[发明专利]具有氮氧化物吸收还原型催化剂的废气净化装置

说明书

本发明涉及一种具有氮氧化物吸收还原型催化剂(NOx吸收还原型催化剂)的废气净化装置，在内燃机排放气体的空气燃烧比稀(lean)时吸收NOx，在浓(rich)时放出并还原NOx，以净化排放气体中的氮氧化物(NOx)。

更具体地讲，本发明涉及一种废气净化装置，具有NOx吸收还原型催化剂和NOx传感器，在稀空燃比燃烧发动机运转中，使用NOx传感器的检测值，同时在适当期间对NOx吸收还原型催化剂进行再生处理，可适用于所有稀空燃比燃烧车辆。

作为改善汽油发动机油耗性能的技术，稀空燃比燃烧(稀薄燃烧)方式很有效，在这种方式下，因排放气体中含有很多氧气，用以往技术所采用的三元催化剂不能充分净化NOx，为此，目前进行了即使在过氧环境下也能净化NOx的催化剂的开发。

作为其结果，最近，开发出了NOx吸收还原型催化剂，在稀空燃比燃烧区域将NOx吸收并保持于钡(Ba)等碱性元素中，而在过浓的空气燃烧比下，脱离并还原该吸收的NOx，这种催化剂业已商品化。

作为这种以往技术的NOx吸收还原型催化剂的一例，正如日本特许公报第2600492号公报所记载的，为具有NOx吸收物质的NOx吸收还原型催化剂，这种NOx吸收还原型催化剂的载置层表面中活性金属的配置和NOx的还原净化机制如图4所示。

NOx吸收还原型催化剂2是在形成于载体6上、由多孔质沸石或氧化铝(Al2O3)等多孔质涂覆材料形成的载体载置层5中，载持有具有氧化催化剂功能的铂(Pt)等催化剂活性金属3和有NOx吸收功能的钾(K)、钡(Ba)、镧(La)等NOx吸收物质(R)4，通过排放气体中的氧浓度和一氧化碳浓度，发挥NOx吸收和NOx放出以及净化这两种功能。

在该NOx吸收还原型催化剂2中，如通常的柴油发动机或稀薄燃烧的汽油发动机等那样，在排放气体中含有氧气(O₂)的稀薄空气燃烧比的运转条件下，如图4(a)所示，排放气体中的一氧化氮(NO)通过该排放气体中的氧气，经过铂等催化剂金属3的氧化功能，氧化形成二氧化氮(NO₂)。于是，作为NOx吸收物质的钡4以硝酸盐(例如Ba(NO₃)₂)等形式吸收该二氧化氮，所以能够净化排放气体中的NOx。

但是，这种状态如继续，则具有NOx吸收功能的钡4由于全部转化为硝酸盐，失去了NOx吸收功能，所以，改变发动机的运转条件，在空气燃烧比为理论空气燃烧比和接近理论空气燃烧比的富空气燃烧比情况下，排放气体中的氧气(O₂)产生接近零的高温的所谓富强化(リシチスパィク)气体的排放气体，并将该排放气体输送至NOx吸收还原型催化剂2中。

如图4(b)所示，因这种排放气体，排放气体中无氧气(O₂)生成，温度上升时，吸收NOx的硝酸盐还原成原有的钡(Ba)，放出二氧化氮(NO₂)。由于排放气体中不存在氧气，所放出的二氧化氮(NO₂)在持有氧化功能的铂(Pt)等催化剂金属3上，将排放气体中的一氧化碳(CO)、碳化氢(HC)、氢气(H₂)等作为还原剂，还原并净化成水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)。

NOx吸收还原型催化剂在通常运转时，稀燃烧运转条件和恢复NOx吸收功能的富燃烧运转条件(富强化)反复进行，进行NOx吸收以及放出和净化，继续净化发动机排出的NOx。

此外，由于因这种NOx还原，过浓空气燃烧比引起的富强化造成油耗提升，有必要将该富强化的导入限制为最小。另外，在靠定时器定期导入富强化的方法中，NOx排出量根据发动机转速、负荷而有较大变化，因此这不是一种有效方法。

为此，在以往技术中，在称作ECM(发动机控制用计算机)的控制装置中，根据图5所示的控制流程，通过所输入的负载和发动机转速，由预先输入的NOx浓度图表，用各时刻的NOx浓度和吸入空气量(Q)计算发动机每个运转状态下的NOx排出量(NOxc)，并加以累计，该NOx的累计值(NOxmass)一旦达到规定的极限值(第1判定值：NOxSL)，进行导入富强化的控制。

但是，在以往技术中，尽管催化剂的NOx吸收量随着催化剂劣化而减少，但由于将规定的极限值(第1判定值：NOxSL)固定来进行控制，因此存在着不能在最适当时间导入富强化的问题。