(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置の制御方法であって、ＮＯx吸蔵還元触媒への燃料添加を２回１セットで行い、ＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯx吸蔵量が所定量に達したものと推定された時に１回目の燃料添加を実施し、この１回目の燃料添加による吸蔵ＮＯxの脱離処理が完了した後に、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングで、触媒活性が十分に高まり且つ吸蔵ＮＯxの自然脱離も既に始まりかかっている状態のＮＯx吸蔵還元触媒に対し２回目の燃料添加を実施することを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
【請求項２】
ＮＯx吸蔵還元触媒への添加燃料を改質触媒によりＨ2とＣＯに分解して導くことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒を排気管の途中に装備し、このＮＯx吸蔵還元触媒によりＮＯxの排出濃度を低減することが行われている。
【０００３】
ただし、ＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、ＮＯxの吸蔵量が飽和量に達する前にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスのＯ2濃度をＨＣ等の還元剤により低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。
【０００４】
例えば、ガソリンエンジンに使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中のＯ2濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼルエンジンの排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。
【０００５】
このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加することにより、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上でＯ2と反応させることで排気ガス中のＯ2濃度を低下させる必要がある。
【０００６】
尚、この種の排気浄化装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３６０４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来においては、エンジン回転数や燃料噴射量（負荷）等に基づきＮＯx発生量を演算して求め、この発生量に基づいてＮＯx吸蔵還元触媒へのＮＯx吸蔵量を推定し、そのＮＯx吸蔵量が所定量に達したものと推定された時に燃料添加を実施するようにしていたが、ＮＯx吸蔵還元触媒は比較的比熱容量の大きいものであるため、図５にグラフで示す如く、燃料添加による吸蔵ＮＯxの脱離処理が完了した後に触媒床温度（図５のグラフでは触媒出口排気温度を触媒床温度の代用値としている）が遅れて反応熱により上がり始め、次の燃料添加が行われるまでには温度上昇が終息して排気温度近辺まで下がってしまうので、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒活性が高まる触媒床温度の上昇時からずれた効率の悪いタイミングでしか燃料添加が行われていなかった。
【０００９】
更に、図６にグラフで示す如く、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度（図６のグラフでも触媒出口排気温度を触媒床温度の代用値としている）が上昇することで飽和量が低下し、これにより吸蔵しきれなくなったＮＯxの自然脱離が起こるが、この時点では既に燃料添加による還元成分が雰囲気中からなくなってしまっているため、自然脱離したＮＯxが殆ど還元浄化されないまま放出されてＮＯx低減率の悪化を招いていた。
【００１０】
尚、ＮＯx吸蔵還元触媒の吸蔵ＮＯxの飽和量の変化につき補足しておくと、この種の飽和量は、所定のピーク温度に到達するまで触媒床温度の上昇に応じて増加するものの、ピーク温度を超えて更に触媒床温度が上昇すると逆に低下してくる性質のものであるため、ピーク温度以上の更なる触媒床温度の上昇にあっては、それまでに吸蔵されていたＮＯxが吸蔵しきれなくなって自然脱離されてしまうのである。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＮＯx吸蔵還元触媒から吸蔵ＮＯxを効率良く分解放出させ且つその放出ＮＯxを確実に還元浄化し得るようにして従来よりもＮＯx低減率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、排気管の途中にＮＯx吸蔵還元触媒を備えて該ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を添加し得るようにした排気浄化装置の制御方法であって、ＮＯx吸蔵還元触媒への燃料添加を２回１セットで行い、ＮＯx吸蔵還元触媒のＮＯx吸蔵量が所定量に達したものと推定された時に１回目の燃料添加を実施し、この１回目の燃料添加による吸蔵ＮＯxの脱離処理が完了した後に、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングで、触媒活性が十分に高まり且つ吸蔵ＮＯxの自然脱離も既に始まりかかっている状態のＮＯx吸蔵還元触媒に対し２回目の燃料添加を実施することを特徴とするものである。
【００１３】
而して、このようにすれば、１回目の燃料添加により吸蔵ＮＯxの分解放出及びその放出ＮＯxの還元浄化が促されてＮＯx吸蔵還元触媒の脱離処理が行われるのに続き、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングで２回目の燃料添加が実施されるので、この２回目の燃料添加の段階では、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒活性が十分に高まり且つ吸蔵ＮＯxの自然脱離も既に始まりかかっている状態となり、多量の吸蔵ＮＯxが効率良く分解放出されると共に、その放出ＮＯxが周囲の豊富な還元成分により確実に還元浄化されることになる。
【００１４】
この結果、２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒の殆どの吸蔵ＮＯxは脱離処理されてしまい、その吸蔵サイトが略完全に回復することになるため、２回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が連続して上昇しても更なる吸蔵ＮＯxの自然脱離は起こらず、還元処理されないまま放出されてしまうＮＯxが従来よりも大幅に減少してＮＯx低減率の大幅な向上が図られる。
【００１５】
尚、２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒の殆どの吸蔵ＮＯxは脱離処理されてしまうので、次に新たな１回目の燃料添加を行うまでの間隔を長く取ることが可能となり、２回１セットで燃料添加を行うことによる燃料添加量の増加分が、燃料添加のセット間の間隔を長く取ることで相殺されて燃費悪化が回避される。
【００１６】
また、本発明においては、ＮＯx吸蔵還元触媒への添加燃料を改質触媒によりＨ2とＣＯに分解して導くことが好ましく、このようにすれば、燃料が改質触媒にて周囲に共存するＯ2と反応して雰囲気温度を上げ且つＯ2が消費された後に燃料中のＨＣがＨ2とＣＯに分解されてＮＯx吸蔵還元触媒に供給されるので、その供給直後から雰囲気中のＯ2濃度がほぼ零となってＮＯxの分解放出が直ちに開始され、そのままＮＯx吸蔵還元触媒の表面上で反応性の高いＨ2及びＣＯにより従来のＨＣの燃焼温度より低い温度からＮＯxが効率良くＮ2に還元処理されることになる。
【００１７】
しかも、このようにＮＯx吸蔵還元触媒への添加燃料を改質触媒によりＨ2とＣＯに分解して導く場合には、改質触媒の触媒床温度を６００℃以上に上げ且つリッチ空燃比の雰囲気とする必要があり、一度に噴射する燃料添加量が改質触媒を用いない場合よりも増加し、燃料添加後のＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度の上昇も大きくなるため、従来通りの１回での燃料添加の方式では、燃料添加後のＮＯxの自然脱離量が顕著に多くなってしまう懸念があるが、本発明を適用すれば、そのような懸念が解消されることになり、改質触媒を用いることによるメリットだけを享受することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
上記した本発明の排気浄化装置の制御方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１９】
（Ｉ）ＮＯx吸蔵還元触媒への燃料添加を２回１セットで行い、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングで２回目の燃料添加を実施するようにしたことによって、多量の吸蔵ＮＯxを効率良く分解放出させることができると共に、その放出ＮＯxを周囲の豊富な還元成分により確実に還元浄化することができる。
【００２０】
（ＩＩ）２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒の殆どの吸蔵ＮＯxを脱離処理して吸蔵サイトの略完全な回復を図ることができるので、２回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が連続して上昇しても更なる吸蔵ＮＯxの自然脱離を防ぐことができ、還元処理されないまま放出されてしまうＮＯxを従来よりも大幅に減少させてＮＯx低減率の大幅な向上を図ることができる。
【００２１】
（ＩＩＩ）２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒の殆どの吸蔵ＮＯxを脱離処理して吸蔵サイトの略完全な回復を図ることができるので、次に新たな１回目の燃料添加を行うまでの間隔を長く取ることができ、２回１セットで燃料添加を行うことによる燃料添加量の増加分を、燃料添加のセット間の間隔を長く取ることで相殺することができて燃費悪化を回避することができる。
【００２２】
（ＩＶ）ＮＯx吸蔵還元触媒への添加燃料を改質触媒によりＨ2とＣＯに分解して導くようにすれば、多量の吸蔵ＮＯxをより効率良く分解放出させることができると共に、その放出ＮＯxを周囲の豊富な還元成分により更に確実に還元浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置の燃料添加に関する制御手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明による燃料添加と触媒出口排気温度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明による燃料添加と触媒出口ＮＯx濃度との関係を示すグラフである。
【図５】従来方法による燃料添加と触媒出口排気温度との関係を示すグラフである。
【図６】従来方法による燃料添加と触媒出口ＮＯx濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン１から排気マニホールド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４の途中に、フロースルー方式のハニカム構造を有するＮＯx吸蔵還元触媒５が触媒ケース６に抱持されて装備されており、該触媒ケース６の入側には、前記ＮＯx吸蔵還元触媒５の吸蔵サイトを回復させるための還元剤として燃料８（軽油）を噴射する燃料添加弁７が設けられている。
【００２６】
また、本形態例においては、前記触媒ケース６内におけるＮＯx吸蔵還元触媒５の前段に、前記燃料添加弁７により添加された燃料８をＨ2とＣＯに分解する改質触媒９が装備されており、該改質触媒９には、例えばアルミナやシリカ等の酸化物又はゼオライト等の複合酸化物を担体として、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ等を活性金属として担持させたものが用いられている。
【００２７】
更に、前記燃料添加弁７による燃料８の添加位置より上流の排気管４の適宜位置と、前記触媒ケース６より下流の排気管４の適宜位置とには、排気ガス３中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ１０，１１が夫々配設されており、該各ＮＯxセンサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１２に入力されるようになっている。
【００２８】
ここで、前記制御装置１２においては、図２に燃料添加に関する制御手順をフローチャートで示しているように、前記各ＮＯxセンサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａに基づきＮＯx吸蔵還元触媒５のＮＯx低減率の低下を監視し、該ＮＯx低減率が所定値まで低下してきた時に、ＮＯx吸蔵還元触媒５のＮＯx吸蔵量が所定量に達したものと推定して１回目の燃料添加を指令する制御信号１２ａを前記燃料添加弁７に向け出力し、この１回目の燃料添加による吸蔵ＮＯxの脱離処理が完了した後に、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングを下流側のＮＯxセンサ１１からの検出信号１１ａに基づいて計り、この吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングで２回目の燃料添加を指令する制御信号１２ａを前記燃料添加弁７に向け出力するようになっている。
【００２９】
即ち、本形態例では、ＮＯx吸蔵還元触媒５への燃料添加を２回１セットで行うようにしており、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始すると、下流側のＮＯxセンサ１１で検出される単位時間当たりのＮＯx濃度の上昇率が大きくなるので、ＮＯxセンサ１１の検出信号１１ａに基づき吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングを判定し、そのタイミングで２回目の燃料添加を実施するようにしている。
【００３０】
尚、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングは、触媒ケース６の出側で温度センサにより排気温度を検出して単位時間当たりの排気温度の上昇率が大きくなることで判定することも可能である。
【００３１】
而して、このような制御方式で排気浄化装置を運転すれば、ＮＯx吸蔵還元触媒５への燃料添加が２回１セットで行われ、前記各ＮＯxセンサ１０，１１からの検出信号１０ａ，１１ａに基づきＮＯx吸蔵還元触媒５のＮＯx吸蔵量が所定量に達したものと推定された時に１回目の燃料添加が実施され、この１回目の燃料添加により吸蔵ＮＯxの分解放出及びその放出ＮＯxの還元浄化が促されてＮＯx吸蔵還元触媒５の脱離処理が行われる。
【００３２】
次いで、この１回目の燃料添加による吸蔵ＮＯxの脱離処理が完了した後に、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇し、吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングがＮＯxセンサ１１の検出信号１１ａに基づき判定されて２回目の燃料添加が実施されるので、この２回目の燃料添加の段階では、ＮＯx吸蔵還元触媒５の触媒活性が十分に高まり且つ吸蔵ＮＯxの自然脱離も既に始まりかかっている状態となり、多量の吸蔵ＮＯxが効率良く分解放出されると共に、その放出ＮＯxが周囲の豊富な還元成分により確実に還元浄化されることになる（図３及び図４のグラフを参照：図３及び図４のグラフでは触媒出口排気温度を触媒床温度の代用値としている）。
【００３３】
この結果、２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒５の殆どの吸蔵ＮＯxは脱離処理されてしまい、その吸蔵サイトが略完全に回復することになるため、２回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が連続して上昇しても更なる吸蔵ＮＯxの自然脱離は起こらず、還元処理されないまま放出されてしまうＮＯxが従来よりも大幅に減少してＮＯx低減率の大幅な向上が図られる（図４のグラフを参照）。
【００３４】
尚、２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒５の殆どの吸蔵ＮＯxは脱離処理されてしまうので、次に新たな１回目の燃料添加を行うまでの間隔を長く取ることが可能となり、２回１セットで燃料添加を行うことによる燃料添加量の増加分が、燃料添加のセット間の間隔を長く取ることで相殺されて燃費悪化が回避される。
【００３５】
事実、本発明者の実験結果を示している従来の図６のグラフと本形態例の図４のグラフとを比べれば判る通り、同じ時間スパン内で本形態例は従来と変わらない３回の燃料添加で済んでおり、燃費の悪化の程度は同じであることが本発明者により確認されており、しかも、ＮＯx低減率としては、従来の７５％に対し９０％程度まで改善できることが確認されている。
【００３６】
また、特に本形態例においては、ＮＯx吸蔵還元触媒５へ添加される燃料８を改質触媒９によりＨ2とＣＯに分解して導くようにしているので、燃料８が改質触媒９にて周囲に共存するＯ2と反応して雰囲気温度を上げ且つＯ2が消費された後に燃料８中のＨＣがＨ2とＣＯに分解されてＮＯx吸蔵還元触媒５に供給されるので、その供給直後から雰囲気中のＯ2濃度がほぼ零となってＮＯxの分解放出が直ちに開始され、そのままＮＯx吸蔵還元触媒５の表面上で反応性の高いＨ2及びＣＯにより従来のＨＣの燃焼温度より低い温度からＮＯxが効率良くＮ2に還元処理されることになる。
【００３７】
しかも、このようにＮＯx吸蔵還元触媒５へ添加される燃料８を改質触媒９によりＨ2とＣＯに分解して導く場合には、改質触媒９の触媒床温度を６００℃以上に上げ且つリッチ空燃比の雰囲気とする必要があり、一度に噴射する燃料添加量が改質触媒９を用いない場合よりも増加し、燃料添加後のＮＯx吸蔵還元触媒５の触媒床温度の上昇も大きくなるため、従来通りの１回での燃料添加の方式では、燃料添加後のＮＯxの自然脱離量が顕著に多くなってしまう懸念があるが、本形態例のように運転すれば、そのような懸念が解消されることになり、改質触媒９を用いることによるメリットだけを享受することが可能となる。
【００３８】
従って、上記形態例によれば、ＮＯx吸蔵還元触媒５への燃料添加を２回１セットで行い、１回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が上昇して吸蔵ＮＯxが自然脱離を開始するタイミングで２回目の燃料添加を実施するようにしたことによって、多量の吸蔵ＮＯxを効率良く分解放出させることができると共に、その放出ＮＯxを周囲の豊富な還元成分により確実に還元浄化することができる。
【００３９】
また、２回目の燃料添加による効果的な脱離処理でＮＯx吸蔵還元触媒５の殆どの吸蔵ＮＯxを脱離処理して吸蔵サイトの略完全な回復を図ることができるので、２回目の燃料添加による反応熱で触媒床温度が連続して上昇しても更なる吸蔵ＮＯxの自然脱離を防ぐことができ、還元処理されないまま放出されてしまうＮＯxを従来よりも大幅に減少させてＮＯx低減率の大幅な向上を図ることができる。
【００４０】
しかも、次に新たな１回目の燃料添加を行うまでの間隔を長く取ることができ、２回１セットで燃料添加を行うことによる燃料添加量の増加分を、燃料添加のセット間の間隔を長く取ることで相殺することができて燃費悪化を回避することができる。
【００４１】
尚、本発明の排気浄化装置の制御方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
５  ＮＯx吸蔵還元触媒
７  燃料添加弁
８  燃料
９  改質触媒
１０  ＮＯxセンサ
１０ａ  検出信号
１１  ＮＯxセンサ
１１ａ  検出信号
１２  制御装置
１２ａ  制御信号
【図１】
0005557560.tif 000002
【図２】
0005557560.tif 000003
【図３】
0005557560.tif 000004
【図４】
0005557560.tif 000005
【図５】
0005557560.tif 000006
【図６】
0005557560.tif 000007