JP4738465B2 - 低温における排気後処理装置内での窒素酸化物の高効率変換 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル又はリーン・バーン・ガソリン・エンジンにおけるリーンNOx触媒の変換効率を高める方法及びシステムに関し、より具体的には、触媒内部の状態を制御することにより、NOx還元剤の供給量を制御することによりNOx変換効率を高めさせることに関する。

内燃エンジンは一般的に、一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物である規制対象成分を、二酸化炭素、水、窒素及び酸素へ変換するために、排気後処理装置に依存するのが一般的である。排気触媒については、化学量論的な排気（理論空燃比の排気）の変換効率を高めるために、大規模な開発が行なわれてきた。理論状態（化学量論的状態）は、エンジンに供給される燃料と酸化剤とが、燃料の反応が完全であるならば、二酸化炭素、水及び窒素を発生する、割合にあるときに、得られる。しかしながら、理論値よりもリーンの空燃比、つまり、空気が過剰な状態で動作しているエンジンから得られる燃料効率の方が高いことが、当業者には知られている。このようなリーン・バーン・エンジンは、ディーゼル・エンジンであっても、燃料と空気とが部分的にのみ混合される成層燃焼ガソリン・エンジンであっても、燃料と空気の殆どが燃焼前に予め混合される均一燃焼リーン・バーン・ガソリン・エンジンであっても良い。高い燃料効率に対する要求故に、リーン・バーン・エンジンが生産されており、開発が継続している。NOx触媒を使用すると共に、リーン作動中にNOxを変換するために触媒へ還元剤を継続的に供給することが、当業者に知られている。

従来技術の方法における問題は、触媒に供給される還元剤のうちいくらかが未反応のまま、触媒を通り抜けるということと、約250℃未満の温度でNOx変換効率が低過ぎるということである。

本発明は、還元剤の使用量が少なく、触媒を通り抜ける未反応の還元剤を制限し、そして、140〜250℃の温度範囲におけるリーンNOx触媒のNOx変換効率を大きく高める方法を提供するものである。

リーン排気を処理するリーンNOx触媒に、以前に可能であったよりも低い温度範囲において、かなり高い変換効率で動作させることが、本発明の主な目的である。

従来技術の取組の問題点は、内燃エンジンに接続される触媒に吸蔵された還元剤の量を検出する工程、該量が第１の所定量未満である場合に、上記触媒への還元剤の吸蔵に適した動作状態としての、上記触媒の温度を所定温度よりも上げる動作状態、又はエンジンから放出される排気のNOx濃度が所定濃度未満とする動作状態を生成する工程、を有する方法により、解消される。すなわち、上記量が第１の所定量未満である間、還元剤が上記動作状態の下で触媒に供給される。上記所定の温度は300℃とすることができ、上記所定の濃度は約25 ppmとすることができる。

本件発明者は、還元剤を連続的に供給することは必要ないと認識した。予め定められた条件の下で還元剤を吸蔵した後で、還元剤の供給量が低減又は供給が停止される。本発明によれば、還元剤が触媒に連続的に供給される従来技術の方法よりも、触媒に供給される還元剤の量ははるかに少なくなる。

また、触媒に供給される還元剤が少ないので、触媒から排気管へ通り抜ける還元剤の少なくなる。

上述のものなどの本発明の利点、目的及び構成は、添付の図面を参照すれば、好ましい実施の形態の以下の詳細な説明から容易に明らかとなろう。

本発明によれば、リーン排気を処理するリーンNOx触媒に、以前に可能であったよりも低い温度範囲において、かなり高い変換効率で動作させることが出来る。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１において、内燃エンジン10には、その中にスロットル弁14が配置され得る吸気路を介して空気が供給される。スロットル弁14は、電子制御ユニット（electronic control unit略してECU）40により制御され得る。質量空気量センサー18を、吸気路内に配置することができ、エンジン10への吸気量を示す信号をECU 40へ供給する。代わりに、吸入空気量を推測するために、スピード・デンシティ・システム（speed density system）を用いることも出来る。スピード・デンシティ・システムは、他のセンサー42として示される、吸気マニフォールド内の圧力を表示する吸入システム内のセンサーと、エンジン速度センサーとに依拠するものである。エンジン10には、噴射弁12により燃料が供給される（噴射弁12への燃料供給は不図示）。燃料噴射時期と期間とは、機械的手段により制御され得る。しかしながら、燃料噴射システムは、例えば、コモン・レール（common rail）型の様な形式であるのがより一般的であり、それは、噴射時期と期間がECU 40により制御されるのを可能とする。エンジン10には、排気再循環（exhaust gas recirculation略してEGR）システムを備えることが出来、それは、EGRダクト24内の流路面積を制御するバルブ16を用いて、排気マニフォールド28を吸気マニフォールド26へ接続する。EGRバルブ16の位置は、ECU 40により制御される。その中にEGRバルブ16が位置するEGRダクト24は、スロットル弁14下流の吸気マニフォールド26に連通する。部分的に閉じられたスロットル弁14により、吸気マニフォールド26内に低い圧力が存在するときには、排気流が吸気マニフォールド26へ流れ込み、EGRバルブ16は部分的又は完全に開く。

エンジン10の排気は、より詳細に後述されるリーンNOx触媒（lean NOx catalyst略してLNC）30へと導かれる。リーンNOx触媒30の上流には、還元剤噴射弁20があり、それには、還元剤タンク34から還元剤が供給される。還元剤は、リーンNOx触媒30上流の排気に向けて噴射される。ECU 40が、還元剤噴射弁20を制御する。還元剤が燃料である場合には、還元剤は、噴射弁12により燃焼室へ直接噴射され得る。還元剤として使用されるために噴射弁12により噴射される燃料は、燃焼により消費されるのを回避されるようなサイクル中の時期に噴射されることになる。リーンNOx触媒30は、スイッチ36を含む電気配線38によりバッテリー32へ接続することにより、電気的に加熱され得る様に、抵抗加熱要素を含み得る。スイッチ36を開閉することにより、電圧が付加又は遮断され得る。

排気センサー22は、リーンNOx触媒30に入るNOxの濃度を検出するために、リーンNOx触媒30上流の排気路に配置される、NOxセンサーとすることが出来る。排気センサー44は、リーンNOx触媒30の有効性を検出するために用いられるNOxセンサーとすることが出来る。排気センサー46は、アンモニアを含有する還元剤のリーンNOx触媒30からの漏れを検出するためのアンモニア・センサーとすることが出来る。還元剤が炭化水素である場合には代わりに、排気センサー46を炭化水素センサーとすることが出来る。

エンジン10の燃焼室へ供給される混合気又はリーンNOx触媒30へ供給される排気に関して用いられる「リーン」という用語は、ガスの化学量論性に言及するものである。燃料を完全に消費するのに必要とされるよりも過剰に空気を含有する混合気を、リーンと呼ぶ。リッチ混合気は、過剰の燃料を含有する。リーン燃焼の生成物がリーンの排気であり、リッチ燃焼の場合には、リッチ排気である。

ECU 40は、メモリー・マネージメント・ユニット（memory management unit略してMMU）60と通信する中央処理ユニット（central processing unit略してCPU）と呼ばれるマイクロプロセッサー50を持つ。MMU 60は、各種のコンピューター読取可能記憶媒体の間でのデータの移動を制御すると共に、CPU 50との間でデータを通信する。コンピューター読出可能記憶媒体には、例えば読出専用メモリー（ROM）58、ランダム・アクセス・メモリー（RAM）56及びキープ・アライブ・メモリー（KAM）54内の揮発性及び不揮発性の記憶媒体が含まれるのが、好ましい。CPU 50の電源が切れている間、KAM 54は各種の動作変数を記憶するのに用いられ得る。コンピューター読出可能記憶媒体は、プログラム可能読出専用メモリー（programmable read-only memory略してPROM）、電気的プログラム可能読出専用メモリー（electrically programmable read-only memory略してEPROM）、電気的消去可能プログラム可能読出専用メモリー（electrically erasable programmable read-only memory略してEEPROM）又は、フラッシュ・メモリーなど多数の既知の記憶装置のいずれを用いても、実現することができる。記憶装置は、電気的、磁気的、光学的又はそれらの組合せ的なものであってデータを記憶することが可能なものであれば、いかなるものでも良く、記憶されるデータのあるものは、エンジン又はエンジンが取り付けられる車両を制御するに際し、CPU 50により用いられるものである。コンピューター読出可能記憶媒体にはまた、フロッピー・ディスク、CD-ROM、ハード・ディスクなども含まれる。CPU 50は入力／出力（I/O）インターフェース52を介して各種のセンサー及び作動装置と通信する。I/Oインターフェース52を介したCPU 50による制御の下で動作するものの例としては、燃料噴射時期、燃料噴射率、燃料噴射期間、EGR弁位置、スロットル弁位置及び、還元剤の噴射時期と期間、がある。I/Oインターフェース52を介して入力を伝達するセンサーは、エンジン速度、車速、冷媒温度、マニフォールド圧力、ペダル位置、スロットル弁位置、EGR弁位置、気温そして排気温度を、表示することができる。ECU 40のアーキテクチャーには、MMU 60を含まないものがある。MMU 60が用いられない場合には、CPU 50が、データを管理し、ROM 58, RAM 56及びKAM 54に直接結合する。勿論、具体的な用途に応じて、本発明は、エンジン／車両制御を行なうために、二つ以上のCPU 50を用いても良く、また、ECU 40が、MMU 60又はCPU 50に接続されるROM 58, RAM 56及びKAM 54を複数含んでいても良い。

リーンNOx触媒30は、リーン燃焼の生成物を処理する排気後処理装置である。LNC 30内のガスは全体としてリーンであり、酸化傾向の状態にあるが、還元剤が存在すれば、NOxの還元が触媒表面で起こり得る。炭化水素又はアンモニアの様な還元剤は、触媒表面に吸収され、良性生成物であるN_２及びH_２OへのNOxの反応を推進する。LNC 30の原材料は、Cu-βゼオライトを持つもので、貴金属は持たない。

本発明が、より高いNOx変換効率を得ながら、従来技術の方法よりも少ない量の還元剤の使用を、如何にして可能にするかを説明する前に、本件発明者により発見された本発明に関連の深い現象について、説明する。

ここで図２を参照すると、リーンNOx触媒（LNC）の表面における、尿素を含むアンモニアの吸収特性が示されている。実線70は、典型的な吸収曲線である。つまり、触媒の活性サイト上で吸収される材料の量は、温度が上昇するにつれて、減少する。本件発明者は、触媒表面における活性サイトと不活性サイトとの間に違いが存在することを理論付けた。触媒内の排気にNOxが存在しない、図２のグラフ70で示される典型的な吸収現象によれば、アンモニアは、触媒表面の活性サイトと不活性サイトの両方に吸収される。本件発明者は、NOxもまた触媒の表面に吸収されると理論付けた。触媒中のガスのNOx濃度が約25 ppmを越える場合には、NOxが殆どの活性サイトに吸収され、還元剤がそれらの活性サイトに吸収されるのを妨げる。図２の点線72は、約25 ppm以上の濃度におけるNOxが存在している際のLNC 30内の活性サイトにおけるアンモニアの吸収現象を示している。閾値温度（実験結果に基き約300℃であると考えられる）より低い温度において、活性サイト上での還元剤の吸収量は、NOxによる阻害故に無視できる程度である。LNCの温度が閾値温度に近付くと、NOxは活性サイトから脱離して、還元剤が活性サイトを占めるのを許容する。図２の曲線72は、閾値温度における還元剤吸収のステップ変化を示している。現実には、NOxによる抑止作用は、小さい温度範囲にわたり消えていくものであり、図２に示されるようなステップ的なものではない。閾値温度よりも高い温度においては、もはやNOxが活性サイトにおいてアンモニアにより吸収を抑止することはない。それで、グラフ70と72とは、閾値温度よりも高い温度において実質的に同一になる。つまり、NOxの抑止作用が取除かれると、還元剤が典型的な吸収挙動を奏する。

図２は、LNC 30の活性サイトに還元剤が吸収されるのには、二つの態様があることを示している。実線70は、排気がNOxを含有していないときに、それが起こることを示している。現実に、グラフ70として示される様に、LNC 30内の活性サイトに還元剤が吸収されるのをNOxが抑止することなしに、排気は約25 ppm程度のNOxを含有し得ることが判っている。図２のグラフ72は、LNC 30が閾値温度を上回るときにも、活性サイトでの還元剤の吸収が起こり得ることを示している。要約すると、還元剤が活性サイトに吸収されるためには、排気のNOxが25 ppm未満であるか、又はLNC 30の温度が約300℃よりも高くなければならない。

活性サイトにおいて還元剤を吸収することの重要性が図３に示されている。上述の様に、LNC 30は、いかに還元剤が供給されるかに関わらず、約250℃より上の温度において、かなり高いNOx変換効率で、動作する。これが、図３に示されており、図３において、NOx変換効率の上昇は、約220℃において急激に始まっており（図３の長方形）、250℃において約70%の効率を得ている。しかしながら、上述の様に、ディーゼル・エンジンから放出される排気は、動作サイクルの殆どに亘り、低温過ぎて、LNC 30を250℃より上まで加熱することが出来ない。活性サイトに還元剤が吸収されていないときの、LNC 30のNOx変換効率は、250℃未満の温度について約30%である。これは、還元剤が従来技術の方法により供給されるときに、ディーゼル・エンジンの排気に適用されるLNC 30の所望のものよりも低いNOx変換効率につながる。しかしながら、還元剤がLNC 30の活性サイトに吸収される場合には、変換効率は、140〜250℃の温度範囲において、約50%〜95%になる（図３の菱形）。ディーゼル用途で重要となる140〜250℃の温度範囲におけるNOx変換効率を向上させることにより、一般的な運転サイクルにわたるLNC 30のNOx変換効率を全体として明らかに高めることが出来る。

上記の議論において、NOx変換効率という用語がLNC 30と関連付けて用いられた。その現象を説明するのに用いられ得る別の用語には、反応速度というものがある。予め定められた条件の下で供給される還元剤は、NOxとの間でより速い反応速度を持ち、より高いNOx変換効率につながる。本件発明者は、還元剤とNOxが関与する反応のより高い速度が、触媒内の活性サイト上に還元剤を吸蔵することにより、得られることを理論付けた。反対に、不活性サイトに吸蔵される還元剤は、より低い反応速度でNOxと反応し、それで、より低いNOx変換効率につながる。

図２及び３は、LNC 30内のアンモニアの吸収に重要である。尿素は、アンモニアを含有する水溶液であり、LNC 30内の還元剤として用いられ得るものである。上述の現象は、将来特定され得る他の還元剤にも適用可能である。

LNC 30におけるNOxの吸収についての上述の議論は、本明細書の読者に、LNC 30がかなりの量のNOxを吸収するという誤った推測をさせるかもしれない。LNC 30に吸収されるNOxの量は、NOxの排出レベルとの関係で言えば無視できる程度であるが、そうとはいっても、LNC 30に吸収される少量のNOxは、還元剤がLNC 30内の活性サイトに吸収されるのを抑止するのに充分な量である。

NOxの吸蔵についての議論はまた、本明細書の読者にLNCをリーンNOxトラップ（lean NOx trap略してLNT）と混同させるかもしれない。LNTとLNCとの違いが図４に示されている。LNTについてのグラフ78において、λ（空気過剰率）が示されている。λが1より大きい、つまり空燃比がリーンである状態での作動中、NOxはLNTに吸収され、NOxの還元についてはあったとしても、殆ど起こらない。そのようなサイクルが、約60秒であり得る、期間t1にわたり記されている。NOx吸収の期間（t1）、NOxは処理されず、代わりに、後の処理のために吸蔵される。NOxの吸収に引き続き、空燃比が、グラフ78において約0.9のλで示されるような、期間t2の間リッチにされる。その期間は数秒である。空燃比がリッチにされると、与えられた空気により酸化され得るよりも多量の燃料が供給される。結果として、排気の生成物が過剰な燃料若しくは部分的に酸化した燃料を含むことになり、それがグラフ80において示される様にLNTについての還元剤として機能する。それで、過剰な燃料である還元剤は、期間t2の間にだけ供給される。NOxの反応率がLNTについてのグラフ82に示されており、期間t2の間、吸収されたNOxが放出され、還元される。グラフ82の形状は単なる例示であり、グラフ82の重要な特徴は、実質的なNOx還元は期間t2の間でだけ起こるということと、NOx還元の速度は、期間t1の間は無視できるということである。

ここで図４のグラフ84, 86及び88を参照すると、本発明の観点の一つに従い動作するLNC 30が、示されている。グラフ84においては、空燃比がリーン、つまりλが1.0よりも大きい。本発明によれば、グラフ86の期間t4の間、還元剤が供給され、t3の間は無視できる程度である。本件発明者は、一般的な容積のLNCを持つ場合の一般的な動作においては、期間t3は約3分であり、期間t4は約10秒であることを見出した。つまり、還元剤が約10秒又はそれよりやや短期間供給され、還元剤は3分間で使い尽くされる。NOxの還元の速度のグラフ88は、NOxが、ある程度増加減少する還元速度で、そのサイクルの間連続的に還元されていることを示している。しかしながら、顕著な点は、NOxが連続的に還元され、そのような還元がリーン空燃比での運転の間リーンNOx触媒を用いて生じる。これは、LNTを用いる場合とは対照的で、その場合、NOxの還元は、グラフ82の期間t2として示される、短期のNOxパージ期間に生じる。これがまた、グラフ78における期間t2として示されるリッチ作動に対応する。

ここで図５を参照すると、LNC 30への還元剤の供給についての従来技術の方法の例の一つが示されている。供給される還元剤についてのグラフ92は、排気中のNOxの質量流量であるグラフ90に比例している。還元剤の供給速度を制御するための他の手法が用いられてきた。しかしながら、従来技術の方法における共通の問題は、還元剤が実質的に連続的に供給されるということである。グラフ86に示される様に、本発明において、t4と示される短期間にわたり還元剤が供給され得る。本件発明者は、本発明を実施する際の還元剤の使用量は、一般的な動作サイクルにおける従来技術の方法におけるものの約3分の1である、ことを見出した。更に、上述の様に、本発明は、従来技術の方法に比較して、より高いNOx変換効率につながる。これらの要素は両方ともに、排気管への還元剤の漏れが少ないことにつながる。

図４及び５のグラフ86は、LNCへの還元剤の供給の一つの例である。期間t3の間少量の還元剤を供給することが有用であることが判るかもしれない。また、t3及びt4は、その期間がサイクルごとに同一ではない場合もある。グラフ86は、例であって、限定する意図は持っていない。

触媒における温度を上昇させることの出来る手段が、本発明には重要である。それで、排気温度を上昇させる当業者には既知の方法が、表１に示されている。

温度を上昇させるために、表１の方法のいずれを用いることも出来る。

LNC 30の活性サイトに還元剤を吸蔵することは、受動的になされても、積極的に行なわれても良い。ECU 40は、エンジン10が活性サイトに還元剤を吸蔵するのを進めるような状態で動作していることを判定し、還元剤噴射弁20へ、そのような状態の間に還元剤を供給する様に命令するものとすることが出来る。若しくは、ECU 40が、活性サイトに還元剤を吸収するのに必要なLNC 30内の状態を提供する条件で、エンジン10を動作させることを積極的に行なっても良い。

図６は、積極的な制御手法を示すフローチャートである。エンジン10は、通常ブロック100で動作する。つまり、ECU 40がエンジン10をLNC 30とは関係なく独立して制御する。周期的に、制御はブロック102へ進み、そこでは、活性サイトに吸収されて、LNC 30の中に残っている還元剤の量Qが、判定される。これは、還元剤の添加からの経過時間、最後の還元剤添加からの動作状態の履歴、LNC 30の状態、排気センサー信号及び他のエンジン・パラメーターからの推測値に基き、ECU 40内でモデル化され得るものである。制御は、ブロック104へ進み、そこで、LNC 30内に吸蔵された還元剤のレベルが低過ぎるか否か判定される。現在の量Qは、LNC 30の容量すなわち全レベルQfに係数empを掛けた値と比較される。係数は、0〜0.2の範囲とすることが出来る。empの値が0である場合に、その影響は、還元剤を再び充填する前に、LNC 30が完全に空になっているということである。empの値が0.2である場合には、LNC 30がその還元剤の全容量の約20%をまだ保持しているときに、再充填を開始させる。判断ブロック104の結果がYESであるときは、制御はブロック100の通常エンジン動作へ戻る。QがQfのemp倍より小さい場合（ブロック104の判断結果がNO）には、制御はブロック106へ進み、LNC 30において、活性サイトでの還元剤の吸蔵を招く状態が命令される。制御はブロック108へ進み、そこで、還元剤が排気流中に噴射される。供給若しくは添加される量Qaは、吸蔵能力Qfと還元剤の現在のレベルQとの差の関数である。制御はブロック100の通常動作へ戻る。そしてQの値はQfになるはずである。図６は、ブロック106、すなわち、LNC 30の活性サイトでの還元剤の吸蔵に適した動作状態を得ることが、ブロック108の還元剤の供給より前にあることを示している。開発過程においては、ステップ108の還元剤の供給を、ステップ106の適切な動作条件の取得に先立ち開始する方が有利であることが判るかもしれない。LNC 30をQfまで完全に充填しない方が好ましいことが判るかもしれない。代わりに、LNC 30をQfの約90%まで充填し、まだ更に還元剤の漏れを低減する方が好ましい場合もある。

図６のブロック106において、LNCの活性サイトに還元剤が吸収される様にする動作状態が命令される。上述の様に、LNC 30の温度が閾値を上回る（状態B）又は、排気のNOx濃度が閾値を下回る（状態A）ことが、ブロック106における判断を満たす適切な動作条件である。図６のブロック106は、図７において、ブロック1060, 1062, 1064及び1066として、詳細が示される。ブロック1060において、[NOx]exh<[NOx]thrという条件と、運転者によるトルク要求との両方を満足することのできる「状態A」が存在しているか否かが判断される。[NOx]thrは約25 ppmであり、それは、NOx濃度としては非常に低く、一般的な運転状態で頻繁に遭遇するものではない。そのように低いNOxレベルは、非常に低いトルク・レベルで、かつ減速状態で見られる。NOx濃度は、EGRの量を増大させることにより、又は噴射時期を遅らせることにより、ある程度減少し得るものである。しかしながら、燃料噴射パラメーター、EGR弁位置、スロットル弁位置などのパラメーターの組合せで、[NOx]thrよりも低いNOxレベルを発生し、かつトルク要求を満足するものが見当たらない、トルクレベルが存在する。判断ブロック1060における結果がYESつまり「状態A」が判定され得る場合には、ブロック1062において状態Aが命令される。「状態A」が特定され得ない場合、つまり、ブロック1060の判断結果がNOである場合には、制御はブロック1064へ進む。ブロック1064において、動作状態Bが判定される。それは、LNC 30の温度を閾値温度を越えて上昇させるものである。表１に列挙された加熱方法を用い、トルク要求を満たしながら、閾値を越える温度を得ることは、殆どいつも可能である。制御がブロック1066へ進み、そこで、エンジン制御器が動作状態Bが得られる様に命令する。制御はそして、図６に関連して前述したブロック108へ進む。

本発明を実施するのに用いることが出来る受動的な手法が、図８に示されている。その手法は、ブロック100における通常のエンジン動作で始まる。具体的には、活性サイトに還元剤を吸蔵することにつながる状態が現在存在するか否かを判断するために、ブロック120の判断が実行される。具体的には、リーンNOx触媒の温度TLNCが、閾値温度Tthrよりも大きいか否か？又は、排気のNOx濃度[NOx]exhが、その閾値[NOx]thr未満であるか否か？である。いずれの状態も満足されない（ブロック120の結果がNOである）場合には、制御はブロック100へ戻り、通常のエンジン動作を再開する。ブロック120におけるいずれかの状態が満足される（結果YESである）場合には、制御はブロック122へ進む。ブロック122において、LNC 30内の活性サイトが、満たされている又は殆ど満たされているか否かが、判断される。つまり、LNC 30内の活性サイトに保持される還元剤の現在の量が、LNC 30の活性サイトの容量Qfと比較される。係数fulは、0.8〜1.0の範囲になる。係数fulの値が1.0である場合には、還元剤が加えられることになる。活性サイトの80%よりも多くが満たされているLNC 30へ還元剤を加えるのを回避するためには、値が0.8の係数fulを用いることが出来る。還元剤の漏れを回避するために、LNC 30が満杯に近いときに還元剤の供給が回避されるべきであることが判るはずである。所望のものよりも低いレベルの還元剤が現在吸蔵されている、つまり、ブロック122の判断結果がYESである場合には、量Qaの還元剤がブロック124で加えられる。Qaは、LNC 30の全量Qfと、LNC 30に含まれる現在のレベルQとの間の差に関連する。制御はそして、ブロック100の通常エンジン動作へ進む。ブロック122における結果がNOの場合も、制御はブロック100へ戻る。

従来技術と本発明による方法が表２において比較される。

従来技術の方法X及びYは、NOx変換効率と燃料経済性との間の取捨選択を表しており、方法YはNOx変換効率に問題があり、方法Xは燃料経済性に問題がある。排気温度を上昇させる方法は燃料効率の低下につながるので、方法Xにおいては、燃料経済性が低下する。本発明（図３のグラフ76で示される）は、250℃より上の温度で従来技術の方法X（図３のグラフ74）と同様のNOx変換効率を提供する。本発明によれば、LNC 30の温度が、非常に短い時間、すなわち、継続的により高い温度を要求する従来技術の方法Xに比較して、その約5%の時間で、高められるので、燃料効率に関して従来技術の方法Xよりも、はるかに優れている。従来技術の方法Yは、NOx変換効率が低いという問題を持ち、図３によれば、例えば200℃において、従来技術が30%のNOx変換効率を示すのに対し、本発明の効率は85%である。要約すると、本発明は、従来技術のうち良い方と同等のNOx変換効率を示し、燃料経済性は、従来技術の方法Yと比較してわずかに低いが、従来技術の方法Xよりもはるかに優れている。

本件発明者は、NOx抑制状態中に触媒に供給される還元剤が非活性サイトに吸蔵されることを見出した。更に、NOx抑制作用がその後無くなると、非活性サイトに吸蔵された還元剤が活性サイトへ拡散することも判った。この現象はまた、いかなる動作条件においても還元剤を供給し、続いてNOx抑制がもはや存在しない状態を作り出すことにより、所望の作用、つまり還元剤が活性サイトに吸収されるということを達成するために、利用することが出来る。

上述の実施形態は、予め定められた状態がLNC 30の中で生じるときに、還元剤を供給するということに関する。LNC 30は、還元剤を供給することにより、高いNOx変換効率を生じるが、燃料経済性の犠牲を最小にしながら所望のNOx還元を得るには、従来技術の還元剤供給方法Yと本発明とを両方用いるのが好ましいことが判ると思われる。

上述の実施形態は、ディーゼル・エンジンに最も密接に関連する。しかしながら、本発明は、排気のNOxの還元が望まれるリーン・バーン燃焼システムのいかなるものにも、適用し得る。

本発明を実行するいくつかのモードを詳細に述べてきたが、本発明が関連する分野の当業者は、本発明を実施する代替の構成及び実施形態を想到するであろう。上述の実施形態は、本発明の例示を意図したものであり、請求項の範囲内で改良され得るものである。

本発明の観点の一つによる内燃エンジンの概略図である。 リーンNOx触媒におけるアンモニア含有還元剤の吸収特性のグラフである。 温度の関数としてのリーンNOx触媒のNOx変換効率のグラフである。 リーンNOxトラップと本発明の観点の一つによるリーンNOx触媒の、空燃比、還元剤供給量そしてNOx変換速度のタイムチャートである。 従来技術及び、本発明の観点の一つによる、リーンNOx触媒の還元剤供給のタイムチャートである。 本発明の観点の一つによる、エンジンの動作を示すフローチャートである。 本発明の観点の一つによる図６の一部のより詳細なフローチャートである。 本発明の観点の一つによるエンジンの動作を示すフローチャートである。

10 内燃エンジン
20 噴射弁
30 触媒
40 電子制御ユニット

Claims (10)

1. 内燃エンジンに接続される触媒のNOx変換効率を向上させる方法であって、
   上記触媒に吸蔵された還元剤の量を検出する工程、
   上記量が第１の所定量未満である場合に、上記触媒への還元剤の吸蔵に適した動作状態としての、上記触媒の温度を所定温度よりも上げる動作状態、又はエンジンから放出される排気のNOx濃度が所定濃度未満とする動作状態を生成する工程、
   を有する方法。
2. 上記所定の温度が300℃である、請求項１の方法。
3. 上記所定の濃度が25 ppmである、請求項１の方法。
4. 上記第１の所定量が上記触媒に吸蔵される還元剤の微々たる量である、前記請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 理論空燃比よりもリーンで動作する燃焼室からの排気を受ける触媒におけるNOxの変換を高めるシステムであって、
   上記触媒の上流で、上記燃焼室の下流に配置され、排気へ還元剤を供給する噴射弁、及び
   上記噴射弁と上記燃焼室に連係されて動作し、周期的に、上記触媒への還元剤の吸蔵に適した動作状態としての、上記触媒の温度を所定温度よりも上げる動作状態、又はエンジンから放出される排気のNOx濃度が所定濃度未満とする動作状態を生成し、該動作状態の間上記噴射弁を駆動する電子制御ユニット、
   を有するシステム。
6. 上記触媒下流に、排気センサーを更に有する、請求項５のシステム。
7. 上記排気センサーが上記電子制御ユニットに接続されて動作し、該電子制御ユニットが上記噴射弁の作動を上記排気酸素センサーからの信号に基礎を置く、請求項５又は６のシステム。
8. 上記所定の温度が300℃である、請求項５乃至７のいずれかに記載のシステム。
9. 上記所定の濃度が25 ppmである、請求項５乃至７のいずれかに記載のシステム。
10. 上記燃焼室が内燃エンジンの燃焼室である、請求項５乃至９のいずれかに記載のシステム。

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