JP5093134B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

酸素吸蔵能を持つ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲという）の酸素吸蔵能力を推定するときに、ＮＳＲの硫黄被毒量が所定量以上の場合には、酸素吸蔵能力の推定を禁止する、又は、硫黄被毒回復処理を行った後に酸素吸蔵能力の推定禁止を解除する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２６４８０７号公報

ところで、上記の技術においては、燃料消費量や車両走行距離或いはＮＯｘセンサを用いてＮＳＲの硫黄被毒量を推定している。しかし、燃料消費量や車両走行距離から硫黄被毒量を求めることは精度を向上させるために適合工数が増加してしまう。また、ＮＯｘセンサを設けることはコストアップとなってしまう。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関の排気浄化装置において、コストアップすることなく吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量の推定精度を向上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、本発明は、
内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比を検知する排気空燃比検知手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
前記硫黄被毒量推定手段によって推定される推定硫黄被毒量が所定量以上となった場合に、硫黄被毒回復処理を実行する硫黄被毒回復処理手段と、
前記硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、前記排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比に基づいて、前記硫黄被毒量推定手段が推定する推定硫黄被毒量を補正する硫黄被毒量補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

ここで、所定量とは、硫黄被毒量推定手段によって推定される推定硫黄被毒量がそれ以上となると、硫黄被毒回復処理手段によって硫黄被毒回復処理を実行する閾値となる量である。

本発明によると、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比に基づいて、硫黄被毒量推定手段が推定する推定硫黄被毒量を補正することができる。ここで、排気空燃比検知手段は、酸素吸蔵能力の推定の他、他の用途で設置されることが多く流用でき、ＮＯｘセンサを新たに設置するようなコストアップを招かない。したがって、コストアップすることなく吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の
硫黄被毒量の推定精度を向上できる。

前記硫黄被毒量補正手段は、前記硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、前記排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比が制御値から所定値以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が特定量になったと判断し、当該硫黄被毒量が特定量になる時点までの硫黄被毒回復処理の実行時間及び単位時間当たりの硫黄放出量に基づいて、硫黄被毒回復処理の実行開始時点での硫黄被毒量を算出し、当該算出された算出硫黄被毒量と硫黄被毒回復処理の実行開始時点での前記硫黄被毒量推定手段によって推定された推定硫黄被毒量とを比較して補正量を算出するとよい。

ここで、所定値とは、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比が制御値からそれ以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が特定量になったと判断できる閾値となる値である。また、特定量とは、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比が制御値からそれ以上にずれが生じた時点での、特定された硫黄被毒量である。

本発明によると、硫黄被毒量補正手段が補正量を精度良く算出できるので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量の推定精度を向上できる。

前記硫黄被毒量補正手段は、前記硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲状態に基づいて、前記硫黄被毒量推定手段が推定する推定硫黄被毒量を補正するとよい。

ここで、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲状態とは、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲の温度や排気の空燃比等である。

本発明によると、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比だけでなく、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲状態に基づいて、硫黄被毒量推定手段が推定する推定硫黄被毒量を補正することができる。したがって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量の推定精度をより向上できる。

前記硫黄被毒回復処理手段は、硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量が基準量よりも少なくなる場合には、硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させるとよい。

ここで、基準量とは、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量がそれよりも少なくなると、硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させる閾値となる量である。

本発明によると、硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させ、硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量を基準量以上とするので、基準量以上の単位時間当たりの硫黄放出量を確保した好適な硫黄被毒回復処理を実現できる。

本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、コストアップすることなく吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量の推定精度を向上できる。

実施例１に係る内燃機関及びその排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る硫黄放出時の排気空燃比の様子を示す図である。 実施例１に係る硫黄放出なし時のリッチずれが生じた排気空燃比の様子を示す図である。 実施例１に係る各硫黄被毒被毒回復処理温度での推定硫黄被毒量の補正量を示す図である。 実施例１に係る推定硫黄被毒量補正ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１に係る硫黄被毒回復処理補正ルーチンを示すフローチャートである。

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、本発明の内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関及びその排気系の概略構成を示す。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１には、各気筒２に燃料噴射弁３が設けられている。

内燃機関１には、燃焼室から排出された排気が流通する排気通路４が接続されている。排気通路４は、下流にて大気に通じている。

排気通路４の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であるＮＳＲ５が配置されている。ＮＳＲ５は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ燃料等の還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元放出する機能を有する。

ＮＳＲ５の上下流の排気通路４には、それぞれ第１、第２排気空燃比センサ６，７が配置されている。第１排気空燃比センサ６は、ＮＳＲ５に流入する前の排気の空燃比を検知できる。第２排気空燃比センサ７は、ＮＳＲ５から流出した後の排気の空燃比を検知できる。ここで、本実施例における第２排気空燃比センサ７が本発明の排気空燃比検知手段に相当する。

ＮＳＲ５の下流の排気通路４には、ＮＳＲ５から流出した後の排気の温度を検知する排気温度センサ８が配置されている。

以上述べたように構成された内燃機関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。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。

ＥＣＵ９には、第１、第２排気空燃比センサ６，７及び排気温度センサ８の他、クランクポジションセンサ１０及びアクセルポジションセンサ１１等が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力される。また、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３が電気配線を介して接続され、燃料噴射弁３はＥＣＵ９により制御される。

ところで、ＮＳＲ５は、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）もＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵する。ＮＳＲ５に吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘよりも放出され難く、ＮＳＲ５内に蓄積される。このため、ＳＯｘが吸蔵されている分、ＮＯｘを吸蔵できる量が減少し、ＮＳＲ５のＮＯｘ吸蔵能力が低下する。これを硫黄被毒といい、ＮＳＲ５の硫黄被毒量が多量になった場合に硫黄被毒から回復させる硫黄被毒回復処理
を実施する必要がある。硫黄被毒回復処理は、ＮＳＲ５を高温（例えば６００℃〜６５０℃程度）にしつつ、内燃機関１にてアフター噴射等を行い燃料を飛散させて酸素濃度を低下させた排気をＮＳＲ５に流通させて実行される。なお、硫黄被毒回復処理を実行するＥＣＵ９が本発明の硫黄被毒回復処理手段に相当する。

ここで、硫黄被毒回復処理を実行するために、ＮＳＲ５に吸蔵された硫黄被毒量（推定硫黄被毒量）を推定することが行われている。そして、推定硫黄被毒量が所定量以上となった場合に、硫黄被毒回復処理を実行する。ここで、所定量とは、推定される推定硫黄被毒量がそれ以上となると、硫黄被毒回復処理を実行する閾値となる量である。

ここで、推定硫黄被毒量は、燃料消費量や車両走行距離等の内燃機関の運転状態によって求めることができる。すなわち、燃料中の硫黄成分によりＮＳＲ５が被毒するので、燃料消費量を積算してＥＣＵ９に記憶させ推定硫黄被毒量を求めることができる。また、車両走行距離に応じて硫黄被毒量が増加するとして、車両走行距離に基づいて推定硫黄被毒量を求めることができる。なお、上記のように燃料消費量や車両走行距離といった内燃機関１の運転状態に基づいて推定硫黄被毒量を推定するＥＣＵ９が本発明の硫黄被毒量推定手段に相当する。

またさらには、ＮＳＲ５の下流の排気通路にＮＳＲ５から流出するＮＯｘ量を検知するＮＯｘセンサを設置し、ＮＳＲ５の硫黄被毒が進行してＮＳＲ５のＮＯｘ吸蔵能力が低下したときに、ＮＳＲ５で吸蔵されずに下流に流出する増加したＮＯｘ量に基づいて推定硫黄被毒量を求めることもできる。

しかし、燃料消費量や車両走行距離から硫黄被毒量を求めることは精度を向上させるために適合工数が増加してしまう。また、ＮＯｘセンサを設けることはコストアップとなってしまう。

そこで、本実施例では、硫黄被毒回復処理の実行時の、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比に基づいて、推定硫黄被毒量を補正するようにした。

具体的には、硫黄被毒回復処理の実行時の、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比が制御値から所定値以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が０（特定量）になったと判断する。すなわち、ＮＳＲ５の硫黄被毒量が一定量以上ある場合には、硫黄被毒回復処理によってＮＳＲ５で生成するＨ_２は硫黄放出反応で消費されるので、図２に示す硫黄放出時のように、ＮＳＲ５から流出する排気の空燃比は制御値に維持される。しかし、ＮＳＲ５の硫黄被毒量が少なくなる場合には、硫黄被毒回復処理によってＮＳＲ５で生成するＨ_２は硫黄放出反応で消費されなくなり、ＮＳＲ５からＨ_２が流出し、図３に示す硫黄放出なし時のようにＮＳＲ５から流出する排気の空燃比は制御値よりもリッチ側にずれる。ここで、ＮＳＲ５から流出する排気の空燃比が制御値から所定値以上にリッチ側にずれが生じた時点を予め硫黄被毒量が０になるポイントとして記憶させておくことで、ＮＳＲ５の硫黄被毒量が０になることが判断できる。つまり、所定値とは、硫黄被毒回復処理の実行時の、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比が制御値からそれ以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が０になったと判断できる閾値となる値である。

なお、本実施例では、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比が制御値から所定値以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が０になったと判断している。しかしこれに限られない。例えば、第１排気空燃比センサ６が検知する排気の空燃比と第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比との差分が所定値以上に開いた場合に硫黄被毒量が０になったと判断してもよい。この場合には、第１排気空燃比センサ６が検知する排気の空燃比が制御値に相当する。

また、本実施例では、ＮＳＲ５から流出する排気の空燃比が制御値から所定値以上にリッチ側にずれが生じた時点を予め硫黄被毒量が０となる特定量と定めている。しかしこれに限られない。例えば、特定量は、特定できれば０以外であってもよい。

そして、当該硫黄被毒量が０になる時点までの硫黄被毒回復処理の実行時間に単位時間当たりの硫黄放出量を乗算して、硫黄被毒回復処理の実行開始時点での硫黄被毒量（算出硫黄被毒量）を算出する。このとき、硫黄被毒回復処理の実行時間に乗算される単位時間当たりの硫黄放出量は、硫黄被毒回復処理時のＮＳＲ５における排気の空燃比の制御値や温度によって予め定まっている。なお、算出硫黄被毒量は、一般的には、特定量＋（硫黄被毒回復処理の実行時間×硫黄被毒回復処理の単位時間当たりの硫黄放出量）で特定できる。

この算出された算出硫黄被毒量と硫黄被毒回復処理の実行開始時点での推定された推定硫黄被毒量とを比較して第１補正量を算出する。この算出された第１補正量で推定硫黄被毒量を補正する。

本実施例によると、硫黄被毒回復処理の実行時の、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比に基づいて、推定硫黄被毒量を補正することができる。ここで、第２排気空燃比センサ７は、酸素吸蔵能力の推定の他、他の用途で設置されることが多く流用でき、ＮＯｘセンサを新たに設置するようなコストアップを招かない。したがって、コストアップすることなくＮＳＲ５の推定硫黄被毒量の推定精度を向上できる。特に本実施例によると、補正量（第１補正量）を精度良く算出できるので、ＮＳＲ５の推定硫黄被毒量の推定精度を向上できる。

また、本実施例では、硫黄被毒回復処理の実行時の、ＮＳＲ５の周囲状態に基づいて、推定硫黄被毒量を補正することも行われる。ここで、硫黄被毒回復処理の実行時の、ＮＳＲ５の周囲状態とは、例えばＮＳＲ５の周囲の温度が挙げられる。具体的には、排気温度センサ８が検知するＮＳＲ５から流出する排気の温度を、図４に示すような予め定められた硫黄被毒量と単位時間当たりの硫黄放出量との関係に取り込み第２補正量を算出し、この算出された第２補正量で推定硫黄被毒量を補正する。なお、硫黄被毒回復処理の実行時の、ＮＳＲ５の周囲状態として、第２排気空燃比センサ７が検出する排気の空燃比等を考慮してもよい。また、これらＮＳＲ５の周囲状態として用いる温度や排気の空燃比は、硫黄被毒回復処理の実行中の値だけでなく、硫黄被毒回復処理の実行終了時の値を用いることもできる。

本実施例によると、硫黄被毒回復処理の実行時の、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比だけでなく、ＮＳＲ５の周囲状態に基づいて、推定硫黄被毒量を補正することができる。したがって、ＮＳＲ５の推定硫黄被毒量の推定精度をより向上できる。

次に、本実施例による推定硫黄被毒量補正ルーチンについて説明する。図５は、本実施例による推定硫黄被毒量補正ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンを実行するＥＣＵ９が本発明の硫黄被毒量補正手段に相当する。

Ｓ１０１では、硫黄被毒回復処理が実行されたか否かを判別する。Ｓ１０１で肯定判定された場合には、Ｓ１０２へ進み、一方、否定判定された場合には、本ルーチンを終了させる。

Ｓ１０２では、第２排気空燃比センサ７が検知する排気の空燃比が制御値から所定値以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が０になったと判断する。

Ｓ１０３では、硫黄被毒量が０になる時点までの硫黄被毒回復処理の実行時間に単位時間当たりの硫黄放出量を乗算して、硫黄被毒回復処理の実行開始時点での算出硫黄被毒量を算出する。

Ｓ１０４では、算出硫黄被毒量と硫黄被毒回復処理の実行開始時点での推定された推定硫黄被毒量とを比較して第１補正量を算出する。

Ｓ１０５では、ＮＳＲ５の周囲状態に基づいて第２補正量を算出する。第２補正量は、例えば、排気温度センサ８が検知するＮＳＲ５から流出する排気の温度を、図４に示すような予め定められた硫黄被毒量と単位時間当たりの硫黄放出量との関係に取り込み算出される。

Ｓ１０６では、第１、第２補正量で推定硫黄被毒量を補正する。

このようにして、ＮＯｘセンサを新たに設置するようなコストアップを招かず、第２排気空燃比センサ７を用いてＮＳＲ５の推定硫黄被毒量の推定精度を向上できる。

しかしながら、上記のようにＮＳＲ５の推定硫黄被毒量を補正したり他の要因が生じたりすると、硫黄被毒回復処理において、実際の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１が少なくなりすぎてしまう場合がある。

そこで、本実施例では、硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１が基準量αよりも少なくなる場合には、硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させるようにした。ここで、基準量αとは、硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１がそれよりも少なくなると、硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させる閾値となる量である。

本実施例によると、硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させ、硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１を基準量α以上とするので、基準量α以上の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１を確保した好適な硫黄被毒回復処理を実現できる。

次に、本実施例による硫黄被毒回復処理補正ルーチンについて説明する。図６は、本実施例による硫黄被毒回復処理補正ルーチンを示すフローチャートである。

Ｓ２０１では、硫黄被毒回復処理の実行中であるか否かを判別する。Ｓ２０１で肯定判定された場合には、Ｓ２０２へ進み、一方、否定判定された場合には、本ルーチンを終了させる。

Ｓ２０２では、硫黄被毒回復処理の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１を算出する。単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１は、硫黄被毒回復処理時の排気の空燃比の制御値及び排気温度センサ８が検出する排気の温度等から算出できる。

Ｓ２０３では、単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１が基準量αよりも少ないか否かを判別する。Ｓ２０３で肯定判定された場合には、Ｓ２０４へ進み、一方、否定判定された場合には、本ルーチンを終了させる。

Ｓ２０４では、硫黄被毒回復処理の昇温の度合いを増大させる、或いは制御値となる排気空燃比低下の度合いを増大させる。これにより、硫黄被毒回復処理時のＮＳＲ５におけ
る温度を上昇させたり排気の空燃比の制御値を低下させたりし、単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１を基準量α以上に増大させる。

このようにして、硫黄被毒回復処理は、基準量α以上の単位時間当たりの硫黄放出量Ｓ１を確保できる。

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。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 排気通路
５ ＮＳＲ（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
６ 排気空燃比センサ
７ 排気空燃比センサ
８ 排気温度センサ
９ ＥＣＵ

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流の前記排気通路に設けられ、排気の空燃比を検知する排気空燃比検知手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
   前記硫黄被毒量推定手段によって推定される推定硫黄被毒量が所定量以上となった場合に、硫黄被毒回復処理を実行する硫黄被毒回復処理手段と、
   前記硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、前記排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比に基づいて、前記硫黄被毒量推定手段が推定する推定硫黄被毒量を補正する硫黄被毒量補正手段と、
   を備え、
   前記硫黄被毒量補正手段は、前記硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の、前記排気空燃比検知手段が検知する排気の空燃比が制御値から所定値以上にずれが生じた時点で硫黄被毒量が特定量になったと判断し、当該硫黄被毒量が特定量になる時点までの硫黄被毒回復処理の実行時間及び単位時間当たりの硫黄放出量に基づいて、硫黄被毒回復処理の実行開始時点での硫黄被毒量を算出し、当該算出された算出硫黄被毒量と硫黄被毒回復処理の実行開始時点での前記硫黄被毒量推定手段によって推定された推定硫黄被毒量とを比較して第１補正量を算出するとともに、前記硫黄被毒回復処理手段による硫黄被毒回復処理の実行時の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の周囲状態に基づいて第２補正量を算出し、前記硫黄被毒量推定手段が推定する推定硫黄被毒量を前記第１補正量及び前記第２補正量によって補正し、
   前記硫黄被毒回復処理手段は、硫黄被毒回復処理の実行時の単位時間当たりの硫黄放出量が基準量よりも少なくなる場合には、硫黄被毒回復処理の昇温又は排気空燃比低下の度合いを増大させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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