JP2003035135A

JP2003035135A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2003035135A
Application number: JP2001220891A
Authority: JP
Inventors: Motohisa Kamijo; 元久上條
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ＨＣを脱離浄化する際に、触媒に含まれるＨ
Ｃ吸着材（ゼオライトなど）から脱離したＨＣが、触媒
成分（貴金属など）により浄化されずに放出されるのを
防止できる排気ガス浄化装置を提供すること。【解決手段】ＨＣ吸着材と三元触媒や酸化触媒を含有
するＨＣ吸脱着触媒部が、吸着ＨＣ量、ＨＣ飽和吸着量
及びＨＣ脱離温度を推測又は演算するＨＣ検知手段、Ｈ
Ｃ吸着材の温度や流入する排気ガスの温度を制御するＨ
Ｃ脱離温度制御手段、三元触媒や酸化触媒の酸化反応量
を増大する酸化反応増大手段、を有し、ＨＣ検知手段が
判断したとき、炭化水素の脱離温度を上昇させ酸化反応
増大手段を機能させて、炭化水素を脱離し、浄化する排
気ガス浄化装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関や燃焼器
等から排出される排気ガスを浄化するシステムに係り、
特に、排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車等の内燃機関から排出
される排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水
素類（ＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化する装
置や触媒に関する技術が知られている。

【０００３】例えば、特開平１１−２９４１５２号公報
には、機関排気通路内に配置された触媒コンバータ内の
触媒が活性化温度以下になりそうなときに触媒を電気的
に加熱することが提案されている。

【０００４】また、特開平１０−１４１０５１号公報に
は、ヒータ付き排気ＮＯｘ浄化触媒を用い、ヒータを作
動及び停止して触媒温度を上昇−下降させるときに、触
媒温度を下降して流入する排気中のＮＯｘを吸着させ、
触媒温度を上昇して吸着されているＮＯｘを放出−浄化
することが提案されている。

【０００５】更に、特開平１０−１２８１２２号公報に
は、低温域で排気ガス中に過剰に含まれる酸素を吸蔵
し、昇温時に活性が高い酸素を放出して、ゼオライトに
吸着された炭化水素を活性化し、この反応性の高い炭化
水素により低温域においてＮＯｘを還元浄化することが
提案されている。

【０００６】更にまた、特開２０００−８４３６５号公
報には、触媒層に電磁波の照射により発熱する酸化物等
を配合し、吸着触媒装置入口側に電磁波を照射する電磁
波発生器が設け、内燃機関の始動後、触媒温度が低いと
きに、電磁波発生器が作動し、触媒層を選択的に発熱さ
せ、吸着層が脱離開始温度に達する前に触媒層が活性温
度に達し、その後脱離した炭化水素を確実に処理するこ
とが提案されている。

【０００７】また、特開２０００−３１４３１０号公報
には、排気温度を上昇させて触媒を早期活性化する手
段、即ち、触媒が活性化していない時（触媒温度が活性
下限温度よりも低い時）に、点火後の膨張工程又は排気
工程で追加燃料を噴射して該追加燃料を点火による主燃
焼の火炎で後燃焼させることで排気温度を上昇させて触
媒を活性化させることが提案されている。

【０００８】更に、特開２０００−５４８３７号公報に
は、昇温制御手段に排気昇温手段を作動させて内燃機関
の排気温度を上昇させ、その後に触媒が燃料反応下限温
度に達したときに、未燃燃料供給手段が触媒に未燃燃料
を供給する構成を有する装置を用い、未燃燃料が供給さ
れる時点では、既に排気温度の上昇により触媒がある程
度まで昇温されているため、未燃燃料は触媒上で反応し
て燃焼し、燃料が有する熱量により触媒が効率良く昇温
することが開示されている。

【０００９】更にまた、特開２０００−１８０２４号公
報には、ＥＧＲバルブ及び吸気シャッタを制御すると共
に、排気ガス中の残存酸素量に応じて軽油添加装置によ
って排気ガス中に炭化水素（軽油）を混入し、この軽油
が触媒において酸化反応を起こすことにより、触媒床の
温度を上昇させ、触媒に付着しているＳＯＦのような被
毒物質を除去することが提案されている。

【００１０】また、特開平１１−３４３８３２号公報に
は、ＨＣ吸着剤の温度を検出する手段と、排気処理装置
の温度を上昇させる昇温手段を備え、排気ガスボリュー
ムに基づいてＨＣ吸着剤のＨＣ脱離開始温度を演算し、
ＨＣ吸着剤の温度がＨＣ脱離開始温度よりも低いときに
昇温手段を作動させてＨＣ脱離開始温度付近まで上昇さ
せることが提案されている。

【００１１】更に、特開平１１−３４３８３２号公報に
は、ＨＣの脱離中で、機関がアイドル運転領域等にある
ときに、点火時期を通常の点火時期に対して所定量リタ
ードさせ、ＨＣ排出量の増加を最小限に抑制しつつ、排
気温度を効果的に上昇させることにより、三元触媒層の
早期活性化を促進できること、延いては始動から三元触
媒が活性化するまでの間のＨＣの大気中への排出を最大
限抑制できることが開示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
排気ガス浄化に関わる装置や触媒では、以下のような問
題点があった。例えば、特開平１０−１２８１２２号公
報では、燃費効率の良いエンジンが、ＨＣ吸着型触媒に
吸着したＨＣの反応又は脱離開始温度よりも低い排気温
度で、長時間運転される場合には、ＨＣ吸着が飽和に達
してしまい、ＨＣを排気中から除去できなくなる可能性
がある。また、通電加熱のためのエネルギーロスや装置
コストが高い。

【００１３】また、特開平１１−２９４１５２号公報及
び特開平１０−１４１０５１号公報では、触媒を活性化
させるために、ハニカムなど触媒成分以外の構造全体を
加熱する必要があるため、エネルギーロスが大きい。

【００１４】更に、特開平２０００−８４３６５号公報
では、触媒層を集中的に加熱して触媒を活性化させるた
め、必要なエネルギーロスが比較的小さいものの、触媒
層中に共存する酸化触媒が十分活性化する前に、同じく
触媒層中のＨＣ吸着剤がＨＣ脱離温度まで加熱される場
合があり、その場合、酸化触媒が活性化するまでの間、
未浄化のＨＣが排気中に放出されてしまう。

【００１５】更にまた、特開平２０００−１８０２４号
公報では、空気過剰率が１．０〜１．５となるように制
御する必要があり、スロットルレバー開度信号が小さい
場合には吸気シャッタによる吸気絞りを大きくし、スロ
ットルレバー開度信号が大きい場合には吸気絞りは少な
く制御するため、回転数に従い空気流量が増大して、脱
離温度が触媒活性温度より低くなる領域が生じてしま
う。即ち、この方法をＨＣパージに応用して試みた場
合、吸気シャッタの作動状況によっては偶然、炭化水素
脱離温度が触媒活性化温度より低下する領域が存在する
ものの、この領域を外れた場合に於いても、排気温度を
上昇させてしまい、脱離した炭化水素を放出させてしま
う。

【００１６】このように上述した従来技術では、ＨＣの
脱離温度が触媒の活性化温度よりも低い場合は、触媒が
活性化するまでの間に、未浄化のＨＣが排気中に放出さ
れてしまうことがあった。

【００１７】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、ＨＣを脱離浄化する際に、触媒に含まれるＨＣ吸着
材（ゼオライトなど）から脱離したＨＣが、触媒成分
（貴金属など）により浄化されずに放出されるのを防止
できる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、特に、ＨＣ吸着材が
以下の条件及び、燃費が良く、排気温度がＨＣ脱離温度より低い状態が
長時間続くエンジンに装着された条件車両が使用される環境が極寒冷地であるため、エンジ
ン始動後に排気がＨＣ脱離状態になるまで長時間を要す
る条件で使用される場合に、ＨＣ吸着材が飽和しないように、
意図的に吸着ＨＣをパージして、効率良く吸着ＨＣを脱
離浄化することにより、上記課題が解決することを見出
し、本発明を完成するに至った。

【００１９】即ち、本発明の排気ガス浄化装置は、内燃
機関の排気通路に、排気ガス中の炭化水素類を吸着する
ＨＣ吸着材と、三元触媒又は酸化触媒とを含有するＨＣ
吸脱着触媒部を介装して成る排気ガス浄化装置であっ
て、上記ＨＣ吸脱着触媒部は、ＨＣ検知手段、ＨＣ脱離
温度制御手段及び酸化反応増大手段を有し、該ＨＣ検知
手段は、上記ＨＣ吸着材に吸着した炭化水素量、上記内
燃機関の燃焼状態に対応した炭化水素飽和吸着量及び炭
化水素の脱離温度を推測又は演算し、該ＨＣ脱離温度制
御手段は、上記ＨＣ吸着材の温度及び／又は流入する排
気ガスの温度を制御し、該酸化反応増大手段は、上記三
元触媒又は酸化触媒の酸化反応量を一時的に増大し、上
記ＨＣ検知手段が測定結果又は演算結果から吸着した炭
化水素を浄化処理すべきと判断したとき、炭化水素の脱
離温度を上昇させた後又は上昇させるとともに、上記酸
化反応増大手段を機能させて、該炭化水素を脱離し、浄
化することを特徴とする。

【００２０】また、本発明の排気ガス浄化装置の好適形
態は、上記ＨＣ吸着材の温度を検出又は間接的に推測す
るＨＣ吸着材温度検出手段を有し、このＨＣ吸着材の温
度に基づいて上記内燃機関の燃焼状態を制御し、上記炭
化水素の脱離温度及び酸化反応量を調整することを特徴
とする。

【００２１】更に、本発明の排気ガス浄化装置の他の好
適形態は、上記ＨＣ吸着材温度検出手段が、上記ＨＣ吸
着材の下流側の排気温度から該ＨＣ吸着材の温度を予測
することを特徴とする。

【００２２】更にまた、本発明の排気ガス浄化装置の更
に他の好適形態は、上記内燃機関がディーゼルエンジン
であることを特徴とする。

【００２３】また、本発明の排気ガス浄化方法は、上記
排気ガス浄化装置を用いる排気ガス浄化方法であって、
上記ＨＣ吸着材から炭化水素を脱離させる際に、炭化水
素の脱離を一時的に抑制した後又は抑制すると同時にＨ
Ｃ吸着材近傍の温度を上昇させ、炭化水素脱離の抑制を
解除することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の排気ガス浄化シス
テムについて、詳細に説明する。なお、本明細書におい
て「％」は、特記しない限り質量百分率を示す。

【００２５】上述の如く、本発明の排気ガス浄化装置
は、内燃機関の排気通路に、排気ガス中の炭化水素類
（ＨＣ）を吸着するＨＣ吸着材と、三元触媒又は酸化触
媒とを含有するＨＣ吸脱着触媒部を介装して成る。ま
た、上記ＨＣ吸脱着触媒部は、ＨＣ検知手段、ＨＣ脱離
温度制御手段及び酸化反応増大手段を有して成る。な
お、上記ＨＣ吸着材と三元触媒又は酸化触媒は同一担体
又は別々の担体で担持できるが、これらは近接している
ことが望ましい。

【００２６】ここで、ＨＣ吸着脱離現象についてのグラ
フを図１に示す。このグラフは、ＨＣ吸着材のみから成
るＨＣ吸着体を台上エンジンの排気流路に設置し、一定
回転数で負荷を変更しながら排気温度を上昇させた場合
のＨＣ濃度変化を示している。図１に示すグラフより、
排気の温度が低いとき、即ち約２００℃以下では、ＨＣ
吸着材入口に対してＨＣ吸着材出口のＨＣ濃度は低下す
ることが確認できる。このことから、約２００℃以下で
は、排気中のＨＣは、ゼオライトなどの吸着材の細孔内
に物理的に補足されることがわかる。これが、ＨＣの吸
着現象である。

【００２７】一方、吸着材の細孔内にＨＣが補足された
状態から、排気の温度が上昇したとき、即ち約２５０℃
以上では、ＨＣ吸着材入口に対してＨＣ吸着材出口のＨ
Ｃ濃度は高くなることが確認できる。このことから、約
２５０℃以上では、吸着材の細孔内のＨＣが熱運動によ
り、細孔内から放出されることがわかる。これが、ＨＣ
の脱離現象である。

【００２８】また、空気流量の効果についてのグラフを
図２に示す。このグラフは、上記ＨＣ濃度変化の実験と
同様の装置で、吸気絞り弁を用いて空気流量を幾つかの
水準に制限した場合のＨＣ脱離ピーク温度と空気流量と
の関係を示している。このグラフより、吸気絞り量が増
加し空気流量が減少した条件になる程、吸着したＨＣの
脱離温度が高温化することがわかる。

【００２９】以上のことから、排気ガスの空気流量及び
ＨＣ吸着材温度が変化することにより、ＨＣの吸着・脱
離領域が変化するといえる。

【００３０】更に、上記排気流路に三元触媒又は酸化触
媒を設置し、この触媒上にＨＣ、ＣＯ、Ｈ_２と酸素を供
給して酸化反応を起こさせることで、速やかに該吸着材
の温度を上昇させ、瞬時にＨＣ吸着材の温度をコントロ
ールすることができる。具体的には、図３に示す状態マ
ップを用いて説明できる。この状態マップは、代表的な
実際のエンジンにおいて、エンジン回転数とエンジン負
荷を変化させ、ガス流量と触媒温度が変化したときのＨ
Ｃ吸着・脱離の状態を示している。図３の状態マップに
示すように、排気ａの状態から、吸気絞り弁などを用
い、予め空気流量を減少させると、ＨＣの脱離が起きな
い状態ｂに移行する。次いで、燃料添加時期のリタード
（遅延）や燃料の副噴射などにより、排気温度を上昇さ
せ、更に、供給されたＨＣ、ＣＯ及びＨ_２と酸素が、排
気流路に存在する三元触媒又は酸化触媒上で酸化反応を
起こすことで、ＨＣ吸着材が効率良く昇温され、速やか
に活性状態ｃに移行する。更に、吸気絞りを解除する
と、状態ｄへ移行し、吸着剤に吸着しているＨＣが脱離
浄化される。

【００３１】従って、例えば、吸気絞りを行わずに、温
度上昇のみを行った場合は、触媒活性以下の脱離領域を
通過するために、一部ＨＣが未浄化のまま脱離してしま
う。しかし、このときに吸気絞りを実施した場合は、エ
ンジンの出力を低下させないことを目的として、燃料噴
射量の増量や燃料噴射時期の遅角制御などを必要とする
が、ＨＣ脱離浄化を効率良く制御することができる。

【００３２】以上のことから、本発明の排気ガス浄化装
置は、ＨＣ吸着材と、三元触媒又は酸化触媒とを含有す
るＨＣ吸脱着触媒部を備え、また、このＨＣ吸脱着触媒
部は、ＨＣ検知手段、ＨＣ脱離温度制御手段及び酸化反
応増大手段を有する。なお、内燃機関は、燃焼効率が高
く、エンジンから排出されるガス温度が低いため、排出
されるＨＣ成分の浄化が難しいディーゼルエンジンであ
ることがより好ましい。

【００３３】また、上記ＨＣ検知手段としては、上記Ｈ
Ｃ吸着材に吸着したＨＣ量、上記内燃機関の燃焼状態に
対応したＨＣ飽和吸着量及びＨＣ脱離温度を推測又は演
算できるものを用いる。これより、内燃機関の運転状態
に応じて適切なＨＣ脱離条件の判別が可能となる。例え
ば、ＨＣ飽和吸着量は機関回転数と燃料噴射量及び排ガ
ス流量により推測又は演算できる。なお、上記ＨＣ吸着
材としては、ゼオライトなどを使用することができる。
更に、上記ＨＣ脱離温度制御手段としては、上記ＨＣ吸
着材の温度及び／又は流入する排気ガスの温度を制御で
きるものを用いる。これより、触媒活性状態に応じて適
切なＨＣ脱離浄化処理が可能となる。上記ＨＣ吸着材の
温度は、三元触媒や酸化触媒の発熱、加熱装置や冷却装
置の設置などにより制御できる。また、上記排気ガスの
温度は、燃焼状態を変更することなどにより制御でき
る。更にまた、上記酸化反応増大手段としては、上記三
元触媒又は酸化触媒の酸化反応量を一時的に増大できる
ものを用いる。これより、ＨＣ吸着材に吸着したＨＣ量
に応じて、その脱離浄化性能を制御することが可能とな
る。なお、上記三元触媒又は酸化触媒としては、Ｐｔ、
Ｐｄ及びＲｈなどの貴金属、アルミナ、セリアなどを使
用できる。

【００３４】本発明の排気ガス浄化装置は、かかる構成
により、上記ＨＣ検知手段が測定結果又は演算結果から
吸着ＨＣを浄化処理すべきと判断したとき、ＨＣ脱離温
度を上昇させた後又は上昇させるとともに、上記酸化反
応増大手段を機能させて、該炭化水素を脱離し、浄化す
る。ここで、上記「吸着ＨＣを浄化処理すべきと判断し
たとき」とは、吸着ＨＣ量、ＨＣ飽和吸着量及びＨＣ脱
離温度などからＨＣをほぼ完全に浄化できると判断した
ときを示す。

【００３５】また、上記排気ガス浄化装置は、上記ＨＣ
吸着材の温度を検出又は間接的に推測するＨＣ吸着材温
度検出手段を有することが好ましく、このＨＣ吸着材の
温度に基づいて上記内燃機関の燃焼状態を制御し、上記
ＨＣの脱離温度及び酸化反応量を調整することがよい。
これより、三元触媒又は酸化触媒の酸化反応による発熱
を感知し、吸着材に吸着しているＨＣが脱離浄化される
のに適切な温度であるかを判断して、不必要なエネルギ
ーロスやパージ不十分な酸化反応発熱量の放出を防止で
きる。代表的には、上記ＨＣ吸着材温度検出手段は、上
記ＨＣ吸着材の下流側の排気温度から該ＨＣ吸着材の温
度を予測することができる。この場合は、ＨＣ吸着材の
温度を還元剤の供給制御実施の有無などを参考に、回転
数と負荷に対応した排気温度マップなどから補正し、推
測した値を用いることができる。

【００３６】更に、上記酸化反応増大手段による酸化反
応量の増大方法としては、以下の方法を挙げることがで
きる。例えば、上記内燃機関において、燃料を２回噴射
する燃焼方法を用いることができる。この場合は、副噴
射（２回目の噴射）により排温が上昇され易いため、三
元触媒や酸化触媒が活性状態になり易い。また、副噴射
により増大したＨＣの反応熱で上記ＨＣ吸着材が効率良
く昇温され、該ＨＣ吸着材に吸着しているＨＣを排気中
へ放出することなくパージできる。また、上記内燃機関
において、吸気量を調節する方法を用いることができ
る。この場合は、吸気絞りなどで吸気量を低減させ燃焼
効率を悪化させて、排温を上昇させることができるの
で、三元触媒や酸化触媒が活性状態になり易い。また、
排気流量が減少することにより、排気に奪われる反応熱
量が減少し、上記ＨＣ吸着材が効率良く昇温され易い。
更に、空気流量の低下により酸化反応効率が増大し、酸
化反応量が増加することで、該ＨＣ吸着材に吸着してい
るＨＣを排気中へ放出することなくパージできる。更
に、上記内燃機関において、燃料噴射時期を遅角化する
方法を用いることができる。この場合は、燃料噴射の遅
角化により排温を上昇させることができるので、三元触
媒や酸化触媒が活性状態になり易い。また、遅角化によ
り増大したＨＣ、ＣＯの反応熱で、上記ＨＣ吸着材が効
率良く昇温され、該ＨＣ吸着材に吸着しているＨＣを排
気中へ放出することなくパージできる。更にまた、上記
内燃機関において、排気ガス還流量（ＥＧＲ量）を増量
する方法を用いることができる。この場合は、ＥＧＲ量
の増大により、排気流量が減少し、排気に奪われる反応
熱量が減少するため、上記ＨＣ吸着材が効率良く昇温さ
れ、三元触媒や酸化触媒が活性状態になると同時に、該
ＨＣ吸着材に吸着しているＨＣを排気中へ放出すること
なくパージできる。また、排気流量の減少によるＨＣ脱
離抑制効果も得られる。

【００３７】更にまた、上記ＨＣ脱離温度制御手段で
は、吸気量の調節を行なうことが好適である。この場合
は、例えば、吸気絞り弁を用いて排気流量をコントロー
ルすることで、あらゆる運転状態で任意の排気流量を得
ることができる。

【００３８】次に、本発明の排気ガス浄化方法につい
て、詳細に説明する。かかる浄化方法は、上述の排気ガ
ス浄化装置を用い、上記ＨＣ吸着材からＨＣを脱離させ
る際に、該ＨＣの脱離を一時的に抑制した後又は抑制す
ると同時にＨＣ吸着材近傍の温度を上昇させ、ＨＣ脱離
の抑制を解除することを特徴とする。例えば、排気熱に
よりＨＣをパージする際、吸気を絞り、ＨＣの脱離を抑
制することで、ＨＣをより高い温度で脱離・放出させて
ＨＣの浄化効率を向上させる。なお、吸気絞りの他に
は、排気シャッター等、排気ガス流量を抑制する手段に
よりＨＣの脱離を抑制することができる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例により更に
詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。

【００４０】（実施例１）図４に、本実施例で用いた内
燃機関と排気ガス浄化装置の構成を示す。かかる装置
は、排気通路２に酸化機能を有するＨＣ吸着材１０が配
置され、触媒中に触媒温度センサ１１が配置され、排気
上流に内燃機関としてディーゼルエンジン１が配置さ
れ、排気系に可変ノズルターボ３、及び排気還流装置
（ＥＧＲ）としてＥＧＲバルブ４が配置されている。ま
た、吸気系に吸気絞り弁５が配置されている。更に、上
記可変ノズルターボ３、ＥＧＲバルブ４及び吸気絞り弁
５は、エンジン１に連結したコントロールユニット６で
制御した。噴射系としては、コモンレール噴射系を用
い、任意の時期に燃料を噴射することを可能とした。

【００４１】上述の排気ガス浄化装置によるＨＣの脱離
浄化は、包括的に行なうことが好ましく、代表的には図
５及び図６に示すフローチャートに従って実行すること
ができる。以下、これらフローチャートをステップ順に
説明する。

【００４２】まず、ステップ１（以下、［Ｓ１］のよう
に示す）では、回転センサ７とアクセル開度センサ８か
らエンジン１の運転状態を読み込み、触媒に取り付けた
触媒温センサ１１から触媒の温度を読みこむ。

【００４３】次いで、酸化機能付きＨＣ吸着材に吸着し
たＨＣの量を計算する［Ｓ２］。具体的には、エンジン
回転数とアクセル開度に基づいて決定される排気流量
（図７）及び触媒温度から、予め実験で求められたＨＣ
吸着量マップ（図８）を用いて、単位時間当たりのＨＣ
の吸着量又は脱離量ａａ１を把握する。このとき、ＨＣ
吸着条件であれば、それまで触媒に吸着されているＨＣ
量に、そのときのＨＣ吸着量ａａ１を加算し、ＨＣ吸着
量とする。一方、ＨＣ脱離領域の場合は、それまで触媒
に吸着されているＨＣ量から、単位時間当たりの脱離量
ａａ１を減算し、ＨＣ吸着量とする。

【００４４】更に、触媒に吸着したＨＣ量ａが規定量ａ
０に達しているか否かを判定する［Ｓ３］。この結果、
ＨＣ量が規定量ａ０に達しているときは、再生制御とし
て、ＨＣを効率良く脱離浄化させるためのルーチン（図
６）に移行する。一方、ＨＣ量ａが規定量ａ０に満たな
いときは、触媒温度及び排気流量からＨＣ吸着・脱離領
域を確認し［Ｓ４］、以下に示す領域Ｉであれば上記ル
ーチン（図６）に移行する。ここで、「ＨＣ吸着・脱離
領域」は、以下の４つの領域に区別される。（領域Ｉ）ＨＣが離脱し、触媒が活性化していない
領域（領域ＩＩ）ＨＣが吸着し、触媒が活性化していない
領域（領域ＩＩＩ）ＨＣが吸着し、触媒が活性化している領
域（領域ＩＶ）ＨＣが脱離し、触媒が活性化している領
域

【００４５】図６に示す再生制御では、まず、触媒温度
及び排気流量からＨＣ吸着・脱離領域が上記領域Ｉであ
るか否かを確認する［Ｓ５］。領域Ｉであれば、未浄化
のＨＣが触媒下流側に流出することから、ＨＣの脱離を
抑制する手段を実行する［Ｓ８］。このとき、ＨＣの脱
離を抑制するために、運転状況に対応する排気流量が図
８に示すＦ０以下になるように、吸気絞り弁にて吸気絞
りを実施し、予め設定した吸気絞り率にする。

【００４６】また、同様に上記領域ＩＩ又は領域ＩＩＩ
であるか否かを確認し［Ｓ６、Ｓ７］、領域ＩＩ又は領
域ＩＩＩであれば、触媒温度を上昇させる手段を実行す
る［Ｓ９、Ｓ１０］。このとき、触媒温度を上昇させる
には、燃料の２回噴射、吸気絞り、噴射時期の遅角化及
びＥＧＲなどが例示できるが、本例では燃料の２回噴射
を実施した。ここで、燃料の２回噴射を実施するときの
副噴射（２回目の噴射）の量としては、主噴射の２０％
量の燃料噴射を行うことで、排温が触媒活性下限温度よ
り３０℃上昇することを確かめた。特にこのときは、既
に吸気絞りが実施されているため、排気流量が減少する
ことで、排気に奪われる反応熱量が減少し、効率良く触
媒層が昇温されることもわかった。また、副噴射を主噴
射の後、約２０°で実施することで、吸気絞りによるト
ルクの減少を補うことができた。以上の操作により、触
媒中に存在する三元触媒又は酸化触媒が活性状態にな
り、且つ副噴射により増大したＨＣの反応熱で、効率良
く触媒層が昇温され、吸着剤に吸着しているＨＣが脱離
し、既に活性化している三元触媒または酸化触媒により
浄化される。

【００４７】なお、Ｓ９及びＳ１０の他の方法として、
燃料噴射の遅角化による酸化反応の増大を行うことがで
きる。この場合は、図９に示すように、エンジン回転数
とアクセル開度に基づき予め設定された燃料噴射の遅角
化により、排温が触媒活性下限温度より１５℃上昇し、
三元触媒または酸化触媒が活性状態になり、且つ遅角化
により増大したＨＣ、ＣＯの反応熱で、効率良く触媒層
が昇温され、吸着剤に吸着しているＨＣが脱離し、既に
活性化している三元触媒又は酸化触媒により浄化され
る。また、ＥＧＲ量を一律５０％増大させることがで
き、この場合は、排気流量が減少し、排気に奪われる反
応熱量が減少するため、触媒層の昇温効率が向上する。

【００４８】次に、触媒に吸着したＨＣ量を積算し［Ｓ
１１］、規定量ａ１より多いか否かを判定する［Ｓ１
２］。その結果、ＨＣ吸着量が規定量ａ１以内であれ
ば、吸着ＨＣを一気に脱離させ、除去可能である［Ｓ１
３］。即ち、吸気絞り弁を開き、ＨＣ脱離抑制を浄化さ
せるための手段を実施し、ＨＣをパージし、吸着量が０
となる。なお、規定量ａ１を超えるときは、再生制御を
繰り返す。

【００４９】（実施例２）実施例１とほぼ同様な内燃機
関（コモンレール付き２．５Ｌディーゼルエンジン）と
排気ガス浄化装置を用いて、ＨＣ脱離浄化を模擬的に実
施した。エンジンの運転条件は、回転数：１４００ｒｐ
ｍ、トルク：６１Ｎ・ｍ、コモンレール圧：６０ＭＰ
ａ、燃料添加時期：ＴＤＣとした。また、触媒の入口温
度が、ＨＣ脱離温度以下である１００℃となるように配
管の長さを調節し、触媒を装着位置した。このときの、
触媒入口ＨＣ濃度は、約３０ｐｐｍであった。上記条件
で排気ガス浄化装置を運転した場合の、触媒出口ＨＣ濃
度の時間変化グラフを、図１０に示す。上記グラフよ
り、時間の経過に伴い、吸着材が飽和し、入口ＨＣ濃度
の約３０ｐｐｍに出口ＨＣ濃度が近づく様子が観察でき
る。

【００５０】これに対し、５秒間吸気を絞り、１５秒間
吸気絞りを解除する間隔で、吸気絞りを実施し、吸気絞
り開始から１０秒間、燃料添加時期を８°リタードさ
せ、更に、ＴＤＣ後２０°の噴射タイミングで１ストロ
ーク、１シリンダー当り１５ｍｍ^３の燃料を副噴射させ
ることで、排気温度ピークを約２２０℃とした場合の、
触媒出口ＨＣ濃度の時間変化グラフを図１１に示す。こ
の場合、出口ＨＣの濃度は、平均５ｐｐｍで安定してい
る。これは、吸気絞りによりＨＣの脱離を抑制した状態
で、通常排気流量ならＨＣを放出してしまう２２０℃ま
で排気温度を上昇させ、触媒を活性化させた後、吸気絞
りが解除され、ＨＣが脱離−浄化されることを示してい
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、ＨＣ吸着材が飽和しないように、意図的に吸着ＨＣ
をパージして、効率良く吸着ＨＣを脱離浄化することと
したため、ＨＣを脱離浄化する際に、触媒に含まれるＨ
Ｃ吸着材（ゼオライトなど）から脱離したＨＣが、触媒
成分（貴金属など）により浄化されずに放出されるのを
防止できる排気ガス浄化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＨＣ吸着脱離現象を示すグラフである。

【図２】ＨＣ脱離ピーク温度と空気流量との関係を示す
グラフである。

【図３】ＨＣ吸着・脱離の状態を示を示すグラフであ
る。

【図４】排気ガス浄化装置の一例を示す概略図である。

【図５】ＨＣの脱離浄化の流れを示すフローチャートで
ある。

【図６】ＨＣの脱離浄化の流れを示すフローチャートで
ある。

【図７】エンジン回転数とアクセル開度の大きさによる
排気流量を示すグラフである。

【図８】ＨＣの吸着量及び脱離量を示すＨＣ吸着量マッ
プである。

【図９】エンジン回転数とアクセル開度による燃料噴射
の遅角量を示すグラフである。

【図１０】触媒出口ＨＣ濃度の時間変化を示すグラフで
ある。

【図１１】触媒出口ＨＣ濃度の時間変化を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１エンジン（内燃機関）２排気通路（排気管）３可変ノズルターボ４排気還流装置（ＥＧＲバルブ）５吸気絞り弁６エンジンコントロールユニット７エンジン回転センサ信号８アクセル開度センサ信号１０酸化機能付ＨＣ吸着材１１触媒温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｆ０２Ｄ 41/06 ３６０４Ｄ０４８ 41/06 ３６０３８０３８０３８５３８５ 43/00 ３０１Ｊ 43/00 ３０１３０１Ｋ３０１Ｎ３０１Ｔ３０１Ｗ 45/00 ３１４Ｒ 45/00 ３１４Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ＲＦ０２Ｍ 25/07 ５５０５７０Ｊ５７０Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３ＢＦターム(参考） 3G062 AA01 AA03 AA05 BA05 BA06 CA06 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED10 FA03 FA23 GA04 GA06 GA09 3G084 AA01 AA03 BA05 BA08 BA09 BA13 BA15 BA20 BA24 CA01 CA02 CA03 DA10 DA27 EA11 EB01 FA10 FA27 FA33 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB03 AB10 BA03 BA04 BA14 BA15 BA19 BA32 CA13 CA26 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DA10 EA01 EA03 EA07 EA17 EA19 FA02 FA04 FA12 FB02 FC04 FC05 FC07 GB01W GB04W GB05W GB06W GB07W GB09Y GB10W HA18 HA37 HA38 HA39 HB03 HB05 HB06 3G092 AA02 AA06 AA13 AA17 AA18 AB03 AB20 BA01 BA04 BB01 BB06 BB13 BB18 DB03 DC03 DC09 DC14 DC15 DE03S DF02 DF06 EA01 EA02 EA04 EA05 FA17 FA18 GA01 GA02 GA04 HD01Z HD02Z HF08Z 3G301 HA02 HA04 HA06 HA13 JA26 JB09 KA02 KA05 KA07 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 MA26 NA07 NA08 NE12 NE13 PD11Z PD12Z PE01Z PF03Z 4D048 AA06 AA13 AA18 AB01 AB05 BA03X BA11X BA19X BA30X BA31X BA33X BA41X CC27 CC38 DA01 DA02 DA03 DA05 DA06 DA08 DA13 DA20 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に、排気ガス中の炭
化水素類を吸着するＨＣ吸着材と、三元触媒又は酸化触
媒とを含有するＨＣ吸脱着触媒部を介装して成る排気ガ
ス浄化装置であって、上記ＨＣ吸脱着触媒部は、ＨＣ検知手段、ＨＣ脱離温度
制御手段及び酸化反応増大手段を有し、該ＨＣ検知手段は、上記ＨＣ吸着材に吸着した炭化水素
量、上記内燃機関の燃焼状態に対応した炭化水素飽和吸
着量及び炭化水素の脱離温度を推測又は演算し、該ＨＣ脱離温度制御手段は、上記ＨＣ吸着材の温度及び
／又は流入する排気ガスの温度を制御し、該酸化反応増大手段は、上記三元触媒又は酸化触媒の酸
化反応量を一時的に増大し、上記ＨＣ検知手段が測定結果又は演算結果から吸着した
炭化水素を浄化処理すべきと判断したとき、炭化水素の
脱離温度を上昇させた後又は上昇させるとともに、上記
酸化反応増大手段を機能させて、該炭化水素を脱離し、
浄化することを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】上記ＨＣ吸着材の温度を検出又は間接的
に推測するＨＣ吸着材温度検出手段を有し、このＨＣ吸
着材の温度に基づいて上記内燃機関の燃焼状態を制御
し、上記炭化水素の脱離温度及び酸化反応量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】上記ＨＣ吸着材温度検出手段が、上記Ｈ
Ｃ吸着材の下流側の排気温度から該ＨＣ吸着材の温度を
予測することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄
化装置。
【請求項４】上記内燃機関において、燃料を２回噴射
する燃焼方法により上記酸化反応量を増大させることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排
気ガス浄化装置。
【請求項５】上記内燃機関において、吸気量の調節に
より上記酸化反応量を増大させることを特徴とする請求
項１〜３のいずれか１つの項に記載の排気ガス浄化装
置。
【請求項６】上記内燃機関において、燃料噴射時期の
遅角化により上記酸化反応量を増大させることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排気ガス
浄化装置。
【請求項７】上記内燃機関において、排気ガス還流量
の増量により上記酸化反応量を増大させることを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の排気ガス
浄化装置。
【請求項８】上記ＨＣ脱離温度制御手段において、吸
気量の調節を行うことを特徴とする請求項１〜７のいず
れか１つの項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】上記内燃機関がディーゼルエンジンであ
ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つの項に
記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１つの項に記
載の排気ガス浄化装置を用いる排気ガス浄化方法であっ
て、上記ＨＣ吸着材から炭化水素を脱離させる際に、炭化水
素の脱離を一時的に抑制した後又は抑制すると同時にＨ
Ｃ吸着材近傍の温度を上昇させ、炭化水素脱離の抑制を
解除することを特徴とする排気ガス浄化方法。