WO2007015478A1

WO2007015478A1 - 排気浄化装置

Info

Publication number: WO2007015478A1
Application number: PCT/JP2006/315193
Authority: WO
Inventors: Minehiro Murata; Yoshinaka Takeda; Nobuhiro Kondo
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corporation
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2007-02-08
Also published as: CN101228341A; JP2007040222A; DE112006002021T5; US20100218486A1

Abstract

　ＮＯｘ吸蔵触媒（３６）と、ＮＯｘ吸蔵触媒（３６）に流入する排気中にＨＣを供給するＨＣ供給手段（４８）とを備え、ＨＣ供給手段（４８）を制御することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒（３６）のＳパージのために必要な温度として予め定められた第１温度からリッチスパイクによる温度上昇分を差し引いた第２温度にＮＯｘ吸蔵触媒（３６）を維持するのに必要な量のＨＣ供給を行ってＮＯｘ吸蔵触媒（３６）を昇温した後、リッチスパイクによるＳパージを開始し、引き続き前記ＨＣ供給を行うと共に前記ＨＣ供給に上乗せしてリッチスパイクを行う。

Description

明細書

排気浄化装置

技術分野

[0001] 本発明は、エンジンの排気を浄ィ匕するための排気浄ィ匕装置に関し、特に NOx吸蔵触媒を備えた排気浄化装置に関する。

背景技術

[0002] 酸ィ匕雰囲気のときに排気中の NOx (窒素酸ィ匕物）を吸蔵し、還元雰囲気のときには吸蔵していた前記 NOxを放出して還元する NOx吸蔵触媒をエンジンの排気通路に設け、排気中の NOxを浄ィ匕するようにした排気浄ィ匕装置が知られている。

[0003] 一方、燃料中やエンジンの潤滑油中にはィォゥ成分が含まれており、このィォゥ成分が SOx (硫黄酸ィ匕物）となってエンジンの排気と共に排出される。この SOxも NOx と同様のメカニズムにより NOx吸蔵触媒に吸蔵され、 SOxの吸蔵量増大と共に NOx 吸蔵能力が低下する、いわゆるィォゥ被毒が生じる。

[0004] そこで、このようなィォゥ被毒の回復、即ち Sパージのため、排気中に間欠的に HC

(炭化水素)供給を行って、 NOx吸蔵触媒を昇温すると共に還元雰囲気とすること（以下リッチスパイクと称する）が知られており、このような Sパージの実行は例えば特開 2004— 251172号公報（以下特許文献 1という）などに開示されている。

[0005] この Sパージを行うためには、 NOx吸蔵触媒の温度を例えば 700°C前後の高温に昇温しながら、 NOx吸蔵触媒を還元雰囲気とする必要があり、リッチスパイクによる H Cの供給のみでこれら昇温と還元雰囲気化とを安定して行うことは困難であった。特にディーゼルエンジンや希薄燃焼エンジンなどでは、排気中に酸素が多く含まれており、 Sパージを開始してリッチスパイクにより排気中に HCを供給すると、 HCが局所的に排気中の酸素と急激に反応し、 NOx吸蔵触媒が過昇温となるといつた問題があつた o

[0006] また、このような過昇温を防止するために、リッチスパイクで供給される HCの量を抑えると、 Sパージが可能となる温度まで NOx吸蔵触媒を昇温するのに時間がかかつて Sパージの開始が遅れたり、 Sパージ開始後も NOx吸蔵触媒を、 Sパージを行うのに十分な還元雰囲気とすることができず、 Sパージに時間が力かるといった問題が発生する。

[0007] 特許文献 1の排気浄化装置では、パティキュレートフィルタに NOx吸蔵触媒が担持されており、 Sパージをー且中断した後に再開する場合には、パティキュレートフィルタを再生するべく昇温した後、更に昇温して Sパージを行うようにしている。このように段階的に NOx吸蔵触媒を昇温するようにした場合でも、パティキュレートフィルタを再生するためには排気温度を 600°C前後に昇温する必要があり、このような状態で S パージのためのリッチスパイクを行うと、リッチスパイクによって供給された HCが高温となった触媒上で急激に燃焼して過昇温を招くと共に、 Sパージに必要な適量の HC を排気中に維持することが困難になる。

[0008] このように、従来の排気浄ィ匕装置にぉ、ては、 Sパージのための NOx吸蔵触媒の昇温と還元雰囲気化との両方を安定して行うことは困難であった。

発明の開示

[0009] 本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、 NO X吸蔵触媒のィォゥ被毒の回復を、 NOx吸蔵触媒の過昇温を招くことなく安定して効率良く行うことができるようにした排気浄ィ匕装置を提供することにある。

[0010] 前記目的を達成するため本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられ、酸ィ匕雰囲気のときに排気中の NOxを吸蔵し、還元雰囲気のときには吸蔵していた前記 NOxを放出して還元する NOx吸蔵触媒と、前記 NOx吸蔵触媒に流入する排気中に HCを供給する HC供給手段と、前記 HC供給手段力 HC供給を行って前記 NOx吸蔵触媒を昇温すると共に前記 HC供給手段力リッチスノイクによる HC供給を行って還元雰囲気とすることにより前記 NOx吸蔵触媒の Sパージを行う制御手段とを備えた排気浄化装置において、前記制御手段は、前記 HC供給手段を制御することにより、前記 Sパージのために必要な温度として予め定められた第 1温度力前記第リッチスパイクによる温度上昇分を差し引いた第 2温度に前記 NOx吸蔵触媒を昇温するのに必要な量の HC供給を行って前記 NOx吸蔵触媒を昇温した後、引き続き前記 HC供給を行うと共に前記 HC供給に上乗せして前記リッチスパイクを行うことを特徴とする。 [0011] 本発明の排気浄化装置によれば、リッチスパイクによる NOx吸蔵触媒の Sパージを開始するのに先立ち、ィォゥ被毒を回復するための温度として予め定められた第 1温度力 NOx吸蔵触媒を還元雰囲気とするためのリッチスノイクによる温度上昇分を差し引いた第 2温度に NOx吸蔵触媒を維持するのに必要な量の HCが NOx吸蔵触媒に流入する排気中に供給される。従って、 NOx吸蔵触媒を還元雰囲気とするための HCの供給を開始した直後で排気中にまだ酸素が多く含まれるような状況であっても、供給された HCと酸素との反応によって NOx吸蔵触媒が過昇温となることがない

[0012] また、前記第 1温度力も NOx吸蔵触媒を還元雰囲気とするためのリッチスノイクによる温度上昇分を差し引いた第 2温度に NOx吸蔵触媒を昇温するのに必要な量の HC供給を引き続き行いながら、この HC供給に上乗せして NOx吸蔵触媒を還元雰囲気とするためのリッチスパイクに必要な HCを上乗せして Sパージを行う。従って、リツチスパイクによる Sパージ実行中に NOx吸蔵触媒の温度を、ィォゥ被毒を回復するための温度である前記第 1温度に維持することが容易となる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図、

[図 2]図 1の排気浄ィ匕装置で行われる Sパージ制御のフローチャート、及び

[図 3]図 2の Sパージ制御実行時における、 HC供給量、 NOx吸蔵触媒に流入する排気の空気過剰率、及び NOx吸蔵触媒の出口側排気温度のそれぞれの時間的変化を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0014] 以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図 1は、本発明の一実施形態に係る排気浄ィ匕装置が適用される 4気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図 1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。

[0015] エンジン 1は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという） 2を備えており、燃料噴射ポンプ（図示せず)から供給されてコモンレール 2に蓄えられた高圧の燃料である軽油が、各気筒に設けられたインジクタ 4に供給され、各インジクタ 4からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。

[0016] 吸気通路 6にはターボチャージャ 8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路 6からターボチャージャ 8のコンプレッサ 8aへと流入し、コンプレッサ 8aで過給された吸気はインタークーラ 10及び吸気制御弁 12を介して吸気マ-ホールド 14に導入される。また、吸気通路 6のコンプレッサ 8aより上流側には、エンジン 1への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ 16が設けられてヽる。

[0017] 一方、エンジン 1の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マ二ホールド 18を介して排気管 (排気通路） 20に接続されている。なお、排気マ-ホールド 18と吸気マ-ホールド 14との間には、 EGR弁 22を介して排気マ-ホールド 18と吸気マ-ホールド 14とを連通する EGR通路 24が設けられている。

[0018] 排気管 20はターボチャージャ 8のタービン 8bを経た後、排気絞り弁 26を介して排気後処理装置 28に接続されている。また、タービン 8bの回転軸はコンプレッサ 8aの回転軸と連結されており、タービン 8bが排気管 20内を流動する排気を受けてコンプレッサ 8aを駆動する。

[0019] 排気後処理装置 28は、上流側ケーシング 30と、上流側ケーシング 30の下流側に連通路 32で連通された下流側ケーシング 34とで構成される。

[0020] 上流側ケーシング 30内には、 NOx吸蔵触媒 36が収容されると共に、 NOx吸蔵触媒 36の下流側にパティキュレートフィルタ（以下フィルタという） 38が収容されている。

[0021] この NOx吸蔵触媒 36は、流入する排気中の酸素濃度が高い酸ィ匕雰囲気にあるときに排気中の NOxを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低く HCや CO (—酸ィ匕炭素）等の還元成分力 S排気中に含まれる還元雰囲気にあるときには、吸蔵している N

Oxを放出して還元する機能を有して、る。

[0022] また、フィルタ 38はハ-カム型のセラミック担体力なり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン 1の排気を净ィ匕する。

[0023] NOx吸蔵触媒 36への NOx吸蔵量が限界量を超えて吸蔵されなくなった排気中の NOxはフィルタ 38に流入し、フィルタ 38に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用する。即ちフィルタ 38に流入した NOxはパティキュレートを酸化してフィルタ 38から除去し、フィルタ 38を連続再生すると共に Nとなって大気中に

2

排出される。

[0024] 上流側ケーシング 30内には、 NOx吸蔵触媒 36の下流側に、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcを検出する排気温度センサ 40が設けられている。また、フィルタ 38の前後には、フィルタ 38上流側の排気圧力を検出する上流圧力センサ 42と、フィルタ 38下流側の排気圧力を検出する下流圧力センサ 44とが設けられている。

[0025] 下流側ケーシング 34内には、後段酸化触媒 46が収容されている。後段酸化触媒 4 6は、 NOx吸蔵触媒 36で浄ィ匕されずに排気中に残留する HCや COを酸ィ匕する機能を有する。また後段酸化触媒 46は、後述するフィルタ 38の強制再生でフィルタ 38 に吸着した HCが温度上昇によって離脱した場合にこの HCを酸ィ匕すると共に、フィルタ 38の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生する COを酸ィ匕し、 CO

2 として大気中に排出する機能などを有して、る。

[0026] 排気絞り弁 26と排気後処理装置 28との間の排気管 20には、燃料噴射ポンプ (図示せず)から燃料が供給されて排気管 20内の排気中に燃料を噴射する燃料添加弁 (HC供給手段) 48が設けられている。この燃料添加弁 48から、 NOx吸蔵触媒 36に流入する排気中に燃料を噴射することにより、 NOx吸蔵触媒 38を還元雰囲気とする。これにより、 NOx吸蔵触媒 38に吸蔵されている NOxが放出され還元される。

[0027] また、後述するフィルタ 38の強制再生の際にも、フィルタ 38の昇温を行うために燃料添加弁 48から排気中への燃料噴射を行う。

[0028] ECU (制御手段） 50は、エンジン 1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、 CPU,メモリ、タイマカウンタなど力も構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

[0029] ECU50の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ 16、排気温度センサ 40、上流圧力センサ 42、及び下流圧力センサ 44のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ 52、及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ 54などの各種センサ類が接続されて、る。また ECU 50の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジヱクタ 4 、吸気制御弁 12、 EGR弁 22、排気絞り弁 26、及び燃料添加弁 48などの各種デバィス類が接続されている。

[0030] エンジン 1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくィンジェクタ 4からの燃料供給制御も ECU50によって行われる。エンジン 1の運転に必要な燃料供給量 (主噴射量）は、回転数センサ 52によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ 54によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップ力も読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジヱクタ 4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ 4が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン 1の運転に必要な燃料量が供給される。

[0031] また ECU50は、フィルタ 38を強制再生するための制御も行う。フィルタ 38に堆積したパティキュレートは、前述したように NOx吸蔵触媒 36を通過してフィルタ 38に流入する NOとの反応による連続再生によって酸化除去されるが、このような連続再生だ

2

けでは、堆積したパティキュレートが十分に酸ィ匕除去されない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ 38内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ 38が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ 38におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ 38の強制再生が行われる。

[0032] 即ち、上流圧力センサ 42及び下流圧力センサ 44や吸気流量センサ 16の検出値などに基づきフィルタ 38へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断すると、強制再生の制御が開始される。

[0033] この強制再生制御では、吸気制御弁 12や排気絞り弁 26を閉方向に制御することにより排気温度を上昇させると共に、燃料添加弁 48から排気中に燃料を噴射して、パティキュレートを焼却可能な温度までフィルタ 38を昇温する。即ち、燃料添加弁 48 によって供給された HCは NOx吸蔵触媒 36に達し、 NOx吸蔵触媒 36での HCの酸化反応によって更に温度が上昇した高温の排気がフィルタ 38内に流入する。フィルタ 38に堆積したパティキュレートは、このようにして高温となった排気により焼却され、フィルタ 38が強制再生される。 [0034] 更に ECU50は、 NOx吸蔵触媒 36による NOx浄化を適正に行うための制御も行つている。エンジン 1はディーゼルエンジンであって、大部分の運転領域において希薄燃焼が行われて排気中の酸素濃度が高くなり、排気中の NOxが NOx吸蔵触媒 36 に吸蔵されていく。そして、 NOx吸蔵触媒 36が排気中の NOxを吸蔵していく状態が長く継続すると、 NOx吸蔵触媒 36の NOx吸蔵能力が飽和し、排気中の NOxが NO X吸蔵触媒 36に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されるおそれがある。

[0035] このような NOx吸蔵能力の飽和を防止するため、 ECU50は燃料添加弁 48を制御して、例えば所定時間ごとに排気中に燃料を噴射することで HCを供給して NOx吸蔵触媒 36を還元雰囲気とし、 NOx吸蔵触媒 36に吸蔵されている NOxを放出させ還元するようにしている。

[0036] 以上のように構成された排気浄ィ匕装置を備えるエンジン 1では、燃料中やエンジン 1の潤滑油中にィォゥ成分が含まれており、このィォゥ成分が SOxとなってエンジン 1 力も排気と共に排出される。排気中に含まれる SOxは、 NOxと同様のメカニズムにより NOx吸蔵触媒 36に吸蔵されるため、 SOxの吸蔵量が増大するにつれて、 NOx吸蔵触媒 36の NOx吸蔵能力が低下する、いわゆるィォゥ被毒が生じる。このィォゥ被毒を放置した場合にも、 NOx吸蔵触媒 36による NOxの浄ィ匕効率が低下し、排気中の NOxが NOx吸蔵触媒 36に吸蔵されずにそのまま大気中に放出されてしまうおそれがある。

[0037] そこで、 NOx吸蔵触媒 36を備えた排気浄ィ匕装置においては、このようなィォゥ被毒の回復、いわゆる Sパージを適宜行う。即ち、エンジン 1の燃料消費量や運転時間などに応じて NOx吸蔵触媒 36の SOx吸蔵量を推定し、この推定 SOx吸蔵量が所定値以上となったときに Sパージのための制御が ECU50によって行われる。 Sパージの制御では、 NOx吸蔵触媒 36を 700°C前後に昇温すると共に、 NOx吸蔵触媒 36 を還元雰囲気とする必要がある。

[0038] このような Sパージの制御ルーチンは、図示しない別の Sパージ制御要否判定ルーチンにより、前述のように推定 SOx吸蔵量が所定値以上となって Sパージが必要と判断されたときに開始され、図 2に示すフローチャートに従って所定の制御周期で行われる。 [0039] Sパージの制御が開始されると、まずステップ S2では、フラグ F1の値が 1であるか否かを判定する。フラグ F1は、 Sパージのためのリッチスパイクによる HC供給を行つてもよいか否かを示すフラグであり、その値が 1であることによってリッチスノイクを許可するものである。フラグ F1の初期値は 0となっており、 Sパージの制御が開始されて力も最初の制御周期では処理がステップ S4に進むことになる。

[0040] ステップ S4では、フラグ Faの値が 1であるか否かを判定する。フラグ Faは、後述するタイマ Aがカウントを開始している力否かを示すフラグであり、その値が 1であることによってタイマ Aがカウントを開始して、ることを示すものである。フラグ Faの初期値は 0となっているため処理はステップ S6に進む。

[0041] ステップ S6ではタイマ Aのカウントをスタートし、次のステップ S8では、タイマ Aの力ゥント開始に合わせてフラグ Faの値を 1とする。

[0042] 次のステップ S 10では、排気温度センサ 40によって検出された NOx吸蔵触媒 36 の出口側排気温度 Tcが所定温度 T2以上であるカゝ否かを判定する。

[0043] この所定温度 T2は、 NOx吸蔵触媒 36の温度が、 Sパージに必要な温度 (第 1温度 )から、後述するリッチスパイクによる HC供給を行った際に見込まれる温度上昇分を差し引いた温度 (第 2温度）にあるときの、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度に相当するものである。従って、ステップ S 10で NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tc が所定温度 T2以上であると判定した場合には、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2温度以上であると判断したことになる。

[0044] なお、第 1温度は Sパージを行うのに必要な温度であって、 NOx吸蔵触媒 36の S パージが可能な下限温度より数十 °C高めに設定されており、これら第 1温度及び第 2 温度は、 NOx吸蔵触媒 36やエンジン 1の特性に応じて適正な値が設定される。本実施形態では例えば第 1温度を 700°C、第 2温度を 500°Cとして、る。

[0045] 排気温度センサ 40によって検出された NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcと所定温度 T2との比較結果に基づき、ステップ S 10で NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2 温度に達していないと判断した場合には処理がステップ S12に進み、第 2温度以上であると判断した場合には処理がステップ S14に進む。

[0046] ステップ S 12及びステップ S 14では、回転数センサ 52で検出されたエンジン回転数や、アクセル開度センサ 54で検出されたアクセルペダルの踏み込み量などに基づき、予め記憶されたマップ力も読み出した供給量の HC力排気中に供給されるよう、燃料添加弁 48が開閉制御される。このときマップには、 NOx吸蔵触媒 36を第 2温度に昇温するために必要な HC供給量が設定されており、処理がステップ S 12に進んだ場合には、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2温度に達していないため、比較的 HC 供給量が多めに設定された増量マップが用いられる。一方、処理がステップ S14に進んだ場合には、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2温度以上であるため、比較的 HC 供給量が少なめに設定された減量マップが用いられる。

[0047] 次に処理がステップ S16に進むと、ステップ S6でカウントを開始したタイマ Aのカウント時間 taが所定時間 tlに達した力否かを判定する。 Sパージの制御開始初期段階ではカウント時間 taが所定時間 tlには達しておらず、これで今回の制御周期を終了する。

[0048] 次の制御周期では、依然としてフラグ F1の値が 0であるためステップ S2からステツプ S4へと処理が進み、フラグ Faの値は既に 1とされているのでステップ S4から直接ステップ S 10へと処理が進むことになる。

[0049] ステップ S 10では、前述のようにして、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T2以上であるか否かを判定することにより、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2 温度以上であるか否かを判断する。

[0050] そして、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2温度に達していないと判断した場合にはステツプ S 12で増量マップを用いた HC供給が行われ、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2 温度以上であると判断した場合にはステップ S14で減量マップを用いた HC供給が行われる。

[0051] このようにしてステップ S12又はステップ S14による HC供給が制御周期ごとに繰り返し行われることにより、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2温度又はその近傍に昇温されること〖こなる。

[0052] このときの燃料添加弁 48からの HC供給量、 NOx吸蔵触媒 36に供給される排気の空気過剰率、及び NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度のそれぞれの時間的変化の様子を図 3に示す。 [0053] Sパージの制御が開始されると、図 2のステップ S12又はステップ S14による HC供給が行われるが、しばらくの間は NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T2に達しておらず、ステップ S12での増量マップを用いた HC供給が行われることになる。

[0054] そして、供給された HCが触媒上で酸ィ匕することによって NOx吸蔵触媒 36の温度が上昇し、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T2以上となった時点で、ステップ S14での減量マップを用いた HC供給へと切り替わり、その後は NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T2を横切るごとに、増量マップを用いた HC供給 (ステップ S12)と、減量マップを用いた HC供給 (ステップ S 14)とが交互に切り替わる。このような HC供給が行われることにより、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T2前後に維持される。

[0055] また、このとき NOx吸蔵触媒 36に流入する排気の空気過剰率は、ステップ S12又はステップ S14による HC供給により、制御開始前よりは減少して酸素濃度が低下するものの、依然として酸化雰囲気にある。

[0056] こうして NOx吸蔵触媒 36が第 2温度前後に維持されながらタイマ Aによるカウントが進み、図 2のステップ S16でタイマ Aのカウント時間 taが所定時間 tl以上になったと判定すると、処理がステップ S18に進んでフラグ F1の値を 1とした後、その制御周期を終了する。

[0057] 従って、 Sパージの制御を開始して力所定時間 tlが経過するまでの間は、ステツプ S 12又はステップ S 14により、 NOx吸蔵触媒 36を第 2温度に昇温するために必要な量の HC供給が行われるだけで、リッチスパイクによる HC供給は行われな、。

[0058] Sパージの制御を開始した直後は触媒上の酸素濃度が高ぐステップ S 12又はステップ S14で供給された HCが触媒上の酸素と反応することにより、 NOx吸蔵触媒 36 では局所的に急激な温度上昇が発生するが、このときに供給される HCは NOx吸蔵触媒 36の温度を第 2温度に昇温するだけの量であり、リッチスパイクによる HC供給は行われないため、 NOx吸蔵触媒 36に過昇温を生じるほどの温度上昇にはならない。

[0059] また、局所的に上昇した温度は時間の経過と共に NOx吸蔵触媒 36全体で均一化していくが、所定時間 tlはこのような温度の均一化に必要な期間を確保できるように設定されている。従って、上述のように、 Sパージの制御を開始して力所定時間 tl が経過するまではステップ S12又はステップ S14による HC供給を行うだけで、リッチスパイクによる HC供給を行わないようにすることにより、 NOx吸蔵触媒 36が第 2温度前後に昇温されながら、局所的に上昇した温度力NOx吸蔵触媒 36全体で均一化される。

[0060] ステップ S18でフラグ F1の値が 1とされ、リッチスパイクによる HC供給が許可された後の制御周期では、ステップ S2からステップ S20に処理が進むようになる。

[0061] ステップ S20では、フラグ Fbの値が 1であるか否かを判定する。フラグ Fbは、後述するタイマ Bがカウントを開始している力否かを示すフラグであり、その値が 1であることによってタイマ Bがカウントを開始していることを示すものである。フラグ Fbの初期値は 0となっているため処理はステップ S22に進む。

[0062] ステップ S22ではタイマ Bのカウントをスタートし、次のステップ S24では、タイマ Bのカウント開始に合わせてフラグ Fbの値を 1とする。

[0063] 次のステップ S26では、排気温度センサ 40によって検出された NOx吸蔵触媒 36 の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1以上であるカゝ否かを判定する。

[0064] この所定温度 T1は、 NOx吸蔵触媒 36の温度力 Sパージに必要な温度である第 1温度にあるときの NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度に相当するものである。従つて、ステップ S26で NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1以上であると判定した場合には、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1温度以上であると判断したことになる。

[0065] 排気温度センサ 40によって検出された NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcと所定温度 T1との比較結果に基づき、ステップ S26で NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1 温度に達していないと判断した場合には処理がステップ S28に進み、第 1温度以上であると判断した場合には処理がステップ S30に進む。

[0066] ステップ S28及びステップ S30では、回転数センサ 52で検出されたエンジン回転数や、アクセル開度センサ 54で検出されたアクセルペダルの踏み込み量などに基づき、前記ステップ S12又はステップ S14で用いたマップ力も読み出した供給量の HC 力 S排気中に供給されるよう、燃料添加弁 48が開閉制御される。このとき、処理がステップ S28に進んだ場合には、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1温度に達していないため、増量マップが用いられる。一方、処理がステップ S30に進んだ場合には、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1温度以上であるため、減量マップが用いられる。

[0067] このようにしてステップ S28又はステップ S30で HC供給を行った後、次のステップ S 32では、燃料添加弁 48からリッチスパイクによる HC供給を行う。このリッチスパイクは、ステップ S28又はステップ S30による HC供給に上乗せする形で、予め定められた期間にのみ燃料添加弁 48を開弁して HC供給を行うものであって、リッチスパイクの間隔はエンジン 1の運転状態などに応じて変更される。

[0068] 従って、本実施形態では、各制御周期においてステップ S32で毎回リッチスパイクによる HC供給を行うのではなぐその制御周期がリッチスパイクを行うタイミングに該当する場合にリッチスパイクによる HC供給を行うようになっている。

[0069] ステップ S28又はステップ S30により、 NOx吸蔵触媒 36を第 2温度に昇温するために必要な量の HC供給が行われているので、ステップ S32でリッチスパイクによる HC 供給が行われると、供給された HCの酸ィ匕反応によって NOx吸蔵触媒 36の温度が第 2温度から更に上昇すると共に、 NOx吸蔵触媒 36上が還元雰囲気となる。

[0070] 次にステップ S34に進むと、ステップ S22でカウントを開始したタイマ Bのカウント時間 tbが所定時間 t2以上となった力否かを判定する。この所定時間 tbは、リッチスパイクを行うことによって NOx吸蔵触媒 36のィォゥ被毒を十分回復させることができる時間として設定されたものであり、タイマ Bのカウント時間 tbが所定時間 t2に達しない間は、ステップ S34での判定の後、その制御周期を終了する。

[0071] 次の制御周期以降でも、フラグ F1の値は 1のままであるため、ステップ S20に進んでフラグ Fbの値が 1であるか否かを判定する。フラグ Fbはタイマ Bのカウントを開始したときにステップ S24で値が 1とされているので、今回はステップ S20から直接ステツプ S26に処理が進む。

[0072] ステップ S26では、前述のようにして、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1以上であるか否かを判定することにより、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1 温度以上であるか否かを判断する。 [0073] そして、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1温度に達していないと判断した場合にはステツプ S28で増量マップを用いた HC供給が行われ、 NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1 温度以上であると判断した場合にはステップ S30で減量マップを用いた HC供給が行われる。

[0074] 更に、次のステップ S32ではリッチスパイクによる HC供給が行われる。

ステップ S28又はステップ S30によって供給される HCは、ステップ S12又はステツプ S14で用いられるマップに基づき供給量が設定されるものであり、前述のように NO X吸蔵触媒 36の温度を第 2温度に昇温するために必要な量とされている。そして、この第 2温度は、 Sパージに必要な温度である第 1温度から、リッチスノ《イクによる HC 供給を行った際に見込まれる温度上昇分を差し引いた温度であることから、ステップ S28又はステップ S30で HC供給を行うと共にステップ S32でリッチスパイクによる HC 供給を行うことにより、 NOx吸蔵触媒 36の温度は Sパージに必要な第 1温度前後に維持される。

[0075] このとき、 NOx吸蔵触媒 36の温度の調整は、上述のように、リッチスパイクによる N Ox吸蔵触媒 36の温度上昇を見込んだ上で、ステップ S 28での増量マップによる HC 供給とステップ S30での減量マップによる HC供給とを切り換えることによって行っているので、 NOx吸蔵触媒 36の温度を容易に第 1温度に維持することが可能となる。

[0076] 図 3には、このときの燃料添加弁 48からの HC供給量、 NOx吸蔵触媒 36に供給される排気の空気過剰率、及び NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度のそれぞれの時間的変化の様子が示されている。

[0077] Sパージための制御が開始された後、タイマ Aによるカウント時間 taが所定時間 tl 以上となると、図 2のフローチャートにおけるステップ S28又はステップ S30による HC 供給とステップ S32のリッチスパイクによる HC供給が行われることにより、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度は所定温度 T2から更に上昇する。しかし、しばらくの間は NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1に達しておらず、ステップ S2 8での増量マップを用いた HC供給が行われることになる。

[0078] そして、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1以上となった時点、即ち NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1温度以上となった時点で、ステップ S30での減量マップを用いた HC供給へと切り替わり、その後は NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1を横切るごと、即ち NOx吸蔵触媒 36の温度が第 1温度を横切るたびに、増量マップを用いた HC供給 (ステップ S28)と、減量マップを用いた HC 供給 (ステップ S30)とが交互に切り替わる。また、このとき、ステップ S32でのリッチスパイクによる HC供給力ステップ S 28又はステップ S 30による HC供給に上乗せする形で行われる。このような HC供給が行われることにより、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcが所定温度 T1前後に維持され、 NOx吸蔵触媒 36の温度が Sパージに必要な第 1温度前後に維持される。

[0079] また、このとき NOx吸蔵触媒 36の空気過剰率は、リッチスパイクが行われたときに、このリッチスパイクで供給された HCによって一時的に大きく減少し、酸素濃度が低下して還元雰囲気となる。これにより、 NOx吸蔵触媒 36に吸蔵されていた SOxが放出されて NOx吸蔵触媒 36のィォゥ被毒が回復される。

[0080] このようにしてステップ S32のリッチスパイクによって NOx吸蔵触媒の Sパージが行われ、タイマ Bのカウント時間が所定時間 t2以上となると、 NOx吸蔵触媒 36の Sパージが完了したものとしてステップ S36に処理が進む。ステップ S36では、 Sパージの制御で用いるフラグ Fl、 Fa、及び Fbの値をいずれも 0とし、更にステップ S 38でタイマ A及びタイマ Bをリセットして制御周期を終了すると共に、図示しな、Sパージ要否判定ルーチンによって、この Sパージの制御ルーチンが終了される。

[0081] 以上のように、 NOx吸蔵触媒 36の Sパージが必要になると、直ちにリッチスパイクによる HC供給を行わず、まず燃料添加弁 48からの HC供給により、 NOx吸蔵触媒 3 6を、 Sパージに必要な温度である第 1温度から、リッチスパイクによる HC供給を行つた際に見込まれる温度上昇分を差し引、た第 2温度に昇温するようにして、るため、 Sパージの制御を開始した直後の酸素濃度が高い状況であっても、 NOx吸蔵触媒 3 6が過昇温となるほどの温度上昇を生じることはない。また、 NOx吸蔵触媒 36を還元雰囲気とするためのリッチスパイクを開始した直後に、第 1温度をはるかに超えるような温度上昇を生じるようなこともな、。

[0082] そして、 NOx吸蔵触媒 36が過昇温となることがないため、 Sパージのための制御開始当初からリッチスパイクを行う場合のように HC供給量を抑える必要がなくなり、より一層早く NOx吸蔵触媒 36を Sパージを実行可能な状態とすることが可能となる。

[0083] また、 Sパージの制御開始時に触媒上の酸素によって局所的に急激な温度上昇が生じたとしても、 Sパージための制御を開始して力所定時間 tlの間はリッチスパイクによる HC供給を行わないので、 NOx吸蔵触媒 36全体で温度が均一化される。このような温度の均一化により、その後にリッチスノイクによる HC供給を行っても NOx吸蔵触媒 36が過昇温となることはない。

[0084] 更に、リッチスパイクによる HCの供給を開始した後も、 NOx吸蔵触媒 36を第 2温度に昇温するのに必要な量の HC供給を引き続き行いながら、この HC供給に上乗せする形でリッチスノイクによる HC供給を行うようにしており、この第 2温度は Sパージに必要な温度である第 1温度から、リッチスパイクによる HC供給を行った際に見込まれる温度上昇分を差し引いた温度であることから、リッチスパイクによる HC供給量を上乗せする前の HC供給量を調整することにより、容易に NOx吸蔵触媒 36の温度を Sパージに必要な第 1温度に維持することが可能となる。

[0085] 以上で本発明の一実施形態に係る排気浄ィ匕装置についての説明を終える力本発明は前記実施形態に限定されるものではない。

[0086] 例えば、前記実施形態では、 HC供給手段として燃料添加弁 48を用いたが、このような燃料添加弁 48を設けず、エンジン 1の各気筒に対する主噴射の後のポスト噴射により排気中に HCを供給するようにしてもよい。この場合には、各気筒に設けられたインジェクタ 4が本発明の HC供給手段に相当する。

[0087] また、前記実施形態では、排気温度センサ 40によって検出された NOx吸蔵触媒 3 6の出口側排気温度 Tcに基づき、 NOx触媒 36の温度が第 1温度や第 2温度に達したカゝ否かを判断するようにしたが、 NOx吸蔵触媒 36の担体に温度センサを設け、直接 NOx吸蔵触媒 36の温度を検出するようにしてもょ、し、 NOx吸蔵触媒 36の入口側排気温度を検出して NOx吸蔵触媒 36の温度を推定するようにしてもよい。

[0088] 但し、前記実施形態のように、 NOx吸蔵触媒 36の出口側排気温度 Tcに基づき、 NOx触媒 36の温度を判定するようにした場合には、 NOx吸蔵触媒 36の入口部分や内部における局所的な温度のばらつきの影響を受けにくいという点で、他の場所の温度を検出するものに比べて優れている。 [0089] また、前記実施形態では、エンジン 1の燃料消費量や運転時間などに応じて推定した NOx吸蔵触媒 36の SOx吸蔵量が所定値以上となったときに Sパージのための制御を開始するようにした力 Sパージの制御開始条件はこれに限られるものではなぐ例えばエンジン 1の所定運転時間ごとに Sパージの制御を開始するようにしてもよいし、 NOx吸蔵触媒 36の下流側に NOxセンサを設け、 NOxセンサが検出した排ガス中の NOx量が所定量以上になったら Sパージの制御を開始するようにしてもよい。

[0090] 更に、 Sパージのための制御の終了条件についても、前記実施形態のようにリッチスパイクによる HC供給を開始して力もの経過時間に限定されるものではない。例えば、この場合にも NOx吸蔵触媒 36の下流側に設けた NOxセンサの検出値に基づき、 Sパージの制御を開始した後の検出値が所定値以下になったら NOx吸蔵触媒 36 の NOx浄化機能が回復したものとして Sパージのための制御を終了するようにしてもよいし、リッチスパイクによる HC供給を開始してからの経過時間をエンジン 1の運転状態に応じて可変するようにしてもょ、。

[0091] また、前記実施形態では、排気後処理装置 28を上流側ケーシング 30と下流側ケ一シング 34とに分けて構成した力単一のケーシングで排気後処理装置 28を構成するようにしてちょい。

[0092] 最後に、前記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄ィ匕装置に本発明を適用したものであつたが、エンジンの形式はこれに限定されるものではなぐ NOx吸蔵触媒とこの NOx吸蔵触媒に HCを供給するための HC供給手段とを備えたエンジンであればどのようなものでも適用可能である。

Claims

請求の範囲

[1] エンジンの排気通路に設けられ、酸ィ匕雰囲気のときに排気中の NOxを吸蔵し、還元雰囲気のときには吸蔵していた前記 NOxを放出して還元する NOx吸蔵触媒と、前記 NOx吸蔵触媒に流入する排気中に HCを供給する HC供給手段と、前記 HC供給手段力 HC供給を行って前記 NOx吸蔵触媒を昇温すると共に前記 HC供給手段からリッチスパイクによる HC供給を行って還元雰囲気とすることにより前記 NOx吸蔵触媒の Sパージを行う制御手段とを備えた排気浄ィ匕装置において、前記制御手段は、前記 HC供給手段を制御することにより、前記 Sパージのために必要な温度として予め定められた第 1温度から前記第リッチスパイクによる温度上昇分を差し引いた第 2温度に前記 NOx吸蔵触媒を昇温するのに必要な量の HC供給を行って前記 NOx吸蔵触媒を昇温した後、引き続き前記 HC供給を行うと共に前記 HC供給に上乗せして前記リッチスパイクを行うことを特徴とする排気浄ィ匕装置。

[2] 前記制御手段は、前記 HC供給手段を制御することにより、前記 NOx吸蔵触媒の温度を前記第 2温度に所定時間に亘り維持した後、前記リッチスパイクによる Sパージを開始することを特徴とする請求項 1に記載の排気浄化装置。

[3] 前記制御手段は、前記 HC供給手段から HC供給を行って前記 NOx吸蔵触媒を前記第 2温度に昇温する際に、前記 NOx吸蔵触媒の温度が前記第 2温度以上となつた場合、前記 HC供給量を減量することを特徴とする請求項 1に記載の排気浄化装置。

[4] 前記制御手段は、前記リッチスパイクによる HC供給を行って前記 NOx吸蔵触媒を還元雰囲気とする際に、前記 NOx吸蔵触媒の温度が前記第 1温度以上となった場合、前記 HC供給量を減量することを特徴とする請求項 1に記載の排気浄化装置。