JP2009203827A - 内燃機関の排気浄化装置及び浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 硫黄被毒解除制御では、まずS1にて燃料噴射量を積算して燃料消費量Qfinを算出し、S2にて車両の走行距離Lの積算値に基づきオイル消費量OCを算出する。次にS3にて燃料消費量Qfinとオイル消費量OCとに基づき硫黄被毒量Ssumを算出する。次にS4にてS1〜S3の算出結果に基づきオイル由来硫黄割合Roを算出する。次にS5にてオイル由来硫黄割合Roに基づき判定閾値SLを決定する。次にS6にて硫黄被毒量Ssumが判定閾値SLより大きい場合は、S7、S8にてオイル由来硫黄割合Roに基づき被毒解除時間及び被毒解除温度を決定し、これらに基づきS9にて硫黄被毒解除を実行する。この後S10にて、積算値(Qfin、L)をリセットする。
【選択図】 図5
Description
図1は本発明の一実施形態を示す内燃機関(ここではディーゼルエンジン)の構成図である。
排気通路9に流出した排気の一部は、EGRガスとして、EGR通路10によりEGR弁11を介して吸気側へ還流される。排気の残りは可変ノズル型のターボチャージャ3の排気タービン3bを通り、これを駆動する。
NOxトラップ触媒12は、排気空燃比がリーンのときに排気中のNOxをトラップし、トラップしたNOxを排気空燃比がストイキ又はリッチのときに脱離浄化することが可能である。尚、NOxトラップ触媒12の詳細については、後述する。
エンジンコントロールユニット(ECU)14には、エンジン1の制御のため、エンジン回転速度Ne検出用のクランク角センサ15からの信号と、アクセル開度APO検出用のアクセル開度センサ16からの信号とが入力されている。
また、NOxトラップ触媒12の温度(触媒温度)を検出する触媒温度センサ17、排気通路9のDPF13の入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ18、DPF13の温度(DPF温度)を検出するDPF温度センサ19、更に、排気通路9のDPF13出口側にて排気空燃比を検出する空燃比センサ20が設けられ、これらの信号もECU14に入力されている。但し、NOxトラップ触媒12の温度やDPF13の温度は、これらの下流側に排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。
図2は、NOxトラップ触媒12のNOxトラップと脱離浄化とを示す図である。
図2(a)は、NOxトラップ触媒12がNOxをトラップするときを示しており、図2(b)は、NOxトラップ触媒12がトラップしたNOxを脱離浄化するときを示している。
図3は、NOxトラップ触媒12の硫黄被毒を示す図である。
また、被毒解除温度を一定にして、化学吸着・物理吸着がない場合と、化学吸着・物理吸着がある場合とを比較すると、化学吸着・物理吸着がある場合の方が、硫黄脱離量が少ない。換言すれば、化学吸着・物理吸着がある場合の方が、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低い。これは、上述したように、カルシウムなどの化学吸着と物理吸着とにより、触媒の活性が低下しているので、触媒に吸着した硫黄が脱離しにくくなったためである。
図5は、ECU14にて実行されるNOxトラップ触媒12の硫黄被毒解除制御のフローチャートである。
Ssum=(Kq×Qfin×Sconc.q)+(Ko×OC×Sconc.o) ・・・(1)
Ssum:硫黄被毒量
Qfin:燃料消費量
OC:オイル消費量
Sconc.q:燃料中の硫黄濃度
Sconc.o:オイル中の硫黄濃度
Kq:燃料由来硫黄の吸着率
Ko:オイル由来硫黄の吸着率
尚、(1)式において、燃料中の硫黄濃度Sconc.qは、予め設定された所定値とするが、この他、ナビゲーションシステムにより車両が給油した給油所を特定し、この特定した給油所情報に基づいて燃料中の硫黄濃度Sconc.qを設定するようにしてもよい。
また、燃料由来硫黄の吸着率Kqは、消費された燃料中の硫黄量のうち、NOxトラップ触媒12に吸着する硫黄量の割合を示している。尚、本実施形態では、燃料由来硫黄の吸着率Kqを一定値としている。
ステップS3にて硫黄被毒量Ssumを算出した後、ステップS4に進み、以下に示す式により、硫黄被毒量Ssumのうちオイル由来硫黄量が占める割合(オイル由来硫黄割合Ro)を算出する。
ステップS4にてオイル由来硫黄割合Roを算出した後、ステップS5に進み、後述するステップS6の判定にて用いられる判定閾値(所定の閾値)SLを決定する。この判定閾値SLは、硫黄被毒解除を実行するか否かを判定するための閾値であり、具体的には、硫黄被毒量Ssumが判定閾値SLより大きい場合に、硫黄被毒解除を実行する。
ステップS6にて、硫黄被毒量Ssumが判定閾値SL以下の場合は、硫黄被毒解除を行わないので、この制御フローを終了する。
ステップS7では、図7に示すマップを用い、オイル由来硫黄割合Roに基づいて、被毒解除時間Timedesulfを決定する。ここで、図7は、オイル由来硫黄割合Roと被毒解除時間Timedesulfとの関係を示しており、オイル由来硫黄割合Roが大きくなるほど、被毒解除時間Timedesulfを長くしている。これは、上述したように、オイル由来硫黄割合Roが大きくなるほど(オイル消費量が多くなるほど)、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下するからである。このため、オイル由来硫黄割合Roが大きくなるほど、被毒解除時間Timedesulfを長くすることにより、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下しても、確実に硫黄被毒解除を行うことが可能である。
ステップS8では、図8に示すマップを用い、オイル由来硫黄割合Roに基づいて、被毒解除温度Tempdesulfを決定する。ここで、図8は、オイル由来硫黄割合Roと被毒解除温度Tempdesulfとの関係を示しており、オイル由来硫黄割合Roが大きくなるほど、被毒解除温度Tempdesulfを高くしている。これは、上述したように、オイル由来硫黄割合Roが大きくなるほど(オイル消費量が多くなるほど)、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下するからである。このため、オイル由来硫黄割合Roが大きくなるほど、被毒解除温度Tempdesulfを高くすることにより、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下しても、確実に硫黄被毒解除を行うことが可能である。尚、被毒解除温度Tempdesulfの最小値は、例えば750℃にする。
第1の手法として、燃料噴射時期を遅角させることにより排気温度を上昇させて、触媒温度を被毒解除温度Tempdesulfまで上昇させるものがある。但し、燃料噴射時期を遅角させることで、エンジントルクが低下するので、その低下分を補うために燃料噴射量を増量する必要がある。この燃料噴射時期及び噴射量制御は、被毒解除時間Timedesulfの間、継続して行われる。
本実施形態によれば、燃料消費量Qfinとオイル消費量OCとに基づいてNOxトラップ触媒の硫黄被毒量Ssumを推定する硫黄被毒量推定手段(ECU14)と、推定された硫黄被毒量Ssumに基づいて、NOxトラップ触媒12の温度を硫黄被毒解除可能な温度Tempdesulfまで上昇させて硫黄被毒を解除する硫黄被毒解除手段(ECU14)と、を備えるので、硫黄被毒量Ssumを精度よく推定することができ、最適に被毒解除を行うことができると共に、高いNOx浄化率を維持することができる。
2 吸気通路
3 ターボチャージャ
4 インタークーラ
5 吸気絞り弁
6 燃料噴射ポンプ
7 コモンレール
8 燃料噴射弁
9 排気通路
10 EGR通路
11 EGR弁
12 NOxトラップ触媒
13 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
14 エンジンコントロールユニット(硫黄被毒量推定手段、硫黄被毒解除手段)
15 クランク角センサ
16 アクセル開度センサ
17 触媒温度センサ
18 排気圧力センサ
19 DPF温度センサ
20 空燃比センサ
Claims (9)
- 排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxをトラップし、排気の空燃比がリッチのときにトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
燃料消費量とオイル消費量とに基づいてNOxトラップ触媒の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
推定された硫黄被毒量に基づいて、NOxトラップ触媒の温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させて硫黄被毒を解除する硫黄被毒解除手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記硫黄被毒量推定手段は、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度とから算出した燃料由来硫黄量と、オイル消費量とオイル中の硫黄濃度とから算出したオイル由来硫黄量とに基づいて、NOxトラップ触媒の硫黄被毒量を推定することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 硫黄被毒解除は、NOxトラップ触媒の硫黄被毒量が所定の閾値に達する毎に行い、前記所定の閾値は、NOxトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の排気浄化装置。
- NOxトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合が大きいほど、前記所定の閾値を小さくすることを特徴とする請求項3記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 硫黄被毒解除時の被毒解除時間は、NOxトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1つに記載のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- NOxトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合が大きいほど、前記被毒解除時間を長くすることを特徴とする請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 硫黄被毒解除時の被毒解除温度は、NOxトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させることを特徴とする請求項2〜請求項6記載のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- NOxトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合が大きいほど、前記被毒解除温度を高くすることを特徴とする請求項7記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のNOxをトラップし、排気の空燃比がリッチのときにトラップしたNOxを脱離浄化するNOxトラップ触媒について、
燃料消費量とオイル消費量とに基づいて、硫黄被毒量を推定し、
この推定された硫黄被毒量に基づいて、NOxトラップ触媒の温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させて硫黄被毒を解除することを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
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