JP2005291058A

JP2005291058A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2005291058A
Application number: JP2004105849A
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防止して熱解離による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、希薄燃焼可能なディーゼルエンジン１の排気通路５０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ＮＯｘ触媒２０の熱解離温度に着目したものであり、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるＳＯｘ被毒回復処理を実行する時期を判定する被毒回復時期判定手段４２により回復実行時期であると判定されると、制御手段２５で還元剤供給手段２１から添加される還元剤の添加量を除々に増加させ、排気温度センサ３２で検出される検出温度がＮＯｘ触媒の熱解離温度よりも低い温度の場合には、空燃比変更手段７，１５，１７，２１を駆動制御して空燃比をリッチ状態とするリッチスパイクを実行する。
【選択図】図１

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ＮＯ_Ｘ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、排気空燃比が理論空燃比以上（以下「リーン」と記す）状態ではＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比以下（以下「リッチ」と記す）状態では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き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生じてしまうことがある。

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触媒の温度が所定温度以上であるときに、排気空燃比を除々にリッチ側にする事が記載されている。

特開２００１−３０４０１１

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。
特許文献１には、吸蔵型ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上であるときに、排気空燃比を除々にリッチ側にする内容が記載されているが、触媒の熱解離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防止して熱解離による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触媒の熱解離温度に着目したものであり、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被毒回復処理を実行する時期を判定する被毒回復時期判定手段と、制御手段とを備え、被毒回復時期判定手段により実行時期であると判定されると、制御手段により還元剤供給手段から添加される還元剤の添加量を除々に増加させるとともに、温度検出手段からの検出温度が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の熱解離温度よりも低く、かつＮＯｘ還元可能な温度よりも高い温度の場合に、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リッチスパイクを実行することを特徴としている。

本発明によれば、被毒回復時期判定手段により実行時期であると判定されると、還元剤供給手段から添加される還元剤の添加量を除々に増加させるので、触媒の昇温速度が緩やかになる。また、還元剤の添加量の増加中において、温度検出手段からの検出温度が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の熱解離温度よりも低い温度の場合には空燃比変更手段を制御して空燃比をリッチ状態とするので、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が熱解離温度に到達する前に低減することができ、熱解離温度に到達したときに発生するＮＯｘスリップ量を低減することができる。また、触媒の昇温速度が緩やかになるので吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の過度な温度上昇（過昇温）を抑制することができる。

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、主噴射手段であり、空燃比変更手段としての機能するインジェクタ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空燃比変更手段としての機能するスロットル弁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、空燃比変更手段としても機能する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であり、空燃比変更手段としても機能する還元剤噴射ノズル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である担持体と、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、排気ガスがリーンな状態ではＮＯｘを吸蔵し、排気ガスがリッチな状態では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、例えば予め設定された所定周期で、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、所謂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ＣＯ過剰状態、即ち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が制御される。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、このような一連の処理を、エンジン１の運転中所定時間毎に繰り返し行う。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、ＮＯ_Ｘ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、触媒前の空燃比を理論空燃比以下とするリッチ化制御（以下、Ｓ披毒回復制御）を実施する。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ＮＯ_Ｘ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に吸蔵した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、通常の運転条件下において、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が過熱してしまう懸念と、熱解離により吸蔵されているＮＯｘが放出されてしまうことが懸念される。

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、還元剤噴射ノズル２１から添加される還元剤の添加量を除々に増加させるとともに、排気温度センサ３２からの検出温度がＮＯｘ触媒２０の熱解離温度よりも低い所定温度（図２）の場合に、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を制御して空燃比をリッチ状態するリッチスパイクを実行する。すなわち、リッチスパイクの所定周期が、熱解離温度よりも低い温度の場合に到達した場合には、リッチスパイクを実行し、熱解離温度よりも低い温度と所定周期とがずれている場合には、所定周期を無視して熱解離温度よりも低い温度の時に強制的にリッチスパイクを実行する。

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、Ｓパージ信号が出力されてからの経過時間が進む程に増大す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。

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Ｓ２に進み、電磁調整弁２４がＥＣＵ２５によって制御され、還元剤となる燃料の噴射量（添加量）が還元剤噴射ノズル２１から排気ガス中に通常よりも少なく噴射されることで添加される。排気系５においては、添加された燃料によりＮＯｘ触媒２０の温度が図２に示すように緩やかに昇温する。ＥＣＵ２５は、温度センサ３２からの信号を取り込み、ステップＳ３において、検出した触媒温度がＮＯｘ還元可能な温度以上で、かつ所定温度（熱解離温度より所定量低い温度）よりも低い場合にはステップＳ４に進んでリッチスパイクを実行する。

このように、被毒回復時期判定手段４２から実行時期であるＳパージ信号が出力されると、電磁調整弁２４を開閉制御して還元剤噴射ノズル２１から添加される還元剤の添加量を除々に増加させるので、触媒昇温が緩やかになる。また、還元剤の添加量の増加中において、排気温度センサ３２からの検出温度がＮＯｘ触媒２０の熱解離温度よりも低い所定温度の場合には空燃比をリッチ状態とするので、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されているＮＯｘを、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。このため、排気ガスによりＮＯｘ触媒２０が昇温され熱解離温度に到達したときに発生するＮＯｘスリップ量を低減することができる。また、触媒の昇温速度が緩やかになることで、ＮＯｘ触媒２０の過度な温度上昇（過昇温）を抑制することができ、熱劣化を低減でき、耐久性が向上する。

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から添加剤を徐々に増やし、熱解離温度到達前にリッチスパイクを一度実施した時の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、熱解離温度よりも低い所定温度時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
７，１５，１７空燃比変更手段
２０吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒
２１還元剤供給手段
２５制御手段
３２温度検出手段
４２被毒回復時期判定手段
５０排気通路

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ＳＯ_Ｘを放出させるＳＯ_Ｘ被毒回復処理を実行する時期を判定する被毒回復時期判定手段と、
前記被毒回復時期判定手段により実行時期であると判定されると、前記還元剤供給手段から添加される還元剤の添加量を除々に増加させるとともに、前記温度検出手段からの検出温度が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の熱解離温度よりも低く、かつＮＯｘ還元可能な温度よりも高い場合に、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。