JPH0374560A

JPH0374560A - エンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0374560A
Application number: JP1209147A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Komatsu; 一也小松; Hiroshi Murakami; 浩村上; Hisayuki Yamane; 久幸山根; Tsugio Hatsuhira; 次男服平; 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
Anticipated expiration: 2014-08-16
Also published as: JP2933644B2

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ＨＣＳＣｏ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ｔこ示
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、第１
０図に示すように、触媒を通過する排気ガス温度によっ
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以下では
浄化性能が低下するという問題がある。

一方、ＮＯｘは燃焼過程においてＮごと燃え残りの０２
とが反応して生成されるものであり、燃焼ガス温度が高
温のときに多く生成されるという特性を有している。

このため、燃焼ガス温度が高いときには、Ｃｕを含有す
るＮＯｘ浄化触媒を用いても、大気中に放出されるＮ０
ｘＱが多くならざるを得ないという問題がある。

前記に鑑み、本発明は、燃焼ガス温度が高いときでも大
気中に放出されるＮＯｘ量を低減させようとするもので
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、本発明は、排気ガス温度が
設定値以上になり、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能が低下し
たときに、ＥＧＲ装置による排気ガス還流量を増加させ
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、吸気系への排気ガスの還流
量を調整するＥＧＲ装置と、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、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
スの温度が設定値以上になると前記排気ガスの還流量を
増加させるよう前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手
段とを備えた構成とするものである。

（作用）前記の構成により、ＮＯｘ浄化触媒上流側の排気ガス温
度が設定値になると、つまり排気ガス温度が上昇し、Ｎ
ＯＸ浄化触媒のＮＯｘ浄化性能が低下する状態になると
、ＥＧＲ制御装置が排気ガス還流量を増加させるため燃
焼室における熱容量が高まり、排気ガス中に排出される
ＮＯｘが低減する。

（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、本発明の第１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ＩＯＡ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１
２ａ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、１６
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ＮＯＸ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［
Ｎａ２０１ＩＡｌ二〇３　・ｎ５ｔ０２］のＮａがＨで
置換され、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３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、５ｉＯｚ／Ａ
Ｉ＝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　＋０２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Ｎｏ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（；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ＥＧＲ通路２４、ＥＧＲバルブ２６、負圧
導入通路２８、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３
２が構成されており、このＥＧＲ装ｒＩｔ３２により、
排気ガスが混合気に追加され、燃焼室の熱容量が高めら
れる結果、排気ガス中に排出されるＮＯｘ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、酸化触媒２０と
ＮＯｘ浄化触媒２２との間の排気管１８とを連通させ、
二次エアを排気管１８へ供給させる二次エア通路、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とを迎通し、二
次エア調整バルブ４０に負圧を供給する負圧導入通路、
４４は負圧導入通路４２に介設され、二次エア調整パル
プ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によって二次エア供給装置４
６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、５２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。

また、第１図において、６０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５２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、エンジン回転数センサ５７からエンジン回転
数信号、エンジン吸入負圧センサ５８からエンジン負荷
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ＥＧＲ装置３２を作動させるか否かを判断す
ると共に、排気ガス温度信号に基づき、ＥＧＲ用ソリソ
レノイドバルブ３０二次エア用ソレノイドバルブ４４を
各々デユーティ制御する。そして、このコントロールユ
ニット６０は、排気ガスの温度が設定値以上になると吸
気系への排気ガスの還流量を増加させるようＥＧＲ装置
３２を制御するＥＧＲ制御手段を構成している。

次に、第３図のフローチャートに基づき、ＥＧＲバルブ
２６に対するデユーティ制御について説明する。

ステップＳＡＩ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ＳＡ２でこれらの検出結果から自動
車のドライバビリティを検討して、ＥＧＲ装置３２を作
動させても不都合が無いＥＧＲ領域か否かを判断する。

次に、ステップＳＡ２でＥＧＲ領域でないと判断すると
、ステップＳＡＩ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一方、ステップＳＡ２でＥＧ
Ｒ領域であると判断すると、ステップＳＡ３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。

ステップＳＡ４で、排気ガス温度Ｔ１と、ＮＯｘ浄化触
媒２２のＮＯｘ浄化率が最高となるよう設定された設定
排気ガス温度Ｔ２　（例えば５００℃）とが一致するか
否かを判断する。そして、これらが一致している場合に
は、ＮＯｘ浄化触媒２２が最大限に機能しているためＥ
ＧＲ装置３２を作動させる必要がないので、ステップＳ
Ａ５でＥＧＲ用ソリソレノイドバルブ３０閉すると共に
、ステップＳＡＩ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。

一方、ステップＳＡ４で排気ガス温度Ｔ１が設定排気ガ
ス温度Ｔごと一致しない場合には、Ｎ。

×浄化触媒２２が最大限に機能していないためＥＧＲ装
置３２を作動させてＮＯＸ排出量を抑制する必要がある
ので、ステップＳＡ６で排気ガス温度Ｔ１と設定排気ガ
ス温度Ｔ２とのずれ量を算出した後、ステップＳＡ７で
前記ずれ量に応じてＥＧＲ用ソリソレノイドバルブ３０
ユーティ制御し、排気ガスの吸気系への還流量を制御す
る。この場合、ＥＧＲ率については、第４図に示すエン
ジン回転数及び平均有効圧（エンジン負荷に相当する）
に基づく排気ガス温度マツプ、及び第５図に示すエンジ
ン回転数及び平均有効圧に基づ（ＥＧＲ率マツプにより
設定する。つまり、第４図及び第５図に示されているよ
うに、排気ガス温度が５００℃近辺ではＥＧＲ率は０％
に設定し、排気ガス温度が５００℃より離れるに従って
ＥＧＲ率を増加させる一方、エンジン回転数及び平均有
効圧がかなり大きい領域ではＥＧＲ率を０％に設定する
ことが好ましい。

第６図は排気ガス温度と、ＮＯｘ浄化率及びＥＧＲｍと
の関係を示し、前記のように制御することにより、ＮＯ
ｘ浄化率が高い領域ではＥＧＲ還流量を減少させ、ＮＯ
ｘ浄化率が低下する領域でＥＧＲ還流量を増加させるこ
とができる。このため、ドライバビリティの悪化防止及
びインターナル系損傷防止のためには本来作動させるこ
とが好ましくないＥＧＲ装置３２を、排気ガス温度が高
く浄化率が低下する領域でのみ作動させることができる
。

第７図は、本発明の第２実施例に係るエンジンの排気ガ
ス浄化装置がディーゼルエンジンＩＯＢに適用された場
合の全体構成を示し、前記第１実施例と同様、吸気管１
２、インテークマニホールド１４、エキゾーストマニホ
ールド１６、排気管１８、ＮＯＸ浄化触媒２２が配設さ
れている。なお、同図において、１５は燃料を噴射、供
給する燃料噴射ポンプ、５３はエンジンへの吸気圧を検
出する吸気圧センサ、５５はＮＯｘ浄化触媒２２下流側
の排気管１８に配設され、排気ガス中の酸素濃度を検出
する０２センサである。

本￥Ｓ２実施例では、ディーゼルエンジンの排気ガス中
にはＨＣ及びＣＯが殆ど放出されないため、酸化触媒２
０が配設されていない。一方、ディーゼルエンジンでは
、排気ガス中の微粒子が問題になるので、微粒子を濾過
するＤＰＦ　（ディーゼルパティキュレートフィルター
）２１がＮＯｘ浄化触媒２２の上流側に配設されている
と共に、ＤＰＦ２１に付６ｔ、た微粒子を燃焼、除去す
るバーナーがＤＰＦ２１の上流側に配設されている。

また、本第２実施例では、第７図及び第８図に示すよう
に、ＥＧＲ通路２４はＤＰＦ２１の上流側及びＮＯＸ浄
化触媒２２の下流側の各々で排気管１８に連通し、これ
ら連通部近傍のＥＧＲ通路２４にＥＧＲバルブ２６Ａ、
２６Ｂが各々介設され、負圧導入通路２８Ａ、２８Ｂは
各々オルタネータに装着された真空ポンプ２９に連通し
、各負圧導入通路２８Ａ、２８Ｂ＋、ｍＥＧＲ用ソレノ
イドバルブ３０Ａ、３０Ｂが各々介設されており、これ
らＥＧＲ通路２４、ＥＧＲバルブ２６Ａ、２６Ｂ１負圧
導入通路２８Ａ、２ＳＢＳＥＧＲ用ソレノイドパルプ３
０Ａ、３０Ｂ及び真空ポンプ２９によってＥＧＲ装置３
２が構成されている。

この場合、エンジンの低負荷時にはＤＰＦ２１の上流側
から排気ガスを取出し、エンジンの高負荷時にはＮＯｘ
浄化触媒２２の下流側から排気ガスを取出すようにＥＧ
Ｒ用ソリソレノイドバルブ３０Ａ０Ｂを各々制御する。

このようにすると、低負荷時には、排気ガス温度が低く
、ＮＯｘ浄化触媒２２の浄化性能が低いが、上流側から
排気ガスを取出すことにより高温の排気ガスが得られ、
エンジンの燃焼性能が向上する。また、高負荷時には、
排気ガスがＮＯｘ浄化触媒２２を通過することにより、
ＮＯｘが０２とＮ、とに分解され、比熱の高い排気ガス
が吸気系に還流されるので、燃焼温度が低下してＮＯｘ
の排出量が低減する。

また、本第２実施例では、吸気管１２におけるＥＧＲ通
路２４との連通部より上流側に吸気絞り弁１２ａが配設
されている。その理由は、ディーゼルエンジンでは、吸
気圧と排気圧との差が小さいため、排気ガスがＥＧＲ通
路２４から吸気管１２へ流入しにくい。そこで、排気ガ
スを還流する際、この吸気絞り弁１２ａを絞って所定の
吸気圧にし、排気ガスを還流させ易くするためである。

もっこも、この場合でも、排気ガスの還流量は前記第１
実施例と同様に、ＥＧＲバルブ２６Ａ、２６Ｂの開度を
調節することによって調整する。

さらに、本第２実施例における二次エア供給装置４６は
、前記第１実施例と同様、二次エア通路３６、エアポン
プ３８、二次エア３３！！バルブ４０、負圧導入通路４
２及び二次エア用ソレノイドバルブ４４を備えているが
、前記第１実施例と異なり、負圧導入通路４２の負圧導
入側は前記真空ポンプ２つに接続されている。

次に、第９図のフローチャートに基づき、二次エア調整
バルブ４０に対するデユーティ制御について説明する。

まず、ステップＳＢＩ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Ｏに設定して二次エア調
整バルブ４０を全開状態にすると共に、ステップＳＢ２
で、０２センサ５５により排気ガス中の酸素濃度を検出
して、空燃比（Ａ／Ｆ）を計測する。

ステップＳＢ３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ＳＢＩへ戻り、リッチの場合には
、ステップＳＢ４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ＳＢ５で、排気ガス温度Ｔ１と、ＮＯｘ
浄化触媒２２が劣化する領域として設定された設定排気
ガス温度Ｔ３とを比較してＴ、　＜７３か否かを判断し
、Ｔ１くＴ３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ＳＢ６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ＳＢ５でＴ１≧Ｔ３の場合には、ＮＯｘ
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Ｍ
Ａ＋ＭＤ（但し、ＭＤニ一定デユーティ値）を入れ、空
燃比をリーン状態にする。

このようにして、エンジンが高負荷、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が劣化する事態を未然に防止できるので、ＮＯｘ
浄化触媒２２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、排気ガス温度
が低下してＮＯｘ浄化触媒２２の浄化性能の向上を図ら
れる。

（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、ＥＧＲ装置と、排気ガス温度が設定
値以上になると排気ガス還流量を増加させるＥＧＲ制御
手段とを備えているため、排気ガス温度が上昇し、ＮＯ
ｘ浄化触媒のＮＯＸ浄化性能が低下する状態になると、
ＥＧＲ制御装置が排気ガス還流量を増加させるので、排
気ガス中のＮＯｘが低減する。このように、本発明によ
ると、燃焼ガス温度が高くないときにはＣｕを含有する
ＮＯＸ浄化触媒がＮＯｘを浄化し、燃焼ガス温度が高い
ときにはＥＧＲ装置がＮＯｘ排出量を低減させるので、
いずれの場合にも大気中に放出されるＮ０ｘｆｆｉが低
減する。

【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構成図、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
平均有効圧に対応する排気ガス温度のマツプ図、第５図
はエンジン回転数及び平均有効圧に対応するＥＧＲ率の
マツプ図、第６図は排気ガス温度とＥＧＲ量との関係を
示す図、第７図〜第９図は本発明の第２実施例を示し、
第７図はエンジンの排気ガス浄化装置の全体構成図、第
８図はＥＧＲ装置の断面図、第９図は二次エア供給装置
の制御方法を示すフローチャート図、第１０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。１０Ａ・・・ガソリンエンジン１０Ｂ・・・ディーゼルエンジン１２・・・吸気管１８・・・排気管２０・・・酸化触媒２１・・・ＤＰＦ２２・・・ＮＯｘ浄化触媒２４．２４Ａ、２４Ｂ・・・ＥＧＲ通路２６．２６Ａ、
２６Ｂ・・・ＥＧＲバルブ２８．２８Ａ、２８Ｂ・・・
負圧導入通路２９・・・真空ポンプ３０．３０Ａ、３０Ｂ・・・ＥＧＲ用ソリソレノイドバルブ・・・ＥＧＲ装置５４・・・排気ガス温度センサ６０・・・コントロールユニット６０−−−］−−−Ｊ第３図排ληズ温崖第６図第〕○ 力１気ηス混Ｍ＜’Ｃ）図第４図０６１０工）ジ゛７回転数第図第図第８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、吸
気系への排気ガスの還流量を調整するＥＧＲ装置と、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、該排気ガス温度センサからの出
力信号を受け、前記排気ガスの温度が設定値以上になる
と前記排気ガスの還流量を増加させるよう前記ＥＧＲ装
置を制御するＥＧＲ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。