JP2002115538A

JP2002115538A - 内燃機関の排気浄化装置

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Publication number: JP2002115538A
Application number: JP2000305349A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuda; 隆福田; Akira Tayama; 彰田山; Hirobumi Tsuchida; 博文土田; Shunichi Shiino; 俊一椎野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン１の排気通路１１の三元触媒１２の
下流側に、ゼオライトを含有して低温時にＮＯｘをトラ
ップ可能なコールドＮＯｘトラップ触媒１４を備える場
合に、ＮＯｘのトラップ量を増加し、また一旦トラップ
したＮＯｘが未処理のまま脱離することを防止する。【解決手段】コールドＮＯｘトラップ触媒１４の上流
側に、排気中の水分をトラップするゼオライトからなる
水分トラップ１３を配置し、コールドＮＯｘトラップ触
媒１４がＮＯｘをトラップする際に、排気中の水分濃度
を低下させる。コールドＮＯｘトラップ触媒１４がＮＯ
ｘをトラップした後には、点火時期遅角により排気温度
を上昇させるなどして、水分トラップ１３にトラップさ
れた水分を離脱させ、排気中の水分濃度を上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気クリーン化の要望は以前にも
増して増加している。内燃機関では排気通路中に三元触
媒等の排気浄化触媒を設け、排気を浄化した後に大気中
に排出しているが、機関始動直後等の低温状態において
は排気浄化触媒が未活性の状態であり、触媒作用が十分
に行えず、浄化が十分に行えない。

【０００３】一方、特開平１−１５５９３４号公報に
は、道路トンネルにおける換気ガスのの浄化（ＮＯｘ除
去）のため、ゼオライトの吸着能を使用し、トンネル中
に排出されたＮＯｘをゼオライトに吸着、浄化する技術
について記載されている。その説明の中で、浄化すべき
ガスの水分濃度が高い場合には、ＮＯｘの平衡吸着量が
低下すると記載されている。これを防止するために、こ
の技術では、ゼオライトにＮＯｘを吸着させる以前に、
シリカゲルでＮＯｘを含んだガスを吸着させ乾燥させ
て、その後ゼオライトに導いている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
技術を、内燃機関の排気浄化装置に適用し、通常の排気
浄化触媒が温度上昇し、活性化するまでの期間につい
て、ＮＯｘをトラップさせようとした場合、排気中の水
分濃度が高いため、シリカゲルが再生後の状態にあった
としても、短時間で水分吸着能が飽和すると考えられ
る。これを防止するため、シリカゲルの容量を拡大する
ことが考えられるが、この場合には容量拡大のために車
両搭載性が悪化し、さらに排気圧力損失の増大により燃
費悪化を引き起こす等の問題が考えられる。

【０００５】ところで、本発明者らの実験において、コ
ールド時にゼオライトがＮＯｘをトラップする際には、
ガス中の水分も同時にトラップしており、ＮＯｘ吸収能
が飽和する際には、水分吸着能も失われることが確認さ
れている。従って、ガス中の水分濃度が低い場合には、
ＮＯｘトラップ量が増加すると考えられる。その一方、
ガス中の水分濃度が低い場合には、ガス流量の増加や僅
かな温度上昇でＮＯｘが脱離し易く、逆に水分濃度が高
い場合には、ＮＯｘが離脱しにくい傾向がみられる。

【０００６】本発明は、このような実験結果を踏まえ、
ゼオライトのＮＯｘ吸着能を有効利用できる内燃機関の
排気浄化装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明では、排気通路に、ゼオライトを含有して低温時（触
媒温度又は雰囲気温度が所定温度以下の時）にＮＯｘを
トラップ可能な排気浄化触媒を配置する一方、前記排気
浄化触媒がＮＯｘをトラップする際に、前記排気浄化触
媒の上流側で排気中の水分濃度を低下させる排気水分濃
度低下手段と、前記排気浄化触媒がＮＯｘをトラップし
た後に、前記排気浄化触媒の上流側で排気中の水分濃度
を上昇させる排気水分濃度上昇手段と、を設けたことを
特徴とする。

【０００８】請求項２の発明では、前記排気水分濃度低
下手段は、前記排気浄化触媒の上流側に、排気中の水分
をトラップするゼオライトからなる水分トラップを配置
して構成されることを特徴とする。請求項３の発明で
は、前記排気水分濃度上昇手段は、前記水分トラップに
トラップされた水分を離脱させる手段であることを特徴
とする。

【０００９】請求項４の発明では、前記排気水分濃度上
昇手段は、内燃機関の排気温度を上昇させるように制御
して、前記水分トラップからの水分の離脱を促進するも
のであることを特徴とする。請求項５の発明では、前記
排気水分濃度上昇手段は、前記水分トラップを直接的又
は間接的に加熱するヒータを備え、このヒータによる加
熱により、前記水分トラップからの水分の離脱を促進す
るものであることを特徴とする。

【００１０】請求項６の発明では、前記排気水分濃度上
昇手段は、前記排気浄化触媒の上流側にて、水を噴射供
給する手段であることを特徴とする。請求項７の発明で
は、前記水分トラップは、前記排気浄化触媒の上流側に
て、排気通路を排気切換弁により切換可能とした並列な
２系統にし、そのうち一方に、配置することを特徴とす
る。

【００１１】請求項８の発明では、前記排気水分濃度低
下手段は、前記水分トラップが排気を除湿可能な条件に
おいて、排気を水分トラップを有する側に流通させ、前
記水分トラップが排気を除湿不能な条件においては、排
気を水分トラップを有しない側に流通させるように、前
記排気切換弁を制御し、前記排気水分濃度上昇手段は、
前記水分トラップが排気を加湿可能（除湿不能）な条件
において、排気を水分トラップを有する側に流通させ、
前記水分トラップが排気を加湿不能（除湿可能）な条件
においては、排気を水分トラップを有しない側に流通さ
せるように、前記排気切換弁を制御することを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、ゼオライト含
有排気浄化触媒によりＮＯｘトラップを行う場合には、
排気水分濃度低下手段により、ゼオライト含有排気浄化
触媒に流入する排気の水分濃度を低下させるので、ＮＯ
ｘのトラップ量を増加できる。また、ゼオライト含有排
気浄化触媒に所定量のＮＯｘをトラップした後に、排気
水分濃度上昇手段により、ゼオライト含有排気浄化触媒
に流入する排気の水分濃度を上昇させるので、一旦トラ
ップしたＮＯｘが排気流量の増加や排気温度の上昇によ
り未処理のまま脱離することを防止できる。

【００１３】請求項２の発明によれば、ゼオライト含有
排気浄化触媒の上流側に、ゼオライトからなる水分トラ
ップを配置して、排気水分濃度低下手段として用いるこ
とで、排気中の水分をトラップして、ゼオライト含有排
気浄化触媒に流入する排気の水分濃度を確実に低下させ
ることができる。請求項３の発明によれば、前記水分ト
ラップにトラップされた水分を離脱させる手段を設け
て、排気水分濃度上昇手段として用いることで、水分ト
ラップにトラップされた水分を有効利用することができ
る。

【００１４】請求項４の発明によれば、排気水分濃度の
上昇要求の場合に、内燃機関の排気温度を上昇させるよ
うに制御（例えば点火時期遅角制御）して、水分トラッ
プからの水分の離脱を促進する構成としたため、追加デ
バイスを設けることなく、排気水分濃度上昇手段を実現
できる。請求項５の発明によれば、排気水分濃度の上昇
要求の場合に、ヒータにより、水分トラップを直接的又
は間接的に加熱して、水分トラップからの水分の離脱を
促進する構成としたため、運転状態によらず制御性が良
い排気水分濃度上昇手段を実現できる。

【００１５】請求項６の発明によれば、排気水分濃度の
上昇要求の場合に、ゼオライト含有排気浄化触媒の上流
側にて、水を噴射供給する構成としたため、所望の時期
に比較的早い応答性で水分濃度を上昇可能な排気水分濃
度上昇手段を実現できる。請求項７の発明によれば、ゼ
オライト含有排気浄化触媒の上流側に水分トラップを配
置するに際し、ゼオライト含有排気浄化触媒の上流側に
て、排気通路を排気切換弁により切換可能とした並列な
２系統にし、そのうち一方に、水分トラップを配置する
ことで、排気水分濃度の低下要求若しくは上昇要求の場
合にのみ、また、その要求を実現可能な場合にのみ、水
分トラップに排気を流通させることが可能となり、通路
抵抗を極力低減することも可能となる。

【００１６】請求項８の発明によれば、排気水分濃度低
下要求の場合には、水分トラップが排気を除湿可能（排
気中の水分をトラップ可能）な条件において、排気を水
分トラップを有する側に流通させ、水分トラップが排気
を除湿不能な条件においては、排気を水分トラップを有
しない側に流通させる構成としたため、比較的簡単な構
成で確実な排気水分濃度低下手段を実現できる。

【００１７】また、排気水分濃度上昇要求の場合には、
水分トラップが排気を加湿可能（除湿不能；トラップさ
れている水分を離脱可能）な条件において、排気を水分
トラップを有する側に流通させ、水分トラップが排気を
加湿不能（除湿可能）な条件においては、排気を水分ト
ラップを有しない側に流通させる構成としたため、比較
的簡単な構成で確実な排気水分濃度上昇手段を実現でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。先ず本発明の第１実施形態につい
て図１及び図２により説明する。図１は本発明の第１実
施形態を示す内燃機関（以下エンジンという）のシステ
ム図である。

【００１９】エンジン１の吸気通路２には、吸入空気量
を制御する電制スロットル弁３が設けられ、また、その
下流側で各気筒へ吸入空気を分配するマニホールド部に
は、各気筒の吸気ポートに向けて燃料を噴射供給する燃
料噴射弁４が設けられている。更に、各気筒の燃焼室に
は、点火プラグ５が設けられている。これらは、コント
ロールユニット（以下Ｃ／Ｕという）６により駆動され
る。

【００２０】Ｃ／Ｕ６には、アクセルペダルセンサ７か
らのアクセル開度信号（Ａpo）、クランク角センサ８か
らのクランク角信号（これからエンジン回転数Ｎｅを算
出可能）、吸気通路２に設けたエアフローメータ９から
の吸入空気量信号（Ｑａ）、、水温センサ１０からのエ
ンジン冷却水温信号（Ｔｗ）、図示しないトランスミッ
ションのギア位置信号（Ｇｐ）、図示しない車速センサ
からの車速信号（Ｖsp）などが入力されている。

【００２１】Ｃ／Ｕ６では、これらの入力信号に基づい
て、運転条件に応じた要求トルク及び空燃比を実現する
ように、電制スロットル弁３の開度、燃料噴射弁４の燃
料噴射量及び噴射時期を制御し、また、運転条件に応じ
て点火プラグ５の点火時期を制御している。エンジン１
からの排気は排気通路１１より排出されるが、この排気
通路１１には、各気筒からの排気を集合するマニホール
ド部の下流側に、三元触媒１２が設けられ、更にその下
流側に、水分トラップ１３が設けられ、更にその下流側
に、コールドＮＯｘトラップ触媒１４が設けられてお
り、排気はこれらを通過後に大気中に排出される。

【００２２】三元触媒１２は、一般的な排気浄化触媒
で、例えば、ハニカム担体に、白金Ｐｔ、パラジウムＰ
ｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分担持し
たアルミナをコーティングしたものであり、触媒温度が
所定の活性温度に達すると、排気を浄化し、特に排気空
燃比が略理論空燃比の時にＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に
効率良く浄化する特性を有している。

【００２３】この三元触媒１２には、その触媒温度Ｔca
t の検出のため（活性・未活性の判定のため）、触媒温
度センサ１５が装着され、その信号はＣ／Ｕ６に入力さ
れている。コールドＮＯｘトラップ触媒１４は、ゼオラ
イトを含有して低温時（触媒温度又は雰囲気温度が所定
温度以下の時）にＮＯｘをトラップ可能な排気浄化触媒
で、例えば、ハニカム担体にゼオライトをコーティング
し、更にその上に、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウ
ムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分担持したアルミナ
をコーティングしたものである。ここでゼオライトとし
ては、例えばβゼオライト、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオ
ライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデ
ナイト、フェリエライト等を使用できる。

【００２４】このようなコールドＮＯｘトラップ触媒１
４では、触媒温度が低い時にはＮＯｘをトラップし、触
媒温度が活性温度に達すると触媒作用によりトラップし
たＮＯｘを脱離浄化する機能を有している。ここでのＮ
Ｏｘの浄化は、主に排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ，Ｈ
₂等）や触媒１４自体に吸着したＨＣとの反応による還
元作用である。

【００２５】従って、エンジン始動直後等の冷間時に
は、三元触媒１２はその温度が低く活性化していないた
め、ＮＯｘを浄化できないが、その下流側のコールドＮ
Ｏｘトラップ触媒１３でＮＯｘをトラップし、温度上昇
後にトラップしていたＮＯｘを脱離浄化することができ
る。水分トラップ１３は、コールドＮＯｘトラップ触媒
１４がＮＯｘをトラップする際に、コールドＮＯｘトラ
ップ触媒１４の上流側で排気中の水分濃度を低下ささせ
る排気水分濃度低下手段として、排気中の水分をトラッ
プするもので、主にゼオライトで構成されたものであ
る。水分トラップ１３として用いるゼオライトとして
は、Ａ型ゼオライトが好ましいが、その他、βゼオライ
ト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−５、Ｕ
ＳＹ、モルデナイト、フェリエライト等でも構わない。

【００２６】従って、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
によりＮＯｘトラップを行う場合には、水分トラップ１
３により、コールドＮＯｘトラップ触媒１４に流入する
排気の水分濃度を低下させるので、コールドＮＯｘトラ
ップ触媒１４でのＮＯｘのトラップ量を増加できる。ま
た、コールドＮＯｘトラップ触媒１４に所定量のＮＯｘ
をトラップした後は、排気水分濃度上昇手段により（図
２のフローチャートに示す制御により）、すなわち、水
分トラップ１３にトラップされている水分を離脱させ
て、コールドＮＯｘトラップ触媒１４に流入する排気の
水分濃度を上昇させる制御により、一旦トラップしたＮ
Ｏｘが排気流量の増加や排気温度の上昇により未処理の
まま脱離することを防止する。

【００２７】かかる制御について、図２のフローチャー
トにより説明する。尚、本ルーチンは所定時間（例えば
１０ｍｓ）毎に実行される。Ｓ１では、各種センサの信
号を読込む。Ｓ２では、三元触媒１２の活性・未活性を
判定する。具体的には、触媒温度センサ１５により検出
される三元触媒１２の温度Ｔcat を所定の活性温度（使
用する触媒により適宜設定されるが、例えば２５０℃）
と比較し、触媒温度Ｔcat が所定の活性温度以上で、か
つ所定時間（例えば１分）以上継続した場合に、触媒活
性と判定し、それまでは触媒未活性と判定する。ここで
触媒未活性と判定された場合にはリターンし、触媒活性
と判定された場合にはＳ３に進む。

【００２８】Ｓ３では、排気水分濃度上昇処理後フラグ
（排気昇温処理後フラグ）Ｆが０であるか否かの判定を
行っており、排気水分濃度上昇未処理（Ｆ＝０）の場合
はＳ４へ進み、排気水分濃度上昇処理後（Ｆ＝１）の場
合はリターンする。このＳ３は排気水分濃度上昇処理
（排気昇温処理）を三元触媒１２の活性化直後に１回の
み行うために設けている。

【００２９】Ｓ４では、排気水分濃度上昇処理のため
（水分トラップ１３から水分を離脱させるため）、排気
昇温処理として、点火プラグ５による点火時期を遅角す
る。実際には、点火時期遅角フラグを１にセットして、
別ルーチンにより点火時期を遅角補正する。望ましく
は、エンジンの出力が低下しないように空気量を調整し
ながら、エンジンの点火時期を遅角設定して、排気温度
を上昇させる。

【００３０】排気温度の上昇により、水分トラップ１３
からの水分の脱離が促進され、コールドＮＯｘトラップ
触媒１４に流入する排気の水分濃度を上昇させることが
できる。従って、この部分が排気水分濃度上昇手段に相
当する。これにより、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
に一旦トラップしたＮＯｘが排気流量の増加や排気温度
の上昇により未処理のまま脱離することを防止できる。

【００３１】Ｓ５では、排気水分濃度上昇処理時間（排
気昇温処理時間）を計測するためのタイマ（カウンタ）
を本ルーチンの実行時間隔（例えば１０ｍｓ）分インク
リメントする。Ｓ６では、Ｓ５でインクリメントしたタ
イマが所定時間（例えば２分）に達したか否かを判定
し、タイマ＜所定時間の場合はリターンし、タイマ≧所
定時間となった場合はＳ７〜Ｓ９へ進む。

【００３２】Ｓ７では、点火時期の遅角を終了し、排気
水分濃度上昇処理（排気昇温処理）を終了させる。実際
には、点火時期遅角フラグを０にリセットして、別ルー
チンによる点火時期の遅角補正を終了する。Ｓ８では、
排気水分濃度上昇処理後フラグ（排気昇温処理後フラ
グ）Ｆを１として、排気水分濃度上昇処理を既に行った
履歴を残しており、これはＳ３での判定に使用される。
そして、Ｓ９では、タイマをリセットして、リターンす
る。

【００３３】以上の構成と制御により、始動後のエンジ
ン冷間時において、三元触媒１２が所定温度（例えば２
５０℃）に達し、活性化するまでの期間、エンジン１か
ら排出される排気は、水分トラップ１３により水分濃度
が低下し、その下流のコールドＮＯｘトラップ触媒１４
に導かれる。コールドＮＯｘトラップ触媒１４では、通
常の排気よりも水分濃度が低下しているため、コールド
時においてもＮＯｘを多量にトラップ可能である。ここ
での水分トラップ１３の作用が排気水分濃度低下手段に
相当する。

【００３４】しかし、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
は水分濃度が低いとＮＯｘをトラップした後の排気流量
の増加や排気温度の上昇によりＮＯｘが脱離し易く、そ
の脱離がＮＯｘを浄化可能な温度未満で起こりうる。本
発明者らの実験によれば、この場合に、コールドＮＯｘ
トラップ触媒１４に水分を供給することでＮＯｘの脱離
を抑制可能である。

【００３５】そこで、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
の上流側に設けられた三元触媒１２が活性温度に達した
場合、ＮＯｘは三元触媒１２にて還元処理されるため、
その後は、エンジンの点火時期遅角により排気温度を上
昇させることで、コールドＮＯｘトラップ触媒１４の上
流側の水分トラップ１３の温度を即座に上昇させ、水分
トラップ１３からの水分の離脱を行わせる。水分の離脱
が行われると、コールドＮＯｘトラップ触媒１４に水分
がトラップされ、ＮＯｘが容易には脱離し難くなる。こ
こでのエンジンの排気温度上昇による水分トラップ１３
からの水分の離脱が排気水分濃度上昇手段に相当する。

【００３６】この処理を所定時間（例えば２分）行った
場合には処理（点火時期遅角）を終了させ、通常の制御
に戻る。この処理中若しくはその後にコールドＮＯｘト
ラップ触媒１４がその活性温度に達した場合には、触媒
作用によりトラップされていたＮＯｘが還元処理され
る。以上により、始動直後からＮＯｘを車外に排出する
ことなく、確実にトラップして、未処理のまま脱離する
ことを防止し、その後にＮＯｘを確実に浄化可能な排気
浄化装置を提供できる。

【００３７】次に本発明の第２実施形態について図３及
び図４により説明する。第１実施形態では、コールドＮ
Ｏｘトラップ触媒１４がＮＯｘをトラップした後に、コ
ールドＮＯｘトラップ触媒１４の上流側で排気中の水分
濃度を上昇させる際に、点火時期を遅角制御することに
より、排気温度を上昇させて、水分トラップ１３からの
水分の離脱を促進するようにしたが、第２実施形態で
は、点火時期を遅角制御する代わりに、電気ヒータ１６
を用いて、水分トラップ１３を直接的又は間接的に加熱
することにより、水分トラップ１３からの水分の脱離を
促進するようにしている。

【００３８】図３は本発明の第２実施形態を示すエンジ
ンのシステム図であり、第１実施形態（図１）と異なる
点のみ説明する。水分トラップ１３の上流側（入口部）
に、電気ヒータ１６が排気を加熱可能に設置されてお
り、Ｃ／Ｕ６からの指令により、電源ユニット１７を介
して、ヒータ１６に通電されるようになっている。

【００３９】図４は第２実施形態での制御のフローチャ
ートであり、第１実施形態（図２）と異なる点のみ説明
する。図４のフローでは、Ｓ４にて、排気水分濃度上昇
処理のため（水分トラップ１３から水分を離脱させるた
め）、排気昇温処理として、点火時期を遅角する代わり
に、電気ヒータ１６への通電を行い（ヒータＯＮ）、排
気温度（水分トラップ１３の温度）を上昇させる。排気
温度の上昇により、水分トラップ１３からの水分の脱離
が促進され、コールドＮＯｘトラップ触媒１４に流入す
る排気の水分濃度を上昇させることができる。従って、
この部分が排気水分濃度上昇手段に相当する。

【００４０】また、Ｓ７にて、所定時間後に排気水分濃
度上昇処理（排気昇温処理）を終了させるため、点火時
期の遅角を終了する代わりに、電気ヒータ１６への通電
を停する（ヒータＯＦＦ）。本実施形態では、第１実施
形態に対して電気ヒータ１６への通電により排気温度を
上昇させるため、エンジンの制御は変更する必要がない
ので、運転性に全く影響を与えることなく、所望の時期
に比較的早い応答性で昇温可能である。

【００４１】次に本発明の第３実施形態について図５及
び図６により説明する。第１及び第２実施形態では、コ
ールドＮＯｘトラップ触媒１４がＮＯｘをトラップした
後に、コールドＮＯｘトラップ触媒１４の上流側で排気
中の水分濃度を上昇させる際に、点火時期遅角又はヒー
タを用いて排気温度を上昇させ、水分トラップ１３から
の水分の離脱を促進することにより、コールドＮＯｘト
ラップ触媒１４に流入する排気の水分濃度を上昇させる
ようにしたが、第３実施形態では、コールドＮＯｘトラ
ップ触媒１４の上流側にて、水を噴射供給することによ
り、コールドＮＯｘトラップ触媒１４に流入する排気の
水分濃度を上昇させるようにしている。

【００４２】図５は本発明の第３実施形態を示すエンジ
ンのシステム図であり、第１実施形態（図１）と異なる
点のみ説明する。水分トラップ１３の上流側に、水の噴
射供給手段として、排気通路内に臨ませて水噴射弁１８
が設置されており、Ｃ／Ｕ６からの指令により、開弁動
作して、図示しない外部の水タンクから供給される水を
噴射するようになっている。

【００４３】図６は第３実施形態での制御のフローチャ
ートであり、第１実施形態（図２）と異なる点のみ説明
する。図６のフローでは、Ｓ４にて、排気水分濃度上昇
処理のため、水噴射処理として、水噴射弁１８による水
噴射を行う。この水噴射により、コールドＮＯｘトラッ
プ触媒１４に流入する排気の水分濃度を上昇させること
ができる。従って、この部分が排気水分濃度上昇手段に
相当する。

【００４４】この水噴射は、所定時間（Ｓ６での所定時
間で、ここでは例えば５秒）継続し、Ｓ７にて、所定時
間後に排気水分濃度上昇処理（水噴射処理）を終了させ
るため、水噴射弁１８の水噴射を終了させる。以上のよ
うに、本実施形態では、コールドＮＯｘトラップ触媒１
４の上流側に設けられた三元触媒１２が活性温度に達し
た場合、ＮＯｘは三元触媒１２にて還元処理されるた
め、その後は、水噴射弁１８により水を噴射する。水噴
射が行われると、その下流側のコールドＮＯｘトラップ
触媒１４に水分がトラップされ、ＮＯｘが容易には離脱
し難くなる。ここでの水噴射が排気水分濃度上昇手段に
相当する。

【００４５】この処理を所定時間（例えば５秒）行った
場合には処理（水噴射）を終了させる。この処理を行っ
た後にコールドＮＯｘトラップ触媒１４がその活性温度
に達した場合には、触媒作用によりトラップされていた
ＮＯｘが還元処理される。次に本発明の第４実施形態に
ついて図７〜図１０により説明する。図７は本発明の第
４実施形態を示すエンジンのシステム図であり、第１実
施形態（図１）と異なる点のみを説明する。

【００４６】エンジン１からの排気は排気通路１１より
排出されるが、この排気通路１１には、各気筒からの排
気を集合するマニホールド部の下流側に、三元触媒１２
が設けられている。そして、排気通路１１は、三元触媒
１２の下流側で、主排気通路１１Ａと分岐排気通路１１
Ｂとの２系統に分岐され、分岐部に設けた排気切換弁１
９により排気の流れをいずれか一方に切換可能としてい
る。この排気切換弁１９はＣ／Ｕ６からの指令により切
換動作する。ここにおいて、分岐排気通路１１Ｂ中に、
水分トラップ１３が設けられている。

【００４７】そして、主排気通路１１Ａと分岐排気通路
１１Ｂとは下流側で再び合流し、この合流部より下流側
に、コールドＮＯｘトラップ触媒１４が設けられてい
る。前記三元触媒１２、コールドＮＯｘトラップ触媒１
４及び水分トラップ１３自体の構成は、既に述べた通り
である。本実施形態の場合、水分トラップ１３には、そ
の温度Ｔtpの検出のため（温度履歴の判定のため）、温
度センサ２０が装着され、その信号はＣ／Ｕ６に入力さ
れている。

【００４８】また、本実施形態の場合、三元触媒１２に
は、温度センサが装着されていないが、これは三元触媒
１２の活性・未活性の判定を水温センサ１０により検出
されるエンジン冷却水温Ｔｗに基づいて行うようにした
ためである。本実施形態での制御を図８のフローチャー
トにより説明する。Ｓ１では、各種センサの信号を読込
む。

【００４９】Ｓ２では、三元触媒１２の活性・未活性を
判定する。ここでは、水温センサ１０により検出される
エンジン冷却水温Ｔｗを所定温度（例えば６０℃）と比
較し、水温Ｔｗが所定温度以上となった場合に、触媒活
性と判定し、それまでは触媒未活性と判定する。すなわ
ち、水温Ｔｗにより触媒温度を代替しており、エンジン
と触媒との組み合わせで異なるが、例えば水温Ｔｗが６
０℃に達した時点で、触媒温度が活性温度である２５０
℃に達するため、水温Ｔｗ＝６０℃を三元触媒１２の活
性判定のしきい値としている。

【００５０】この判定で、三元触媒１２が未活性と判定
された場合には、Ｓ１０へ進み、図９のサブルーチンに
従って、除湿処理を行う。図９の除湿処理のサブルーチ
ンについて説明する。Ｓ１１では、水分トラップ１３に
おいて、実際に排気を除湿可能（排気中の水分をトラッ
プ可能）か否かの判定を行っており、除湿可能な場合は
Ｓ１２へ進み、除湿不能な場合はＳ１３へ進む。

【００５１】この判定は水分トラップ１３に設けられた
温度センサ２０の温度履歴に基づいて行われており、前
回の運転履歴において、加湿処理（前回の運転において
後述するＳ４にて行われた処理であり、水分トラップ１
３から水分を離脱させて排気を加湿する処理）の所定時
間（例えば２０分間）内に、水分トラップ１３の温度が
所定温度（例えば１５０℃）まで上昇した場合には、除
湿可能と判定され、これに対し所定温度（１５０℃）ま
で上昇しなかった場合には今回は除湿不能と判定され
る。

【００５２】Ｓ１２では、Ｓ１１で除湿可能と判定され
た場合であるので、水分トラップ１３を有する分岐排気
通路１１Ｂ側に排気を流すように排気切換弁１９を切換
え、水分トラップ１３による排気の除湿（水分のトラッ
プ）を行う。Ｓ１３では、Ｓ１１で除湿不能と判定され
た場合であるので、この場合に水分トラップ１３を有す
る分岐排気通路１１Ｂ側に排気を流すと、逆に排気を加
湿する可能性があるため、主排気通路１１Ａ側に排気を
流すように排気切換弁１９を切換える。

【００５３】従って、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
によりＮＯｘトラップを行う場合には、水分トラップ１
３と排気切換弁１９とにより、コールドＮＯｘトラップ
触媒１４に流入する排気の水分濃度を低下させるので、
コールドＮＯｘトラップ触媒１４でのＮＯｘのトラップ
量を増加できる。この部分が排気水分濃度低下手段に相
当する。

【００５４】一方、図８のＳ２での判定で、三元触媒１
２が活性と判定された場合には、Ｓ３に進む。Ｓ３で
は、排気水分濃度上昇処理後フラグ（加湿処理後フラ
グ）Ｆが０であるか否かの判定を行っており、排気水分
濃度上昇未処理（Ｆ＝０）の場合はＳ４へ進み、排気水
分濃度上昇処理後（Ｆ＝１）の場合はリターンする。こ
のＳ３は排気水分濃度上昇処理（加湿処理）を三元触媒
１２の活性化直後に１回のみ行うために設けている。

【００５５】Ｓ４では、排気水分濃度上昇処理のため、
図１０のサブルーチンに従って、加湿処理を行う。図１
０の加湿処理のサブルーチンについて説明する。Ｓ２１
では、水分トラップ１３において、実際に排気を加湿可
能（トラップされている水分を離脱可能）か否かの判定
を行っており、加湿可能な場合はＳ２２へ進み、加湿不
能な場合はＳ２３へ進む。

【００５６】この判定は水分トラップ１３に設けられた
温度センサ２０の温度履歴に基づいて行われており、加
湿処理が開始されるまでの除湿処理中の運転履歴におい
て、除湿処理中に、水分トラップ１３の温度が所定温度
（例えば２００℃）まで上昇しなかった場合には、加湿
可能と判断され、これに対し所定温度（２００℃）以上
に上昇した場合には、今回は加湿不能と判定される。

【００５７】Ｓ２２では、Ｓ２１で加湿可能と判定され
た場合であるので、水分トラップ１３を有する分岐排気
通路１１Ｂ側に排気を流すように排気切換弁１９を切換
え、水分トラップ１３による排気の加湿（水分の離脱）
を行う。Ｓ２３では、Ｓ２１で加湿不能と判定された場
合であるので、この場合に水分トラップ１３を有する分
岐排気通路１１Ｂ側に排気を流すと、逆に排気を除湿す
る可能性があるため、主排気通路１１Ａ側に排気を流す
ように排気切換弁１９を切換える。

【００５８】従って、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
に所定量のＮＯｘをトラップした後は、水分トラップ１
３と排気切換弁１９とにより、コールドＮＯｘトラップ
触媒１４に流入する排気の水分濃度を上昇させることが
でき、これにより一旦トラップしたＮＯｘが排気流量の
増加や排気温度の上昇により未処理のまま脱離すること
を防止できる。この部分が排気水分濃度上昇手段に相当
する。

【００５９】図８に戻って、Ｓ５では、排気水分濃度上
昇処理時間（加湿処理時間）を計測するためのタイマ
（カウンタ）を本ルーチンの実行時間隔（例えば１０ｍ
ｓ）分インクリメントする。Ｓ６では、Ｓ５でインクリ
メントしたタイマが所定時間（例えば２０分）に達した
か否かを判定し、タイマ＜所定時間の場合はリターン
し、タイマ≧所定時間となった場合はＳ７〜Ｓ９へ進
む。

【００６０】Ｓ７では、排気切換弁１９を主排気通路１
１Ａ側に排気を流す位置に戻して、排気水分濃度上昇処
理（加湿処理）を終了させる。Ｓ８では、排気水分濃度
上昇処理後フラグ（加湿処理後フラグ）Ｆを１として、
排気水分濃度上昇処理を既に行った履歴を残しており、
これはＳ３での判定に使用される。そして、Ｓ９では、
タイマをリセットして、リターンする。

【００６１】以上の構成と制御により、始動後のエンジ
ン冷間時において、三元触媒１２が所定温度（例えば２
５０℃）に達し、活性化するまでの期間は、水分トラッ
プ１３と排気切換弁１９とを用いて、排気を除湿処理す
る。これにより下流側のコールドＮＯｘトラップ触媒１
４では、通常の排気よりも水分濃度が低下しているた
め、コールド時においてもＮＯｘを多量にトラップ可能
である。ここでの除湿処理が排気水分濃度低下手段に相
当する。

【００６２】しかし、コールドＮＯｘトラップ触媒１４
は水分濃度が低いとＮＯｘをトラップした後の排気流量
の増加や排気温度の上昇によりＮＯｘが脱離し易く、そ
の脱離がＮＯｘを浄化可能な温度未満で起こりうる。そ
こで、コールドＮＯｘトラップ触媒１４の上流側に設け
られた三元触媒１２が活性温度に達した場合、ＮＯｘは
三元触媒１２にて還元処理されるため、その後は、所定
時間（例えば２０分）、水分トラップ１３と排気切換弁
１９とを用いて、排気を加湿処理する。これにより、コ
ールドＮＯｘトラップ触媒１４に水分が供給され、ＮＯ
ｘが容易には脱離し難くなる。ここでの加湿処理が排気
水分濃度上昇手段に相当する。

【００６３】この加湿処理中若しくはその後にコールド
ＮＯｘトラップ触媒１４がその活性温度に達した場合に
は、触媒作用によりトラップされていたＮＯｘが還元処
理される。以上により、始動直後からＮＯｘを車外に排
出することなく、確実にトラップして、未処理のまま脱
離することを防止し、その後にＮＯｘを確実に浄化可能
な排気浄化装置を提供できる。本実施形態においては、
水分トラップ１３の状態を考慮して除湿、加湿を行うた
め、より適切にコールドＮＯｘトラップ触媒１４の除
湿、加湿が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すエンジンのシス
テム図

【図２】第１実施形態のフローチャート

【図３】本発明の第２実施形態を示すエンジンのシス
テム図

【図４】第２実施形態のフローチャート

【図５】本発明の第３実施形態を示すエンジンのシス
テム図

【図６】第３実施形態のフローチャート

【図７】本発明の第４実施形態を示すエンジンのシス
テム図

【図８】第４実施形態のフローチャート

【図９】第４実施形態の除湿処理サブルーチンのフロ
ーチャート

【図１０】第４実施形態の加湿処理サブルーチンのフ
ローチャート

【符号の説明】

１エンジン２吸気通路３電制スロットル弁４燃料噴射弁５点火プラグ６Ｃ／Ｕ１０水温センサ１１排気通路１１Ａ主排気通路１１Ｂ分岐排気通路１２三元触媒１３水分トラップ１４コールドＮＯｘトラップ触媒１５触媒温度センサ１６電気ヒータ１８水噴射弁１９排気切換弁２０温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 53/94 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１ＣＦ０１Ｎ 3/08 Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ 3/28 ３０１１０１Ａ (72)発明者土田博文神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者椎野俊一神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA17 AA23 AB03 AB06 AB08 BA01 BA14 CA05 CA11 CA15 CA26 CA27 CB05 EA18 EA30 FA04 FC04 GB05W GB06W GB07W GB09X GB17X HA10 HA19 HA39 HB03 4D048 AA06 AA13 AA18 AB03 AB06 AC10 BA03Y BA11X BA30Y BA31Y BA33Y BA41Y BB02 CA01 CC25 CC26 CC32 CC38 CC52 CD01 CD08 DA01 DA02 DA06 DA13 DA20 EA04 4D052 AA02 CE00 DA01 DA06 DB01 FA05 GA01 GA03 GB02 HA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に、ゼオライトを含有して低温時
にＮＯｘをトラップ可能な排気浄化触媒を配置する一
方、前記排気浄化触媒がＮＯｘをトラップする際に、前記排
気浄化触媒の上流側で排気中の水分濃度を低下させる排
気水分濃度低下手段と、前記排気浄化触媒がＮＯｘをトラップした後に、前記排
気浄化触媒の上流側で排気中の水分濃度を上昇させる排
気水分濃度上昇手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記排気水分濃度低下手段は、前記排気浄
化触媒の上流側に、排気中の水分をトラップするゼオラ
イトからなる水分トラップを配置して構成されることを
特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記排気水分濃度上昇手段は、前記水分ト
ラップにトラップされた水分を離脱させる手段であるこ
とを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項４】前記排気水分濃度上昇手段は、内燃機関の
排気温度を上昇させるように制御して、前記水分トラッ
プからの水分の離脱を促進するものであることを特徴と
する請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記排気水分濃度上昇手段は、前記水分ト
ラップを加熱するヒータを備え、このヒータによる加熱
により、前記水分トラップからの水分の離脱を促進する
ものであることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項６】前記排気水分濃度上昇手段は、前記排気浄
化触媒の上流側にて、水を噴射供給する手段であること
を特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記水分トラップは、前記排気浄化触媒の
上流側にて、排気通路を排気切換弁により切換可能とし
た並列な２系統にし、そのうち一方に、配置することを
特徴とする請求項２又は請求項３記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項８】前記排気水分濃度低下手段は、前記水分ト
ラップが排気を除湿可能な条件において、排気を水分ト
ラップを有する側に流通させ、前記水分トラップが排気
を除湿不能な条件においては、排気を水分トラップを有
しない側に流通させるように、前記排気切換弁を制御
し、前記排気水分濃度上昇手段は、前記水分トラップが排気
を加湿可能な条件において、排気を水分トラップを有す
る側に流通させ、前記水分トラップが排気を加湿不能な
条件においては、排気を水分トラップを有しない側に流
通させるように、前記排気切換弁を制御することを特徴
とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。