WO1997041336A1

WO1997041336A1 - Appareil et procede de regeneration de catalyseur de nox pour moteurs diesel

Info

Publication number: WO1997041336A1
Application number: PCT/JP1997/001418
Authority: WO
Inventors: Koutaro Wakamoto
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1997-11-06
Also published as: GB9822856D0; DE19781739T1; GB2328626B; US6199372B1; JP3066607B2; GB2328626A

Description

明細書ディーゼルエンジンの N 0 x触媒の再生装置及び再生方法技術分野

本発明は、ディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生装置及び再生方法に係り、特に、性能が低下したディ一ゼルェンジンの N〇 X触媒を再生する装置及び方法に関する。背景技術

従来、ディーゼル機関の排気ガス中に含まれる N O Xを還元分解するディ—ゼル機関の触媒式排気浄化装置としては、日本特開 4 一 3 3 0 3 1 4号公報が知られている。同公報によれば、ディーゼル機関の排気経路に設けられた銅ゼォライト系の N O X触媒と、 N 0 X触媒の上流側の排気経路に設けられて、排気ガス中の炭化水素濃度を検出する炭化水素センサと、炭化水素センサの上流側の排気経路に設けられて、炭化水素センサの検出値に基づいて排気ガス中の炭化水素濃度を所定範囲にすべく排気経路に燃料を噴霧する燃料噴霧手段と、から構成されている。この構成によれば、炭化水素濃度の検出値に基づいて、燃料噴霧手段から排気経路内に適宜燃料が噴霧され、排気ガス中の炭化水素濃度が所定範囲に保たれる。燃料噴霧手段から噴霧された燃料は炭化水素系の還元剤として作用し、ディ一ゼル機関の排気ガス中に含まれる酸素と共同して銅ゼォライト系の N O x触媒を活性化させる。これにより、排気ガス中の N 0 Xの還元が促進されることが提唱されている。しかしながら、この銅ゼオライト系の N 0 X触媒は N 0 Xの浄化性能が小さい。従って、高率の N 0 X浄化性能を得るためには、多量の還元剤用の炭化水素を必要とし、触媒のランニングコスト上、問題となる。

これに対してアルカリ土類又は稀土類の酸化物と貴金属とを含む N 0 X触媒や、銀を活性成分とする N O X触媒は、銅ゼォライト触媒に比べて少量の還元剤炭化水素量で高い N 0 x浄化率を示すものである。

しかしながら、このアルカリ土類又は稀土類の酸化物と貴金属とを含む高性能の N O x触媒や、銀を活性成分とする N O X触媒は、少量の還元剤炭化水素でも高率の N 0 X浄化が可能であるが、唯一 S 0 Xに対する耐久性が悪く、実用性が困難であるという問題がある。発明の開示

本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、ディ一ゼルェンジンに供給される燃料中の硫黄により N 0 X触媒に S 0 Xが蓄積されて、性能が低下した N O x触媒を再生する再生装置及び再生方法を提供することを目的としている。また、本発明の適用対象となる N 0 X触媒は、上記したようなアルカリ土類又は稀土類の酸化物と貴金属を含む N O X触媒や銀を活性成分とする N O X触媒に限定されるものではなく、一般に排気ガス中の S 0 Xによつて短期間に劣化する N O X触媒であればどの様なものであっても適用可能である。

上記目的を達成するため、本発明に係るディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生装置の第 1の発明は、

灯油等のディーゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管中に所定量添加し、排気管中に配設されると共に S 0 Xを吸着して性能劣化を起こし易い N O x触媒により、排気 N O Xを還元浄化するディーゼルエンジンの N O x触媒装置において、

還元剤燃料を排気管中に添加する還元剤燃料添加ノズルと、

還元剤燃料添加ノズルへの還元剤燃料の供袷量を制御する流量制御弁と、

N O X触媒の上流側に配設される N 0 X触媒入口温度センサと、

N 0 X触媒入口温度センサからの信号により N 0 X触媒の入口温度が所定値以下で、流量制御弁への指令が供給量ゼロの期間に、ディーゼルエンジンへ供給したディ一ゼル燃料の量から前記ゼロの期間に N 0 X触媒に取り込まれる S 0 X量を演算し、人口温度が所定値より大きくなって還元剤燃料を添加し始める場合において、ディーゼルエンジンの運転状況に適合する所定量よりも多い還元剤燃料量を供給する指令を流量制御弁に出力する再生制御部とを備え、

運転状況に適合する量よりも多い還元剤燃料の添加により、 S 0 Xによつて性能劣化を起こした N 0 X触媒を再生することを特徴としている。

再生装置の第 1の発明を主体とする第 2の発明は、ディーゼル燃料の種類を選択する選択スィツチと、ディーゼル燃料中の硫黄含有量を検出する成分センサとのいずれか一つを備え、再生制御部は、選択スィッチ及び成分センサのいずれか —つからの信号とディーゼルェンジンへのディ一ゼル燃料供給量とから、ディ一ゼルエンジンより排出される S 0 X量を演算し、入口温度が所定値以上になり還元剤燃料を添加し始める場合において、ディ一ゼルェンジンの運転状況に適合した所定量よりも多い還元剤燃料量を供給する指令を流量制御弁に出力することを特徴とする。

再生装置の第 3の発明は、

灯油等のディ一ゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管中に所定量添加し、排気管中に配設されると共に S O xを吸着して性能劣化を起こし易 N O X触媒により、排気 N 0 を還元浄化するディ一ゼルェンジンの N O x触媒装置において、

還元剤燃料を N 0 X触媒上流側の排気管中に添加する還元剤燃料添加ノズルと、還元剤燃料添加ノズルへの還元剤燃料の供給量を制御する流量制御弁と、 N 0 X触媒の上流側に配設される N 0 X触媒入口温度センサと、

0 X触媒の下流側に配設される炭化水素濃度センサと、

再生制御部とを備え、

再生制御部は、 N 0 X触媒入口温度センサからの信号により N 0 X触媒の入口温度が所定値より大きく、かつ炭化水素濃度センサからの信号により N 0 X触媒下流側の炭化水素濃度が所定値より大きい場合、ディ一ゼルェンジンの運転状況に適合する所定量よりも多い還元剤燃料量を添加する指令を流量制御弁に出力して、 S 0 Xによつて性能劣化を起こした N 0 X触媒を再生することを特徴としている。

本発明に係るディーゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法の第 1 の発明は、灯油等のディーゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管中に所定量添加し、排気管中に配設されると共に S 0 Xを吸着して性能劣化を起こし易い N 0 X触媒により、排気 N 0 Xを還元浄化するディ一ゼルエンジンの N O x触媒による浄化方法において、

S 0 Xにより劣化した N O X触媒を再生する際、

ディ一ゼルェンジンが運転されて、かつ N◦ X触媒の入口温度が所定温度以下であることにより還元剤燃料の添加を中止している期間に、 N 0 X触媒に取り込まれる S 0 Xの量を算出し、

ディーゼルェンジンの運転条件が変動して入口温度が所定値より大きくなつて還元剤燃料を添加するときに、運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量を、 S 0 Xによる劣化を再生するために添加することを特徴としている。

再生方法の第 1 の発明を主体とする第 2の発明は、運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量は、エンジンの運転状況によらず、運転状況に適合する還元剤燃料量に、一定の還元剤燃料量を加えた量であることを特徴とする。

再生方法の第 1 の発明を主体とする第 3の発明は、運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量は、運転状況に適合する還元剤燃料量に対して、一定の割合だけ増加させた還元剤燃料量であることを特徴とする。

再生方法の第 1 の発明を主体とする第 4の発明は、運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量は、運転状況から決まる排気ガス中の N 0 X漉度、排ガス流量及び排ガス温度と、 N 0 X触媒に取り込まれている S 0 Xの量とから演算して求められる可変量であることを特徴とする。

再生方法の第 1 の発明を主体とする第 5の発明は、 N O X触媒に取り込まれている S 0 X量の算出は、ディーゼルエンジンへのディーゼル燃料の供給量より求めることを特徴とする。

再生方法の第 1の発明を主体とする第 6の発明は、 N O X触媒の再生が完了する前に、ディーゼルエンジンの運転条件が変動し、入口温度が所定値以下になつて還元剤燃料の添加を停止する時には、添加停止時点での N O X触媒の累積 S 0 X重 ¾ tlし、

還元剤燃料添加の停止期間での N 0 x触媒の S 0 X累積量は、記憶された累稜 S 0 X量に対して逐次、停止期間でのディ一ゼルェンジン運転条件に応じて N 0 X 触媒に取り込まれる S 0 X量を加算して求めることを特徵とする。

再生方法の第 1の発明を主体とする第 7の発明は、 N 0 X触媒の再生が完了する前に、ディーゼルエンジンが停止するときには、停止時点での N 0 X触媒の累積 S O x量を記憶し、ディーゼルエンジンの停止後、累積 S O x量の記憶を保持し、次回のディーゼルエンジンの運転時、記憶された累積 S 0 X量に逐次、 N O X触媒に新たに取り込まれる S 0 X量を加算することを特徴とする。

再生方法の第 1の発明を主体とする第 8の発明は、 N O X触媒への S 0 Xの取り込み量は、ディ一ゼルェンジンに供給されるディーゼル燃料中の硫黄含有量により求めることを特徴とする。

再生方法の第 1の発明を主体とする第 9の発明は、 N O X触媒の再生が完了したとき、運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量を、再生完了時点でのディ一ゼルェンジンの運転状況に適合した量に変更することを特徴とする。

再生方法の第 9の発明を主体とする第 1 0の発明は、 N O x触媒の再生が完了したと判定される時点は、再生中において N O X触媒から除去される S 0 X量を逐次演算し、同時に N 0 X触媒に残留している S 0 X量から除去 S 0 X量を減じて再生中の残留 S O x量を算出し、この算出した再生中の残留 S O X量が所定値以下になつた時であることを特徵とする。

再生方法の第 1 0の発明を主体とする第 1 1の発明は、再生中において N O x 触媒から除去される S 0 X量は、再生時のディ一ゼルェンジンの運転状況から決まる排気ガス中の N 0 x濃度、排ガス流量、排ガス温度、 N O x触媒に取り込まれている S 0 X量、及び還元剤^料の添加量の少なくとも 1 つ以上により演算して求められることを特徴とする。

再生方法の第 1 2の発明は、

灯油等のディ一ゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管中に所定量添加し、排気管中に配設されると共に S 0 Xを吸着して性能劣化を起こし易い N O X触媒により、排気 N 0 Xを還元浄化するディ一ゼルエンジンの N O X触媒による浄化方法において、

S 0 Xにより劣化した N 0 X触媒を再生する際、 N 0 X触媒の上流側の入口温度が所定値より大きく、かつ N 0 X触媒の下流側の炭化水素濃度が所定値より大きい場合、ディーゼルェンジンの運転状況に適合する所定量よりも多い還元剤燃料量を添加することを特徴としている。

以上の本発明に関する作用原理について、アル力リ土類又は稀土類の酸化物と貴金属とを含む N O X触媒を例にして説明する。アル力リ土類又は稀土類の酸化物と貴金属とを含む N O x 触媒は、還元剤炭化水素が添加されていない場合、或いは触媒の温度が所定の温度以下であり遝元剤炭化水素が添加されていても N 0 X浄化反応として作用しない場合には、排気ガス中の S 0 Xによって急速に劣化することが判った。さらに、 S 0 Xを取り込むことによって劣化した触媒は、温度が所定以上になり還元剤炭化水素が反応し始めると、取り込んだ S 0 Xを触媒表面より放出し、性能を回復する。その回復速度は、排ガスの温度、排ガス中の N O x漣度（量）、排ガスに添加される還元剤炭化水素の量、及び N O x触媒に取り込まれている S O Xの量に依存することが判った。本発明は以上の知見を基になされたものである。このため、まず、 N 0 X触媒上流側温度及びエンジン負荷が所定値以下の時における、ディーゼルェンジンへの燃料の供給量から排ガス中の S O x量を求めて、 N 0 X触媒に取り込まれる S 0 X量を算出する。この演算処理を触媒上流側温度が所定値以下でエンジンが運転されている期間継続し、 N 0 X触媒に取り込まれる S 0 X量を積算する。その後、エンジンの運転条件が '変動して N O x触媒入口の温度が所定値以上になつた場合に、排気ガス中に運転状況に適合した還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量を供給し、排気管中の N 0 X触媒を再生する。この時に供給する還元剤燃料をェンジン運転状況に適合した量とした場合、 N O Xの浄化性能は不十分であると同時に、 S O xによつて劣化した N O x触媒の再生も緩慢なものとなる。従って、還元剤燃料の供給を開始してからなるベく短時間のうちに N 0 X触媒の性能を回復させるために、適合量よりも多い還元剤燃料を供給する必要が有る。

図 1 3 A〜図 1 3 Dに示すように、排気ガス中の酸素と二酸化硫黄が N 0 X触媒に入ると、 N 0 X触媒の活性金属の担体は硫酸塩化担体となり S 0 X劣化状態に変質する。この S 0 X劣化状態に変質した担体は炭化水素と酸化窒素が入ると、酸性硫安が生成し、これが担体細孔内より揮発することによって、担体は再活性化状態に戻るものと推定している。この酸性硫安の生成速度はガス中の N 0 X 濃度、炭化水素濃度、温度に依存し、さらに酸性硫安の揮発速度はガスの温度に依存する。従って、運転状況に適合した量よりも過多な還元剤燃料を供袷して N 0 X触媒を再生する時間は、ディーゼルエンジンの運転状況及び N 0 X触媒入口のガス温度を基にして決められるものであることが判る。

上記 N 0 X触媒の S 0 X劣化及び再生メ力ニズムは、 N O x触媒としてアル力リ土類又は稀土類の酸化物と貴金属を含むものにおいてであるが、 A g /アルミナ触媒の様に S 0 Xによつて急速に性能劣化を示す他の N 0 X触媒においても同様の再生メカニズムで S O X劣化を再生することができると考えられる。図面の簡単な説明

図 1 は本発明の第 1実施例に係るディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生装置の構成説明図である。

図 2 は本発明の第 1 実施例に係る N 0 X触媒の再生方法のフローチヤートである。

図 3 は本発明の第 1実施例に係る N O x触媒の温度と N O x触媒中の S O x除去効率との関係を示す図である。

図 4は本発明の第 1実施例に係る N O X触媒の累積 S O x量と N O X触媒中の S 0 X除去効率との関係を示す図である。

図 5は本発明の第 2実施例に係るディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生装置の構成説明図である。

図 6は本発明の第 2実施例に係る N 0 X触媒の再生方法のフ口一チヤ一卜である。

図 7は本発明の第 3実施例に係る N O X触媒の再生方法のフローチヤ一卜である。

図 8は本発明の第 3実施例に係る還元剤燃料の添加量と N 0 X触媒中の S 0 X 除去効率の関係を示す図である。

図 9は本発明の第 4実施例に係るディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生装置の構成説明図である。

図 1 0は本発明の第 4実施例に係る N 0 X触媒の再生方法のフローチヤ一卜である。

図 1 1 は本発明の第 4実施例に係る還元剤燃料の添加量マップである。

図 1 2は本発明の第 4実施例に係る N 0 X浄化率、炭化水素濂度及び炭化水素濃度所定値の関係を示す図である。

図 1 3 A〜図 1 3 Dは本発明に係る N 0 X触媒の S 0 x劣化から再活性化までのメカニズムのステップを説明する図であって、図 1 3 Aは第 1 ステップとなる

S 0 X劣化過程の説明図である。

図 1 3 Bは第 2ステップとなる S 0 X劣化状態の説明図である。

図 1 3 Cは第 3ステツプとなる再活性化過程の説明図である。

図 1 3 Dは第 4ステップとなる再活性化状態の説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。図 1 は、本発明の第 1実施例に係る N O x触媒 3の再生装置であって、ディーゼルエンジン 1 ( 以下、エンジン 1 という）からの排気管 2には、排気ガス中の N O Xを浄化する N O X触媒 3が配設されている。 N O x触媒 3 は、アルカリ土類又は稀土類の酸化物と貴金属とを含み、かつ S〇 Xを吸着し易い N O X用触媒（例えば、酸化バリウムとパラディウムとを含む N O X用触媒）、或いは銀を活性成分としてこれをアルミナに担持されてなる N 0 X用触媒から構成されている。

エンジン 1 には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ 4が配設され、アクセルペタル（図示せず）に連動するエンジン 1 のレバー（図示せず）には、ディーゼル燃料の噴射量（即ち、エンジン 1 へのディーゼル燃料の供袷量）を測定する噴射量検出センサ 5が配設されている。エンジン 1 と N 0 X触媒 3 との間には、還元剤燃料（還元用炭化水素）を排気ガスに添加する還元剤燃料添加ノズル 7が配設されている。還元剤燃料添加ノズル 7 には、燃料タンク 8 よりポンプ 9を経た燃料が、流量制御弁 1 0 により流量を制御されて供給されている。流量制御弁 1 0 は、後述するコントローラからの指令によりエンジン 1 の運転条件に合わせて制御され、エンジン 1 から排出される N 0 Xを浄化するために必要十分な量の還元剤燃料を、還元剤燃料添加ノズル 7 に供給している。エンジン 1 を運転するための燃料は、燃料タンク 8から噴射ポンプ 1 1 により噴射ノズル（図示せず）に供袷され、エンジン 1 のシリンダ内に噴射される。

N 0 X触媒 3の上流側の排気管 2中には、 N 0 X触媒 3入口温度センサ 1 4 ( 以下、温度センサ 1 4 という）と、 N O x濃度センサ 1 5が配設されている。また、燃料夕ンク 8 と噴射ポンプ 1 1 の間には、エンジン 1 を運転するための燃料中の硫黄含有量の成分を検出する成分検出センサ 1 6が配設されている。尚、成分検出センサ 1 6の設置場所は、還元剤燃料の流路上或いは燃料夕ンク 8の中であってもよい。各センサ 4、 5、 1 4、 1 5、 1 6 は再生制御部 1 7 に接続されている。再生制御部 1 7 はコントローラにより構成され、回転速度センサ 4、噴射量検出センサ 5、温度センサ 1 4、 N 0 X濃度センサ 1 5及び成分検出センサ 1 6からの信号を受けて、 N◦ X触媒 3の再生の指令を出力している。本実施例では、 NO x触媒 3の温度は、 N 0 X触媒 3の上流側に装着した温度センサ 1 4 により測定したが、 N 0 X触媒 3の下流側に温度センサ 1 4を装着して測定しても良いことはいうまでもない。

上記構成よる N 0 X触媒 3の再生方法について、図 2に示すフローにしたがつて説明する。

ステップ 1では、成分検出センサ 1 6によりエンジン 1を運転するための燃料に含有される硫黄の量 S cを検出する。ステップ 2では、回転速度センサ 4及び噴射量検出センサ 5からの信号に基づき、エンジン 1のェンジン回転速度 N a、及びエンジン 1 に作用している負荷 P a等、運転伏況を再生制御部 1 7により求める。ステップ 3では、温度センサ 1 4により NO X触媒 3の入口温度 T c a t ¾ 読みむ o

ステップ 4では、 NO X触媒 3の入口温度 T c a tがしきい値 T A より大きいか、否かを判定する。例えばトラックや発電機等において、低負荷で排気温度が低い場合には、 N 0 X触媒 3が働かないため、還元剤の添加を止める必要がある。この還元剤添加を中止している条件下では、 NO X触媒 3が S 0 X劣化を被ることになる。

ステップ 4で NO X触媒 3の入口温度 T c a t力《しきい値 T A より小さいときには、ステップ 5に行く。ステップ 5では、エンジン 1 より排出される S O x量 (E x S O x ) を演算し求める。これは、使用燃料の種類とエンジン 1 にて燃焼される量により決まり、本実施例では、ステップ 2で読み取ったエンジン 1の運転条件、即ちェンジン回転速度 N a及び負荷 P aに基づいて、エンジン 1のシリンダ内への燃料の供給量より求める。

ステップ 6では、排出される S O x量（E x S O x) から、 NO x触媒 3に取り込まれる S O X量（α · E x S O x) を求めるとともに、累積の S O x量（C a t S O x) を求める。本実施例では、 NO x触媒 3に取り込まれる累積の S O X量（C a t S O x) を〔C a t S O x = C a t S O x + a ' E x S O x〕で演算する。ステップ 6の後、ステップ 1 に戻るが、燃料の変更は一般に頻繁にはなされないため、ステップ 2 に戻ってもよい。

ステップ 4で、入口温度 T c a tがしきい値 T A より大きい場合には、ステツプ 7 に行く。ステップ 7では、累積の S O x量（C a t S 0 x ) がしきい値 S A より大きいか、否かを判定している。ステップ 7で累積の S 0 X量（C a t S 0 x ) 力くしきい値 S A より小さい場合には、ステップ 8に行く。ステップ 8では、再生制御部 1 7 はエンジン 1 の運転条件に合わせて制御され、エンジン 1 から排出される N O Xを浄化するために適合する還元剤燃料の添加量 Wを排気管 2中に添加するように、流量制御弁 1 0 に指令を出力する。

本実施例では、エンジン 1 の運転条件としてステップ 2 にて読み取ったデータ、即ちェンジン回転速度 N a とエンジン 1 の負荷 P a とにより、排気ガスの流量を求めている。更に、本実施例では、 N 0 X濃度センサ 1 5から得られた排気ガス中の N O X濃度値と掛けあわせて求められる排出 N O X量と、 N O X触媒 3の性能とから、必要な還元剤燃料の添加量を求めている。しかし、トラックなどの用途ではォンボ一ドで使える N O X濃度センサが開発されていないため、予めマップデータとして、ェンジン回転速度 N a及び負荷 P aにより還元剤燃料の添加量を求めてもよい。

ステップ 8が行われると、ステップ 1 に戻るが、これはステップ 6 と同様にステツプ 2 に戻ってもよい。ステップ 7で累積の S O x量（C a t S O x ) がしきい値 S A より大きい場合には、ステップ 9に行く。

ステップ 9では、ステップ 8にて算出して指令される添加量 Wに対して、更に所定量 Rを増加した還元剤燃料、即ち添加量（W + R ) を、排気管 2中に添加するように、流量制御弁 1 0 に指令を出力する。この目的は、一つには、エンジン 1 の運転条件に適合する添加量 Wよりも多量の添加量 W + Rとしなければ、必要な N O X浄化性能が達成できないこと、二つには、 S 0 Xによって劣化した N 0 X触媒 3の再生速度を早めるためである。本実施例では、還元剤燃料の増量分 R をエンジン 1 の運転条件に関わらず常に一定量としているが、エンジン 1 の運転条件から決まる添加量 Wに対して一定の割合 rだけ増量させると言う制御でも良い。この場合には、ステップ 8にて実行すると同様の作業をステップ 9においても実施することになる。

ステップ 9が行われると、ステップ 1 0に移り、エンジン 1の運転条件、 NO X触媒 3の入口温度 T c a t、累積の S O x量（C a t S 0 x ) 、及び還元剤燃料添加量 Rに基づいて、この条件下で NO X触媒 3から除去される S O x量 U s ¾·求める。

本実施例では、 NO x濃度センサ 1 5により得られた排気中の N 0 X濃度を測定する。また、 N 0 X触媒 3中の S 0 Xが除去される効率 K aは、触媒表面にて生成する含窒素炭化水素化合物 '濃度、即ち、排気中の N 0 X濃度と添加されている還元剤燃料の量と排ガス温度とに依存する。この温度に対して除去効率 K aは、図 3に示すように最適温度がある。図 3は、横軸に温度を、縦軸に NO x触媒 3中の S 0 Xが除去される効率 K aをとつている。また、積算されている S O x 量（C a t S O x) が大きい場合には、除去効率 K aは、図 4に示すように小さくなる。図 4は、横軸に NO X触媒 3に蓄積されている S 0 X量を、縦軸に N O X触媒 3中の S 0 Xの除去効率 K aをとつている。これらの全ての条件を含めて、再生制御部 1 7は、 NO x触媒 3から除去される S O x量 U s、即ち NO x触媒 3の S 0 X劣化の再生量 U sを求める。

ステップ 1 1では、 N 0 X触媒 3から除去される S 0 X量 U sに応じて、 N O X触媒 3の累積 S O x量（C a t S 0 X ) の数値データが、〔C a t S O x = C a t S 0 x— U s〕の式に従って更新される。ステップ 1 1が終了すると、ステツプ 1 2に移りエンジン 1が運転されているか否かを判断する。エンジン 1が引続き運転されていると判断された場合には、ステップ 1 に戻るが、これはステップ 6と同様にステップ 2に戻つてもよい。

この一連のサイクルを繰り返すことによって、 NO x触媒 3に蓄積されている S O x量（C a t S O x) は低下し、やがてステップ 7での判定動作において N 0 X触媒 3が再生し終わったと判定されることになる。

ステップ 1 2でエンジン 1が停止していると判断された場合には、制御を終了する。エンジン 1 が停止した時点においては、通常、 N 0 X触媒 3 は S 0 Xによる劣化状態を維持したままになっている。このため本実施例では、ステップ 1 3 で、この時点での N O X触媒 3 に蓄積されている S O x量（C a t S O x ) のデ一夕を、エンジン 1 が停止した伏態においても保持できる不揮発性メモリ一に記憶させている。次回のエンジン 1運転時に、この記憶データを用いて N 0 X触媒 3の S 0 X劣化状態を演算することにしている。

図 5 は、本発明の第 2実施例に係るディーゼルェンジン 1 の N O X触媒 3の再生装置の構成説明図である。なお、第 1 実施例と同一部品には同一符号を付して説明は省略する。第 1 実施例では、エンジン 1 を運転するための燃料の成分を検出する成分検出センサ 1 6を用いたが、第 2実施例では、ディーゼル燃料の種類を選択する選択スィツチ 2 1 を配設し、選択スィツチ 2 1 は再生制御部 1 7 に接続されている。例えば、選択スィッチ 2 1 には、灯油、或いは軽油等の選択位置が付設され、使用するディ一ゼル燃料の種類によりオペレータにより切り換えられる。

図 6 に示すフローにしたがって、第 2実施例での制御方法について説明する。なお、第 1 実施例と同一のステップには同一のステップ番号を付して説明は省略する。ステップ 2 1 では、オペレータによって設定された選択スィッチ 2 1 のポジションから、再生制御部 1 7のコントローラは選択されたディ一ゼル燃料に含まれている硫黄量 S cを決定する。次に、ステップ 2に行く力、ステップ 2以降は第 1 実施例と同一のため、説明を省略する。

次に、図 7 に示すフローにしたがって、ディーゼルエンジン 1 の N 0 X触媒 3 の第 3実施例に係わる制御方法について説明する。第 3実施例の機械構成要件は第 1 又は第 2実施例と同であり、説明を省略する。なお、第 1 実施例と同一のステツプには同一のステップ番号を付して説明は省略する。ステップ 1 〜 7、ステップ 8、及びステップ 1 1 以降の動作は第 1 実施例と同一である。第 3実施例は、第 1 実施例でのステップ 9 とステップ 1 0が異なる。

ステップ 7で N 0 X触媒 3の累積 S 0 X量（ C a t S 0 x ) がしきい値 S A より大きい場合には、ステップ 3 9に行く。ステップ 3 9では、 N O X.触媒 3に蓄積された S O x (C a t S O x) を除去するため、その時点で最も効率的な、即ち最適な還元剤燃料の添加量 R eを算出する。

添加量 R eについて、説明する。 N 0 X触媒 3中の S 0 Xの除去効率 K aは、還元剤燃料の添加量を增やすに従って高くなるが、やがては頭打ちになる。図 8 は、横軸に蓄積 S 0 Xの除去のための還元剤燃料の添加量を、縦軸に NO X触媒 3中の S 0 Xの最高除去効率 Km a xに対する除去効率 K aの比をとっている。図 8から分かるように、頭打ちになりはじめる添加量は、排気ガス温度が低いほど小さくなる。さらに、比 /3は第 1実施例の再生方法の説明で述べたように、エンジン 1の運転条件、 N 0 X触媒 3の入口温度 T c a t、及び積算されている S O x量（C a t S O x) により異なってくる。そこで再生制御部 1 7は、その時点で最も効率的に NO x触媒 3から蓄積された S O xを取り除けることの出来る還元剤燃料の最適添加量 R eを、還元剤の消費量、即ちエンジン 1の燃費を考慮にいれて決定し、この最適添加量 R eとエンジン 1の運転条件に適合する添加量 Wとを加算し、還元剤燃料添加量 R e +Wを排気管 2中に添加するように、流量制御弁 1 0に指令を出力する。

ステップ 3 9が行われると、ステップ 4 0に移り、この添加量 R eによる N 0 X触媒 3の S 0 Xの再生量 U sを求めて、第 1実施例のステップ 1 1 に移り、以降の動作を実施するが、その説明は省略する。

次に、本発明の第 4実施例に係る N 0 X触媒 3の再生について説明する。第 4 実施例は、図 9に示すように、第 1実施例の図 1 に対し、成分検出センサ 1 6及び NO x濃度センサ 1 5の配設を省略すると共に、 N 0 X触媒 3の下流側の排気管 2中には、炭化水素澳度センサ 1 2を配設している。炭化水素濃度センサ 1 2 により、 NO X触媒 3から排出される排気ガス中の炭化水素濃度 H Cを検出している。

かかる構成よる N 0 X触媒 3の再生方法について、図 1 0に示すフローにしたがって説明する。第 1実施例と比較して、ステップ 2〜 4は同一であるが、ステップ 1を省略し、更にステップ 4より後のステップを変更している。

ステップ 4で入口温度 T c a tがしきい値 T A 以下の場合、ステップ 5 5に行く。ステップ 5 5で再生制御部 1 7は、 NO X触媒 3の状態変数 n = 1 を不揮発性メモリ（図示せず）に記憶させ、次にステップ 2に戻る。この状態変数 nは、 S 0 X蓄積による N 0 X触媒 3の状態を示す変数であり、「n = 0」が NO x触媒 3の未劣化状態、一方「 n = 1」が N 0 X触媒 3の劣化状態として設定している。尚、ステップ 4での「小さい」場合、 NO X触媒 3は必ずしも劣化状態ではない、即ち状態判定前である。しかし、入口温度 T e a tが低温であっても、 N 0 X触媒 3に S 0 Xが蓄積して劣化している可能性があるので、ステップ 4での「小さい」場合を劣化状態と設定している。

ステップ 4で入口温度 T c a tがしきい値 TA より大きい場合、ステップ 5 7 に行き、不揮発性メモリに記憶されている N 0 X触媒 3の状態変数 nが「 1」（劣化状態）であるか、「 0」（未劣化状態）であるかを調べる。 n = 0の場合、ステップ 5 8に、 n = 1の場合、ステップ 5 9に行く。

ステップ 5 8で再生制御部 1 7は、予め記憶されている添加量マップ（図 1 1 参照）から、ステップ 2で読み込んだエンジン回転速度 N a及びエンジン負荷 P a (例えば、トルク）のデータに対応する還元剤燃料の添加量 Wmを求め、添加量 Wmを排気管 2中に添加するように、流量制御弁 1 0に指令する。添加量 Wm は、読み込んだ回転速度 N a及び負荷 P aでのェンジン 1から排出される NO x を、浄化するために適合する量である。図 1 1では、添加量 Wmレベルとして、添加量レベル線 Wm 1〜Wm 4 (添加量： Wm 1 〉 Wm 4 ) だけを図示しているが、添加量レベル線 Wm 1の高負荷側及び各添加量レベル線 Wm 1〜Wm 4間は更に細かいメッシュに区分され、各メッシュ毎に添加量 Wmll、 Wml2、 · · が入力されている。尚、回転速度 N a又は負荷 P aが小さい領域では、入口温度 T c a tが低温のため NO x触媒 3が有効に作動しないので、本実施例では、還元剤燃料の添加なしとしている。ステップ 5 8の後、ステップ 2に戻る。

ステップ 5 9で再生制御部 1 7は、ステップ 5 8にて算出し指令される添加量 Wmに対して、更に所定量 Rを増加した還元剤燃料、即ち添加量（Wm+ R) を、排気管 2中に添加するように、流量制御弁 1 0に指令する。所定の添加量 R、及び増量（Wm + R) して添加する目的は、第 1実施例と同じである。又、所定量 Rの増加の代わりに、第 1実施例と同様に、添加量 Wmに対して一定割合 rだけ増量させても良い。

ステップ 6 0で再生制御部 1 7は、炭化水素濃度センサ 1 2が検出した N 0 X 触媒 3下流側の炭化水素濃度 H Cが所定値 H C o以下か否かを判定し、所定値 H C o以下の場合、ステップ 6 1 に行く。所定値 H C 0以下の場合は、図 1 2に示すように、 NO X浄化率が高い状態、即ち NO X触媒 3が良好な状態である。従つて、ステップ 6 1では、 N 0 X触媒 3の伏態変数 n = 0を不揮発性メモリに記憶させ、ステップ 2に戻る。

炭化水素濃度 H Cが所定値 H C oより大きい場合はステップ 6 2に行き、ェンジン 1が運転されているか否かを判断する。エンジン 1が引続き運転されていると判断された場合には、ステップ 2に戻る。一方、エンジン 1が停止している場合には、ステップ 6 3に行き、 N 0 X触媒 3の伏態変数 n = 1、即ち劣化状態を不揮発性メモリに記憶させて、終了する。以上の本実施例のサイクルを繰り返すことによつても、 N O x触媒 3の S O x量（C a t S 0 x ) が低下して、 N 0 x 触媒 3が再生される。

第 4実施例のステップ 5 8では、図 1 1の添加量マップから、還元剤燃料の添加量 Wmを求めているが、図 1のように N 0 x'濃度センサ 1 5を配設し、第 1実施例のステップ 8のようにして、添加量 Wを求めてもよい。

以上説明したように本発明によれば、 S 0 Xによつて急速に劣化する NO X触媒 3に対し、 NO x触媒 3の入口温度 T e a tが所定値 TA以下の時のエンジン 1への燃料の供給量を求める。この所定値 T A以下の期間に NO x触媒 3に取り込まれた S O x量を算出し、またエンジン 1の運転条件が変動して入口温度 T c a tが所定値 T Aより大きくなつて、還元剤燃料を供給し始める場合は、運転状況に適合した還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量を排気ガス中に供給して、排気管 2中の N 0 x触媒 3を再生する。これにより、 S O xで劣化した NO X触媒 3でも十分な N 0 X浄化佺能を得られると共に、短時間に S 0 X劣化を回復させることができる。産業上の利用可能性

本発明は、ディーゼルエンジンに供給される燃料中の硫黄により NO X触媒に S O xが蓄積されて、性能が低下した触媒を再生できるディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生装置及び再生方法として有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 灯油等のディ一ゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管（2 ) 中に所定量添加し、前記排気管（2) 中に配設されると共に S 0 Xを吸着して性能劣化を起こし易い N O X触媒（3) により、排気 N O Xを還元浄化するディーゼルエンジンの N 0 X触媒装置において、

還元剤燃料を前記排気管（2) 中に添加する還元剤燃料添加ノズル（7) と、前記還元剤燃料添加ノズル（7) への還元剤燃料の供給量を制御する流量制御弁 ( 10)と、

前記 N O X触媒（3) の上流側に配設される N O X触媒入口温度センサ（14)と、前記 N O X触媒入口温度センサ（14)からの信号により前記 N O X触媒（3) の入口温度が所定値以下で、前記流量制御弁（10)への指令が供給量ゼロの期間に、ディーゼルェンジン（1 ) へ供給したディ一ゼル燃料の量から前記ゼロの期間に前記 N O x触媒（3) に取り込まれる S◦ X量を演算し、前記入口温度が所定値より大きくなつて還元剤燃料を添加し始める場合において、前記ディ一ゼルェンジン（1 ) の運転状況に適合する所定量よりも多い還元剤燃料量を供給する指令を前記流量制御弁（10)に出力する再生制御部（17)とを備え、

前記運転状況に適合する量よりも多い還元剤燃料の添加により、 S 0 Xによつて性能劣化を起こした前記 N 0 X触媒（3) を再生することを特徴とするディーゼルェンジンの N 0 X触媒の再生装置。

2 . ディーゼル燃料の種類を選択する選択スィッチ（21 )と、ディーゼル燃料中の硫黄含有量を検出する成分センサ（16)とのいずれか一つを備え、

前記再生制御部（17)は、前記選択スィツチ（21 )及び前記成分センサ（16)のいずれか一つからの信号と前記ディ一ゼルエンジン（1 ) へのディーゼル燃料供給量とから、前記ディーゼルエンジン（1) より排出される S◦ X量を演算し、前記入口温度が所定値以上になり還元剤燃料を添加し始める場合において、前記ディーゼルェンジン（1 ) の運転状況に適合した所定量よりも多い還元剤燃料量を供袷する指令を前記流量制御弁（10)に出することを特徴とする請求の範囲 1記載のディーゼルェンジンの N 0 X触媒の再生装置。

3 . 灯油等のディ一ゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管（2 ) 中に所定量添加し、前記排気管（2) 中に配設されると共に S O xを吸着して性能劣化を起こし易い N 0 X触媒（3) により、排気 N O Xを還元浄化するディーゼルエンジンの N 0 X触媒装置において、

還元剤燃料を前記 N 0 X触媒（3) 上流側の前記排気管（2) 中に添加する還元剤燃料添加ノズル（7) と、

前記還元剤燃料添加ノズル（7) への還元剤燃料の供給置を制御する流量制御弁 (10)と、

前記 N 0 X触媒（3) の上流側に配設される N 0 X触媒入口温度センサ（14)と、前記 N O X触媒（3) の下流側に配設される炭化水素濃度センサ（12)と、再生制御部（17)とを備え、

前記再生制御部（17)は、前記 N 0 X触媒入口温度センサ（14)からの信号により前記 N O X触媒（3) の入口温度が所定値より大きく、かつ前記炭化水素濃度センサ（12)からの信号により前記 N 0 X触媒（3) 下流側の炭化水素濃度が所定値より大きい場合、前記ディ一ゼルェンジン（1 ) の運転状況に適合する所定量よりも多い還元剤燃料量を添加する指令を前記流量制御弁（10)に出力して、 S O xによつて性能劣化を起こした前記 N O X触媒（3) を再生することを特徴とするディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生装置。

4 . 灯油等のディーゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管（2 ) 中に所定量添加し、前記排気管（2) 中に配設されると共に S 0 Xを吸着して性能劣化を起こし易い N 0 X触媒（3) により、排気 N 0 Xを還元浄化するディーゼルエンジンの N 0 X触媒による浄化方法において、 ' S O xにより劣化した前記 N O x触媒（3) を再生する際、

ディーゼルエンジン（1) が運転されて、かつ前記 N O x触媒（3) の入口温度が所定温度以下であることにより還元剤燃料の添加を中止している期間に、前記 N O x触媒（3) に取り込まれる S 0 Xの量を算出し、

前記ディーゼルェンジン（1) の運転条件が変動して前記入口温度が所定値より大きくなつて還元剤燃料を添加するときに、運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量を、 S O xによる劣化を再生するために添加することを特徴とするディ一ゼルエンジンの N O X触媒の再生方法。

5 . 請求の範囲 4記載のディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法において、前記運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量は、ェンジンの運転伏況によらず、運転状況に適合する還元剤燃料量に、一定の還元剤燃料量を加えた量であることを特徴とするディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法。

6 . 請求の範囲 4記載のディ一ゼルェンジンの N O X触媒の再生方法において、前記運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量は、運転状況に適合する還元剤燃料量に対して、一定の割合だけ増加させた還元剤燃料量であることを特徴とするディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法。

7 . 請求の範囲 4記載のディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法において、前記運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量は、運転状況から決まる排気ガス中の N O X濃度、排ガス流量及び排ガス温度と、前記 N 0 X触媒（3) に取り込まれている S O xの量とから演算して求められる可変量であることを特徴とするディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法。

8 . 請求の範囲 4記載のデイーゼルエンジンの N O x触媒の再生方法において、 ' 前記 N O x触媒（3) に取り込まれている S 0 x量の算出は、前記ディーゼルェンジン（1) へのディーゼル燃料の供給量より求めることを特徴とするディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法。

9 . 請求の範囲 4記載のディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法において、前記 N O x触媒（3) の再生が完了する前に、前記ディーゼルエンジン（1) の運転条件が変動し、前記入口温度が所定値以下になって還元剤燃料の添加を停止する時には、前記添加停止時点での N 0 X触媒（3) の累積 S O X量を記憶し、還元剤燃料添加の停止期間での前記 N 0 X触媒（3) の S O X累積量は、前記記憶された累積 S 0 X量に対して逐次、前記停止期間でのディーゼルエンジン（1) 運転条件に応じて前記 N 0 X触媒（3) に取り込まれる S 0 X量を加算して求めることを特徵とするディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法。

1 0 . 請求の範囲 4記載のディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法において前記 N O x触媒（3) の再生が完了する前に、前記ディーゼルエンジン（1) が停止するときには、前記停止時点での N 0 X触媒（3) の累積 S O X量を記憶し、前記ディーゼルエンジン（1) の停止後、前記累積 S O x量の記憶を保持し、次回の前記ディーゼルエンジン（1) の運転時、前記記憶された累積 S 0 X量に逐次、前記 N O x触媒（3) に新たに取り込まれる S 0 X量を加算することを特徴とするディーゼルエンジンの N O X触媒の再生方法。

1 1 . 請求の範囲 4記載のディーゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法において前記 N O x触媒（3) への S 0 Xの取り込み量は、前記ディーゼルエンジン（1) に供給されるディーゼル燃料中の硫黄含有量により求めることを特徴とするディ —ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法。

1 2 . 請求の範囲 4記載のディーゼルエンジンの N 0 x触媒の再生方法において前記 N O X触媒（3) の再生が完了したとき、前記運転状況に適合する還元剤燃料量よりも多い所定の還元剤燃料量を、前記再生完了時点でのディーゼルェンジン（1 ) の運転状況に適合した量に変更することを特徴とするディ一ゼルェンジンの Ν 0 X触媒の再生方法。

1 3 . 請求の範囲 1 2記載のディーゼルエンジンの Ν 0 X触媒の再生方法において、

前記 N O X触媒（3) の再生が完了したと判定される時点は、再生中において前記 N O X触媒（3) から除去される S 0 X量を逐次演算し、同時に前記 N O X触媒 (3) に残留している S 0 X量から前記除去 S O x量を減じて再生中の残留 S O X 量を算出し、前記算出した再生中の残留 S 0 X量が所定値以下になつた時であることを特徴とするディ一ゼルエンジンの N 0 X触媒の再生方法。

1 · 請求の範囲 1 3記載のディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法において、

前記再生中において N 0 X触媒（3) から除去される S 0 X量は、再生時のディーゼルエンジン（1) の運転伏況から決まる排気ガス中の N O χ ·鏖度、排ガス流量、排ガス温度、前記 N O X触媒（3) に取り込まれている S 0 X量、及び還元剤燃料の添加量の少なくとも 1つ以上により演算して求められることを特徴とするディ一ゼルェンジンの N 0 X触媒の再生方法。

1 5 . 灯油等のディーゼル燃料を還元用炭化水素である還元剤燃料として排気管 (2) 中に所定量添加し、前記排気管（2) 中に配設されると共に S 0 Xを吸着して性能劣化を起こし易い N 0 X触媒（3) により、排気 N 0 Xを還元净化するディーゼルェンジンの N 0 x触媒による浄化方法において、

S 0 Xにより劣化した前記 N 0 X触媒（3) を再生する際、前記 N O X触媒（3) の上流側の入口温度が所定値より大きく、かつ前記 N O X触媒（3) の下流側の炭化水素濃度が所定値より大きい場合、前記ディーゼルエンジン（1) の運転状況に適合する所定量よりも多い還元剤燃料量を添加することを特徴とするディーゼルエンジンの N O x触媒の再生方法。