JP3876903B2 - 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

Description

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、空燃比がリーン状態の時に、ＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ₂ （二酸化窒素）に酸化した後、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘを吸蔵する性質を持つ金属に吸蔵させた後、適時空燃比をリッチ状態にするＮＯｘ再生制御をして逆にＮＯ₂ を吸蔵材から放出させて、ＨＣ（炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素）との三元機能により三元浄化を行う触媒反応機構を持っている（例えば、特許文献１参照。）。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、燃料中に含まれている硫黄（サルファー）が燃焼によってＳＯ₂ （二酸化硫黄）となり、ＮＯ₂ と同様に吸蔵材に吸蔵された後、Ｂａ₂ ＳＯ₄ （硫酸バリウム）等の硫酸塩を生成してＮＯ₂ の吸蔵能力が減少してしまう現象、即ち、サルファー被毒による性能劣化の問題がある。

従って、初期の触媒浄化性能を維持するためには、ＮＯｘ再生制御によりＮＯｘ吸蔵能力を回復することの他に、触媒内に吸着及び吸蔵した硫黄を脱離及び放出させることが必要となる。この硫黄の脱離及び放出には、一定以上の温度と還元排気ガス組成雰囲気とが必要となるため、適時高温でリッチな雰囲気を作る脱硫制御を行って、硫酸塩が分解し易い環境を作る必要がある。

この脱硫制御においては、触媒によって差があるが、硫酸塩は概ね６００℃〜７００℃の高温のリッチ条件にならないとＳＯ₂ を分解放出しないため、エンジン側で、吸気絞り等によって排気ガスの流量を減らして熱容量を減らすと共に、ポスト噴射や排気管への軽油噴射を行い、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒上でＨＣ活性による反応熱を生じさせて、高温でリッチな条件を作っている（例えば、特許文献２〜４参照。）。

しかし、従来技術のシリンダ内燃料噴射におけるポスト噴射や、排気管内への直接燃料添加等による、排気ガス温度を硫黄分解可能温度（脱硫可能温度）までの昇温させる方法では、触媒内の温度分布を模式的に示す図８及び触媒内の温度の時系列を示す図９に示すように、触媒の内部の温度分布が均一とならず、触媒内部の上流域Ｆは硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上に昇温できず、触媒内部の中流域Ｍと下流域Ａのみが硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上の温度となってしまう。

そのため、脱硫操作を行っても、硫黄分解可能温度Ｔｓｄより低い触媒内部の上流域Ｆの硫黄は脱離、放出が不十分となり、触媒性能の回復ができないという問題がある。なお、図９中のＳは脱硫量を、λは空気過剰率を、Ｔｆ，Ｔｍ，Ｔａはそれぞれ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側、中流側、下流側の触媒温度を示す。

つまり、触媒昇温後の排気ガス組成を還元雰囲気にするリッチ過程で、この触媒内は図８及び図９に示すように温度分布が不均一となり、触媒上流域Ｆでは温度Ｔｆが硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以下の低温域となる。

そのため、触媒活性が低いので、触媒表面及び吸蔵剤内の酸化消費が不十分となり、触媒表面域の還元雰囲気が不足する。その結果、硫黄脱離効果の極端な低下を生じて、触媒性能の回復が不可能となる。

また、触媒の中流域Ｍでは、温度Ｔｍが硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上で触媒熱劣化温度Ｔｃｄ以下となるので、空燃比リッチ状態で効率よく脱硫が行われ、硫黄被毒から回復する。

しかしながら、触媒下流域Ａでは、温度Ｔａが上がりすぎて、触媒熱劣化温度Ｔｃｄを超える異常な高温となってしまい、極度の熱劣化を生じ、触媒の耐久性を極端に低下させてしまう。

一方、触媒の温度Ｔｃを触媒内部の上流域Ｆが硫黄分解可能温度Ｔｓｄまで昇温すると、触媒の内部の温度分布の不均一が原因となって、今度は、触媒内部の温度が触媒熱劣化温度Ｔｃｄ以上となる異常高温域が広がり、極度の熱劣化と触媒の耐久性が極端に低下する部分が拡大するという問題が生じる。
特開平１０−３０４３０号公報 特表２００３−５００５９４号公報 特開２００３−３３６５１８号公報 特開２００４−９２４４５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、脱硫再生制御時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を全体的に均等に硫黄分解可能温度以上に維持して、脱硫空燃比制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を均一に除去することにより、硫黄被毒による寿命劣化を回避し、また、触媒内部の下流側が部分的に高温になることによる熱劣化を防ぎ、熱劣化による寿命劣化を抑えることが可能な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吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒とを備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記酸化触媒と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に配置された前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側温度センサと、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に配置された下流側温度センサとで測定される、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になってから、脱硫用空燃比制御を行うことを特徴とする方法である。

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。

また、酸化触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に距離をおいて設けてもよく、触媒ハニカムの上流域に酸化触媒、下流域にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させた２ブリック型の触媒にしてもよい。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の前段に酸化触媒を設置している構成により、上流域の酸化触媒でＨＣ等が反応し排気ガス温度が昇温される、従って、排気ガス温度は後段のＮＯｘ吸蔵還元型触媒に流入する前から十分な活性温度以上の高温となるので、後段のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度分布は均一化され、触媒全体が硫黄分解可能な温度まで均一に昇温される。

更に、その後のリッチ操作を含む脱硫空燃比制御に入る前に、触媒出入口部分の温度差が所定の温度差内にあることを確認してから、即ち、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒内が均一温度分布になっていることを確認してから、脱硫空燃比制御に入るシステム制御としているので、触媒から硫黄を確実に脱離できる。

上記の、排気ガス浄化システムの脱硫制御方法において、前記所定の温度値を５℃〜２５℃の範囲内の温度、好ましくは５℃とすると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒温度分布の均一化を精度よく、また、効率的に脱硫できる。

また、前記脱硫用空燃比制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返す。そして、前記脱硫用空燃比制御において、前記リッチ側とする制御と前記リーン側とする制御の時間割合をリッチ：リーン＝５：２〜４：３とすると、Ｈ₂ Ｓの生成を抑制しながら効率よく脱硫できる。

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吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う脱硫制御手段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、脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記酸化触媒と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に配置された前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側温度センサと、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に配置された下流側温度センサとで測定される、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になってから、脱硫用空燃比制御を行うように構成される。

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記所定の温度値を５℃〜２５℃の範囲内の温度、好ましくは５℃とする。また、前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比を、リッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返すように構成される。そして、前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御において、前記リッチ側とする制御と前記リーン側とする制御の時間割合をリッチ：リーン＝５：２〜４：３とするように構成される。

以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化方法の脱硫制御方法及び排気ガス浄化システムによれば、脱硫再生制御時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を全体的に均等に硫黄分解可能温度以上に維持してから、脱硫空燃比制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒を均一に除去することにより、硫黄被毒による寿命劣化を回避でき、又、脱硫制御時に、触媒の後側が部分的に高温になることを回避できるので、この部分的高温になることによる熱劣化を防ぎ、熱劣化による寿命劣化を抑えることができる。

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４に、酸化触媒１２とＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１を有する排気ガス浄化装置１０が配置される。

このＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１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１１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。

また、酸化触媒１２は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の上流側に配置され、多孔質のセラミックのハニカム構造体などの担持体に、白金（Ｐｔ）等の酸化触媒を担持させて形成される。

そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の下流側にλセンサ（空気過剰率センサ）１４を配置する。このλセンサには、図７に示すようなストイキ空燃比付近で値が急激変化する出力特性を持つバイナリλセンサを用いる。このλセンサ１４の出力により触媒内が還元領域に変化したことを確認し、硫黄脱離が確実に行われていることを確認する。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の温度を測定するために、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１１の上流側と下流側、即ち、前後にそれぞれ配置する。この二箇所に設置した温度センサ１５、１６の温度差により、触媒１１内の温度差を推定する。

更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の上流側の排気通路４に、ＮＯｘの還元剤となる炭化水素（ＨＣ）Ｆを供給するＨＣ供給弁（燃料噴射用インジェクター）１３を設ける。このＨＣ供給弁１３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）Ｆを排気通路４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、燃料系リッチ制御の手段となるものである。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１３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１１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λセンサ１４や上流側温度センサ１５や下流側温度センサ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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１のＮＯｘ再生制御や脱硫再生制御等を含む排気ガス浄化システムの制御を行う。

ＮＯｘ再生制御では、エンジンＥ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すると判断する。あるいは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の上流側と下流側の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と判断する。

そして、ＮＯｘ再生制御では、吸気系リッチ制御と燃料系リッチ制御を併用して、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。この吸気系リッチ制御では、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る。また、燃料系リッチ制御では、吸気系リッチ制御に加えて、シリンダ内噴射におけるポスト噴射又は排気管内噴射等により、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空燃比状態（触媒にもよるが、空気過剰率換算で、概ね０．８〜１．０）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。なお、本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の脱硫再生制御に関するものであり、ＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御には従来技術を使用できるのでＮＯｘ再生制御についてのより詳細な説明は省略する。

一方、脱硫再生制御では、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。つまり、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。そして、脱硫再生制御では、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御等の吸気系制御と、ポスト噴射又は排気管内噴射等の燃料系制御とにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の温度Ｔｃを硫黄分解可能な温度Ｔｓｄまで昇温すると共に、排気ガスの空燃比を制御して、効率よく脱硫を行う。

そして、この排気ガス浄化システム１では、エンジンＥの制御装置２０に組み込まれた排気ガス浄化システム１の制御装置により、図２及び図３に例示するような脱硫再生制御フローに従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の脱硫再生制御が行われる。なお、この図２の脱硫再生制御フローは、エンジンＥの運転に際して、エンジンＥ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。

図２の脱硫再生制御フローがスタートすると、ステップＳ１０１で、燃料消費量積算等から触媒硫黄被毒量を算出し、脱硫再生時期か否かの決定を行う。脱硫再生時期ならステップＳ１０１で脱硫再生用のフラグをセットして、脱硫再生時期でないならば、そのままステップＳ１０３に行く。

そして、ステップＳ１０３で、脱硫再生用のフラグを確認し、脱硫再生用のフラグがセットされておらず脱硫再生時期でない場合は、リターンに行き、この脱硫再生制御ルーチンを終了する。脱硫再生用のフラグがセットされていて脱硫再生時期である場合にはステップＳ１０４へ進み、触媒昇温制御に入る。

このステップＳ１０４の触媒昇温方法としては、ポスト噴射や排気管噴射等の燃料系制御と、吸気絞りやＥＧＲ弁６などの吸気系の制御等が併用され、また、必要に応じてその他の方法も併用される。このポスト噴射や排気管噴射ではＨＣを酸化触媒１２に供給し、酸化触媒１２の触媒作用により酸化させて、発生する熱により排気ガス温度を昇温し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１を昇温する。

次のステップＳ１０５で、触媒温度Ｔｃが硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上になっているか、否かを判定し、硫黄分解可能温度Ｔｓｄ未満である場合には、ステップＳ１０４に戻り、触媒昇温制御を行う。また、硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上の場合には、ステップＳ１０６に進む。

このステップＳ１０６で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の温度分布が均一になっているのを、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の入口側と出口側の温度差ΔＴIOが所定の温度値（ここでは２５℃）ΔＴ0 以下になっていることで確認し、所定の温度値ΔＴ0 以下になっていれば、脱硫空燃比制御を行うために、ステップＳ２００の脱硫空燃比制御に行く。所定の温度値ΔＴ0 以下になっていなければ、ステップＳ１０３に戻る。この所定の温度値ΔＴ0 は５℃〜２５℃の範囲内の温度、好ましくは５℃とする。

図３に示すように、このステップＳ２００の脱硫空燃比制御では、硫黄脱離操作として幾つかの方法を用いることができるが、ここでは、図４に示すように、脱硫空燃比制御の期間ｔｓ中に、短い時間間隔（例えば、７ｓ）でパルス的に、空燃比をリッチ側とする制御（例えば、４ｓ）とリーン側とする制御（例えば、３ｓ）とを交互に繰り返すことにより、Ｈ₂ Ｓの生成を抑制しながら脱硫する方法を用いる。そして、この空燃比の制御を、ストイキ空燃比付近で値が急激変化する出力特性を持つバイナリλセンサを利用して行う。また、この場合に、リッチ側とする制御とリーン側とする制御の時間割合をリッチ：リーン＝５：２〜４：３とすることが好ましいことが実験的に得られている。

そして、ステップＳ２００の最初のステップＳ２０１では、脱硫空燃比制御の最初の制御として、ポスト噴射や排気管噴射等により、硫黄放出リッチ制御を所定の時間（目標リッチ空燃比になっているか否かを判定するインターバルに関係する時間）Δｔｒの間行う。この硫黄放出リッチ制御ではλセンサ１４で検出した空燃比（λから換算した値）が、目標リッチ空燃比になるように制御する。そして、ステップＳ２０２に行く。

ステップＳ２０２では、目標リッチ空燃比になったか否かを判定し、目標リッチ空燃比になった場合は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１からの酸素放出が終了したと判断して、ステップＳ２０３からのリッチ・リーン繰返制御に入る。この目標リッチ空燃比になったか否かの判断においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の下流側のバイナリλセンサがストイキ空燃比付近で値が急激変化する特性を利用して、センサ値がストイキ側に振れた時を目標リッチ空燃比になったか時と判断する。

このステップＳ２０３では、空燃比リッチ状態を所定のリッチ維持時間Δｔｒ（例えば、４ｓ〜５ｓ）の間維持する。次に、ステップＳ２０４で硫黄放出量ΣＳＰ１を算出する。この硫黄放出量ΣＳＰ１の算出は、事前試験によって予めＥＣＵ内に記録した、エンジン回転数と触媒温度をベースに硫黄脱離量ＳＰ１を記録したマップデータを参照して、計測されたエンジン回転数と触媒温度から硫黄脱離量ＳＰ１を算出する。この硫黄脱離量ＳＰ１を積算して硫黄放出量ΣＳＰ１を算出する。

次のステップＳ２０５で、硫黄放出終了値ΣＳＰを算出する。この算出は、事前試験によって予めＥＣＵ内に記録した、エンジン回転数と触媒温度をベースに硫黄放出終了値ΣＳＰを記録したマップデータを参照して、計測されたエンジン回転数と触媒温度から硫黄放出終了量ΣＳＰを算出する。

次にステップＳ２０６で、この硫黄放出量ΣＳＰ１が硫黄放出終了値ΣＳＰを超えたか否かにより、硫黄放出終了の確認を行う。この確認で、硫黄放出量ΣＳＰ１が硫黄放出終了値ΣＳＰを超えておらず、硫黄放出終了が確認できない場合には、脱硫空燃比制御を続行することにし、ステップＳ２０７に行く。このステップＳ２０７では、空燃比リーン状態を所定のリーン維持時間Δｔｌ（例えば、２ｓ〜３ｓ）の間維持する。そして、リッチ維持時間Δｔｒとリーン維持時間Δｔｌの時間割合をΔｔｒ：Δｔｌ＝５：２〜４：３とする。なお、リッチ維持時間Δｔｒとリーン維持時間Δｔｌを固定せずに、可変にした場合には、１回の脱硫再生制御におけるトータルのリッチ維持時間の総和ΣΔｔｒとリーン維持時間の総和ΣΔｔｌとが、ΣΔｔｒ：ΣΔｔｌ＝５：２〜４：３となるようにする。

その後、ステップＳ２０３に戻り、空燃比リッチ状態を所定のリッチ維持時間Δｔｒの間維持する。このステップＳ２０３〜ステップＳ２０７をステップＳ２０６で、硫黄放出終了が確認できるまで、即ち、硫黄放出量ΣＳＰ１が硫黄放出終了値ΣＳＰを超えるまで、繰り返す。

ステップＳ２０６で、硫黄放出終了が確認できた場合には、ステップＳ２０８に行き、空燃比リッチ状態を空燃比リーン状態に切り換えて、硫黄放出フラグをリセットする等の脱硫再生制御終了作業をして、リターンし、メインの制御フローに戻るが、再度、この図２の脱硫再生制御フローは呼ばれて、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ＯＦＦされた場合には、図示していないが、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、この脱硫再生制御フローも終了する。

この脱硫再生制御フローによれば、脱硫再生制御を開始すると、最初に、ポスト噴射又は排気管噴射により酸化触媒１２の下流域の温度Ｔｄａを硫黄分解可能温度Ｔｓｄまで上昇させる。その後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の下流域の温度Ｔａが上昇するまで、その運転条件を継続する。これにより、図５に示すように、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１全体の温度Ｔｆ，Ｔｍ，Ｔａを硫黄分解可能な温度Ｔｓｄ以上にする。

そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１全体が略均等に昇温したことを、入口排気ガス温度と出口排気ガス温度の温度差ΔＴIOが所定の温度値（ここでは２５℃）ΔＴ0 以下になっていることで確認してから、脱硫空燃比制御に入る。

この脱硫空燃比制御では、最初に、空燃比を小さくして行き、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の下流側でストイキ空燃比になるように制御する。そして、ストイキ空燃比になった時に、触媒からの酸素放出が終了したとして、それ以後は、空燃比リッチ状態と空燃比リーン状態を繰り返す制御を行う。

この時、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の下流側のバイナリλセンサ１４がストイキ空燃比付近で値が急激変化する特性を利用して、センサ値が振れるように空燃比を制御する。この繰返制御により、触媒表面に酸素（Ｏ₂ ）が無くなると硫黄（サルファ）は水素（Ｈ₂ ）と結合し硫化水素（Ｈ₂ Ｓ）となるため、これを防ぐと同時にＨＣ，ＣＯのスリップを防ぐ。

このリッチ・リーン繰返制御を硫黄放出終了まで継続し、硫黄放出終了を確認できたら終了する。これにより、脱硫再生制御が終了する。

図６に、この図２及び図３の制御フローによる空気過剰率λ，硫黄放出量Ｓと酸化触媒１２の上流側温度Ｔdf，下流側温度Ｔda，ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の上流側温度Ｔf ，中流側温度Ｔm ．下流側温度Ｔa の実験で計測された時系列の一例を示す。この図６によれば、図９の従来技術の例に比べて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の内部温度、特に上流側温度Ｔf が均等化され、脱硫空燃比制御時には硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上になっていることが分かる。

以上の構成の排気ガス浄化システムの脱硫再生制御方法及び排気ガス浄化システム１によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の硫黄被毒から触媒を再生する脱硫再生制御において、触媒の内部温度Ｔｃを略均等に硫黄分解可能温度Ｔｓｄ以上に保持してから、脱硫空燃比制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒１１の硫黄を均一に除去することにより、硫黄被毒による寿命劣化を回避でき、又、脱硫制御時に、触媒内部の下流域が部分的に高温になることを回避できるので、この部分的高温になることによる熱劣化を防ぎ、熱劣化による寿命劣化を抑えることができる。

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。 ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の脱硫再生制御フローの一例を示す図である。 図２の脱硫再生制御フローの一部である脱硫空燃比制御の一例を示す図である。 リッチ・リーン繰返制御における空気過剰率（λ）とバイナリλセンサの出力を模式的に示す図である。 図２の脱硫再生制御フローの制御を行った場合の触媒内の温度分布を示す図である。 図２の脱硫再生制御フローの制御を行った場合の触媒内の温度分布の時系列を示す図である。 バイナリλセンサの出力を模式的に示す図である。 従来技術の脱硫再生制御を行った場合の触媒内の温度分布を示す図である。 従来技術の脱硫再生制御を行った場合の触媒内の温度分布の時系列を示す図である。

符号の説明

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
１１ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
１２ 酸化触媒
１３ ＨＣ供給弁
１４ バイナリλセンサ
１５ 上流側温度センサ
１６ 下流側温度センサ
ΔＴIO ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出入口温度差
ΔＴ0 所定の温度差

Claims (8)

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吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒とを備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う排気ガス浄化システムにおいて、前記脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記酸化触媒と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に配置された前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側温度センサと、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に配置された下流側温度センサとで測定される、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になってから、脱硫用空燃比制御を行う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。
2. 前記所定の温度値を５℃〜２５℃の範囲内の温度と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。
3. 前記脱硫用空燃比制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返すことを特徴と請求項１又は２記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
4. 前記脱硫用空燃比制御において、前記リッチ側とする制御と前記リーン側とする制御の時間割合をリッチ：リーン＝５：２〜４：３とすることを特徴と請求項３記載の排気ガス浄化システムの脱硫制御方法。
5. 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吸蔵還元型触媒の上流側の酸化触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化を回復するための脱硫制御を行う脱硫制御手段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、脱硫制御を行う際に、排気温度の昇温を行って、前記酸化触媒と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒との間に配置された前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側温度センサと、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に配置された下流側温度センサとで測定される、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側と出口側の温度差が所定の温度値以下になってから、脱硫用空燃比制御を行うことを特徴とする排気ガス浄化システム。
6. 前記所定の温度値を５℃〜２５℃の範囲内の温度とすることを特徴とする請求項５記載の排気ガス浄化システム。
7. 前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御時に、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側の空燃比をリッチ側とする制御とリーン側とする制御とを、交互に繰り返すことを特徴と請求項５又は６記載の排気ガス浄化システム。
8. 前記脱硫制御手段が、前記脱硫用空燃比制御において、前記リッチ側とする制御と前記リーン側とする制御の時間割合をリッチ：リーン＝５：２〜４：３とすることを特徴と請求項７記載の排気ガス浄化システム。

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