JP2722988B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number
JP2722988B2
JP2722988B2 JP9330493A JP9330493A JP2722988B2 JP 2722988 B2 JP2722988 B2 JP 2722988B2 JP 9330493 A JP9330493 A JP 9330493A JP 9330493 A JP9330493 A JP 9330493A JP 2722988 B2 JP2722988 B2 JP 2722988B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
absorbent
exhaust gas
exhaust
oxygen
reducing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP9330493A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06307230A (ja
Inventor
康 荒木
信也 広田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP9330493A priority Critical patent/JP2722988B2/ja
Publication of JPH06307230A publication Critical patent/JPH06307230A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2722988B2 publication Critical patent/JP2722988B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0814Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with catalytic converters, e.g. NOx absorption/storage reduction catalysts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • F01N3/0885Regeneration of deteriorated absorbents or adsorbents, e.g. desulfurization of NOx traps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2053By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/12Combinations of different methods of purification absorption or adsorption, and catalytic conversion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、詳細にはディーゼルエンジンや希薄空燃比の
燃焼を行うガソリンエンジン等リーン空燃比の燃焼を行
うことのできる内燃機関の排気中のNOX 成分を効果的
に除去可能な排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】リーン空燃比の燃焼を行う内燃機関の排
気中のNOX 浄化方法の例としては、特開昭62−10
6826号公報に記載されたものがある。同公報の方法
では、ディーゼルエンジンの排気通路に、酸素存在下で
NOX を吸収するNOX 吸収剤を配置し、吸収剤のNO
X 吸収効率が低下した時点でNO X 吸収剤への排気流入
を遮断してNOX 吸収剤に還元剤を導入することにより
吸収したNOX を放出させ、還元浄化している。
【0003】上記公報の方法は、酸素を多量に含む排気
のNOX 吸収剤への流入を遮断してNOX 吸収剤に還元
剤を導入してNOX 吸収剤表面で還元剤を酸化すること
によりNOX 吸収剤の雰囲気酸素濃度を低下させ、NO
X 吸収剤からNOX を放出させて還元剤によりこのNO
X を還元浄化している。しかし、上記公報の方法では、
NOX 吸収剤からのNOX 放出及び還元浄化(以下NO
X 吸収剤の「再生」という)を行う際にNOX 吸収剤へ
の排気流入を遮断する必要があるため、機関運転中にN
X の放出、浄化を行おうとすると、排気系に複数のN
X 吸収剤を並列配置して順次切換えて排気流入を遮断
してNO X 吸収剤の再生を行うようにして排気流路を確
保する必要があり、装置の複雑化や車両への搭載性の悪
化を生じるおそれがある。
【0004】一方、本願出願人は、NOX 吸収剤の再生
時にある程度の量の排気を流したまま還元剤を導入して
NOX 吸収剤の再生を行い、NOX 吸収剤再生時にも排
気流入を遮断しない排気浄化装置を既に提案している
(特願平4−263892号)。この装置によれば、N
X 吸収剤再生時にも排気流路が確保されるため、単一
のNOX 吸収剤を用いて機関運転中にNOX 吸収剤の再
生を行うことができ、複数のNOX 吸収剤を設ける必要
がないので装置の簡易化と搭載性の向上とを図ることが
できる。
【0005】上記特願平4−263892号に提案した
装置では、NOX 吸収剤上流側の排気系に排気中の酸素
を消費する酸素消費手段を設け、NOX 吸収剤に流入す
る排気中の酸素濃度を低減し、NOX 吸収剤再生時のN
X の放出を容易にしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特願平
4−263892号の装置のようにNOX 吸収剤上流側
に酸素消費手段を設けた場合、NOX 吸収剤に流入する
排気の酸素濃度は低下するものの、かえってNOX 吸収
剤の再生が充分に行えなくなる場合があることが判明し
た。
【0007】NOX 吸収剤の再生時にはNOX 吸収剤か
ら吸収したNOX を放出させるとともに放出されたNO
X を還元剤により還元浄化することが必要となる。上記
NO X 吸収剤からのNOX の放出は雰囲気酸素濃度が低
い程、また、NOX 吸収剤の温度が高い程活発になるこ
とが知られている。また、これら二つの要因のうち、N
X 吸収剤の温度の方がNOX の放出に与える影響が大
きいことが知られている。すなわち、酸素濃度が高くて
もNOX 吸収剤の温度が充分に上昇すればNO X 吸収剤
からNOX が放出され、逆に酸素濃度が低くてもNOX
吸収剤の温度が低ければNOX 吸収剤からのNOX の放
出量は低下する。従って、NOX 吸収剤の温度が低けれ
ば酸素濃度を低下させても充分なNOX 吸収剤の再生を
行うことはできない。
【0008】通常、再生時には、NOX 吸収剤に供給さ
れた還元剤がNOX 吸収剤の表面で酸化(燃焼)するこ
とによりNOX 吸収剤の温度が上昇しNOX 吸収剤から
のNOX 放出が促進される。しかし、上記のようにNO
X 吸収剤の上流側に酸素消費手段を設けNOX 吸収剤に
流入する排気中の酸素濃度を極端に低下させてしまう
と、NOX 吸収剤上では還元剤の燃焼が生じなくなり、
NOX 吸収剤の温度が上昇しない。このため、前述の特
願平4−263892号に提案した装置のように上流側
の酸素消費手段で排気中のほとんどの酸素を消費するよ
うにした場合にはNOX 吸収剤に流入する排気中の酸素
濃度は低下するにもかかわらずNOX 吸収剤からのNO
X の放出が行われず再生が充分に行われない場合が生じ
るのである。
【0009】一方、上流側に酸素消費手段を設けずNO
X 吸収剤上の還元剤の燃焼のみで排気中の酸素を消費す
るようにすればNOX 吸収剤の温度は上昇するものの、
この場合には比較的大量の還元剤をNOX 吸収剤上で燃
焼させる必要が生じる。特に液状の還元剤を使用する場
合には、供給された大量の還元剤の一部は気化せずにN
X 吸収剤に到達し、NOX 吸収剤の排気入口部分に比
較的多量の液状還元剤が付着する。このため、NOX
収剤の入口部分近傍では、付着した還元剤の燃焼により
温度が過剰に上昇してしまいNOX 吸収剤の寿命が低下
するおそれがある。従って、特に液状の還元剤を使用す
るような場合にはNOX 吸収剤に充分な量の還元剤を直
接供給することができず、NOX 吸収剤の充分な温度上
昇が図れない問題が生じる。
【0010】本発明は、上記問題に鑑み、酸素消費手段
を設けて排気中の酸素濃度を低下させる場合にNOX
収剤の温度を適度に上昇させ、効率よくNOX 吸収剤の
再生を行うことのできる手段を提供することを目的とし
ている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、リーン
空燃比の燃焼を行うことのできる内燃機関の排気通路
に、流入排気の空燃比がリーンのときにNOX を吸収し
流入排気の酸素濃度が低下したときに吸収したNOX
放出するNOX 吸収剤を配置して排気中のNOXを吸収
させ、NOX 吸収後に前記NOX 吸収剤の上流側排気通
路に還元剤を供給してNOX 吸収剤から吸収したNOX
を放出させるとともに該NOX を還元浄化する内燃機関
の排気浄化装置において、前記NOX 吸収剤の上流側に
供給された還元剤を酸化して排気中の酸素を消費する酸
素消費手段と、該酸素消費手段に流入する還元剤を含む
排気の一部を前記酸素消費手段をバイパスして前記NO
X 吸収剤に導くバイパス通路を設けるとともに前記酸素
消費手段で発生する熱で前記バイパス通路を流れる排気
を加熱するようにしたことを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置が提供される。
【0012】
【作用】酸素消費手段は還元剤を酸化して排気中の酸素
を消費する。このため、酸素消費手段を通過してNOX
吸収剤に流入する排気は還元剤の酸化反応により高温に
なるとともに、排気中の酸素の殆どが消費される。一
方、バイパス通路を通ってNOX 吸収剤に流入する排気
は酸素消費手段により加熱されて高温になるが、排気中
の酸素は消費されず、多くの酸素を含んでいる。
【0013】NOX 吸収剤には、上記酸素消費手段とバ
イパス通路とを通過した排気とが混合したものが流入す
るが、NOX 吸収剤の再生時に供給される還元剤の総量
は排気中の酸素の全量を消費し、かつNOX 吸収剤から
放出されたNOX を還元するのに充分な量であるため、
NOX 吸収剤に流入する排気には全体として過剰な還元
剤が存在する。
【0014】このため、NOX 吸収剤上ではバイパス通
路を通過した排気中の酸素により還元剤の燃焼が生じる
が、このNOX 吸収剤上での燃焼は、過剰な還元剤の存
在下での燃焼となり、流入排気中の酸素量、すなわちバ
イパス通路を通過して流入する排気流量によって支配さ
れる。したがって、バイパス通路を通過する排気流量を
調整することによりNOX 吸収剤での発熱量が制御さ
れ、NOX 吸収剤の適度な温度上昇が得られる。
【0015】また、バイパス通路を通過した排気も酸素
消費手段の発熱により加熱され高温になるので、液状還
元剤を使用した場合でもバイパス通路を通過してNOX
吸収剤に到達する排気中の還元剤は高温により完全に気
化し、還元剤が液状のままNOX 吸収剤に到達すること
がなく、NOX 吸収剤入口部分で還元剤付着による過剰
な温度上昇が生じない。
【0016】
【実施例】以下、本発明の排気浄化装置をディーゼルエ
ンジンに適用した例について説明する。図1は本発明の
一実施例を示す図である。図1において1はディーゼル
エンジン本体、2はエンジン吸気管、3はエンジン排気
管、4はエンジン燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁で
ある。
【0017】本実施例においては、吸気管2にはシャッ
ターバルブ6が設けられている。シャッターバルブ6は
全開時に抵抗の少ない例えばバタフライ型弁とされ、通
常運転時には全開に保持されており、後述の吸収剤から
のNOX 放出操作時に所定開度まで閉弁され、吸気管2
を絞り、エンジン1に吸入される空気量を低減する。7
は後述のECU20からの信号を受けてシャッターバル
ブ6を開閉駆動するソレノイド、負圧アクチュエータ等
の適宜な形式のアクチュエータである。
【0018】一方、エンジン排気管3には酸化触媒11
とその下流側に、ケーシング内に収容されたNOX 吸収
剤15とが配置されている。図に17で示すのは酸化触
媒11の入口排気温度を検出する排気温度センサ、18
で示すのはNOX 吸収剤15の下流側の排気中の酸素濃
度を検出する酸素濃度センサである。また、図に20で
示すのはエンジン1の電子制御ユニット(ECU)であ
る。ECU20はCPU21、RAM22、ROM23
及び入力ポート24、出力ポート25を相互に双方向バ
ス26で接続した構成のディジタルコンピュータから成
り、燃料噴射弁4からの燃料噴射量制御等のエンジンの
基本制御を行っている。またECU20は、後述のNO
X 吸収剤15の再生操作の制御をも行っており、これら
の制御のためECU20の入力ポート24にはエンジン
回転数信号、アクセル開度信号がそれぞれ図示しないセ
ンサから入力されている他、排気温度センサ17から排
気温度信号が、酸素濃度センサ18から排気中の酸素濃
度信号がそれぞれ入力されている。また、ECU20の
出力ポート25は燃料噴射弁4とシャッターバルブアク
チュエータ7とに接続され、燃料噴射量やシャッターバ
ルブ6の開閉動作等の制御を行っている。
【0019】ケーシング内に収容されているNOX 吸収
剤15は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例え
ばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウ
ムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウ
ムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリ
ウムYのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白
金Ptのような貴金属とが担持されている。
【0020】このNOX 吸収剤15は流入する排気空燃
比がリーンのときにはNOX を吸収し、流入する排気中
の酸素濃度が低下すると吸収したNOX を放出するNO
X の吸放出作用を行う。ここで上述の排気空燃比とは、
NOX 吸収剤15の上流側の排気通路やエンジン燃焼
室、吸気通路等に供給された空気量合計と燃料合計との
比をいうものとする。従って、NOX 吸収剤15の上流
側排気通路に燃料又は空気が供給されない場合には排気
空燃比はエンジン燃焼室内の燃焼における空燃比と等し
くなる。なお、本実施例では、ディーゼルエンジンが使
用されているため、通常運転時は排気空燃比はリーンで
ありNOX 吸収剤15は排気中のNOX を吸収する。ま
た、後述の操作により排気中の酸素濃度が低下するとN
X 吸収剤15は吸収したNOX を放出することにな
る。
【0021】NOX 吸収剤15の上記NOX 吸放出作用
の詳細については明らかでない部分もある。しかし、こ
の吸放出作用は図2に示すようなメカニズムで行われて
いるものと考えられる。次にこのメカニズムについて担
体上に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を
例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属,アル
カリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0022】即ち、流入排気がかなりリーンになると流
入排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図2(A)に示さ
れるようにこれら酸素O2 がO2 - またはO2-の形で白
金Ptの表面に付着する。一方、流入排気ガス中のNO
は白金Ptの表面上でO2 -またはO2-と反応し、NO
2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで生成され
たNO2 の一部は白金Pt上で酸化されつつ吸収剤内に
吸収されて酸化バリウムBaOと結合しながら図2
(A)に示されるように硝酸イオンNO3 - の形で吸収
剤内に拡散する。このようにしてNOX がNOX 吸収剤
15内に吸収される。
【0023】流入排気中の酸素濃度が高い限り白金Pt
の表面でNO2 が生成され、吸収剤のNOX 吸収能力が
飽和しない限りNO2 が吸収剤内に吸収されて硝酸イオ
ンNO3 - が生成される。これに対して流入排気中の酸
素濃度が低下してNO2 の生成量が低下すると反応が逆
方向(NO3 - →NO2 )に進み、吸収剤内の硝酸イオ
ンNO3 - がNO2 の形で吸収剤から放出される。即
ち、流入排気中の酸素濃度が低下するとNOX 吸収剤1
5からNOX が放出されることになる。
【0024】一方、このとき流入排気中に未燃HC,C
O等の還元成分が存在するとこれらの成分は白金Pt上
の酸素O2 - またはO2-と反応して酸化される。また排
気中の酸素濃度低下により吸収剤15から放出されたN
2 は図2(B)に示すように未燃HC,COと反応し
て還元される。このようにして白金Ptの表面上にNO
2 が存在しなくなると吸収剤から次から次へとNO2
放出される。従って流入排気ガス中の未燃HC,CO成
分が増加すると短時間のうちにNOX 吸収剤15からN
X が放出され、還元されることになる。
【0025】すなわち、流入排気中の未燃HC,CO
は、まず白金Pt上のO2 - またはO 2-と直ちに反応し
て酸化せしめられ、次いで白金Pt上のO2 - またはO
2-が消費されてもまだ未燃HC,COが残っていればこ
の未燃HC,COによって吸収剤から放出されたNOX
および機関から排出されたNOX が還元される。本実施
例では、NOX 吸収剤の再生時には、シャッターバルブ
6を閉じてエンジン1に吸入される空気量(すなわち排
気流量)を低減するとともに、燃料噴射弁4からの燃料
噴射量を増量し、または各シリンダの膨張行程時に二次
燃料噴射を行うことにより排気中の未燃燃料やHC、C
Oの量を増大させてNOX 吸収剤再生用の還元剤として
使用している。
【0026】なお、上記NOX 吸収剤からのNOX の放
出は流入する排気中の酸素濃度が低いほど活発になる。
このため、NOX 吸収剤の再生を行うためには流入する
排気の酸素濃度を低下させる必要がある。従って、エン
ジン運転中にNOX の放出、還元を行うために必要な還
元剤(燃料)の量は、(1)排気中の酸素を消費して酸
素濃度を充分に低下させるのに必要な量と、(2)白金
Pt上のO2 - またはO2-を消費するのに必要な量及
び、(3)吸収剤15から放出された全NOX 及びエン
ジンから排出された全NOX を還元するのに必要な量の
和となる。
【0027】ところでディーゼルエンジンの排気には多
量の酸素が含まれているため、排気中の酸素濃度を充分
に低下させるための燃料の量(上記(1))は多量にな
り、白金Pt上での燃料の燃焼のみによって排気中の酸
素濃度を低下させようとすると前述のようにNOX 吸収
剤の温度が過剰に上昇してNOX 吸収剤の寿命が低下す
るおそれがある。また、NOX 吸収剤上流側に酸素消費
手段を設け、排気中の酸素を全部消費してしまったので
はNOX 吸収剤上で還元剤の燃焼が生じなくなりNOX
吸収剤の温度が充分に上昇しなくなる。本発明では、以
下に説明するようにNOX 吸収剤上流側に設けた酸素消
費手段をバイパスして排気の一部をNO X 吸収剤に導く
バイパス通路を設けることにより、還元剤供給時に適切
なNOX吸収剤温度が得られるようにしている。
【0028】次に、図3から図6を用いて本実施例の酸
素消費手段としての酸化触媒11の構造について説明す
る。本実施例では酸化触媒11としては、熱伝導が良好
で比較的熱容量の小さいメタル担体を使用した、例えば
高Pt担持品等の活性温度の低いものを用いることが好
ましい。図3に示すように、本実施例では酸化触媒11
には触媒担体を貫通して上流側と下流側の排気通路を連
通するバイパス通路31が形成されている。このバイパ
ス通路31の壁面には触媒は担持されておらず、また、
バイパス通路には流量調整用のオリフィス32が設けら
れている。前述のように、NOX 吸収剤15の再生時に
はエンジン1のシャッターバルブ6は閉じられ、エンジ
ン1に供給される燃料は増量されるため、排気中の未燃
燃料の量が増大する。この未燃燃料を含んだ排気は酸化
触媒11とバイパス通路31との両方を通ってNOX
収剤15に流入する。
【0029】ここで、酸化触媒11を通過した排気中の
未燃燃料の一部は排気が酸化触媒11を通過する際に触
媒と接触して酸化され、排気中の酸素を消費する。ま
た、この酸化反応による発熱のため排気温度は上昇す
る。従って酸化触媒11を通過した排気は高温で殆ど酸
素を含まない状態になる。一方、バイパス通路31の壁
面には触媒が担持されていないため、バイパス通路31
を通過した排気中の未燃燃料は酸化されず、排気中の酸
素濃度は低下しない。また、触媒11は燃料の酸化によ
り高温になるためバイパス通路31を通過する排気は加
熱され高温になる。従ってバイパス通路31を通過して
NOX 吸収剤15に流入する排気は高温で比較的多量の
酸素を含んでいる。
【0030】このため、NOX 吸収剤15上では、未燃
燃料がバイパス通路31を通って供給される排気中の酸
素により燃焼し発熱が生じる。従ってNOX 吸収剤15
は流入する高温になった排気により加熱されるだけでな
く、NOX 吸収剤15上の未燃燃料の燃焼によっても加
熱され速やかに温度が上昇する。また、NOX 吸収剤1
5の再生時に供給される還元剤の量は排気中の酸素を全
部消費するのに必要な量より多いので、酸化触媒11と
NOX 吸収剤15上での燃焼は燃料過剰の状態での燃焼
となり未燃HC、CO等の還元成分が多量に発生し、N
X 吸収剤15の再生が良好に行われる。
【0031】また、上記のようにNOX 吸収剤15には
過剰な量の燃料が到達するため、NOX 吸収剤15上で
の燃料の燃焼は供給される酸素量(すなわち、バイパス
通路31を通過する排気流量)により支配される。この
ため、バイパス通路31の流量調整オリフィス32の径
を適当に選ぶことによりNOX 吸収剤15上での燃焼に
よる発熱量を制御することができ、NOX 吸収剤15の
温度を適切な範囲に設定することが可能となる。
【0032】なお、NOX 吸収剤15再生時には前述の
ように吸気シャッターバルブ6は所定開度まで閉弁され
るが、この時シャッターバルブ6を通過する吸気流はチ
ョークしており、吸気マニホルド負圧(エンジン回転
数)にかかわらず吸入空気流量は略一定になる。従って
排気マニホルド圧力もエンジン回転数にかかわらず略一
定になるため、一旦調整オリフィス32の径を最適な値
にセットすればエンジン回転数にかかわらずバイパス通
路31を通る排気流量は一定になり、NOX 吸収剤15
上での燃焼状態(発熱量)を一定に保つことができる。
従って、本実施例によれば、最初に実験等により最適な
オリフィス32の径を設定しておけば、常にNOX 吸収
剤15の適切な温度が得られ、複雑な制御を行う必要が
ない。
【0033】更に、本実施例では還元剤としてディーゼ
ルエンジンの燃料である軽油が使用されており、排気中
に軽油の高沸点成分が気化しないまま排出される場合が
あるが、これらの高沸点成分も酸化触媒11やバイパス
通路32を通過する際に排気温度が上昇するため完全に
気化し、NOX 吸収剤15に液状のまま到達することが
ない。このため、液状成分の付着によるNOX 吸収剤の
過剰な温度上昇が生じることが防止される。
【0034】なお、図3の例では酸化触媒11には1つ
のバイパス通路31のみが形成されているが、図4に示
すように酸化触媒11に複数の小径バイパス通路33を
形成した構造とすることもできる。この場合、バイパス
通路の伝熱面積を多くとれるためバイパス通路33を通
過する排気の加熱が良好になる利点がある他、バイパス
通路33の径と本数とを適宜に設定することにより流路
抵抗を調節できるため、図3の流量調整オリフィス32
を省略することが可能となる利点がある。
【0035】次に図5から図6を用いて酸化触媒11に
複数のバイパス通路33を形成する方法を説明する。バ
イパス通路33は酸化触媒11担体の完成品を加工して
貫通孔を設けることによっても形成できるが本実施例で
はメタル担体を使用して酸化触媒11を製作する際に同
時にバイパス通路を形成するようにしている。通常、酸
化触媒11のメタル担体は図5に示すように金属製の波
形箔11aと平箔11bとを積層して形成し、波形箔1
1aと平箔11bとで囲まれた部分を排気通路11cと
して使用している。また、波形箔11aまたは平箔11
bには酸化触媒を担持させる。これにより、排気通路1
1cを通過する排気は壁面に担持された触媒と接触し排
気中の未燃燃料等が酸化される。本実施例では、図6
(A)に示すように波形箔11aと平箔11bとを予め
接合し帯状の接合体を形成しておき、この接合体を渦巻
き状に巻いて触媒11のメタル担体を形成する。また、
触媒活性成分は波形箔11a上に担持させるようにし
て、図6(A)に示すように波形箔11aには部分的に
触媒活性成分を担持しない区域34を形成しておく。こ
のような接合体を渦巻き状に巻いてメタル担体を形成す
ることにより、波形箔11aの触媒の無担持区域と触媒
を担持しない平箔11bとの間にバイパス通路33を設
けることができる。
【0036】このようにして形成されたバイパス通路3
3は小径であり、周囲を熱伝導の良好な金属箔で囲まれ
ているため、バイパス通路を通過する排気への熱伝達が
良好になる。図6(B)は図6(A)と同様なバイパス
通路33の形成方法の例を示している。本実施例では図
6(A)と同様に波形箔11aと平箔11bとの接合体
を渦巻き状に巻いて触媒のメタル担体を形成している
が、触媒活性成分を波形箔11aと平箔11bとに担持
させた接合体11dと触媒活性成分を波形箔11aにも
平箔11bにも担持しない接合体11eとを交互に重ね
て渦巻き状に巻いた点が相違している。これにより、触
媒無担持の平箔と波形箔との間にバイパス通路33が形
成される。
【0037】図7は本発明のNOX 吸収剤の再生操作の
一例を示すフローチャートである。本ルーチンはECU
20により一定時間間隔で実行される。図7においてル
ーチンがスタートするとステップ701ではエンジン回
転数Nとアクセル開度ACCとがそれぞれのセンサから、
また、酸化触媒11入口の排気温度TEXと、NOX 吸収
剤15出口での排気中の酸素濃度ROXとが排気温度セン
サ17と酸素濃度センサ18からそれぞれ入力され、ス
テップ703では、これらを基にNOX 吸収剤15の再
生実行条件が成立しているか否かが判定される。
【0038】ここで、ステップ703のNOX 吸収剤の
再生実行条件は、(1)アクセル開度ACCが所定値以
下、かつ、エンジン回転数Nが所定値以上であること
(すなわちエンジンブレーキ中であること)、(2)エ
ンジン排気温度TEXが所定温度以上であること、(3)
NOX 吸収剤のNOX 吸収剤量が所定値以上になってい
ること、等であり、上記(1)〜(3)の条件が成立し
た場合のみにステップ705以下のNOX 吸収剤再生操
作を行う。
【0039】ここで、NOX 吸収剤の再生をエンジンブ
レーキ中にのみ行うのは(上記条件(1))、再生時に
は後述のように吸気シャッターバルブ6を閉じて吸入空
気量を低減する必要があるため、通常運転中に再生を行
うとトルクショックを生じ運転性が悪化するためであ
る。また、排気温度が所定値以上(上記条件(2))と
するのは、酸化触媒11が活性化温度に達していること
が必要だからである。また、NOX 吸収剤のNOX 吸収
量が所定値以上になっていること(上記条件(3))を
再生実行条件としているのは頻繁な再生操作を避けて真
に再生が必要な場合にのみ再生操作を行うようにするた
めである。
【0040】なお、NOX 吸収剤のNOX 吸収量は、別
途ECU20により実行されるルーチンにより、例えば
単位時間当たりのエンジンからのNOX の排出量を予め
エンジン負荷(アクセル開度)とエンジン回転数等の関
数としてECU20のROM23に記憶しておき、一定
時間毎にアクセル開度と回転数とから上記関数によりN
X 排出量を求め、これに一定の係数を乗じたものを上
記一定時間内のNOX吸収剤のNOX 吸収量として積算
することにより求められる。
【0041】上記再生条件が全て成立している場合に
は、ステップ705から709のNO X 吸収剤再生操作
を実行する。すなわち、ステップ705ではシャッター
バルブ6を閉弁してエンジン吸入空気量を低下させると
ともに、ステップ707では燃料噴射弁4からの燃料噴
射量の増量(またはシリンダ膨張行程での二次燃料噴
射)を行う。
【0042】ディーゼルエンジンの通常運転時の排気空
燃比は大幅なリーンであるがシャッターバルブ閉弁によ
る吸入空気量の低下と燃料噴射量との増量とを行うこと
により排気空燃比はリッチ側に移行し、排気中の未燃燃
料やHC,CO等の成分が大幅に増大する。特に、吸入
空気量を大幅に低下させることにより圧縮圧力を低下さ
せ圧縮不足により燃焼室内で燃焼が生じないようにして
未燃燃料を白煙状態で排気することが可能である。この
排気中の未燃燃料等は、その一部が酸化触媒11通過時
に燃焼し、排気温度を上昇させるとともに排気中の酸素
を消費する。また、触媒11のバイパス通路を通過する
排気中の未燃燃料はNOX 吸収剤15上で燃焼し、NO
X 吸収剤15の温度が速やかに上昇するため、NOX
収剤からのNOX の放出と還元浄化とが短時間で行われ
る。
【0043】ステップ709は再生操作の終了条件の判
定を示す。本実施例では再生操作は酸素濃度センサ18
から入力した酸素濃度ROXが低下して略ゼロになってか
ら所定時間(数秒程度)が経過したときにNOX 吸収剤
の再生が完了したと判断する。ステップ709で再生操
作が完了したと判断されたとき、及びステップ701で
再生条件が成立していない場合または再生操作実行中に
ステップ701の条件が成立しなくなった場合には、ス
テップ711で燃料噴射量増量の停止が行われ、次いで
ステップ713でシャッターバルブ6の開弁が行われ
る。これによりエンジンは通常の運転状態に復帰する。
【0044】上述のように、本実施例ではNOX 吸収剤
15の上流に酸素消費手段としての酸化触媒11を設け
るとともに、この酸化触媒をバイパスする通路31、3
3を設け、NOX 吸収剤15の適切な温度上昇を得てい
る。しかし、本発明の酸素消費手段とは酸化触媒に限定
されるものではなく、例えば軽油を燃焼させるバーナ、
排気中のパティキュレートを捕集するパティキュレート
フィルタ等を酸素消費手段として使用することも可能で
ある。この場合もバーナ、パティキュレートフィルタ等
をバイパスする通路を設け、NOX 吸収剤の再生時にバ
ーナの燃焼やパティキュレートフィルタに捕集されたパ
ティキュレートの燃焼を行い、排気中の酸素を消費する
とともにバイパス通路を通過する排気の加熱を行うよう
にする。
【0045】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、NOX
吸収剤の上流側に酸素消費手段を設けるとともに、排気
の一部を酸素消費手段をバイパスしてNOX 吸収剤に流
入させるバイパス通路を設け、パイパス通路を通る排気
を酸素消費手段で発生する熱により加熱するようにした
ことにより、再生時のNOX 吸収剤の温度を速やかに適
切な範囲まで昇温することができ、短時間で効率よくN
X 吸収剤の再生を行うことができる効果がある。ま
た、本発明によれば、NOX 吸収剤の再生に液状還元剤
を使用した場合のNOX 吸収剤への還元剤の付着を防止
し、NOX 吸収剤の過剰な温度上昇を防止することが可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】本発明のNOX 吸収剤のNOX の吸放出作用を
説明する図である。
【図3】図1の実施例の酸化触媒のバイパス通路の形状
例を示す図である。
【図4】図1の実施例の酸化触媒のバイパス通路の形状
例を示す図である。
【図5】酸化触媒のメタル担体の構造を示す図である。
【図6】バイパス通路の形成方法の例を示す図である。
【図7】NOX 吸収剤の再生操作の例を示すフローチャ
ートである。
【符号の説明】
1…ディーゼルエンジン 2…吸気管 3…排気管 6…シャッターバルブ 11…酸化触媒 15…NOX 吸収剤 17…排気温度センサ 18…酸素濃度センサ 20…電子制御ユニット 31、33…バイパス通路 32…オリフィス

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リーン空燃比の燃焼を行うことのできる
    内燃機関の排気通路に、流入排気の空燃比がリーンのと
    きにNOX を吸収し流入排気の酸素濃度が低下したとき
    に吸収したNOX を放出するNOX 吸収剤を配置して排
    気中のNOXを吸収させ、NOX 吸収後に前記NOX
    収剤の上流側排気通路に還元剤を供給してNOX 吸収剤
    から吸収したNOX を放出させるとともに該NOX を還
    元浄化する内燃機関の排気浄化装置において、前記NO
    X 吸収剤の上流側に供給された還元剤を酸化して排気中
    の酸素を消費する酸素消費手段と、該酸素消費手段に流
    入する還元剤を含む排気の一部を前記酸素消費手段をバ
    イパスして前記NOX 吸収剤に導くバイパス通路を設け
    るとともに前記酸素消費手段で発生する熱で前記バイパ
    ス通路を流れる排気を加熱するようにしたことを特徴と
    する内燃機関の排気浄化装置。
JP9330493A 1993-04-20 1993-04-20 内燃機関の排気浄化装置 Expired - Lifetime JP2722988B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9330493A JP2722988B2 (ja) 1993-04-20 1993-04-20 内燃機関の排気浄化装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9330493A JP2722988B2 (ja) 1993-04-20 1993-04-20 内燃機関の排気浄化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06307230A JPH06307230A (ja) 1994-11-01
JP2722988B2 true JP2722988B2 (ja) 1998-03-09

Family

ID=14078605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9330493A Expired - Lifetime JP2722988B2 (ja) 1993-04-20 1993-04-20 内燃機関の排気浄化装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2722988B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2324052A (en) * 1997-04-11 1998-10-14 Ford Motor Co Heating of a storage trap
JP3264226B2 (ja) * 1997-08-25 2002-03-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3237611B2 (ja) 1997-11-11 2001-12-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6244046B1 (en) * 1998-07-17 2001-06-12 Denso Corporation Engine exhaust purification system and method having NOx occluding and reducing catalyst
FR2787037B1 (fr) * 1998-12-09 2002-01-11 Inst Francais Du Petrole Procede et dispositif d'elimination des oxydes d'azote dans une ligne d'echappement de moteur a combustion interne
JP3876874B2 (ja) 2003-10-28 2007-02-07 トヨタ自動車株式会社 触媒再生方法
JP2007270644A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の後処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPH06307230A (ja) 1994-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0761286B1 (en) A method for purifying exhaust gas of an internal combustion engine
JP2722987B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
EP0953738B1 (en) Exhaust emission control system of internal combustion engine
US6233925B1 (en) Exhaust discharge control device for internal combustion engine
JP2783074B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3201237B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3093905B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2722988B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3514218B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2845080B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2845056B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3580180B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2722990B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3536713B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2830669B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2845068B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2845071B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2842135B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3496557B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2746029B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3397175B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP2830668B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4366950B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3557930B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP3565135B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081128

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081128

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 12

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091128

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101128

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101128

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111128

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131128

Year of fee payment: 16

EXPY Cancellation because of completion of term