JP2000097016A

JP2000097016A - 排気濃度フィ―ドバック装置

Info

Publication number: JP2000097016A
Application number: JP31063799A
Authority: JP
Inventors: Minoru Osuga; 大須賀　　稔; Toshimichi Minowa; 利通箕輪; Nobuo Kurihara; 伸夫栗原; Takashige Oyama; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 1999-11-01
Publication date: 2000-04-04
Anticipated expiration: 2021-08-16
Also published as: JP3809547B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、酸化雰囲気でもＮＯｘを分解
することのできる触媒を用いた場合に、この触媒の最も
浄化効率の良い状態を作り出すことにある。【解決手段】ＮＯｘ分解触媒１は、排気中のＮＯｘ，Ｈ
Ｃの濃度がある定められた関係のときに、最も良くＮＯ
ｘ，ＨＣの両者とも浄化することができる。このため、
触媒前の排気のＮＯｘ，ＨＣの濃度がある定められた関
係になるようにする。このＮＯｘ，ＨＣの濃度を検出す
るためのセンサ７を触媒１のまえに設けている。また、
ＨＣ平滑部材８を設けて、ＨＣの時間的変動を平均化し
ている。【効果】本発明によれば、機関のどんな運転状態でもＮ
Ｏｘを効率良く浄化できるので、排気規制と燃費規制を
高レベルで同時に達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】内燃機関の排気ガスを浄化す
る排気浄化装置に関するもので、特に酸化雰囲気でもＮ
Ｏｘを分解することのできる触媒を用いた場合の制御法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置では、特開昭58−59331 号公
報に記載のように、炭化水素（ＨＣ）のみを検出して、
失火を防止するためにその値がある特定の値を超えない
ように空燃比を制御するものであり、本発明のように触
媒の浄化効率が良くなるように、複数の排気濃度を制御
するものではない。

【０００３】また、特開平2−91443号公報に記載のよう
に、理論空燃比へのフィードバックと過渡時のＣＯ検出
を組み合わせたものがある。しかし、過渡時のＣＯスパ
イク量を所定値に学習制御するものであり、触媒の浄化
効率を向上する手法に関しては考慮していない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸化
雰囲気でもＮＯｘを分解することのできる触媒を用いた
場合に、この触媒の最も浄化効率の良い状態を作り出す
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するに
は、触媒前の排気濃度をある特定の値にする装置と、触
媒の温度をある特定の範囲に保つ装置が必要である。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の一実施例を示
す。図においてＮＯｘ分解触媒１が排気管２に設けられ
ており、エンジン３から排出される排気を浄化する。こ
こでＮＯｘ分解触媒１は、浄化効率が良い温度範囲が限
られている。このため、本実施例では、適切な温度範囲
に制御するための加熱、冷却系４が設けられており、コ
ントロールユニット５の信号により動作するようになっ
ている。エンジン３が冷えているときは、加熱装置を動
作させて触媒１を加熱し、浄化効率の良い温度に制御す
る。また、エンジン３が暖機された後は、浄化効率の良
い温度になるように冷却する。このように、触媒１の温
度を制御すると、常に効率の良い状態に保つことができ
る。この温度制御を実現するために、触媒１の温度を温
度センサ６で検出し、この信号をコントロールユニット
５に入力している。

【０００７】ＮＯｘ分解触媒１は、排気中のＮＯｘ，Ｈ
Ｃの濃度がある定められた関係のときに、最も良くＮＯ
ｘ，ＨＣの両者とも浄化することができる。このため、
本実施例では、触媒前の排気のＮＯｘ，ＨＣの濃度があ
る定められた関係になるようにする。このため、ＮＯ
ｘ，ＨＣの濃度を検出するためのセンサ７を触媒１のま
えに設けている。また、ＮＯｘ，ＨＣの濃度は後述する
ように、空燃比と運転状態（回転数，負荷，温度）から
推定することができる。この場合は、センサ７は空燃比
を検出するセンサでよい。

【０００８】エンジンの排気（ＨＣ）は、排気弁の動作
に対応して時間的に変動している。このため、触媒１の
前のＨＣも時間的に変動してしまい、最適なＮＯｘ，Ｈ
Ｃの関係を保つことができなくなる。本発明では、ＨＣ
流動平滑部材８を設けて、ＨＣの時間的変動を平均化し
ている。また、噴射弁９から噴射される燃料の粒子を小
さくする（微粒化）ことによっても、排気のＨＣを平滑
化することができる。

【０００９】図２，図３に、ＮＯｘ分解触媒のＮＯｘ浄
化原理を示した。この触媒１は、酸素がある酸化雰囲気
でもＮＯｘを浄化することができる。図２に示したよう
に、触媒１の表面で始めにＨＣと酸素が爆発的に反応
し、酸素を触媒１表面から除去する。次に、図３のよう
に、ＮＯｘが触媒１の表面に選択的に吸着し、分解され
る。これにより、ＮＯｘとＨＣが同時に浄化される。次
にまた、触媒１の表面でＨＣと酸素が反応する。以上の
原理により、酸化雰囲気でもＮＯｘを除去できる。本発
明は、この触媒を効率良く動作させるための装置とその
制御法に関するものである。

【００１０】図４に、ＮＯｘ分解触媒の特性を示した。
図４は、ＮＯｘ，ＨＣの比（ＮＯｘ／ＨＣ）と浄化率の
関係を示した。ＮＯｘ／ＨＣが小さくＨＣが多い場合
は、ＮＯｘは全て浄化されるが、ＨＣが酸化されずに残
ってしまう。また、ＮＯｘ／ＨＣが大きくＮＯｘが多い
場合は、ＮＯｘが浄化されずに、残ってしまう。つま
り、ＮＯｘ，ＨＣの両者が共に浄化されるにはＮＯｘ／
ＨＣが最適な値になっている必要がある。具体的にはＮ
Ｏｘ／ＨＣ＝１.２〜０.７付近が最も良いことが実験で
確認できた。本発明では、このために排気ガス中の濃度
を制御する。また図５に、触媒の温度とＮＯｘの浄化率
の関係を示した。ある温度範囲以下でも、以上でも浄化
効率は低下する。このため、本発明では触媒の温度を、
加熱，冷却系を設けて制御する。

【００１１】次に図６に、排気中のガス濃度を検出する
ための、センサの一実施例を示した。本センサは、光の
吸収によりガス濃度を測定するものである。ある特定の
波長の光をだす発光素子１０と、受光素子１１があり、
排気ガスが通路１３を通ったときの受光素子１１の受光
量によりガス濃度を測定する。検出用の回路１２はセン
サの内部に設けた。排気は保護管１４の通路１５を通っ
てセンサ部に導かれる。センサ部のＡ−Ａ断面を図７に
示す。本実施例では、発光素子１０の光を複数の受光素
子１１ａ，１１ｂで受光する。ここでは、必要な波長の
光を検出するために、受光素子１１ａ，１１ｂのまえに
光フィルタ１６ａ，１６ｂを設けた。これは、例えばＮ
ＯｘとＨＣの吸収波長の光フィルタを設ける。図８に、
光の波長と透過率の関係を示す。例えば、λ₁はＮＯｘ
の吸収波長、λ₂がＨＣの吸収波長とすると、その波長
の光はガスに吸収され受光量が減少する。このため、受
光素子の出力を検出すれば、ガスの濃度がわかる。

【００１２】図９に、本センサの特性を示した。図９
は、ＨＣ，ＮＯｘ量と検出出力の関係を示した。ＨＣ，
ＮＯｘ量が減少すると、検出出力は減少する。本発明の
実施例では、ＮＯｘ／ＨＣを知りたいので、それぞれの
検出値の割算の結果を出力する回路の一実施例を図１０
に示す。光フィルタ１６ａ，１６ｂと受光素子１１ａ，
１１ｂを介したＮＯｘ，ＨＣそれぞれに対応した信号
が、アンプ１７ａ，１７ｂにより増幅される。これらの
信号を割算器１８に入力し、ＮＯｘ／ＨＣの信号を作
る。この信号を、マイクロコンピュータ５に入力し制御
に使用する。

【００１３】図１１に、空燃比と排気濃度の関係を示
す。従来の装置では、三元触媒を用いているので、制御
目標空燃比を（イ）の理論空燃比(Ａ／Ｆ＝１４.７）に
していた。本発明では、リーン空燃比でもＮＯｘを直接
分解できる触媒を用いているので、制御目標空燃比をリ
ーン空燃比に設定できる。本発明では、このリーン空燃
比において、ＮＯｘ／ＨＣが浄化効率の良い値になる空
燃比（ロ）に制御する。また、目標空燃比は、リーン燃
焼限界（ハ）より小さい空燃比とする。もし浄化効率の
良いＮＯｘ／ＨＣとなる空燃比が複数個有った場合は、
その中で最も大きい空燃比に制御する。

【００１４】図１２に、エンジンのＨＣ排出の原理と、
排出状況を示す。図１２に示したように、エンジンの燃
焼室２０内では、ヘッド２１とピストン２２の頭部に、
斜線で示したように燃料の液膜が付着する。この燃料液
膜が、未燃のまま排気管中に排出される。この時の排出
状況は、図１３に示したように、排気行程中の初期に、
（イ）に示すようにシリンダヘッド２１に付着した燃料
が多量に排出される、また、ピストン頭部に付着した燃
料は、（ロ）に示すように排気行程の後期に排出され
る。このように、ＨＣの排出は、排気行程中に変動して
しまう。このために、触媒前のＨＣ濃度が変動すると、
ＮＯｘ／ＨＣの値が大きく変動し触媒の浄化効率が低下
する。このＨＣの変動を平滑化する必要がある。

【００１５】ＨＣ排出量の変動を平滑化する手段を図１
４に示す。そして、この装置を触媒の上流に設けること
でＨＣ排出量の変動を抑制できるものである。図１４
は、排気管中にハニカム状の通路２３を設けて、ＨＣを
付着させて平滑化させる。図１５は、流路を変更させる
ような段違いの通路２４を、排気管中に設け、ＨＣが部
材に衝突して平滑化される。図１６は、ＨＣを吸着する
材料２５を排気管中に設ける構造である。例えばゼオラ
イト系の材料がある。これは、ＨＣが多量に排出され
る、低温時にはＨＣを吸着して、ＨＣ排出が少なくなる
暖機時には、ＨＣを徐々に脱着する。このため、ＨＣ排
出量が平滑化される。図１６に、エンジン始動直後のＨ
Ｃ状況を示した。始動直後は排気温度が低く、ＨＣ排出
量が多い。また、この時期は、ＮＯｘ排出量は少ないの
で、ＮＯｘ／ＨＣの値が最適とならずＮＯｘ分解触媒の
浄化効率が低下する。始動直後のＨＣ排出量を平滑化す
る必要がある。吸着材で用いた場合の効果を図１２に示
す。始動直後はＨＣが吸着されるので、排気管へのＨＣ
排出量は少ない。このため、ＮＯｘ／ＨＣを最適な状態
に保つことができる。この様に、吸着材はＨＣの平滑化
に有効である。

【００１６】図１８に、触媒温度の制御法を示す。図１
８は、始動直後の触媒温度の変化を示した。始動直後の
触媒温度は、エンジンが暖機されてないので、低く触媒
が活性化されず、排気浄化効率が悪い。また、エンジン
が高負荷で運転すると、排気温度が異常に高くなり触媒
の浄化効率が再び低下する。ＮＯｘ分解触媒などの、浄
化効率を良く保つには、最適な温度範囲に制御しなけれ
ばならない。本発明では、触媒温度を（イ）の点線のよ
うに制御して、常に効率のよい状態に保つことを目的と
した。その装置を図１９に示す。排気管２に、触媒１が
設けられている。この触媒は、例えば、金属担体に触媒
材料（例えば、Ｃｕゼオライト系）を担持したものであ
る。この金属担体に、電源３０により電流を供給して、
触媒１を電気加熱する。始動直後の低温時には、この電
気加熱により触媒１を最適な温度に加熱する。また、エ
ンジンが高負荷運転状態になったら、冷却水３１を循環
させ触媒を冷し最適な温度に制御する。冷却水３１の制
御は、触媒温度センサ６の信号により、冷却水配管系に
設けた電磁バルブ３２をＯＮ，ＯＦＦさせて行う。この
冷却水は、例えばラジエター３３，ファン３４により冷
却される。このように、加熱，冷却手段を制御して、触
媒の温度を浄化効率の最も良い温度に保つ。図２０に、
触媒前の排気濃度を最適な値に制御するためのフローチ
ャートを示した。初めにステップ２０で、機関の運転状
態をそれぞれのセンサからリードする。運転状態は、例
えば、回転数Ｎ，負荷としての吸入空気量Ｑａ，排気温
度Ｔｅ等である。次にステップ２０１でこの運転状態か
ら、制御する目標空燃比Ａ／Ｆを設定する。ステップ２
０２で目標空燃比になったら排気濃度センサの検出値を
リードする。次に、ステップ２０３でこの検出した実際
の濃度と、触媒の浄化効率が最適になる濃度を比較す
る。ステップ２０４で一致していない場合は、目標空燃
比を変更する。このようにして、排気濃度を常に最適な
値に制御することができる。

【００１７】図２１に、触媒温度を制御するための制御
フローを示す。ステップ２１０で触媒センサ６の検出値
をリードする。ステップ２１１でこの実際の温度が、目
標値になっていれば、フローを終わる。ステップ２１１
で目標値以外であれば、ステップ２１２で目標値より大
きいか、小さいかを判断し、大きい場合はステップ２１
３で冷却動作を開始する。また、目標値より小さい場合
は、ステップ２１４で加熱動作を開始する。この制御を
行うための装置の一例は、図１９に示した。図２２に、
別の実施例を示した。この例ではＮＯｘ分解触媒１の前
に酸化触媒４０と、排気管２に空気を導入する二次空気
制御弁４１を設けた。ＮＯｘ分解触媒１は前述したよう
に、ＮＯｘとＨＣの比が最適なときに浄化効率が最高に
なる。本実施例では、最適な比になるように、ＨＣ濃度
を制御する。酸化触媒４０は、空気がある酸化雰囲気で
は、ＨＣを酸化する。エンジンから排出されるＨＣ濃度
を、二次空気量を制御することにより酸化触媒４０で酸
化させ、ＮＯｘ分解触媒１まえのＨＣ濃度を最適な値に
する。酸化触媒４０前Ａと後Ｂの排気成分を、図２３，
図２４に示した。それぞれ、横軸は二次空気量Ｑａ₂で
縦軸は排気濃度である。酸素は、二次空気の中に含まれ
ているものである。酸化触媒４０前では、二次空気量を
増加してもＮＯｘ，ＨＣは変化しない。酸化触媒４０後
では、二次空気量の増加とともに、ＨＣ濃度のみが変化
する。勿論、二次空気中の酸素も変化する。このよう
に、二次空気量を変化させることにより、ＨＣ濃度が制
御できる。ここで図２４に示すようにＮＯｘ／ＨＣの値
が最適になる、（イ）の領域が制御の目標値である。こ
この二次空気量になるように、マイクロコンピュータ５
により、制御弁４１が制御される。制御量の決定は、排
気濃度センサ７の信号に基づいて行われる。センサ７が
検出したＨＣ量に応じて導入する二次空気量を決定し、
制御弁４１を動作させる。センサ７は、酸化触媒４０と
ＮＯｘ分解触媒１の間でもよい。この場合は、ＮＯｘ／
ＨＣの値が最適になっているか検証しながら制御弁４１
を制御する、いわゆるフィードバック制御となる。以上
のような動作は、エンジンの運転状態が、リッチでもリ
ーンでも有効である。

【００１８】図２５に、制御のフローを示す。初めに、
センサ７は、酸化触媒４０とＮＯｘ分解触媒１の間に設
けられている場合の例を示す。ステップ２５０で目標空
燃比に設定し、ステップ２５１でＮＯｘ／ＨＣ濃度を検
出する。ステップ２５２でこの値が所定値より大きい場
合は、ステップ２５３で二次空気量を減少させてＨＣ濃
度を増加させる。また、所定値より小さい場合は、ステ
ップ２５４で二次空気量を増加させる。尚、ステップ２
５１でのＮＯｘ／ＨＣの検出は、後に述べるように運転
状態からの推定でもよい。

【００１９】図２６に、ＮＯｘ／ＨＣ濃度の推定の方法
の一例を示した。図２６のように、エンジンの回転数と
負荷によってＮＯｘ／ＨＣの代表値を記憶しておく。こ
の値に図２７に示したように、排気温度をもとにした補
正係数をかけて実際の濃度比を求める。

【００２０】図２２に示した、酸化触媒４０による、Ｈ
Ｃ量の制御の変わりに、点火時期によりＨＣを変化させ
る方法を図２８に示す。図２８に示したように、点火時
期を小さくしてＴＤＣ（上死点）に近づけると、ＨＣ排
出量は低下する。これは、図２９に示したように、点火
時期（矢印）を（イ）のように遅らせると、燃焼がＴＤ
Ｃ後もつづき、燃焼室内のＨＣが燃やされるためにＨＣ
濃度が低下する。このように、点火時期を制御すること
によっても、ＨＣ濃度を制御でき、ＮＯｘ／ＨＣを最適
な値に制御できる。

【００２１】図３０に、そのフローを示す。ステップ３
００でエンジンに供給する空燃比を目標空燃比に設定
し、ステップ３０１でＮＯｘ／ＨＣ濃度を検出する。ス
テップ３０２でこの値が所定値より大きい場合は、ステ
ップ３０３で点火時期を進めてＨＣ排出量を大きくしＮ
Ｏｘ／ＨＣを小さくする。また、所定値より小さい場合
は、ステップ３０４で点火時期を遅らせてＨＣ排出量を
小さくしＮＯｘ／ＨＣを大きくする。ステップ３０１で
のＮＯｘ／ＨＣの検出は、先に示した推定でもよい。

【００２２】ＮＯｘ／ＨＣを制御する別の方法を、図３
１に示す。図３１に装置の構成を示した。ＮＯｘ分解触
媒１前の排気管中の排気のうち、ＮＯｘの濃度を制御す
る。このために、排気管２の排気を吸気管５０に戻す通
路５１と制御弁５２を設けた。つまり排気還流装置であ
る。この排気還流（ＥＧＲ）を行った場合の排気還流量
（ＥＧＲ）と排気濃度との関係を図３２に示す。ＥＧＲ
量が増加するとＮＯｘ排出量は減少する。燃焼が悪化し
て、ＨＣが増加し始める（イ）まではＥＧＲ量の変化に
よりＮＯｘ量を制御することができる。排気濃度センサ
７の検出値をもとに、ＮＯｘ／ＨＣが最適な値になるよ
うに、ＥＧＲによるＮＯｘの制御を行う。

【００２３】図３３に、制御のフローを示す。ステップ
３３０で目標空燃比に設定したのち、ステップ３３１で
ＮＯｘ／ＨＣを検出する。ステップ３３２でこの値が所
定値より大きい場合は、ステップ３３３でＥＧＲ量を多
くする。また、小さい場合は、ステップ３３４でＥＧＲ
量を小さくする。

【００２４】図３４に、ＮＯｘ，ＨＣを制御する別の実
施例を示す。排気濃度センサ５０をＮＯｘ分解触媒１の
後に設けている。このセンサの検出値を基に、二次空気
量の制御弁４１を制御して、ＮＯｘ，ＨＣ濃度を制御し
ている。この場合、先に示した、点火時期、ＥＧＲによ
る制御でも良い。この例では、触媒１の浄化作用の結果
を検出して制御量を決めているので、精度は向上する。
図３５に、Ａ点での二次空気量Ｑａ₂と排気濃度の関係
を示した。Ｑａ₂が最適な値になっている時に、ＮＯ
ｘ，ＨＣが最小の値になっている。このような状態にな
るように、センサ５０の検出値を基にマイクロコンピュ
ータ５で制御量を決定する。

【００２５】その制御のフローの一実施例を、図３６に
示した。ステップ３６０で目標空燃比に設定したのち、
ステップ３６１でセンサ５０によりＮＯｘ，ＨＣ濃度を
検出する。ステップ３６２で両者とも小さい場合は、フ
ローを終わる。ＮＯの場合は、ステップ３６３で二次空
気量Ｑａ₂を調節する。この二次空気量Ｑａ₂の調節の
フローの一実施例を図３７に示す。ステップ３７０でＮ
Ｏｘが小さくＨＣが大きい場合は、ステップ３７１で二
次空気量Ｑａ₂を増加させ、ＨＣ量のみを小さくする。
ステップ３７２でまたＮＯｘが大きく、ＨＣが小さい場
合は、ステップ３７３で二次空気量Ｑａ₂を減少させ、
ＨＣを大きくしＮＯｘ／ＨＣを最適な値にする。

【００２６】図３８に、別の実施例を示す。センサ５０
は、ＮＯｘ分解触媒１の後に設けられている。このセン
サ５０の信号を基に、二次空気制御弁４１を制御する。
ただし、本実施例では、酸化触媒を用いていない。酸化
触媒を用いた場合に比べて、効果はないが、排気管２に
二次空気を導入しただけでも、ＨＣは酸化される。この
ように簡便な方法でも、発明の効果が得られる。制御の
フローは図３６，図３７と同様である。

【００２７】次に図３９に触媒１の温度を制御する別の
方法を示した。この方法は点火時期により排気温度を変
化させて、触媒１の温度を間接的に制御するもので、図
３９に点火時期と排気温度の関係を示した。点火時期が
小さくなると、排気温度は上昇する。これは、図２８，
図２９で述べたように、点火時期が小さいと、燃焼が後
期まで続くためである。

【００２８】図４０に、温度制御のフローを示した。ス
テップ４００で触媒温度をリードして、ステップ４０１
で目標範囲外のときで、ステップ４０２で目標より大き
い場合はステップ４０３で点火時期を大きくして排気温
度を下げる。目標より小さい場合は、ステップ４０４で
点火時期を小さくして排気温度をあげる。

【００２９】図４１に、別の実施例を示した。この実施
例は、エンジンからのＨＣ排出量を平滑化するためのも
のである。ＨＣ排出量を平滑化するためには、エンジン
に供する燃料噴霧を均一化することが有効である。噴射
弁６０として、燃料の微粒化の良い噴射弁を用いること
が効果的である。本実施例では、気流により燃料を微粒
化する噴射弁６０を用いた。微粒化用の空気を得るため
に、空気ポンプ６１を設け、空気通路６２を介して噴射
弁６０に空気を送る。この噴射弁６０の燃料噴出部の構
造を、図４２に示した。電磁弁によりニードル６３が持
ち上げられると燃料は燃料だめ６４から、オリフィス６
５を通り噴出される。この噴出した燃料に、空気通路６
６から流入する微粒化用空気を当てる。このため燃料は
空気の運動エネルギーにより、１００μｍ以下の小さな
粒子に分裂する。この小さな粒子は、噴出孔６７から吸
気管６８に噴出する。この、小さな燃料粒子を形成する
噴射弁により、ＨＣ排出量を平滑化する。

【００３０】本実施例による、燃料の状況を図４３に示
す。燃料粒子が大きい従来の噴射弁では、吸気管６８に
燃料の液膜が形成される。このため、エンジンに入る燃
料量が大きく変動する。一方、本実施例のように小さな
燃料粒子の場合には、蒸発が早く、空気流に乗りやすい
ので、吸気管６８には付着せずに液膜も形成されない。
このため、燃焼室６９の中にも液状の燃料がなく、均一
になっているので、燃焼が均一で完全燃焼に近くなり、
エンジンからのＨＣ排出量は平滑化される。従来の粗大
燃料粒子による、排気ガスの排出状況を図４４に示す。
図１３に示したように、従来ＨＣは、排気行程の初期と
後期に排気管に排出される。一方ＮＯｘの排出は行程中
平均化されている。このため、ＮＯｘ，ＨＣ比が時間的
に変動して、効率の良い値に保つことができない。図４
５に、触媒１のあとの浄化後のＨＣ，ＮＯxの濃度を示
した。ＨＣ濃度が排気行程中で変動しているので、ＮＯ
x，ＨＣとも排気行程中で浄化されたり、されなかった
りする。

【００３１】図４６に、本実施例での効果を示した。エ
ンジンに供給する燃料粒子が小さいので、ＨＣ排出量は
平均化されている。このため、排気行程中でＮＯｘとＨ
Ｃの比が一定になっている。この効果により触媒１は、
常に浄化効率の最もよい排気濃度で動作される。触媒１
後の、ＨＣ，ＮＯｘの濃度を、図４７に示した。両者と
も浄化されているのがわかる。燃料粒子を小さくした噴
射弁を用いることは、ＮＯｘ分解触媒にとって効果的で
ある。

【００３２】図４８に、別のＨＣ平滑化法を示した。吸
気管６８に、吸気に旋回流を与えるスワールコントロー
ルバルブ（ＳＣＶ）７０を設けた。このバルブ７０によ
り、燃焼室内に渦流が形成され、吸入された燃料が撹拌
され、均一化される。このため、燃料粒子を小さくした
図４１の実施例と同様の効果がえられる。つまり、排出
されるＨＣの濃度が平滑化され、ＮＯｘ，ＨＣ比が最適
な値となり、触媒１の浄化効率が良くなる。このよう
に、スワールコントロールバルブ（ＳＣＶ）７０とＮＯ
ｘ分解触媒の組合せは効果的である。

【００３３】図４９に、別のＨＣ平滑化法を示した。図
４９に示したように、燃焼室６９内に縦の渦流７１を作
るような吸気管７２を設けた。この吸気管７２は、通常
の吸気管６８より、吸気バルブステイ７３方向から吸気
が流れ込むようになっている。この縦渦流は、ピストン
が上昇する圧縮行程でも渦は維持されている。このた
め、燃焼室７１内の燃料は良く撹拌され、混合気が均一
化される。その状況を、図５０に示した。燃焼室７１内
の混合気が均一化されるので、ＨＣ排出量が平滑化さ
れ、触媒１の浄化効率が良くなる。噴射弁７４は、気流
により燃料を微粒化する噴射弁でもよい。

【００３４】図５１に、別のＨＣ平滑化法を示した。燃
焼室７１内に吸入される吸気８０は、吸気行程中、図５
２にあるようにある程度は旋回している。この吸気行程
中の旋回流中に燃料を噴射すると、燃焼室７１内で燃料
は撹拌され混合気が均一化される。図５３に示したよう
に、吸気行程の後期は旋回流が強くなっており、燃料撹
拌の効果が大きい。また、吸気行程の後半に燃料を噴射
すると、ピストン８１の頭部に燃料が付着し、たまるこ
とがないので、排気行程後期のＨＣ排出量の増大がな
い。このように、吸気行程中に燃料を噴射すると、ＨＣ
の排出量が平滑化されるので、ＮＯｘ分解触媒１の浄化
効率は高い。なお、噴射弁７４は、気流により燃料を微
粒化する噴射弁でもよい。図５４に、各気筒の燃料の噴
射時期を示した。吸気行程は（イ）であり、この吸気行
程中に燃料を噴射（ロ）する。

【００３５】図５５に、別の実施例を示した。これは、
図５５に示したように、リーン空燃比領域でＮＯｘ／Ｈ
Ｃが最適になる空燃比が複数（イ）あった場合に、その
なかでも最もリーンな空燃比（ロ）を制御目標にするも
のである。しかし、リーン限界空燃比（ハ）より大きく
なったら、リーン限界空燃比を制御目標とする。制御の
フローを図５６に示す。初めに、ステップ５６０で目標
空燃比に設定し、ステップ５６１でＮＯｘ／ＨＣを検出
する。この値が、ステップ５６２で許容範囲内と判断し
たら、ステップ５６３で目標空燃比をリーン化する。ス
テップ５６５でこのリーン化した空燃比がリーン限界空
燃比より小さい場合は、ステップ５６７でリーン化した
空燃比下空燃比に制御する。リーン化した空燃比がリー
ン限界空燃比より大きい場合は、目標空燃比のリーン化
は行わない。また、ステップ563で許容範囲外と判断さ
れた場合、ステップ５６４で目標空燃比を許容範囲内に
変更し、ステップ５６６でこの新しい目標空燃比に制御
する。

【００３６】図５７に、別の実施例を示した。この実施
例は吸気バルブの動作タイミングを変化させて、ＨＣ排
出量を平滑化する手段である。図５７に、排気行程のＨ
Ｃ排出量を示した。ピストン頭部，シリンダ上部に付着
した燃料液膜が排気行程初期と後期に排出される。この
ＨＣの変動を低減する必要がある。本実施例では、点線
のようにＨＣ排出量を平滑化する。図５８に、排気，吸
気バルブの動作タイミングを示し、従来の動作を実線で
示した。排気，吸気バルブはＴＤＣ付近でオーバーラッ
プしている。低温始動時，始動暖機時，アイドル運転時
等のＨＣ排出量の多い時には、排気バルブの動作を点線
のように変化させる。この動作により、排気管中に排出
されるＨＣが吸気管中に戻される（内部還流）。このた
め、排気管に直接流出するＨＣが少なくなるので、ＨＣ
排出量が平滑化される。図５９に、各行程のシリンダ内
のＨＣ分布を示した。排気行程で早めに排気バルブ９１
を締めるので、黒丸で示したピストン頭部のＨＣは、排
気管２に排出されない。このため、吸気行程初期に吸気
バルブ９２が開くと、ＨＣは吸気管７２に戻される（内
部還流）。このＨＣは、吸気行程中に再びシリンダ７１
内に吸気され、吸気後期にはシリンダ内に分散する。こ
のように、ＨＣをシリンダ７１内に分散し、再燃焼させ
ると、図５７の点線に示したように全体量が低減し、か
つ平滑化される。

【００３７】図６０に、図５７ないし図５９の動作を実
現するための装置を示した。吸気バルブ９２，排気バル
ブ９１をカム９３ａ，９３ｂで上下動させる。このカム
の形状を駆動装置９４ａ，９４ｂで変化させる。ＨＣ平
滑化のためには、排気バルブ９１の動作なので、駆動装
置９４ｂを作動すればよい。このように、バルブタイミ
ングを可変にすることにより、ＮＯｘ分解触媒１の浄化
効率が向上する。図６１に、カム形状の可変方法を示
す。カム９３ｂは、カムフェイス形状が(イ)，（ロ）で
異なっている。このため、駆動装置９４ｂによりカム９
３ｂを左右に移動させると、カムフェイス形状が変化す
る。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、機関のどんな運転状態
でもＮＯｘを効率良く浄化できるので、排気規制と燃費
規制を高レベルで同時に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体構成図。

【図２】触媒の浄化原理図。

【図３】触媒の浄化原理図。

【図４】触媒の浄化特性図。

【図５】触媒の浄化特性図。

【図６】濃度検出器の構成図。

【図７】図６のＡ−Ａ断面図。

【図８】透過率特性図。

【図９】濃度検出器の特性図。

【図１０】ＮＯｘ／ＨＣを得る構成図。

【図１１】制御空燃比を示した図。

【図１２】ＨＣ排出の原理図。

【図１３】ＨＣ排出特性図。

【図１４】ＨＣ平滑装置の構成図。

【図１５】他のＨＣ平滑装置の構成図。

【図１６】ＨＣ排出特性図。

【図１７】ＨＣ排出特性図。

【図１８】触媒温度特性図。

【図１９】温度制御装置の構成図。

【図２０】制御のフローチャート。

【図２１】制御のフローチャート。

【図２２】別の実施例の構成図。

【図２３】排気濃度特性図。

【図２４】排気濃度特性図。

【図２５】制御のフローチャート。

【図２６】排気濃度マップ図。

【図２７】ＮＯｘ／ＨＣ補正方法を示す図。

【図２８】ＨＣ排出の特性図。

【図２９】筒内圧力特性図。

【図３０】制御のフローチャート。

【図３１】別の実施例の構成図。

【図３２】ＥＧＲ特性図。

【図３３】制御のフローチャート。

【図３４】別の実施例の構成図。

【図３５】ＨＣ，ＮＯｘ濃度特性図。

【図３６】制御のフローチャート。

【図３７】制御のフローチャート。

【図３８】別の実施例の構成図。

【図３９】排気温度の特性図。

【図４０】制御のフローチャート。

【図４１】別の実施例の構成図。

【図４２】噴射弁の断面図。

【図４３】別の実施例の構成図。

【図４４】ＨＣ排出特性図。

【図４５】ＨＣ浄化特性図。

【図４６】排気排出量の特性図。

【図４７】ＨＣ，ＮＯｘ浄化特性図。

【図４８】別の実施例の構成図。

【図４９】吸気流れ図。

【図５０】混合気状態図。

【図５１】別の実施例の構成図。

【図５２】吸気流れ図。

【図５３】吸気流れ図。

【図５４】吸気行程と燃料噴射時期の関係図。

【図５５】排気特性図。

【図５６】制御のフローチャート。

【図５７】ＨＣ排出特性図。

【図５８】バルブタイミング特性図。

【図５９】工程説明図。

【図６０】別の実施例の構成図。

【図６１】可変バルブの構成図。

【符号の説明】

１…ＮＯｘ分解触媒、３…エンジン、４…加熱、冷却
系、５…マイクロコンピュータ、７…濃度センサ、８…
ＨＣ平滑部材、２５…吸着材、３０…加熱電源、４０…
酸化触媒、５０…濃度センサ、５１…排気還流配管、６
０…気流微粒化噴射弁、７０…スワールコントロールバ
ルブ、９４…カム駆動装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者栗原伸夫茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大山宜茂茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気ガスを触媒を用いて浄化す
る排気浄化装置において、前記触媒の前にＨＣ流動平滑
部材を設けると共に前記触媒の浄化効率が最も良くなる
ように、複数の排気成分の濃度をある特定の値になるよ
うにすることを特徴とした排気濃度フィードバック装
置。
【請求項２】請求項１において、複数の排気成分の濃度
比をある特定の値になるようにすることを特徴とした排
気濃度フィードバック装置。
【請求項３】請求項１において、エンジンに供給する空
燃比を制御することにより、複数の排気成分の濃度をあ
る特定の値になるようにすることを特徴とした排気濃度
フィードバック装置。
【請求項４】請求項１において、複数の排気成分のう
ち、少なくとも一つの排気成分の濃度を変化させること
のできる装置を設けたことを特徴とした排気濃度フィー
ドバック装置。
【請求項５】請求項１において、複数の排気成分の濃度
の少なくとも一つを検出する装置を設けたことを特徴と
した排気濃度フィードバック装置。
【請求項６】請求項１において、複数の排気成分の濃度
の少なくとも一つを機関の運転状態から推定することを
特徴とした排気濃度フィードバック装置。
【請求項７】請求項１において、触媒をＮＯｘを酸化雰
囲気でも分解することのできる触媒としたことを特徴と
した排気濃度フィードバック装置。
【請求項８】請求項１において、前記ＨＣ流動平滑部材
はＨＣ吸着材であることを特徴とした排気濃度フィード
バック装置。