JP4244841B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
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、内燃機関の排気浄化装
置において、上流側触媒により燃料が十分にクラッキングされる場合に限り吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行うことができる技術を提供することを目的とする。
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路に設けられ酸化機能を有する上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流でかつ前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第1空燃比検出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第2空燃比検出手段と、
前記上流側触媒の温度を検出する上流側触媒温度検出手段と、
前記上流側触媒よりも上流の排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
前記燃料添加手段により燃料が添加されてからの前記第1空燃比検出手段により検出された空燃比と前記第2空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行う吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段と、
前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側触媒の温度が第1所定温度以上の場合に前記吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段による劣化判定を許可する劣化判定許可手段と、
を具備することを特徴とする。
前記上流側触媒温度上昇手段により前記上流側触媒の温度が前記第1所定温度以上に上昇された後に前記劣化判定許可手段は劣化判定を許可することができる。
トイキよりもリッチな空燃比の排気が流入すると、吸蔵還元型NOx触媒からNOxが放出されてしまうので、NOx吸蔵量に基づいた精度の高い劣化判定が困難となる。その点、吸蔵還元型NOx触媒に流入する排気の空燃比がストイキ若しくはストイキよりもリーンの範囲で上流側触媒に燃料を添加すれば、吸蔵還元型NOx触媒からのNOxの放出を抑制することができ、精度の高い劣化判定が可能となる。
本発明においては、前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を検出する吸蔵還元型NOx触媒温度検出手段をさらに備え、
前記上流側触媒温度上昇手段により上流側触媒の温度を上昇させたときに前記吸蔵還元型NOx触媒温度検出手段により検出される吸蔵還元型NOx触媒の温度が第3所定温度以下のときに前記劣化判定許可手段は劣化判定を許可することができる。
x触媒の温度が上昇する。これにより、吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を正確に行うことが困難となる。そこで、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されたNOxの放出量が許容範囲内となる該吸蔵還元型NOx触媒の温度の上限である第3所定温度以下の場合に劣化判定を行うようにすれば、温度上昇に伴う吸蔵還元型NOx触媒からのNOxの放出を抑制することが可能となる。
前記上流側触媒を前記第1所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量を算出する第1燃料添加量算出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒を第3所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量を算出する第2燃料添加量算出手段と、
をさらに備え、
前記第1燃料添加量算出手段により算出された燃料量が前記第2燃料添加量算出手段により算出された燃料量よりも少ないときに前記劣化判定許可手段は前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を許可することができる。
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路に設けられ酸化機能を有する上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流でかつ前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第1空燃比検出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第2空燃比検出手段と、
前記上流側触媒の温度を検出する上流側触媒温度検出手段と、
前記上流側触媒よりも上流の排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
前記燃料添加手段により燃料が添加されてからの前記第1空燃比検出手段により検出された空燃比と前記第2空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行う吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段と、
前記燃料添加手段により燃料を添加することで前記上流側触媒の温度を上昇させる上流側触媒温度上昇手段と、
前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側触媒の温度が第1所定温度以上の場合に前記吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段による劣化判定を許可する劣化判定許可手段と、
を備え、
前記内燃機関の所定の運転状態において、前記上流側触媒を第1所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量が、前記吸蔵還元型NOx触媒を第3所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量よりも少なくなるように前記上流側触媒および吸蔵還元型NOx触媒の熱容量が決定されていることを特徴としてもよい。
図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。
また、内燃機関1には、燃焼室へ通じる排気通路2が接続されている。この排気通路2は、下流にて大気へと通じている。
上流側触媒3は、酸化能力を有する触媒であればよく、例えば酸化触媒、三元触媒、NOx触媒等を用いることができる。吸蔵還元型NOx触媒4(以下、NOx触媒4という。)は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の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は吸蔵していたNOxを還元する機能を有する。
の上流排気温度センサ12により上流側触媒3に流入する排気の温度を検出することができる。
そこで、本実施例では、上流側触媒3より上流の排気通路2を流通する排気中に還元剤たる燃料(軽油)を添加する燃料添加弁9を備えている。ここで、燃料添加弁9は、後述するECU10からの信号により開弁して燃料を噴射する。燃料添加弁9から排気通路2内へ噴射された燃料は、排気通路2の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共に、NOx触媒4に吸蔵されていたNOxを還元する。NOx還元時には、NOx触媒4に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的(短時間)にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。なお、このリッチスパイク制御により添加された燃料を上流側触媒3で反応させることにより、該上流側触媒3の温度を上昇させることができる。
一方、ECU10には、燃料添加弁9および筒内燃料噴射弁11が電気配線を介して接続され、これらはECU10により制御される。
が吸蔵できるNOx量および酸素量が減少する。従って、NOx触媒4の劣化の度合いが大きくなるほど、NOx触媒4に吸蔵されていたNOxを還元するため及び酸素を放出させるために必要となる燃料量が減少する。また、リッチスパイク時に第2空燃比センサ7によりストイキが検出された後リッチ空燃比に移行するまでの時間、すなわちストイキの継続時間が短くなる。
図3は、本実施例によるNOx触媒4の劣化判定フローを示したフローチャート図である。
ステップS102では、ECU10は、リッチスパイクを実行するための必要となる温度条件が成立しているか否か判定する。すなわち、上流側触媒3の温度がクラッキング可能温度以上となっているか否か、上流側触媒3若しくはNOx触媒4の温度が高くなりすぎていないか否か判定する。上流側触媒3の温度はセンサ出力により得ることができる。ここで、上流側触媒3若しくはNOx触媒4の温度が高くなりすぎていないか否か判定するのは、リッチスパイクによりさらに温度が上昇した場合にこれらの触媒が熱劣化する虞があるので、このような場合にはリッチスパイクを行わないようにするためである。
ステップS103では、ECU10は、NOx触媒4における使用還元剤量および酸素・NOx吸蔵量を求めるためのリッチスパイク制御を行う。
がストイキよりもリッチとなっているか否か判定する。すなわち、NOx触媒4からNOxおよび酸素の放出が完了したか否か判定する。
ステップS105では、ECU10は、リッチスパイクを終了させ、使用還元剤量および酸素・NOx吸蔵量を算出する。
ステップS107では、ECU10は、NOx触媒4に劣化は発生しておらず正常であるとする。
このようにして、上流側触媒3の温度がクラッキング可能温度以上のときに限りNOx触媒4の劣化判定を行うことにより、第1空燃比センサ5のリーンずれがほとんどない状態でNOx触媒4の劣化判定を行うことができるので、精度の高い判定を行うことができる。
図5は、本実施例によるNOx触媒4の劣化判定フローを示したフローチャート図である。
ステップS202では、ECU10は、上流側触媒3をクラッキング可能温度まで上昇させる温度上昇処理を行う。詳細は後述する。
次に、ステップS202における上流側触媒3の温度上昇処理のフローについて説明する。
ステップS301では、ECU10は、要求燃料量を算出する。要求燃料量とは、上流側触媒3および該上流側触媒3を通過する排気の温度をクラッキング可能温度まで上昇させるために必要となる燃料の総量である。この要求燃料量Gadrpは次式により算出される。
ここで、rは排気の比熱、Gaは単位時間あたりに上流側触媒3を通過する排気の量、Ttrgはクラッキング可能温度であり例えば550℃、Tgは上流側触媒3に流入する排気の温度、Qhcは燃料の発熱量、Cpは上流側触媒3の熱容量、Tcatは燃料添加開始時の上流側触媒3の温度を夫々示している。Σ(r×Ga×(Ttrg−Tg)/Qhc)は、上流側触媒3を通過する排気の温度をクラッキング可能温度まで上昇させるために必要となる燃料量の積算値であり、この燃料量の総量を示している。
施例では、限度燃料量よりも多い量の燃料が供給されないようにする。なお、本実施例では上流側触媒3に流入する排気の空燃比がストイキとなるように燃料添加弁9から燃料を添加する。限度燃料Gadmxは、次式により算出される。
ここで、Gaは単位時間あたりの上流側触媒3を通過する排気の量若しくは内燃機関1の吸入空気量、Gfは単位時間あたりの気筒内への燃料噴射量である。
ステップS304では、ECU10は、限度燃料量を積算して排気中へ供給された燃料の総量を算出する。
ステップS306では、ECU10は、燃料添加弁9からの燃料添加を終了させる。
Qp=(r×Gatotal×(Ttrg1−Tg)+Cp×(Ttrg1−Tpcat))/Qhc
ここで、rは基準運転状態における排気の比熱、Gatotalは基準運転状態における燃料供給時に上流側触媒3を通過する排気の総量、Ttrg1は上流側触媒3のクラッキング可能温度であり例えば550℃、Tgは基準運転状態における上流側触媒3に流入する排気の温度、Qhcは燃料の発熱量、Cpは上流側触媒3の熱容量、Tpcatは基準運転状態における燃料添加開始時の上流側触媒3の温度を夫々示している。
Qnx=(r×Gatotal×(Ttrg2−Tg2)+Cnx×(Ttrg2−Tnx))/Qhc
ここで、Gatotalは基準運転状態における燃料供給時にNOx触媒4を通過する排気の総量、Ttrg2はNOx触媒4のNOx吸蔵可能上限温度であり例えば450℃、Tg2は基準運転状態におけるNOx触媒4に流入する排気の温度、Qhcは燃料の発熱量、CnxはNOx触媒4の熱容量、Tnxは基準運転状態における燃料添加開始時のNOx触媒4の温度を夫々示している。
ステップS401では、ECU10は、触媒リッチ制御が開始されたか否か判定する。この触媒リッチ制御とは、上流側触媒3の温度を上昇させるための燃料添加弁9からの燃料添加と、NOx触媒4における使用還元剤量および酸素・NOx吸蔵量を求めるための燃料添加弁9からの燃料添加と、を含む。
ステップS402では、ECU10は、上流側触媒3の温度をクラッキング可能温度まで上昇させるために必要となる燃料量Qp(以下、クラッキング可能要求燃料量Qpとする。)を算出する。これは、前記実施例で説明した式により算出する。
ステップS405では、ECU10は、クラッキング可能要求燃料量Qpの燃料を供給することにより、上流側触媒3の温度をクラッキング可能温度まで上昇させる。
ステップS407では、ECU10は、差分dtが所定値よりも大きいか否か判定する。この所定値は、上流側触媒3に異常が発生した場合に算出される差分dTの下限値であり予め実験等により求めておく。
ステップS408では、ECU10は、使用還元剤量および酸素・NOx吸蔵量の算出を行った後NOx触媒4の劣化判定を行う。
2 排気通路
3 上流側触媒
4 吸蔵還元型NOx触媒
5 第1空燃比センサ
6 第1排気温度センサ
7 第2空燃比センサ
8 第2排気温度センサ
9 燃料添加弁
10 ECU
11 筒内燃料噴射弁
12 上流排気温度センサ
Claims (7)
- 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路に設けられ酸化機能を有する上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流でかつ前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第1空燃比検出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第2空燃比検出手段と、
前記上流側触媒の温度を検出する上流側触媒温度検出手段と、
前記上流側触媒よりも上流の排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
前記燃料添加手段により燃料が添加されてからの前記第1空燃比検出手段により検出された空燃比と前記第2空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行う吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段と、
前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側触媒の温度が第1所定温度以上の場合に前記吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段による劣化判定を許可する劣化判定許可手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記上流側触媒の温度を上昇させる上流側触媒温度上昇手段をさらに備え、
前記上流側触媒温度上昇手段により前記上流側触媒の温度が前記第1所定温度以上に上昇された後に前記劣化判定許可手段は劣化判定を許可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。 - 前記上流側触媒温度上昇手段は、前記上流側触媒よりも下流の空燃比がストイキ若しくはストイキよりもリーンとなる量の燃料を前記燃料添加手段により添加させることで前記上流側触媒の温度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装置。
- 前記上流側触媒温度上昇手段は、前記上流側触媒の温度が前記第1所定温度より低い温度である第2所定温度よりも低い場合には内燃機関の気筒内への燃料の供給時期および/または供給量を変更して排気の温度を上昇させることにより前記上流側触媒の温度を上昇
させ、前記上流側触媒の温度が第2所定温度以上の場合には前記燃料添加手段からの燃料添加により上流側触媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記吸蔵還元型NOx触媒の温度を検出する吸蔵還元型NOx触媒温度検出手段をさらに備え、
前記上流側触媒温度上昇手段により上流側触媒の温度を上昇させたときに前記吸蔵還元型NOx触媒温度検出手段により検出される吸蔵還元型NOx触媒の温度が第3所定温度以下のときに前記劣化判定許可手段は劣化判定を許可す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装置。 - 前記上流側触媒温度上昇手段は、燃料添加手段により燃料を添加することで上流側触媒の温度を上昇させ、
前記上流側触媒を前記第1所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量を算出する第1燃料添加量算出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒を第3所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量を算出する第2燃料添加量算出手段と、
をさらに備え、
前記第1燃料添加量算出手段により算出された燃料量が前記第2燃料添加量算出手段により算出された燃料量よりも少ないときに前記劣化判定許可手段は前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を許可す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装置。 - 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路に設けられ酸化機能を有する上流側触媒と、
前記上流側触媒よりも下流でかつ前記吸蔵還元型NOx触媒よりも上流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第1空燃比検出手段と、
前記吸蔵還元型NOx触媒よりも下流の排気通路を流通する排気の空燃比を検出する第2空燃比検出手段と、
前記上流側触媒の温度を検出する上流側触媒温度検出手段と、
前記上流側触媒よりも上流の排気中へ燃料を添加する燃料添加手段と、
前記燃料添加手段により燃料が添加されてからの前記第1空燃比検出手段により検出された空燃比と前記第2空燃比検出手段により検出された空燃比とに基づいて前記吸蔵還元型NOx触媒の劣化判定を行う吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段と、
前記燃料添加手段により燃料を添加することで前記上流側触媒の温度を上昇させる上流側触媒温度上昇手段と、
前記上流側触媒温度検出手段により検出された上流側触媒の温度が第1所定温度以上の場合に前記吸蔵還元型NOx触媒劣化判定手段による劣化判定を許可する劣化判定許可手段と、
を備え、
前記内燃機関の所定の運転状態において、前記上流側触媒を第1所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量が、前記吸蔵還元型NOx触媒を第3所定温度まで上昇させるために前記燃料添加手段により添加する必要がある燃料量よりも少なくなるように前記上流側触媒および吸蔵還元型NOx触媒の熱容量が決定されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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