JP2006138223A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられたNOx浄化用触媒にSOxが取り込まれるのを可及的に回避する。
【解決手段】 内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられSOx保持剤が担持されて排気中のSOxをその内部に保持するSOx保持能を有するSOx保持手段3と、前記SOx保持剤の溶液を貯蔵するSOx保持剤溶液貯蔵手段7と、前記SOx保持剤溶液貯蔵手段に貯蔵されている前記SOx保持剤の溶液を、該SOx保持手段に供給するSOx保持剤供給手段6と、を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
内燃機関から排出される排気に含まれるNOxを浄化するために、排気通路に吸蔵還元型NOx触媒等のNOx浄化用の触媒が設置される。しかし、排気中にはNOxに加えてSOxも含まれており、このSOxがNOx浄化用触媒に取り込まれることで、該触媒のNOx浄化作用が低下する場合がある。
そこで、内燃機関の排気通路において、上流側にSOx吸収剤を設置し、その下流側にNOx吸収剤を設置する技術が公開されている(例えば、特許文献1を参照。)。この技術によると、リーン混合気が燃焼せしめられたときには排気中のSOxがSOx吸収剤に吸収されるのでSOx吸収剤の下流に配置されたNOx吸収剤にはNOxのみが吸収される。一方、SOx吸収剤およびNOx吸収剤に流入する排気ガス中の酸素濃度が低下せしめられるとSOx吸収剤からSOxが放出され、NOx吸収剤からNOxが放出される。この結果、SOxはNOx吸収剤に取り込まれにくくなる。
特開平6−173652号公報
内燃機関の排気通路において、上流側にSOx吸収剤を設置し、その下流側にNOx吸収剤等のNOx浄化用触媒を設置すると、SOx吸収剤の吸収可能な容量の範囲でのみ排気中のSOxがSOx吸収剤に取り込まれ、それ以上のSOxは下流側に設置されたNOx浄化用触媒にSOxが取り込まれる。また、SOx吸収剤は、その内部にSOxを吸収するに従い、SOxの吸収率が低下していくため、吸収されなかったSOxが徐々にNOx浄化用触媒に取り込まれる虞もある。
本発明では、上記した問題に鑑み、内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられたNOx浄化用触媒にSOxが取り込まれるのを可及的に回避することを目的とする。
本発明は、上記した課題を解決するために、排気中のSOxを保持する保持能を有するSOx保持手段に対して、適宜SOx保持剤の溶液を供給することとした。より詳細には、本発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、内燃機関の排気通路に設けられ、SOx保持剤が担持されて排気中のSOxをその内部に保持するSOx保持能を有するSOx保持手段と、前記SOx保持剤の溶液を貯蔵するSOx保持剤溶液貯蔵手段と、前記SOx保持剤溶液貯蔵手段に貯蔵されている前記SOx保持剤の溶液を、該SOx保持手段に供給するSOx保持剤供給手段と、を備える。
上記SOx保持手段は、内燃機関の排気浄化に用いられ、排気中のSOxをその内部に保持するSOx保持能を有するSOx保持剤が担持されている。このSOx保持手段によって、その下流側にSOxが流れ込むことが抑制される。しかし、SOx保持手段に担持されているSOx保持剤の量は有限であるため、そのSOx保持能にも限界があり、場合によってはその下流側に比較的多くのSOxが流れ出す虞がある。
そこで、SOx保持剤供給手段によって、SOx保持剤の溶液、例えば水溶液等を好ま
しくは噴霧の状態でSOx保持手段に供給することで、SOx保持手段に担持されるSOx保持剤の量を増加させる。その結果、SOx保持手段のSOx保持能が増加し、その下流側へのSOxの流出を可及的に抑制することが可能となり、以て、下流側の例えばNOx浄化用触媒にSOxが取り込まれるのを可及的に回避され得る。ここで、SOx保持剤を溶液の状態で供給するのは、SOx保持手段へのSOx保持剤の担持をより容易にするためである。
ここで、上記の内燃機関の排気浄化装置において、前記SOx保持剤溶液貯蔵手段は、前記SOx保持剤が前記内燃機関の燃料に溶けた状態でその溶液を貯蔵し、前記SOx保持剤供給手段は、前記内燃機関の吸気通路または気筒に設けられた燃料噴射弁から前記溶液を噴射するようにしてもよい。即ち、SOx保持剤を内燃機関の既存の燃料噴射系を経由して、SOx保持手段へのSOx保持剤の供給を行う。この場合、SOx保持剤溶液貯蔵手段として、内燃機関の燃料タンクを兼用させることも可能である。
また上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記SOx保持手段のSOx保持能の程度を推定するSOx保持能推定手段を、更に備え、前記SOx保持能推定手段によって推定されたSOx保持能が所定程度以下のとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されるようにしてもよい。即ち、SOx保持手段のSOx保持能が低下したときにのみSOx保持剤供給手段から溶液を供給することで、不必要なSOx保持剤の供給を回避することが可能となる。
ここで、SOx保持能推定手段は、SOx保持手段のSOx保持能の程度を推定するが、例えば、SOx保持手段に流れ込むSOx量と流れ出すSOx量との比較から該SOx保持手段のSOxを保持する能力を推定することができる。また、内燃機関の運転状態の履歴など、内燃機関から排出されるSOx量等を考慮してSOx保持手段のSOx保持能の程度を推定するようにしてもよい。
また上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記SOx保持手段に流れ込む排気流量を検出し又は推定する排気流量検出手段を、更に備える場合、前記排気流量検出手段によって検出され又は推定される排気流量が所定流量以上であるとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されるようにしてもよい。即ち、排気通路を流れる排気の流れを利用し、SOx保持剤供給手段から供給されたSOx保持剤をSOx保持手段に広く分散させる。従って、上記の所定流量とは、SOx保持剤の溶液がSOx保持手段で広く分散し得る程度の排気流量である。
また上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記SOx保持手段の温度を検出し又は推定する温度検出手段を、更に備える場合、前記温度検出手段によって検出され又は推定される前記SOx保持手段の温度が所定の温度範囲に属しているとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されるようにしてもよい。即ち、SOx保持手段の熱エネルギーによってSOx保持剤供給手段から供給されたSOx保持剤がSOx保持手段に広く拡散するためである。従って、上記の所定の温度範囲とは、SOx保持剤の溶液がSOx保持手段で広く分散し得る程度の、SOx保持手段の温度範囲である。
ここで、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給された後に、前記SOx保持手段の温度を上昇させる昇温手段を、更に備えるようにしてもよい。SOx保持剤の溶液の供給後にSOx保持手段を上昇させても、SOx保持剤の分散を促進させることが可能となる。SOx保持手段の昇温方法として、SOx保持手段に流れ込む排気温度を上昇させてもよく、またSOx保持手段自身をヒータ等で暖めてもよい。
また、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記SOx保持手段の温度を上昇させて流入する排気をリーン側の空燃比とすることで、該SOx保持手段のSOx保持能を回復させるSOx保持能回復手段を、更に備える場合、前記SOx保持能回復手段によって前記SOx保持手段のSOx保持能が所定回復状態に達しないとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されるようにしてもよい。
SOx保持剤の溶液が供給されるのは所定回復状態に達しないとき、即ち、SOx保持手段のSOx保持能が低下し、SOx保持能回復手段によっても該SOx保持能が、下流へのSOx流出を十分に抑止できない程度に回復しないときである。このような場合、低下したSOx保持能に相当するSOx保持能を発揮し得るSOx保持剤が供給される。尚、SOx保持能回復手段は、SOx保持手段に保持されているSOxを放出させることで、そのSOx保持能を回復させる。
内燃機関の排気浄化装置において、排気通路に設けられたNOx浄化用触媒にSOxが取り込まれるのを可及的に回避することが可能となる。
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置について図面に基づいて説明する。
図1には、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成が示されている。内燃機関1からの排気は排気通路2へ排出される。排気通路2には、上流側にSOxトラップ触媒3とその下流側にNOx触媒4が設けられている。SOxトラップ触媒3は、排気中のSOxをその内部に保持するSOx保持能を有するSOx保持剤が担持されている。SOx保持剤としては、バリウムやカリウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が挙げられる。従って、排気中のSOxは、SOxトラップ触媒3の容量が許す限り、その内部に保持される。また、NOx触媒4は、いわゆる吸蔵還元型NOx触媒であって、主に排気中のNOxの浄化を行う。
また、SOxトラップ触媒3のSOx保持剤の水溶液が格納されているタンク7が設けられており、タンク7は供給通路5を介してSOxトラップ触媒3の上流側の排気通路2に繋がっている。ここで、供給通路5には、SOx保持剤の水溶液をタンク7から汲み上げて排気通路2内に圧送するポンプ6が設けられている。
ここで、内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニット(以下、「ECU」という)20が併設されている。このECU20は、CPUの他、後述する各種の制御ルーチン及びマップを記憶するROM、RAM等を備えており、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の運転状態等を制御するユニットである。ここで、ポンプ6は、ECU20からの制御信号によって動作を行う。
また、内燃機関1の吸気通路8に設けられ、吸気流量を検出するエアフローメータ9が、ECU20に電気的に接続されている。更に、SOxトラップ触媒3の上流側の排気通路を流れる排気の温度を検出する温度センサ10も、ECU20に電気的に接続されている。これらにより、ECU20は各種信号を受信する。
このように構成される内燃機関1の排気浄化装置では、SOxトラップ触媒3によって排気中のSOxが保持されるため、NOx触媒4に流れ込むSOx量が低減され、NOx触媒4のSOx被毒によるNOx浄化能力の低下が回避され得る。しかし、SOxトラップ触媒3のSOx保持能は有限であり、SOx保持量の増加とともにSOx保持能は徐々
に低下していく。その結果、NOx触媒4に流れ込むSOx量も増加することになる。
そこで、タンク7内のSOx保持剤の水溶液をポンプ6で圧送し、排気通路2を介してSOxトラップ触媒3にSOx保持剤(水溶液)を供給する。これにより、SOxトラップ触媒3のSOx保持能がある程度回復し、NOx触媒4に流れ込むSOx量を低減させることが可能となる。ここで、図2に、SOxトラップ触媒3にSOx保持剤を供給するためのSOx保持剤供給制御のフローを示す。該フローで示される制御は、ECU20によって実行される。
先ず、S101では、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が推定される。具体的には、内燃機関1の運転状態やその運転履歴に基づいて、SOxトラップ触媒3にどの程度の量のSOxが保持されているかを推定し、それより現時点でのSOxの保持能を推定する。一般的に、保持されるSOx量が多くなるに従い、SOxトラップ触媒3のSOx保持能は低下する。そこで、SOx保持能を保持しているSOx量に関連づけてSOx保持能を推定することが可能である。
また、SOxトラップ触媒3の上流側と下流側とにそれぞれSOxセンサーを設け、該センサーの検出値から、SOxトラップ触媒3に流れ込む排気中のSOx濃度と、流れ出す排気中のSOx濃度との比率を算出し、該比率から実際にSOxトラップ触媒3が保持しているSOx量であるSOx保持能を検出しても良い。S101の処理が終了すると、S102へ進む。
S102では、S101で推定されたSOxトラップ触媒3のSOx保持能が低下しているか否かの判定が行われる。該判定は、S101で推定されたSOx保持能が、基準となるSOx保持能より高いか否かで判定される。SOx保持能が低下していると判定されるとS103へ進み、SOx保持能が低下していないと判定されると本制御を終了する。
S103では、排気通路を流れる排気流量が所定流量SV0以上であるか否かが判定される。この排気流量は、エアフローメータ9からの信号に基づいて推定される。また、所定流量SV0は、ポンプ6によって圧送されたSOx保持剤の水溶液がSOxトラップ触媒3で十分に拡散するための排気流量の閾値である。即ち、排気流量がSV0より少ないと、供給されたSOx保持剤の水溶液は、SOxトラップ触媒3の排気入口側のみに付着し、その全体に拡散しにくくなることを鑑みて、S103における判定が行われる。そこで、排気流量が所定流量SV0以上である場合はS104へ進み、所定流量SV0未満である場合は本制御を終了する。
S104では、SOxトラップ触媒3の触媒温度が所定温度T0以上であるか否かが判定される。この触媒温度は、温度センサー10からの信号に基づいて推定される。また、所定温度T0は、ポンプ6によって圧送されたSOx保持剤の水溶液が、SOxトラップ触媒3の有する熱エネルギーによって、SOxトラップ触媒3で十分に拡散するための閾値である。即ち、触媒温度がT0より低いと、供給されたSOx保持剤の水溶液はその全体に拡散しにくくなることを鑑みて、S104における判定が行われる。そこで、触媒温度が所定温度T0以上である場合はS105へ進み、所定温度T0未満である場合は本制御を終了する。
S105では、ポンプ6によってSOx保持剤の水溶液の圧送が行われる。これによって、SOx保持剤がSOxトラップ触媒3に供給される。その結果、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が上昇する。また、SOx保持剤の供給後、SOx保持剤がSOxトラップ触媒3で拡散するために、SOxトラップ触媒3の温度を上昇させるべく、内燃機関1の排気温度を上昇させる制御を行ってもよい。S105の処理後、本制御を終了する。
本制御によると、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が低下したとき、SOx保持剤の水溶液をSOxトラップ触媒3に供給することでそのSOx保持能を回復させて、NOx触媒4にSOxが取り込まれるのを可及的に回避することが可能となる。
また、図3にSOxトラップ触媒3にSOx保持剤を供給するための別のSOx保持剤供給制御のフローを示す。該フローで示される制御は、ECU20によって実行される。尚、該SOx保持剤供給制御における処理のうち、図2に示すSOx保持剤供給制御における処理と同一の処理については、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
図3に示すSOx保持剤供給制御においては、S102でSOx保持能が低下していると判定されると、S201へ進む。S201では、SOxトラップ触媒3のSOx保持能を回復させる処理を行う。具体的には、SOxトラップ触媒3に流れ込む排気温度上昇させ、且つ排気の空燃比をストイキよりリーン側の空燃比になるべく、内燃機関1の燃焼条件を制御する。このようにすることで、SOxトラップ触媒3に保持されていたSOxが解放され、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が回復する。S201の処理が終了するとS202へ進む。
S202では、S201の処理によって、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が所定回復状態にまで回復したか否かが判定される。ここで、所定回復状態とは、再びSOxトラップ触媒3によるSOxの保持能が、S102の判定で保持能の低下と判定されない程度に回復した状態をいう。S202で、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が所定回復状態にまで回復していないと判定されるとS103以降の処理が行われる。また、SOxトラップ触媒3のSOx保持能が所定回復状態にまで回復したと判定されると、本制御を終了する。
本制御によると、SOxトラップ触媒3へのSOx保持剤の供給は、そのSOx保持能が十分に回復しなかった場合、例えば、SOxトラップ触媒3の劣化等によってSOx保持能が低下していた場合のみに行われる。従って、SOx保持剤の消費量を抑制することが可能となる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第二の実施例について、以下に説明する。図4に、第二の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略図を示す。尚、図1に示す内燃機関の排気浄化装置の構成要素と同一の構成要素については、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
本実施例に係る内燃機関1の排気浄化装置の特徴点は、SOx保持剤が内燃機関1の燃料中に溶かされ、燃料とともに燃料噴射弁11から供給される点である。即ち、内燃機関1の備える燃料噴射弁11は蓄圧室12に繋がれ、蓄圧室12は燃料供給通路13を介して燃料タンク14と繋がれている。そして、この燃料タンク14に溜められている燃料中にSOxトラップ触媒3に供給されるべきSOx保持剤が溶かされている。
従って、燃料噴射弁11からの燃料噴射とともにSOx保持剤も噴射され、排気中のSOx保持剤が排気通路2に設けられたSOxトラップ触媒3に供給され続ける。これにより、SOxトラップ触媒3のSOx保持能は維持され、NOx触媒4にSOxが取り込まれるのを可及的に回避することが可能となる。
本発明の第一の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表す図である。 本発明の第一の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われるSOx保持剤供給制御の第一のフローチャートである。 本発明の第一の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置において行われるSOx保持剤供給制御の第二のフローチャートである。 本発明の第二の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表す図である。
符号の説明
1・・・・内燃機関
2・・・・排気通路
3・・・・SOxトラップ触媒
4・・・・NOx触媒
5・・・・供給通路
6・・・・ポンプ
7・・・・タンク
8・・・・吸気通路
9・・・・エアフローメータ
10・・・・温度センサー
11・・・・燃料噴射弁
14・・・・燃料タンク

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ、SOx保持剤が担持されて排気中のSOxをその内部に保持するSOx保持能を有するSOx保持手段と、
    前記SOx保持剤の溶液を貯蔵するSOx保持剤溶液貯蔵手段と、
    前記SOx保持剤溶液貯蔵手段に貯蔵されている前記SOx保持剤の溶液を、該SOx保持手段に供給するSOx保持剤供給手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記SOx保持剤溶液貯蔵手段は、前記SOx保持剤が前記内燃機関の燃料に溶けた状態でその溶液を貯蔵し、
    前記SOx保持剤供給手段は、前記内燃機関の吸気通路または気筒に設けられた燃料噴射弁から前記溶液を噴射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. 前記SOx保持手段のSOx保持能の程度を推定するSOx保持能推定手段を、更に備え、
    前記SOx保持能推定手段によって推定されたSOx保持能が所定程度以下のとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記SOx保持手段に流れ込む排気流量を検出し又は推定する排気流量検出手段を、更に備え、
    前記排気流量検出手段によって検出され又は推定される排気流量が所定流量以上であるとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 前記SOx保持手段の温度を検出し又は推定する温度検出手段を、更に備え、
    前記温度検出手段によって検出され又は推定される前記SOx保持手段の温度が所定の温度範囲に属しているとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給された後に、前記SOx保持手段の温度を上昇させる昇温手段を、更に備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 前記SOx保持手段の温度を上昇させて流入する排気をリーン側の空燃比とすることで、該SOx保持手段のSOx保持能を回復させるSOx保持能回復手段を、更に備え、
    前記SOx保持能回復手段によって前記SOx保持手段のSOx保持能が所定回復状態に達しないとき、前記SOx保持剤供給手段によってSOx保持剤の溶液が供給されることを特徴とする請求項1から請求項6の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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