JPH01262311A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は自動車などの内燃機関の排気系に装着する排気
浄化装置に関するものである。

（従来の技術） 自動車の排気浄化用触媒として、−酸化炭素（ＣＯ）及
び炭化水素（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯＸ）の
還元を同時に行う触媒が汎用されている。このような触
媒は基本的にはコージェライト等の耐火性神体にｒ−ア
ルミナスラリーを塗布、焼成した後、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ
等の金属又はその混合物を担持させたものである。

一方、自動車プにおいては低燃比化が要請されており、
そのためには通常走行時なるべく酸素過剰の混合気を燃
焼させればよいことが知られている。しかしそうすると
空燃比がリーン側（空気過剰側）の酸素過剰雰囲気とな
って、排気中の有害成分のうちＨＣ，Ｃｏは酸化除去で
・　　きても、ＮＯｘは触媒床に吸着した。２によって
活性金属との接触が妨げられるために、還元除去するこ
とが困難となる。このためリーンパーンエンジンの排気
系に用いる排気浄化用触媒としては、Ｃｕなどの遷移金
属をゼオライトにイオン交換担持した遷移金属／ゼオラ
イト触媒が提案されている。

ゼオライトは別名分子篩いと言われているように分子の
大きさと並ぶ４〜ＩＯＡの細孔を有している。そのため
未燃炭化水素ＨＣが細孔に選択的に取り込まれる。細孔
中にはイオン交換により導入された遷移金属の活性サイ
トが存在するため、ＨＣが部分酸化されＮＯｘを還元す
るのに有効な活性種が生成する。そこにＮＯｘが攻撃し
反応を起こす、このため、リーン側においてもＮＯｘを
選択的に除去することができる。

本願出願人は特願昭６３−２９３１９号において、内燃
機関の排気の通路にＣｕ／ゼオライトを主成分とする触
媒層を設け、内燃機関より排出されるＣｏ　、ＨＣ及び
ＮＯｘを浄化する方法において、内燃機関の燃焼状態が
燃料過剰側に移行した時Ｃｕ／ゼオライトを主成分とす
る触媒の前方において空気を導入する排気浄化装置を提
案した。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、遷移金属／ゼオライト触媒は耐熱性、特
にリッチ側（燃料過剰側）での耐熱性が低いという問題
点がある０例えばＣｕ−ＺＳＭ−５について説明すると
、リッチ側では銅イオンがＣｕまで還元されて移動し、
銅クラスタを形成するので、温度が下っても元の状態に
戻らず、活性が低下する。

上記方法のようにリッチ側に移行した場合に触媒の前方
に空気を導入すれば排気をリーン側に移行させることが
できるが、この方法においては触媒温度は考慮されてい
ないので、触媒がその耐熱温度を越えて加熱されるのを
防ぐことはできない。

未発１１は上記従来技術における問題点を解決するため
のものであり、その目的とするところは遷移金属／ゼオ
ライト触媒を用いた排気浄化装置であって、リッチ側又
はリーン側の如何にかかわらず前記遷移金属／ゼオライ
ト触媒がその耐熱温度を大きく越えて過熱されることの
ない排気浄化装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） すなわち本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気の通
路に設けられた遷移金属／ゼオライトを生成物とする排
気浄化用触媒と、該排気浄化用触媒の温度を検出するた
めの温度センサと、該排気浄化用触媒の上流側の排気の
通路に設けられた。空燃比を算出するための酸素濃度セ
ンサ及び空気導入用ポンプと、該排気浄化用触媒の温度
が、空燃比が燃料過剰側にある場合には燃料過剰側耐熱
温度を越える場合に、又は空燃比が空気過剰側にある場
合には空気過剰側耐熱温度を越える場合に前記空気導入
用ポンプを作動させる制御手段とを備えたことを特徴と
するものである。

本発明の排気浄化装置に用いる遷移金属／ゼオライト触
媒において、遷移金属としては、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ−Ｍ−伊及びＭｎが好ましく、特にＣｕが好ま
しい、又、ゼオライトとしては・、未燃炭化水素よりも
僅かに大きい約５〜ＩＯＡの細孔径を有するものが好ま
しい。

前記温度センサ、酸素ａ度センサ及び空気導入用ポンプ
は通常この分野で用いられるものであってよい、温度セ
ンサは排気す化用触媒内に挿入して取付けてもよいが、
取付けの便宜上触媒直下の排気中に挿入して、その排気
温を測定して触媒温度に代えてもよい、酸素濃度センサ
及び空気導入用ポンプはどちらを排気の上流側　　−に
取付けてもよい。

遷移金属／ゼオライト触媒はリッチ側ではほぼ６００℃
を越えた場合に、リーン側ではほぼ８００℃を越えた場
合に活性が低下するので、前記温度を大きく越えないよ
うに触媒の上流側に空気を導入する。そのための制御手
段はコンピュータなどの通常用いられる手段であってよ
い、又、制御にあたっては、内燃機関や走行車両の運転
変動を示す他の因ｔを加えてもよい。

（作　用） 温度センナ及び酸素濃度センサからの信号にノ１（づい
て、リッチ側及びリーン側で空気を導入又は停止するこ
とにより排気浄化用触媒温度を制御するので、常に最適
な排気浄化装置を維持することができる。

（実施例） 以下の実施例において、本発明を更に詳細に説１月する
。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない
。

実施例１ 第１図に本発明の排気浄化装置の実施例１の概略構成図
を示す０図中、１はエアクリーナ、２はスロットル、３
はエンジン、４は酸素濃度センサ、５は空気導入用ポン
プ、６は遷移金属／ゼオライトを主成分とする排気浄化
用触媒、７は温度センサを示す、なお、制御手段は図示
していない０本実施例では酸素ｍ度センサ４の下流側に
空気導入用ポンプ５が配置されている。第３図は本実施
例の装置の制御方法の一例を示すフローチャートである
。以下簡単に説明する。スタートした後最初に酸素濃度
センサ４の出力ＩＬを第２図の理論空燃比１４．８に対
応する出力Ｉ□　と比べる。ＩＬ＞ＩＬ□　　である（
Ｙｅｓ　）ならば（リーン側）、次いで温度センサ７に
より検出した排気浄化用触媒６の温度↑Ｃをリーン側で
の排気浄化用触媒６の耐熱温度ＴＣＬ（８００℃）と比
べる。　Ｔｃ　＞ＴＣＬ　　であるならばフラッグ（Ｆ
　ｌａｇ　）　ＦＡ　＝　０であるかどうかを確認する
。　Ｙｅｓであれば空気導入用ポンプ５を作動させ、Ｆ
Ａを１とする。又、ＮＯであれば矢印に従って次のステ
ップに行く０次いでｊｌｆびＴｃ　とＴｃＬ　とを比べ
る。Ｔｃ　＞ＴＣＬであるならば空気導入用ポンプ５を
ステップアップして空気供給量を増加させる。そして再
びスタート位置に戻る。ｗ１１３図のフローチャートの
左側部分について説明したが、中央部分及び右側部分に
ついても同様である。なおＴＯＲはリッチ側での排気浄
化用触媒６の耐熱温度（８００℃）を示す。

実施例２ないし４ 第４図ないし第６図に本発す１の排気浄化装置の実施例
２ないし４の概略構成図を示す、実施例２は実施例１と
比べて、酸素濃度センサ４と空気導入用ポンプ５との配
置が逆になっている。第７図は実施例２の装置の制御方
法の一例を示すフローチャートである。第７図と第３図
との違いは、第３図中右側部分下から３番目のＴＯ＞Ｔ
ＣＬ　の部分が、第７図ではＩＬ（ＩＬＩとなっている
ところのみである。なお、ＩＬｌは第２図に示すように
空燃比２２に対応する酸素濃度センサ出力である。それ
故、実施例１においては酸素濃度センサ４により検出す
る空燃比は１４．６を越えてほぼその近傍にあるように
制御されるが、実施例２においては酸素濃度センサ４に
より検出する空燃比は２２未満でほぼその近傍にあるよ
うに制御される。

第５図は実施例３の要略構成図である０本実施例におい
ては、実施例１の構成に更にエンジン３のエキゾースト
マニホールドの温度を検出するための温度センサ８を加
えた。第８図は実施例３の装置の制御方法の一例を示す
フローチャートである。以ド簡学に説明する。スタート
した後最初にエキゾーストマニホールドの温度／Ｆマツ
プ（多によりエンジン回転数に応じて空燃比を制御する
。以ド、７ｆＩＪ８図の左側部分について説明する０次
いで、フラッグＦＷＭ　　をＯとする１次いでＦｗＭ＝
１であるかどうかを確認する。　Ｙｅｓであれば次いで
ＦＡ＝ｏであるかどうかを確認する。Ｙｅｓであれば空
気導入用ポンプ５を作動させ、ＦＡを１とする０次いで
Ｔｃ＞ＴｃＬであるかどうかを確認し、Ｙｅｓであれば
空気導入用ポンプ５をステラプアー２プして再びスター
ト位首に戻る。フローチャートの他の部分についても同
様である。実施例３の装置を用いると、例えば高速で長
時間を走行する場合に、エキゾーストマニホールドの温
度がＴ。ＸＯを越えて上昇した場合にも、排気浄化用触
媒６の温度を最適に制御することができる。

第６図は実施例４の概略構成図である。実施例４は実施
例３と比べて、酸素濃度センサ４と一空気導入用ボンプ
５との配置が逆になっている。

（発明の効果） 本発明の排気浄化装置は、リッチ側及びり一ン側の如何
にかかわらず、重両の種々の運転状態の変動に応じて遷
移金属／ゼオライトを主成分とする排気浄化用触媒の温
度が耐熱温度を大きく越えないように、二次空気を導入
して排気浄化用触媒を冷却するため、リーンバーンエン
ジンに装着した場合において、常に良好な排気浄化性能
を維持することができる。又、耐久性が向上した。

すなわち、従来はリッチ時に多量に排出されるＨＣを充
分除去することができなかったが。

本発明の装置によればＨＣを充分酸化除去できる。

又、例えば実施例１及び３の装置においては、ＷＯＴ時
から通常の状態にαってすぐ、空燃比制御が可能であり
、過度特性が良い。

更に、例えば実施例３の装置によれば高速走行時におい
ても排気浄化性能を低下させることな（、リーンバーン
エンジンの特徴を発揮することができるので、従来に比
べて１２０〜１４０　Ｋ履／　ｈｒにおける燃費が５〜
ｌｏｔ向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排気浄化装置の実施例１の概略構成図
、 第２図は空燃比と酸素濃度センサ出力との関係を示す図
、 第３図は実施例１の装置の制御方法の一例を示すフロー
チャート。 第４図ないし第６図は本発明の排気浄化装置の実施例２
ないし４の概略構成図、 第７図は実施例２の装置の制御方法の一例を示すフロー
チャート、 第８図は実施例３の装置の制御方法の一例を示すフロー
チャート。 第９図及び第１０図はエンジン回転数と空燃比との関係
を示す図である。 図中、 １　、、、、エアクリーナ ２　、、、、スロットル ３　、、、、エンジン ４　、、、、酸素濃度センサ ５　、、、、空気導入用ポンプ ６　、、、、排気浄化用触媒 ７　、８．、、、温度センサ 特許出願人　　　トヨタ自動車株式会社（ほか２名） 第１図 第２図 ２郡比（Ａ／Ｆ） 第３図 ＦＡ＝１　　空気鐸入用ポンプ作動 ＦＡ＝Ｏ空気導入用ポツプ停止 第４図 第５図 第６図 第７図 ＦＡ＝Ｏ空気導入用ボ〉ブイ亭よ 第９図 エンジン回軸ａ　（ｘ１α）Ｏｒｐｍ）第１０図 エンジン回＠牧（Ｘ１α刃ｒｐｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気の通路に設けられた遷移金属／ゼ
   オライトを主成物とする排気浄化用触媒と、 該排気浄化用触媒の温度を検出するための温度センサと
   、 該排気浄化用触媒の上流側の排気の通路に設けられた、
   空燃比を算出するための酸素濃度センサ及び空気導入用
   ポンプと、 該排気浄化用触媒の温度が、空燃比が燃料過剰側にある
   場合には燃料過剰側耐熱温度を越える場合に、又は空燃
   比が空気過剰側にある場合には空気過剰側耐熱温度を越
   える場合に前記空気導入用ポンプを作動させる制御手段
   とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。