JP2007224750A

JP2007224750A - 硫黄被毒回復制御装置

Info

Publication number: JP2007224750A
Application number: JP2006044061A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Taniguchi; 聡谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】硫黄被毒回復制御装置において、硫黄被毒回復処理を行なう回数を減少させることができる技術を提供する。
【解決手段】複数の燃料を混合して用いる内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を
備え、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒量が所定量以上となったときに硫黄被毒回復処
理を行なう硫黄被毒回復制御装置であって、内燃機関に供給される燃料中の所定の種類の燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、燃料濃度検出手段により検出される濃度に基づいて、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵される硫黄成分の量を推定する硫黄被毒量推定手段
（Ｓ１０２）と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、硫黄被毒回復制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）を配置する技術が知られている。このＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中
のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに吸蔵し
ていたＮＯxを還元する。

ところで、ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄成分も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硫黄成分はＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒という。この硫黄被毒によりＮＯx触媒でのＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる硫黄被毒回復処理を施す必要がある。この硫黄被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温にし、且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る。

そして、複数の燃料を混合して用いる内燃機関においても、排気中にＮＯxが含まれる
ため、排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えることがある（例えば、特許文献１参照。
）。このような場合でも混合燃料の中に硫黄成分が含まれていると、吸蔵還元型ＮＯx触
媒の硫黄被毒が発生する。

ところで、複数の燃料を混合して用いる内燃機関においては、排気中の硫黄成分の量が燃料の混合割合によって変化することがある。この場合、硫黄被毒回復処理が必要となるまでにかかる時間も変化する。

ここで、硫黄被毒回復処理を行なうときに燃料が用いられるので、該硫黄被毒回復処理を行なう回数を減少させることができれば、燃費の悪化を抑制することができる。また、硫黄被毒回復処理を行なう回数を減少させることにより熱劣化を抑制することもできる。
特許第２６９２３１１号公報特開２００４−２３９１３２号公報特開２００４−１３２２３０号公報特開２００４−３６５００号公報

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、硫黄被毒回復制御装置において、硫黄被毒回復処理を行なう回数を減少させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による硫黄被毒回復制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による硫黄被毒回復制御装置は、
複数の燃料を混合して用いる内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備え、該吸
蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒量が所定量以上となったときに硫黄被毒回復処理を行なう
硫黄被毒回復制御装置であって、
前記内燃機関に供給される燃料中の所定の種類の燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記燃料濃度検出手段により検出される濃度に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に
吸蔵される硫黄成分の量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
を具備することを特徴とする。

前記内燃機関は、複数の燃料を混合したものを混合燃料として使用する。混合燃料中に含まれる硫黄成分の量は、該混合燃料に含まれる夫々の燃料の硫黄成分の量と、混合燃料中における夫々の燃料の割合と、によって変化する。ここで、夫々の燃料中の硫黄成分の量は、混合されると予想される燃料中の硫黄成分の量として予め得ることができる。また、夫々の燃料の割合は、燃料濃度検出手段により検出することができる。これらから、混合燃料を供給したときに該混合燃料中に含まれる硫黄成分の量を求めることができる。そして、このようにして求めた硫黄成分の量を積算すれば、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵さ
れている硫黄成分の量、すなわち硫黄被毒量を求めることができる。

このようにすることで、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されている硫黄成分の量に応じた
時期に硫黄被毒の回復を行なうことができるので、硫黄被毒回復を行なう回数を減少させることができる。

また、本発明においては、前記内燃機関は、少なくともアルコールを含む複数の燃料を混合して用い、
前記燃料濃度検出手段は、前記内燃機関に供給される燃料中のアルコールの濃度を検出し、
前記硫黄被毒量推定手段は、前記燃料濃度検出手段により検出されるアルコールの濃度に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵される硫黄成分の量を推定することができ
る。

アルコールは硫黄成分を含まないため、他の種類の燃料（例えばガソリン）に含まれる硫黄成分のみが吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵される。そして燃料濃度検出手段によりアル
コールの濃度を検出すれば、混合燃料中の他の種類の燃料の量が分かる。さらに他の種類の燃料中の硫黄濃度を予め求めておけば、混合燃料中の硫黄成分の量が分かるため、吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒量も分かる。前記したようにアルコールは硫黄成分を含まな
いため、燃料中のアルコール濃度が高いほど、硫黄被毒回復処理の回数を減少させることができる。これにより、燃費を向上させ、且つ吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を抑制する
ことができる。

本発明によれば、硫黄被毒回復処理を行なう回数を減少させることができる。これにより、燃費を向上させることができる。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化を抑制するこ
とができる。

以下、本発明に係る硫黄被毒回復制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る硫黄被毒回復制御装置を適用する内燃機関１、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクルエンジンである。内燃機関１は、ガソリンおよびアルコールを任意の割合で混合した混合燃料を用いることができる。また、内燃機関１は、均質リーンまたは成層リーンで燃焼可能である。

内燃機関１には、燃焼室２へ通じる吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ４が取り付けられている。また、エアフローメータ４よりも内燃機関１側の吸気通路３には、スロットル５が設けられている。このスロットル５には、該スロットル５の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ５１が取り付けられている。このスロットル開度センサ５１の出力信号により内燃機関１の負荷を検出することができる。そして、エアフローメータ４またはスロットル開度センサ５１の出力信号に基づいて内燃機関１に供給する燃料量が算出される。

スロットル５よりも内燃機関１側の吸気通路３には、該吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。燃料噴射弁６には、燃料供給管６１が接続され該燃料供給管６１内には燃料が流れている。また、燃料供給管６１には、該燃料供給管６１内を流れる燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ６２が取り付けられている。なお、本実施例ではアルコール濃度センサ６２が、本発明における燃料濃度検出手段に相当する。

一方、内燃機関１には、燃焼室２へ通じる排気通路７が接続されている。排気通路７の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）８が設けられている。ＮＯx触媒８は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに吸蔵していたＮＯxを還元する機能
を有する。このＮＯx触媒８よりも上流の排気通路７には、該排気通路７を流通する排気
の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ９が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関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であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０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。ＥＣＵ１０には、前記センサ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ようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６が電気配線を介して接続され、この燃料噴射弁６はＥＣＵ１０により制御される。

ところで、ＮＯx触媒８にはガソリンに含まれる硫黄成分が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硫黄成分はＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒８内に蓄積される。これを硫黄被毒という。この硫黄被毒によりＮＯx触媒８におけるＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる硫黄被毒回復処理を施す必要がある。この硫黄被毒回復処理は、ＮＯx触媒８を高温にし、且つ酸素濃度を低下させた
排気をＮＯx触媒８に流通させて行われる。そして、硫黄被毒回復処理では、ＥＣＵ１０
は、ＮＯx触媒８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。そ
して、ＮＯx触媒８の温度の上昇とともに該ＮＯx触媒８から硫黄成分が放出される。これにより、ＮＯx触媒８の硫黄被毒を回復することが可能となる。

ここで、アルコールはガソリンと異なり、硫黄成分を含まない。そのため、アルコールとガソリンとを混合した燃料を用いる場合には、混合燃料中のアルコール濃度に応じて燃料中の硫黄成分の濃度が変化する。したがって、ＮＯx触媒８の硫黄被毒の状態も、混合
燃料中のアルコール濃度に応じて変化する。

そこで、本実施例では、混合燃料中のアルコール濃度に応じて、ＮＯx触媒８の硫黄被
毒量の推定値を補正する。

次に、本実施例に係る硫黄被毒回復処理のフローについて説明する。図２は、本実施例に係る硫黄被毒回復処理のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、アルコール濃度が読み込まれる。本ステップでは、燃料のアルコール濃度がアルコール濃度センサ６２により検出され、その値がＥＣＵ１０に記憶される。なお、アルコール濃度センサ６２を用いずに、空燃比センサ９により検出される空燃比に基づいた燃料供給量のフィードバック制御時のフィードバック値からアルコール濃度を推定してもよい。

ステップＳ１０２では、アルコール濃度に基づいて硫黄被毒量が積算される。硫黄被毒量は、ガソリン１００％の燃料を供給した場合を基準とし、アルコール濃度に応じた補正を行なうことで求められる。積算値Ｓ（ｎ＋１）の算出式は以下のようになる。

Ｓ（ｎ＋１）＝Ｆ×Ｒ×Ｔ×Ｋ×ＫＡＬ＋Ｓ（ｎ）

ただし、Ｆは内燃機関１の１回転当たり燃料噴射量、Ｒは単位時間当たりの機関回転数、Ｔは前回積算時から今回積算時までの経過時間、Ｋは係数、ＫＡＬはアルコール濃度係数、Ｓ（ｎ）は前回の処理時に求められた硫黄被毒量の積算値である。またアルコール濃度係数ＫＡＬは、アルコール濃度に応じて硫黄被毒量を補正する値である。アルコールには硫黄成分が含まれないことから、アルコール濃度係数ＫＡＬは次式により求まる。

ＫＡＬ＝（１００−ＡＬ）／１００

ただし、ＡＬはアルコール濃度（％）である。

燃料噴射量Ｆは、ＥＣＵ１０が燃料噴射弁６を開弁させるための指令値から求めることができる。また、エアフローメータ４により得られる吸入空気量またはスロットル開度センサ５１により得られるスロットル開度に基づいて燃料噴射量Ｆを求めてもよい。機関回転数Ｒはクランクポジションセンサ（図示省略）等から求めることができる。経過時間Ｔは前回のフローが実行されてから今回のフローが実行されるまでの時間を積算して求めることができる。係数Ｋは例えばガソリン中の硫黄成分の濃度（％）であり、予め実験等により求めておく。また、他の補正が必要な場合にも、係数Ｋにより補正を行うようにする。

このように、硫黄被毒量を積算することにより、ＮＯx触媒８に吸蔵されている硫黄成
分の量を求めることができる。なお、本実施例ではステップＳ１０２の処理を行なうＥＣＵ１０が、本発明における硫黄被毒量推定手段に相当する。

ステップＳ１０３では、硫黄被毒回復処理を行なわなくても硫黄被毒が回復される運転状態であるか否か判定される。すなわち、ＮＯx触媒８の温度が硫黄被毒回復を行うこと
のできる温度まで上昇しており、且つ排気の空燃比がリッチであるか否か判定される。内燃機関１の運転状態によっては、硫黄被毒回復処理を行なわなくても硫黄被毒が回復されるため、このような場合には硫黄被毒回復処理を行なわない。これにより、燃費の悪化およびＮＯx触媒８の熱劣化を抑制することができる。ステップＳ１０３で肯定判定がなさ
れた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、硫黄被毒量の積算値Ｓ（ｎ＋１）が所定量以上であるか否か判定される。所定量は、硫黄被毒回復処理が必要な値として予め設定しておく。すなわち、本ステップでは、ＮＯx触媒８の硫黄被毒の回復処理が必要となっているか否か判定され
る。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０５では、硫黄被毒回復処理が実行される。硫黄被毒回復処理は、前記したようにＮＯx触媒８を高温にしつつ排気の空燃比をリッチとして行われる。

ステップＳ１０６では、硫黄被毒量の積算値Ｓ（ｎ＋１）が０とされる。また、硫黄被毒回復処理が途中で中止された場合には、回復した分だけ硫黄被毒量の積算値Ｓ（ｎ＋１）を減じてもよい。その後本ルーチンを一旦終了させる。

このようにして、ＮＯx触媒８における硫黄被毒量を積算し推定することにより、混合
燃料中のアルコール濃度が高いほど、硫黄被毒回復処理の回数を減少させることができる。また、給油により混合燃料中のアルコール濃度が変わった場合でも、ＮＯx触媒８の硫
黄被毒量を求めることができるので、硫黄被毒回復処理を適正な時期に行なうことができる。

以上説明したように、本実施例によれば、ＮＯx触媒８の硫黄被毒回復を適正な時期に
行なうことができるので、燃料の消費を抑制することができ、以て燃費の悪化を抑制することができる。また、ＮＯx触媒８の熱劣化の進行を抑制することができる。

実施例に係る硫黄被毒回復制御装置を適用する内燃機関、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。実施例に係る硫黄被毒回復処理のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２燃焼室
３吸気通路
４エアフローメータ
５スロットル
６燃料噴射弁
７排気通路
８吸蔵還元型ＮＯx触媒
９空燃比センサ
１０ＥＣＵ
５１スロットル開度センサ
６１燃料供給管
６２アルコール濃度センサ

Claims

複数の燃料を混合して用いる内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備え、該吸
蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒量が所定量以上となったときに硫黄被毒回復処理を行なう
硫黄被毒回復制御装置であって、
前記内燃機関に供給される燃料中の所定の種類の燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記燃料濃度検出手段により検出される濃度に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に
吸蔵される硫黄成分の量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
を具備することを特徴とする硫黄被毒回復制御装置。
前記内燃機関は、少なくともアルコールを含む複数の燃料を混合して用い、
前記燃料濃度検出手段は、前記内燃機関に供給される燃料中のアルコールの濃度を検出し、
前記硫黄被毒量推定手段は、前記燃料濃度検出手段により検出されるアルコールの濃度に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵される硫黄成分の量を推定することを特徴
とする請求項１に記載の硫黄被毒回復制御装置。