WO2008143022A1 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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WO2008143022A1
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sensor
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sensor unit
exhaust gas
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Hiroshi Otsuki
Takamitsu Asanuma
Kohei Yoshida
Hiromasa Nishioka
Shinya Hirota
Kotaro Hayashi
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
  • So x concentration sensor for detecting the so x concentration than in the exhaust gas conventionally known.
  • S_ ⁇ x concentration sensor is used to normally solid electrolyte
  • S_ ⁇ x is to detect the so x concentration electromotive force to be measured in the exhaust gas produced by varying the sulfate ion ( For example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2 044-23 9706.)
  • S_ ⁇ x concentration sensor conventional sulfur Ingredients detecting device using not only operate under high temperatures, the device becomes large-scaled, detects S_ ⁇ x concentration especially when S_ ⁇ x concentration is low There is a big problem that it is not possible.
  • the so x in the conventional manner of the density sensor is only directed eye to detect so x concentration instantaneously, various questions as mentioned above as long as you are you'll detect Thus S_ ⁇ x concentration instantaneously The title inevitably arises.
  • the present inventor changed the way of thinking and turned not to detect the instantaneous so x concentration but to detect the accumulated amount of s0 x discharged over a long period of time. And now the accumulated amount of such a long period Wataruconnection discharged so x by performing the change in thinking can easily detect, is placed in the engine exhaust passage from the integrated amount of the so x It is now possible to estimate the amount of s0 x stored in the catalyst.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can easily estimate the amount of so x stored in a catalyst.
  • the sensor unit that captures so x contained in the exhaust gas is provided.
  • the amount of sO x captured by this sensor unit can be detected from changes in the physical properties of the sensor unit.
  • the s O x sensor is placed in the engine exhaust passage upstream of the catalyst, and the amount of so x captured by the sensor unit is
  • there is a deviation correction means that corrects the deviation in the estimated value of the so x storage amount resulting from the difference between the so x capture rate of the sensor and the so x capture rate of the catalyst.
  • FIG. 1 showing a compression ignition type internal combustion engine
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of detection of S_ ⁇ x
  • Fig. 3 is a diagram for explaining a method of detecting S_ ⁇ x, 4 of the SO x view for explaining a detection method
  • FIG 5 is a diagram for explaining the detection how the S_ ⁇ x, 6 side, cross-sectional view showing another embodiment of the SO x sensor
  • Fig 7 is N_ ⁇ x
  • Figure 8 shows the SO x capture rate of the storage catalyst and the sensor part of the S0 x sensor
  • Figure 8 shows the temperature change of the NO x storage catalyst and the sensor part of the SO x sensor
  • Figure 9 shows the NO x storage catalyst and the S0 sensor.
  • FIG. 10 shows the SO x capture rate of the sensor part of the x sensor
  • Fig. 10 shows the N o x storage catalyst and the S o x capture rate of the sensor part of the SO x sensor
  • Fig. 11 shows the NO x storage catalyst.
  • the Flow chart for calculating the amount of SO x S_ ⁇ , 1 2 is a diagram showing a S_ ⁇ x capture rate of the sensor portion of the NO x storage catalyst and SO x sensor, Figures 1 to 3 which are inserted in the NO x storage catalyst It is a flowchart for calculating x amount.
  • Figure 1 shows an overall view of a compression ignition type internal combustion engine.
  • 1 is an engine body
  • 2 is a combustion chamber of each cylinder
  • 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each combustion chamber
  • 4 is an intake manifold
  • 5 is Each exhaust manifold is shown.
  • the intake manifold 4 is connected to the outlet of the compressor 7a of the exhaust evening charge charger 7 through the intake duct 6, and the inlet of the compressor 7a is connected to the air cleaner 9 through the intake air amount detector 8. Is done.
  • a throttle valve 10 driven by a step motor is disposed in the intake duct 6, and a cooling device for cooling the intake air flowing in the intake duct 6 around the intake duct 6 1 1 Is placed.
  • the engine cooling water is guided into the cooling device 11 and the intake air is cooled by the engine cooling water.
  • the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the exhaust evening bin 7 b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the exhaust turbine 7 b is connected to the inlet of the S ⁇ x trap catalyst 12.
  • the outlet of the SO x trap catalyst 12 is connected to the catalyst 14 through which the SO x contained in the exhaust gas is captured and stored via the exhaust pipe 1 3.
  • this catalyst 14 consists of a NO x storage catalyst.
  • the exhaust pipe 1 3 is provided with a reducing agent supply valve 15 for supplying a reducing agent made of, for example, hydrocarbons into the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 1 3.
  • S_ ⁇ x sensor 1 6 for detecting the S_ ⁇ x in the scan are placed.
  • the exhaust manifold 5 and the intake manifold 4 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 17, and an electronically controlled EGR control valve 18 is provided in the EGR passage 15. Be placed.
  • a cooling device 19 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 17 is disposed around the EGR passage 17.
  • the engine cooling water is led into the cooling device 19 and the EGR gas is cooled by the engine cooling water.
  • each fuel injection valve 3 is connected to a common rail 21 through a fuel supply pipe 20. Fuel is supplied into the common rail 21 from an electronically controlled fuel pump 22 with variable discharge amount, and the fuel supplied into the common rail 21 is a fuel injection valve via each fuel supply pipe 20. Supplied to 3.
  • the electronic control unit 30 consists of a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 3 1 RM (read-only memory) 3 2, RAM (random access memory) 3 3, CPU (microphone processor) 3 4, with input port 3 5 and output port 3 6 S_ ⁇ x
  • the trapping catalyst 1 2 is attached a temperature sensor 2 3 for detecting the temperature of S_ ⁇ x trap catalyst 1 2, in the NO x storage catalyst 1 4 detects the temperature of N_ ⁇ x storage catalyst 1 4
  • a temperature sensor 2 4 is installed.
  • the output signals of these temperature sensors 23 and 24 and the intake air amount detector 8 are input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
  • SO x output signal representative of the temperature of the sensor 1 6 is inputted to the input port 35 via an AD converter 3 7 corresponding output signal representative of the SO x trapped amount of S ⁇ x sensor 1 6 detecting circuit 3 Entered in 9.
  • the output signal of the detection circuit 39 is input to the input port 35 via the corresponding AD converter 37.
  • a load sensor 41 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 40 is connected to the accelerator pedal 40.
  • the output voltage of 1 is input to the input port 3 5 via the corresponding AD converter 3 7.
  • a crank angle sensor 42 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 15 ° is connected to the input port 35.
  • the output port 3 6 is connected to the fuel injection valve 3 and the throttle valve 10 through the corresponding drive circuit 3 8, the step motor for driving, the reducing agent supply valve 15, the EGR control valve 18 and the fuel pump 2 2.
  • a noble metal catalyst made of, for example, platinum Pt is placed on a catalyst support made of, for example, alumina. , potassium, sodium N a, alkaline earth such as an alkali metal or barium B a, calcium C a like cesium C s, or lanthanum L a, a rare earth such as Lee Tsu preparative helium Y NO x
  • An absorbent layer is formed, and the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage of the engine intake passage, combustion chamber 2 and N0 x storage catalyst 1 4 upstream is determined as the exhaust gas
  • This is the NO x storage Catalyst 1 4 absorbs N_ ⁇ x when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, perform absorption and release action of N_ ⁇ x the oxygen concentration in the exhaust gas to release the drop Then it absorbed N_ ⁇ x.
  • N_ ⁇ x in the exhaust gas is absorbed in the N ⁇ x storage catalyst 1 in 4 when namely the burning fuel under a lean air-fuel ratio is performed.
  • N_ ⁇ x is the storage catalysts 1 4 time will be sulfate increases as elapses, thus to N_ ⁇ x amount the NO x storage catalyst 1 4 Ru bovine absorbed over time by the Will be reduced. That is, N0 x storage catalyst 14 causes SO x poisoning.
  • this SO x trap catalyst 12 a coat layer is formed on a substrate, and a noble metal catalyst is dispersed and supported on the surface of the coat layer.
  • platinum is used as a noble metal catalyst, and the components constituting the coating layer include alkali metals such as potassium K, sodium Na, and cesium C s, norm B a, alkaline earth such as calcium C a, lanthanum L a, cum thorium
  • this S_ ⁇ x trap catalyst 1 2 that one is used at least a rare earth such as Y has the amount of trapped S_ ⁇ x As little as possible, it captures almost 100% of the amount of S0 x contained in the exhaust gas.
  • the SO x trap catalyst 1 2 from S_ ⁇ x is released, such as when only temperature of the SO x trapping amount is large becomes the the SO x trap catalyst 1 2 was high summer while the released SO x is the NO x storage catalyst 1 will flow into 4. So As a result, ⁇ ⁇ ⁇ occlusion catalyst 14 will cause S ⁇ x poisoning.
  • Sensor portion of the SO x sensor 1 6 is formed from a metal or metal compound able to trap S_ ⁇ x in the exhaust gas, a metal or metal compound to form a sensor portion of the S_ ⁇ x sensor 1 6
  • FIG. 2 (A) it is schematically shown by reference numeral 50.
  • the metal or metal compound 50 shown in FIG. 2 (A) consists of a metal or metal compound that does not contain sulfur.
  • the metal or metal compound 50 is composed of an Al metal, an alkaline earth metal, a rare earth metal, a noble metal, or a compound of these metals.
  • Norium B a is barium oxide B a O in the atmosphere, especially barium hydroxide B a (OH) 2 in the presence of water. Changes to barium oxide B a O or barium hydroxide B a (OH) 2 barium carbonate in the Tadachi by C_ ⁇ and C_ ⁇ 2 contained in the exhaust gas when placed in the exhaust gas B a C 0 3 of this To be sedated. The carbonate burr ⁇ beam B a C_ ⁇ 3 further caused to change in the barium nitrate B a (N0 3) 2 by the NO x contained in the exhaust gas.
  • the metal or metal compound 50 shown in Fig. 2 (A) is either barium oxide B aO or barium hydroxide B a (OH) 2 or barium carbonate B a C_ ⁇ 3 or barium nitrate B a (N 0 3) 2, barium nitrate B a in the case where the metal or metal compound 5 0 is placed in the exhaust gas (N 0 3 ) 2
  • the metal or metal compound 50 shown in Fig. 2 (A) is composed of oxide, hydroxide, carbonate or nitrate, and this metal or metal compound 50 is placed in the exhaust gas. In most cases, it becomes nitrate.
  • Barium nitrate B a (N 0 3 ) 2 changes to barium sulfate B a SO 4 .
  • a part of nitrate is changed to sulfate.
  • the proportion of sulfate in the metal compound 5 1 increases with time, that is, as the amount of captured SO x increases.
  • FIG. 2 (C) shows the case where the metal or metal compound 50 is composed of a noble metal or a compound thereof.
  • this noble metal palladium Pd, rhodium Rh or platinum Pt can be used, and FIG. 2 (C) shows an example in which palladium Pd is used.
  • the metal oxide P d 0 changes to sulfide P d S.
  • FIGS. 3 to 6 will be described with reference to an example in which nitrate is changed to sulfate as shown in FIG. 2 (B).
  • Figure 3 shows the case where the measured physical property is electrical property and the measured electrical property is electrical resistance.
  • FIG. 3 (A) is that illustrates the relationship between the amount of trapped electrical resistance value R of S_ ⁇ x.
  • the amount of trapped S_ ⁇ x as shown in FIG. 3 (A) is increased, also increases i.e. the amount of change as the electric resistance value R is large variation from nitrates to sulfates. Therefore, the trapped amount of S0 x can be determined from the electrical resistance value R.
  • FIG. 3 (B) shows the detection unit of the SO x sensor 16 shown in FIG.
  • the detection part of the SO x sensor 16 is supported by a detection sensor part 5 3 composed of a metal compound piece supported by a pair of terminals 52 and a pair of terminals 54.
  • a reference sensor unit 55 made of a metal compound piece, and a temperature sensor 56 is arranged in this detection unit.
  • the detection sensor section 53 is made of an oxide, carbonate or nitrate
  • the reference sensor section 55 is made of a sulfate.
  • the exhaust gas sensor for reference unit 5 5 unchanged but detecting sensor unit 3 and flows change nitrate when not a nitrate, then nitrate sulphates slightly by including Murrell S_ ⁇ x in the exhaust gas To change. Therefore, the amount of change in the electric resistance value R of the detection sensor part 53 is gradually increased. It will be.
  • the electric resistance R of the detection sensor section 53 increases as the ambient temperature increases. Therefore, a reference sensor 55 is provided in order to eliminate the influence of such a temperature change on the electric resistance value R.
  • a whistle bridge as shown in FIG. 3 (C) is used.
  • the trapped amount of SO x is obtained from the difference between the electric resistance value of the detection sensor 53 and the electric resistance value of the reference sensor unit 55.
  • This white bridge is provided in the detection circuit 39 shown in FIG.
  • the Wheatstone bridge shown in Fig. 3 (C) the voltage V appearing in the voltmeter 5 7 increases as the collection amount of S0 x increases as shown in Fig. 3 (D). This voltage V is input to the input port 3 5 via the AD converter 3 7.
  • Figures 4 and 5 show cases where the measured physical properties are thermal properties, and the measured thermal properties are heat capacity and thermal conductivity.
  • FIG. 5 (A) shows the detection part of the SO x sensor 16.
  • a thermistor element 5 8 having a pair of lead wires 5 7 and a thermistor element 6 2 having a pair of lead wires 6 1 are provided.
  • the detection sensor section 60 is formed by surrounding the thermistor element 58 with the metal compound 59, and the periphery of the thermistor element 62 is surrounded with the metal compound 63.
  • the reference sensor portion 64 is formed.
  • the heat capacity of the metal compound 59 is determined from the responsiveness of the change in the resistance value of the thermistor element 58 when the temperature around the detection sensor 60 is changed.
  • the heat capacity of the metal compound 6 3 is estimated from the responsiveness of the change in the resistance value of the miscellaneous element 6 2 when the temperature around the reference sensor section 6 4 changes, and the difference between these heat capacities Therefore, the amount of S0 x collected is calculated.
  • the difference between the resistance value of the thermistor element 58 and the resistance value of the thermistor element 62 is expressed in terms of voltage using a Wheatstone bridge as shown in FIG. Desired. In this case, it decreases as S_ ⁇ x
  • This voltage V of the voltmeter 6 5 that Genwa the difference in resistance values to be trapped in the sea urchin sensor portion 6 0 I shown in FIG. 5 (C) is increased.
  • the temperature of the detection sensor unit 60 is detected by the voltmeter 66.
  • heaters 6 7 and 6 8 for heating the detection sensor unit 60 and the reference sensor unit 64 are provided.
  • the temperature of the sensor units 60 and 64 can be raised to an arbitrary temperature by generating heat in the mists 6 7 and 6 8.
  • the heat capacity difference between the metal compound 5 9 and the metal compound 6 3 can be obtained by generating heat from these heat sources 6 7 and 6 8.
  • the SO x trap rate in the NO x storage catalyst 14 and the SO x sensor 1 Assuming that both S ⁇ x capture rates to 6 sensor parts 5 3 and 60 are equal, For example the amount of SO x is trapped in the NO x storage catalyst 1 4 When was both 1 0 0% occlusion is proportional to S_ ⁇ x amount trapped in the sensor unit 5 3, 6 0 of the SO x sensor 1 6 . Therefore, in this case, NO x occlusion is obtained by multiplying the amount of S o x trapped in the sensor parts 53, 60 of the S o x sensor 16 by a predetermined magnification C obtained by experiment. The amount of SO x stored in the catalyst 14 can be estimated.
  • the SO x capture rate RN of N0 x storage catalyst 14 changes according to the temperature of NO x storage catalyst 14 (horizontal axis in Fig. 7), and the SO x sensor
  • the SO x capture rate RS of the sensor parts 5 3 and 60 of 16 changes according to the temperature of the sensor parts 5 3 and 60 (horizontal axis in FIG. 7).
  • the SO x sensor 16 has a smaller heat capacity than the N0 x storage catalyst 14, so it changes quickly with respect to changes in the exhaust temperature, and the NO x release from the reducing agent supply valve 15 since little temperature than is S_ ⁇ x sensor 1 6 towards the N ⁇ x storage catalyst 1 4 by oxidation reaction heat of the supplied reducing agent is higher N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 temperature and S_ ⁇ x sensor 1 6 As shown in Fig. 8, the temperatures are usually different from each other.
  • N_ ⁇ and shall be the N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 S_ ⁇ x capture rate RN as described above and S_ ⁇ x sensor 1 6 of the sensor unit 5 3, 6 0 S_ ⁇ x capture rate of RS are equal x
  • the amount of S0 x captured and stored in the catalyst 14 is proportional to the amount of S0 x trapped in the sensor parts 5 3 and 60 of the SO x sensor 16, so in this case, S_ ⁇ x sensor 1 6 of the sensor unit 5 3, 6 0 S_ ⁇ x amount occluded in the N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 by multiplying the magnification C that is predetermined for the amount of SO x trapped in Can be estimated.
  • the deviation correction means using the SO x sensor with human Isseki shown in FIG. 6 as S_ ⁇ x sensor 1 6, S_ ⁇ x capture rate of the sensor portion 6 0 S_ ⁇ x sensor 1 6 The deviation is corrected by controlling the temperature of the sensor 60 so that RS and the SO x trapping rate RN of the NO x storage catalyst 14 are equal.
  • Figure 9 shows the peak value where the S0 x capture rate RN of the N0 x storage catalyst 14 is approximately 100%.
  • the lowest temperature among the temperature of the sensor portion 6 0 S_ ⁇ x capture rate RS becomes the peak value of the sensor portion 6 0 S_ ⁇ x sensor 1 6 and the target temperature T o, the sensor unit 6
  • the nights 6 7 and 6 8 are turned on, and the temperature of the sensor 60 is raised to the target temperature To.
  • Fig. 10 (A) shows NO x storage catalyst 14 S0 x capture rate RN peak value
  • Figure 10 (B) shows the case where the S0 x capture rate RN of the NO x storage catalyst 14 is lower than the peak value.
  • NO x storage catalyst 1 4 and higher than the temperature of the N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 sensor portion 5 3 of S_ ⁇ x capture rate RN and S_ ⁇ x capturing Eritsu point C RS is equal to , 60 is set as the target temperature To, and when the temperature of the sensor 60 is lower than the target temperature To, the heat 6 7, 6 8 is turned on and the temperature of the sensor 60 is set as the target The temperature can be raised to T o.
  • Fig. 11 shows the routine for calculating S o x occlusion amount of NO x occlusion catalyst 1 4
  • N o x occlusion catalyst 14 S o x capture rate RN Is a peak value that is approximately 100 percent.
  • the routine proceeds to step 71, where the target temperature To shown in FIG. 9 is read, and then the routine proceeds to step 73.
  • S0 x capture rate RN is not the peak value
  • the process proceeds to step 72, and when SO x capture rate RS becomes equal to S 0 ⁇ capture rate RN, it is shown in Fig. 1 0 ( ⁇ ), ( ⁇ )
  • the target temperature To at point C is calculated. Then go to step 73.
  • step 73 it is determined whether or not the temperature T s force S of the sensor portion 60 of the S0 x sensor 16 is lower than the target temperature To.
  • T s ⁇ To the routine proceeds to step 75, where the heaters 6 7, 6 8 are turned off, and then proceeds to step 76.
  • T s ⁇ ⁇ the process proceeds to step 7 4, where the evenings 6 7 and 6 8 are turned on, and then proceeds to step 7 6.
  • Step 7 6 In S 0 chi sensor 1 output value V 6 is read in, vo chi storage amount Nyu_ ⁇ chi storage catalyst 1 4 from the output value V in step 7 7 is calculated.
  • the sensor parts 5 3 and 60 and the NO x storage catalyst 1 are used so that there is no deviation between the estimated value of the S o x storage amount in the NO x storage catalyst 14 and the actual S o x storage amount.
  • NO x occlusion catalyst 14 is estimated to increase or decrease the estimated S o x occlusion amount of 4.
  • the temperature of the sensor parts 5 3, 60 of the S0 x sensor 16 is 20 0 ° C and the S0 x capture rate RS is RS a, while NO x
  • the temperature of the storage catalyst 14 is 30 and the SO x capture rate RN is RN b.
  • SO x trap rate RN when estimating the amount of SO x stored per unit time in N o x storage catalyst 14 based on the amount of S o x trapped per unit time by sensor units 5 3 and 60, SO x trap rate RN, occlusion amount of SO x in comparison with the storage S_ ⁇ x amount to the NO x storage catalyst 1 4 per unit time when equal RS is seen to be a RN b ZRS a fold.
  • the S0 x storage amount of the NO x storage catalyst 14 Can be obtained by multiplying the amount of S0 x captured by the sensor units 5 3 and 60 by a predetermined magnification C.
  • the estimated S o x storage amount of the NO x storage catalyst 14 is calculated by the sensor units 5 3 and 6 Multiply the amount of S0 x trapped in 0 by a predetermined magnification C and the SO x capture rate RN of the NO x storage catalyst 14 / the SO x capture rate RS of the sensor units 5 3 and 6 0 It will be obtained.
  • Fig. 13 shows the routine for calculating the SO x storage amount of the NO x storage catalyst 14. This routine is executed by interruption at regular intervals.
  • Fig. 13 When Fig. 13 is calculated, first, at step 80, the output value V of S0 x sensor 16 is read. Next, in step 81, S_ ⁇ x sensor 1 6 output value V and the current processing site S_ ⁇ in cycle x sensor 1 6 sensor unit 3 from the difference between the output value V of, 6 zero captured amount of SO x of units of the recycling The amount of increase ⁇ Q per hour is calculated.
  • step 82 the temperature of N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 and S_ ⁇ x sensor 1 6 of the sensor unit 5 3, 6 0 based on the temperature of the relationship to these shown in FIG. 7 NO x storage catalyst 1 4 SO
  • the x capture rate RN and the SO x capture rate RS of the sensor parts 5 3 and 60 of the SO x sensor 16 are calculated.
  • a predetermined magnification Sutetsu flop 8 3 At trapped SO x amount of increase, SO x amount ASOXZ to be occluded per unit time N_ ⁇ x storage catalyst 1 4 by multiplying the RN ZR S is calculated .
  • SO x Aishiguma S_ ⁇ XZ being occluded is calculated in step 8 4 Te cowpea to adding the S_ ⁇ x amount ASOXZ to ⁇ S_ ⁇ XZ in N_ ⁇ x storage catalyst 1 4.

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Abstract

内燃機関において、排気ガス中に含まれるＳＯxを捕獲するセンサ部（５３，６０）を有すると共にこのセンサ部（５３，６０）に捕獲されたＳＯxの量をセンサ部（５３，６０）の物性変化から検出可能なＳＯxセンサ（１６）がＮＯx吸蔵触媒（１４）上流の機関排気通路内に配置される。センサ部（５３，６０）に捕獲されたＳＯxの量からＮＯx吸蔵触媒（１４）に吸蔵されたＳＯxの量を推定する際にセンサ部（５３，６０）のＳＯx捕獲率とＮＯx吸蔵触媒（１４）のＳＯx捕獲率の差異から生ずるＳＯx吸蔵量の推定値のずれが補正される。

Description

明 細 書 内燃機関の排気浄化装置 技術分野
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。 背景技術
従来より排気ガス中に s ox濃度を検出するための s ox濃度セン サが公知である。 これら公知の s〇x濃度センサは通常固体電解質 を用いており、 s〇xが硫酸イオンに変化することにより生ずる起 電力を計測して排気ガス中の s ox濃度を検出するようにしている (例えば特開 2 0 04— 2 3 9 7 0 6号公報を参照） 。
しかしながらこのような S〇x濃度センサを用いた従来の硫黄成 分検出装置は高温のもとでしか作動せず、 装置が大掛かりとなり、 特に S〇 x濃度が低いときには S〇 x濃度を検出しえないという大き な問題がある。 この s ox濃度センサのように従来では s ox濃度を 瞬時に検出することばかりに目が向けられており、 このように S〇 x濃度を瞬時に検出しょうとしている限りは上述した如き種々の問 題が必然的に生ずる。
そこで本発明者は発想を転換し、 瞬時の s ox濃度を検出するの ではなくて、 長い期間に亘つて排出された s〇xの積算量を検出す ることに目を向けたのである。 そしてこのような発想の転換を行う ことにより長い期間に亘つて排出された s oxの積算量を容易に検 出できるようになり、 この s oxの積算量から機関排気通路内に配 置された触媒への s〇x吸蔵量を推定しうるようになった。
ただし、 この s〇xの積算量から触媒への s〇x吸蔵量を推定する 場合には、 s oxの積算量を検出する際の s ox捕獲率および触媒の s〇x捕獲率を考慮に入れないと s〇x吸蔵量の推定値が正規の値か らずれてしまうことが判明した。 発明の開示
本発明の目的は触媒に吸蔵された s oxの量を容易に推定するこ とのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明によれば、 機関排気通路内に排気ガス中に含まれる s〇x が捕獲され吸蔵される触媒を配置した内燃機関において、 排気ガス 中に含まれる s oxを捕獲するセンサ部を有すると共にこのセンサ 部に捕獲された s〇xの量をセンサ部の物性変化から検出可能な s 〇xセンサを触媒上流の機関排気通路内に配置し、 センサ部に捕獲 された s oxの量から触媒に吸蔵された s〇xの量を推定する際にセ ンサ部の s ox捕獲率と触媒の s ox捕獲率の差異から生ずる s ox 吸蔵量の推定値のずれを補正するずれ補正手段を具備した内燃機関 の排気浄化装置が提供される。 図面の簡単な説明
図 1 は圧縮着火式内燃機関を示す図、 図 2は S〇xの検出原理を 説明するための図、 図 3は S〇xの検出方法を説明するための図、 図 4は S Oxの検出方法を説明するための図、 図 5は S〇xの検出方 法を説明するための図、 図 6は S Oxセンサの別の実施例を示す側 面断面図、 図 7は N〇x吸蔵触媒と S〇xセンサのセンサ部の S Ox 捕獲率を示す図、 図 8は NOx吸蔵触媒と S Oxセンサのセンサ部の 温度変化を示す図、 図 9は N Ox吸蔵触媒と S〇xセンサのセンサ部 の S Ox捕獲率を示す図、 図 1 0は N〇x吸蔵触媒と S Oxセンサの センサ部の S〇x捕獲率を示す図、 図 1 1は NOx吸蔵触媒に吸蔵さ れる S O x量を算出するためのフローチャート、 図 1 2は N O x吸蔵 触媒と S O xセンサのセンサ部の S〇x捕獲率を示す図、 図 1 3は N O x吸蔵触媒に吸蔵される S〇x量を算出するためのフローチャート である。 発明を実施するための最良の形態
図 1 に圧縮着火式内燃機関の全体図を示す。
図 1 を参照すると、 1は機関本体、 2は各気筒の燃焼室、 3は各 燃焼室 2内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、 4 は吸気マ二ホルド、 5は排気マニホルドを夫々示す。 吸気マ二ホル ド 4は吸気ダク ト 6を介して排気夕一ポチャージャ 7のコンプレツ サ 7 aの出口に連結され、 コンプレッサ 7 a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 1 0が配置され、 更 に吸気ダク ト 6周りには吸気ダク ト 6内を流れる吸入空気を冷却す るための冷却装置 1 1が配置される。 図 1 に示される実施例では機 関冷却水が冷却装置 1 1内に導かれ、 機関冷却水によって吸入空気 が冷却される。
一方、 排気マニホルド 5は排気タ一ポチャージャ 7の排気夕一ビ ン 7 bの入口に連結され、 排気タービン 7 bの出口は S〇x トラッ プ触媒 1 2 の入口に連結される。 また、 S O x トラップ触媒 1 2 の 出口は排気管 1 3 を介して排気ガス中に含まれる S O xが捕獲され 吸蔵される触媒 1 4に連結される。 図 1 に示される実施例ではこの 触媒 1 4は N O x吸蔵触媒からなる。 排気管 1 3には排気管 1 3内 を流れる排気ガス中に例えば炭化水素からなる還元剤を供給するた めの還元剤供給弁 1 5が取付けられ、 更に排気管 1 3内には排気ガ ス中の S〇xを検出するための S〇xセンサ 1 6が配置される。 排気マ二ホルド 5 と吸気マ二ホルド 4とは排気ガス再循環 （以下 、 E G Rと称す） 通路 1 7 を介して互いに連結され、 E G R通路 1 5内には電子制御式 E G R制御弁 1 8が配置される。 また、 E G R 通路 1 7周りには E G R通路 1 7内を流れる E G Rガスを冷却する ための冷却装置 1 9が配置される。 図 1 に示される実施例では機関 冷却水が冷却装置 1 9内に導かれ、 機関冷却水によって E GRガス が冷却される。 一方、 各燃料噴射弁 3は燃料供給管 2 0 を介してコ モンレール 2 1 に連結される。 このコモンレール 2 1内へは電子制 御式の吐出量可変な燃料ポンプ 2 2から燃料が供給され、 コモンレ ール 2 1内に供給された燃料は各燃料供給管 2 0 を介して燃料噴射 弁 3に供給される。
電子制御ュニッ ト 3 0はデジタルコンピュータからなり、 双方向 性バス 3 1 によって互いに接続された R〇 M (リードオンリメモリ ) 3 2、 RAM (ランダムアクセスメモリ） 3 3、 C P U (マイク 口プロセッサ） 3 4、 入力ポート 3 5および出力ポート 3 6を具備 する。 S〇 x トラップ触媒 1 2には S〇 x トラップ触媒 1 2の温度を 検出するための温度センサ 2 3が取付けられ、 NOx吸蔵触媒 1 4 には N〇x吸蔵触媒 1 4の温度を検出するための温度センサ 2 4が 取付けられる。 これら温度センサ 2 3， 2 4および吸入空気量検出 器 8の出力信号は夫々対応する AD変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に入力される。 また、 S Oxセンサ 1 6の温度を表す出力信号 は対応する AD変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に入力され、 S 〇xセンサ 1 6の S Ox捕獲量を表す出力信号は検出回路 3 9に入力 される。 この検出回路 3 9の出力信号は対応する A D変換器 3 7 を 介して入力ポート 3 5に入力される。
アクセルペダル 4 0にはアクセルペダル 4 0の踏込み量 Lに比例 した出力電圧を発生する負荷センサ 4 1が接続され、 負荷センサ 4 1 の出力電圧は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5に 入力される。 更に入力ポート 3 5にはクランクシャフ トが例えば 1 5 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 4 2が接 続される。 一方、 出力ポート 3 6は対応する駆動回路 3 8を介して 燃料噴射弁 3、 スロッ トル弁 1 0の駆動用ステップモー夕、 還元剤 供給弁 1 5 、 E G R制御弁 1 8および燃料ポンプ 2 2に接続される まず初めに図 1 に示される N〇x吸蔵触媒 1 4について説明する と、 この N〇x吸蔵触媒 1 4では例えばアルミナからなる触媒担体 上に例えば白金 P tからなる貴金属触媒と、 カリウム 、 ナトリウ ム N a、 セシウム C s のようなアルカリ金属、 又はバリウム B a、 カルシウム C aのようなアルカリ土類、 又はランタン L a、 イ ッ ト リウム Yのような希土類からなる N O x吸収剤の層とが形成されて おり、 機関吸気通路、 燃焼室 2および N〇x吸蔵触媒 1 4上流の排 気通路内に供給された空気および燃料 （炭化水素） の比を排気ガス の空燃比と称すると、 この N O x吸蔵触媒 1 4は排気ガスの空燃比 がリーンのときには N〇xを吸収し、 排気ガス中の酸素濃度が低下 すると吸収した N〇 xを放出する N〇 xの吸放出作用を行う。
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、 即ちリーン空 燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中の N〇xが N 〇x吸蔵触媒 1 4内に吸収される。 しかしながらリーン空燃比のも とでの燃焼が継続して行われるとその間に N〇x吸蔵触媒 1 4の N 〇x吸収能力が飽和してしまい、 斯く して N〇x吸蔵触媒 1 4により N〇xを吸収できなくなってしまう。 そこで本発明による実施例で は N〇x吸蔵触媒 1 4の吸収能力が飽和する前に還元剤供給弁 1 5 から還元剤を供給することによって排気ガスの空燃比を一時的にリ ツチにし、 それによつて N〇x吸蔵触媒 1 4から N〇xを放出させる ようにしている。
ところで排気ガス中には S O xが含まれており、 この S O xが N〇 x吸蔵触媒 1 4に流入するとこの S〇xは N〇x吸蔵触媒 1 4に吸収 され、 安定した硫酸塩を生成する。 しかしながらこの硫酸塩は安定 していて分解しづらく、 排気ガスの空燃比を単にリ ッチにしただけ ではこの硫酸塩は分解されずにそのまま残る。 従って N〇x吸蔵触 媒 1 4内には時間が経過するにつれて硫酸塩が増大することになり 、 斯く して時間が経過するにつれて N O x吸蔵触媒 1 4が吸収しう る N〇x量が低下することになる。 即ち、 N〇x吸蔵触媒 1 4が S O x被毒を生ずることになる。
そこで本発明による実施例では N O x吸蔵触媒 1 4の上流に S〇x トラップ触媒 1 2 を配置してこの S〇x トラップ触媒 1 2 により排 気ガス中に含まれる S O xを捕獲し、 それによつて N〇x吸蔵触媒 1 4に S 0 xが流入しないようにしている。
この S O x トラップ触媒 1 2では基体上にコート層が形成されて おり、 このコ一ト層の表面上には貴金属触媒が分散して担持されて いる。 図 1 に示される実施例では貴金属触媒として白金が用いられ ており、 コー ト層を構成する成分としては例えばカリウム K、 ナト リウム N a、 セシウム C s のようなアルカリ金属、 ノ リゥム B a、 カルシウム C aのようなアルカリ土類、 ランタン L a、 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 この S〇x トラップ触媒 1 2は S〇xの捕獲量が少ないうちは排気 ガス中に含まれる S〇x量をほぼ 1 0 0パ一セント捕獲する。 しか しながら S O xの捕獲量が多くなると S O x トラップ触媒 1 2 の温度 が高くなつたとき等に S O xトラップ触媒 1 2から S〇 xが放出され 、 放出された S O xが N O x吸蔵触媒 1 4に流入するようになる。 そ の結果、 Ν Οχ吸蔵触媒 1 4が S〇x被毒を生じることになる。
この場合、 N〇x吸蔵触媒 1 4がどの程度 S〇x被毒を生じたかを 検出する必要がある。 しかしながら NOx吸蔵触媒 1 4に吸蔵され ている S〇x量を検出するのは不可能である。 そこで本発明では S 〇xセンサ 1 6 を用いて NOx吸蔵触媒 1 4に吸蔵されている S Ox 量を推定するようにしている。
次に図 2 を参照しつつ本発明による S Oxの検出原理について説 明する。 S Oxセンサ 1 6のセンサ部は排気ガス中の S〇xを捕獲し うる金属又は金属化合物から形成されており、 この S〇xセンサ 1 6のセンサ部を形成している金属又は金属化合物が図 2 ( A) にお いて符号 5 0で模式的に示されている。 図 2 ( A) に示される金属 又は金属化合物 5 0は硫黄を含まない金属又は金属化合物からなる 。 本発明による実施例ではこの金属又は金属化合物 5 0はアル力リ 金属、 アルカリ土類金属、 希土類金属、 貴金属又はそれら金属の化 合物からなる。
次にこの金属又は金属化合物 5 0 としてアルカリ土類金属の一つ であるバリウム B a又はその化合物を用いた場合を例にとって硫黄 成分の検出方法について説明する。
ノ リウム B aは大気中では酸化バリウム B a Oとなっており、 特 に水の存在下では水酸化バリウム B a (OH) 2となっている。 こ の酸化バリウム B a Oや水酸化バリウム B a (OH) 2は排気ガス 中に置かれると排気ガス中に含まれる C〇や C〇2によってただち に炭酸バリウム B a C 03に変化せしめられる。 更にこの炭酸バリ ゥム B a C〇3は排気ガス中に含まれる NOxによって硝酸バリウム B a (N03) 2に変化せしめられる。
即ち、 ノ リウム B aが用いられた場合には図 2 ( A) に示される 金属又は金属化合物 5 0は酸化バリゥム B a〇か水酸化バリゥム B a (OH) 2か炭酸バリウム B a C〇 3か又は硝酸バリウム B a ( N 03) 2であり、 この金属又は金属化合物 5 0が排気ガス中に置かれ た場合には硝酸バリウム B a (N 03) 2となる。 一般的に表現する と図 2 (A) に示される金属又は金属化合物 5 0は酸化物か水酸化 物か炭酸塩か又は硝酸塩からなり、 この金属又は金属化合物 5 0が 排気ガス中に置かれた場合には大部分が硝酸塩となる。
S〇x トラップ触媒 1 2の S〇x捕獲量が多くなると S〇x トラッ プ触媒 1 2から流出する排気ガス中には S〇xが含まれるようにな り、 この S Oxは金属又は金属化合物 5 0に捕獲されて図 2 ( A) に示されるように S〇xを含む金属化合物 5 1 に変化する。 バリウ ム B aが用いられた場合にはこの S〇 xを含む金属化合物 5 1は硫 酸バリウム B a S〇4である。 従って金属又は金属化合物 5 0が排 気ガス中に置かれている場合には図 2 (B) に示されるように硝酸 バリウム B a (N〇3) 2からなる金属化合物 5 0の一部の硝酸バリ ゥム B a (N 03) 2が硫酸バリウム B a S O 4に変化する。 一般的 に表現すると硝酸塩の一部が硫酸塩に変化する。 この場合、 金属化 合物 5 1 における硫酸塩の割合は時間が経過するにつれて、 即ち捕 獲される S O xの量が増大するほど高くなる。
一方、 図 2 (C) は金属又は金属化合物 5 0が貴金属又はその化 合物からなる場合を示している。 この貴金属としてはパラジウム P d、 ロジウム R h或いは白金 P t を用いることができ、 図 2 ( C ) は一例としてパラジウム P dを用いた場合を示している。 この場合 には S Oxが捕獲されると金属酸化物 P d 0が硫化物 P d Sに変化 する。
硝酸塩が硫酸塩に変化すると、 或いは金属酸化物が硫化物に変化 すると物性が変化し、 従ってこの物性の変化から捕獲された S Ox の量を検出することができる。 そこで本発明では時間の経過に伴な い金属又は金属化合物 5 0 に捕獲された S 〇xの量が増大したとき にこの捕獲 S〇xの量の増大に伴ない変化する金属又は金属化合物 5 0 の物性を計測し、 計測された物性から捕獲された S O x量を検 出するようにしている。
次に図 3から図 6 を参照しつつ計測すべき物性と、 計測すべき物 性に応じた代表的な検出方法について説明する。 なお、 これら図 3 から図 6については図 2 ( B ) に示される如く硝酸塩が硫酸塩に変 化する場合を例にとって説明する。
図 3は計測される物性が電気的物性であり、 この計測される電気 的物性が電気抵抗である場合を示している。
図 3 ( A ) は S〇xの捕獲量と電気抵抗値 Rとの関係を示してい る。 図 3 ( A ) に示されるように S〇xの捕獲量が増大するほど、 即ち硝酸塩から硫酸塩への変化量が多いほど電気抵抗値 Rの変化量 も増大する。 従って電気抵抗値 Rから S〇xの捕獲量を求めること ができる。
図 3 ( B ) は図 1 に示される S O xセンサ 1 6の検出部を示して いる。 図 3 ( B ) に示されるように S O xセンサ 1 6の検出部は一 対の端子 5 2により支持された金属化合物片からなる検出用センサ 部 5 3 と一対の端子 5 4により支持された金属化合物片からなる参 照用センサ部 5 5 とにより構成されており、 更にこの検出部には温 度センサ 5 6が配置されている。 図 3 ( B ) に示される実施例では 検出用センサ部 5 3は酸化物又は炭酸塩又は硝酸塩から形成されて おり、 参照用センサ部 5 5は硫酸塩から形成されている。 排気ガス が流通すると参照用センサ部 5 5は変化しないが検出用センサ部 5 3は硝酸塩でない場合には硝酸塩に変化し、 次いで排気ガス中に含 まれる S〇xにより硝酸塩が少しずつ硫酸塩に変化する。 斯く して 検出用センサ部 5 3の電気抵抗値 Rの変化量が次第に増大していく ことになる。
検出用センサ部 5 3の電気抵抗値 Rは周囲の温度が高くなると高 くなる。 従ってこのような温度変化が電気抵抗値 Rに与える影響を 除去するために参照用センサ 5 5が設けられており、 例えば図 3 ( C ) に示されるようなホイ一ス トンブリ ッジを用いて検出用センサ 5 3の電気抵抗値と参照用センサ部 5 5の電気抵抗値との差から S O xの捕獲量を求めるようにしている。 このホイ一ス トンプリ ッジ は図 1 に示される検出回路 3 9内に設けられている。 図 3 ( C ) に 示すホイース トンブリ ッジを用いたときに電圧計 5 7 に現われる電 圧 Vは図 3 ( D ) に示されるように S〇xの捕集量が増大するにつ れて低下し、 この電圧 Vが A D変換器 3 7 を介して入力ポ一卜 3 5 に入力される。
図 4および図 5は計測される物性が熱的物性であり、 この計測さ れる熱的物性が熱容量および熱伝導性である場合を示している。
図 4 ( A ) に示されるように S O xの捕獲量が増大するほどセン サ部を構成する金属化合物片の熱容量は減少する。 従って図 4 ( B ) に示されるようにセンサ部の周囲の温度が上昇したときにセンサ 部の中心温度の上昇率は S O xの捕獲量が増大するほど高くなる。
図 5 ( A ) は S O xセンサ 1 6の検出部を示している。 図 5 ( A ) に示される例では一対のリード線 5 7 を有するサーミス夕素子 5 8 と、 一対のリード線 6 1 を有するサ一ミス夕素子 6 2 とが設けら れている。 更にこの例ではサーミスタ素子 5 8の周囲を金属化合物 5 9によって包囲することにより検出用センサ部 6 0が形成されて おり、 サ一ミス夕素子 6 2の周囲を金属化合物 6 3によって包囲す ることにより参照用センサ部 6 4が形成されている。
この例では検出用センサ部 6 0周りの温度が変化したときのサー ミス夕素子 5 8の抵抗値の変化の応答性から金属化合物 5 9の熱容 量が推定され、 参照用センサ部 6 4周りの温度が変化したときのサ 一ミス夕素子 6 2の抵抗値の変化の応答性から金属化合物 6 3の熱 容量が推定され、 これら熱容量の差から S〇xの捕集量が求められ る。
即ち、 具体的に言う と図 5 ( B ) に示されるようなホイース トン プリ ッジを用いてサーミス夕素子 5 8の抵抗値とサーミス夕素子 6 2の抵抗値との差が電圧の形で求められる。 この場合、 この抵抗値 の差を現わしている電圧計 6 5の電圧 Vは図 5 ( C ) に示されるよ うにセンサ部 6 0に捕獲される S〇xが増大するほど低下する。 な お、 この例では図 5 ( B ) に示されるように電圧計 6 6によって検 出用センサ部 6 0の温度が検出される。
一方、 図 6 に示される例では検出用センサ部 6 0 と参照用センサ 部 6 4とを夫々加熱するためのヒータ 6 7 , 6 8が設けられている 。 この例ではヒ一夕 6 7 , 6 8 を発熱させることによってセンサ部 6 0 , 6 4の温度を任意の温度まで上昇させることができる。 また 、 この例では周囲の温度が変化しない場合でもこれらヒー夕 6 7， 6 8 を発熱させることによって金属化合物 5 9 と金属化合物 6 3 と の熱容量の差を求めることができる。
また、 検出用センサ部 6 0 を高温にすると検出用センサ部 6 0か ら捕獲されている S〇xが放出され、 検出用センサ部 6 0が再生さ れる。 従ってこの例ではヒータ 6 7 を発熱することによって検出用 センサ部 6 0の温度を上昇させ、 それによつて検出用センサ部 6 0 を再生することができる。 なお、 この場合、 排気ガスの空燃比を一 時的にリッチにしても検出用センサ部 6 0 を再生することができる さて、 N O x吸蔵触媒 1 4への S O x捕獲率および S O xセンサ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0への S〇x捕獲率が共に等しいとすると、 例えば共に 1 0 0パーセントであったとすると NOx吸蔵触媒 1 4 に捕獲され吸蔵された S Ox量は S Oxセンサ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0に捕獲された S〇x量に比例する。 従ってこの場合には、 S〇x センサ 1 6のセンサ部 5 3， 6 0に捕獲された S〇x量に実験によ り求められた予め定められた倍率 Cを乗算することによって NOx 吸蔵触媒 1 4に吸蔵されている S Ox量を推定できることになる。
しかしながら実際には図 7に示されるように N〇 x吸蔵触媒 1 4 の S Ox捕獲率 RNは NOx吸蔵触媒 1 4の温度 （図 7の横軸） に応 じて変化し、 S Oxセンサ 1 6のセンサ部 5 3， 6 0の S Ox捕獲率 R Sはセンサ部 5 3， 6 0の温度 （図 7の横軸） に応じて変化する 。 また、 S Oxセンサ 1 6は N〇x吸蔵触媒 1 4に比べて熱容量が小 さいために排気温の変化に対して早く変化し、 また N O x放出のた めに還元剤供給弁 1 5から供給される還元剤の酸化反応熱により N 〇x吸蔵触媒 1 4の方が S〇xセンサ 1 6よりも若干温度が高くなる ので N〇x吸蔵触媒 1 4の温度および S〇xセンサ 1 6の温度は図 8 に示されるように通常は互いに異なる温度となっている。
従って通常は N〇x吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率 R Nと S〇xセン サ 1 6のセンサ部 5 3， 6 0の S Ox捕獲率 R S とは異なっており 、 斯く してこの場合には S〇xセンサ 1 6のセンサ部 5 3， 6 0に 捕獲された S〇x量に S〇x捕獲率の差異を考慮しないで予め定めら れた倍率 Cを乗算したとしても NOx吸蔵触媒 1 4への吸蔵 S〇x量 の推定値と実際に吸蔵されている S Ox量との間でずれを生じるこ とになる。
そこで本発明では S Oxセンサ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0に捕獲 された S Oxの量から NOx吸蔵触媒 1 4に吸蔵された S〇xの量を 推定する際にセンサ部 5 3 , 6 0の Ox捕獲率と NOx吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率の差異から生ずる S〇x吸蔵量の推定値のずれを補 正するずれ補正手段を具備している。
次にこのずれ補正手段の第 1実施例について説明する。
前述したように N〇x吸蔵触媒 1 4の S〇x捕獲率 R Nと S〇xセ ンサ 1 6のセンサ部 5 3， 6 0の S〇x捕獲率 R S とが等しいとす ると N〇x吸蔵触媒 1 4に捕獲され吸蔵された S〇x量は S Oxセン サ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0 に捕獲された S〇x量に比例し、 従つ てこの場合には、 S〇xセンサ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0 に捕獲さ れた S Ox量に予め定められた倍率 Cを乗算することによって N〇x 吸蔵触媒 1 4に吸蔵されている S〇x量を推定することができる。 そこでずれ補正手段の第 1実施例では S〇xセンサ 1 6 として図 6に示されるヒ一夕付きの S Oxセンサを用い、 S〇xセンサ 1 6の センサ部 6 0の S〇x捕獲率 R S と N〇x吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲 率 R Nとが等しくなるようセンサ部 6 0の温度を制御することによ りずれを補正するようにしている。
具体的に言うと、 S〇xセンサ 1 6のセンサ部 6 0の温度が、 セ ンサ部 6 0および NO x吸蔵触媒 1 4の S〇x捕獲率を等しく させる 目標温度よりも低下したときにヒータ 6 7 , 6 8 を発熱させるよう にしている。 次に図 9および図 1 0 を参照しつっこのヒータ 6 7 , 6 8 を発熱させる目標温度 T oについて説明する。
図 9は N〇x吸蔵触媒 1 4の S〇x捕獲率 RNがほぼ 1 0 0 %であ るピーク値である場合を示している。 この場合には S〇xセンサ 1 6のセンサ部 6 0の S〇x捕獲率 R Sがピーク値となるセンサ部 6 0の温度のうちで最も低い温度が目標温度 T oとされ、 センサ部 6 0の温度がこの目標温度 T oより も低下するとヒ一夕 6 7， 6 8が オンとされてセンサ部 6 0の温度が目標温度 T oまで上昇せしめら れる。
図 1 0 (A) は NOx吸蔵触媒 1 4の S〇x捕獲率 RNがピーク値 よりも低い A点で示される場合を示しており、 図 1 0 (B) は NO x吸蔵触媒 1 4の S〇 x捕獲率 R Nがピーク値よりも低い B点で示さ れる場合を示している。 いずれの場合も、 NOx吸蔵触媒 1 4の温 度よりも高くかつ N〇x吸蔵触媒 1 4の S〇x捕獲率 R Nと S〇x捕 獲率 R Sが等しくなる C点におけるセンサ部 5 3 , 6 0の温度が目 標温度 T oとされ、 センサ部 6 0の温度がこの目標温度 T oよりも 低下するとヒー夕 6 7 , 6 8がオンとされてセンサ部 6 0の温度が 目標温度 T oまで上昇せしめられる。
図 1 1 に NOx吸蔵触媒 1 4の S〇x吸蔵量の算出ル一チンを示す 図 1 1 を参照するとまず初めにステップ 7 0において N〇x吸蔵 触媒 1 4の S〇 x捕獲率 R Nがほぼ 1 0 0パーセントであるピーク 値であるか否かが判別される。 S〇 x捕獲率 R Nがピーク値のとき にはステップ 7 1 に進んで図 9に示される目標温度 T oが読込まれ 、 次いでステップ 7 3に進む。 これに対し、 S〇 x捕獲率 R Nがピ ーク値でないときにはステップ 7 2に進んで S Ox捕獲率 R Sが S 〇χ捕獲率 R Nと等しくなるときの図 1 0 (Α) , ( Β ) の C点に おける目標温度 T oが算出される。 次いでステップ 7 3に進む。
ステップ 7 3では S〇xセンサ 1 6のセンサ部 6 0の温度 T s力 S 目標温度 T oよりも低くなったか否かが判別される。 T s ≥ T oの ときにはステップ 7 5に進んでヒータ 6 7， 6 8がオフとされ、 次 いでステップ 7 6に進む。 これに対し、 T s < Τ οのときにはステ ップ 7 4に進んでヒ一夕 6 7， 6 8がオンとされ、 次いでステップ 7 6に進む。 ステップ 7 6では S 0 χセンサ 1 6の出力値 Vが読込 まれ、 ステップ 7 7においてこの出力値 Vから Ν〇χ吸蔵触媒 1 4 の ΝΟχ吸蔵量が算出される。
次に前述したずれ補正手段の第 2実施例について説明する。 この実施例では NOx吸蔵触媒 1 4における S〇x吸蔵量の推定値 と実際の S〇x吸蔵量との間でずれが生じないようにセンサ部 5 3 ， 6 0および NOx吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率に応じて NOx吸蔵 触媒 1 4の S〇x吸蔵量の推定値を増大補正又は減少補正するよう にしている。
即ち、 例えば図 1 2において今、 S〇xセンサ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0の温度が 2 0 0 °Cであって S〇x捕獲率 R Sが R S aであ り、 一方 NOx吸蔵触媒 1 4の温度が 3 0 0でであって S Ox捕獲率 R Nが R N bであったとする。 この 5 ときセンサ部 5 3， 6 0に単位 時間当り捕獲される S〇x量に基づいて N〇x吸蔵触媒 1 4に単位時 間当り吸蔵される S Ox量を推定する場合、 S Ox捕獲率 R N, R S が等しいときの単位時間当りの NOx吸蔵触媒 1 4への吸蔵 S〇x量 に比べて吸蔵 S O x量は R N b Z R S a倍になることがわかる。 即ち、 前述したように S〇xセンサ 1 6のセンサ部 5 3 , 6 0お よび NO x吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率が等しい場合には NOx吸蔵 触媒 1 4の S〇x吸蔵量の推定値はセンサ部 5 3 , 6 0 に捕獲され た S〇xの量に予め定められている倍率 Cを乗算することによって 得ることができる。 これに対し、 センサ部 5 3， 6 0および N O x 吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率が異なる場合には NO x吸蔵触媒 1 4の S〇x吸蔵量の推定値はセンサ部 5 3， 6 0に捕獲された S〇xの量 に予め定められている倍率 Cと、 NOx吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率 RN /センサ部 5 3， 6 0の S Ox捕獲率 R S とを乗算することに よって得られることになる。
図 1 3に NOx吸蔵触媒 1 4の S Ox吸蔵量の算出ルーチンを示す 。 なお、 このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
図 1 3を算出するとまず初めにステップ 8 0において S〇xセン サ 1 6の出力値 Vが読込まれる。 次いでステップ 8 1では前回の処 理サイクルにおける S〇xセンサ 1 6の出力値 Vと今回の処理サイ クルにおける S〇xセンサ 1 6の出力値 Vとの差からセンサ部 5 3 ， 6 0に捕獲された S Ox量の単位時間当りの増大量 Δ Qが算出さ れる。
次いでステップ 8 2では N〇x吸蔵触媒 1 4の温度および S〇xセ ンサ 1 6のセンサ部 5 3， 6 0の温度に基づいて図 7 に示す関係か ら NOx吸蔵触媒 1 4の S Ox捕獲率 R Nと S Oxセンサ 1 6のセン サ部 5 3 , 6 0の S〇x捕獲率 R Sとが算出される。 次いでステツ プ 8 3では捕獲 S O x増大量 に予め定められた倍率 と、 RN ZR Sとを乗算することによって単位時間当り N〇x吸蔵触媒 1 4 に吸蔵される S Ox量 A S O X Zが算出される。 次いでステップ 8 4ではこの S〇x量 A S O X Zを∑ S〇 X Zに加算することによつ て N〇x吸蔵触媒 1 4に吸蔵されている S Oxi∑ S〇 X Zが算出さ れる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 機関排気通路内に排気ガス中に含まれる s oxが捕獲され吸 蔵される触媒を配置した内燃機関において、 排気ガス中に含まれる s oxを捕獲するセンサ部を有すると共に該センサ部に捕獲された s oxの量を該センサ部の物性変化から検出可能な s oxセンサを該 触媒上流の機関排気通路内に配置し、 該センサ部に捕獲された S〇 xの量から上記触媒に吸蔵された s〇xの量を推定する際に該センサ 部の s ox捕獲率と上記触媒の s ox捕獲率の差異から生ずる s〇x 吸蔵量の推定値のずれを補正するずれ補正手段を具備した内燃機関 の排気浄化装置。
2. 上記ずれ補正手段は、 上記センサ部の S〇x捕獲率と上記触 媒の s ox捕獲率とが等しくなるよう該センサ部の温度を制御する ことによりずれを補正する請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装 置。
3. 上記センサ部を加熱するためのヒータを具備しており、 該セ ンサ部の温度が該センサ部および上記触媒の s ox捕獲率を等しく させる温度より も低下したときに該ヒータを発熱させる請求項 2に 記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 上記ずれ補正手段は、 ずれが生じないように該センサ部およ び上記触媒の S Ox捕獲率に応じて該触媒の S Ox吸蔵量の推定値を 増大補正又は減少補正する請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装 置。
5. 上記センサ部および触媒の S〇x捕獲率が等しい場合には上 記触媒の S〇x吸蔵量の推定値は該センサ部に捕獲された S〇xの量 に予め定められている倍率を乗算することによって得られ、 上記セ ンサ部および触媒の S Ox捕獲率が異なる場合には上記触媒の S Ov 吸蔵量の推定値は該センサ部に捕獲された s o xの量に予め定めら れている倍率と、 触媒の s o x捕獲率/センサ部の s o x捕獲率とを 乗算することによって得られる請求項 4に記載の内燃機関の排気浄 化装置。
6 . 上記センサ部は、 S〇)(を捕獲したときに硫酸塩に変化する 金属化合物からなる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7 . 上記金属化合物はアルカリ金属、 アルカリ土類金属、 希土類 金属又は貴金属の化合物からなる請求項 6に記載の内燃機関の排気 浄化装置。
8 . 捕獲された S O xの量により変化する上記センサ部の物性が
、 電気抵抗で代表される電気的物性又は熱容量および熱伝導性で代 表される熱的物性である請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置
9 . 上記センサ部が、 S〇xを捕獲したときに硫酸塩に変化する 検出用センサ部と、 もともと硫酸塩とされている参照用センサ部か らなる請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装置。
1 0 . 上記触媒は、 流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに は排気ガス中に含まれる N〇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 N〇 xを放出する N O x吸 蔵触媒から構成されている請求項 1 に記載の内燃機関の排気浄化装 置。
1 1 . 上記触媒上流の機関排気通路内に排気ガス中に含まれる s
〇xを捕獲しうる S O x トラップ触媒を配置した請求項 1 に記載の内 燃機関の排気浄化装置。
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