NOx净化系统的NOx催化剂再生方法和NOx净化系统

技术领域

本发明涉及一种NOx净化系统的NOx催化剂再生方法和NOx净化系统，它是用直接还原型NOx催化剂将内燃机排出的废气中的NOx(氮氧化物)净化的。

背景技术

有关从汽车的内燃机或安置式内燃机等的废气中将NOx还原而加以除去的催化剂型废气净化装置，有过种种研究和提案，特别是为了将汽车等的废气进行净化，而使用NOx吸附还原型催化剂或三元催化剂等。

在将这种NOx吸附还原型催化剂配置在内燃机的排气通路中的内燃机的废气净化装置中，进行再生操作，即、在流入的废气的空燃比是稀时，使NOx吸附还原型催化剂吸收NOx，当NOx吸收能力接近饱和时，使流入的废气的氧浓度降低，通过使废气的空燃比成为理论空燃比或浓混合比状态，由此使吸收的NOx排出，以使NOx吸收能力恢复，而且由并设的贵金属催化剂使被排出的NOx还原。

在该NOx吸附还原型催化剂中，催化剂载体上载持有白金(Pt)等贵金属催化剂和钡(Ba)等碱土类等NOx吸收剂，在高氧浓度气氛下，由白金等催化剂的作用，废气中的NO被氧化成为NO₂，以NO₃-形式在催化剂内扩散，并且以硝酸盐的形式被吸收。

而且，当空燃比变成浓混合比、氧浓度降低时，使NO₃^-以NO₂的形式被排出，由包含在废气中的未燃的HC、CO或H₂等还原剂，接受白金等催化剂作用，而将NO₂还原成N₂。由该还原作用就能阻止NOx排出到大气中。

这种NOx吸附还原型催化剂存在一个问题，即能吸收的NOx的量随着NOx吸收剂的温度会发生很大变化，因而设法根据废气温度，来改变NOx的吸收时间，以设定最合适的NOx吸收时间等。

(例如，参考专利文献1)

另一方面，还有与该NOx吸附还原型催化剂不同的、使NOx直接还原的催化剂(下面，称为直接还原型NOx催化剂)。该直接还原型NOx催化剂是β型沸石等载体载持有作为催化剂成份的铑(Rh)或钯(Pd)等金属。而且，混合铈(Ce)以减轻金属氧化作用，并有助于保持NOx还原能力，或在下层设置三元催化剂以促进氧化还原反应，特别是促进浓混合比状态下的NOx的还原反应，或者为了提高NOx的净化率，而在载体中加入铁(Fe)等。

该直接还原型NOx催化剂具有的优点是很少有被硫磺中毒的问题，在柴油机等内燃机的空燃比为稀混合比状态的废气那样的高氧浓度的气氛中，将NOx直接还原成N₂，但是在进行这种还原时，由于O₂吸附在作为催化剂的活性物质的金属上，因而使还原性能恶化。

因此，为使废气的空燃比成为理论空燃比或浓混合比状态，需要使废气中的氧浓度大致成为O％的低状态，使催化剂的活性物质再生而活化。另外，该催化剂的再生与其他催化剂相比，即使在低的温度(譬如200℃以上)也能迅速进行。

因此，在将该直接还原型NOx催化剂设置在发动机的废气通路中的Nox净化系统中，为了充分发挥NOx的净化性能，在发动机工作中必需对通常运转中的稀混合比条件控制和催化剂再生用的浓混合比条件控制进行适当的转换。

专利文献1为日本专利公开公报特开平7-102954号公报(第2页、第3页)。

但是，在该直接还原型NOx催化剂中，即使进行浓混合比条件控制，在催化剂温度进入高温区域的场合下，当为了催化剂的再生而进行浓混合比条件控制时，反而使排出到大气中的NOx量增加，而且由于不能使催化剂再生，因而净化性能不能恢复，并且有引起燃料费用恶化的问题。

即、虽然该直接还原型NOx催化剂与NOx吸附还原型催化剂不同，不进行由化学结合而吸附NOx，但其是随着物理性吸附NOx的现象，使该NOx的吸附量与催化剂温度的关系成为如图3所示的关系。因此判定为即使是在浓混合比条件下，当催化剂温度进入高温区域时，由催化剂温度的上升而使NOx吸附量减少，减少的那份NOx被排出，由此使NOx排出量增加。

图4是表示以理论空燃比的浓混合比条件进行运转，并随着时间的经过而使催化剂出口的废气温度上升时的催化剂出口NOx浓度。由图4可见，尽管一定量的Nox被供给NOx催化剂，催化剂出口NOx的量是与催化剂出口废气温度的上升相对应地进行变化，当催化剂出口废气温度升高时，比从入口侧流入到直接还原型NOx催化剂的NOx量还多的NOx量从催化剂出口排出，特别是在420°以上时就显著增多。

发明的内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而作出的，其目的是提供一种NOx净化系统的NOx催化剂再生方法和NOx净化系统，它是用于使设置在发动机排气通路上的直接还原型NOx催化剂的NOx净化能力恢复的催化剂再生，在临时使废气成为浓混合比条件时，根据由催化剂温度检测机构检测的温度来判别是否转移到浓混合比条件控制，并且只在由催化剂温度检测机构检测的温度处于一定的温度范围内时，才向浓混合比条件控制转移，由此，能控制NOx向大气中的排出，能确实地使净化性能恢复。

为了达到上述目的而作出的本发明NOx净化系统的NOx催化剂再生方法，它是在排气通路中设有直接还原型NOx催化剂，在稀混合比条件时使NOx直接分解，而在浓混合比条件时被再生，其特征在于，由催化剂温度检测机构检测的温度在预定温度范围内时，禁止浓混合比条件控制。

而且，用于实施上述的NOx净化系统的NOx催化剂再生方法的NOx净化系统，是在排气通路中设有直接还原型NOx催化剂，在稀混合比条件时使NOx直接分解，而在浓混合比条件时被再生，其特征在于，具有催化剂温度检测机构；并设有控制装置，当由催化剂温度检测机构检测的温度在预定温度范围内时，进行禁止浓混合比条件的控制。

该直接还原型NOx催化剂，其构成是β型沸石等载体载持有作为催化剂成份的铑(Rh)和钯(Pd)等特殊金属。而且用于催化剂再生的浓混合比条件控制，可以用吸气节流阀等的吸气量控制、及后喷射等的燃料喷射控制或EGR控制等加以实施，上述预定温度范围是指由实验等方法求得的、从预先设定的数值或标定数据(マツプデ一タ)等求得的温度范围，比在400℃～500℃的范围内那样的预定的判定值还高的高温区域。

由催化剂温度检测机构确定的催化剂温度或废气温度的检测，可考虑用图2所示的将温度传感器配置在催化剂或排气通路里进行测定的方法、或者由发动机转数和加速踏板开度、参照预先经校验而设定的催化剂温度图或废气温度图而算出的方法等。

而且，根据该NOx净化系统的NOx催化剂再生方法和NOx净化系统，由于是将直接还原型NOx催化剂用于废气中的NOx的净化的NOx净化系统，在浓混合比条件控制时，能避开使催化剂出口的NOx浓度增大的催化剂温度范围，而进行浓混合比条件控制，因而能防止NOx向大气中排出，同时能高效地对废气中的NOx进行净化。而且，由于在浓混合比条件下、能确实地使直接还原型NOx催化剂再生，因而能防止燃料费用的恶化。

附图的简单说明

图1是表示本发明的实施方式的设有废气净化系统的发动机系统的图，该废气净化系统具有直接还原型NOx催化剂。

图2是表示本发明实施方式的控制流程图。

图3是表示保持浓混合比(リツチ)条件时的直接还原型NOx催化剂的特性的示意图。

图4是表示直接还原型NOx催化剂的催化剂温度和NOx吸附量的关系的示意图。