JP2006161668A - 排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 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、硫黄被毒再生のための脱硫制御でのＨ2 Ｓの発生量を抑えてＳＯ2 の割合を増加することができ、しかも、この脱硫制御中の触媒温度維持を可能とする排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムを提供する。
【解決手段】 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を回復するための脱硫制御で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側にする制御とリーン側にする制御とを交互に繰り返すと共に、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、０．８５〜０．９５とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、１．０５〜１．１５とする。
【選択図】 図２
【解決手段】 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を回復するための脱硫制御で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側にする制御とリーン側にする制御とを交互に繰り返すと共に、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、０．８５〜０．９５とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、１．０５〜１．１５とする。
【選択図】 図２
Description
本発明は、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）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システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムに関する。
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。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、基本的に、アルミナ等の触媒担体上に、酸化・還元反応を促進する白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の貴金属類と、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属等で形成されるＮＯｘを吸蔵・放出する機能を有するＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持した触媒である。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン（酸素過多）状態であって雰囲気中に酸素（Ｏ2 ）が存在する場合には、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が貴金属類により酸化されて二酸化窒素（ＮＯ2 ）となり、このＮＯ2 はＮＯｘ吸蔵材に硝酸塩（Ｂａ2 ＮＯ4 等）として蓄積される。
また、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ（低酸素濃度）状態になって雰囲気中に酸素が存在しなくなると、Ｂａ等のＮＯｘ吸蔵材は一酸化炭素（ＣＯ）と結合し、硝酸塩からＮＯ2 が分解放出され、この放出されたＮＯ2 は貴金属類の三元機能により排気ガス中に含まれている未燃炭化水素（ＨＣ）やＣＯ等で還元され窒素（Ｎ2 ）となり、排気ガス中の諸成分は、二酸化炭素（ＣＯ2 ），水（Ｈ2 Ｏ），Ｎ2 等の無害な物質として大気中に放出される。
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吸蔵能力が飽和に近くなると、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ＮＯｘ再生操作を行っている。
しかしながら、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、硫黄被毒による性能劣化という問題がある。つまり、燃料中に含まれている硫黄（サルファー）が燃焼によって二酸化硫黄（ＳＯ2 ）となり、ＮＯ2 と同様に吸蔵材に吸蔵された後、硫酸バリウム（Ｂａ2 ＳＯ4 ）等の硫酸塩を生成するため、ＮＯ2 の吸蔵能力が減少してしまう現象が生じるのである。
そのため、適時硫酸塩が分解し易い環境を作り、脱硫制御を行う必要がある。この脱硫に必要な条件の一つは、触媒によって多少差があるが、６００℃以上の高温である。また、酸素濃度に関しては、Ｏ2 があると還元剤（ＨＣ，ＣＯ）が酸化のためにＯ2 を使うため、硫酸塩（Ｂａ2 ＳＯ4 ）の分解が促進されず脱硫が起こらない。
一方、Ｏ2 が全く存在しないと硫黄は水素（Ｈ2 ）と結合し硫化水素（Ｈ2 Ｓ）という有害なガスとなり排出されるため、Ｈ2 Ｓを再度酸化しＳＯ2 として放出する必要がある。また、酸化反応による熱の発生が少ないので、脱硫中に触媒温度が低下するので、Ｈ2 Ｓの酸化に必要なだけの微量のＯ2 を含んだ雰囲気条件が必要となる。
そのため、触媒入口側の空燃比を理論空燃比以上のリッチ状態に維持すると、酸素が不足するために、放出されたＳＯ2 と還元剤のＨＣとが反応して、悪臭を発散させるＨ2 Ｓの発生率が高くなるという問題がある。
一方、触媒出口の酸素濃度をストイキ状態に固定した場合には、図４の右端Ａに示すように、Ｈ2 Ｓを低減することはできるが、脱硫量が１／５以下に低下してしまうため、触媒温度を７００℃程度の高温度にする硫黄パージのための脱硫制御時間が長くなり、そのため、コスト悪化、触媒の劣化に至るという問題が生じる。
また、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒再生（回復）のための脱硫制御に関して、ＳＯｘ吸収剤（ＮＯｘ吸収剤）からのＳＯｘ放出の効率向上を図るために、ＳＯｘ吸収剤出口における排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）になるようにＳＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比を制御し、この空燃比制御において、初めにＳＯｘ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチに制御し、その後、漸次流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比に近づけるように制御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。）。
しかしながら、この内燃機関の排気浄化装置のように、ＳＯｘ吸収剤出口における排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）になるように、触媒入口側の空気過剰率λを１．０以下のリッチ状態に維持すると、酸素が不足するために、放出されたＳＯ2 と還元剤のＨＣとが反応し、Ｈ2 Ｓが発生するという問題がある。
なお、脱硫制御時において、過リッチ値を防止するために、ＳＯｘ被毒回復時には、ＥＣＵ（制御装置）はフィルタに流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする、燃料添加制御（所謂リッチスパイク制御）を実行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２参照。）。
しかし、この排気浄化装置は、酸素が不足するためにＳＯ2 からＨ2 Ｓへの変化への対応では無い。また、実用的には、このリッチとリーンの具体的な空燃比の数値やリッチの期間とリーンの時間が必要となるが、これらの具体的な組み合わせについて言及していない。
特開２０００−１７０５２５号公報
特開２００３−３３６５１８号公報（第５頁）
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、硫黄被毒再生のための脱硫制御でのＨ2 Ｓの発生量を抑えてＳＯ2 の割合を増加することができ、しかも、この脱硫制御中の触媒温度維持を可能とする排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムを提供することにある。
以上のような目的を達成するための排気ガス浄化システムの脱硫制御方法は、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た排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を回復するための脱硫制御で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側にする制御とリーン側にする制御とを交互に繰り返すと共に、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、０．８５〜０．９５とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、１．０５〜１．１５とすることを特徴とする方法として構成される。
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。
この触媒入口側の空燃比を制御する方法により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒回復（再生、硫黄パージ）のための脱硫制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口の空燃比を空気過剰率換算で０．８５〜０．９５、好ましくは０．９のリッチ状態と１．０５〜１．１５好ましくは１．１のリーン状態の間で、周期的に繰り返す。これにより、排気昇温のための還元剤を充分に確保すると共に、Ｈ2 ＳをＳＯ2 に酸化するための酸素量も必要量与えることができる。なお、これらの具体的な数値は実験から導いたものである。
つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口の空燃比を一時的に１．０５〜１．１５のリーン状態にすることで、排気ガス昇温及び酸素雰囲気を適切なものとし、Ｈ2 Ｓを酸化してＳＯ2 にするだけの調度よい量のＯ2 を供給することが可能となり、確実にＨ2 ＳをＳＯ2 に酸化できる。従って、ＳＯ2 での脱硫の促進と、この酸化で発生する熱により脱硫制御中の温度維持とが可能となる。これにより、Ｈ2 Ｓの発生量を抑えてＳ2 Ｏの割合を高めると共に、発生するＳＯ2 の量を確保し、早期に硫黄パージを完了して脱硫制御を短時間で終了できる。
更に、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比が脱硫制御中においてストイキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御する。
つまり、触媒出口側（後流側）のＯ2 センサの値が常にストイキ以下となるようにし、もしも、浅いリッチ時にはストイキ空燃比を目標として維持するように、入口側の空燃比やリッチ／リーンのインターバルの目標値をフィードバック制御する。これにより、触媒中段以降は常にストイキ空燃比以下になるので脱硫可能となる。
また、上記の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、前記脱硫制御において繰り返す、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御＝５：２〜４：３とする。これらの制御により、脱硫に適した還元剤量と酸素量の割合を適切なものにすることができる。なお、これらの具体的な数値は実験から導いたものである。
そして、以上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吸蔵還元型触媒と該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を回復するための脱硫制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側にする制御とリーン側にする制御とを交互に繰り返すと共に、前記脱硫制御手段が、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、０．８５〜０．９５とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、１．０５〜１．１５とするように構成される。
そして、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比がストイキ（理論空燃比）状態になるようにフィードバック制御する。
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御手段が、前記脱硫制御において繰り返す、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御＝５：２〜４：３とする。
本発明に係る排気ガス浄化システムの脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口の空燃比を空気過剰率換算で０．８５〜０．９５のリッチ状態と１．０５〜１．１５のリーン状態の間で、周期的に繰り返し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流でストイキになるようにフィードバック制御するので、排気昇温のための還元剤を充分に確保できると共に、Ｈ2 ＳをＳＯ2 に酸化するための酸素を必要量だけ与えることができる。
つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリッチ状態に維持し続けずに、間欠的に繰り返しリーン状態にすることで、確実にＨ2 ＳをＳＯ2 に酸化でき、脱硫の促進と脱硫のための高温維持とが可能となる。
これにより、酸素雰囲気及び排気ガス温度を適切なものとし、Ｈ2 Ｓの発生量を抑えてＳＯ2 の割合を高めると共に、発生する脱硫量を確保し、早期に硫黄パージを完了して脱硫制御を短時間で終了できるようになる。
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの脱硫制御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。
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では、エンジン（内燃機関）Ｅの排気通路４に、上流側から酸化触媒１１ａとＤＰＦ１１ｂとＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃを有する排気ガス浄化装置１０が配置される。
この酸化触媒１１ａは、コージェライト、ＳｉＣ、又はステンレスの構造材で形成された、多数の多角形セルを有するモノリス触媒で形成される。このセルの内壁には表面積を稼いでいる触媒コート層があり、その大きい表面に、白金やバナジウム等の触媒金属を担持して触媒機能を発生させる。
ＤＰＦ１１ｂは、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成でき、排気ガス中のＰＭ（微小粒子）を捕集する。このＤＰＦ１１ｂはＰＭの燃焼除去を促進するために酸化触媒やＰＭ酸化触媒を担持する場合もある。
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃ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。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃ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。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの上流側と下流側、即ち、前後に上流側空気過剰率センサ（λセンサ）１３と下流側酸素濃度センサ（Ｏ2 センサ）１４をそれぞれ配置する。
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの温度を判定するための上流側温度センサー１５と下流側温度センサー１６をＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの上流側と下流側、即ち、前後にそれぞれ配置する。
更に、排気ガス浄化装置１０の上流側の排気通路４に、ＮＯｘの還元剤となる炭化水素（ＨＣ）を供給するＨＣ供給弁（燃料噴射用インジェクター）１２を設ける。このＨＣ供給弁１２は、図示しない燃料タンクからエンジンの燃料である軽油等の炭化水素（ＨＣ）を排気通路４内に直接噴射して、排気ガスの空燃比をリッチ状態やストイキ状態（理論空燃比状態）にするためのものである。なお、エンジンＥのシリンダ内の燃料噴射においてポスト噴射することにより、同様な空燃比制御を行う場合には、このＨＣ供給弁１２の配設を省略できる。
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１１ｃ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）２０が設けられる。この制御装置２０に上流側λセンサ１３，下流側Ｏ2 センサ１４や上流側及び下流側温度センサ１５，１６等からの検出値が入力され、この制御装置２０からエンジンＥのＥＧＲ弁６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８や吸気絞り弁（吸気スロットル弁）９等を制御する信号が出力される。
この排気ガス浄化システム１においては、空気Ａは、吸気通路２のマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１７とターボチャジャー３のコンプレッサー３ａを通過して、吸気絞り弁９によりその量を調整されて吸気マニホールド２ａ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、排気マニホールド４ａから排気通路４に出てターボチャジャー３のタービン３ｂを駆動し、排気ガス浄化装置１０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５のＥＧＲクーラー７を通過し、ＥＧＲ弁６でその量を調整されて吸気マニホールド２ａに再循環される。
そして、排気ガス浄化システム１の制御装置が、エンジンＥの制御装置２０に組み込まれ、エンジンＥの運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１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、ＤＰＦ１１ｂのＰＭを除去するＰＭ再生制御やＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃのＮＯｘ吸蔵能力を回復するＮＯｘ再生制御やＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの硫黄被毒を回復する脱硫制御等の排気ガス浄化システムの制御を行う。
このＰＭ再生制御は、ＤＰＦ１１ｂへのＰＭの蓄積量が増加して目詰まり状態が悪化した時に、排気ガス温度を昇温して、ＤＰＦ１１ｂに捕集されたＰＭを酸化して除去する制御である。
また、ＮＯｘ再生制御は、エンジンの運転状態から単位時間当たりのＮＯｘの排出量ΔＮＯｘを算出し、これを累積計算したＮＯｘ累積値ΣＮＯｘが所定の判定値Ｃｎを超えた時に再生を開始し、あるいは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの上流側と下流側に配置したＮＯｘ濃度センサ（図示しない）で検出したＮＯｘ濃度からＮＯｘ浄化率を算出し、このＮＯｘ浄化率が所定の判定値より低くなった場合にＮＯｘ触媒の再生を開始する。
そして、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が、この制御では、ＥＧＲ弁６を制御してＥＧＲ量を増加させたり、吸気絞り弁９を制御して新規の吸気量を減少させたりして、排気ガスの空燃比を低下させたり、排気管内噴射又はシリンダ内噴射におけるポスト噴射等により、排気ガス中へ燃料を添加して空燃比を低下させる。
これらの制御により、排気ガスの状態を所定の目標空燃比状態にすると共に、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。
そして、本発明において、脱硫制御は、次のように行われる。
この脱硫制御は、硫黄（サルファ）蓄積量を積算し、硫黄蓄積量が所定の判定値以上になると、ＮＯｘ吸蔵能力が低下するまで硫黄が蓄積したとして、脱硫（サルファパージ）制御を開始するが、この脱硫制御においては、硫酸塩は触媒により差があるが、概ね６００℃〜７００℃のリッチ条件にならないと分解放出しないため、エネルギーの効率的運用の面から、この脱硫制御に先立って、ＤＰＦ１１ｂのＰＭ再生制御を行い、ＰＭ燃焼による排気温度上昇と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの昇温を行う。
この排気ガス浄化システムの脱硫制御方法は、図２に示すように、吸気絞り９とＥＧＲ弁６を開弁制御して吸入空気量やＥＧＲガスなどのガス量を一定にすると共に、ポスト噴射又は排気管噴射により、高温リッチな雰囲気を作る。更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの入口側の空燃比を、空気過剰率（λ）換算で０．８５〜０．９５、好ましくは０．９のリッチ側にする制御と、空気過剰率換算で１．０５〜１．１５、好ましくは１．１のリーン側にする制御とを交互に繰り返して行う。
また、この脱硫制御において、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御（Ｒ：Ｌ）＝５：２〜４：３とする。なお、リッチ側にする制御とリーン側にする制御のサイクル１回あたりの時間は、例えば、リッチ側にする制御の時間は、３ｓ〜５ｓ程度であり、リーン側にする制御の時間は、２ｓ〜４ｓ程度であり、このサイクルを繰り返す脱硫制御の開始から終了までの時間は３ｍｉｎ程度である。
この触媒入口側の空燃比を制御する方法により、排気昇温のための還元剤を充分に確保すると共に、Ｈ2 ＳをＳＯ2 に酸化するための酸素も必要量与えることができる。
そして、この入口側の空燃比をリッチ状態を維持し続けずに、繰り返しリーン状態にすることで、排気ガス昇温及び酸素雰囲気を適切なものとし、Ｈ2 Ｓを酸化してＳＯ2 にするだけのＯ2 を供給することができる。
その結果、確実にＨ2 ＳをＳＯ2 に酸化でき、Ｈ2 Ｓの悪臭を防止できると共に、ＳＯ2 での脱硫の促進と、この酸化で発生する熱により脱硫制御中の温度維持とが可能となる。これにより、Ｈ2 Ｓの発生量を抑えてＳＯ2 の割合を高めると共に、発生するＳＯ2 の量を確保し、早期に硫黄パージを完了して脱硫制御を短時間で終了できる。
更に、この脱硫制御方法において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１ｃの出口側の空燃比が脱硫制御中においてストイキ状態になるように入口側の目標空燃比をフィードバック制御すると共に、この入口側の空燃比を、吸入吸気量と負荷（燃料噴射量）から算出する。
つまり、触媒出口側（後流側）の下流側Ｏ2 センサ１４の値が常にストイキ以下となるようにし、もしも、浅いリッチ時にはストイキ空燃比となるように、入口空燃比の目標値をフィードバック制御する。これにより、触媒中段以降を常にストイキ空燃比以下にして脱硫可能にすることができる。
図３にこの制御フローの例を示す。この脱硫制御フローは、排気ガス浄化システム１の制御フローから繰り返し呼ばれて、脱硫再生制御が必要なければそのままリターンし、脱硫再生制御が必要であれば、この脱硫制御を行って、完了した時点でリターンするものとして例示されている。
この脱硫制御フローでは、ステップＳ１１で、脱硫再生時期か否かを判定する。このスッテプＳ１１の判定で脱硫再生時期でないと判定された場合には、リターンし、脱硫再生時期であると判定された場合には、ステップＳ１２に行き、脱硫再生制御を開始する。また、脱硫時間ｔｓのタイマーをスタートさせて、脱硫再生制御の経過時間ｔｓを計測し始める。
そして、次のステップＳ１３で、所定の時間ｔr0の間リッチ状態とする脱硫リッチ側制御を行う。次のステップＳ１4 で、脱硫時間ｔｓのチェックを行い、脱硫再生制御が終了か否かを判定する。脱硫時間ｔｓが所定の脱硫完了時間ｔs0を超えた場合には、脱硫完了としてステップＳ１８で脱硫再生終了の作業を行い、リターンする。
また、脱硫時間ｔｓが所定の脱硫完了時間ｔs0を超えていない場合には、ステップＳ１５で、所定の時間ｔl0の間リーン状態とする脱硫リーン側制御を行う。このステップＳ１５の後のステップＳ１６で、脱硫再生制御中の触媒出口側λ（空気過剰率）あるいは触媒出口酸素濃度のチェックを行う。この触媒出口側λがストイキでない場合（λ＞１．０）には、ステップＳ１７で、リーン時間ｔl0の短縮、触媒入口側λに関するリーン目標λl0の低下、触媒入口側λに関するリッチ目標λr0の低下のいずれか一つ又は組み合わせを行い、触媒出口側λが低下するようにしてから、ステップＳ１３に戻る。また、この触媒出口側λがストイキである場合（λ≦１．０）には、そのまま、ステップＳ１３に戻る。
そして、ステップＳ１3 の脱硫リッチ側制御とステップＳ１5 の脱硫リーン側制御を繰り返す間欠パルス制御を、脱硫時間ｔｓが所定の脱硫完了時間ｔs0を超えるまで行う。そして、ステップＳ１4 で、脱硫時間ｔｓが所定の脱硫完了時間ｔs0を超えると、脱硫完了としてステップＳ１８で脱硫再生終了の作業を行い、リターンする。
脱硫制御の違いによる硫化水素排出割合の変化をみるために、連続リッチ制御１例と、本発明の間欠パルス制御４例とを行い、その結果を図４〜図６に示す。
いずれの脱硫制御においても、その前に、ＤＰＦ１１ｂの再生を行い、ＰＭ燃焼による排気ガス温度Ｔｇｉｎの上昇と触媒温度の上昇を図っている。
従来例の連続リッチ制御では、λで示される触媒の入口側の空気過剰率を目標空燃比０．９とし、３分間の脱硫制御中一定とした。この脱硫制御では、脱流量は０．２６ｇで、平均硫化水素割合は８９％で殆どが硫化水素（Ｈ2 Ｓ）となって排出されていることが分かった。なお、図中「Ｏ2 」で示される触媒下流側の酸素濃度は最初は小さいが徐々に増加する。
本発明の実施例の間欠パルス制御においては、目標空燃比をリッチ空燃比では、空気過剰率換算で０．９に、リーン空燃比では空気過剰率換算で１．１に設定した。そして、間欠パルス制御のリッチ制御時間（Ｒ）とリーン制御時間（Ｌ）を、実施例（１）では（Ｒ／Ｌ＝５ｓ／２ｓ），実施例（２）では（Ｒ／Ｌ＝５ｓ／３ｓ），実施例（３）では（Ｒ／Ｌ＝４ｓ／３ｓ），実施例（４）では（Ｒ／Ｌ＝３ｓ／３ｓ）とした。
その結果、脱流量と図中「Ｈ2 Ｓ」で示される平均硫化水素割合は、それぞれ、実施例（１）では０．３２ｇと７４％，実施例（２）では０．３１ｇと６６％，実施例（３）では０．３０ｇと５０％，実施例（４）では０．０６ｇと３４％となった。また、図中「Ｏ2 」で示される触媒下流側の酸素濃度も図４及び図５のようになった。
この図４及び図５で得られた結果の内、１パージあたりの脱硫量Ｓと平均硫化水素割合Ｈ2 Ｓを、まとめて図６に図示した。図６によれば、今回の実施例中では、実施例（３）が脱硫量Ｓが多く、かつ、平均硫化水素割合Ｈ2 Ｓが低く、最適な制御条件となった。
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
２ 吸気通路
４ 排気通路
５ ＥＧＲ通路
６ ＥＧＲ弁
８ 燃料噴射弁
９ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
１０ 排気ガス浄化装置
１１ａ 酸化触媒
１１ｂ ＤＰＦ
１１ｃ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１２ ＨＣ供給弁
１３ 上流側空気過剰率センサ（上流側λセンサ）
１４ 下流側酸素濃度センサ（下流側Ｏ2 センサ）
１５ 上流側温度センサ
１６ 下流側温度センサ
１ 排気ガス浄化システム
２ 吸気通路
４ 排気通路
５ ＥＧＲ通路
６ ＥＧＲ弁
８ 燃料噴射弁
９ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
１０ 排気ガス浄化装置
１１ａ 酸化触媒
１１ｂ ＤＰＦ
１１ｃ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１２ ＨＣ供給弁
１３ 上流側空気過剰率センサ（上流側λセンサ）
１４ 下流側酸素濃度センサ（下流側Ｏ2 センサ）
１５ 上流側温度センサ
１６ 下流側温度センサ
Claims (6)
- 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た排気ガス浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を回復するための脱硫制御で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側にする制御とリーン側にする制御とを交互に繰り返すと共に、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、０．８５〜０．９５とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、１．０５〜１．１５とすることを特徴とする排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
- 前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比が脱硫制御中においてストイキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
- 前記脱硫制御において繰り返す、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御＝５：２〜４：３とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
- 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吸蔵還元型触媒と該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を回復するための脱硫制御を行う触媒再生制御装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側にする制御とリーン側にする制御とを交互に繰り返すと共に、前記脱硫制御手段が、前記入口側の目標空燃比を、前記リッチ側にする制御では、空気過剰率換算で、０．８５〜０．９５とし、前記リーン側にする制御では、空気過剰率換算で、１．０５〜１．１５とすることを特徴とする排気ガス浄化システム。
- 前記脱硫制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出口側の空燃比が脱硫制御中においてストイキ状態になるように前記入口側の目標空燃比をフィードバック制御することを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化システム。
- 前記脱硫制御手段が、前記脱硫制御において繰り返す、リッチ側にする制御とリーン側にする制御の時間割合をリッチ側制御：リーン側制御＝５：２〜４：３とすることを特徴とする請求項４又は５に記載の排気ガス浄化システム。
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