JP2003286833A - NOx浄化システム及びその触媒劣化回復方法 - Google Patents
NOx浄化システム及びその触媒劣化回復方法Info
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Abstract
ステムにおいて、硫黄被毒に対する劣化回復処理が通常
の運転領域における排気ガス温度で可能であることを利
用して、二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パ
ージを行うことにより、硫黄被毒の影響を排除して、効
率よくNOxを浄化できるNOx浄化システム及びその
触媒劣化回復方法を提供する。 【解決手段】 直接還元型NOx触媒3を排気ガス通路
2内に配置したNOx浄化システム10において、通常
運転中に排気温度Tgが所定の設定温度T1より大きく
なった時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排
気温度Tgを硫黄パージ温度Tr以上に昇温する第1硫
黄パージ運転を行う第1硫黄パージ制御手段222を備
えて構成される。
Description
ス中のNOx(窒素酸化物)を還元して浄化する排気ガ
スのNOx浄化システム及びその触媒劣化回復方法に関
し、より詳細には、NOx浄化システムにおいて使用さ
れる直接還元型NOx触媒の硫黄被毒による劣化状態を
回復する触媒劣化回復手段及び触媒劣化回復方法に関す
る。
の排気ガスから、NOxを還元して除去するための触媒
型の排気ガス浄化装置について種々の研究や提案がなさ
れており、特に、自動車等の排気ガスを浄化するため
に、NOx還元触媒や三元触媒が使用されている。
号公報等に記載されているような、NOx吸蔵還元触媒
を機関の排気通路に配置した内燃機関の排気浄化装置が
ある。この排気浄化装置では、流入する排気ガスの空燃
比がリーンである時にNOxをNOx吸蔵還元触媒に吸
収させ、NOx吸収能力が飽和に近くなると、排気ガス
の空燃比を理論空燃比やリッチにして、流入する排気ガ
スの酸素濃度を低下させることにより吸収したNOxを
放出させて、この放出されたNOxを併設した貴金属触
媒により還元させる再生操作を行っている。
に白金(Pt)等の貴金属触媒とバリウム(Ba)等の
アルカリ土類等を担持しており、高酸素濃度雰囲気下で
は、排気ガス中のNOは白金の触媒作用により酸化され
てNO2 となり、NO3 - の形で触媒内に拡散し硝酸塩
の形で吸収される。
低下するとNO3 - がNO2 の形で放出され、排気ガス
中に含まれている未燃HCやCOやH2 等の還元剤によ
り白金の触媒作用を受けて、NO2 はN2 に還元され
る。この還元作用により、大気中にNOxが放出される
のを阻止することができる。
使用した排気浄化装置では、NOx吸蔵還元触媒の再生
時に短時間に極めて大量のNOxが放出されるので、こ
れらを貴金属触媒により還元する必要があるが、適量の
還元剤を供給しても、NOxの全量を確実に還元剤と貴
金属触媒に接触させて、NOxの全量をN2 に還元する
ことは難しく、一部のNOxが漏出してしまうので、N
Oxの低減に限界が生じるという問題がある。
ている硫黄分によって触媒機能が劣化してしまうので、
長時間にわたってNOxの浄化率を高く維持することが
難しいという硫黄被毒の問題があり、特開2000−2
74279号公報の排気浄化装置では、吸蔵物質による
多量のNOxの溜め込み、及び吐き出しという吸蔵触媒
の特性に基づいて、NOxの吐き出しの終了時のNOx
濃度が予め定めた劣化判定値以上である場合に、NOx
吸蔵還元触媒が劣化したとする劣化判定を行っている。
めの硫黄パージには、触媒温度を650℃まで昇温する
ことが必要であり、ディーゼルエンジンにおいては、こ
の触媒温度を650℃以上にするためには、排気ガス温
度を600℃以上に昇温させる必要がある。しかし、吸
気絞りやリッチ燃焼等の排気ガス昇温制御を行っても、
エンジンの制御だけで触媒温度を650℃まで昇温させ
ることは実際上は困難である。
フィンランド共和国への特許出願NO.1999248
1やNO.20000617に記載されているNOxを
直接還元する触媒(以下、直接還元型NOx触媒とい
う。)がある。
に示すように、β型ゼオライト等の担体Tに触媒成分で
あるロジウム(Rh)やパラジウム(Pd)等の金属M
を担持させたもので、ディーゼルエンジン等の内燃機関
の空燃比がリーン状態の排気ガスのように酸素濃度が高
い雰囲気では、図7に示すように、NOxと接触して、
NOxをN2 に還元すると共にこの触媒成分自体が酸化
して酸化ロジウム等の酸化金属MOxとなる。この金属
Mが全部酸化してしまうとNOxの還元能力が無くなる
ので、ある程度酸化された時点で再生させる必要があ
る。
状態の時のように、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロ%に
低い状態にして、図8に示すように、この酸化ロジウム
等の酸化金属MOxを還元雰囲気で、未燃HCやCOや
H2 等の還元剤と接触させて還元して金属Mに戻すこと
により行なう。
は、酸化金属MOxを還元する反応は他の触媒に比較し
て低温(例えば200℃以上)でも迅速に行なわれ、し
かも、硫黄被毒の問題が少ないという利点がある。
し、NOx還元能力の保持に寄与するセリウム(Ce)
を配合し、下層に三元触媒を設けて酸化還元反応、特に
リッチ状態におけるNOxの還元反応を促進するように
している。また、NOxの浄化率を向上させるために担
体に鉄(Fe)を加える等している。
毒がNOx吸蔵還元触媒に比べて少ないとはいうもの
の、燃料中の硫黄分により徐々に硫黄被毒して劣化す
る。即ち、担体に加えた鉄に、排気ガス中の硫黄分がS
O2 として吸収されるので、この鉄によるNOxの浄化
性能の向上が阻害される一次的な硫黄被毒が生じ、更
に、還元剤を含まない一定の温度の酸化雰囲気中で鉄か
ら排出されたSO2 がSO3 に変化して、セリウムと化
合するので、このセリウムによるNOx還元能力の保持
に対する寄与が減少する二次的な硫黄被毒が生じて、N
Oxの浄化率が低下する。
は、この硫黄被毒に対する触媒劣化回復に必要な排気温
度は400℃程度であり、NOx吸蔵還元型触媒に比較
して低く、通常の運転状態でも容易に達成することがで
きる。
置で実験した結果を図6に示す。この図6は、排気温度
を150℃〜400℃の特定の温度に設定して、リーン
状態とリッチ状態のガスを交互に発生させて繰り返した
後にNOx浄化率を計測する実験を行った結果を示すも
のである。
は高い浄化率を示しているが、排気温度を300℃に設
定し、硫黄パージによる触媒劣化回復処理をしないで2
2.5時間経過した場合(点B)には浄化率は63%程
度に劣化し、また、排気温度を450℃に設定して単純
にNOx還元のリーンと触媒再生のリッチを繰り返した
後の場合(実線C)では、硫黄被毒が進み、浄化率は、
初期状態(実線A)に比べて20%〜30%程度劣化し
てしまうことが分かる。
x触媒で進展すると、排気ガスの空燃比がリーン状態で
酸素濃度が高い雰囲気であっても、NOxをN2 に還元
する能力が低下しているためNOxの浄化率が低下し、
また、すぐにNOx還元能力が限界に近くまで低下する
ため、リッチ燃焼による再生処理を頻繁に行う必要が生
じるので、燃費の悪化が生じる。
て、酸化金属MOxを還元雰囲気で、還元剤と接触させ
て還元して金属Mに戻す再生処理の他に、この硫黄被毒
による劣化の進捗状態を監視し、劣化がある程度進捗し
た段階で、低酸素状態で排気温度を400℃程度にして
硫黄分を除去する硫黄パージによる触媒劣化回復処理を
行う必要があり、強制的にこの触媒劣化回復処理を行っ
ている。
度の硫黄パージ温度になる状態は、通常のリーン状態の
運転によっても高い頻度で発生し、酸素濃度が比較的高
い状態で排気温度が硫黄パージ温度になると、鉄から硫
黄成分が分離して一次的な硫黄被毒は回復するが、排気
ガス中の酸素と結合してSO3 が発生し、このSO3が
セリウムと化合して新たな硫黄被毒、それも回復が困難
な二次的な硫黄被毒が生じるという問題がある。
排気温度を400℃に上げる前にリッチ運転をして硫黄
パージして、この劣化回復処理を行った後に排気温度を
400℃に上げてリーンとリッチを繰り返すNOx再生
試験を行った場合に、400℃におけるNOx浄化率は
落ちず、耐久試験後でも、△印点線Dで示すように、浄
化率は略初期状態(実線A)に近い状態に戻っているこ
とが分かった。このことから、硫黄パージを行った後に
400℃に達しリーン状態になっても、二次的な硫黄被
毒が発生しないことが分かった。
解決するためになされたものであり、その目的は、排気
ガス中のNOxの浄化に直接還元型NOx触媒を用いる
NOx浄化システムにおいて、硫黄被毒に対する劣化回
復処理が通常の運転領域における排気ガス温度で可能で
あることを利用して、エンジンの通常運転中に排気ガス
温度が所定の設定値(350℃〜400℃)以上になっ
た時にリッチ制御運転することで低酸素状態で直接還元
型NOx触媒の温度を硫黄パージ温度(約400℃)以
上にして二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パ
ージを行うことにより、硫黄被毒の影響を排除して、効
率よくNOxを浄化できるNOx浄化システム及びその
触媒劣化回復方法を提供することにある。
するためのNOx浄化システム及びその触媒劣化回復方
法は、次のように構成される。
気ガス中の酸素濃度が高い時に、触媒成分がNOxを窒
素に還元すると共に該触媒成分が酸化され、且つ、排気
ガス中の酸素濃度が低下した時に前記触媒成分が還元さ
れる直接還元型NOx触媒を排気ガス通路内に配置した
NOx浄化システムにおいて、通常運転中に排気温度が
所定の設定温度より大きくなった時に、排気ガス中の酸
素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上
に昇温する第1硫黄パージ運転を行う第1硫黄パージ制
御手段を備えて構成される。
排気温度に関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くする
と共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第2硫
黄パージ運転を行う第2硫黄パージ制御手段と、硫黄被
毒による触媒劣化の進捗状態を示す劣化指標値が所定の
第1判定値と所定の第2判定値の間にある場合には、前
記第1硫黄パージ運転の開始時期であると判定し、前記
劣化指標値が前記第2判定値を超えた時には、前記第2
硫黄パージ運転の開始時期であると判定する硫黄パージ
開始判定手段を備えて構成される。
劣化回復方法は、次のように構成される。
排気ガス中の酸素濃度が高い時に、触媒成分がNOxを
窒素に還元すると共に該触媒成分が酸化され、且つ、排
気ガス中の酸素濃度が低下した時に前記触媒成分が還元
される直接還元型NOx触媒を排気ガス通路内に配置し
たNOx浄化システムにおける触媒劣化回復方法であっ
て、通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きく
なった時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排
気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第1硫黄パージ
運転を行う第1硫黄パージ運転制御を含む方法として構
成される。
て、硫黄被毒による触媒劣化の進捗状態を示す劣化指標
値が所定の第1判定値と所定の第2判定値の間にある場
合には、前記第1硫黄パージ運転を行い、前記劣化指標
値が前記第2判定値を超えた時には、排気温度に関係な
く、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を
硫黄パージ温度以上に昇温する第2硫黄パージ運転を行
うように構成される。
て、硫黄被毒による触媒劣化の進捗状態を示す劣化指標
値を、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出する。
濃度から算出した硫黄の堆積量の累積値を劣化指標値と
して使用することになる。
記第1硫黄パージ運転と前記第2硫黄パージ運転の少な
くとも一方において、排気ガス量と排気温度から予め入
力した硫黄吐出量マップデータと照合して算出した硫黄
の吐出量の総和と、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から
算出した硫黄の累積量との差が所定の第3判定値以下に
なった時に、前記硫黄パージ運転を終了する。
前記第1硫黄パージ運転と前記第2硫黄パージ運転の少
なくとも一方において、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度
から算出した硫黄の累積量と、排気ガス量と排気温度か
ら予め入力した硫黄パージ運転時間マップデータと照合
して算出した硫黄パージ運転時間を経過した時に、前記
硫黄パージ運転を終了する。
イト等の担体に触媒成分であるロジウム(Rh)やパラ
ジウム(Pd)等の特別な金属を担持させて構成するこ
とができる。そして、更に、この触媒成分の金属Mの酸
化作用を軽減し、NOx還元能力の保持に寄与させるた
めにセリウム(Ce)を配合し、酸化還元反応、特にリ
ッチ状態における放出されたNOxの還元反応を促進す
るために、下層に白金等を有する三元触媒を設けたり、
また、NOxの浄化率を向上させるために担体に鉄(F
e)を加えたりして形成することができる。
触媒成分がNOxをN2 に還元すると共にこの触媒成分
が酸化され、且つ、排気ガス中の酸素濃度が低下した時
に、この触媒成分が還元される触媒のことを、他の従来
技術で使用されている触媒と区別するために、ここでは
「直接還元型NOx触媒」という。
用の運転や触媒劣化回復処理用の運転を行っていない時
の、エンジンに要求されるトルクやエンジン回転数で運
転する運転のことをいい、この通常運転では、排気ガス
中のNOxは直接還元型NOx触媒により、直接N2 に
還元され浄化される。
絞り等の吸気量制御や後噴射等の燃料噴射制御やEGR
制御等によるリッチスパイク制御によって実施すること
ができる。また、この所定の設定温度は、実験等により
求められる数値やマップデータ等であり、予め設定され
る値で350℃〜400℃の範囲の温度である。
回復方法によれば、排気ガス中のNOxの浄化に直接還
元型NOx触媒を用いるNOx浄化システムにおいて、
硫黄被毒に対する触媒劣化回復処理が通常運転中におけ
る排気温度で可能であることを利用して、通常のエンジ
ン運転時に排気温度が、所定の設定温度より大きくなっ
た時に、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気
温度を昇温させるリッチスパイクを行うことで、低酸素
状態で排気温度を硫黄パージ温度(約400℃程度)以
上にして二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パ
ージによる触媒劣化回復処理を行うことにより、硫黄被
毒の影響を排除して、効率よくNOxを浄化できる。
高くなった場合のみリッチスパイクを行うので、排気ガ
ス昇温のための燃料消費量が少なくなり、燃費の悪化を
防止することができる。
ージ運転を使い分けることにより、触媒劣化の進捗が少
ない場合には、通常運転中に排気温度が所定の設定温度
より大きくなった時にのみ行う第1硫黄パージ運転で、
触媒劣化回復処理を行うので、排気温度昇温のための燃
費の悪化を抑制することができ、しかも、高い頻度でこ
の触媒劣化回復処理を行うことができる。
設定温度より大きくならずに触媒劣化が進捗した場合に
は、触媒劣化による影響が大きくならない内に、第2硫
黄パージ運転により、確実に触媒劣化回復処理を行うこ
とができる。
化指標値の算出方法や、硫黄パージ運転の終了の判定方
法により、触媒劣化回復に寄与しない無駄な硫黄パージ
運転を回避でき、燃費の悪化を抑制できる。
で制御してもよい。
る実施の形態のNOx浄化システム及びその触媒劣化回
復方法について説明する。
する。図1に示すように、このNOx浄化システム10
は、エンジン本体1の排気通路(排気ガス通路)2に直
接還元型NOx触媒3を配置して構成される。
8に示すように、β型ゼオライト等の担体Tにロジウム
(Rh))やパラジウム(Pd)等の特別な金属Mを担
持させて構成される。そして、更に、金属Mの酸化作用
を軽減し、NOx還元能力の保持に寄与するセリウム
(Ce)を配合し、下層に白金等を有する三元触媒を設
けて酸化還元反応、特にリッチ状態におけるNOxの還
元反応を促進するようにし、また、NOxの浄化率を向
上させるために担持体に鉄(Fe)を加えている。
図7に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関の
空燃比がリーンの排気ガスのように酸素濃度が高い雰囲
気では、NOxと接触して、NOxをN2 に還元すると
共にこの金属M自体が酸化して酸化ロジウム(RhO
x)等の酸化金属MOxとなり、図8に示すように、空
燃比が理論空燃比やリッチ状態の時のように排気ガス中
の酸素濃度が略ゼロ%の低い還元雰囲気の場合には、酸
化金属MOxが、未燃HCやCOやH2 等の還元剤と接
触して還元されてロジウム等の元の金属Mに戻る性質を
有するものである。
Qとエンジン回転数Neを検出するトルクセンサや回転
数センサ等からなる運転状況検出装置5が設けられる。
また、排気通路2の直接還元型NOx触媒3の上流側に
は空燃比Afを検知するための空燃比センサ6が、ま
た、直接還元型NOx触媒3の上流側には排気温度Tg
を検知するための排気温度センサ7が、更に、下流側に
はNOx濃度Cnox を検知するNOxセンサ8が設けら
れる。
るエンジン1のトルク(負荷)Qやエンジン回転数Ne
等を入力とし、燃料噴射制御等のエンジン全般の制御を
行うエンジンコントロールユニット(ECU)と呼ばれ
る制御装置4を有して構成され、この制御装置4に直接
還元型NOx触媒3の触媒再生制御や触媒劣化回復制御
等を行なうNOx浄化システム制御手段が設けられる。
ム制御手段200は、再生時期判定手段211や再生処
理手段212を含む触媒再生手段210と触媒劣化回復
手段220を有して構成される。
燃比がリーン状態の酸素濃度が高い通常の運転状態で、
NOxと接触してNOxをN2 に還元して酸化金属MO
xとなった直接還元型NOx触媒3を、排気ガスの空燃
比がリッチ状態の酸素濃度が低い状態で再生する手段で
あり、再生時期判定手段211でこの再生を行うタイミ
ングを判定し、再生時期であると判定した時に、再生処
理手段212で、空燃比が理論空燃比やリッチ状態の酸
素濃度が略ゼロ%の状態の排気ガスを発生し、酸化金属
MOxを還元雰囲気で未燃HCやCOやH2 等の還元剤
と接触させて還元して金属Mに戻す。
還元している時の直接還元型NOx触媒3の後流側の排
気ガス中のNOx濃度Cnox で判定したり、酸素濃度が
高い状態の経過時間で判定したり、NOxを還元してい
る時に直接還元型NOx触媒3によって還元されるNO
x量を推定演算し、この推定演算量で判定したりして、
再生時期であるか否かを判定する。
の酸素濃度を低下させる手段、即ち、空燃比Afが1
4.7以下のリッチスパイク運転を行う手段であり、内
燃機関の燃焼室に供給される燃料の噴射を制御する燃料
噴射制御や、吸気量を制御する吸気量制御や、EGR装
置のEGRガス量を制御するEGR制御等のいずれか一
つまたはその組み合わせで行い、空燃比センサ6の検出
値Afに基づいて、この検出値Afが所定の設定範囲内
に入るようにフィードバック制御する。
室に噴射する燃料の主噴射のタイミングを変更する主噴
射タイミング制御や主噴射の後に後噴射(ポスト噴射)
を行なう後噴射制御等があり、吸気量制御には、図示し
ない吸気スロットル弁の弁開度を制御する吸気スロット
ル弁制御や、図示しないターボチャージャのコンプレッ
サからの吸気量を制御するターボチャージャ吸気量制御
等がある。
パージ開始判定手段221、第1硫黄パージ制御手段2
22及び第2硫黄パージ制御手段223を有して構成さ
れる。
1硫黄パージ運転を行うか、第2硫黄パージ運転を行う
か、これらの硫黄パージ運転を行わないかを判定する手
段であり、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から、直接還
元型NOx触媒3に堆積される硫黄量X1を推定し、こ
の推定した硫黄の堆積量X1を累積した累積値Xtが、
第1パージ開始判定値X1より大きく、第2パージ開始
判定値X2より小さい場合に、第1硫黄パージ運転を開
始する判定し、また、累積値Xtが、第2パージ開始判
定値X2より大きい場合には、第2硫黄パージ運転を開
始する判定を行い、それ以外は、硫黄パージ運転を開始
しない判定を行う。
は、硫黄の累積量Xtがある程度大きくなってはいるが
限界X2までは達していないとして、即時に硫黄パージ
運転する必要はないが、機会を得て硫黄パージ運転する
必要があるとして、通常運転中に排気温度Tgが所定の
設定温度Tc(350℃〜400℃)より大きくなった
時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度
Tgを硫黄パージ温度Tr(約400℃)以上に昇温す
るリッチスパイク運転をして、低酸素状態で二次的な硫
黄被毒を防止しながら、硫黄パージを行って、触媒の劣
化回復を行うものである。この第1硫黄パージ運転は、
排気温度Tgが高くなっている状態で行うので、排気ガ
ス昇温に必要な燃料量が少なくて済む。
により、硫黄が触媒3にある程度堆積した後は、排気温
度Tgが硫黄パージ温度Tr以上になる前に硫黄パージ
をするので、通常運転のリーン状態のまま排気温度Tg
が硫黄パージ温度Tr以上になることを回避でき、二次
的な硫黄被毒を防止できる。
は、硫黄の累積量Xtが限界X2に達し、即時に硫黄パ
ージする必要があるとして、排気温度Tgが所定の設定
温度Tcより低い場合であっても、排気温度Tgに関係
なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度
Tgを硫黄パージ温度Tr以上に強制的に昇温するリッ
チスパイク運転を行って、リッチ状態で二次的な硫黄被
毒を防止しながら、硫黄パージを行って、触媒の劣化回
復を行うものである。
おけるリッチスパイク運転は、再生処理のリッチスパイ
ク運転と同様に、燃料噴射制御、吸気量制御及びEGR
制御等のいずれか一つまたはその組み合わせで行うこと
ができる。
0を、NOx浄化システム制御手段200により制御し
て、排気ガス中のNOx除去を行なうNOx浄化システ
ム制御フローについて説明する。この制御フローは図3
〜図5に例示するフローチャート等に基づいて行なわれ
る。
ローは、ステップS100の触媒再生制御とステップS
200の触媒劣化回復制御とからなり、エンジン全般を
制御する全体のフローの一部として構成されるものであ
り、メインのエンジン制御フローで呼ばれて、エンジン
制御フローと並行して実行され、実行された後はメイン
のエンジン制御フローに戻り、エンジン制御フローの終
了に伴って、終了するものとして示してある。
x浄化システム制御フローがスタートすると、触媒再生
制御と触媒劣化回復制御とが並行して実行される。
フローに示すように、ステップS110で、直接還元型
触媒3によりNOxを浄化する通常運転制御を所定の時
間(例えば、触媒再生制御を行うか否かを判定する時間
間隔に相当する時間)の間行った後、ステップS120
で直接還元型NOx触媒3が再生開始時期であるか否か
を判定し、再生開始時期であれば、ステップS130の
再生処理制御を行ってから、また、再生開始時期でなけ
れば、そのまま、ステップS110に戻って、この制御
を繰り返す。
フローを終了する場合が生じると、ステップS140の
終了の割り込みが生じ、リターンして、図3のNOx浄
化システム制御フローにリターンし、このフローを終了
する。
媒劣化回復制御フローに示すように、このフローがスタ
ートすると、ステップS11で前回のエンジン運転で直
接還元型NOx触媒3に累積した硫黄の累積量Xtをメ
モリーから読み込む。
を所定の時間(例えば、触媒劣化回復制御を行うか否か
を判定する時間間隔に相当する時間)の間行い、この時
の所定の時間のエンジン運転による硫黄の堆積量Xa
を、燃料消費量及び燃料中の硫黄濃度から算出し、この
堆積量Xaを累積量Xtに加えて、新しい累積量Xtと
する(Xt=Xt+Xa)。
開始時期であるか否かを、累積量Xtが所定の第1パー
ジ開始判定値X1より大きいか否かで判定し、大きくな
い場合には、第1硫黄パージ開始時期に入っていないと
して、ステップS21に戻る。
1パージ開始判定値X1より累積量Xtが大きい場合に
は、第1硫黄パージ開始時期に入っているとするが、次
のステップS23で、更に、第2硫黄パージ開始時期で
あるか否かを、累積量Xtが所定の第2パージ開始判定
値X2より大きいか否かで判定し、小さければ第2硫黄
パージ開始時期で無いとして、ステップS30に行って
第1硫黄パージ運転を行い、大きければ第2硫黄パージ
開始時期で有るとして、ステップS40に行き、第2硫
黄パージ運転を行う。
では、ステップS31で排気温度Tgが所定の設定温度
Tcより大きいか否かの判定を行い、大きければ、更に
ステップS32で再生処理等を行っていない通常運転で
あるか否かを判定する。
方の判定で、排気温度Tgが所定の設定温度T1より大
きく、かつ、通常運転である場合には、ステップS33
の第1硫黄パージ運転制御に行き、別の場合、即ち、排
気温度Tgが低い場合や再生処理運転中である場合であ
って、第1硫黄パージ運転を行うエンジンの運転状態で
はないとして、ステップS21に戻る。
では第1硫黄パージ運転を所定の時間の間行い、ステッ
プS34で、この第1硫黄パージで吐出される硫黄の吐
出量Xsを、排気ガス量と排気温度Tgから予め入力し
た硫黄吐出量マップデータと照合して算出し、この吐出
量Xsを累積量Xtから減算して、ステップS33の第
1硫黄パージ運転制御を行った後の累積量Xtを求め、
ステップS35の判定でこの累積量Xtが所定の第3判
定値X3(通常はゼロ)以下でない場合には、ステップ
S33に戻り、累積量Xtが第3判定値X3以下になる
まで第1硫黄パージ運転制御を継続し、ステップS35
の判定で、この累積量Xtが第3判定値X3以下になっ
たら、硫黄パージが完了したと判定して、ステップS3
6で第1硫黄パージ運転を停止し、通常の運転に戻る。
34とステップS35により累積量Xtが第3判定値X
3以下になった時を第1硫黄パージ運転の終了の時とし
ているが、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した
硫黄の累積量Xtと、第1硫黄パージ運転開始時の排気
ガス量と排気温度Tgから予め入力された硫黄パージ運
転時間マップデータと照合して、硫黄パージ運転時間を
算出して、この運転時間の間第1硫黄パージ運転を行う
ようにしてもよい。
制御は、排気温度Tgが所定の設定温度Tc(例えば3
50℃〜400℃)より高く、リッチスパイク運転をす
れば排気温度Tgが硫黄パージ温度(約400℃)以上
になる可能性がある場合に、リッチスパイク運転を行っ
て、排気温度Tgを硫黄パージ温度以上にすると共に、
リッチ運転により酸素濃度をゼロに近くして、SO3 の
発生を防止して、セリウムの二次的な硫黄被毒を防止し
ながら、直接還元型触媒3の劣化回復処理を行うもので
ある そして、ステップS40の第2硫黄パージ運転は、これ
以上硫黄被毒が進捗するとNOx浄化性能の劣化が問題
となったり、触媒再生のための再生処理運転の頻度が多
くなって燃費の悪化が問題となったりする状態であり、
硫黄パージに都合のよい状態の実現を待たずに、強制的
に硫黄パージを行う運転制御である。
関係なく、リッチスパイク運転を行って、排気ガスを強
制的に硫黄が分離される昇温させ、この排気ガスの昇温
により排気温度Tgを硫黄パージ温度以上にして硫黄を
分離し、触媒劣化回復処理をする。
終えると、ステップS21に戻り、このフローを繰り返
す。そして、エンジンの運転終了等のこの制御フローを
終了する場合が生じると、ステップS50の終了の割り
込みが生じ、ステップS51で、終了時の硫黄の累積量
Xt、即ち、ステップS21やステップS32で算出さ
れた累積量Xtをメモリーへ書込んでから、図3のNO
x浄化システム制御フローにリターンし、このフローを
終了する。
劣化回復制御とが、共に終了の割込みによりリターンし
て、図3のNOx浄化システム制御フローに戻ると、更
に図示しないメインのエンジン制御フローに戻り、この
エンジン制御フローの終了と共にこのNOx浄化システ
ム制御フローも終了する。
その触媒劣化回復方法によれば、直接還元型NOx触媒
3の劣化回復処理時の硫黄パージ温度Trが約400℃
と比較的低い温度であるという特性を利用して、通常運
転中に排気温度Tgが硫黄パージ温度Trを超えると予
測される温度、即ち、所定の設定温度T1(例えば35
0℃〜400℃)に達したら、リッチスパイク運転をし
て、低酸素状態の還元雰囲気中で排気温度Tgを硫黄パ
ージ温度Tr以上に昇温して、二次的な硫黄被毒を回避
しながら、硫黄被毒に対する触媒劣化回復処理を行うこ
とができる。
還元型NOx触媒3の触媒温度で上記の制御してもよ
く、この場合には所定の設定温度の値が多少変化する。
xガス浄化システム及びその触媒劣化回復方法によれ
ば、次のような効果を奏することができる。
硫黄パージを行う第1硫黄パージ運転により、排気ガス
昇温のための燃料消費量を節約しながら、低酸素状態で
排気温度を硫黄パージ温度以上にして二次的な硫黄被毒
の発生を防止しながら硫黄パージによる触媒劣化回復処
理を行うことができる。
硫黄が触媒にある程度堆積した後は、排気温度が硫黄パ
ージ温度以上になる前に硫黄パージできるので、通常運
転のリーン状態のまま排気温度が硫黄パージ温度以上に
なることを回避でき、二次的な硫黄被毒の発生を防止で
き、しかも、高い頻度でこの触媒劣化回復処理を行うこ
とができる。
ジ運転を使い分けることにより、触媒劣化の進捗が少な
い場合には、第1硫黄パージ運転で触媒劣化回復処理を
行って、排気温度昇温のための燃費の悪化を抑制するこ
とができ、また、この通常運転中に排気温度が所定の設
定温度より大きくならずに触媒劣化が進捗した場合に
は、触媒劣化による影響が大きくならない内に、第2硫
黄パージ運転により、確実に触媒劣化回復処理を行うこ
とができる。
黄被毒による劣化、特にセリウム等に対する二次的な硫
黄被毒による劣化を抑制することができる。また、高い
頻度で硫黄パージを行うことができるので、トルク変動
を伴い易いリッチスパイク運転を長い時間行う必要が無
くなり、トルク変動が少なくなるため、劣化回復処理に
伴うドライバビリティーの悪化も減少できる。
成を示す図である。
手段の構成を示す図である。
フローの一例を示すフローチャートである。
チャートである。
ローチャートである。
x触媒の排気温度と浄化率の関係を示す図である。
る反応を示す模式図である。
る反応を示す模式図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 エンジンの排気ガス中の酸素濃度が高い
時に、触媒成分がNOxを窒素に還元すると共に該触媒
成分が酸化され、且つ、排気ガス中の酸素濃度が低下し
た時に前記触媒成分が還元される直接還元型NOx触媒
を排気ガス通路内に配置したNOx浄化システムにおい
て、 通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなっ
た時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温
度を硫黄パージ温度以上に昇温する第1硫黄パージ運転
を行う第1硫黄パージ制御手段を備えたことを特徴とす
るNOx浄化システム。 - 【請求項2】 排気温度に関係なく、排気ガス中の酸素
濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に
昇温する第2硫黄パージ運転を行う第2硫黄パージ制御
手段と、 硫黄被毒による触媒劣化の進捗状態を示す劣化指標値が
所定の第1判定値と所定の第2判定値の間にある場合に
は、前記第1硫黄パージ運転の開始時期であると判定
し、前記劣化指標値が前記第2判定値を超えた時には、
前記第2硫黄パージ運転の開始時期であると判定する硫
黄パージ開始判定手段を備えたことを特徴とする請求項
1記載のNOx浄化システム。 - 【請求項3】 エンジンの排気ガス中の酸素濃度が高い
時に、触媒成分がNOxを窒素に還元すると共に該触媒
成分が酸化され、且つ、排気ガス中の酸素濃度が低下し
た時に前記触媒成分が還元される直接還元型NOx触媒
を排気ガス通路内に配置したNOx浄化システムにおけ
る触媒劣化回復方法であって、 通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなっ
た時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温
度を硫黄パージ温度以上に昇温する第1硫黄パージ運転
を行う第1硫黄パージ運転制御を含むことを特徴とする
NOx浄化システムの触媒劣化回復方法。 - 【請求項4】 硫黄被毒による触媒劣化の進捗状態を示
す劣化指標値が所定の第1判定値と所定の第2判定値の
間にある場合には、前記第1硫黄パージ運転を行い、前
記劣化指標値が前記第2判定値を超えた時には、排気温
度に関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に
排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第2硫黄パー
ジ運転を行うことを特徴とする請求項3記載のNOx浄
化システムの触媒劣化回復方法。 - 【請求項5】 硫黄被毒による触媒劣化の進捗状態を示
す劣化指標値を、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算
出することを特徴とする請求項4記載のNOx浄化シス
テムの触媒劣化回復方法。 - 【請求項6】 前記第1硫黄パージ運転と前記第2硫黄
パージ運転の少なくとも一方において、排気ガス量と排
気温度から予め入力した硫黄吐出量マップデータと照合
して算出した硫黄の吐出量の総和と、燃料消費量と燃料
中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量との差が所定の
第3判定値以下になった時に、前記硫黄パージ運転を終
了することを特徴とする請求項5記載のNOx浄化シス
テムの触媒劣化回復方法。 - 【請求項7】 前記第1硫黄パージ運転と前記第2硫黄
パージ運転の少なくとも一方において、燃料消費量と燃
料中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量(Xt)と、
排気ガス量と排気温度から予め入力した硫黄パージ運転
時間マップデータと照合して算出した硫黄パージ運転時
間を経過した時に、前記硫黄パージ運転を終了すること
を特徴とする請求項5記載のNOx浄化システムの触媒
劣化回復方法。
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