(57)【要約】【課題】ＮＯX吸蔵還元触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制して、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の寿命を長くする。【解決手段】ＮＯX吸蔵還元触媒装置のＳＯX吸蔵量が第一設定値Ｓ１Aに達した時に、Ｓ被毒回復処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の昇温は、吸蔵されたＳＯXの全てを放出させるのではなく、ＳＯX吸蔵量が第二設定値Ｓ２となるまでＳＯXを放出するのに必要な設定温度までとする。【選択図】図２
2010043612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置を具備し、前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置のＳＯX吸蔵量が第一設定値に達した時に、Ｓ被毒回復処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理における前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の昇温は、吸蔵されたＳＯXの全てを放出させるのではなく、ＳＯX吸蔵量が第二設定値となるまでＳＯXを放出するのに必要な設定温度までとすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第一設定値及び前記設定温度は前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化程度に基づき設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第二設定値は、前記Ｓ被毒回復処理が繰り返されても一定値とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第二設定値は、前記Ｓ被毒回復処理が繰り返されるほど小さくされることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのような希薄燃焼を実施する内燃機関の排気系には、ＮＯX吸蔵還元触媒装置が配置されている。ＮＯX吸蔵還元触媒装置は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯXを良好に吸蔵する。一方、再生処理として、排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とすれば、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させれば、吸蔵したＮＯXを放出し、こうして放出させたＮＯXを、排気ガス中の還元物質により還元浄化することができる。
【０００３】
このようなＮＯX吸蔵還元触媒装置は、ＮＯXと同様なメカニズムによって排気ガス中のＳＯXも吸蔵してしまう。ＳＯXは安定な硫酸塩として吸蔵されるために前述の再生処理では放出させることはできず、吸蔵量は増加する一方であり（Ｓ被毒）、遂には、再生処理直後においてもＮＯX吸蔵還元触媒装置のＮＯX吸蔵可能必要量を確保することができなくなる。
【０００４】
それにより、ＮＯX吸蔵還元触媒装置におけるＳＯX吸蔵量を推定し、このＳＯX吸蔵量が設定値に達した時には、さらにＳＯX吸蔵量が増加すると、再生処理直後においてもＮＯX吸蔵還元触媒装置のＮＯX吸蔵可能必要量を確保することができなくなるとして、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を７００°Ｃのような高温として排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチ空燃比とするＳ被毒回復処理を実施し、吸蔵ＳＯXをほぼ全て放出させるようにしている。
【０００５】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置において、熱劣化によりＮＯX及びＳＯXの吸蔵可能量が低下するために、再生処理直後においてＮＯX吸蔵可能必要量を確保するためには、ＮＯX吸蔵還元触媒装置が熱劣化するほど前述の設定値を小さくしてＳＯX吸蔵量が少なくてもＳ被毒回復処理を実施することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２３０４１９
【特許文献２】特開２００１−３０３９３７
【特許文献３】特開２００５−１２７２４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
Ｓ被毒回復処理は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を高温とするために、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を熱劣化させる。前述の技術においては、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化が進行することを抑制する点に関しては何ら改善されておらず、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の寿命は比較的短いままである。
【０００８】
従って、本発明の目的は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を具備する内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制して、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の寿命を長くすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置を具備し、前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置のＳＯX吸蔵量が第一設定値に達した時に、Ｓ被毒回復処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、前記Ｓ被毒回復処理における前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の昇温は、吸蔵されたＳＯXの全てを放出させるのではなく、ＳＯX吸蔵量が第二設定値となるまでＳＯXを放出するのに必要な設定温度までとすることを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第一設定値及び前記設定温度は前記ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化程度に基づき設定されることを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第二設定値は、前記Ｓ被毒回復処理が繰り返されても一定値とすることを特徴とする。
【００１２】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第二設定値は、前記Ｓ被毒回復処理が繰り返されるほど小さくされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯX吸蔵還元触媒装置のＳＯX吸蔵量が第一設定値に達した時に、Ｓ被毒回復処理を実施する内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の昇温は、吸蔵されたＳＯXの全てを放出させるのではなく、ＳＯX吸蔵量が第二設定値となるまでＳＯXを放出するのに必要な設定温度までとするようになっており、それにより、ＳＯXを全て放出させる場合に比較して低い設定温度までしかＮＯX吸蔵還元触媒装置は昇温されないために、Ｓ被毒回復処理に際しての熱劣化を抑制することができ、また、このようなＳ被毒回復処理によっても、ＳＯX吸蔵量は第一設定値より減少させられるために、再生処理直後にはＮＯX吸蔵還元触媒装置のＮＯX吸蔵可能必要量を確保することができる。
【００１４】
本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、Ｓ被毒回復処理が繰り返される毎にＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化は進行し、第一設定値及び設定温度はＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化程度に基づき設定されるようになっている。
【００１５】
本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第二設定値は、Ｓ被毒回復処理が繰り返されても一定値とされ、それにより、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化が進行するほどＳ被毒回復処理においてＳＯX吸蔵量を第一設定値から第二設定値とするまでＳＯXを放出させるのに必要な設定温度は徐々に高くなるが、ＳＯX吸蔵量が第二設定値から第一設定値に増加してＳ被毒回復処理が実施されるまでの間隔を比較的長くすることができ、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制することができる。
【００１６】
本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、第二設定値は、Ｓ被毒回復処理が繰り返されるほど小さくされ、それにより、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化が進行し、ＳＯX吸蔵量が第二設定値から第一設定値に増加してＳ被毒回復処理が実施されるまでの間隔は徐々に短くなるが、Ｓ被毒回復処理においてＳＯX吸蔵量を第一設定値から第二設定値とするまでＳＯXを放出させるのに必要な設定温度はそれほど高くはならず、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明による内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す概略図である。内燃機関は、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼を実施するものである。１はＮＯX吸蔵還元触媒装置である。２はＮＯX吸蔵還元触媒装置１の上流側へ燃料を供給するための燃料供給装置である。
【００１８】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は、排気ガスがリーン空燃比である時、すなわち、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、排気ガス中のＮＯ及びＮＯ2を貴金属触媒（例えば白金Ｐｔ）によりＮＯ3-まで酸化してＮＯX吸蔵成分（例えばカリウムＫ又はバリウムＢａ等）と反応させて硝酸塩として吸蔵する。
【００１９】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は、無制限にＮＯXを吸蔵することはできないために、機関運転状態毎の単位時間当たりのＮＯX発生量に基づき現在のＮＯX吸蔵量を推定し、これがＮＯX吸蔵可能要求量に達する以前に、再生処理として、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１へ流入する排気ガスをリッチ空燃比とすることにより、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、吸蔵したＮＯXを放出させ、こうして放出させたＮＯXをリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質（ＨＣ及びＣＯ）により還元浄化することが必要である。こうして、再生処理直後においては、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１に要求されたＮＯX吸蔵可能要求量を確保することができる。排気ガスをリッチ空燃比とするためには、燃焼空燃比をリッチとしたり、膨張行程又は排気行程において気筒内へ燃料を噴射したり、又は、燃料供給装置２によって機関排気系に燃料を供給したりすれば良い。
【００２０】
ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は、ＮＯXと同様なメカニズムによって排気ガス中のＳＯXも吸蔵してしまう。ＳＯXは安定な硫酸塩として吸蔵されるために放出させ難く、前述の再生処理を実施しても吸蔵量は増加する一方であり（Ｓ被毒）、遂には、再生処理直後においてもＮＯX吸蔵可能要求量を確保することができなくなる。
【００２１】
それにより、燃料中に含まれる硫黄がＳＯXとしてＮＯX吸蔵還元触媒装置１に設定割合で吸蔵されるとして、消費燃料量に基づきＮＯX吸蔵還元触媒装置１へ吸蔵されたＳＯX吸蔵量を推定し、このＳＯX吸蔵量が第一設定値に達した時には、さらにＳＯX吸蔵量が増加すると、再生処理直後にＮＯX吸蔵還元触媒装置１のＮＯX吸蔵可能必要量を確保することができなくなるとして、Ｓ被毒回復処理が実施される。
【００２２】
一般的なＳ被毒回復処理において、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は７００°Ｃのような高温とされて、排気ガスはリッチ空燃比とされ、すなわち、排気ガス中の酸素濃度を低下させることにより、吸蔵したＳＯXを全て放出させ、こうして放出させたＳＯXをリッチ空燃比の排気ガス中の還元物質（ＨＣ及びＣＯ）により還元する。ＮＯX吸蔵還元触媒装置１を昇温するには、排気ガス中の未燃燃料をＮＯX吸蔵還元触媒装置１内において貴金属触媒によって排気ガス中の酸素を使用して燃焼させれば良く、この未燃燃料は、膨張行程又は排気行程において気筒内へ噴射したり、燃料供給装置２によって機関排気系に供給したりすれば良い。
【００２３】
ところで、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は熱劣化すると、ＮＯX及びＳＯXの吸蔵可能量が低下し、遂には、全くＳＯXを吸蔵していなくてもＮＯX吸蔵可能要求量を確保することができなくなって寿命となる。特に、Ｓ被毒回復処理においては、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は高温とされるために熱劣化し易い。本願発明は、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制し、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の寿命を長くすることを目的としている。
【００２４】
図２は、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１におけるＮＯX及びＳＯXの吸蔵可能量とＳＯX吸蔵量との関係を示している。実線Ａは新品状態を示しており、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの順で劣化がさらに進行した状態をそれぞれ示している。各劣化状態において（新品状態を含めて）、当然のことながら、ＳＯX吸蔵量が０の時のＮＯX及びＳＯXの吸蔵可能量が最も多く（最大吸蔵可能量）、ＳＯX吸蔵量が増加するほど、その分だけ吸蔵可能量は減少する。また、劣化が進行するほど、最大吸蔵可能量は減少する。
【００２５】
新品状態のＮＯX吸蔵還元触媒装置１において、ＳＯX吸蔵量が増加してＳ１Aとなると、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の吸蔵可能量はＮＯX吸蔵可能要求量まで減少するために、Ｓ被毒回復処理が実施される。このＳ被毒回復処理において、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１から吸蔵ＳＯXを全て放出させるためにＮＯX吸蔵還元触媒装置１を７００°Ｃまで昇温すると、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は大幅に熱劣化してしまう。
【００２６】
図３は、Ｓ被毒回復処理においてＳＯX吸蔵量Ｓ１を０とする（全てのＳＯXを放出させる）のに必要な温度と、Ｓ２とする（一部のＳＯXを放出させる）のに必要な温度とを示すグラフであり、ａは新品状態を示し、ｂ、ｃ、ｄの順で劣化がさらに進行した状態をそれぞれ示している。図３に示すように、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１のＳＯX吸蔵量をＳ２までとするのに必要な温度Ｔ２は、ＳＯX吸蔵量を０とするのに必要な温度Ｔ１より低くて良い。
【００２７】
それにより、本発明においては、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置１の昇温は、吸蔵されたＳＯXの全てを放出させるのに必要な温度Ｔ１ではなく、ＳＯX吸蔵量が第二設定値Ｓ２となるまでＳＯXを放出するのに必要な設定温度Ｔ２までとするようにしており、それにより、ＳＯXを全て放出させる場合に比較して低い設定温度までしかＮＯX吸蔵還元触媒装置は昇温されないために、Ｓ被毒回復処理に際しての熱劣化を抑制することができる。また、このようなＳ被毒回復処理によっても、ＳＯX吸蔵量は第一設定値Ｓ１より減少させられるために、再生処理直後にはＮＯX吸蔵還元触媒装置のＮＯX吸蔵可能必要量を確保することができる。
【００２８】
こうして、新品のＮＯX吸蔵還元触媒装置１において、ＳＯX吸蔵量がＳ１Aとなれば、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１はＴ２aまで昇温されてＳ被毒回復処理が実施され、ＳＯX吸蔵量は第二設定値Ｓ２Bまで減少させられる。こうして昇温時の温度は低くされたが、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１は全く熱劣化しないわけではなく、僅かには熱劣化して吸蔵可能量が減少し（実線Ａから実線Ｂへ）、ＳＯX吸蔵量が第一設定値としてＳ１Aより僅かに少ないＳ１Bとなった時にＮＯX吸蔵還元触媒装置１の吸蔵可能量はＮＯX吸蔵可能要求量となり、Ｓ被毒回復処理を実施しなければならなくなる。
【００２９】
本実施形態において、今回のＳ被毒回復処理においても、ＳＯX吸蔵量は第二設定値Ｓ２C（＝Ｓ２B）まで減少させることが意図され、そのために、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１をＴ２ａより僅かに高いＴ２ｂまで昇温する。ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の熱劣化が進行するほど、再生処理直後においてＮＯX吸蔵可能要求量を確保するためにＳ被毒回復処理を開始する時のＳＯX吸蔵量（第一設定値Ｓ１）は徐々に少なくなり、ＳＯX吸蔵量を同じ第二設定値Ｓ２まで減少させるのに必要な設定温度は徐々に高くなる。このように、Ｓ被毒回復処理が繰り返される毎にＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化は進行し、第一設定値Ｓ１（Ｓ１A、Ｓ１B、Ｓ１C、Ｓ１D、Ｓ１E）及び設定温度Ｔ２（Ｔ２a、Ｔ２b、Ｔ２c、Ｔ２d）はＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化程度に基づき設定されるようになっている。
【００３０】
本実施形態において、第二設定値は、Ｓ被毒回復処理が繰り返されても一定値（Ｓ２B＝Ｓ２C＝Ｓ２D＝Ｓ２E）とされ、それにより、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化が進行するほどＳ被毒回復処理においてＳＯX吸蔵量を第一設定値Ｓ１から第二設定値Ｓ２とするまでＳＯXを放出させるのに必要な設定温度Ｔ２は徐々に高くなるが、Ｓ被毒回復処理において、ある程度のＳＯXを放出させるために、ＳＯX吸蔵量が第二設定値から第一設定値に増加してＳ被毒回復処理が実施されるまでの間隔を比較的長くすることができ、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制することができる。
【００３１】
次に、もう一つの実施形態を説明する。本実施形態では、新品のＮＯX吸蔵還元触媒装置１において、ＳＯX吸蔵量がＳ１Aとなれば、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１はＴ２aまで昇温されてＳ被毒回復処理が実施され、ＳＯX吸蔵量は第二設定値Ｓ２Bまで減少させられる。ＮＯX吸蔵還元触媒装置１の使用に伴って再びＳＯX吸蔵量が徐々に増加し、ＳＯX吸蔵量が第一設定値としてＳ１Aより僅かに少ないＳ１Bとなった時にＮＯX吸蔵還元触媒装置１の吸蔵可能量はＮＯX吸蔵可能要求量となり、Ｓ被毒回復処理を実施しなければならなくなるが、今回のＳ被毒回復処理においては、ＳＯX吸蔵量は前述の一定値より少ない第二設定値Ｓ２C’まで減少させることが意図され、そのために、ＮＯX吸蔵還元触媒装置１を例えばＴ２aまで昇温する。
【００３２】
本実施形態において、第二設定値は、図２に示すように、Ｓ被毒回復処理が繰り返されるほど小さくされ（Ｓ２、Ｓ２C’、Ｓ２D’、Ｓ２E’）、それにより、ＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化が進行し、ＳＯX吸蔵量が第二設定値から第一設定値に増加してＳ被毒回復処理が実施されるまでの間隔は徐々に短くなるが、Ｓ被毒回復処理においてＳＯX吸蔵量を第一設定値から第二設定値とするまでＳＯXを放出させるのに必要な設定温度Ｔ２aはほぼ一定とすることができ、それほど高くする必要はないために、Ｓ被毒回復処理におけるＮＯX吸蔵還元触媒装置の熱劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図２】ＮＯX吸蔵還元触媒装置における吸蔵可能量とＳＯX吸蔵量との関係を示すグラフである。
【図３】吸蔵ＳＯXを放出させるのに必要な設定温度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１    ＮＯX吸蔵還元触媒装置
２    燃料供給装置
【図１】
2010043612.tif 000003
【図２】
2010043612.tif 000004
【図３】
2010043612.tif 000005