JP4178864B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときにNOxを吸蔵する一方、その吸蔵したNOxを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し且つ還元浄化するNOx吸蔵タイプの触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、前記触媒の劣化に適切に対処するための制御技術の分野に属する。尚、NOx吸蔵タイプの触媒については既に種々の構成のものが公知であり、それらはNOx吸収タイプ或いはNOx吸着タイプ等と呼ばれることもあるが、この明細書においてNOx吸蔵タイプの触媒というときには、前記いずれの呼称のものをも含むものとする。
【0002】
【従来の技術】
従来より、この種の排気浄化装置として、例えば特許第2888124号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路にNOx吸蔵タイプの触媒を配置し、この触媒の下流側に配設したNOx濃度センサからの信号に基づいて、触媒の劣化を検出するようにしたものが知られている。すなわち、NOx吸蔵タイプの触媒は、内燃機関が理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転されて(以下、リーン運転ともいう)、排気の空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときにNOxを吸蔵する一方、内燃機関の運転空燃比が理論空燃比乃至それよりもリッチになって(以下、リッチ運転ともいう)、排気の空燃比状態が理論空燃比乃至それよりもリッチな状態(以下、単にリッチ状態ともいう)になれば、吸蔵したNOxを放出して還元浄化するという機能を有する。
【0003】
そして、前記従来例の排気浄化装置では、内燃機関のリッチ運転によって触媒が吸蔵したNOxの放出を完了し、その後、当該内燃機関がリーン運転に切り換わって、触媒が排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、その時点から触媒下流のNOx濃度が所定値になるまでの時間が短ければ、触媒の劣化によってNOxの吸蔵能が低下していると判定し、例えば警報の作動により車両の乗員者に触媒の劣化を報知して、この触媒の交換を促すようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、NOx吸蔵タイプの触媒としては、担体に酸化バリウム等のNOx吸蔵材と白金やパラジウム等の貴金属とを担持させたものが用いられており、このような触媒の劣化状態としては、内燃機関からの高温の排気に曝されて前記貴金属やNOx吸蔵材の機能が低下すること(熱劣化)や、排気ガスに含まれる硫黄成分がNOx吸蔵材と強く結びついて、NOxの吸蔵能を阻害すること(硫黄被毒)等が知られている。
【0005】
そして、触媒が前記硫黄被毒の状態にあるときには、排気ガスの空燃比状態をリッチ状態に保ちながら、例えばガソリン機関ならば点火時期のリタード等によって排気温度を高くして、触媒の温度状態を所定以上に維持することにより、この触媒のNOx吸蔵材から硫黄成分を離脱させることができ、これによりNOxの吸蔵能を回復することができる。
【0006】
しかしながら、前記従来例の排気浄化装置では単に触媒の劣化を検出して、車両の乗員に警報を発するようにしているだけなので、上述の如く触媒の機能を回復可能な硫黄被毒の場合であっても乗員への警報が行われることになり、この警報が極めて煩雑なものとなる。
【0007】
斯かる問題点に鑑み、本願の発明者らは、NOx吸蔵タイプの触媒の劣化原因の特定について鋭意、研究を重ねた結果、触媒が一旦、吸蔵したNOxの放出を完了して、その後、排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、該触媒下流側のNOx濃度の変化の様子いが熱劣化の場合と硫黄被毒の場合とで大きく異なることを見出して、発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本願発明の目的とするところは、内燃機関の排気通路にNOx吸蔵タイプの触媒を備えた排気浄化装置において、この触媒の劣化したことのみならず、その原因をも自動的に特定して、それぞれ適切な対処を可能とすることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、触媒下流側の排気通路にNOx濃度センサを配設し、触媒の劣化が検出された場合には、その触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、前記NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率に基づいて、触媒の劣化原因を判定するようにした。
【0010】
具体的に、請求項1の発明では、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときにNOxを吸蔵する一方、吸蔵したNOxを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し且つ還元浄化するNOx吸蔵タイプの触媒と、該触媒よりも下流側の排気通路に配設されて、排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOx濃度センサと、少なくとも前記NOx濃度センサによる検出値に基づいて、触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。そして、前記触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出された場合に、その触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、前記NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率を求めて、この時間変化率が予め設定した基準値以上であれば、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定する劣化原因判定手段とを備える構成とする。
【0011】
前記の構成により、まず、内燃機関がリーン運転されて、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比よりもリーンな状態になると、酸素過剰雰囲気の排気ガス中のNOxがNOx吸蔵タイプの触媒によって吸蔵される。一方、内燃機関がリッチ運転されると排気の空燃比状態もリッチ状態になり、このときには前記触媒において吸蔵されているNOxが放出されて、還元浄化されることになる。
【0012】
ここで、前記触媒が劣化するとそのNOx吸蔵能が低下するため、例えば前記内燃機関のリッチ運転によって触媒が一旦、吸蔵したNOxを全て放出したとしても、その後、内燃機関がリーン運転に切り換わって触媒による排気ガス中のNOxの吸蔵が再開したときに、該触媒下流のNOxの濃度は相対的に早く増大するようになる。また、この際、触媒が熱劣化している場合にはNOx濃度の増大変化の立ち上がりが比較的緩やかなものとなり、一方、硫黄被毒の場合にはNOx濃度の増大変化の立ち上がりが比較的急峻なものとなる。
【0013】
そこで、この発明では、前記触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、該触媒の下流のNOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率を求めて、この時間変化率が予め設定した基準値以上であれば、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定するようにした。このことで、触媒の劣化が熱劣化によるものか或いは硫黄被毒によるものかを正確に判定することができ、この判定結果に基づいて、劣化の状態に応じた適切な対処を行うことが可能になる。
【0014】
具体的には、請求項2の発明のように、劣化原因判定手段により触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定されたとき、触媒から硫黄成分の離脱を促進するように内燃機関の運転状態を制御する劣化時制御手段を備えることが好ましい。
【0015】
こうすれば、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であるときには、劣化時制御手段により、例えば排気ガスの空燃比状態がリッチになり且つ排気ガスの温度状態が所定以上に高くなるように内燃機関の運転状態が制御される。これにより、NOx吸蔵タイプの触媒から硫黄成分の離脱が促進されて、当該触媒によるNOxの吸蔵能が回復する。
【0016】
請求項3の発明では、請求項2の発明における劣化原因判定手段を、触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率が設定基準値よりも小さければ、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が小であると判定するものとし、さらに、触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出され、且つ前記劣化原因判定手段により硫黄被毒の影響が小であると判定されたときに、該触媒の劣化を報知する報知手段を備えるものとする。
【0017】
このことで、触媒の劣化が検出され、且つその劣化原因における硫黄被毒の影響が小であると判定されたときには、この触媒は熱劣化していてNOx吸蔵能を回復させることはできないから、報知手段により触媒の劣化が報知される。そして、触媒が速やかに交換されることで、排気状態の悪化が未然に防止される。一方、硫黄被毒の影響が大であると判定されたときには直ちに報知が行われることはなく、従って、報知の煩雑さが解消される。
【0018】
請求項4の発明では、請求項3の発明における報知手段を、劣化時制御手段による内燃機関の制御が行われた後も、触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出されるときには、劣化原因判定手段による判定の結果によらず触媒の劣化を報知するものとする。
【0019】
このことで、仮に、劣化原因判定手段により誤って、触媒の劣化原因が硫黄被毒によるものであると判定されたとしても、その後、さらに触媒の劣化が検出されるときには触媒の劣化が報知されるので、この触媒を速やかに交換して、排気状態の悪化を未然に防止することができる。
【0020】
請求項5の発明では、触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率が設定基準値よりも大きい別の設定値以上であれば、触媒から硫黄成分の離脱を促進するように内燃機関の運転状態を制御する硫黄被毒軽減制御手段を備えるものとする。
【0021】
すなわち、NOx吸蔵タイプの触媒が排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率が大きいということは、当該触媒のNOx吸蔵能が低下しているということであるから、このときには触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出されていなくても、該触媒からの硫黄成分の離脱が促進されるように、硫黄被毒軽減制御手により内燃機関の運転状態を制御する。これにより、触媒によるNOx吸蔵能の回復が図られる。
【0022】
請求項6の発明では、内燃機関の排気通路に配設され、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときにNOxを吸蔵する一方、吸蔵したNOxを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し且つ還元浄化するNOx吸蔵タイプの触媒と、該触媒よりも下流側の排気通路に配設されて、排気ガス中の酸素の濃度を検出する酸素濃度センサと、少なくとも前記酸素濃度センサによる検出値に基づいて、触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置を前提とする。
【0023】
そして、前記触媒よりも下流側の排気通路に配設されて、排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOx濃度センサと、前記触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出された場合に、その触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、前記NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率を求めて、この時間変化率が予め設定した基準値以上であれば、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定する劣化原因判定手段とを備えることを特徴とする。
【0024】
このものでは前記請求項1の発明と同じ作用効果が得られるが、そうして触媒よりも下流側の酸素濃度センサによる検出値に基づいて、触媒の劣化を検出するためには、該触媒よりも上流側の排気通路にも酸素濃度センサを配設し、それら触媒の上流側及び下流側の酸素濃度センサからの信号に基づいて、触媒の劣化を検出するようにすればよい(請求項7の発明)。
【0025】
すなわち、例えば、NOx吸蔵タイプの触媒において排気ガス中のNOxが吸蔵されるときには、その排気ガス中の酸素が消費されて酸素濃度が低下することになるし、反対に、触媒からNOxが放出されて還元されるときには、排気ガス中の酸素濃度が増大することになる。このため、内燃機関の運転空燃比がリーンな状態とリッチな状態との間で変化するときには、前記触媒によるNOxの吸蔵又は放出によって触媒上流側の酸素濃度センサの出力と下流側の酸素濃度センサの出力との間にずれが生じ、このずれの大きさが触媒のNOx吸蔵能によって変化することになる。従って、該上流側及び下流側酸素濃度センサからの信号に基づいて触媒の劣化を検出することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【0027】
図1は、本発明に係る排気浄化装置を適用した筒内直噴式ガソリンエンジン1(内燃機関)の全体的な構成を示す。同図においてエンジン1は、複数の気筒2,2,…(1つのみ図示する)が直列に設けられたシリンダブロック3と、このシリンダブロック3上に配置されたシリンダヘッド4とを有し、各気筒2内にはそれぞれピストン5が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン5の冠面とシリンダヘッド4の下面との間の気筒2内に燃焼室6が区画形成されている。ピストン5の往復動はコネクティングロッド7を介してクランク軸8の回転運動に変換され、このクランク軸8により出力される。また、前記シリンダブロック3には、クランク軸8の一端側においてその回転角度を検出する電磁式のクランク角センサ9と、各気筒2毎の燃焼圧の変動に基づいてノッキングを検出するためのノックセンサ10と、図示しないウオータジャケットの内部に臨んで冷却水の温度(エンジン水温)を検出するエンジン水温センサ11とがそれぞれ配設されている。
【0028】
前記シリンダヘッド4には、各気筒2毎に燃焼室6の天井面に臨んで開口するように吸気ポート12及び排気ポート13が2つずつ開口していて、その各ポート開口部に吸気及び排気弁14,15が配置されている。これら吸気弁14及び排気弁15は、それぞれシリンダヘッド4の内部に軸支された吸気側及び排気側カム軸(図示せず)によって、前記クランク軸8の回転に同期して開作動されるようになっている。また、吸気側のカム軸には、その回転角度を検出するための電磁式のカム角センサ16が付設されている。また、各気筒2毎に前記シリンダヘッド4を上下方向に貫通し且つ吸排気弁14,15に取り囲まれるようにして、点火プラグ17が配設されている。この点火プラグ17の先端の電極は燃焼室6の天井面から所定距離だけ下方に突出している。また、点火プラグ17の基端部は、ヘッドカバーを貫通するように配設された点火回路18(イグナイタ)に接続されている。
【0029】
前記燃焼室6の底部となるピストン5の冠面は、外周側の部位が燃焼室6の天井面と略平行な形状とされる一方、ピストン5冠面の略中央部には平面視で概略レモン形状の凹部が設けられている。また、燃焼室6の吸気側の周縁部に噴口を臨ませてインジェクタ(燃料噴射弁)20が配設されている。このインジェクタ20は、例えば、燃焼室6に臨む先端部の噴口から燃料を旋回流として噴出させて、軸心の延びる方向に沿うようにホローコーン状に噴射する公知のスワールインジェクタとすればよいが、これに限るものではなく、スリットタイプや多噴口タイプのインジェクタとしてもよく、或いは芯弁を圧電素子によって動作させる構成のものを用いてもよい。
【0030】
前記インジェクタ20の基端側は全気筒2,2,…に共通の燃料分配管21に接続されていて、この燃料分配管21により高圧燃料ポンプ22から吐出される燃料が各気筒2毎のインジェクタ20に分配されるようになっている。そして、そのインジェクタ20により気筒2の圧縮行程で燃料が噴射されると、この燃料噴霧は燃焼室6内の吸気流動によって減速されて、適度な濃度状態の混合気塊を点火プラグ17周りに形成する。尚、前記燃料分配管21には、インジェクタ20から噴射される燃料の圧力状態(燃料噴射圧)を測定するための燃圧センサ23が配設されている。
【0031】
エンジン1の一側面(図の右側の側面)には、各気筒2毎の吸気ポート12に連通するように吸気通路25が接続されている。この吸気通路25は、エンジン1の燃焼室6に対してエアクリーナ26で濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン1への吸入空気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ27と、吸気通路25の断面積を変更する電気式スロットル弁28及びその位置を検出するスロットルセンサ29と、サージタンク30とが配設されている。前記スロットル弁28は、図外のアクセルペダルに対して機械的には連結されておらず、図示しない電動モータにより開閉されるようになっている。また、サージタンク30には、スロットル弁28よりも下流の吸気通路25の圧力を検出するブーストセンサ31が配設されている。
【0032】
また、前記サージタンク30よりも下流側の吸気通路25は、各気筒2毎に分岐する独立通路とされ、該各独立通路の下流端部はさらに2つに分岐してそれぞれ吸気ポート12に個別に連通する分岐路となっている。この分岐路乃至独立通路には、燃焼室6内の吸気流動の強さ調節するための絞り弁32(Tunble Swirl Conrol Valve:以下、TSCVという)が配設されていて、例えばステッピングモータ等によって開閉作動される。このTSCV32の弁体には一部に切り欠きが形成されており、全閉状態ではその切り欠き部のみから下流側に流れる吸気が燃焼室6において強い筒内流動を生成する。一方、TSCV32が開かれるに従い、吸気は切り欠き部以外からも流通するようになって、筒内流動の強さは徐々に低下するようになる。
【0033】
エンジン1の他側面(図の左側の側面)には、気筒2内の燃焼室6から既燃ガス(排気ガス)を排出するための排気通路34が接続されている。この排気通路34の上流端側は、各気筒2毎の排気ポート13に繋がる排気マニホルド35により構成され、該排気マニホルド35よりも下流側の排気通路34には、排気ガス中の有害成分である炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)及び窒素酸化物(NOx)を浄化するための2つの触媒コンバータ36,37が直列に配設されている。
【0034】
前記上流側の触媒コンバータ36は、詳細は図示しないが、ケーシング内にハニカム構造の担体を収容したもので、この担体の各貫通孔の壁面にいわゆる三元触媒の触媒層が形成されている。この三元触媒(以下、上流側三元触媒36ともいう)は、従来より周知の通り、排気ガスの空燃比状態が略理論空燃比を含む所定の状態にあるときに、HC、CO、NOxを略完全に浄化可能なものである。
【0035】
また、下流側の触媒コンバータ37は、1つのケーシング内に2つの担体を直列に収容し、そのうちの上流側の担体の各貫通孔壁面にいわゆるNOx吸蔵タイプの触媒層を形成して、上流側NOx触媒38を構成するとともに、下流側の担体にも同様にNOx吸蔵タイプの触媒層を形成して、下流側NOx触媒39を構成したものである。ここで、前記NOx触媒38,39は、例えばゼオライト等のベースコートに酸化バリウム等のNOx吸蔵材と白金やパラジウム等の貴金属とを担持させてなり、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比に対応する状態よりもリーンな状態のときに排気ガス中のNOxを吸蔵する一方、そのようにして吸蔵したNOxを空燃比状態のリッチ化に応じて放出し、且つ還元浄化するという機能を有する。
【0036】
詳しくは、前記NOx吸蔵タイプの触媒により排気ガス中のNOxが吸蔵され、或いは放出されるメカニズムは、以下のようなものであると考えられている。すなわち、図2(a)に模式的に示すように、排気ガスの空燃比状態がリーンな状態のときには、酸素過剰雰囲気の排気ガス中のNOx(図例ではNO)が触媒金属(図例ではPt)上で酸素O2と反応して、その一部がバリウムと結合しながら、硝酸塩NO3として吸蔵される。一方、排気ガスの空燃比状態が略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態であれば、前記とは反対の向きに反応が進行し、バリウムから離れたNO2が排気ガス中のHC,COと反応して(還元反応)、窒素N2と酸素O2とに分解される。
【0037】
前記エンジン1の排気マニホルド35の集合部付近には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ40が配設されており、主にこの酸素濃度センサ40からの信号に基づいてエンジン1の空燃比フィードバック制御が行われるようになっている。また、前記2つの触媒コンバータ36,37の中間には上流側の三元触媒36の劣化状態を判定するための酸素濃度センサ41と、NOx触媒38へ流入する排気ガスの温度を検出する排気温度センサ42とが配設され、さらに、2つのNOx触媒38,39の中間には、排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOx濃度センサ43が配設されている。このNOx濃度センサ43は、排気通路34を流れる排気ガスの一部を閉空間に取り込んで、そこから酸素ポンプにより酸素濃度が殆ど零(例えば10−3ppm以下)になるまで酸素を汲み出し、これにより排気ガス中のNOxの分解を促進するとともに、そのNOxの分解によって新たに得られた酸素の濃度を測定することにより、排気ガス中のNOx濃度を検出するものである。
【0038】
また、前記排気マニホルド35よりも下流側の排気通路34には、そこから分岐するようにして排気ガスの一部を吸気通路25に還流させる排気還流通路45(以下、EGR通路という)の上流端が連通している。このEGR通路45の下流端は前記サージタンク30の内部に臨んで開口していて、該下流端近傍のEGR通路45にはデューティソレノイド弁からなるEGR弁46が配設されている。このEGR弁46によってEGR通路45における排気の還流量が調節されるようになっている。尚、符号47は、各気筒2の燃焼室6から漏れ出るブローバイガスをサージタンク30まで導くパージ通路である。
【0039】
上述した点火回路18、インジェクタ20、高圧燃料ポンプ22、スロットル弁28、TSCV32、EGR弁46等は、いずれもエンジンコントロールユニット50(以下、ECUという)によって作動制御される。一方、このECU50には、少なくとも、前記クランク角センサ9、ノックセンサ10、水温センサ11、エアフローセンサ27、スロットルセンサ29,2つの酸素濃度センサ40,41、排気温度センサ42、NOx濃度センサ43等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル開度という)を検出するアクセル開度センサ51からの出力信号と、エンジン回転速度(クランク軸8の回転速度)を検出する回転速度センサ52からの出力信号と、車速センサ53からの出力信号とが入力されるようになっている。
【0040】
すなわち、ECU50は、前記各センサから入力される信号に基づいてエンジン1への吸入空気量や各気筒2毎の燃料噴射量、噴射時期及び点火時期を制御し、さらに、気筒2内の吸気流動の強さや排気の還流割り合い等を制御する。具体的には、例えば図3に制御マップの一例を示すように、エンジン1の温間の全運転領域のうち低速低負荷側には予め成層燃焼領域(S)が設定されていて、ここでは、インジェクタ20により気筒2の圧縮行程で燃料を噴射させて、点火プラグ17の電極の周りに層状に偏在させた混合気を燃焼させる成層燃焼モードになる。この際、スロットル弁28は大きく開いてポンプ損失を低減するようにしており、この結果、各気筒2の燃焼室6における平均的な空燃比は理論空燃比よりも大幅にリーンな状態(例えばA/F>30)になる。
【0041】
一方、前記成層燃焼領域(S)以外はいわゆる均一燃焼領域(H)であり、ここではインジェクタ20により主に気筒2の吸気行程で燃料を噴射させて、燃焼室6内で吸気と燃料とを十分に混合し、該燃焼室6全体に概ね均一な混合気を形成した上で燃焼させる均一燃焼モードになる。この均一燃焼領域(H)のうちの大部分の領域では、燃料噴射量やスロットル弁28の開度等を、混合気の空燃比が略理論空燃比(A/F≒14.7)になるように制御するが、特に全負荷付近では理論空燃比よりもリッチな状態(例えばA/F=12〜14)になるように制御して、高負荷に対応した大出力を得られるようにする。
【0042】
つまり、この実施形態のエンジン1は、基本的に負荷状態(目標トルク)やエンジン回転速度に応じて、成層燃焼モード、即ち混合気の空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな状態で運転するリーン運転の状態と、均一燃焼モード、即ち略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態で運転するリッチ運転の状態とに切換えられるようになっている。
【0043】
また、そのような基本的な運転制御の外に、NOx触媒38によるNOx吸蔵能を所定以上のレベルに維持するために、エンジン1のリーン運転がある程度以上、継続して、NOx触媒38によるNOxの吸蔵量が多くなったときには、一時的にリッチ運転に切換えてNOx触媒38からNOxを放出させ、且つこれを還元浄化するようにしている(いわゆるNOxパージ)。すなわち、まず、エンジン1がリッチ運転からリーン運転に切り換わって、NOx触媒38に流入する排気ガスの空燃比状態がリッチな状態からリーンな状態に変化したとき、排気通路34から大気中に放出される排気ガス中のNOxの濃度は、図4に一例を示すように、NOx触媒38におけるNOx吸蔵量の増大と共に徐々に増大する。これは、NOx触媒38のNOx吸蔵量が少ない間は、排気ガス中のNOxの略全てがNOx触媒38により吸蔵されるが、NOxの吸蔵量がある程度多くなると、それ以降は新たなNOxの吸蔵が制限されるからである。そして、NOx吸蔵量がNOx触媒38の容量等によって決まる最大吸増量に達すると、それ以上、新たにNOxを吸蔵することはできなくなってしまう。
【0044】
そこで、斯かるNOx触媒38の特性を考慮して、この実施形態では、触媒下流に設けたNOx濃度センサ43からの信号に基づいて、排気ガス中のNOx濃度が所定以上に高くなったときにNOxパージを行い、これにより、NOx触媒38から吸蔵したNOxを放出させ且つ還元浄化して、そのNOx吸蔵能を回復させるようにしている。
【0045】
ところで、上述の如き構成のNOx触媒38では、排気ガスに含まれる僅かな硫黄成分(例えば硫黄酸化物S0x)がNOxと同様のメカニズムによって徐々にバリウムに吸蔵されることになり、このバリウムとSOxとの結びつきがバリウムとNOxとの結びつきよりも強いことから、NOx触媒38における硫黄成分の吸蔵量が時間の経過とともに徐々に増大し、これによりNOx吸蔵能が低下するという現象が起きる(硫黄被毒)。
【0046】
これに対し、NOx触媒38をリッチ雰囲気下で所定以上の高温状態に維持すると、この触媒のバリウムからSOxを離脱させて、NOxの場合と同様に排気ガス中のHC,COによって還元できることは知られており、このようにしてNOx触媒38から硫黄成分を離脱させれば、NOx触媒38によるNOx吸蔵能を回復することができる(いわゆる硫黄パージ、以下、Sパージともいう)。
【0047】
一方、NOx触媒38は、高温の排気ガスに曝されて徐々にNOx吸蔵能が低下するいわゆる熱劣化を起こすが、この場合には前記硫黄被毒の場合のようにNOx吸蔵能を回復させることはできないので、劣化の程度が大きくなれば新しいものに交換する必要がある。
【0048】
そこで、この実施形態では、エンジン1の運転中に、NOx触媒38よりも下流の排気通路34に配設したNOx濃度センサ43からの信号に基づいて、NOx触媒38の劣化の状態を判定し、該触媒38の劣化が主に硫黄被毒に因るものである場合にはSパージを行って触媒38のNOx吸蔵能を回復させるようにし、また、NOx吸蔵触媒38が主に熱劣化を起こしているときにはそのことを報知して、触媒38の交換を促すようにしている。
【0049】
以下、前記ECU50によるエンジン1の具体的な制御手順について、図5〜図9に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【0050】
まず、図5に示すメインフローにおいてスタート後のステップSA1では、クランク角センサ9、水温センサ11、カム角センサ16、エアフローセンサ27、酸素濃度センサ40、アクセル開度センサ51、回転速度センサ52等からの出力信号を入力し、さらにECU50のRAMに一時的に保存されているデータを読み込む。続いて、ステップSA2において、エンジン1の目標トルクとエンジン回転速度とに基づいて、図3の如き制御マップからエンジン1の現在の運転モードを決定する。尚、目標トルクは、エンジン1の負荷状態に対応するものであり、例えば、回転速度センサ52により検出されたエンジン回転速度とアクセル開度センサ51により検出されたアクセル開度とに基づいて、予め実験的に設定したマップから読み出すようにすればよい。
【0051】
続いて、ステップSA3において成層燃焼モードかどうか判定する。この判定がNOで均一燃焼モードであればステップSA4に進んで、エンジン1が均一燃焼状態になるようにインジェクタ20やスロットル弁28等を制御し、しかる後にリターンする一方、判定がYESで成層燃焼モードであれば、ステップSA5に進み、今度は、NOxパージモードとする条件が成立したかどうか判定する。この判定は、例えば、NOx濃度センサ43により検出されるNOx濃度が設定値を超えたときに、その後の所定時間、エンジン1が継続してリッチ運転されるまでの間、NOxパージモード条件が成立しているとすればよい。
【0052】
そして、NOxパージモード条件が成立でYESであれば、ステップSA6に進んで、エンジン1が理論空燃比又はそれよりもリッチな空燃比(例えばA/F=12.0〜14.7)で均一燃焼状態になるように、インジェクタ20やスロットル弁28等を制御することによってNOxパージを行い、しかる後に、リターンする。一方、前記ステップSA5においてNOxパージモード条件が不成立でNOと判定すれば、ステップSA7に進む。
【0053】
ステップSA7では、Sパージモードとする条件が成立したかどうか判定する。この判定の具体的な内容については後述するが、Sパージモード条件成立でYESと判定すればステップSA8に進んで、エンジン1が均一燃焼状態になるようにインジェクタ20やスロットル弁28等を制御するとともに、混合気の空燃比を理論空燃比又はそれよりもリッチにし且つ点火時期を大幅にリタードさせて、排気ガスの空燃比状態をリッチ化しながらその温度を大幅に高めて(Sパージ実行)、しかる後に、リターンする。このことで、NOx触媒38の温度が所定以上の高温に維持され、リッチ雰囲気下でバリウムからのSOxの離脱が促進される。
【0054】
一方、前記ステップSA7においてSパージモード条件が不成立でNOと判定すれば、ステップSA9に進んで、エンジン1が成層燃焼状態になるようにインジェクタ20やスロットル弁28等を制御し、しかる後にリターンする。
【0055】
(NOx触媒の劣化状態の判定)
次に、前記メインフローのステップSA7におけるSパージモードの実行条件について説明する。まず、図6に示すフローは、NOx触媒38の硫黄被毒の判定を正確に行うための条件を判定するものであって、スタート後のステップSB1では、エンジン1がNOxパージモードから成層燃焼モードへ移行してから所定の期間内であるかどうか判定する。すなわち、この実施形態では、NOx触媒38が吸蔵したNOxの放出を完了して、排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときにのみ、該NOx触媒38の硫黄被毒を判定するようにしている。
【0056】
前記ステップSB1における判定がNOであれば、硫黄被毒の判定の条件が成立していないとういうことで、ステッップSB8に進み、硫黄被毒の判定条件成立を示すフラグF1をオフにする(F1←0)。一方、ステップSB1における判定がYESならばステップSB2に進んで、今度はエンジン水温が所定値以上であるかどうか判定する。これはエンジン1の暖機を確認するためのものであり、例えばエンジン水温が45°C以下であれば(判定がNO)前記ステップSB8に進む一方、それよりもエンジン水温が高ければステップSB3に進む。
【0057】
ステップSB3では、エンジン回転速度が所定値以下であるかどうか判定し、この判定がNOであれば前記ステッップSB8に進む一方、判定がYESならばステップSB4に進んで、エンジン1の目標トルクが所定値以下であるかどうか判定する。この判定がNOであれば前記ステッップSB8に進む一方、判定がYESならばステップSB5に進む。すなわち、エンジン1の目標トルク又は回転速度の少なくとも一方が所定以上に高くて、排気ガスの流量がある程度以上、多いときには、NOx濃度センサ43による検出値の精度がやや低くなると考えられるので、このときには硫黄被毒の判定は行わない。
【0058】
ステップSB5では、排気温度センサ42からの出力に基づいて、NOx触媒38の温度が活性の高い所定の温度範囲にあるかどうか判定し、この判定がNOであれば前記ステッップSB8に進む一方、判定がYESならばステップSB6に進んで、今度はエンジン1が加速運転以外かどうか判定する。この判定がNOであれば前記ステッップSB8に進む一方、判定がYESならばステップSB7に進んで、硫黄被毒の判定条件が成立したとして、前記フラグF1をオンにする(F1←1)。尚、加速運転時に判定を行わないようにするのは、エンジン1の運転状態が大きく変化するときには、排気ガスの流量やその内部のガス成分濃度も過渡的に大きく変動し、NOx濃度センサ43による検出値の精度がやや低くなると考えられるからである。
【0059】
次に、図7に示すフローは、前記の硫黄被毒判定条件の成立を前提として、実際にNOx触媒38の硫黄被毒の状況を判定する手順を示すものであり、まず、スタート後のステップSC1において、前記フラグF1の値を読み込んで、硫黄被毒判定条件の成立を判定する。そして、フラグF1がオフ(F1=0)でNOであればステップSC8に進み、NOx触媒38の硫黄被毒を示すフラグF2をオフにして(F2←0)、しかる後にリターンする。一方、前記ステップSC1の判定がYESならば、ステップSC2に進んでNOx濃度センサ43の出力を読み込み、続くステップSC3において該NOx濃度センサ43の出力値の時間変化率(NOx濃度の時間変化率)を演算する。具体的にはセンサ出力の今回値から前回値を減算すればよい。
【0060】
続いて、ステップSC4において、NOx濃度センサ43からの出力に基づいてNOx触媒38の劣化を判定する。すなわち、エンジン1がNOxパージモードから成層燃焼モードに移行してから、その後、最初にNOx濃度センサ43の検出値が所定値を超えるまでの時間を測定し、この測定時間が予め設定した時間よりも短いときに、NOx触媒38が劣化していると判定する(YES)。そして、このときにはステップSC5に進んで、今度は、前記ステップSC3にて演算したNOx濃度の時間変化率が予め設定した第1基準値(設定基準値)以上かどうか判定する。この判定がNOであれば前記ステップSC8に進む一方、判定がYESならば、ステップSC6に進んで前記フラグF2をオンにして(F2←1)、しかる後にリターンする。
【0061】
すなわち、NOx触媒38が劣化した場合、図10に一例を示すように、エンジン1の運転状態がリッチ運転からリーン運転に切り換わって、NOx触媒38が排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、その後、該触媒38の下流でNOx濃度が増大し始めるまでの時間が短くなる。この際、図に破線で示す熱劣化の場合と一点差線で示す硫黄被毒の場合とを比較すると、いずれも新品の触媒(図に実線で示す)よりも早くNOx濃度が増大しているものの、その増大変化の様子は明らかに異なっていて、硫黄被毒の場合のNOx濃度の立ち上がりが熱劣化の場合と比べて急峻なものとなる。
【0062】
言い換えると、NOx触媒38が吸蔵したNOxの放出を完了して、排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、触媒下流の排気ガス中のNOx濃度の時間変化率は、硫黄被毒の場合の方が熱劣化の場合よりも明確に大きくなるから、この実施形態では、両者を区別できるように第1基準値を設定して、前記ステップSC3の如くNOx濃度の時間変化率が第1基準値以上のときには触媒38の劣化原因が主に硫黄被毒によると判定し、一方、NOx濃度の時間変化率が第1基準値よりも小さいときには硫黄被毒ではない(熱劣化である)と判定するようにしている。
【0063】
これに対し、前記ステップSC4において、NOx触媒38が劣化していないNOと判定すれば、ステップSC7に進んで、前記ステップSC3にて演算したNOx濃度の時間変化率が前記第1基準値(ステップSC5)よりも大きな第2基準値(別の設定値)以上かどうか判定する。この判定がNOであれば前記ステップSC8に進む一方、判定がYESならば前記ステップSC7に進む。すなわち、NOx触媒38の劣化が判定されないときであっても、該NOx触媒38がNOxパージの後に排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、その触媒下流のNOx濃度の時間変化率が非常に大きいときには、NOx触媒38の硫黄被毒を判定して、後述の如くSパージを行うようにしている。
【0064】
次に、図8に示すフローは、エンジン1がSパージを実行可能な状態にあるかどうか判定する手順を示し、スタート後のステップSD1では、エンジン水温が所定値以上であるかどうか判定する。この判定がNOであればステッップSD6に進んで、Sパージの実行条件の成立を示すフラグF3をオフにし(F3←0)、しかる後にリターンする一方、判定がYESならばステップSD2に進んで、エンジン回転速度が所定値以上であるかどうか判定する。この判定がNOであれば前記ステッップSD6に進む一方、判定がYESならばステップSD3に進む。
【0065】
ステップSD3では、エンジン1の目標トルクが所定値以上であるかどうか判定し、この判定がNOであれば前記ステッップSD6に進む一方、判定がYESならばステップSD4に進んで、今度は車速が所定値以上であるかどうか判定する。そして、その判定がNOであれば前記ステッップSD6に進む一方、判定がYESならばステップSD5に進んで、Sパージの実行条件が成立したとして、前記フラグF3をオンにし(F3←1)、しかる後にリターンする。
【0066】
つまり、エンジン1が完全に暖機されていて(例えばエンジン水温が80°C以上)NOx触媒38の温度が比較的高く、且つエンジン1の目標トルク乃至エンジン回転速度が高くて排気ガスの流量が比較的多い状態であり、さらに、比較的車速の高い状態のときに、Sパージの実行が可能であると判定する。
【0067】
そして、前記図7に示すフローにおいてNOx触媒38の硫黄被毒が判定されて、フラグF2がオンになり(F2←1)、しかも、図8に示すフローにおいてSパージを実行可能と判定されて、フラグF3もオンになれば(F3←1)、このときに前記図5のメインフローのステップSA7においてSパージモード条件が成立(YES)と判定して、エンジン1をSパージモードで運転することになり、これによりNOx触媒38の硫黄被毒が軽減乃至解消されて、NOx吸蔵能が回復する。
【0068】
次に、図9に示すフローは、NOx触媒38の劣化を検出して、これに応じて車両の乗員に報知を行う手順を示し、スタート後のステップSE1では、前記図7に示すフローのステップSC4と同様にしてNOx触媒38の劣化を判定する。この判定がNOであればステッップSE5に進み、乗員への報知を行わないでリターンする。この報知の方法としては、例えば車両のインストルメントパネルに配設した劣化報知ランプ(図示せず)を点灯させるようにすればよい。
【0069】
一方、前記ステップSE1においてNOx触媒38の劣化を判定したときには(判定がYES)、続くステッップSE2においてNOx触媒38の硫黄被毒を判定する。この判定は、前記図7に示すフローのステップSC6やSC8において設定されるフラグF2の値に基づいて行われ、フラグF2がオフ(F2=0)で判定がYESであればステップSE3に進んで、報知を行い(例えば劣化報知ランプを点灯させる)、しかる後にリターンする。また、前記ステップSE2においてフラグF2がオン(F2=1)で判定がNOであればステッップSE4に進んで、今度は、前回の制御サイクルにおいてSパージモードの制御を行ったかどうか判定する。この判定がNOであれば前記ステッップSE5に進む一方、判定がYESであれば前記ステップSE3に進んで乗員への報知を行い、しかる後にリターンする。
【0070】
つまり、NOx触媒38の劣化が検出され、且つその主原因が硫黄被毒ではないと判定されたときには、NOx触媒38は熱劣化していて、NOx吸蔵能を回復させることは難しいから、そのことを車両の乗員に報知して、NOx触媒38の交換を促すようにする。一方、NOx触媒38の劣化が主に硫黄被毒によると判定すれば直ちに報知を行うことはないが、そのときでもSパージを行った後にさらに触媒の劣化が検出されたときには、報知を行う。
【0071】
上述した図5〜図9のフローチャートの制御手順は、ECU50のメモリに電子的に格納されている複数のプログラムがそれぞれCPUにより実行されることによって実現されるものであり、このことで、前記ECU50は、以下の発明の構成要件をソフトウエア的に備えている。
【0072】
すなわち、図7に示すフローのステップSC4と、図9に示すフローのステップSE1とによって、それぞれ、NOx触媒38が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサ43からの信号に基づいて当該NOx触媒38の劣化を検出する触媒劣化検出手段50aが構成されている。
【0073】
また、前記図7のフローのステップSC5によって、前記の如くNOx触媒38の劣化が検出された場合に、その触媒38が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサ43により検出されるNOx濃度の時間変化率を求めて、この時間変化率が予め設定した第1基準値以上であれば、触媒38が硫黄被毒している(NOx触媒38の劣化原因における硫黄被毒の影響が大である)と判定する劣化原因判定手段50bが構成されている。この劣化原因判定手段50bは、NOx濃度の時間変化率が前記第1基準値よりも小さければ、NOx触媒38は硫黄被毒していない(NOx触媒38の劣化原因における硫黄被毒の影響が小である)と判定するものである。
【0074】
また、図5に示すフローのステップSA7,SA8によって、NOx触媒38が硫黄被毒により劣化していると判定されたときに、当該NOx触媒38から硫黄成分(SOx)の離脱を促進するようにエンジン1をSパージモードで運転する劣化時制御手段50cが構成されている。また、そのステップSA7,SA8は、NOx触媒38が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサ43により検出されるNOx濃度の時間変化率が第1基準値よりも大きい第2基準値(別の設定値)以上であれば、NOx触媒38からSOxの離脱を促進するようにエンジン1をSパージモードで運転する硫黄被毒軽減制御手段50dをも構成している。
【0075】
さらに、図9に示すフローのステップSE3と例えば車両の劣化報知ランプとによって、NOx触媒38の劣化が判定され、且つ該触媒38が硫黄被毒ではない(硫黄被毒の影響が小である)と判定されたときに、当該NOx触媒38の劣化を車両の乗員に報知する報知手段50eが構成されている。そして、この報知手段50eによれば、Sパージが行われてもNOx触媒38の劣化が検出されるときには、前記劣化原因判定手段50bによる判定の結果によらず、NOx触媒38の劣化を報知するようになっている。
【0076】
したがって、この実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置によると、まず、エンジン1が低速低負荷側の成層燃焼領域(S)にあって、各気筒2の燃焼室6の平均的な空燃比が理論空燃比よりも大幅にリーンな状態になると、排気ガスの空燃比状態もリーン状態になり、この排気ガス中のNOxがNOx触媒38によって吸蔵される。一方、エンジン1が均一燃焼領域(H)にあって各気筒2の燃焼室6の平均的な空燃比が略理論空燃比乃至それよりもリッチな状態になると、排気ガスの空燃比状態もリッチ状態になり、このときには前記NOx触媒38において吸蔵されているNOxが放出され、且つ還元浄化される。
【0077】
また、エンジン1の前記成層燃焼領域(S)でのリーン運転が継続して、NOx触媒38におけるNOx吸蔵量が増大すると、このNOx吸蔵量の増大に応じてNOx触媒によるNOx吸蔵能が低下し、大気中へ排出される排気ガスのNOx濃度が徐々に高くなるが、NOx濃度センサ43による検出値が所定値以上になれば、NOxパージが行われて、NOx触媒38によるNOx吸蔵能の回復が図られる。
【0078】
さらに、前記NOxパージが終了して、エンジン1がNOxパージモードでのリッチ運転から成層燃焼モードでのリーン運転に移行したとき、NOx触媒38は吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開することになるが、このとき、所定の条件が成立していることを前提として、NOx濃度センサ43からの信号に基づいてNOx触媒38の劣化が判定され、さらに、NOx濃度の時間変化率に基づいて、NOx触媒38の劣化原因が主に硫黄被毒によるものか、或いは熱劣化によるものかの判定がなされる。
【0079】
そうして、劣化の原因が主に硫黄被毒によると判定されると、所定の条件の成立を前提としてエンジン1の運転モードがSパージモードに切換えられ、NOx触媒38からのSOxの離脱が促進されて、当該NOx触媒38によるNOx吸蔵能の回復が図られる。一方、NOx触媒38の熱劣化が判定されると、このことが車両の乗員に報知され、NOx触媒38が速やかに交換されることで、排気状態の悪化が未然に防止される。
【0080】
つまり、NOx触媒38の劣化を検出したときに、熱劣化であれば直ちに乗員への報知を行う一方、硫黄被毒による劣化であれば乗員への報知は行わずに、SパージによってNOx吸蔵能の回復を図る、というように劣化の状態に応じた適切な対処を行うようにしており、このことで、報知の煩雑さが解消される。
【0081】
しかも、仮に、誤って熱劣化を硫黄被毒による劣化であると判定したとしても、Sパージの後にさらにNOx触媒38の劣化を検出したときには直ちに報知を行うようにしているので、誤判定に起因して排気状態の悪化を招くこともない。
【0082】
尚、本発明の構成は前記実施形態のものに限定されることはなく、その他の種々の構成をも包含するものである。一例を挙げれば、前記実施形態においてはNOx触媒38の下流にNOx濃度センサ43を設け、このセンサ43からの出力のみに基づいてNOx触媒38の劣化を検出するようにしているが(図7のSC4を参照)、これに限るものではない。すなわち、例えば、前記NOx濃度センサ43とは別にNOx触媒38及び下流側三元触媒39の間に酸素濃度センサを配設し、この酸素濃度センサとNOx触媒38の上流の酸素濃度センサ41とからそれぞれ出力される信号に基づいて、NOx触媒38の劣化を検出するようにしてもよい。
【0083】
具体的に、排気ガスのがリーン状態で、NOx触媒38によりNOxが吸蔵されるときには、そのために酸素が消費されることになり、反対に、リッチ状態でNOx触媒38からNOxが放出されて還元されるときには、排気ガス中の酸素濃度が増大することになる。従って、例えば、エンジン1がリーン運転とリッチ運転との間で移行したときに、NOx触媒38によるNOxの吸蔵又は放出に伴い該触媒38の上流側の酸素濃度センサ41の出力と下流側の酸素濃度センサの出力との間にずれが生じる。そして、ぞのずれの大きさはNOx触媒38によるNOx吸蔵能が大きいほど大きくなるから、前記両酸素濃度センサからの信号に基づいて、NOx触媒38の劣化を検出することができる。
【0084】
また、前記実施形態では、2つのNOx触媒38,39を一のケーシング内に収容して、下流側の触媒コンバータ37を構成しているが、このような構成とせずに、例えばそれぞれ別のケーシングに収容するようにしてもよいことはいうまでもない。
【0085】
また、本願発明は、前記実施形態のような直噴ガソリンエンジン以外にも適用可能であることはいうまでもなく、気筒の平均的な空燃比が理論空燃比よりもリーンなリーン運転の状態と略理論空燃比乃至それよりもリッチなリッチ運転の状態とに切換えられるような内燃機関であれば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンを問わず、前記と同様の作用効果を得ることができる。
【0086】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項1、6の各発明に係る内燃機関の排気浄化装置によると、NOx吸蔵タイプの触媒よりも下流側の排気通路にNOx濃度センサを配設し、触媒の劣化が検出された場合には、その触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、前記NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率に基づいて、触媒の劣化原因を判定することで、当該触媒の劣化のみならず、その劣化が熱劣化によるものか或いは硫黄被毒によるものかを判定することができる。この判定結果に基づいて、触媒の劣化状態に応じた適切な対処を行うことができる。
【0087】
請求項2の発明によると、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定したときには、触媒から硫黄成分の離脱を促進するように内燃機関の運転状態を制御することで、触媒によるNOxの吸蔵能を回復することができる。
【0088】
請求項3の発明によると、触媒の熱劣化を判定したときにはこのことを報知して、触媒の交換により排気状態の悪化を未然に防止できる。一方、硫黄被毒による劣化を判定したときには報知を行わないことで、報知の煩雑さを解消できる。
【0089】
請求項4の発明によると、仮に、硫黄被毒による劣化と誤判定したとしても、さらに触媒の劣化を検出したときには報知を行うことによって、誤判定に起因する排気状態の悪化を防止できる。
【0090】
請求項5の発明によると、触媒の劣化が検出されないときであっても、該触媒の硫黄被毒が判定されれば、触媒からの硫黄成分の離脱を促進するように内燃機関の運転状態を制御して、触媒のNOx吸蔵能を回復することができる。
【0091】
請求項7の発明によると、触媒の上流側及び下流側にそれぞれ配設した酸素濃度センサからの信号に基づいて、触媒の劣化を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御システムの全体構成を示す図である。
【図2】 NOx触媒によるNOxの吸蔵、放出のメカニズムの説明図である。
【図3】 エンジンを成層燃焼状態又は均一燃焼状態とする運転領域をそれぞれ設定した制御マップの一例を示す図である。
【図4】 排気ガスがリッチ状態からリーン状態に切り換わった後、NOx触媒のNOx吸蔵量とその下流のNOx濃度との変化を対応付けて示した説明図である。
【図5】 エンジン制御の概要を示すメインフローのフローチャート図である。
【図6】 硫黄被毒の判定条件の成立を判定する制御のフローチャート図である。
【図7】 硫黄被毒を判定する制御のフローチャート図である。
【図8】 Sパージの実行条件を判定する制御のフローチャート図である。
【図9】 NOx触媒の劣化を報知する制御のフローチャート図である。
【図10】 NOx触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、その下流のNOx濃度が変化する様子を、熱劣化の場合と硫黄被毒の場合とで対比して示した説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン(内燃機関)
34 排気通路
38 NOx触媒(NOx吸蔵タイプの触媒)
41 酸素濃度センサ
43 NOx濃度センサ
50 ECU(エンジンコントロールユニット)
50a 触媒劣化検出手段
50b 劣化原因判定手段
50c 劣化時制御手段
50d 硫黄被毒軽減制御手段
50e 報知手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, while releasing the stored NOx in response to the enrichment of the air-fuel ratio and reducing it. The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine including a NOx occlusion type catalyst to be purified, and particularly belongs to the field of control technology for appropriately dealing with deterioration of the catalyst. Incidentally, various types of NOx occlusion type catalysts are already known, and they are sometimes called NOx absorption type or NOx adsorption type. However, in this specification, when referred to as a NOx occlusion type catalyst, Any name shall be included.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an exhaust purification device of this type, as disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2888124, a NOx occlusion type catalyst is disposed in the exhaust passage of an internal combustion engine, and the NOx concentration disposed downstream of the catalyst. A device that detects the deterioration of a catalyst based on a signal from a sensor is known. That is, in the NOx storage type catalyst, the internal combustion engine is operated at an air / fuel ratio leaner than the stoichiometric air / fuel ratio (hereinafter also referred to as lean operation), and the exhaust air / fuel ratio is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air / fuel ratio. NOx is occluded when the engine is in the normal state, while the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine becomes the stoichiometric air-fuel ratio or richer (hereinafter also referred to as rich operation), and the air-fuel ratio of the exhaust becomes the stoichiometric air-fuel ratio or higher. If the state becomes rich (hereinafter also simply referred to as rich state), the stored NOx is released and reduced and purified.
[0003]
In the exhaust purification apparatus of the conventional example, the release of NOx stored by the catalyst by the rich operation of the internal combustion engine is completed, and then the internal combustion engine is switched to the lean operation, and the catalyst stores NOx in the exhaust gas. If the time until the NOx concentration downstream of the catalyst reaches the predetermined value is short when the operation is restarted, it is determined that the NOx storage capacity is reduced due to the deterioration of the catalyst. The passenger is informed of the deterioration of the catalyst and prompted to replace the catalyst.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in general, as a NOx occlusion type catalyst, a carrier in which a NOx occlusion material such as barium oxide and a noble metal such as platinum and palladium are supported is used. As a deterioration state of such a catalyst, Exposure to high-temperature exhaust from an internal combustion engine reduces the function of the noble metal and NOx storage material (thermal degradation), and the sulfur component contained in the exhaust gas strongly binds to the NOx storage material, thereby reducing NOx storage capacity. Inhibiting (sulfur poisoning) is known.
[0005]
When the catalyst is in the sulfur poisoning state, for example, in the case of a gasoline engine, the exhaust gas temperature is increased by retarding the ignition timing, etc. By maintaining the catalyst at a predetermined level or higher, the sulfur component can be released from the NOx storage material of the catalyst, and thereby the NOx storage capacity can be recovered.
[0006]
However, since the exhaust gas purification apparatus of the conventional example merely detects the deterioration of the catalyst and issues an alarm to the vehicle occupant, it is a case of sulfur poisoning that can recover the function of the catalyst as described above. However, a warning is given to the passenger, and this warning becomes extremely complicated.
[0007]
In view of such a problem, the inventors of the present application have intensively studied the identification of the cause of deterioration of the NOx occlusion type catalyst. As a result, the catalyst once completed the release of the occluded NOx, and then the exhaust gas is exhausted. When the NOx occlusion in the gas was resumed, it was found that the state of change in the NOx concentration on the downstream side of the catalyst was greatly different between the case of thermal deterioration and the case of sulfur poisoning, which led to the completion of the invention. It was.
[0008]
That is, the object of the present invention is to automatically specify not only the deterioration of this catalyst but also the cause thereof in an exhaust purification device provided with a NOx occlusion type catalyst in the exhaust passage of the internal combustion engine. It is to enable appropriate countermeasures.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the solution means of the present invention, a NOx concentration sensor is disposed in the exhaust passage on the downstream side of the catalyst, and when the deterioration of the catalyst is detected, the NOx occluded by the catalyst is released. When the NOx occlusion in the exhaust gas is resumed after completion, the cause of catalyst deterioration is determined based on the temporal change rate of the NOx concentration detected by the NOx concentration sensor.
[0010]
Specifically, in the first aspect of the present invention, the NOx is stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio. NOx occlusion type catalyst that releases and reduces and purifies NOx in response to enrichment of the air-fuel ratio, and an exhaust passage downstream of the catalystArranged inIn exhaust gasNOxDetect the concentration ofNOx concentration sensorAnd at least saidNOx concentration sensorAn exhaust purification device for an internal combustion engine is provided on the premise of including a catalyst deterioration detecting means for detecting deterioration of the catalyst based on the detection value obtained by the above. And,in frontNOx detected by the NOx concentration sensor when the catalyst deterioration is detected by the catalyst deterioration detecting means when the release of the NOx stored by the catalyst is completed and the storage of NOx in the exhaust gas is resumed. Determining the time change rate of the concentration, and a deterioration cause determination means for determining that the influence of sulfur poisoning on the catalyst cause of deterioration is large if the time change rate is equal to or higher than a preset reference value; To do.
[0011]
With the above configuration, first, when the internal combustion engine is lean operated and the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere is occluded by the NOx occlusion type catalyst. Is done. On the other hand, when the internal combustion engine is richly operated, the air-fuel ratio of the exhaust gas also becomes rich. At this time, NOx stored in the catalyst is released and reduced and purified.
[0012]
Here, when the catalyst deteriorates, its NOx occlusion ability decreases. For example, even if the catalyst once releases all of the occluded NOx by the rich operation of the internal combustion engine, the internal combustion engine then switches to the lean operation. When NOx occlusion in the exhaust gas by the catalyst is resumed, the concentration of NOx downstream of the catalyst increases relatively quickly. At this time, when the catalyst is thermally deteriorated, the rise in the increase in NOx concentration is relatively slow, whereas in the case of sulfur poisoning, the rise in the increase in NOx concentration is relatively steep. It will be something.
[0013]
Therefore, according to the present invention, when the NOx occlusion stored by the catalyst is completed and NOx occlusion in the exhaust gas is resumed, the time change rate of the NOx concentration detected by the NOx concentration sensor downstream of the catalyst is calculated. In other words, if the rate of change with time is equal to or greater than a preset reference value, it is determined that the influence of sulfur poisoning on the cause of catalyst deterioration is significant. This makes it possible to accurately determine whether the catalyst is deteriorated due to heat deterioration or sulfur poisoning, and it is possible to take appropriate measures according to the deterioration state based on the determination result. become.
[0014]
Specifically, as in the invention of claim 2, when it is determined by the deterioration cause determination means that the influence of sulfur poisoning on the cause of deterioration of the catalyst is large, the detachment of the sulfur component from the catalyst is promoted. It is preferable to provide a deterioration control means for controlling the operating state of the internal combustion engine.
[0015]
In this way, when the influence of sulfur poisoning on the cause of catalyst deterioration is large, the deterioration time control means, for example, makes the air-fuel ratio state of the exhaust gas rich and the temperature state of the exhaust gas higher than a predetermined value. Thus, the operating state of the internal combustion engine is controlled. Thereby, the separation of the sulfur component from the NOx storage type catalyst is promoted, and the NOx storage ability of the catalyst is recovered.
[0016]
In the invention of claim 3, the deterioration cause determination means in the invention of claim 2 is detected by the NOx concentration sensor when the release of NOx occluded by the catalyst is completed and occlusion of NOx in the exhaust gas is resumed. If the time change rate of the NOx concentration is smaller than the set reference value, it is determined that the influence of sulfur poisoning on the cause of catalyst deterioration is small, and further catalyst deterioration is detected by the catalyst deterioration detecting means, and When the deterioration cause determining means determines that the influence of sulfur poisoning is small, it is provided with notifying means for notifying deterioration of the catalyst.
[0017]
Thus, when catalyst deterioration is detected and it is determined that the influence of sulfur poisoning on the cause of deterioration is small, the catalyst is thermally deteriorated and cannot restore NOx storage capacity. The notification means notifies the deterioration of the catalyst. And a catalyst is replaced | exchanged rapidly, and the deterioration of an exhaust state is prevented beforehand. On the other hand, when it is determined that the influence of sulfur poisoning is great, the notification is not immediately performed, and thus the complexity of the notification is eliminated.
[0018]
In the fourth aspect of the invention, when the deterioration of the catalyst is detected by the catalyst deterioration detecting means after the control of the internal combustion engine by the deterioration time control means, the notification means in the invention of the third aspect is determined. The deterioration of the catalyst is notified regardless of the result of determination by the means.
[0019]
Thus, even if the cause of deterioration of the catalyst is erroneously determined to be due to sulfur poisoning, the deterioration of the catalyst is notified when further deterioration of the catalyst is detected. Therefore, the catalyst can be quickly replaced to prevent the exhaust state from deteriorating.
[0020]
In the invention of claim 5, when the release of NOx occluded by the catalyst is completed and occlusion of NOx in the exhaust gas is resumed, the rate of change of NOx concentration detected by the NOx concentration sensor is higher than the set reference value. If it is greater than another large set value, it is provided with sulfur poisoning reduction control means for controlling the operating state of the internal combustion engine so as to promote the separation of the sulfur component from the catalyst.
[0021]
That is, when the NOx occlusion type catalyst resumes occlusion of NOx in the exhaust gas, the time change rate of the NOx concentration detected by the NOx concentration sensor is large, which means that the NOx occlusion ability of the catalyst is lowered. Therefore, at this time, even if the catalyst deterioration detection means has not detected the deterioration of the catalyst, the sulfur poisoning mitigation control hand promotes the removal of the sulfur component from the catalyst. Control the operating state. Thereby, the recovery of the NOx occlusion ability by the catalyst is achieved.
[0022]
In the invention of claim 6,The NOx is stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, while the stored NOx is stored in the exhaust passage of the internal combustion engine in response to the enrichment of the air-fuel ratio. NOx occlusion type catalyst that releases and reduces and purifies, an oxygen concentration sensor that is disposed in an exhaust passage downstream of the catalyst and detects the concentration of oxygen in the exhaust gas, and at least the oxygen concentration sensor An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine is provided on the premise of including catalyst deterioration detection means for detecting catalyst deterioration based on the detected value.
[0023]
When the deterioration of the catalyst is detected by the NOx concentration sensor disposed in the exhaust passage on the downstream side of the catalyst and detecting the concentration of NOx in the exhaust gas, and the catalyst deterioration detecting means, the catalyst When the NOx occlusion is completed and NOx occlusion in the exhaust gas is resumed, the time change rate of the NOx concentration detected by the NOx concentration sensor is obtained, and this time change rate is a preset reference. If it is equal to or greater than the value, deterioration cause determination means for determining that the influence of sulfur poisoning on the cause of deterioration of the catalyst is great is provided.
[0024]
In this case, the same effect as the invention of
[0025]
That is, for example, when NOx in the exhaust gas is stored in a NOx storage type catalyst, oxygen in the exhaust gas is consumed and the oxygen concentration decreases, and conversely, NOx is released from the catalyst. As a result, the oxygen concentration in the exhaust gas increases. For this reason, when the operating air-fuel ratio of the internal combustion engine changes between a lean state and a rich state, the output of the oxygen concentration sensor on the upstream side of the catalyst and the oxygen concentration sensor on the downstream side are stored by the storage or release of NOx by the catalyst. Deviation occurs with respect to the output of the catalyst, and the magnitude of this deviation varies depending on the NOx storage capacity of the catalyst. Therefore, the deterioration of the catalyst can be detected based on the signals from the upstream and downstream oxygen concentration sensors.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
FIG. 1 shows the overall configuration of an in-cylinder direct injection gasoline engine 1 (internal combustion engine) to which an exhaust emission control device according to the present invention is applied. In FIG. 1, an
[0028]
In the
[0029]
The crown surface of the piston 5 serving as the bottom of the combustion chamber 6 has an outer peripheral portion substantially parallel to the ceiling surface of the combustion chamber 6, while the piston 5 has a substantially central portion of the crown surface in plan view. Lemon-shaped recesses are provided. In addition, an injector (fuel injection valve) 20 is disposed with the injection port facing the peripheral edge of the combustion chamber 6 on the intake side. The
[0030]
The proximal end side of the
[0031]
An
[0032]
Further, the
[0033]
An
[0034]
Although not shown in detail, the upstream
[0035]
Further, the downstream
[0036]
Specifically, the mechanism by which NOx in the exhaust gas is occluded or released by the NOx occlusion type catalyst is considered as follows. That is, as schematically shown in FIG. 2 (a), when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx (NO in the illustrated example) in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere is converted to the catalyst metal (in the illustrated example). Pt) reacts with oxygen O2 and is occluded as nitrate NO3 while part of it is bonded to barium. On the other hand, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is substantially the stoichiometric air-fuel ratio or richer than that, the reaction proceeds in the opposite direction, and NO2 away from the barium becomes HC, CO in the exhaust gas. It reacts (reduction reaction) and decomposes into nitrogen N2 and oxygen O2.
[0037]
An
[0038]
Further, an upstream end of an exhaust gas recirculation passage 45 (hereinafter referred to as an EGR passage) that recirculates a part of the exhaust gas to the
[0039]
The ignition circuit 18, the
[0040]
That is, the
[0041]
On the other hand, a region other than the stratified combustion region (S) is a so-called uniform combustion region (H). Here, fuel is injected by the
[0042]
That is, the
[0043]
In addition to such basic operation control, in order to maintain the NOx occlusion ability of the
[0044]
Therefore, in consideration of the characteristics of the
[0045]
By the way, in the
[0046]
In contrast, if the
[0047]
On the other hand, the
[0048]
Therefore, in this embodiment, during the operation of the
[0049]
Hereinafter, a specific control procedure of the
[0050]
First, in step SA1 after the start in the main flow shown in FIG. 5, the
[0051]
Subsequently, in step SA3, it is determined whether or not the stratified combustion mode is set. If this determination is NO and the uniform combustion mode is selected, the process proceeds to step SA4 to control the
[0052]
If the NOx purge mode condition is satisfied and YES, the routine proceeds to step SA6, where the
[0053]
In step SA7, it is determined whether a condition for setting the S purge mode is satisfied. The specific contents of this determination will be described later. If it is determined YES when the S purge mode condition is satisfied, the routine proceeds to step SA8, where the
[0054]
On the other hand, if the S purge mode condition is not satisfied in step SA7 and the determination is NO, the process proceeds to step SA9 to control the
[0055]
(Determining the deterioration state of the NOx catalyst)
Next, conditions for executing the S purge mode in step SA7 of the main flow will be described. First, the flow shown in FIG. 6 is for determining conditions for accurately determining the sulfur poisoning of the
[0056]
If the determination in step SB1 is NO, it means that the condition for determination of sulfur poisoning is not satisfied, and thus the process proceeds to step SB8, and the flag F1 indicating that the determination condition for sulfur poisoning is satisfied is turned off (F1 ← 0). On the other hand, if the determination in step SB1 is YES, the process proceeds to step SB2, and this time it is determined whether the engine water temperature is equal to or higher than a predetermined value. This is for confirming the warm-up of the
[0057]
In step SB3, it is determined whether or not the engine speed is equal to or less than a predetermined value. If this determination is NO, the process proceeds to step SB8. If the determination is YES, the process proceeds to step SB4, and the target torque of the
[0058]
In step SB5, based on the output from the
[0059]
Next, the flow shown in FIG. 7 shows a procedure for actually determining the state of sulfur poisoning of the
[0060]
Subsequently, in step SC4, the deterioration of the
[0061]
That is, when the
[0062]
In other words, when the NOx occlusion of the
[0063]
On the other hand, if it is determined in step SC4 that the
[0064]
Next, the flow shown in FIG. 8 shows a procedure for determining whether or not the
[0065]
In step SD3, it is determined whether or not the target torque of the
[0066]
That is, the
[0067]
Then, the sulfur poisoning of the
[0068]
Next, the flow shown in FIG. 9 shows a procedure for detecting the deterioration of the
[0069]
On the other hand, when the deterioration of the
[0070]
That is, when the deterioration of the
[0071]
The control procedures in the flowcharts of FIGS. 5 to 9 described above are realized by a plurality of programs electronically stored in the memory of the
[0072]
That is, when the release of NOx occluded by the
[0073]
When the deterioration of the
[0074]
Further, when it is determined in steps SA7 and SA8 in the flow shown in FIG. 5 that the
[0075]
Further, the deterioration of the
[0076]
Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment, first, the
[0077]
Further, when the lean operation in the stratified combustion region (S) of the
[0078]
Further, when the NOx purge is completed and the
[0079]
If it is determined that the cause of deterioration is mainly sulfur poisoning, the operation mode of the
[0080]
That is, when the deterioration of the
[0081]
In addition, even if it is erroneously determined that the thermal deterioration is due to sulfur poisoning, when the deterioration of the
[0082]
In addition, the structure of this invention is not limited to the thing of the said embodiment, It includes other various structures. For example, in the embodiment, the downstream side of the
[0083]
Specifically, when the exhaust gas is lean and NOx is occluded by the
[0084]
In the above embodiment, the two
[0085]
Further, it goes without saying that the present invention can be applied to other than the direct injection gasoline engine as in the above-described embodiment, and that the average air-fuel ratio of the cylinder is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. As long as the internal combustion engine can be switched to a substantially stoichiometric air-fuel ratio or a rich operation state richer than that, it is possible to obtain the same effects as described above regardless of whether the engine is a gasoline engine or a diesel engine.
[0086]
【The invention's effect】
As described above,
[0087]
According to the invention of claim 2, when it is determined that the influence of sulfur poisoning on the cause of catalyst deterioration is great, the operating state of the internal combustion engine is controlled so as to promote the detachment of the sulfur component from the catalyst. The NOx occlusion ability can be recovered.
[0088]
According to the invention of claim 3, when the thermal deterioration of the catalyst is determined, this is notified, and the deterioration of the exhaust state can be prevented beforehand by exchanging the catalyst. On the other hand, when the deterioration due to sulfur poisoning is determined, notification is not performed, so that the complexity of the notification can be eliminated.
[0089]
According to the invention of
[0090]
According to the invention of claim 5, even when the deterioration of the catalyst is not detected, if the sulfur poisoning of the catalyst is determined, the operating state of the internal combustion engine is set so as to promote the separation of the sulfur component from the catalyst. Control to recover NOx storage capacity of the catalyst.
[0091]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a control system for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a mechanism of NOx occlusion and release by a NOx catalyst.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a control map in which operating regions in which the engine is in a stratified combustion state or a uniform combustion state are set.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in the NOx occlusion amount of the NOx catalyst and the downstream NOx concentration in association with each other after the exhaust gas is switched from the rich state to the lean state.
FIG. 5 is a flowchart of a main flow showing an outline of engine control.
FIG. 6 is a flowchart of control for determining whether a determination condition for sulfur poisoning is satisfied.
FIG. 7 is a flowchart of control for determining sulfur poisoning.
FIG. 8 is a flowchart of control for determining an execution condition of S purge.
FIG. 9 is a flowchart of control for notifying deterioration of the NOx catalyst.
FIG. 10 shows how NOx concentration in the exhaust gas changes when NOx occlusion is completed by the NOx catalyst and when NOx concentration in the exhaust gas is restarted, in the case of thermal deterioration and sulfur poisoning. It is explanatory drawing shown in contrast with.
[Explanation of symbols]
1 engine (internal combustion engine)
34 Exhaust passage
38 NOx catalyst (NOx storage type catalyst)
41 Oxygen concentration sensor
43 NOx concentration sensor
50 ECU (Engine Control Unit)
50a Catalyst deterioration detection means
50b Deterioration cause determination means
50c Deterioration control means
50d Sulfur poisoning reduction control means
50e Notification means
Claims (7)
前記触媒よりも下流側の排気通路に配設されて、排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOx濃度センサと、
少なくとも前記NOx濃度センサによる検出値に基づいて、触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出された場合に、その触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、前記NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率を求めて、この時間変化率が予め設定した基準値以上であれば、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定する劣化原因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。The NOx is stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, while the stored NOx is stored in the exhaust passage of the internal combustion engine in response to the enrichment of the air-fuel ratio. NOx occlusion type catalyst that releases and reduces and purifies,
A NOx concentration sensor that is disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst and detects the concentration of NOx in the exhaust gas;
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, comprising at least catalyst deterioration detection means for detecting catalyst deterioration based on a detection value by the NOx concentration sensor ,
When the catalyst deterioration is detected by the catalyst deterioration detecting means, the NOx concentration detected by the NOx concentration sensor is detected when the release of NOx stored by the catalyst is completed and the storage of NOx in the exhaust gas is resumed. A deterioration cause determining means for determining a time change rate of the concentration and determining that the influence of sulfur poisoning on the cause of deterioration of the catalyst is large if the time change rate is equal to or greater than a preset reference value; An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.
劣化原因判定手段により触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定されたとき、触媒から硫黄成分の離脱を促進するように内燃機関の運転状態を制御する劣化時制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。In claim 1,
When the deterioration cause determining means determines that the influence of sulfur poisoning on the cause of deterioration of the catalyst is large, the deterioration control means for controlling the operating state of the internal combustion engine so as to promote the separation of the sulfur component from the catalyst is provided. An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
劣化原因判定手段は、触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率が設定基準値よりも小さければ、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が小であると判定するものであり、
触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出され、且つ前記劣化原因判定手段により硫黄被毒の影響が小であると判定されたときに、該触媒の劣化を報知する報知手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。In claim 2,
When the NOx stored in the exhaust gas is resumed after the release of NOx stored by the catalyst is completed, the deterioration cause determination means determines that the rate of change of NOx concentration detected by the NOx concentration sensor is smaller than the set reference value. For example, it is determined that the influence of sulfur poisoning on the cause of catalyst deterioration is small.
And a notification means for notifying the deterioration of the catalyst when the deterioration of the catalyst is detected by the catalyst deterioration detecting means and the influence of the sulfur poisoning is determined to be small by the deterioration cause determining means. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
報知手段は、劣化時制御手段による内燃機関の制御が行われた後も、触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出されるときには、劣化原因判定手段による判定の結果によらず触媒の劣化を報知するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。In claim 3,
The notification means notifies the catalyst deterioration regardless of the result of the determination by the deterioration cause determination means when the deterioration of the catalyst is detected by the catalyst deterioration detection means even after the internal combustion engine is controlled by the deterioration control means. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized in that
触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率が設定基準値よりも大きい別の設定値以上であれば、触媒から硫黄成分の離脱を促進するように内燃機関の運転状態を制御する硫黄被毒軽減制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。In claim 1,
When the NOx occluded by the catalyst is released and occlusion of NOx in the exhaust gas is resumed, the NOx concentration change rate detected by the NOx concentration sensor is greater than another set value that is greater than the set reference value. If present, an exhaust purification device for an internal combustion engine, comprising sulfur poisoning reduction control means for controlling the operating state of the internal combustion engine so as to promote the separation of the sulfur component from the catalyst.
前記触媒よりも下流側の排気通路に配設されて、排気ガス中の酸素の濃度を検出する酸素濃度センサと、
少なくとも前記酸素濃度センサによる検出値に基づいて、触媒の劣化を検出する触媒劣化検出手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒よりも下流側の排気通路に配設されて、排気ガス中のNOxの濃度を検出するNOx濃度センサと、
前記触媒劣化検出手段により触媒の劣化が検出された場合に、その触媒が吸蔵したNOxの放出を完了して排気ガス中のNOxの吸蔵を再開したときに、前記NOx濃度センサにより検出されるNOx濃度の時間変化率を求めて、この時間変化率が予め設定した基準値以上であれば、触媒の劣化原因における硫黄被毒の影響が大であると判定する劣化原因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。 The NOx is stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is leaner than the state corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, while the stored NOx is stored in the exhaust passage of the internal combustion engine in response to the enrichment of the air-fuel ratio. NOx occlusion type catalyst that releases and reduces and purifies,
An oxygen concentration sensor that is disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst and detects the concentration of oxygen in the exhaust gas;
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising at least catalyst deterioration detection means for detecting catalyst deterioration based on a detection value by the oxygen concentration sensor,
A NOx concentration sensor that is disposed in the exhaust passage downstream of the catalyst and detects the concentration of NOx in the exhaust gas;
When the catalyst deterioration is detected by the catalyst deterioration detecting means, the NOx concentration detected by the NOx concentration sensor is detected when the release of NOx stored by the catalyst is completed and the storage of NOx in the exhaust gas is resumed. A deterioration cause determining means for determining a time change rate of the concentration and determining that the influence of sulfur poisoning on the cause of deterioration of the catalyst is large if the time change rate is equal to or greater than a preset reference value ; An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.
前記触媒よりも上流側の排気通路にも酸素濃度センサが配設され、
触媒劣化検出手段は、前記触媒の上流側及び下流側の酸素濃度センサからの信号に基づいて、触媒の劣化を検出するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。In claim 6 ,
An oxygen concentration sensor is also disposed in the exhaust passage upstream of the catalyst,
The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, wherein the catalyst deterioration detecting means is configured to detect catalyst deterioration based on signals from oxygen concentration sensors upstream and downstream of the catalyst.
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