WO2007110997A1

WO2007110997A1 - ＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システム

Info

Publication number: WO2007110997A1
Application number: PCT/JP2006/323296
Authority: WO
Inventors: Masashi Gabe; Daiji Nagaoka
Original assignee: Isuzu Motors Limited
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2007-10-04
Also published as: CN101405071B; EP2000196A2; JP2007255342A; JP5217102B2; EP2000196A9; US20090044516A1; CN101405071A; EP2000196B1; EP2000196A4; US8051642B2

Abstract

　ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（２２）と、ＮＯｘ再生制御と硫黄被毒再生制御とを行う制御装置（３０）を備えたＮＯｘ浄化システム（１）の制御方法において、ＮＯｘ再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（２２）に吸着及び吸蔵される酸素量を基にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（２２）の硫黄被毒による劣化度合を推定する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（２２）における硫黄被毒量を精度良く推定して、適正な頻度で硫黄被毒再生を実施することにより、過度の硫黄被毒再生を回避して燃費の悪化を防止する。

Description

明細書

NOx浄化システムの制御方法及び NOx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）を浄ィ匕する NOx吸蔵還元型触媒を備えた NOx浄ィ匕システムの制御方法及び NOx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力排出される PM (微粒子状物質）、 NOx、 COや HC等は、年々排出規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い、エンジンの改良のみでは、規制値への対応が困難になってきている。そこで、エンジンの排気通路に排気ガス後処理装置を着装して、エンジン力排出されるこれらの物質を低減する技術が採用されてきている。

[0003] このような状況において、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 NOx (窒素酸ィ匕物)を還元除去するための N Ox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、ディーゼルェンジン用の 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、有効に排気ガス中の NOxを浄ィ匕できる。

[0004] この NOx吸蔵還元型触媒は、モノリスハ-カム等で形成される。このモノリスハ-カムのコージイエライト、炭化珪素（SiC)若しくはステンレスで形成された構造材の担体に、多数の多角形のセルを形成して構成される。このセルの壁面にはアルミナ（A1

2 o )等で形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層が設けられる。この触媒

3

コート層の表面に酸化機能を持つ白金 (Pt)等の触媒貴金属と、 NOx吸蔵機能を持つアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類等の中から幾つカゝから形成される NOx 吸蔵剤 (NOx吸蔵物質: NOx吸蔵材: NOx吸収剤）を担持する。このアルカリ土類金属には、カリウム），ナトリウム (Na) ,リチウム (Li) ,セシウム（Cs)等がある。アルカリ土類金属には、バリウム (Ba) ,カルシウム (Ca)等がある。また、希土類には、ランタン (La) ,イットリウム (Y)等がある。これらの成分により、排気ガス中の酸素濃度によつて NOx吸蔵と NOx放出'浄ィ匕の二つの機能を発揮する。 [0005] そして、この NOx吸蔵還元型触媒は、通常運転時に NOxを NOx吸蔵剤に吸蔵する。この触媒の吸蔵能力が飽和に近づくと、適時、流入してくる排気ガスの空燃比をリツチ空燃比にして、触媒に吸蔵した NOxを放出させると共に、放出された NOxを触媒貴金属の三元機能で還元する。

[0006] より詳細には、通常のディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン等の排気ガス中に酸素 (O )が含まれるような、排気ガスの空燃比力 Sリーン空燃比状態の場合には

2

、排気ガス中に含まれる酸素によって、エンジン力も排出される一酸ィ匕窒素 (NO)を触媒貴金属の酸ィ匕触媒機能によって二酸ィ匕窒素 (NO )に酸ィ匕する。そして、その

2

二酸ィ匕窒素を NOx吸蔵機能を持つノリウム等の NOx吸蔵剤に硝酸塩等の塩ィ匕物のかたちで吸蔵し、 NOxを浄ィ匕する。

[0007] しかし、このままの状態を継続すると NOx吸蔵機能を持つ NOx吸蔵剤は、全て硝酸塩に変化して NOx吸蔵機能を失ってしまう。そこで、エンジンの運転条件を変えたり、排気通路中に燃料噴射をしたりして、過濃燃焼排気ガス (リッチスパイクガス)を作り出して、触媒に送る。この過濃燃焼排気ガスは、排気ガス中に酸素が存在しないで、一酸化炭素 (CO)や炭化水素 (HC)等の還元剤の濃度が高ぐ排気温度も高い排気ガスである。

[0008] そして、排気ガスを、排気ガス中に酸素が無ぐ還元剤濃度が高ぐ排気ガス温度が上昇したリッチ空燃比状態にすると、 NOxを吸蔵した硝酸塩は二酸ィ匕窒素を放出し、元のノリウム等に戻る。この放出された二酸ィ匕窒素は、排気ガス中に酸素が存在しないので、担持貴金属の酸化機能により、排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素 (H C) ,水素 (H )を還元剤として、窒素 (N )に還元され浄化される。

2 2

[0009] そのため、 NOx吸蔵還元型触媒を備えた NOx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、還元組成排気ガスを触媒に供給する。この還元組成排気ガスは、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、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、発生させる。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再生操作を行っている。 [0010] 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。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、吸気を絞り弁で絞ると共に、 EGR弁を開いて、 EGRガスを大量に供給し、吸気量を減少する。それと共に、リッチ深さを深くするため燃料を追加し、シリンダ内燃焼をリッチ燃焼に切り替える。

[0011] 一方、内燃機関では、燃料やエンジンオイルが燃焼することにより、燃料やェンジンオイルに含まれる硫黄が二酸化硫黄 (SO )として燃焼ガス中に生成される。排気

2

中の二酸化硫黄は NOx吸蔵還元型触媒の表面上に到達すると、三酸化硫黄 (SO

3

)となって二酸ィ匕窒素の代わりに吸蔵され、また、触媒表面にも吸着される。この吸蔵された二酸化硫黄は、内燃機関の通常の運転領域にある排気ガス温度が約 600°C 以下の排気ガス低温状態では、な力なか放出されない。そのため、吸蔵された二酸化硫黄は、硫黄被毒として NOx吸蔵還元型触媒の吸蔵能力を悪化させる原因となつている。

[0012] 従って、 NOx吸蔵還元型触媒では、定期的にエンジン運転条件を制御して、高温でリッチな排気ガスを触媒に供給し、触媒に吸蔵、吸着した硫黄を放出する硫黄パージを行って触媒を硫黄被毒から再生 (以下、硫黄被毒再生と!/ヽぅ）させる必要がある。しかし、この硫黄被毒再生は、高温で過濃な燃焼排気ガスが必要となるため、多大な燃費の悪ィ匕を招くという問題がある。そのため、この硫黄被毒再生は、必要最低限の間隔で行うのが望まし、。

[0013] 従来の NOx浄化システムに一つとして、例えば、日本の特開 2000— 51662号公報に記載されているような、内燃機関の排気浄ィ匕装置が提案されている。この装置では、吸蔵型 NOx触媒 (NOx吸蔵還元型触媒）に吸蔵される硫黄酸化物（SOx)の吸蔵量を正確に推定する。吸蔵された SOxを効率よく除去できるように、硫黄成分の吸蔵度合を空燃比、燃料性状及び触媒温度の少なくともいずれか一つに応じて演算する。そして、硫黄成分の堆積量を燃料噴射量相関値と硫黄成分の吸蔵度合とに基づいて推定する。

[0014] しかしながら、この内燃機関の排気浄ィ匕装置では、燃料の状態を基に間接的に推定しており、触媒の状態を基に推定している訳ではない。従って、触媒の硫黄被毒による劣化度合を精度良く推定できない。そのため、安全性の面から、実際よりも過大な方向で触媒の劣化度合いを算出することとなる。その結果、硫黄被毒再生の頻度が多くなり、過度の燃費悪ィ匕の原因となる。

[0015] また、一方で、例えば、日本の特開 2004— 60518号公報に記載されているような内燃機関の排気浄ィ匕装置が提案されている。この装置では、 NOx触媒よりも下流の排気通路に NOx濃度センサを配設する。 NOxパージモード力も移行して NOxの吸蔵を再開したときに、 NOx濃度センサにより検出される NOx濃度の時間変化率に基づいて、 NOx濃度の時間変化率が基準値より大きければ、 NOx触媒の劣化が硫黄被毒によるものとする。また、 NOx濃度の時間変化率が基準値より小さければ、熱劣化によるものとする。そして、硫黄被毒による劣化であれば硫黄パージを行う。しかしながら、この NOx濃度センサは、未だ高価であるため、量産品に使用するのは難しいという問題がある。

特許文献 1 :特開 2000— 51662号公報

特許文献 2 :特開 2004— 60518号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0016] 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、硫黄被毒量を精度良く推定して、適正な頻度で硫黄被毒再生を実施することにより、過度の硫黄被毒再生を回避して燃費の悪ィ匕を防止することができる NOx浄ィ匕方法及び N Ox浄ィ匕システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0017] 上記のような目的を達成するための NOx浄ィ匕システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に、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吸蔵還元型触媒を備えると共に、該 NOx吸蔵還元型触媒の NOx吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にする NOx再生制御と、該 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行う NOx浄ィ匕システムの制御方法にぉ、て、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後に前記 _NOx吸蔵還元型触媒に吸着及び吸蔵される酸素量を基にして、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定することを特徴とする。この酸素濃度には、排気ガス中の酸素濃度の別の表現である空燃比や空気過剰率等も含むものである。

[0018] NOx吸蔵還元型触媒においては、 NOx再生のためのリッチ燃焼を終了し、リーン燃焼 (通常燃焼）に戻った時に、リーン状態の排気ガス中の酸素を、 NOx吸蔵還元型触媒の触媒表面や NOx吸蔵剤内部に吸着及び吸蔵して取り込む。この吸着及び吸蔵して取り込まれる酸素量は、 NOx吸蔵還元型触媒が硫黄被毒によって劣化していると、その劣化度合に応じて減少する。従って、この NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後に前記 NOx吸蔵還元型触媒に吸着される酸素量を基にして、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定すると、燃料消費量などの直接 NOx吸蔵還元型触媒の状態に関係しない間接的な推定方法で推定するよりも、精度良く推定することができる。

[0019] また、上記の NOx浄ィ匕システムの制御方法において、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後において、前記吸着及び吸蔵される酸素量の代りに、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の酸素濃度と前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の酸素濃度の差の積算値から、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定することを特徴とする。

[0020] この NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後に、リーン空燃比の排気ガス中の酸素が NOx吸蔵還元型触媒に吸着及び吸蔵される。そのために、図 2に示すように、触媒の入口側と出口側の空気過剰率 λ in、 λ outに差が生じる。この差を積算した積算値 Aは、吸着及び吸蔵される酸素量 Vaに関係した量となる。つまり、この積算値 Aに排気ガス量を乗じると酸素吸着量 Vaとなる。厳密には、空気過剰率え in、 λ ο utの差にその時の排気ガス量を乗じる。しかし、短時間であるので、排気ガス量が一定としても大きな誤差は生じない。この積算値 Aは、 NOx再生リッチ燃焼終了直後の酸素吸着量 Vaに関係するため、硫黄被毒による劣化度合と関係する。この積算値 A と硫黄被毒による劣化度合との関係を利用して、検出した NOx吸蔵還元型触媒触媒の入口側、出口側の空気過剰率 λ in、 λ outの差の積算値 Αから、硫黄被毒に基づく触媒の劣化度合を推定する。これにより触媒の劣化度合を、簡便な方法で精度良く推定できる。

[0021] また、上記の NOx浄ィヒシステムの制御方法において、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後において、前記吸着及び吸蔵される酸素量、酸素濃度の差の積算値、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間と前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間との差である復帰時間差の内の少なくとも一つの判定用の値を前記硫黄被毒再生制御の開始の判定に用いて、該判定用の値が所定の判定値より小さくなつた場合に、前記硫黄被毒再生制御を開始することを特徴とする。この所定の判定値は、それぞれのの判定用の値に対してそれぞれ決まる値である。

[0022] この NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後に、リーン空燃比の排気ガス中の酸素が NOx吸蔵還元型触媒に吸着及び吸蔵される。そのために、図 2に示すように、触媒の入口側と出口側の空気過剰率 λ in、 λ outの通常燃焼に復帰する復帰時間差 A ta (=t8— 7)が生じる。この復帰時間差 A taは、 NOx再生リッチ燃焼終了直後の酸素吸着量 Vaに関係するため、図 3に示すように、復帰時間差 A taは、硫黄被毒による劣化度合と関係する。この復帰時間差 A taと硫黄被毒による劣化度合との関係を利用して、検出した NOx吸蔵還元型触媒触媒の入口側、出口側の空気過剰率え in、 outから、硫黄被毒に基づく触媒の劣化度合を推定する。これにより触媒の劣化度合を、より簡便な方法で精度良く推定できる。

[0023] これらのいずれかの判定用の値により、精度良く硫黄被毒の度合を推定できるので、適正な頻度で硫黄被毒再生を実施でき、過度の硫黄被毒再生を回避して燃費の悪ィ匕を防止することができる。

[0024] そして、上記の目的を達成するための NOx浄ィ匕システムは、内燃機関の排気通路に、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吸蔵還元型触媒を備えると共に、該 NOx吸蔵還元型触媒の NOx吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にする NOx再生制御と、該 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行う制御装置を備えた NOx浄ィヒシステムにお、て、前記制御装置が、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後の前記 NOx吸蔵還元型触媒に吸着及び吸蔵される酸素量を基にして、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定するように構成される。

[0025] また、上記の NOx浄ィヒシステムにお、て、前記制御装置が、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後において、前記吸着及び吸蔵される酸素量、酸素濃度の差の積算値、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間と前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間との差である復帰時間差の内の少なくとも一つの判定用の値を前記硫黄被毒再生制御の開始の判定に用いて、該判定用の値が所定の判定値より小さくなつた場合に、前記硫黄被毒再生制御を開始するように構成される。

[0026] 上記の構成の NOx浄化システムによれば、上記の NOx浄化システムの制御方法を実施でき、同様な作用効果を得ることができる。

発明の効果

[0027] 本発明に係る NOx浄化方法及び NOx浄化システムによれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中の NOxを浄ィ匕するための NOx吸蔵還元型触媒を備えた NOx浄ィ匕システムに対して、 NOx再生のためのリッチ燃焼を終了し、通常運転であるリーン燃焼に戻った時における酸素吸着量、あるいは、この酸素吸着量に関係する NOx吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の酸素濃度 (空気過剰率、空燃比等）の変化に基づいて、硫黄被毒による劣化度合を推定して硫黄被毒再生制御を行うので、精度良く硫黄被毒による劣化度合を推定できる。従って、適正な頻度で硫黄被毒再生制御を実施でき、過度の硫黄被毒再生制御を回避することができるので、燃費の悪ィ匕を防止することができる。

図面の簡単な説明

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

[図 2]NOx再生制御における NOx吸蔵還元型触媒の入口側及び出口側の空気過剰率の時系列を示す図である。 [図 3]入口側及び出口側の空気過剰率の復帰時間差と硫黄被毒による劣化度合との関係を示す図である。

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 NOx浄ィ匕方法及び NOx浄ィ匕システムにつ、て、図面を参照しながら説明する。なお、ここでいう再生制御には、 NOx吸蔵物質の N Ox吸蔵能力を回復するための NOx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。また、ここでいう排気ガスのリッチ状態とは、必ずしもシリンダ内でリッチ燃焼する必要はなぐ 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）との比が理論空燃比に近い状態か又は理論空燃比より燃料量が多 V、リッチの状態であることを、う。

[0030] 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、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 (触媒コンバーター） 20が配置される。

[0031] この酸ィ匕触媒 21は、ハ-カム状のコージヱ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 )等の触媒コート層を設けて形成する。この触媒

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コート層に、白金 (Pt)、パラジウム (Pd)、ロジウム (Rh)等の貴金属力もなる触媒活性成分を担持させる。この触媒活性成分は流入してくる排気ガス中の HC, CO等を酸化して、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、コージ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たモノリス触媒に、触媒コート層を設けて構成される。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。この触媒コート層

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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 (NO X吸蔵物質)を担持させる。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。このセルの内壁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、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。酸素濃度が低!、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とにより、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の上流側に入口側空気過剰率（ λ )センサ 23を配置し、 Ν Ox吸蔵還元型触媒 22の下流側に出口側空気過剰率センサ 24を配置する。また、排気ガスの温度を検出するために酸ィ匕触媒 21の上流側に第 1温度センサー 25を、酸化触媒 21と NOx吸蔵還元型触媒 22の間に第 2温度センサ 26を、更に、 NOx吸蔵還元型触媒 22の下流側に第 3温度センサ 27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に入口側及び出口側空気過剰率センサ 23, 24や第 1〜第 3温度センサ 25, 26, 27やアクセル開度力の負荷センサ 28やクランク角センサ 29等力もの検出値が入力される。この制御装置 30からエンジン 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 13等を制御する信号が出力される。

[0036] この NOx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を通過する。その後、空気 Aは、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。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-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 G c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 4の EGRクーラー 11を通過し、 EGR弁 12でその量を調整されて吸気マ二ホールドに再循環される。

[0037] そして、本発明においては、入口側空気過剰率センサ 23で検出される入口側空気過剰率 λ inと、出口側空気過剰率センサ 24で検出される出口側空気過剰率 λ out との差である復帰時間差 A taを検出する。この復帰時間差 A taを用いて、予め設定された復帰時間差 Δ taと硫黄被毒による劣化度合との関係とから、 NOx吸蔵還元型触媒 22の硫黄被毒による劣化度合を検出及び評価する。以下にその詳細を説明する。

[0038] 図 2に、 NOx再生制御時の、燃焼状況を指示する燃焼状況信号 S (上側の実線)と、入口側空気過剰率センサ 23の出力値え in (点線）と、出口側空気過剰率センサ 24 の出力値え out (実線)の時系列を模式的に示す。

[0039] 図 2の燃焼状況信号 Sで示すように、通常の希薄燃焼状態ではリーンを示しリーン運転が行われる。このリーン空燃比状態では、排気ガス中の NOxは NOx吸蔵還元型触媒 22に吸蔵され、排気ガス Gは浄ィ匕される。 NOx吸蔵還元型触媒 22に NOxが吸蔵され飽和状態になると、燃焼状況信号はリッチ燃焼を指示し (時点 tl)、エンジン Eの状態はリッチ燃焼に切り替わる。リッチ燃焼が継続し、 NOxが放出され NOx吸蔵還元型触媒 22が再生されると、燃焼状況信号は再び切り替わりリーン燃焼を指示し（時点 t5)、通常燃焼であるリーン燃焼となる。これを繰り返す。

[0040] この時の入口側空気過剰率 λ inと出口側空気過剰率 λ outは図 2の下側に示すような変化を示す。燃焼状況信号 Sがリッチ燃焼に切り替わると (tl)、入口側空気過剰率え inはえ = 1以下のリッチ空燃比まで一気に低下する（t2)。この時、出口側空気過剰率 λ outは少し遅れて、入口側空気過剰率 λ inよりリッチの浅、 λ = 1付近の空気過剰率となる (t3)。その後、入口側と出口側の空気過剰率え in、 outはこの差のまま推移する（t3〜t4)。この差は、 NOx吸蔵還元型触媒 22の触媒表面及び N Ox吸蔵剤力放出された NOxからの酸素（O )を消費するので、触媒下流の出口

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側空気過剰率 λ outが希薄（リーン)側になるためである。 NOx吸蔵還元型触媒 22 の触媒表面及び NOx吸蔵剤力も放出された NOxからの酸素を全て消費し終わると、入口側と出口側の空気過剰率え in、 outは同じになる（t5)。この時点（t5)で、 N Ox吸蔵還元型触媒 22の触媒表面及び NOx吸蔵剤内の酸素は全て無くなる。この時点 (t5)では、吸蔵された NOxも全て放出され、 NOx吸蔵還元型触媒 22の再生が完了する。従って、リッチ燃焼を終了する (t5)。

[0041] このリッチ燃焼の終了により、入口側空気過剰率え inはリーン状態 (希薄排気ガス状態）に戻る（t5〜t7)。しかし、出口側空気過剰率 λ outは、入口側空気過剰率 λ i nに対して少し遅れてリーン状態に戻る (t6〜t8)。更に、リーン状態に戻る勾配 (t6 〜t8)は入口空気過剰率え inの勾配 (t5〜t7)よりも緩やかで、多くの時間を必要とする。

[0042] この現象は、 t5時点でリーン状態になつてから、 NOx吸蔵還元型触媒 22の触媒表面及び NOx吸蔵剤に酸素が吸着及び吸蔵されることに起因する。排気ガス中の硫黄により NOx吸蔵還元型触媒 22が劣化して、ると、この酸素の吸着及び吸蔵量は低下する。この吸着及び吸蔵される酸素吸着量は、 t5〜t8の間の inとえ outで囲まれる部分 (斜線部) Aに関係する。この λ inと λ outの差の積算値 Αを酸素濃度に換算し，この酸素濃度に排気ガス量を乗じると酸素吸着量 Vaが得られる。触媒の硫黄被毒による劣化度合が進拔するに連れて、この酸素吸着量 Vaは減少する。つまり、硫黄被毒は触媒への強い硫黄の吸着及び吸蔵で生じる。そのため、硫黄被毒が進拔している触媒では酸素の吸着、吸蔵活性点が消滅し、酸素吸着が減少するので、この現象が生じる。この酸素吸着量 Va又は積算値 Aを基に、触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定し評価する。

[0043] また、この酸素の吸着及び吸蔵のため、このリーン状態に戻る出口側空気過剰率 λ outの復帰時間、即ち、リーン状態に戻った出口側空気過剰率 λ outの時間（t8) とリーン状態に戻った入口側空気過剰率 λ inの時間（t7)との復帰時間差 Δ ta ( =t8 -t7)が短くなる。

[0044] この現象により、図 3に示すように、復帰時間差 A taは、硫黄被毒による劣化度合に対応して変化し、硫黄被毒による劣化度合が大きくなると短くなる。つまり、復帰時間差 A taが小さくなると触媒劣化が進んでいる。そこで、酸素吸着量 Vaの代りに、この復帰時間差 A taを検出することにより触媒硫黄の劣化度合を検出することができる

[0045] つまり、燃料消費量などの間接的な情報ではなぐ NOx吸蔵還元型触媒 22の状態を示す、酸素吸着量 Vaや復帰時間差 A ta等から、触媒硫黄の劣化度合を直接検出及び評価できる。

[0046] 次に、 NOx浄ィ匕システムの制御方法にっ、て説明する。この実施の形態では、 N Ox浄化システム 1の制御装置力エンジン Eの制御装置 30に組み込まれる。この N Ox浄化システム 1の制御装置は、エンジン Eの運転制御と並行して、 NOx浄化システム 1の制御を行う。この NOx浄ィ匕システム 1の制御装置は、再生開始判定手段、再生継続制御手段、再生終了判定手段等を備えて構成される。

[0047] 再生開始判定手段は、 NOx再生制御の場合には、例えば、エンジンの運転状態力も単位時間当たりの NOxの排出量 Δ ΝΟχを算出し、これを累積計算した NOx累積値∑ NOxが所定の判定値 Cnを超えた時に NOx再生制御を開始すると判定する。つまり、 NOx吸蔵還元型触媒 22に吸蔵されたと推定される NOx吸蔵推定量が所定の判定値に達したと判定した時に、 NOx吸蔵還元型触媒 22の NOx吸蔵能力を回復するための NOx再生制御を行う。

[0048] そして、本発明においては、再生開始判定手段における硫黄被毒力もの回復の脱硫制御の場合には、酸素吸着量 A又は復帰時間差 A taを検出して、この酸素吸着量 Vaが所定の判定値 Vcよりも小さくなつた時に、あるいは、復帰時間差 A taが、所定の判定値 tcよりも小さくなつた時に、硫黄被毒再生を開始すると判定する。この酸素吸着量 Aは、入口側空気過剰率センサ 23で検出される入口側空気過剰率 λ inと、出口側空気過剰率センサ 24で検出される出口側空気過剰率 λ outとの差である。また、復帰時間差 Δ taは、出口側空気過剰率 λ outカ^ーン空燃比状態に復帰する時間 t8と、入口側空気過剰率 λ inがリーン空燃比状態に復帰する時間 t7との差である。

[0049] また、再生継続制御手段は、次のような制御を行う手段である。 NOx再生時と硫黄被毒再生時のそれぞれに最適な目標排気ガス温度とストィキ空燃比 (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)を算出する。排気ガス温度を目標排気ガス温度に、空燃比 (空気過剰率 λ )をこの目標空燃比（目標空気過剰率）になるように、吸気量を減少する吸気系リッチ制御と燃料量を増加する燃料系リッチ制御により、吸気系及び燃料系を制御する。そして、この目標の状態を維持及び継続するように吸気系及び燃料系を制御する。

[0050] NOx再生では、目標排気ガス温度は、触媒にもよる力概ね 200°C〜600°Cであり、目標空燃比は、触媒にもよるが、空気過剰率（λ )換算で、概ね 0. 8〜1. 0である。硫黄被毒再生では、目標排気ガス温度は、触媒にもよるが、概ね 500°C〜750°Cであり、目標空燃比は、触媒にもよるが、空気過剰率（λ )換算で、概ね 0. 8〜1. 0である。

[0051] 再生終了判定手段は、 NOx再生制御の場合には、次のような判定を行う。例えば、 NOx再生制御の継続時間が所定の時間を経過した時に、 NOx再生制御を終了すると判定する。あるいは、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 22からの NOxの放出量を算出し、これを累積計算した NOx累積放出値が所定の判定値を超えた時に NOx再生制御を終了すると判定する。また、再生終了判定手段は、硫黄被毒再生制御の場合には、例えば、硫黄 (サルファ)パージ量を積算し、この累積硫黄パージ量が再生開始時の硫黄蓄積量を上回った時に硫黄被毒再生制御を終了すると判定する。

[0052] 上記の構成の NOx浄化システムの制御方法及び NOx浄化システム 1によれば、 N Ox再生のためのリッチ燃焼を終了し、リーン (通常)燃焼に戻った時における NOx吸蔵還元型触媒 22に吸着及び吸蔵される酸素量 Va、又は NOx吸蔵還元型触媒 22 の入口側と出口側の酸素濃度 λ in, λ outの変化量、例えば、積算値 Aや復帰時間差 Δ taに基づヽて、硫黄被毒による劣化度合を推定して硫黄被毒再生制御を行うので、適正な頻度で硫黄被毒再生制御を実施できる。そのため、過度の硫黄被毒再生制御を回避することができるので、燃費の悪ィ匕を防止することができる。

産業上の利用可能性

[0053] 上述した優れた効果を有する本発明の NOx浄化方法及び NOx浄化システムは、自動車搭載の内燃機関等に搭載され、内燃機関の排気通路に NOx吸蔵還元型触媒を備えた NOx浄ィ匕システムに対して、極めて有効に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 内燃機関の排気通路に、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吸蔵還元型触媒を備えると共に、該 NOx吸蔵還元型触媒の NOx吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にする NOx再生制御と、該 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行う NOx浄ィ匕システムの制御方法において、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後に前記 NOx吸蔵還元型触媒に吸着及び吸蔵される酸素量を基にして、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定することを特徴とする NOx浄ィ匕システムの制御方法。

[2] 前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後において、前記吸着及び吸蔵される酸素量の代りに、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の酸素濃度と前記 NOx 吸蔵還元型触媒の入口側の酸素濃度の差の積算値から、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定することを特徴とする請求項 1記載の NOx浄ィ匕システムの制御方法。

[3] 前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後において、前記吸着及び吸蔵される酸素量、酸素濃度の差の積算値、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間と前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間との差である復帰時間差の内の少なくとも一つの判定用の値を前記硫黄被毒再生制御の開始の判定に用いて、該判定用の値が所定の判定値より小さくなつた場合に、前記硫黄被毒再生制御を開始することを特徴とする請求項 1又は 2に記載の NOx浄ィ匕システムの制御方法。

[4] 内燃機関の排気通路に、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吸蔵還元型触媒を備えると共に、該 NOx吸蔵還元型触媒の NOx吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にする NOx再生制御と、該 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行う制御装置を備えた NOx浄ィ匕システムにおいて、

前記制御装置が、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後の前記 NOx 吸蔵還元型触媒に吸着及び吸蔵される酸素量を基にして、前記 NOx吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を推定することを特徴とする NOx浄ィ匕システム。

前記制御装置が、前記 NOx再生制御のリッチ空燃比状態の終了直後において、前記吸着及び吸蔵される酸素量、酸素濃度の差の積算値、前記 NOx吸蔵還元型触媒の出口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間と前記 NOx吸蔵還元型触媒の入口側の酸素濃度がリーン空燃比状態に復帰する時間との差である復帰時間差の内の少なくとも一つの判定用の値を前記硫黄被毒再生制御の開始の判定に用いて、該判定用の値が所定の判定値より小さくなつた場合に、前記硫黄被毒再生制御を開始することを特徴とする請求項 4に記載の NOx浄化システム。