废气净化方法及废气净化系统转让专利
申请号 : CN200680016952.6
文献号 : CN101175910B
文献日 : 2010-12-15
发明人 : 长冈大治 , 我部正志
申请人 : 五十铃自动车株式会社
摘要 :
一种具有当车辆搭载的内燃机(E)的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX、并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力的NOX净化催化剂(22)，为了恢复上述NOX净化催化剂(22)的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制的废气净化系统，在车辆减速时同时使用燃料系统浓稠控制和进气系统浓稠控制进行上述再生控制。由此，能够不恶化乘坐舒适性、而且能够抑制油耗随再生控制而增加地进行使废气的空燃比变成浓稠状态、恢复NOX净化催化剂的NOX净化能力的再生控制。
权利要求 :
1.一种废气净化方法，其特征在于：
在具有NOX净化催化剂、氧化催化剂和催化剂再生控制单元的废气净化系统中进行控制，所述NOX净化催化剂当车辆搭载的内燃机的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX，并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力；所述催化剂再生控制单元进行为了恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制；
上述控制包括：
如果判断为车辆处于开始减速的状态，则进行进气系统浓稠控制；
当在氧化催化剂的活化温度以下时，进行第一废气升温控制，该第一废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；
当在氧化催化剂的活化温度以上并且小于NOX净化催化剂的可再生温度时，进行第二废气升温控制，该第二废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；
如果达到可再生温度以上，则进行使空燃比为换算成空气过剩率为0.9～1.01的再生控制，其中，空气过剩率为空燃比与理论空燃比的比值。
2.如权利要求1所述的废气净化方法，其特征在于：
上述车辆减速时，在上述再生控制的上述进气系统浓稠控制中，同时使用排气节流阀和进气节流阀减少新的进气量。
3.一种废气净化系统，其特征在于：
具有NOX净化催化剂、氧化催化剂和催化剂再生控制单元，所述NOX净化催化剂当车辆搭载的内燃机的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX，并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力；所述催化剂再生控制单元进行为了恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制；
所述催化剂再生控制单元，
如果判断为车辆处于开始减速的状态，则进行进气系统浓稠控制；
当在氧化催化剂的活化温度以下时，进行第一废气升温控制，该第一废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；
当在氧化催化剂的活化温度以上并且小于NOX净化催化剂的可再生温度时，进行第二废气升温控制，该第二废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；
如果达到可再生温度以上，则进行使空燃比为换算成空气过剩率为0.9～1.01的再生控制，其中，空气过剩率为空燃比与理论空燃比的比值。
4.如权利要求3所述的废气净化系统，其特征在于，上述NOX净化催化剂为当废气空燃比为稀薄状态时吸藏NOX、并且当废气空燃比为浓稠状态时释放吸藏的NOX并加以还原的NOX吸藏还原型催化剂，或者为当废气空燃比为稀薄状态时还原净化NOX、并且当废气空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力的NOX直接还原型催化剂。
说明书 :
技术领域
本发明涉及具备还原净化内燃机的废气中的NOX(氮氧化物)的NOX净化催化剂的废气净化方法及废气净化系统。
背景技术
对于用于从柴油发动机或部分汽油发动机等内燃机或者各种燃烧装置的废气中还原并除去NOX的NOX催化剂，已进行了各种研究或提案。其中，作为柴油发动机用的降低NOX的催化剂，有NOX吸藏还原型催化剂和NOX直接还原型催化剂等。利用这些催化剂能够有效地净化废气中的NOX。
该NOX吸藏还原型催化剂为在氧化铝(Al2O3)、沸石等氧化物载体层上放置了促进氧化/还原反应的催化剂贵金属以及具有NOX吸藏功能的NOX吸藏材料(NOX吸藏物质)的催化剂。作为该催化剂贵金属，使用铂(Pt)和钯(Pd)等。NOX吸藏材料使用钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Ce)等碱性金属，钡(Ba)、钙(Ca)等碱土金属，镧(La)、钇(Y)等稀土金属等中的几种。
在流入的废气中的空燃比处于稀薄(氧气过多)的状态、大气中存在氧(O2)的情况下，该NOX吸藏还原型催化剂用贵金属氧化废气中的一氧化氮(NO)变成二氧化氮(NO2)。该二氧化氮作为硝酸盐(Ba2NO4等)积蓄在NOX吸藏材料中。
或者，当氮流入的废气的空燃比为理论空燃比或处于浓稠(低氧气浓度)的状态、大气中不存在氧时，钡等NOX吸藏材料与一氧化碳(CO)结合，二氧化氮从硝酸盐中分解并排出来。该排出的二氧 化氮利用贵金属的三效催化功能被废气中包含的未燃碳化氢(HC)或一氧化碳(CO)等还原，变成氮气(N2)。结果，废气中的各种成分变成二氧化碳(CO2)、水(H2O)、氮气(N2)等无害物质排放到大气中。
具备该NOX吸藏还原型催化剂的废气净化系统当NOX吸藏物质几乎都变成了硝酸盐时，NOX吸藏能力就饱和了。因此，为了释放吸藏的NOX使催化剂再生，当NOX吸藏能力接近饱和时进行再生操作。该再生操作提供比理论空燃比多的燃料使废气的空燃比变浓，降低流入的废气中氧气的浓度，将还原成分的废气提供给催化剂。通过进行用于该恢复NOX吸藏能力的变浓控制，使吸收的NOX释放出来，用贵金属催化剂还原该释放出的NOX。
并且，为了使NOX吸藏还原型催化剂有效地起作用，有必要在浓稠状态时提供还原稀薄状态下吸藏的NOX所需要的足够的还原剂。但是，柴油机如果仅靠燃料系统实现浓稠状态的，则油耗增加。因此在例如日本特开平6-336916号公报中，为了产生还原废气，用节流阀节流进气，并且打开EGR阀提供大量的EGR气体减少进气量。与此同时，为了增加浓稠度还追加燃料，将汽缸内燃烧变成浓稠燃烧。
另一方面，NOX直接还原型催化剂为将作为催化剂成分的铑(Rh)或钯(Pd)等金属放置在β型沸石等载体上的催化剂。而且进行以下处理：减轻金属的氧化作用，配合有益于保持NOX还原能力的铯(Ce)。在下层设置三效催化剂促进氧化还原反应，尤其是促进浓稠状态下的NOX还原反应。为了提高NOX的净化率，在载体上加铁(Fe)。
在柴油发动机等内燃机的废气空燃比处于稀薄状态的废气那样的、氧气浓度高的环境下，该NOX直接还原型催化剂直接将NOX还原成氮气(N2)。但是，在该还原时，作为催化剂的活性物质的金属中吸藏了氧气(O2)，还原性能恶化。因此，为了使废气的空燃比变 成理论空燃比或浓稠状态，有必要使催化剂的活性物质再生使其活化，使废气中的氧气浓度接近为0的状态。
并且，与NOX吸藏还原型催化剂一样，在发动机正常运转状态即废气中的空燃比为稀薄状态下净化NOX。在进行该净化时将氧化了的催化剂还原成浓稠状态，恢复NOX净化能力。
另外，在将NOX吸藏还原型催化剂或NOX直接还原型催化剂等从废气中的硫磺引起的、NOX净化能力下降的硫磺中毒中恢复过来时，虽然空燃比或催化剂温度多少有些不同，但与上述一样，进行使废气变成浓稠空燃比状态的被称为脱硫控制的再生控制。
在恢复该NOX吸藏还原型催化剂或NOX直接还原型催化剂等的NOX净化能力的、用浓稠空燃比进行的再生控制中，有必要使流入催化剂中的废气的空燃比在理论空燃比以下。正常的柴油燃烧为氧气过多的稀薄空燃比状态。因此，为了进行再生控制而变成几乎没有氧气的浓稠空燃比，同时进行进气系统的浓稠控制和燃料系统的浓稠控制。
该进气系统浓稠控制为，或者打开EGR阀吸入EGR气体或者缩小进气阀，通过这样减少新鲜空气量的控制。燃料系统的浓稠控制为在汽缸内喷射过程中进行后喷射，或者直接往排气管中提供燃料的排气管内喷射等，通过这样添加或增加废气中的燃料量的控制。
在发动机运转状态为空转或低速运转等低转速、低负荷运转状态这样的废气温度低的低温区域，该NOX净化催化剂的再生控制中NOX净化催化剂的反应速度低。因此再生所需要的时间变长。不仅如此，低温区域的长时间浓稠运转还存在未燃烧的碳化氢(HC)、一氧化碳(CO)、NOX等流出到NOX净化催化剂的下游一侧的滑移，恶化乘坐舒适性(运转性能)、增加油耗等弊端。
另一方面，本发明者获得了下述常识。在车辆减速时，由于内燃机不需要产生扭矩(Torque)，因此即使通过进气系统浓稠控制最大限度地进行进气节流或排气节流使进气量最小，也不会恶化乘坐舒适性。而且由于能够显著地减少进气量，因此使废气变成浓稠空燃比的燃料系统的浓稠控制所需要的燃料量也显著减少。因此能够抑制再生控制引起的油耗的增加。
专利文献1：日本特开平10-30430号公报
专利文献2：日本特开2000-320386号公报(第11页20行)
本发明就是获得上述常识、解决上述问题，其目的就是要提供一种能够不恶化乘坐舒适性、而且能够抑制油耗随再生控制而增加地进行下述再生控制的废气净化方法和废气净化系统：使搭载在车辆上的内燃机的废气中的空燃比变成浓稠状态，恢复NOX净化催化剂的NOX净化能力。
为了达到上述目的的废气净化方法为在具有NOX净化催化剂、氧化催化剂和催化剂再生控制单元的废气净化系统中进行控制，所述NOX净化催化剂当车辆搭载的内燃机的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX，并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力；所述催化剂再生控制单元进行为了恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制；上述控制包括：如果判断为车辆处于开始减速的状态，则进行进气系统浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以下时，进行第一废气升温控制，该第一废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以上并且小于NOX净化催化剂的可再生温度时，进行第二废气升温控制，该第二废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；如果达到可再生温度以上，则进行使空燃比为换算成空气过剩率为0.9～1.01的再生控制，其中，空气过剩率为空燃比与理论空燃比的比值。
这里所说的NOX净化催化剂有NOX吸藏还原型催化剂和NOX直接还原型催化剂等。该NOX净化能力的恢复包括NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的恢复和从硫磺中毒中恢复出来的恢复，以及NOX直接还原型催化剂的NOX还原能力的恢复和从硫磺中毒中恢复出来的恢复等。
并且，这里所说的废气空燃比不一定是指汽缸内的空燃比，而是指提供给流入NOX净化催化剂中的废气中的空气量与提供给该废气中的燃料量(包括在汽缸内燃烧掉的部分)之比。另外，空燃比(＝空气量/燃料量)与空气过剩率之间的关系为，空气过剩率＝(空燃比/理论空燃比)。
并且，该燃料系统浓稠控制为通过多次喷射或后喷射等汽缸内燃料喷射，或者通过氧化催化剂与直接往排气管内喷射燃料的组合等，使流入NOX净化催化剂中的废气达到浓稠空燃比的控制。进气系统浓稠控制为通过操作进气节流阀操作、排气节流阀操作、EGR阀操作，或者这些操作的组合等，减少新的进气量，能够以较少的燃料量使废气达到浓稠空燃比的控制。
如果采用本废气净化方法，由于车辆减速时内燃机不需要产生扭矩，因此在再生控制中即使通过多次喷射或后喷射等用汽缸内燃料喷射进行燃料系统浓稠控制，也不会恶化乘坐舒适性。因此，能够防止现有技术中因车辆减速时进行再生控制引起的再生控制时乘坐舒适性的恶化。
并且，在上述废气净化方法，在上述车辆减速时进行的上述再生控制的上述进气系统浓稠控制中，同时使用进气节流阀和排气节流阀减少新的进气量。
由于车辆减速时不需要产生扭矩，因此不需要产生扭矩的燃料，也不需要使燃料燃烧的空气(新鲜空气)。因此通过进气系统浓稠控制最大限度地进行进气节流或排气节流使进气量最小，通过燃料系统浓稠控制使废气达到浓稠空燃比状态所需要的燃料量显著减少。结果抑制了再生控制引起的油耗的恶化。
在上述废气净化方法中，在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述NOX净化催化剂的温度相对应的NOX催化剂温度指标温 度低于能够恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力的可再生温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述NOX净化催化剂中的废气升温的废气升温控制。
该NOX催化剂温度指标温度是指NOX净化催化剂的测量温度或与该催化剂温度密切相关的温度。与该催化剂温度密切相关的温度有与催化剂温度近似一一对应这样的、流入NOX净化催化剂中的废气的测量温度，或者根据发动机的运转状态从预先输入的图数据等推算或计算出的废气的推测温度等。总而言之，只要是能够推定或确定NOX净化催化剂的温度的温度就可以。
在NOX吸藏还原型催化剂的情况下，该可再生温度是指能够使NOX从NOX吸藏材料中释放出来，而且能够用贵金属催化剂还原释放出的NOX的最低限度的温度，或者能够从硫磺中毒中恢复的最低限度的温度。并且，在NOX直接还原型催化剂的情况下，该可再生温度是指能够还原作为催化剂活性物质的金属使其活化的最低限度温度，或者能够从硫磺中毒中恢复的最低限度的温度。该可再生温度为与NOX催化剂温度指标温度相对应决定的温度，为NOX催化剂温度指标温度达到该可再生温度以后可再生的温度。
如果采用该废气净化方法，由于通过废气升温等使NOX催化剂温度指标温度达到可再生温度以上以后进入再生控制，因此能可靠地消耗掉再生控制中废气中的HC、CO等还原剂。结果未使用的HC、CO等还原剂不会流入NOX净化催化剂的下游。
并且，在上述废气净化方法，在上述NOX净化催化剂的上游具有氧化催化剂的废气净化系统中，在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述氧化催化剂的温度相对应的氧化催化剂温度指标温度低于上述氧化催化剂活化的催化剂活化温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述氧化催化剂中的废气升温的废气升温控制，在上述氧化催化剂温度指标温度达到上述催化剂活化温度以上之后，进行上述再生控制。
该氧化催化剂温度指标温度是指氧化催化剂的测量温度或与该催化剂温度密切相关的温度。与该催化剂温度密切相关的温度有与催化剂温度近似一一对应这样的、流入氧化催化剂中的废气的测量温度，或者根据发动机的运转状态从预先输入的图数据等推算或计算出的废气的推测温度等。总而言之，只要是能够推定或确定氧化催化剂的温度的温度就可以。
并且，该催化剂活化温度是指能够使氧化催化剂活化并产生氧化反应的最低限度的温度。该催化剂活化温度为与氧化催化剂温度指标温度相对应决定的温度。该催化剂活化温度为氧化催化剂温度指标温度达到该催化剂活化温度以后氧化催化剂活化，能够促进氧化反应的温度。
通过采用该设置了氧化催化剂的废气净化方法，即使在更低的废气温度也能够进行NOX净化催化剂的再生处理。因此能够在更宽的发动机运转区域再生。并且，能够用该氧化催化剂氧化提供给废气中的HC、CO等作成浓稠空燃比状态。因此能够采用排气管内直接喷射方式。结果，能够与扭矩变动无关地使废气变成浓稠空燃比状态。
并且，为了达到上述目的的废气净化系统为：具有NOX净化催化剂、氧化催化剂和催化剂再生控制单元，所述NOX净化催化剂当车辆搭载的内燃机的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX，并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力；所述催化剂再生控制单元进行为了恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制；所述催化剂再生控制单元，如果判断为车辆处于开始减速的状态，则进行进气系统浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以下时，进行第一废气升温控制，该第一废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以上并且小于NOX净化催化剂的可再生温度时，进行第二废气升温控制，该第二废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；如果达到可再生温度以上，则进行使空燃比为换算成空气过剩率为0.9～1.01的再生控制，其中，空气过剩率为空燃比与理论空燃比的比值。
在上述废气净化系统中，上述催化剂再生控制单元在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述NOX净化催化剂的温度相对应的NOX催化剂温度指标温度低于能够恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力的可再生温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述NOX净化催化剂中的废气升温的废气升温控制。
并且，在上述废气净化系统中，在上述NOX净化催化剂的上游具有氧化催化剂，并且，上述催化剂再生控制单元在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述氧化催化剂的温度相对应的氧化催化剂温度指标温度低于上述氧化催化剂活化的催化剂活化温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述氧化催化剂中的废气升温的废气升温控制，在上述氧化催化剂温度指标温度达到上述催化剂活化温度以上之后，进行上述再生控制。
并且，该废气净化系统能够用于上述NOX净化催化剂为下述催化剂时的情况，能够获得大的效果。即，该NOX净化催化剂为当废气空燃比为稀薄状态时吸藏NOX，并且当废气空燃比为浓稠状态时释放吸藏的NOX并加以还原的NOX吸藏还原型催化剂；或者为当废气空燃比为稀薄状态时还原净化NOX，并且当废气空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力的NOX直接还原型催化剂。
如果采用本发明的废气净化方法和废气净化系统，由于车辆减速内燃机不需要产生扭矩，因此能够使新的进气量极少。并且，由于同时使用进气节流阀和排气节流阀，能够显著地减少废气量，因此能够减少为了使废气达到浓稠空燃比状态而进行的汽缸内燃料喷射或排气管内直接喷射使用的燃料的量。因此能够抑制油耗增加并能有效地进行再生处理。
并且，由于减少废气量并使高温废气残留在汽缸内，因此能够有效地使废气升温。并且，即使在废气温度低的情况下，由于废气量减少，因此能够用较少的燃料量使废气升温。因此，在进行再生控制时，能够减少为了使催化剂温度上升而在废气升温中使用的燃料量。
该NOX吸藏还原型催化剂为在氧化铝(Al2O3)、沸石等氧化物载体层上放置了促进氧化/还原反应的催化剂贵金属以及具有NOX吸藏功能的NOX吸藏材料(NOX吸藏物质)的催化剂。作为该催化剂贵金属，使用铂(Pt)和钯(Pd)等。NOX吸藏材料使用钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Ce)等碱性金属，钡(Ba)、钙(Ca)等碱土金属，镧(La)、钇(Y)等稀土金属等中的几种。
在流入的废气中的空燃比处于稀薄(氧气过多)的状态、大气中存在氧(O2)的情况下，该NOX吸藏还原型催化剂用贵金属氧化废气中的一氧化氮(NO)变成二氧化氮(NO2)。该二氧化氮作为硝酸盐(Ba2NO4等)积蓄在NOX吸藏材料中。
或者，当氮流入的废气的空燃比为理论空燃比或处于浓稠(低氧气浓度)的状态、大气中不存在氧时，钡等NOX吸藏材料与一氧化碳(CO)结合，二氧化氮从硝酸盐中分解并排出来。该排出的二氧 化氮利用贵金属的三效催化功能被废气中包含的未燃碳化氢(HC)或一氧化碳(CO)等还原，变成氮气(N2)。结果，废气中的各种成分变成二氧化碳(CO2)、水(H2O)、氮气(N2)等无害物质排放到大气中。
具备该NOX吸藏还原型催化剂的废气净化系统当NOX吸藏物质几乎都变成了硝酸盐时，NOX吸藏能力就饱和了。因此，为了释放吸藏的NOX使催化剂再生，当NOX吸藏能力接近饱和时进行再生操作。该再生操作提供比理论空燃比多的燃料使废气的空燃比变浓，降低流入的废气中氧气的浓度，将还原成分的废气提供给催化剂。通过进行用于该恢复NOX吸藏能力的变浓控制，使吸收的NOX释放出来，用贵金属催化剂还原该释放出的NOX。
并且，为了使NOX吸藏还原型催化剂有效地起作用，有必要在浓稠状态时提供还原稀薄状态下吸藏的NOX所需要的足够的还原剂。但是，柴油机如果仅靠燃料系统实现浓稠状态的，则油耗增加。因此在例如日本特开平6-336916号公报中，为了产生还原废气，用节流阀节流进气，并且打开EGR阀提供大量的EGR气体减少进气量。与此同时，为了增加浓稠度还追加燃料，将汽缸内燃烧变成浓稠燃烧。
另一方面，NOX直接还原型催化剂为将作为催化剂成分的铑(Rh)或钯(Pd)等金属放置在β型沸石等载体上的催化剂。而且进行以下处理：减轻金属的氧化作用，配合有益于保持NOX还原能力的铯(Ce)。在下层设置三效催化剂促进氧化还原反应，尤其是促进浓稠状态下的NOX还原反应。为了提高NOX的净化率，在载体上加铁(Fe)。
在柴油发动机等内燃机的废气空燃比处于稀薄状态的废气那样的、氧气浓度高的环境下，该NOX直接还原型催化剂直接将NOX还原成氮气(N2)。但是，在该还原时，作为催化剂的活性物质的金属中吸藏了氧气(O2)，还原性能恶化。因此，为了使废气的空燃比变 成理论空燃比或浓稠状态，有必要使催化剂的活性物质再生使其活化，使废气中的氧气浓度接近为0的状态。
并且，与NOX吸藏还原型催化剂一样，在发动机正常运转状态即废气中的空燃比为稀薄状态下净化NOX。在进行该净化时将氧化了的催化剂还原成浓稠状态，恢复NOX净化能力。
另外，在将NOX吸藏还原型催化剂或NOX直接还原型催化剂等从废气中的硫磺引起的、NOX净化能力下降的硫磺中毒中恢复过来时，虽然空燃比或催化剂温度多少有些不同，但与上述一样，进行使废气变成浓稠空燃比状态的被称为脱硫控制的再生控制。
在恢复该NOX吸藏还原型催化剂或NOX直接还原型催化剂等的NOX净化能力的、用浓稠空燃比进行的再生控制中，有必要使流入催化剂中的废气的空燃比在理论空燃比以下。正常的柴油燃烧为氧气过多的稀薄空燃比状态。因此，为了进行再生控制而变成几乎没有氧气的浓稠空燃比，同时进行进气系统的浓稠控制和燃料系统的浓稠控制。
该进气系统浓稠控制为，或者打开EGR阀吸入EGR气体或者缩小进气阀，通过这样减少新鲜空气量的控制。燃料系统的浓稠控制为在汽缸内喷射过程中进行后喷射，或者直接往排气管中提供燃料的排气管内喷射等，通过这样添加或增加废气中的燃料量的控制。
在发动机运转状态为空转或低速运转等低转速、低负荷运转状态这样的废气温度低的低温区域，该NOX净化催化剂的再生控制中NOX净化催化剂的反应速度低。因此再生所需要的时间变长。不仅如此，低温区域的长时间浓稠运转还存在未燃烧的碳化氢(HC)、一氧化碳(CO)、NOX等流出到NOX净化催化剂的下游一侧的滑移，恶化乘坐舒适性(运转性能)、增加油耗等弊端。
另一方面，本发明者获得了下述常识。在车辆减速时，由于内燃机不需要产生扭矩(Torque)，因此即使通过进气系统浓稠控制最大限度地进行进气节流或排气节流使进气量最小，也不会恶化乘坐舒适性。而且由于能够显著地减少进气量，因此使废气变成浓稠空燃比的燃料系统的浓稠控制所需要的燃料量也显著减少。因此能够抑制再生控制引起的油耗的增加。
专利文献1：日本特开平10-30430号公报
专利文献2：日本特开2000-320386号公报(第11页20行)
本发明就是获得上述常识、解决上述问题，其目的就是要提供一种能够不恶化乘坐舒适性、而且能够抑制油耗随再生控制而增加地进行下述再生控制的废气净化方法和废气净化系统：使搭载在车辆上的内燃机的废气中的空燃比变成浓稠状态，恢复NOX净化催化剂的NOX净化能力。
为了达到上述目的的废气净化方法为在具有NOX净化催化剂、氧化催化剂和催化剂再生控制单元的废气净化系统中进行控制，所述NOX净化催化剂当车辆搭载的内燃机的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX，并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力；所述催化剂再生控制单元进行为了恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制；上述控制包括：如果判断为车辆处于开始减速的状态，则进行进气系统浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以下时，进行第一废气升温控制，该第一废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以上并且小于NOX净化催化剂的可再生温度时，进行第二废气升温控制，该第二废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；如果达到可再生温度以上，则进行使空燃比为换算成空气过剩率为0.9～1.01的再生控制，其中，空气过剩率为空燃比与理论空燃比的比值。
这里所说的NOX净化催化剂有NOX吸藏还原型催化剂和NOX直接还原型催化剂等。该NOX净化能力的恢复包括NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的恢复和从硫磺中毒中恢复出来的恢复，以及NOX直接还原型催化剂的NOX还原能力的恢复和从硫磺中毒中恢复出来的恢复等。
并且，这里所说的废气空燃比不一定是指汽缸内的空燃比，而是指提供给流入NOX净化催化剂中的废气中的空气量与提供给该废气中的燃料量(包括在汽缸内燃烧掉的部分)之比。另外，空燃比(＝空气量/燃料量)与空气过剩率之间的关系为，空气过剩率＝(空燃比/理论空燃比)。
并且，该燃料系统浓稠控制为通过多次喷射或后喷射等汽缸内燃料喷射，或者通过氧化催化剂与直接往排气管内喷射燃料的组合等，使流入NOX净化催化剂中的废气达到浓稠空燃比的控制。进气系统浓稠控制为通过操作进气节流阀操作、排气节流阀操作、EGR阀操作，或者这些操作的组合等，减少新的进气量，能够以较少的燃料量使废气达到浓稠空燃比的控制。
如果采用本废气净化方法，由于车辆减速时内燃机不需要产生扭矩，因此在再生控制中即使通过多次喷射或后喷射等用汽缸内燃料喷射进行燃料系统浓稠控制，也不会恶化乘坐舒适性。因此，能够防止现有技术中因车辆减速时进行再生控制引起的再生控制时乘坐舒适性的恶化。
并且，在上述废气净化方法，在上述车辆减速时进行的上述再生控制的上述进气系统浓稠控制中，同时使用进气节流阀和排气节流阀减少新的进气量。
由于车辆减速时不需要产生扭矩，因此不需要产生扭矩的燃料，也不需要使燃料燃烧的空气(新鲜空气)。因此通过进气系统浓稠控制最大限度地进行进气节流或排气节流使进气量最小，通过燃料系统浓稠控制使废气达到浓稠空燃比状态所需要的燃料量显著减少。结果抑制了再生控制引起的油耗的恶化。
在上述废气净化方法中，在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述NOX净化催化剂的温度相对应的NOX催化剂温度指标温 度低于能够恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力的可再生温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述NOX净化催化剂中的废气升温的废气升温控制。
该NOX催化剂温度指标温度是指NOX净化催化剂的测量温度或与该催化剂温度密切相关的温度。与该催化剂温度密切相关的温度有与催化剂温度近似一一对应这样的、流入NOX净化催化剂中的废气的测量温度，或者根据发动机的运转状态从预先输入的图数据等推算或计算出的废气的推测温度等。总而言之，只要是能够推定或确定NOX净化催化剂的温度的温度就可以。
在NOX吸藏还原型催化剂的情况下，该可再生温度是指能够使NOX从NOX吸藏材料中释放出来，而且能够用贵金属催化剂还原释放出的NOX的最低限度的温度，或者能够从硫磺中毒中恢复的最低限度的温度。并且，在NOX直接还原型催化剂的情况下，该可再生温度是指能够还原作为催化剂活性物质的金属使其活化的最低限度温度，或者能够从硫磺中毒中恢复的最低限度的温度。该可再生温度为与NOX催化剂温度指标温度相对应决定的温度，为NOX催化剂温度指标温度达到该可再生温度以后可再生的温度。
如果采用该废气净化方法，由于通过废气升温等使NOX催化剂温度指标温度达到可再生温度以上以后进入再生控制，因此能可靠地消耗掉再生控制中废气中的HC、CO等还原剂。结果未使用的HC、CO等还原剂不会流入NOX净化催化剂的下游。
并且，在上述废气净化方法，在上述NOX净化催化剂的上游具有氧化催化剂的废气净化系统中，在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述氧化催化剂的温度相对应的氧化催化剂温度指标温度低于上述氧化催化剂活化的催化剂活化温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述氧化催化剂中的废气升温的废气升温控制，在上述氧化催化剂温度指标温度达到上述催化剂活化温度以上之后，进行上述再生控制。
该氧化催化剂温度指标温度是指氧化催化剂的测量温度或与该催化剂温度密切相关的温度。与该催化剂温度密切相关的温度有与催化剂温度近似一一对应这样的、流入氧化催化剂中的废气的测量温度，或者根据发动机的运转状态从预先输入的图数据等推算或计算出的废气的推测温度等。总而言之，只要是能够推定或确定氧化催化剂的温度的温度就可以。
并且，该催化剂活化温度是指能够使氧化催化剂活化并产生氧化反应的最低限度的温度。该催化剂活化温度为与氧化催化剂温度指标温度相对应决定的温度。该催化剂活化温度为氧化催化剂温度指标温度达到该催化剂活化温度以后氧化催化剂活化，能够促进氧化反应的温度。
通过采用该设置了氧化催化剂的废气净化方法，即使在更低的废气温度也能够进行NOX净化催化剂的再生处理。因此能够在更宽的发动机运转区域再生。并且，能够用该氧化催化剂氧化提供给废气中的HC、CO等作成浓稠空燃比状态。因此能够采用排气管内直接喷射方式。结果，能够与扭矩变动无关地使废气变成浓稠空燃比状态。
并且，为了达到上述目的的废气净化系统为：具有NOX净化催化剂、氧化催化剂和催化剂再生控制单元，所述NOX净化催化剂当车辆搭载的内燃机的废气的空燃比为稀薄状态时净化NOX，并且当空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力；所述催化剂再生控制单元进行为了恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力而使废气变成浓稠空燃比的状态的再生控制；所述催化剂再生控制单元，如果判断为车辆处于开始减速的状态，则进行进气系统浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以下时，进行第一废气升温控制，该第一废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；当在氧化催化剂的活化温度以上并且小于NOX净化催化剂的可再生温度时，进行第二废气升温控制，该第二废气升温控制进行使空燃比为换算成空气过剩率为1.02～1.1的燃料浓稠控制；如果达到可再生温度以上，则进行使空燃比为换算成空气过剩率为0.9～1.01的再生控制，其中，空气过剩率为空燃比与理论空燃比的比值。
在上述废气净化系统中，上述催化剂再生控制单元在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述NOX净化催化剂的温度相对应的NOX催化剂温度指标温度低于能够恢复上述NOX净化催化剂的NOX净化能力的可再生温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述NOX净化催化剂中的废气升温的废气升温控制。
并且，在上述废气净化系统中，在上述NOX净化催化剂的上游具有氧化催化剂，并且，上述催化剂再生控制单元在上述车辆减速、开始上述再生控制时，如果与上述氧化催化剂的温度相对应的氧化催化剂温度指标温度低于上述氧化催化剂活化的催化剂活化温度，则在进行上述再生控制之前，进行使流入上述氧化催化剂中的废气升温的废气升温控制，在上述氧化催化剂温度指标温度达到上述催化剂活化温度以上之后，进行上述再生控制。
并且，该废气净化系统能够用于上述NOX净化催化剂为下述催化剂时的情况，能够获得大的效果。即，该NOX净化催化剂为当废气空燃比为稀薄状态时吸藏NOX，并且当废气空燃比为浓稠状态时释放吸藏的NOX并加以还原的NOX吸藏还原型催化剂；或者为当废气空燃比为稀薄状态时还原净化NOX，并且当废气空燃比为浓稠状态时恢复NOX净化能力的NOX直接还原型催化剂。
如果采用本发明的废气净化方法和废气净化系统，由于车辆减速内燃机不需要产生扭矩，因此能够使新的进气量极少。并且，由于同时使用进气节流阀和排气节流阀，能够显著地减少废气量，因此能够减少为了使废气达到浓稠空燃比状态而进行的汽缸内燃料喷射或排气管内直接喷射使用的燃料的量。因此能够抑制油耗增加并能有效地进行再生处理。
并且，由于减少废气量并使高温废气残留在汽缸内，因此能够有效地使废气升温。并且，即使在废气温度低的情况下，由于废气量减少，因此能够用较少的燃料量使废气升温。因此，在进行再生控制时，能够减少为了使催化剂温度上升而在废气升温中使用的燃料量。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的废气净化系统的结构的图；
图2是表示本发明的实施方式的NOX吸藏还原型催化剂在减速时的再生控制流程的一例的图；
图3是按时序示意地表示NOX吸藏还原型催化剂在减速时的再生控制中的控制量和各种参数的一例的图；
图4是表示汽缸内燃料喷射中的多次喷射的一例的图；
图5是表示汽缸内燃料喷射中的后喷射的一例的图。
图2是表示本发明的实施方式的NOX吸藏还原型催化剂在减速时的再生控制流程的一例的图；
图3是按时序示意地表示NOX吸藏还原型催化剂在减速时的再生控制中的控制量和各种参数的一例的图；
图4是表示汽缸内燃料喷射中的多次喷射的一例的图；
图5是表示汽缸内燃料喷射中的后喷射的一例的图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式的废气净化方法及废气净化系统。
另外，虽然这里以NOX吸藏还原型催化剂作为NOX净化催化剂的例子进行说明，但本发明也可以适用NOX直接还原型催化剂等。并且，虽然这里以在浓稠空燃比的状态下恢复NOX净化能力为主说明恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力，但本发明也可以使用NOX吸藏还原型催化剂从硫磺中毒中的恢复、或者NOX直接还原型催化剂的NOX还原能力的恢复或从硫磺中毒中的恢复等。
并且，这里所说的废气浓稠状态不一定要在汽缸内浓稠燃烧，是指提供给流入NOX吸藏还原型催化剂中的废气中的空气量与燃料量(包括在汽缸内燃烧掉的部分)之比接近理论空燃比(Stoichiometry状态)或者燃料量比理论空燃比多的浓稠状态。
图1表示本发明的实施方式的废气净化系统1的结构。该废气净化系统1在发动机(内燃机)E的排气通道3中配置了具有以下单元的废气净化装置20：氧化催化剂21、NOX吸藏还原型催化剂22、柴油颗粒过滤器装置(以下称为DPF)23。
该氧化催化剂21在蜂窝状的堇青石或耐热钢构成的载体的表面设置活性氧化铝(Al2O3)等催化剂包覆层形成。由铂(Pt)、钯(Pd)、 铑(Rh)等贵金属构成的催化剂活性成分放置在该催化剂包覆层上。该氧化催化剂21氧化流入的废气中的HC、CO等。由此，使废气G为低氧状态，同时利用燃烧热提高废气温度。
该NOX吸藏还原型催化剂22用整块催化剂形成。在氧化铝、氧化钛等载体上设置催化剂包覆层，将铂(Pt)等催化剂金属和钡(Ba)等NOX吸藏材料(NOX吸藏物质)放置在该催化剂包覆层上。
在氧气浓度高的废气状态(稀薄空燃比的状态)下，通过NOX 吸藏材料吸藏废气中的NOX，该NOX吸藏还原型催化剂22净化废气中的NOX。并且，在氧气浓度低或者为0的废气浓稠空燃比的状态下，释放吸藏的NOX并且通过催化剂金属的催化作用还原该释放的NOX。通过这样防止NOX流入大气中。
DPF23能够用交错地封住多孔质陶瓷蜂窝通道的入口和出口的整块蜂窝型壁流型过滤器等形成。该DPF23收集废气中的PM(颗粒状物质)。该DPF23上有时放置促进燃烧除去PM的氧化催化剂或PM氧化催化剂。
并且，在进气通道2上配设有测量进气量的空气质量流量传感器(MAF传感器)5和调节进气量的进气节流阀7。在废气净化装置20的下游一侧的排气通道3中，配设有排气控制用的排气节流阀8(排气口)。并且，在EGR通道4中配设有EGR冷却器9和调节EGR量的EGR阀10。
并且，在氧化催化剂21的上游配置第1废气成分浓度传感器25，在DPF23的下游配置第2废气成分浓度传感器26。该废气成分浓度传感器25、26为λ传感器(空气过剩率传感器)、NOX浓度传感器和氧气浓度传感器三者整合成一体的传感器。另外，也可以使用氧气浓度传感器或空气过剩率传感器取代第1和第2废气成分浓度传感器25、26。但是，此时另外设置NOX浓度传感器或不使用NOX浓度测量值进行控制。并且，为了检测废气温度，在氧化催化剂21的上游 配置第1温度传感器27、在氧化催化剂21与NOX吸藏还原型催化剂22之间配置第2温度传感器28、在NOX吸藏还原型催化剂22与DPF23之间配置第3温度传感器29。由该第1～第3温度传感器推测氧化催化剂21和NOX吸藏还原型催化剂22的催化剂温度。
并且，在燃料系统浓稠控制中，当进行排气管内直接喷射时，在废气净化装置20上游的排气通道3中设置提供作为NOX还原剂的碳化氢(HC)F的HC供给阀(燃料喷射阀)24。该HC供给阀24为从图中没有表示的燃料箱向排气通道3内直接喷射作为发动机E的燃料的轻油等燃料F，使废气G的空燃比变成稀薄状态、浓稠状态或理论空燃比状态(Stoichiometry状态)的阀。该HC供给阀24作为排气管内喷射浓稠控制器件。另外，在通过在汽缸内燃料喷射过程中用后喷射进行燃料系统浓稠控制时，不需要该HC供给阀24。
并且，设置了进行发动机E的整个运转控制并进行NOX吸藏还原型催化剂22的NOX净化能力恢复控制的控制装置(ECU，enginecontrol unit发动机控制装置)30。该控制装置30中输入第1及第2废气成分浓度传感器25、26或来自第1～第3温度传感器27、28、29等的检测值。并且，从该控制装置30输出控制发动机E的进气节流阀7、排气节流阀8、EGR阀10、燃料喷射用共轨电子控制燃料喷射装置的燃料喷射阀11、HC供给阀24等的信号。
在该废气净化系统1中，空气A经过进气通道2的空气质量流量传感器(MAF传感器)5和涡轮增压器6的压缩机。然后，空气A经进气节流阀7调节其流量后经由进气歧管进入汽缸内。然后，在汽缸内产生的废气G从排气歧管排出到排气通道3中驱动涡轮增压器6的涡轮机。此后，废气G经过废气净化装置20净化，成为废气Gc。该净化过的废气Gc经过排气节流阀8和图中没有表示的消音器排放到大气中。并且，废气G的一部分作为EGR气体Ge经过EGR通道4的EGR冷却器9，由EGR阀10调节其流量在进气歧管中再循环。
废气净化系统1的控制装置组装到发动机E的控制装置30中，在进行发动机E的运转控制的同时进行废气净化系统1的控制。该废气净化系统1的控制装置具备催化剂再生控制单元，进行包括NOX 吸藏还原型催化剂12的NOX再生控制等的废气净化系统1的控制。
该催化剂再生控制单元所进行的再生控制为通过进行进气系统浓稠控制和燃料系统浓稠控制使废气的空燃比控制在浓稠状态(包括理论空燃比)。在该进气系统浓稠控制中，打开EGR阀10增加EGR量，并且节流进气节流阀7和排气节流阀8降低废气的空燃比。并且，在燃料系统浓稠控制中，通过后喷射等汽缸内燃料喷射降低废气G的空燃比。或者，在使用HC供给阀24的情况下，由HC供给阀24直接给排气通道3内提供HC等燃料F，用氧化催化剂21进行氧化。通过氧化降低废气G的空燃比。
通过这些浓稠控制使废气的状态变成规定的空燃比状态，并且使废气温度在规定的温度范围内，进行NOX催化剂的再生。由此，恢复NOX吸藏能力及NOX净化能力。在恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的情况下，虽然该规定的空燃比根据净化催化剂的种类不同有所不同，但换算成空气过剩率(λ)大约为0.8～1.0左右。并且，在恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的情况下，虽然该规定的温度范围根据净化催化剂的种类不同有所不同，但大约为300℃～600℃左右。
该废气净化系统1利用组装到发动机E的控制装置30中的废气净化系统1的控制装置，依图2例示的减速时的再生控制流程进行NOX吸藏还原型催化剂22的再生控制。另外，该图2的再生控制流程表示的是发动机E运转时反复调用或返回，与发动机E的其他控制流程并列反复执行的流程。
并且，本发明的实施方式进行图2的减速时的再生控制流程和图3的控制时序列例示那样的再生控制。当该图2的减速时的再生控制 流程调用该控制流程开始时，在步骤S11判断搭载了该废气净化系统1的车辆是否处于开始减速的状态，如果判定为不是开始减速的状态，则返回。
该减速判断，即搭载了废气净化系统的车辆是否开始减速的判断根据油门踏板开度、发动机转速下降、每单位时间内燃料流量的减少量等进行。例如，当油门踏板传感器检测开度为0时，判定为减速状态。
当该步骤S11判定为是开始减速的状态时，在下一个步骤S12中判断NOX吸藏还原型催化剂22是否不要再生。一般情况下，优选减速时勤快地进行NOX净化能力的再生，但在刚刚进行过再生控制之后或者废气温度过低(例如100℃以下)不宜进行再生控制的情况下，判定为不要再生，返回。
是否不要进行再生的判断如下这样地进行。例如，上次再生控制后经过的时间未超过规定的判断时间时，判定为不要再生。或者，根据NOX吸藏还原型催化剂22上游和下游的NOX浓度计算出NOX净化率，当该NOX净化率不低于规定的判断值时，判定为不要再生。
当步骤S12中判定为不是不要再生——即判定为进行再生处理也可以时，前进到步骤S13，开始再生控制。在步骤S13中开始进气系统控制，节流进气节流阀7并节流排气节流阀8。并且，同时打开EGR阀10增加EGR量。通过这样减少新的进气量。
在步骤S14中进行第1废气温度检查。这里判断第1温度传感器27检测到的废气温度(氧化催化剂温度指标温度)Tg1是否在氧化催化剂21活性化的温度(例如150℃左右)Tc1以上。如果在以上，则前进到步骤S16；如果没有超过，则前进到步骤S15，进行第1废气升温控制。
该步骤S15的第1废气升温控制如图3的第1阶段R1所示那样，进行第1进气节流、排气节流、多次喷射的燃料喷射模式以及以第1 燃料喷射量进行的多次喷射控制。该多次喷射控制如图4所示那样以3～5次进行喷射，直至膨胀行程，使燃烧火焰继续，提高发动机排气温度。最终喷射时期为ATDC45°左右。在使该步骤S15的第1废气升温控制经过了规定时间(与废气温度的检查间隔有关的时间)Δt1之后，返回步骤S14。反复进行步骤S15，直至废气温度Tg1达到活性化、能够氧化废气中的HC、CO等的温度即催化剂活性化温度Tc1以上。达到上述温度后，前进到步骤S16。在该第1阶段R1，流入NOX吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比控制在换算成空气过剩率为λ＝1.02～1.1左右。
另外，这里使用废气温度Tg1作为氧化催化剂温度指标温度。但是，在能够直接测定氧化催化剂21的催化剂温度的情况下，也可以使用该温度。并且，也可以使用从表示发动机E的运转状态的发动机转速、负荷等推算出来的废气温度等。
在步骤S16中进行第2废气温度检查。这里判断第2温度传感器28检测到的废气温度(NOX催化剂温度指标温度)Tg2是否在可再生温度(例如250℃～300℃左右)Tc2以上。如果超过，则前进到步骤S18；如果不到，则前进到步骤S17。在步骤S17进行第2废气升温控制。
该步骤S17的废气升温控制通过图5例示的喷射时期在ATDC90°左右的后喷射或排气管内直接喷射给废气中提供燃料F。用氧化催化剂21氧化该燃料F中的HC(碳化氢)或CO(一氧化碳)，利用该氧化的热量使废气温度上升。该第2废气升温控制如图3的第2阶段R2所示那样，进行第1进气节流、排气节流、后喷射的燃料喷射模式以及以第2燃料喷射量进行的后喷射控制(或者排气管内直接喷射控制)。在使该步骤S17的第2废气升温控制经过了规定时间(与废气温度的检查间隔有关的时间)Δt2之后，返回步骤S16。反复进行步骤S17，直至废气温度Tg2达到可再生温度Tc2(NOX吸藏还原 型催化剂22能够恢复NOX吸藏能力并且能够还原净化释放出的NOX 的温度)以上。达到上述温度后，前进到步骤S18。在该第2阶段R2，流入NOX吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比控制在换算成空气过剩率为λ＝1.02～1.1左右。
另外，在从硫磺中毒中恢复的再生控制中，反复进行步骤S17直至废气温度Tg2达到NOX吸藏还原型催化剂22能够从硫磺中毒中恢复的温度即可再生温度Tg2以上。
另外，这里使用废气温度Tg2作为NOX催化剂温度指标温度。但是，在能够直接测定NOX吸藏还原型催化剂22的催化剂温度的情况下，也可以使用该温度。并且，也可以使用从表示发动机E的运转状态的发动机转速、负荷推算出来的废气温度等。
并且，当废气温度Tg2超过可再生温度Tc2时，在步骤S18中进一步节流进气节流阀7增加节流量，进行浓稠空燃比控制。该浓稠空燃比控制如图3的第3阶段R3所示那样，进行第2进气节流、排气节流、浓稠燃料喷射模式以及第2燃料喷射量的控制，使流入NOX 吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比为浓稠空燃比。在使该步骤S18的浓稠空燃比控制经过了规定时间(与步骤S19的再生结束检查间隔有关的时间)Δt3之后，前进到步骤S19。在该第3阶段R3，流入NOX吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比控制在换算成空气过剩率为λ＝0.9～1.01左右。然后在步骤S19判断再生控制是否结束。如果再生控制结束了，则在步骤S20结束再生控制，返回。如果再生控制没有结束，则返回步骤S18，反复进行浓稠空燃比控制。
该再生控制的结束用是否经过了由催化剂出口一侧的第2废气成分传感器26检测到的NOX浓度值决定的规定再生时间，或者NOX 净化率是否上升到了规定的再生控制结束用净化率来判断。并且，在判定为再生控制结束的情况下，结束进气节流阀7和排气节流阀8的节流，返回到正常运转的节流量，并且EGR阀10也回到正常运转的 阀开度，结束进气系统浓稠控制；并且结束后喷射(或排气管内直接喷射)，结束燃料系统浓稠控制。
另外，该再生控制各阶段R1、R2、R3的时间由氧化催化剂21、NOX吸藏还原型催化剂22的种类或再生控制时发动机E的状态决定。尤其是第1阶段R1的时间依开始减速时废气温度的不同差别很大。例如，第2阶段R2的时间为10s～60s左右，第3阶段R3的时间为2s～60s左右。
采用上述废气净化方法和废气净化系统1，车辆减速时同时使用燃料系统浓稠控制和进气系统浓稠控制进行再生控制。但是，内燃机在减速时不需要产生扭矩。因此在再生控制过程中，即使通过多次喷射或后喷射等汽缸内燃料喷射进行燃料系统浓稠控制，也能够防止乘坐舒适性恶化。
并且，由于在车辆减速时不需要产生扭矩，因此不需要产生扭矩的燃料。因此，也不需要使燃料燃烧的新鲜空气。因此通过进气系统浓稠控制最大限度地进行进气节流或排气节流使进气量最小，能够显著减少新的进气量。由此，通过燃料系统浓稠控制使废气变成浓稠空燃比状态所需要的燃料量显著减少，能够抑制再生控制引起的油耗的恶化。
此外，由于在通过第1、第2废气升温控制使NOX吸藏还原型催化剂22的温度达到可再生温度Tc2以上之后进入再生用浓稠空燃比控制，因此能确实地消耗掉再生控制中废气中的HC、CO等还原剂。因此能够防止未使用的HC、CO等还原剂流入NOX净化催化剂的下游。
并且，减速时通过同时使用进气节流和排气节流(排气控制)显著地减少排气量，能够防止废气温度下降，能够维持催化剂床层的温度。因此，能够减少后喷射的汽缸内燃料喷射的燃料喷射量或排气管直接喷射的燃料量，能够进一步改善油耗的恶化。
产业上的应用
具有上述优良效果的本发明的废气净化方法及废气净化系统能够极其有效地作为汽车搭载的内燃机等的废气净化方法及废气净化系统使用。
另外，虽然这里以NOX吸藏还原型催化剂作为NOX净化催化剂的例子进行说明，但本发明也可以适用NOX直接还原型催化剂等。并且，虽然这里以在浓稠空燃比的状态下恢复NOX净化能力为主说明恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力，但本发明也可以使用NOX吸藏还原型催化剂从硫磺中毒中的恢复、或者NOX直接还原型催化剂的NOX还原能力的恢复或从硫磺中毒中的恢复等。
并且，这里所说的废气浓稠状态不一定要在汽缸内浓稠燃烧，是指提供给流入NOX吸藏还原型催化剂中的废气中的空气量与燃料量(包括在汽缸内燃烧掉的部分)之比接近理论空燃比(Stoichiometry状态)或者燃料量比理论空燃比多的浓稠状态。
图1表示本发明的实施方式的废气净化系统1的结构。该废气净化系统1在发动机(内燃机)E的排气通道3中配置了具有以下单元的废气净化装置20：氧化催化剂21、NOX吸藏还原型催化剂22、柴油颗粒过滤器装置(以下称为DPF)23。
该氧化催化剂21在蜂窝状的堇青石或耐热钢构成的载体的表面设置活性氧化铝(Al2O3)等催化剂包覆层形成。由铂(Pt)、钯(Pd)、 铑(Rh)等贵金属构成的催化剂活性成分放置在该催化剂包覆层上。该氧化催化剂21氧化流入的废气中的HC、CO等。由此，使废气G为低氧状态，同时利用燃烧热提高废气温度。
该NOX吸藏还原型催化剂22用整块催化剂形成。在氧化铝、氧化钛等载体上设置催化剂包覆层，将铂(Pt)等催化剂金属和钡(Ba)等NOX吸藏材料(NOX吸藏物质)放置在该催化剂包覆层上。
在氧气浓度高的废气状态(稀薄空燃比的状态)下，通过NOX 吸藏材料吸藏废气中的NOX，该NOX吸藏还原型催化剂22净化废气中的NOX。并且，在氧气浓度低或者为0的废气浓稠空燃比的状态下，释放吸藏的NOX并且通过催化剂金属的催化作用还原该释放的NOX。通过这样防止NOX流入大气中。
DPF23能够用交错地封住多孔质陶瓷蜂窝通道的入口和出口的整块蜂窝型壁流型过滤器等形成。该DPF23收集废气中的PM(颗粒状物质)。该DPF23上有时放置促进燃烧除去PM的氧化催化剂或PM氧化催化剂。
并且，在进气通道2上配设有测量进气量的空气质量流量传感器(MAF传感器)5和调节进气量的进气节流阀7。在废气净化装置20的下游一侧的排气通道3中，配设有排气控制用的排气节流阀8(排气口)。并且，在EGR通道4中配设有EGR冷却器9和调节EGR量的EGR阀10。
并且，在氧化催化剂21的上游配置第1废气成分浓度传感器25，在DPF23的下游配置第2废气成分浓度传感器26。该废气成分浓度传感器25、26为λ传感器(空气过剩率传感器)、NOX浓度传感器和氧气浓度传感器三者整合成一体的传感器。另外，也可以使用氧气浓度传感器或空气过剩率传感器取代第1和第2废气成分浓度传感器25、26。但是，此时另外设置NOX浓度传感器或不使用NOX浓度测量值进行控制。并且，为了检测废气温度，在氧化催化剂21的上游 配置第1温度传感器27、在氧化催化剂21与NOX吸藏还原型催化剂22之间配置第2温度传感器28、在NOX吸藏还原型催化剂22与DPF23之间配置第3温度传感器29。由该第1～第3温度传感器推测氧化催化剂21和NOX吸藏还原型催化剂22的催化剂温度。
并且，在燃料系统浓稠控制中，当进行排气管内直接喷射时，在废气净化装置20上游的排气通道3中设置提供作为NOX还原剂的碳化氢(HC)F的HC供给阀(燃料喷射阀)24。该HC供给阀24为从图中没有表示的燃料箱向排气通道3内直接喷射作为发动机E的燃料的轻油等燃料F，使废气G的空燃比变成稀薄状态、浓稠状态或理论空燃比状态(Stoichiometry状态)的阀。该HC供给阀24作为排气管内喷射浓稠控制器件。另外，在通过在汽缸内燃料喷射过程中用后喷射进行燃料系统浓稠控制时，不需要该HC供给阀24。
并且，设置了进行发动机E的整个运转控制并进行NOX吸藏还原型催化剂22的NOX净化能力恢复控制的控制装置(ECU，enginecontrol unit发动机控制装置)30。该控制装置30中输入第1及第2废气成分浓度传感器25、26或来自第1～第3温度传感器27、28、29等的检测值。并且，从该控制装置30输出控制发动机E的进气节流阀7、排气节流阀8、EGR阀10、燃料喷射用共轨电子控制燃料喷射装置的燃料喷射阀11、HC供给阀24等的信号。
在该废气净化系统1中，空气A经过进气通道2的空气质量流量传感器(MAF传感器)5和涡轮增压器6的压缩机。然后，空气A经进气节流阀7调节其流量后经由进气歧管进入汽缸内。然后，在汽缸内产生的废气G从排气歧管排出到排气通道3中驱动涡轮增压器6的涡轮机。此后，废气G经过废气净化装置20净化，成为废气Gc。该净化过的废气Gc经过排气节流阀8和图中没有表示的消音器排放到大气中。并且，废气G的一部分作为EGR气体Ge经过EGR通道4的EGR冷却器9，由EGR阀10调节其流量在进气歧管中再循环。
废气净化系统1的控制装置组装到发动机E的控制装置30中，在进行发动机E的运转控制的同时进行废气净化系统1的控制。该废气净化系统1的控制装置具备催化剂再生控制单元，进行包括NOX 吸藏还原型催化剂12的NOX再生控制等的废气净化系统1的控制。
该催化剂再生控制单元所进行的再生控制为通过进行进气系统浓稠控制和燃料系统浓稠控制使废气的空燃比控制在浓稠状态(包括理论空燃比)。在该进气系统浓稠控制中，打开EGR阀10增加EGR量，并且节流进气节流阀7和排气节流阀8降低废气的空燃比。并且，在燃料系统浓稠控制中，通过后喷射等汽缸内燃料喷射降低废气G的空燃比。或者，在使用HC供给阀24的情况下，由HC供给阀24直接给排气通道3内提供HC等燃料F，用氧化催化剂21进行氧化。通过氧化降低废气G的空燃比。
通过这些浓稠控制使废气的状态变成规定的空燃比状态，并且使废气温度在规定的温度范围内，进行NOX催化剂的再生。由此，恢复NOX吸藏能力及NOX净化能力。在恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的情况下，虽然该规定的空燃比根据净化催化剂的种类不同有所不同，但换算成空气过剩率(λ)大约为0.8～1.0左右。并且，在恢复NOX吸藏还原型催化剂的NOX吸藏能力的情况下，虽然该规定的温度范围根据净化催化剂的种类不同有所不同，但大约为300℃～600℃左右。
该废气净化系统1利用组装到发动机E的控制装置30中的废气净化系统1的控制装置，依图2例示的减速时的再生控制流程进行NOX吸藏还原型催化剂22的再生控制。另外，该图2的再生控制流程表示的是发动机E运转时反复调用或返回，与发动机E的其他控制流程并列反复执行的流程。
并且，本发明的实施方式进行图2的减速时的再生控制流程和图3的控制时序列例示那样的再生控制。当该图2的减速时的再生控制 流程调用该控制流程开始时，在步骤S11判断搭载了该废气净化系统1的车辆是否处于开始减速的状态，如果判定为不是开始减速的状态，则返回。
该减速判断，即搭载了废气净化系统的车辆是否开始减速的判断根据油门踏板开度、发动机转速下降、每单位时间内燃料流量的减少量等进行。例如，当油门踏板传感器检测开度为0时，判定为减速状态。
当该步骤S11判定为是开始减速的状态时，在下一个步骤S12中判断NOX吸藏还原型催化剂22是否不要再生。一般情况下，优选减速时勤快地进行NOX净化能力的再生，但在刚刚进行过再生控制之后或者废气温度过低(例如100℃以下)不宜进行再生控制的情况下，判定为不要再生，返回。
是否不要进行再生的判断如下这样地进行。例如，上次再生控制后经过的时间未超过规定的判断时间时，判定为不要再生。或者，根据NOX吸藏还原型催化剂22上游和下游的NOX浓度计算出NOX净化率，当该NOX净化率不低于规定的判断值时，判定为不要再生。
当步骤S12中判定为不是不要再生——即判定为进行再生处理也可以时，前进到步骤S13，开始再生控制。在步骤S13中开始进气系统控制，节流进气节流阀7并节流排气节流阀8。并且，同时打开EGR阀10增加EGR量。通过这样减少新的进气量。
在步骤S14中进行第1废气温度检查。这里判断第1温度传感器27检测到的废气温度(氧化催化剂温度指标温度)Tg1是否在氧化催化剂21活性化的温度(例如150℃左右)Tc1以上。如果在以上，则前进到步骤S16；如果没有超过，则前进到步骤S15，进行第1废气升温控制。
该步骤S15的第1废气升温控制如图3的第1阶段R1所示那样，进行第1进气节流、排气节流、多次喷射的燃料喷射模式以及以第1 燃料喷射量进行的多次喷射控制。该多次喷射控制如图4所示那样以3～5次进行喷射，直至膨胀行程，使燃烧火焰继续，提高发动机排气温度。最终喷射时期为ATDC45°左右。在使该步骤S15的第1废气升温控制经过了规定时间(与废气温度的检查间隔有关的时间)Δt1之后，返回步骤S14。反复进行步骤S15，直至废气温度Tg1达到活性化、能够氧化废气中的HC、CO等的温度即催化剂活性化温度Tc1以上。达到上述温度后，前进到步骤S16。在该第1阶段R1，流入NOX吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比控制在换算成空气过剩率为λ＝1.02～1.1左右。
另外，这里使用废气温度Tg1作为氧化催化剂温度指标温度。但是，在能够直接测定氧化催化剂21的催化剂温度的情况下，也可以使用该温度。并且，也可以使用从表示发动机E的运转状态的发动机转速、负荷等推算出来的废气温度等。
在步骤S16中进行第2废气温度检查。这里判断第2温度传感器28检测到的废气温度(NOX催化剂温度指标温度)Tg2是否在可再生温度(例如250℃～300℃左右)Tc2以上。如果超过，则前进到步骤S18；如果不到，则前进到步骤S17。在步骤S17进行第2废气升温控制。
该步骤S17的废气升温控制通过图5例示的喷射时期在ATDC90°左右的后喷射或排气管内直接喷射给废气中提供燃料F。用氧化催化剂21氧化该燃料F中的HC(碳化氢)或CO(一氧化碳)，利用该氧化的热量使废气温度上升。该第2废气升温控制如图3的第2阶段R2所示那样，进行第1进气节流、排气节流、后喷射的燃料喷射模式以及以第2燃料喷射量进行的后喷射控制(或者排气管内直接喷射控制)。在使该步骤S17的第2废气升温控制经过了规定时间(与废气温度的检查间隔有关的时间)Δt2之后，返回步骤S16。反复进行步骤S17，直至废气温度Tg2达到可再生温度Tc2(NOX吸藏还原 型催化剂22能够恢复NOX吸藏能力并且能够还原净化释放出的NOX 的温度)以上。达到上述温度后，前进到步骤S18。在该第2阶段R2，流入NOX吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比控制在换算成空气过剩率为λ＝1.02～1.1左右。
另外，在从硫磺中毒中恢复的再生控制中，反复进行步骤S17直至废气温度Tg2达到NOX吸藏还原型催化剂22能够从硫磺中毒中恢复的温度即可再生温度Tg2以上。
另外，这里使用废气温度Tg2作为NOX催化剂温度指标温度。但是，在能够直接测定NOX吸藏还原型催化剂22的催化剂温度的情况下，也可以使用该温度。并且，也可以使用从表示发动机E的运转状态的发动机转速、负荷推算出来的废气温度等。
并且，当废气温度Tg2超过可再生温度Tc2时，在步骤S18中进一步节流进气节流阀7增加节流量，进行浓稠空燃比控制。该浓稠空燃比控制如图3的第3阶段R3所示那样，进行第2进气节流、排气节流、浓稠燃料喷射模式以及第2燃料喷射量的控制，使流入NOX 吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比为浓稠空燃比。在使该步骤S18的浓稠空燃比控制经过了规定时间(与步骤S19的再生结束检查间隔有关的时间)Δt3之后，前进到步骤S19。在该第3阶段R3，流入NOX吸藏还原型催化剂22的废气的空燃比控制在换算成空气过剩率为λ＝0.9～1.01左右。然后在步骤S19判断再生控制是否结束。如果再生控制结束了，则在步骤S20结束再生控制，返回。如果再生控制没有结束，则返回步骤S18，反复进行浓稠空燃比控制。
该再生控制的结束用是否经过了由催化剂出口一侧的第2废气成分传感器26检测到的NOX浓度值决定的规定再生时间，或者NOX 净化率是否上升到了规定的再生控制结束用净化率来判断。并且，在判定为再生控制结束的情况下，结束进气节流阀7和排气节流阀8的节流，返回到正常运转的节流量，并且EGR阀10也回到正常运转的 阀开度，结束进气系统浓稠控制；并且结束后喷射(或排气管内直接喷射)，结束燃料系统浓稠控制。
另外，该再生控制各阶段R1、R2、R3的时间由氧化催化剂21、NOX吸藏还原型催化剂22的种类或再生控制时发动机E的状态决定。尤其是第1阶段R1的时间依开始减速时废气温度的不同差别很大。例如，第2阶段R2的时间为10s～60s左右，第3阶段R3的时间为2s～60s左右。
采用上述废气净化方法和废气净化系统1，车辆减速时同时使用燃料系统浓稠控制和进气系统浓稠控制进行再生控制。但是，内燃机在减速时不需要产生扭矩。因此在再生控制过程中，即使通过多次喷射或后喷射等汽缸内燃料喷射进行燃料系统浓稠控制，也能够防止乘坐舒适性恶化。
并且，由于在车辆减速时不需要产生扭矩，因此不需要产生扭矩的燃料。因此，也不需要使燃料燃烧的新鲜空气。因此通过进气系统浓稠控制最大限度地进行进气节流或排气节流使进气量最小，能够显著减少新的进气量。由此，通过燃料系统浓稠控制使废气变成浓稠空燃比状态所需要的燃料量显著减少，能够抑制再生控制引起的油耗的恶化。
此外，由于在通过第1、第2废气升温控制使NOX吸藏还原型催化剂22的温度达到可再生温度Tc2以上之后进入再生用浓稠空燃比控制，因此能确实地消耗掉再生控制中废气中的HC、CO等还原剂。因此能够防止未使用的HC、CO等还原剂流入NOX净化催化剂的下游。
并且，减速时通过同时使用进气节流和排气节流(排气控制)显著地减少排气量，能够防止废气温度下降，能够维持催化剂床层的温度。因此，能够减少后喷射的汽缸内燃料喷射的燃料喷射量或排气管直接喷射的燃料量，能够进一步改善油耗的恶化。
产业上的应用
具有上述优良效果的本发明的废气净化方法及废气净化系统能够极其有效地作为汽车搭载的内燃机等的废气净化方法及废气净化系统使用。