JP2007309251A

JP2007309251A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2007309251A
Application number: JP2006140281A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takahashi; 秀明高橋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-29

Abstract

【課題】火花点火燃焼時におけるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化性能を維持しつつ、圧縮自己着火燃焼時のＨＣ、ＣＯ浄化性能を向上できる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】圧縮自己着火による燃焼と火花点火による燃焼とを機関運転領域に応じて切替え可能なエンジン１の排気通路２にマニホールド触媒コンバータ３を介装し、マニホールド触媒コンバータ３内部の触媒を２分割し、上流側に三元触媒５を配置し、下流側に酸化機能だけを有する酸化触媒６を配置する構成とすることにより、火花点火燃焼運転から圧縮自己着火燃焼運転に切替わって排気温度が低下した場合に、酸化触媒６の活性状態の時間を長く保持してＨＣ、ＣＯの浄化可能時間を長くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、圧縮自己着火による燃焼（圧縮自己着火燃焼）と火花点火による燃焼（火花点火燃焼）とを機関の運転領域に応じて切替える構成の内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気浄化装置として、機関排気通路に三元触媒を配置して内燃機関から排出される排気中のＨＣ、ＣＯを酸化しＮＯｘを還元処理することにより、排気を浄化するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−４４３９号公報

ところで、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを機関の運転領域に応じて切替える構成の内燃機関の場合、圧縮自己着火燃焼時は、空燃比がリーンな状態でも安定な燃焼を実現でき燃費が向上し、また、空燃比がリーンのため燃焼温度が低下することから排気中のＮＯｘを大幅に低減できる。
しかしながら、圧縮自己着火燃焼時に燃焼温度の低下により排気温度が低下するため、この種の内燃機関の排気浄化装置として、従来のような機関排気通路に三元触媒を配置する構成では、火花点火燃焼から圧縮自己着火燃焼に切替えた場合に、排気温度の低下により触媒温度が低下し、圧縮自己着火燃焼時におけるＨＣ、ＣＯの浄化性能が低下するという問題がある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、火花点火燃焼時において必要な排気浄化性能を維持しつつ、圧縮自己着火燃焼時のＨＣ、ＣＯ浄化性能を向上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。

このため、本発明は、圧縮自己着火による燃焼と火花点火による燃焼とを機関の運転領域に応じて切替え可能な内燃機関の排気通路に排気浄化用触媒を設けて排気を浄化する構成の排気浄化装置において、前記排気浄化用触媒として、排気流れの上流側に三元触媒を配置し、下流側に酸化機能だけを有する酸化触媒を配置する構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、排気温度の高い上流側に三元触媒を配置し、排気温度低下時に温度低下の遅い下流側に酸化機能だけを有する活性化温度の低い酸化触媒を配置したので、三元触媒を早期活性化でき火花点火燃焼運転時のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化性能を確保できると共に、圧縮自己着火燃焼運転による排気温度低下時も酸化触媒の活性を長く維持でき、圧縮自己着火燃焼による空燃比リーン運転時のＨＣ、ＣＯの浄化性能を向上できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態を示す構成図である。
図１において、エンジン１の排気通路２には、エンジン１に近接してマニホールド触媒コンバータ３が設けられ、マニホールド触媒コンバータ３より下流側に三元触媒を備えた床下触媒コンバータ４が設けられている。

前記マニホールド触媒コンバータ３は、内部の触媒を２分割し、排気流れの上流側となるコンバータ入口側に、排気中のＨＣ、ＣＯを酸化しＮＯｘを還元する三元触媒５を配置し、三元触媒５に近接してその下流側に、酸化機能だけを有する酸化触媒６を配置してある。前記三元触媒５と酸化触媒６は、例えばハニカム状の担体に触媒成分を担持させた構成であり、酸化触媒６としては、例えば比較的価格の安価な酸化性能に優れた例えば白金を担体に担持させたものとする。

また、マニホールド触媒コンバータ３には、酸化触媒６の温度を検出する温度検出手段として例えば温度センサ７が酸化触媒６の下流側に設けられている。尚、温度センサ７の取付け位置は酸化触媒６の下流側に限るものではなく、酸化触媒６の内部等、酸化触媒温度が検出できる位置であればどこでもよいことは言うまでもない。
この内燃機関は、エンジンコントロールユニット；以下ＥＣＵという）１０により火花点火燃焼と圧縮自己着火燃焼とを運転領域に応じて切替え制御可能である。前記ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータを内蔵しており、クランク角センサ１１からのクランク角信号（これによりエンジン回転速度が検出可能）、アクセル開度センサ１２からのアクセル開度信号（これによりエンジン負荷が検出可能）、エアフローメータ１３からの吸入空気量信号等が入力され、これら入力信号に基づいてエンジン回転速度とエンジン負荷で考えた運転領域を判断し、アイドリングを除く低負荷運転領域では圧縮自己着火燃焼を行い、その他の領域では火花点火燃焼を行うよう、エンジン１に取り付た燃料噴射弁（図示せず）や点火プラグ（図示せず）等の作動を適切に制御する。

また、ＥＣＵ１０は、前記温度センサ７から酸化触媒６の検出温度信号が入力され、圧縮自己着火燃焼による運転時に酸化触媒温度が所定温度（酸化触媒６の活性温度）以下になったときは、圧縮自己着火燃焼による運転から火花点火燃焼による運転に切換え制御する。
かかる構成では、マニホールド触媒コンバータ３内において、排気流れの上流側となるコンバータ入口側に三元触媒５を配置し、その下流側に酸化機能だけを有する酸化触媒６を配置したことにより、図２の実線で示すように、触媒入口温度が低下した場合、上流の三元触媒５に比べて下流の酸化触媒６の温度低下が遅く、また、三元触媒５に比べて酸化触媒６の活性温度は低いので、酸化触媒６を長い時間活性状態に保持できる。

従って、火花点火燃焼による運転から圧縮自己着火燃焼による運転に切替わってエンジン１からの排気温度により、マニホールド触媒コンバータ３に流入する排気温度が低下した場合でも、酸化触媒６により従来に比べて長い時間排気中のＨＣ、ＣＯの浄化が可能となる。尚、圧縮自己着火燃焼による運転時には、空燃比がリーンであるためにＮＯｘの排出量は大幅に低減されるので、三元触媒５のＮＯｘ還元処理能力が低下しても問題はない。

また、エンジン１の冷機始動時や、圧縮自己着火燃焼による運転で排気温度が低下した後に火花点火燃焼による運転に移行した場合、図３に示すように、排気温度の上昇に伴って上流側の三元触媒５を素早く温めることが可能であり、三元触媒５が早期に活性化するので、理論空燃比による運転時における排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを効率良く浄化できる。

また、圧縮自己着火燃焼による運転中に、温度センサ７の検出温度が酸化触媒６の活性温度以下となったときは、ＥＣＵ１０は点火プラグ及び燃料噴射弁の作動を制御して、運転領域に関係なくエンジン１を火花点火燃焼運転に切替え制御するので、三元触媒５及び酸化触媒６の排気浄化機能の低下による排気エミッションの悪化を防止できる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

第２実施形態は、マニホールド触媒コンバータ３内の三元触媒５と酸化触媒６の熱容量について、下流側の酸化触媒６の熱容量が上流側の三元触媒５の熱容量より大きく構成する。尚、第２実施形態のその他の構成は、図１の第１実施形態と同様であるので説明を省略する。
酸化触媒６の熱容量を大きくするための具体的な構成例としては、例えば、酸化触媒６のハニカム担体の各セルの壁厚を、三元触媒５のハニカム担体に比べて厚く形成するようにしてもよく、或いは、酸化触媒６のハニカム担体の嵩密度（単位体積当たりの質量）を、三元触媒５のハニカム担体に比べて大きくするようにしてもよい。また、壁厚を厚くし嵩密度を大きくするようにしても良い。

この第２実施形態のように、酸化触媒６の熱容量を三元触媒５より大きくすることにより、三元触媒５の早期活性化を妨げることなく酸化触媒６の保温性を高めることができるので、火花点火燃焼による運転から圧縮自己着火燃焼による運転に切替わった後に排気温度が低下した場合でも、図４の破線で示すように酸化触媒６の温度低下が更に遅くなり、酸化触媒６をより一層長い時間活性状態に保持することが可能となる。

尚、上述の各実施形態では、マニホールド触媒コンバータ内を２分割にして三元触媒と酸化触媒を収納する構成としたが、必ずしもマニホールド触媒に限るものではなく、機関排気通路に、三元触媒が上流側に位置し酸化触媒をその下流側に位置するような配置構成であればどのよう構成でもよいことは言うまでもないが、三元触媒と酸化触媒を近接して配置することが望ましい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態の構成図同上第１実施形態における排気温度低下時の三元触媒と酸化触媒の温度変化状態の説明図同上第１実施形態における排気温度上昇時の三元触媒と酸化触媒の温度変化状態の説明図本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態における排気温度低下時の三元触媒と酸化触媒の温度変化状態の説明図

符号の説明

１エンジン
２排気通路
３マニホールド触媒コンバータ
５三元触媒
６酸化触媒
７温度センサ
１０ＥＣＵ

Claims

圧縮自己着火による燃焼と火花点火による燃焼とを機関の運転領域に応じて切替え可能な内燃機関の排気通路に排気浄化用触媒を設けて排気を浄化する構成の排気浄化装置において、
前記排気浄化用触媒として、排気流れの上流側に三元触媒を配置し、下流側に酸化機能だけを有する酸化触媒を配置する構成としたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記酸化触媒が、前記三元触媒より熱容量が大きいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記酸化触媒及び前記三元触媒の各担体はハニカム状であり、前記酸化触媒のハニカム担体の壁厚が、前記三元触媒のハニカム担体より厚いことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記酸化触媒及び前記三元触媒の各担体はハニカム状であり、前記酸化触媒のハニカム担体の嵩密度が、前記三元触媒のハニカム担体より大きいことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記酸化触媒の温度を検出する温度検出手段を設け、圧縮自己着火燃焼による運転時に前記温度検出手段の検出温度が所定温度以下になったときは、火花点火燃焼による運転に切替える構成としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記三元触媒に前記酸化触媒を近接配置してマニホールド触媒を構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。