JP2005240566A - 排気浄化装置の制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ディーゼルエンジン側の難しい運転制御を行うことなく、NOx吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒劣化を防止でき、NOx吸蔵還元触媒によるNOx浄化率の低下を回避し得、且つその寿命延長を図ることができ、更に、パティキュレートフィルタからのサルフェート脱離、並びにNOx吸蔵還元触媒からの硫酸塩と硝酸塩の分解放出を必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行い得る排気浄化装置の制御方法を提供する。
【解決手段】排気管9途中にパティキュレートフィルタ12とNOx吸蔵還元触媒11とNOx吸蔵還元触媒11を迂回するバイパスライン17とを設け、その分岐部に切換弁18を設け、NOx吸蔵還元触媒11の入側にHC添加装置19を設け、パティキュレートフィルタ12の昇温制御、切換弁18の切換、HC添加装置19によるHC添加制御等を適宜行う。
【選択図】図1

Description

本発明は、排気浄化装置の制御方法に関するものである。
一般に、ディーゼルエンジンにおいては、その排気ガスが流通する排気管の途中に装備した排気浄化用触媒により排気浄化を図ることが行われており、この種の排気浄化用触媒としては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のNOxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下した時に未燃HCやCO等の介在によりNOxを分解放出して還元浄化する性質を備えたNOx吸蔵還元触媒が知られている。
この種のNOx吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、イリジウム・白金・バリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
又、前記排気ガス中に含まれるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
図7は従来の排気浄化装置の一例を示すものであって、1は内燃機関としてのディーゼルエンジンであり、図7に示しているディーゼルエンジン1は、ターボチャージャ2を備えており、エアクリーナ3から導かれた吸気4が吸気管5を介し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへ導かれて加圧され、該加圧された吸気4がインタークーラ6で冷却された後、図示していないインテークマニホールドを介しディーゼルエンジン1の各気筒に分配されて導入されるようになっている。
同時に、前記ディーゼルエンジン1の各気筒には、燃料噴射装置13から燃料(軽油)が噴射されて燃焼されるようになっており、該ディーゼルエンジン1の各気筒から排気マニホールド7を介して排出される排気ガス8が前記ターボチャージャ2のタービン2bへ送られ、該タービン2bを駆動した排気ガス8が排気管9を介し車外へ排出されるようになっている。
そして、排気ガス8が流通する排気管9の途中にはケース10が設けられており、該ケース10内の上流側にNOx吸蔵還元触媒11が収容されていると共に、その下流側に、酸化触媒が一体的に担持されたパティキュレートフィルタ12が収容されている。尚、前記ケース10より上流側における排気管9の途中には、該排気管9の流路を適宜な開度に絞り込む開度調整可能な排気ブレーキ14が装備されている。
ここで、パティキュレートフィルタ12の具体的な構造は図8に示す通りであり、このパティキュレートフィルタ12は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造のもので、格子状に区画された各流路12aの入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路12aについては、その出口が目封じされ、各流路12aを区画する多孔質薄壁12bを透過した排気ガス8のみが下流側へ排出されて、前記多孔質薄壁12bの内側表面にパティキュレートが捕集されるようになっており、前記酸化触媒は、このパティキュレートフィルタ12の全体に対して目詰まりを起こさない程度にコーティングされている。
即ち、図7に示されるような排気浄化装置によれば、排気ガス8中に含まれるNOxがNOx吸蔵還元触媒11に硝酸塩の状態で吸蔵されてNOxの低減が図られると共に、排気ガス8中に含まれるパティキュレートがパティキュレートフィルタ12に捕集され、清浄化された排気ガス8が車外へ排出される形となる。
尚、前述の如きパティキュレートフィルタを備えた排気浄化装置を示すものとしては、例えば、特許文献1がある。
特開2001−317332号公報
しかしながら、ディーゼルエンジン1の排気ガス8中には、燃料中の硫黄分に由来するSO2が存在するため、このSO2がNOx吸蔵還元触媒11上でNOxと同様に酸化して硫酸塩となってしまうという不具合があり、この硫酸塩が硝酸塩と比べて安定であることからNOx吸蔵還元触媒11が硫酸塩により被毒劣化し、これによりNOxの吸蔵が不可能となってNOx浄化率が低下するという問題に関しては未だ具体的な実用レベルの解決策が提案されていないのが実情であった。
但し、硫酸塩による被毒を解消する手法自体は、理論空燃比より小さな空燃比でリッチ燃焼を行わせ且つNOx吸蔵還元触媒11を約650[℃]以上の高温雰囲気に保つことにより、NOx吸蔵還元触媒11からSO2を放出させてNOx吸蔵還元触媒11の再生を図ることが知られているが、これをディーゼルエンジン1側の運転制御で実現することは現実的に難しく、しかも、排気ガス8の温度が約700[℃]以上になると、硫黄分と化合していたNOx吸蔵還元触媒11の触媒材が結晶化し、硫黄分の脱離が不可能となり、NOx吸蔵還元触媒11の触媒性能が回復せずに劣化が徐々に進行し、その寿命が短くなってしまうという不具合があった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、ディーゼルエンジン側の難しい運転制御を行うことなく、NOx吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒劣化を防止でき、NOx吸蔵還元触媒によるNOx浄化率の低下を回避し得、且つその寿命延長を図ることができ、更に、パティキュレートフィルタからのサルフェート脱離、並びにNOx吸蔵還元触媒からの硫酸塩と硝酸塩の分解放出を必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行い得る排気浄化装置の制御方法を提供しようとするものである。
本発明は、ディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管途中に配設されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより下流側の排気管途中に配設されるNOx吸蔵還元触媒と、前記パティキュレートフィルタを通過した排気ガスをNOx吸蔵還元触媒を迂回させて下流側へ流通させるバイパスラインと、前記パティキュレートフィルタを通過した排気ガスをNOx吸蔵還元触媒側或いはバイパスライン側のいずれかに導くよう切換可能な切換弁とを備えた排気浄化装置の制御方法であって、
パティキュレートフィルタへのサルフェートの溜まり量が許容値を超えた場合に、パティキュレートフィルタの昇温制御を行い、パティキュレートフィルタの温度がサルフェート脱離開始温度より高くなった時点で、切換弁をバイパスライン側へ切り換え、前記パティキュレートフィルタの温度が前記サルフェート脱離開始温度より高い温度規定値を超えてから所定時間経過後、切換弁をNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えると共に、該NOx吸蔵還元触媒より上流で排気ガス中にHCを添加し、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスの酸素濃度が濃度規定値より低下し所定時間経過した時点で、前記パティキュレートフィルタの昇温制御を中止し、切換弁をバイパスライン側へ切り換え、且つ前記HCの添加を中止し、前記酸素濃度が前記濃度規定値より高い濃度規定値を超えた時点で切換弁をNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えることを特徴とする排気浄化装置の制御方法にかかるものである。
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
ディーゼルエンジンの排気ガス中には、燃料中の硫黄分に由来するSO2が存在し、このSO2は、パティキュレートフィルタに捕集され、該パティキュレートフィルタ上で酸化しサルフェートとして滞留するが、パティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造のものであるため、NOx吸蔵還元触媒に比べサルフェートによる被毒劣化の影響を受けにくく、問題は生じない。これにより、前記排気ガス中に含まれるSO2はその大部分がパティキュレートフィルタに捕集されてNOx吸蔵還元触媒にはほとんど行かなくなるため、該NOx吸蔵還元触媒が硫酸塩により被毒劣化する心配がなくなり、NOxの吸蔵が阻害されずNOx浄化率も低下しなくなる。
しかも、パティキュレートフィルタへのサルフェートの溜まり量が許容値を超えた場合には、パティキュレートフィルタの昇温制御が行われ、パティキュレートフィルタの温度がサルフェート脱離開始温度より高くなった時点で、切換弁がバイパスライン側へ切り換えられ、パティキュレートフィルタに滞留しているサルフェートがガス化されて脱離しつつバイパスライン側へ流され、前記パティキュレートフィルタの温度が前記サルフェート脱離開始温度より高い温度規定値を超えてから所定時間経過後、切換弁がNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えられるため、前記パティキュレートフィルタからサルフェート及びSO2ガスを脱離させてその再生が可能となると共に、前記パティキュレートフィルタから放出されるサルフェート及びSO2ガスは、NOx吸蔵還元触媒を迂回して流れるため、該NOx吸蔵還元触媒に付着して硫酸塩となる心配もない。尚、前記パティキュレートフィルタからサルフェートを脱離させる際には、該パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートの燃焼除去も同時に行われる。
更に、パティキュレートフィルタで捕集されずに通過したサルフェート及びSO2ガスがNOx吸蔵還元触媒に付着し硫酸塩となって滞留していたとしても、前記パティキュレートフィルタからのサルフェートの脱離に引き続いて、NOx吸蔵還元触媒より上流で排気ガス中にHCが添加され、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスの酸素濃度が濃度規定値より低下し所定時間経過した時点で、前記パティキュレートフィルタの昇温制御が中止され、切換弁がバイパスライン側へ切り換えられ、且つ前記HCの添加が中止され、NOx吸蔵還元触媒に滞留している硫酸塩が分解放出され、前記酸素濃度が前記濃度規定値より高い濃度規定値を超えた時点で切換弁がNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えられるため、NOx吸蔵還元触媒の硫酸塩の分解放出による再生が、必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行われる。
前記排気浄化装置の制御方法においては、NOx吸蔵還元触媒へのNOx吸蔵量が許容値を越えた場合に、該NOx吸蔵還元触媒より上流で排気ガス中にHCを添加し、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスの酸素濃度が濃度規定値より低下し所定時間経過した時点で、切換弁をバイパスライン側へ切り換え、且つ前記HCの添加を中止し、NOx吸蔵還元触媒に滞留している硝酸塩を分解放出させ、前記酸素濃度が前記濃度規定値より高い濃度規定値を超えた時点で切換弁をNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えるようにすることができ、このようにすると、NOx吸蔵還元触媒の硝酸塩の分解放出による再生も、必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行われることとなる。
本発明の排気浄化装置の制御方法によれば、ディーゼルエンジン側の難しい運転制御を行うことなく、NOx吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒劣化を防止でき、NOx吸蔵還元触媒によるNOx浄化率の低下を回避し得、且つその寿命延長を図ることができ、更に、パティキュレートフィルタからのサルフェート脱離、並びにNOx吸蔵還元触媒からの硫酸塩と硝酸塩の分解放出を必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行い得るという優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図7及び図8と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図7及び図8に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1に示す如く、ディーゼルエンジン1からの排気ガス8が流通する排気管9途中に配設されるフィルタケース15内に、酸化触媒が一体的に担持されたパティキュレートフィルタ12を設け、該パティキュレートフィルタ12より下流側の排気管9途中に配設される触媒ケース16内に、NOx吸蔵還元触媒11を設け、前記パティキュレートフィルタ12とNOx吸蔵還元触媒11との間の排気管9途中からバイパスライン17を分岐させてNOx吸蔵還元触媒11より下流側の排気管9途中に接続すると共に、該バイパスライン17の分岐部に、排気ガス8をNOx吸蔵還元触媒11側或いはバイパスライン17側のいずれかに導くよう切換可能な切換弁18を設けた点にある。
本図示例の場合、NOx吸蔵還元触媒11の入側に、排気ガス8中にHCを添加するHC添加装置19を設け、該HC添加装置19によって添加されるHCをNOx吸蔵還元触媒11上で酸化反応させ、その反応熱によりNOx吸蔵還元触媒11の触媒床温度を所定温度以上に上げ、NOx吸蔵還元触媒11に滞留している硫酸塩をガス化して脱離させるようにしてある。尚、HC添加装置19は、図1中実線で示す位置に設ける代わりに、仮想線で示す二つの位置のうちのいずれか一方の位置に設けることもできる。
又、前記NOx吸蔵還元触媒11の出側には、前記切換弁18をバイパスライン17側へ切り換えた際、該バイパスライン17を流れる排気ガス8がNOx吸蔵還元触媒11側に回り込むことを防止するための開閉弁20を設けるようにしてある。
更に又、前記NOx吸蔵還元触媒11の下流側端部には、酸化触媒を一体的に担持させるようにしてある。
一方、前記パティキュレートフィルタ12の中間部には、該パティキュレートフィルタ12の温度を検出するための温度センサ40を設け、前記NOx吸蔵還元触媒11の出側には、該NOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度を検出するための広域O2センサ41を設け、前記温度センサ40の検出信号40aと広域O2センサ41の検出信号41aをエンジン制御コンピュータ(ECU:Electronic Control Unit)を成す制御装置42に入力し、該制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより前記切換弁18の切換を制御すると共に、制御装置42から出力される開閉駆動信号20aにより前記開閉弁20の開閉を制御し、更に、制御装置42から出力される添加指令信号19aによりHC添加装置19による排気ガス8中へのHCの添加を制御するようにしてある。
他方、前記制御装置42においては、ディーゼルエンジン1の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置13に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号13aが出力されるようになっている。ここで、前記燃料噴射装置13は、各気筒毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記燃料噴射信号13aにより開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量(開弁時間)が適切に制御されるようになっている。そして、前記制御装置42では、パティキュレートフィルタ12からのサルフェート脱離を行う必要が生じた際(脱硫モード)には、通常モードにて圧縮上死点(クランク角0゜)付近で行われていた燃料噴射の時期を遅らせるような噴射パターンの燃料噴射信号13aが決定されるようになっている。つまり、このように燃料噴射の時期が遅らされると、気筒内から燃焼途中の排気ガス8が排気される結果、未燃燃料分(HC:炭化水素)が多く残った排気ガス8が生成されることになって、実質的に排気ガス8へのHC添加が行われることになる。
又、パティキュレートフィルタ12より上流側の適宜位置に装備され且つ排気管9の流路を適宜な開度に絞り込む開度調整可能な排気ブレーキ14は、制御装置42からの開度指令信号14aにより開度制御されるようになっているが、本図示例においては、制御装置42にて脱硫モードが選択されて燃料噴射の時期が遅らされ、これにより排気ガス8へのHC添加が実行されて終了した直後に、排気ブレーキ14に対し本来の作動から独立した別の作動を指令し、後述する如き排気温度を上げるための排気絞り手段として排気ブレーキ14を活用できるようにしてある。
ここで、制御装置42におけるパティキュレートフィルタ12からのサルフェート脱離、並びにNOx吸蔵還元触媒11からの硫酸塩の分解放出の際の具体的な制御手順を図2によりフローチャートで示すと、ステップS1で燃料噴射量qと運転時間tを乗算した値即ち燃料消費積算量q・tをパティキュレートフィルタ12へのサルフェートの溜まり量の目安として、この値が所定の設定値Dを超えているか否かを判定し、このステップS1で「YES」の判定が出た場合に、パティキュレートフィルタ12内のサルフェートの除去が必要と判断してステップS2,S3へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。
次いで、ステップS2においては、例えば、前述の如き燃料噴射時期遅延による排気ガス8へのHC添加と排気ブレーキ14作動による排気温度上昇とを組み合わせたパティキュレートフィルタ12の昇温制御が行われると共に、ステップS3においては、前記燃料消費積算量のリセット(q・tを一旦ゼロにする)が行われ、ステップS4へ進むようになっている。尚、このようなパティキュレートフィルタ12の昇温制御時には、制御装置42から燃料噴射装置13に向け、メイン噴射直後の燃焼可能なタイミングでアフタ噴射を追加するような噴射パターンの燃料噴射信号13a(燃料噴射指令)を出力するようにしても良く、このようにすれば、アフタ噴射の燃料が出力に転換され難いタイミングで燃焼することによりディーゼルエンジン1の熱効率が下がり、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増えて排気温度の更なる上昇が図られることになる。
そして、ステップS4においては、前記温度センサ40で検出されるパティキュレートフィルタ12の中間部の温度Tがサルフェート脱離開始温度Fより高くなったか否かの判定が行われ、このステップS4で「YES」の判定が出た場合に、ステップS5へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。
続く、ステップS5においては、制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより切換弁18がNOx吸蔵還元触媒11側からバイパスライン17側へ切り換えられ、ステップS6へ進むようになっている。
ステップS6においては、前記温度センサ40で検出されるパティキュレートフィルタ12の中間部の温度Tがサルフェート脱離開始温度Fより高い温度規定値Eを超えているか否かの判定が行われ、このステップS6で「YES」の判定が出た場合に、ステップS7へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。
ステップS7においては、前記温度センサ40で検出されるパティキュレートフィルタ12の中間部の温度Tがサルフェート脱離開始温度Fより高い温度規定値Eを超えてから所定時間t0経過したか否かの判定が行われ、このステップS7で「YES」の判定が出た場合に、ステップS8,S9へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。尚、前記時間t0については、パティキュレートフィルタ12からサルフェートが完全に脱離する時間を、予め行った実験データ等に基づいて設定するようにしてある。
ステップS8においては、制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより切換弁18がバイパスライン17側からNOx吸蔵還元触媒11側へ切り換えられると共に、ステップS9においては、制御装置42から出力される添加指令信号19aによりHC添加装置19からNOx吸蔵還元触媒11の入側における排気ガス8中にHCが添加され、ステップS10へ進むようになっている。
ステップS10においては、広域O2センサ41で検出されるNOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度λが濃度規定値Bより低下したか否かの判定が行われ、このステップS10で「YES」の判定が出た場合に、ステップS17でその状態を所定時間t1だけ保ち、その後ステップS11,S12,S13へ進むようになっており、ステップS10或いはステップS17で「YES」の判定が出ないうちはそれぞれ同様の判定が繰り返されるようになっている。
ステップS11においては、前記ステップS2から継続して行われていたパティキュレートフィルタ12の昇温制御が中止され、ステップS12においては、制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより切換弁18がNOx吸蔵還元触媒11側からバイパスライン17側へ切り換えられると共に、ステップS13においては、前記ステップS9から継続して行われていたHC添加装置19によるNOx吸蔵還元触媒11の入側における排気ガス8中へのHC添加が中止され、ステップS14へ進むようになっている。
ステップS14においては、広域O2センサ41で検出されるNOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度λが前記濃度規定値Bより高い濃度規定値Cを超えたか否かの判定が行われ、このステップS14で「YES」の判定が出た場合に、ステップS15,S16へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。
ステップS15においては、制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより切換弁18がバイパスライン17側からNOx吸蔵還元触媒11側へ切り換えられると共に、ステップS16においては、前記リセットされていた燃料消費積算量q・tのカウントが再開され、ステップS1に戻るようになっている。
尚、図2のフローチャートに対応したタイムチャートを示すと、図3のようになる。
一方、前記制御装置42におけるNOx吸蔵還元触媒11からの硝酸塩の分解放出の際の具体的な制御手順を図4によりフローチャートで示すと、ステップS101で燃料噴射量qと運転時間tを乗算した値即ち燃料消費積算量q・tをNOx吸蔵還元触媒11へのNOx吸蔵量の目安として、この値が所定の設定値Aを超えているか否かを判定し、このステップS101で「YES」の判定が出た場合に、NOx吸蔵還元触媒11からの硝酸塩の除去が必要と判断してステップS102,S103へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。
次いで、ステップS102においては、制御装置42から出力される添加指令信号19aによりHC添加装置19からNOx吸蔵還元触媒11の入側における排気ガス8中にHCが添加されると共に、ステップS103においては、前記燃料消費積算量のリセット(q・tを一旦ゼロにする)が行われ、ステップS104へ進むようになっている。
そして、ステップS104においては、広域O2センサ41で検出されるNOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度λが濃度規定値Bより低下したか否かの判定が行われ、このステップS104で「YES」の判定が出た場合に、ステップS117でその状態を所定時間t11だけ保ち、その後ステップS105,S106へ進むようになっており、ステップS104或いはステップS117で「YES」の判定が出ないうちはそれぞれ同様の判定が繰り返されるようになっている。
続く、ステップS105においては、制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより切換弁18がNOx吸蔵還元触媒11側からバイパスライン17側へ切り換えられると共に、ステップS106においては、前記ステップS102から継続して行われていたHC添加装置19によるNOx吸蔵還元触媒11の入側における排気ガス8中へのHC添加が中止され、ステップS107へ進むようになっている。
ステップS107においては、広域O2センサ41で検出されるNOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度λが前記濃度規定値Bより高い濃度規定値Cを超えたか否かの判定が行われ、このステップS107で「YES」の判定が出た場合に、ステップS108,S109へ進むようになっており、「YES」の判定が出ないうちは同様の判定が繰り返されるようになっている。
ステップS108においては、制御装置42から出力される切換駆動信号18aにより切換弁18がバイパスライン17側からNOx吸蔵還元触媒11側へ切り換えられると共に、ステップS109においては、前記リセットされていた燃料消費積算量q・tのカウントが再開され、ステップS101に戻るようになっている。
尚、図4のフローチャートに対応したタイムチャートを示すと、図5のようになる。
次に、上記図示例の作用を説明する。
ディーゼルエンジン1の排気ガス8中には、燃料中の硫黄分に由来するSO2が存在し、このSO2は、パティキュレートフィルタ12に捕集され、該パティキュレートフィルタ12上で酸化しサルフェートとして滞留するが、パティキュレートフィルタ12は、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造のものであるため、NOx吸蔵還元触媒11に比べサルフェートによる被毒劣化の影響を受けにくく、問題は生じない。これにより、前記排気ガス8中に含まれるSO2はその大部分がパティキュレートフィルタ12に捕集されてNOx吸蔵還元触媒11にはほとんど行かなくなるため、該NOx吸蔵還元触媒11が硫酸塩により被毒劣化する心配がなくなり、NOxの吸蔵が阻害されずNOx浄化率も低下しなくなる。
しかも、パティキュレートフィルタ12へのサルフェートの溜まり量が許容値を超えた場合、即ち燃料噴射量qと運転時間tを乗算した燃料消費積算量q・tが所定の設定値Dを超えた場合には、例えば、燃料噴射時期遅延による排気ガス8へのHC添加と排気ブレーキ14作動による排気温度上昇とを組み合わせたパティキュレートフィルタ12の昇温制御が行われ、パティキュレートフィルタ12の中間部の温度Tがサルフェート脱離開始温度Fより高くなった時点で、切換弁18がバイパスライン17側へ切り換えられ且つ開閉弁20が閉じられ、パティキュレートフィルタ12に滞留しているサルフェートがガス化されて脱離しつつバイパスライン17側へ流され、前記パティキュレートフィルタ12の中間部の温度Tが前記サルフェート脱離開始温度Fより高い温度規定値Eを超えてから所定時間t0経過後、切換弁18がNOx吸蔵還元触媒11側へ切り換えられるため、前記パティキュレートフィルタ12からサルフェート及びSO2ガスを脱離させてその再生が可能となると共に、前記パティキュレートフィルタ12から放出されるサルフェート及びSO2ガスは、NOx吸蔵還元触媒11を迂回して流れるため、該NOx吸蔵還元触媒11に付着して硫酸塩となる心配もない。尚、前記パティキュレートフィルタ12からサルフェートを脱離させる際には、該パティキュレートフィルタ12に捕集されているパティキュレートの燃焼除去も同時に行われる。
更に、パティキュレートフィルタ12で捕集されずに通過したサルフェート及びSO2ガスがNOx吸蔵還元触媒11に付着し硫酸塩となって滞留していたとしても、前記パティキュレートフィルタ12からのサルフェートの脱離に引き続いて、NOx吸蔵還元触媒11より上流で排気ガス8中にHCが添加され、該HCがNOx吸蔵還元触媒11上で酸化反応し、その反応熱によりNOx吸蔵還元触媒11の触媒床温度が所定温度以上に上がり、NOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度λが濃度規定値Bより低下し所定時間t1経過した時点で、前記パティキュレートフィルタ12の昇温制御が中止され、切換弁18がバイパスライン17側へ切り換えられ、且つ前記HCの添加が中止され、これにより、前記HCの添加量に対する相対的な空気過剰率が低下して理論空燃比より小さな空燃比のリッチ雰囲気が実現され、NOx吸蔵還元触媒11に滞留している硫酸塩が分解放出され、前記酸素濃度λが前記濃度規定値Bより高い濃度規定値Cを超えた時点で切換弁18がNOx吸蔵還元触媒11側へ切り換えられるため、NOx吸蔵還元触媒11の硫酸塩の分解放出による再生が、必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行われることとなる。
一方、NOx吸蔵還元触媒11へのNOx吸蔵量が許容値を越えた場合、即ち燃料噴射量qと運転時間tを乗算した燃料消費積算量q・tが所定の設定値Aを超えた場合には、該NOx吸蔵還元触媒11より上流で排気ガス8中にHC添加装置19からHCが添加され、NOx吸蔵還元触媒11を通過する排気ガス8の酸素濃度λが濃度規定値Bより低下し所定時間t11経過した時点で、切換弁18がバイパスライン17側へ切り換えられ、且つ前記HCの添加が中止され、これにより、前記HCの添加量に対する相対的な空気過剰率が低下して理論空燃比より小さな空燃比のリッチ雰囲気が実現され、NOx吸蔵還元触媒11に滞留している硝酸塩が分解放出され、前記酸素濃度λが前記濃度規定値Bより高い濃度規定値Cを超えた時点で切換弁18をNOx吸蔵還元触媒11側へ切り換えられるため、NOx吸蔵還元触媒11の硝酸塩の分解放出による再生も、必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行われることとなる。
尚、前記NOx吸蔵還元触媒11の下流側端部には酸化触媒を一体的に担持させるようにしてあるため、万一、前記HC添加装置19から排気ガス8中に添加されるHCの量が多すぎて、該HCがNOx吸蔵還元触媒11上で全量酸化反応しなかったとしても、酸化反応しなかったHCは酸化触媒上で酸化し、外部へのリークが防止される。
こうして、ディーゼルエンジン1側の難しい運転制御を行うことなく、NOx吸蔵還元触媒11の硫酸塩による被毒劣化を防止でき、NOx吸蔵還元触媒11によるNOx浄化率の低下を回避し得、且つその寿命延長を図ることができ、更に、パティキュレートフィルタ12からのサルフェート脱離、並びにNOx吸蔵還元触媒11からの硫酸塩と硝酸塩の分解放出を必要最小限のHCの添加により効率良く確実に行い得る。
図6は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図6に示す如く、パティキュレートフィルタ12を通過した排気ガス8が導入される外筒16a内に、NOx吸蔵還元触媒11が装填された内筒16bを同芯状に配設し、該内筒16bと外筒16aとの間の空間をバイパスライン17とすると共に、前記外筒16a内における入口部に切換弁18を配設した点にある。
本図示例の場合、前記外筒16a内における入口部に、弁用筒21を該弁用筒21の軸線が外筒16aの軸線と直交する方向ヘ延びるよう配設し、弁用筒21に、パティキュレートフィルタ12を通過した排気ガス8が導入される排気導入口22と、内筒16b内に連通する第一ポート23と、バイパスライン17に連通する第二ポート24とを形成すると共に、弁用筒21内に、排気導入口22と第一ポート23とを連通させ且つ第二ポート24を遮蔽するポジション(図6中、実線で示す位置)と、排気導入口22と第二ポート24とを連通させ且つ第一ポート23を遮蔽するポジション(図6中、仮想線で示す位置)とに切り換えられる弁体25を配設して、切換弁18を構成してある。
尚、多数の連通孔26が穿設されたプレート27で仕切られ且つフィルタケース15の上流側端部に一体形成された上流側排気室28内には、ディーゼルエンジン1から延びる排気管9を貫通配置し、該排気管9の上流側排気室28内に挿入された部分には、多数の連通孔29を穿設してある。
又、前記外筒16a内に形成されるバイパスライン17の下流側端部に対応する内筒16bには、多数の連通孔30を穿設し、該バイパスライン17及び内筒16bの下流端をセパレートプレート31によって塞ぐことにより前記外筒16a内の下流側端部に下流側排気室32を形成し、該セパレートプレート31に連通管33を貫通させ、該連通管33の下流側端部に多数の連通孔を34を穿設し、前記セパレートプレート31で仕切られた外筒16a内の下流側排気室32の内側から外側に向けて排気管9を延ばし、該外筒16a内の下流側排気室32の内側に位置する排気管9の部分に多数の連通孔35を穿設してある。更に又、HC添加装置19は、図6中、実線で示す如く、フィルタケース15と外筒16aとの接続部分に設けてあるが、この部分に設ける代りに、図6中、仮想線で示す如く、切換弁18の第一ポート23近傍箇所、或いはパティキュレートフィルタ12より上流側の排気管9途中のうちのいずれか一方に設けることもできる。
図6に示す例においては、排気ガス8は、排気管9から連通孔29を介して上流側排気室28内に導入され、該上流側排気室28内からプレート27の連通孔26を経てフィルタケース15内のパティキュレートフィルタ12へ導かれ、該パティキュレートフィルタ12を通過した排気ガス8は、切換弁18を排気導入口22と第一ポート23とを連通させ且つ第二ポート24を遮蔽するポジション(図6中、実線で示す位置)に切り換えた場合、排気導入口22から第一ポート23を経てNOx吸蔵還元触媒11へ導かれ、連通管33内を通って連通孔34から下流側排気室32内に入り、ここから連通孔35を介して排気管9内に導かれ、下流側へ流れて行く。
一方、前記切換弁18を排気導入口22と第二ポート24とを連通させ且つ第一ポート23を遮蔽するポジション(図6中、仮想線で示す位置)に切り換えた場合、前記パティキュレートフィルタ12を通過した排気ガス8は、排気導入口22から第二ポート24を経てバイパスライン17へ導かれ、連通孔30から内筒16b内の下流側端部に入った後、連通管33内を通って連通孔34から下流側排気室32内に入り、ここから連通孔35を介して排気管9内に導かれ、下流側へ流れて行く。
図6に示す例の如く構成すると、図1に示す例と同様の作用効果が得られることに加え更に、一つの筒体の内部に、NOx吸蔵還元触媒11とバイパスライン17と切換弁18とをコンパクトに収めることが可能となり、車両に搭載する上で制約がなくなり有利となる。又、図6に示す例において、図1に示す例と同様に、図2〜図5に示すような制御が行えることは言うまでもない。
尚、本発明の排気浄化装置の制御方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図である。 図1の制御装置におけるパティキュレートフィルタからのサルフェート脱離、並びにNOx吸蔵還元触媒からの硫酸塩の分解放出の際の具体的な制御手順を示すフローチャートである。 図2のフローチャートに対応したタイムチャートである。 図1の制御装置におけるNOx吸蔵還元触媒からの硝酸塩の分解放出の際の具体的な制御手順を示すフローチャートである。 図4のフローチャートに対応したタイムチャートである。 本発明を実施する形態の他の例の要部断面図である。 従来例の全体概要構成図である。 パティキュレートフィルタの詳細を示す断面図である。
符号の説明
1 ディーゼルエンジン
8 排気ガス
9 排気管
11 NOx吸蔵還元触媒
12 パティキュレートフィルタ
17 バイパスライン
18 切換弁
19 HC添加装置
40 温度センサ
41 広域O2センサ
42 制御装置

Claims (2)

  1. ディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管途中に配設されるパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタより下流側の排気管途中に配設されるNOx吸蔵還元触媒と、前記パティキュレートフィルタを通過した排気ガスをNOx吸蔵還元触媒を迂回させて下流側へ流通させるバイパスラインと、前記パティキュレートフィルタを通過した排気ガスをNOx吸蔵還元触媒側或いはバイパスライン側のいずれかに導くよう切換可能な切換弁とを備えた排気浄化装置の制御方法であって、
    パティキュレートフィルタへのサルフェートの溜まり量が許容値を超えた場合に、パティキュレートフィルタの昇温制御を行い、パティキュレートフィルタの温度がサルフェート脱離開始温度より高くなった時点で、切換弁をバイパスライン側へ切り換え、前記パティキュレートフィルタの温度が前記サルフェート脱離開始温度より高い温度規定値を超えてから所定時間経過後、切換弁をNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えると共に、該NOx吸蔵還元触媒より上流で排気ガス中にHCを添加し、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスの酸素濃度が濃度規定値より低下し所定時間経過した時点で、前記パティキュレートフィルタの昇温制御を中止し、切換弁をバイパスライン側へ切り換え、且つ前記HCの添加を中止し、前記酸素濃度が前記濃度規定値より高い濃度規定値を超えた時点で切換弁をNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えることを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
  2. NOx吸蔵還元触媒へのNOx吸蔵量が許容値を越えた場合に、該NOx吸蔵還元触媒より上流で排気ガス中にHCを添加し、NOx吸蔵還元触媒を通過する排気ガスの酸素濃度が濃度規定値より低下し所定時間経過した時点で、切換弁をバイパスライン側へ切り換え、且つ前記HCの添加を中止し、前記酸素濃度が前記濃度規定値より高い濃度規定値を超えた時点で切換弁をNOx吸蔵還元触媒側へ切り換えるようにした請求項1記載の排気浄化装置の制御方法。
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