WO2006115158A1

WO2006115158A1 - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム

Info

Publication number: WO2006115158A1
Application number: PCT/JP2006/308281
Authority: WO
Inventors: Masashi Gabe; Daiji Nagaoka
Original assignee: Isuzu Motors Limited
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2006-11-02
Also published as: CN101163871B; CN101163871A; EP1873381A1; US8186148B2; EP1873381B1; US20080202098A1; EP1873381A4; JP2006299952A; JP3901194B2

Abstract

　吸気量を減少する吸気系の制御とシリンダ内への燃料噴射量を増加する燃料系の制御とを併用して、再生制御のリッチ状態の制御を行う排気ガス浄化システム（１）において、前記ＮＯｘ浄化触媒（１２）の再生制御に際してのリーン状態とリッチ状態の切り替え期間の間（ｔ１，ｔ２）、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化（λｎ）に対応させて、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期（Ｔｎ）を変化させる。これにより、リッチ状態への移行期やリーン状態への移行期間の間で、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期の過度の進角や過度の遅角から生じる、失火や燃焼騒音やトルク変動やドライバビィテ－等の悪化を防止できる。

Description

明細書

排気ガス浄化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 NOx (窒素酸ィ匕物）を還元して浄ィ匕する NOx 浄ィ匕触媒を備えた排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システムに関する。

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力 NOx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。その中に、ディーゼルエンジン用の NOx低減触媒として、 NOx吸蔵還元型触媒や NOx直接還元型触媒等がある。これらの触媒により、有効に排気ガス中の NOxを浄化できる。

[0003] この NOx吸蔵還元型触媒は、アルミナ (Al O )、ゼォライト等の酸ィ匕物担持層に、

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酸化 ·還元反応を促進する触媒貴金属と、 NOx吸蔵機能を有する NOx吸蔵材 (NO X吸蔵物質)を担持した触媒である。この触媒貴金属としては、白金 (Pt)やパラジゥム（Pd)等が用いられる。 NOx吸蔵材には、カリウム (K)、ナトリウム (Na)、リチウム (L i)、セシウム（Ce)等のアルカリ金属、バリウム（Ba)、カルシウム（Ca)等のアルカリ土類金属、ランタン (La)、イットリウム (Y)等の希土類等の中の幾つかが用いられる。

[0004] この NOx吸蔵還元型触媒は、流入する排気ガスの空燃比カ^ーン (酸素過多)状態であって雰囲気中に O (酸素）が存在する場合には、排気ガス中の NO (—酸ィ匕

2

窒素）が貴金属類により酸化されて NO (二酸ィ匕窒素）となる。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。

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[0005] 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、 Ba等の NOx吸蔵材はー酸ィ匕炭素（CO)と結合し、硝酸塩から NOが分解されて放出される。この放出された NO は貴金属類の

2 2

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 CO等で還元され窒素 (N )となる。その結果、排気ガス中の諸成分は、二酸化炭素 (CO )，水 (H O

2 2 2

) ,窒素 (N )等の無害な物質として大気中に放出される。 [0006] そのため、 NOx吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄ィ匕システムでは、 NOx吸蔵能力が飽和に近くなると、吸蔵された NOxを放出させて触媒を再生するために、再生操作を行っている。この再生操作では、理論空燃比より燃料を多くして、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た還元組成排気ガスを触媒に供給する。この NOx吸蔵能力回復用のリッチ制御を行うことにより、吸収した NOx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。

[0007] そして、 NOx吸蔵還元型触媒を効果的に機能させるためには、リーン状態で吸蔵した NOxを還元するのに必要十分な量の還元剤をリッチ状態時に供給する必要がある。しかし、ディーゼル機関では、リッチの状態を燃料系のみで実現しょうとすると、燃費が悪化する。そのため、例えば、日本の特開平 6— 336916号公報では、還元排気ガスを発生させるために、吸気量を減少すると共に、シリンダ内燃焼をリッチ燃焼に切り替えている。この吸気量の減少は、吸気を絞り弁で絞ると共に、 EGR弁を開いて EGRガスを大量に供給することで行う。また、リッチ燃焼はリッチ深さを深くするための燃料の追カ卩で行う。

[0008] 一方、 NOx直接還元型触媒は、 β型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジゥム (Rh)やパラジウム（Pd)等の金属を担持させたものである。更に、次のようなことを行う。金属の酸化作用を軽減し、 NOx還元能力の保持に寄与するセリウム（Ce)を配合する。下層に三元触媒を設けて酸化還元反応、特にリッチ状態における NOxの還元反応を促進する。 NOxの浄化率を向上させるために担体に鉄 (Fe)をカ卩える。

[0009] この NOx直接還元型触媒は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスの空燃比が、リーン状態の排気ガスのような酸素濃度が高い雰囲気では、 NOxを窒素 (N )に直接還元する。しかし、この還元の際に、触媒の活性物質である金属に酸素（O

2 2

)が吸着して還元性能が悪化する。そのため、排気ガスの空燃比が理論空燃比ゃリツチ状態になるように、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロに近い状態にして、触媒の活性物質を再生して活性化する必要がある。

[0010] そして、 NOx吸蔵還元型触媒と同様に、通常のエンジン運転状態である場合、即ち、排気ガスの空燃比がリーン状態の場合に、 NOxを浄ィ匕する。この浄化に際して酸化された触媒を、リッチ状態の場合に還元して、 NOx浄化能力を回復する。 [0011] しかし、この再生制御のリッチ燃焼時に、リーン燃焼時の燃料噴射時期と同じタイミングで燃料噴射を行うと、大量の不活性ガス (EGRガス）と吸気絞りによって吸気量が減少しているので、着火遅れが増大し失火が生じる。そこで、リッチ燃焼に切り替えると同時に、燃料噴射時期を 10° 程度進角させている。

[0012] し力しながら、吸気系と燃料系を組み合わせて、リッチ制御を行う場合には、この吸気系制御と燃料系制御とでは、応答性に違いがある。つまり、吸気系によるリッチ制御では、大量の EGRガスを循環させて吸気中の酸素濃度を下げる。しかし、この EG Rガスの循環には時間が掛カるので、目標空燃比になるのに時間が掛かる。従って、応答は緩慢となり、空気系の制御の応答性は悪い。一方、燃料系によるリッチ制御では、吸気系の比較的穏やかな変化に対して、燃料系の噴射時期の進角や遅角は極めて迅速に行われる。そのため、図 7の tlに示すように、通常運転のリーン状態から再生制御のリッチ状態に移行する時、即ち、リッチ燃焼への初期過渡期には、吸気系の空気過剰率えがリッチ条件え qに達する前に、燃料系の噴射時期 Tの進角が完了してしまう。また、図 7の t2に示すように、再生制御のリッチ状態から通常運転のリーン状態に移行する時、即ち、リーン燃焼への初期過渡期には、吸気系の空気過剰率えがリ―ン条件 λ ΐに達する前に、燃料系の噴射時期 Τの遅角が完了してしまう。そのため、 ΝΟχの発生量 Cnoxinや燃焼騒音やトルク等が急増加し、ドライバビィテ一の著、悪ィ匕を招くと！、う問題が発生する。

[0013] なお、空気過剰率の切換時に、目標吸入空気量の変化に対して実吸入空気量の変化が遅れて、実吸入空気量の変化が燃料噴射量の変化よりも遅れる。そのため、オーバーリッチになって失火したり、ェミッションが悪ィ匕したり、トルクショックが発生する。これらのことを防止するために、日本の特開 2000— 154748号公報では、検出又は推定した実吸入空気量と、設定された、混合気が安定燃焼する安定燃焼え範囲とに基づいて、実際の空気過剰率えが安定燃焼え範囲内となるように燃料噴射量を制限する。更に、燃料噴射量と安定燃焼え範囲との関係に基づいて、燃料噴射時期を変更する内燃機関制御装置が提案されている。この装置では、 NOx吸蔵還元型触媒の NOx還元浄化制御中（再生制御中）は、燃料噴射時期を均質燃焼モードに切り換えている。 [0014] し力しながら、この内燃機関制御装置における燃料噴射時期の変更とは、 = 1.

3〜3に対する成層燃焼モードと、 1 =0. 7〜1. 4に対する均質燃焼モードとの間における変更である。つまり、各モード内における燃料噴射時期の時々刻々の変更では無い。従って、上記のような電子制御による非常に高速で行われる噴射時期の変更と、応答の遅い吸気系の変化とから生じる問題、即ち、リッチ燃焼への過渡期ゃリーン燃焼への過渡期における問題を解決することができな、。

特許文献 1：特開平 6— 336916号公報

特許文献 2：特開 2000— 154748号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0015] 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、流入する排気ガスがリッチ状態の時に NOx浄ィ匕能力を回復する NOx浄ィ匕触媒を備えた排気ガス浄ィ匕システムにお、て、リッチ状態への移行期やリーン状態への移行期間の間で、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期の過度の進角や過度の遅角から生じる失火や、燃焼騒音や、トルク変動や、ドライバビィテ一等の悪ィ匕を防止できる排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システムを提供することにめる。

課題を解決するための手段

[0016] 以上のような目的を達成するための排気ガス浄ィ匕方法は、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に NOxを浄ィ匕し、かつ、リッチ状態の場合に NOx浄ィ匕能力を回復する NOx浄化触媒と、前記 NOx浄化触媒の NOx浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備え、吸気量を減少する吸気系の制御とシリンダ内への燃料噴射量を増加する燃料系の制御とを併用して前記再生制御のリッチ状態の制御を行う排気ガス浄ィ匕システムにお、て、前記 NOx浄ィ匕触媒の再生制御に際してのリーン状態とリッチ状態の切り替え期間の間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に対応させて、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期を変化させることを特徴とする。

[0017] ここで、う NOx浄化触媒には NOx吸蔵還元型触媒や NOx直接還元型触媒等がある。 NOx浄ィ匕能力の回復には、 NOx吸蔵還元型触媒の NOx吸蔵能力の回復や硫黄被毒からの回復、また、 NOx直接還元型触媒の NOx還元能力の回復や硫黄被毒からの回復等を含む。

[0018] この方法では、 NOx浄ィ匕触媒の NOx浄ィ匕能力の回復のための再生制御に際して、リーン燃焼形態とリッチ燃焼形態との切替時において、燃料噴射時期を所定の目標時期まで一気に進角又は遅角させることはしない。また、吸気系の吸気絞りや EG R制御によって比較的遅い変化をするシリンダ内の燃焼空燃比に対応させて、燃料噴射時期を進角又は遅角させる。これにより、 NOxの発生、燃焼騒音の発生、トルクの急激変化、ドライバビリィテ一の悪ィ匕等が抑制される。

[0019] そして、上記の排気ガス浄ィ匕方法において、前記再生制御の初期のリーン状態からリッチ状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を進角させることを特徴とする。

[0020] また、上記の排気ガス浄化方法にお!、て、前記再生制御の終期のリッチ状態からリーン状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする。

[0021] そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄ィ匕システムは、排気ガスの空燃比力リーン状態の場合に NOxを浄ィ匕し、かつ、リッチ状態の場合に NOx浄化能力を回復する NOx浄化触媒と、前記 NOx浄化触媒の NOx浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備え、吸気量を減少する吸気系の制御とシリンダ内への燃料噴射量を増加する燃料系の制御とを併用して前記再生制御のリッチ状態の制御を行う排気ガス浄ィ匕システムにおいて、前記触媒再生制御手段が、前記 NOx浄ィ匕触媒の再生制御に際してのリーン状態とリッチ状態の切り替え期間の間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に対応させて、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期を変化させるように構成される。

[0022] この構成の排気ガス浄ィ匕システムにより、上記の排気ガス浄ィ匕方法を実施でき、この方法と同様な効果を奏することができる。 [0023] そして、上記の排気ガス浄ィ匕システムにお、て、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の初期のリーン状態からリッチ状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を進角させるように構成される。

[0024] また、上記の排気ガス浄ィ匕システムにお、て、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の終期のリッチ状態力リーン状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を遅角させるように構成される。

[0025] この排気ガス浄ィ匕システムは、前記 NOx浄ィ匕触媒力排気ガスの空燃比力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、又は、排気ガスの空燃比力リーン状態の場合に NOxを還元浄ィ匕し、かつ、リッチ状態の場合に NOx浄ィ匕能力を回復する NO X直接還元型触媒である場合に提供でき、大きな効果を奏することができる。

[0026] なお、ここでいぅシリンダ内の燃焼空燃比とは、シリンダ内における燃焼の空燃比を意味するものであり、 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）との比である排気ガスの空燃比と区別するために使用している。

発明の効果

[0027] 以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システムによれば、 NOx浄ィ匕触媒の NOx浄ィ匕能力の回復のための再生制御に際して、シリンダ内の燃焼空燃比カ^ーンとなる燃焼形態とリッチとなる燃焼形態との間の燃焼形態の切替時において、燃料噴射時期を所定の目標時期まで一気に進角又は遅角させずに、吸気系の吸気絞りや EGR制御によって変化するシリンダ内の燃焼空燃比（空気過剰率え）の変化に対応させて、燃料噴射時期を進角又は遅角させることにより、 NOxの発生量、燃焼騒音、トルクの急激変化、ドライバビリィテ一等が極端に悪ィ匕することを防止できる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]本発明に係る実施の形態の排気ガス浄ィ匕システムの構成を示す図である。 [図 2]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。

[図 3]NOx吸蔵還元型触媒の再生のための制御フローの一例を示す図である。

[図 4]図 3の制御フローのリッチ移行制御のフローを詳細に示す図である。

[図 5]図 3の制御フローのリーン移行制御のフローを詳細に示す図である。

[図 6]本発明に係る排気ガス浄化方法の場合の空気過剰率と燃料噴射時期と NOx 濃度との関係を時系列で示す図である。

[図 7]従来技術における排気ガス浄ィ匕方法の場合の空気過剰率と燃料噴射時期と N Ox濃度との関係を時系列で示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0029] 以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システムについて、図面を参照しながら説明する。

[0030] 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。この排気ガス浄ィ匕システム 1では、エンジン（内燃機関) Eの排気通路 3に、酸化触媒 21と NOx 吸蔵還元型触媒 22を有する排気ガス浄化装置 20が配置される。

[0031] この酸ィ匕触媒 21は、次のようにして形成される。ハ-カム状のコージエライトあるいは耐熱鋼力もなる担体の表面に、活性酸ィ匕アルミニウム (Al O )等の触媒コート層

2 3

を設ける。この触媒コート層に、白金 (Pt)、パラジウム (Pd)、ロジウム (Rh)等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させる。この酸ィ匕触媒は流入してくる排気ガス中の H C, CO等を酸化する。これにより、排気ガスを低酸素状態にすると共に、燃焼熱により排気温度を上げる。

[0032] NOx吸蔵還元型触媒 22は、モノリス触媒に、触媒コート層を設けて構成される。このモノリス触媒はコージヱライト若しくは炭化珪素（SiC)極薄板ステンレスで形成される。このモノリス触媒の構造材の担体は、多数のセルを有している。この触媒コート層は、酸ィ匕アルミニウム (Al O )、酸ィ匕チタン (TiO)等で形成される。このセルの内壁

2 3

に設けられる触媒コート層は、大きな表面積を持っており、排気ガスとの接触効率を高めている。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)を担持させる。 [0033] この NOx吸蔵還元型触媒 22では、酸素濃度が高!、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を浄ィ匕する。また、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。それと共に、放出された NOxを触媒金属の触媒作用により還元する。これらにより、大気中への NOxの流出を防止する。

[0034] そして、この酸ィ匕触媒 21の上流側に第 1排気成分濃度センサ 23を配置する。 NOx 吸蔵還元型触媒 22の下流側に第 2排気成分濃度センサ 24を配置する。この排気成分濃度センサ 23、 24は、 λセンサ（空気過剰率センサ）と NOx濃度センサと酸素濃度センサとがー体ィ匕したものである。なお、第 1及び第 2排気成分濃度センサ 23, 24 の代りに、酸素濃度センサ又は空気過剰率センサを用いることもできる。しかし、この場合には、 NOx濃度センサを別に設けるカゝ、 NOx濃度の測定値を使用しない制御を用いる。また、排気ガスの温度を検出するために、酸化触媒 21の上流側に第 1温度センサー 25を配置すると共に、 NOx吸蔵還元型触媒 22の下流側に第 2温度センサー 26を配置する。

[0035] 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 22 の NOx浄ィ匕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） 3 0が設けられる。この制御装置 30に第 1及び第 2排気成分濃度センサ 23, 24や第 1 及び第 2温度センサ 25, 26等からの検出値が入力される。この制御装置 30からェンジン Eの吸気絞り弁（吸気スロットル弁） 8、 EGR弁 12、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 16等を制御する信号が出力される。

[0036] この排気ガス浄ィ匕システム 1にお、ては、空気 Aは、吸気通路 2の空気清浄器 5、マスエアフローセンサ（MAFセンサ） 6を通過して、ターボチャージャ 7のコンプレッサにより圧縮昇圧される。この空気 Aは、吸気絞り弁 8によりその量を調整されて吸気マ二ホールド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- ホールド力も排気通路 3に出て、ターボチャージャ 7のタービンを駆動する。その後、排気ガス Gは、排気ガス浄ィ匕装置 20を通過して浄ィ匕された排気ガス Gcとなる。この浄ィ匕された排気ガス Gcは、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 4の EGRクーラー 11を通過する。この EGRガス Geは、 EGR弁 12でその量を調整されて吸気マ-ホールドに再循環される。

[0037] そして、排気ガス浄ィ匕システム 1の制御装置力エンジン Eの制御装置 30に組み込まれ、エンジン Eの運転制御と並行して、排気ガス浄ィ匕システム 1の制御を行う。この排気ガス浄ィ匕システム 1の制御装置は、再生制御手段 C10を備えて構成される。図 2 に示すように、この再生制御手段 C10は、再生開始判定手段 Cl l、リッチ移行制御手段 C12、再生継続制御手段 C13、再生終了判定手段 C14、リーン移行制御手段 C 15、吸気系リッチ制御手段 C 16と燃料系リッチ制御手段 C 17を有する。

[0038] なお、ここでいう再生制御には、 NOx吸蔵物質の NOx吸蔵能力を回復するための触媒再生制御と、燃料中の硫黄成分による触媒の硫黄被毒に対して硫黄を触媒からパージする脱硫再生制御とを含むものとする。

[0039] 再生開始判定手段 C11は、触媒再生制御の場合には、エンジンの運転状態から単位時間当たりの NOxの排出量 Δ ΝΟχを算出し、これを累積計算して NOx累積値 ∑ NOxを求める。この手段 C11は、この NOx累積値∑ NOxが所定の判定値 Cnを超えた時に再生を開始すると判定する。あるいは、この手段 C11は、第 1及び第 2排気成分濃度センサ 23、 24で検出した NOx吸蔵還元型触媒 22の上流側と下流側の NOx濃度カゝら NOx浄ィ匕率を算出する。この手段 C11は、算出された NOx浄ィ匕率が所定の判定値より低くなつた場合に、 NOx触媒の再生を開始すると判定する。

[0040] また、この手段 C11は、硫黄被毒からの回復のための脱硫制御の場合には、 NOx 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。この判定の方法としては、硫黄 (サルファ)蓄積量 Sを累積計算し、この硫黄累積値∑Sが所定の判定値 Cs を超えた時に再生を開始すると判定する等の方法がある。

[0041] また、リッチ移行制御手段 C12は、再生制御の初期のリーン状態力もリッチ状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比（空気過剰率 λ η)の変化に基づいて算出された燃料噴射時期 Τηになるように、シリンダ内への主燃料噴射の燃料噴射時期 Τを進角させる手段である。この制御では、リッチ移行開始時に、吸気系リツチ制御手段 C16と燃料系リッチ制御手段 C17により、吸気量を減少するとともに、燃料量を増加する。その後、過渡期における比較的遅い変化である燃焼空燃比 (空気過剰率 λ η)の変化に対応させながら、リーン燃料噴射時期 T1カゝらリッチ燃焼の目標燃料噴射時期 Tqになるまで徐々に燃料噴射時期 Τを進角させる。

[0042] また、再生継続制御手段 C13は、空燃比 (空気過剰率え）をストィキ空燃比 (理論空燃比)又はリッチ空燃比である目標空燃比（目標空気過剰率 λ q)の状態を継続するように制御する手段である。この制御では、吸気系リッチ制御手段 C16と燃料系リツチ制御手段 C17により、吸気量を減少すると共に燃料量を増加するが、燃料噴射時期 Tを目標燃料噴射時期 Tqにした状態のままとする。

[0043] 再生終了判定手段 C14は、触媒再生制御の場合には、次の幾つかの方法などによって、 NOx触媒の再生を終了すると判定する。再生制御の継続時間が所定の時間を経過した時に、 NOx触媒の再生を終了すると判定する。又は、エンジンの運転状態から、単位時間当たりの NOx吸蔵還元型触媒 20からの NOxの放出量 Δ ΝΟχο utを算出し、これを累積計算した NOx累積放出値∑NOxout力所定の判定値 Cn outを超えた時に、 NOx触媒の再生を終了すると判定する。あるいは、 NOx吸蔵還元型触媒 20の上流側と下流側の NOx濃度力も NOx浄ィ匕率を算出し、この NOx浄化率が所定の判定値より高くなつた時に NOx触媒の再生を終了すると判定する。また、脱硫制御の場合には、次のようにして、 NOx触媒の再生を終了すると判定する。硫黄 (サルファ)パージ量 Soutを積算する。この累積硫黄パージ量∑Sout力再生開始時の硫黄蓄積量∑Sを上回った時に NOx触媒の再生を終了すると判定する。

[0044] そして、リーン移行制御手段 C15は、再生制御の終期の、リッチ状態力もリーン状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比（空気過剰率 λ η)の変化に基づいて算出された燃料噴射時期 Τηになるように、シリンダ内への主燃料噴射の燃料噴射時期 Τを遅角させる手段である。この制御では、リーン移行開始時に、吸気系リツチ制御手段 C 16と燃料系リツチ制御手段 C 17により、吸気量を減少するとともに、燃料量を増加する。その後、比較的遅い燃焼空燃比 (空気過剰率 λ η)の変化に対応させながら、目標燃料噴射時期 Tqからリーン燃料噴射時期損になるまで、徐々に燃料噴射時期 Tを遅角させる。

[0045] 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 30に組み込まれた再生制御手段 C10により、図 3〜図 5に例示するような制御フローに従って、 NOx 吸蔵還元型触媒 20の再生制御が行われる。また、図 6に、この図 3〜図 5の制御フロ一による、空気過剰率えと主燃料噴射時期 Tとエンジンカゝら排出される NOx濃度 Cn oxinの時系列の一例を示す。この NOx濃度 Cnoxinは、 NOx吸蔵還元型触媒 20の上流側の NOx濃度である。

[0046] なお、この図 3の制御フローは、エンジン Eの運転に際して、エンジン Eの他の制御フローと並行して、繰返し実行されるものとして示してある。

[0047] この図 3の制御フローがスタートすると、ステップ S10で、 NOx触媒の再生開始判定手段 C11により、再生開始か否か、即ち、触媒の再生処理用のリッチ制御が必要であるか否かを判定する。このステップ S10で再生開始であると判定された場合には、ステップ S20に行き、再生開始ではないと判定された場合には、ステップ S 11で所定の時間（再生開始の判定を行うインターバルに関係する時間：例えば、 Δ tl)の間、通常運転を行い、その後、ステップ S10に戻り、再生開始の判定を繰り返し行う。

[0048] この再生開始の判定は、次のようにして行われる。例えば、予め設定され入力された、エンジンの回転数や負荷等のエンジンの運転状態を示す量と NOx排出量の関係を示すマップデータを基に、エンジンの運転状態から単位時間当たりの NOxの蓄積量 Δ NOxを算出する。この算出値 Δ NOxを前回の再生制御後力も累積計算して、 NOx蓄積量∑ NOxを算出する。この NOx累積値∑ NOxが所定の判定値 Cnを超えたカゝ否かで再生開始の判定を行う。なお、測定した NOx濃度を使用する場合には、入口 NOx濃度 Cnoxinと出口 NOx濃度 Cnoxoutの差 Δ Cm ( = Cnoxin Cnoxout )と、マスエアフローセンサ 6で測定される吸気量 Vaとから、単位時間当たりの NOx 累積量 Δ ΝΟχ ( = Δ Οη XVa)を計算する。これを累積計算して、 NOx蓄積量 Σ Ν Oxを算出する。

[0049] ステップ S20では、リッチ移行制御手段 C12により、過渡期の燃焼空燃比（空気過剰率 λ η)の変化に対応させながら、リーン燃料噴射時期 T1カゝらリッチ燃焼の目標燃料噴射時期 Tqになるまで、徐々に燃料噴射時期 Tを進角させる。

[0050] より詳細には、図 4に示すように、ステップ S21で、吸気系リッチ制御手段 C16により、吸気絞り弁 8を絞る制御と共に EGR弁 12を開けて EGR量を増加させる制御をして、新気の吸気量を減少させる。そして、次のステップ S22で、燃料系リッチ制御手段 C 17により、燃料噴射弁 16を制御してシリンダ内噴射における燃料噴射を、再生制御用の所定の燃料噴射量に増加する。

[0051] そして、ステップ S23で、第 1排気成分濃度センサ（又は酸素濃度センサ） 23で計測した酸素濃度から、又は、シリンダ内に噴射される燃料量とマスエアフローセンサ（ MAFセンサ） 6で検出した吸入空気量等から、瞬時空気過剰率 λ η (時々刻々の空気過剰率 λ )を算出する。

[0052] 次のステップ S24で、瞬時噴射時期 Τηを、例えば、 Tn=f ( λ η) = (Tq— Tl) X ( ( λ 1— λ n) Z ( λ 1—え q) ) +T1の計算式等で算出する。ここで、 Tqは目標噴射時期、 T1はリーン制御時の燃料噴射時期、 qは目標リッチ空気過剰率、 λ ΐはリーン空気過剰率である。この瞬時噴射時期 Τηの算出は、この様な関数の値として求めてもよぐ予め入力されたマップデータ等力も算出してもよい。

[0053] そして、次のステップ S25で、この瞬時噴射時期 Τηになるように、主燃料噴射の噴射時期 Τを進角して、所定の時間（例えば、 A t2)の間、再生制御を行う。この後に、ステップ S26において、瞬時噴射時期 Tnが目標噴射時期 Tq以上になった (Tn≥T q)か否かをチェックし、以上であれば、ステップ S20を終了する。また、瞬時噴射時期 Tnが目標噴射時期 Tq以上でなければ、ステップ S23に戻る。

[0054] つまり、このステップ S 20では、瞬時空気過剰率 λ ηが触媒再生用の目標空気過剰率え qになるまで、所定の時間 A t2間隔で、次のような制御を行う。瞬時噴射時期 T nをその時々刻々の瞬時空気過剰率 λ ηから Tn=f ( λ η)で算出する。この瞬時噴射時期 Tnで主燃料噴射を行ヽ、徐々にリーン制御時の燃料噴射時期 T1から目標噴射時期 Tqに進角させる。

[0055] ステップ S20を終了すると、図 3に示すように、ステップ S30の再生継続制御に行く。このステップ S30では、吸気系リッチ制御手段 C16により、吸気絞り弁 8を絞る制御と共に、 EGR弁 12を開けて EGR量を増加させる制御を継続し、新気の吸気量の減少を継続する。また、燃料系リッチ制御手段 C17により、シリンダ内の燃料噴射において、増カロした燃料噴射量で、かつ、主燃料噴射を目標噴射時期 Tqに進角した状態で、所定の時間（例えば、 A t3)の間、再生制御を継続する。

[0056] このステップ S30の再生継続制御により、排気ガスの状態を所定の目標空燃比 λ q のリッチ状態に維持すると共に、所定の温度範囲 (触媒にもよるが、触媒再生では、概ね 200°C〜600°C、硫黄被毒回復では、脱硫可能な温度で概ね 500°C〜750°C )に維持する。

[0057] このステップ S30の後は、ステップ S40で再生終了判定手段 C14により、再生終了か否かを判定する。この判定で、再生終了でなければ、ステップ S30に戻り、再生終了まで再生継続制御を繰り返す。そして、再生終了であれば、ステップ S50のリーン移行制御に行く。

[0058] この再生終了の判定は、再生 «続時間が予め設定された所定の再生制御完了時間を経過したか否かで判定し、経過した場合に再生終了と判定する。また、 NOx濃度を計測している場合は、入口 NOx濃度 Cnoxinと出口 NOx濃度 Cnoxoutの差 A C m ( = Cnoxin Cnoxout)が、所定の判定値 Dnよりも大きいか否かによって判定する。つまり、 A Cmが所定の判定値 Dn以上となった場合には NOx浄ィ匕能力が回復されたとして、リッチ制御を終了する。あるいは、出口 NOx濃度 Cnoxoutと入口 NOx濃度 Cnoxinの比 RCm ( = CnoxoutZCnoxin )力所定の判定値 Rnよりも大きいか否かによつて判定する。

[0059] ステップ S50では、図 5に示すように、ステップ S51で、吸気系リッチ制御手段 C16 により、吸気絞り弁 8を絞る制御を止めると共に EGR弁 12を通常運転の EGR用の弁開度に閉じて、リッチ制御で行った EGR量の増加を止める制御をする。これにより、新気の吸気量を通常運転の量に戻す。そして、次のステップ S52で、燃料系リッチ制御手段 C17により、燃料噴射弁 16を制御して、シリンダ内噴射における燃料噴射を、通常運転用、即ち、リーン運転用の燃料噴射量に戻す。

[0060] そして、ステップ S53で、第 1排気成分濃度センサ（又は酸素濃度センサ） 23で計測した酸素濃度から、瞬時空気過剰率 λ n (時々刻々の空気過剰率 λ )を算出する。又は、シリンダ内に噴射される燃料量と、マスエアフローセンサ（MAFセンサ） 6で検出した吸入空気量等とから、瞬時空気過剰率 λ ηを算出する。

[0061] 次のステップ S54で、瞬時噴射時期 Τηを、ステップ S24と同じ、 Τη=ί ( λ η)の計算式等で算出する。そして、次のステップ S55で、この瞬時噴射時期 Τηになるように、主燃料噴射の噴射時期を遅角して、所定の時間（例えば、 A t4)の間、再生制御を行う。この後に、ステップ S56において、瞬時噴射時期 Tnがリーン噴射時期 T1以下になった (Τη≤Τ1)か否かをチェックし、以下であれば、ステップ S50を終了する。また、以下でなければ、ステップ S53に戻る。

[0062] つまり、このステップ S50では、瞬時空気過剰率 λ ηが通常運転のリーン空気過剰率 λ 1になるまで、所定の時間 Δ t4間隔で、瞬時噴射時期 Tnをその時々刻々の瞬時空気過剰率 λ ηから Tn=f ( λ η)で算出する。この瞬時噴射時期 Tnで主燃料噴射を行い、徐々に目標噴射時期 Tqからリーン制御時の燃料噴射時期 T1に遅角させる。

[0063] このステップ S20〜ステップ S50における制御により、 NOx浄化能力を回復し、ステツプ S10に戻る。このステップ S10〜ステップ S50を繰り返す。し力し、エンジンの停止などにより割り込みが生じると、制御の途中からステップ S60に行く。このステツプ S60で、次のようなことを行う。割り込み発生前のデータを記憶する。各制御や各種操作の終了作業などの制御終了操作を行う。制御を停止して (ストップ)、制御を終了する (エンド)。

[0064] この図 3〜図 5の制御フローによれば、 NOx浄化触媒 12の再生制御に際してのリーン状態とリッチ状態の切り替え期間では、即ち、 tl, t2の間では、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比（空気過剰率 λ η)の変化に対応させて、シリンダ内への主燃料噴射の噴射時期 Τを変化させることができる。

[0065] そして、上記の排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システム 1によれば、 NOx浄化触媒 12に対する NOx浄ィ匕能力の回復のための再生制御に際して、シリンダ内の燃焼空燃比がリーンとなる燃焼形態とリッチとなる燃焼形態との間の、燃焼形態の切替時において、燃料噴射時期 Tを所定の目標時期 Tq, Tほで一気に進角又は遅角させること無ぐ吸気系の吸気絞りや EGR制御によって変化するシリンダ内の燃焼空燃比 (空気過剰率 λ η)の変化に対応させて、燃料噴射時期 Tnを進角又は遅角させる。これにより、 NOxの発生量、燃焼騒音、トルクの急激変化、ドライバビリィテ一等の極端な悪ィ匕等を防止できる。

[0066] なお、上記では、 NOx浄ィ匕触媒として、 NOx吸蔵還元型触媒を例にして説明した力 NOx浄ィ匕触媒として、直接還元型触媒を使用した場合でも、同様である。要は、排気ガスの空燃比力リーン状態の場合に NOxを浄ィ匕し、リッチ状態の場合に NOx 浄化能力を回復する NOx浄化触媒であれば、本発明を適用できる。

産業上の利用可能性

上述した優れた効果を有する本発明の排気ガス浄化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等の排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システムとして、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 NOxを浄ィ匕し、かつ、リッチ状態の場合に NOx浄ィヒ能力を回復する NOx浄ィヒ触媒と、前記 NOx浄化触媒の NOx浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備え、吸気量を減少する吸気系の制御とシリンダ内への燃料噴射量を増加する燃料系の制御とを併用して前記再生制御のリッチ状態の制御を行う排気ガス浄ィ匕システムにおいて、

前記 NOx浄ィ匕触媒の再生制御に際してのリーン状態とリッチ状態の切り替え期間の間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に対応させて、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期を変化させることを特徴とする排気ガス浄化方法。

[2] 前記再生制御の初期のリーン状態からリッチ状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を進角させることを特徴とする請求項 1記載の排気ガス浄化方法。

[3] 前記再生制御の終期のリッチ状態からリーン状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項 1又は 2記載の排気ガス浄化方法。

[4] 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合に NOxを浄ィ匕し、かつ、リッチ状態の場合に NOx浄ィヒ能力を回復する NOx浄ィヒ触媒と、前記 NOx浄化触媒の NOx浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備え、吸気量を減少する吸気系の制御とシリンダ内への燃料噴射量を増加する燃料系の制御とを併用して前記再生制御のリッチ状態の制御を行う排気ガス浄ィ匕システムにおいて、

前記触媒再生制御手段が、前記 NOx浄化触媒の再生制御に際してのリーン状態とリッチ状態の切り替え期間の間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に対応させて、シリンダ内への燃料噴射の噴射時期を変化させることを特徴とする排気ガス净ィヒシステム。

[5] 前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の初期のリーン状態からリッチ状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を進角させることを特徴とする請求項 4記載の排気ガス浄ィ匕システム。

[6] 前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の終期のリッチ状態からリーン状態への切り替えの間、時々刻々のシリンダ内の燃焼空燃比の変化に基づいて算出された燃料噴射時期になるように、シリンダ内への燃料噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項 4又は 5記載の排気ガス浄ィ匕システム。

[7] 前記 NOx浄ィ匕触媒が、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、又は、排気ガスの空燃比力リーン状態の場合に NOxを還元浄ィ匕し、かつ、リッチ状態の場合に NOx浄ィ匕能力を回復する NOx直接還元型触媒であることを特徴とする請求項 4〜6記載の排気ガス浄ィ匕システム。