JP2007278214A - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Abstract

【課題】内燃機関の排気通路に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に排気ガスを浄化し、かつ、リッチ状態の場合に浄化能力を回復する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の排気ガス浄化装置を備える排気ガス浄化システムにおいて、リッチ状態の高濃度の未燃燃料がバインダーの役割をして、煤が未燃燃料と共にＥＧＲ通路のＥＧＲクーラに付着して目詰まりを起こすことを防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラの上流側に未燃燃料を吸着する未燃燃料吸着装置を設け、この未燃燃料吸着装置で、リッチ制御時にＥＧＲ通路を通過する排気ガス中の未燃燃料を吸着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の排気ガスの空燃比を一時的にリッチにする必要がある排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。
ディーゼルエンジンから排出される微粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等は、年々排出規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い、エンジンの改良のみでは、規制値への対応が困難になってきている。そこで、エンジンの排気通路に排気ガス後処理装置を着装して、エンジンから排出されるこれらの物質を低減する技術が採用されてきている。
このような状況において、ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中からＮＯｘを還元除去するためのＮＯｘ触媒について種々の研究や提案がなされており、その一つに、ディーゼルエンジン用のＮＯｘ低減触媒として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒があり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の使用により、有効に排気ガス中のＮＯｘを浄化できる。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、モノリスハニカム等で形成され、このモノリスハニカムのコージィエライト、炭化珪素（ＳｉＣ）若しくはステンレスで形成された構造材の担体に、多数の多角形のセルを形成して構成される。このセルの壁面にはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等で形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層が設けられ、この触媒コート層の表面に酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の触媒貴金属と、ＮＯｘ吸蔵機能を持つカリウム（Ｋ），ナトリウム（Ｎａ），リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、バリウム（Ｂａ），カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ），イットリウム（Ｙ）等の希土類等の中から幾つかから形成されるＮＯｘ吸蔵剤（ＮＯｘ吸蔵物質：ＮＯｘ吸蔵材：ＮＯｘ吸収剤）を担持し、これらにより、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。
そして、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、通常運転時にＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵し、吸蔵能力が飽和に近づくと、適時、流入してくる排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にして、吸蔵したＮＯｘを放出させると共に、放出されたＮＯｘを触媒貴金属の三元機能で還元する。
より詳細には、通常のディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン等の排気ガス中に酸素（Ｏ2 ）が含まれるような、排気ガスの空燃比がリーン空燃比状態の場合には、排気ガス中に含まれる酸素によって、エンジンから排出される一酸化窒素（ＮＯ）を触媒貴金属の酸化触媒機能によって二酸化窒素（ＮＯ2 ）に酸化する。そして、その二酸化窒素をＮＯｘ吸蔵機能を持つバリウム等のＮＯｘ吸蔵剤に硝酸塩等の塩化物のかたちで吸蔵し、ＮＯｘを浄化する。
しかし、このままの状態を継続するとＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵剤は、全て硝酸塩に変化してＮＯｘ吸蔵機能を失ってしまう。そこで、エンジンの運転条件を変えたり、排気通路中に燃料噴射をしたりして、排気ガス中に酸素が存在しないで、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が高く、排気温度も高い排気ガス、即ち、過濃燃焼排気ガス（リッチスパイクガス）を作り出し触媒に送る。
そして、排気ガス中に酸素が無く、一酸化炭素濃度が高く、排気ガス温度が上昇したリッチ空燃比状態にすると、ＮＯｘを吸蔵した硝酸塩は二酸化窒素を放出し元のバリウム等に戻る。この放出された二酸化窒素を、排気ガス中に酸素が存在しないので、担持貴金属の酸化機能により、排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素（ＨＣ），水素（Ｈ2 ）を還元剤として、窒素（Ｎ2 ）に還元し浄化する。
そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を効果的に機能させるためには、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近くなると、吸蔵されたＮＯｘを放出させて触媒を再生するために、理論空燃比より燃料を多くして排気ガスの空燃比をリッチにして、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、還元組成排気ガスを触媒に供給している。このＮＯｘ吸蔵能力回復用のリッチ制御を行うことにより吸収したＮＯｘを放出させて、この放出されたＮＯｘを貴金属触媒により還元させるＮＯｘ再生操作を行っている。
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒とは別のリーン状態ＮＯｘを直接還元し、リッチ状態では、触媒を再生するＮＯｘ直接還元型触媒でもＮＯｘ還元能力回復用のリッチ制御が行われ、連続再生型のＤＰＦ装置においても、フィルタに捕集された煤（ＰＭ）を燃焼除去するためにリッチ制御が行われる。
このリッチ制御では、必要十分な量の還元剤や排気ガス昇温用燃料としての未燃燃料を供給する必要があり、ディーゼル機関では、還元性排気ガスを発生させるために、シリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射（アフター噴射）等で還元剤ＨＣを供給している。この燃料を追加する燃料系のリッチ制御のみでリッチ状態を実現しようとすると、燃費の悪化やトルク変動によるドライバビリティ（運転性能）の悪化が生じるので、吸気絞り弁で吸気を絞ると共に、ＥＧＲ弁を開いてＥＧＲガスを大量に供給し、吸気量を減少して吸入酸素量を低減する吸気系のリッチ制御を併用している。
しかしながら、この吸気系のリッチ制御を行う場合には、このリッチ制御期間中に、高いＥＧＲ率で、高濃度の未燃燃料（ＨＣ）が含まれている排気ガスをＥＧＲ通路に流通させると、未燃燃料と煤とがＥＧＲ通路のＥＧＲクーラ、ＥＧＲ弁や、吸気ポート、吸気弁等に付着し、特に最上流側のＥＧＲクーラが短時間で目詰まりしてしまい、そのため、吸気系のリッチ制御に支障が生じ、十分なリッチ制御ができなくなるという問題がある。
このＥＧＲクーラの目詰まり防止対策として、ＥＧＲガス還流回路中の煤塵のみならず、未燃炭化水素をも除去して、吸気ポートや吸気弁などにそれらが付着堆積するのを防止するために、ＥＧＲガス還流回路中にパティキュレートトラップとその下流の酸化触媒層とを設けたディーゼル機関の排気ガス還流装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、微粒子等による還流通路（ＥＧＲ通路）の冷却装置の詰まりを抑制し、ＥＧＲ通路に流入する排気（ＥＧＲガス）の温度が低い条件下であっても、パティキュレートフィルタが閉塞することなく効率的に機能させるために、還流通路の上流側から順に電気ヒータ、パティキュレートフィルタ、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲ弁を配設し、パティキュレートフィルタの下流の温度に基づいて、電気ヒータの通電状態（オン／オフ）を切り替える内燃機関の排気還流装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
これらの装置では、パティキュレートフィルタ（又はトラップ）によって煤（ＰＭ）を捕集し、未燃炭化水素を酸化触媒で酸化除去しているため、パテキュレートフィルタを煤の堆積から再生する必要があり、しかも、この煤はリッチ制御時のみならず、リーン制御時でも発生するため、このＥＧＲ通路のパテキュレートフィルタの再生制御を頻繁に行わなければならず、制御の複雑化と燃費の悪化を招くという問題がある。
一方、本発明者らは、実験等により、未燃燃料がバインダーの役割をして煤と未燃燃料がＥＧＲ通路のＥＧＲクーラ等に付着するという知見、及び、未燃燃料が含まれない、ドライ状態の煤のみの場合は、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲ弁、吸気ポート、吸気弁等に殆ど付着することなく、シリンダ内に到達して燃焼浄化してしまうという知見を得た。
特開平６−６６２０８号公報 特開２００５−１６３９０号公報
本発明は、上記の知見を得て、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の排気通路に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に排気ガスを浄化し、かつ、リッチ状態の場合に浄化能力を回復する、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の排気ガス浄化装置を備える排気ガス浄化システムにおいて、リッチ状態の高濃度の未燃燃料がバインダーの役割をして、煤が未燃燃料と共にＥＧＲ通路のＥＧＲクーラに付着して目詰まりを起こすことを防止できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に排気ガスを浄化し、かつ、リッチ状態の場合に浄化能力を回復する排気ガス浄化装置を備えると共に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にするためのリッチ制御で排気ガス中に未燃燃料を供給する燃料系リッチ制御とＥＧＲを含む吸気系リッチ制御を行う排気ガス浄化方法において、前記リッチ制御時に、ＥＧＲ通路を通過する排気ガス中の未燃燃料をＥＧＲクーラの上流側に設けた未燃燃料吸着装置で吸着することを特徴とする。
なお、ここでいう排気ガスのリッチ状態とは、必ずしもシリンダ内でリッチ燃焼する必要はなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量（シリンダ内で燃焼した分も含めて）との比が理論空燃比に近い状態か又は理論空燃比より燃料量が多いリッチの状態であることをいう。
この方法により、リッチ制御時に排気ガス中に供給される高濃度の未燃燃料を、ＥＧＲクーラの手前のゼオライト、シリカ（二酸化ケイ素：ＳｉＯ2 ）等のＨＣ吸着剤で形成される未燃燃料吸着装置で吸着するので、この未燃燃料をバインダーとして煤がＥＧＲクーラに付着するのを防止でき、ＥＧＲクーラの目詰まりを防止できる。
また、排気ガス浄化方法において、前記未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出すると共に、前記未燃燃料吸着装置に吸着される未燃燃料の累積吸着量を算出し、該累積吸着量が前記許容吸着量を越えたか否かを判定し、越えた時にはリッチ制御を中断又は停止すると、未燃燃料吸着装置の許容吸着量を越える未燃燃料のＥＧＲ通路への供給を防止できるので、より確実に、ＥＧＲクーラの目詰まりを防止できる。この未燃燃料の許容吸着量は、未燃燃料吸着装置の温度によって変化するので、未燃燃料吸着装置に流入する排気ガスの温度を測定する排気ガス温度測定手段を備えて、未燃燃料吸着装置に流入する排気ガスの温度を基に、未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出すると、精度よく算出できるのでより好ましい。
更に、排気ガス浄化方法において、リッチ制御の中断後のリーン状態における未燃燃料の放出量を算出し、該放出量を前記累積吸着量から逐次引き算して、該引き算された累積吸着量が所定の判定用吸着量よりも小さくなった時に、前記リッチ制御を再開すると、各リッチ制御を完全に完了できるので、次回のリッチ制御が要求されるまで待つ制御に比べて、再開時のリッチ制御の間隔が短い時間となる。その結果、排気ガス浄化装置の昇温に掛かる燃費を少なくすることができるので好ましい。この未燃燃料の放出量も、未燃燃料吸着装置の温度によって変化するので、未燃燃料吸着装置に流入する排気ガスの温度を基に、未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出すると、精度よく算出できるのでより好ましい。
なお、リッチ制御を再開せずに、次回のリッチ制御が要求されるまで待つ方法もあり、この方法の場合には、比較的長いリーン燃焼の期間に、未燃燃料吸着装置に蓄積された未燃燃料がリーン状態で放出され、排気ガス中の酸素濃度が高いので全部燃焼除去されてしまうため、この未燃燃料吸着装置に関係する制御が単純化する。
そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に排気ガスを浄化し、かつ、リッチ状態の場合に浄化能力を回復する排気ガス浄化装置を備えると共に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にするためのリッチ制御で排気ガス中に未燃燃料を供給する燃料系リッチ制御とＥＧＲを含む吸気系リッチ制御を行う制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラの上流側に未燃燃料を吸着する未燃燃料吸着装置を設けて構成する。
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出すると共に、前記未燃燃料吸着装置に吸着される未燃燃料の累積吸着量を算出し、該累積吸着量が前記許容吸着量を越えたか否かを判定し、越えた時にはリッチ制御を中断又は停止するように構成される。この場合、未燃燃料吸着装置に流入する排気ガスの温度を測定する排気ガス温度測定手段を備え、制御装置が、排気ガス温度測定手段で測定した排気ガス温度を基に、前記未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出することがより好ましい。
更に、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、リッチ制御の中断後のリーン状態における未燃燃料の放出量を算出し、該放出量を前記累積吸着量から逐次引き算して、該引き算された累積吸着量が所定の判定用吸着量よりも小さくなった時に、前記リッチ制御を再開するように構成される。この場合、未燃燃料吸着装置に流入する排気ガスの温度を測定する排気ガス温度測定手段を備え、制御装置が、排気ガス温度測定手段で測定した排気ガス温度を基に、前記未燃燃料吸着装置からの未燃燃料の放出量を算出することがより好ましい。
これらの構成により、上記の排気ガス浄化方法を実施でき、同様にＥＧＲクーラの目詰まり防止効果を奏することができる。また、前記排気ガス浄化装置が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、ＮＯｘ直接還元型触媒、ディゼールパティキュレートフィルタの少なくとも一つを備えている場合に、特に大きな効果を奏することができる。
本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、リッチ制御時に排気ガス中に供給される高濃度の未燃燃料を、ＥＧＲクーラの手前のゼオライト、シリカ等のＨＣ吸着剤で形成される未燃燃料吸着装置で吸着するので、煤のバインダー役となる未燃燃料が無くなり、ドライ状態になった煤はＥＧＲクーラで途中堆積することなくエンジン内へ到達し燃焼浄化してしまうので、未燃燃料をバインダーとして煤がＥＧＲクーラに付着するのを回避できる。従って、ＥＧＲクーラの目詰まりを防止でき、高いＥＧＲ率でリッチ制御時の燃費の悪化を防止しながら、ＮＯｘを効率よく低減できる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置を例にして、図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、リッチ制御は、ＮＯｘ吸蔵物質のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御と、燃料中の硫黄成分による触媒の硫黄被毒に対して硫黄を触媒からパージする脱硫再生制御とを含む。
図１に、本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１の構成を示す。このＮＯｘ浄化システム１では、エンジン（内燃機関）Ｅの排気通路３に酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置（触媒コンバーター）４が配置される。
この酸化触媒は、ハニカム状のコージェライトあるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させて形成され、上流側に配置される。この酸化触媒は流入してくる排気ガス中のＨＣ，ＣＯ等を酸化して、排気ガスを低酸素状態にすると共に燃焼熱により排気温度を上げる。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、コージェライト、炭化ケイソ（ＳｉＣ）、又は、極薄板ステンレスで形成されたモノリス触媒に、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ）等の触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属とバリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成され、下流側に配置される。このモノリス触媒の構造材の担体は、多数のセルを有しており、また、このセルの内壁に設けられる触媒コート層は、大きな表面積を持っており、排気ガスとの接触効率を高めている。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、酸素濃度が高い排気ガスの状態（リーン空燃比状態）の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いかゼロの排気ガス状態（リッチ空燃比状態）の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
また、排気マニホールド２と吸気通路５を接続してＥＧＲ通路６が設けられ、このＥＧＲ通路６に上流側からＥＧＲクーラ７とＥＧＲ弁８が設けられる。
本発明では、このＥＧＲ通路６のＥＧＲクーラ７の上流側に、未燃燃料吸収装置２０が設けられ、更に、未燃燃料吸収装置２０に流入する排気ガス温度Ｔｇを検出するための排気ガス温度センサ３１が、ＥＧＲガス通路６の入口近傍に配設される。この未燃燃料吸収装置２０は、図３に示すような触媒担体ハニカム２１に、図４及び図５の拡大模式図で示すように、排気ガスＧの通路であるセル２３を囲む触媒コート層２２がコーティングされている。この触媒コート層２２は、ゼオライト、シリカ等のＨＣ（炭化水素）吸着剤がコートされている下層のＨＣ吸着剤層２２ａと、貴金属を担持したＨＣ酸化触媒がコートされている上層の浄化触媒層２２ｂとからなる二重の触媒コート層で形成される。なお、この触媒コート層２２は、ゼオライト、シリカ等のＨＣ吸着剤のＨＣ吸着剤層２２ａの単層コートとして形成してもよい。
そして、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１０のＮＯｘ浄化能力の回復制御も行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）３０が設けられる。この制御装置３０に、排気ガス浄化装置４の浄化能力を回復するための再生制御用プログラムが搭載されると共に、この再生制御の空燃比制御のための排気ガス浄化装置４の入口側及び出口側に配設した空気過剰率センサ（図示しない）や排気ガス浄化装置４の温度を推定するための排気ガス浄化装置の入口側及び出口側に配設した排気ガス温度センサ（図示しない）やアクセル開度からの負荷センサ（図示しない）やクランク角センサ（図示しない）等からの検出値が入力され、この制御装置３０からエンジンＥの吸気絞り弁１３、ＥＧＲ弁８、燃料噴射用のコモンレール電子制御燃料噴射装置の燃料噴射弁１５等を制御する信号が出力される。
このＮＯｘ浄化システム１においては、空気Ａは、吸気通路２の空気清浄器９、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１０を通過して、ターボチャージャ１１のコンプレッサ１１ａにより圧縮昇圧され、インタークーラ１２で冷却されて、吸気絞り弁１３によりその量を調整されて吸気マニホールド１４よりシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気マニホールド２から排気通路３に出て、ターボチャージャ１１のタービン１１ｂを駆動した後、排気ガス浄化装置４を通過して浄化された排気ガスＧｃとなって、図示しない消音器を通って大気中に排出される。また、排気ガスＧの一部はＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路６の未燃燃料吸収装置２０、ＥＧＲクーラ７を通過し、ＥＧＲ弁８でその量を調整されて，吸気通路５から吸気マニホールド１４に再循環される。
次に、この排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。この排気ガス浄化方法は、例えば、図２に示すような制御フローチャートに従って行われる。この図２の制御フローは、排気ガス浄化装置４のＮＯｘ再生制御や脱硫再生制御等の再生制御が必要になった場合に、上級の制御フローから呼ばれ、別の再生制御用フローで行われる再生制御と並行して実施され、再生制御が完了するとリターンし、上級の制御フローに戻るものとして示してある。
この図２の制御フローと並行して実施されるリッチ制御では、シリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射（アフター噴射）や排気管内直接噴射等で未燃燃料であるＨＣを供給する。そして、この燃料を追加する燃料系のリッチ制御のみでリッチ状態を実現しようとすると、燃費の悪化やトルク変動によるドライバビリティ（運転性能）の悪化が生じるので、吸気絞り弁１３で吸気を絞ると共に、ＥＧＲ弁８を開いてＥＧＲガスを大量に供給し、吸気量を減少して吸入酸素量を低減する吸気系のリッチ制御を併用する。このリッチ制御に関しては周知の技術を使用できるので、ここでは詳細な説明は省く。
この図２の制御フローが呼ばれると、ステップＳ１０で、累積吸着量ΣＨｂをゼロにして初期化する。次のステップＳ１１で、排気ガス温度センサ３１で検出される未燃燃料吸収装置２０に流入する排気ガス温度Ｔｇを入力し、この排気ガス温度Ｔｇから、予め設定され制御装置３０に入力された、排気ガス温度Ｔｇと許容吸着量Ｈａの関係を示す許容吸着量マップデータＭａを参照して、未燃燃料吸収装置２０の許容吸着量Ｈａを算出する。つまり、予め排気ガス温度Ｔｇに対する未燃燃料吸収装置２０の許容吸着量Ｈａを許容吸着量マップデータＭａとして制御装置３０に格納し、リッチ燃焼に切り換わると排気ガス温度Ｔｇを計測すると共に、この計測した排気ガス温度Ｔｇを用いて許容吸着量Ｈａを算出する。この許容吸着量Ｈａは、その排気ガス温度Ｔｇの時に未燃燃料吸収装置２０が吸収可能な最大吸着量以下の量で、予め実験などで得られた最大吸着量に対して多少余裕を持った量に設定される。
次のステップＳ１２で、リッチ燃焼制御によって生じた未燃燃料が未燃燃料吸収装置２０に吸着される累積吸着量ΣＨｂを算出する。この累積吸着量ΣＨｂは、リッチ制御時のエンジンの運転状態と未燃燃料吸収装置２０に流入する排気ガス温度Ｔｇから、予め設定された吸着量マップデータＭｂを参照して未燃燃料吸収装置２０に吸着される単位時間当たりの吸着量ΔＨｂを算出し、あるいは、未燃燃料吸収装置２０に供給された量がすべて吸着されるものと仮定して、予め設定された供給量マップデータＭｂを参照して未燃燃料吸収装置２０に供給される単位時間当たりの供給量ΔＨｂを算出する。この単位時間当たりの供給量ΔＨｂに、この算出を行うインターバルの時間Δｔｂを乗じて吸着量Ｈｂ＝ΔＨｂ×Δｔｂを算出する。つまり、予めリッチ制御による大量ＥＧＲガス中における未燃燃料の未燃燃料吸収装置２０に対する単位時間当たりの吸着量ΔＨｂを制御装置３０に格納し、リッチ燃焼の時間から未燃燃料吸収装置２０の吸着量Ｈｂを算出する。この吸着量Ｈｂをリッチ制御開始後から累積計算して（ΣＨｂ＝ΣＨｂ＋Ｈｂ）、累積吸着量ΣＨｂを算出する。
次のステップＳ１３で、累積吸着量ΣＨｂが許容吸着量Ｈａを越えたか否かを判定し、越えていない時には、ステップＳ１２に戻り、並行して行われているリッチ制御を継続する。また、越えた場合には、ステップＳ１４に行き、並行して行われている再生制御を行う再生制御用フローに中断指令を出して、リッチ制御を中断しリーン制御を行う。つまり、リッチ燃焼からリーン燃焼に切り替える。
次のステップＳ１５で、排気ガス温度センサ３１で検出される未燃燃料吸収装置２０に流入する排気ガス温度Ｔｇを入力し、この排気ガス温度Ｔｇから、予め設定され制御装置３０に入力された、排気ガス温度Ｔｇと所定の判定用吸着量Ｈｄの関係を示す判定用吸着量マップデータＭｄを参照して、所定の判定用吸着量Ｈｄを算出する。
次のステップＳ１６で、リッチ制御の中断後のリーン状態における未燃燃料吸収装置２０からの未燃燃料の放出量Ｈｃを算出する。この放出量Ｈｃは、リ−ン燃焼時のエンジンの運転状態と未燃燃料吸収装置２０に流入する排気ガス温度Ｔｇから、予め設定された放出量マップデータＭｃを参照して単位時間当たりの放出量ΔＨｃを算出し、これにこの算出を行うインターバルの時間Δｔｃを乗じて吸着量Ｈｃ＝ΔＨｃ×Δｔｃを算出する。
次のステップＳ１７でこの放出量Ｈｃを累積吸着量ΣＨｂから逐次引き算する（ΣＨｂ＝ΣＨｂ−Ｈｃ）。次のステップＳ１８でこの引き算された累積吸着量ΣＨｂが所定の判定用吸着量Ｈｄよりも小さくなったか否かを判定し、小さくならない場合には、ステップＳ１５に戻り、リーン制御を継続する。一方、小さくなった場合は、ステップＳ１９で、並行して行われている再生制御を行う制御フローに再開指令を出して、リッチ制御を再開し、ステップＳ１１に戻る。
なお、ステップＳ１７で、放出量Ｈｃをリ−ン制御開始後から累積計算して（ΣＨｃ＝ΣＨｃ＋Ｈｃ）、累積放出量ΣＨｃを算出し、ステップＳ１８で累積吸着量ΣＨｂと累積放出量ΣＨｃの差（ΣＨｂ−ΣＨｃ）が、所定の判定用吸着量Ｈｄよりも小さくなったか否かを判定してもよい。
そして、ステップＳ１１〜ステップＳ１３、ステップＳ１５〜ステップＳ１８、あるいは、ステップＳ１１〜ステップＳ１９を繰り返す。この繰返中に並行して行われているリッチ制御用フロー又は上級の制御フローからリッチ制御の完了の指令を受けると、ステップＳ２０の割り込みが生じて、リターンに行き、上級の制御フローに戻り、図２の制御フローを終了する。その後、再生制御でリッチ制御が必要になる毎に、並行してリッチ制御を行うリッチ制御用フローと共に呼ばれることを繰り返す。
上記の図２の制御フローに従った排気ガス浄化方法によれば、リッチ制御時に、ＥＧＲ通路６を通過する排気ガス中の未燃燃料をＥＧＲクーラ７の上流側に設けた未燃燃料吸着装置２０で吸着することができる。従って、この未燃燃料をバインダーとして煤がＥＧＲクーラ７等に付着するのを防止でき、ＥＧＲクーラ７の目詰まりを防止できる。
更に、リッチ制御の中断後のリーン状態における未燃燃料の放出量Ｈｃを算出し、この放出量Ｈｃを累積吸着量ΣＨｂから逐次引き算して、この引き算された累積吸着量ΣＨｂが所定の判定用吸着量Ｈｄよりも小さくなった時に、リッチ制御を再開することができる。これにより、各リッチ制御を完全に完了できるので、次回のリッチ制御が要求されるまで待つ制御に比べて、再開時のリッチ制御の間隔が短い時間となり、排気ガス浄化装置４の昇温に掛かる燃費を少なくすることができる。
従って、上記の構成の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、リッチ制御時に排気ガスＧ中に供給される高濃度の未燃燃料を、ＥＧＲクーラ７の上流側の未燃燃料吸着装置２０で吸着するので、煤のバインダー役となる未燃燃料が無くなり、ドライ状態になった煤はＥＧＲクーラ７で途中堆積することなくエンジン内へ到達し燃焼浄化してしまう。従って、未燃燃料をバインダーとして煤がＥＧＲクーラ７に付着するのを回避でき、ＥＧＲクーラ７の目詰まりを防止できる。その結果、高いＥＧＲ率でリッチ制御時の燃費の悪化を防止しながら、ＮＯｘを効率よく低減できる。
なお、上記の説明では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有する排気ガス浄化装置を例にしたが、本発明は、この実施の形態の例に限定されず、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒とは別のリーン状態ＮＯｘを直接還元し、リッチ状態では、触媒を再生するＮＯｘ直接還元型触媒でもＮＯｘ還元能力回復用のリッチ制御が行われ、連続再生型のＤＰＦ装置においても、フィルタに捕集された煤（ＰＭ）を燃焼除去するためにリッチ制御が行われるので、これらを有する排気ガス装置を備えた排気ガス浄化システムにも本発明は適用できる。
本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。 未燃燃料吸着装置の触媒担体ハニカムを示す図である。 未燃燃料吸着装置のセル部分を示す部分拡大模式図である。 触媒コート層の構成を示す部分拡大模式図である。
符号の説明
Ｅ エンジン（内燃機関）
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気マニホールド
３ 排気通路
４ 排気ガス浄化装置（触媒コンバーター）
５ 吸気通路
６ ＥＧＲ通路
７ ＥＧＲクーラ
８ ＥＧＲ弁
２０ 未燃燃料吸収装置
２１ 触媒担体ハニカム
２２ 触媒コート層
２２ａ ＨＣ吸着剤層
２２ｂ 浄化触媒層
３０ 制御装置
３１ 排気ガス温度センサ
Ｇ 排気ガス
Ｈａ 許容吸着量
Ｈｂ 吸着量
Ｈｃ 放出量
Ｈｄ 所定の判定用吸着量
Ｍａ 許容吸着量マップデータ
Ｍｂ 吸着量マップデータ
Ｍｃ 放出量マップデータ
Ｔｇ 排気ガス温度
ΔＨｂ 単位時間当たりの吸着量
ΔＨｃ 単位時間当たりの放出量
ΣＨｂ 累積吸着量
ΣＨｃ 累積放出量

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気通路に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に排気ガスを浄化し、かつ、リッチ状態の場合に浄化能力を回復する排気ガス浄化装置を備えると共に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にするためのリッチ制御で排気ガス中に未燃燃料を供給する燃料系リッチ制御とＥＧＲを含む吸気系リッチ制御を行う排気ガス浄化方法において、前記リッチ制御時に、ＥＧＲ通路を通過する排気ガス中の未燃燃料をＥＧＲクーラの上流側に設けた未燃燃料吸着装置で吸着することを特徴とする排気ガス浄化方法。
  2. 前記未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出すると共に、前記未燃燃料吸着装置に吸着される未燃燃料の累積吸着量を算出し、該累積吸着量が前記許容吸着量を越えたか否かを判定し、越えた時にはリッチ制御を中断又は停止することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
  3. リッチ制御の中断後のリーン状態における未燃燃料の放出量を算出し、該放出量を前記累積吸着量から逐次引き算して、該引き算された累積吸着量が所定の判定用吸着量よりも小さくなった時に、前記リッチ制御を再開することを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化方法。
  4. 内燃機関の排気通路に、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に排気ガスを浄化し、かつ、リッチ状態の場合に浄化能力を回復する排気ガス浄化装置を備えると共に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にするためのリッチ制御で排気ガス中に未燃燃料を供給する燃料系リッチ制御とＥＧＲを含む吸気系リッチ制御を行う制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラの上流側に未燃燃料を吸着する未燃燃料吸着装置を設けたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  5. 前記制御装置が、前記未燃燃料吸着装置の許容吸着量を算出すると共に、前記未燃燃料吸着装置に吸着される未燃燃料の累積吸着量を算出し、該累積吸着量が前記許容吸着量を越えたか否かを判定し、越えた時にはリッチ制御を中断又は停止することを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
  6. 前記制御装置が、リッチ制御の中断後のリーン状態における未燃燃料の放出量を算出し、該放出量を前記累積吸着量から逐次引き算して、該引き算された累積吸着量が所定の判定用吸着量よりも小さくなった時に、前記リッチ制御を再開することを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システム。
  7. 前記排気ガス浄化装置が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、ＮＯｘ直接還元型触媒、ディゼールパティキュレートフィルタの少なくとも一つを備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
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