(57)【要約】【課題】  本発明は、ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有する浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、高地使用時に浄化触媒の浄化能力が飽和することを抑制可能な技術を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有したフィルタの硫黄被毒を解消又はＰＭ捕集能を再生させる時に内燃機関を低温燃焼運転させる内燃機関の排気浄化装置において、使用場所の高度が高くなるほど低温燃焼運転の実行領域を狭めることにより、浄化触媒の過熱を抑制しつつ硫黄被毒の解消やＰＭ捕集能の再生を行えるようにしたことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有する浄化触媒と、前記浄化触媒の硫黄被毒を解消又はＰＭ捕集能を再生させる時に内燃機関を低温燃焼運転させて前記浄化触媒を所望の目標温度まで昇温させる再生制御手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関が使用される場所の高度を検出する高度検出手段と、
前記高度検出手段により検出される高度が高くなるほど、低温燃焼運転可能な機関負荷の上限を低くする制限手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制限手段は、前記高度検出手段により検出される高度が所定値以上となった場合には、低温燃焼運転実行領域をアイドル運転領域に限定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記再生制御手段は、低温燃焼運転を実行する際の目標温度を段階的に高くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有する浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置としては、排気の酸素濃度が高い時は排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収）し排気の酸素濃度が低い時は吸蔵していたＮＯｘを放出及び浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や、排気中の微粒子（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ等の浄化触媒を備えたものが知られている。
【０００３】
上記したような内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消させるためのＳＯｘ再生処理やパティキュレートフィルタのＰＭ捕集能力を再生させるためのＰＭ再生処理等を適宜行う必要がある。
【０００４】
ＳＯｘ再生処理やＰＭ再生処理を実行する方法の１つとして、内燃機関を低温燃焼運転させる方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２０３７３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４９２３０号公報
【特許文献３】特開２００３−１２０３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したようなＳＯｘ再生処理やＰＭ再生処理の実行時には、浄化触媒におけるＳＯｘやＰＭの浄化反応によって発生する熱量と、浄化触媒を通過する排気によって該浄化触媒から奪われる熱量との収支が適当に釣り合うため、浄化触媒の過熱や過冷却が抑制される。
【０００６】
しかしながら、高度の高い場所（高地）で内燃機関が使用される場合には、空気密度の低下に伴って排気の密度も低下するため、浄化触媒から排気へ伝達される熱量が過少となる可能性がある。
【０００７】
ＳＯｘ再生処理やＰＭ再生処理の実行時に浄化触媒から排気へ伝達される熱量が過少になると、浄化触媒が過熱して劣化等を誘発する可能性がある。これに対し、高地におけるＳＯｘ再生処理及びＰＭ再生処理の実行を禁止する方法も考えられるが、内燃機関が高地で使用される期間が長くなると、浄化触媒の浄化能力が飽和して排気エミッショの悪化を招く可能性がある。
【０００８】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有する浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、高地使用時に浄化触媒の浄化能力が飽和することを抑制可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有した浄化触媒の硫黄被毒を解消又はＰＭ捕集能を再生させる時に内燃機関を低温燃焼運転させる内燃機関の排気浄化装置において、使用場所の高度が高くなるほど低温燃焼運転の実行領域を狭めることにより、浄化触媒の過熱を抑制しつつ硫黄被毒の解消やＰＭ捕集能の再生を行えるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
詳細には、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関が使用される場所の高度を検出する高度検出手段と、高度検出手段により検出される高度が高くなるほど低温燃焼運転可能な機関負荷の上限を低くする制限手段と、を備えるようにした。
【００１１】
内燃機関が低温燃焼運転されている時には、浄化触媒においてＳＯｘやＰＭの浄化反応によって発生する熱量と、浄化触媒を通過する排気によって該浄化触媒から奪われる熱量との収支が適当に釣り合うため、浄化触媒が所望の目標温度域に保たれる。
【００１２】
しかしながら、内燃機関が高度の高い場所（高地）で使用されている時に通常通り（平地と同様）に低温燃焼運転が行われると、酸素不足による燃焼安定性の低下を回避するために内燃機関の目標空燃比をリーン側へ補正する必要がある。このような場合に、浄化触媒を所望の高温域まで昇温させるには、浄化触媒へ別途供給される燃料等の添加剤を増量しなければならない。このため、排気により浄化触媒から奪われる熱量が減少する上に浄化触媒で発生する反応熱量が増加する。その結果、浄化触媒が過昇温し易くなる。
【００１３】
これに対し、内燃機関が使用される場所の高度が高くなるほど低温燃焼運転可能な機関負荷の上限が低くされると、低温燃焼運転可能な機関運転領域が狭くなるものの浄化触媒の過昇温を抑制しつつ硫黄被毒の解消やＰＭ捕集能の再生を行うことが可能となる。
【００１４】
その結果、高地における内燃機関の使用期間（運転時間）が長くなるような場合であっても浄化触媒の浄化能が飽和し難くなり、以て排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００１５】
本発明において、制限手段は、高度検出手段により検出された高度が所定値以上となった場合には低温燃焼運転実行領域をアイドル運転領域に限定するようにしてもよい。内燃機関がアイドル運転状態にあるときは、内燃機関の排気に含有される熱量が少なくなる（排気温度が低くなるため）。このため、高度が比較的高い場合であっても浄化触媒の過昇温を抑制しつつ硫黄被毒の解消やＰＭ捕集能の再生を行うことが可能となる。
【００１６】
また、本発明において、再生制御手段は、低温燃焼運転を実行する際の目標温度を段階的に高くようにしてもよい。この場合、浄化触媒に吸蔵或いは捕集されたＳＯｘ或いはＰＭが一斉に反応し難くなるため、浄化触媒の過昇温を抑え易くなるとともに硫化硫黄（Ｈ２Ｓ）の発生量を抑えることも可能になる。
【００１７】
尚、本発明において、高度検出手段は、電波を発射して地表面からの反射時間を測る電波高度計のように高度自体を検出するものであってもよく、大気圧の変化を検出するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵能および／またはＰＭ捕集能を有する浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関が高地で使用される場合に浄化触媒の過昇温を抑制しつつ硫黄被毒の解消やＰＭ捕集能の再生を行うことが可能となる。
【００１９】
その結果、内燃機関が高地で使用される場合であっても浄化触媒の浄化能が飽和し難くなり、以て排気エミッションの悪化を抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図２に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、複数のシリンダ２を有し、各シリンダ２にはシリンダ２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置されている。
【００２２】
内燃機関１には吸気通路４が接続されている。吸気通路４には遠心過給器（ターボチャージャ）５のコンプレッサ５０が配置されている。コンプレッサ５０より下流の吸気通路４には給気冷却器（インタークーラ）６が配置されている。インタークーラ６より下流の吸気通路４には吸気絞り弁１３が配置されている。
【００２３】
また、内燃機関１には排気通路７が接続されている。排気通路７の途中には、ターボチャージャ５のタービン５１が配置されている。タービン５１より下流の排気通路７には、本発明の浄化触媒としてのフィルタ８が配置されている。このフィルタ８は、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタの担体に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したものである。
【００２４】
タービン５１より上流の排気通路７には、該排気通路７内を流れる排気中へ燃料を添加する燃料添加弁９が配置されている。フィルタ８より下流の排気通路７には排気温度センサ１０が配置されている。
【００２５】
吸気絞り弁１３より下流の吸気通路４とタービン５１より上流の排気通路７とは、ＥＧＲ通路１１によって接続されている。ＥＧＲ通路１１の途中には、ＥＧＲクーラ１２、及びＥＧＲ弁１３が配置されている。
【００２６】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路である。
【００２７】
ＥＣＵ１４は、上記した排気温度センサ１０に加え大気圧センサ１５等の各種センサと電気的に接続され、各種センサの出力信号を入力可能となっている。また、ＥＣＵ１４は、燃料噴射弁３、燃料添加弁９、吸気絞り弁１３、ＥＧＲ弁１５等と電気的に接続され、それらを電気的に制御することができるようになっている。
【００２８】
ＥＣＵ１４は、各種センサの出力信号に基づいて燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となるＳＯｘ再生処理を実行する。以下、ＳＯｘ再生処理について具体的に述べる。
【００２９】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒は該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が凡そ６００℃以上の高温且つリッチな雰囲気に曝された時に解消される。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を高温且つリッチな雰囲気にする方法としては、内燃機関１を低温燃焼運転させる方法が知られている。
【００３０】
内燃機関１の低温燃焼運転は、ＥＧＲガス量を増加させることにより実現される。ＥＧＲガスが内燃機関１の吸気中に混入されると、気筒２内における燃焼温度が低下してＮＯｘの発生量を抑えることができる。その際、吸気中に含まれるＥＧＲガスの割合が所定の割合より高くなると煤の発生量が急激に増加してしまうため、通常のＥＧＲ制御は前記所定の割合より低い割合で行われる。
【００３１】
ところで、ＥＧＲガス割合が前記所定の割合より更に高くされていくと、再び煤が減少していき最終的には煤が殆ど発生しなくなる。これは、炭化水素（ＨＣ）が煤となり得る
温度に比して気筒２内の燃焼温度が低くなるためであると考えられる。
【００３２】
煤に至る前に成長が停止した炭化水素（ＨＣ）は、フィルタ８に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の酸化能によって容易に酸化するため、フィルタ８が炭化水素（ＨＣ）の酸化反応熱を受けて昇温するようになる。また、上記したようにＥＧＲガス割合が高くされると、吸気中に含まれる新気の量が減少するため、吸気及び排気がリッチな雰囲気となる。
【００３３】
従って、内燃機関１が低温燃焼運転させられると、煤に代表される微粒子（ＰＭ）の排出量が抑制されるとともに、フィルタ８を高温且つリッチな雰囲気にすることができる。
【００３４】
尚、内燃機関１が高負荷運転されている時に低温燃焼運転を行うべくＥＧＲガス量を増加させても気筒２内で燃焼に供される燃料量が多くなると同時に燃焼温度が高くなるため、炭化水素（ＨＣ）を煤に至る前の状態に留めることが困難となる。依って、上記したような低温燃焼運転は内燃機関１が高負荷運転状態にない時（言い換えれば、内燃機関１が中・低負荷運転状態にある時）に実施されることが好ましい。
【００３５】
内燃機関１の高負荷運転状態時に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を解消させる場合は、燃料噴射弁３から燃料をポスト噴射させ、或いは燃料添加弁９から排気中へ燃料を添加させることにより、フィルタ８を昇温させるとともにリッチな雰囲気に曝すようにしてもよい。
【００３６】
上記したような方法によりＳＯｘ再生処理が実行されている時は、フィルタ８において炭化水素（ＨＣ）やＳＯｘの酸化・還元反応によって発生する熱量と、フィルタ８を通過する排気によって該フィルタ８から奪われる熱量との収支が適当に釣り合うようになるため、フィルタ８の過昇温が防止される。
【００３７】
しかしながら、本実施例に係る内燃機関１が高地で使用される場合（例えば、内燃機関１を搭載した車両が高地を走行する場合）には、空気密度の低下によって排気の熱容量が減少するため、上記したような熱量の収支が釣り合わなくなる可能性がある。すなわち、フィルタ８において炭化水素（ＨＣ）やＳＯｘの酸化・還元反応によって発生する熱量に対して、フィルタ８を通過する排気によって該フィルタ８から奪われる熱量が過少となる可能性がある。
【００３８】
このように熱量の収支が釣り合わなくなると、フィルタ８が過昇温して吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の熱劣化等を誘発する虞がある。この傾向は、高度が高く且つ排気温度が高くなるほど（すなわち、内燃機関１の負荷が高くなるほど）顕著となる。
【００３９】
そこで、本実施例におけるＳＯｘ再生処理では、ＥＣＵ１４は、大気圧センサ１５の出力信号に基づいて内燃機関１が使用される場所の高度を判定し、判定された高度が平地の高度（大気圧が略１気圧となる高度）より所定量（例えば、１０００ｍ）以上高い場合には判定された高度が高くなるほどＳＯｘ再生処理の実行領域、言い換えれば低温燃焼運転の実行領域を狭めるようにした。
【００４０】
具体的には、ＥＣＵ１４は、図２に示すように、低温燃焼運転を実行可能な機関負荷（燃料噴射量）の上限値及び機関回転数の上限値を高度が高くなるほど低く制限する。例えば、図２の例では、高度が平地から１０００ｍまでの範囲にある時は、機関負荷及び機関回転数は通常通りに設定される。
【００４１】
高度が１０００〜３０００ｍまでの範囲にあるときは、機関負荷の上限値が図中のＱｍａｘ１０００〜Ｑｍａｘ３０００までの範囲内において高度が高くなるほど低く設定され
るとともに、機関回転数の上限値は図中のＮｅｍａｘ１０００〜Ｎｅｍａｘ３０００までの範囲内において高度が高くなるほど低く設定される。
【００４２】
高度が３０００ｍを越えるときは、機関負荷の上限値がＱｍａｘ３０００に制限されるとともに機関負荷の上限値がＮｅｍａｘ３０００に制限される。ここで、Ｑｍａｘ３０００及びＮｅｍａｘ３０００は、内燃機関１がアイドル運転状態にあるときの負荷及び機関回転数と同等になるように設定される。このため、高度が３０００ｍを越える時には、内燃機関１がアイドル運転状態にある時に限り低温燃焼運転が実行されるようになる。
【００４３】
図２に示した例のように、低温燃焼運転を実行可能な機関負荷及び機関回転数の上限値が高度の変化に反比例して低くされると、高度が高くなるほど低温燃焼運転の実行可能領域が狭くなる。すなわち、低温燃焼運転の実行領域は、高度が高くなるほど負荷及び機関回転数が低い領域でのみ行われるようになる。
【００４４】
低温燃焼運転によるフィルタ８の過昇温は高度が高くなるほど発生し易くなるとともに機関負荷が高くなるほど発生し易くなるが、低温燃焼運転を実行可能な機関負荷の上限値が高度の上昇に反比例して低くされると、低温燃焼運転の実行によるフィルタ８の過昇温が発生し難くなる。
【００４５】
従って、本実施例におけるＳＯｘ再生処理によれば、高度が高くなるほど低温燃焼運転を実行可能な機関運転領域が狭くなるものの、フィルタ８の過昇温を抑制しつつ硫黄被毒を解消することができる。依って、高地における内燃機関１の使用期間（運転時間）が長くなるような場合であってもフィルタ８の浄化能（この場合は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能）が飽和し難くなり、排気エミッションの悪化が抑制されるようになる。
【００４６】
また、高度が３０００ｍを越えるような場合であっても、低温燃焼運転の実行領域をアイドル運転領域に限定することにより、フィルタ８の過昇温を抑制しつつ硫黄被毒を解消させることが可能となる。
【００４７】
尚、本実施例では、ＳＯｘ再生処理の実行方法として低温燃焼運転を例に挙げたが、燃料噴射弁３から燃料をポスト噴射させ、或いは燃料添加弁９から排気中へ燃料を添加させることによりＳＯｘ再生処理を行う方法においても高度に応じてポスト噴射可能な運転領域又は排気中への燃料添加可能な運転領域を狭めることにより本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、ＳＯｘ再生処理においてはフィルタ８の温度（図１の例では、排気温度センサ１０の出力信号）が所望の目標温度となるようにＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ弁１３の開度）がフィードバック制御されるが、その際の目標温度は段階的に高くされるようにしてもよい。
【００４９】
例えば、ＥＣＵ１４は、ＳＯｘ再生処理の実行初期における目標温度を通常の目標温度（例えば、平地における目標温度）より低く設定し、ＳＯｘ再生処理実行時間が長くなるほど目標温度が高くなるようにしても良い。
【００５０】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘは個々の吸蔵状態によって浄化可能な温度域が異なるため、上記したように目標温度が段階的に高くされると吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘが一斉に浄化反応を起こし難くなる。その結果、フィルタ８の過昇温を抑えやすくなるとともに、硫化硫黄（Ｈ２Ｓ）の単位時間当たりの発生量を抑えることも可能になる。
【００５１】
また、本実施例では、フィルタ８のＳＯｘ再生処理の実行可能領域を高度が高くなるほど狭める例について述べたが、フィルタ８のＰＭ再生処理の実行可能領域を高度が高くなるほど狭めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】ＳＯｘ再生処理を実行可能な運転領域と高度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・・・内燃機関
８・・・・・フィルタ（浄化触媒）
１１・・・・ＥＧＲ
１２・・・・ＥＧＲクーラ
１３・・・・ＥＧＲ弁
１４・・・・ＥＣＵ
１５・・・・大気圧センサ（高度検出手段）
【図１】
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【図２】
2006250036.tif 000004