(57)【要約】【課題】NOx吸蔵転換装置の脱硫処理に要する時間をより短縮する又は、過剰な硫化水素の形成及び放出をより抑制する、NOx吸蔵転換装置の脱硫方法を提供する。【解決手段】本発明のNOx吸蔵転換触媒装置の脱硫方法は、NOx吸蔵転換触媒装置内に蓄積された硫黄の量を判断する工程、蓄積された硫黄の量に基づいてNOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を、蓄積硫黄量が多いほど短くなるように決定する工程及び、決定された時間の間、NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する工程を含む。【選択図】図３
2006242188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン及び、該エンジンからの排気を処理するNOx吸蔵転換触媒装置を持つ装置における、上記NOx吸蔵転換触媒装置の脱硫方法であって、
上記NOx吸蔵転換触媒装置を脱硫温度まで加熱する工程、
第一の所定時間、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとの間で変調する工程及び、
上記第一所定時間の後、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比を第二の所定時間リッチに制御する工程、
を有する方法。
【請求項２】
上記第一所定時間のうち上記空燃比がリッチであるリッチ期間が、先行する上記リッチ期間に比べて長くされた、
請求項1に記載の方法。
【請求項３】
上記第一所定時間のうち上記空燃比がリッチであるリッチ期間が、該リッチ期間の前に上記NOx吸蔵転換触媒装置内の硫黄蓄積量に基づいて決定される、
請求項1又は2に記載の方法。
【請求項４】
上記リッチ期間の後に、上記NOx吸蔵転換触媒装置内に残っている硫黄の量を判断する工程を更に有する、
請求項1乃至3のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
上記NOx吸蔵転換触媒装置内に残っていると判断された硫黄の量が所定の閾値以下であることが判断されたときのみ、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比を連続的にリッチに制御する、
請求項3又は4に記載の方法。
【請求項６】
上記第二期間が約0.5〜15分である、
請求項1乃至5のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
上記第二期間の後に、脱硫処理を終了させる工程を更に有する、
請求項1乃至6のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
エンジン及び、該エンジンからの排気流を処理するNOx吸蔵転換触媒装置を持つ装置における、上記NOx吸蔵転換触媒装置の脱硫方法であって、
上記NOx吸蔵転換触媒装置内に蓄積された硫黄の量を判断する工程、
上記判断された蓄積硫黄量に基づいて、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を、蓄積硫黄量が大きいほど短くなるように決定する工程、
上記決定された時間のあいだ、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する工程、
を有する方法。
【請求項９】
上記蓄積された硫黄の量を判断する工程が、蓄積された硫黄量が脱硫開始閾値以上かどうかを判断する工程を含み、
上記蓄積された硫黄量が上記脱硫開始閾値以上のとき、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を決定する、
請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
上記蓄積された硫黄量が上記脱硫開始閾値以上で無いとき、再び上記蓄積硫黄量が判断されるまで待機する、
請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
上記蓄積された硫黄の量を判断する工程が、蓄積された硫黄の初期量を判断する工程及び、上記蓄積された硫黄の初期量から前回の空燃比リッチ制御によって除去された硫黄の量を引き算することによって、蓄積された硫黄の瞬間量を判断する工程を含む、
請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
上記蓄積された硫黄の初期量を判断する工程が、前回の脱硫処理が終了してから今回の脱硫処理が開始するまでの期間の間にエンジン内の燃料の燃焼によって生成される硫黄の量を積算する工程及び、上記エンジン内の燃料の燃焼によって生成された硫黄の積算量に、前回の脱硫処理の後に上記NOx吸蔵転換触媒装置に残っている硫黄の量を加算する工程を含む、
請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
上記蓄積された硫黄量が脱硫停止閾値以下かどうかを判断する工程を更に備え、
上記蓄積された硫黄量が脱硫停止閾値以下のときに脱硫を終了する、
請求項8乃至12のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
上記蓄積された硫黄量が脱硫停止閾値以下でないとき、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する追加時間を決定する、
請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御した後、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリーンに制御する工程を更に有し、
その後、上記蓄積された硫黄の量を判断する工程、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を決定する工程及び、該時間の間、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する工程を所定回反復する、
請求項8乃至14のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１６】
一回の脱硫処理内の、上記の一連の工程を繰り返す毎に、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間が長くなる、
請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
上記蓄積された硫黄量を連続リッチ閾値と比較する工程を更に含み、
上記蓄積された硫黄量が上記連続リッチ閾値以下のとき、脱硫処理を終了する前に、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比を所定時間のあいだリッチに制御する、
請求項15又は16に記載の方法。
【請求項１８】
上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間が、約0.5〜15分の範囲内である、
請求項17に記載の方法。
【請求項１９】
エンジン、
該エンジンからの排気流を排出する排気管、
該排気管に沿って配置されたNOx吸蔵転換触媒装置及び、
該NOx吸蔵転換触媒装置の定期的な脱硫処理を制御するための制御器を有する装置であって、
該制御器による定期的な脱硫制御が、
上記NOx吸蔵転換触媒装置内に蓄積された硫黄の量を判断する工程、
上記蓄積された硫黄量に基づいて、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を、硫黄量が多いほど短くなるように決定する工程及び、
上記決定された時間のあいだ、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する工程を有する、
装置。
【請求項２０】
上記装置が車両である、請求項19に記載の装置。
【請求項２１】
上記制御器が、上記蓄積された硫黄の量が脱硫開始閾値以上かどうかを判断し、上記蓄積された硫黄量が上記脱硫開始閾値以上であるときに、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を決定するように構成されている、
請求項19又は20に記載の装置。
【請求項２２】
上記制御器が、上記蓄積された硫黄量が脱硫開始閾値以上かどうかを判断し、上記蓄積された硫黄量が上記脱硫開始閾値以上でないときに、上記蓄積された硫黄量が再び判断されるまでの間、待機するように構成されている、
請求項19乃至21のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２３】
上記制御器が、上記蓄積された硫黄の初期値を判断することによって上記蓄積された硫黄量を判断し、その後、上記蓄積された硫黄の初期量から、前回の空燃比リッチ制御によってNOx吸蔵転換触媒装置から除去された硫黄の量を引き算することにより、上記蓄積された硫黄の瞬間量を決定するように構成されている、
請求項19乃至22のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２４】
上記制御器が、前回の脱硫処理が終了してから今回の脱硫処理が開始するまでの期間の間にエンジン内の燃料の燃焼によって生成される硫黄の量を積算する工程及び、上記エンジン内の燃料の燃焼によって生成された硫黄の積算量に、前回の脱硫処理の後に上記NOx吸蔵転換触媒装置に残っている硫黄の量を加算する工程によって、蓄積された硫黄の初期量を判断する、
請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
上記制御器が、上記蓄積された硫黄量が脱硫停止閾値以下かどうかを判断し、上記蓄積された硫黄量が上記脱硫停止閾値以下のときに上記脱硫処理を終了するように構成されている、
請求項19乃至24のいずれか一つに記載された装置。
【請求項２６】
上記制御器が、上記蓄積された硫黄量が脱硫停止閾値以下でないと判断したとき、上記制御器が上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を決定するように構成されている、
請求項25に記載の装置。
【請求項２７】
上記制御器が、硫黄の量を判断し、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間を決定し、該時間のあいだ上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御し、そして、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリーンに制御することを、所定回反復するように構成されている、
請求項19に記載された装置。
【請求項２８】
一回の脱硫処理内の、上記の一連の工程を繰り返す毎に、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間が長くなるように構成されている、
請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
上記制御器が上記蓄積された硫黄量を連続リッチ閾値と比較するように更に構成され、そして、
脱硫処理を終了する前に、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比を所定時間のあいだ連続してリッチに制御する、
請求項27又は28に記載の装置。
【請求項３０】
コンピューターに格納され、請求項1乃至18のいずれかに記載の脱硫方法を上記コンピューターに実行させるエンジン制御用コンピューター・プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はNOx吸蔵転換触媒装置の脱硫方法及び装置に関し、特に車両のエミッション処理システム内に設けられたNOx吸蔵転換触媒装置の脱硫方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるリーンバーンエンジン即ち、空気の量が化学量論的に燃料より多いリーン空燃比で動作するエンジンは、化学量論的に平衡な空燃比（理論空燃比）の混合気で動作するように構成されたエンジンに対する、燃料経済性の改善を提供することが出来る。
【０００３】
しかしながら、リーンバーンエンジンは、種々の不利益を引き起こす可能性がある。例えば、リーン混合気を燃やすと、従来の三元触媒コンバータ内における窒素酸化物（総称的にNOxと呼ばれる）の還元作用が低下する可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リーンバーンエンジンにおけるNOx排出量を削減するため、種々の機構が開発されている。NOxトラップとして知られている触媒もそのような機構の一つである。NOxトラップは、一般的にエミッション処理システム内の触媒コンバータの下流に配置される触媒反応装置であり、エンジンがリーン混合気で動作しているときにNOxを保持し、その後エンジンがよりリッチな混合気で動作するときにNOxを放出及び還元するように構成されている。
【０００５】
一般的なNOxトラップは、一つ以上の貴金属及び、エンジンがリーン混合気で動作しているときにNO2を硝酸塩として吸着するための、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の酸化物を含む。それからエンジンは、周期的に、よりリッチな混合気で動作するように構成され得る。硝酸塩は、このようなリッチ条件の下で分解して、NOxを放出する。このNOxが、貴金属上で排気中の一酸化炭素、水素ガスおよび種々の炭化水素と反応してN2を形成する。その結果、NOx排出量が削減されると共に、トラップが再生される。
【０００６】
NOxトラップを使用することは、リーンバーンエンジンからのNOx排出量を、概ね削減することが出来る。しかしながら、燃料内の硫黄の燃焼によって生成されるSO2が、NOx吸蔵サイトを被毒しNOxトラップのNOx吸蔵能力を低下させる硫酸塩を形成し得る。
【０００７】
トラップのNOx吸蔵能力は、トラップをリッチ条件下で高い温度（例えば、約700℃）において数分間動作することにより回復され得る。しかしながら、この脱硫処理は不快臭をもつ硫化水素の形成と放出を招く可能性がある。硫化水素の放出は、NOxトラップの脱硫処理のために、空燃比をリーンとリッチとに変更することにより抑えられ得るが、これは脱硫処理の終了を極めて遅らせる即ち、脱硫処理を長期化する可能性がある。
【０００８】
この対策として、多段脱硫処理が知られている（例えば、特許文献1）。特許文献1に教示されている多段脱硫処理は、第一段階において、NOxトラップが第一の期間、僅かにリッチな状態（空燃比＝0.98）の下で比較的低い脱硫温度に晒される。そして第二段階において、空燃比が初期値のあたりで変調される。第二段階が進行するにつれ、変調の振幅を増加し、温度を高め、そして、変調の振動数と中点を下げる。この方法は、変調の振幅/振動数を固定した方法と比較して、脱硫に要する時間を短縮し得る。しかしながら、この方法は、脱硫処理中のいかなる瞬間においても、トラップ内の硫化水素の量を考慮していないので、依然として過剰な硫化水素の生成を引き起こし、そして/又は、脱硫を完了するのに必要以上の時間をかける可能性がある。したがって本発明は、NOx吸蔵転換装置の脱硫処理に要する時間をより短縮する又は、過剰な硫化水素の形成及び放出をより抑制することを目的とする。
【特許文献１】独国特許出願公開第19849082号明細書
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、エンジン及び、該エンジンからの排気を処理するNOx吸蔵転換触媒装置を持つ装置における、上記NOx吸蔵転換触媒装置の脱硫方法が提供される。この方法は、上記NOx吸蔵転換触媒装置を脱硫温度まで加熱する工程、第一の所定時間、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとの間で変調する工程及び、上記第一所定時間の後、上記NOx吸蔵転換触媒装置に流入する排気の空燃比を第二の所定時間リッチに制御する工程、を有する。脱硫温度に加熱してから第一所定時間空燃比をリッチとリーンとの間で変調することにより、リッチ期間に脱硫をして触媒装置中の硫黄量を低減した後リーンへと変調することで過剰な硫化水素の放出を抑え、そして、再び第二所定時間空燃比をリッチとすることで、第一所定時間に残留硫黄量が減少したために硫化水素放出量の減少が期待できる状態で脱硫処理を行なうことが出来るので、脱硫処理に伴なう硫化水素放出量を抑制することが出来る。
【００１０】
本発明の第二の観点によれば、脱硫方法が、NOx吸蔵転換装置内に蓄積される硫黄の量を判定する工程、判定された蓄積硫黄の量に基づいてNOx吸蔵転換装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する時間が、蓄積硫黄の量が少ないときは長く、蓄積硫黄の量が多いときは短くなるように決定する工程及び、決定された時間のあいだNOx吸蔵転換装置に流入する排気の空燃比をリッチに制御する工程を含む。蓄積硫黄量が多いほどリッチ排気流に晒す期間を短くすることにより、脱硫効率を上げることで脱硫処理の時間を適切なものとすることが出来ると共に燃料消費量を抑え、更に、硫化水素放出特性に逆行したリッチ期間となることで硫化水素放出特性を抑えることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図1は、内燃機関（エンジン）10の概略図を示す。エンジン10は、一般的に、図1にその一つが示される複数のシリンダーを含み、電子エンジン制御器12によってコントロールされる。エンジン10は、燃焼室14及び、クランクシャフト20に結合されるピストン18をその中に備えたシリンダ壁16を含む。燃焼室14は、それぞれの吸気弁26および排気弁28を介し、吸気マニフォールド22および排気マニフォールド24と連通する。排気ガス酸素センサー30は、エンジン10の排気マニフォールド24に結合され、エミッション処理部40は排気ガス酸素センサーの下流で排気マニフォールドに連結される。図示されているエンジンは、自動車、例えば乗用車や多用途車で使用するために構成され得る。
【００１２】
吸気マニフォールド22が、スロットル弁44を介してスロットル・ボディー42と連通する。吸気マニフォールド22はまた、制御器12からの信号(fpw)のパルス幅に比例して燃料を供給するためにそこに結合された燃料噴射弁46を持つのが示されている。燃料が、燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レール(不図示)を含む、通常の燃料システム(不図示)により、燃料噴射弁46へ供給される。エンジン10は更に、制御器12に応答して火花点火を行うために通常のディストリビューターレス（distributor-less）の点火システム48を含む。ここに記載の実施形態において、制御器12は、マイクロプロセッサー・ユニット52、入出力ポート54、この特定の例において電子プログラム可能メモリーである電子メモリー・チップ56、ランダム・アクセス・メモリー58及び、通常のデータ・バスを含む、通常のマイクロコンピュータである。
【００１３】
制御器12は、エンジン10に結合されたセンサーからの各種信号を受ける。そのような信号には、前述の信号に加えて、スロットル・ボディー42に結合された質量空気量センサー60からの吸入質量空気量の計測値（MAF）、冷却水ジャケット64に結合された温度センサー62からのエンジン冷却水温度(ECT)、吸気マニフォールド22に結合されたマニフォールド絶対圧センサー66からのマニフォールド圧の計測値(MAP)、スロットル弁44に結合されたスロットル位置センサー68からのスロットル位置の計測値(TP)、及び、エンジン速度(N)を表すクランクシャフト20に結合されたホール効果センサー70からの特性点火ピックアップ信号(PIP)が含まれる。
【００１４】
排気ガスは、排気マニフォールド24、EGRバルブ・アセンブリー74及びEGRオリフィス76と連通する、従来のEGR管72によって、吸気マニフォールド22に供給される。あるいは、EGR管72は、排気マニフォールド24と吸気マニフォールド22の間を連通する、エンジン内部に経路を持つ通路であってもよい。
【００１５】
マニフォールド絶対圧センサー66は、バルブ・アセンブリー74とオリフィス76の間のEGR管72に連通する。マニフォールド絶対圧センサー66はまた、吸気マニフォールド22とも連通する。別の言い方をすれば、排気ガスは、排気マニフォールド24から、最初にEGRバルブ・アセンブリー74を通り、その後、EGRオリフィス76を通って吸気マニフォールド22に進む。したがって、EGRバルブ・アセンブリー74はオリフィス76の上流に位置していると言うことが出来る。
【００１６】
マニフォールド絶対圧センサー66は、マニフォールド圧(MAP)及び、オリフィス76を越えた側の圧力低下(DP)の計測値を制御器12に供給する。その後、信号MAPおよびDPはEGR流量を算出するために使用される。EGRバルブ・アセンブリー74が、EGR管72中の可変面積絞りを制御するためのバルブ位置（不図示）を持ち、それによってEGR流量を制御する。EGRバルブ・アセンブリー74は、EGR管72を流れるEGR流に対する制限を最小にすること、あるいは、EGR管72を流れるEGR流を完全に制限することが可能である。真空レギュレーター78がEGRバルブ・アセンブリー74に連結される。真空レギュレーター78は、EGRバルブ・アセンブリー74のバルブ位置を制御するため、制御器12からライン80によって駆動信号を受ける。好ましい実施形態において、EGRバルブ・アセンブリー74は真空駆動式のバルブである。しかしながら、本技術の当業者にとって明らかなように、例えば電気ソレノイド駆動式バルブ又はステップモーター駆動式バルブのような、いかなる形式の流量調節弁も使用され得る。EGR制御バルブの上流にオリフィスをもつような、代替のEGRシステムも使用可能であることを記しておく。更に、オリフィスの無いステップモーターバルブを利用するシステムも使用可能である。
【００１７】
図2は、エミッション処理部40の典型的な実施形態の概略図を示す。エミッション処理部40は、三元触媒コンバータ100及び、三元触媒コンバーター100の下流に配置されるNOxトラップ110を含む。NOxトラップ110は、排気流内のNOxをN02に転換するための、プラチナ、ロジウム及び/又はパラジウムのような一つ以上の貴金属を含むのが一般的である。NOxトラップ110はまた、エンジン10がリーン混合気で動作しているときにN02を硝酸塩として吸着するための、酸化バリウムのようなアルカリまたはアルカリ土類金属の酸化物であるのが一般的である。それからエンジンは、周期的に、リッチ混合気で動作するように構成され得る。硝酸塩はこのような条件下で分解して、その後、貴金属上で排気中の一酸化炭素、水素ガス及び種々の炭化水素と反応してNOxを放出し、それによってNOx排出量を低減し、トラップを再生する。
【００１８】
しかしながら、燃料内の硫黄の燃焼が排気中にSO2を生成する。リーン状態の下において、このSO2はNOxトラップ110、又は三元触媒100の貴金属上で酸化し、NOxトラップ内のアルカリ金属又はアルカリ土類金属と反応して硫酸塩を形成するSO3を形成する。この硫酸塩は、NOx吸蔵サイトを被毒し、NOxトラップのNOx吸蔵能力を低下させる。
【００１９】
上述したように硫酸塩は、NOxトラップを約600℃〜800℃の間の温度に加熱し且つ、エンジンをリッチ状態の下で動作させることにより、NOxトラップから除去され得る。この方法で硫酸塩をNOxトラップから浄化したとき、それらの大部分は排気中で二酸化硫黄（SO2）、硫化水素（H2S）及び硫化カルボニル（COS）に転換される。これら三つの化合物のうち、硫化水素がその不快臭のために、最も課題である。排気中の硫化水素の濃度が、約20ppmを超えないようにするのが望ましい。しかしながら、NOxトラップが脱硫条件において連続的にリッチ状態で動作させられたとき、硫化水素の濃度は500ppmを超える可能性がある。
【００２０】
脱硫の間、空燃比をリッチとリーンの間で変調することは硫化水素の生成量を低減し得るが、それは脱硫が完了するのに必要な時間を長くもし得る。前述の特許文献1によって教示されている多段脱硫処理は、空燃比の変調振動数が固定されている脱硫処理よりも脱硫性能が改善され得るが、依然として過剰な硫化水素の形成及び/又は、非効率な脱硫をもたらす可能性がある。
【００２１】
そのような問題を解決するため、本実施形態は、脱硫処理における各リッチサイクルの継続期間を、そのリッチサイクルの開始時にNOxトラップ内に存在すると判定された硫黄のピークレベルに基づいて選択する。下記により詳しく記述するように、脱硫処理におけるリッチサイクル間に放出される硫化水素のピークレベルは、NOxトラップ内に蓄積された硫黄の瞬間量の関数である。蓄積された硫黄の量が大きくなるほど、如何なる温度においても、リッチサイクルの間の硫化水素生成量のピークが概して高くなる結果となる。したがって、硫黄蓄積量の小さなNOxトラップは、空燃比変調におけるリッチ状態の継続時間をより長くすることができ、過度に高いピークレベルの硫化水素を生成することなく、全体として脱硫処理に係る時間を短縮出来る。一方、硫黄蓄積量の大きなNOxトラップは、リッチ時間を短くすることが要求され、低レベルの硫化水素放出を維持するため、全体として脱硫処理に必要とする時間が長くなる。さらに、NOxトラップ110内に蓄積された硫黄の量を実際に判定し、そして、判定された硫黄量に基づいて所定のリッチサイクルの時間を選択することにより、脱硫処理の間、それぞれのリッチ/リーン脱硫サイクルに関するリッチサイクルが最適化され得る。このようにして、リッチ時間を長くしすぎることによる過剰な硫化水素の生成と、リッチ時間を短くしすぎることによって引き起こされる脱硫処理の長期化との両方を、同時に解決することが出来る。
【００２２】
図3は、200において、既知の方法より硫化水素の生成が少なく、より迅速な脱硫処理を提供し得る、NOxトラップの脱硫方法の典型的な実施形態の一つを概略的に示す。方法200の種々のステップは、一般的に制御器12によって実行若しくは制御され、そして、方法200を実行するためのプロセッサ52によって実行可能な指示は、メモリ56及び/又はメモリ58内に格納され得る。
【００２３】
方法200は、202においてNOxトラップ110内の硫黄の量を判定し、その後、204において脱硫処理が必要かどうかを判断する。この判断を行なうため、例えば、NOxトラップ110内に蓄積されていると判断される硫黄の量を、蓄積硫黄の閾値と比較することが出来る。代わりに、他のいかなる適切な方法も、脱硫処理が必要かどうかを判断するために使用され得る。
【００２４】
脱硫処理が必要ないと判断された場合、方法200は終了し、そして直ぐに或いは、適切な間隔を待った後に実行され得る。一方、204において脱硫処理が必要と判断された場合、NOxトラップ110は次に206において望ましい脱硫温度まで加熱される。それから、NOxトラップ110をリッチ排気に晒す前に、208において、蓄積された硫黄の量に応じてリッチ時間が決定される。次に、210において、NOxトラップ110が一つのリッチ/リーンサイクルに晒される。これは、最初にNOxトラップ110を、決定された時間のあいだリッチ排気流に晒し、その後、NOxトラップ110をリーン排気流に晒すことを含む。リーン排気流に晒す時間は、判断された蓄積硫黄量に基づいても良く、固定されても良く、或いは予め選択されたものでも良い。NOxトラップ110内の硫黄の量を判断し、その後、判断された蓄積硫黄量に基づいてリッチサイクルの継続時間を選択することにより、リッチサイクルの継続時間が、過剰な硫化水素の生成を避け且つ、不必要に短くならないように選択されることを可能とする。
【００２５】
210においてリッチ/リーンサイクルが実行された後、212においてリッチ/リーンサイクルによってNOxトラップ110から除去された硫黄の総量が計算され、その後、214においてNOxトラップ110内に残っている硫黄の総量が計算される。次に、216において、NOxトラップ110内に残っている硫黄の総量が閾値（「脱硫終了」閾値と呼ばれ得る）と比較される。NOxトラップ110内に残っている硫黄の総量が、脱硫終了閾値以下でない場合、208において別のリッチ時間が決定され、そして（新しく決定されたリッチサイクル時間を使用する別のリッチ/リーンサイクルが）実行される。リッチサイクルの時間が、継続時間、エンジン回転数、又は他のいかなる適切な測定値に基づき得ることは理解されるだろう。方法200はこのようにして、214においてNOxトラップ110内に残っている硫黄の量が、脱硫終了閾値以下になるまで継続する。この点において、方法200は、NOxトラップ110内に蓄積された硫黄が、新たな脱硫開始閾値に到達するまで終了したままとなる。
【００２６】
NOxトラップ110内の蓄積硫黄量の判断は、いかなる適切な方法によっても実行可能である。例えば、エンジンでの燃料の燃焼によって生成される二酸化硫黄は、燃料中の硫黄の量を知り或いは推測し、その燃料が燃焼しNOxトラップ110に蓄積される量を、その転換率及び蓄積率が100%（或いは、他の適切な割合）と仮定して積算することによって、判断することができる。それから、硫黄の総量を得るため、燃料の燃焼によって生成されると判断された硫黄の量が、前回の脱硫処理の完了後にNOxトラップ110内に残っている硫黄の量に加算される。
【００２７】
あるいは、エンジン内のHEGO（heated exhaust gas oxygen ）センサー、UEGO（Universal Exhaust Gas Oxygen）センサ−及び/又はNOxセンサーを使用する診断方法を使用することも出来る。例えば、リッチからリーンへ遷移する間の、前側UEGOセンサーと後側UEGOセンサーとの間の遅延時間を測定する方法がある。そのような遅延時間は、NOxトラップ110内の酸素吸蔵成分（oxygen storage component：OSC）によるO2の吸蔵に起因する。硫黄被毒は、この酸素吸蔵成分を劣化させるので、遅延時間は触媒が被毒されるにつれて減少する。NOxトラップ110内の硫黄量を推定するために、この遅延時間と、硫黄量と遅延時間との間の較正曲線を使用することが出来る。同様に、リーンからリッチに遷移する間の、前後のUEGOセンサー間の、OSC物質から放出される酸素とNOx吸蔵物質から放出されるNOXに起因する遅延時間を測定される方法がある。繰り返しになるが、NOxトラップ110内の硫黄量を推定するために、この遅延時間と、硫黄量とリーン〜リッチ間の遅延時間との間の較正曲線を使用することが出来る。これらの方法は、脱硫処理が必要な時期を判断すべくNOxトラップ内の硫黄の量を推定するために使用可能である。あるいは、これらの方法を、脱硫処理の間、それぞれのリッチ/リーンサイクルの後でNOxトラップ内に残っている硫黄の量を推定するために実行してもよい。同じく、脱硫処理が必要であるかどうかを判断するために、いかなる適切な脱硫開始閾値も選択可能である。脱硫開始閾値の適切な例として、硫黄濃度が約0.1〜0.5グラム/リットル（g/l）の範囲内のものがあるが、これに限定されない。さらに、NOxトラップの脱硫のための加熱温度は、いかなる適切な温度でも良い。例えば、約600℃〜800℃の間の温度であるが、これに限定されない。この範囲内で高い温度を使用するほど、脱硫処理に係る時間がより短縮化し得る。さらに、方法200は、特許文献1に教示されているような、初期段階の低温脱硫を必要としない。このことは、本方法が、特許文献1に教示されている方法と比べて高効率化することに、更に寄与し得る。
【００２８】
NOxトラップ110がリッチ排気に晒される時間は、いかなる適切な方法でも決定され得る。典型的な実施形態の一つにおいて、制御器12は、様々なリッチ時間を、様々な蓄積硫黄量、様々なリッチ空燃比及び/又は、様々な脱硫温度とに、相互に関連付けるルックアップ・テーブルを含む。そのようなルックアップ・テーブルは、実験的に決定されてメモリ56内にロードされた値に基づく場合がある。代わりに、リッチ時間を決定するため、他のいかなる適切な方法も使用可能である。
【００２９】
一つのリッチサイクルによって除去された硫黄の総量及び、そのリッチサイクルの実行後にNOxトラップ110内に残っている硫黄の総量は、いかなる適切な方法によっても計算され得る。典型的な実施形態の一つにおいて、一つのリッチサイクルによって除去された硫黄の量は、NOxトラップ110に蓄積された現在の硫黄量、リッチサイクルの時間及び、脱硫温度に基づく相互関係によって判断される。次に、NOxトラップ110内に残っている硫黄の量が、リッチサイクルの前にNOxトラップ110に蓄積された硫黄の総量から、リッチサイクルによって除去された量を引き算することによって計算され得る。
【００３０】
それぞれのリッチサイクルの後にNOxトラップ110に残っている硫黄の量と比較される脱硫終了閾値は、いかなる適切な値も持ち得る。適切な脱硫終了閾値として、約0〜0.4g/lの範囲内のものがあるが、これに限定されない。
【００３１】
図4は、300において、NOxトラップ110を脱硫するための方法の、代替実施形態を概略的に示す。方法300は、方法200と殆ど同じ方法で進行する。例えば、方法300は、302において、NOxトラップ110内に蓄積された硫黄の量を判断することを含み、そして304において、この蓄積硫黄量から脱硫処理が必要かどうかを判断することを含む。もし脱硫処理が必要でないならば、方法300は終了し、そして即座に又は、適切な間隔の後に再開され得る。
【００３２】
一方で、もし脱硫処理が必要であれば、方法300は、NOxトラップ110を脱硫温度まで加熱し（306）、NOxトラップ110に蓄積されている硫黄の量に応じてリッチ時間を決定し（308）、決定したリッチサイクルを用いて一つのリッチ/リーンサイクルを実行し（310）、そして、NOxトラップ110から除去された硫黄の総量を計算し（312）、NOxトラップ110に残っている硫黄の総量を計算する（314）。
【００３３】
次に方法300は、316において、NOxトラップ内に残っている硫黄の量が所定の閾値以下かどうか判断する。NOxトラップ110に蓄積されている硫黄の量が所定の閾値以下で無い場合、方法300はステップ308に戻る。けれども、蓄積されている量が所定閾値以下の場合、NOxトラップ110はある時間のあいだ、連続的なリッチ期間に晒される。したがって、この閾値は「連続リッチ」閾値と呼ばれ得る。連続リッチ閾値は、いかなる適切な値でも良い。適切な値として、約0〜0.5g/lの範囲にある値があるが、これに限定されない。
【００３４】
蓄積された硫黄の量が充分低いとき、NOxトラップ110は、望ましくない量の硫化水素を生成すること無しに連続的なリッチ排気流に晒され得ると、判断される。さらに、脱硫処理の終期段階において連続的なリッチ期間を使用することにより、脱硫処理をより迅速に終了することが可能となる。連続リッチ時間の長さは、連続リッチ期間が開始されたときに蓄積されている硫黄の量に基づいて決定されてもよく、固定されてもよく、又は、他のいかなる適切な方法によって決定されてもよい。さらに、連続リッチ時間は継続期間、エンジン回転数又は、他のいかなる適切な測定値に基づき得る。
【実施例】
【００３５】
図5は、連続的なリッチ排気流によって生じる硫黄放出を、リッチサイクルが固定されている複数の変調脱硫方法と比較する実験の結果を示す。この実験において、二時間時効処理されたNOxトラップを、90ppmの二酸化硫黄によって一時間のあいだ被毒し、続いて、700℃の温度で15分間、空燃比変調処理を用いて脱硫した。この空燃比変調処理は酸素5%のリーン状態と、1.2%のCO、0.4%のH2及び、3.4%の補助N2をもつリッチ状態とを交互に繰り返すように行なわれ、複数の変調方法間で、リーン状態の継続時間を同じ値：10秒(S)に設定され、リッチ状態の継続時間を50S、40S、30S、20S及び、10Sのように変えて行なわれた。その後、NOxトラップから、次の被毒実験の前に残っている硫黄を除去するため、750℃において常時リッチにして脱硫した。それぞれの実行による硫黄放出量が図5のグラフ上のラインとして示され、それぞれのテストの実行において放出された硫化水素のピークが、凡例内に示される。図5において、連続（全）リッチ脱硫法による硫黄の放出量が、図5の凡例中でALL RICHと表記されたラインによって示され、その方法による放出硫黄濃度のピークレベル（PEAK H2S CONC.）が同じく図5の凡例中に示されている。同様に、図5において、リッチ時間が50sの空燃比変調脱硫法による硫黄放出量、リッチ時間が40sの空燃比変調脱硫法による硫黄放出量、リッチ時間が30sの空燃比変調脱硫法による硫黄放出量、リッチ時間が20sの空燃比変調脱硫法による硫黄放出量及び、リッチ時間が10sの空燃比変調脱硫法による硫黄放出量がそれぞれ、図5の凡例中で10s LEAN/50s RICH、10s LEAN/40s RICH、10s LEAN/30s RICH、10s LEAN/20s RICH及び、10s LEAN/10s RICHと表記されたラインによって示され、それぞれの方法における放出硫黄濃度のピークレベルが、同じく凡例中に示されている。
【００３６】
リッチ時間が短いとき（図5中、20S以下）、硫化水素のピークレベルは低く維持される。しかしながら、硫黄はNOxトラップから比較的ゆっくりと除去される。最も短いリッチ時間（10秒リッチ：図5中、10s RICHのライン）において、NOxトラップは、かなりの脱硫時間が経過した後でも、殆ど浄化されていない。長いリッチ時間（30s超）は、より早く硫黄を浄化するが、高い硫化水素ピークを発生する（最も長いリッチ時間のものにおいて500ppm超）。この実験は、連続リッチ脱硫法及び期間固定の変調リッチ脱硫法とのいずれもが、高レベルの硫化水素を生成することなくNOxトラップを完全に再生する、適切な脱硫方法を提供できないことを示す。
【００３７】
図6は、生成される硫化水素のピークレベルの依存状態を、NOxトラップに蓄積される硫黄の量の関数として表すグラフを示す。この図から、例えば、第一リッチ/リーン振動数（例えば、15秒リーン/20秒リッチ：図6の凡例において15s LEAN/20s RICHと表す）で開始し、その後、蓄積される硫黄の量が減少するにつれ、より長いリッチ時間を持つ第二段階（例えば、15秒リーン/25秒リッチ：同15s LEAN/25s RICH）に移行し、それから、蓄積された硫黄の更なる減少によって、更に長いリッチ時間を持つ第三段階（例えば、15秒リーン/30秒リッチのサイクル：同  15s LEAN/30s RICH）に移行することが、硫黄排出量を容認可能なほど低い値に維持し得ることが、判る。
【００３８】
図7は、二段階脱硫法と三段階脱硫法の実験結果を示す。二段階脱硫法は、15分の変調期間と、それに続く5分間の全リッチ期間を含み、図7において「15MIN 10-20, 5MIN ALL RICH」及び「15MIN 10-20, 5MIN ALL RICH#2」のラインで表される。なお、この方法における放出硫黄濃度のピークレベル（PEAK H2S）が凡例中に示されている。ここで、凡例中のピークレベル濃度の値の右側の括弧内に記載されているのは、ピークレベルが発生した段階を示しており、「ALL RICH PHASE」が全リッチ段階を意味する。三段階脱硫法は、リッチ時間の短い15分間の変調期間で開始し、続いて、リッチ時間の長い10分間の変調期間を実行し、最後に5分間の全リッチ期間を実行する。図7には、リッチ時間の異なる三つの実験結果が、それぞれ、「15MIN 10-20,  10MIN 10-25, 5MIN ALL RICH」、「15MIN 10-18,  10MIN 10-20, 5MIN ALL RICH」、「15MIN 10-15,  10MIN 10-20, 5MIN ALL RICH」のラインで表され、前述の二段階脱硫と同様に、各方法における硫黄濃度のピークレベルとピーク発生段階が図7中の凡例内に示される。なお、凡例中「10-25 PHASE」は、リーン10s/リッチ25sの段階を意味する。この図から、三段階脱硫処理法の使用が、硫化水素ピークレベルをより低くすると同時に、全リッチ処理法又は二段階処理法と同等の効率で殆どの硫黄を除去可能であることが明確に判る。具体的には、二段階処理法が100ppm超の硫化水素のピークレベルを生成する一方で、三段階処理法のうち二つのピークレベルは、60ppm台となっている。ここで、全リッチ処理法におけるピークレベルが、1000ppmを上回ることを記しておくべきだろう。
【００３９】
図8は、一つの二段階脱硫法と、数種の一段階脱硫法との間の直接的な比較結果を示す。この図は、それぞれの脱硫法におけるの硫黄の放時間の類似性を示しと同時に、脱硫法によって硫化水素のピークレベルが大きく異なることを示す。図示されているように、15分間の10秒リーン/20秒リッチ段階と、それに続く10分間の10秒リーン/25秒リッチ段階をもつ二段階脱硫法（図中、15MIN 10-20,  10MIN 10-25のラインで示す）は、25分間の10秒リッチ/25秒リーンの一段階脱硫方法（図中、25MIN 10-25のラインで示す）よりも硫化水素のピークレベルが低く、25分間の10秒リーン/20秒リッチの一段階脱硫法（図中、25MIN 10-20のラインで示す）よりも優れた脱硫性能を示す（図の凡例内で「PEAK H2S」で表されるピークレベルの値を参照）。この二段階脱硫法の硫化水素のピークレベルは、この方法が、他の二つの一段階脱硫法の中間にある25分間の10秒リーン/22秒リッチの一段階脱硫法（図中、25MIN 10-22のラインで示す）より性能が優れていることを示す。
【００４０】
ここに開示された脱硫方法が本来典型的なものであり、多数の変形例を持つことが出来るので、ここに開示された具体的な実施形態が、限定する意味で考慮されるべきでないことは理解されるであろう。本明細書の主題は、ここに記載された種々の脱硫条件、変調振動数及び、他の特徴、機能及び/又は属性の新規で非自明な全ての組み合わせ及び一部組み合わせ（sub-combination）を含む。特許請求の範囲は、新規で非自明と見なされる特定の組み合わせ及び一部組み合わせを具体的に示す。これらの特許請求の範囲は、「一つの」構成要素、又は「一つの第一の」構成要素、又は、それらの同義語に言及し得る。そのような特許請求の範囲は、その構成要素が一つ以上あるものを含み、その構成要素が二つ以上あるものを要求もしなければ、除外もしないと理解されるべきである。反応条件、変調振動数、触媒金属種、蓄積硫黄量計算方法、脱硫開始及び/又は終了条件などの開示されている特徴、機能、構成要素及び/又は属性の他の組み合わせ及び一部組み合わせが本件請求の範囲の補正又は本出願又は関連出願の新しい請求の範囲の提供によって、請求され得る。最初の特許請求の範囲の権利範囲より広い特許請求の範囲、狭い特許請求の範囲、同じ特許請求の範囲、又は異なる特許請求の範囲であろうと、そのような特許請求の範囲もまた、本明細書の主題に含まれると見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明が用いられているエンジンの概略図である。
【図２】本発明が用いられているエンジンの、エミッション処理部の概略図である。
【図３】本発明のNOxトラップ脱硫方法の実施形態を表すフローチャートである。
【図４】本発明のNOxトラップ脱硫方法の代替実施形態を表すフローチャートである。
【図５】全リッチ脱硫処理法及び、複数のリッチ/リーン変調脱硫処理法における、NOxトラップから放出される硫黄量を、時間の関数として示すグラフである。
【図６】複数のリッチ/リーン変調脱硫処理法における、NOxトラップから放出される硫化水素の濃度を、トラップ内に蓄積された硫黄量の関数として示すグラフである。
【図７】全リッチ脱硫処理法、複数の二段階脱硫処理法及び、三段階脱硫処理法における、NOxトラップから放出される硫黄量を、時間の関数として示すグラフである。
【図８】複数の一段階変調脱硫処理法と、一つの二段階変調脱硫処理法における、NOxトラップから放出される硫黄量を、時間の関数として示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
10  エンジン
12  制御器
40  エミッション処理部
110   NOxトラップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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