WO2006059470A1

WO2006059470A1 - 排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システム

Info

Publication number: WO2006059470A1
Application number: PCT/JP2005/020578
Authority: WO
Inventors: Daiji Nagaoka; Masashi Gabe
Original assignee: Isuzu Motors Limited
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2006-06-08
Also published as: EP1818522A4; EP1818522A1; US20090077947A1; US7669410B2; EP1818522B1

Abstract

　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（１１）と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（１１）の上流側の酸化触媒（１２）とを備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（１１）の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う排気ガス浄化システム（１）において、前記脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（１１）の入口側と出口側の温度差（ΔＴIO）が所定の温度値（ΔＴ0 ）以下になってから、脱硫用空燃比制御を行う。　これにより、脱硫再生制御時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（１１）の硫黄被毒を均一に除去し、硫黄被毒による寿命劣化を回避する。また、触媒内部の下流側が部分的に高温になることによる熱劣化を防いで、熱劣化による寿命劣化を抑える。

Description

明細書

排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システム技術分野

[0001] 本発明は、内燃機関の排気ガス中の N〇x (窒素酸化物）を還元して浄化する NOx 吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムに関する。

背景技術

[0002] ディーゼルエンジンや一部のガソリンエンジン等の内燃機関や様々な燃焼装置の排気ガス中から N〇xを還元除去するための NOx触媒について種々の研究や提案がなされている。その一つに、ディーゼルエンジン用の NOx低減触媒として NOx吸蔵還元型触媒がある。この NOx吸蔵還元型触媒の使用により、排気ガス中の NOx を有効に浄化できる。

[0003] 例えば、日本の特開平 10— 30430号公報に記載されているように、 NOx吸蔵還元型触媒は、次のような触媒反応機構を持っている。空燃比がリーン状態の時に、 N 0 (—酸化窒素）を NO (二酸化窒素）に酸化した後に、 NO をバリウム（Ba)等の N

2 2

Oxを吸蔵する性質を持つ金属に吸蔵させる。その後、適時、空燃比をリッチ状態にする NOx再生制御をして、逆に N〇を吸蔵材から放出させて、この N〇を HC (炭

2 2 化水素）， CO (—酸化炭素)を使用して、三元機能により、浄化する。

[0004] この NOx吸蔵還元型触媒は、基本的に、アルミナ等の触媒担体上に、酸化'還元反応を促進する貴金属類と、 N〇xを吸蔵 ·放出する機能を有する NOx吸蔵材 (NO X吸蔵物質)を担持した触媒である。貴金属類は白金 (Pt)やパラジウム (Pd)等で形成される。 N〇x吸蔵材はバリウム（Ba)等のアルカリ土類金属等で形成される。

[0005] この NOx吸蔵還元型触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン (酸素過多）状態であって雰囲気中に酸素（〇）が存在する場合には、排気ガス中の一酸化窒素（

2

NO)が貴金属類により酸化されて二酸化窒素（NO )となり、この NO は NOx吸蔵

2 2

材に硝酸塩 (Ba NO 等）として蓄積される。

2 4

[0006] また、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ (低酸素濃度）状態になつて雰囲気中に酸素が存在しなくなると、バリウム（Ba)等の NOx吸蔵材は一酸化炭素 (CO)と結合し、硝酸塩から二酸化窒素（NO )が分解放出される。この放出された二酸化窒素 (NO )は貴金属類の三元機能により排気ガス中に含まれている未燃炭化水素 (HC)や一酸化炭素（CO)等で還元され窒素 (N )となる。これにより、排気ガス中の諸成分は、二酸化炭素（CO )，水 (H 〇），窒素 (N )等の無害な物質として大気中に放出される。

[0007] そのため、 N〇x吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、 N〇x吸蔵能力が飽和に近くなると、 NOx吸蔵能力回復用のリッチ制御を行う NOx再生操作を行っている。このリッチ制御により、排気ガスの空燃比をリッチにして、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させる。これにより、吸収した N〇xを放出させて、この放出された NOxを貴金属触媒により還元させる。

[0008] し力ながら、この NOx吸蔵還元型触媒には、サルファー被毒による性能劣化の問題がある。つまり、燃料中に含まれている硫黄 (サルファー）が燃焼によって二酸化硫黄（SO )となり、二酸化窒素 (NO )と同様に吸蔵材に吸蔵されて、硫酸ノ^ゥム（

Ba SO )等の硫酸塩を生成する。これにより、二酸化窒素（NO )の吸蔵能力が減少してしまう。

[0009] 従って、初期の触媒浄化性能を維持するためには、 NOx再生制御により NOx吸蔵能力を回復することの他に、触媒内に吸着及び吸蔵した硫黄を脱離及び放出させること力 S必要となる。この硫黄の脱離及び放出には、一定以上の温度と排気ガス組成における還元雰囲気とが必要となる。そのため、適時、高温でリッチな雰囲気を作る脱硫制御を行って、硫酸塩が分解し易い環境を作る必要がある。

[0010] 例えば、日本の特表 2003— 500594号公報、日本の特開 2003— 336518号公報、日本の特開 2004— 92445号公報に記載されているように、この脱硫制御においては、硫酸塩は、触媒によって差があるが概ね 600°C〜700°Cの高温のリッチ条件にならないと二酸化硫黄 (SO )を分解放出しない。また、酸素濃度に関しては、酸素（O )があると炭化水素 (HC) ,—酸化炭素（C〇）等の還元剤が酸化のために酸素（O )を使うため、硫酸塩 (Ba SO 等）の分解が促進されず脱硫が起こらない。

[0011] 従来技術では、排気ガス温度を硫黄分解可能温度 (脱硫可能温度)までの昇温させる方法として、シリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射を行ったり、排気管内へ直接燃料を添加したりしている。また、エンジン側で、吸気絞り等によって排気ガスの流量を減らして熱容量を減らす。これにより、高温でリッチな条件を作っている。

[0012] しかし、この脱硫制御においては、次に記述するような、触媒内部温度の不均一とレ、う問題と、硫化水素の発生という問題がある。

[0013] 先ず、触媒内部温度の不均一という問題に関して、図 13及び図 14を参照しながら説明する。図 13は、触媒内の温度分布を模式的に示し、図 14は、触媒内の温度の時系列を示す。図 14中の Sは脱硫量を示し、 λは空気過剰率を示す。また、 Tf, Tm , Taはそれぞれ、 N〇x吸蔵還元型触媒の上流側、中流側、下流側の触媒温度を示す。

[0014] 従来技術の昇温方法では、図 13及び図 14に示すように、触媒昇温後の排気ガス組成を還元雰囲気にするリッチ過程で、触媒の内部の温度分布が均一とならない。つまり、触媒内部の上流域 Fは、硫黄分解可能温度 Tsd以上に昇温できず、温度 Tf が硫黄分解可能温度 Tsd以下である低温域に入る。一方、触媒内部の中流域 Mと下流域 Aのみ力硫黄分解可能温度 Tsd以上の温度となってしまう。

[0015] そのため、脱硫操作を行っても、硫黄分解可能温度 Tsdより低い触媒内部の上流域 Fの硫黄は、脱離、放出が不十分となるため、触媒性能の回復ができない。その上、触媒活性が低いので、触媒表面及び吸蔵剤内の酸化消費が不十分となり、触媒表面域における還元雰囲気が不足する。その結果、硫黄脱離効果の極端な低下を生じて、触媒性能の回復が不可能となる。

[0016] また、触媒の中流域 Mでは、温度 Tmが硫黄分解可能温度 Tsd以上で触媒熱劣化温度 Ted以下となる。そのため、空燃比リッチ状態の下で、効率よく脱硫が行われるので、触媒は、硫黄被毒から回復する。

[0017] し力、しながら、触媒下流域 Aでは、温度 Taが上がりすぎて、触媒熱劣化温度 Tedを超える異常な高温となってしまう。そのため、極度の熱劣化を生じ、触媒の耐久性を極端に低下させてしまう。

[0018] 一方、触媒内部の上流域 Fが硫黄分解可能温度 Tsdまで、触媒の温度 Tcを昇温すると、触媒の内部の温度分布の不均一が原因となって、今度は、触媒内部の温度が触媒熱劣化温度 Ted以上となる異常高温域が広がる。そのため、極度の熱劣化の問題と、触媒の耐久性が極端に低下する部分が拡大するという問題が生じる。

[0019] 次に、硫化水素の発生という問題に関して図 9を参照しながら説明する。図 9は、脱硫制御の時系列を示す図で、左側が従来技術の連続リッチ制御を示す。

[0020] 脱硫制御時に、酸素（〇 )が全く存在しないと硫黄は水素（H )と結合し硫化水素（

H S)という有害なガスとなり排出される。そのため、硫化水素（H S)を再度酸化し二酸化硫黄（so )として放出する必要がある。また、酸化反応による熱の発生が少ないので、脱硫中に触媒温度が低下する。そのため、硫化水素（H S)の酸化に必要なだけの微量の酸素（O )を含んだ雰囲気条件が必要となる。

[0021] 触媒入口側の空燃比を理論空燃比以上のリッチ状態に維持すると、酸素が不足するために、放出された二酸化硫黄（S〇）と還元剤の炭化水素（HC)とが反応して、悪臭を発散させる硫化水素（H S)の発生率が高くなる。

[0022] 一方、触媒出口の酸素濃度をストィキ状態に固定した場合には、図 9の右端 Aに示すように、硫化水素（H S)を低減することはできる。しかし、脱硫量が 1/5以下に低下してしまう。そのため、硫黄パージのための脱硫制御時間が長くなる。この硫黄パージでは、触媒温度を 700°C程度の高温度にする。そのため、脱硫制御時間が長くなると、コストが悪化したり、触媒が劣化したりするという問題が生じる。

[0023] また、 N〇x触媒の硫黄被毒再生（回復）のための脱硫制御に関して、例えば、日本の特開 2000— 170525号公報に、次のような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。 SOx吸収剤（NOx吸収剤）からの S〇x放出の効率向上を図るために、 S〇x 吸収剤出口における排気ガスの空燃比が理論空燃比 (ストィキ）になるように S〇x吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を制御する。この空燃比制御において、初めに S Ox吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチに制御し、その後、漸次流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけるように制御する。

[0024] し力、しながら、この内燃機関の排気浄化装置のように、 SOx吸収剤出口における排気ガスの空燃比が理論空燃比 (ストィキ）になるように、触媒入口側の空気過剰率 λ を 1. 0以下のリッチ状態に維持すると、酸素が不足する。そのために、放出された二酸化硫黄（SO )と還元剤の炭化水素 (HC)とが反応し、硫化水素 (H S)が発生する。

[0025] また、例えば、日本の特開 2003— 336518号公報（第 5頁）に、次のような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。脱硫制御時において、過リッチ値を防止するために、 SOx被毒回復時には、制御装置 (ECU)はフィルタに流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする燃料添加制御 (所謂リッチスパイク制御）を実行する。

[0026] しかし、この排気浄化装置は、酸素が不足するために二酸化硫黄（S〇 )から硫化水素 S)への変化することに対する対応を示すものでは無い。また、実用的には

、このリッチとリーンの具体的な空燃比の数値やリッチの期間とリーンの時間が必要となるが、これらの具体的な組み合わせについても言及していない。

発明の開示

[0027] 本発明は、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、排気ガス中の NOxの浄化のために N〇x吸蔵還元型触媒を用レ、る排気ガス浄化システムにおいて、硫黄被毒再生のための脱硫再生制御時に、 NOx吸蔵還元型触媒を全体的に均等に硫黄分解可能温度以上に維持して、脱硫用空燃比制御を行って、 NOx 吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を均一に除去する。これにより、硫黄被毒による寿命劣化を回避し、また、触媒内部の下流側が部分的に高温になることによる熱劣化を防ぐ。その結果、熱劣化による寿命劣化を抑えることができる排気ガス浄化システムの脱硫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。

[0028] また、本発明の更なる目的は、排気ガス中の NOxの浄化のために NOx吸蔵還元型触媒を用いる排気ガス浄化システムにおいて、脱硫再生制御時に、脱硫制御中の触媒温度の維持を可能とすると共に、硫化水素（H S)の発生量を抑えて二酸化硫黄（SO )の割合を増加することができる排気ガス浄化システムの脱硫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。

[0029] 以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムの脱硫制御方法は、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に NOxを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していた NOxを放出すると共に還元する NOx吸蔵還元型触媒と、該 NOx吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒とを備え、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う排気ガス浄化システムの脱硫制御方法であって、前記脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になつてから、脱硫用空燃比制御を行うことを特徴とする方法である。

[0030] なお、ここでレ、う排気ガスの空燃比状態とは、必ずしもシリンダ内における空燃比の状態を意味するものではなぐ NOx吸蔵還元型触媒に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量 (シリンダ内で燃焼した分も含めて）との比のことをいう。

[0031] また、酸化触媒は、 NOx吸蔵還元型触媒の上流側に距離をおいて設けてもよぐ触媒ハニカムの上流域に酸化触媒、下流域に N〇x吸蔵還元型触媒を担持させた 2 ブリック型の触媒にしてもょレ、。

[0032] この NOx吸蔵還元型触媒の前段に酸化触媒を設置している構成により、上流域の酸化触媒で炭化水素 (HC)等が反応し、排気ガスが昇温される。従って、排気ガスは後段の NOx吸蔵還元型触媒に流入する前から活性温度以上の高温となる。そのため、後段の NOx吸蔵還元型触媒では触媒温度分布は均一化され、触媒全体が、硫黄分解可能な温度まで均一に昇温される。

[0033] 更に、その後のリッチ操作を含む脱硫用空燃比制御に入る前に、触媒出入口部分の温度差が所定の温度差内にあることを確認してから、即ち、 NOx吸蔵還元型触媒内が均一温度分布になっていることを確認してから、脱硫用空燃比制御に入るように、システム制御する。これにより、触媒力硫黄を確実に脱離できる。

[0034] 上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法にぉレ、て、前記所定の温度値を 5°C 〜25°Cの範囲内の温度、好ましくは 5°Cとする。これにより、 NOx吸蔵還元型触媒の触媒温度分布の均一化を精度よく行うことができ、また、効率的に脱硫を行うことができる。

[0035] また、前記脱硫用空燃比制御時に、前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返す。

[0036] 更に、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、前記脱硫制御で、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、 0 . 85〜0. 95とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、 1. 05-1. 1 5とする脱硫用空燃比制御を行うことを特徴とする方法として構成される。

[0037] この触媒入口側の空燃比を制御する方法により、 N〇x吸蔵還元型触媒の硫黄被毒回復（再生、硫黄パージ）のための脱硫制御において、 NOx吸蔵還元型触媒の入口の空燃比を空気過剰率換算で 0. 85-0. 95、好ましくは 0. 9のリッチ状態と、 1. 05〜： 1. 15好ましくは 1. 1のリーン状態の間で、周期的に繰り返す。これにより、排気昇温のための還元剤を充分に確保すると共に、硫化水素（H S)を二酸化硫黄（SO

)に酸化するための酸素量も必要量与えることができる。なお、これらの具体的な数値は実験から導いたものである。

[0038] つまり、 NOx吸蔵還元型触媒の入口の空燃比を一時的に 1. 05〜： 1. 15のリーン状態にする。これにより、排気ガス昇温及び酸素雰囲気を適切なものとし、硫化水素 (H S)を酸化して二酸化硫黄 (S〇）にするだけの調度よい量の酸素 (〇）を供給すること力 S可能となる。そのため、確実に硫化水素（H S)を二酸化硫黄（S〇）に酸化できる。従って、二酸化硫黄（SO )での脱硫の促進と、この酸化で発生する熱により脱硫制御中の温度維持とが可能となる。これにより、硫化水素（H S)の発生量を抑えて二酸化硫黄（S 〇）の割合を高めると共に、発生する二酸化硫黄（SO )の量を確保するので、早期に硫黄パージを完了できる。従って、脱硫制御を短時間で終了できる。

[0039] 更に、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法の脱硫用空燃比制御において、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比が脱硫制御中においてストィキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御する。

[0040] つまり、触媒出口側（後流側）の λセンサの値が常にストィキ以下となるようにし、もしも、浅レ、リッチ時にはストィキ空燃比を目標として維持するように、入口側の空燃比やリッチ/リーンのインターバルの目標値をフィードバック制御する。これにより、触媒中段以降は常にストィキ空燃比以下になるので脱硫可能となる。

[0041] また、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法の前記脱硫用空燃比制御にぉレ、て、繰り返す、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御 = 5 : 2〜4 : 3とする。これらの制御により、脱硫に適した還元剤量と酸素量の割合を適切なものにすることができ、硫化水素（H S)の生成を抑制しながら効率よく脱硫できる。なお、これらの具体的な数値は実験から導いたものである。

[0042] 以上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、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に NOxを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵していた NOx を放出すると共に還元する NOx吸蔵還元型触媒と、該 N〇x吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒と、前記 N〇x吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う脱硫制御手段を備えた排気ガス浄化システムであって、前記脱硫制御手段が、脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記 N〇x吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になつてから、脱硫用空燃比制御を行うように構成される。

[0043] また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記所定の温度値を 5°C〜25°Cの範囲内の温度、好ましくは 5°Cとする。また、前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御時に、前記 N〇x吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返すように構成される。

[0044] そして、上記の排気ガス浄化システムにおレ、て、前記脱硫制御手段が、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、 0. 85〜0. 95とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、 1. 05〜： 1. 15とするように構成される。

[0045] そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御手段が、前記 NOx 吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比が脱硫制御中においてストィキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御する。

[0046] また、上記の排気ガス浄化システムの脱硫用空燃比制御において、リッチ側とする制御とリーン側とする制御の時間割合をリッチ側制御時間：リーン側制御時間 = 5 : 2 〜4 : 3とするように構成される。

[0047] 以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化方法の脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、脱硫再生制御時に、 N〇x吸蔵還元型触媒を全体的に均等に硫黄分解可能温度以上に維持してから、脱硫用空燃比制御を行って、 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を均一に除去する。これにより、硫黄被毒による寿命劣化を回避でき、又、脱硫制御時に、触媒の後側が部分的に高温になることを回避できる。そのため、部分的高温になることによる熱劣化を防ぐことができるので、熱劣化による寿命劣化を抑えることができる。

[0048] 更に、 N〇x吸蔵還元型触媒の入口の空燃比を空気過剰率換算で 0. 85-0. 95 のリッチ状態と 1. 05〜： 1. 15のリーン状態の間で、周期的に繰り返し、 N〇x吸蔵還元型触媒の下流でストィキになるようにフィードバック制御するため、排気昇温のための還元剤を充分に確保できると共に、硫化水素（H S)を二酸化硫黄（S〇）に酸化するための酸素を必要量だけ与えることができる。

[0049] つまり、 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリッチ状態に維持し続けずに、間欠的に繰り返しリーン状態にすることで、確実に硫化水素（H S)を二酸化硫黄（S

O )に酸化することを可能にする。それと共に、脱硫の促進と脱硫のための高温維持とを可能にする。

[0050] これにより、酸素雰囲気及び排気ガス温度を適切なものとし、硫化水素（H S)の発生量を抑えて二酸化硫黄（SO )の割合を高めると共に、発生する脱硫量を確保できる。従って、早期に硫黄パージを完了できるので、脱硫制御を短時間で終了できるようになる。

図面の簡単な説明

[0051] [図 1]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。

[図 2]NOx吸蔵還元型触媒の脱硫再生制御フローの一例を示す図である。

[図 3]脱硫用空燃比制御の第 1例を示す図である。

[図 4]脱硫用空燃比制御の第 2例を示す図である。

[図 5]図 3の脱硫用空燃比制御のリッチ'リーン繰返制御における空気過剰率（ λ )とバイナリ λセンサの出力を模式的に示す図である。

[図 6]図 2の脱硫再生制御フローの制御を行った場合の触媒内の温度分布を示す図である。

[図 7]図 2の脱硫再生制御フローの制御を行った場合の触媒内の温度分布の時系列を示す図である。

[図 8]図 4の脱硫用空燃比制御を模式的に示す図である。

[図 9]連続リッチ制御と間欠パルス制御（1)の脱硫制御の時系列を示す図である。 [図 10]間欠パルス制御（2)〜（4)の脱硫制御の時系列を示す図である。

[図 11]連続リッチ制御と間欠パルス制御（1)〜（4)の脱硫制御の実験結果の脱硫量と平均硫化水素割合を示す図である。

[図 12]バイナリ λセンサの出力を模式的に示す図である。

[図 13]従来技術の脱硫再生制御を行った場合の触媒内の温度分布を示す図である

[図 14]従来技術の脱硫再生制御を行った場合の触媒内の温度分布の時系列を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0052] 以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの脱硫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。なお、ここでいう排気ガスの空燃比状態とは、必ずしもシリンダ内における空燃比の状態を意味するものではなぐ ΝΟχ吸蔵還元型触媒に流入する排気ガス中に供給した空気量と燃料量 (シリンダ内で燃焼した分も含めて）との比のことをいう。

[0053] 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） Εの排気通路 4に、上流側から酸化触媒 1 laと DPF1 lbと Ν〇χ吸蔵還元型触媒 1 lcを有する排気ガス浄化装置 10が配置される。

[0054] 酸化触媒 11aは、コージヱライト、炭化けい素（SiC)、又はステンレスの構造材で形成された、多数の多角形セルを有するモノリス触媒で形成される。このセルの内壁には表面積を稼いでいる触媒コート層があり、その大きい表面に、白金 (Pt)ゃバナジゥム (V)等の触媒金属を担持して触媒機能を発生させる。

[0055] DPF1 lbは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネ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ウォールフロータイプのフィルタ等で形成できる。この DP Fl lbで、排気ガス中の PM (微小粒子）を捕集する。この DPFl lbは、 PMの燃焼除去を促進するために、酸化触媒や PM酸化触媒を担持する場合もある。

[0056] NOx吸蔵還元型触媒 11cは、モノリス触媒で形成される。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る。この触媒コート層に、白金 (Pt)、パラジゥム（Pd)等の触媒金属と、バリウム (Ba)等の NOx吸蔵材 (NOx吸蔵物質）を担持させる。

[0057] この NOx吸蔵還元型触媒 11c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 N〇x (窒素酸化物）を NOx吸蔵材が吸蔵する。これにより、排気ガス中の NOxを浄化する。また、酸素濃度が低いかゼロの排気ガス状態の時に、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。これにより、大気中への N〇xの流出を防止する。

[0058] そして、 NOx吸蔵還元型触媒 11の上流側と下流側に、即ち、前後に上流側酸素濃度センサ（O センサ） 13と下流側空気過剰率センサ（ λセンサ） 14をそれぞれ配

2

置する。この λセンサ 14には、バイナリ λセンサを用いる。このセンサは、図 12に示すような、ストィキ空燃比付近で値が急激変化する出力特性を持つ。この Ο センサ 1

2

3及び λセンサ 14の出力により、触媒内が還元領域に変化したことを確認する。また、触媒内で硫黄脱離が確実に行われていることを確認する。

[0059] また、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの温度を判定するための上流側温度センサ 15と下流側温度センサ 16を NOx吸蔵還元型触媒 11cの上流側と下流側、即ち、前後にそれぞれ配置する。この二箇所に設置した温度センサ 15、 16の温度差により、触媒 11内の温度差を推定する。

[0060] 更に、排気ガス浄化装置 10の上流側の排気通路 4に、炭化水素 (HC) Fを供給する HC供給弁 (燃料噴射用インジェクター） 12を設ける。この炭化水素 Fは、エンジンの燃料である軽油等であり、 NOxの還元剤となる。この HC供給弁 12は、図示しない燃料タンクから炭化水素 Fを排気通路 4内に直接噴射して、排気ガス Gの空燃比をリーン状態、リッチ状態やストィキ状態 (理論空燃比状態）にするためのものである。この HC供給弁 12は、燃料系リッチ制御の手段となる。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。

[0061] そして、制御装置（ECU：エンジンコントロールユニット） 20力 S設けられる。この制御装置 20は、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 1 lcの N〇x浄化能力の回復制御も行う。この制御装置 20に、上流側 O センサ 13，下流側 λセンサ 14や上流側及び下流側温度センサ 15, 16等からの検出値が入力される。また、この制御装置 20からエンジン Ε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（吸気スロットル弁） 9等を制御する信号が出力される。

[0062] この排気ガス浄化システム 1においては、空気 Αは、吸気通路 2のマスエアフローセンサ（MAFセンサ） 17とターボチヤジャー 3のコンプレッサー 3aを通過する。その後、空気 Aは、吸気絞り弁 9によりその量を調整されて、吸気マ二ホールド 2aを経由してシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガス Gは、排気マ二ホールド 4a 力、ら排気通路 4に出てターボチヤジャー 3のタービン 3bを駆動する。排気ガス Gは、その後、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を通過する。その後、この EGRガス Geは、 EGR弁 6でその量を調整されて、吸気マ二ホールド 2aに再循環される。

[0063] そして、排気ガス浄化システム 1の制御装置力エンジン Eの制御装置 20に組み込まれ、エンジン Eの運転制御と並行して、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、 DPFl lbの PMを除去する PM再生制御や NOx吸蔵還元型触媒 11cの NOx吸蔵能力を回復する NOx再生制御や NOx吸蔵還元型触媒 11cの硫黄被毒を回復する脱硫制御等の排気ガス浄化システムの制御を行う。

[0064] この PM再生制御は、 DPF1 lbへの PMの蓄積量が増加して目詰まり状態が悪化した時に、排気ガス温度を昇温して、 DPFl lbに捕集された PMを酸化して除去する制御である。

[0065] また、 N〇x再生制御は、エンジン Eの運転状態から単位時間当たりの NOxの排出量 Δ Ν〇χを算出し、これを累積計算して NOx累積値∑ NOxを算出する。この N〇x 累積値∑ N〇xが所定の判定値 Cnを超えた時に再生を開始すると判断する。

[0066] あるいは、 NOx再生制御で、 NOx吸蔵還元型触媒 11の上流側と下流側の NOx 濃度から NOx浄化率を算出する。この NOx浄化率が所定の判定値より低くなつた場合に、 N〇x触媒の再生を開始すると判断する。 [0067] そして、 NOx再生制御では、吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御を併用して、排気ガスの空燃比がストィキ空燃比 (理論空燃比)又はリッチ状態になるように制御する

。この吸気系リッチ制御では、 EGR弁 6を制御して EGR量を増加させたり、吸気絞り弁 9を制御して新規の吸気量を減少させたりして、排気ガスの空燃比を低下させる。また、燃料系リッチ制御では、吸気系リッチ制御に加えて、シリンダ内噴射におけるポスト噴射又は排気管内噴射等により、排気ガス中へ燃料を添加して空燃比を低下させる。

[0068] これらの制御により、排気ガスの状態を所定の目標空燃比状態にすると共に、所定の温度範囲にする。これにより、 NOx吸蔵能力、即ち N〇x浄化能力が回復されて、 N〇x触媒の再生が行われる。なお、所定の目標空燃比状態は、触媒にもよる力空気過剰率換算で、概ね 0. 8〜： 1. 0である。また、所定の温度範囲は、触媒にもよるが、概ね 200。C〜600°Cである。

[0069] なお、本発明は、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの脱硫再生制御に関するものであり、 NOx吸蔵能力を回復するための NOx再生制御には従来技術を使用できるので NO X再生制御についてのより詳細な説明は省略する。

[0070] 一方、脱硫再生制御では、硫黄 (サルファ）蓄積量を積算する等の方法により、 NO X吸蔵能力が低下するまで硫黄が蓄積したか否かを判定する。これにより、サルファパージ制御を開始するか否力を判定する。つまり、硫黄蓄積量が所定の判定値以上になると脱硫の開始とする。

[0071] そして、脱硫再生制御では、 EGR制御や吸気絞り制御等の吸気系制御と、ポスト噴射又は排気管内噴射等の燃料系制御とにより、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの温度 Tcを硫黄分解可能な温度 Tsdまで昇温する。それと共に、排気ガスの空燃比を制御する。これらにより、効率よく脱硫を行う。

[0072] そして、この排気ガス浄化システム 1では、エンジン Eの制御装置 20に組み込まれた排気ガス浄化システム 1の制御装置により、 NOx吸蔵還元型触媒 11 cの脱硫再生制御が行われる。

[0073] この脱硫制御は、硫黄（サルファ）蓄積量を積算し、硫黄蓄積量が所定の判定値以上になると、 NOx吸蔵能力が低下するまで硫黄が蓄積したとして、脱硫 (サルファパージ)制御を開始する。この脱硫制御においては、硫酸塩は触媒により差があるが、概ね 600°C〜700°Cのリッチ条件にならないと分解放出しない。そのため、エネルギ一の効率的運用の面から、この脱硫制御に先立って、 DPFl lbの PM再生制御を行う。これにより、 PM燃焼による排気温度上昇と、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの昇温を行う。

[0074] また、この脱硫制御方法は、吸気絞り 9と EGR弁 6を開弁制御して吸入空気量や E GRガスなどのガス量を一定にすると共に、ポスト噴射又は排気管噴射により、高温リツチな雰囲気を作る。更に、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの入口側の空燃比を、空気過剰率（λ )換算で 0. 85-0. 95、好ましくは 0. 9のリッチ側にする制御と、空気過剰率換算で 1. 05-1. 15、好ましくは 1. 1のリーン側にする制御とを交互に繰り返して行う。

[0075] また、この脱硫制御において、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御 (R： L) = 5： 2〜4： 3とする。なお、リッチ側にする制御とリーン側にする制御のサイクル 1回あたりの時間は、例えば、リッチ側にする制御の時間は、 3s〜5s程度であり、リーン側にする制御の時間は、 2s〜4s程度である。また、このサイクルを繰り返す脱硫制御の開始から終了までの時間は 3min程度である。

[0076] この触媒入口側の空燃比を制御する方法により、排気昇温のための還元剤を充分に確保すると共に、 H S (硫化水素）を SO (二酸化硫黄）に酸化するための O (酸

2 2 2 素)も必要量与えることができる。

[0077] そして、この入口側の空燃比をリッチ状態を維持し続けずに、繰り返しリーン状態にすることで、排気ガス昇温及び酸素雰囲気を適切なものとし、 H Sを酸化して SO に

2 2 するだけの o を供給すること力 sできる。

2

[0078] その結果、確実に H Sを SO に酸化でき、 H Sの悪臭を防止できる。それと共に、

2 2 2

SO での脱硫の促進と、この酸化で発生する熱により脱硫制御中の温度維持とが可

2

能となる。これにより、 H Sの発生量を抑えて SO の割合を高めると共に、発生する S

2 2

O の量を確保する。その結果、早期に硫黄パージを完了できるので、脱硫制御を短

2

時間で終了できる。 [0079] 更に、この脱硫制御方法において、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの出口側の空燃比が脱硫制御中におレ、てストィキ状態になるように入口側の目標空燃比をフィードバック制御する。それと共に、この入口側の空燃比を、吸入吸気量と負荷 (燃料噴射量）力算出する。

[0080] つまり、触媒出口側（後流側）の下流側 λセンサ 14の値が常にストィキ以下となるようにする。もしも、浅レ、リッチ時にはストィキ空燃比となるように、入口空燃比の目標値をフィードバック制御する。これにより、触媒中段以降を常にストィキ空燃比以下にして脱硫可能にすることができる。

[0081] そして、この排気ガス浄化システム 1では、この脱硫再生制御は、エンジン Εの制御装置 20に組み込まれた排気ガス浄化システム 1の制御装置により、図 2〜図 4に例示するような脱硫再生制御フローに従って行われる。なお、この図 2の脱硫再生制御フローは、エンジン Εの運転に際して、エンジン Εの他の制御フローと並行して、実行されるものとして示してある。

[0082] 図 2の脱硫再生制御フローがスタートすると、ステップ S101で、燃料消費量積算等から触媒硫黄被毒量を算出し、脱硫再生時期か否かの決定を行う。脱硫再生時期ならステップ S 102で脱硫再生用のフラグをセットする。脱硫再生時期でないならば、そのままステップ S 103に行く。

[0083] そして、ステップ S103で、脱硫再生用のフラグを確認する。脱硫再生用のフラグがセットされておらず脱硫再生時期でない場合は、リターンに行き、この脱硫再生制御ルーチンを終了する。脱硫再生用のフラグがセットされてる場合、即ち、脱硫再生時期である場合には、ステップ S104へ進み、触媒昇温制御に入る。

[0084] このステップ S 104の触媒昇温方法としては、ポスト噴射や排気管噴射等の燃料系制御と、吸気絞りや EGR弁 6などの吸気系の制御等が併用され、また、必要に応じてその他の方法も併用される。このポスト噴射や排気管噴射では HCを酸化触媒 11aに供給し、この HCを酸化触媒 11aの触媒作用により酸化させる。この酸化で発生する熱により排気ガスを昇温し、 N〇x吸蔵還元型触媒 11cを昇温する。

[0085] 次のステップ S105で、触媒温度 Tcが硫黄分解可能温度 Tsd以上になっているか、否かを判定する。触媒温度 Tcが硫黄分解可能温度 Tsd未満である場合には、ステップ SI 04に戻り、触媒昇温制御を行う。また、触媒温度 Tcが硫黄分解可能温度 Ts d以上の場合には、ステップ S106に進む。

[0086] このステップ S106で、 N〇x吸蔵還元型触媒 11cの温度分布が均一になっているのを確認する。この確認は、 N〇x吸蔵還元型触媒 11cの入口側と出口側の温度差 ΔΤΙΟが所定の温度値（ここでは 25°C) ΔΤ0以下になっていることを確認することにより行う。温度差 ΔΤΙΟが所定の温度値 Δ Τ0以下になっていれば、脱硫用空燃比制御を行うために、ステップ S200の脱硫用空燃比制御に行く。温度差 ΔΤΙΟが所定の温度値 Δ Τ0以下になっていなければ、ステップ S104に戻る。この所定の温度値 ΔΤ0は 5°C〜25°Cの範囲内の温度、好ましくは 5°Cとする。

[0087] この図 2の脱硫再生制御フローによれば、脱硫再生制御を開始すると、最初に、ポスト噴射又は排気管噴射により、酸化触媒 11aの下流域の温度 Tdaを硫黄分解可能温度 Tsdまで上昇させる。その後、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの下流域の温度 Taが上昇するまで、その運転条件を継続する。これにより、図 6に示すように、 N〇x吸蔵還元型触媒 11c全体の温度 Tf, Tm, Taを、硫黄分解可能な温度 Tsd以上にする。

[0088] そして、 NOx吸蔵還元型触媒 11c全体が略均等に昇温したことを、入口排気ガス温度と出口排気ガス温度の温度差 Δ ΤΙΟが所定の温度値 (ここでは 25°C) ΔΤ0以下になつていることで確認してから、脱硫用空燃比制御に入る。

[0089] 次のステップ S200 (S200A)の脱硫用空燃比制御では、硫黄脱離操作として幾つかの方法を用いることができる力このステップ S200 (S200A)の脱硫用空燃比制御に関して、図 3に示す第 1例の S200の脱硫用空燃比制御と図 4に示す第 2例の S 200Aの脱硫用空燃比制御について説明する。

[0090] 図 3に示す第 1例の脱硫用空燃比制御では、図 5に示すように、脱硫用空燃比制御の期間 ts中に、短い時間間隔 (例えば、 7s)でパルス的に、空燃比をリッチ側とする制御（例えば、 4s)とリーン側とする制御（例えば、 3s)とを交互に繰り返すことにより、 H Sの生成を抑制しながら脱硫する方法を用いる。

[0091] この場合に、リッチ側とする制御とリーン側とする制御の時間割合をリッチ：リーン = 5 : 2〜4： 3とすることが好ましいことが実験的に得られている。そして、この空燃比の制御を、図 12に示すようなストィキ空燃比付近で値が急激変化する出力特性を持つバイナリえセンサを利用して行う。

[0092] そして、ステップ S200の最初のステップ S 201では、脱硫用空燃比制御の最初の制御として、ポスト噴射や排気管噴射等により、硫黄放出リッチ制御を所定の時間 A t rの間行う。この所定の時間 A trは、目標リッチ空燃比になっているか否かを判定するインターバルに関係する時間である。この硫黄放出リッチ制御では、 λセンサ 14で検出した空燃比（λ力も換算した値）が、目標リッチ空燃比になるように制御する。そして、ステップ S202に行く。

[0093] ステップ S202では、 λセンサ 14で検出した空燃比が目標リッチ空燃比になったか否かを判定する。この空燃比が目標リッチ空燃比になった場合は、 Ν〇χ吸蔵還元型触媒 1 1 cからの酸素放出が終了したと判断して、ステップ S203からのリッチ'リーン繰返制御に入る。この空燃比が目標リッチ空燃比になったか否かの判断においては、 NOx吸蔵還元型触媒 1 1 cの下流側のバイナリ; Iセンサがストィキ空燃比付近で値が急激変化する特性を利用する。つまり、センサ値がストィキ側に振れた時を目標リツチ空燃比になった時と判断する。

[0094] このステップ S203では、空燃比リッチ状態を所定のリッチ維持時間 Δ tr (例えば、 4 s〜5s)の間維持する。次に、ステップ S 204で硫黄放出量∑SP 1を算出する。この硫黄放出量∑SP1の算出は、マップデータを参照して、計測されたエンジン回転数と触媒温度から硫黄脱離量 SP1を算出する。このマップデータは、事前試験によって予め ECU内に記録したものであり、エンジン回転数と触媒温度をベースに硫黄脱離量 SP1を記録したデータである。この硫黄脱離量 SP 1を積算して硫黄放出量∑SP 1 を算出する。

[0095] 次のステップ S 205で、硫黄放出終了値∑SPを算出する。この算出は、マップデータを参照して、計測されたエンジン回転数と触媒温度から硫黄放出終了量∑ SPを算出する。このマップデータは、事前試験によって予め ECU内に記録したものであり、エンジン回転数と触媒温度をベースに硫黄放出終了値∑ SPを記録したデータである。

[0096] 次に、ステップ S206で、この硫黄放出量∑SP1が硫黄放出終了値∑SPを超えたか否かにより、硫黄放出終了の確認を行う。この確認で、硫黄放出量∑SP1が硫黄放出終了値∑SPを超えておらず、硫黄放出終了が確認できない場合には、脱硫用空燃比制御を続行することにし、ステップ S207に行く。

[0097] このステップ S207では、空燃比リーン状態を所定のリーン維持時間 A tl (例えば、

2s〜3s)の間維持する。そして、リッチ維持時間 A trとリーン維持時間 A tlの時間割合を A tr : A tl= 5 : 2〜4 : 3とする。なお、リッチ維持時間 A trとリーン維持時間 A tl を固定せずに、可変にした場合には、 1回の脱硫再生制御におけるトータルのリッチ維持時間の総和∑ A trとリーン維持時間の総和∑ A tlとが、∑ A tr :∑ A tl= 5 : 2〜 4 : 3となるようにする。

[0098] その後、ステップ S203に戻り、空燃比リッチ状態を所定のリッチ維持時間 A trの間維持する。このステップ S203〜ステップ S207をステップ S206で、硫黄放出終了が確認できるまで、即ち、硫黄放出量∑SP1が硫黄放出終了値∑SPを超えるまで、繰り返す。

[0099] ステップ S206で、硫黄放出終了が確認できた場合には、ステップ S208に行く。このステップ S208で、空燃比リッチ状態を空燃比リーン状態に切り換えたり、硫黄放出フラグをリセットしたりする等の脱硫再生制御終了作業をする。

[0100] この図 3に示す制御フローに従った脱硫用空燃比制御では、最初に、空燃比を小さくして行き、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの下流側でストィキ空燃比になるように制御する。そして、ストィキ空燃比になった時に、触媒からの酸素放出が終了したとして、それ以後は、空燃比リッチ状態と空燃比リーン状態を繰り返す制御を行う。

[0101] この時、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの下流側のバイナリえセンサ 14が、ストィキ空燃比付近で値が急激変化する特性を利用して、センサ値が振れるように空燃比を制御する。この繰返制御により、 H Sの発生を防ぐと同時に HC， C〇（一酸化炭素）のスリップを防ぐ。硫黄 (サルファ）は、触媒表面に〇が無くなると、 H (水素）と結合し H S となる。そのため、この繰返制御により触媒表面に O が無くなるのを防止する。

[0102] このリッチ'リーン繰返制御を硫黄放出終了まで継続し、硫黄放出終了を確認できたら終了する。これにより、脱硫用空燃比制御が終了し、図 2の制御フローに戻り、脱硫再生制御が終了する。

[0103] 次に、図 4に示す第 2例の脱硫用空燃比制御について説明する。この脱硫用空燃比制御では、脱硫再生制御の終了の判断は、脱硫用空燃比制御の経過時間 tsが所定の脱硫完了時間 tsOを超えた場合に、脱硫完了とする。そのため、ステップ S200A が行われると、ステップ S212で、脱硫時間 tsのタイマーをスタートさせて、脱硫用空燃比制御の経過時間 tsを計測し始める。

[0104] そして、次のステップ S213で、所定の時間 trOの間リッチ状態とする脱硫リッチ側制御を行う。次のステップ S214で、脱硫時間 tsのチェックを行レ、、脱硫再生制御が終了か否かを判定する。脱硫時間 tsが所定の脱硫完了時間 tsOを超えた場合には、脱硫完了としてステップ S218で脱硫再生終了の作業を行レ、、図 2の制御フローに戻る

[0105] また、脱硫時間 tsが所定の脱硫完了時間 tsOを超えていない場合には、ステップ S2 15で、所定の時間 tlOの間リーン状態とする脱硫リーン側制御を行う。このステップ S2 15の後のステップ S216で、脱硫再生制御中の触媒出口側 λ (空気過剰率）あるいは触媒出口酸素濃度のチェックを行う。この触媒出口側 λがストィキでない場合（ λ > 1. 0)には、ステップ S217で、リーン時間 tlOの短縮、触媒入口側えに関するリーン目標え 10の低下、触媒入口側 λに関するリッチ目標 λ r0の低下のレ、ずれか一つ又は組み合わせを行い、触媒出口側えが低下するようにしてから、ステップ S213に戻る。また、この触媒出口側えがストィキである場合（λ≤1. 0)には、そのまま、ステツプ S213に戻る。

[0106] そして、ステップ S213の脱硫リッチ側制御とステップ S215の脱硫リーン側制御を繰り返す間欠パルス制御を、脱硫時間 tsが所定の脱硫完了時間 tsOを超えるまで行う。そして、ステップ S214で、脱硫時間 tsが所定の脱硫完了時間 tsOを超えると、脱硫完了としてステップ S218で脱硫再生終了の作業を行う。

[0107] その後、この図 4の脱硫用空燃比制御が終了すると、図 2の制御フローに戻ってリターンして、メインの制御フローに戻る。このあと、再度、この図 2の脱硫再生制御フロ一が呼ばれる。こうして、図 2の脱硫再生制御フローが、エンジンの停止まで繰り返される。

[0108] なお、図示していないが、図 2〜図 4の制御の途中でエンジンキイ一が OFFされた場合には、割り込みが発生し、割り込みが生じたそれぞれのステップで必要な終了処理（図示していない）を行った後、リターンする。そして、メインの制御の終了と共に、この脱硫再生制御フローも終了する。

[0109] 以上の構成の排気ガス浄化システムの脱硫再生制御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 11cの硫黄被毒から触媒を再生する脱硫再生制御にぉレ、て、触媒の内部温度 Tcを略均等に硫黄分解可能温度 Tsd以上に保持してから、脱硫用空燃比制御を行って、 NOx吸蔵還元型触媒 11cの硫黄を均一に除去する。

これにより、硫黄被毒による寿命劣化を回避でき、又、脱硫制御時に、触媒内部の下流域が部分的に高温になることを回避できる。従って、部分的高温になることによる熱劣化を防ぐことができるので、熱劣化による寿命劣化を抑えることができる。

[0110] 更に、 N〇x吸蔵還元型触媒 11cの入口の空燃比を空気過剰率換算で 0. 85-0.

95のリッチ状態と 1. 05-1. 15のリーン状態の間で、周期的に繰り返し、 N〇x吸蔵還元型触媒 11cの下流でストィキになるようにフィードバック制御すると、排気昇温のための還元剤を充分に確保できると共に、 H Sを SO に酸化するための酸素を必要量だけ与えることができる。

[0111] これにより、酸素雰囲気及び排気ガス温度を適切なものとし、確実に H Sを SO に酸化することを可能にして、 H Sの発生量を抑えて SO の割合を高めると共に、脱硫の促進と脱硫のための高温維持とを可能にして、発生する脱硫量を確保できる。従つて、早期に硫黄パージを完了できるので、脱硫制御を短時間で終了できるようになる

[0112] 図 7に、この図 2及び図 3の制御フローによる空気過剰率 λ ,硫黄放出量 Sと酸化触媒 11aの上流側温度 Tdf，下流側温度 Tda, NOx吸蔵還元型触媒 1 lcの上流側温度 Tf，中流側温度 Tm ,下流側温度 Taの実験で計測された時系列の一例を示す。この図 7によれば、図 14に示す従来技術の例に比べて、 NOx吸蔵還元型触媒 1 lcの内部温度、特に上流側温度 Tfが均等化されていることや、脱硫用空燃比制御時には硫黄分解可能温度 Tsd以上になっていることが分かる。

[0113] また、脱硫制御の違いによる硫化水素排出割合の変化をみるために、連続リッチ制御 1例と、図 4の脱硫用空燃比制御の間欠パルス制御 4例とを行レ、、その結果を図 9 〜図 11に示す。

いずれの脱硫制御においても、その前に、 DPFl lbの再生を行い、 PM燃焼による排気ガス温度 Tginの上昇と触媒温度の上昇を図っている。

[0114] 従来例の連続リッチ制御では、 λで示される触媒の入口側の空気過剰率を目標空燃比 0. 9とし、 3分間の脱硫制御中一定とした。この脱硫制御では、脱流量は 0. 26 gで、平均硫化水素割合は 89%で殆どが H S (硫化水素）となって排出されていることが分かった。なお、図中「〇」で示される触媒下流側の酸素濃度は最初は小さいが徐々に増加する。

[0115] 実施例の間欠パルス制御においては、目標空燃比をリッチ空燃比では、空気過剰率換算で 0. 9に、リーン空燃比では空気過剰率換算で 1. 1に設定した。そして、間欠パルス制御のリッチ制御時間（R)とリーン制御時間（L)を、実施例（1)では (R/L = 5s/2s) ,実施例（2)では (R/L = 5s/3s)，実施例（3)では (RZL = 4sZ3s) , 実施例（4)では (R/L = 3s/3s)とした。

[0116] その結果、脱流量と図中「H S」で示される平均硫化水素割合は、それぞれ、実施例（1)では 0. 32gと 74%,実施例（2)では 0. 31gと 66%,実施例（3)では 0. 30gと 50%,実施例（4)では 0. 06gと 34%となった。また、図中「〇」で示される触媒下流側の酸素濃度も図 9及び図 10のようになった。

[0117] この図 9及び図 10で得られた結果の内、 1パージあたりの脱硫量 Sと平均硫化水素割合 H Sを、まとめて図 11に図示した。図 11によれば、今回の実施例中では、実施例（3)が脱硫量 Sが多ぐかつ、平均硫化水素割合 H Sが低ぐ最適な制御条件となつに。

産業上の利用可能性

[0118] 上述した優れた効果を有する本発明の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムは、自動車搭載の内燃機関の排気ガスのみならず、各種産業用機械や定置式の内燃機関の排ガスや工場ガス，発電所ガス等の排気ガスに対する排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムとして、極めて有効に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に N〇xを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵してレ、た NOxを放出すると共に還元する N〇x吸蔵還元型触媒と、該 NOx吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒とを備え、前記 N〇x吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う排気ガス浄化システムの脱硫制御方法であって、前記脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になつてから、脱硫用空燃比制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。

[2] 前記所定の温度値を 5°C〜25°Cの範囲内の温度と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の脱硫制御方法。

[3] 前記脱硫用空燃比制御時に、前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリツチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返す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の脱硫制御方法。

[4] 前記脱硫制御で、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、 0. 85〜0. 95とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、 1. 05〜： 1. 15とする脱硫用空燃比制御を行う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の脱硫制御方法。

[5] 前記脱硫用空燃比制御において、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比力 Sストィキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御することを特徴とする請求項 4記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。

[6] 前記脱硫用空燃比制御において繰り返す、前記リッチ側にする制御と前記リーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御時間：リーン側制御時間 = 5： 2〜4： 3とすることを特徴とする請求項 3〜5のいずれ力 4項に記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。

[7] 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に NOxを吸蔵し、かつ、リッチ状態の場合に吸蔵してレ、た NOxを放出すると共に還元する NOx吸蔵還元型触媒と、該 NOx吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒と、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う脱硫制御手段を備えた排気ガス浄化システムであって、前記脱硫制御手段が、脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になつてから、脱硫用空燃比制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。

[8] 前記所定の温度値を 5°C〜25°Cの範囲内の温度とすることを特徴とする請求項 7 記載の排気ガス浄化システム。

[9] 前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御時に、前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返すことを特徴とする請求項 7記載の排気ガス浄化システム。

[10] 前記脱硫制御手段が、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、 0. 85〜0. 95とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、 1. 05〜： 1. 15とすることを特徴とする請求項 9記載の排気ガス浄化システム。

[11] 前記脱硫制御手段が、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比が脱硫制御中におレ、てストィキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御することを特徴とする請求項 10記載の排気ガス浄化システム。

[12] 前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御において、前記リッチ側とする制御と前記リーン側とする制御の時間割合をリッチ側制御時間：リーン側制御時間 = 5 : 2 〜4 : 3とすることを特徴とする請求項 9〜： 11のいずれ力 1項に記載の排気ガス浄化システム。