JP2008202409A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、２つのＮＯｘ触媒が直列に並ぶ場合に、前段のＮＯｘ触媒の昇温を容易に行い、前段のＮＯｘ触媒に対するＳ被毒回復制御を容易に実施する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路２に直列に配置された２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３，４と、２つのＮＯｘ触媒３，４の間の排気通路２に設けられ、排気流量を調節する排気絞り弁６と、排気中に燃料を供給してＮＯｘ触媒３，４を昇温させると共に排気の空燃比を低下させＮＯｘ触媒３，４に吸蔵された硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御手段と、を備え、２つのＮＯｘ触媒３，４のうち上流側である前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、排気絞り弁６を閉じ側に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼル機関において、排気からＰＭを捕捉するために排気通路にフィルタが配置される。このフィルタに対して、いわゆるＰＭ再生制御が行われる。

ＰＭ再生制御は、フィルタに捕集されたＰＭの量が増大して、フィルタを通過する排気の流路抵抗が増大し、内燃機関の排気抵抗が上昇して機関出力の低下や燃費の悪化を生じることを防止するために行われる。具体的には、排気に燃料を供給してＰＭが着火燃焼する温度までフィルタを昇温し、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼させてフィルタを再生する。

そして、フィルタの昇温を容易に行うために、フィルタよりも下流の排気通路に設けられた排気絞り弁を閉じ側に制御し、背圧を高める技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８３０３４号公報 特開２００１−２０７３３号公報 特開２００５−３１５１８９号公報

ところで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）を排気通路に直列に２つ並べる場合がある。このような場合には、下流側である後段のＮＯｘ触媒は昇温し易いものの、上流側である前段のＮＯｘ触媒は排気が下流へ流れるために昇温し難かった。このため、前段のＮＯｘ触媒に対してＳ被毒回復制御により吸蔵された硫黄成分を放出させることが困難であった。ここで、Ｓ被毒回復制御は、排気中に燃料を添加し、ＮＯｘ触媒を例えば６００〜７００℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させる制御である。

本発明の目的は、内燃機関の排気浄化装置において、２つのＮＯｘ触媒が直列に並ぶ場合に、前段のＮＯｘ触媒の昇温を容易に行い、前段のＮＯｘ触媒に対するＳ被毒回復制御を容易に実施する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に直列に配置された２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路に設けられ、排気流量を調節する排気絞り弁と、
排気中に還元剤を供給して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させると共に排気の空燃比を低下させ前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御手段と、
を備え、
前記２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち上流側である前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対して前記Ｓ被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、前記排気絞り弁を閉じ側に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に直列に２つ並べる場合がある。このような場合には、後段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は昇温し易いものの、前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は排気が下流へ流れるために昇温し難かった。

そこで、本発明では、前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対してＳ被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、排気絞り弁を閉じ側に制御するようにした。

これによると、排気絞り弁を閉じ側に制御することにより、排気絞り弁よりも上流側に排気を留め、前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が昇温し易くなる。このため、前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対してＳ被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させることが容易にできる。

前記２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路において排気に前記排気絞り弁をバイパスさせるバイパス通路を有し、前記バイパス通路を通常時は閉弁状態とすると共に前記バイパス通路が所定圧力を超えると開弁するバイパス弁を備えるとよい。

これによると、排気絞り弁を閉じ側に制御して排気絞り弁よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超える場合に、バイパス弁から排気を逃がすことができ、排気抵抗が上昇することによる機関出力の低下を抑制できる。なお、所定圧力とは、機関出力の低下を引き起こすほど排気の圧力が高圧となる閾値の圧力をいう。

本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、２つのＮＯｘ触媒が直列に並ぶ場合に、前段のＮＯｘ触媒の昇温を容易に行い、前段のＮＯｘ触媒に対するＳ被毒回復制御を容易に実施できる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式のディーゼル機関であり、各気筒の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えている。

内燃機関１からは排気通路２が延びている。排気通路２の途中には、内燃機関１の気筒から排出される排気を浄化するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）３，４が２つ排気通路２の上下流に直列に並んで配置されている。

ここで、ＮＯｘ触媒３，４は、ＮＯｘ触媒３，４に流入する排気の空燃比がリーン（理論空燃比以上）であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵して大気中に放出しないようにし、ＮＯｘ触媒３，４に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはそれ以下のリッチであるときには、吸蔵されていたＮＯｘを放出する。そして、排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチである際に、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯｘ触媒３，４から放出された窒素酸化物（ＮＯｘ）をＮ_２に還元して除去するものである。

一方、ＮＯｘ触媒３より上流側の排気通路２には、排気通路２内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する燃料添加弁５が取り付けられている。

また、ＮＯｘ触媒３，４の間の排気通路２には、排気通路２を流れる排気流量を調節する排気絞り弁６が配置されている。

さらに、排気通路２の排気に排気絞り弁６をバイパスさせる位置にバイパス弁７が配置されている。バイパス弁７は、ＮＯｘ触媒３，４の間の排気通路２において排気に排気絞り弁６をバイパスさせるバイパス通路８を有し、バイパス通路８を通常時は閉弁状態とすると共にバイパス通路８が所定圧力を超えると開弁する機械式の弁になっている。なお、バイパス弁７が開弁する所定圧力は、機関出力の低下を引き起こすほど排気の圧力が高圧となる閾値の圧力である。

以上の構成の内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ９には、燃料添加弁５が電気的に接続されており、ＥＣＵ９が燃料添加弁５の燃料供給や燃料供給停止を制御可能になっている。また、ＥＣＵ９には、排気絞り弁６が電気的に接続されており、ＥＣＵ９が排気絞り弁６の開閉を制御可能になっている。

そして、ＥＣＵ９は、ＮＯｘ触媒３，４に対して、排気を浄化する通常運転制御、Ｓ被毒回復制御、ＮＯｘ還元制御等の制御を行う。

ここで、Ｓ被毒回復制御は、燃料添加弁５から燃料を継続して繰り返して添加し、ＮＯｘ触媒３，４を例えば６００〜７００℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、ＮＯｘ触媒３，４からＳＯｘを放出させる制御である。このＳ被毒回復制御が本発明のＳ被毒回復制御手段に相当する。

ＮＯｘ還元制御は、燃料添加弁５から燃料を比較的時間を空けて間欠的に添加し、排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、ＮＯｘ触媒３，４からＮＯｘを放出及び還元させる制御である。なお、ＮＯｘ還元制御は、比較的短時間のうちに繰り返し実行される制御である。

ところで、排気通路２の上流側にある前段のＮＯｘ触媒３に対しては、下流側にある後段のＮＯｘ触媒４よりもＳ被毒回復制御の実施が困難であった。これは、後段のＮＯｘ触媒４は昇温し易いものの、前段のＮＯｘ触媒３は排気が下流へ流れるために昇温し難いためである。

そこで、本実施例では、前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御を実施させる際に、排気絞り弁６を閉じ側に制御するようにした。

これによると、排気絞り弁６を閉じ側に制御することにより、排気絞り弁６よりも上流側に排気を留め、前段のＮＯｘ触媒３が昇温し易くなる。このため、前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御を実施させることが容易にできる。

ここで、排気絞り弁６を閉じ側に制御して排気絞り弁６よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超えると、排気の流れが滞り、内燃機関１の機関出力の低下を引き起こす。しかし、本実施例では、排気絞り弁６を閉じ側に制御して排気絞り弁６よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超える場合に、バイパス弁７から排気を逃がすことができ、排気抵抗が上昇することによる機関出力の低下を抑制できる。

ここで、本実施例の前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御を実施させるための制
御を行う制御ルーチンについて、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本ルーチンは、ＥＣＵ９に予め記憶されており、周期的に実行されるルーチンである。

本ルーチンの処理が開始されると、ＥＣＵ９は、Ｓ１０１において、現在の運転状態において前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御の実施が必要か否かを判別する。

具体的には、ＥＣＵ９は、排気通路２においてＮＯｘ触媒３の下流に配置された不図示のＮＯｘセンサの検出値を読み取り、当該検出値から前段のＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵量が過剰に低下したと読み取れる場合に前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御が必要になったと判断する。

なお、上記の他に、ＥＣＵ９は、前段のＮＯｘ触媒３に対する前回のＳ被毒回復制御の実施後の内燃機関１での燃料噴射量の積算量もしくは内燃機関１を搭載した車両の走行距離に基づいて算出されるＳＯｘ吸蔵量から、ＮＯｘ触媒３におけるＳＯｘ吸蔵量が所定吸蔵量Ｑｓｅ以上となった場合にＳ被毒回復制御が必要になったと判断してもよい。ここで、所定吸蔵量Ｑｓｅは、前段のＮＯｘ触媒３のＮＯｘ吸蔵量が過剰に低下するおそれがあると判断できる閾値となる値である。

そして、ＥＣＵ９は、前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御が必要と判定した場合には、Ｓ１０２へ移行する。また、前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御が必要ないと判定した場合には、本ルーチンの処理を一旦終了する。

ＥＣＵ９は、Ｓ１０２において、排気絞り弁６を閉じ側に制御する。具体的には、図３に示すように、内燃機関１の機関回転数と内燃機関１での燃料噴射量と排気絞り弁６の開度との相関を示すマップから、排気絞り弁６の開度を決定する。ここで、図３においては、内燃機関１の機関回転数及び内燃機関１での燃料噴射量が小さいときは排気絞り弁６の開度は閉じ側への閉じ量が少なく開度は大きく、内燃機関１の機関回転数及び内燃機関１での燃料噴射量が大きくなる程、排気絞り弁６の開度は閉じ側への閉じ量が大きくなり開度は小さくされる。図３のマップは予め実験などから求められており、ＥＣＵ９に記憶させておくものである。

ＥＣＵ９は、Ｓ１０３において、前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御を実施する。すなわち、燃料添加弁５から燃料を継続して繰り返して添加し、前段のＮＯｘ触媒３を例えば６００〜７００℃に昇温させると共に排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチとし、前段のＮＯｘ触媒３からＳＯｘを放出させる。

これにより、前段のＮＯｘ触媒３に対するＳ被毒回復制御を実施している最中には、排気絞り弁６の開度を閉じ側に制御しているため、排気絞り弁６よりも上流側に排気を留め、排気を下流へ流さないようにして、前段のＮＯｘ触媒３を昇温し易くする。このため、本実施例では、前段のＮＯｘ触媒３を例えば６００〜７００℃に昇温させることが容易に行えるので、前段のＮＯｘ触媒３に対してＳ被毒回復制御を実施させることが容易にできる。

また、前段のＮＯｘ触媒３に対するＳ被毒回復制御を実施している最中には、排気絞り弁６を閉じ側に制御して排気絞り弁６よりも上流側で排気の圧力が所定圧力を超える場合があるが、その場合には、バイパス弁７から排気を逃がし、排気抵抗が上昇することによる機関出力の低下を抑制している。

そして、本ステップの終了後、本ルーチンの処理を一旦終了する。

以上のように前段のＮＯｘ触媒３に対するＳ被毒回復制御を行うことで、２つのＮＯｘ触媒３，４が直列に並ぶ場合に、前段のＮＯｘ触媒３の昇温を容易に行い、前段のＮＯｘ触媒３に対するＳ被毒回復制御を容易に実施できる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその排気系を示す図である。 実施例１に係る前段のＮＯｘ触媒に対してＳ被毒回復制御を実施させるための制御を行う制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１に係る機関回転数と燃料噴射量と排気絞り弁開度との相関を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 排気通路
３ 前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
４ 後段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５ 燃料添加弁
６ 排気絞り弁
７ バイパス弁
８ バイパス通路
９ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気通路に直列に配置された２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路に設けられ、排気流量を調節する排気絞り弁と、
   排気中に還元剤を供給して前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させると共に排気の空燃比を低下させ前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された硫黄成分を放出させるＳ被毒回復制御手段と、
   を備え、
   前記２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のうち上流側である前段の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対して前記Ｓ被毒回復制御手段を用いて吸蔵された硫黄成分を放出させる際に、前記排気絞り弁を閉じ側に制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記２つの吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の間の排気通路において排気に前記排気絞り弁をバイパスさせるバイパス通路を有し、前記バイパス通路を通常時は閉弁状態とすると共に前記バイパス通路が所定圧力を超えると開弁するバイパス弁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排気浄化装置。
   
   

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