内燃机的排气气体净化系统、内燃机及内燃机的排气气体净化方法与流程

本发明涉及内燃机的排气气体净化系统、内燃机及内燃机的排气气体净化方法，更加详细地，涉及能够抑制稀燃nox捕集催化剂装置的热劣化、熔损、并且可靠地进行脱硫处理的内燃机的排气气体净化系统、内燃机及内燃机的排气气体净化方法。

背景技术：

一般，为了净化柴油引擎等内燃机的排气气体中含有的烃(hc)、一氧化碳(co)、氮氧化物(nox)及微粒状物质(pm)等净化对象成分，使用包括具有氧化催化剂装置(doc)、微粒捕集装置(csf、scrf等)、选择还原型催化剂装置(scr)、稀燃nox捕集催化剂装置(lnt)等各催化剂装置的排气气体净化装置的排气气体净化系统。

在排气通道中包括稀燃nox捕集催化剂装置(lnt)以对排气气体中含有的氮氧化物(nox)进行净化处理的排气气体净化系统中，在如稀燃净化或柴油引擎那样在排气气体中氧过多的稀燃状态时，暂时将nox吸收在稀燃nox捕集催化剂装置中，若nox吸收量增多而吸收不尽并向下游侧泄露的量增加，定期进行将排气气体设为浓燃空燃比的浓燃控制，使已在稀燃nox捕集催化剂装置中吸收的nox放出并还原。反复进行该吸收及还原的动作，成为维持稀燃nox捕集催化剂装置的nox净化率的机构。

已知该稀燃nox捕集催化剂装置存在nox的吸收容量减少这样的硫磺中毒的问题，这是由燃料或引擎机油的一种成分即排气气体中含有的硫磺(s)也与nox的吸收同样地被吸收所导致的。因此，定期地将排气气体升温而高温化到600℃左右，并且，向浓燃环境转移，进行在高温的浓燃环境中使已在稀燃nox捕集催化剂装置中吸收的硫磺脱离的脱硫控制(s净化控制)。

稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制存在如下风险：排气气体越是高温且空气过剩率(λ)越低，其脱硫效率越提高，但是稀燃nox捕集催化剂装置的热劣化、熔损越进展。因此，通常，保持抑制热劣化、熔损与恢复硫磺中毒的平衡，在最能够维持排气气体中含有的nox的净化率的脱硫处理条件下进行脱硫控制。

与此相关，例如，如日本申请的特开2010-144557号公报所记载的那样，提出了一种排气气体净化系统及排气气体净化方法，在内燃机的排气气体净化系统中，抑制通过了nox吸收还原型催化剂的排气气体向dpf或向带有催化剂的dpf的流量，从而一边将pm再生温度维持为合适温度，一边同时并行进行nox吸收还原型催化剂的脱硫控制与dpf或带有催化剂的dpf的pm再生处理。

然而，因为稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制需要某种程度的时间，所以在脱硫控制的途中，如引擎运转状态脱离能进行脱硫控制的运转范围、或者引擎被停止，则脱硫控制将被中止或中断。通常，该脱硫控制因为需要排气气体的高温化，所以与微粒捕集装置(csf、scrf等)的pm再生控制同时被进行的情况较多，因此，在中止或中断了脱硫控制的情况下，脱硫控制将被延期到下次的pm再生控制。

此时，存在如下风险：由于硫磺蓄积量比脱硫控制完成了的情况下多，因此即使进行下次的脱硫控制，也不能将已蓄积的硫磺充分脱硫，而在nox吸收容量减少了与残留的硫磺量对应的量的状态下进行nox净化，所以nox净化率会降低。

例如，在每当能将净化率维持在最高状态的xmg时进行tx℃的脱硫控制的情况下，在脱硫控制从最初失败的情况下，直到下次的脱硫控制之前硫磺蓄积到ymg(>xmg)，即使下次的脱硫控制完成，也不能完全脱硫净尽，硫磺剩余，nox净化率降低。

也就是说，如图5中示意性地表示硫磺蓄积量(硫磺残留量)为xmg(s＝s1)时、与(y＝2×x)mg(s＝s2)时的lnt催化剂温度与nox净化率的关系那样，在与s＝s1相比硫磺蓄积量多的s＝s2的情况下，在lnt催化剂温度较低的范围内nox显著降低。另一方面，虽然在lnt催化剂温度较高的范围内nox逆转，但是因为lnt催化剂温度较高，所以催化剂的热劣化会进展。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本申请的特开2010-144557号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

本发明人发现，在进行内燃机的排气气体系统所包括的稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制时，因为脱硫控制中的脱硫温度越高则脱硫量越多，所以通过计算每次脱硫控制的硫磺蓄积量从而使上次的脱硫控制是否被中止或中断得到反映，通过对应该硫磺蓄积量地设定脱硫温度，从而即使在脱硫控制被中止或中断而硫磺蓄积量增多时，也能够可靠地进行脱硫处理而能够抑制硫磺中毒所导致的nox净化率的降低，并且，因为在硫磺蓄积量较少时能够降低脱硫温度，所以也能够抑制催化剂的热劣化。

本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于，提供一种内燃机的排气气体净化系统、内燃机及内燃机的排气气体净化方法，在进行内燃机的排气气体系统所包括的稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制时，能够抑制稀燃nox捕集催化剂装置的热劣化、熔损，并且，可靠地进行脱硫处理，能够进行鲁棒性优良的脱硫控制，由此，能够维持较高的nox净化率。

用于解决课题的手段

用于达到上述目的的本发明的内燃机的排气气体净化系统在内燃机的排气通道中包括稀燃nox捕集催化剂装置；控制该排气气体净化系统的控制装置被构成为：将作为进行上述稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制时的目标温度的脱硫温度、与被蓄积在上述稀燃nox捕集催化剂装置中的硫磺蓄积量对应地进行设定。

根据该构造，在进行稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制时，通过考虑是否由于内燃机的停止等导致了上次的脱硫控制被中止来计算稀燃nox捕集催化剂装置的硫磺蓄积量，并根据该计算出的硫磺蓄积量来设定脱硫温度，从而能够进行鲁棒性优良的脱硫控制，能够持续抑制稀燃nox捕集催化剂装置的热劣化、熔损，并且，可靠地进行脱硫处理，能够维持nox净化率。

此外，在上述的内燃机的排气气体净化系统中，上述控制装置被构成为包括：硫磺吸收量计算部件，其对在上述内燃机的通常运转时流入到上述稀燃nox捕集催化剂装置中并被吸收的硫磺量进行累计，从而计算硫磺吸收量，硫磺脱硫量计算部件，其对在脱硫控制时被从上述稀燃nox捕集催化剂装置中脱离的硫磺量进行累计，从而计算硫磺减少量，硫磺蓄积量计算部件，其从由上述硫磺吸收量计算部件计算出的硫磺吸收量中减去由上述硫磺脱硫量计算部件计算出的硫磺减少量，从而计算硫磺蓄积量，脱硫温度计算部件，其根据由该硫磺蓄积量计算部件计算出的硫磺蓄积量，基于表示硫磺蓄积量与作为脱硫控制时的目标温度的脱硫温度的关系的数据库，计算脱硫控制时的脱硫温度，以及脱硫控制实施部件，其对排气气体进行升温控制，以使排气气体的温度达到由上述脱硫温度计算部件计算出的脱硫温度；若这样构成，则能够在计算稀燃nox捕集催化剂装置的硫磺蓄积量的同时，进行脱硫温度的设定。

此处，上述的所谓内燃机的通常运转是指，不进行用于恢复稀燃nox捕集催化剂装置的硫磺中毒的脱硫控制、和用于恢复nox吸收能力的nox再生控制时的引擎的运转(也含停止)。

此外，用于达到上述目的的本发明的内燃机被构成为，包括上述的内燃机的排气气体净化系统，能够起到与上述的内燃机的排气气体净化系统同样的作用效果。

此外，用于达到上述目的的本发明的内燃机的排气气体净化方法是在内燃机的排气通道中包括稀燃nox捕集催化剂装置的内燃机的排气气体净化方法，其特征在于，将作为进行上述稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制时的目标温度的脱硫温度、与被蓄积在上述稀燃nox捕集催化剂装置中的硫磺蓄积量对应地进行设定。

此外，在上述的内燃机的排气气体净化方法中，被构成为包括如下步骤：对在上述内燃机的通常运转时流入到上述稀燃nox捕集催化剂装置中并被吸收的硫磺量进行累计，从而计算硫磺吸收量的硫磺吸收量计算步骤，对在脱硫控制时被从上述稀燃nox捕集催化剂装置中脱离的硫磺量进行累计，从而计算硫磺减少量的硫磺脱硫量计算步骤，从在上述硫磺吸收量计算步骤中计算出的硫磺吸收量中减去在上述硫磺脱硫量计算步骤中计算出的硫磺减少量，从而计算硫磺蓄积量的硫磺蓄积量计算步骤，根据由该硫磺蓄积量计算步骤计算出的硫磺蓄积量，基于表示硫磺蓄积量与作为脱硫控制时的目标温度的脱硫温度的关系的数据库，计算脱硫控制时的脱硫温度的脱硫温度计算步骤，以及对排气气体进行升温控制，以使排气气体的温度达到由上述脱硫温度计算步骤计算出的脱硫温度的脱硫控制实施步骤。

根据这些方法，能够起到与上述的内燃机的排气气体净化系统同样的作用效果。

发明效果

根据本发明的内燃机的排气气体净化系统、内燃机及内燃机的排气气体净化方法，在进行稀燃nox捕集催化剂装置的脱硫控制时，考虑是否由于内燃机的停止等导致了上次的脱硫控制被中止来计算稀燃nox捕集催化剂装置的硫磺蓄积量，并根据该计算出的硫磺蓄积量来设定脱硫温度，因此，能够抑制稀燃nox捕集催化剂装置的热劣化、熔损，并且，可靠地进行脱硫处理，能够进行鲁棒性优良的脱硫控制，由此，能够维持较高的nox净化率。

附图说明

图1是示意性地表示包括本发明的实施方式的内燃机的排气气体净化系统的内燃机的构造的图。

图2是表示控制装置的构造的图。

图3是表示本发明的实施方式的内燃机的排气气体净化方法的控制步骤的图。

图4是示意性地表示硫磺蓄积量与脱硫温度的关系的图。

图5是示意性地表示与稀燃nox捕集催化剂装置的硫磺蓄积量的差对应的，稀燃nox捕集催化剂装置温度与nox净化率的关系的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式的内燃机的排气气体净化系统、内燃机及内燃机的排气气体净化方法。另外，本发明的实施方式的内燃机被构成为包括本发明的实施方式的内燃机的排气气体净化系统，能够起到与下述内燃机的排气气体净化系统所起到的作用效果同样的作用效果。

首先，参照图1，说明本发明的实施方式的内燃机(以下称为引擎)10和内燃机的排气气体净化系统20。在该引擎10中，面对气缸(cylinder)10a设有燃料喷射装置11、进气门12、以及排气门13，进而，设有与进气门12连通的进气通道14、与排气门13连通的排气通道15、以及egr通道16。

在该进气通道14中，由上游侧起按顺序设有空气过滤器17、涡轮增压机(涡轮式增压器)18的压缩机18b、中冷器19a、吸入节气门19b，此外，在排气通道15中，由上游侧起按顺序设有涡轮增压机18的涡轮18a、排气气体净化装置21。此外，egr通道16被设为连接比压缩机18b靠下游的进气通道14和比涡轮18a靠上游的排气通道15，在该egr通道16中，由上游侧起按顺序设有egr冷却器16a、egr阀16b。

而且，被从大气中导入的新气体a根据需要，随着由egr通道16流入到进气通道14中的排气气体(egr气体)ge，经由进气门12被送往气缸(cylinder)10a。此外，在气缸10a中产生的排气气体g经由排气门13向排气通道15流出，其中的一部分作为egr气体ge向egr通道16流动，剩余的排气气体ga(＝g－ge)经由涡轮18a流入到排气气体净化装置21，被净化后，作为已被浄化的排气气体gc经由消音器(无图示)、尾管(无图示)被放出到大气中。

此外，排气气体净化系统20的排气气体净化装置21在该图1的构造中被构成为，包括氧化催化剂装置(doc)22、微粒捕集装置(csf)23、稀燃nox捕集催化剂装置(lnt)24及后级氧化催化剂装置(doc)25等催化剂装置。另外，有的情况下，也颠倒微粒捕集装置23和稀燃nox捕集催化剂装置24的配置顺序，即，按氧化催化剂装置22、稀燃nox捕集催化剂装置24、微粒捕集装置23、后级氧化催化剂装置25的顺序，将各催化剂装置设置在排气气体净化装置21中。

此外，在氧化催化剂装置22的上游侧的排气通道15中，配置有将未燃燃料向排气通道15内喷射的燃料喷射装置26，在针对稀燃nox捕集催化剂装置24的nox再生控制、针对氧化催化剂装置22和稀燃nox捕集催化剂装置24的硫黄净化控制、针对微粒捕集装置23的pm再生控制等的排气气体升温控制时，向排气通道15内喷射未燃燃料。通过该喷射，将作为未燃燃料的烃在氧化催化剂装置22等中氧化，从而通过该氧化热升温排气气体ga。通过该排气气体ga的升温或烃在各催化剂装置22、23、24中的燃烧所导致的升温，使稀燃nox捕集催化剂装置24升温到吸收nox的放出及还原的温度区域，或者使微粒捕集装置23升温到pm能燃烧的温度区域，或者使氧化催化剂装置22和稀燃nox捕集催化剂装置24升温到能脱硫的温度区域。由此，恢复各催化剂装置22、23、24的排气气体净化能力。

此外，在氧化催化剂装置22的上游侧(入口侧)的排气通道15中，配置有对流入到氧化催化剂装置22中的排气气体ga的温度进行检测的第1温度传感器31，此外，在稀燃nox捕集催化剂装置24的上游侧的排气通道15中，配置有对流入到稀燃nox捕集催化剂装置24中的排气气体ga的温度进行检测的第2温度传感器32，此外，在氧化催化剂装置22与微粒捕集装置23之间的排气通道15中，配置有对从氧化催化剂装置22流出并流入到微粒捕集装置23中的排气气体ga的温度进行检测的第3温度传感器33。

在对排气气体ga进行升温控制以进行稀燃nox捕集催化剂装置24的脱硫控制时，作为在该排气气体ga的升温控制中成为被以设为控制目标的脱硫温度的方式控制的控制对象的检测温度，虽然通常使用由第2温度传感器32检测的温度，但是也可以在稀燃nox捕集催化剂装置24的下游侧设置温度传感器(无图示)，并使用由该温度传感器检测的温度，或者，也可以使用由该温度传感器检测的温度和由第2温度传感器32检测的温度的平均值的温度。

进而，在排气气体净化装置21的下游侧配置有对排气气体ga的空气过剩率λ或氧浓度的λ进行计测的传感器34或氧浓度传感器(无图示)。该λ传感器或氧浓度传感器也可以配置在排气气体净化装置21的上游侧，此外，还可以配置在排气岐管上。

此外，在稀燃nox捕集催化剂装置24的上游侧的排气通道15中，配置有对流入到稀燃nox捕集催化剂装置24中的排气气体ga的nox浓度d进行检测的nox浓度传感器35。另外，通过某些现有技术的方法，在能够推定流入到稀燃nox捕集催化剂装置24中的排气气体ga的nox浓度d的情况下，不一定需要配置该nox浓度传感器35。

此外，设置有控制本发明的内燃机的排气气体净化系统20的控制装置40。该控制装置40通常装入在控制引擎10整体的运转状态的引擎控制单元(ecu)中而构成，但是也可以独立设置。

而且，在本发明的实施方式的内燃机的排气气体净化系统20中，控制该排气气体净化系统20的控制装置40如图2所示被构成为，包括硫磺吸收量计算部件41、硫黄脱硫量计算部件42、硫磺蓄积量计算部件43、脱硫温度计算部件44、脱硫控制实施部件45等。

该硫磺吸收量计算部件41，是通过累计在引擎10的通常运转时流入到稀燃nox捕集催化剂装置24中并被吸收的硫黄量so以计算硫磺吸收量σso的部件。所谓该引擎10的通常运转是指，不进行用于恢复稀燃nox捕集催化剂装置24的硫磺中毒的脱硫控制和用于恢复nox吸收能力的nox再生控制时的引擎10的运转(也含停止)。

此外，硫黄脱硫量计算部件42是通过累计脱硫控制时被从稀燃nox捕集催化剂装置24脱离的硫黄量sd以计算硫黄减少量σsd的部件。此外，硫磺蓄积量计算部件43是从由硫磺吸收量计算部件41计算出的硫磺吸收量σso中，减去由硫黄脱硫量计算部件42计算出的硫黄减少量σsd以计算硫磺蓄积量sa的部件。

而且，作为本发明的中心的脱硫温度计算部件44是根据由硫磺蓄积量计算部件43计算出的硫磺蓄积量sa，基于表示硫磺蓄积量sa与作为脱硫控制时的目标温度的脱硫温度tt的关系的数据库，计算脱硫控制时的脱硫温度tt的部件。

该硫磺蓄积量sa与脱硫温度tt的关系预先基于实验结果等被设定，被以控制用的数据映射那样的形式存储在控制装置40中。硫磺蓄积量sa与脱硫温度tt的关系例如如图4所示，在硫磺蓄积量sa较少时，脱硫温度tt较低，在硫磺蓄积量sa较多时，脱硫温度tt增高。

另外，因为由于稀燃nox捕集催化剂装置24的耐热性的方面而存在升温的上限，所以对脱硫控制时的脱硫温度tt设置考虑了该耐热性的上限值ttmax(例如，650℃～700℃)。

而且，脱硫控制实施部件45是为使排气气体ga的温度达到由脱硫温度计算部件44计算出的脱硫温度tt而对排气气体进行升温控制的部件，作为该脱硫控制，使用周知的方法。

根据上述构造，在本发明中，控制装置40将作为进行稀燃nox捕集催化剂装置24的脱硫控制时的目标温度的脱硫温度tt与已被蓄积在稀燃nox捕集催化剂装置24中的硫磺蓄积量sa对应地设定。

其次，在本发明的实施方式的内燃机的排气气体净化方法s40中，如图2所示，被构成为包括硫磺吸收量计算步骤s41、硫黄脱硫量计算步骤s42、硫磺蓄积量计算步骤s43、脱硫温度计算步骤s44、脱硫控制实施步骤s45等。

该硫磺吸收量计算步骤s41为累计在引擎10的通常运转时流入到稀燃nox捕集催化剂装置24中并被吸收的硫黄量so以计算硫磺吸收量σso的步骤，硫黄脱硫量计算步骤s42为累计在脱硫控制时被从稀燃nox捕集催化剂装置24中脱离的硫黄量sd以计算硫黄减少量σsd的步骤。此外，硫磺蓄积量计算步骤s43为从由硫磺吸收量计算步骤s41计算出的硫磺吸收量σso中，减去由硫黄脱硫量计算步骤s42计算出的硫黄减少量σsd以计算硫磺蓄积量sa的步骤。

此外，脱硫温度计算步骤s44为根据由硫磺蓄积量计算步骤s43计算出的硫磺蓄积量sa，基于表示硫磺蓄积量sa与作为脱硫控制时的目标温度的脱硫温度tt的关系的数据库，计算脱硫控制时的脱硫温度tt的步骤，脱硫控制实施步骤s45是为使排气气体ga的温度达到由脱硫温度计算步骤s44计算出的脱硫温度tt而对排气气体进行升温控制的步骤，作为该脱硫控制，使用周知的方法。

根据上述的方法的构成，本发明的内燃机的排气气体净化方法s40为如下方法：将作为进行稀燃nox捕集催化剂装置24的脱硫控制时的目标温度的脱硫温度tt与已蓄积在稀燃nox捕集催化剂装置24中的硫磺蓄积量sa对应地进行设定。

在上述的内燃机的排气气体净化系统20及内燃机的排气气体净化方法s40中，在稀燃nox捕集催化剂装置24的脱硫控制中，在脱硫控制开始时，计算硫磺蓄积量sa，将根据该硫磺蓄积量sa决定的脱硫温度tt作为目标温度，为使排气气体的检测温度达到该脱硫温度tt，在预先设定的时间中进行包含排气气体升温控制的浓燃控制，并进行脱硫处理。

因此，在上次脱硫控制因引擎10的运转状态的变化等而中止或中断时，因为脱硫控制并未完成，所以硫磺蓄积量sa増加。此外，在因上次的脱硫控制中的引擎的运转状态而使排气气体温度降低而脱硫被抑制的情况下，硫磺的脱离所导致的硫黄减少量也会减少，硫磺蓄积量sa也会增加。在该情况下，因为下次的脱硫温度tt被设定得较高，所以脱硫被促进，硫磺的脱离所导致的硫黄减少量增多，硫磺蓄积量sa减少。

一方面，在因上次的脱硫控制中的引擎的运转状态而使排气气体温度升高而脱硫被进一步促进的情况下，硫黄的脱离所导致的硫黄减少量增多，硫磺蓄积量sa减少。在该情况下，因为下次的脱硫温度tt被设定得较低，所以脱硫的促进减弱，虽然硫黄的脱离所导致的硫黄减少量减少，但是因为硫磺蓄积量sa原本就少，所以能够使脱硫后的硫磺蓄积量sa成为目的值。而且，在该脱硫控制中，因为脱硫温度tt较低，所以能够减少在稀燃nox捕集催化剂装置24的催化剂中的热劣化。

根据上述的内燃机的排气气体净化系统20、内燃机10及内燃机的排气气体净化方法s40，在进行稀燃nox捕集催化剂装置24的脱硫控制时，考虑上次的脱硫控制是否被中止或中断等脱硫程度以计算稀燃nox捕集催化剂装置24的硫磺蓄积量sa，并通过根据该计算出的硫磺蓄积量sa来设定脱硫温度tt，从而能够进行鲁棒性优良的脱硫控制，能够抑制稀燃nox捕集催化剂装置24的热劣化、熔损，并且可靠地进行脱硫处理，能够维持nox净化率。

附图标记说明

10引擎(内燃机)

11燃料喷射装置

15排气通道

20排气气体净化系统

21排气气体净化装置

22氧化催化剂装置(doc)

23微粒捕集装置

24稀燃nox捕集催化剂装置(lnt)

25后级氧化催化剂装置(doc)

26燃料喷射装置

31第1温度传感器

32第2温度传感器

33第3温度传感器

34λ传感器

35nox浓度传感器

40控制装置

41硫磺吸收量计算部件

42硫黄脱硫量计算部件

43硫磺蓄积量计算部件

44脱硫温度计算部件

45脱硫控制实施部件

s41硫黄吸收量计算步骤

s42硫黄脱硫量计算步骤

s43硫黄蓄积量计算步骤

s44脱硫温度计算步骤

s45脱硫控制实施步骤

a新气体

g产生的排气气体

ga通过排气气体净化装置的排气气体

gc被净化处理过的排气气体

geegr气体