[发明专利]废气净化方法及废气净化系统

说明书

技术领域

本发明涉及具有对内燃机的废气中的NOx(氮氧化物)进行还原净化的NOx吸藏还原型催化剂的废气净化方法以及废气净化系统。

背景技术

对于用于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，进行了多种研究及提案。其中之一，有作为柴油机用的NOx降低催化剂的NOx吸藏还原型催化剂。通过使用该NOx吸藏还原型催化剂可有效净化废气中的NOx。

该NOx吸藏还原型催化剂由整体式蜂窝等形成。在该整体式蜂窝的由堇青石或不锈钢形成的构造材料的载体上形成多个多边形的小室(cell)。在该小室的壁面上设置由氧化铝(Al₂O₃)或沸石形成的作为催化剂载持层的多孔质的催化剂涂层。在该催化剂涂层的表面上载持具有氧化功能的载持贵金属(催化剂活性金属)、和具有NOx吸藏功能的NOx吸藏材料(NOx吸藏物质；NOx吸藏剂；NOx吸收剂)。载持贵金属有铂(Pt)等。并且，NOx吸藏材料由下述物质中的几种形成：钾(K)、钠(Na)、锂(Li)、铯(Cs)等碱金属；钡(Ba)、钙(Ca)等碱土族金属；以及镧(La)、钇(Y)等稀土类等。通过该构成，根据废气中的氧浓度的不同，发挥NOx吸藏和NOx放出·净化的两个功能。

并且，在该NOx吸藏还原型催化剂中，在通常运转时由催化剂金属吸藏NOx。并且，当吸藏能力接近饱和时，在适当时使流入的废气的空燃比为浓空燃比，从而使吸藏的NOx放出，并且通过催化剂的三效功能还原该放出的NOx。

更详细地说，在如通常的柴油机、稀薄燃烧汽油机等的废气中含有氧气(O₂)那样的废气的空燃比为稀空燃比状态的情况下，通过废气中所含有的氧气并通过载持贵金属的氧化催化剂功能将从发动机排出的一氧化氮(NO)氧化为二氧化氮(NO₂)。并且，将该二氧化氮以硝酸盐的形式吸藏在具有NOx吸藏功能的钡等NOx吸藏材料中，从而净化NOx。

但是，当这种状态持续时，具有NOx吸藏功能的NOx吸藏材料全部变化为硝酸盐而失去NOx吸藏功能。因此，改变发动机的运转条件、或者向排气通路中进行燃料喷射，从而制出过浓燃烧废气(浓强化气体)并送到催化剂。该过浓燃烧废气为在废气中不存在氧气、一氧化碳(CO)浓度高、排气温度也高的废气。

并且，当使废气成为在废气中没有氧气、一氧化碳浓度高、废气温度上升的浓空燃比状态时，吸藏了NOx的硝酸盐放出二氧化氮并返回原本的钡等。由于废气中不存在氧气，因此通过载持贵金属的氧化功能，并将废气中的一氧化碳、烃(HC)、氢气(H₂)作为还原剂，将该放出的二氧化氮还原净化为氮气(N₂)。

为此，例如在日本特开平6-336916号公报中所记载的，在具有NOx吸藏还原型催化剂的废气净化系统中，当NOx吸藏推定量达到NOx吸藏饱和量时，通过进行使废气的空燃比变浓、并使流入的废气的氧浓度降低的NOx吸藏能力恢复用的浓空燃比控制(リ一チ制御)，由此使吸收的NOx放出，并进行通过贵金属催化剂使该放出的NOx还原的再生操作。

在该NOx吸藏还原型催化剂的NOx吸藏能力恢复用的再生控制中，需要使流入的废气的空燃比为理论空燃比以下。但是，由于在通常的柴油燃烧中氧气过多，所以为了成为几乎没有氧气的浓空燃比，需要实施EGR的空气量的减少、增加燃料量或者上述两者。

在该浓空燃比控制中，有吸气系统浓空燃比控制和燃料系统浓空燃比控制。在吸气系统浓空燃比控制中，有通过打开EGR阀从而吸入EGR气体来减少新鲜空气量的浓空燃比控制、还有通过节流吸气阀来减少新鲜空气量的浓空燃比控制等。在燃料系统浓空燃比控制中，有气缸内喷射中的后喷射等的气缸内喷射浓空燃比控制、和向排气管直接供给燃料的排气管内喷射浓空燃比控制。另外，在本发明中使用EGR浓空燃比控制，即在打开EGR阀的同时也进行吸气节流，从而更多地吸入EGR气体。

并且，通常在排气温度为大约300℃以下时，从可以防止燃料量的增加的燃料消耗率的恶化等理由出发，进行EGR浓空燃比控制。该EGR浓空燃比控制是通过回流大量EGR气体来减少空气量从而使废气为浓空燃比的控制，并且是仅在低负载区可实施的控制，该低负载区是废气温度低、即使回流大量EGR黑烟的恶化也较少的区域。