JP2003500594A - 燃焼機関の排気通路内に配置された少なくとも1個のnox吸収触媒を脱硫する方法 - Google Patents
燃焼機関の排気通路内に配置された少なくとも1個のnox吸収触媒を脱硫する方法Info
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Abstract
Description
内に配置された少なくとも1個のNOX 吸収触媒を脱硫するための方法に関する
。
メータを調節しなければならない。
うな還元ガス成分の濃度が、酸素の濃度を上回っている(リッチ雰囲気)。λ>
1では、酸素濃度が優勢であり、NOX が多く形成される(リーン雰囲気)。燃
焼機関をリーン雰囲気で運転する間、NOX のほかに、燃料混合物中の変化する
硫黄成分を燃焼することによってSO2 が形成される。これはNOX と同様に、
NOX 吸収触媒のリーン雰囲気で吸収される。この場合、SO2 の吸収は硫酸塩
粒状体形成のために局部的に不均質となり得る。このプロセスは触媒作用表面を
還元し、NOX 吸収触媒の容量を低減させ、腐食プロセスのための攻撃個所を生
じる。このプロセスはNOX 吸収触媒の永久的な損傷を引き起こし得る。
合、脱硫必要性の確認はNOX 吸収触媒の設定可能な硫化程度に基づいて行うこ
とができる。このような硫化程度は例えばNOX 転換に基づいて決定可能である
。このNOX 転換の場合、NOX 吸収触媒の前後のNOX 濃度から比が求められ
る。脱硫必要性を確認した後で、再生パラメータを調節するために、適当な手段
、例えば遅延点火、燃焼プロセス中または燃焼プロセス後の再点火または燃焼機
関のシリンダ選択的なトリミングが実施される。
度よりも高くすることができる。脱硫時間は他方ではλ値の状況に依存する。温
度が上昇しおよびまたはλ値が低下すると、脱硫時間が短縮される。勿論、λ値
が非常に低い場合、主としてH2 Sが形成され一方、λ値が1よりも若干小さい
場合主としてSO2 が生じる。H2 Sの形成はできるだけ抑制される。というの
は、このH2 Sは臭いが強く、きわめて有毒であるからである。更に、λ値が非
常に小さい場合には、還元ガス成分の完全な転換がもはや不可能であるので、有
害物質の突発的な発生が避けられない。
、H2 Sの発生を抑制することが知られている。SO2 の形成がH2 Sの形成と
比べて活動的に有利であるので、充分に高いλ掃引周波数の選択によって、H2 Sの形成を充分に抑制することができる。その際、脱硫時間が非常に長くなり、
連続的に変化する触媒状態が考慮されないという欠点がある。例えば酸素貯蔵能
力の低下のような老化現象を考慮することができない。
を行うことである。その際、一方ではH2 Sの形成を充分に抑制し、他方では脱
硫時間をできるだけ短くすべきである。それによって、脱硫ために燃料消費が低
減することができる。
される。脱硫必要性と最低温度の存在が確認された後の第1の相において、設定
可能な第1のλの閾値がガスセンサで達成されるまで、燃焼機関が先ず最初にλ
>1のリーン動作モードに調節され、第1の閾値が設定された後の第2の相にお
いて、設定可能な第2のλの閾値がガスセンサで達成されるまで、燃焼機関がλ
<1のリッチ動作モードに調節され、設定可能な硫化程度が達成されるまで、第
1の相と後続の第2の相が繰り返されることにより、非常に短い脱硫時間でおよ
び充分にSO2 だけを形成して脱硫を行うことができる。更に、脱硫の間特殊鋼
非活動化が亜硫酸塩形成によって、従来の方法による脱硫の場合よりもはるかに
低く保たれると有利であることが判った。
について自由に適用可能な目標値を許容するように調節される。その際、目標値
は短い脱硫時間と閾値を少し超えた制御との妥協として選択される。
と第2の相で、目標値およびまたは閾値が新たに定められる。この目標値および
または閾値は実際に貯蔵された硫黄質量、脱硫の開始時の硫黄質量、触媒温度ま
たは第1と第2の相の時間に依存して変更可能である。更に、脱硫中に温度と閾
値を変更することが考えられる。示した手段によって、実際の触媒状態に対して
脱硫をはるかに動的に適合させることができる。
とができる。その際、λ<1の動作モードのための目標値を、計算された酸素貯
蔵能力に依存して求めると有利であることが判った。例えばNOX 吸収触媒の設
定可能な残留酸素含有量以降、目標値をλ=1の方向に変更することができる。
それによって、還元するガス成分の有害物質の突発的な発生が充分に抑えられる
。
かである。
概略的に示している。触媒システム10はNOX 吸収触媒(貯蔵触媒)16と一
次触媒(プレ触媒)18と種々の温度センサ22を含んでいる。更に、ガスセン
サ19,20,21が排気通路12内に設けられている。このガスセンサは燃焼
機関の排ガスの少なくとも一つのガス成分を検出する役目を果たし、排ガスのガ
ス成分の含有量に応じて信号を供給する。このようなガスセンサ19,20,2
1は公知であり、例えばNOX センサまたはラムダセンサ(酸素センサ)である
。
きる。例えばλ<1(リッチ雰囲気)の動作モードが所望されると、燃料空気混
合物の燃焼の前に吸気管26内の酸素濃度を低下させなければならない。それに
よって、排ガス中の還元するガス成分の割合が酸素の割合と比べて高まる。例え
ばこのような動作モードは、スロットル弁28によって吸い込まれる空気の流量
を低減することによっておよび同時に排ガス逆流弁30を経て酸素の少ない排ガ
スを供給することによって行うことができる。
収触媒16に吸収され一方、少ない割合の還元ガス成分は少なくとも低い空間速
度の際一次触媒18でほぼ完全に転換される。NOX 吸収触媒16のNOX 貯蔵
容量とNOX 脱離温度に依存して、燃焼機関14は再生のためにλ≦1で運転し
なければならない。このような動作モードでは、前もって吸収されたNOX がN
OX 吸収触媒16の触媒作用表面で還元される。
この場合勿論、この貯蔵プロセスの可逆性はNOX の貯蔵と異なりはるかに高い
温度を必要とする。従って、脱硫のために最低硫化温度と空気過剰率λ≦1が存
在しなければならない(SOX 再生温度)。
じる。効率の検出はNOX 吸収触媒16の背後のNOX 濃度を測定するガスセン
サ21によって行うことができる。これにより、経験値に基づいてあるいはNO X 吸収触媒16の手前のNOX 濃度の測定により、脱硫程度ひいては効率を決定
することができる。NOX 吸収触媒16の実際の温度(触媒温度)は温度センサ
22を介して検出可能であり一方、NOX 吸収触媒16の手前の実際のλ値はガ
スセンサ19およびまたは20の少なくとも一方を介して測定可能である。
るにつれておよびλ値が低下するにつれて、脱硫時間が短くなる。その際、温度
は最低温度よりも大幅に高くてもよく、脱硫の間も温度モデルに相応して変化し
てもよい。
1である場合主としてSO2 が形成される。H2 Sは臭いが強いので、その発生
は本発明による方法で充分に抑制すべきである。更に、λ値が非常に小さい場合
には、還元ガス成分の完全な転換がもはや不可能であり、従っていわゆる有害物
質が突発的に発生する。H2 S発生がSO2 と比べて活動性を抑制されるので、
燃焼機関の動作モードの周期的な交代により、H2 S発生を抑止することができ
る。
OX 吸収触媒16の手前のλ値の変化(実線)はガスセンサ20によって検出可
能であり一方、ガスセンサ21はNOX 吸収触媒16の背後のλ値の変化を示し
ている(破線)。時点T0 で脱硫必要性が確認され、例えばまだ最低温度に達し
ていないときには、加熱相t0 において、燃焼機関14の少なくとも一つの運転
パラメータに少なくとも一時的に影響を及ぼすことによって、排ガス温度を高め
ることができる。そのために、通常は燃料消費を最低限に抑えるために、リーン
動作モードで運転される燃焼機関14はλ=1の動作モードに調節される。とい
うのは、ここでは排ガスが比較的に高い温度であるからである。このような方法
公知であり、ここでは詳しく説明しない。
触媒16の手前でλ値が設定可能な目標値Wm に相応して調節されるように制御
される。その際、目標値Wm は1.02〜4.00、好ましくは1.05〜1.7 、特に1.15〜
1.4 のλ範囲内にある。
の時間の遅れはNOX 吸収触媒16の死空間に基づくだけでなく、NOX 吸収触
媒16の酸素の出し入れに依存する。その際、範囲40において、NOX 吸収触
媒16の背後のλ値は急激に上昇する。この場合、上昇の勾配は目標値Wm の高
さによって決定可能である。Wm が高ければ高いほど、範囲40の勾配は急にな
る。時点T2 で、NOX 吸収触媒16の背後のλ値は第1の閾値Sm に達する。
それに基づいて、燃焼機関14はリッチ動作モードに調節される。その際、NO X 吸収触媒16の手前のλに関する目標値Wf が定められる。目標値Wf はλ=
0.995 〜0.65、好ましくは0.99〜0.75、特に0.98〜0.85の範囲にある。
の場合、閾値Sm は常に少なくとも値λ=1.01を有する。
ある。
が相t2 のNOX 吸収触媒16に供給される。閾値Sm に達した直後、λ値は範
囲42内で短時間上昇する。というのは、動作モードの交代が時間的に遅れてN
OX 吸収触媒16の背後で生じるからである。範囲44では、NOX 吸収触媒1
6の背後のλ値はλ=1まで急に低下する(範囲46)。その際、値は範囲46
においてλ=1近くにとどまる。これは、時点48以降、λ信号が目標値Wf の
方向に徐々にそれるように、NOX 吸収触媒16内に貯蔵された酸素と少なくと
も時間的にオーバーラップして遊離するSOX が還元されるまで続く。
〜0.95であるがしかし、リッチ動作モードの目標値Wf よりも常に高い。リッチ
動作モードの場合、閾値は次の特に次式によって定めることができる。
雰囲気下で運転される。しかも、目標値Wf に相応して運転される。容積に起因
して、範囲52では、NOX 吸収触媒16の背後のλ値が短時間低下する。続い
て、範囲54内で再び上昇する。範囲54内の上昇の勾配は目標値Wf の状況に
よって決定されるのではなく、NOX 吸収触媒16内の付加的な酸素貯蔵量によ
って決定される。時点56以降、酸素貯蔵能力が枯渇し、従ってそれに続く範囲
58内でλ値が急激に上昇する。
開始される。相t1 と相t2 は、設定可能な硫化程度が達成されそして燃焼機関
14が再び通常運転に切換えられるまで、何度も繰り返される。
しい実施の形態を示している。その際、第1の両相t1 ,t2 は、図2に既に示
したような変化を示し、ここでは好ましい実施の形態を明らかにするために、も
う一度一緒に記載されている。この相に続く相t2 ′は計算された酸素貯蔵能力
に依存して影響を及ぼされる。
λ値、触媒温度および排ガスの空間速度を考慮して行われる。計算された酸素貯
蔵能力を考慮して、t2 ′が少なくとも2つの区間t21′とt22′に分けられる
。その際、区間t21′の時間は、この時間内に貯蔵された酸素の60〜99%が
再び放出されるように選択される。時点T3 以降、燃焼機関14の動作モードの
交代はλ=1の方向に生じる。この場合、NOX 吸収触媒16には続いて、設定
可能な目標値Wf2に対応するλ値が作用する。
NOX 吸収触媒16の背後のλ値の低下の勾配が変化する。というのは、既に述
べたように、この勾配が実質的に実際の目標値Wの状況に依存するからである。
それによって、範囲52におけるλ値の時間的に遅れた過度の制御の高さと時間
が低減される。これにより、有害物質の突発的な発生を大幅に減らすことができ
る。更に、小さな過度の制御に基づいて、後続の相t1 ′が短縮されるので、全
体として脱硫時間が短くなる。
わめて可変に形成可能である。例えば時点T6 以降、目標値Wf2の調節を連続的
に行うことができるので、区間t22″においてNOX 吸収触媒16の手前でλ値
の傾斜路状の上昇が検出可能である。時点T7 以降、区間t23″において、目標
値Wf2に対応するλ値がNOX 吸収触媒16に作用する。相t2 ″は目標値Wf1 から目標値Wf2への連続的な交代によって少しだけ長くなるが、有害物質の突発
的な発生は目標値Wf2への交代が遅すぎるために、例えばNOX 吸収触媒16の
酸素を放出する時点48の不正確な計算によって低減可能である。重複して相t 2 を形成する区間tの数は勿論、自由に選択可能である。必要な境界条件は、λ
値が連続する個々の区間tで上昇することだけである。そして、個々の区間tの
各々に、一定の目標値Wまたは設定可能な機能に従って変化する目標値Wが割り
当てられる。
が充分に小さいと、燃焼機関14は再び普通運転に切換えられる。しかし、不所
望な硫化程度が存在すると、再び相t1 ,t2 に続く。その際、相t2 の個々の
区間はそのときの触媒状態に新たに適合可能である。これにより、有害物質の突
発的な発生と脱硫時間を大幅に低減することができる。
状態を示す他のパラメータを、相t2 ,t1 の形成のために用いることができる
。例えば各々のサイクルで、目標値Wの状況を、実際に貯蔵された硫黄質量、脱
硫を開始するための硫黄質量、触媒温度または先行する相t1 ,t2 の時間に依
存して変えることができる。同様に、閾値Sm ,Sf は上記と同じパラメータに
依存しておよび閾値Wに依存して変えることができる。実際の触媒状態に対する
このような動的な適合により、脱硫時間を更に最適化可能であり、かつ有害物質
突発的な発生を更に低減することができる。
法は公知であり、これに関連して詳しく説明しない。
を示す図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 NOX 吸収触媒の下流に配置された少なくとも1個のガスセ
ンサを備えた、燃焼機関の排気通路内に配置された少なくとも1個のNOX 吸収
触媒を脱硫するための方法であって、脱硫必要性が確認された後で、脱硫のため
に、燃焼機関の少なくとも1つの運転パラメータに少なくとも一時的に影響を及
ぼすことによって、NOX 吸収触媒の最低温度と、燃焼機関のλ<1のリッチ動
作モードが調節される、方法において、 a)脱硫必要性と最低温度の存在が確認された後の第1の相(t1 )において、 設定可能な第1のλの閾値(Sm )がガスセンサ(21)で達成されるまで、 燃焼機関(14)が先ず最初にλ>1のリーン動作モードに調節され、 b)第1の閾値(Sm )が設定された後の第2の相(t2 )において、設定可能 な第2のλの閾値(Sf )がガスセンサ(21)で達成されるまで、燃焼機関 (14)がλ<1のリッチ動作モードに調節され、 c)設定可能な硫化程度が達成されるまで、第1の相(t1 )と後続の第2の相 (t2 )が繰り返されることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 燃焼機関(14)が第1の相(t1 )の間リーン動作モード
で少なくとも一つの目標値(Wm )に対応して調節され、第2の相(t2 )の間
リッチ動作モードで少なくとも一つの目標値(Wf )に対応して調節される(目
標値W)ことを特徴とする請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 目標値(Wf )がλ=0.65〜0.995 、好ましくは0.75〜0.99
、特に0.85〜0.98の範囲にあることを特徴とする請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 目標値(Wm )がλ=1.02〜4 、好ましくは1.05〜1.7 、特
に1.15〜1.4 の範囲にあることを特徴とする請求項2記載の方法。 - 【請求項5】 閾値(Sm )が式 Sm =1+F・(目標値Wm −1) に従って計算され、ここで係数(f)が0.2 〜0.99、好ましくは0.5 〜0.9 、特
に0.6 〜0.8 の範囲にあり、この場合閾値(Sm )が少なくともλ=1.01である
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項6】 閾値(Sf )が式 Sf =Wf +0.1 ・(1−Wf ) に従って計算され、かつ0.95〜0.998 のλ範囲にあることを特徴とする請求項1
〜5のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項7】 目標値(W)が触媒状態を示すパラメータに依存して調節さ
れることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項8】 触媒状態のパラメータとして、実際に貯蔵された硫黄質量、
脱硫開始時の硫黄質量、触媒温度、酸素貯蔵能力またはこれらの組み合わせが選
択されることを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 目標値(W)が相(t1 ,t2 )の時間に依存して定められ
ることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載の方法。 - 【請求項10】 相(t2 )が触媒状態を示すパラメータに依存して少なく
とも2つの区間(t)に分けられ、一定の目標値(W)または設定可能な関数に
従って変更可能な目標値(W)が個々の区間(t)に割り当てられ、目標値が連
続する個々の区間(t)で上昇することを特徴とする請求項7〜9のいずれか一
つに記載の方法。 - 【請求項11】 個々の区間(t)の時間が触媒状態を示すパラメータに依
存して定められることを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 相(t2 )の個々の区間(t21) が、NOX 吸収触媒(1
6)内に貯蔵された酸素質量の60〜99%をこの時間内に脱離するように、定
められることを特徴とする請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 脱硫が温度調整されることを特徴とする請求項1〜12の
いずれか一つに記載の方法。
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