(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯX触媒装置と、前記ＮＯX触媒装置の排気下流側に配置されたＨＣ濃度センサと、再生処理に際して前記ＮＯX触媒装置へ流入する既燃ガス中に追加燃料を供給する燃料供給手段と、再生処理中の前記ＮＯX触媒装置の温度上昇値を直接的又は間接的に測定する温度上昇測定手段とを具備し、前記温度上昇測定手段により測定された前記温度上昇値が設定値以下である時に、前記ＨＣ濃度センサにより測定される再生処理中のすり抜け燃料量が設定量以下であれば、前記追加燃料の異常減量が発生していると判断することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記温度上昇測定手段により測定された前記温度上昇値が設定値以下である時に、前記ＨＣ濃度センサにより測定される再生処理中の前記すり抜け燃料量が前記設定量より多ければ、前記ＮＯX触媒装置の酸化能力が異常低下していると判断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。
【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】
リーン空燃比での燃焼を実施する内燃機関が公知であり、このような内燃機関の排気通路には、ＮＯXを浄化するためのＮＯX触媒装置が配置されている。ＮＯX触媒装置は、酸素濃度の高いリーン空燃比の排気ガスからＮＯXを良好に吸蔵するものであるが、無制限にＮＯXを吸蔵することはできない。それにより、ＮＯX触媒装置のＮＯX吸蔵量が飽和する以前に、ＮＯX触媒装置へ流入する既燃ガス中の酸素濃度を低下させることにより吸蔵されたＮＯXを放出させ、放出させたＮＯXを既燃ガス中の未燃ＨＣ及びＣＯ等の還元物質により還元浄化させるＮＯX触媒装置の再生処理が必要となる。
【０００３】
再生処理においては、リーン空燃比の既燃ガス中に気筒内又は排気通路において追加燃料（ＨＣ）を混入させてＮＯX触媒装置へ供給することとなる。こうしてＮＯX触媒装置へ供給された追加燃料の一部は、ＮＯX触媒装置に担持された酸化触媒によって既燃ガス中の酸素を消費して燃焼（酸化）させられ、既燃ガス中の酸素濃度を低下させる。また、追加燃料の残りは、酸素濃度の低下によりＮＯX触媒装置から放出されたＮＯXを還元浄化するのに使用される。
【０００４】
ＮＯX触媒装置の下流側にＨＣ濃度センサを配置し、ＮＯX触媒装置の再生処理中において、ＨＣ濃度センサによりＮＯX触媒装置をすり抜けたすり抜け燃料量を測定し、ＮＯX触媒装置に供給された追加燃料量に対してのすり抜け燃料量の割合が多ければ、ＮＯX触媒装置の酸化能力が異常低下していると判断することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８１９９４
【特許文献２】特開２００３−１７６７１４
【特許文献３】特開平１０−２５９７１３
【特許文献４】実用新案第２５８２３０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、再生処理において所望の追加燃料量に対して僅かな量しかＮＯX触媒装置へ供給されない追加燃料の異常減量が発生することがある。これを判断するために、例えば、再生処理中のＮＯX触媒装置の温度上昇値を単に測定するようにしても意味はない。すなわち、測定された温度上昇値が設定値を超えていれば、追加燃料の異常減量は発生していないと判断することができるが、測定された温度上昇値が設定値を下回っていても、ＮＯX触媒装置の酸化能力が異常低下している場合があるために、追加燃料の異常減量が発生していると判断することはできない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＮＯX触媒装置の再生処理に際して追加燃料の異常減量の発生を正確に判断可能とする内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯX触媒装置と、前記ＮＯX触媒装置の排気下流側に配置されたＨＣ濃度センサと、再生処理に際して前記ＮＯX触媒装置へ流入する既燃ガス中に追加燃料を供給する燃料供給手段と、再生処理中の前記ＮＯX触媒装置の温度上昇値を直接的又は間接的に測定する温度上昇測定手段とを具備し、前記温度上昇測定手段により測定された前記温度上昇値が設定値以下である時に、前記ＨＣ濃度センサにより測定される再生処理中のすり抜け燃料量が設定量以下であれば、前記追加燃料の異常減量が発生していると判断することを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記温度上昇測定手段により測定された前記温度上昇値が設定値以下である時に、前記ＨＣ濃度センサにより測定される再生処理中の前記すり抜け燃料量が前記設定量より多ければ、前記ＮＯX触媒装置の酸化能力が異常低下していると判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、温度上昇測定手段により測定された再生処理中のＮＯX触媒装置の温度上昇値が設定値以下である時には、追加燃料の異常減量が発生している場合だけでなく、ＮＯX触媒装置の酸化能力の異常低下が発生している場合も考えられるために、ＨＣ濃度センサにより検出される再生処理中のすり抜け燃料量が設定量以下である時に限り、追加燃料の異常減量が発生していると判断するようにしている。それにより、ＮＯX触媒装置の再生処理に際して追加燃料の異常減量の発生を正確に判断することができる。
【００１１】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、温度上昇測定手段により測定された温度上昇値が設定値以下である時に、ＨＣ濃度センサにより検出される再生処理中のすり抜け燃料量が設定量より多ければ、追加燃料の異常減量ではなく、ＮＯX触媒装置の酸化能力が異常低下していると判断するようにしている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、１０は排気通路に配置されたＮＯX触媒装置である。ＮＯX触媒装置１０の排気下流側には、ＮＯX触媒装置１０から流出する既燃ガスのＨＣ濃度を検出するためのＨＣ濃度センサ２０が配置されている。また、ＮＯX触媒装置１０の排気上流側には、ＮＯX触媒装置１０へ流入する既燃ガスへ燃料を供給するための燃料供給装置３０が配置されている。４０はＮＯX触媒装置１０の温度を直接的に測定するためにＮＯX触媒装置１０に取り付けられた温度センサである。ＮＯX触媒装置１０の温度を間接的に測定するために温度センサ４０をＮＯX触媒装置１０の直下流に配置して、ＮＯX触媒装置１０から流出した直後の既燃ガス温度を測定してＮＯX触媒装置１０の温度を推定するようにしても良い。本実施形態の内燃機関は、希薄燃焼を実施する内燃機関（例えばディーゼルエンジン）であり、排気ガス中には比較的多くのＮＯXが含まれている。
【００１３】
ＮＯX触媒装置１０は、アルミナ等を使用して以下に説明するＮＯX吸蔵触媒と白金Ｐｔのような貴金属触媒とが担持されたモノリス担体又はペレット担体を有するものである。また、ＮＯX触媒装置１０は、排気ガスがコージライトのような多孔質材料から形成された隔壁を通過するようにしたパティキュレートフィルタの隔壁表面及び細孔内にＮＯX吸蔵触媒と貴金属触媒を担持させたものとしても良い。
【００１４】
ＮＯX吸蔵触媒は、例えば、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である。このＮＯX吸蔵触媒は、流入する既燃ガスの空燃比がリーンの時、すなわち、酸素濃度が高い時にはＮＯXを吸蔵し、空燃比が理論空燃比又はリッチになると、すなわち、酸素濃度が低下すると、吸蔵したＮＯXを放出するＮＯXの吸放出作用を行う。このＮＯXの吸放出に際して、活性酸素が放出され、この活性酸素は輝炎を発生させることなくパティキュレートを酸化除去することができるために、ＮＯX触媒装置１０をパティキュレートフィルタとすれば、捕集されたパティキュレートは自動的に酸化除去される。
【００１５】
ところで、ＮＯX触媒装置１０は、無制限にＮＯXを吸蔵することはできず、ＮＯXの放出作用を利用して、ＮＯX触媒装置１０のＮＯX吸蔵量が飽和する以前に、流入する既燃ガスの空燃比をリッチにして、吸蔵されたＮＯXを放出させて還元浄化するＮＯX触媒装置１０の再生処理を実施することが必要となる。例えば、機関運転状態毎の単位時間当たりのＮＯX排出量を予めマップ化しておき、各機関運転状態においてＮＯX排出量を積算すれば、この積算値をＮＯX触媒装置１０のＮＯX吸蔵量とすることができる。このＮＯX吸蔵量が設定値に達した時にＮＯX触媒装置１０の再生時期と判断することができる。このように再生時期を判断することなく、設定車両走行時間毎又は設定車両走行距離毎に再生時期として再生処理を実施するようにしても良い。
【００１６】
再生処理においては、理論空燃比よりリーンな空燃比の既燃ガスに燃料供給装置３０により追加燃料を供給して、ＮＯX触媒装置１０へ流入する既燃ガスの空燃比を所望リッチ空燃比（又は理論空燃比）とすることとなる。燃料供給装置３０が設けられていない場合には、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁により、膨張行程又は排気行程において気筒内のリーン空燃比の既燃ガスへ追加燃料を噴射して、ＮＯX触媒装置１０へ流入する既燃ガスの空燃比を所望リッチ空燃比としても良い。
【００１７】
こうして、追加燃料が混入されると共に比較的多量の酸素を含む既燃ガスがＮＯX触媒装置１０へ流入すると、追加燃料の一部は、ＮＯX触媒装置１０に担持された酸化触媒によって既燃ガス中の酸素を消費して燃焼（酸化）させられ、既燃ガス中の酸素濃度が低下する。それにより、ＮＯX触媒装置１０からＮＯXが放出されると、放出されたＮＯXは追加燃料の残りによって還元浄化される。
【００１８】
燃料供給装置３０によって意図するように追加燃料が供給されてＮＯX触媒装置１０へ流入する既燃ガスの空燃比が所望リッチ空燃比とされ、また、ＮＯX触媒装置１０の酸化能力が正常であれば、前述したように良好な再生処理が実現される。しかしながら、燃料噴射装置３０の噴孔が異物により狭められて燃料供給装置３０により供給される追加燃料が所望量に対して僅かな量となったり、又は、劣化又は液状燃料付着等によってＮＯX触媒装置１０の酸化能力がかなり低下したりしていると、良好な再生処理が実現されず、それ以降は、ＮＯX触媒装置１０によって大気中へ放出されるＮＯX量を十分に低減することができなくなる。それにより、このような追加燃料の異常減量及び酸化能力の異常低下をそれぞれに正確に判断して、燃料供給装置３０の交換又は修理や、ＮＯX触媒装置１０の交換又は液状燃料除去等を迅速に行うことが必要である。
【００１９】
本排気浄化装置は、図２に示すフローチャートによって、追加燃料の異常減量やＮＯX触媒装置１０の酸化能力の異常低下を判断するようになっている。先ず、ステップ１０１において、再生時期となって再生処理が実施されるか否かが判断される。この判断が否定される時にはそのまま終了するが、燃料噴射弁３０により追加燃料が供給されて再生処理が実施される時には、ステップ１０２へ進む。ステップ１０２では、温度センサ４０により再生処理中のＮＯX触媒装置１０の温度上昇値ΔＴが測定され、この温度上昇値ΔＴの最大値ΔＴｍａｘが設定値Ｔ１以下であるか否かが判断される。
【００２０】
再生処理中のＮＯX触媒装置１０の温度上昇値ΔＴは、図３のタイムチャートに示すように変化する。燃料供給装置３０により供給された追加燃料は、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間においてＮＯX触媒装置１０へ到達して貴金属触媒により酸化させられる。ＮＯX触媒装置１０へ到達する単位時間当たりの燃料量は、時刻ｔ１から徐々に増加し、時刻ｔ２において最多となって、その後、徐々に減少する。それにより、時刻ｔ２においては、単位時間当たりの最多の燃料が燃焼し、また、同時に、放出されたＮＯXの還元浄化も活発に行われ、このＮＯXの還元浄化の発熱も加わって、ＮＯX触媒装置１０の温度上昇値ΔＴは最大値ΔＴｍａｘとなる。
【００２１】
こうして、再生処理において、燃料供給装置３０が所望量の追加燃料を供給し、また、ＮＯX触媒装置１０の酸化能力が正常であれば、ＮＯX触媒装置１０の時刻ｔ２における温度上昇の最大値ΔＴｍａｘは、図３の実線で示すように、設定値Ｔ１より大きくなる。すなわち、ステップ１０２の判断が否定される時には、追加燃料の異常減量及び酸化能力の異常低下はいずれも発生しておらず、そのまま終了する。
【００２２】
しかしながら、図３の点線で示すように、ＮＯX触媒装置１０の時刻ｔ２における温度上昇の最大値ΔＴｍａｘが設定値Ｔ１以下である時には、追加燃料の異常減量及び酸化能力の異常低下のいずれかが発生していることとなる。この時には、ステップ１０２の判断は肯定され、ステップ１０３において、ＨＣ濃度センサ２０のより検出されるＨＣ濃度Ｃの最大値Ｃｍａｘが設定濃度Ｃ１以下であるか否かが判断される。追加燃料の異常減量及び酸化能力の異常低下がいずれも発生していない場合において、単位時間当たりの最多の燃料がＮＯX触媒装置１０へ到達する時刻ｔ２の近傍において、ある程度の燃料がＮＯX触媒装置１０をすり抜けるために、図３に実線で示すように、ＨＣ濃度Ｃが最大値Ｃｍａｘとなる。燃料供給装置３０のより供給される追加燃料量を減少させれば、すり抜け燃料を減少させることができるが、これでは、放出されたＮＯXを十分に還元浄化させることができなくなる。
【００２３】
追加燃料の異常減量及び酸化能力の異常低下のいずれかが発生している場合において、時刻ｔ２近傍のすり抜け燃料によるＨＣ濃度Ｃの最大値Ｃｍａｘが設定値Ｃ１以下であるならば、ステップ１０３の判断が肯定され、この時には、燃料供給装置３０により供給された追加燃料量が異常に少ないために、ＮＯX触媒装置１０の温度上昇値ΔＴが小さくなっており、ステップ１０４において、追加燃料の異常減量と判断される。
【００２４】
一方、時刻ｔ２近傍のすり抜け燃料によるＨＣ濃度Ｃの最大値Ｃｍａｘが設定値Ｃ１より大きければ、ステップ１０３の判断が否定され、この時には、燃料供給装置３０により供給された追加燃料量は正常であるが、ＮＯX触媒装置１０の酸化能力が異常低下しているために、ＮＯX触媒装置１０の温度上昇値ΔＴが小さくなっており、ステップ１０５において、酸化能力の異常低下と判断される。
【００２５】
図２に示すフローチャートにおいて、ステップ１０２の判断では、ＮＯX触媒装置１０の温度上昇の最大値ΔＴｍａｘを閾値Ｔ１と比較するようになっている。ここで、再生処理の開始時におけるＮＯX触媒装置１０の温度が高いほどＮＯX触媒装置の酸化能力が高まって燃料を良好に燃焼させるはずであるために、再生処理の開始時におけるＮＯX触媒装置１０の温度が高いほど閾値Ｔ１を高くするようにしても良い。
【００２６】
また、ステップ１０３の判断では、ＮＯX触媒装置１０から流出する既燃ガス中のＨＣ濃度の最大値Ｃｍａｘを閾値Ｃ１と比較するようになっている。これは、再生処理中に燃料供給装置１０により供給された追加燃料量に対してＮＯX触媒装置をすり抜けた燃料量の割合が大きいか小さいかを判断するのと同等である。再生処理時に燃料供給装置３０から単位時間当たりに供給される追加燃料量は、前述したように、ＮＯX触媒装置１０へ流入する既燃ガスの空燃比を所望リッチ空燃比とするように設定され、一般的に、吸入空気量が多いほど多くなり、機関回転数が高いほど多くなる。
【００２７】
さらに、再生処理毎の燃焼空燃比が一定ではなく異なる可能性がある場合には、燃焼空燃比がリーン側であるほど燃料供給装置３０により単位時間当たりに供給される追加燃料量は多くなり、ＮＯX触媒装置の酸化能力が正常であってもＮＯX触媒装置１０をすり抜ける燃料量は多くなり、結果として、ＨＣ濃度は高くなる。それにより、再生処理時の燃焼空燃比がリーンであるほど、ステップ１０３の閾値Ｃ１を大きく設定することが好ましい。また、再生処置中においてＨＣ濃度センサにより検出されるＨＣ濃度に基づきＮＯX触媒装置１０をすり抜けた積算燃料量（又は、単位時間当たりの最大すり抜け燃料量）を、再生処理中に燃料供給装置１０により供給される追加燃料量に基づき設定される閾値と比較するようにして、再生処理中に燃料供給装置１０により供給された追加燃料量に対してＮＯX触媒装置をすり抜けた燃料量の割合が大きいか小さいかを判断するようにしても良い。本実施形態において、追加燃料の異常減量は、再生処理時に燃料供給装置３０から全く追加燃料が供給されない場合も含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図２】再生処理時の追加燃料の異常減量及びＮＯX触媒装置の酸化能力の異常低下を判断するためのフローチャートである。
【図３】ＮＯX触媒装置の温度上昇値及びＮＯX触媒装置から流出する既燃ガス中のＨＣ濃度の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００２９】
１０    ＮＯX触媒装置
２０    ＨＣ濃度センサ
３０    燃料供給装置
４０    温度センサ
【図１】
0004640062.tif 000002
【図２】
0004640062.tif 000003
【図３】
0004640062.tif 000004