(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄脱離処理を効率的に行う。【解決手段】排気ガス浄化装置２００は、エンジン１２０から排出された排気ガスが通過する排気路１３０に設けられ、ＯＳＣ材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの硫黄脱離処理の開始条件が成立した場合、排気路１３０における三元触媒の上流側の空燃比である対象空燃比をリッチな第１空燃比に制御した後、対象空燃比の切り替え条件の成立にしたがって、対象空燃比を理論空燃比と第１空燃比との間の第２空燃比に切り替え制御する空燃比制御部３１０と、を備える。【選択図】図１
2019124152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスが通過する排気路に設けられ、ＯＳＣ材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄脱離処理の開始条件が成立した場合、前記排気路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の空燃比である対象空燃比をリッチな第１空燃比に制御した後、前記対象空燃比の切り替え条件の成立にしたがって、前記対象空燃比を理論空燃比と前記第１空燃比との間の第２空燃比に切り替え制御する空燃比制御部と、
を備える排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排気路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の空燃比を検出する空燃比センサを備え、
前記空燃比制御部は、前記空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて、前記対象空燃比を前記第１空燃比から前記第２空燃比に切り替える請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、前記排気路において直列に複数設けられており、
前記空燃比センサは、前記排気路における最も下流側の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側に設けられる請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記空燃比制御部は、前記排気ガス浄化装置が適用される車両の走行距離に応じて、前記第１空燃比に維持する時間を制御する請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒時間に応じて、前記第２空燃比に維持する時間を制御する請求項１から４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記空燃比制御部は、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて、前記第２空燃比の値を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出された排気ガスが通る排気路には、排気ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）が設けられることがある。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、ＮＯｘだけでなく、排気ガスに含まれる硫黄成分も吸着する性質を有しており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に残留する硫黄成分は、時間とともに増加する。残留する硫黄成分が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の浄化性能が低下する。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する排気ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の浄化性能を回復させるために、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から硫黄成分を脱離させる硫黄脱離処理（Ｓパージ）が行われる。硫黄脱離処理に関しては、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５３５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
硫黄脱離処理では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内の雰囲気をリッチ雰囲気にする必要がある。しかし、硫黄脱離処理を開始してエンジンにおける燃焼をリーン燃焼からリッチ燃焼に切り替えても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されている酸素を消費してからでないと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内の雰囲気がリッチ雰囲気にならない。また、排気路の上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒内がリッチ雰囲気に遷移しているが、排気路の下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒内では、リッチ燃焼における排気ガスが十分に到達しておらず、リーン雰囲気に維持されていることがある。このような場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において、上流側で脱離された硫黄成分が下流側で再び付着される再付着が生じる。このような再付着が生じる時間が長いと、早期に硫黄脱離処理を完了することができず、硫黄脱離処理の効率がよくない。
【０００５】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄脱離処理を効率的に行うことが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンから排出された排気ガスが通過する排気路に設けられ、ＯＳＣ材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄脱離処理の開始条件が成立した場合、排気路におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の空燃比である対象空燃比をリッチな第１空燃比に制御した後、対象空燃比の切り替え条件の成立にしたがって、対象空燃比を理論空燃比と第１空燃比との間の第２空燃比に切り替え制御する空燃比制御部と、を備える。
【０００７】
排気路におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の空燃比を検出する空燃比センサを備え、空燃比制御部は、空燃比センサによって検出された空燃比に基づいて、対象空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り替えてもよい。
【０００８】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、排気路において直列に複数設けられており、空燃比センサは、排気路における最も下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側に設けられてもよい。
【０００９】
空燃比制御部は、排気ガス浄化装置が適用される車両の走行距離に応じて、第１空燃比に維持する時間を制御してもよい。
【００１０】
空燃比制御部は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒時間に応じて、第２空燃比に維持する時間を制御してもよい。
【００１１】
空燃比制御部は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて、第２空燃比の値を制御してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄脱離処理を効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態による排気ガス浄化装置を含むエンジンシステムの構成を示す概略図である。
【図２】排気ガス浄化装置における硫黄脱離処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】比較例の硫黄脱離処理の動作を説明する説明図である。
【図４】本実施形態による排気ガス浄化装置における硫黄脱離処理の動作を説明する説明図である。
【図５】排気ガス浄化装置が適用される車両の走行距離と第１空燃比の時間との関係の一例を示す図である。
【図６】硫黄被毒時間と第２空燃比の時間との関係の一例を示す図である。
【図７】他の変形例による排気ガス浄化装置を含むエンジンシステムの構成を示す概略図である。
【図８】２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度と第２空燃比の値との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態による排気ガス浄化装置２００を含むエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。
【００１６】
エンジンシステム１００には、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１１０およびエンジン１２０が設けられている。ＥＣＵ１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ１１０は、エンジン１２０全体を統括制御する。
【００１７】
エンジン１２０は、例えば、燃料であるガソリンと空気との混合気を燃焼させてピストンおよびクランクシャフトを作動させるガソリンエンジンである。エンジン１２０の排気ポートには、排気マニホールド（図示略）が接続され、排気マニホールドの集合部には、排気路１３０が接続される。排気路１３０には、エンジン１２０から排出された排気ガスが流れる。以下では、排気路１３０における排気ガスの流れに沿って、エンジン１２０に近い方を上流と呼び、エンジン１２０から遠い方を下流と呼ぶ。
【００１８】
エンジンシステム１００には、エンジン１２０から排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置２００が設けられている。以下、排気ガス浄化装置２００の具体的な構成について詳述する。
【００１９】
排気ガス浄化装置２００は、三元触媒（ＴＷＣ：Three-Way Catalyst）２１０、２つのＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）２２０Ａ、２２０Ｂ、空燃比センサ２３０を含んで構成される。また、ＥＣＵ１１０は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで、排気ガス浄化装置２００を構成する空燃比制御部３１０としても機能する。
【００２０】
排気路１３０には、三元触媒２１０、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂ、空燃比センサ２３０が上流から下流にかけて順に設けられている。以下では、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａを１段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒と呼ぶことがあり、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂを２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂと呼ぶことがある。
【００２１】
三元触媒２１０は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）が担持された担体で構成される。三元触媒２１０は、エンジン１２０がストイキ（理論空燃比）燃焼を行っている場合に、エンジン１２０から排出された排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化（酸化還元）する。
【００２２】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）が担持された担体で構成される。ここで、エンジン１２０がリーン燃焼を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリーン雰囲気になる。また、エンジン１２０がリーン燃焼を行っている場合、エンジン１２０から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに多く到達する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリーン雰囲気の場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに到達したＮＯｘ（窒素酸化物）を一旦吸蔵する。なお、リーンは、理論空燃比を基準として、空気に対する燃料の割合が少ない空燃比を示す。
【００２３】
また、エンジン１２０がリッチ燃焼を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリッチ雰囲気になる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリッチ雰囲気の場合、吸蔵したＮＯｘを浄化（還元）する。なお、リッチは、理論空燃比を基準として、空気に対する燃料の割合が多い空燃比を示す。
【００２４】
また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、担体がセリアなどのＯＳＣ（Oxygen Storage Capacity：酸素吸蔵放出能）材を含んで構成されている。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、リーン雰囲気で酸素を吸蔵し、リッチ雰囲気で酸素を放出する性能であるＯＳＣを有する。
【００２５】
空燃比センサ２３０は、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側における排気ガスの空燃比を検出する。空燃比センサ２３０によって検出された空燃比を示す信号は、ＥＣＵ１１０に送信される。以下、空燃比センサ２３０によって検出された空燃比を、検出空燃比と呼ぶことがある。
【００２６】
空燃比制御部３１０は、エンジン１２０で燃焼される混合気の空燃比を制御する。つまり、空燃比制御部３１０は、エンジン１２０の燃焼室に供給する燃料の量と空気の量とを制御する。エンジン１２０で燃焼される混合気の空燃比は、エンジン１２０の排気ポートから排出されて三元触媒２１０に流入する排気ガスの空燃比と同一である。このため、空燃比制御部３１０は、結果として、排気路１３０における三元触媒２１０の上流側の排気ガスの空燃比を制御する。以下、排気路１３０における三元触媒２１０の上流側の排気ガスの空燃比を、対象空燃比と呼ぶことがある。
【００２７】
ここで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、ＮＯｘの吸蔵だけでなく、排気ガスに含まれる硫黄成分も吸着する性質を有する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに残留する硫黄成分は、時間とともに増加する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに残留する硫黄成分が増加すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０ＢにおけるＮＯｘを吸蔵可能な範囲が、その硫黄成分によって減少する。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０ＢにおけるＮＯｘの浄化性能が低下する。
【００２８】
そこで、本実施形態による排気ガス浄化装置２００では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから硫黄成分を脱離させる硫黄脱離処理が行われる。硫黄脱離処理では、硫黄成分が例えば二酸化硫黄（ＳＯ２）や硫化水素（Ｈ２Ｓ）として脱離される。空燃比制御部３１０は、この硫黄脱離処理の開始に応じて、対象空燃比をリッチな第１空燃比に制御した後、検出空燃比に基づいて、対象空燃比を理論空燃比と第１空燃比との間の第２空燃比に切り替え制御する。以下では、硫黄脱離処理について具体的に説明する。
【００２９】
図２は、排気ガス浄化装置２００における硫黄脱離処理の流れを示すフローチャートである。硫黄脱離処理は、所定時間間隔の割り込み処理として実行される。
【００３０】
空燃比制御部３１０は、所定の割り込みタイミングになると、硫黄脱離処理の開始条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１１０）。硫黄脱離処理の開始条件は、例えば、車両の走行距離が所定距離に達したか否かである。判断基準となる所定距離は、例えば、１０００ｋｍ毎に設定される。この場合、１０００ｋｍ毎に硫黄脱離処理が行われる。なお、所定距離の設定は、１０００ｋｍ毎に限らず、例えば、１万ｋｍ毎などであってもよい。
【００３１】
開始条件が成立していない場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、割り込み処理が終了となり、硫黄脱離処理は行われない。
【００３２】
開始条件が成立した場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、空燃比制御部３１０は、硫黄脱離処理を開始し、対象空燃比をリッチな第１空燃比に制御する（Ｓ１２０）。この第１空燃比は、後述の第２空燃比よりも、さらに、リッチ側に偏った値となっている。第１空燃比は、実験やシミュレーションによって決定される。理論空燃比を基準の「１」とした場合、第１空燃比は、例えば、「０．９」以下が好ましく、具体的には、「０．８５」程度となっている。なお、第１空燃比の値は、この例に限らず、例えば、「０．８」などであってもよい。また、空燃比は、理論空燃比を示す基準の「１」よりも値が小さいほど、リッチの度合いが大きい（すなわち、空気に対する燃料の割合がより多い）ことを示す。
【００３３】
硫黄脱離処理の開始前には、燃費を抑えるためにエンジン１２０においてリーン燃焼が行われている。このため、硫黄脱離処理の開始条件が成立したことに応じて、空燃比制御部３１０は、燃焼室に供給する燃料を増加させることでリッチ燃焼を行わせ、対象空燃比をリッチな第１空燃比に遷移させる。
【００３４】
また、硫黄脱離処理の開始条件が成立した場合、ＥＣＵ１１０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度を所定温度以上に上げる処理を行う。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから硫黄成分を放出させるためには、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂを高温にする必要があるからである。所定温度は、硫黄成分を放出させることが可能な下限温度であり、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０ＢからＮＯｘを放出させるために必要な温度よりも高い。ＥＣＵ１１０は、例えば、車両の走行負荷を上げることで、排気ガスの温度を上げ、排気ガスの熱によってＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度を上げる。
【００３５】
次に、空燃比制御部３１０は、対象空燃比を切り替えるための条件である切り替え条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１３０）。本実施形態における切り替え条件は、検出空燃比が、リーンから理論空燃比を超えてリッチに遷移したか否かである。
【００３６】
切り替え条件が成立していない場合（Ｓ１３０におけるＮＯ）、すなわち、検出空燃比がリッチに遷移していない場合、空燃比制御部３１０は、第１空燃比の制御を維持し、切り替え条件が成立するまで待機する。
【００３７】
切り替え条件が成立した場合（Ｓ１３０におけるＹＥＳ）、すなわち、検出空燃比がリッチに遷移した場合、空燃比制御部３１０は、対象空燃比を第１空燃比から第２空燃比に切り替え制御する（Ｓ１４０）。第２空燃比は、理論空燃比と第１空燃比との間のリッチな空燃比である。第２空燃比は、実験やシミュレーションによって決定される。理論空燃比を基準の「１」とした場合、第２空燃比は、例えば、「１」から「０．９」の間が好ましく、具体的には、「０．９５」程度となっている。なお、第２空燃比の値は、この例に限らない。また、第２空燃比は、従来の硫黄脱離処理における空燃比と同レベルであってもよい。
【００３８】
上述のように、切り替え後の第２空燃比は、切り替え前の第１空燃比よりもリッチの度合いが小さい。このため、切り替え条件が成立したことに応じて、空燃比制御部３１０は、第１空燃比に比べ、燃焼室に供給する燃料を減少させることで、第１空燃比よりも空気に対する燃料の割合を少なくする。なお、第２空燃比は、理論空燃比を基準として、空気に対する燃料の割合が多いことに変わりはない。このようにして、空燃比制御部３１０は、第１空燃比よりもリッチの度合いが小さなリッチ燃焼を行わせ、対象空燃比を第２空燃比に遷移させる。
【００３９】
次に、空燃比制御部３１０は、硫黄脱離処理の終了条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１５０）。本実施形態における終了条件は、検出空燃比が、第２空燃比に到達した時点を基準として、所定時間が経過したか否かである。この所定時間は、実験やシミュレーションによって決定され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから硫黄成分が十分に放出される時間に設定される。この所定時間は、例えば、３０秒から６００秒の間に設定されることが好ましく、１４０秒程度に設定されることが、より好ましい。なお、この所定時間は、この例に限らず、例えば、６００秒を超えてもよい。
【００４０】
終了条件が成立していない場合（Ｓ１５０におけるＮＯ）、すなわち、所定時間が経過していない場合、空燃比制御部３１０は、第２空燃比の制御を維持し、終了条件が成立するまで（所定時間が経過するまで）待機する。
【００４１】
終了条件が成立した場合（Ｓ１５０におけるＹＥＳ）、すなわち、所定時間が経過した場合、空燃比制御部３１０は、硫黄脱離処理を終了する。
【００４２】
また、終了条件が成立した場合、ＥＣＵ１１０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度を上げる処理を終了する。
【００４３】
図３は、比較例の硫黄脱離処理の動作を説明する説明図である。図３では、三元触媒２１０の上流側の排気ガスの空燃比（対象空燃比）を実線で示し、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比（検出空燃比に相当する空燃比）を一点鎖線で示す。
【００４４】
図３に示すように、時刻Ｔ１１において硫黄脱離処理が開始されるとする。硫黄脱離処理が開始される前、対象空燃比および２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比（検出空燃比に相当する空燃比）は、リーンとなっている。このとき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、ＯＳＣを有するため、排気ガスに含まれる酸素を吸蔵する。
【００４５】
時刻Ｔ１１において硫黄脱離処理が開始されると、対象空燃比がリーンからリッチに遷移する。リッチの度合いは、例えば、「０．９５」程度であり、第２空燃比と同程度である。これによって、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比は、徐々に下がり、時刻Ｔ１２において理論空燃比に到達する。
【００４６】
その後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気が理論空燃比からリッチに遷移されると直ぐに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂは、吸蔵していた酸素を放出する。具体的には、リッチ雰囲気では、理論空燃比に比べ、一酸化炭素（ＣＯ）や燃料を構成する炭化水素（ＨＣ）を多く含む排気ガスに満たされている。そして、リッチ雰囲気では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに吸蔵されていた酸素が、これら一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）と反応し二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）に変化して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから放出される。
【００４７】
つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の排気ガスにおいて、炭化水素（ＨＣ）、すなわち、燃料が減少し、二酸化炭素（ＣＯ２）、すなわち、空気の量が増加することとなる。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気は、理論空燃比に戻る。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂが、吸蔵していた酸素をすべて放出するまで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気が、理論空燃比に維持される。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比が、時刻Ｔ１３まで理論空燃比に維持される。
【００４８】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂが、吸蔵していた酸素をすべて放出した後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比は、理論空燃比から、徐々に下がり、時刻Ｔ１４において対象空燃比と同レベルのリッチに到達する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比がリッチになると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから硫黄が脱離されることとなる。なお、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度については、説明を省略する。
【００４９】
このように、比較例の硫黄脱離処理では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持される時間が長く、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリッチ雰囲気になるまでに時間がかかっていた。また、複数のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂが設けられている場合には、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂ内の雰囲気がリッチ雰囲気になるまでに時間がかかっていた。
【００５０】
また、ＯＳＣ材を含むＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂには、脱離された硫黄成分が再びＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに付着（吸蔵）される再付着が発生することがある。ここで、リーン燃焼からリッチ燃焼に切り替えられた後、排気路１３０の上流側（例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ）では、リッチ雰囲気に遷移されたが、排気路１３０の下流側（例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂ）では、リッチ燃焼による排気ガスが十分に到達しておらず、リーン雰囲気が維持されていることがある。このような場合、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａでは、リッチ雰囲気であるため、ＯＳＣ材に吸蔵されていた酸素が放出された後、硫黄成分が脱離される。一方、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂでは、リーン雰囲気であるため、ＯＳＣ材に酸素が吸蔵されるとともに、上流側で脱離された硫黄成分が付着される。このような再付着は、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂがリッチ雰囲気に遷移されるまで生じる。
【００５１】
このように、硫黄成分の再付着が生じると、再付着した硫黄成分の脱離も重複して行われることとなる。比較例の硫黄脱離処理では、再付着が生じる時間が長いため、硫黄脱離処理の効率が低かった。
【００５２】
図４は、本実施形態による排気ガス浄化装置２００における硫黄脱離処理の動作を説明する説明図である。図４では、対象空燃比、つまり、三元触媒２１０の上流側の排気ガスの空燃比を実線で示し、検出空燃比、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比を一点鎖線で示す。
【００５３】
図４に示すように、時刻Ｔ２１において硫黄脱離処理が開始されるとする。硫黄脱離処理が開始される前、対象空燃比および検出空燃比は、リーンとなっている。
【００５４】
時刻Ｔ２１において硫黄脱離処理が開始されると、対象空燃比がリーンから第１空燃比に遷移する。これによって、検出空燃比は、徐々に下がり、理論空燃比に到達する。なお、時刻Ｔ２１において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度を所定温度以上にする処理も開始される。
【００５５】
上述のように、第１空燃比は、第２空燃比に比べ、リッチの度合いが大きい。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気が理論空燃比からリッチに遷移する際に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから酸素が多量に放出（還元）される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに吸蔵されていた酸素が早期に消費される。したがって、本実施形態では、比較例の硫黄脱離処理（図３参照）に比べ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂが、吸蔵していた酸素をすべて放出するまでにかかる時間を短くすることができる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気、換言すると、検出空燃比は、理論空燃比にほとんど維持されることなく、リッチに遷移する。ここでは、検出空燃比が、時刻Ｔ２２において、理論空燃比からリッチに遷移される。検出空燃比がリッチのとき、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリッチ雰囲気になっているため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから硫黄成分が放出される。
【００５６】
時刻Ｔ２２において検出空燃比が理論空燃比を超えてリッチに遷移すると、対象空燃比が第２空燃比に遷移する。この際、検出空燃比は、徐々に下がり、時刻Ｔ２３において第２空燃比に到達する。
【００５７】
検出空燃比が第２空燃比に到達した時刻Ｔ２３において、空燃比制御部３１０は、終了条件における所定時間のカウントを開始する。そして、所定時間が経過した時刻Ｔ２４において、硫黄脱離処理が終了する。硫黄脱離処理の終了後、空燃比制御部３１０は、例えば、対象空燃比を通常のリーンに切り替える。
【００５８】
以上のように、本実施形態による排気ガス浄化装置２００は、対象空燃比を、第１空燃比および第２空燃比の２段階で制御する。そして、第１空燃比は、第２空燃比に比べ、リッチの度合いが大きい。このため、排気ガス浄化装置２００では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０ＢにおけるＯＳＣ材の酸素を早期に消費させることができる。これにより、排気ガス浄化装置２００では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気を早期にリッチに遷移させることができる。このため、排気ガス浄化装置２００では、硫黄成分の再付着が生じる時間を短くすることができる。また、排気ガス浄化装置２００では、硫黄脱離処理の開始から、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの硫黄成分の脱離を早期に行うことができる。
【００５９】
したがって、本実施形態による排気ガス浄化装置２００によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの硫黄脱離処理を効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態による排気ガス浄化装置２００では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側の排気ガスの空燃比がリッチに遷移することに応じて、対象空燃比が第１空燃比から第２空燃比に切り替えられる。すなわち、本実施形態では、リッチの度合いが大きい第１空燃比の期間が短い。このため、本実施形態による排気ガス浄化装置２００は、第１空燃比を維持する態様に比べ、燃料の消費を抑えることができ、燃費の低下を防止することが可能である。
【００６１】
また、本実施形態による排気ガス浄化装置２００では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側に空燃比センサ２３０が設けられており、空燃比センサ２３０の検出結果に応じて第１空燃比から第２空燃比への切り替えが行われる。このため、本実施形態による排気ガス浄化装置２００では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂ内の雰囲気がリッチになったことを確実に判断することができ、対象空燃比の切り替えを正確に行うことが可能となる。
【００６２】
以下に、本実施形態の変形例を示す。図５は、排気ガス浄化装置２００が適用される車両の走行距離と第１空燃比の時間との関係の一例を示す図である。図５に示す変形例において、空燃比制御部３１０は、車両の走行距離に応じて、第１空燃比に維持する時間を制御する。
【００６３】
例えば、ＥＣＵ１１０には、図５に示すような走行距離と第１空燃比の時間とが関連付けられたテーブルである第１空燃比時間テーブルが記憶されている。また、空燃比制御部３１０は、硫黄脱離処理の開始条件の成立後、車両の走行距離を検出する距離センサの検出値（走行距離）を取得する。空燃比制御部３１０は、得られた走行距離と第１空燃比時間テーブルとに基づいて、第１空燃比に維持する時間を導出する。そして、空燃比制御部３１０は、対象空燃比を第１空燃比に切り替え、導出された時間が経過するまで、対象空燃比を第１空燃比に維持する。
【００６４】
ここで、車両の走行距離が長くなることに応じて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに含まれるＯＳＣ材が劣化する。ＯＳＣ材は、劣化すると、酸素を吸蔵および放出する能力が低下する。すなわち、車両の走行距離は、ＯＳＣ材における酸素の吸蔵および放出能力に対応しており、車両の走行距離が長くなるほど、酸素の吸蔵および放出能力が低下する。また、第１空燃比の時間は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから酸素が放出される時間に対応しており、第１空燃比の時間が長くなるほど、放出される酸素の量を多くすることができる。
【００６５】
図５に示すように、第１空燃比時間テーブルは、車両の走行距離が長くなることに応じて、第１空燃比の時間が短くなるように設定されている。これにより、車両の走行距離が長いときに行われる硫黄脱離処理における第１空燃比の時間は、車両の走行距離が短いときに行われる硫黄脱離処理における第１空燃比の時間に比べ、短くなる。すなわち、車両の走行距離が短いときには、ＯＳＣ材に多くの酸素が吸蔵されているので、第１空燃比の時間を長くすることで、吸蔵されている多くの酸素を放出することができる。また、車両の走行距離が長いときには、ＯＳＣ材の劣化によりＯＳＣ材には少しの酸素しか吸蔵されていないので、第１空燃比の時間を短くすることで、酸素の放出が完了した後において第１空燃比の状態が余分に継続されることが防止される。
【００６６】
したがって、この態様によれば、ＯＳＣ材に吸蔵されている酸素の量に応じて、ＯＳＣ材からの酸素の放出にかかる時間を適切な長さにすることができ、より効率よく硫黄脱離処理を行うことが可能となる。
【００６７】
また、この態様によれば、リッチ燃焼とする第１空燃比の状態が余分に継続されないため、燃料が余分に消費されることを防止することができ、燃費が増加することを抑制することが可能となる。
【００６８】
なお、車両の走行距離から第１空燃比の時間を導出する態様は、第１空燃比時間テーブルを用いた態様に限らない。例えば、車両の走行距離と第１空燃比の時間とが関連付けられた関係式を用いて第２空燃比の時間を導出してもよい。
【００６９】
図６は、硫黄被毒時間と第２空燃比の時間との関係の一例を示す図である。図６に示す変形例において、空燃比制御部３１０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの硫黄被毒時間に応じて、第２空燃比に維持する時間を制御する。なお、硫黄成分がＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂなどに吸蔵されることを硫黄被毒と呼び、硫黄被毒されている時間を硫黄被毒時間と呼ぶ。
【００７０】
例えば、ＥＣＵ１１０には、図６に示すような硫黄被毒時間と第２空燃比の時間とが関連付けられたテーブルである第２空燃比時間テーブルが記憶されている。また、空燃比制御部３１０は、前回の硫黄脱離処理時を起点とし、エンジン１２０が作動しているときの経過時間を累積した累積時間を計時している。この累積時間は、硫黄被毒時間に相当する。空燃比制御部３１０は、第２空燃比への切り替え条件の成立後、計時により得られた硫黄被毒時間と第２空燃比時間テーブルとに基づいて、第２空燃比に維持する時間を導出する。そして、空燃比制御部３１０は、対象空燃比を第２空燃比に切り替えた後、導出された時間が経過するまで、対象空燃比を第２空燃比に維持する。
【００７１】
ここで、硫黄被毒時間は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂに蓄積されている硫黄成分の量に対応しており、硫黄被毒時間が長くなるほど、蓄積されている硫黄成分の量が多くなる。また、第２空燃比の時間は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒から硫黄成分が脱離される時間に対応しており、第２空燃比の時間が長くなるほど、脱離される硫黄成分の量を多くすることができる。
【００７２】
図６に示すように、第２空燃比時間テーブルは、硫黄被毒時間が長くなることに応じて、第２空燃比の時間が長くなるように設定されている。これにより、硫黄被毒時間が長いときに行われる硫黄脱離処理における第２空燃比の時間は、硫黄被毒時間が短いときに行われる硫黄脱離処理における第２空燃比の時間に比べ、長くなる。すなわち、硫黄成分の蓄積量が多いときには、第２空燃比の時間が長くなることで多くの硫黄成分が脱離される。また、硫黄成分の蓄積量が少ないときには、第２空燃比の時間が短くなることで、硫黄成分の脱離が完了した後において硫黄脱離処理が余分に継続されることが防止される。
【００７３】
したがって、この態様によれば、硫黄成分の蓄積量に応じて、硫黄脱離処理にかかる時間を適切な長さにすることができ、より効率よく硫黄脱離処理を行うことが可能となる。
【００７４】
また、この態様によれば、リッチ燃焼とする第２空燃比の状態が余分に継続されないため、燃料が余分に消費されることを防止することができ、燃費が増加することを抑制することが可能となる。
【００７５】
なお、硫黄被毒時間から第２空燃比の時間を導出する態様は、第２空燃比時間テーブルを用いた態様に限らない。例えば、硫黄被毒時間と第２空燃比の時間とが関連付けられた関係式を用いて第２空燃比の時間を導出してもよい。
【００７６】
図７は、他の変形例による排気ガス浄化装置２０２を含むエンジンシステム１０２の構成を示す概略図である。排気ガス浄化装置２０２は、空燃比センサ２３０が設けられておらず、温度センサ２４０を有する点において排気ガス浄化装置２００と異なる。温度センサ２４０は、排気路１３０における２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側に設けられている。温度センサ２４０は、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度を検出する。空燃比制御部３１０は、温度センサ２４０による温度の検出結果を取得する。
【００７７】
図８は、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度と第２空燃比の値との関係の一例を示す図である。図７および８に示す変形例において、空燃比制御部３１０は、排気路１３０における最も下流側に位置する２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度（温度センサ２４０により検出される温度）に応じて、第２空燃比の値を制御する。
【００７８】
例えば、ＥＣＵ１１０には、図８に示すような２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度と第２空燃比の値とが関連付けられたテーブルである第２空燃比値テーブルが記憶されている。また、空燃比制御部３１０は、第２空燃比への切り替え条件の成立後、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度を検出する温度センサの検出値（温度）を取得する。空燃比制御部３１０は、得られた２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度と第２空燃比値テーブルとに基づいて、第２空燃比の値を導出する。そして、空燃比制御部３１０は、対象空燃比を第２空燃比に制御する。
【００７９】
ここで、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度は、脱離される硫黄成分の量に対応しており、温度が高くなるほど、脱離される硫黄成分の量が多くなる。また、第２空燃比の値は、脱離される硫黄成分の量に対応しており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂがリッチ雰囲気になるほど、脱離される硫黄成分の量を多くすることができる。
【００８０】
図８に示すように、第２空燃比値テーブルは、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が高くなることに応じて、第２空燃比の値が理論空燃比に近づき、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が低くなることに応じて、第１空燃比に近づくように、第２空燃比のリッチの度合いが設定されている。これにより、第２空燃比は、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が相対的に高いときには、リッチの度合いが小さくなり、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が相対的に低いときには、リッチの度合いが大きくなる。すなわち、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が相対的に高いときには、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度に基づいて脱離される硫黄成分の量が多くなるため、リッチの度合いを小さくしても所定量の硫黄成分を脱離させることができる。また、リッチの度合いが大きいときには、リッチの度合いに基づいて脱離される硫黄成分の量が多くなるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が相対的に低くても所定量の硫黄成分を脱離させることができる。
【００８１】
したがって、この態様によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度が異なるとしても、所定量の硫黄成分を脱離させることができ、より効率よく硫黄脱離処理を行うことが可能となる。
【００８２】
なお、排気路１３０の下流に行くほど排気ガスの温度が低下するため、２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度は、それよりも上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの温度よりも低い。このため、最も下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの温度に基づいて第２空燃比の値を制御することで、排気路１３０に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂから脱離される硫黄成分の量を制御することができる。
【００８３】
また、温度センサ２４０は、排気路１３０における２段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ｂの下流側に設けられていた。しかし、温度センサ２４０は、図７の破線で示すように、排気路１３０における１段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの下流側に設けられ、１段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの温度を検出してもよい。そして、空燃比制御部３１０は、温度センサ２４０によって検出された１段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの温度に応じて、第２空燃比の値を制御してもよい。この場合、空燃比制御部３１０は、例えば、１段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの温度と第２空燃比の値とが関連付けられたテーブルと、温度センサ２４０による１段目のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの温度とに基づいて、第２空燃比の値を導出してもよい。
【００８４】
また、温度センサ２４０により検出される温度から第２空燃比の値を導出する態様は、第２空燃比値テーブルを用いた態様に限らない。例えば、温度センサ２４０により検出される温度と第２空燃比の値とが関連付けられた関係式を用いて第２空燃比の値を導出してもよい。
【００８５】
また、排気ガス浄化装置２０２では、空燃比センサ２３０が設けられていなかった。しかし、排気ガス浄化装置２０２において、温度センサ２４０に加え、空燃比センサ２３０が設けられてもよい。
【００８６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８７】
例えば、上記実施形態では、排気路１３０に２個のＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂが設けられていた。しかし、排気路１３０に設けられるＮＯｘ吸蔵還元触媒の数は、２個に限らない。例えば、１個のＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気路１３０に設けられてもよいし、３個以上のＮＯｘ吸蔵還元触媒が排気路１３０に設けられてもよい。
【００８８】
また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が１個である場合にも、硫黄成分の再付着が起こり得る。例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側部分がリッチ雰囲気となり、その下流側部分がリーン雰囲気となっている場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側部分において脱離された硫黄成分が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側部分において再付着される。上記実施形態では、このような場合においても、硫黄脱離処理を効率よく行うことが可能となる。
【００８９】
また、三元触媒２１０は、ＯＳＣ材を含んで構成されることがある。上記実施形態では、三元触媒２１０のＯＳＣ材の酸素も早期に消費することができ、硫黄脱離処理を効率よく行うことが可能となる。
【００９０】
また、上記実施形態では、車両の走行距離を硫黄脱離処理の開始条件としていた。しかし、硫黄脱離処理の開始条件は、走行距離に限らない。例えば、硫黄脱離処理の開始条件は、所定速度以上の速度が所定時間以上継続しているか否か（すなわち、高速運転を行っているか否か）であってもよい。高速運転を行っている場合には、排気ガスの温度が高温となっているため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度が高温となり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａ、２２０Ｂの温度を上げる処理を省略することができるからである。また、硫黄脱離処理は、走行距離と高速運転との両方を満たした場合に開始してもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、検出空燃比がリッチに遷移したことに応じて、第１空燃比から第２空燃比に切り替えられていた。しかし、第１空燃比から第２空燃比に切り替える切り替え条件は、この態様に限らない。例えば、切り替え条件は、硫黄脱離処理の開始（リーンから第１空燃比への切り替え）から所定時間が経過したか否かであってもよい。リーンからリッチに遷移するまでにかかる時間を実験やシミュレーションによって導出しておき、導出された時間を所定時間として設定すればよい。時間に応じて切り替える態様によれば、空燃比センサ２３０を省略することが可能となる。
【００９２】
また、上記実施形態では、検出空燃比が第２空燃比に到達した時点を基準として所定時間が経過したことに応じて硫黄脱離処理を終了していた。しかし、硫黄脱離処理の終了条件は、この態様に限らない。例えば、空燃比制御部３１０は、第１空燃比から第２空燃比に切り替えた時点を基準として所定時間が経過したことに応じて硫黄脱離処理を終了してもよい。
【００９３】
また、上記実施形態では、排気路１３０におけるエンジン１２０とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａとの間に、三元触媒２１０が設けられていた。しかし、排気路１３０に三元触媒２１０が設けられていなくてもよい。この場合、対象空燃比は、排気路１３０におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０Ａの上流側の排気ガスの空燃比となる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明は、エンジンから排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に利用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１２０  エンジン
１３０  排気路
２００、２０２  排気ガス浄化装置
２２０Ａ、２２０Ｂ  ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３０  空燃比センサ
３１０  空燃比制御部
【図１】
2019124152.tif 000003
【図２】
2019124152.tif 000004
【図３】
2019124152.tif 000005
【図４】
2019124152.tif 000006
【図５】
2019124152.tif 000007
【図６】
2019124152.tif 000008
【図７】
2019124152.tif 000009
【図８】
2019124152.tif 000010