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JP4962348B2 - 内燃機関の排気浄化装置及び浄化方法 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置及び浄化方法 Download PDF

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Description

本発明は、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置及び浄化方法に関する。
従来の内燃機関の排気浄化装置としては、例えば、特許文献１記載の発明がある。これは、まず、ナビゲーションシステムにより車両が給油した給油所を特定し、この特定した給油所情報に基づいて燃料中の硫黄濃度（硫黄含有率）を推定する。次に、推定された燃料中の硫黄濃度と、燃料噴射量とにより、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量を推定する。そして、推定された硫黄被毒量に基づいて、触媒の能力低下を判定し、触媒の温度と空燃比とを制御して、触媒の硫黄被毒解除を行っている。
特開２０００−２７４２２９号公報
しかしながら、実際は、ＮＯｘトラップ触媒には、燃料中の硫黄のみならず、エンジンオイル中の硫黄も吸着している。この点、特許文献１記載の発明では、エンジンオイル中の硫黄が考慮されていない。このため、特許文献１記載の発明では、触媒の硫黄被毒量を実際よりも少なく推定してしまい、十分な硫黄被毒解除が行えず、触媒の排気浄化性能（ＮＯｘ浄化率など）が低下するという問題がある。
本発明は、上記の問題に鑑みて、排気通路にＮＯｘトラップ触媒を備える場合に、その触媒に吸着した硫黄の被毒解除を最適に行うことを目的とする。
このため本発明では、排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒について、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度とから算出した燃料由来硫黄量と、オイル消費量とオイル中の硫黄濃度とから算出したオイル由来硫黄量とに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量を推定する。また、推定された硫黄被毒量に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させて硫黄被毒を解除し、かつ硫黄被毒解除は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量が所定の閾値に達する毎に行い、前記所定の閾値は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させる。
本発明によれば、燃料の消費量とエンジンオイルの消費量とに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量を推定することで、触媒の硫黄被毒量を精度よく推定することができ、最適に被毒解除を行うことができる。
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）の構成図である。
エンジン１の吸気系には、吸気通路２の上流にターボチャージャ（過給機）３の吸気コンプレッサ３ａが配置されており、吸入空気は、吸気コンプレッサ３ａによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタを経て、各気筒の燃焼室内に流入する。
一方、エンジン１の底部には、潤滑剤であるエンジンオイル（以下、「オイル」という）を貯留するオイルパン（図示せず）が配置されている。このオイルパンに貯留されたオイルは、クランク軸により掻き上げられて、シリンダとピストンとの摺動部に供給される他、オイルポンプによりエンジンの各部に供給される。また、このオイルは、一般的に、硫黄Ｓ、カルシウムＣａなどを含んでいる。
外部から供給された燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち燃料噴射ポンプ６により高圧化されてコモンレール７に送られ、各気筒の燃料噴射弁８から燃焼室内へ直接噴射される。
そして、燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料とは、ここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路９に流出する。
排気通路９に流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１０によりＥＧＲ弁１１を介して吸気側へ還流される。排気の残りは可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービン３ｂを通り、これを駆動する。
排気通路９の排気タービン３ｂの下流には、排気浄化のため、ＮＯｘトラップ触媒１２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３とが配置されている。
ＮＯｘトラップ触媒１２は、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がストイキ又はリッチのときに脱離浄化することが可能である。尚、ＮＯｘトラップ触媒１２の詳細については、後述する。
ＤＰＦ１３は、排気中の粒子状物質であるＰＭ（Particulate Matter）を捕集することが可能である。
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４には、エンジン１の制御のため、エンジン回転速度Ｎｅ検出用のクランク角センサ１５からの信号と、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ１６からの信号とが入力されている。
また、ＥＣＵ１４には、エンジン１を搭載した車両の速度を検出する車速センサからの信号も入力される。
また、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ１７、排気通路９のＤＰＦ１３の入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ１８、ＤＰＦ１３の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ１９、更に、排気通路９のＤＰＦ１３出口側にて排気空燃比を検出する空燃比センサ２０が設けられ、これらの信号もＥＣＵ１４に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度やＤＰＦ１３の温度は、これらの下流側に排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。
ＥＣＵ１４は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁８による燃料噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁８への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１１への開度指令信号等を出力する。
尚、ＥＣＵ１４は、ソフトウェア的に、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、推定された硫黄被毒量に基づいてＮＯｘトラップ触媒１２の温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させて硫黄被毒を解除する硫黄被毒解除手段とを含んで構成されている。
次に、ＮＯｘトラップ触媒１２の詳細について、図２〜図４に基づいて説明する。
図２は、ＮＯｘトラップ触媒１２のＮＯｘトラップと脱離浄化とを示す図である。
図２（ａ）は、ＮＯｘトラップ触媒１２がＮＯｘをトラップするときを示しており、図２（ｂ）は、ＮＯｘトラップ触媒１２がトラップしたＮＯｘを脱離浄化するときを示している。
ＮＯｘトラップ触媒１２は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、貴金属である白金Ｐｔと、ＮＯｘトラップ剤であるバリウムＢａ（アルカリ土類金属）とを担持したアルミナＡｌ2Ｏ3をハニカム担体にコーティングしたものである。尚、本実施形態では白金Ｐｔを用いているが、この他、貴金属であるパラジウムＰｄ、ロジウムＲｈなどを用いることも可能である。また、本実施形態では、ＮＯｘトラップ剤としてバリウムＢａを用いているが、この他のアルカリ土類金属や、セシウムＣｓなどのアルカリ金属を用いることも可能である。
排気空燃比がリーンのときは、図２（ａ）に示すように、排気中のＮＯｘ（ＮＯなど）が、白金Ｐｔを介して酸化され、ＮＯｘトラップ剤（バリウムＢａ）にて硝酸塩（硝酸バリウム）の形で、トラップされる。
一方、排気空燃比がストイキ又はリッチのときは、図２（ｂ）に示すように、トラップされたＮＯｘが、排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯなど）により還元浄化される。
図３は、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒を示す図である。
ＮＯｘトラップ触媒１２は、図３（ａ）に示すように、上述したＮＯｘをトラップするときと同じ原理で、排気中の硫黄が酸化され、ＮＯｘトラップ剤（バリウムＢａ）にて硫酸塩（硫酸バリウム）の形でトラップされ、安定化する。この状態が硫黄被毒である。ここで、排気中の硫黄は、消費された燃料中の硫黄と、消費されたオイル中の硫黄とを含んでいるので、硫黄被毒については、燃料中の硫黄のみならず、オイル中の硫黄も考慮する必要がある。
また、ＮＯｘトラップ触媒１２は、オイル消費量が多くなるほど（硫黄被毒量のうち、オイルからの硫黄量の占める割合が大きくなるほど）、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下する。この理由を以下に説明する。
一般的にオイルは、硫黄Ｓ、カルシウムＣａなどを含んでいるので、オイル消費量が多くなるほど（硫黄被毒量のうち、オイルからの硫黄量の占める割合が大きくなるほど）、排気中のカルシウム量などの量が多くなる。
ところで、排気中のカルシウムＣａの一部は、図３（ｂ）に示す（１）化学吸着と（２）物理吸着とにより、ＮＯｘトラップ触媒１２の表面に吸着する。ここで、化学吸着とは、カルシウムＣａが白金Ｐｔの表面などにカルシウムＣａ又は酸化カルシウムＣａＯの形で吸着していることをいう。また、物理吸着とは、排気中の硫黄が酸化された後、カルシウムＣａと結合して、硫酸カルシウムCaSO4の形で、ＮＯｘトラップ触媒１２に吸着することをいう。尚、化学吸着は、物理吸着に比べて、吸着力が強い。このような吸着はカルシウムＣａに限られたものではなく、他のオイル含有物質（阻害物）についても同様のことが言える。
これら化学吸着と物理吸着とにより、ＮＯｘトラップ触媒１２の活性が低下してしまう。これは、カルシウムＣａの化合物が存在すると、白金ＰｔとＮＯｘトラップ剤（バリウムＢａ）の接触面積が小さくなり、その結果、硫黄Ｓの脱離量が減少するためである。カルシウムＣａは一例であって、その他の阻害物の化合物によっても、白金ＰｔとＮＯｘトラップ剤（バリウムＢａ）の距離が離れてしまえば同様のことが言える。この影響を示したものが、図４である。
図４は、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒解除時の被毒解除温度と、硫黄脱離量との関係を示す図である。尚、図の実線は、ＮＯｘトラップ触媒１２にカルシウムの化学吸着及び物理吸着がない場合を示しており、図の点線は、ＮＯｘトラップ触媒１２にカルシウムの化学吸着及び物理吸着がある場合を示している。
図に示すように、化学吸着・物理吸着がない場合と、化学吸着・物理吸着がある場合とは共に、被毒解除温度が高くなるほど硫黄脱離量が多くなる。
また、被毒解除温度を一定にして、化学吸着・物理吸着がない場合と、化学吸着・物理吸着がある場合とを比較すると、化学吸着・物理吸着がある場合の方が、硫黄脱離量が少ない。換言すれば、化学吸着・物理吸着がある場合の方が、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低い。これは、上述したように、カルシウムなどの化学吸着と物理吸着とにより、触媒の活性が低下しているので、触媒に吸着した硫黄が脱離しにくくなったためである。
従って、オイル消費量が多くなるほど（硫黄被毒量のうち、オイルからの硫黄量の占める割合が大きくなるほど）、排気中に含まれるカルシウムなどの量が多くなり、触媒に吸着するカルシウムなどの量が増え、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下する。
次に、オイル消費量を考慮したＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒解除制御について、図５〜図８を用いて説明する。
図５は、ＥＣＵ１４にて実行されるＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒解除制御のフローチャートである。
ここにおいて、ＥＣＵ１４の硫黄被毒量推定手段は、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を行うことで、硫黄被毒量を推定し、ＥＣＵ１４の硫黄被毒解除手段は、ステップＳ４〜Ｓ１０の処理を行うことで、硫黄被毒解除を行う。
まず、ステップＳ１にて、燃料噴射弁８の噴射パルス幅に基づいて算出される燃料噴射量を積算することで、燃料消費量Ｑfinを算出する。算出（積算）された燃料消費量Ｑfinのデータは、ＥＣＵ１４に備えられたバックアップＲＡＭに記憶され、エンジン停止時などにも保持される。また、バックアップＲＡＭに記憶された燃料消費量Ｑfinのデータは、後述するステップＳ９にて硫黄被毒解除を実行した後、ステップＳ１０にてリセットされる。
次に、ステップＳ２にて、車速センサの出力に基づいて算出される車両の走行距離Ｌを積算し、この走行距離Ｌの積算値に基づき、例えば所定の変換係数を乗じることで、オイル消費量ＯＣを算出する。走行距離Ｌの積算値のデータは、ＥＣＵ１４に備えられたバックアップＲＡＭにて記憶され、エンジン停止時などにも保持される。また、バックアップＲＡＭに記憶された走行距離Ｌの積算値のデータは、後述するステップＳ９にて硫黄被毒解除を実行した後、ステップＳ１０にてリセットされる。尚、本実施形態では、車両の走行距離Ｌの積算値に基づいてオイル消費量ＯＣを算出しているが、この他、オイルを貯留するオイルタンクとそのオイルレベルを検出するレベルセンサとを配置し、このレベルセンサの出力に基づいてオイル消費量ＯＣを算出（積算）してもよい。
次に、ステップＳ３にて、以下に示す式により、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumを算出する。
Ｓsum＝（Ｋq×Ｑfin×Ｓconc.q）＋（Ｋo×ＯＣ×Ｓconc.o） ・・・（１）
Ｓsum：硫黄被毒量
Ｑfin：燃料消費量
ＯＣ：オイル消費量
Ｓconc.q：燃料中の硫黄濃度
Ｓconc.o：オイル中の硫黄濃度
Ｋq：燃料由来硫黄の吸着率
Ｋo：オイル由来硫黄の吸着率
尚、（１）式において、燃料中の硫黄濃度Ｓconc.qは、予め設定された所定値とするが、この他、ナビゲーションシステムにより車両が給油した給油所を特定し、この特定した給油所情報に基づいて燃料中の硫黄濃度Ｓconc.qを設定するようにしてもよい。
また、オイル中の硫黄濃度Ｓconc.oは、予め設定された所定値とするが、この他、オイル交換をする度に、オイル中の硫黄濃度Ｓconc.oを設定するようにしてもよい。
また、燃料由来硫黄の吸着率Ｋqは、消費された燃料中の硫黄量のうち、ＮＯｘトラップ触媒１２に吸着する硫黄量の割合を示している。尚、本実施形態では、燃料由来硫黄の吸着率Ｋqを一定値としている。
また、オイル由来硫黄の吸着率Ｋoは、消費されたオイル中の硫黄量のうち、ＮＯｘトラップ触媒１２に吸着する硫黄量の割合を示している。尚、本実施形態では、オイル由来硫黄の吸着率Ｋoを一定値としている。
また、（１）式の「Ｋq×Ｑfin×Ｓconc.q」は、消費された燃料中の硫黄量のうち、ＮＯｘトラップ触媒１２に吸着する硫黄量を示しており、これを燃料由来硫黄量という。すなわち、燃料由来硫黄量は、燃料由来硫黄の吸着率Ｋqと、燃料消費量Ｑfinと、燃料中の硫黄濃度Ｓconc.qとから算出される。
また、（１）式の「Ｋo×ＯＣ×Ｓconc.o」は、消費されたオイル中の硫黄量のうち、ＮＯｘトラップ触媒１２に吸着する硫黄量を示しており、これをオイル由来硫黄量という。すなわち、オイル由来硫黄量は、オイル由来硫黄の吸着率Ｋoと、オイル消費量ＯＣと、オイル中の硫黄濃度Ｓconc.oとから算出される。
従って、ＥＣＵ１４の硫黄被毒量推定手段は、ステップＳ１〜Ｓ３の処理を行うことで、燃料由来硫黄量とオイル由来硫黄量とに基づいて、硫黄被毒量Ｓsumを推定する。
ステップＳ３にて硫黄被毒量Ｓsumを算出した後、ステップＳ４に進み、以下に示す式により、硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量が占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）を算出する。
Ｒo＝（Ｋo×ＯＣ×Ｓconc.o）／Ｓsum ・・・（２）
ステップＳ４にてオイル由来硫黄割合Ｒoを算出した後、ステップＳ５に進み、後述するステップＳ６の判定にて用いられる判定閾値（所定の閾値）ＳＬを決定する。この判定閾値ＳＬは、硫黄被毒解除を実行するか否かを判定するための閾値であり、具体的には、硫黄被毒量Ｓsumが判定閾値ＳＬより大きい場合に、硫黄被毒解除を実行する。
ステップＳ５において、判定閾値ＳＬは、図６に示すマップを用い、オイル由来硫黄割合Ｒoに基づいて決定される。ここで、図６は、オイル由来硫黄割合Ｒoと判定閾値ＳＬとの関係を示しており、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど、判定閾値ＳＬを小さくしている。これは、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど（オイル消費量が多くなるほど）、早期に硫黄被毒解除を行うことにより、触媒に吸着したカルシウムなどを早期に除去し、触媒の活性の低下を抑制すると共に、硫黄被毒解除時の被毒解除速度の低下を抑制するためである。尚、判定閾値ＳＬが小さくなるほど、硫黄被毒解除を行う頻度は多くなる。換言すれば、判定閾値ＳＬが小さくなるほど、硫黄被毒解除のインターバルは短くなる。
ステップＳ５にて判定閾値ＳＬを決定した後、ステップＳ６に進み、硫黄被毒量Ｓsumが判定閾値ＳＬより大きいがどうかの判定を行う。
ステップＳ６にて、硫黄被毒量Ｓsumが判定閾値ＳＬ以下の場合は、硫黄被毒解除を行わないので、この制御フローを終了する。
一方、ステップＳ６にて、硫黄被毒量Ｓsumが判定閾値ＳＬより大きい場合は、ステップＳ７に進む。
ステップＳ７では、図７に示すマップを用い、オイル由来硫黄割合Ｒoに基づいて、被毒解除時間Timedesulfを決定する。ここで、図７は、オイル由来硫黄割合Ｒoと被毒解除時間Timedesulfとの関係を示しており、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど、被毒解除時間Timedesulfを長くしている。これは、上述したように、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど（オイル消費量が多くなるほど）、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下するからである。このため、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど、被毒解除時間Timedesulfを長くすることにより、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下しても、確実に硫黄被毒解除を行うことが可能である。
ステップＳ７にて被毒解除時間Timedesulfを決定した後、ステップＳ８に進み、被毒解除温度Tempdesulfを決定する。
ステップＳ８では、図８に示すマップを用い、オイル由来硫黄割合Ｒoに基づいて、被毒解除温度Tempdesulfを決定する。ここで、図８は、オイル由来硫黄割合Ｒoと被毒解除温度Tempdesulfとの関係を示しており、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど、被毒解除温度Tempdesulfを高くしている。これは、上述したように、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど（オイル消費量が多くなるほど）、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下するからである。このため、オイル由来硫黄割合Ｒoが大きくなるほど、被毒解除温度Tempdesulfを高くすることにより、触媒の活性が低下し、硫黄被毒解除時の被毒解除速度が低下しても、確実に硫黄被毒解除を行うことが可能である。尚、被毒解除温度Tempdesulfの最小値は、例えば７５０℃にする。
ステップＳ８にて被毒解除温度Tempdesulfを決定した後、ステップＳ９に進み、触媒温度を被毒解除温度Tempdesulfまで上昇させて、硫黄被毒解除を行う。尚、硫黄被毒解除の際は、排気空燃比をストイキ又はリッチにする。
ここで、触媒温度を被毒解除温度Tempdesulfまで上昇させる手法として、以下のようなものがある。
第１の手法として、燃料噴射時期を遅角させることにより排気温度を上昇させて、触媒温度を被毒解除温度Tempdesulfまで上昇させるものがある。但し、燃料噴射時期を遅角させることで、エンジントルクが低下するので、その低下分を補うために燃料噴射量を増量する必要がある。この燃料噴射時期及び噴射量制御は、被毒解除時間Timedesulfの間、継続して行われる。
第２の手法として、通常の圧縮行程での燃料噴射とは別に、膨張行程ないし排気行程にて追加的な燃料噴射（ポスト噴射）を行うことにより、排気温度を上昇させて、触媒温度を被毒解除温度Tempdesulfまで上昇させるものがある。ここで、ポスト噴射の噴射量は被毒解除温度Tempdesulfに対応させて設定する。また、このポスト噴射は、被毒解除時間Timedesulfの間、継続して行われる。
第３の手法として、吸気絞り弁５及びＥＧＲ弁１１の開度を制御し、ＥＧＲ量を制御することにより、排気温度を上昇させて、触媒温度を被毒解除温度Tempdesulfまで上昇させるものがある。このＥＧＲ量制御は、被毒解除時間Timedesulfの間、継続して行われる。尚、この手法は、上述の第１の手法（燃料噴射時期の遅角）もしくは第２の手法（ポスト噴射）と組合わせて用いることが可能である。
ステップＳ９にて硫黄被毒解除を実行した後、ステップＳ１０に進み、上述の積算値（燃料消費量Ｑfin、走行距離Ｌ）をリセットし、この制御フローを終了する。
本実施形態によれば、燃料消費量Ｑfinとオイル消費量ＯＣとに基づいてＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量Ｓsumを推定する硫黄被毒量推定手段（ＥＣＵ１４）と、推定された硫黄被毒量Ｓsumに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒１２の温度を硫黄被毒解除可能な温度Tempdesulfまで上昇させて硫黄被毒を解除する硫黄被毒解除手段（ＥＣＵ１４）と、を備えるので、硫黄被毒量Ｓsumを精度よく推定することができ、最適に被毒解除を行うことができると共に、高いＮＯｘ浄化率を維持することができる。
また本実施形態によれば、硫黄被毒量推定手段（ＥＣＵ１４）は、燃料消費量Ｑfinと燃料中の硫黄濃度Ｓconc.qとから算出した燃料由来硫黄量と、オイル消費量ＯＣとオイル中の硫黄濃度Ｓconc.oとから算出したオイル由来硫黄量とに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量Ｓsumを推定するので、より精度の高い硫黄被毒量Ｓsumを推定することができる。
また本実施形態によれば、硫黄被毒解除は、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumが所定の閾値（判定閾値ＳＬ）に達する毎に行い、所定の閾値（判定閾値ＳＬ）は、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量の占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）によって変化させるので、オイル由来硫黄割合Ｒoの変化による被毒解除速度の変化に応じて無駄なく硫黄被毒解除を行うことができる。また、被毒解除速度の変化に応じて硫黄被毒解除を行うことにより、過解除を防止することができるので、触媒の熱劣化や排気悪化を抑制することができる。
また本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量の占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）が大きいほど、所定の閾値（判定閾値ＳＬ）を小さくする。これにより、オイル由来硫黄割合Ｒoが増加したときに硫黄被毒解除のインターバルを短くすることができるので、オイル由来硫黄割合Ｒoの増加による被毒解除速度の低下を抑制することができる。
また本実施形態によれば、硫黄被毒解除時の被毒解除時間Timedesulfは、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量の占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）によって変化させるので、オイル由来硫黄割合Ｒoの変化による被毒解除速度の変化に応じて無駄なく硫黄被毒解除を行うことができる。また、被毒解除速度の変化に応じて硫黄被毒解除を行うことにより、過解除を防止することができるので、触媒の熱劣化や排気悪化を抑制することができる。
また本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量の占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）が大きいほど、被毒解除時間Timedesulfを長くする。これにより、オイル由来硫黄割合Ｒoが増加することで被毒解除速度が低下しても、その低下分を被毒解除時間の延長分にて補うことができるので、確実に硫黄被毒解除を行うことができる。
また本実施形態によれば、硫黄被毒解除時の被毒解除温度Tempdesulfは、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量の占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）によって変化させるので、オイル由来硫黄割合Ｒoの変化による被毒解除速度の変化に応じて無駄なく硫黄被毒解除を行うことができる。また、被毒解除速度の変化に応じて硫黄被毒解除を行うことにより、過解除を防止することができるので、触媒の熱劣化や排気悪化を抑制することができる。
また本実施形態によれば、ＮＯｘトラップ触媒１２の硫黄被毒量Ｓsumのうちオイル由来硫黄量の占める割合（オイル由来硫黄割合Ｒo）が大きいほど、被毒解除温度Tempdesulfを高くする。これにより、オイル由来硫黄割合Ｒoが増加することで被毒解除速度が低下しても、その低下分を被毒解除温度の上昇分にて補うことができるので、確実に硫黄被毒解除を行うことができる。
尚、本実施形態では、内燃機関として圧縮自着火式のディーゼルエンジンを用いたが、これに限るものではなく、例えば、内燃機関として火花点火式のガソリンエンジンを用いてもよい。この場合、点火プラグを燃焼室に臨ませて配置し、硫黄被毒解除時に点火時期を遅角して排気温度を上昇させることで、触媒温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させることが可能である。
本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジン（内燃機関）の構成図 ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘトラップと脱離浄化とを示す図 ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒を示す図 硫黄被毒解除時の被毒解除温度と硫黄脱離量との関係を示す図 硫黄被毒解除制御を示すフローチャート オイル由来硫黄割合と判定閾値との関係を示す図 オイル由来硫黄割合と被毒解除時間との関係を示す図 オイル由来硫黄割合と被毒解除温度との関係を示す図
符号の説明
１ エンジン（内燃機関）
２ 吸気通路
３ ターボチャージャ
４ インタークーラ
５ 吸気絞り弁
６ 燃料噴射ポンプ
７ コモンレール
８ 燃料噴射弁
９ 排気通路
１０ ＥＧＲ通路
１１ ＥＧＲ弁
１２ ＮＯｘトラップ触媒
１３ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１４ エンジンコントロールユニット（硫黄被毒量推定手段、硫黄被毒解除手段）
１５ クランク角センサ
１６ アクセル開度センサ
１７ 触媒温度センサ
１８ 排気圧力センサ
１９ ＤＰＦ温度センサ
２０ 空燃比センサ

Claims (7)

  1. 排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
    燃料消費量と燃料中の硫黄濃度とから算出した燃料由来硫黄量と、オイル消費量とオイル中の硫黄濃度とから算出したオイル由来硫黄量とに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量を推定する硫黄被毒量推定手段と、
    推定された硫黄被毒量に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させて硫黄被毒を解除し、かつ硫黄被毒解除は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量が所定の閾値に達する毎に行い、前記所定の閾値は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させる硫黄被毒解除手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合が大きいほど、前記所定の閾値を小さくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 硫黄被毒解除時の被毒解除時間は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合が大きいほど、前記被毒解除時間を長くすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 硫黄被毒解除時の被毒解除温度は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合が大きいほど、前記被毒解除温度を高くすることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、排気の空燃比がリッチのときにトラップしたＮＯｘを脱離浄化するＮＯｘトラップ触媒について、
    燃料消費量と燃料中の硫黄濃度とから算出した燃料由来硫黄量と、オイル消費量とオイル中の硫黄濃度とから算出したオイル由来硫黄量とに基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量を推定し、
    この推定された硫黄被毒量に基づいて、ＮＯｘトラップ触媒の温度を硫黄被毒解除可能な温度まで上昇させて硫黄被毒を解除し、かつ硫黄被毒解除は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量が所定の閾値に達する毎に行い、前記所定の閾値は、ＮＯｘトラップ触媒の硫黄被毒量のうちオイル由来硫黄量の占める割合によって変化させることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
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