JPH11280452A - エンジンの排気ガス浄化制御装置 - Google Patents

エンジンの排気ガス浄化制御装置

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JPH11280452A JP10078896A JP7889698A JPH11280452A JP H11280452 A JPH11280452 A JP H11280452A JP 10078896 A JP10078896 A JP 10078896A JP 7889698 A JP7889698 A JP 7889698A JP H11280452 A JPH11280452 A JP H11280452A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 希薄燃焼エンジンにおいて、硫黄分（ＳＯ
ｘ）を含んだ排気ガスであっても、NOx触媒（吸収剤）
が被毒しないで、該NOx触媒を長期間に渡って使用が可
能な排気ガス浄化制御装置を提供する。 【解決手段】 排気ガスの空燃比がリーンである時にNO
xを吸収または吸着し前記排気ガスが理論空燃比または
それより濃い混合気の時に吸収または吸着したNOxを還
元するNOx触媒と、該NOx触媒の上流又は下流に配置した
排気センサとを備えたエンジンに用いられるものであっ
て、排気ガス中の硫黄分の値を算出もしくは推定する硫
黄分算出手段と、該硫黄分の算出値もしくは推定値に基
づいてエンジンの空燃比を変更する運転モード変更手段
とを備え、該運転モード変更手段が、前記硫黄分の算出
値もしくは推定値が所定値以上の場合にエンジンのリー
ンモード運転の頻度を減らすか、リーンモード運転継続
時間を短くするか、もしくはリーンモード運転を禁止し
てなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気ガ
ス浄化制御装置に係り、特に、希薄燃焼（リーンバー
ン）運転を行うNOx触媒を備えたエンジンの排気ガス浄
化制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から燃料消費率の向上とＣＯ2の排
出抑制とを達成するために希薄燃焼エンジン（リーンバ
ーン燃焼エンジン）の開発が進められている。一方、エ
ンジンの排気ガスを浄化するために該エンジンの排気系
に三元触媒を装置することが通常行われている。しか
し、該三元触媒は、ストイキ付近での排気ガスの浄化に
は適しているが、リーン空燃比域でのＮＯｘ浄化性能が
低いことから、希薄燃焼エンジン（リーンバーン燃焼エ
ンジン）を用いた場合のリーン空燃比域でのＮＯｘの大
気中への放出を抑制するための技術の開発が望まれてい
る。
【０００３】前記開発の一技術として、エンジンの排気
ガスがリーン空燃比域の時にＮＯｘを吸収し、排気ガス
中の酸素濃度を低下させると吸収したＮＯxを放出するN
Ox吸収剤を排気通路に設置し、排気ガスがリーン空燃比
域の時にNOxを吸収させ、吸収させたNOxをNOx吸収剤に
流入する排気ガス中のO2濃度を低下せしめることで放出
させる排気浄化制御装置が提案されている（特許第２６
００４９２号の発明参照）。
【０００４】しかし、このような排気浄化制御装置を用
いても、燃料の組成との関係で、エンジンの排気ガス中
に硫黄分が含まれていると、リーン空燃比域時にNOx吸
収剤が硫黄（ＳＯｘ）と化合して硫化物となり、NOx吸
収能力を著しく低下させるとの問題があった。更に、NO
x吸収剤が硫黄（ＳＯｘ）と化合して硫化物となって吸
収されると、その吸収された硫化物を放出することがな
かなか難しく、永久被毒となる傾向が強くなって、前記
NOx吸収剤を再生することが困難となり、該NOx吸収剤の
寿命を短くしてしまうものであった。
【０００５】そこで、NOx吸収剤を備えた希薄燃焼エン
ジンの制御装置において、硫黄と化合して形成される硫
化物を該NOx吸収剤内に滞留するのを防ぐために、前記
制御装置に前記NOx吸収剤に吸収されているＳＯｘ量を
推定する手段と前記NOx吸収剤の温度を検出する手段と
を設け、エンジンの運転中に前記NOx吸収剤に流入する
排気ガスの空燃比がリーン又は理論空燃比のときにNOx
吸収剤に吸収されていると推定されているＳＯｘ量が許
容量を越え、かつNOx吸収剤の温度が予め定められた設
定温度より高いときに、NOx吸収剤に流入する排気ガス
の空燃比を一時的にリッチにして前記NOx吸収剤からＳ
Ｏｘを放出させて該NOx吸収剤を再生させる技術が提案
されている（特開平７−２１７４７４号公報参照）。ま
た、前記技術と同様に、エンジンの空燃比状態、NOx吸
収剤の温度状態、及び該NOx吸収剤のＳＯｘ量を検出し
て、エンジンの空燃比を制御して該NOx吸収剤に吸収さ
れているＳＯｘを離脱して、NOx吸収剤を再生させる技
術が種々提案されている（特開平６−８８５１８号公
報、特開平７ー１８６７８５号公報等参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記提案の
技術は、いずれも、NOx吸収剤に吸収されているＳＯｘ
を該NOx吸収剤から離脱させて排除して、該NOx吸収剤を
再生させるものであって、そのための手段としてNOx吸
収剤内のＳＯｘ量等を計測・推定してエンジンの空燃比
を制御しているものである。即ち、NOx吸収剤に吸収さ
れたＳＯｘを如何に排除するかにその技術の主眼が置か
れているものであって、NOx吸収剤にＳＯｘが吸収され
るのを予防し、防止することで、ＳＯｘによるNOx吸収
剤の劣化をなくしたものではない。
【０００７】前記したように、NOx吸収剤に硫黄（ＳＯ
ｘ）が硫化物となって一旦吸収されると、その吸収され
た硫化物を放出することがなかなか難しく、永久被毒と
なる傾向が強くなるので、前記技術を用いても、前記NO
x吸収剤を良好に再生することは容易ではなく、依然と
してNOx吸収剤の劣化の問題を残しているものである。
【０００８】本発明は、前記問題に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、希薄燃焼エンジン
において、硫黄分（ＳＯｘ）を含んだ排気ガスであって
も、NOx触媒（吸収剤）が被毒しないで、該NOx触媒を長
期間に渡って使用が可能な排気ガス浄化制御装置を提供
することにあり、また、排気センサ信号の応答性が遅く
なった場合でもNOx排出量が増加しない排気ガス浄化制
御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するべ
く、本発明のエンジンの排気ガス浄化制御装置は、基本
的には、排気ガスの空燃比がリーンである時にNOxを吸
収または吸着し前記排気ガスが理論空燃比またはそれよ
り濃い混合気の時に吸収または吸着したNOxを還元するN
Ox触媒と、該NOx触媒の上流又は下流に配置した排気セ
ンサとを備えたエンジンに用いられるものであって、排
気ガス中の硫黄分の値を算出もしくは推定する硫黄分算
出手段と、該硫黄分の算出値もしくは推定値に基づいて
エンジンの空燃比を変更する運転モード変更手段とを備
え、該運転モード変更手段が、前記硫黄分の算出値もし
くは推定値が所定値以上の場合にエンジンのリーンモー
ド運転の頻度を減らすか、リーンモード運転継続時間を
短くするか、もしくはリーンモード運転を禁止するもの
であることを特徴としている。
【００１０】そして、本発明のエンジンの排気ガス浄化
制御装置のより好ましい具体的な態様は、硫黄濃度を検
出する硫黄濃度センサが、エンジンの排気管に設けら
れ、前記硫黄分算出手段が、前記硫黄濃度センサもしく
は前記排気センサの出力信号に基づいて硫黄濃度の算出
もしくは推定をし、前記硫黄分算出手段が、前記排気セ
ンサの応答性が遅いほど硫黄濃度値が高いと推定するも
のであることを特徴している。
【００１１】前記の如く構成された本発明のエンジンの
排気ガス浄化制御装置は、排気センサもしくは硫黄濃度
センサを用いて、エンジンの排気管を流れる排気ガス中
の硫黄濃度を推定もしくは算出し、該算出結果に基づい
てエンジンの空燃比の運転モードを変更し、硫黄分がＮ
Ｏｘ触媒に吸収されないような運転モードとしたので、
NOx触媒の硫黄劣化やNOx排出量の増加を防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明のエンジ
ンの排気ガス浄化制御装置の一実施形態について詳細に
説明する。図１は、本実施形態の排気ガス浄化制御装置
を備えたエンジンの制御システムの全体を示したもので
ある。図１において、エンジン５０に吸入された空気
は、エアクリーナ２１から取り入れられ、吸入空気計１
を通り、吸気流量を制御する絞弁２を通り、コレクタ２
２に入る。ここで、絞弁２はこれを駆動する電子スロッ
トルアクチュエータ１６と連結しており、該電子スロッ
トルアクチュエータ１６を駆動することにより絞弁２を
操作して、吸入空気量を制御できるようになっている。
【００１３】コレクタ２２に至った吸入空気は、エンジ
ン５０の各シリンダ２３に接続された各吸気管２４に分
配され、前記シリンダ２３内の燃焼室に導かれる。一
方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク２５から燃料ポン
プ２６により吸引、加圧されてインジェクタ６から各吸
気管２４に噴射される。前記シリンダ２３内の燃焼室に
吸気弁２０の開弁によって流入した空気と噴射燃料と
は、混合され、点火コイル９からの圧電によって点火プ
ラグ２７によって点火されて燃焼される。
【００１４】前記エンジン５０の燃焼室で燃焼した排気
ガスは、排気弁２１の開弁によって排気管２８に導か
れ、NOx触媒１８を介して前記エンジン５０外に放出さ
れる。前記排気管２８からの排気ガスは、配管２９を介
して前記コレクタ２２再循環され、前記配管２９の途中
には、排気ガスの再循環量を制御する電制EGRバルブ７
が配置されている。該電制EGRバルブ７は、その前後差
圧と排気ガスの空燃比を基に電気的に開口面積を制御す
ることでEGR量が決定される。
【００１５】空気量センサ１、回転センサ１５、水温セ
ンサ１４、及びアクセルペダルセンサ（負荷検出セン
サ）１３が配置されており、該各センサの検出され、該
検出信号がコントロールユニット１０に入力されるよう
になっていて、エンジン５０に吸入される吸入空気量Q
a、エンジン回転数N,エンジン冷却水温TW等が算出され
る。前記排気管２８には、排気センサ１１と硫黄濃度セ
ンサ３０とが配置され、前記排気センサ１１により排気
ガスの空燃比を検出し、前記硫黄濃度センサ３０で硫黄
濃度を検出してその検出信号を前記コントロールユニッ
ト１０に入力している。
【００１６】電子スロットルアクチュエータ１６は、ア
クセルペダルセンサ信号１３に基づいて絞弁２を開閉す
るものであり、これによりエンジン５０に吸入される空
気量を変えて、エンジン出力を調節することができる。
前記インジェクタ６から噴射される燃料の霧化をよくす
るために、空気噴流がアシストエアー制御弁３からイン
ジェクタ６の噴口に供給される。アシストエアー制御弁
３の代わりにアシストエアー用空気ポンプを使用しても
よい。
【００１７】エンジン５０のシリンダ２３内のガス流動
制御は、ガス流動アクチュエータ１７で絞弁５を開閉す
ることにより、ガス流動生成通路４を通過する空気量を
調節することにより行われる。ガス流動生成通路４から
噴射される空気は勢いよくシリンダ２３に流入し、シリ
ンダ２３内に縦渦や横渦を形成する。これにより成層燃
焼が行われ、希薄燃焼（リーンバーン）が実現できる。
前記シリンダ２３内での点火は、点火コイル９により行
われるが、点火するタイミングを遅らすと有害排気ガス
を低減でき、また排気ガスの温度が上がることから触媒
を早く活性化することができる。
【００１８】EGR制御弁７は、排気ガスをエンジン５０
の吸気管２４側に導入することにより燃焼温度を下げて
NOxの排出量を減らすものであり、NOx触媒１８は、有害
排気ガスを浄化する機能（三元触媒機能）とリーンモー
ド運転時にNOxを吸収または吸着して理論空燃比(A/F=1
4.7)、またはそれより混合気が濃い時に吸収または吸着
したNOxを還元する機能をもつものである。リーンモー
ド運転中にNOxを吸収、吸着するNOx触媒の代りに反応型
のNOx触媒を使用してもよい。
【００１９】また、前記コントロールユニット１０は、
エンジン５０の運転状態を検出する前記各種のセンサ等
からの信号を取り込み、所定の演算処理を実行し、この
演算結果として算定された各種の制御信号を出力して、
前記インジェクタ６、点火コイル９、絞弁操作の電子ス
ロットルアクチュエータ１６、及び電制EGRバルブ７等
に所定の制御信号を出力し、燃料供給制御、点火時期制
御、吸入空気量制御、及び排気規制対応制御等が行われ
る。
【００２０】前記NOx触媒１８の前に設けられている排
気センサ１１は、排気ガスの空燃比、ガス濃度などを検
出するものであり、理論空燃比より濃いか薄いかを検出
するタイプのＯ2センサや空燃比に応じてリニアーな出
力電圧が得られるリニアA/Fセンサ等が前記排気センサ
１１として使用される。更に、コントロールユニット１
０は、クランク角センサ１５で検出した信号を処理する
ことで、エンジン５０の回転の変動を計算するが、該エ
ンジン５０の回転変動は、エンジンの燃焼の安定性とよ
い相関関係がある。
【００２１】図２は、本実施形態の排気ガス浄化制御装
置の制御ブロック図である。コントロールユニット１０
の内部機能を示すエンジン制御装置６０は、排気ガス浄
化制御装置６１を備え、該排気ガス浄化制御装置６１
は、排気ガスの硫黄分算出手段６３と空燃比の運転モー
ド変更手段６４とを備えている。また、前記エンジン制
御装置６０は、空燃比の運転モード算出手段６２を備
え、該運転モード算出手段６２は、回転センサ１５や負
荷検出センサ１３等の出力信号に基づいてエンジンの空
燃比を決定するリーン、リッチ等の運転モードを算出す
る。
【００２２】前記排気ガスの硫黄分算出手段６３は、前
記硫黄濃度センサ３０もしくは前記排気センサ１１の出
力信号に基づき排気管２８を流れる排気ガス内に含まれ
る硫黄濃度を算出するか、もしくは該硫黄濃度を推定
し、前記運転モード変更手段６４に出力する。該運転モ
ード変更手段６４は、前記硫黄分算出手段６３で算出し
た硫黄濃度の値に基づき、その値が所定値以上である場
合に、前記運転モード算出手段６２で算出した運転モー
ドを変更する。このモード変更は、リーンモード運転の
頻度を減らすか、リーンモード運転継続時間を短くする
か、もしくはリーンモード運転を禁止するかへの変更で
ある。これにより、NOx触媒の硫黄被毒やNOx排出量の増
加を防止する。
【００２３】図３は、エンジン５０が理論空燃比モード
運転とリーンモード運転とを繰り返した時の空燃比Ａ／
ＦとNOx触媒１８のNOx浄化率の変化の様子を示したもの
である。該NOx触媒１８は、リーンモード運転に移行し
た直後から時間とともにNOxの吸収・吸着能力が下がる
ために、NOx浄化率もそれに応じて減少する。NOx触媒１
８が硫黄で被毒すると、NOx吸収・吸着能力は、著しく
劣り、点線の様にNOx浄化率が急減してしまう。この硫
黄被毒は、リーンモード運転の頻度を減らすことで劣化
の進む速度を遅くできる。即ち、硫酸化合物を作るのに
必要な酸素濃度を減らすことで、NOx吸収・吸着剤が硫
酸化合物になりにくくなるからである。
【００２４】図４は、エンジン回転数とエンジン負荷と
の関係からリーンモード運転領域を説明した図である。
通常の運転領域は、燃費をよくするために、リーンモー
ド運転領域とし、エンジン負荷が大きい領域について
は、出力が出るように理論空燃比(A/F=14.7)、もしくは
出力空燃比(A/F=13.5)に設定される。図５は、硫黄濃度
と排気センサの信号の応答性の関係を示したものであ
る。別に設けた硫黄濃度センサ３０で硫黄濃度を直接検
出することができるが、排気センサ１１の応答性を計測
することで間接的に硫黄濃度を推定することもできる。
【００２５】図６は、エンジンの空燃比制御中の排気セ
ンサ１１としてＯ2センサ（図６（ａ））又はリニアA/F
センサ（図６（ｂ））が使用された場合の出力電圧信号
の変化の様子を示したものである。排気ガス中の硫黄濃
度が高いと点線のように応答性が遅くなり、変動が緩や
かになる。応答性は信号の微分値や制御空燃比が変動し
た後の応答時間や出力電圧が所定の電圧間を過ぎる時間
で算出してもよい。
【００２６】図７は、本実施形態のエンジンの排気ガス
浄化制御装置の制御フローチャートを示したものであ
る。まず、始めにステップ３０で、排気センサ１１の信
号を検出し、ステップ３１で前記検出に基づいて排気セ
ンサ１１の応答性を算出する。ステップ３２では、図５
の特性図に基づき前記排気センサ１１の応答時間τ(ms)
から硫黄濃度Ｓ(ppm)を算出する。ステップ３３では、
前記算出した硫黄濃度Ｓが所定値α以下か否かを比較
し、硫黄濃度Ｓが所定値以下の場合はステップ３５に進
み、該ステップ３５でリーンモード運転許可して運転を
継続する。ステップ３５で硫黄濃度Ｓが所定値α以上と
判定された場合にはステップ３４に進み、該ステップ３
４で所定値β以下か否かを比較して、所定値β以下の場
合はステップ３６に進み、リーンモード運転の頻度を制
限またはリーンモード継続時間を短く制限する。そうで
ない場合は、ステップ３７でリーンモード運転を禁止す
る。ステップ３３,３４の比較を硫黄濃度Ｓの代りに、
排気センサ応答時間τを用いてもよい。
【００２７】以上、本発明の一実施形態について詳述し
たが、本発明は前記実施形態に限定されるものではな
く、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しな
い範囲で、設計において種々の変更はできるものであ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明の排気ガス浄化制御装置は、排気ガス中の硫黄濃度を
検出すること、あるいは排気センサの応答遅れを検出し
て、その検出値に応じてリーンモード運転の頻度やリー
ンモード継続時間の削減を行うことで、ＮＯｘ触媒の硫
黄被毒の防止、及びNOx排出量の増加を防止することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のエンジンの排ガス浄化制
御装置を備えたエンジンシステムの全体構成図。
【図２】図１のエンジンの排ガス浄化制御装置の制御ブ
ロック図。
【図３】エンジンの空燃比に対応するNOx触媒のNOx浄化
率（正常時と硫黄劣化時）を示す図。
【図４】エンジン回転数と負荷に対応するリーンモード
運転領域を示す図。
【図５】排気センサの排気ガス中の硫黄濃度に対すると
応答性を示す図。
【図６】排気センサ（Ｏ2センサ及びリニアーＡ／Ｆセ
ンサ）の検出変動波形を示す図。
【図７】本実施形態のエンジンの排ガス浄化制御装置の
制御フローチャート。
【符号の説明】
１…空気量センサ、２…絞り弁、３…アシストエアー制
御弁、４…ガス流動生成通路、５…絞り弁、６…インジ
ェクタ、７…EGR制御弁、９…点火コイル、１０…コン
トロールユニット、１１…排気センサ、１３…アクセル
ペダルセンサ、１４…水温センサ、１５…回転センサ、
１６…電子スロットルアクチュエータ、１７…ガス流動
アクチュエータ、１８…NOx触媒、６１…排ガス浄化制
御装置、３０…硫黄濃度センサ、６２…運転モード算出
手段、６３…排気ガスの硫黄分算出装置、６４…運転モ
ード変更手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/04 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 41/04 ＺＡＢ ３０５ ３０５Ａ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気ガスの空燃比がリーンである時にNO
    xを吸収または吸着し前記排気ガスが理論空燃比または
    それより濃い混合気の時に吸収または吸着したNOxを還
    元するNOx触媒と、該NOx触媒の上流又は下流に配置した
    排気センサとを備えたエンジンの排気ガス浄化制御装置
    において、 該排気ガス浄化制御装置は、排気ガス中の硫黄分の値を
    算出もしくは推定する硫黄分算出手段と、該硫黄分の算
    出値もしくは推定値に基づいてエンジンの空燃比を変更
    する運転モード変更手段とを備えたことを特徴とするエ
    ンジンの排気ガス浄化制御装置。
  2. 【請求項２】 硫黄濃度を検出する硫黄濃度センサが、
    エンジンの排気管に設けられていることを特徴とするエ
    ンジンの排気ガス浄化制御装置。
  3. 【請求項３】 前記硫黄分算出手段が、前記硫黄濃度セ
    ンサもしくは前記排気センサの出力信号に基づいて硫黄
    濃度の算出もしくは推定をすることを特徴とする請求項
    １又は２に記載のエンジンの排気ガス浄化制御装置。
  4. 【請求項４】 前記硫黄分算出手段は、前記排気センサ
    の応答性が遅いほど硫黄濃度値が高いと推定することを
    特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気ガス浄化制
    御装置。
  5. 【請求項５】 前記運転モード変更手段が、前記硫黄分
    の算出値もしくは推定値が所定値以上の場合にエンジン
    のリーンモード運転の頻度を減らすか、リーンモード運
    転継続時間を短くするか、もしくはリーンモード運転を
    禁止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一
    項に記載のエンジンの排気ガス浄化制御装置。
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