JP4635868B2

JP4635868B2 - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP4635868B2
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Inventors: 三樹男井上
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Priority date: 2005-12-28
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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置、特に、排気系に排気浄化触媒が配設され、内燃機関の運転状態が減速運転状態にあるときに排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を実行する内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気浄化性能を維持すべく硫黄被毒回復処理が必要となると考えられる内燃機関の排気浄化触媒の一つに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒がある。燃費の向上および排出ガス規制の観点から、ガソリン内燃機関において運転領域の大部分がリーン空燃比で運転される希薄燃焼内燃機関の実用化が進められているとともに、ディーゼル内燃機関の適用範囲が拡大されつつある。ディーゼル内燃機関や希薄燃焼ガソリン内燃機関では、リーン空燃比すなわち空気過剰のもとで燃料が燃焼せしめられるため、不完全な燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）およびＣＯ（一酸化炭素）の排出量が少ない反面、ＮＯｘ（窒素酸化物）が多くなり、排出された有害なＮＯｘの放出を妨げる何らかの策を講ずる必要がある。

ＮＯｘの大気中への放出量を低減する一手段として、内燃機関排気系にＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置することが知られている。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、流入する排気空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯｘを硝酸塩の形態で吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵し、流入する排気空燃比がリッチ空燃比であるときに、吸蔵したＮＯｘを放出する役割を果たすものである。放出されたＮＯｘは、還元成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２）により還元浄化せしめられる。

このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置によれば、酸素濃度が高い希薄燃焼の排気中からＮＯｘを良好に吸蔵し、定期的なリッチ混合気燃焼運転（リッチスパイク運転とも称す）によって、排気中の酸素濃度を低下させるとともに排気中にＨＣやＣＯ等の還元成分を存在させ、吸収したＮＯｘを大気中に放出させることなく良好に還元浄化することができる。

しかしながら、このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置においては、燃料中の硫黄成分に起因するＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力の低下、いわゆる硫黄被毒が問題となる。

内燃機関の燃料、例えばガソリンや軽油などの燃料には、硫黄成分が含有している場合が多く、この場合、燃焼後の排気中には、ＳＯ₂やＳＯ₃などのＳＯｘ（硫黄酸化物）が含まれることになる。排気中にＳＯｘが存在すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、ＮＯｘの吸蔵を行う一方で、排気中のＳＯｘも硫酸塩の形態で吸蔵することが知られている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘは安定していて分解しづらく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から脱離しないことが明らかにされている。

このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が、排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域、例えば、３００℃〜４５０℃の温度領域で、ＳＯｘを含有する排気に対して使用される場合、ＮＯｘの吸蔵および還元浄化が行われる一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒にはＳＯｘが分解されず残存する。従って、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵還元触媒内のＳＯｘ量が増大することになり、かくして、時間が経過するにつれてＮＯｘ吸蔵還元触媒が吸蔵することができるＮＯｘ量が低下することになり、いわゆる硫黄被毒（またはＳ被毒）の問題が生じる。

一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させることで、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を６００℃以上に上昇させることで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを熱分解させ放出させることができることが明らかにされている。

そこで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備える排気浄化装置においては、硫黄被毒を解消する一つの方法として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にしつつＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させる、硫黄被毒回復処理が適用されている。該硫黄被毒回復処理により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＳＯｘを熱分解し、この熱分解されたＳＯｘのＮＯｘ吸蔵還元触媒への再吸蔵を防止しつつＮＯｘ吸蔵還元触媒からＳＯｘを放出することが可能となる。

このような排気浄化触媒の硫黄被毒を解消する技術として、特開２００４−６０５３７号公報や特開２００２−３８９３２号公報に記載されたような内燃機関の排気浄化触媒装置が提案されている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒に多量の排気が流入しているときに、硫黄被毒回復処理を実行するようにすると、この多量の排気の空燃比をリッチ空燃比に切り替えるために多量の燃料が必要となる。上記の公報に記載された内燃機関の排気浄化触媒装置においては、硫黄被毒回復処理を内燃機関のアイドル運転状態あるいは減速運転状態において実行することにより、排気の空燃比のリッチ化に伴う燃料消費量の増加を抑制しつつ、排気浄化触媒の硫黄被毒の解消を図ることの提案がなされている。

特開２００４−６０５３７号公報特開２００２−３８９３２号公報

ところで、内燃機関が減速運転状態にあるときには、内燃機関から単位時間当たりに排出される排気の流量は少なく、それに応じて排気浄化触媒へ単位時間当たりに流入する排気の流量も少ないため、排気浄化触媒へ流入する単位時間当たりの還元成分の量は少ない。従って、内燃機関の減速運転状態において硫黄被毒回復処理を行う場合、排気浄化触媒の十分な硫黄被毒の解消を行うためには、減速運転状態の長い継続が必要となり、減速運転状態が安定して継続されない場合には、排気浄化触媒の十分な硫黄被毒の解消は困難となる。

特許文献２に開示された排気浄化装置においては、硫黄被毒回復処理の実行を、アイドル運転状態のみでなく、減速運転状態においても適用することにより、排気の流量が少ない際における硫黄被毒回復処理の実行時間を確保することを提案している。しかしながら、実際の減速運転状態には、ほんの数秒しか継続しない減速から１０秒以上継続する減速まで様々であり、場合によっては、十分な硫黄被毒回復処理の実行時間の確保ができない場合があり得ることが考えられる。

また、硫黄被毒回復処理の実行にあたっては、排気浄化触媒を昇温し、排気浄化触媒雰囲気の空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比に制御することが必要となるが、この硫黄被毒回復処理制御は、例えばディーゼル内燃機関においては、内燃機関本体から離間され配設された排気浄化触媒の近傍で内燃機関の排気系に配設された空燃比センサーや温度センサーなどからの検出情報に基づいて、内燃機関本体の近傍の排気系に適当な量の燃料を噴射することでなされている。

内燃機関本体から離間され配設された排気浄化触媒の近傍で内燃機関の排気系に配設された空燃比センサーや温度センサーなどからの検出情報に基づいて、内燃機関本体の近傍の排気系に適当な量の燃料を噴射することで硫黄被毒回復処理制御を行う場合、減速運転状態が長く継続せずに加速運転状態が直ちに来るような減速運転状態においては、加速時における燃焼室内の空燃比や吸入空気量の急激な変化に硫黄被毒回復処理制御が十分に追従することができない場合がある。このことは、例えば、燃料の過剰添加による白煙の発や排気浄化触媒の過剰昇温などの問題を引き起こす可能性がある。

本発明は上記課題に鑑み、内燃機関の運転状態が減速運転状態にあるときに前記排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を実行する内燃機関の排気浄化装置において、硫黄被毒回復処理を実行によりもたらされる、白煙の発生、排気浄化触媒の過剰昇温や燃費の悪化を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明によれば、排気系に排気浄化触媒が配設され、内燃機関の運転状態が減速運転状態にあるときに前記排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を実行する内燃機関の排気浄化装置において、現状の内燃機関の減速運転状態が、予め設定された硫黄被毒回復処理時間よりも長く継続するような硫黄被毒回復処理に適した減速運転状態にあるか否かを判定する減速運転状態推定手段を有し、該減速運転状態推定手段により、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定された場合に、硫黄被毒回復処理を実行する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。

すなわち、請求項１の発明では、現状の内燃機関の減速運転状態が、予め設定された硫黄被毒回復処理時間よりも長く継続するような硫黄被毒回復処理に適した減速運転状態にあるか否かを判定し、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定された場合に硫黄被毒回復処理を実行するように制御する。これにより、例えば、減速運転状態が長く継続せずに直ぐに加速運転状態となることが推定されるような減速運転状態における硫黄被毒回復処理の実行を回避し、無駄な燃料の添加を防止することができ、硫黄被毒回復処理の実行によりもたらされる白煙の発生、排気浄化触媒の過剰昇温や燃費の悪化を抑制することが可能となる。

ここで、硫黄被毒回復処理とは、排気浄化触媒の硫黄被毒を解消すべく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にしつつＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させる処理である。

また、予め設定された硫黄被毒回復処理時間とは、一回の硫黄被毒回復処理に予め適当に割り当てられた処理時間であり、内燃機関の設計仕様に基づいて決定されるものである。例えば、硫黄被毒回復処理制御が、内燃機関本体から離間され配設された排気浄化触媒の近傍で内燃機関の排気系に配設された空燃比センサーや温度センサーなどからの検出情報に基づいて、内燃機関本体の近傍の排気系に適当な量の燃料を噴射することでなされているような場合においては、一回の硫黄被毒回復処理に予め適当に割り当てられた燃料の噴射時間が、ここでの予め設定された硫黄被毒回復処理時間に相当する。

請求項２の発明によれば、前記減速運転状態推定手段は、ギアのシフトポジションを検出するギア状態検出手段と、走行速度を検出する速度検出手段と、ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキ状態検出手段とを有し、現状の減速運転状態の開始時における、前記ギア状態検出手段と前記速度検出手段と前記ブレーキ状態検出手段とから検出情報に基づいて、現状の減速運転状態の継続時間を推定し、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあるか否かを判定する、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が提供される。

すなわち、請求項２の発明では、現状の減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジションと走行速度とブレーキペダルの踏み込み状態とに基づいて、現状の減速運転状態の継続時間を算出推定し、現状の内燃機関の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあるか否かの判定を行う。ブレーキペダルの踏み込み状態としては、ブレーキペダルの踏み込み率を使用してもよい。ブレーキペダルの踏み込み率とは、ブレーキペダルの踏み込み可能な最大踏み込み量に対する、現在のブレーキペダルの踏み込み量の割合であり、具体的には、現在のブレーキペダルの踏み込み量を、ブレーキペダルの踏み込み可能な最大踏み込み量で除算し１００を乗算することで算出される単位がパーセントで表されるものである。従って、ブレーキペダルの踏み込み率が大きいほど、ブレーキペダルが強く踏まれていることになる。

請求項３の発明によれば、前記減速運転状態推定手段は、ギアのシフトポジションを検出するギア状態検出手段と、走行速度を検出する速度検出手段と、機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキ状態検出手段とを有し、現状の減速運転状態の開始時における、前記ギア状態検出手段と前記速度検出手段と前記機関回転数検出手段と前記ブレーキ状態検出手段とから検出された各検出情報が、所定の条件を満たしている場合に、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定する、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が提供される。

すなわち、請求項３の発明では、現状の減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジション、走行速度、機関回転数およびブレーキペダルの踏み込み状態のそれぞれが、減速運転状態が長く継続されることが推定されるような所定の条件を満たしている場合に、現状の内燃機関の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定される。尚、ここでの所定の条件の設定にあたっては、評価試験や解析評価など結果に基づいて予め適当に設定される。

請求項４の発明によれば、前記減速運転状態推定手段は、更に、クラッチの状態を検出するクラッチ状態検出手段を有し、現状の減速運転状態の開始時における、前記ギア状態検出手段と前記速度検出手段と前記機関回転数検出手段と前記ブレーキ状態検出手段と前記クラッチ状態検出手段とから検出された各検出情報が、所定の条件を満たしている場合に、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定する、ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。

すなわち、請求項４の発明では、現状の減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジション、走行速度、機関回転数、ブレーキペダルの踏み込み状態およびクラッチ状態のそれぞれが、減速運転状態が長く継続されることが推定されるような所定の条件を満たしている場合に、現状の内燃機関の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定される。ここで、クラッチ状態とは、クラッチペダルの作動状態であり、クラッチ状態検出手段は、クラッチペダルが踏まれているか否かを検出する役割を果すものである。

各請求項に記載の発明によれば、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあるか否かを判定し、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定された場合に硫黄被毒回復処理を実行するように制御することで、無駄な燃料の添加を防止することができ、硫黄被毒回復処理を実行によりもたらされる白煙の発生、排気浄化触媒の過剰昇温や燃費の悪化を抑制することが可能となる共通の効果を奏する。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置を自動車用ディーゼル内燃機関に適用した場合の一実施形態を示す模式図である。図１において、１は内燃機関本体、２は排気系、３はＮＯｘ吸蔵還元触媒、４は空燃比センサー、５は触媒温度検出手段、６は燃料添加装置、７はＳＯｘ吸蔵量検出手段、８はアクセル開度検出手段、９はギア状態検出手段、１０は速度検出手段、１１はブレーキ状態検出手段、１２は機関回転数検出手段、１３はクラッチ状態検出手段、１４は電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）、をそれぞれ示す。

内燃機関本体１は、ディーゼル内燃機関の内燃機関の本体であり、該内燃機関本体１からの排気の通路となる排気系２には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３、空燃比センサー４、触媒温度検出手段５および燃料添加装置６が、それぞれ配置されている。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒３は、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気中の酸素濃度が高いときに、排気中のＮＯｘを吸収、吸着もしくはその両方により吸蔵することで排気中からＮＯｘを除去し、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気中の酸素濃度が低いときに、吸蔵したＮＯｘを放出する機能を有する。放出されたＮＯｘは、排気に含まれる還元成分となるＨＣ、ＣＯ等と反応して還元浄化せしめられる。

このようにＮＯｘ吸蔵還元触媒３は、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気中の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵する一方で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気中にＳＯｘが含まれている場合には、ＮＯｘと同様にＳＯｘも吸蔵することが知られている。内燃機関本体１に供給される燃料中には硫黄成分が含まれていることが多く、この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気中には硫黄分の燃焼により生じたＳＯｘが含まれることになり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３には、ＮＯｘばかりでなく、ＳＯｘも吸蔵されることになる。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に吸蔵されたＳＯｘは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に吸蔵されたＮＯｘと比較して、安定度が高く分解しづらく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３が排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域内でＮＯｘ吸蔵還元触媒３が使用されるかぎり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に吸蔵されたＳＯｘは分解されずにＮＯｘ吸蔵還元触媒３に残存することが知られている。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３が排気中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができる温度領域内でＮＯｘ吸蔵還元触媒３が使用されるかぎり、時間が経過するにつれて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３内のＳＯｘ量は増大し、その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３が排気中から吸蔵することができるＮＯｘ量は低下することになる。

しかるに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３の温度を所定の温度以上に、例えば６００℃以上に上昇させ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の空燃比とすることで、硫黄被毒脱離反応をもたらすことができることも知られている。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３の温度を所定の温度以上に上昇させることで、硝酸塩の形態でＮＯｘ吸蔵還元触媒３に吸蔵されたＳＯｘを熱分解させ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３から脱離させることができることが知られている。

このことに基づいて、図１に示す実施形態の本排気浄化装置は、このような硫黄被毒回復処理を実行すべく燃料添加装置６を有する。該燃料添加装置６は、排気系に燃料を二次的に添加することで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度の昇温のための燃焼反応を促進し且つ硫黄被毒脱離反応を促進する、所謂硫黄被毒回復処理を実行する役割を果すものである。燃料添加装置６による排気系への燃料の添加時期および添加量については、後述するＥＣＵ１４により制御される。また、硫黄被毒再生処理の実行にあたっては、一回の硫黄被毒再生処理時間すなわち燃料添加装置６による一回の燃料添加時間が予め適当に設定される。具体的には、一回の硫黄被毒再生処理時間は、内燃機関の設計仕様に基づいて決定され、例えば、約５秒程度の時間が一回の硫黄被毒再生処理時間として設定される。従って、硫黄被毒回復処理は、一回の硫黄被毒回復処理で十分に硫黄被毒を解消できない場合には繰り返し実行されることになる。

空燃比センサー４は、内燃機関本体１とＮＯｘ吸蔵還元触媒３との間の排気系を流れる排気の空燃比、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気の空燃比を検出する役割を果すものであり、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するセンサーである。

触媒温度検出手段５は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３の温度を推定する機能を有する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒温度は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３の内燃機関本体１に近い上流側に配置された排気温度センサーにより検出された温度情報に基づいて推定される。この場合、触媒温度検出手段５は、排気温度センサーを主要素として構成されることになる。ただし、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３と排気温度センサーとの間には多少の隔たりがあり、この隔たりにおける温度勾配等を推定すべく、回転負荷、空燃比、熱伝達係数、触媒反応速度等のパラメータを用いて補正が行われることになり、これらの各情報を検出する各要素もまた、当該触媒温度検出手段５の構成要素となる。

ＳＯｘ吸蔵量検出手段７は、流入する排気によりＮＯｘ吸蔵還元触媒３に吸蔵されたＳＯｘ量を推定する機能を有する。例えば、ＳＯｘ吸蔵量は、燃料中の硫黄成分の濃度および消費燃料から推定されうる。この場合、ＳＯｘ吸蔵量検出手段７は、燃料中の硫黄成分の濃度および消費燃料量のそれぞれを検出する構成要素を有して構成されることになる。

アクセル開度検出手段８は、内燃機関運転中のアクセル開度を検出する役割を果すものである。ギア状態検出手段９は、内燃機関運転中の、例えば一速や二速などと通常表現されるギアのシフトポジションを検出する役割を果すものである。速度検出手段は、内燃機関運転中の車速すなわち走行速度を検出する役割を果すものである。

ブレーキ状態検出手段１１は、内燃機関運転中のブレーキペダルの踏み込み状態を検出する役割を果すものである。本実施形態においては、ブレーキペダルの踏み込み状態としてブレーキペダルの踏み込み率が使用される。ブレーキペダルの踏み込み率とは、ブレーキペダルの踏み込み可能な最大踏み込み量に対する、現在のブレーキペダルの踏み込み量の割合であり、具体的には、現在のブレーキペダルの踏み込み量を、ブレーキペダルの踏み込み可能な最大踏み込み量で除算し１００を乗算することで算出される単位がパーセントで表されるものである。従って、ブレーキペダルの踏み込み率が大きいほど、ブレーキペダルが強く踏まれていることになる。

ブレーキペダルの踏み込み率を算出するに当たっては、現在のブレーキペダルの踏み込み量を推定することが必要になるが、この推定方法には種々の方法が考えられるが、本明細書においては好適と考えられる２つの方法について述べる。ブレーキペダルの踏み込み量の第一の推定方法においては、ブレーキ状態検出手段１１が、内燃機関運転中のブレーキペダルの踏み込み量を検出できるセンサーを有し、該センサーの検出情報に基づいてブレーキペダルの踏み込み量が特定される。また、ブレーキペダルの踏み込み量の第二の推定方法においては、アクセルペダルが解除されてから所定時間の機関回転数の降下量（偏差）を検出し、この降下量からブレーキペダルの踏み込み量が推定される。

機関回転数検出手段１２は、内燃機関の回転数を検出する役割を果すものであり、具体的には、内燃機関の出力軸の回転数を検出する回転速度センサーを有して構成され、該回転速度センサーにより内燃機関の回転数を検出するものである。

クラッチ状態検出手段１３は、クラッチの状態すなわちクラッチペダルが踏まれているか否かを検出する役割を果すものである。具体的には、クラッチ状態検出手段１３が、クラッチペダルに設けられ、クラッチペダルが踏まれているか否かを検出できるクラッチスイッチを有し、該クラッチスイッチからの検出情報に基づいて、クラッチペダルが踏まれているか否かを特定する。尚、クラッチペダルを有さない内燃機関においては、当然のことながら本構成要素は不要となる。

ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知のデジタルコンピュータからなり、各種センサーや駆動装置と信号をやり取りして内燃機関の回転数や吸入空気量などの制御に必要なパラメータを算出するとともに、算出されたパラメータに基づいて燃焼空燃比制御あるいは燃料噴射量制御や燃料添加時期制御等の内燃機関の運転に関する種々の制御を行う役割を果すものである。

ＥＣＵ１４には、空燃比センサー４、触媒温度検出手段５、ＳＯｘ吸蔵量検出手段７、アクセル開度検出手段８、ギア状態検出手段９、速度検出手段１０、ブレーキ状態検出手段１１、機関回転数検出手段１２およびクラッチ状態検出手段１３がそれぞれ接続され、ＥＣＵ１４は、これらの各手段からの検出情報を取り組みことができるように構成される。また、ＥＣＵ１４には燃料添加装置６が接続され、ＥＣＵ１４は、上記各手段からの検出情報に基づいて、燃料添加装置６による排気系への燃料の添加時期および添加量の制御ができるように構成される。

上述した各構成要素を有する図１に示す実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用効果について以下に説明する。

図２は、本排気浄化装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、内燃機関が減速運転状態にあるときの硫黄被毒回復処理の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。

図２に示す制御ルーチンでは、硫黄被毒回復処理の実行要求があると、まず、内燃機関の運転状態が減速運転状態にあるか否かが判定される。内燃機関状態が減速運転状態にあると判定されると、次に、硫黄被毒回復処理前提条件が成立しているか否か、すなわち、現在の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに十分な継続時間を有する硫黄被毒回復処理に適した減速運転状態であるか否かの判定がなされる。ここで、硫黄被毒回復処理に適した減速運転状態にあると判定されると、次に、硫黄被毒回復処理が実行される。
以下に各ステップの詳細について述べる。

まず、ステップ１０１においては、硫黄被毒回復処理の実行要求があるか否かの判定がなされる。具体的には、ＳＯｘ吸蔵量検出手段７からのＮＯｘ吸蔵還元触媒３のＳＯｘ吸蔵量の検出情報に基づいてＥＣＵ１４により判定される。ステップ１０１において、硫黄被毒回復処理の実行要求が確認されると、続くステップ１０２へと進む。

ステップ１０２においては、内燃機関の運転状態が減速運転状態を開始したか否かの判定がなされる。具体的には、アクセル開度検出手段８の検出情報に基づいて、ＥＣＵ１４によりアクセルが解除されたことが確認されると、内燃機関が減速運転状態を開始したと判定される。ステップ１０２において、内燃機関が減速運転状態を開始したと判定されると、続くステップ１０３へと進む。

ステップ１０３においては、ステップ１０２において開始された減速運転状態が、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かの判定がなされる。この判定方法については、種々の方法が考えられるが、本明細書においては好適と考えられる二つの実施形態について述べる。

図３は、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かを判定する第一実施形態の判定ルーチンを示すフローチャート図である。図３に示された判定ルーチンにおいては、まず、減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジションと走行速度とから、今回の減速運転状態の継続時間を推定する。更に、ここで推定された継続時間を、ブレーキペダルの踏み込み率に基づいて補正することにより、更に精度のより減速運転状態の継続時間を推定する。そして、このような推定された減速運転状態の継続時間が、硫黄被毒回復処理を実行するに当たって予め設定された処理時間よりも長いことが確認されると、今回の減速運転状態は硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であると判定される。
以下に、各ステップの詳細について説明する。

ステップ２０１においては、減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジションと走行速度とから減速運転状態の継続時間が推定される。具体的には、ギア状態検出手段９と速度検出手段１０とからの検出情報がＥＣＵ１４に取り込まれ、予め評価試験や解析評価などから作成された、ギアのシフトポジションと走行速度とをパラメータとして減速運転状態の継続時間を算出できるマップを使用して、ＥＣＵ１４により減速運転状態の継続時間が推定される。該マップは、ＥＣＵ１４のメモリーなどに格納される。図４は、ギアのシフトポジションと走行速度とをパラメータとして減速運転状態の継続時間を算出できるマップの一例を示したものである。ステップ２０１において、減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジションと走行速度とに基づく減速運転状態の継続時間が推定されると、続くステップ２０２へと進む。

減速運転状態に入るに当たって、ブレーキが強く踏まれるような減速では、その後すぐに運転停止となったり、あるいはギアのシフトポジションが変更される可能が高い。そこで、ステップ２０２においては、ステップ２０１で推定された減速運転状態の継続時間を更に精度よいものにするために、ブレーキペダルの踏み込み率に基づいて補正をかける。具体的には、ブレーキ状態検出手段１１の検出情報がＥＣＵ１４に取り込まれ、ブレーキペダルの踏み込み率をパラメータとして、予め評価試験や解析評価などから作成された、ステップ２０１で推定された減速運転状態の継続時間に対する適当な補正係数を算出できるマップを使用して、ＥＣＵ１４により２０１にて推定された減速運転状態の継続時間の補正がなされる。該マップは、ＥＣＵ１４のメモリーなどに格納される。図５は、ブレーキペダルの踏み込み率をパラメータとしてステップ２０１で推定された減速運転状態の継続時間に対する適当な補正係数を算出できるマップの一例を示したものである。ステップ２０２において、減速運転状態の精度よい継続時間が推定されると、続くステップ２０３へと進む。

ステップ２０３においては、ステップ２０２で推定された減速運転状態の継続時間が、硫黄被毒回復処理を実行するに当たって予め設定された一回の処理時間よりも長いか否かの判定がＥＣＵ１４にてなされる。本ステップにおいて、推定された減速運転状態の継続時間が、硫黄被毒回復処理を実行するに当たって予め設定された一回の処理時間よりも長いと判定されると、ステップ２０４に進み、硫黄被毒回復処理前提条件が成立したと判定される。また、推定された減速運転状態の継続時間が、硫黄被毒回復処理を実行するに当たって予め設定された一回の処理時間よりも短いと判定されると、ステップ２０５に進み、硫黄被毒回復処理前提条件が不成立であると判定される。

次に、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かの判定する第二実施形態について説明する。図６は、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かの判定する第二実施形態の判定ルーチンを示すフローチャート図である。

減速運転状態の開始時における、ギアのシフトポジションが一速あるいは二速のローギア側にある場合や車速すなわち走行速度が低速である場合には、減速／加速が頻繁に繰り返しなされる市街地などにおける運転状態にあることが考えられ、この場合には安定した減速運転状態の継続時間の確保は難しい。また、減速運転状態の開始時における機関回転数が低い場合や、ブレーキペダルが強く踏み込まれて減速されるような場合には、減速運転状態の開始直後にギアのシフトポジションが切り替えられることが多く、安定した減速運転状態の継続時間の確保は難しい。更に、減速運転状態に入るときに、クラッチペダルが踏み込まれている場合も、減速運転状態に入った直後にシフトポジションが切り替えられることが多く、安定した減速運転状態の継続時間の確保は難しい。

このことに基づいて、図６に示された判定ルーチンにおいては、ギア状態検出手段９と前記速度検出手段１０とブレーキ状態検出手段１１と機関回転数検出手段１２とクラッチ状態検出手段１３とから検出される、減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジション、走行速度、機関回転数、ブレーキペダルの踏み込み率およびクラッチ状態が、所定の条件を満たしている場合に、硫黄被毒回復処理前提条件が成立したと判定される。

図６に示されるステップ３０１からステップ３０５は、ギア状態検出手段９と前記速度検出手段１０とブレーキ状態検出手段１１と機関回転数検出手段１２とクラッチ状態検出手段１３とから検出される、減速運転状態の開始時におけるギアのシフトポジション、走行速度、機関回転数、ブレーキペダルの踏み込み率およびクラッチ状態が、所定の条件を満たしているか否かの判定がなされており、全てのステップで条件が満たされている判定されると、ステップ３０６に進み、硫黄被毒回復処理前提条件が成立したと判定される。尚、先にも述べたが、クラッチペダルを有さない内燃機関においては、クラッチ状態検出手段１３は、本排気浄化装置の構成要素とされる必要はなく、クラッチ状態が所定の状態にあるか否かを判定するステップ３０５は、本判定ルーチンから削除されることになる。

次に、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かを判定する図３あるいは図６に示された判定ルーチンにより、ステップ１０３において、硫黄被毒回復処理前提条件が成立したと判定されると、続くステップ１０４に進み、硫黄被毒回復処理が実行される。

ステップ１０４における硫黄被毒回復処理は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３に流入する排気空燃比をリッチ空燃比にしつつＮＯｘ吸蔵還元触媒温度を上昇させ硫黄被毒を解消するように、空燃比センサー４および触媒温度検出５などの検出情報に基づいて、燃料添加装置６による排気中への燃料添加制御がＥＣＵ１４によりなされる。

以上、図１に示された実施形態の本内燃機関の排気浄化装置によれば、アクセル開度検出手段８、ギア状態検出手段９、速度検出手段１０、ブレーキ状態検出手段１１、機関回転数検出手段１２、クラッチ状態検出手段１３およびＥＣＵ１４を有する、予め設定された硫黄被毒回復処理時間よりも長く継続するような硫黄被毒回復処理に適した減速運転状態にあるか否かを判定する減速運転状態推定手段を具備することで、硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定された場合に硫黄被毒回復処理を実行するように制御することができ、無断な燃料の添加を防止することができ、硫黄被毒回復処理を実行によりもたらされる白煙の発生、排気浄化触媒の過剰昇温や燃費の悪化を抑制することが可能となる。

本発明の排気浄化装置を自動車用ディーゼル内燃機関に適用した場合の一実施形態を示す模式図である。本排気浄化装置が適用された図１に示す内燃機関で実行される、内燃機関が減速運転状態にあるときの硫黄被毒回復処理の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かを判定する第一実施形態の判定ルーチンを示すフローチャート図である。ギアのシフトポジションと走行速度とをパラメータとして減速運転状態の継続時間を算出できるマップの一例を示したものである。ブレーキペダルの踏み込み率をパラメータとしてステップ２０１で推定された減速運転状態の継続時間に対する適当な補正係数を算出できるマップの一例を示したものである。硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態であるか否かの判定する第二実施形態の判定ルーチンを示すフローチャート図である。

符号の説明

１内燃機関本体
２排気系
３ＮＯｘ吸蔵還元触媒
４空燃比センサー
５触媒温度検出手段
６燃料添加装置
７ＳＯｘ吸蔵量検出手段
８アクセル開度検出手段
９ギア状態検出手段
１０速度検出手段
１１ブレーキ状態検出手段
１２機関回転数検出手段
１３クラッチ状態検出手段
１４ＥＣＵ

Claims

排気系に排気浄化触媒が配設され、内燃機関の運転状態が減速運転状態にあるときに前記排気浄化触媒の硫黄被毒回復処理を実行する内燃機関の排気浄化装置において、
現状の内燃機関の減速運転状態が、予め設定された硫黄被毒回復処理時間よりも長く継続するような硫黄被毒回復処理に適した減速運転状態にあるか否かを判定する減速運転状態推定手段を有し、
該減速運転状態推定手段により、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定された場合に、硫黄被毒回復処理を実行する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記減速運転状態推定手段は、
ギアのシフトポジションを検出するギア状態検出手段と、
走行速度を検出する速度検出手段と、
ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキ状態検出手段と、
を有し、
現状の減速運転状態の開始時における、前記ギア状態検出手段と前記速度検出手段と前記ブレーキ状態検出手段とからの検出情報に基づいて、現状の減速運転状態の継続時間を推定し、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあるか否かを判定する、
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。
前記減速運転状態推定手段は、
ギアのシフトポジションを検出するギア状態検出手段と、
走行速度を検出する速度検出手段と、
機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
ブレーキペダルの踏み込み状態を検出するブレーキ状態検出手段と、
を有し、
現状の減速運転状態の開始時における、前記ギア状態検出手段と前記速度検出手段と前記機関回転数検出手段と前記ブレーキ状態検出手段とから検出された各検出情報が、所定の条件を満たしている場合に、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定する、
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。
前記減速運転状態推定手段は、更に、クラッチの状態を検出するクラッチ状態検出手段を有し、
現状の減速運転状態の開始時における、前記ギア状態検出手段と前記速度検出手段と前記機関回転数検出手段と前記ブレーキ状態検出手段と前記クラッチ状態検出手段とから検出された各検出情報が、所定の条件を満たしている場合に、現状の減速運転状態が硫黄被毒回復処理を実行するのに適した減速運転状態にあると判定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。