JP2003500589A - 排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータを周期的に脱硫する方法 - Google Patents

排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータを周期的に脱硫する方法

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Abstract

(57)【要約】 １．排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータを周期的に脱硫する方法。２．１ 本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータを周期的に脱硫するための方法であって、それぞれの脱硫期間中に、アキュムレータには二次空気供給手段によって二次空気が送られ、ある濃厚エンジン空気比を設定することによって還元剤を含むエンジン排気ガスが供給されるという方法に関する。２．２ 本発明によれば、少なくとも脱硫期間の一部の間に、所定の脱硫温度に達した後に、アキュムレータ空気比は、酸化性または化学量論雰囲気と還元性雰囲気との間で、供給される二次空気量および／またはエンジン空気比を適当に変化させることによって設定される。２．３ 例えば、自動車両の内燃機関用の排気ガス浄化装置における窒素酸化物吸着器または硫黄酸化物トラップを周期的に脱硫するための用途。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物アキュ
ムレータを周期的に脱硫するための請求項１の前提部分による方法に関するもの
であり、この場合における内燃機関という用語はあらゆる形式の燃焼機械の同義
語として使用する。
【０００２】 ＮＯｘ吸着触媒コンバータなどの窒素酸化物（ＮＯｘ）アキュムレータ、およ
び随意に窒素酸化物アキュムレータの上流に連結されたいわゆるＳＯｘトラップ
などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）アキュムレータを有する排気ガス浄化装置が、特に
自動車両において、自動車両の内燃機関からの窒素酸化物の排出を最小限に抑え
るために使用されている。この目的のために、希薄燃焼モードにおけるような高
レベルの窒素酸化物が形成されるエンジン動作段階では、窒素酸化物を一時的に
例えば吸着過程によってＮＯｘアキュムレータの中に蓄積し、こうして適当な次
の動作段階では例えば濃厚燃焼モードで、例えば対応する脱着過程と窒素を形成
する次の還元によって再び放出して変換できることが知られている。この文脈で
は、希薄燃焼モードおよび濃厚燃焼モードという用語は、通例のように、希薄ま
たは濃厚なエンジン空気比、すなわち、それぞれ化学量論値以上または以下にあ
るエンジン内で燃焼される空気／燃料混合気の空燃比を伴うエンジン動作段階を
意味するものとして理解すべきである。
【０００３】 このようなシステムの知られた１つの困難性は、特にエンジンの希薄燃焼モー
ドでは、排気ガスが標準燃料とエンジンオイルの中に含有される硫黄が理由で二
酸化硫黄を含み、この硫黄酸化物が硫酸塩形成の結果としてＮＯｘアキュムレー
タの硫黄による被毒を引き起こすことがあり、これがアキュムレータのＮＯｘ蓄
積容量を低下させることである。したがって、ＮＯｘアキュムレータのＮＯｘ蓄
積容量に大きな低下が観察されるときにはいつでも、ＮＯｘアキュムレータから
硫酸塩の付着を除去するために、ＮＯｘアキュムレータの脱硫作業をすることが
知られている。代替案として、ＳＯｘトラップをＮＯｘアキュムレータの上流に
連結し、それから同様な方法で周期的に脱硫する。
【０００４】 窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータを効果的に脱硫するために、例え
ば６００℃以上の高い排気ガス温度と濃厚なアキュムレータ空気比、すなわち化
学量論レベル以下の比を設定することが知られており、アキュムレータ空気比と
いう用語は、アキュムレータに送られる排気ガス中の燃料または未燃炭化水素に
対する酸素または空気の比を意味するものと理解される。このような条件の設定
は、例えばＷ．Ｓｔｒｅｈｌａｕ他の「ヨーロッパにおけるガソリン燃料乗用車
のための希薄ＮＯｘ触媒における新しい開発」（Ｎｅｗ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎ
ｔｓ ｉｎ Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｇａｓｏｌｉｎ
ｅ Ｆｕｅｌｅｄ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｃａｒｓ ｉｎ Ｅｕｒｏｐｅ）、Ｓ
ＡＥ９６２０４７、１９９６年、に開示されている。
【０００５】 ＥＰ０６３６７７０Ａｌには、ＮＯｘ吸着触媒コンバータを脱硫するために、
内燃機関を希薄エンジン空気比から濃厚エンジン空気比に切替え、必要な場合に
は追加的に、ＮＯｘ吸着器につながる電気加熱器を作動させることが提案されて
いる。脱硫段階は各回に約１０分間の特定期間だけ維持される。
【０００６】 序文に述べた形式の様々な方法も、脱硫を実施するためにすでに提案されてい
る。これらの方法では、濃厚エンジンモードは窒素酸化物または硫黄酸化物アキ
ュムレータへの二次空気の供給と組み合わされる。ＤＥ１９５２２１６５Ａ１に
開示されているこの形式の方法では、その他の形式の手順に加えて、この方法が
、点火時期を所望の増加所要値に遅延調節することと組み合わせて、エンジン空
気比と二次空気量を適当に設定することによってＮＯｘアキュムレータ触媒コン
バータの温度を調整して達成される。古いドイツ特許出願１９７４７２２０．２
に記載の方法では、エンジン空気比と二次空気供給量は少なくとも、脱硫すべき
ＮＯｘアキュムレータ触媒コンバータの下流に配置されたラムダプローブからの
出力信号の関数として、すなわちアキュムレータ空気比の関数として設定される
。古いドイツ特許出願１９８０２６３１．５に記載のさらに別の方法では、ＮＯ ｘ 吸着触媒コンバータの上流に連結されたＳＯｘトラップが、二次空気供給と濃
厚エンジンモードによって周期的に脱硫され、ＳＯｘアキュムレータ空気比とＳ
Ｏｘアキュムレータ温度は、特に供給される二次空気量および／またはエンジン
空気比を適当に変えることによって所定の所要値に保持される。
【０００７】 本発明は、二次空気供給と濃厚エンジン空気比の設定によって内燃機関の排気
ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータを効果的に脱硫する
ために使用できる、序文に記載した形式の方法を提供する技術的課題に基づくも
のである。
【０００８】 本発明は、請求項１の特徴を有する方法を提供することによってこの課題を解
決する。この方法では、所定の脱硫温度に達した後に、少なくとも次に起こる脱
硫期間の一部分において、脱硫すべきＮＯｘまたはＳＯｘアキュムレータのアキ
ュムレータ空気比、すなわち酸素／還元剤比は、供給される二次空気量および／
またはエンジン空気比、すなわち内燃機関の中で燃焼される空気／燃料混合気の
空燃比を適当に変えて、酸化性雰囲気と還元性雰囲気との間で振動させることに
よって設定される。
【０００９】 この手順は、還元性雰囲気において、すなわち濃厚アキュムレータ空気比によ
って、窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータの中に存在する硫酸塩が分解
されて硫化物になり、これがアキュムレータ本体の中に通常存在する触媒活性を
有する貴金属材料を覆い、その触媒活性を低下させてさらに硫酸塩の分解をさら
に困難にして遅くする可能性があるという発見を利用している。少なくとも化学
量論および好ましくは希薄アキュムレータ空気比、すなわち化学量論または酸化
性雰囲気による脱硫段階の本発明による介入は、二酸化硫黄（ＳＯ２）を放出し
てその後に、脱硫動作の次の還元段階に硫酸塩の分解が有効に再度継続可能であ
るように、形成された硫化物の分解を可能にする。濃厚から化学量論組成または
希薄へ、およびその反対のアキュムレータ空気比の振動変化は、二次空気の量お
よびしたがって供給される酸素を適当に変化させることによって、および／また
はエンジン空気比およびしたがって還元剤の量を変化させることによって成し遂
げられる。アキュムレータ空気比の振動変調は、窒素酸化物または硫黄酸化物ア
キュムレータのＮＯｘまたはＳＯｘ貯蔵容量がもう一度十分に高くなるように蓄
積された硫酸塩の大部分が分解されて脱着されるまで、維持されることが好まし
い。
【００１０】 請求項２によって改善される方法では、振動するアキュムレータ空気比の振幅
および／または振動数を、対応する動作状況において窒素酸化物または硫黄酸化
物アキュムレータの脱硫ができるだけ急速であるように、動作条件にしたがって
可変的に設定することができる。
【００１１】 請求項３によって改善される方法では、アキュムレータ空気比は、酸化性また
は化学量論雰囲気と還元性雰囲気との間で振動様式により調整されることによっ
て変えられ、すなわち対応して振動する所望の値に調整され、実際の値は窒素酸
化物または硫黄酸化物アキュムレータの上流または下流に適当に置かれたラムダ
プローブによって記録される。
【００１２】 請求項４によって改善される方法では、脱硫過程の開始時に、予め決定可能な
脱硫温度に達するまで、アキュムレータ空気比は、二次空気の供給が作動されて
いるにもかかわらず濃厚エンジン空気比を適当に設定することによって、常に少
なくとも僅かに濃厚範囲に保持され、このために、還元剤の酸化によってアキュ
ムレータを所望の脱硫温度に比較的速く持ってくることができる。
【００１３】 本発明の有利な実施形態を図面に示し、次に説明する。
【００１４】 １つだけの図で３つの線図を示すが、脱硫過程におけるエンジン空気比と、供
給される二次空気量と、およびアキュムレータ空気比との時間的プロファイルを
図示して、３つの線図が同期するように上下に合せて配置されている。
【００１５】 添付の線図に基づいて図に示した脱硫過程は、この過程の周期的適用によって
、たとえば自動車両における内燃機関の排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫
黄酸化物アキュムレータを繰返し脱硫するために使用される。アキュムレータは
特にＮＯｘ吸着器またはＳＯｘトラップにすることができる。脱硫過程は、窒素
酸化物アキュムレータのＮＯｘ貯蔵容量または硫黄酸化物トラップのＳＯｘ貯蔵
容量が顕著に低下したときはいつでも実施される。脱硫過程によって、通常は硫
酸塩の形である付着した硫黄は対応するアキュムレータから拭き取られて、その
結果アキュムレータはできる限りその初期のＮＯｘまたはＳＯｘ貯蔵容量に回復
される。
【００１６】 図示した脱硫過程は３つの連続した段階を含む。第１脱硫段階Ｉは、アキュム
レータを脱硫に望ましい高い温度にできるだけ急速に持ってくるために使用され
、この温度は、アキュムレータがその正規のＮＯｘまたはＳＯｘ貯蔵機能を果た
す、その前の動作段階におけるよりも高い。この目的のために、脱硫段階の開始
時ｔ０において、ＮＯｘまたはＳＯｘへの二次空気の供給が、時間ｔの関数とし
て二次空気供給流量Ｌを示す中央の図に示すように、所定の供給流量Ｌ１で開始
される。この時点で、エンジン空気比λＭ、すなわちエンジンの中で燃焼される
空気／燃料混合気の空燃比は、濃厚範囲にある値λＭ１に設定されるが、その前
は、図においてエンジン空気比λＭの時間的プロファイルを示す最上図に示すよ
うに、例えば化学量論レベル１にあった。
【００１７】 第１脱硫段階Ｉ中では、エンジン空気比λＭと二次空気供給流量Ｌは、結果的
に得られるアキュムレータ空気比λＳ、すなわち供給された二次空気によって濃
厚になって、脱硫すべきアキュムレータに送られるエンジン排気ガスの酸素／還
元剤比が、０．７０〜０．９９であることが好ましい濃厚範囲に保持されるよう
に、互いに適合される。アキュムレータ空気比λＳの時間的プロファイルを図示
する図における最下図に示す例では、アキュムレータ空気比は僅かに濃厚範囲に
あり、すなわち化学量論値１の僅か下にある。未燃焼の炭化水素などの濃厚燃焼
エンジンモードである理由のためにエンジン排気ガスの中に含有されている還元
剤は、ＮＯｘまたはＳＯｘアキュムレータの中で、供給された二次空気の中に含
まれる酸素と共に燃焼し、その結果、アキュムレータの急速な加熱を可能にする
。これに加えて、またはこの処置の代替案として、他の形式のアキュムレータ加
熱手段、例えば電気加熱装置を準備することも可能である。
【００１８】 したがって、４００℃〜６５０℃の間にあることが好ましい所望の脱硫温度に
なんとかして達するとすぐに、温度をさらに上げる必要はなく単に維持しておく
ことが必要である。したがって、対応する時点ｔ１において第１段階に続いて比
較的短い遷移段階を形成する第２脱硫段階ＩＩでは、さらなるエネルギー供給は
、アキュムレータ温度が最適の脱硫範囲内に留まるような程度に減少される。こ
の目的のために、一方では、計量供給される二次空気の量が供給流量Ｌを第１脱
硫段階Ｉ中の値Ｌ１からより低い値Ｌ２に低下させることによって減少され、他
方では、エンジン空気比λＭが先の化学量論値以下の値λＭ１から僅かに程度の
小さな化学量論値以下の値λＭ２に上昇する。
【００１９】 二次空気の供給流量Ｌとエンジン空気比λＭに対する変化は、結果として得ら
れるアキュムレータ空気比λＳが第２脱硫段階ＩＩにおいても濃厚範囲に留まる
ように、すなわち第１脱硫段階Ｉのレベルに変化せずに留まるように、互いに適
合される。エンジンから放出される還元剤の量と、第１脱硫段階から第２脱硫段
階への遷移において引き起こされる二次空気の計量供給量との両方における低下
のために、エンジンの中に噴射すべき燃料および二次空気を供給するために使用
される二次空気ポンプの動力使用量は最小限に抑えられ、不必要なエネルギー消
費を省き、さらに、脱硫すべきアキュムレータの過熱が防止される。
【００２０】 所望の脱硫温度を維持するために必要な二次空気の量と還元剤の量が安定した
方式に設定された後に、対応する時点ｔ２で第２脱硫段階から第３脱硫段階ＩＩ
Ｉへの遷移が起こり、この第３脱硫段階で図示するようにアキュムレータ空気比
λＳは酸化性雰囲気と還元性雰囲気との間を繰り返し振動し、すなわち例えば方
形波パルスの形に設定され、１より高いレベルすなわち化学量論レベル以上また
は希薄混合気レベルと、１より低いレベルすなわち化学量論レベル以下または濃
厚混合気レベルとの間を交番する。図示する例では、化学量論レベル以上のレベ
ルλＳ１にあるアキュムレータ空気比λＳの比較的短い間隔が、化学量論レベル
以下のレベルλＳ２にあるアキュムレータ空気比λＳの多少長い間隔と交番する
。全体的にみて、間隔の長さとアキュムレータ空気比λＳ１、λＳ２は、アキュ
ムレータ空気比λＳが平均して濃厚範囲に、好ましくは１より僅かに低い値に留
まるように、互いに適合される。
【００２１】 図示の例では、アキュムレータ空気比λＳの振動変調が２つのエンジン空気比
の値λＭ３、λＭ４の間における対応する振動変化によって起こされ、これらの
値は両方とも濃厚範囲内にあり、このうちの１つは先の第２脱硫段階ＩＩ中のエ
ンジン空気比λＭ２より低く、他の１つはλＭ２より高い。同時に、第２脱硫段
階ＩＩのために設定された二次空気送り流量Ｌ２は第３脱硫段階ＩＩＩのために
維持される。
【００２２】 したがって、図示の例では、第３脱硫段階ＩＩＩにおけるアキュムレータ空気
比λＳの変調は、二次空気送り流量Ｌが一定に保たれている間のエンジン空気比
λＭの対応する変調のみによって達成されるが、代替案として、アキュムレータ
空気比λＳの所望の振動変化は、エンジン空気比λＭが一定に保たれている間に
、二次空気送り流量Ｌだけが対応する変調によって、またはエンジン空気比λＭ と二次空気送り流量Ｌの両方を互いに適合された変調によって同時に設定するこ
とができる。各場合に計量供給される二次空気量は、脱硫すべきアキュムレータ
の中で利用可能な酸素の量を決定するが、エンジン空気比は、アキュムレータの
中で利用可能な還元剤の量を設定する。
【００２３】 第３脱硫段階ＩＩＩ中の振動アキュムレータ空気比λＳの設定は、所定の対応
して振動する所望の値によって調整システムの形態で行われることが好ましい。
この場合には、アキュムレータ空気比λＳの実際の値を監視するために、ＮＯｘ またはＳＯｘアキュムレータの上流または下流にラムダプローブが置かれ、この
プローブからの出力信号は、アキュムレータ空気比λＳの所望の振動プロファイ
ルが生成されるように、エンジン空気比λＭおよび／または二次空気送り流量Ｌ
を望むために使用される。
【００２４】 連続する間隔に酸化性雰囲気と還元性雰囲気とを備えることによって、非常に
効果的な脱硫がＮＯｘまたはＳＯｘアキュムレータの中で達成できることがわか
った。濃厚アキュムレータ空気比すなわち還元性雰囲気を有する期間では、付着
した硫酸塩は、好ましくはアキュムレータ本体のために使用される貴金属触媒材
料の触媒作用の下で分解される。この硫酸塩分解の間に硫化物が形成され、硫化
物が貴金属材料を覆い始めるので、この触媒活性が低下する恐れがある。形成さ
れた硫化物によりこうして貴金属材料が顕著に被毒して、こうしてその触媒作用
が低下し始める前に、その過程は、酸化性または化学量論雰囲気を有する、すな
わち化学量論以上または化学量論アキュムレータ空気比を有する間隔に切り替え
られる。これは、先に形成された硫化物が多分過剰に現に存在する酸素によって
容易に酸化されてＳＯ２を形成することができ、この形態でアキュムレータから
排出され得るという発見を利用している。この結果、形成された硫化物を貴金属
材料から一掃することができ、硫酸塩の分解速度が著しく低下する前にＳＯ２は
放出される。そして、その過程は、硫酸塩の分解を継続するために、還元性雰囲
気を有する間隔に戻される。
【００２５】 この手順は、ＮＯｘまたはＳＯｘアキュムレータから付着した硫酸塩を比較的
急速に片付けるために使用することができる。酸化性または化学量論雰囲気と還
元性雰囲気との間におけるアキュムレータ空気比λＳの振動変化は、アキュムレ
ータの中に付着した硫酸塩が、窒素酸化物または硫黄酸化物それぞれのためのＮ
ＯｘまたはＳＯｘアキュムレータの貯蔵能力が十分に再び大きくなる程度に脱着
して分解するまで継続する。それから第３脱硫段階ＩＩＩと、したがって全体と
しての脱硫過程とは適切な時点ｔ３で終了し、この目的のために、図示の例では
、エンジン空気比λＭは１の化学量論レベルに戻され、二次空気供給が終了する
。
【００２６】 第３脱硫段階ＩＩＩにおけるアキュムレータ空気比λＳの振動変調中に、振幅
、すなわち少なくとも化学量論アキュムレータ空気比の値λＳ１と化学量論値以
下の値λＳ２との差、および／または振動数、すなわち一方の酸化性または化学
量論雰囲気と他方の還元性雰囲気との間における切替えが存在する規則性を、硫
酸塩の分解ができる限り速くなるために必要な条件に適合させることができ、こ
の場合には特に、システムの動作状態の関数として、詳しくは脱硫過程内と、ま
た周期的に実施される異なる脱硫過程の間との両方において設定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ３つの線図、すなわち脱硫過程におけるエンジン空気比と、供給される二次空
気量と、およびアキュムレータ空気比との時間的プロファイルを示し、３つの線
図が同期するように上下に合せて配置されている図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/22 ３１１ Ｆ０１Ｎ 3/22 ３１１Ｌ 3/24 3/24 Ｒ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０１Ａ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｔ (72)発明者 クルチュ，ベルント ドイツ国 Ｄ−73770 デンケンドルフ アイヒェンドルフシュトラーセ ８ (72)発明者 レンフトレン，シュテファン ドイツ国 Ｄ−73054 アイスリンゲン ローゼンシュトラーセ 26 (72)発明者 シェーン，クリストフ ドイツ国 Ｄ−73630 レムスハルデン ヴィルヒ．−エンスレ−シュトラーセ 163 (72)発明者 フォイクトレンデル，ディルク ドイツ国 Ｄ−70825 コルンタール−ミ ュンヒンゲン ヴァイリムドルファー シ ュトラーセ ７ (72)発明者 ヴェニンガー，ギュンター ドイツ国 Ｄ−70599 シュトゥットガル ト アルテ ドルフシュトラーセ 36Ａ Ｆターム(参考） 3G084 AA03 BA09 BA24 BA25 DA10 DA27 EA11 EB01 EB22 EC01 3G091 AA02 AB08 AB09 AB11 BA08 BA11 BA14 CA03 CA05 CA22 CA26 CB02 CB03 DA01 DA02 DA03 DA04 DB10 EA30 FC02 HA45 HB07 3G301 HA01 HA06 JA21 JA25 LB01 MA01 MA11 MA18 MA26 NA08 NB06 NB15 NE01 NE06 NE13 NE14 NE15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガス浄化装置の窒素酸化物または硫黄酸化物
    アキュムレータを周期的に脱硫するための方法であって、 それぞれの脱硫期間中に、窒素酸化物または硫黄酸化物アキュムレータには二
    次空気供給手段によって二次空気が送られ、濃厚エンジン空気比を設定すること
    によって還元剤を含むエンジン排気ガスが供給され、 少なくとも脱硫期間の一部（ＩＩＩ）の間に、所定の脱硫温度に達した後に、
    アキュムレータ空気比（λＳ）が、一方の酸化性または化学量論雰囲気と他方の
    還元性雰囲気との間で、供給される二次空気量（Ｌ）および／またはエンジン空
    気比（λＭ）を適当に変化させることによって設定されること を特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 酸化性または化学量論雰囲気と還元性雰囲気との間における
    アキュムレータ空気比（λＳ）の振動の振幅および／または振動数が、動作条件
    にしたがって可変的に設定されることをさらに特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 アキュムレータ空気比（λＳ）が、窒素酸化物または硫黄酸
    化物アキュムレータの上流または下流に置かれたラムダプローブによって記録さ
    れ、一方の酸化性または化学量論雰囲気と他方の還元性雰囲気との間で振動する
    所望の値に設定されることをさらに特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 それぞれの脱硫期間の初期アキュムレータ加熱段階（Ｉ）中
    に、アキュムレータ空気比（λＳ）が濃厚範囲に一定に保たれ、その過程中に濃
    厚エンジン空気比（λＭ）が設定され、二次空気が供給されることをさらに特徴
    とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
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