JP3290468B2 - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気ガス浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気ガス浄化用触媒として、
ＣＯ（一酸化炭素）及びＨＣ（炭化水素）の酸化と、Ｎ
Ｏｘ（窒素酸化物）の還元とを同時に行なう三元触媒が
一般に知られている。この三元触媒は、例えばγ−アル
ミナにＰｔ（白金）及びＲｈ（ロジウム）を担持させて
なるもので、エンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）を理論空燃比
１４．７付近に制御したときに、高い浄化効率が得られ
る。

【０００３】一方、自動車の分野では、上記空燃比を高
くしてエンジンの低燃費化を図るという要望があり、そ
のために、希薄燃焼方式のエンジンが開発されている。
すなわち、このエンジンは、混合気の霧化の改善等を図
って希薄混合気であっても安定な燃焼を実現できるよう
にしたものであり、エンジン温度が低い時には空燃比を
理論空燃比付近に設定し、エンジン温度が上昇して混合
気の燃焼安定性が高くなってから、空燃比が希薄（リー
ン）側に切換えて設定されるのが通常である。その場
合、排気ガスは酸素過剰となるため、上記三元触媒で
は、ＣＯやＨＣは酸化浄化することができても、ＮＯｘ
の還元浄化ができなくなる。

【０００４】これに対して、近年は、遷移金属をイオン
交換担持させてなるゼオライト（結晶性アルミノシリケ
ート）系のＮＯｘ浄化用触媒の研究が進められている。
この触媒の場合、リーン雰囲気においても、ＮＯｘを直
接、あるいは共存する還元剤（例えば、ＣＯ，ＨＣ等）
により、Ｎ₂とＯ₂とに分解させることができる。例え
ば、特開平１−１３９１４５号公報には、ＮＯｘ浄化用
触媒と三元触媒とを前者が上流側に、後者が下流側にな
るように直列に配置してなる排気ガス浄化装置について
の記載がある。

【０００５】また、特開昭５７−２１０１１６号公報に
は、２つの触媒を直列に配置するとともに、上流側の触
媒を迂回するバイパス通路を設け、排気ガス温度が高い
時には排気ガスをバイパス通路に流すことにより、排気
ガス高温時における上流側触媒の熱劣化を防止するよう
にした排気ガス浄化装置についての記載がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
上述のＮＯｘ浄化用触媒と三元触媒とを直列に配置する
という従来技術と、バイパス通路を設けるという従来技
術とを組合せについて検討した。すなわち、上流側のＮ
Ｏｘ浄化用触媒を迂回するバイパス通路を設けてそこに
バイパスバルブをおき、ＮＯｘ浄化用触媒がＮＯｘ成分
の浄化に適した温度であるときには排気ガスを同触媒に
流し、そうでないときには排気ガスをバイパス通路に流
す、という考え方である。これによれば、ＮＯｘ浄化用
触媒の熱劣化を防止しながら、ＮＯｘ成分の浄化が図れ
るとともに、ＮＯｘ浄化用触媒と三元触媒の両者を排気
ガスの浄化に有効に利用することができる。

【０００７】しかし、かかるバイパスシステムの場合、
ＮＯｘ浄化用触媒の温度（以下、ことわりがない限り、
触媒温度という）の検出のための温度センサを必要とす
る。そして、この温度センサによって、触媒温度が高い
ことが検出されてからバイパスバルブを開にしても、そ
の後に暫くは触媒温度の上昇が続き、ＮＯｘ浄化用触媒
の熱劣化を招く結果となり易い。バイパスバルブが開に
された後もＮＯｘ浄化用触媒の温度上昇があるのは、そ
れまでに同触媒に浄化されずに蓄積されていたＨＣ成分
が燃焼するためである。

【０００８】このような熱劣化を確実に防止するには、
バイパスバルブを開とする温度閾値を低めに設定すれば
よいが、それでは、触媒温度がそれ以上に上昇しない場
合にもバイパスバルブが開となり、ＮＯｘ浄化用触媒を
効率良く利用することができない。

【０００９】また、上記温度センサが故障して実際より
も低い温度を示すときには、ＮＯｘ浄化用触媒の熱劣化
を招く結果となり、逆に実際よりも高い温度を示すとき
には同触媒の使用が可能な状態にあっても、これを利用
することができない。また、上記触媒の熱劣化の問題を
解決するには、上記温度センサが故障した時には、バイ
パスバルブを開とする制御を組み込むことが考えられる
が、センサの故障検出手段を必要とし、制御系が複雑に
なる。

【００１０】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明は、
このような課題に対し、ＮＯｘ浄化用触媒の温度推移の
傾向をエンジンの運転状態から判定し、その判定結果に
基づいて上記バイパスバルブの開閉制御を行なう手段を
提供するものである。

【００１１】−請求項１に記載の発明について− すなわち、その手段は、エンジンの排気系に設けられ希
薄空燃比において排気ガス中のＮＯｘの浄化が可能なＮ
Ｏｘ浄化用触媒と、上記排気系に設けられ上記ＮＯｘ浄
化用触媒を迂回して排気ガスを排出するバイパス通路
と、上記バイパス通路を通して排出される排気ガスを浄
化する三元触媒と、上記バイパス通路を開閉するバイパ
スバルブと、上記エンジンの負荷及び回転数のうちの少
なくとも一方を検出する運転状態検出手段と、上記運転
状態検出手段によって検出されるエンジンの負荷及び回
転数のうちの少なくとも一方に基づいて、上記ＮＯｘ浄
化用触媒の温度の推移傾向を判定し、該判定結果に基づ
いて上記バイパスバルブを開閉制御するバルブ制御手段
とを備え、上記バルブ制御手段は、エンジンの運転状態
が高負荷又は高回転の運転領域から移行して所定の低負
荷又は低回転の運転領域にあるときに、上記ＮＯｘ浄化
用触媒の温度が所定値以上に上昇すると判定し上記バイ
パスバルブを開に制御すること特徴とするエンジンの排
気ガス浄化装置である。

【００１２】上記ＮＯｘ浄化用触媒の温度の推移傾向の
判定に関しては、エンジンが低負荷又は低回転の運転状
態にあるときには、同触媒における排気ガスのＳＶ（空
間速度）が低くなるから、ＮＯｘ浄化用触媒の温度上昇
を招かないと考えがちであるが、必ずしもそうではな
い。

【００１３】すなわち、ＮＯｘ浄化用触媒における触媒
反応はＳＶに依存し、高ＳＶでは反応しにくいものの、
低ＳＶでは触媒温度が低くとも、あるいは排気ガス温度
が低くとも反応が進行し易い。従って、例えば、エンジ
ンの運転状態が高負荷または高回転の運転領域にあると
きは、排気ガス量が多く従ってＳＶが高いため、ＮＯｘ
浄化用触媒には浄化できなかったＨＣ成分が蓄積され
る。そして、この蓄積されていたＨＣ成分が上記低負荷
又は低回転の運転領域への移行によってＳＶが低下した
ときに燃焼し、ＮＯｘ浄化用触媒を加熱することがあ
る。よって、エンジンの運転状態が高負荷または高回転
の運転領域から移行して低負荷又は低回転の運転状態に
あるときに、触媒温度が上昇すると判定することができ
る。

【００１４】そして、かかる判定結果に基づいて、バイ
パスバルブを開とするから、上記ＮＯｘ浄化用触媒への
排気ガスの流入を防止し、その熱劣化を防止することが
できる。このため、触媒の温度を別途検出せずともよく
なるわけである。さらに、触媒温度の推移傾向を把握す
るから、事前に適切なバイパスバルブの開閉を実行する
ことができ、バイパスバルブを開くのが遅れてＮＯｘ浄
化用触媒の熱劣化を招いたり、不必要に同バルブを開と
して同触媒の有効利用が妨げられたりすることがなくな
る。

【００１５】もちろん、本発明を実施する上で、ＮＯｘ
浄化用触媒の熱劣化を確実に防止するために触媒温度を
センサによって別途検出し、この検出結果と上記判定結
果とを用いてバイパスバルブの開閉制御を行なうことを
妨げるものではない。その場合でも、温度センサが故障
しても触媒温度の推移傾向を把握して、適切なバイパス
バルブの開閉制御を実行することができ、有利である。

【００１６】−請求項２に記載の発明について− エンジンの運転状態が上述の低負荷又は低回転の運転領
域にあるとき、あるいは同運転領域に移行してきたとき
にバイパスバルブを直ちに開とすることもできるが、か
かる運転領域にある状態が所定時間以上継続したとき
に、バイパスバルブを開に制御することがより好適な手
段である。かかる運転領域にある状態が短時間であれ
ば、触媒温度の上昇は少ないからであり、その状態が所
定時間以上継続すれば、触媒温度の過度上昇の傾向があ
ることを高い確率で判定することができるからである。

【００１７】 −請求項３に記載の発明（エンジンの空燃比との関係）
について− エンジンの空燃比状態を検出する空燃比状態検出手段を
設け、この空燃比状態検出手段によって希薄空燃比、つ
まりリーンが検出されているときに、上述のバイパスバ
ルブの開閉制御を行なうことは有意義である。

【００１８】すなわち、リーンの場合には排気ガス温度
が低いのが通常であるから、エンジンの空燃比に基づい
て上記バイパスバルブの開閉制御を行なう（リッチのと
きにのみバイパスバルブを開とする）ことが考えられる
のであるが、それだけでは、ＮＯｘ浄化用触媒の熱劣化
を確実に防止できないからである。つまり、リーンであ
っても、エンジンの運転状態によっては、例えば、上述
の低負荷又は低回転の運転領域にあるときには触媒温度
の過度上昇を招くことがあり、かかる状態を判定しバイ
パスバルブを開に制御すれば、ＮＯｘ浄化用触媒の熱劣
化を防止することができる。

【００１９】−請求項４に記載の発明について− また、上記空燃比状態検出手段によって検出される空燃
比が希薄空燃比でないとき、つまりリッチのとき（理論
空燃比あるいは濃空燃比のとき）はリーンであるときよ
りも、上記所定の低負荷又は低回転の運転領域を高負荷
側又は高回転側に拡大して、上記バイパスバルブの開閉
制御を行なうことは好適な手段である。空燃比がリッチ
のときの排気ガス温度は高く、そのことがＮＯｘ浄化用
触媒の温度上昇をより顕著にするからである。

【００２０】−請求項５に記載の発明について− この発明は、エンジンの排気系に設けられ希薄空燃比に
おいて排気ガス中のＮＯｘの浄化が可能なＮＯｘ浄化用
触媒と、上記排気系に設けられ上記ＮＯｘ浄化用触媒を
迂回して排気ガスを排出するバイパス通路と、上記バイ
パス通路を通して排出される排気ガスを浄化する三元触
媒と、上記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
エンジンの空燃比状態を検出する空燃比状態検出手段
と、上記空燃比状態検出手段によってエンジンが希薄空
燃比状態にあることが検出されているときにおいて、エ
ンジンが排気ガスの空間速度の高い運転状態にあって上
記バイパスバルブを閉にした状態から、エンジンの運転
状態が排気ガスの空間速度の低い運転状態に移行したと
きは、上記バイパスバルブを開にするバルブ 制御手段と
を備えていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化
装置である。

【００２１】すなわち、リーンの場合には排気ガス温度
が低いのが通常であるから、エンジンの空燃比に基づい
て上記バイパスバルブの開閉制御を行なう（リッチのと
きにのみバイパスバルブを開とする）ことが考えられる
のであるが、それだけでは、ＮＯｘ浄化用触媒の熱劣化
を確実に防止できない。ＮＯｘ浄化用触媒における触媒
反応はＳＶに依存し、高ＳＶでは反応しにくいものの、
低ＳＶでは触媒温度が低くとも、あるいは排気ガス温度
が低くとも反応が進行し易い。そうして、高ＳＶ時に
は、ＮＯｘ浄化用触媒には浄化できなかったＨＣ成分が
蓄積され、この蓄積されていたＨＣ成分が低ＳＶになっ
たときに燃焼し、ＮＯｘ浄化用触媒を加熱することがあ
る。

【００２２】そこで、本発明は、エンジンが希薄空燃比
での運転状態にあるときにおいて、高ＳＶ時にバイパス
バルブを閉とした状態から、エンジンの運転状態が低Ｓ
Ｖの運転状態に移行したときは、バイパスバルブを開と
してＮＯｘ浄化用触媒への排気ガスの流入を防止し、そ
の熱劣化を防止するようにしたものである。

【００２３】−触媒について− 上記ＮＯｘ浄化用触媒としてはゼオライトのようなミク
ロの細孔を有する金属含有シリケートに金属活性種を担
持せしめたものが好適である。この金属含有シリケート
としては、ゼオライトが好適であるが、これに代えて、
例えば、結晶の骨格を形成する金属として、ＡｌとＦ
ｅ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｃｕ、Ｂ、Ｐなど他の金属（半
金属）とを組み合わせてなる金属含有シリケートや、Ａ
ｌを含まない非アルミノシリケートも採用することがで
き、これらは耐熱性を得る上で有効である。また、耐熱
性を向上せしめる観点からは、Ｎａ型よりもＨ型の方が
好ましく、特にＨ型ゼオライトが好適である。上記ゼオ
ライトとしては、ＺＳＭ−５が好適であるが、Ａ型、Ｘ
型、Ｙ型等であってもよい。

【００２４】金属活性種としては遷移金属が好適であ
り、なかでもＣｕが好適である。もちろん、それ以外の
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ等のような他の遷移金属
を用いることもでき、また、貴金属を用いることもでき
る。また、この遷移金属は、上記金属含有シリケートに
イオン交換によって担持せしめることが好適であるが、
含浸法もしくは加熱により水分を除去してゼオライトに
担持させる乾固法、溶液状態で共存イオンにより担持さ
せる共沈法等を採用することもできる。

【００２５】また、上記ＮＯｘ浄化用触媒については、
担体上に上下２層の触媒層を有するものであってもよ
い。例えば、上述の２種以上の金属を結晶の骨格構成元
素とする金属含有シリケートに金属活性種を担持せしめ
たシリケート系触媒を上層に、γ−アルミナやゼオライ
トに金属活性種、特に酸化反応に有効な活性種を担持せ
しめた触媒を下層に配置したものが好適である。このも
のによれば、触媒温度が低いときでも、下層でＨＣの燃
焼反応を円滑に進めても上層の温度を高めることがで
き、それによって排気ガス温度が低い時からＮＯｘの浄
化を行なうことができるからである。

【００２６】また、三元触媒としては、多孔質担体に貴
金属、例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等を担持せしめたものが
好適であり、さらにセリア等を加えることもできる。ま
た、この三元触媒は、排気系における上記バイパス通路
の下流端よりも下流側に配置することが好適であり、こ
のようにすると、上記ＮＯｘ浄化触媒を通過してその後
方へ流れる排気ガス中のＨＣやＣＯを浄化することがで
きる。

【００２７】また、上記ＮＯｘ浄化用触媒及び三元触媒
は、その使用にあたっては、ペレットタイプとすること
ができるが、モノリス担体を用いることもでき、その場
合の担体としては、コーディライトが好適であり、ま
た、他の無機多孔質体を用いることもできる。

【００２８】

【発明の効果】従って、上記各手段（請求項１〜４の発
明）によれば、エンジンの運転状態が高負荷又は高回転
の運転領域から移行して所定の低負荷又は低回転の運転
領域にあるときに、ＮＯｘ浄化用触媒の温度が所定値以
上に上昇すると判定してバイパスバルブを開に制御する
ようにしたから、触媒温度センサを用いずとも、ＮＯｘ
浄化用触媒を熱劣化させることなく有効に利用して排気
ガスを浄化することができるようになる。

【００２９】上記低負荷又は低回転の運転領域にある状
態が所定時間以上継続したときにＮＯｘ浄化用触媒の温
度が所定値以上に上昇すると判定するようにしたもの
（請求項２の発明）によれば、さらに無駄なバルブ制御
を少なくすることができる点で有利になる。

【００３０】また、空燃比がリーンのときに上記バルブ
制御を行なうもの（請求項３の発明）によれば、ＮＯｘ
浄化用触媒を熱劣化させることなく有効に利用して排気
ガスを浄化することができる。

【００３１】空燃比がリッチのときに上記低負荷又は低
回転の運転領域を高負荷側又は高回転側に拡大して、上
記バルブ制御を行なうもの（請求項４の発明）によれ
ば、排気ガス温度を考慮したバルブ制御を行なうことが
でき、上記ＮＯｘ浄化用触媒の熱劣化を防止する上で有
利になる。

【００３２】空燃比がリーンのときにおいて、高ＳＶ時
にバイパスバルブを閉にした状態から、低ＳＶの運転状
態に移行したときにバイパスバルブを開にするようにし
たもの（請求項５の発明）によれば、触媒温度センサを
用いずとも、ＮＯｘ浄化用触媒を熱劣化させることなく
有効に利用して排気ガスを浄化することができるように
なる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３４】−排気ガス浄化装置の構造について− 図１には実施例の装置の構成が記載されている。同図に
おいて、１はエンジン本体１１の排気通路２に介設され
たＮＯｘ浄化用触媒、３はＮＯｘ浄化用触媒１を迂回す
るバイパス通路、４はバイパス通路３の下流端（上記排
気通路１とバイパス通路３との合流部）よりも下流に設
けられた三元触媒である。上記バイパス通路３の下流端
には排気ガスの流れを上記ＮＯｘ浄化用触媒１側とバイ
パス通路３側との間で切換えるバイパスバルブ５が設け
られている。このバイパスバルブ５は、エンジン負荷を
検出する負荷センサ６、エンジン回転数を検出する回転
センサ７、エンジンの空燃比を検出する空燃比センサ
（Ｏ₂ センサ）８、及び上記ＮＯｘ浄化用触媒１の温度
を検出する温度センサ９の出力に基づいて、バルブ制御
手段１０によって駆動が制御されるようになってる。

【００３５】−バルブ制御１について− 上記バルブ制御手段１０は、上記空燃比センサ８によっ
て空燃比リーンが検出されているとき、上記負荷センサ
６によって検出されるエンジン負荷と、上記回転センサ
７によって検出されるエンジン回転数とに基づいて、エ
ンジンの運転領域から上記ＮＯｘ浄化用触媒１の温度の
推移傾向を判定し、該判定結果に基づいて上記バイパス
バルブ５を開閉制御する。上記判定のための運転領域は
図２に示されており、ＮＯｘ浄化用触媒１における排気
ガスのＳＶが低いＢ領域と、同ＳＶが高いＡ領域とに分
けられている。実線で示される領域区画線は空燃比がリ
ーンのときのものであり、鎖線で示される領域区画線は
空燃比がリッチときのものである。リッチの場合にはＢ
領域がリーンのときよりも拡大している。

【００３６】上記バルブ制御の具体的内容は図３に制御
フローで示されている。エンジンの空燃比がリーンでな
いときにはＢ領域の拡大が行なわれる（Ｓ１→Ｓ２）。
そして、エンジンの運転状態がＢ領域であれば、触媒温
度Ｔによってバイパスバルブ５の開閉制御が行なわれ
る。すなわち、同温度Ｔが所定値Ｔo （ＮＯｘ浄化用触
媒１の熱劣化を招く可能性が高い温度）よりも低いとき
には、バイパスバルブ５は閉とされ（Ｓ３→Ｓ９→Ｓ１
０）、触媒温度Ｔが所定値Ｔo よりも高いときには、バ
イパスバルブ５は開とされる（Ｓ９→Ｓ７）。このよう
にバイパスバルブ５が開とされた場合には、所定時間ｔ
₂毎に触媒温度Ｔが所定値Ｔoよりも低くなったか否かが
監視され、所定値Ｔo よりも低くなれば、同バルブ５は
閉にはされる（Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０）。

【００３７】エンジンの運転状態がＡ領域であるときに
は、Ｂ領域への移行が監視される（Ｓ３→Ｓ４）。運転
領域がＡのままであれば、バイパスバルブ５は触媒温度
Ｔに応じてそれが所定値Ｔo よりも低いときには閉に、
所定値Ｔo 以上のときには開に制御される（Ｓ４→Ｓ１
１→Ｓ１２，Ｓ１３）。

【００３８】しかして、上記運転状態がＡ領域からＢ領
域に移行した場合には、タイマｔ1がセットされ、Ｂ領
域の状態が所定時間ｔ₁ 継続すれば、同タイマがリセッ
トされてバイパスバルブ５が開とされる（Ｓ４→Ｓ５→
Ｓ６→Ｓ７）。このようにバイパスバルブ５が開にされ
た場合には、先の場合と同様に所定時間ｔ₂ 毎に触媒温
度Ｔが監視される（Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０）。上記
所定時間ｔ₁ が経過する前にＡ領域に戻ったときには、
バイパスバルブ５は触媒温度Ｔに応じて開閉制御される
（Ｓ６→Ｓ１１→Ｓ１２，Ｓ１３）。

【００３９】要するに、上記バルブ制御の一つのポイン
トは、エンジンの運転状態がＡ領域からＢ領域に移行し
た場合において、該Ｂ領域にある状態が所定時間ｔ₁ 継
続すると、触媒温度の高低に拘らずバイパスバルブ５が
開にされることである。

【００４０】すなわち、エンジンの運転状態がＡ領域に
あるとき、触媒温度が高くなければバイパスバルブ５は
閉とされるため（Ｓ４→Ｓ１１→Ｓ１２）、排気ガスは
ＮＯｘ浄化用触媒１の方へ流れる。しかし、エンジンの
運転状態がＡ領域にあるときは、排気ガス量が多く、Ｎ
Ｏｘ浄化用触媒１におけるＳＶが高いために排気ガス中
のＨＣ成分が完全に浄化されず、未燃のＨＣ成分が同触
媒１に蓄積される。

【００４１】図４はＮＯｘ浄化用触媒１をＣｕイオン交
換ゼオライトとした場合のＡ／Ｆ＝２０〜２３の実車排
気ガス（ＮＯｘ：１０００ｐｐｍ，ＨＣ：２５００ｐｐ
ｍ，入口ガス温度：３５０℃）におけるＳＶとＮＯｘ浄
化率，ＨＣ燃焼率との関係を示したものである。ＳＶ＝
５００００hr^-1を越えると、未燃ＨＣを生ずることがわ
かる。

【００４２】このような状態で、エンジンの運転状態が
Ｂ領域になると、ＳＶが低下するから同触媒１では排気
ガス中の全ＨＣが燃焼浄化されるようになるとともに、
先に蓄積されていたＨＣも燃焼するようになる。その場
合、ＳＶが低いから、ガスの吹き抜けによる放熱効果は
少なく、従って、ＮＯｘ浄化用触媒１の温度が上昇して
いくことになる。

【００４３】バイパスバルブ５を閉とする従来モードで
の各エンジン運転状態でのＮＯｘ浄化用触媒１の入口ガ
ス温度及び触媒温度Ｔ、並びに運転状態を変更した場合
における同入口ガス温度及び触媒温度Ｔは表１に示す通
りである。なお、ＮＯｘ浄化用触媒としては、Ｎａ型Ｚ
ＳＭ−５にＣｕをイオン交換によって担持させたＣｕイ
オン交換ゼオライトを用いた。また、三元触媒４はγ−
アルミナにＰｔとＲｈを担持させたものである。

【００４４】

【表１】

【００４５】テストＮｏ．１，５は低負荷低回転の運転
状態であってＢ領域に属し、Ｎｏ．２〜４は中負荷ない
しは高回転の運転状態であってＡ領域に属する。Ａ領域
では排気ガス温度が高く、また、触媒温度Ｔも高くなっ
ているが、低負荷低回転のＢ領域では入口ガス温度及び
触媒温度Ｔが共に低い。これに対して、Ｎｏ．６〜９は
Ａ領域からＢ領域に運転状態を移行させた場合である
が、入口ガス温度は低いものの、触媒温度ＴはＡ領域で
の運転の場合よりも高くなっている。この結果は上述の
運転状態の変更に伴うＳＶの低下によって触媒温度Ｔが
上昇することを裏付けるものである。

【００４６】これに対して、本発明の上記バルブ制御で
は、運転状態がＡ領域からＢ領域に移行した後、このＢ
領域の状態が所定時間ｔ₁ 継続したらバイパスバルブ５
が開にされるから、その後の触媒温度の上昇が防止さ
れ、ＮＯｘ浄化用触媒１の熱劣化が防止されるものであ
る。表２は先のテストＮｏ．６〜９において、実施例の
バルブ制御での触媒温度Ｔを示す。触媒温度Ｔが表１の
場合に比べて低くなっていることが理解できる。

【００４７】

【表２】

【００４８】この場合、上記所定時間ｔ₁ には、ＮＯｘ
浄化用触媒１に未燃ＨＣが飽和蓄積された状態において
Ｂ領域の運転状態で最も高い速度で温度が上昇した場合
に上記所定温度Ｔo から許容温度まで上昇する時間をあ
てている。

【００４９】また、以上の如くしてバイパスバルブ５が
開にされた場合、所定時間ｔ₂ を経過した時点で触媒温
度が所定温度Ｔo 未満にあれば、バイパスバルブ５は閉
に制御されるから、同バルブ５が不必要に開のまま放置
されることはない。

【００５０】また、空燃比がリッチのときには、排気ガ
ス温度が高くなるためにＮＯｘ浄化用触媒１の熱劣化を
確実に防止する観点からＢ領域が拡大され（Ｓ１→Ｓ
２）、バイパスバルブ５が開になり易くなる。しかし、
リッチのときには、三元触媒４による排気ガスの浄化が
円滑に行なわれるため、問題はない。

【００５１】逆に空燃比がリーンのときに多量の排気ガ
スが三元触媒４に流れることは好ましくないのである
が、上記バルブ制御の場合、リーンではＢ領域がエンジ
ン回転数が低い側に狭くなるから、バイパスバルブ５が
開になった場合でも、三元触媒４に流れる排気ガス量は
少なく、排気ガスの悪化防止の点で有利である。

【００５２】 −バルブ制御２（触媒温度の推定）について− 上記バルブ制御１においては、触媒温度センサ９を補助
的に用いたが、次に温度センサを用いない制御例を説明
する。

【００５３】図５はエンジンをＡ／Ｆ＝２３で運転した
場合のＮＯｘ浄化用触媒１の入口の排気ガス温度のマッ
プを示すものであり、この入口ガス温度はエンジン回転
数と平均有効圧力とによって基本的に定まる。バルブ制
御手段１０は、上記入口ガス温度マップを備えていると
ともに、排気ガス中のＨＣ濃度、ＣＯ濃度及びＯ2 濃度
についても、同様に作成されたマップを備えている。

【００５４】また、触媒温度Ｔの変化量ΔＴには、以下
の計算式が経験的に成立する。 ΔＴ＝排気ガスからの伝熱量＋ＨＣの燃焼で得られる熱
量 なお、排気ガスからの伝熱量は放熱量も考慮した値であ
る。

【００５５】この場合、エンジン負荷が低くなると、入
口ガス温度は触媒温度よりも低くなり、そのときのＳＶ
がやや高いとＮＯｘ浄化用触媒１の冷却効果を生むの
で、図６に示すように触媒温度Ｔの上昇速度は遅くな
る。また、排気ガス中のＨＣ成分を完全に燃焼浄化でき
ない運転領域での走行が長いほど、未燃ＨＣの当該触媒
１への吸着量が増すため、図７に示すように触媒温度Ｔ
の上昇速度が速くなり、到達温度も高くなる。なお、図
７に示す時間（分）は、２５００ｒｐｍ，−４００ｍｍ
Ｈｇでの走行時間である。

【００５６】しかして、上記バルブ制御手段１０は、以
上の点を踏まえ、上記ΔＴを入口ガス温度、排気ガス流
量、ＨＣ濃度等に基づいて演算し、エンジン運転状態の
推移に従ってΔＴを入力積算していくことによって、そ
の時の触媒温度Ｔを推定するように構成されている。

【００５７】また、Ａ領域→Ｂ領域後のＢ領域継続時間
の監視のための所定時間ｔ1 の設定に関しては、未燃Ｈ
Ｃの蓄積量をエンジン運転状態の推移から求め、これと
Ａ領域からＢ領域に移行したときの入口ガス温度とＳＶ
とから、触媒温度Ｔの上昇速度を求め、許容温度になる
までの時間を所定時間ｔ1 に設定する。他は先に説明し
たバルブ制御１と同じである。

【００５８】従って、当該バルブ制御２においては、Ｎ
Ｏｘ浄化用触媒１の温度を検出するためのセンサは不要
であり、エンジン運転状態（エンジンの負荷及び回転
数）と空燃比とによって、同触媒１の熱劣化を防止する
ことができる。

【００５９】−ＮＯｘ浄化用触媒について− 次にＮＯｘ浄化用触媒１としての好適な例を説明する。
この触媒例は、図８に示すように、コーディライト製モ
ノリスハニカム担体１５に２層の触媒層１６，１７を設
けたものである。この場合、下触媒層１６は、γ−アル
ミナやゼオライトに金属活性種、特に酸化反応に有効な
活性種を担持させたＨＣ燃焼触媒とし、上触媒層１７
は、２種以上の金属を結晶の骨格構成元素とする複合金
属含有シリケートに金属活性種を担持せしめたシリケー
ト系触媒とするものである。

【００６０】上記下触媒層１６のＨＣ燃焼触媒として好
適な例はＺＳＭ−５にＰｔ又はＲｈを担持させた貴金属
担持ゼオライト系触媒、γ−アルミナにＣｕ等を担持さ
せた遷移金属／γ−アルミナ系触媒であり、上触媒層１
７のシリケート系触媒としては、以下のものが好適であ
る。

【００６１】 Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル型） Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｍｎシリケート（ペンタシル型） Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｂシリケート（ペンタシル型） Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｔｂシリケート（ペンタシル型） Ｃｏ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル型） Ｎｉ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル型） なお、上記Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル
型）は、シリケートの種類が結晶の骨格構成元素として
ＳｉとＯとの他にＡｌとＧａとを有するという意味であ
り、また、ペンタシル型の結晶構造を有するという意味
である。また、（Ｃｕ²⁺／）はＣｕ²⁺がイオン交換によ
って担持されていることを意味する。他のシリケートに
ついても同様である。

【００６２】（触媒例１） 上触媒層：Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル
型） 下触媒層：Ｃｕ／γ−アルミナ 上記層構成として、以下の測定条件でＮＯｘ浄化特性を
調べた。

【００６３】模擬排気ガス組成； ［ＮＯ］＝２０００ｐｐｍ，［ＨＣ］＝６０００ｐｐｍ
Ｃ， ［Ｏ₂］＝８％， ［ＣＯ₂］＝１０％， ［ＣＯ］＝０．２％， ［Ｈ₂］＝６５０ｐｐｍ 空間速度；ＳＶ＝２５０００hr^-1 結果はＣｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル型）
単独のもの及びＣｕ／γ−アルミナ単独のものと共に図
９に示されている。触媒例１の場合は、Ｃｕ²⁺／Ａｌ−
Ｇａシリケート（ペンタシル型）単独のものに比べて最
大浄化率の大きな低下を招くことなく、触媒活性温度域
が低温側に拡大している。これは、下触媒層によってＨ
Ｃの燃焼が促進され、その結果、上触媒層が加熱されて
入口ガス温度が低い状態から活性を呈したためと認めら
れる。

【００６４】（触媒例２） 上触媒層：Ｃｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシリケート（ペンタシル
型） 下触媒層：Ｐｔ／ＺＳＭ−５ 上記層構成として、上記触媒例１の場合と同様の条件で
ＮＯｘ浄化特性を調べた。結果はＣｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシ
リケート（ペンタシル型）単独のもの及びＰｔ／ＺＳＭ
−５単独のものと共に図１０に示されている。本例のも
のにおける低温側への触媒活性温度域の拡大は、触媒例
１に比べると少ないが、それでもＣｕ²⁺／Ａｌ−Ｇａシ
リケート（ペンタシル型）単独のものに比べて同温度域
が大きく拡大しており、下触媒層（Ｐｔ／ＺＳＭ−５）
による活性温度域拡大効果が認められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のエンジンの排気ガス浄化装置の構成図

【図２】エンジンの運転領域を示すマップ図

【図３】バルブ制御のフロー図

【図４】ＳＶとＮＯｘ浄化率，ＨＣ燃焼率との関係を示
すグラフ図

【図５】ＮＯｘ浄化用触媒の入口ガス温度のマップ図

【図６】ＳＶによる触媒温度上昇速度の違いを示すグラ
フ図

【図７】運転時間による触媒温度上昇速度の違いを示す
グラフ図

【図８】ＮＯｘ浄化用触媒の断面図

【図９】ＮＯｘ浄化用触媒例１のＮＯｘ浄化特性を示す
グラフ図

【図１０】ＮＯｘ浄化用触媒例２のＮＯｘ浄化特性を示
すグラフ図

【符号の説明】

１ ＮＯｘ浄化用触媒 ２ 排気通路 ３ バイパス通路 ４ 三元触媒 ５ バイパスバルブ ６ 負荷センサ ７ 回転センサ ８ 空燃比センサ １０ バルブ制御手段 １１ エンジン本体

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気系に設けられ希薄空燃比に
   おいて排気ガス中のＮＯｘの浄化が可能なＮＯｘ浄化用
   触媒と、 上記排気系に設けられ上記ＮＯｘ浄化用触媒を迂回して
   排気ガスを排出するバイパス通路と、 上記バイパス通路を通して排出される排気ガスを浄化す
   る三元触媒と、 上記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、 上記エンジンの負荷及び回転数のうちの少なくとも一方
   を検出する運転状態検出手段と、 上記運転状態検出手段によって検出されるエンジンの負
   荷及び回転数のうちの少なくとも一方に基づいて、上記
   ＮＯｘ浄化用触媒の温度の推移傾向を判定し、該判定結
   果に基づいて上記バイパスバルブを開閉制御するバルブ
   制御手段とを備え、 上記バルブ制御手段は、エンジンの運転状態が高負荷又
   は高回転の運転領域から移行して所定の低負荷又は低回
   転の運転領域にあるときに、上記ＮＯｘ浄化用触媒の温
   度が所定値以上に上昇すると判定し上記バイパスバルブ
   を開に制御すること特徴とするエンジンの排気ガス浄化
   装置。
2. 【請求項２】上記バルブ制御手段は、エンジンが所定の
   低負荷又は低回転の運転領域にある状態が所定時間継続
   したときに、上記ＮＯｘ浄化用触媒の温度が所定値以上
   に上昇すると判定し上記バイパスバルブを開に制御する
   請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】エンジンの空燃比状態を検出する空燃比状
   態検出手段を備え、上記バルブ制御手段は、上記空燃比
   状態検出手段によってエンジンが希薄空燃比状態にある
   ことが検出されているときに上記バイパスバルブの開閉
   制御を行なう請求項１又は請求項２に記載のエンジンの
   排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】エンジンの空燃比状態を検出する空燃比状
   態検出手段を備え、上記バルブ制御手段は、上記空燃比
   状態検出手段によって検出される空燃比が希薄空燃比で
   ないときは希薄空燃比であるときよりも、上記所定の低
   負荷又は低回転の運転領域を高負荷側又は高回転側に拡
   大して、上記バイパスバルブの開閉制御を行なう請求項
   １又は請求項２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】エンジンの排気系に設けられ希薄空燃比に
   おいて排気ガス中のＮＯｘの浄化が可能なＮＯｘ浄化用
   触媒と、 上記排気系に設けられ上記ＮＯｘ浄化用触媒を迂回して
   排気ガスを排出するバイパス通路と、 上記バイパス通路を通して排出される排気ガスを浄化す
   る三元触媒と、 上記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、 エンジン の空燃比状態を検出する空燃比状態検出手段
   と、 上記 空燃比状態検出手段によってエンジンが希薄空燃比
   状態にあることが検出されているときにおいて、エンジ
   ンが排気ガスの空間速度の高い運転状態にあって上記バ
   イパスバルブを閉にした状態から、エンジンの運転状態
   が排気ガスの空間速度の低い運転状態に移行したとき
   は、上記バイパスバルブを開にするバルブ制御手段とを
   備えていることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装
   置。