專利名稱：廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)，其是在NOx吸收還原型催化劑中，謀求用于消除對該催化劑的硫中毒的脫硫控制的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間最適化。
背景技術(shù)：
對于從汽車的內(nèi)燃機(jī)或固定式內(nèi)燃機(jī)等的廢氣中，除去PM(微粒物粒狀物)和NOx(氮氧化物)以凈化廢氣的廢氣凈化裝置已提出并進(jìn)行了各種研究，特別是，為了凈化汽車等的廢氣，相對NOx，使用了NOx吸收還原型催化劑或三元催化劑等的NOx凈化催化劑。
該NOx吸收還原型催化劑由整體型催化劑等形成，在氧化鋁、氧化鈦等的載體上設(shè)置催化劑涂敷層，并在該催化劑涂敷層上載持有白金等貴金屬氧化型催化劑和鋇等NOx吸收材料(NOx吸收物質(zhì))而成。并且，在氧濃度較高的廢氣狀態(tài)(稀空燃比狀態(tài))時(shí)，通過吸收廢氣中的NOx，凈化廢氣中的NOx，而在氧濃度較低或零的廢氣狀態(tài)(濃空燃比狀態(tài))時(shí)，排放出吸收的NOx，并通過將排放出的NOx還原，來防止NOx向大氣流出。
可是，在該NOx吸收還原型催化劑中，存在著燃料中的硫被NOx吸收材料吸收、NOx吸收量降低、凈化率下降的硫中毒的問題，由于其硫成分在Ba2SO4(硫酸鋇)等的硫酸鹽形式下由NOx吸收材料所吸收，在無氧和高溫條件下，與CO(一氧化碳)進(jìn)行置換，并作為SO2(二氧化硫)排放出。為此，廢氣處于低氧濃度，并需要將催化劑升溫到比再生溫度高的脫硫溫度以上，以定期進(jìn)行脫硫的脫硫控制(硫凈化控制)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
該脫硫控制因催化劑不同而不同，但大致在600℃～650℃以上的高溫下，在濃混合比氣氛下，使催化劑升溫，以進(jìn)行脫硫。在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于作為該條件，要進(jìn)行進(jìn)氣節(jié)流或由大量EGR等產(chǎn)生的排氣量減少或后噴射，使廢氣升溫，并使流入催化劑中的廢氣的空燃比狀態(tài)成為濃空燃比，并且，廢氣中的HC(碳化氫)等通過催化劑的氧化作用而被燃燒，通過該氧化活性反應(yīng)熱量，使催化劑進(jìn)一步升溫，促進(jìn)硫脫離。
由于在該脫硫控制中使催化劑處于高溫，因而比需要時(shí)間延長時(shí)，就會有促使催化劑的熱劣化的危險(xiǎn)，因此需要使該脫硫控制在最小限度內(nèi)。另外，從實(shí)際的脫硫開始的脫硫控制時(shí)間過短時(shí)，脫硫會不充分，發(fā)展成硫中毒，從而NOx凈化率下降。為此，判斷脫硫的開始是非常重要的。
另外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)等的結(jié)果在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行脫硫控制時(shí)，產(chǎn)生不能解決催化劑的長時(shí)間變化所致的劣化的問題。
然而現(xiàn)狀是，在大量生產(chǎn)中，因無可使用的SO2傳感器，因此不能計(jì)測脫硫的開始和脫硫量，存在著不能正確地預(yù)測脫硫控制的開始和結(jié)束的時(shí)間和所需時(shí)間等的問題。
此外，本發(fā)明人等通過實(shí)驗(yàn)等，對于脫硫控制有如下的見解。
在進(jìn)行脫硫控制時(shí)，如圖4所示，在初期，從NOx吸收材料中放出NO2(二氧化氮)，生成活性氧，在催化劑作用下，使該NO2還原，從而廢氣中的氧濃度上升。為此，不排放出硫。然后，從NOx吸收材料排放出和還原NO2接近結(jié)束時(shí)，廢氣中的氧濃度降低，同時(shí)，剩余的CO開始滑移(向催化劑后流側(cè)排出)，同時(shí)，開始脫硫，開始排放出SO2。因此，通過監(jiān)測催化劑下游側(cè)的氧濃度，可根據(jù)氧濃度的變化，來判斷脫硫時(shí)的SO2的排放開始。
另外，在該脫硫控制中的脫硫量即SO2的排出量如圖3～圖5所示，由于S/V(流量/裝置容積)比，即排氣的通過速度越大則脫硫量越多，而氧濃度在0％以上時(shí)，不能脫硫，越是在較濃的濃混合比狀態(tài)，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的CO的排出量就越多，從而，硫清除控制時(shí)的空燃比越小，即越是處于較濃的濃混合比狀態(tài)則脫硫量就越多。并且，脫硫控制時(shí)的催化劑的溫度越高，則脫硫量越多。因此，可通過監(jiān)控S/V比、空燃比、催化劑溫度的參數(shù)，來正確地推定。
專利文獻(xiàn)1日本專利公開公報(bào)2000-145438號發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)，其是考慮到在NOx吸收還原型催化劑的脫硫控制之際，在脫硫控制的初期會產(chǎn)生不脫硫而排放出NOx的情況，通過監(jiān)控NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)的氧濃度，而獲知實(shí)際上脫硫開始的時(shí)間，可謀求脫硫控制時(shí)間的最適化。
實(shí)現(xiàn)上述目的的廢氣凈化方法為，在內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)中，在所述脫硫控制之際，由在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的氧濃度，從表示處于NOx排放中狀態(tài)下的預(yù)定的第1氧濃度降低到表示處于NOx排放結(jié)束和SOx排放開始狀態(tài)下的預(yù)定的第2氧濃度時(shí)，判定為脫硫開始。上述內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)，具有稀混合比狀態(tài)下吸收NOx而濃混合比狀態(tài)下排放和還原NOx的NOx吸收還原型催化劑，在判斷需要該NOx吸收還原型催化劑脫硫時(shí)，進(jìn)行使流入所述NOx吸收還原型催化劑中的廢氣的空燃比狀態(tài)成為與內(nèi)燃機(jī)通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相比更為濃混合比狀態(tài)的脫硫控制。通過這種方法，能夠正確地檢測出實(shí)際脫硫開始的時(shí)期。
另外，在上述的廢氣凈化方法中，在所述脫硫控制的開始后，通過在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的氧濃度比預(yù)定的判定值低時(shí)，判定為脫硫開始。通過這種方法，能以更簡單的算法檢測出脫硫的開始。
此外，在上述的廢氣凈化方法中，在所述脫硫控制中，從判定所述脫硫開始的時(shí)刻，開始由所述脫硫控制而脫硫的硫量的計(jì)算，累計(jì)該脫硫量，求出脫硫量累計(jì)值，將該脫硫量累計(jì)值與目標(biāo)脫硫量比較，而結(jié)束該脫硫控制。作為該目標(biāo)脫硫量，可采用直到脫硫控制開始前累計(jì)的硫吸附量累計(jì)值等。通過這種方法，能夠使脫硫控制的時(shí)間成為需要的最小限度。
另外，在上述的廢氣凈化方法中，由脫硫控制而脫硫的硫量以S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度作為參數(shù)，成為圖表(映像)數(shù)據(jù)形式或函數(shù)形式，基于預(yù)先輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述脫硫控制時(shí)測定的S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度，計(jì)算所述脫硫的硫量。通過這種方法，可高精度地計(jì)算脫硫的硫量。
此外，該S/V比也稱作空間速度，為S/V(h-1)＝氣體流量(l/h)/催化劑容積(l)，表示每單位氣體流量。另外，空燃比(A/F)與空氣過剩率(λ)的關(guān)系為，空氣過剩率＝供給空燃比/理論空燃比。
另外，實(shí)現(xiàn)上述目的的廢氣凈化系統(tǒng)為，具有稀混合比狀態(tài)下吸收NOx而濃混合比狀態(tài)下排放和還原NOx的NOx吸收還原型催化劑、和判斷需要該NOx吸收還原型催化劑脫硫時(shí)進(jìn)行使流入所述NOx吸收還原型催化劑中的廢氣的空燃比狀態(tài)成為比內(nèi)燃機(jī)通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)要濃的狀態(tài)的脫硫控制的控制裝置的內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)，在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置氧濃度傳感器，并且，所述控制裝置在所述脫硫控制之際，由所述氧濃度傳感器檢測出的氧濃度，從表示處于NOx排放中狀態(tài)下的預(yù)定的第1氧濃度降低到表示處于NOx排放出結(jié)束和SOx排放出開始狀態(tài)下的預(yù)定的第2氧濃度時(shí)，判定為脫硫開始。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠正確地檢測出實(shí)際脫硫開始的時(shí)期。
在上述的廢氣凈化控制系統(tǒng)中，所述控制裝置在所述脫硫控制的開始后，在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的氧濃度比預(yù)定的判定值低時(shí)，判定為脫硫開始。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠以更簡單的算法檢測出脫硫的開始。
此外，在上述的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述控制裝置在所述脫硫控制中，從判定所述脫硫開始后，將由開始累計(jì)的所述脫硫控制所脫硫的硫量累計(jì)值即脫硫量累計(jì)值與目標(biāo)脫硫量比較，而結(jié)束該脫硫控制。作為該目標(biāo)脫硫量，可采用直到脫硫控制開始前累計(jì)的硫吸附量累計(jì)值。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠使脫硫控制的時(shí)間成為需要的最小限度。
另外，在上述的廢氣凈化系統(tǒng)中，所述控制裝置在所述脫硫控制中，將由脫硫控制而脫硫的硫量以S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度作為參數(shù)，成為圖表(マツプ)數(shù)據(jù)形式或函數(shù)形式，基于預(yù)先輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述脫硫控制時(shí)測定的S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度，計(jì)算所述脫硫量。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠高精度地計(jì)算脫硫量。
本發(fā)明具有如下的效果。
根據(jù)本發(fā)明的廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)，由于檢測出脫硫控制中的實(shí)際的脫硫開始，并能通過計(jì)測各種參數(shù)，來正確地計(jì)算每時(shí)每刻的脫硫量，從而能夠進(jìn)行與脫硫開始前的硫吸附量累計(jì)值相抵的適當(dāng)?shù)拿摿蚩刂疲煞乐勾呋瘎O度熱劣化的同時(shí)，能夠回避由硫中毒引起的NOx凈化率的下降。
不用根據(jù)預(yù)先設(shè)定脫硫控制的時(shí)間，由氧濃度來檢測出實(shí)際的脫硫的開始時(shí)期，通過脫硫量累計(jì)值與硫吸附量累計(jì)值的比較，來檢測出脫硫的結(jié)束，從而可對應(yīng)于燃料中的硫濃度的變化地充分脫硫。另外，也可由催化劑的長時(shí)間變化而對應(yīng)于NOx的吸收能力變化的情況。


圖1為本發(fā)明涉及的實(shí)施例的廢氣凈化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明涉及的實(shí)施例的廢氣凈化系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明涉及的實(shí)施例的硫凈化用的控制流程一例的示意圖。
圖4為脫硫控制時(shí)的廢氣濃度的時(shí)間系列的示意圖。
圖5為脫硫量與S/V比的關(guān)系的示意圖。
圖6為脫硫量與空氣過剩率的關(guān)系的示意圖。
圖7為脫硫量與催化劑底座溫度的關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明實(shí)施例的廢氣凈化系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。
圖1示出本發(fā)明實(shí)施例的廢氣凈化系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。
該廢氣凈化系統(tǒng)1具有廢氣凈化裝置40，該廢氣凈化裝置40具有上游側(cè)的NOx吸收還原型催化劑41和下游側(cè)的DPF42。
并且，NOx吸收還原型催化劑41由單催化劑形成，在氧化鋁(Al2O3)等的多孔質(zhì)催化劑涂敷層上載持有具有NOx吸收功能的NOx吸收材料，上述NOx吸收材料是由相對NOx具有氧化功能的白金(Pt)等的催化劑金屬，鈉(Na)、鉀(K)、銫(Cs)等堿金屬，鈣(Ca)、鋇(Ba)等堿土金屬，釔(Y)、鑭(La)等稀土類等中的一個(gè)或幾個(gè)組合而成的。
在該NOx吸收還原型催化劑41中，在如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或稀薄燃燒汽油發(fā)動(dòng)機(jī)等的通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的、廢氣中的氧濃度高的廢氣條件(稀空燃比狀態(tài))下，通過催化劑金屬的氧化功能，排出的NO(一氧化氮)與廢氣中含有的O2(氧氣)氧化，生成NO2(二氧化氮)，該NO2通過NOx吸收材料以氯化物的形式吸收，從而凈化了廢氣。
可是，該NOx的吸收繼續(xù)時(shí)，鋇等NOx吸收材料轉(zhuǎn)換為硝酸鹽，逐漸飽和，失去了吸收NO2的功能。為此，在廢氣的空燃比為稀混合比狀態(tài)時(shí)，需要將吸收的NOx在NOx吸收能力達(dá)到飽和前排放出，改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，進(jìn)行過濃燃燒，在低氧濃度、高一氧化氮濃度下，產(chǎn)生排氣溫度高的廢氣(富油強(qiáng)化廢氣リツチスパイクガス)，并供給催化劑。
在該廢氣的濃空燃比狀態(tài)下，吸收NO2并轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}的NOx吸收材料將吸收的NO2放出，返回原有的鋇等。由于在廢氣中不存在O2，可將廢氣中的CO、HC(碳化氫)、H2(氫氣)作為還原劑，在催化劑金屬上還原該放出的NO2，轉(zhuǎn)換為N2(氮?dú)?和H2O(水)、CO2(二氧化碳)，以得到凈化。
另外，DPF42可由主要成分為堇青石或碳化硅的多孔質(zhì)的陶瓷蜂窩的通道(小室)的入口與出口如兩種不同顏色相間的方格花紋那樣交替封閉的整體蜂窩型間隔板壁式(ウオ一ルフロ一タイプ)濾清器或隨機(jī)層積氧化鋁等的無機(jī)纖維的毛氈狀的濾清器等形成，以捕集廢氣中的PM。
并且，在該廢氣凈化裝置40的前后，設(shè)有第1和第2排氣溫度傳感器53、54，以作為將λ(空氣過剩率)傳感器和NOx濃度傳感器以及氧濃度傳感器成一體的傳感器，其結(jié)構(gòu)為可檢測出用于計(jì)算脫硫控制中的監(jiān)控用的氧濃度、吸收的硫量、脫硫的硫量的空氣過剩率(空燃比)和計(jì)算NOx的凈化率的NOx濃度。另外，空燃比(A/F)和空氣過剩率(λ)的關(guān)系為，空氣過剩率＝供給空燃比/理論空燃比。
另外，為了推定PM的堆積量，在與排氣凈化裝置40的前后連接的導(dǎo)通管上設(shè)有檢測出DPF前后的排氣壓差ΔP的差壓傳感器55，此外，在排氣凈化裝置40的大致中央設(shè)有溫度傳感器56，以測定NOx吸收還原型催化劑41和DPF42的溫度。
并且，這些傳感器的輸出值被輸入到控制裝置(ECU發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元)50，該控制裝置進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)E的運(yùn)轉(zhuǎn)的全般控制、還進(jìn)行NOx吸收還原型催化劑轉(zhuǎn)換器41的NOx凈化能力的恢復(fù)控制和DPF42的再生控制，通過從該控制裝置50輸出的控制信號，控制發(fā)動(dòng)機(jī)E的燃料噴射用的共軌電子控制燃料噴射裝置或節(jié)流閥15或EGR閥32等。
另外，在該控制裝置50中，由第1和第2排氣濃度傳感器53、54的NOx濃度的檢測值CNOx1，CNOx2，計(jì)算NOx凈化率RNOx(＝1.0-CNOx2/CNOx1)。另外，通過由差壓傳感器55檢測出的差壓ΔP等，推定DPF42的PM積蓄量。
在該排氣凈化系統(tǒng)1中，空氣A通過進(jìn)氣通路10的空氣濾清器11、密集空氣流質(zhì)量(MAF)傳感器12、渦輪增壓器13的壓縮機(jī)13a、中間冷卻器14，由進(jìn)氣節(jié)流閥15調(diào)整其量，并從進(jìn)氣歧管16進(jìn)入汽缸內(nèi)。
然后，在汽缸內(nèi)產(chǎn)生的廢氣G從排氣總管21驅(qū)動(dòng)排氣通路20的渦輪增壓器13的葉輪(タ一ビン)13b，通過排氣凈化裝置40而成為凈化了的廢氣Gc，并通過未圖示的消音器而向大氣排放。另外，廢氣G的一部分作為EGR氣體，通過EGR通路30的EGR冷卻器3 1，由EGR閥32調(diào)整其量，并在進(jìn)氣歧管16中再次循環(huán)。
并且，排氣凈化系統(tǒng)1的控制裝置裝入發(fā)動(dòng)機(jī)E的控制裝置50，與發(fā)動(dòng)機(jī)E的運(yùn)轉(zhuǎn)控制一同，進(jìn)行排氣凈化系統(tǒng)1的控制。該排氣凈化系統(tǒng)1的控制裝置如圖2所示，由具有廢氣成分檢測機(jī)構(gòu)C10、NOx吸收還原型催化劑的控制機(jī)構(gòu)C20、DPF的控制機(jī)構(gòu)C30等的排氣凈化系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)C1構(gòu)成。
該廢氣成分檢測機(jī)構(gòu)C10為檢測出廢氣中的氧濃度(或空氣過剩率λ)或NOx濃度的機(jī)構(gòu)，由第1和第2排氣濃度傳感器53、54等構(gòu)成。
NOx吸收還原型催化劑的控制機(jī)構(gòu)C20為進(jìn)行NOx吸收還原型催化劑41的再生或進(jìn)行脫硫等的控制的機(jī)構(gòu)，由NOx催化劑的再生開始判斷機(jī)構(gòu)C21、NOx催化劑的再生控制機(jī)構(gòu)C22、脫硫開始判斷機(jī)構(gòu)C23、脫硫控制機(jī)構(gòu)C24、脫硫結(jié)束判斷機(jī)構(gòu)C25等構(gòu)成。
在該NOx吸收還原型催化劑的控制機(jī)構(gòu)C20中，通過NOx催化劑的再生開始判斷機(jī)構(gòu)C21，由廢氣成分檢測機(jī)構(gòu)C10檢測出的NOx濃度計(jì)算NOx凈化率RNOx，判斷該NOx凈化率RNOx比預(yù)定的判定值低時(shí)開始NOx催化劑的再生，由NOx催化劑的再生控制機(jī)構(gòu)C22，通過發(fā)動(dòng)機(jī)E的燃料噴射控制中的后噴射或EGR控制或進(jìn)氣節(jié)流控制等，使廢氣的狀態(tài)成為預(yù)定的濃空燃比狀態(tài)和預(yù)定的溫度范圍(根據(jù)催化劑等，大致為200℃～600℃)，恢復(fù)NOx凈化能力即NOx吸收能力，進(jìn)行NOx催化劑的再生。另外，以下，詳細(xì)地說明通過脫硫開始判斷機(jī)構(gòu)C23、脫硫控制機(jī)構(gòu)C24、脫硫結(jié)束判斷機(jī)構(gòu)C25等，進(jìn)行脫硫。
另外，DPF的控制機(jī)構(gòu)C30被構(gòu)成為設(shè)有PM積蓄量計(jì)算機(jī)構(gòu)C31、DPF再生開始判斷機(jī)構(gòu)C32、DPF再生控制機(jī)構(gòu)C33等。
該DPF控制機(jī)構(gòu)C30，通過PM積蓄量計(jì)算機(jī)構(gòu)C31、根據(jù)由差壓傳感器55檢測出的差壓ΔP等計(jì)算DPF42的PM積蓄量，通過DPF再生開始判斷機(jī)構(gòu)C32、用PM積蓄量是否超過預(yù)定的判定值來判定DPF42的堵塞狀態(tài)是否超過預(yù)定的堵塞狀態(tài)，判斷為DPF的再生開始時(shí)，由DPF再生控制機(jī)構(gòu)C33進(jìn)行后噴射或EGR控制等引起的排氣升溫，以進(jìn)行DPF42的再生。
在這些排氣凈化系統(tǒng)1中，本發(fā)明涉及的NOx吸收還原型催化劑的排氣凈化方法是隨著如圖3所例示的脫硫(硫凈化)用的控制流程而進(jìn)行的。該圖3的控制流程為與NOx吸收還原型催化劑41的脫硫有關(guān)的控制流程，并表示進(jìn)行如下的控制，即、進(jìn)行有關(guān)NOx吸收能力的再生的控制流程，并從排氣凈化系統(tǒng)整體的控制流程開始反復(fù)詢問，判斷是否需要脫硫，如需要，則進(jìn)行脫硫控制。
該控制流程開始時(shí)，在步驟S1中，由脫硫開始判斷機(jī)構(gòu)C23，以燃料消費(fèi)量和燃料中含有的硫量(市場實(shí)測硫濃度等)為基礎(chǔ)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)排出硫量，將該發(fā)動(dòng)機(jī)排出硫量與以催化劑溫度Tn為參數(shù)的吸附系數(shù)相乘，作為吸收于NOx吸收還原型催化劑41中的硫吸附量Ss，將其累計(jì)(積算)，計(jì)算硫吸附量累計(jì)值Ssp。另外，在該步驟S1中，進(jìn)行脫硫量累計(jì)值Spu的復(fù)位(Spu＝0)。
然后，在接下來的步驟S2中，計(jì)算脫硫開始判定用的判定值Ss0。該判定值Ss0為，將預(yù)先設(shè)定的脫硫開始判定用的設(shè)定值Ssb乘以閾值計(jì)算用的補(bǔ)正值K后補(bǔ)正的數(shù)值。該閾值計(jì)算用的補(bǔ)正值K為考慮到由NOx凈化率判斷的NOx吸收量劣化的第1補(bǔ)正值K1和由氧濃度傳感器劣化判斷的第2補(bǔ)正值K2的函數(shù)，并根據(jù)預(yù)先的實(shí)驗(yàn)等求出，通過預(yù)先輸入的圖表數(shù)據(jù)等，由第1補(bǔ)正值K1和第2補(bǔ)正值K2計(jì)算。
即，脫硫控制的開始需要根據(jù)催化劑的NOx吸收量和硫吸附量的平衡、在NOx凈化率降低前進(jìn)行，具有標(biāo)準(zhǔn)的開始時(shí)期圖表，并隨之實(shí)施，但實(shí)際上，根據(jù)市場銷售的輕油的硫濃度的實(shí)測值和行駛條件不同引起的催化劑劣化形成的NOx吸收能力差，需要脫硫控制的開始的時(shí)期是變化的。為此，需要對該開始時(shí)期進(jìn)行補(bǔ)正。
為此，監(jiān)控NOx濃度和氧濃度，在相對行駛距離的NOx凈化率劣化時(shí)，準(zhǔn)備濃混合比控制時(shí)直到氧濃度變化的時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)圖表，在各實(shí)測值與由該標(biāo)準(zhǔn)圖表獲得的標(biāo)準(zhǔn)值偏離時(shí)，對脫硫控制開始時(shí)期進(jìn)行補(bǔ)正。另外，NOx凈化率由在催化劑前后計(jì)測的NOx濃度計(jì)算，但也可由在催化劑后側(cè)計(jì)測的NOx濃度和發(fā)動(dòng)機(jī)排出的NOx值(圖表值)推定計(jì)算。
然后，在下面的步驟S3中，由脫硫開始判斷機(jī)構(gòu)C23判定脫硫控制是否需要。在該判定中，硫吸附量累計(jì)值Ssp大于脫硫開始判定用的判定值Ss0時(shí)，需要脫硫控制。
在該步驟S3的判定中，判定為無需脫硫控制時(shí)，不進(jìn)行脫硫控制，返回。而在判定為需要脫硫控制時(shí)，進(jìn)入步驟S4。
在該步驟S4的脫硫控制中，在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射上進(jìn)行實(shí)施包含有引導(dǎo)噴射和后噴射的多級噴射，或者進(jìn)行EGR控制和進(jìn)氣控制，監(jiān)控由溫度傳感器56檢測出的溫度等，同時(shí)調(diào)整多級噴射的燃料量，進(jìn)行使流入NOx吸收還原型催化劑41中的廢氣的溫度成為可脫硫的溫度(約600℃～650℃)以上的反饋控制。通過該排氣升溫，使NOx吸收還原型催化劑41的溫度上升。另外，通過多級噴射而供給排氣通路的廢氣中的HC(碳化氫)等在催化劑的氧化作用下燃燒，由于該氧化活性反應(yīng)熱量，進(jìn)一步促進(jìn)了催化劑的升溫。
另外，監(jiān)測出由第1排氣濃度傳感器53檢測出的氧濃度(或空氣過剩率)Cin(λin)、即流入NOx吸收還原型催化劑41中的廢氣的氧濃度(或空氣過剩率)Cin(λin)，以成為預(yù)定的氧濃度(或空氣過剩率)Cit(λit)的方式，對多級噴射控制、EGR控制、吸氣控制等進(jìn)行反饋控制。
該控制目標(biāo)的預(yù)定的氧濃度(或空氣過剩率λ)Cit(λit)作為濃空燃比，最好為理論(ストイキ)空燃比(理論空燃比)，通過該空燃比控制，將流入NOx吸收還原型催化劑41中的廢氣的空燃比狀態(tài)成為濃空燃比，最好是理論空燃比狀態(tài)，以有效地脫硫。
然后，在預(yù)定的時(shí)間tdpf(例如2s～60s)期間，進(jìn)行該脫硫控制。該預(yù)定的時(shí)間tdpf為與檢查實(shí)際的脫硫開始時(shí)間和脫硫控制結(jié)束時(shí)間的間隙有關(guān)的時(shí)間，要預(yù)先設(shè)定。另外，該脫硫控制在實(shí)際的脫硫開始判定前和判定后、變更目標(biāo)排氣溫度的數(shù)值或者變更目標(biāo)空燃比的數(shù)值將更有效，此外，也可有效地防止催化劑的熱劣化。
在下面的步驟S5中，進(jìn)行脫硫開始的判定。該脫硫開始的判定為，在由NOx吸收還原型催化劑41的下游側(cè)的第2排氣溫度傳感器54計(jì)測的氧濃度Co在理論區(qū)域外，成為氧濃度較小、在預(yù)定的判定值Co0以下時(shí)，判定為脫硫開始。
該預(yù)定的判定值Co0為，用于捕捉從脫硫控制的初期的NO2的排放和還原引起的較高的氧濃度狀態(tài)(預(yù)定的第1氧濃度Co10.5～0.2％)，轉(zhuǎn)入脫硫控制的后期的NO2的排放和還原大致結(jié)束的較低的氧濃度(預(yù)定的第2氧濃度Co20.1～0.0％)所需時(shí)間的判定值，設(shè)定為0.2～0.1％左右。
并且，在步驟S5中，判定為脫硫開始的情況下，在步驟S6中計(jì)算脫硫量Sp，將其累計(jì)，計(jì)算脫硫量累計(jì)值Spu。而在判定為非脫硫開始的情況下，直接進(jìn)入步驟S7。
該脫硫量Sp的計(jì)算是基于根據(jù)測定值和由測定值計(jì)算的S/V比、空氣過剩率λin(或空燃比)、催化劑溫度Tn等，相對預(yù)先準(zhǔn)備的S/V比和更濃混合比(空氣過剩率λ(或空燃比))、相對催化劑溫度的參數(shù)的脫硫量圖表數(shù)據(jù)而作的。
在步驟S7中，進(jìn)行脫硫是否結(jié)束的判定。該判定為，在步驟S1等中作為初期值而設(shè)定為零，而在步驟S6累計(jì)的脫硫量累計(jì)值Spu是否超過在步驟S1中計(jì)算的硫吸附量累計(jì)值Ssp(或預(yù)定的界限值Ssp0)的判定。并且，在累計(jì)脫硫量Spu沒有超過硫吸附量累計(jì)值Ssp的情況下，判定為脫硫沒有結(jié)束，返回步驟S4，進(jìn)行步驟S4的脫硫控制，直到超過為止。
并且，在返回步驟S4的情況下，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間tdpf期間的脫硫控制后，進(jìn)入步驟S5，重復(fù)步驟S7。因此，反復(fù)進(jìn)行步驟S4～S7，直到脫硫結(jié)束，一旦結(jié)束，就進(jìn)入步驟S8。
另外，在步驟S5中，一旦判定為脫硫開始的情況下，其后的步驟S5的判定成為是否處于脫硫中的判定。在該控制流程中，脫硫開始的判定和是否處于脫硫中的判定是采用相同的方法進(jìn)行的，因此，同樣在步驟S5中進(jìn)行。
并且，在脫硫量累計(jì)值Spu超過硫吸附量累計(jì)值Ssp的情況下，判定為脫硫結(jié)束，進(jìn)入下面的步驟S8，進(jìn)行脫硫控制的結(jié)束作業(yè)。該脫硫控制的結(jié)束作業(yè)為，脫硫控制的空燃比控制的結(jié)束和硫吸附量累計(jì)值的復(fù)位(Ssp＝0)等。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的排氣凈化方法和排氣凈化系統(tǒng)1，在脫硫控制開始后，如圖4所示，由NOx吸收還原型催化劑42的下游側(cè)的第2排氣濃度傳感器54檢測出的氧濃度Co比預(yù)定的判定值Co0低時(shí)，可判定為脫硫控制中的實(shí)際的脫硫開始Tps。即，氧氣濃度Co由表示處于NOx排放中狀態(tài)下的預(yù)定的第1氧濃度Co1降低到表示處于NOx的排放結(jié)束和SOx的排放開始狀態(tài)的預(yù)定的第2氧濃度Co2時(shí)，可判定為脫硫的開始Tps。
此外，在脫硫控制中，可根據(jù)判定脫硫開始的時(shí)間Tps，開始計(jì)算由脫硫控制而脫硫的硫量Sp，累計(jì)脫硫量Sp而求出脫硫量累計(jì)值Spu，將脫硫量累計(jì)值Spu與直到脫硫控制開始前累計(jì)的硫吸附量累計(jì)值(目標(biāo)脫硫量)Ss比較，可結(jié)束脫硫控制。
因此，由于不用根據(jù)預(yù)先設(shè)定脫硫控制的時(shí)間，而由氧濃度Co檢測出實(shí)際的脫硫的開始時(shí)期，將脫硫量累計(jì)值Spu與硫吸附量累計(jì)值Ss比較，檢測出脫硫的結(jié)束，因此可對應(yīng)于燃料中的硫濃度的變化充分脫硫。另外，也可由催化劑的長時(shí)間變化而對應(yīng)于NOx的吸收能力變化的情況。
另外，由于通過計(jì)測S/V比、空氣過剩率λin、催化劑溫度Tn等各種參數(shù)，能夠正確地計(jì)算每時(shí)每刻的脫硫量Sp，能夠進(jìn)行與脫硫開始前的硫吸附量累計(jì)值Ss相抵的適當(dāng)?shù)拿摿蚩刂?，可使脫硫控制成為需要的最小限度。因此，可防止催化劑極度熱劣化的同時(shí)，能夠回避硫中毒引起的NOx凈化率的下降。
另外，在上述結(jié)構(gòu)中，對廢氣凈化裝置40由NOx吸收還原型催化劑41和DPF42構(gòu)成為例進(jìn)行了說明，但在廢氣凈化裝置只有NOx吸收還原型催化劑的情況、在DPF上載持有NOx吸收還原型催化劑而成一體結(jié)構(gòu)的情況、不是DPF而是三元催化劑與NOx吸收還原型催化劑組合的情況等，也能適用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化方法，其用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)，該廢氣凈化系統(tǒng)，具有在稀混合比狀態(tài)下吸收NOx而在濃混合比狀態(tài)下排放和還原NOx的NOx吸收還原型催化劑，在判斷需要該NOx吸收還原型催化劑脫硫時(shí)，進(jìn)行使流入所述NOx吸收還原型催化劑中的廢氣的空燃比狀態(tài)為比內(nèi)燃機(jī)通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)更濃混合比狀態(tài)的脫硫控制，所述廢氣凈化方法的特征在于，在所述脫硫控制之際，在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)所檢測出的氧濃度，從表示處于NOx排放中狀態(tài)下的預(yù)定的第1氧濃度降低到表示處于NOx排放結(jié)束和SOx排放開始狀態(tài)下的預(yù)定的第2氧濃度時(shí)，判定為脫硫開始。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣凈化方法，其特征在于，在所述脫硫控制開始后，在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)所檢測出的氧濃度比預(yù)定的判定值低時(shí)，判定為脫硫開始。
3.如權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化方法，其特征在于，在所述脫硫控制中，從判定所述脫硫開始的時(shí)刻，開始所述脫硫控制所脫硫的硫量的計(jì)算，累計(jì)該脫硫量，求出脫硫量累計(jì)值，將該脫硫量累計(jì)值與目標(biāo)脫硫量比較，結(jié)束該脫硫控制。
4.如權(quán)利要求3所述的廢氣凈化方法，其特征在于，所述目標(biāo)脫硫量為直到脫硫控制開始前累計(jì)的硫吸附量累計(jì)值。
5.如權(quán)利要求3或4所述的廢氣凈化方法，其特征在于，以S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度作為參數(shù)，使脫硫控制所脫硫的硫量成為圖表數(shù)據(jù)形式或函數(shù)形式，并基于預(yù)先輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述脫硫控制時(shí)測定的S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化溫度，計(jì)算所述脫硫量。
6.一種廢氣凈化系統(tǒng)，其用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣凈化系統(tǒng)，該廢氣凈化系統(tǒng)，具有在稀混合比狀態(tài)下吸收NOx而在濃混合比狀態(tài)下排放和還原NOx的NOx吸收還原型催化劑；和判斷需要該NOx吸收還原型催化劑脫硫時(shí)、進(jìn)行使流入所述NOx吸收還原型催化劑中的廢氣的空燃比狀態(tài)為比內(nèi)燃機(jī)通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)更濃混合比狀態(tài)的脫硫控制的控制裝置，所述廢氣凈化方法的特征在于，在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置氧濃度傳感器，并且，所述控制裝置在所述脫硫控制之際，所述氧濃度傳感器所檢測出的氧濃度，從表示處于NOx排放中狀態(tài)下的預(yù)定的第1氧濃度降低到表示處于NOx排放結(jié)束和SOx排放開始狀態(tài)下的預(yù)定的第2氧濃度時(shí)，判定為脫硫開始。
7.如權(quán)利要求6所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置在所述脫硫控制的開始后，在所述NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的氧濃度比預(yù)定的判定值低時(shí)，判定為脫硫開始。
8.如權(quán)利要求6或7所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置在所述脫硫控制中，從判定所述脫硫開始后，將由開始累計(jì)的所述脫硫控制所脫硫的硫量累計(jì)值、即脫硫量累計(jì)值、與目標(biāo)脫硫量比較，結(jié)束該脫硫控制。
9.如權(quán)利要求8所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)脫硫量為直到脫硫控制開始前累計(jì)的硫吸附量累計(jì)值。
10.如權(quán)利要求8或9所述的廢氣凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置在所述脫硫控制中，以S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度作為參數(shù)，使脫硫控制所脫硫的硫量成為圖表數(shù)據(jù)形式或函數(shù)形式，并基于預(yù)先輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)所述脫硫控制時(shí)測定的S/V比、空燃比或空氣過剩率、催化劑溫度，計(jì)算所述脫硫量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種廢氣凈化方法和廢氣凈化系統(tǒng)，其是在NOx吸收還原型催化劑的脫硫控制之際，考慮到在脫硫控制的初期不脫硫而可排放NOx，通過監(jiān)控NOx吸收還原型催化劑的下游側(cè)的氧濃度可知實(shí)際脫硫開始的時(shí)間，可使脫硫控制時(shí)間最適化。在對內(nèi)燃機(jī)E的廢氣進(jìn)行由NOx吸收還原型催化劑(41)的NOx凈化的廢氣凈化系統(tǒng)(1)中，在脫硫控制之際，由在所述NOx吸收還原型催化劑(41)的下游側(cè)設(shè)置的氧濃度檢測機(jī)構(gòu)(54)檢測出的氧濃度Co，從表示處于NOx排放中狀態(tài)下的預(yù)定的第1氧濃度降低到表示處于NOx排放結(jié)束和SOx排放開始狀態(tài)下的預(yù)定的第2氧濃度時(shí)，判定為脫硫開始。
文檔編號F01N13/02GK1651128SQ20041009831
公開日2005年8月10日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者長岡大治, 我部正志 申請人:五十鈴自動(dòng)車株式會社