JP2006002641A - Exhaust gas purification method and exhaust gas purification system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification system capable of easily detecting the recovery from sulfur poisoning and ending the sulfur purge control at the suitable timing in the case of the sulfur purging control of an NOx direct reduction catalyst. <P>SOLUTION: The exhaust gas purification system is provided with the NOx direct reduction catalyst arranged in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a sulfur purge control means to recover the NOx purification capacity degraded by the sulfur poisoning of the NOx direct reduction catalyst by the sulfur purge control to make the exhaust gas flowed into the NOx direct reduction catalyst in a high-temperature and rich state, repeating a rich operation control to make the exhaust gas in the rich state and a lean operation control to make the exhaust gas in the lean state. At the sulfur purge control, the sulfur purge control is ended based on the HC concentration at downstream side of the NOx direct catalyst of the rich operation control moved from the lean operation control. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、NOx直接還元型触媒において、この触媒に対する硫黄被毒を解消するための脱硫制御の最適化を図る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムに関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification system that optimize desulfurization control for eliminating sulfur poisoning of a NOx direct reduction catalyst.

自動車の内燃機関や据置式の内燃機関等の排気ガスから、PM(パテイキュレート・マター:粒子状物質)やNOx(窒素酸化物)を除去して排気ガスを浄化するため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に対しては、NOx直接還元型触媒を、内燃機関の排気通路内に配置した排気ガス浄化システムが提案されている。   Exhaust gas purifier for purifying exhaust gas by removing PM (particulate matter) and NOx (nitrogen oxide) from exhaust gas of automobile internal combustion engine and stationary internal combustion engine, etc. Various studies and proposals have been made, and in particular, an exhaust gas purification system in which a NOx direct reduction type catalyst is arranged in the exhaust passage of an internal combustion engine for NOx in order to purify exhaust gas of automobiles and the like. Proposed.

このNOx直接還元型触媒は、β型ゼオラ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)等の金属を担持させたものである。更に、金属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)を配合したり、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たり、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ものもある。   This NOx direct reduction catalyst is obtained by supporting a metal such as rhodium (Rh) or palladium (Pd), which are catalyst components, on a support such as β-type zeolite. In addition, cerium (Ce) that contributes to maintaining the NOx reduction ability is reduced by reducing the metal oxidizing action, or a three-way catalyst is provided in the lower layer to promote the oxidation-reduction reaction, particularly NOx reduction reaction in a rich state. In some cases, iron (Fe) is added to the carrier in order to improve the NOx purification rate.

このNOx直接還元型触媒は、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な酸素濃度が高い雰囲気では、NOxを窒素(N2 )に直接還元するが、この還元の際に、触媒の活性物質である金属に酸素(O2 )が吸着して還元性能が悪化する。そのため、排気ガスの空燃比が理論空燃比やリッチ状態になるように、排気ガス中の酸素濃度を略ゼロ%に低い状態にして、触媒の活性物質を再生して活性化する必要がある。この触媒再生のためのリッチ条件制御は、吸気絞り等の吸気量制御やポスト噴射(後噴射)等の燃料噴射制御やEGR制御等で実施することができ、排気温度は、例えば、400℃〜500℃の温度よりも高温とする。 This NOx direct reduction type catalyst directly reduces NOx to nitrogen (N 2 ) in an atmosphere having a high oxygen concentration, such as exhaust gas with a lean air-fuel ratio of an internal combustion engine such as a diesel engine. Furthermore, oxygen (O 2 ) is adsorbed on the metal which is the active substance of the catalyst, and the reduction performance deteriorates. Therefore, it is necessary to regenerate and activate the active substance of the catalyst by setting the oxygen concentration in the exhaust gas to a low state of substantially zero% so that the air-fuel ratio of the exhaust gas becomes a stoichiometric air-fuel ratio or a rich state. The rich condition control for catalyst regeneration can be performed by intake air amount control such as an intake throttle, fuel injection control such as post injection (post injection), EGR control, and the like. The temperature is higher than 500 ° C.

このNOx直接還元型触媒では、排気ガスがリーンの時にはNOxを窒素と酸素に選択的に分解し、排気ガス中の酸素濃度を低下させたリッチの時にはNOx直接還元型触媒が還元され再生される。従って、このNOx直接還元型触媒をエンジンの排気通路に設けたNOx浄化システムにおいて十分なNOx浄化性能を発揮させるためには、エンジン稼働中に通常運転のリーン条件制御と触媒再生用のリッチ条件制御を適宜切り換えて行う必要がある。更に、リッチ運転時における未燃燃料のNOx直接還元型触媒の後流への排出を抑えるため、噴射時期を大幅に進角させるPCI(予混合圧縮着火)リッチ運転とを組み合わせて使用する。   In this NOx direct reduction type catalyst, when the exhaust gas is lean, NOx is selectively decomposed into nitrogen and oxygen, and when the exhaust gas is rich, the NOx direct reduction type catalyst is reduced and regenerated. . Therefore, in order to exhibit sufficient NOx purification performance in a NOx purification system in which this NOx direct reduction catalyst is provided in the exhaust passage of the engine, lean condition control for normal operation and rich condition control for catalyst regeneration during engine operation Must be switched appropriately. Further, in order to suppress the discharge of unburned fuel to the downstream of the NOx direct reduction catalyst during the rich operation, it is used in combination with a PCI (premixed compression ignition) rich operation that greatly advances the injection timing.

そして、このNOx直接還元型触媒においても、燃料中に含まれている硫黄分が吸着され、硫黄分の吸着量の増加に伴ってNOx分解能力が低下するという硫黄被毒の問題がある。この硫黄被毒に関しては、模擬ガスを用いた試験から、硫黄被毒したNOx直接還元型触媒にリッチ状態の高温排気ガスを流通させると、吸着された硫黄分が二酸化硫黄(SO2 )及び硫化水素(H2 S)の形態となり除去でき、硫黄被毒から回復できることが分かっている。 This NOx direct reduction catalyst also has a problem of sulfur poisoning in which the sulfur content contained in the fuel is adsorbed and the NOx decomposition ability decreases with an increase in the adsorption amount of the sulfur content. With regard to this sulfur poisoning, when a high temperature exhaust gas in a rich state is circulated through a sulfur poisoned NOx direct reduction catalyst from a test using a simulated gas, the adsorbed sulfur content is sulfur dioxide (SO 2 ) and sulfide. It has been found that it can be removed in the form of hydrogen (H 2 S) and recovered from sulfur poisoning.

しかしながら、再生制御の終了判定を行うために、NOx浄化率の回復状態からイオウ被毒からの回復状態を推定しようとすると、NOx浄化率はリーン状態のNOx濃度から算定する必要があるのにもかかわらず、硫黄パージ制御(硫黄被毒再生)時では排気ガスがリッチ雰囲気であるため、硫黄パージ制御運転中は、NOx濃度で触媒機能の回復を判定することが困難であるという問題がある。   However, in order to determine the end of regeneration control, if it is attempted to estimate the recovery state from sulfur poisoning from the recovery state of the NOx purification rate, it is necessary to calculate the NOx purification rate from the lean NOx concentration. Regardless, since the exhaust gas has a rich atmosphere during sulfur purge control (sulfur poisoning regeneration), there is a problem that it is difficult to determine recovery of the catalyst function based on the NOx concentration during the sulfur purge control operation.

一方、このNOx直接還元型触媒は、NOx分解機能と共に、HCを分解する機能も持っており、このHC分解機能は、硫黄被毒によるNOx分解機能の低下と同時に低下し、硫黄被毒から触媒を再生させるために、リッチ状態の高温排気ガスを流通させる運転を実施するとNOx浄化率の回復と共に回復することが分かっている。   On the other hand, this NOx direct reduction type catalyst has a function of decomposing HC as well as a NOx decomposing function, and this HC decomposing function is reduced at the same time as the NOx decomposing function due to sulfur poisoning. In order to regenerate the exhaust gas, it is known that when the operation of circulating the high-temperature exhaust gas in the rich state is carried out, the NOx purification rate is recovered.

なお、この硫黄パージ制御に関しては、吸蔵型NOx触媒(NOx吸蔵還元型触媒)等を対象として、この触媒に吸蔵されたSOxが放出される状態になった頻度を検出又は推定して求めるイオウ成分残存度合相関値と、このイオウ成分残存度合相関値と、触媒温度、排気空燃比に基づいて算出される再生度合とにより、触媒の再生度合を正確に把握して常時適切な再生制御や吸蔵抑制制御を行い、再生不十分による排気ガス性能の低下や必要以上の再生制御による燃費の低下を防止する内燃機関の排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Regarding this sulfur purge control, a sulfur component obtained by detecting or estimating the frequency at which SOx stored in this catalyst is released is targeted for a storage NOx catalyst (NOx storage reduction catalyst) or the like. Based on the residual degree correlation value, the sulfur component residual degree correlation value, and the regeneration degree calculated based on the catalyst temperature and the exhaust air / fuel ratio, the regeneration degree of the catalyst is accurately grasped and appropriate regeneration control and occlusion suppression are always performed. There has been proposed an exhaust emission control device for an internal combustion engine that performs control to prevent a decrease in exhaust gas performance due to insufficient regeneration and a decrease in fuel consumption due to regeneration control more than necessary (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、この排気浄化装置における触媒の再生度合いの推定は複雑であるため、制御プログラムも複雑になってしまうという問題がある。
特開2002−256858号公報
However, since the estimation of the degree of regeneration of the catalyst in this exhaust purification device is complicated, there is a problem that the control program becomes complicated.
JP 2002-256858 A

本発明の目的は、NOx直接還元型触媒の硫黄パージ制御に際して、容易に、硫黄被毒から回復を検出できて、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムを提案することにある。   An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification method and an exhaust gas purification system capable of easily detecting recovery from sulfur poisoning and ending sulfur purge control at an appropriate time when performing sulfur purge control of a NOx direct reduction catalyst. It is to propose.

上記の目的を達成するための排気ガス浄化方法は、内燃機関の排気通路に配置されたNOx直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記NOx直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記NOx直接還元型触媒のNOx浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記NOx直接還元型触媒の下流側のHC濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする。   An exhaust gas purification method for achieving the above object includes an NOx direct reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, rich operation control for making exhaust gas rich, and lean operation for making exhaust gas lean. Sulfur purge control that restores the NOx purification capability of the NOx direct reduction catalyst that has been reduced by sulfur poisoning by sulfur purge control that makes the exhaust gas flowing into the NOx direct reduction catalyst high temperature and rich by repeating control In the exhaust gas purification system provided with a means, the sulfur purge control is terminated based on the HC concentration downstream of the NOx direct reduction catalyst in the rich operation control shifted from the lean operation control in the sulfur purge control. It is characterized by doing.

この方法では、リーン運転制御からリッチ運転制御に切り替えられた後の、HC濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも大きい場合、即ち、急激に上昇する場合には、HC分解能力が低下したままであり、NOx直接還元型触媒の硫黄被毒が回復されていないと判断して硫黄パージ制御を継続する。また、HC濃度の変化速度が所定の変化速度よりも小さい場合、即ち、緩やかに上昇する場合には、HC分解能力が回復し、NOx直接還元型触媒の硫黄被毒が回復したものと判断して、硫黄パージ制御を終了する。   In this method, when the change rate of the HC concentration after switching from the lean operation control to the rich operation control is larger than the predetermined change rate, that is, when it rapidly increases, the HC decomposition ability is reduced. It is determined that the sulfur poisoning of the NOx direct reduction catalyst has not been recovered, and the sulfur purge control is continued. In addition, when the change rate of the HC concentration is smaller than the predetermined change rate, that is, when it gradually increases, it is determined that the HC decomposition ability is recovered and the sulfur poisoning of the NOx direct reduction catalyst is recovered. Then, the sulfur purge control is finished.

従って、この方法により、硫黄パージ制御に際して、NOx浄化能力の回復と共にHC分解能力が回復することを利用して、HC濃度をモニターすることにより、簡便かつ正確に、NOx直接還元型触媒の硫黄被毒からの回復状態を推定して、適切な時期に硫黄パージ制御を終了することができる。   Therefore, by this method, when the sulfur purge control is performed, the HC concentration is monitored by utilizing the recovery of the HC decomposition capability together with the recovery of the NOx purification capability. The state of recovery from poisoning is estimated, and the sulfur purge control can be terminated at an appropriate time.

また、上記の排気ガス浄化方法において、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期における前記HC濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御を終了するように構成すると、簡便なアルゴリズムで、また、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。   Further, in the exhaust gas purification method, in the sulfur purge control, when the change rate of the HC concentration at the initial stage of the rich operation control shifted from the lean operation control becomes smaller than a predetermined change rate, If the sulfur purge control is terminated, the sulfur purge control can be terminated by a simple algorithm and at an appropriate time.

そして、上記の目的を達成するための排気ガス浄化システムは、 内燃機関の排気通路に配置されたNOx直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記NOx直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記NOx直接還元型触媒のNOx浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、前記NOx直接還元型触媒の下流側に設けたHC濃度センサと、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御のHC濃度の変化に基づいて、前記硫黄パージ制御の終了を判断する硫黄パージ終了判定手段を備えて構成される。   An exhaust gas purification system for achieving the above object includes a NOx direct reduction catalyst disposed in an exhaust passage of an internal combustion engine, rich operation control for making exhaust gas rich, and making exhaust gas lean. Sulfur that restores the NOx purification capability of the NOx direct reduction catalyst that has been reduced by sulfur poisoning by sulfur purge control that repeats lean operation control and makes exhaust gas flowing into the NOx direct reduction catalyst high temperature and rich. In the exhaust gas purification system provided with the purge control means, the HC concentration sensor provided on the downstream side of the NOx direct reduction catalyst and the HC concentration of the rich operation control shifted from the lean operation control during the sulfur purge control. Sulfur purge end determination means for determining the end of the sulfur purge control based on the change is provided.

また、上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記硫黄パージ終了判定手段が、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期におけるHC濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御の終了であると判定するように構成する。この構成により、より単純なアルゴリズムで適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。   In the exhaust gas purification system, when the sulfur purge end determination means performs the sulfur purge control, the change rate of the HC concentration at the initial stage of the rich operation control shifted from the lean operation control is greater than a predetermined change rate. Is determined to be the end of the sulfur purge control. With this configuration, the sulfur purge control can be terminated at an appropriate time with a simpler algorithm.

本発明の排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システムによれば、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、NOx直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御において、この硫黄パージ制御に際して、リーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のNOx直接還元型触媒の下流側のHC濃度、特に、HC濃度の変化速度に基づいて、触媒機能の回復度合いを推定し、硫黄パージ制御の終了時期を判断するので、容易に、硫黄被毒からの回復度合いを正確に検出でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。   According to the exhaust gas purification method and the exhaust gas purification system of the present invention, the exhaust gas flowing into the NOx direct reduction catalyst is repeatedly performed by rich operation control for making the exhaust gas rich and lean operation control for making the exhaust gas lean. In the sulfur purge control for setting the gas to a high temperature and rich state, the HC concentration on the downstream side of the NOx direct reduction catalyst when the sulfur purge control is shifted from the lean operation control to the rich operation control, in particular, the change rate of the HC concentration. Therefore, the degree of recovery of the catalyst function is estimated and the end time of the sulfur purge control is judged. Therefore, the degree of recovery from sulfur poisoning can be easily detected accurately, and the sulfur purge control can be ended at an appropriate time. .

以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムについて図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム1の構成を示す。この排気ガス浄化システム1は、エンジン(内燃機関)Eの排気ガス通路2にNOx直接還元型触媒装置3を配置して構成される。   FIG. 1 shows a configuration of an exhaust gas purification system 1 according to an embodiment of the present invention. The exhaust gas purification system 1 is configured by disposing a NOx direct reduction catalyst device 3 in an exhaust gas passage 2 of an engine (internal combustion engine) E.

このNOx直接還元型触媒装置3は、β型ゼオライト等の担体にロジウム(Rh)やパラジウム(Pd)等の特別な金属(活性物質)を担持させて構成される。そして、更に、金属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)を配合したり、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たり、また、NOxの浄化率を向上させるために担持体に鉄(Fe)を加えたりする場合もある。   The NOx direct reduction catalyst device 3 is configured by supporting a special metal (active substance) such as rhodium (Rh) or palladium (Pd) on a support such as β-type zeolite. Further, cerium (Ce) that contributes to maintaining the NOx reduction ability is reduced by reducing the oxidation action of the metal, or a three-way catalyst having platinum or the like is provided in the lower layer to provide an oxidation-reduction reaction, particularly NOx in a rich state. In some cases, iron (Fe) is added to the support in order to promote the reduction reaction, or to improve the NOx purification rate.

このNOx直接還元型触媒3は、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にある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 に直接還元すると共に、触媒の活性物質にO2 が吸着して還元能力が低下する。この還元能力は、空燃比が理論空燃比やリッチである時のように排気ガス中の酸素濃度が略ゼロ%の還元雰囲気にすることにより再生できる。 This NOx direct reduction type catalyst 3 comes into contact with NOx and directly reduces NOx to N 2 in an atmosphere having a high oxygen concentration such as exhaust gas in which the air-fuel ratio of an internal combustion engine such as a diesel engine is in a lean state. Then, O 2 is adsorbed on the active substance of the catalyst, and the reducing ability is lowered. This reducing ability can be regenerated by making the reducing atmosphere in which the oxygen concentration in the exhaust gas is substantially zero%, such as when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio or rich.

また、このNOx直接還元型触媒3には、燃料中に含まれている硫黄分が触媒3に吸着することにより、NOx浄化能力がHC分解能力と共に低下するので、この硫黄被毒からNOx直接還元型触媒を回復させるために、NOx直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージを行う必要がある。   Further, in this NOx direct reduction type catalyst 3, since the sulfur content contained in the fuel is adsorbed on the catalyst 3, the NOx purification ability is reduced together with the HC decomposition ability. In order to recover the type catalyst, it is necessary to perform a sulfur purge that brings the exhaust gas flowing into the NOx direct reduction type catalyst into a high temperature and rich state.

そして、このNOx直接還元型触媒装置3の上流側に、空燃比(空気過剰率:λ)センサ4と入口側NOx濃度センサ5を、下流側に、出口側NOx濃度センサ6とHC濃度センサ7を配置する。更に、NOx直接還元型触媒装置3に流入する排気ガスの温度を測定するための入口側排気温度センサ8を、NOx直接還元型触媒装置3の上流側の排気通路2に設置する。   An air-fuel ratio (excess air ratio: λ) sensor 4 and an inlet-side NOx concentration sensor 5 are arranged upstream of the NOx direct reduction catalyst device 3, and an outlet-side NOx concentration sensor 6 and an HC concentration sensor 7 are arranged downstream. Place. Further, an inlet side exhaust temperature sensor 8 for measuring the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx direct reduction type catalyst device 3 is installed in the exhaust passage 2 upstream of the NOx direct reduction type catalyst device 3.

この空燃比センサ4は、硫黄パージ制御におけるモニター用の酸素濃度等を算出するための空燃比(あるいは空気過剰率)を求めるためのセンサであり、入口側NOx濃度センサ5と出口側NOx濃度センサ6は、NOxの浄化率の算出用のNOx濃度を検出するためのセンサである。また、HC濃度センサ7は、硫黄パージ制御の終了時期を判定するためのHC濃度の変化速度Vhcを算出するためにHC濃度を検出するセンサであり、入口側排気温度センサ8は、触媒温度の代わりに、排気ガス温度を監視して、硫黄パージ制御時や再生制御時に触媒温度が所定の温度範囲になるようにするためのセンサである。なお、空燃比(A/F)と空気過剰率(λ)との関係は、空気過剰率=供給空燃比/理論空燃比となっている。   The air-fuel ratio sensor 4 is a sensor for obtaining an air-fuel ratio (or excess air ratio) for calculating a monitoring oxygen concentration or the like in the sulfur purge control, and includes an inlet-side NOx concentration sensor 5 and an outlet-side NOx concentration sensor. 6 is a sensor for detecting the NOx concentration for calculating the NOx purification rate. The HC concentration sensor 7 is a sensor for detecting the HC concentration in order to calculate the HC concentration change rate Vhc for determining the end timing of the sulfur purge control, and the inlet side exhaust temperature sensor 8 is for the catalyst temperature. Instead, it is a sensor for monitoring the exhaust gas temperature so that the catalyst temperature falls within a predetermined temperature range during sulfur purge control or regeneration control. The relationship between the air / fuel ratio (A / F) and the excess air ratio (λ) is excess air ratio = supply air / fuel ratio / theoretical air / fuel ratio.

これらのセンサの出力値は、エンジンEの運転の全般的な制御を行うと共にNOx直接還元型触媒装置3のNOx浄化能力の回復制御も行う制御装置(ECU:エンジンコントロールユニット)10に入力され、この制御装置10から出力される制御信号により、エンジンEの燃料噴射用のコモンレール電子制御燃料噴射装置や絞り弁やEGR弁等が制御される。   The output values of these sensors are input to a control device (ECU: engine control unit) 10 that performs overall control of the operation of the engine E and also performs recovery control of the NOx purification capacity of the NOx direct reduction catalyst device 3. A control signal output from the control device 10 controls a common rail electronic control fuel injection device, a throttle valve, an EGR valve, and the like for fuel injection of the engine E.

そして、このエンジンEの制御装置10に排気ガス浄化システム1の制御装置が組み込まれ、制御装置10は、エンジンEの運転制御と共に、排気ガス浄化システム1のための制御を行う。この排気ガス浄化システム1の制御装置は、図2に示すような、各制御手段C11〜C20等を有する排気ガス浄化システムの制御手段C1を備えて構成される。   And the control apparatus of the exhaust-gas purification system 1 is integrated in this control apparatus 10 of the engine E, and the control apparatus 10 performs control for the exhaust-gas purification system 1 with the operation control of the engine E. The control device of the exhaust gas purification system 1 includes a control means C1 of an exhaust gas purification system having control means C11 to C20 as shown in FIG.

この排気ガス浄化システムの制御手段C1に含まれている排気ガス成分検出手段C11は、排気ガス中の酸素濃度(又は空気過剰率λ)やNOx濃度やHC濃度を検出する手段であり、空燃比センサ4、入口側NOx濃度センサ5、出口側NOx濃度センサ6、HC濃度センサ7等から構成される。   The exhaust gas component detection means C11 included in the control means C1 of this exhaust gas purification system is a means for detecting the oxygen concentration (or excess air ratio λ), NOx concentration and HC concentration in the exhaust gas, and the air-fuel ratio. The sensor 4 includes an inlet side NOx concentration sensor 5, an outlet side NOx concentration sensor 6, an HC concentration sensor 7, and the like.

リーン運転制御手段C12は、リーン運転制御を行うための手段であり、エンジンの回転数や負荷に応じて、EGR制御や吸気絞り制御を併用しながら燃料噴射してリーン運転を行う。このリーン運転制御手段C12は、主として、通常のエンジン運転用として用いられるが、硫黄パージ時の排気昇温調整用としても用いられる。   The lean operation control means C12 is a means for performing lean operation control, and performs lean operation by injecting fuel while using EGR control and intake throttle control according to the engine speed and load. The lean operation control means C12 is mainly used for normal engine operation, but is also used for adjusting the exhaust gas temperature during sulfur purge.

リッチ運転制御手段C13は、排気ガスの空燃比をリッチにするためのリッチ運転制御を行うための手段であり、EGR制御や吸気絞り制御を併用しながら、燃料噴射で多段噴射やポスト噴射あるいは排気管内直接燃料噴射を行って、排気ガスを低酸素濃度状態にすると共に排気温度を上昇させるリッチ運転制御を行う。このリッチ運転制御手段C13は、再生制御用、硫黄パージ制御用として用いられる。   The rich operation control means C13 is a means for performing rich operation control for making the air-fuel ratio of the exhaust gas rich, and in combination with EGR control and intake throttle control, multi-stage injection, post-injection, or exhaust is performed by fuel injection. In-pipe direct fuel injection is performed to bring the exhaust gas into a low oxygen concentration state and perform rich operation control to increase the exhaust temperature. The rich operation control means C13 is used for regeneration control and sulfur purge control.

通常運転手段C14は、通常のエンジン運転を行うための手段であり、車の運転のための要求に基づいて、リーン運転制御手段C12により通常のエンジン運転としてのリーン運転を行う。   The normal operation means C14 is means for performing normal engine operation, and the lean operation as the normal engine operation is performed by the lean operation control means C12 based on a request for driving the vehicle.

再生開始判定手段C15は、NOx浄化能力を回復させるための再生制御を開始するか否かを判定する手段であり、例えば、排気ガス成分検出手段C11で検出したNOx濃度から算出したNOx浄化率が所定の判定値より低くなった場合にNOx直接還元型触媒の再生を開始する。   The regeneration start determination means C15 is a means for determining whether or not regeneration control for recovering the NOx purification capacity is started. For example, the NOx purification rate calculated from the NOx concentration detected by the exhaust gas component detection means C11 is When it becomes lower than the predetermined determination value, regeneration of the NOx direct reduction catalyst is started.

再生制御手段C16は、リッチ運転制御手段C13により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲(触媒にもよるが、概ね200℃〜600℃)にして、NOx浄化能力を回復し、NOx直接還元型触媒の再生を行う。   The regeneration control means C16 sets the exhaust gas state to a predetermined rich air-fuel ratio state and a predetermined temperature range (approximately 200 ° C. to 600 ° C. depending on the catalyst) by the rich operation control means C13, thereby improving the NOx purification capability. It recovers and regenerates the NOx direct reduction catalyst.

再生終了判定手段C17は、再生制御を終了するか否かを判定する手段であり、例えば、再生制御の継続時間が所定の再生終了時間を経過した時に再生終了であると判定する。   The reproduction end determination means C17 is a means for determining whether or not to end the reproduction control. For example, the reproduction end determination means C17 determines that the reproduction is complete when a predetermined reproduction end time has elapsed.

また、硫黄パージ開始判定手段C18は、硫黄パージ制御を開始するか否かの判定をする手段であり、エンジンEの運転時において、再生制御直後の通常運転時、即ち、リーン運転時のNOx浄化率が所定の浄化率よりも低下したか否かにより判定する。なお、燃料消費量と燃料中に含まれる硫黄量(市場実勢値サルファ濃度等)を基にエンジン排出硫黄量を算出し、このエンジン排出硫黄量からNOx直接還元型触媒に吸蔵された硫黄吸着量を算出して、これを積算して求めた積算硫黄吸着量が、所定の判定値よりも大きくなったか否かで判定してもよい。   Further, the sulfur purge start determining means C18 is a means for determining whether or not to start the sulfur purge control. During the operation of the engine E, the NOx purification during the normal operation immediately after the regeneration control, that is, during the lean operation. Judgment is made based on whether the rate has fallen below a predetermined purification rate. The engine exhaust sulfur amount is calculated based on the amount of fuel consumed and the amount of sulfur contained in the fuel (market value, sulfur concentration, etc.), and the amount of sulfur adsorbed in the NOx direct reduction catalyst is calculated from this engine exhaust sulfur amount. It is also possible to determine whether or not the integrated sulfur adsorption amount obtained by calculating and integrating these is greater than a predetermined determination value.

硫黄パージ制御手段C19は、図3に示すような制御フローに従って行われ、リッチ運転制御手段C13によるリッチ運転制御とリーン運転制御手段C12 によるリーン運転制御の繰り返しにより、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲に維持して、NOx浄化能力を回復し、NOx直接還元型触媒3の再生を行うものであり、この所定の温度範囲は硫黄パージ(サルファパージ:脱硫)可能な温度(触媒にもよるが、概ね600℃〜650℃)以上である。   The sulfur purge control means C19 is performed according to a control flow as shown in FIG. 3, and the exhaust gas state is changed to a predetermined rich state by repeating the rich operation control by the rich operation control means C13 and the lean operation control by the lean operation control means C12. The NOx purification ability is recovered by maintaining the air-fuel ratio state and a predetermined temperature range, and the NOx direct reduction type catalyst 3 is regenerated, and this predetermined temperature range is capable of sulfur purge (sulfur purge: desulfurization). The temperature is approximately 600 ° C. to 650 ° C. or higher depending on the catalyst.

そして、このリッチ運転時間thrとリーン運転時間thlを適宜変更することにより、排気温度及び触媒温度を徐々に昇温させることができるので、排気温度及び触媒温度の急上昇を避けながら、排気温度及び触媒温度を所定の温度以下に保つことができる。これにより、触媒温度が所定の昇温速度及び所定の温度を超えないようにすることができ、NOx直接還元型触媒3の熱劣化や焼損を防止することができる。   Then, by appropriately changing the rich operation time thr and the lean operation time thl, the exhaust temperature and the catalyst temperature can be gradually raised, so that the exhaust temperature and the catalyst temperature can be avoided while avoiding sudden increases in the exhaust temperature and the catalyst temperature. The temperature can be kept below a predetermined temperature. Thereby, it is possible to prevent the catalyst temperature from exceeding a predetermined temperature increase rate and a predetermined temperature, and it is possible to prevent thermal deterioration and burnout of the NOx direct reduction catalyst 3.

なお、再生制御においても、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲にするが、硫黄パージ制御における温度範囲の方が、再生制御における温度範囲よりも高いので、このNOx直接還元型触媒3の熱劣化や焼損を防止するための排気温度及び触媒温度の上昇の制御は、硫黄パージ時に特に必要となる。   In the regeneration control, the exhaust gas state is set to a predetermined rich air-fuel ratio state and a predetermined temperature range. However, since the temperature range in the sulfur purge control is higher than the temperature range in the regeneration control, this NOx directly Control of the exhaust temperature and the catalyst temperature rise to prevent thermal degradation and burning of the reduction catalyst 3 is particularly necessary during the sulfur purge.

そして、硫黄パージ終了判定手段C20は、硫黄パージ制御を終了するか否かの判定をする手段であり、図4及び図5に示すように、硫黄パージ制御でリッチ運転制御Rとリーン運転制御Lを繰り返している時の、リーン運転制御Lからリッチ制御運転Rに移行した時の、HC濃度センサ7で検出されるHC濃度の変化速度Vhcが所定の変化速度Vhc0 よりも小さくなったか否かで判定する。   The sulfur purge end determination means C20 is a means for determining whether or not to end the sulfur purge control. As shown in FIGS. 4 and 5, the rich operation control R and the lean operation control L in the sulfur purge control. Whether or not the change rate Vhc of the HC concentration detected by the HC concentration sensor 7 when the shift from the lean operation control L to the rich control operation R is repeated becomes smaller than the predetermined change rate Vhc0. judge.

この図4と図5は、硫黄パージ制御時のHC濃度の変化を示す図であり、図4は、触媒機能の回復前を、図5は触媒機能の回復後を示す。図4ではリーン運転制御Lの部分で硫化水素(H2 S)と二酸化硫黄(SO2 )が放出され、硫黄パージが行われている。この状態では、Aで示すように、HC分解機能が回復していないため、HC濃度の立ち上がりが速く、HC濃度の変化速度が大きいことが分かる。一方、図5ではリーン運転制御Lの部分で硫化水素(H2 S)と二酸化硫黄(SO2 )の放出が無く、硫黄パージが終了している。この状態では、Bで示すように、HC分解機能が回復しているため、HC濃度の立ち上がりが緩やかで、HC濃度の変化速度が小さいことが分かる。 4 and 5 are diagrams showing changes in the HC concentration during the sulfur purge control. FIG. 4 shows the state before the recovery of the catalyst function, and FIG. 5 shows the state after the recovery of the catalyst function. In FIG. 4, hydrogen sulfide (H 2 S) and sulfur dioxide (SO 2 ) are released in the lean operation control L portion, and sulfur purge is performed. In this state, as indicated by A, it can be seen that since the HC decomposition function has not recovered, the rise of the HC concentration is fast and the change rate of the HC concentration is large. On the other hand, in FIG. 5, there is no release of hydrogen sulfide (H 2 S) and sulfur dioxide (SO 2 ) in the portion of the lean operation control L, and the sulfur purge is completed. In this state, as indicated by B, it can be seen that since the HC decomposition function has been restored, the rise of the HC concentration is slow and the rate of change of the HC concentration is small.

そして、この硫黄パージ終了判定手段C20は、図4のAに示すように、排気ガスのHC濃度の変化速度Vhcが、所定の変化速度Vhc0 よりも大きい場合には、HC浄化率が低く、硫黄被毒からの回復がまだであると判断し、図5のBに示すように、所定の変化速度Vhc0 よりも小さい場合には、HC浄化率が高く、硫黄被毒からの回復していると判断する。   Then, as shown in FIG. 4A, when the change rate Vhc of the exhaust gas HC concentration is higher than the predetermined change rate Vhc0, the sulfur purge end determination means C20 has a low HC purification rate, When it is determined that the recovery from poisoning has not been completed and the change rate is lower than the predetermined change rate Vhc0, as shown in FIG. 5B, the HC purification rate is high and the recovery from sulfur poisoning is to decide.

次に、この排気ガス浄化システム1における排気ガス浄化方法について説明する。   Next, an exhaust gas purification method in the exhaust gas purification system 1 will be described.

エンジンEの運転をスタートすると排気ガス浄化システム1の制御手段C1もスタートし、通常運転手段C14により、車の運転のための要求に基づいて通常のエンジン運転を行う。この通常運転時においては、排気ガス成分検出手段C11により検出されたNOx濃度からNOx浄化率を算出し、このNOx浄化率を監視する。   When the operation of the engine E is started, the control means C1 of the exhaust gas purification system 1 is also started, and normal engine operation is performed by the normal operation means C14 based on a request for driving the vehicle. During this normal operation, the NOx purification rate is calculated from the NOx concentration detected by the exhaust gas component detection means C11, and this NOx purification rate is monitored.

そして、NOx浄化率が所定の判定値より低くなった場合には、再生開始判定手段C15の判定により、NOx直接還元型触媒の再生を開始し、再生制御手段C16で、リッチ運転制御手段C13により、排気ガスの状態を所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲(触媒にもよるが、概ね200℃〜600℃)にして、NOx浄化能力を回復し、NOx直接還元型触媒の再生を行う。そして、再生終了判定手段C17により、再生制御の継続時間が所定の再生終了時間を経過した時に再生を終了し、通常運転手段C14による通常運転制御に戻る。   When the NOx purification rate becomes lower than the predetermined determination value, the regeneration start determining means C15 starts regeneration of the NOx direct reduction catalyst, and the regeneration control means C16 causes the rich operation control means C13 to perform regeneration. The exhaust gas state is set to a predetermined rich air-fuel ratio state and a predetermined temperature range (approximately 200 ° C. to 600 ° C. depending on the catalyst), the NOx purification capacity is recovered, and the NOx direct reduction catalyst is regenerated. . Then, the regeneration end determination means C17 ends the regeneration when the predetermined regeneration end time has elapsed, and returns to the normal operation control by the normal operation means C14.

また、硫黄パージ開始判定手段C18により、エンジンEの運転時において、再生制御直後の通常運転再開時のNOx浄化率が所定の浄化率よりも低下した場合に、硫黄パージ制御を開始する。   Further, when the engine E is in operation, the sulfur purge start determining means C18 starts the sulfur purge control when the NOx purification rate at the time of resuming normal operation immediately after the regeneration control is lower than a predetermined purification rate.

この硫黄パージ制御は、図3に例示するような制御フローを使用して行われる。この図3の制御フローは、NOx直接還元型触媒3の硫黄パージ用の制御フローであり、NOx還元能力の再生に関する制御も扱う上級の制御フローで、硫黄パージが必要であると判断された時に呼ばれて、硫黄パージ制御を行うものとして示されている。   This sulfur purge control is performed using a control flow as illustrated in FIG. The control flow of FIG. 3 is a control flow for sulfur purge of the NOx direct reduction catalyst 3, and is an advanced control flow that also handles control relating to regeneration of the NOx reduction capability, and when it is determined that sulfur purge is necessary. Called and shown as performing sulfur purge control.

この制御フローがスタートすると、ステップS11で、燃料噴射量qh 、リッチ運転時間thr,第1リッチ運転時間thr1 ,第2リッチ運転時間thr2 (=thr−thr1 )、リーン運転時間thl、判定用のHC濃度の変化速度Vhc0 を設定する。これらの数値は、それぞれの値に対応する各マップデータや関数を参照して、エンジン運転状態を示すエンジン速度やエンジン負荷等から算出される。これらのマップデータや関数は、触媒性能、エンジン運転条件等から求められ、予め、制御装置10に入力されている。特に、判定用のHC濃度の変化速度Vhc0 のマップデータや関数は、触媒性能、エンジン運転条件及びリッチ条件に応じたリッチ移行時のHC濃度履歴から求められる。   When this control flow starts, in step S11, the fuel injection amount qh, the rich operation time thr, the first rich operation time thr1, the second rich operation time thr2 (= thr-thr1), the lean operation time thl, and the determination HC Sets the density change rate Vhc0. These numerical values are calculated from the engine speed indicating the engine operating state, the engine load, and the like with reference to each map data and function corresponding to each value. These map data and functions are obtained from catalyst performance, engine operating conditions, and the like, and are input to the control device 10 in advance. In particular, the map data and the function of the HC concentration change rate Vhc0 for determination are obtained from the HC concentration history at the time of rich transition corresponding to the catalyst performance, the engine operating conditions, and the rich conditions.

次に、ステップS12で、リッチ運転制御手段C13による排気ガス昇温制御の前段階である第1排気昇温制御を行う。この第1排気昇温制御では、リッチ運転制御により排気ガスを所定のリッチ空燃比状態(例えば、空気過剰率換算で、0.8〜0.9)及び所定の温度範囲に維持して、硫黄パージを行い、NOx直接還元型触媒3を再生する。この所定の温度範囲は硫黄パージ可能な温度(触媒にもよるが、概ね600℃〜650℃)以上である。このリッチ運転制御では、低酸素濃度及び高温の脱硫用のリッチ状態を保つように、排気ガス成分検出手段C11により検出される空燃比(空気過剰率)、及び、入口側排気温度センサ8により検出される触媒入口排気温度等をモニターしながら、燃料噴射量、燃料噴射タイミングをフィードバック制御して、硫黄パージ用のリッチ運転を行う。なお、この硫黄パージ用のリッチ運転制御ではEGR制御や吸気絞り制御が併用される。   Next, in step S12, the first exhaust gas temperature raising control, which is the previous stage of the exhaust gas temperature raising control by the rich operation control means C13, is performed. In this first exhaust gas temperature raising control, exhaust gas is maintained in a predetermined rich air-fuel ratio state (for example, 0.8 to 0.9 in terms of excess air ratio) and a predetermined temperature range by rich operation control, and sulfur is controlled. Purge is performed to regenerate the NOx direct reduction catalyst 3. This predetermined temperature range is equal to or higher than the temperature at which sulfur purging is possible (although it depends on the catalyst, it is generally 600 ° C to 650 ° C). In this rich operation control, the air-fuel ratio (excess air ratio) detected by the exhaust gas component detection means C11 and the inlet side exhaust temperature sensor 8 are detected so as to maintain a rich state for low-oxygen concentration and high-temperature desulfurization. A rich operation for sulfur purge is performed by feedback control of the fuel injection amount and fuel injection timing while monitoring the catalyst inlet exhaust gas temperature and the like. In the rich operation control for sulfur purge, EGR control and intake throttle control are used in combination.

この第1排気昇温制御を、ステップS11で設定された第1リッチ運転時間thr1 の間行い、この間に排気ガス成分検出手段C11によりHC濃度を検出し、この検出されたHC濃度からHC濃度の速度変化Vhcを算出する。   This first exhaust gas temperature raising control is performed for the first rich operation time thr1 set in step S11, during which the HC concentration is detected by the exhaust gas component detecting means C11, and the HC concentration is detected from the detected HC concentration. The speed change Vhc is calculated.

そして、ステップS13で、このHC濃度の速度変化Vhcをチェックし、判定用のHC濃度の速度変化Vhc0より大きい場合、即ち、HC濃度が速やかに上昇している場合には、まだ、触媒が硫黄に被毒した状態で、HC分解機能が低下している状態であるので、硫黄パージ制御を継続し、ステップS14,ステップS15に行った後、ステップS11に戻る。   In step S13, the speed change Vhc of the HC concentration is checked. If the HC concentration speed change Vhc0 is larger than the determination HC concentration speed change Vhc0, that is, if the HC concentration is rising rapidly, the catalyst is still sulfur. In this state, the HC decomposition function is deteriorated, so that the sulfur purge control is continued, and after performing steps S14 and S15, the process returns to step S11.

このステップS14では、リッチ運転制御手段C13による排気ガス昇温制御の後段階である第2排気昇温制御を行う。この第2排気昇温制御では、第1排気昇温制御に継続し、また、第1排気昇温制御と同様に、リッチ運転制御により排気ガスを所定のリッチ空燃比状態及び所定の温度範囲に維持して、硫黄パージを行い、NOx直接還元型触媒3を再生する。この第2排気昇温制御を、ステップS11で設定された第2リッチ運転時間thr2 (thr2 =thr−thr1 )の間行う。   In this step S14, the second exhaust gas temperature raising control, which is a stage after the exhaust gas temperature raising control by the rich operation control means C13, is performed. In the second exhaust gas temperature raising control, the first exhaust gas temperature raising control is continued. Similarly to the first exhaust gas temperature raising control, the exhaust gas is brought into a predetermined rich air-fuel ratio state and a predetermined temperature range by the rich operation control. Maintaining and performing a sulfur purge, the NOx direct reduction catalyst 3 is regenerated. This second exhaust gas temperature raising control is performed for the second rich operation time thr2 (thr2 = thr-thr1) set in step S11.

ステップS15では、リ−ン運転制御手段C12による排気ガス温度の調整段階である第3排気昇温制御を行う。この第3排気昇温制御では、リーン運転制御により排気ガスを所定のリーン空燃比状態(例えば、空気過剰率換算で、1.1〜1.2)に維持して、排気ガスの昇温調整を行う。この第3排気昇温制御を、ステップS11で設定されたリーン運転時間thlの間行う。このリッチ運転時間thrとリーン運転時間thlを適宜変更することにより、排気温度及び触媒温度の急上昇を避けながら、排気温度及び触媒温度を所定の温度以下に保つ。これにより、NOx直接還元型触媒3の熱劣化や焼損を防止する。   In step S15, third exhaust temperature raising control, which is an adjustment stage of the exhaust gas temperature by the lean operation control means C12, is performed. In the third exhaust gas temperature raising control, the exhaust gas is maintained in a predetermined lean air-fuel ratio state (for example, 1.1 to 1.2 in terms of excess air ratio) by lean operation control, and the temperature rise adjustment of the exhaust gas is performed. I do. This third exhaust gas temperature raising control is performed for the lean operation time thl set in step S11. By appropriately changing the rich operation time thr and the lean operation time thl, the exhaust temperature and the catalyst temperature are kept below a predetermined temperature while avoiding sudden increases in the exhaust temperature and the catalyst temperature. Thereby, thermal deterioration and burning of the NOx direct reduction catalyst 3 are prevented.

また、ステップS13で、このHC濃度の速度変化Vhcが、判定用のHC濃度の速度変化Vhc0以下の場合、即ち、HC濃度は緩やかに上昇する場合には、触媒が硫黄被毒から回復した状態で、HC分解機能が回復した状態であるので、硫黄パージ制御を終了し、ステップS16に行き、リターンする。   In step S13, when the HC concentration speed change Vhc is equal to or less than the determination HC concentration speed change Vhc0, that is, when the HC concentration gradually increases, the catalyst is recovered from sulfur poisoning. Thus, since the HC decomposition function has been recovered, the sulfur purge control is terminated, the process goes to step S16, and the process returns.

ステップS16では、この硫黄パージ制御の終了作業を行うが、この終了作業では、脱硫用のリッチ運転制御を終了して通常運転制御のリーン運転制御に戻すと共に、硫黄パージ開始判断用数値をリセットしたりする。   In step S16, the sulfur purge control end operation is performed. In this end operation, the desulfurization rich operation control is terminated and returned to the normal operation control lean operation control, and the sulfur purge start determination numerical value is reset. Or

従って、この図3の制御フローに従う制御によれば、リッチ運転制御とリーン運転制御を繰り返し行う硫黄パージ制御において、リーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時の、NOx直接還元型触媒3の下流側のHC濃度、ここではHC濃度の変化速度Vhcにより、触媒機能の回復状況を推定し、硫黄パージ制御の終了時期を判断するので、容易に、正確に終了時期を判定でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。   Therefore, according to the control according to the control flow of FIG. 3, in the sulfur purge control in which the rich operation control and the lean operation control are repeatedly performed, the downstream of the NOx direct reduction catalyst 3 when shifting from the lean operation control to the rich operation control. The recovery state of the catalyst function is estimated from the HC concentration on the side, here the change rate Vhc of the HC concentration, and the end timing of the sulfur purge control is determined, so that the end timing can be easily and accurately determined, and at an appropriate time Sulfur purge control can be terminated.

つまり、NOx直接還元型触媒3が硫黄に被毒し、HC分解機能が低下している状態では、リッチ運転制御Rに移行した時にHCは分解されないため、HC濃度は速やかに上昇し、一方、触媒が硫黄被毒から回復し、HC分解機能が回復した状態では、リッチ運転制御Lに移行した時にHCが分解されるため、HC濃度は緩やかに上昇する。従って、予め、触媒性能、エンジン運転条件及びリッチ条件に応じたリッチ移行時のHC濃度履歴を制御装置10に記憶させておき、このデータと比較することにより、触媒機能の回復状態を判定し、回復している場合には、硫黄パージ制御(硫黄被毒再生)運転を終了する。   That is, in the state where the NOx direct reduction catalyst 3 is poisoned by sulfur and the HC decomposition function is lowered, HC is not decomposed when the operation shifts to the rich operation control R, so the HC concentration rises quickly, When the catalyst recovers from sulfur poisoning and the HC decomposition function is recovered, HC is decomposed when the operation shifts to the rich operation control L, so that the HC concentration gradually increases. Therefore, the control device 10 stores the HC concentration history at the time of rich transition according to the catalyst performance, the engine operation condition and the rich condition in advance, and determines the recovery state of the catalyst function by comparing with this data. If it has recovered, the sulfur purge control (sulfur poisoning regeneration) operation is terminated.

なお、リーン状態Lからリッチ状態Rに移行する際に、図4と図5でHC濃度、即ち、HC分解度合いが異なるのは、触媒機能が回復した図5の場合では、リーン運転制御L時に酸素が触媒に残留するので、この残留酸素の影響でHC濃度が変化するものと考えられる。従って、このHC濃度の差に基づいて、定常リッチ状態おけるHC濃度の変化からも触媒機能の回復状態を推定できる。   4 and FIG. 5, the HC concentration, that is, the degree of HC decomposition differs between the lean state L and the rich state R. In the case of FIG. Since oxygen remains in the catalyst, it is considered that the HC concentration changes due to the influence of this residual oxygen. Therefore, based on the difference in the HC concentration, the recovery state of the catalyst function can be estimated from the change in the HC concentration in the steady rich state.

以上に説明したように、上記の排気ガス浄化システム1及び排気ガス浄化方法では、エンジンEの排気通路2にNOx直接還元型触媒3と、このNOx直接還元型触媒3の下流側にHC濃度検出手段であるHC濃度センサ7を配置し、このNOx直接還元型触媒3のNOx浄化率が硫黄被毒により低下したと認められる際には、排気ガス昇温と酸素濃度低下のためのリッチ運転制御と排気ガスの昇温調整のためのリーン制御を継続的に繰り返ししながら、排気ガス温度を昇温し、且つ、排気ガスの空燃比をリッチ状態にする硫黄パージリッチ運転制御(排気ガス昇温リッチ制御)を行うことにより、NOx直接還元型触媒3の浄化能力の再生を行う排気ガス浄化システム1において、リーン運転制御からリッチ運転制御に切り替えられた後の、HC濃度検出手段7から検出される排気ガスのHC濃度の変化速度Vhcが、所定の変化速度Vhc0 よりも大きい(急激に上昇)場合は、硫黄被毒による浄化率低下の再生が終了していないと判断して再生制御を継続する共に、HC濃度の変化速度Vhcが所定の変化速度Vhc0 よりも小さい(緩やかに上昇)場合は、硫黄被毒による浄化率低下が回復したものと判断して再生制御(排気ガス昇温リッチ制御)を終了させる。従って、容易に、硫黄被毒からの回復度合いを正確に検出でき、適切な時期に硫黄パージ制御を終了できる。   As described above, in the exhaust gas purification system 1 and the exhaust gas purification method described above, the NOx direct reduction catalyst 3 is disposed in the exhaust passage 2 of the engine E, and the HC concentration is detected downstream of the NOx direct reduction catalyst 3. When the HC concentration sensor 7 as a means is arranged and it is recognized that the NOx purification rate of the NOx direct reduction catalyst 3 is reduced by sulfur poisoning, the rich operation control for exhaust gas temperature rise and oxygen concentration reduction is performed. And sulfur purge rich operation control (exhaust gas temperature rise) that raises the exhaust gas temperature and makes the air-fuel ratio of the exhaust gas rich while continuously repeating the lean control for adjusting the temperature rise of the exhaust gas In the exhaust gas purification system 1 that regenerates the purification capability of the NOx direct reduction catalyst 3 by performing rich control), after the lean operation control is switched to the rich operation control. When the change rate Vhc of the exhaust gas HC concentration detected from the HC concentration detection means 7 is larger than the predetermined change rate Vhc0 (abrupt increase), regeneration of the purification rate reduction due to sulfur poisoning has not ended. And the regeneration control is continued, and if the change rate Vhc of HC concentration is smaller than the predetermined change rate Vhc0 (slow increase), it is judged that the decrease in the purification rate due to sulfur poisoning has been recovered. The control (exhaust gas temperature rise rich control) is terminated. Therefore, the degree of recovery from sulfur poisoning can be easily detected accurately, and the sulfur purge control can be terminated at an appropriate time.

本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust gas purification system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムの制御手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control means of the exhaust gas purification system of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の硫黄パージ用の制御フローの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the control flow for sulfur purges of embodiment which concerns on this invention. 触媒機能の回復前の硫黄被毒再生運転におけるリーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のHC濃度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of HC density | concentration when it transfers to lean operation control from lean operation control in the sulfur poisoning reproduction | regeneration driving | operation before recovery of a catalyst function. 触媒機能の回復後の硫黄被毒再生運転におけるリーン運転制御からリッチ運転制御に移行した時のHC濃度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of HC density | concentration when it transfers to lean operation control from lean operation control in the sulfur poisoning reproduction | regeneration driving | operation after recovery of a catalyst function.

符号の説明Explanation of symbols

E エンジン
1 排気ガス浄化システム
2 排気通路
3 NOx直接還元型触媒装置
4 空燃比センサ
5 入口側NOx濃度センサ
6 出口側NOx濃度センサ
7 HC濃度センサ
8 入口側排気温度センサ
10 制御装置(ECU)
E Engine 1 Exhaust gas purification system 2 Exhaust passage 3 NOx direct reduction type catalyst device 4 Air-fuel ratio sensor 5 Inlet side NOx concentration sensor 6 Outlet side NOx concentration sensor 7 HC concentration sensor 8 Inlet side exhaust temperature sensor 10 Control device (ECU)

Claims (4)

内燃機関の排気通路に配置されたNOx直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記NOx直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記NOx直接還元型触媒のNOx浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の前記NOx直接還元型触媒の下流側のHC濃度に基づいて、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする排気ガス浄化方法。
The NOx direct reduction catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, the rich operation control that makes the exhaust gas rich, and the lean operation control that makes the exhaust gas lean, are repeated, and flows into the NOx direct reduction catalyst In an exhaust gas purification system comprising a sulfur purge control means for recovering the NOx purification ability of the NOx direct reduction catalyst, which has been reduced by sulfur poisoning, by sulfur purge control that brings the exhaust gas to a high temperature and rich state,
In the sulfur purge control, the exhaust gas purifying method ends the sulfur purge control based on the HC concentration on the downstream side of the NOx direct reduction catalyst in the rich operation control shifted from the lean operation control. .
前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期における前記HC濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御を終了することを特徴とする請求項1記載の排気ガス浄化方法。   In the sulfur purge control, the sulfur purge control is terminated when the change rate of the HC concentration at the initial stage of the rich operation control that has shifted from the lean operation control becomes smaller than a predetermined change rate. The exhaust gas purification method according to claim 1. 内燃機関の排気通路に配置されたNOx直接還元型触媒と、排気ガスをリッチ状態にするリッチ運転制御と排気ガスをリーン状態にするリーン運転制御を繰り返して、前記NOx直接還元型触媒に流入する排気ガスを高温かつリッチ状態にする硫黄パージ制御によって、硫黄被毒で低下した前記NOx直接還元型触媒のNOx浄化能力を回復する硫黄パージ制御手段を備えた排気ガス浄化システムにおいて、
前記NOx直接還元型触媒の下流側に設けたHC濃度センサと、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御のHC濃度の変化に基づいて、前記硫黄パージ制御の終了を判断する硫黄パージ終了判定手段を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
The NOx direct reduction catalyst disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine, the rich operation control that makes the exhaust gas rich, and the lean operation control that makes the exhaust gas lean, are repeated, and flows into the NOx direct reduction catalyst In an exhaust gas purification system comprising a sulfur purge control means for recovering the NOx purification ability of the NOx direct reduction catalyst, which has been reduced by sulfur poisoning, by sulfur purge control that brings the exhaust gas to a high temperature and rich state,
The sulfur purge control is terminated based on the HC concentration sensor provided on the downstream side of the NOx direct reduction catalyst and the change in the HC concentration in the rich operation control shifted from the lean operation control during the sulfur purge control. An exhaust gas purification system comprising a sulfur purge end determination means for determining.
前記硫黄パージ終了判定手段が、前記硫黄パージ制御に際して、前記リーン運転制御から移行した前記リッチ運転制御の初期におけるHC濃度の変化速度が、所定の変化速度よりも小さくなった時に、前記硫黄パージ制御の終了であると判定することを特徴とする請求項3記載の排気ガス浄化システム。
When the sulfur purge end determination means is in the sulfur purge control, when the change rate of the HC concentration in the initial stage of the rich operation control shifted from the lean operation control becomes smaller than a predetermined change rate, the sulfur purge control The exhaust gas purification system according to claim 3, wherein the exhaust gas purification system is determined to be terminated.
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JP2009047086A (en) * 2007-08-21 2009-03-05 Denso Corp Exhaust emission control device of internal combustion engine

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