JPWO2010134203A1

JPWO2010134203A1 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPWO2010134203A1
Application number: JP2011514274A
Authority: JP
Inventors: 浅沼　孝充; 孝充浅沼; 寛真西岡; 大地今井; 有香中田; 寿丈梅本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: EP2918806B1; US20120055143A1; US8443592B2; EP2434116A1; EP2918806A1; JP5126416B2; EP2434116B1; EP2434116A4; CN102428257B; WO2010134203A1; CN102428257A

Abstract

内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に配置されているＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流に配置され、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するＳＯ_Ｘトラップ材とを備える。機関本体の燃焼室に燃料を供給する主流路には、主流路を迂回する副流路が接続され、副流路に燃料に含まれる硫黄成分を除去する除去装置が配置されている。更に、副流路を開閉する開閉装置が配置されている。ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、主流路を流れる燃料の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させる。

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）または粒子状物質（ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）などの成分が含まれている。内燃機関には、これらの成分を浄化するために排気浄化装置が取り付けられる。
窒素酸化物を除去する方法の一つとして、機関排気通路にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が配置されることが提案されている。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯ_Ｘを吸蔵する。ＮＯ_Ｘの吸蔵量が許容量に達した時に、排気ガスの空燃比をリッチまたは理論空燃比にすることにより、吸蔵したＮＯ_Ｘが放出される。放出されたＮＯ_Ｘは、排気ガスに含まれる一酸化炭素等の還元剤によりＮ_２に還元される。
内燃機関の排気ガスには、硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）が含まれる場合がある。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒は、ＮＯ_Ｘの吸蔵と同時にＳＯ_Ｘを吸蔵する。ＳＯ_Ｘが吸蔵されると、ＮＯ_Ｘの吸蔵可能量が低下する。このように、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒には、いわゆる硫黄被毒が生じる。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒にＳＯ_Ｘが吸蔵されることを回避するために、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流側に、ＳＯ_Ｘを除去する機能を有するＳＯ_Ｘトラップ触媒を配置した排気浄化装置が知られている。
特開２００３−１４３０９号公報においては、希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒と、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒の上流側で、かつ内燃機関の近傍に設けられているＳＯ_Ｘトラップ材と、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒の上流側の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒の下流側へと案内するバイパス通路と、バイパス通路と吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒への排気管路とを切替える手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置が開示されている。

特開２００３−１４３０９号公報

排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するためのＳＯ_Ｘトラップ材としては、例えば、ＳＯ_Ｘの吸収が可能なＳＯ_Ｘ吸収層が基体の表面に配置され、ＳＯ_Ｘの酸化反応を促進する触媒金属を有するＳＯ_Ｘトラップ触媒を採用することができる。ここで、ＳＯ_Ｘトラップ材は、内燃機関の運転状態に依存して、ＳＯ_Ｘを除去する能力が低下する場合がある。すなわち、ＳＯ_Ｘ除去率が低下する場合がある。例えば、ＳＯ_Ｘトラップ触媒は活性化温度を有し、この活性化温度以下の温度領域ではＳＯ_Ｘ除去率が低下する。
ＳＯ_Ｘトラップ材に捕獲されなかったＳＯ_Ｘは、ＳＯ_Ｘトラップ触媒から流出する。ＳＯ_Ｘトラップ材から流出したＳＯ_Ｘは、ＳＯ_Ｘトラップ材の下流に配置されているＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されてしまう。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒が生じて、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒のＮＯ_Ｘ浄化能力を低下させる場合がある。
このように、ＳＯ_Ｘトラップ材はＳＯ_Ｘを除去するために配置されているが、ＳＯ_Ｘ除去率が小さくなる運転状態では、一部のＳＯ_ＸがＳＯ_Ｘトラップ触媒を通り抜けてしまう場合がある。
本発明は、ＳＯ_Ｘトラップ材を備え、ＳＯ_Ｘトラップ材からのＳＯ_Ｘの流出を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流の機関排気通路内に配置され、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するＳＯ_Ｘトラップ材とを備える。機関本体の燃焼室に燃料を供給する主流路に、主流路を迂回する副流路が接続され、副流路に燃料に含まれる硫黄成分を除去する除去装置が配置され、更に副流路を開閉する開閉装置が配置されている。ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、主流路を流れる燃料の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させる。
上記発明においては、ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合は、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が低温側の予め定められた低温判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が高温側の予め定められた高温判定値以上の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空間速度が予め定められた速度判定値以上の場合、およびＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ吸蔵量が予め定められた吸蔵量判定値以上の場合のうち少なくとも一つの場合を含む。
上記発明においては、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合は、燃焼室に供給される燃料に含まれる硫黄成分の含有率が予め定められた含有率判定値以上の場合を含む。
上記発明においては、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁に要求される潤滑性能が高くなる場合には、副流路を遮断することが好ましい。
上記発明においては、燃料室に燃料を噴射する燃料噴射弁において要求される潤滑性能が高くなる場合は、１回の燃焼サイクルにおける燃料の噴射回数が予め定められた噴射回数判定値以上の場合、および燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力が予め定められた圧力判定値以上の場合のうち少なくとも一方を含む。
本発明の第２の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気通路内に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流の機関排気通路内に配置され、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するＳＯ_Ｘトラップ材とを備える。機関本体において機関本体の潤滑油を循環させる主流路に、主流路を迂回する副流路が接続され、副流路には潤滑油に含まれる硫黄成分を除去する除去装置が配置され、更に副流路を開閉する開閉装置が配置されている。ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、主流路を流れる潤滑油の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させる。
上記発明においては、ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合は、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が低温側の予め定められた低温判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が高温側の予め定められた高温判定値以上の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空間速度が予め定められた速度判定値以上の場合、およびＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ吸蔵量が予め定められた吸蔵量判定値以上の場合のうち少なくとも一つの場合を含む。
上記発明においては、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合は、潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率が予め定められた含有率判定値以上の場合を含む。
上記発明においては、機関本体の構成部品において要求される潤滑性能が高くなる場合には、副流路を遮断することが好ましい。
上記発明においては、機関本体の構成部品において要求される潤滑性能が高くなる場合は、機関本体の回転数が予め定められた回転数判定値以上の場合、および機関本体の温度が予め定められた温度判定値以下の場合のうち少なくとも一方を含む。

本発明によれば、ＳＯ_Ｘトラップ材を備え、ＳＯ_Ｘトラップ材からのＳＯ_Ｘの流出を抑制する内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。

実施の形態１における内燃機関の概略図である。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の拡大概略断面図である。ＳＯ_Ｘトラップ触媒の拡大概略断面図である。実施の形態１における排気浄化装置の運転制御のフローチャートである。ＳＯ_Ｘトラップ触媒における床温とＳＯ_Ｘ除去率との関係を示すグラフである。ＳＯ_Ｘトラップ触媒における空間速度とＳＯ_Ｘ除去率との関係を示すグラフである。ＳＯ_Ｘトラップ触媒おける排気ガスの空燃比とＳＯ_Ｘ除去率との関係を示すグラフである。機関本体から排出される単位時間当りのＳＯ_Ｘ量を算出するマップである。実施の形態２における排気浄化装置の運転制御のフローチャートである。燃焼室における燃料噴射を説明する概略図である。実施の形態３における内燃機関の概略図である。実施の形態３における内燃機関の潤滑油供給装置の概略系統図である。実施の形態３における排気浄化装置の運転制御のフローチャートである。実施の形態４における排気浄化装置の運転制御のフローチャートである。

実施の形態１
図１から図８を参照して、実施の形態１における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、車両に配置されている。本実施の形態においては、自動車に取り付けられている圧縮着火式のディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。
図１に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。また、内燃機関は、排気ガスを浄化する排気浄化装置を備える。機関本体１は、シリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とを備える。シリンダブロック５１の内部には、ピストン５３が配置されている。ピストン５３は、シリンダブロック５１の内部で、往復運動ができるように配置されている。ピストン５３、シリンダブロック５１およびシリンダヘッド５２に囲まれる空間は、気筒としての燃焼室２を構成する。
シリンダヘッド５２には、燃焼室２に燃料を噴射するための燃料噴射弁３が配置されている。本実施の形態における燃料噴射弁３は、電子制御式である。シリンダヘッド５２には、吸気ポート６１が形成されている。吸気ポート６１は、吸気弁５６により開閉される。吸気ポート６１は、吸気マニホールド４に接続されている。シリンダヘッド５２には、排気ポート６２が形成されている。排気ポート６２は、排気弁５７により開閉される。排気ポート６２は、排気マニホールド５に接続されている。
シリンダブロック５１は、クランクシャフト５９が配置されているクランクケース５４を有する。ピストン５３は、コネクティングロッド５８を介してクランクシャフト５９に連結されている。ピストン５３の往復運動は、コネクティングロッド５８を介してクランクシャフト５９に伝達されることにより回転運動に変換される。シリンダブロック５１の下側には、オイルパン５５が配置されている。オイルパン５５の内部には、機関本体１の各構成部材の潤滑を行うための潤滑油６５が貯留されている。
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６には、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では、機関冷却水が冷却装置１１に導かれている。機関冷却水によって吸入空気が冷却される。排気マニホールド５は、それぞれの燃焼室２から排出された排気ガスが合流する空間である。排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７のタービン７ｂの入口に連結されている。
本実施の形態における排気浄化装置は、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するＳＯ_Ｘトラップ材としてのＳＯ_Ｘトラップ触媒１６を備える。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６は、タービン７ｂの出口に排気管１２を介して連結されている。本実施の形態における排気浄化装置は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）１７を備える。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の下流の機関排気通路内に配置されている。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７の下流の機関排気通路内には、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタおよび一酸化炭素や未燃燃料を酸化するための酸化触媒が配置されている（図示せず）。また、排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路が配置されている（図示せず）。ＥＧＲ通路には電子制御式のＥＧＲ制御弁が配置されている。ＥＧＲ制御弁により、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量が調整される。
本実施の形態における内燃機関は、燃料タンク２４に貯留された燃料を、機関本体１の燃焼室２に供給する燃料供給装置を備える。それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。燃料供給管２１は、それぞれの燃焼室２毎に形成され、一つのコモンレール２２に接続されている。コモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵される燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータからなる。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、排気浄化装置の制御装置として機能する。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。
ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置である。ＲＯＭ３２には、制御を行なうための必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判別を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。ＲＡＭ３３は、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。
機関排気通路において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の下流には、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７の下流には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の上流には、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２８が配置されている。
また、燃料供給装置において、燃料タンク２４には、燃料の硫黄成分の濃度を検出するための硫黄濃度センサ２９が配置されている。コモンレール２２には、燃料噴射弁３から噴射される燃料の圧力を検出するための圧力センサ４４が配置されている。これらの温度センサ２６，２７および吸入空気量検出器８の出力信号は、それぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、空燃比センサ２８、硫黄濃度センサ２９および圧力センサ４４の出力信号は、それぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。更に、車両の周りの気温を測定する外気温センサ４３が車体に取り付けられている。外気温センサ４３の出力は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力されている。
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁および燃料ポンプ２３に接続されている。この様に、燃料噴射弁３およびスロットル弁１０等は、電子制御ユニット３０により制御されている。
燃料供給装置は、燃料を燃料噴射弁３に供給する主流路７４を含む。主流路７４は、燃料タンク２４から燃料噴射弁３まで延びている。主流路７４に、コモンレール２２が配置されている。主流路７４の途中には、主流路７４の一部を迂回する副流路７５が接続されている。燃料供給装置は、副流路７５を開閉する開閉装置として切替弁７３を含む。開閉装置は、副流路に流入する燃料の流れを遮断したり開放したりすることができるように形成されている。すなわち、開閉装置は、副流路７５を開閉するように形成されている。
本実施の形態における切替弁７３は、燃料の流れを主流路７４と副流路７５と間で切替えるように形成されている。切替弁７３により、燃料ポンプ２３から流出する燃料の全てが、主流路７４を通って燃焼室２に供給される。または、燃料ポンプ２３から流出する燃料の全てが副流路７５を通って燃焼室２に供給される。切替弁７３は、対応する駆動回路３８を介して電子制御ユニット３０の出力ポート３６に接続されている。切替弁７３は、電子制御ユニット３０に制御されている。
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、燃料に含まれる硫黄成分を除去する除去装置７０を備える。除去装置７０は、副流路７５に配置されている。本実施の形態における除去装置７０は、硫黄成分の化合物である含硫化合物を吸着する含硫化合物吸着剤を含む。除去装置７０は、含硫化合物を吸着により除去する。含硫化合物吸着剤としては、例えば、メソポーラスシリカ多孔体、ゼオライト、酸性白土、活性白土等を用いることができる。
また、除去装置７０は、含硫化合物吸着剤に吸着された含硫化合物を酸化させるための酸化剤または酸化触媒と、酸化により生成された含硫酸化物を吸着させる含硫酸化物吸着剤を含んでいても構わない。含硫化合物を含硫酸化物に変換して吸着させることにより、硫黄成分の除去率が向上する。酸化剤としては、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、または二酸化マンガン（ＭＮＯ_２）等の酸化金属系の物質を用いることができる。酸化触媒としては、白金またはニッケル等の金属触媒を用いることができる。含硫酸化物の吸着剤としては、活性白土、またはゼオライト等を用いることができる。
硫黄成分を除去する除去装置としては、この形態に限られず、硫黄成分を除去することができる任意の装置を採用することができる。
図２に、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の拡大概略断面図を示す。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７は、機関本体１から排出される排気ガスに含まれるＮＯ_Ｘを一時的に吸蔵して、吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するときにＮ_２に変換する触媒である。
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７は、基体上に例えばアルミナからなる触媒担体４５が担持されている。触媒担体４５の表面上には貴金属で形成された触媒金属４６が分散して担持されている。触媒担体４５の表面上にはＮＯ_Ｘ吸収剤４７の層が形成されている。触媒金属４６としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯ_Ｘ吸収剤４７を構成する成分としては、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。本実施の形態においては、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７を構成する成分としてバリウムＢａが用いられている。
本発明においては、機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称する。排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが触媒金属４６上において酸化されてＮＯ_２になる。ＮＯ_２は、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７内に吸蔵される。これに対して、排気ガスの空燃比がリッチのとき、または理論空燃比になると、ＮＯ_Ｘ吸収剤４７に吸蔵されている硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯ_Ｘ吸収剤４７から放出される。放出されたＮＯ_Ｘは、排気ガスに含まれる未燃炭化水素や一酸化炭素等によってＮ_２に還元される。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７のＮＯ_Ｘ吸蔵可能量が減少してきた場合には、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにしてＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７からＮＯ_Ｘを放出させるＮＯ_Ｘ放出制御を行う。
排気ガス中にはＳＯ_Ｘ、即ちＳＯ_２が含まれている。ＳＯ_ＸがＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７に流入すると、ＮＯ_Ｘと同様にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７に吸蔵される。ＳＯ_Ｘは、硫酸塩ＢａＳＯ_４の形態でＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。ＮＯ_Ｘ放出制御において、単に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ_４は分解されずにそのまま残る。このため、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が吸蔵できるＮＯ_Ｘ量が低下することになる。このように、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒には、硫黄被毒が生じる。
図３に、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の拡大概略断面図を示す。ＳＯ_Ｘトラップ材としてのＳＯ_Ｘトラップ触媒１６は、機関本体１から排出される排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを吸蔵することにより、排気ガス中からＳＯ_Ｘを除去する。本実施の形態におけるＳＯ_Ｘトラップ触媒１６は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７と類似した構成を有する。
ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６は、基体上に例えばアルミナからなる触媒担体４８が担持されている。触媒担体４８の表面上には触媒金属４９が分散して担持されている。触媒担体４５の表面上にはＳＯ_Ｘ吸収剤５０の層が形成されている。本実施の形態における触媒金属４９は、卑金属のうち鉄Ｆｅが用いられている。触媒金属４９としては、卑金属の他に、白金や銀等の貴金属が用いられていても構わない。ＳＯ_Ｘ吸収剤５０を構成する成分としては、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘ吸収剤５０を構成する成分としてバリウムＢａが用いられている。
ＳＯ_２は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６に流入すると、触媒金属４９において酸化されてＳＯ_３となる。このＳＯ_３はＳＯ_Ｘ吸収剤５０に吸収されて、たとえば硫酸塩ＢａＳＯ_４を生成する。このように、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６は、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを捕獲することができ、捕獲したＳＯ_ＸをＳＯ_Ｘ吸収剤５０に吸蔵することができる。
ＳＯ_Ｘトラップ材としては、この形態に限られず、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去することができるように形成されていれば構わない。
本実施の形態におけるＳＯ_Ｘトラップ触媒１６は、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７と構成が類似するために、ＳＯ_Ｘの他にＮＯ_Ｘを吸蔵する。ＳＯ_Ｘ吸収剤５０に吸蔵されるＮＯ_Ｘは、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒１７のＮＯ_Ｘ放出制御のときに同時に放出される。すなわち、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにすることにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒からＮＯ_Ｘが放出される。放出されたＮＯ_Ｘは、Ｎ_２に還元される。ところが、硫酸塩ＢａＳＯ_４は安定であるために、ＮＯ_Ｘ放出制御を行ってもＳＯ_ＸはＳＯ_Ｘトラップ触媒に残留する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒の使用を継続すると、徐々にＳＯ_Ｘ吸蔵量が増加する。
本実施の形態におけるＳＯ_Ｘトラップ触媒は、触媒金属として卑金属が用いられている。卑金属の触媒金属は、貴金属の触媒金属よりも酸化能力が弱い。しかし、ＳＯ_Ｘは、ＮＯ_ＸよりもＳＯ_Ｘ吸収剤５０に吸収され易い。このために、ＳＯ_Ｘトラップ触媒は、卑金属のような酸化能力の比較的小さな触媒金属を用いて構成することができる。触媒金属として酸化能力の比較的小さな金属を用いた場合には、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が少ないときにはＳＯ_Ｘと共にＮＯ_Ｘを吸蔵する。しかし、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が増加すると、ＮＯ_Ｘの吸蔵能力が徐々に低下し、ＳＯ_Ｘを優先的に吸蔵することができる。
機関排気通路にＳＯ_Ｘトラップ触媒を配置することにより、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去することができる。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流側にＳＯ_Ｘトラップ材を配置することにより、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒にＳＯ_Ｘが流入することを抑制することができる。すなわち、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を抑制することができる。ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の高いＮＯ_Ｘ浄化率を維持することができる。
また、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるＳＯ_Ｘを放出する硫黄被毒回復制御を行う必要性がなくなる。硫黄被毒回復制御においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の温度を、例えば６００℃程度に昇温した後に、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにする。硫黄被毒回復制御を行うことにより、ＳＯ_Ｘを放出させることができる。硫黄被毒回復制御においては、ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が高温になるためにＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の熱劣化が生じる虞がある。また、排気ガスの温度が高温になるために、機関排気通路に配置されている排気処理装置に熱劣化が生じる虞がある。硫黄被毒回復制御を行わないことにより、機関排気通路に配置されている排気処理装置の熱劣化を抑制することができる。
燃料や潤滑油に含まれる硫黄成分は微量であるために、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘは微量である。このために、ＳＯ_Ｘトラップ触媒は、ＳＯ_Ｘの吸蔵を長期間にわたって行なうことができる。ＳＯ_Ｘトラップ触媒がＳＯ_Ｘで飽和した場合には、ＳＯ_Ｘトラップ触媒を取り替える。または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量が許容値を超えたときのみに、硫黄被毒回復制御と同様の制御を行って、ＳＯ_Ｘトラップ触媒からＳＯ_Ｘを放出させても構わない。
図１を参照して、本実施の形態における開閉装置としての切替弁７３は、通常運転時には、主流路７４に全ての燃料を流すように制御されている。通常運転時には、副流路７５が遮断されており、主流路７４のみに燃料が流されている。
図４に、本実施の形態における運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態における運転制御は、所定の期間ごとに繰返し行なうことができる。本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６のＳＯ_Ｘ除去率が、予め定められた除去率判定値以下になった場合に、切替弁７３により流路を切り替えて、除去装置７０に燃料を流通させる。または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合に、切替弁７３により流路を切り替えて、除去装置７０に燃料を流通させる。
初めに、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ除去率が、予め定められた除去率判定値以下であるか否かを判別する。ここで、ＳＯ_Ｘ除去率は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する所定の時間あたりのＳＯ_Ｘ量に対するＳＯ_Ｘトラップ触媒に吸蔵されるＳＯ_Ｘ量の比率である。ＳＯ_Ｘ除去率が高いほど、高い比率で排気ガスからＳＯ_Ｘが除去される。本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度、ＳＯ_Ｘトラップ触媒における空間速度、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比、およびＳＯ_Ｘ吸蔵量を判別する。
ステップ１０１において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の温度を検出する。図１を参照して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の温度Ｔは、例えば、温度センサ２６により検出することができる。ステップ１０２においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の温度Ｔと低温判定値Ｔ_Ｌとを比較する。
図５は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度と、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ除去率との関係を示すグラフである。図５には、使用を開始したときの新品時のグラフと、継続的に使用して所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵された時のグラフが記載されている。
実線の新品時のグラフを参照して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度としての床温Ｔが低い領域においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒が活性化されていないためにＳＯ_Ｘ除去率は小さい。床温が上昇するとともにＳＯ_Ｘ除去率が上昇し、その後にほぼ一定の除去率になる。さらに、床温が高くなると、徐々にＳＯ_Ｘ除去率が減少する。温度Ｔ_Ｌ１は、低温判定値であり、温度Ｔ_Ｈ１は、高温判定値である。本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の床温が、低温判定値Ｔ_Ｌ１より大きく高温判定値Ｔ_Ｈ１未満の範囲内において、予め定められた除去率判定値よりも大きなＳＯ_Ｘ除去率を確保することができる。
図４を参照して、ステップ１０２においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、低温判定値Ｔ_Ｌ１以下であるか否かが判別される。ステップ１０３においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、高温判定値Ｔ_Ｈ１以上であるか否かが判別される。ステップ１０２においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、低温判定値Ｔ_Ｌ１以下である場合には、ステップ１１１に移行する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、低温判定値Ｔ_Ｌ１よりも大きい場合には、ステップ１０３に移行する。ステップ１０３においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、高温判定値Ｔ_Ｈ１以上であるか否かが判別される。ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、高温判定値Ｔ_Ｈ１以上である場合には、ステップ１１１に移行する。
このように、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが、予め定められた低温側の判定値以下の場合または予め定められた高温側の判定値以上の場合には、ＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になり、ステップ１１１に移行する。
ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度が、低温判定値Ｔ_Ｌ１より大きく高温判定値Ｔ_Ｈ１未満の場合には、ＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値よりも大きくなる。この温度範囲内では、ステップ１０４に移行する。
次に、ステップ１０４において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒における空間速度ＳＶを算出する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒における空間速度ＳＶは、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの流速に相当する。本実施の形態においては、機関本体１の回転数により空間速度ＳＶを算出することができる。図１を参照して、機関本体１の回転数は、クランク角センサ４２の出力信号に基づいて算出することができる。
次に、ステップ１０５において算出された空間速度ＳＶが、予め定められた速度判定値ＳＶ_Ｈ１以上か否かを判別する。
図６は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒における空間速度とＳＯ_Ｘ除去率との関係を示すグラフである。空間速度ＳＶが小さい領域においては、排気ガスに含まれるＳＯ_ＸとＳＯ_Ｘトラップ触媒との反応時間が長くなり、高いＳＯ_Ｘ除去率になる。空間速度ＳＶが小さい領域においては、ＳＯ_Ｘ浄化率は、略一定の浄化率になる。ところが、空間速度ＳＶが大きくなると、排気ガスに含まれるＳＯ_ＸとＳＯ_Ｘトラップ触媒との反応時間が短くなり、ＳＯ_Ｘ除去率が徐々に減少する。本実施の形態においては、空間速度ＳＶ_Ｈ１未満の領域において、予め定められた除去率判定値より大きなＳＯ_Ｘ除去率を確保することができる。
図４を参照して、ステップ１０５において、算出した空間速度ＳＶが、予め定められた速度判定値ＳＶ_Ｈ１以上であるか否かが判別される。空間速度ＳＶが、速度判定値ＳＶ_Ｈ１以上である場合には、ＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になり、ステップ１１１に移行する。空間速度ＳＶが速度判定値ＳＶ_Ｈ１より小さい場合には、予め定められたＳＯ_Ｘ除去率を確保することができる。この場合には、ステップ１０６に移行する。
次に、ステップ１０６において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する。図１を参照して、本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６に流入する排気ガスの空燃比ＡＦは、空燃比センサ２８により検出することができる。
次に、ステップ１０７において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが、予め定められた空燃比判定値ＡＦ_Ｌ１以下か否かが判別される。
図７は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比とＳＯ_Ｘ除去率との関係を示すグラフである。排気ガスの空燃比ＡＦがリーンであるとき、すなわち排気ガスの空燃比が大きいときには、排気ガスに酸素が多く含まれるために、ＳＯ_Ｘトラップ触媒においてＳＯ_Ｘの酸化反応が促進される。このために、高いＳＯ_Ｘ除去率を確保することができる。ところが、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが小さくなると、すなわち、リッチ側に移行すると、排気ガスに含まれる酸素が少なくなるために、ＳＯ_Ｘ除去率が低下する。例えば、アクセルペダル４０が踏み込まれて、要求トルクが大きくなった場合には、燃焼室２における燃焼時の空燃比を小さくする場合がある。このような場合に、排気ガスの空燃比はリッチ側に移行する。本実施の形態においては、排気ガスの空燃比がＡＦ_Ｌ１よりも大きな領域において、予め定められた除去率判定値よりも大きなＳＯ_Ｘ除去率を確保することができる。
図４を参照して、ステップ１０７において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比ＡＦが、空燃比判定値ＡＦ_Ｌ１以下の場合には、ステップ１１１に移行する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比がＡＦ_Ｌ１よりも大きい場合には、ステップ１０８に移行する。
次に、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上であるか否かを判別する。本実施の形態においては、燃焼室に供給される燃料に含まれる硫黄成分の含有率が予め定められた含有率判定値以上であるか否かを判別する。
ステップ１０８においては、燃料に含まれる硫黄成分の含有率を検出する。本実施の形態においては、燃料タンク２４に配置されている硫黄濃度センサ２９により、燃料の硫黄成分の含有率を検出する。燃料に含まれる硫黄成分が多い場合には、排気ガスに含まれる硫黄成分の濃度も高くなる。排気ガスに含まれる硫黄成分の濃度が高くなると、ＳＯ_Ｘ除去率が低下する。
次に、ステップ１０９においては、燃料に含まれる硫黄成分の含有率が含有率判定値以上か否かが判別される。燃料に含まれる硫黄成分の含有率Ｃが、予め定められた含有率判定値Ｃ_Ｈ１以上の場合には、ステップ１１１に移行する。燃料に含まれる硫黄成分の含有率Ｃが、含有率判定値Ｃ_Ｈ１未満である場合には、ステップ１１０に移行する。
ステップ１１０に移行する場合は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒におけるＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値より大きな場合、およびＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値未満の場合に相当する。ステップ１１０においては、主流路に燃料を流す。図１を参照して、副流路７５が開放されている場合には、副流路７５を遮断する。既に副流路７５が遮断されている場合には、その状態を維持する。切替弁７３を制御することにより、燃料が副流路７５に流れない状態にする。燃料が硫黄成分の除去装置７０に流通しないように制御する。
一方で、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ除去率が除去率判定値以下の場合、または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になる場合には、ステップ１１１に移行する。ステップ１１１においては、副流路を開放する。図１を参照して、切替弁７３を、副流路７５の側に切替えて燃料を副流路７５に流入させる。既に副流路７５に燃料が流通している場合には、その状態を維持する。燃料を硫黄成分の除去装置７０に流通させる。
除去装置７０に燃料を流通させることにより、燃料中から硫黄成分の少なくとも一部を除去することができ、燃焼室２から排出されるＳＯ_Ｘ量を減少させることができる。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６に流入するＳＯ_Ｘ量を減少させることができる。この結果、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６から、ＳＯ_Ｘが流出することを抑制できる。本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の下流に配置されているＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒に、ＳＯ_Ｘが蓄積されることを抑制することができる。
本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘ除去率が小さくなる場合およびＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度が高くなる場合に、除去装置７０に燃料を流通させている。これに対して、内燃機関の運転中に、常に除去装置に燃料を流入させて硫黄成分を除去することもできる。しかしながら、除去装置は、ＳＯ_Ｘを吸蔵できる最大容量を有する。常に除去装置にて硫黄成分を除去するためには、除去装置が大型になる。このために、必要なときに除去装置にて硫黄成分を除去することが好ましい。
ところで、前述のとおりＳＯ_Ｘトラップ触媒には、徐々にＳＯ_Ｘが吸蔵される。ＳＯ_Ｘを吸蔵することができる量である吸蔵可能量は、ＳＯ_Ｘの吸蔵とともに減少する。ＳＯ_Ｘの吸蔵可能量は、新品の時のＳＯ_Ｘの吸蔵可能量から、ＳＯ_Ｘ吸蔵量を減算した量になる。ＳＯ_Ｘの吸蔵可能量が減少すると、すなわち、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が増加すると、ＳＯ_Ｘ除去率が小さくなる。このため、予め定められた除去率判定値を達成できる運転範囲が狭くなる。
本実施の形態における排気浄化装置は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量に応じて、燃料を除去装置に流通させるか否かの判定を行うための判定値を変更する。本実施の形態における排気浄化装置は、任意の時刻におけるＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量を検出できる検出装置を備える。本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘ吸蔵量の算出は、内燃機関の運転中に継続的に行なわれている。
図８に、機関回転数と要求トルクとを関数にするＳＯ_Ｘトラップ触媒に単位時間に吸蔵されるＳＯ_Ｘ量のマップを示す。機関回転数Ｎと要求トルクＴＱを検出することにより、単位時間にＳＯ_Ｘトラップ触媒に吸蔵されるＳＯ_Ｘ量ＳＯＸＺを求めることができる。このマップは、例えば電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶されている。運転を継続するとともに、所定の期間毎に、このマップから単位時間当りに吸蔵されるＳＯ_Ｘ量を求める。単位時間当たりに吸蔵されるＳＯ_Ｘ量に所定の時間を乗じることにより、ＳＯ_Ｘ吸蔵量を算出することができる。算出されたＳＯ_Ｘ吸蔵量を積算することにより、任意の時刻におけるＳＯ_Ｘ吸蔵量を検出することができる。ＳＯ_Ｘ吸蔵量は、例えばＲＡＭ３３に保存される。
ＳＯ_Ｘトラップ触媒に吸蔵されているＳＯ_Ｘ量の検出装置は、この形態に限られず、ＳＯ_Ｘ吸蔵量を検出できる任意の装置を採用することができる。例えば、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の下流側の機関排気通路に、ＳＯ_Ｘセンサを配置する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量が増加すると、流出するＳＯ_Ｘの量が増加する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒から流出する僅かなＳＯ_Ｘ量を検出することにより、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量を推定しても構わない。
図５を参照して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときのグラフが、一点鎖線で示されている。ＳＯ_Ｘが吸蔵された状態においては、予め定められた除去率判定値を達成できる温度範囲が狭くなる。図５に示す例では、ＳＯ_Ｘが吸蔵されたときのＳＯ_Ｘトラップ触媒の床温の低温判定値は、温度Ｔ_Ｌ２を採用している。また、高温判定値としては、温度Ｔ_Ｈ２を採用している。予め定められた除去率判定値よりも大きなＳＯ_Ｘ除去率が達成される温度範囲は、低温判定値Ｔ_Ｌ２より大きく高温判定値Ｔ_Ｈ２未満になる。図４を参照して、ステップ１０２またはステップ１０３において、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の床温が低温判定値Ｔ_Ｌ２以下の場合、または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の床温が高温判定値Ｔ_Ｈ２以上の場合には、ステップ１１１に移行して、燃料を除去装置に流通させる。
図６を参照して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときのグラフが、一点鎖線で示されている。図６に示す例では、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときの空間速度ＳＶの判定値は、速度ＳＶ_Ｈ２になる。速度判定値ＳＶ_Ｈ２は、新品の時の速度判定値ＳＶ_Ｈ１よりも小さくなる。図４を参照して、ステップ１０５において、空間速度ＳＶが速度判定値ＳＶ_Ｈ２以上の場合には、ステップ１１１に移行して、燃料を除去装置に流通させる。
図７を参照して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときのグラフが、一点鎖線で示されている。ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときのＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比判定値は、空燃比ＡＦ_Ｌ２になる。空燃比判定値ＡＦ_Ｌ２は、新品の時の空燃比判定値ＡＦ_Ｌ１よりも大きくなる。図４を参照して、ステップ１０７において、排気ガスの空燃比ＡＦが空燃比判定値ＡＦ_Ｌ２以下の場合には、ステップ１１１に移行して、燃料を除去装置に流通させる。
更に、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときに、燃料に含まれる硫黄成分の含有率判定値を変更することができる。ＳＯ_Ｘトラップ触媒に所定量のＳＯ_Ｘが吸蔵されたときの燃料に含まれる硫黄成分の含有率判定値Ｃ_Ｈ２は、新品の時の硫黄成分の含有率判定値Ｃ_Ｈ１よりも小さくなる。図４を参照して、ステップ１０９において、燃料の硫黄成分の含有率Ｃが含有率判定値Ｃ_Ｈ２以上の場合には、ステップ１１１に移行して、燃料を除去装置に流通させることができる。
このように、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量に対応した判定値を採用することができる。この構成により、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量に応じて除去率判定値を達成できる運転範囲を定めることができて、より確実にＳＯ_Ｘトラップ触媒からＳＯ_Ｘが流出することを抑制することができる。または、過剰に硫黄成分の除去装置に燃料を流通させることを回避することができる。それぞれのＳＯ_Ｘ吸蔵量に対応する判定値は、例えば、電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶されている。
ところで、ＳＯ_Ｘトラップ触媒は、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が飽和量に達するとＳＯ_Ｘを吸蔵することができなくなる。また、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が飽和量に近づくと、ＳＯ_Ｘトラップ触媒から流出するＳＯ_Ｘ量が増加する。ＳＯ_Ｘ吸蔵量が増加して、ＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合には、燃料を除去装置に流通させて、燃料から硫黄成分を除去することができる。例えば、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量が、予め定められた吸蔵量判定値以上になった場合には、除去装置に燃料を流通させる制御を行うことができる。
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ除去率の判定を行う判定値として、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入する排気ガスの空燃比、空間速度、およびＳＯ_Ｘ吸蔵量を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、任意の変数の変化により、ＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合に、除去装置に燃料を流通させることができる。
また、本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度を判定する判定値として、燃料に含まれる硫黄成分の含有率を例に取り上げ説明したが、この形態に限られず、任意の変数の変化により、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合に、除去装置に燃料を流通させることができる。例えば、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の上流側の機関排気通路にＳＯ_Ｘセンサを配置して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘ濃度を検出する。ＳＯ_Ｘ濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合に、除去装置に燃料を流通させても構わない。
また、本実施の形態においては、燃料タンク２４に硫黄濃度センサ２９が配置され、硫黄濃度センサ２９の出力により、燃料に含まれる硫黄成分の濃度を検出しているが、この形態に限られず、任意の方法により、燃料に含まれる硫黄成分の濃度を検出することができる。例えば、車両が、測位システムとしてＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）を備え、車両の位置が特定される場合には、燃料を給油した小売店等を判別して、燃料に含まれる硫黄成分の含有率を検出しても構わない。または、乗員や作業員が、手入力で硫黄成分の濃度を入力しても構わない。
本実施形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度、空間速度、排気ガスの空燃比、燃料に含まれる硫黄成分の含有率、およびＳＯＸ吸蔵量の全てを判別しているが、この形態に限られず、これらのうち少なくとも１つを検出して、硫黄成分の除去装置に燃料を流通させるか否かを判別することができる。
本実施の形態における開閉装置としての切替弁は、主流路または副流路のいずれか一方に全ての燃料を流通させるように形成されているが、この形態に限られず、開閉装置は、除去装置に流入する燃料の流量を調整できるように形成されていても構わない。たとえば、開閉装置は流量調整弁を含んでいても構わない。開閉装置は、一部の燃料が副流路に流通し、他の燃料が主流路を流通するように形成されていても構わない。開閉装置は、主流路を流れる燃料の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させれば構わない。
また、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ除去率やＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度に応じて、除去装置に流入する燃料の流量が調整可能に形成されていても構わない。ＳＯ_Ｘ除去率を推定し、推定されたＳＯ_Ｘ除去率と予め定められた除去率判定値に基づいて、除去装置に流通させる燃料の流量を定めても構わない。または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度を推定し、推定されたＳＯ_Ｘの濃度と予め定められた濃度判定値に基づいて、除去装置に流通させる燃料の流量を定めても構わない。たとえば、ＳＯ_Ｘ除去率が僅かに判定値よりも小さくなる場合には、少量の燃料を除去装置に流通させるように制御しても構わない。
また、本実施の形態においては、硫黄成分を除去する除去装置に燃料を流通させるべき判定を行ったときに、連続的に除去装置に燃料を流通させているが、この形態に限られず、間欠的に除去装置に燃料を流通させても構わない。
また、本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量に関わらず、一定の除去率判定値または一定の濃度判定値を用いているが、この形態に限られず、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に吸蔵されるＳＯ_Ｘ吸蔵量に応じて、除去率判定値や濃度判定値を変更しても構わない。
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、車両に配置されているが、この形態に限られず、任意の内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用することができる。
実施の形態２
図９および図１０を参照して、実施の形態２における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関の構成は、実施の形態１と同様である（図１参照）。
図９に、本実施の形態における排気浄化装置の運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態における運転制御は、所定の期間ごとに繰返して行うことができる。ステップ１０１からステップ１０９までは、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下であると判別された場合、または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上であると判別された場合に、ステップ１１２に移行する。
燃料に含まれる硫黄成分は、燃焼室２に燃料を噴射する燃料噴射弁３の可動部分を潤滑する機能を有する。本実施の形態においては、燃料噴射弁３において、要求される潤滑性能が高くなるときに、副流路７５を遮断して燃料を除去装置７０に流通させないように制御する。
ステップ１１２においては、１回の燃焼サイクルにおける燃料の噴射回数Ｆを検出する。本実施の形態における内燃機関の１回の燃焼サイクルは、吸気工程、圧縮工程、膨張行程および排気工程を含む。
図１０に、本実施の形態における燃料の噴射パターンの概略図を示す。本実施の形態における内燃機関は、１回の燃焼サイクル中に主噴射の他に補助噴射を行う。図１０に示す例では、１回の燃焼サイクル中に５回の燃料噴射を行っている。機関出力を得るために、略圧縮上死点ＴＤＣで主噴射ＦＭが行なわれる。
主噴射ＦＭの直前には、プレ噴射ＦＰＲが行なわれる場合がある。プレ噴射ＦＰＲを行うことにより、燃焼を安定化させることができる。また、プレ噴射ＦＰＲの前にはパイロット噴射ＦＰＩが行われる場合がある。パイロット噴射ＦＰＩは、例えば、主噴射ＦＭよりもクランク角が２０°以上早い時期に行われる。パイロット噴射ＦＰＩは、燃料が燃焼する前に、空気と燃料とを予め混合させて、主噴射の燃焼を安定化させることができる。
主噴射ＦＭの前に行うプレ噴射ＦＰＲおよびパイロット噴射ＦＰＩは、燃焼を安定化することができるために、例えば、内燃機関の始動直後などの機関本体の温度が低い時に行われると効果的である。また、パイロット噴射ＦＰＩまたはプレ噴射ＦＰＲを行なうことにより、機関本体の騒音やＮＯ_Ｘの発生を抑制することができる。
主噴射ＦＭの後には、アフター噴射ＦＡが行われる場合がある。アフター噴射ＦＡは、主噴射の後の燃焼可能な時期に行なわれる。アフター噴射ＦＡは、例えば圧縮上死点後のクランク角が略４０°までの範囲で行なわれる。アフター噴射ＦＡを行なうことにより、後燃え期間が長くなるために、例えば、燃料の燃え残りとしてのススを燃やすことができる。粒子状物質の排出を抑制することができる。
また、機関排気通路に配置されている排気処理装置の昇温が必要な場合には、アフター噴射ＦＡを行うことにより、排気ガスの温度を上昇させることができる。排気ガスの熱により排気処理装置の昇温を行うことができる。例えば、機関排気通路にパティキュレートフィルタが配置されている場合には、再生を行なう場合にパティキュレートフィルタの昇温が行なわれる。このような排気処理装置の昇温のときに、アフター噴射ＦＡを行うことにより排気ガスの温度を上昇させることができる。
また、主噴射ＦＭの後に、補助噴射としてのポスト噴射ＦＰＯが行われる場合がある。ポスト噴射ＦＰＯは、燃焼室において燃料が燃焼しない噴射である。アフター噴射が機関出力に影響を与える一方で、ポスト噴射は機関出力に寄与しない特徴を有する。ポスト噴射ＦＰＯは、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略９０°から略１２０°の範囲内において行われる。ポスト噴射ＦＰＯを行うことにより、機関排気通路に配置されている排気処理装置に対して未燃燃料の供給が必要な場合に、機関排気通路に未燃燃料を供給することができる。
例えば、機関排気通路にＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒が配置されている場合には、吸蔵されているＮＯ_Ｘを放出するとともに還元するＮＯ_Ｘ放出制御が行われる。ＮＯ_Ｘ放出制御においては、排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチにする。ＮＯ_Ｘ放出制御のときに、ポスト噴射ＦＰＯを行なって機関排気通路に未燃燃料を供給する。この結果、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチにすることができる。
このように、１回の燃焼サイクルにおいて複数回の燃料の噴射が行われる場合がある。燃料の噴射回数が多くなると、燃料噴射弁において要求される潤滑性能が高くなる。図９を参照して、ステップ１１３においては、１回の燃焼サイクルにおける燃料の噴射回数Ｆが予め定められた噴射回数判定値Ｆ_Ｈ以上であるか否かを判別する。噴射回数判定値Ｆ_Ｈは、たとえば、電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶されている。
ステップ１１３において、１回の燃焼サイクルにおける燃料の噴射回数Ｆが噴射回数判定値Ｆ_Ｈ以上の場合には、ステップ１１０に移行して燃料を主流路に流通させる。すなわち、副流路を遮断して、硫黄成分の除去装置を通さずに燃料供給する。ステップ１１３において、燃料の噴射回数Ｆが噴射回数判定値Ｆ_Ｈ未満になる場合には、ステップ１１４に移行する。
ステップ１１４においては、燃料の噴射圧力Ｐを検出する。噴射圧力Ｐは、コモンレール２２に配置されている圧力センサ４４により検出することができる。噴射圧力Ｐが大きくなると、燃料噴射弁３の可動部分に印加される力が大きくなる。このため、燃料噴射弁において高い潤滑性能が要求される。
ステップ１１５においては、噴射圧力Ｐが、噴射圧力判定値Ｐ_Ｈ以上であるか否かが判別される。噴射圧力Ｐが、噴射圧力判定値Ｐ_Ｈ以上である場合には、ステップ１１０に移行して燃料を主流路に流通させる。噴射圧力Ｐが、噴射圧力判定値Ｐ_Ｈ未満である場合には、ステップ１１１に移行する。ステップ１１１においては、燃料を副流路に流通させる。すなわち、燃料を硫黄成分の除去装置に流通させた後に燃焼室に供給する。
このように、本実施の形態においては、燃料噴射弁において要求される潤滑性能が高い場合には、副流路を遮断し、燃料が硫黄成分の除去装置を流通しないようにする。特に、燃料噴射弁において、定常的な機関本体の運転状態よりも高い潤滑性能が要求される場合には、副流路を遮断することが好ましい。この構成により、燃料添加弁の噴射性能の低下や破損を抑制することができる。たとえば、燃料噴射弁からの燃料の噴射量および燃料の噴射時期が不正確になることを抑制することができる。
本実施の形態においては、燃料噴射弁において要求される潤滑性能が高い場合として、燃料の噴射回数が噴射回数判定値以上の場合および燃料の噴射圧力が噴射回数判定値以上の場合を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、燃料噴射弁において高い潤滑性能が要求される任意の場合に、硫黄成分の除去装置への流通を遮断することができる。
また、本実施の形態においては、燃料噴射弁において高い潤滑性能が要求される場合に、硫黄成分の除去装置への流通を遮断しているが、この形態に限られず、除去装置に流通する燃料の流量を少なくする制御を行っても構わない。たとえば、検出された噴射回数および噴射圧力に対応して、除去装置に流通させる燃料の流量を算出し、算出された流量にて燃料を除去装置に流通させても構わない。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
実施の形態３
図１１から図１３を参照して、実施の形態３における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、機関本体を潤滑するための潤滑油の供給流路に、硫黄成分を除去する除去装置が配置されている。本実施の形態における排気浄化装置は、実施の形態１および実施の形態２における燃料の硫黄成分の除去の代わりに、潤滑油に含まれる硫黄成分を除去する。
図１１に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。機関本体１のクランクケース５４の底部には、潤滑油６５が貯留されている。オイルパン５５の底部には、潤滑油６５に含まれる硫黄成分の濃度を検出する硫黄濃度センサ２９が配置されている。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の上流側の機関排気通路には、機関本体１から排出された温度を検出するための温度センサ２５が配置されている。これらの硫黄濃度センサ２９および温度センサ２５の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
図１２に、本実施の形態における潤滑油供給装置の系統図を示す。本実施の形態における内燃機関は、機関本体１に配置されている構成部品に潤滑油を供給する潤滑油供給装置を備える。潤滑油供給装置は、潤滑油貯留部材としてのオイルパン５５と、オイルポンプ８２とを備える。潤滑油は、主流路７８を通って機関本体１の構成部品に供給される。オイルパン５５に貯留されている潤滑油は、オイルポンプ８２が駆動することにより、オイルストレーナ８１を通ってオイルポンプ８２から吐出される。オイルストレーナ８１では、大きな異物が除去される。主流路７８のオイルポンプ８２の出口には、潤滑油をオイルパン５５に戻す戻り流路８０が接続されている。戻り流路８０には、リリーフ弁７６が配置されている。リリーフ弁７６は、オイルポンプ８２の出口圧力が許容値を超えたときに、潤滑油をオイルパン５５に戻すように制御されている。
オイルポンプ８２の出口は、オイルクーラ８３およびオイルフィルタ８４を介してメインオイルホール８６に接続されている。オイルクーラ８３は、潤滑油を冷却する。オイルフィルタ８４は、潤滑油に含まれる異物を除去する。メインオイルホール８６は、潤滑油を一時的に貯留する空間である。
本実施の形態においては、主流路７８において、オイルフィルタ８４とメインオイルホール８６との間に、開閉装置としての切替弁７７が配置されている。主流路７８には、主流路７８を迂回する副流路７９が接続されている。切替弁７７は、主流路７８と副流路７９との分岐点に配置されている。切替弁７７は、副流路７９に流入する潤滑油の流れを遮断したり開放したりすることができるように形成されている。すなわち、切替弁７７は、副流路７９を開閉するように形成されている。本実施の形態における切替弁７７は、潤滑油の流れを主流路７４と副流路７５と間で切替えるように形成されている。切替弁７７は、電子制御ユニット３０により制御されている。
副流路７９には、硫黄成分の除去装置８５が配置されている。除去装置８５は、実施の形態１における硫黄成分の除去装置と同様に、吸着により潤滑油に含まれる硫黄成分を除去するように形成されている。硫黄成分の除去装置は、この形態に限られず、潤滑油に含まれる硫黄成分を除去することができる任意の装置を採用することができる。
メインオイルホール８６に貯留する潤滑油は、主流路７８を通って機関本体の各構成部品に向かって供給される。図１２に示す例においては、メインオイルホール８６から流出する潤滑油は、クランクシャフト５９を支持するクランクシャフトベアリング８８に流入する。クランクシャフトベアリング８８から流出する潤滑油は、コネクティングロッド５８を支持するコネクティングロッドベアリング８９に供給される。本実施の形態においては、潤滑油は、コネクティングロッド５８の内部を通って、ピストン５３を支持するピストンピン９０に供給される。ピストンピン９０から流出した潤滑油は、ピストン５３の壁部に形成された貫通孔を通ってシリンダ壁９１に供給される。シリンダ壁９１に供給された潤滑油は、重力の作用により、オイルパン５５に落下する。また、各構成部品の隙間から漏れ出る潤滑油は、重力の作用により、オイルパン５５に落下する。
メインオイルホール８６から流出する潤滑油は、その他の構成部品にも潤滑油を供給する。例えば、カムシャフトを支持するカムシャフトベアリング８７に潤滑油を供給する。潤滑油供給装置は、さらに、排気ターボチャージャ７に潤滑油を供給できるように形成されていても構わない。各構成部品に供給される潤滑油は、再びオイルパン５５に戻る。潤滑油は、機関本体１の内部を循環する。潤滑油供給装置は、この形態に限られず、少なくともシリンダ壁９１に潤滑油を供給するように形成されていれば構わない。
シリンダ壁９１に供給された潤滑油は、ピストン５３とシリンダ壁９１との間の摩擦抵抗を低減する。ところが、潤滑油には、潤滑のために硫黄成分が含まれている。燃焼室２のシリンダ壁９１に潤滑油が付着する。燃焼室２において燃料が燃焼したときに、シリンダ壁９１に付着した潤滑油に含まれる硫黄成分からＳＯ_Ｘが生成される。生成されたＳＯ_Ｘは、機関排気通路に排出される。
本実施の形態における潤滑油供給装置の切替弁７７は、通常運転時には、主流路７８に潤滑油を流すように制御されている。通常運転時には、副流路７９が遮断され、主流路７８のみに潤滑油が流されている。
本実施の形態においては、ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、主流路を流れる潤滑油を副流路に流入させて除去装置に流通させる。
図１３に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の制御のフローチャートを示す。本実施の形態における運転制御は、所定の期間ごとに行なうことができる。ステップ１０１からステップ１０７までは、実施の形態１における制御と同様である（図４参照）。ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下であるか否かが判別される。
次に、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上であるか否かが判別される。ステップ１２０において、潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率を検出する。本実施の形態においては、オイルパン５５に配置されている硫黄濃度センサ２９により、潤滑油の硫黄成分の含有率を検出する。潤滑油に含まれる硫黄成分が多い場合には、排気ガスに混入するＳＯ_Ｘの量も多くなる。排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘの量が多くなるとＳＯ_Ｘ除去率が低下する。
潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率の検出については、この形態に限られず、任意の方法により検出することができる。たとえば、潤滑油を交換する場合に、乗員や作業員が手入力にて電子制御ユニットに記憶させても構わない。
ステップ１２１において、潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率Ｃが含有率判定値Ｃ_Ｈ以上であるか否かが判別される。潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率Ｃが、予め定められた含有率判定値Ｃ_Ｈ以上の場合には、ステップ１２３に移行する。潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率Ｃが、含有率判定値Ｃ_Ｈ未満である場合には、ステップ１２２に移行する。
このように、ステップ１０１からステップ１２１までの間のそれぞれの判定において、ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が所定の除去率判定値よりも大きく場合、およびＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値未満になる場合には、ステップ１２２に移行する。
ステップ１２２においては、副流路７９の流れを遮断する。本実施の形態においては、切替弁７７の切替えにより、副流路７９を遮断する。硫黄成分の除去装置８５に潤滑油が流れないように制御する。既に副流路７９が遮断されている場合には、その状態を継続する。潤滑油は主流路７８に流通する。
これに対して、ステップ１０１からステップ１２１までの間のそれぞれの判定において、ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、ステップ１２３に移行する。
ステップ１２３においては、副流路を開放する。本実施の形態においては、切替弁７７の切り替えにより、潤滑油の流れを主流路７８に向かう側から副流路７９に向かう側に切替える。既に副流路７９が開放されている場合には、その状態を継続する。潤滑油は、副流路７９に流入する。潤滑油は、硫黄成分の除去装置８５を流通し、硫黄成分が除去される。
硫黄成分が除去された潤滑油は、メインオイルホール８６、コネクティングロッド５８等を通って、シリンダ壁９１に供給される。シリンダ壁９１に供給される潤滑油は、硫黄成分が減少しているために、燃焼室２において形成されるＳＯ_Ｘを減少させることができる。この結果、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６に流入するＳＯ_Ｘ量を減少させることができる。ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６からＳＯ_Ｘが流出することを抑制できる。
また、ＳＯ_Ｘトラップ触媒は、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が飽和量に達するとＳＯ_Ｘを吸蔵することができなくなる。また、ＳＯ_Ｘ吸蔵量が飽和量に近づくと、ＳＯ_Ｘトラップ触媒から流出するＳＯ_Ｘ量が増加する。このような場合には、潤滑油を除去装置に流通させて、潤滑油から硫黄成分を除去することができる。ＳＯ_Ｘトラップ触媒のＳＯ_Ｘ吸蔵量が、予め定められた吸蔵量判定値以上になった場合には、除去装置に潤滑油を流通させる制御を行うことができる。
本実施の形態においては、オイルパンとメインオイルホールの間に、主流路を迂回する副流路が配置され、この副流路に除去装置が配置されているが、この形態に限られず、オイルパンからシリンダ壁に供給する主流路の任意の位置に副流路を形成することができる。
本実施の形態における切替弁は、主流路と副流路とを切替えるように形成されているが、この形態に限られず、副流路に流入させる潤滑油の流量を調整可能に形成されていても構わない。主流路を流れる潤滑油の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させれば構わない。たとえば、ＳＯ_Ｘ除去率を推定し、推定されたＳＯ_Ｘ除去率と除去率判定値に基づいて、除去装置に流通させる潤滑油の流量を定めても構わない。または、ＳＯ_Ｘトラップ触媒に流入するＳＯ_Ｘの濃度を推定し、推定されたＳＯ_Ｘの濃度と濃度判定値に基づいて、除去装置に流通させる潤滑油の流量を定めても構わない。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
実施の形態４
図１１および図１４を参照して、実施の形態４における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関の構成は、実施の形態３と同様である（図１１参照）。
図１４に、本実施の形態における排気浄化装置の運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態における運転制御は、所定の期間ごとに行なうことができる。ステップ１０１からステップ１０７、ステップ１２０およびステップ１２１は、実施の形態２における運転制御と同様である。本実施の形態の運転制御においては、機関本体の構成部品において要求される潤滑性能が高い場合には、副流路を遮断する制御を行う。すなわち、硫黄成分の除去装置に潤滑油が流入しないように制御する。
ステップ１０１からステップ１０７、ステップ１２０およびステップ１２１までの間のそれぞれの判定において、ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、ステップ１２４に移行する。
ステップ１２４においては、機関本体１の温度を検出する。機関本体１の温度は、ＳＯ_Ｘトラップ触媒１６の上流側に配置されている温度センサ２５により検出することができる。または、機関本体１が停止している場合には、外気温センサ４３により外気の温度を検出した後に、機関本体１の温度を推定しても構わない。
次に、ステップ１２５においては、機関本体の温度Ｈが温度判定値Ｈ_Ｌ以下であるか否かを判別する。機関本体の温度Ｈが、温度判定値Ｈ_Ｌ以下である場合には、ステップ１２２に移行して副流路を遮断する。主流路に潤滑油を流通させる。既に、主流路に潤滑油を流通させる場合には、その状態を維持する。例えば、寒冷地などにおいて、機関本体を始動するときには、機関本体の温度が０℃未満になっている場合がある。このような状態で機関本体１を始動するときには、機関本体の構成部品において高い潤滑性能が要求される。この場合には、潤滑油が硫黄成分の除去装置を通らないように制御する。潤滑油から硫黄成分が除去されないように制御する。ステップ１２５において、機関本体の温度が、温度判定値Ｈ_Ｌよりも大きい場合には、ステップ１２６に移行する。
ステップ１２６においては、機関本体の回転数Ｎを検出する。機関本体の回転数Ｎは、クランク角センサ４２の出力信号に基づいて検出することができる。
ステップ１２７においては、機関本体の回転数Ｎが、回転数判定値Ｎ_Ｈ以上であるか否かを判別する。機関本体の回転数Ｎが、回転数判定値Ｎ_Ｈ以上である場合には、ステップ１２２に移行して、副流路を遮断する。主流路に潤滑油を流通させる。内燃機関は、高負荷運転などを行なうことがある。例えば、急な上り坂を登る場合などにおいては、機関本体の回転数が高い状態になる。機関本体の構成部品において高い潤滑性能が要求される。この場合には、潤滑油が硫黄成分の除去装置を通らないように制御する。潤滑油から硫黄成分が除去されないように制御する。ステップ１２７において、機関本体の回転数Ｎが、回転数判定値Ｎ_Ｈよりも小さい場合には、ステップ１２３に移行する。
ステップ１２３においては、除去装置に潤滑油を流通させる。副流路を開放状態にする。本実施の形態においては、潤滑油が流れる流路を主流路の側から副流路の側に切り替える。既に、副流路に潤滑油が流通している場合には、その状態を維持する。
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、機関本体において潤滑性能が要求されるときに、潤滑油の潤滑性能が低下することを防止できる。機関本体の構成部品の性能が低下したり、破損したりすることを抑制することができる。
本実施の形態の内燃機関は、たとえば寒冷地で内燃機関を起動した場合には、機関本体１の温度が非常に低いためにステップ１０２およびステップ１２５の判定により、副流路が遮断される。硫黄成分が除去されない制御が行われる。機関本体が始動して温度が上昇するとともに、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度も上昇する。ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが低温判定値Ｔ_Ｌ以下の場合には、ステップ１０２の判定により、副流路が開放される。硫黄成分の除去装置に潤滑油が流通される。通常の運転状態が継続して、ＳＯ_Ｘトラップ触媒の温度Ｔが低温判定値Ｔ_Ｌより大きくなるとステップ１０２の判定により、副流路が遮断される。このように、運転状態に応じて硫黄成分を除去することができる。
ステップ１２５においては、機関本体の回転数の判定に加えて、回転数判定値以上で運転されている継続時間が判定に加えられても構わない。所定の回転数以上の回転数で長時間にわたって運転を行なう場合には、高い潤滑性能が要求される。このような場合に、潤滑油に含まれる硫黄成分を除去することを回避でき、構成部品に対する潤滑油の潤滑性能を維持することができる。
また、本実施の形態においては、機関本体において高い潤滑性能が要求される場合に、硫黄成分の除去装置への流通を遮断しているが、この形態に限られず、除去装置に流通する潤滑油の流量を少なくする制御を行っても構わない。たとえば、検出された機関本体の温度および機関本体の回転数に対応して、除去装置に流通させる潤滑油の流量を算出し、除去装置に流通させる潤滑油の流量を少なくする制御を行っても構わない。
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。たとえば、燃料の流路および潤滑油の流路の両方に、硫黄成分の除去装置を配置することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。

１機関本体
２燃焼室
３燃料噴射弁
１６ＳＯ_Ｘトラップ材
１７ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒
３０電子制御ユニット
６５潤滑油
７０除去装置
７３切替弁
７４主流路
７５副流路
７７切替弁
７８主流路
７９副流路
８５除去装置

Claims

機関排気通路内に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流の機関排気通路内に配置され、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するＳＯ_Ｘトラップ材とを備え、
機関本体の燃焼室に燃料を供給する主流路に、主流路を迂回する副流路が接続され、副流路に燃料に含まれる硫黄成分を除去する除去装置が配置され、更に副流路を開閉する開閉装置が配置されており、
ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、主流路を流れる燃料の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合は、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が低温側の予め定められた低温判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が高温側の予め定められた高温判定値以上の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空間速度が予め定められた速度判定値以上の場合、およびＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ吸蔵量が予め定められた吸蔵量判定値以上の場合のうち少なくとも一つの場合を含むことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合は、燃焼室に供給される燃料に含まれる硫黄成分の含有率が予め定められた含有率判定値以上の場合を含むことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁に要求される潤滑性能が高くなる場合には、副流路を遮断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。
燃料室に燃料を噴射する燃料噴射弁において要求される潤滑性能が高くなる場合は、１回の燃焼サイクルにおける燃料の噴射回数が予め定められた噴射回数判定値以上の場合、および燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力が予め定められた圧力判定値以上の場合のうち少なくとも一方を含む、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
機関排気通路内に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時には排気ガス中に含まれるＮＯ_Ｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯ_Ｘを放出するＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒と、
ＮＯ_Ｘ吸蔵還元触媒の上流の機関排気通路内に配置され、排気ガスに含まれるＳＯ_Ｘを除去するＳＯ_Ｘトラップ材とを備え、
機関本体において機関本体の潤滑油を循環させる主流路に、主流路を迂回する副流路が接続され、副流路には潤滑油に含まれる硫黄成分を除去する除去装置が配置され、更に副流路を開閉する開閉装置が配置されており、
ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合、またはＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合には、主流路を流れる潤滑油の少なくとも一部を副流路に流入させて除去装置に流通させることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ除去率が予め定められた除去率判定値以下になった場合は、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が低温側の予め定められた低温判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材の温度が高温側の予め定められた高温判定値以上の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空燃比が予め定められた空燃比判定値以下の場合、ＳＯ_Ｘトラップ材に流入する排気ガスの空間速度が予め定められた速度判定値以上の場合、およびＳＯ_Ｘトラップ材のＳＯ_Ｘ吸蔵量が予め定められた吸蔵量判定値以上の場合のうち少なくとも一つの場合を含むことを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
ＳＯ_Ｘトラップ材に流入するＳＯ_Ｘの濃度が予め定められた濃度判定値以上になった場合は、潤滑油に含まれる硫黄成分の含有率が予め定められた含有率判定値以上の場合を含むことを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
機関本体の構成部品において要求される潤滑性能が高くなる場合には、副流路を遮断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浄化装置。
機関本体の構成部品において要求される潤滑性能が高くなる場合は、機関本体の回転数が予め定められた回転数判定値以上の場合、および機関本体の温度が予め定められた温度判定値以下の場合のうち少なくとも一方を含む、請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。