JP2003293744A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2003293744A JP2002102465A JP2002102465A JP2003293744A JP 2003293744 A JP2003293744 A JP 2003293744A JP 2002102465 A JP2002102465 A JP 2002102465A JP 2002102465 A JP2002102465 A JP 2002102465A JP 2003293744 A JP2003293744 A JP 2003293744A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の排気浄化装置において、SOx被毒
回復時期を判定する技術を提供する。 【解決手段】NOx触媒5と、NOx触媒5へ還元剤を供
給してNOxを還元させるNOx還元手段8と、NOx触
媒5下流の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段7と、
SOx被毒が発生していないときで且つ還元剤を供給し
たときの酸素濃度を記憶する酸素濃度記憶手段11と、
NOx触媒5へ還元剤が供給された場合に酸素濃度検出
手段7により検出される酸素濃度と酸素濃度記憶手段1
1により記憶されている酸素濃度とを比較してNOx触
媒のSOx被毒量を推定するSOx被毒量推定手段11
と、を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃機関、
特に酸素過剰状態の混合気(所謂、リーン空燃比の混合
気)を燃焼可能とするディーゼル機関やリーンバーン・
ガソリン機関では、該内燃機関の排気中に含まれる窒素
酸化物(NOx)を浄化する技術が望まれている。
【0003】このような要求に対し、内燃機関の排気系
にNOx吸蔵剤を配置する技術が提案されている。この
NOx吸蔵剤の一つとして、流入する排気の酸素濃度が
高いときは排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵(吸
収、吸着)し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還
元剤が存在するときは吸蔵していた窒素酸化物(NO
x)を窒素(N2)に還元する吸蔵還元型NOx触媒が知
られている。
【0004】吸蔵還元型NOx触媒が内燃機関の排気系
に配置されると、内燃機関が希薄燃焼運転されて排気の
空燃比が高くなるときは排気中の窒素酸化物(NOx)
が吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵され、吸蔵還元型NOx触
媒に流入する排気の空燃比が低くなったときは吸蔵還元
型NOx触媒に吸蔵されていた窒素酸化物(NOx)が窒
素(N2)に還元される。
【0005】ところで、吸蔵還元型NOx触媒には燃料
に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物(S
Ox)もNOxと同じメカニズムで吸蔵される。このよう
に吸蔵されたSOxはNOxよりも放出されにくく、NO
x触媒内に蓄積される。これをSOx被毒といい、NOx
浄化率が低下するため、適宜の時期にSOx被毒から回
復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復
処理は、NOx触媒を高温(例えば600乃至650℃
程度)にしつつ酸素濃度を低下させた排気をNOx触媒
に流通させて行われている。
【0006】ところで、適切な時期にSOx被毒回復処
理を施すことができないと、吸蔵還元型NOx触媒のN
Ox吸蔵能力を低下させエミッションが悪化する虞があ
る。従って、SOx被毒回復処理を施す時期を適切に設
定することが重要となる。
【0007】このSOx被毒回復処理を施す時期を判定
する技術が知られている。例えば、特開2000−51
662号公報記載の発明では、空燃比、燃料中の硫黄成
分含有量、触媒温度の少なくとも一つに応じてSOxが
NOx触媒に吸蔵される度合いを算出し、この値及び燃
料噴射量に基づいてSOx吸蔵量を算出することができ
る。このようにして求めたSOx吸蔵量に基づいてSOx
被毒回復制御を行うことが可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報に記
載された発明では、予め求められた燃料中の硫黄成分含
有量を用いてSOxの吸蔵度合いを算出するため、燃料
が変わり該燃料中の硫黄成分含有量が変動すると精度の
良い判定が困難となる。
【0009】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであり、内燃機関の排気浄化装置におい
て、SOx被毒回復時期を判定する技術を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採
用した。即ち、排気の空燃比がリーンのときにNOxを
吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵していたNOxを還元す
るNOx触媒と、前記NOx触媒へ還元剤を供給してNO
xを還元させるNOx還元手段と、前記NOx触媒にNOx
が吸蔵されているか否かを判定するNOx吸蔵判定手段
と、前記NOx触媒にSOx被毒が発生しているか否かを
判定するSOx被毒判定手段と、前記NOx触媒から流出
する排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記SOx被毒判定手段によりSOx被毒が発生していな
いと判定された場合であって前記NOx還元手段が前記
NOx触媒へ還元剤を供給したときの前記酸素濃度検出
手段により検出される排気中の酸素濃度を記憶する酸素
濃度記憶手段と、前記NOx還元手段により前記NOx触
媒へ還元剤が供給されているときであって前記NOx吸
蔵判定手段によりNOxが吸蔵されていないと判定され
た場合に前記酸素濃度検出手段により検出される酸素濃
度と前記酸素濃度記憶手段により記憶されている酸素濃
度とを比較してNOx触媒のSOx被毒量を推定するSO
x被毒量推定手段と、を具備することを特徴とする。
【0011】本発明の最大の特徴は、内燃機関の排気浄
化装置において、還元剤供給時にNOx触媒から流出す
る排気中の酸素濃度とSOx被毒量との間に相関がある
ことから、SOx被毒が発生していないときの還元剤供
給時の酸素濃度と、現在の還元剤供給時の酸素濃度と、
に基づいてSOx被毒量を推定することにある。
【0012】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、NOx触媒に排気中のSOxが吸蔵されてSO
x被毒が発生する。ここで、NOx触媒のSOx被毒量が
多くなるほど、吸蔵されたNOxを還元するための還元
剤供給時にNOx触媒から流出する排気中の酸素濃度は
高くなる。排気中の酸素濃度を用いてSOx被毒量を推
定するために、酸素濃度記憶手段は、SOx被毒が発生
していないときの還元剤供給時にNOx触媒から流出す
る排気中の酸素濃度を記憶する。そして、SOx被毒量
推定手段は、NOxを全て還元した後の還元剤供給時に
NOx触媒から流出する排気の酸素濃度を検出しつつ、
この検出値を酸素濃度記憶手段に記憶されている酸素濃
度と比較して、どれだけ酸素濃度が高くなっているかに
よりNOx触媒のSOx被毒量を推定することができる。
ここで、NOxを全て還元した後の酸素濃度を検出して
いるのは、NOx触媒にNOxが吸蔵されているときより
も、NOx触媒に吸蔵されたNOxを全て還元した後のほ
うが還元剤供給時のNOx触媒から流出する排気中の酸
素濃度が低くなるためである。
【0013】本発明においては、前記NOx触媒へ還元
剤を供給しSOx被毒を回復させるSOx被毒回復手段を
更に備え、前記SOx被毒判定手段は、前記SOx被毒回
復手段がSOx被毒を回復させた直後において前記NOx
触媒にSOx被毒が発生していないと判定することがで
きる。
【0014】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、SOx被毒回復手段は、例えば、NOx触媒を
昇温しつつ排気中の酸素濃度を低下させてSOx被毒の
回復を行う。SOx被毒の回復直後では、SOx被毒はほ
とんど回復されているので、SOx被毒判定手段は、こ
のときにSOx被毒が発生していないと判定することが
可能となる。
【0015】本発明においては、前記SOx被毒判定手
段は、前記NOx触媒が新品状態のときに、前記NOx触
媒にSOx被毒が発生していないと判定することができ
る。
【0016】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、NOx触媒が新品状態のときにはSOx被毒は
発生していない。従って、SOx被毒判定手段は、この
ときにSOx被毒が発生していないと判定することが可
能となる。
【0017】本発明においては、前記SOx被毒回復手
段によりSOx被毒が回復された直後で且つ前記NOx還
元手段により前記NOx触媒へ還元剤が供給されている
ときであって、前記NOx吸蔵判定手段によりNOxが吸
蔵されていないと判定された場合に前記酸素濃度検出手
段により検出される酸素濃度と前記酸素濃度記憶手段に
より記憶されている酸素濃度とを比較した値に平均化処
理を行い、該平均化処理を行った値が所定値以上の場合
に前記NOx触媒が劣化していると判定することができ
る。
【0018】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、NOx触媒の熱劣化や回復できないSOx被毒
等により、NOx吸蔵能力が低下する。これに伴い、S
Ox被毒回復手段によりSOx被毒の回復が行われた直後
であっても、前記酸素濃度検出手段により検出される酸
素濃度と前記酸素濃度記憶手段により記憶されている酸
素濃度とはその偏差が大きくなっていく。従って、SO
x被毒回復直後であっても、前記酸素濃度検出手段によ
り検出される酸素濃度と、前記酸素濃度記憶手段により
記憶されている酸素濃度と、を比較した値が所定値以上
の場合にはNOx触媒に劣化が発生していると判定する
ことが可能となる。また、SOx被毒回復手段によりS
Ox被毒の回復が行われた直後に前記酸素濃度検出手段
により検出される酸素濃度と、前記酸素濃度記憶手段に
より記憶されている酸素濃度と、を比較した値に平均化
処理を行うことにより、酸素濃度検出手段による検出値
の変動分を除去することができ、精度の良い判定が可能
となる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の具
体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここ
では、本発明に係る内燃機関を車両駆動用のディーゼル
機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【0020】図1は、本実施の形態に係るエンジンとそ
の吸排気系の概略構成を示す図である。
【0021】図1に示すエンジン1は、4つの気筒を有
する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
【0022】エンジン1には、吸気管2が接続されてお
り、該吸気管2の途中には、該吸気管2内を流通する吸
気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメー
タ3が取り付けられている。
【0023】一方、エンジン1には、排気管4が接続さ
れ、該排気管4は、下流にてマフラー(図示省略)に接
続されている。
【0024】前記排気管4の途中には、吸蔵還元型NO
x触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、単
にフィルタという。)20が設けられている。フィルタ
5より上流の排気管4には、該排気管4内を流通する排
気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ
6が取り付けられている。また、フィルタ5より下流の
排気管4には、該排気管4内を流通する排気の空燃比
(酸素濃度)に対応した電気信号を出力する空燃比セン
サ7が取り付けられている。
【0025】尚、本実施の形態では、フィルタ5より上
流の排気管4を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽
油)を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給
機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ
5に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元
剤の濃度を高めるようにした。
【0026】還元剤供給機構は、図1に示されるよう
に、その噴孔が排気管4内に臨むように取り付けられ、
ECU11からの信号により開弁して燃料を噴射する還
元剤噴射弁8と、燃料を吐出する燃料ポンプ9と、燃料
ポンプ9から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁8へ導
く還元剤供給路10と、を備えて構成されている。
【0027】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ9から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路10を介
して還元剤噴射弁8へ供給される。そして、ECU11
からの信号により該還元剤噴射弁8が開弁して排気管4
内へ還元剤としての燃料が噴射される。還元剤噴射弁8
から排気管4内へ噴射された還元剤は、排気管4の上流
から流れてきた排気の酸素濃度を低下させる。その後、
ECU11からの信号により還元剤噴射弁8が閉弁し、
排気管4内への還元剤の添加が停止される。
【0028】このようにして、フィルタ5に還元剤が供
給された結果、フィルタ5に流入する排気は、比較的に
短い周期で酸素濃度が変化することになる。そして、フ
ィルタ5に流入した酸素濃度の低い排気は、フィルタ5
に担持された吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒
素酸化物(NOx)を窒素(N2)に還元する。
【0029】以上述べたように構成されたエンジン1に
は、該エンジン1を制御するための電子制御ユニット
(ECU:Electronic Control Unit)11が併設され
ている。このECU11は、エンジン1の運転条件や運
転者の要求に応じてエンジン1の運転状態を制御するユ
ニットである。
【0030】ECU11には、各種センサが電気配線を
介して接続され、上記した各種センサの出力信号がEC
U11に入力されるようになっている。一方、ECU1
1には、還元剤噴射弁8等が電気配線を介して接続さ
れ、制御することが可能になっている。また、前記EC
U11は、各種アプリケーションプログラム及び各種制
御マップを記憶し各種制御を行う。
【0031】例えば、NOx浄化制御では、ECU11
は、フィルタ5に流入する排気中の酸素濃度を比較的に
短い周期でスパイク的に低くする、燃料添加制御(所謂
リッチスパイク制御)を実行する。
【0032】燃料添加制御では、ECU11は、所定の
周期毎に燃料添加制御実行条件が成立しているか否かを
判別する。この燃料添加制御実行条件としては、例え
ば、フィルタ5に担持された吸蔵還元型NOx触媒が活
性状態にある、排気温度センサ6の出力信号値(排気温
度)が所定の上限値以下である、後述するSOx被毒回
復制御が実行されていない、等の条件を例示することが
できる。
【0033】上記したような燃料添加制御実行条件が成
立していると判定された場合は、ECU11は、還元剤
噴射弁8からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させる
べく当該還元剤噴射弁8を制御することにより、フィル
タ5に流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッ
チ空燃比とする。
【0034】具体的には、ECU11は、記憶されてい
る機関回転数、機関負荷(アクセル開度)、エアフロー
メータ3の出力信号値(吸入空気量)、空燃比センサ7
の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【0035】ECU11は、前記した機関回転数と機関
負荷と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還
元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予
め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の
添加量(目標添加量)を算出する。
【0036】続いて、ECU11は、前記目標添加量を
パラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセス
し、還元剤噴射弁8から目標添加量の還元剤を噴射させ
る上で必要となる還元剤噴射弁8の開弁時間(目標開弁
時間)を算出する。
【0037】還元剤噴射弁8の目標開弁時間が算出され
ると、ECU11は、還元剤噴射弁8を開弁させる。
【0038】ECU11は、還元剤噴射弁8を開弁させ
た時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射
弁8を閉弁させる。
【0039】このように還元剤噴射弁8が目標開弁時間
だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁8
から排気管4内へ噴射されることになる。そして、還元
剤噴射弁8から噴射された還元剤は、排気管4の上流か
ら流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を
形成してフィルタ5に流入する。
【0040】この結果、フィルタ5に流入する排気の空
燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することに
なり、以て、フィルタ5に担持された吸蔵還元型NOx
触媒が窒素酸化物(NOx)の吸蔵と還元とを交互に短
周期的に繰り返すことになる。
【0041】このように、フィルタ5に流入する排気の
空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元
型NOx触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元す
ることが可能となる。
【0042】次に、被毒回復制御では、ECU11は、
フィルタ5に担持された吸蔵還元型NOx触媒の酸化物
による被毒を回復すべくSOx被毒回復処理を行うこと
になる。
【0043】ここで、エンジン1の燃料には硫黄(S)
が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン
1で燃焼されると、二酸化硫黄(SO2)や三酸化硫黄
(SO3)などの硫黄酸化物(SOx)が生成される。
【0044】硫黄酸化物(SOx)は、排気とともにフ
ィルタ5に流入し、窒素酸化物(NOx)と同様のメカ
ニズムによって吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵される。
【0045】具体的には、フィルタ5に流入する排気の
酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄
(SO2)や三酸化硫黄(SO3)等の硫黄酸化物(SO
x)が白金(Pt)の表面上で酸化され、硫酸イオン
(SO4 2-)の形でフィルタ5に吸蔵される。更に、フ
ィルタ5に吸蔵された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化
バリウム(BaO)と結合して硫酸塩(BaSO4)を
形成する。
【0046】ところで、硫酸塩(BaSO4)は、硝酸
バリウム(Ba(NO32)に比して安定していて分解
し難く、フィルタ5に流入する排気の酸素濃度が低くな
っても分解されずにフィルタ5内に残留してしまう。
【0047】フィルタ5における硫酸塩(BaSO4
の量が増加すると、それに応じて窒素酸化物(NOx)
の吸蔵に関与することができる酸化バリウム(BaO)
の量が減少するため、吸蔵還元型NOx触媒のNOx吸蔵
能力が低下する、所謂SOx被毒が発生する。
【0048】フィルタ5のSOx被毒を回復する方法と
しては、フィルタ5の雰囲気温度をおよそ600乃至6
50℃の高温域まで昇温させるとともに、フィルタ5に
流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、フィル
タ5に吸蔵されている硫酸バリウム(BaSO4)をS
3 -やSO4 -に熱分解し、次いでSO3 -やSO4 -を排気
中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応させ
て気体状のSO2 -に還元する方法を例示することができ
る。
【0049】そこで、本実施の形態に係るSOx被毒回
復処理では、ECU11は、先ずフィルタ5の床温を高
める触媒昇温制御を実行した上で、フィルタ5に流入す
る排気の酸素濃度を低くするようにした。
【0050】触媒昇温制御では、ECU11は、例え
ば、各気筒の膨張行程時に燃料噴射弁(図示省略)から
副次的に燃料を噴射させるとともに還元剤噴射弁8から
排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃
料成分をフィルタ5において酸化させ、酸化の際に発生
する熱によってフィルタ5の床温を高めるようにしても
よい。
【0051】上記したような触媒昇温処理によりフィル
タ5の床温が600℃乃至650℃程度の高温域まで上
昇すると、ECU11は、フィルタ5に流入する排気の
酸素濃度を低下させるべく還元剤噴射弁8から燃料を噴
射させる。
【0052】このように被毒回復処理が実行されると、
フィルタ5の床温が高い状況下で、フィルタ5に流入す
る排気の酸素濃度が低くなるため、フィルタ5に吸蔵さ
れている硫酸バリウム(BaSO4)がSO3 -やSO4 -
に熱分解され、それらSO3 -やSO4 -が排気中の炭化水
素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して還元され、
以てフィルタ5のSOx被毒が回復されることになる。
【0053】ところで、前記したように吸蔵還元型NO
x触媒にSOxが所定量以上吸蔵されるとNOx吸蔵能力
が低下して、エミッション悪化を誘引する。また、SO
x被毒量が少量にもかかわらずSOx被毒回復処理を頻繁
に行うと、吸蔵還元型NOx触媒の昇温に燃料を要する
ことから燃費の悪化を誘引する。従って、SOx回復処
理の実行時期を適切に設定することが重要となる。
【0054】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、空燃比、触媒温度、燃料性状からSOxの被毒度合
いを求め、SOxの被毒量をSOxの被毒度合い及び燃料
噴射量に基づいて推定していた。しかし、燃料中に含有
される硫黄成分の量は燃料によって異なるため、硫黄成
分量が異なる燃料が使用されると正確なSOx被毒量を
推定することは困難であった。
【0055】そこで、本実施の形態では、NOx還元の
ための燃料添加時にフィルタ5下流に設けた空燃比セン
サ7の出力信号に基づいて、実際にどれだけのSOxが
吸蔵させているのかを精度良く検出する。
【0056】図2は、複数回燃料添加を行ったときの空
燃比センサ7の出力信号及びNOx量の時間推移を指し
示すタイムチャート図である。図2中領域Aは、SOx
被毒が発生していないときの各値を示し、一方、図2中
領域Bは、SOx被毒が発生しているときの各値を示し
ている。ここで、燃料添加が行われていないときの排気
の空燃比は、領域A及び領域Bで等しい。
【0057】図2に示されるように、NOx還元のため
の燃料添加を行うと、フィルタ5下流の空燃比は低下
し、このときの最小空燃比は理論空燃比近傍となる。し
かし、吸蔵還元型NOx触媒にSOx被毒が発生している
と、SOx被毒が発生していないときと比較して最小空
燃比はリーン側へずれて大きくなる。このリーン空燃比
側にずれる値とSOxの被毒量とには相関関係があるた
め、空燃比がどれだけリーン側へずれたかを検出すれ
ば、吸蔵還元型NOx触媒のSOx被毒量を求めることが
できる。このときに、触媒新品時やSOx被毒を回復さ
せた直後の燃料添加時の空燃比を基準として、どれだけ
空燃比がずれているのかによりSOx被毒量を求める。
【0058】一方、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されて
いるNOx量が多い程、燃料添加時の触媒下流の最小空
燃比は大きくなる。そこで、本実施の形態では、判定時
の条件を揃えるために、吸蔵されているNOxを全て還
元した後の燃料添加時に検出される最小空燃比に基づい
てSOx被毒量の推定を行う。ここで、NOxが全て還元
された後であっても、リーン空燃比で運転されていれば
NOxは新たに吸蔵されるため、その後にも燃料添加が
行われる。
【0059】また、本実施の形態では、燃料添加時の排
気の空燃比の変動を除去するために、複数回の燃料添加
時に検出されたフィルタ5下流の最小空燃比に平均化処
理を加えてSOx被毒量を推定し、推定精度を高めてい
る。
【0060】次に、SOx被毒量の推定方法のフローに
ついて説明する。
【0061】図3は、SOx被毒回復制御実行条件の判
定フローを示したフローチャート図である。
【0062】ステップS101では、NOx還元のため
に燃料添加制御(リッチスパイク制御)が行われる。
【0063】ステップS102では、燃料添加制御によ
り吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていたNOxが全て還
元されたか否か判定される。この判定では、予め定めら
れた時間燃料添加が行われた場合にNOxの還元が完了
したとしても良いし、また、燃料添加時の空燃比センサ
7により検出される最小空燃比が略一定の値となった場
合にNOxの還元が完了したと判定しても良い。
【0064】ステップS102で肯定判定がなされた場
合には、ステップS103へ進み、一方、否定判定がな
された場合には、ステップS101へ戻る。
【0065】ステップS103では、前回のSOx被毒
回復制御完了直後の燃料添加制御時に検出された最小空
燃比を読み込む。
【0066】SOx被毒回復制御実行時にはNOxの放出
後にSOxが放出されるため、SOx被毒回復制御完了直
後には、吸蔵還元型NOx触媒にNOx及びSOxが吸蔵
されていない状態となる。
【0067】ここで、SOx被毒回復制御完了直後の燃
料添加制御時に空燃比センサ7により検出される最小空
燃比はECU11に記憶させておく。
【0068】また、フィルタ5の新品時には、SOx被
毒回復制御が行われていないため、この場合には、新品
時の最小空燃比をECU11に記憶させておき、ステッ
プS103で読み込むようにする。
【0069】ステップS104では、ステップS101
で行われた燃料の添加によりフィルタ5から流出する排
気の最小空燃比が検出される。ECU11は、空燃比セ
ンサ7の出力信号から最小空燃比を求めて記憶する。
【0070】ステップS105では、リーンずれ割合を
算出する。ここで、リーンずれ割合とは、ステップS1
04で検出した最小空燃比をステップS103で読み込
んだ最小空燃比で除した値であり、SOx被毒の発生し
ていないときの最小空燃比から実際の最小空燃比がどれ
だけの割合でずれているのかを示す値である。
【0071】ステップS106では、吸蔵還元型NOx
触媒の温度が所定温度以上であるか否か判定する。吸蔵
還元型NOx触媒には浄化能力が高くなる温度領域(以
下、活性領域という。)があるため、吸蔵還元型NOx
触媒の温度がこの活性領域の範囲外である場合には排気
の浄化率が低下してしまう。従って、SOxの吸蔵量が
同一であったとしても、吸蔵還元型NOx触媒の温度が
活性領域外であると空燃比センサ7の出力信号が変化し
てしまい、SOx被毒量の判定が困難となってしまう。
従って、吸蔵還元型NOx触媒が活性化する温度(例え
ば、250℃)以上である場合に限りSOx被毒の判定
を行うこととする。吸蔵還元型NOx触媒の温度は、排
気温度センサ6の出力信号により求められる。
【0072】ステップS106で肯定判定がなされた場
合にはステップS107へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。
【0073】ステップS107では、リーンずれ割合の
平均化処理を行う。これは、ステップS104で検出さ
れた最小空燃比は変動することがあり、その変動した値
に基づいてSOx吸蔵量を求めても正確な値が得られな
いためである。平均化処理は、例えば、数十乃至数千の
重み付けによるなまし処理により行われ、次式により示
すことができる。
【0074】平均化処理後のリーンずれ割合={(n−
1)/n}・(前回平均化処理後のリーンずれ割合)+
(1/n)・(今回算出したリーンずれ割合) ここで、nは、数十乃至数千の値とする。
【0075】ステップS108では、ステップS107
で平均化されたリーンずれ割合が判定値よりも大きいか
否か判定する。判定値は、予め実験等により求まる値で
ある。
【0076】ここで、図4は、吸蔵還元型NOx触媒の
SOx被毒量とリーンずれ割合との関係を示した図であ
る。例えば、SOxの被毒量が1gのとき、即ち、リー
ンずれ割合が1.1のときにSOx被毒回復が必要であ
り、この値を判定値として用いることができる。
【0077】ステップS108で肯定判定がなされた場
合にはステップS109へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合には本ルーチンを終了させる。
【0078】ステップS109では、SOx被毒回復制
御を行う。このSOx被毒回復制御完了後の燃料添加時
に検出される最小空燃比が新たにECU11に記憶され
る。
【0079】このようにして、SOx被毒回復を行う時
期を判定することが可能となり、SOxの吸蔵過多を抑
制し、若しくは、不必要なSOx被毒回復による燃費の
悪化を抑制することができる。
【0080】ここで、従来の内燃機関の排気浄化装置で
は、燃料消費量等から吸蔵還元型NOx触媒のSOx被毒
量を推定していた。しかし、燃料中に含有される硫黄成
分の量は燃料によって異なるため、燃料が変更されると
正確なSOx吸蔵量を推定することは困難であった。従
って、最適な時期にSOx被毒回復が行われず、触媒能
力が低下する虞があった。また、被毒回復を実施して
も、実際にSOx被毒が回復されたか確認することがで
きなかった。
【0081】これに対し、NOxセンサをフィルタ5下
流に設けてNOxの浄化率からSOx被毒再生時期を判定
することも考えられる。
【0082】ここで、図5は、SOx被毒量とNOx浄化
率との関係を新品及び劣化品の吸蔵還元型NOx触媒に
ついて夫々指し示した図である。
【0083】例えば、SOx被毒量が1gの場合は、新
品では90パーセント以上のNOxを浄化することがで
きるが、劣化品では75パーセント程度しかNOxを浄
化することができない。このように吸蔵還元型NOx触
媒の新品時と劣化時とではNOxの浄化率が異なり、劣
化の度合いが小さいほどSOx被毒量が小さく検出され
る。従って、劣化の度合いが小さいほどSOx被毒回復
の間隔が長くなってしまい、SOx被毒量が過多となる
虞がある。
【0084】また、NOxセンサを設けるとコストアッ
プとなってしまう。
【0085】その点、本実施の形態では、NOx還元の
ための燃料添加時にフィルタ5下流に設けた空燃比セン
サ7の出力信号に基づいて、実際にどれだけのSOxが
吸蔵させているのかを精度良く検出することができる。
従って、SOx被毒回復実行時期を精度良く求めること
ができる。
【0086】尚、本実施の形態では、SOx被毒回復直
後の燃料添加時の空燃比を基準として、SOx被毒量を
算出したが、これに代えて、フィルタ5が新品状態のと
きの燃料添加時の空燃比を基準としてSOx被毒量を算
出しても良い。
【0087】更に、機関回転数及び機関負荷に基づいて
基準となる空燃比を算出しても良い。
【0088】ここで、図6は、機関回転数、機関負荷及
び最小空燃比の関係を示したマップである。このマップ
は、実験等により求めてECU11に記憶させておく。
そして、ECU11は、機関回転数及び機関負荷を検出
してこのマップに代入し、基準となる最小空燃比を算出
することができる。
【0089】この場合、図3中ステップS103では、
ステップS101で行われた燃料の添加のときにフィル
タ5から流出する排気の最小空燃比の予測値が読み込ま
れる。
【0090】また、本実施の形態では、フィルタ5が新
品状態のときの燃料添加時の空燃比を基準として、SO
x被毒回復処理実行直後の燃料添加時の最小空燃比のリ
ーンずれ割合を求めることにより、吸蔵還元型NOx触
媒の劣化を判定することができる。
【0091】図7は、車両走行距離とSOx被毒回復直
後のリーンずれ割合に平均化処理を施した値との関係を
指し示した図である。ここで、実線は通常起こり得るリ
ーンずれ割合の増加を示し、一方、破線は、熱劣化等に
よる急激なリーンずれ割合の増加を示している。また、
このときのリーンずれ割合とは、燃料添加時に実際に検
出した最小空燃比をフィルタ5新品時の燃料添加時の最
小空燃比で除した値であり、新品状態の最小空燃比から
どれだけ実際の最小空燃比がずれているのかを示す値で
ある。
【0092】吸蔵還元型NOx触媒では、SOx被毒回復
制御を行っても完全にSOx被毒を回復させることは困
難で、ある程度の硫黄成分は吸蔵還元型NOx触媒に残
留してしまう。また、吸蔵還元型NOx触媒は、高温に
なると熱劣化を生じることがある。このような状態で
は、硫黄成分の残留や熱劣化によりNOxの吸蔵能力が
低下し、大気中へNOxを放出させる虞がある。従っ
て、触媒劣化を検出することは重要である。ここで、図
7に示されるように、吸蔵還元型NOx触媒が劣化する
とSOx被毒回復直後であってもリーンずれ割合が大き
くなる。従って、SOx被毒回復直後にNOx還元のため
の燃料添加を行った場合に検出されるSOx被毒量は、
回復困難な触媒劣化として検出することができる。本実
施の形態では、SOx被毒回復処理完了直後に燃料添加
を行い、このときに検出されるSOx被毒量が予め実験
等により求めた所定値よりも多い場合に触媒が劣化して
いると判定する。
【0093】更に、本実施の形態では、NOx還元時に
検出される空燃比から算出されるSOx被毒量と、燃料
消費量から推定されるSOx被毒量との偏差により燃料
中の硫黄成分含有量を推定して、この含有量が許容範囲
以上の場合には、運転者に警告灯(図示省略)の点灯等
により警告しても良い。
【0094】ここで、燃料中に含まれる硫黄成分量は、
供給される燃料により異なることがあるが、この硫黄成
分量が多くなると排気中のSOx量が多くなるため、吸
蔵還元型NOx触媒のSOx被毒が進行する速度が速くな
る。従って、SOx被毒回復に必要となる燃料量が増加
して燃費が悪化すると共に、回復されないSOx被毒量
も多くなりフィルタの寿命を短縮してしまう。そこで、
本実施の形態では、許容される硫黄成分量を定めてお
き、供給された燃料の硫黄成分量が許容される量よりも
多い場合に警告することとした。
【0095】許容される硫黄成分量を含有する燃料が供
給されたとした場合のSOx被毒量は、機関運転のため
に供給された燃料の消費量から求めることができる。こ
の燃料消費量から求めたSOx被毒量よりも、前記した
燃料添加時の最小空燃比から求めたSOx被毒量が多い
場合には燃料中硫黄成分量が許容値よりも多いと考えら
れる。
【0096】このようにして、許容値よりも多量の硫黄
成分を含有した燃料が供給されたと判定された場合に
は、運転者に警告し、吸蔵還元型NOx触媒の寿命が短
縮されることを抑制することができる。
【0097】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置で
は、燃料添加時にNOx触媒下流の空燃比を検出してS
Ox被毒量を推定することができる。従って、SOx被毒
の回復時期を精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄
化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す
概略構成図である。
【図2】 燃料添加時の空燃比センサの出力信号及びN
Ox量の時間推移を指し示すタイムチャート図である。
【図3】 SOx被毒回復制御実行条件の判定フローを
示したフローチャート図である。
【図4】 NOx触媒のSOx被毒量(吸蔵量)とリーン
ずれ割合との関係を示した図である。
【図5】 SOx被毒量とNOx浄化率との関係を新品及
び劣化品のNOx触媒について夫々指し示した図であ
る。
【図6】 機関回転数、機関負荷及び最小空燃比の関係
を示したマップである。
【図7】 車両走行距離とSOx被毒回復直後のリーン
ずれ割合との関係を指し示した図である。
【符号の説明】
1・・・・エンジン 2・・・・吸気管 3・・・・エアフローメータ 4・・・・排気管 5・・・・パティキュレートフィルタ 6・・・・排気温度センサ 7・・・・空燃比センサ 8・・・・還元剤噴射弁 9・・・・燃料ポンプ 10・・・還元剤供給路 11・・・ECU
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 45/00 312 F02D 45/00 314Z 314 B01D 53/36 101B (72)発明者 大木 久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G084 AA01 BA15 BA24 DA10 DA22 DA27 EB25 FA07 FA10 FA17 FA18 FA26 FA27 FA29 3G091 AA18 AB06 AB09 AB13 BA11 BA14 BA33 CA01 CA18 CB03 DB01 EA01 EA03 EA05 EA07 EA08 EA09 EA17 FC02 HA36 4D048 AA06 AB02 AB07 BA15X BA30X BC01 BD03 CC61 CD05 CD06 DA01 DA02 DA03 DA08 DA10 DA20 EA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気の空燃比がリーンのときにNOxを吸
    蔵し、還元剤の存在下で吸蔵していたNOxを還元する
    NOx触媒と、 前記NOx触媒へ還元剤を供給してNOxを還元させるN
    Ox還元手段と、 前記NOx触媒にNOxが吸蔵されているか否かを判定す
    るNOx吸蔵判定手段と、 前記NOx触媒にSOx被毒が発生しているか否かを判定
    するSOx被毒判定手段と、 前記NOx触媒から流出する排気中の酸素濃度を検出す
    る酸素濃度検出手段と、 前記SOx被毒判定手段によりSOx被毒が発生していな
    いと判定された場合であって前記NOx還元手段が前記
    NOx触媒へ還元剤を供給したときの前記酸素濃度検出
    手段により検出される排気中の酸素濃度を記憶する酸素
    濃度記憶手段と、 前記NOx還元手段により前記NOx触媒へ還元剤が供給
    されているときであって前記NOx吸蔵判定手段により
    NOxが吸蔵されていないと判定された場合に前記酸素
    濃度検出手段により検出される酸素濃度と前記酸素濃度
    記憶手段により記憶されている酸素濃度とを比較してN
    Ox触媒のSOx被毒量を推定するSOx被毒量推定手段
    と、 を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】前記NOx触媒へ還元剤を供給しSOx被毒
    を回復させるSOx被毒回復手段を更に備え、前記SOx
    被毒判定手段は、前記SOx被毒回復手段がSOx被毒を
    回復させた直後において前記NOx触媒にSOx被毒が発
    生していないと判定す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。
  3. 【請求項3】前記SOx被毒判定手段は、前記NOx触媒
    が新品状態のときに、前記NOx触媒にSOx被毒が発生
    していないと判定す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。
  4. 【請求項4】前記SOx被毒回復手段によりSOx被毒が
    回復された直後で且つ前記NOx還元手段により前記N
    Ox触媒へ還元剤が供給されているときであって、前記
    NOx吸蔵判定手段によりNOxが吸蔵されていないと判
    定された場合に前記酸素濃度検出手段により検出される
    酸素濃度と前記酸素濃度記憶手段により記憶されている
    酸素濃度とを比較した値に平均化処理を行い、該平均化
    処理を行った値が所定値以上の場合に前記NOx触媒が
    劣化していると判定することを特徴とする請求項3に記
    載の内燃機関の排気浄化装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007187146A (ja) * 2005-12-13 2007-07-26 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御装置
JP2007303306A (ja) * 2006-05-09 2007-11-22 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
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KR100821793B1 (ko) 2005-12-12 2008-04-11 현대자동차주식회사 NOx 흡장촉매 재생방법
JP2015017932A (ja) * 2013-07-12 2015-01-29 株式会社日本自動車部品総合研究所 内燃機関のSOx濃度検出装置
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