JP2018087544A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要最小限の尿素水の供給で硫黄被毒を回復し、アンモニアの排出を抑制する。
【解決手段】空燃比がリッチ側になった際に、ＮＯｘが減少して排気温度が十分に高くなる状況で、尿素水の供給量を制限（減少、停止）し、選択還元触媒１１の硫黄被毒の回復時の尿素水の供給を抑え（潜熱による排気温度の低下を抑制し）、高温で分解される硫黄成分（銅の硫酸塩）を分解して硫黄被毒を回復する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する排気浄化装置に関する。

内燃機関（エンジン）の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、尿素選択還元（Selective Catalytic Reduction）システムを用いた排気浄化装置が知られている。尿素選択還元システムを用いた排気浄化装置は、選択還元触媒が設けられた排気通路内に尿素水が噴射されることで、尿素水が排気ガスの熱により分解されてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアが選択還元触媒上で排気ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される装置である。

上述した排気浄化装置では、運転が継続すると、選択還元触媒に燃料中の硫黄分が付着する硫黄被毒が生じる。選択還元触媒に硫黄被毒が生じると、ＮＯｘの浄化性能が低下するため、選択還元触媒の硫黄被毒を回復させるための被毒回復運転が実施されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、選択還元触媒に硫黄被毒が生じると、選択還元触媒を昇温して硫黄成分を分解している。選択還元触媒の昇温に伴い、尿素水の供給を停止し、尿素水インジェクタのオーバーヒートを防止している。

ところで、選択還元触媒に被毒した硫黄の状態は、複数の態様（硫酸のアンモニウム塩、銅の硫化物）が存在し、それらの一部が選択還元触媒の活性点に吸着している。このため、硫黄被毒の量によっては、選択還元触媒に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給して硫酸のアンモニウム塩を多く生成し、低い温度（例えば、約４００℃から５００℃）で窒素、二酸化硫黄、水に分解することができる。従って、尿素水を供給することで、硫酸のアンモニウム塩を分解して硫黄被毒を回復させることができる。

上述したように、選択還元触媒に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給し、硫酸のアンモニウム塩を多く生成することで、硫黄被毒を早期に回復させることができる。しかし、選択還元触媒の硫黄被毒の回復時に尿素水を供給すると、アンモニアの排出を伴う虞があるため、アンモニアの環境への排出を抑制することが望まれているのが現状である。

特開２０１５−６３９３６号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、選択還元触媒に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給して硫黄被毒の回復を行う排気浄化装置において、必要最小限の尿素水の供給で硫黄被毒を回復することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する選択還元触媒と、前記選択還元触媒の上流側の前記排気通路に尿素水を供給する尿素水供給手段と、前記選択還元触媒の硫黄被毒を判定する硫黄被毒判定手段と、前記硫黄被毒判定手段で前記選択還元触媒の硫黄被毒が判定された際に、前記選択還元触媒の硫黄被毒を回復させるために前記尿素水供給手段から前記尿素水を前記排気通路に供給する被毒回復手段と、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段で排気の空燃比が相対的にリッチ側になったことが検出された際に、前記被毒回復手段による前記尿素水の供給量を制限する尿素水供給制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、選択還元触媒、選択還元触媒の被毒回復手段、尿素水供給制御手段、空燃比検出手段を備え、尿素水供給制御手段では、空燃比検出手段で排気の空燃比が相対的にリッチ側になったことが検出された際には、ＮＯｘが減少している状況になるため、選択還元触媒では尿素水の供給による硫黄被毒の回復（ＮＯｘ浄化を含む）を制限し（行わず）、被毒回復手段による尿素水の供給を制限し（減らし）、低い温度で分解する硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）の生成を抑制し、排気の温度を高く維持して高い温度で分解する硫黄成分（銅の硫酸塩）の分解を促進する。

これにより、空燃比が相対的にリッチ側になってＮＯｘが減少する状況下では、尿素水の供給が抑えられ（排気温度の低下が抑制され）、排気の温度が高く維持されて高温で分解される硫黄成分（銅の硫酸塩）が分解されて硫黄被毒が回復される。この時、尿素水の供給が抑制されるため、アンモニアの排出が抑制される。

従って、選択還元触媒に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給して硫黄被毒の回復を行う排気浄化装置において、必要最小限の尿素水の供給で硫黄被毒を回復することが可能になる。

そして、請求項２にかかる本発明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、前記尿素水供給制御手段は、前記空燃比検出手段で排気の空燃比が通常運転時の空燃比に対してリッチ側になったことが検出された際に、検出された前記空燃比の値に応じて、前記被毒回復手段による前記尿素水の供給量を制限することを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、空燃比検出手段で排気の空燃比が通常運転時の空燃比に対してリッチ側になったことが検出された際には、ＮＯｘが減少している状況になるため、選択還元触媒では尿素水の供給による硫黄被毒の回復（ＮＯｘ浄化を含む）を制限し（行わず）、被毒回復手段による尿素水の供給を空燃比の値に応じて制限し（調整し）、低い温度で分解する硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）の生成を抑制し、排気の温度を高く維持して高い温度で分解する硫黄成分（銅の硫酸塩）の分解を促進する。

これにより、通常運転時の空燃比に対して空燃比が相対的にリッチ側になってＮＯｘが減少する状況下では、尿素水の供給が抑えられ（排気温度の低下が抑制され）、排気の温度が高く維持されて高温で分解される硫黄成分（銅の硫酸塩）が分解されて硫黄被毒が回復される。この時、尿素水の供給が抑制されるため、アンモニアの排出が抑制される。

そして、請求項３に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記尿素水が供給される部位の上流側の前記排気通路に設けられ、排気空燃比がリーン雰囲気の時にＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がストイキもしくはリッチ雰囲気の時に吸蔵したＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、排気に燃料成分を追加して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させるリッチ化手段とを備え、前記空燃比検出手段は、前記リッチ化手段により前記燃料成分が追加され、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が昇温された際の排気の空燃比を検出することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させるためにリッチ化手段から燃料成分を追加して通常運転時の空燃比に対して空燃比がリッチ側になった際に、尿素水の供給が抑えられて排気の温度が高く維持される。リッチ化手段から燃料成分が追加される状況は、ＮＯｘ吸蔵触媒が再生される時、もしくは、間欠的に燃料成分を供給するリッチパージの時が含まれる。

また、請求項４に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記選択還元触媒の温度の状況を検出する触媒温度把握手段を備え、前記被毒回復手段は、前記触媒温度把握手段で把握された前記選択還元触媒の温度の状況を含む情報に基づいて前記硫黄被毒の態様を判定し、前記尿素水供給制御手段は、前記被毒回復手段で判定された前記硫黄被毒の態様に応じて前記尿素水の供給の制限の度合いを制御することを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、触媒温度把握手段により選択還元触媒の温度、温度の履歴等の状況を少なくとも把握し、選択還元触媒の硫黄被毒の態様を判定する。つまり、選択還元触媒の硫黄被毒について、温度の履歴等により、低温域で分解される硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）、高温域で分解される硫黄成分（銅の硫酸塩）の状況を判定し、低温域で分解された硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）が多い状況であれば、尿素水の供給の制限の度合いを高めて尿素水の供給量を減らし（アンモニアの排出を抑制し）、潜熱による排気温度の低下を抑制して排気温度を高く保ち高温域で分解される硫黄成分を分解する。

また、請求項５に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記被毒回復手段は、前記選択還元触媒で硫酸のアンモニウム塩を分解する第１の温度、及び、前記第１の温度よりも高く、銅の硫酸塩を分解する第２の温度の状況を判断することで前記硫黄被毒の態様を判定し、前記尿素水供給制御手段は、前記選択還元触媒の温度が、前記第１の温度以上で前記第２の温度未満にあった状態の履歴に基づいて、前記尿素水の供給の制限の度合いを制御することを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、選択還元触媒の温度の履歴を把握し、第１の温度以上で第２の温度未満にあった状態（硫酸のアンモニウム塩が分解される状態）の履歴により、尿素水の供給の制限の度合いを制御する。つまり、選択還元触媒の温度の状況を把握して、硫酸のアンモニウム塩、銅の硫酸塩を区分けして尿素水の供給の制限の度合いを変更する。

また、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記尿素水供給制御手段は、前記選択還元触媒の温度が、前記第１の温度以上で前記第２の温度未満にあった時間が長くなるにしたがって、前記尿素水の供給の制限の度合いを高めることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、硫酸のアンモニウム塩が分解される状態の温度が長い場合、硫酸のアンモニウム分解されている状態として、尿素水の供給の制限の度合いを高め（尿素水の供給を大きく減らし）、排気温度の低下を抑制して排気温度を高温に維持し、高温域で分解される銅の硫酸塩を分解して硫黄被毒を回復させる。

また、請求項７に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、排気に燃料成分を追加して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させることで、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の再生を行う手段であることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、ＮＯｘ吸蔵触媒の再生を行う場合に、燃料成分が追加されて空燃比がリッチ側になった時に、尿素水の供給の制限の度合いを高めて尿素水の供給量を減らす。

また、請求項８に係る本発明の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、排気に燃料成分を間欠的に追加して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させることで、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から間欠的にＮＯｘを放出させる手段であることを特徴とする。

請求項８に係る本発明では、ＮＯｘ吸蔵触媒のパージを行う場合に、燃料成分が間欠的に追加されて空燃比がリッチ側になった時に、尿素水の供給の制限の度合いを高めて尿素水の供給量を減らす。

本発明の内燃機関の排気浄化装置は、選択還元触媒に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給して硫黄被毒の回復を行う排気浄化装置において、必要最小限の尿素水の供給で硫黄被毒を回復することが可能になる。この結果、尿素水の供給が抑制されてアンモニアの排出が抑制される。

本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成図である。 制御手段のブロック構成図である。 本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の基本の動作を説明するフローチャートである。 尿素水の供給制限を説明するマップである。 空燃比と尿素水の供給量の経時変化を説明するグラフである。 空燃比と尿素水の供給量の経時変化を説明するグラフである。

本実施例の内燃機関の排気浄化装置は、尿素選択還元（Selective Catalytic Reduction）システムを用いた排気浄化装置である。即ち、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するため、選択還元触媒が備えられ、排気通路内に尿素水が尿素水噴射弁から噴射されることで、尿素水が排気ガスの熱により分解されてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアが選択還元触媒上で排気ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される装置である。

選択還元触媒に硫黄被毒が生じた際に、尿素水噴射弁から尿素水を供給し、硫酸のアンモニウム塩を多く生成し、低い温度（例えば、約４００℃から５５０℃：第１の温度）で窒素、二酸化硫黄、水に分解して硫酸のアンモニウム塩を分解し、選択還元触媒の硫黄被毒を回復させるようになっている。

そして、空燃比が相対的にリッチ側になったことが検出された際に（通常運転時の空燃比に対して空燃比がリッチ側になった際に）、尿素水の供給量を制限し（減らし、停止し）、潜熱による排気の温度の低下を抑制して、高い温度（例えば、約６００℃から６５０℃：第２の温度）に排気の温度を維持し、高温の雰囲気下で銅の硫酸塩を分解し、選択還元触媒の硫黄被毒を回復させるようになっている。この時、尿素水の供給量が制限されるため、アンモニアの排出を抑えることができる。

尚、通常運転時の空燃比は、走行のために燃料を供給している状態の空燃比のことであり、運転状況により空燃比の値は変化する。通常運転時以外は、走行とは別に燃料が供給される状態のことであり、例えば、触媒の活性化のために燃料を追加供給する場合が該当する。

図１に基づいて本発明の一実施例の構成を説明する。図１には本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の系統を表す概略構成を示してある。

図に示すように、車両に搭載される内燃機関としての多気筒ディーゼルエンジン（エンジン）１の排気通路としての排気管２には、排気浄化装置３が備えられている。排気浄化装置３には、ＮＯｘ吸蔵触媒４、及び、ディーゼル微粒子捕集フィルター５を有する浄化装置６が備えられている。

ＮＯｘ吸蔵触媒４は、排気空燃比がリーン雰囲気の時にＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がストイキもしくはリッチ雰囲気の時に吸蔵したＮＯｘを還元して浄化するものである。ディーゼル微粒子捕集フィルター５は微粒子を捕集する装置である。

ＮＯｘ吸蔵触媒４、及び、ディーゼル微粒子捕集フィルター５が硫黄により被毒されると、排気管２に追加の燃料が噴射されて（リッチ化手段）、ＮＯｘ吸蔵触媒４、及び、ディーゼル微粒子捕集フィルター５が昇温され、硫黄が除去されて再生される（再生運転）。また、排気管２に間欠的に追加燃料が噴射され（リッチ化手段）、ＮＯｘ吸蔵触媒４のＮＯｘがパージされると共に、ディーゼル微粒子捕集フィルター５の微粒子がパージされる（パージ運転）。

浄化装置６の下流側には、排気浄化装置３として、尿素選択還元（Selective Catalytic Reduction）システムが備えられている。即ち、浄化装置６の下流側の排気管２には選択還元触媒１１が設けられ、選択還元触媒１１の上流側の排気管２には、尿素水噴射弁１２（尿素水供給手段）が設けられている。

尿素水噴射弁１２には図示しない尿素水タンクから尿素水が供給され、尿素水噴射弁１２は制御手段１０からの指示により排気管２内に尿素水を噴射する（供給する）。即ち、尿素水が供給されることで、排気ガスの熱により尿素水が分解されてアンモニアが生成され、生成されたアンモニアが選択還元触媒１１で排気ガス中のＮＯｘと反応し、ＮＯｘが窒素と水に還元（浄化）される。

選択還元触媒１１には触媒の温度を検出する温度センサー１３が備えられ、また、選択還元触媒１１の下流側の通路には選択還元触媒１１を出た排気中のＮＯｘの状態を検出するＮＯｘセンサー１４が備えられている。温度センサー１３、ＮＯｘセンサー１４の検出情報は制御手段１０に入力される。また、制御手段１０にはエンジン１の運転状況が入力される。

そして、尿素水噴射弁１２の上流側における浄化装置６の下流側の通路には、排気の空燃比を検出する空燃比検出手段としての空燃比検出センサー１５が備えられている。空燃比検出センサー１５は、例えば、酸素を検出することで理論空燃比を判定する酸素センサーや、空燃比を連続的に検出するリニア空燃比センサーを適用することができる。

詳細は後述するが、制御手段１０では、温度センサー１３で検出された選択還元触媒１１の温度の状況（履歴）、ＮＯｘセンサー１４で検出されたＮＯｘの浄化状況、尿素水噴射弁１２からの尿素水の噴射状況、エンジン１の運転状況等により、選択還元触媒１１の硫黄被毒が判定される。硫黄被毒が判定されると、尿素水が供給されて硫黄被毒が回復される。

そして、空燃比検出センサー１５により排気の空燃比が相対的にリッチ側になったことが検出された際に、尿素水の供給量が制限される。具体的には後述するが、排気の空燃比が相対的にリッチ側になった場合、ＮＯｘが減少している状況になるため、尿素水の供給を制限し、尿素水の供給による硫黄被毒の回復（ＮＯｘ浄化を含む）を制限し（行わず）、潜熱による排気温度の低下を抑制し、排気の温度を高く維持して高い温度で分解する硫黄成分（銅の硫酸塩）の分解を促進する。この時、選択還元触媒１１の温度の状況（履歴）により、尿素水の供給の制限の度合いが調整される。

図２に基づいて制御手段１０を具体的に説明する。図２には制御手段１０のブロック構成を示してある。

図に示すように、制御手段１０には硫黄被毒推定手段２１が備えられている。硫黄被毒推定手段２１では、エンジン１を運転するための燃料の消費速度、推定される硫黄の濃度、選択還元触媒１１の温度別の硫黄（硫酸のアンモニウム塩、銅の硫酸塩）の蓄積割合に基づいて、選択還元触媒１１の硫黄被毒量が推定される。また、選択還元触媒１１の特定の温度における尿素水噴射量とＮＯｘの浄化率との関係から、選択還元触媒１１の硫黄被毒量が推定される。

制御手段１０には、硫黄被毒推定手段２１で推定された硫黄被毒量が判定値を超えているか否かを判断する硫黄被毒判定手段２２が備えられている。また、硫黄被毒判定手段２２で選択還元触媒１１の硫黄被毒が判定された際に（硫黄被毒量が判定値を超えたと判定された際に）、選択還元触媒１１の硫黄被毒を回復させるために尿素水噴射弁１２から尿素水を噴射させる被毒回復手段２３が備えられている。被毒回復手段２３は、尿素水供給制御手段２４を介して尿素水噴射弁１２から尿素水を噴射する指令を送るようになっている。

一方、制御手段１０には、ＮＯｘ吸蔵触媒４、及び、ディーゼル微粒子捕集フィルター５が硫黄により被毒された際に、追加の燃料を供給してＮＯｘ吸蔵触媒４、及び、ディーゼル微粒子捕集フィルター５を昇温させて再生運転を行う再生手段２５が備えられている。また、再生手段２５は、間欠的に追加の燃料を供給してＮＯｘ吸蔵触媒４を昇温させてＮＯｘ吸蔵触媒４のＮＯｘパージ運転を行う。

再生手段２５によりＮＯｘ吸蔵触媒４、及び、ディーゼル微粒子捕集フィルター５を昇温させた情報は、尿素水供給制御手段２４に送られる。尿素水供給制御手段２４を介して尿素水噴射弁１２から尿素水が噴射されることで、選択還元触媒１１の硫黄被毒が回復される。

再生手段２５により追加の燃料を供給した場合、空燃比がリッチ側になったことが空燃比検出センサー１５により検出される。空燃比がリッチ側になったことが検出されると、被毒回復手段２３からの指令により供給されている（被毒回復のために供給されている）尿素水の供給量が制限される。

例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒４が再生運転されている場合、排気の空燃比がリッチになって排気温度が高められるので、尿素水の供給を制限して供給量を減らし（停止し）、潜熱による排気温度の低下を抑制する。排気温度を高く維持することで、例えば、銅の硫酸塩の分解が促進される。尿素水の供給量の制限の状況は、選択還元触媒１１の温度の履歴（硫黄被毒の態様）応じて設定される（具体的には後述する）。

前述したように、制御手段１０に備えられている硫黄被毒推定手段２１で硫黄被毒状態が推定される。そして、硫黄被毒推定手段２１で推定された硫黄被毒状態に応じて、尿素水供給制御手段２４から供給される尿素水の供給量を設定する。具体的には、被毒が進んでいる、即ち、硫黄被毒量が多いほど尿素水供給制御手段２４から供給される尿素水の供給量を制限する度合いを強めて、供給する尿素水の量を減少させる。また、被毒が進んでいる、即ち、硫黄被毒量が多いほど尿素水を供給する時間を短くして供給する尿素水の量を減少させる。ここで、尿素水の供給量を制限するとの表現は、尿素水の供給量を０にするという意味も含んでいる。

制御手段１０には触媒温度把握手段２６が備えられ、触媒温度把握手段２６で把握された選択還元触媒１１の温度の状況の情報は被毒回復手段２３に送られる。被毒回復手段２３は、触媒温度把握手段２６で把握された選択還元触媒１１の温度の状況を含む情報に基づいて硫黄被毒の態様の状況（硫酸のアンモニウム塩、銅の硫酸塩の状況）を把握する。

つまり、選択還元触媒１１の硫黄被毒について、温度の履歴により、低温域で分解される硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）、高温域で分解される硫黄成分（銅の硫酸塩）の状況を判定し、低温域で分解された硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）が多い状況であれば、尿素水の供給の制限の度合いを高めて尿素水の供給量を減らす。

具体的には、選択還元触媒１１が、第１の温度（例えば、約４００℃から５５０℃）以上で第２の温度（例えば、約６００℃から６５０℃）未満にあった状態の履歴により、尿素水の供給の制限の度合いを変更する。例えば、第１の温度以上で第２の温度未満にあった状態の時間が長くなるにしたがって、硫酸のアンモニウム塩が多く分解されている状態であるとして、尿素水の供給の制限の度合いを高くして尿素水の供給を大きく減らす。

尿素水の供給を減らすことで（停止することで）、潜熱による排気温度の低下を抑制して排気温度を高く保ち、高温域で分解される銅の硫酸塩を分解する。尿素水の供給を減らすことで（停止することで）、アンモニアの排出が抑制される。

つまり、選択還元触媒１１の温度の状況を把握して、硫酸のアンモニウム塩、銅の硫酸塩を区分けして尿素水の供給の制限の度合いを変更し、排気温度の低下を抑制して排気温度を高温に維持し、高温域で分解される銅の硫酸塩を分解して硫黄被毒を回復させる。

上述したように、尿素水供給制御手段２４は、再生手段２５が動作されて排気の空燃比がリッチになって排気温度が高められている場合、尿素水の供給を制限する。そして、選択還元触媒１１の温度の履歴の情報に基づいて、尿素水の供給の制限の度合いを制御する。例えば、硫酸のアンモニウム塩の分解が多くされた場合、尿素水の供給を制限して供給量を減らし（停止し）、潜熱による排気温度の低下を抑制して銅の硫酸塩の分解を促進する。尿素水の供給を減らすことで（停止することで）、アンモニアの排出が抑制される。

従って、選択還元触媒１１に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給して硫黄被毒の回復を行う排気浄化装置において、必要最小限の尿素水の供給で硫黄被毒を回復することが可能になる。

図３、図４に基づいて上述した排気浄化装置の動作を具体的に説明する。図３には本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装置における選択還元触媒１１の硫黄被毒の回復処理の流れを説明するフローチャート、図４には尿素水の供給制限を説明するマップを示してある。

図３に示すように、ステップＳ１で選択還元触媒１１の硫黄被毒量が推定される。即ち、エンジン１を運転するための燃料の消費速度、推定される硫黄の濃度、選択還元触媒１１の温度別の硫黄（硫酸のアンモニウム塩、銅の硫酸塩）の蓄積割合に基づいて、選択還元触媒１１の硫黄被毒量が推定される。また、選択還元触媒１１の特定の温度における尿素水噴射量とＮＯｘの浄化率との関係から、選択還元触媒１１の硫黄被毒量が推定される。

ステップＳ２では、推定された硫黄被毒量が回復処理を行う必要がある量以上か（判定値以上か）否かが判断され、硫黄被毒量が判定値以上であると判断された場合、ステップＳ３で回復処理（尿素水の供給の処理）が開始される。ステップＳ２で硫黄被毒量が判定値に満たないと判断された場合、ステップＳ１の硫黄被毒量の推定処理に移行する。

ステップＳ３で回復処理が開始されると、ステップＳ４で排気の空燃比が相対的にリッチ側になったか否かが判断される。例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）の再生運転時に、再生手段２５（図２参照）により追加の燃料が供給された際、空燃比検出センサー１５（図１参照）により、空燃比がリッチ側になったことが検出されたか否かが判断される。または、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）のＮＯｘパージ運転を行った時に、再生手段２５（図２参照）により追加の燃料が供給された際、空燃比検出センサー１５（図１参照）により、空燃比がリッチ側になったことが検出されたか否かが判断される。

ステップＳ４で排気の空燃比が相対的にリッチ側になったと判断された場合、ＮＯｘが減少している状況になるため、ステップＳ５で尿素水の供給を制限する。

ステップＳ５で尿素水の供給を制限し、尿素水の供給による硫黄被毒の回復（ＮＯｘ浄化を含む）を行わずに、潜熱による排気温度の低下を抑制し、排気の温度を高く維持して高い温度で分解する硫黄成分（銅の硫酸塩）の分解を促進する。この時、選択還元触媒１１の温度の状況（履歴）により、尿素水の供給の制限の度合いが調整される。

例えば、選択還元触媒１１（図１参照）が、第１の温度（例えば、約４００℃から５５０℃）以上で第２の温度（例えば、約６００℃から６５０℃）未満にあった状態の時間が長くなるにしたがって、硫酸のアンモニウム塩が多く分解されている状態であるとして、尿素水の供給の制限の度合いを高くして尿素水の供給が大きく減らされる。

ステップＳ５で尿素水の供給量を制限する場合、図４に示したマップに基づいて実施される。

図４に示すように、検出された空燃比が理論空燃比に対してリッチ側になった場合、通常の供給量に対して尿素水の供給量を減少させる（停止させる）。つまり、排気の空燃比がリッチ側になると、ＮＯｘが減少している状況になるため、尿素水の供給を制限し、尿素水の供給による硫黄被毒の回復（ＮＯｘ浄化を含む）を制限し（行わず）、潜熱による排気温度の低下を抑制し、排気の温度を高く維持して高い温度で分解する硫黄成分（銅の硫酸塩）の分解を促進する。

尿素水の通常の供給量は、ＮＯｘセンサー１４（図１参照）で検出されたＮＯｘの通過量、選択還元触媒１１のアンモニアの吸着量により、回復時の尿素水の供給量が設定され、設定された供給量が通常の供給量とされる。

尿素水の供給を減らす（停止する）ことで、潜熱による排気温度の低下が抑制され、排気温度が、例えば、６００℃程度の高温に維持される。これにより、銅の硫酸塩が分解できる温度に排気温度が維持され、銅の硫酸塩が分解されて硫黄被毒が回復される。そして、尿素水の供給が制限（停止）されるため、アンモニアの排出を抑えることができる。

図３のフローチャートに戻り、ステップＳ４で排気の空燃比が相対的にリッチ側になっていないと判断された場合、もしくは、ステップＳ５で尿素水の供給が制限（停止）されて排気温度の低下が抑制された状態で硫黄被毒の回復処理が実行された場合、ステップＳ６で選択還元触媒１１の硫黄被毒が回復したか否かが判断される。つまり、硫黄被毒量が回復処理を終了する量以下か（終了判定値以下か）否かが判断される。

ステップＳ６で選択還元触媒１１の硫黄被毒が回復していないと判断された場合、ステップＳ３に移行して硫黄被毒の回復処理が継続される。ステップＳ６で選択還元触媒１１の硫黄被毒が回復したと判断された場合、ステップＳ７で回復終了処理が実行されてエンドとなる。即ち、推定された硫黄被毒量の情報がリセットされ、硫黄被毒の回復処理がエンドとなる。

尚、ステップＳ６の判断に代えて、硫黄被毒の回復処理時間を閾値として、硫黄被毒の回復終了処理（ステップＳ７）に移行させることも可能である。

ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）の再生運転時、ＮＯｘパージ運転時に、空燃比検出センサー１５で検出された空燃比の値に応じて（空燃比の変化に追従させて）尿素水の供給量を制限することができる。

図５、図６に基づいて、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）の再生運転、ＮＯｘパージ運転における空燃比と尿素水の供給量との関係を説明する。図５には再生運転時における空燃比と尿素水の供給量の経時変化を説明するグラフ、図６にはＮＯｘパージ運転時における空燃比と尿素水の供給量の経時変化を説明するグラフを示してある。

図５（ａ）に示すように、時刻ｔｓでＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）の再生運転が開始され、追加の燃料が供給されることで、再生運転が終了する時刻ｔｅまで、理論空燃比よりもリッチ側、及び、若干リーン側との間の範囲に空燃比が維持される。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）が昇温されて再生される。

図５（ｂ）に示すように、時刻ｔｓで尿素水の供給が制限されて減らされ、再生運転が終了する時刻ｔｅまで、空燃比の値に応じて（空燃比の変化に追従して）尿素水の供給量が調整される。即ち、空燃比がリッチ側になれば変化の度合いに応じて尿素水の供給量が減らされ、リーン側に変化すれば変化の度合いに応じて供給量が増やされる。

空燃比の値に応じて尿素水の供給量が調整されるので、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）の再生運転時には、最適な制限量で尿素水の供給を制限することができ、必要最小限で尿素水を供給することができる。

図６（ａ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で追加の燃料が供給され、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）のＮＯｘパージ運転が実行される。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で追加の燃料が供給され、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）のＮＯｘパージ運転が実行される。例えば、時刻ｔ１から時刻ｔ２でのＮＯｘパージ運転に対し、時刻ｔ３から時刻ｔ４でのＮＯｘパージ運転は、空燃比がリッチ側になるように追加の燃料が供給される。そして、ＮＯｘパージ運転は、再生運転に比べて空燃比がリッチ側になるように（リッチが深くなるように）追加の燃料が供給される。

図６（ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で、尿素水の供給が制限されて減らされ、空燃比の値に応じて（空燃比の変化に追従して）尿素水の供給量が調整される。つまり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の制限に対して、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で大きく制限される。

空燃比の値に応じて尿素水の供給量が調整されるので、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）のＮＯｘパージ運転時には、最適な制限量で尿素水の供給を制限することができ、必要最小限で尿素水を供給することができる。

上述した排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒４（図１参照）の再生運転時、ＮＯｘパージ運転時に空燃比がリッチ側になった際には、ＮＯｘが減少している状況になるため、選択還元触媒では尿素水の供給による硫黄被毒の回復（ＮＯｘ浄化を含む）を制限し（行わず）、尿素水の供給量を制限（減少、停止）しているので、低い温度で分解される硫黄成分（硫酸のアンモニウム塩）の生成が抑制され、排気の温度が高く維持される。

これにより、空燃比がリッチ側になった際に、ＮＯｘが減少して排気温度が十分に高くなる状況で、尿素水の供給が抑えられ（潜熱による排気温度の低下が抑制され）、高温で分解される硫黄成分（銅の硫酸塩）が分解されて硫黄被毒が回復される。この時、尿素水の供給が抑制されるため、アンモニアの排出が抑制される。

従って、選択還元触媒１１に硫黄被毒が生じた際に、尿素水を供給して硫黄被毒の回復を行う排気浄化装置において、必要最小限の尿素水の供給で硫黄被毒を回復することが可能になり、アンモニアの排出を抑制することができる。

本発明は、内燃機関の排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する排気浄化装置の産業分野で利用することができる。

１ 多気筒ディーゼルエンジン（エンジン）
２ 排気管
３ 排気浄化装置
４ ＮＯｘ吸蔵触媒
５ ディーゼル微粒子捕集フィルター
６ 浄化装置
１０ 制御手段
１１ 選択還元触媒
１２ 尿素水噴射弁
１３ 温度センサー
１４ ＮＯｘセンサー
１５ 空燃比検出センサー
２１ 硫黄被毒推定手段
２２ 硫黄被毒判定手段
２３ 被毒回復手段
２４ 尿素水供給制御手段
２５ 再生手段
２６ 触媒温度把握手段

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する選択還元触媒と、
   前記選択還元触媒の上流側の前記排気通路に尿素水を供給する尿素水供給手段と、
   前記選択還元触媒の硫黄被毒を判定する硫黄被毒判定手段と、
   前記硫黄被毒判定手段で前記選択還元触媒の硫黄被毒が判定された際に、前記選択還元触媒の硫黄被毒を回復させるために前記尿素水供給手段から前記尿素水を前記排気通路に供給する被毒回復手段と、
   排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記空燃比検出手段で排気の空燃比が相対的にリッチ側になったことが検出された際に、前記被毒回復手段による前記尿素水の供給量を制限する尿素水供給制御手段とを備えた
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記尿素水供給制御手段は、
   前記空燃比検出手段で排気の空燃比が通常運転時の空燃比に対してリッチ側になったことが検出された際に、検出された前記空燃比の値に応じて、前記被毒回復手段による前記尿素水の供給量を制限する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記尿素水が供給される部位の上流側の前記排気通路に設けられ、排気空燃比がリーン雰囲気の時にＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比がストイキもしくはリッチ雰囲気の時に吸蔵したＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、
   排気に燃料成分を追加して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させるリッチ化手段とを備え、
   前記空燃比検出手段は、
   前記リッチ化手段により前記燃料成分が追加され、前記ＮＯｘ吸蔵触媒が昇温された際の排気の空燃比を検出する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記選択還元触媒の温度の状況を検出する触媒温度把握手段を備え、
   前記被毒回復手段は、
   前記触媒温度把握手段で把握された前記選択還元触媒の温度の状況を含む情報に基づいて前記硫黄被毒の態様を判定し、
   前記尿素水供給制御手段は、
   前記被毒回復手段で判定された前記硫黄被毒の態様に応じて前記尿素水の供給の制限の度合いを制御する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記被毒回復手段は、
   前記選択還元触媒で硫酸のアンモニウム塩を分解する第１の温度、及び、前記第１の温度よりも高く、銅の硫酸塩を分解する第２の温度の状況を判断することで前記硫黄被毒の態様を判定し、
   前記尿素水供給制御手段は、
   前記選択還元触媒の温度が、前記第１の温度以上で前記第２の温度未満にあった状態の履歴に基づいて、前記尿素水の供給の制限の度合いを制御する
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記尿素水供給制御手段は、
   前記選択還元触媒の温度が、前記第１の温度以上で前記第２の温度未満にあった時間が長くなるにしたがって、前記尿素水の供給の制限の度合いを高める
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記リッチ化手段は、
   排気に燃料成分を追加して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させることで、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の再生を行う手段である
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
8. 請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記リッチ化手段は、
   排気に燃料成分を間欠的に追加して前記ＮＯｘ吸蔵触媒を昇温させることで、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から間欠的にＮＯｘを放出させる手段である
   ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
   

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