JP4415648B2

JP4415648B2 - サルファパージ制御方法及び排気ガス浄化システム

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Publication number: JP4415648B2
Application number: JP2003376016A
Authority: JP
Inventors: 大治長岡; 正志我部
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: JP2005139968A; EP1529933B1; EP1529933A1; CN100406694C; US7051520B2; US20050112046A1; CN1614203A; DE602004001653D1; DE602004001653T2

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムにおけるサルファパージ制御方法及び排気ガス浄化システムに関する。

自動車の内燃機関や据置式の内燃機関等の排気ガスから、ＮＯｘを還元して除去するための触媒型の排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされており、特に、自動車等の排気ガスを浄化するために、ＮＯｘ還元触媒や三元触媒が使用されている。

この一つにＮＯｘ吸蔵還元型触媒があり、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の多孔質の触媒コート層に、ＮＯｘに対して酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、ＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材が担持され、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。なお、このＮＯｘ吸蔵材は、ナトリウム（Ｎａ），カリウム（Ｋ），セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、カルシウム（Ｃａ），バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ）等の希土類等の中の一つ又は幾つかの組合せで構成される。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ浄化は、次のようにして行われる。先ず、ディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジン等の通常の運転状態のように、排気ガス中の酸素濃度が高い排気ガス条件（リーン空燃比状態）では、図４に示すように、排出される一酸化窒素（ＮＯ）が触媒金属２１，２２の酸化機能により、排気ガス中に含まれる酸素（Ｏ₂）で酸化されて二酸化窒素（ＮＯ₂）となり、この二酸化窒素（ＮＯ₂）はＮＯｘ吸蔵材２３で硝酸塩のかたちで吸蔵され、排気ガスは浄化される。

しかし、このＮＯｘの吸蔵が継続すると、バリウム等のＮＯｘ吸蔵材２３は、硝酸塩に変化し、次第に飽和して二酸化窒素（ＮＯ₂）を吸蔵する機能を失ってしまう。そこで、エンジンの運転条件を変えて過濃燃焼を行って、低酸素濃度、高一酸化炭素濃度で且つ排気温度の高い排気ガス（リッチスパイクガス）を発生させて触媒に供給する。

この排気ガスのリッチ空燃比状態では、図５に示すように、二酸化窒素（ＮＯ₂）を吸蔵し硝酸塩に変化したＮＯｘ吸蔵材２３は、吸蔵していた二酸化窒素（ＮＯ₂）を放出し、元のバリウム（Ｂａ）等に戻る。この放出された二酸化窒素（ＮＯ₂）は、排気ガス中に酸素（Ｏ₂）が存在しないので、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ），水素（Ｈ₂）を還元剤として触媒金属上で還元され、窒素（Ｎ₂）及び水（Ｈ₂Ｏ），二酸化炭素（ＣＯ₂）に変換され浄化される。

しかし、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、燃料中のサルファ（硫黄分）が触媒中のＮＯｘ吸蔵材に蓄積し、運転するにつれてＮＯｘ浄化率が劣化するという問題があるため、適時、触媒によって差はあるが、触媒に流入する排気ガスを概ね６００℃〜６５０℃よりも高温かつリッチ雰囲気にしてサルファパージ（硫黄分脱離）を略定期的に行う必要がある（例えば、特許文献１参照。）。

このサルファパージにおいて、一酸化炭素（ＣＯ）がエンジンの外部に排出されてしまうという、次のような問題がある。

つまり、このサルファパージにおいては、硫黄（Ｓ）は硫酸塩の形でＮＯｘ吸蔵材に吸着しているため、無酸素且つ高温の状態にすることで、一酸化炭素（ＣＯ）により硫酸塩を炭酸塩に替えて、硫黄分（Ｓ）を二酸化硫黄（ＳＯ₂）として放出させる。そのため、ディーゼルエンジンにおいては、吸気絞りや大量ＥＧＲ等により排気量を減少すると共に、ポスト噴射や排気管への直接軽油添加等を行って排気ガスをリッチ空燃比状態にし、また、添加した燃料の触媒作用による酸化によって発生する熱により触媒を昇温させて、無酸素且つ高温の状態にしている。

この高温のリッチ雰囲気で、燃料である炭化水素（ＨＣ）の部分分解、即ち、水素分の燃焼により、一酸化炭素（ＣＯ）が生成する。その一方で、ＮＯｘ吸蔵材においては、硝酸塩の方が硫酸塩よりも一酸化炭素（ＣＯ）と反応して炭酸塩に変化し易いので、二酸化窒素（ＮＯ₂）の放出の方が、二酸化硫黄（ＳＯ₂）の放出よりも活発に行われることになる。

そのため、このサルファパージ制御で行われるリッチ空燃比状態の前期では、ＮＯｘ吸蔵材２３から、二酸化硫黄（ＳＯ₂）の放出も行われるが、より活発に二酸化窒素（ＮＯ₂）の放出が行われるので、図５に示すように、放出されるＮＯｘの還元浄化に一酸化炭素（ＣＯ）が使用され、また、この二酸化窒素（ＮＯ₂）の還元により放出される酸素（Ｏ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）が反応するため、一酸化炭素（ＣＯ）はエンジンの外部に排出されない。

しかし、サルファパージが進行し、リッチ空燃比状態の後期になると、ＮＯｘ吸蔵材２３からの二酸化硫黄（ＳＯ₂）の放出は継続しているが、二酸化窒素（ＮＯ₂）は略終了するので、図６に示すように、二酸化窒素（ＮＯ₂）の還元に一酸化炭素（ＣＯ）が使用されなくなると共に、この還元で放出される酸素（Ｏ₂）も減少するため、酸素濃度が急速に低下し、一酸化炭素濃度が高まる。そのため、一酸化炭素（ＣＯ）がエンジンの外部に排出されてしまう。

図７に、この酸素濃度の急速な低下の様子を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側の空気過剰率λ(u) と下流側の空気過剰率λ(d) で模式的に示し、図８に、従来技術のサルファパージにおける、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側酸素濃度（Ｏ₂(u）) と下流側酸素濃度（Ｏ₂(d）) 、二酸化硫黄（ＳＯ₂）、一酸化炭素（ＣＯ）の時系列の例を示す。矢印のＴ1 部分で、急激に上流側酸素濃度（Ｏ₂(u）) が低下し、一酸化炭素（ＣＯ）が増加することが分かる。
特開平１０−２７４０３１号公報

本発明の目的は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒によりＮＯｘ浄化を行う排気ガス浄化システムにおいて、一酸化炭素の大気中への排出を防止しながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に蓄積された硫黄分を効率良くパージできるサルファパージ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。

以上のような目的を達成するためのサルファパージ制御方法は、内燃機関の排気ガスに対してＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘ浄化を行い、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、サルファパージ開始判断手段と、排気ガスの空燃比状態の制御を伴うサルファパージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにより、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが発生する可能性のあるサルファパージ制御を行なうにあたり、サルファパージ開始後に、前記サルファパージ制御手段により目標空燃比をリッチ空燃比である所定の第１空燃比にして排気ガス中の空燃比を制御し、その後、前記酸素濃度検出手段で計測した前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度が、サルファパージにおけるＮＯｘの放出が終了したと判定することができる予め設定された所定の判定値よりも低くなった時に、目標空燃比をストイキオ空燃比である所定の第２空燃比に変更して排気ガス中の空燃比を制御する方法である。このサルファパージ制御方法によれば、ＮＯｘ吸蔵材からのＮＯｘの放出が終了した後のサルファパージ制御では排気ガス中の酸素濃度を高めるので、一酸化炭素の大気中への流出を防止しながら、より効率よくサルファパージできる。

そして、上記のサルファパージ制御方法において、前記所定の第１空燃比が空気過剰率に換算して０．９３〜０．９８であり、前記所定の第２空燃比が空気過剰率に換算して０．９９７〜１．００２であるように構成すると、より一酸化炭素の大気中への流出を防止しながら、より効率よくサルファパージできる。

また、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気ガスに対してＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘ浄化を行い、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、サルファパージ開始判断手段と、排気ガスの空燃比状態の制御を伴うサルファパージ制御手段を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが発生する可能性のあるサルファパージ制御を行なう排気ガス浄化システムにおいて、前記サルファパージ制御手段が、リッチ空燃比である所定の第１空燃比を目標にして排気ガス中の空燃比状態の制御を行う第１サルファパージ制御手段と、ストイキオ空燃比である所定の第２空燃比を目標にして排気ガス中の空燃比状態の制御を行う第２サルファパージ制御手段を有して構成されると共に、サルファパージ開始後において、前記酸素濃度検出手段で計測した前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度が、サルファパージにおけるＮＯｘの放出が終了したと判定することができる予め設定された所定の判定値以上の場合は前記第１サルファパージ制御手段によるサルファパージ制御を行い、前記所定の判定値よりも低い場合は前記第２サルファパージ制御手段によるサルファパージ制御を行うように構成する。この排気ガス浄化システムによれば、上記のサルファパージ制御方法を実施でき、ＮＯｘ吸蔵材からのＮＯｘの放出が終了した後のサルファパージ制御では排気ガス中の酸素濃度を高めるので、一酸化炭素の大気中への流出を防止しながら、より効率よくサルファパージできる。

そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記所定の第１空燃比が空気過剰率に換算して０．９３〜０．９８であり、前記所定の第２空燃比が空気過剰率に換算して０．９９７〜１．００２であるように構成すると、より一酸化炭素の大気中への流出を防止しながら、より効率よくサルファパージできる。

本発明のサルファパージ制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、サルファパージ開始後において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度が所定の判定値よりも低くなった時に、目標空燃比を、リッチ空燃比である所定の第１空燃比からストイキオ空燃比である所定の第２空燃比に変更して排気ガス中の空燃比を制御するので、ＮＯｘ吸蔵材からのＮＯｘの放出が終了した後でも、一酸化炭素の大気中への流出を防止しながら、より効率よくサルファパージできる。

つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度をモニターしながら、この酸素濃度の変化によって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のサルファパージ制御における排気ガスの空燃比状態を変更し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータに流入する排気ガス中の酸素濃度を高めるので、一酸化炭素の発生を抑制すると共に発生した一酸化炭素を酸化でき、一酸化炭素の大気中への排出を防止できる。

以下、本発明に係る実施の形態のサルファパージ制御方法及び排気ガス浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。

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では、エンジン（内燃機関）Ｅの排気通路４にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１を有する排気ガス浄化装置１０が配置される。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ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）（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吸蔵還元型触媒コンバータ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（リッチ空燃比状態）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。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の上流側と下流側、即ち、前後に第１酸素濃度センサ１３と第２酸素濃度センサ１４をそれぞれ配置する。この第１及び第２酸素濃度センサ１３，１４としては、酸素濃度のみを検出するセンサを使用することもできるが、λセンサ（空気過剰率センサ）とＮＯｘ濃度センサと酸素センサとが一体化したセンサを用いることができる。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の温度を判定するための第１温度センサ１５と第２温度センサ１６をＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の上流側と下流側、即ち、前後にそれぞれ配置する。

更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の上流側の排気通路４に、ＮＯｘの還元剤となる軽油等の燃料、即ち、炭化水素（ＨＣ）を供給するＨＣ供給弁１２を設ける。このＨＣ供給弁１２は、図示しない燃料タンクから軽油等の燃料である炭化水素（ＨＣ）を排気通路４に直接噴射して、排気ガスの空燃比をリッチ状態やストイキオ状態（理論空燃比状態）にする空燃比制御手段を構成するものである。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、同様な空燃比制御を行う場合には、このＨＣ供給弁１２の配設を省略できる。

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吸蔵還元型触媒コンバータ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に第１及び第２酸素濃度センサ１３，１４や第１及び第２温度センサ１５，１６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のターボチャージャ３のコンプレッサー３ａを通過して、吸気絞り弁（吸気スロットル弁）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、排気マニホールドから排気通路４にターボチャージャ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の運転制御と共に、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、図２に示すような、排気ガス成分検出手段Ｃ１０、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ２０等を有する排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１を備えて構成される。

排気ガス成分検出手段Ｃ１０は、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１と酸素濃度検出手段Ｃ１２を有して構成され、排気ガス中のＮＯｘ濃度や酸素濃度を検出する手段であり、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１は図示しないＮＯｘ濃度センサ等で構成され、酸素濃度検出手段Ｃ１２は第１及び第２酸素濃度センサ１３，１４等から構成される。なお、λセンサとＮＯｘ濃度センサと酸素濃度センサとが一体化したセンサを用いる場合には、このセンサをＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１と酸素濃度検出手段Ｃ１２で共有することになる。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ２０は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の再生やサルファパージ等の制御を行う手段であり、ＮＯｘ触媒の再生開始判断手段Ｃ２１、ＮＯｘ触媒の再生制御手段Ｃ２２、サルファパージ開始判断手段Ｃ２３、サルファパージ制御手段Ｃ２４等を有して構成される。

ＮＯｘ触媒の再生開始判断手段Ｃ２１は、例えば、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１で検出したＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ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。

また、ＮＯｘ触媒の再生制御手段Ｃ２２は、エンジンＥの燃料噴射制御におけるポスト噴射又は排気管内噴射やＥＧＲ制御や吸気絞り制御等により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ浄化能力、即ちＮＯｘ吸蔵能力を回復し、ＮＯｘ触媒の再生を行う。

そして、サルファパージ開始判断手段Ｃ２３は、サルファ蓄積量Ｓaを積算する等の方法で、ＮＯｘ吸蔵能力が低下するまでサルファ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手段であり、サルファ蓄積量Ｓaが所定の判定値Ｓa0以上になった場合にサルファパージの開始とする。

また、サルファパージ制御手段Ｃ２４は、触媒昇温制御手段Ｃ２４１と、第１サルファパージ手段Ｃ２４２と、第２サルファパージ手段Ｃ２４３とを有して構成され、一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への排出を抑制しながら、効率よくサルファパージを行う。この昇温する触媒昇温制御手段Ｃ２４１は、ポスト噴射又は排気管内噴射により排気ガスの空燃比を制御すると共に、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度をサルファパージ可能な温度まで昇温する手段である。また、第１サルファパージ手段Ｃ２４２は第１空燃比（過剰空気率換算でλ＝０．９３〜０．９８）を目標空燃比にしてサルファパージを行う手段であり、第２サルファパージ手段Ｃ２４３は第２空燃比（過剰空気率換算でλ＝０．９９７〜１．００２）を目標空燃比にしてサルファパージを行う手段である。

これらの排気ガス浄化システムの制御手段を備えた排気ガス浄化システム１における、本発明に係わるＮＯｘ吸蔵還元型触媒のサルファパージ制御方法は、図３に例示するようなサルファパージ用の制御フローに従って行われる。

この図３の制御フローは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１のＮＯｘ吸蔵能力の再生に関する制御フロー等と共に、排気ガス浄化システム全体の制御フローから繰り返し呼ばれて、サルファパージの要否を判断し、サルファパージが必要であれば、サルファパージ制御を行うフローとして示されている。

この制御フローがスタートすると、ステップＳ１０で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵及び蓄積されたサルファ蓄積量Ｓa を燃料消費量と燃料中に含まれるサルファ量を基にして算出する。

次のステップＳ１１で、サルファパージ開始判断手段Ｃ２３によりサルファパージの開始か否かを判定する。この判定では、サルファ蓄積量Ｓa が、所定の限界値Ｓa0以上になった場合にサルファパージの開始とする。そして、ステップＳ１１の判定でサルファパージの開始ではないと判定された場合には、このサルファパージ用の制御フローを終了しリターンする。また、サルファパージの開始であると判定された場合にはステップＳ１２に行く。

このステップＳ１２の触媒温度のチェックでは、第１温度センサ１５や第２温度センサ１６で検出した温度を基に触媒温度Ｔｃを算出し、この触媒温度Ｔｃが所定の判定温度Ｔｃ０（触媒にもよるが、概ね６００℃〜６５０℃程度。予め試験によって脱サルファ温度を求めた値とする。）以上であるか否かを判定する。この触媒温度Ｔｃが所定の判定温度Ｔｃ０以上と判定された場合はそのままステップＳ１４に行くが、この触媒温度Ｔｃが所定の判定温度Ｔｃ０より低いと、効率よくサルファパージを行えないので、触媒温度Ｔｃが所定の判定温度Ｔｃ０より低いと判定された場合は、触媒温度Ｔｃが所定の判定温度Ｔｃ０以上になるまでステップＳ１３で触媒昇温制御手段Ｃ２４１により触媒昇温制御を行ってから、ステップＳ１４にいく。より詳細には、ステップＳ１３の触媒昇温制御を所定の時間（触媒温度のチェックを行うインターバルに関係する時間）の間行っては、ステップＳ１２の触媒温度のチェックを繰り返す。

この触媒昇温制御では、エンジンＥのシリンダ内において燃料噴射弁８でポスト噴射したり、あるいは、ＨＣ供給弁１２から排気通路４へ軽油等の燃料であるＨＣを直接噴射する排気管内噴射を行ったりして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒上でＨＣを活性化させ、その酸化熱でこの触媒を昇温させる。なお、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御も並行して行われる。

次のステップＳ１４〜ステップＳ１８ではサルファパージ制御を行う。先ず、ステップＳ１４で酸素濃度をチェックし、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが放出されているか否かを判定する。

この酸素濃度のチェックで、第２酸素濃度センサ１４で検出された下流側酸素濃度Ｏd が所定の判定値Ｏd0（例えば、０〜０．２％程度、空気過剰率（λ）換算で０．９９７〜１．００２程度）以上の場合は、サルファパージはＮＯｘの放出がある前期又は初期段階にあると判定する。そして、下流側酸素濃度Ｏd が所定の判定値Ｏd0より小さくなるまで、第１サルファパージ手段Ｃ２４２により、過剰空気率換算でλ＝０．９３〜０．９８の第１空燃比を目標空燃比とし、第１酸素濃度センサ１３で検出される上流側酸素濃度でフィードバック制御する等して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１に流入する排気ガスを燃料過多のリッチ空燃比（理論空燃比よりも小さい空燃比）状態にしてサルファパージを行う。この第１サルファパージ制御では、ＥＧＲ制御や排気ガス流量を絞るための吸気弁（吸気スロットル）制御も並行して行う。より詳細には、ステップＳ１５の第１サルファパージ制御を所定の時間（酸素濃度のチェックを行うインターバルに関係する時間）の間行っては、ステップＳ１４の酸素濃度のチェックを繰り返す。

この第１サルファパージ制御で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が無酸素且つ高温の状態になるので、高温ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵材上で硫酸塩の形で吸蔵されていたサルファが二酸化硫黄（ＳＯ₂）の形で放出される。また、同時に硝酸塩の形で吸蔵されていたＮＯｘも二酸化窒素（ＮＯ₂）の形で放出される。この二酸化窒素（ＮＯ₂）は貴金属酸化触媒の触媒作用により還元され窒素（Ｎ₂）となると共に酸素（Ｏ₂）を発生する。排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）は、この酸素（Ｏ₂）により酸化され無害化し、二酸化炭素（ＣＯ₂）となって大気中に放出される。

従って、このＮＯｘが放出されている間におけるサルファーパージでは、一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への放出（ＣＯスリップ）は殆ど生じない。また、二酸化窒素（ＮＯ₂）の還元によって発生する酸素（Ｏ₂）により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の下流側の第２酸素濃度センサ１４で検出される下流側酸素濃度Ｏd は、所定の判定値Ｏd0以上となる。

そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵材上で硫酸塩の形で吸蔵されていたサルファの放出よりも、硝酸塩の形で吸蔵されていたＮＯｘの放出の方の反応が起こり易いので、サルファパージが進行するにつれて、サルファの脱離が完了する前に、ＮＯｘの放出が終了する。このＮＯｘ放出が終了に近付いてくると、酸素（Ｏ₂）の発生も減少してくる。そのため、この第１サルファパージ制御を継続すると、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）を酸化しきれず、大気中へ放出される一酸化炭素（ＣＯ）量が多くなって、ＣＯスリップが発生する。

このＣＯスリップの発生を回避するために、本発明では、下流側酸素濃度Ｏd をモニターし、ステップＳ１４で酸素濃度のチェックを行い、下流側酸素濃度Ｏd が急に低下し始め、所定の判定値Ｏd0より小さくなった場合に、サルファパージはＮＯｘの放出が終了している後期又は終期段階に入ったと判定する。そして、第１サルファーパージ制御を終了し、ステップＳ１８の第２サルファパージ制御に切り換える。

この第２サルファパージ制御では、ステップＳ１７でサルファパージの終了と判定されるまで、第２サルファパージ手段Ｃ２４３により、過剰空気率換算でλ＝０．９９７〜１．００２の第２空燃比を目標空燃比とし、第１酸素濃度センサ１３で検出される上流側酸素濃度でフィードバック制御する等して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１に流入する排気ガスの空燃比をストイキオ空燃比（理論空燃比）にしてサルファパージを行う。この第２サルファパージ制御においても、第１サルファパージ制御と同様にＥＧＲ制御や排気ガス流量を絞るための吸気弁制御も並行して行う。より詳細には、ステップＳ１８の第２サルファパージ制御を所定の時間（サルファパージの終了のチェックを行うインターバルに関係する時間）の間行っては、ステップＳ１６のサルファ脱離量積算値Ｓp の算出とステップＳ１７のサルファパージの終了のチェックを繰り返す。

この目標空燃比を、第１空燃比から第２空燃比にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１に流入する排気ガスの空燃比状態をリッチ空燃比状態からストイキオ空燃比状態にして、上流側酸素濃度Ｏu を高めることにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１の排気ガス中にわずかな酸素（Ｏ₂）が残るようになり、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）は、この酸素（Ｏ₂）により酸化され無害化し、二酸化炭素（ＣＯ₂）となって大気中に放出される。従って、ＮＯｘの放出が終了した後でも、ＣＯスリップを防止しながら、サルファパージを継続することが可能となる。

そして、ステップＳ１７のサルファパージの終了の判定は、ステップＳ１６で第１及び第２温度センサ１５，１６で検出される温度とエンジンの運転状態と予め入力された脱硫量マップ等から算出される脱硫量を積算してサルファ脱離量積算値（サルファ放出量積算値）Ｓｐを算出し、このサルファ脱離量積算値Ｓｐが、ステップＳ１０で算出したサルファ蓄積量Ｓａ以上になったか否かの判定により行う。そして、ステップＳ１７の判定で、サルファ脱離量積算値Ｓｐがサルファ蓄積量Ｓａ以上になった場合に、サルファパージは終了であるとし、第２サルファパージ制御を終了しリターンする。なお、ステップＳ１７の判定で、サルファ脱離量積算値Ｓｐがサルファ蓄積量Ｓａ以上になっていない場合は、ステップＳ１８に行き、第２サルファパージを所定の時間の間行ってから、ステップＳ１６に戻ってサルファ脱離量積算値Ｓｐを積算し、ステップＳ１７の判定を繰り返す。

上記のサルファパージ制御及び排気ガス浄化システム１によれば、サルファパージにおいて、特に、ＮＯｘの放出が終了したサルファパージの後期において、一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への漏出を防止しながら、効率よくサルファパージを行うことができる。

なお、上記の構成では、排気ガス浄化装置１０はＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１１のみからなるとして説明したが、排気ガス浄化装置をＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータと、これとは別体に形成したディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）とを組み合わせて構成した場合や、ＤＰＦにＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させて構成した場合等にも、本発明を適用できる。

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示す図である。本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御手段の構成を示す図である。本発明に係る実施の形態のサルファパージ用の制御フローの一例を示す図である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるリーン空燃比状態における反応を模式的に示す図である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるリッチ空燃比状態の前期における反応を模式的に示す図である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるリッチ空燃比状態の後期における反応を模式的に示す図である。従来技術のサルファパージにおける酸素濃度の時間的変化を模式的に示す図である。従来技術のサルファパージにおける、酸素濃度、二酸化硫黄濃度、一酸化濃度の時系列の例を示す図である。

符号の説明

Ｅエンジン
１排気ガス浄化システム
２吸気通路
４排気通路
５ＥＧＲ通路
１０排気ガス浄化装置
１１ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ
１２ＨＣ供給弁
１３第１酸素濃度センサ
１４第２酸素濃度センサ

Claims

内燃機関の排気ガスに対してＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘ浄化を行い、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、サルファパージ開始判断手段と、排気ガスの空燃比状態の制御を伴うサルファパージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにより、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが発生する可能性のあるサルファパージ制御を行なうにあたり、
サルファパージ開始後に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度がサルファパージ可能な温度で、前記サルファパージ制御手段により目標空燃比をリッチ空燃比である所定の第１空燃比にして排気ガス中の空燃比を制御し、その後、前記酸素濃度検出手段で計測した前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度が、サルファパージにおけるＮＯｘの放出が終了したと判定することができる予め設定された所定の判定値よりも低くなった時に、目標空燃比をストイキオ空燃比である所定の第２空燃比に変更して排気ガス中の空燃比を制御することを特徴とするサルファパージ制御方法。
前記所定の第１空燃比が空気過剰率に換算して０．９３〜０．９８であり、前記所定の第２空燃比が空気過剰率に換算して０．９９７〜１．００２であることを特徴とする請求項１記載のサルファパージ制御方法。
内燃機関の排気ガスに対してＮＯｘ吸蔵還元型触媒によるＮＯｘ浄化を行い、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、サルファパージ開始判断手段と、排気ガスの空燃比状態の制御を伴うサルファパージ制御手段を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが発生する可能性のあるサルファパージ制御を行なう排気ガス浄化システムにおいて、
前記サルファパージ制御手段が、リッチ空燃比である所定の第１空燃比を目標にして排気ガス中の空燃比状態の制御を行う第１サルファパージ制御手段と、ストイキオ空燃比である所定の第２空燃比を目標にして排気ガス中の空燃比状態の制御を行う第２サルファパージ制御手段を有して構成されると共に、サルファパージ開始後において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度がサルファパージ可能な温度で、前記酸素濃度検出手段で計測した前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータの下流側の酸素濃度が、サルファパージにおけるＮＯｘの放出が終了したと判定することができる予め設定された所定の判定値以上の場合は前記第１サルファパージ制御手段によるサルファパージ制御を行い、前記所定の判定値よりも低い場合は前記第２サルファパージ制御手段によるサルファパージ制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
前記所定の第１空燃比が空気過剰率に換算して０．９３〜０．９８であり、前記所定の第２空燃比が空気過剰率に換算して０．９９７〜１．００２である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。