JPH0374515A

JPH0374515A - エンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0374515A
Application number: JP20914889A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; Kazuya Komatsu; 一也小松; Tsugio Hatsuhira; 次男服平; Hisayuki Yamane; 久幸山根; Hirobumi Yamauchi; 山内　博文
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ＨＣ及びＣＯの量は減少しているが、ＮＯＸに対する
対策が遅れているので、都市部を中心にして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Ｎ　Ｈ３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、排気ガスの空燃比がリーン状態で
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
化することができる触媒としてＣＵを含有するＮＯｘ浄
化触媒が捉案されている。

（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、第３
図に示すように、該触媒を流通する排気ガスの温度によ
って浄化性能が異なり、排気ガス温度が５００℃付近の
ときに浄化性能がピークで、この温度以上或いはこの温
度以下では浄化性能が低下するという問題がある。

このため、Ｃｕを含有するＮＯｘ浄化触媒を用いても、
排気ガスの温度によっては、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能
が十分でないため、ＮＯＸを十分に浄化できない場合が
ある。

前記に鑑み、本発明は、排気ガスの幅ｙ太い温度領域に
おいて、ＣＩ４を含有するＮＯｘ浄化触媒の浄化性能を
高めようとするものである。

（課題を解決するための手段）本発明は、排気ガスの空間速度が速いほどＣｕを含有す
るＮＯｘ浄化触媒の浄化性能のピークが高温側に移行し
、逆に排気ガスの空間速度が遅いほど浄化性能のピーク
が低温側に移行するという知見に基づき威されたもので
あって、排気ガス温度が低いときには排気ガスの空間速
度を遅くし、排気ガス温度が高いときには排気ガスの空
間速度を速くするものである。

具体的に本発明の講じた解決手段は、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浄化触媒中を流
通する排気ガスの空間速度を可変する排気ガス速度可変
手段と、前記ＮＯｘ浄化触媒上流側の排気ガス温度を検
出する排気ガス温度センサと、該排気ガス温度センサか
らの出力信号を受け、前記排気ガス温度が低いときには
該排気ガスの空間速度が遅くなり、前記排気ガス温度が
高いときには該排気ガスの空間速度が速くなるよう前記
排気ガス速度可変手段を制御する制御手段とを備える構
成とするものである。

（作用）前記の構成により、排気ガス温度が低いときには、排気
ガスの空間速度が遅くなるため、ＮＯｘ浄化触媒の浄化
性能のピークが低温側に移行し、高い浄化性能を得られ
る。また、排気ガス温度が高いときには、排気ガス速度
が速くなるため、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能のピークが
高温側に移行し、やはり高い浄化性能が得られる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の一実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１０に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１０にエアを吸入するため
の吸気管、１４はガソリンエンジン１０の各シリンダに
エアを配給するインテークマニホールド、１６はガソリ
ンエンジン１０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は酸化触媒２０の下流側に配
設され、Ｃｕを含有するＮＯｘ浄化触媒としての大きい
容量を有する大容量触媒、２４は大容量触媒２２の下流
側に配設され、Ｃｕを含有するＮＯｘ浄化触媒としての
小さい容量を有する小容量触媒である。この場合、大容
量触媒２２の容積は、約５００℃の排気ガス温度のとき
に浄化性能がピークになるような空間速度が得られるよ
うに設定されており、また、小容量触媒２４の容積は大
容量触媒２２の約２分の１程度の容積に設定されている
。そして、具体的には小容量触媒２４の断面積を大容量
触媒２２の約２分の１にすると共に両者の長さを路間等
にし、大容量触媒２２の容量を約１９、小容量触媒２４
の容量を約０゜５交に設定する。

これら大容量触媒２２及び小容量触媒２４は次のように
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［Ｎａ２０−Ａｌ２０３−　ｎＳ　ｉ　Ｏ：
　］のＮａがＨで置換され、Ｓｉ０、／Ａ１．０３のモ
ル比が１０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、Ｓ　ｉ０２　／Ａｌ２Ｏ３のモル比が高いほど触媒
活性が高い。

そして、これらの大容量触媒２２及び小容量触媒２４は
、２Ｃｕ”　＋ＮＯ−２Ｃｕ２”＋ＮＯ−″→２Ｃｕ　
　＋Ｎ２　＋０２で示されるような分解反応をすること
により、ＮＯをＮ２と０２に分解するものであって、前
記のように５００℃前後でＮＯに対する高い浄化率を有
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、同図において、２６は大容量触媒２２の上流側と
下流側とを連通させ、大容量触媒２２をバイパスする大
容量触媒バイパス管、２８は小容量触媒２４の上流側と
下流側とを連通させ、小容量触媒２４をバイパスする小
容量触媒バイパス管、３１は大容量触媒２２の上流に配
設され、大容量触媒２２に流入する排気ガスの流量を調
整する第１調節弁、３２は大容量触媒バイパス管２６の
下流端に配設され、排気管１８から大容量触媒バイパス
管２６への逆流を阻止する第２調節弁、３３は小容量触
媒バイパス管２６の上流端に配設され、小容量触媒バイ
パス管２６に流入する排気ガスの流量を調整する第３調
節弁、３４は小容量触媒２４の上流に配設され、小容量
触媒２２に流入する排気ガスの流量を調整する第４　：
５３１ｉｉＪ弁である。そして、以上説明した大容量触
媒２２、小容量触媒２４、大容量触媒バイパス管２６、
小容量触媒バイパス管２８及び第１、第２、第３、第４
調節弁３１．３２．３３．３４によって、ＮＯｘ浄化触
媒中を流通する排気ガスの空間速度を可変にする排気ガ
ス速度可変手段３６が構成されている。また、同図にお
いて、３８は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である。

さらに、同図において、４０は排気ガスの温度が低いと
きには該排気ガスの空間速度を遅くし、排気ガスの温度
が高いときには該排気ガスの空間速度を速くするよう排
気ガス速度可変手段を制御する制御手段としてのＣＰＵ
内蔵のコントロールユニットであって、このコントロー
ルユニット４０は、排気ガス温度信号に基づき、第１、
第２、第３、第４調節弁３１，３２，３３．３４の開閉
を次のように制御する。

すなわち、排気ガス温度がＣｕを含有するＮＯｘ浄化触
媒の浄化性能のピーク領域に近いとき、例えば４５０〜
６００℃のときには、第１、第３調節弁３１．３３を開
放する一方、第２、第４調節弁３２．３４を閉塞する。

このようにすると、排気ガスは大容量触媒２２及び小容
量触媒バイパス管２８を流通するので、排気ガスは、大
容量触媒２２の浄化性能がピークとなるような空間速度
で大容量触媒２２を流通する。

また、排気ガス温度が前記ピーク領域より低いとき、例
えば４５０℃以下のときには、第１、第４調節弁３１．
３４を開放する一方、第２、第３調節弁３２．３３を閉
塞する。このようにすると、排気ガスは大容量触媒２２
及び小容量触媒２４を流通するため空間速度が遅くなる
ので、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能のピークは低温側に移
行する。

このため低温の排気ガスに対して高いＮＯＸ浄化率が得
られる。

さらに、排気ガス温度が前記ピーク領域より高いとき、
例えば６００℃以上のときには、第２、第４．Ｍ節介３
２，３４を開放する一方、第１、第３調節弁３１．３３
を閉塞する。このようにすると、排気ガスは大容量触媒
バイパス管２６及び小容量触媒２４を流通するため空間
速度が速くなるので、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能のピー
クは高温側に移行する。このため、高温の排気ガスに対
して高いＮＯｘ浄化率が得られる。

以下、本発明を評価するために行なったＮＯｘ浄化性能
テストについて説明する。

このテストは、エンジン容積：１．３Ｑｓ工ンジン回転
数：２００Ｏｒｐｍ　（５ｋｇ／ｃｒｎ２）、空燃比：
１５．Ｏ１大容量触媒２２の容積：ＩＱ、小容量触媒２
４の容積：０．５Ｑの条件下で行なった。また、このテ
ストにおいて、第１、第４調整弁３１．３４を開放し、
第２、第３：Ａ整弁３２゜３３を閉塞するパターンをバ
ルブ動作１型とし、第１、第３調節弁３１．３３を開放
し、第２、第４調節弁３２．３４を閉塞するパターンを
バルブ動作２型とし、第２、第４調節弁３２．３４を開
放し、第１、第３調節弁３１．３３を閉塞するパターン
をバルブ動作３型とし、排気ガスの空間速度はバルブ動
作１型のときに３２０００Ｈ’、バルブ動作２型のとき
に４８０００「１、バルブ動作２型のときに９６０００
「ｌであった。

前記のＮＯｘ浄化性能テストにおける排気ガス温度とＮ
Ｏｘ浄化率との関係は第２図に示す通りであって、排気
ガス温度の上昇に伴い、バルブ動作１型によるＮＯｘ浄
化で浄化性能が低下し始めたときにバルブ動作２型に移
行し、バルブ動作２型によるＮＯｘ浄化で浄化性能が低
下し始めたときにパルプ動作３型に移行するので、幅広
い領域において高い浄化性能を得ることができた。

（発明の効果）以上説明したように本発明に係るエンジンの排気ガス浄
化装置によると、排気ガス温度が低いときには、排気ガ
スの空間速度が近くなってＮＯＸ浄化触媒の浄化性能の
ピークが低温側に移行し、排気ガス温度が高いときには
、排気ガス速度が速くなってＮＯｘ浄化触媒の浄化性能
のピークが高温側に移行するので、排気ガスの幅広い温
度領域において、Ｃｕを含有するＮＯｘ浄化触媒の浄化
性能が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるエンジンの排気ガス浄
化装置の全体構成図、第２図は前記エンジンの排気ガス
浄化装置に対して行なったＮＯＸ浄化性能のテスト結果
、第３図はＮＯｘ浄化触媒における排気ガス温度とＮＯ
ｘ浄化性能との関係を示す図である。１０・・・ガソリンエンジン１２・・・吸気管１８・・・排気管２０・・・酸化触媒２２・・・大容量触媒（ＮＯｘ浄化触媒）２４・・・小
容量触媒（ＮＯｘ浄化触媒）２６・・・大容量触媒バイ
パス管２８・・・小容量触媒バイパス管３１・・・第１調節弁３２・・・第２調節弁３３・・・第３調節弁３４・・・第４調節弁３６・・・排気ガス速度可変手段３８・・・排気ガス温度センサ

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浄化触媒中を流通する排気ガスの空間速度
を可変にする排気ガス速度可変手段と、前記ＮＯ＿ｘ浄
化触媒上流側の排気ガス温度を検出する排気ガス温度セ
ンサと、該排気ガス温度センサからの出力信号を受け、前記排気
ガス温度が低いときには該排気ガスの空間速度を遅くし
、前記排気ガス温度が高いときには該排気ガスの空間速
度を速くするよう前記排気ガス速度可変手段を制御する
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。