(57)【要約】【課題】排ガス温度が低くてもＮＯｘ還元を支障なく行える排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法を提供する。【解決手段】排気管２０に、酸化触媒２５とＬＮＴ触媒２６を配置し、空燃比がリーン時にＮＯｘの吸着又は吸蔵と、空燃比がリッチ時にＮＯｘの還元とを繰り返す排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法において、排ガス温度が低いとき、ポスト噴射や排気管噴射を行って、ＨＣを酸化触媒に吸着させておき、リッチ時に排ガス温度を上昇させて、酸化触媒２５に吸着させたＨＣを脱離させてＬＮＴ触媒２６で吸着したＮＯｘを還元するものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に、酸化触媒とＬＮＴ触媒を配置し、空燃比がリーン時にＮＯｘの吸着又は吸蔵と、空燃比がリッチ時にＮＯｘの還元とを繰り返す排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法において、排ガス温度が低いとき、ポスト噴射や排気管噴射を行って、ＨＣを酸化触媒に吸着させておき、リッチ時に排ガス温度を上昇させて、酸化触媒に吸着させたＨＣを脱離させてＬＮＴ触媒で吸着したＮＯｘを還元することを特徴とする排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法。
【請求項２】
排ガス温度が２００℃以下のとき、ポスト噴射や排気管噴射を行い、排ガス温度が触媒活性温度を超え、ＬＮＴ触媒でのＮＯｘ吸着量に基づいて空燃比をリッチにする際にメイン噴射に続けてポスト噴射を行って或いはグロープラグ通電にて、排ガス温度を上昇させ、酸化触媒に吸着したＨＣを脱離させてＮＯｘを還元する請求項１記載の排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法。
【請求項３】
酸化触媒でのＨＣ吸着量が閾値以下になったとき、ポスト噴射遅らせて、或いは排気管噴射を行ってＨＣをＬＮＴ触媒に供給して通常のＮＯｘ還元を行う請求項２記載の排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法。
【請求項４】
ＮＯｘ還元量が閾値以下になったときに、空燃比をリーンにしてＮＯｘを吸着又は吸蔵する請求項３記載の排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた排ガス後処理装置に係り、特に、排ガス後処理装置の酸化触媒等にＨＣを吸着させ、これをＮＯｘ還元に利用するための排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガス後処理装置としてＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ；酸化触媒）、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ：Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  ＴｒａｐもしくはＮＳＲ：ＮＯｘ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）システム等が実用化されている。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等の触媒担体に、ＰｔやＰｄなどの貴金属触媒と、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等のアルカリ金属やＣａ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ等の希土類等のＮＯｘ吸蔵機能をもつ吸蔵材を担持したもので、排ガス中の酸素濃度によって、ＮＯｘ吸蔵とＮＯｘ放出・浄化の二つの機能を発揮する。
【０００４】
このＮＯｘを三元触媒機能により還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下ＬＮＴ触媒という）による浄化システムは、通常運転状態のように排ガス中の酸素濃度が高い条件（リーン空燃比）では、排ガス中のＮＯが、ＰｔやＰｄなどの貴金属触媒等でＮＯ2に酸化され、これを吸蔵材が、硝酸塩（Ｂａ（ＮＯ3）2）として吸蔵しＮＯｘを浄化する。
【０００５】
しかし、ＮＯｘの吸蔵が継続すると、硝酸塩が飽和して吸蔵材の吸蔵機能を失うため、運転条件を変え、低酸素濃度の条件（リッチ空燃比）で、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排ガス再循環）、燃料のポスト噴射や、排気管噴射を行って、リッチ状態を形成し、燃料を貴金属触媒上で還元することで、排ガス中にＣＯ、ＨＣ、Ｈ2を生成させて、放出されたＮＯｘを還元して浄化する。
【０００６】
このようにＬＮＴ触媒による浄化システムは、空燃比リーン時（酸素濃度が高い条件）にＮＯｘを吸着又は吸蔵し、リッチ時には吸着又は吸蔵されたＮＯｘがＣｅやＢａより放出され、排ガス中のＨＣ、ＣＯとＮＯｘが三元触媒機能により無害なガスとなる三元触媒機能が働く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−００２１７９号公報
【特許文献２】特開２００１−０５００３４号公報
【特許文献３】特開２００８−２４０７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この時、放出されたＮＯｘに対して、反応に必要なＨＣ、ＣＯの量が少ないと、ＮＯｘの一部は還元されずにそのままＮＯｘとして放出されてしまう。
【０００９】
通常ＨＣは、筒内でのＰＯＳＴ噴射や排気管へのＨＣドージングにより排ガス中に添加され、温度やＤＯＣでの触媒反応により分解されて触媒に供給される。
【００１０】
しかし、排ガスと触媒温度が低温時（２００℃以下）には、供給された未燃燃料が、ＨＣに分解されるまで時間がかかるため、リッチ時のＮＯｘ還元効率が低下し、ＮＯｘがスリップし易い。
【００１１】
ある程度の高温（例；２５０℃以上）になると、ＨＣの分解が速くなりＮＯｘ還元に寄与し易くなり、リッチ時のＮＯｘスリップも低減する。
【００１２】
このリーンとリッチの切り替えは、ＬＮＴ触媒の出入口に設けたＮＯｘセンサの検出値に基づいて、ＮＯｘ吸着量を推定したり、或いは、エンジンの運転状態、すなわち燃料噴射量に基づくＮＯｘ濃度と、その排ガス流量からマップを基にＮＯｘ量を求め、このＮＯｘ量を運転状態に応じて積算してＮＯｘ吸着量を推定し、ＮＯｘ吸着量が設定値を超えたときに、リーンからリッチに切り替え、ＮＯｘ還元量が閾値以下となったときにリッチからリーンに切り替えるようにしている。
【００１３】
しかし、上述のように排ガス温度が、２００℃以下と触媒活性温度より低いとリーンからリッチに切り替えてもＮＯｘ還元が十分に行えない問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、排ガス温度が低くてもＮＯｘ還元を支障なく行える排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、排気管に、酸化触媒とＬＮＴ触媒を配置し、空燃比がリーン時にＮＯｘの吸着又は吸蔵と、空燃比がリッチ時にＮＯｘの還元とを繰り返す排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法において、排ガス温度が低いとき、ポスト噴射や排気管噴射を行って、ＨＣを酸化触媒に吸着させておき、リッチ時に排ガス温度を上昇させて、酸化触媒に吸着させたＨＣを脱離させてＬＮＴ触媒で吸着したＮＯｘを還元することを特徴とする排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、触媒の状態（温度）に合わせて、還元に利用し易い形でＨＣを予め供給でき、従来よりも低温からＮＯｘ還元が可能となるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法を実施する装置の概略図である。
【図２】本発明の排ガス後処理装置におけるＮＯｘ還元制御方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１は、ＬＮＴ触媒による排ガス後処理装置１０を示したものである。
【００２０】
エンジンＥの吸排気系には、ターボチャージャ１１とＥＧＲ管１２が接続されており、エアクリーナ１３から吸入される空気は、ターボチャージャ１１のコンプレッサ１４で圧縮されると共に吸気通路１５に圧送され、エンジンＥの吸気マニホールド１６からエンジンＥ内に供給される。吸気通路１５には、エンジンＥへの空気量を調節するための吸気バルブ１７が設けられる。
【００２１】
エンジンＥから排出された排ガスは、排気マニホールド１８からターボチャージャ１１のタービン１９に排出されると共にタービン１９を駆動し、排気管２０に排気される。
【００２２】
吸気マニホールド１６と排気マニホールド１８にはＥＧＲ管１２が接続され、ＥＧＲ管１２に、排気マニホールド１８から吸気マニホールド１６に至る排ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２１が接続されると共に、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ２２が接続される。
【００２３】
排ガス後処理装置１０は、タービン１９の下流側の排気管２０に排気管インジェクタ２３が設けられ、その排気管インジェクタ２３の下流側の排気管２０に形成されたキャニング容器２４内に、ＤＯＣ（酸化触媒）２５、ＬＮＴ触媒２６、ＤＰＦ２７が順次キャニングされて構成される。
【００２４】
ＤＯＣ２５の上流側には、ＤＯＣ前の排ガス温度センサ２８、ＬＮＴ触媒２６の入口側にはＤＯＣ後の排ガス温度センサ２９、出口側にはＮＯｘセンサ３０が設けられる。
【００２５】
エンジンＥは、ＥＣＵ３２により運転の全般的な制御がなされる。ＥＣＵ３２には、ＮＯｘ吸着量推定手段３３と、ＨＣ吸着量推定手段３４と、ＮＯｘ還元量推定手段３５が形成される。
【００２６】
ＥＣＵ３２は、空燃比リーン状態で、ＬＮＴ触媒２６でＮＯｘ吸蔵を行うリーンサイクルとＮＯｘ吸蔵率が低下したときに、筒内のポスト噴射、或いは図示の排気管インジェクタ２３で燃料ＨＣをパルス的に噴射して空燃比リッチ状態でＮＯｘ還元浄化を行うリッチサイクルを行う。
【００２７】
このリーンとリッチの切り替えは、リーン燃焼時にＬＮＴ触媒２６に吸着されるＮＯｘ吸着量をＮＯｘ吸着量推定手段３３が推定し、そのＮＯｘ吸着量が設定値に達したときに、リッチ燃焼に切り替える。
【００２８】
ＮＯｘ吸着量推定手段３３は、エンジンの運転状態から排出されるＮＯｘ量をＮＯｘ濃度と排ガス流量を基にしたＮＯｘ量のマップ等から求め、これを積算してＬＮＴ触媒２６でのＮＯｘ吸着量を推定したり、或いは、ＮＯｘセンサ３０の検出値を基にＮＯｘ吸着量を算出する。
【００２９】
ＥＣＵ３２は、ＮＯｘ吸着量が設定値未満のときにはリーンサイクルでエンジンの燃焼を制御し、ＮＯｘ吸着量が設定値以上のときにはリッチサイクルでエンジンの燃焼を制御する。
【００３０】
さて本発明において、ＥＣＵ３２は、リーンサイクルのときに、ＤＯＣ前の排ガス温度センサ２８で検出される排ガス温度が触媒活性温度（約２００℃）未満のときには、ポスト噴射や排気管インジェクタ２３で燃料を噴射する。
【００３１】
これにより未燃燃料は、ＤＯＣ２５に吸着され、そのＤＯＣ２５でＨＣに分解されつつ吸着される。このＨＣ吸着量は、ＨＣ吸着量推定手段３４にて、ポスト噴射量や排気管インジェクタ２３で噴射された燃料噴射量を基に算出されるようになっている。
【００３２】
また、リッチサイクルにおいて、ＮＯｘ還元量推定手段３５は、ＨＣによるＮＯｘ還元でのＮＯｘ還元量を算出し、ＮＯｘ還元量が閾値以下になったときにリーンサイクルに切り替えるようになっている。
【００３３】
通常のリッチでは、低温時には、ＨＣの分解に時間が掛かるため、触媒でのＮＯｘ還元効率が低下してＮＯｘのスリップが発生し易い。
【００３４】
本発明においては、低温時に、ポスト噴射や排気管噴射にて燃料（ＨＣ）を排気管２０に供給し、これをＤＯＣ２５に吸着させておくようにしたものである。この予めＤＯＣ２５に吸着されたＨＣは、排ガス温度２００℃を超えるとＤＯＣ２５から脱離して、ＮＯｘ還元に利用し易く、低温でもリッチ時のＮＯｘ還元が進み、ＮＯｘスリップが低減できる。
【００３５】
このように、低温リッチ時のＮＯｘ還元は、予め触媒に吸着されたＨＣを利用することで、エンジン側は排ガスの昇温とリッチ空燃比を作ることに専念できるので、昇温による還元効率の向上の効果が期待できる。
【００３６】
ＤＯＣ２５やＬＮＴ触媒２６は２００℃以下の低温時にはＮＯｘやＨＣを吸着する働きがある。そこで、リーン燃焼で、排ガスが低温時に排ガス中にＨＣを供給し、これを主にＤＯＣ２５に吸着させると共に吸着されなかったＨＣはＬＮＴ触媒２６で吸着させておく。
【００３７】
このＨＣの吸着量が多過ぎると昇温時に異常昇温する場合があるので、ＨＣ吸着量推定手段３４でＨＣ吸着量を推定し、そのＨＣ吸着量の閾値を設け、閾値に達したならばポスト噴射や排気管噴射を停止して過吸着をガードする。
【００３８】
ＤＯＣ２５やＬＮＴ触媒２６の活性温度（例；２００℃）を超えたらリッチ還元を行う。この時のリッチは、ポスト（ＰＯＳＴ）噴射にて燃料を筒内で燃焼させ、排ガス温度を昇温させることと、排ガスをリッチ空燃比とすることを目的とする。すなわち、従来のような排気管へのＨＣの供給は目的としないため、噴射タイミングはＰＯＳＴ噴射をメイン噴射に近接させる（例；４５°ＢＴＤＣ以内）。リッチ時のトルクは、通常燃焼と合うように、メイン噴射量とポスト噴射量をキャリブレーションして違和感の無いようにする。この時、燃焼補助としてグロープラグ通電を使用してもよい。
【００３９】
昇温された排ガスが触媒表面に到達すると、分子運動が活発になりＤＯＣ２５に吸着されたＨＣやＬＮＴ触媒２６に吸着されたＮＯｘが触媒から放れ、リッチ空燃比下でＮＯｘが還元される。
【００４０】
数回のリッチを行うと、触媒の温度は高温（２５０℃以上）となり、ＨＣも全て放出されてＮＯｘ還元に利用されるので、ＨＣ吸着量推定手段３４で推定したＨＣ吸着量を基に、脱離放出されるＨＣが少なくなったら、リッチの燃焼方法を変更して、ＰＯＳＴ噴射を遅らせて（例；クランク角１５０°ＢＴＤＣ）エンジンから触媒にＨＣを供給するようにする。触媒は高温なのでＨＣの分解も早期に進むため、エンジンからのＨＣ供給でもリッチ時のＮＯｘ還元が可能となる。
【００４１】
次に、上述したＮＯｘ還元制御方法を図２のフローにより説明する。
【００４２】
ステップＳ１０で、制御が開始されると、ステップＳ１１で、ＤＯＣ前の排ガス温度Ｔ１＞触媒活性温度（約２００℃程度）のとき、ポスト噴射や排気管へのＨＣドージングにより、排気ガス中にＨＣを供給する。
【００４３】
次に、ステップＳ１２で、ＤＯＣ前の排ガス温度Ｔ１＞触媒活性温度（約２００℃程度）を判断し、ＤＯＣ前の排ガス温度Ｔ１が触媒活性温度未満（条件不適合；ＮＯ）のときステップＳ１１に戻して、排気ガス中へのＨＣの供給を継続しつつ、そのＨＣを積算すると共に触媒へのＨＣ吸着量を推定する。このステップＳ１１、Ｓ１２で、ＨＣ吸着が閾値（設定値）に達したならばＨＣ供給は停止する。
【００４４】
ステップＳ１２の判断で、ＤＯＣ前の排ガス温度Ｔ１が触媒活性温度（約２００℃程度）を超えたなら（条件適合；ＹＥＳ）、ステップＳ１３に移行し、その間にＮＯｘ吸着量などによりリッチ実施の指示がＥＣＵからある場合、リッチ還元を行う。この際、噴射のタイミングは、排気管にＨＣを供給するのではなく排ガス温度を上昇させる目的で行うために、ポスト噴射をメイン噴射に近接させ（例；クランク角４５°以内）て行い、ほぼアフター噴射の状態で噴射する。またこの場合グロープラグ通電による燃焼補助で排ガス温度を昇温するようにしてもよい。
【００４５】
次にステップＳ１４の判断で、ＤＯＣ後の排ガス温度Ｔ２＞燃料分解温度（２５０℃以上）かどうかを判断し、ＤＯＣ後の排ガス温度Ｔ２が燃料分解温度を超えていないときやＨＣ吸着量が閾値を超えていないとき（条件不適合）、ステップＳ１３に戻してポスト噴射を継続して排ガス温度を上げステップＳ１３により、吸着したＨＣでＮＯｘ還元を行い、その間に、ステップＳ１４でＤＯＣ後の排ガス温度Ｔ２が燃料分解温度を超え、かつＨＣ吸着量が閾値以下のとき（条件適合）、ステップＳ１５で、リッチ燃焼方法を変更して、ポスト噴射を遅らせて（例；クランク角１５０°ＢＴＤＣ）、通常のポスト噴射とし、エンジンから触媒にＨＣを供給してリッチ還元を行う。
【００４６】
次にステップＳ１６の判断でＮＯｘ還元量が閾値以下に達したかどうかを判断し、達していないとき（条件不適合）には、ステップＳ１５に戻してリッチ還元を継続し、ＮＯｘ還元量が閾値以下に達したとき（条件適合）には、ステップＳ１７で制御を終了し、再度最初の制御開始に戻す。
【００４７】
このように、本発明は、排ガス温度が低いときに予めポスト噴射や排気管噴射を行って、未燃燃料をＤＯＣ２５等に吸着させることで、吸着された未燃燃料は、雰囲気温度が低くても触媒にてＨＣに分解され、リッチ還元の際に、排ガス温度を２００℃以上にすることで、ＨＣが離脱し、このＨＣでＮＯｘを還元することが可能となり、低温時のリッチ還元でのＮＯｘスリップを防止できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  排ガス後処理装置
２０  排気管
２５  ＤＯＣ（酸化触媒）
２６  ＬＮＴ触媒
【図１】
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【図２】
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