JPH0374514A

JPH0374514A - エンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0374514A
Application number: JP20915089A
Authority: JP
Inventors: Tsugio Hatsuhira; 次男服平; Hisayuki Yamane; 久幸山根; Hirobumi Yamauchi; 山内　博文; Hiroshi Murakami; 浩村上; Kazuya Komatsu; 一也小松
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-08-12
Filing date: 1989-08-12
Publication date: 1991-03-29

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）本発明はエンジンの排気ガス浄化装置の改良に関する。

（従来の技術）近年の排気ガス浄化技術の進歩により大気中に放出され
るＨｅ及びｃｏの量は減少しているが、ＮＯ，ｘに対す
る対策が遅れているので、都市部を中心としてＮＯｘに
起因する酸性雨が降る等の被害が発生している。

もっとも、排気ガス中のＮＯｘを浄化する方法としてＮ
Ｈ３接触還元法が知られているが、このＮＨ３接触還元
法は、システムが複雑でコストが高い上に、燃焼ガス温
度が高い時にＮＨ３が排出されるという二次公害の問題
を有しているため、自動車に適用するには未解決の問題
が多い。

これに対して、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ及びＮＯｘを１
つの触媒コンバータで同時に浄化できる三元触媒方式も
提案されているが、この三元触媒方式は理論空燃比付近
では効果的であるが、り一ン状態では浄化性能が不十分
であるという問題がある。

そこで、近時、特開昭６３−１００９１９号公報に示さ
れるように、酸化雰囲気中、ＨＣの存在下でＮＯｘを浄
化する触媒としてＣｕを含有するＮＯｘ浄化触媒が提案
されている。

（発明が解決しようとする課題）しかるに、このＣｕを含有するＮＯｘ浄化触媒は、排気
ガスの空燃比がリーン状態で燃焼すると、ＮＯＸを効果
的に浄化できる反面、排気ガスの空燃比がリッチで且つ
温度が高いときには、ＮＯｘ浄化触媒の銅イオンが金属
銅に還元されて活性を失うという問題がある。

前記に鑑み、本発明は、排気ガスの空燃比がリッチで且
つ排気ガスの温度が高いときでも、ＮＯｘ浄化触媒の劣
化を防止するものである。

（課題を解決するための手段）前記の目的を達成するため、請求項（１）の発明は、Ｎ
Ｏｘ浄化触媒上流の排気ガスの温度及び空燃比を険出し
、排気ガスがＮＯｘ浄化触媒を劣化させる雰囲気のとき
に、該雰囲気をＮＯｘ浄化触媒が劣化しない雰囲気にす
るものである。

具体的に請求項（１）の発明の諦じた解決手段は、エン
ジンの排気系にＣｕを含有するＮＯｘ浄化触媒を備えた
エンジンの排気ガス浄化装置を前提とし、前記ＮＯｘ浄
化触媒の雰囲気を劣化しない雰囲気にする触媒保護手段
と、前記ＮＯｘ浄化触媒上流側の排気ガスの温度を検出
する排気ガス温度センサと、前記ＮＯｘ浄化触媒に流入
する排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、前
記排気ガス温度センサ及び空燃比検出手段からの出力信
号を受け、前記排気ガスの温度が所定値以上に高くなり
且つ空燃比が所定以上リッチになると前記触媒保護手段
を作動させる制御手段とを備える構成とするものである
。

また、請求項（３の発明では、ＮＯｘ浄化触媒の劣化を
防止すると共にＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を向上させる
ため、前記触媒保護手段をＮＯｘ浄化触媒の上流に二次
エアを供給する二次エア供給装置としたものである。

（作用）請求項（１）の発明の構成により、ＮＯｘ浄化触媒上流
側の排気ガスの温度が所定値以上に高くなり且つ空燃比
が所定以上リッチになると、つまりＮＯｘ浄化触媒が劣
化する状態になると、触媒保護手段が作動してＮＯｘ浄
化触媒の雰囲気を劣化しない雰囲気にする。

また、請求項（′２Ｊの発明の構成により、ＮＯｘ浄化
触媒上流側の排気ガスの温度が所定値以上になり且つ空
燃比が所定以上リッチになると、二次エア供給装置がＮ
Ｏｘ浄化装置の上流に二次エアを供給するため、排気ガ
スの空燃比がリーン傾向になってＮＯｘ浄化触媒の劣化
が防止されると共に、排気ガスの温度が低下してＮＯｘ
浄化触媒の浄化性能が向上する。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の第１大施例に係るエンジンの排気ガ
ス浄化装置がガソリンエンジンｌ０ＡＩ：適用された場
合の全体構成を示し、同図において、１２は吸気絞り弁
１２ａを介設し、ガソリンエンジンＩＯＡにエアを吸入
するための吸気管、１４はガソリンエンジンＩＯＡの各
シリンダへエアを配給するインテークマニホールド、１
６はガソリンエンジンＩＯＡの各シリンダから排出され
る排気ガスを集めるエキゾーストマニホールド、１８は
排気ガスを排出する排気管、２０は排気ガス中のＨＣ及
びＣＯを酸化させる酸化触媒である。

また、同図において、２２は排気ガス中のＮ。

×を還元するＮＯｘ浄化触媒であって、次のようにして
製造される。すなわち、ゼオライトの一種であるモルデ
ナイト［Ｎａ：Ｏ・ＡＩ：Ｃｈ　　・ｎ５ｉＯ：３のＮ
ａがＨで置換され、５１０２／Ａｌ２Ｏ３のモル比が１
０以上で、細孔径が７オングストロ一ム程度のものを準
備し、これを有機酸銅の水溶液に含浸させ、イオン交換
を起こさせてＣｕを担持させる。この場合、銅イオン交
換率が多いものほどＮＯｘの浄化率は高いと共に、Ｓｔ
０２／ＡＩ！０３のモル比が高いほど触媒性能が高い。

また、このＮＯｘ浄化触媒２２は、２Ｃｕ＋＋Ｎｏ−＋
２Ｃｕ２”＋Ｎ０−−＋２Ｃｕ”　＋Ｎ２　＋０．２に
示されるような分解反応を行なうことにより、ＮｏをＮ
、と０２に分解するものである。また、このＮＯｘ浄化
触媒２２は、第９図に示すように５００℃前後でＮＯに
対して高い浄化率を示す一方、５００℃以上或いは５０
０℃以下では浄化性能が低下するという特性を有してい
ると共に、他の触媒と比べてＮ０分解性能がかなり高い
。

また、第１図及び第２図において、２４は酸化触媒２０
より上流側の排気管１８と吸気絞り弁１２ａより下流側
の吸気管１２とを連通させ、排気ガスを排気管１８から
吸気管１２へと還流させるＥＧＲ通路、２６はＥＧＲ通
路２４を還流する排気ガス量を可変するＥＧＲバルブ、
２８は吸気絞り弁１２ａより下流側の吸気管１２とＥＧ
Ｒバルブ２６とを連通し、ＥＧＲバルブ２６に負圧を導
入する負圧導入通路、３０は負圧導入通路２８に介設さ
れ、ＥＧＲバルブ２６の開度をデユーティ制御により調
節するＥＧＲ用ソレノイドバルブである。

以上説明したＥｃＲａ路２４、ＥＧＲバルブ２６、負圧
導入通路２８及びＥＧＲ用ソリソレノイドバルブ３０っ
て、吸気系への排気ガスの還流量を調整するＥＧＲ装置
３２が構成されており、このＥＧＲ装置３２により排気
ガスを還流させると、燃焼室の熱容量が高められる結果
、排気ガス中へのＮＯＸ排出量が低減する。

また、第１図において、３６は二次エアの供給源である
エアポンプ、３８はエアポンプ３６と、排気管１８にお
ける酸化触媒２０及びＮＯｘ浄化触媒２２の間とを連通
させ、二次エアを排気管１８へ供給する二次エア通路、
４０は二次エア通路３６を流通する二次エア量を可変す
る二次エア調整バルブ、４２は吸気絞り弁１２ａより下
流側の吸気管１２と二次エア調整バルブ４０とを連通し
、二次エア調整バルブ４０に負圧を導入する負圧導入通
路、４４は負圧導入通路４２に介設され、二次エア調整
バルブ４０の開度をデユーティ制御により調節する二次
エア用ソレノイドバルブである。

以上説明した二次エアポンプ３６、二次エア通路３８、
二次エア調整バルブ４０、負圧導入通路４２及び二次エ
ア用ソレノイドバルブ４４によって触媒保護手段として
の二次エア供給装置４６が構成されており、この二次エ
ア供給装置４６により排気ガス中に二次エアが供給され
ると、ＮＯｘ浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃比
がり一ン傾向に移行すると共に排気ガスの温度が低下す
る。

また、第１図において、５０はエンジン冷却水温度を検
出する冷却水温度センサ、５１はエンジンへの吸気温度
を検出する吸気温度センサ、５４はＮＯｘ浄化触媒２２
上流側の排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサ
、５５はＮＯＸ浄化触媒２２に流入する排気ガスの空燃
比を検出する空燃比検出手段としての０２センサである
。

また、第１図において、６０ＡはＣＰＵ内蔵のコントロ
ールユニットであって、冷却水温度センサ５０からエン
ジン冷却水温度信号、吸気温度センサ５１からエンジン
への吸気温度信号、排気ガス温度センサ５４から排気ガ
ス温度信号、０２センサ５５からの空燃比信号、エンジ
ン回転数センサ５７からのエンジン回転数信号、エンジ
ン吸入負圧センサ５８からのエンジン負荷信号等を受け
、エンジン回転数信号及びエンジン負荷信号に基づきＥ
ＧＲ装置３２を作動させるか否かを判断すると共にＥＧ
Ｒ用ソリソレノイドバルブ３０ユーティ制御し、また、
排気ガス温度ｌ３号及び空燃比信号に基づき二次エア用
ソレノイドバルブ４４をデユーティ制御する。

この場合、コントロールユニット６０Ａは、排気ガス温
度センサ５４から排気ガス温度信号を受け、排気ガスの
温度がＮＯｘ浄化触媒２２の浄化性能が低下する状態に
なると、ＥＧＲ装置３２を作動させると共に、ＥＧＲ用
ソリソレノイドバルブ３０ユーティ制御して排気ガスの
還流量を増加してＮＯｘ浄化触媒２２の浄化性能の低下
を補う。

また、コントロールユニット６０Ａは、排気ガスの温度
が所定値以上に高くなり且つ空燃比が所定以上リッチに
なるε、触媒保護手段である二次エア供給装置４６を作
動させる制御手段を構成しており、第３図のフローチャ
ートに示すような方法で二次エア調整バルブ４０に対す
るデユーティ制御を行なう。

すなわち、ステップＳＡＩで、二次エア用ソレノイドバ
ルブ４４の開閉デユーティ値ＭＡを０に設定して二次エ
ア調整バルブ４０を全閉状態にすると共に、ステップＳ
Ａ２で、０２センサ５５により排気ガスの０２濃度を検
出して、空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する。

ステップＳＡ３で空燃比がリッチか否かを判断し、リッ
チでない場合には、ＮＯｘ浄化触媒２２が劣化するおそ
れがないためステップＳＡＩへ戻り、リッチの場合には
、ステップＳＡ４で排気ガス温度センサ５４により排気
ガス温度Ｔ１を検出する。

次に、ステップＳＡ５で、前記の排気ガス温度Ｔ１と、
ＮＯｘ浄化触媒２２が劣化する排気ガス温度として設定
された設定排気ガス温度Ｔ：！とを比較してＴｌ　＜”
ｒ２か否かを判断し、Ｔｌ　＜Ｔ２の場合には、ＮＯｘ
浄化触媒２２が劣化するおそれがないため、ステップＳ
Ａ６で、二次エア用ソレノイドバルブ４４の開閉デユー
ティ値ＭＡをそのままにしておく。

一方、ステップＳＡ５でＴｌ　ｋＴ、の場合には、ＮＯ
ｘ浄化触媒２２が劣化するのを防止するため、二次エア
用ソレノイドバルブ４４の開閉デユーティ値ＭＡとして
ＭＡ＋ＭＤ（但し、Ｍｏニ一定デユーティ値）を入れ、
空燃比をリーン傾向にする。

この場合、二次エア量については、第４図に示すエンジ
ン回転数及びインテークマニホールド１４におけるエン
ジン吸入負圧に基づく空燃比のマツプにより設定する。

つまり、エンジンが高回転、高負荷になるに伴って、排
気ガスの空燃比がリッチ化すると共に温度が高くなるの
で、それに従って二次エア量を増大させる。なお、同図
において、λは理論空燃比に対する実際の空燃比を割合
を示す。

二のようにして、エンジンが高負荷状態であって、排気
ガスの空燃比がリッチで温度が高いときに、ＮＯｘ浄化
触媒２２の上流側に二次エアが供給されるので、排気ガ
スの空燃比はリーン傾向になる。このため、排気ガスの
空燃比がリッチで温度が高いときに、ＮＯｘ浄化触媒２
２の銅イオンが金属銅に還元されて活性を失い、ＮＯｘ
浄化触媒２２が劣化する事態を防止できるので、ＮＯｘ
浄化触８２２の保護が図られる。また、二次エアがＮＯ
ｘ浄化触媒２２の上流に供給されるため、排気ガスの温
度が低下してＮＯｘ浄化触媒２２の浄化性能の向上も図
られる。

第５図は本発明の第２実施例に係る排気ガス浄化装置が
ガソリンエンジンＩＯＢに適用された場合の全体構成を
示し、同図において、１３．１３゜・・・は各シリンダ
に燃料を噴射、供給する燃料噴射弁、１５はエンジンの
吸入空気量を測定するエアフローメータ、１７はエンジ
ンのクランクシャフトの回転角を検出する回転角センサ
である。

また、本第２実施例においては、ＥＧＲ装置３２及び二
次エア供給装置４６が配設されていない代わりに、排気
ガスをＮＯｘ浄化触媒２２の外周側に設けられた排気ガ
スバイパス路６２と、ＮＯｘ浄化触媒２２の流入口の開
放と閉塞を行なうバイパスバルブ６４とを備えており、
これら排気ガスバイパス路６２及びバイパスバルブ６４
とによって、ＮＯｘ浄化触媒２２の雰囲気を劣化しない
雰囲気にする触媒保護手段６６が構成されている。

この第２実施例においては、ＮＯｘ浄化触媒２２が劣化
する条件、つまり排気ガスの空燃比がリッチで且つ温度
が高いときに、バイパスバルブ６４を閉塞状態にして、
排気ガスを排気ガスバイパス路６２から放出させる。こ
のようにすると、ＮＯｘ浄化触媒２２を劣化させる状態
の排気ガスがＮＯｘ浄化触媒２２を流通しないので、Ｎ
Ｏｘ浄化触媒２２の劣化が防止される。

前記のように、ＮＯｘ浄化触媒２２の外周側に排気ガス
バイパス路６２を設けると、排気ガスのバイパス時にＮ
Ｏｘ浄化触媒２２が急激に温度低下することを防止でき
、排気ガスがＮＯ×浄化触媒２２を流通するよう復帰し
た際におけるＮＯｘ浄化触媒２２の浄化性能の低下を防
止できる。

なお、バイパスバルブ６４に対する制御としては、全開
と全閉との２種類の制御をしてもよいし、ＮＯｘ浄化触
媒２２を劣化させる条件に応じてバイパスバルブ６４の
開度を制御するようにしてもよい。また、第６図に示す
ように、排気管１８の上半分に排気ガスバイパス路６２
を形成すると共に、下半分にＮＯｘ浄化触媒２２を配設
してもよい。

また、本第２実施例におけるコントロールユニット６０
Ｂは、エアフローメータ１５からの吸入空気量信号、回
転角センサ１７からクランクシャフトの回転角信号等を
受けて燃料噴射弁１３からの燃料噴射量、吸気絞り弁１
２ａの開度等を制御するほかに、空燃比信号、エンジン
回転数信号、エンジン負荷信号、バイパスバルブ６４か
らのバイパスバルブポジション信号等を受けてバイパス
バルブ６４の開閉を制御する。

次に、第７図のフローチャートに基づき、バイパスバル
ブ６４に対する第１の制御方法について説明する。

ステップＳＢＩでエンジン回転数及びエンジン吸入負圧
を検出し、ステップＳＢ２でこれらの検出結果から、空
燃比（Ａ／Ｆ）がリッチ運転領域であるか否かを判断す
る。

次に、ステップＳＢ２でリッチ運転領域でないと判断す
ると、ＮＯｘ浄化触媒２２が劣化するおそれがないので
、ステップＳＢ３でバイパスバルブ６４を全開して排気
ガスをＮＯｘ浄化触媒２２に流通させると共に、ステッ
プＳＢＩへ戻ってエンジン回転数及びエンジン吸入負圧
の検出を継続する。また、ステップＳＢ２でリッチ運転
領域であると判断すると、ステップＳＢ４で温度センサ
５４により排気ガス温度Ｔ１を検出する。

次に、ステップＳＢ５で、排気ガス温度Ｔ１が、排気ガ
スがＮＯｘ浄化触媒２２を劣化させる温度の下限として
設定された設定排気ガス温度Ｔ３（例えば８００℃）以
上であるか否かを判断する。

そして、Ｔ、＜’ｒ３の場合には、ＮＯｘ浄化触媒２２
が劣化するおそれがないので、ステップＳＢ６でバイパ
スバルブ６４を開放状態にすると共に、ステップＳＢＩ
へ戻る。また、Ｔ１≧Ｔ３の場合には、ＮＯｘ浄化触媒
２２が劣化するので、ステップＳＢ７でバイパスバルブ
６４を閉塞状態して排気ガスを排気ガスバイパス路６２
に流通させると共にステップＳＢＩに戻る。

次に、第８図のフローチャートに基づき、バイパスバル
ブ６４に対する第２の制御方法について説明する。

ステップＳＣＩでＯ！全センサ５により排気ガスの０２
濃度を検出し、この検出結果からステップＳＣ２で空燃
比（Ａ／Ｆ）がリッチ運転領域であるか否かを判断する
。

次に、ステップＳＣ２でリッチ運転領域でないと判断す
ると、ＮＯｘ浄化触媒２２が劣化するおそれがないので
、前記同様、ステップＳＣ３でバイパスバルブ６４を開
放状態にすると」（に、ステップＳＣＩへ戻って０２濃
度の検出を継続する。

また、ステップＳＣ２でリッチ運転領域であると判断す
ると、ステップＳＣ４で温度センサ５４により排気ガス
温度Ｔ１を検出する。

次に、ステップＳＣ５でＴ、ａＴ３であるか否かを判断
し、ＴＩ　＜’ｒ３の場合には、ＮＯｘ浄化触媒２２が
劣化するおそれがないので、ステップＳＣ６でバイパス
バルブ６４を開放状態にすると共に、ステップＳＣ１へ
戻る。また、Ｔ、ｋＴ３の場合には、ＮＯｘ浄化触媒２
２が劣化するので、ステップＳＣ７でバイパスバルブ６
４を閉塞状態にして排気ガスを排気ガスバイパス路６２
に流通させると共にステップＳＣＩへ戻る。

（発明の効果）以上説明したように、請求項（１）の発明に係るエンジ
ンの排気ガス浄化装置によると、ＮＯｘ浄化触媒の雰囲
気を劣化しない雰囲気にする触媒保護手段と、排気ガス
の温度が所定値以上に高くなり且つ空燃比が所定以上リ
ッチになると前記触媒保護手段を作動させる制御手段を
備えているため、排気ガスの温度及び空燃比がＮＯＸ浄
化触媒を劣化させる状態になると、触媒保護手段が作動
して体Ｏ×浄化触媒の雰囲気を劣化しない雰囲気にして
該ＮＯｘ浄化触媒の劣化を効果的に防止する。

また、請求項（２の発明に係るエンジンの排気ガス浄化
装置によると、触媒保護手段をＮＯＸ浄化触媒の上流に
二次エアを供給する二次エア供給装置としたため、ＮＯ
Ｘ浄化触媒上流側の排気ガスの温度が所定値以上に高く
なり且つ空燃比が所定以上リッチになると、ＮＯｘ浄化
装置の上流に二次エアが供給されるので、排気ガスがリ
ーン傾向になってＮＯＸ浄化触媒の劣化が防止されると
共に排気ガスが低温状態になってＮＯｘ浄化触媒の浄化
性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
エンジンの排気ガス浄化装置の全体縞威図、第２図はＥ
ＧＲ装置の断面図、第３図は前記ＥＧＲ装置の制御方法
を示すフローチャート図、第４図はエンジン回転数及び
エンジン吸入負圧に対応する空燃比のマツプ図、第５図
は本発明の第２実施例に係るエンジンの排気ガス浄化装
置の全体構成を示す断面図、第６図は前記第２実施例に
おける排気ガスバイパス路の変形例を示す断面図、第７
図及び第８図は各々前記第２実施例におけるバイパスバ
ルブに対する制御方法を示すフローチャート図、第９図
はＮＯｘ浄化触媒における排気ガス温度とＮＯＸ浄化性
能との関係を示す図である。ＩＣＬＡ、ＩＯＢ・・・ガソリンエンジン１２・・・吸
気管１８・・・排気管２０・・・酸化触媒２２・・・ＮＯｘ浄化触媒３６・・・エアポンプ３８・・・二次エア通路４０・・・二次エア調整バルブ４２・・・負圧導入通路４４・・・二次エア用ソレノイドバルブ４６・・・二次
エア供給装置（触媒保護手段）５４・・・排気ガス温度
センサ５５・・・０２センサ（空燃比検出手段）６０Ａ、６０
Ｂ・・・コントロールユニット６２・・・排気ガスバイ
パス路６４・・・バイパスバルブ６６・・・触媒保護手段第２図１＋ｉ、Ｉｔ）Ｂ　　・ガソリンエンジン１２・・吸気
前１８・υ１気責２０　・酸化触媒２２・・ＮＯｘ／′ｐ化触媒う６・エアポンプ３８゛・・二次エア通路４１〕　・二次エア調整バルブ４２・負圧導入通路４４・・・二次エア川ソレノイドバルブ４６・・・二次
エア供給装置（触媒保護手段）ら４・・・逃気ガス温度
センサ５５・・・Ｏ！センサ（空燃比検出Ｔ−段）６０Ａ、６
０Ｂ・・・コントロールユニット６２・逃気ガスバイパ
ス路６４・・・バイパスバルブ６６・触媒１呆、Ｌ！Ｔ段第図第６図排気η゛ヌ混７！（＠ｃ）第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの排気系にＣｕを含有するＮＯ＿ｘ浄化
触媒を備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、前
記ＮＯ＿ｘ浄化触媒の雰囲気を劣化しない雰囲気にする
触媒保護手段と、前記ＮＯ＿ｘ浄化触媒上流側の排気ガ
スの温度を検出する排気ガス温度センサと、前記ＮＯ＿
ｘ浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃
比検出手段と、前記排気ガス温度センサ及び空燃比検出
手段からの出力信号を受け、前記排気ガスの温度が所定
値以上に高くなり且つ空燃比が所定以上リッチになると
前記触媒保護手段を作動させる制御手段とを備えたこと
を特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
（２）前記触媒保護手段は、ＮＯ＿ｘ浄化触媒の上流に
二次エアを供給する二次エア供給装置である請求項（１
）に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。