JP2003027925A - 排気浄化装置 - Google Patents
排気浄化装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＮＯx吸蔵還元触媒の硫酸塩による被毒を内
燃機関側の運転制御を行わずに解消する。 【解決手段】 ＮＯx吸蔵還元触媒５に入る排気ガス３
の温度が閾値を超えたことを温度センサ１６で確認し、
回転センサ１４及びアクセルセンサ１３によりディーゼ
ルエンジン１の運転状態を判断し、その運転状態を参酌
しつつ触媒床温度が所定の目標値となるような還元剤添
加弁１１の開弁時間及び該開弁時間の途中に介在させる
べきインターバルを算定し、その算定された開弁時間及
びインターバルが実行されるよう還元剤添加弁１１に向
け開弁指令信号１１ａを出力し、温度センサ１７により
検出されたＮＯx吸蔵還元触媒５から出る排気ガス３の
温度を触媒床温度としてフィードバック制御をかける。
燃機関側の運転制御を行わずに解消する。 【解決手段】 ＮＯx吸蔵還元触媒５に入る排気ガス３
の温度が閾値を超えたことを温度センサ１６で確認し、
回転センサ１４及びアクセルセンサ１３によりディーゼ
ルエンジン１の運転状態を判断し、その運転状態を参酌
しつつ触媒床温度が所定の目標値となるような還元剤添
加弁１１の開弁時間及び該開弁時間の途中に介在させる
べきインターバルを算定し、その算定された開弁時間及
びインターバルが実行されるよう還元剤添加弁１１に向
け開弁指令信号１１ａを出力し、温度センサ１７により
検出されたＮＯx吸蔵還元触媒５から出る排気ガス３の
温度を触媒床温度としてフィードバック制御をかける。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンに用いる排気浄化装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンにおいて
は、排気ガスが流通する排気管の途中にＮＯx還元触媒
を装備し、該ＮＯx還元触媒の上流側に必要量の還元剤
を添加して該還元剤をＮＯx還元触媒上で排気ガス中の
ＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させることによりＮＯx
の排出濃度を低減し得るようにしたものがある。 【０００３】他方、理論空燃比より大きな空燃比で希薄
燃焼（リーンバーン）を行わせることにより大幅な燃費
の向上を図り得ることが広く知られているが、このよう
な希薄燃焼運転を行うことを想定したディーゼルエンジ
ンに関してもＮＯxの排出濃度を低減することは重要な
課題となっている。 【０００４】しかしながら、一般的に、希薄燃焼運転時
における酸素過剰存在下では、ＮＯx還元触媒上におい
て、還元剤がＮＯxと反応するよりも先に酸素と反応し
てしまうので、希薄燃焼運転時における実用化レベルの
高いＮＯx低減効果を得ることが難しかった。 【０００５】そこで、希薄燃焼運転時においてもＮＯx
を低減し得る触媒として、排気ガス中の酸素濃度が高い
希薄燃焼運転時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時
的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い理論空燃比
運転時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元
浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒の実用化が現
在検討されている。 【０００６】例えば、この種のＮＯx吸蔵還元触媒とし
ては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、イリジウム・
白金・バリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を
有するものとして既に知られている。 【０００７】そして、ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵された
ＮＯxを放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図るの
に際しては、例えば、ディーゼルエンジンの運転状態を
希薄燃焼からリッチ燃焼（酸素濃度の低い濃空燃比燃
焼）に瞬間的に切り替える空燃比リッチ制御（これをリ
ッチスパイクという）をかけて、還元剤として機能する
炭化水素や一酸化炭素の多い還元雰囲気を作り出し、Ｎ
Ｏx吸蔵還元触媒からＮＯxを積極的に分解放出させて該
ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図り、その放出したＮＯxを
ＮＯx吸蔵還元触媒上で前記炭化水素や一酸化炭素（還
元剤）と反応させて還元浄化させるようにしている。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディー
ゼルエンジンの排気ガス中には、燃料の軽油中に含まれ
る硫黄分に由来したＳＯ2が存在しているため、このＳ
Ｏ2がＮＯx吸蔵還元触媒上でＮＯxと同様に酸化して硫
酸塩として吸蔵されてしまうことが避けられないが、こ
の硫酸塩は硝酸塩と比べて安定であるため、ＮＯx吸蔵
還元触媒を再生させるべく空燃比リッチ制御をかけて
も、該ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵されている硫酸塩が一
部しか放出されずに残留してしまう結果、ＮＯx吸蔵還
元触媒が硫酸塩により徐々に被毒劣化してＮＯx浄化率
が低下してしまうという問題があり、この硫黄被毒の問
題に関しては未だ具体的な実用レベルの解決策が提案さ
れていないのが実情である。 【０００９】ただし、硫酸塩による被毒を解消する手法
自体は、理論空燃比より小さな空燃比でリッチ燃焼を行
わせ且つ約６００℃以上の高温雰囲気に保つことによ
り、ＮＯx吸蔵還元触媒からＳＯ2を放出させてＮＯx吸
蔵還元触媒の再生を図り得ることが既に知られている
が、これをディーゼルエンジン側の運転に関する空燃比
制御で実現することは、黒煙の発生が不可避となってし
まう運転領域でディーゼルエンジンを運転することを意
味しているので、このような黒煙の発生を回避しつつデ
ィーゼルエンジン側の運転制御でＮＯx吸蔵還元触媒の
脱硫処理の条件を整えることは現実的に難しいことであ
った。 【００１０】本発明は、上述の実情に鑑みてなされたも
のであり、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス
をＮＯx吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯx吸蔵
還元触媒の硫酸塩による被毒を内燃機関側の運転制御を
行わずに解消し得るようにすることを目的としている。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関から
の排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中の酸
素濃度が高い時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時
的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い時に還元剤
の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化するＮＯx吸
蔵還元触媒を装備した排気浄化装置であって、ＮＯx吸
蔵還元触媒の上流側に還元剤添加弁を介し還元剤を添加
する還元剤添加装置と、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気
ガスの温度を検出する第一の温度検出手段と、ＮＯx吸
蔵還元触媒から出る排気ガスの温度を検出する第二の温
度検出手段と、内燃機関の回転数を検出する回転数検出
手段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、こ
れら第一及び第二の温度検出手段、回転数検出手段、負
荷検出手段からの検出信号に基づき還元剤添加装置の還
元剤添加弁に向け開弁指令を出力する制御装置とを備
え、該制御装置が、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気ガス
の温度が所定の閾値を超えた条件下で、回転数及び負荷
から判断される内燃機関の運転状態を参酌しつつ触媒床
温度が所定の目標値となるような還元剤添加弁の開弁時
間及び該開弁時間の途中に介在させるべきインターバル
を算定し、その算定された開弁時間及びインターバルが
実行されるよう還元剤添加弁に向け開弁指令を出力し、
ＮＯx吸蔵還元触媒から出る排気ガスの温度を触媒床温
度としてフィードバック制御をかけるように構成されて
いることを特徴とするものである。 【００１２】而して、内燃機関に比較的大きな空燃比で
希薄燃焼を行わせて酸素濃度の高い排気ガスをＮＯx吸
蔵還元触媒に流すと、排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸蔵還
元触媒に硝酸塩の状態で吸蔵され、これにより内燃機関
の運転時における良好なＮＯxの低減化が図られること
になる。 【００１３】また、定期的に還元剤添加装置によりＮＯ
x吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に還元剤を直接添
加すると、内燃機関側で希薄燃料からリッチ燃焼（酸素
濃度の低い濃空燃比燃焼）に運転状態を切り替えた場合
と同様に空燃比が小さくなって還元雰囲気（無酸素状態
で且つ炭化水素過剰な状態）が作り出され、ＮＯx吸蔵
還元触媒からＮＯxが分解放出されて該ＮＯx吸蔵還元触
媒の再生が図られる一方、その放出したＮＯxがＮＯx吸
蔵還元触媒上で前記還元剤と反応して還元浄化されるこ
とになる。 【００１４】更に、ＮＯx吸蔵還元触媒が硫酸塩により
徐々に被毒劣化してＮＯx浄化率が低下してきた際に、
制御装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気ガス
の温度が所定の閾値を超えたことを第一の温度検出手段
により確認した上で、回転数検出手段及び負荷検出手段
の検出信号から内燃機関の運転状態を判断し、その運転
状態を参酌しつつ触媒床温度が所定の目標値となるよう
な還元剤添加弁の開弁時間及び該開弁時間の途中に介在
させるべきインターバルを算定し、その算定された開弁
時間及びインターバルが実行されるように還元剤添加弁
に向け開弁指令を出力させ且つＮＯx吸蔵還元触媒から
出る排気ガスの温度を触媒床温度としてフィードバック
制御をかけると、還元剤添加弁が適切な開弁時間及びイ
ンターバルで開弁作動されて必要量の還元剤がＮＯx吸
蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に添加される。 【００１５】そして、このように必要量の還元剤がＮＯ
x吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に添加されると、
前記還元剤の酸化反応による発熱でＮＯx吸蔵還元触媒
の触媒床温度が所定の目標値まで昇温される一方、前記
還元剤の添加により空燃比が小さくなって必要な還元雰
囲気が実現されるので、ＮＯx吸蔵還元触媒からＳＯ2を
放出せるための条件が内燃機関側の運転制御を行わずに
整うことになり、ＮＯx吸蔵還元触媒が効率良く脱硫処
理されて硫酸塩による被毒が解消されることになる。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。 【００１７】図１〜図４は本発明を実施する形態の一例
を示すもので、本形態例においては、図１に示す如く、
ディーゼルエンジン１（内燃機関）から排気マニホール
ド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４
の途中に、ＮＯx吸蔵還元触媒５がケーシング６に抱持
されて装備されている。 【００１８】そして、ケーシング６より上流の排気管４
には、還元剤タンク７の還元剤８（軽油）を供給ポンプ
９により導いて還元剤添加弁１１からＮＯx吸蔵還元触
媒５側へ向け噴射する還元剤添加装置１２が装備されて
いる。 【００１９】更に、図示しない運転席のアクセルには、
アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出
するアクセルセンサ１３（負荷検出手段）が備えられて
いると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、そ
の機関回転数を検出する回転センサ１４（回転数検出手
段）が装備されており、これらアクセルセンサ１３及び
回転センサ１４からのアクセル開度信号１３ａ及び回転
数信号１４ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：
Electronic Control Unit）を成す制御装置１５に対し
入力されるようになっている。 【００２０】また、ケーシング６の入口部分には、ＮＯ
x吸蔵還元触媒５に入る排気ガス３の温度を検出する温
度センサ１６（第一の温度検出手段）が備えられ、ケー
シング６の出口部分には、ＮＯx吸蔵還元触媒５から出
る排気ガス３の温度を検出する温度センサ１７（第二の
温度検出手段）が備えられており、これら温度センサ１
６，１７からの温度信号１６ａ，１７ａも前記制御装置
１５に入力されるようになっている。 【００２１】一方、制御装置１５においては、供給ポン
プ９に向け駆動を指令する駆動指令信号９ａが出力され
るようになっていると共に、還元剤添加装置１２の還元
剤添加弁１１に向け開弁作動を指令する開弁指令信号１
１ａが出力されるようになっている。 【００２２】即ち、この制御装置１５では、温度センサ
１６により検出されたＮＯx吸蔵還元触媒５に入る排気
ガス３の温度が所定の閾値（約２５０℃程度）を超えた
条件下で、回転センサ１４及びアクセルセンサ１３の回
転数信号１４ａ及びアクセル開度信号１３ａから判断さ
れるディーゼルエンジン１の運転状態を参酌しつつ触媒
床温度が所定の目標値（約６００℃程度）となるような
前記還元剤添加弁１１の開弁時間及び該開弁時間の途中
に介在させるべきインターバルが算定され、その算定さ
れた開弁時間及びインターバルが実行されるよう前記還
元剤添加弁１１に向け開弁指令信号１１ａが出力される
ようになっており、しかも、温度センサ１７により検出
されたＮＯx吸蔵還元触媒５から出る排気ガス３の温度
を触媒床温度としてフィードバック制御をかけるように
なっている。 【００２３】ここで、制御装置１５から出力される開弁
指令信号１１ａとは、図２のグラフの右側に示す如き多
数の連続したパルス信号から成るものであり、より具体
的には、時間Ａの開弁を還元剤添加弁１１に指示するパ
ルス信号をインターバルの時間Ｂを挟みつつ脱硫処理時
間Ｃに亘り繰り返し出力するようにしたものである。 【００２４】また、前述した制御装置１５にて算定され
る開弁時間とは、脱硫処理時間Ｃにおける開弁の時間Ａ
の合計を指し、また、インターバルとは、脱硫処理時間
Ｃにおけるインターバルの時間Ｂの合計を指しており、
このように開弁時間とインターバルとを短い時間単位で
分割している理由は、適度にインターバルの時間Ｂを介
在させないと、還元剤の継続的な添加によりＮＯx吸蔵
還元触媒５周辺の排気ガス３中の酸素濃度が零になって
還元剤の酸化反応が起こらなくなってしまうからであ
る。 【００２５】更に、回転センサ１４及びアクセルセンサ
１３の回転数信号１４ａ及びアクセル開度信号１３ａか
ら判断されるディーゼルエンジン１の運転状態を参酌し
ているのは、その運転状態によって排気ガス３中の酸素
濃度や排気ガス流量が異なるので、現在の運転状態にお
ける排気ガス３中の酸素濃度や排気ガス流量を考慮し
て、どの程度の開弁時間及びインターバルで還元剤８を
添加すれば該還元剤８の酸化反応による発熱で触媒床温
度を目標値まで上げられるかを算定しようとしていると
いう理由からである。 【００２６】尚、図２のグラフは説明の便宜上から現実
的な横軸の時間割合を度外視して模式的に示したものと
なっているが、実際には、開弁を指示するパルス信号の
時間Ａが約０．０５〜０．１５秒程度で、インターバル
の時間Ｂは約１〜５秒程度になるものと考えられ、その
繰り返しのサイクルは、時間Ａの開弁と時間Ｂのインタ
ーバルを１サイクルとして約５０〜１００サイクル程度
繰り返すようにすれば良いものと考えられる。 【００２７】而して、ディーゼルエンジン１に比較的大
きな空燃比で希薄燃焼を行わせて酸素濃度の高い排気ガ
ス３をＮＯx吸蔵還元触媒５に流すと、排気ガス３中の
ＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒５に硝酸塩の状態で吸蔵さ
れ、これによりディーゼルエンジン１の運転時における
良好なＮＯxの低減化が図られることになる。 【００２８】また、図２のグラフの左側に示している如
く、定期的に還元剤添加装置１２の還元剤添加弁１１に
開弁指令信号１１ａを単発のパルス信号で与えてＮＯx
吸蔵還元触媒５上流側の排気ガス３中に還元剤８を直接
添加すると、ディーゼルエンジン１側で希薄燃料からリ
ッチ燃焼（酸素濃度の低い濃空燃比燃焼）に運転状態を
切り替えた場合と同様に空燃比が小さくなって還元雰囲
気（無酸素状態で且つ炭化水素過剰な状態）が作り出さ
れ、ＮＯx吸蔵還元触媒５からＮＯxが分解放出されて該
ＮＯx吸蔵還元触媒５の再生が図られる一方、その放出
したＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒５上で前記還元剤８と反
応して還元浄化されることになる。 【００２９】更に、ＮＯx吸蔵還元触媒５が硫酸塩によ
り徐々に被毒劣化してＮＯx浄化率が低下してきた際
に、制御装置１５において、ＮＯx吸蔵還元触媒５に入
る排気ガス３の温度が所定の閾値を超えたことを温度セ
ンサ１６により確認した上で、回転センサ１４及びアク
セルセンサ１３の回転数信号１４ａ及びアクセル開度信
号１３ａからディーゼルエンジン１の運転状態を判断
し、その運転状態を参酌しつつ触媒床温度が所定の目標
値となるような還元剤添加弁１１の開弁時間及び該開弁
時間の途中に介在させるべきインターバルを算定し、そ
の算定された開弁時間及びインターバルが実行されるよ
うに還元剤添加弁１１に向け開弁指令信号１１ａを出力
させ且つ温度センサ１７により検出されたＮＯx吸蔵還
元触媒５から出る排気ガス３の温度を触媒床温度として
フィードバック制御をかけると、還元剤添加弁１１が適
切な開弁時間及びインターバルで開弁作動されて必要量
の還元剤８がＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側で排気ガス
３中に添加される。 【００３０】そして、このように必要量の還元剤８がＮ
Ｏx吸蔵還元触媒５の上流側で排気ガス３中に添加され
ると、前記還元剤８の酸化反応による発熱でＮＯx吸蔵
還元触媒５の触媒床温度が所定の目標値まで昇温される
一方、前記還元剤８の添加により空燃比が小さくなって
必要な還元雰囲気が実現されるので、ＮＯx吸蔵還元触
媒５からＳＯ2を放出させるための条件がディーゼルエ
ンジン１側の運転制御を行わずに整うことになり、ＮＯ
x吸蔵還元触媒５が効率良く脱硫処理されて硫酸塩によ
る被毒が解消されることになる。 【００３１】事実、図３にグラフで示す如く、脱硫処理
時間（図２中の脱硫処理時間Ｃを参照）の経過に伴いＮ
Ｏx吸蔵還元触媒５におけるＳＯx吸蔵量が低減する、即
ち、ＮＯx吸蔵還元触媒５に吸蔵されてしまった硫酸塩
が放出されて該ＮＯx吸蔵還元触媒５の再生が図られる
ことが本発明者らによる検証実験で既に確認されてお
り、しかも、図４に示す如く、初期のＮＯx低減率が約
６０％で、約５０時間の運転によりＮＯx低減率が約３
０％に低下してしまったＮＯx吸蔵還元触媒５が、前述
した如き脱硫処理を施した結果、約５７％のＮＯx低減
率まで再生されるという良好な知見も得られている。 【００３２】従って、本形態例によれば、ディーゼルエ
ンジン１の排気ガス３をＮＯx吸蔵還元触媒５で浄化す
るにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触媒５の硫酸塩による被
毒をディーゼルエンジン１側の運転制御を行わずに解消
することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒５を使用し
た排気浄化装置のディーゼルエンジン１への適用を実現
することができる。 【００３３】尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態
例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論で
ある。 【００３４】 【発明の効果】上記した本発明の排気浄化装置によれ
ば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスをＮＯ
x吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触
媒の硫酸塩による被毒を内燃機関側の運転制御を行わず
に解消することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒を使
用した排気浄化装置のディーゼルエンジン等への適用を
実現することができるという優れた効果を奏し得る。
ンに用いる排気浄化装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来より、ディーゼルエンジンにおいて
は、排気ガスが流通する排気管の途中にＮＯx還元触媒
を装備し、該ＮＯx還元触媒の上流側に必要量の還元剤
を添加して該還元剤をＮＯx還元触媒上で排気ガス中の
ＮＯx（窒素酸化物）と還元反応させることによりＮＯx
の排出濃度を低減し得るようにしたものがある。 【０００３】他方、理論空燃比より大きな空燃比で希薄
燃焼（リーンバーン）を行わせることにより大幅な燃費
の向上を図り得ることが広く知られているが、このよう
な希薄燃焼運転を行うことを想定したディーゼルエンジ
ンに関してもＮＯxの排出濃度を低減することは重要な
課題となっている。 【０００４】しかしながら、一般的に、希薄燃焼運転時
における酸素過剰存在下では、ＮＯx還元触媒上におい
て、還元剤がＮＯxと反応するよりも先に酸素と反応し
てしまうので、希薄燃焼運転時における実用化レベルの
高いＮＯx低減効果を得ることが難しかった。 【０００５】そこで、希薄燃焼運転時においてもＮＯx
を低減し得る触媒として、排気ガス中の酸素濃度が高い
希薄燃焼運転時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時
的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い理論空燃比
運転時に還元剤の介在によりＮＯxを分解放出して還元
浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒の実用化が現
在検討されている。 【０００６】例えば、この種のＮＯx吸蔵還元触媒とし
ては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、イリジウム・
白金・バリウム・アルミナ触媒等が前述した如き性質を
有するものとして既に知られている。 【０００７】そして、ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵された
ＮＯxを放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図るの
に際しては、例えば、ディーゼルエンジンの運転状態を
希薄燃焼からリッチ燃焼（酸素濃度の低い濃空燃比燃
焼）に瞬間的に切り替える空燃比リッチ制御（これをリ
ッチスパイクという）をかけて、還元剤として機能する
炭化水素や一酸化炭素の多い還元雰囲気を作り出し、Ｎ
Ｏx吸蔵還元触媒からＮＯxを積極的に分解放出させて該
ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図り、その放出したＮＯxを
ＮＯx吸蔵還元触媒上で前記炭化水素や一酸化炭素（還
元剤）と反応させて還元浄化させるようにしている。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ディー
ゼルエンジンの排気ガス中には、燃料の軽油中に含まれ
る硫黄分に由来したＳＯ2が存在しているため、このＳ
Ｏ2がＮＯx吸蔵還元触媒上でＮＯxと同様に酸化して硫
酸塩として吸蔵されてしまうことが避けられないが、こ
の硫酸塩は硝酸塩と比べて安定であるため、ＮＯx吸蔵
還元触媒を再生させるべく空燃比リッチ制御をかけて
も、該ＮＯx吸蔵還元触媒に吸蔵されている硫酸塩が一
部しか放出されずに残留してしまう結果、ＮＯx吸蔵還
元触媒が硫酸塩により徐々に被毒劣化してＮＯx浄化率
が低下してしまうという問題があり、この硫黄被毒の問
題に関しては未だ具体的な実用レベルの解決策が提案さ
れていないのが実情である。 【０００９】ただし、硫酸塩による被毒を解消する手法
自体は、理論空燃比より小さな空燃比でリッチ燃焼を行
わせ且つ約６００℃以上の高温雰囲気に保つことによ
り、ＮＯx吸蔵還元触媒からＳＯ2を放出させてＮＯx吸
蔵還元触媒の再生を図り得ることが既に知られている
が、これをディーゼルエンジン側の運転に関する空燃比
制御で実現することは、黒煙の発生が不可避となってし
まう運転領域でディーゼルエンジンを運転することを意
味しているので、このような黒煙の発生を回避しつつデ
ィーゼルエンジン側の運転制御でＮＯx吸蔵還元触媒の
脱硫処理の条件を整えることは現実的に難しいことであ
った。 【００１０】本発明は、上述の実情に鑑みてなされたも
のであり、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス
をＮＯx吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯx吸蔵
還元触媒の硫酸塩による被毒を内燃機関側の運転制御を
行わずに解消し得るようにすることを目的としている。 【００１１】 【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関から
の排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中の酸
素濃度が高い時にＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時
的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素濃度が低い時に還元剤
の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化するＮＯx吸
蔵還元触媒を装備した排気浄化装置であって、ＮＯx吸
蔵還元触媒の上流側に還元剤添加弁を介し還元剤を添加
する還元剤添加装置と、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気
ガスの温度を検出する第一の温度検出手段と、ＮＯx吸
蔵還元触媒から出る排気ガスの温度を検出する第二の温
度検出手段と、内燃機関の回転数を検出する回転数検出
手段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、こ
れら第一及び第二の温度検出手段、回転数検出手段、負
荷検出手段からの検出信号に基づき還元剤添加装置の還
元剤添加弁に向け開弁指令を出力する制御装置とを備
え、該制御装置が、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気ガス
の温度が所定の閾値を超えた条件下で、回転数及び負荷
から判断される内燃機関の運転状態を参酌しつつ触媒床
温度が所定の目標値となるような還元剤添加弁の開弁時
間及び該開弁時間の途中に介在させるべきインターバル
を算定し、その算定された開弁時間及びインターバルが
実行されるよう還元剤添加弁に向け開弁指令を出力し、
ＮＯx吸蔵還元触媒から出る排気ガスの温度を触媒床温
度としてフィードバック制御をかけるように構成されて
いることを特徴とするものである。 【００１２】而して、内燃機関に比較的大きな空燃比で
希薄燃焼を行わせて酸素濃度の高い排気ガスをＮＯx吸
蔵還元触媒に流すと、排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸蔵還
元触媒に硝酸塩の状態で吸蔵され、これにより内燃機関
の運転時における良好なＮＯxの低減化が図られること
になる。 【００１３】また、定期的に還元剤添加装置によりＮＯ
x吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に還元剤を直接添
加すると、内燃機関側で希薄燃料からリッチ燃焼（酸素
濃度の低い濃空燃比燃焼）に運転状態を切り替えた場合
と同様に空燃比が小さくなって還元雰囲気（無酸素状態
で且つ炭化水素過剰な状態）が作り出され、ＮＯx吸蔵
還元触媒からＮＯxが分解放出されて該ＮＯx吸蔵還元触
媒の再生が図られる一方、その放出したＮＯxがＮＯx吸
蔵還元触媒上で前記還元剤と反応して還元浄化されるこ
とになる。 【００１４】更に、ＮＯx吸蔵還元触媒が硫酸塩により
徐々に被毒劣化してＮＯx浄化率が低下してきた際に、
制御装置において、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気ガス
の温度が所定の閾値を超えたことを第一の温度検出手段
により確認した上で、回転数検出手段及び負荷検出手段
の検出信号から内燃機関の運転状態を判断し、その運転
状態を参酌しつつ触媒床温度が所定の目標値となるよう
な還元剤添加弁の開弁時間及び該開弁時間の途中に介在
させるべきインターバルを算定し、その算定された開弁
時間及びインターバルが実行されるように還元剤添加弁
に向け開弁指令を出力させ且つＮＯx吸蔵還元触媒から
出る排気ガスの温度を触媒床温度としてフィードバック
制御をかけると、還元剤添加弁が適切な開弁時間及びイ
ンターバルで開弁作動されて必要量の還元剤がＮＯx吸
蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に添加される。 【００１５】そして、このように必要量の還元剤がＮＯ
x吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に添加されると、
前記還元剤の酸化反応による発熱でＮＯx吸蔵還元触媒
の触媒床温度が所定の目標値まで昇温される一方、前記
還元剤の添加により空燃比が小さくなって必要な還元雰
囲気が実現されるので、ＮＯx吸蔵還元触媒からＳＯ2を
放出せるための条件が内燃機関側の運転制御を行わずに
整うことになり、ＮＯx吸蔵還元触媒が効率良く脱硫処
理されて硫酸塩による被毒が解消されることになる。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。 【００１７】図１〜図４は本発明を実施する形態の一例
を示すもので、本形態例においては、図１に示す如く、
ディーゼルエンジン１（内燃機関）から排気マニホール
ド２を介して排出される排気ガス３が流通する排気管４
の途中に、ＮＯx吸蔵還元触媒５がケーシング６に抱持
されて装備されている。 【００１８】そして、ケーシング６より上流の排気管４
には、還元剤タンク７の還元剤８（軽油）を供給ポンプ
９により導いて還元剤添加弁１１からＮＯx吸蔵還元触
媒５側へ向け噴射する還元剤添加装置１２が装備されて
いる。 【００１９】更に、図示しない運転席のアクセルには、
アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出
するアクセルセンサ１３（負荷検出手段）が備えられて
いると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、そ
の機関回転数を検出する回転センサ１４（回転数検出手
段）が装備されており、これらアクセルセンサ１３及び
回転センサ１４からのアクセル開度信号１３ａ及び回転
数信号１４ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：
Electronic Control Unit）を成す制御装置１５に対し
入力されるようになっている。 【００２０】また、ケーシング６の入口部分には、ＮＯ
x吸蔵還元触媒５に入る排気ガス３の温度を検出する温
度センサ１６（第一の温度検出手段）が備えられ、ケー
シング６の出口部分には、ＮＯx吸蔵還元触媒５から出
る排気ガス３の温度を検出する温度センサ１７（第二の
温度検出手段）が備えられており、これら温度センサ１
６，１７からの温度信号１６ａ，１７ａも前記制御装置
１５に入力されるようになっている。 【００２１】一方、制御装置１５においては、供給ポン
プ９に向け駆動を指令する駆動指令信号９ａが出力され
るようになっていると共に、還元剤添加装置１２の還元
剤添加弁１１に向け開弁作動を指令する開弁指令信号１
１ａが出力されるようになっている。 【００２２】即ち、この制御装置１５では、温度センサ
１６により検出されたＮＯx吸蔵還元触媒５に入る排気
ガス３の温度が所定の閾値（約２５０℃程度）を超えた
条件下で、回転センサ１４及びアクセルセンサ１３の回
転数信号１４ａ及びアクセル開度信号１３ａから判断さ
れるディーゼルエンジン１の運転状態を参酌しつつ触媒
床温度が所定の目標値（約６００℃程度）となるような
前記還元剤添加弁１１の開弁時間及び該開弁時間の途中
に介在させるべきインターバルが算定され、その算定さ
れた開弁時間及びインターバルが実行されるよう前記還
元剤添加弁１１に向け開弁指令信号１１ａが出力される
ようになっており、しかも、温度センサ１７により検出
されたＮＯx吸蔵還元触媒５から出る排気ガス３の温度
を触媒床温度としてフィードバック制御をかけるように
なっている。 【００２３】ここで、制御装置１５から出力される開弁
指令信号１１ａとは、図２のグラフの右側に示す如き多
数の連続したパルス信号から成るものであり、より具体
的には、時間Ａの開弁を還元剤添加弁１１に指示するパ
ルス信号をインターバルの時間Ｂを挟みつつ脱硫処理時
間Ｃに亘り繰り返し出力するようにしたものである。 【００２４】また、前述した制御装置１５にて算定され
る開弁時間とは、脱硫処理時間Ｃにおける開弁の時間Ａ
の合計を指し、また、インターバルとは、脱硫処理時間
Ｃにおけるインターバルの時間Ｂの合計を指しており、
このように開弁時間とインターバルとを短い時間単位で
分割している理由は、適度にインターバルの時間Ｂを介
在させないと、還元剤の継続的な添加によりＮＯx吸蔵
還元触媒５周辺の排気ガス３中の酸素濃度が零になって
還元剤の酸化反応が起こらなくなってしまうからであ
る。 【００２５】更に、回転センサ１４及びアクセルセンサ
１３の回転数信号１４ａ及びアクセル開度信号１３ａか
ら判断されるディーゼルエンジン１の運転状態を参酌し
ているのは、その運転状態によって排気ガス３中の酸素
濃度や排気ガス流量が異なるので、現在の運転状態にお
ける排気ガス３中の酸素濃度や排気ガス流量を考慮し
て、どの程度の開弁時間及びインターバルで還元剤８を
添加すれば該還元剤８の酸化反応による発熱で触媒床温
度を目標値まで上げられるかを算定しようとしていると
いう理由からである。 【００２６】尚、図２のグラフは説明の便宜上から現実
的な横軸の時間割合を度外視して模式的に示したものと
なっているが、実際には、開弁を指示するパルス信号の
時間Ａが約０．０５〜０．１５秒程度で、インターバル
の時間Ｂは約１〜５秒程度になるものと考えられ、その
繰り返しのサイクルは、時間Ａの開弁と時間Ｂのインタ
ーバルを１サイクルとして約５０〜１００サイクル程度
繰り返すようにすれば良いものと考えられる。 【００２７】而して、ディーゼルエンジン１に比較的大
きな空燃比で希薄燃焼を行わせて酸素濃度の高い排気ガ
ス３をＮＯx吸蔵還元触媒５に流すと、排気ガス３中の
ＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒５に硝酸塩の状態で吸蔵さ
れ、これによりディーゼルエンジン１の運転時における
良好なＮＯxの低減化が図られることになる。 【００２８】また、図２のグラフの左側に示している如
く、定期的に還元剤添加装置１２の還元剤添加弁１１に
開弁指令信号１１ａを単発のパルス信号で与えてＮＯx
吸蔵還元触媒５上流側の排気ガス３中に還元剤８を直接
添加すると、ディーゼルエンジン１側で希薄燃料からリ
ッチ燃焼（酸素濃度の低い濃空燃比燃焼）に運転状態を
切り替えた場合と同様に空燃比が小さくなって還元雰囲
気（無酸素状態で且つ炭化水素過剰な状態）が作り出さ
れ、ＮＯx吸蔵還元触媒５からＮＯxが分解放出されて該
ＮＯx吸蔵還元触媒５の再生が図られる一方、その放出
したＮＯxがＮＯx吸蔵還元触媒５上で前記還元剤８と反
応して還元浄化されることになる。 【００２９】更に、ＮＯx吸蔵還元触媒５が硫酸塩によ
り徐々に被毒劣化してＮＯx浄化率が低下してきた際
に、制御装置１５において、ＮＯx吸蔵還元触媒５に入
る排気ガス３の温度が所定の閾値を超えたことを温度セ
ンサ１６により確認した上で、回転センサ１４及びアク
セルセンサ１３の回転数信号１４ａ及びアクセル開度信
号１３ａからディーゼルエンジン１の運転状態を判断
し、その運転状態を参酌しつつ触媒床温度が所定の目標
値となるような還元剤添加弁１１の開弁時間及び該開弁
時間の途中に介在させるべきインターバルを算定し、そ
の算定された開弁時間及びインターバルが実行されるよ
うに還元剤添加弁１１に向け開弁指令信号１１ａを出力
させ且つ温度センサ１７により検出されたＮＯx吸蔵還
元触媒５から出る排気ガス３の温度を触媒床温度として
フィードバック制御をかけると、還元剤添加弁１１が適
切な開弁時間及びインターバルで開弁作動されて必要量
の還元剤８がＮＯx吸蔵還元触媒５の上流側で排気ガス
３中に添加される。 【００３０】そして、このように必要量の還元剤８がＮ
Ｏx吸蔵還元触媒５の上流側で排気ガス３中に添加され
ると、前記還元剤８の酸化反応による発熱でＮＯx吸蔵
還元触媒５の触媒床温度が所定の目標値まで昇温される
一方、前記還元剤８の添加により空燃比が小さくなって
必要な還元雰囲気が実現されるので、ＮＯx吸蔵還元触
媒５からＳＯ2を放出させるための条件がディーゼルエ
ンジン１側の運転制御を行わずに整うことになり、ＮＯ
x吸蔵還元触媒５が効率良く脱硫処理されて硫酸塩によ
る被毒が解消されることになる。 【００３１】事実、図３にグラフで示す如く、脱硫処理
時間（図２中の脱硫処理時間Ｃを参照）の経過に伴いＮ
Ｏx吸蔵還元触媒５におけるＳＯx吸蔵量が低減する、即
ち、ＮＯx吸蔵還元触媒５に吸蔵されてしまった硫酸塩
が放出されて該ＮＯx吸蔵還元触媒５の再生が図られる
ことが本発明者らによる検証実験で既に確認されてお
り、しかも、図４に示す如く、初期のＮＯx低減率が約
６０％で、約５０時間の運転によりＮＯx低減率が約３
０％に低下してしまったＮＯx吸蔵還元触媒５が、前述
した如き脱硫処理を施した結果、約５７％のＮＯx低減
率まで再生されるという良好な知見も得られている。 【００３２】従って、本形態例によれば、ディーゼルエ
ンジン１の排気ガス３をＮＯx吸蔵還元触媒５で浄化す
るにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触媒５の硫酸塩による被
毒をディーゼルエンジン１側の運転制御を行わずに解消
することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒５を使用し
た排気浄化装置のディーゼルエンジン１への適用を実現
することができる。 【００３３】尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態
例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱
しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論で
ある。 【００３４】 【発明の効果】上記した本発明の排気浄化装置によれ
ば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガスをＮＯ
x吸蔵還元触媒で浄化するにあたり、該ＮＯx吸蔵還元触
媒の硫酸塩による被毒を内燃機関側の運転制御を行わず
に解消することができるので、ＮＯx吸蔵還元触媒を使
用した排気浄化装置のディーゼルエンジン等への適用を
実現することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図であ
る。 【図２】脱硫処理のモードのタイムスケジュールを示す
グラフである。 【図３】脱硫処理時間とＳＯx吸蔵量との関係を示すグ
ラフである。 【図４】脱硫処理後のＮＯx低減効果の復帰の度合を示
すグラフである。 【符号の説明】 １ ディーゼルエンジン（内燃機関） ３ 排気ガス ４ 排気管 ５ ＮＯx吸蔵還元触媒 ８ 還元剤 １１ 還元剤添加弁 １１ａ 開弁指令信号（開弁指令） １２ 還元剤添加装置 １３ アクセルセンサ（負荷検出手段） １３ａ アクセル開度信号（検出信号） １４ 回転センサ（回転数検出手段） １４ａ 回転数信号（検出信号） １５ 制御装置 １６ 温度センサ（第一の温度検出手段） １６ａ 温度信号（検出信号） １７ 温度センサ（第二の温度検出手段） １７ａ 温度信号（検出信号）
る。 【図２】脱硫処理のモードのタイムスケジュールを示す
グラフである。 【図３】脱硫処理時間とＳＯx吸蔵量との関係を示すグ
ラフである。 【図４】脱硫処理後のＮＯx低減効果の復帰の度合を示
すグラフである。 【符号の説明】 １ ディーゼルエンジン（内燃機関） ３ 排気ガス ４ 排気管 ５ ＮＯx吸蔵還元触媒 ８ 還元剤 １１ 還元剤添加弁 １１ａ 開弁指令信号（開弁指令） １２ 還元剤添加装置 １３ アクセルセンサ（負荷検出手段） １３ａ アクセル開度信号（検出信号） １４ 回転センサ（回転数検出手段） １４ａ 回転数信号（検出信号） １５ 制御装置 １６ 温度センサ（第一の温度検出手段） １６ａ 温度信号（検出信号） １７ 温度センサ（第二の温度検出手段） １７ａ 温度信号（検出信号）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 平林 浩
東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野
自動車株式会社内
Ｆターム(参考） 3G091 AA18 AB06 BA11 BA14 CA18
DC01 EA01 EA03 EA07 EA17
EA18 FB12 HA36 HA37
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関からの排気ガスが流通する排気
管の途中に、排気ガス中の酸素濃度が高い時にＮＯxを
酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中
の酸素濃度が低い時に還元剤の介在によりＮＯxを分解
放出して還元浄化するＮＯx吸蔵還元触媒を装備した排
気浄化装置であって、 ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側に還元剤添加弁を介し還元
剤を添加する還元剤添加装置と、 ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気ガスの温度を検出する第
一の温度検出手段と、 ＮＯx吸蔵還元触媒から出る排気ガスの温度を検出する
第二の温度検出手段と、 内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、 内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 これら第一及び第二の温度検出手段、回転数検出手段、
負荷検出手段からの検出信号に基づき還元剤添加装置の
還元剤添加弁に向け開弁指令を出力する制御装置とを備
え、 該制御装置が、ＮＯx吸蔵還元触媒に入る排気ガスの温
度が所定の閾値を超えた条件下で、回転数及び負荷から
判断される内燃機関の運転状態を参酌しつつ触媒床温度
が所定の目標値となるような還元剤添加弁の開弁時間及
び該開弁時間の途中に介在させるべきインターバルを算
定し、その算定された開弁時間及びインターバルが実行
されるよう還元剤添加弁に向け開弁指令を出力し、ＮＯ
x吸蔵還元触媒から出る排気ガスの温度を触媒床温度と
してフィードバック制御をかけるように構成されている
ことを特徴とする排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210845A JP2003027925A (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | 排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001210845A JP2003027925A (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | 排気浄化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003027925A true JP2003027925A (ja) | 2003-01-29 |
Family
ID=19046254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001210845A Pending JP2003027925A (ja) | 2001-07-11 | 2001-07-11 | 排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003027925A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1799975A2 (en) * | 2004-08-31 | 2007-06-27 | Cummins Inc. | Control system for an engine aftertreatment system |
| JP2008516154A (ja) * | 2004-10-13 | 2008-05-15 | ボルボ ラストバグナー アーベー | 排気ガス浄化を伴う機関駆動車両 |
| WO2016039452A1 (ja) * | 2014-09-12 | 2016-03-17 | いすゞ自動車株式会社 | 排気浄化システム |
-
2001
- 2001-07-11 JP JP2001210845A patent/JP2003027925A/ja active Pending
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