JP2002544435A - 脱硫方法 - Google Patents

脱硫方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は燃焼機関の排気通路内に配置された少なくとも１個のＮＯ X 吸収触媒を脱硫するための方法に関する。ＮＯX 吸収触媒内に貯蔵されたＮＯ X 質量に依存してＮＯX 吸収触媒の上流と下流のＮＯX 濃度の比を表す設定可能な限界値に達した後で、脱硫が開始され、脱硫のためにＮＯX 吸収触媒の最低温度が調節され、かつ燃焼機関の動作モードがλ≦１に調節され、そしてこの動作モードおよびまたは最低温度を達成するために燃焼機関の少なくとも１つの運転パラメータ（手段）に少なくとも一時的に影響が及ぼされる。限界値を達成する際に、排ガス温度を高め、かつ燃焼機関のλ≦１の動作モードをもたらす燃焼機関（１２）の少なくとも１つの第１の運転パラメータを調節し、設定可能な時間の経過後、最低温度に達しないときに、排ガス温度を高め、かつλ≦１の燃焼機関の動作モードをもたらす燃焼機関（１２）の少なくとも１つの他の運転パラメータを調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の前提部分に記載した特徴を有する、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に関する
。
【０００２】 ＮＯX 吸収触媒（貯蔵触媒）を脱硫するための方法は公知である。このような
ＮＯX 吸収触媒は燃焼機関の排ガス中のＮＯX 成分を低減するために使用される
。この排ガス成分に関する法律規定が厳しくなってきているために、ＮＯX 成分
を更に低減することが望まれる。そのために、燃焼機関の所定の動作モードの下
で、ＣＯ，ＨＣまたはＨ2 のような還元ガス成分によってＮＯX が触媒で転換さ
れる。
【０００３】 燃焼機関の動作モードは特に、燃料混合気濃度に対する酸素濃度の比によって
表すことができる。その際、いわゆるλ値（空気過剰率）はこの両成分の理論混
合比を示す。λ値が１よりも小さい場合、燃料混合気の濃度は酸素の濃度を上回
り、その結果排ガス中の還元成分の割合が高められる（λ＜１はリッチ動作モー
ドに相当する）。これに対して、酸素の濃度が燃料混合気の濃度よりも大きいと
、λ＞１（リーン動作モード）となる。
【０００４】 触媒によるＮＯX の転換はλ≦１の動作モードでのみ行うことができ、λ＞１
の場合にはＮＯX はＮＯX 吸収触媒によって吸収される。従って、ＮＯX につい
てのＮＯX 吸収触媒の最大容量に達する前に、燃焼機関はλ≦１で運転しなけれ
ばならない。しかし、触媒の長時間の活性にとって、充分な脱硫が重要である。
硫黄は多くの燃料の構成成分である。燃焼機関の燃焼プロセス中に、ＳＯ2 を発
生する。このＳＯ2 はリーン雰囲気（λ＞１）では酸素によって酸化されてＳＯ 3 - になり、続いて硫酸塩としてＮＯX 吸収触媒に貯蔵される。これは一方では
例えば煤形成によって老化プロセスを強めることになり、他方ではそれによって
触媒活性表面積とＮＯX 吸収触媒の容量が低減される。従って、ＮＯX 吸収触媒
を周期的に脱硫する必要がある。
【０００５】 ＮＯX 吸収触媒の上流と下流のＮＯX 濃度の比を表す設定可能な限界値に達し
た後で脱硫を開始することが知られている。そのために、少なくともＮＯX 吸収
触媒の下流でＮＯX 濃度を検出するセンサが排気通路内に配置される。ＮＯX 吸
収触媒の上流のＮＯX 濃度は他のセンサによって検出されるかまたは公知のごと
くエンジン運転パラメータから経験値によって調節される。従って、ＮＯX 濃度
の比はＮＯX の転換反応に関するＮＯX 吸収触媒の効率を示し、それによって硫
化の程度を表す。
【０００６】 脱硫するために、ＮＯX 吸収触媒は最低温度まで加熱しなければならず、燃焼
機関の動作モードはλ≦１でなければならない（再生パラメータ）。λ値が非常
に低い場合（0.65〜0.9)、硫酸塩は主としてＨ2 Ｓに還元され、λ値がほぼ１で
あるかまたはかろうじて１であるときには主としてＳＯ2 が形成される。従って
、両還元プロセスのうちの有利な還元プロセスは、λ値の調節によって制御可能
である。
【０００７】 脱硫のために必要な条件、最低温度およびλ≦１は、燃料機関の少なくとも１
つの運転パラメータに少なくとも一時的に影響を与えることによって生じること
ができる。手段として、例えば遅延点火、燃焼プロセス中または燃焼プロセスの
終了後の再噴射、燃焼機関のシリンダ選択的なトリミングまたはリーン動作モー
ドからリッチ動作モードへの交代が行われる。その際、排ガス温度は、増強され
たまたはずらされた燃焼によってあるいは一次触媒で発熱反応によって転換され
る還元ガス成分の増大したエミッションによって得られる。
【０００８】 しかし、どんな場合でも例示的に挙げた手段によって燃料消費が増大する。燃
焼機関のダイナミックな運転において短い時間だけ遅れて最低温度を上回ったと
きには、後になって考えてみて、排気温度の人為的な上昇は不要であった。
【０００９】 本発明の根底をなす課題は、ＮＯX 吸収触媒の脱硫を燃焼機関のダイナミック
な運転に適合させることである。その際特に、再生パラエータを達成するための
燃料消費が不必要に増大しないようにすべきである。
【００１０】 本発明による方法によって、燃焼機関の運転パラメータが適切に選択され、そ
の調節が連続的に行われる。限界値を達成する際に、排ガス温度を高め、かつ燃
焼機関のλ≦１の動作モードをもたらす燃焼機関の少なくとも１つの第１の運転
パラメータを調節し、設定可能な時間の経過後、最低温度に達しないときに、排
ガス温度を高め、かつλ≦１の燃焼機関の動作モードをもたらす燃焼機関の少な
くとも１つの他の運転パラメータを調節することによって、脱硫のための燃焼消
費が簡単に低減される。
【００１１】 それぞれの運転パラメータが任意の方法で互いに組み合わせ可能であり、それ
によって燃焼機関の所定の規定に依存して脱硫をきわめて適切に制御可能である
という利点がある。
【００１２】 多数の手段の中からの具体的な手段の選択は好ましくは、排ガス温度、燃料消
費、車速等のような選択された運転パラメータによって行なわれる。同様に、１
つまたは複数の具体的な手段を講じる時間の長さは、このパラメータを用いて定
めることができる。
【００１３】 本発明の他の有利な実施形は、従属請求項に記載されたその他の特徴から明ら
かである。
【００１４】 次に、図に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００１５】 図１は、燃焼機関１２の排ガスを浄化するための触媒システム１０の配置構造
を示している。その際、触媒システム１０は排気通路１４内に配置されている。
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を含んでいる。一次触媒１８は三元触媒として設計可能である。すなわち、
一次触媒は一方では排ガスの還元ガス成分の酸化を可能にし、他方ではＮＯX の
還元触媒反応を可能にする。このような一次触媒１８の機能は公知であり、本明
細書の範囲ではこれ以上説明しない。
【００１６】 燃焼機関１２は燃料混合物の濃度に対する酸素濃度の比に関して、全部で３つ
の異なる動作モードで運転可能である。それぞれの動作モードは空気過剰率（ラ
ムダ値）によって表すことができる。酸素が理論混合比よりも過剰であると、λ
＞１である。これに対して還元ガス成分が多いと、λ＜１であり、理論混合比で
あると、λ＝１である。
【００１７】 燃焼機関１２のこのような動作モードは公知のごとくエンジン制御装置２０に
よって制御可能である。その際、要求される動作モードに相応して、燃焼前の吸
気管２２内の酸素濃度が調節される。この調節は例えば、排ガス戻し弁２４を介
して排ガスを吸気管２２内に案内し、スロットル弁２６によって流量を制御する
ことによって行われる。排ガスの組成はガスセンサ要素２８によって検出可能で
ある。更に、ガスセンサ要素３０がＮＯX 吸収触媒１６の背後に配置されている
。更に、現在の温度または平均温度を検出するために、温度センサ３２を排気通
路１４の選択された範囲に配置することができる。
【００１８】 希薄動作モード、すなわちλ＞１で燃焼機関１２を運転する間、ＮＯX が多く
発生する。ＮＯX がλ≦１でのみ触媒で転換することができるので、希薄雰囲気
ではＮＯX がＮＯX 吸収触媒内に吸収される。ＮＯX の吸収のほかに、ＳＯ2 も
吸収することができる。このプロセスはＮＯX の吸収と異なり、ＮＯX 吸収触媒
１６内で部分的な非均質を生じることになる。この非均質は最終的に、ＮＯX 吸
収触媒１６内に煤を形成し得る。同時に、ＮＯX 貯蔵容量と、λ≦１のときに触
媒によってＮＯX を転換する触媒作用表面積が低減される。従って、ＮＯX 吸収
触媒１６の長時間の活性のためには、充分な脱硫が重要である。
【００１９】 脱硫が開始される時点は、ＮＯX 吸収触媒内に貯蔵されたＮＯX 物質に依存し
てＮＯX 吸収触媒１６の上流と下流のＮＯX 濃度の比を表す限界値によって設定
可能である。そのためには往々にして、ガスセンサ要素３０によって、ＮＯX 吸
収触媒１６の下流のＮＯX 濃度を検出し、経験値によってＮＯX 吸収触媒１６の
効率、ひいては脱硫程度を検出することで充分である。
【００２０】 脱硫を可能にするためには、少なくとも２つの条件を満足しなければならない
。一方では、ＮＯX 吸収触媒１６の範囲において最低温度を達成しなければなら
ず、他方では燃焼機関１２の動作モードがλ≦１でなければならない（再生温度
）。空気過剰率λが１よりも非常に小さいと、硫酸塩の還元時に主としてＨ2 Ｓ
が形成され、ほぼλ＝１の動作モードの際には主としてＳＯ2 が形成される。
【００２１】 燃焼機関１２のダイナミックな運転中しばしば最低温度よりも低い温度になる
ので、適当な手段によってＮＯX 吸収触媒１６を加熱しなければならない。図２
には、限界値を上回った後の温度の変化が、講じられた手段に依存して示してあ
る。個々の手段は燃焼機関１２の少なくとも１つの運転パラメータに対して少な
くとも一時的に影響を与えることを含んでいる。
【００２２】 そのために、特に排気温度に作用する次の手段について例示的に説明する。 ａ）λ＞１からλ≦１に燃焼機関の動作モードを交代させると一般的に排ガス温 度が上昇する。 ｂ）燃料混合物を遅らせて点火すると、要求される出力が同じである場合、燃料 の消費が多くなり、それによって温度が上昇する。 ｃ）燃焼プロセス中または燃料プロセスの終わった後で再噴射すると、排気通路 １４の方への燃焼場所の部分的な移動、ひいてはＮＯX 吸収触媒１６の範囲で の排ガスの温度上昇が生じる。 ｄ）燃焼機関１２のシリンダ選択的なトリミングにより、還元ガス成分のエミッ ションが増大する。通常のごとく、一次触媒１８が燃焼機関１２とＮＯX 吸収 触媒１６の間にあると、還元ガス成分は少なくとも一部がそこで転換される。
【００２３】 この転換が発熱反応であるので、排ガス温度が再び上昇する。
【００２４】 時点Ｚ1 で限界値に達すると、場合によっては時間ｔ1 が経過した後で、第１
の手段ＭS1が講じられる。この第１の手段は時間ｔ2 にわたって時点Ｚ3 まで維
持される。どのような判断基準に従って手段の選択が行われるのかおよびどのよ
うにして時間が定められるのかについは、後で詳しく説明する。手段ＭS1がＮＯ X 吸収触媒１６の温度の必要な上昇をもたらさないと、時点Ｚ3 以降、手段ＭS2 が時間ｔ3 にわたって講じられる。時点Ｚ4 でまだ最低温度Ｔm に達していない
と、この時点以降同じようなことが行われる。それによって全体として、手段Ｍ Si が時間ｔi にわたって開始される。図示した例では、時点Ｚ5 以降最低温度Ｔ m を上回り、従ってこの時点Ｚ5 以降ＮＯX 吸収触媒１６の脱硫が行われる。
【００２５】 図３には具体的な手段ＭSiとそれに関連する時間ｔi の決定の経過が概略的な
ブロック図で示してある。先ず最初に、運転パラメータＰi に基づいてパラメー
タセットＰS が決定される。その際、例えば次のデータの中からパラメータＰi を用いることが重要である。 ａ）排気通路１４、ＮＯX 吸収触媒１６または燃焼機関１２の冷却媒体の任意の 範囲の排ガスの温度。その際、現在の温度または平均温度を用いることができ る。 ｂ）最後の脱硫の後または燃焼機関１２のスタート以降進んだ走行距離。 ｃ）現在の燃料消費または平均燃料消費。 ｄ）現在の車両速度または平均車両速度。 ｅ）排気通路１４の任意の範囲の現在の空気過剰率または平均空気過剰率。
【００２６】 パラメータセットＰS を決定した後で、手段Ｍi の総数から、１つまたは複数
の個々の手段ＭSiが選び出される。
【００２７】 選び出された手段ＭSiのための時間ｔi を決定するために更に、パラメータセ
ットＰS が使用され、パラメータ特有の時間インターバルが定められる。これか
ら、定められた手段全体についての設定可能な時間インターバルに付加して、時
間ｔi が計算される。
【００２８】 本発明による方法を、明らかにするために具体的な例でもう一度説明する。
【００２９】 車両Ｂは幹線道路上を約７５ｋｍ／ｈおよび５００°Ｃの排ガス温度で走行し
ている。脱硫の必要性を認識した後で、１０分の最長時間にわたってあるいは１
０ｋｍの最大走行距離にわたって、希薄燃焼（リーン）運転が抑制される。排ガ
ス温度が都市交通の温度よりもはるかに高いので、この手段だけによる“自然の
”脱硫の確率は都市交通の場合よりもはるかに高い。それでもなおこの時間イタ
ンーバル内で最低温度に達しない場合には、続いて最長１０分間または最大１０
ｋｍの走行距離の間、付加的な遅延点火が行われる。しかし、２分後に、最後の
６０秒における変動する平均速度が７５ｋｍ／ｈから３０ｋｍ／ｈに低下し、排
ガス温度が４００°Ｃに低下した。それによって恐らく幹線道路が都市交通と交
代するので、遅延点火の代わりに再噴射が行われる前に、遅延点火の時間が新た
に３分に短縮される。なぜなら、純粋な都市交通が継続すると、遅延点火単独で
は恐らく、最低温度を上回るには不充分であるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃焼機関のためのＮＯX 吸収触媒システムの概略的な断面図である。
【図２】 選択された手段に依存してＮＯX 吸収触媒温度の変化を示す図である。
【図３】 具体的な手段とその時間を決定するための概略的なブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６０ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６０Ｃ Ｆターム(参考） 3G084 BA05 BA09 BA13 DA10 EA07 EA11 FA20 FA26 FA27 FA30 3G091 AA11 AB03 AB06 BA11 CB02 CB03 CB05 DB01 EA08 EA16 EA17 EA18 EA30 EA33 EA34 EA38 EA39 FB12 FC02 HA10 HA36 HA37 HA42 3G301 JA00 JA25 LA01 MA01 MA26 NA08 NE13 NE23 PD09 PD11 PD12 PE08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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、ＮＯX 吸収触媒内に貯蔵されたＮＯX 質量に依存してＮＯX 吸収触媒の上流と下流のＮＯX 濃度の比を表す設定可能な
    限界値に達した後で、脱硫が開始され、脱硫のためにＮＯX 吸収触媒の最低温度
    が調節され、かつ燃焼機関の動作モードがλ≦１に調節され、そしてこの動作モ
    ードおよびまたは最低温度を達成するために燃焼機関の少なくとも１つの運転パ
    ラメータ（手段）に少なくとも一時的に影響が及ぼされる、方法において、限界
    値を達成する際に、排ガス温度を高め、かつ燃焼機関のλ≦１の動作モードをも
    たらす燃焼機関（１２）の少なくとも１つの第１の運転パラメータを調節し、設
    定可能な時間の経過後、最低温度に達しないときに、排ガス温度を高め、かつλ
    ≦１の燃焼機関の動作モードをもたらす燃焼機関（１２）の少なくとも１つの他
    の運転パラメータを調節することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 限界値が達成されたときに、或る時間（ｔ1 ）の間手段が講
    じられないことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ＮＯX 吸収触媒（１６）の温度、排気通路（１４）の任意の
    範囲の排ガスの温度、燃焼機関（１２）の冷却媒体の温度、最近の脱硫後の走行
    距離、燃焼機関（１２）の始動以降の走行距離、燃料消費、排気通路（１４）の
    任意の範囲の空気過剰率等のような現在の運転パラメータまたは平均パラメータ
    に基づいて、手段の選択が行われることを特徴とする請求項１または２記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 設定可能な時間の長さが、現在の運転パラメータまたは平均
    パラメータおよび選択された手段に基づいて定められることを特徴とする請求項
    ３記載の方法。
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