JP3945198B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3945198B2 JP3945198B2 JP2001251739A JP2001251739A JP3945198B2 JP 3945198 B2 JP3945198 B2 JP 3945198B2 JP 2001251739 A JP2001251739 A JP 2001251739A JP 2001251739 A JP2001251739 A JP 2001251739A JP 3945198 B2 JP3945198 B2 JP 3945198B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- air
- fuel ratio
- internal combustion
- combustion engine
- 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 - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y02T10/121—
-
- Y02T10/22—
-
- Y02T10/24—
-
- Y02T10/47—
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球温暖化抑制の観点から内燃機関の燃費向上の必要性が高まり、特定運転領域にて希薄燃焼、すなわち理論空燃比よりもリーンで運転される内燃機関が広く普及しつつある。
このような内燃機関の排気浄化装置としては、従来内燃機関で広く用いられてきた三元触媒の他、当該機関におけるNOx浄化能を高めた選択還元型NOx触媒、NOxを一時トラップしておき理論空燃比又はリッチの時に放出するNOxトラップ触媒が用いられている。
【0003】
NOxトラップ触媒の代表的な例は、特開平7−166913号公報に示されており、ここで用いられているNOxトラップ触媒は、アルミナを担体とし、この担体上に、アルカリ金属(K,Na,Li,Cs等)、アルカリ土類(Ba,Ca等)、希土類(La,Y等)から選ばれた少なくとも1つと、白金Ptのような貴金属とが担持されたもので、活性状態においては、排気ガスの空燃比がリーンの時にNOxをトラップし、理論空燃比又はリッチの時にトラップしたNOxを放出するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなNOxトラップ触媒は、活性を得るために所定の温度まで暖機される必要があり、例えば冷機始動後、触媒活性が得られるまでの間は、十分なNOxトラップ能力を得ることができないという問題点がある。
一方、発明者らは、ゼオライトの吸着作用に着目し、ゼオライト単体もしくはゼオライトを混ぜ込んだ触媒の低温でのNOxトラップ特性について実験を行った。図3にその結果の概略を示す。尚、内燃機関の排気中のNOxの主成分はNOであることから、本実験はゼオライトを含有する触媒のNOトラップ能力を調査したものであり、実験時の触媒及びガス温度は前記従来のNOxトラップ触媒の活性温度下限とされる約200℃よりも低い。
【0005】
本実験結果によれば、ゼオライトを含有する触媒のNOxトラップ率(NOトラップ率)は酸素濃度に依存しており、微量の酸素を共存させることにより、高いNOxトラップ率を得ることが可能である。
さらに本発明者らは、貴金属をセリア(CeO2 )のみに担持してなるトラップ成分を含有する触媒(以下セリアベース触媒という)についてゼオライトを含有する触媒と同様の実験を行った結果、このセリアベース触媒も低温NOxトラップ機能を有しており、NOxトラップ率の酵素濃度依存特性についてもゼオライトを含有する触媒と同様の特性を有していることを確認した。
【0006】
本発明は、このような点に着目してなされたものであり、貴金属をセリア(CeO2 )のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有する触媒を内燃機関の排気浄化装置として効果的に利用することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明では、内燃機関の排気系に、貴金属をセリア(CeO2 )のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有する低温NOxトラップ触媒と、この低温NOxトラップ触媒の上流側にあって、活性すると排気中の酸素を消費又は吸収する触媒とを設ける一方、前記上流側の触媒の活性・非活性を判定する活性判定手段と、前記低温NOxトラップ触媒を用いてNOxをトラップする際に前記低温NOxトラップ触媒に酸素を供給するように、前記上流側の触媒の非活性時は内燃機関の空燃比を理論空燃比に制御し、活性時はリーン空燃比に制御する空燃比制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【0008】
尚、ここでいう排気中の酸素を消費する触媒としては、代表的には、排気中に含まれるHC,CO等の未燃成分を酸化させることにより酸素を消費する三元触媒を挙げることができ、また、酸素を吸収する触媒としては、三元触媒の他、リーンNOxトラップ触媒、選択還元型NOx触媒、HC吸着触媒等において、セリア成分を含有することで、酸素ストレージ機能を有するものを挙げることができる。
【0009】
請求項2に係る発明では、前記活性判定手段は、前記上流側の触媒の温度を検出し、これに基づいて活性・非活性を判定するものであることを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、内燃機関の排気系に、貴金属をセリア(CeO2 )のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有する低温NOxトラップ触媒を設ける一方、前記低温NOxトラップ触媒に酸素を供給する構成としたので、前記低温NOxトラップ触媒を用いて冷機時により高いトラップ率で排気中のNOxをトラップすることができるという効果が得られる。
【0011】
また、低温NOxトラップ触媒に酸素を供給すべく、内燃機関の空燃比を制御、一般的には理論空燃比よりもリーンに制御して、内燃機関での燃焼後の排気ガス中に余剰分の酸素が残存するようにすることで、NOxトラップ率向上のための酸素供給を目的とした特別な装置の追加を行う必要がなく、またリーン化により同時に燃費も向上するという効果が得られる。
【0012】
また、低温NOxトラップ触媒の上流側に活性状態で酸素を消費又は吸収する特性を有する触媒(例えば三元触媒、リーンNOxトラップ触媒、選択還元型NOx触媒、HC吸着触媒等)を備える内燃機関において、上流側の触媒が活性化するまでの間は、理論空燃比で運転を行うことにより、排気温度が高められて上流側の触媒の暖機が促進される一方、上流側の触媒の未活性時は活性時よりも上流側の触媒での酸素消費量又は吸収量が少ないため、理論空燃比の排気ガス中に含まれる酸素は触媒を通過して下流側の低温NOxトラップ触媒に到達するので、この間も高率でのNOxトラップが可能となる。そして、上流側の触媒の活性後は、リーン空燃比で運転を行うことにより、上流側の触媒により酸素が消費又は吸収されても、排気ガス中の余剰酸素が十分に低温NOxトラップ触媒に到達するので、高率でのNOxトラップが可能となる。このように上流側の触媒の活性状態に応じて、理論空燃比、リーン空燃比を切換える構成としたので、冷機始動時も上流側の触媒の早期活性化を妨げることなく高いトラップ率でNOxをトラップすることが可能となる。
【0013】
請求項2に係る発明によれば、上流側の触媒の活性・非活性を判定する際に、上流側の触媒の温度を検出して、これに基づくことで、活性判定を正確に行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1実施形態を示す内燃機関(以下エンジンという)のシステム図である。
エンジン1に吸入される空気は、エアクリーナ2を通過後、エアフローメータ3で計量され、電制スロットル弁4に導かれる。ここで吸入空気量の制御が行われる。吸入空気はその後吸気マニホールド(コレクタ)5、吸気ポート6を通り、吸気弁7を介してシリンダ8内に導入される。シリンダ8の内部には往復運動を行うピストン9が配設されている。シリンダ8内の空気に対して、燃料噴射弁10より燃料を噴射し、点火プラグ11で着火燃焼させる。その後、排気弁12を開き、排気を排気ポート13に排出する。
【0015】
排気ポート13にはEGR通路14が連結され、排気の一部を吸気通路(コレクタ5)に還流する。EGR流量はEGR通路14に設けたEGR制御弁15で制御する。
また、排気ポート13の下流に接続された排気マニホールド16には、O2 センサ17が設けられ、ここで排気中の酸素濃度を計測し、エンジン1を理論空燃比で運転するときは、燃料噴射量制御に際し、この信号に基づき空燃比フィードバック制御を行う。
【0016】
排気マニホールド16下流の排気通路には、排気浄化触媒として、三元触媒18が設けられ、三元触媒18には温度検出手段として温度センサ19が取付けられている。
更に三元触媒18下流の排気通路には、低温NOxトラップ触媒として、ゼオライトを含有する触媒(以下ゼオライト触媒という)20が設けられている。
【0017】
上流側の三元触媒18は、例えば、白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh等の貴金属を少なくとも1成分担持したアルミナをハニカム担体にコーティングしたものであり、排気ガスが理論空燃比の時にはHC,CO,NOxを同時に浄化し、空燃比がリーンの時にはHC,COを酸化反応で浄化する特性を有するものである。
【0018】
下流側のゼオライト触媒20は、低温でNOxをトラップ可能なゼオライト(例えばβ−ゼオライト、A型ゼオライト、Y型ゼオライト、X型ゼオライト、ZSM−5、USY、モルデナイト、フェリエライト等)をハニカム担体にコーティングした構造を有するものである。
尚、ゼオライト触媒20に替えてセリアベース触媒を使用しても良い。このセリアベース触媒は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、及びその他の貴金属の群から選択される一種又は二種以上の貴金属をセリア(CeO2 )のみに担持してなるトラップ成分を含有する触媒である。このような触媒は、粉末状にした前記のトラップ成分をハニカム担体に直接コーティングしたり、ハニカム担体に施したアルミナ等のウォッシュコート上にトラップ成分をコーティングしたり、トラップ成分をアルミナ等と混合したものをハニカム担体にコーティングしたりして得ることができる。
【0019】
ここにおいて、エンジン1の電制スロットル弁4のスロットル開度制御、燃料噴射弁10の燃料噴射量及び噴射時期制御、点火プラグ11の点火時期制御、EGR制御弁15のEGR流量制御は、エンジンコントロールユニット(以下ECUという)21にて行う。
ECU21には、エアフローメータ3の信号、O2 センサ17の信号、三元触媒温度センサ19の信号の他、図示しないクランク角及びエンジン回転数検出用のクランク角センサの信号、エンジン水温検出用の水温センサの信号、アクセル開度検出用のアクセルセンサの信号などが入力されており、これらの信号を基に上記の各制御を行う。
【0020】
図2に第1実施形態でのエンジンの空燃比制御のフローチャートを示す。本フローにより、ゼオライト触媒20への酸素供給のための空燃比制御手段が構成される。
S1では、アクセル開度Apo、エンジン回転数Ne、吸入空気量Qa、エンジン水温Tw、三元触媒温度Tcを読込む。
【0021】
S2では、アクセル開度Apoから目標トルクTTCを算出する。
S3では、エンジン回転数Neと目標トルクTTCとから燃焼フラグFCmbを求める。このFCmbが0の領域では成層リーン燃焼、1の領域では均質リーン燃焼、2の領域では理論空燃比での燃焼(均質ストイキ燃焼)を行うが、次のS4において水温Twが所定値TwL未満と判定された場合は、リーン燃焼を行った場合に安定性が得られないと判断して、S6に進み、FCmbに2を代入してリーン燃焼を禁止し、理論空燃比での運転を行うようにする。
【0022】
S5では、三元触媒温度Tcが所定値TcL未満か否かにより、三元触媒18の活性状態を判定する(活性判定手段)。ここで、Tc<TcLの場合は、未活性と判断して、S6に進み、FCmbに2を代入して、理論空燃比での運転を行うようにする。
S7では、FCmb=2か否かを判定する。
【0023】
FCmb≠2(FCmb=0又はFCmb=1)で、リーン運転条件と判定された場合は、S8に進み、エンジン回転数Neと目標トルクTTCとからマップを参照して、目標燃空比TFBYAを求める。ここで、TFBYAは空気過剰率λの逆数であり、理論空燃比では1、リーン時は1よりも小さな値をとる。
一方、FCmb=2、すなわち理論空燃比での運転時は、S9に進み、TFBYAに1を代入する。
【0024】
このようにして目標燃空比TFBYAが設定されると、吸入空気量Qaとエンジン回転数Neとから定まる理論空燃比相当の基本燃料噴射量(K×Qa/Ne;Kは定数)に、目標燃空比TFBYAが乗算されて、燃料噴射量が設定され、更に各種補正により、最終的な燃料噴射量が設定されて、対応するパルス幅の燃料噴射パルスにより燃料噴射弁10が駆動されて燃料噴射がなされる。尚、燃料噴射時期は、均質燃焼の場合は吸気行程であり、これによりシリンダ8内に均質な混合気が形成されるが、成層燃焼の場合は圧縮行程であり、これにより点火プラグ11回りに集中的に層状の混合気が形成される。
【0025】
以上の動作により、上流側の三元触媒18の活性前は、エンジン1は理論空燃比で運転され、これにより上流側の三元触媒18の早期活性化が促進される共に、上流側の三元触媒18にて酸素が消費されないので、下流側のゼオライト触媒20に酸素が供給される。
上流側の三元触媒18が活性化し酸素を消費するようになった後は、エンジン1はリーン空燃比で運転されるため、排気中には上流側の三元触媒18で消費される以上の酸素が含まれており、下流側のゼオライト触媒20にその余剰分が供給される。
【0026】
よって、上流側の三元触媒18の活性状態にかかわらず、ゼオライト触媒20には酸素が供給されるので、高い効率で排気中のNOxをトラップすることが可能となる。
【0027】
尚、以上の実施形態では、ゼオライト触媒20の上流側で活性状態で酸素を消費又は吸収する触媒が、三元触媒18である例で説明したが、リーンNOxトラップ触媒、選択還元型NOx触媒、HC吸着触媒等であってもよく、また、ゼオライト触媒20の上流側に複数の触媒を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態を示すエンジンのシステム図
【図2】 第1実施形態での空燃比制御のフローチャート
【図3】 ゼオライト触媒のNOxトラップ特性を示す図
【符号の説明】
1 エンジン
2 エアクリーナ
3 エアフローメータ
4 電制スロットル弁
5 吸気マニホールド
6 吸気ポート
7 吸気弁
8 シリンダ
9 ピストン
10 燃料噴射弁
11 点火プラグ
12 排気弁
13 排気ポート
14 EGR通路
15 EGR制御弁
16 排気マニホールド
17 O2 センサ
18 三元触媒
19 三元触媒温度センサ
20 ゼオライト触媒
21 ECU
Claims (2)
- 内燃機関の排気系に、貴金属をセリア(CeO2 )のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有する低温NOxトラップ触媒と、この低温NOxトラップ触媒の上流側にあって、活性すると排気中の酸素を消費又は吸収する触媒とを設ける一方、
前記上流側の触媒の活性・非活性を判定する活性判定手段と、
前記低温NOxトラップ触媒を用いてNOxをトラップする際に前記低温NOxトラップ触媒に酸素を供給するように、前記上流側の触媒の非活性時は内燃機関の空燃比を理論空燃比に制御し、活性時はリーン空燃比に制御する空燃比制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記活性判定手段は、前記上流側の触媒の温度を検出し、これに基づいて活性・非活性を判定するものであることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001251739A JP3945198B2 (ja) | 2000-09-04 | 2001-08-22 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000267141 | 2000-09-04 | ||
JP2000-267141 | 2000-09-04 | ||
JP2001251739A JP3945198B2 (ja) | 2000-09-04 | 2001-08-22 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002147225A JP2002147225A (ja) | 2002-05-22 |
JP3945198B2 true JP3945198B2 (ja) | 2007-07-18 |
Family
ID=26599181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001251739A Expired - Fee Related JP3945198B2 (ja) | 2000-09-04 | 2001-08-22 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3945198B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8744727B2 (en) | 2010-05-13 | 2014-06-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine |
-
2001
- 2001-08-22 JP JP2001251739A patent/JP3945198B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002147225A (ja) | 2002-05-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6141960A (en) | Exhaust gas purifying system for engine | |
JP3067685B2 (ja) | 火花点火式筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置 | |
US6499294B1 (en) | Exhaust gas purification device for an internal combustion engine | |
EP0974747B1 (en) | A control system for an internal combustion engine | |
JP3680611B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3632483B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
US7127883B1 (en) | Exhaust gas purifying apparatus of internal combustion engine | |
US6953769B2 (en) | Exhaust gas purifying catalyst | |
JPH10317946A (ja) | 排気浄化装置 | |
US20080236144A1 (en) | Control system of internal combustion engine and method for controlling the same | |
JP3636116B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3460503B2 (ja) | 筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置 | |
JP3726705B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
EP1256704B1 (en) | Exhaust gas purification system and method for internal combustion engine | |
JP3945198B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
EP1184556A2 (en) | Engine exhaust emission purifier | |
US7287371B2 (en) | Device and method for internal combustion engine control | |
US7603847B2 (en) | Device and method for internal combustion engine control | |
JP4178858B2 (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
JP2001115829A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JPH1157406A (ja) | 排気浄化装置 | |
JP2001082132A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2000038942A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2000161105A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
JP2000110643A (ja) | 内燃機関の燃料噴射装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051118 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060328 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060525 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070320 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070402 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |