JP2005291059A

JP2005291059A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2005291059A
Application number: JP2004105886A
Authority: JP
Inventors: Minehiro Murata; 峰啓村田; Yasuhiro Tsutsui; 泰弘筒井; Nobuhiro Kondo; 暢宏近藤; 嘉則 ▲高▼橋; Yoshinori Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】Ｓ被毒回復制御時に、吸蔵型ＮＯx触媒の急激な温度上昇を抑えて熱解離によるＮＯｘスリップを抑制可能な排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ディーゼルエンジン１の排気通路５０に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒３０を設け、ＮＯｘ触媒２０からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理実行時期に、温度検出手段３２からの検出温度ｔ０がＮＯｘ触媒の触媒反応可能温度ｔ１以上の還元反応可能温度以上熱解離温度未満の所定温度ｔ２となるように還元剤噴射ノズル２１で第１の還元剤添加を行い、温度検出手段３２からの検出温度が所定温度ｔ２となるとリッチスパイクを実行し、温度検出手段３２からの検出温度がＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復目標温度ｔ３となるように還元剤噴射ノズル２１で第２の還元剤添加を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる有害成分や微粒子等を浄化する排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンのように、広い運転領域において高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼に供して機関運転を行う希薄燃焼可能な内燃機関では、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する機能を備えたＮＯｘ触媒がその排気通路に備えられる。ＮＯｘ触媒としては、例えば多孔質セラミック等でハニカム構造体とされた担持体に、酸素の存在下でＮＯｘを吸蔵する能力を有するＮＯｘ吸蔵剤と、炭化水素（ＨＣ）を酸化させる能力を有する貴金属触媒とを併せて担持したものが採用される。
ＮＯｘ触媒は、排気ガス中の排気空燃比が理論空燃比以上（以下、「リーン」と記す）ではＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の排気空燃比が理論空燃比以下（以下「リッチ」と記す）ではＮＯｘを放出する特性を有する。排気ガス中にＮＯｘが放出された時、排気ガス中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化され、ＮＯｘはＮ_２に還元される。
ＮＯｘ触媒は排気ガスがリーン状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸蔵すると、それ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなるので、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が限界量に達する前に、排気通路のＮＯｘ触媒上流に燃料で用いている軽油等の還元剤を還元剤供給手段で供給し、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出および還元浄化し、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復させるといった再生動作制御を所定間隔で繰り返すのが一般的である。

しかし、内燃機関の燃料中（軽油）には硫黄成分が含まれているため、排気ガス中にはＮＯｘの他、このような燃料中の硫黄成分を起源とする硫黄酸化物（ＳＯｘ）も存在する。排気ガス中に存在するＳＯｘは、ＮＯｘ触媒に吸蔵され、しかも、この触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な条件下（排気ガスリッチ条件下）にあっても当該触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い、排気ガス中のＳＯｘが徐々にＮＯｘ触媒に吸蔵されていくＳ被毒が生じることとなる。

ＮＯｘ触媒に吸蔵した微粒子やＳＯｘの分解・除去を効率的に行うためには、吸入空気量を少なくしながら機関に対する燃料噴射量を多くして排気空燃比を理論空燃比（ストイキオ）よりも濃いリッチ程度とし、かつ、ＮＯｘ触媒の温度を、例えば目標温度となる６００℃以上に昇温するために、還元剤供給手段で燃料をＮＯｘ触媒上流の排気通路に添加する運転制御（以下、Ｓ被毒回復制御という）が知られている。このようにＳ被毒回復制御を実施することにより、ストイキオ、若しくはリッチ程度に調整された排気ガス中の還元成分が、当該触媒に吸蔵したＳＯｘを高温条件下で分解・除去するようになる。ところが、排気ガス中の還元成分がＮＯｘ触媒に吸蔵したＳＯｘ等を除去する際にも、還元成分の反応熱によって同触媒は加熱され続けるため、その触媒温度が触媒や触媒担持体の限界温度を超える過昇温を超えしまうことがある。

また吸蔵型ＮＯｘ触媒では、リーン空燃比制御時にＮＯｘを吸蔵するが、リーン燃焼運転を長時間連続して行うと、触媒のＮＯｘ吸蔵量には限度があるために、ＮＯｘ吸蔵量が飽和量に達した時点で排ガス中のＮＯｘが触媒に吸蔵されずに大気に排出されることになる。そこで、吸蔵型ＮＯｘ触媒の吸蔵量が飽和に達する前に、空燃比を理論空燃比以下に制御するリッチ空燃比運転に定期的に切替る、所謂リッチスパイクと称する動作を実行している。
特許文献１には、吸蔵型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるときに、添加剤を複数回に分けて添加する事が記載されている。

特開２００３−１２０３７３

吸蔵型ＮＯｘ触媒は、還元可能温度以下でも吸蔵は可能であるが、吸蔵型ＮＯｘ触媒に対してＳ被毒回復制御の際に触媒温度を昇温すると、熱解離により吸蔵されているＮＯｘが触媒活性温度前に放出されていまい、Ｓ被毒回復制御への移行時にＮＯｘが浄化されずに排出されてしまうＮＯｘスリップが発生することがある。これは、吸蔵型ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵される際の温度が、排気ガス温度の低温時から高温時までの範囲と広いので、特に低温時に吸蔵されたＮＯｘが放出されることにより発生するものと推定される。また、Ｓ被毒回復可能温度まで一気に昇温しようとすると、その触媒温度が触媒や触媒担持体の限界温度を超える過昇温になることがある。
特許文献１には、吸蔵型ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるときに、添加剤を複数回に分けて添加する事が記載されているが、触媒の反応可能温度を考慮したものではない。
本発明は、Ｓ被毒回復制御時に、吸蔵型ＮＯｘ触媒の急激な温度上昇を抑えて熱解離によるＮＯｘスリップを抑制可能な排気ガス浄化装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに吸蔵したＮＯｘを放出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、空燃比を変更する空燃比変更手段と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を添加する還元剤供給手段と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する温度検出手段と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理実行時期において、温度検出手段からの検出温度が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の還元反応可能温度以上の所定温度となるように還元剤供給手段で第１の還元剤添加を行い、温度検出手段からの検出温度が所定温度となると、空燃比変更手段を制御して前記空燃比をリッチ状態とするともに、温度検出手段からの検出温度が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復目標温度となるように還元剤供給手段で第２の還元剤添加を行うように、空燃比変更手段と還元剤供給手段とを制御する制御手段とを有することを特徴としている。

制御手段で、温度検出手段からの検出温度が触媒反応可能温度（ＨＣライトオフ温度）よりも低い場合、温度検出手段からの検出温度が触媒反応可能温度となるように内燃機関の燃焼制御により排気昇温を行うと、添加剤が供給される前に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が触媒反応可能温度まで内燃機関により昇温されるため、反応可能温度の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対する過度な還元剤の供給が抑制されることになり、未燃焼の還元剤のスリップが低減される。

本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理実行時期において、温度検出手段からの検出温度が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の還元反応可能温度以上の所定温度（熱解離温度未満）となるように還元剤供給手段で第１の還元剤添加し、所定温度となると空燃比変更手段を制御して前記空燃比をリッチ状態とするので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元でき、熱解離によるＮＯｘスリップを低減することができる。空燃比制御の後に、温度検出手段からの検出温度が温度検出手段からの検出温度が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復目標温度となるように還元剤供給手段で第２の還元剤添加を行うので、第１の還元剤添加により触媒の温度分布が安定した状態にあるので、第２の還元剤添加時の温度制御が容易になると共に、触媒の過昇温を防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態としての排気ガス浄化装置を示す。排気ガス浄化装置は、内燃機関としての（以下、「エンジン」という）１に適用したものである。エンジン１は、４気筒であって、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系４及び排気系５等を主要部として構成されている。燃料供給系２は、サプライポンプ９、コモンレール６、主噴射手段としてのインジェクタ７を備えている。サプライポンプ９は、エンジン１によって駆動され、図示しない燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路８を介してコモンレール６に供給する。コモンレール６は、サプライポンプ９から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各気筒の燃焼室３に臨むように配設されたインジェクタ７にそれぞれ分配する。

各インジェクタ７は、その内部に図示しない電磁ソレノイドを備えた周知の電磁弁である。各インジェクタ７は、前エンジン１の吸気行程及び圧縮行程の何れかにおいて機関運転状態に基づき燃料を直接筒内に供給するものであり、駆動力を得るための基本噴射量が図示しないマップによって定められている。

吸気系４は、各燃焼室３内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成し、排気系５は、各燃焼室３から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。エンジン１には、周知の過給機であるターボチャージャ１０が設けられている。ターボチャージャ１０は、シャフト１１を介して連結された回転体１２，１３を備えている。一方の回転体となるタービンホイール１２は排気系５内の排気に晒され、他方の回転体となるコンプレッサホイール１３は、吸気系４内の吸気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ１０は、タービンホイール１２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール１３を回転させ、吸気圧を高めるといった周知と過給を行う。コンプレッサホイール１３よりも吸気上流側には、吸気系４内に導入される空気（吸入空気）の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力するエアフロセンサ２８が設けられている。

ターボチャージャ１０よりも下流側の吸気系４に設けられたインタークーラ１４は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ１４よりもさらに下流に設けられたスロットル弁１５は、その開度を無段階に調節することのできる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を変更し、同吸入空気の供給量（流量）を調整する機能を有する。

エンジン１には、燃焼室３の上流（吸気系４）及び下流（排気系５）をバイパスする排気還流通路となるＥＧＲ通路１６が形成されている。ＥＧＲ通路１６は、排気の一部を適宜吸気系４に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路１６には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気（ＥＧＲガス）の流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁１７と、ＥＧＲ通路１６を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ１８が設けられている。

タービンホイール１２よりも排気ガス流出方向の下流側の排気通路５０には、排気通路５０を流れる排気ガス中に還元剤となる燃料を添加供給する還元剤供給手段としての還元剤噴射ノズル２１と、ケーシング２７内に収納され、排気ガスを浄化するための吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下「ＮＯｘ触媒」と記す）２０が配設されている。

還元剤噴射ノズル２１は、添加燃料通路２３を介してサプライポンプ９と接続されていて、燃料タンクから汲み上げられた燃料の一部が供給されるようになっている。添加燃料通路２３には、サプライポンプ９から還元剤噴射ノズル２１への燃料の流量と添加燃料通路２３の開閉を行う電磁調量弁２４が配設されている。電磁調整弁２４は、その開閉タイミングが制御手段２５によって制御され、ＮＯｘ触媒２０よりも上流側で還元剤となる燃料を排気通路５０の排気ガス中に添加供給する。

ＮＯｘ触媒２０よりも上流側の排気通路５０には、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３０が配設されている。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ３０は、ケーシング２７上流において排気ガス中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。ＮＯｘ触媒２０よりも下流側の排気通路５０には、ＮＯｘ触媒２０の温度を検出する温度検出手段としての排気温度センサ３２と、ＮＯｘセンサ３１が配設されている。ＮＯｘセンサ３１は、ＮＯｘ触媒２０の下流において排気ガス中のＮＯｘ濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。アクセルポジションセンサ３３はエンジン１の図示しないアクセルペダルに取り付けられ、同ペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力する。クランク角センサ３４は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ３０〜３４は、制御装置２５の入力側と電気的に接続されている。

制御手段２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭ、タイマカウンタ等を備えた周知のコンピュータで構成されている。制御手段２５は、各種センサの検出信号を図示しない外部入力回路から入力し、これら信号に基づきインジェクタ７の開閉弁動作に関する制御や、ＥＧＲ弁１７の開度調整、或いはスロットル弁１５の開度調整等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を実施する。

ＮＯｘ触媒２０は、ケーシング２７に収納されて排気通路５０上に装着されている。ＮＯｘ触媒２０は、ハニカム形状の構造体からなるで担持体と、この担体体の表面にＮＯｘ吸蔵剤として機能する例えばカリウム（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、ランタン（Ｌａ）、或いはイットリウム（Ｙ）のような希土類と、酸化触媒（貴金属触媒）として機能する例えば白金Ｐｔのような貴金属とが担持されることによって構成されている。

ＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスがリーン状態ではＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチ状態ではＮＯｘを放出する特性を有する。また、排気ガス中にＮＯｘが放出されたとき、排気ガス中にＨＣやＣＯ等が存在していれば、貴金属触媒がこれらＨＣやＣＯの酸化反応を促すことで、ＮＯｘを酸化成分、ＨＣやＣＯを還元成分とする酸化還元反応が両者間で起こる。すなわち、ＨＣやＣＯはＣＯ_２やＨ_２Ｏに酸化され、ＮＯｘはＮ_２に還元される。

ＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスがリーン状態にあるときでも所定の限界量のＮＯｘを吸蔵すると、それ以上ＮＯｘを吸蔵しなくなるので、該吸蔵させたＮＯｘを上述の如く還元雰囲気中においてＮ₂等に還元除去してやる必要がある。そこで、この排気ガス浄化装置では、所定時間に亘りＥＧＲや吸気絞りによる吸入空気量の減少、エンジン噴射量の増大及び排気管への燃料噴射によるリッチ空燃比運転を行うリッチスパイクを実行し、これにより吸蔵型ＮＯx触媒２０内に還元雰囲気を強制的に生起させ、吸蔵したＮＯｘを放出し還元除去（ＮＯｘパージ）するようにしている。実際には、ＥＣＵ２５内のタイマカウンタによって上記所定周期が計時され、ＥＣＵ２５により空燃比制御手段としてのＥＧＲ弁１７、スロットル弁１５、インジェクタ７、還元剤噴射ノズル２１を制御する。なお、所定周期は、通常のエンジン運転によって吸蔵型ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘが飽和量に達したと推定される時間に基づき予め設定されているが、その他にも、例えば車両の走行距離に基づいて推定することもできる。すなわち、所定距離走行したらリッチ空燃比運転（リッチスパイク）を行うようにしてもよい。

ＥＣＵ２５は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づきインジェクタ７による燃料噴射制御を行う。ここでの燃料噴射制御とは、各インジェクタ７を通じた各燃焼室３内への燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量、噴射タイミング、噴射パターンといったパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて各インジェクタ７の開閉弁操作を実行する一連の処理をいう。ＥＣＵ２５は、燃料の噴射量や噴射タイミングはアクセルペダルヘの踏み込み量およびエンジン回転数（クランク角センサのパルス信号に基づいて演算することができるパラメータ）に基づき、予め設定された図示しないマップを参照して決定する。

ＥＣＵ２５は、燃料の噴射パターンの設定に関し、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射として各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴射に先立つ燃料噴射（以下、パイロット噴射という）や、主噴射に後続する燃料噴射（以下、ポスト噴射という）を、副噴射として適宜選択された時期、選択された気筒について行う。

ポスト噴射によって燃焼室３内に供給される燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気系５に排出される。すなわち、還元剤として機能する軽質なＨＣが、ポスト噴射を通じて排気系５に添加され、排気ガス中の還元成分濃度を高めることとなる。排気系５に添加された還元成分はＮＯｘ触媒２０を介し、同ＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘや排気ガス中に含まれるその他の酸化成分と反応する。このとき発生する反応熱は、ＮＯｘ触媒の床温（温度）を上昇させる。なお、リッチ空燃比運転（リッチスパイク）としては、所定周期毎にインジェクタ７による主噴射時の噴射量増大制御ではなく、ポスト噴射を実行してもよい。

ＥＣＵ２５は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づきＥＧＲ制御を実施する。ＥＧＲ制御とは、ＥＧＲ通路１６に設けられたＥＧＲ弁１７を駆動操作して、ＥＧＲ通路１６を通過するガスの流量、すなわち、排気系５から吸気系４に還流される排気ガスの流量調整を行う処理のことをいう。

目標となるＥＧＲ弁１７の開弁量（以下、目標開弁量）は、基本的にはエンジン１の負荷や回転数等の運転状態に基づき、予め設定された図示しないマップを参照して決定される。ＥＣＵ２５は、この目標開弁量をエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、ＥＧＲ弁１７の実際の開弁量が更新された目標開弁量に合致するよう同ＥＧＲ弁１７の駆動回路に指令信号を出力する。

還元剤噴射ノズル２１を通じ、燃料（還元剤）を排気系５に直接添加することによっても、ポスト噴射と同様、排気ガス中の還元成分濃度を高め、結果としてＮＯｘ触媒２０の床温を上昇させることができる。還元剤噴射ノズル２１によって添加された燃料は、ポスト噴射によるものに比べ、排気ガス中においてより高分子の状態を保持しつつ不均一に分布する傾向がある。また、還元剤噴射ノズル２１による燃料添加では、一度に添加することのできる燃料量や添加タイミングの自由度が、ポスト噴射による場合よりも大きい。

次にＳ被毒回復制御の概要について述べる。上記ポスト噴射および燃料添加制御は、共通して排気ガス中の還元成分を増量するように作用するため、何れかの制御を所定の間隔で繰り返し実施することにより、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを放出および還元浄化し、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力を回復させることができる。

ＥＣＵ２５は、エンジン１の機関運転の継続に伴いＮＯｘ触媒２０に徐々に吸蔵されるＳＯｘ等を除去するために、図２に示すように、ＮＯｘ触媒２０を目標温度（例えば６００℃程度）以上にまで昇温させた上で当該触媒前の排気ガス空燃比をリッチ化制御（以下、Ｓ披毒回復制御）を実行する。Ｓ被毒回復制御を実施することにより、ＮＯｘ触媒２０に供給された多量の還元成分が、当該触媒に吸蔵したＳＯｘを高温条件下で除去するようになる。ＥＣＵ２５は、Ｓ披毒回復制御の一環として、ＮＯｘ触媒２０を目標温度にまで昇温するために上記ポスト噴射あるいは排気燃料添加制御を実施する。本形態では、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘの放出および還元浄化に要する量よりも多量の燃料（還元成分）を、還元剤噴射ノズル２１を通じてＮＯｘ触媒２０の上流に供給する制御（以下、還元成分供給制御という）を実施する。

Ｓ被毒回復制御では、図２に示すように、ＮＯｘ触媒２０の温度をＳ被毒回復に必要な温度となるＳパージ目標温度（６００℃）以上に保持するといった条件を成立させた上で、排気系内におけるＮＯｘ触媒上流へ多量の還元成分を供給することになる。ところが、排気系内に供給された多量の還元成分は、高温条件下においてＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＳＯｘ等を除去する機能を発揮する一方、ＮＯｘ触媒２０の温度をさらに上昇させる特性を有する。このため、多量の還元成分を排気系のＮＯｘ触媒上流に継続して供給した場合、ＮＯｘ触媒２０が過昇温してしまう点と、熱解離により吸蔵されているＮＯｘが放出されてしまう点と、ＮＯｘ触媒２０が少なくとも最小限機能する反応可能温度（ＨＣライトオフ温度）に達する前に、添加剤（ＨＣ）が排気ガス中に添加されると、未燃のＨＣが大気中に放出されたり、触媒にＨＣが吸着されて触媒の温度が触媒反応可能温度に達した後にＨＣが一気に燃焼して過昇温となることが懸念される。

このため、ＥＣＵ２５は、被毒回復時期判定手段４２を有し、被毒回復時期判定手段４２により実行時期であると判定されると、排気温度センサ３２からの検出温度ｔ０がＮＯｘ触媒２０の還元反応可能温度以上でかつ熱解離温度ｔ４未満の所定温度ｔ２となるように還元剤噴射ノズル２１で図２に符号Ａで示す第１の還元剤添加（第１添加）を行い、排気温度センサ３２からの検出温度ｔ０が所定温度ｔ２となると、空燃比をリッチ状態とするリッチスパイクを実行し、このリッチスパイク実行後の排気ガスセンサ３２からの検出温度ｔ０がＮＯｘ触媒２０のＳＯｘ被毒回復目標温度ｔ３となるように還元剤噴射ノズル２１で図２に符号Ｂで示す第２の還元剤添加（第２添加）を行うように制御する。なお、リッチスパイクの実施に際してはＥＧＲ弁１７、スロットル弁１５、インジェクタ７及び還元剤噴射ノズル２１が制御される。

また、ＥＣＵ２５は、排気温度センサ３２からの検出温度ｔ０が触媒反応可能温度であるＨＣライトオフ温度ｔ１よりも低い場合、排気温度センサ３２からの検出温度ｔ０がＨＣライトオフ温度ｔ１となるように、エンジン１を昇温制御する。

被毒回復時期判定手段４２は、ＮＯｘ触媒２０に対するＳ被毒が進行しているか否かを判断するものである。本形態において、被毒回復時期判定手段４２は、ＮＯｘセンサ３１の検出信号の履歴から回復時期を判断してＮＯｘ触媒２０によるＮＯｘの浄化機能が低下していると認識される場合、Ｓ被毒回復制御の実行時期となるＳパージ信号を出力する。

還元剤噴射ノズル２１から添加される還元剤の添加量は、図２に示すように、ＮＯｘ還元可能温度以上かつＮＯｘ熱解離温度未満となるように第１添加で噴射され、リッチスパイク実行後にＳＯｘ被毒回復目標温度に到達可能な添加剤量が第２添加で噴射されるように、予め試験によって求められてマップ化されている。ＥＣＵ２５のＲＯＭには、ＨＣライトオフ温度ｔ１、所定温度（還元反応可能温度）ｔ２、ＳＯｘ被毒回復目標温度ｔ３の各情報が予め記憶設定されている。本形態において、反応可能温度ｔ１としては２００℃を、所定温度ｔ２としてはＨＣライトオフ温度ｔ１よりも高く熱解離温度ｔ４よりも良い２５０℃を、ＳＯｘ被毒回復目標温度ｔ３としては６００℃と想定した。

エンジン１による昇温制御とは、本形態では、ＮＯｘ触媒２０の温度が還元反応可能温度ｔ１となるように、アイドリング回転数アップや吸気スロットルト絞り等のエンジン燃焼制御により排気昇温を行う。

このような構成の排気ガス浄化装置のＳ被毒回復制御について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。ステップＳ１では排気温度センサ３２からの検知信号（触媒温度ｔ０）が触媒反応可能温度ｔ１よりも高いか否かが判断され、触媒温度ｔ０が触媒反応可能温度ｔ１に満たない場合には、ステップＳ２に進んでエンジン排気昇温制御を実行する。この制御によりＮＯｘ触媒２０が温まり、触媒温度ｔ０が触媒反応可能温度（ＨＣライトオフ温度）ｔ１を超えるとステップＳ３に進む。ステップＳ３ではＳパージ信号の出力の有無が判断され、この信号が出力されている場合にはステップＳ４に進み、電磁調整弁２４がＥＣＵ２５によって制御され、還元剤噴射ノズル２１から第１添加時の還元剤が排気通路５０の排気ガス中に噴射される。この噴射により、ＮＯｘ触媒２０では燃焼が起こり、触媒が昇温されると共に、排気ガス量路方向に長いＮＯｘ触媒２０の温度分布が熱解離温度未満の温度に均一化される。

ステップＳ５では触媒温度ｔ０が所定温度ｔ２に達したか否かが判断され、所定温度ｔ２に達している場合には、ステップＳ６に進んで、ＥＧＲ弁１７、スロットル弁１５及び還元剤噴射ノズル２１を制御してリッチスパイクを実行してステップＳ７に進む。ステップＳ７でリッチスパイクが実行されると、所定温度（還元反応可能温度）ｔ２は熱解離温度ｔ４以下であるので、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されているＮＯｘが、ＮＯｘ触媒２０が熱解離温度に到達する前に低減することができる。

ステップＳ７では、電磁調整弁２４がＥＣＵ２５によって制御され、還元剤噴射ノズル２１から第２添加時の還元剤が排気通路５０の排気ガス中に噴射され、ステップＳ８において、触媒温度ｔ０がＳＯｘ被毒回復目標温度ｔ３となるまで還元剤が添加される。還元剤の噴射により、ＮＯｘ触媒２０では十分な燃焼が起こり、目標温度ｔ３まで昇温されるので、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＳＯｘが除去される。

このように、ＮＯｘ触媒２０からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理実行時期において、排気温度センサ３２からの検出温度ｔ０がＮＯｘ触媒２０の触媒反応可能温度ｔ１以上の所定温度ｔ２（熱解離温度ｔ４未満）となるように還元剤噴射ノズル２１で第１の還元剤添加を実行し、所定温度ｔ２となると空燃比をリッチ状態とするので、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを効率的に還元でき、熱解離によるＮＯｘスリップを低減することができる。また、空燃比制御の後に、排気温度センサ３２からの検出温度ｔ０が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復目標温度ｔ３となるように還元剤噴射ノズル２１で第２の還元剤添加を行うと、触媒の温度分布が均一化された状態からＳＯｘ被毒回復所定温度ｔ３まで昇温されることになり、ＮＯｘ触媒２０の過昇温を抑制しながらＳＯｘ被毒回復処理を行える。

さらに本形態では、触媒温度ｔ０が触媒反応可能温度ｔ１に満たない場合、エンジン１の燃焼制御による昇温を実行するので、排気通路５０内に直接還元剤を添加する場合に比べて、触媒に吸着するＨＣを低減することができると共に、未燃焼のＨＣのスリップ量を低減することができる。

図２においては、２点鎖線は、ＮＯｘ触媒２０をＳパージ目標温度まで一気に昇温させるだけの添加剤を還元剤噴射ノズル２１から噴射した場合のＮＯｘスリップ量とＮＯｘ触媒２０の温度上昇を示し、実線は、本形態のように還元剤噴射ノズル２１から添加剤を２段階で噴射し、第１添加と第２添加の間にリッチスパイクを実施した時のＮＯｘスリップ量と触媒温度上昇の特性を示す。図２からも明らかなように、第１添加により熱解離温度よりも低い所定温度ｔ２間で上昇した状態にリッチスパイクを実施すると、ＮＯｘスリップ量が激減するのが読み取れる。

本発明の一実施形態を示す排気ガス浄化装置とこれを装着したエンジン近傍の構成を示す図である。被毒回復時期、還元剤供給量、触媒温度及びリッチスパイク実施タイミングの関係を示す線図である。制御手段による制御の一形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
７空燃比変更手段
２０吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２１還元剤供給手段
２５制御手段
３２温度検出手段
５０排気通路
ｔ１触媒反応可能温度
ｔ２所定温度
ｔ３ＳＯｘ被毒回復目標温度
ｔ０検出温度

Claims

希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチのときに吸蔵したＮＯｘを放出する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記空燃比を変更する空燃比変更手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を添加する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理実行時期において、前記温度検出手段からの検出温度が前記吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒の還元反応可能温度以上の所定温度となるように前記還元剤供給手段で第１の還元剤添加を行い、前記温度検出手段からの検出温度が所定温度となると、前記空燃比変更手段を制御して前記空燃比をリッチ状態とするともに、前記温度検出手段からの検出温度が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復目標温度となるように前記還元剤供給手段で第２の還元剤添加を行うように、前記空燃比変更手段と還元剤供給手段とを制御する制御手段とを有することを特徴とする排気ガス浄化装置。
請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出温度が前記触媒の反応可能温度よりも低い場合、前記温度検出手段からの検出温度が前記反応可能温度となるように、前記内燃機関を昇温制御することを特徴とする排気ガス浄化装置。