排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
【課題】 エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することが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供する。
【解決手段】 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０を備えた排気ガス浄化システム１０において、触媒温度Ｔg が貴金属触媒の活性開始温度Ｔc 未満である時には、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox が、活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ0 の値に設定された所定の第２判定値Ｒ02に達した時に、排気昇温制御を開始して、触媒温度Ｔg を活性開始温度Ｔc 以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行う。
【解決手段】 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０を備えた排気ガス浄化システム１０において、触媒温度Ｔg が貴金属触媒の活性開始温度Ｔc 未満である時には、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox が、活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ0 の値に設定された所定の第２判定値Ｒ02に達した時に、排気昇温制御を開始して、触媒温度Ｔg を活性開始温度Ｔc 以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（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ＮＯｘ（窒素酸化物）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、図８に示すような構造のモノリスハニカム３０Ｍ等で形成されており、このモノリスハニカム３０Ｍは、図９に示すように、コージィエライト若しくはステンレスで形成された構造材の担体３１に、多数の多角形のセル３０Ｓを形成して構成される。このセル３０Ｓの壁面には図９及び図１０に示すように、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やゼオライトで形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層３４が設けられ、この排気ガスと接触する表面積を稼いでいる触媒コート層３４の表面に担持貴金属（触媒活性金属）３２とＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質：ＮＯｘ吸蔵剤：ＮＯｘ吸収剤）３３を担持し、これらにより触媒機能を発生させている。
【０００４】
図１１及び図１２にＮＯｘ吸蔵還元型触媒の担持層表面の触媒物質３２，３３の配置とＮＯｘ吸蔵還元メカニズムを示す。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒コート層３４に、酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の担持貴金属３２とＮＯｘ吸蔵機能を持つカリウム（Ｋ），ナトリウム（Ｎａ），リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）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）等の希土類等の中から幾つかから形成されるＮＯｘ吸蔵材３３が担持され、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を持っている。
【０００５】
そして、図１１に示すように、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（Ｏ2 ）が含まれる排気ガスの空燃比がリーン空燃比状態の場合には、排気ガス中に含まれる酸素によって、エンジンから排出される一酸化窒素（ＮＯ）を担持貴金属３２の酸化触媒機能によって二酸化窒素（ＮＯ2 ）に酸化する。そして、その二酸化窒素をＮＯｘ吸蔵機能を持つバリウム等のＮＯｘ吸蔵材３３に硝酸塩のかたちで吸蔵し、ＮＯｘを浄化する。
【０００６】
しかし、このままであるとＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材３３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、排気ガス中に酸素が存在しないで、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が高く、排気温度も高い排気ガス、即ち、過濃燃焼排気ガスを作り出し触媒に送る。
【０００７】
そして、図１２に示すように、排気ガス中に酸素が無く、一酸化炭素濃度が高く、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化窒素を放出し元のバリウム等に戻る。この放出された二酸化窒素を、排気ガス中に酸素が存在しないので、担持貴金属３２の酸化機能により、排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素（ＨＣ），水素（Ｈ2 ）を還元剤として、水（Ｈ2 Ｏ），二酸化炭素（ＣＯ2 ），窒素（Ｎ2 ）に還元し浄化する。
【０００８】
そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になった時に、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。
【０００９】
しかしながら、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒温度が低い温度では、反応活性が極端に低下するため、エンジンの排気ガス温度が２５０℃程度以下となる低温度運転領域では、ＮＯｘに対する化学的吸蔵反応、及び、リッチ排気ガスによるＮＯｘ放出・浄化反応も極端に低下してしまう。
【００１０】
そのため、内燃機関の排気系に配置された排気浄化触媒を速やかに活性させるとともに活性開始温度域に維持することを目的として、吸気弁の開閉時期、リフト量を変更する可変動弁機構と、吸気絞り弁とを制御すると共に、燃料噴射弁を制御してポスト噴射を行い、排気温度を上昇させる排気昇温手段を備えた圧縮着火式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。）。
【００１１】
また、一方で、図１３に示すように、エンジンが低負荷運転を行っているような排気ガスが著しく低い、極低温域にある場合に、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になってＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生を開始する時に、シリンダ内への燃料噴射制御において噴射時期遅延、ポスト噴射等を行う排気ガス昇温制御等によって排気ガスを昇温させている。これにより、触媒温度を上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生時における触媒活性を向上させている。
【００１２】
このような排気浄化装置の一つとして、ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）に吸着したＮＯｘの量が、再生時期に対応する所定量ＮＯｘ２よりも小さな値に設定される所定量ＮＯｘ１に達したか否かで、再生時期が近くなったかを判定し、再生準備状態に入り、触媒ベッド温度が触媒の活性開始温度よりも低いと判断した場合に、吸気絞りなどにより排気の空気過剰率λを小さくし、排気温度を上昇させることにより、その後リッチスパイクモードに移行した時に、ＮＯｘ再生が円滑に行われ、長期間のリッチ化による運転性の悪化等を回避することができ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２参照。）。
【００１３】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒活性化温度以下、特に２００℃以下の極低温域では、化学的な吸蔵ではなく、物理的吸着の状態となるが、以下では、煩雑さを避けるため、触媒活性化温度より高い状態における化学的な吸蔵だけではなく、この物理的な吸着も含めて「吸蔵」で表現することにする。
【００１４】
そして、触媒温度とのＮＯｘ吸蔵飽和量との関係は、図７に示すように、触媒温度Ｔg が上昇すると、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ0 が低下するため、再生時期が近く、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が低温時の時に、再生準備で昇温を開始すると、図７に示すＡ領域に所定量ＮＯｘ１を設定した場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の昇温に伴い、ＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ0 が減少するので、昇温中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが離脱して放出される。
【００１５】
また、一方で、貴金属触媒の触媒温度と浄化率との関係は、図１４に示すような関係にあり、触媒温度がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒の活性開始温度Ｔｃ（触媒にもよるが、約２５０℃〜３００℃）に達しない内に、空気過剰率λを小さくし、排気ガスをリッチ状態にすると、例え、図７に示すＢ領域であったとしても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出される。そのため、特許文献２の排気浄化装置のように、空気過剰率λを小さくして排気昇温を行うと、昇温中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出されてしまうことになる。
【００１６】
この昇温中に放出されたＮＯｘは、触媒温度Ｔg が貴金属触媒の活性開始温度Ｔc に達する前では、この貴金属触媒の触媒活性が低いため、触媒作用で還元されずに、ＮＯｘのままでＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出されてしまう。また、ＮＯｘ還元の際の還元剤となるべきＨＣやＣＯ等もＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に排出されてしまう。
【００１７】
従って、再生準備として排気ガスの昇温制御を開始する際の所定量ＮＯｘ１を如何に設定するかが重要であり、また、触媒温度Ｔg が活性開始温度Ｔc に到達するまでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出させないようにしながら、昇温することが重要である。
【特許文献１】特開２００３−１２０３６８号公報
【特許文献２】特開２００４−３６５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することが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供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定し、
活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、
活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行うことを特徴とする方法である。
【００２０】
なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘの浄化に関しては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒活性化温度以下、特に２００℃以下の極低温域では、化学的な吸蔵ではなく、物理的吸着の状態となるが、ここでは「吸蔵」との表現に、触媒活性化温度より高い状態における化学的な吸蔵だけではなく、この物理的な吸着も含めている。
【００２１】
そして、上記の排気ガス浄化方法において、前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設定する。即ち、排気昇温制御中に吸蔵されるＮＯｘ量、即ち、排気昇温制御によるＮＯｘ吸蔵推定量の増分を、予め差し引いた値を前記所定の第２判定値とする。
【００２２】
このように、所定の第２判定値が、排気昇温制御による昇温によって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが放出されない値とすることにより、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することができる。
【００２３】
また、触媒温度が貴金属触媒の活性開始温度に達してからストイキ又はリッチ制御するので、ストイキ又はリッチ制御によって排気ガス中に発生するＨＣやＣＯ等はＮＯｘ還元の還元剤として消費されるので、これらのＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側への排出も防止される。
【００２４】
また、上記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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値から触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、
該触媒温度検出手段で検出された触媒温度が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定する触媒温度判定手段と、
該触媒温度判定手段による判定が、活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行う再生制御手段とを備えて構成される。
【００２５】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設定する。
【００２６】
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く、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。
【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化方法及び排気ガス浄化システムによれば、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することができるので、低温域のＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、燃費、ＨＣ，ＣＯ排気ガスの悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化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ストイキ状態ヤリッチ状態とは、必ずしもシリンダ内でストイキ燃焼やリッチ燃焼する必要はなく、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いストイキ又はリッチの状態であることをいう。
【００２９】
図１に示す排気ガス浄化システム１０は、エンジン（内燃機関）１の排気通路２０に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０が配置されて構成される。
【００３０】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０は、モノリス触媒で形成され、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、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）（Ｐｄ）等の貴金属触媒（触媒金属）とバリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。
【００３１】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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を浄化し、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を貴金属触媒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。
【００３２】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側に、触媒入口ＮＯｘセンサ５１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の触媒温度Ｔg を検出するための触媒入口排気ガス温度センサ５２が、また、出口側に、触媒出口ＮＯｘセンサ５３がそれぞれ配設されている。更に、排気通路２０のＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５０の上流側に、ターボチャージャ２１のタービン２１ａが配置される。
【００３３】
一方、吸気通路３０には、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー（図示しない）と吸気絞り弁（吸気スロットル弁）３２とが設けられ、また、タービン２１ａの上流側の排気通路２０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路４０が設けられ、このＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラー４１とＥＧＲ弁４２が設けられている。
【００３４】
そして、エンジン１の運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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）６０が設けられる。この制御装置６０に触媒入口ＮＯｘセンサ５１、触媒入口排気ガス温度センサ５２、触媒出口ＮＯｘセンサ５３等からの検出値が入力され、この制御装置６０からエンジン１のＥＧＲ弁４２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６１や吸気絞り弁３２等を制御する信号が出力される。
【００３５】
この排気ガス浄化システム１０においては、空気Ａは、吸気通路３０のマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー（図示しない）を通過して、吸気絞り弁３２によりその量を調整され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、排気通路２０のターボチャジャー２１のタービン２１ａを駆動し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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４０のＥＧＲクーラー４１を通過し、ＥＧＲ弁４２でその量を調整されて吸気通路３０側に再循環される。
【００３６】
そして、この排気ガス浄化システム１０の制御装置が、エンジン１の制御装置６０に組み込まれ、エンジン１の運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１０の制御が行われる。この排気ガス浄化システム１０の制御装置は、図２に示すようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ1 を備えて構成される。
【００３７】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ1 は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の再生や脱硫（サルファパージ）等の制御を行う手段であり、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１、触媒温度検出手段Ｃ１２、触媒温度判定手段Ｃ１３、低温域再生制御手段Ｃ２０と高温域再生制御手段Ｃ３０等を有して構成される。
【００３８】
ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する手段であり、触媒入口ＮＯｘセンサ５１と触媒出口ＮＯｘセンサ５３を有している。なお、このＮＯｘセンサにＮＯｘ濃度センサと酸素濃度センサとが一体化した排気成分濃度センサを用いる場合には、ＮＯｘ濃度と共に酸素濃度（又は空気過剰率）も検出できることになる。
【００３９】
触媒温度検出手段Ｃ１２は、触媒入口排気ガス温度センサ５２によって検出された排気ガス温度Ｔg を基に、触媒温度を検出する手段である。厳密には、触媒入口の排気ガス温度Ｔg は触媒温度とは異なり、補正する必要があるが、制御の簡便さを考えて、排気ガス温度Ｔg を触媒温度として使用する場合が多く、ここでも触媒温度として排気ガス温度（触媒入口ガス温度）Ｔg を用いる。なお、触媒温度センサを設けて触媒温度を直接計測する場合には、計測された温度がそのまま検出された触媒温度となる。
【００４０】
触媒温度判定手段Ｃ１３は、触媒温度（ここでは、排気ガス温度で代用している）Ｔg が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒の活性開始温度Ｔc 未満の低温域にあるか、活性開始温度Ｔc 以上の高温域にあるかを判定する手段である。
【００４１】
そして、低温域再生制御手段Ｃ２０は、触媒温度Ｔg が活性開始温度Ｔc 未満の場合のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御を行う手段であり、ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１、排気昇温制御手段Ｃ２２、ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ２３等を有して構成される。
【００４２】
ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１は、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから、排気昇温制御開始用の判定値（所定の第２判定値）Ｒ02を算出する。この排気昇温制御開始用の判定値Ｒ02は、再生制御を開始する時期を判断するための所定の判定値（所定の第２判定値）であり、この低温域再生制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ０と同じ値に設定される。
【００４３】
なお、マップデータの設定が必要になるが、この所定の第２判定値を、排気昇温制御が終了した時に、ＮＯｘ吸蔵推定量が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ02の値になるように設定すると、ＮＯｘのＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側への放出をより少なくすることができる。この場合には、排気昇温制御中のＮＯｘの吸蔵量が考慮され、この排気昇温制御中のＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ02から引き算された値が所定の第２の判定値とされる。
【００４４】
つまり、ＮＯｘ吸蔵飽和量を読み込み、排気昇温制御により、排気昇温制御により、触媒温度が上昇してもＮＯｘが放出されない閾値を予め実験などによって求め、この閾値をマップデータとして入力しておき、この閾値を基に排気昇温制御を開始する。
【００４５】
また、一方で、排気ガスの状態を示す、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とから、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘの排出量である第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を算出する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を補正した値を、累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。
【００４６】
そして、このＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と排気昇温制御開始用の判定値Ｒ02を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の判定値Ｒ02以上になった時に、再生制御開始の時期であると判断する。
【００４７】
また、排気昇温制御手段Ｃ２２は、シリンダ内への燃料噴射におけるアフター噴射、遅延噴射、多段噴射、ポスト噴射等の燃料噴射制御等や吸排気絞り制御等により、排気温度を昇温させる手段である。図５と図６にアフター噴射と遅延噴射の例を示す。図５のアフター噴射制御では、メイン噴射Ｍｆの前にパイロット噴射Ｐｆがなされ、メイン噴射Ｍｆの後にアフター噴射Ａｆがなされる。また、図６の遅延噴射制御では、メイン噴射Ｍｆの前にパイロット噴射Ｐｆがなされ、メイン噴射Ｍｆが通常のメイン噴射Ｍｆよりも遅延される。これらの排気昇温制御では、昇温中においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒が活性化しておらず、ＮＯｘを還元できないので、昇温の間はＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵材から吸蔵されたＮＯｘが放出されないように、空気過剰率λをリーン（例えば、５．０〜２．０程度）に維持する。
【００４８】
この排気昇温制御は、触媒入口ガス温度Ｔg が、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから算出された昇温判定温度Ｔs 以上となった場合に終了する。この昇温判定温度Ｔs は、通常は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒の活性開始温度Ｔc 以上の温度に設定される。
【００４９】
ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ２３は、排気ガスの空燃比をストイキ又はリッチ状態にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵材から吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に、貴金属触媒により還元する制御であり、吸気弁絞り、排気弁絞り、ＥＧＲ制御等の吸気絞り制御と、前記ポスト噴射や排気管燃料噴射制御とが併用され、空気過剰率λをストイキ又はリッチ（例えば、１．０〜０．９０）にする。
【００５０】
この再生せいぎょでは、排気成分濃度センサで形成される触媒入口ＮＯｘセンサ５１等により空気過剰率が常時ＮＯｘ濃度と共に測定され、フィードバックされ、ストイキ以下に制御される。この時初めはリッチ側に深く次第にストイキ側に制御するようにしてもよい。このようにストイキ以下に所定時間保持され、終了する。
【００５１】
そして、高温域再生制御手段Ｃ３０は、触媒温度Ｔg が活性開始温度Ｔc 以上の場合のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御を行う手段であり、従来技術の再生制御と同じである。この高温域再生制御手段Ｃ３０は、ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ３１、ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ３２、脱硫制御開始判定手段Ｃ３３と脱硫制御手段Ｃ３４等を有して構成される。
【００５２】
このＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ３１は、低温域再生制御手段Ｃ２０のＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１と同様に、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから、再生制御開始用の判定値Ｒ01を算出する。この判定値Ｒ01は、再生制御を開始する時期を判断するための所定の判定値（所定の第１判定値）であり、この高温域再生制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ０と同じ値に設定される。
【００５３】
また、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とから、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘの排出量である第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を算出する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を補正した値を、累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。
【００５４】
そして、このＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と所定の第１判定値Ｒ01を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の第１判定値Ｒ01以上になった時に、再生制御開始の時期であると判断する。
【００５５】
また、ＮＯｘ触媒の再生制御手段Ｃ３２は、排気ガスの空燃比をストイキ空燃比（理論空燃比）又はリッチ状態に制御する手段であり、ＥＧＲ弁４２を制御してＥＧＲ量を増加させたり、吸気絞り弁３２を制御して新規の吸気量を減少させたり、シリンダ内噴射における燃料噴射制御により、排気ガス中へ燃料を添加したりして、排気ガスの空燃比を低下させて、排気ガスの空燃比をストイキ空燃比よりも低くする。
【００５６】
これらの制御により、排気ガスの空燃比を触媒前で空気過剰率（λ）換算値で１．００〜０．９０にすると共に、所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ吸蔵能力、即ちＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ触媒の再生を行う。
【００５７】
そして、脱硫制御開始判定手段Ｃ３３は、硫黄（サルファ）蓄積量を積算する等の方法で、ＮＯｘ吸蔵能力が低下するまで硫黄が蓄積したか否かでサルファパージ制御を開始するか否かを判定する手段であり、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。また、脱硫制御手段Ｃ３４は、一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への排出を抑制しながら、効率よく脱硫を行う手段であり、排気管内噴射又はポスト噴射により排気ガスの空燃比を制御すると共に、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を脱硫可能な温度まで昇温する。
【００５８】
そして、この排気ガス浄化システム１０では、エンジン１の制御装置６０に組み込まれた排気ガス浄化システム１０の制御装置の排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１により、図３に例示するような制御フローに従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１０の再生制御が行われる。また、図４に、この図３の制御フローによる、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox 、触媒温度Ｔg と排気昇温制御（アフター噴射制御）、ＮＯｘ再生制御（空燃比リッチ制御）の時系列の一例を模式的に示す。
【００５９】
なお、この図３の制御フローは、エンジン１の運転に際して、エンジン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。また、本発明は、ＮＯｘ触媒の低温域再生制御に関するものであり、高温域再生制御は従来技術を使用できるので高温域再生制御についての説明は省略する。
【００６０】
この図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、触媒温度検出手段Ｃ１２により、触媒温度（ここでは触媒入口ガス温度で代用している）Ｔg を検出し、これを入力する。次のステップＳ１２では、触媒温度判定手段Ｃ１３により、触媒温度Ｔg がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc 未満の低温域にあるか、活性開始温度Ｔc 以上の高温域にあるかを判定する。
【００６１】
このステップＳ１２の判定で、高温域にあると判断された場合には、ステップＳ２０で、高温域再生制御手段Ｃ３０により、高温域再生制御を行う。この高温域再生制御のルーチンを通った後は、ステップＳ１１に戻る。なお、この高温域再生制御では、諸条件が整えば、再生制御や脱硫制御を行うが、整わない場合には再生制御や脱硫制御を行うことなく、戻ってくる。
【００６２】
また、ステップＳ１２の判定で、低温域にあると判断された場合には、ステップＳ１３に行き、低温域再生制御手段Ｃ２０のＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１により、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから、排気昇温制御開始用の判定値（所定の第２判定値）Ｒ02を算出する。また、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とから、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘの排出量である第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を算出する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を補正した値を、累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。
【００６３】
そして、次のステップＳ１４で、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と排気昇温制御開始用の判定値Ｒ02を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の第２判定値Ｒ02未満では、再生制御開始の時期になっていないと判断して、ステップＳ１１に戻る。また、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の判定値Ｒ02以上の場合は、再生制御開始の時期であると判断し、ステップＳ１５に行く。
【００６４】
ステップＳ１５では、排気昇温制御手段Ｃ２２により、排気昇温制御を行う。この排気昇温制御は、シリンダ内への燃料噴射におけるアフター噴射、遅延噴射、多段噴射、ポスト噴射等の燃料噴射制御等や吸排気絞り制御等により、排気温度を昇温させる。この排気昇温では、空気過剰率λは５．０〜２．０程度である。この排気昇温制御を所定の時間の間行ってから、ステップＳ１６に行く。この所定の時間とは、触媒入口ガス温度のチェックのインターバルに関係する時間である。
【００６５】
ステップＳ１６では、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから昇温判定温度Ｔs を算出すると共に、触媒入口ガス温度Ｔg を入力する。
【００６６】
次のステップＳ１７では、触媒入口ガス温度Ｔg が昇温判定温度Ｔs 以上であるか否かをチェックし、昇温判定温度Ｔs 未満ではステップＳ１５に戻って排気昇温制御を繰り返す。そして、触媒入口ガス温度Ｔg が、昇温判定温度Ｔs 以上となった場合に、排気昇温制御を終了して、次のステップＳ１８に行く。
【００６７】
ステップＳ１８では、ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ２３により、ＮＯｘ再生制御を行って、排気ガスの空燃比をストイキ又はリッチ状態にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵材から吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に、貴金属触媒により還元する。このＮＯｘ再生制御では、吸気弁絞り、排気弁絞り、ＥＧＲ制御等の吸気絞り制御と、燃料噴射制御とが併用され、空気過剰率λを１．００〜０．９０にする。このＮＯｘ再生制御は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生が完了するまで行われ、完了すると、ステップＳ１１に戻る。
【００６８】
この図３の制御フローは繰り返し実行され、エンジンの停止まで繰り返される。なお、制御の途中でエンジンキイーがオフされた場合には、ステップＳ１９の割り込みが発生し、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，リターンして、メインの制御の終了と共に、この制御フローも終了する。
【００６９】
以上の構成の排気ガス浄化システム１０によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ吸蔵能力の再生制御において、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することができるので、低温域のＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、燃費、ＨＣ，ＣＯ排気ガスの悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【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】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の制御フローによるＮＯｘ吸蔵推定量、触媒温度、排気昇温制御、ＮＯｘ再生制御の時間的な変化を模式的に示す図である。
【図５】アフター噴射を模式的に示す図である。
【図６】遅延噴射を模式的に示す図である。
【図７】触媒温度とＮＯｘ吸収飽和量との関係を示す図である。
【図８】モノリスハニカムを示す図である。
【図９】モノリスハニカムの部分拡大図である。
【図１０】モノリスハニカムのセルの壁の部分の拡大図である。
【図１１】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリーン制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図１２】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリッチ制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図１３】極低温域を模式的に示す図である。
【図１４】触媒温度と浄化率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ エンジン
１０ 排気ガス浄化システム
２０ 排気通路
３０ 吸気通路
３２ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
４０ ＥＧＲ通路
４２ ＥＧＲ弁
５０ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
５１ 触媒入口ＮＯｘセンサ
５２ 触媒入口排気ガス温度センサ
５３ 触媒出口ＮＯｘセンサ
Ｃ１ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段
Ｃ1 １ ＮＯｘ濃度検出手段
Ｃ１２ 触媒温度検出手段
Ｃ１３ 触媒温度判定手段
Ｃ２０ 低温域再生制御手段
Ｃ２１ ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段
Ｃ２２ 排気昇温制御手段
Ｃ２３ ＮＯｘ触媒再生制御手段
Ｃ３０ 高温域再生制御手段
Ｃ３１ ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段
Ｃ３２ ＮＯｘ触媒再生制御手段
Ｃ３３ 脱硫制御開始判定手段
Ｃ３４ 脱硫制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（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ＮＯｘ（窒素酸化物）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、図８に示すような構造のモノリスハニカム３０Ｍ等で形成されており、このモノリスハニカム３０Ｍは、図９に示すように、コージィエライト若しくはステンレスで形成された構造材の担体３１に、多数の多角形のセル３０Ｓを形成して構成される。このセル３０Ｓの壁面には図９及び図１０に示すように、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やゼオライトで形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層３４が設けられ、この排気ガスと接触する表面積を稼いでいる触媒コート層３４の表面に担持貴金属（触媒活性金属）３２とＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質：ＮＯｘ吸蔵剤：ＮＯｘ吸収剤）３３を担持し、これらにより触媒機能を発生させている。
【０００４】
図１１及び図１２にＮＯｘ吸蔵還元型触媒の担持層表面の触媒物質３２，３３の配置とＮＯｘ吸蔵還元メカニズムを示す。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒コート層３４に、酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の担持貴金属３２とＮＯｘ吸蔵機能を持つカリウム（Ｋ），ナトリウム（Ｎａ），リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）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）等の希土類等の中から幾つかから形成されるＮＯｘ吸蔵材３３が担持され、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を持っている。
【０００５】
そして、図１１に示すように、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（Ｏ2 ）が含まれる排気ガスの空燃比がリーン空燃比状態の場合には、排気ガス中に含まれる酸素によって、エンジンから排出される一酸化窒素（ＮＯ）を担持貴金属３２の酸化触媒機能によって二酸化窒素（ＮＯ2 ）に酸化する。そして、その二酸化窒素をＮＯｘ吸蔵機能を持つバリウム等のＮＯｘ吸蔵材３３に硝酸塩のかたちで吸蔵し、ＮＯｘを浄化する。
【０００６】
しかし、このままであるとＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材３３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、排気ガス中に酸素が存在しないで、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が高く、排気温度も高い排気ガス、即ち、過濃燃焼排気ガスを作り出し触媒に送る。
【０００７】
そして、図１２に示すように、排気ガス中に酸素が無く、一酸化炭素濃度が高く、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化窒素を放出し元のバリウム等に戻る。この放出された二酸化窒素を、排気ガス中に酸素が存在しないので、担持貴金属３２の酸化機能により、排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素（ＨＣ），水素（Ｈ2 ）を還元剤として、水（Ｈ2 Ｏ），二酸化炭素（ＣＯ2 ），窒素（Ｎ2 ）に還元し浄化する。
【０００８】
そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になった時に、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。
【０００９】
しかしながら、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒温度が低い温度では、反応活性が極端に低下するため、エンジンの排気ガス温度が２５０℃程度以下となる低温度運転領域では、ＮＯｘに対する化学的吸蔵反応、及び、リッチ排気ガスによるＮＯｘ放出・浄化反応も極端に低下してしまう。
【００１０】
そのため、内燃機関の排気系に配置された排気浄化触媒を速やかに活性させるとともに活性開始温度域に維持することを目的として、吸気弁の開閉時期、リフト量を変更する可変動弁機構と、吸気絞り弁とを制御すると共に、燃料噴射弁を制御してポスト噴射を行い、排気温度を上昇させる排気昇温手段を備えた圧縮着火式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。）。
【００１１】
また、一方で、図１３に示すように、エンジンが低負荷運転を行っているような排気ガスが著しく低い、極低温域にある場合に、ＮＯｘ吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になってＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生を開始する時に、シリンダ内への燃料噴射制御において噴射時期遅延、ポスト噴射等を行う排気ガス昇温制御等によって排気ガスを昇温させている。これにより、触媒温度を上昇させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生時における触媒活性を向上させている。
【００１２】
このような排気浄化装置の一つとして、ＮＯｘトラップ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒）に吸着したＮＯｘの量が、再生時期に対応する所定量ＮＯｘ２よりも小さな値に設定される所定量ＮＯｘ１に達したか否かで、再生時期が近くなったかを判定し、再生準備状態に入り、触媒ベッド温度が触媒の活性開始温度よりも低いと判断した場合に、吸気絞りなどにより排気の空気過剰率λを小さくし、排気温度を上昇させることにより、その後リッチスパイクモードに移行した時に、ＮＯｘ再生が円滑に行われ、長期間のリッチ化による運転性の悪化等を回避することができ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２参照。）。
【００１３】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒活性化温度以下、特に２００℃以下の極低温域では、化学的な吸蔵ではなく、物理的吸着の状態となるが、以下では、煩雑さを避けるため、触媒活性化温度より高い状態における化学的な吸蔵だけではなく、この物理的な吸着も含めて「吸蔵」で表現することにする。
【００１４】
そして、触媒温度とのＮＯｘ吸蔵飽和量との関係は、図７に示すように、触媒温度Ｔg が上昇すると、ＮＯｘ吸蔵材のＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ0 が低下するため、再生時期が近く、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が低温時の時に、再生準備で昇温を開始すると、図７に示すＡ領域に所定量ＮＯｘ１を設定した場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の昇温に伴い、ＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ0 が減少するので、昇温中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが離脱して放出される。
【００１５】
また、一方で、貴金属触媒の触媒温度と浄化率との関係は、図１４に示すような関係にあり、触媒温度がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒の活性開始温度Ｔｃ（触媒にもよるが、約２５０℃〜３００℃）に達しない内に、空気過剰率λを小さくし、排気ガスをリッチ状態にすると、例え、図７に示すＢ領域であったとしても、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出される。そのため、特許文献２の排気浄化装置のように、空気過剰率λを小さくして排気昇温を行うと、昇温中にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出されてしまうことになる。
【００１６】
この昇温中に放出されたＮＯｘは、触媒温度Ｔg が貴金属触媒の活性開始温度Ｔc に達する前では、この貴金属触媒の触媒活性が低いため、触媒作用で還元されずに、ＮＯｘのままでＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出されてしまう。また、ＮＯｘ還元の際の還元剤となるべきＨＣやＣＯ等もＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に排出されてしまう。
【００１７】
従って、再生準備として排気ガスの昇温制御を開始する際の所定量ＮＯｘ１を如何に設定するかが重要であり、また、触媒温度Ｔg が活性開始温度Ｔc に到達するまでは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出させないようにしながら、昇温することが重要である。
【特許文献１】特開２００３−１２０３６８号公報
【特許文献２】特開２００４−３６５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することが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供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記のような目的を達成するための排気ガス浄化方法は、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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定し、
活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、
活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行うことを特徴とする方法である。
【００２０】
なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘの浄化に関しては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒活性化温度以下、特に２００℃以下の極低温域では、化学的な吸蔵ではなく、物理的吸着の状態となるが、ここでは「吸蔵」との表現に、触媒活性化温度より高い状態における化学的な吸蔵だけではなく、この物理的な吸着も含めている。
【００２１】
そして、上記の排気ガス浄化方法において、前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設定する。即ち、排気昇温制御中に吸蔵されるＮＯｘ量、即ち、排気昇温制御によるＮＯｘ吸蔵推定量の増分を、予め差し引いた値を前記所定の第２判定値とする。
【００２２】
このように、所定の第２判定値が、排気昇温制御による昇温によって、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からＮＯｘが放出されない値とすることにより、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することができる。
【００２３】
また、触媒温度が貴金属触媒の活性開始温度に達してからストイキ又はリッチ制御するので、ストイキ又はリッチ制御によって排気ガス中に発生するＨＣやＣＯ等はＮＯｘ還元の還元剤として消費されるので、これらのＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側への排出も防止される。
【００２４】
また、上記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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値から触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、
該触媒温度検出手段で検出された触媒温度が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定する触媒温度判定手段と、
該触媒温度判定手段による判定が、活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行う再生制御手段とを備えて構成される。
【００２５】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設定する。
【００２６】
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く、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。
【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化方法及び排気ガス浄化システムによれば、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することができるので、低温域のＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、燃費、ＨＣ，ＣＯ排気ガスの悪化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化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ストイキ状態ヤリッチ状態とは、必ずしもシリンダ内でストイキ燃焼やリッチ燃焼する必要はなく、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いストイキ又はリッチの状態であることをいう。
【００２９】
図１に示す排気ガス浄化システム１０は、エンジン（内燃機関）１の排気通路２０に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０が配置されて構成される。
【００３０】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０は、モノリス触媒で形成され、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、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）（Ｐｄ）等の貴金属触媒（触媒金属）とバリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。
【００３１】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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を浄化し、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を貴金属触媒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。
【００３２】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側に、触媒入口ＮＯｘセンサ５１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の触媒温度Ｔg を検出するための触媒入口排気ガス温度センサ５２が、また、出口側に、触媒出口ＮＯｘセンサ５３がそれぞれ配設されている。更に、排気通路２０のＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５０の上流側に、ターボチャージャ２１のタービン２１ａが配置される。
【００３３】
一方、吸気通路３０には、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー（図示しない）と吸気絞り弁（吸気スロットル弁）３２とが設けられ、また、タービン２１ａの上流側の排気通路２０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路４０が設けられ、このＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラー４１とＥＧＲ弁４２が設けられている。
【００３４】
そして、エンジン１の運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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）６０が設けられる。この制御装置６０に触媒入口ＮＯｘセンサ５１、触媒入口排気ガス温度センサ５２、触媒出口ＮＯｘセンサ５３等からの検出値が入力され、この制御装置６０からエンジン１のＥＧＲ弁４２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６１や吸気絞り弁３２等を制御する信号が出力される。
【００３５】
この排気ガス浄化システム１０においては、空気Ａは、吸気通路３０のマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー（図示しない）を通過して、吸気絞り弁３２によりその量を調整され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、排気通路２０のターボチャジャー２１のタービン２１ａを駆動し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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４０のＥＧＲクーラー４１を通過し、ＥＧＲ弁４２でその量を調整されて吸気通路３０側に再循環される。
【００３６】
そして、この排気ガス浄化システム１０の制御装置が、エンジン１の制御装置６０に組み込まれ、エンジン１の運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１０の制御が行われる。この排気ガス浄化システム１０の制御装置は、図２に示すようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ1 を備えて構成される。
【００３７】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ1 は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の再生や脱硫（サルファパージ）等の制御を行う手段であり、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１、触媒温度検出手段Ｃ１２、触媒温度判定手段Ｃ１３、低温域再生制御手段Ｃ２０と高温域再生制御手段Ｃ３０等を有して構成される。
【００３８】
ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する手段であり、触媒入口ＮＯｘセンサ５１と触媒出口ＮＯｘセンサ５３を有している。なお、このＮＯｘセンサにＮＯｘ濃度センサと酸素濃度センサとが一体化した排気成分濃度センサを用いる場合には、ＮＯｘ濃度と共に酸素濃度（又は空気過剰率）も検出できることになる。
【００３９】
触媒温度検出手段Ｃ１２は、触媒入口排気ガス温度センサ５２によって検出された排気ガス温度Ｔg を基に、触媒温度を検出する手段である。厳密には、触媒入口の排気ガス温度Ｔg は触媒温度とは異なり、補正する必要があるが、制御の簡便さを考えて、排気ガス温度Ｔg を触媒温度として使用する場合が多く、ここでも触媒温度として排気ガス温度（触媒入口ガス温度）Ｔg を用いる。なお、触媒温度センサを設けて触媒温度を直接計測する場合には、計測された温度がそのまま検出された触媒温度となる。
【００４０】
触媒温度判定手段Ｃ１３は、触媒温度（ここでは、排気ガス温度で代用している）Ｔg が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒の活性開始温度Ｔc 未満の低温域にあるか、活性開始温度Ｔc 以上の高温域にあるかを判定する手段である。
【００４１】
そして、低温域再生制御手段Ｃ２０は、触媒温度Ｔg が活性開始温度Ｔc 未満の場合のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御を行う手段であり、ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１、排気昇温制御手段Ｃ２２、ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ２３等を有して構成される。
【００４２】
ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１は、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから、排気昇温制御開始用の判定値（所定の第２判定値）Ｒ02を算出する。この排気昇温制御開始用の判定値Ｒ02は、再生制御を開始する時期を判断するための所定の判定値（所定の第２判定値）であり、この低温域再生制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ０と同じ値に設定される。
【００４３】
なお、マップデータの設定が必要になるが、この所定の第２判定値を、排気昇温制御が終了した時に、ＮＯｘ吸蔵推定量が、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ02の値になるように設定すると、ＮＯｘのＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側への放出をより少なくすることができる。この場合には、排気昇温制御中のＮＯｘの吸蔵量が考慮され、この排気昇温制御中のＮＯｘの吸蔵量がＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ02から引き算された値が所定の第２の判定値とされる。
【００４４】
つまり、ＮＯｘ吸蔵飽和量を読み込み、排気昇温制御により、排気昇温制御により、触媒温度が上昇してもＮＯｘが放出されない閾値を予め実験などによって求め、この閾値をマップデータとして入力しておき、この閾値を基に排気昇温制御を開始する。
【００４５】
また、一方で、排気ガスの状態を示す、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とから、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘの排出量である第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を算出する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を補正した値を、累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。
【００４６】
そして、このＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と排気昇温制御開始用の判定値Ｒ02を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の判定値Ｒ02以上になった時に、再生制御開始の時期であると判断する。
【００４７】
また、排気昇温制御手段Ｃ２２は、シリンダ内への燃料噴射におけるアフター噴射、遅延噴射、多段噴射、ポスト噴射等の燃料噴射制御等や吸排気絞り制御等により、排気温度を昇温させる手段である。図５と図６にアフター噴射と遅延噴射の例を示す。図５のアフター噴射制御では、メイン噴射Ｍｆの前にパイロット噴射Ｐｆがなされ、メイン噴射Ｍｆの後にアフター噴射Ａｆがなされる。また、図６の遅延噴射制御では、メイン噴射Ｍｆの前にパイロット噴射Ｐｆがなされ、メイン噴射Ｍｆが通常のメイン噴射Ｍｆよりも遅延される。これらの排気昇温制御では、昇温中においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒が活性化しておらず、ＮＯｘを還元できないので、昇温の間はＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵材から吸蔵されたＮＯｘが放出されないように、空気過剰率λをリーン（例えば、５．０〜２．０程度）に維持する。
【００４８】
この排気昇温制御は、触媒入口ガス温度Ｔg が、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから算出された昇温判定温度Ｔs 以上となった場合に終了する。この昇温判定温度Ｔs は、通常は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の貴金属触媒の活性開始温度Ｔc 以上の温度に設定される。
【００４９】
ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ２３は、排気ガスの空燃比をストイキ又はリッチ状態にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵材から吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に、貴金属触媒により還元する制御であり、吸気弁絞り、排気弁絞り、ＥＧＲ制御等の吸気絞り制御と、前記ポスト噴射や排気管燃料噴射制御とが併用され、空気過剰率λをストイキ又はリッチ（例えば、１．０〜０．９０）にする。
【００５０】
この再生せいぎょでは、排気成分濃度センサで形成される触媒入口ＮＯｘセンサ５１等により空気過剰率が常時ＮＯｘ濃度と共に測定され、フィードバックされ、ストイキ以下に制御される。この時初めはリッチ側に深く次第にストイキ側に制御するようにしてもよい。このようにストイキ以下に所定時間保持され、終了する。
【００５１】
そして、高温域再生制御手段Ｃ３０は、触媒温度Ｔg が活性開始温度Ｔc 以上の場合のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御を行う手段であり、従来技術の再生制御と同じである。この高温域再生制御手段Ｃ３０は、ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ３１、ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ３２、脱硫制御開始判定手段Ｃ３３と脱硫制御手段Ｃ３４等を有して構成される。
【００５２】
このＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ３１は、低温域再生制御手段Ｃ２０のＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１と同様に、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから、再生制御開始用の判定値Ｒ01を算出する。この判定値Ｒ01は、再生制御を開始する時期を判断するための所定の判定値（所定の第１判定値）であり、この高温域再生制御では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc におけるＮＯｘ吸蔵飽和量Ｒ０と同じ値に設定される。
【００５３】
また、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とから、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘの排出量である第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を算出する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を補正した値を、累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。
【００５４】
そして、このＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と所定の第１判定値Ｒ01を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の第１判定値Ｒ01以上になった時に、再生制御開始の時期であると判断する。
【００５５】
また、ＮＯｘ触媒の再生制御手段Ｃ３２は、排気ガスの空燃比をストイキ空燃比（理論空燃比）又はリッチ状態に制御する手段であり、ＥＧＲ弁４２を制御してＥＧＲ量を増加させたり、吸気絞り弁３２を制御して新規の吸気量を減少させたり、シリンダ内噴射における燃料噴射制御により、排気ガス中へ燃料を添加したりして、排気ガスの空燃比を低下させて、排気ガスの空燃比をストイキ空燃比よりも低くする。
【００５６】
これらの制御により、排気ガスの空燃比を触媒前で空気過剰率（λ）換算値で１．００〜０．９０にすると共に、所定の温度範囲（触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃）にして、ＮＯｘ吸蔵能力、即ちＮＯｘ浄化能力を回復し、ＮＯｘ触媒の再生を行う。
【００５７】
そして、脱硫制御開始判定手段Ｃ３３は、硫黄（サルファ）蓄積量を積算する等の方法で、ＮＯｘ吸蔵能力が低下するまで硫黄が蓄積したか否かでサルファパージ制御を開始するか否かを判定する手段であり、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。また、脱硫制御手段Ｃ３４は、一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への排出を抑制しながら、効率よく脱硫を行う手段であり、排気管内噴射又はポスト噴射により排気ガスの空燃比を制御すると共に、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を脱硫可能な温度まで昇温する。
【００５８】
そして、この排気ガス浄化システム１０では、エンジン１の制御装置６０に組み込まれた排気ガス浄化システム１０の制御装置の排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１により、図３に例示するような制御フローに従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ１０の再生制御が行われる。また、図４に、この図３の制御フローによる、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox 、触媒温度Ｔg と排気昇温制御（アフター噴射制御）、ＮＯｘ再生制御（空燃比リッチ制御）の時系列の一例を模式的に示す。
【００５９】
なお、この図３の制御フローは、エンジン１の運転に際して、エンジン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。また、本発明は、ＮＯｘ触媒の低温域再生制御に関するものであり、高温域再生制御は従来技術を使用できるので高温域再生制御についての説明は省略する。
【００６０】
この図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、触媒温度検出手段Ｃ１２により、触媒温度（ここでは触媒入口ガス温度で代用している）Ｔg を検出し、これを入力する。次のステップＳ１２では、触媒温度判定手段Ｃ１３により、触媒温度Ｔg がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の活性開始温度Ｔc 未満の低温域にあるか、活性開始温度Ｔc 以上の高温域にあるかを判定する。
【００６１】
このステップＳ１２の判定で、高温域にあると判断された場合には、ステップＳ２０で、高温域再生制御手段Ｃ３０により、高温域再生制御を行う。この高温域再生制御のルーチンを通った後は、ステップＳ１１に戻る。なお、この高温域再生制御では、諸条件が整えば、再生制御や脱硫制御を行うが、整わない場合には再生制御や脱硫制御を行うことなく、戻ってくる。
【００６２】
また、ステップＳ１２の判定で、低温域にあると判断された場合には、ステップＳ１３に行き、低温域再生制御手段Ｃ２０のＮＯｘ触媒の再生開始判定手段Ｃ２１により、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから、排気昇温制御開始用の判定値（所定の第２判定値）Ｒ02を算出する。また、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とから、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘの排出量である第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を算出する。そして、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、第１ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox1を補正した値を、累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。
【００６３】
そして、次のステップＳ１４で、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と排気昇温制御開始用の判定値Ｒ02を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の第２判定値Ｒ02未満では、再生制御開始の時期になっていないと判断して、ステップＳ１１に戻る。また、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の判定値Ｒ02以上の場合は、再生制御開始の時期であると判断し、ステップＳ１５に行く。
【００６４】
ステップＳ１５では、排気昇温制御手段Ｃ２２により、排気昇温制御を行う。この排気昇温制御は、シリンダ内への燃料噴射におけるアフター噴射、遅延噴射、多段噴射、ポスト噴射等の燃料噴射制御等や吸排気絞り制御等により、排気温度を昇温させる。この排気昇温では、空気過剰率λは５．０〜２．０程度である。この排気昇温制御を所定の時間の間行ってから、ステップＳ１６に行く。この所定の時間とは、触媒入口ガス温度のチェックのインターバルに関係する時間である。
【００６５】
ステップＳ１６では、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑから予め実験などによって設定されたマップデータから昇温判定温度Ｔs を算出すると共に、触媒入口ガス温度Ｔg を入力する。
【００６６】
次のステップＳ１７では、触媒入口ガス温度Ｔg が昇温判定温度Ｔs 以上であるか否かをチェックし、昇温判定温度Ｔs 未満ではステップＳ１５に戻って排気昇温制御を繰り返す。そして、触媒入口ガス温度Ｔg が、昇温判定温度Ｔs 以上となった場合に、排気昇温制御を終了して、次のステップＳ１８に行く。
【００６７】
ステップＳ１８では、ＮＯｘ触媒再生制御手段Ｃ２３により、ＮＯｘ再生制御を行って、排気ガスの空燃比をストイキ又はリッチ状態にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵材から吸蔵されたＮＯｘを放出させると共に、貴金属触媒により還元する。このＮＯｘ再生制御では、吸気弁絞り、排気弁絞り、ＥＧＲ制御等の吸気絞り制御と、燃料噴射制御とが併用され、空気過剰率λを１．００〜０．９０にする。このＮＯｘ再生制御は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生が完了するまで行われ、完了すると、ステップＳ１１に戻る。
【００６８】
この図３の制御フローは繰り返し実行され、エンジンの停止まで繰り返される。なお、制御の途中でエンジンキイーがオフされた場合には、ステップＳ１９の割り込みが発生し、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，リターンして、メインの制御の終了と共に、この制御フローも終了する。
【００６９】
以上の構成の排気ガス浄化システム１０によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ吸蔵能力の再生制御において、エンジンが低回転・低負荷の排気ガス低温運転領域にある場合であっても、ＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出することなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生することができるので、低温域のＮＯｘ浄化性能を向上させると共に、燃費、ＨＣ，ＣＯ排気ガスの悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【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】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の制御フローによるＮＯｘ吸蔵推定量、触媒温度、排気昇温制御、ＮＯｘ再生制御の時間的な変化を模式的に示す図である。
【図５】アフター噴射を模式的に示す図である。
【図６】遅延噴射を模式的に示す図である。
【図７】触媒温度とＮＯｘ吸収飽和量との関係を示す図である。
【図８】モノリスハニカムを示す図である。
【図９】モノリスハニカムの部分拡大図である。
【図１０】モノリスハニカムのセルの壁の部分の拡大図である。
【図１１】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリーン制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図１２】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリッチ制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図１３】極低温域を模式的に示す図である。
【図１４】触媒温度と浄化率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ エンジン
１０ 排気ガス浄化システム
２０ 排気通路
３０ 吸気通路
３２ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
４０ ＥＧＲ通路
４２ ＥＧＲ弁
５０ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
５１ 触媒入口ＮＯｘセンサ
５２ 触媒入口排気ガス温度センサ
５３ 触媒出口ＮＯｘセンサ
Ｃ１ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段
Ｃ1 １ ＮＯｘ濃度検出手段
Ｃ１２ 触媒温度検出手段
Ｃ１３ 触媒温度判定手段
Ｃ２０ 低温域再生制御手段
Ｃ２１ ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段
Ｃ２２ 排気昇温制御手段
Ｃ２３ ＮＯｘ触媒再生制御手段
Ｃ３０ 高温域再生制御手段
Ｃ３１ ＮＯｘ触媒の再生開始判定手段
Ｃ３２ ＮＯｘ触媒再生制御手段
Ｃ３３ 脱硫制御開始判定手段
Ｃ３４ 脱硫制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定し、
活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、
活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設定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】
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、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値から触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、
該触媒温度検出手段で検出された触媒温度が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定する触媒温度判定手段と、
該触媒温度判定手段による判定が、活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行う再生制御手段とを備えて構成されることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設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】
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、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値に基づいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度が前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定し、
活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、
活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設定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】
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、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒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時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
排気ガス又は触媒の温度を検出する温度センサの検出値から触媒温度を検出する触媒温度検出手段と、
該触媒温度検出手段で検出された触媒温度が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が担持している貴金属触媒の活性開始温度以上であるか否かを判定する触媒温度判定手段と、
該触媒温度判定手段による判定が、活性開始温度以上である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、前記触媒におけるＮＯｘ吸蔵飽和量により設定された所定の第１判定値に達した時に、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復し、活性開始温度未満である時には、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量の値に設定された所定の第２判定値に達した時に、排気昇温制御を開始して、前記触媒温度を活性開始温度以上に昇温した後、ストイキ又はリッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復する再生制御を行う再生制御手段とを備えて構成されることを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記所定の第２判定値を、前記排気昇温制御が終了した時に、前記ＮＯｘ吸蔵推定量が、活性開始温度におけるＮＯｘ吸蔵飽和量となる値に設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６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−８３７４６（Ｐ２００６−８３７４６Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６８３３９（Ｐ２００４−２６８３３９）
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【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３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【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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