JP2850551B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排気系にゼオライト系
ＮＯx 還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関
し、とくに、ＮＯx の浄化とＨＣエミッションの低減と
を両立させた内燃機関の排気浄化装置に関する。
ＮＯx 還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関
し、とくに、ＮＯx の浄化とＨＣエミッションの低減と
を両立させた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃費の向上、ＣＯ2 の低減を同時に達成
するために、希薄燃焼可能な内燃機関が一部実用化され
ている。三元触媒は空燃比がストイキ近傍での燃焼の排
気中のＮＯx 、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化するのに有効で
あるが、希薄燃焼の酸素過剰雰囲気すなわち酸化雰囲気
中ではＮＯx をほとんど還元できない。特開平１−１３
９１４５号公報は、空燃比リーンの燃焼の排気中のＮＯ
x を効果的に還元して浄化できる触媒として、銅等の遷
移金属をイオン交換してゼオライトに担持せしめたＣｕ
−ゼオライト触媒を開示しており、またその下流に三元
触媒を配置することを開示している。
するために、希薄燃焼可能な内燃機関が一部実用化され
ている。三元触媒は空燃比がストイキ近傍での燃焼の排
気中のＮＯx 、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化するのに有効で
あるが、希薄燃焼の酸素過剰雰囲気すなわち酸化雰囲気
中ではＮＯx をほとんど還元できない。特開平１−１３
９１４５号公報は、空燃比リーンの燃焼の排気中のＮＯ
x を効果的に還元して浄化できる触媒として、銅等の遷
移金属をイオン交換してゼオライトに担持せしめたＣｕ
−ゼオライト触媒を開示しており、またその下流に三元
触媒を配置することを開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｃｕ−ゼオラ
イト触媒は、約６００°Ｃ以上にするとＣｕが溶出する
ので、耐熱温度が低く、約８００°Ｃ以上にもなる排気
系上流部に配置すると熱劣化が激しくなって耐久性が悪
化する。Ｃｕ−ゼオライト触媒を排気系の下流部に配置
すると、さらにそれより下流の三元触媒が活性温度に達
せず、ＨＣ（炭化水素）エミッションが増大してしま
う。また、三元触媒とＣｕ−ゼオライト触媒の配設順序
を逆にして、三元触媒を排気系上流部に、Ｃｕ−ゼオラ
イト触媒を排気系下流部に配設すると、三元触媒がＨＣ
をＨ2 ＯとＣＯ2 に酸化してしまうために、Ｃｕ−ゼオ
ライト触媒がＮＯx還元反応上必要とするＨＣがＣｕ−
ゼオライト触媒に流入しなくなるという問題が生じる。
すなわち、従来技術においては、Ｃｕ−ゼオライト触媒
の熱的耐久性の向上とＨＣエミッションの低減とが両立
し得なかった。
イト触媒は、約６００°Ｃ以上にするとＣｕが溶出する
ので、耐熱温度が低く、約８００°Ｃ以上にもなる排気
系上流部に配置すると熱劣化が激しくなって耐久性が悪
化する。Ｃｕ−ゼオライト触媒を排気系の下流部に配置
すると、さらにそれより下流の三元触媒が活性温度に達
せず、ＨＣ（炭化水素）エミッションが増大してしま
う。また、三元触媒とＣｕ−ゼオライト触媒の配設順序
を逆にして、三元触媒を排気系上流部に、Ｃｕ−ゼオラ
イト触媒を排気系下流部に配設すると、三元触媒がＨＣ
をＨ2 ＯとＣＯ2 に酸化してしまうために、Ｃｕ−ゼオ
ライト触媒がＮＯx還元反応上必要とするＨＣがＣｕ−
ゼオライト触媒に流入しなくなるという問題が生じる。
すなわち、従来技術においては、Ｃｕ−ゼオライト触媒
の熱的耐久性の向上とＨＣエミッションの低減とが両立
し得なかった。
【０００４】本発明は、排気系にゼオライト系ＮＯx 還
元触媒と三元触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置に
おいて、ゼオライト系ＮＯx 還元触媒の熱的耐久性の向
上と三元触媒によるＨＣエミッションの低減とを両立さ
せることを目的とする。
元触媒と三元触媒とを備えた内燃機関の排気浄化装置に
おいて、ゼオライト系ＮＯx 還元触媒の熱的耐久性の向
上と三元触媒によるＨＣエミッションの低減とを両立さ
せることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、次の手段を
備えた、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。希薄燃焼可能な内燃機関、前記内燃機関の
排気系に設けられた三元触媒、前記三元触媒より下流側
の内燃機関の排気系に設けられ、遷移金属あるいは貴金
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、ＮＯxを還元する触媒（以下、リーンＮ
Ｏx 触媒という）、前記三元触媒より上流の排気系部分
を前記三元触媒をバイパスして前記三元触媒より下流で
かつ前記リーンＮＯx 触媒より上流の排気系部分に接続
するバイパス通路、および 排気を前記バイパス通路に導
くかまたは前記三元触媒に導くかを制御する制御弁。
備えた、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。希薄燃焼可能な内燃機関、前記内燃機関の
排気系に設けられた三元触媒、前記三元触媒より下流側
の内燃機関の排気系に設けられ、遷移金属あるいは貴金
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、ＮＯxを還元する触媒（以下、リーンＮ
Ｏx 触媒という）、前記三元触媒より上流の排気系部分
を前記三元触媒をバイパスして前記三元触媒より下流で
かつ前記リーンＮＯx 触媒より上流の排気系部分に接続
するバイパス通路、および 排気を前記バイパス通路に導
くかまたは前記三元触媒に導くかを制御する制御弁。
【０００６】
【作用】三元触媒の下流にリーンＮＯx 触媒を配置する
という配設順序にしたので、三元触媒を排気系の高温部
で暖機性の良い部分に配設でき、かつリーンＮＯx 触媒
を排気系の低温部に配設できる。したがって、三元触媒
によりＨＣエミッションが低減され、リーンＮＯx 触媒
の触媒床温がその耐熱温度（約６００°Ｃ）以下に保た
れて耐久性が向上する。また、バイパス通路を介して三
元触媒上流の未燃ＨＣを含んだ排気ガスがリーンＮＯx
触媒に供給されるので、リーンＮＯx 触媒のＮＯx 還元
作用が低下することもない。
という配設順序にしたので、三元触媒を排気系の高温部
で暖機性の良い部分に配設でき、かつリーンＮＯx 触媒
を排気系の低温部に配設できる。したがって、三元触媒
によりＨＣエミッションが低減され、リーンＮＯx 触媒
の触媒床温がその耐熱温度（約６００°Ｃ）以下に保た
れて耐久性が向上する。また、バイパス通路を介して三
元触媒上流の未燃ＨＣを含んだ排気ガスがリーンＮＯx
触媒に供給されるので、リーンＮＯx 触媒のＮＯx 還元
作用が低下することもない。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を３例説明する。実施例１は
排気バイパス量が制御弁により可変とされる場合で、図
１−図４に示してある。実施例２は排気バイパス量が制
御されるもう一つの例で、図５および図６に示してあ
る。実施例３は排気バイパス量がＯＮ−ＯＦＦ制御され
る場合で、図７および図８に示してある。
排気バイパス量が制御弁により可変とされる場合で、図
１−図４に示してある。実施例２は排気バイパス量が制
御されるもう一つの例で、図５および図６に示してあ
る。実施例３は排気バイパス量がＯＮ−ＯＦＦ制御され
る場合で、図７および図８に示してある。
【０００８】まず、全ての実施例に共通な構成を、たと
えば図１−図４を参照して説明する。図１において、２
は希薄燃焼可能な内燃機関で、その排気系４の上流側部
分の高温（約６００°Ｃ以上）となる部分に三元触媒６
が配置されており、その下流の低温（約６００°Ｃ以
下、ただし３００°Ｃ以上）となる部分にリーンＮＯx
触媒８が設けられている。約６００°Ｃ以上となる部分
に三元触媒６を配置するのは、三元触媒６が活性化して
ＣＯ、ＨＣを浄化し空燃比がストイキ近傍の時にはＮＯ
x も浄化できるようにするためである。また、リーンＮ
Ｏx 触媒８を６００°Ｃから３００°Ｃの範囲の近傍に
設けるのは、６００°Ｃ以上ではリーンＮＯx 触媒８の
熱劣化が激しくなること、およびリーンＮＯx 触媒８の
ＮＯx 浄化率が３００°Ｃ−５５０°Ｃの温度範囲にお
いてピークとなるからである。また、三元触媒６、その
下流にリーンＮＯx 触媒８の配置順序としたのは、三元
触媒６を高温部分に、リーンＮＯx 触媒８を低温部分に
配設できるようにするためである。
えば図１−図４を参照して説明する。図１において、２
は希薄燃焼可能な内燃機関で、その排気系４の上流側部
分の高温（約６００°Ｃ以上）となる部分に三元触媒６
が配置されており、その下流の低温（約６００°Ｃ以
下、ただし３００°Ｃ以上）となる部分にリーンＮＯx
触媒８が設けられている。約６００°Ｃ以上となる部分
に三元触媒６を配置するのは、三元触媒６が活性化して
ＣＯ、ＨＣを浄化し空燃比がストイキ近傍の時にはＮＯ
x も浄化できるようにするためである。また、リーンＮ
Ｏx 触媒８を６００°Ｃから３００°Ｃの範囲の近傍に
設けるのは、６００°Ｃ以上ではリーンＮＯx 触媒８の
熱劣化が激しくなること、およびリーンＮＯx 触媒８の
ＮＯx 浄化率が３００°Ｃ−５５０°Ｃの温度範囲にお
いてピークとなるからである。また、三元触媒６、その
下流にリーンＮＯx 触媒８の配置順序としたのは、三元
触媒６を高温部分に、リーンＮＯx 触媒８を低温部分に
配設できるようにするためである。
【０００９】上流の三元触媒６をスタート触媒として用
いる場合、すなわち触媒の暖機性をよくするために小型
の触媒とする場合には、定常走行時のＨＣエミッション
低減能力をさらに増加するために、リーンＮＯx 触媒８
の下流に、さらに三元触媒１０（図５に図示してある）
または酸化触媒を設けてもよい。ただし、下流に設ける
三元触媒１０は低温でも良好なＨＣ、ＣＯ低減能力のあ
るもの、すなわち低温型のものを用いることが必要であ
る。
いる場合、すなわち触媒の暖機性をよくするために小型
の触媒とする場合には、定常走行時のＨＣエミッション
低減能力をさらに増加するために、リーンＮＯx 触媒８
の下流に、さらに三元触媒１０（図５に図示してある）
または酸化触媒を設けてもよい。ただし、下流に設ける
三元触媒１０は低温でも良好なＨＣ、ＣＯ低減能力のあ
るもの、すなわち低温型のものを用いることが必要であ
る。
【００１０】排気系４に対して、三元触媒６をバイパス
するバイパス通路１２が設けられる。このバイパス通路
１２は、三元触媒６より上流の排気系部分を、三元触媒
６をバイパスして、三元触媒６より下流でかつリーンＮ
Ｏx 触媒８より上流側の排気系部分に接続する。リーン
ＮＯx 触媒８におけるＮＯx 還元メカニズムは、排気中
のＨＣが一部、部分酸化することによって生成された活
性種とＮＯx との反応であると推定される。したがっ
て、ＮＯx の浄化にはＨＣが必要であり、排気中のＨＣ
量が多い程ＮＯx 浄化率は高くなる。三元触媒６をリー
ンＮＯx 触媒８より上流側に設けると、三元触媒６は空
燃比リーン域においてもＨＣをＨ2 ＯとＣＯ2 に酸化し
てしまうので、リーンＮＯx 触媒８に流入する排気中の
ＨＣが極めて少なくなり、リーンＮＯx 触媒８において
必要とされるＨＣが不足する。ＮＯx の主成分はＮＯ
で、ＮＯの還元にはＮＯとほぼ同量のＨＣが必要である
が、三元触媒６による酸化によって、リーンＮＯx 触媒
８に流入するＨＣが不足する。バイパス通路１２を設け
る理由は、三元触媒６より上流の、未燃ＨＣをまだ多量
に含んでいる排気を、そのままリーンＮＯx 触媒８に導
いて、ＨＣ不足を解消するためである。
するバイパス通路１２が設けられる。このバイパス通路
１２は、三元触媒６より上流の排気系部分を、三元触媒
６をバイパスして、三元触媒６より下流でかつリーンＮ
Ｏx 触媒８より上流側の排気系部分に接続する。リーン
ＮＯx 触媒８におけるＮＯx 還元メカニズムは、排気中
のＨＣが一部、部分酸化することによって生成された活
性種とＮＯx との反応であると推定される。したがっ
て、ＮＯx の浄化にはＨＣが必要であり、排気中のＨＣ
量が多い程ＮＯx 浄化率は高くなる。三元触媒６をリー
ンＮＯx 触媒８より上流側に設けると、三元触媒６は空
燃比リーン域においてもＨＣをＨ2 ＯとＣＯ2 に酸化し
てしまうので、リーンＮＯx 触媒８に流入する排気中の
ＨＣが極めて少なくなり、リーンＮＯx 触媒８において
必要とされるＨＣが不足する。ＮＯx の主成分はＮＯ
で、ＮＯの還元にはＮＯとほぼ同量のＨＣが必要である
が、三元触媒６による酸化によって、リーンＮＯx 触媒
８に流入するＨＣが不足する。バイパス通路１２を設け
る理由は、三元触媒６より上流の、未燃ＨＣをまだ多量
に含んでいる排気を、そのままリーンＮＯx 触媒８に導
いて、ＨＣ不足を解消するためである。
【００１１】内燃機関２の運転を制御するために種種の
センサ、制御弁が設けられ、制御弁は電子制御装置（Ｅ
ＣＵ）１４によって制御される。センサ類としては、吸
入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１６、スロット
ル弁の開度を検出するスロットル開度センサ１８、吸気
圧力を検出する吸気圧力センサ２０、気筒の燃焼圧を検
出する燃焼圧センサ２２、シリンダブロックやシリンダ
ヘッドを流れるエンジン冷却水の温度ＴＨＷを検出する
水温センサ２４、クランク角を検出するクランク角セン
サ２６、基準クランク角を検出する基準クランク角セン
サ２８、排気中のＮＯx 濃度を検出するＮＯx センサ３
０、排気中のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ３２、排気
温を検出する排気温センサ３４等がある。そして、これ
らのセンサ出力はＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４
の出力に従って、ＥＧＲ弁３６の開度は制御される。Ｅ
ＧＲ（排気再循環）量が多くなると、ＮＯx は減少し、
燃焼も悪くなって未燃ＨＣが増えるため三元触媒上流で
の排気中のＨＣが増える。
センサ、制御弁が設けられ、制御弁は電子制御装置（Ｅ
ＣＵ）１４によって制御される。センサ類としては、吸
入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１６、スロット
ル弁の開度を検出するスロットル開度センサ１８、吸気
圧力を検出する吸気圧力センサ２０、気筒の燃焼圧を検
出する燃焼圧センサ２２、シリンダブロックやシリンダ
ヘッドを流れるエンジン冷却水の温度ＴＨＷを検出する
水温センサ２４、クランク角を検出するクランク角セン
サ２６、基準クランク角を検出する基準クランク角セン
サ２８、排気中のＮＯx 濃度を検出するＮＯx センサ３
０、排気中のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ３２、排気
温を検出する排気温センサ３４等がある。そして、これ
らのセンサ出力はＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４
の出力に従って、ＥＧＲ弁３６の開度は制御される。Ｅ
ＧＲ（排気再循環）量が多くなると、ＮＯx は減少し、
燃焼も悪くなって未燃ＨＣが増えるため三元触媒上流で
の排気中のＨＣが増える。
【００１２】ＥＣＵ１４は、マイクロコンピュータから
なり、インプットインターフェイス、アウトプットイン
ターフェイス、アナログ信号をディジタル信号に変換し
てインプットインターフェイスに入力するアナログ／デ
ィジタル変換器、読出し専用記憶部のリードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）、一時記憶用のランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）、演算を実行するセントラルプロセッサユニ
ット（ＣＰＵ）を有する。センサの出力は、ディジタル
信号の場合はインプットインターフェイスに、アナログ
信号の場合はアナログ／ディジタル変換器を介してイン
プットインターフェイスに入力され、アウトプットイン
ターフェイスからのＥＣＵ出力は、各種の弁のアクチュ
エータに出力される。
なり、インプットインターフェイス、アウトプットイン
ターフェイス、アナログ信号をディジタル信号に変換し
てインプットインターフェイスに入力するアナログ／デ
ィジタル変換器、読出し専用記憶部のリードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）、一時記憶用のランダムアクセスメモリ
（ＲＡＭ）、演算を実行するセントラルプロセッサユニ
ット（ＣＰＵ）を有する。センサの出力は、ディジタル
信号の場合はインプットインターフェイスに、アナログ
信号の場合はアナログ／ディジタル変換器を介してイン
プットインターフェイスに入力され、アウトプットイン
ターフェイスからのＥＣＵ出力は、各種の弁のアクチュ
エータに出力される。
【００１３】作用はつぎの通りである。排気系４の下流
側にリーンＮＯx 触媒８を配置できるので、リーンＮＯ
x 触媒８の床温をリーンＮＯx 触媒８の耐熱温度以下に
できる。また、三元触媒６を上流側に配置するので、三
元触媒６の床温を高温に維持でき、三元触媒６のＨＣ、
ＣＯ、ＮＯx の浄化率も向上する。さらに、バイパス通
路１２によって未燃ＨＣを含んだ排気ガスをリーンＮＯ
x 触媒８に供給できるので、リーンＮＯx 触媒８のＮＯ
x 還元作用が低下することもない。この結果、リーンＮ
Ｏx 触媒８の耐久性とＨＣのエミッション低減とが両立
する。
側にリーンＮＯx 触媒８を配置できるので、リーンＮＯ
x 触媒８の床温をリーンＮＯx 触媒８の耐熱温度以下に
できる。また、三元触媒６を上流側に配置するので、三
元触媒６の床温を高温に維持でき、三元触媒６のＨＣ、
ＣＯ、ＮＯx の浄化率も向上する。さらに、バイパス通
路１２によって未燃ＨＣを含んだ排気ガスをリーンＮＯ
x 触媒８に供給できるので、リーンＮＯx 触媒８のＮＯ
x 還元作用が低下することもない。この結果、リーンＮ
Ｏx 触媒８の耐久性とＨＣのエミッション低減とが両立
する。
【００１４】つぎに、各実施例に特有な構成とその作用
を説明する。実施例１では、図１に示すように、バイパ
ス通路１２に開度可変の制御弁４０が設けられている。
制御弁４０はＥＣＵ１４の出力に従って制御される。Ｅ
ＣＵ１４のＲＯＭは、図２−図４のルーチン、マップを
格納しており、ＣＰＵはこれらを読出して演算を実行
し、制御弁４０の開閉を制御する。
を説明する。実施例１では、図１に示すように、バイパ
ス通路１２に開度可変の制御弁４０が設けられている。
制御弁４０はＥＣＵ１４の出力に従って制御される。Ｅ
ＣＵ１４のＲＯＭは、図２−図４のルーチン、マップを
格納しており、ＣＰＵはこれらを読出して演算を実行
し、制御弁４０の開閉を制御する。
【００１５】図２のルーチンは、一定時間毎、たとえば
５０ミリｓｅｃ毎に割込まれる。ステップ１０２で、エ
ンジン冷却水温ＴＨＷ（水温センサ２４の出力）が４０
°Ｃ以下か否かによって、機関が暖機中か否かを判定す
る。暖機中なら空燃比はリッチでかつリーンＮＯx 触媒
８の触媒床温度も活性化温度以下であり、かつ排気中の
ＮＯx 量も少ない状態にあるから、リーンＮＯx 触媒８
にＮＯx 還元作用をさせる必要がない状態である。した
がって、ステップ１０８に進んで、制御弁４０の開度Ｖ
Ａを０とする処理を実行してリターンする。この時は排
気の全量が三元触媒６側に流れ、三元触媒６が速やかに
暖機、活性化されて、空燃比がストイキ近傍で、ＮＯx
、ＨＣ、ＣＯが効果的に浄化される。
５０ミリｓｅｃ毎に割込まれる。ステップ１０２で、エ
ンジン冷却水温ＴＨＷ（水温センサ２４の出力）が４０
°Ｃ以下か否かによって、機関が暖機中か否かを判定す
る。暖機中なら空燃比はリッチでかつリーンＮＯx 触媒
８の触媒床温度も活性化温度以下であり、かつ排気中の
ＮＯx 量も少ない状態にあるから、リーンＮＯx 触媒８
にＮＯx 還元作用をさせる必要がない状態である。した
がって、ステップ１０８に進んで、制御弁４０の開度Ｖ
Ａを０とする処理を実行してリターンする。この時は排
気の全量が三元触媒６側に流れ、三元触媒６が速やかに
暖機、活性化されて、空燃比がストイキ近傍で、ＮＯx
、ＨＣ、ＣＯが効果的に浄化される。
【００１６】ステップ１０２で暖機中でないと判定され
ると、ステップ１０４に進み、機関負荷Ｑ／Ｎ（エアフ
ローメータ１６の出力Ｑとクランク角センサ２６からの
エンジン回転数Ｎから演算される）と、機関回転速度Ｎ
Ｅ（クランク角センサ２６からのエンジン回転数Ｎから
演算される）に基づいて、図４のＱ／Ｎ対ＮＥマップか
ら制御弁開度ＶＡを読出す。次いでステップ１０６に進
んで、ＶＡを出力し、制御弁開度をＶＡにする処理を実
行し、次いでリターンする。
ると、ステップ１０４に進み、機関負荷Ｑ／Ｎ（エアフ
ローメータ１６の出力Ｑとクランク角センサ２６からの
エンジン回転数Ｎから演算される）と、機関回転速度Ｎ
Ｅ（クランク角センサ２６からのエンジン回転数Ｎから
演算される）に基づいて、図４のＱ／Ｎ対ＮＥマップか
ら制御弁開度ＶＡを読出す。次いでステップ１０６に進
んで、ＶＡを出力し、制御弁開度をＶＡにする処理を実
行し、次いでリターンする。
【００１７】図３はＱ／Ｎ対ＮＥ座標上で与えられた設
定空燃比マップを示している。図３と図４から、制御弁
開度ＶＡは次のように設定されている。高負荷時は空燃
比はストイキよりリッチとしてあり、このときは排気は
酸化雰囲気中ではないからリーンＮＯx 触媒８は働かな
いので、排気をバイパスさせてＨＣを供給しても意味が
ないので、制御弁開度ＶＡを全閉とし、排気の全量を三
元触媒６に流すようにする。低負荷低速回転時は、設定
空燃比がストイキよりリーン域内のリッチ側にあり、Ｎ
Ｏx が多量に排出される領域であるから、最もＨＣが不
足する領域のため、制御弁開度ＶＡを全閉として、排気
の全量をバイパス通路１２側に流して、多量のＨＣをリ
ーンＮＯx 触媒８に供給する。低負荷かつ中、高速回転
時は、設定空燃比ガリーンでリーンＮＯx 触媒８が働く
領域であり、排出ＮＯx 量が余り多くない領域のため、
制御弁開度ＶＡを半開とする。この時は、排気の半分が
三元触媒６に通されてＣＯ、ＨＣが低減され、残りの半
分がバイパス通路１２を流れて適量のＨＣをリーンＮＯ
x 触媒８に供給するために、ＮＯx 浄化率も向上する。
かくの如くにして、最適なＨＣエミッションの低減と最
適なＮＯx 浄化とが行われ、両者は両立する。
定空燃比マップを示している。図３と図４から、制御弁
開度ＶＡは次のように設定されている。高負荷時は空燃
比はストイキよりリッチとしてあり、このときは排気は
酸化雰囲気中ではないからリーンＮＯx 触媒８は働かな
いので、排気をバイパスさせてＨＣを供給しても意味が
ないので、制御弁開度ＶＡを全閉とし、排気の全量を三
元触媒６に流すようにする。低負荷低速回転時は、設定
空燃比がストイキよりリーン域内のリッチ側にあり、Ｎ
Ｏx が多量に排出される領域であるから、最もＨＣが不
足する領域のため、制御弁開度ＶＡを全閉として、排気
の全量をバイパス通路１２側に流して、多量のＨＣをリ
ーンＮＯx 触媒８に供給する。低負荷かつ中、高速回転
時は、設定空燃比ガリーンでリーンＮＯx 触媒８が働く
領域であり、排出ＮＯx 量が余り多くない領域のため、
制御弁開度ＶＡを半開とする。この時は、排気の半分が
三元触媒６に通されてＣＯ、ＨＣが低減され、残りの半
分がバイパス通路１２を流れて適量のＨＣをリーンＮＯ
x 触媒８に供給するために、ＮＯx 浄化率も向上する。
かくの如くにして、最適なＨＣエミッションの低減と最
適なＮＯx 浄化とが行われ、両者は両立する。
【００１８】実施例２では、図５に示すように、リーン
ＮＯx 触媒８の下流に、低温型三元触媒１０が設けられ
ている。上流側の三元触媒６はエンジン始動時に早急に
働くスタート触媒とされ、熱容量を小にするために小型
とされ、必要に応じて（暖機用）ヒータを具備する。バ
イパス通路１２には、必要に応じて、バイパス通路１２
をリーンＮＯx 触媒８の下流でかつ低温型三元触媒１０
の上流に接続する分岐バイパス通路４２が設けられる。
分岐バイパス通路４２は、リーンＮＯx 触媒８の入りガ
ス温度がリーンＮＯx 触媒８の許容温度（約６００°
Ｃ）以上になる場合に、リーンＮＯx 触媒８をバイパス
して排気を流す通路である。バイパス通路１２と分岐バ
イパス通路４２との分岐部には、バイパスバルブ４４が
設けられ、排気の流れを切替えることができるようにな
っている。バイパスバルブ４４はＥＣＵ１４の指令によ
って作動する。
ＮＯx 触媒８の下流に、低温型三元触媒１０が設けられ
ている。上流側の三元触媒６はエンジン始動時に早急に
働くスタート触媒とされ、熱容量を小にするために小型
とされ、必要に応じて（暖機用）ヒータを具備する。バ
イパス通路１２には、必要に応じて、バイパス通路１２
をリーンＮＯx 触媒８の下流でかつ低温型三元触媒１０
の上流に接続する分岐バイパス通路４２が設けられる。
分岐バイパス通路４２は、リーンＮＯx 触媒８の入りガ
ス温度がリーンＮＯx 触媒８の許容温度（約６００°
Ｃ）以上になる場合に、リーンＮＯx 触媒８をバイパス
して排気を流す通路である。バイパス通路１２と分岐バ
イパス通路４２との分岐部には、バイパスバルブ４４が
設けられ、排気の流れを切替えることができるようにな
っている。バイパスバルブ４４はＥＣＵ１４の指令によ
って作動する。
【００１９】上流側三元触媒６をバイパスするバイパス
通路１２には、熱交換器４６が設けられ、バイパス通路
１２を通ってリーンＮＯx 触媒４６に流入する排気温を
制御する。熱交換器４６によって回収された熱エネルギ
は、車両の冷暖房、電気エネルギとして利用することも
可能である。
通路１２には、熱交換器４６が設けられ、バイパス通路
１２を通ってリーンＮＯx 触媒４６に流入する排気温を
制御する。熱交換器４６によって回収された熱エネルギ
は、車両の冷暖房、電気エネルギとして利用することも
可能である。
【００２０】実施例２において、制御弁４０の開閉は、
図６のルーチンにしたがって行われる。図６のルーチン
はＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されており、ＣＰＵに読出
されて演算が実行される。図６のルーチンは一定時間毎
に、たとえば５０ミリｓｅｃ毎に割込まれる。ステップ
２０２で水温センサ２４の出力ＴＨＷを読込み、ステッ
プ２０４で暖機後か否か、すなわちＴＨＷが４０°Ｃ以
上か否かを判定する。
図６のルーチンにしたがって行われる。図６のルーチン
はＥＣＵ１４のＲＯＭに記憶されており、ＣＰＵに読出
されて演算が実行される。図６のルーチンは一定時間毎
に、たとえば５０ミリｓｅｃ毎に割込まれる。ステップ
２０２で水温センサ２４の出力ＴＨＷを読込み、ステッ
プ２０４で暖機後か否か、すなわちＴＨＷが４０°Ｃ以
上か否かを判定する。
【００２１】暖機後であれば、三元触媒６は既に活性化
されていて、リーンＮＯx 触媒８によるＮＯx 浄化が必
要となる場合があるので、制御弁４０の開度を最適に制
御するために、ステップ２０６へ進む。ステップ２０６
で、ＨＣセンサ３２の出力ＶＨＣとＮＯx センサ３０の
出力ＶＮＯx を読込む。次いでステップ２０８に進み、
ＨＣ／ＮＯx を演算し、ステップ２１０で、制御弁４０
の目標開度ｆ（ＨＣ／ＮＯx ）を求める。ＮＯx は通常
ＮＯの型で存在し、ＮＯを浄化するのにＮＯとほぼ同量
のＨＣが必要とされる。したがって、ステップ２０８で
ＨＣ／ＮＯx が１より小だと目標開度ｆは大の値をと
り、ＨＣ／ＮＯx が１より大だと目標開度ｆは小の値を
とる。ステップ２１０で目標開度ｆが定まると、ステッ
プ２１４に進んで、制御弁４０の開度を、目標開度ｆに
する処理を実行し、次いでリターンする。
されていて、リーンＮＯx 触媒８によるＮＯx 浄化が必
要となる場合があるので、制御弁４０の開度を最適に制
御するために、ステップ２０６へ進む。ステップ２０６
で、ＨＣセンサ３２の出力ＶＨＣとＮＯx センサ３０の
出力ＶＮＯx を読込む。次いでステップ２０８に進み、
ＨＣ／ＮＯx を演算し、ステップ２１０で、制御弁４０
の目標開度ｆ（ＨＣ／ＮＯx ）を求める。ＮＯx は通常
ＮＯの型で存在し、ＮＯを浄化するのにＮＯとほぼ同量
のＨＣが必要とされる。したがって、ステップ２０８で
ＨＣ／ＮＯx が１より小だと目標開度ｆは大の値をと
り、ＨＣ／ＮＯx が１より大だと目標開度ｆは小の値を
とる。ステップ２１０で目標開度ｆが定まると、ステッ
プ２１４に進んで、制御弁４０の開度を、目標開度ｆに
する処理を実行し、次いでリターンする。
【００２２】ステップ２０４でＴＨＷが４０°Ｃより小
で、暖機中と判定されると、ステップ２１２に進んで、
制御弁４０の目標開度を０とおいて、ステップ２１４に
進んで制御弁４０を全閉とし、排気を全量三元触媒６に
流す。暖機中は空燃比リッチのためリーンＮＯx 触媒８
のＮＯx 還元能力はなく、この状態でリーンＮＯx 触媒
８にＨＣを供給しても意味がない。また、暖機中は空燃
比リッチのため排気中のＨＣも多く、ＨＣエミッション
低減のため三元触媒６に排気を流す必要がある。また、
三元触媒６を早期に暖機するためにも、排気を全量三元
触媒６に流す方がよい。かくして、暖機時のＨＣエミッ
ション低減と、暖機後のリーンＮＯx 触媒８によるＮＯ
x 浄化率の向上とが達成され、両者が両立する。
で、暖機中と判定されると、ステップ２１２に進んで、
制御弁４０の目標開度を０とおいて、ステップ２１４に
進んで制御弁４０を全閉とし、排気を全量三元触媒６に
流す。暖機中は空燃比リッチのためリーンＮＯx 触媒８
のＮＯx 還元能力はなく、この状態でリーンＮＯx 触媒
８にＨＣを供給しても意味がない。また、暖機中は空燃
比リッチのため排気中のＨＣも多く、ＨＣエミッション
低減のため三元触媒６に排気を流す必要がある。また、
三元触媒６を早期に暖機するためにも、排気を全量三元
触媒６に流す方がよい。かくして、暖機時のＨＣエミッ
ション低減と、暖機後のリーンＮＯx 触媒８によるＮＯ
x 浄化率の向上とが達成され、両者が両立する。
【００２３】実施例３では、図７に示すように、バイパ
スがＯＮ−ＯＦＦされる。図５のシステムは実施例３に
そのまま適用される。図７のルーチンには、一定時間毎
に、たとえば５０ミリｓｅｃ毎に割込まれる。ステップ
３０２で暖機後か否か、すなわちエンジン冷却水温ＴＨ
Ｗが４０°Ｃ以上か否かが判定される。暖機後であれ
ば、実施例２で説明したと同様に、ステップ３０６でＨ
Ｃ濃度ＶＨＣ、ＮＯx 濃度ＶＮＯx を読込み、ステップ
３０８でＨＣ／ＮＯx を演算し、ステップ３１０でＨＣ
／ＮＯがα（ただし、αは１に近いが１より若干大きな
値）か否かを判定する。ＨＣ／ＮＯがαより小だと、Ｈ
Ｃが不足するとみなして、ステップ３１２で制御弁４０
を全開（ＶＡ＝１００％）としてバイパスＯＮにし、排
気の全量をバイパス通路１２に流して多量のＨＣをリー
ンＮＯx 触媒８に供給する。ステップ３０４で暖機中の
場合、およびステップ３１０でＨＣ／ＮＯがα以上の場
合はＨＣを供給しても意味がないかまたはＨＣが足りた
状態とみなして、ステップ３１４に進み、制御弁４０を
全閉（ＶＡ＝０％）としてバイパスＯＦＦにし、排気の
全量を三元触媒６に流してＨＣエミッションを低減させ
る。図８にαと制御弁４０の開度ＶＡとの関係を示す。
実施例３のようにしても、ＨＣエミッションの低減とリ
ーンＮＯx 触媒８のＮＯx 浄化率の向上との両立がはか
られる。
スがＯＮ−ＯＦＦされる。図５のシステムは実施例３に
そのまま適用される。図７のルーチンには、一定時間毎
に、たとえば５０ミリｓｅｃ毎に割込まれる。ステップ
３０２で暖機後か否か、すなわちエンジン冷却水温ＴＨ
Ｗが４０°Ｃ以上か否かが判定される。暖機後であれ
ば、実施例２で説明したと同様に、ステップ３０６でＨ
Ｃ濃度ＶＨＣ、ＮＯx 濃度ＶＮＯx を読込み、ステップ
３０８でＨＣ／ＮＯx を演算し、ステップ３１０でＨＣ
／ＮＯがα（ただし、αは１に近いが１より若干大きな
値）か否かを判定する。ＨＣ／ＮＯがαより小だと、Ｈ
Ｃが不足するとみなして、ステップ３１２で制御弁４０
を全開（ＶＡ＝１００％）としてバイパスＯＮにし、排
気の全量をバイパス通路１２に流して多量のＨＣをリー
ンＮＯx 触媒８に供給する。ステップ３０４で暖機中の
場合、およびステップ３１０でＨＣ／ＮＯがα以上の場
合はＨＣを供給しても意味がないかまたはＨＣが足りた
状態とみなして、ステップ３１４に進み、制御弁４０を
全閉（ＶＡ＝０％）としてバイパスＯＦＦにし、排気の
全量を三元触媒６に流してＨＣエミッションを低減させ
る。図８にαと制御弁４０の開度ＶＡとの関係を示す。
実施例３のようにしても、ＨＣエミッションの低減とリ
ーンＮＯx 触媒８のＮＯx 浄化率の向上との両立がはか
られる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、三元触媒６の下流にリ
ーンＮＯx 触媒８を配置し、かつ三元触媒６をバイパス
するバイパス通路１２を設け、排気をバイパス通路に導
くかまたは三元触媒に導くかを制御する制御弁を設けた
ので、三元触媒６を排気系高温部に配置できて三元触媒
６によるＨＣエミッションの低減をはかることができる
とともに、リーンＮＯx 触媒８を排気系低温部に配置で
きてリーンＮＯx 触媒８の熱劣化を防止でき、両者を両
立させることができる。しかも、バイパス通路１２を設
けてあるので、リーンＮＯx 触媒８のＮＯx 還元反応に
必要なＨＣを、三元触媒６によるＨＣ浄化を経ないで、
リーンＮＯx 触媒８に供給でき、リーンＮＯx 触媒８の
ＮＯx 浄化率を、三元触媒６より下流の配置に拘らず、
高く維持することができる。
ーンＮＯx 触媒８を配置し、かつ三元触媒６をバイパス
するバイパス通路１２を設け、排気をバイパス通路に導
くかまたは三元触媒に導くかを制御する制御弁を設けた
ので、三元触媒６を排気系高温部に配置できて三元触媒
６によるＨＣエミッションの低減をはかることができる
とともに、リーンＮＯx 触媒８を排気系低温部に配置で
きてリーンＮＯx 触媒８の熱劣化を防止でき、両者を両
立させることができる。しかも、バイパス通路１２を設
けてあるので、リーンＮＯx 触媒８のＮＯx 還元反応に
必要なＨＣを、三元触媒６によるＨＣ浄化を経ないで、
リーンＮＯx 触媒８に供給でき、リーンＮＯx 触媒８の
ＮＯx 浄化率を、三元触媒６より下流の配置に拘らず、
高く維持することができる。
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装
置の系統図である。
置の系統図である。
【図２】本発明の実施例１における制御弁開閉制御ルー
チンのフローチャートである。
チンのフローチャートである。
【図３】機関負荷Ｑ／Ｎ対機関回転速度ＮＥ座標上の運
転領域と設定空燃比との関係を示すマップである。
転領域と設定空燃比との関係を示すマップである。
【図４】Ｑ／Ｎ対ＮＥ座標上の運転領域と制御弁の開閉
度との関係を示すマップである。
度との関係を示すマップである。
【図５】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装
置の系統図である。
置の系統図である。
【図６】本発明の実施例２における制御弁開閉制御ルー
チンのフローチャートである。
チンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３における制御弁開閉制御ルー
チンのフローチャートである。
チンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施例３におけるＨＣ／ＮＯ（＝α）
に対する制御弁開度ＶＡの特性図である。
に対する制御弁開度ＶＡの特性図である。
２ 内燃機関 ４ 排気系 ６ 三元触媒 ８ リーンＮＯx 触媒 １２ バイパス通路 １４ ＥＣＵ ４０ 制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−124909（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−224223（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175416（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−34425（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 3/20 - 3/28
Claims (1)
- 【請求項１】 希薄燃焼可能な内燃機関と、 前記内燃機関の排気系に設けられた三元触媒と、 前記三元触媒より下流側の内燃機関排気系に設けられ、
遷移金属ある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、ＮＯx を還元する
リーンＮＯx 触媒と、 前記三元触媒より上流の排気系部分を前記三元触媒をバ
イパスして前記三元触媒より下流でかつ前記リーンＮＯ
x 触媒より上流の排気系部分に接続するバイパス通路
と、排気を前記バイパス通路に導くかまたは前記三元触媒に
導くかを制御する制御弁と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042317A JP2850551B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042317A JP2850551B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04262016A JPH04262016A (ja) | 1992-09-17 |
| JP2850551B2 true JP2850551B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=12632642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3042317A Expired - Fee Related JP2850551B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2850551B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3246086B2 (ja) * | 1993-06-11 | 2002-01-15 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP3344040B2 (ja) * | 1993-11-25 | 2002-11-11 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| FR2775498B1 (fr) * | 1998-02-27 | 2000-04-07 | Inst Francais Du Petrole | Procede de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne et ligne d'echappement associee |
| JP2002188432A (ja) * | 2000-12-19 | 2002-07-05 | Isuzu Motors Ltd | ディーゼルエンジンの排気浄化装置 |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP3042317A patent/JP2850551B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04262016A (ja) | 1992-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |