(57)【要約】【課題】ＳＯX保持部に保持されているＳＯX保持量を推定する硫黄成分検出装置において、下流側に配置されたＮＯX触媒装置のＳ被毒回復処理が実施されても、比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出可能とする。【解決手段】排気通路１を通過する排気ガス中のＳＯXを保持可能な保持部を具備し、ＳＯX保持部に保持されているＳＯX保持量を推定する硫黄成分検出装置４であって、排気通路には、排気ガス中のＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX触媒装置２が配置され、ＮＯX触媒装置を設定温度に昇温してＮＯX触媒装置から保持したＳＯXを放出させるＮＯX触媒装置の回復処理中において保持部からは保持したＳＯXが放出されないようになっている。【選択図】図１
2011242236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路を通過する排気ガス中のＳＯXを保持可能な保持部を具備し、前記ＳＯX保持部に保持されているＳＯX保持量を推定する硫黄成分検出装置であって、前記排気通路には、排気ガス中のＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX触媒装置が配置され、前記ＮＯX触媒装置を設定温度に昇温して前記ＮＯX触媒装置から保持したＳＯXを放出させる前記ＮＯX触媒装置の回復処理中において前記保持部からは保持したＳＯXが放出されないようになっていることを特徴とする硫黄成分検出装置。
【請求項２】
前記保持部に担持されてＳＯXを保持するＳＯX保持材と、前記ＮＯX触媒装置に担持されてＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX保持材とは異なる物質とされ、前記保持部のＳＯX保持材は、前記ＮＯX触媒装置の前記回復処理の前記設定温度より高い温度に昇温させない限り保持したＳＯXを放出しないものであることを特徴とする請求項１に記載の硫黄成分検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫黄成分検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中のＳＯX濃度を検出するためのＳＯX濃度センサが公知である。一般的なＳＯX濃度センサは、固体電解質においてＳＯXが硫酸イオンに変化することにより生じる起電力を測定し、排気ガス中のＳＯX濃度を検出するようにしている。しかしながら、このような瞬時のＳＯX濃度を検出するＳＯX濃度センサでは、排気ガス中のＳＯX濃度が低いと、正確なＳＯX濃度を検出することが難しくなる。
【０００３】
このような瞬時の排気ガス中のＳＯX濃度を検出することはできないが、排気ガス中のＳＯX濃度が低くても、一定期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を比較的正確に検出することができる硫黄成分検出装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
この硫黄成分検出装置は、排気ガス中のＳＯXを硫酸塩として保持するＳＯX保持部を有し、ＳＯX保持部に保持されたＳＯX保持量に基づき一定期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出するようにしている。
【０００５】
ところで、排気通路には、排気ガス中のＮＯXを硝酸塩として保持するＮＯX触媒装置が配置されている。このようなＮＯX触媒装置は、無制限にＮＯXを保持することはできず、ＮＯX保持可能量を有している。ＮＯX触媒装置のＮＯX保持量がＮＯX保持可能量に達する前に、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とする再生処理が実施され、それにより、ＮＯX触媒装置に保持されたＮＯXを放出及び還元浄化させることができる。ＮＯX触媒装置は、排気ガス中のＳＯXをＮＯXと同様なメカニズムによって硫酸塩として保持し、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定な物質であるために、再生処理によってはＳＯXを放出させることはできず、ＳＯX保持量は増加する一方となり、ＳＯX保持量が増加するほどＮＯX保持可能量を減少させてしまう(Ｓ被毒）。
【０００６】
前述の硫黄成分検出装置をＮＯX触媒装置の上流側に配置して、一定期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出すれば、ＮＯX触媒装置のＳＯX保持量を検出することができる。こうして、ＮＯX触媒装置のＳＯX保持量が設定量に達するときに、Ｓ被毒回復処理として、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガス温度を高めてＮＯX触媒装置を設定温度へ昇温し、その直後に、ＮＯX触媒装置へ流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより、ＮＯX触媒装置に硫酸塩として保持されているＳＯXを放出させてＮＯX保持可能量を回復させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１７５６２３
【特許文献２】特開２０１０−０１９０９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようなＮＯX触媒装置のＳ被毒回復処理を実施すると、硫黄成分検出装置のＳＯX保持部からもＳＯXが意図せずに放出されることがあり、硫黄成分検出装置によって比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出することができなくなってしまう。
【０００９】
従って、本発明の目的は、ＳＯX保持部に保持されているＳＯX保持量を推定する硫黄成分検出装置において、下流側に配置されたＮＯX触媒装置のＳ被毒回復処理が実施されても、比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の硫黄成分検出装置は、排気通路を通過する排気ガス中のＳＯXを保持可能な保持部を具備し、前記ＳＯX保持部に保持されているＳＯX保持量を推定する硫黄成分検出装置であって、前記排気通路には、排気ガス中のＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX触媒装置が配置され、前記ＮＯX触媒装置を設定温度に昇温して前記ＮＯX触媒装置から保持したＳＯXを放出させる前記ＮＯX触媒装置の回復処理中において前記保持部からは保持したＳＯXが放出されないようになっていることを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置は、請求項１に記載の硫黄成分検出装置において、前記保持部に担持されてＳＯXを保持するＳＯX保持材と、前記ＮＯX触媒装置に担持されてＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX保持材とは異なる物質とされ、前記保持部のＳＯX保持材は、前記ＮＯX触媒装置の前記回復処理の前記設定温度より高い温度に昇温させない限り保持したＳＯXを放出しないものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による請求項１に記載の硫黄成分検出装置によれば、排気通路を通過する排気ガス中のＳＯXを保持可能な保持部を具備し、ＳＯX保持部に保持されているＳＯX保持量を推定する硫黄成分検出装置であって、排気通路には、排気ガス中のＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX触媒装置が配置され、ＮＯX触媒装置を設定温度に昇温してＮＯX触媒装置から保持したＳＯXを放出させるＮＯX触媒装置の回復処理中において保持部からは保持したＳＯXが放出されないようになっているために、ＮＯX触媒装置の回復処理が実施されても、硫黄成分検出装置の保持部のＳＯXの積算量がリセットされることはなく、硫黄成分検出装置によって比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出することができる。
【００１３】
本発明による請求項２に記載の硫黄成分検出装置によれば、請求項１に記載の硫黄成分検出装置において、保持部に担持されてＳＯXを保持するＳＯX保持材と、ＮＯX触媒装置に担持されてＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX保持材とは異なる物質とされ、保持部のＳＯX保持材は、ＮＯX触媒装置の回復処理の設定温度より高い温度に昇温させない限り保持したＳＯXを放出しないものとされており、それにより、ＮＯX触媒装置の回復処理が実施されても、容易に硫黄成分検出装置の保持部のＳＯXの積算量がリセットされないようにすることができ、硫黄成分検出装置によって比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による硫黄成分検出装置が配置された機関排気系を示す概略図である。
【図２】本発明による硫黄成分検出装置の実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明によるＮＯX検出装置が配置された機関排気系を示す概略図であり、同図において、１は内燃機関の排気通路である。内燃機関は、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関のような希薄燃焼を実施する内燃機関である。このような内燃機関の排気ガス中には、比較的多くのＮＯXが含まれるために、排気通路１には、ＮＯXを浄化するためのＮＯX触媒装置２が配置されている。
【００１６】
ＮＯX触媒装置２には、ＮＯX保持材と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されている。ＮＯX保持材は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又は、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である。
【００１７】
ＮＯX触媒装置２は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に保持し、すなわち、硝酸塩として良好に吸収したり、ＮＯ2として良好に吸着したりする。しかしながら、無制限にＮＯXを保持することはできず、ＮＯX保持量がＮＯX保持可能量に達してさらにＮＯXを保持することができなくなる前に、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とし、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させる。それにより、保持ＮＯXは離脱され、すなわち、吸収ＮＯXは放出され、また、吸着ＮＯ2は脱離され、これら離脱ＮＯXは排気ガス中の還元物質によりＮ2へ還元浄化される。
【００１８】
このようなＮＯX触媒装置２が排気ガス中のＳＯXを硫酸塩として吸蔵してしまうと、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定な物質であるために再生処理では放出させることができず、ＮＯX保持可能量が低下してしまう（Ｓ被毒）。それにより、ＮＯX触媒装置２のＳＯX保持量が設定量に達した時には、例えば、ＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガスの温度を設定温度へ高めてＮＯX触媒装置２を設定温度へ昇温し、次いで、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比として、排気ガス中の酸素濃度を低下させる回復処理を実施することにより、ＮＯX触媒装置２からＳＯXを放出させるようになっている。
【００１９】
一定期間の間に排気通路１を通過したＳＯXの積算量を検出可能とする硫黄成分検出装置４をＮＯX触媒装置２の上流側に配置することにより、ＮＯX触媒装置２のＳＯX保持量としてＮＯX触媒装置２へ流入したＳＯX量の積算値を検出することができる。
【００２０】
３は硫黄成分検出装置４の上流側に配置された酸化機能を有する触媒装置（酸化触媒装置又は三元触媒装置）である。内燃機関の希薄燃焼時の多量に酸素を含む排気ガスと燃料とを触媒装置４へ流入させる（排気ガスの空燃比としてはリーン）と、燃料は触媒装置４において排気ガス中の酸素を使用して良好に燃焼し、その燃焼熱によりＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガス温度を設定温度へ昇温させることができる。触媒装置４において燃焼させる燃料は、触媒装置４の上流側の排気通路１へ供給しても、膨張行程又は排気行程において気筒内へ供給しても良い。
【００２１】
図２は、本発明による硫黄成分検出装置４の実施形態を示す概略縦断面図である。同図において、１０は排気ガス通路１の外壁である。４１は硫黄成分検出装置４の基板である。基板１の一方側（好ましくは排気上流側）には熱電対等の温度センサ４２が配置されている。また、基板１の他方側には電気ヒータ４３が配置されている。４４は温度センサ４２の感温部を覆うように配置されたＮＯX及びＳＯXの保持部である。４５は、このように構成された硫黄成分検出装置４を取り囲んで排気ガス通路１の外壁１０を貫通する円筒状のケースである。
【００２２】
ケース４５には複数の開口穴４５ａが形成され、開口穴４５ａを介して排気通路１を通過する排気ガスがケース４５内へ流入するようになっている。４６はケース４５内の保持部４４近傍へ酸素（例えば大気中の酸素）を供給するための酸素ポンプであり、一体的な温度センサ４２、基板４１、及び電気ヒータ４３の回りに位置してケース４５内の保持部４４回りの空間と大気室とを分離する。酸素ポンプ４６は、ジルコニア等から形成され、ジルコニア式酸素濃度センサとは逆に電圧が印加されることにより、大気中の酸素をケース４５内の保持部４４近傍へ移動させることができる。
【００２３】
保持部４４は、排気ガス中のＳＯXを保持するものであり、例えば、ＳＯX保持材として前述したＮＯX保持材と、白金Ｐｔのような貴金属触媒とを温度センサ４２の感温部に塗布することにより形成することができる。
【００２４】
ＳＯX保持材を担持する保持部４４は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンである時に、すなわち、排気ガスの酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＳＯXを貴金属触媒により酸化させて硫酸塩としてＳＯX保持可能量まで保持することができる。保持部４４のＳＯX保持可能量は、ＳＯX保持材の担持量に対応して定めることができる。また、保持部４４は、ＳＯX保持可能量と現在のＳＯX保持量との差に対応して排気ガス中のＮＯXを貴金属触媒により酸化させて硝酸塩として保持する。保持部４４において、硫酸塩は硝酸塩に比較して安定な物質であり、硝酸塩に置き換わって硫酸塩は増加し、ＳＯXの保持は進行する。
【００２５】
こうして、保持部４４の現在のＮＯX保持量を検出すれば、ＳＯX保持可能量に基づき、これまでに硫黄成分検出装置４に保持された現在のＳＯX保持量を推定することができ、推定されたＳＯX保持量は、一定期間の間に硫黄成分検出装置４の位置において排気通路１を通過したＳＯXの積算量の一定割合と考えることができる。
【００２６】
保持部４４の現在のＮＯX保持量を検出するためには、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチ（又は理論空燃比）として排気ガス中の酸素濃度を低下させれば良く、それにより、保持部４４からＮＯXだけが放出されて排気ガス中の還元物質により還元させられる。
1/2Ｂａ（ＮＯ3)2→1/2ＢａＯ＋ＮＯ＋3/4Ｏ2−309.6kJ/mol
ＣＯ＋ＮＯ→1/2Ｎ2＋2ＣＯ2＋373.2kJ/mol
3/2ＣＯ+3/4Ｏ2→3/2ＣＯ2＋424.5kJ/mol
【００２７】
こうして、１molの放出ＮＯに対して約490kJの発熱が発生する。それにより、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とした前後の保持部４４の温度上昇値、すなわち、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とした後の保持部４４の最高温度と、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比する前の保持部４４の温度との差（温度上昇値）を温度センサ４２により検出することにより、保持部４４から放出された全ＮＯX量を保持部４４の現在のＮＯX保持量として検出することができる。
【００２８】
排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とするには、膨張行程又は排気行程において気筒内へ追加燃料を噴射しても、触媒装置３の上流側の排気通路１へ追加燃料を供給するようにしても良い。
【００２９】
ところで、硫黄成分検出装置の保持部４４に担持されたＳＯX保持材と、ＮＯX触媒装置に担持されたＮＯX保持材とを同じ物質とした場合においては、ＮＯX触媒装置２からＳＯXを放出させる回復処理を実施するために、ＮＯX触媒装置２へ流入する排気ガスの温度を設定温度へ高めて、次いで、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすると、硫黄成分検出装置の保持部４４も設定温度（回復処理温度）へ高められて周囲の酸素濃度が低下するために保持部４４からもＳＯXが放出されてしまう。それにより、保持部４４におけるＳＯXの積算量が意図せずにリセットされてしまうために、硫黄成分検出装置４によって比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出することができなくなる。
【００３０】
本実施形態においては、硫黄成分検出装置の保持部４４に担持されたＳＯX保持材と、ＮＯX触媒装置に担持されたＮＯX保持材とを異なる物質としており、保持部４４のＳＯX保持材は、ＮＯX触媒装置の回復処理の設定温度より高い温度に昇温させない限り保持したＳＯXを放出しないものとされている。
【００３１】
例えば、硫黄成分検出装置の保持部４４に担持されたＳＯX保持材は、アルカリ金属のうちで塩基性が特に高いカリウムＫとして、ＮＯX触媒装置に担持されたＮＯX保持材は、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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金属、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としている。
【００３２】
それにより、ＮＯX触媒装置に担持されたＮＯX保持材は、回復処理の設定温度として約６５０°Ｃとされて周囲の酸素濃度を低下させると、保持しているＳＯXを放出するが、硫黄成分検出装置の保持部４４に担持されたＳＯX保持材としてのカリウムＫは、約７００°Ｃとされて周囲の酸素濃度を低下させない限り、保持しているＳＯXを放出しない。
【００３３】
こうして、下流側に配置されたＮＯX触媒装置２のＳ被毒回復処理が実施されても、保持部４４におけるＳＯXの積算量がリセットされることはなく、硫黄成分検出装置４によって比較的長い期間の間に排気通路を通過したＳＯXの積算量を検出することができる。
【００３４】
また、硫黄成分検出装置の保持部４４に担持されたＳＯX保持材を、回復処理の設定温度が６５０°Ｃ以上のアルカリ金属として、ＮＯX触媒装置に担持されたＮＯX保持材を、回復処理の設定温度が約６００°Ｃのアルカリ土類金属としても良い。
【００３５】
また、ＮＯX触媒装置として、コージュライト又はメタルの基体上に、ＮＯX保持材として、ゼオライト、アルミナ、ジルコニア、又はチタニア等の層に鉄Ｆｅ又は銀Ａｇを担持させたものとすれば、このようなＮＯX触媒装置は、回復処理の設定温度として約５００°Ｃとされれば、保持されているＳＯXを放出するために、硫黄成分検出装置の保持部４４に担持されたＳＯX保持材は、回復処理の設定温度が６００°Ｃ以上となるカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、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金属、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とすることができる。
【００３６】
また、硫黄成分検出装置４の保持部４４は、ＮＯX触媒装置２を設定温度に昇温してＮＯX触媒装置２から保持したＳＯXを放出させるＮＯX触媒装置の回復処理中において、保持したＳＯXが放出されないようになっていれば良く、例えば、保持部４４に担持されてＳＯXを保持するＳＯX保持材と、ＮＯX触媒装置２に担持されてＮＯX及びＳＯXを保持するＮＯX保持材とが同じ物質であっても、ＮＯX触媒装置の回復処理中において保持部４４を冷却する冷却手段（空気噴出手段又は冷却水循環手段等）が設けられていれば、保持部４４は回復処理の設定温度へ昇温されないようにすることができ、周囲の酸素濃度が低下してもＳＯXを放出しないようにすることができる。
【００３７】
こうして、ＮＯX触媒装置２の回復処理が実施されても、硫黄成分検出装置４の保持部４４からＳＯXが放出されないようにすると、硫黄成分検出装置４の保持部４４のＳＯX保持量は、ＮＯX触媒装置２のＳＯX保持量に対応しなくなるために、保持部４４のＳＯX保持量に設定係数を乗算してもＮＯX触媒装置２のＳＯX保持量とすることはできなくなる。
【００３８】
しかしながら、ＮＯX触媒装置２の回復処理が実施されてＮＯX触媒装置２から全てのＳＯXが放出された時に、硫黄成分検出装置４の保持部４４のＳＯX保持量Ｍ０を検出すれば、現在の保持部４４のＳＯX保持量Ｍ１からＭ０を減算した値に設定係数を乗算すれば、ＮＯX触媒装置２の現在のＳＯX保持量とすることができる。
【００３９】
また、硫黄成分検出装置４の保持部４４のＳＯX保持量をリセットすることが必要となれば、保持部４４のための回復処理の設定温度へ保持部４４を昇温して周囲の酸素濃度を低下させることにより、保持部４４からＳＯXを放出させることができる。
【００４０】
ところで、硫黄成分検出装置４の保持部４４が排気ガス中のＮＯXを硝酸塩として保持する場合には、保持部４４近傍に酸素が供給されると、排気ガス中のＮＯは、供給された酸素によりＮＯ2に酸化され、次いで、硝酸塩として保持部４４に保持され易くなる。機関運転状態によっては、ケース４５内へ流入する排気ガスの酸素濃度が比較的低くなることがあるために、保持部４４からのＮＯXの放出処理等のように意図的に排気ガスの空燃比がリッチにされる間を除いて、酸素ポンプ４６を作動させて、保持部４４近傍へ酸素を供給して排気ガス中のＮＯが保持部４４に保持され易くすることが好ましく、特に、保持部４４近傍の排気ガスの空燃比を約４０以上とすることが好ましい。また、保持部４４が低温であると排気ガス中のＳＯXを十分に保持しないために、機関始動直後には電気ヒータ４３により保持部４４を暖機することが好ましい。
【符号の説明】
【００４１】
１    排気通路
２    ＮＯX触媒装置
３    触媒装置
４    硫黄成分検出装置
【図１】
2011242236.tif 000003
【図２】
2011242236.tif 000004