JP2008180200A - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易かつ速やかに燃料の硫黄濃度を推定することが可能な内燃機関の排気制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路５に設けられる排気浄化触媒１１と、排気浄化触媒１１を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを検出するｐＨセンサ２５と、を備えた内燃機関の排気制御装置において、ＥＣＵ４０は、燃料の硫黄濃度が所定範囲内であると仮定し、内燃機関１の運転状態に基づいて排気浄化触媒１１を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを推定するとともに、このｐＨの推定時にｐＨセンサ２５が検出したｐＨと推定したｐＨとの差に基づいて内燃機関１に供給されている燃料の硫黄濃度を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、硫黄成分を含む燃料が使用される内燃機関の排気制御装置に関する。

燃料供給経路中に設けられた硫黄成分検出手段としての臭いセンサの検出値に基づいて排ガス浄化用触媒におけるＳＯｘ堆積量を推定するガス燃料内燃機関が知られている（特許文献１参照）。また、ＮＯｘ触媒の下流に設けたＮＯｘセンサ又は空燃比センサの検出値に基づいて燃料中の硫黄濃度を求める排気浄化装置が知られている（特許文献２参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３〜５が存在する。

特開２００６−０５２６９６号公報 特開２００４−１９７６９５号公報 特開２００２−０２１６５２号公報 特開平０７−３２４６５３号公報 特開平０９−１９２４４０号公報

特許文献１の内燃機関に設けられる臭いセンサはガス中の硫黄（Ｓ）成分を検出するセンサであるため、ガス燃料を使用しない内燃機関への適用は困難である。特許文献２の排気浄化装置ではＮＯｘセンサの検出値に基づいて燃料中の硫黄濃度を求めているが、ＮＯｘセンサを設ける必要があるためコストが高くなる。空燃比センサの検出値に基づいて燃料の硫黄濃度を求める場合は、ＮＯｘ触媒が酸素吸蔵能力を有している必要がある。また、このＮＯｘ触媒に還元剤を供給したときに空燃比センサの検出値が理論空燃比となるまでの時間に基づいて硫黄濃度を求めているため、時間がかかる。

そこで、本発明は、容易かつ速やかに燃料の硫黄濃度を推定することが可能な内燃機関の排気制御装置を提供することを目的とする。

本発明の排気制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを検出する凝縮水ｐＨ検出手段と、を備えた内燃機関の排気制御装置において、燃料の硫黄濃度が所定範囲内であると仮定し、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気浄化触媒を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを推定する凝縮水ｐＨ推定手段と、前記凝縮水ｐＨ推定手段によるｐＨの推定時に前記凝縮水ｐＨ検出手段が検出したｐＨと前記凝縮水ｐＨ推定手段が推定したｐＨとの差に基づいて前記内燃機関に供給されている燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

触媒を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨは、排気の硫黄酸化物（ＳＯｘ）濃度及び窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度によってほぼ決まる。排気のＮＯｘ濃度は内燃機関の運転状態に応じて変化するが排気のＳＯｘ濃度は燃料の硫黄濃度にて決まるため、凝縮水のｐＨは内燃機関の運転状態及び燃料の硫黄濃度に基づいて推定できる。そこで、燃料の硫黄濃度が所定範囲内であると仮定することにより内燃機関の運転状態に基づいて凝縮水のｐＨを推定する。一方、凝縮水ｐＨ検出手段にて検出された凝縮水のｐＨは、実際に内燃機関に供給されている燃料の硫黄濃度が反映されているため、検出されたｐＨと推定したｐＨとの差は内燃機関に供給されている燃料の硫黄濃度が所定範囲に対してどの程度異なっているかを示している。そのため、この検出されたｐＨと推定したｐＨとの差に基づいて内燃機関に供給されている燃料の硫黄濃度を推定することができる。このように本発明の排気制御装置によれば、検出したｐＨと推定したｐＨとの差に基づいて燃料の硫黄濃度を推定できるので、容易かつ速やかに燃料の硫黄濃度を推定することができる。また、一般に液体のｐＨの検出はＮＯｘセンサよりも安価なセンサで行うことができるので、低コストで燃料の硫黄濃度を推定することができる。

本発明の排気制御装置の一形態においては、前記凝縮水ｐＨ推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて排気のＮＯｘ濃度を推定し、推定したＮＯｘ濃度に基づいて凝縮水のｐＨを推定してもよい（請求項２）。上述したように凝縮水のｐＨは排気のＮＯｘ濃度に影響されるため、このようにまず排気のＮＯｘ濃度を推定し、その後このＮＯｘ濃度に基づいて凝縮水のｐＨを推定してもよい。

本発明の排気制御装置の一形態において、前記硫黄濃度推定手段は、前記凝縮水ｐＨ検出手段が検出したｐＨから前記凝縮水ｐＨ推定手段が推定したｐＨを引いた値が小さいほど燃料の硫黄濃度が高いと推定してもよい（請求項３）。検出されたｐＨが小さいほど排気のＳＯｘ濃度が高いと考えられるため、このように検出されたｐＨから推定したｐＨを引いた差が小さいほど燃料の硫黄濃度が高いと推定できる。

本発明の排気制御装置の一形態においては、前記排気浄化触媒より下流の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路をさらに備え、前記凝縮水ｐＨ検出手段は、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気から生じた凝縮水のｐＨを検出するように設けられていてもよい（請求項４）。ＥＧＲ通路によって吸気通路に導かれる排気の流量は排気通路の排気の流量よりも少ないので、凝縮水が発生し易い。そのため、このように凝縮水ｐＨ検出手段を設けることにより、排気から生じた凝縮水のｐＨを容易に検出することができる。また、ＥＧＲ通路には排気浄化触媒を通過した排気が導かれるため、凝縮水ｐＨ検出手段に煤やオイルなどが付着することを抑制できる。そのため、凝縮水ｐＨ検出手段の検出精度の低下を抑制できる。

この形態において、前記ＥＧＲ通路には吸気通路に導かれる排気を冷却するＥＧＲクーラが設けられ、前記凝縮水ｐＨ検出手段は、前記ＥＧＲクーラに設けられていてもよい（請求項５）。排気が冷却されるＥＧＲクーラではＥＧＲ通路の他の部分よりも凝縮水が発生し易いので、より容易に凝縮水のｐＨを検出することができる。

本発明の排気制御装置の一形態においては、前記排気浄化触媒として吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が設けられるとともに、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記ＮＯｘ触媒を目標温度域に昇温するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段をさらに備え、前記被毒回復制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度に基づいて前回のＳ被毒回復処理から次のＳ被毒回復処理までの期間であるＳ再生インターバルの長さを調整するＳ再生インターバル調整手段を備えていてもよい（請求項６）。このように燃料の硫黄濃度に応じてＳ再生インターバルの長さを調整することにより、無駄なＳ被毒回復処理を抑制したり、Ｓ被毒回復処理が必要な時期にＮＯｘ触媒に対して適切にＳ被毒回復処理を実行することができる。一般にＮＯｘ触媒の目標温度域への昇温は燃料を使用して行っているため、このように無駄なＳ被毒回復処理を抑制することにより、燃費を改善することができる。

なお、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。ＳＯｘの被毒についてもその態様を問わないものである。

この形態において、前記Ｓ再生インターバル調整手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が低いほど、前記Ｓ再生インターバルの長さを長くしてもよい（請求項７）。燃料の硫黄濃度が低いほどＮＯｘ触媒の硫黄被毒（以下、Ｓ被毒と称することがある。）の進行が遅くなるため、このようにＳ再生インターバルの長さを調整することにより無駄なＳ被毒回復処理を抑制できる。

本発明の排気制御装置の一形態においては、前記排気浄化触媒より下流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサより上流の吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量を調整するＥＧＲ弁と、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度に基づいて前記ＥＧＲ弁の動作を制御する動作制御手段と、をさらに備えていてもよい（請求項８）。燃料の硫黄濃度が高く排気のＳＯｘ濃度が高い場合は排気から生じる凝縮水のｐＨが低くなるため、コンプレッサの腐食が加速されるおそれがある。この形態では、推定された硫黄濃度に応じてＥＧＲ弁の動作を制御できるので、燃料の硫黄濃度に応じてＥＧＲガスの量を調整することによりコンプレッサの腐食を抑制することができる。

この形態において、前記動作制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が所定の判定値より大きい場合、その推定された硫黄濃度が高いほど前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量が少なくなるように前記ＥＧＲ弁の動作を制御してもよい（請求項９）。このように吸気通路に導かれる排気の流量を調整することにより、コンプレッサの腐食を抑制することができる。

また、前記排気浄化触媒の上流に設けられた前記ターボ過給機のタービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量を調整する高圧ＥＧＲ弁と、をさらに備え、前記動作制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が所定の判定値より大きい場合、その推定された硫黄濃度が高いほど前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量が少なくなるように前記ＥＧＲ弁の動作を制御するとともに、前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気にて前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量の減少が補償されるように前記高圧ＥＧＲ弁の開度を調整してもよい（請求項１０）。この場合、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の量を減少させても高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気を増加させることにより、吸気通路に導かれる排気の量を一定に維持することができる。また、高圧ＥＧＲ通路は、コンプレッサより下流の吸気通路に排気を導くので、コンプレッサの腐食を抑制することができる。

本発明において、「補償」の概念は、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気量の減少が高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気量の増加にて打ち消されるように高圧ＥＧＲ弁の開度を調整することを意味し、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気量の減少を高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気量の増加によって完全に相殺すること、及びＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気量の減少を高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気量の増加によって部分的に補うことの両方を含む。

動作制御手段を備えた排気制御装置の一形態において、前記動作制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が予め設定した所定の上限値以上の場合、前記ＥＧＲ弁を全閉にしてもよい（請求項１１）。このようにＥＧＲ弁を全閉にすることにより、吸気通路にｐＨの低い、すなわち強酸性の凝縮水が導かれることを確実に防止できるので、コンプレッサの腐食を抑制できる。

以上に説明したように、本発明の排気制御装置によれば、燃料の硫黄濃度が所定範囲内であると仮定し、内燃機関の運転状態に基づいて推定した凝縮水のｐＨと実際に検出されたｐＨとの差に基づいて燃料の硫黄濃度を推定するので、容易かつ速やかに燃料の硫黄濃度を推定することができる。

図１は、本発明の一形態に係る排気制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１に示した内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、自動車などの車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）の気筒２を有する機関本体３と、各気筒２に接続される吸気通路４及び排気通路５とを備えている。吸気通路４には、吸気濾過用のエアクリーナ６、吸入空気量を調整するための第１スロットルバルブ７ａ及び第２スロットルバルブ７ｂ、ターボ過給機８のコンプレッサ８ａ、及び吸気を冷却するためのインタークーラ９が設けられている。また、吸気通路４には機関本体３から吸気通路４にブローバイガスを導くためのブローバイガス通路１０が接続されている。排気通路５には、ターボ過給機８のタービン８ｂ及び排気浄化触媒１１が設けられている。

排気浄化触媒１１としては吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられている。この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略称することがある。）は、理論空燃比よりもリーン、すなわち酸素過剰の酸化雰囲気において排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比よりもリッチ、すなわち燃料過剰の還元雰囲気又は理論空燃比において吸蔵したＮＯｘを放出するとともにこのＮＯｘを還元浄化する周知のものでよい。そのため、詳細な説明は省略する。

排気通路５と吸気通路４とは、第１ＥＧＲ通路２０及び第２ＥＧＲ通路２１にて連通されている。図１に示したように第１ＥＧＲ通路２０は排気浄化触媒１１より下流の排気通路５とコンプレッサ８ａより上流の吸気通路４とを連通している。一方、第２ＥＧＲ通路２１はタービン８ｂより上流の排気通路５とコンプレッサ８ａより下流の吸気通路４とを連通している。そのため、第２ＥＧＲ通路２１が本発明の高圧ＥＧＲ通路に相当する。第１ＥＧＲ通路２０には、吸気通路４に導かれる排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）を冷却するためのＥＧＲクーラ２２、及び第１ＥＧＲ通路２０を介して吸気通路４に導かれるＥＧＲガス（以下、第１ＥＧＲガスと称することがある。）の流量を調整するための第１ＥＧＲ弁２３が設けられている。第２ＥＧＲ通路２１には、第２ＥＧＲ通路２１を介して吸気通路４に導かれるＥＧＲガス（以下、第２ＥＧＲガスと称することがある。）の流量を調整するために高圧ＥＧＲ弁としての第２ＥＧＲ弁２４が設けられている。図１に示したようにＥＧＲクーラ２２には、凝縮水ｐＨ検出手段としてのｐＨセンサ２５が設けられている。ｐＨセンサ２５は、第１ＥＧＲガスから生じた凝縮水のｐＨを検出可能なように配置されている。

図１に示したように各気筒２には、気筒２内に燃料を噴射するためのインジェクタ３０がそれぞれ設けられている。各インジェクタ３０は、インジェクタ３０に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール３１に接続されている。

各インジェクタ３０の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０にてそれぞれ制御される。ＥＣＵ４０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯ
Ｍ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサからの出力信号に基づいて第１スロットルバルブ７ａ、第２スロットルバルブ７ｂ、第１ＥＧＲ弁２３、第２ＥＧＲ弁２４、及びコモンレール３１の圧力調整弁などの動作をそれぞれ制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０は、例えばエンジン１の回転数及び負荷に応じて各インジェクタ３０から噴射すべき燃料量を算出し、その算出した量の燃料が各気筒２内に供給されるように各インジェクタ３０の動作をそれぞれ制御する。このような制御を行う際に参照するセンサとしてＥＣＵ４０には、クランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ４１、エンジン１の冷却水の温度に対応した信号を出力する水温センサ４２、吸気の温度に対応した信号を出力する吸気温センサ４３、排気浄化触媒１１の温度に対応した信号を出力する床温センサ４４が接続されている。また、ｐＨセンサ２５もＥＣＵ４０に接続されている。

排気浄化触媒１１として設けられているＮＯｘ触媒は、排気に含まれるＳＯｘに被毒され、その被毒が進むと浄化性能が低下する。そこで、ＮＯｘ触媒の排気浄化性能を回復させるべくＮＯｘ触媒をＮＯｘ触媒からＳ成分が放出される目標温度域に昇温するとともにＮＯｘ触媒付近の排気の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒のＳ被毒を解消するＳ被毒回復処理（以下、Ｓ再生と称することがある。）が周期的に行われる。Ｓ再生は、排気浄化触媒１１に堆積したＳ成分の量（以下、Ｓ堆積量と称することがある。）が予め設定した所定量を超えたと判断された場合に行われる。エンジン１におけるＳ再生は、Ｓ堆積量を推定するとともに推定したＳ堆積量に基づいて前回のＳ再生から次のＳ再生までの期間として設定されるＳ再生インターバルの長さを算出し、前回のＳ再生から経過した時間が算出したＳ再生インターバルの値を超えたと判定された場合に行われる。また、エンジン１におけるＳ再生は、各気筒２内に供給する燃料量を増加させて排気中の未燃燃料を増加させ、その未燃燃料を排気浄化触媒１１にて燃焼させることにより排気浄化触媒１１をＳ再生時の目標温度域に昇温して行う。このようにＳ再生を行うことにより、ＥＣＵ４０が本発明の被毒回復制御手段として機能する。

周知のように、排気のＳＯｘ濃度は燃料の硫黄濃度に応じて変化する。硫黄濃度の高い燃料がエンジン１に供給されている場合、排気のＳＯｘ濃度が高くなり、Ｓ堆積量の増加する速度が速くなる。そのため、燃料の硫黄濃度が高いほどＳ再生インターバルを短くする必要がある。また、排気のＳＯｘ濃度が高いと第１ＥＧＲガスとして吸気通路４に導かれた排気から生じる凝縮水のｐＨが低くなる、すなわち強酸性の凝縮水が発生するため、コンプレッサ８ａ及びインタークーラ９など吸気通路４に設けられている機器の腐食が進むおそれがある。一方、硫黄濃度の低い燃料がエンジン１に供給されている場合は排気のＳＯｘ濃度が低くなるので、Ｓ堆積量の増加する速度が遅くなる。そのため、Ｓ再生インターバルを長くすることができる。そこで、ＥＣＵ４０は、エンジン１に供給されている燃料の硫黄濃度（以下、実硫黄濃度と称することがある。）を推定し、この推定した実硫黄濃度に応じてＳ再生インターバルの長さを調整したり、第１ＥＧＲガス量を調整する。

図２は、ＥＣＵ４０が実硫黄濃度に応じてＳ再生インターバルを設定するべくエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行するＳ再生インターバル算出ルーチンを示している。

図２のルーチンにおいてＥＣＵ４０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、各インジェクタ３０から噴射される燃料量（以下、噴射燃料量と略称することがある。）、吸気温度、第１ＥＧＲガス量、第２ＥＧＲガス量、排気浄化触媒１１の温度、及び冷却水の温度が取得される。なお、エンジン１の回転数はクランク角センサ４１の出力信号に基づいて取得され、第１ＥＧＲガス量は第１ＥＧＲ弁の開度に基づいて、第２ＥＧＲガス量は第２ＥＧＲ弁の開度に基づいてそれぞれ取得される。

次のステップＳ１２においてＥＣＵ４０は、第１ＥＧＲガスから生じる凝縮水のｐＨを推定する。第１ＥＧＲガスから生じる凝縮水には硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２−）及び硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）が含まれており、凝縮水のｐＨはこれらの量によってほぼ決まる。硫酸イオンは排気中のＳＯｘから、硝酸イオンは排気中のＮＯｘからそれぞれ生じており、硫酸イオンの量は排気のＳＯｘ濃度と、硝酸イオンの量は排気のＮＯｘ濃度とそれぞれ相関関係を有している。上述したように排気のＳＯｘ濃度は燃料の硫黄濃度によって決まる。一方、排気のＮＯｘ濃度はエンジン１の運転状態によってほぼ決まる。そのため、凝縮水のｐＨは、燃料の硫黄濃度を所定濃度に仮定するとともに、エンジン１の運転状態に基づいて排気のＮＯｘ濃度を推定することによって求めることができる。一般に販売されている燃料の硫黄濃度は所定範囲内に調整されているため、仮定する所定濃度には例えばこの所定範囲内の濃度を設定する。

図３及び図４を参照して凝縮水のｐＨの推定方法を具体的に説明する。なお、図３は、エンジン１の回転数及び噴射燃料量と排気のＮＯｘ濃度との関係の一例を示している。図４は、燃料の硫黄濃度が所定濃度であると仮定した場合における排気のＮＯｘ濃度と凝縮水のｐＨとの関係の一例を示している。なお、図４の実線Ｌ１がこの関係を示しており、破線Ｌ２は燃料の硫黄濃度が所定濃度より低い場合における排気のＮＯｘ濃度と凝縮水のｐＨとの関係の一例を示している。凝縮水のｐＨを推定する場合、まず図３を参照してエンジン１の回転数及び噴射燃料量から排気のＮＯｘ濃度を推定する。なお、図３の縦軸は燃料噴射量に限定されない。排気のＮＯｘ濃度はエンジン１の負荷と相関しているため、図３の代わりにエンジン１のトルク又はエンジン１のトルクと相関関係を有する種々のパラメータ（例えば吸入空気量など）及びエンジン１の回転数と排気のＮＯｘ濃度との関係を示したマップを備え、このマップに基づいて排気のＮＯｘ濃度を推定してもよい。次に推定したＮＯｘ濃度と図４に示した関係とに基づいて凝縮水のｐＨを推定する。例えば、推定したＮＯｘ濃度が図４の値Ｎであった場合、凝縮水のｐＨは値Ｐ１であると推定できる。なお、図３及び図４の関係は予め実験又は数値計算などにより求め、ＥＣＵ４０のＲＯＭにそれぞれマップとして記憶させておく。このように凝縮水のｐＨを推定することにより、ＥＣＵ４０が本発明の凝縮水ｐＨ推定手段として機能する。以下、この推定したｐＨを推定ｐＨと称することがある。

次のステップＳ１３においてＥＣＵ４０は、ｐＨセンサ２５の出力信号を参照して第１ＥＧＲガスから生じた凝縮水のｐＨを検出する。このように凝縮水のｐＨを検出することにより、ｐＨを推定したときにおける凝縮水のｐＨを検出することができる。以下、この検出したｐＨを実測ｐＨと称することがある。

続くステップＳ１４においてＥＣＵ４０は、実測ｐＨから推定ｐＨを引いた値であるペーハー差ΔｐＨに基づいて実硫黄濃度を推定する。実測ｐＨは、エンジン１の排気のＳＯｘ濃度に応じた値となるため、実硫黄濃度に対応した値となる。一方、推定ｐＨは、図４の関係を示す際に仮定した所定濃度に対応した値となる。なお、推定ｐＨ及び実測ｐＨはエンジン１の運転状態がほぼ同じ状態のときにそれぞれを取得しているため、排気のＮＯｘ濃度はほぼ同じと考えられる。そのため、例えば実測ｐＨが図４に示した値Ｐ２であった場合は実硫黄濃度が所定濃度より低いと推定できる。また、このときのペーハー差ΔｐＨは、実硫黄濃度と所定濃度との差に対応している。そこで、実硫黄濃度の推定は、例えばまず図５に一例を示した関係を参照してペーハー差ΔｐＨから実硫黄濃度を所定濃度で割った値である濃度比を求め、次に求めた濃度比と所定濃度とを掛けることによって行うことができる。なお、図５の示した関係は、予め実験又は数値計算などにより求め、ＥＣＵ４０のＲＯＭにマップとして記憶させておく。このように実硫黄濃度を推定することにより、ＥＣＵ４０が本発明の硫黄濃度推定手段として機能する。

次のステップＳ１５においてＥＣＵ４０は、Ｓ再生インターバルの長さを算出する。その後、今回のルーチンを終了する。上述したようにエンジン１におけるＳ再生はＳ堆積量が所定量を超えたと判定された場合に行われるため、Ｓ再生インターバルの長さはＳ堆積量と相関関係を有している。Ｓ堆積量は、噴射燃料量の積算値と実硫黄濃度とに基づいて推算できる。そこで、噴射燃料量の積算値と実硫黄濃度とに基づいてＳ堆積量を推定し、推定したＳ堆積量に基づいてＳ再生インターバルの長さを算出する。上述したように実硫黄濃度が高いほどＳ堆積量の増加する速度が速くなるため、実硫黄濃度が高いほどＳ再生インターバルの長さは短く算出される。なお、算出されたＳ再生インターバルは、例えばＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶され、ＥＣＵ４０が実行している他のルーチンにて使用される。このようにＳ再生インターバルの長さを調整することにより、ＥＣＵ４０が本発明のＳ再生インターバル調整手段として機能する。

エンジン１においては、推定ｐＨと実測ｐＨとの差に基づいて実硫黄濃度を推定するので、実硫黄濃度を容易かつ速やかに推定することができる。図１に示したようにｐＨセンサ２５は排気を冷却するＥＧＲクーラ２２に設けられているので、ｐＨセンサ２５にて排気から生じた凝縮水のｐＨを容易に検出することができる。また、排気浄化触媒１１を通過した排気が流れる第１ＥＧＲ通路２０にｐＨセンサ２５を設けたので、煤及びオイルなどの付着を抑制して検出精度の低下を抑制することができる。

また、推定した実硫黄濃度に基づいてＳ再生インターバルの長さを設定するので、給油などにより実硫黄濃度が変化してもＳ堆積量を精度良く推定することができる。そのため、例えば硫黄濃度の高い燃料がエンジン１に供給されてＳ堆積量の増加する速度が速くなっても適切な時期にＳ再生を行って排気浄化触媒１１の浄化性能を高い状態に維持できる。また、硫黄濃度の低い燃料がエンジン１に供給されてＳ堆積量の増加する速度が遅くなった場合はＳ再生インターバルが長くなるため、Ｓ再生にて消費される燃料量を低減できる。そのため、燃費を改善することができる。

図６は、ＥＣＵ４０が実硫黄濃度に応じて第１ＥＧＲガス量を調整するべくエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行するＥＧＲ制御ルーチンを示している。なお、図６において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。図６の制御ルーチンを実行して第１ＥＧＲ弁２３の動作を制御することにより、ＥＣＵ４０が本発明の動作制御手段として機能する。

図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ４０は、ステップＳ１１〜Ｓ１４まで図２のルーチンと同様に処理を進める。次のステップＳ２１においてＥＣＵ４０は、推定した実硫黄濃度が予め設定した判定値よりも大きいか否か判定する。上述したように燃料の硫黄濃度が高いほど排気から生じる凝縮水のｐＨが低くなるため、この凝縮水によってコンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食が加速されるおそれがある。判定値は、このように排気から生じた凝縮水によるコンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食の進行を抑制するために設定された値である。そのため、判定値には、コンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食が殆ど進行しないような硫黄濃度が設定される。なお、このような硫黄濃度は、コンプレッサ８ａ及びインタークーラ９の材質などに影響されるため、これらの材質などに応じて適宜設定される。実硫黄濃度が判定値以下と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、実硫黄濃度が判定値より大きいと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ４０は実硫黄濃度が予め設定した上限値未満か否か判定する。上限値には、コンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食が加速される硫黄濃度、言い換えると吸気通路４に設けられた機器の信頼性を確保できる硫黄濃度が設定される。なお、このような硫黄濃度もコンプレッサ８ａ及びインタークーラ９の材質などに影響されるため、これらの材質などに応じて適宜設定される。

実硫黄濃度が上限値未満と判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ４０は第１ＥＧＲガス目標量を算出する。実硫黄濃度が高いほど排気から生じる凝縮水のｐＨが低くなりコンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食が進行するため、実硫黄濃度が高いほど第１ＥＧＲガス量を減少させる必要がある。そこで、例えば図７に一例を示した関係を予め実験又は数値計算により求めてＥＣＵ４０のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照して第１ＥＧＲガス目標量を算出する。続くステップＳ２４においてＥＣＵ４０は、第１ＥＧＲガス量が算出した第１ＥＧＲガス目標量に調整されるように第１ＥＧＲ弁２３の開度を変更する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、実硫黄濃度が上限値以上と判断した場合はステップＳ２５に進み、ＥＣＵ４０は第１ＥＧＲ弁２３を全閉にする。続くステップＳ２６においてＥＣＵ４０は、インパネ内の警告ランプを点灯して運転者に燃料の硫黄濃度が高すぎるので、燃料の交換を促すように警告する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図６の制御ルーチンでは、実硫黄濃度が判定値より高い場合、実硫黄濃度が高いほど第１ＥＧＲガス量を減少させるので、コンプレッサ８及びインタークーラ９などの吸気通路４に設けられる機器の腐食を抑制することができる。また、第１ＥＧＲガスのＳＯｘ濃度が高いと吸気通路４に設けられているゴム製の部品及び樹脂製の部品の劣化も進行するため、このように第１ＥＧＲガス量を減少させることによってこれらゴム製及び樹脂製の部品の劣化を抑制できる。また、実硫黄濃度が上限値より高い場合は第１ＥＧＲ弁２３を全閉にするので、吸気通路にｐＨの低い、すなわち強酸性の凝縮水が導かれることを確実に防止できる。そのため、コンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食を抑制するとともに吸気通路４に設けられているゴム製及び樹脂製の部品の劣化を抑制できる。

図８は、ＥＧＲ制御ルーチンの変形例を示している。図８の制御ルーチンでは、図６の制御ルーチンに対してステップＳ２４の後にステップＳ３１及びＳ３２が追加されている。これらステップＳ３１及びＳ３２が追加された以外は、図６の制御ルーチンと同じである。そのため、図８において図２及び図６と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図８の制御ルーチンでは、ステップＳ２４まで図６の制御ルーチンと同様に処理が進められる。次のステップＳ３１においてＥＣＵ４０は、第１ＥＧＲガスの減少を第２ＥＧＲガスの増加にて補償するべく第２ＥＧＲガス目標量を算出する。そのため、第２ＥＧＲガス目標量には、例えば現在の第２ＥＧＲガス量に第１ＥＧＲガス量の減少分を加えた値が設定される。続くステップＳ３２においてＥＣＵ４０は、第２ＥＧＲガス量が算出した第２ＥＧＲガス目標量に調整されるように第２ＥＧＲ弁２４の開度を変更する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図９は、図８の制御ルーチンを実行して第１ＥＧＲガス量及び第２ＥＧＲガス量を調整した場合の第１ＥＧＲガス量及び第２ＥＧＲガス量の時間変化の一例を示している。なお、図９の線Ｌ１１が第１ＥＧＲガス量の時間変化を、線Ｌ１２が第２ＥＧＲガス量の時間変化をそれぞれ示している。図８の制御ルーチンによれば、図９に示したように時刻Ｔ１において第１ＥＧＲガス量を減少させてもその減少分を第２ＥＧＲガス量の増加にて補償できる。そのため、排気通路５から吸気通路４に導かれるＥＧＲガスの総量をほぼ一定に維持できる。また、第２ＥＧＲガスはインタークーラ９より下流の吸気通路４に導かれるので、第２ＥＧＲガス量を増加させてもコンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食に対する影響は殆どない。そのため、コンプレッサ８ａ及びインタークーラ９などの腐食を抑制することができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限定されない。本発明は、硫黄成分を含む燃料が使用される種々の内燃機関に適用してよい。吸気通路に導かれるＥＧＲガスの量を一定に維持する必要がないのであれば、本発明は排気浄化触媒より下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを連通するＥＧＲ通路のみを備えた内燃機関に適用してもよい。ｐＨセンサの配置位置は、上述した形態の位置に限定されない。排気浄化触媒を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを検出可能な種々の位置に配置してよい。

上述した形態では、排気から生じる凝縮水のｐＨを推定する際にまずエンジンの運転状態に基づいて排気のＮＯｘ濃度を推定し、次に推定したＮＯｘ濃度に基づいて凝縮水のｐＨを推定しているが、図１０に一例を示したようにエンジンの回転数及び噴射燃料量と凝縮水のｐＨとの関係を予め実験又は数値計算などにより求めてＥＣＵのＲＯＭに記憶させておき、エンジンの運転状態から凝縮水のｐＨを直接推定してもよい。この場合、凝縮水のｐＨを推定する手順を簡略化できる。なお、図１０においても図３と同様に噴射燃料量の代わりにエンジン１のトルク、又はエンジン１のトルクと相関関係を有する種々のパラメータを縦軸にしてもよい。

本発明の一形態に係る排気制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。 図１のＥＣＵが実行するＳ再生インターバル算出ルーチンを示すフローチャート。 エンジンの回転数及び噴射燃料量と排気のＮＯｘ濃度との関係の一例を示す図。 燃料の硫黄濃度が所定濃度であると仮定した場合における排気のＮＯｘ濃度と凝縮水のｐＨとの関係の一例を示す図。 ペーハー差と濃度比との関係の一例を示す図。 図１のＥＣＵが実行するＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャート。 実硫黄濃度と第１ＥＧＲガス目標量との関係の一例を示す図。 ＥＧＲ制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。 図８の制御ルーチンを実行して第１ＥＧＲガス量及び第２ＥＧＲガス量を調整した場合の第１ＥＧＲガス量及び第２ＥＧＲガス量の時間変化の一例を示す図。 エンジンの回転数及び燃料噴射量と凝縮水のｐＨとの関係の一例を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
４ 吸気通路
５ 排気通路
８ ターボ過給機
８ａ コンプレッサ
８ｂ タービン
１１ 排気浄化触媒
２０ 第１ＥＧＲ通路
２１ 第２ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路）
２２ ＥＧＲクーラ
２３ 第１ＥＧＲ弁
２４ 第２ＥＧＲ弁
２５ ｐＨセンサ（凝縮水ｐＨ検出手段）
４０ エンジンコントロールユニット（凝縮水ｐＨ推定手段、硫黄濃度推定手段、被毒回復制御手段、Ｓ再生インターバル調整手段、動作制御手段）

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを検出する凝縮水ｐＨ検出手段と、を備えた内燃機関の排気制御装置において、
   燃料の硫黄濃度が所定範囲内であると仮定し、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気浄化触媒を通過した排気から生じる凝縮水のｐＨを推定する凝縮水ｐＨ推定手段と、前記凝縮水ｐＨ推定手段によるｐＨの推定時に前記凝縮水ｐＨ検出手段が検出したｐＨと前記凝縮水ｐＨ推定手段が推定したｐＨとの差に基づいて前記内燃機関に供給されている燃料の硫黄濃度を推定する硫黄濃度推定手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
2. 前記凝縮水ｐＨ推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて排気のＮＯｘ濃度を推定し、推定したＮＯｘ濃度に基づいて凝縮水のｐＨを推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制御装置。
3. 前記硫黄濃度推定手段は、前記凝縮水ｐＨ検出手段が検出したｐＨから前記凝縮水ｐＨ推定手段が推定したｐＨを引いた値が小さいほど燃料の硫黄濃度が高いと推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気制御装置。
4. 前記排気浄化触媒より下流の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路をさらに備え、
   前記凝縮水ｐＨ検出手段は、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気から生じた凝縮水のｐＨを検出するように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気制御装置。
5. 前記ＥＧＲ通路には吸気通路に導かれる排気を冷却するＥＧＲクーラが設けられ、
   前記凝縮水ｐＨ検出手段は、前記ＥＧＲクーラに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気制御装置。
6. 前記排気浄化触媒として吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が設けられるとともに、前記ＮＯｘ触媒から硫黄酸化物が放出されるように前記ＮＯｘ触媒を目標温度域に昇温するＳ被毒回復処理を実行可能な被毒回復制御手段をさらに備え、
   前記被毒回復制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度に基づいて前回のＳ被毒回復処理から次のＳ被毒回復処理までの期間であるＳ再生インターバルの長さを調整するＳ再生インターバル調整手段を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気制御装置。
7. 前記Ｓ再生インターバル調整手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が低いほど、前記Ｓ再生インターバルの長さを長くすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気制御装置。
8. 前記排気浄化触媒より下流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサより上流の吸気通路とを連通するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量を調整するＥＧＲ弁と、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度に基づいて前記ＥＧＲ弁の動作を制御する動作制御手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気制御装置。
9. 前記動作制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が所定の判定値より大きい場合、その推定された硫黄濃度が高いほど前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量が少なくなるように前記ＥＧＲ弁の動作を制御することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気制御装置。
10. 前記排気浄化触媒の上流に設けられた前記ターボ過給機のタービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路と、前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量を調整する高圧ＥＧＲ弁と、をさらに備え、
    前記動作制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が所定の判定値より大きい場合、その推定された硫黄濃度が高いほど前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量が少なくなるように前記ＥＧＲ弁の動作を制御するとともに、前記高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気にて前記ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導かれる排気の流量の減少が補償されるように前記高圧ＥＧＲ弁の開度を調整することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気制御装置。
11. 前記動作制御手段は、前記硫黄濃度推定手段により推定された硫黄濃度が予め設定した所定の上限値以上の場合、前記ＥＧＲ弁を全閉にすることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関の排気制御装置。

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