JP5092511B2

JP5092511B2 - ＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法

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Publication number: JP5092511B2
Application number: JP2007103529A
Authority: JP
Inventors: 哲也藤田
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-04-11
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Description

本発明は、排気ガス通路の上流側に酸化触媒を下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法に関する。

従来のＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）を備えたＮＯｘ浄化システムでは、排気ガス中の酸素が過剰雰囲気となるリーン(lean)状態の時にＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵し、この吸蔵したＮＯｘ量がＮＯｘ飽和吸蔵量を超える前に、又は、吸蔵効率が一定値以下に低下する前に、エンジンのシリンダ内の燃料噴射制御や排気管内燃料噴射等で、排気ガスの雰囲気を燃料が多いリッチ(rich)状態の雰囲気にするＮＯｘ再生制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵していたＮＯｘを放出させると共に、この放出させたＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒で還元して、排気ガスのＮＯｘを浄化している。

そして、このＮＯｘ浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵量が少ない内に燃料を増加するリッチ制御運転を行うと、燃費の悪化につながる。一方、ＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ飽和吸蔵量近くになるまでＮＯｘ再生制御を待ち過ぎると、ＮＯｘ吸蔵効率が低下し、吸蔵されなかったＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に流出し、大気中に放出される。

そのため、エンジンの運転状態から算出されるＮＯｘ排出量とＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度とからＮＯｘ吸蔵量を推定したり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の前後に配置したＮＯｘセンサーの検出値からＮＯｘ吸蔵量を推定したりして、このＮＯｘ吸蔵推定量に基づいて、リッチ制御運転を行うタイミングを適切に判断している。

しかしながら、これらのＮＯｘ浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に燃料中の硫黄が吸着してＮＯｘ吸蔵量が低下するという硫黄被毒の問題があり、この硫黄被毒からの回復のための硫黄再生制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度をＮＯｘ再生制御よりも高くする必要がある。そのため、酸化触媒をＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配置して、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化させて、この酸化熱により排気ガスの温度を上昇させている（例えば、特許文献１参照。）。

この酸化触媒は、炭化水素、一酸化炭素の酸化以外に、ＮＯｘを吸着する性質を併せ持っている。つまり、酸化触媒は、炭化水素、一酸化炭素を酸化する能力が高いが、同時に一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ₂）に酸化する能力も高く、生成した二酸化窒素は吸着性が高いため、通常は、酸化触媒に吸着し保持される。この酸化触媒に保持された二酸化窒素は排気ガス温度が上昇し、ある一定の温度以上になると脱離して放出される。この酸化触媒のＮＯｘ飽和吸着量は、図５に示すように、触媒温度が上昇すると少なくなる。例えば、触媒温度がＴａではＮＯｘがＡａ量吸着しているが、酸化触媒の温度がＴｂに上昇すると、ＮＯｘ飽和吸着量はＡｂに減少するため、Ａａ−Ａｂの量のＮＯｘが放出されることになる。

この酸化触媒におけるＮＯｘ吸着量が少ない場合には問題がないが、吸着量が飽和に近づいてくると、排気ガス温度の上昇に伴い急激に二酸化窒素が放出されることになる。そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行うタイミングに近い場合には、言い換えれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ飽和吸蔵量に近い場合には、酸化触媒から放出されるＮＯｘが多量であると、放出されたＮＯｘの一部がＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されずに、そのまま下流側に流出してしまう。

従って、排気ガス温度が脱離温度に達しない温度域で内燃機関の運転が連続した場合には、酸化触媒にＮＯｘが多量に堆積されることになる。このような状況下では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒へのＮＯｘ流入量は、上流側に配置された酸化触媒における吸着があるため、内燃機関の運転状態から算出されるＮＯｘ排出量の推定値だけでは決まらないので、ＮＯｘ再生制御の最適な開始時期を決定することが難しい。

この上流側に酸化触媒を下流側にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システムにおいては、ＮＯｘ再生制御の開始時期が早すぎると、ＮＯｘ再生制御が頻度過剰になり、燃費が悪化するという問題が生じる。また、ＮＯｘ再生制御の開始時期が遅すぎると、酸化触媒の急激な温度上昇により酸化触媒に保持されたＮＯｘが多量に脱離した場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵能力が不足し、ＮＯｘを浄化処理できなくなるという問題が生じる。

これらの問題に関連して、発明者は次のような知見を得た。上流側の酸化触媒のＮＯｘ吸着量がＮＯｘ飽和吸着量よりも少ない場合は、酸化触媒が温度上昇してもＮＯｘの放出は起こらないか、起こっても少ないため、ＮＯｘ再生制御の開始時期をＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵力が限界に近くなるまで遅くしておけばよい。一方、酸化触媒のＮＯｘ吸着量が多い場合には、酸化触媒の僅かな温度上昇でＮＯｘの放出が発生するので、この場合は、ＮＯｘの大気中への流出を防止するために、ＮＯｘ再生制御の開始時期を、限界になるまでにせず、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵力に余裕がある時期に開始するようにすればよい。

本発明は、上記の知見を得て、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、排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えた、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムにおいて、酸化触媒に多量のＮＯｘが吸着された後の温度上昇により酸化触媒からＮＯｘが多量に放出されるような場合でもＮＯｘを十分に処理できると共に、燃費の悪化を抑制しつつ、ＮＯｘ浄化率を向上させることができるＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法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ＮＯｘ浄化システムは、排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えると共に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量の推定値であるＮＯｘ吸着推定量と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量とを算出すると共に、前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合には、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生時期の開始を判定する判定用ＮＯｘ吸蔵量を所定の第１吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第１吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合には、前記判定用ＮＯｘ吸蔵量を前記所定の第１吸蔵量よりも小さい所定の第２吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第２吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合のＮＯｘ再生制御の開始時期を前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合のＮＯｘ再生制御の開始時期よりも早めるように構成される。

この構成によれば、上流側の酸化触媒に吸着されるＮＯｘ吸着推定量を考慮した制御となるので、酸化触媒の温度上昇時に放出されるＮＯｘ量に対応して、ＮＯｘ再生時期を最適化することができ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を適切な量に維持しつつ、ＮＯｘ再生制御の頻度を少なくして燃費の悪化を抑制することができる。

この構成によれば、酸化触媒のＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値（閾値）以下である場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生のためのリッチ制御は通常のタイミングで行い、酸化触媒のＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値を超えた場合にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生のためのリッチ制御を通常よりも早いタイミングで行うように制御する。これにより、酸化触媒にＮＯｘが多量に吸着されたときには、下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵能力に余裕がある早い時期にＮＯｘ再生制御を行うので、排気ガス温度の急上昇などで酸化触媒からＮＯｘが放出されても十分に対応できて、ＮＯｘの大気中への放出（ＮＯｘスリップ）を防止できる。また、酸化触媒に吸着されたＮＯｘが少量のときには、ＮＯｘ再生制御を限界まで待つことにより、ＮＯｘ再生制御による燃費の悪化を最小限にすることができる。

また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記所定の判定値を前記酸化触媒の触媒温度に対応して算出すると共に、前記所定の第１吸蔵量と前記所定の第２吸蔵量を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度に対応して算出するように構成される。

この構成によれば、酸化触媒の触媒温度によって酸化触媒が吸着可能なＮＯｘ量が変化するが、この変化に効率よく対応できる。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度によってＮＯｘ吸蔵還元型触媒が吸蔵可能なＮＯｘ量が変化するが、この変化に効率よく対応できる。

また、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記所定の判定値を前記酸化触媒の触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸着量を基にして算出すると共に、前記所定の第１吸蔵量と前記所定の第２吸蔵量を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸蔵量を基にして算出するように構成される。

この構成によれば、酸化触媒の触媒温度によって酸化触媒が吸着可能なＮＯｘ量の限界であるＮＯｘ飽和吸着量が変化するが、この変化への対応を比較的単純なアルゴリズムでできるようになる。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度によってＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵可能なＮＯｘ量の限界であるＮＯｘ飽和吸蔵量が変化するが、この変化への対応を比較的単純なアルゴリズムでできるようになる。

更に、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記再生制御装置が、前記酸化触媒における前記ＮＯｘ吸着推定量の算出に際して、前記酸化触媒の下流側に配置したＮＯｘセンサーの検出値を用いるように構成される。この構成によれば、内燃機関の吸気量と燃料量とから算出される排気ガス量と、ＮＯｘセンサーで検出されたＮＯｘ濃度とから、酸化触媒の下流側に流出したＮＯｘ流出量を容易に算出できるようになる。従って、酸化触媒の上流側のＮＯｘ量（内燃機関からのＮＯｘ排出量）とこのＮＯｘ流出量の差からＮＯｘ吸着推定量を容易に算出できるようになる。

そして、上記の目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムの制御方法は、排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えると共に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量の推定値であるＮＯｘ吸着推定量と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量とを算出すると共に、前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合には、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生時期の開始を判定する判定用ＮＯｘ吸蔵量を所定の第１吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第１吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合には、前記判定用ＮＯｘ吸蔵量を前記所定の第１吸蔵量よりも小さい所定の第２吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第２吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合のＮＯｘ再生制御の開始時期を前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合のＮＯｘ再生制御の開始時期よりも早めた方法である。この方法によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵可能な量を、酸化触媒のＮＯｘ吸着推定量に対応させて適切な量にすることができるので、ＮＯｘの大気中への排出を防止すると共に、ＮＯｘ再生制御の頻度の増加を少なくして、燃費の悪化を抑制することができる。

本発明に係るＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法によれば、上流側の酸化触媒におけるＮＯｘ吸着推定量を考慮して、下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御の開始のタイミングを調整制御することにより、酸化触媒に多量のＮＯｘが吸着された後の温度上昇により酸化触媒からＮＯｘが多量に放出された場合でもＮＯｘ吸蔵還元型触媒で十分に処理することが可能となり、ＮＯｘ浄化性能を向上できる。また、上流側の酸化触媒のＮＯｘ吸着量に対応させてＮＯｘ再生制御の頻度を適切化できるので、燃費の悪化を抑制できる。

以下、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システム及びＮＯｘ浄化システムの制御方法について、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を浄化するＮＯｘ浄化システムを例にし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ＮＯｘ浄化システム１の構成を示す。

このＮＯｘ浄化システム１では、ディーゼルエンジン２の排気ガス通路３に、上流側から順に、酸化触媒（ＤＯＣ）４、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）５が配設される。

酸化触媒４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、パラジウム、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４は、排気ガス中に未燃燃料（炭化水素：ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等があるとこれを酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスを昇温し、この昇温した排気ガスで下流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒５を昇温させることができる。

この酸化触媒４は、炭化水素、一酸化炭素の酸化以外に、ＮＯｘを吸着する性質を併せ持っている。つまり、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化し、この二酸化窒素を吸着し保持する。この酸化触媒に保持された二酸化窒素は排気ガス温度が上昇し、ある一定の温度以上になると脱離して放出される。この酸化触媒のＮＯｘ飽和吸着量は、図３及び図５に示すように、触媒温度が上昇すると少なくなる。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５は、モノリス触媒で形成され、コージェライトハニカムなどの担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の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吸蔵還元型触媒５は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、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の状態、即ち、リッチ空燃比状態かストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出された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。

また、酸化触媒４の下流側でかつＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の上流側に、酸化触媒４で吸着されたＮＯｘ吸着量を推定するための第１のＮＯｘセンサー（ＮＯｘ濃度検出センサー）６ａが配置され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５で吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を推定するために第２のＮＯｘセンサー６ｂがＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の下流に配置される。また、図示しないが、酸化触媒４の触媒温度とＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の触媒温度とを検出する温度センサー等の触媒温度検出手段も配置される。

なお、エンジン２からのＮＯｘ排出量をＮＯｘ排出量マップデータから推定する場合には不要であるが、エンジン２から排出されるＮＯｘを酸化触媒４の上流側のＮＯｘ濃度から算出する場合には、酸化触媒４の上流側に、第３のＮＯｘセンサー６ｃが配置される。

更に、再生制御装置７が設けられ、この再生制御装置７によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御や硫黄被毒から回復するための硫黄再生制御等を行う。この再生制御装置７は、通常はエンジン２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）と呼ばれる制御装置に組み込まれる。この再生制御装置７には、エンジン２の運転状態（例えば、エンジン回転数Ｎｅ，負荷（燃料噴射量）Ｑなど）と第１及び第２のＮＯｘセンサー６ａ、６ｂの検出ＮＯｘ濃度や酸化触媒４の検出温度やＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の検出温度等が入力される。また、必要に応じて、第３のＮＯｘセンサー６ｃの検出ＮＯｘ濃度が入力される。

このＮＯｘ浄化システム１では、エンジン２から排出された排気ガスＧ中のＮＯｘは、一部が酸化触媒４に吸着され、酸化触媒４を通過した残りのＮＯｘ、あるいは、酸化触媒４から放出されたＮＯｘは、通常のディーゼルエンジン２の運転状態であるリーン空燃比状態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されて浄化される。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御におけるリッチ空燃比状態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘが放出されて、ＮＯｘ吸蔵能力が回復されると共に、この放出されたＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の触媒金属の触媒作用により還元されて浄化される。この浄化された排気ガスＧｃは、排気ガス通路３を通過して大気中に放出される。

本発明においては、これらのＮＯｘ浄化システム１で、再生制御装置７は、図２に例示するような制御フローに従って、次のように制御する。この図２の制御フローは、エンジン２の運転が開始されると、エンジン２の運転制御を行う制御フローから、繰り返し呼ばれて実行され、エンジン２の運転が終了すると、エンジン２の運転制御を行う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２の制御フローが呼ばれると、スタートし、ステップＳ１１で、ＮＯｘ再生制御に必要なデータを入力する。このデータとしては、エンジン２の運転状態を示すような、エンジン回転数、負荷（又は燃料噴射量）、吸気量等とＮＯｘ排出量マップデータと図３に示すような酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着量マップデータと図４に示すようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒５におけるＮＯｘ吸着量マップデータ等が入力される。更に、第１及び第２のＮＯｘセンサー６ａ，６ｂの検出値（ＮＯｘ濃度）が入力される。なお、ＮＯｘ排出量マップデータを使用せずに、第３のＮＯｘセンサー６ｃの検出値（ＮＯｘ濃度）を用いるときは、この検出値が入力される。

次のステップＳ１２で、酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを算出する。この算出は、エンジン２から排出されるＮＯｘ排出量Ｎ１を、エンジン２の運転状態を示すデータ（エンジン回転数、負荷など）と、これらのデータをベースにしたＮＯｘ排出量を示すＮＯｘ排出量マップデータを参照して算出する。このＮＯｘ排出量マップデータは、予め、実験などにより求めておき、再生制御装置７に記憶させておく。

このＮＯｘ排出量Ｎ１を算出すると共に、エンジン２の運転状態（燃料噴射量や吸気量等）から算出される排気ガス流量と第１のＮＯｘセンサー６ａの検出ＮＯｘ濃度値とから、酸化触媒４を通過した後の排気ガスＧ中のＮＯｘ流出量Ｎ２を算出する。そして、このＮＯｘ排出量Ｎ１とＮＯｘ流出量Ｎ２との差を、時間Δｔに関して積算してＮＯｘ吸着推定量Ｎｅ（＝Σ（Ｎ１−Ｎ２）×Δｔ）を算出する。

なお、酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着推定量Ｎｅの算出に、ＮＯｘ排出量マップデータを使用せずに、第３のＮＯｘセンサー６ｃの検出ＮＯｘ濃度値を用いるときは、エンジン２の運転状態（燃料噴射量や吸気量等）から算出される排気ガス流量と第３のＮＯｘセンサー６ｃの検出ＮＯｘ濃度値とから、エンジン２から排出され、酸化触媒４を通過する前の排気ガスＧ中のＮＯｘ排出量Ｎ１を算出する。

そして、更に、排気ガス流量と第２のＮＯｘセンサー６ｂの検出ＮＯｘ濃度値とから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５を通過した後の排気ガスＧ中のＮＯｘ流出量Ｎ３を算出する。そして、このＮＯｘ流出量Ｎ２とＮＯｘ流出量Ｎ３との差を、時間Δｔに関して積算してＮＯｘ吸蔵量Ｘ（＝Σ（Ｎ２−Ｎ３）×Δｔ）を算出する。

次のステップＳ１３により、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅがどの範囲にあるかをチェックする。このＮＯｘ吸着推定量Ｎｅの範囲は、この図２の制御フローでは、酸化触媒４の触媒温度をベースにした図３に示すように、２つの曲線Ｎａ，Ｎｂによって２つの領域Ｒａ１，Ｒａ２に分割される。この曲線Ｎｂは酸化触媒４のＮＯｘ飽和吸着量を示す曲線である。第１の領域Ｒａ１は曲線Ｎａ以下の領域であり、第２の領域Ｒａ２は曲線Ｎａよりも上で、曲線Ｎｂ以下の領域である。

このＮＯｘ吸着推定量Ｎｅの判定では、酸化触媒４の触媒温度を直接測定するか、酸化触媒４の前後の排気ガス温度、前方の排気ガス温度、又は、後方の排気ガス温度等から推定する。そして、所定の判定値Ｎａを酸化触媒４の触媒温度に対応させて、この触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸着量Ｎｂを基にして算出する。この触媒温度における所定の判定値Ｎａと、ステップＳ１２で算出されたＮＯｘ吸着推定量Ｎｅとを比較して、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅが２つの領域Ｒａ１，Ｒａ２のいずれの領域にあるかを判定する。

図２の制御フローでは、ステップＳ１３で、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅが所定の判定値Ｎａ以下であるか否かを判定し、所定の判定値Ｎａ以下であれば、第１の領域Ｒａ１にあるとしてステップＳ１４に行き、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅが所定の判定値Ｎａ以下でなければ、即ち、所定の判定値Ｎａを超えていれば、第２の領域Ｒａ２にあるとしてステップＳ１５に行く。

このステップＳ１４とステップＳ１５では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５におけるＮＯｘ吸蔵量Ｘの適正範囲の算出を行う。この適正範囲は、この図２の制御フローでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の触媒温度をベースにした図４に示すように、３つの曲線Ａ，Ｂ，Ｃによって３つの領域Ｒｂ１，Ｒｂ２，Ｒｂ３に分割される。この曲線ＣはＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ飽和吸蔵量を示す曲線である。第１の領域Ｒｂ１は、曲線Ｂよりも下の領域であり、第２の領域Ｒｂ２は曲線Ｂよりも上で曲線Ａよりも下の領域である。また、第３の領域Ｒｂ３は曲線Ａよりも上で曲線Ｃよりも下の領域である。ここで、ＮＯｘ吸蔵量が多くＮＯｘ飽和吸蔵量Ｃに近い第３の設定領域Ｒｂ３は、排気ガス中のＮＯｘ排出量の増減や酸化触媒４の温度上昇によるＮＯｘ増加への対応が難しい領域であるので、この実施の形態では、適正範囲から除外する。

そして、このステップＳ１４及びステップＳ１５においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の触媒温度を直接測定するか、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の前後又は前方又は後方の排気ガス温度から推定し、この触媒温度における３つの曲線の値、Ａ，Ｂ，ＣのうちのＡ，Ｂから２つの設定領域Ｒｂ１、（Ｒｂ１＋Ｒｂ２）のいずれかの設定領域に設定する。つまり、第１の設定領域Ｒｂ１と第２の設定領域（Ｒｂ１＋Ｒｂ２）とをＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の触媒温度に対応させて、この触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸蔵量を基にして算出する。

そして、Ｎｅ≦Ｎａであれば、ステップＳ１４で、上限Ｘｕを曲線Ａの値にし、Ｎａ＜Ｎｅであれば、ステップＳ１５で、上限Ｘｕを曲線Ｂの値にする。言い換えれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵量Ｘの適正範囲（Ｘ＜Ｘｕ）を、Ｎｅ≦Ｎａであれば、第２の設定領域（Ｒｂ１＋Ｒｂ２）に、Ｎａ＜Ｎｅであれば、第１の設定領域Ｒｂ１に設定する。

つまり、ステップＳ１４では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の再生時期の開始を判定する判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを所定の第１吸蔵量Ａとし、ステップＳ１５では、この判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを所定の第１吸蔵量Ａよりも小さい所定の第２吸蔵量Ｂとする。そして、ＮＯｘ吸蔵量Ｘがこの適正範囲内、即ち、判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕよりも小さい範囲内にあれば（Ｘ≦Ｘｕ）、ＮＯｘ再生制御の開始時期ではないとする。

そして、ステップＳ１６で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵量Ｘが、判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕ以下であるか否かを判定する。この判定により、ＮＯｘ吸蔵量Ｘが、判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕ以下である場合には、まだ、再生開始の時期ではないとして、リターンする。

また、ステップＳ１６の判定により、ＮＯｘ吸蔵量Ｘが、判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを超えている場合には、再生開始の時期であるとして、ステップＳ１７に行き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ再生制御を行う。このＮＯｘ再生制御には、エンジン２のシリンダ内における燃料噴射制御でポスト噴射によりリッチ空燃比状態を発生させたり、排気ガス通路３内への燃料の直接噴射によりリッチ空燃比状態を発生させたりする周知のＮＯｘ再生制御の技術を使用できるので、ここではその詳細についての説明を省く。ステップＳ１７のＮＯｘ再生制御が終了すると、リターンして、図２の制御フローを呼んだ上級の制御フローに戻り、再度、この上級の制御フローから呼ばれて、図２の制御フローが繰り返し実行される。

この上記の図２の制御フローに従ったＮＯｘ浄化システム１の制御方法により、酸化触媒４に吸着しているＮＯｘ量が少ない場合、即ち、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅが第１の領域Ｒａ１にあり、排気ガスの温度上昇によるＮＯｘの多量の放出が殆ど無いと推定される場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵量Ｘの上限値となる判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを比較的大きな所定の第１吸蔵量Ａとし、ＮＯｘ再生制御の開始時期を遅らせて、ＮＯｘ再生制御の頻度を減少し、燃費の悪化を抑制する。

また、酸化触媒４に吸着しているＮＯｘ量が増加して、ＮＯｘ飽和吸着量Ｎｂに近づいた場合、即ち、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅが第２の領域Ｒａ２に入った場合には、排気ガスの温度上昇によるＮＯｘの多量の放出が予期されるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵量Ｘの上限値となる判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを所定の第１吸蔵量Ａよりも小さな所定の第２吸蔵量Ｂとし、ＮＯｘ再生制御の開始時期を早めてＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵能力に余裕を持たせる。これにより、ＮＯｘの多量の放出があった場合でもＮＯｘの吸蔵により対処できるようにして、ＮＯｘの浄化性能の向上を図る。つまり、排気ガス温度の急上昇によるＮＯｘの大気中への放出（ＮＯｘスリップ）を防止できる。

上記のように、このＮＯｘ浄化システム１及びＮＯｘ浄化システムの制御方法では、排気ガス通路３に上流側から順に、酸化触媒４とＮＯｘ吸蔵還元型触媒５とを備えると共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置７を備えて、排気ガスＧ中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムにおいて、酸化触媒４におけるＮＯｘの吸着量の推定値であるＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを算出し、このＮＯｘ吸着推定量Ｎｅに応じて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ再生時期を制御する。

また、再生制御装置７は、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅが所定の判定値Ｎａ以下の場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の再生時期の開始を判定する判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを所定の第１吸蔵量Ａとし、ＮＯｘ吸着推定量Ｎｅがこの所定の判定値Ｎａより大きい場合には、判定用ＮＯｘ吸蔵量Ｘｕを所定の第１吸蔵量Ａよりも小さい所定の第２吸蔵量Ｂとして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ再生時期を制御する。

また、再生制御装置７は、所定の判定値Ｎａを酸化触媒４の触媒温度に対応して、この触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸着量Ｎｂを基にして算出すると共に、所定の第１吸蔵量Ａと所定の第２吸蔵量ＢをＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の触媒温度に対応して、この触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸蔵量Ｃを基にして算出する。

従って、上流側の酸化触媒４におけるＮＯｘ吸着推定量Ｎｅを考慮して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５のＮＯｘ再生制御の開始時期を制御することができるので、エンジン２の運転条件によるＮＯｘの増減のみならず、酸化触媒４の温度変化によるＮＯｘ放出量にも対応して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５の吸蔵能力の余裕量を適切に調整することができる。その結果、上流側の酸化触媒４において、ＮＯｘの吸着とこの吸着されたＮＯｘの放出とが起こっても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５で吸蔵してＮＯｘの大気中への放出を回避することができる。また、ＮＯｘの再生制御の頻度もできるだけ少なくして、ＮＯｘ再生制御による燃費の悪化を抑制することができる。

従って、上流側の酸化触媒において、ＮＯｘの吸着とこの吸着されたＮＯｘの放出とが起こっても、再生制御による燃費の悪化を抑えながらＮＯｘを浄化することが可能となる。その結果、再生制御による燃費の悪化と大気中へのＮＯｘの放出を共に抑制することができる。

本発明に係る実施の形態のＮＯｘ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ＮＯｘ浄化システムの制御方法を示す制御フローの図である。酸化触媒におけるＮＯｘ吸着量の領域分割を示す模式的な図である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量の領域分割を示す模式的な図である。酸化触媒におけるＮＯｘの放出を説明するための模式的な図である。

符号の説明

１ＮＯｘ浄化システム
２ディーゼルエンジン（内燃機関）
３排気ガス通路
４酸化触媒（ＤＯＣ）
５ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ触媒）
６ａ第１のＮＯｘセンサー
６ｂ第２のＮＯｘセンサー
６ｃ第３のＮＯｘセンサー
７再生制御装置
Ａ，ＢＮＯｘ吸蔵量を示す曲線
ＣＮＯｘ飽和吸蔵量を示す曲線
ＮａＮＯｘ吸着量を示す曲線（所定の判定値）
ＮｂＮＯｘ飽和吸着量を示す曲線
ＮｅＮＯｘ吸着推定量
Ｒａ１ＮＯｘ吸着量の第１の領域
Ｒａ２ＮＯｘ吸着量の第２の領域
Ｒｂ１ＮＯｘ吸蔵量の第１の領域
Ｒｂ２ＮＯｘ吸蔵量の第２の領域
Ｒｂ３ＮＯｘ吸蔵量の第３の領域
ＸＮＯｘ吸蔵量
Ｘｕ判定用ＮＯｘ吸蔵量

Claims

排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えると共に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムにおいて、
前記再生制御装置が、前記酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量の推定値であるＮＯｘ吸着推定量と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量とを算出すると共に、
前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合には、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生時期の開始を判定する判定用ＮＯｘ吸蔵量を所定の第１吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第１吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、
前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合には、前記判定用ＮＯｘ吸蔵量を前記所定の第１吸蔵量よりも小さい所定の第２吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第２吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、
前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合のＮＯｘ再生制御の開始時期を前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合のＮＯｘ再生制御の開始時期よりも早めたことを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
前記再生制御装置が、前記所定の判定値を前記酸化触媒の触媒温度に対応して算出すると共に、前記所定の第１吸蔵量と前記所定の第２吸蔵量を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度に対応して算出することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化システム。
前記再生制御装置が、前記所定の判定値を前記酸化触媒の触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸着量を基にして算出すると共に、前記所定の第１吸蔵量と前記所定の第２吸蔵量を前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度に対応したＮＯｘ飽和吸蔵量を基にして算出することを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘ浄化システム。
前記再生制御装置が、前記酸化触媒における前記ＮＯｘ吸着推定量の算出に際して、前記酸化触媒の下流側に配置したＮＯｘセンサーの検出値を用いることを特徴とする請求項１、２、又は３記載のＮＯｘ浄化システム。
排気ガス通路に上流側から順に、酸化触媒とＮＯｘ吸蔵還元型触媒とを備えると共に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う再生制御装置を備えて、排気ガス中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、
前記酸化触媒におけるＮＯｘの吸着量の推定値であるＮＯｘ吸着推定量と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒におけるＮＯｘ吸蔵量とを算出すると共に、
前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合には、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生時期の開始を判定する判定用ＮＯｘ吸蔵量を所定の第１吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第１吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、
前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合には、前記判定用ＮＯｘ吸蔵量を前記所定の第１吸蔵量よりも小さい所定の第２吸蔵量とし、前記ＮＯｘ吸蔵量が前記所定の第２吸蔵量を超えている場合は、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生制御を行い、
前記ＮＯｘ吸着推定量が前記所定の判定値より大きい場合のＮＯｘ再生制御の開始時期を前記ＮＯｘ吸着推定量が所定の判定値以下の場合のＮＯｘ再生制御の開始時期よりも早めたことを特徴とするＮＯｘ浄化システムの制御方法。