａ、２６ｂは、共通の吸気通路２８に接続されている。吸気通路２８には電子制御式のスロットルバルブ３０が設けられている。スロットルバルブ３０はその開度を変更することにより、吸気通路２８内に流入する空気量を調整する。スロットルバルブ３０の開度は、アクチュエータを介して、アクセル操作などによる加減速要求等に基づいて電気的に制御される。すなわち、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することができる。スロットルバルブ３０の上流において吸気通路２８には、エアフロメータ３２が配置されている。エアフロメータ３２は、吸気通路２８内に流入する空気流量に応じた出力を発する。

内燃機関２は、筒内インジェクタ１６に接続する高圧燃料ポンプ３４を備える。高圧燃料ポンプ３４は、燃料タンク３６に接続されている。燃料タンク３６は、ベーパ通路３８を介して、キャニスタ４０に接続されている。キャニスタ４０には、パージ通路４２が接続されている。パージ通路４２の途中にはＶＳＶ（パージ制御弁）４４が設けられている。パージ通路４２の一端は、吸気通路２８に接続されている。このシステムにおいて、燃料タンク３６内で発生した蒸発燃料（ベーパ）の一部は、ベーパ通路３８を介してキャニスタ４０に導入される。キャニスタ４０は蒸発燃料を吸着保持する。キャニスタ４０内に吸着された蒸発燃料は、内燃機関２の運転中にパージ通路４２を介して吸気通路２８に供給される。

第１バンクに属する各気筒４ａの排気ポート２０ａは、共通の排気マニホルド５０ａに接続されている。第２バンクに属する排気ポート２０ｂは、共通の排気マニホルド５０ｂに接続されている。各排気マニホルド５０ａ、５０ｂのそれぞれには、空燃比センサ５２ａ、５２ｂが取り付けられている。空燃比センサ５２ａ、５２ｂは、排気空燃比に応じた出力を発する。排気マニホルド５０ａ、５０ｂは、それぞれ、三元触媒５４ａ、５４ｂに接続されている。三元触媒５４ａ、５４ｂの下流側にはそれぞれ、排気通路５６ａ、５６ｂの一端が接続されている。排気通路５６ａ、５６ｂのそれぞれには、空燃比センサ５８ａ、５８ｂが取り付けられている。空燃比センサ５８ａ、５８ｂは、排気空燃比に応じた出力を発する。排気通路５６ａ、５６ｂの下流側の端部は集合して、共通のリーンＮＯｘ触媒６０に接続されている。リーンＮＯｘ触媒６０の下流側には排気通路６２の一端が接続されている。排気通路６２には空燃比センサ６４が取り付けられている。

内燃機関２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０は、回転数センサ１０、スロットルバルブ３０、エアフロメータ３２、空燃比センサ５２ａ、５２ｂ、５８ａ、５８ｂ、６４、アクセルポジションセンサ等から、内燃機関２の制御に必要な情報を取得する。また、取得した情報に基づいて、クランクシャフト、ＶＶＴ機構、点火プラグ１４の点火時期、筒内インジェクタ１６からの燃料噴射量と噴射のタイミング、スロットルバルブ３０の開度及びＶＳＶ４４の開度等を制御する。

以上のように構成された内燃機関２において、三元触媒５４ａ、５４ｂはストイキ空燃比時に最大の転換効率で排気中のＮＯｘを還元し、かつＨＣ、ＣＯを酸化する。一方、リーンＮＯｘ触媒６０は、ストイキ空燃比時に最大の転換効率で、ＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行うと共に、リーン空燃比時に、排気中に含まれるＮＯｘをその内部に吸蔵し、ストイキあるいはリッチ空燃比時などの排気中の酸素濃度が低下したときに、ＮＯｘを脱離して、かつ排気中に含まれるＨＣ、ＣＯにより、脱離したＮＯｘを還元する。

[実施の形態１における基本的な硫黄被毒回復制御について]
ところが、リーンＮＯｘ触媒６０は、燃料中に含まれるＳＯｘ等の硫黄成分（以下、「Ｓ成分」とする）を、ＮＯｘの代わりに硫酸塩として内部に吸蔵する。リーンＮＯｘ触媒６０がＳ成分を吸蔵すると、排気中のＮＯｘが吸蔵されにくくなり、触媒の浄化率が低下する場合がある。従って、リーンＮＯｘ触媒６０の浄化性能を維持するため、Ｓ成分の吸蔵量が許容範囲を越える前に、Ｓ成分を除去する制御（硫黄被毒回復制御）を実行する。

リーンＮＯｘ触媒６０に吸蔵したＳ成分は、リーンＮＯｘ触媒６０が高温であり、かつ導入される排気ガスがストイキ空燃比又はリッチ空燃比の場合に、還元、放出される。従って、リーンＮＯｘ触媒６０の硫黄被毒回復制御を行う際には、リーンＮＯｘ触媒６０の温度をＳ成分の還元可能な温度（以下「硫黄脱離温度」とする）にまで昇温すると共に、リーンＮＯｘ触媒６０に流入するガス（以下「入ガス」とする）の空燃比をストイキ空燃比あるいはリッチ空燃比となるように制御する。具体的に、実施の形態１では、第１又は第２バンクのいずれか一方のバンクからの排気ガスの空燃比がリッチになるように制御し、他方のバンクからの排気ガスの空燃比がリーンとなるように制御し、更に、両方の排気ガス合流後の空燃比がストイキ空燃比近傍になるように制御する（以下「バンク制御」とする）。その結果、それぞれ第１、第２バンクに接続する三元触媒５４ａ、５４ｂからは、触媒反応に寄与しないＨＣ、ＣＯを含む余剰の未燃料、あるいは酸素が流出し、これらがリーンＮＯｘ触媒６０に流れ込む。リーンＮＯｘ触媒６０では未燃焼燃料と酸素との反応が促進され、これによりリーンＮＯｘ触媒６０の温度が上昇する。また、このとき、リーンＮＯｘ触媒６０において合流した排気ガスは、ストイキ空燃比近傍に制御されている。従って、以上のバンク制御により、リーンＮＯｘ触媒６０に吸蔵したＳ成分を除去することができる。

しかしながら、バンク制御中、特にリーン空燃比で運転されているバンク（以下「リーンバンク」とする。また、リッチ空燃比で運転されているバンクを「リッチバンク」とする）では排気温が低く、また三元触媒５４ａ、５４ｂによる排気浄化のため、リーンＮＯｘ触媒６０への入ガス温度は低い状態にある。このような状況下で、未燃焼燃料と酸素との反応によりリーンＮＯｘ触媒６０を硫黄離脱温度である６５０〜７００℃程度にまで上昇させるためには、長時間を要すると考えられる。また、硫黄脱離温度に達するまでの間はＳ成分を脱離させることができない。従って、上記のようなバンク制御のみでＳ成分の除去を行うとすると、Ｓ成分の除去完了までには長時間を要することとなる。

上記したように三元触媒５４ａ、５４ｂは、ストイキ空燃比時に最大の転換効率で排気ガスを浄化する。しかし、バンク制御を行う場合、バンクごとの排気マニホルド５０ａ、５０ｂの下流に接続する各三元触媒５４ａ、５４ｂのそれぞれに流入する排気ガスは、リッチ空燃比あるいはリーン空燃比に偏っている。従って、バンク制御中、三元触媒５４ａ、５４ｂによる排気ガスの浄化率は低いものとなり、排気ガスの浄化は、主にリーンＮＯｘ触媒６０に頼られることとなる。このため、三元触媒５４ａ、５４ｂとリーンＮＯｘ触媒６０とが共に効率よく機能する通常のストイキ制御中に比べて、排気ガスの浄化率が低下し、エミッション特性が低下することとなる。更に、バンク制御中は、リッチガスとリーンガスがリーンＮＯｘ触媒６０直前でミキシングされるため、空燃比制御性においても不利な状態となる。以上より、バンク制御は短時間であることが好ましく、このため、硫黄被毒回復制御の要求があった場合には、できるだけ短時間で硫黄脱離温度にまでリーンＮＯｘ触媒６０を昇温させることが好ましい。

[実施の形態１のシステムの特徴的な制御]
以上より、実施の形態１のシステムにおいて硫黄被毒回復制御を行う場合、上記のバンク制御に先立って、触媒温度を予めある程度上昇させるように、触媒昇温制御を実行する。すなわち具体的には、バンク制御前、第１、第２バンクのそれぞれを通常ストイキ運転している際に、点火時期を通常の場合よりも大幅に遅角させる。このように点火時期を遅角することにより、各気筒４ａ、４ｂでの燃焼効率が低下し排気ポート２０ａ、２０ｂに排出される排気ガス温が高くなる。また、燃焼が遅れるため未燃焼成分が多く排気ポート２０ａ、２０ｂに排出されるため、排気ポート２０ａ、２０ｂあるいはその下流でこの未燃焼成分が燃焼することとなる。その結果、リーンＮＯｘ触媒６０への入ガス温度を上昇させることができ、これによりリーンＮＯｘ触媒６０の温度を早い段階で上昇させることができる。

また、このように点火時期を大幅遅角する触媒昇温制御中は、燃料は圧縮行程のタイミングで、筒内インジェクタ１６から気筒４ａ、４ｂ内に直接噴射される。このように噴射された燃料は、ピストン６上面に形成された窪みに沿って点火プラグ１４近傍に導かれる。その結果、点火プラグ１４周辺には、周囲の雰囲気に比べて燃料密度が高い領域（成層）が形成される。これにより、点火プラグ１４による着火性が高められた状態で着火することができ、いわゆる成層燃焼が実現される。このように成層燃焼とすることにより、点火時期を大幅遅角させた場合にも燃焼を安定させることができる。触媒昇温制御中における圧縮行程中の燃料噴射のタイミングは、機関回転数や機関負荷率に基づいて決定される。また、触媒昇温制御中はバンクごとにストイキ空燃比となるように制御し、成層ストイキ運転を行う。

圧縮行程、成層ストイキ運転時の基本の点火時期は、機関回転数と機関負荷率とに応じて設定される。また、この基本の点火時期に対して、触媒昇温のための点火時期遅角量が機関回転数、機関負荷率に応じて求められる。触媒昇温制御中の点火時期は、圧縮行程、成層ストイキ運転時の基本の点火時期を、機関回転数、機関負荷率に応じて求められる点火時期遅角量に従って補正することにより求められる。ＥＣＵ７０は、機関回転数と機関負荷率をパラメータとする、圧縮行程、成層ストイキ運転時の基本点火時期のマップと、触媒昇温制御時の点火時期遅角量のマップとを予め記憶している。触媒昇温制御における点火時期は、これらのマップに従って、機関回転数、機関負荷率に応じて設定される。

また、触媒昇温制御中、単に点火時期を遅角すると、通常ストイキ運転時から触媒昇温制御に移行する際に大きなトルク変動が発生する。このトルクの変動を抑えるため、触媒昇温制御への移行前後において発生トルクがほぼ同一となるようにスロットルバルブ３０の開度を補正する。すなわち、スロットルバルブ３０の開度（スロットル開度）は、基本のスロットルバルブの開度（基本スロットル開度）を点火時期遅角量に応じた開度補正値により補正することにより決定される。

図２は、点火時期遅角量と開度補正値との関係を表すグラフである。図２において横軸は点火時期遅角量を表し、縦軸は開度補正値を表している。基本スロットル開度は、通常運転時に、アクセル開度等に応じた要求トルクと機関回転数に応じて決定される開度である。この基本スロットル開度に対する開度補正値は、触媒昇温制御時の点火時期遅角によるトルク低下分を吸気量で補うように設定されている。すなわち、図２に示すように、点火時期遅角量が大きくなると開度補正値も大きくなるように設定されている。スロットル開度を求める際には、基本スロットル開度に開度補正値が加えられる。

このように基本スロットル開度を補正することにより、点火時期大幅遅角によるトルクの下分を補い、触媒昇温制御への移行前後におけるトルク変動を抑えることができる。また、スロットル開度が大きく調整されるため、吸入空気量が増大する。その結果、排気温をより高温にすることができる。従って、点火時期遅角による排気ガスの昇温効果と相俟って、排気温を増大させることができ、リーンＮＯｘ触媒６０への入ガス温度をより上昇させることができ、短時間でリーンＮＯｘ触媒６０の温度を昇温させることができる。

なお、ＥＣＵ７０は、要求トルクと機関回転数とをパラメータとする基本スロットル開度のマップと共に、図２に示すような関係に基づく点火時期遅角量をパラメータとする開度補正値のマップを記憶している。触媒昇温制御中のスロットル開度は、点火時期遅角量に応じて求められた開度補正値により基本スロットル開度を補正することにより決定される。

[実施の形態１の具体的な制御のルーチン]
図３、図４は、この発明の実施の形態１のシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図３のルーチンにおいて、まず、ステップＳ１０２において、要求トルクが求められる。要求トルクはエアフロメータ３２の出力やアクセル開度等の情報に応じて算出される。次に、機関回転数が求められる（ステップＳ１０４）。機関回転数は、回転数センサ１０の発する出力に基づいて求められる。次に、機関負荷率が求められる（ステップＳ１０６）。機関負荷率は、エアフロメータ３２からの吸入空気量等の情報に応じて算出される。

次に、硫黄被毒回復要求がされているか否か判定される（ステップＳ１０８）。硫黄被毒回復要求の有無は、例えば、推定された硫黄被毒量が判定量以上に達したか否かに基づいて判定される。ここで硫黄被毒量は、例えば機関回転、機関負荷、触媒温度、前回の硫黄被毒回復制御からの経過時間等の情報に基づいて推定される。また、判定量は、それ以上硫黄被毒量が増加した場合、リーンＮＯｘ触媒６０によるＮＯｘ浄化率が許容範囲以下に低下すると考えられる限界量として、予めＥＣＵ７０に記憶されている。ステップＳ１０８において硫黄被毒量≧判定量の成立が認められない場合には、硫黄被毒回復要求がないものとして、一端この処理を終了して通常の制御を行う。

ステップＳ１０８において硫黄被毒量≧判定量の成立が認められた場合には、燃料噴射時期が、成層ストイキ運転を行う際の圧縮行程噴射のタイミングに設定される（ステップＳ１１０）。燃料噴射時期は、機関負荷率と機関回転数とをパラメータとするマップに従って、ステップＳ１０４、Ｓ１０６で求められた機関負荷率と機関回転数に応じて設定される。これにより、筒内インジェクタ１６からの燃料噴射タイミングが成層ストイキ運転時のタイミングに設定され、成層ストイキ運転が実行される。

次に、点火時期遅角量が求められる（ステップＳ１１２）。点火時期遅角量は、機関回転数と機関負荷率とをパラメータとするマップに従って、機関回転数、危感負荷率に応じて求められる。次に、点火時期が設定される（ステップＳ１１４）。点火時期は、成層ストイキ、圧縮行程噴射を行う場合の基本の点火時期を、ステップＳ１１２において求められた点火時期遅角量に従って補正したタイミングに設定される。

次に、ステップＳ１１２において求められた点火時期遅角量に応じて、スロットル開度補正値が求められる（ステップＳ１１６）。スロットル開度補正値は点火時期遅角量をパラメータとするマップに従って、点火時期遅角量に応じた値として求められる。次に、スロットル開度が設定される（ステップＳ１１８）。スロットル開度は、機関回転数と要求トルクに応じて求められる基本スロットル開度に、ステップＳ１１６において求められたスロットル開度補正値を加えることにより算出される。この算出されたスロットル開度に応じた信号がＥＣＵ７０からスロットルバルブ３０に発せられ、スロットル開度が設定される。ステップＳ１１０〜Ｓ１１８の設定により、内燃機関２が圧縮行程噴射の成層ストイキ運転、点火時期遅角、スロットル開度増大の条件下で運転される。その結果、排気ガス温度の上昇し、これにより、リーンＮＯｘ触媒６０の温度を上昇させることができる。

次に、リーンＮＯｘ触媒６０の温度が求められる（ステップＳ１２０）。リーンＮＯｘ触媒６０の温度は例えば機関回転数と機関負荷等の運転条件から推定される。次に、推定されたリーンＮＯｘ触媒の温度が、判定温度以上であるか否かが判定される（ステップＳ１２２）。判定温度は、バンク制御開始後、硫黄成分を十分に除去できるだけの温度に短期間で達するように、予めＥＣＵ７０に記憶された温度であり、例えば５５０℃〜６００℃程度である。ステップＳ１２２において、リーンＮＯｘ触媒６０の温度≧判定温度の成立が認められない場合、リーンＮＯｘ触媒温度≧判定温度の成立が認められるまで、圧縮行程噴射による成層ストイキ燃焼かつ点火時期遅角の運転条件で、触媒昇温制御が継続される。この間、空燃比センサ５２ａ、５２ｂからの出力により空燃比が検出され（ステップＳ１２４）、空燃比フィードバック補正値が求められ、これにより空燃比フィードバック制御が実行される（ステップＳ１２６）。

一方ステップＳ１２２において、リーンＮＯｘ触媒温度≧判定温度の成立が認められた場合、バンク制御が実行される（ステップＳ１３０）。バンク制御は図４に示すバンク制御実行ルーチンに従って実行される。図４に示すルーチンにおいては、まず、バンク制御時のスロットルバルブの開度にバルブ開度が設定される（ステップＳ１３２）。スロットルバルブの開度は、予めＥＣＵ７０に記憶された、要求トルクと機関回転数をパラメータとする、バンク制御時のスロットルバルブ開度のマップに従って決定される。

次に、Ｓ成分パージ時間の測定が開始される（ステップＳ１３４）。Ｓ成分パージ時間は、バンク制御開始時からの経過時間として測定される。次に、バンク制御におけるリッチ/リーン空燃比の設定モードフラグが読み出される（ステップＳ１３６）。このフラグは、フラグ＝０の場合に第１バンクの目標空燃比を予め定められたリッチ空燃比とし、第２バンクの目標空燃比を予め定められたリーン空燃比とするモードを指定し、フラグ＝１の場合に第１バンクの目標空燃比を予め定められたリーン空燃比とし、第２バンクの目標空燃比を予め定められたリッチ空燃比とするモードを指定するフラグである。初期設定の段階ではフラグ＝０とされている。

次に、各バンクの目標空燃比が設定される（ステップＳ１３８）。目標空燃比はステップＳ１３４において読み出されたフラグに従って設定される。具体的に現段階ではフラグ＝０であるから、目標空燃比は第１バンクがリッチ空燃比に、第２バンクがリーン空燃比に設定される。次に、バンクごとの点火時期が設定される（ステップＳ１４０）。点火時期は、リッチバンクとリーンバンクの出力トルクが同程度となるように予め定められたタイミングであり、リッチバンクの点火時期が遅角されるように設定されている。つまり、ここでは、第１バンクの各気筒４ａの点火時期が、第２バンクの点火時期に比べて遅角したタイミングに設定される。次に、モード経過時間の計測が開始される（ステップＳ１４２）。モード経過時間は各バンクの目標空燃比、点火時期、スロットルバルブ開度等がモード設定フラグに対応する運転条件とされてからの経過時間である。

次に、Ｓ成分の除去が完了したか否かが判定される（ステップＳ１４４）。Ｓ成分の除去完了は、例えば、バンク制御を開始してから所定時間経過したか否か、すなわち、Ｓ成分パージ時間≧所定時間が成立するか否かに基づいて判定される。Ｓ成分除去の完了が認められない場合には、次に、モード経過時間が判定時間以上であるか否かが判定される（ステップＳ１４６）。ここで判定時間は、そのモードでの運転を継続する時間として予めＥＣＵ７０に記憶されている。ステップＳ１４６においてモード経過時間≧判定時間の成立が認められない場合には、Ｓ成分除去完了（ステップＳ１４４）あるいはモード経過時間≧判定時間の成立（ステップＳ１４６）のいずれかが認められるまで、このモードでの運転を継続する。

一方、ステップＳ１４６においてモード経過時間≧判定時間の成立が認められた場合には、次に、モードフラグの変更を行う（ステップＳ１４８）。すなわち、現在のフラグ＝０である場合には、フラグ＝１に変更され、現在のフラグ＝１である場合には、フラグ＝０に変更される。次に、モード経過時間＝０に設定される（ステップＳ１５０）。この状態で再びステップＳ１３６において、再びモード設定フラグの読み出しが行われ、各バンクの目標空燃比が、今までは逆のリーン/リッチ空燃比に設定され（ステップＳ１３８）、それぞれの点火時期に設定される（ステップＳ１４０）。再び、Ｓ成分除去完了か否かが判定され（ステップＳ１４４）、完了が認められない場合には、上記同様にバンク制御を継続する。一方、Ｓ成分除去完了が認められた場合には、この処理を終了する。なお、以上のバンク制御中、空燃比センサ５８ａ、５８ｂをメイン空燃比センサとし、空燃比センサ６４をサブ空燃比センサとして、これらのセンサからの出力に基づいて、空燃比フィードバック補正値が算出され、空燃比フィードバック制御が実行されている。

以上説明したように、実施の形態１においては硫黄被毒回復制御の際、バンク制御に先立って点火時期を大幅遅角することにより触媒昇温制御を行う。このように点火時期の大幅遅角を行うことにより排気温度が上昇し、リーンＮＯｘ触媒６０に流入する際の入りガス温度を上昇させることができる。従って、バンク制御に先立ってリーンＮＯｘ触媒６０の温度を、硫黄脱離温度又はそれに近い温度にまで上昇させることができる。従って、バンク制御の時間を短時間に抑えることができ、硫黄被毒制御の効率を向上すると共に、エミッション低減を図ることができる。

なお、この発明において、硫黄被毒回復制御要求の判定（ステップＳ１０８）、触媒温度の検出（ステップＳ１２０）やバンク制御完了の判定（ステップＳ１４４）等の手段は実施の形態１に説明したものに限るものではない。また、バンク制御の実行ルーチンも、実施の形態１において説明したものに限るものではなく、各バンクをリッチ空燃比、リーン空燃比に制御することによりＳ成分を除去するものであれば、他のルーチンに従って実行するものであってもよい。

なお、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１０２〜Ｓ１２６を実行することにより、この発明の「触媒昇温制御手段」が実現し、ステップＳ１３０のバンク制御実行ルーチンを実行することにより、この発明の「硫黄成分除去制御手段」が実現する。また、ステップＳ１３８を実行することにより、この発明の「リッチ/リーン空燃比設定手段」が実現し、ステップＳ１１２及びＳ１１４を実行することにより、この発明の「点火時期遅角手段」が実現し、ステップＳ１１０を実行することにより、「燃料噴射時期制御手段」が実現する。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステムが実行する制御について］
実施の形態２のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有する。また、実施の形態２のシステムは、触媒昇温制御時とバンク制御時のスロットル開度を同一にして、そのスロットル開度に応じて点火時期遅角量を設定する点を除き、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。

上記したように、バンク制御においては、各バンクをリーン空燃比あるいはリッチ空燃比に制御して運転を行う。このとき、リーンバンクとリッチバンクとを同じように制御すると、各バンクの間で発生するトルクに変動が生じる。バンク制御においては、このトルクのばらつきを補うため、リッチバンクの点火時期を遅角させ、リッチバンクにおいて発生するトルクをリーンバンクの発生トルクと一致させるように制御する。リッチバンクの点火遅角量は機関回転数と機関負荷とに基づいて、リッチバンクにおいて発生するトルクがリーンバンクの発生トルクと一致するように決定される。ＥＣＵ７０には、機関負荷と機関回転数とをパラメータとするリッチバンクの点火遅角量のマップが予め記憶されており、バンク制御時には、このマップに従って機関回転数と機関負荷とに応じて、リッチバンクの点火時期の遅角量が決定される。

一方、単に点火遅角によりリッチバンクの発生トルクとリーンバンクの発生トルクとを一致させるように制御すると、内燃機関２全体の発生トルクが低下することとなる。従ってバンク制御中のトルク低減を補うため、スロットルバルブ３０の開度が補正される。すなわち、スロットルバルブ３０の開度は発生トルクの低下分を補うため、通常ストイキ運転中よりもその開度が開くように調整される。このようなスロットルバルブの開度の補正値は、要求トルクと機関回転数とをパラメータとするマップに従って求められる。

上記のようにバンク制御時には、バンクごとの発生トルクのばらつきと内燃機関２全体の発生トルクの低下とを抑えるため、点火時期の遅角を行うと共にスロットルバルブ３０の開度を調整する。しかし、触媒昇温制御からバンク制御に移行する際にスロットルバルブ３０の開度を変化させると、移行時に空気量及びトルクが変化することとなる。このため触媒昇温制御時からバンク制御時への移行の際に、空気量変動及びトルク変動によるショックが発生することが考えられる。

［実施の形態２の特徴的な制御］
このため、実施の形態２においては、触媒昇温制御を行う際に、続くバンク制御時におけるスロットル開度を予め推定して、触媒昇温制御時のスロットル開度を推定されたスロットル開度に設定することとする。すなわち、触媒昇温制御時のスロットル開度は、要求トルクと機関回転数とから決定される補正値により補正されたバンク制御時のスロットル開度と同一の開度となるように設定される。

また、触媒昇温制御中は圧縮行程噴射による成層ストイキ燃焼を実現する。このため、単に触媒昇温制御時のスロットル開度をバンク制御における開度と同一に調整すると、触媒昇温制御中には、バンク制御時よりも大きなトルクが発生することとなる。その結果、触媒昇温制御時とバンク制御時とでトルクが変動し、バンク制御に切り替える際にショックが発生することとなる。従って、触媒昇温制御からバンク制御に移行する際のトルク変動を抑えるため、触媒昇温制御時の点火時期遅角量が、バンク制御時の発生トルクと同一のトルクが発生するタイミングとなるように設定する。その結果、触媒昇温制御からバンク制御に切り替えた際のトルク変動によるショックの発生を抑えることができる。またこの制御においても点火時期が遅角されることとなるため、実施の形態１と同様に点火時期遅角によるリーンＮＯｘ触媒６０の昇温効果を得ることができる。

具体的に、触媒昇温制御時の点火時期遅角量は、開度補正値が大きくなるにつれて大きくなるように設定される。これにより、燃焼効率を下げて触媒昇温制御時のトルクを低減させて、バンク制御時の発生トルクに一致させることができる。なお、このような関係に基づく、スロットルバルブの開度補正値をパラメータとする点火時期遅角量のマップは、予めＥＣＵ７０に記憶されている。触媒昇温制御においては、このマップに従って、スロットルバルブ３０の開度補正値に応じた点火時期遅角量が算出され、この点火時期遅角量に応じて基本の点火時期を遅角することにより点火時期が求められる。このように点火時期を設定することにより、触媒昇温制御からバンク制御に切り替える際のトルク変動を抑えることができ、同時に、リーンＮＯｘ触媒６０への入りガス温を上昇させて、リーンＮＯｘ触媒６０を効率よく昇温させることができる。

[実施の形態２の具体的な制御のルーチン]
図５、図６は、この発明の実施の形態２のシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図５のルーチンは、ステップＳ１１２〜Ｓ１１８に代えて、ステップＳ２０２〜Ｓ２０８を実行する点を除き、図３のルーチンと同じものである。図６のルーチンは、ステップＳ１３２を実行しない点を除き、図４のルーチンと同じものである。

具体的に、図５のルーチンにおいて、要求トルク、機関回転数、機関負荷率が求められた後（ステップＳ１０２〜Ｓ１０６）、ステップＳ１０８において硫黄被毒回復要求が認められると、まず、燃料噴射時期が設定され（ステップＳ１１４）、次に、バンク制御を行う際のスロットル開度補正値が求められる（ステップＳ２０２）。スロットル開度補正値は要求トルクと機関回転数とをパラメータとするマップに従って、要求トルクと機関回転数に応じて求められる。次に、スロットル開度が設定される（ステップＳ２０４）。スロットル開度は、機関回転数と要求トルクに応じて定められる基本スロットル開度に、ステップＳ２０２において求められたバンク制御時のスロットル開度補正値を加えた値に設定される。このスロットル開度は、続くバンク制御時におけるスロットル開度と同一の開度となる。

次に、点火時期遅角量が設定される（ステップＳ２０６）。ここでは、予めＥＣＵ７０に記憶されたスロットル開度補正値をパラメータとする点火時期遅角量のマップに従って、ステップＳ２０２において求められたスロットル開度補正値Δｆａに応じた点火時期遅角量が求められる。次に、点火時期が設定される（ステップＳ２０８）。点火時期は、成層ストイキ、圧縮行程噴射を行う場合の基本の点火時期を、ステップＳ２０６において求められた点火時期遅角量に従って補正（遅角）したタイミングに設定される。ステップＳ２０４、Ｓ２０８において設定されたスロットル開度と点火時期により、触媒昇温制御とバンク制御とにおける出力トルクをほぼ同一にさせることができ、触媒昇温制御からバンク制御に移行した場合にショックが発生するのを抑えることができる。また、点火時期は大きく遅角されるため、排気ガスの温度を上昇させてリーンＮＯｘ触媒への入りガス温を上昇させることができる。

次に、リーンＮＯｘ触媒６０の温度が求められ、推定されたリーンＮＯｘ触媒６０の温度が、判定温度以上であるか否かが判定される（ステップＳ１２０、Ｓ１２２）。ステップＳ１２２において、リーンＮＯｘ触媒温度≧判定温度の成立が認められた場合、バンク制御が実行される。図６のバンク制御のルーチンにおいては、バンク制御移行のためのスロットルバルブの開度変更（図４のステップＳ１３２）を行わず、直ちにステップＳ１３４においてパージ時間の測定を開始し、モード設定フラグの読み出し（ステップＳ１３６）を行い、Ｓ成分除去の完了が認められるまで、バンク制御が実行される。

以上説明したように、実施の形態２においては、硫黄被毒回復制御の際、バンク制御時のスロットル開度と触媒昇温制御時のスロットル開度を同一にした状態で、かつ、バンク制御時の発生トルクと触媒昇温制御時の発生トルクが同一となるように点火時期を遅角する。従って、触媒昇温制御からバンク制御に移行する際、空気量変化によるショックやトルク変動による振動等の発生を防止することができ、触媒昇温制御からバンク制御への移行を円滑に行うことができる。

また、触媒昇温制御時には点火時期が遅角されることにより燃焼効率が低下するため、排気通路に排出される排気ガスの温度が上昇する。また、点火時期遅角により、未燃焼成分が排気ポート２０ａ、２０ｂに排出された後で燃焼されることにより排気ガスの温度が上昇する。このため、通常のストイキ運転あるいはリーン運転中に比べて、リーンＮＯｘ触媒６０に流入する排気ガスの温度を上昇させることができる。従って、バンク制御に先立って効率よくリーンＮＯｘ触媒６０を、硫黄脱離温度又はそれに近い温度にまで昇温させることができる。従って、バンク制御時の時間を短時間に抑えることができ、硫黄被毒制御の効率を向上すると共に、エミッションの向上を図ることができる。

なお、例えば、実施の形態２において、ステップＳ２０２を実行することにより、この発明の「開度推定手段」が実現し、ステップＳ２０４を実行することにより、「開度制御手段」が実現し、ステップＳ２０６を実行することにより「トルク推定手段」及び「点火時期遅角手段」が実現する。

実施の形態３．
実施の形態３のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有する。実施の形態３のシステムは、触媒昇温制御中にエバポパージが行われる場合に、そのパージガスの濃度を考慮した制御を行う点を除き、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。つまり、実施の形態３においても、実施の形態１と同様にバンク制御前の触媒昇温制御において、筒内インジェクタ１６からの直接噴射のみの燃料供給により成層ストイキ燃焼を行い、更に点火時期を大幅遅角することによりリーンＮＯｘ触媒６０を昇温させる。

図１において説明したように、このシステムは、内燃機関２の運転中、その状態に応じてキャニスタ４０内に吸着された蒸発燃料が吸気通路２８に放出される（エバポパージ）。その結果、蒸発燃料は吸気通路２８において大気と混合され、気筒４ａ、４ｂ内に供給されることとなる。一方、触媒昇温制御中は、吸気ポート１８ａ、１８ｂ内へのポートインジェクタ（図示せず）からの燃料噴射は行わない。すなわち、触媒昇温制御中は筒内インジェクタ１６から直接筒内に燃料を噴射することによってのみ燃料供給を行い、これにより点火プラグ１４周辺に燃料を集中させて成層領域を形成し、成層ストイキ運転を行っている。このような成層燃焼中に、エバポパージが実行されて蒸発燃料の混合した大気が吸気ポート１８ａ、１８ｂから供給されると、点火プラグ１４周辺に形成される成層領域がオーバーリッチの状態となり、燃焼不良を起こすことが考えられる。

従って燃焼不良を防止するため、実施の形態３においては、エバポパージにおけるパージガスの濃度（以下「エバポ濃度」とする）学習を、エバポ濃度が確定するまで実行する。そして、エバポ濃度が判定濃度より濃い間は触媒昇温制御を禁止し、エバポ濃度が判定濃度以下になるまで通常のストイキ制御を実行する。なお、実施の形態３におけるエバポ濃度は、例えば、空燃比をストイキに制御する際のフィードバック補正値の変化量に基づいて求められる。また、判定濃度は、成層ストイキ燃焼時に燃焼不良が起きないと考えられる範囲での上限値に設定されている。

図７は、この発明の実施の形態３における具体的な制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図７に示すルーチンは、図３のステップＳ１０８の後に、ステップＳ３０２〜Ｓ３０６を実行する点を除き、図３のルーチンと同じものである。具体的には、ステップＳ１０８において硫黄被毒回復制御の要求有りと認められた場合に、ステップＳ３０２において、エバポパージ中であるか否かが判定される。ステップＳ３０２においてエバポパージ中であると認められない場合、ステップＳ１１０において燃料噴射時期の決定を行い、その後点火時期、スロットルバルブ開度を設定し（ステップＳ１１２〜Ｓ１１８）、触媒昇温制御を行う。

一方、ステップＳ３０２においてエバポパージ中であることが認められた場合、エバポ濃度学習が実行される（ステップＳ３０４）。具体的には、空燃比学習を停止し、その段階からの空燃比フィードバック補正値の変化量を求める。この補正値の変化量に応じた値としてエバポ濃度が求められる。

次に、エバポ濃度が判定濃度以下であるか否かが判定される（ステップＳ３０６）。判定濃度は、その濃度であれば圧縮行程噴射、成層ストイキ燃焼を開始しても燃焼不良を起こさない範囲の上限に設定され、予めＥＣＵ７０に記憶された値である。すなわち、エバポ濃度≦判定濃度であることが認められれば、触媒昇温制御を開始しても燃焼不良を起こさないものと判断できる。ステップＳ３０６において、エバポ濃度≦判定濃度の成立が認められない場合には、ステップＳ３０４に戻りエバポ濃度の学習とステップＳ３０６の判定を、エバポ濃度≦判定値の成立が認められるまで繰り返す。一方、ステップＳ３０６において、エバポ濃度≦判定濃度の成立が認められた場合には、ステップＳ１１０に進み、実施の形態１と同様の触媒温度昇温制御を行い、その後、図４のルーチンに従ってバンク制御を行う。

以上説明したように実施の形態３においては、エバポ濃度が判定濃度以下になるまで触媒昇温制御を禁止する。これにより、触媒昇温制御において成層ストイキ燃焼が実行された場合にも、点火プラグ１４近傍がオーバーリッチ状態となるのを抑え、燃焼不良を防止することができる。

なお、実施の形態３においては、ステップＳ３０４において空燃比フィードバック制御補正値の変化量によりエバポ濃度の学習を行う場合について説明した。しかし、この発明においてエバポ濃度の学習はこの手法に限るものではなく、他の手法によりエバポ濃度を検出するものであってもよい。

また、実施の形態３においては、エバポ濃度が判定濃度に低下するまで触媒昇温制御を禁止する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではない。例えば、エバポ濃度学習後、そのエバポ濃度に応じて筒内インジェクタ１６からの燃料噴射量を制御して触媒昇温制御を行うなどの手法により、燃焼不良を防止するものであってもよい。

また、実施の形態３においては、エバポ濃度が判定濃度以下に低下した場合に、実施の形態１と同様に、点火時期の大幅遅角による触媒昇温制御を行う場合について説明した。しかし、この発明においてはこれに限るものではなく、エバポ濃度が判定値以下に低下したことが認められた場合に、実施の形態２に説明した触媒昇温制御を行うものであってもよい。具体的なルーチンとしては、図５のステップＳ１０８の後に、ステップＳ３０２〜Ｓ３０６を実行し、ステップＳ３０６においてエバポ濃度≦判定濃度の成立が認められた場合に、図５のステップＳ１１０に進み、スロットルバルブ開度の補正値を求めるようにすればよい。

なお、例えば実施の形態３においてステップＳ３０４を実行することにより、「パージガス濃度学習手段」が実現し、ステップＳ３０６を実行することにより「パージガス濃度判定手段」が実現する。

実施の形態４．
実施の形態４のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有する。実施の形態４においては、エバポパージ中に目標パージ率を大きな値に切り替えて、早い段階でエバポ濃度が低濃度になるように制御する点を除き、実施の形態３のシステムと同様の制御を行う。すなわち、実施の形態３のシステムがエバポパージ中にその濃度学習値が判定濃度にまで低下するのを待って触媒昇温制御を行うのに対して、実施の形態４のシステムは、触媒昇温制御前にエバポパージ率を高い高パージ率に設定して、エバポ濃度が早い段階で判定濃度にまで低下するように制御する。

ここで、パージ率は、パージ流量／吸入空気量として求められる値である。また、パージ流量はＶＳＶ４４の開弁時間とその開度、吸気通路２８内の負圧等によって求められる。実施の形態４においては、触媒昇温制御前にエバポパージ中に目標パージ率が高パージ率に設定され、設定された高パージ率に応じてＶＳＶ４４の開度と開弁時間とが調整される。その結果、パージ通路４２から吸気通路２８内に流入する蒸発燃料の量が増大し、より早い段階でキャニスタ４０内の蒸発燃料を吸気通路２８内に放出することができる。従って、硫黄被毒回復制御の要求があった場合、早急にエバポ濃度を低濃度に下げることができ、短時間で触媒昇温制御を開始することができる。

図８は、この発明の実施の形態４においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図８に示すルーチンは、ステップＳ３０２の後、ステップＳ４０２を実行し、ステップＳ３０６の後にステップＳ４０４を実行する点を除き、図７に示すルーチンと同じものである。具体的に、ステップＳ１０８において硫黄被毒回復制御の要求が認められ、ステップＳ３０２においてエバポパージ中であることが認められた場合、エバポパージの目標パージ率が、高パージ率に切り替えられる（ステップＳ４０２）。高パージ率は、予めＥＣＵ７０に記憶されたマップに従って、機関回転数と負荷率に応じて決定される。

その後、エバポ濃度学習が実行され（ステップＳ３０４）、ステップＳ３０６においてエバポ濃度≦判定濃度の成立が認められると、目標パージ率は、通常運転中のパージ率に戻される（ステップＳ４０４）。その後、ステップＳ１１０〜Ｓ１２２に従って触媒昇温制御が実行される。

以上説明したように、実施の形態４によれば、硫黄被毒回復制御要求があった場合には、触媒昇温制御前にエバポパージの目標パージ率を通常ストイキ制御時の目標パージ率よりも大きな高パージ率に設定し、高パージ率でエバポパージが行われるようにする。従って、短時間でエバポ濃度を低くすることができ、硫黄被毒回復制御要求があった後、早い段階で触媒昇温制御を開始することができる。

なお、実施の形態４においても実施の形態３のように、エバポ濃度が判定濃度まで低下した場合に、実施の形態１と同様の触媒昇温制御を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態２のように、バンク制御時と触媒昇温制御時のスロットルバルブの開度を同一に設定し、更に、そのスロットル開度に応じた点火時期遅角量を設定して触媒昇温制御を行うものであっても良い。

なお、実施の形態４において、ステップＳ４０２を実行することにより、この発明の「高パージ率設定手段」が実現する。

実施の形態５．
実施の形態５のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有する。実施の形態５のシステムは、触媒昇温制御中に、エバポパージの目標パージ率を通常より小さく設定してエバポパージが行われるようにする点を除き、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。上記したように、エバポパージ中に触媒昇温制御を実施する場合、大気と共に供給される蒸発燃料の濃度が高すぎると、点火プラグ１４近傍がオーバーリッチの状態となり、燃焼不良を起こすことが考えられる。このため、実施の形態５においては、エバポパージの目標パージ率を、通常ストイキ制御時のパージ率より小さい低パージ率に設定して、エバポ濃度が低い状態に保たれるようにする。

具体的なパージ率は機関回転数や機関負荷率とを考慮して決定されるが、パージ率は２％前後の低いパージ率に保たれるようにする。これによって、触媒昇温制御における成層ストイキ燃焼中にエバポパージが行われた場合にも、点火プラグ１４近傍に形成される成層領域がオーバーリッチとなるのを防ぐことができ、燃焼不良を防止することができる。

図９は、この発明の実施の形態５のシステムが実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図９に示すルーチンは、図３のルーチンのステップＳ１０８の後に、ステップＳ５０２、Ｓ５０４を実行する点を除き、図３のルーチンと同じものである。具体的に、ステップＳ１０８において硫黄被毒回復要求が認められた後、ステップＳ５０２においてエバポパージ中であるか否かが判定される。エバポパージ中であることが認められない場合、ステップＳ１１０に進み、実施の形態１と同様に触媒昇温制御が行われる。

一方、ステップＳ５０２において、エバポパージ中であることが認められた場合、ステップＳ５０４において、エバポパージの目標パージ率が低パージ率に設定される。低パージ率はＥＣＵ７０に予め記憶された、触媒昇温制御時の低パージ率のマップに従って設定される。設定される低パージ率は、エバポ濃度がある程度低く保たれ、成層ストイキ運転を行った場合にも点火プラグ１４周りの成層領域がオーバーリッチとなるのを抑えることができると考えられる範囲の値であり、かつ機関回転数、機関負荷率に応じた値である。その後、ステップＳ１１０〜Ｓ１１８に従って触媒昇温制御を行い、リーンＮＯｘ触媒が判定温度以上であることが認められると（ステップＳ１２２）、ステップＳ１３０に従ってバンク制御が実行される（図４参照）。

以上のように、実施の形態５によれば、触媒昇温制御時にエバポパージの目標パージ率が低パージ率に設定される。従って、触媒昇温制御の成層ストイキ運転時に点火プラグ１４近傍がオーバーリッチとなって燃焼不良が発生するのを抑えることができる。

なお、実施の形態５においては、実施の形態１の制御を行う場合に、エバポパージの目標パージ率を低パージ率とする場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態２の制御を行う場合にも、エバポパージ率を低パージ率に設定するようにしたものであってもよい。具体的には、図５のルーチンのステップＳ２０２の前に、ステップＳ５０２、Ｓ５０４を行いエバポパージ率を低パージ率に設定した後、触媒昇温制御を行えばよい。

また、実施の形態５においては、ステップＳ５０４において、目標パージ率を低パージ率に設定した状態のまま、バンク制御を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、触媒昇温制御中は低パージ率に設定し、ステップＳ１２２においてリーンＮＯｘ触媒の温度が判定温度以上になったと認められた後、目標パージ率を通常運転時の基本のパージ率に再設定して、バンク制御を行うものであってもよい。

なお、例えば、実施の形態５においてステップＳ５０４を実行することにより、この発明の「低パージ率設定手段」が実現する。

実施の形態６．
実施の形態６のシステムは、実施の形態１のシステムと同様の構成を有する。また、実施の形態６のシステムは、触媒昇温制御時に、各バンクの空燃比を弱リッチ/弱リーンに制御する点を除き、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。すなわち、実施の形態５において触媒昇温制御時には、バンクごとの目標空燃比をバンク制御時のストイキからのリッチ率、リーン率よりも小さい比率の、弱リッチ/弱リーンにした状態で、圧縮行程噴射の成層燃焼、点火遅角を実行する。また、このとき弱リッチ/弱リーンはリーンＮＯｘ触媒６０に流入する合流した排気ガスの空燃比はストイキとなるように設定する。

具体的に弱リッチの比率は、機関回転数とスロットル開度に応じて、定められたマップに従って決定される。弱リーンの比率は弱リッチの比率に従って、内燃機関２全体でストイキ空燃比となるように、弱リーン比率＝14.6/（2-弱リッチ比率）により求められる。ここで、弱リッチ/弱リーン率は、空燃比変化によるトルク変化が小さい範囲で設定される。具体的には、弱リッチ空燃比としてはＡ/Ｆが14.2からストイキ空燃比程度であり、弱リーン空燃比は、15.0からストイキ空燃比程度の値に設定される。

このように、触媒昇温制御の段階で、目標空燃比が弱リッチ/弱リーンに設定されることにより、バンク制御時と同様にリーンＮＯｘ触媒６０において触媒反応を起こすことができる。その結果、触媒昇温制御時においても、リーンＮＯｘ触媒６０における触媒反応による温度上昇を図ることができる。すなわち、実施の形態６の制御によれば、圧縮行程噴射の成層ストイキ燃焼と点火時期遅角により、リーンＮＯｘ触媒６０への入ガス温度を上昇させて触媒昇温を図ると同時に、目標空燃比の弱リッチ/弱リーン制御によりリーンＮＯｘ触媒６０での触媒反応による触媒昇温を図ることができる。従って、より短時間でリーンＮＯｘ触媒６０を判定温度にまで昇温させることができる。

図１０は、この発明の実施の形態６においてシステムが実行する制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。図１０に示すルーチンは、ステップＳ１０８の後に、ステップＳ６０２〜Ｓ６０８が実行され、ステップＳ１２２において、触媒温度≧判定温度の成立が認められなかった場合に、ステップＳ６１０〜Ｓ６１６が実行される点を除き、図３のルーチンと同じものである。すなわち、ステップＳ１０８において、硫黄被毒回復要求が認められた後、モード設定フラグが読み出される（ステップＳ６０２）。このフラグは、バンク制御におけるモード設定フラグと同様に、フラグ＝０の場合に第１バンクの目標空燃比を弱リッチ空燃比とし、第２バンクの目標空燃比を弱リーン空燃比とするモードを指定し、フラグ＝１の場合に第１バンクの目標空燃比を弱リーン空燃比とし、第２バンクの目標空燃比を弱リッチ空燃比とするモードを指定するフラグである。初期設定の段階ではフラグ＝０とされている。

次に、モード設定フラグに従って、リッチバンクの弱リッチ比率が設定される（ステップＳ６０４）。弱リッチ比率は、例えば機関回転数と要求トルクをパラメータとするマップに従って算出されて設定される。次に、リーンバンクの弱リーン比率が設定される（ステップＳ６０６）。リーンバンクの弱リーン比率は、ステップＳ６０４において求められた弱リッチ比率から算出式（14.6/（2-リッチ比率））に従って算出され設定される。次に、弱リッチ/弱リーンモード経過時間の計測が開始される（ステップＳ６０８）。弱リッチ/弱リーンモード経過時間は各バンクの目標空燃比がモード設定フラグに対応する運転条件とされてからの経過時間である。

その後、スロットルバルブ開度、燃料噴射時期、点火時期遅角量が設定され（ステップＳ１１０〜Ｓ１１８）、上記のように設定された弱リッチ/弱リーンの状態で内燃機関２の運転が開始される。次に、ステップｓ１２０において、リーンＮＯｘ触媒６０の温度が判定温度に昇温したか否が判定される。ステップＳ１２２において、リーンＮＯｘ触媒温度≧判定温度の成立が認められない場合、弱リッチ/弱リーンモード経過時間が所定の判定時間以上であるか否かが判定される（ステップＳ６１０）。弱リッチ/弱リーンモード経過時間≧判定時間の成立が認められない場合には、メインの空燃比センサ５８ａ、５８ｂ、サブの空燃比センサ６４の出力に従って、空燃比フィードバック制御を行い（ステップＳ６１２）、ステップＳ１２０に戻り、リーンＮＯｘ触媒温度の検出を行う。

一方、ステップＳ６１０において、弱リッチ/弱リーンモード経過時間≧判定時間の成立が認められた場合、フラグの変更を行う（ステップＳ６１４）。すなわち、現在のモード設定フラグ＝０である場合にはフラグ＝１とし、フラグ＝１である場合にはフラグ＝０とする。次に、弱リッチ/弱リーンモード時間＝０として（ステップＳ６１６）、再びステップＳ６０２に戻りフラグの読み出しを行う。上記のような行程を繰り返して、ステップＳ１２２においてリーンＮＯｘ触媒が判定温度に達したことが認められると、その後バンク制御（ステップＳ１３０）が行われる。

以上のように、実施の形態６のシステムによれば、リーンＮＯｘ触媒６０の触媒昇温制御中、圧縮行程噴射の成層ストイキ燃焼と点火時期遅角の制御による昇温に加えて、弱リッチ/弱リーン制御による触媒温度上昇の制御を行う。従って、より早い段階で硫黄被毒回復を完了することができ、エミッションの向上を図ることができる。

なお、実施の形態６においては、実施の形態１のように点火時期の大幅遅角とスロットルバルブ３０の開度の補正により、昇温制御を行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、実施の形態２の制御に実施の形態６の弱リッチ/弱リーン制御を組み合わせるものであってもよい。この場合、具体的に、図５のルーチンのステップＳ１０８に、ステップＳ６０２〜６０８のように目標空燃比を弱リッチ/弱リーンに設定し、ステップＳ１２２の後にステップＳ６１０〜Ｓ６１６を行うことにより、実施の形態２において説明した触媒昇温制御を行えばよい。

また、実施の形態６においては、モード設定フラグを読み出し、このフラグに従って、弱リッチ/弱リーンを設定し、定期的に弱リッチのバンクと弱リーンのバンクが逆転する場合について説明した。これにより、三元触媒５４ａ、５４ｂの劣化等を防止することができる。しかし、この発明においては、このようにリッチバンクとリーンバンクとを逆転させる場合に限るものではなく、リッチバンクとリーンバンクとを固定して弱リッチ/弱リーンの制御を行うものであってもよい。

なお、実施の形態６において、ステップＳ６０４及びＳ６０６を実行することにより、この発明の「弱リッチ/弱リーン空燃比設定手段」が実現する。

以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

この発明の実施の形態１におけるシステムの構成を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１における点火時期遅角量とスロットルバルブの開度補正値との関係を説明するためのグラフである。 この発明の実施の形態１のシステムが実行する硫黄被毒回復制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１のシステムが実行するバンク制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２のシステムが実行する硫黄被毒回復制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２のシステムが実行するバンク制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態３のシステムが実行する硫黄被毒回復制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態４のシステムが実行する硫黄被毒回復制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態５のシステムが実行する硫黄被毒回復制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態６のシステムが実行する硫黄被毒回復制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。

符号の説明

２ 内燃機関
４ａ、４ｂ 気筒
１４ 点火プラグ
１６ 筒内インジェクタ
１８ａ、１８ｂ 吸気ポート
２０ａ、２０ｂ 排気ポート
２６ａ、２６ｂ 吸気マニホルド
２８ 吸気通路
３０ スロットルバルブ
３２ エアフロメータ
３４ 高圧燃料ポンプ
３６ 燃料タンク
３８ ベーパ通路
４０ キャニスタ
４２ パージ通路
４４ ＶＳＶ
５０ａ、５０ｂ 排気マニホルド
５４ａ、５４ｂ 三元触媒
５６ａ、５６ｂ 排気通路
６０ リーンＮＯｘ触媒

Claims (9)

1. ２以上の気筒群と、前記気筒群のそれぞれに接続する排気通路が集合して接続するリーンＮＯｘ触媒と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分を除去する硫黄成分除去制御を行なう硫黄成分除去制御手段と、
   前記硫黄成分除去制御に先立って、前記リーンＮＯｘ触媒の温度を昇温させる触媒昇温制御を行なう触媒昇温制御手段と、を備え、
   前記硫黄成分除去制御手段は、
   前記硫黄成分除去制御において、前記気筒群のうちいずれかの気筒群の空燃比の制御目標値を理論空燃比よりリッチになるように設定し、他の気筒群の空燃比の制御目標値を理論空燃比よりリーンになるように設定する、リッチ/リーン空燃比設定手段を備え、
   前記触媒昇温制御手段は、
   前記硫黄成分除去制御が実行される際の、スロットルバルブの開度を推定する開度推定手段と、
   前記触媒昇温制御において、スロットルバルブの開度を、前記推定されたスロットルバルブの開度と同一の開度に制御する開度制御手段と、
   前記触媒昇温制御において発生するトルクが、前記硫黄成分除去制御時に発生するトルクと同一になるように、前記気筒群の各気筒の点火時期を遅角する点火時期遅角手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記気筒群の各気筒に配置され、それぞれ前記気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタを、備え、
   前記触媒昇温制御手段は、前記触媒昇温制御の際、前記各気筒の圧縮行程において、燃料が、前記筒内インジェクタから前記気筒内に直接噴射されるように制御する燃料噴射時期制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関は、
   前記筒内インジェクタに供給する燃料を保持する燃料タンクと、
   前記燃料タンクからの蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、
   前記蒸発燃料を含むパージガスを、前記キャニスタから吸気通路に流入させるパージ機構と、を備え、
   前記吸気通路に供給されるパージガス濃度を学習するパージガス濃度学習手段を、備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記パージガス濃度が判定濃度以下か否かを判定するパージガス濃度判定手段を、備え、
   前記触媒昇温制御手段は、前記パージガス濃度が判定濃度以下であると認められた場合にのみ、前記触媒昇温制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. ２以上の気筒群と、
   前記気筒群の各気筒に配置され、それぞれ前記気筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、
   前記筒内インジェクタに供給する燃料を保持する燃料タンクと、
   前記燃料タンクからの蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、
   前記蒸発燃料を含むパージガスを、前記キャニスタから吸気通路に流入させるパージ機構と、
   前記気筒群のそれぞれに接続する排気通路が集合して接続するリーンＮＯｘ触媒と、
   を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記リーンＮＯｘ触媒に吸蔵した硫黄成分を除去する硫黄成分除去制御を行なう硫黄成分除去制御手段と、
   前記硫黄成分除去制御に先立って、前記リーンＮＯｘ触媒の温度を昇温させる触媒昇温制御を行なう触媒昇温制御手段と、
   前記吸気通路に供給されるパージガス濃度を学習するパージガス濃度学習手段と、
   前記パージガス濃度が判定濃度以下か否かを判定するパージガス濃度判定手段と、
   を備え、
   前記硫黄成分除去制御手段は、
   前記硫黄成分除去制御において、前記気筒群のうちいずれかの気筒群の空燃比の制御目標値を理論空燃比よりリッチになるように設定し、他の気筒群の空燃比の制御目標値を理論空燃比よりリーンになるように設定する、リッチ/リーン空燃比設定手段を備え、
   前記触媒昇温制御手段は、
   前記パージガス濃度が判定濃度以下であると認められた場合にのみ、前記触媒昇温制御を実行するものであり、かつ、
   前記触媒昇温制御において、前記気筒群の各気筒の点火時期を遅角する点火時期遅角手段と、
   前記触媒昇温制御の際、前記各気筒の圧縮行程において、燃料が、前記筒内インジェクタから前記気筒内に直接噴射されるように制御する燃料噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記パージガス濃度が判定濃度以下であると認められるまでの間、前記パージガスを吸気通路に流入させる際の目標パージ率を、運転条件に応じて設定される基本の目標パージ率よりも、高いパージ率に設定する高パージ率設定手段を、備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関は、
   前記筒内インジェクタに供給する燃料を保持する燃料タンクと、
   前記燃料タンクからの蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、
   前記蒸発燃料を含むパージガスを、前記キャニスタから吸気通路に流入させるパージ機構と、を備え、
   前記触媒昇温制御手段は、前記触媒昇温制御において、前記パージガスを吸気通路に流入させる際の目標パージ率を、運転条件に応じて設定される基本の目標パージ率よりも、低いパージ率に設定する低パージ率設定手段を、備えることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記触媒昇温制御手段は、前記触媒昇温制御において、前記気筒群のうちいずれかの気筒群の空燃比の制御目標値を、前記硫黄除去制御の際のリッチ率よりも小さい比率で、理論空燃比よりリッチに設定し、他の気筒群の空燃比の制御目標値を、前記硫黄除去制御の際のリーン率よりも小さい比率で、理論空燃比よりもリーンに設定する、弱リッチ/弱リーン空燃比設定手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記触媒昇温制御手段は、前記触媒昇温制御において、前記全ての気筒群の空燃比の制御目標値を、理論空燃比付近に設定する理論空燃比設定手段を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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