JP2005076505A - 排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御方法及び過多硫黄被毒回復制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 排気浄化触媒にS成分が堆積すると、PM堆積量PMsmを増加してPM再生制御のリーン昇温処理の頻度を高める(S102)。このことでPM再生制御のリーン昇温処理を利用して排気浄化触媒に堆積したS成分を放出させる。このため硫黄被毒回復実行領域となるようなチャンスがなくてS被毒が過多となるような状況であっても、PM再生制御におけるリーン昇温処理を実行でき、このリーン昇温処理により排気浄化触媒における過多部分のS成分が放出できる。このリーン昇温処理による放出は、堆積した過多部分のS成分の放出であり、更にリーン昇温処理の頻度も高いので、放出されるS成分の濃度を低く抑えることができる。このことにより過大が達成される。
【選択図】 図2
Description
請求項1に記載の排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御方法は、内燃機関の運転状態が硫黄被毒回復実行領域にある時に内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に対して昇温処理とストイキ又はストイキよりも低い空燃比にする空燃比低下処理とを実行することで排気浄化触媒から硫黄成分を放出させて硫黄被毒から排気浄化触媒を回復させる硫黄被毒回復制御を実行している内燃機関において、排気浄化触媒の硫黄被毒量が過多となった場合には、ストイキよりも高い空燃比にて排気浄化触媒に対する昇温処理を実行することにより被毒している硫黄成分の一部を放出することを特徴とする。
請求項2に記載の排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置は、内燃機関の運転状態が硫黄被毒回復実行領域にある時に内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に対して昇温処理とストイキ又はストイキよりも低い空燃比にする空燃比低下処理とを実行することで排気浄化触媒から硫黄成分を放出させて硫黄被毒から排気浄化触媒を回復させる硫黄被毒回復手段を備えた内燃機関における過多硫黄被毒回復制御装置であって、硫黄被毒量の内で過多部分の硫黄被毒量を検出する過多硫黄被毒量検出手段と、前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量が基準レベル以上となると、該過多部分の硫黄成分を、ストイキよりも高い空燃比にて排気浄化触媒を昇温するリーン昇温処理により放出させる昇温放出手段とを備えたことを特徴とする。
請求項3に記載の排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置では、請求項2において、前記昇温放出手段は、前記基準レベルとして、放出時の硫黄成分濃度が高濃度とならないレベルを用いることを特徴とする。
請求項5に記載の排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置では、請求項4において、前記昇温放出手段は、前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量に基づいて前記粒子状物質の堆積量を増加補正することにより、前記PM再生制御手段のリーン昇温処理の頻度を高めることを特徴とする。
請求項7に記載の排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置では、請求項4において、前記昇温放出手段は、前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量に基づいて前記基準堆積量を減少補正することにより、前記PM再生制御手段のリーン昇温処理の頻度を高めることを特徴とする。
請求項8に記載の排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置では、請求項4〜7のいずれかにおいて、前記昇温放出手段は、放出時の硫黄成分濃度が高濃度となる前に、前記PM再生制御手段のリーン昇温処理が実行されるように、該リーン昇温処理の頻度を高めることを特徴とする。
図1は、上述した発明が適用された車両用ディーゼルエンジン及び制御装置の概略構成を表すブロック図である。尚、本発明は希薄燃焼式ガソリンエンジンなどについて同様な触媒構成を採用した場合においても適用できる。
尚、第1触媒コンバータ36内のNOx吸蔵還元触媒36aの上流には第1空燃比センサ42が、更にNOx吸蔵還元触媒36aと第2触媒コンバータ38内のフィルタ38aとの間には第1排気温センサ44が配置されている。又、フィルタ38aと第3触媒コンバータ40内の酸化触媒40aとの間において、フィルタ38aの近くには第2排気温センサ46が、酸化触媒40aの近くには第2空燃比センサ48が配置されている。
図2のフローチャートにECU70により実行されるPM再生制御処理を示す。このPM再生制御処理は、PMの堆積量が基準堆積量に達するとフィルタ38aの触媒床温を目標床温(例えば650℃)に制御して、PMを酸化して浄化するために行われる処理である。本処理は一定時間毎の割り込みで実行される。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「S〜」で表す。
[式1]
PMsm ← PMsmold + PMe − PMc + PMadd
ここで前回値PMsmoldは、前回の本処理の実行時に算出されたPM堆積量PMsmである。エンジン排出量PMeは、本処理の1制御周期の間にディーゼルエンジン2の全燃焼室4から排出されるPMの量である。このエンジン排出量PMeは、予め実験によりエンジン回転数NEと負荷(ここでは燃料噴射弁58からの燃料噴射量)とをパラメータとしてPM排出量を求めてマップとして設定し、このマップに基づいて、現在のエンジン回転数NEと負荷とから求められる。酸化量PMcは、本処理の1制御周期の間にフィルタ38aに捕捉されたPMが酸化により浄化される量である。酸化量PMcは、予め実験によりフィルタ38aの触媒床温(ここでは第2排気温センサ46にて検出される排気温)と吸入空気量とをパラメータとしてPM酸化量を求めてマップとして設定し、このマップに基づいて、現在の触媒床温と吸入空気量とから求められる。
[式2]
PMadd ← PMe × Kst × Kout × Ksw
ここでエンジン排出量PMeは上述したごとくであり、S被毒係数Kstは予め実験により求めた図3に示すごとくのS被毒係数マップから、S被毒量(g)に基づいて算出される。尚、S被毒量は、NOx吸蔵還元触媒36a及びフィルタ38aにコートされているNOx吸蔵還元触媒におけるアルカリ金属類等が吸蔵しているS成分の量である。このS被毒量は、S被毒回復制御の実行判定をするために、燃料噴射弁58から噴射される燃料に含まれるS成分を積算することにより求められている値である。尚、アルカリ金属類等におけるS成分の吸蔵飽和状態を表す最大被毒量に到達すると、S被毒量の値は最大被毒量に固定される処理が行われている。図3では、飽和に近い側を除いて、Kst=「0」に設定されている。これは、NOx吸蔵還元触媒上にS成分が堆積し始めるのは、アルカリ金属類等に吸蔵されるS成分がほぼ飽和となった状態からだからである。
しかし、このような処理が繰り返されることで、前記式1の右辺において各周期毎に実際に堆積するPM量を表す「PMe−PMc」によるPM堆積量PMsmへの積算によりPM堆積量PMsmが増加する。これに加えて、更に特にS被毒が過多であれば、PM堆積補正量PMaddによるPM堆積量PMsmへの積算によってもPM堆積量PMsmが増加する。これらの増加要因によりPM堆積量PMsmが増加して、PMsm≧PMjdとなると(S106で「YES」)、次にPM再生のための昇温制御実行が設定される(S108)。こうして一旦本処理を終了する。
[式3]
fad ← (Ttc − Tbc) × GA × Ck
ここで吸入空気量GAは吸入空気量センサ24により検出される吸気流量(g/s)である。燃料換算係数Ckは、吸入空気量GAを燃料量に換算するための係数であり、流量が1g/sである排気の温度を1℃上昇させるに必要な燃料量を表している。このことにより前記式3の右辺は、吸入空気量GAに対応する排気流量中で、フィルタ38aにおける触媒床温をベース床温Tbcから目標床温Ttcまで上昇させるに必要な単位時間当たりの燃料量を算出していることになる。こうして一旦本処理を終了する。
PM再生制御処理(図2)の説明に戻り、ステップS108にて昇温制御実行が設定された次の制御周期では、PM堆積量PMsmの算出(S102)の後、昇温制御実行中であるので(S104で「YES」)、次にPM堆積量PMsm>0か否かが判定される(S110)。昇温制御実行により、前記式1において、エンジン排出量PMeについては大きな変化はないが、酸化量PMcが急速に増大し、更にPM堆積補正量PMaddについては排気温が650℃となるため、図4から求められる排気温係数Koutが「0」であるので、前記式2からPMadd=「0」となる。このため、昇温制御時には急速にPM堆積量PMsmの値が低下して、フィルタ38aに堆積しているPMは完全に消滅する。ステップS110は、PMが完全に消滅する前か否かを判定する処理である。
そして式1の計算によりPMsm≦「0」となると(S110で「NO」)、PMは消滅したので昇温制御停止が設定される(S112)。このことにより昇温制御処理(図6)は停止されて、PM再生のための昇温制御による添加弁68からの燃料添加はなされなくなる。そしてPM堆積量PMsmの値をクリア(=「0」)して(S114)、一旦本処理を終了する。
(イ).S被毒が過多となると、フィルタ38a及びNOx吸蔵還元触媒36a、場合により酸化触媒40aまでS成分が堆積する。この場合には前記式1の計算により、PM再生制御におけるリーン昇温処理(図6の昇温制御)の頻度を高めることにより、これらの排気浄化触媒に堆積したS成分を放出させている。
[実施の形態2]
本実施の形態では、堆積しているS成分量に応じて基準堆積量PMjddxを減少補正することによりPM再生制御におけるリーン昇温処理の頻度を高めるものである。このため前記実施の形態1に示したPM再生制御処理(図2)の代わりに、図8に示すPM再生制御処理を一定時間毎の割り込みで実行する。尚、図1に示したハード構成や、昇温制御処理(図6)については前記実施の形態1と同じであるので図1,6を参照する。
[式4]
PMorg ← PMorgold + PMe − PMc
ここで前回値PMorgoldは、前回の本処理の実行時に算出されたPM堆積量PMorgである。エンジン排出量PMe及び酸化量PMcについては前記実施の形態1のステップS102にて説明したごとくである。この式4では前記式1のようにPM堆積補正量PMaddによる増加補正はされていない。したがって実際に堆積するPM量を表している。
[式5]
PMjddx ← PMjd − Djd
ここで基準堆積基本量PMjdは、前記実施の形態1のステップS106にて用いられた基準堆積量PMjdと同じ値である。
[式6]
Djd ← Djdold +(PMe × Kst × Kout × Ksw)
ここで前回値Djdoldは、前回の本処理の実行時に算出された基準値補正量Djdである。エンジン排出量PMeは上述したごとくであり、S被毒係数Kst、排気温係数Kout及びS含有係数Kswは、前記実施の形態1のステップS102にて説明したものと同じであり、各マップ(図3〜図5)により算出される。
そして式4の計算によりPMorg≦「0」となると(S212で「NO」)、PMは完全に消滅したので昇温制御の停止が設定される(S214)。このことにより昇温制御処理(図6)は停止されて、PM再生の昇温制御のための添加弁68からの燃料添加はなされなくなる。そしてPM堆積量PMorgの値をクリアし(S216)、基準値補正量Djdの値をクリアして(S218)、一旦本処理を終了する。
そして時刻t11の直後から図3に示したごとくS被毒係数Kstがプラスとなり次第に増加する。この時、排気温係数Kout>「0」及びS含有係数Ksw>「0」であるとすると、基準値補正量Djd>0となり、前記式5により基準堆積量PMjddxは基準堆積基本量PMjdよりも基準値補正量Djd分小さくされる。
(イ).S被毒が過多となるとフィルタ38a及びNOx吸蔵還元触媒36a、場合により酸化触媒40aまでS成分が堆積する。この場合には前記式5,6の計算により、PM再生制御におけるリーン昇温処理(図6の昇温制御)の頻度を高めることにより、これらの排気浄化触媒に対して堆積したS成分を放出させている。
[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態1,2においては、PM再生制御処理を利用してS被毒量過多部分のS成分を各排気浄化触媒から放出していた。これ以外に、前記図3〜図5のマップを利用してS成分の堆積量を計算し、この堆積量が基準レベル以上となった場合に、別途、過多S被毒時専用のリーン昇温処理を実行しても良い。尚、この場合のリーン昇温処理自体は、昇温制御処理(図6)に説明したごとく実行すれば良いが、S成分の堆積量が「0」となれば停止することになる。
Claims (8)
- 内燃機関の運転状態が硫黄被毒回復実行領域にある時に内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に対して昇温処理とストイキ又はストイキよりも低い空燃比にする空燃比低下処理とを実行することで排気浄化触媒から硫黄成分を放出させて硫黄被毒から排気浄化触媒を回復させる硫黄被毒回復制御を実行している内燃機関において、
排気浄化触媒の硫黄被毒量が過多となった場合には、ストイキよりも高い空燃比にて排気浄化触媒に対する昇温処理を実行することにより被毒している硫黄成分の一部を放出することを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御方法。 - 内燃機関の運転状態が硫黄被毒回復実行領域にある時に内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に対して昇温処理とストイキ又はストイキよりも低い空燃比にする空燃比低下処理とを実行することで排気浄化触媒から硫黄成分を放出させて硫黄被毒から排気浄化触媒を回復させる硫黄被毒回復手段を備えた内燃機関における過多硫黄被毒回復制御装置であって、
硫黄被毒量の内で過多部分の硫黄被毒量を検出する過多硫黄被毒量検出手段と、
前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量が基準レベル以上となると、該過多部分の硫黄成分を、ストイキよりも高い空燃比にて排気浄化触媒を昇温するリーン昇温処理により放出させる昇温放出手段と、
を備えたことを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。 - 請求項2において、前記昇温放出手段は、前記基準レベルとして、放出時の硫黄成分濃度が高濃度とならないレベルを用いることを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。
- 内燃機関の運転状態が硫黄被毒回復実行領域にある時に内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒に対して昇温処理とストイキ又はストイキよりも低い空燃比にする空燃比低下処理とを実行することで排気浄化触媒から硫黄成分を放出させて硫黄被毒から排気浄化触媒を回復させる硫黄被毒回復手段と、内燃機関は排気系に設けられたフィルタにおける粒子状物質の堆積量が基準堆積量以上となるとストイキよりも高い空燃比にて排気浄化触媒を昇温するリーン昇温処理により粒子状物質を浄化するPM再生制御手段とを備えた内燃機関における過多硫黄被毒回復制御装置であって、
硫黄被毒量の内で過多部分の硫黄被毒量を検出する過多硫黄被毒量検出手段と、
前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量に基づいて前記PM再生制御手段のリーン昇温処理の頻度を高めることにより排気浄化触媒における過多部分の硫黄成分を放出させる昇温放出手段と、
を備えたことを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。 - 請求項4において、前記昇温放出手段は、前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量に基づいて前記粒子状物質の堆積量を増加補正することにより、前記PM再生制御手段のリーン昇温処理の頻度を高めることを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。
- 請求項5において、前記昇温放出手段は、前記粒子状物質の堆積量に対する増加補正を、内燃機関の粒子状物質の生成量、前記硫黄被毒量、排気温及び燃料の硫黄成分濃度に応じて実行することを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。
- 請求項4において、前記昇温放出手段は、前記過多硫黄被毒量検出手段にて検出された過多部分の硫黄被毒量に基づいて前記基準堆積量を減少補正することにより、前記PM再生制御手段のリーン昇温処理の頻度を高めることを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。
- 請求項4〜7のいずれかにおいて、前記昇温放出手段は、放出時の硫黄成分濃度が高濃度となる前に、前記PM再生制御手段のリーン昇温処理が実行されるように、該リーン昇温処理の頻度を高めることを特徴とする排気浄化触媒の過多硫黄被毒回復制御装置。
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