JP2003343334A - 内燃機関用排ガス浄化装置の水分除去装置及び方法 - Google Patents

内燃機関用排ガス浄化装置の水分除去装置及び方法

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Norihiro Shinozuka
教広 篠塚
Osamu Kuroda
黒田　　修
Yuichi Kitahara
雄一 北原
Takeshi Inoue
猛 井上
Ryota Doi
良太 土井
Hidehiro Iizuka
秀宏 飯塚
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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の運転、特に短時間稼動が繰り返され
ると、触媒に水分が捕捉されて、触媒中の可溶成分が溶
出し、触媒の浄化率が低下するという問題がある。 【解決手段】前記課題を解決すべく、本発明は、内燃機
関より排出された水分が触媒中へ捕捉される量を推定す
る捕捉水分量推定手段と、前記捕捉水分量の推定値が予
め定めた所定量以上に達したことを判定する判定手段
と、前記触媒に捕捉された水分の除去を制御する手段
と、を有し、前記触媒に捕捉された水分の推定値が所定
値を超えた場合に、前記触媒中の水分を除去する制御を
行う。これにより、触媒に捕捉された水分を除去し、触
媒成分の溶出を防ぐことが出来るので、触媒の排ガス浄
化性能低下が防止される。

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ガス浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にリーンＮＯｘ触媒や三元触媒とい
った自動車排ガス浄化用触媒は、内燃機関より排出され
る水分が過剰に触媒中に捕捉されると、触媒中の可溶成
分が溶出し、浄化性能が低下する場合がある。
【０００３】このため、内燃機関に供給する燃料量に基
づいて排気ガスから触媒への水分付着量を推定し、これ
を積算することによって、ＮＯｘ触媒の劣化を推定する
技術（特開平７−１５８４２５号）や、ＨＣ吸着剤に吸
着された水分量を推定し、水分量により変化するＨＣ吸
着剤の昇温速度の変化に伴うＨＣ吸着剤から放出される
ＨＣ後処理を効果的に行う技術（特開平１１−６４２４
号公報）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術はいず
れも、触媒中に捕捉された水分量を推定するに止まり、
捕捉された水分を除去するものではない。
【０００５】このため、従来の排ガス浄化装置では、内
燃機関始動直後の短時間運転等、触媒の温度が水の蒸発
温度以上に上がらない場合には、発生した水が蒸発せず
に触媒に残ることとなり、前記短時間運転が繰り返され
ると水が触媒に蓄積し、触媒中の可溶成分が溶出して浄
化性能が低下するという課題がある。
【０００６】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、触媒中に捕捉される水分を推定し、捕捉され
た水分を除去する装置及び方法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】前記課題を解決すべく、
本発明は、内燃機関より排出された水分が触媒中へ捕捉
される量を推定する捕捉水分量推定手段と、前記捕捉水
分量の推定値が予め定めた所定量以上に達したことを判
定する判定手段と、前記触媒に捕捉された水分の除去を
制御する手段と、を有し、触媒に捕捉された水分の推定
値が所定値を超えた場合に、触媒中の水分を除去する。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者らは、内燃機関始動時に
おける、燃焼排ガス中の水分の捕捉特性と捕捉された水
の放出特性について検討した。その結果、触媒による水
の捕捉は、触媒入口排気温度にはほとんど依存せず、触
媒温度および触媒の排気下流部の排ガス温度が約８０〜
１００℃の所定温度以下の時に起こること、内燃機関始
動後経時的に進行することを明らかにした。さらに、温
度が約８０〜１００℃の所定温度以下の運転が繰り返さ
れると、水分量は積算していくことも明らかにした。ま
た、触媒温度および触媒の排気下流部の排ガス温度、つ
まり水分捕捉量は、内燃機関の動作から停止までの内燃
機関作動時間に関係することを明らかにした。
【０００９】これらの知見から、本発明は、捕捉水分量
推定手段が、内燃機関の動作から停止までの触媒の最高
温度が予め定めた所定温度以下である連続運転回数を計
数し、計数値が予め定めた回数に達したか否かを判定す
ることにより、触媒に捕捉された水分量を推定すること
を特徴とする。
【００１０】本発明は、捕捉水分量推定手段を、内燃機
関の動作から停止までの触媒下流部の排ガス最高温度が
予め定めた所定温度以下又は内燃機関の動作から停止ま
での内燃機関動作時間が予め定めた所定時間以下である
連続運転回数を計数し、計数値が予め定めた回数に達し
たか否かを判定し、触媒に捕捉された水分量を推定する
手段としてもよい。
【００１１】本発明者らは、内燃機関始動時における触
媒に捕捉された水の放出特性についても検討した。その
結果、捕捉された水の放出は流入排ガス温度の上昇とそ
れに伴う触媒温度の上昇により進行すること、水が除去
されている間、触媒温度は約８０〜１００℃付近の所定
温度に停滞し、水の放出がほぼ完了すると触媒温度は停
滞温度域を脱して急上昇し、合わせて触媒下流の排気温
度が停滞温度域を脱して急上昇すること、放出は経時的
に進行すること、を明らかにした。また温度の急上昇、
すなわち水の放出完了は、内燃機関の動作から停止まで
の内燃機関作動時間に関係することを明らかにした。
【００１２】これらの知見から、本発明では、捕捉水分
除去手段による水分除去操作は、触媒の温度又は触媒の
排気下流部の排ガス温度が予め定めた所定温度になるま
で行うことを特徴とする。また、この操作は、予め定め
た所定時間行うものでもよい。
【００１３】本発明は、捕捉水分除去手段には、内燃機
関の無負荷運転制御とすることを特徴とする。無負荷運
転制御では、内燃機関の排ガス温度を通常の無負荷運転
より高い無負荷運転としてもよい。また、捕捉水分除去
手段は、触媒の排気上流部に熱風発生装置又は送風装置
を設け、触媒内に熱風又は送風を送ってもよい。
【００１４】捕捉水分除去手段は、ポンプにて触媒内に
送風を行ってもよい。内燃機関の動作時に、ポンプにて
圧力容器に空気をためてから、触媒内に送風を行っても
よく、ポンプは内燃機関の動力により作動してもよい。
【００１５】さらに、捕捉水分除去手段は、触媒に加熱
手段を設け、触媒を加熱しつつ触媒内に送風を行っても
よい。触媒の加熱手段を電気加熱式触媒とすることもで
きる。電気加熱式触媒方式においては、加熱手段が触媒
の一部に設けられているもの、更には、電気加熱式触媒
の熱により後流に位置する触媒を加熱，乾燥するものを
含む。
【００１６】捕捉水分量推定手段を前記内燃機関作動時
間から推定するものは、捕捉される水分量を内燃機関の
外気温により補正し、補正された捕捉水分推定量に基づ
いて捕捉水分除去手段を動作させる。また、捕捉水分除
去手段を２つ以上併用してもよい。捕捉水分除去手段の
動作は、内燃機関の動作停止直後に行ってもよい。連続
運転回数の計数値が予め定めた回数に達する前に、内燃
機関の動作から停止までの排ガス温度を、通常運転の場
合より高くし、前記内燃機関作動時間の所定時間を短く
することもできる。排ガス浄化用触媒は、酸素過剰雰囲
気でも効率的に排ガス中のＮＯｘを除去できるリーンＮ
Ｏｘ触媒であってもよい。
【００１７】以下、具体的な例で本発明を説明するが、
本発明はこれらの実施例により制限されるものではな
い。
【００１８】排気量１.５Ｌ のリーンバーンガソリンエ
ンジン車を用い、水がリーンＮＯｘ触媒２に溜まる条件
にて本発明の効果を確認した。水を溜める条件として、
エンジン始動〜停止の繰り返しを実施し、触媒に水を蓄
積させた。
【００１９】水の蓄積量は、エンジン始動〜停止の繰り
返し試験前後の触媒の重量変化（水の量）にて評価し
た。
【００２０】リーンＮＯｘ触媒は、例えば、次のように
構成されている。リチウム（Ｌｉ），カリウム（Ｋ），
ナトリウム（Ｎａ）等から選ばれる少なくとも１種類の
アルカリ金属と、マグネシウム(Ｍｇ），カルシウム(Ｃ
ａ），ストロンチウム(Ｓｒ)，バリウム（Ｂａ）等のア
ルカリ土類金属，セリウム等からなる希土類とチタン
（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ）などの元素周期律表第
IVａ族の金属，バナジウム（Ｖ），ニオブ（Ｎｂ）等の
Ｖａ族の金属，モリブデン（Ｍｏ），タングステン
（Ｗ）等のVIａ族の金属，マンガン（Ｍｎ）等のVIIａ
族の金属，鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル
(Ｎｉ）等の鉄族の金属，銅(Ｃｕ），亜鉛(Ｚｎ)および
アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）等の周期律表
第IIIｂ族の金属，シリコン（Ｓｉ），スズ（Ｓｎ）等
のIVｂ族の金属から選ばれる少なくとも一種と、白金
（Ｐｔ），ロジウム(Ｒｈ），パラヂウム(Ｐｄ），ルテ
ニウム(Ｒｕ)，イリジウム（Ｉｒ）等から選ばれる少な
くとも一種類の貴金属からなる金属および金属酸化物
（もしくは複合酸化物）から構成される組成物、もしく
は該組成物をアルミナ等の多孔質耐熱性金属酸化物に担
持してなる組成物を金属基体に担持している。
【００２１】なお、実施例のリーンＮＯｘ触媒容量は、
リーンＮＯｘ触媒単独にて使用されるものは１.４Ｌ 、
電気加熱式触媒と組み合わされるものは１.０Ｌ のもの
を用いた。
【００２２】電気加熱式触媒は、前述のリーンＮＯｘ触
媒に対して、０.４Ｌ 容量の円筒形状で最外周と中心に
電極を設けたメタルハニカムに触媒成分を担持した。担
持方法，担持成分の量及び組成は上述のリーンＮＯｘ触
媒と同様とした。この触媒をステンレス製容器内に絶縁
して固定した。
【００２３】実施例１として、本発明の一実施例の排気
浄化装置を図１に示す。エンジン１の下流側にリーンＮ
Ｏｘ触媒２を配置しており、エンジン１はコントロール
ユニット４につながっており、エンジン運転制御が可能
である。
【００２４】本発明の実施例を示す制御フローを図２に
示す。内燃機関の始動後、予め定められた時間内に停止
され、かつこの始動〜停止が予め定めた連続回数を超え
たとき、触媒が過剰に水分を捕捉したと推定する。そし
て、触媒が過剰に捕捉した水分を除去するべく、予め定
めた時間、内燃機関の無負荷運転を行い、水分を蒸発さ
せる。図２は、内燃機関の始動〜停止の回数を数えるこ
とで、触媒中の水分量を推定している。
【００２５】図２の運転制御フローについて説明する。
ステップＳ２では、所定時間以下のエンジン（以下ＥＮ
Ｇ）稼動回数をカウントするカウンタＣＮを初期化す
る。すなわちＣＮ＝０とする。ステップＳ４ではＥＮＧ
の始動から停止までのＥＮＧ稼動時間ＴＰを計測する。
そしてステップＳ６では前記計測した稼動時間が予め定
められた時間ＴＡよりも小さいかどうかを判断する。そ
して、ＴＰ＜ＴＡのときは、ステップＳ８でカウンタ値
ＣＮ＝（ＣＮ＋１）とし、ＥＮＧ稼動回数をカウントす
る。ステップＳ１０ではそのカウンタ値が所定回数ＣＢ
よりも大きいかどうかを判定し、ＣＮがＣＢに達してい
ないときは、前記ステップＳ４に戻り、またＥＮＧ稼動
時間（運転時間）を計測し、カウンタで回数を計数す
る。
【００２６】そこで前記Ｓ６で、ＴＰ＞ＴＡ（すなわち
Ｓ６でＮ）の場合は、Ｓ２に戻り、カウンタＣＮ＝０と
し（積算値を０にし）、改めて積算カウントを開始す
る。ＴＰ＜ＴＡの運転回数がある回数ＣＢ以下で、ＴＰ
＞ＴＡのＥＮＧ稼動が行われると、積算値を初期化し、
改めて稼動回数をカウントする方法である。ＴＡの値は
その触媒に合った値に経験的に決められる。
【００２７】また、Ｓ１０で、カウンタの計数値ＣＮ
が、ＣＮ≧ＣＢの判定結果がＹのときは、Ｓ１２で水分
除去運転を実行すべくＥＮＧを始動する。その運転時間
ＴＰが、触媒内の水分が十分に蒸発するのに要する時間
として予め定められているＴＣに等しくなるまで続けら
れる。この水分除去のための運転時間ＴＰが、Ｓ１４に
おいて、ＴＰ≧ＴＣの条件を満たしたとき、Ｓ１６によ
り水分除去のための運転は終了する。その後、Ｓ２に戻
り、ＣＮ＝０として、再び所定時間よりも短いＥＮＧ稼
動時間（運転時間）の運転回数の連続回数をカウントす
る。
【００２８】また、図２において、Ｓ４ではＥＮＧの始
動から停止までの稼動時間を計測しているが、ＥＮＧの
停止時間との組み合わせが考えられる。すなわち、ＥＮ
Ｇ停止から始動までの時間を計測して、予め定めた時間
以上停止が続いたときはＣＮ＝０にしてもよい。あるい
はその設定によってＣＮを所定値だけカウントダウンす
る方法もある。この方法は、ＥＮＧの停止時間によって
ＣＮを補正することになり、ＥＮＧの稼動時間だけでな
く停止時間をも考慮した適切な水分除去運転を実現する
ことができる。
【００２９】前記図２のフローを、図３のタイムチャー
トにより説明する。図３の（Ａ）はカウンタの計数動作
を、同図（Ｂ）はＥＮＧの稼動時間ＴＰを表わしてい
る。カウンタは、ＥＮＧのＴＡ以下の稼動時間回数によ
って計数される。例えば、時間ｔａにおいて、ＴＰがＴ
Ａよりも大きな稼動時間があったとき、Ｓ６の判定がＮ
となる。したがって、カウンタ値ＣＮはリセット（ステ
ップＳ２）される。そして、時間ｔｂからまた計数さ
れ、時間ｔｃにおいて、ＣＮ＝ＣＢ(図２のＳ１０)に達
すると、強制的に触媒の水分除去運転に入る（Ｓ１
２）。その運転がＴｃ間続けられると、水分除去運転は
時間ｔｄで終了する。ＣＮはリセットされ、再び、ＴＰ
がＴＡよりも小さい運転回数を計数する。
【００３０】図４は、図２においてさらに周囲温度を考
慮した場合のフローを示している。図２と違うところ
は、ステップＳ２０，Ｓ２２である。その他は図２と同
じである。ステップＳ２０では、周囲温度Ｔａが予め定
められた周囲温度Ｔａｓとの大小を判定し、Ｔａ≦Ｔａ
ｓの場合は次のステップＳ２２においてＣＮの計数値に
Ｃを加算する。すなわち周囲温度Ｔａが、所定周囲温度
Ｔａｓよりも低いときはＣが加算されるから、所定回数
ＣＢに達する回数が図２の場合よりも速くなる。例えば
ＣＢが１０回であったとすると、Ｃ＝１とすれば、実稼
動回数が５回で１０回に達することになる。これは周囲
温度が低いときの方が触媒に付着する水分量が多いか
ら、その補正をするものである。
【００３１】また、ここでは計数加算において、Ｃを加
算するようにしたが、周囲温度によってＣＢの値そのも
のを変更するような方法であってもよい。周囲温度Ｔａ
とＣＢ，Ｃ，Ｔｃとの定性的な関係を図５に示す。これ
らの特性から、それぞれ修正してカウンタＣＮの計数、
あるいは水分除去運転時間などを決めることができる。
触媒の特性によって予めこれらの関係を把握しておけ
ば、それを適用して最適な水分除去運転を行うことが出
来る。これらの設定テーブルの例を図６に、その大小関
係の目安を図６の欄外に示した。
【００３２】図７は、水分除去運転において、水分の除
去に要する時間を短縮するためにアイドル回転数を増加
させて運転を行う場合のフローを示している。ステップ
Ｓ30，３２，３４以外は、図２あるいは図４と同じであ
る。ステップＳ３０では触媒の水分急速除去運転に対応
するＩＳＣバルブ開度に設定（通常バルブ開度よりも開
く）する。ステップＳ３２では、その運転時間ＴＰが、
予め定められた運転時間Ｔｓになるまで続けられ、Ｓ３
２の条件が満足されたとき、Ｓ３４でＩＳＣバルブ開度
を元に戻し、水分急速除去運転は終了する。アイドル回
転数を上げた分、水分除去に要する時間は短縮される。
水分除去運転時間の設定値Ｔｓを、図２との関係で表わ
すと、Ｔｓ＜Ｔｃである。
【００３３】次に前記運転の試験例を図８，図９により
説明する。
【００３４】試験例１−１−１について説明する。前記
図２において、エンジン(ＥＮＧ)の短時間稼動時間を９
０秒、カウンタＣＮの連続積算値を１０回、水分除去運
転時間を１０分とし、排気量１.５Ｌ のリーンバーンガ
ソリンエンジン車を用いた場合の試験結果を示してい
る。触媒にはリーンＮＯｘ触媒２を装着し、この車を５
℃の恒温室に配置した。この状態において、ＥＮＧ始動
後アイドリング運転を１分間行った後、ＥＮＧを停止し
た。これを２５回繰り返した。その後排気管に取り付け
た触媒の重量を測定した。触媒装着前に測定した触媒の
重量と、試験後の触媒の重量との差から、触媒の重量の
増加（水の量）を求めた。図８は、この場合の触媒重量
の増加（水の量）を示している。前記運転によって触媒
の水分が増加していることが分かる。
【００３５】試験例１−１−２は、前記試験例１−１−
１を１０回繰り返す（１分間のアイドリングＥＮＧ停止
を２５回×１０）ことで、リーンＮＯｘ触媒に水分を捕
捉させた。次に、１０−１５モード（交通省の定めによ
る運転モード）走行を行い、この時のリーンＮＯｘ触媒
の、入口部と出口部のＮＯｘ濃度ＮＯｘ１，ＮＯｘ２を
測定した。そしてＮＯｘ浄化率をＮＯｘ浄化率＝（１−
（ＮＯｘ２／ＮＯｘ１））を計算し、図９の試験例１−
１−２として示した。ＮＯｘ浄化率が低下していること
がわかる。
【００３６】次に、図８の試験例１−２−１について説
明する。図４の制御フローにおいて、外気温の設定値Ｔ
ａｓ＝１０℃，カウンタの補正Ｃ＝（＋２）とし、その
他の設定値を試験例１−１−１と同様に設定してプログ
ラムしたコントロールユニットを、前述の排気量１.５
Ｌ リーンバーンガソリンエンジン車に装着した。さら
に、この車の排気管内にリーンＮＯｘ触媒２を装着した
後、車を気温５℃の恒温室に配置した。
【００３７】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変化を測定
し、得られた結果を図８の試験例１−２−１として示し
た。試験例１−１−１よりも水分の増加は少ないが、や
はり水分が増加していることがわかる。この実験ではＣ
＝２としているために、試験例１−１−１に比較して１
／３の回数でＣＢに達したことになる。
【００３８】また、図９に示す試験例１−２−２は、以
下の条件で実験を行った。前記試験例１−２−１を１０
回繰り返すことで、リーンＮＯｘ触媒に水分を捕捉させ
た。そして試験例１−２−１と同一の手順にてリーンＮ
Ｏｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を評価した。得られた結果に
ついて、図９の試験例１−２−２として示した。
【００３９】また、図８の試験例１−３−１は、前記図
７の制御フローにおいて、水分除去を行う無負荷運転時
のエンジン回転数を、通常の回転数に対し１.２ 倍に高
めるプログラムを入力し、その他の設定値を実験例２−
１と同様に設定してプログラムしたコントロールユニッ
トを、前述の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソリンエン
ジン車に装着した。さらに、この車の排気管内にリーン
ＮＯｘ触媒２を装着した後、車を気温５℃の恒温室に配
置した。この車において、試験例１−１−１と同一の手
順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。試験
例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変化を測定し、
得られた結果を図８の試験例１−３−１として示した。
【００４０】すなわち、水分除去運転後の比較であり、
水分除去運転の効果が表れていることが分かる。
【００４１】また、図９の試験例１−３−２は、前記試
験例１−３−１を１０回繰り返すことで、リーンＮＯｘ
触媒に水分を捕捉させた。そして、試験例１−１−２と
同一の手順にてリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化性能を評
価した。得られた結果について、図９に試験例１−３−
２として示した。ここにおいても、水分除去運転の効果
があり、ＮＯｘ浄化率の低下が少なくなっていることが
分かる。
【００４２】次に比較例１−１について説明する。実施
例の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソリンエンジン車に
通常のコントロールユニットを装着した。比較例１−１
は通常のコントロールユニットを持つ１.５Ｌ リーンバ
ーンガソリンエンジン車の排気管内に、試験例１−１−
１と同等のリーンＮＯｘ触媒２を装着し、車を気温５℃
の恒温室に配置した。この車において、試験例１−１−
１と同一の手順でアイドリング〜エンジン停止を繰り返
した。この時に生じたリーンＮＯｘ触媒の重量変化につ
いて、試験例１−１−１と同一の手順で重量増加を測定
した。得られた結果を図８の比較例１−１として示し
た。これは触媒の捕捉水分除去運転を行わない場合の比
較になる。これにより水分除去運転の効果が明らかであ
る。
【００４３】次に、比較例１−２について説明する。前
記比較例１−１を１０回繰り返すことで、リーンＮＯｘ
触媒に水分を捕捉させた。その後、試験例１−１−２と
同一の手順にて、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を求
めた。得られた結果を図９に比較例１−２として示し
た。比較例１−１および１−２はともに水分除去運転を
実施しない場合の比較である。触媒のＮＯｘ浄化率につ
いても前記と同様に効果が明らかである。これに対し
て、図８の他の三つの試験例（１−１−１，１−２−
１，１−３−１）は水分除去運転を実施した場合であっ
て、水分捕捉量が改善され、本発明の効果が明らかであ
る。また、図９のＮＯｘ浄化率にしても、水分除去運転
を実施しない比較例１−２に比較して他の三つの試験例
（１−１−２，１−２−２，１−３−２）は水分除去運
転を実施した場合であって、ＮＯｘ浄化率においても改
善され、本発明の効果が明らかである。
【００４４】図８のグラフは、アイドル〜停止の繰り返
しによるリーンＮＯｘ触媒の重量増加について、実施例
の重量増加が少なかったことを示している。また、触媒
重量は、実施例中において試験例１−３−１がもっとも
少ないことから、外気温を判定条件に加え、水分除去時
の排ガス温度を上昇させることで、より効果的に触媒中
の水分除去が可能となることがわかった。したがって実
施例は、リーンＮＯｘ触媒中の水分量を、比較例に対し
て少なくでき、効果があることが明らかになった。
【００４５】この結果から、さらに、触媒が捕捉する水
分量を、短時間運転の累積回数に注目し、特別な測定機
構無しで水分量を推定することで、信頼性の高い触媒シ
ステムを構成することができる。したがって本発明は、
簡単な方法により実現でき、かつ様々な車種へ容易に展
開可能な特徴がある。
【００４６】図９のグラフは、１０−１５モード走行時
におけるＮＯｘ浄化率についても、実施例の触媒性能低
下が抑制されていることを示している。また、触媒浄化
性能は、試験例中において試験例１−３（１−３−１，
１−３−２）がもっとも良く、効果的な水分除去によっ
て、高い触媒活性の維持が可能となった。したがって、
試験例に組み込んだリーンＮＯｘ触媒は、本発明による
水分除去運転により、優れた浄化性能を維持できること
が分かった。このため本発明では、捕捉水分による浄化
性能低下が防止され、高い浄化性能を維持することがで
きる。
【００４７】本発明の実施例２の排気浄化装置を図１
０，図１１に示す。
【００４８】これらは、捕捉水分量推定手段として前記
実施例１の運転時間ではなく、触媒温度，触媒の排気下
流部の排ガス温度を用いている。
【００４９】図１０は、エンジン１の下流側にリーンＮ
Ｏｘ触媒２を配置し、リーンＮＯｘ触媒２の下流側端面
から１０mm上流の触媒中に温度測定装置３を配置してい
る。また、エンジン１と温度測定装置３は、コントロー
ルユニット４につながっており、エンジン運転制御が可
能である。
【００５０】図１１は、図１０に対し温度測定装置３を
リーンＮＯｘ触媒２の下流側端面から１０mm下流の排気
管中央部に配置している。その他は実施例１と同様であ
る。
【００５１】実施例２を示す制御フローを図１２に示
す。前記図２の制御フローに対し、捕捉水分量推定手段
がエンジン稼動時間から触媒温度，触媒の排気下流部の
排ガス温度になっている。
【００５２】ステップＳ４のかわりにＥＮＧ停止時温度
ＴｅＰ計測のステップＳ３６となり、ステップＳ６のか
わりにステップＳ３８としてＥＮＧ停止時の温度ＴｅＰ
が予め定められた温度ＴｅＡよりも小さいかどうかを判
断する。またステップＳ１４のかわりにステップＳ４０
として、水分除去運転時の温度ＴｅＰが、予め定められ
た温度Ｔｅｃよりも小さいかどうかを判断する。その他
は図２と同様である。
【００５３】なお、ＴｅＡ，Ｔｅｃは適宜選定できる
が、通常７０〜１５０℃の間に設定する。
【００５４】試験例２−１−１について説明する。前記
図１０の構成で、図１２の制御フローにおいてＥＮＧの
短時間稼動時の停止時温度，水分除去運転終了温度とも
に１１０℃とし、その他の設定値を試験例１−１−１と
同様に設定してプログラムしたコントロールユニット
を、前述の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソリンエンジ
ン車に装着した。試験は、車を気温２５℃の実験室に配
置した。
【００５５】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００５６】試験例２−２−１について説明する。前記
図１１の構成で、試験例２−１−１と同じ制御，試験を
実施し触媒重量変化を測定した。
【００５７】次に比較例２−１について説明する。比較
例２−１は、比較例１−１に対して、車を気温２５℃の
実験室に配置して試験を行った。それ以外は、比較例１
−１と同じ構成，制御，試験を実施し触媒重量変化を測
定した。これらの重量変化の結果を図１３に示す。
【００５８】水の量は、試験例２−１−１，２−２−１
とも前記比較例２−１より少なく、効果が見られた。
【００５９】本発明の実施例３の排気浄化装置を図１４
〜図１６に示す。これらは、捕捉水分除去手段として前
記実施例１の無負荷運転以外の手段を用いている。
【００６０】図１４は、前述の図２に対し、エンジン１
とリーンＮＯｘ触媒２の間に熱風装置５，弁６を配置
し、弁６の開閉によりエンジン１の排気と熱風装置５か
らの空気のどちらか一方を触媒に導入することを可能と
する。また、熱風装置５，弁６もコントロールユニット
４につながっており、制御が可能である。なお、通常走
行時には、弁６はエンジン１の排気を触媒に導入する。
【００６１】図１５は、前述の図１４に対し、熱風装置
５のかわりに送風装置７が配置されている。また、送風
装置７もコントロールユニット４につながっており、制
御が可能である。
【００６２】図１６は、前述の図１５に対し、リーンＮ
Ｏｘ触媒２の上流部に電気加熱式触媒８が配置されてい
る。また、電気加熱式触媒８もコントロールユニット４
につながっており、制御が可能である。
【００６３】図１７は、前述の図１５に対し、熱風装置
５のかわりにポンプ９が配置されている。また、ポンプ
９もコントロールユニット４につながっており、制御が
可能である。
【００６４】図１８は、前述の図１７に対し、ポンプ９
と弁６の間に圧力容器１０が配置されている。また、圧
力容器１０もコントロールユニット４につながってお
り、開閉制御が可能である。
【００６５】実施例３を示す制御フローを図１９に示
す。前記図２の制御フローに対し、捕捉水分除去手段が
無負荷運転以外の、前述の各水分除去手段となってお
り、各手段の稼動時間にて除去完了を判断する。
【００６６】このフローでは、ステップＳ１２のかわり
にステップＳ４２として水分除去手段始動となり、ステ
ップＳ１４のかわりにステップＳ４４として水分除去手
段稼動時間ＴｆＰが、予め定められた時間Ｔｆｃよりも
小さいかどうかを判断する。また、ステップＳ１６のか
わりにステップＳ４６として水分除去完了・手段停止と
なる。その他は図２と同様である。
【００６７】なお、水分除去手段として加熱可能な手段
の設定温度は、水分除去温度域以上が望ましいが、それ
以下の温度でも除去可能である。設定温度が水分除去温
度域以上の手段については、水分除去完了は実施例２で
示した触媒温度，触媒の排気下流部の排ガス温度での判
定も可能である。
【００６８】試験例３−１−１について説明する。前記
図１４の構成，図１９の制御フローで試験を実施した。
水分除去手段は、Ｓ４２において弁６を、エンジン側を
塞ぐかたちで開放し、熱風装置５にて出力１０ｋＷで、
触媒中の風速が１ｍ／ｓになるよう送風する。この時の
水分除去手段稼動時間は１０分とした。水分除去完了後
熱風装置５を停止し、弁６は閉じる。その他の設定値は
試験例１−１−１と同様に設定した。これらをプログラ
ムしたコントロールユニットを、前述の排気量１.５Ｌ
リーンバーンガソリンエンジン車に装着した。試験は、
車を気温２５℃の実験室に配置した。
【００６９】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００７０】試験例３−２−１について説明する。前記
図１５の構成，図１９の制御フローで試験を実施した。
水分除去手段は、Ｓ４２において弁６を、エンジン側を
塞ぐかたちで開放し、送風装置７にて触媒中の風速が１
ｍ／ｓになるよう送風する。この時の水分除去手段稼動
時間は２０分とした。水分除去完了後送風装置７を停止
し、弁６は閉じる。その他の設定値は試験例１−１−１
と同様に設定した。これらをプログラムしたコントロー
ルユニットを、前述の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソ
リンエンジン車に装着した。試験は、車を気温２５℃の
実験室に配置した。
【００７１】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００７２】試験例３−３−１について説明する。前記
図１６の構成，図１９の制御フローで試験を実施した。
水分除去手段は、Ｓ４２において弁６を、エンジン側を
塞ぐかたちで開放し、電気加熱式触媒のヒータを出力１
０ｋＷとし、同時に送風装置により触媒中の風速が１ｍ
／ｓになるよう送風する。この時の水分除去手段稼動時
間は１０分とした。水分除去完了後送風装置７，電気加
熱式触媒８のヒータを停止し、弁６は閉じる。その他の
設定値は試験例１−１−１と同様に設定した。これらを
プログラムしたコントロールユニットを、前述の排気量
１.５Ｌ リーンバーンガソリンエンジン車に装着した。
試験は、車を気温２５℃の実験室に配置した。
【００７３】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００７４】試験例３−４−１について説明する。前記
図１７の構成，図１９の制御フローで試験を実施した。
水分除去手段は、Ｓ４２において弁６をエンジン側とも
に開くかたちで開放し、エンジンの動力でポンプ９を作
動させる。この時触媒中の風速がエンジンからの排気に
＋０.５ｍ／ｓ になる量を送風する。この時の水分除去
手段稼動時間は５分とした（エンジンも回った状態）。
水分除去完了後ポンプ９を停止（エンジンも）し、弁６
は閉じる。その他の設定値は試験例１−１−１と同様に
設定した。これらをプログラムしたコントロールユニッ
トを、前述の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソリンエン
ジン車に装着した。試験は、車を気温２５℃の実験室に
配置した。
【００７５】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００７６】試験例３−５−１について説明する。前記
図１８の構成，図１９の制御フローで試験を実施した。
通常の運転時にエンジンの動力でポンプ９から圧力容器
１０に０.５ｍ3（常圧）分空気を貯める。そして、水分
除去手段は、Ｓ４２において弁６を、エンジン側を塞ぐ
かたちで開放し、圧力容器１０から送風する。この時の
水分除去手段稼動時間は１０分とした（１０分で溜まっ
た空気の大半でるよう開放）。水分除去完了後弁６は閉
じる。その他の設定値は試験例１−１−１と同様に設定
した。これらをプログラムしたコントロールユニット
を、前述の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソリンエンジ
ン車に装着した。試験は、車を気温２５℃の実験室に配
置した。
【００７７】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００７８】これらの重量変化の結果を図２０に示す。
【００７９】水の量は、前記比較例２−１より少なく、
効果が見られた。
【００８０】本発明の実施例４の排気浄化装置は実施例
１と同じ図１である。実施例４を示す制御フローを図２
１に示す。前記図２の制御フローに対し、捕捉水分除去
手段が作動する判断をするカウンタ値ＣＢより小さいＣ
Ｂ′にＣＮが達したとき、それ以降のエンジン運転時、
通常より点火時期をリタードさせ、排気温度を早期に上
げる制御を行う。これに伴い、予め定めたエンジン稼動
時間ＴＡをより短いＴＡ′に変更しＴＰが超えるかカウ
ントする。カウンタ値ＣＮがＣＢに達したら水分除去手
段が作動する。以降は図２と同じである。なお、本実施
例では排気温度を上げる手段が点火時期だが、本発明は
これに制限されるものではない。また、排気温度を上げ
ることにより、水の発生量が減るので、ＴＡを短くする
のではなく、カウンタ値ＣＢを多く設定することも可能
である。
【００８１】試験例４−１−１について説明する。前記
図２１において、ＥＮＧの短時間稼動時間ＴＡを９０
秒、ＴＡ′を８０秒、カウンタＣＮの連続積算値ＣＢを
１０回、ＣＢ′を４回、水分除去運転時間を１０分とし
た。これらをプログラムしたコントロールユニットを、
前述の排気量１.５Ｌ リーンバーンガソリンエンジン車
に装着した。試験は、車を気温２５℃の実験室に配置し
た。
【００８２】この車において、試験例１−１−１と同一
の手順にてアイドリング〜エンジン停止を繰り返した。
その後、試験例１−１−１と同一の手順にて触媒重量変
化を測定した。
【００８３】これらの重量変化の結果を図２２に示す。
水の量は、前記比較例２−１より少なく、効果が見られ
た。
【００８４】以上の結果から、全ての実施例で比較例に
対し水除去の効果があり、触媒中の水分量を予め定めた
所定値以下に維持することができるため、ＮＯｘ触媒と
して可溶性の高い触媒成分を使用することができ、さら
に高い浄化性能を維持できる排気浄化装置を構成するこ
とができる効果がある。
【００８５】
【発明の効果】本発明により、触媒に捕捉された水分を
除去し、触媒成分の溶出を防ぐことが出来るので、触媒
の排ガス浄化性能低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の排気浄化装置構成図。
【図２】本発明の一実施例の制御フローを示す図。
【図３】本発明を説明するカウンタの動作を示す図。
【図４】本発明による他の一実施例の制御フローの説明
図。
【図５】本発明による定数の補正を説明する図。
【図６】本発明による定数の補正を説明する図。
【図７】本発明による他の一実施例の制御フローの説明
図。
【図８】本発明に関する実施例の効果の説明図。
【図９】本発明に関する実施例の効果の説明図。
【図１０】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１１】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１２】本発明による他の一実施例の制御フローの説
明図。
【図１３】本発明に関する他の実施例の効果の説明図。
【図１４】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１５】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１６】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１７】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１８】本発明の他の一実施例の排気浄化装置構成
図。
【図１９】本発明による他の一実施例の制御フローの説
明図。
【図２０】本発明に関する他の実施例の効果の説明図。
【図２１】本発明による他の一実施例の制御フローの説
明図。
【図２２】本発明に関する他の実施例の効果の説明図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…リーンＮＯｘ触媒、３…温度測定装
置、４…コントロ−ルユニット、５…熱風装置、６…
弁、７…送風装置、８…電気加熱式触媒、９…ポンプ、
１０…圧力容器。
フロントページの続き (72)発明者 篠塚 教広 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 黒田 修 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 北原 雄一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 井上 猛 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 土井 良太 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 飯塚 秀宏 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 Ｆターム(参考） 3G084 AA04 BA03 BA24 BA25 DA10 DA27 FA00 FA27 FA33 3G091 AA12 AB05 BA07 BA33 EA01 EA17 EA18 FC01 FC07 GB01W GB02W GB03W GB04W GB05W HA02

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関より排出された水分が触媒中へ捕
    捉される量を推定する捕捉水分量推定手段と、前記捕捉
    水分量の推定値が予め定めた所定量以上に達したことを
    判定する判定手段と、前記触媒に捕捉された水分の除去
    を制御する手段と、を有することを特徴とする、内燃機
    関用排ガス浄化装置の水分除去制御装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記捕捉水分量推定手
    段は、前記内燃機関の動作から停止までの間における内
    燃機関作動時間が、予め定めた所定時間以下の連続運転
    回数を計数し、前記計数値が予め定めた回数以上に達し
    たかを判定して、前記触媒に捕捉された水分量を推定す
    ることを特徴とする、内燃機関用排ガス浄化装置の水分
    除去制御装置。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記捕捉水分量推定手
    段は、前記内燃機関の動作から停止までの間における触
    媒の最高温度が、予め定めた所定温度以下の連続運転回
    数を計数し、前記計数値が予め定めた回数に達したかそ
    れ以上の回数に達したかを判定して、前記触媒に捕捉さ
    れた水分量を推定することを特徴とする、内燃機関用排
    ガス浄化装置の水分除去制御装置。
  4. 【請求項４】請求項１において、前記捕捉水分量推定手
    段は、内燃機関の動作から停止までの間における排気管
    の排ガス最高温度が、予め定めた所定温度以下の連続運
    転回数を計数し、前記計数値が予め定めた回数に達した
    かそれ以上の回数に達したかを判定し、前記触媒に捕捉
    された水分量を推定することを特徴とする、内燃機関用
    排ガス浄化装置の水分除去制御装置。
  5. 【請求項５】請求項１において、前記水分除去の制御手
    段は、捕捉水分除去手段が、予め定めた所定時間になる
    まで動作するように制御することを特徴とする、内燃機
    関用排ガス浄化装置の水分除去制御装置。
  6. 【請求項６】請求項１において、前記水分除去の制御手
    段は、捕捉水分除去手段が、前記触媒の温度が予め定め
    た所定温度になるまで動作するように制御することを特
    徴とする、内燃機関用排ガス浄化装置の水分除去制御装
    置。
  7. 【請求項７】請求項１において、前記水分除去の制御手
    段は、捕捉水分除去手段が、排気管の排ガス温度が予め
    定めた所定温度になるまで動作するように制御すること
    を特徴とする、内燃機関用排ガス浄化装置の水分除去制
    御装置。
  8. 【請求項８】請求項１において、前記触媒に捕捉される
    水分量の推定を、内燃機関の外気温により補正し、前記
    補正された水分捕捉推定量に基づいて、前記水分除去を
    制御することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置の
    水分除去制御装置。
  9. 【請求項９】請求項１において、前記水分除去制御手段
    は、捕捉水分の除去を内燃機関の動作停止直後に行うよ
    うに制御することを特徴とする、内燃機関用排ガス浄化
    装置の水分除去装置。
  10. 【請求項１０】請求項１において、前記水分除去制御手
    段は、前記連続運転回数の計数値が予め定めた回数に達
    する前に、内燃機関の動作から停止までの前記内燃機関
    作動時の排ガス温度を通常の運転の場合より高くし、前
    記内燃機関作動時間の所定時間を短くすることを特徴と
    する内燃機関の排ガス浄化装置の水分除去制御装置。
  11. 【請求項１１】内燃機関より排出された水分が触媒中へ
    捕捉される量を推定する捕捉水分量推定手段と、前記捕
    捉水分量の推定値が予め定めた所定量以上に達したこと
    を判定する判定手段と、前記触媒に捕捉された水分の除
    去を制御する手段と、前記水分除去制御手段の指令に基
    づいて水分除去動作を行う捕捉水分除去手段と、を有す
    ることを特徴とする、内燃機関用排ガス浄化装置の水分
    除去装置。
  12. 【請求項１２】請求項１１において、前記捕捉水分除去
    手段は、前記内燃機関の無負荷運転であることを特徴と
    する、内燃機関用排ガス浄化装置の水分除去装置。
  13. 【請求項１３】請求項１１において、前記捕捉水分除去
    手段は、触媒の排気上流部に熱風発生装置を設け、触媒
    内に熱風を送ることを特徴とする、内燃機関用排ガス浄
    化装置の水分除去装置。
  14. 【請求項１４】請求項１１において、前記捕捉水分除去
    手段は、触媒の排気上流部に送風装置を設け、触媒内に
    送風を行うことを特徴とする、内燃機関用排ガス浄化装
    置の水分除去装置。
  15. 【請求項１５】請求項１１において、前記捕捉水分除去
    手段は、触媒に加熱手段を設け、触媒を加熱しつつ、捕
    捉水分の除去を行うことを特徴とする、内燃機関用排ガ
    ス浄化装置の水分除去装置。
  16. 【請求項１６】請求項１１において、排ガス浄化用触媒
    が、酸素過剰雰囲気でも効率的に排ガス中のＮＯｘを除
    去できるリーンＮＯｘ触媒であることを特徴とする内燃
    機関の排ガス浄化装置の水分除去装置。
  17. 【請求項１７】内燃機関より排出された水分が前記触媒
    中へ捕捉される量を推定し、前記触媒に捕捉された水分
    の推定量が予め定めた所定量以上に達したことを判定
    し、前記触媒に捕捉された水分を除去することを特徴と
    する内燃機関用排ガス浄化装置の水分除去方法。
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