JP2000045752A - 内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法 - Google Patents
内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法Info
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Abstract
法を提供することである。 【解決手段】 空気過剰率が希薄状態で稼働中に、リッ
チスパイクを実行して、窒素酸化物吸蔵還元触媒上の硝
酸塩を還元する内燃機関において、機関回転数、点火時
期、負荷及び空気過剰率から前記窒素酸化物吸蔵還元触
媒の下流側の排気ガス中の窒素酸化物量を推定し、前記
推定した窒素酸化物量が所定量以上になるとリッチスパ
イクを実行する。
Description
窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法に関するものである
呼ぶ)が窒素酸化物(以下、NOXと呼ぶ)を吸蔵し、
吸蔵限界を越えるとそれ以上吸蔵できなくなるが、従来
は、触媒の吸蔵限界時期を適切に判定せず、運転時間が
ある程度に達したら、定期的にリッチスパイクを実行し
ていた。
できる余地が残っていたり、既に吸蔵限界を越えていた
りすることがあるので、熱効率を最適に保ち、かつ排気
ガス中のNOXの含有量を低く抑えることは困難であ
る。
や機関の製造のばらつき等でNOX濃度は変化するの
で、所定時間経過毎にリッチスパイクを実行していたの
では、必ずしも触媒の吸蔵能力を十分に発揮することが
できない。
チスパイクを適切に実施し、触媒が常に吸蔵能力を十分
に発揮することができる触媒の浄化方法を提供すること
を目的としている。
過剰率が希薄状態で稼働中に、リッチスパイクを実行し
て、窒素酸化物吸蔵還元触媒上の硝酸塩を還元する内燃
機関において、機関回転数、点火時期、負荷及び空気過
剰率から前記窒素酸化物吸蔵還元触媒の下流側の排気ガ
ス中の窒素酸化物量を推定し、前記推定した窒素酸化物
量が所定量以上になるとリッチスパイクを実行すること
を特徴とする内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒
の浄化方法。
元触媒よりも下流側にリーンバーンセンサを設け、前記
リーンバーンセンサにより検出した空気過剰率から排気
ガス中の窒素酸化物量を推定する請求項1に記載の内燃
機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法であ
る。
で稼働中に、リッチスパイクを実行して、窒素酸化物吸
蔵還元触媒上の硝酸塩を還元する内燃機関において、機
関回転数、点火時期、負荷及び燃焼変動値から前記窒素
酸化物吸蔵還元触媒の下流側の排気ガス中の窒素酸化物
量を推定し、前記推定した窒素酸化物量が所定量以上に
なるとリッチスパイクを実行することを特徴とする内燃
機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法であ
る。
で稼働中に、リッチスパイクを実行して、窒素酸化物吸
蔵還元触媒上の硝酸塩を還元する内燃機関において、窒
素酸化物吸蔵還元触媒の上流に窒素酸化物センサを設
け、前記窒素酸化物センサで検出した窒素酸化物の総量
が所定量以上になるとリッチスパイクを実行することを
特徴とする内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の
浄化方法である。
で稼働中に、リッチスパイクを実行して、窒素酸化物吸
蔵還元触媒上の硝酸塩を還元する内燃機関において、リ
ッチスパイク実行時における未燃炭化水素及び一酸化炭
素の総量が一定になるようにリッチスパイク実行時の空
気過剰率を設定し、かつ前記硝酸塩が完全に還元されて
窒素酸化物吸蔵還元触媒上から除去されるだけのリッチ
スパイクの実行期間を設定することを特徴とする内燃機
関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法である。
媒の上流側に設けた酸素センサの検出信号を基に空気過
剰率を1.0より所定値だけ小さくする請求項5に記載
の内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法
である。
図1は、請求項1、2を実施するのに適したガス機関1
00の系統概略図を示している。図1において管21を
介して採り入れられる空気(大気)と、管20を介して
送り出される燃料ガスがミキサ3で混合し、混合気は機
関本体2で燃焼後排気ガスとなり、排気ガスは途中に窒
素酸化物吸蔵還元触媒14(以後、触媒14と呼ぶ)を
備えた排気管22を介して排出される。
酸素センサ9が、下流側にはリーンバーンセンサ8が設
けてある。また、機関1には機関回転数を検出する機関
回転数検出センサ10が設けてある。
び機関回転数検出センサ10により検出された各信号は
コントローラ4に送られ、コントローラ4は、これらの
信号を元に空気過剰率を操作するため、ステッピングモ
ータ6により空気過剰率制御バルブ7の開度を調整す
る。
空気過剰率の間には、大気条件(給気温度、給気湿
度)、点火時期及び圧縮比(負荷の大小)をパラメータ
とした相関関係がある。従って、NOX濃度は、負荷、
点火時期及び空気過剰率を変数とする関数として取り扱
うことができる。
及び空気過剰率から算出することができる(排気ガス総
量=機関回転数×負荷×空気過剰率×定数)。また、N
OX総量は、排気ガス総量にNOX濃度を乗算することに
より算出することができる。
元に、排気ガス総量とNOX濃度を算出し、排気ガス中
に含まれるNOX量を算出する。また、触媒14が吸蔵
することができるNOX量(吸蔵限界量)を、予め試験
を実施して求めておき、この吸蔵限界量をコントローラ
4にインプットしておく。
態になると、空気過剰率をλ=0.96〜0.9の間に
設定してリッチ状態で機関1を稼働させ、触媒1上の硝
酸塩を排気ガス中に含まれている未燃のHC、COと反
応させることによりN2、CO2及びH2Oに分解して還
元し、除去する(以後、これをリッチスパイクと呼
ぶ)。リッチスパイク実行後、再度空気過剰率をリーン
状態(λ=1.5)に設定する。
定する。これら空気過剰率の値及びリッチスパイクの実
行時間は、使用する触媒14の種類により任意に選定す
ることができる。
計が所定量(吸蔵限界量)以上になると、コントローラ
4は、触媒14は既に吸蔵限界に達していると判断し、
リッチスパイクを実行する。
いては、本件出願人の出願である特願平10−1634
19号に詳細に記載している。概要を示すと、筒内圧力
が上昇し、ピストンが上死点に至る直前で点火して筒内
の混合気を爆発させた後、筒内圧力は膨張行程に入って
変化していくが、燃焼変動とは各サイクル毎にクランク
角度に対する筒内圧力の値の変化の度合いを示すもので
あり、変化が少なければ燃焼変動は小さく、変化が大き
ければ燃焼変動は大きいと判定する。燃焼変動が小さい
ほど燃焼は安定であり、逆に燃焼変動が大きいほど燃焼
は不安定である。
場合、筒内圧力は各サイクル毎に変動する。空気過剰率
が大きくなり燃料が薄くなるにつれて、燃焼変動は大き
くなり、最悪の場合は失火する。
動値との間には相関関係がある。よって、燃焼変動値を
検出すると排出NOX量を求めることができる。請求項
3の発明の実施例では、本件出願人が特願平10−00
2619号で開示したガスエンジンの燃焼制御方法によ
り燃焼変動値を検出する。
大きさ及び点火時期から排出NOX量を推定する。ま
た、請求項1、2の発明の実施例と同様に、触媒14の
NOX吸蔵限界量を予め試験を行って求めておく。推定
した排出NOX量が触媒14の吸蔵限界量以上になる
と、リッチスパイクを実行し、触媒14の吸蔵能力を最
適に保つ。
項4の発明を実施するのに適したガス機関200の概略
の系統図を示している。図2において、触媒14の上流
側に窒素酸化物センサ25を設置している点を除けば、
図1と同じ構成であり、図1と同じ部材には同じ符号が
付してある。
媒14の吸蔵可能なNOX量をコントローラ4に予めイ
ンプットしておき、触媒14の上流側に設置した窒素酸
化物センサ25が、触媒14へ流入したNOXの総量を
検出し、触媒14のNOX吸蔵可能量を越えると、リッ
チスパイクを実行する。
求項4の発明の実施例では、触媒14の上流側に設置し
ているが、触媒14の下流側に窒素酸化物センサを設
け、この下流側に設けた窒素酸化物センサが所定量以上
のNOXを検出したらリッチスパイクを実行するように
してもよい。
率λ=1.0の状態では、窒素酸化物吸蔵還元触媒は、
三元触媒として機能する。三元触媒とは、HC、CO、
NOを同時に除去するための触媒である。空気過剰率λ
=1.0未満のリッチ状態においては、硝酸塩は、H
C、CO等と反応し、N2、CO2及びH2Oに分解さ
れ、触媒14上から除去される。
の量と、この硝酸塩がHC、COとすべて反応するのに
必要な時間を予め試験を行って求めておく。その際、触
媒14上の硝酸塩と過不足なく反応させるだけの未燃H
C、COを含有するような空気過剰率に設定し、かつ、
この空気過剰率を予め求めておいた時間だけ維持する。
リッチスパイク実行後、空気過剰率をλ=1.5に設定
する。
ントローラ4へ出力した検出信号(出力電圧)と、空気
過剰率の変化の対応関係を示している。図6において、
A点からB点に至るまでは、空気過剰率λ=1.5のリ
ーン状態での通常の運転が行われている。
たとコントローラ4が判断し、コントローラ4からリッ
チスパイク実行命令が発せられ、空気過剰率はB点から
D点に至るまで小さくなり、途中C点でλ=1.0にな
ったとき、酸素センサ9の出力電圧が急激に高くなる。
変化により、現時点の空気過剰率がλ=1.0であるこ
とを認識し、さらに所定値a(a=0.04〜0.1)
だけ空気過剰率を小さくする。
め求めておいた時間t(図6)だけ空気過剰率をλ=
1.0−aのまま維持し、E点に達する。E点では、触
媒14上の硝酸塩は全て未燃HC、COと反応してお
り、触媒14の吸蔵能力は回復しているので、空気過剰
率をλ=1.5のG点まで大きくする。途中、λ=1.
0のF点で酸素センサ9の出力電圧が急減し、運転者は
これを見て現時点の空気過剰率がλ=1.0であること
を認識する。
タすることにより、大気条件(給気温度、給気湿度、気
圧等)や機関の製造のばらつきによる空気過剰率の変動
を吸収し、精度よく空気過剰率を設定することができ
る。
ンサ25がなくても触媒14の吸蔵限界時期を推定する
ことができ、適切な時期にリッチスパイクを実行するこ
とができるので、触媒14の吸蔵能力を低下させず、常
に最適に維持することができる。
することができることにより、空気過剰率がリッチの状
態での熱効率の悪い状態での運転を必要最小限に留める
ことができる。
ンサ8で適切に空気過剰率を検出することができ、この
信頼性の高い空気過剰率から排気ガス中のNOX量を適
切に推定することができる。
相関関係があり、かつ大気条件(給気温度、給気湿度
等)や機関の製造のばらつきの影響を受けない燃焼変動
値を用いて排出NOX量を推定するので、リッチスパイ
クを適切な時期に実行することができる。
側に窒素酸化物センサ25を設置するので、触媒14を
通過するNOXの総量を求めることができ、触媒14の
吸蔵限界時期を判断することができるので、リッチスパ
イクを適切に実行することができ、触媒14の吸蔵能力
を常に最適に維持することができる。
酸塩をすべて反応させるのに必要十分な量の未燃HC、
COとなるように空気過剰率を制御し、かつ硝酸塩と未
燃HC、COが反応するのに必要十分な反応時間を設定
するので、効率のよいリッチスパイクを実行することが
できる。
温度、給気湿度等)や機関1の製造のばらつきによら
ず、常に酸素センサ9の出力信号により空気過剰率λ=
1.0の時期を操作者が認識することができるので、適
切に空気過剰率を設定することができ、未燃HC、CO
の総量を触媒14上の硝酸塩を還元させる必要十分な量
に制御することができる。
系統図である。
概略系統図である。
フである。
フである。
フである。
剰率の変化の対応関係を示すグラフである。
フである。
Claims (6)
- 【請求項1】 空気過剰率が希薄状態で稼働中に、リッ
チスパイクを実行して、窒素酸化物吸蔵還元触媒上の硝
酸塩を還元する内燃機関において、機関回転数、点火時
期、負荷及び空気過剰率から前記窒素酸化物吸蔵還元触
媒の下流側の排気ガス中の窒素酸化物量を推定し、前記
推定した窒素酸化物量が所定量以上になるとリッチスパ
イクを実行することを特徴とする内燃機関における窒素
酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法。 - 【請求項2】 前記窒素酸化物吸蔵還元触媒よりも下流
側にリーンバーンセンサを設け、前記リーンバーンセン
サにより検出した空気過剰率から排気ガス中の窒素酸化
物量を推定する請求項1に記載の内燃機関における窒素
酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法。 - 【請求項3】 空気過剰率が希薄状態で稼働中に、リッ
チスパイクを実行して、窒素酸化物吸蔵還元触媒上の硝
酸塩を還元する内燃機関において、機関回転数、点火時
期、負荷及び燃焼変動値から前記窒素酸化物吸蔵還元触
媒の下流側の排気ガス中の窒素酸化物量を推定し、前記
推定した窒素酸化物量が所定量以上になるとリッチスパ
イクを実行することを特徴とする内燃機関における窒素
酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法。 - 【請求項4】 空気過剰率が希薄状態で稼働中に、リッ
チスパイクを実行して、窒素酸化物吸蔵還元触媒上の硝
酸塩を還元する内燃機関において、窒素酸化物吸蔵還元
触媒の上流に窒素酸化物センサを設け、前記窒素酸化物
センサで検出した窒素酸化物の総量が所定量以上になる
とリッチスパイクを実行することを特徴とする内燃機関
における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法。 - 【請求項5】 空気過剰率が希薄状態で稼働中に、リッ
チスパイクを実行して、窒素酸化物吸蔵還元触媒上の硝
酸塩を還元する内燃機関において、リッチスパイク実行
時における未燃炭化水素及び一酸化炭素の総量が一定に
なるようにリッチスパイク実行時の空気過剰率を設定
し、かつ前記硝酸塩が完全に還元されて窒素酸化物吸蔵
還元触媒上から除去されるだけのリッチスパイクの実行
期間を設定することを特徴とする内燃機関における窒素
酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法。 - 【請求項6】 窒素酸化物吸蔵還元触媒の上流側に設け
た酸素センサの検出信号を基に空気過剰率を1.0より
所定値だけ小さくする請求項5に記載の内燃機関におけ
る窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法。
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JP10213861A JP2000045752A (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法 |
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JP10213861A Pending JP2000045752A (ja) | 1998-07-29 | 1998-07-29 | 内燃機関における窒素酸化物吸蔵還元触媒の浄化方法 |
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