JP4277586B2

JP4277586B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4277586B2
Application number: JP2003160879A
Authority: JP
Inventors: 孝充浅沼; 俊明田中; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP2004360595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路に触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料消費量を低減するために空燃比をリーン状態にして運転するようにした内燃機関（リーンバーンエンジン）が実用化されている。このような内燃機関のリーン状態での運転時には、排ガスが酸素過剰となるので、従来の三元触媒のみでは排ガス内の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する）を十分に浄化するのが困難である。従って、このような三元触媒に代えて、またはこのような三元触媒に加えて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に設けている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、リーン空燃比での運転時に排ガス内のＮＯｘを吸蔵すると共にリッチ空燃比での運転時には吸蔵されたＮＯｘを放出し還元浄化する機能を有している。
【０００３】
長期間の使用により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下した場合には、例えば空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に切替えてＣＯ過剰雰囲気を形成することにより、触媒内に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を再生（以下、「ＮＯｘ還元」と称する）している。しかしながら、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は燃料または潤滑油に含まれるイオウ分の酸化によって生ずるイオウ酸化物（以下、「ＳＯｘ」と称する）をも吸蔵してしまう。吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘのように一時的なリッチ空燃比では放出されないため徐々に触媒に蓄積していき、ＮＯｘの吸蔵性能を低下させてしまう（このことを以下、「ＳＯｘ被毒」または「Ｓ被毒」と称する）（例えば、特許文献１から特許文献３参照。）。
【特許文献１】
特開２０００−２７４２２９号公報。
【特許文献２】
特開平１１−２２９８４７号公報。
【特許文献３】
特開２００２−２５６８５８号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような内燃機関においては、内燃機関の燃焼室に噴射される燃料の他に、内燃機関の駆動部を潤滑する潤滑油（以下、「オイル」と称する）も当然に使用されている。図７は消費燃料および消費オイルの全イオウ成分のうちのオイル内イオウ成分と燃料内イオウ成分との関係を示す図である。図７において横軸は燃料内のイオウ成分を示しており、図７における縦軸は消費燃料及び消費オイル内における全イオウ成分のうちのオイル内イオウ成分を示している。図７において一点鎖線で示されるように、燃料内のイオウ成分は現在では日本国内において３５０ｐｐｍ程度であり、このときの全イオウ成分のうちのオイル内イオウ成分は約３％程度である。しかしながら、図７において矢印で示されるように将来的に燃料内のイオウ成分が低減されると、イオウ成分のうちのオイル内イオウ成分の割合は大幅に上昇するようになる。例えば燃料内のイオウ成分が約１０ｐｐｍ程度にまで低減される場合には、全イオウ成分のうちのオイル内イオウ成分は約５０％にまで上昇する。
【０００５】
ところで、現在では燃料内のイオウ分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒の大部分を占めると考えられているため、燃料の消費量に基づいて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒量を求めている。
【０００６】
オイル内のイオウ成分は燃料内のイオウ成分に比べて安定な成分（例えば、Ｃａスルホネート等）が含まれており、晒される温度も燃焼に伴い燃料内のイオウ成分に比べて低いため、ＳＯｘまで酸化される割合も低いと考えられている。しかしながら、実際には比較的少量ではあるもののオイル内のイオウ成分もＳＯｘまで分解されて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒している。従って、オイル内イオウ成分の影響を考慮しない場合には、ＳＯｘ被毒量の推定結果に誤差が生じうる。このような場合には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を過剰にＳ再生する事態が起こりうると共に、実際には完全にＳ再生されていない状態で吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を使用する事態が生じうる。特に、前述したように将来的に燃料内のイオウ成分が低減される際にオイル内イオウ成分による吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳ被毒を無視すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の実際のＳ被毒量と算出されたＳ被毒量とが大幅に異なる可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、燃料内のイオウ成分と共にオイル内のイオウ成分を考慮して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を従来よりも正確に求めるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために１番目に記載の発明によれば、排気通路内に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒内に吸蔵されるＳＯｘの量を推定するＳＯｘ被毒量推定手段とを備えていて、前記ＳＯｘ被毒量が所定の値以上になったときに前記ＮＯｘ触媒に吸蔵された前記ＳＯｘを放出させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、前記ＳＯｘ被毒量推定手段は、潤滑油内における潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合が燃料内における燃料内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合よりも小さいように設定した状態で、少なくとも前記潤滑油内イオウ成分と前記燃料内イオウ成分とに基づいてＳＯｘ被毒量を推定するようにした内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【０００９】
すなわち１番目の発明によって、潤滑油（オイル）内イオウ成分を考慮すると共に、潤滑油内イオウ成分に基づく被毒割合を燃料内イオウ成分に基づく被毒割合よりも小さくすることによって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を従来よりも正確に求めることができる。
【００１０】
２番目の発明によれば、１番目の発明において、さらに、前記内燃機関の負荷または前記内燃機関の燃焼室内の温度を推定又は検出する手段を具備し、
前記負荷または前記燃焼室内の温度が高いほど、前記潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合を大きくするようにした。
すなわち２番目の発明によって、所定の場合に潤滑油内イオウ成分被毒割合を大きくすることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量をさらに正確に求めることができる。
【００１１】
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を推定又は検出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒温度推定手段を具備し、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の温度よりも高い場合には、前記潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合を大きくするようにした。
すなわち３番目の発明によって、燃焼室内の温度が比較的低い場合であっても、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を正確に求めることができる。
【００１２】
４番目の発明によれば、１番目から３番目のいずれかの発明において、さらに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流に設けられていて酸化能を有する触媒と、該酸化能を有する触媒の温度を推定又は検出する触媒温度推定手段とを具備し、
前記酸化能を有する触媒の温度が所定の温度よりも高い場合には、前記潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合を大きくするようにした。
すなわち４番目の発明によって、燃焼室内の温度が比較的低い場合または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒自体の温度が低い場合であっても、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を正確に求めることができる。酸化能を有する触媒は酸化触媒および三元触媒などを含んでいる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
【００１４】
図１は本発明を適用する４ストローク圧縮着火式内燃機関を示している。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３Ａを介してインタークーラ７５に連結されており、インタークーラ７５は枝管７３を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ７０のコンプレッサ７１の出口部に連結される。コンプレッサ７１の入口部は空気吸込管１３Ｂを介してエアクリーナ１４に連結され、空気吸込管１３Ｂ内にはステップモータ１５により駆動されるスロットル弁１６が配置される。排気ターボチャージャ７０は図示しないモータにより駆動可能な電動ターボでありうる。
【００１５】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１７および排気管１８Ａを介して排気ターボチャージャ７０の排気タービン７２の入口部に連結され、排気タービン７２の出口部は排気管１８Ｂを介して触媒１９を内蔵した触媒コンバータ２０に連結される。排気管１８Ｂ内には空燃比センサ２１が配置される。さらに図示されるように、吸気ダクト１３Ａから延びる別の枝管７４が排気ガスの流れに対して触媒コンバータ２０の上流に接続されている。この枝管７４にはエアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）７６が設けられている。
【００１６】
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管２５を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２６に連結される。このコモンレール２６内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２７から燃料が供給され、コモンレール２６内に供給された燃料は各燃料供給管２５を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２６にはコモンレール２６内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２８が取付けられ、燃料圧センサ２８の出力信号に基づいてコモンレール２６内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２７の吐出量が制御される。さらに、図示しないオイルポンプによって潤滑油が内燃機関各部に供給される。このオイルポンプの供給管にはオイルプレッシャレギュレータ（図示しない）が設けられており、このレギュレータによって例えば内燃機関の回転数に応じておいるの供給量が変更されている。
【００１７】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。空燃比センサ２１の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力され、燃料圧センサ２８の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。機関本体１には機関冷却水温を検出するための温度センサ２９が取付けられ、この温度センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、少なくとも一つの吸気枝管１１内には吸入空気の温度を検出するための温度センサ４４が取付けられ、この温度センサ４４の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、触媒１９上流の排気通路内には触媒１９に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ４５が配置され、触媒１９下流の排気通路内には触媒１９から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ４６が配置される。これら温度センサ４５，４６の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１８】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０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４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５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４２が接続される。更に入力ポート３５には車速を表わす車速センサ４３の出力パルスが入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、電気モータ１５、燃料ポンプ２７、ＡＳＶ７６およびオイルプレッシャレギュレータに接続される。
【００１９】
触媒コンバータ２０内に配置される触媒１９としては例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」と称する）を用いることができる。ＮＯｘ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、この排気ガスの平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。このＮＯｘ触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。または、触媒コンバータ２０自体が、排気微粒子を捕捉するフィルタにＮＯｘ吸収剤を担持させるようにしたＤＰＮＲ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘＲｅｄｕｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。
【００２０】
ここで、内燃機関に使用される一般的な燃料内のイオウ成分としては、メルカプタンおよびチオフェン等が上げられる。また、内燃機関に使用される一般的なオイルも前述した燃料内イオウ成分と同様なイオウ成分を有する基油を含んでいる。さらに、オイルは添加剤、例えば金属清浄剤および／または酸化防止剤を含んでおり、金属浄化剤内のイオウ成分としては例えばＣａスルホネート、Ｃａフェネート等が挙げられ、酸化・摩耗防止剤内のイオウ成分としては例えばジチオリン酸亜鉛が挙げられる。
【００２１】
本発明の一つの実施形態に基づく排気浄化装置におけるＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量（ｍｇ）は排気浄化装置内の電子制御ユニット３０内において以下の式（１）より算出される。
（ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量）＝（消費燃料内イオウ成分）×Ｋ１＋（消費オイル内イオウ成分）×Ｋ２ ……（１）
【００２２】
ここで、係数Ｋ１は消費燃料内におけるイオウ成分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒する被毒割合であり、係数Ｋ２は消費オイル内におけるイオウ成分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒する被毒割合である。以下、これら係数Ｋ１、Ｋ２について説明する。
【００２３】
はじめに係数Ｋ１について説明する。図２（ａ）は内燃機関運転時における燃料およびオイルの暴露温度を示す図である。図２（ａ）内の白四角部分は到達しうる暴露温度範囲を示しており、図２（ａ）内の罫線部分は通常の暴露温度範囲を示している。燃料の暴露温度を示す図２（ａ）の上段から分かるように、燃料は燃焼室５内において燃焼するので、燃料の暴露温度は比較的高くなっており、通常は約１０００℃以上まで達する。一方、図２（ａ）の下段はオイルの暴露温度を示している。図２（ａ）に示されるように潤滑油（オイル）の暴露温度は１０００℃を越える場合もあるが、通常はオイルの暴露温度は燃料の暴露温度よりもかなり低くなっている。
【００２４】
一方、図２（ｂ）は燃料およびオイルの温度に対するイオウ成分のＳＯｘへの転換率を示す図である。図２（ｂ）において点線で示されるように、温度が常温から２００℃までにおいてはＳＯｘへの転換率はほとんどゼロである。そして、温度を徐々に上昇させると、燃料内イオウ成分のＳＯｘへの転換率は次第に上昇するようになる。燃料の温度が図２（ａ）によって説明したように燃料の暴露温度（約１０００℃以上）を越えると、燃料内イオウ成分のＳＯｘへの転換率は図２（ｂ）において実線で示すように概ね１００％に漸近するようになる。
【００２５】
内燃機関の運転時に燃料の燃焼により生じたＳＯｘは、排気通路１８Ｂを通過する際に触媒コンバータ２０内の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９に吸蔵される。従って、燃料の燃焼により生じたＳＯｘのうちのほぼ全てはＮＯｘ触媒を被毒すると考えられる。また、図２（ｂ）から分かるように、燃料の暴露温度（約１０００℃以上、図２（ａ）を参照されたい）においては燃料内イオウ成分のうちのほぼ１００％がＳＯｘまで転換する。従って、このような場合には、Ｋ１≒１．０でありうる。さらに、係数Ｋ１は内燃機関の負荷Ｌに応じても異なる。図３は係数Ｋ１のマップを示す図である。図３に示されるように、消費燃料内におけるイオウ成分による被毒割合である係数Ｋ１は、前述したことを考慮した上で、内燃機関の機関回転数Ｎと負荷Ｌとの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。図３に示されるマップにおいては、機関回転数Ｎと負荷Ｌとが大きくなるほど燃焼室内の温度も高くなるので、係数Ｋ１も上限値である１を越えない範囲でこれら機関回転数Ｎおよび負荷Ｌが高くなるにつれて大きくなるように設定されている。
【００２６】
次いで、消費オイル内におけるイオウ成分による被毒割合を示す係数Ｋ２について説明する。図２（ｂ）を参照すると、常温から約２００℃までにおいてはオイル内イオウ成分のＳＯｘへの転換率は燃料の場合とほぼ同様にゼロに近い値となっている。そして、温度を徐々に上昇させると、オイル内イオウ成分のＳＯｘへの転換率は次第に上昇するようになる。しかしながら、図示されるようにオイル内イオウ成分のＳＯｘへの転換率は燃料内イオウ成分のＳＯｘへの転換率よりも小さくなっている。そして、オイル内イオウ成分のＳＯｘへの転換率も約１０００℃を越えると１００％に近づくようになる。
【００２７】
図４（ｃ）は係数Ｋ２のマップを示す図である。図４（ｃ）に示されるように、消費オイル内におけるイオウ成分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒する被毒割合である係数Ｋ２は機関回転数Ｎと負荷Ｌとの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。図４（ｃ）には具体的な数値は示さないが、Ｋ２の値は低負荷時よりも高負荷時の方が大きいように設定されている。すなわち、係数Ｋ２に関する補正係数Ｋａが導入されており、図４（ｃ）に示す係数Ｋ２の値は補正係数Ｋａを予め乗じたものである。
【００２８】
以下、補正係数Ｋａについて簡単に説明する。図４（ａ）は各Ｋａの値において回転数と燃料噴射量との関係を示す図である。図４（ａ）においては横軸は機関回転数、縦軸は燃料噴射量を示している。図４（ａ）から分かるように、回転数および噴射量が比較的小さいときにはＫａ＝１．０であって比較的小さい。一方、回転数および噴射量が大きくなる、すなわち負荷が大きくなる場合には、燃焼室５内の温度も高くなるのでオイルは揮発しやすい状態になる。この場合には、オイルがＳＯｘに転換する転換率も高くなり（図２（ｂ）を参照されたい）、ＳＯｘとなったイオウ成分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を被毒するようになる。従って、負荷が大きい場合には補正係数Ｋａも、Ｋａ＝１．１〜１．３と次第に大きくなる。
【００２９】
図４（ｂ）は圧力と補正係数Ｋａとの関係を示す図である。図４（ｂ）においては横軸は圧力、縦軸は補正係数Ｋａを示している。内燃機関の燃焼室５内の圧力は吸気行程などにおいて大気圧よりも下がる。従って、筒内が負圧となることによりオイルも筒内に多量に存在するようになり、オイルがＳＯｘに転換する割合が増すようになる。燃焼室５内の圧力が点線で示されるように大気圧であるときには補正係数Ｋａは、Ｋａ＝１．０である。そして、図４（ｂ）から分かるように圧力が大気圧よりも低下するほど、Ｋａの値は大きくなる。図４（ｃ）に示される係数Ｋ２のマップは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示される補正係数Ｋａを予め乗じたことにより定められている。
【００３０】
ところで、前述したようにオイル内には、燃料内のイオウ成分に近いイオウ成分を含む基油に加えて、種々の添加剤、例えば金属清浄材および／または酸化・摩耗防止剤が混入されている。このような添加剤は基油内のイオウ成分と比較すると、ＳＯｘへの転換率が小さくなっている。そして、図２（ａ）を参照して前述したようにオイルの暴露温度領域は燃料の暴露温度領域よりもかなり低温の領域まで広がっており、オイルの暴露温度の平均値は燃料の暴露温度の平均値よりも大幅に小さい。このような理由によりオイルがＳＯｘまで分解してＮＯｘ触媒を被毒する被毒割合を示す係数Ｋ２は、燃料の場合の係数Ｋ１よりも小さくなっている。当然のことながら、補正係数Ｋａが乗じられた場合であっても係数Ｋ２は前述した係数Ｋ１よりも小さくなっている。
【００３１】
本実施形態においては使用される燃料の種類に応じて異なる燃料内イオウ成分が図示しないマップの形でＲＯＭ３２内に予め記憶されている。燃料内イオウ成分を使用される燃料に基づいてこのマップから定め、次いで燃料圧センサ２８等を用いて燃料消費量を算出し、これらの積より消費燃料内イオウ成分を算出する。同様に、使用されるオイルの種類に応じて異なるオイル内イオウ成分が図示しないマップの形でＲＯＭ３２内に予め記憶されている。オイル内イオウ成分を使用されるオイルに基づいてこのマップから定め、次いでオイルプレッシャレギュレータなどを用いてオイル消費量を算出し、これらの積より消費オイル内イオウ成分を算出する。次いで、図３および図４（ｃ）に示したマップよりＫ１、Ｋ２の値をそれぞれ定め、前述した式（１）よりＳＯｘ被毒量を算出する。本実施形態においては燃料内のイオウ成分と共にオイル内のイオウ成分を考慮して前述した式よりＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量（ｍｇ）を算出することにより、従来よりも正確にＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を求めることができる。
【００３２】
本発明の他の実施形態においては、図１に示されるように排気通路１８Ｂに設けられる触媒コンバータ２０（またはＤＰＮＲ）の温度に応じてＫ２の値を変更している。図２（ａ）を参照して前述したようにオイルの暴露温度が燃料の暴露温度よりもかなり低い場合には図２（ｂ）に示されるようにオイル内イオウ成分のＳＯｘへの転換率も小さくなっている。従って、この場合にはオイル内イオウ成分は、元の形態、すなわち添加剤（例えば金属清浄剤または酸化・摩耗防止剤）としての形態を維持したまま、あるいはＳＯｘまでは転換していない形態で燃焼室５から触媒コンバータ２０に進入する。オイル内イオウ成分がこのような形態である場合には、触媒コンバータ２０内の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９がＳ被毒されることはない。しかしながら、触媒コンバータ２０内の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９の温度がオイル内イオウ成分をＳＯｘまで分解するのに十分に高い場合には、これら形態のオイル内イオウ成分が触媒１９上で分解してＳＯｘまで転換し、次いでこれらＳＯｘが触媒１９を被毒する場合がある。すなわちオイルの暴露温度が低い場合であっても、触媒１９の温度が所定の値よりも大きい場合にはオイル内イオウ成分は触媒上でＳＯｘに転換しうる。従って、触媒コンバータ２０内の触媒１９の温度も考慮して消費オイル内におけるイオウ成分による被毒割合を示すＫ２を定める必要がある。
【００３３】
このような場合には以下の式（２）によって本発明の他の実施形態に基づく排気浄化装置におけるＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量（ｍｇ）を算出する。
（ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量）＝（消費燃料内イオウ成分）×Ｋ１＋（消費オイル内イオウ成分）×Ｋ２×Ｋ３ ……（２）
【００３４】
前述したように係数Ｋ１は消費燃料内におけるイオウ成分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒する被毒割合である。係数Ｋ２は消費オイル内におけるイオウ成分が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をＳ被毒する被毒割合であるが本実施形態では係数Ｋ２に係数Ｋ３を乗じるようにしている。ここで係数Ｋ３は触媒上においてオイル内イオウ成分がＳＯｘまで分解することに応じて定まる値である。
【００３５】
図５（ａ）は触媒温度と係数Ｋ３との関係を示す図である。図５（ａ）においては横軸は触媒コンバータ２０内における触媒１９の温度を示しており、触媒１９の温度は温度センサ４５、４６から検出された温度から所定の式を用いて算出される。図５（ａ）における縦軸は係数Ｋ３を示している。図５（ａ）に示されるように触媒１９の温度が所定のＳＯ_２分解開始温度以下である場合には係数Ｋ３は１．０であり、触媒１９の温度が高くなるとＫ３の値も大きくなる。しかしながら、本実施形態においては係数Ｋ２と係数Ｋ３との積が１．０以下、すなわちＫ２×Ｋ３≦１．０であるものとする。
【００３６】
ここで、Ｋ２×Ｋ３＝Ｋ２’とし、係数Ｋ２’のマップを示す図である図５（ｂ）を参照する。図５（ｂ）に示されるように係数Ｋ２と係数Ｋ３との積であるＫ２’は機関回転数Ｎと負荷Ｌとの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３７】
本実施形態においても燃料内イオウ成分およびオイル内イオウ成分の図示しないマップおよびこれらの消費量から消費燃料内イオウ成分と消費オイル内イオウ成分とを算出し、図３、図４（ｃ）および図５（ｂ）に示したマップよりＫ１、Ｋ２、Ｋ３の値をそれぞれ定め、これらの値を用いて式（２）よりＳＯｘ被毒量を算出する。本実施形態においては、例えば燃焼室５内の温度が低くて燃焼室５内ではＳＯｘが生じない場合であっても、正確にＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を求めることができる。
【００３８】
図６は本発明の他の実施形態を適用できる別の４ストローク圧縮着火式内燃機関を示す図である。図６においては二つの触媒コンバータ２０、６０が排気管１８Ｂに設けられている。図６から分かるように触媒コンバータ６０が触媒コンバータ２０よりも上流側に設けられている。図１に示す場合と同様に、触媒コンバータ２０内の触媒１９は例えばＮＯｘ触媒であり、または触媒コンバータ２０自体がＤＰＮＲでありうる。図６においては触媒コンバータ６０は触媒６１が酸化触媒である場合にこれを担持する酸化触媒コンバータ（ＣａｔａｌｙｔｉｃＣｏｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒＯｘｉｄａｔｉｏｎ）であるか、または触媒６１が三元触媒である場合にこれを担持する三元触媒コンバータでありうる。
【００３９】
図６に示されるように触媒コンバータ６０内の触媒６１上流の排気通路内には触媒６１に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ６２が配置され、触媒６１下流の排気通路内には触媒６１から流出した排気ガスの温度を検出するための温度センサ６３が配置される。これら温度センサ６２、６３の出力信号も対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。触媒６１の温度は温度センサ６２、６３から検出された温度から所定の式を用いて算出される。
【００４０】
図６に示されるような内燃機関においても、オイル内イオウ成分が元の形態、すなわち添加剤（例えば金属清浄剤または酸化・摩耗防止剤）としての形態を維持したまま、あるいはＳＯｘまでは転換しない形態で燃焼室５から触媒コンバータ６０に進入する場合がある。そして、触媒コンバータ６０内の触媒６１の温度が前述したＳＯｘ分解開始温度以上である場合には、これら添加剤および／またはＳＯｘ前駆体が触媒６１上でＳＯｘまで転換し、次いでこれらＳＯｘが排気通路を通じて触媒コンバータ６０から触媒コンバータ２０まで流れて触媒コンバータ２０内の触媒１９を被毒しうる。従って、図６に示されるような内燃機関においても係数Ｋ３は上流側に位置する触媒コンバータ６０内の触媒６１の温度に応じて変化し、図５（ａ）に示す場合と同様に触媒の温度がＳＯ_２分解開始温度よりも高くなると係数Ｋ３の値も大きくなる。このような場合には、図５（ｂ）に示すのと類似する別のマップ（図示しない）から係数Ｋ２’を求めて式（２）から同様にＳ被毒量を算出する。本実施形態においては、例えば燃焼室５内の温度が低くて燃焼室５内ではＳＯｘが生じない場合、または流れ触媒コンバータ２０内の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９の温度が低くて触媒１９上ではＳＯｘが生じない場合であっても、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を正確に求めることができる。
【００４１】
【発明の効果】
各発明によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を従来よりも正確に求めることができるという共通の効果を奏しうる。
【００４２】
さらに、２番目の発明によれば、所定の場合に潤滑油内イオウ成分被毒割合を大きくすることにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量をさらに正確に求めることができるという効果を奏しうる。
さらに、３番目の発明によれば、燃焼室内の温度が比較的低い場合であっても、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を正確に求めることができるという効果を奏しうる。
さらに、４番目の発明によれば、燃焼室内の温度が比較的低い場合または吸蔵還元型ＮＯｘ触媒自体の温度が低い場合であっても、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒量を正確に求めることができるという効果を奏しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施形態を適用する４ストローク圧縮着火式内燃機関を示している。
【図２】（ａ）内燃機関運転時における燃料およびオイルの暴露温度を示す図である。（ｂ）燃料およびオイルの温度に対するイオウ成分のＳＯｘへの転換率を示す図である。
【図３】係数Ｋ１のマップを示す図である。
【図４】（ａ）各補正係数Ｋａの値において回転数と噴射量との関係を示す図である。
（ｂ）圧力と補正係数Ｋａとの関係を示す図である。
（ｃ）係数Ｋ２のマップを示す図である。
【図５】（ａ）触媒温度と係数Ｋ３との関係を示す図である。
（ｂ）係数Ｋ２’のマップを示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態を適用できる別の４ストローク圧縮着火式内燃機関を示す図である。
【図７】消費燃料および消費オイルの全イオウ成分のうちのオイル内イオウ成分と燃料内イオウ成分との関係を示す図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
８…吸気ポート
１０…排気ポート
１９…触媒（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
２０…触媒コンバータ
４０…アクセルペダル
４５…温度センサ
４６…温度センサ
６０…触媒コンバータ
６１…触媒（酸化触媒、または三元触媒）
６２…温度センサ
６３…温度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine having a catalyst in an exhaust passage.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an internal combustion engine (lean burn engine) that is operated with the air-fuel ratio in a lean state in order to reduce fuel consumption has been put into practical use. When such an internal combustion engine is operated in a lean state, the exhaust gas becomes excessive in oxygen. Therefore, the conventional three-way catalyst alone can sufficiently purify nitrogen oxide (hereinafter referred to as “NOx”) in the exhaust gas. Have difficulty. Therefore, an NOx storage reduction catalyst is provided in the exhaust passage instead of or in addition to such a three-way catalyst. The NOx storage reduction catalyst has a function of storing NOx in exhaust gas during operation at a lean air-fuel ratio and releasing and reducing NOx stored during operation at a rich air-fuel ratio.
[0003]
When the NOx occlusion capacity of the NOx storage reduction catalyst decreases due to long-term use, it is occluded in the catalyst by, for example, changing the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio to form a CO excess atmosphere. NOx is reduced and purified to regenerate the NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as “NOx reduction”). However, the NOx storage reduction catalyst also stores sulfur oxide (hereinafter referred to as “SOx”) generated by oxidation of sulfur contained in the fuel or lubricating oil. Since the stored SOx is not released at a temporary rich air-fuel ratio like NOx, it gradually accumulates in the catalyst, reducing the NOx storage performance (this is hereinafter referred to as “SOx poisoning” or “ (Referred to as Patent Document 1 to Patent Document 3).
[Patent Document 1]
JP 2000-274229 A.
[Patent Document 2]
JP-A-11-229847.
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-256858.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in such an internal combustion engine, in addition to the fuel injected into the combustion chamber of the internal combustion engine, a lubricating oil (hereinafter referred to as “oil”) for lubricating the drive unit of the internal combustion engine is naturally used. . FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the sulfur component in the oil and the sulfur component in the fuel among the total sulfur components of the consumed fuel and consumed oil. In FIG. 7, the horizontal axis indicates the sulfur component in the fuel, and the vertical axis in FIG. 7 indicates the sulfur component in the oil of all the sulfur components in the consumed fuel and the consumed oil. As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 7, the sulfur component in the fuel is currently about 350 ppm in Japan, and the sulfur component in the oil of the total sulfur component at this time is about 3%. However, if the sulfur component in the fuel is reduced in the future as shown by the arrow in FIG. 7, the ratio of the sulfur component in the oil of the sulfur component will increase significantly. For example, when the sulfur component in the fuel is reduced to about 10 ppm, the sulfur component in the oil of all the sulfur components rises to about 50%.
[0005]
By the way, since it is considered that sulfur in the fuel occupies most of the sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst, the sulfur poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst is obtained based on the amount of fuel consumption. ing.
[0006]
The sulfur component in the oil contains a stable component (for example, Ca sulfonate) compared to the sulfur component in the fuel, and the exposure temperature is lower than the sulfur component in the fuel due to combustion. The rate of oxidation is also considered low. In practice, however, the sulfur component in the oil is also decomposed to SOx, although it is a relatively small amount, and the NOx storage reduction catalyst is poisoned with S. Therefore, when the influence of the sulfur component in oil is not taken into account, an error may occur in the estimation result of the SOx poisoning amount. In such a case, a situation may occur in which the NOx storage reduction catalyst is excessively regenerated with S, and a situation in which the NOx storage reduction catalyst is actually used in a state in which the NO regeneration is not completely completed may occur. In particular, if the sulfur poisoning of the NOx storage reduction catalyst due to the sulfur component in the oil is ignored when the sulfur component in the fuel is reduced in the future as described above, the actual sulfur poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst is ignored. And the calculated S poisoning amount may be significantly different.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst is determined more accurately than before in consideration of the sulfur component in the oil together with the sulfur component in the fuel. An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, according to the first aspect of the invention, the NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage and the SOx poisoning amount estimation for estimating the amount of SOx stored in the NOx catalyst. Means for releasing the SOx stored in the NOx catalyst when the SOx poisoning amount exceeds a predetermined value, the SOx poisoning amount in the internal combustion engine The estimation means is based on the ratio of the sulfur component occluded in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil in the lubricating oil from the proportion of the sulfur component occluded in the NOx catalyst among the sulfur components in the fuel in the fuel. The exhaust purification device for an internal combustion engine is configured to estimate the SOx poisoning amount based on at least the sulfur component in the lubricating oil and the sulfur component in the fuel. There is provided.
[0009]
That is, according to the first invention, the sulfur component in the lubricating oil (oil) is considered, and the poisoning rate based on the sulfur component in the lubricating oil is made smaller than the poisoning rate based on the sulfur component in the fuel, thereby reducing the storage reduction type. The SOx poisoning amount of the NOx catalyst can be determined more accurately than before.
[0010]
According to a second invention, in the first invention, further comprising means for estimating or detecting a load of the internal combustion engine or a temperature in a combustion chamber of the internal combustion engine,
The higher the load or the temperature in the combustion chamber, the greater the proportion of the sulfur component stored in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil.
That is, according to the second invention, by increasing the sulfur component poisoning ratio in the lubricating oil in a predetermined case, the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be obtained more accurately.
[0011]
According to a third invention, in the first or second invention, further comprising a storage reduction type NOx catalyst temperature estimating means for estimating or detecting a temperature of the storage reduction type NOx catalyst,
When the temperature of the NOx storage reduction catalyst is higher than a predetermined temperature, the ratio of the sulfur component stored in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil is increased.
That is, according to the third invention, the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be accurately obtained even when the temperature in the combustion chamber is relatively low.
[0012]
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, a catalyst that is provided upstream of the NOx storage reduction catalyst and has an oxidation ability, and a temperature of the catalyst having the oxidation ability Catalyst temperature estimating means for estimating or detecting
When the temperature of the catalyst having the oxidizing ability is higher than a predetermined temperature, the ratio of the sulfur component stored in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil is increased.
That is, according to the fourth invention, the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be accurately obtained even when the temperature in the combustion chamber is relatively low or the temperature of the NOx storage reduction catalyst itself is low. . The catalyst having oxidation ability includes an oxidation catalyst and a three-way catalyst.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same members are denoted by the same reference numerals. In order to facilitate understanding, the scales of these drawings are appropriately changed.
[0014]
FIG. 1 shows a four-stroke compression ignition type internal combustion engine to which the present invention is applied.
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake valve, 8 is an intake port, 9 Is an exhaust valve, and 10 is an exhaust port. The intake port 8 is connected to a surge tank 12 via a corresponding intake branch pipe 11, the surge tank 12 is connected to an intercooler 75 via an intake duct 13 </ b> A, and the intercooler 75 passes through a branch pipe 73. It is connected to an outlet portion of a compressor 71 of a feeder, for example, an exhaust turbocharger 70. An inlet portion of the compressor 71 is connected to the air cleaner 14 via an air suction pipe 13B, and a throttle valve 16 driven by a step motor 15 is disposed in the air suction pipe 13B. The exhaust turbocharger 70 may be an electric turbo that can be driven by a motor (not shown).
[0015]
On the other hand, the exhaust port 10 is connected to the inlet portion of the exhaust turbine 72 of the exhaust turbocharger 70 via the exhaust manifold 17 and the exhaust pipe 18A, and the outlet portion of the exhaust turbine 72 is a catalyst containing the catalyst 19 via the exhaust pipe 18B. Connected to the converter 20. An air-fuel ratio sensor 21 is disposed in the exhaust pipe 18B. As further illustrated, another branch pipe 74 extending from the intake duct 13A is connected upstream of the catalytic converter 20 with respect to the flow of exhaust gas. The branch pipe 74 is provided with an air switching valve (ASV) 76.
[0016]
On the other hand, each fuel injection valve 6 is connected to a fuel reservoir, so-called common rail 26, via a fuel supply pipe 25. Fuel is supplied into the common rail 26 from an electrically controlled fuel pump 27 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 26 is supplied to the fuel injection valve 6 through each fuel supply pipe 25. A fuel pressure sensor 28 for detecting the fuel pressure in the common rail 26 is attached to the common rail 26, and a fuel pump 27 is set so that the fuel pressure in the common rail 26 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 28. The discharge amount is controlled. Further, lubricating oil is supplied to each part of the internal combustion engine by an oil pump (not shown). An oil pressure regulator (not shown) is provided in the supply pipe of the oil pump, and the supply amount corresponding to, for example, the rotational speed of the internal combustion engine is changed by this regulator.
[0017]
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 31. A ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, an input port 35 and an output port 36. It comprises. The output signal of the air-fuel ratio sensor 21 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37, and the output signal of the fuel pressure sensor 28 is also input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A temperature sensor 29 for detecting the engine coolant temperature is attached to the engine body 1, and an output signal of the temperature sensor 29 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. A temperature sensor 44 for detecting the temperature of the intake air is attached in at least one intake branch pipe 11, and an output signal of the temperature sensor 44 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. Is done. A temperature sensor 45 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 19 is disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst 19, and the temperature of the exhaust gas flowing out from the catalyst 19 is disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst 19. A temperature sensor 46 for detecting the above is disposed. The output signals of these temperature sensors 45 and 46 are input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
[0018]
A load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40, and the output voltage of the load sensor 41 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. . The input port 35 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. Further, the output pulse of the vehicle speed sensor 43 representing the vehicle speed is input to the input port 35. On the other hand, the output port 36 is connected to the fuel injection valve 6, the electric motor 15, the fuel pump 27, the ASV 76, and the oil pressure regulator through a corresponding drive circuit 38.
[0019]
As the catalyst 19 disposed in the catalytic converter 20, for example, an NOx storage reduction catalyst (hereinafter referred to as “NOx catalyst”) can be used. The NOx catalyst has a function of absorbing NOx when the average air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean and releasing NOx when the average air-fuel ratio of the exhaust gas becomes rich. This NOx catalyst has, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y, etc. At least one selected from such rare earths and a noble metal such as platinum Pt are supported. Alternatively, the catalytic converter 20 itself may be a DPNR (Diesel Particulate-NOx Reduction system) in which a NOx absorbent is supported on a filter that captures exhaust particulates.
[0020]
Here, as a sulfur component in a general fuel used for an internal combustion engine, mercaptan, thiophene, and the like are listed. Moreover, the general oil used for an internal combustion engine contains the base oil which has the sulfur component similar to the sulfur component in a fuel mentioned above. Further, the oil contains additives such as metal detergents and / or antioxidants, and examples of sulfur components in the metal cleaner include Ca sulfonate and Ca phenate, and sulfur in the oxidation / antiwear agent. Examples of the component include zinc dithiophosphate.
[0021]
The SOx poisoning amount (mg) of the NOx catalyst in the exhaust purification apparatus according to one embodiment of the present invention is calculated by the following equation (1) in the electronic control unit 30 in the exhaust purification apparatus.
(SOx poisoning amount of NOx catalyst) = (sulfur component in consumed fuel) × K1 + (sulfur component in consumed oil) × K2 (1)
[0022]
Here, the coefficient K1 is a poisoning rate at which the sulfur component in the consumed fuel poisons the NOx storage reduction catalyst, and the coefficient K2 is a poisoning of the sulfur component in the consumed oil that poisons the NOx storage reduction catalyst. It is a poison rate. Hereinafter, these coefficients K1 and K2 will be described.
[0023]
First, the coefficient K1 will be described. FIG. 2A shows the exposure temperature of fuel and oil during operation of the internal combustion engine. The white square portion in FIG. 2A indicates the reachable exposure temperature range, and the ruled line portion in FIG. 2A indicates the normal exposure temperature range. As can be seen from the upper part of FIG. 2A showing the fuel exposure temperature, the fuel burns in the combustion chamber 5, so the fuel exposure temperature is relatively high, and normally reaches about 1000 ° C. or more. On the other hand, the lower part of FIG. 2A shows the oil exposure temperature. As shown in FIG. 2A, the exposure temperature of the lubricating oil (oil) may exceed 1000 ° C., but the exposure temperature of the oil is usually much lower than the exposure temperature of the fuel.
[0024]
On the other hand, FIG. 2B is a graph showing the conversion rate of the sulfur component to SOx with respect to the temperature of the fuel and oil. As shown by the dotted line in FIG. 2B, the conversion rate to SOx is almost zero when the temperature is from room temperature to 200 ° C. When the temperature is gradually increased, the conversion rate of the sulfur component in the fuel into SOx gradually increases. When the temperature of the fuel exceeds the exposure temperature of the fuel (about 1000 ° C. or more) as described with reference to FIG. 2 (a), the conversion rate of the sulfur component in the fuel to SOx is as shown by the solid line in FIG. 2 (b). Asymptotically approaches 100%.
[0025]
SOx generated by the combustion of fuel during operation of the internal combustion engine is stored in the NOx storage reduction catalyst 19 in the catalytic converter 20 when passing through the exhaust passage 18B. Accordingly, it is considered that almost all of the SOx generated by the combustion of fuel poisons the NOx catalyst. As can be seen from FIG. 2 (b), almost 100% of the sulfur component in the fuel is converted to SOx at the fuel exposure temperature (about 1000 ° C. or higher, see FIG. 2 (a)). Therefore, in such a case, K1≈1.0. Further, the coefficient K1 varies depending on the load L of the internal combustion engine. FIG. 3 is a diagram showing a map of the coefficient K1. As shown in FIG. 3, the coefficient K1, which is the poisoning ratio due to sulfur components in the consumed fuel, takes the above into consideration and takes the form of a map as a function of the engine speed N and load L of the internal combustion engine. Are stored in the ROM 32 in advance. In the map shown in FIG. 3, as the engine speed N and the load L increase, the temperature in the combustion chamber increases. Therefore, the engine speed N and the load L are within a range where the coefficient K1 does not exceed the upper limit of 1. Is set to increase as the value increases.
[0026]
Next, the coefficient K2 indicating the poisoning ratio due to the sulfur component in the consumed oil will be described. Referring to FIG. 2 (b), from room temperature to about 200 ° C., the conversion rate of the sulfur component in the oil to SOx is a value close to zero as in the case of fuel. When the temperature is gradually increased, the conversion rate of the sulfur component in the oil into SOx gradually increases. However, as shown in the figure, the conversion rate of the sulfur component in the oil into SOx is smaller than the conversion rate of the sulfur component in the fuel into SOx. When the conversion rate of sulfur component in oil to SOx also exceeds about 1000 ° C., it approaches 100%.
[0027]
FIG. 4C is a diagram showing a map of the coefficient K2. As shown in FIG. 4C, the coefficient K2, which is the poisoning rate at which the sulfur component in the consumed oil poisons the NOx storage reduction catalyst, is a map shape as a function of the engine speed N and the load L. Are stored in the ROM 32 in advance. Although no specific numerical value is shown in FIG. 4C, the value of K2 is set to be larger at high load than at low load. That is, a correction coefficient Ka relating to the coefficient K2 is introduced, and the value of the coefficient K2 shown in FIG. 4C is obtained by multiplying the correction coefficient Ka in advance.
[0028]
Hereinafter, the correction coefficient Ka will be briefly described. FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the rotational speed and the fuel injection amount at each Ka value. In FIG. 4A, the horizontal axis indicates the engine speed, and the vertical axis indicates the fuel injection amount. As can be seen from FIG. 4A, when the rotational speed and the injection amount are relatively small, Ka = 1.0, which is relatively small. On the other hand, when the rotational speed and the injection amount are increased, that is, when the load is increased, the temperature in the combustion chamber 5 is also increased, so that the oil is easily volatilized. In this case, the conversion rate at which the oil is converted to SOx also increases (see FIG. 2B), and the sulfur component that has become SOx poisons the NOx storage reduction catalyst. Therefore, when the load is large, the correction coefficient Ka is gradually increased to Ka = 1.1 to 1.3.
[0029]
FIG. 4B is a diagram showing the relationship between the pressure and the correction coefficient Ka. In FIG. 4B, the horizontal axis indicates the pressure, and the vertical axis indicates the correction coefficient Ka. The pressure in the combustion chamber 5 of the internal combustion engine falls below the atmospheric pressure in the intake stroke or the like. Therefore, when the pressure in the cylinder becomes negative, a large amount of oil also exists in the cylinder, and the rate at which the oil is converted to SOx increases. When the pressure in the combustion chamber 5 is atmospheric pressure as indicated by a dotted line, the correction coefficient Ka is Ka = 1.0. As can be seen from FIG. 4B, the value of Ka increases as the pressure falls below atmospheric pressure. The map of the coefficient K2 shown in FIG. 4C is determined by multiplying the correction coefficient Ka shown in FIGS. 4A and 4B in advance.
[0030]
By the way, as described above, in addition to the base oil containing the sulfur component close to the sulfur component in the fuel, various additives such as a metal cleaning material and / or an oxidation / antiwear agent are mixed in the oil. . Such additives have a lower conversion rate to SOx than the sulfur component in the base oil. As described above with reference to FIG. 2 (a), the oil exposure temperature range extends to a temperature much lower than the fuel exposure temperature range, and the average value of the oil exposure temperature is the fuel exposure temperature. Significantly less than the average value. For this reason, the coefficient K2 indicating the poisoning rate at which the oil decomposes to SOx and poisons the NOx catalyst is smaller than the coefficient K1 in the case of fuel. As a matter of course, even when the correction coefficient Ka is multiplied, the coefficient K2 is smaller than the coefficient K1 described above.
[0031]
In the present embodiment, different sulfur components in the fuel depending on the type of fuel used are stored in advance in the ROM 32 in the form of a map (not shown). The sulfur component in the fuel is determined from this map based on the fuel used, then the fuel consumption is calculated using the fuel pressure sensor 28 and the like, and the sulfur component in the consumed fuel is calculated from these products. Similarly, different sulfur components in oil depending on the type of oil used are stored in advance in the ROM 32 in the form of a map (not shown). The sulfur component in the oil is determined from this map based on the oil used, and then the oil consumption is calculated using an oil pressure regulator or the like, and the sulfur component in the consumed oil is calculated from these products. Next, the values of K1 and K2 are respectively determined from the maps shown in FIGS. 3 and 4C, and the SOx poisoning amount is calculated from the above-described equation (1). In the present embodiment, the SOx poisoning amount (mg) of the NOx catalyst is calculated from the above-mentioned formula in consideration of the sulfur component in the oil as well as the sulfur component in the fuel, so that the SOx coverage of the NOx catalyst is more accurate than in the past. The amount of poison can be determined.
[0032]
In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the value of K2 is changed according to the temperature of the catalytic converter 20 (or DPNR) provided in the exhaust passage 18B. As described above with reference to FIG. 2 (a), when the oil exposure temperature is much lower than the fuel exposure temperature, the conversion rate of sulfur components in the oil to SOx is also shown in FIG. 2 (b). It is getting smaller. Therefore, in this case, the sulfur component in the oil burns while maintaining the original form, that is, the form as an additive (for example, a metal detergent or an oxidation / antiwear agent) or not converted to SOx. It enters the catalytic converter 20 from the chamber 5. When the sulfur component in the oil is in such a form, the NOx storage reduction catalyst 19 in the catalytic converter 20 is not poisoned by S. However, when the temperature of the NOx storage reduction catalyst 19 in the catalytic converter 20 is sufficiently high to decompose the sulfur component in the oil to SOx, the sulfur component in the oil in these forms decomposes on the catalyst 19 to form the SOx. These SOx may then poison the catalyst 19. That is, even when the oil exposure temperature is low, the sulfur component in the oil can be converted to SOx on the catalyst if the temperature of the catalyst 19 is higher than a predetermined value. Therefore, it is necessary to determine K2 indicating the poisoning ratio due to the sulfur component in the consumed oil in consideration of the temperature of the catalyst 19 in the catalytic converter 20.
[0033]
In such a case, the SOx poisoning amount (mg) of the NOx catalyst in the exhaust purification apparatus according to another embodiment of the present invention is calculated by the following equation (2).
(SOx poisoning amount of NOx catalyst) = (sulfur component in consumed fuel) × K1 + (sulfur component in consumed oil) × K2 × K3 (2)
[0034]
As described above, the coefficient K1 is a poisoning rate at which the sulfur component in the consumed fuel poisons the NOx storage reduction catalyst. The coefficient K2 is a poisoning ratio in which the sulfur component in the consumed oil poisons the NOx storage reduction catalyst. However, in this embodiment, the coefficient K2 is multiplied by the coefficient K3. Here, the coefficient K3 is a value determined according to the sulfur component in the oil being decomposed to SOx on the catalyst.
[0035]
FIG. 5A shows the relationship between the catalyst temperature and the coefficient K3. 5A, the horizontal axis indicates the temperature of the catalyst 19 in the catalytic converter 20, and the temperature of the catalyst 19 is calculated from the temperatures detected by the temperature sensors 45 and 46 using a predetermined formula. The vertical axis in FIG. 5A indicates the coefficient K3. As shown in FIG. 5 (a), the temperature of the catalyst 19 is a predetermined SO. ₂ When the temperature is equal to or lower than the decomposition start temperature, the coefficient K3 is 1.0, and the value of K3 increases as the temperature of the catalyst 19 increases. However, in this embodiment, it is assumed that the product of the coefficient K2 and the coefficient K3 is 1.0 or less, that is, K2 × K3 ≦ 1.0.
[0036]
Here, it is assumed that K2 × K3 = K2 ′ and FIG. 5B is a diagram showing a map of the coefficient K2 ′. As shown in FIG. 5B, K2 ′, which is the product of the coefficient K2 and the coefficient K3, is stored in advance in the ROM 32 as a function of the engine speed N and the load L in the form of a map.
[0037]
Also in the present embodiment, the sulfur component in the fuel and the sulfur component in the consumed oil are calculated from the maps (not shown) of the sulfur component in the fuel and the sulfur component in the oil and their consumption, and FIG. 3, FIG. 4 (c) and FIG. The values of K1, K2, and K3 are determined from the map shown in 5 (b), and the SOx poisoning amount is calculated from Equation (2) using these values. In the present embodiment, for example, even when the temperature in the combustion chamber 5 is low and SOx is not generated in the combustion chamber 5, the SOx poisoning amount of the NOx catalyst can be accurately obtained.
[0038]
FIG. 6 is a view showing another 4-stroke compression ignition type internal combustion engine to which another embodiment of the present invention can be applied. In FIG. 6, two catalytic converters 20, 60 are provided in the exhaust pipe 18B. As can be seen from FIG. 6, the catalytic converter 60 is provided upstream of the catalytic converter 20. As in the case shown in FIG. 1, the catalyst 19 in the catalytic converter 20 may be, for example, a NOx catalyst, or the catalytic converter 20 itself may be a DPNR. In FIG. 6, the catalytic converter 60 is an oxidation catalytic converter that supports the catalyst 61 when it is an oxidation catalyst, or three that supports this when the catalyst 61 is a three-way catalyst. It can be an original catalytic converter.
[0039]
As shown in FIG. 6, a temperature sensor 62 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 61 is arranged in the exhaust passage upstream of the catalyst 61 in the catalytic converter 60, and in the exhaust passage downstream of the catalyst 61. Is provided with a temperature sensor 63 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing out of the catalyst 61. The output signals of these temperature sensors 62 and 63 are also input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37. The temperature of the catalyst 61 is calculated from the temperatures detected by the temperature sensors 62 and 63 using a predetermined formula.
[0040]
Also in the internal combustion engine as shown in FIG. 6, the sulfur component in the oil remains in its original form, that is, the form as an additive (for example, a metal detergent or an oxidation / antiwear agent), or does not change to SOx. In some cases, it may enter the catalytic converter 60 from the combustion chamber 5. When the temperature of the catalyst 61 in the catalytic converter 60 is equal to or higher than the above-described SOx decomposition start temperature, these additives and / or SOx precursors are converted to SOx on the catalyst 61, and then these SOx are discharged into the exhaust passage. The catalyst 19 from the catalytic converter 60 through the catalytic converter 20 can be poisoned. Therefore, also in the internal combustion engine as shown in FIG. 6, the coefficient K3 changes according to the temperature of the catalyst 61 in the catalytic converter 60 located on the upstream side, and the temperature of the catalyst is the same as in the case shown in FIG. Is SO ₂ When the temperature becomes higher than the decomposition start temperature, the value of the coefficient K3 also increases. In such a case, the coefficient K2 ′ is obtained from another map (not shown) similar to that shown in FIG. 5B, and the S poisoning amount is similarly calculated from the equation (2). In the present embodiment, for example, when the temperature in the combustion chamber 5 is low and SOx is not generated in the combustion chamber 5, or the temperature of the NOx storage reduction catalyst 19 in the flow catalytic converter 20 is low and SOx is on the catalyst 19. Even when NO does not occur, the SOx poisoning amount of the NOx catalyst can be accurately obtained.
[0041]
【The invention's effect】
According to each invention, the common effect that the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be obtained more accurately than before can be obtained.
[0042]
Furthermore, according to the second aspect of the present invention, the sulfur component poisoning ratio in the lubricating oil is increased in a predetermined case, thereby obtaining the effect that the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be obtained more accurately. sell.
Further, according to the third aspect of the present invention, even when the temperature in the combustion chamber is relatively low, the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be obtained accurately.
Further, according to the fourth aspect of the invention, the SOx poisoning amount of the NOx storage reduction catalyst can be accurately obtained even when the temperature in the combustion chamber is relatively low or the temperature of the NOx storage reduction catalyst itself is low. The effect that it is possible can be produced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a four-stroke compression ignition type internal combustion engine to which one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 (a) is a diagram showing the exposure temperature of fuel and oil during operation of the internal combustion engine. (B) It is a figure which shows the conversion rate to the SOx of the sulfur component with respect to the temperature of fuel and oil.
FIG. 3 is a diagram showing a map of a coefficient K1.
FIG. 4A is a diagram showing the relationship between the rotation speed and the injection amount at the value of each correction coefficient Ka.
(B) It is a figure which shows the relationship between a pressure and the correction coefficient Ka.
(C) It is a figure which shows the map of the coefficient K2.
FIG. 5A is a diagram showing a relationship between a catalyst temperature and a coefficient K3.
(B) It is a figure which shows the map of coefficient K2 '.
FIG. 6 is a view showing another four-stroke compression ignition type internal combustion engine to which another embodiment of the present invention can be applied.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between sulfur components in oil and sulfur components in fuel among all sulfur components of consumed fuel and consumed oil.
[Explanation of symbols]
5 ... Combustion chamber
6 ... Fuel injection valve
8 ... Intake port
10 ... Exhaust port
19 ... Catalyst (NOx storage reduction catalyst)
20 ... Catalytic converter
40 ... Accelerator pedal
45 ... Temperature sensor
46 ... Temperature sensor
60 ... Catalytic converter
61 ... Catalyst (oxidation catalyst or three-way catalyst)
62 ... Temperature sensor
63 ... Temperature sensor

Claims

排気通路内に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒内に吸蔵されるＳＯｘの量を推定するＳＯｘ被毒量推定手段とを備えていて、前記ＳＯｘ被毒量が所定の値以上になったときに前記ＮＯｘ触媒に吸蔵された前記ＳＯｘを放出させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、
前記ＳＯｘ被毒量推定手段は、潤滑油内における潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合が燃料内における燃料内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合よりも小さいように設定した状態で、少なくとも前記潤滑油内イオウ成分と前記燃料内イオウ成分とに基づいてＳＯｘ被毒量を推定するようにした内燃機関の排気浄化装置。An NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage; and an SOx poisoning amount estimating means for estimating the amount of SOx stored in the NOx catalyst, wherein the SOx poisoning amount exceeds a predetermined value. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the SOx stored in the NOx catalyst is released when
The SOx poisoning amount estimation means stores the ratio of the sulfur component occluded in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil in the lubricating oil, occluded in the NOx catalyst among the sulfur components in the fuel in the fuel. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein an SOx poisoning amount is estimated based on at least the sulfur component in the lubricating oil and the sulfur component in the fuel in a state set to be smaller than the ratio of the sulfur component.

さらに、前記内燃機関の負荷または前記内燃機関の燃焼室内の温度を推定又は検出する手段を具備し、
前記負荷または前記燃焼室内の温度が高いほど、前記潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合を大きくす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。And further comprising means for estimating or detecting the load of the internal combustion engine or the temperature in the combustion chamber of the internal combustion engine,
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the higher the load or the temperature in the combustion chamber, the larger the ratio of the sulfur component stored in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil. .

さらに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を推定又は検出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒温度推定手段を具備し、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が所定の温度よりも高い場合には、前記潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合を大きくするようにした請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。Furthermore, the storage reduction type NOx catalyst temperature estimation means for estimating or detecting the temperature of the storage reduction type NOx catalyst is provided,
The ratio of the sulfur component stored in the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil is increased when the temperature of the NOx storage reduction catalyst is higher than a predetermined temperature. 2. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to 1.

さらに、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の上流に設けられていて酸化能を有する触媒と、該酸化能を有する触媒の温度を推定又は検出する触媒温度推定手段とを具備し、
前記酸化能を有する触媒の温度が所定の温度よりも高い場合には、前記潤滑油内イオウ成分のうちで前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるイオウ成分の割合を大きくするようにした請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。And a catalyst having an oxidizing ability provided upstream of the NOx storage reduction catalyst, and a catalyst temperature estimating means for estimating or detecting the temperature of the catalyst having the oxidizing ability,
The ratio of the sulfur component occluded by the NOx catalyst among the sulfur components in the lubricating oil is increased when the temperature of the catalyst having the oxidizing ability is higher than a predetermined temperature. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to any one of the above.