WO2003083273A1

WO2003083273A1 - Systeme d'epuration de nox et procede de reactivation de catalyseur deteriore

Info

Publication number: WO2003083273A1
Application number: PCT/JP2003/003937
Authority: WO
Inventors: Tadao Nakatsuji; Jin Yokoyama; Teruo Nakada; Taiji Uekusa; Yutaka Uematsu; Tetsuya Fujita; Yousuke Tanaka; Kazuhiro Enoki; Hiromi Shibuya
Original assignee: Isuzu Motors Limited
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2003-10-09
Also published as: JP2003286833A; EP1491736A1; EP1491736A4; US20050144934A1; JP4083453B2

Description

曰月糸田 β

Ν〇 X浄化システム及びその触媒劣化回復方法

技術分野

本発明は、内燃機関の排気ガス中の N O X (窒素酸化物）を還元して浄化する排気ガスの N O X浄化システム及びその触媒劣化回復方法に関し、より詳細には、 N 0 X浄化システムにおいて使用される直接還元型 O x触媒の硫黄被毒による劣化状態を回復する触媒劣化回復手段及び触媒劣化回復方法に関する。

背景技術

自動車の内燃機関ゃ据置式の内燃機関等の排気ガスから、 N O x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、 N O X還元触媒や三元触媒が使用されている。

その一つに、特開 2 0 0 0 - 2 7 4 2 7 9号公報等に記載されているような、 N O x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 N〇 Xを N〇x吸蔵還元触媒に吸収させ、 N〇x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ゃリツチにして、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 N〇 Xを放出させて、この放出された N〇 X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。

この N O X吸蔵還元触媒では、触媒担体上に白金 ( P t ) 等の貴金属触媒とバリウム（B a )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 N〇は白金の触媒作用により酸化されて N〇₂ となり、 N〇₃ ― の形で触媒内に拡散し硝酸塩の形で吸収される。

そして、空燃比がリッチになり酸素濃度が低下すると N 0₃ ― が N 0₂ の形で放出され、排気ガス中に含まれている未燃 H Cや C〇や H ₂ 等の還元剤により白金の触媒作用を受けて、 N〇₂ はに還元される。この還元作用により、大気中に N 0 Xが放出されるのを阻止することができる。

しかしながら、この N O X吸蔵還元触媒を使用した排気浄化装置では、 N O x 吸蔵還元触媒の再生時に短時間に極めて大量の N O X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 NO X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。

また、ディーゼルェ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 N 0 X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号公報の排気浄ィ匕装置では、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に基づいて、 NOxの吐き出しの終了時の N〇 X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つている。

この硫黄被毒による劣化状態を回復するための硫黄パージには、触媒温度を 6 50 °Cまで昇温することが必要であり、ディ一ゼルェンジンにおいては、この触媒温度を 650 °C以上にするためには、排気ガス温度を 600 °C以上に昇温させる必要がある。しかし、吸気絞りやリッチ燃焼等の排気ガス昇温制御を行っても、エンジンの制御だけで触媒温度を 6 50°Cまで昇温させることは実際上は困難でめる。

—方、この NO X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 N 0. 1 9 99248 1や NO. 200006 1 7に記載されている N〇 x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。

この直接還元型 NO X触媒は、第 7図や第 8図に示すように、）8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、ディーゼルェンジン等の内燃機関の空燃比がリ一ン状態の排気ガスのように酸素濃度が高い雰囲気では、第 7図に示すように、 NOxと接触して、 0 を1^₂ 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ゥム等の酸化金属 M〇xとなる。この金属 Mが全部酸化してしまうと NO X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。

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⁰ /₀に低い状態にして、第 8図に示すように、この酸化ロジウム等の酸化金属 MO x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。

なお、この直接還元型 NO X触媒においては、酸化金属 M Oxを還元する反応は他の触媒に比較して低温（例えば 2 0 0°C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。

そして、更に、金属 Mの酸化作用を軽減し、 NO X還元能力の保持に寄与するセリウム（C e) を配合し、下層に三元触媒を設けて酸ィ匕還元反応、特にリッチ状態における NO Xの還元反応を促進するようにしている。また、 N〇xの浄化率を向上させるために担体に鉄（F e) を加える等している。

しかしながら、硫黄被毒が N〇 X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 S〇₂ として吸収されるので、この鉄による N〇xの浄化性能の向上が阻害される一次的な硫黄被毒が生じ、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排出された S〇₂ が S〇₃ に変化して、セリウムと化合するので、このセリゥムによる NO X還元能力の保持に対する寄与が減少する二次的な硫黄被毒が生じて、 N〇 Xの浄化率が低下する。

ただし、直接還元型 NO X触媒においては、この硫黄被毒に対する触媒劣化回復に必要な排気温度は 4 0 0 °C程度であり、 N Ox吸蔵還元型触媒に比較して低く、通常の運転状態でも容易に達成することができる。

この硫黄被毒の状態について、模擬ガス装置で実験した結果を第 6図に示す。この第 6図は、排気温度を 1 50°C〜4 0 0°Cの特定の温度に設定して、リーン状態とリッチ状態のガスを交互に発生させて繰り返した後に N〇 X浄化率を計測する実験を行った結果を示すものである。

この第 6図によれば、初期状態（國印実線 A) では高い浄化率を示しているが、排気温度を 3 0 0 °Cに設定し、硫黄パージによる触媒劣化回復処理をしないで 1 2. 5時間経過した場合（◊印点 B) には浄化率は 6 3%程度に劣化し、また、排気温度を 4 5 0°Cに設定して単純に N〇x還元のリーンと触媒再生のリッチを繰り返した後の場合（口印実線 C) では、硫黄被毒が進み、浄化率は、初期状態 (画印実線 A) に比べて 2 0%〜3 0%程度劣化してしまうことが分かる。この硫黄被毒による劣化が直接還元型 N O x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、 N〇xを N ₂ に還元する能力が低下しているため N O Xの净化率が低下し、また、すぐに N O X還元能力が限界に近くまで低下するため、リツチ燃焼による再生処理を頻繁に行う必要が生じるので、燃費の悪化が生じる。

そのため、直接還元型 N O X触媒において、酸化金属 M〇x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渉状態を監視し、劣化がある程度進渉した段階で、低酸素状態で排気温度を 4 0 0 °C程度にして硫黄分を除去する硫黄パージによる触媒劣化回復処理を行う必要があり、強制的にこの触媒劣化回復処理を行っている。

しかしながら、この排気温度が 4 0 0 °C程度の硫黄パージ温度になる状態は、通常のリ一ン状態の運転によつても高い頻度で発生し、酸素濃度が比較的高い状態で排気温度が硫黄パージ温度になると、鉄から硫黄成分が分離して一次的な硫黄被毒は回復するが、排気ガス中の酸素と結合して S〇₃ が発生し、この S〇₃ がセリウムと化合して新たな硫黄被毒、それも回復が困難な二次的な硫黄被毒が生じるという問題がある。

一方、第 6図に示す模擬ガス装置の実験で、排気温度を 4 0 0 °Cに上げる前にリッチ運転をして硫黄パージして、この劣化回復処理を行った後に排気温度を 4 0 0 °Cに上げてリーンとリッチを繰り返す N O x再生試験を行った場合に、 4 0 0 °Cにおける N 0 X浄化率は落ちず、耐久試験後でも、 △印点線で示すように、浄化率は略初期状態（園印実線 A) に近い状態に戻っていることが分かった。このことから、硫黄パージを行った後に 4 0 0 °Cに達しリーン状態になっても、二次的な硫黄被毒が発生しないことが分かつた。

発明の開示

本発明は、この知見を得て、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 N〇 Xの浄化に直接還元型 N〇 X触媒を用いる N 0 X 浄化システムにおいて、硫黄被毒に対する劣化回復処理が通常の運転領域における排気ガス温度で可能であることを利用して、ェンジンの通常運転中に排気ガス温度が所定の設定値（3 5 0で〜 4 0 0 °C ) 以上になった時にリッチ制御運転することで低酸素状態で直接還元型 N O x触媒の温度を硫黄パージ温度（約 4 0 0 °C ) 以上にして二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パージを行うことにより、硫黄被毒の影響を排除して、効率よく N O xを浄ィ匕できる N〇x浄ィ匕システム及びその触媒劣化回復方法を提供することにある。

以上のような目的を達成するための N◦ X浄化システム及びその触媒劣化回復方法は、次のように構成される。

1 ) N O x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 N O x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 N 0 X触媒を排気ガス通路内に配置した N O X浄化システムにおいて、通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなった時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第 1硫黄パージ運転を行う第 1硫黄

)、。一ジ制御手段を備えて構成される。

2 ) また、上記の N O X浄化システムは、排気温度に関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第 2硫黄パージ運転を行う第 2硫黄パージ制御手段と、硫黄被毒による触媒劣化の進渉状態を示す劣化指標値が所定の第 1判定値と所定の第 2判定値の間にある場合には、前記第 1硫黄パージ運転の開始時期であると判定し、前記劣化指標値が前記第 2 判定値を超えた時には、前記第 2硫黄パージ運転の開始時期であると判定する硫黄パージ開始判定手段を備えて構成される。

そして、上記の N O X浄化システムの触媒劣化回復方法は、次のように構成される。

1 ) この触媒劣化回復方法は、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 N O x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 N 0 X触媒を排気ガス通路内に配置した N O X浄化システムにおける触媒劣化回復方法であつて、通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなつた時に、排気ガス

' 中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第 1石 m」黄パージ運転を行う第 1硫黄パージ運転制御を含む方法として構成される。 2 ) また、この触媒劣化回復方法において、硫黄被毒による触媒劣化の進搂状態を示す劣化指標値が所定の第 1判定値と所定の第判定値の間にある場合には、前記第 1硫黄パージ運転を行い、前記劣化指標値が前記第 2判定値を超えた時には、排気温度に関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第 2硫黄パージ運転を行うように構成される。

3 ) また、上記の触媒劣化回復方法において、硫黄被毒による触媒劣化の進渉状態を示す劣化指標値を、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出する。

この場合には、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した硫黄の堆積量の累積値を劣化指標値として使用することになる。

4 ) そして、上記の触媒劣化回復方法の前記第 1硫黄パージ運転と前記第硫黄パージ運転の少なくとも一方において、排気ガス量と排気温度から予め入力した硫黄吐出量マップデ一夕と照合して算出した硫黄の吐出量の総和と、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量との差が所定の第 3判定値以下になった時に、前記硫黄パージ運転を終了する。

5 ) あるいは、上記の触媒劣化回復方法の前記第 1硫黄パージ運転と前記第 2 硫黄パージ運転の少なくとも一方において、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量と、排気ガス量と排気温度から予め入力した硫黄パージ運転時間マップデ一夕と照合して算出した硫黄パージ運転時間を経過した時に、前記硫黄、°―ジ運転を終了する。

この直接還元型 N O X触媒は、 iS型ゼオライト等の担体に触媒成分であるロジゥム（R h ) やパラジウム（P d ) 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 Mの酸化作用を軽減し、 N〇x還元能力の保持に寄与させるためにセリウム（C e ) を配合し、酸化還元反応、特にリツチ状態における放出された N O Xの還元反応を促進するために、下層に白金等を有する三元触媒を設けたり、また、 N O Xの浄化率を向上させるために担体に鉄（F e ) を加えたりして形成することができる。

なお、排気ガス中の酸素濃度が高い時に、触媒成分が N O xを N ₂ に還元すると共にこの触媒成分が酸ィヒされ、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 N O x触媒」という。

また、この通常運転とは、触媒の再生処理用の運転や触媒劣化回復処理用の運転を行っていない時の、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、この通常運転では、排気ガス中の N O xは直接還元型 N O X触媒により、直接 N ₂ に還元され浄化される。

そして、この第 1硫黄パ一ジ運転は、吸気絞り等の吸気量制御や後噴射等の燃料噴射制御や E G R制御等によるリツチスパイク制御によって実施することができる。また、この所定の設定温度は、実験等により求められる数値やマップデ一夕等であり、予め設定される値で 3 5 0 °C〜4 0 0 °Cの範囲の温度である。

なお、排気温度で制御する代りに触媒温度で制御してもよい。

この N O X浄化システム及びその触媒劣化回復方法によれば、排気ガス中の N 〇xの浄化に直接還元型 N O X触媒を用いる N O X净化システムにおいて、硫黄被毒に対する触媒劣化回復処理が通常運転中における排気温度で可能であることを利用して、通常のエンジン運転時に排気温度が、所定の設定温度より大きくなつた時に、排気ガス中の酸素濃度を低下させると共に排気温度を昇温させるリッチスパイクを行うことで、低酸素状態で排気温度を硫黄パージ温度（約 4 0 0 °C 程度）以上にして二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パージによる触媒劣化回復処理を行うことにより、硫黄被毒の影響を排除して、効率よく N O xを浄化できる。

また、第 1硫黄パージ運転では排気温度が高くなつた場合のみリッチスパイクを行うので、排気ガス昇温のための燃料消費量が少なくなり、燃費の悪化を防止することができる。

つまり、通常運転時に排気温度が高くなった場合に硫黄パージを行う第 1硫黄パージ運転により、排気ガス昇温のための燃料消費量を節約しながら、低酸素状態で排気温度を硫黄パージ温度以上にして二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パージによる触媒劣化回復処理を行うことができる。

そして、この第 1硫黄パージ運転により、硫黄が触媒にある程度堆積した後は、排気温度が硫黄パージ温度以上になる前に硫黄パージできるので、通常運転のリ一ン状態のまま排気温度が硫黄パ一ジ温度以上になることを回避でき、二次的な硫黄被毒の発生を防止でき、しかも、高い頻度でこの触媒劣化回復処理を行うことができる。

また、この通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくならずに触媒劣化が進埗した場合には、触媒劣化による影響が大きくならない内に、第 2硫黄パ —ジ運転により、確実に触媒劣化回復処理を行うことができる。

そして、第 1硫黄パージ運転と第 1硫黄パージ運転を使い分けることにより、触媒劣化の進涉が少ない場合には、通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなった時にのみ行う第 1硫黄パージ運転で、触媒劣化回復処理を行って、排気温度昇温のための燃費の悪化を抑制することができ、しかも、高い頻度でこの触媒劣化回復処理を行うことができる。

また、この触媒劣化回復方法における、劣化指標値の算出方法や、硫黄パージ運転の終了の判定方法により、触媒劣化回復に寄与しない無駄な硫黄パージ運転を回避でき、燃費の悪ィ匕を抑制できる。

従って、直接還元型 N O X触媒における硫黄被毒による劣化、特にセリウム等に対する二次的な硫黄被毒による劣化を抑制することができる。また、高い頻度で硫黄パージを行うことができるので、トルク変動を伴い易いリツチスパイク運転を長い時間行う必要が無くなり、トルク変動が少なくなるため、劣化回復処理に伴うドライバピリティーの悪化も減少できる。

図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施の形態の N〇 X浄化システムの構成を示す図である。第 1図は、本発明の実施の形態の N 0 X浄ィ匕システム制御手段の構成を示す図でめる。

第 3図は、本発明の実施の形態の N 0 X浄ィ匕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。

第 4図は、第 3図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。第 5図は、第 3図の触媒劣化回復制御フローの一例を示すフローチヤ一トである。

第 6図は、模擬ガス装置で実験で得られた直接還元型 N O X触媒の排気温度と浄化率の関係を示す図である。第 7図は、直接還元型 N 0 X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。

第 8図は、直接還元型 N 0 X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。

発明を実施するための最良の形態

以下、図面を用いて、本発明に係る実施の形態の NO X浄化システム及びその触媒劣化回復方法について説明する。

最初に、 N〇x浄化システムについて説明する。第 1図に示すように、この N 〇x浄化システム 1 0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 NO X触媒 3を配置して構成される。

この直接還元型 NO X触媒 3は、第 7図や第 8図に示すように、 β型ゼォライト等の担体 Τにロジウム（Rh) ) やパラジウム（P d) 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、 N〇x還元能力の保持に寄与するセリウム（C e) を配合し、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 N 0 Xの還元反応を促進するようにし、また、 NO Xの浄化率を向上させるために担持体に鉄（F e) を加えている。

そして、この直接還元型 NO X触媒 3は、第 7図に示すように、ディーゼルェ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、 N〇xと接触して、 N〇x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 MO Xとなり、第 8図に示すように、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⁰ /₀ の低い還元雰囲気の場合には、酸化金属 M〇x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等の元の金属 Mに戻る性質を有するものである。

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ゃ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 1の直接還元型 N 0 X触媒 3の上流側には空燃比 A f を検知するための空燃比センサ 6が、また、直接還元型 NO X触媒 3の上流側には排気温度 Tgを検知するための排気温度センサ 7が、更に、下流側には N O x濃度 C nox を検知する N O Xセンサ 8が設けられる。

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やェンジン回転数 N e等を入力とし、燃料噴射制御等のェ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（E C U ) 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 N O x触媒 3の触媒再生制御や触媒劣化回復制御等を行なう N O X浄化システム制御手段が設けられる。

第 2図に示すように、この N O X浄化システム制御手段 2 0 0は、再生時期判定手段 2 1 1や再生処理手段 2 1 2を含む触媒再生手段 2 1 0と触媒劣化回復手段 2 2 0を有して構成される。

この触媒再生手段 2 1 0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、 N O xと接触して N〇xを N ₂ に還元して酸化金属 M〇xとなった直接還元型 N O X触媒 3を、排気ガスの空燃比がリツチ状態の酸素濃度が低い状態で再生する手段であり、再生時期判定手段 2 1 1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 2 1 2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 M〇 Xを還元雰囲気で未燃 H Cや C 0や H ₂ 等の還元剤と接触させて還元して金属 Mに戻す。

この再生時期判定手段 2 1 1は、 N O xを還元している時の直接還元型 N O X 触媒 3の後流側の排気ガス中の N 0 X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、 N〇 Xを還元している時に直接還元型 N 0 X触媒 3によって還元される N O x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。

また、再生処理手段 2 1 2は、排気ガス中の酸素濃度を低下させる手段、即ち、空燃比 A f力 1 4 . 7以下のリッチスパイク運転を行う手段であり、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、吸気量を制御する吸気量制御や、 E G R装置の E G Rガス量を制御する E G R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 A f に基づいて、この検出値 A fが所定の設定範囲内に入るようにフィ一ドバック制御する。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ザ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。

そして、触媒劣化回復手段 2 2 0は、硫黄パージ開始判定手段 2 2 し第 1硫黄パージ制御手段 2 2 2及び第 2硫黄パージ制御手段 2 2 3を有して構成される。この硫黄パージ開始判定手段 2 2 1は、第 1硫黄パージ運転を行うか、第 2硫黄パージ運転を行うか、これらの硫黄パージ運転を行わないかを判定する手段であり、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から、直接還元型 N O X触媒 3に堆積される硫黄量 X 1を推定し、この推定した硫黄の堆積量 X 1を累積した累積値 X tが、第 1パージ開始判定値 X 1より大きく、第 2パージ開始判定値 X 2より小さい場合に、第 1硫黄パージ運転を開始する判定し、また、累積値 X tが、第 2パージ開始判定値 X 2より大きい場合には、第 2硫黄パージ運転を開始する判定を行い、それ以外は、硫黄パージ運転を開始しない判定を行う。

そして、第 1硫黄パージ制御手段 2 2 2は、 ¾；黄の累積量 X tがある程度大きくなってはいるが限界 X 2までは達していないとして、即時に硫黄パージ運転する必要はないが、機会を得て硫黄パージ運転する必要があるとして、通常運転中に排気温度 T gが所定の設定温度 T c ( 3 5 0 °C〜 4 0 0 °C ) より大きくなつた時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度 T gを硫黄パージ温度 T r (約 4 0 0 °C ) 以上に昇温するリッチスパイク運転をして、低酸素状態で二次的な硫黄被毒を防止しながら、硫黄パージを行って、触媒の劣化回復を行うものである。この第 1硫黄パージ運転は、排気温度 T gが高くなつている状態で行うので、排気ガス昇温に必要な燃料量が少なくて済む。

また、この第 1硫黄パージ制御手段 2 2 2により、硫黄が触媒 3にある程度堆積した後は、排気温度 T gが硫黄パージ温度 T r以上になる前に硫黄パージをするので、通常運転のリ―ン状態のまま排気温度 T gが硫黄パージ温度 T r以上になることを回避でき、二次的な硫黄被毒を防止できる。

そして、第 1硫黄パージ制御手段 2 2 3は、硫黄の累積量 X tが限界 X 2に達し、即時に硫黄パージする必要があるとして、排気温度 T gが所定の設定温度 T cより低い場合であっても、排気温度 T gに関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度 T gを硫黄パージ温度 T r以上に強制的に昇温するリッチスパイク運転を行って、リッチ状態で二次的な硫黄被毒を防止しながら、硫黄パージを行って、触媒の劣化回復を行うものである。

なお、この第 1及び第 2硫黄パージ運転におけるリッチスパイク運転は、再生処理のリッチスパイク運転と同様に、燃料噴射制御、吸気量制御及び E G R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。

次に、上記の構成の N O X浄化システム 1 0を、 N O X浄化システム制御手段 2 0 0により制御して、排気ガス中の N O X除去を行なう N O X浄化システム制御フローについて説明する。この制御フローは第 3図〜第 5図に例示するフローチヤ一ト等に基づいて行なわれる。

この第 3図に示す N O x浄化システム制御フローは、ステップ S 1 0 0の触媒再生制御とステップ S 2 0 0の触媒劣化回復制御とからなり、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、ェ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り、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。

そして、この第 3図に示すように、この N〇x浄化システム制御フローがス夕ートすると、触媒再生制御と触媒劣化回復制御とが並行して実行される。

この触媒再生制御は、第 4図の触媒再生制御フローに示すように、ステップ S 1 1 0で、直接還元型触媒 3により N O xを浄ィ匕する通常運転制御を所定の時間 (例えば、触媒再生制御を行うか否かを判定する時間間隔に相当する時間）の間行った後、ステップ S 1 2 0で直接還元型 N O x触媒 3が再生開始時期であるか否かを判定し、再生開始時期であれば、ステップ S 1 3 0の再生処理制御を行つてから、また、再生開始時期でなければ、そのまま、ステップ S 1 1 0に戻ってこの制御を繰り返す。

そして、エンジンの運転終了等のこの制御フローを終了する場合が生じると、ステップ S 1 4 0の終了の割り込みが生じ、リターンして、第 3図の N〇x浄ィ匕システム制御フローにリタ一ンし、このフローを終了する。

そして、触媒劣化回復制御では、第 5図の触媒劣化回復制御フローに示すように、このフローがスタートすると、ステップ S 1 1で前回のエンジン運転で直接還元型 N 0 X触媒 3に累積した硫黄の累積量 X tをメモリ一から読み込む。

そして、ステップ S 2 1で、通常運転制御を所定の時間（例えば、触媒劣化回復制御を行うか否かを判定する時間間隔に相当する時間）の間行い、この時の所定の時間のェンジン運転による硫黄の堆積量 X aを、燃料消費量及び燃料中の硫黄濃度から算出し、この堆積量 X aを累積量 X tに加えて、新しい累積量 X tとする（X t = X t + X a ) 。

次のステップ S 2 2では、第 1 δ荒黄パージ開始時期であるか否かを、累積量 X tが所定の第 1パージ開始判定値 X 1より大きいか否かで判定し、大きくない場合には、第 1 5巟黄パージ開始時期に入っていないとして、ステップ S 2 1に戻る。また、ステップ S 2 2の判定で、所定の第 1パージ開始判定値 X 1より累積量 X tが大きい場合には、第 1硫黄パ一ジ開始時期に入っているとするが、次のステツプ S 2 3で、更に、第 2硫黄パージ開始時期であるか否かを、累積量 X tが所定の第 2パージ開始判定値 X 2より大きいか否かで判定し、小さければ第 2硫黄パージ開始時期で無いとして、ステップ S 3 0に行って第 1硫黄パージ運転を行い、大きければ第 2硫黄パージ開始時期で有るとして、ステップ S 4 0に行き第 2硫黄パージ運転を行う。

このステップ S 3 0の第 1硫黄パージ運転では、ステップ S 3 1で排気温度 T gが所定の設定温度 T cより大きいか否かの判定を行い、大きければ、更にステップ S 3 2で再生処理等を行っていない通常運転であるか否かを判定する。

このステップ S 3 1とステップ S 3 2の両方の判定で、排気温度 T gが所定の設定温度 T 1より大きく、かつ、通常運転である場合には、ステップ S 3 3の第 1硫黄パージ運転制御に行き、別の場合、即ち、排気温度 T gが低い場合や再生処理運転中である場合であって、第 1硫黄パージ運転を行うエンジンの運転状態ではないとして、ステップ S 2 1に戻る。

ステップ S 3 3の第 1硫黄パージ運転制御では第 1硫黄パージ運転を所定の時間の間行い、ステップ S 3 4で、この第 1硫黄パージで吐出される硫黄の吐出量 X sを、排気ガス量と排気温度 T gから予め入力した硫黄吐出量マップデ一夕と照合して算出し、この吐出量 X sを累積量 X tから減算して、ステップ S 3 3の第 1硫黄パージ運転制御を行った後の累積量 X tを求め、ステップ S 3 5の判定でこの累積量 X tが所定の第 3判定値 X 3 (通常はゼロ）以下でない場合には、ステップ S 3 3に戻り、累積量 X tが第 3判定値 X 3以下になるまで第 1硫黄パ —ジ運転制御を継続し、ステップ S 3 5の判定で、この累積量 X tが第 3判定値 X 3以下になったら、硫黄パージが完了したと判定して、ステップ S 3 6で第 1 硫黄パージ運転を停止し、通常の運転に戻る。

なお、この第 5図のフローでは、ステップ S 3 4とステップ S 3 5により累積量 X tが第 3判定値 X 3以下になった時を第 1硫黄パージ運転の終了の時としているが、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量 X tと、第 1 硫黄パージ運転開始時の排気ガス量と排気温度 T gから予め入力された硫黄パージ運転時間マップデータと照合して、硫黄パージ運転時間を算出して、この運転時間の間第 1硫黄パージ運転を行うようにしてもよい。

このステップ S 3 3の第 1硫黄パージ運転制御は、排気温度 T gが所定の設定温度 T c (例えば 3 5 0 °C〜4 0 0 °C ) より高く、リッチスパイク運転をすれば排気温度 T gが硫黄パージ温度（約 4 0 0 °C ) 以上になる可能性がある場合に、リッチスパイク運転を行って、排気温度 T gを硫黄パ一ジ温度以上にすると共に、リッチ運転により酸素濃度をゼロに近くして、 S 0₃ の発生を防止して、セリゥムの二次的な硫黄被毒を防止しながら、直接還元型触媒 3の劣化回復処理を行うものである

そして、ステップ S 4 0の第 2硫黄パージ運転は、これ以上硫黄被毒が進渉すると N O X浄化性能の劣化が問題となったり、触媒再生のための再生処理運転の頻度が多くなつて燃費の悪化が問題となったりする状態であり、硫黄パージに都合のよい状態の実現を待たずに、強制的に硫黄パージを行う運転制御である。この第 2硫黄パージ運転では、運転状態に関係なく、リツチスパイク運転を行つて、排気ガスを強制的に硫黄が分離される昇温させ、この排気ガスの昇温により排気温度 T gを硫黄パージ温度以上にして硫黄を分離し、触媒劣化回復処理をする。このステップ S 3 0又はステップ S 4 0を終えると、ステップ S 2 1に戻り、このフローを繰り返す。そして、エンジンの運転終了等のこの制御フロ一を終了する場合が生じると、ステップ S 5 0の終了の割り込みが生じ、ステップ S 5 1 で、終了時の硫黄の累積量 X t、即ち、ステップ S 2 1やステップ S 3 2で算出された累積量 X tをメモリ一へ書込んでから、.第 3図の N〇 X浄化システム制御フローにリターンし、このフローを終了する。

そして、第 4図の触媒再生制御と第 5図の触媒劣化回復制御とが、共に終了の割込みによりリターンして、第 3図の N O x浄化システム制御フローに戻ると、更に図示しないメインのェンジン制御フローに戻り、このエンジン制御フローの終了と共にこの N O x浄化システム制御フローも終了する。

上記の構成の排気ガス浄化システム 1 0とその触媒劣化回復方法によれば、直接還元型 N O X触媒 3の劣化回復処理時の硫黄パージ温度 T rが約 4 0 0 °Cと比較的低い温度であるという特性を利用して、通常運転中に排気温度 T gが硫黄パ —ジ温度 T rを超えると予測される温度、即ち、所定の設定温度 T 1 (例えば 3 5 0 °C ~ 4 0 0 °C ) に達したら、リッチスパイク運転をして、低酸素状態の還元雰囲気中で排気温度 T gを硫黄パージ温度 T r以上に昇温して、二次的な硫黄被毒を回避しながら、硫黄被毒に対する触媒劣化回復処理を行うことができる。なお、排気温度 T gで制御する代りに直接還元型 N〇 X触媒 3の触媒温度で上記の制御してもよく、この場合には所定の設定温度の値が多少変ィ匕する。

産業上の利用可能性

本発明は、排気ガス中の N◦ Xの浄化に直接還元型 N 0 X触媒を用いる N〇 X 浄化システムにおいて、硫黄被毒に対する劣化回復処理が通常の運転領域における排気ガス温度で可能であることを利用して、内燃機関の通常運転中に排気ガス温度が所定の設定値（3 5 0 ° (：〜 4 0 0 °C ) 以上になった時にリッチ制御運転することで低酸素状態で直接還元型 N 0 X触媒の温度を硫黄パージ温度（約 4 0 0 °C ) 以上にして二次的な硫黄被毒の発生を防止しながら硫黄パージを行うことにより、硫黄被毒の影響を排除して、効率よく N O xを浄化できる N O x浄化システム及びその触媒劣化回復方法を提供するものである。

従って、本発明は、排気ガス中の N〇xの浄化に直接還元型 N O X触媒を用いる N 0 x浄化システムに利用することができ、これらの N〇 X浄化システムを搭載した自動車の内燃機関ゃ据置式の内燃機関等からの排気ガスを効率よく浄化して、大気汚染を防止できる。

Claims

請求の範囲

1 . エンジンの排気ガス中の酸素濃度が高い時に、触媒成分が N O X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 N 0 X触媒を排気ガス通路内に配置した N O X浄化システムにおいて、

通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなった時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パ一ジ温度以上に昇温する第 1硫黄パ —ジ運転を行う第 1硫黄パージ制御手段を備えたことを特徴とする N 0 X浄化システム。

2 . 排気温度に関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第 2硫黄パージ運転を行う第 1硫黄パージ制御手段と、

硫黄被毒による触媒劣化の進渉状態を示す劣化指標値が所定の第 1判定値と所定の第 1判定値の間にある場合には、前記第 1硫黄パージ運転の開始時期であると判定し、前記劣化指標値が前記第判定値を超えた時には、前記第 I硫黄パージ運転の開始時期であると判定する硫黄パージ開始判定手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の N〇x浄化システム。

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 N O X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 N O X触媒を排気ガス通路内に配置した N 0 X浄化システムにおける触媒劣化回復方法であつて、

通常運転中に排気温度が所定の設定温度より大きくなった時に、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パ一ジ温度以上に昇温する第 1硫黄パージ運転を行う第 1硫黄パージ運転制御を含むことを特徴とする N O X浄化システムの触媒劣化回復方法。

4 . 硫黄被毒による触媒劣化の進渉状態を示す劣化指標値が所定の第 1判定値と所定の第 2判定値の間にある場合には、前記第 1硫黄パージ運転を行い、前記劣化指標値が前記第 2判定値を超えた時には、排気温度に関係なく、排気ガス中の酸素濃度を低くすると共に排気温度を硫黄パージ温度以上に昇温する第 2硫黄パージ運転を行うことを特徴とする請求の範囲第 3項記載の N O X浄化システムの触媒劣化回復方法。

5 . 硫黄被毒による触媒劣化の進涉状態を示す劣化指標値を、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出することを特徴とする請求の範囲第 4項記載の N 0 X浄化システムの触媒劣化回復方法。

6 . 前記第 1硫黄パージ運転と前記第 2硫黄パージ運転の少なくとも一方において、排気ガス量と排気温度から予め入力した硫黄吐出量マップデータと照合して算出した硫黄の吐出量の総和と、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量との差が所定の第 3判定値以下になった時に、前記硫黄パージ運転を終了することを特徴とする請求の範囲第 5項記載の N 0 X浄化システムの触媒劣化回復方法。

7 . 前記第 1石巟黄パージ運転と前記第硫黄パージ運転の少なくとも一方において、燃料消費量と燃料中の硫黄濃度から算出した硫黄の累積量（X t ) と、排気ガス量と排気温度から予め入力した硫黄パージ運転時間マップデ一夕と照合して算出した硫黄パージ運転時間を経過した時に、前記硫黄パージ運転を終了することを特徴とする請求の範囲第 5項記載の N〇 X浄化システムの触媒劣化回復方法。