JP4288942B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
硫黄堆積量が所定量以上となったときに基準リッチ空燃比を中心として空燃比を上下に変動させて異臭を抑制する技術（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、アイドル時又は減速時にＳＯx被毒回復を実施する技術（例えば、特許文献２参照）、ＳＯx被毒回復中に硫化水素の放出速度が所定値を超えたときに空燃比のリッチ・リーンを変調させてＳＯx被毒回復を行う技術（例えば、特許文献３参照）、アイドル時又は減速時にＳＯx被毒回復を実施しない技術（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７４２３２号公報（第３−５頁、図２、３）
【特許文献２】
特開２００２−３８９３２号公報（第４−８頁、図３、４）
【特許文献３】
特開２００１−８１２３７号公報（第３−７頁、図２、３、４）
【特許文献４】
特開２０００−１６１０４５号公報（第３−９頁、図５、６、７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関のアイドル時にＳＯx被毒回復を行うと、大気中へ放出された硫化水素が大気に希釈されるまでに時間がかかり、異臭が発生することがある。
【０００５】
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、ＳＯx被毒回復時に発生する硫化水素による異臭を抑制する技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
排気中の酸素濃度が高いときにＮＯxを吸蔵し酸素濃度が低下し、且つ還元剤存在下で吸蔵していたＮＯxを還元するＮＯx触媒と、
前記ＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により排気中の酸素濃度を変動させて前記ＮＯx触媒のＳＯx被毒を回復させるＳＯx被毒回復手段と、
大気中へ放出される硫化水素の大気中での濃度を推定する硫化水素濃度推定手段と、
ＳＯx被毒回復中に前記硫化水素濃度推定手段により推定される大気中へ放出される硫化水素の大気中での濃度が高くなるほど、リッチスパイク１回あたりの還元剤の噴射回数を減少させることにより還元剤の供給量を減少させる還元剤供給量減少手段と、
を具備することを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、大気中での硫化水素（Ｈ2Ｓ）の濃度が高くなるときには、還元剤の供給量を少なくして硫化水素の濃度を低下させ、以て、異臭の発生を抑制することにある。
【０００８】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵されてＳＯx被毒が発生する。このＳＯx被毒を回復させるときにＮＯx触媒から放出されるＳＯxは、ＳＯx被毒回復時に供給される還元剤のために硫化水素となり易い。このときに発生する硫化水素は、少量ではあるが異臭の原因となる。
【０００９】
ここで、硫化水素が発生したときに、その濃度が濃いと異臭を感じ易いが、濃度が薄くなるに従い異臭を感じなくなっていく。従って、例え硫化水素が発生したとしても、硫化水素が希釈され、その濃度が薄くなると異臭を感じることが少なくなる。そこで、希釈率が低い場合には、還元剤の供給量を少なくする。これにより、硫化水素の発生量が少なくなるので、異臭を感じることが少ない希釈率まで硫化水素の濃度を低下させることが可能となる。
【００１０】
尚、還元剤供給量の減少は、還元剤の噴射圧力の減少により行っても良い。
【００１１】
本発明においては、前記硫化水素濃度推定手段は、内燃機関から排出される排気の量が少ないほど硫化水素濃度が高いと推定することができる。内燃機関からの排気の量が多くなると、硫化水素が排気に希釈され、その濃度が低下する。従って、排気の量にが少ない場合には、還元剤供給量を減少することにより、硫化水素の大気中での濃度を低下させることができ、異臭の発生を抑制することが可能となる。
【００１２】
尚、排気の量は、吸気の量としても良い。
【００１３】
本発明においては、前記内燃機関の排気浄化装置は移動手段に搭載され、前記硫化水素濃度推定手段は、前記移動手段の移動速度が遅いほど硫化水素濃度が高いと推定することができる。ここで、移動速度が速いと、大気中へ放出された硫化水素は多くの大気により希釈されるので、その濃度が低下する。従って、移動速度に遅い場合には、還元剤供給量を減少することにより、硫化水素の大気中での濃度を低下させることができ、異臭の発生を抑制することが可能となる。尚、移動速度が極低速の場合には、還元剤の供給を停止して異臭の発生を抑制しても良い。
【００１４】
本発明においては、前記硫化水素濃度推定手段は、燃料中の硫黄濃度が高いほど硫化水素濃度が高いと推定することができる。ここで、燃料には硫黄成分が含まれており、その濃度は一定ではない。燃料中の硫黄濃度が高い場合には、ＮＯx触媒により多くのＳＯxが吸蔵され、ＳＯx被毒回復時により多くの硫化水素が発生する。このため、硫化水素の濃度が高くなる。従って、燃料中の硫黄濃度にが高い場合には還元剤供給量を減少することにより、硫化水素の大気中での濃度を低下させることができ、異臭の発生を抑制することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化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。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００１７】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００１８】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。
【００１９】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２０】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２１】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２２】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２３】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００２４】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００２５】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられている。
【００２６】
このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００２７】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮された吸気は、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２８】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００２９】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００３０】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒２０（以下、単にＮＯx触媒とする。）が設けられている。ＮＯx触媒２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成され、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ2ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属を添加しても良い。
【００３１】
このＮＯx触媒２０は、該ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、一方、該ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯxを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯx触媒２０から放出されたＮＯxが還元される。また、セリア（ＣｅＯ2）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００３２】
ＮＯx触媒２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。また、ＮＯx触媒２０より下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気中のＮＯx濃度に対応した電気信号を出力するＮＯxセンサ２２が取り付けられている。
【００３３】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３４】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してＮＯx触媒２０へ流入し、排気中のＮＯxが吸蔵される。その後、排気は排気管１９を流通して大気中へと放出される。
【００３５】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯxがＮＯx触媒に吸蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯxがＮＯx触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００３６】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。
【００３７】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵されたＮＯxを還元させる必要がある。
【００３８】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。例えば、排気中の燃料添加では、ＮＯx触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めることができる。
【００３９】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路２９と、を備えている。
【００４０】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４１】
還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、ＮＯx触媒２０に到達し、ＮＯx触媒２０に吸蔵されていたＮＯxを還元することになる。
【００４２】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００４３】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００４４】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００４５】
ＥＣＵ３５には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ３６の出力信号が入力されるようになっている。
【００４６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤噴射弁２８等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００４７】
例えば、ＮＯx浄化制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯx触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００４８】
リッチスパイク制御では、ＥＣＵ３５は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、ＮＯx触媒２０が活性状態にある、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００４９】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御することにより、ＮＯx触媒２０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。
【００５０】
具体的には、ＥＣＵ３５は、記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ（図示省略）の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００５１】
ＥＣＵ３５は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとして還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００５２】
続いて、ＥＣＵ３５は、前記目標添加量をパラメータとして還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００５３】
還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出されると、ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させる。
【００５４】
ＥＣＵ３５は、還元剤噴射弁２８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【００５５】
このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空燃比の混合気を形成してＮＯx触媒２０に流入する。
【００５６】
この結果、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、ＮＯx触媒２０がＮＯxの吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００５７】
このように、ＮＯx触媒２０に流入する排気の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＮＯxを還元することが可能となる。
【００５８】
次に、ＳＯx被毒解消制御では、ＥＣＵ３５は、ＮＯx触媒２０のＳＯxによる被毒を解消すべくＳＯx被毒解消処理を行う。
【００５９】
ここで、エンジン１の燃料には硫黄（Ｓ）が含まれている場合があり、そのような燃料がエンジン１で燃焼されると、二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）などの硫黄酸化物（ＳＯx）が生成される。
【００６０】
硫黄酸化物（ＳＯx）は、排気とともにＮＯx触媒２０に流入し、窒素酸化物（ＮＯx）と同様のメカニズムによって吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収される。
【００６１】
具体的には、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ2）や三酸化硫黄（ＳＯ3）等の硫黄酸化物（ＳＯx）が白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、硫酸イオン（ＳＯ4 2-）の形でＮＯx触媒２０に吸収される。更に、ＮＯx触媒２０に吸収された硫酸イオン（ＳＯ4 2-）は、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ4）を形成する。
【００６２】
ところで、硫酸塩（ＢａＳＯ4）は、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ3）2）に比して安定していて分解し難く、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなっても分解されずにＮＯx触媒２０内に残留してしまう。
【００６３】
ＮＯx触媒２０における硫酸塩（ＢａＳＯ4）の量が増加すると、それに応じてＮＯxの吸収に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少するため、ＮＯx触媒２０のＮＯx吸収能力が低下する、いわゆるＳＯx被毒が発生する。
【００６４】
ＮＯx触媒２０のＳＯx被毒を解消する方法としては、ＮＯx触媒２０の雰囲気温度をおよそ６００乃至７００℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低くすることにより、ＮＯx触媒２０に吸収されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）をＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解し、次いでＳＯ3 -やＳＯ4 -を排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ2 -に還元する方法を例示することができる。
【００６５】
ＥＣＵ３５は、例えば、還元剤噴射弁２８から排気中へ燃料を添加させることにより、それらの未燃燃料成分をＮＯx触媒２０において酸化させ、酸化の際に発生する熱によってＮＯx触媒２０の床温を高めるようにする。同時に、各気筒の膨張行程時に燃料噴射弁３から副次的に燃料を噴射させても良い。
【００６６】
上記したような燃料添加によりＮＯx触媒２０の床温が６００℃乃至６５０℃程度の高温域まで上昇する。その後も、引き続きＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるべくＥＣＵ３５は還元剤噴射弁２８から燃料を噴射させる。
【００６７】
このように被毒回復処理が実行されると、ＮＯx触媒２０の床温が高い状況下で、ＮＯx触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低くなるため、ＮＯx触媒２０に吸蔵されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ4）がＳＯ3 -やＳＯ4 -に熱分解され、それらＳＯ3 -やＳＯ4 -が排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応して還元され、以てＮＯx触媒２０のＳＯx被毒が回復されることになる。
【００６８】
尚、本実施の形態では、ＳＯx被毒回復処理には前記リッチスパイクを行い排気の酸素濃度を低下させる。更に、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させて、空燃比が過剰なリーンとならないようにする。ここで、１回に多量の燃料を噴射させると空燃比が過リッチとなる虞があり、ＮＯx触媒２０で反応しきれない燃料の一部が下流へ流出する虞がある。そこで、本実施の形態では、１回当たりの燃料噴射量を減量し且つ複数回噴射させることにより、過リッチを抑制しつつリッチ雰囲気を形成させるようにした。
【００６９】
ここで、図２は、リッチスパイク時の還元剤噴射弁２８の開閉信号を示した図である。還元剤噴射弁２８は、信号がＯＦＦのときに閉弁し、ＯＮとなったときに開弁する。
【００７０】
１回のリッチスパイクは、例えば１７回の燃料噴射により形成されている。還元剤噴射弁２８の１回当たりの開弁時間は例えば６０ｍｓで、その後例えば１５０ｍｓの間閉弁される。これを、１７回繰り返すことにより、全体として１回のリッチスパイクが形成されている。このように、１回のリッチスパイクを複数回の燃料噴射により形成させると、空燃比が過剰にリッチとなることを抑制することができる。従って、ＮＯx触媒２０で反応せずに下流へ流出する燃料を低減することが可能となる。また、リッチスパイクは、例えば７．５ｓのリッチ休止期間毎に形成されている。このリッチ休止期間により、ＮＯx触媒２０の過熱を抑止することができ、ＮＯx触媒２０の熱劣化の発生を抑制することが可能となる。
【００７１】
ところで、ＳＯx被毒回復時に放出されるＳＯxは、還元雰囲気により硫化水素に変化し易い。この硫化水素は、異臭の原因となるため、この異臭の発生を抑制する必要がある。
【００７２】
ここで、ＳＯx被毒回復時に放出されるＳＯx量は、ＮＯx触媒２０の床温、排気中の酸素濃度、及びリッチ空燃比の継続時間により決まり、エンジン１に吸入される空気量が少ない場合には、排気の量も少なくなり放出されるＳＯxの濃度が高くなる。これにより、大気中へ放出される硫化水素の濃度も高くなり、異臭が強くなる。
【００７３】
そこで、本実施の形態では、エンジン１に吸入される空気量が少ない場合には排気の量が少ないものとし、従って、異臭が発生する虞があるとして、ＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を短くする。これにより、硫化水素の放出量を低減させ、異臭の発生を抑制する。尚、ここでいう還元剤供給時間とは、１回のリッチスパイクあたりの還元剤供給時間である。このリッチスパイクの時間は、１回あたりに複数回還元剤が噴射されてリッチスパイクが形成されている本実施の形態では、リッチスパイク１回あたりに噴射される還元剤の噴射回数の増減により変更することができる。これにより、還元剤供給量を還元剤の噴射回数の増減により変更することができる。即ち、還元剤供給時間を短くするとは、リッチスパイク１回あたりの噴射回数を例えば１７回未満に減じることを示し、これはまた、還元剤供給量を減少させることを示している。
【００７４】
尚、本実施の形態では、前記噴射回数の増減と還元剤噴射量の増減を組み合わせても良い。
【００７５】
また、エンジン１に吸入される空気量とエンジン回転数とは相関があるため、エンジン回転数が小さいときに還元剤供給時間を短くするようにしても良い。
【００７６】
尚、本実施の形態では、リッチスパイク１回あたりの添加回数を減少させて還元剤供給時間を短くすることにより硫化水素の発生量は減少するが、リッチ休止期間は変更しない。このため、排気管１９から放出されるまでに、該排気管１９内での拡散により硫化水素の濃度は減少する。これにより、異臭の発生を抑制することが可能となる。
【００７７】
次に、本実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローについて説明する。
【００７８】
図３は、本実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【００７９】
ステップＳ１０１では、ＳＯx被毒回復条件が成立しているか否か判定する。条件としては、エンジン１がＳＯx被毒回復に適した運転状態であるか、ＮＯx触媒２０の温度がＳＯx被毒回復に適した温度（例えば、６００〜７００℃）であるか、ＮＯx触媒２０に吸蔵されたＳＯx量が所定量を超えたか等を例示することができる。ここで、ＳＯx吸蔵量は、燃料消費量やＮＯxセンサ（図示省略）からの出力信号、車両走行距離等により求めることができる。ここで、燃料中の硫黄成分によりＮＯx触媒２０が被毒するので、燃料の消費量を積算してＥＣＵ３５に記憶させ、この燃料の消費量によりＳＯx吸蔵量を求めても良い。また、ＳＯx被毒が進行すると吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯxの吸蔵量が減少し、ＮＯx触媒２０下流に流通するＮＯxの量が増大する。従って、ＮＯx触媒２０の下流にＮＯxセンサ２２を設け、この出力信号に基づいてＳＯx吸蔵量を求めても良い。更に、車両走行距離に応じてＳＯx吸蔵量が増加するとして、該車両走行距離に基づいてＳＯx吸蔵量を求めても良い。
【００８０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００８１】
ステップＳ１０２では、エンジン１に吸入される空気量が所定量Ｘよりも小さいか否か判定される。ここで、エンジン１に吸入される空気量は、エアフローメータ１１の出力信号により求めることができる。また、所定量Ｘは、硫化水素による異臭が問題とならない範囲を予め実験等により求めて定めておく。
【００８２】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３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。
【００８３】
ステップＳ１０３では、還元剤供給時間を所定時間Ａから所定時間Ｂまでの範囲とする。所定時間Ａ及び所定時間Ｂは、硫化水素による異臭が問題とならない範囲での還元剤供給時間であり、予め実験等により求めておく。
【００８４】
ステップＳ１０４では、還元剤供給時間を所定時間Ｃから所定時間Ｄまでの範囲とする。所定時間Ｃ及び所定時間Ｄは、ＳＯx被毒回復を最大限に行うことができる範囲での還元剤供給時間であり、予め実験等により求めておく。また、所定時間Ｂと所定時間Ｃとは同一としても良い。
【００８５】
このようにして、エンジン１に吸入される空気量が少ない場合には還元剤の供給時間を短縮して硫化水素の発生を抑制することができ、従って、異臭の発生を抑制することができる。
【００８６】
以上説明したように、本実施の形態では、異臭が発生する虞のある吸入空気量の場合に還元剤供給時間を短縮して異臭を抑制することができる。また、従来では、異臭発生の虞がある場合には、ＳＯx被毒回復処理を停止していたが、本実施の形態によれば少量でもＳＯx被毒回復を行うことができ、燃料消費量を最小限に抑制することが可能となり燃費の悪化を抑制することが可能となる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、還元剤供給時間を短縮する場合の判定条件が車速である点で相違する。その他のハードウェアに関する基本構成は第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００８７】
ここで、ＳＯx被毒回復処理を行うと硫化水素発生の虞があるが、例え硫化水素が発生したとしても、発生した硫化水素が大気により希釈されれば異臭の発生を抑制することが可能となる。エンジン１が搭載された車両の速度が速くなると、それに従って、排気管２２から放出される硫化水素はより多くの大気により希釈され、大気中での濃度は低下する。従って、車速が遅い場合、即ち大気による希釈が期待できない場合には、還元剤供給量を減少し、硫化水素の発生を抑制する。これにより、異臭の発生を抑制することが可能となる。
【００８８】
次に、本実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローについて説明する。
【００８９】
図４は、本実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【００９０】
ステップＳ２０１、ステップＳ２０３、及びステップＳ２０４は、夫々第１の実施の形態での図３に示したフロー中、ステップＳ１０１、ステップＳ１０３、及びステップＳ１０４と同様の処理がなされる。
【００９１】
ステップＳ２０２では、エンジン１が搭載されている車両の車速が所定速度Ｙよりも遅いか否か判定される。ここで、車速は、トランスミッション等からの信号若しくは車速センサにより求める。また、所定速度Ｙは、硫化水素による異臭が問題とならない範囲を予め実験等により求めて定めておく。
【００９２】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進む。
【００９３】
このようにして、エンジン１が搭載されている車両の車速が遅い場合には還元剤の供給時間を短縮して硫化水素の発生を抑制することができ、従って、異臭の発生を抑制することができる。
【００９４】
また、本実施の形態では、車速に応じて更に細分化して還元剤の供給時間を決定しても良い。
【００９５】
図５は、本実施の形態による車速に応じて更に細分化したＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【００９６】
ステップＳ３０１では、第１の実施の形態での図３に示したフロー中のステップＳ１０１と同様の処理がなされる。
【００９７】
ステップＳ３０２では、車速が所定速度Ａ以上所定速度Ｂ未満であるか否か判定される。ここで、所定速度Ａ以上所定速度Ｂ未満の車速は、低速であるため還元剤の供給時間を短縮したとしても硫化水素による異臭が発生する虞がある速度であり、予め実験等によりこの範囲を求めておく。また、所定速度Ａは、例えば０ｋｍ／ｈとしても良い。
【００９８】
ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進む。
【００９９】
ステップＳ３０３では、ＳＯx被毒回復制御を終了させる。ここでは、異臭が発生するとしてＳＯx被毒回復処理を終了させる。
【０１００】
ステップＳ３０４では、車速が所定速度Ｂ以上所定速度Ｃ未満であるか否か判定される。ここで、所定速度Ｂ以上所定速度Ｃ未満の車速は、後述するステップＳ３０５による還元剤供給時間との関係から予め実験等により求めておく。
【０１０１】
ステップＳ３０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０６へ進む。
【０１０２】
ステップＳ３０５では、還元剤の供給時間を所定時間Ｆから所定時間Ｇの間に設定する。所定時間Ｆ及び所定時間Ｇは、ステップＳ３０４による車速との関係から予め実験等により求めておく。
【０１０３】
ステップＳ３０６では、車速が所定速度Ｃ以上所定速度Ｄ未満であるか否か判定される。ここで、所定速度Ｃ以上所定速度Ｄ未満の車速は、後述するステップＳ３０７による還元剤供給時間との関係から予め実験等により求めておく。
【０１０４】
ステップＳ３０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０８へ進む。
【０１０５】
ステップＳ３０７では、還元剤の供給時間を所定時間Ｈから所定時間Ｉの間に設定する。所定時間Ｈ及び所定時間Ｉは、ステップＳ３０６による車速との関係から予め実験等により求めておく。また、所定時間Ｈは、ステップＳ３０５中の所定時間Ｇと等しいとしても良い。
【０１０６】
ステップＳ３０８では、車速が所定速度Ｄ以上所定速度Ｅ未満であるか否か判定される。ここで、所定速度Ｄ以上所定速度Ｅ未満の車速は、後述するステップＳ３０９及による還元剤供給時間及びＮＯx触媒２０の過熱との関係から予め実験等により求めておく。
【０１０７】
ステップＳ３０８で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０９へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３１０へ進む。
【０１０８】
ステップＳ３０９では、還元剤の供給時間を所定時間Ｊから所定時間Ｋの間に設定する。所定時間Ｊ及び所定時間Ｋは、ステップＳ３０８による車速との関係から予め実験等により求めておく。また、所定時間Ｊは、ステップＳ３０７中の所定時間Ｉと等しいとしても良い。
【０１０９】
ステップＳ３１０では、ＳＯx被毒回復制御を終了させる。ここで、車速が速くなるとＮＯx触媒２０に供給される熱量が増加するため、該ＮＯx触媒２０の温度が上昇する。これにより、ＮＯx触媒２０が過熱すると該ＮＯx触媒２０の熱劣化を誘発してしまう。そこで、本実施の形態では、車速が所定速度Ｅ以上となった場合にはＳＯx被毒回復制御を終了して、ＮＯx触媒２０の熱劣化を抑制する。尚、ＮＯx触媒２０に熱劣化が発生する虞のある所定速度Ｅは、予め実験等により求めておく。
【０１１０】
このようにして、エンジン１が搭載されている車両の車速に応じて還元剤の供給時間を短縮して硫化水素の発生を抑制することができ、従って、異臭の発生を抑制することができる。
【０１１１】
尚、本実施の形態では、車速と還元剤供給時間との関係を予め実験等により求め、これをマップ化したものを用いて還元剤供給時間を決定しても良い。
【０１１２】
以上説明したように、本実施の形態では、異臭が発生する虞のある車速で走行している場合に還元剤供給時間を短縮して異臭を抑制することができる。また、従来では、異臭発生の虞がある場合には、ＳＯx被毒回復処理を停止していたが、本実施の形態によれば少量でもＳＯx被毒回復を行うことができ、燃料消費量を最小限に抑制することが可能となり燃費の悪化を抑制することが可能となる。＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、還元剤供給時間を短縮する場合の判定条件が燃料中の硫黄濃度である点で相違する。その他のハードウェアに関する基本構成は第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１１３】
ここで、ＳＯx被毒は燃料中の硫黄成分により発生するが、燃料中の硫黄成分の濃度が高いほど排気中にＳＯxが多く含まれ、ＳＯx被毒量が多くなる。また、ＳＯx被毒量が多くなると、ＳＯx被毒回復時に放出するＳＯx量も多くなり、更には、硫化水素の量も多くなる。従って、硫黄成分の濃度が高い燃料を給油した場合には、ＳＯx被毒回復時に発生する硫化水素の量が多くなり、異臭が発生し易くなる。
【０１１４】
そこで、本実施の形態では、硫黄成分の濃度が高い燃料が給油された場合には、還元剤供給時間を短くして異臭の発生を抑制する。
【０１１５】
ここで、燃料中の硫黄濃度は、例えば、標準となる濃度の硫黄を含有した燃料を給油した場合のＮＯx放出量を求めておき、これと比較することにより求めることができる。即ち、ＳＯx被毒によりＮＯxの吸蔵能力が低下するため、ＮＯx触媒２０の下流にＮＯxが流出する。従って、標準となる濃度の硫黄を含有した燃料と比較して、硫黄濃度の高い燃料を給油した場合にはＮＯx触媒２０下流のＮＯx濃度が高くなる。ＮＯxセンサ２２によりＮＯx濃度を検出すれば、硫黄濃度の高い燃料が給油されたか否か判定することが可能となる。ここで、回転数と負荷と標準となる濃度の硫黄を含有した燃料を給油した場合のＮＯx濃度との関係を予め求めマップ化しておき、このマップにより求まるＮＯx濃度よりも高い濃度のＮＯxが検出された場合には、硫黄濃度の高い燃料が給油されたとしても良い。
【０１１６】
また、ＮＯx触媒２０が酸素吸蔵能力を有している場合には、還元剤供給時の酸素放出量の低下により、硫黄濃度の高い燃料が給油されたと判定しても良い。ＮＯx触媒２０が酸素吸蔵能を有している場合には、排気中の酸素濃度が高いときに酸素を吸蔵し、排気中に還元剤が供給されて酸素濃度が低くなると吸蔵していた酸素を放出して還元剤と反応する。これにより、還元剤を供給しても、吸蔵されていた酸素が放出されている間は排気の空燃比は理論空燃比で一定となる。そして、吸蔵された酸素が無くなると還元剤により還元雰囲気となる。ところが、ＳＯx被毒が発生すると、吸蔵された酸素が還元剤と反応できなくなり、これにより理論空燃比となる時間が短くなる。従って、標準となる濃度の硫黄を含有した燃料を給油した場合であって、還元剤供給時の理論空燃比となる時間を予め実験等により求めておき、この時間よりも短い場合には、硫黄濃度の高い燃料が給油されたと判定することが可能となる。尚、排気の空燃比はＮＯx触媒２０下流の空燃比を検出するセンサを備えることにより検出することができる。
【０１１７】
次に、本実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローについて説明する。
【０１１８】
図６は、本実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【０１１９】
ステップＳ４０１、ステップＳ４０３、及びステップＳ４０４は、夫々第１の実施の形態での図３に示したフロー中、ステップＳ１０１、ステップＳ１０３、及びステップＳ１０４と同様の処理がなされる。
【０１２０】
ステップＳ４０２では、燃料中の硫黄成分濃度が所定の濃度よりも高いか否か判定される。ここで、所定の濃度とは、標準的な燃料の硫黄成分の濃度である。また、所定の濃度は、硫化水素による異臭が問題とならない範囲の濃度としても良い。
【０１２１】
ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ４０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０４へ進む。
【０１２２】
このようにして、硫黄濃度の高い燃料が給油された場合には還元剤の供給時間を短縮して硫化水素の発生を抑制することができ、従って、異臭の発生を抑制することができる。
【０１２３】
以上説明したように、本実施の形態では、異臭が発生する虞のある燃料が給油された場合に還元剤供給時間を短縮して異臭を抑制することができる。また、従来では、異臭発生の虞がある場合には、ＳＯx被毒回復処理を停止していたが、本実施の形態によれば少量でもＳＯx被毒回復を行うことができ、燃料消費量を最小限に抑制することが可能となり燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、大気中に放出される硫化水素の濃度が高いと推定される場合には、還元剤の供給量を減少させて硫化水素の発生量を減少させ、以て異臭の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態に係る排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】 リッチスパイク時の還元剤噴射弁の開閉信号を示した図である。
【図３】 第１の実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【図４】 第２の実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【図５】 第２の実施の形態による車速に応じて更に細分化したＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【図６】 第３の実施の形態によるＳＯx被毒回復時の還元剤供給時間を決定するフローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
１ｂ・・・排気ポート
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１１・・・エアフローメータ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り用アクチュエータ
１５・・・遠心過給機
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯx触媒
２２・・・ＮＯxセンサ
２４・・・排気温度センサ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ

Claims (4)

  1. 排気中の酸素濃度が高いときにＮＯxを吸蔵し酸素濃度が低下し、且つ還元剤存在下で吸蔵していたＮＯxを還元するＮＯx触媒と、
    前記ＮＯx触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
    前記還元剤供給手段により排気中の酸素濃度を変動させて前記ＮＯx触媒のＳＯx被毒を回復させるＳＯx被毒回復手段と、
    大気中へ放出される硫化水素の大気中での濃度を推定する硫化水素濃度推定手段と、
    ＳＯx被毒回復中に前記硫化水素濃度推定手段により推定される大気中へ放出される硫化水素の大気中での濃度が高くなるほど、リッチスパイク１回あたりの還元剤の噴射回数を減少させることにより還元剤の供給量を減少させる還元剤供給量減少手段と、
    を具備することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記硫化水素濃度推定手段は、内燃機関から排出される排気の量が少ないほど硫化水素濃度が高いと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浄化装置。
  3. 前記内燃機関の排気浄化装置は移動手段に搭載され、前記硫化水素濃度推定手段は、前記移動手段の移動速度が遅いほど硫化水素濃度が高いと推定することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記硫化水素濃度推定手段は、燃料中の硫黄濃度が高いほど硫化水素濃度が高いと推定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
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