JP2005240566A

JP2005240566A - 排気浄化装置の制御方法

Info

Publication number: JP2005240566A
Application number: JP2004047537A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Funahashi; 博舟橋
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

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
１１ＮＯx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
１９ＨＣ添加装置
４０温度センサ
４１広域Ｏ₂センサ
４２制御装置

Claims

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。
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。