JP2006336518A - 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＮＯｘ浄化触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても酸素濃度センサの検出値からＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判断し、次回の再生制御開始までのリーン期間を的確に設定することができ、ＮＯｘ浄化率の低下を防ぐ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浄化触媒２２の上流側酸素濃度λinがリッチ空燃比状態に変化する時刻から、下流側酸素濃度λout がリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間ｔrmと、リッチ深さλin、排気ガスの流量Ｑexh 、および、排気ガスの温度Ｔexh の少なくとも１つとの関係から、触媒劣化度合い推定値Ｄceを算出し、該触媒劣化度合い推定値Ｄceから、次回のＮＯｘ浄化触媒２２の再生制御開始までのインターバルｔl1，ｔl2を決定する。
【選択図】 図２
【解決手段】 ＮＯｘ浄化触媒２２の上流側酸素濃度λinがリッチ空燃比状態に変化する時刻から、下流側酸素濃度λout がリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間ｔrmと、リッチ深さλin、排気ガスの流量Ｑexh 、および、排気ガスの温度Ｔexh の少なくとも１つとの関係から、触媒劣化度合い推定値Ｄceを算出し、該触媒劣化度合い推定値Ｄceから、次回のＮＯｘ浄化触媒２２の再生制御開始までのインターバルｔl1，ｔl2を決定する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、ＮＯｘ浄化触媒を備え、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排気ガス浄化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。その中に、ディーゼルエンジン用のＮＯｘ低減触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等があり、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、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、ゼオライト等の酸化物担持層に、酸化・還元反応を促進する触媒貴金属と、ＮＯｘ吸蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持した触媒である。この触媒貴金属としては、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等が用いられ、ＮＯｘ吸蔵材には、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｅ）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）等の希土類等の中の幾つかが用いられる。
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、この二酸化窒素は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、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材は一酸化炭素（ＣＯ）と結合し、硝酸塩から二酸化窒素が分解放出され、この放出された二酸化窒素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）や一酸化炭素（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），窒素（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、吸蔵されたＮＯｘを放出させて触媒を再生するために、理論空燃比より燃料を多くして排気ガスの空燃比をリッチにして、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、還元組成排気ガスを触媒に供給する必要がある。このＮＯｘ吸蔵能力回復用のリッチ制御を行うことにより吸収したＮＯｘを放出させて、この放出されたＮＯｘを貴金属触媒により還元させる再生操作を行っている。
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を効果的に機能させるためには、リーン状態で吸蔵したＮＯｘを還元するのに必要十分な量の還元剤をリッチ状態時に供給する必要があり、ディーゼル機関では、リッチの状態を燃料系のみで実現しようとすると、燃費が悪化するので、還元排気ガスを発生させるために、吸気を絞り弁で絞ると共に、ＥＧＲ弁を開いて、ＥＧＲガスを大量に供給し、吸気量を減少すると共に、リッチ深さを深くするため燃料を追加し、シリンダ内燃焼をリッチ燃焼に切り替えている。
一方、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。
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排気ガスの空燃比が、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近い状態にして、触媒の活性物質を再生して活性化する必要がある。
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と同様に、通常のエンジン運転状態である排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを浄化し、この浄化に際して、酸化した触媒をリッチ状態の場合に還元して、ＮＯｘ浄化能力を回復する。
なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等の排気ガス中の硫黄によってＮＯｘ浄化能力が低下する硫黄被毒からの回復に際しても、空燃比や触媒温度は多少異なるが、同様に、排気ガスをリッチ空燃比状態にする脱硫制御と呼ばれる再生制御が行われる。
この再生制御のリッチ空燃比制御においては、ＥＧＲ制御や吸気絞り等の吸気系リッチ制御とシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射や排気管内直接噴射等の燃焼系リッチ制御によって、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の排気ガスの空燃比がリッチ空燃比になるように、かつ、ＮＯｘ浄化触媒の下流側の排気ガスの空燃比がストイキ空燃比（理論空燃比）になるように制御している。
このリッチ期間の間、ＮＯｘ浄化能力の回復に際してＮＯｘ浄化触媒から酸素が放出されるので、下流側の排気ガスの空燃比は酸素濃度換算で０．２％程度となっているが、ＮＯｘ浄化能力の回復が終了すると、ＮＯｘ浄化触媒からの酸素の放出が終了するので、下流側の排気ガスの空燃比は酸素濃度換算で０％程度となる。この現象を利用して、下流側の排気ガスの空燃比（酸素濃度）をモニターして、この変化を捉えて、再生制御のリッチ空燃比制御を終了している。
また、再生制御の開始時期に関しては、実験等のように、ＮＯｘ濃度センサを用いることができる場合には、ＮＯｘ浄化触媒の前後のＮＯｘ濃度の差から算出したＮＯｘ浄化率を基に、再生開始を判断する。この場合には、ＮＯｘ浄化触媒の劣化に係わらず、再生開始時期を正確に検知できる。
しかしながら、このＮＯｘ濃度センサは、未だ高価であるため、量産品に使用するのは難しいため、前回の再生制御から次回の再生制御までのリーン制御時間が所定のリーン期間を超えた場合に再生開始としたり、エンジンの運転状態からリーン空燃比状態の間に浄化されるＮＯｘの量を推定し、これを累積計算して、この推定ＮＯｘ累積量が所定の限界値を超えたときに再生開始としている。
しかしながら、ＮＯｘ浄化触媒の劣化が進むと、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒では触媒内のＮＯｘ吸蔵材の減少やシンタリング（焼結）によって吸蔵効率が低下するため、ＮＯｘ吸蔵可能量が低下したり、また、ＮＯｘ直接還元型触媒では触媒の活性物質の還元能力が低下したりして、ＮＯｘ浄化能力が低下し、再生制御が必要になるまでのリーン期間（リーンインターバル）が短くなったり、限界値が小さくなってくる。
なお、このＮＯｘ浄化触媒の劣化の主なものは熱劣化であり、これは徐々に進行し回復は見込めない。また、ＮＯｘ浄化触媒の劣化の原因の一つに硫黄被毒による劣化があるが、これは硫黄パージによる再生制御で回復できる。
そのため、この触媒劣化によるリーン期間の短縮を考慮せずに、固定した判定用リーン期間の間隔で再生制御を行う場合には次のような問題が生じる。つまり、実際のリーン期間が判定用リーン期間より短くなると、実際のリーン期間を経過してから判定用リーン期間になるまでの間は、ＮＯｘ浄化率が低下した状態のままとなる。また、判定用リーン期間が実際のリーン期間がより短く設定されていると、判定用リーン期間から実際のリーン期間になるまでのＮＯｘ浄化能力を利用できず、再生制御の際のリッチ空燃比にするための燃料や排気ガスを昇温するための燃料を効率良く利用できない。そのため、燃費が悪化する。
このＮＯｘ浄化触媒の劣化判定方法の一つとして、図１３に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側の第１酸素濃度センサの出力値（触媒入口空気過剰率λin）がリッチ空燃比を示す値に変化した時点から、下流側の第２酸素濃度センサの出力値（触媒出口空気過剰率λout ）がリッチ空燃比を示す値となるまでの時間ｔrm（計測遅れ時間：計測リッチ期間）を用いて、ＮＯｘ吸収剤の劣化を判定している（例えば、特許文献１、２参照。）。
しかしながら、特許文献１の劣化判定方法では、計測遅れ時間が、所定判定時間より短いとき、ＮＯｘ吸収剤が劣化していると判定しているが、所定判定時間を、例えば、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が新品の５０％程度になったときの遅れ時間に対応するように実験により決定している。このように、特許文献１では、劣化しているか否かの判定のみであり、再生制御におけるリッチ制御時間の設定等に使用することはできない。
また、特許文献２では、計測遅れ時間とＮＯｘ吸収量の推定値との相関から、より詳細には、計測遅れ時間と、触媒温度を加味したＮＯｘ吸収量の推定値に見合った遅れ時間との比較からＮＯｘ吸収性能の劣化度合いを診断している。また、始動後初回のリッチ反転時に計測された遅れ時間のみに基づいて劣化度合いを判定することにより、触媒温度が高温から低温に移行する時に劣化診断が行われることを回避して劣化診断の精度を向上させている。
しかしながら、本発明者らは多くの実験により、この遅れ時間は、ＮＯｘ吸蔵材に吸収されたＮＯｘ吸蔵量（ＮＯｘ吸収量）と触媒温度だけに依存するものではなく、リッチ空燃比状態におけるリッチ深さ、排気ガスの流量、排気ガスの温度とも複雑に絡み合っており、特許文献２の図７のような遅れ時間と触媒温度とＮＯｘ吸収性能の劣化度合いとの単純な関係だけではないとの知見を得た。
例えば、リッチ深さが変わるとＮＯｘ還元速度が変化し、深い方が早く還元が終了する。また排気ガスの流量が多くなると早く還元が終了するので、触媒の劣化を判定する場合、上記要素を加味しないと劣化の判定ができない。このため、前記特許文献２では正確な劣化状態の判断はできない。
特開平１０−２９９４６０号公報
特開平１１−６２５６２号公報
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、流入する排気ガスがリッチ状態の時にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても酸素濃度センサの検出値からＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判断し、次回の再生制御開始までのインターバルであるリーン期間を的確に設定することができ、ＮＯｘ浄化率の低下を防ぐ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。
以上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を浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化方法において、リッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度の少なくとも１つと、前記計測リッチ期間との関係から、触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から、次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定することを特徴とする。
ここでいうＮＯｘ浄化触媒にはＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等があり、ＮＯｘ浄化能力の回復には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復や硫黄被毒からの回復、また、ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ還元能力の回復や硫黄被毒からの回復等を含む。
そして、本発明においては、リッチ期間は触媒上流側のリッチ深さ（還元剤量に関係する。）や排気ガスの流量や排気ガスの温度に深く関係するので、触媒の新品状態から耐久性試験を行い、リッチ期間と、リッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度の少なくとも１つとの関係をマップデータなどで求めておき、これらの関係と計測したリッチ期間との関係から、触媒劣化度合い推定値を算出する。そして、この触媒劣化度合い推定値に基づいて、次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定すると、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても、次回の再生制御開始までのインターバル（リーン期間）を的確に設定することができる。
更に、上記の排気ガス浄化方法において、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さと、排気ガスの流量と、排気ガスの温度とから、予め設定されたリッチ深さと計測リッチ期間に対する触媒劣化度合いの第１の関係、排気ガスの流量と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第２の関係、排気ガスの温度と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第３の関係から、それぞれ第１〜第３の触媒劣化度合いを算出し、該第１〜第３の推定触媒劣化度合いから触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から、前回の再生制御終了から次回の再生制御開始までのリーン期間に関する再生開始判定用のリーン期間を、予め設定された触媒劣化度合いに対する判定用のリーン期間の第４の関係から算出し、該算出された判定用のリーン期間に現状の判定用のリーン期間を更新することを特徴とする。
そして、この方法では、触媒の新品状態から耐久性試験を行い、リッチ期間とリッチ深さをベースに触媒劣化度合いを示す第１マップデータＭ1 （図３）、リッチ期間と排気ガスの流量をベースに触媒劣化度合いを示す第２マップデータＭ2 （図４）、リッチ期間と排気ガスの温度をベースに触媒劣化度合いを示す第３マップデータＭ3 （図５）の三つのマップデータを作成する。そして、ある程度の走行距離以上であれば、走行距離と触媒劣化度合いの関係は概ね線型（リニア）の関係になるので、数点の所定の走行距離毎に、この走行距離に対してそれぞれ数点のリッチ深さ、排気ガスの流量、排気ガスの温度で実験を行い、この実験結果を用いて、これらのマップデータＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 の一部を作成し、それ以上の走行距離に対しては線型の関係を利用して算出した計算値を用いて第１〜第３のマップデータＭ1 ，Ｍ2 ，Ｍ3 を完成する。
また、触媒劣化度合いと判定用のリーン期間との関係を示す第４マップデータＭ4 （図６）, 第５マップデータＭ5 （図７）を作成する。この第４マップデータＭ4 と第５マップデータＭ5 は、触媒劣化度合いに応じて、それぞれのＮＯｘ浄化能力回復用再生制御または硫黄被毒回復用再生制御のための判定用のリーン期間（リーンインターバル）の関係を決めるが、この判定用のリーン期間は、ＮＯｘ浄化率が低下した期間を含まないように短くして、ＮＯｘ浄化率が低下するのを防止できるようにするが、一方で、短くし過ぎてＮＯｘ浄化率に余裕があるにも係わらず再生制御を開始して再生制御回数が増加することを回避して、再生制御による燃費の悪化を極力抑えるように設定される。
そして、この方法では、この判定用のリーン期間は、ＮＯｘ浄化率が低下しないように、第１〜第３の触媒劣化度合いから触媒劣化度合い推定値を求め、この触媒劣化度合い推定値に対する判定用のリーン期間を第４マップデータＭ4 と第５マップデータＭ5 を用いて算出し、現状の判定用のリーン期間をこの新たに算出された判定用のリーン期間に変更する。
あるいは、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を浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化方法において、リッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度との関係から閾値リッチ期間を求め、前記閾値リッチ期間と前記計測リッチ期間とを比較し、前記閾値リッチ期間が前記計測リッチ期間よりも大きい時は、前記計測リッチ期間に対する触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定することを特徴とする。
この方法では、リッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度の３つのパラメータの３次元のマップデータから閾値リッチ期間を求める。
この３次元のマップデータとは、ＮＯｘ浄化触媒が劣化していない新品時のリッチ期間を実験的に求めて、このリッチ期間を閾値リッチ期間としてマップデータ化したものである。例えば、排気ガスの温度別のリッチ深さと排気ガスの流量の２次元のマップデータを複数揃えて、３次元のマップデータを構成し、排気ガスの温度、及び、リッチ深さと排気ガスの流量から、これらのマップデータを参照して閾値リッチ期間を算出する。なお、排気ガスの温度がこれらのマップデータの排気ガスの温度の間になった時は、補間により求める。
そして、この閾値リッチ期間と、実測された計測リッチ期間とを比較することにより、ＮＯｘ浄化触媒が劣化しているか否かを判断し、劣化していると判定されたときには、閾値リッチ期間と計測リッチ期間との差や比等から触媒劣化度合いを推定し、この触媒劣化度合い推定値に対応させて、再生制御開始までのインターバルを短くする。
これにより、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても、次回の再生制御開始までのリーン期間を的確に設定することができる。この方法を採用すると、３次元のマップデータを用いるので、演算が早くなるという利点がある。
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を浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度の少なくとも一つと、前記計測リッチ期間との関係から、触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から、次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定するように構成される。
あるいは、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を浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さと、排気ガスの流量と、排気ガスの温度とから、予め設定されたリッチ深さと計測リッチ期間に対する触媒劣化度合いの第１のマップデータ、排気ガスの流量と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第２のマップデータ、排気ガスの温度と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第３のマップデータから、それぞれ第１〜第３の推定触媒劣化度合いを算出し、該第１〜第３の推定触媒劣化度合いから触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から、前回の再生制御終了から次回の再生制御開始までのリーン期間に関する再生開始判定用のリーン期間を、予め設定された触媒劣化度合いに対する判定用のリーン期間の第４の関係から算出し、該算出された判定用のリーン期間に現状の判定用のリーン期間を更新するように構成される。
あるいは、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を浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化システムにおいて、前記触媒再生制御手段が、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度とから、閾値リッチ期間を算出し、前記閾値リッチ期間と前記計測リッチ期間とを比較し、前記閾値リッチ期間が前記計測リッチ期間よりも大きい時は、前記計測リッチ期間に対する触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定するように構成される。
これらの構成の排気ガス浄化システムにより、それぞれ上記したような排気ガス浄化方法を実施でき、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても、酸素濃度センサの検出値からＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を的確に判定することができ、この判定結果に基づいて、次回の再生制御開始までのインターバル（リーン期間）を的確に設定することができる。
そして、上記の排気ガス浄化システムは、前記ＮＯｘ浄化触媒が、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、又は、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを還元浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ直接還元型触媒である場合に適用でき、大きな効果を奏することができる。
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は、排気ガス中のＮＯｘの浄化のために、流入する排気ガスがリッチ状態の時にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒を備えた排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても、酸素濃度センサの検出値からＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を的確に判定することができ、この判定結果に基づいて、次回の再生制御開始までのインターバル（リーン期間）を的確に設定することができる。
従って、ＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができると共に、再生制御による燃費の悪化を抑制できる。
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、ここでは、ＮＯｘ浄化触媒としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を例示して説明するが、本発明はＮＯｘ直接還元型触媒等でも適用可能であり、また、リッチ空燃比状態によるＮＯｘ浄化能力の回復として主に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力の回復について説明しているが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒からの回復や、また、ＮＯｘ直接還元型触媒のＮＯｘ還元能力の回復や硫黄被毒からの回復等が含まれ、これらにも本発明は適用可能である。
また、ここでいう排気ガスのリッチ状態とは、必ずしもシリンダ内でリッチ燃焼する必要はなく、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（ストイキ状態）か又は理論空燃比より燃料量が多いリッチの状態であることをいう。
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３に酸化触媒２１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２を有する排気ガス浄化装置２０が配置される。
この酸化触媒２１は、ハニカム状のコーディエライトあるいは耐熱鋼からなる担体の表面に、活性酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属からなる触媒活性成分を担持させて形成する。この酸化触媒は流入してくる排気ガス中のＨＣ，ＣＯ等を酸化して、排気ガスを低酸素状態にすると共に燃焼熱により排気温度を上げる。
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２は、コージェライト、炭化珪素（ＳｉＣ）、極薄板ステンレス等で形成されたモノリス触媒に、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ）等の触媒コート層を設け、この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属とバリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）を担持させて構成される。このモノリス触媒の構造材の担体は、多数のセルを有しており、また、このセルの内壁に設けられる触媒コート層は、大きな表面積を持っており、排気ガスとの接触効率を高めている。
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２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（リッチ空燃比状態）の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
そして、吸気通路２に、吸気量を測定するマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５と吸気量を調整するための吸気絞り弁７が配設され、排気ガス浄化装置２０の上流側の排気通路３に、排気ブレーキ用の排気絞り弁（排気スロットル）８が配設され、あるいは、下流側の排気通路３に、排気ブレーキ用の排気絞り弁（排気スロットル）９が配設される。また、ＥＧＲ通路４にＥＧＲクーラー１０とＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁１１が配設される。
そして、この酸化触媒２１の上流側に第１酸素センサ２５を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の下流側に第２酸素濃度センサ２６を配置する。この第１酸素濃度センサ２５はリッチ深さを制御するために必要な酸素濃度（空燃比、空気過剰率λ）を検出するので、広範囲λセンサが用いられる。一方、第２酸素濃度センサ２６は、リッチ期間を計測するために空燃比がリッチ状態になったか否かを検出できればよいので、リーンとリッチの２値で検出されるバイナリーλセンサが用いられる。
また、排気ガスの温度を検出するために酸化触媒２１の上流側に第１温度センサー２７を配置し、酸化触媒２１とＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の間に第２温度センサー２８を配置する。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の下流側に第３温度センサー２９を配置する。
また、燃料系リッチ制御において排気管内直接噴射を行う場合には、排気ガス浄化装置２０の上流側の排気通路３に、ＮＯｘの還元剤となる炭化水素（ＨＣ）Ｆを供給するＨＣ供給弁（燃料噴射弁）２４を設ける。このＨＣ供給弁２４は、図示しない燃料タンクからエンジンＥの燃料である軽油等の燃料Ｆを排気通路３内に直接噴射して、排気ガスＧの空燃比をリーン状態、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、排気管内噴射リッチ制御の手段となるものである。なお、燃料系リッチ制御を筒内（シリンダ内）燃料噴射におけるポスト噴射等で行う場合には、このＨＣ供給弁２４は不要となる。
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２２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）３０が設けられる。この制御装置３０に第１及び第２酸素濃度センサ２５、２６や第１〜第３温度センサ２７、２８、２９等からの検出値が入力され、この制御装置３０からエンジンＥの吸気絞り弁（吸気スロットル弁）７、ＥＧＲ弁１１、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１２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の空気清浄器１３、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５を通過して、ターボチャージャ６のコンプレッサにより圧縮昇圧され、吸気絞り弁７によりその量を調整されて吸気マニホールドよりシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気マニホールドから排気通路３に出て、ターボチャージャ６のタービンを駆動した後、排気ガス浄化装置２０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４のＥＧＲクーラー１０を通過し、ＥＧＲ弁１１でその量を調整されて吸気マニホールドに再循環される。
そして、第１の実施の形態の排気ガス浄化方法および排気ガス浄化システムでは、エンジンＥの制御装置３０に組み込まれた触媒再生制御手段により、図２に例示するような判定用リーン期間更新用制御フローに従って、再生制御開始を判定するための判定用のリーン期間ｔl1、ｔl2が更新される。この図２の判定用リーン期間更新用制御フローは、再生制御フローの一部として設けられるものであり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の再生制御に伴って繰返し実行されるものとして示してある。
なお、再生制御におけるリッチ空燃比制御等は本発明の対象ではなく、このリッチ空燃比制御としては、周知技術のＥＧＲ制御、吸気絞り、排気絞り等の吸気系リッチ制御やシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射や排気管内直接噴射等の燃料系リッチ制御を有する再生制御を用いることができるので、説明は省略する。
また、このリーン期間更新用制御を有する触媒再生制御手段を制御装置３０に組み込む前に、リッチ期間ｔr とリッチ深さ（酸化触媒２１の入口の空気過剰率）λinをベースに触媒劣化度合いＤc を示す第１マップデータＭ1 （図３）、リッチ期間ｔr と排気ガス流量Ｑexh をベースに触媒劣化度合いＤc を示す第２マップデータＭ2 （図４）、リッチ期間ｔr と排気ガス温度（第２温度センサ２８で検出した温度）Ｔexh をベースに触媒劣化度合いＤc を示す第３マップデータＭ3 （図５）の三つのマップデータが準備される。更に、触媒劣化度合い推定値ＤceとＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 との関係を示す第４マップデータＭ4 （図６）と触媒劣化度合い推定値Ｄceと硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 との関係を示す第５マップデータＭ5 （図７）とが準備される。そして、これらのマップデータＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 、Ｍ4 、Ｍ5 は触媒再生制御手段の一部として制御装置３０に組み込まれる。
この図２のリーン期間更新用フローは再生制御フローと並行して実行されるが、このリーン期間更新用フローが再生制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、触媒劣化度合いを判定する触媒劣化判定を行うか否か、言い換えれば、リーン期間を更新するか否かを判定する。このステップＳ１１の触媒劣化判定は、前回の触媒劣化判定からの走行距離Ｄd や走行時間ｔd が所定の走行距離Ｄdcや所定の走行時間ｔdcを超えたか否か等で行う。このステップＳ１１の触媒劣化判定で、触媒劣化判定が不要と判定された時には、リターンする。また、触媒劣化判定が必要と判定された時には、ステップＳ１２に行く。
このステップＳ１２では、図１３に示すように触媒の上流側の空燃比λinがリッチ状態に変化した時点から、下流側の空燃比λout がリッチ状態に変化する時点までのリッチ期間ｔr を検出し、これを計測リッチ期間ｔrmとする。
次のステップＳ１３で、マスフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５の検出値から排気ガスの流量Ｑexh を、第１酸素濃度センサ２５の検出値から触媒入口のリッチ深さλinを算出する。また、第２温度センサ２８の検出値である排気ガスの温度Ｔexh を入力する。
次のステップＳ１４で、計測リッチ期間ｔrmとリッチ深さλinとから第１マップデータＭ1 （図３）を用いて第１の触媒劣化度合いＤc1を、計測リッチ期間ｔrmと排気ガスの流量Ｑexh とから第２マップデータＭ2 （図４）を用いて第２の触媒劣化度合いＤc2を、また、計測リッチ期間ｔrmと排気ガスの温度Ｔexh とから第３マップデータＭ3 （図５）を用いて第３の触媒劣化度合いＤc3を、それぞれ算出する。
次のステップＳ１５で、第１の触媒劣化度合いＤc1、第２の触媒劣化度合いＤc2、第３の触媒劣化度合いＤc3から、触媒劣化度合い推定値Ｄceを算出する。この触媒劣化度合いの推定値Ｄceは、単純に三つの内の最大値Ｄcmaxにしてもよいが、第１の触媒劣化度合いＤc1、第２の触媒劣化度合いＤc2、第３の触媒劣化度合いＤc3の平均値Ｄcmean としたり、触媒劣化度合いとの相関に強さを考慮して、これらの値の重み付き平均値Ｄcwmeanとすることもできる。
また、次のステップＳ１６で、この触媒劣化度合い推定値Ｄceから第４マップデータＭ4 （図６）を用いて、ＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 を、また、第５マップデータＭ5 （図７）を用いて、硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 を算出する。
そして、次のステップＳ１7 で、ＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の所定の判定用のリーン期間ｔl1を判定用のリーン期間ｔlc1 に、硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔl2を判定用のリーン期間ｔlc2 にそれぞれ置き換える。つまり、再生制御の開始の判断にこれまで用いてきた判定用のリーン期間ｔl1、ｔl2を、ステップＳ１６で新たに算出された判定用のリーン期間ｔl1、ｔl2に置き換え、それぞれの再生開始までのリーン空燃比期間を、ステップＳ１２〜ステップＳ１５で推定した触媒劣化度合いＤc1, Ｄc2, Ｄc3に対応させて短縮する。そして、リターンし、このリーン期間更新用制御フローを終了する。
そして、この第１の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よれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の触媒劣化度合いＤc1, Ｄc2, Ｄc3を計測リッチ期間ｔrmのみならず、リッチ深さλin、排気ガスの流量Ｑexh 、排気ガスの温度Ｔexh を考慮に入れて推定し、この触媒劣化度合い推定値Ｄceに基づいて判定用のリーン期間ｔl1，ｔl2を更新するので、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても酸素濃度センサ２５、２６の検出値からＮＯｘ浄化触媒２２の劣化状態を的確に判定することができ、この判定結果に基づいて、次回の再生制御開始までのリーン期間ｔl1，ｔl2を的確に設定することができる。従って、ＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができると共に再生制御による燃費の悪化を抑制できる。
そして、第２の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では、第１の実施の形態とは、触媒劣化度合いの算出方法が異なり、エンジンＥの制御装置３０に組み込まれた触媒再生制御手段により、図８に例示するような判定用リーン期間更新用制御フローに従って、再生制御開始を判定するための判定用のリーン期間ｔl1、ｔl2が更新される。
第２の実施の形態では、このリーン期間更新用制御を有する触媒再生制御手段を制御装置３０に組み込む前に、排気ガス温度（第２温度センサ２８で検出した温度）Ｔexhiの所定の間隔毎に、リッチ深さ（酸化触媒２１の入口の空気過剰率）λinj と排気ガス流量Ｑexhkをベースに閾値リッチ期間ｔcrijk を示す第６マップデータＭ6 （図９）と、閾値リッチ期間ｔcrと計測リッチ期間ｔrmとの差Δｔrm( ＝ｔcr−ｔrm）と触媒劣化度合い推定値Ｄceを示す第７マップデータＭ7 （図１０）のマップデータが準備される。なお、差Δｔrmの代わりに計測リッチ期間ｔrmの閾値リッチ期間ｔcrに対する比Ｒrm( ＝ｔrm／ｔcr）や差Δｔrmの閾値リッチ期間ｔcrに対する比Ｐrm( ＝Δｔrm／ｔcr）等を用いることもできる。
この第６マップデータＭ6 （図９）は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２が劣化していない新品時のリッチ期間を実験的に求めて、このリッチ期間を閾値リッチ期間ｔcrijk にしてマップデータ化することにより得られる。
また、閾値リッチ期間ｔcrと計測リッチ期間ｔrmとの比較（図１０では差Δｔrm）から触媒劣化度合い推定値Ｄceを推定するための第７マップデータＭ7 （図１０）と、触媒劣化度合い推定値ＤceとＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 との関係を示す第８マップデータＭ8 （図１１）と、触媒劣化度合い推定値Ｄceと硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 との関係を示す第９マップデータＭ９（図１２）とが準備される。
この第８マップデータＭ8 と第９マップデータＭ9 は、図１１と図１２に示すように、それぞれが、排気ガス流量Ｑexh 別に、排気ガス温度Ｔexh と触媒劣化度合い推定値Ｄceをベースにして、ＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 の値と硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 の値とを記載したものである。
これらのマップデータＭ6 、Ｍ7 , Ｍ8 、Ｍ9 は、触媒再生制御手段の一部として制御装置３０に組み込まれる。
この図８のリーン期間更新用フローは再生制御フローと並行して実行されるが、このリーン期間更新用フローが再生制御フローから呼ばれて、スタートすると、ステップＳ２１で、触媒劣化度合いを判定する触媒劣化判定を行うか否かを判定する。このステップＳ２１の触媒劣化判定は、前回の触媒劣化判定からの走行距離Ｄd や走行時間ｔd が所定の走行距離Ｄdcや所定の走行時間ｔdcを超えたか否か等で行う。このステップＳ２１の触媒劣化判定で、触媒劣化判定が不要と判定された時には、リターンする。また、触媒劣化判定が必要と判定された時には、ステップＳ２２に行く。
このステップＳ２２では、図１３に示すように触媒の上流側の空燃比λinがリッチ状態に変化した時点から、下流側の空燃比λout がリッチ状態に変化する時点までのリッチ期間ｔr を検出し、これを計測リッチ期間ｔrmとする。
次のステップＳ２３で、マスフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５の検出値から排気ガスの流量Ｑexh を、第１酸素濃度センサ２５の検出値から触媒入口のリッチ深さλinを算出する。また、第２温度センサ２８の検出値である排気ガスの温度Ｔexh を入力する。
次のステップＳ２４で、リッチ深さλinと排気ガスの流量Ｑexh と排気ガスの温度Ｔexh とから第６マップデータＭ6 （図９）を用いて、閾値リッチ期間ｔcrを算出する。より具体的には、検出された排気ガスの温度Ｔexh と同じ排気ガスの温度ＴexhiのマップデータＭ6iがある場合には、リッチ深さλinj と排気ガスの流量Ｑexhkベースの閾値リッチ 期間ｔcrijk のマップデータを参照して、算出されたリッチ深さλinと検出された排気ガスの流量Ｑexh に対応する閾値リッチ期間ｔcrを直接又は補間により求める。
なお、検出された排気ガスの温度Ｔexh と同じ温度のマップデータＭ6iが無い場合には、検出された排気ガスの温度Ｔexh の両側( Ｔexhi＜Ｔexh ＜Ｔexh(i+1)）の排気ガスの温度Ｔexhi, Ｔexh(i+1)のマップデータＭ6iとＭ6(i+1)で、それぞれ、リッチ深さλinj と排気ガスの流量Ｑexhkベースの閾値リッチ期間ｔcrijk,ｔcr(i+1)jk を参照して、算出されたリッチ深さλinと検出された排気ガスの流量Ｑexh に対応する閾値リッチ期間ｔcri とｔcr(i+1) を求め、これを排気ガスの温度Ｔexh で補間して、閾値リッチ期間ｔcrを求める。
また、この求めた閾値リッチ期間ｔcrと計測リッチ期間ｔrmの差Δｔrm( ＝ｔcr−ｔrm）を算出する。
次のステップＳ２５で、閾値リッチ期間ｔcrと計測リッチ期間ｔrmとを比較する。図８では差Δｔrm( ＝ｔcr−ｔrm）から、閾値リッチ期間ｔcrと計測リッチ期間ｔrmの大小関係をチェックする。差Δｔrmがゼロより大きくない時（Δｔrm＝０，ｔrm＝ｔcr）は、劣化していないと判断し、次回の再生制御開始までのインターバルを変更することなく、リターンする。
また、ステップＳ２５で、差Δｔrmがゼロより大きい時（Δｔrm＞０，ｔrm＜ｔcr）は、劣化していると判断し、次のステップＳ２６に行き、次回の再生制御開始までのインターバルを変更する。
ステップＳ２６では、第７マップデータＭ7 （図１０）を参照して、差Δｔrmから触媒劣化度合い推定値Ｄceを求め、計測リッチ期間ｔrmに対する触媒劣化度合い推定値Ｄceを算出する。
次のステップＳ２７で、この触媒劣化度合い推定値Ｄceと、排気ガスの温度Ｔexh 、排気ガスの流量Ｑexh とから第８マップデータＭ8 （図１１）を用いて、ＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 を、また、第９マップデータＭ9 （図１２）を用いて、硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 を算出する。
より具体的には、検出された排気ガスの流量Ｑexh と同じ排気ガスの流量ＱexhiのマップデータＭ8iがある場合には、排気ガスの温度Ｔexhjと触媒劣化度合い推定値Ｄcek ベース のＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1-ijk のマップデータを参照して、検出された排気ガスの温度Ｔexh と算出された検出された触媒劣化度合い推定値Ｄceに対応するＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 を直接又は補間により求める。
なお、検出された排気ガスの流量Ｑexh と同じ排気ガスの流量ＱexhiのマップデータＭ8iが無い場合には、検出された排気ガスの流量Ｑexh の両側（Ｑexhi＜Ｑexh ＜Ｑexh(i+1)）の排気ガスの流量Ｑexhi, Ｑexh(i+1)のマップデータＭ8iとＭ8(i+1)で、それぞれ、排気ガスの温度Ｔexhjと触媒劣化度合い推定値Ｄcek ベースのリーン期間ｔlc1-ijk,ｔlc1-(i+1)jk を参照して、検出された排気ガスの温度Ｔexh と算出された触媒劣化度合い推定値Ｄceに対応するリーン期間ｔlc1-i とｔlc1-(i+1) を求め、これを排気ガスの流量Ｑexh で補間して、リーン期間ｔlc1 を求める。
また、硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 についても、第９マップデータＭ9 （図１２）を用いて、同様に算出する。
次のステップＳ２８で、ＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の所定の判定用のリーン期間ｔl1を判定用のリーン期間ｔlc1 に、硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔl2を判定用のリーン期間ｔlc2 にそれぞれ置き換える。つまり、再生制御の開始の判断にこれまで用いてきた判定用のリーン期間ｔl1、ｔl2を、ステップＳ２７で新たに算出された判定用のリーン期間ｔl1、ｔl2に置き換え、それぞれの再生開始までのリーン空燃比期間を、ステップＳ２２〜ステップＳ２６で推定した触媒劣化度合いＤceに対応させて短縮する。そして、リターンし、このリーン期間更新用制御フローを終了する。
この第２の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よれば、排気ガスの流量Ｑexh 、リッチ深さλin、排気ガスの温度Ｔexh から算出した閾値リッチ期間ｔcrと計測リッチ期間ｔrmとの比較により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の触媒劣化度合いＤceを推定し、この触媒劣化度合い推定値Ｄceに基づいて判定用のリーン期間ｔl1，ｔl2を更新するので、ＮＯｘ濃度センサを使用しなくても酸素濃度センサ２５、２６の検出値からＮＯｘ浄化触媒２２の劣化状態を的確に判定することができ、この判定結果に基づいて、次回の再生制御開始までのリーン期間ｔl1，ｔl2を的確に設定することができる。従って、ＮＯｘ浄化率の低下を防ぐことができると共に再生制御による燃費の悪化を抑制できる。
なお、上記の説明において、第１の実施の形態のステップＳ１６と第２の実施の形態のステップＳ２７とで、触媒劣化度合い推定値ＤceからＮＯｘ吸蔵能力回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc1 と硫黄被毒回復用再生制御の判定用のリーン期間ｔlc2 を求める際に別々の方法を用いるようにしているが、同じ方法を用いることもできる。つまり、第１の実施の形態において、ステップＳ１６の代わりに、ステップＳ２７を用いることもでき、第２の実施の形態において、ステップＳ２７の代わりに、ステップＳ１６を用いることもできる。
Ｅ エンジン
１ 排気ガス浄化システム
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ ＥＧＲ通路
７ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
８、９ 排気絞り弁（排気ブレーキ）
１１ ＥＧＲ弁
１１ 燃料噴射弁
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 酸化触媒
２２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２４ ＨＣ供給弁
２５ 第１酸素濃度センサ
２６ 第２酸素濃度センサ
２７ 第１温度センサ
２８ 第２温度センサ
３０ 制御装置
１ 排気ガス浄化システム
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ ＥＧＲ通路
７ 吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
８、９ 排気絞り弁（排気ブレーキ）
１１ ＥＧＲ弁
１１ 燃料噴射弁
２０ 排気ガス浄化装置
２１ 酸化触媒
２２ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
２４ ＨＣ供給弁
２５ 第１酸素濃度センサ
２６ 第２酸素濃度センサ
２７ 第１温度センサ
２８ 第２温度センサ
３０ 制御装置
Claims (7)
- 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、
前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化方法において、
リッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度の少なくとも１つと、前記計測リッチ期間との関係から、触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から、次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定することを特徴とする排気ガス浄化方法。 - 請求項１の排気ガス浄化方法において、
前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さと、排気ガスの流量と、排気ガスの温度とから、予め設定されたリッチ深さと計測リッチ期間に対する触媒劣化度合いの第１の関係、排気ガスの流量と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第２の関係、排気ガスの温度と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第３の関係から、それぞれ第１〜第３の触媒劣化度合いを算出し、
該第１〜第３の推定触媒劣化度合いから触媒劣化度合い推定値を算出し、
該触媒劣化度合い推定値から、前回の再生制御終了から次回の再生制御開始までのリーン期間に関する再生開始判定用のリーン期間を、予め設定された触媒劣化度合いに対する判定用のリーン期間の第４の関係から算出し、該算出された判定用のリーン期間に現状の判定用のリーン期間を更新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。 - 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、
前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化方法において、
リッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度との関係から閾値リッチ期間を求め、前記閾値リッチ期間と前記計測リッチ期間とを比較し、前記閾値リッチ期間が前記計測リッチ期間よりも大きい時は、前記計測リッチ期間に対する触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定することを特徴とする排気ガス浄化方法。 - 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、
前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化システムにおいて、
前記触媒再生制御手段が、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度の少なくとも一つと、前記計測リッチ期間との関係から、触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から、次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、
前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化システムにおいて、
前記触媒再生制御手段が、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さと、排気ガスの流量と、排気ガスの温度とから、予め設定されたリッチ深さと計測リッチ期間に対する触媒劣化度合いの第１のマップデータ、排気ガスの流量と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第２のマップデータ、排気ガスの温度と計測リッチ時間に対する触媒劣化度合いの第３のマップデータから、それぞれ第１〜第３の推定触媒劣化度合いを算出し、
該第１〜第３の推定触媒劣化度合いから触媒劣化度合い推定値を算出し、
該触媒劣化度合い推定値から、前回の再生制御終了から次回の再生制御開始までのリーン期間に関する再生開始判定用のリーン期間を、予め設定された触媒劣化度合いに対する判定用のリーン期間の第４の関係から算出し、該算出された判定用のリーン期間に現状の判定用のリーン期間を更新することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ浄化触媒と、該ＮＯｘ浄化触媒の上流側に設けられた上流側酸素濃度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側に設けられた下流側酸素濃度センサと、該ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するための再生制御を行う触媒再生制御手段とを備えて形成されると共に、
前記触媒再生制御手段が、前記再生制御の時に、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻から、前記下流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度がリーン空燃比状態からリッチ空燃比状態に変化する時刻までの計測リッチ期間から前記ＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を判定する排気ガス浄化システムにおいて、
前記触媒再生制御手段が、前記再生制御中における、前記上流側酸素濃度センサで検出される酸素濃度から算出されるリッチ深さ、排気ガスの流量、および、排気ガスの温度とから、閾値リッチ期間を算出し、前記閾値リッチ期間と前記計測リッチ期間とを比較し、前記閾値リッチ期間が前記計測リッチ期間よりも大きい時は、前記計測リッチ期間に対する触媒劣化度合い推定値を算出し、該触媒劣化度合い推定値から次回の前記ＮＯｘ浄化触媒の再生制御開始までのインターバルを決定することを特徴とする排気ガス浄化システム。 - 前記ＮＯｘ浄化触媒が、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、又は、排気ガスの空燃比が、リーン状態の場合にＮＯｘを還元浄化し、かつ、リッチ状態の場合にＮＯｘ浄化能力を回復するＮＯｘ直接還元型触媒であることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
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