JP2600785B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

排気浄化装置

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JP2600785B2
JP2600785B2 JP63087999A JP8799988A JP2600785B2 JP 2600785 B2 JP2600785 B2 JP 2600785B2 JP 63087999 A JP63087999 A JP 63087999A JP 8799988 A JP8799988 A JP 8799988A JP 2600785 B2 JP2600785 B2 JP 2600785B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は自動車などの内燃機関の排気系に装着する排
気浄化装置に関するものである。
(従来の技術) 自動車の排気浄化用触媒として、一酸化炭素(CO)及
び炭化水素(HC)の酸化と、窒素酸化物(NOx)の還元
を同時に行う触媒が汎用されている。このような触媒は
基本的にはコージェライト等の耐火性担体にγ−アルミ
ナスラリーを塗布、焼成した後、Pd,Pt,Rh等の金属又は
その混合物を担持させたものである。
一方、自動車においては低燃比化が要請されており、
そのためには通常走行時なるべく酸素過剰の混合気を燃
焼させればよいことが知られている。しかしそうすると
空燃比がリーン側(空気過剰側)の酸素過剰雰囲気とな
って、排気中の有害成分のうちHC,COは酸化除去できて
も、NOxは触媒床に吸着したO2によって活性金属との接
触が妨げられるために、還元除去することが困難とな
る。このためリーンバーンエンジンの排気系に用いる排
気浄化用触媒としては、Cuなどの遷移金属をゼオライト
にイオン交換担持した遷移金属/ゼオライト触媒が提案
されている。
ゼオライトは別名分子篩いと言われているように分子
の大きさと並ぶ4〜10Åの細孔を有している。そのため
未燃炭化水素HCが細孔に選択的に取り込まれる。細孔中
にはイオン交換により導入された遷移金属の活性サイト
が存在するため、HCが部分酸化されNOxを還元するのに
有効な活性種が生成する。そこにNOxが攻撃し反応を起
こす。このため、リーン側においてもNOxを選択的に除
去することができる。
本願出願人は特願昭63−29319号において、内燃機関
の排気の通路にCu/ゼオライトを主成分とする触媒層を
設け、内燃機関より排出されるCO,HC及びNOxを浄化する
方法において、内燃機関の燃焼状態が燃料過剰側に移行
した時Cu/ゼオライトを主成分とする触媒の前方におい
て空気を導入する排気浄化方法を提案した。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、遷移金属/ゼオライト触媒は耐熱性、
特にリッチ側(燃料過剰側)での耐熱性が低いという問
題点がある。例えばCu−ZSM−5について説明すると、
リッチ側では銅イオンがCu0まで還元されて移動し、銅
クラスタを形成するので、温度が下っても元の状態に戻
らず、活性が低下する。
上記方法のようにリッチ側に移行した場合に触媒の前
方に空気を導入すれば排気をリーン側に移行させること
ができるが、この方法においては触媒温度は考慮されて
いないので、触媒がその耐熱温度を越えて加熱されるの
を防ぐことはできない。
本発明は上記従来技術における問題点を解決するため
のものであり、その目的とするところは遷移金属/ゼオ
ライト触媒を用いた排気浄化装置であって、リッチ側又
はリーン側の如何にかかわらず前記遷移金属/ゼオライ
ト触媒がその耐熱温度を大きく越えて過熱されることの
ない排気浄化装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) すなわち本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気の
通路に設けられた遷移金属/ゼオライトを主成物とする
排気浄化用触媒と、該排気浄化用触媒の温度を検出する
ための温度センサと、該排気浄化用触媒の上流側の排気
の通路に設けられた、空燃比を算出するための酸素濃度
センサ及び空気導入用ポンプと、該排気浄化用触媒の温
度が、空燃比が燃料過剰側にある場合には燃料過剰側耐
熱温度を越える場合に、又は空燃比が空気過剰側にある
場合には空気過剰側耐熱温度を越える場合に前記空気導
入用ポンプを作動させる制御手段とを備えたことを特徴
とするものである。
本発明の排気浄化装置に用いる遷移金属/ゼオライト
触媒において、遷移金属としては、Cu,Co,Cr,Ni,Fe及び
Mnが好ましく、特にCuが好ましい。又、ゼオライトとし
ては、未燃炭化水素よりも僅かに大きい約5〜10Åの細
孔径を有するものが好ましい。
前記温度センサ、酸素濃度センサ及び空気導入用ポン
プは通常この分野で用いられるものであってよい。温度
センサは排気浄化用触媒内に挿入して取付けてもよい
が、取付けの便宜上触媒直下の排気中に挿入して、その
排気温を測定して触媒温度に代えてもよい。酸素濃度セ
ンサ及び空気導入用ポンプはどちらを排気の上流側に取
付けてもよい。
遷移金属/ゼオライト触媒はリッチ側ではほぼ600℃
を越えた場合に、リーン側ではほぼ800℃を越えた場合
に活性が低下するので、前記温度を大きく越えないよう
に触媒の上流側に空気を導入する。そのための制御手段
はコンピュータなどの通常用いられる手段であってよ
い。又、制御にあたっては、内燃機関や走行車両の運転
変動を示す他の因子を加えてもよい。
(作 用) 温度センサ及び酸素濃度センサからの信号に基づい
て、リッチ側及びリーン側で空気を導入又は停止するこ
とにより排気浄化用触媒温度を制御するので、常に最適
な排気浄化性能を維持することができる。
(実施例) 以下の実施例において、本発明を更に詳細に説明す
る。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではな
い。
実施例1 第1図に本発明の排気浄化装置の実施例1の概略構成
図を示す。図中、1はエアクリーナ、2はスロットル、
3はエンジン、4は酸素濃度センサ、5は空気導入用ポ
ンプ、6は遷移金属/ゼオライトを主成分とする排気浄
化用触媒、7は温度センサを示す。なお、制御手段は図
示していない。本実施例では酸素濃度センサ4の下流側
に空気導入用ポンプ5が配置されている。第3図は本実
施例の装置の制御方法の一例を示すフローチャートであ
る。以下簡単に説明する。スタートした後最初に酸素濃
度センサ4の出力ILを第2図の理論空燃比14.6に対応す
る出力I0と比べる。IL>IL0である(Yes)ならば(リー
ン側)、次いで温度センサ7により検出した排気浄化用
触媒6の温度Tcをリーン側での排気浄化用触媒6の耐熱
温度TCL(800℃)と比べる。Tc>TCLであるならばフラ
ッグ(Flag)FA=0であるかどうかを確認する。Yesで
あれば空気導入用ポンプ5を作動させ、FAを1とする。
又、NOであれば矢印に従って次のステップに行く。次い
で再びTcとTCLとを比べる。Tc>TCLであるならば空気導
入用ポンプ5をステップアップして空気供給量を増加さ
せる。そして再びスタート位置に戻る。第3図のフロー
チャートの左側部分について説明したが、中央部分及び
右側部分についても同様である。なおTCRはリッチ側で
の排気浄化用触媒6の耐熱温度(600℃)を示す。
実施例2ないし4 第4図ないし第6図に本発明の排気浄化装置の実施例
2ないし4の概略構成図を示す。実施例2は実施例1と
比べて、酸素濃度センサ4と空気導入用ポンプ5との配
置が逆になっている。第7図は実施例2の装置の制御方
法の一例を示すフローチャートである。第7図と第3図
との違いは、第3図中右側部分下から3番目のTC>TCL
の部分が、第7図ではILL1となっているところのみで
ある。なお、IL1は第2図に示すように空燃比22に対応
する酸素濃度センサ出力である。それ故、実施例1にお
いては酸素濃度センサ4により検出する空燃比は14.6を
越えてはぼその近傍にあるように制御されるが、実施例
2においては酸素濃度センサ4により検出する空燃比が
22未満でほぼその近傍にあるように制御される。
第5図は実施例3の概略構成図である。本実施例にお
いては、実施例1の構成に更にエンジン3のエキゾース
トマニホールドの温度を検出するための温度センサ8を
加えた。第8図は実例例3の装置の制御方法の一例を示
すフローチャートである。以下簡単に説明する。スター
トした後最初にエキゾーストマニホールドの温度TEX
その設定温度TEX0と比べる。TEX<TEX0である(Yes)な
らば第9図のWOT(wide o pen throttle)時A/Fマップ
により、TEX<TEX0でない(N0)ならば第10図のWOT時
A/Fマップによりエンジン回転数に応じて空燃比を制
御する。以下、第8図の左側部分について説明する。次
いで、フラッグFWMを0とする。次いでFWM=1であるか
どうかを確認する。Yesであれば次いでFA=0であるか
どうかを確認する。Yesであれば空気導入用ポンプ5を
作動させ、FAを1とする。次いでTC>TCLであるかどう
かを確認し、Yesであれば空気導入用ポンプ5をステッ
プアップして再びスタート位置に戻る。フローチャート
の他の部分についても同様である。実施例3の装置を用
いると、例えば高速で長時間を走行する場合に、エキゾ
ーストマニホールドの温度がTEX0を越えて上昇した場合
にも、排気浄化用触媒6の温度を最適に制御することが
できる。
第6図は実施例4の概略構成図である。実施例4は実
施例3と比べて、酸素濃度センサ4と空気導入用ポンプ
5との配置が逆になっている。
(発明の効果) 本発明の排気浄化装置は、リッチ側及びリーン側の如
何にかかわらず、車両の種々の運転状態の変動に応じて
遷移金属/ゼオライトを主成分とする排気浄化用触媒の
温度が耐熱温度を大きく越えないように、二次空気を導
入して排気浄化用触媒を冷却するため、リーンバーンエ
ンジンに装着した場合において、常に良好な排気浄化性
能を維持することができる。又、耐久性が向上した。
すなわち、従来はリッチ時に多量に排出されるHCを充
分除去することができなかったが、本発明の装置によれ
ばHCを充分酸化除去できる。
又、例えば実施例1及び3の装置においては、WOT時
から通常の状態に戻ってすぐ、空燃比制御が可能であ
り、過度特性が良い。
更に、例えば実施例3の装置によれば高速走行時にお
いても排気浄化性能を低下させることなく、リーンバー
ンエンジンの特徴を発揮することができるので、従来に
比べて120〜140Km/hrにおける燃費が5〜10%向上し
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の排気浄化装置の実施例1の概略構成
図、 第2図は空燃比と酸素濃度センサ出力との関係を示す
図、 第3図は実施例1の装置の制御方法の一例を示すフロー
チャート、 第4図ないし第6図は本発明の排気浄化装置の実施例2
ないし4の概略構成図、 第7図は実施例2の装置の制御方法の一例を示すフロー
チャート、 第8図は実施例3の装置の制御方法の一例を示すフロー
チャート、 第9図及び第10図はエンジン回転数と空燃比との関係を
示す図である。 図中、 1……エアクリーナ 2……スロットル 3……エンジン 4……酸素濃度センサ 5……空気導入用ポンプ 6……排気浄化用触媒 7,8……温度センサ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃機関の排気の通路に設けられた遷移金
    属/ゼオライトを主成物とする排気浄化用触媒と、 該排気浄化用触媒の温度を検出するための温度センサ
    と、 該排気浄化用触媒の上流側の排気の通路に設けられた、
    空燃比を算出するための酸素濃度センサ及び空気導入用
    ポンプと、 該排気浄化用触媒の温度が、空燃比が燃料過剰側にある
    場合には燃料過剰側耐熱温度を越える場合に、又は空燃
    比が空気過剰側にある場合には空気過剰側耐熱温度を越
    える場合に前記空気導入用ポンプを作動させる制御手段
    とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
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