(57)【要約】【課題】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システムにおいて、硫黄パージを行う時に発生するＮＯｘの一時的な吐き出しを回避できる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３１と三元触媒３２を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、三元触媒３２に還元剤吸着機能を付加すると共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１の硫黄パージに際して、硫黄パージと共にＮＯｘの放出及び還元が行われる前期硫黄パージ制御の第１段階で、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１と三元触媒３２に供給する還元剤を増量供給し、次の第２段階では、ＮＯｘ濃度検出手段３５で検出したＮＯｘ濃度に応じて、還元剤の供給量を調整するように構成する。【選択図】  図７
2004251188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた三元触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出口又は前記三元触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記三元触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスを高温かつリッチに制御する硫黄パージ制御手段とを具備した排気ガス浄化システムにおいて、前記三元触媒に還元剤吸着機能を付加すると共に、前記硫黄パージ制御手段が硫黄パージと共にＮＯｘの放出及び還元が行われる前期硫黄パージ制御手段とＮＯｘの放出及び還元の後の硫黄パージを行う後期硫黄パージ制御手段を備え、前記前期硫黄パージ制御手段が、前期硫黄パージ制御の第１段階で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記三元触媒に還元剤を増量供給する還元剤増量手段と、前記前期硫黄パージ制御の第２段階で、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出したＮＯｘ濃度に応じて、還元剤の供給量を調整するＮＯｘ濃度追従制御手段を備えて構成されることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記前期硫黄パージ制御に供給される還元剤の供給を燃焼噴射のポスト噴射によって供給すると共に、該前期硫黄パージ制御における前記第１段階のポスト噴射量を、前記第２段階のポスト噴射量の２倍〜３倍としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記前期硫黄パージ制御に供給される還元剤の供給を燃焼噴射のポスト噴射によって供給すると共に、該前期硫黄パージ制御における前記第１段階のポスト噴射時期を、４５°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣとし、前記第２段階のポスト噴射時期を３０°ＡＴＤＣ〜４５°ＡＴＤＣとしたことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記前期硫黄パージ制御における前記第１段階の期間を、前記第２段階の期間の１／５倍〜１／１０倍としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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内燃機関の排気ガス浄化システムに関し、より詳細には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の硫黄被毒による劣化状態を回復する時のＮＯｘの大気中への排出を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
その一つに、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を内燃機関の排気通路に配置した排気浄化システムがある。この排気浄化システムでは、流入する排気ガスの空燃比がリーンである時にＮＯｘをＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸収させ、ＮＯｘ吸収能力が飽和に近くなると、排気ガスの空燃比を理論空燃比やリッチにして、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を併設した貴金属触媒により還元させる再生操作を行っている。
【０００４】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、触媒担体上に白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒とバリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属等で形成されるＮＯｘ吸蔵物質（ＮＯｘ吸収材）を担持しており、高酸素濃度雰囲気下では、排気ガス中のＮＯは貴金属触媒の触媒作用により酸化されてＮＯ２  となり、ＮＯ３  −  の形で触媒内に拡散しＮＯｘ吸蔵物質で硝酸塩の形で吸収される。
【０００５】
そして、空燃比がリッチになり酸素濃度が低下するとＮＯ３  −  がＮＯ２  の形でＮＯｘ吸蔵物質から放出され、排気ガス中に含まれている未燃ＨＣやＣＯやＨ２  等の還元剤により貴金属触媒の触媒作用を受けて、ＮＯ２  はＮ２  に還元される。この還元作用により、大気中にＮＯｘが放出されるのを防止できる。
【０００６】
しかし、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、ディーゼルエンジンの燃料に含まれている硫黄分（サルファ）がＮＯｘ吸蔵物質に蓄積し硫酸塩として安定化することにより、ＮＯｘ吸蔵量が減少するという硫黄被毒の問題がある。
【０００７】
この硫黄被毒による触媒劣化が進展すると、排気ガスの空燃比がリーン状態で酸素濃度が高い雰囲気であっても、ＮＯｘを吸収する能力が低下しているためＮＯｘの浄化率が低下する。また、すぐにＮＯｘ吸収能力が限界に近くまで低下するため、リッチ燃焼による再生処理を頻繁に行う必要が生じるので、燃費の悪化が生じる。
【０００８】
そのため、リーン状態からリッチ状態に切り替えて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（リーンＮＯｘ触媒）が高酸素濃度雰囲気下で吸収したＮＯｘを、低酸素濃度雰囲気下で放出させて、ＮＯｘ吸蔵物質（ＮＯｘ吸収剤）のＮＯｘ吸収能力を回復する再生処理の他に、この硫黄被毒による劣化の進捗状態を監視し、劣化がある程度進捗した段階で、硫黄分（イオウ）を除去する硫黄パージによる触媒劣化回復処理（触媒復活処理）を行う必要がある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００９】
この硫黄パージ（サルファパージ）制御は、触媒を高温かつ無酸素雰囲気にした上で一酸化炭素（ＣＯ）を供給し、吸蔵材上に硫酸バリウム（Ｂａ２  ＳＯ４  ）として吸蔵されている硫黄分（Ｓ）を二酸化硫黄（ＳＯ２  ）にして放出させ、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−３２６１９号公報  （第３頁）
【特許文献２】
特開平１０−２７４０３１号公報  （第３頁）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この硫黄パージ制御の初期に、触媒からＮＯｘの吐き出しが発生してＮＯｘ浄化率を低下させるという問題がある。
【００１２】
つまり、硫黄パージ制御の初期において、ＮＯｘ吸蔵物質からＳＯ２  と一緒にＮＯ２  も放出されるが、それに対してＮＯ２  の還元剤であるＣＯは、ＮＯｘ吸蔵物質上で硫酸バリウムから炭酸バリウムへの入れ替え反応に使用されてしまうため、ＮＯ２  還元用としての還元剤が不足してＮＯ２  を還元しきれずに、ＮＯ２  が触媒の下流側にそのまま排出されてしまう。この硫黄パージ初期時のＮＯｘ吐き出しの例を図９の前半部分Ｘに示す。この前半部分Ｘのポスト噴射量を増加し、触媒出口酸素濃度が低下したＸａ部分がこのＮＯｘの吐き出しに相当する部分である。
【００１３】
この硫黄パージ初期時のＮＯｘ吐き出しへの対策として、単に、この時に還元剤であるＣＯを増加したのでは、ＮＯｘ吸蔵物質から放出されるＮＯ２  の放出速度も同時に上がってしまうため、また、放出されたＮＯ２  量を確定できないため、還元剤の適正な供給を行えず、還元剤過剰又は還元剤過少の状態となり、排気ガスのエミッションを悪化させるおそれが生じ、この問題を解決できない。
【００１４】
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システムにおいて、硫黄パージを行う時に発生するＮＯｘの一時的な吐き出しを回避できる内燃機関の排気ガス浄化システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、該ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側に設けられた三元触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の出口又は前記三元触媒の出口のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記三元触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気ガスを高温かつリッチに制御する硫黄パージ制御手段とを具備した排気ガス浄化システムにおいて、前記三元触媒に還元剤吸着機能を付加すると共に、前記硫黄パージ制御手段が硫黄パージと共にＮＯｘの放出及び還元が行われる前期硫黄パージ制御手段とＮＯｘの放出及び還元の後の硫黄パージを行う後期硫黄パージ制御手段を備え、前記前期硫黄パージ制御手段が、前期硫黄パージ制御の第１段階で、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と前記三元触媒に還元剤を増量供給する還元剤増量手段と、前記前期硫黄パージ制御の第２段階で、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出したＮＯｘ濃度に応じて、還元剤の供給量を調整するＮＯｘ濃度追従制御手段を備えて構成される。
【００１６】
この構成によれば、硫黄パージを開始し、内燃機関の燃料噴射条件の変更や吸気絞り等により、排気ガスを高温かつリッチ条件に制御する硫黄パージ制御において、前期硫黄パージ制御では、第１段階の約１秒程度の短時間の間において、ポスト噴射する燃料量を増加したりして排気ガス中のＣＯ、ＨＣ等の還元剤を増量して、ＮＯｘ吸蔵物質からＳＯ２  の放出と共に、急激に放出されるＮＯ２  をこの還元剤で還元する。この時、還元剤が不足しないように増量しているので、ＮＯｘ吸蔵物質から放出されたＮＯｘが還元しきれずに触媒下流側に吐き出されるのを防止できる。
【００１７】
そして、余った還元剤をＮＯｘ吸蔵還元型触媒の下流側の三元触媒に付与した還元剤吸着機能により吸蔵する。これにより、還元剤の大気中への流出を防止できる。
【００１８】
また、前期硫黄パージ制御の第２段階の５秒から１０秒程度の間において、ＮＯｘ濃度検出手段で検出したＮＯｘ濃度に応じて、還元剤の供給量を調整しながらＮＯｘを還元する。
【００１９】
この前期硫黄パージは、硫黄パージに伴うＮＯｘの放出及び還元を主としたものであり、このＮＯｘの還元の際に発生する酸素を触媒出口で検出し、この触媒出口酸素濃度の低下で、ＮＯｘ吸蔵物質からのＮＯｘの吐き出しの終了を検知し、終了する。
【００２０】
次の後期硫黄パージ制御は、ＮＯｘの放出及び還元の後の硫黄パージを主としたものであり、空気過剰率λが１．０近傍になるように制御して、排気ガスの状態を三元触媒によるＮＯｘ浄化に適した状態にし、硫黄パージに必要な時間の間続行した後、硫黄パージを終了する。
【００２１】
この硫黄パージの終了は、例えば、硫黄吸蔵量を燃料中の硫黄分量と燃料流量とから、また、硫黄脱離量を温度の関数となる時間当たり脱離量と硫黄パージ時間とからそれぞれ算出し、この硫黄吸蔵量と硫黄脱離量との差がゼロになったら終了する。
【００２２】
これにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いる排気ガス浄化システムにおいて、硫黄パージの初期において一時的に吐き出されるＮＯｘの大気中への流出（スリップ）を防止できる。
【００２３】
なお、ここでいう排気ガスをリッチ条件するとは、必ずしもシリンダボア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おける空気量と燃料量との比が理論空燃比に近いか理論空燃比より燃料量が多いリッチの状態の運転になればよい。
【００２４】
そして、上記の内燃機関の排気ガスシステムにおいて、前記前期硫黄パージ制御に供給される還元剤の供給を燃焼噴射のポスト噴射によって供給すると共に、該前期硫黄パージ制御における前記第１段階のポスト噴射量を、前記第２段階のポスト噴射量の２倍〜３倍とし、また、前記前期硫黄パージ制御に供給される還元剤の供給を燃焼噴射のポスト噴射によって供給すると共に、該前期硫黄パージ制御における前記第１段階のポスト噴射時期を、４５°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣとし、前記第２段階のポスト噴射時期を３０°ＡＴＤＣ〜４５°ＡＴＤＣとし、更には、前記前期硫黄パージ制御における前記第１段階の期間を、前記第２段階の期間の１／５倍〜１／１０倍とすることにより、より少ない還元剤の供給量で、より効果的にＮＯｘ浄化の効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の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。
【００２６】
図１に示すように、この排気ガス浄化システム１は、エンジン１０の排気通路３０に上流側からＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１と、ＣＯやＨＣ等の還元剤を吸着する機能を有する三元触媒３２を備えて構成される。
【００２７】
この排気ガス浄化システム１では、エンジン１０の吸気通路２０に上流側からエアクリーナー２１、ＭＡＦ（マスエアフロー）センサー２２、吸気絞り弁（インテークスロットル弁）２３が設けられている。
【００２８】
また、排気通路３０には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１と三元触媒３２の他に、排気温度センサ３３、触媒入口排気濃度センサ３４、触媒出口排気濃度センサ３５、触媒入口温度センサ３６、触媒出口温度センサ３７が設けられる。この排気濃度センサ３４，３５は、空気過剰率λ（又は酸素濃度）とＮＯｘ濃度を測定するセンサである。
【００２９】
また、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が配設されている。
【００３０】
そして、エンジン１０の燃料噴射を行うコモンレール噴射システム５０及びエンジン全体を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる電子制御装置（電子制御ボックス）６０が設けられる。
【００３１】
この排気ガス浄化システム１においては、空気Ａはエアクリーナー２１及びＭＡＦセンサー２２を通過して、電子制御装置５０で制御される吸気絞り弁２３により、吸気の流量を調整され、エンジン１０の吸気マニホールド２０ａからシリンダ内に供給される。
【００３２】
また、排気ガスＧは、エンジン１０の排気マニホールド３０ａを出て排気通路３０のＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１と三元触媒３２を順に通過して浄化された排気ガスＧｃとなり、消音器（図示しない）を通過しテールパイプ（図示しない）から排出される。
【００３３】
そして、排気ガスＧの一部であるＥＧＲガスＧｅは、ＥＧＲ通路４０を通ってＥＧＲクーラ４１で冷却された後、ＥＧＲバルブ４２でＯＮ／ＯＦＦと流量調整が行われ、吸気マニホールド２０ａに入り再循環する。
【００３４】
そして、三元触媒３２の出口の触媒出口排気濃度センサ３５で、ＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段を構成する。このＮＯｘ濃度検出手段は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１の出口にＮＯｘ濃度センサ（図示しない）設けて、このＮＯｘ濃度センサで構成することもできる。
【００３５】
また、還元剤供給は、図１の構成では、シリンダ内への燃料噴射制御におけるポスト噴射によって行われ、ポスト噴射の噴射量Ｑｐとポスト噴射時期Ｔｐの調整により、排気ガス中に供給される還元剤の供給量を調節する。即ち、還元剤供給手段は、この燃料噴射制御手段の一部として構成される。
【００３６】
なお、図示していないが、このシリンダ内噴射制御の代りに、還元剤供給用に噴射ノズルを排気通路３０に設けてこの噴射ノズルから燃料等の還元剤を噴射し、この噴射量の調整により排気ガス中に供給される還元剤の供給量を調節するように構成してもよい。
【００３７】
また、硫黄パージは、シリンダ内への燃料噴射制御による燃料噴射量や噴射時期の調整とＥＧＲ調整と吸気絞り調整等によって、排気ガスの状態を、高温かつリッチ状態にして行う。即ち、硫黄パージ制御手段は、この燃料噴射制御手段とＥＧＲ制御と吸気絞り制御を統合して制御するものとして構成される。
【００３８】
次に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１と三元触媒３２について説明する。
【００３９】
図２及び図３と図４に示すように、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１は、γアルミナ等でモノリスハニカムを形成し、このモノリスハニカムのセルの担持体３１ａの表面に触媒金属３１ｂ、ＮＯｘ吸蔵物質３１ｃを担持させて形成される。
【００４０】
この触媒金属３１ｂは、活性開始温度より高い温度域で酸化活性を持つ白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等で形成することができる。また、ＮＯｘ吸蔵物質３１ｃは、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）等の希土類等でのいずれか一つまたは組合せで形成することができ、ガス中の酸素濃度が高い時にはＮＯｘを吸蔵し、ガス中の酸素濃度が低い時にはＮＯｘを放出する。
【００４１】
図３及び図４に、パラジウム（Ｐｄ）の触媒金属３１ｂとバリウム（Ｂａ）のＮＯｘ吸蔵物質３１ｃから形成されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１における排気ガス中のＮＯｘ浄化のメカニズムを示す。
【００４２】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１では、図３に示すように、排気ガスがリーン状態（希薄燃焼）の高酸素濃度雰囲気下では、排気ガス中のＮＯはパラジウム（Ｐｄ）の触媒作用により酸化されてＮＯ２  となり、ＮＯ３  −  の形で触媒内に拡散しＮＯｘ吸蔵物質３１ｃであるバリウム（Ｂａ）の硝酸塩（Ｂａ（ＮＯ３）２）の形で吸収される。つまり、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）から硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）に変化することで、選択的にＮＯ２  を吸蔵する。
【００４３】
そして、図４に示すように排気ガスがリッチ状態になり酸素濃度が低下するとＮＯ３  −  がＮＯ２  の形でＮＯｘ吸蔵物質３１ｃから放出される。つまり、硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ３）２）から炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）に変化することで、ＮＯ２  を放出する。この放出されたＮＯ２  は、排気ガス中に含まれている未燃ＨＣやＣＯやＨ２  等の還元剤によりパラジウム（Ｐｄ）の触媒作用を受けて、Ｎ２  に還元される。この還元作用により、大気中にＮＯｘが放出されるのを阻止することができる。
【００４４】
そして、図２に示すように、還元剤吸収機能を有する三元触媒３２は、γアルミナ等でモノリスハニカムを形成し、このモノリスハニカムのセルの担持体３２ａの表面に白金（Ｐｔ）やロジウム（Ｒｈ）等の触媒金属３２ｂの他に、ＨＣやＣＯを低温で吸蔵し、高温で放出するゼオライト等で形成される還元剤吸蔵物質３２ｃ及びセリヤ（ＣｅＯ２  ）等で形成される酸素吸蔵物質３２ｄを備えて構成される。
【００４５】
この還元剤吸蔵物質３２ｃはＨＣを吸着して、高温で放出し、触媒金属３２ｂで酸化し、ＣＯ２  ，Ｈ２  Ｏとする。また、酸素吸蔵物質３２ｄはλ＝１近辺でＯ２  を出し入れし，三元領域を広げるのに役立つ。
【００４６】
そして、この排気ガス浄化システム１における再生制御方法は、図５に示すような各手段からなる制御手段によって行われ、この排気ガス浄化システムの制御手段Ｃ１は、通常制御手段Ｃ１０、硫黄パージ開始判定手段Ｃ２０、再生制御開始判定手段Ｃ３０、硫黄パージ制御手段Ｃ４０、及び、再生制御手段Ｃ５０等を有して構成される。
【００４７】
この通常制御手段Ｃ１０は、通常のリーン（希薄）燃焼運転を行うための制御手段であり、硫黄パージ開始判定手段Ｃ２０は、硫黄パージ運転を行うか否かを判定する手段であり、硫黄被毒が限界に達した場合に、硫黄パージ制御を開始すると判定する。また、再生制御開始判定手段Ｃ３０は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１のＮＯｘ吸収能力が飽和に達し再生制御開始の状態になっているか否かを判定する手段である。そして、硫黄パージ制御手段Ｃ４０は、硫黄パージのための制御を行う手段で、再生制御手段Ｃ５０は、ＮＯｘ吸収能力の回復を行ってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１の再生をする手段である。
【００４８】
この硫黄パージ制御手段Ｃ４０は、硫黄被毒されたＮＯｘ吸蔵物質３１ｃから硫黄をパージする手段であり、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御等を行って排気温度を上昇させてこの排気ガス昇温により触媒温度が硫黄パージ温度以上に昇温させると共に、排気ガスの空燃比を理論空燃比若しくはこの理論空燃比よりも少し低い値に制御し、硫黄パージに最適な温度及び低酸素濃度状態にして、触媒温度の低下を防止しながら、効率良く、硫黄パージを行う。
【００４９】
そして、本発明においては、この硫黄パージ制御手段Ｃ４０は、硫黄パージと共にＮＯｘの放出及び還元が行われる前期硫黄パージ制御手段Ｃ４１とＮＯｘの放出及び還元の後の硫黄パージを行う後期硫黄パージ制御手段Ｃ４２とから構成される。
【００５０】
更に、前期硫黄パージ制御手段Ｃ４１は、還元剤増量制御手段Ｃ４１ＡとＮＯｘ濃度追従制御手段Ｃ４１Ｂを有して構成され、前期硫黄パージ制御の実行初期の第１段階に、還元剤増量制御手段Ｃ４１Ａにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１と三元触媒３２に供給する還元剤を増量供給する還元剤増量パージ制御を行い、前期硫黄パージ制御の第２段階では、ＮＯｘ濃度追従制御手段Ｃ４１Ｂにより、ＮＯｘ濃度検出手段である触媒出口排気濃度センサ３５で検出したＮＯｘ濃度に応じて排気ガス中への還元剤の供給量を調整するＮＯｘ濃度追従パージ制御を行うように構成される。
【００５１】
また、後期硫黄パージ制御では、後期硫黄パージ制御手段Ｃ４２により、触媒出口排気濃度センサ３５から検出した空気過剰率λｅｘｔ  が、目標のλｔｅｘｔ  （通常は１．０）になるようにフィードバック制御して、排気ガスの状態を三元触媒によるＮＯｘ浄化に適した状態にしながら、硫黄パージを行う。
【００５２】
そして、この排気ガス浄化システム１の制御方法は、図６に例示するような運転制御フローに従って行われる。
【００５３】
この図６の運転制御フローは、エンジン１０の運転中に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すものであり、エンジンのキーがＯＦＦされエンジンの運転が停止されると、実行途中で割り込みが生じ、この運転制御フローの実行が中断され終了される。このエンジンのキーＯＦＦによる運転制御フローの中断及び運転制御の終了の部分を点線で図示している。
【００５４】
この制御フローの概要を説明すると、ステップＳ１０で通常制御手段Ｃ１０により通常のリーン燃焼（希薄燃焼）運転を行い、ステップＳ２０で硫黄パージ開始判定手段Ｃ２０によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１の硫黄パージが必要か否かを判定し、必要との判定時には、ステップＳ４０で硫黄パージ制御手段Ｃ４０により硫黄パージ制御を行って触媒の硫黄被毒による劣化を回復し、ステップＳ１０に戻る。
【００５５】
また、ステップＳ２０で硫黄パージが不必要と判定された場合には、ステップＳ３０で再生制御開始判定手段Ｃ３０によりＮＯｘ吸蔵還元型触媒３０を再生する再生制御が必要か否かを判定し、必要との判定時には、ステップＳ５０で再生制御手段Ｃ５０により再生制御を行ってＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１を再生し、その後ステップＳ１０に戻る。このステップＳ３０で再生制御が不必要と判定された場合には、ステップＳ１０に戻る。
【００５６】
この再生制御は、リッチ燃焼により触媒の再生を行うものであり、空気過剰率λが触媒入口で、０．８〜０．９５の酸素濃度がゼロに近い排気ガスを発生させて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１からＮＯｘを放出させると共に、放出されたＮＯｘを触媒金属３１ｂと三元触媒３２で還元浄化して、ＮＯｘ吸収能力を回復し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１を再生する。なお、この再生制御では、排気ガス温度が低いので、硫黄パージは行われない。
【００５７】
そして、エンジンキーがＯＦＦされるまでこの制御フローのステップＳ１０〜Ｓ５０が繰り返し実行され、エンジンキーＯＦＦ等の終了指令の割り込みにより、ステップＳ６０の制御フロー終了処理で、今回のエンジン運転でＮＯｘ吸蔵還元型触媒３０に累積しているＮＯｘ量及び硫黄量やリーン運転継続時間等をメモリーに書込む等の終了処理をした後、この制御フローが停止（ストップ）され終了（エンド）する。
【００５８】
そして、本発明は、このステップＳ４０の硫黄パージ制御手段Ｃ４０により行う、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３０の硫黄被毒による劣化を回復するための硫黄パージ制御に特徴がある。
【００５９】
この硫黄パージ制御手段Ｃ４０では、ＥＧＲ制御や吸気絞り制御等を行って空気過剰率λを段階的に０．８〜０．９５の範囲から０．９５〜１．０の範囲へと移行させ、硫黄パージに最適な温度及び低酸素濃度状態にして、触媒温度の低下を防止しながら、効率良く、硫黄パージを行う。なお、ＮＯｘ吸収能力を回復するための再生制御における排気ガスの空気過剰率λは、通常は触媒入口で０．８〜０．９５程度であり、硫黄パージ制御では、再生用のリッチ制御よりも、酸素濃度が高くなるように制御される。
【００６０】
本発明の硫黄パージ制御は、図７及び図８に示すように、ステップＳ４１〜ステップＳ４３の前期硫黄パージ制御とステップＳ４４〜ステップＳ４５の前期硫黄パージ制御とステップＳ４６の硫黄パージ制御終了制御とからなる。
【００６１】
そして、前期硫黄パージ制御においては、ステップＳ４１の第１段階で、還元剤増量制御手段Ｃ４１Ａにより、排気ガス中へのＣＯやＨＣの還元剤の添加を目的としたポスト噴射を行って還元剤を供給する。このポスト噴射では、図８に示すように、ステップＳ４２の第２段階でＮＯｘ濃度追従制御手段Ｃ４１Ｂが行うポスト噴射よりも、ポスト噴射量Ｑｐ１を多くし、また、場合によってはポスト噴射時期Ｔｐ１も遅らせて，還元剤の供給量を増量して、所定の時間ｄＴ１（例えば、１秒間程度）の間行う。
【００６２】
また、同時に、排気ガスを高温かつリッチ状態にするために、触媒入口排気濃度センサ３４から検出した空気過剰率λｅｎｔ  をモニターし、目標のλｔｅｎｔ（０．８〜０．９５程度）  になるように空気過剰率λｅｎｔ  をフィードバック制御する。この時、吸気量を計測するＭＡＦ（マスエアフロー）センサ２２の出力をモニターしながら、ＥＧＲ量や吸気絞り（ＩＴＨ）量もフィードバック制御もする。
【００６３】
このステップＳ４１で生成されたＣＯやＨＣは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１で発生するＮＯ２  のための還元剤として使用されるが、使用されずに残った還元剤は、三元触媒３２の還元剤吸着物質３２ｃで吸着する。この吸着により還元剤の大気中への排出を防止する。
【００６４】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１で還元し切れなかったＮＯｘが三元触媒３２に流入してきた時に、この吸着されている還元剤を使用して三元機能によりＮＯｘを浄化する。つまり、過剰な還元剤を還元剤吸着物質３２ｃにより三元触媒３２に溜め、この溜めた還元剤を三元触媒３２におけるＮＯｘ浄化に使用することでＮＯｘの大気中への放出を防止する。
【００６５】
そして、この前期硫黄パージの第１段階における還元剤供給を所定の時間行って、この第１段階の制御を終了した後は、図７及び図８に示すように、前期硫黄パージの第２段階のステップＳ４２でＮＯｘ濃度追従制御手段Ｃ４１ＢによるＮＯｘ濃度追従制御を行う。
【００６６】
このＮＯｘ濃度追従制御は、ＮＯｘ濃度（ＮＯｘの吐き出し量）をモニターし、このＮＯｘ濃度に応じて、ポスト噴射量Ｑｐやポスト噴射時期Ｔｐをフィードバック制御する。つまり、硫黄パージ中にＮＯｘ濃度が高くなり、ＮＯｘの吐き出しが確認された場合は、還元剤の量が不足しているので、ポスト噴射量Ｑｐ２を増加したり、ポスト噴射時期Ｔｐ２を更に遅延したりして、排気ガス中の還元剤の量を増やし、三元触媒３２の三元反応によりＮＯｘを浄化する。
【００６７】
また、同時に、触媒入口排気濃度センサ３４から検出した空気過剰率λｅｎｔ  をモニターし、目標のλｔｅｎｔ  （  ０．９５〜１．０程度）  になるように空気過剰率λｅｎｔ  をフィードバック制御する。この時、第１段階と同様に、吸気量を計測するＭＡＦ（マスエアフロー）センサ２２の出力をモニターしながら、ＥＧＲ量や吸気絞り（ＩＴＨ）量もフィードバック制御もする。
【００６８】
そして、例えばＮＯｘ濃度によって決められたポスト噴射量と、空気過剰率λｅｎｔ  によって決められたポスト噴射量の大きい方の値をとって制御する。
【００６９】
なお、前期硫黄パージ制御の第１段階及び第２段階のポスト噴射の実施の形態については予めベンチ試験で、触媒出口排気濃度センサ３５で検出したＮＯｘ濃度（吐き出し量）に応じた最適ポスト噴射量Ｑｐ１、Ｑｐ２と最適ポスト噴射時期Ｔｐ１、Ｔｐ２を確認しておき、それに基づいてポスト噴射制御を行う。
【００７０】
そして、図８に示す第１段階のポスト噴射量Ｑｐ１を、第２段階のポスト噴射量Ｑｐ２の２倍〜５倍とし、また、第１段階のポスト噴射時期Ｔｐ１を、４５°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣとし、第２段階のポスト噴射時期Ｔｐ２を３０°ＡＴＤＣ〜４５°ＡＴＤＣとし、更には、前期硫黄パージ制御の第１段階の期間ｄＴ１を、第２段階の期間ｄＴ２の１／５倍〜１／１０倍とすることにより、より少ない還元剤の供給量で、より効果的にＮＯｘを浄化できる。
【００７１】
このステップＳ４２の第２段階の制御を継続するか否かを、ステップＳ４３で、触媒入口の空気過剰率λｅｘｔ  と触媒出口の空気過剰率λｅｎｔ  の差が所定の値Δλｔｈ以下になる（（λｅｘｔ  −λｅｎｔ  ）＜Δλｔｈ）か否かで判定し、所定の値Δλｔｈ以下になった時に、前期硫黄パージ制御を終了し、ステップＳ４４の後期硫黄パージ制御に入る。
【００７２】
つまり、前期硫黄パージ制御の終了時期については、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１から放出されたＮＯｘが還元される時に酸素が発生し、ＮＯｘの吐き出しが終了しＮＯｘの還元反応も終了すると酸素の発生も終了するので、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１の前後の空気過剰率λ（あるいは酸素濃度）をモニターし、前後の差が少なくなったことでＮＯｘの吐き出し終了を検知し、初期硫黄パージ制御を終了する。
【００７３】
また、次のステップＳ４４以降の後期硫黄パージ制御では、触媒出口排気濃度センサ３５から検出した空気過剰率λｅｘｔ  をモニターし、目標のλｔｅｘｔ  （通常は１．０）になるように空気過剰率λｅｘｔ  をフィードバック制御して、空気過剰率λｔｅｘｔ  が略１．０のストイキ条件にして、三元浄化を行うと同時に、硫黄パージを行う。この時、吸気量を計測するＭＡＦ（マスエアフロー）センサ２２の出力をモニターしながら、ＥＧＲ量や吸気絞り（ＩＴＨ）量もフィードバック制御もする。なお、この時のポスト噴射は、ポスト噴射量Ｑｐ３及びポスト噴射時期Ｔｐ３で行われる。
【００７４】
そして、ステップＳ４４の後期硫黄パージ制御は、蓄積された硫黄量ＳＯｘＳ  と温度の関数となる硫黄脱離量ＳＯｘＲ  との差がゼロになるように設定された所定の目標時間の間行う。なお、硫黄脱離量ＳＯｘＲ  が温度の関数となるため、後期硫黄パージ制御中の排気温度や触媒温度を計測し、この温度に基づいて所定の目標時間を温度補正することにより、より正確に硫黄パージできる。
【００７５】
上記の構成の排気ガス浄化システム１の制御方法によれば、硫黄パージが必要になった時に、上流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒３１で消費される以上の還元剤を供給することにより、豊富な還元剤で硫黄パージ初期に一時的に大量に放出されるＮＯｘを還元浄化し、過剰な還元剤を下流側の還元剤吸収機能を有する三元触媒で吸蔵しながら、還元しきれなかったＮＯｘを下流側の三元触媒で浄化して、ＮＯｘの大気中への放出を防止することができる。
【００７６】
この排気ガス浄化システム１による排気ガスの浄化の実施例を図９に示す。この図９の前半（Ｘ領域）は、従来の硫黄パージ制御の比較例を示し、ポスト噴射量を増加しリッチ運転をしているＸａ領域で触媒出口ＮＯｘ濃度が著しく増加していることが分かる。一方、後半（Ｙ領域）は、本発明の実施例であり、第１段階の還元剤増量制御（Ａ）を含むポスト噴射量の増加領域Ｙａにおいて、触媒出口ＮＯｘ濃度の増加が見られなくなっており、本発明のＮＯｘ浄化効果が分かる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る排気ガス浄化システムによれば、硫黄パージの初期段階である前期硫黄パージ制御の第１段階において、還元剤増量制御を行うことにより、上流側のＮＯｘ吸蔵還元型触媒で消費される以上の還元剤を供給し、豊富な還元剤で硫黄パージ初期の一時的に大量に放出されるＮＯｘを還元浄化すると共に、消費しきれなかった還元剤を下流側の還元剤吸収機能を有する三元触媒に吸蔵することにより還元剤の大気中への放出を回避し、更に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒で還元しきれなかったＮＯｘを下流側の三元触媒で浄化して、ＮＯｘの大気中への放出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【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】図１の排気ガス浄化システムのＮＯｘ吸蔵還元型触媒と還元剤吸収機能を有する三元触媒の構成と浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図３】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリーン燃焼状態（ＮＯｘ吸蔵）における浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図４】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチ燃焼状態（触媒再生）における浄化のメカニズムを模式的に示す図である。
【図５】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６】本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化方法を示す運転制御フローのフローチャート図である。
【図７】図６の硫黄パージ制御のより詳細なフローチャート図である。
【図８】硫黄パージ制御のポスト噴射量とポスト噴射時期等の時系列を示す図である。
【図９】本発明の実施例と従来技術の比較例における排気ガス中のＮＯｘ濃度等の時系列を示す図である。
【符号の説明】
１    排気ガス浄化システム
１０    内燃機関（エンジン）
３０    排気通路
３１    ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
３２    三元触媒
３５    触媒出口排気濃度センサ
【図１】
2004251188.tif 000003
【図２】
2004251188.tif 000004
【図３】
2004251188.tif 000005
【図４】
2004251188.tif 000006
【図５】
2004251188.tif 000007
【図６】
2004251188.tif 000008
【図７】
2004251188.tif 000009
【図８】
2004251188.tif 000010
【図９】
2004251188.tif 000011