(57)【要約】【課題】迅速にかつ環境性能の優れたパージ処理を可能にする。【解決手段】筒内燃料噴射弁３からのポスト噴射によるリッチ空燃比及びパージ時間を制御して、ＮＯx吸蔵還元触媒１１に吸着されている硫黄成分を除去するＳパージ制御が可能なエンジン２の排気浄化装置において、エンジンコントロールユニット３０は、Ｓパージを実行する際に、エンジン２が高負荷運転状態である場合にはＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合が大きくなるに伴ってＳパージ制御におけるリッチ空燃比を減少させ、エンジン２が低負荷運転状態である場合にはＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合が大きくなるに伴ってパージ時間を減少させる。【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、排気中の窒素酸化物を吸蔵する排気浄化触媒と、
前記内燃機関の燃料噴射手段による主噴射後に実行するポスト噴射を制御して、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比にして、前記排気浄化触媒に吸着されている硫黄成分を前記排気浄化触媒から除去するパージ制御を実行するパージ制御部と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記排気浄化触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定部と、を備え、
前記パージ制御部は、前記運転状態に基づいて前記パージ制御における前記リッチ空燃比と当該リッチ空燃比にする時間とのいずれか一方を前記劣化度合に基づいて変更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】
前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以上の際に、前記劣化度合に基づいて前記リッチ空燃比を変更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】
前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が前記所定値以上の際に、前記劣化度合が増加するに伴って前記リッチ空燃比を減少させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値未満の際には、前記劣化度合に基づいて前記リッチ空燃比にする時間を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が前記所定値未満の際に、前記劣化度合が増加するに伴って前記リッチ空燃比にする時間を減少させることを特徴とする請求項４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のパージ制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路には、排気を浄化するための排気浄化装置が備えられている。例えば、内燃機関の排気中のＮＯx(窒素酸化物)を浄化するために、ＮＯx吸蔵還元触媒等の排気浄化触媒が開発されている。
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、例えば貴金属を含んだ担体にＮＯx吸蔵剤を担持させて構成されており、リーン空燃比雰囲気（酸化雰囲気）下でＮＯxを捕捉する機能を有している。そして、内燃機関の燃料噴射制御等によって排気をリッチ空燃比とするＮＯxパージを行うことで、捕捉しているＮＯxを放出し、排気中のＨＣ、ＣＯと反応させて還元する。
【０００３】
しかし、ＮＯx吸蔵還元触媒においては、排気中のＮＯxを吸蔵するとともに、排気中の硫黄が吸着されてしまう。そこで、ＮＯx吸蔵還元触媒に吸着した硫黄を除去するために、内燃機関の燃料噴射制御等によって排気をリッチ空燃比とするとともに、ＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気の温度を上昇させるＳパージが必要に応じて行われる。
更に、特許文献１には、ＮＯxパージにおいて、排気空燃比をリーンとリッチとの間で周期的に切換え、このリッチ時間を触媒の劣化度合に基づいて変更することで、燃料消費及び未燃燃料の排出を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８３６５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、Ｓパージにおいては、ＮＯx吸蔵還元触媒の吸着されている硫黄成分が二酸化硫黄（ＳＯ２）や硫化水素（Ｈ２Ｓ）として排出されるが、これらの排出物のうち硫化水素の排出を抑制することが望ましい。
したがって、Ｓパージにおいては、上記の特許文献１のＮＯxパージのように触媒の劣化度合に基づいて制御することで燃料消費を抑えた効率的なパージを可能にするだけでなく、迅速にかつ硫化水素の排出を抑制させることが要求されている。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関において、迅速にかつ硫化水素の排出を抑え環境性能の優れたＳパージを可能とする排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の窒素酸化物を吸蔵する排気浄化触媒と、前記内燃機関の燃料噴射手段による主噴射後に実行するポスト噴射を制御して、前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比にして、前記排気浄化触媒に吸着されている硫黄成分を前記排気浄化触媒から除去するパージ制御を実行するパージ制御部と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、前記排気浄化触媒の劣化度合を推定する劣化度合推定部と、を備え、前記パージ制御部は、前記運転状態に基づいて前記パージ制御における前記リッチ空燃比と当該リッチ空燃比にする時間とのいずれか一方を前記劣化度合に基づいて変更することを特徴とする。
【０００８】
また、好ましくは、前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値以上の際に、前記劣化度合に基づいて前記リッチ空燃比を変更するとよい。
また、好ましくは、前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が前記所定値以上の際に、前記劣化度合が増加するに伴って前記リッチ空燃比を減少させるとよい。
また、好ましくは、前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が所定値未満の際には、記劣化度合に基づいて前記リッチ空燃比にする時間を変更するとよい。
【０００９】
また、好ましくは、前記パージ制御部は、前記内燃機関の負荷が前記所定値未満の際に、前記劣化度合が増加するに伴って前記リッチ空燃比にする時間を減少させるとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒の劣化度合に基づいてパージ制御の際のリッチ空燃比及びリッチ空燃比にする時間が制御されるので、劣化度合に応じてリッチ空燃比またはリッチ空燃比にする時間を適切に設定して、パージ制御における燃料消費を抑制するとともにパージ制御の実行時間を低減させることができる。また排気浄化触媒の劣化が進行していない場合には、従来制御に比べて触媒中の硫黄成分を完全に放出することができる。
【００１１】
また、内燃機関の運転状況に基づいて、劣化度合に対する制御対象をリッチ空燃比またはリッチ空燃比のいずれかに選択することで、内燃機関の運転状況によって変化する排気の状態に適したパージ制御が可能となり、排気浄化触媒に吸着されている硫黄成分が硫化水素として排出されることを抑制し、環境性能の優れたパージ制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態におけるエンジンの吸排気系の概略構成図である。
【図２】エンジンコントロールユニットにおけるＳパージ制御手順を示すフローチャートである。
【図３】ＳパージにおけるＮＯx吸蔵還元触媒の劣化度合と合計燃料噴射量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の排気浄化装置１が適用されたディーゼルエンジン（内燃機関：以下、エンジン２という）の吸排気系の概略構成図である。
エンジン２は、走行駆動源として車両に搭載されており、多気筒の筒内直接噴射式エンジンであって、図１では簡略して１つの気筒のみ記載している。エンジン２は、各気筒に設けられた筒内燃料噴射弁３（燃料噴射手段）から、任意の噴射時期及び噴射量で各気筒の燃焼室４内に燃料を噴射可能な構成となっている。
【００１４】
エンジン２の吸気通路５には、新気の流量を調整するための電子制御スロットルバルブ６が設けられている。
エンジン２の排気通路１０には、エンジン２から下流に向かって順番に、ＮＯx吸蔵還元触媒１１（排気浄化触媒）、ディーゼルパティキュレートフィルタ１２が設けられている。ＮＯx吸蔵還元触媒１１及びディーゼルパティキュレートフィルタ１２は、エンジン２の排気ポート１３に近接して配置されている。
【００１５】
ＮＯx吸蔵還元触媒１１は、例えば、白金（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含んだ担体に、バリウム（Ｂａ），カリウム（Ｋ）等のＮＯx吸蔵剤を担持させて構成されており、リーン空燃比雰囲気（酸化雰囲気）下でＮＯx（窒素酸化物）を捕捉する一方、リッチ空燃比雰囲気（還元雰囲気）下で、捕捉しているＮＯxを放出し、排気中のＨＣ、ＣＯと反応させて還元する機能を有している。
【００１６】
ディーゼルパティキュレートフィルタ１２は、例えば、ハニカム担体の通路の上流側及び下流側を交互にプラグで閉鎖して、排気中のＰＭを捕集する機能を有しており、更に、通路を形成する多孔質の壁にプラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒貴金属を担持して形成されている。
更に、エンジン２には、エンジン２の回転速度を検出する回転速度センサ２０が設けられている。エンジン２の吸気通路５には、吸気流量を検出するエアフローセンサ２１が設けられている。
【００１７】
エンジン２の排気通路１０には、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の上流側に排気空燃比を検出する上流側空燃比センサ２２と、排気温度を検出する上流側排気温度センサ２３が設けられている。また、ディーゼルパティキュレートフィルタ１２の下流側の排気通路には、排気空燃比を検出する下流側空燃比センサ２４が設けられている。
エンジンコントロールユニット３０（パージ制御部、劣化度合推定部、運転状態検出部）は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、タイマ及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成され、回転速度センサ２０、エアフローセンサ２１、上流側空燃比センサ２２、上流側排気温度センサ２３、下流側空燃比センサ２４等の各種センサの検出情報と、その他車両のアクセル操作量等の車両運転情報を入力し、当該各種情報に基づいて、筒内燃料噴射弁３からの燃料噴射量及び燃料噴射時期、電子制御スロットルバルブ６の開度を演算して、上記各種機器の作動制御を行うことで、エンジン２の運転制御を行う。
【００１８】
また、エンジンコントロールユニット３０は、主噴射後に実行するポスト噴射により排気空燃比を低下させることで、ＮＯx吸蔵還元触媒１１に吸蔵したＮＯxを除去するＮＯxパージと、ポスト噴射により排気空燃比を低下させるとともに、未燃燃料を排気通路に排出し、排気通路やＮＯx吸蔵還元触媒１１において燃焼（酸化）させて、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の温度を上昇させることで、ＮＯx吸蔵還元触媒１１に吸蔵した硫黄成分を除去するＳパージ（本発明におけるパージ制御）とが可能となっている。
【００１９】
なお、筒内燃料噴射弁３による燃料噴射は、所定時間毎に繰り返し行なわれ、デューティ比の制御により燃料噴射量が制御される。
次に、図２、３を用いて、本実施形態のエンジンにおけるＳパージの制御について説明する。図２は、エンジンコントロールユニット３０において実行するＳパージ制御手順を示すフローチャートである。図３は、ＳパージにおけるＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合と合計燃料噴射量との関係を示すグラフである。
【００２０】
本実施形態の制御は、例えばエンジン運転中に所定時間経過毎に行なわれる。
始めにステップＳ１０では、ＮＯx吸蔵還元触媒１１のＳ被毒量を推定する。Ｓ被毒量は、ＮＯx吸蔵還元触媒１１における排気中の硫黄成分の吸着量であり、例えば前回のＳパージからのエンジン２の運転積算時間や燃料噴射量の積算量等に基づいて推定すればよい。なお、本ステップにおける制御が本発明の劣化度合推定部に該当する。そして、ステップＳ２０に進む。
【００２１】
ステップＳ２０では、Ｓパージが必要か否かを判別する。ステップＳ１０において推定されたＳ被毒量が許容値近辺に設定された閾値を超えている場合には、Ｓパージが必要であると判定し、ステップＳ３０に進む。Ｓ被毒量が閾値以下である場合には、Ｓパージが必要でないと判定し、本ルーチンを終了する。
ステップＳ３０では、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合（触媒劣化度合）を求める劣化推定を行なう。ＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合は、例えばエンジン運転積算時間や積算走行距離等に基づいて求めればよい。あるいは、例えば特開２０１２−０３６７６２号公報に記載されているように、ポスト噴射をしてＮＯx吸蔵還元触媒１１の下流側の空燃比の変化状況に基づいてＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合を求めて記憶しておき、次回のエンジン始動時に劣化推定をする場合等に用いてもよい。そして、ステップＳ４０に進む。
【００２２】
ステップＳ４０では、エンジン負荷Ｐが所定値Ｐ1以上であるか否かを判別する。所定値Ｐ1は、例えばドライバビリティを優先するような高負荷と排気浄化性能を優先させる低負荷の切り換えを行なうために適宜設定される閾値である。エンジン負荷Ｐが所定値Ｐ1以上である場合には、ステップＳ５０に進む。エンジン負荷Ｐが所定値Ｐ1未満である場合には、ステップＳ６０に進む。なお、エンジン負荷Ｐは、エンジンコントロールユニット３０において、アクセル操作量等から常時求められており、このエンジンコントロールユニット３０におけるエンジン負荷Ｐを演算する機能が本発明の運転状態検出部に該当する。
【００２３】
ステップＳ５０では、ステップＳ３０で推定したＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合に基づいて、Ｓパージにおけるリッチ深さを設定する。リッチ深さは、Ｓパージの際の排気の最もリッチ側の目標空燃比であり、筒内燃料噴射弁３からパルス状に噴射される燃料のデューティ比の制御によって、リッチ深さが制御される。そして、劣化度合が大きくなるに伴ってリッチ深さを小さく設定する。なお、本ステップでは、劣化度合に拘わらずパージ時間（１回のパージ制御におけるリッチ空燃比にする時間の合計時間）は一定とする。そして、ステップＳ７０に進む。
【００２４】
ステップＳ６０では、ステップＳ３０で推定したＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合に基づいて、Ｓパージにおけるパージ時間を設定する。詳しくは、劣化度合が大きくなるに伴ってパージ時間を短く設定する。なお、本ステップでは、劣化度合に拘わらずリッチ深さは一定とする。そして、ステップＳ７０に進む。
ステップＳ７０では、ステップＳ５０またはステップＳ６０で設定されたリッチ深さ及びパージ時間とするＳパージを実行する。なお、図３の実線に示すように、Ｓパージにおける合計燃料噴射量（１回のＳパージにおけるポスト噴射量の合計値）は、リッチ深さ及びパージ時間のいずれを制御しても、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合が大きくなるに伴って減少する。そして、本ルーチンを終了する。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、Ｓパージを実施する際に、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合に基づいて、リッチ深さあるいはパージ時間を変更する。ＮＯx吸蔵還元触媒１１において、劣化度合が小さい場合には、ＮＯx吸蔵材と硫黄成分とが強固に結合しているため、Ｓパージを実行しても硫黄成分が放出され難い。そこで、劣化度合が小さい場合には、リッチ深さを大きく、あるいはパージ時間を長くすることで、図３の破線に示すような劣化度合に拘わらず合計燃料噴射量を一定にするような従来制御と比較して合計燃料噴射量を増加させ、ＮＯx吸蔵還元触媒１１から十分に硫黄成分を放出させることができる。劣化度合が小さい場合には、リッチ深さを小さく、あるいはパージ時間を短くすることで、Ｓパージを実施した際の合計燃料消費量を抑制することができる。
【００２６】
更に、本実施形態では、Ｓパージの際のエンジン運転状態に基づいて、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合に基づいてリッチ深さあるいはパージ時間のいずれを変更するか切換える。
エンジン負荷が所定値Ｐ1以上の高負荷では、劣化度合が小さい場合にはリッチ深さを大きく設定し、劣化度合が大きくなるに伴ってリッチ深さを小さく設定する。これにより、劣化度合が小さい場合には、Ｓパージを実施した際に硫黄成分が放出し難くい状態であるが、ポスト噴射における単位時間当たりの燃料噴射量を増加させて硫黄成分の放出を促し、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の性能を迅速かつ十分に回復させることができる。劣化度合が大きい場合には、Ｓパージを実施した際に硫黄成分が放出し易い状態であるので、ポスト噴射における単位時間当たりの燃料噴射量を低下させて、Ｓパージにおける燃費の低下を抑制することができるとともに、過剰なＳパージによるスリップガスを低減させることができる。そして、高負荷では、劣化度合が小さくともパージ時間を長くしないので、Ｓパージを迅速に終了させ、Ｓパージを実行することによるエンジン出力への影響を短時間で抑え、ドライバビリティを良好にすることができる。また、高負荷時では、排気空燃比がリッチ側であるので、Ｓパージの際に比較的容易に排気空燃比をリッチ側にし易く、迅速な硫黄成分の排出が可能となる。
【００２７】
一方、エンジン負荷が所定値Ｐ1未満の低負荷では、劣化度合いが小さい場合にはパージ時間を長く設定し、劣化度合が大きくなるに伴ってパージ時間を短く設定する。これにより、劣化度合が小さい場合には、Ｓパージを実施した際に硫黄成分が放出し難くい状態であるが、パージ時間を長く設定して硫黄成分を十分に放出させることができ、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の性能を回復させることができる。劣化度合いが大きい場合には、Ｓパージを実施した際に硫黄成分が放出し易い状態であるので、パージ時間を短くすることで、Ｓパージによる燃費の低下を抑制することができる。
【００２８】
低負荷時においては、吸気量が少ないため、Ｓパージを実施している際にＮＯx吸蔵還元触媒１１の酸素吸蔵性能によって、ＮＯx吸蔵還元触媒１１における空燃比がリーン側に変化し難い。そして、Ｓパージにおいて、ＮＯx吸蔵還元触媒１１において酸素量が少ない状態となり、ＮＯx吸蔵還元触媒１１に吸着している硫黄成分が硫化水素（Ｈ２Ｓ）として流出し易い。そこで、エンジン低負荷状態でＳパージを実行した際には、リッチ深さを大きくせずに劣化度合に対してパージ時間を変化させることで、ＮＯx吸蔵還元触媒１１からの硫化水素の排出を抑え、環境性能の優れたＳパージが可能となる。
【００２９】
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものではない。例えば、上記実施形態においては、エンジン２の高負荷状態ではＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合が増加するに伴ってリッチ深さを増加させ、エンジン２の低負荷状態ではＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合が増加するに伴ってパージ時間を増加させるが、エンジン２の高負荷状態及び低負荷状態のいずれか一方のみ上記制御を実行してもよい。
【００３０】
また、ＮＯx吸蔵還元触媒１１の劣化度合に基づくリッチ深さあるいはパージ時間の制御については、段階的に変化させてもよいし適宜設定した劣化度合の範囲内で変化するように制御してもよい。
本発明は、エンジンの運転状態に基づいて、Ｓパージ制御におけるリッチ深さとパージ時間のいずれか一方を制御対象として選択し、当該選択した制御対象をＮＯx吸蔵還元触媒の劣化度合に基づいて制御するものであればよく、劣化度合に基づく夫々の制御対象での変更方法については適宜設定してもよい。
【００３１】
本発明は、排気浄化装置として排気通路にＮＯx吸蔵還元触媒を備え、Ｓパージを行なうエンジンに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
２  エンジン（内燃機関）
３  筒内燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１１  ＮＯx吸蔵還元触媒（排気浄化触媒）
３０  エンジンコントロールユニット（パージ制御部、劣化度合推定部、運転状態検出部）
【図１】
2017227172.tif 000003
【図２】
2017227172.tif 000004
【図３】
2017227172.tif 000005