JP2018080657A - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素選択還元型触媒装置の組み合わせにおいて、ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ再生時においてもＮＯｘ触媒装置から流出してくるＮＯｘを尿素選択還元型触媒装置で十分に還元できて、ＮＯｘの大気中への流出量を低減できる、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水噴射弁と尿素選択還元型触媒装置を備えた内燃機関で、ＮＯｘ触媒装置に吸着するＮＯｘの吸着量を算出し、この算出量が第１閾値以上になったらリッチ空燃比制御を行うと共に、このリッチ空燃比制御を行う前において、リッチ空燃比制御を行った際にＮＯｘ触媒装置から尿素選択還元型触媒装置に流出するＮＯｘを還元するのに必要な量の尿素水を尿素水噴射弁から噴射する事前尿素水噴射制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関から排出されるＮＯｘを低減する内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジン等の内燃機関においては、排気ガス中のＮＯｘの低減が、市街地走行から高速走行低速の広い走行状態範囲で求められている。従来のＮＯｘ低減技術としてはＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ触媒）や尿素選択還元型触媒（尿素ＳＣＲ触媒）が用いられているが、単独では広い温度範囲をカバーできないため、低温域用のＬＮＴと高温域用の尿素選択還元型触媒を組み合わせることが行われるようになってきている。

これに関連して、内燃機関の排気通路に上流側からＬＮＴ、尿素水の添加弁、ＳＣＲ触媒を設けて、ＬＮＴのＮＯｘパージ時にＬＮＴに入る排気ガスの温度が第１閾値未満では、リッチ燃焼でＮＯｘパージをし、第１閾値以上ではＬＮＴを昇温して尿素添加を行ってＬＮＴの昇温によりＬＮＴから脱離したＮＯｘをＳＣＲ触媒で還元浄化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）。

特開２０１６−９８６９２号公報

ところで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒などのＬＮＴで吸着したＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵量が一杯になったら、リッチ空燃比下で、ＮＯｘを放出させて還元する必要があるが、この際にＬＮＴでは還元しきれずにＮＯｘがＬＮＴから流出（スリップ）してくる。このＮＯｘを下流の尿素選択還元型触媒で還元するために、ＬＮＴの下流にＮＯｘセンサを設置して、スリップしてくるＮＯｘ量を検知して、これに見合う尿素水の量を添加弁から噴射することが考えられる。しかしながら、実際には尿素からアンモニアを生成させるためにはある程度の時間が必要となるため、ＬＮＴから流出してくるＮＯｘの量を還元するために必要なアンモニアの量が生成される前に、ＮＯｘが尿素選択還元型触媒に到達してしまい、ＮＯｘの一部が還元されないまま尿素選択還元型触媒を通過してしまうことを防止できない。

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＮＴ等のＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素選択還元型触媒装置の組み合わせによる排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ触媒装置のＮＯｘ再生時においてもＮＯｘ触媒装置から流出してくるＮＯｘを尿素選択還元型触媒装置で十分に還元できて、ＮＯｘの大気中への流出量を低減できる、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水噴射弁と尿素選択還元型触媒装置を備えると共に、尿素水噴射弁から噴射する尿素水の噴射量を制御する制御装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記ＮＯｘ触媒装置におけるＮＯｘの吸着量であるＮＯｘ吸着算出量を算出し、このＮＯｘ吸着算出量が予め設定された第１閾値以上になった第１時点から排気ガスをリッチ空燃比にして前記ＮＯｘ触媒装置からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御を行うと共に、このリッチ空燃比制御を行う前において、前記ＮＯｘ吸着算出量が前記第１閾値より小さく、かつ、予め設定された第２閾値以上になった第２時点で、前記リッチ空燃比制御を行った際に前記ＮＯｘ触媒装置から前記尿素選択還元型触媒装置に流出するＮＯｘの量を還元するのに必要なアンモニアの量を発生する尿素水の量である噴射尿素水量を算出し、この噴射尿素水量の尿素水を前記尿素水噴射弁から噴射する事前尿素水噴射制御を行うように構成される。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水噴射弁と尿素選択還元型触媒装置を備えると共に、尿素水噴射弁から噴射する尿素水の噴射量を制御する内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記ＮＯｘ触媒装置におけるＮＯｘの吸着量であるＮＯｘ吸着算出量を算出し、このＮＯｘ吸着算出量が予め設定された第１閾値以上になった第１時点から排気ガスをリッチ空燃比にして前記ＮＯｘ触媒装置からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御を行うと共に、このリッチ空燃比制御を行う前において、前記ＮＯｘ吸着算出量が前記第１閾値より小さく、かつ、予め設定された第２閾値以上になった第２時点で、前記リッチ空燃比制御を行った際に前記ＮＯｘ触媒装置から前記尿素選択還元型触媒装置に流出するＮＯｘの量を還元するのに必要なアンモニアの量を発生する尿素水の量である噴射尿素水量を算出し、この噴射尿素水量の尿素水を前記尿素水噴射弁から噴射する事前尿素水噴射制御を行う方法である。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、ＬＮＴ等のＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置に吸着したＮＯｘの再生処理となるリッチ空燃比制御を行う直前に、リッチ空燃比制御でＮＯｘ触媒装置からの流出するＮＯｘの量に対応するアンモニアの量を予め尿素選択還元型触媒装置に吸着させておき、リッチ空燃比制御によりＮＯｘ触媒装置から流出してくるＮＯｘを、この予め尿素選択還元型触媒装置に吸着しておいたアンモニアで還元する。これにより、リッチ空燃比制御を行う際にＮＯｘ触媒装置から流出してくるＮＯｘを下流側の尿素選択還元型触媒装置で十分に還元でき、大気中へのＮＯｘ流出を防止できる。

そのため、ＬＮＴ等のＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素選択還元型触媒装置の組み合わせにおいても、このＮＯｘ触媒装置で吸着したＮＯｘがリッチ空燃比制御で一時的にまとまった量で流出しても下流側の尿素選択還元型触媒装置で十分に還元できて、ＮＯｘの大気中への流出を防止できる。従って、ＬＮＴ等のＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素選択還元型触媒装置の組み合わせることができ、市街地走行から高速走行までの幅広い走行範囲でＮＯｘの低減が可能となる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関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。 リッチ空燃比制御と事前尿素水噴射制御との関係を時系列で示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１は、エンジン本体（内燃機関本体）１０から排出される排気ガスＧが通過する排気通路１１に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１と尿素水噴射弁２２と尿素水ミキサー２３と尿素選択還元型触媒装置（尿素ＳＣＲ触媒）２４を備えると共に、尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を制御する制御装置３０を備えて構成される。なお、通常は、排気ガスＧ中の排気微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルタが設けられるが、本発明では直接関係しないので、省略している。このフィルタの位置は本発明では特に限定されない。

このＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１としては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒などのＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ触媒）がある。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒担体上に白金等の貴金属触媒とバリウム等のアルカリ土類金属等で形成されるＮＯｘ吸蔵材を担持した成型体などから構成されている。そして、排ガス中のＮＯｘをリーン状態のときに、ＮＯｘ吸蔵材に一旦吸蔵させ、ＮＯｘの吸蔵量が飽和する前に排気ガスをリッチ空燃比状態にすることで、ＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘを放出させて、貴金属触媒の三元機能により還元するものである。

また、尿素水噴射弁２２は、尿素水タンク２２ａから尿素水供給配管２２ｂ経由で供給される尿素水Ｕを尿素選択還元型触媒装置２４に供給するための噴射装置であり、制御装置３０により、尿素水Ｕの噴射の有無及びその噴射量Ｕ１を調整制御される。

また、尿素水ミキサー２３は、排気通路１１内に噴射された尿素水Ｕを排気ガスＧに混合させて蒸発及び加水分解を促進させて尿素水Ｕのアンモニアへの加水分解を効率化するする機能を持つものであり、排気通路１１内に設けたフィンや金網などの排気ガスＧの乱流を促進する部材で構成される。

尿素選択還元型触媒装置２４は、アンモニアを還元剤として、排気ガスＧ中のＮＯｘと反応させて窒素と水にする選択還元型触媒を担持して構成される。この選択還元型触媒としては、鉄イオン交換アルミノシリケートや銅イオン交換アルミノシリケートなどのゼオライト触媒などがあり、アンモニアを吸着して、この吸着したアンモニアでＮＯｘを還元浄化する機能を有している。この尿素選択還元型触媒装置２４を使用することで、アンモニアを直接使用するのではなく、尿素水を排気ガスＧの中に噴射して、尿素水Ｕから加水分解により発生するアンモニアとＮＯｘを反応させることでＮＯｘを無害化する。

また、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１を検出するための第１排気ガス温度センサ３１がＮＯｘ触媒装置２１の上流側に、尿素選択還元型触媒装置２４に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ２を検出するための第２排気ガス温度センサ３２が尿素選択還元型触媒装置２４の上流側に設けられる。さらに、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第１ＮＯｘ濃度センサ３３がＮＯｘ触媒装置２１の上流側に、ＮＯｘ触媒装置２１から流出する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第２ＮＯｘ濃度センサ３４がＮＯｘ触媒装置２１の下流側で、かつ、尿素選択還元型触媒装置２４の上流側に、さらに、尿素選択還元型触媒装置２４から流出する排気ガスＧのＮＯｘ濃度を検出するための第３ＮＯｘ濃度センサ３５が尿素選択還元型触媒装置２４の下流側に、それぞれ設けられる。

また、制御装置３０が設けられ、各種センサ３１〜３５の検出値を入力して、尿素水噴射弁２２に制御指令を出力して、尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を調整制御する。この制御装置３０は、通常は、内燃機関の運転全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれるエンジン制御装置で構成されるが、このエンジン制御装置とは別体で形成して、このエンジン制御との間で連携を取りながら制御する構成にしてもよい。

これらの構成により、内燃機関の排気ガス浄化システム１は、内燃機関の排気通路１１に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１と尿素水噴射弁２２と尿素選択還元型触媒装置２４を備えると共に、尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量を制御する制御装置３０を備えた構成となる。

そして、制御装置３０は、図２及び図３に示すような、次の制御を実施するように構成される。つまり、この制御装置３０は、ＮＯｘ触媒装置２１におけるＮＯｘの吸着量であるＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを算出し、このＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが予め設定された第１閾値Ｎｊ１以上になった第１時点ｔ１から排気ガスＧをリッチ空燃比にしてＮＯｘ触媒装置２１からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御（ＮＯｘ再生制御）を時点ｔ１から予め設定又は算出される時間Δｔｒを経過する時点ｔ１ｅまでの間行うように構成される。

このＮＯｘ吸着算出量Ｎｃは、単位時間（Δｔｔ）当たり排気ガス量Ｗｇと第１ＮＯｘ濃度センサ３３で得られる第１ＮＯｘ濃度Ｃｎ１とから、ＮＯｘ触媒装置２１に流入するＮＯｘ量Ｎｉｎを算出する。また、排気ガス量Ｗｇと第２ＮＯｘ濃度センサで得られる第２ＮＯｘ濃度Ｃｎ２とからＮＯｘ触媒装置２１から流出するＮＯｘ量Ｎｏｕｔを算出する。この流入するＮＯｘ量Ｎｉｎから流出するＮＯｘ量Ｎｏｕｔを引き算して、単位時間当たりのＮＯｘ吸着算出量ΔＮｃを推定する。つまり、「ΔＮｃ＝Ｎｉｎ−Ｎｏｕｔ=Ｗｇ×（Ｃｎ１−Ｃｎ２）」とする。このＮＯｘ吸着算出量ΔＮｃを単位時間当たり毎に求めて積算していくことで、制御時点でのＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを算出する。つまり、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃの初期値をＮｃ０とすると、「Ｎｃ＝Ｎｃ０＋Σ（ΔＮｃ×Δｔｔ）」となる。

なお、このＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを算出する際に、ＮＯｘ触媒装置２１に流入するＮＯｘ量Ｎｉｎを、エンジン運転状態を示すエンジン回転数ＮとトルクＱ（又は燃料噴射量ｑ）ベースにしたマップデータＭｎを実験データなどを基に予め作成しておき、制御時におけるエンジン回転数ＮとトルクＱ（又は燃料噴射量ｑ）を入力してこのマップデータＭｎを参照することにより、ＮＯｘ触媒装置２１に流入するＮＯｘ量Ｎｉｎを算出してもよい。この構成とすると、第１ＮＯｘ濃度センサ３３は不要となる。

それと共に、制御装置３０は、このリッチ空燃比制御を行う前において、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが第１閾値Ｎｊ１より小さく、かつ、予め設定された第２閾値Ｎｊ２以上になった第２時点ｔ２で、リッチ空燃比制御を行った際にＮＯｘ触媒装置２１から尿素選択還元型触媒装置２４に流出するＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの量Ｎａを発生する尿素水Ｕの量である噴射尿素水量Ｕ１を算出し、この噴射尿素水量Ｕ１の尿素水Ｕを尿素水噴射弁２２から噴射する事前尿素水噴射制御を時点ｔ２から予め設定又は算出される時間Δｔｕを経過する時点ｔ２ｅまでの間行うように構成される。

この第２閾値Ｎｊ２は、第２時点ｔ２で排気ガスＧ中へ噴射された尿素水Ｕがアンモニアに転換するために必要な時間Δｔａを、第２時点ｔ２から第１時点ｔ１までの間の期間Δｔ２１（＝ｔ１−ｔ２）で得られるように設定されている。つまり、「Δｔａ≦Δｔ２１」とする。なお、この期間Δｔ２１としては、例えば、数秒〜十数秒程度の時間に設定される。

また、制御装置３０は、第２時点ｔ２から第１時点ｔ１までの期間Δｔ２１の間にＮＯｘ触媒装置２１に吸着されるＮＯｘの量であるＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを推定して、このＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを基に噴射尿素水量Ｕ１を補正することが好ましい。これにより、リッチ空燃比制御で放出されるＮＯｘ量の推定精度をより高めることができ、ＮＯｘをより確実に還元できる量の尿素水Ｕの噴射尿素水量Ｕ１をより精度よく算出できるようになる。

この補正は、例えば、第２時点ｔ２の直前のΔｔｐの間におけるＮＯｘ吸着算出量Ｎｃの増分ΔＮｃｐを用いて、単位時間当たりのＮＯｘ吸着算出量（ΔＮｃｐ／Δｔａ）に期間Δｔ２１を乗じて、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを算出する。つまり、「Ｎｅ＝ΔＮｃｐ×（Δｔ２１／Δｔａ）」とする。そして、このＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを、第２時点ｔ２におけるＮＯｘ吸着算出量Ｎｃに加えることで補正して、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃと置き換えて当たらに第１時点ｔ１におけるＮＯｘ吸着算出量Ｎｃとする。つまり、「Ｎｃ＝Ｎｃ＋Ｎｅ＝Ｎｃ＋ΔＮｃｐ×（Δｔ２１／Δｔａ）」とする。

さらに、制御装置３０は、ＮＯｘ吸着算出量ＮｃのＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの量Ｎａを算出し、このアンモニアの量Ｎａを発生するのに必要な尿素水Ｕの量Ｕａを算出し、この尿素水Ｕの量Ｕａを補正係数Ｋｕで補正して、供給用の尿素量である噴射尿素水量Ｕ１とする。つまり、「Ｕ１＝Ｎｅ×Ｋｕ」とする。

この補正係数Ｋｕは、予め実験等によって得られるデータから、幾つかのパラメータ、例えば、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１と、ＮＯｘ触媒装置２１における空間速度Ｖと、リッチ空燃比制御におけるリッチ度合いＲとから算出する。これらのパラメータをベースにした補正用の補正係数ＫｕのマップデータＭｕを作成して、制御時に、推定されたＮＯｘ吸着算出量Ｎｃとこれらのパラメータのデータである排気ガスＧの温度Ｔｇ１、空間速度Ｖ、リッチ度合いＲを入力して、このマップデータＭｕを参照することで補正係数Ｋｕを求める。

このＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１は、第１排気ガス温度センサ３１で検出される。また、ＮＯｘ触媒装置２１における空間速度Ｖは、ＮＯｘ触媒装置２１を通過する排気ガス流量Ｖｇ（ｍ³／ｈｒ）をＮＯｘ触媒装置２１の触媒容積Ｖ（ｍ³）で割った値であり、吸入空気量センサ（ＭＡＦセンサ）で検出される吸入空気量と燃料噴射量ｑとから排気ガス量Ｗｇ（ｋｇ／ｈｒ）が算出され、さらに、排気ガスＧの温度Ｔｇ１から排気ガス流量Ｖｇ（ｍ³／ｈｒ）が算出される。また、リッチ度合いＲは、ＮＯｘ触媒装置２１を通過する排気ガスの空気過剰率λから算出される。

また、制御装置３０は、リッチ空燃比運転制御を、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１が予め設定されたリッチ空燃比用温度範囲Ｒｔ１以外では禁止する制御をすることが、リッチ空燃比運転制御によるＮＯｘ放出効果を効率よくするためにはより好ましい。また、事前尿素水噴射制御を、尿素選択還元型触媒装置２４に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ２が予め設定した吸着用温度範囲Ｒｔ２以外では禁止する制御をすることが、尿素選択還元型触媒装置２４におけるアンモニア吸着効果を効率よくするためにはより好ましい。

なお、リッチ空燃比用温度範囲Ｒｔ１はＮＯｘ触媒装置２１に担持される触媒によっても異なるが、例えば、１５０℃〜２５０℃程度の間の温度以上であり、これ以下の温度ではリッチ空燃比運転制御を実施しても、ＮＯｘ触媒装置２１の温度Ｔｃ１が低くてＮＯｘの放出が不十分となる。また、吸着用温度範囲Ｒｔ２は尿素選択還元型触媒装置２４に担持される触媒によっても異なるが、例えば、２００℃程度以上であり、これ以下の温度では事前尿素水噴射制御を実施しても、尿素選択還元型触媒装置２４の温度Ｔｃ２が低くてアンモニアの吸着が不十分となる。

そして、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路１１に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１と尿素水噴射弁２２と尿素選択還元型触媒装置２４を備えると共に、尿素水噴射弁２２から噴射する尿素水Ｕの噴射量Ｕ１を制御する内燃機関の排気ガス浄化方法であり、次のような方法である。

つまり、ＮＯｘ触媒装置２１におけるＮＯｘの吸着量であるＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを算出し、このＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが予め設定された第１閾値Ｎｊ１以上になった第１時点ｔ１から排気ガスＧをリッチ空燃比にしてＮＯｘ触媒装置２１からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御を行うと共に、このリッチ空燃比制御を行う前において、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが第１閾値Ｎｊ１より小さく、かつ、予め設定された第２閾値Ｎｊ２以上になった第２時点ｔ２で、リッチ空燃比制御を行った際にＮＯｘ触媒装置２１から尿素選択還元型触媒装置２４に流出するＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの量Ｎａを発生する尿素水Ｕの量Ｎａである噴射尿素水量Ｕ１を算出し、この噴射尿素水量Ｕ１の尿素水Ｕを尿素水噴射弁２２から噴射する事前尿素水噴射制御を行う方法である。

この上記の制御は、図３に示すような一例の制御フローで実施することができる。この図３の制御フローは内燃機関が運転を開始すると、上級の制御フローから呼ばれて、他の排気ガス浄化システム１の運転制御フローと並行して実施され、内燃機関の運転が終了する際には、割り込みが生じて、上級の制御フローに戻って、この上級の制御フローと共に終了するものとして示してある。

この図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを算出する。次に、ステップＳ１２で、このＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが第２閾値Ｎｊ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ１２で、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが第２閾値Ｎｊ２未満である場合（ＮＯ）には、ステップＳ２１で予め設定した待ち時間Δｔｃｃの間待ってからステップＳ１１に戻る。

ステップＳ１２で、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃが第２閾値Ｎｊ２以上である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１３に行き、尿素選択還元型触媒装置２４に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ２が予め設定した吸着用温度範囲Ｒｔ２内にあるか否かを判定する。このステップＳ１３で温度Ｔｇ２が吸着用温度範囲Ｒｔ２内にない場合は（ＮＯ）、ステップＳ２２で、周知のシリンダ内燃料噴射や排気管内燃料噴射等の排気ガス昇温制御を予め設定した時間の間実施してからステップＳ１１に戻る。

このステップＳ１３で温度Ｔｇ２が予め設定した吸着用温度範囲Ｒｔ２内にある場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行き、この時点でのＮＯｘ吸着算出量Ｎｃから噴射尿素水量Ｕ１を算出して、この噴射尿素水量Ｕ１の尿素水Ｕを噴射する事前尿素水噴射制御を予め設定した時間Δｔｕの間実施する。この事前尿素水噴射制御の終了時刻が時点ｔ２ｅとなる。

このステップＳ１４の次のステップＳ１５では、時点ｔ２からの経過時間ｔｘが予め設定又は算出される時間Δｔ２１になるまで待機する。この待機後はステップＳ１６に行き、ＮＯｘ触媒装置２１に流入する排気ガスＧの温度Ｔｇ１が予め設定したリッチ空燃比用温度範囲Ｒｔ１内にあるか否かを判定する。このステップＳ１６で温度Ｔｇ１がリッチ空燃比用温度範囲Ｒｔ１内にない場合は（ＮＯ）、ステップＳ２３で、周知のシリンダ内燃料噴射や排気管内燃料噴射等の排気ガス温度昇温制御を予め設定した時間の間実施してからステップＳ１６に戻る。

このステップＳ１６で温度Ｔｇ１がリッチ空燃比用温度範囲Ｒｔ１内にある場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１７で、リッチ空燃比制御を予め設定した時間Δｔｒの間実施してからステップＳ１８に行く。ステップＳ１８では、リッチ空燃比制御でＮＯｘ触媒装置２１から放出されたＮＯｘの量を算出して、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃをリセットし、ＮＯｘ吸着算出量Ｎｃを初期値Ｎｃ０にする。その後ステップＳ１１に戻る。

そして、内燃機関の運転が終了されると、割り込みによりリターンして上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローと共に終了する。

なお、上記では、リッチ空燃比制御を行う前では、尿素選択還元型触媒装置２４ではＮＯｘを浄化していない、つまり、尿素選択還元型触媒装置２４ではＮＯｘを浄化するための尿素水Ｕの量をゼロにしているとして説明している。

しかし、リッチ空燃比制御を行う前においても、尿素選択還元型触媒装置２４でＮＯｘを浄化している、つまり、尿素選択還元型触媒装置２４でＮＯｘを浄化するための尿素水Ｕの量Ｕｘがゼロでない場合もあるが、その場合には、この尿素水Ｕの量Ｕｘに、リッチ空燃比制御に関係する事前尿素水噴射制御における噴射尿素水量Ｕ１が加わることになる。

この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、ＬＮＴ等のＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１に吸着したＮＯｘの再生処理となるリッチ空燃比制御を行う直前に、リッチ空燃比制御でＮＯｘ触媒装置２１からの流出するＮＯｘの量に対応するアンモニアの量を予め尿素選択還元型触媒装置２４に吸着させておき、リッチ空燃比制御によりＮＯｘ触媒装置２１から流出してくるＮＯｘを予め尿素選択還元型触媒装置２４に吸着しておいたアンモニアで還元するので、リッチ空燃比制御を行う際にＮＯｘ触媒装置２１から流出してくるＮＯｘを下流側の尿素選択還元型触媒装置２４で十分に還元でき、大気中へのＮＯｘ流出を防止できる。

そのため、ＬＮＴ等のＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置２１と尿素選択還元型触媒装置２４の組み合わせにおいても、このＮＯｘ触媒装置２１で吸着したＮＯｘがリッチ空燃比制御で一時的にまとまった量で流出しても下流側の尿素選択還元型触媒装置２４で十分に還元できて、ＮＯｘの大気中への流出を防止できる。これにより、市街地走行から高速走行までの幅広い走行範囲でＮＯｘの低減が可能となる。

１ 内燃機関の排気ガス浄化システム
１０ エンジン本体
１１ 排気通路
２１ ＮＯｘ触媒装置
２２ 尿素水噴射弁
２３ 尿素水ミキサー
２４ 尿素選択還元型触媒装置
３０ 制御装置
３１ 第１排気ガス温度センサ
３２ 第２排気ガス温度センサ
３３ 第１ＮＯｘ濃度センサ
３４ 第２ＮＯｘ濃度センサ
３５ 第３ＮＯｘ濃度センサ
Ｇ 排気ガス
Ｕ 尿素水
ｔ１ 第１時点
ｔ２ 第２時点

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水噴射弁と尿素選択還元型触媒装置を備えると共に、尿素水噴射弁から噴射する尿素水の噴射量を制御する制御装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記制御装置が、
   前記ＮＯｘ触媒装置におけるＮＯｘの吸着量であるＮＯｘ吸着算出量を算出し、このＮＯｘ吸着算出量が予め設定された第１閾値以上になった第１時点から排気ガスをリッチ空燃比にして前記ＮＯｘ触媒装置からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御を行うと共に、
   このリッチ空燃比制御を行う前において、前記ＮＯｘ吸着算出量が前記第１閾値より小さく、かつ、予め設定された第２閾値以上になった第２時点で、前記リッチ空燃比制御を行った際に前記ＮＯｘ触媒装置から前記尿素選択還元型触媒装置に流出するＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの量を発生する尿素水の量である噴射尿素水量を算出し、この噴射尿素水量の尿素水を前記尿素水噴射弁から噴射する事前尿素水噴射制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 前記第２閾値が、前記第２時点で排気ガス中へ噴射された尿素水がアンモニアに転換するために必要な時間を、前記第２時点から前記第１時点までの間の期間で得られるように、設定されている請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 前記制御装置が、前記第１時点から前記第２時点までの間の期間に前記ＮＯｘ触媒装置に吸着されるＮＯｘの量であるＮＯｘ吸着推定量を推定して、このＮＯｘ吸着推定量を基に前記噴射尿素水量を補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
4. 前記制御装置が、前記ＮＯｘ吸着算出量のＮＯｘを還元するのに必要なアンモニア量を算出し、このアンモニア量を発生するのに必要な尿素水量を算出し、この尿素水量を補正係数で補正して、前記噴射尿素水量とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
5. 前記補正係数を前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスの温度と、前記ＮＯｘ触媒装置における空間速度と、リッチ空燃比制御におけるリッチ度合いとから算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
6. 前記リッチ空燃比運転制御を、前記ＮＯｘ触媒装置に流入する排気ガスの温度が予め設定されたリッチ空燃比用温度範囲以外では禁止する制御、又は、前記事前尿素水噴射制御を、前記尿素選択還元型触媒装置に流入する排気ガスの温度が予め設定した吸着用温度範囲以外では禁止する制御の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
7. 内燃機関の排気通路に上流側からＮＯｘ吸着機能を有するＮＯｘ触媒装置と尿素水噴射弁と尿素選択還元型触媒装置を備えると共に、尿素水噴射弁から噴射する尿素水の噴射量を制御する内燃機関の排気ガス浄化方法において、
   前記ＮＯｘ触媒装置におけるＮＯｘの吸着量であるＮＯｘ吸着算出量を算出し、このＮＯｘ吸着算出量が予め設定された第１閾値以上になった第１時点から排気ガスをリッチ空燃比にして前記ＮＯｘ触媒装置からＮＯｘを放出させるリッチ空燃比制御を行うと共に、
   このリッチ空燃比制御を行う前において、前記ＮＯｘ吸着算出量が前記第１閾値より小さく、かつ、予め設定された第２閾値以上になった第２時点で、前記リッチ空燃比制御を行った際に前記ＮＯｘ触媒装置から前記尿素選択還元型触媒装置に流出するＮＯｘを還元するのに必要なアンモニアの量を発生する尿素水の量である噴射尿素水量を算出し、この噴射尿素水量の尿素水を前記尿素水噴射弁から噴射する事前尿素水噴射制御を行うことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。

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