(57)【要約】【課題】選択的還元触媒を備え、アンモニアや尿素を供給しなくても、アンモニア生成制御でリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒でＮＯｘをアンモニアに変換し、このアンモニアを下流側の選択還元型触媒で吸着し、この吸着したアンモニアで、アンモニア生成制御を行っていない時の排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒で還元浄化する場合において、選択還元型触媒に対してアンモニアを過不足なく安定して供給することができるＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムを提供する。【解決手段】アンモニア生成制御に際して、選択還元型触媒３３で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量Ａｔを算出し、アンモニア生成制御により第１触媒３２で生成されるアンモニア生成量Ａ４の積算値Ａ３がアンモニア吸着目標量Ａｔを下回る時にのみアンモニア生成制御を実施する。【選択図】図３
2008286102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、
前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施することを特徴とするＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項２】
前記アンモニア生成制御を実施しない時において、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となった時に前記アンモニア生成制御を開始することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項３】
前記アンモニア吸着目標量を、前記選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量と、前記アンモニア生成制御開始時の前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量とから算出することを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項４】
前記アンモニア吸着目標量の算出に際して、前記第１触媒から流出するＮＯｘの流出量のマップデータ、前選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量のマップデータの少なくとも一方を使用することを特徴とする請求項１、２又は３記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項５】
前記アンモニア生成制御において、前記第１触媒の温度が所定の温度以上の時と、触媒温度上昇制御により前記第１触媒の温度が前記所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比を深いリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行うことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項６】
前記アンモニア生成制御に際して、前記第１触媒の温度と排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項７】
前記アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項８】
排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムにおいて、
前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施するＮＯｘ浄化制御装置手段を備えたことを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
【請求項９】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御を実施しない時において、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となった時に前記アンモニア生成制御の開始であるとするアンモニア生成開始判断手段を有することを特徴とする請求項８記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１０】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア吸着目標量を、前記選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量と、前記アンモニア生成制御開始時の前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量とから算出することを特徴とする請求項８又は９記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア吸着目標量の算出に際して、前記第１触媒から流出するＮＯｘの流出量のマップデータ、前選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量のマップデータの少なくとも一方を使用することを特徴とする請求項８、９又は１０記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御において、前記第１触媒の温度が所定の温度以上の時と、触媒温度上昇制御により前記第１触媒の温度が前記所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比を深いリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行うことを特徴とする請求項８、９、１０又は１１記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１３】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御に際して、前記第１触媒の温度と排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項８、９、１０、１１又は１２記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１４】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うことを特徴とする請求項８、９、１０、１１、１２又は１３記載のＮＯｘ浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上流側のリーンＮＯｘ触媒又は前記三元触媒でアンモニアを発生させ、発生したアンモニアを下流側の選択還元型触媒に吸着させて、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ浄化システムで、過不足無くアンモニアを発生することができるＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン用の選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）を備えた排気ガス浄化システムでは、排気ガス通路に上流側から順に選択還元型触媒と酸化触媒（ＤＯＣ）を備えた排気ガス装置を配置し、この排気ガス装置よりも上流側に配置されたアンモニア系溶液噴射装置から、尿素水等のアンモニアを発生するアンモニア系溶液Ｗを選択還元型触媒に供給して、排気ガス中のＮＯｘとアンモニアを選択的に反応させてＮＯｘを浄化している。
【０００３】
これらの選択還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、排気ガス通路中に、無害の尿素水を供給し、触媒上で熱分解してアンモニアを生成させ、選択還元型触媒において、このアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元している。
【０００４】
しかしながら、これらの尿素供給のＮＯｘ浄化システムでは、アンモニア発生源として尿素を供給するが、これらのＮＯｘ浄化システムを普及させた場合には、尿素を大量に供給する必要が生じるが、現状ではインフラの面で課題がある。
【０００５】
そのため、選択還元型触媒の上流側にＮＯｘ吸着体（希薄ＮＯｘトラップ：ＬＮＴ）又はアンモニア生成触媒を配置して、ＮＯｘ吸着体の再生のため等で排気ガスを高温リッチ状態にする時に発生するアンモニアを選択還元型触媒に吸着させて、この吸着したアンモニアで高温リッチ状態を終了した後の通常運転における排気ガス中のＮＯｘを還元する内燃機関用ＮＯｘ後処理装置および方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００６】
このアンモニアは、排気ガス中のＮＯｘ、及び、リーンＮＯｘ触媒の一つであるＮＯｘ吸蔵還元型触媒等に吸蔵されたＮＯｘと、排気ガス中の水（Ｈ2 Ｏ）、炭化水素（ＨＣ）により熱分解された水素（Ｈ）とが、低酸素（Ｏ2 ）の還元状態で反応することにより発生する。
【０００７】
しかしながら、このようなＮＯｘ浄化システムでは、アンモニアの生成は生成条件を確認して、定量的な制御を行ってアンモニアを安定的に供給しないと、アンモニア過多になってアンモニアが大気中に放出されたり、又は、アンモニア不足になってＮＯｘが大気中に放出される。そのため、アンモニアを安定的に発生させることが必要であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２１１６７９号公報
【特許文献２】特開２００１−１４０６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、選択的還元触媒を備え、アンモニアや尿素を供給しなくても、アンモニア生成制御でリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒でＮＯｘをアンモニアに変換し、このアンモニアを下流側の選択還元型触媒で吸着し、この吸着したアンモニアで、アンモニア生成制御を行っていない時の排気ガス中のＮＯｘを選択還元型触媒で還元浄化する場合に、ＮＯｘの還元に用いるアンモニアを選択還元型触媒に対して過不足なく安定して供給することができるＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ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】
【０００９】
上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムの制御方法は、排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施することを特徴とする。
【００１０】
つまり、上流側のリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される前段の第１触媒でアンモニアを発生させ、下流側の後段の選択還元型触媒に発生したアンモニアを吸着させて、排気ガス中のＮＯｘを還元して無害化する場合に、アンモニアが過多になったり、不足になったりしないように、アンモニアを生成する制御では、この制御で生成するアンモニア生成量の積算値が、選択還元型触媒におけるアンモニアの吸着量の目標値を下回る時にだけアンモニアを発生させる。これにより、選択還元型触媒からのアンモニアの流出を防止することができる。
【００１１】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法で、前記アンモニア生成制御を実施しない時において、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となった時に前記アンモニア生成制御を開始すると、選択還元型触媒で吸着したアンモニア不足による、選択還元型触媒からのＮＯｘの流出を防止することができる。
【００１２】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記アンモニア吸着目標量を、前記選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量と、前記アンモニア生成制御開始時の前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量とから算出すると、比較的簡単に、適切なアンモニア吸着目標量を算出できる。なお、この選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着許容上限量は、選択還元型触媒の温度に依存するので、予め、試験などにより、この触媒温度とアンモニア吸着許容上限量を求めておき、このアンモニア吸着許容上限量に達するまでの余裕を持たせてアンモニア吸着上限量を設定し、予め、このＮＯｘ浄化システムを制御する装置に記憶させておく。
【００１３】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記アンモニア吸着目標量の算出に際して、前記第１触媒から流出するＮＯｘの流出量のマップデータ、前選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量のマップデータの少なくとも一方を使用すると、算出が容易となる。ＮＯｘ流出量は主にエンジン回転数や燃料噴射量（又は負荷）に関係し、アンモニア吸着上限量は、選択還元型触媒の温度に関係する。これらのＮＯｘ流出量マップデータと、アンモニア吸着上限量マップデータは予め試験等により求めておき、このＮＯｘ浄化システムを制御する装置に記憶させておく。なお、ここでは、マップデータにはパラメータが一つであるデータ（通常はテーブルと呼ばれるようなデータ）も含めている。
【００１４】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法で、前記アンモニア生成制御において、前記第１触媒の温度が所定の温度以上の時と、触媒温度上昇制御により前記第１触媒の温度が前記所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比を深いリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行うと、効率よくアンモニアを生成することができる。これは、第１触媒の温度が低いとアンモニアが発生し難いため、無駄に空燃比状態を深いリッチ状態にしないようにするものである。これにより、燃費の悪化を抑制することができる。
【００１５】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法で、前記アンモニア生成制御に際して、前記第１触媒の温度と排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御すると、アンモニアの生成量を適切に調整することができる。従って、選択還元型触媒下流側へのアンモニア流出を回避しながら、より効率よく、例えば、燃費が少なくなるように、アンモニアを生成することができるようになる。
【００１６】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法で、前記アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うと、シリンダ内燃料噴射制御で排気通路中に燃料を添加する場合よりも、燃料噴射制御が単純化し、エンジンが発生するトルク変動も少なくすることができる。
【００１７】
そして、上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムは、排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムにおいて、前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施するＮＯｘ浄化制御装置手段を備えて構成される。これにより、選択還元型触媒からのアンモニアの流出を防止することができる。
【００１８】
上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御を実施しない時において、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となった時に前記アンモニア生成制御の開始であるとするアンモニア生成開始判断手段を有して構成されると、選択還元型触媒で吸着したアンモニア不足による、選択還元型触媒からのＮＯｘの流出を防止することができる。
【００１９】
上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア吸着目標量を、前記選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量と、前記アンモニア生成制御開始時の前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量とから算出するように構成されると、比較的簡単に、適切なアンモニア吸着目標量を算出できる。
【００２０】
上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア吸着目標量の算出に際して、前記第１触媒から流出するＮＯｘの流出量のマップデータ、前選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量のマップデータの少なくとも一方を使用するように構成されると、算出が容易となる。
【００２１】
上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御において、前記第１触媒の温度が所定の温度以上の時と、触媒温度上昇制御により前記第１触媒の温度が前記所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比を深いリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行うように構成されると、効率よくアンモニアを生成することができる。
【００２２】
上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御に際して、前記第１触媒の温度と排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御するように構成されると、アンモニアの生成量を適切に調整することができる。
【００２３】
上記のＮＯｘ浄化システムで、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うように構成されると、シリンダ内燃料噴射制御で排気通路中に燃料を添加する場合よりも、燃料噴射制御が単純化し、エンジンが発生するトルク変動も少なくすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムによれば、排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型ＮＯｘ触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを選択還元型触媒に吸着させると共に、アンモニア生成制御を実施しない時では選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元する場合において、選択還元型触媒に対してアンモニアを過剰に供給することを回避でき、選択還元型触媒下流側へのアンモニアの流出を防止できる。
【００２５】
また、アンモニア生成制御を実施しない時において、選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を算出し、このアンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となった時にアンモニア生成制御を開始することにより、アンモニア生成制御を実施しない時に、第１触媒の下流に流出するＮＯｘを還元するための選択還元型触媒で吸着したアンモニアが不足して、選択還元型触媒下流側へＮＯｘが流出することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システムについて、ディーゼルエンジンの排気通路を通過する排気ガスのＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化システムを例にして図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１の構成を示す。
【００２７】
このＮＯｘ浄化システム１では、ディーゼルエンジン１０の排気通路（排気ガス通路）１１に、上流側から、ターボチャジャ１２のタービン１２ａと、酸化触媒（ＤＯＣ）３１、リーンＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）３２、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）３３を有して構成されるＮＯｘ浄化装置３０と、排気絞り弁１３とが配置される。なお、この実施の形態では、リーンＮＯｘ触媒３２が第１触媒となる。
【００２８】
酸化触媒３１は、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウムを担持して形成される。この酸化触媒３１は、排気ガス中に未燃燃料（炭化水素：ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等があるとこれを酸化して、この酸化で発生する熱により排気ガスを昇温し、この昇温した排気ガスで下流側のリーンＮＯｘ触媒（第１触媒）３２を昇温させることができる。なお、この酸化触媒３１は、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（連続再生型ＤＰＦ装置）の一部として設けてもよい。
【００２９】
リーンＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）３２は、この実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で形成される。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造等の担持体に、酸化アルミニウム（アルミナ）等で形成された多孔質の触媒コート層を設け、この触媒コート層に白金等の触媒貴金属と、ＮＯｘ吸蔵機能を持つＮＯｘ吸蔵物質とを担持させる。このＮＯｘ吸蔵物質としては、カリウム、ナトリウム、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、バリウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、ランタン、イットリウム等の希土類の中から、一つ又は幾つかの組合せを用いることができる。この構成により、排気ガス中の酸素濃度等によって、ＮＯｘ吸蔵と、ＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。
【００３０】
選択還元型触媒３３は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担持体に、チタニアーバナジウム、ゼオライト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化チタン、酸化タングステン等を担持して形成される。この構成により、アンモニアを吸着したり、ＮＯｘをアンモニアで還元浄化したりすることができる。
【００３１】
また、酸化触媒３１の上流側にアンモニア生成時の空気過剰率（λ）を制御するために、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ４１を配置する。それと共に、各触媒３１、３２、３３の温度を推定するために、第１の温度センサ４２を酸化触媒３１の上流側に、第２の温度センサ４３を酸化触媒３１とリーンＮＯｘ触媒３２との間に、第３の温度センサ４４をリーンＮＯｘ触媒３２と選択還元型触媒３３との間に、第４の温度センサ４５を選択還元型触媒３３の下流側に、それぞれ配置する。また、更に、選択還元型触媒３３の下流側には、ＮＯｘ又はλ（空気過剰率）センサ４６を配置する。なお、排気管内燃料噴射を行う場合には、燃料噴射弁（排気管内燃料噴射装置）４７を空燃比（Ａ／Ｆ）センサ４１よりも上流側の排気通路（排気管）１１に設ける。
【００３２】
また、吸気通路１４には、エアフィルタ１５、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１６、ターボチャジャ１２のコンプレッサ１２ｂ、インタークーラ１７、吸気スロットル弁１８が設けられている。更に、排気マニホールド１０ａと吸気マニホールド１０ｂを連結するＥＧＲ通路１９には、ＥＧＲクーラ２０と、ＥＧＲ弁２１が設けられている。
【００３３】
このエンジン１０では、空気Ａはエアフィルタ１５で浄化された後、マスエアフローセンサ（ＭＡＦセンサ）１６でその質量流量を計測され、コンプレッサ１０ｂで加圧される。その後、空気Ａはインタークーラ１７で冷却され、更に流量調整を行う吸気スロットル弁１８を通過して吸気マニホールド１０ｂに入る。エンジン１０のシリンダ内でこの空気Ａ中に燃料を噴射して燃料を燃焼させる。この燃焼により生じた排気ガスＧは、排気マニホールド１０ａから排気通路（排気ガス通路）１１のタービン１０ａを駆動した後、ＮＯｘ浄化装置３０を通過して、浄化された排気ガスＧｃとなる。その後、浄化された排気ガスＧｃは、排気絞り弁１３と図示しないマフラー（消音器）を通過して大気中に放出される。また、排気ガスＧの一部はＥＧＲガスＧｅとして、ＥＧＲ通路１９のＥＧＲクーラ１９で冷却された後、ＥＧＲガスＧｅの流量調整を行うＥＧＲ弁２１を通過して吸気マニホールド１０ｂに入り、空気Ａと混合しシリンダ内に入る。
【００３４】
また、これらのＮＯｘ浄化システム１の制御を行うためにＮＯｘ浄化制御装置４０ａが設けられる。このＮＯｘ浄化装置４０ａは、通常はエンジン全体を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ）４０に含まれた状態で構成される。このＮＯｘ浄化制御装置４０ａには、空燃比センサ４１や第１〜第４の温度センサ４２、４３、４４、４５やＮＯｘ又はλセンサ４６等からの入力の他に、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量（又は負荷）Ｑ等が入力される。また、このＮＯｘ浄化制御装置４０ａはエンジン制御装置４０と密接な関係を持ち、エンジン制御装置４０を介して、シリンダ内燃料噴射、排気絞り弁１３、吸気スロットル弁１８、ＥＧＲ弁２１、燃料噴射弁４７等を制御する。
【００３５】
そして、このＮＯｘ浄化制御装置４０ａは、図２に示すように、ＮＯｘ浄化制御手段Ｃ１０を有し、このＮＯｘ浄化制御手段Ｃ１０は、通常制御運転手段Ｃ１１、アンモニア生成開始判断手段Ｃ１２、アンモニア生成制御手段Ｃ１３、アンモニア生成停止判断手段Ｃ１４等を有して構成される。また、アンモニア生成制御手段Ｃ１３は、第１触媒昇温制御手段Ｃ１３ａと排気ガス空燃比制御手段Ｃ１３ｂとを有して構成される。
【００３６】
この通常運転制御手段Ｃ１１は、通常のエンジンの運転を行う手段、言い換えれば、アンモニア生成制御を行わない運転制御を行う手段であり、この通常運転では、排気ガス中のＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒３２に吸蔵される。また、アンモニア生成開始判断手段Ｃ１２は、アンモニア生成制御を開始するタイミングを判定する手段であり、選択還元型触媒３３に吸着されているアンモニア吸着量Ａ１を算出し、このアンモニア吸着量Ａ１が所定のアンモニア生成開始量Ａｓ以下となった時にアンモニア生成制御の開始と判断する。つまり、選択還元型触媒３３に吸着されたアンモニアが通常運転時にリーンＮＯｘ触媒３２から流出してくるＮＯｘの還元に使用されて減少し、この選択還元型触媒３３のアンモニア吸着量Ａ１が所定のアンモニア生成開始量Ａｓ以下になるとアンモニア生成制御の開始であると判断する。
【００３７】
アンモニア生成制御手段Ｃ１３は、アンモニア生成を行うための手段である。アンモニアの条件としては、リーンＮＯｘ触媒３２の温度が高温（例えば４００℃）で、かつ、排気ガスが深いリッチ状態（例えば、空気過剰率換算でλ≦０．８５）であることが知られている。これは、触媒反応が早い高温時のリッチ状態では、リーンＮＯｘ触媒３２に吸蔵されたＮＯ2 が放出されて、２ＮＯ2 ＋ＣＯ＋２ＨＣ→Ｎ2 ＋２ＣＯ2 ＋Ｈ2 Ｏとなるが、この反応時に酸素が不足していると、ＣＯ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋Ｈ2 やＣ3 Ｈ6 ＋３Ｈ2 ０→３ＣＯ＋６Ｈ2 でＨ2 が生成し、２ＮＯ＋５Ｈ2 →２ＮＨ3 ＋２Ｈ2 Ｏや２ＮＯ2 ＋７Ｈ2 →２ＮＨ3 ＋４Ｈ2 Ｏ等でＮＨ3 が生成し、窒素（Ｎ2 ）の代わりにアンモニア（ＮＨ3 ）が発生する。このアンモニアの生成を積極的に利用するために、リーンＮＯｘ触媒３２の触媒温度Ｔｌｎｔと排気ガスの空燃比（又は空気過剰率λ）をパラメータとする図７に示すようなアンモニア生成量をマップデータとしてＮＯｘ浄化制御装置４０ａに予め記憶させておく。この具体的なマップデータは試験結果等により作成される。そして、この触媒温度Ｔｌｎｔと空燃比を制御要素とし、測定された触媒温度Ｔｌｎｔに対して適切なアンモニア生成量になるように予め設定された空燃比で、排気ガス空燃比制御を行う。この空燃比は通常は空気過剰率換算でλ＝０．９５〜０．８５で、好ましくはλ＝０．９２〜０．８７である。
【００３８】
このアンモニア生成制御手段Ｃ１３は、必要に応じて、第１触媒昇温制御手段Ｃ１３ａで排気ガス温度を昇温したり、電気ヒータで直接リーンＮＯｘ触媒（第１触媒）３２を加熱したりして、リーンＮＯｘ触媒３２をアンモニアが生成する所定の温度（例えば４００℃）以上に昇温する。なお、既に、リーンＮＯｘ触媒３２がアンモニアが生成する所定の温度以上である場合には、第１触媒昇温制御は行わない。
【００３９】
また、排気ガス空燃比制御手段Ｃ１３ｂで空燃比をアンモニアが予め設定された空燃比とする。この排気ガス空燃比制御中は、リーンＮＯｘ触媒３２では吸蔵していたＮＯｘが放出されると共に、放出されたＮＯｘの一部は窒素（Ｎ2 ）に分解されるが、残りの一部はアンモニアに変換される。また、排気ガス中のＮＯｘもリーンＮＯｘ触媒３２でアンモニアに変換される。このアンモニアが下流側の選択還元型触媒１３に吸着される。
【００４０】
これらの第１触媒昇温制御手段Ｃ１３ａや排気ガス空燃比制御手段Ｃ１３ｂでは、シリンダ内燃料噴射でマルチ噴射（多段遅延噴射）とポスト噴射（後噴射）を用いたり、シリンダ内燃料噴射のマルチ噴射と排気管内燃料噴射を用いたりする。
【００４１】
アンモニア生成停止判断手段Ｃ１４は、選択還元型触媒３３で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量Ａｔを算出し、アンモニア生成制御中にリーンＮＯｘ触媒３２で生成されるアンモニアの生成量Ａ４の積算値Ａ３がアンモニア吸着目標量Ａｔに達した時にアンモニア生成制御の停止であると判断する。
【００４２】
これらの制御を行うために、予め、リーンＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ流出量マップ（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量（又は負荷）ＱをパラメータとするＮＯｘ流出量Ｎ１のマップデータ：図４）、選択還元型触媒３３のアンモニア吸着上限量テーブル（触媒温度Ｔｓｃｒをパラメータとするアンモニア吸着上限量Ａｕ：図６）、及び、リーンＮＯｘ触媒３２で生成されるアンモニア生成量マップ（リーンＮＯｘ触媒３２の触媒温度Ｔｌｎｔと空気過剰率λ（空燃比）をパラメータとするアンモニア生成量Ａ４：図７）等を試験結果などにより作成し、ＮＯｘ浄化制御装置４０ａに予め記憶させておく。
【００４３】
次に、このＮＯｘ浄化システム１におけるＮＯｘ浄化システムの制御方法について説明する。この制御方法は図３に例示するような制御フローに従って行われる。この図３の制御フローはエンジンのスタートと共に、エンジン全般の制御を行うメインの制御フローから呼ばれてスタートし、エンジンキーのオフ等のエンジン運転の終了を検出すると、割り込みが発生して、メインの制御フローにリターンし、メインの制御フローの終了と共に終了する制御フローとして示してある。
【００４４】
エンジンキーをオンにしてエンジン運転を開始すると、この図３の制御フローもメインの制御フローから呼ばれてスタートする。スタートすると、先ず、ステップＳ１１で、選択還元型触媒１３に吸着しているアンモニアの吸着量の推定値であるアンモニア吸着量Ａ１の初期値Ａ０を、ＮＯｘ浄化制御装置４０ａの所定のメモリから入力し、アンモニア吸着量Ａ１をその初期値Ａ０に設定する（Ａ１＝Ａ０）。
【００４５】
この初期値Ａ０は最初にエンジンを起動する場合には０（ゼロ）となるが、前回のエンジン運転で、既に、この図３の制御フローを実施している場合には、前回の終了時のアンモニア吸着量Ａ１となる。つまり、前回運転終了時のアンモニア吸着量Ａ１の値を初期値Ａ０として保持する。
【００４６】
次のステップＳ１２で、ステップＳ１２からステップＳ１４を終了するまでの間の所定の時間の間に、言い換えれば、ステップＳ１４のアンモニア吸着量のチェックのインターバルの間に発生する、リーンＮＯｘ触媒１２から選択還元型触媒１３へのＮＯｘ流出量（ＮＯｘスリップ量）Ｎ１を算出する。この算出に際しては、図４に示すようなエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量（又は負荷）ＱをパラメータとするＮＯｘ流出量マップデータや関数値Ｎ１＝ｆ１（Ｎｅ，Ｑ）を使用する。つまり、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑとから、ＮＯｘ流出量マップデータを参照したり、関数ｆ１（Ｎｅ，Ｑ）で演算してＮＯｘ流出量Ｎ１を算出する。
【００４７】
また、このＮＯｘ流出量Ｎ１からＮＯｘ還元に使用するアンモニア消費量Ａ２、言い換えれば、このＮＯｘ流出量Ｎ１の還元に必要なアンモニア量Ａ２を算出する。この算出では、ＮＯｘ（ＮＯ，ＮＯ2 ）−ＮＨ3 の当量比の計算を用いるが、図５に示すようなＮＯｘ流出量Ｎ１に対するアンモニア消費量Ａ２を示すマップデータや関数値Ａ２＝ｆ２（Ｎ１）を使用してもよい。なお、アンモニア消費量Ａ２はＮＯｘの還元効率を考慮して補正してもよい。更に、ステップＳ１４終了後のアンモニア吸着量Ａ１を、ステップＳ１２以前のアンモニア吸着量Ａ１からアンモニア消費量Ａ２を引き算して算出する（Ａ１＝Ａ１−Ａ２）。
【００４８】
次のステップＳ１３で、選択還元型触媒１３の触媒温度Ｔｓｃｒより、選択還元型触媒１３に吸着可能なアンモニア量であるアンモニア吸着上限量Ａｕを算出する。この算出では、図５に示すような触媒温度Ｔｓｃｒに対するアンモニア吸着上限量Ａｕを示すマップデータや関数値Ａｕ＝ｆ３（Ｔｓｃｒ）を使用する。なお、このアンモニア吸着上限量Ａｕは物理的な吸着量の上限値そのままではなく、余裕を持たせた値とすることが好ましい。
【００４９】
また、ステップＳ１３では、アンモニア生成開始量Ａｓを設定する。このアンモニア生成開始量Ａｓは、選択還元型触媒１３におけるアンモニア吸着量Ａ１がこの値以下になったら、アンモニア生成制御を開始して、生成したアンモニアを選択還元型触媒１３に吸着させるための値である。このアンモニア生成開始量Ａｓは、試験結果等により予め設定され、ＮＯｘ浄化制御装置４０ａの所定のメモリに記憶される。この記憶した値を読み出して、図３の制御フローにおけるアンモニア生成開始量Ａｓを設定する。また、このアンモニア生成開始量Ａｓを触媒温度Ｔｓｃｒを考慮して補正するように構成してもよい。このアンモニア生成開始量Ａｓも、ステップＳ１６の第１触媒昇温制御等で消費されるアンモニアの消費量Ａ２を考慮した余裕のある値に設定することが好ましい。
【００５０】
次のステップＳ１４で、アンモニア吸着量Ａ１をチェックし、アンモニア吸着量Ａ１がアンモニア生成開始量Ａｓ以下であるか否かを判定する。この判定により、アンモニア生成制御を開始するか否かを判定する。つまり、以下であれば、ステップＳ１５以降のアンモニア生成制御に移行して、アンモニア生成制御を実施してアンモニアを生成して、選択還元型触媒１３にアンモニアを吸着させる。また、以下でなければ、まだ、アンモニアを選択還元型触媒１３に吸着させる必要がないので、ステップＳ１２に戻る。
【００５１】
このステップＳ１５〜Ｓ２０のアンモニア生成制御においては、先ず、ステップＳ１５で、選択還元型触媒３３で吸着するアンモニアに目標値であるアンモニア吸着目標量Ａｔを算出する。このアンモニア吸着目標量Ａｔは、今回のアンモニア生成制御で生成するアンモニアの生成量の目標値でもあり、アンモニア生成目標量ということもできる。このアンモニア吸着目標量Ａｔは、アンモニア吸着上限量Ａｕから現状（ステップＳ１５の時点）のアンモニア吸着量Ａ１を引き算して算出される（Ａｔ＝Ａｕ−Ａ１）。また、アンモニア生成制御で生成するアンモニア量を積算するために、アンモニア生成累積量Ａ３をゼロにリセットする（Ａ３＝０）。
【００５２】
次のステップＳ１６では、必要に応じて、第１触媒昇温制御を行う。つまり、リーンＮＯｘ触媒（第１触媒）３２の触媒温度Ｔｌｎｔが所定の温度（例えば、３５０℃〜４００℃）に達していれば、この第１触媒昇温制御を行わなわずに、次のステップＳ１７に行くが、触媒温度Ｔｌｎｔがこの所定の温度に達していなければ、排気ガスを深いリッチ状態にせずに、吸気絞りやＥＧＲ制御やシリンダ内燃料噴射等により、排気ガスを昇温したり、排気管内燃料噴射可能な温度（例えば、２００℃以上）になったら、排気管内燃料噴射をパルス的に実施したり、排気ガス中の未燃燃料を酸化触媒３１で酸化したり、直接伝熱ヒータで加熱したりしてリーンＮＯｘ触媒１２を暖め、昇温させる。そして、触媒温度Ｔｌｎｔが所定の温度に達してから、次のステップＳ１７に行く。なお、この間の第１触媒昇温制御中は、図３の制御フローには図示していないが、ステップＳ１２と同様な演算を行って、アンモニア消費量Ａ２を考慮したアンモニア吸着量Ａ１の算出を行う。
【００５３】
ステップＳ１７のアンモニア生成用の排気ガス空燃比制御は、吸気絞りやＥＧＲ制御やシリンダ内燃料噴射等により、排気ガスの空燃比を空気過剰率換算でλ＝０．９５〜０．８５で、好ましくはλ＝０．９２〜０．８７の深いリッチ状態をパルス的に増減して断続的なリッチ空燃比としてアンモニアを生成する。この時に排気管内燃料噴射も併用する場合があるが、排気管内燃料噴射の噴射量の目標値は、空気量とλセンサ値より目標空燃比（Ａ／Ｆ）になる燃料流量を算出する。この制御により、リーンＮＯｘ触媒３２に吸蔵されたＮＯｘや排気ガス中のＮＯｘがアンモニアに変換され、アンモニアが生成する。この生成したアンモニアは、下流側の選択還元型触媒３３に吸着される。
【００５４】
次のステップＳ１８では、ステップＳ１７からステップＳ１９を終了するまでの間の所定の時間の間に、言い換えれば、ステップＳ１９のアンモニア吸着量Ａ１のチェックのインターバルの間に生成されるアンモニア生成量Ａ４を算出する。この算出に際しては、図７に示すような触媒温度Ｔｌｎｔと空気過剰率λ（又は空燃比Ａ／Ｆ）をパラメータとするＮＯｘ生成量マップデータや関数値Ａ４＝ｆ４（Ｔｌｎｔ，λ）を使用する。つまり、触媒温度Ｔｌｎｔと空気過剰率λとから、マップデータを参照したり、関数演算してＮＯｘ生成量Ａ４を算出する。
【００５５】
また、このＮＯｘ生成量Ａ４からステップＳ１９終了後のアンモニア吸着量Ａ１を、ステップＳ１６以前のアンモニア吸着量Ａ１にアンモニア生成量Ａ４を足し算して算出する（Ａ１＝Ａ１＋Ａ４）。更に、アンモニア生成制御の停止時期を判定するために、アンモニア生成累積量Ａ３を算出する。この算出では、ステップＳ１６以前のアンモニア生成累積量Ａ３にアンモニア生成量Ａ４を足し算して算出する（Ａ３＝Ａ３＋Ａ４）。なお、選択還元型触媒３３におけるアンモニアの吸着効率を考慮して生成累積量Ａ３を補正してもよいが、このアンモニアの吸着効率を考慮して、アンモニア吸着目標量Ａｔを算出する方が、制御を簡略化できる。
【００５６】
なお、アンモニア生成累積量Ａ３をリセットしてステップＳ１７を通過した後で、リーンＮＯｘ触媒３２の温度が所定の温度よりも低下して、再度、ステップＳ１６の触媒昇温制御が行われる場合には、この間のアンモニア消費量Ａ２を引き算しておく（Ａ３＝Ａ３−Ａ２）。
【００５７】
ステップＳ１９で、アンモニア生成累積量Ａ３をチェックし、アンモニア生成累積量Ａ３がアンモニア吸着目標量Ａｔ以下であるか否かを判定する。この判定により、アンモニア生成制御を停止してよいか否かを判定する。つまり、以上であれば、もう、アンモニアを選択還元型触媒３３に吸着させる必要がないので、ステップＳ２０に行き、アンモニア生成制御を停止する。つまり、アンモニア生成のための第１触媒昇温制御や排気ガスを深いリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を停止して、ステップＳ１２に戻る。以上でなければ、ステップＳ１６に戻り、アンモニア生成制御を継続してアンモニアを生成して、選択還元型触媒３３にアンモニアを更に吸着させる。
【００５８】
そして、ステップＳ１２〜ステップＳ２０を繰り返し行いながら、アンモニア生成制御を行わない、通常のエンジン制御運転（ステップＳ１１〜Ｓ１４，Ｓ１５）及び第１触媒昇温制御（ステップＳ１６）では、排気ガスＧはリーン状態となり、排気ガス中のＮＯｘはリーンＮＯｘ触媒３２で殆どが吸収され、リーンＮＯｘ触媒３２から流出する残りのＮＯｘは選択還元型触媒３３で、この選択還元型触媒３３に吸着されたアンモニアにより窒素に還元されて、排気ガスは浄化されたガスＧｃとなって大気中に放出される。
【００５９】
また、選択還元型触媒３３に吸着されたアンモニアの吸着量Ａ１が低くなると、アンモニア不足により流出ＮＯｘが還元されずに、大気中に放出される可能性が生じるので、これを防ぐために、アンモニア吸着量Ａ１がアンモニア生成開始量Ａｓに達すると通常のエンジン制御運転からアンモニア生成制御に移行する。
【００６０】
このアンモニア生成制御では、必要に応じて第１触媒昇温制御を行った後、アンモニア生成用の排気ガス空燃比制御（ステップＳ１７〜Ｓ１９）では、排気ガスを深いリッチ状態にして、リーンＮＯｘ触媒３２に吸蔵されたＮＯｘを放出させると同時に、これを低酸素状態で還元してアンモニアを生成する。この生成したアンモニアを選択還元型触媒３３に吸着して、選択還元型触媒３３に吸着しているアンモニア量Ａ１を増加してアンモニア吸着上限量Ａｕにまで回復する。そして、アンモニア吸着量Ａ１がアンモニア吸着上限量Ａｕに回復したら、アンモニア生成制御を停止して、再度、通常の運転に戻る。
【００６１】
このステップＳ１２〜Ｓ２０を繰り返し実施するが、エンジンキーがオフされたりしてエンジン運転の終了操作が行われると、これを検知して、実施中のステップの途中において割り込みを発生させて、ステップＳ２１の割り込みに行く。この割り込みにより、この制御フローの終了作業（図示しない）を行う。この終了作業としては、例えば、アンモニア吸着量Ａ１を、次回のアンモニア吸着量Ａ１の初期値Ａ０として、ＮＯｘ浄化制御装置３０の所定のメモリに記憶したり、各種制御を停止したりする作業がある。
【００６２】
上記の構成のＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システム１によれば、アンモニア生成制御に際して、選択還元型触媒３３で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量Ａｔを算出し、アンモニア生成制御により第１触媒３２で生成されるアンモニア生成量Ａ４の積算値Ａ３がアンモニア吸着目標量Ａｔを下回る時にのみアンモニア生成制御を実施する。これにより、選択還元型触媒３３からのアンモニアの流出を防止することができる。
【００６３】
また、アンモニア生成制御を実施しない時において、選択還元型触媒３３に吸着されているアンモニア吸着量Ａ１を算出し、このアンモニア吸着量Ａ１が所定のアンモニア生成開始量Ａｓ以下となった時にアンモニア生成制御を開始する。これにより、選択還元型触媒３３で吸着したアンモニア不足による、選択還元型触媒３３からのＮＯｘの流出を防止することができる。
【００６４】
また、アンモニア吸着目標量Ａｔを、選択還元型触媒３３に吸着可能なアンモニア吸着上限量Ａｕと、アンモニア生成制御開始時の選択還元型触媒３３に吸着されているアンモニア吸着量Ａ１とから、Ａｔ＝Ａｕ−Ａ１で算出する。とこれにより、比較的簡単に、適切なアンモニア吸着目標量を算出できる。
【００６５】
また、アンモニア吸着目標量Ａｔの算出に際して、第１触媒３２から流出するＮＯｘの流出量のマップデータと、選択還元型触媒３３に吸着可能なアンモニア吸着上限量Ａｕのマップデータの両方を使用する。これにより、アンモニア吸着目標量Ａｔの算出が容易となる。
【００６６】
また、アンモニア生成制御において、第１触媒３２の温度Ｔｌｎｔが所定の温度以上の時と、第１触媒温度上昇制御により第１触媒３２の温度Ｔｌｎｔが所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比を深いリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行う。これにより、効率よくアンモニアを生成することができる。
【００６７】
また、アンモニア生成制御に際して、第１触媒３２の温度Ｔｌｎｔと排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量Ａ４のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御する。これにより、アンモニアの生成量を適切に調整することができる。
【００６８】
また、場合によっては、アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うこともできる。これにより、ディーゼルエンジン１０が発生するトルクの変動を避けることができる。
【００６９】
従って、上記の構成のＮＯｘ浄化システムの制御方法及びＮＯｘ浄化システム１によれば、アンモニア生成制御を実施しない時に、第１触媒の下流に流出するＮＯｘを還元するための選択還元型触媒で吸着したアンモニアが不足して、選択還元型触媒下流側へＮＯｘが流出することを防止できる。また、それと共に、アンモニア生成時に選択還元型触媒３３に対してアンモニアを過剰に供給することを回避でき、選択還元型触媒３３の下流側へのアンモニアの流出を防止できる。
【００７０】
なお、上記の実施の形態のＮＯｘ浄化システム１では、第１触媒として、リーンＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）３２を用いたが、このリーンＮＯｘ触媒の代りに三元触媒を用いてもよい。この三元触媒を用いる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されてから放出されるＮＯｘではなく、排気ガス中のＮＯｘがアンモニアに変換される。
【００７１】
また、リーンＮＯｘ触媒３２としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いたが、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒の代りに、直接還元型ＮＯｘ触媒を用いてもよい。この直接還元型ＮＯｘ触媒を用いる場合にも、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されてから放出されるＮＯｘではなく、排気ガス中のＮＯｘがアンモニアに変換される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係るＮＯｘ浄化システムのＮＯ浄化制御手段の構成を示す図である。
【図３】本発明に係るＮＯｘ浄化システムの制御方法を示す制御フローの図である。
【図４】ＮＯｘ流出量の算出方法を説明するための模式的な図である。
【図５】アンモニア消費量の算出方法を説明するための模式的な図である。
【図６】アンモニア吸着上限量の算出方法を説明するための模式的な図である。
【図７】アンモニア生成量の算出方法を説明するための模式的な図である。
【符号の説明】
【００７３】
１    ＮＯｘ浄化システム
１０    ディーゼルエンジン
１１    排気ガス通路
３０    ＮＯｘ浄化装置
３１    酸化触媒（ＤＯＣ）
３２    リーンＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）
３３    選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）
４０    エンジン制御装置（ＥＣＵ）
４０ａ  ＮＯｘ浄化制御装置
４１    空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
４２、４３、４４、４５  温度センサ
Ａ    空気
Ａ１  アンモニア吸着量
Ａ２  アンモニア消費量
Ａ３  アンモニア生成蓄積量
Ａ４  アンモニア生成量
Ａｓ  アンモニア生成開始量
Ａｔ  アンモニア吸着目標量
Ａｕ  アンモニア吸着上限量
Ｃ１０  ＮＯｘ浄化制御手段
Ｃ１１  通常運転制御手段
Ｃ１２  アンモニア生成開始判断手段
Ｃ１３  アンモニア生成制御手段
Ｃ１３ａ  第１触媒昇温制御手段
Ｃ１３ｂ  排気ガス空燃比制御手段
Ｃ１４  アンモニア生成停止判断手段
Ｇ    排気ガス
Ｎ１  ＮＯｘ流出量
Ｎｅ  エンジン回転数
Ｑ    燃料噴射量（又は負荷）
Ｔｌｎｔ  リーンＮＯｘ触媒の触媒温度
Ｔｓｃｒ  選択還元型触媒の触媒温度
λ    空気過剰率
【図１】
2008286102.tif 000003
【図２】
2008286102.tif 000004
【図３】
2008286102.tif 000005
【図４】
2008286102.tif 000006
【図５】
2008286102.tif 000007
【図６】
2008286102.tif 000008
【図７】
2008286102.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【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】
排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、
前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施し、
前記アンモニア生成制御を実施しないときにおいて、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を前記第１触媒から前記選択還元型触媒へのＮＯｘ流出量を基に算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となったときに前記アンモニア生成制御を開始することを特徴とするＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項２】
前記アンモニア吸着目標量を、前記選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量と、前記アンモニア生成制御開始時の前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量とから算出することを特徴とする請求項１記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項３】
前記アンモニア吸着目標量の算出に際して、前記第１触媒から流出するＮＯｘの流出量のマップデータ、前選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量のマップデータの少なくとも一方を使用することを特徴とする請求項１又は２記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項４】
前記アンモニア生成制御において、前記第１触媒の温度が所定の温度以上の時と、触媒温度上昇制御により前記第１触媒の温度が前記所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行うことを特徴とする請求項１、２又は３記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項５】
前記アンモニア生成制御に際して、前記第１触媒の温度と排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項６】
前記アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のＮＯｘ浄化システムの制御方法。
【請求項７】
排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムにおいて、
前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施するＮＯｘ浄化制御装置手段を備えると共に、
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御を実施しないときにおいて、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を前記第１触媒から前記選択還元型触媒へのＮＯｘ流出量を基に算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となったときに前記アンモニア生成制御を開始するアンモニア生成開始判断手段を有することを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
【請求項８】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア吸着目標量を、前記選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量と、前記アンモニア生成制御開始時の前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量とから算出することを特徴とする請求項７記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項９】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア吸着目標量の算出に際して、前記第１触媒から流出するＮＯｘの流出量のマップデータ、前選択還元型触媒に吸着可能なアンモニア吸着上限量のマップデータの少なくとも一方を使用することを特徴とする請求項７又は８記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１０】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御において、前記第１触媒の温度が所定の温度以上の時と、触媒温度上昇制御により前記第１触媒の温度が前記所定の温度以上になった時にのみ、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする排気ガス空燃比制御を行うことを特徴とする請求項７、８又は９記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１１】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御に際して、前記第１触媒の温度と排気ガスの空燃比とをパラメータとするアンモニア生成量のマップデータに従って排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項７、８、９又は１０記載のＮＯｘ浄化システム。
【請求項１２】
前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御において、排気管内燃料噴射を実施し、触媒温度上昇、又は、アンモニア生成、又は、その両方を行うことを特徴とする請求項７、８、９、１０又は１１記載のＮＯｘ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】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムの制御方法は、排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施し、前記アンモニア生成制御を実施しないときにおいて、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を前記第１触媒から前記選択還元型触媒へのＮＯｘ流出量を基に算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となったときに前記アンモニア生成制御を開始することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
そして、上記のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムは、排気ガス通路に上流側からリーンＮＯｘ触媒又は三元触媒で形成される第１触媒と選択還元型触媒を配置し、アンモニア生成制御を実施した時に前記第１触媒でアンモニアを生成させ、発生したアンモニアを前記選択還元型触媒に吸着させると共に、前記アンモニア生成制御を実施しない時では前記選択還元型触媒に吸着させたアンモニアで排気ガス中のＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化システムにおいて、前記アンモニア生成制御に際して、前記選択還元型触媒で吸着するアンモニアの目標値であるアンモニア吸着目標量を算出し、前記アンモニア生成制御により前記第１触媒で生成されるアンモニア生成量の積算値が前記アンモニア吸着目標量を下回る時にのみ前記アンモニア生成制御を実施するＮＯｘ浄化制御装置手段を備えると共に、前記ＮＯｘ浄化制御手段が、前記アンモニア生成制御を実施しないときにおいて、前記選択還元型触媒に吸着されているアンモニア吸着量を前記第１触媒から前記選択還元型触媒へのＮＯｘ流出量を基に算出し、該アンモニア吸着量が所定のアンモニア生成開始量以下となったときに前記アンモニア生成制御を開始するアンモニア生成開始判断手段を有して構成される。これにより、選択還元型触媒からのアンモニアの流出を防止することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
また、排気ガス空燃比制御手段Ｃ１３ｂで空燃比をアンモニアが予め設定された空燃比とする。この排気ガス空燃比制御中は、リーンＮＯｘ触媒３２では吸蔵していたＮＯｘが放出されると共に、放出されたＮＯｘの一部は窒素（Ｎ2 ）に分解されるが、残りの一部はアンモニアに変換される。また、排気ガス中のＮＯｘもリーンＮＯｘ触媒３２でアンモニアに変換される。このアンモニアが下流側の選択還元型触媒３３に吸着される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
エンジンキーをオンにしてエンジン運転を開始すると、この図３の制御フローもメインの制御フローから呼ばれてスタートする。スタートすると、先ず、ステップＳ１１で、選択還元型触媒３３に吸着しているアンモニアの吸着量の推定値であるアンモニア吸着量Ａ１の初期値Ａ０を、ＮＯｘ浄化制御装置４０ａの所定のメモリから入力し、アンモニア吸着量Ａ１をその初期値Ａ０に設定する（Ａ１＝Ａ０）。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次のステップＳ１２で、ステップＳ１２からステップＳ１４を終了するまでの間の所定の時間の間に、言い換えれば、ステップＳ１４のアンモニア吸着量のチェックのインターバルの間に発生する、リーンＮＯｘ触媒３２から選択還元型触媒３３へのＮＯｘ流出量（ＮＯｘスリップ量）Ｎ１を算出する。この算出に際しては、図４に示すようなエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量（又は負荷）ＱをパラメータとするＮＯｘ流出量マップデータや関数値Ｎ１＝ｆ１（Ｎｅ，Ｑ）を使用する。つまり、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑとから、ＮＯｘ流出量マップデータを参照したり、関数ｆ１（Ｎｅ，Ｑ）で演算してＮＯｘ流出量Ｎ１を算出する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
次のステップＳ１３で、選択還元型触媒３３の触媒温度Ｔｓｃｒより、選択還元型触媒３３に吸着可能なアンモニア量であるアンモニア吸着上限量Ａｕを算出する。この算出では、図６に示すような触媒温度Ｔｓｃｒに対するアンモニア吸着上限量Ａｕを示すマップデータや関数値Ａｕ＝ｆ３（Ｔｓｃｒ）を使用する。なお、このアンモニア吸着上限量Ａｕは物理的な吸着量の上限値そのままではなく、余裕を持たせた値とすることが好ましい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
また、ステップＳ１３では、アンモニア生成開始量Ａｓを設定する。このアンモニア生成開始量Ａｓは、選択還元型触媒３３におけるアンモニア吸着量Ａ１がこの値以下になったら、アンモニア生成制御を開始して、生成したアンモニアを選択還元型触媒３３に吸着させるための値である。このアンモニア生成開始量Ａｓは、試験結果等により予め設定され、ＮＯｘ浄化制御装置４０ａの所定のメモリに記憶される。この記憶した値を読み出して、図３の制御フローにおけるアンモニア生成開始量Ａｓを設定する。また、このアンモニア生成開始量Ａｓを触媒温度Ｔｓｃｒを考慮して補正するように構成してもよい。このアンモニア生成開始量Ａｓも、ステップＳ１６の第１触媒昇温制御等で消費されるアンモニアの消費量Ａ２を考慮した余裕のある値に設定することが好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
次のステップＳ１４で、アンモニア吸着量Ａ１をチェックし、アンモニア吸着量Ａ１がアンモニア生成開始量Ａｓ以下であるか否かを判定する。この判定により、アンモニア生成制御を開始するか否かを判定する。つまり、以下であれば、ステップＳ１５以降のアンモニア生成制御に移行して、アンモニア生成制御を実施してアンモニアを生成して、選択還元型触媒３３にアンモニアを吸着させる。また、以下でなければ、まだ、アンモニアを選択還元型触媒３３に吸着させる必要がないので、ステップＳ１２に戻る。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
次のステップＳ１６では、必要に応じて、第１触媒昇温制御を行う。つまり、リーンＮＯｘ触媒（第１触媒）３２の触媒温度Ｔｌｎｔが所定の温度（例えば、３５０℃〜４００℃）に達していれば、この第１触媒昇温制御を行わなわずに、次のステップＳ１７に行くが、触媒温度Ｔｌｎｔがこの所定の温度に達していなければ、排気ガスを深いリッチ状態にせずに、吸気絞りやＥＧＲ制御やシリンダ内燃料噴射等により、排気ガスを昇温したり、排気管内燃料噴射可能な温度（例えば、２００℃以上）になったら、排気管内燃料噴射をパルス的に実施したり、排気ガス中の未燃燃料を酸化触媒３１で酸化したり、直接伝熱ヒータで加熱したりしてリーンＮＯｘ触媒３２を暖め、昇温させる。そして、触媒温度Ｔｌｎｔが所定の温度に達してから、次のステップＳ１７に行く。なお、この間の第１触媒昇温制御中は、図３の制御フローには図示していないが、ステップＳ１２と同様な演算を行って、アンモニア消費量Ａ２を考慮したアンモニア吸着量Ａ１の算出を行う。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
次のステップＳ１８では、ステップＳ１７からステップＳ１９を終了するまでの間の所定の時間の間に、言い換えれば、ステップＳ１９のアンモニア吸着量Ａ１のチェックのインターバルの間に生成されるアンモニア生成量Ａ４を算出する。この算出に際しては、図７に示すような触媒温度Ｔｌｎｔと空気過剰率λ（又は空燃比Ａ／Ｆ）をパラメータとするＮＯｘ生成量マップデータや関数値Ａ４＝ｆ４（Ｔｌｎｔ，λ）を使用する。つまり、触媒温度Ｔｌｎｔと空気過剰率λとから、マップデータを参照したり、関数演算してアンモニア生成量Ａ４を算出する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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