排気浄化装置及びその被毒回復方法
【課題】第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる排気浄化装置及びその被毒回復方法を得る。
【解決手段】排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン１２の排ガス中のＮＯｘを吸蔵還元により除去するためのＮＳＲ触媒２４と、ＮＳＲ触媒２４をバイパスするためのバイパス管２６と、バイパス管２６、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の開閉を切り替える三方弁２８と、三方弁２８を制御するＥＣＵ３０とを備える。ＥＣＵ３０は、ＮＳＲ触媒２４からＳＯｘを還元により除去する際に、ディーゼルエンジン１２に低空燃比運転と高空燃比運転とを繰り返させながら、低空燃比運転のときに三方弁２８にバイパス管２６を閉止させ、高空燃比運転のときに三方弁２８にバイパス管２６を開放させる。
【解決手段】排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン１２の排ガス中のＮＯｘを吸蔵還元により除去するためのＮＳＲ触媒２４と、ＮＳＲ触媒２４をバイパスするためのバイパス管２６と、バイパス管２６、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の開閉を切り替える三方弁２８と、三方弁２８を制御するＥＣＵ３０とを備える。ＥＣＵ３０は、ＮＳＲ触媒２４からＳＯｘを還元により除去する際に、ディーゼルエンジン１２に低空燃比運転と高空燃比運転とを繰り返させながら、低空燃比運転のときに三方弁２８にバイパス管２６を閉止させ、高空燃比運転のときに三方弁２８にバイパス管２６を開放させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化するための排気浄化装置及びその被毒回復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、内燃機関の排ガス中のＮＯｘ吸蔵に伴って、該ＮＯｘの還元の際には還元されないＳＯｘ及び酸素を吸蔵するものがあり、該ＳＯｘの吸蔵量が高い被毒状態からの回復のために再生運転が要求される（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１の技術では、再生運転前の昇温の際に数回に分けてリッチスパイクを行うことで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されている酸素の放出時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５０４２号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、低空燃比運転と高空燃比運転とを繰り返しつつ触媒の再生をする場合に、該触媒の酸素吸蔵量をより低く保つ点について改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる排気浄化装置及びその被毒回復方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、前記内燃機関の排ガスが前記バイパス部に導かれる量を変化させ得る排気可変装置と、前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させると共に、前記リーン運転時に前記リッチ運転時よりも前記バイパス部に導かれる排ガス量が多くなるように前記排気可変装置を制御する制御装置と、を備えている。
【０００７】
請求項１記載の排気浄化装置では、通常は、内燃機関の排ガスが排気触媒に導かれて該排ガス中の第１排ガス成分が排気触媒に吸蔵され、第１排ガス成分が適宜に還元されることで、排ガスが浄化（無害化）される。この第１排ガス成分の吸蔵に伴って、排気触媒には、第２排ガス成分が吸蔵（触媒が被毒）される。第２排ガス成分は、第１排ガス成分と共には還元されないので、所定の場合に還元されることとなる。
【０００８】
この第２排ガス成分の還元の際には、制御装置は、内燃機関のリッチ運転とリーン運転とを交互に繰り返させ、排気触媒の温度を第２排ガス成分の還元に適した温度で安定させる。そして、制御装置による排気可変装置の制御によって、還元剤として機能する成分を多く含むリッチ運転時の排ガス（の少なくとも一部）は排気触媒に導入され、第２排ガス成分の還元に供される。一方、還元剤を消費し得る酸素を多く含むリーン運転時の排ガスは、少なくとも一部がバイパス部に導入され、リッチ運転時の排ガスと比較して排気触媒への導入が制限される。これにより、リーン運転時の排ガス中の酸素が排気触媒に吸蔵されることが防止又は抑制され、第２排ガス成分を還元するための成分（還元剤）が酸素との反応で消費されてしまうことが防止又は抑制される。
【０００９】
このように、請求項１記載の排気浄化装置では、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる。なお、リッチ運転時の排ガスは、大部分（実質的に全部）が排気触媒に導入されることが望ましく、リーン運転時の排ガスは、大部分がバイパス部に導入されることが望ましい。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、前記内燃機関の排ガスの経路を前記排気触媒、前記バイパス部の何れか一方に切り替えるための排気切替装置と、前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返すと共に、前記リッチ運転時の排ガスが前記排気触媒に導入され、前記リーン運転時の排ガスが前記バイパス部に導入されるように前記排気切替装置を制御する制御装置と、を備えている。
【００１１】
請求項２記載の排気浄化装置では、通常は、内燃機関の排ガスが排気触媒に導かれて該排ガス中の第１排ガス成分が排気触媒に吸蔵され、第１排ガス成分が適宜に還元されることで、排ガスが浄化（無害化）される。この第１排ガス成分の吸蔵に伴って、排気触媒には、第２排ガス成分が吸蔵（触媒が被毒）される。第２排ガス成分は、第１排ガス成分と共には還元されないので、所定の場合に還元されることとなる。
【００１２】
この第２排ガス成分の還元の際には、制御装置は、内燃機関のリッチ運転とリーン運転とを交互に繰り返させ、排気触媒の温度を第２排ガス成分の還元に適した温度で安定させる。そして、制御装置による排気切替装置の切替制御によって、還元剤として機能する成分を多く含むリッチ運転時の排ガスは、主に排気触媒に導入され、第２排ガス成分の還元に供される。一方、還元剤を消費し得る酸素を多く含むリーン運転時の排ガスは、主にバイパス部に導入される。これにより、リーン運転時の排ガス中の酸素が排気触媒に導入されることが防止又は抑制され、第２排ガス成分を還元するための成分（還元剤）が酸素との反応で消費されてしまうことが防止又は抑制される。
【００１３】
このように、請求項２記載の排気浄化装置では、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる。なお、リッチ運転時の排ガスは、大部分（実質的に全部）が排気触媒に導入されることが望ましく、リーン運転時の排ガスは、大部分がバイパス部に導入されることが望ましい。
【００１４】
請求項３記載の発明に係る排気浄化装置は、請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置において、前記制御装置は、前記第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記第１排ガス成分の生成量が少なくなるように前記内燃機関の運転を制御する。
【００１５】
請求項３記載の排気浄化装置では、第２排ガス成分を還元して離脱させる際には、内燃機関の運転制御によって第１排ガス成分の生成量が少なくなる。このため、第２排ガス成分を還元して離脱させる際におけるリーン運転の際に、第１排ガス成分が多く大気開放されてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明に係る排気浄化装置の被毒回復方法は、内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられた排気触媒から、前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分を還元して除去する際に、前記内燃機関を、空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させつつ、前記リッチ運転時の排ガスを前記排気触媒に導入し、前記リーン運転時の排ガスの前記排気触媒への導入を制限する。
【００１７】
請求項４記載の排気浄化装置の被毒回復方法では、排気触媒から第２排ガス成分を還元により除去する際には、内燃機関のリッチ運転とリーン運転とを交互に繰り返させながら、リッチ運転時の排ガス（の少なくとも一部）を排気触媒に導入し、還元剤を消費し得る酸素を多く含むリーン運転時の排ガスの排気触媒への導入を制限する。これにより、リーン運転時の排ガス中の酸素が排気触媒に導入されることが防止又は抑制され、第２排ガス成分を還元するための成分（還元剤）が酸素との反応で消費されてしまうことが防止又は抑制される。
【００１８】
このように、請求項４記載の排気浄化装置の被毒回復方法では、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる。なお、リッチ運転時の排ガスの大部分（実質的に全部）を排気触媒に導入し、リーン運転時の排ガスの大部分を排気触媒に導入させないことが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明に係る排気浄化装置及びその被毒回復方法は、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る排気浄化装置の概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図２】本実施形態に係る排気浄化装置の主要部を示す図であって、（Ａ）は排ガスの触媒導入状態を示す模式図、（Ｂ）は排ガスの触媒バイパス状態を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る排気浄化装置を構成するＥＣＵの制御フローを示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る排気浄化装置と比較例との触媒再生過程を比較するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る排気浄化装置１０について図１〜図４に基づいて説明する。図１には、排気浄化装置１０の概略全体構成が、模式図にて示されている。この図に示される如く、排気浄化装置１０は、内燃機関であるディーゼルエンジン１２の排気系１４に設けられ、ディーゼルエンジン１２の排ガスを大気放出される前に浄化するようになっている。この実施形態では、排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン１２の排ガス中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を除去する構成とされている。
【００２２】
排気系１４は、上流端１６Ａがディーゼルエンジン１２の排気ポート１２Ａに接続されると共に下流端が大気開放端１６Ｂとされた排気管１６を備えている。図示は省略するが、排気管１６には、ディーゼルエンジン１２の排ガス中のＮＯｘ以外の成分を浄化するための触媒（例えば酸化触媒）を内蔵する触媒コンバータが設けられている。この排気管１６の大気開放端１６Ｂ側には、排気音を低減するための消音装置１８が設けられている。
【００２３】
そして、ディーゼルエンジン１２の排気系１４には、排気浄化装置１０の主要部を成すＮＳＲ触媒コンバータ２０が設けられている。ＮＳＲ触媒コンバータ２０は、排気管１６に直列に配置された触媒ケース２２内に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」という）２４を内蔵して構成されている。ＮＳＲ触媒２４は、例えば、ディーゼルエンジン１２の空燃比が高い運転時には排ガス中の第１排ガス成分としてのＮＯｘを吸蔵し、空燃比が低い運転時に排ガス中の還元成分を利用してＮＯｘを窒素に還元して放出するようになっている。
【００２４】
このＮＳＲ触媒２４は、また、ディーゼルエンジン１２の排ガス中の第２排ガス成分としての硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という）が吸蔵されてしまう。ＮＳＲ触媒２４では、ＳＯｘは、ＮＯｘの還元条件では、還元されずに残留される。さらに、ＮＳＲ触媒２４は、酸素（以下、「Ｏ２」という）の吸蔵能も有し、排ガス中のＯ２を吸蔵するようになっている。ＮＳＲ触媒２４としては、例えばアルミナを担体とし、バリウム、白金を添加すると共に酸素吸蔵能を有するセリア（ＣｅＯ２）を添加したもの等が採用される。
【００２５】
そして、排気浄化装置１０は、ＮＳＲ触媒コンバータ２０をバイパスするためのバイパス管２６を有する。バイパス管２６は、ディーゼルエンジン１２の排気系１４においてＮＳＲ触媒コンバータ２０と並列に設けられている。具体的には、バイパス管２６は、上流端２６Ａが排気系１４におけるＮＳＲ触媒コンバータ２０の上流から分岐されると共に、下流端２６Ｂが排気系１４におけるＮＳＲ触媒コンバータ２０の下流に合流されている。
【００２６】
また、排気管１６とバイパス管２６との分岐部には、排気可変装置又は排気切替装置としての三方弁２８が設けられている。三方弁２８は、バイパス管２６を閉止（全閉）する状態と、その下流側の排気管１６（ＮＳＲ触媒コンバータ２０）を閉止（全閉）する状態とを選択的に切り替える構成とされている。したがって、三方弁２８がバイパス管２６を閉止する状態では、図２（Ａ）に矢印Ａにて示される如く排ガスは全量がＮＳＲ触媒コンバータ２０に導入されてＮＳＲ触媒２４を通過するようになっている。三方弁２８は、後述するＥＣＵ３０によって通常はバイパス管２６を閉止する状態とされるようになっている。
【００２７】
一方、三方弁２８がその下流側の排気管１６を閉止（バイパス管２６を開放）する状態では、図２（Ｂ）に矢印Ｂにて示される如く排ガスはバイパス管２６に導入されて該バイパス管２６を通過するようになっている。すなわち、排ガスは全量がバイパス管２６を選択的に通過する構成とされている。
【００２８】
さらに、排気浄化装置１０は、ＮＳＲ触媒２４が吸蔵したＳＯｘによりＮＯｘの吸蔵能力が低下した被毒状態を解消するための触媒再生（被毒回復）モードを行う制御装置としてＥＣＵ３０を備えている。この実施形態におけるＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１２の制御装置を兼ねているが、ディーゼルエンジン１２の運転制御については公知の制御であるため、説明を省略し、以下、被毒判断モード及び触媒再生モードについて主に説明する。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１２への燃料噴射量を検出する空燃比センサ３２、排気温センサ３４等に電気的に接続されると共にタイマを内蔵しており、これら空燃比センサ３２、排気温センサ３４からの出力信号及びタイマにより計測したディーゼルエンジン１２の運転時間から、ＮＳＲ触媒２４に吸蔵された硫黄（ＳＯｘ）の吸蔵量であるＳ量を求めるようになっている。ＥＣＵ３０は、例えば記憶されているマップからＳ量を求めたり、また例えば記憶されている関係式からＳ量を算出したりするようになっている。
【００３０】
ＥＣＵ３０は、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の吸蔵Ｓ量が予め設定されている閾値を超えると、以上説明した被毒判断モードから触媒再生モードに移行するようになっている。なお、Ｓ量を算出する方法に代えて、例えば、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の下流に設けたＮＯｘセンサからの出力に基づいてＮＯｘ吸蔵能力が閾値以下に低下したと判断した場合、前回の再生モード実行後のディーゼルエンジン１２の運転時間が所定時間を超えた場合、又は適用された車両の前回の再生モード実行後における走行距離が所定距離を超えた場合等に、触媒再生モードを実行する構成としても良い。
【００３１】
触媒再生モードでＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１２の低空燃比運転である触媒再生リッチ運転と高空燃比運転である触媒再生リーン運転とを交互に繰り返させるようになっている。また、触媒再生リッチ運転においてＥＣＵ３０は、通常運転（触媒再生以外の運転）の燃料噴射タイミングに対し遅角してディーゼルエンジン１２に燃料を噴射することでリタード燃焼させ、通常運転に対し排気温を上昇させるようになっている。さらに、触媒再生リッチ運転においてＥＣＵ３０は、さらに遅角側にて燃料噴射を追加することで、リッチ燃焼を実現するようになっている。これにより、高温の排ガスにてＮＳＲ触媒２４の温度が触媒再生に要求される温度（６００℃以上）まで昇温されると共に、ＳＯｘの還元に必要な還元剤（例えば一酸化炭素、未燃の炭化水素等）が多量に含まれた排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給される構成である。
【００３２】
一方、触媒再生リーン運転は、ＮＳＲ触媒２４の過熱を防ぐべくリッチ運転と交互に行われるようになっている。すなわち、排気浄化装置１０では、触媒再生リッチ運転と触媒再生リーン運転とをそれぞれの所定時間毎に交互に行うことで、ＮＳＲ触媒２４の温度が触媒再生に要求される温度（６００℃以上）に維持されるようになっている。そして、この実施形態では、触媒再生リーン運転時においても、通常運転に対し燃料噴射タイミングを遅角してリタード燃焼を行わせるようになっている。リタード燃焼では、ＮＯｘ生成量が少ないことから、排気浄化装置１０では、触媒再生中のＮＯｘの大気放出が抑制されるようになっている。
【００３３】
また、ＥＣＵ３０は、例えば排気温センサ３４の出力信号や触媒再生モードの実行時間等に基づいて、例えば記憶されているマップや関係式によって、ＮＳＲ触媒２４からの放出Ｓ量を求めるようになっている。ＥＣＵ３０は、放出Ｓ量が所定量を超えたと判断した場合に、触媒再生モードを終了し、被毒判断モードに戻るようになっている。
【００３４】
そして、排気浄化装置１０では、触媒再生モードにおいてＥＣＵ３０は、触媒再生リッチ運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に導入され、触媒再生リーン運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に導入されることを制限するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ３０は、触媒再生リッチ運転の実行中には三方弁２８がバイパス管２６を閉止する状態とされ、触媒再生リーン運転の実行中には三方弁２８がその下流側の排気管１６を閉止してバイパス管２６を開放する状態とされるように、該三方弁２８を制御するようになっている。
【００３５】
これにより、排気浄化装置１０では、還元剤を多く含む触媒再生リッチ運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給され、Ｏ２を多く含む触媒再生リーン運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給されることが制限される（実質的に供給されない）構成とされている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用を、ＥＣＵ３０の制御フロー例を示す図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３７】
上記構成の排気浄化装置１０では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０でディーゼルエンジン１２の情報を計測する。具体的には、空燃比センサ３２、排気温センサ３４、内蔵タイマ（ディーゼルエンジン１２の前回触媒再生後の運転時間）等からの信号を読み込む。次いでＥＣＵ３０は、ステップＳ１２に進み、ステップＳ１０で計測した各種データに基づき、ＮＳＲ触媒２４の吸蔵Ｓ量を求め、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４でＥＣＵ３０は、ステップＳ１２で求めたＳ量を閾値と比較する。Ｓ量が閾値を超えていないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０に戻る。
【００３８】
ステップＳ１４でＳ量が閾値を超えたと判断した場合、ＥＣＵ３０は、触媒再生モードのステップＳ１６に進み、ディーゼルエンジン１２の運転状態を触媒再生リッチ運転に切り替える。次いでＥＣＵ３０はステップＳ１８に進み、三方弁２８にてバイパス管２６を閉止させる。ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０で触媒再生リッチ運転の開始からの経過時間Ｔｒが閾値Ｔｒ０（例えば５秒）を経過したと判断するまで、触媒再生リッチ運転を維持する。
【００３９】
これにより、ディーゼルエンジン１２の排ガスは選択的にＮＳＲ触媒コンバータ２０に導入されてＮＳＲ触媒２４に供給される。通常運転時（２００〜３００℃）よりも高温（６００℃以上）とされたＮＳＲ触媒２４では、一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という）や未燃の炭化水素（以下、「ＨＣ」という）等の還元剤によってＳＯｘが還元、ガス化され、ＮＳＲ触媒２４から離脱される。
【００４０】
ステップＳ２０で触媒再生リッチ運転の開始からの経過時間Ｔｒが閾値Ｔｒ０を越えたと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２２に進み、ディーゼルエンジン１２の運転状態を触媒再生リーン運転に切り替える。次いでＥＣＵ３０はステップＳ２４に進み、三方弁２８にバイパス管２６を開放させると共にＮＳＲ触媒コンバータ２０側の排気管１６を閉止させる。この触媒再生リーン運転の際、ディーゼルエンジン１２の排ガスはバイパス管２６を流通し、ＮＳＲ触媒２４には供給されない。
【００４１】
次いでＥＣＵ３０は、ステップＳ２６に進み、排気温センサ３４、内蔵タイマ（触媒再生時間）等からの信号に基づき、ＮＳＲ触媒２４からの放出Ｓ量を求め、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８でＥＣＵ３０は、ステップＳ２６で求めた放出Ｓ量を閾値と比較する。放出Ｓ量が閾値を超えていないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０に進み、ステップＳ２６で触媒再生リーン運転の開始からの経過時間Ｔｌが閾値Ｔｌ０（例えば５秒）を経過したか否かを判断する。
【００４２】
ステップＳ２６で触媒再生リーン運転の開始からの経過時間Ｔｌが閾値Ｔｌ０を経過していないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２２に戻り、触媒再生リーン運転を維持する。一方、ステップＳ２６で触媒再生リーン運転の開始からの経過時間Ｔｌが閾値Ｔｌ０を経過したと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１６に戻り、触媒再生リッチ運転に切り替える。
【００４３】
すなわち、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２８で放出Ｓ量が閾値を超えたと判断するまで、以上説明した触媒再生リッチ運転と触媒再生リーン運転とを繰り返しながら、触媒再生モードを維持する。一方、ステップＳ２８で放出Ｓ量が閾値を超えたと判断した場合、ＥＣＵ３０は、触媒再生モードを終了し、ステップＳ１０に戻る（被毒判断モードに復帰する）。
【００４４】
ここで、排気浄化装置１０では、触媒再生モードにおいて、触媒再生リーン運転時の排ガスをバイパス管２６に導入するため、該リーン運転時の排ガス中のＯ２がＮＳＲ触媒２４に供給、吸蔵されることが防止又は著しく抑制される。これにより、触媒再生モードが実行される略全期間に亘って、ＮＳＲ触媒２４のＯ２吸蔵率（吸蔵量）を低く保つことができる。このため、排気浄化装置１０では、ＮＳＲ触媒２４の吸蔵Ｏ２による還元剤の消費が抑制され、効率的にＮＳＲ触媒２４を再生することができる。
【００４５】
この点について、図４に基づいて触媒再生リーン運転時の排ガスをバイパスさせない比較例と比較しつつ、補足する。図４の上段の線図は、触媒再生モードでのＮＳＲ触媒２４入口での排ガス中のＯ２濃度、ＣＯ濃度の時間変化を示している。この図から、触媒再生リーン運転時の排ガスにはＯ２が多量に含まれる一方、ＣＯ（に代表される還元剤、以下同じ）は殆ど存在しないことがわかる。逆に、触媒再生リッチ運転時の排ガスにはＣＯが多量に含まれる一方、Ｏ２は殆ど存在しないことがわかる。
【００４６】
図４の下段は、触媒再生リーン運転時の排ガスをバイパスさせない比較例におけるＮＳＲ触媒２４中のＯ２、ＣＯ濃度、及びＮＳＲ触媒２４の出口排ガス中のＳＯｘ濃度の時間変化を示している。なお、図４の下段及び中段では、ＣＯの時間変化は、吸蔵Ｏ２による消費に伴う変化を示しており、ＳＯｘの還元による時間変化は反映していない。この図から、比較例の場合、触媒再生リッチ運転の初期（〜中期）には、触媒再生リーン運転時にＮＳＲ触媒２４に吸蔵された吸蔵Ｏ２が存在しており、このＯ２の還元のためにＣＯが消費される吸蔵Ｏ２消費期間が生じてしまうことがわかる。このため、ＣＯをＳＯｘ（吸蔵Ｓ）の還元に利用する時間、及びＳＯｘ（吸蔵Ｓ）の還元に利用するＣＯ量が共に少なくなってしまい、放出Ｓ量が所定値を超えるまでの触媒再生リッチ運転の繰り返し回数が多く要求され、触媒再生モードの実行時間が長くなる。
【００４７】
これに対して、図４の中段に示す本実施形態に係る排気浄化装置１０の場合、触媒再生リーン運転時の排ガスすなわち該排ガス中のＯ２がＮＳＲ触媒２４に供給されないため、該ＮＳＲ触媒２４には触媒再生の略全期間中に亘り吸蔵Ｏ２が殆ど存在することがない。このため、排気浄化装置１０では、触媒再生リッチ運転に切り替わった初期から、ＳＯｘの還元に供されるＣＯがＮＳＲ触媒２４に十分に供給され、比較例に対しＳＯｘ放出期間を長くとることができる。すなわち、排気浄化装置１０では、比較例に対し、触媒再生リッチ運転１回あたりのＳＯｘ放出量（図４のハッチング部の面積）が大きくなり、触媒再生リッチ運転の繰り返し回数の減少、触媒再生モードの実行時間の短縮が図られる。
【００４８】
したがって、排気浄化装置１０及び該排気浄化装置１０にて使用される被毒回復方法では、ＮＳＲ触媒２４の吸蔵Ｏ２による還元剤の無駄な消費が抑制され、触媒再生リッチ運転で得られる還元剤を有効利用して効率的にＮＳＲ触媒２４の再生（被毒回復）が行われるため、燃費が向上される。また、触媒再生時間すなわちＮＳＲ触媒２４が高温に曝される時間が短くなるため、ＮＳＲ触媒２４の熱劣化が抑制される。すなわちＮＳＲ触媒２４の長寿命化が図られる。
【００４９】
このように、本発明の実施形態に係る排気浄化装置１０では、触媒再生時にＮＳＲ触媒２４のＯ２吸蔵量を低く保つことで、該ＮＳＲ触媒２４からＳＯｘを効率良く還元して離脱させることができる。
【００５０】
しかも、排気浄化装置１０では、触媒再生リーン運転の排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給されないため、短時間の触媒再生リーン運転によってＮＳＲ触媒２４の過度の温度上昇（過熱）を抑制することができる。したがって、排気浄化装置１０では、触媒再生リーン運転の時間短縮によっても触媒再生モードの所要時間を短縮することができる。
【００５１】
また、排気浄化装置１０では、触媒再生モード実行中はリーン運転時にもリタード燃焼させるため、ＮＯｘ生成量が少なく、ＮＯｘの大気放出量が制限される。
【００５２】
なお、上記した実施形態では、触媒再生リッチ運転においてリタード燃焼させる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、通常運転時よりもＥＧＲ（排気再循環）量を増すことで燃焼を遅角させて排気温度を上げるようにしても良い。この場合、膨張行程の後期に燃料噴射を追加することで、還元剤を多く含む排ガスを２４に供給することができる。また、ＥＧＲ量を増すことで、排ガス中のＮＯｘが低減されるので、ＮＯｘの大気放出量が制限される。特に、触媒再生リーン運転時にもＥＧＲ量を増す運転を行う構成とすれば、ＮＯｘの大気放出量が一層制限される。
【００５３】
また、上記した実施形態では、バイパス管２６を通過した排ガスが排気管１６におけるＮＳＲ触媒コンバータ２０の下流に全量合流する例を示したが、本発明はこれに限定されず、該排ガスの一部をＥＧＲとしてディーゼルエンジン１２の吸気系に戻す構成としても良い。また、バイパス管２６の下流端を、排気管１６の大気開放端１６Ｂとは別の大気開放端としても良い。
【００５４】
さらに、上記した実施形態では、排気管１６におけるバイパス管２６の分岐部に三方弁２８が設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、排気管１６におけるバイパス管２６の合流部に三方弁２８を設けた構成としても良く、三方弁２８に代えてバイパス管２６に開閉弁を設けた構成としても良く、三方弁２８に代えてＮＳＲ触媒コンバータ２０の触媒ケース２２におけるＮＳＲ触媒２４の上流又は下流に開閉弁を設けた構成としても良い。また、切替弁としての三方弁２８に代えて開度を調整可能な調整弁を用いた構成としても良い。すなわち、本発明は、触媒再生リーン運転時の排ガスのほぼ全量がＮＳＲ触媒２４をバイパスする構成に限定されることはない。
【００５５】
またさらに、上記した実施形態では、内燃機関としてのディーゼルエンジン１２の排気系１４に本発明が適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、ＮＳＲ触媒２４等の吸蔵還元型でかつＯ２吸蔵能を有する触媒が適用される各種の内燃機関の排気系１４に適用可能である。
【００５６】
また、上記した実施形態では、ＥＣＵ３０がディーゼルエンジン１２の運転制御を兼ねる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＥＣＵ３０に代えて、触媒再生時を含めディーゼルエンジン１２の運転を制御するエンジンＥＣＵからの触媒再生リッチ運転と触媒再生リーン運転との切り替え信号に基づいて、三方弁２８の開閉状態を切り替える制御装置（ＥＣＵや制御回路等）を備えた構成とすることも可能である。
【００５７】
さらに、上記した実施形態では、排気管１６と並列されたバイパス部としてのバイパス管２６を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の軸心部や外周部に触媒ケース２２と同軸と成るように２重管構造でバイパス部を形成しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 排気浄化装置
１２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４ 排気系
２４ ＮＳＲ触媒
２６ バイパス管（バイパス部）
２８ 三方弁（排気可変装置、排気切替装置）
３０ ＥＣＵ（制御装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化するための排気浄化装置及びその被毒回復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、内燃機関の排ガス中のＮＯｘ吸蔵に伴って、該ＮＯｘの還元の際には還元されないＳＯｘ及び酸素を吸蔵するものがあり、該ＳＯｘの吸蔵量が高い被毒状態からの回復のために再生運転が要求される（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１の技術では、再生運転前の昇温の際に数回に分けてリッチスパイクを行うことで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されている酸素の放出時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−６５０４２号公報
【特許文献２】特開２００５−３２５６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の如き従来の技術では、低空燃比運転と高空燃比運転とを繰り返しつつ触媒の再生をする場合に、該触媒の酸素吸蔵量をより低く保つ点について改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる排気浄化装置及びその被毒回復方法を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、前記内燃機関の排ガスが前記バイパス部に導かれる量を変化させ得る排気可変装置と、前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させると共に、前記リーン運転時に前記リッチ運転時よりも前記バイパス部に導かれる排ガス量が多くなるように前記排気可変装置を制御する制御装置と、を備えている。
【０００７】
請求項１記載の排気浄化装置では、通常は、内燃機関の排ガスが排気触媒に導かれて該排ガス中の第１排ガス成分が排気触媒に吸蔵され、第１排ガス成分が適宜に還元されることで、排ガスが浄化（無害化）される。この第１排ガス成分の吸蔵に伴って、排気触媒には、第２排ガス成分が吸蔵（触媒が被毒）される。第２排ガス成分は、第１排ガス成分と共には還元されないので、所定の場合に還元されることとなる。
【０００８】
この第２排ガス成分の還元の際には、制御装置は、内燃機関のリッチ運転とリーン運転とを交互に繰り返させ、排気触媒の温度を第２排ガス成分の還元に適した温度で安定させる。そして、制御装置による排気可変装置の制御によって、還元剤として機能する成分を多く含むリッチ運転時の排ガス（の少なくとも一部）は排気触媒に導入され、第２排ガス成分の還元に供される。一方、還元剤を消費し得る酸素を多く含むリーン運転時の排ガスは、少なくとも一部がバイパス部に導入され、リッチ運転時の排ガスと比較して排気触媒への導入が制限される。これにより、リーン運転時の排ガス中の酸素が排気触媒に吸蔵されることが防止又は抑制され、第２排ガス成分を還元するための成分（還元剤）が酸素との反応で消費されてしまうことが防止又は抑制される。
【０００９】
このように、請求項１記載の排気浄化装置では、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる。なお、リッチ運転時の排ガスは、大部分（実質的に全部）が排気触媒に導入されることが望ましく、リーン運転時の排ガスは、大部分がバイパス部に導入されることが望ましい。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る排気浄化装置は、内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、前記内燃機関の排ガスの経路を前記排気触媒、前記バイパス部の何れか一方に切り替えるための排気切替装置と、前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返すと共に、前記リッチ運転時の排ガスが前記排気触媒に導入され、前記リーン運転時の排ガスが前記バイパス部に導入されるように前記排気切替装置を制御する制御装置と、を備えている。
【００１１】
請求項２記載の排気浄化装置では、通常は、内燃機関の排ガスが排気触媒に導かれて該排ガス中の第１排ガス成分が排気触媒に吸蔵され、第１排ガス成分が適宜に還元されることで、排ガスが浄化（無害化）される。この第１排ガス成分の吸蔵に伴って、排気触媒には、第２排ガス成分が吸蔵（触媒が被毒）される。第２排ガス成分は、第１排ガス成分と共には還元されないので、所定の場合に還元されることとなる。
【００１２】
この第２排ガス成分の還元の際には、制御装置は、内燃機関のリッチ運転とリーン運転とを交互に繰り返させ、排気触媒の温度を第２排ガス成分の還元に適した温度で安定させる。そして、制御装置による排気切替装置の切替制御によって、還元剤として機能する成分を多く含むリッチ運転時の排ガスは、主に排気触媒に導入され、第２排ガス成分の還元に供される。一方、還元剤を消費し得る酸素を多く含むリーン運転時の排ガスは、主にバイパス部に導入される。これにより、リーン運転時の排ガス中の酸素が排気触媒に導入されることが防止又は抑制され、第２排ガス成分を還元するための成分（還元剤）が酸素との反応で消費されてしまうことが防止又は抑制される。
【００１３】
このように、請求項２記載の排気浄化装置では、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる。なお、リッチ運転時の排ガスは、大部分（実質的に全部）が排気触媒に導入されることが望ましく、リーン運転時の排ガスは、大部分がバイパス部に導入されることが望ましい。
【００１４】
請求項３記載の発明に係る排気浄化装置は、請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置において、前記制御装置は、前記第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記第１排ガス成分の生成量が少なくなるように前記内燃機関の運転を制御する。
【００１５】
請求項３記載の排気浄化装置では、第２排ガス成分を還元して離脱させる際には、内燃機関の運転制御によって第１排ガス成分の生成量が少なくなる。このため、第２排ガス成分を還元して離脱させる際におけるリーン運転の際に、第１排ガス成分が多く大気開放されてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明に係る排気浄化装置の被毒回復方法は、内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられた排気触媒から、前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分を還元して除去する際に、前記内燃機関を、空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させつつ、前記リッチ運転時の排ガスを前記排気触媒に導入し、前記リーン運転時の排ガスの前記排気触媒への導入を制限する。
【００１７】
請求項４記載の排気浄化装置の被毒回復方法では、排気触媒から第２排ガス成分を還元により除去する際には、内燃機関のリッチ運転とリーン運転とを交互に繰り返させながら、リッチ運転時の排ガス（の少なくとも一部）を排気触媒に導入し、還元剤を消費し得る酸素を多く含むリーン運転時の排ガスの排気触媒への導入を制限する。これにより、リーン運転時の排ガス中の酸素が排気触媒に導入されることが防止又は抑制され、第２排ガス成分を還元するための成分（還元剤）が酸素との反応で消費されてしまうことが防止又は抑制される。
【００１８】
このように、請求項４記載の排気浄化装置の被毒回復方法では、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができる。なお、リッチ運転時の排ガスの大部分（実質的に全部）を排気触媒に導入し、リーン運転時の排ガスの大部分を排気触媒に導入させないことが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明に係る排気浄化装置及びその被毒回復方法は、第２排ガス成分を還元する際に排気触媒の酸素吸蔵量を低く保つことで、該排気触媒から第２排ガスを効率良く還元して離脱させることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る排気浄化装置の概略全体構成を模式的に示すシステム構成図である。
【図２】本実施形態に係る排気浄化装置の主要部を示す図であって、（Ａ）は排ガスの触媒導入状態を示す模式図、（Ｂ）は排ガスの触媒バイパス状態を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る排気浄化装置を構成するＥＣＵの制御フローを示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る排気浄化装置と比較例との触媒再生過程を比較するための線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態に係る排気浄化装置１０について図１〜図４に基づいて説明する。図１には、排気浄化装置１０の概略全体構成が、模式図にて示されている。この図に示される如く、排気浄化装置１０は、内燃機関であるディーゼルエンジン１２の排気系１４に設けられ、ディーゼルエンジン１２の排ガスを大気放出される前に浄化するようになっている。この実施形態では、排気浄化装置１０は、ディーゼルエンジン１２の排ガス中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を除去する構成とされている。
【００２２】
排気系１４は、上流端１６Ａがディーゼルエンジン１２の排気ポート１２Ａに接続されると共に下流端が大気開放端１６Ｂとされた排気管１６を備えている。図示は省略するが、排気管１６には、ディーゼルエンジン１２の排ガス中のＮＯｘ以外の成分を浄化するための触媒（例えば酸化触媒）を内蔵する触媒コンバータが設けられている。この排気管１６の大気開放端１６Ｂ側には、排気音を低減するための消音装置１８が設けられている。
【００２３】
そして、ディーゼルエンジン１２の排気系１４には、排気浄化装置１０の主要部を成すＮＳＲ触媒コンバータ２０が設けられている。ＮＳＲ触媒コンバータ２０は、排気管１６に直列に配置された触媒ケース２２内に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」という）２４を内蔵して構成されている。ＮＳＲ触媒２４は、例えば、ディーゼルエンジン１２の空燃比が高い運転時には排ガス中の第１排ガス成分としてのＮＯｘを吸蔵し、空燃比が低い運転時に排ガス中の還元成分を利用してＮＯｘを窒素に還元して放出するようになっている。
【００２４】
このＮＳＲ触媒２４は、また、ディーゼルエンジン１２の排ガス中の第２排ガス成分としての硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という）が吸蔵されてしまう。ＮＳＲ触媒２４では、ＳＯｘは、ＮＯｘの還元条件では、還元されずに残留される。さらに、ＮＳＲ触媒２４は、酸素（以下、「Ｏ２」という）の吸蔵能も有し、排ガス中のＯ２を吸蔵するようになっている。ＮＳＲ触媒２４としては、例えばアルミナを担体とし、バリウム、白金を添加すると共に酸素吸蔵能を有するセリア（ＣｅＯ２）を添加したもの等が採用される。
【００２５】
そして、排気浄化装置１０は、ＮＳＲ触媒コンバータ２０をバイパスするためのバイパス管２６を有する。バイパス管２６は、ディーゼルエンジン１２の排気系１４においてＮＳＲ触媒コンバータ２０と並列に設けられている。具体的には、バイパス管２６は、上流端２６Ａが排気系１４におけるＮＳＲ触媒コンバータ２０の上流から分岐されると共に、下流端２６Ｂが排気系１４におけるＮＳＲ触媒コンバータ２０の下流に合流されている。
【００２６】
また、排気管１６とバイパス管２６との分岐部には、排気可変装置又は排気切替装置としての三方弁２８が設けられている。三方弁２８は、バイパス管２６を閉止（全閉）する状態と、その下流側の排気管１６（ＮＳＲ触媒コンバータ２０）を閉止（全閉）する状態とを選択的に切り替える構成とされている。したがって、三方弁２８がバイパス管２６を閉止する状態では、図２（Ａ）に矢印Ａにて示される如く排ガスは全量がＮＳＲ触媒コンバータ２０に導入されてＮＳＲ触媒２４を通過するようになっている。三方弁２８は、後述するＥＣＵ３０によって通常はバイパス管２６を閉止する状態とされるようになっている。
【００２７】
一方、三方弁２８がその下流側の排気管１６を閉止（バイパス管２６を開放）する状態では、図２（Ｂ）に矢印Ｂにて示される如く排ガスはバイパス管２６に導入されて該バイパス管２６を通過するようになっている。すなわち、排ガスは全量がバイパス管２６を選択的に通過する構成とされている。
【００２８】
さらに、排気浄化装置１０は、ＮＳＲ触媒２４が吸蔵したＳＯｘによりＮＯｘの吸蔵能力が低下した被毒状態を解消するための触媒再生（被毒回復）モードを行う制御装置としてＥＣＵ３０を備えている。この実施形態におけるＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１２の制御装置を兼ねているが、ディーゼルエンジン１２の運転制御については公知の制御であるため、説明を省略し、以下、被毒判断モード及び触媒再生モードについて主に説明する。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１２への燃料噴射量を検出する空燃比センサ３２、排気温センサ３４等に電気的に接続されると共にタイマを内蔵しており、これら空燃比センサ３２、排気温センサ３４からの出力信号及びタイマにより計測したディーゼルエンジン１２の運転時間から、ＮＳＲ触媒２４に吸蔵された硫黄（ＳＯｘ）の吸蔵量であるＳ量を求めるようになっている。ＥＣＵ３０は、例えば記憶されているマップからＳ量を求めたり、また例えば記憶されている関係式からＳ量を算出したりするようになっている。
【００３０】
ＥＣＵ３０は、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の吸蔵Ｓ量が予め設定されている閾値を超えると、以上説明した被毒判断モードから触媒再生モードに移行するようになっている。なお、Ｓ量を算出する方法に代えて、例えば、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の下流に設けたＮＯｘセンサからの出力に基づいてＮＯｘ吸蔵能力が閾値以下に低下したと判断した場合、前回の再生モード実行後のディーゼルエンジン１２の運転時間が所定時間を超えた場合、又は適用された車両の前回の再生モード実行後における走行距離が所定距離を超えた場合等に、触媒再生モードを実行する構成としても良い。
【００３１】
触媒再生モードでＥＣＵ３０は、ディーゼルエンジン１２の低空燃比運転である触媒再生リッチ運転と高空燃比運転である触媒再生リーン運転とを交互に繰り返させるようになっている。また、触媒再生リッチ運転においてＥＣＵ３０は、通常運転（触媒再生以外の運転）の燃料噴射タイミングに対し遅角してディーゼルエンジン１２に燃料を噴射することでリタード燃焼させ、通常運転に対し排気温を上昇させるようになっている。さらに、触媒再生リッチ運転においてＥＣＵ３０は、さらに遅角側にて燃料噴射を追加することで、リッチ燃焼を実現するようになっている。これにより、高温の排ガスにてＮＳＲ触媒２４の温度が触媒再生に要求される温度（６００℃以上）まで昇温されると共に、ＳＯｘの還元に必要な還元剤（例えば一酸化炭素、未燃の炭化水素等）が多量に含まれた排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給される構成である。
【００３２】
一方、触媒再生リーン運転は、ＮＳＲ触媒２４の過熱を防ぐべくリッチ運転と交互に行われるようになっている。すなわち、排気浄化装置１０では、触媒再生リッチ運転と触媒再生リーン運転とをそれぞれの所定時間毎に交互に行うことで、ＮＳＲ触媒２４の温度が触媒再生に要求される温度（６００℃以上）に維持されるようになっている。そして、この実施形態では、触媒再生リーン運転時においても、通常運転に対し燃料噴射タイミングを遅角してリタード燃焼を行わせるようになっている。リタード燃焼では、ＮＯｘ生成量が少ないことから、排気浄化装置１０では、触媒再生中のＮＯｘの大気放出が抑制されるようになっている。
【００３３】
また、ＥＣＵ３０は、例えば排気温センサ３４の出力信号や触媒再生モードの実行時間等に基づいて、例えば記憶されているマップや関係式によって、ＮＳＲ触媒２４からの放出Ｓ量を求めるようになっている。ＥＣＵ３０は、放出Ｓ量が所定量を超えたと判断した場合に、触媒再生モードを終了し、被毒判断モードに戻るようになっている。
【００３４】
そして、排気浄化装置１０では、触媒再生モードにおいてＥＣＵ３０は、触媒再生リッチ運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に導入され、触媒再生リーン運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に導入されることを制限するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ３０は、触媒再生リッチ運転の実行中には三方弁２８がバイパス管２６を閉止する状態とされ、触媒再生リーン運転の実行中には三方弁２８がその下流側の排気管１６を閉止してバイパス管２６を開放する状態とされるように、該三方弁２８を制御するようになっている。
【００３５】
これにより、排気浄化装置１０では、還元剤を多く含む触媒再生リッチ運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給され、Ｏ２を多く含む触媒再生リーン運転時の排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給されることが制限される（実質的に供給されない）構成とされている。
【００３６】
次に、本実施形態の作用を、ＥＣＵ３０の制御フロー例を示す図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３７】
上記構成の排気浄化装置１０では、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０でディーゼルエンジン１２の情報を計測する。具体的には、空燃比センサ３２、排気温センサ３４、内蔵タイマ（ディーゼルエンジン１２の前回触媒再生後の運転時間）等からの信号を読み込む。次いでＥＣＵ３０は、ステップＳ１２に進み、ステップＳ１０で計測した各種データに基づき、ＮＳＲ触媒２４の吸蔵Ｓ量を求め、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４でＥＣＵ３０は、ステップＳ１２で求めたＳ量を閾値と比較する。Ｓ量が閾値を超えていないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１０に戻る。
【００３８】
ステップＳ１４でＳ量が閾値を超えたと判断した場合、ＥＣＵ３０は、触媒再生モードのステップＳ１６に進み、ディーゼルエンジン１２の運転状態を触媒再生リッチ運転に切り替える。次いでＥＣＵ３０はステップＳ１８に進み、三方弁２８にてバイパス管２６を閉止させる。ＥＣＵ３０は、ステップＳ２０で触媒再生リッチ運転の開始からの経過時間Ｔｒが閾値Ｔｒ０（例えば５秒）を経過したと判断するまで、触媒再生リッチ運転を維持する。
【００３９】
これにより、ディーゼルエンジン１２の排ガスは選択的にＮＳＲ触媒コンバータ２０に導入されてＮＳＲ触媒２４に供給される。通常運転時（２００〜３００℃）よりも高温（６００℃以上）とされたＮＳＲ触媒２４では、一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という）や未燃の炭化水素（以下、「ＨＣ」という）等の還元剤によってＳＯｘが還元、ガス化され、ＮＳＲ触媒２４から離脱される。
【００４０】
ステップＳ２０で触媒再生リッチ運転の開始からの経過時間Ｔｒが閾値Ｔｒ０を越えたと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２２に進み、ディーゼルエンジン１２の運転状態を触媒再生リーン運転に切り替える。次いでＥＣＵ３０はステップＳ２４に進み、三方弁２８にバイパス管２６を開放させると共にＮＳＲ触媒コンバータ２０側の排気管１６を閉止させる。この触媒再生リーン運転の際、ディーゼルエンジン１２の排ガスはバイパス管２６を流通し、ＮＳＲ触媒２４には供給されない。
【００４１】
次いでＥＣＵ３０は、ステップＳ２６に進み、排気温センサ３４、内蔵タイマ（触媒再生時間）等からの信号に基づき、ＮＳＲ触媒２４からの放出Ｓ量を求め、ステップＳ２８に進む。ステップＳ２８でＥＣＵ３０は、ステップＳ２６で求めた放出Ｓ量を閾値と比較する。放出Ｓ量が閾値を超えていないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ３０に進み、ステップＳ２６で触媒再生リーン運転の開始からの経過時間Ｔｌが閾値Ｔｌ０（例えば５秒）を経過したか否かを判断する。
【００４２】
ステップＳ２６で触媒再生リーン運転の開始からの経過時間Ｔｌが閾値Ｔｌ０を経過していないと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２２に戻り、触媒再生リーン運転を維持する。一方、ステップＳ２６で触媒再生リーン運転の開始からの経過時間Ｔｌが閾値Ｔｌ０を経過したと判断した場合、ＥＣＵ３０は、ステップＳ１６に戻り、触媒再生リッチ運転に切り替える。
【００４３】
すなわち、ＥＣＵ３０は、ステップＳ２８で放出Ｓ量が閾値を超えたと判断するまで、以上説明した触媒再生リッチ運転と触媒再生リーン運転とを繰り返しながら、触媒再生モードを維持する。一方、ステップＳ２８で放出Ｓ量が閾値を超えたと判断した場合、ＥＣＵ３０は、触媒再生モードを終了し、ステップＳ１０に戻る（被毒判断モードに復帰する）。
【００４４】
ここで、排気浄化装置１０では、触媒再生モードにおいて、触媒再生リーン運転時の排ガスをバイパス管２６に導入するため、該リーン運転時の排ガス中のＯ２がＮＳＲ触媒２４に供給、吸蔵されることが防止又は著しく抑制される。これにより、触媒再生モードが実行される略全期間に亘って、ＮＳＲ触媒２４のＯ２吸蔵率（吸蔵量）を低く保つことができる。このため、排気浄化装置１０では、ＮＳＲ触媒２４の吸蔵Ｏ２による還元剤の消費が抑制され、効率的にＮＳＲ触媒２４を再生することができる。
【００４５】
この点について、図４に基づいて触媒再生リーン運転時の排ガスをバイパスさせない比較例と比較しつつ、補足する。図４の上段の線図は、触媒再生モードでのＮＳＲ触媒２４入口での排ガス中のＯ２濃度、ＣＯ濃度の時間変化を示している。この図から、触媒再生リーン運転時の排ガスにはＯ２が多量に含まれる一方、ＣＯ（に代表される還元剤、以下同じ）は殆ど存在しないことがわかる。逆に、触媒再生リッチ運転時の排ガスにはＣＯが多量に含まれる一方、Ｏ２は殆ど存在しないことがわかる。
【００４６】
図４の下段は、触媒再生リーン運転時の排ガスをバイパスさせない比較例におけるＮＳＲ触媒２４中のＯ２、ＣＯ濃度、及びＮＳＲ触媒２４の出口排ガス中のＳＯｘ濃度の時間変化を示している。なお、図４の下段及び中段では、ＣＯの時間変化は、吸蔵Ｏ２による消費に伴う変化を示しており、ＳＯｘの還元による時間変化は反映していない。この図から、比較例の場合、触媒再生リッチ運転の初期（〜中期）には、触媒再生リーン運転時にＮＳＲ触媒２４に吸蔵された吸蔵Ｏ２が存在しており、このＯ２の還元のためにＣＯが消費される吸蔵Ｏ２消費期間が生じてしまうことがわかる。このため、ＣＯをＳＯｘ（吸蔵Ｓ）の還元に利用する時間、及びＳＯｘ（吸蔵Ｓ）の還元に利用するＣＯ量が共に少なくなってしまい、放出Ｓ量が所定値を超えるまでの触媒再生リッチ運転の繰り返し回数が多く要求され、触媒再生モードの実行時間が長くなる。
【００４７】
これに対して、図４の中段に示す本実施形態に係る排気浄化装置１０の場合、触媒再生リーン運転時の排ガスすなわち該排ガス中のＯ２がＮＳＲ触媒２４に供給されないため、該ＮＳＲ触媒２４には触媒再生の略全期間中に亘り吸蔵Ｏ２が殆ど存在することがない。このため、排気浄化装置１０では、触媒再生リッチ運転に切り替わった初期から、ＳＯｘの還元に供されるＣＯがＮＳＲ触媒２４に十分に供給され、比較例に対しＳＯｘ放出期間を長くとることができる。すなわち、排気浄化装置１０では、比較例に対し、触媒再生リッチ運転１回あたりのＳＯｘ放出量（図４のハッチング部の面積）が大きくなり、触媒再生リッチ運転の繰り返し回数の減少、触媒再生モードの実行時間の短縮が図られる。
【００４８】
したがって、排気浄化装置１０及び該排気浄化装置１０にて使用される被毒回復方法では、ＮＳＲ触媒２４の吸蔵Ｏ２による還元剤の無駄な消費が抑制され、触媒再生リッチ運転で得られる還元剤を有効利用して効率的にＮＳＲ触媒２４の再生（被毒回復）が行われるため、燃費が向上される。また、触媒再生時間すなわちＮＳＲ触媒２４が高温に曝される時間が短くなるため、ＮＳＲ触媒２４の熱劣化が抑制される。すなわちＮＳＲ触媒２４の長寿命化が図られる。
【００４９】
このように、本発明の実施形態に係る排気浄化装置１０では、触媒再生時にＮＳＲ触媒２４のＯ２吸蔵量を低く保つことで、該ＮＳＲ触媒２４からＳＯｘを効率良く還元して離脱させることができる。
【００５０】
しかも、排気浄化装置１０では、触媒再生リーン運転の排ガスがＮＳＲ触媒２４に供給されないため、短時間の触媒再生リーン運転によってＮＳＲ触媒２４の過度の温度上昇（過熱）を抑制することができる。したがって、排気浄化装置１０では、触媒再生リーン運転の時間短縮によっても触媒再生モードの所要時間を短縮することができる。
【００５１】
また、排気浄化装置１０では、触媒再生モード実行中はリーン運転時にもリタード燃焼させるため、ＮＯｘ生成量が少なく、ＮＯｘの大気放出量が制限される。
【００５２】
なお、上記した実施形態では、触媒再生リッチ運転においてリタード燃焼させる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、通常運転時よりもＥＧＲ（排気再循環）量を増すことで燃焼を遅角させて排気温度を上げるようにしても良い。この場合、膨張行程の後期に燃料噴射を追加することで、還元剤を多く含む排ガスを２４に供給することができる。また、ＥＧＲ量を増すことで、排ガス中のＮＯｘが低減されるので、ＮＯｘの大気放出量が制限される。特に、触媒再生リーン運転時にもＥＧＲ量を増す運転を行う構成とすれば、ＮＯｘの大気放出量が一層制限される。
【００５３】
また、上記した実施形態では、バイパス管２６を通過した排ガスが排気管１６におけるＮＳＲ触媒コンバータ２０の下流に全量合流する例を示したが、本発明はこれに限定されず、該排ガスの一部をＥＧＲとしてディーゼルエンジン１２の吸気系に戻す構成としても良い。また、バイパス管２６の下流端を、排気管１６の大気開放端１６Ｂとは別の大気開放端としても良い。
【００５４】
さらに、上記した実施形態では、排気管１６におけるバイパス管２６の分岐部に三方弁２８が設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、排気管１６におけるバイパス管２６の合流部に三方弁２８を設けた構成としても良く、三方弁２８に代えてバイパス管２６に開閉弁を設けた構成としても良く、三方弁２８に代えてＮＳＲ触媒コンバータ２０の触媒ケース２２におけるＮＳＲ触媒２４の上流又は下流に開閉弁を設けた構成としても良い。また、切替弁としての三方弁２８に代えて開度を調整可能な調整弁を用いた構成としても良い。すなわち、本発明は、触媒再生リーン運転時の排ガスのほぼ全量がＮＳＲ触媒２４をバイパスする構成に限定されることはない。
【００５５】
またさらに、上記した実施形態では、内燃機関としてのディーゼルエンジン１２の排気系１４に本発明が適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、ＮＳＲ触媒２４等の吸蔵還元型でかつＯ２吸蔵能を有する触媒が適用される各種の内燃機関の排気系１４に適用可能である。
【００５６】
また、上記した実施形態では、ＥＣＵ３０がディーゼルエンジン１２の運転制御を兼ねる例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＥＣＵ３０に代えて、触媒再生時を含めディーゼルエンジン１２の運転を制御するエンジンＥＣＵからの触媒再生リッチ運転と触媒再生リーン運転との切り替え信号に基づいて、三方弁２８の開閉状態を切り替える制御装置（ＥＣＵや制御回路等）を備えた構成とすることも可能である。
【００５７】
さらに、上記した実施形態では、排気管１６と並列されたバイパス部としてのバイパス管２６を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、ＮＳＲ触媒コンバータ２０の軸心部や外周部に触媒ケース２２と同軸と成るように２重管構造でバイパス部を形成しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１０ 排気浄化装置
１２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１４ 排気系
２４ ＮＳＲ触媒
２６ バイパス管（バイパス部）
２８ 三方弁（排気可変装置、排気切替装置）
３０ ＥＣＵ（制御装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、
前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、
前記内燃機関の排ガスが前記バイパス部に導かれる量を変化させ得る排気可変装置と、
前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させると共に、前記リーン運転時に前記リッチ運転時よりも前記バイパス部に導かれる排ガス量が多くなるように前記排気可変装置を制御する制御装置と、
を備えた排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、
前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、
前記内燃機関の排ガスの経路を前記排気触媒、前記バイパス部の何れか一方に切り替えるための排気切替装置と、
前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返すと共に、前記リッチ運転時の排ガスが前記排気触媒に導入され、前記リーン運転時の排ガスが前記バイパス部に導入されるように前記排気切替装置を制御する制御装置と、
を備えている。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記第１排ガス成分の生成量が少なくなるように前記内燃機関の運転を制御する請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられた排気触媒から、前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分を還元して除去する際に、
前記内燃機関を、空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させつつ、
前記リッチ運転時の排ガスを前記排気触媒に導入し、
前記リーン運転時の排ガスの前記排気触媒への導入を制限する排気浄化装置の被毒回復方法。
【請求項１】
内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、
前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、
前記内燃機関の排ガスが前記バイパス部に導かれる量を変化させ得る排気可変装置と、
前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させると共に、前記リーン運転時に前記リッチ運転時よりも前記バイパス部に導かれる排ガス量が多くなるように前記排気可変装置を制御する制御装置と、
を備えた排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられ、かつ前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分及び酸素の吸蔵能を有する排気触媒と、
前記排気系に設けられ、前記排気触媒をバイパスするためのバイパス部と、
前記内燃機関の排ガスの経路を前記排気触媒、前記バイパス部の何れか一方に切り替えるための排気切替装置と、
前記排気触媒から第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記内燃機関の空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返すと共に、前記リッチ運転時の排ガスが前記排気触媒に導入され、前記リーン運転時の排ガスが前記バイパス部に導入されるように前記排気切替装置を制御する制御装置と、
を備えている。
【請求項３】
前記制御装置は、前記第２排ガス成分を還元して離脱させる際に、前記第１排ガス成分の生成量が少なくなるように前記内燃機関の運転を制御する請求項１又は請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
内燃機関の第１排ガス成分を吸蔵して還元により浄化するために該内燃機関の排気系に設けられた排気触媒から、前記第１排ガス成分を還元する際には還元されない第２排ガス成分を還元して除去する際に、
前記内燃機関を、空燃比が低いリッチ運転と空燃比が高いリーン運転とを交互に繰り返させつつ、
前記リッチ運転時の排ガスを前記排気触媒に導入し、
前記リーン運転時の排ガスの前記排気触媒への導入を制限する排気浄化装置の被毒回復方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１２２４７７（Ｐ２０１１−１２２４７７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７８９７８（Ｐ２００９−２７８９７８）
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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