排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
【課題】 ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄パージ制御に際して、容易に、硫黄被毒から回復を検出できて、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提案する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ直接還元型触媒において、この触媒に対する硫黄被毒を解消するための脱硫制御の最適化を図る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関や据置式の内燃機関等の排気ガスから、ＰＭ（パテイキュレート・マター：粒子状物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）を除去して排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされており、特に、自動車等の排気ガスを浄化するために、ＮＯｘに対しては、ＮＯｘ直接還元型触媒を、内燃機関の排気通路内に配置した排気ガス浄化システムが提案されている。
【０００３】
この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ウム（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、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）を配合したり、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ようにしたり、ＮＯｘの浄化率を向上させるために担体に鉄（Ｆｅ）を加える等しているものもある。
【０００４】
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（Ｎ2 ）に直接還元するが、この還元の際に、触媒の活性物質である金属に酸素（Ｏ2 ）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やリッチ状態になるように、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロ％に低い状態にして、触媒の活性物質を再生して活性化する必要がある。この触媒再生のためのリッチ条件制御は、吸気絞り等の吸気量制御やポスト噴射（後噴射）等の燃料噴射制御やＥＧＲ制御等で実施することができ、排気温度は、例えば、４００℃〜５００℃の温度よりも高温とする。
【０００５】
このＮＯｘ直接還元型触媒では、排気ガスがリーンの時にはＮＯｘを窒素と酸素に選択的に分解し、排気ガス中の酸素濃度を低下させたリッチの時にはＮＯｘ直接還元型触媒が還元され再生される。従って、このＮＯｘ直接還元型触媒をエンジンの排気通路に設けたＮＯｘ浄化システムにおいて十分なＮＯｘ浄化性能を発揮させるためには、エンジン稼働中に通常運転のリーン条件制御と触媒再生用のリッチ条件制御を適宜切り換えて行う必要がある。更に、リッチ運転時における未燃燃料のＮＯｘ直接還元型触媒の後流への排出を抑えるため、噴射時期を大幅に進角させるＰＣＩ（予混合圧縮着火）リッチ運転とを組み合わせて使用する。
【０００６】
そして、このＮＯｘ直接還元型触媒においても、燃料中に含まれている硫黄分が吸着され、硫黄分の吸着量の増加に伴ってＮＯｘ分解能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒に関しては、模擬ガスを用いた試験から、硫黄被毒したＮＯｘ直接還元型触媒にリッチ状態の高温排気ガスを流通させると、吸着された硫黄分が二酸化硫黄（ＳＯ2 ）及び硫化水素（Ｈ2 Ｓ）の形態となり除去でき、硫黄被毒から回復できることが分かっている。
【０００７】
しかしながら、再生制御の終了判定を行うために、ＮＯｘ浄化率の回復状態からイオウ被毒からの回復状態を推定しようとすると、ＮＯｘ浄化率はリーン状態のＮＯｘ濃度から算定する必要があるのにもかかわらず、硫黄パージ制御（硫黄被毒再生）時では排気ガスがリッチ雰囲気であるため、硫黄パージ制御運転中は、ＮＯｘ濃度で触媒機能の回復を判定することが困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、このＮＯｘ直接還元型触媒は、ＮＯｘ分解機能と共に、ＨＣを分解する機能も持っており、このＨＣ分解機能は、硫黄被毒によるＮＯｘ分解機能の低下と同時に低下し、硫黄被毒から触媒を再生させるために、リッチ状態の高温排気ガスを流通させる運転を実施するとＮＯｘ浄化率の回復と共に回復することが分かっている。
【０００９】
なお、この硫黄パージ制御に関しては、吸蔵型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）等を対象として、この触媒に吸蔵されたＳＯｘが放出される状態になった頻度を検出又は推定して求めるイオウ成分残存度合相関値と、このイオウ成分残存度合相関値と、触媒温度、排気空燃比に基づいて算出される再生度合とにより、触媒の再生度合を正確に把握して常時適切な再生制御や吸蔵抑制制御を行い、再生不十分による排気ガス性能の低下や必要以上の再生制御による燃費の低下を防止する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
しかしながら、この排気浄化装置における触媒の再生度合いの推定は複雑であるため、制御プログラムも複雑になってしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２５６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄パージ制御に際して、容易に、硫黄被毒から回復を検出できて、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする。
【００１３】
この方法では、リーン運転制御からリッチ運転制御に切り替えられた後の、ＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも大きい場合、即ち、急激に上昇する場合には、ＨＣ分解能力が低下したままであり、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄被毒が回復されていないと判断して硫黄パージ制御を継続する。また、ＨＣ濃度の変化速度が所定の変化速度よりも小さい場合、即ち、緩やかに上昇する場合には、ＨＣ分解能力が回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄被毒が回復したものと判断して、硫黄パージ制御を終了する。
【００１４】
従って、この方法により、硫黄パージ制御に際して、ＮＯｘ浄化能力の回復と共にＨＣ分解能力が回復することを利用して、ＨＣ濃度をモニターすることにより、簡便かつ正確に、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄被毒からの回復状態を推定して、適切な時期に硫黄パージ制御を終了することができる。
【００１５】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期における前記ＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御を終了するように構成すると、簡便なアルゴリズムで、また、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【００１６】
そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、 内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側に設けたＨＣ濃度センサと、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御のＨＣ濃度の変化に基づいて、前記硫黄パージ制御の終了を判断する硫黄パージ終了判定手段を備えて構成される。
【００１７】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記硫黄パージ終了判定手段が、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期におけるＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御の終了であると判定するように構成する。この構成により、より単純なアルゴリズムで適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御において、この硫黄パージ制御に際して、リーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度、特に、ＨＣ濃度の変化速度に基づいて、触媒機能の回復度合いを推定し、硫黄パージ制御の終了時期を判断するので、容易に、硫黄被毒からの回復度合いを正確に検出でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の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。
【００２０】
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は、エンジン（内燃機関）Ｅの排気ガス通路２にＮＯｘ直接還元型触媒装置３を配置して構成される。
【００２１】
このＮＯｘ直接還元型触媒装置３は、β型ゼオライト等の担体にロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の特別な金属（活性物質）を担持させて構成される。そして、更に、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）を配合したり、下層に白金等を有する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ようにしたり、また、ＮＯｘの浄化率を向上させるために担持体に鉄（Ｆｅ）を加えたりする場合もある。
【００２２】
このＮＯｘ直接還元型触媒３は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の空燃比がリーン状態にある排気ガスのように酸素濃度が高い雰囲気では、ＮＯｘと接触して、ＮＯｘをＮ2 に直接還元すると共に、触媒の活性物質にＯ2 が吸着して還元能力が低下する。この還元能力は、空燃比が理論空燃比やリッチである時のように排気ガス中の酸素濃度が略ゼロ％の還元雰囲気にすることにより再生できる。
【００２３】
また、このＮＯｘ直接還元型触媒３には、燃料中に含まれている硫黄分が触媒３に吸着することにより、ＮＯｘ浄化能力がＨＣ分解能力と共に低下するので、この硫黄被毒からＮＯｘ直接還元型触媒を回復させるために、ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージを行う必要がある。
【００２４】
そして、このＮＯｘ直接還元型触媒装置３の上流側に、空燃比（空気過剰率：λ）センサ４と入口側ＮＯｘ濃度センサ５を、下流側に、出口側ＮＯｘ濃度センサ６とＨＣ濃度センサ７を配置する。更に、ＮＯｘ直接還元型触媒装置３に流入する排気ガスの温度を測定するための入口側排気温度センサ８を、ＮＯｘ直接還元型触媒装置３の上流側の排気通路２に設置する。
【００２５】
この空燃比センサ４は、硫黄パージ制御におけるモニター用の酸素濃度等を算出するための空燃比（あるいは空気過剰率）を求めるためのセンサであり、入口側ＮＯｘ濃度センサ５と出口側ＮＯｘ濃度センサ６は、ＮＯｘの浄化率の算出用のＮＯｘ濃度を検出するためのセンサである。また、ＨＣ濃度センサ７は、硫黄パージ制御の終了時期を判定するためのＨＣ濃度の変化速度Ｖhcを算出するためにＨＣ濃度を検出するセンサであり、入口側排気温度センサ８は、触媒温度の代わりに、排気ガス温度を監視して、硫黄パージ制御時や再生制御時に触媒温度が所定の温度範囲になるようにするためのセンサである。なお、空燃比（Ａ／Ｆ）と空気過剰率（λ）との関係は、空気過剰率＝供給空燃比／理論空燃比となっている。
【００２６】
これらのセンサの出力値は、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共にＮＯｘ直接還元型触媒装置３のＮＯｘ浄化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）１０に入力され、この制御装置１０から出力される制御信号により、エンジンＥの燃料噴射用のコモンレール電子制御燃料噴射装置や絞り弁やＥＧＲ弁等が制御される。
【００２７】
そして、このエンジンＥの制御装置１０に排気ガス浄化システム１の制御装置が組み込まれ、制御装置１０は、エンジンＥの運転制御と共に、排気ガス浄化システム１のための制御を行う。この排気ガス浄化システム１の制御装置は、図２に示すような、各制御手段Ｃ１１〜Ｃ２０等を有する排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１を備えて構成される。
【００２８】
この排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１に含まれている排気ガス成分検出手段Ｃ１１は、排気ガス中の酸素濃度（又は空気過剰率λ）やＮＯｘ濃度やＨＣ濃度を検出する手段であり、空燃比センサ４、入口側ＮＯｘ濃度センサ５、出口側ＮＯｘ濃度センサ６、ＨＣ濃度センサ７等から構成される。
【００２９】
リーン運転制御手段Ｃ１２は、リーン運転制御を行うための手段であり、エンジンの回転数や負荷に応じて、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を併用しながら燃料噴射してリーン運転を行う。このリーン運転制御手段Ｃ１２は、主として、通常のエンジン運転用として用いられるが、硫黄パージ時の排気昇温調整用としても用いられる。
【００３０】
リッチ運転制御手段Ｃ１３は、排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ運転制御を行うための手段であり、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を併用しながら、燃料噴射で多段噴射やポスト噴射あるいは排気管内直接燃料噴射を行って、排気ガスを低酸素濃度状態にすると共に排気温度を上昇させるリッチ運転制御を行う。このリッチ運転制御手段Ｃ１３は、再生制御用、硫黄パージ制御用として用いられる。
【００３１】
通常運転手段Ｃ１４は、通常のエンジン運転を行うための手段であり、車の運転のための要求に基づいて、リーン運転制御手段Ｃ１２により通常のエンジン運転としてのリーン運転を行う。
【００３２】
再生開始判定手段Ｃ１５は、ＮＯｘ浄化能力を回復させるための再生制御を開始するか否かを判定する手段であり、例えば、排気ガス成分検出手段Ｃ１１で検出したＮＯｘ濃度から算出したＮＯｘ浄化率が所定の判定値より低くなった場合にＮＯｘ直接還元型触媒の再生を開始する。
【００３３】
再生制御手段Ｃ１６は、リッチ運転制御手段Ｃ１３により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒の再生を行う。
【００３４】
再生終了判定手段Ｃ１７は、再生制御を終了するか否かを判定する手段であり、例えば、再生制御の継続時間が所定の再生終了時間を経過した時に再生終了であると判定する。
【００３５】
また、硫黄パージ開始判定手段Ｃ１８は、硫黄パージ制御を開始するか否かの判定をする手段であり、エンジンＥの運転時において、再生制御直後の通常運転時、即ち、リーン運転時のＮＯｘ浄化率が所定の浄化率よりも低下したか否かにより判定する。なお、燃料消費量と燃料中に含まれる硫黄量（市場実勢値サルファ濃度等）を基にエンジン排出硫黄量を算出し、このエンジン排出硫黄量からＮＯｘ直接還元型触媒に吸蔵された硫黄吸着量を算出して、これを積算して求めた積算硫黄吸着量が、所定の判定値よりも大きくなったか否かで判定してもよい。
【００３６】
硫黄パージ制御手段Ｃ１９は、図３に示すような制御フローに従って行われ、リッチ運転制御手段Ｃ１３によるリッチ運転制御とリーン運転制御手段Ｃ１2 によるリーン運転制御の繰り返しにより、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲に維持して、ＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒３の再生を行うものであり、この所定の温度範囲は硫黄パージ（サルファパージ：脱硫）可能な温度（触媒にもよるが、概ね６００℃〜６５０℃）以上である。
【００３７】
そして、このリッチ運転時間ｔhrとリーン運転時間ｔhlを適宜変更することにより、排気温度及び触媒温度を徐々に昇温させることができるので、排気温度及び触媒温度の急上昇を避けながら、排気温度及び触媒温度を所定の温度以下に保つことができる。これにより、触媒温度が所定の昇温速度及び所定の温度を超えないようにすることができ、ＮＯｘ直接還元型触媒３の熱劣化や焼損を防止することができる。
【００３８】
なお、再生制御においても、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲にするが、硫黄パージ制御における温度範囲の方が、再生制御における温度範囲よりも高いので、このＮＯｘ直接還元型触媒３の熱劣化や焼損を防止するための排気温度及び触媒温度の上昇の制御は、硫黄パージ時に特に必要となる。
【００３９】
そして、硫黄パージ終了判定手段Ｃ２０は、硫黄パージ制御を終了するか否かの判定をする手段であり、図４及び図５に示すように、硫黄パージ制御でリッチ運転制御Ｒとリーン運転制御Ｌを繰り返している時の、リーン運転制御Ｌからリッチ制御運転Ｒに移行した時の、ＨＣ濃度センサ７で検出されるＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが所定の変化速度Ｖhc0 よりも小さくなったか否かで判定する。
【００４０】
この図４と図５は、硫黄パージ制御時のＨＣ濃度の変化を示す図であり、図４は、触媒機能の回復前を、図５は触媒機能の回復後を示す。図４ではリーン運転制御Ｌの部分で硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と二酸化硫黄（ＳＯ2 ）が放出され、硫黄パージが行われている。この状態では、Ａで示すように、ＨＣ分解機能が回復していないため、ＨＣ濃度の立ち上がりが速く、ＨＣ濃度の変化速度が大きいことが分かる。一方、図５ではリーン運転制御Ｌの部分で硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と二酸化硫黄（ＳＯ2 ）の放出が無く、硫黄パージが終了している。この状態では、Ｂで示すように、ＨＣ分解機能が回復しているため、ＨＣ濃度の立ち上がりが緩やかで、ＨＣ濃度の変化速度が小さいことが分かる。
【００４１】
そして、この硫黄パージ終了判定手段Ｃ２０は、図４のＡに示すように、排気ガスのＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが、所定の変化速度Ｖhc0 よりも大きい場合には、ＨＣ浄化率が低く、硫黄被毒からの回復がまだであると判断し、図５のＢに示すように、所定の変化速度Ｖhc0 よりも小さい場合には、ＨＣ浄化率が高く、硫黄被毒からの回復していると判断する。
【００４２】
次に、この排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。
【００４３】
エンジンＥの運転をスタートすると排気ガス浄化システム１の制御手段Ｃ１もスタートし、通常運転手段Ｃ１４により、車の運転のための要求に基づいて通常のエンジン運転を行う。この通常運転時においては、排気ガス成分検出手段Ｃ１１により検出されたＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出し、このＮＯｘ浄化率を監視する。
【００４４】
そして、ＮＯｘ浄化率が所定の判定値より低くなった場合には、再生開始判定手段Ｃ１５の判定により、ＮＯｘ直接還元型触媒の再生を開始し、再生制御手段Ｃ１６で、リッチ運転制御手段Ｃ１３により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒の再生を行う。そして、再生終了判定手段Ｃ１７により、再生制御の継続時間が所定の再生終了時間を経過した時に再生を終了し、通常運転手段Ｃ１４による通常運転制御に戻る。
【００４５】
また、硫黄パージ開始判定手段Ｃ１８により、エンジンＥの運転時において、再生制御直後の通常運転再開時のＮＯｘ浄化率が所定の浄化率よりも低下した場合に、硫黄パージ制御を開始する。
【００４６】
この硫黄パージ制御は、図３に例示するような制御フローを使用して行われる。この図３の制御フローは、ＮＯｘ直接還元型触媒３の硫黄パージ用の制御フローであり、ＮＯｘ還元能力の再生に関する制御も扱う上級の制御フローで、硫黄パージが必要であると判断された時に呼ばれて、硫黄パージ制御を行うものとして示されている。
【００４７】
この制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、燃料噴射量ｑh 、リッチ運転時間ｔhr，第１リッチ運転時間ｔhr1 ，第２リッチ運転時間ｔhr2 （＝ｔhr−ｔhr1 ）、リーン運転時間ｔhl、判定用のＨＣ濃度の変化速度Ｖhc0 を設定する。これらの数値は、それぞれの値に対応する各マップデータや関数を参照して、エンジン運転状態を示すエンジン速度やエンジン負荷等から算出される。これらのマップデータや関数は、触媒性能、エンジン運転条件等から求められ、予め、制御装置１０に入力されている。特に、判定用のＨＣ濃度の変化速度Ｖhc0 のマップデータや関数は、触媒性能、エンジン運転条件及びリッチ条件に応じたリッチ移行時のＨＣ濃度履歴から求められる。
【００４８】
次に、ステップＳ１２で、リッチ運転制御手段Ｃ１３による排気ガス昇温制御の前段階である第１排気昇温制御を行う。この第１排気昇温制御では、リッチ運転制御により排気ガスを所定のリッチ空燃比状態（例えば、空気過剰率換算で、０．８〜０．９）及び所定の温度範囲に維持して、硫黄パージを行い、ＮＯｘ直接還元型触媒３を再生する。この所定の温度範囲は硫黄パージ可能な温度（触媒にもよるが、概ね６００℃〜６５０℃）以上である。このリッチ運転制御では、低酸素濃度及び高温の脱硫用のリッチ状態を保つように、排気ガス成分検出手段Ｃ１１により検出される空燃比（空気過剰率）、及び、入口側排気温度センサ８により検出される触媒入口排気温度等をモニターしながら、燃料噴射量、燃料噴射タイミングをフィードバック制御して、硫黄パージ用のリッチ運転を行う。なお、この硫黄パージ用のリッチ運転制御ではＥＧＲ制御や吸気絞り制御が併用される。
【００４９】
この第１排気昇温制御を、ステップＳ１１で設定された第１リッチ運転時間ｔhr1 の間行い、この間に排気ガス成分検出手段Ｃ１１によりＨＣ濃度を検出し、この検出されたＨＣ濃度からＨＣ濃度の速度変化Ｖhcを算出する。
【００５０】
そして、ステップＳ１３で、このＨＣ濃度の速度変化Ｖhcをチェックし、判定用のＨＣ濃度の速度変化Ｖhc０より大きい場合、即ち、ＨＣ濃度が速やかに上昇している場合には、まだ、触媒が硫黄に被毒した状態で、ＨＣ分解機能が低下している状態であるので、硫黄パージ制御を継続し、ステップＳ１４，ステップＳ１５に行った後、ステップＳ１１に戻る。
【００５１】
このステップＳ１４では、リッチ運転制御手段Ｃ１３による排気ガス昇温制御の後段階である第２排気昇温制御を行う。この第２排気昇温制御では、第１排気昇温制御に継続し、また、第１排気昇温制御と同様に、リッチ運転制御により排気ガスを所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲に維持して、硫黄パージを行い、ＮＯｘ直接還元型触媒３を再生する。この第２排気昇温制御を、ステップＳ１１で設定された第２リッチ運転時間ｔhr2 （ｔhr2 ＝ｔhr−ｔhr1 ）の間行う。
【００５２】
ステップＳ１５では、リ−ン運転制御手段Ｃ１２による排気ガス温度の調整段階である第３排気昇温制御を行う。この第３排気昇温制御では、リーン運転制御により排気ガスを所定のリーン空燃比状態（例えば、空気過剰率換算で、１．１〜１．２）に維持して、排気ガスの昇温調整を行う。この第３排気昇温制御を、ステップＳ１１で設定されたリーン運転時間ｔhlの間行う。このリッチ運転時間ｔhrとリーン運転時間ｔhlを適宜変更することにより、排気温度及び触媒温度の急上昇を避けながら、排気温度及び触媒温度を所定の温度以下に保つ。これにより、ＮＯｘ直接還元型触媒３の熱劣化や焼損を防止する。
【００５３】
また、ステップＳ１３で、このＨＣ濃度の速度変化Ｖhcが、判定用のＨＣ濃度の速度変化Ｖhc０以下の場合、即ち、ＨＣ濃度は緩やかに上昇する場合には、触媒が硫黄被毒から回復した状態で、ＨＣ分解機能が回復した状態であるので、硫黄パージ制御を終了し、ステップＳ１６に行き、リターンする。
【００５４】
ステップＳ１６では、この硫黄パージ制御の終了作業を行うが、この終了作業では、脱硫用のリッチ運転制御を終了して通常運転制御のリーン運転制御に戻すと共に、硫黄パージ開始判断用数値をリセットしたりする。
【００５５】
従って、この図３の制御フローに従う制御によれば、リッチ運転制御とリーン運転制御を繰り返し行う硫黄パージ制御において、リーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時の、ＮＯｘ直接還元型触媒３の下流側のＨＣ濃度、ここではＨＣ濃度の変化速度Ｖhcにより、触媒機能の回復状況を推定し、硫黄パージ制御の終了時期を判断するので、容易に、正確に終了時期を判定でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【００５６】
つまり、ＮＯｘ直接還元型触媒３が硫黄に被毒し、ＨＣ分解機能が低下している状態では、リッチ運転制御Ｒに移行した時にＨＣは分解されないため、ＨＣ濃度は速やかに上昇し、一方、触媒が硫黄被毒から回復し、ＨＣ分解機能が回復した状態では、リッチ運転制御Ｌに移行した時にＨＣが分解されるため、ＨＣ濃度は緩やかに上昇する。従って、予め、触媒性能、エンジン運転条件及びリッチ条件に応じたリッチ移行時のＨＣ濃度履歴を制御装置１０に記憶させておき、このデータと比較することにより、触媒機能の回復状態を判定し、回復している場合には、硫黄パージ制御（硫黄被毒再生）運転を終了する。
【００５７】
なお、リーン状態Ｌからリッチ状態Ｒに移行する際に、図４と図５でＨＣ濃度、即ち、ＨＣ分解度合いが異なるのは、触媒機能が回復した図５の場合では、リーン運転制御Ｌ時に酸素が触媒に残留するので、この残留酸素の影響でＨＣ濃度が変化するものと考えられる。従って、このＨＣ濃度の差に基づいて、定常リッチ状態おけるＨＣ濃度の変化からも触媒機能の回復状態を推定できる。
【００５８】
以上に説明したように、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法では、エンジンＥの排気通路２にＮＯｘ直接還元型触媒３と、このＮＯｘ直接還元型触媒３の下流側にＨＣ濃度検出手段であるＨＣ濃度センサ７を配置し、このＮＯｘ直接還元型触媒３のＮＯｘ浄化率が硫黄被毒により低下したと認められる際には、排気ガス昇温と酸素濃度低下のためのリッチ運転制御と排気ガスの昇温調整のためのリーン制御を継続的に繰り返ししながら、排気ガス温度を昇温し、且つ、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする硫黄パージリッチ運転制御（排気ガス昇温リッチ制御）を行うことにより、ＮＯｘ直接還元型触媒３の浄化能力の再生を行う排気ガス浄化システム１において、リーン運転制御からリッチ運転制御に切り替えられた後の、ＨＣ濃度検出手段７から検出される排気ガスのＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが、所定の変化速度Ｖhc0 よりも大きい（急激に上昇）場合は、硫黄被毒による浄化率低下の再生が終了していないと判断して再生制御を継続する共に、ＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが所定の変化速度Ｖhc0 よりも小さい（緩やかに上昇）場合は、硫黄被毒による浄化率低下が回復したものと判断して再生制御（排気ガス昇温リッチ制御）を終了させる。従って、容易に、硫黄被毒からの回復度合いを正確に検出でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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】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】本発明に係る実施の形態の硫黄パージ用の制御フローの一例を示す図である。
【図４】触媒機能の回復前の硫黄被毒再生運転におけるリーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のＨＣ濃度の変化を示す図である。
【図５】触媒機能の回復後の硫黄被毒再生運転におけるリーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のＨＣ濃度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気通路
３ ＮＯｘ直接還元型触媒装置
４ 空燃比センサ
５ 入口側ＮＯｘ濃度センサ
６ 出口側ＮＯｘ濃度センサ
７ ＨＣ濃度センサ
８ 入口側排気温度センサ
１０ 制御装置（ＥＣＵ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ直接還元型触媒において、この触媒に対する硫黄被毒を解消するための脱硫制御の最適化を図る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の内燃機関や据置式の内燃機関等の排気ガスから、ＰＭ（パテイキュレート・マター：粒子状物質）やＮＯｘ（窒素酸化物）を除去して排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされており、特に、自動車等の排気ガスを浄化するために、ＮＯｘに対しては、ＮＯｘ直接還元型触媒を、内燃機関の排気通路内に配置した排気ガス浄化システムが提案されている。
【０００３】
この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ウム（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、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）を配合したり、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ようにしたり、ＮＯｘの浄化率を向上させるために担体に鉄（Ｆｅ）を加える等しているものもある。
【０００４】
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（Ｎ2 ）に直接還元するが、この還元の際に、触媒の活性物質である金属に酸素（Ｏ2 ）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やリッチ状態になるように、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロ％に低い状態にして、触媒の活性物質を再生して活性化する必要がある。この触媒再生のためのリッチ条件制御は、吸気絞り等の吸気量制御やポスト噴射（後噴射）等の燃料噴射制御やＥＧＲ制御等で実施することができ、排気温度は、例えば、４００℃〜５００℃の温度よりも高温とする。
【０００５】
このＮＯｘ直接還元型触媒では、排気ガスがリーンの時にはＮＯｘを窒素と酸素に選択的に分解し、排気ガス中の酸素濃度を低下させたリッチの時にはＮＯｘ直接還元型触媒が還元され再生される。従って、このＮＯｘ直接還元型触媒をエンジンの排気通路に設けたＮＯｘ浄化システムにおいて十分なＮＯｘ浄化性能を発揮させるためには、エンジン稼働中に通常運転のリーン条件制御と触媒再生用のリッチ条件制御を適宜切り換えて行う必要がある。更に、リッチ運転時における未燃燃料のＮＯｘ直接還元型触媒の後流への排出を抑えるため、噴射時期を大幅に進角させるＰＣＩ（予混合圧縮着火）リッチ運転とを組み合わせて使用する。
【０００６】
そして、このＮＯｘ直接還元型触媒においても、燃料中に含まれている硫黄分が吸着され、硫黄分の吸着量の増加に伴ってＮＯｘ分解能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒に関しては、模擬ガスを用いた試験から、硫黄被毒したＮＯｘ直接還元型触媒にリッチ状態の高温排気ガスを流通させると、吸着された硫黄分が二酸化硫黄（ＳＯ2 ）及び硫化水素（Ｈ2 Ｓ）の形態となり除去でき、硫黄被毒から回復できることが分かっている。
【０００７】
しかしながら、再生制御の終了判定を行うために、ＮＯｘ浄化率の回復状態からイオウ被毒からの回復状態を推定しようとすると、ＮＯｘ浄化率はリーン状態のＮＯｘ濃度から算定する必要があるのにもかかわらず、硫黄パージ制御（硫黄被毒再生）時では排気ガスがリッチ雰囲気であるため、硫黄パージ制御運転中は、ＮＯｘ濃度で触媒機能の回復を判定することが困難であるという問題がある。
【０００８】
一方、このＮＯｘ直接還元型触媒は、ＮＯｘ分解機能と共に、ＨＣを分解する機能も持っており、このＨＣ分解機能は、硫黄被毒によるＮＯｘ分解機能の低下と同時に低下し、硫黄被毒から触媒を再生させるために、リッチ状態の高温排気ガスを流通させる運転を実施するとＮＯｘ浄化率の回復と共に回復することが分かっている。
【０００９】
なお、この硫黄パージ制御に関しては、吸蔵型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）等を対象として、この触媒に吸蔵されたＳＯｘが放出される状態になった頻度を検出又は推定して求めるイオウ成分残存度合相関値と、このイオウ成分残存度合相関値と、触媒温度、排気空燃比に基づいて算出される再生度合とにより、触媒の再生度合を正確に把握して常時適切な再生制御や吸蔵抑制制御を行い、再生不十分による排気ガス性能の低下や必要以上の再生制御による燃費の低下を防止する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
しかしながら、この排気浄化装置における触媒の再生度合いの推定は複雑であるため、制御プログラムも複雑になってしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−２５６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄パージ制御に際して、容易に、硫黄被毒から回復を検出できて、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする。
【００１３】
この方法では、リーン運転制御からリッチ運転制御に切り替えられた後の、ＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも大きい場合、即ち、急激に上昇する場合には、ＨＣ分解能力が低下したままであり、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄被毒が回復されていないと判断して硫黄パージ制御を継続する。また、ＨＣ濃度の変化速度が所定の変化速度よりも小さい場合、即ち、緩やかに上昇する場合には、ＨＣ分解能力が回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄被毒が回復したものと判断して、硫黄パージ制御を終了する。
【００１４】
従って、この方法により、硫黄パージ制御に際して、ＮＯｘ浄化能力の回復と共にＨＣ分解能力が回復することを利用して、ＨＣ濃度をモニターすることにより、簡便かつ正確に、ＮＯｘ直接還元型触媒の硫黄被毒からの回復状態を推定して、適切な時期に硫黄パージ制御を終了することができる。
【００１５】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期における前記ＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御を終了するように構成すると、簡便なアルゴリズムで、また、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【００１６】
そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、 内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側に設けたＨＣ濃度センサと、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御のＨＣ濃度の変化に基づいて、前記硫黄パージ制御の終了を判断する硫黄パージ終了判定手段を備えて構成される。
【００１７】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記硫黄パージ終了判定手段が、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期におけるＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御の終了であると判定するように構成する。この構成により、より単純なアルゴリズムで適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御において、この硫黄パージ制御に際して、リーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度、特に、ＨＣ濃度の変化速度に基づいて、触媒機能の回復度合いを推定し、硫黄パージ制御の終了時期を判断するので、容易に、硫黄被毒からの回復度合いを正確に検出でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の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。
【００２０】
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は、エンジン（内燃機関）Ｅの排気ガス通路２にＮＯｘ直接還元型触媒装置３を配置して構成される。
【００２１】
このＮＯｘ直接還元型触媒装置３は、β型ゼオライト等の担体にロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の特別な金属（活性物質）を担持させて構成される。そして、更に、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）を配合したり、下層に白金等を有する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ようにしたり、また、ＮＯｘの浄化率を向上させるために担持体に鉄（Ｆｅ）を加えたりする場合もある。
【００２２】
このＮＯｘ直接還元型触媒３は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の空燃比がリーン状態にある排気ガスのように酸素濃度が高い雰囲気では、ＮＯｘと接触して、ＮＯｘをＮ2 に直接還元すると共に、触媒の活性物質にＯ2 が吸着して還元能力が低下する。この還元能力は、空燃比が理論空燃比やリッチである時のように排気ガス中の酸素濃度が略ゼロ％の還元雰囲気にすることにより再生できる。
【００２３】
また、このＮＯｘ直接還元型触媒３には、燃料中に含まれている硫黄分が触媒３に吸着することにより、ＮＯｘ浄化能力がＨＣ分解能力と共に低下するので、この硫黄被毒からＮＯｘ直接還元型触媒を回復させるために、ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージを行う必要がある。
【００２４】
そして、このＮＯｘ直接還元型触媒装置３の上流側に、空燃比（空気過剰率：λ）センサ４と入口側ＮＯｘ濃度センサ５を、下流側に、出口側ＮＯｘ濃度センサ６とＨＣ濃度センサ７を配置する。更に、ＮＯｘ直接還元型触媒装置３に流入する排気ガスの温度を測定するための入口側排気温度センサ８を、ＮＯｘ直接還元型触媒装置３の上流側の排気通路２に設置する。
【００２５】
この空燃比センサ４は、硫黄パージ制御におけるモニター用の酸素濃度等を算出するための空燃比（あるいは空気過剰率）を求めるためのセンサであり、入口側ＮＯｘ濃度センサ５と出口側ＮＯｘ濃度センサ６は、ＮＯｘの浄化率の算出用のＮＯｘ濃度を検出するためのセンサである。また、ＨＣ濃度センサ７は、硫黄パージ制御の終了時期を判定するためのＨＣ濃度の変化速度Ｖhcを算出するためにＨＣ濃度を検出するセンサであり、入口側排気温度センサ８は、触媒温度の代わりに、排気ガス温度を監視して、硫黄パージ制御時や再生制御時に触媒温度が所定の温度範囲になるようにするためのセンサである。なお、空燃比（Ａ／Ｆ）と空気過剰率（λ）との関係は、空気過剰率＝供給空燃比／理論空燃比となっている。
【００２６】
これらのセンサの出力値は、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共にＮＯｘ直接還元型触媒装置３のＮＯｘ浄化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）１０に入力され、この制御装置１０から出力される制御信号により、エンジンＥの燃料噴射用のコモンレール電子制御燃料噴射装置や絞り弁やＥＧＲ弁等が制御される。
【００２７】
そして、このエンジンＥの制御装置１０に排気ガス浄化システム１の制御装置が組み込まれ、制御装置１０は、エンジンＥの運転制御と共に、排気ガス浄化システム１のための制御を行う。この排気ガス浄化システム１の制御装置は、図２に示すような、各制御手段Ｃ１１〜Ｃ２０等を有する排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１を備えて構成される。
【００２８】
この排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１に含まれている排気ガス成分検出手段Ｃ１１は、排気ガス中の酸素濃度（又は空気過剰率λ）やＮＯｘ濃度やＨＣ濃度を検出する手段であり、空燃比センサ４、入口側ＮＯｘ濃度センサ５、出口側ＮＯｘ濃度センサ６、ＨＣ濃度センサ７等から構成される。
【００２９】
リーン運転制御手段Ｃ１２は、リーン運転制御を行うための手段であり、エンジンの回転数や負荷に応じて、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を併用しながら燃料噴射してリーン運転を行う。このリーン運転制御手段Ｃ１２は、主として、通常のエンジン運転用として用いられるが、硫黄パージ時の排気昇温調整用としても用いられる。
【００３０】
リッチ運転制御手段Ｃ１３は、排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ運転制御を行うための手段であり、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を併用しながら、燃料噴射で多段噴射やポスト噴射あるいは排気管内直接燃料噴射を行って、排気ガスを低酸素濃度状態にすると共に排気温度を上昇させるリッチ運転制御を行う。このリッチ運転制御手段Ｃ１３は、再生制御用、硫黄パージ制御用として用いられる。
【００３１】
通常運転手段Ｃ１４は、通常のエンジン運転を行うための手段であり、車の運転のための要求に基づいて、リーン運転制御手段Ｃ１２により通常のエンジン運転としてのリーン運転を行う。
【００３２】
再生開始判定手段Ｃ１５は、ＮＯｘ浄化能力を回復させるための再生制御を開始するか否かを判定する手段であり、例えば、排気ガス成分検出手段Ｃ１１で検出したＮＯｘ濃度から算出したＮＯｘ浄化率が所定の判定値より低くなった場合にＮＯｘ直接還元型触媒の再生を開始する。
【００３３】
再生制御手段Ｃ１６は、リッチ運転制御手段Ｃ１３により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒の再生を行う。
【００３４】
再生終了判定手段Ｃ１７は、再生制御を終了するか否かを判定する手段であり、例えば、再生制御の継続時間が所定の再生終了時間を経過した時に再生終了であると判定する。
【００３５】
また、硫黄パージ開始判定手段Ｃ１８は、硫黄パージ制御を開始するか否かの判定をする手段であり、エンジンＥの運転時において、再生制御直後の通常運転時、即ち、リーン運転時のＮＯｘ浄化率が所定の浄化率よりも低下したか否かにより判定する。なお、燃料消費量と燃料中に含まれる硫黄量（市場実勢値サルファ濃度等）を基にエンジン排出硫黄量を算出し、このエンジン排出硫黄量からＮＯｘ直接還元型触媒に吸蔵された硫黄吸着量を算出して、これを積算して求めた積算硫黄吸着量が、所定の判定値よりも大きくなったか否かで判定してもよい。
【００３６】
硫黄パージ制御手段Ｃ１９は、図３に示すような制御フローに従って行われ、リッチ運転制御手段Ｃ１３によるリッチ運転制御とリーン運転制御手段Ｃ１2 によるリーン運転制御の繰り返しにより、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲に維持して、ＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒３の再生を行うものであり、この所定の温度範囲は硫黄パージ（サルファパージ：脱硫）可能な温度（触媒にもよるが、概ね６００℃〜６５０℃）以上である。
【００３７】
そして、このリッチ運転時間ｔhrとリーン運転時間ｔhlを適宜変更することにより、排気温度及び触媒温度を徐々に昇温させることができるので、排気温度及び触媒温度の急上昇を避けながら、排気温度及び触媒温度を所定の温度以下に保つことができる。これにより、触媒温度が所定の昇温速度及び所定の温度を超えないようにすることができ、ＮＯｘ直接還元型触媒３の熱劣化や焼損を防止することができる。
【００３８】
なお、再生制御においても、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲にするが、硫黄パージ制御における温度範囲の方が、再生制御における温度範囲よりも高いので、このＮＯｘ直接還元型触媒３の熱劣化や焼損を防止するための排気温度及び触媒温度の上昇の制御は、硫黄パージ時に特に必要となる。
【００３９】
そして、硫黄パージ終了判定手段Ｃ２０は、硫黄パージ制御を終了するか否かの判定をする手段であり、図４及び図５に示すように、硫黄パージ制御でリッチ運転制御Ｒとリーン運転制御Ｌを繰り返している時の、リーン運転制御Ｌからリッチ制御運転Ｒに移行した時の、ＨＣ濃度センサ７で検出されるＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが所定の変化速度Ｖhc0 よりも小さくなったか否かで判定する。
【００４０】
この図４と図５は、硫黄パージ制御時のＨＣ濃度の変化を示す図であり、図４は、触媒機能の回復前を、図５は触媒機能の回復後を示す。図４ではリーン運転制御Ｌの部分で硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と二酸化硫黄（ＳＯ2 ）が放出され、硫黄パージが行われている。この状態では、Ａで示すように、ＨＣ分解機能が回復していないため、ＨＣ濃度の立ち上がりが速く、ＨＣ濃度の変化速度が大きいことが分かる。一方、図５ではリーン運転制御Ｌの部分で硫化水素（Ｈ2 Ｓ）と二酸化硫黄（ＳＯ2 ）の放出が無く、硫黄パージが終了している。この状態では、Ｂで示すように、ＨＣ分解機能が回復しているため、ＨＣ濃度の立ち上がりが緩やかで、ＨＣ濃度の変化速度が小さいことが分かる。
【００４１】
そして、この硫黄パージ終了判定手段Ｃ２０は、図４のＡに示すように、排気ガスのＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが、所定の変化速度Ｖhc0 よりも大きい場合には、ＨＣ浄化率が低く、硫黄被毒からの回復がまだであると判断し、図５のＢに示すように、所定の変化速度Ｖhc0 よりも小さい場合には、ＨＣ浄化率が高く、硫黄被毒からの回復していると判断する。
【００４２】
次に、この排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。
【００４３】
エンジンＥの運転をスタートすると排気ガス浄化システム１の制御手段Ｃ１もスタートし、通常運転手段Ｃ１４により、車の運転のための要求に基づいて通常のエンジン運転を行う。この通常運転時においては、排気ガス成分検出手段Ｃ１１により検出されたＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出し、このＮＯｘ浄化率を監視する。
【００４４】
そして、ＮＯｘ浄化率が所定の判定値より低くなった場合には、再生開始判定手段Ｃ１５の判定により、ＮＯｘ直接還元型触媒の再生を開始し、再生制御手段Ｃ１６で、リッチ運転制御手段Ｃ１３により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ直接還元型触媒の再生を行う。そして、再生終了判定手段Ｃ１７により、再生制御の継続時間が所定の再生終了時間を経過した時に再生を終了し、通常運転手段Ｃ１４による通常運転制御に戻る。
【００４５】
また、硫黄パージ開始判定手段Ｃ１８により、エンジンＥの運転時において、再生制御直後の通常運転再開時のＮＯｘ浄化率が所定の浄化率よりも低下した場合に、硫黄パージ制御を開始する。
【００４６】
この硫黄パージ制御は、図３に例示するような制御フローを使用して行われる。この図３の制御フローは、ＮＯｘ直接還元型触媒３の硫黄パージ用の制御フローであり、ＮＯｘ還元能力の再生に関する制御も扱う上級の制御フローで、硫黄パージが必要であると判断された時に呼ばれて、硫黄パージ制御を行うものとして示されている。
【００４７】
この制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、燃料噴射量ｑh 、リッチ運転時間ｔhr，第１リッチ運転時間ｔhr1 ，第２リッチ運転時間ｔhr2 （＝ｔhr−ｔhr1 ）、リーン運転時間ｔhl、判定用のＨＣ濃度の変化速度Ｖhc0 を設定する。これらの数値は、それぞれの値に対応する各マップデータや関数を参照して、エンジン運転状態を示すエンジン速度やエンジン負荷等から算出される。これらのマップデータや関数は、触媒性能、エンジン運転条件等から求められ、予め、制御装置１０に入力されている。特に、判定用のＨＣ濃度の変化速度Ｖhc0 のマップデータや関数は、触媒性能、エンジン運転条件及びリッチ条件に応じたリッチ移行時のＨＣ濃度履歴から求められる。
【００４８】
次に、ステップＳ１２で、リッチ運転制御手段Ｃ１３による排気ガス昇温制御の前段階である第１排気昇温制御を行う。この第１排気昇温制御では、リッチ運転制御により排気ガスを所定のリッチ空燃比状態（例えば、空気過剰率換算で、０．８〜０．９）及び所定の温度範囲に維持して、硫黄パージを行い、ＮＯｘ直接還元型触媒３を再生する。この所定の温度範囲は硫黄パージ可能な温度（触媒にもよるが、概ね６００℃〜６５０℃）以上である。このリッチ運転制御では、低酸素濃度及び高温の脱硫用のリッチ状態を保つように、排気ガス成分検出手段Ｃ１１により検出される空燃比（空気過剰率）、及び、入口側排気温度センサ８により検出される触媒入口排気温度等をモニターしながら、燃料噴射量、燃料噴射タイミングをフィードバック制御して、硫黄パージ用のリッチ運転を行う。なお、この硫黄パージ用のリッチ運転制御ではＥＧＲ制御や吸気絞り制御が併用される。
【００４９】
この第１排気昇温制御を、ステップＳ１１で設定された第１リッチ運転時間ｔhr1 の間行い、この間に排気ガス成分検出手段Ｃ１１によりＨＣ濃度を検出し、この検出されたＨＣ濃度からＨＣ濃度の速度変化Ｖhcを算出する。
【００５０】
そして、ステップＳ１３で、このＨＣ濃度の速度変化Ｖhcをチェックし、判定用のＨＣ濃度の速度変化Ｖhc０より大きい場合、即ち、ＨＣ濃度が速やかに上昇している場合には、まだ、触媒が硫黄に被毒した状態で、ＨＣ分解機能が低下している状態であるので、硫黄パージ制御を継続し、ステップＳ１４，ステップＳ１５に行った後、ステップＳ１１に戻る。
【００５１】
このステップＳ１４では、リッチ運転制御手段Ｃ１３による排気ガス昇温制御の後段階である第２排気昇温制御を行う。この第２排気昇温制御では、第１排気昇温制御に継続し、また、第１排気昇温制御と同様に、リッチ運転制御により排気ガスを所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲に維持して、硫黄パージを行い、ＮＯｘ直接還元型触媒３を再生する。この第２排気昇温制御を、ステップＳ１１で設定された第２リッチ運転時間ｔhr2 （ｔhr2 ＝ｔhr−ｔhr1 ）の間行う。
【００５２】
ステップＳ１５では、リ−ン運転制御手段Ｃ１２による排気ガス温度の調整段階である第３排気昇温制御を行う。この第３排気昇温制御では、リーン運転制御により排気ガスを所定のリーン空燃比状態（例えば、空気過剰率換算で、１．１〜１．２）に維持して、排気ガスの昇温調整を行う。この第３排気昇温制御を、ステップＳ１１で設定されたリーン運転時間ｔhlの間行う。このリッチ運転時間ｔhrとリーン運転時間ｔhlを適宜変更することにより、排気温度及び触媒温度の急上昇を避けながら、排気温度及び触媒温度を所定の温度以下に保つ。これにより、ＮＯｘ直接還元型触媒３の熱劣化や焼損を防止する。
【００５３】
また、ステップＳ１３で、このＨＣ濃度の速度変化Ｖhcが、判定用のＨＣ濃度の速度変化Ｖhc０以下の場合、即ち、ＨＣ濃度は緩やかに上昇する場合には、触媒が硫黄被毒から回復した状態で、ＨＣ分解機能が回復した状態であるので、硫黄パージ制御を終了し、ステップＳ１６に行き、リターンする。
【００５４】
ステップＳ１６では、この硫黄パージ制御の終了作業を行うが、この終了作業では、脱硫用のリッチ運転制御を終了して通常運転制御のリーン運転制御に戻すと共に、硫黄パージ開始判断用数値をリセットしたりする。
【００５５】
従って、この図３の制御フローに従う制御によれば、リッチ運転制御とリーン運転制御を繰り返し行う硫黄パージ制御において、リーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時の、ＮＯｘ直接還元型触媒３の下流側のＨＣ濃度、ここではＨＣ濃度の変化速度Ｖhcにより、触媒機能の回復状況を推定し、硫黄パージ制御の終了時期を判断するので、容易に、正確に終了時期を判定でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【００５６】
つまり、ＮＯｘ直接還元型触媒３が硫黄に被毒し、ＨＣ分解機能が低下している状態では、リッチ運転制御Ｒに移行した時にＨＣは分解されないため、ＨＣ濃度は速やかに上昇し、一方、触媒が硫黄被毒から回復し、ＨＣ分解機能が回復した状態では、リッチ運転制御Ｌに移行した時にＨＣが分解されるため、ＨＣ濃度は緩やかに上昇する。従って、予め、触媒性能、エンジン運転条件及びリッチ条件に応じたリッチ移行時のＨＣ濃度履歴を制御装置１０に記憶させておき、このデータと比較することにより、触媒機能の回復状態を判定し、回復している場合には、硫黄パージ制御（硫黄被毒再生）運転を終了する。
【００５７】
なお、リーン状態Ｌからリッチ状態Ｒに移行する際に、図４と図５でＨＣ濃度、即ち、ＨＣ分解度合いが異なるのは、触媒機能が回復した図５の場合では、リーン運転制御Ｌ時に酸素が触媒に残留するので、この残留酸素の影響でＨＣ濃度が変化するものと考えられる。従って、このＨＣ濃度の差に基づいて、定常リッチ状態おけるＨＣ濃度の変化からも触媒機能の回復状態を推定できる。
【００５８】
以上に説明したように、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法では、エンジンＥの排気通路２にＮＯｘ直接還元型触媒３と、このＮＯｘ直接還元型触媒３の下流側にＨＣ濃度検出手段であるＨＣ濃度センサ７を配置し、このＮＯｘ直接還元型触媒３のＮＯｘ浄化率が硫黄被毒により低下したと認められる際には、排気ガス昇温と酸素濃度低下のためのリッチ運転制御と排気ガスの昇温調整のためのリーン制御を継続的に繰り返ししながら、排気ガス温度を昇温し、且つ、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする硫黄パージリッチ運転制御（排気ガス昇温リッチ制御）を行うことにより、ＮＯｘ直接還元型触媒３の浄化能力の再生を行う排気ガス浄化システム１において、リーン運転制御からリッチ運転制御に切り替えられた後の、ＨＣ濃度検出手段７から検出される排気ガスのＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが、所定の変化速度Ｖhc0 よりも大きい（急激に上昇）場合は、硫黄被毒による浄化率低下の再生が終了していないと判断して再生制御を継続する共に、ＨＣ濃度の変化速度Ｖhcが所定の変化速度Ｖhc0 よりも小さい（緩やかに上昇）場合は、硫黄被毒による浄化率低下が回復したものと判断して再生制御（排気ガス昇温リッチ制御）を終了させる。従って、容易に、硫黄被毒からの回復度合いを正確に検出でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【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】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】本発明に係る実施の形態の硫黄パージ用の制御フローの一例を示す図である。
【図４】触媒機能の回復前の硫黄被毒再生運転におけるリーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のＨＣ濃度の変化を示す図である。
【図５】触媒機能の回復後の硫黄被毒再生運転におけるリーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のＨＣ濃度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
２ 排気通路
３ ＮＯｘ直接還元型触媒装置
４ 空燃比センサ
５ 入口側ＮＯｘ濃度センサ
６ 出口側ＮＯｘ濃度センサ
７ ＨＣ濃度センサ
８ 入口側排気温度センサ
１０ 制御装置（ＥＣＵ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期における前記ＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側に設けたＨＣ濃度センサと、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御のＨＣ濃度の変化に基づいて、前記硫黄パージ制御の終了を判断する硫黄パージ終了判定手段を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記硫黄パージ終了判定手段が、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期におけるＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御の終了であると判定する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。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側のＨＣ濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期における前記ＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記ＮＯｘ直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記ＮＯｘ直接還元型触媒の下流側に設けたＨＣ濃度センサと、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御のＨＣ濃度の変化に基づいて、前記硫黄パージ制御の終了を判断する硫黄パージ終了判定手段を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記硫黄パージ終了判定手段が、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期におけるＨＣ濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御の終了であると判定する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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２６４１（Ｐ２００６−２６４１Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７９０４７（Ｐ２００４−１７９０４７）
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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