JP2010019104A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Nobumoto Ohashi
伸基 大橋
Atsushi Hayashi
篤史 林
Shingo Iida
真豪 飯田
Itsuyo Kurisaka
伊津世 栗阪
Yoshinori Yamashita
嘉典 山下
Shinya Hirota
信也 広田
Takamitsu Asanuma
孝充 浅沼
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Abstract

【課題】本発明は、SOx被毒回復制御の実行時において、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることを課題とする。
【解決手段】SOx被毒回復制御の実行時において、NOx触媒に還元剤を供給するのみではNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが困難な場合、NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつNOx触媒に還元剤を供給する。
【選択図】図2

Description

本発明は、排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
内燃機関の排気通路に排気浄化触媒として吸蔵還元型NOx触媒(以下、単にNOx触媒と称する)を設ける場合がある。NOx触媒には排気中のNOxのみならずSOxも吸蔵される。NOx触媒におけるSOxの吸蔵量が増加すると該NOx触媒のNOx吸蔵能力が低下する。
そのため、排気通路に設けられたNOx触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいては、NOx触媒に吸蔵されたSOxを放出及び還元させるSOx被毒回復制御が行われる。NOx触媒に吸蔵されたSOxを放出及び還元させるためには、NOx触媒の温度をSOxの放出が可能となる温度まで上昇させると共にNOx触媒の周囲雰囲気の空燃比をSOxの還元が可能となる空燃比まで低下させる必要がある。
特許文献1には、還元剤となる燃料をNOx触媒に供給することでNOx触媒の温度を上昇させると共にNOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させ、それによってSOx被毒回復制御を実現する技術が開示されている。
特許文献2には、SOx被毒回復制御において、内燃機関の燃焼状態及び排気の流量を制御しつつ還元剤を排気中に添加する技術が開示されている。また、特許文献3には、排気浄化触媒が部分活性状態にあるときに、排気浄化触媒に対する昇温用の還元剤供給を実施する技術が開示されている。
特開2002−38933号公報 特開2003−307123号公報 特開2003−269146号公報
SOx被毒回復制御において、NOx触媒に還元剤を供給することで該NOx触媒を昇温させる場合、供給された還元剤がNOx触媒で酸化されることにより該NOx触媒の温度が上昇する。そのため、NOx触媒の温度が低いために供給された還元剤が酸化されない場合、NOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが困難となる虞がある。この場合、NOxに吸蔵されたSOxを十分に放出及び還元させることが困難となる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、SOx被毒回復制御の実行時において、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明は、SOx被毒回復制御の実行時において、NOx触媒に還元剤を供給するのみではNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが困難な場合、NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつNOx触媒に還元剤を供給するものである。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、
該吸蔵還元型NOx触媒の温度を取得する温度取得手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を取得する空燃比取得手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
該還元剤供給手段から還元剤を供給することで、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を所定温度以上に上昇させると共に前記吸蔵還元型NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を理論空燃比以下の値である所定空燃比以下に低下させ、それによって、前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたSOxを放出及び還元させるSOx被毒回復制御を実行する回復手段と、
前記還元剤供給手段を通過する排気の流量を制御する流量制御手段と、を備え、
前記回復手段によるSOx被毒回復制御の実行時において、還元剤が供給されても昇温が困難なほど前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が低い場合は、前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給することを特徴とする。
ここで、所定温度は、SOxの放出が可能となる温度の下限値以上の値である。所定空燃比は、SOxの還元が可能となる空燃比の上限値以下の値である。これらの値は実験等に基づいて予め定められている。
供給された還元剤を酸化させることが可能となるNOx触媒の温度は、該NOx触媒を通過する排気の流量に応じて変化する。これは、NOx触媒を通過する排気の流量が変化すると、還元剤がNOx触媒を通過するのにかかる時間が変化するためである。つまり、NOx触媒を通過する排気の流量を減少させると、還元剤がNOx触媒を通過するのにかかる時間が長くなるため、NOx触媒における還元剤の酸化がより促進され易くなる。その結果、NOx触媒の温度がより低い状態でも還元剤を酸化させることが可能となる。
本発明では、SOx被毒回復制御の実行時において、NOx触媒の温度が低いために該NOx触媒における還元剤の酸化が困難な場合、該NOx触媒を通過する排気の流量を減少させる。これにより、NOx触媒の昇温が可能となる。
従って、本発明によれば、SOx被毒回復制御の実行時において、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが出来る。
本発明においては、回復手段が、SOx被毒回復制御の実行時において、NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を所定空燃比以下に低下させる前に、該空燃比を理論空燃比よりも高い空燃比、即ちリーン空燃比に維持しつつ還元剤供給手段から還元剤を供給することでNOx触媒の温度を所定温度以上に上昇させるものであってもよい。
NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比をリーン空燃比に維持しつつ該NOx触媒に還元剤を供給することで、NOx触媒における還元剤の酸化を促進させることが出来る。そのため、NOx触媒の温度をより速やかに上昇させることが出来る。そして、NOx触媒の温度が所定温度以上に達してからNOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を所定空燃比以下に低下させることによりSOxを放出及び還元することが出来る。
また、上記の場合は、回復手段によるSOx被毒回復制御の実行開始時におけるNOx触媒の温度が還元剤が供給されても昇温が困難なほど低い場合に、流量制御手段によってNOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤供給手段から還元剤を供給してもよい。
これによれば、NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を所定空燃比以下に低下させる前の段階で、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させることが出来る。その結果、NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を所定空燃比以下に低下させたときに、より確実にSOxを放出及び還元させることが出来る。
また、上記の場合において、内燃機関から排出される排気の空燃比を制御する機関空燃比制御手段を更に備えてもよい。そして、流量制御手段によってNOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤供給手段から還元剤を供給してもNOx触媒を昇温させることが困難な場合、機関空燃比制御手段よって内燃機関から排出される排気の空燃比を上昇させてもよい。
内燃機関から排出される排気の空燃比を上昇させることで、NOx触媒を通過する排気のO濃度を上昇させることが出来る。つまり、より多くのOをNOx触媒に供給することが出来る。これにより、NOx触媒の温度がより低い場合であっても該NOx触媒において還元剤を酸化させることが可能となる。従って、NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤を供給するのみではNOx触媒を昇温させることが困難な場合であっても、それが可能となる。
本発明においては、回復手段によるSOx被毒回復制御の実行中において、一旦所定温度以上となったNOx触媒の温度が還元剤が供給されても昇温が困難なほどの温度まで低下した場合に、流量制御手段によってNOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤供給手段から還元剤を供給してもよい。
これによれば、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度に維持することが出来る。その結果、SOxの放出及び還元が中断されることを抑制することが出来る。
上記の場合においては、流量制御手段によってNOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤供給手段から還元剤を供給してもNOx触媒を昇温させることが困難な場合、NOx触媒を通過する排気の空燃比を一旦リーン空燃比まで上昇させてもよい。
NOx触媒を通過する排気の空燃比をリーン空燃比まで上昇させることで、NOx触媒に供給されるOの量を増加させることが出来る。従って、NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤を供給するのみではNOx触媒を昇温させることが困難な場合であっても、それが可能となる。
本発明においては、NOx触媒の劣化度合いを推定する推定手段を更に備えてもよい。この場合、還元剤が供給されても昇温が困難であると判断されるNOx触媒の温度の閾値をNOx触媒の劣化度合いが高いほどより高い値に設定してもよい。
これによれば、NOx触媒の劣化が進んでも、SOx被毒回復制御の実行時において、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが可能となる。その結果、より確実にSOxを放出及び還元させることが出来る。
上述したように、供給された還元剤を酸化させることが可能となるNOx触媒の温度は、該NOx触媒を通過する排気の流量に応じて変化する。そこで、本発明においては、NOx触媒を通過する排気の流量を取得する流量取得手段を更に備えた場合、還元剤が供給されても昇温が困難であると判断されるNOx触媒の温度の閾値を、NOx触媒を通過する排気の流量が多いほどより高い値に設定してもよい。
また、流量制御手段によってNOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ還元剤供給手段から還元剤を供給する場合における排気の流量の目標値をNOx触媒の温度が低いほど小さい値に設定してもよい。
本発明によれば、SOx被毒回復制御の実行時において、より確実にNOx触媒の温度をSOxの放出が可能な温度まで上昇させる又は該温度に維持させることが出来る。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
<実施例1>
<内燃機関およびその吸排気系の概略構成>
図1は、本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関1は4つの気筒2を有する車両駆動用のディーゼルエンジンである。各気筒2には該気筒2内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁3が設けられている。
内燃機関1には、インテークマニホールド5およびエキゾーストマニホールド7が接続されている。インテークマニホールド5には吸気通路4の一端が接続されている。エキゾーストマニホールド7には排気通路6の一端が接続されている。
吸気通路4にはターボチャージャ8のコンプレッサハウジング8aが設置されている。排気通路6にはターボチャージャ8のタービンハウジング8bが設置されている。
吸気通路に4におけるコンプレッサハウジング8aよりも上流側にはエアフローメータ11が設けられている。吸気通路4におけるコンプレッサハウジング8aよりも下流側にはスロットル弁12が設けられている。
排気通路6におけるタービンハウジング8bより下流側にはNOx触媒10が設けられている。尚、NOx触媒10は、排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタに担持された状態で設けられてもよい。また、NOx触媒10と酸化触媒等の他の触媒を直列に並べて配置してもよい。
排気通路6におけるタービンハウジング8bより下流側且つNOx触媒10より上流側には排気中に還元剤として燃料を添加する燃料添加弁13が設けられている。また、排気通路6におけるNOx触媒10より下流側には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ17及び排気の温度を検出する温度センサ18が設けられている。
さらに、排気通路6にはバイパス通路23が接続されている。バイパス通路23の一端は排気通路6におけるタービンハウジング8bより下流側且つ燃料添加弁13より上流側にはバイパス通路23の一端が接続されている。バイパス通路23の一端は排気通路6における空燃比センサ及び温度センサ18より下流側にはバイパス通路23の他端が接続されている。バイパス通路23には、該バイパス通路23を流れる排気の流量を制御するバイパス制御弁24が設けられている。
本実施例に係る内燃機関1は排気の一部をEGRガスとして吸気系に導入するEGR装
置14を備えている。EGR装置14は、EGR通路15およびEGR弁16を有している。EGR通路15は、その一端がエキゾーストマニホールド7に接続されその他端がインテークマニホールド5に接続されている。該EGR通路15を介してEGRガスがエキゾーストマニホールド7からインテークマニホールド5に導入される。EGR弁16はEGR通路15に設けられており、インテークマニホールド5に導入されるEGRガス量が該EGR弁16によって制御される。
内燃機関1には電子制御ユニット(ECU)20が併設されている。このECU20は内燃機関1の運転状態等を制御するユニットである。ECU20には、エアフローメータ11、空燃比センサ17、温度センサ18、クランクポジションセンサ21およびアクセル開度センサ22が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ21は内燃機関1のクランク角を検出する。アクセル開度センサ22は内燃機関1を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がECU20に入力される。
ECU20は、クランクポジションセンサ21の検出値に基づいて内燃機関1の機関回転数を導出する。また、ECU20は、アクセル開度センサ22の検出値に基づいて内燃機関1の機関負荷を導出する。また、ECU20は、温度センサ18の検出値に基づいてNOx触媒10の温度を導出する。また、ECU20は、空燃比センサ17の検出値に基づいてNOx触媒10に流入する排気の空燃比、即ちNOx触媒10の周囲雰囲気の空燃比を導出する。
また、ECU20には、各燃料噴射弁3、スロットル弁12、燃料添加弁13、EGR弁16およびバイパス制御弁24が電気的に接続されている。そして、ECU20によってこれらが制御される。
<SOx被毒回復制御>
本実施例においては、NOx触媒10に吸蔵されたSOxを放出及び還元させるSOx被毒回復制御が行われる。本実施例に係るSOx被毒回復制御は、燃料添加弁13から燃料を間欠的に添加することにより該燃料をNOx触媒10に供給し、それによって、NOx触媒の温度を上昇させると共にNOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を低下させることで実現される。
SOx被毒回復制御の実行時においては、先ず、NOx触媒10の周囲雰囲気をリーン空燃比に維持しつつ該NOx触媒10に燃料を供給する。これにより、NOx触媒10の温度を第一所定温度以上に上昇させる。燃料添加弁13から燃料を間欠的に添加するときにおける添加一回当たりの燃料添加量や添加の間隔等を調整することにより、NOx触媒10の周囲雰囲気をリーン空燃比に維持しつつ該NOx触媒10に燃料を供給することが出来る。以下、このような、NOx触媒10の周囲雰囲気をリーン空燃比に維持しつつ行われる燃料添加弁13からの燃料添加をリーン燃料添加と称する。
NOx触媒10に供給された燃料は該NOx触媒10において酸化される。このときに生じる酸化熱によってNOx触媒10の温度が上昇する。上記のように、NOx触媒10の周囲雰囲気をリーン空燃比に維持することで、NOx触媒10における燃料の酸化を促進させることが出来る。そのため、NOx触媒10の温度をより速やかに上昇させることが出来る。
ここで、第一所定温度は、SOxの放出が可能となる温度の下限値以上の値であって、実験等に基づいて予め定められている。
そして、NOx触媒10の温度が第一所定温度以上に上昇した後、燃料添加弁13から
の燃料添加パターンを変更することで、NOx触媒10の温度を第一所定温度以上に維持しつつNOx触媒10の周囲雰囲気の空燃比を所定空燃比以下に低下させる。ここで、所定空燃比は、SOxの還元が可能となる空燃比の上限値以下の値であって、実験等に基づいて予め定められている。本実施例に係る所定空燃比を理論空燃比よりも低い空燃比、即ちリッチ空燃比である。以下、このような、NOx触媒10の周囲雰囲気を所定空燃比に低下させる燃料添加弁13からの燃料添加をリッチ燃料添加と称する。
上記制御により、NOx触媒10の温度を第一所定温度以上に上昇させ且つNOx触媒10の周囲雰囲気の空燃比を所定空燃比以下に低下させることで、NOx触媒10に吸蔵されたSOxを放出および還元させることが出来る。
<排気減量制御>
上述したように、本実施例に係るSOx被毒回復制御の実行時においては、先ず、リーン燃料添加によってNOx触媒10の温度を第一所定温度以上に上昇させる。このとき、NOx触媒10の温度が比較的低い状態で該NOx触媒10に燃料が供給されると、該NOx触媒10において燃料が酸化されない場合がある。この場合、NOx触媒10を昇温させることが困難となる。
そこで、本実施例においては、SOx被毒回復制御の実行開始時におけるNOx触媒10の温度が燃料が供給されても昇温が困難なほど低い場合、NOx触媒10を通過する排気の流量を減少させる排気減量制御を実行する。これにより、NOx触媒10の温度がより低い状態でも燃料を酸化させることが可能となる。そのため、NOx触媒10の温度をより確実に第一所定温度以上に上昇させることが出来る。
本実施例に係る排気減量制御としては、スロットル弁12の開度を減少させる制御及びバイパス制御弁24の開度を増加させる制御等を例示することが出来る。スロットル弁12の開度を減少させて内燃機関1の吸入空気量を減少させることで、排気の流量を減少させることが出来る。また、バイパス制御弁24の開度を増加させるとバイパス通路23を流れる排気の流量が増加する。これにより、NOx触媒10を通過する排気の流量を減少させることが出来る。
以下、本実施例に係るSOx被毒回復制御のフローについて図2に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、ECU20は、先ずステップS101において、SOx被毒回復制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここで、SOx被毒回復制御の実行条件としては、前回の該制御実行終了時からの車輌の走行距離又は内燃機関1での燃料噴射量の積算量が所定値に達したことを例示することが出来る。ステップS101において、肯定判定された場合、ECU20はステップS102に進み、否定判定された場合、ECU20は本フローの実行を一旦終了する。
ステップS102において、ECU20は、NOx触媒10の温度Tcが第二所定温度T2以下であるか否かを判別する。ここで、第二所定温度T2は、第一所定温度T1よりも低い温度であって、現状の排気の流量の下では、リーン燃料添加によりNOx触媒10に燃料を供給しても、NOx触媒10を昇温させることは困難と判断出来る温度の閾値である。この第二所定温度T2は実験等に基づいて予め定められている。ステップS102において、肯定判定された場合、ECU20はステップS103に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS109に進む。
ステップS109に進んだECU20は、燃料添加弁13によるリーン燃料添加を実行する。これにより、NOx触媒10の温度が上昇する。その後、ECU20はS107に進む。
一方、ステップS103に進んだECU20は、上述した排気減量制御を実行する。
次に、ECU20は、ステップS104に進み、燃料添加弁13によるリーン燃料添加を実行する。これにより、NOx触媒10の温度が上昇する。
次に、ECU20は、ステップS105に進み、NOx触媒10の温度Tcが第二所定温度T2より高くなったか否かを判別する。このステップS105において、肯定判定された場合、ECU20はステップS106に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS105の処理を繰り返す。
ステップS106において、ECU20は、排気減量制御の実行を停止する。即ち、NOx触媒10を通過する排気の流量を排気減量制御の実行前の状態に戻す。この時点では、排気減量制御の実行を停止しても、NOx触媒10における燃料の酸化は促進されるため、NOx触媒10の昇温は継続される。
次に、ECU20は、ステップS107に進み、NOx触媒10の温度Tcが第一所定温度T1以上となったか否かについて判別する。このステップS107において、肯定判定された場合、ECU20はステップS108に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS107の処理を繰り返す。
ステップS108に進んだECU20は、燃料添加弁13からの燃料添加パターンを変更し、リッチ燃料添加を実行する。これにより、NOx触媒10に吸蔵されたSOxが放出及び還元される。その後、ECU20は本フローの実行を一旦終了する。
上記フローによれば、SOx被毒回復制御の実行開始時におけるNOx触媒10の温度が第二所定温度以下の場合、NOx触媒10を通過する排気の流量が減少した状態で該NOx触媒10に燃料が供給される。これにより、NOx触媒10において燃料を酸化させることが可能となる。そのため、NOx触媒10の温度を第二所定温度より高い温度まで上昇させることが出来る。
尚、上述したように、供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度は、該NOx触媒10を通過する排気の流量に応じて変化する。図3は、このようなNOx触媒10の温度Tcと排気の流量Qgcとの関係を示す図である。この図3に示すように、供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度は該NOx触媒10を通過する排気の流量が多いほど高くなる。
そこで、本実施例においては、第二所定温度を、NOx触媒10を通過する排気の流量に応じた値に設定してもよい。つまり、SOx被毒回復制御の実行開始時におけるNOx触媒10を通過する排気の流量が多いほど第二所定温度T2をより高い値に設定してもよい。
また、本実施例においては、排気減量制御の実行時におけるNOx触媒10を通過する排気の流量の目標値をNOx触媒10の温度に応じた値に設定してもよい。つまり、SOx被毒回復制御の実行開始時におけるNOx触媒10の温度が低いほど該目標値をより小さい値に設定してもよい。
これらによれば、NOx触媒10をより好適に昇温させることが出来る。
また、NOx触媒10の劣化が進むとNOx触媒10の酸化能力は低下する。そのため、NOx触媒10を通過する排気の流量が同一であっても、NOx触媒10の劣化度合いが高いほど供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度は高くなる。
そこで、本実施例においては、NOx触媒10の劣化度合いを推定し、該劣化度合いが高いほど第二所定温度をより高い値に設定してもよい。
NOx触媒10の劣化度合いを推定する方法としては、内燃機関1の運転が最初に開始された時点からの経過時間やNOx触媒10の温度変化の履歴等に基づいて推定する方法を例示することが出来る。また、内燃機関1の運転状態が所定の運転状態にあるときに燃料添加弁13から所定量の燃料を添加し、そのときのNOx触媒10の温度の上昇量に基づいてその劣化度合いを推定してもよい。
上記によれば、NOx触媒10の劣化が進んでも、NOx触媒の温度をより確実に第一所定温度以上に上昇させることが出来る。その結果、より確実にSOxを放出及び還元させることが可能となる。
<変形例>
ここで、本実施例に係るSOx被毒回復制御の変形例について説明する。本変形例に係るSOx被毒回復制御においても、該制御の実行開始時におけるNOx触媒10の温度が第二所定温度以下の場合、排気減量制御を実行する。しかしながら、NOx触媒10を通過する排気の流量を減少させる場合であっても、その量には下限値がある。そして、NOx触媒10の温度によっては、NOx触媒10を通過する排気の流量を下限値まで減少させつつ燃料を供給しても、該NOx触媒10において燃料を酸化させることが困難な場合がある。
そこで、本実施例においては、NOx触媒10を通過する排気の流量を下限値まで減少させつつ燃料を供給してもNOx触媒10を昇温させることが困難と判断された場合、内燃機関1から排出される排気の空燃比を上昇させる空燃比上昇制御を実行する。
内燃機関1から排出される排気の空燃比を上昇させることにより、NOx触媒10を通過する排気のO濃度をより上昇させることが出来る。ここで、供給された燃料を酸化させることが可能となるNOx触媒10の温度は、NOx触媒10を通過する排気のO濃度に応じて変化する。図4は、このようなNOx触媒10の温度Tcと排気のO濃度αとの関係を示す図である。この図4に示すように、供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度は該NOx触媒10を通過する排気のO濃度が高くなるほど低くなる。
従って、空燃比上昇制御を実行することにより、NOx触媒10を通過する排気の流量を下限値まで減少させつつ燃料を供給するのみではNOx触媒10の温度を上昇させることが困難な場合であっても、それが可能となる。
本実施例に係る空燃比上昇制御としては、EGR弁16の開度を減少させる制御等を例示することが出来る。EGR弁16の開度を減少させることで、内燃機関1の吸気のEGR率を低下させる、即ち吸気の空燃比を上昇させることが出来る。これにより、内燃機関1から排出される排気の空燃比を上昇させることが出来る。
以下、本変形例に係るSOx被毒回復制御のフローについて図5に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図2に示すフローにステップS203〜S211を加えたものである。そのため、ステップS203〜S211についてのみ説明し、その他のステップの説明を省略する。
本フローでは、ステップS102において肯定判定された場合、ECU20はステップS203に進む。ステップS203において、ECU20は、排気減量制御を実行したときにおける、NOx触媒10を通過する排気の流量の目標値QgctをNOx触媒10の温度Tcに基づいて算出する。本変形例においては、図3に示すような、供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度とNOx触媒10を通過する排気の流量との関係がマップとしてECU20に予め記憶されている。そして、このマップに現時点のNOx触媒10の温度Tcを代入することで、NOx触媒10を通過する排気の流量の目標値Qgctを算出する。
次に、ECU20は、ステップS204に進み、NOx触媒10を通過する排気の流量の目標値Qgctが該排気の流量の下限値Qgcl以上であるか否かを判別する。尚、下限値Qgclは、内燃機関1の運転状態および内燃機関1の吸排気系の構成等に基づいて定められる。ステップS204において、肯定判定された場合、ECU20はステップS103に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS205に進む。
ステップS205に進んだECU20は、空燃比上昇制御の実行時における排気の空燃比の目標値Rgtを設定する。この目標値Rgtは、NOx触媒10の温度Tcが低いほど高い値に設定される。
次に、ECU20は、ステップS206に進み、上述した空燃比上昇制御を実行し、内燃機関1から排出される排気の空燃比を目標値Rgtに制御する。
次に、ECU20は、ステップ207に進み、排気減量制御を実行し、NOx触媒10を通過する排気の流量をその下限値Qgclに制御する。
次に、ECU20は、ステップS208に進み、燃料添加弁13によるリーン燃料添加を実行する。これにより、NOx触媒10の温度が上昇する。
次に、ECU20は、ステップS209に進み、NOx触媒10の温度Tcが第二所定温度T2より高くなったか否かを判別する。このステップS209において、肯定判定された場合、ECU20はステップS210に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS209の処理を繰り返す。
ステップS210において、ECU20は、空燃比上昇制御の実行を停止する。即ち、内燃機関1から排出される排気の空燃比を空燃比上昇制御の実行前の状態に戻す。
次に、ECU20は、ステップS211に進み、排気減量制御の実行を停止する。即ち、NOx触媒10を通過する排気の流量を排気減量制御の実行前の状態に戻す。その後、ECU20はステップS107に進む。
上記フローによれば、SOx被毒回復制御の実行開始時におけるNOx触媒10の温度が、排気減量制御におけるNOx触媒10を通過する排気の流量の目標値が下限値より低くなるほど低い場合、NOx触媒10を通過する排気の流量を減少させ且つ該排気のO濃度を上昇させた状態で該NOx触媒10に燃料が供給される。これにより、NOx触媒
10において燃料を酸化させることが可能となる。
<実施例2>
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。また、実施例1と同様、燃料添加弁13から燃料を添加することでSOx被毒回復制御が行われる。
<排気減量制御>
本実施例に係るSOx被毒回復制御においても、先ずリーン燃料添加によってNOx触媒10が第一所定温度以上に昇温され、その後、リッチ燃料添加が行われる。しかし、リッチ燃料添加が行われるようになった後においても、NOx触媒10の温度が低下する場合がある。そして、NOx触媒10における燃料の酸化が困難となる、即ち、NOx触媒10の昇温が困難となるほど、該NOx触媒10の温度が低下すると、通常のリッチ燃料添加を継続するのみではSOxを放出および還元させることが困難となる。
そこで、本実施例においては、SOx被毒回復制御におけるリッチ燃料添加の実行中に、燃料が供給されても昇温が困難となるほどNOx触媒10の温度が低下した場合、実施例1と同様の排気減量制御を実行する。これにより、NOx触媒10の温度を再度上昇させることが可能となる。従って、より確実にNOx触媒10の温度を第一所定温度以上に維持させることが出来る。その結果、SOxの放出及び還元が中断されることを抑制することが出来る。
以下、本実施例に係るSOx被毒回復制御のフローについて図6に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、ECU20は、先ずステップS301において、リッチ燃料添加の実行中である否かを判別する。このステップS301において、肯定判定された場合、ECU20はステップS302に進み、否定判定された場合、ECU20は本フローの実行を一旦終了する。
ステップS302において、ECU20は、NOx触媒10の温度Tcが第三所定温度T3以下であるか否かを判別する。ここで、第三所定温度T2は、第一所定温度T1よりも低い温度であって、現状の排気の流量の下では、リッチ燃料添加によりNOx触媒10に燃料を供給しても、NOx触媒10を昇温させることは困難と判断出来る温度の閾値である。この第三所定温度T3は実験等に基づいて予め定められている。ステップS302において、肯定判定された場合、ECU20はステップS303に進み、否定判定された場合、ECU20は本フローの実行を一旦終了する。
ステップS303に進んだECU20は、上述した排気減量制御を実行する。
次に、ECU20は、ステップS304に進み、NOx触媒10の温度Tcが第三所定温度T3より高くなったか否かを判別する。このステップS304において、肯定判定された場合、ECU20はステップS305に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS304の処理を繰り返す。
ステップS305において、ECU20は、排気減量制御の実行を停止する。即ち、NOx触媒10を通過する排気の流量を排気減量制御の実行前の状態に戻す。この時点では、排気減量制御の実行を停止しても、NOx触媒10における燃料の酸化は促進されるため、NOx触媒10の昇温は継続される。その後、ECU20は本フローの実行を一旦終
了する。
上記フローによれば、SOx被毒回復制御におけるリッチ燃料添加の実行中にNOx触媒10の温度が第三所定温度以下まで低下した場合、NOx触媒10を通過する排気の流量が減少した状態で該NOx触媒10に燃料が供給される。これにより、NOx触媒10において燃料を酸化させることが可能となる。そのため、NOx触媒10の温度を第三所定温度より高い温度まで上昇させることが出来る。
尚、本実施例においては、実施例1に係る第二所定温度と同様、第三所定温度を、NOx触媒10を通過する排気の流量に応じた値に設定してもよい。つまり、リッチ燃料添加の実行中におけるNOx触媒10を通過する排気の流量が多いほど第二所定温度T2をより高い値に設定してもよい。
また、本実施例においても、実施例1と同様、排気減量制御の実行時におけるNOx触媒10を通過する排気の流量の目標値をNOx触媒10の温度に応じた値に設定してもよい。つまり、リッチ燃料添加の実行中におけるNOx触媒10の温度が低いほど該目標値をより小さい値に設定してもよい。
これらによれば、NOx触媒10をより好適に昇温させることが出来る。
また、本実施例においても、NOx触媒10の劣化度合いを推定し、実施例1に係る第二所定温度と同様、該劣化度合いが高いほど第三所定温度をより高い値に設定してもよい。
上記によれば、NOx触媒10の劣化が進んでも、NOx触媒の温度をより確実に第一所定温度以上に維持することが出来る。その結果、より確実にSOxを放出及び還元させることが可能となる。
<変形例>
ここで、本実施例に係るSOx被毒回復制御の変形例について説明する。本変形例に係るSOx被毒回復制御においても、リッチ燃料添加の実行中にNOx触媒10の温度が第三所定温度以下に低下した場合、排気減量制御を実行する。しかしながら、上述したように、NOx触媒10を通過する排気の流量を減少させる場合であっても、その量には下限値がある。そして、NOx触媒10の温度によっては、NOx触媒10を通過する排気の流量を下限値まで減少させつつ燃料を供給しても、該NOx触媒10において燃料を酸化させることが困難な場合がある。
そこで、本実施例においては、NOx触媒10を通過する排気の流量を下限値まで減少させつつ燃料を供給してもNOx触媒10を昇温させることが困難と判断された場合、燃料添加弁13による燃料添加をリッチ燃料添加からリーン燃料添加に切り換える。これにより、NOx触媒10を通過する排気の空燃比を一旦リーン空燃比まで上昇させる。
NOx触媒10を通過する排気の空燃比をリーン空燃比まで上昇させることで、該排気のO濃度をより上昇させることが出来る。上述したように、供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度は該NOx触媒10を通過する排気のO濃度が高くなるほど低くなる。
従って、燃料添加弁13による燃料添加をリーン燃料添加に切り替えることにより、NOx触媒10を通過する排気の流量を下限値まで減少させつつリッチ燃料添加により燃料を供給するのみではNOx触媒10の温度を上昇させることが困難な場合であっても、そ
れが可能となる。そして、NOx触媒10の温度が再度上昇した後、燃料添加弁13による燃料添加をリッチ燃料添加に戻すことで、SOxの放出および還元を継続させることが出来る。
以下、本変形例に係るSOx被毒回復制御のフローについて図7に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ECU20に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。尚、本フローは、図6に示すフローにステップS402〜S408を加えたものである。そのため、ステップS402〜S408についてのみ説明し、その他のステップの説明を省略する。
本フローでは、ステップS301において肯定判定された場合、ECU20はステップS402に進む。ステップS402において、ECU20は、排気減量制御の実行したときにおける、NOx触媒10を通過する排気の流量の目標値QgctをNOx触媒10の温度Tcに基づいて算出する。本変形例においては、図3に示すような、供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒10の温度とNOx触媒10を通過する排気の流量との関係がマップとしてECU20に予め記憶されている。そして、このマップに現時点のNOx触媒10の温度Tcを代入することで、NOx触媒10を通過する排気の流量の目標値Qgctを導出する。
次に、ECU20は、ステップS403に進み、NOx触媒10を通過する排気の流量の目標値Qgctが該排気の流量の下限値Qgcl以上であるか否かを判別する。ステップS404において、肯定判定された場合、ECU20はステップS302に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS404に進む。
ステップS405に進んだECU20は、燃料添加弁13による燃料添加をリーン燃料添加に切り換えた場合における、NOx触媒10を通過する排気の空燃比の目標値Rgctを設定する。この目標値Rgctは、NOx触媒10の温度Tcが低いほど高い値に設定される。
次に、ECU20は、ステップ405に進み、排気減量制御を実行し、NOx触媒10を通過する排気の流量をその下限値Qgclに制御する。
次に、ECU20は、ステップ406に進み、燃料添加弁13による燃料添加を切り換えてリーン燃料添加を実行する。このとき、NOx触媒10を通過する排気の空燃比を目標値Rgctに制御する。
次に、ECU20は、ステップS407に進み、NOx触媒10の温度Tcが第三所定温度T3より高くなったか否かを判別する。このステップS407において、肯定判定された場合、ECU20はステップS408に進み、否定判定された場合、ECU20はステップS407の処理を繰り返す。
次に、ECU20は、ステップS408に進み、排気減量制御の実行を停止する。即ち、NOx触媒10を通過する排気の流量を排気減量制御の実行前の状態に戻す。
次に、ECU20は、ステップS409に進み、燃料添加弁13による燃料添加を切り換えてリッチ燃料添加を実行する。その後、ECU20は本ルーチンを一旦終了する。
上記フローによれば、SOx被毒回復制御におけるリッチ燃料添加の実行中に、NOx触媒10の温度が、排気減量制御におけるNOx触媒10を通過する排気の流量の目標値が下限値より低くなるほど低下した場合、NOx触媒10を通過する排気の流量を減少さ
せ且つ該排気のO濃度を上昇させた状態で該NOx触媒10に燃料が供給される。これにより、NOx触媒10において燃料を酸化させることが可能となる。
尚、上記各実施例は可能な限り組み合わせることが出来る。
実施例1に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例1に係るSOx被毒回復制御のフローを示すフローチャートである。 供給された燃料を酸化することが可能となるNOx触媒の温度とNOx触媒を通過する排気の流量との関係を示す図である。 供給された燃料を酸化させることが可能となるNOx触媒の温度とNOx触媒を通過する排気のO濃度との関係を示す図である。 実施例1の変形例に係るSOx被毒回復制御のフローを示すフローチャートである。 実施例2に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例2の変形例に係るSOx被毒回復制御のフローを示すフローチャートである。
符号の説明
1・・・内燃機関
2・・・気筒
3・・・燃料噴射弁
4・・・吸気通路
5・・・インテークマニホールド
6・・・排気通路
7・・・エキゾーストマニホールド
8・・・ターボチャージャ
8a・・コンプレッサハウジング
8b・・タービンハウジング
10・・吸蔵還元型NOx触媒
11・・エアフローメータ
12・・スロットル弁
13・・燃料添加弁
14・・EGR装置
15・・EGR通路
16・・EGR弁
17・・空燃比センサ
18・・温度センサ
20・・ECU
21・・クランクポジションセンサ
22・・アクセル開度センサ
23・・バイパス通路
24・・バイパス制御弁

Claims (8)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、
    該吸蔵還元型NOx触媒の温度を取得する温度取得手段と、
    前記吸蔵還元型NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を取得する空燃比取得手段と、
    前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
    該還元剤供給手段から還元剤を供給することで、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を所定温度以上に上昇させると共に前記吸蔵還元型NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を理論空燃比以下の値である所定空燃比以下に低下させ、それによって、前記吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたSOxを放出及び還元させるSOx被毒回復制御を実行する回復手段と、
    前記還元剤供給手段を通過する排気の流量を制御する流量制御手段と、を備え、
    前記回復手段によるSOx被毒回復制御の実行時において、還元剤が供給されても昇温が困難なほど前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が低い場合は、前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記回復手段が、SOx被毒回復制御の実行時において、前記吸蔵還元型NOx触媒の周囲雰囲気の空燃比を前記所定空燃比以下に低下させる前に、該空燃比を理論空燃比よりも高い空燃比に維持しつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給することで前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を前記所定温度以上に上昇させるものであって、
    前記回復手段によるSOx被毒回復制御の実行開始時における前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が還元剤が供給されても昇温が困難なほど低い場合に、前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給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システム。
  3. 前記内燃機関から排出される排気の空燃比を制御する機関空燃比制御手段を更に備え、
    前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給しても前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させることが困難な場合、機関空燃比制御手段よって前記内燃機関から排出される排気の空燃比を上昇させることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 前記回復手段によるSOx被毒回復制御の実行中において、一旦前記所定温度以上となった前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が還元剤が供給されても昇温が困難なほどの温度まで低下した場合に、前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給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システム。
  5. 前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給しても前記吸蔵還元型NOx触媒を昇温させることが困難な場合、前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の空燃比を一旦理論空燃比よりも上昇させることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  6. 前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化度合いを推定する推定手段を更に備え、
    還元剤が供給されても昇温が困難であると判断される前記吸蔵還元型NOx触媒の温度の閾値を前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化度合いが高いほどより高い値に設定することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  7. 前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を取得する流量取得手段を更に備え、
    還元剤が供給されても昇温が困難であると判断される前記吸蔵還元型NOx触媒の温度の閾値を前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量が多いほどより高い値に設定す
    ることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
  8. 前記流量制御手段によって前記吸蔵還元型NOx触媒を通過する排気の流量を減少させつつ前記還元剤供給手段から還元剤を供給する場合における排気の流量の目標値を前記吸蔵還元型NOx触媒の温度が低いほど小さい値に設定することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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