[发明专利]废气净化系统的再生控制方法以及废气净化系统

说明书

技术领域

本发明涉及在内燃机的排气通路中具备对废气进行净化的废气净化装置的废气净化系统的再生控制方法以及废气净化系统。 

背景技术

近年来对汽车的废气限制日益严格，仅靠发动机方面的技术开发已经不能满足要求。利用后处理装置对废气进行净化已变得不可或缺。因此，对于用来从柴油机和一部分汽油机等内燃机和各种燃烧装置的废气中还原除去NOx(氮氧化物)的NOx催化剂、用来除去这些废气中的粒子状物质(颗粒物质，以下称作PM)的发动机颗粒过滤装置(以下称作DPF装置)，进行了各种研究并提出了各种方案。 

其中，作为NOx净化催化剂，提出了NOx吸藏还原型催化剂和NOx直接还原型催化剂等。 

载持有NOx吸藏还原型催化剂的NOx吸藏还原型催化剂装置通过载持具有氧化功能的贵金属催化剂、和碱金属等具有NOx吸藏功能的NOx吸藏材料而构成，由此，根据废气中的氧浓度不同而发挥NOx吸藏和NOx放出、净化两种功能。 

也就是说，在流入到NOx吸藏还原型催化剂装置的废气的空燃比为稀(lean)状态的情况下，废气中的一氧化氮被贵金属催化剂氧化而变为二氧化氮，该二氧化氮被NOx吸藏材料以硝酸盐的形式吸藏。另一方面，在废气的空燃比为浓(rich)状态的情况下，硝酸盐从NOx吸藏材料中分解而放出NO₂，并且，该NO₂借助贵金属催化剂的催化剂作用而被废气中的未燃烧碳化氢和一氧化碳等还原为氮。因此，如果NOx吸藏材料的NOx吸藏能力接近饱和，则要进行NOx再生控制，使得废气中的空燃比变为浓的状态，以恢复NOx吸藏能力。 

另外，载持有NOx直接还原型催化剂的NOx直接还原型催化剂装置 通过在β型沸石等载体上载持作为催化剂成分的铑和钯等金属而构成，对NOx进行直接还原。在进行该还原时，氧被吸附到作为催化剂的活性物质的金属上，从而NOx还原性能恶化。因此，为了恢复NOx还原性能，进行通过使废气的空燃比变为浓的状态而恢复NOx还原性能恢复用的NOx再生控制，对催化剂的活性物质进行再生而使其活性化。 

在这些具备NOx净化催化剂装置的废气净化系统中，进行该空燃比浓控制的NOx再生装置通常被控制成，当NOx吸藏量、NOx净化率、稀空燃比持续时间等一个条件达到预先设定的阈值时，自动开始再生。 

于是，如果是柴油机等，则不进行NOx再生控制的通常运转状态下的燃烧是氧过多状态下的稀空燃比状态。因此，为了利用该NOx再生控制来获得浓空燃比状态，需要进行NOx再生用的空燃比浓控制，或者减少吸气量，或者增加燃料量，或者同时采取两种措施。 

在该减少吸气量的吸气系统空燃比浓控制中，有增加EGR量、废气节流、和吸气节流等方法。另外，在增加燃料量的燃料系统空燃比浓控制中，有压力缸内(筒内)喷射中的后喷射、和排气管内直接喷射等方法，该排气管内直接喷射是指，通过直接向排气管喷射轻油等燃料，而向流入到NOx净化催化剂装置中的废气中供给HC、CO等还原剂。 

该排气管内直接喷射与后喷射相比有不会对发动机运转状态造成影响的优点。使用该排气管内直接喷射的内燃机废气净化装置和内燃机的废气净化系统例如已在日本特开2003-269155号公报和日本特开2004-346798号公报中提出。 

但是，在进行NOx再生控制时，就从稀空燃比状态切换到浓空燃比状态的排气管内直接喷射而言，即使开始了从还原剂喷射装置向排气管内喷射还原剂，如果进行的是定量喷射，则由于还原剂喷射装置的特性的原因，也不会瞬间达到目标供给量。也就是说，会产生响应的时间延迟。因此，如图4所示，不能使废气中的空燃比状态(空气过剩率λ)瞬间达到浓空燃比状态，而是如图4的A所示那样，空燃比缓慢变化。 

结果，在再生控制的初期由于废气中存在着氧，所以供给的还原剂会被NOx吸藏还原型催化剂的催化金属的催化剂作用氧化而被消耗掉。结果，不能将从NOx吸藏还原型催化剂放出的NOx充分还原。 

于是，在该NOx再生时，特别是在再生初期，NOx的放出量较多，所以如图4的B所示那样，NOx在NOx吸藏还原型催化剂装置的下游侧会大量地放出(泄漏(スリップ))，尽管这是暂时的，但还会有NOx净化性能恶化的问题。另外，由于供给的还原剂的消耗量变少，所以还原剂的氧化所产生的放热不充分，从而NOx吸藏还原型催化剂的升温缓慢，还会产生催化剂的活性化较慢的问题。