JP2009270446A - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents

排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム Download PDF

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Abstract

【課題】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と触媒付きＤＰＦで排気ガス中のＮＯｘとＰＭを浄化する場合において、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するための排気ガス空燃比リッチ制御の際に、ＨＣの大気中への流出を改善できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１１の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２と、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材２３と、排気ガス中のＰＭを浄化する触媒付きＤＰＦ２４又は酸化触媒とを備えた排気ガス浄化システム１において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２のＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御の際に、前記ＨＣ吸着材２３の温度を指標する指標温度Ｔｃが第１判定温度以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、第１判定温度と第２判定温度の間では１．０〜１．１とし、第２判定温度以上では０．８〜１．１とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と触媒付きＤＰＦを有する排気ガス浄化システムで、特にＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生のための排気ガスの空燃比リッチ制御の際における大気中へのＨＣの流出を大幅に改善できる排気ガス浄化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筒内ガソリン直接噴射エンジン（ＧＤＩ）等の排気ガス中のＮＯｘの浄化のために使用されているＮＯｘ浄化触媒（ＤｅＮＯｘ触媒）の一つに、リーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）と呼ばれるＮＯｘ吸蔵還元型触媒がある。この触媒は、アルカリ金属(例えば、カリウムＫ等)又はアルカリ土類金属(例えば、バリウムＢａ等)の吸蔵材を白金Ｐｔ等の貴金属と共に担持して形成される。この触媒は、排気ガスが酸素過剰な空燃比リーン状態では、排気ガス中のＮＯを酸化して吸蔵材の硝酸塩の形で、ＮＯｘを吸蔵し、排ガスが酸素が殆ど無い空燃比リッチ状態では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを、三元触媒機能によりＨＣ，ＣＯ等の還元剤で還元して、ＮＯｘを低減している。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御で、排気ガスの空燃比をリッチ状態にするときには、シリンダ内へ主噴射の後で燃料を噴射するポスト噴射を行ったり、排気管へ燃料を直接噴射する排気管内直接燃料噴射を行ったりして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒にＨＣ等の還元剤を供給することが行われている。
しかしながら、このＨＣの供給に際しては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で消費される以上の量のＨＣが供給されたり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度が低かったりすると、ＮＯｘの還元に使用されなかったＨＣが下流側に流出し、ＨＣの大気中への流出であるＨＣスリップが発生して、ＨＣによる大気汚染が生じるという問題がある。
この対策として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＨＣの酸化機能を強化するために、担持する貴金属量を増やしたり、酸素吸蔵材として機能するセリア（酸化セリウム）を助触媒として使用したりしているが、ＨＣの流出対策としては不十分である。
また、排気通路に上流側からＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気中の重質炭化水素を選択的に吸着可能なＨＣ吸着材と、酸化触媒を配置し、低温時に還元剤を供給した際に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で反応しなかった炭化水素の重質成分をＨＣ吸着材で吸着し、炭化水素の軟質成分を酸化触媒で浄化し、また、温度上昇後にＨＣ吸着材で放出された炭化水素を酸化触媒で浄化することにより、炭化水素の大気放出を防止する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、ＨＣの吸着量はＨＣ吸着材が低温であっても多くない場合もあり、必ずしも十分にＨＣをＨＣ吸着材に吸着できず。排気ガス浄化装置の下流側へのＨＣの流出を十分に止めることが出来ないという問題があった。一方、本発明の発明者らは数多くの実験から、ＨＣ吸着材のＨＣ吸着能力は単にＨＣ吸着剤の温度に関係するだけではなく、ＨＣが含まれているガス中の酸素濃度にも関係するという知見を得た。
特開２０００−２５７４１７号公報
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と触媒付きＤＰＦを使用して排気ガス中のＮＯｘを浄化する場合において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための排気ガス空燃比リッチ制御の際に、ＨＣの大気中への流出を改善できる排気ガス浄化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方法は、内燃機関の排気通路の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材と、排気ガス中のＰＭを浄化する触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒とを配置した排気ガス浄化装置を使用する排気ガス浄化方法において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御の際に、前記ＨＣ吸着材の温度を指標する指標温度が第１判定温度以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、前記指標温度が第１判定温度と第２判定温度との間では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で１．０〜１．１とし、前記指標温度が第２判定温度より高い場合には、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とする制御を行うことを特徴とする。
このＨＣ吸着材の温度を指標する指標温度は直接ＨＣ吸着材の温度を測定できれば、この温度を使用するが、一般的には直接ＨＣ吸着材の温度を測定するのが難しいので、代わりに上流側の排気ガスの温度を使用したり、下流側の排気ガスの温度を使用したりする。あるいは、これらの平均温度を使用したりする。この第１判定温度は、ＨＣ吸着材がＨＣを吸着できる上限の温度であり、第２判定温度は、触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒のＨＣライトオフ温度、即ち、スリップしたＨＣがこの触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒で浄化を開始する温度である。
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記第１判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が２５０℃となる温度を採用し、前記第２判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が３００℃となる温度を採用する。
この排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復のための空燃比リッチ制御時には、ポスト噴射や排気管燃料噴射でＨＣ（炭化水素）が還元剤として供給され、排気ガスが空燃比リッチ状態にされる。このＨＣの一部は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されたＮＯ2（二酸化窒素）の還元に使用され、残りはＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に流出するが、ＨＣ吸着材の温度を指標する指標温度が第１判定温度以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とすることで、ＨＣをＨＣ吸着材に吸着させて、ＨＣの排気ガス浄化システムの下流側への流出量を減少させる。
つまり、ＨＣ吸着材が機能する内燃機関の運転範囲は、空気過剰率換算で０．８〜１．１で、且つ、第１判定温度以下の領域であるので、ＨＣ吸着材の触媒温度を監視して、この第１判定温度以下では、空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１にしてＨＣをＨＣ吸着材に吸着させる。
また、指標温度が第１判定温度〜第２判定温度の範囲では、ＨＣ吸着材からＨＣが放出され始め、かつ、触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒に担持された触媒のＨＣ活性が低いので、空気過剰率換算で１．０〜１．１の浅いリッチとし、酸素量を増加してＨＣスリップの生成抑制と触媒のＨＣ活性向上を図る。更に、指標温度が第２判定温度以上では、この温度の上昇するまでの間にＨＣ吸着材に吸着されていたＨＣは殆ど脱離して、ＨＣ吸着材から流出するＨＣは殆どなくなるので、又、温度も高く触媒のＨＣ活性が高いので、ＨＣスリップが抑えられるため、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、効率よくＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵能力の回復を行う。
なお、リーン運転時や加速時等でＨＣ吸着材の温度が上昇し、ＨＣ吸着材の温度が第１判定温度以上になった場合には、吸着したＨＣが脱離するが、排気ガスの空燃比がリーン状態であるので空気過剰率換算で１．１以上となり、脱離したＨＣは、後段（下流側）にある触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒で酸化される。そのため、排気ガス浄化システムの下流側へのＨＣの流出状態は悪化しない。
また、第１判定温度以下に対する下限は内燃機関の排気ガスの最低温度であり、外気温以上であると言えるが、内燃機関にもよる。強いて言えば、例えば、１００℃程度である。また、第２判定温度以上に対する上限は内燃機関の排気ガスの最高温度であり、通常はＮＯｘ吸蔵還元型触媒、ＨＣ吸着材、ＤＰＦの熱劣化やダメージが生じない温度である。また、強いて言えば、例えば、８００℃程度である。
また、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、内燃機関の排気通路の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材と、排気ガス中のＰＭを浄化する触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御の際に、前記ＨＣ吸着材の温度を指標する指標温度が第１判定温度以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、前記指標温度が第１判定温度と第２判定温度との間では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で１．０〜１．１とし、前記指標温度が第２判定温度より高い場合には、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とする制御を行う排気ガス浄化制御装置を構成される。
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記第１判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が２５０℃となる温度を採用し、前記第２判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が３００℃となる温度を採用する。
これら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方法を実施でき、同様な効果を奏することができる。
本発明に係る排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒の間にＨＣ吸着材を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の再生のためのリッチ空燃比制御時の際に、ＨＣ吸着材の温度によって排気ガス空燃比制御における空燃比を変化させることにより、ＨＣ吸着材の機能を使い分けるので、ＨＣの大気中への流出を大幅に改善することができる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムについて、ディーゼルエンジンの排気通路を通過する排気ガスのＮＯｘとＰＭを浄化する排気ガス浄化システムを例にして図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、触媒付きＤＰＦを用いた例を示すが、この触媒付きＤＰＦの代わりに酸化触媒を用いた場合にも本発明を適用できる。
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は、ディーゼルエンジン（内燃機関）１０の排気通路１１に上流側から、ターボチャジャ１２のタービン１２ａと、排気ガス浄化装置３０と、排気絞り弁１３が設けられる。この排気ガス処理装置３０は、上流側から順に、酸化触媒（ＤＯＣ）３１、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）３２、ＨＣ吸着材（ＨＣＴ）３３、酸化触媒又はＰＭ酸化触媒を担持した触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）３４を設けて構成される。
この酸化触媒３１は、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。この酸化触媒３１は、排気ガス中に未燃燃料であるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）等があるとこれを酸化する。この酸化で発生する熱により排気ガスを昇温して、この昇温した排気ガスで下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２を昇温させる。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２はリーンＮＯｘトラップ（ＬＮＴ）と呼ばれる触媒の一つであり、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、酸化アルミニウム（アルミナ）等で形成された多孔質の触媒コート層を設けて構成される。この触媒コート層に白金等の触媒貴金属と、ＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵物質とを担持させる。このＮＯｘ吸蔵物質としては、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、バリウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、ランタン、イットリウム等の希土類の中から、一つ又は幾つかの組合せを用いることができる。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸素過剰な排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化する。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスが空燃比リーン状態では、ＮＯｘを吸蔵し、空燃比リッチ状態では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。つまり、排気ガス中の酸素濃度等によって、ＮＯｘ吸蔵と、ＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。
ＨＣ吸着材３３は、セラミック担体やメタル担体にゼオライト系やアルミナ系の多孔質物質をコーティングして構成する。このゼオライト等の細孔を持つ材料は、この細孔に分子径の大きいＨＣ種やアンモニア等を吸着する機能を持つことが知られており、ＨＣ吸着材温度が２５０℃以下で、且つ、空燃比が空気過剰率換算で０．８〜１．１のときに、ＨＣを吸着し、２５０℃より高くなると吸着したＨＣを放出する。
この触媒付きＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３４は、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフローフィルタで形成され、この多孔質のセラミックの壁面と内部に、酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させて形成する。この酸化触媒は白金、パラジウム等から形成され、ＰＭ酸化触媒は、酸化セリウム等の酸化物酸化触媒等で形成される。
また、吸気通路１４には、エアフィルタ１５、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１６、ターボチャジャ１２のコンプレッサ１２ｂ、インタークーラ１７、吸気スロットル弁１８を設ける。更に、排気マニホールド１０ａと吸気マニホールド１０ｂを連結するＥＧＲ通路１９には、ＥＧＲクーラ２０と、ＥＧＲ弁２１を設ける。
排気通路１１には、排気ガス浄化装置３０の上流側に、排気ガスの空燃比制御のために排気ガスの空燃比を検出する空燃比（Ａ／Ｆ）センサ４１を設ける。また、各触媒３１、３２、３３の温度を推定するために、第１の温度センサ４２を酸化触媒３１の上流側に、第２の温度センサ４３を酸化触媒３１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２との間に、第３の温度センサ４４をＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２とＨＣ吸着材３３との間に、第４の温度センサ４５をＨＣ吸着材３３と触媒付きフィルタ３４との間に、それぞれ配置する。また、更に、排気ガス浄化装置３０の下流側には、ＮＯｘセンサ４６を配置する。
また、排気管内燃料直接噴射を行うために、還元剤供給装置（排気管内燃料噴射弁）４７を排気ガス浄化装置３０の上流側の排気通路（排気管）１１に設ける。この還元剤供給装置４７より、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御における空燃比リッチ制御時には、ＨＣが排気通路１１に直接噴射で供給される。なお、シリンダ内燃料噴射のポスト噴射でＨＣを排気通路１１に供給する場合には、この還元剤供給装置４７は設けなくてもよい。
このエンジン１０では、空気Ａはエアフィルタ１５で浄化された後、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１６でその質量流量を計測され、コンプレッサ１０ｂで加圧される。その後、空気Ａはインタークーラ１７で冷却され、吸気スロットル弁１８を通過して吸気マニホールド１０ｂに入る。この吸気スロットル弁１８は空気Ａの流量調整を行う。エンジン１０のシリンダ内でこの空気Ａ中に燃料を噴射して燃料を燃焼させる。この燃焼により生じた排気ガスＧは、排気マニホールド１０ａから排気通路（排気ガス通路）１１のタービン１０ａを駆動した後、排気ガス浄化装置３０を通過して、浄化された排気ガスＧｃとなる。その後、浄化された排気ガスＧｃは、排気絞り弁１３と図示しないマフラー（消音器）を通過して大気中に放出される。また、排気ガスＧの一部はＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路１９のＥＧＲクーラ２０で冷却された後、ＥＧＲ弁２１を通過して吸気マニホールド１０ｂに入り、空気Ａと混合しシリンダ内に入る。このＥＧＲ弁２１はＥＧＲガスＧｅの流量調整を行う。
また、これらの排気ガス浄化システム１の制御を行うために排気ガス浄化制御装置４０ａが設けられる。この排気ガス浄化装置４０ａは、通常はエンジン全体を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ）４０に含まれた状態で構成される。この排気ガス浄化制御装置４０ａには、空燃比センサ４１や第１〜第４の温度センサ４２、４３、４４、４５やＮＯｘセンサ４６等からの入力の他に、エンジン回転数、燃料噴射量（又は負荷）等が入力される。また、この排気ガス浄化制御装置４０ａはエンジン制御装置４０と密接な関係を持ち、エンジン制御装置４０を介して、シリンダ内燃料噴射、排気絞り弁１３、吸気スロットル弁１８、ＥＧＲ弁２１、還元剤供給装置４７等を制御する。
次に、この排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。この排気ガス浄化方法は図２に例示するような制御フローに従って行われる。この図２の制御フローは、エンジンのスタートと共に、エンジン全般の制御を行うメインの制御フロー等の上級の制御から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う際に呼ばれてスタートする。また、エンジンキーのオフ等のエンジン運転の終了を検出すると、割り込みが発生して、上級の制御フローにリターンし、メインの制御フローの終了と共にこの制御フローは終了する。
ＮＯｘ再生制御が開始されると、この図２の制御フローも上級の制御フローから呼ばれてスタートする。図２の制御フローがスタートすると、先ず、ステップＳ１１で、ＨＣ吸着材３３の温度を指標する指標温度Ｔｃが所定の第１判定温度Ｔｃ１以下か否かを判定する。この指標温度Ｔｃは直接ＨＣ吸着材３３の温度を測定するのが難しいので、代わりに上流側の第３の温度センサ４４の検出温度を使用したり、下流側の第４の温度センサ４５の検出温度を使用したりする。あるいは、これらの温度の平均を使用してもよい。この第１判定温度Ｔｃ１としてはＨＣ吸着材３３の温度が２５０℃となる温度を採用し、第２判定温度Ｔｃ２としてはＨＣ吸着材３３の温度が３００℃となる温度を採用する。
ステップＳ１１の判定で、指標温度Ｔｃが所定の第１判定温度Ｔｃ１より高い場合には（ＮＯ）、ステップＳ１２に行き、指標温度Ｔｃが所定の第２判定温度Ｔｃ２以下か否かを判定する。ステップＳ１１の判定で、指標温度Ｔｃが所定の第１判定温度Ｔｃ１以下の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１３の第１空燃比制御に行き、空燃比が空気過剰率換算で０．８〜１．１になるように、還元剤供給装置４７からのＨＣ（燃料）等の還元剤の量を調整しながら供給する。
また、ステップＳ１２の判定で、指標温度Ｔｃが所定の第２判定温度Ｔｃ２以下の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１４の第２空燃比制御に行き、空燃比が空気過剰率換算で１．０〜１．１になるように、還元剤供給装置４７からのＨＣ（燃料）等の還元剤の量を調整しながら供給する。ステップＳ１２の判定で、指標温度Ｔｃが所定の第２判定温度Ｔｃ２より高いの場合には（ＮＯ）、ステップＳ１５の第３空燃比制御に行き、空燃比が空気過剰率換算で０．８〜１．１になるように、還元剤供給装置４７からのＨＣ（燃料）等の還元剤の量を調整しながら供給する。
そして、これらのステップＳ１３，１４，１５をそれぞれ所定の時間（指標温度のチェックのインターバルに関係する時間）の間行った後、上級の制御フローに戻る。上級の制御フローに戻った後は、ＮＯｘ再生制御中であれば、再度図２の制御フローが繰り返し呼ばれて実行される。このようにして、図２の制御フローは、ＮＯｘ再生制御が終了するまで繰り返し呼ばれて、ステップＳ１１〜Ｓ１３、ステップＳ１１〜Ｓ１４、ステップＳ１１〜Ｓ１５のいずれかを実施する。
この制御により、エンジン（内燃機関）１０の排気通路１１の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２と、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材３３と、排気ガス中のＰＭを浄化する触媒付きＤＰＦ３４とを備えた排気ガス浄化システム１において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御の際に、ＨＣ吸着材３３の指標温度Ｔｃが第１判定温度Ｔｃ１以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、ＨＣ吸着材３３の指標温度Ｔｃが第１判定温度Ｔｃ１と第２判定温度Ｒｃ２の間では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で１．０〜１．１とし、ＨＣ吸着材３３の指標温度Ｔｃが第２判定温度Ｔｃ２以上では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とする制御を行うことができる。
この図２の制御フローに従った排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力の回復のための空燃比リッチ制御時には、排気管燃料噴射でＨＣが還元剤として供給され、排気ガスがリッチ状態にされる。このＨＣの一部は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２から放出されたＮＯ2の還元に使用され、残りはＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の下流側に流出するが、ＨＣ吸着材３３の温度を指標する指標温度Ｔｃが第１判定温度Ｔｃ１以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とすることで、ＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させて、ＨＣの排気ガス浄化装置３０の下流側への流出量を減少させる。
つまり、ＨＣ吸着材３３が機能するエンジン１０の運転範囲は、空気過剰率換算で０．８〜１．１で、且つ、第１判定温度Ｔｃ１以下の領域であるので、ＨＣ吸着材３３の温度を指標する指標温度Ｔｃを監視して、この第１判定温度Ｔｃ１以下では、空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１にしてＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させる。
また、指標温度Ｔｃが第１判定温度Ｔｃ１〜第２判定温度Ｔｃ２の範囲では、ＨＣ吸着材からＨＣが放出され始め、かつ、触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒に担持された触媒のＨＣ活性が低いので、空気過剰率換算で１．０〜１．１の浅いリッチ状態とし、酸素量を増加してＨＣスリップの生成抑制と触媒のＨＣ活性向上を図る。更に、指標温度Ｔｃが第２判定温度Ｔｃ２以上では、この温度の上昇するまでの間にＨＣ吸着材３３に吸着されていたＨＣは殆ど脱離して、ＨＣ吸着材３３から流出するＨＣは殆どなくなるので、又、温度も高く触媒のＨＣ活性が高いので、ＨＣスリップが抑えられるため、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、効率よくＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵能力の回復を行う。
なお、リーン運転時や加速時等でＨＣ吸着材３３の指標温度Ｔｃが上昇し、排気ガスの空燃比が空気過剰率換算で１．１以上で、かつ、ＨＣ吸着材３３の指標温度Ｔｃが第２判定温度Ｔｃ２以上では、吸着したＨＣが脱離するが、この脱離したＨＣは、後段（下流側）にある触媒付きＤＰＦ３４で酸化される。そのため、ＨＣの排気ガス浄化装置３０の下流側への流出状態は悪化しない。
このＨＣ吸着材の温度によって空気過剰率を変更した空燃比制御を行った場合と、この制御を行わない場合の従来技術の制御による排気ガス浄化システムの下流側へ流出するＨＣの量を計測した結果を図３と図４に示す。この測定は、エンジンベンチにおける過渡運転モードであるＪＥ０５モード排出ガス試験法で行った場合のＨＣの流出量を示したものであり、下側の突起が再生制御のフラグを示し、このフラグが立っている時にＮＯｘ再生用の空燃比リッチ制御が行われたことを示す。この図３の実施例のグラフによれば、図４の従来例と比較してＨＣの流出量が著しく減少していることが分かる。
従って、上記の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム１によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２と触媒付きＤＰＦ３４を備えた排気ガス浄化システム１において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２と触媒付きＤＰＦ３４の間にＨＣ吸着材３３を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵能力の再生のための空燃比リッチ制御時の際に、ＨＣ吸着材３３の温度によって排気ガス空燃比制御における空燃比を変化させることにより、ＨＣ吸着材３３の機能を使い分けるので、ＨＣの大気中への流出を大幅に改善することができる。
つまり、ＮＯｘ再生制御中に供給される還元剤の一部はＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２のＮＯｘ吸蔵材から放出されたＮＯ2の還元に使用されるが、残りはＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の下流側に流出するので、これをＨＣ吸着材３３で吸着する。これを機能させる運転範囲は、空気過剰率換算で０．８〜１．１であり、ＨＣ吸着材３３の温度がＨＣトラップ温度（２５０℃）以下の領域である。よってＨＣ吸着材３３の温度をモニターして、２５０℃以下で空燃比が空気過剰率換算で０．８〜１．１のリッチ還元を行うことで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２の下流側に流出するＨＣをＨＣ吸着材３３に効率よく吸着させてＨＣ流出量の増加を抑える。
その後、加速時等によりＨＣ吸着材３３の温度が２５０℃よりも上昇した場合には、吸着したＨＣが脱離するが、この脱離したＨＣは、空気過剰率換算で１．０〜１．１の浅いリッチ状態で下流側の触媒付きＤＰＦで酸化し易いようにしているので、ＨＣ流出量は悪化しない。また、空燃比リッチ制御を終了した後にＨＣ吸着材３３の温度が２５０℃よりも上昇した場合には、空燃比がリーン状態の通常運転になっているので、空気過剰率換算で１．１以上のリーン状態で、下流側の触媒付きＤＰＦで酸化されるので、ＨＣ流出量は悪化しない。
本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法の制御をＪＥ０５モードの走行実験で行った場合のＨＣの流出量を示す図である。 従来技術の排気ガス浄化方法の制御をＪＥ０５モードの走行実験で行った場合のＨＣの流出量を示す図である。
符号の説明
１ 排気ガス浄化システム
１０ ディーゼルエンジン
１１ 排気ガス通路
３０ 排気ガス浄化装置
３１ 酸化触媒（ＤＯＣ）
３２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）
３３ ＨＣ吸着材（ＨＣＴ）
３４ 触媒付きＤＰＦ（ＣＳＦ）
４０ エンジン制御装置（ＥＣＵ）
４０ａ 排気ガス浄化制御装置
４１ 空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
４２、４３、４４、４５ 温度センサ
４６ ＮＯｘセンサ
４７ 還元剤供給装置
Ｔｃ 指標温度
Ｔｃ１ 第１判定温度
Ｔｃ２ 第２判定温度

Claims (4)

  1. 内燃機関の排気通路の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材と、排気ガス中のＰＭを浄化する触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒とを配置した排気ガス浄化装置を使用する排気ガス浄化方法において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御の際に、前記ＨＣ吸着材の温度を指標する指標温度が第１判定温度以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、前記指標温度が第１判定温度と第２判定温度との間では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で１．０〜１．１とし、前記指標温度が第２判定温度より高い場合には、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とする制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
  2. 前記第１判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が２５０℃となる温度を採用し、前記第２判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が３００℃となる温度を採用することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
  3. 内燃機関の排気通路の上流側から順に、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着材と、排気ガス中のＰＭを浄化する触媒付きＤＰＦ又は酸化触媒とを備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御の際に、前記ＨＣ吸着材の温度を指標する指標温度が第１判定温度以下では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とし、前記指標温度が第１判定温度と第２判定温度との間では、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で１．０〜１．１とし、前記指標温度が第２判定温度より高い場合には、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算で０．８〜１．１とする制御を行う排気ガス浄化制御装置を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
  4. 前記第１判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が２５０℃となる温度を採用し、前記第２判定温度として前記ＨＣ吸着材の温度が３００℃となる温度を採用す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。
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