JP2007071102A - 排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＯｘ浄化触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、脱硫制御時に、未燃燃料の大気中への排出を抑制しながら、脱硫用目標温度以上の状態を維持すると共に、昇温制御と空燃比リッチ制御との間の移行を円滑に行う排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】 脱硫制御の空燃比リッチ制御において、ＮＯｘ浄化触媒装置１１を硫黄パージ可能な温度範囲内に維持するために必要な温度維持用燃料量Ｗｆ２とトルク出力用燃料量Ｗｎとの和である全燃料量Ｗｔを用いて、硫黄パージ用の目標空燃比に対して目標新気空気量Ｗａ０を算出し、該目標新気空気量Ｗａ０になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記ＮＯｘ浄化触媒装置１１に流入する排気ガスＧの空燃比を前記硫黄パージ用の目標空燃比にする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置を備えた排気ガス浄化システムの脱硫制御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いる。その一つに、ディーゼルエンジン用のＮＯｘ浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒があり、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、空燃比がリーン状態の時に、ＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ₂ （二酸化窒素）に酸化した後、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘを吸蔵する性質を持つ金属にＮＯ₂ を吸蔵する。しかし、ＮＯｘの吸蔵能力は飽和するので、この飽和前に空燃比をリッチ状態にするＮＯｘ再生制御を行って、吸蔵材からＮＯ₂ を放出させて、この放出したＮＯ₂ を、ＨＣ（炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素）等の還元剤でＮ₂ （窒素）に還元する。これらのＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・還元の触媒反応機構を交互に利用することにより排気ガス中のＮＯｘを浄化する。

しかしながら、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、硫黄被毒による性能劣化の問題がある。つまり、燃料中に含まれている硫黄（サルファー）が燃焼によってＳＯ₂ （二酸化硫黄）が発生し、このＳＯ₂ がＮＯ₂ と同様に吸蔵材に吸蔵され、Ｂａ₂ ＳＯ₄ （硫酸バリウム）等の硫酸塩を生成する。そのため、吸蔵材のＮＯ₂ の吸蔵能力が減少し、ＮＯｘ浄化率が悪化する。

従って、初期のＮＯｘ浄化性能を維持するためには、ＮＯｘ再生制御によりＮＯｘ吸蔵能力を回復することの他に、触媒内に吸着及び吸蔵した硫黄分を脱離及び放出させることが必要となる。この硫黄の脱離及び放出、即ち脱硫には、一定以上の温度と還元排気ガス組成雰囲気とが必要となるため、適時、高温でリッチな雰囲気を作る脱硫制御（硫黄パージ制御）を行って、硫酸塩が分解し易い環境を作る必要がある。

この脱硫制御においては、触媒によって差があるが、硫酸塩は概ね６００℃〜７００℃の高温のリッチ条件にならないとＳＯ₂ を分解放出しないため、エンジン側で、吸気絞り等によって排気ガスの流量を減らして昇温に必要な熱容量を減らすと共に、マルチ噴射やポスト噴射等のシリンダ内燃料噴射制御で排気ガスを昇温したり、ポスト噴射や排気管への直接燃料噴射で排気ガス中に供給された未燃燃料を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配設した酸化触媒で酸化させて排気ガスを昇温したりして、高温でリッチな条件を作っている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

この脱硫制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を長時間高温に維持することが必要で、その維持する温度もＮＯｘ吸蔵還元型触媒を熱劣化させる限界の温度に近いため、温度変動を極力抑える必要がある。

しかしながら、従来技術で行われているような、排気ガスの昇温のためにポスト噴射や排気管内直接噴射を行う際に、エンジン回転数とエンジン負荷とから予め設定されたマップデータを参照して、昇温用燃料量を算出するマップ制御の場合には、次のような追従性の問題がある。

つまり、このマップ制御では、脱硫制御を、通常６００℃〜７００℃の高温で空気過剰率が約０．９のリッチ状態で、数十分行うため、この脱硫制御の期間中、エンジンを搭載した車両の運転状態を一定に保つことが難しく、エンジンの運転条件が過渡運転状態になることが多い。このエンジンの運転状態が頻繁に変化する過渡運転状態においては、マップデータから得られた昇温用燃料量を、エンジン運転条件の変化に対応して適切に補正することが難しく、エンジン運転条件の変化に追従できない。

そのため、算出された昇温用燃料量が、実際に必要な昇温用燃料量から逸脱した値となり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を脱硫可能な温度領域内に維持することが困難となって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が上がらず脱硫が進まないという問題や、逆に温度が上がり過ぎてＮＯｘ吸蔵還元型触媒に熱劣化が生じるという問題が発生する。

この対策として、本発明者らは、脱硫制御に関して、脱硫制御に関して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を担持したＮＯｘ浄化触媒装置の昇温のためのリーン空燃比での昇温制御において、次のような脱硫制御を考えた。

適切な昇温用燃料量を、ＮＯｘ浄化触媒装置の熱容量や排気ガスの熱容量等を考慮した計算式で算出し、この昇温燃料量で昇温制御することにより、このＮＯｘ浄化触媒装置を脱硫可能な温度領域に昇温すると共に、この脱硫可能な温度領域に維持する。

更に、この昇温用燃料量に対して必要な新気空気量を算出して、この必要な新気空気量を目標空気量にして、燃料の酸化に必要で十分な酸素量を確保して、未燃燃料の大気中への排出の抑制と、ＮＯｘ浄化触媒装置の確実な昇温と温度維持を行う。

この脱硫制御方法においては、ＮＯｘ浄化触媒装置を脱硫可能な温度領域に昇温、及び、この温度領域内に維持するために必要で十分な新気空気量を確保することができるが、リッチ空燃比での空燃比リッチ制御では、従来技術と同様なマップ制御で、エンジン回転数とエンジン負荷とから予め設定されたマップデータを参照して、燃料量と目標新気空気量を算出して、この燃料量と目標新気空気量でポスト噴射や排気管内直接噴射を行っていた。しかしながら、このようなマップ制御との併用では、次のような問題が生じた。

マップ制御による空燃比リッチ制御では、車両やエンジンの運転状態の変化に迅速に対応できないために、ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比から逸脱してしまう。そして、空燃比が目標空燃比より小さくなると、排気ガス中の酸素量の不足から、昇温用燃料量が多すぎて完全に燃焼されずに、テールパイプから未燃燃料が排出されてしまう。逆に、空燃比が目標空燃比より大きくなると、硫黄パージの効率が低下したり、温度維持が困難になってしまう。その結果、必要で十分な燃料量の供給が行われているにも係わらず、適切な空燃比を維持できないために、効率よく脱硫を行うことができなくなってしまう。

更に、リーン空燃比による昇温制御とリッチ空燃比での空燃比リッチ制御との間の移行時に、燃料量と新規空気量等の算出方法が、燃焼計算に基づく方法とマップデータに基づく方法とに分かれているので、エンジンの運転条件を整合するための複雑な調整が必要となる。
特開２００３−１２０３７３号公報 特開２０００−５４９００号公報

本発明は、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、排気ガス中のＮＯｘの浄化のためにＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置を備え、脱硫制御時に、リーン空燃比における昇温制御とリッチ空燃比における空燃比リッチ制御を組み合わせて行う排気ガス浄化システムにおいて、脱硫制御時に過渡運転状態になっても、未燃燃料の大気中への排出を抑制しながら、確実に、ＮＯｘ浄化触媒装置を脱硫用目標温度に昇温して、脱硫用目標温度以上の状態を維持すると共に、昇温制御と空燃比リッチ制御との間の移行を円滑に行う排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムの脱硫制御方法は、エンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置を備え、前記ＮＯｘ浄化触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を、リーン空燃比における昇温制御とリッチ空燃比における空燃比リッチ制御の組み合わせで行うと共に、
前記昇温制御で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を指標する第１検出温度を脱硫用目標温度に昇温させるために必要な昇温用燃料量を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を昇温するために必要な第１熱量と、排気ガスを昇温するために必要な第２熱量を含んだ計算式から算出した昇温用熱量を基にして設定する排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、 前記昇温制御においては、前記昇温用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量に対して必要な新気空気量を算出し、該必要な新気空気量を用いて目標新気空気量を設定し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記必要な新気空気量を確保し、
前記空燃比リッチ制御においては、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を硫黄パージ可能な温度範囲内に維持するために必要な温度維持用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量を用いて、硫黄パージ用の目標空燃比に対して目標新気空気量を算出し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比を前記硫黄パージ用の目標空燃比にすることを特徴とする。

つまり、ＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、脱硫制御時のリーン空燃比による昇温制御で、ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を脱硫用の目標温度に到達させたり、脱硫用の目標温度に維持したりするために必要なポスト噴射等の昇温用燃料量を、予めセットしたマップデータから計算することなく、ＮＯｘ浄化触媒と排気ガスの昇温に必要な熱量から算出すると共に、この昇温用燃料量に見合う新気空気量を目標空気量に設定して、この新気空気量をＥＧＲ制御や吸気絞り制御や排気絞り制御などにより確保する。

更に、脱硫制御時のリッチ空燃比による空燃比リッチ制御で、ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を脱硫用の目標温度に維持するために必要なポスト噴射等の温度維持用燃料量を、予めセットしたマップデータから計算することなく、ＮＯｘ浄化触媒装置と排気ガスの温度維持に必要な熱量から算出すると共に、この温度維持用燃料量と硫黄パージ用空燃比から算出された新気空気量を目標空気量に設定して、この新気空気量をＥＧＲ制御や吸気絞り制御や排気絞り制御等により確保する。

このＮＯｘ浄化触媒としては、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していたＮＯｘを放出すると共に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒等があるが、ここでは、触媒温度が通常のエンジンの運転状態よりも高温になり、且つ、触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ状態になったときに、硫黄分を放出して触媒の硫黄被毒が回復されるＮＯｘ浄化触媒のことをいう。

この昇温用燃料量は、脱硫制御のリーン空燃比における昇温制御（リーンモード昇温制御）に際して、ポスト噴射等のシリンダ内燃料噴射制御や排気管内直接燃料噴射制御で、ＮＯｘ浄化触媒の脱硫のために、排気ガスやＮＯｘ浄化触媒を昇温するために必要な燃料量であり、エンジンのトルク出力を発生するための燃料の量（トルク出力用燃料量）とは別に加える昇温用の燃料の量である。この昇温用の燃料は、シリンダ内や排気通路（排気マニホールド、排気管）内で燃焼して排気ガスの昇温に寄与したり、排気ガス中に未燃燃料として供給されて、ＮＯｘ浄化触媒装置の上流側に配設された酸化触媒装置等で酸化されて排気ガスの昇温に寄与する。これらの排気ガスの昇温により、ＮＯｘ浄化触媒装置が脱硫用目標温度以上に昇温及び維持される。

また、温度維持用燃料量は、脱硫制御のリッチ空燃比における空燃比リッチ制御に際して、ポスト噴射等のシリンダ内燃料噴射制御や排気管内直接燃料噴射制御で、ＮＯｘ浄化触媒の脱硫のために、ＮＯｘ浄化触媒装置の温度を硫黄パージ可能な温度範囲内に維持するために必要な燃料量であり、エンジンのトルク出力を発生するための燃料の量（トルク出力用燃料量）とは別に必要な温度維持用の燃料の量である。この温度維持用の燃料は、シリンダ内や排気通路（排気マニホールド、排気管）内で燃焼して排気ガスの温度維持に寄与したり、排気ガス中に未燃燃料として供給されて、ＮＯｘ浄化触媒の上流側に配設された酸化触媒装置等で酸化されて排気ガスの温度維持に寄与する。これらの排気ガスの温度維持により、ＮＯｘ浄化触媒が、リッチ空燃比状態で硫黄パージ可能な温度範囲内に維持される。

第１検出温度に関しては、ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を直接検出できる場合は、その検出温度を第１検出温度とするが、通常は、触媒温度を直接計測することは困難であるので、ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの検出温度から推定したり、ＮＯｘ浄化触媒装置から流出する排気ガスの検出温度から推定したり、ＮＯｘ浄化触媒装置の前後の排気ガスの検出温度から推定したりしている。これらの推定して得たＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度のことを、ここでは第１検出温度ということにする。

脱硫用目標温度とは、脱硫制御で、この温度以上にＮＯｘ浄化触媒の第１検出温度がなっている時に脱硫（硫黄パージ）が効率良く行われる温度のことを言い、通常は、６００℃〜７００℃の範囲の所定の温度に設定される。

硫黄パージ用空燃比とは、ＮＯｘ浄化触媒の温度が硫黄パージ可能な温度範囲内に維持されたときに、効率よく、ＮＯｘ浄化触媒から硫黄成分が除去される排気ガスの空燃比のことを言い、例えば、０．９等である。

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浄化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状態であることをいう。

また、新気空気量調整手段は、吸気絞り弁、ＥＧＲ弁、排気絞り弁やターボチャージャの吸気量調整手段とこれらの制御装置等からなり、吸気絞り、ＥＧＲ量の調整、排気絞りのいずれか１つ又はこれらの組み合わせを行うことにより、新気空気量を調整する。

この脱硫制御方法により、必要且つ十分な燃料量を精度良く投入することができると共に、適切な空燃比を維持することができる。これにより、未燃燃料の大気中への排出の抑制と、ＮＯｘ浄化触媒装置の確実な昇温と温度維持を行うことができる。更に、エンジン状態を整合するための複雑な調整を行うことなく、昇温制御と空燃比リッチ制御との間の移行を円滑に行うことができる。

上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、前記第１熱量を前記ＮＯｘ浄化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記第１検出温度との差を乗じて算出し、前記第２熱量を、排気ガスの熱容量に前記脱硫用目標温度と前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの検出温度との差を乗じて算出し、前記第１熱量と前記第２熱量と排気ガス浄化システムから放熱する第３熱量の和で昇温用熱量と温度維持用熱量をそれぞれ算出し、該昇温用熱量と温度維持用熱量を燃料の低発熱量でそれぞれ除して前記昇温用燃料量と前記温度維持用燃料量をそれぞれ算出する。

つまり、ＮＯｘ浄化触媒装置を第１検出温度を現時点の温度から脱硫用目標温度まで昇温するのに必要な熱量を第１熱量とし、排気ガスを排気ガスの現時点の検出温度から脱硫用目標温度まで昇温するのに必要な熱量を第２熱量とし、この第１熱量と第２熱量と排気ガス浄化システムで放熱により失われる第３熱量の和に相当する熱量を発生させる必要がある昇温用熱量とし、この昇温用熱量が昇温用燃料量が発生する熱量であるとして、昇温用熱量を燃料の低発熱量（真発熱量）で除することにより、必要な昇温用燃料量とする。

また、ＮＯｘ浄化触媒装置を第１検出温度を脱硫用目標温度以上に維持するのに必要な熱量を第１熱量とし、排気ガスを脱硫用目標温度以上に維持するのに必要な熱量を第２熱量とし、この第１熱量と第２熱量と排気ガス浄化システムで放熱により失われる第３熱量の和に相当する熱量を発生させる必要がある温度維持用熱量とし、この温度維持用熱量が温度維持用燃料量が発生する熱量であるとして、温度維持用熱量を燃料の低発熱量（真発熱量）で除することにより、必要な温度維持用燃料量とする。空燃比リッチ制御における第１熱量と第２熱量は非常に小さく、第３熱量が主となる。

なお、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ還元反応に伴う熱の出入りについては、ＮＯｘ浄化触媒と排気ガスの昇温に必要な熱量に比べれば、少ない熱量であるので省略できる。また、このＮＯｘ還元反応に伴う熱の出入りを、ベンチテストで求める触媒装置や配管の放熱量に含めて扱うことができる。

また、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、排気ガスの熱容量を、吸入空気量及び燃料噴射量から算出した排気ガス流量の和に排気ガスの比熱を乗じて算出する。

つまり、排気ガス流量を吸入空気量と燃料噴射量の和とし、この和に排気ガスの比熱を乗じて排気ガスの熱容量とする。但し、排気ガスの比熱は、吸入空気量と燃料噴射量の割合や温度によって多少変化するので、要求される計算精度に応じて、吸入空気量と燃料噴射量の割合や温度を考慮に入れたりして算出し設定する。

更に、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の上流側の酸化触媒装置を配設した排気ガス浄化システムにおいて、前記昇温用燃料量の算出に際して、前記昇温用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加えると共に、前記温度維持用燃料量の算出に際して、前記温度維持用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加える。

この第２検出温度に関しては、酸化触媒装置の触媒温度を直接検出できる場合は、その検出温度を第２検出温度とするが、通常は、触媒温度を直接計測することは困難であるので、酸化触媒装置に流入する排気ガスの検出温度から推定したり、酸化触媒装置から流出する排気ガスの検出温度から推定したり、酸化触媒装置の前後の排気ガスの検出温度から推定したりしている。これらの推定して得た酸化触媒装置の触媒温度のことを、ここでは第２検出温度ということにする。

この構成により、酸化触媒装置の昇温に必要な熱量（第４熱量）を含めた昇温用熱量及び温度維持用熱量と、昇温用燃料量及び温度維持用燃料量を算出できる。なお、酸化触媒装置を設けたことにより放熱量が変化する場合は、この変化量を排気ガス浄化システムの放熱を示す第３熱量に加える。

そして、上記のような目的を達成するための排気ガス浄化システムは、エンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置と、前記ＮＯｘ浄化触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う制御装置を備え、 前記制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を、リーン空燃比における昇温制御とリッチ空燃比における空燃比リッチ制御の組み合わせで構成すると共に、
前記制御装置が、前記昇温制御で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を指標する第１検出温度を脱硫用目標温度に昇温させるために必要な昇温用燃料量を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を昇温するために必要な第１熱量と、排気ガスを昇温するために必要な第２熱量を含んだ計算式から算出した昇温用熱量を基にして設定する排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御装置が、前記昇温制御においては、前記昇温用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量に対して必要な新気空気量を算出し、該必要な新気空気量を用いて目標新気空気量を設定し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記必要な新気空気量を確保する制御を行い、
前記制御装置が、前記空燃比リッチ制御においては、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を硫黄パージ可能な温度範囲内に維持するために必要な温度維持用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量を用いて、硫黄パージ用の目標空燃比に対して目標新気空気量を算出し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比を前記硫黄パージ用の目標空燃比にする制御を行うように構成される。

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、前記第１熱量を前記ＮＯｘ浄化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記第１検出温度との差を乗じて算出し、前記第２熱量を、排気ガスの熱容量に前記脱硫用目標温度と前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの検出温度との差を乗じて算出し、前記第１熱量と前記第２熱量と排気ガス浄化システムから放熱する第３熱量の和で昇温用熱量と温度維持用熱量をそれぞれ算出し、該昇温用熱量と温度維持用熱量を燃料の低発熱量でそれぞれ除して前記昇温用燃料量と前記温度維持用燃料量をそれぞれ算出するように構成される。

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、前記排気ガスの熱容量を、吸入空気量及び燃料噴射量から算出した排気ガス流量の和に排気ガスの比熱を乗じて算出するように構成される。

更に、上記の排気ガス浄化システムで、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の上流側の酸化触媒装置を配設した排気ガス浄化システムにおいて、
前記制御装置が、前記昇温用燃料量の算出に際して、前記昇温用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加えると共に、
前記制御装置が、前記温度維持用燃料量の算出に際して、前記温度維持用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加える制御を行うように構成される。

上記の構成の排気ガス浄化システムによれば、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法を実施でき、この脱硫制御方法と同様な作用効果を得ることができる。

本発明に係る排気ガス浄化方法の脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガス中のＮＯｘの浄化のためにＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置を備え、脱硫制御時に、リーン空燃比における昇温制御とリッチ空燃比における空燃比リッチ制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、適切な空燃比を維持することができ、未燃燃料の大気中への排出の抑制と、ＮＯｘ浄化触媒装置の確実な昇温と温度維持を行うことができる。また、昇温制御と空燃比リッチ制御との間の移行を円滑に行うことができる。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法の脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムについて、ＮＯｘ浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を使用する場合について、図面を参照しながら説明する。

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。

図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１では、ディーゼル内燃機関（エンジン）Ｅの排気通路４に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置１１を有する排気ガス浄化装置１０が配置される。

このＮＯｘ浄化触媒装置１１は、モノリス触媒で形成され、酸化アルミニウム、酸化チタン等の担持体に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る。

このＮＯｘ浄化触媒装置１１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。

そして、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の上流側と下流側にλセンサ（空気過剰率センサ）１３、１４を配置する。この上流側のλセンサ１３はリッチ制御のときの空燃比制御用であるので、空気過剰率（酸素濃度）の値を計測できるセンサを用いるが、下流側のλセンサ１４には、ストイキ空燃比付近で値が急激変化する出力特性を持つバイナリλセンサを用いる。このλセンサ１４の出力により触媒内が還元領域に変化したことを確認し、硫黄脱離が確実に行われていることを確認する。

また、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の温度を測定するために、上流側温度センサ１５と下流側温度センサ１６を、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の上流側と下流側、即ち、前後にそれぞれ配置する。この二箇所に設置した温度センサ１５、１６の温度平均を、第１検出温度Ｔｃ１とする。この第１検出温度Ｔｃ１は、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の触媒温度と密接な関係があり、この触媒温度の代りとなる温度、即ち、触媒温度の指標となる温度である
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浄化触媒装置１１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）２０が設けられる。この制御装置２０にλセンサ１３、１４や上流側温度センサ１５や下流側温度センサ１６等からの検出値が入力され、この制御装置２０からエンジンＥのＥＧＲ弁６や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８や吸気絞り弁９等を制御する信号が出力される。

この排気ガス浄化システム１においては、空気Ａは、吸気通路２のマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１７とターボチャジャー３のコンプレッサー３ａを通過して、吸気絞り弁９によりその量を調整されて吸気マニホールド２ａ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４ａから排気通路４に出てターボチャジャー３のタービン３ｂを駆動し、排気ガス浄化装置１０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５のＥＧＲクーラー７を通過し、ＥＧＲ弁６でその量を調整されて吸気マニホールド２ａに再循環される。

そして、排気ガス浄化システム１の制御装置が、エンジンＥの制御装置２０に組み込まれ、エンジンＥの運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１の制御を行う。この排気ガス浄化システム１の制御装置は、ＮＯｘ浄化触媒装置１１のＮＯｘ再生制御や脱硫制御等を含む排気ガス浄化システムの制御を行う。

ＮＯｘ再生制御では、エンジンＥの運転状態から単位時間当たりのＮＯｘの排出量ΔＮＯｘを算出し、これを累積計算したＮＯｘ累積値ΣＮＯｘが所定の判定値Ｃｎを超えた時に再生を開始すると判断する。あるいは、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の上流側と下流側のＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出し、このＮＯｘ浄化率が所定の判定値より低くなった場合にＮＯｘ触媒の再生を開始すると判断する。

そして、ＮＯｘ再生制御では、吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御を併用して、排気ガスの空燃比をストイキ空燃比（理論空燃比）又はリッチ空燃比に制御する。この吸気系リッチ制御では、ＥＧＲ弁６を制御してＥＧＲ量を増加させたり、吸気絞り弁９を制御して新規の吸気量を減少させたりして、排気ガスの空燃比を低下させる。また、燃料系リッチ制御では、吸気系リッチ制御に加えて、ポスト噴射等のシリンダ内燃料噴射制御により、排気ガス中へ燃料を添加して空燃比を低下させる。これらの制御により、排気ガスの状態を所定の空燃比状態（触媒にもよるが、空気過剰率換算で、概ね０．８〜１．０）にすると共に、所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ吸蔵能力、即ちＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ触媒の再生を行う。なお、本発明は、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の脱硫制御に関するものであり、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御には従来技術を使用できるのでＮＯｘ再生制御についてのより詳細な説明は省略する。

一方、脱硫制御では、硫黄（サルファ）蓄積量を積算する等の方法で、ＮＯｘ吸蔵能力が低下するまで硫黄が蓄積したか否かでサルファパージ制御を開始するか否かを判定する。つまり、硫黄蓄積量が所定の判定値以上になると脱硫の開始とする。そして、脱硫制御では、リーン空燃比における昇温制御（リーンモード昇温制御）で、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御等の吸気系制御と、ポスト噴射等の燃料系制御により、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の第１検出温度Ｔｃ１を硫黄分解可能な脱硫用目標温度Ｔｓｐまで昇温すると共に、リッチ空燃比における空燃比リッチ制御で、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態に制御して、効率よく脱硫を行う。

この脱硫用目標温度Ｔｓｐは通常は６００℃〜７００℃の間の温度に設定される。また、脱硫用の空燃比リッチ制御では、ＮＯｘ浄化触媒装置１１に流入する排気ガスの空燃比は空気過剰率換算で所定の空気過剰率０．９程度に維持される。この空燃比リッチ制御では、継続してリッチ制御を行うことにより空気過剰率を所定の空気過剰率に維持する制御を行う場合もあるが、リッチ制御とリーン制御を繰返すことで平均的に空気過剰率を所定の空気過剰率に維持する制御を行う場合もある。なお、この脱硫用の空燃比リッチ制御は、ＮＯｘ浄化触媒装置１１のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫が完了し、硫黄被毒による性能劣化が回復するまで行うが、この脱硫には数十分程度要する。

そして、この排気ガス浄化システム１では、エンジンＥの制御装置２０に組み込まれた排気ガス浄化システム１の制御装置により、図２〜図４に例示するような脱硫制御フローに従って、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の脱硫制御が行われる。なお、この図２の脱硫制御フローは、エンジンＥの運転に際して、エンジンＥの他の制御フローと並行して実行される排気ガス浄化システムの制御スローで、脱硫制御が必要であると判定された場合に、この制御フローから呼ばれて実行されるものとして示してある。

図２〜図４に、本発明の脱硫制御における脱硫制御フローを示す。この脱硫制御フローでＮＯｘ浄化触媒装置１１の昇温と温度維持のためのポスト噴射等の昇温用燃料量及び温度維持用燃料量の算出フロー及び計算ロジックを示す。

この図２の脱硫制御フローがスタートすると、ステップＳ１１のパラメータの設定で、触媒の熱容量Ｈｍｃ（Ｊ／ｄｅｇ）、ＮＯｘ浄化触媒装置１１と配管等の排気ガス浄化システム１からの放熱に関係する量Ｈｍｌ（Ｊ／ｄｅｇ）、脱硫用目標温度Ｔｓｐ（℃）、軽油の低発熱量Ｌｈｆ（Ｊ／ｇ）、比熱Ｃｐ（Ｊ／ｇ）、リーンモード昇温制御における目標空燃比Ｆａ１、空燃比リッチ制御における目標空燃比Ｆａ２、計算用単位時間ｄｓ（ｓ）等を読み込み設定する。

次のステップＳ１２で、現時点（制御時）における第１検出温度Ｔｃ１（℃）、ＮＯｘ浄化触媒装置１１に流入する排気ガスの検出温度Ｔｇ１、吸入空気量Ｍａｆ（ｇ／ｓ）、燃料噴射量Ｗｔ（ｇ／ｓ）、外気温度Ｔｏｕｔを入力する。

次のステップＳ１３で、第１検出温度Ｔｃ１（℃）が脱硫用目標温度Ｔｓｐ（℃）未満であるか否かの判定を行う。この判定で第１検出温度Ｔｃ（℃）が脱硫用目標温度Ｔｓｐ（℃）未満である場合には、ステップＳ２０のリーンモード昇温制御を行い、以上である場合には、ステップＳ３０の空燃比リッチ制御を行う。

このステップＳ２０のリーンモード昇温制御では、図３に詳細な制御フローを示すように、次のようにして昇温用燃料量Ｗｆ１を算出し、これからポスト噴射等の噴射量Ｗｐ１を算出して、所定の第１時間（第１検出温度のチェックのインターバルに関係する時間）の間、ポスト噴射等による昇温制御を行う。

先ず、ステップＳ２１の諸量の算出では、各熱容量から昇温用熱量Ｑｔ１を算出し、昇温用燃料量Ｗｆ１を算出する。より詳細には、ａ．排気ガスの熱容量の算出で、排気ガスの熱容量ＨｍｇをＨｍｇ＝（Ｍａｆ＋Ｗｔ）×Ｃｐ×ｄｓで算出し、ｂ．昇温用熱量の算出で、昇温用熱量Ｑｔ１を各第１〜第３熱量の和で算出する。そして、ｃ．昇温用燃料量（重量）の算出では、昇温用燃料量Ｗｆ１をＷｆ１＝Ｑｔ１／Ｌｈｆで算出する。

なお、ｂ．昇温用熱量の算出では、ＮＯｘ浄化触媒装置１１を昇温するために必要な第１熱量Ｑ１をＱ１＝Ｈｍｈ×（Ｔｓｐ−Ｔｃ１）で、排気ガスを昇温するために必要な第２熱量Ｑ２をＱ２＝Ｈｍｇ×（Ｔｓｐ−Ｔｇ１）で、排気ガス浄化システム１から放熱する第３熱量Ｑ３をＱ３＝Ｈｍｌ×（Ｔｓｐ−Ｔｏｕｔ）で算出し、これらの和として、昇温用熱量Ｑｔ１をＱｔ１＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３で算出する。

これらの熱量計算では、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の熱容量Ｈｍｃは変化しないので事前に入力した値を固定して使用する。一方、排気ガスの熱容量Ｈｍｇは吸入空気量（新規空気量）Ｍａｆと燃料噴射量Ｗｔで求めた排ガス流量Ｗｇと比熱Ｃｐから求める。

そして、第１熱量Ｑ１を、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の熱容量Ｈｍｃに脱硫用目標温度Ｔｓｐと第１検出温度Ｔｃ１との差を乗じて算出し、第２熱量Ｑ２を、排気ガスの熱容量Ｈｍｇに脱硫用目標温度ＴｓｐとＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの検出温度Ｔｇ１との差を乗じて算出する。

また、排気ガス浄化システム１から放熱する第３熱量Ｑ３は、予め行ったベンチテストなどから求めた放熱量から算出した排気ガス浄化システム１からの放熱に関係する量Ｈｍｌを用いて算出するが、このＨｍｌを外気温度Ｔｏｕｔ基準の量とし、Ｑ３＝Ｈｍｌ×（Ｔｓｐ−Ｔｏｕｔ）で算出する。この放熱量Ｑ３は、伝導伝熱や対流伝熱の他に放射伝熱があるため、必ずしも、（Ｔｓｐ−Ｔｏｕｔ）に比例しないが、ここでは、近似的に比例するものとして扱うことにする。従って、Ｑ３の精度を高めるために、別の算出方法を用いてもよい。

そして、これらの第１熱量Ｑ１、第２熱量Ｑ２、第３熱量Ｑ３の和で昇温用熱量Ｑｔ１を算出する。

次のステップＳ２２では、昇温用燃料量Ｗｆ１からポスト噴射量Ｗｐ１を算出する。このポスト噴射量Ｗｐ１は、第１検出温度Ｔｃ１や排気ガスの検出温度Ｔｇ１と昇温に掛ける時間、空燃比（空気過剰率）等を考慮して設定される。

次のステップＳ２３の空気量（重量）の算出では、リーンモード昇温制御における目標の空燃比Ｆａ１と、エンジンＥの出力を発生させるために必要な燃料量（トルク出力用燃料量）Ｗｎとから、新気空気量Ｗａｃ１をＷａｃ１＝Ｆａ１×（Ｗｆ１＋Ｗｎ）で算出し、次のステップＳ２４では、この新気空気量Ｗａｃ１を目標空気量Ｗａ０に設定する。

そして、次のステップＳ２５で、このポスト噴射量Ｗｐ１とこの目標空気量Ｗａ０でポスト噴射を所定の第１時間の間行って、排気ガス及びＮＯｘ浄化触媒装置１１の昇温を行い、ステップＳ１２に戻る。このステップＳ２５のリーン空燃比における触媒昇温方法としては、ポスト噴射等の燃料系制御と、ＥＧＲ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御等の吸気系の制御等のいずれか又はこれらの組み合わせが併用される。

例えば、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１７で検出された検出空気量Ｗａｍが算出された新気空気量Ｗａｃ１よりも大きい時は、吸入する新気空気量Ｗａを減少させるために、吸気絞りを絞り側に、ＥＧＲ制御をＥＧＲ率を大きくする側に、排気絞りも絞り側に制御される。一方、検出空気量Ｗａｍが算出された新気空気量Ｗａｃ１よりも小さい時は、吸入する新気空気量Ｗａを増加させるために、吸気絞りを開放側に、ＥＧＲ制御をＥＧＲ率を小さくする側に、排気絞りも開放側に制御される。

そして、図２のステップＳ１２〜ステップＳ２０を繰り返して、第１検出温度Ｔｃ１（℃）が脱硫用目標温度Ｔｓｐ（℃）以上になると、ステップＳ３０に行く。

このステップＳ３０の空燃比リッチ制御では、図４に詳細な制御フローを示すように、次のようにして温度維持用燃料量Ｗｆ２を算出し、これからポスト噴射等の噴射量Ｗｐ２を算出して、所定の第１時間（第１検出温度のチェックのインターバルに関係する時間）の間、ポスト噴射等による昇温制御を行う。

先ず、ステップＳ３１の諸量の算出では、各熱容量から温度維持用熱量Ｑｔ２を算出し、温度維持用燃料量Ｗｆ２を算出する。より詳細には、ａ．排気ガスの熱容量の算出で、排気ガスの熱容量ＨｍｇをＨｍｇ＝（Ｍａｆ＋Ｗｔ）×Ｃｐ×ｄｓで算出し、ｂ．温度維持用熱量の算出で、温度維持用熱量Ｑｔ２を各第１〜第３熱量の和で算出する。そして、ｃ．温度維持用燃料量（重量）の算出では、温度維持用燃料量Ｗｆ２をＷｆ２＝Ｑｔ２／Ｌｈｆで算出する。

なお、ｂ．温度維持用熱量の算出では、ＮＯｘ浄化触媒装置１１を昇温するために必要な第１熱量Ｑ１をＱ１＝Ｈｍｈ×（Ｔｓｐ−Ｔｃ１）で、排気ガスを昇温するために必要な第２熱量Ｑ２をＱ２＝Ｈｍｇ×（Ｔｓｐ−Ｔｇ１）で、排気ガス浄化システム１から放熱する第３熱量Ｑ３をＱ３＝Ｈｍｌ×（Ｔｓｐ−Ｔｏｕｔ）で算出し、これらの和として、温度維持用熱量Ｑｔ２をＱｔ２＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３で算出する。

これらの熱量計算では、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の熱容量Ｈｍｃは変化しないので事前に入力した値を固定して使用する。一方、排気ガスの熱容量Ｈｍｇは吸入空気量（新規空気量）Ｍａｆと燃料噴射量Ｗｔで求めた排ガス流量Ｗｇと比熱Ｃｐから求める。

そして、第１熱量Ｑ１を、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の熱容量Ｈｍｃに脱硫用目標温度Ｔｓｐと第１検出温度Ｔｃ１との差を乗じて算出し、第２熱量Ｑ２を、排気ガスの熱容量Ｈｍｇに脱硫用目標温度ＴｓｐとＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの検出温度Ｔｇ１との差を乗じて算出する。

また、排気ガス浄化システム１から放熱する第３熱量Ｑ３は、予め行ったベンチテストなどから求めた放熱量から算出した排気ガス浄化システム１からの放熱に関係する量Ｈｍｌを用いて算出するが、このＨｍｌを外気温度Ｔｏｕｔ基準とし、Ｑ３＝Ｈｍｌ×（Ｔｓｐ−Ｔｏｕｔ）で算出する。この放熱量Ｑ３は、伝導伝熱や対流伝熱の他に放射伝熱があるため、必ずしも、（Ｔｓｐ−Ｔｏｕｔ）に比例しないが、ここでは、近似的に比例するものとして扱うことにする。従って、Ｑ３の精度を高めるために、別の算出方法を用いてもよい。

そして、これらの第１熱量Ｑ１、第２熱量Ｑ２、第３熱量Ｑ３の和で温度維持用熱量Ｑｔ２を算出する。なお、この温度維持の場合では、第１熱量Ｑ１、第２熱量Ｑ２は比較的小さくなるため、第３熱量Ｑ３をより精度良く算出することが好ましい。

次のステップＳ３２では、温度維持用燃料量Ｗｆ２からポスト噴射量Ｗｐ２を算出する。このポスト噴射量Ｗｐ２は、第１検出温度Ｔｃ１や排気ガスの検出温度Ｔｇ１と昇温に掛ける時間、空燃比（空気過剰率）等を考慮して設定される。

次のステップＳ３３の空気量（重量）の算出では、空燃比リッチ制御における目標の空燃比Ｆａ２と、エンジンＥの出力を発生させるために必要な燃料量（トルク出力用燃料量）Ｗｎとから、新気空気量Ｗａｃ２をＷａｃ２＝Ｆａ２×（Ｗｆ２＋Ｗｎ）で算出し、次のステップＳ３４では、この新気空気量Ｗａｃ２を目標空気量Ｗａ０に設定する。

そして、次のステップＳ３５で、このポスト噴射量Ｗｐ２とこの目標空気量Ｗａ０でポスト噴射を所定の第１時間の間行って、排気ガス及びＮＯｘ浄化触媒装置１１の温度維持を行いつつ、排気ガスの空燃比をリッチ状態にして硫黄パージを行い、ステップＳ１２に戻る。このステップＳ３５のリッチ制御としては、ポスト噴射等の燃料系制御と、ＥＧＲ制御、吸気絞り制御、排気絞り制御等の吸気系の制御等のいずれか又はこれらの組み合わせが併用される。

そして、ステップＳ３０の空燃比リッチ制御を所定の第２時間（脱硫の完了をチェックするインターバルに関係する時間）の間行ってステップＳ１４に行く。

ステップＳ１４では、脱硫が完了したか否かを判定する。この判定は、事前試験によって予めＥＣＵ内に記録した、エンジン回転数と触媒温度をベースに硫黄脱離量ＳＰ１を記録したマップデータを参照して、ステップＳ３０の空燃比リッチ制御中に計測されたエンジン回転数と触媒温度（第１検出温度）Ｔｃ１から硫黄脱離量ＳＰ１を算出する。この硫黄脱離量ＳＰ１をステップＳ３０の空燃比リッチ制御毎に積算して硫黄放出量ΣＳＰ１を算出する。

この硫黄放出量ΣＳＰ１が、脱硫開始を判断したときの硫黄蓄積量ΣＳＰ０に関係する終了用判定量ＳＰｃを超えたか否かにより、硫黄放出終了の確認を行う。この確認で、硫黄放出量ΣＳＰ１が終了用判定量ＳＰｃを超えている場合は、脱硫完了とする。超えていない場合は、空燃比リッチ制御を続行するとし、ステップＳ３０に戻る。

ステップＳ１４で脱硫完了の場合は、ステップＳ１５の脱硫制御の終了作業に行き、脱硫制御作業を終了してリターンする。リターンすると、排気ガス浄化システムの制御フローに戻るが、脱硫制御開始の判定により、再度、この図２の脱硫制御フローは呼ばれて、エンジンの停止まで繰り返される。

なお、制御の途中でエンジンキイーがＯＦＦされた場合には、図示していないが、割り込みが発生し、割り込みが生じたそれぞれのステップで必要な終了処理（図示していない）を行った後、リターンして、排気ガス浄化システムの制御やエンジンの制御の終了と共に、この脱硫制御フローも終了する。

上記の第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化システムの脱硫制御方法によれば、過渡運転モードであっても、逐次計算により必要且つ十分な燃料量を精度良く算出して投入することができると共に、適切な空燃比を維持することができる。これにより、未燃燃料の大気中への排出の抑制と、ＮＯｘ浄化触媒装置の昇温と温度維持を確実に行うことができる。更に、エンジンの運転条件を整合するための複雑な調整を行うことなく、昇温制御と空燃比リッチ制御との間の移行を円滑に行うことができる。

次に第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａでは、図４に示すように、排気ガス浄化装置１０Ａは、上流側の酸化触媒装置１２と下流側のＮＯｘ浄化触媒装置１１を有して形成される。この酸化触媒装置１２は、多孔質のセラミックのハニカム構造体などの担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成される。

また、排気管内直接燃料噴射制御を行う場合は、ＮＯｘ浄化触媒装置１１の上流側の排気通路４に、炭化水素（ＨＣ）Ｆを供給するＨＣ供給弁１８を設ける。このＨＣ供給弁１８は、図示しない燃料タンクからエンジンの燃料である経由などの炭化水素Ｆを排気通路４内に直接噴射して、この噴射した炭化水素を酸化触媒装置１２で酸化して、排気ガスＧを昇温したり、排気ガスＧの空燃比をリーン状態、リッチ状態やストイキ状態（理論空燃比状態）にするためのものであり、燃料系リッチ制御の手段となるものである。なお、エンジンＥのシリンダ内の燃料噴射においてポスト噴射することにより、同様な昇温制御や空燃比制御を行う場合には、このＨＣ供給弁１８の配設を省略できる。

なお、これらの酸化触媒装置１２とＨＣ供給弁１８以外の排気ガス浄化システムの構成は、第１の実施の形態の排気ガス浄化システム１と同じである。

また、脱硫制御フローを図６〜図８に示すが、第１の実施の形態の脱硫制御フロー（図２〜図４）のステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２０, Ｓ２１，Ｓ３０，Ｓ３１が、それぞれ、ステップＳ１１Ａ，Ｓ１２Ａ，Ｓ２０Ａ，Ｓ２１Ａ，Ｓ３０Ａ，Ｓ３１Ａとなる。

図６のステップＳ１１Ａでは、パラメータの設定で、酸化触媒装置１２の熱容量Ｈｍｃ２が加わり、ステップＳ１２Ａでは、パラメータの入力で、酸化触媒装置１２の触媒温度を指標する第２検出温度Ｔｃ２が加わる。

この第２検出温度Ｔｃ２は、酸化触媒装置１２の触媒温度と密接な関係があり、この触媒温度の代りとなる温度、即ち、触媒温度の指標となる温度である。ここでは、この第２検出温度として、酸化触媒装置１２から流出する排気ガスの検出温度Ｔｃ２を採用する。即ち、温度センサ１５で検出される排気ガスの温度を採用する。なお、この排気ガスの温度をそのまま採用することもできるが、触媒温度との差が事前実験などにより予め分かっているときはその差を修正することが好ましい。

そして、図７に示すように、ステップＳ２０ＡのステップＳ２１Ａでは、ｂ．昇温用燃料量の算出で、昇温用燃料量Ｑｔ１の算出に際して、酸化触媒装置１２の熱容量Ｈｍｃ２に脱硫用目標温度Ｔｓｐと第２検出温度Ｔｃ２との差を乗じて算出される第４熱量Ｑ４を加える点が第１の実施の形態のステップＳ２１と異なる。第４熱量Ｑ４はＱ４＝Ｈｍｃ２×（Ｔｓｐ−Ｔｃ２）で算出され、昇温用燃料量Ｑｔ１は、Ｑｔ１＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４で算出される。

そして、図８に示すように、ステップＳ３０ＡのステップＳ３１Ａでは、ｂ．昇温用燃料量の算出で、温度維持用燃料量Ｑｔ２の算出に際して、酸化触媒装置１２の熱容量Ｈｍｃ２に脱硫用目標温度Ｔｓｐと第２検出温度Ｔｃ２との差を乗じて算出される第４熱量Ｑ４を加える点が異なる。第４熱量Ｑ４はＱ４＝Ｈｍｃ２×（Ｔｓｐ−Ｔｃ２）で算出され、温度維持用燃料量Ｑｔ２は、Ｑｔ２＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４で算出される。

なお、酸化触媒装置１２を設けたことにより排気ガス浄化システム１Ａの放熱量が変化する場合は、この変化量が、Ｓ２１Ａ，Ｓ３１Ａのそれぞれで、排気ガス浄化システム１Ａの放熱を示す第３熱量Ｑ３に加える。

この図６〜図８の制御フローにより、昇温用燃料量Ｗｆ１と温度維持用燃料量Ｗｆ２の算出に際して、昇温用熱量Ｑｔ１と温度維持用熱量Ｑｔ２のそれぞれに、酸化触媒装置１２の熱容量Ｈｍｃ２に脱硫用目標温度Ｔｓｐと前記酸化触媒装置１２の触媒温度を指標する第２検出温度Ｔｃ２との差（Ｔｓｐ−Ｔｃ２）を乗じて算出される第４熱量Ｑ４を加えることができる。

この第２の実施の形態の排気ガス浄化システム１Ａ及び排気ガス浄化システムの脱硫制御方法によれば、酸化触媒装置１２をＮＯｘ浄化触媒装置１１の上流側に配置した場合であっても、第１の実施の形態と同様に、過渡運転モードであっても、逐次計算により必要且つ十分な燃料量を精度良く算出して投入することができると共に、適切な空燃比を維持することができる。これにより、未燃燃料の大気中への排出の抑制と、ＮＯｘ浄化触媒装置の確実な昇温と温度維持を行うことができる。更に、エンジン状態を整合するための複雑な調整を行うことなく、昇温制御と空燃比リッチ制御との間の移行を円滑に行うことができる。

過渡運転の冷間始動モードで、第２の実施の形態の脱硫制御を冷間状態から行った場合のＮＯｘ浄化触媒装置１１の触媒温度の変化（実線Ａ）を図９に、空気過剰率（○印Ａ）を図１０に示す。なお、実線Ｂ及び×印Ｂは、リーンモード昇温制御は熱量を基にした逐次計算による制御で、空燃比リッチ制御のみマップ制御を行う脱硫制御を用いている場合を示す。

図９では、横軸が時間の経過を示し、縦軸は、エンジンの回転数Ｎｅと触媒温度（Ａ，Ｂ）又は空気過剰率を示す。この図９では、逐次計算による実線Ａとマップ制御の実線Ｂとの間では、昇温速度及び温度維持に大きな違いは見られない。しかし、空気過剰率を示す図１０では、○印Ａが目標の硫黄パージ用領域（斜線部）に略収まっているのに対して、×印Ｂは目標の硫黄パージ用領域から度々逸脱していること分かる。

本発明に係る第１の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。 本発明に係る第１の実施の形態の脱硫制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態のリーンモード昇温制御の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態の空燃比リッチ制御の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る第２の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。 本発明に係る第２の実施の形態の脱硫制御のフローの一例を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態のリーンモード昇温制御の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の空燃比リッチ制御の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の脱硫制御を行った場合と、リーンモード昇温制御は熱量を基にした逐次計算による制御で、空燃比リッチ制御のみマップ制御を行う脱硫制御を行った場合の触媒温度の変化を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の脱硫制御を行った場合と、リーンモード昇温制御は熱量を基にした逐次計算による制御で、空燃比リッチ制御のみマップ制御を行う脱硫制御を行った場合の空気過剰率の変化を示す図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
１，１Ａ 排気ガス浄化システム
４ 排気通路
５ ＥＧＲ通路
６ ＥＧＲ弁
８ 燃料噴射弁
９ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
１０，１０Ａ 排気ガス浄化装置
１１ ＮＯｘ浄化触媒装置
１２ 酸化触媒装置
１３，１４ λセンサ
１５ 上流側温度センサ
１６ 下流側温度センサ
１８ ＨＣ供給弁

Claims (4)

1. エンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置を備え、前記ＮＯｘ浄化触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を、リーン空燃比における昇温制御とリッチ空燃比における空燃比リッチ制御の組み合わせで行うと共に、
   前記昇温制御で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を指標する第１検出温度を脱硫用目標温度に昇温させるために必要な昇温用燃料量を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を昇温するために必要な第１熱量と、排気ガスを昇温するために必要な第２熱量を含んだ計算式から算出した昇温用熱量を基にして設定する排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、 前記昇温制御においては、前記昇温用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量に対して必要な新気空気量を算出し、該必要な新気空気量を用いて目標新気空気量を設定し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記必要な新気空気量を確保し、
   前記空燃比リッチ制御においては、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を硫黄パージ可能な温度範囲内に維持するために必要な温度維持用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量を用いて、硫黄パージ用の目標空燃比に対して目標新気空気量を算出し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比を前記硫黄パージ用の目標空燃比にすることを特徴とする排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
2. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の上流側の酸化触媒装置を配設した排気ガス浄化システムにおいて、
   前記昇温用燃料量の算出に際して、前記昇温用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加えると共に、
   前記温度維持用燃料量の算出に際して、前記温度維持用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加えることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
3. エンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒装置と、前記ＮＯｘ浄化触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う制御装置を備え、
   前記制御装置が、前記ＮＯｘ浄化触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を、リーン空燃比における昇温制御とリッチ空燃比における空燃比リッチ制御の組み合わせで構成すると共に、
   前記制御装置が、前記昇温制御で、前記ＮＯｘ浄化触媒装置の触媒温度を指標する第１検出温度を脱硫用目標温度に昇温させるために必要な昇温用燃料量を、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を昇温するために必要な第１熱量と、排気ガスを昇温するために必要な第２熱量を含んだ計算式から算出した昇温用熱量を基にして設定する排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御装置が、前記昇温制御においては、前記昇温用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量に対して必要な新気空気量を算出し、該必要な新気空気量を用いて目標新気空気量を設定し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記必要な新気空気量を確保する制御を行い、
   前記制御装置が、前記空燃比リッチ制御においては、前記ＮＯｘ浄化触媒装置を硫黄パージ可能な温度範囲内に維持するために必要な温度維持用燃料量とトルク出力用燃料量との和である全燃料量を用いて、硫黄パージ用の目標空燃比に対して目標新気空気量を算出し、該目標新気空気量になるように新気空気量調整手段を制御することにより、前記ＮＯｘ浄化触媒装置に流入する排気ガスの空燃比を前記硫黄パージ用の目標空燃比にする制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
4. 前記ＮＯｘ浄化触媒装置の上流側の酸化触媒装置を配設した排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御装置が、前記昇温用燃料量の算出に際して、前記昇温用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加えると共に、
   前記制御装置が、前記温度維持用燃料量の算出に際して、前記温度維持用熱量に、前記酸化触媒装置の熱容量に前記脱硫用目標温度と前記酸化触媒装置の触媒温度を指標する第２検出温度との差を乗じて算出される熱量を加える制御を行うことを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化システム。
   

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