JP2001355485A - 窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置 - Google Patents
窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置Info
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Abstract
よるNOxを吸蔵できる量の変化をモニターして、適切
な時期にリッチスパイクを導入でき、全体として排ガス
中のNOxに対する浄化性能を著しく向上させることが
できる窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化
装置を提供する。 【解決手段】窒素酸化物吸蔵還元型触媒2を備え、エン
ジンEの運転状態から算定したNOxの積算値NOxma
ssが所定の第1判定値NOxSLより大きくなった場合
にリッチスパイクを行う排気ガス浄化装置1において、
窒素酸化物吸蔵還元型触媒2の下流側にNOxセンサ1
3を設け、前記リッチスパイクを行った直後の前記NO
xセンサ13の検出値RSNOxが所定の第2判定値R
SSLより大きい場合に、前記所定の第1判定値NOx
SLを修正するように構成する。
Description
の空燃比がリーンの時にNOxを吸蔵し、リッチの時に
NOxを放出・還元して、排ガス中の窒素酸化物(NO
x)を浄化する窒素酸化物吸蔵還元型触媒(NOx吸蔵
還元型触媒)を備えた排気ガス浄化装置に関するもので
ある。
Oxセンサを備え、リーンバーンエンジンの運転におい
て、NOxセンサの検出値を使用しながら、NOx吸蔵
還元型触媒を適切な期間で再生処理する、全リーンバー
ン車両に適用可能な排気ガス浄化装置に関する。
て、リーンバーン(希薄燃焼)方式が有効であるが、こ
の方式では、排出ガス中に酸素が多く含まれているた
め、従来技術で用いられている三元触媒ではNOxを十
分に浄化できないという問題があり、酸素過剰雰囲気下
でもNOxを浄化できる触媒の開発が行われてきた。
Oxをバリウム(Ba)等の塩基性元素に吸蔵して保持
し、過濃空燃比でこの吸蔵していたNOxを脱離して還
元するNOx吸蔵還元型触媒が開発され、既に商品化さ
れている。
例としては、特許公報第2600492号に記載されて
いるような、NOx吸蔵物質を有するNOx吸蔵還元型
触媒があるが、このNOx吸蔵還元型触媒の担持層表面
における活性金属の配置と、NOxの還元浄化のメカニ
ズムを図4に示す。
成された、多孔質のゼオライトやアルミナ(Al
2 O3 )等の多孔質コート材で形成された担持層5に、
酸化触媒能を有する白金(Pt)等の触媒活性金属3と
NOx吸蔵機能を持つカリウム(K),バリウム(B
a),ランタン(La)等のNOx吸蔵物質(R)4と
が担持され、排ガス中の酸素濃度及び一酸化炭素濃度に
よってNOx吸蔵とNOx放出及び浄化の二つの機能を
発揮している。
通常のディーゼルエンジンや希薄燃焼ガソリンエンジン
等のように、排ガス中に酸素(O2 )が含まれる希薄空
燃比の運転条件下では、図4(a)に示すように、排ガ
ス中の一酸化窒素(NO)は、この排ガス中の酸素によ
り、白金等の触媒金属3の酸化機能によって酸化されて
二酸化窒素(NO2 )になる。そして、この二酸化窒素
は、NOx吸蔵物質であるバリウム4が硝酸塩(例えば
Ba(NO3 )2 )等の形で吸蔵するので、ガス中のN
Oxが浄化される。
蔵機能を持つバリウム4は、全て硝酸塩に変化してNO
x吸蔵機能を失ってしまうので、エンジンの運転条件を
変えて、理論空燃比及び理論空燃比に近い空燃比である
リッチ空燃比の排ガス中の酸素(O2 )がゼロに近い高
温のリッチスパイクガスと呼ばれる排ガスを発生させ
て、この排ガスをNOx吸蔵還元型触媒2に送る。
り、排ガス中の酸素(O2 )が無くなり、温度が上昇す
ると、NOxを吸蔵した硝酸塩は元のバリウム(Ba)
に戻って二酸化窒素(NO2 )を放出する。この放出さ
れた二酸化窒素は、排ガス中に酸素が存在しないので、
酸化機能を持つ白金(Pt)等の触媒金属3上で、排ガ
ス中の一酸化炭素(CO),炭化水素(HC),水素
(H2 )等を還元剤として、水(H2 O),二酸化炭素
(CO2 ),窒素(N2 )に還元され、浄化される。
いては、リーン燃焼運転条件と、NOx吸蔵性能の回復
のためのリッチ燃焼運転条件(リッチスパイク)を繰り
返すことによって、NOx吸蔵及び放出と浄化を行い、
エンジンから排出されるNOxを継続的に浄化してい
る。
によるリッチスパイクは燃費の悪化をもたらすため、こ
のリッチスパイクの導入は最小限にする必要がある。ま
た、タイマーにより定期的にリッチスパイクを導入する
方法では、NOx排出量がエンジン回転数、負荷により
大きく変化するので、効果的な方法ではない。
(エンジン制御用コンピュータ)と呼ばれる制御装置
で、図5に示すような制御フローに従って、入力した負
荷とエンジン回転数により、予め入力されているNOx
濃度マップから、時々刻々のNOx濃度と吸入空気量
(Q)により、エンジンの運転状態毎のNOx排出量
(NOxc)を計算してこれを積算し、このNOxの積
算値(NOxmass)が所定のしきい値(第1判定値:N
OxSL)に達するとリッチスパイクを導入するように
制御を行っている。
術においては、触媒劣化とともに触媒のNOx吸蔵量が
減少するにも関わらず、所定のしきい値(第1判定値:
NOxSL)を固定して制御しているため、最適時期に
リッチスパイクを導入することが出来なくなるという問
題がある。
毒による劣化も大きく、この硫黄被毒によってもNOx
吸蔵能力が低下するため、通常のリッチスパイク導入制
御に従って、リッチスパイクを行っていると、燃費の悪
化をもたらすことになるそのため、定期的にリーンバー
ン運転を禁止し、過濃空燃比での再生モード運転を行っ
て硫黄の脱離を促進する必要があるが、従来技術のNO
x吸蔵還元型触媒を使用している排気ガス浄化装置にお
いては、これらの点が考慮されていないため、適切な時
期に過濃空燃比での再生モード運転を行うことが出来な
いという問題がある。
運転状態により大きく異なるため、触媒劣化状態をモニ
ターする必要がある。
されたものであり、その目的は、排ガス中のNOxを吸
蔵及び還元浄化する窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた
排気ガス浄化装置において、NOxセンサの検出値を使
用して、触媒劣化によるNOxを吸蔵できる量の変化を
モニターして、適切な時期にリッチスパイクを導入で
き、全体として排ガス中のNOxに対する浄化性能を著
しく向上させることができる窒素酸化物吸蔵還元型触媒
を備えた排気ガス浄化装置を提供することにある。
して、硫黄被毒によるNOx吸蔵能力の低下をモニター
して、適切な時期に、過濃空燃比での再生モード運転を
行って硫黄の脱離を促進することができる窒素酸化物吸
蔵還元触媒を備えた排気ガス浄化装置を提供することに
ある。
するための窒素酸化物吸蔵還元触媒は、次のような特徴
を有して構成される。
比が理論空燃比、又はリーンの時には窒素酸化物を吸蔵
し、空燃比がリッチの時には窒素酸化物を放出する窒素
酸化物吸蔵物質と貴金属触媒を有する窒素酸化物吸蔵還
元型触媒を備えると共に、エンジンの負荷とエンジン回
転数と吸入空気量とからNOxの積算値を算定し、この
NOxの積算値が所定の第1判定値より大きくなった場
合にリッチスパイクを行う制御装置を備えた排気ガス浄
化装置において、前記窒素酸化物吸蔵還元型触媒の下流
側にNOxセンサを設けると共に、前記制御装置が、前
記リッチスパイクを行った直後の前記NOxセンサの検
出値が所定の第2判定値より大きい場合に、前記所定の
第1判定値を修正するように構成される。
触媒を備えた排気ガス浄化装置において、前記制御装置
が、前記所定の第1判定値が所定の第3判定値より小さ
い場合に、過濃空燃比の再生モード運転を行うように構
成される。
媒を備えた排気ガス浄化装置において、前記制御装置
が、前記再生モード運転を行った直後の前記NOxセン
サの検出値が所定の第4判定値より大きい場合に、前記
窒素酸化物吸蔵還元型触媒が異常状態にあると判断する
ように構成される。
ぐ下流側にNOx濃度を検出できるNOxセンサを設
け、NOx吸蔵還元型触媒通過後のNOx濃度から触媒
劣化状態をモニターすることにより、このリッチスパイ
ク導入時期の判定の第1判定値をNOx吸蔵量に応じて
修正しながら、リッチスパイク導入時期を適切なものと
することができる。
が飽和する前に空燃比を一時的に過濃にして低酸素濃度
の排ガスを供給し、NOxを放出及び還元させて、NO
x吸蔵能力を再生するためのものであり、リッチスパイ
クは1〜2秒程度の継続時間で行われる。
量に応じて修正される第1判定値の値を判断基準にして
適切に行うことができる。
転により硫黄被毒が進み触媒のNOx吸蔵量が減少した
場合に、前記のリッチスパイク導入制御に従って、リッ
チスパイクが煩雑に導入されるようになるので、燃費の
悪化をもたらすことになるが、この状態に対応し、NO
x吸蔵還元型触媒のNOx吸蔵量の再生を図るためのも
のであり、リーンバーン運転を禁止した理論空燃比の運
転を例えば10〜30分程度の間継続運転される。
を第4判定値と比較することによりNOx吸蔵還元型触
媒の異常を判断でき、適切な処理を運転者に促すことが
できる。
蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置について、図面
を参照しながら説明する。
元型触媒(NOx吸蔵還元型触媒)2を備えた排気ガス
浄化装置1は、内燃機関Eの排気通路11に配設され、
このNOx吸蔵還元型触媒2の直ぐ下流側にNOxセン
サ13を設けて、NOx吸蔵還元型触媒2通過後の浄化
された排気ガスGcのNOx濃度を検出できるように構
成される。
図4に示すような、周知のNOx吸蔵還元型触媒2を使
用することができ、担持体6にアルミナ等の多孔質コー
ト材で形成した触媒担体の担持層5に、触媒金属3と共
に空燃比がリーンの時には窒素酸化物を吸蔵し、空燃比
がリッチの時には窒素酸化物(NOx)を放出するNO
x吸蔵物質4を担持して形成される。
度域で還元活性を持つ白金(Pt)等で形成されるが、
他の触媒金属を使用することもできる。白金の場合に
は、この活性開始温度は約150℃〜200℃の範囲に
ある。
(Ba)やカルシウム(Ca)等を採用することがで
き、バリウムを採用した場合には、NOx放出開始温度
は450℃付近となる。このNOx吸蔵物質4は、図4
に示すように、触媒担体5に担持させることもできる
が、代わりに、このNOx吸蔵物質4で触媒担体5を形
成することもできる。
た排気ガス浄化装置では、次に説明するようなリッチス
パイク導入制御と再生モード導入制御を行うように構成
される。
るリッチスパイク導入制御は図2に例示する制御フロー
チャートに従って行われる。このリッチスパイクはNO
x吸蔵量が飽和する前に空燃比を一時的に過濃にして低
酸素濃度の排ガスを供給し、NOxを放出及び還元させ
て、NOx吸蔵能力を再生するためのものである。
の制御と並行して行われるものであり、エンジンの運転
制御のスタート共にスタートし、エンジンの運転制御が
停止した場合には、制御フローの途中で割り込みが入
り、この制御フローがストップに移動しエンドするもの
である。
ステップS11で、負荷センサとエンジン回転数センサ
から負荷と回転数を入力し、ステップS12で、この入
力した負荷とエンジン回転数により、予め入力されてい
るNOx濃度マップから、時々刻々のNOx濃度を計算
する。
気量(Q)と、NOx濃度とから、ステップS14で、
エンジンの運転状態毎のNOx排出量(NOxc)を計
算し、ステップS15で、これを積算してNOxの積算
値(積算量:NOxmass)を算出する。なお、再生前に
エンジンを切った時には、その時点のNOxの積算値
(NOxmass)を記憶しておき、次にスタートした時に
はその記憶された値をベースに積算する。
算値(NOxmass)が所定の第1判定値(NOxSL)
に達したか否かを判定し、達した(YES)場合には、
ステップS17でリッチスパイク開始信号を出力し、リ
ッチスパイクを導入する。
(NOxmass)が所定の第1判定値(NOxSL)に達
しない(NO)場合には、タイマAで計測時間間隔の時
間をカウントし、この時間を経過した後にステップS1
1に戻りステップS11〜S16を繰り返す。
プS17でリッチスパイクを導入した後では、タイマB
でリッチスパイク継続時間をカウントし、この時間を経
過した後に、ステップS21でリッチスパイク終了直後
のNOx濃度を触媒のすぐ下流側に配設したNOxセン
サにより計測する。
(RSNOx)を、ステップS22で、所定の第2判定
値(RSSL)と比較することにより触媒の劣化状態
(RSNOx>RSSL)を検出し、劣化状態(RSN
Ox>RSSL)にあれば(YES)、ステップS23
で、所定の第1判定値であるスライスレベル(NOxS
L)を修正する。この修正は、前回のスライスレベル
(NOxSL)に係数KNOX(KNOX<1)を乗算
することにより行う。
NOx>RSSL)にない(NO)場合には、ステップ
S24でNOxの積算値(NOxmass)を初期化し、制
御を繰り返す。
ジン回転数と吸入空気量とからNOxの積算値(NOx
mass)を算定し、このNOxの積算値(NOxmass)が
所定の第1判定値(NOxSL)より大きくなった場合
にリッチスパイクを行う制御ができ、更に、リッチスパ
イクを行った直後のNOxセンサの検出値(RSNO
x)が所定の第2判定値(RSSL)より大きい場合
に、所定の第1判定値(NOxSL)を修正することが
できる。
る再生モード導入制御について説明するが、この制御は
図3に例示する制御フローチャートに従って行われる。
り硫黄被毒が進み触媒のNOx吸蔵量が減少した場合
に、前記のリッチスパイク導入制御に従って、リッチス
パイクが煩雑に導入されるようになるので、燃費の悪化
をもたらすことになるが、この状態に対応し、NOx吸
蔵還元型触媒のNOx吸蔵量の再生を図るためのもので
あり、リーンバーン運転を禁止した運転を所定の時間
(例えば10〜30分程度)継続する。
スパイク導入制御の特定のステップ(例えば、ステップ
S23の直後)と関連させて、呼び出しては繰り返し実
行される。
ステップS31で、所定の第1判定値であるスライスレ
ベル(NOxSL)のチェックを行う。このスライスレ
ベル(NOxSL)が所定の第3判定値(RGSL)よ
り大きい(NO)場合には、再生モード運転は不要と判
断してリターンする。しかし、このスライスレベル(N
OxSL)が所定の第3判定値(RGSL)より小さい
(YES)場合には、再生モード運転が必要と判断し
て、ステップS32で、再生モードONの信号を出力
し、NOx吸蔵還元型触媒の再生を行う。この再生モー
ド運転は、ON直後からタイマによって継続時間を計測
し、所定時間再生モード運転をしたら終了する。
生モード運転の継続時間をカウントし、この時間を経過
した後に、ステップS33で、再生モード終了直後の触
媒下流側のNOx濃度(RSNOx)を測定し、ステッ
プS34で、このNOx濃度(RSNOx)が所定の第
4判定値(RSSL2)より低く(YES)、触媒再生
が完了したと判断できたら、ステップS36で、NOx
積算値のチェック用のスライスレベル(NOxSL)の
初期化を行い、初期値(NOxSL0)に戻しリターン
する。
ード終了直後の触媒下流側のNOx濃度(RSNOx)
が所定の第4判定値(RSSL2)より大きい場合に
は、再生モードに入っても触媒浄化率の回復が見られな
いので、この場合には、硫黄被毒以外の触媒劣化の場合
である触媒異常と判断し、ステップS35の触媒劣化診
断のフローに入り、チェックエンジンランプを点灯させ
てから、リターンする。
OxSL)が所定の第3判定値(RGSL)より小さい
場合に、理論空燃比の再生モード運転を行うことができ
る。
素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置によ
れば、次のような効果を奏することができる。
したNOxセンサにより計測したNOx濃度を使用し
て、リッチスパイク導入の可否を判定するための、NO
x排出量の積算値に対する第1判定値であるスライスレ
ベルを、NOx吸蔵量に合わせて、変更することができ
るので、NOx吸蔵量の低下に伴いリッチスパイク導入
の頻度を増加させることができ、適切な時期にリッチス
パイクを導入できる。
触媒のNOx吸蔵量が減少した場合には、リッチスパイ
ク導入制御に従って、リッチスパイクが煩雑に導入され
るようになり、燃費の悪化をもたらすが、この状態に対
しても、リーンバーン運転を禁止した触媒再生モード運
転を導入し、触媒のNOx吸蔵量の再生を図ることがで
きる。
を第4判定値と比較することによりNOx吸蔵還元型触
媒の異常を判断でき、適切な処理を運転者に促すことが
できる。
x吸蔵量を把握でき、NOx浄化率を常に高く維持でき
る。また、リッチスパイク導入を最小限にすることがで
きるので、燃費の悪化を防ぐことができる。
た排気ガス浄化装置の構成図である。
ローチャートである。
チャートである。
NOxを浄化するメカニズムを示す模式図であり、
(a)は、希薄空燃比の燃焼状態でNOxを吸蔵する場
合を、(b)は、リッチ空燃比の燃焼状態でNOxを放
出・還元する場合を示す。
ーチャートである。
置 2 窒素酸化物吸蔵還元型触媒 3 触媒金属 4 NOx吸蔵物質 5 担持層 6 担持体 10 制御装置 11 排気通路 13 NOxセンサ
Claims (3)
- 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設けられ、空燃比
がリーンの時には窒素酸化物を吸蔵し、空燃比が理論空
燃比、又はリッチの時には窒素酸化物を放出する窒素酸
化物吸蔵物質と貴金属触媒を有する窒素酸化物吸蔵還元
型触媒を備えると共に、エンジンの負荷とエンジン回転
数と吸入空気量とからNOxの積算値を算定し、このN
Oxの積算値が所定の第1判定値より大きくなった場合
にリッチスパイクを行う制御装置を備えた排気ガス浄化
装置において、 前記窒素酸化物吸蔵還元型触媒の下流側にNOxセンサ
を設けると共に、前記制御装置が、前記リッチスパイク
を行った直後の前記NOxセンサの検出値が所定の第2
判定値より大きい場合に、前記所定の第1判定値を修正
することを特徴とする窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備え
た排気ガス浄化装置。 - 【請求項2】 前記制御装置が、前記所定の第1判定値
が所定の第3判定値より小さい場合に、過濃空燃比の再
生モード運転を行うことを特徴とする請求項1記載の窒
素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化装置。 - 【請求項3】 前記制御装置が、前記再生モード運転を
行った直後の前記NOxセンサの検出値が所定の第4判
定値より大きい場合に、前記窒素酸化物吸蔵還元型触媒
が異常状態にあると判断することを特徴とする請求項2
記載の窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた排気ガス浄化
装置。
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