JP6135686B2 - 排気ガス浄化装置における還元剤供給方法 - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンから排出されるNOxを選択的に還元する選択還元(SCR)触媒の劣化度に対応する還元剤供給方法に関するものである。
一般的なNH3吸着材としてSCR触媒に含有されているゼオライトは熱劣化しやすいことが知られている。従って、ゼオライトの劣化によりSCR触媒の触媒性能が低下するため、NOx還元剤のもととなる尿素やNH3の供給量を調整(減量)して、NH3が大気中に放出されないような制御を行う必要がある。
例えば、特許文献1には、SCR触媒の上流に設置された温度センサからの検出信号に基づき排出ガスが所定温度以上となっている時の運転時間を積算して選択還元型触媒の経時劣化の度合を推定することが記載されている。そして、その推定した経時劣化の度合に応じて余剰のアンモニアが生じないよう尿素水の添加量を補正することが記載されている。なお、SCR触媒には、NH3吸着材としてゼオライトのみが含まれている。
一方、SCR触媒の触媒性能を向上させるために、NH3吸着材としてゼオライトに加えてそれ以外の金属酸化物を含有させることが行われている。
例えば、特許文献2には、SCR触媒が、ゼオライト粒子の表面に微細なセリア粒子を含むNOx吸着層を形成したものを含有することにより、NOx浄化率が向上することが記載されている。
上記特許文献2に記載されたゼオライトとセリアとは共にNH3を吸着する。しかし、本願発明者らの知見によれば、これらを所定温度で熱処理すると、ゼオライトは熱劣化によってそのNH3吸着量が大きく低下し、セリウムを含む金属酸化物は同じ熱処理によっても大きなNH3吸着量の低下が生じないことが判った。さらに、そのセリウムを含む金属酸化物の種類によっては、NH3吸着量が増加する傾向があることも判った。
従って、上記特許文献2に示すようなゼオライトとゼオライト以外の金属酸化物とが含有されているSCR触媒においては、上記特許文献1のように、単にSCR触媒に加わった熱負荷積算値をもって還元剤添加量を補正しても、好適な補正量が得られない。
そこで本発明では、ゼオライトと、ゼオライト以外の少なくとも1種類の金属酸化物とが含有されているSCR触媒において、適正な還元剤供給量となるようにこれを調整し、NH3の大気への放出を防止することを課題とする。
上記の目的を達成するために、本発明では、ゼオライトとゼオライト以外の金属酸化物を含むSCR触媒において、SCR触媒が劣化したと判定されたときに、SCR触媒中のゼオライト成分の劣化度を算出し、該劣化度に応じて還元剤供給量を調整するようにした。
すなわち、ここに開示する還元剤供給方法は、エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス中のNOxを還元剤の存在下で選択的に還元するSCR触媒の劣化度に対応する還元剤供給方法であり、上記SCR触媒は、ゼオライトと、ゼオライト以外の少なくとも1種類の金属酸化物とを含み、上記SCR触媒の劣化度合いに関する値を算出し、該劣化度合いに関する値に基づいて、上記SCR触媒が劣化しているかどうか判定する劣化判定ステップと、上記劣化判定ステップにおいてSCR触媒が劣化していると判定されたときに、上記劣化度合いに関する値と、予め実験的に求めておいた上記ゼオライトのNOx浄化率の熱劣化データと、上記SCR触媒中に含まれるゼオライト及び金属酸化物の総量に対するゼオライトの含有率とに基づいて、ゼオライト成分の劣化度を算出するゼオライト劣化度算出ステップと、上記算出されたゼオライト成分の劣化度に基づき、ゼオライト由来の必要還元剤供給量を算出するゼオライト由来供給量算出ステップと、上記ゼオライト由来の必要還元剤供給量に基づいて、上記SCR触媒に供給する還元剤供給量を調整する供給量調整ステップとを備えたことを特徴とする。
本構成によれば、SCR触媒は、ゼオライトと、ゼオライト以外の少なくとも1種類の金属酸化物とを含むため、熱劣化前はゼオライトの優れたNOx浄化性能により効果的にNOxを浄化することができるとともに、熱劣化後は金属酸化物のNOx浄化性能によりNOxの浄化を継続して行うことができる。
ここで、上記金属酸化物のNOx浄化率が熱劣化前後でほとんど変化しない場合、SCR触媒の劣化度合いは、SCR触媒に含有されるゼオライト成分の含有率とその劣化度に依存する。
具体的には例えば、図1(b)に示すように、熱劣化前のSCR触媒と、その構成成分であるゼオライト及び金属酸化物由来のNOx浄化率がそれぞれ100%、70%及び30%であるとする。そして、所定の熱履歴が加えられた熱劣化後には、ゼオライト及び金属酸化物由来のNOx浄化率が、ゼオライト由来のもののみ等比率で低下して7%及び30%になったと仮定する。このとき、SCR触媒全体のNOx浄化率は37%に低下したことになる。
次に、図1(a)に示すように、金属酸化物の含有率が増加し、例えばゼオライト及び金属酸化物由来のNOx浄化率が熱劣化前は50%及び50%である場合には、図1(b)の場合と同じ熱履歴が加えられた場合、熱劣化後には5%及び50%となり、全体で55%のNOx浄化率となる。一方、図1(c)に示すように、金属酸化物の含有率が減少し、例えばゼオライト及び金属酸化物由来のNOx浄化率が熱劣化前は90%及び10%であった場合には、熱劣化後には9%及び10%となり、全体で19%のNOx浄化率となる。
従って、SCR触媒に同じ熱履歴が加えられた場合であっても、SCR触媒のゼオライト及び金属酸化物の含有率に応じて、熱劣化後のNOx浄化性能に対する熱劣化の影響は異なる。
本発明によれば、SCR触媒中に含有されるゼオライト成分の含有率とその劣化度に基づいて還元剤供給量を経時的に調整するため、SCR触媒全体の劣化度に基づいて還元剤供給量を調整するよりも精度よく還元剤供給量を調整することができる。
上記ゼオライト以外の金属酸化物は、具体的にはCeO2、CeZr材、CePr材等のCe系酸化物であることが好ましい。なお、2種類以上のゼオライト以外の金属酸化物を含んでもよい。
また、好ましくは、前記SCR触媒は選択還元触媒金属を含んでもよい。選択還元触媒金属は、具体的には例えば、Fe、Ti、V、W等が好ましく、NH3をNOxに酸化し易いPtやPdの使用は好ましくない。
なお、前記SCR触媒に供給される還元剤は、NH3ガス、NH3水又はその前駆体である尿素水であることが好ましい。
さらに、好ましい態様では、上記劣化判定ステップの後に、上記劣化判定ステップにおいてSCR触媒が劣化していると判定されたときに、上記劣化度合いに関する値と、予め実験的に求めておいた上記金属酸化物のNOx浄化率の熱劣化データと、上記SCR触媒中に含まれるゼオライト及び金属酸化物の総量に対する金属酸化物の含有率とに基づいて、金属酸化物成分の劣化度を算出する金属酸化物劣化度算出ステップと、上記算出された金属酸化物成分の劣化度に基づき、金属酸化物由来の必要還元剤供給量を算出する金属酸化物由来供給量算出ステップとを備え、上記供給量調整ステップにおいて、さらに上記金属酸化物由来の必要還元剤供給量に基づいて、上記SCR触媒に供給する還元剤供給量を調整する。
上記金属酸化物が、例えば熱劣化前後においてそのNOx浄化性能が低下又は向上する場合には、ゼオライト成分のみならず、金属酸化物成分の含有率とその劣化度に基づいて、SCR触媒への還元剤供給量を調整することが効果的である。
従って本発明によれば、SCR触媒がゼオライトとゼオライト以外の金属酸化物とを含んでいる場合であっても、それぞれの成分のNOx浄化率の熱劣化データを反映させて、精度よく還元剤供給量に調整することができる。
また、好ましい態様では、上記SCR触媒の劣化度合いに関する値は、上記SCR触媒に流入する排気ガスの温度に基づいて算出された上記SCR触媒に加えられた熱履歴の積算値である。
本発明によれば、上記SCR触媒に加えられた熱履歴に基づいてSCR触媒が劣化しているかどうか判定するため、排気ガス温度の変動等の影響を考慮することなく、効果的にSCR触媒の劣化判定を行うことができる。
なお、上記熱履歴の積算値は、排気ガス温度が所定温度以上、例えば400℃以上の場合の熱履歴を積算して算出する構成としてもよい。これにより、効果的にSCR触媒の劣化度合いを判定することができる。
また、上記SCR触媒の劣化度合いに関する値は、上記SCR触媒に流出入する排気ガスのNOx濃度に基づいて算出された上記SCR触媒のNOx浄化率であってもよい。
本発明によれば、現時点でのNOx浄化率の実測値からSCR触媒が劣化しているかどうか判定するため、精度よくSCR触媒の劣化判定を行うことができる。
なお、上記金属酸化物の還元剤吸着量は上記ゼオライトの還元剤吸着量よりも少なく、且つ上記金属酸化物の還元剤吸着脱離温度範囲は上記ゼオライトの還元剤吸着脱離温度範囲よりも狭いことが好ましい。
このような金属酸化物の存在により、SCR触媒全体の劣化速度はゼオライト成分の劣化速度よりも低下するため、SCR触媒の劣化判定を精度よく行うことができ、還元剤供給量を効果的に調整することができる。
以上説明したように、本発明によれば、SCR触媒がゼオライトとゼオライト以外の金属酸化物とを含んでいる場合であっても、SCR触媒中に含有されるゼオライト成分の含有率とその劣化度に基づいて還元剤供給量を経時的に調整するため、SCR触媒全体の劣化度に基づいて還元剤供給量を調整するよりも精度よく還元剤供給量を調整することが可能となる。また、より好ましい態様では、ゼオライト及び金属酸化物それぞれの成分のNOx浄化率の熱劣化データを反映させて、精度よく還元剤供給量に調整することが可能となる。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
(第1実施形態)
[排気ガス浄化装置の構成]
図2に示す排気ガス浄化装置1はエンジン2から排出される排気ガス中のNOxとパティキュレートの処理が可能な装置であり、エンジン2の排気ガス通路3に、酸化触媒4、触媒付パティキュレートフィルタ(DPF)5、尿素水(還元剤)の注入手段6、ミキサ(図示せず)、SCR触媒7、及びNH3酸化触媒8が排気ガス流れ方向の上流側から順に配置されている。また、この排気ガス浄化装置1は、注入手段6に接続され、尿素水を貯留するためのタンク(図示せず)を備える。
[排気ガス浄化装置の構成]
図2に示す排気ガス浄化装置1はエンジン2から排出される排気ガス中のNOxとパティキュレートの処理が可能な装置であり、エンジン2の排気ガス通路3に、酸化触媒4、触媒付パティキュレートフィルタ(DPF)5、尿素水(還元剤)の注入手段6、ミキサ(図示せず)、SCR触媒7、及びNH3酸化触媒8が排気ガス流れ方向の上流側から順に配置されている。また、この排気ガス浄化装置1は、注入手段6に接続され、尿素水を貯留するためのタンク(図示せず)を備える。
酸化触媒4は、排気ガスに含まれる炭化水素(HC)及び一酸化炭素(CO)を酸化反応によって浄化する機能を有する。DPF5は、排気ガスに含まれるパティキュレートを捕集するとともに、HC及びCOを浄化する機能を有する。
注入手段6は、タンクの尿素水をDPF5とミキサの間の排気ガス通路3に供給する噴射弁によって構成することができる。ミキサは、尿素水を排気ガス通路3内において排気ガス中に拡散させるものである。
SCR触媒7は、排気ガス中のNOxを還元剤の存在下で選択的に還元浄化する機能を有する。本実施形態では、尿素−SCRを採用しており、還元剤として注入手段6により排気ガス通路3に注入された尿素水は、排気ガス中でNH3を生じる。このNH3により、SCR触媒7上でNOxが還元浄化される。なお、SCR触媒7の詳細な構成については後述する。
NH3酸化触媒8はNOxと反応することなくSCR触媒7を通過する(スリップする)NH3及びその誘導体をトラップして酸化するものであり、それらNH3等のスリップを防止する。
また、排気ガス浄化装置1には、各種センサが備えられている。
図2に示すように、ミキサとSCR触媒7との間には、SCR触媒7に流入する排気ガス温度を検出する温度センサ10が配置されている。
また、DPF5と注入手段6の間にはSCR触媒7に流入する排気ガスのNOx濃度を検出する上流側NOxセンサ9が配置されている。そして、SCR触媒7とNH3酸化触媒8の間にはSCR触媒7から流出する排気ガスのNOx濃度を検出する下流側NOxセンサ11が配置されている。
上記温度センサ10、NOxセンサ9,11及びその他排気ガス浄化装置に備えられた各種センサの信号に基づいて、エンジンの燃料噴射制御及び注入手段6の制御がECU(Engine Control Unit)12によって実行される。
[SCR触媒の構成について]
本実施形態におけるSCR触媒7は、ゼオライト及びCe系酸化物とを酸化物のモル比で5:3の割合で含んでなる。このようなSCR触媒の性能について、以下図3〜図7を参照して詳述する。
本実施形態におけるSCR触媒7は、ゼオライト及びCe系酸化物とを酸化物のモル比で5:3の割合で含んでなる。このようなSCR触媒の性能について、以下図3〜図7を参照して詳述する。
[SCR触媒のNOx浄化性能について]
図3は、SCR触媒7のNOx浄化率に対する熱劣化の影響を示している。すなわち、上記割合のゼオライトとCe系酸化物とを含有する評価用のSCR触媒サンプルを準備し、熱処理を施していない未処理サンプルと、1000℃で24時間の熱処理を施した1000℃サンプルとを作成した。前処理条件として、評価ガス組成がNO;50ppm、NO2;50ppm、NH3;110ppm、O2;10%、H2O;10%の評価ガス中、600℃で10分間保持した。その後、評価条件として、100℃で2分間保持した後、600℃まで昇温し、600℃から100℃まで約30℃/分で降温し、NOx浄化率を計測した。
図3は、SCR触媒7のNOx浄化率に対する熱劣化の影響を示している。すなわち、上記割合のゼオライトとCe系酸化物とを含有する評価用のSCR触媒サンプルを準備し、熱処理を施していない未処理サンプルと、1000℃で24時間の熱処理を施した1000℃サンプルとを作成した。前処理条件として、評価ガス組成がNO;50ppm、NO2;50ppm、NH3;110ppm、O2;10%、H2O;10%の評価ガス中、600℃で10分間保持した。その後、評価条件として、100℃で2分間保持した後、600℃まで昇温し、600℃から100℃まで約30℃/分で降温し、NOx浄化率を計測した。
なお、NOx浄化率は、下記式(1)により算出した。
PNOx=(YNO+YNO2)/(XNO+XNO2) (1)
ここで、PNOx、XNO、XNO2、YNO、及びYNO2は、それぞれNOx浄化率、導入ガス中のNO濃度、導入ガス中のNO2濃度、排出ガス中のNO濃度、及び排出ガス中のNO2濃度である。
PNOx=(YNO+YNO2)/(XNO+XNO2) (1)
ここで、PNOx、XNO、XNO2、YNO、及びYNO2は、それぞれNOx浄化率、導入ガス中のNO濃度、導入ガス中のNO2濃度、排出ガス中のNO濃度、及び排出ガス中のNO2濃度である。
図3に示すように、SCR触媒は、未処理サンプルでは250℃以上で90%のNOx浄化率を示すのに対し、1000℃サンプルでは100〜350℃で約40%のNOx浄化率を示すことが判る。
[ゼオライト及びCe系酸化物のNOx浄化性能について]
次に、図4は、SCR触媒の構成成分であるゼオライト及びCe系酸化物のNH3吸着後のNOx浄化性能に関して、熱劣化の影響を評価した結果を示している。評価用サンプルとして、ゼオライトのみのサンプルと、Ce系酸化物のみのサンプルを準備し、それぞれ、熱処理を施していない未処理サンプルと、1000℃で24時間の熱処理を施した1000℃サンプルとを作成した。これらのサンプルに対し、上記図3に示すSCR触媒サンプルの評価と同様の条件で、熱劣化の影響を評価した。
次に、図4は、SCR触媒の構成成分であるゼオライト及びCe系酸化物のNH3吸着後のNOx浄化性能に関して、熱劣化の影響を評価した結果を示している。評価用サンプルとして、ゼオライトのみのサンプルと、Ce系酸化物のみのサンプルを準備し、それぞれ、熱処理を施していない未処理サンプルと、1000℃で24時間の熱処理を施した1000℃サンプルとを作成した。これらのサンプルに対し、上記図3に示すSCR触媒サンプルの評価と同様の条件で、熱劣化の影響を評価した。
図4(a)に示すように、ゼオライトは、未処理サンプルでは250℃以上で70〜80%のNOx浄化率を示すのに対し、1000℃サンプルでは300℃以下で数%程度のNOx浄化率を示すのみであり、熱劣化の影響が大きいことが判る。
一方、図4(b)に示すように、Ce系酸化物は、未処理サンプルでは250〜300℃で20〜30%のNOx浄化率を示すのに対し、1000℃サンプルでもほぼ同程度のNOx浄化率を示すことが判る。従って、Ce系酸化物は熱劣化の影響が小さく、1000℃の熱処理を行っても同等の性能を維持することが判った。
[SCR触媒のNH3吸着脱離性能について]
上記SCR触媒の未処理サンプル及び1000℃サンプルについて、NH3の吸着脱離性能に対する熱劣化の影響を評価した。評価条件は以下の通りである。前処理として、10%O2中、600℃で10分間保持する。次に、評価条件として、NH3;110ppm中、100℃で30分間保持させてNH3を吸着させ、N2中で100℃から600℃まで20℃/分で昇温させ、NH3を脱離させた。
上記SCR触媒の未処理サンプル及び1000℃サンプルについて、NH3の吸着脱離性能に対する熱劣化の影響を評価した。評価条件は以下の通りである。前処理として、10%O2中、600℃で10分間保持する。次に、評価条件として、NH3;110ppm中、100℃で30分間保持させてNH3を吸着させ、N2中で100℃から600℃まで20℃/分で昇温させ、NH3を脱離させた。
結果を図5に示す。SCR触媒の未処理サンプルでは、100〜500℃の広い範囲でNH3の脱離が確認され、特に150〜200℃と300〜350℃で2種類のピークが確認された。このことから、SCR触媒の固体表面上に保持力の異なる酸点が2種類存在することが示唆される。また、1000℃サンプルでは、NH3の脱離が僅かしか観測されなかった。これにより、SCR触媒のNH3の吸着脱離性能は、熱劣化により大きく低下することが判った。
[ゼオライト及びCe系酸化物のNH3吸着脱離性能について]
図6に示すように、SCR触媒の構成成分であるゼオライト及びCe系酸化物のNH3吸着脱離性能に対する熱劣化の影響について、上記図5に示すSCR触媒の評価と同様の条件により評価した。
図6に示すように、SCR触媒の構成成分であるゼオライト及びCe系酸化物のNH3吸着脱離性能に対する熱劣化の影響について、上記図5に示すSCR触媒の評価と同様の条件により評価した。
図6(a)に示すように、ゼオライトの未処理サンプルでは、図5に示すSCR触媒の場合と同様に、100〜500℃の広い範囲でNH3の脱離が確認され、特に150〜200℃と300〜350℃で2種類のピークが確認された。このことから、上述の2種類の酸点はゼオライトの固体表面上に存在するものであることが示唆される。これに対し、1000℃サンプルではNH3の脱離が僅かしか観測されなかった。従って、SCR触媒と同様に、ゼオライトのNH3の吸着脱離性能は、熱劣化により大きく低下することが判った。
一方、図6(b)に示すように、Ce系酸化物の未処理サンプルでは、100〜200℃でNH3の脱離が確認された。また、1000℃サンプルについても、未処理サンプルの半分程度のNH3の脱離が確認された。従って、未処理サンプルにおいては、Ce系酸化物のNH3吸着量はゼオライトのNH3吸着量よりも少なく、且つCe系酸化物のNH3吸着脱離温度範囲はゼオライトのNH3吸着脱離温度範囲よりも狭いものの、熱劣化に対しては、Ce系酸化物のNH3吸着脱離性能の方が影響が少ないことが判った。
[SCR触媒のNOx浄化性能及びNH3吸着脱離性能について]
NOx浄化性能及びNH3吸着脱離性能について、ゼオライトは1000℃の熱処理により性能が大幅に低下することが判った。これは、熱劣化によりゼオライトの構造が崩れてしまったためと考えられる。一方、Ce系酸化物は熱劣化による影響が少なく、Ce系酸化物のみでもNH3の吸着脱離とNOxの還元反応が進行することが判った。従って、SCR触媒のNOx浄化性能及びNH3吸着脱離性能は、熱劣化していないSCR触媒では主にゼオライト上での反応によるものと考えられるが、熱劣化が進みゼオライト構造が崩れると主にCe系酸化物上での反応によるものになると考えられる。
NOx浄化性能及びNH3吸着脱離性能について、ゼオライトは1000℃の熱処理により性能が大幅に低下することが判った。これは、熱劣化によりゼオライトの構造が崩れてしまったためと考えられる。一方、Ce系酸化物は熱劣化による影響が少なく、Ce系酸化物のみでもNH3の吸着脱離とNOxの還元反応が進行することが判った。従って、SCR触媒のNOx浄化性能及びNH3吸着脱離性能は、熱劣化していないSCR触媒では主にゼオライト上での反応によるものと考えられるが、熱劣化が進みゼオライト構造が崩れると主にCe系酸化物上での反応によるものになると考えられる。
[SCR触媒のNOx浄化メカニズムについて]
以上より、SCR触媒7のNOx浄化メカニズムは、以下のように考えることができる。まず、図7(a)に示すように、SCR触媒7の熱劣化前では、ゼオライト21及びCe系酸化物22の固体表面に存在する酸点21a,22aに、NH3がNH4 +として吸着される。その後、図7(b)に示すように、O2存在下、このNH4 +により固体表面においてNOxは還元され、N2とH2Oが生成する。そして、図7(c)に示すように、生成したN2とH2Oは固体表面から脱離するため、新たに生じた酸点21a,22aにおいてさらにNH3の吸着及びNOxの還元反応が触媒的に進行する。
以上より、SCR触媒7のNOx浄化メカニズムは、以下のように考えることができる。まず、図7(a)に示すように、SCR触媒7の熱劣化前では、ゼオライト21及びCe系酸化物22の固体表面に存在する酸点21a,22aに、NH3がNH4 +として吸着される。その後、図7(b)に示すように、O2存在下、このNH4 +により固体表面においてNOxは還元され、N2とH2Oが生成する。そして、図7(c)に示すように、生成したN2とH2Oは固体表面から脱離するため、新たに生じた酸点21a,22aにおいてさらにNH3の吸着及びNOxの還元反応が触媒的に進行する。
一方、SCR触媒7の熱劣化後では、図7(d)に示すように、ゼオライト21の構造が崩れてしまっているため、Ce系酸化物22の固体表面に残存する酸点22aにNH3がNH4 +の形で吸着される。そして、図7(e),(f)に示すように、Ce系酸化物の固体表面上で主にNOxの還元反応が進行する。
以上述べたように、本実施形態におけるSCR触媒7は、ゼオライト及びCe系酸化物を含むことにより、熱劣化前はゼオライトの優れたNOx浄化性能により効果的にNOxを浄化することができるとともに、熱劣化後は金属酸化物のNOx浄化性能によりNOxの浄化を継続して行うことができる。
次に、本実施形態に係る尿素水供給方法について図8を参照して詳述する。
[尿素水供給方法]
本実施形態において、SCR触媒7への尿素水供給量の調整は、以下の手順により行う。
本実施形態において、SCR触媒7への尿素水供給量の調整は、以下の手順により行う。
図8に示すように、温度センサ10により検出された排気ガス温度に基づいて、SCR触媒7に加えられた熱履歴の積算値(劣化度合いに関する値)を算出する(S1)。そして、この積算値と、例えば、予め実験的に求めておいたSCR触媒のNOx浄化率の熱劣化データとに基づいて、現時点におけるSCR触媒7のNOx浄化率を推定し、そのNOx浄化率が所定値以下であるときに、SCR触媒7が劣化していると判定する(S2)。このように、SCR触媒7に加えられた熱履歴の積算値を用いることにより、排気ガス温度の変動等の影響を考慮することなく、効果的にSCR触媒の劣化判定を行うことができる。
なお、上記S1において、算出されるSCR触媒7に加えられた熱履歴の積算値は、排気ガス温度が所定温度以上、例えば400℃以上の場合の熱履歴を積算して算出する構成としてもよい。これにより、効果的にSCR触媒の劣化度合いを判定することができる。
上記S2において、SCR触媒7が劣化していると判定されたときは、上記算出された熱履歴の積算値と、予め実験的に求めておいたゼオライト及びCe系酸化物のNOx浄化率の熱劣化データ(S4)と、上記SCR触媒中に含まれるゼオライト及びCe系酸化物の総量に対するゼオライト及びCe系酸化物の各々の含有率とに基づいて、ゼオライト成分及びCe系酸化物の劣化度をそれぞれ算出する(S3)。
そして、上記算出されたゼオライト成分の劣化度に基づき、ゼオライト由来の必要尿素水供給量(必要還元剤供給量)を算出する(S5)。
また、上記算出されたCe系酸化物成分の劣化度に基づき、Ce系酸化物由来の必要尿素水供給量(必要還元剤供給量)を算出する(S6)。
上記ゼオライト由来の必要尿素水供給量と、金属酸化物由来の必要尿素水供給量とを合計してSCR触媒の必要尿素水供給量(必要還元剤供給量)を算出し、尿素水の供給量を調整する(S7)。
なお、上述のごとく、図4(b)に示すCe系酸化物は1000℃サンプルにおいても未処理サンプルとほぼ同程度のNOx浄化率であった。このようなCe系酸化物を用いる場合には、上記S3において算出されたCe系酸化物の劣化度は0となり、上記S6で算出されるCe系酸化物由来の必要尿素水供給量は熱劣化前後において定数となる。従って、この場合には、予め上記定数を求めておくことにより、上記S7においてゼオライト由来の必要尿素水供給量に上記定数を加算するだけでSCR触媒の必要尿素水供給量を算出することができる。従って本構成によれば、ゼオライト成分の含有率とその劣化度に基づいて尿素水供給量を経時的に調整するため、精度よく尿素水供給量を調整することができる。
一方、熱劣化前後においてCe系酸化物のNOx浄化性能が低下又は向上する場合には、上述のごとく、上記S3において現時点でのゼオライト成分及びCe系酸化物の劣化度をそれぞれ算出し、これらの値に基づいてSCR触媒への尿素水供給量を経時的に調整することが効果的である。これにより、それぞれの成分のNOx浄化率の熱劣化データを反映させて、精度よく尿素水供給量に調整することができる。
また、本実施形態におけるSCR触媒7では、上述のごとく、Ce系酸化物のNH3吸着量はゼオライトのNH3吸着量よりも少なく、且つCe系酸化物のNH3吸着脱離温度範囲はゼオライトのNH3吸着脱離温度範囲よりも狭い。従って、Ce系酸化物の存在により、SCR触媒全体の劣化速度はゼオライト成分の劣化速度よりも低下するため、SCR触媒の劣化判定を精度よく行うことができ、尿素水供給量を効果的に調整することができる。
(第2実施形態)
以下、本発明に係る第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
以下、本発明に係る第2実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、第1実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
[尿素水供給方法]
第1実施形態において、図8のS1では、温度センサ10により検出された排気ガス温度に基づいてSCR触媒7に加えられた熱履歴の積算値を算出したが、本実施形態においては、上記NOxセンサ9,11により検出された、上記SCR触媒に流出入する排気ガスのNOx濃度に基づいて上記SCR触媒のNOx浄化率(劣化度合いに関する値)を算出する。従って、上記S2では、この現時点でのNOx浄化率と、例えば、尿素水供給量の履歴とに基づいてSCR触媒7に吸着されているNH3量を推定し、このNH3量が所定値以下である場合に、SCR触媒7が劣化しているかどうかを判定する(S2)。これにより、現時点でのNOx浄化率の実測値からSCR触媒が劣化しているかどうか判定するため、精度よくSCR触媒の劣化判定を行うことができる。
第1実施形態において、図8のS1では、温度センサ10により検出された排気ガス温度に基づいてSCR触媒7に加えられた熱履歴の積算値を算出したが、本実施形態においては、上記NOxセンサ9,11により検出された、上記SCR触媒に流出入する排気ガスのNOx濃度に基づいて上記SCR触媒のNOx浄化率(劣化度合いに関する値)を算出する。従って、上記S2では、この現時点でのNOx浄化率と、例えば、尿素水供給量の履歴とに基づいてSCR触媒7に吸着されているNH3量を推定し、このNH3量が所定値以下である場合に、SCR触媒7が劣化しているかどうかを判定する(S2)。これにより、現時点でのNOx浄化率の実測値からSCR触媒が劣化しているかどうか判定するため、精度よくSCR触媒の劣化判定を行うことができる。
本発明は、ゼオライトと、ゼオライト以外の少なくとも1種類の金属酸化物とが含有されているSCR触媒において、適正な還元剤供給量となるようにこれを補正し、NH3の大気への放出を防止することができるので有用である。
2 エンジン
3 排気ガス通路
7 SCR触媒
9 上流側NOxセンサ
10 温度センサ
11 下流側NOxセンサ
21 ゼオライト
22 Ce系酸化物(金属酸化物)
3 排気ガス通路
7 SCR触媒
9 上流側NOxセンサ
10 温度センサ
11 下流側NOxセンサ
21 ゼオライト
22 Ce系酸化物(金属酸化物)
Claims (6)
- エンジンの排気ガス通路に設けられ、排気ガス中のNOxを還元剤の存在下で選択的に還元するSCR触媒の劣化度に対応する還元剤供給方法であって、
上記SCR触媒は、ゼオライトと、ゼオライト以外の少なくとも1種類の金属酸化物とを含み、
上記SCR触媒の劣化度合いに関する値を算出し、該劣化度合いに関する値に基づいて、上記SCR触媒が劣化しているかどうか判定する劣化判定ステップと、
上記劣化判定ステップにおいてSCR触媒が劣化していると判定されたときに、上記劣化度合いに関する値と、予め実験的に求めておいた上記ゼオライトのNOx浄化率の熱劣化データと、上記SCR触媒中に含まれるゼオライト及び金属酸化物の総量に対するゼオライトの含有率とに基づいて、ゼオライト成分の劣化度を算出するゼオライト劣化度算出ステップと、
上記算出されたゼオライト成分の劣化度に基づき、ゼオライト由来の必要還元剤供給量を算出するゼオライト由来供給量算出ステップと、
上記ゼオライト由来の必要還元剤供給量に基づいて、上記SCR触媒に供給する還元剤供給量を調整する供給量調整ステップと
を備えたことを特徴とする還元剤供給方法。 - 請求項1において、
上記劣化判定ステップの後に、
上記劣化判定ステップにおいてSCR触媒が劣化していると判定されたときに、上記劣化度合いに関する値と、予め実験的に求めておいた上記金属酸化物のNOx浄化率の熱劣化データと、上記SCR触媒中に含まれるゼオライト及び金属酸化物の総量に対する金属酸化物の含有率とに基づいて、金属酸化物成分の劣化度を算出する金属酸化物劣化度算出ステップと、
上記算出された金属酸化物成分の劣化度に基づき、金属酸化物由来の必要還元剤供給量を算出する金属酸化物由来供給量算出ステップと
を備え、
上記供給量調整ステップにおいて、さらに上記金属酸化物由来の必要還元剤供給量に基づいて、上記SCR触媒に供給する還元剤供給量を調整する
ことを特徴とする還元剤供給方法。 - 請求項1又は請求項2において、
上記金属酸化物の還元剤吸着量は上記ゼオライトの還元剤吸着量よりも少なく、且つ上記金属酸化物の還元剤吸着脱離温度範囲は上記ゼオライトの還元剤吸着脱離温度範囲よりも狭いことを特徴とする還元剤供給方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
上記SCR触媒の劣化度合いに関する値は、上記SCR触媒に流入する排気ガスの温度に基づいて算出された上記SCR触媒に加えられた熱履歴の積算値であることを特徴とする還元剤供給方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
上記SCR触媒の劣化度合いに関する値は、上記SCR触媒に流出入する排気ガスのNOx濃度に基づいて算出された上記SCR触媒のNOx浄化率であることを特徴とする還元剤供給方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記SCR触媒が、選択還元触媒金属を含むことを特徴とする還元剤供給方法。
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