JP2996030B2 - 内燃機関の触媒暖機装置 - Google Patents

内燃機関の触媒暖機装置

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JP2996030B2 JP4321787A JP32178792A JP2996030B2 JP 2996030 B2 JP2996030 B2 JP 2996030B2 JP 4321787 A JP4321787 A JP 4321787A JP 32178792 A JP32178792 A JP 32178792A JP 2996030 B2 JP2996030 B2 JP 2996030B2
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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、排気通路の触媒コンバ
ータ上流に水素等の可燃物を供給して点火栓により着火
させ燃焼させることにより、機関冷間始動時等に触媒を
早期に暖機して活性化させるための内燃機関の触媒暖機
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、このような触媒暖機装置におい
て、水素を燃焼させるための酸素が必要であり、水素供
給装置の他に空気供給装置が設けられていた。特開平4
−262086号には、この空気供給装置を省略してそ
の分のコストを低減するために、内燃機関として希薄燃
焼を可能とするものを採用し、燃焼室内から未燃焼のま
ま排出される酸素を水素燃焼用として利用するものが提
案されている。
【0003】排気ガス浄化に通常使用される三元触媒
は、触媒活性時において、排気ガス中の有害成分である
一酸化炭素及び炭化水素を酸化させると共に酸化窒素を
還元して浄化するものである。混合気が理論空燃比近傍
であれば、前述の酸化及び還元がバランスよく実行さ
れ、有害成分の良好な浄化が実現されるが、混合気が希
薄である程還元作用が不活発となり、酸化窒素が浄化さ
れずに排出される欠点を有している。
【0004】従って、希薄燃焼内燃機関の排気系には、
前述の三元触媒に加えて酸化窒素を浄化するためのリー
ンNOx触媒が設けられている。このリーンNOx触媒
は、通常排気ガス中の炭化水素を利用して酸化窒素を還
元するものであるために、排気ガス中に多量の炭化水素
が存在する三元触媒上流に配置される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術は、三
元触媒の上流側に配置されたリーンNOx触媒の上流に
水素を供給して機関冷間始動時に燃焼させるものであ
る。それにより、リーンNOx触媒は暖機され酸化窒素
を良好に浄化し、大気放出量を目標値以下とすることが
できるが、水素の燃焼熱はリーンNOx触媒に吸収され
るために、その下流に位置する三元触媒を暖機させるこ
とはできず、炭化水素はその一部がリーンNOx触媒に
おいて酸化窒素の浄化に利用されるが、その量はわずか
であるために、この時炭化水素及び一酸化炭素は多量に
大気中に放出される。。
【0006】従って、本発明の目的は、少なくとも機関
冷間始動時に希薄燃焼を実行する内燃機関において、こ
の時の酸化窒素の大気放出量を目標値以下に維持すると
共に、従来に比較して、この時の炭化水素及び一酸化炭
素の大気放出量を低減することができる可燃物燃焼式の
内燃機関の触媒暖機装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による第一の内燃
機関の触媒暖機装置は、炭化水素を利用して酸化窒素を
還元する機関排気通路に設けられた上流側リーンNOx
触媒と、少なくとも酸化作用を有する前記機関排気通路
に設けられた下流側触媒と、少なくとも機関冷間始動時
に前記機関排気通路の前記両触媒の間に可燃物を供給
し、機関燃焼室における未燃酸素を利用して燃焼させる
可燃物供給燃焼手段、とを具備することを特徴とする。
【0008】また、本発明による第二の内燃機関の触媒
暖機装置は、前述の第一の内燃機関の触媒暖機装置にお
いて、前記機関排気通路の前記上流側リーンNOx触媒
の上流に、さらに、少なくとも酸化作用を有し触媒活性
時においても排気ガス中の炭化水素をある程度しか浄化
できないようにその容量が選択されている副触媒を具備
し、前記機関排気通路のその上流に前記可燃物供給燃焼
手段が可燃物を供給して前記未燃酸素を利用して燃焼さ
せることを特徴とする。
【0009】
【作用】前述の第一の内燃機関の触媒暖機装置は、機関
冷間始動時に、可燃物供給燃焼手段が、炭化水素を利用
して酸化窒素を還元する上流側リーンNOx触媒と少な
くとも酸化作用を有する下流側触媒との間の機関排気通
路に可燃物を供給し、機関燃焼室における未燃酸素を利
用して燃焼させることにより、下流側触媒が暖機されて
活性化し、炭化水素及び一酸化炭素を良好に浄化してそ
れらの大気放出量をかなり低減させる。一方、酸化窒素
は機関冷間始動時においてあまり生成されず、暖機前の
リーンNOx触媒によっても大気放出量を目標値以下と
することができる。
【0010】また、前述の第二の内燃機関の触媒暖機装
置は、前述の上流側リーンNOx触媒の上流に少なくと
も酸化作用を有する副触媒がさらに設けられ、機関冷間
始動時に、可燃物供給燃焼手段が、この副触媒の上流に
可燃物を供給し、機関燃焼室での未燃酸素を利用して燃
焼させることにより、副触媒が暖機されて活性化する。
この副触媒は、その容量が触媒活性時においても排気ガ
ス中の炭化水素をある程度しか浄化できないように選択
されているために、その分の炭化水素及び一酸化炭素を
浄化させ大気放出量を低減させると共に、残りの炭化水
素はその下流に位置するリーンNOx触媒に供給されて
酸化窒素の還元に利用され、その大気放出量を目標値以
下とすることができる。
【0011】
【実施例】図1は、本発明による内燃機関の触媒暖機装
置の第一実施例を示す全体概略図である。同図におい
て、1は希薄燃焼エンジン、2は吸気通路、3は排気通
路である。排気通路3には、三元触媒4とその上流にC
u/ゼオライト系のリーンNOx触媒5が配置されてい
る。希薄燃焼により燃焼室から排出される排気ガスは、
未燃酸素を多く含むために、三元触媒4における還元作
用が不活発となって酸化窒素を充分に浄化させることが
できず、そのために、希薄燃焼エンジン1には、三元触
媒4に加えて酸化窒素の浄化を担当するリーンNOx触
媒5が設けられている。
【0012】このリーンNOx触媒5は、排気ガス中の
炭化水素を利用して酸化窒素を還元するものであり、重
量換算で、酸化窒素の数倍の炭化水素が存在しないと充
分な還元作用が実現されないが、実際に使用される炭化
水素は酸化窒素の数分の一程度である。従って、リーン
NOx触媒5は、排気ガス中に多量の炭化水素が存在す
る三元触媒4上流に配置され、また三元触媒5は依然と
して必要とされる。三元触媒4は、その温度によって浄
化性能にかなりの差があり、特に低温度の時は浄化性能
がかなり低くなるものであるために、機関冷間始動時等
に早期暖機が必要とされる。
【0013】水素発生装置6から延在する供給管6a
は、制御弁7を介して三元触媒4とリーンNOx触媒5
との間に接続され、排気通路3のこの接続部近傍には点
火栓8が配置されている。エンジン1の燃料噴射量等を
制御する制御装置9は、制御弁7の開閉制御及び点火栓
8の点火制御も担当し、この制御装置9には、冷却水温
センサ10等の各センサ(図示せず)が電気的に接続さ
れている。
【0014】制御装置9による制御弁7及び点火栓8の
制御は、冷却水温センサ10からの信号及びスタータス
イッチ(図示せず)のON信号を基に、機関冷間始動時
であることが検出されると、制御弁7を開放させると共
に点火栓8に点火を実行させるものである。それによ
り、この時、水素が三元触媒4とリーンNOx触媒5と
の間の排気通路3に供給され、エンジン1の希薄燃焼に
より排出される未燃酸素と共に、点火栓8により確実に
着火されて燃焼し、三元触媒4は早期に暖機される。
【0015】従来の触媒暖機装置は、リーンNOx触媒
5の上流で水素の燃焼を実行するものであるために、リ
ーンNOx触媒5は暖機され酸化窒素を良好に浄化し、
その大気放出量を目標値以下とすることができるが、水
素の燃焼熱はリーンNOx触媒5に吸収され、その下流
に位置する三元触媒4を暖機させることはできず、多量
の炭化水素及び一酸化炭素が大気中に放出されていた。
【0016】しかし、本実施例の触媒暖機装置は、リー
ンNOx触媒5と三元触媒4との間で水素の燃焼を実行
するものであるために、三元触媒4は早期に暖機され炭
化水素及び一酸化炭素を良好に浄化し、それらの大気放
出量をかなり低減することができる。一方、リーンNO
x触媒5はあまり暖機されないが、この触媒の浄化性能
は、それ程温度に依存するものではなく、しかも機関冷
間始動時は燃焼温度が低いために、酸化窒素の発生量も
少なく、暖機以前のリーンNOx触媒5によっても充分
にその大気放出量を目標値以下とすることができる。
【0017】図2は、本発明による内燃機関の触媒暖機
装置の第二実施例を示す排気通路部概略図である。以下
に第一実施例との違いについてのみ説明する。本実施例
において、排気通路3のリーンNOx触媒5の上流に
は、さらに、小さな容量を有する副三元触媒11が配置
されている。この副三元触媒11の容量は、機関冷間始
動時における排気ガス中に含有される炭化水素及び酸化
窒素の量が考慮され、触媒活性時においてもその下流に
位置するリーンNOx触媒5において酸化窒素の良好な
還元作用を実現するだけの炭化水素が未浄化のまま通過
するように決定される。
【0018】水素発生装置6の供給管6aは、副三元触
媒11の上流に接続され、排気通路3のこの接続部近傍
には点火栓8が配置されている。制御弁7及び点火栓8
の制御は、第一実施例と同様に実行され、従って、機関
冷間始動時に副三元触媒11上流において、水素の燃焼
が実現される。
【0019】それにより、副三元触媒11は早期に暖機
され、排気ガス流の炭化水素及び一酸化炭素をある程度
浄化するために、従来の触媒暖機装置に比較してそれら
の大気放出量をその分低減することができる。またリー
ンNOx触媒5における酸化窒素還元作用は、それが良
好に実現されるだけの炭化水素が未浄化のまま供給され
るために、第一実施例と同様に酸化窒素大気放出量を目
標値以下とすることができる。
【0020】本実施例において、副三元触媒11はその
容量が小さいために、暖機に必要な水素を低減できる利
点があり、また第一実施例と同量の水素を供給すること
により、副三元触媒11の暖機に加えてその下流のリー
ンNOx触媒のある程度の暖機が可能となり、その分第
一実施例に比較して酸化窒素をさらに浄化することがで
きる。
【0021】第一及び第二実施例において使用した酸化
窒素還元用触媒は、Cu/ゼオライト系のものに限定さ
れず、炭化水素を利用して酸化窒素を還元するものであ
ればよく、また炭化水素及び一酸化炭素酸化用触媒は、
三元触媒に限定されず、少なくとも酸化作用を有するも
のであればよいことは明らかである。
【0022】また、触媒暖機用に排気通路内で燃焼させ
る可燃物を、水素以外の可燃物とすいることも可能であ
る。
【0023】
【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の触
媒暖機装置によれば、排気通路における水素燃焼位置を
上流側リーンNOx触媒と下流側三元触媒との間にする
ことで、低温度の時に浄化性能がかなり低下する三元触
媒を早期に暖機することができ、機関冷間始動時におけ
る炭化水素及び一酸化炭素が良好に浄化され、それらの
大気放出量を従来に比較してかなり低減することができ
る。一方リーンNOx触媒における酸化窒素の還元は、
この時酸化窒素の発生量が少ないために、暖機以前のリ
ーンNOx触媒によっても充分に大気放出量を目標値以
下とすることができる。また、上流側リーンNOx触媒
の上流にさらに副三元触媒を設ける構成において、排気
通路における水素燃焼位置を、この副三元触媒の上流に
することで、機関冷間始動時にこの副三元触媒が早期に
暖機され、炭化水素及び一酸化炭素をある程度浄化し
て、その分それらの大気放出量を低減することができ
る。一方リーンNOx触媒における酸化窒素の還元は、
その還元作用が良好に実現されるだけの炭化水素が未浄
化のまま供給されるように、副三元触媒の容量が決定さ
れているために、酸化窒素の大気放出量を目標値以下と
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による内燃機関の触媒暖機装置の第一実
施例を示す全体概略図である。
【図2】本発明による内燃機関の触媒暖機装置の第二実
施例を示す排気通路部概略図である。
【符号の説明】
1…希薄燃焼エンジン 3…排気通路 4…三元触媒 5…リーンNOx触媒 6…水素発生装置 7…制御弁 8…点火栓 9…制御装置 11…副三元触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−15813(JP,A) 特開 昭48−61813(JP,A) 特開 昭48−27124(JP,A) 特開 平6−167215(JP,A) 実開 平4−87333(JP,U) 実開 平4−76923(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/08 - 3/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭化水素を利用して酸化窒素を還元する
    機関排気通路に設けられた上流側リーンNOx触媒と、
    少なくとも酸化作用を有する前記機関排気通路に設けら
    れた下流側触媒と、少なくとも機関冷間始動時に前記機
    関排気通路の前記両触媒の間に可燃物を供給し、機関燃
    焼室における未燃酸素を利用して燃焼させる可燃物供給
    燃焼手段、とを具備することを特徴とする内燃機関の触
    媒暖機装置。
  2. 【請求項2】 前記機関排気通路の前記上流側リーンN
    Ox触媒の上流に、さらに、少なくとも酸化作用を有し
    触媒活性時においても排気ガス中の炭化水素をある程度
    しか浄化できないようにその容量が選択されている副触
    媒を具備し、前記機関排気通路のその上流に前記可燃物
    供給燃焼手段が可燃物を供給して前記未燃酸素を利用し
    て燃焼させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機
    関の触媒暖機装置。
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