(57)【要約】【課題】硫黄被毒量を精度良く推定して、適正な頻度で硫黄被毒再生を実施することにより、過度の硫黄被毒再生を回避して燃費の悪化を防止することができるＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムを提供する。【解決手段】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０と、ＮＯｘ再生制御と硫黄被毒再生制御とを行う制御装置３０を備えたＮＯｘ浄化システム１において、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の下流側に、バイナリλセンサー２６と還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサー２５を配設し、ＮＯｘ再生制御の際に、バイナリλセンサー２６が酸素濃度の大きな低下を検出した時点Ｔ３てから、還元剤濃度センサー２５が還元剤の濃度の大きな増加を検出する時点Ｔ２までの間の時間Ｔａから、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の硫黄被毒による劣化度合を判定する。【選択図】図２
2008286042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に、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ると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にするＮＯｘ再生制御と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行うＮＯｘ浄化システムの制御方法において、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に、酸素濃度センサーと還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサーを配設し、前記ＮＯｘ再生制御の際に、前記酸素濃度センサーが酸素濃度の大きな低下を検出した時点から、前記還元剤濃度センサーが還元剤の濃度の大きな増加を検出する時点までの間の時間から、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定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】
前記酸素濃度センサーがバイナリλセンサーであり、前記還元剤の濃度が水素濃度で、前記還元剤濃度センサーが水素濃度センサーであ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】
内燃機関の排気通路に、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ると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にするＮＯｘ再生制御と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行う制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、
前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に、酸素濃度センサーと還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサーを配設し、
前記制御装置が、前記ＮＯｘ再生制御の際に、前記酸素濃度センサーが酸素濃度の大きな低下を検出した時点から、前記還元剤濃度センサーが還元剤の濃度の大きな増加を検出する時点までの間の時間から、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定することを特徴とするＮＯｘ浄化システム。
【請求項４】
前記酸素濃度センサーをバイナリλセンサーを形成し、前記還元剤の濃度が水素濃度とし、前記還元剤濃度センサーを水素濃度センサーで形成することを特徴とする請求項３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、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた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から排出されるＰＭ（微粒子状物質）、ＮＯｘ、ＣＯやＨＣ等は、年々排出規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い、エンジンの改良のみでは、規制値への対応が困難になってきている。そこで、エンジンの排気通路に排気ガス後処理装置を着装して、エンジンから排出されるこれらの物質を低減する技術が採用されてきている。
【０００３】
このような状況において、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おり、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。
【０００４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、モノリスハニカム等で形成され、このモノリスハニカムのコージィエライト、炭化珪素（ＳｉＣ）若しくは極薄板ステンレスで形成された構造材の担体に、多数の多角形のセルを形成して構成される。このセルの壁面にはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、ゼオライト、シリカ、各種酸化物等で形成された触媒担持層となる多孔質の触媒コート層が設けられている。この触媒コート層の表面に酸化機能を持つ白金（Ｐｔ）等の触媒貴金属（触媒活性金属）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吸蔵剤（ＮＯｘ吸蔵物質：ＮＯｘ吸蔵材：ＮＯｘ吸収剤）を担持している。これらにより、排気ガス中の酸素濃度によってＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出よＮＯｘ浄化の三つの機能を発揮する。
【０００５】
そして、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、通常運転時にＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵し、吸蔵能力が飽和に近づくと、適時、流入してくる排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にして、吸蔵したＮＯｘを放出させると共に、放出されたＮＯｘを触媒貴金属の三元機能で還元する。
【０００６】
より詳細には、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）を触媒貴金属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吸蔵剤に硝酸塩等の塩化物のかたちで吸蔵し、ＮＯｘを浄化する。
【０００７】
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吸蔵剤は、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、排気ガス中の共存酸素が少なく、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）等の還元剤の濃度が高く、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。
【０００８】
そして、排気ガス中に酸素が少なく、還元剤濃度が高く、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少ないので、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、酸化機能を持つ白金等の触媒貴金属上で、水、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、窒素（Ｎ2 ）に変換し浄化する。
【０００９】
そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近くなると、吸蔵されたＮＯｘを放出させて触媒を再生するために、理論空燃比より燃料を多くして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て、還元組成排気ガスを触媒に供給する必要がある。この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ＮＯｘ再生操作を行っている。
【００１０】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化システムでは、通常運転である希薄燃焼時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵及び吸着するが、それと同時に、オイルや燃料中に含まれる硫黄が燃焼して発生したＳＯｘもＮＯｘと一緒にＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵及び吸着する。このＳＯｘはＮＯｘ吸蔵剤との親和力がＮＯｘより強く、安定な化合物質を生成してしまうために、このＳＯｘを吸蔵した分だけＮＯｘ吸蔵能力が低下するので、ＮＯｘ浄化性能を低下させる大きな原因となっている。
【００１１】
そこで、エンジン運転条件等を変えて高温でリッチ空燃比状態の排気ガスを生成する硫黄被毒再生制御（硫黄パージ）を行って、この高温でリッチ空燃比状態の排気ガスをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に供給して、ＳＯｘの脱離及び放出を行い、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ浄化性能の回復を行っている。
【００１２】
この硫黄被毒再生制御は、６００℃付近で未燃ＨＣの高濃度の排気ガスを発生させるため、大きな燃費の悪化を招くという問題や、また、極端なリッチ条件のため排気ガスの状態が悪化したり、燃料のオイルのダイリューションからエンジンの耐久性に悪影響が生じる可能性があるという問題もある。
【００１３】
従って、硫黄被毒再生制御の回数は必要最小限に抑える必要があり、正確なＮＯｘ吸蔵量の低下から触媒劣化度合を知り適切な時期の硫黄被毒再生制御を行い、高い触媒性能を維持するためには、正確な触媒の劣化度合、即ち、ＮＯｘ吸蔵量の低減量の推定が非常に重要となってくる。
【００１４】
そのため、例えば、窒素酸化物貯蔵触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に相当）の下流側に、ラムダセンサー、炭化水素センサー、一酸化炭素センサー及び水素センサーの何れかを設置し、希薄燃焼から濃厚燃焼への空気／燃料混合物（空燃比）の切換（図２のＴ１に相当）と、窒素酸化物貯蔵触媒を通過した濃厚な排気ガスの漏出（図２のＴ２に相当）との間の時間間隔（図２のＴｘに相当）を測定して、この時間差Ｔｘにより、窒素酸化物貯蔵材料の貯蔵能力の低下を推定している窒素酸化物貯蔵触媒の作業能力の検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１５】
この検査方法では、リッチ排気ガス組成中の炭化水素や一酸化炭素や水素等の還元剤の消費量が吸蔵ＮＯｘ量と対応することから、希薄燃焼から濃厚燃焼への空気／燃料混合物（空燃比）の切換の時点Ｔ１から窒素酸化物貯蔵触媒の下流側にこれらの成分が流出する時点Ｔ２までの時間Ｔｘから、ＮＯｘ吸蔵量を算出して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の劣化の度合を判定している。
【００１６】
しかしながら、上記の判定方法では、ＮＯｘ再生制御におけるリッチ空燃比制御の初期（図２の期間Ｔｂ）においては、リーン運転中に触媒表面に吸着した酸素が放出されるため、上記の検出センサーで検出できる炭化水素や一酸化炭素や水素等の還元剤は、ＮＯｘによる還元によりも優先して、この放出された酸素と反応してしまうため、この期間Ｔｂ（図２）を含んだ期間Ｔｘに基づく上記の検査方法では正確なＮＯｘ吸蔵量を把握できないという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−４７９１９号公報（段落〔００３６〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
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、硫黄被毒量を精度良く推定して、適正な頻度で硫黄被毒再生制御を実施することにより、過度の硫黄被毒再生制御を回避して燃費の悪化を防止することができるＮＯｘ浄化方法及び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】
【００１８】
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、内燃機関の排気通路に、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ると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にするＮＯｘ再生制御と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行うＮＯｘ浄化システムの制御方法において、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に、酸素濃度センサーと還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサーを配設し、前記ＮＯｘ再生制御の際に、前記酸素濃度センサーが酸素濃度の大きな低下を検出した時点から、前記還元剤濃度センサーが還元剤の濃度の大きな増加を検出する時点までの間の時間から、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定することを特徴とする。
【００１９】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒においては、ＮＯｘ再生のためのリッチ空燃比制御を終了し、リーン燃焼（通常燃焼）に戻った時に、リーン状態の排気ガス中の酸素を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒表面やＮＯｘ吸蔵剤内部に吸着及び吸蔵して取り込み、この酸素をＮＯｘ再生制御におけるリッチ空燃比制御の初期に放出する。
【００２０】
本発明では、この放出された酸素による水素、一酸化炭素、炭化水素等の還元剤の消費を考慮して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の劣化度合を判定する。これについて、ＮＯｘ再生制御におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側のバイナリーλセンサーと上流側水素センサーと下流側水素センサーの出力の時系列を示す図２を参照しながら説明する。
【００２１】
ＮＯｘ再生制御の初期に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の触媒表面に吸着された酸素がリッチ排気ガス組成中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ2 ）等で消費され、触媒表面が還元雰囲気になる。この時点を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の酸素濃度センサーによる酸素濃度の大きな低下（図２ではλの急上昇）で検出する。つまり、理論空燃比の前後、言い換えれば、バイナリーλセンサー等の酸素濃度センサーではその出力が大きく立ち上がる時点（Ｔ３）を検出する。なお、酸素濃度の大きな低下とは、図２に示すように、その前のリッチ空燃比制御を開始した直後の酸素濃度の小さな低下（時点Ｔ１）とは異なることを意味している。
【００２２】
次に、この酸素の放出の終了後にＮＯｘ吸蔵還元型触媒から放出されるＮＯｘによる還元剤の消費が終了する時点を、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の還元剤濃度センサーによる還元剤濃度の増加で検出する。つまり、還元剤濃度センサーで、その出力が大きく立ち上がる時点（図２のＴ２）を検出する。
【００２３】
この２つの時点（Ｔ３、Ｔ２）の間の時間（Ｔａ）からＮＯｘ再生制御中におけるＮＯｘ放出量、言い換えれば、ＮＯｘ再生制御開始前のＮＯｘ吸蔵量を、時間（Ｔａ）とＮＯｘ吸蔵量の関係を示すマップデータなどを参照して推定し、更に、このＮＯｘ吸蔵量の推定値と基準のＮＯｘ吸蔵量（例えば、新品のＮＯｘ飽和吸蔵量）との比較から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定する。従って、精度良く硫黄被毒による劣化度合を判定できる。なお、これらの時間（Ｔａ）とＮＯｘ吸蔵量との関係に触媒温度が大きく影響するので、時間（Ｔａ）とＮＯｘ吸蔵量との関係は触媒温度ベースにしたマップデータを用意するか、触媒温度で補正する。
【００２４】
なお、ＮＯｘ吸蔵量を算出せずに、時間（Ｔａ）に関する劣化判定用の基準時間をマップデータ等で予め制御装置に入力しておき、検出した時間（Ｔａ）とこの基準時間との比較により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定するようにしてもよい。
【００２５】
上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法において、酸素濃度センサーをバイナリλセンサーで形成すると、このバイナリλセンサーは、空気過剰率λが１の前後で、その出力が大きく変化するので、この酸素濃度の大きな低下を検出し易くまた、制御が容易となる。更に、水素濃度は比較的容易に測定できるので、測定する還元剤の濃度が水素濃度であり、還元剤濃度センサーが水素濃度センサーであるように構成することがより好ましい。この水素濃度センサーにより、触媒表面での水素の消費を確認し、硫黄パージの終了を確実に確認することができる。
【００２６】
そして、上記の目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムは、内燃機関の排気通路に、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ると共に、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にするＮＯｘ再生制御と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による触媒劣化を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比にする硫黄被毒再生制御とを行う制御装置を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に、酸素濃度センサーと還元剤の濃度を検出する還元剤濃度センサーを配設し、前記制御装置が、前記ＮＯｘ再生制御の際に、前記酸素濃度センサーが酸素濃度の大きな低下を検出した時点から、前記還元剤濃度センサーが還元剤の濃度の大きな増加を検出する時点までの間の時間から、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定するように構成される。この構成のＮＯｘ浄化システムによれば、上記のＮＯｘ浄化システムの制御方法を実施でき、同様な作用効果を得ることができる。
【００２７】
上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、酸素濃度センサーをバイナリλセンサーで形成すると、このバイナリλセンサーは、空気過剰率ラムダが１の前後で、その出力が大きく変化するので、この酸素濃度の大きな低下を検出し易くまた、制御が容易となる。更に、水素濃度は比較的容易に測定できるので、還元剤の濃度が水素濃度であり、還元剤濃度センサーを水素濃度センサーで形成することがより好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムによれば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸着され、ＮＯｘ再生制御のリッチ空燃比状態で放出される酸素量を考慮して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定するので、精度良く推定することができる。
【００２９】
従って、ＮＯｘ吸蔵量を正確に算出して、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の劣化度合を正しく判定しながら、正確で適切な硫黄被毒再生制御を行うことにより、適正な頻度で硫黄被毒再生制御を実施でき、過度の硫黄被毒再生制御を回避することができるので、燃費の悪化の防止とＮＯｘ吸蔵還元型触媒の耐久性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。本発明はディーゼルエンジンに代表される希薄燃焼機関全体に適用されるが、ここではディーゼルエンジンを例にして説明する。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。
【００３１】
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。このＮＯｘ浄化システム１では、エンジン（内燃機関）Ｅの排気通路３にＮＯｘ吸蔵還元型触媒（排気ガス浄化装置：触媒コンバーター）２０が配置される。
【００３２】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０は、コージェライト若しくは炭化珪素（ＳｉＣ）極薄板ステンレスで形成されたモノリス触媒に、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化チタン（ＴｉＯ）等の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。このモノリス触媒の構造材の担体は、多数のセルを有しており、また、このセルの内壁に設けられる触媒コート層は、大きな表面積を持っており、排気ガスとの接触効率を高めている。
【００３３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０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（リッチ空燃比状態）の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に放出されたＮＯｘを触媒金属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。
【００３４】
そして、エンジンＥの運転の全般的な制御を行うと共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０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）３０が設けられる。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の上流側（入口側）に、上流側空気過剰率（λ）センサー (酸素濃度センサー）２１、上流側水素濃度センサー２２、上流側排気ガス温度センサー２３を配置し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の下流側に、下流側排気ガス温度センサー２４、下流側水素濃度センサー２５、バイナリーλセンサー (酸素濃度センサー）２６を配置する。これらの各センサーの出力は、制御装置（ＥＣＵ）に入力される。このバイナリーλセンサー２６は、理論空燃比のλ＝１で大きく出力特性が変化するセンサーである。また、ここでは、触媒表面での水素の消費を確認し、硫黄パージの終了を確実に確認するという理由から、排気ガス中の還元剤の濃度を計るセンサーとして水素濃度センサーを採用しているが、一酸化炭素や炭化水素などの濃度を計るセンサーを採用することもできる。
【００３５】
この制御装置（ＥＣＵ）３０は、その内部に、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）、リードオンリメモリー（ＲＯＭ）、入力ポート、出力ポートを双方向パスで接続した構成のデジタルコンピューターからなり、エンジンＥの噴射制御、燃料噴射時期制御などの基本制御を行う他、この実施の形態では、エンジン燃焼制御、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒制御、排気絞り弁制御、吸気絞り弁制御、また、触媒劣化判定制御、硫黄被毒再生制御（硫黄パージ制御）も行う。
【００３６】
そして、これらの制御を行うため、この制御装置３０に、更に、アクセル開度からの負荷センサー２８、エンジンクランク軸に設けたクランク角センサー２９等からの検出値（出力信号）が入力される。また、この制御装置３０からエンジンＥの吸気絞り弁（吸気スロットル弁）８、ＥＧＲ弁１２、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１３等を制御する信号が出力される。
【００３７】
このＮＯｘ浄化システム１においては、エンジンＥに吸入される吸入空気Ａは、吸気通路２の空気清浄器５、マスエアフローセンサー（ＭＡＦセンサー）６を通過して、ターボチャージャ７のコンプレッサにより圧縮昇圧され、更にインタークーラー（図示しない）で冷却され、吸気絞り弁８によりその量を調整されて吸気マニホールドよりシリンダ内に入る。マスエアフローセンサー６は、吸入空気量を計測し、吸入空気Ａの流量に対応した電圧が制御装置（ＥＣＵ）に入力される。また、吸気絞り弁８は制御装置（ＥＣＵ）からの制御信号で制御される。このシリンダに吸入された空気Ａに、燃料タンク９から燃料ポンプ１０によって昇圧された燃料をコモンレール及び燃料噴射弁１３を経由して噴射して燃焼させる。
【００３８】
この燃焼によりシリンダ内で発生した排気ガスＧは、排気マニホールドから排気通路３に出て、ターボチャージャ７のタービンを駆動した後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０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４の高効率ＥＧＲクーラー１１を通過し、ＥＧＲ通路４の出口側に設置したＥＧＲ弁１２でその量を調整されて、吸気絞り弁８の下流側の吸気マニホールドに再循環される。なお、この実施の形態では、大量のＥＧＲガスを還流できるように構成される。
【００３９】
そして、本発明においては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の硫黄被毒による劣化度合は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力を回復するために排気ガスの空燃比をリッチ空燃比状態にするＮＯｘ再生制御の際に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の下流側に設けられたバイナリλセンサー２６が酸素濃度の大きな低下を検出した時点から、還元剤濃度センサーである下流側水素濃度センサー２５が還元剤である水素の濃度の大きな増加を検出する時点までの間の時間から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の硫黄被毒による劣化度合を判定する。
【００４０】
その詳細を、ＮＯｘ再生制御におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の下流側のバイナリーλセンサー２６と上流側水素センサー２２と下流側水素センサー２５の出力の時系列を模式的に示す図２を参照しながら、以下に説明する。
【００４１】
通常の運転の希薄燃焼状態ではリーン運転が行われ、このリーン空燃比状態では排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０に吸蔵され浄化される。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０にＮＯｘが吸蔵され、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和状態近くになると、事前試験により定められた触媒のＮＯｘ吸蔵量の閾値に達したか否かを判定して、閾値に達した場合には、ＮＯｘを放出させて還元して浄化するＮＯｘ再生制御を行い、ＮＯｘ浄化性能を維持する。このＮＯｘ再生制御が開始され、リッチ空燃比制御が開始される（時点Ｔ１）と、排気ガスの状態はリッチ空燃比状態に切り替わる。リッチ空燃比状態が継続し、ＮＯｘが放出されＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０が再生されると、リッチ空燃比制御が終了し（時点Ｔ４）、再びりリーン空燃比状態に切り替わり、これを繰り返す。この時点Ｔ１と時点Ｔ４の間がリッチ空燃比制御の期間である。
【００４２】
このＮＯｘ再生制御の時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の下流側（出口側）のバイナリーλセンサー２６と、上流側水素濃度センサー空気２２と下流側水素濃度センサー空気２５の出力は図２に示すような変化を示す。この変化を基に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の再生と同時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０のＮＯｘ吸蔵量を推定し、触媒劣化の度合を判定する。
【００４３】
図２に示すように、ＮＯｘ再生制御のリッチ空燃比制御に入り、高濃度の還元ガスがＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０に供給されると (時点Ｔ１）、上流側水素センサー２２の出力（上流側のＨ2 ）は排気ガス中の水素の増加に対応して大きく立ち上がる。つまり、リッチ空燃比制御に切り替わると、排気ガス中に未燃の炭化水素や一酸化炭素や水素等の還元剤が供給されるので、排気ガス中の水素濃度は増加し、上流側水素濃度センサー２２の出力（上流側のＨ2 ）は、急激に増加する。また、図示していないが、上流側λセンサー２１で検出される空気過剰率λもλ＝１以下のリッチ空燃比まで一気に低下する。
【００４４】
一方、下流側の酸素濃度（λで表示）は、少しリッチ側に向けて減少する（空気過剰率λは１側に減少する）。しかしながら、このリッチ空燃比制御の初期においては、リーン燃焼時にＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の触媒表面に吸着されていた酸素が放出されるので、リッチ側に向けて大きく減少することはない。この酸素が放出されている間も、排気ガス中の水素等の還元剤は、この放出された酸素に消費されているので、下流側水素センサー２５の検出値は低い水素濃度のままとなる。この期間Ｔｂにおいては、放出された酸素のために触媒表面は真の還元雰囲気になっていないため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０からのＮＯｘの放出は未だ行われていない。そのため、排気ガス中の水素等の還元剤は、放出されたＮＯｘの還元によって消費されている訳ではない。
【００４５】
その後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の触媒表面に吸着されていた酸素の放出とこの酸素と還元剤との反応が終了すると、酸素濃度が低下し、触媒表面が真の還元雰囲気になる（時点Ｔ３）。これにより、ＮＯｘの放出と還元が行われるようになる。従って、この酸素濃度の低下により、下流側のバイナリーλセンサー２６の出力 (λ）は、上流側のλセンサーの出力よりも期間Ｔｂ分遅れて、リッチ側に大きく立ち上がり、空気過剰率λが１付近となる。
【００４６】
その後、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０に吸蔵されていたＮＯｘが全て放出されると（時点Ｔ２）、排気ガス中の還元剤がＮＯｘの還元で消費されなくなるので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の下流側の水素等の還元剤の濃度が高くなり、下流側水素濃度センサー２５の出力は、排気ガス中の水素の増加に対応して大きく立ち上がり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の上流側水素濃度センサー２２の出力と同じになる（時点Ｔ４）。この時点Ｔ４では、吸蔵されたＮＯｘも全て放出され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２の再生が完了しているので、リッチ空燃比制御を終了する。
【００４７】
このリッチ空燃比制御の終了により、上流側λセンサー２１の出力とバイナリーλセンサー２６の出力はリーン状態（希薄排気ガス状態）の出力に戻り、上流側水素濃度センサー２２と下流側水素濃度センサー２５の出力もリーン状態の出力に戻る。
【００４８】
言い換えると、リッチ空燃比制御でＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０に流入する排気ガス中の還元剤の濃度が高まった時点Ｔ１を、上流側水素センサー２２の出力（上流側のＨ2 ）の大きく立ち上がり（水素濃度の増加）により確認でき、また、下流側のバイナリーλセンサー２６の出力 (λ）が少しリッチ側に立ち上がったことによっても確認できる。
【００４９】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０からの酸素の放出が終了した時点Ｔ３を、下流側のバイナリーλセンサー２６の出力 (λ）が大きくリッチ側に立ち上がったことによって確認でき、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０からのＮＯｘの放出が終了した時点Ｔ２を、下流側の水素濃度センサー２５の出力（下流側のＨ2 ）が大きく立ち上がったことによって確認できる。
【００５０】
この時点Ｔ３と時点Ｔ２の間の時間Ｔａが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０から実際にＮＯｘが放出されている時間に相当するので、この時間Ｔａは、このリッチ空燃比制御の前までに実際にＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０に吸蔵されていたＮＯｘ吸蔵量に対応した時間となる。
【００５１】
この２つの時点Ｔ３、Ｔ２の間の時間ＴａからＮＯｘ再生制御中におけるＮＯｘ放出量、言い換えれば、再生制御開始前のＮＯｘ吸蔵量を、時間ＴａとＮＯｘ吸蔵量の関係を示すマップデータなどを参照して推定し、更に、このＮＯｘ吸蔵量の推定値と基準のＮＯｘ吸蔵量（例えば、新品のＮＯｘ飽和吸蔵量）との比較から、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定する。従って、精度良く硫黄被毒による劣化度合を判定できる。このＮＯｘ飽和吸蔵量はＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の触媒温度によって変化するので、上流側排気ガス温度センサー２３と下流側排気ガス温度センサー２４の検出値から触媒温度を推定し、この触媒温度におけるＮＯｘ飽和吸蔵量を使用する。
【００５２】
なお、ＮＯｘ吸蔵量を算出せずに、時間Ｔａに関する劣化判定用の基準時間をマップデータで予め制御装置に入力しておき、検出した時間Ｔａとこの基準時間（必要に応じて触媒温度で補正する）との比較によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化度合を判定するようにしてもよい。
【００５３】
従って、本発明では、ＮＯｘ放出期間を、リッチ空燃比制御の操作開始（時点Ｔ１）から下流側水素濃度センサー２５の出力が立ち上がる（時点Ｔ２）までの間の期間Ｔｘとはしないで、バイナリーλセンサー２６の出力が大きく立ち上がって（時点Ｔ３）から下流側水素濃度センサー２５の出力が大きく立ち上がる（時点Ｔ２）までの間の期間Ｔａとして、この期間Ｔａを触媒劣化の劣化度合の判定に使用し、正確で、適切な硫黄被毒再生制御（硫黄パージ）を行う。つまり、燃料消費量などの間接的な情報ではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０の状態を示すＮＯｘ吸着量から、触媒硫黄の劣化度合を検出及び評価する。
【００５４】
次に、ＮＯｘ浄化システムの制御方法について説明する。この実施の形態では、ＮＯｘ浄化システム１の制御装置が、エンジンＥの制御装置３０に組み込まれ、エンジンＥの運転制御と並行して、ＮＯｘ浄化システム１の制御を行う。このＮＯｘ浄化システム１の制御装置は、再生開始判定手段、再生継続制御手段、再生終了判定手段等を備えて構成される。
【００５５】
再生開始判定手段は、ＮＯｘ再生制御の場合には、例えば、エンジンの運転状態から単位時間当たりのＮＯｘの排出量ΔＮＯｘを算出し、これを累積計算したＮＯｘ累積値ΣＮＯｘが所定の判定値Ｃｎを超えた時にＮＯｘ再生制御を開始すると判定する。つまり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０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、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０のＮＯｘ吸蔵能力を回復するためのＮＯｘ再生制御を行う。
【００５６】
そして、本発明においては、再生開始判定手段における硫黄被毒からの回復の脱硫制御の場合には、ＮＯｘ再生制御における下流側のバイナリーλセンサー２６で検出される下流側のλと、下流側水素濃度センサー２５で検出される下流側のＨ2 とを監視し、検出された時期Ｔａを検出して、この時期Ｔａによって算出されるＮＯｘ吸蔵量が所定の判定量よりも小さくなった時に、あるいは、時期Ｔａが、所定の判定時間よりも小さくなった時に、硫黄被毒再生を開始すると判定する。
【００５７】
また、再生継続制御手段は、吸気量を減少する吸気系リッチ制御と燃料量を増加する燃料系リッチ制御により、ＮＯｘ再生時と硫黄被毒再生時のそれぞれに最適な目標排気ガス温度とストイキ空燃比（理論空燃比）又はリッチ空燃比である目標空燃比（目標空気過剰率）を算出し、排気ガス温度を目標排気ガス温度に、空燃比（空気過剰率λ）をこの目標空燃比（目標空気過剰率）になるように吸気系及び燃料系を制御して、この目標の状態を維持及び継続するように制御する手段である。
【００５８】
ＮＯｘ再生制御では、目標排気ガス温度は、触媒にもよるが、概ね２００℃〜６００℃であり、上流側λセンサー２１の位置における目標空燃比は、触媒にもよるが、空気過剰率（λ）換算で、概ね０．８〜１．０である。硫黄被毒再生では、目標排気ガス温度は、触媒にもよるが、概ね５００℃〜７５０℃であり、目標空燃比は、触媒にもよるが、空気過剰率（λ）換算で、概ね０．８〜１．０である。
【００５９】
再生終了判定手段は、ＮＯｘ再生制御の場合には、例えば、ＮＯｘ再生制御の継続時間が所定の時間を経過した時に、ＮＯｘ再生制御を終了すると判定したり、エンジンの運転状態から単位時間当たりのＮＯｘ吸蔵還元型触媒２０からのＮＯｘの放出量を算出し、これを累積計算したＮＯｘ累積放出値が所定の判定値を超えた時にＮＯｘ再生制御を終了すると判定したりする。また、硫黄被毒再生制御の場合には、例えば、硫黄（サルファ）パージ量を積算し、この累積硫黄パージ量が再生開始時の硫黄蓄積量を上回った時に硫黄被毒再生制御を終了すると判定する。
【００６０】
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、ＮＯｘ再生制御時の時期Ｔａに基づいて、硫黄被毒による劣化度合を推定して硫黄被毒再生制御を行うので、適正な頻度で硫黄被毒再生制御を実施できる。そのため、過度の硫黄被毒再生制御を回避することができるので、燃費の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を示す図である。
【図２】ＮＯｘ再生制御におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側のバイナリーλセンサーと上流側水素センサーと下流側水素センサーの出力の時系列を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
Ｅ    エンジン（内燃機関）
１    ＮＯｘ浄化システム
３    排気通路
２０    吸蔵還元型触媒（排気ガス浄化装置：触媒コンバーター）
２５    下流側水素濃度センサー
２６    バイナリーλセンサー
３０    制御装置
Ｔ１    リッチ空燃比制御開始時
Ｔ２    ＮＯｘの放出完了時
Ｔ３    酸素の放出完了時（ＮＯｘの放出開始時）
Ｔ４    リッチ空燃比制御終了時
Ｔａ    ＮＯｘ放出期間
Ｔｂ    酸素放出期間
【図１】
2008286042.tif 000003
【図２】
2008286042.tif 000004