(57)【要約】【課題】  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御の際に、再生初期に発生する未浄化ＮＯｘの流出と、再生後期に発生するＨＣ，ＣＯ等の未使用還元剤の流出の両方を防止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吸蔵還元型触媒５０を備えた排気ガス浄化システム１０において、再生制御の初期に放出される酸素量に見合う還元剤の量を加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行い、該前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側の酸素濃度により、前記酸素の放出の完了を判定し、酸素放出完了と判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ再生を行う。【選択図】  図３
2006070834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達したと判定した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガスＮＯｘ浄化システムの再生制御において、
再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行い、
該前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度により、前記酸素の放出の完了を判定し、
前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、
再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行う前期リッチ制御手段と、
前記前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度から、前記酸素の放出の完了を判定する酸素放出完了判定手段と、
前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行う後期リッチ制御手段とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記前期リッチ制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータから決定する追加還元剤量算出手段を有すると共に、
前記前期リッチ制御及び前記後期リッチ制御が、それぞれ、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側酸素濃度がそれぞれの目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記酸素放出完了判定手段が、酸素の放出の完了の判定において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度を検出する空気過剰率センサの出力値が反転した時に酸素の放出が完了したと判定することを特徴とする請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記後期リッチ制御手段が、前記後期リッチ制御の制御時間を、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースとするマップデータ、又は、エンジンの負荷と触媒温度とをベースとするマップデータから算出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記後期リッチ制御手段が、前記後期リッチ制御の制御時間を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ残量と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側で検出されるＨＣ量とから決定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の排気ガスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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方法及び排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（窒素酸化物）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、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の使用により、有効に排気ガス中のＮＯｘを浄化できる。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、図７に示すような構造のモノリスハニカム３０Ｍ等で形成されており、このモノリスハニカム３０Ｍは、図８に示すように、コージィエライト若しくはステンレスで形成された構造材の担体３１に、多数の多角形のセル３０Ｓを形成して構成される。このセル３０Ｓの壁面には図８及び図９に示すように、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）やゼオライトで形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層３４が設けられ、この排気ガスと接触する表面積を稼いでいる触媒コート層３４の表面に担持貴金属（触媒活性金属）３２とＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質：ＮＯｘ吸蔵剤：ＮＯｘ吸収剤）３３を担持し、これらにより触媒機能を発生させている。
【０００４】
図１０及び図１１にＮＯｘ吸蔵還元型触媒の担持層表面の触媒物質３２，３３の配置とＮＯｘ吸蔵還元メカニズムを示す。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、触媒コート層３４に、酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の担持貴金属３２とＮＯｘ吸蔵機能を持つカリウム（Ｋ），ナトリウム（Ｎａ），リチウム（Ｌｉ），セシウム（Ｃｓ）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）等の希土類等の中から幾つかから形成されるＮＯｘ吸蔵材３３が担持され、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を持っている。
【０００５】
そして、図１０に示すように、通常のディーゼルエンジン、希薄燃焼ガソリンエンジン等の排気ガス中に酸素（Ｏ2 ）が含まれるような、排気ガスの空燃比がリーン空燃比状態の場合には、排気ガス中に含まれる酸素によって、エンジンから排出される一酸化窒素（ＮＯ）を担持貴金属３２の酸化触媒機能によって二酸化窒素（ＮＯ2 ）に酸化する。そして、その二酸化窒素をＮＯｘ吸蔵機能を持つバリウム等のＮＯｘ吸蔵材３３に硝酸塩のかたちで吸蔵し、ＮＯｘを浄化する。
【０００６】
しかし、このままの状態を継続するとＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵材３３は、全て硝酸塩に変化してＮＯｘ吸蔵機能を失ってしまう。そこで、エンジンの運転条件を変えたり、排気通路中に燃料噴射をしたりして、排気ガス中に酸素が存在しないで、一酸化炭素（ＣＯ）濃度が高く、排気温度も高い排気ガス、即ち、過濃燃焼排気ガス（リッチスパイクガス）を作り出し触媒に送る。
【０００７】
そして、図１１に示すように、排気ガス中に酸素が無く、一酸化炭素濃度が高く、排気ガス温度が上昇したリッチ空燃比状態にすると、ＮＯｘを吸蔵した硝酸塩は二酸化窒素を放出し元のバリウム等に戻る。この放出された二酸化窒素を、排気ガス中に酸素が存在しないので、担持貴金属３２の酸化機能により、排気ガス中の一酸化炭素，炭化水素（ＨＣ），水素（Ｈ2 ）を還元剤として、水（Ｈ2 Ｏ），二酸化炭素（ＣＯ2 ），窒素（Ｎ2 ）に還元し浄化する。
【０００８】
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吸蔵推定量がＮＯｘ吸蔵飽和量になった時に、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る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（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
しかしながら、従来のＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生のためのリッチ燃焼制御では、図１２に示すようにリッチ燃焼の初期においては、空気過剰率λを１．０に、即ち、空燃比を理論空燃比にしてリッチ制御すると、その当初は、触媒表面に吸着された酸素が放出され、この放出酸素のために、排気ガス中の還元剤が消費されてしまう。そのため、放出されたＮＯｘを還元するのに十分な還元剤を得られないため、即ち、ＮＯｘ還元反応が充分に活性化されないため、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin に比べて触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex が著しく大きくなり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に未浄化のＮＯｘが多量に放出されてしまう。つまり、触媒表面吸着酸素により触媒表面空燃比がリッチにならずＮＯｘ還元ができずＮＯｘが流出してしまう。そのため、全体としてのＮＯｘ浄化性能が低下するという問題がある。
【００１０】
また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御においては、硝酸塩が分解されて放出されるＮＯｘよりも，触媒表面に吸着された酸素の方の放出が行われ易いので、再生初期においては、ＮＯｘ吸蔵剤に高い割合でＮＯｘが残留してしまい、この点を考慮に入れて再生制御時間を設定しないと、ＮＯｘ吸蔵能力の回復が不十分となるという問題がある。
【００１１】
そこで、予め試験を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸着される酸素量を計測し、この吸着酸素分の放出量に相等する分だけ還元剤を増加して、燃料リッチが更に深くなるようにすることが考えられる。
【００１２】
これに近いものとして、酸素貯蔵（Ｏ2 ストレージ）機能を有する触媒を、機関始動時に機関から多量に放出されるＨＣ，ＣＯ成分を除去することを主な目的とするスタートキャタリストとして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の上流側に配置した希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置であるが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するためのリッチスパイク操作時に、スタートキャタリストから放出される酸素によって、再生初期にＮＯｘが浄化されない状態でＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側へ流出される問題を解決する工夫がなされた希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１３】
この排気浄化装置では、上流側のスタートキャタリスト（酸素ストレージ）で放出される酸素全量を消費するための還元剤を加算し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生するためのリッチスパイク操作中の空燃比より更にリッチにするストレージ低減手段を備えて、リッチスパイク操作初期にＮＯｘ吸蔵還元型触媒の空燃比が理論空燃比以下のリッチにならず、ＮＯｘ未浄化となってしまうのを防止している。
【００１４】
しかしながら、この放出酸素分だけ還元剤を増加した再生制御を行う場合には、酸素放出後もＮＯｘの放出が継続するので、酸素ストレージ機能によって吸収した酸素が触媒表面から放出された後には、排気ガス中の還元剤であるＨＣやＣＯが過剰になるため、ＮＯｘの還元に使用されないＨＣ、ＣＯが浄化されない状態でＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に放出され、排気ガスを極端に悪化させてしまうという問題が生じる。
【００１５】
つまり、図１３に示すように、空気過剰率λを１．０よりも小さく、即ち、空燃比を理論空燃比よりも小さくして深いリッチ制御すると、初期の触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex の大きさは小さくなるが、酸素の放出がなくなると還元剤の消費量が減少するので、触媒出口ＨＣ濃度Ｃhcexは、著しく大きくなり、触媒表面吸着酸素消費後はＨＣが多量に下流側に未使用のまま流出（スリップ）してしまう。
【００１６】
また、一方で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けた空燃比センサによって、還元剤の供給量をフィードバック制御する内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ吸蔵材（吸収材）の酸素吸蔵能によって生じる不必要な還元剤の供給の防止と、還元剤の過剰供給に起因した排気エミッションの悪化や還元剤の無駄な消費を防止するために、ＮＯｘ再生初期に、空燃比センサの出力値が所定値に達するまでの所定期間、即ち、酸素（Ｏ2 ）ストレージ効果の収束までの期間の間、フィードバック制御を禁止する内燃機関の排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１７】
しかしながら、この内燃機関の排気浄化装置では、酸素ストレージ効果によって酸素が放出される結果、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側では、空燃比は見かけ上一時的に高い空燃比となるとし、還元剤の供給量が本来ＮＯｘ触媒に供給すべき還元剤の供給量よりも多くなることを防止している。従って、放出された酸素により還元剤が消費されることは考慮しておらず、リッチスパイク操作初期にＮＯｘ触媒下流側に未浄化のＮＯｘが流出するのを防止できない。
【特許文献１】特開平６−３３６９１６号公報
【特許文献２】特開２０００−２７６７７号公報
【特許文献３】特開２００２−１８８４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
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方法及び排気ガス浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御の際に、酸素ストレージ機能を考慮に入れて、適正な量の還元剤を排気ガス中に供給する生成制御を行うことにより、再生初期に発生する未浄化ＮＯｘの流出と、再生後期に発生するＨＣ，ＣＯ等の未使用還元剤の流出の両方を防止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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達したと判定した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガスＮＯｘ浄化システムの再生制御において、再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行い、該前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度により、前記酸素の放出の完了を判定し、前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生を行うことを特徴とする方法である。
【００２０】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とは、必ずしもシリンダ内における空燃比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。
【００２１】
また、前期リッチ制御の目標空燃比は空気過剰率λ換算で０．７０〜０．９８にし、後期リッチ制御の目標空燃比は空気過剰率λ換算で０．９８〜１．０２とすることが好ましい。なお、空燃比（＝空気量／燃料量）と空気過剰率との関係は、空気過剰率＝（空燃比／理論空燃比）となっている。
【００２２】
上記の排気ガス浄化方法によれば、前期リッチ制御においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の酸素ストレージ機能を考慮に入れて、再生初期に放出される酸素を消費するのに必要な量の還元剤を増量して前期リッチ制御を行うので、酸素放出にもかかわらず、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における空燃比を理論空燃比近傍のリッチ状態に維持でき、また、放出されるＮＯｘを還元するのに十分な還元剤を供給するので、未浄化のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に流出するのを防止できる。
【００２３】
更に、酸素放出完了後においても、適切な還元剤量に変更した後期リッチ制御によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒における空燃比を理論空燃比近傍のリッチ状態に維持でき、放出されるＮＯｘの還元で未反応の還元剤が余るのを回避しているので、未使用のＨＣ，ＣＯがＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に流出するのを防止できる。
【００２４】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータから決定すると共に、前記前期リッチ制御及び前記後期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側酸素濃度が目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御すると比較的簡単なアルゴリズムでＮＯｘ再生制御を行うことができる。
【００２５】
この触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータは、事前実験等により予め求めて、制御装置に入力しておき、再生制御の途中で参照される。
【００２６】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記酸素の放出の完了の判定において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度を検出する空気過剰率センサの出力値が反転した時に酸素の放出が完了したと判定する。この空気過剰率センサはストイキ空燃比（理論空燃比）付近で出力変化が著しく大きいので、容易かつ正確に酸素放出の終了を判定できる。
【００２７】
この空気過剰率センサとしては、λ＝１．０を境としてリッチ側とリーン側とで急激に出力が変化する特性を持つＯ2 センサを用いて、具体的には、λ＝１．０がゼロ点になるように出力の変換を設定して、λ＝１．０を境としてプラスとマイナスに反転するような特性を持たせ、ＯＮ／ＯＦＦ出力を行うようにしている。
【００２８】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記後期リッチ制御の制御時間を、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースとするマップデータ、又は、エンジンの負荷と触媒温度とをベースとするマップデータから算出すると比較的簡単なアルゴリズムで後期リッチ制御の制御時間を決定することができる。
【００２９】
これらのマップデータは、事前実験等により予め求めて、制御装置に入力しておき、再生制御の途中で参照される。
【００３０】
あるいは、上記の排気ガス浄化方法において、前記後期リッチ制御の制御時間を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ残量と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側で検出されるＨＣ量とから決定すると比較的簡単なアルゴリズムで後期リッチ制御の制御時間を決定することができる。
【００３１】
このＮＯｘ残量は、事前に試験等により測定したマップと、前回のＮＯｘ再生時の排気ガス温度と再生時間から判定し、また、ＨＣ量については、事前の試験結果からＯ2 濃度とＨＣ量の関係をマップ化しておき、触媒出口の空気過剰率センサの値からＨＣ量を算出し、これらのマップから、後期リッチ制御の制御時間を決定する。
【００３２】
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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行う前期リッチ制御手段と、前記前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度から、前記酸素の放出の完了を判定する酸素放出完了判定手段と、前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行う後期リッチ制御手段とを備えて構成される。
【００３３】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記前期リッチ制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータから決定する追加還元剤量算出手段を有すると共に、前記前期リッチ制御及び前記後期リッチ制御が、それぞれ、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側酸素濃度がそれぞれの目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御するように構成される。
【００３４】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記酸素放出完了判定手段が、酸素の放出の完了の判定において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度を検出する空気過剰率センサの出力値が反転した時に酸素の放出が完了したと判定するように構成される。
【００３５】
また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記後期リッチ制御手段が、前記後期リッチ制御の制御時間を、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースとするマップデータ、又は、エンジンの負荷と触媒温度とをベースとするマップデータから算出するように構成される。
【００３６】
あるいは、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記後期リッチ制御手段が、前記後期リッチ制御の制御時間を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ残量と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側で検出されるＨＣ量とから決定するように構成される。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように、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によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３８】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生制御に際して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の酸素ストレージ機能を考慮に入れて、再生初期に放出される酸素を消費するのに必要な量の還元剤を増量して前期リッチ制御を行うので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒からの酸素放出にもかかわらず、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における空燃比を理論空燃比近傍のリッチ状態に維持でき、また、放出された酸素による還元剤消費量を見込んでいるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを十分な量の還元剤で還元できる。
【００３９】
更に、酸素放出完了後においては、適切な還元剤量に変更した後期リッチ制御を行うので、酸素放出が終了した後でも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒における空燃比を理論空燃比近傍のリッチ状態に維持でき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを適正な量の還元剤で還元できる。
【００４０】
従って、再生制御初期における未浄化のＮＯｘの流出を減少でき、ＮＯｘ浄化性能を向上することができると共に、更に、酸素放出完了後における再生制御後半の未使用のＨＣ，ＣＯ等の還元剤の流出（スリップ）を減少できる。また、ＮＯｘ吸蔵能力の低下に対し適切に再生制御でき、更に、未使用のＨＣ，ＣＯがＮＯｘ吸蔵還元型触媒の酸化触媒の作用で燃焼し、その反応熱で居所的に高温になるのを防止でき、触媒の熱劣化を低減できるので、触媒劣化による活性低下に対しても対応でき、高性能かつ高寿命の排気ガス浄化システムとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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。
【００４２】
図１に示す排気ガス浄化システム１０は、エンジン（内燃機関）１の排気通路２０に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０が配置されて構成される。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属触媒（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。
【００４３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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を貴金属触媒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。
【００４４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の上流側に、排気管燃料添加弁２２が設けられ、再生制御の時に、図示しないラインから燃料を受けて、この燃料をＮＯｘの還元剤として排気ガス中に供給する。これにより、排気ガスの空燃比を理論空燃比より小さくし、深いリッチ状態とする。
【００４５】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の再生制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０へ流入する排気ガス中の酸素濃度が目標空燃比（又は空気過剰率λ）の酸素濃度になるように、還元剤の供給量を調整するフィードバック制御するために、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側に、触媒入口λ（空気過剰率）センサ５１を設け、更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の酸素ストレージ機能に基づく、再生初期の酸素の放出の完了を判定するために、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側の酸素濃度を検出する触媒出口λセンサ５２を設ける。この触媒出口λセンサ５２には、ストイキ（理論空燃比）付近で出力変化が著しく大きく、容易かつ正確に酸素放出の終了を判定できる空気過剰率センサを用いる。
【００４６】
この空気過剰率センサ５２としては、λ＝１．０がゼロ点になるように出力の変換を設定した場合に、λ＝１．０を境としてプラスとマイナスに反転するような特性を持つセンサを採用する。この空気過剰率センサは、λ＝１．０を境としてリッチ側とリーン側とで急激に変化する特性を持ち、ＯＮ／ＯＦＦ出力を行う。
【００４７】
更に、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側に、触媒入口ＮＯｘセンサ５３とＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の触媒温度を検出するための触媒入口排気ガス温度センサ５４が、また、出口側に、触媒出口ＮＯｘセンサ５５がそれぞれ配設されている。また、排気通路２０のＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の上流側に、ターボチャージャ２１のタービン２１ａが配置される。
【００４８】
一方、吸気通路３０には、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１、ターボチャジャー２１のコンプレッサー（図示しない）、インタークーラ（図示しない）、吸気絞り弁（吸気スロットル弁）３２とが設けられ、また、タービン２１ａの上流側の排気通路２０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路４０が設けられ、このＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラー４１とＥＧＲ弁４２が設けられている。
【００４９】
そして、エンジン１の運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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）６０が設けられる。この制御装置６０に、触媒入口λセンサ５１、触媒出口λセンサ５２、触媒入口ＮＯｘセンサ５３、触媒入口排気ガス温度センサ５４、触媒出口ＮＯｘセンサ５５等からの検出値が入力され、この制御装置６０からエンジン１のＥＧＲ弁４２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６１や吸気絞り弁３２等を制御する信号が出力される。
【００５０】
この排気ガス浄化システム１０においては、空気Ａは、吸気通路３０のマスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）３１とターボチャジャー２１のコンプレッサー（図示しない）を通過して、吸気絞り弁３２によりその量を調整されてシリンダ内に入る。そして、シリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気通路２０のターボチャジャー２１のタービン２１ａを駆動し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０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４０のＥＧＲクーラー４１を通過し、ＥＧＲ弁４２でその量を調整されて吸気通路３０側に再循環される。
【００５１】
そして、この排気ガス浄化システム１０の制御装置が、エンジン１の制御装置６０に組み込まれ、エンジン１の運転制御と並行して、排気ガス浄化システム１０の制御が行われる。この排気ガス浄化システム１０の制御装置は、図２に示すようなＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ1 を備えて構成される。
【００５２】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段Ｃ1 は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の再生や脱硫（サルファパージ）等の制御を行う手段であり、再生制御手段Ｃ１０と脱硫再生制御手段Ｃ２０を有して構成される。
【００５３】
そして、この再生制御手段Ｃ１０は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達した時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う手段であり、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１、触媒温度検出手段Ｃ１２、再生開始判定手段Ｃ１３、前期リッチ制御手段Ｃ１４と、酸素放出完了判定手段Ｃ１５と、後期リッチ制御手段Ｃ１６とを備えて構成される。
【００５４】
ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出する手段であり、触媒入口ＮＯｘセンサ５３と触媒出口ＮＯｘセンサ５５を有している。なお、このＮＯｘセンサにＮＯｘ濃度センサと酸素濃度（又は空気過剰率）センサとが一体化した排気成分濃度センサを用いる場合には、ＮＯｘ濃度と共に酸素濃度（又は空気過剰率）も検出できることになる。
【００５５】
触媒温度検出手段Ｃ１２は、触媒入口排気ガス温度センサ５４によって検出された排気ガス温度Ｔg を基に、触媒温度を検出する手段である。厳密には、触媒温度は、触媒入口の排気ガス温度Ｔg とは異なり、補正する必要があるが、制御の簡便さを考えて、排気ガス温度Ｔg を触媒温度として使用する場合が多く、ここでも触媒温度として排気ガス温度（触媒入口ガス温度）Ｔg を用いる。なお、触媒温度センサを設けて触媒温度を直接計測する場合には、計測された温度がそのまま検出された触媒温度となる。
【００５６】
再生開始判定手段Ｃ１３は、ＮＯｘ濃度検出手段Ｃ１１から触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin と触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex を入力し、エンジンの制御量から燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg を入力する。そして、これらの排気ガスの状態を示す値から、Ｒnox1＝（Ｑg ＋Ａg ）×（Ｃnoxin −Ｃnoxex ）の計算で、単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵量Ｒnox1を算出する。この場合に、ＮＯｘ吸蔵量が温度に多少影響するため、関数として多少、このＮＯｘ吸蔵量Ｒnox1を補正し、この補正した値を累積計算して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を求める。このＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と再生制御開始用の判定値Ｒ0 を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の判定値Ｒ0 以上になった時に、再生制御開始の時期であると判断する。
【００５７】
なお、この再生制御開始用の判定値Ｒ0 は、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑとから、予め設定された開始判定値用マップデータから算出する。このマップデータは、事前実験などによって得られたデータに基づいて、エンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑをベースとして再生制御開始用の判定値Ｒ0 の値をマップ状に設定したものである。
【００５８】
前期リッチ制御手段Ｃ１４は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出される酸素量に見合う還元剤の量（追加還元剤量）を、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータから決定する追加還元剤量算出手段Ｃ１４１を有して構成され、再生制御の初期にＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量（標準還元剤量）に、追加還元剤量を加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした深いリッチ状態の前期リッチ制御を行う手段であり、吸気絞り弁２２やＥＧＲ弁４２を制御して吸気絞りによる大量ＥＧＲ、排気管燃料添加弁２２による排気管内噴射、及び、ポスト噴射又は主噴射増量等の燃料噴射制御等により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側酸素濃度が目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御する。
【００５９】
追加還元剤量に関しては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、検出された触媒温度から、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータを参照して酸素吸蔵量を算出し、この酸素吸蔵量から放出酸素量を算出し、この放出酸素量に見合った追加還元量を算出する。
【００６０】
また、放出酸素を考慮しない標準還元剤量は、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑとから、予め実験などによって設定された標準還元剤量算出用マップデータから算出する。このマップデータは、事前実験などによって得られたデータに基づいて、エンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑをベースとして、放出酸素が無い場合にＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側へのＮＯｘ流出量が最低となる還元剤量を標準還元剤量の値として設定したものである。
【００６１】
酸素放出完了判定手段Ｃ１５は、前期リッチ制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側の酸素濃度から、酸素の放出の完了を判定する手段であり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側の酸素濃度を検出する空気過剰率センサ５２の出力値が反転した時に酸素の放出が完了したと判定する。
【００６２】
後期リッチ制御手段Ｃ１６は、酸素の放出が完了したと判定した時に、前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくし、前期リッチ制御よりも浅いリッチ状態の理論空燃比付近の後期リッチ制御を行う手段である。また、この後期リッチ制御においては、排気管燃料添加弁２２による排気管内噴射を行わずに、吸気絞りによる大量ＥＧＲ、及び、ポスト噴射又は主噴射増量等の燃料噴射制御等により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側酸素濃度がそれぞれの目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御する。この後期リッチ制御においては、目標空燃比を、放出される酸素を考慮しない標準還元剤量を基に算出する。
【００６３】
また、この後期リッチ制御手段Ｃ１６においては、後期リッチ制御の制御時間Ｔr を、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースとする第１制御時間用マップデータ、又は、エンジンの負荷と触媒温度とをベースとする第２制御時間用マップデータから算出する。
【００６４】
図４に示すように、この第１制御時間用マップデータは、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースして、後期リッチ制御の制御時間Ｔr を、マトリックス状に並べてマップ状にしたものであり、検出されたエンジンの負荷とエンジン回転数に該当する制御時間を選択できるように構成される。第２制御時間用マップデータもこの第１制御時間用マップデータと同様に構成される。
【００６５】
また、図５に示すように、第２リッチ制御の経過時間に対して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ残量と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側で検出される流出ＨＣ量は減少傾向と増加傾向にあるので、最適な時点（図５では交差する時点）を第２リッチ制御の終了時点Ｒe とすることもできる。つまり、後期リッチ制御の制御時間Ｔr を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ残量と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側で検出される流出ＨＣ量とから決定することもできる。
【００６６】
そして、脱硫再生制御手段Ｃ２０は、脱硫制御開始判定手段Ｃ２１、脱硫制御手段Ｃ２２を有して構成される。この脱硫制御開始判定手段Ｃ２１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手段であり、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。また、脱硫制御手段Ｃ２２は、一酸化炭素（ＣＯ）の大気中への排出を抑制しながら、効率よく脱硫を行う手段であり、排気管内噴射又はポスト噴射により排気ガスの空燃比を制御すると共に、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の温度を脱硫可能な温度まで昇温する。
【００６７】
そして、この排気ガス浄化システム１０では、エンジン１の制御装置６０に組み込まれた排気ガス浄化システム１０の制御装置の排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１により、図３に例示するような制御フローに従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の再生制御が行われる。なお、この図３の制御フローは、エンジン１の運転に際して、エンジン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。
【００６８】
この図３の制御フローがスタートすると、再生開始判定手段Ｃ１３により、ステップＳ１１で、触媒入口ＮＯｘ濃度Ｃnoxin 、触媒出口ＮＯｘ濃度Ｃnoxex 、燃料噴射量（燃料重量）Ｑg 、吸入空気量（吸入空気重量）Ａg とからＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox を算出し、次のステップＳ１２で、このＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox と再生制御開始用の判定値Ｒ0 を比較して、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｒnox がこの所定の判定値Ｒ0 以上になった時に、再生制御開始の時期であると判定する。なお、この再生制御開始用の判定値Ｒ0 は、エンジンの運転状態を示すエンジン回転速度Ｎe と負荷Ｑとから、予め設定された開始判定値用マップデータから算出する。
【００６９】
このステップＳ１２の判定で、再生制御開始ではないと判定された場合には、ステップＳ４０で、再生制御以外の制御を行う。そして、この再生制御以外の制御のルーチンを通った後は、ステップＳ１１に戻る。なお、この再生制御以外の制御では、諸条件が整えば、脱硫制御等の再生制御以外の制御を行うが、それぞれの条件が整わない場合にはこれらの制御を行うことなく、戻ってくる。
【００７０】
また、ステップＳ１２の判定で、再生制御開始であると判定された場合には、ステップＳ２０に行き、再生制御手段Ｃ２０の前期リッチ手段Ｃ１４により、前期リッチ制御を行う。
【００７１】
この前期リッチ制御では、先ず、ステップＳ２１で、前期リッチ制御の目標空燃比（又は目標空気過剰率λ１）を、再生制御の初期にＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出される酸素を考慮しない標準還元剤量に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出される酸素量に見合う還元剤の量である追加還元剤量とを加えた値を基にして算出する。この目標空燃比は理論空燃比よりも小さくなる。
【００７２】
また、予め追加還元剤量を考慮した前期リッチ制御の目標空燃比（又は目標空気過剰率λ１）のマップデータをエンジン負荷とエンジン回転数をベースに用意しておき、検出したエンジン負荷とエンジン回転数とから、このマップデータを参照して、前期リッチ制御の目標空燃比（又は目標空気過剰率λ１）を求めるようにしてもよい。このマップデータ作成の場合には、実質的には触媒温度で酸素の吸着量が決まり、触媒温度と密接な関係を持つ排気ガス温度がエンジン負荷とエンジン回転数とから決まるため、排気温度を介して、触媒温度をベースにする代わりに、エンジン負荷とエンジン回転数をベースにすることができる。
【００７３】
次にステップＳ２２で、吸気絞りによる大量ＥＧＲと排気管内噴射、及び、ポスト噴射又は主噴射増量などの制御により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側酸素濃度が目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御する。この制御により、排気ガスの空燃比を触媒前で空気過剰率（λ）換算値で０．７０〜０．９８（例えば、０．９０）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。このステップＳ２２の前期リッチ制御は、酸素放出完了の判定を行うインターバルに関係する所定の時間Δｔの間行い、ステップＳ２３に行く。
【００７４】
このステップＳ２３では、酸素放出完了判定手段Ｃ１５により、前期リッチ制御中において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の酸素ストレージ機能により吸着・貯蔵されていた酸素の放出の完了を判定する。この酸素の放出の完了の判定は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側に設けた空気過剰率センサ５２の出力値（電圧）Ｖλ２が、反転した時に、酸素の放出が完了したと判定する。
【００７５】
このステップＳ２３で、酸素放出が完了していないと判定された時はステップＳ２２に戻り、ステップＳ２３で、酸素放出が完了したと判定されるまで、ステップＳ２２とステップＳ２３を繰り返す。
【００７６】
ステップＳ２３で、酸素放出が完了したと判定されたときは、ステップＳ３０の後期リッチ制御に行く。このステップＳ３０の後期リッチ制御では、後期リッチ制御手段Ｃ１６により、前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行うが、先ず、ステップＳ３１で、後期リッチ制御の目標空燃比（目標空気過剰率λ2 ）を、放出される酸素を考慮しない標準還元剤量の値を基にして算出する。
【００７７】
また、ステップＳ３２で、後期リッチ制御の制御時間Ｔr を算出する。この制御時間Ｔr の算出は、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースとする第１制御時間用マップデータ、又は、エンジンの負荷と触媒温度とをベースとする第２制御時間用マップデータから算出する。あるいは、後期リッチ制御の制御時間Ｔr を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ残量と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側で検出されるＨＣ量とから決定する。このＮＯｘ残量は、事前に試験等により測定したマップと、前回のＮＯｘ再生時の排気ガス温度と再生時間から判定し、また、ＨＣ量については、事前の試験結果からＯ2 濃度とＨＣ量の関係をマップ化しておき、触媒出口の空気過剰率センサ５２の値からＨＣ量を算出し、これらのマップから、後期リッチ制御の制御時間Ｔr を決定する。
【００７８】
次にステップＳ３３で、吸気絞りによる大量ＥＧＲと排気管内噴射、及び、ポスト噴射又は主噴射増量などの制御により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の入口側酸素濃度が目標空燃比（目標空気過剰率λ2 ）の酸素濃度になるようにフィードバック制御する。この制御により、排気ガスの空燃比を触媒前で空気過剰率（λ）換算値で０．９８〜１．０２（例えば、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。このステップＳ３３の後期リッチ制御は、ステップＳ３２で算出された後期リッチ制御の制御時間Ｔr の間行い終了する。
【００７９】
このステップＳ２０の前記リッチ制御とステップＳ３０の後期リッチ制御とで、再生制御が行われ、この後期リッチ制御が終了すると、ステップＳ１１に戻る。
【００８０】
この図３の制御フローは繰り返し実行され、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ーがオフされた場合には、ステップＳ１３の割り込みが発生し、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、この制御フローも終了する。
【００８１】
この制御フローによれば、排気ガスＮＯｘ浄化システムの再生制御において、再生制御の初期にＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比（空気過剰率λ 1）を理論空燃比よりも小さく（深く）した前期リッチ制御を行い、前期リッチ制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の下流側の酸素濃度により、酸素の放出の完了を判定し、酸素の放出が完了したと判定した時に、前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きく（浅く）した理論空燃比付近（空気過剰率λ 2）の後期リッチ制御を行って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ再生を行うことができる。
【００８２】
図６に、この図３の制御フローによる、ポスト噴射又は主噴射増量等の燃料噴射制御Ａ，排気管内噴射制御Ｂ，ＮＯｘ吸蔵推定量Ｃ（Ｒnox ）、ＥＧＲ弁の弁開度Ｄ，吸気弁のスロットル開度Ｅ，吸気量Ｆ，触媒入口空気過剰率λin，触媒出口空気過剰率λexの時系列の一例を模式的に示す。
【００８３】
図６では、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｃ（Ｒnox ）が閾値Ｒ０を超えた時点Ｒs1から再生制御を開始するが、前記リッチ制御では、目標空気過剰率λ1 を０．７０〜０．９８（例えば、０．９０）にして、ポスト噴射等の燃料噴射制御に加えて、排気管燃料添加弁２２による排気管内噴射を行うと共に、ＥＧＲ弁の弁開度Ｄを開とし、吸気弁のスロットル開度Ｅを閉として、吸気量Ｆを減少する。そして、触媒入口空気過剰率λinがこの目標空気過剰率λ1 になるようにフィードバック制御する。この触媒入口空気過剰率λinはオーバーシュートしてから目標空気過剰率λ１になり、酸素放出が完了する時点Ｏｅまで、この前期リッチ制御を継続する。この前期リッチ制御により、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｃ（Ｒnox ）が減少する。
【００８４】
そして、酸素放出が完了する時点Ｏe では触媒出口空気過剰率λexが急激に減少し始めるので、これを検出した時点Ｒs2にて、前期リッチ制御を終了し、後期リッチ制御を開始する。この後期リッチ制御では、目標空気過剰率λ2 を０．９８〜１．０２（例えば、１．０）にして、ポスト噴射等の燃料噴射制御を継続するが、排気管燃料添加弁２２による排気管内噴射は停止する。そして、触媒入口空気過剰率λinがこの目標空気過剰率λ2 になるようにフィードバック制御する。この触媒入口空気過剰率λinは目標空気過剰率λ2 になり、所定の制御時間Ｔr の間維持された後、時点Ｒe でポスト噴射等の燃料噴射制御を停止すると共に、ＥＧＲ弁の弁開度Ｄを閉とし、吸気弁のスロットル開度Ｅを開として、吸気量Ｆを元に戻し，後期リッチ制御を終了する。この前期リッチ制御と後期リッチ制御により、ＮＯｘ吸蔵推定量Ｃ（Ｒnox ）が略ゼロとなり、ＮＯｘ吸蔵能力が回復され、再生制御が完了する。
【００８５】
そして、以上の構成の排気ガス浄化システム１０によれば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０のＮＯｘ吸蔵能力の再生制御において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の再生に際して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０の酸素ストレージ機能を考慮に入れて、再生初期に放出される酸素を消費するのに必要な量の還元剤を増量して前期リッチ制御を行うので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０からの酸素放出にもかかわらず、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０における空燃比を理論空燃比近傍のリッチ状態に維持でき、また、放出された酸素による還元剤消費量を見込んでいるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出されるＮＯｘを十分な量の還元剤で還元できる。
【００８６】
更に、酸素放出後において、適切な還元剤量に変更した後期リッチ制御を行うので、酸素放出が終了した後でも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０における空燃比を理論空燃比近傍のリッチ状態に維持でき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒５０から放出されるＮＯｘを適正な量の還元剤で還元できる。
【００８７】
従って、再生制御初期における未浄化のＮＯｘの流出を減少でき、ＮＯｘ浄化性能を向上することができると共に、更に、酸素放出完了後における再生制御後半のＨＣ，ＣＯの流出（スリップ）を減少できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】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。
【図２】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御手段の構成を示す図である。
【図３】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生のための制御フローの一例を示す図である。
【図４】エンジン負荷とエンジン回転数をベースにした後期リッチ制御の制御時間のマップデータの構成を模式的に示す図である。
【図５】ＮＯｘ残量と流出ＨＣの関係を示す図である。
【図６】図３の制御フローによる制御における、燃料噴射制御，排気管内噴射制御，ＮＯｘ吸蔵推定量、ＥＧＲ弁の弁開度，吸気弁のスロットル開度，吸気量，触媒入口空気過剰率，触媒出口空気過剰率の時間的な変化を模式的に示す図である。
【図７】モノリスハニカムを示す図である。
【図８】モノリスハニカムの部分拡大図である。
【図９】モノリスハニカムのセルの壁の部分の拡大図である。
【図１０】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリーン制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図１１】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の構成とリッチ制御時の状態の浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図１２】極低温域を模式的に示す図である。
【図１３】触媒温度と浄化率の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    エンジン
１０    排気ガス浄化システム
２０    排気通路
２２    排気管燃料添加弁
３０    吸気通路
３２    吸気絞り弁（吸気スロットル弁）
４０    ＥＧＲ通路
４２    ＥＧＲ弁
５０    ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
５３    触媒入口ＮＯｘセンサ
５４    触媒入口排気ガス温度センサ
５５    触媒出口ＮＯｘセンサ
５１    触媒入口λセンサ
５２    触媒出口λセンサ
６０    制御装置（ＥＣＵ）
Ｃ１    ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の制御手段
Ｃ１０  再生制御手段
Ｃ１１  ＮＯｘ濃度検出手段
Ｃ１２  触媒温度検出手段
Ｃ１３  再生開始判定手段
Ｃ１４  前期リッチ制御手段
Ｃ１５  酸素放出完了判定手段
Ｃ１６  後期リッチ制御手段
Ｃ２０  脱硫再生制御手段
Ｃ２１  脱硫制御開始判定手段
Ｃ２２  脱硫制御手段
【図１】
2006070834.tif 000003
【図２】
2006070834.tif 000004
【図３】
2006070834.tif 000005
【図４】
2006070834.tif 000006
【図５】
2006070834.tif 000007
【図６】
2006070834.tif 000008
【図７】
2006070834.tif 000009
【図８】
2006070834.tif 000010
【図９】
2006070834.tif 000011
【図１０】
2006070834.tif 000012
【図１１】
2006070834.tif 000013
【図１２】
2006070834.tif 000014
【図１３】
2006070834.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達したと判定した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガス浄化システムの再生制御において、
再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行い、
該前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の、λ＝１．０がゼロ点になるように出力の変換を設定した場合に、λ＝１．０を境としてプラスとマイナスに反転するような特性を持つ空気過剰率センサの出力値が反転した時に、前記酸素の放出が完了したと判定し、
前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生を行うことを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、
再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行う前期リッチ制御手段と、
前記前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の、λ＝１．０がゼロ点になるように出力の変換を設定した場合に、λ＝１．０を境としてプラスとマイナスに反転するような特性を持つ空気過剰率センサの出力値が反転した時に、前記酸素の放出が完了したと判定する酸素放出完了判定手段と、
前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行う後期リッチ制御手段とを備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記前期リッチ制御手段が、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、触媒の温度と酸素吸蔵量の関係を示すマップデータから決定する追加還元剤量算出手段を有すると共に、
前記前期リッチ制御及び前記後期リッチ制御が、それぞれ、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入口側酸素濃度がそれぞれの目標空燃比の酸素濃度になるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項２記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記後期リッチ制御手段が、前記後期リッチ制御の制御時間を、エンジンの負荷とエンジン回転数とをベースとするマップデータ、又は、エンジンの負荷と触媒温度とをベースとするマップデータから算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記後期リッチ制御手段が、前記後期リッチ制御の制御時間を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ残量と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側で検出されるＨＣ量とから決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の排気ガス浄化システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達したと判定した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う排気ガス浄化システムの再生制御において、再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行い、該前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の、λ＝１．０がゼロ点になるように出力の変換を設定した場合に、λ＝１．０を境としてプラスとマイナスに反転するような特性を持つ空気過剰率センサの出力値が反転した時に、前記酸素の放出が完了したと判定し、前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行って、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ再生を行うことを特徴とするとする方法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
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吸蔵還元型触媒を備え、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたと推定されるＮＯｘ吸蔵推定量が所定の判定値に達した時に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するための再生制御を行う再生制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記再生制御手段が、再生制御の初期に前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出される酸素量に見合う還元剤の量を、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘを還元するために供給する還元剤の量に加算して、目標空燃比を理論空燃比よりも小さくした前期リッチ制御を行う前期リッチ制御手段と、前記前期リッチ制御において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の、λ＝１．０がゼロ点になるように出力の変換を設定した場合に、λ＝１．０を境としてプラスとマイナスに反転するような特性を持つ空気過剰率センサの出力値が反転した時に、前記酸素の放出が完了したと判定する酸素放出完了判定手段と、前記酸素の放出が完了したと判定した時に、前記前期リッチ制御よりも目標空燃比を大きくした理論空燃比付近の後期リッチ制御を行う後期リッチ制御手段とを備えて構成される。