(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、触媒の活性度合いをより正確に判定することができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路２に設けられ、酸化能力を有する触媒３１と、触媒３１よりも上流側で排気のＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段４と、触媒３１よりも下流側で排気のｐＨを検出するｐＨ検出手段５と、ＮＯx濃度検出手段４により検出されるＮＯx濃度から推定されるｐＨとｐＨ検出手段５により検出されるｐＨとを比較することにより触媒３１の活性度合いを判定する活性判定手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも上流側で排気のＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、
前記触媒よりも下流側で排気のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度から推定されるｐＨと前記ｐＨ検出手段により検出されるｐＨとを比較することにより前記触媒の活性度合いを判定する活性判定手段と、
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】
前記活性判定手段は、前記触媒が活性状態にあると仮定したときの
前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度と、
前記触媒よりも下流の排気のｐＨと、
の関係を記憶する手段を備えており、
前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度と、前記関係と、から触媒が活性状態にあると仮定したときの該触媒よりも下流のｐＨを推定し、前記ｐＨ検出手段により得られるｐＨがその推定されたｐＨに近づくほど前記触媒の活性度合いが高いと判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記活性判定手段は、前記触媒が活性状態にあるときには前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度が高くなるほど前記触媒よりも下流の排気のｐＨが低下するという関係に基づいてｐＨの推定を行い、前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度が所定範囲内のときには活性度合いの判定を中止することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記活性判定手段により前記触媒が活性状態にあると判定されたときの該触媒の温度が高いほど該触媒の劣化度合いが大きいと判定する触媒劣化判定手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒を所定の温度まで上昇させて排気浄化装置の浄化能力を回復させる浄化能力回復手段と、
前記浄化能力回復手段により排気浄化装置の浄化能力を回復させた後において、前記触媒が活性したと判定されたときの温度が、該触媒の温度履歴から推定される温度よりも所定値以上高い場合には該触媒が過熱したと判定する触媒過熱判定手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化能力を有する触媒は、酸化活性温度に達していないとその酸化能力が十分に発揮されない。ここで、低燃費化が進むと内燃機関の排気温度がそれに従い低下すると考えられる。その一方で、排気を浄化するためには触媒を早期に温度上昇させる必要がある。しかし、触媒の温度が酸化活性温度に達していない状態で燃料添加等を行なっても反応が鈍く、燃料が触媒をすり抜ける虞がある。
【０００３】
これに対し、排気中のＮＯx濃度に基づいて触媒の活性度合いを判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１１６３３２号公報
【特許文献２】特許第３６４９１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関からの排気中のＮＯx濃度は該内燃機関の運転状態により変化するため、酸化能力を有する触媒の下流でＮＯx濃度を測定しても、この測定値は内燃機関の運転状態によっても変わり得る。そのため、触媒下流のＮＯx濃度だけを見て触媒の活性度合いを判定すると、精度が低くなる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、触媒の活性度合いをより正確に判定することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも上流側で排気のＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段と、
前記触媒よりも下流側で排気のｐＨを検出するｐＨ検出手段と、
前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度から推定されるｐＨと前記ｐＨ検出手段により検出されるｐＨとを比較することにより前記触媒の活性度合いを判定する活性判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
排気中のＮＯx、ギ酸、酢酸等が酸化されると、排気の（水素イオン濃度指数）ｐＨが変化する。例えば排気中に含まれるＮＯが酸化されてＮＯ２となり、さらにＮＯ２がＨ２Ｏと反応してＨ２ＮＯ３となると排気のｐＨが下降する。また、ギ酸や酢酸が酸化されてＨ２Ｏ及びＣＯ２になると、排気のｐＨが上昇する。
【０００８】
そのため、触媒が活性温度に達していて且つ排気中のＮＯx濃度が低い場合には、ギ酸や酢酸が触媒にて殆ど酸化されてＨ２Ｏ及びＣＯ２になってしまうため、ｐＨ検出手段にて検出される排気のｐＨは高くなる。なお、活性温度に達するとは、活性度合いが十分に高いときの温度に達するこという。
【０００９】
一方、触媒が活性温度に達していて且つ排気中のＮＯx濃度が高い場合には、触媒でＮ
Ｏが酸化されてＮＯ２になり、さらにＨ２Ｏと反応してＨ２ＮＯ３となるため、ｐＨ検出手段にて検出される排気のｐＨは低くなる。ここで、ＮＯはＮＯ２と比較すると、Ｈ２Ｏと反応し難いため、ＮＯxの中でＮＯの割合が高いほどＨ２ＮＯ３の濃度が低くなる。そのため、ｐＨの低下の度合いが低くなる。一方、ＮＯ２の割合が高いほどＨ２ＮＯ３の濃度が高くなるため排気のｐＨはより低くなる。そして、触媒の活性度合いが高いほどより多くのＮＯが酸化されてＮＯ２になるのでＮＯ２の割合が高くなる。
【００１０】
つまり、酸化能力を有する触媒を排気が通過するときに、該触媒の活性度合いや排気中のＮＯx濃度に応じてｐＨが変化する。
【００１１】
この関係に従えば、触媒の活性度合いを判定することができる。すなわち、触媒を通過する前の排気中のＮＯx濃度に基づいて、触媒が活性状態にあるときの該触媒よりも下流のｐＨを推定することができる。そして、この推定されたｐＨと、実際に触媒を通過した後の排気のｐＨと、を比較することにより触媒の活性度合いを判定することができる。なお、活性状態にあるとは、活性度合いが十分に高い状態にあることをいう。
【００１２】
そのため、本発明においては、前記活性判定手段は、前記触媒が活性状態にあると仮定したときの
前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度と、
前記触媒よりも下流の排気のｐＨと、
の関係を記憶する手段を備えており、
前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度と、前記関係と、から触媒が活性状態にあると仮定したときの該触媒よりも下流のｐＨを推定し、前記ｐＨ検出手段により得られるｐＨがその推定されたｐＨに近づくほど前記触媒の活性度合いが高いと判定することができる。
【００１３】
つまり、活性状態にある触媒を排気が通過するときに、該触媒よりも排気のｐＨがどのような値になるのかを、該触媒よりも上流側のＮＯx濃度と関連付けて記憶させておけば、ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度に基づいて触媒が活性状態にあるときの該触媒よりも下流の排気のｐＨを推定することができる。そして、この排気のｐＨから離れるほど活性度合いが低く、近づくほど活性度合いが高いといえる。
【００１４】
本発明においては、前記活性判定手段は、前記触媒が活性状態にあるときには前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度が高くなるほど前記触媒よりも下流の排気のｐＨが低下するという関係に基づいてｐＨの推定を行い、前記ＮＯx濃度検出手段により検出されるＮＯx濃度が所定範囲内のときには活性度合いの判定を中止することができる。
【００１５】
前述のように、ＮＯが酸化されＮＯ２となり、さらにＨ２Ｏと反応するとｐＨが下降する。一方、触媒が活性温度に達しているときにおいて排気中のＮＯx濃度が低くなると、排気が触媒を通過したときにｐＨが上昇する。
【００１６】
このように、排気のＮＯx濃度とｐＨとには相関があり、触媒が活性状態にある場合には、該触媒よりも上流側のＮＯx濃度が高くなるほど、該触媒よりも下流側のｐＨは低下する。つまり、触媒よりも上流側のＮＯx濃度によっては、触媒よりも下流側の排気のｐＨが変化しないこともあり得る。一方、触媒が活性温度に達していないと、触媒よりも上流側のＮＯx濃度によらず該触媒よりも下流の排気のｐＨが変化しない。つまり、ｐＨが変化しないときには、触媒が活性しているのか否か判定することが困難となる。これに対し、触媒の活性度合いの判定を中止すれば、誤った判定がなされることを抑制できる。
【００１７】
本発明においては、前記触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記活性判定手段により前記触媒が活性状態にあると判定されたときの該触媒の温度が高いほど該触媒の劣化度合いが大きいと判定する触媒劣化判定手段と、
をさらに備えることができる。
【００１８】
触媒が劣化すると、同じ温度であっても酸化能力が低下する。つまり、排気が触媒を通過するときのｐＨの変化が小さくなる。そのため、活性判定手段により活性したと判定されるときの触媒の温度は、該触媒の劣化の度合いに応じて高くなる。このような関係に基づけば、触媒の劣化の度合いを求めることができる。
【００１９】
本発明においては、前記触媒を所定の温度まで上昇させて排気浄化装置の浄化能力を回復させる浄化能力回復手段と、
前記浄化能力回復手段により排気浄化装置の浄化能力を回復させた後において、前記触媒が活性したと判定されたときの温度が、該触媒の温度履歴から推定される温度よりも所定値以上高い場合には該触媒が過熱したと判定する触媒過熱判定手段と、
をさらに備えることができる。
【００２０】
浄化能力回復手段は、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復、又はパティキュレートフィルタの再生を行なうことができる。浄化能力を回復するために触媒が高温になったり、経年変化したりすると該触媒が徐々に劣化する。そのため、活性状態になる温度が徐々に高くなる。しかし、触媒が過熱すると、該触媒の劣化が急激に進行することがある。このように劣化が急激に進行すると、触媒が活性するときの温度が急激に高くなる。
【００２１】
つまり、活性状態になる温度が、それまでの履歴に基づいて推定される温度よりも所定値以上高くなった場合には、該触媒が過熱したと判定することができる。つまり所定値とは、劣化の度合いが許容範囲よりも高くなる値である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、内燃機関の排気浄化装置において、触媒の活性度合いをより正確に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその排気系との概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００２５】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。この排気通路２の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒３１（以下、ＮＯx触媒３１という。）を担持したパティキュレートフィルタ３（以下、フィルタ３という。）が備えられている。また、ＮＯx触媒３１はフィルタ３とは別に該フィルタ３よりも上流側に備えられていても良い。さらに、ＮＯx触媒３１の代わりに酸化触媒又は三元触媒等の酸化能力を有する他の触媒を用いても良い。なお、本実施例においてはＮＯx触媒３１が、本発明における酸化能力を有する触媒に相当する。
【００２６】
また、フィルタ３よりも上流側の排気通路２には、該排気通路２内を流れる排気中のＮＯx濃度に応じた信号を出力するＮＯxセンサ４が取り付けられている。また、フィルタ３よりも下流の排気通路２には、該排気通路２内を流れる排気のｐＨに応じた信号を出力するｐＨセンサ５が取り付けられている。さらに、フィルタ３には、該フィルタ３及びＮＯ
x触媒３１の温度に応じた信号を出力する温度センサ６が取り付けられている。なお、本実施例においてはＮＯxセンサ４が、本発明におけるＮＯx濃度検出手段に相当する。また、本実施例においてはｐＨセンサ５が、本発明におけるｐＨ検出手段に相当する。
【００２７】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。そしてＥＣＵ１０には、上記センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。
【００２８】
そして、本実施例では、ＮＯxセンサ４により検出されるＮＯx濃度と、ｐＨセンサ５により検出されるｐＨと、に基づいてＮＯx触媒３１の活性度合いを判定する。
【００２９】
ここで、図２は、ＮＯx触媒３１に流入する排気中のＮＯx濃度と、ＮＯx触媒３１から流出する排気のｐＨとの関係を示した図である。実線はＮＯx触媒３１が活性状態にある場合を示し、破線は活性状態にない場合（非活性状態の場合）を示している。
【００３０】
ＮＯx触媒３１が非活性状態の場合には、該ＮＯx触媒３１においてＮＯxが殆ど反応しないので、ＮＯx濃度によらずｐＨは一定となる。一方、ＮＯx触媒３１か活性状態の場合には、該ＮＯx触媒３１においてＮＯがＮＯ２に酸化される。このＮＯ２はＨ２Ｏと反応してＨ２ＮＯ３になる。そしてＨ２ＮＯ３が排気中に多く含まれると、酸性度が高くなるため、ｐＨセンサ５により検出されるｐＨが下降する。つまり、ＮＯx触媒３１が活性状態のときであって排気中のＮＯx濃度が高い場合には、ＮＯx濃度が高くなるほどｐＨが下降する。
【００３１】
一方、ＮＯx触媒３１が活性状態の場合であって排気中のＮＯx濃度が低いときには、該ＮＯx触媒３１においてＮＯxが反応することによるｐＨの変化は少ない。しかし、排気中にはＨＣがある程度酸化されたギ酸や酢酸が含まれている。このギ酸や酢酸が活性状態にあるＮＯx触媒３１に流入すると、Ｈ２ＯとＣＯ２に酸化される。これにより、排気中のギ酸や酢酸の量が減少する。つまり、ｐＨセンサ５により検出されるｐＨが上昇する。このように、ＮＯx触媒３１が活性状態のときであって排気中のＮＯx濃度が低い場合には、ＮＯx濃度が低くなるほどｐＨが上昇する。
【００３２】
このようなことから、ＮＯxセンサ４により検出されるＮＯx濃度と、ｐＨセンサ５により検出されるｐＨとを図２に代入し、その交点がＮＯx触媒３１の活性時（実線）又は非活性時（破線）のどちらに近いのかを見れば、その近いほうがそのときのＮＯx触媒３１の状態であると判定することができる。また、非活性時（破線）よりも活性時（実線）側へ離れるほど活性度合いが高いとしても良く、非活性時（破線）に近づくほど活性度合いが低いとしても良い。さらに、活性時（実線）よりも離れるほど活性度合いが低いとしても良く、活性時（実線）に近づくほど、活性度合いが高いとしても良い。なお、本実施例ではこのようにＮＯx触媒３１の活性度合いを判定するＥＣＵ１０が、本発明における活性判定手段に相当する。
【００３３】
ただし、ＮＯx触媒３１の活性時と非活性時とでｐＨの差が小さい範囲（図２において（Ｘ）で示される範囲）がある。この範囲では、たとえＮＯx触媒３１が活性状態にあっても、ギ酸や酢酸の減少によるｐＨの上昇と、Ｈ２ＮＯ３によるｐＨの下降とが釣り合ってしまうため、ｐＨの変化が小さい。このような範囲でＮＯx触媒３１の活性度合いの判定を行うと、誤判定をする虞があるため判定を中止する。この範囲は予め実験等により求めることができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施例によればＮＯx触媒３１よりも上流側のＮＯx濃度とＮＯx触媒３１よりも下流側の排気のｐＨとに基づいて該ＮＯx触媒３１の活性度合いを判定することができる。
【００３５】
なお、ＮＯx濃度はＮＯxセンサ４により検出する他、機関回転数及び機関負荷と排気中のＮＯx濃度との関係を予め実験により求めておき、該機関回転数及び機関負荷からＮＯx濃度を求めるようにしても良い。
【実施例２】
【００３６】
本実施例では、実施例１においてＮＯx触媒３１の温度が活性温度に達していると判定されたときの該ＮＯx触媒３１の温度に基づいて該ＮＯx触媒３１の劣化の度合いを判定する。なお、本実施例においては温度センサ６が、本発明における温度検出手段に相当する。
【００３７】
ここで、ＮＯx触媒３１の劣化が進行すると排気中のＮＯx、ギ酸、及び酢酸等が反応し難くなるため、該ＮＯx触媒３１よりも上流側と下流側とのｐＨの変化が小さくなる。つまり、より温度が高くなってｐＨの変化が大きくならなければＮＯx触媒３１が活性温度に達したと判定されなくなる。
【００３８】
図３は、ＮＯx触媒３１が活性したときの温度（活性温度）と、ＮＯx触媒３１の劣化の度合い（劣化度）と、の関係を示した図である。（Ａ）はＮＯx触媒３１が新品の状態のときの活性温度を示している。また、（Ｂ）は新品状態から劣化度が高くなっているが許容範囲内のときの活性温度を示している。さらに、（Ｃ）はＮＯx触媒３１の劣化度が許容範囲を超えたときの活性温度を示している。このように、劣化度が高くなるほど活性温度は上昇する。
【００３９】
そして、許容できる劣化度の限度に対する活性温度を予め実験等により求めて設定しておけば、活性温度に基づいてＮＯx触媒３１の劣化判定を行うことができる。また、活性温度が高いほど劣化度合いが高いと判定してもよい。さらに、図３の関係を予め実験等により求めておき、劣化度に応じてＮＯx触媒３１に供給する還元剤量を増加させても良い。つまり、活性温度から還元剤量を決定しても良い。なお、本実施例においてはこのようにＮＯx触媒３１の劣化判定を行うＥＣＵ１０が、本発明における触媒劣化判定手段に相当する。
【００４０】
このように、本実施例によれば実施例１でＮＯx触媒３１が活性していると判定されたときの温度に基づいて該ＮＯx触媒３１の劣化の度合いを判定することができるので、この劣化の度合いに応じて還元剤を供給することができる。これにより、ＮＯxの浄化率を向上させつつ燃費の悪化を抑制することができる。
【実施例３】
【００４１】
本実施例では、ＮＯx触媒３１が高温となったときに該ＮＯx触媒３１が過熱したか否かを、以前の活性温度の履歴と、以後の活性温度とを比較することにより判定する。ここで、ＮＯx触媒３１が高温となるのは、フィルタ３に堆積している粒子状物質を酸化させるとき（つまりフィルタ３の再生を行なうとき）や、ＮＯx触媒３１の硫黄被毒を回復させるとき等を例示することができる。これらを行なうと、ＮＯx触媒３１が過熱することがあり、この過熱によりＮＯx触媒３１の浄化能力が低下することがある。なお、本実施例ではフィルタ３の再生又はＮＯx触媒３１の硫黄被毒回復を行なうＥＣＵ１０が、本発明における浄化能力回復手段に相当する。
【００４２】
図４は、フィルタ３の再生を行なった回数（再生回数）と、ＮＯx触媒３１が活性した
ときの温度（活性温度）と、の関係を示した図である。再生回数が増えるに従い、再生による劣化や経年変化により活性温度が高くなる。ＮＯx触媒３１が過熱しなければ、劣化度が急激に高くなることはないため、例えば（Ｚ）で示される回数のときには（Ｄ）で示される活性温度になると推定することができる。これは、例えばフィルタ３の再生等を行なう毎に活性温度の上昇値を求めておき、該上昇値の平均値を用いて次のフィルタ３の再生等の後の活性温度を推定することもできる。
【００４３】
しかし、ＮＯx触媒３１が過熱することにより劣化度が急激に高くなると、（Ｚ）で示される回数のときに例えば（Ｅ）で示される活性温度となってしまう。つまり、活性温度に（Ｅ）と（Ｄ）との差が出る。本実施例では、この差が閾値よりも大きければ、ＮＯx触媒３１が過熱して異常が生じたと判定する。この閾値は、予め実験等により求めることができる。なお、本実施例においてはＮＯx触媒３１が過熱したか否か判定を行うＥＣＵ１０が、本発明における触媒過熱判定手段に相当する。
【００４４】
このように、本実施例によればＮＯx触媒３１が高温となった後の該ＮＯx触媒３１の異常を、以前の活性温度の履歴と、以後の活性温度とを比較することにより判定することができる。これにより、フィルタ３の交換を運転者に促したり、フィルタ３の再生を禁止したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその排気系との概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯx触媒に流入する排気中のＮＯx濃度と、ＮＯx触媒から流出する排気のｐＨとの関係を示した図である。
【図３】ＮＯx触媒が活性したときの温度（活性温度）と、ＮＯx触媒の劣化の度合い（劣化度）と、の関係を示した図である。
【図４】フィルタの再生を行なった回数（再生回数）と、ＮＯx触媒が活性したときの温度（活性温度）と、の関係を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１     内燃機関
２     排気通路
３     パティキュレートフィルタ
４     ＮＯxセンサ
５     ｐＨセンサ
６     温度センサ
３１   吸蔵還元型ＮＯx触媒
【図１】
2008138553.tif 000003
【図２】
2008138553.tif 000004
【図３】
2008138553.tif 000005
【図４】
2008138553.tif 000006