JP2785471B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、希薄燃焼可能な内燃機関の排気系に、酸化
雰囲気中HC存在下でNOxを還元するゼオライト系触媒を
装着した排気浄化装置に関する。
〔従来の技術〕
遷移金属或いは貴金属を担持せしめたゼオライトから
成り、酸化雰囲気中、HC存在下で排気ガス中のNOxを還
元する触媒、いわゆるリーンNOx触媒は知られている
（たとえば、特開平１−130735号公報）。
リーンNOx触媒がNOxを還元するにはHCが必要なため、
良好なNOx浄化作用を果せるように、リーンNOx触媒の上
流にHC供給装置を設けることも知られている（たとえ
ば、特開昭63−283727号公報）。たとえば、ディーゼル
機関では、排気中のHCが少ないので、HCを添加すること
が望まれる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来は一定種類のHCを一律にリーンNOx触媒
上流に供給するだけなので、HCの種類およびリーンNOx
触媒の温度によっては、高いNOx浄化率が得られないこ
とがある。
たとえば、排気温が低い領域（400℃以下）では、注
入されるHCが高沸点HCの場合、NOxの浄化率が向上しな
い。
また、逆に排気温が高い領域では、注入されるHCが低
沸点HCの場合、HCの部分酸化により生成された活性種が
すぐに酸化されてCO、CO2になるため、NOx浄化率が低下
する。
本発明は、触媒床温或いは排気温度が比較的高い領域
にあろうが比較的低い領域にあろうが、高いNOx浄化率
を示すことの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。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は以下の本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置によって達成される。すなわち、内燃機関の排気系に
設けられ、酸化雰囲気中、炭化水素存在下のもとで窒素
酸化物を還元する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置
において、上記機関とは別体に設けられ、炭化水素を上
記機関に供給する炭化水素供給源と、上記触媒の触媒床
温、或いは、排気温度を検出する温度検出手段と、該温
度検出手段によって、触媒床温、或いは、排気温度が高
いと検出されるときには、上記炭化水素供給源からの炭
化水素を炭化水素中に高沸点炭化水素が多く含まれるよ
うにして上記触媒の上流に供給し、触媒床温、或いは、
排気温度が低いと検出されるときには、上記炭化水素供
給源からの炭化水素を炭化水素中に低沸点炭化水素が多
く含まれるようにして上記触媒の上流に供給する炭化水
素供給手段とを設けたことを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置。
〔作用〕
上記本発明の内燃機関の排気浄化装置において、触媒
床温、或いは、排気温度が高い時は、高沸点炭化水素が
多く含まれるように炭化水素が供給されるが、高沸点炭
化水素は、リーンNOx触媒上でのHC→活性種→CO、CO2の
変換速度が遅く、活性種が存在する時間が長くなり、こ
の活性種とNOxが反応するため、NOx浄化率が向上する。
また、触媒床温、或いは排気温度が低い時は、低沸点炭
化水素が多く含まれるように炭化水素が供給されるが、
低沸点炭化水素は、リーンNOx触媒上で比較的早く酸化
されるので、比較的低温であっても、炭化水素の部分酸
化による活性種の生成が生じ、NOx浄化率が向上する。
かくして、低温側でも、高温側でも、高いNOx浄化率が
得られ、高いNOx浄化率の得られる温度領域が拡げられ
る。
〔実施例〕
以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の望ま
しい実施例を、図面を参照して説明する。
第１実施例 第１図〜第４図は本発明の第１実施例に係る。
第１図に示すように、第１実施例は、内燃機関１の排
気系２に設けられ、酸化雰囲気中、炭化水素存在下のも
とで窒素酸化物を還元する触媒３を備えた内燃機関の排
気浄化装置において、上記機関１とは別体に設けられ、
沸点の異なる複数種類の炭化水素を上記機関に供給する
炭化水素供給源6a、6bと、上記触媒３の触媒床温、或い
は、排気温度を検出する温度検出手段４と、該温度検出
手段４によって、触媒床温、或いは、排気温度が高いと
検出されるときには、上記炭化水素供給源6a、6bからの
炭化水素のうち高沸点炭化水素を低沸点炭化水素よりも
多く含まれるよう上記触媒の上流に供給し、触媒床温、
或いは、排気温度が低いと検出されるときには、上記炭
化水素供給源からの炭化水素のうち低沸点炭化水素を高
沸点炭化水素よりも多く含まれるよう上記触媒の上流に
供給する炭化水素供給手段５とを設けた内燃機関の排気
浄化装置から成る。
第１実施例を第１図〜第４図を参照してさらに詳しく
説明する。ただし、以下においては、上記触媒３をリー
ンNOx触媒、炭化水素をHCと記す。
内燃機関１の排気通路２には、リーンNOx触媒３を入
れた触媒コンバータが設けられている。ここで、リーン
NOx触媒は、遷移金属或いは貴金属を担持せしめたゼオ
ライトからなり、酸化雰囲気中、HC存在下で排気ガス中
のNOxを還元する触媒である。
リーンNOx触媒３上流には、HC供給手段５が設けられ
ており、HC供給手段５は、沸点の異なる複数種のHCの供
給源6a、6b、……からの何れかの種類のHCを供給すべく
切替える切替弁７を有する。HC供給手段５は、さらに、
切替弁７を駆動する切替弁駆動装置８と、選択された種
類のHCの流量を制御する流量制御弁９と、流量制御弁９
を駆動する流量制御弁駆動装置10を有する。
HCの供給源6a、6bは、低沸点HCの供給源6aと高沸点HC
の供給源6bを有する。低沸点HCは炭素数の数が５以下の
炭化水素から成り、高沸点HCは炭素数の数が６以上の炭
化水素から成る。
リーンNOx触媒３の直ぐ上流には、リーンNOx触媒３へ
の入りガス温を検出して出力する、温度検出手段として
の排気温センサ４が設置されている。温度検出手段は、
リーンNOx触媒３の触媒床温を検出する温度センサであ
るかもしれない。要は、触媒温度或いはそれに相関する
温度（たとえば排気温）を検出できるものであればよ
い。温度検出手段としての排気温センサ４の出力はエン
ジンコントロールユニット（ECU）11に入力される。
ECU11は、切替弁駆動装置８の切替を制御し、流量制
御弁駆動装置10の駆動を制御し、したがってHCの供給を
制御するHC供給手段制御手段を構成する。
ECU11は、マイクロコンピュータから成り、入出力イ
ンターフェイス、セントラルプロセッサユニット（CP
U）、リードオンリメモリ（ROM）、ランダムアクセスメ
モリ（RAM）を有する。排気温センサ４の出力信号は入
力インターフェイスに入力され、アナログ／ディジタル
変換器を介してディジタル信号に変換されてRAMに一時
的に格納され、必要時にCPUに読出されて、演算に用い
られる。ECU11には、エンジン回転速度Ne、トルクＴの
信号も入力される。
ECU11は、ROMに、第２図に示したプログラムを格納し
ており、この演算ルーチンは、CPUに読出されて、一定
時間間隔で実行される。第２図において、ステップ101
で、触媒温度または排気温度TEX、エンジン回転速度N
e、トルクＴを読込む。
続いて、ステップ102で、触媒温度または排気温度TEX
が、予め定められた所定温度TEXO（たとえば、400℃）
以下か否かを判別し、TEXO以下であればステップ103に
進み、TEXOを越えればステップ104に進む。ステップ103
では、切替弁７を低沸点HC供給側に切替える信号を切替
弁駆動装置８に送り、低沸点HCの供給実行処理をする。
一方、ステップ104では、切替弁７を高沸点HC供給側に
切替える信号を切替弁駆動装置８に送り、高沸点HCの供
給実行処理をする。
ステップ103、104からステップ105に進み、供給HCの
流量制御を行なう。すなわち、ステップ105で、エンジ
ン回転速度Ne、トクルＴより、排気ガスの状態（排気ガ
ス量、HC濃度）を演算し、注入すべき必要HC量を求め、
その必要HC量を供給する流量制御弁目標開度を求める。
続いて、ステップ106に進んで、流量制御弁９の開度を
ステップ105で求めた目標開度にする指令信号を流量制
御弁駆動装置10に送り、流量制御弁９の開度制御実行処
理をする。そして、次のステップに移って、終了する。
つぎに、第１実施例の作用を説明する。
まず、リーンNOx触媒３のNOx浄化メカニズムは、第４
図に示したようになると推定される。すなわち、排気中
のHCは、大部分は直接（完全）酸化されてCO2とH2Oにな
るが、一部は部分酸化されて活性種（CO-のようなもの
と推定される）になり、この活性種の一部がNOxと反応
してNOxを還元し、浄化する。活性種の残りは酸化され
てCO、CO2になる。一般的には、高温（例えば、500℃以
上）になると、HCは殆どが完全酸化されてCO2、H2Oにな
り、部分酸化される割合が少なくなって活性種の量が減
少し、かつ活性種ができてもCO、CO2と酸化される割合
が多くなってNOxとの反応に用いられる活性種量が少な
くなるので、NOx浄化率が低減する。また、低温（約350
℃以下）になると、リーンNOx触媒自体の活性が低減し
てくるので、やはりNOx浄化率が低下してくる。したが
って、NOx浄化率−温度特性は、350℃と500℃との間の
ある温度で山を持つ山形の曲線となる。そして、この山
がどの温度で表われるかは、HCの種類に依存する。
第３図は、低沸点HCのNOx浄化率特性、高沸点HCのNOx
浄化率特性、および本発明のNOx浄化率特性を示してい
る。すなわち、低沸点HCの場合は、分子が小さく早く酸
化（部分酸化も）が進むので、低温域（400℃以下）で
も活性種が生成し、高温域400℃以上ではもはや完全酸
化が進んで活性種が残らなくなるので、高いNOx浄化を
示す山は、第３図の曲線Ａのように、低温側（400℃以
下）に表われる。一方、高沸点HCの場合は、分子が大き
くHC→活性種→CO、CO2の反応も遅く、高温域（400℃以
上）でも活性種が相当に残っており、これがNOxと反応
してくれるから、高いNOx浄化率を示す山は、第３図の
曲線Ｂのように、高温側（400℃以上）に表われる。本
発明は、低温域（400℃以下）では切替弁７を低沸点HC
側に切替え、高温域（400℃以上）では切替弁７を高沸
点HC側に切替えて使用するものであるから、本発明にお
けるNOx浄化率特性は、第３図の曲線Ｃに示すように、
曲線Ａ、Ｂの包絡線となり、低温側でも、高温側でも高
いNOx浄化率を示すことができるようになる。別の言い
方をすれば、本発明でも、高いNOx浄化率を示すことの
できる領域（山の部分）がより広い温度域に広げられた
ことになる。
第１実施例によれば、異なる沸点をもつ複数種類のHC
を選択的に、リーンNOx触媒上流に、供給するように
し、リーンNOx触媒の触媒温度または排気温度に応じ
て、低温時には低沸点HCを、高温時には高沸点HCを供給
するようにしたので、低温側でも高温側でも、リーンNO
x触媒に高いNO浄化率を示させることができる。したが
って、高いNOx浄化率を示せる温度領域が拡げられる。
第２実施例 第５図〜第９図は本発明の第２実施例に係る。ただ
し、第３図、第４図は第２実施例にも適用される。
第２実施例は、第５図、第６図に示すように、内燃機
関21の排気系22に設けられ、酸化雰囲気中、炭化水素存
在下のもとで窒素酸化物を還元する触媒23を備えた内燃
機関の排気浄化装置において、上記機関21とは別体に設
けられ、炭化水素を上記機関に供給する炭化水素供給源
26と、上記触媒の触媒床温、或いは、排気温度を検出す
る温度検出手段201、202と、該温度検出手段によって、
触媒床温、或いは、排気温度が高いと検出されるときに
は、上記炭化水素供給源26からの炭化水素を内燃機関の
吸気系24に排気系22よりも多く供給し、触媒床温、或い
は、排気温度が低いと検出されるときには、上記炭化水
素供給源26からの炭化水素を内燃機関の排気系22に吸気
系24よりも多く供給する炭化水素供給手段25とを設けた
内燃機関の排気浄化装置から成る。
第２実施例を、第５図〜第９図、および第３図、第４
図を参照して、さらに詳しく説明する。ただし、以下に
おいて、上記触媒23をリーンNOx触媒、炭化水素をHCと
記す。
第２実施例においては、第５図に示すように、内燃機
関21の排気通路22には、リーンNOx触媒23を入れた触媒
コンバータが設けられている。
リーンNOx触媒23より上流の排気系22および吸気系24
には、HC供給手段から供給比可変にHCが供給される。HC
供給手段25は、HC供給源26からのHCをリーンNOx触媒23
の上流の排気系22および吸気系24に導くHC供給通路27
と、このHC供給通路27上に設けられた第1HC制御バルブ2
8および第2HC制御バルブ29と、第1HC制御バルブ28を駆
動する第1HC制御バルブ駆動装置30および第2HC制御バル
ブ29を駆動する第2HC制御バルブ駆動装置31とを有す
る。ここで、HC供給源26から供給されるHCは、１分子あ
たりの炭素数が６以上の（CmHnのｍが６以上）HCで、た
とえば軽油である。第1HC制御バルブ駆動装置30および
第2HC制御バルブ駆動装置31は、たとえば第７図、第８
図に示す関係を呈するように第1HC制御バルブ28および
第2HC制御バルブ29を駆動する。したがって、リーンNOx
触媒23より上流の排気系22に供給されるHCの供給量と、
吸気系24に供給されるHC供給比は可変とされている。こ
のような供給比可変には、一方をON、他方をOFFとする
ような、選択的な供給も含むものとする。第1HC制御バ
ルブ28、第2HC制御バルブ29は、HCの流量を制御する流
量制御弁も兼ねる。第1HC制御バルブ駆動装置30および
第2HC制御バルブ駆動装置31は、エンジンコントロール
ユニット（ECU）32からの指令によって、その作動を制
御される。したがって、ECU32は、さらに正確にはECU32
に格納されたプログラムの一部分は、HC供給手段25を制
御するHC供給手段制御手段を構成する。ECU32には、エ
ンジン回転速度Ne、トルクＴの信号も入力される。
ECU32は、ROMに、第６図に示したプログラムを格納し
ており、この演算ルーチンは、CPUに読出されて、一定
時間間隔で実行される。第６図において、ステップ201
で、エンジン回転速度Ne、トルクＴを読込む。
続いてステップ202でエンジン回転速度Ne、トルクＴ
と排気温度（触媒温度に相関する温度）の第９図のマッ
プから、触媒温度または排気温度TEXを算出する。排気
温度はリーンNOx触媒23のすぐ上流に排気温センサを設
けてその出力を用いてもよい。
続いて、ステップ203で、触媒温度または排気温度TEX
が、予め定められた所定温度TEXO（たとえば、400℃）
以下か否かを判別し、TEXO以下であればステップ204に
進み、TEXOを越えればステップ205に進む。
ステップ204では、第1HC制御バルブ28の開度を大に
し、第2HC制御バルブ29を開度を小にして吸気系24に供
給されるHC量が排気系22に供給されるHC量より大になる
ように供給比を変え、かつ各系24、22へのHC量を必要HC
量に流量制御するように、駆動装置30、31に指令信号を
出力して、バルブ開閉の実行処理をする。
また、ステップ205では、第1HC制御バルブ28の開度を
小にし、第2HC制御バルブ29の開度を大にして排気系22
に供給されるHC量が吸気系24に供給されるHC量より大に
なるように供給比を変え、かつ各系22、24へのHC量を必
要HC量に流量制御するように、駆動装置30、31に指令信
号を出力して、バルブ開閉の実行処理をする。上記にお
いて、ステップ203、204、205はHC供給手段制御手段を
構成する。
ステップ204、205から次のステップに進んで演算を終
了する。
つぎに、第２実施例の作用を説明する。
第２実施例においては、低温域（たとえば、400℃以
下）では、高沸点HCが吸気系24に排気系22より多く注入
され、それが燃焼室における燃焼で一部が分解、部分酸
化されて炭素数の少ない（Ｃ≦６）HCにされ、それがリ
ーンNOx触媒23に流れていくので、低沸点HCがリーンNOx
触媒23のすぐ上流に注入されたと同じ効果があらわれ
る。すなわち、低温域では第３図の曲線Ａの特性に準じ
た特性が得られる。一方、高温域（たとえば、400℃以
上）では、高沸点HCが排気系22に吸気系24より多く注入
され、リーンNOx触媒23上で遅く反応して多量の活性種
を生じる。したがって、高温域では、第３図の曲線Ｂの
特性が得られる。この結果、本発明におけるNOx浄化率
特性は、第３図の曲線Ｃに示すように、曲線Ａ、Ｂの包
絡線となり、低温側でも、高温側でも高いNOx浄化率を
示すことができるようになる。別の言い方をすれば、本
発明では、高いNOx浄化率を示すことのできる領域（山
の部分）がより広い温度域に拡げられたことになる。
第２実施例によれば、HC供給手段によって供給される
HCを低温域で吸気系に排気系より多く供給し、高温域で
排気系に吸気系より多く供給するようにしたので、吸気
系に供給されたHCは燃焼室で分解されて低沸点HCとなっ
てリーンNOx触媒に流れ、排気系に供給されたHCはその
ままリーンNOx触媒に流れ、低温側でも高温側でも、多
量の活性種を生じさせることができ、リーンNOx触媒に
高いNO浄化率を示させることができる。したがって、高
いNOx浄化率を示せる温度領域が拡げられる。
第３実施例〜第５実施例 第３実施例〜第５実施例は内燃機関41、61、81の排気
系42、62、82に設けられ、酸化雰囲気中、炭化水素存在
下のもとで窒素酸化物を還元する触媒43、63、83を備え
た内燃機関の排気浄化装置において、上記機関とは別体
に設けられ、高沸点炭化水素を上記機関に供給する炭化
水素供給源46、66、86と、該炭化水素供給源からの高沸
点炭化水素を低沸点炭化水素に分解して上記機関に供給
する炭化水素分解手段47、67、87と、上記触媒の触媒床
温、或いは、排気温度を検出する温度検出手段44、64、
84と、該温度検出手段によって、触媒床温、或いは、排
気温度が高いと検出されるときには、上記炭化水素供給
源からの高沸点炭化水素を上記炭化水素分解手段からの
低沸点炭化水素よりも多く含まれるよう上記触媒の上流
に供給し、触媒床温、或いは、排気温度が低いと検出さ
れるときには、上記炭化水素分解手段からの低沸点炭化
水素を上記炭化水素供給源からの高沸点炭化水素よりも
多く含まれるように供給する炭化水素供給手段45、65、
85を設けた内燃機関の排気浄化装置から成る。
各実施例をさらに詳細に説明すると次のようになる。
ただし、以下の説明では上記触媒43、63、83をリーンNO
x触媒、炭化水素をHCと記す。
第３実施例 第10図〜第14図は第３実施例に係り、第３図、第４図
は第３実施例にも適用される。第３実施例においては、
第10図に示すように、内燃機関41の排気通路42に、リー
ンNOx触媒43が設けられる。リーンNOx触媒43の上流に
は、HC供給手段45により、HC供給源46からのHCが、供給
されるようになっている。リーンNOx触媒43の下流には
排気温を検出する排気温センサ44が設けられている。
HC供給源46のHCには、引火点の高いHC、すなわち比較
的高沸点のHC、あるいは燃料の軽油、ガソリンを用い適
当な濃度（たとえば、20％）になるよう、エアあるいは
窒素との混合ガスを用いる。
HC供給手段45は、HCの供給量を制御するHC制御弁48お
よびそのアクチュエータ49を有する。アクチュエータ49
はエンジン回転速度Neが大になる程、またトルクＴが大
になる程弁開度を大にする（第12図、第13図参照）。ア
クチュエータ49はエンジンコントロールコンピュータ
（ECU）52の指令によって、開閉制御される。
HC供給手段45の、HC制御弁48より下流のHC供給通路途
上には、HC分解手段47が設けられる。このHC分解手段47
には、たとえばＨ型モルデナイト、Ｙ型ゼオライト、Ｈ
型ZSM−５等のゼオライト系分解、部分酸化触媒50が装
填されている。触媒50は、また、加熱ヒータ51によって
加熱されるようになっている。加熱ヒータ51は、触媒出
口の排気温TEXが高い程、ヒータ電圧が小となるように
なっており（第14図参照）、加熱度合は、エンジンコン
トロールコンピュータ52によって制御される。
エンジンコントロールコンピュータ52は、マイクロコ
ンピュータから成り、ROMに第11図に示したようなプロ
グラムを格納しており、このプログラムはCPUに呼出さ
れて、演算を実行する。
まず、ステップ301で、触媒床温、または排気温TEX、
エンジン回転速度Ne、トルクＴを読込む。
続いて、ステップ302に進んで、エンジン回転速度N
e、トルクＴよりHC制御弁48の開度を、第12図、第13図
の１次元マップに基づいて演算し、この演算された値に
HC制御弁開度がなるように、ステップ303にてアクチュ
エータ49により、HC制御弁開度制御の実行処理をする。
続いて、ステップ304に進み、触媒床温、または、排
気温TEXより、ヒーター51の目標電圧を、第14図に示す
ような１次元マップに基づいて演算し、この演算させた
電圧になるように、ステップ305にてヒータ電圧制御の
実行処理をする。
つぎに、第３実施例を作用を説明する。
触媒床温、または、排気温TEXが低い（たとえば、400
℃以下）時には、ヒータ電圧が高くされ、分解触媒50は
HC供給源46からの比較的高沸点HCの分解を促進して、炭
素数が３〜６のオレフィン系HCを多く含むHCとして、リ
ーンNOx触媒43の上流に供給する。したがって、第３図
のＡの特性にマッチし、低温域に拘らず、良好なNOx浄
化率が得られる。
逆に、触媒床温、または、排気TEXが高い（たとえ
ば、400℃以上）の時には、ヒータ電圧が低くされ、分
解触媒50によるHCの分解を抑え、炭素数の比較的大きい
HCを多く含む状態にして、HC供給源46からのHCを、リー
ンNOx触媒43の上流に供給する。炭素数の小さいHCは排
気高温時には殆んどが直接酸化されてNOx還元に有効に
利用されないが、排気高温時には炭素数の大きいHCの状
態にして供給するので、HCはリーンNOx触媒43で部分酸
化されて、多量の活性種を生じ、第３図のＢにマッチ
し、高温域に拘らず、良好なNOx浄化率が得られる。か
くして、第３図のＣに示すように、低温域でも、高温域
でも、良好なNOx浄化率が得られるようになる。
第３実施例によれば、HC分解手段47を設け、触媒床
温、排気温低温域では、HC分解手段47によるHC分解を促
進して低炭素数HCにしてリーンNOx触媒上流にHCを供給
し、触媒床温、排気温高温域では、HC分解手段47による
HC分解を抑制して高炭素数HCにしてリーンNOx触媒上流
にHCを供給するようにしたので、低温域でも高温域で
も、良好なNOx浄化率が得られるという効果を得る。
第４実施例 第15図〜第17図は第４実施例に係り、第３図〜第４
図、第12図、第13図は第４実施例にも適用される。第４
実施例においては、第15図に示すように、内燃機関61の
排気通路62に、リーンNOx触媒63が設けられる。リーンN
Ox触媒63の上流には、HC供給手段65により、HC供給源66
からのHCが供給されるようになっている。また、リーン
NOx触媒63の下流には、排気温を検出する排気温センサ6
4が設けられている。
HC供給源66のHCには、比較的高沸点のHC、たとえば軽
油等が用いられる。HC供給源66からのHC供給通路は途中
に並列経路を有し、その一方の通路にHC分解手段として
のHC分解触媒67が設けられている。HC分解触媒67として
は、Ｈ型モルデナイト、Ｙ型ゼオライト、Ｈ型ZSM−５
等のゼオライト系分解、部分酸化触媒が用いられる。
HC供給源66からのHCをリーンNOx触媒63の上流に供給
するHC供給手段65は、HC源66からのHC流量を制御するHC
制御弁70およびそのアクチュエータ71、並びに、前記並
列経路の分岐点に設けられた切替バルブ68およびそのア
クチュエータ69を有する。アクチュエータ71は、第12
図、第13図に示すように、エンジン回転速度Neが大にな
る程、またトルクＴが大になる程、HC制御弁70の開度を
大にする。また、アクチュエータ69は排気温が高い程、
切替バルブ70の分解触媒側開度を小にする。そして、ア
クチュエータ69、71は、エンジンコントロールコンピュ
ータ（ECU）72からの指令によって作動する。
エンジンコントロールコンピュータ72は、マイクロコ
ンピュータから成り、ROMに第16図に示すプログラムを
格納している。このプログラムはCPUに呼出されて、演
算が実行される。
まず、ステップ401で、触媒床温、または排気温TEX、
エンジン回転速度Ne、トルクＴを読込む。
続いて、ステップ402に進んで、エンジン回転速度N
e、トルクＴよりHC制御弁70の開度を、第12図、第13図
の１次元マップに基づいて演算し、この演算された値に
HC制御弁開度がなるように、ステップ403にて、アクチ
ュエータ71により、HC制御弁開度制御の実行処理をす
る。
続いて、ステップ404に進み、触媒床温、または、排
気温TEXより、切替バルブ68の分解触媒側開度を、第17
図に示すような１次元マップに基づいて演算し、この演
算された開度になるように、ステップ405にて、切替バ
ルブ68の開度制御の実行処理をする。その後リターンす
る。
つぎに第４実施例の作用を説明する。
触媒床温、または、排気温TEXが低い（たとえば、400
℃以下）時には、切替バルブ68の分解触媒側開度が大と
され、分解触媒67はHC源66からの比較的高沸点HCを分解
して、炭素数が３〜６のオレフィン系HCを多く含むよう
にした状態で、リーンNOx触媒63の上流に供給する。し
たがって、第３図のＡの特性にマッチし、低温域に拘ら
ず、高いNOx浄化率を得られる。
逆に、触媒床温、または排気温TEXが高い（たとえ
ば、400℃以上）の時には、切替バルブ68が分解触媒と
反対側の開度が大とされ、HC源66からのHCはほとんど分
解されることなく、リーンNOx触媒63の上流に供給され
る。したがって、炭素数の比較的大きいHCがリーンNOx
触媒63の上流に供給され、ほとんど完全酸化されること
なくリーンNOx触媒63に至り、そこで部分酸化されて活
性種を生じる。したがって、第３図のＢの特性が生じ、
高温域に拘らず、高いNOx浄化率が得られる。かくし
て、第３図のＣに示すように、低温域でも、高温域で
も、良好なNOx浄化率が得られる。
第４実施例によれば、HC分解手段67を設けるとともに
切替バルブ68を設け、触媒床温、排気温低温域では、切
替バルブ68をHC分解触媒67側に多く流すように切替え、
低炭素数HCを多く含むようにしてHCをリーンNOx触媒63
の上流に供給し、触媒床温、排気温高温域では、切替バ
ルブ68をHC分解触媒67と反対側に多く流すように切替
え、高炭素数HCを多く含むようにしてHCをリーンNOx触
媒63の上流に供給するようにしたので、低温域でも高温
域でも、良好なNOx浄化率が得られるという効果を得
る。
第５実施例 第18図〜第23図は第５実施例に係り、第３図、第４図
は第５実施例にも適用される。第５実施例においては、
第18図に示すように、内燃機関81の排気通路82に、リー
ンNOx触媒83が設けられる。リーンNOx触媒83の上流に
は、HC供給手段85により、HC供給源86からのHCが供給さ
れるようになっている。また、リーンNOx触媒83の下流
には排気温センサ84が、上流には排気圧力センサ93が、
それぞれ設けられている。
HC供給源66のHCには、比較的高沸点のHC、たとえば、
燃料の軽油が用いられる。HC供給手段85は軽油を圧送す
るマイクロポンプ88、軽油をパイプ94（第19図）内に噴
射するノズル（第19図）94、パイプ94内で噴射された軽
油と混合させるためのエアを送るエアポンプ89を有す
る。
HC供給手段85のHC供給通路途中には、HCを分解、部分
酸化するHC分解手段としてのHC分解触媒87が設けられて
いる。このHC分解触媒87は、望ましくは、パイプ94内に
装填されている。パイプ94の外周には、第19図に示すよ
うに、軽油供給導管が巻き付けてあり、それを加熱可能
なようにヒータ91が設置されている。ヒータ91の電圧は
スライダック90によって可変とされている。
マイクロポンプ88による軽油供給量、エアポンプ89に
よるエア供給量、スライダック90によるヒータ電圧は、
エンジンコントロールコンピュータ92により制御され得
る。エンジンコントロールコンピュータ92はマイクロコ
ンピュータから成り、そのROMには第20図のプログラム
が格納されており、CPUに呼出されて、演算が実行され
る。
演算ルーチンは、第20図に示すように、まず、ステッ
プ501で、触媒床温、または、排気温TEX、エンジン回転
速度Ne、アクセル開度Ｔ、排気圧力PMを読込む。
続いて、ステップ502で、Ne、Ｔより必要HC噴射量を
演算して求め、このＨ噴射量だけの軽油がパイプ94内に
ノズル95を介して噴射されるように、マイクロポンプ88
の軽油圧送量を演算する。また、ステップ504で、排気
圧力に抗してHCとエアとの混合物を排気管に注入できる
ように、PMよりエアポンプ出力を演算する。続いて、ス
テップ505で、HC、エアの供給実行処理をする。
上記ステップにより、HCとエアの混合物がリーンNOx
触媒83の上流に供給されるが、この場合、HCを排気温TE
Xに応じた最適の炭素数のHCを多く含む成分として供給
するために、ステップ506にて、TEXより第23図の１次元
マップに基づいて最適ヒータ電圧を演算し、続いてステ
ップ507にて、スライダック90によりヒータ91の電圧を
最適にする。そしてリターンする。
つぎに、第５実施例の作用を説明する。
触媒床温、または、排気温TEXが低い（たとえば、400
℃以下）時には、スライダック90によりヒータ91の電圧
を大にし、HC分解触媒87におけるHC分解作用を促進さ
せ、炭素数が３〜６のオレフィン系HCを多く含む状態に
して、HCをリーンNOx触媒83の上流に供給する。したが
って、第３図のＡのように、低温域に拘らず、高いNOx
浄化率が得られる。
逆に、触媒床温、または排気温TEXが高い（たとえば4
00℃以上）時には、スライダック90によりヒータ91の電
圧を小にし、HC分解触媒87によりHC分解作用を抑え、比
較的高炭素数のHCを多く含む状態にして、HCをリーンNO
x触媒上流に供給する。したがって、第３図のＢのよう
に、高温域に拘らず、高いNOx浄化率が得られる。かく
して、第３図のＣに示すように、低温域でも、高温域で
も、高いNOx浄化率が得られるようになる。
第５実施例によれば、HC分解手段87を設けるととも
に、ヒータ91の電圧を変えてHC分解速度を変えることが
できるようにし、触媒床温、排気温低温域では、ヒータ
電圧を上げて低炭素数HCを多く含むようにしてHCをリー
ンNOx触媒83上流に供給し、触媒床温、排気温高温域で
はヒータ電圧を下げて高炭素数HCを多く含むようにして
HCをリーンNOx触媒83上流に供給するようにしたので、
低温域でも、高温域でも、高いNOx浄化率が得られると
いう効果を得る。
〔発明の効果〕
本発明によれば触媒床温、或いは、排気温が低い時
は、低沸点炭化水素が多く含まれるようにして炭化水素
がリーンNOx触媒上流に供給され、触媒床温、或いは、
排気温が高い時は、高沸点炭化水素が多く含まれるよう
にして炭化水素がリーンNOx触媒上流に供給されるの
で、低温域でも高温域でも高いNOx浄化率が得られる。
また、炭化水素供給源からの炭化水素を有効に利用で
き、HC消費を低減できる、HCの排出量を低減することが
できる、排気温度のコントロールが不要となる、等の効
果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気浄化
装置の系統図、 第２図は第１図のECUに格納されたHC供給制御演算ルー
チンのフローチャート、 第３図はリーンNOx触媒床温（または排気温）−NOx浄化
率特性図、 第４図はリーンNOx触媒のNOx浄化メカニズムを示すブロ
ック図、 第５図は本発明の第２実施例に係る内燃機関の排気浄化
装置の系統図、 第６図は第５図のECUに格納されたHC供給制御演算ルー
チンのフローチャート、 第７図は排気温度−第1HC制御バルブ開度特性図、 第８図は排気温度−第2HC制御バルブ開度特性図、 第９図はエンジン回転速度−トルク−排気温度マップ
図、 第10図は本発明の第３実施例に係る内燃機関の排気浄化
装置の系統図、 第11図は第10図の装置のECUに格納されたHC供給制御演
算ルーチンのフローチャート、 第12図はエンジン回転速度−HC制御弁開度特性図、 第13図はトルク−HC制御弁開度特性図、 第14図は排気温（触媒出ガス温）−ヒータ電圧特性図、 第15図は本発明の第４実施例に係る内燃機関の排気浄化
装置の系統図、 第16図は第15図の装置のECUに格納されたHC供給制御演
算ルーチンのフローチャート、 第17図は排気温（触媒出ガス温）−切替バルブの分解触
媒側開度特性図、 第18図は本発明の第５実施例に係る内燃機関の排気浄化
装置の系統図、 第19図は第18図の装置のHC分解触媒近傍の拡大図、 第20図は第18図の装置のECUに格納されたHC供給制御演
算ルーチンのフローチャート、 第21図は燃料噴射量−マイクロポンプ圧送量特性図、 第22図は排気圧力−エアポンプ出力特性図、 第23図は排気温（触媒出ガス温）−ヒータ電圧特性図、 である。 １、21、41、61、81……内燃機関 ２、22、42、62、82……排気通路 ３、23、43、63、83……リーンNOx触媒 ４、24、44、64、84……温度検出手段（たとえば、排気
温センサ） ５、25、45、65、85……HC供給手段 ６、26、46、66、86……HC供給源 11、32、52、72、92……エンジンコントロールコンピュ
ータ（ECU） 47、67、87……HC分解触媒

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気系に設けられ、酸化雰囲気
    中、炭化水素存在下のもとで窒素酸化物を還元する触媒
    を備えた内燃機関の排気浄化装置において、上記機関と
    は別体に設けられ、炭化水素を上記機関に供給する炭化
    水素供給源と、上記触媒の触媒床温、或いは、排気温度
    を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって、
    触媒床温、或いは、排気温度が高いと検出されるときに
    は、上記炭化水素供給源からの炭化水素を炭化水素中に
    高沸点炭化水素が多く含まれるようにして上記触媒の上
    流に供給し、触媒床温、或いは、排気温度が低いと検出
    されるときには、上記炭化水素供給源からの炭化水素を
    炭化水素中に低沸点炭化水素が多く含まれるようにして
    上記触媒の上流に供給する炭化水素供給手段とを設けた
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】内燃機関の排気系に設けられ、酸化雰囲気
    中、炭化水素存在下のもとで窒素酸化物を還元する触媒
    を備えた内燃機関の排気浄化装置において、上記機関と
    は別体に設けられ、沸点の異なる複数種類の炭化水素を
    上記機関に供給する炭化水素供給源と、上記触媒の触媒
    床温、或いは、排気温度を検出する温度検出手段と、該
    温度検出手段によって、触媒床温、或いは、排気温度が
    高いと検出されるときには、上記炭化水素供給源からの
    炭化水素のうち高沸点炭化水素を低沸点炭化水素よりも
    多く含まれるよう上記触媒の上流に供給し、触媒床温、
    或いは、排気温度が低いと検出されるときには、上記炭
    化水素供給源からの炭化水素のうち低沸点炭化水素を高
    沸点炭化水素よりも多く含まれるよう上記触媒の上流に
    供給する炭化水素供給手段とを設けたことを特徴とする
    内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】内燃機関の排気系に設けられ、酸化雰囲気
    中、炭化水素存在下のもとで窒素酸化物を還元する触媒
    を備えた内燃機関の排気浄化装置において、上記機関と
    は別体に設けられ、炭化水素を上記機関に供給する炭化
    水素供給源と、上記触媒の触媒床温、或いは、排気温度
    を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって、
    触媒床温、或いは、排気温度が高いと検出されるときに
    は、上記炭化水素供給源からの炭化水素を内燃機関の吸
    気系に排気系よりも多く供給し、触媒床温、或いは、排
    気温度が低いと検出されるときには、上記炭化水素供給
    源からの炭化水素を内燃機関の排気系に吸気系よりも多
    く供給する炭化水素供給手段とを設けたことを特徴とす
    る内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項４】内燃機関の排気系に設けられ、酸化雰囲気
    中、炭化水素存在下のもとで窒素酸化物を還元する触媒
    を備えた内燃機関の排気浄化装置において、上記機関と
    は別体に設けられ、高沸点炭化水素を上記機関に供給す
    る炭化水素供給源と、該炭化水素供給源からの高沸点炭
    化水素を低沸点炭化水素に分解して上記機関に供給する
    炭化水素分解手段と、上記触媒の触媒床温、或いは、排
    気温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によ
    って、触媒床温、或いは、排気温度が高いと検出される
    ときには、上記炭化水素供給源からの高沸点炭化水素を
    上記炭化水素分解手段からの低沸点炭化水素よりも多く
    含まれるよう上記触媒の上流に供給し、触媒床温、或い
    は、排気温度が低いと検出されるときには、上記炭化水
    素分解手段からの低沸点炭化水素を上記炭化水素供給源
    からの高沸点炭化水素よりも多く含まれるように供給す
    る炭化水素供給手段とを設けたことを特徴とする内燃機
    関の排気浄化装置。
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