(57)【要約】【課題】エンジンの排気通路に設けた直接還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する触媒再生のために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、大気中へのＮＯｘの排出を抑制でき、また、確実に浄化性能の回復を図ることができるＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法及びＮＯｘ浄化システムを提供する。【解決手段】リーン時にＮＯｘを直接分解し、リッチ時に再生される直接還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えたＮＯｘ浄化システムにおけるＮＯｘ触媒再生方法であって、触媒温度検知手段によって検知された温度が所定温度範囲にある時は、リッチ条件制御を禁止する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン時にＮＯｘを直接分解し、リッチ時に再生される直接還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えたＮＯｘ浄化システムにおけるＮＯｘ触媒再生方法であって、触媒温度検知手段によって検知された温度が所定温度範囲にある時は、リッチ条件制御を禁止することを特徴とするＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法。
【請求項２】
リーン時に排気ガス中のＮＯｘを直接分解し、リッチ時に再生される直接還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、触媒温度検知手段を具備し、前記触媒温度検知手段により検知された温度が所定温度範囲にある時は、リッチ条件制御を禁止する制御を行う制御装置を備えたことを特徴とするＮＯｘ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）を直接還元型ＮＯｘ触媒を用いて浄化するＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法及びＮＯｘ浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の内燃機関や据置式の内燃機関等の排気ガスから、ＮＯｘを還元して除去するための触媒型の排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなされており、特に、自動車等の排気ガスを浄化するために、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒や三元触媒等が使用されている。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒を機関の排気通路に配置した内燃機関の排気浄化装置では、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、流入する排気ガスの酸素濃度を低下させて、排気ガスの空燃比を理論空燃比やリッチ状態にすることにより吸収したＮＯｘを放出させて、ＮＯｘ吸収能力を回復させると共に、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）等のアルカリ土類等のＮＯｘ吸収剤を担持しており、高酸素濃度雰囲気下では、排気ガス中のＮＯは白金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  等の還元剤により白金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が放出されるのを阻止することができる。
【０００６】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒には、ＮＯｘ吸収可能なＮＯｘ量が、ＮＯｘ吸収剤の温度によって大きく変化するという問題があるため、排気温度に応じてＮＯｘ吸収時間を変えて、最適なＮＯｘ吸収時間を設定するなどの工夫がなされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
一方、このＮＯｘ吸蔵還元型触媒とは別に、ＮＯｘを直接還元する触媒（以下、直接還元型ＮＯｘ触媒という。）がある。この直接還元型ＮＯｘ触媒は、β型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の金属を担持させたものである。また、金属の酸化作用を軽減し、ＮＯｘ還元能力の保持に寄与するセリウム（Ｃｅ）を配合したり、下層に三元触媒を設けて酸化還元反応、特にリッチ状態におけるＮＯｘの還元反応を促進するようにしたり、ＮＯｘの浄化率を向上させるために担体に鉄（Ｆｅ）を加える等している。
【０００８】
この直接還元型ＮＯｘ触媒は、硫黄被毒の問題が少ないという利点を有し、ディーゼルエンジン等の内燃機関の空燃比がリーン状態の排気ガスのような酸素濃度が高い雰囲気では、ＮＯｘをＮ２  に直接還元するが、この還元の際に、触媒の活性物質である金属にＯ２  が吸着して還元性能が悪化する。
【０００９】
そのため、排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ状態になるように、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロ％に低い状態にして、触媒の活性物質を再生して活性化する必要がある。なお、この触媒の再生は、他の触媒に比較して低温（例えば２００℃以上）でも迅速に行なわれる。
【００１０】
従って、この直接還元型ＮＯｘ触媒をエンジンの排気通路に設けたＮＯｘ浄化システムにおいて十分なＮＯｘ浄化性能を発揮させるためには、エンジン稼働中に通常運転のリーン条件制御と触媒再生用のリッチ条件制御を適宜切り換えて行う必要がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開平７−１０２９５４号公報  （第２頁、第３頁）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この直接還元型ＮＯｘ触媒には、リッチ条件制御を行っても、触媒温度が高温領域に入っている場合には、触媒再生のためにリッチ条件制御を行うと、かえって外気に排出されるＮＯｘ量が増加し、しかも、触媒の再生を図ることができないため、浄化性能が回復されず，また、燃費の悪化を招くという問題がある。
【００１３】
つまり、この直接還元型ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と異なり、化学的な結合によってＮＯｘを吸蔵することは行われないが、物理的にＮＯｘが吸着される現象を伴い、そのＮＯｘ吸着量と触媒温度との関係は図３に示すような関係となっている。そのため、リッチ条件下であっても触媒温度が高温領域になると、触媒温度が上昇したことによってＮＯｘ吸着量が減少し、減少した分のＮＯｘが吐き出され、これによりＮＯｘ排出量が増加すると推定される。
【００１４】
図４に、理論空燃比のリッチ条件で運転し、時間の経過とともに触媒出口の排気ガス温度を上昇させた時の触媒出口ＮＯｘ濃度を示す。この図４によると、ＮＯｘ触媒へ一定量のＮＯｘが供給されているのにもかかわらず、触媒出口排気ガス温度の上昇に対応して触媒出口ＮＯｘ量が変化し、触媒出口排気ガス温度が高くなると、入口側から直接還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ量以上のＮＯｘ量が触媒出口から放出されており、特に、４２０℃以上では著しく多くなっている。
【００１５】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、エンジンの排気通路に設けた直接還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する触媒再生のために、一時的に排気ガスをリッチ条件にする際に、触媒温度検知手段で検知された温度によってリッチ条件制御に移行するか否かを判別し、触媒温度検知手段で検知された温度が一定の温度範囲内にあるときのみリッチ条件制御に移行することにより、大気中へのＮＯｘの排出を抑制でき、また、確実に浄化性能の回復を図ることができるＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法及びＮＯｘ浄化システムを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法は、リーン時にＮＯｘを直接分解し、リッチ時に再生される直接還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えたＮＯｘ浄化システムにおけるＮＯｘ触媒再生方法であって、触媒温度検知手段によって検知された温度が所定温度範囲にある時は、リッチ条件制御を禁止することを特徴として構成される。
【００１７】
そして、上記のＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法を実施するためのＮＯｘ浄化システムは、リーン時に排気ガス中のＮＯｘを直接分解し、リッチ時に再生される直接還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えたＮＯｘ浄化システムにおいて、触媒温度検知手段を具備し、前記触媒温度検知手段により検知された温度が所定温度範囲にある時は、リッチ条件制御を禁止する制御を行う制御装置を備えたことを特徴として構成される。
【００１８】
この直接還元型ＮＯｘ触媒は、β型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジウム（Ｒｈ）やパラジウム（Ｐｄ）等の特別な金属を担持させて構成することができる。また、触媒再生のためのリッチ条件制御は、吸気絞り等の吸気量制御や後噴射等の燃料噴射制御やＥＧＲ制御等で実施することができ、この所定温度範囲は、実験等により求められ、予め設定された数値やマップデータ等から求められる温度範囲であり、例えば、４００℃〜５００℃の範囲内にあるような所定の判定値より高温の温度領域をいう。
【００１９】
触媒温度検知手段による触媒温度や排気ガス温度の計測は、図２に示すように触媒や排気通路に温度センサを配設して測定する方法や、エンジン回転数とアクセル開度から、予めキャリブレーションによって設定された触媒温度マップや排気ガス温度マップを参照して算出する方法等が考えられる。
【００２０】
そして、このＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法及びＮＯｘ浄化システムによれば、排気ガス中のＮＯｘの浄化に直接還元型ＮＯｘ触媒を用いるＮＯｘ浄化システムにおいて、リッチ条件制御において触媒出口のＮＯｘ濃度が大きくなる触媒の温度範囲を避けて、リッチ条件制御を行うことができるので、大気中へのＮＯｘの放出を防止しながら、効率よく排気ガス中のＮＯｘを浄化できる。また、リッチ条件で確実に直接還元型ＮＯｘ触媒の再生を図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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法及びＮＯｘ浄化システムについて、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１に示すように、このＮＯｘ浄化システム１０においては、エンジン１の吸気通路（吸気管）２に吸入空気量センサ（マスエアフローセンサ）２１とターボチャージャ３１のコンプレッサ３１ａとインタークーラ２２とインテークスロットル（吸気絞り弁）２３が設けられ、排気通路（排気管）３にターボチャージャ３１のタービン３１ｂと直接還元型ＮＯｘ触媒３２が設けられ、また、ＥＧＲ通路（ＥＧＲ管：排気循環通路）４にＥＧＲクーラ４１とＥＧＲバルブ４２が設けられる。
【００２３】
更に、触媒温度を検知するための触媒温度検知手段である温度センサ７１が、直接還元型ＮＯｘ触媒３２に配設される。なお、触媒温度の代りに排気ガス温度を使用する場合は、温度センサ７１は直接還元型ＮＯｘ触媒３２の入口近傍又は出口近傍に配設される。
【００２４】
また、燃料噴射系には、燃料タンク（図示しない）から燃料Ｆをエンジンの燃焼室５４に供給するための燃料ポンプ５１とコモンレール５２と燃料噴射弁（インジェクタ）５３が設けられ、更に、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン回転数Ｎｅ、クランク角ＣＡ等を入力し、エンジンを制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置６０が設けられている。
【００２５】
そして、直接還元型ＮＯｘ触媒３２は、β型ゼオライト等の担体にロジウム（Ｒｈ））やパラジウム（Ｐｄ）等の特別な金属（活性物質）を担持させて構成される。そして、更に、金属の酸化作用を軽減し、ＮＯｘ還元能力の保持に寄与するセリウム（Ｃｅ）を配合したり、下層に白金等を有する三元触媒を設けて酸化還元反応、特にリッチ状態におけるＮＯｘの還元反応を促進するようにしたり、また、ＮＯｘの浄化率を向上させるために担持体に鉄（Ｆｅ）を加えたりする場合もある。
【００２６】
この直接還元型ＮＯｘ触媒３２は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の空燃比がリーン状態にある排気ガスのように酸素濃度が高い雰囲気では、ＮＯｘと接触して、ＮＯｘをＮ２  に直接還元すると共に、触媒の活性物質にＯ２  が吸着して還元能力が低下する。この還元能力は、空燃比が理論空燃比やリッチである時のように排気ガス中の酸素濃度が略ゼロ％の還元雰囲気にすることにより再生できる。
【００２７】
そして、ＮＯｘ浄化システムの触媒再生は、図２に示すような制御フローに従って行われる。この制御フローは、エンジンの制御フローと並行して実行されるフローであり、エンジンの運転開始と共に実行が開始され、エンジンの運転終了と共に、即ち、エンジンキーＯＦＦの割り込みと共に、この制御フローはストップされる。
【００２８】
そして、この制御フローがスタートすると、リーン条件制御フローに入り、ステップＳ１１で、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑを入力し、ステップＳ１２で、このエンジン回転数Ｎｅ  と燃料噴射量Ｑからリーン設定時間マップを参照してリーン設定時間ｔｌｓを算出する。
【００２９】
次のステップＳ１３で、リーン条件制御を所定の時間（制御の時間間隔に関係する時間）の間行い，ステップＳ１４のリーン条件制御の終了判定に行く。
【００３０】
このステップＳ１３では、排気ガス中のＮＯｘは直接還元型ＮＯｘ触媒３２の活性物質と接触して、ＮＯｘをＮ２  に還元する。なお、この還元に際して活性物質にＯ２  が吸着されるため、還元能力が徐々に低下していく。
【００３１】
そして、ステップＳ１４のリーン条件制御の終了判定で、リーン積算時間ｔｌ  がリーン設定時間ｔｌｓを超えておらず、リーン条件制御が終了していないと判定された時は、ステップＳ１３に戻ってリーン条件制御を繰り返し、また、リーン積算時間ｔｌ  がリーン設定時間ｔｌｓを超えて、リーン条件制御が終了したと判定された時は、ステップＳ１５に行く。
【００３２】
このステップＳ１５では、触媒温度（又は排気ガス温度）Ｔｅ  を入力し、ステップＳ１６で触媒温度Ｔｅ  が所定の設定温度Ｔｅ０より低いか否かを判定する。このステップＳ１６で触媒温度Ｔｅ  が所定の設定温度Ｔｅ０より高い場合には、リッチ条件制御に移行すると、ＮＯｘの吐き出しが生じるので、ステップＳ１３に戻り、触媒温度Ｔｅ  が所定の設定温度Ｔｅ０より低くなるまで、リーン条件制御を繰り返す。なお、この所定の設定温度Ｔｅ０は、図３のような特性を有する直接還元型ＮＯｘ触媒の場合には、例えば、４００℃〜５００℃の範囲内にある温度として設定される。
【００３３】
また、ステップＳ１６で触媒温度Ｔｅ  が所定の設定温度Ｔｅ０より低い場合には、リッチ条件制御を行っても、ＮＯｘの吐き出しが生じないので、ステップＳ１７に行き、リッチ条件制御フローに移行する。
【００３４】
このステップＳ１７ではエンジン回転数Ｎｅ  と燃料噴射量Ｑを入力し、次のステップＳ１８でエンジン回転数Ｎｅ  と燃料噴射量Ｑからリッチ設定時間マップを参照してリッチ設定時間ｔｒｓを算出する。
【００３５】
そして、次のステップＳ１９では、リッチ条件制御を所定の時間（制御の時間間隔に関係する時間）の間行う。このリッチ条件制御では、エンジン回転数Ｎｅ  と燃料噴射量Ｑに対応して予め設定されたインテークスロットル２３の吸気絞り制御やポスト噴射等のリッチ条件制御を行い、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロ％にして排気ガスをリッチ状態にして、活性物質の活性化を図り、触媒を再生する。
【００３６】
このステップＳ１９の後に、ステップＳ２０で、リッチ積算時間ｔｒ  がリッチ設定時間ｔｒｓを超えたか否かにより、リッチ条件制御の終了を判定する。
【００３７】
このステップＳ２０の判定で、リッチ条件制御が終了していない場合は、ステップＳ１９のリッチ条件制御を繰り返してリッチ条件制御が終了するのを待ち、ステップＳ２０の判定で、リッチ条件制御は終了した場合には、ステップＳ１１に戻る。
【００３８】
以上のステップＳ１１〜ステップＳ２０を繰り返し実行し、この実行中にステップＳ２１のエンジンキーＯＦＦによる割り込みが生じると、ステップＳ２２で制御終了作業をしてから、例えば、リーン条件制御やリッチ条件制御の途中でストップする場合に、次回にこの制御フローがスタートする時に、リーン積算時間ｔｌ  やリッチ積算時間ｔｒ  の初期値をストップ時の値とすることができるように、リーン積算時間ｔｌ  やリッチ積算時間ｔｒ  を記憶してからストップする。
【００３９】
以上のＮＯｘ浄化システム及びその触媒再生の制御によれば、リッチ条件制御において触媒出口のＮＯｘ濃度が大きくなる触媒の温度範囲を避けて、リッチ条件制御を行うことができるので、大気中へのＮＯｘの放出を防止しながら、効率よく排気ガス中のＮＯｘを浄化でき、また、燃費の悪化を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のＮＯｘ浄化システムのＮＯｘ触媒再生方法及びＮＯｘ浄化システムによれば、排気ガス中のＮＯｘの浄化に直接還元型ＮＯｘ触媒を用いるＮＯｘ浄化システムにおいて、リッチ条件制御において触媒出口のＮＯｘ濃度が大きくなる触媒の温度範囲を避けて、リッチ条件制御を行うことができるので、大気中へのＮＯｘの放出を防止しながら、効率よく排気ガス中のＮＯｘを浄化できる。また、リッチ条件で確実に直接還元型ＮＯｘ触媒の再生を図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】
【図１】本発明の実施の形態の直接還元型ＮＯｘ触媒を有する排気浄化システムを備えたエンジンのシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の制御フローを示す図である。
【図３】リッチ条件を保持した時の直接還元型ＮＯｘ触媒の特性を示す図である。
【図４】直接還元型ＮＯｘ触媒の触媒温度とＮＯｘ吸着量の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  排気通路
３２  直接還元型ＮＯｘ触媒
６０  制御装置（ＥＣＵ）
７１  温度センサ（触媒温度検知手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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