廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及使用了 NOx吸藏還原型催化劑的廢氣后處理裝置，尤其涉及廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法。
【背景技術】
[0002]作為柴油發(fā)動機的廢氣后處理裝置，D0C(Diesel Oxidat1n Catalyst:氧化催化劑)、DPF(Diesel Particulate Filter:柴油顆粒過濾器)、NOx吸藏還原型催化劑(LNT:Lean NOx Trap 或者 NSR:N0x Strage Reduct1n)、尿素 SCR (Selective CatalysticReduct1n:選擇催化還原)系統(tǒng)等被實用化。
[0003]DOC和DPF系統(tǒng)是用于減少PM的有力手段。設置于廢氣流的前級的DOC為，雖然固體的煤煙本身無法氧化，但能夠?qū)φ紦?jù)PM整體的30?70%的可溶性有機成分(SOF)的大部分進行氧化，還能夠同時除去HC、CO，設置于后級的DPF為，由具有細孔徑的多孔質(zhì)陶瓷等形成，捕捉廢氣中的大部分PM。
[0004]NOx吸藏還原型催化劑為，在氧化鋁(Al2O3)等催化劑載體上載持有Pt、Pd等貴金屬催化劑、以及Na、K、Cs等堿金屬、Ca、Ba等堿土類金屬、Y、La等稀土類等的具有NOx吸藏功能的吸藏材料，根據(jù)廢氣中的氧濃度來發(fā)揮NOx吸藏和NOx放出凈化這兩個功能。
[0005]基于該NOx吸藏還原型催化劑的凈化系統(tǒng)，在通常運轉(zhuǎn)狀態(tài)那樣廢氣中的氧濃度較高的條件(稀空燃比)下，廢氣中的NO由Pt、Pd等貴金屬催化劑等氧化為NO2,吸藏材料使該NO2成為硝酸鹽(Ba(NO3)2)而吸藏從而凈化NOx。
[0006]但是，當持續(xù)進行NOx的吸藏時，硝酸鹽飽和而失去吸藏材料的吸藏功能，因此改變運轉(zhuǎn)條件，在低氧濃度的條件下，進行EGR(Exhaust Gas Recirculat1n:廢氣再循環(huán))、燃料的后噴射、排氣管噴射，形成濃狀態(tài)，在貴金屬催化劑上使燃料還原，由此在廢氣中生成CO、HC、H2而使NOx還原，從而放出凈化NOx。
[0007]如此，基于NOx吸藏還原型催化劑的凈化系統(tǒng)，是在空燃比稀時(氧濃度較高的條件)吸藏N0x，在空燃比濃時對所吸藏的NOx進行還原凈化的系統(tǒng)。
[0008]然而，作為NOx吸藏還原型催化劑劣化的主要原因，存在硫中毒和熱劣化。
[0009]NOx吸藏還原型催化劑在吸附、吸藏NOx的同時還吸附、吸藏廢氣中的S0x，由此產(chǎn)生硫中毒。SOx與NOx不同，不能夠容易地脫離，為了使蓄積于吸藏材料的S放出，而以使催化劑的氣氛溫度成為700°C以上的高溫、且空燃比成為濃氣氛的方式進行控制，由此Ba2SO4成為碳酸鹽+SO2，而進行硫磺的脫硫。NOx吸藏還原型催化劑需要以一定的行駛間隔來進行脫硫控制(S清除)而進行再生。
[0010]熱劣化是如下現(xiàn)象:與通常的氧化催化劑相同，載持于催化劑的貴金屬由于熱而凝聚而比表面積變小，由此活性降低的現(xiàn)象。將該現(xiàn)象稱作燒結(jié)(sintering)。
[0011]現(xiàn)有技術文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:日本專利第4474775號公報
[0014]專利文獻2:日本特開2008-261252號公報
[0015]專利文獻3:日本特開2012-87749號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]發(fā)明要解決的課題
[0017]但是，即使進行S清除而進行再生，也無法通過傳感器來檢測脫硫了的S的量，因此無法得知脫硫的量。因此，在催化劑的性能劣化的情況下，難以區(qū)分熱劣化和硫中毒。
[0018]由熱劣化導致的劣化是不能夠恢復的，需要更換催化劑，但硫中毒存在能夠恢復的可能性，因此需要提早確定劣化的原因而采取適當?shù)拇胧?br>[0019]對于脫硫了的S的量，通過實驗來測定相對于催化劑溫度和拉姆達(λ =所供給的空氣量/理論上需要的空氣量)的脫硫量，將該脫硫量作為映射而保持，根據(jù)S清除時的催化劑溫度和拉姆達(λ)來推定脫硫量。
[0020]但是，在實際中由于各種外部干擾而S清除時的脫硫量產(chǎn)生偏差，因此即使想要完全脫硫，在實際中也存在S逐漸蓄積到NOx吸藏還原型催化劑的可能性。結(jié)果，凈化率會降低，而無法與熱劣化區(qū)分。
[0021]因此，本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提供一種廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法，能夠判別NOx吸藏還原型催化劑的硫中毒和熱劣化。
[0022]用于解決課題的手段
[0023]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明為一種廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法，通過與發(fā)動機的排氣管連接的NOx吸藏還原型催化劑，交替地反復進行對廢氣中的NOx進行吸藏的吸藏循環(huán)、以及在該吸藏循環(huán)中的吸藏率降低時對所吸藏的NOx進行還原凈化的濃還原循環(huán)，在反復進行該吸藏循環(huán)和濃還原循環(huán)的期間，在NOx吸藏還原型催化劑由于硫磺而中毒而NOx吸藏率降低時，進行S清除，該廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法的特征在于，預先制作表示基于經(jīng)年劣化的通過NOx吸藏還原型催化劑的吸藏循環(huán)中的NOx吸藏量的NOx吸藏映射，基于該NOx吸藏映射求出理想NOx吸藏量，另一方面，根據(jù)NOx傳感器值計算吸藏循環(huán)中的實際NOx吸藏量，根據(jù)該理想NOx吸藏量與實際NOx吸藏量之差，來判定NOx吸藏還原型催化劑的由硫中毒引起的劣化和熱劣化。
[0024]優(yōu)選為，根據(jù)隨著該NOx吸藏還原型催化劑的經(jīng)年劣化而NOx吸藏量相對于廢氣溫度的關系來制作上述NOx吸藏映射，基于吸藏循環(huán)中的廢氣溫度和累計燃料消耗量并根據(jù)上述NOx吸藏映射來求出吸藏循環(huán)中的理想NOx吸藏量。
[0025]優(yōu)選為，在根據(jù)上述NOx傳感器值來計算實際NOx吸藏量時，按時間對吸藏循環(huán)中的NOx吸藏還原型催化劑的入口側(cè)的廢氣中的NOx濃度與出口側(cè)的NOx濃度之差進行積分而求出實際NOx吸藏量。
[0026]優(yōu)選為，如果理想NOx吸藏量與實際NOx吸藏量之差小于閾值，則判定為NOx吸藏量無異常，此外，在理想NOx吸藏量與實際NOx吸藏量之差大于閾值時，再次進行S清除，在之后的吸藏循環(huán)中，再次求出理想NOx吸藏量與實際NOx吸藏量并且將其差與閾值進行比較，在該差小于閾值時，作為通過S清除而從硫中毒恢復而判定為無異常，如果差再次大于閾值，則判定為熱劣化。
[0027]發(fā)明的效果
[0028]本發(fā)明預先制作NOx吸藏還原型催化劑的基于經(jīng)年劣化的NOx吸藏量的NOx吸藏映射，將根據(jù)該NOx吸藏映射求出的理想NOx吸藏量與根據(jù)NOx傳感器值求出的實際NOx吸藏量進行比較，由此發(fā)揮能夠判定由硫中毒引起的劣化和熱劣化這種優(yōu)異效果。
【附圖說明】
[0029]圖1是實施本發(fā)明的廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法的裝置的概要圖。
[0030]圖2是表示廢氣后處理裝置中的NOx吸藏還原型催化劑的劣化判定方法的流程圖的圖。
[0031 ] 圖3是在本發(fā)明中對理想NOx吸藏量和實際NOx吸藏量進行說明的圖，圖3 (a)是表示NOx吸藏映射的圖，圖3 (b)是表示當在NOx吸藏率降低時進行S清除時的行駛距離與NOx吸藏量之間的關系的圖，圖3(c)是對吸藏循環(huán)中的實際NOx吸藏量進行說明的圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，基于附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的一個實施方式進行詳細說明。
[0033]圖1表示基于NOx吸藏還原型催化劑的廢氣后處理裝置10。
[0034]在發(fā)動機E的進排氣系統(tǒng)上連接有渦輪增壓器11和EGR管12，從空氣濾清器13吸入的空氣由渦輪增壓器11的壓縮機14壓縮并且朝進氣通路15壓送，并從發(fā)動機E的進氣歧管16朝發(fā)動機E內(nèi)供給。在進氣通路15上設置有用于對向發(fā)動機E的空氣量進行調(diào)節(jié)的進氣門17。
[0035]從發(fā)動機E排出的廢氣，從排氣歧管18排出至渦輪增壓器11的渦輪19并且驅(qū)動渦輪19，并向排氣管20排氣。
[0036]在進氣歧管16和排氣歧管18上連接有EGR管12，在EGR管12上連接有用于對從排氣歧管18到進氣歧管16的廢氣進行冷卻的EGR冷卻器21，并且連接有調(diào)節(jié)EGR量的EGR 閥 22。
[0037]廢氣后處理裝置10構成為，在渦輪19下游側(cè)的排氣管20上設置有排氣管噴射器23，在該排氣管噴射器23下游側(cè)的排氣管20上所形成的罐裝容器24內(nèi)，依次罐裝有D0C25、NOx吸藏還原型催化劑26、以及DPF27。
[0038]在D0C25的上游側(cè)設置有入口側(cè)NOx傳感器28，在NOx吸藏還原型催化劑26的入口側(cè)設置有廢氣溫度傳感器29，在NOx吸藏還原型催化劑26的出口側(cè)設置有出口側(cè)NOx傳感器30。
[0039]通過E⑶32對發(fā)動機E進行運轉(zhuǎn)的整體控制。在E⑶32中形成有NOx吸藏還原型催化劑26的吸藏還原脫硫控制單元33、理想NOx吸藏量計算單元34、以及實際NOx吸藏量計算單元35。
[0040]吸藏還原脫硫控制單元33進行在空燃比稀狀態(tài)下進行NOx吸藏的吸藏循環(huán)、以及在NOx吸藏率降低時通過排氣管噴射器23脈沖地噴射燃料HC而在空燃比濃狀態(tài)下進行NOx還原凈化的濃還原循環(huán)，并且，在反復進行吸藏循環(huán)和濃還原循環(huán)的期間，在NOx吸藏還原型催化劑26由于硫磺而中毒而NOx吸藏率降低時，將廢氣溫度提高至700°C而進行S清除。該S清除為，例如在對DPF27的PM進行了再生緊后進行，對發(fā)動機E的燃料噴射量進行控制并且對由噴射器進行的后噴射等多級噴射進行控制，并且對從排氣管噴射器23噴射的燃料HC進行控制，將廢氣溫度提高至700°C，對吸藏于NOx吸藏還原型催化劑26的SOx進行脫硫。
[0041]S卩，DPF27的再生為，在向DPF27堆積的PM堆積量蓄積了規(guī)定量而DPF27前后的差壓達到一定時、或者在行駛了規(guī)定的行駛距離時，ECU32進行PM的自動再生控制，在進行PM再生時，進行后噴射、基于排氣管噴射器23的燃料噴射而將廢氣溫度提高至600°C，由此使向DPF27堆積的PM燃燒，使廢氣溫度變高(約600 °C )，由于在濃禁止的情況下進行該PM再生，因此在PM再生結(jié)束之后，接著通過