(57)【要約】【課題】  改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒の両被毒から再生可能な改質触媒の被毒再生方法及び被毒再生装置を提供する。【解決手段】  本発明の改質触媒の被毒再生方法は、排気ガス中に噴射された燃料を改質する改質触媒３１をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒から再生するために実施され、改質触媒３１を昇温し且つその周囲の空燃比をリッチにしてＳＯｘ被毒から改質触媒３１を再生する高温リッチ工程と、改質触媒３１を昇温し且つその周囲の空燃比をリーンにしてＨ２Ｓ被毒から改質触媒３１を再生する高温リーン工程とを有する。そして、高温リッチ工程及び高温リーン工程の間を少なくとも一回移行させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に噴射された燃料を改質する改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒から再生するために実施する改質触媒の被毒再生方法であって、
前記改質触媒を昇温し且つその周囲の空燃比をリッチにしてＳＯｘ被毒から該改質触媒を再生する高温リッチ工程と、前記改質触媒を昇温し且つその周囲の空燃比をリーンにしてＨ２Ｓ被毒から該改質触媒を再生する高温リーン工程とを有し、前記高温リッチ工程及び前記高温リーン工程の間を少なくとも一回移行することを特徴とする改質触媒の被毒再生方法。
【請求項２】
前記高温リッチ工程と前記高温リーン工程とを交互に繰り返し実行することを特徴とする請求項１に記載の改質触媒の被毒再生方法。
【請求項３】
前記高温リッチ工程及び前記高温リーン工程を、前記改質触媒の下流側に設けられた排気ガス浄化触媒の再生と同時に実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の改質触媒の被毒再生方法。
【請求項４】
排気ガス中に燃料を噴射する燃料噴射手段と、噴射された前記燃料を改質する改質触媒と、前記燃料噴射手段の燃料の噴射状態を変化させる燃料噴射制御手段と、前記改質触媒における空燃比を制御する再生用空燃比制御手段と、を具備し、
前記燃料噴射制御手段が前記燃料噴射手段に燃料を噴射させて前記改質触媒の温度を高温にするとともに、前記再生用空燃比制御手段が前記改質触媒の周囲の空燃比をリッチ及びリーンの間で少なくとも一回移行するように制御することを特徴とする改質触媒の被毒再生装置。
【請求項５】
前記再生用空燃比制御手段は、前記改質触媒の周囲の空燃比をリッチ及びリーンが交互に繰り返されるように制御することを特徴とする請求項４に記載の改質触媒の被毒再生装置。
【請求項６】
前記改質触媒の下流側に設けられ、該改質触媒により改質された燃料が供給される排気ガス浄化触媒を具備し、前記改質触媒の温度上昇を利用して前記排気ガス浄化触媒の再生を実行することを特徴とする請求項４又は５に記載の改質触媒の被毒再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス中に噴射された燃料を改質する改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒から再生するために実施する改質触媒の被毒再生方法及び被毒再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中に噴射された燃料を改質触媒により改質し、この改質した燃料を排気ガス浄化装置に添加剤として供給し、この浄化装置に吸蔵されているＮＯｘを放出させてＮ２に還元する技術が知られている（例えば特許文献１）。その他本発明に関連する先行技術文献として特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００１−３２７８３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような改質触媒はその活性点に酸素を集め軽油等の燃料（炭化水素：ＨＣ）を部分酸化させてＣＯやＨ２を生成する機能を持つ。ところが、この改質触媒はその活性点に酸素のほか硫黄も集めやすい性質がある。このため、排気ガス中の硫黄化合物がその活性点に付着して、上記部分酸化反応を阻害することがある（Ｓ被毒）。特に改質触媒は燃料を高濃度に含む排気ガスに曝されるためＳ被毒が進行し易い。このＳ被毒が進行すると、改質触媒の活性が劣化して燃料の改質機能が低下する。このＳ被毒には、硫黄酸化物による被毒（ＳＯｘ被毒）と硫化水素による被毒（Ｈ２Ｓ被毒）が含まれる。従って、Ｓ被毒により性能が劣化した改質触媒を再生するためには、この改質触媒をこれらの両被毒から再生することが必要である。
【０００４】
そこで、本発明は、改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒の両被毒から再生可能な改質触媒の被毒再生方法及び被毒再生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】
【０００５】
本発明の改質触媒の被毒再生方法は、排気ガス中に噴射された燃料を改質する改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒から再生するために実施する改質触媒の被毒再生方法であって、前記改質触媒を昇温し且つその周囲の空燃比をリッチにしてＳＯｘ被毒から該改質触媒を再生する高温リッチ工程と、前記改質触媒を昇温し且つその周囲の空燃比をリーンにしてＨ２Ｓ被毒から該改質触媒を再生する高温リーン工程とを有し、前記高温リッチ工程及び前記高温リーン工程の間を少なくとも一回移行することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
高温リッチ工程のみを実施してＳＯｘ被毒から改質触媒を再生すると、改質触媒から放たれたＳＯｘと排気ガス中の水素とが反応して、Ｈ２Ｓ被毒が進行する。他方、高温リーン工程のみを実施してＨ２Ｓ被毒から改質触媒を再生すると、ＳＯｘ被毒が進行してしまう。本発明においては、これらの工程を少なくとも一回移行するようにしたので、改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒の両被毒から再生することができる。
【０００７】
本発明の改質触媒の被毒再生方法において、前記高温リッチ工程と前記高温リーン工程とを交互に繰り返し実行してもよい（請求項２）。この場合は、改質触媒の被毒状態を効果的に改善することができる。
【０００８】
本発明の改質触媒の被毒再生方法において、前記高温リッチ工程及び前記高温リーン工程を、前記改質触媒の下流側に設けられた排気ガス浄化触媒の再生と同時に実行してもよい（請求項３）。この場合は、改質触媒の被毒再生により発生した熱を排気ガス浄化触媒の再生に利用するため、改質触媒の再生と排気ガス浄化触媒の再生とを別々に行う場合と比較して、再生時の燃費悪化を抑制することができる。
【０００９】
本発明の改質触媒の被毒再生装置は、排気ガス中に燃料を噴射する燃料噴射手段と、噴射された前記燃料を改質する改質触媒と、前記燃料噴射手段の燃料の噴射状態を変化させる燃料噴射制御手段と、前記改質触媒における空燃比を制御する再生用空燃比制御手段と、を具備し、前記燃料噴射制御手段が前記燃料噴射手段に燃料を噴射させて前記改質触媒の温度を高温にするとともに、前記再生用空燃比制御手段が前記改質触媒の周囲の空燃比をリッチ及びリーンの間で少なくとも一回移行するように制御することにより、上述した課題を解決する（請求項４）。
【００１０】
この発明によれば、改質触媒を昇温してその温度を高温としつつ、改質触媒の周囲の空燃比をリッチ及びリーンの間で少なくとも一回移行することにより、改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒の両被毒から再生することができる。
【００１１】
本発明の改質触媒の被毒再生装置において、前記再生用空燃比制御手段は、前記改質触媒の周囲の空燃比をリッチ及びリーンが交互に繰り返されるように制御してもよい（請求項５）。この場合は、改質触媒の被毒状態を効果的に改善することができる。
【００１２】
本発明の改質触媒の被毒再生装置において、前記改質触媒の下流側に設けられ、該改質触媒により改質された燃料が供給される排気ガス浄化触媒を具備し、前記改質触媒の温度上昇を利用して前記排気ガス浄化触媒の再生を実行してもよい（請求項６）。この場合は、改質触媒の被毒再生により発生した熱を排気ガス浄化触媒の再生に利用するため、改質触媒の再生と排気ガス浄化触媒の再生とを別々に行う場合と比較して、再生時の燃費悪化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、改質触媒をＳＯｘ被毒及びＨ２Ｓ被毒の両被毒から再生可能な改質触媒の被毒再生方法及び被毒再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る改質触媒の被毒再生方法及び被毒再生装置の実施形態について説明する。まず初めに、本発明が適用される排気浄化装置の概要を説明する。図１に示したように、この排気浄化装置はエンジン１の排気系に設けられている。排気系は排気ガスが流れる排気通路を含んでいる。排気通路は、排気マニホールド２０と排気管２２を含む。排気マニホールド２０の下流側には過給機６が接続され、この過給機６のタービン６ｂの下流側には排気管２２が接続されている。排気管２２の途中には排気ガス浄化触媒２３が設けられている。この排気ガス浄化触媒２３は、排気ガスの空燃比が空気過剰（リーン）のときはＮＯｘを吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元するいわゆる吸蔵還元型の触媒である。更に、ディーゼルパティキュレートフィルタにＮＯｘ吸着剤を付加しているので、浮遊粒子状物質（ＰＭ）とＮＯｘの同時削減が可能である。
【００１５】
排気管２２内には、燃料噴射手段としての燃料添加弁３０が設けられ、この燃料添加弁３０と排気ガス浄化触媒２３との間には燃料添加弁３０より噴射された燃料を改質する改質触媒３１が設けられている。改質触媒３１は、軽油等の燃料（炭化水素：ＨＣ）を部分酸化させてＨ２やＣＯを生成する機能を有する。この改質触媒３１は、例えばゼオライト製の担体にロジウム等が担持されて構成されている。また、改質触媒３１は、電気ヒータ（不図示）を内蔵しており、触媒の温度調整が可能である。但し、上記電気ヒータの有無は本発明の実施において本質的なものではない。
【００１６】
上記燃料添加弁３０からＮＯｘ触媒２３までの排気管２２は、内管２２ａを含む二重管構造になっている。上記改質触媒３１はこの内管２２ａに収容されている。この内管２２ａは排気管２２の断面に関して略中央に配置されている。この内管２２ａの外壁及び排気通路２２の内壁によって迂回流路２２ｂが形成され、改質触媒３１の周囲を取り囲んでいる。迂回流路２２ｂは内管２２ａの外周（従って改質触媒３１の外周）に沿って排気ガスを通過させる。内管２２ａ及び迂回流路２２ｂは改質触媒３１を挟んで上流側及び下流側において合流している。また、内管２２ａの下流側の端部には、内管２２ａ内を流れる排気ガスの流量を調整する調整弁３２が取り付けられている。
【００１７】
上記燃料添加弁３０及び上記調整弁３２はそれぞれエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４に接続されている。ＥＣＵ４はエンジン１の運転状態を制御するコンピュータであり、各種センサの出力情報や内部記憶装置に蓄積された各種データ等に基づいてエンジン１の各部に対して制御を行う。ＥＣＵ４はこれらの制御の他に燃料添加弁３０及び調整弁３２の制御も行う。
【００１８】
その他、エンジン１には、吸気系として吸気管１１が設けられ、この吸気管１１は吸気マニホールド１０を介してシリンダブロック２に接続されている。また吸気管１１の途中には、空気をろ過するエアクリーナ１２、空気を圧縮する過給機６のコンプレッサ６ａ、及び吸入空気量を調整するスロットル弁１３がそれぞれ設けられている。また、吸気マニホールド１０と排気マニホールド２０とは排気還流管（ＥＧＲ管）２５で連結され、ＥＧＲ管２５の途中にはＥＧＲクーラ２６及びＥＧＲ弁２７がそれぞれ設けられている。
【００１９】
以上の構成の排気浄化装置により、燃料添加弁３０により噴射された燃料は、内管２２ａ内に流入する排気ガスと混合されて改質触媒３１へ導かれて改質する。そして、改質触媒３１を通過した排気ガスと、迂回流路２２ｂを通過した排気ガスとが下流側の合流箇所にて混合され、混合された排気ガスはＮＯｘ触媒２３に還元剤として供給される。このような処理はいわゆるリッチスパイクとして知られている。
【００２０】
この排気浄化装置を備えたエンジン１の運転を継続すると、排気ガス中の硫黄化合物が上記改質触媒３１の活性点に付着して、上記部分酸化反応を阻害することがある（Ｓ被毒）。特に改質触媒３１は燃料を高濃度に含む排気ガスに曝されるためＳ被毒が進行し易い。このＳ被毒が進行すると、改質触媒３１の活性が劣化して燃料の改質機能が低下する。このＳ被毒には、ＳＯｘ被毒とＨ２Ｓ被毒が含まれる。従って、Ｓ被毒により性能が劣化した改質触媒を再生するためには、この改質触媒をこれらの両被毒から再生することが必要である。そこで、その解消のため以下に説明する本発明の被毒再生方法が実施される。なお、この改質触媒のＳ被毒は、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒について発生する周知のＳＯｘ被毒とはメカニズムが異なる。即ち、このＳＯｘ被毒は、排気ガス中のＳＯｘが硫酸塩（例えばＢａＳＯ４）に変化して吸蔵されることにより、排気ガス中のＮＯｘを硝酸塩（例えばＢａ（ＮＯ３）２）に変化させてＮＯｘを吸蔵する機能を阻害するものである。
【００２１】
図２は、本発明に係る被毒再生装置が実行する被毒再生制御のフローチャートである。この制御ルーチンは所定の間隔で繰り返し実行される。この制御ルーチンをＥＣＵ４に実行させることにより、ＥＣＵ４は燃料噴射制御手段及び再生用空燃比制御手段として機能する。まず、ステップＳ１において、改質触媒３１の被毒状態を推定する。被毒状態は、これと相関する排気ガス中の硫黄化合物濃度から推定することができる。本実施形態では、排ガス中の硫黄化合物濃度を検知する濃度センサ３５（図１参照）の出力値に基づいて改質触媒３１に付着したＳＯｘ及びＨ２Ｓの量及びこれらの割合を推定する。次に、ステップＳ２において、ステップＳ１で推定した被毒状態に応じて再生処理（ステップＳ３及びＳ４）を実行するか否かを判定する。本実施の形態では、あらかじめＳＯｘ及びＨ２Ｓの付着量に許容範囲を設け、これをＥＣＵ４の記憶装置に保存しておき、ステップＳ１にて推定されたこれらの付着量がこの許容範囲を逸脱したときに再生処理を実行させている。再生処理を実行すべきと肯定判定されたときは、次のステップＳ３に進み、否定判定されたときはステップＳ３及びＳ４をスキップし今回のルーチンを終了する。
【００２２】
ステップＳ３においては、改質触媒３１の温度を昇温し所定温度以上の高温、即ち、５００℃〜６００℃以上にする。より好ましくは、例えば６００℃〜７００℃に改質触媒３１を昇温する。本実施の形態では、燃料添加弁３０から燃料を噴射させ、これを改質触媒３１に供給することにより改質触媒３１の温度を昇温させている。本ステップＳ３をＥＣＵ４に実行させることにより、ＥＣＵ４は燃料噴射制御手段として機能する。次のステップＳ４では、改質触媒３１の周囲の排気空燃比をリッチ及びリーン間で少なくとも一回移行させ、今回のルーチンを終了する。かかる空燃比の制御は、ＥＣＵ４が上記調整弁３２の開度及び燃料添加弁３０による燃料噴射量を調整して実行する。また、移行回数及び移行時間等の各条件も改質触媒３１の被毒状態に応じてＥＣＵ４が決定する。このステップＳ４をＥＣＵ４に実行させることにより、ＥＣＵ４は再生用空燃比制御手段として機能する。
【００２３】
図３は、本発明に係る改質触媒３１の温度、空燃比及び被毒状態の時間経過の一例を模式的に示したものである。この図から明らかなように、改質触媒３１を昇温し且つその周囲の空燃比をリッチにすると、改質触媒３１に付着したＳＯｘは排気ガス中の水素と結合しＨ２Ｓとなって改質触媒３１から離れるので、改質触媒３１に付着したＳＯｘ量Ａは低減する（高温リッチ工程）。しかしこの工程を実施すると、改質触媒３１から放出されたＨ２Ｓが改質触媒３１に再付着するので、この結果改質触媒３１に付着しているＨ２Ｓ量Ｂが増加してしまう（例えば（１）参照）。また、これとは反対に、改質触媒３１を昇温し且つその周囲の空燃比をリーンにすると、改質触媒３１に付着したＨ２Ｓは排気ガス中の酸素と結合しＳＯｘに変化して改質触媒３１を離れるので、改質触媒３１に付着したＨ２Ｓ量Ｂは減少する（高温リーン工程）。しかし、この工程によって改質触媒３１を離れたＳＯｘが再付着するため、改質触媒３１に付着したＳＯｘ量Ａは増加する（例えば（２）参照）。従って、これらの工程のうち一方のみを継続しただけでは、ＳＯｘ及びＨ２Ｓをバランス良く低減することができない。そこで、改質触媒３１の周囲の空燃比をリッチ及びリーンの間で少なくとも一回移行させることにより、例えば、高温リッチ工程の実施により増加したＨ２Ｓを、次の高温リーン工程により低減することができる。よって、改質触媒３１に付着したＳＯｘ及びＨ２Ｓをバランス良く低減し、これらによる被毒から改質触媒３１を再生することができる。特に、本実施の形態においては、図３の（１）〜（４）・・・に示したように、改質触媒３１を高温に保ちつつ、その周囲の空燃比をリッチ及びリーンの間で交互に繰り返されているので、ＳＯｘ及びＨ２Ｓの付着量の総量Ｃを効果的に低減することができる。
【００２４】
次に本発明に係る他の実施形態について説明する。この実施形態は、上述した被毒再生処理において発生した改質触媒３１の熱を利用して、改質触媒３１の下流に設けられている排気ガス浄化触媒２３の再生処理を同時に実行するものである。この再生処理（以下、ＰＭ再生処理という。）は、排気ガス浄化触媒２３に蓄えられた浮遊粒子状物質（ＰＭ）を燃焼しこれを低減させるものである。このＰＭ再生処理を実行するためには、排気ガス浄化触媒２３を昇温し且つその周囲の空燃比をリーンにすることが必要である。そこで、上述した被毒再生処理により発生した熱を利用して排気ガス浄化触媒２３を高温にしてＰＭ再生処理を実施する。なお、排気ガス浄化触媒２３の周囲の空燃比は、改質触媒３１を通過する排気ガスが迂回流路２２ｂを通過する排気ガスによって希釈されるので、リーンに設定される。
【００２５】
この実施形態により、被毒再生処理とＰＭ再生処理とを同時に実行し、ＰＭ再生処理に必要な熱を被毒再生処理で発生した熱でまかなうことができるので、被毒再生処理とＰＭ再生処理とを別々に実行する場合に比べ、燃費悪化を抑制することができる。なお、上記被毒再生処理により、排気ガス浄化触媒２３が改質触媒３１から放出されたＳＯｘやＨ２Ｓに被毒するおそれがあるが、ＰＭ再生処理の後に当該被毒を解消する再生処理を実施すればよい。
【００２６】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態にて実施してもよい。例えば、図４に示したように、燃料改質触媒３１の上流側の排気管２２から迂回流路としての分岐管２４を分岐させ、これを燃料改質触媒の下流側の排気管２２に合流させる構成の排気浄化装置に対しても本発明を適用することができる。なお、この実施形態において、図１に示したものと同一の構成については、図４に同一の参照符号を付して詳しい説明を省略する。
【００２７】
また、上記の実施形態において、改質触媒３１の空燃比の制御をリッチから開始してリーンに移行する例を説明したが、これをリーンから開始してリッチに移行してもよい。更に、これらの間を移行する回数には特に限定されず、これらの間を少なくとも１回移行すればよい。また、上記の実施形態では、被毒再生制御において改質触媒３１の被毒状態を排ガス中の硫黄化合物の濃度から推定したが、例えば、エンジン１の運転時間と改質触媒３１の被毒状態との関係をあらかじめマップとしてＥＣＵ４の記憶装置に保持しておき、このマップとエンジン１の運転時間から改質触媒３１の被毒状態を推定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明が適用される排気浄化装置の概要を示した図。
【図２】本発明に係る被毒再生装置が実行する被毒再生制御のフローチャート。
【図３】本発明に係る改質触媒の温度、空燃比及び被毒状況の時間経過の一例を模式的に示した図。
【図４】本発明が適用される排気浄化装置の他の例を示した図。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンジン（内燃機関）
４  ＥＣＵ
２３  排気ガス浄化触媒
３０  燃料添加弁（燃料噴射手段）
３１  改質触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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