(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管に設置され、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する機能を有するが、硫黄の堆積によってＮＯからＮＯ２への転換率が低下する触媒と、
この触媒の下流に設けられたパーティキュレートフィルタと
を備え、前記触媒で生成されたＮＯ２を前記パティキュレートフィルタに堆積していた排気微粒子で還元する排気ガス浄化装置において、
内燃機関の排圧を検出する排圧センサと、
この排圧センサで検出された排圧に基づいて前記触媒に堆積した硫黄を除去するかどうかを判定する堆積硫黄除去判定手段と、
前記堆積硫黄除去判定手段により硫黄を除去することが判定されたときに、前記触媒の入口排温を所定温度以上に上昇させることで前記触媒に堆積した硫黄を除去する堆積硫黄除去手段と
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記堆積硫黄除去判定手段は、所定の運転状態における排圧が所定値よりも高いときに硫黄の除去を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記堆積硫黄除去手段は、燃料を排気行程で噴射して触媒入口の排温を上昇させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記堆積硫黄除去手段は、触媒入口の排温を４５０℃以上に高める
ことを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記堆積硫黄除去判定手段は、内燃機関の運転履歴と前記排圧とに基づいて前記触媒に堆積した硫黄を除去するか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排圧が、内燃機関のオイル消費量に基づいて補正される
ことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記触媒の硫黄被毒が除去された状態で前記排圧センサの検出値が目標値を超えている場合に、前記触媒の入口排温を前記所定温度より高い温度に上昇させて前記パティキュレートフィルタに堆積している排気微粒子を燃焼除去する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排気ガス浄化装置として、例えば特開平７−１１９４４４号に開示されたものがある。
【０００３】
これについて説明すると、エンジンの排気管にＮＯｘ触媒が設けられ、このＮＯｘ触媒より排ガス上流側の排気管に炭化水素系液体をＮＯｘ触媒に向けて噴射可能な噴射ノズルが設けられる。液体は炭化水素系液体供給手段により噴射ノズルに供給される。ＮＯｘ触媒より排ガス下流側の排気管にディーゼルパーティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという。）が設けられ、ＮＯｘ触媒での還元反応による発熱を利用してＤＰＦ入口における排ガス温度を上昇させ、ＤＰＦに補集されていた排気微粒子を燃焼させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の排気ガス浄化装置にあっては、燃料中の硫黄分が十分に低く（１００ｐｐｍ以下）ないと、ＮＯｘ触媒での反応熱によってＤＰＦに堆積した排気微粒子を燃焼させることはできない。これは、ＮＯｘ触媒に硫黄が堆積すると、反応が効率良く行われず、反応熱が低下するためである。
【０００５】
さらに、硫黄濃度の低い燃料を用いても、長期間のうちに触媒に硫黄が堆積して触媒の活性が低下する。このため、ＤＰＦに堆積した排気微粒子を燃焼することができなくなり、最悪の場合、ＤＰＦが破損するという問題が生じる。また、触媒入口から炭化水素を供給することで触媒の再生を行おうとしても、触媒入口部分の温度はほとんど上昇しないことから、図３に示されるように硫黄が多く堆積する触媒入口はほとんど再生されないという問題が考えられる。
【０００６】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、触媒に堆積した硫黄分を検知、除去することで触媒の活性や窒素酸化物の吸収性能が高い状態に維持し、その反応熱により下流のパーティキュレートフィルタに堆積した排気微粒子を効率よく除去し、またパーティキュレートフィルタの破損を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、内燃機関の排気管に設置され、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する機能を有するが、硫黄の堆積によってＮＯからＮＯ２への転換率が低下する触媒と、この触媒の下流に設けられたパーティキュレートフィルタとを備え、前記触媒で生成されたＮＯ２を前記パティキュレートフィルタに堆積していた排気微粒子で還元する排気ガス浄化装置において、内燃機関の排圧を検出する排圧センサと、この排圧センサで検出された排圧に基づいて前記触媒に堆積した硫黄を除去するかどうかを判定する堆積硫黄除去判定手段と、前記堆積硫黄除去判定手段により硫黄を除去することが判定されたときに、前記触媒の入口排温を所定温度以上に上昇させることで前記触媒に堆積した硫黄を除去する堆積硫黄除去手段とを備えた。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記堆積硫黄除去判定手段は、所定の運転状態における排圧が所定値よりも高いときに硫黄の除去を判定するものとした。
【００１１】
第３の発明は、第１または２の発明において、堆積硫黄除去手段は、燃料を排気行程で噴射して触媒入口の排温を上昇させることものとした。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、堆積硫黄除去手段は、触媒入口の排温を４５０℃以上に高めるものとした。
【００１３】
第５の発明は、第１から４のいずれか一つの発明において、前記堆積硫黄除去判定手段は、内燃機関の運転履歴と前記排圧とに基づいて前記触媒に堆積した硫黄を除去するか否かを判定するものとした。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、排圧が、内燃機関のオイル消費量に基づいて補正されることとした。
第７の発明は、前記触媒の硫黄被毒が除去された状態で前記排圧センサの検出値が目標値を超えている場合に、前記触媒の入口排温を前記所定温度より高い温度に上昇させて前記パティキュレートフィルタに堆積している排気微粒子を燃焼除去するものとした。
【００１５】
【発明の作用および効果】
第１の発明によれば、触媒に対する硫黄の堆積を判断し、堆積量が所定値を越えたときなど、堆積硫黄除去手段により、例えば排温を上昇させて硫黄に硫黄被毒した触媒を再生させる。このため、触媒は常に酸化活性や窒化物の吸収性能が高い状態を維持することができる。したがって、触媒の下流のパーティキュレートフイルタに排気微粒子が堆積しても、この触媒の反応熱により燃焼除去することができる。
【００１６】
第２の発明では、触媒に対する硫黄の堆積量を簡単かつ精度よくに推定することができる。
【００１９】
第３、４の発明では、燃料の後噴射により排温を上昇し、触媒入口の排温を４５０℃以上に高めるので、硫黄に被毒した触媒を確実に再生することができる。
【００２０】
第６の発明では、堆積硫黄量検出手段は、内燃機関の運転履歴と排圧とから硫黄の堆積量を検知し、また排圧が内燃機関のオイル消費量に基づいて補正されるので、触媒に堆積した硫黄量を精度よく検出できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示す第１の実施形態を示す。
【００２３】
エンジン本体１は燃焼室に燃料を噴射するコモンレール式噴射装置２を備え、このコモンレール式燃料噴射装置２は所定の値に制御された高圧の燃料を蓄えるコモンレール２ａと、このコモンレール２ａからの燃料を噴射する燃料噴射弁２ｂとから構成される。
【００２４】
エンジン本体１の排気マニホールド３に繋がる排気管４には、排気を浄化する酸化触媒５が設けられている。酸化触媒５は貴金属系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等）の触媒を使用しており、ＤＰＦ６はコーディライトの目封じトラップやセラミック繊維を中空円筒状に成形したものが相応しい。また、酸化触媒５の下流側にはパーティキュレートを捕獲するＤＰＦ６が介装される。
【００２５】
前記コモンレール式燃料噴射装置２を制御するためのコントローラ９が設けられ、コントローラ９には図示しないエンジン回転数センサ、アクセル開度センサからの信号に基づき燃料噴射量、噴射時期を制御する。また、コントローラ９には酸化触媒５の上流側の排圧センサ７と、酸化触媒５の入口の排温を測定する温度センサ８からの信号が入力し、運転履歴とこれら排圧、排温に基づいて酸化触媒５に堆積された硫黄量を推定し、これが所定値に達したときに燃料を排気行程で噴射させ、排温を上昇させ、硫黄を燃焼除去するようになっている。
【００２６】
コントローラ９で実行される本発明の制御内容について図２に示すフローチャートに基づいて詳しく説明する。
【００２７】
まずステップ１では、図示されないクランク角センサやアクセル開度センサ等の運転状態を検出する。ステップ２で触媒入口での排温が２５０〜５００℃で所定時間以上連続して運転された後の所定の運転状態、たとえばアイドリングにあるとき、酸化触媒５の上流に介装された排圧センサ７による排圧を目標値と比較し、触媒が硫黄に被毒されているか判定する。排圧は運転状態により変化するので、正確を期すため、アイドリングなど一定の運転条件での排圧を目標値と比較する。
【００２８】
なお、判定に当たってはＤＰＦ６に堆積される、加熱によっても除去できないオイルアッシュ（Ｃａ、Ｍｇが主成分）による圧力損失とエンジン１の運転履歴（例えばエンジン回転数の積算、エンジンオイルの消費量や車両の走行距離）との関係（例えば図６に示されるような関係）に基づき、硫黄被毒判定の排圧を補正することで、より正確に硫黄被毒を判定できる。
【００２９】
もし酸化触媒５に堆積した硫黄が所定値以上であると判定されたときは、ステップ３で硫黄被毒した酸化触媒５を加熱・再生する。
【００３０】
硫黄被毒した酸化触媒５を再生するためには、触媒入口の排温を４５０℃以上に加熱する必要があるが、本発明では、堆積硫黄除去手段として、コモンレール式噴射装置２を用いて、エンジン本体１の排気行程（主噴射終了後５０〜９０°ＣＡ）に燃料を噴射させ、この後噴射によって排温を上昇させる。このため運転性を悪化させることなく、触媒を一気に再生することができる。また、排気絞り、吸気絞り、噴射時期遅角やコモンレール式以外の噴射装置による後噴射でも同様の効果が得られる。
【００３１】
また、ステップ４では、ＤＰＦ６の排気微粒子強制除去の必要性を判定し、ステップ５で、強制除去する。
【００３２】
酸化触媒５の硫黄が除去され、または硫黄の堆積が無いことが判定された後において、触媒入口での排温が２５０℃以下の運転条件を所定時間以上持続した後に、排圧センサの検出値が目標値を越えている場合には、ＤＰＦ６に排気微粒子が堆積しているものと判断し、排気微粒子が自己燃焼する温度、すなわち酸化触媒５の入口での排温を５００℃以上に上昇させて、ＤＰＦ６を強制的に再生する必要があると判定する。
【００３３】
この場合には、ステップ５に進み、燃料の後噴射などにより排温を上昇させ、ＤＰＦに堆積した排気微粒子を燃焼除去し、排圧上昇による運転性の悪化と燃費の悪化、あるいはＤＰＦ６に過堆積した排気微粒子が燃焼することによるＤＰＦ６の溶損を未然に防止する。
【００３４】
次に作用について説明する。
【００３５】
エンジン本体１が中回転中負荷以上の排温の比較的高い運転領域にあるとき、酸化触媒５に流入する排気ガス中のＮＯが酸化反応によってＮＯ２に変化する。その反応の酸化熱によってＤＰＦ６に堆積した排気微粒子が燃焼する。またＤＰＦ６に堆積した排気微粒子を還元剤としてＤＰＦ６に流入したＮＯ２の一部はＮ２に還元される。
【００３６】
しかしながら酸化触媒５の酸化活性は酸化触媒５に堆積した硫黄によって、図４に示すようにＮＯからＮＯ２への転化率が著しく低下する。すなわちＮＯからＮＯ２への酸化反応が起きにくくなり、この場合には、反応熱によりＤＰＦ６に堆積した排気微粒子を燃焼できず、排気微粒子の堆積を助長することになる。排気微粒子が堆積すると排圧が上昇し、運転性が悪化したり、ＤＰＦ６に過堆積した排気微粒子が一気に燃焼し、ＤＰＦ６を溶損させるといった恐れがある。
【００３７】
そこで、本発明では、図５にも示すように酸化触媒５に堆積した硫黄が高温で加熱することで除去できることを利用し、所定の運転条件下での排圧が所定値を越えたときには、酸化触媒５に所定量以上の硫黄を被毒しているものと判断した場合には、排気行程に燃料を噴射し、強制的に排気ガスの温度を上昇させ、酸化触媒５を高温に加熱して、堆積した硫黄を除去している。
【００３８】
このようにして酸化触媒５が再生すると、酸化触媒５の反応が活発になり、その反応熱により下流側排気温度を高め、ＤＰＦ６に堆積している排気微粒子を燃焼除去することが可能となる。
【００３９】
なお、酸化触媒５が適正に機能しているにもかかわらず、ＤＰＦ６の排気微粒子が燃焼除去できないようなときは、強制的に排温を上昇させるので、フェールセーフにより排気微粒子の確実な除去がなされる。
【００４０】
図８には第２の実施形態が示されている。
【００４１】
第２の実施形態の特徴は、第１の実施形態に対して、酸化触媒５の上流に、さらに希土類（例えばＬａ、Ｂａ、Ｃｅ等）を貴金属系の触媒に混入したＮＯｘ触媒１０を備えたことである。
【００４２】
第２の実施形態の制御内容を図９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００４３】
ステップ１１は、ステップ１同様に運転状態検出手段を用いて、エンジン本体１の運転状態を検出する。
【００４４】
ステップ１２では、ＮＯｘ触媒９へ還元剤を供給するかどうかを判定する。ＮＯｘ触媒入口の排温が吸収したＮＯｘを放出する温度（例えば３５０℃以上）でかつＮＯｘを還元可能な温度（例えば５００℃以下）の場合には還元剤を供給することにより、ＮＯｘの放出と還元を実行するのである。
【００４５】
この判定が行われると、ステップ１３で燃料を後噴射（例えば排気行程の１５０°ＡＴＤＣ〜２１０°ＡＴＤＣ）し、還元剤となるＨＣを供給する。
【００４６】
ステップ１４以降の制御内容については、第１の実施形態のステップ２以降と同様である。
【００４７】
このような構成としたので、ＮＯｘ触媒入口での排温が３００℃以下であれば、ＮＯｘ触媒１０はＮＯｘを触媒に吸収し、排温が３５０℃以上になるとＮＯｘを放出する。ＮＯｘが放出される際に、燃料の後噴射で還元剤を供給することで、放出したＮＯｘを還元浄化することができる。
【００４８】
またＤＰＦ６に堆積した排気微粒子は、ＮＯｘ触媒１０で吸収・浄化されなかったＮＯまたは触媒より放出されたＮＯの酸化による反応熱で燃焼されるが、ＮＯｘ触媒１０のＮＯｘ吸収作用は、酸化触媒５と同様に硫黄によって大きく影響される。
【００４９】
ＮＯｘ触媒１０に硫黄が堆積されると、図７に示されるように吸収されるＮＯｘ量が減少し、低い排温の時に排出されるＮＯｘを浄化することが困難になる。つまりＮＯｘ触媒１０に堆積する硫黄が所定値を越え、排圧が上昇して目標値を超えるようなときは、第１の実施形態同様に排温を上昇させ、ＮＯｘ触媒１０に堆積した硫黄を除去することで、その再生を図るのである。
【００５０】
なお、この場合、酸化触媒５が同じように硫黄で被毒した状態になれば、やはり排圧が上昇するので、その加熱再生を同様にして行うことになる。
【００５１】
なお、本発明の実施形態では、触媒とＤＰＦ６を別体としたが、ＤＰＦ６に直接貴金属を坦持したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】第１の実施形態を説明するフローチャート。
【図３】触媒の位置による硫黄堆積量の相違を示す図。
【図４】硫黄被毒とＮＯ酸化活性の関係を示す図。
【図５】触媒再生による硫黄堆積量の変化を示す図。
【図６】オイルアッシュ堆積によるＤＰＦ圧力損失の変化を示す図。
【図７】硫黄堆積量とＮＯｘ吸収量の関係を示す図。
【図８】第２の実施形態を示す構成図。
【図９】第２の実施形態を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  コモンレール式噴射装置
３  排気マニフォールド
４  排気管
５  酸化触媒
６  ＤＰＦ
７  排圧センサ
８  温度センサ
９  コントローラ
１０  ＮＯｘ触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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