(57)【要約】【課題】ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を適正な脱硫温度条件に制御しながら確実に酸欠状態が得られるようにして、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を実施し得る運転領域を従来より拡張する。【解決手段】排気管４の途中に並列に装備した一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂに対し排気ガス３の主な流れを交互に振り分け、その排気ガス３の主な流れが振り分けられている側のＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂ又は５Ａに対し触媒床温度を脱硫温度条件に保持し得るよう燃料添加を断続的に実行すると共に、排気ガス３の流量が絞り込まれている側のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ又は５Ｂに対し周囲の雰囲気を酸欠状態とし得るよう燃料添加を断続的に実行する。【選択図】図１
2007205304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に装備し、排気ガスの主な流れを各ＮＯx吸蔵還元触媒の何れか一方に振り分けて他方の排気ガスの流量を絞り込み且つ各ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を個別に添加し得るようにした排気浄化装置の脱硫制御方法であって、各ＮＯx吸蔵還元触媒に対し排気ガスの主な流れを交互に振り分け、その排気ガスの主な流れが振り分けられている側のＮＯx吸蔵還元触媒に対し触媒床温度を脱硫温度条件に保持し得るよう燃料添加を断続的に実行すると共に、排気ガスの流量が絞り込まれている側のＮＯx吸蔵還元触媒に対し周囲の雰囲気を酸欠状態とし得るよう燃料添加を断続的に実行することを特徴とする排気浄化装置の脱硫制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯx吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置の脱硫制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中の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下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒を排気管の途中に装備し、このＮＯx吸蔵還元触媒によりＮＯxの排出濃度を低減することが行われている。
【０００３】
ただし、ＮＯx吸蔵還元触媒においては、ＮＯxの吸蔵量が増大して飽和量に達してしまうと、それ以上のＮＯxを吸蔵できなくなるため、定期的にＮＯx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスの酸素濃度をＨＣ等の還元剤により低下させてＮＯxを分解放出させる必要がある。
【０００４】
例えば、ガソリンエンジンに使用した場合であれば、機関の運転空燃比を低下（機関をリッチ空燃比で運転）することにより、排気ガス中の酸素濃度を低下し且つ排気ガス中の未燃ＨＣやＣＯ等の還元成分を増加してＮＯxの分解放出を促すことができるが、ＮＯx吸蔵還元触媒をディーゼルエンジンの排気浄化装置として使用した場合には機関をリッチ空燃比で運転することが困難である。
【０００５】
このため、ＮＯx吸蔵還元触媒の上流側で排気ガス中に燃料を添加することにより、この添加燃料を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒上で酸素と反応させることで排気ガス中の酸素濃度を低下させる必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−８１３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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ガスが存在しているため、このＳＯ2ガスが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燃料添加を実行しても、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吸蔵還元触媒のＮＯx吸蔵サイトの回復割合が小さくなって吸蔵能力が低下してしまうという問題があった。
【０００７】
尚、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩を脱離させる手法自体は既に知られているところであり、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を約６００〜７００℃の脱硫温度条件まで上げて酸欠状態に保つようにすれば、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩をＳＯ2ガスとして放出させてＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を図り得ることが判明している。
【０００８】
ただし、連続的に流れ去る排気ガスに燃料を添加してＮＯx吸蔵還元触媒の周囲の雰囲気を酸欠状態に保持し続けるためには多量の燃料添加が必要であり、もともと排気温度が高くて酸素流量が多い運転領域にあっては、多量の燃料添加を実施してもＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が添加燃料の酸化反応熱により過剰に昇温するばかりで酸欠状態がなかなか実現しないため、このような運転領域を避けた限定的な運転領域でしかＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を実施することができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、ＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を適正な脱硫温度条件に制御しながら確実に酸欠状態が得られるようにして、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を実施し得る運転領域を従来より拡張することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、排気管の途中に一対のＮＯx吸蔵還元触媒を並列に装備し、排気ガスの主な流れを各ＮＯx吸蔵還元触媒の何れか一方に振り分けて他方の排気ガスの流量を絞り込み且つ各ＮＯx吸蔵還元触媒の入側に燃料を個別に添加し得るようにした排気浄化装置の脱硫制御方法であって、各ＮＯx吸蔵還元触媒に対し排気ガスの主な流れを交互に振り分け、その排気ガスの主な流れが振り分けられている側のＮＯx吸蔵還元触媒に対し触媒床温度を脱硫温度条件に保持し得るよう燃料添加を断続的に実行すると共に、排気ガスの流量が絞り込まれている側のＮＯx吸蔵還元触媒に対し周囲の雰囲気を酸欠状態とし得るよう燃料添加を断続的に実行することを特徴とするものである。
【００１１】
而して、一対のＮＯx吸蔵還元触媒に対し排気ガスの主な流れを一方のＮＯx吸蔵還元触媒に振り分けると、他方のＮＯx吸蔵還元触媒に導かれる排気ガスの流量が絞り込まれることになり、比較的少ない量で燃料添加を実行しても、排気ガスの空気過剰率が効果的に低下して酸欠状態が容易に得られる。
【００１２】
しかも、他方のＮＯx吸蔵還元触媒に導かれる排気ガスの流量が絞り込まれることによって、排気ガスに奪われて無駄に捨てられてしまう酸化反応熱が極めて少なくなり、発生した酸化反応熱が効率良く触媒床温度の上昇に活用されることになるので、比較的少ない量で燃料添加を実行するだけでも、その酸化反応熱でＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を効果的に上昇させて適正な脱硫温度条件に保持することが可能となる。
【００１３】
また、他方のＮＯx吸蔵還元触媒に導かれる排気ガスの流量を絞り込めば、その流速も著しく低下して十分な反応時間が確保されることになるので、排気ガス中の酸素と添加燃料との反応性が高まり、従来より排気温度が低い条件からでも燃料添加を実行することが可能となる。
【００１４】
そして、このように排気ガスの流量が絞り込まれた側でＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が適正な脱硫温度条件に制御されて確実に酸欠状態に保たれる結果、ＮＯx吸蔵還元触媒から硫酸塩がＳＯ2ガスとして放出されてＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理が図られることになり、排気ガスの主な流れを交互に振り分けることで一対のＮＯx吸蔵還元触媒を片方ずつ脱硫処理することが可能となる。
【００１５】
ただし、このように一対のＮＯx吸蔵還元触媒を片方ずつ排気ガスの流量を絞り込んで脱硫処理を施すにあたり、単に排気ガスの流量を絞り込んだ側で燃料添加を実行するだけでは、排気ガスの主な流れに晒されている側のＮＯx吸蔵還元触媒が排気ガスに熱を奪われて触媒床温度を低下してしまう虞れがあるが、排気ガスの主な流れに晒されている間も燃料添加により触媒床温度を脱硫温度条件に保持するようにしているので、排気ガスの主な流れを反対側に振り分けて脱硫処理を施すに際し、主として酸欠状態とすることだけを目標として燃料添加を実行するだけで脱硫温度条件が容易に満たされることになる。
【００１６】
尚、各ＮＯx吸蔵還元触媒への燃料添加を断続的に実行しているのは、燃料を添加しないインターバルを適度に介在させないと、燃料の継続的な添加により雰囲気中の酸素濃度が零になって添加燃料の酸化反応が一切起こらなくなってしまい、酸化反応熱が継続して得られなくなってしまうからである。
【発明の効果】
【００１７】
上記した本発明の排気浄化装置の脱硫制御方法によれば、一対のＮＯx吸蔵還元触媒を片方ずつ排気ガスの流量を絞り込んで容易に酸欠状態を得ることができ、しかも、その排気ガスの流量を絞り込んだ側で比較的少ない量の燃料添加により触媒床温度を効率良く上昇させて適正な脱硫温度条件を容易に満たし且つ排気ガスの主な流れを振り分けられている間でも燃料添加を実行して触媒床温度の低下を防止することができるので、従来よりも広い運転領域でＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度を適正な脱硫温度条件に制御しながら確実に酸欠状態を得ることができ、ＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を図り得る運転領域を従来より大幅に拡張することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン１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、フロースルー方式のハニカム構造を有する一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂが触媒ケース６Ａ，６Ｂに抱持されて並列に装備されており、該各触媒ケース６Ａ，６Ｂの入口側に対し上流側の排気管４が二股状に分岐して接続され且つ前記各触媒ケース６Ａ，６Ｂの出口側で各排気管４が再び合流されて下流側の排気管４を成すようにしてある。
【００２０】
また、各触媒ケース６Ａ，６Ｂの入口部分には、排気ガス３の主な流れを各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの何れか一方に振り分けて他方の排気ガス３の流量を絞り込む切替バルブ７Ａ，７Ｂが開閉可能に設けられていると共に、軽油タンク８内の燃料９を軽油ポンプ１０及び軽油調量弁１１を介し導いて噴射する燃料添加インジェクタ１２Ａ，１２Ｂが夫々設けられている。
【００２１】
尚、ここに図示している例では、各触媒ケース６Ａ，６Ｂの出口側で合流された排気管４の途中に、酸化触媒を担持して成る触媒担持型のパティキュレートフィルタ１３を収容したフィルタケース１４が介装されており、このパティキュレートフィルタ１３により排気ガス３中のパティキュレートを捕集し、後述する脱硫処理で生じる熱を有効に利用して捕集済みパティキュレートの燃焼除去を促進し得るようにしてある。
【００２２】
而して、このように構成された排気浄化装置に関し、各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂに吸蔵されて残留する硫酸塩をＳＯ2ガスとして放出させる脱硫処理を施すに際しては、図２中にグラフで示す通り、切替バルブ７Ａ，７Ｂへ向け開度信号Ｖａ，Ｖｂ（上位が開度大で下位が開度小）を出力し、各切替バルブ７Ａ，７Ｂの開度を交互に絞り込んで各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂに対し排気ガス３の主な流れを交互に振り分け、しかも、燃料添加インジェクタ１２Ａ，１２Ｂに向け開弁指令信号Ｉａ，Ｉｂ（開弁を指示するパルス信号）を出力し、その排気ガス３の主な流れが振り分けられている側のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ又は５Ｂに対し触媒床温度を脱硫温度条件に保持し得るよう燃料添加を断続的に実行すると共に、排気ガス３の流量が絞り込まれている側のＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂ又は５Ａに対し周囲の雰囲気を酸欠状態とし得るよう燃料添加を断続的に実行する。
【００２３】
例えば、図１に図示してある通り、切替バルブ７Ａの開度を絞り且つ切替バルブ７Ｂの開度を全開として、排気ガス３の主な流れを一方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂに振り分けると、他方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａに導かれる排気ガス３の流量が絞り込まれることになるので、開弁時間の少ないパルス信号（時間幅の小さなパルス信号）として開弁指令信号Ｉａを燃料添加インジェクタ１２Ａに向け出力し、ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａに対し比較的少ない量で燃料添加を実行すれば、排気ガス３の空気過剰率が効果的に低下して酸欠状態が容易に得られることになる。
【００２４】
しかも、他方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａに導かれる排気ガス３の流量が絞り込まれることによって、排気ガス３に奪われて無駄に捨てられてしまう酸化反応熱が極めて少なくなり、発生した酸化反応熱が効率良く触媒床温度の上昇に活用されることになるので、比較的少ない量で燃料添加を実行するだけでも、その酸化反応熱でＮＯx吸蔵還元触媒５Ａの触媒床温度を効果的に上昇させて適正な脱硫温度条件に保持することが可能となる。
【００２５】
また、他方のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａに導かれる排気ガス３の流量を絞り込めば、その流速も著しく低下して十分な反応時間が確保されることになるので、排気ガス３中の酸素と燃料９との反応性が高まり、従来より排気温度が低い条件からでも燃料添加を実行することが可能となる。
【００２６】
そして、このように排気ガス３の流量が絞り込まれた側でＮＯx吸蔵還元触媒５Ａの触媒床温度が適正な脱硫温度条件に制御されて確実に酸欠状態に保たれる結果、ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａから硫酸塩がＳＯ2ガスとして放出されてＮＯx吸蔵還元触媒５Ａの脱硫処理が図られることになり、排気ガス３の主な流れを交互に振り分けることで一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを片方ずつ脱硫処理することが可能となる。
【００２７】
ただし、このように一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを片方ずつ排気ガス３の流量を絞り込んで脱硫処理を施すにあたり、例えば、図１に図示してある通り、単に排気ガス３の流量を絞り込んだＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ側で燃料添加を実行するだけでは、排気ガス３の主な流れに晒されているＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂ側が排気ガス３に熱を奪われて触媒床温度を低下してしまう虞れがあるが、排気ガス３の主な流れに晒されている間も、開弁時間の多いパルス信号（時間幅の大きなパルス信号）として開弁指令信号Ｉｂを燃料添加インジェクタ１２Ｂに向け出力し、ＮＯx吸蔵還元触媒５Ｂに対し比較的多い量で燃料添加を実行して触媒床温度を脱硫温度条件に保持するようにしているので、排気ガス３の主な流れを反対側に振り分けて脱硫処理を施すに際し、主として酸欠状態とすることだけを目標として燃料添加を実行するだけで脱硫温度条件が容易に満たされることになる。
【００２８】
尚、各ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂへの燃料添加を断続的に実行しているのは、燃料９を添加しないインターバルを適度に介在させないと、燃料９の継続的な添加により雰囲気中の酸素濃度が零になって添加燃料９の酸化反応が一切起こらなくなってしまい、酸化反応熱が継続して得られなくなってしまうからである。
【００２９】
従って、上記形態例によれば、一対のＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂを片方ずつ排気ガス３の流量を絞り込んで容易に酸欠状態を得ることができ、しかも、その排気ガス３の流量を絞り込んだ側で比較的少ない量の燃料添加により触媒床温度を効率良く上昇させて適正な脱硫温度条件を容易に満たし且つ排気ガス３の主な流れを振り分けられている間でも燃料添加を実行して触媒床温度の低下を防止することができるので、従来よりも広い運転領域でＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの触媒床温度を適正な脱硫温度条件に制御しながら確実に酸欠状態を得ることができ、ＮＯx吸蔵還元触媒５Ａ，５Ｂの脱硫処理を図り得る運転領域を従来より大幅に拡張することができる。
【００３０】
事実、従来においては、排気管途中にＮＯx吸蔵還元触媒を単独で配置して排気ガスを流しながら燃料添加して脱硫処理を図るようにしていたため、排気温度が高くて酸素流量が多い運転領域にあっては、多量の燃料添加を実施してもＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が添加燃料の酸化反応熱により過剰に昇温するばかりで酸欠状態がなかなか得られないという不具合があり、また、流速の高い排気ガス中の酸素と燃料との十分な反応時間が確保できないために両者の反応性が高められず、排気温度の低い運転領域では燃料添加を実行できないという不具合もあったため、図３中にクロスハッチングで示す如き限定的な運転領域でしかＮＯx吸蔵還元触媒の脱硫処理を実施することができなかったが、これらの不具合を大幅に改善して、図３中にハッチングで示す如き脱硫処理の可能な運転領域の拡張を実現することができる。
【００３１】
尚、本発明の排気浄化装置の脱硫制御方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、排気ガスの主な流れに晒されてもＮＯx吸蔵還元触媒の触媒床温度が脱硫温度条件より低い温度まで低下しないほど排気温度が高い特定の運転領域にあっては、その排気ガスの主な流れが振り分けられている側のＮＯx吸蔵還元触媒に対する燃料添加の添加量を零として制御する場合も有り得ること、その他、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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】脱硫処理のタイムスケジュールを示すグラフである。
【図３】脱硫処理を実施し得る運転領域の拡張について説明したグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
３  排気ガス
４  排気管
５Ａ  ＮＯx吸蔵還元触媒
５Ｂ  ＮＯx吸蔵還元触媒
７Ａ  切替バルブ
７Ｂ  切替バルブ
９  燃料
１２Ａ  燃料添加インジェクタ
１２Ｂ  燃料添加インジェクタ
【図１】
2007205304.tif 000003
【図２】
2007205304.tif 000004
【図３】
2007205304.tif 000005