JP4093302B2 - ＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法及びＮＯｘ浄化システム - Google Patents

ＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法及びＮＯｘ浄化システム Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関や燃焼装置等の排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する排気ガスのＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法とＮＯｘ浄化システムに関するものである。
【０００２】
より詳細には、直接還元型ＮＯｘ触媒を用いたＮＯｘ浄化システムにおいて、使用される触媒の硫黄被毒による劣化状態の判定を的確に行うことができるＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定に関する。
【０００３】
【従来の技術】
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、ＮＯｘ（窒素酸化物）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。
【０００４】
その一つに、特開２０００−２７４２７９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。
【０００５】
このＮＯｘ吸蔵還元触媒では、触媒担体上に白金（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。
【０００６】
そして、空燃比がリッチになり酸素濃度が低下すると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。
【０００７】
しかしながら、このＮＯｘ吸蔵還元触媒を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、ＮＯｘの低減に限界が生じるという問題がある。
【０００８】
また、ディーゼルエンジンの燃料に含まれ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２０００−２７４２７９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。
【０００９】
一方、このＮＯｘ吸蔵還元触媒とは別に、フィンランド共和国への特許出願ＮＯ．１９９９２４８１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。
【００１０】
この直接還元型ＮＯｘ触媒は、図７や図８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。
【００１１】
この再生は、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を略ゼロ％の低い状態にして、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。
【００１２】
なお、この直接還元型ＮＯｘ触媒においては、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。
【００１３】
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。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、硫黄被毒が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ＳＯ2 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、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ＳＯ2 がＳＯ3 として排出され、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し、ＮＯｘの浄化率が低下する。
【００１５】
この劣化が直接還元型ＮＯｘ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の浄化率の低下し、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、燃費の悪化となる。
【００１６】
そのため、直接還元型ＮＯｘ触媒において、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展状態を監視し、劣化がある程度進んだ段階で、低酸素状態で触媒の温度を４００℃以上にして硫黄分を除去する硫黄パージによる劣化回復処理を行う必要がある。
【００１７】
一方、この直接還元型ＮＯｘ触媒においては、劣化時の特性として、５００００／ｈ以下の低ＳＶ（Space Velocity: 空間速度）において、触媒温度が２５０℃〜３５０℃の範囲内にあって、しかも、定常運転時に、空燃比を２３前後に下げると、硫黄被毒によって劣化している状態時だけＮＯｘが大量に排出される現象があることが実験により分かった。
【００１８】
本発明は、上記の知見を得て、上記の問題を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、触媒の硫黄被毒による劣化除隊を適切に判定できる排気ガスのＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法とＮＯｘ浄化システムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法は、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、エンジンの運転状況が劣化判定領域にあり、かつ、定常運転である場合に、排気ガス中の空燃比が通常のエンジン運転における排気ガスの空燃比と前記直接還元型ＮＯｘ触媒の再生用の排気ガスの空燃比との間の値になる判定用排気ガスを発生させて、該判定用排気ガスが前記直接還元型ＮＯｘ触媒を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度が所定の判定値以上であった場合に、前記直接還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定する方法である。
【００２０】
この直接還元型ＮＯｘ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（Ｐｔ）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（Ｆｅ）を加えたりして形成することができる。
【００２１】
なお、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、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」ということにする。
【００２２】
この判定用排気ガスの空燃比は、再生用排気ガスの空燃比の１４．７以下に対して、ベースの空燃比が２７程度の場合に、２３前後の値、好ましくは２２〜２５であり、この排気ガスは、再生処理用排気ガス発生のためのリッチスパイクと同様に、燃料噴射制御や吸気量制御や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。
また、ＮＯｘ濃度に関する所定の判定値は、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ある。
【００２３】
そして、ＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法において、前記エンジンの運転状況が劣化判定領域にあるとの判定を、排気ガス量が所定の判定排気ガス量以下であり、かつ、触媒温度が所定の判定下限温度と所定の判定上限温度の間にある場合に行う。
【００２４】
この所定の判定排気ガス量は、直接還元型ＮＯｘ触媒に対する空間速度（ＳＶ）が５００００／ｈ以下となるような上限の排気ガス量であり、所定の判定下限温度と所定の判定上限温度としては実験的に２５０℃と３５０℃の値が得られている。
【００２５】
また、定常運転状態にあることの判定は、トルクＱの変化量ΔＱの絶対値が所定の判定値ΔＱlim 以下で、かつ、エンジン回転数Ｎｅの変化量ΔＮｅの絶対値が所定の判定値ΔＮｅlim 以下である時に定常運転状態にあるとすること行うことができる。
【００２８】
なお、ここでいう通常のエンジン運転とは、触媒等の再生や劣化回復のための制御運転ではなく、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、この通常のエンジン運転では、排気ガス中の空燃比は、劣化判定領域において２７程度であり、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。
【００２９】
そして、上記の触媒劣化判定方法を実施するためのＮＯｘ浄化システムは、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すると共に、触媒劣化判定手段を有するＮＯｘ浄化システムにおいて、該触媒劣化判定手段が、排気ガスの状態が劣化判定を行うことができる領域にあるか否かを判定する劣化領域判定手段と、エンジンの運転状況が定常運転状態にあるか否かを判定する定常運転判定手段と、排気ガス中の空燃比が通常のエンジン運転における排気ガスの空燃比と前記直接還元型ＮＯｘ触媒の再生用の排気ガスの空燃比との間の値になる劣化判定用排気ガスを発生させるための判定用排気ガス発生手段と、前記劣化判定用排気ガスが前記直接還元型ＮＯｘ触媒を通過した後の排気ガス中のＮＯｘ濃度が所定の判定値よりも大きい場合に、前記直接還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定するＮＯｘ濃度判定手段を有して構成される。
【００３０】
そして、上記のＮＯｘ浄化システムにおいて、前記劣化領域判定手段が、排気ガス量が所定の判定排気ガス量以下であり、かつ、触媒温度が所定の判定下限温度と所定の判定上限温度の間にある場合にエンジンの運転状態が劣化判定領域にあるとの判定を行うように構成される。
【００３２】
以上の構成のＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法とＮＯｘ浄化システムによれば、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、触媒の硫黄被毒による劣化状態を的確に判定できるので、適正な時期に触媒の劣化に対する劣化回復処理を行うことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る実施の形態のＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法及びＮＯｘ浄化システムについて説明する。
【００３４】
最初に、この触媒劣化判定方法及び触媒劣化判定方法が使用されるＮＯｘ浄化システムについて説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
この直接還元型ＮＯｘ触媒３は、図７や図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（Ｐｔ）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体に鉄（Ｆｅ）を加えている。
【００３７】
そして、この直接還元型ＮＯｘ触媒３は、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（ＲｈＯｘ）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（Ｒｈ）等の元の金属Ｍに戻る性質を有するものである。
【００３８】
そして、エンジンの運転状態、主にトルク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には触媒温度Ｔcat を検知するための触媒温度センサ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。
【００３９】
そして、運転状況検出装置５等から得られるエンジン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。
【００４０】
図２に示すように、このＮＯｘ浄化システム制御手段２００は、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、触媒再生手段２１０は再生時期判定手段２１１や再生処理手段２１２を有し、また、触媒劣化回復手段２２０は、触媒劣化判定手段２２１と回復処理手段２２２を有して構成される。
【００４１】
触媒再生手段２１０は、排気ガスの空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ＭＯｘとなった直接還元型ＮＯｘ触媒３を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。
【００４２】
この再生時期判定手段２１１は、ＮＯｘを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ＮＯｘ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。
【００４３】
また、再生処理手段２１２は、排気ガス中の酸素濃度を低下させる手段、即ち、空燃比Ａｆが１４．７以下のリッチスパイクを行う手段であり、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、吸入空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。
【００４４】
なお、燃料噴射制御には、エンジンの燃焼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。
【００４５】
そして、触媒劣化回復手段２２０の触媒劣化判定手段２２１は、本発明に係るもので、回復処理の時期であるか否かの判定として、劣化した直接還元型ＮＯｘ触媒３の劣化状態の判定を行う手段であり、劣化領域判定手段２２１ａ、定常運転判定手段２２１ｂ、判定用排気ガス発生手段２２１ｃ、ＮＯｘ濃度判定手段２２１ｄを有して構成される。
【００４６】
この劣化領域判定手段２２１ａは、排気ガスの状態が劣化判定を行うことができる領域にあるか否かを判定する手段であり、排気ガス量Ｑｅが、判定排気ガス量Ｑｅlim 以下であり、かつ、触媒温度Ｔcat が判定下限温度ＴＬと判定上限温度ＴＨの間にある場合に劣化判定領域にあると判定する。
【００４７】
この判定排気ガス量Ｑｅlim は、これ以下であると直接還元型ＮＯｘ触媒３に対する空間速度（ＳＶ）の値が５００００／ｈ以下の低ＳＶ状態となるような値として予め設定される。また、実験結果から判定下限温度ＴＬは２５０℃、判定上限温度ＴＨは３５０℃の値が得られている。
【００４８】
なお、このＳＶの値は、排気ガス流量を触媒の装置の体積で割った値で通過速度となる値である。
【００４９】
定常運転判定手段２２１ｂは、エンジンの運転状態が定常運転状態にあるか否かを判定する手段であり、トルクＱの変化量ΔＱやエンジン回転数Ｎｅの変化量ΔＮｅの各絶対値がそれぞれ所定の判定値ΔＱlim 、ΔＮｅlim 以下である場合に定常運転であると判定する。
【００５０】
判定用排気ガス発生手段２２１ｃは、空燃比Ａｆが２３前後である劣化判定用の排気ガスを発生させる手段であり、空燃比センサー６で検出される空燃比Ａｆの値でフィードバック制御を行い、所定の空燃比の排気ガスを発生させる。この排気ガスは、再生処理のリッチスパイクと同様に、燃料噴射制御や吸気量制御やＥＧＲ制御等のいずれか一つまたはその組み合わせで行う。
【００５１】
そして、ＮＯｘ濃度判定手段２２１ｄは、排気ガスの状態が空燃比Ａｆが劣化判定用の排気ガス状態になっている時のＮＯｘ濃度Ｃnox が所定の判定値Ｃnoxlimよりも大きい場合に直接還元型ＮＯｘ触媒３が劣化していると判定し、劣化フラグＦ２を１にしてリターンする。なお、ＮＯｘ濃度Ｃnox が所定の判定値Ｃnoxlimよりも小さければ劣化していないと判定し、劣化フラグＦ２を０にしてリターンする。
【００５２】
また、触媒劣化回復手段２２０の回復処理手段２２２は、硫黄被毒により劣化した直接還元型ＮＯｘ触媒３を硫黄パージして回復させる手段であり、排気ガス中の酸素濃度をゼロ％に近い状態にしながら触媒温度Ｔcat を４００℃以上に昇温させる制御を行う。
【００５３】
次に、上記の構成のＮＯｘ浄化システム１０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６に例示するフローチャート等に基づいて行なわれる。
【００５４】
なお、この図３〜図６に例示するＮＯｘ浄化システム制御フローは、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ることを繰り返し、エンジンの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。
【００５５】
この図３のＮＯｘ浄化システム制御フローでは、ステップＳ１００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、触媒再生制御や触媒劣化回復制御を行うか否かを判定する時間間隔）の間行い、ステップＳ２００で、図４の触媒再生制御フローに示すように、ステップＳ２１０で直接還元型ＮＯｘ触媒３が再生時期にあるか否かを判定し、ステップＳ２２０のチェックで再生時期であれば（Ｆ１＝１）、ステップＳ２３０の再生処理制御を行い、再生時期でなければ（Ｆ１＝０）、そのまま戻って図３の次のステップＳ３００の触媒劣化回復制御に行く。
【００５６】
この触媒劣化回復制御では、図５の触媒劣化回復制御フローに示すように、ステップＳ３１０で直接還元型ＮＯｘ触媒３が劣化しているか否かの劣化判定を行い、ステップＳ３２０のチェックで劣化状態にあれば（Ｆ２＝１）、ステップＳ３３０の劣化回復処理制御を行い、劣化状態になければ（Ｆ２＝０）、そのままリターンして、図３のＮＯｘ浄化システム制御フローに戻る。
【００５７】
そして、図３のＮＯｘ浄化システム制御フローでリターンに行き、図示しないメインのエンジン制御フローに戻り、再度、このエンジン制御フローから呼ばれてこのＮＯｘ浄化システム制御フローを繰り返す。
【００５８】
そして、本発明の排気ガス浄化システム１０においては、直接還元型ＮＯｘ触媒３の触媒劣化判定（ステップＳ３１０）は、図６に例示するような触媒劣化判定フローに基づいた触媒劣化判定方法によって行われる。
【００５９】
この図６の触媒劣化判定フローがスタートすると、先ず、ステップＳ３１１で運転状況検出装置５からトルクＱ、エンジン回転数Ｎｅ等の運転状況を表す検出値や制御用数値等を読み込む。そして、ステップＳ３１２で、排気ガス量Ｑｅが，直接還元型ＮＯｘ触媒３に対する空間速度（ＳＶ）の値が５００００／ｈ以下の低ＳＶ状態となる判定排気ガス量Ｑｅlim 以下であり、かつ、触媒温度Ｔcat が判定下限温度ＴＬ（２５０℃）と判定上限温度ＴＨ（３５０℃）の間にあるか否かを判定する。
【００６０】
ステップＳ３１２で運転状況が劣化判定領域にないと判定された場合はリターンし、劣化判定領域にあると判定された場合は、ステップＳ３１３で、定常運転状態にあるか否かを、トルクＱの変化量ΔＱの絶対値が所定の判定値ΔＱlim 以下で、かつ、エンジン回転数Ｎｅの変化量ΔＮｅの絶対値が所定の判定値ΔＮｅlim 以下であるか否かで判定する。
【００６１】
このステップＳ３１３の定常運転中か否かの判定で定常運転中でないと判定された場合はリターンし、定常運転中であると判定された場合は、ステップＳ３１４で、空燃比が２３前後である劣化判定用排気ガスを発生させ、次のステップＳ３１５で空燃比センサー６とＮＯｘセンサー８の検出値の排気ガス情報の読み込むを行う。
【００６２】
ステップＳ３１６では、空燃比センサー６で検出された空燃比Ａｆが所定の空燃比の範囲内、即ち、劣化判定用の排気ガスの２３前後の範囲内の値で有るか否かを判定し、否で有れば、ステップＳ３１４に戻り、所定の範囲内になるまで待ち、所定の範囲内になるとステップＳ３１７に行く。
【００６３】
このステップＳ３１７ではＮＯｘセンサー８で検出されたＮＯｘ濃度Ｃnox が所定の判定値Ｃnoxlimよりも大きいか否かを判定する。この所定の判定値Ｃnoxlimは、実験等により求められるデータ（数値やマップデータ）であり、予め制御装置４に入力される。
【００６４】
このステップＳ３１７の判定で、検出ＮＯｘ濃度Ｃnox が判定値Ｃnoxlimよりも大きければ劣化していると判定し、劣化フラグＦ２を１にしてリターンし、小さければ劣化していないと判定し、劣化フラグＦ２を０にしてリターンする。
【００６５】
そして、この触媒劣化判定フローから戻った図５のステップＳ３２０の劣化状態のチェックで、劣化フラグＦ２を判定し、Ｆ２＝１であれば、ステップＳ３３０の劣化回復処理制御に行き、Ｆ２＝０であれば、そのままリターンし、図３のＮＯｘ浄化システム制御フローに戻る。
【００６６】
上記の構成の排気ガス浄化システム１０の触媒劣化判定方法及び触媒劣化判定手段２２１によれば、直接還元型ＮＯｘ触媒における劣化時の特性を利用して、劣化している状態であるか否かを、比較的簡便にしかも的確に判定できる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法とＮＯｘ浄化システムによれば、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、触媒の劣化状態を比較的簡便に的確に判定できるので、適正な時期に触媒の劣化に対する劣化回復処理を行うことができる。
【００６８】
従って、直接還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ還元や再生時期等に関する触媒の劣化の影響を減少でき、高い浄化性能で効率的にＮＯｘの浄化を行なうことができるようになるので、ＮＯｘ排出量をより低減でき、ＮＯｘ浄化性能をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システム制御手段の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態のＮＯｘ浄化システム制御フローの一例を示すフローチャートである。
【図４】図３の触媒再生制御フローの一例を示すフローチャートである。
【図５】図３の触媒劣化回復制御フローの一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態の図３の触媒劣化判定フローの一例を示すフローチャートである。
【図７】直接還元型ＮＯｘ触媒の高酸素濃度状態における反応を示す模式図である。
【図８】直接還元型ＮＯｘ触媒の低酸素濃度状態における反応を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
２ 排気通路（排気ガス通路）
３ 直接還元型ＮＯｘ触媒
４ 制御装置
５ 運転状況検出装置
６ 空燃比センサ
７ 触媒温度センサ
８ ＮＯｘセンサ

Claims (4)

  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（Ｍ）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、
    エンジンの運転状況が劣化判定領域にあり、かつ、定常運転である場合に、排気ガス中の空燃比が通常のエンジン運転における排気ガスの空燃比と前記直接還元型ＮＯｘ触媒の再生用の排気ガスの空燃比との間の値になる判定用排気ガスを発生させて、該判定用排気ガスが前記直接還元型ＮＯｘ触媒を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度が所定の判定値以上であった場合に、前記直接還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定するＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法。
  2. 前記エンジンの運転状況が劣化判定領域にあるとの判定を、排気ガス量が所定の判定排気ガス量以下であり、かつ、触媒温度が所定の判定下限温度と所定の判定上限温度の間にある場合に行う請求項１記載のＮＯｘ浄化システムの触媒劣化判定方法。
  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すると共に、触媒劣化判定手段を有するＮＯｘ浄化システムにおいて、
    該触媒劣化判定手段が、排気ガスの状態が劣化判定を行うことができる領域にあるか否かを判定する劣化領域判定手段と、エンジンの運転状況が定常運転状態にあるか否かを判定する定常運転判定手段と、排気ガス中の空燃比が通常のエンジン運転における排気ガスの空燃比と前記直接還元型ＮＯｘ触媒の再生用の排気ガスの空燃比との間の値になる劣化判定用排気ガスを発生させるための判定用排気ガス発生手段と、前記劣化判定用排気ガスが前記直接還元型ＮＯｘ触媒を通過した後の排気ガス中のＮＯｘ濃度が所定の判定値よりも大きい場合に前記直接還元型ＮＯｘ触媒が劣化していると判定するＮＯｘ濃度判定手段を有して構成されるＮＯｘ浄化システム。
  4. 前記劣化領域判定手段が、排気ガス量が所定の判定排気ガス量以下であり、かつ、触媒温度が所定の判定下限温度と所定の判定上限温度の間にある場合にエンジンの運転状態が劣化判定領域にあるとの判定を行う請求項３記載のＮＯｘ浄化システム。
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