JPH04284117A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH04284117A
JPH04284117A JP3072057A JP7205791A JPH04284117A JP H04284117 A JPH04284117 A JP H04284117A JP 3072057 A JP3072057 A JP 3072057A JP 7205791 A JP7205791 A JP 7205791A JP H04284117 A JPH04284117 A JP H04284117A
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、排気系にリーンＮＯｘ
触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平１−１３０７３５号公報、特開平
１−１３５５４１号公報は、空燃比リーンの排気中にお
いても、ＨＣ（炭化水素）の存在下で、ＮＯｘを還元で
きる、遷移金属あるいは貴金属を担持せしめた触媒、い
わゆるリーンＮＯｘ触媒を開示している。リーンＮＯｘ
触媒がＮＯｘを還元するにはＨＣが必要であり、特開昭
６３−２８３７２７号公報は、ＨＣ供給装置を設けて、
ＨＣが不足する場合、たとえばＨＣのＣＯ２　への直接
酸化によって相対的にＨＣが不足する排気高温時に、Ｈ
Ｃを連続的に供給することを開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、排気高温時に
ＨＣを供給しても、大半のＨＣが直接酸化されてＣＯ２
　とＨ２　Ｏになり、ＮＯｘの還元に有効に働らかず、
ＨＣの供給量のわりにはリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化
率が向上しない。また、ＨＣの供給量を連続的に増やす
と、リーンバーンとしてのメリット、低燃費が失われる
。さらに、ＨＣの供給量の連続的増加によって、リーン
ＮＯｘ触媒でのＨＣ酸化による発熱が大きくなり、触媒
床温が上昇し、触媒劣化がはげしくなるという問題もあ
った。
【０００４】本発明は、ＨＣを供給することによってリ
ーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を向上させる場合に、供
給されたＨＣをリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率の向上
に有効に働らかしめることができる、しかも触媒の熱劣
化等の不具合をほとんど伴わない、内燃機関の排気浄化
装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明に係
る内燃機関の排気浄化装置が次の手段を備えることによ
って達成される。排気系にリーンＮＯｘ触媒を備えた内
燃機関、前記リーンＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中の
ＨＣ量を増加させることの可能なＨＣ増量手段、前記リ
ーンＮＯｘ触媒の触媒床温を判断する触媒床温判断手段
、および前記触媒床温判断手段が触媒床温が低温状態に
あると判断したとき前記ＨＣ増量手段を間欠的に作動さ
せるＨＣ増量手段作動手段。
【０００６】
【作用】上記本発明の内燃機関の排気浄化装置において
は、排気低温時に、ＨＣ増量手段作動手段がＨＣ増量手
段を作動させて、リーンＮＯｘ触媒に流入するＨＣ量を
増加する。比較的低温のためＨＣの直接酸化が抑えられ
て部分酸化が促進され、活性種が多量生成される。この
活性種はリーンＮＯｘ触媒の細孔中に数分間保持される
。ＨＣ増量手段は間欠的に、すなわち繰返し作動される
ので、リーンＮＯｘ触媒の多数の細孔には連続的に多量
の活性種がホールドされることとなる。そして、次にリ
ーンＮＯｘ触媒の触媒床温が上昇してＨＣが不足する運
転領域になったときに、ホールドされていた活性種を使
いきるまで、高いＮＯｘ浄化率が得られる。また、リー
ンＮＯｘ触媒は昇温時の方が定常時や降温時よりも高い
ＮＯｘ浄化率を示すことができる。上記の細孔にホール
ドされた活性種が触媒床温上昇時に用いられるとき高い
ＮＯｘ浄化率を示せる条件下で用いられることになるの
で、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率はさらに向上する
。また、ＨＣ増量手段作動手段はＨＣ増量手段を間欠的
に作動せしめるので、ＨＣエミッションの増加や触媒の
熱劣化を、従来のＨＣの連続供給の場合に比べて、大幅
に抑制できる。
【０００７】
【実施例】以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置の望ましい実施例を、図面を参照して説明する。図２
において、希薄燃焼可能な内燃機関２（ディーゼル機関
であってもよいが図示例はガソリン機関の場合を示す）
の排気系４には、リーンＮＯｘ触媒６が配設されている
。ここで、リーンＮＯｘ触媒は、遷移金属あるいは貴金
属を担持せしめたゼオライトからなり、酸化雰囲気（ス
トイキよりリーン側の酸素過剰雰囲気）中、ＨＣ存在下
で、ＮＯｘを還元する触媒として定義される。
【０００８】さらに、リーンＮＯｘ触媒６に流入する排
気ガス中のＨＣ量を増加させることが可能なＨＣ増量手
段が設けられる。ＨＣ増量手段はたとえばＨＣ源２６と
ＨＣの供給をＯＮ、ＯＦＦするＨＣ制御弁３２とからな
る。ＨＣ源２６はＨＣボンベであってもよいし、燃料の
一部であってもよい。ＨＣ増量手段は、内燃機関２の燃
焼室に設けられる点火栓８とその点火タイミング制御手
段であってもよい。点火時期を進角側に制御すると排気
中のＨＣは増大される。ＨＣ増量手段は、吸気系１０に
設けられた燃料噴射弁とその噴射タイミング制御手段で
あってもよい。ＨＣ増量手段は、排気ガス再循環（ＥＧ
Ｒ）装置であってもよい。ＥＧＲ弁２８を開にして排気
の一部を吸気系１０に再循環させると、燃焼性が若干犠
牲になって排気中のＨＣ量が増える。
【０００９】上記ＨＣ増量手段を制御するための各種運
転条件を検出するために、種々のセンサが設けられる。 吸気系１０には吸気圧センサ１４、吸入空気量センサ（
フローメータ）１６が設けられ、排気系１８には排気温
センサ１８が設けられる。またクランクシャフトに連動
するディストリビュータには、クランク角度センサ２２
、基準クランク角度センサ２４が内蔵されている。各種
センサ１４、１６、１８、２２、２４の出力は制御装置
２０に入力され、制御装置２０の出力に従って、燃料噴
射弁１２、点火栓８、ＥＧＲ弁２８、ＨＣ制御弁３２等
の作動が制御される。
【００１０】制御装置２０はマイクロコンピュータから
成り、アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ
コンバータ２０ｆ、２０ｇ、２０ｈ、入力インターフェ
イス２０ｄ、演算を実行するセントラルプロセッサユニ
ット（ＣＰＵ）２０ａ、読出し専用メモリであるリード
オンリメモリ（ＲＯＭ）２０ｂ、一時記憶用メモリであ
るランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０ｃ、制御すべ
き機器に指令を出力するアウトプットインターフェイス
２０ｅ、指令信号を駆動信号にする駆動回路２０ｉ、２
０ｊ、２０ｋ、２０ｌ、これらを相互に連絡する双方向
性バス２０ｍを有する。
【００１１】ＨＣ増量手段の作動を制御するための演算
ルーチン、たとえば図１に示すような演算ルーチンが、
ＲＯＭ２０ｂに記憶されており、ＣＰＵ２０ａに呼出さ
れて演算が実行される。図１のルーチンは、一定時間毎
に、あるいは一定クランク角度毎に、割込まれる。一定
クランク毎割込みとする場合は、基準クランク角度セン
サ２４の出力を基準とすることができる。
【００１２】図１のルーチンにおいて、まず、ステップ
１０２で、リーンＮＯｘ触媒６の触媒床温が所定温度、
たとえば４００℃、以下か否かが判定される。所定温度
以下とする理由は、所定温度以上であるとＨＣの直接酸
化が促進されるので、ＨＣの部分酸化とそれによって生
成された活性種の触媒細孔内へのホールドが円滑に進ま
なくなるからである。ここで、ステップ１０２は触媒床
温判断手段を構成する。触媒床温の判断は、吸入空気量
センサ１６の出力である吸入空気量Ｑとクランク角度セ
ンサ２２の出力である機関回転数Ｎとから求まる機関負
荷Ｑ／Ｎと、Ｎと時間とから演算される機関回転速度Ｎ
Ｅとから、予め定めたマップを用いて触媒床温を求めて
もよいし、あるいは排気温センサ１８の出力を用いても
よい。また、減速時の燃料カット時、アイドル時も触媒
床温は低下するので、燃料噴射タイミング演算における
噴射時間＝０の信号、或いはスロットル弁３０の開度が
所定値以下の信号により、触媒床温が所定温度以下とみ
なしてもよい。
【００１３】ステップ１０２において、触媒床温が所定
温度以上のときは、そのままリターンし、所定温度より
低いときにのみステップ１０４−１２６へと進む。ステ
ップ１０４−１２６はＨＣ増量手段を間欠的に作動せし
めるＨＣ増量手段作動手段を構成する。ステップ１０４
−１２６は、ＨＣ増量手段を一定時間ＯＮとするステッ
プ１０４−１１４と、ＨＣ増量手段を一定時間ＯＦＦと
するステップ１１６−１２６とにわかれる。
【００１４】ステップ１０４において、まずＨＣ増量が
ＯＮされていることを示すフラグであるＨＣＯＮＦＬＡ
Ｇが１（１のときがＨＣ増量ＯＮ）か否かを判定する。 ＨＣＯＮＦＬＡＧが０のとき、すなわち今までＨＣ増量
手段がＯＮになっていないときは、ステップ１０６に進
んで、ＨＣ増量手段をＯＮにしてＨＣの増量を始める。 次いで、ステップ１０８に進んでＨＣＯＮＦＬＡＧを１
とし、かつＨＣ増量手段がＯＦＦされていることを示す
フラグであるＨＣＯＦＦＦＬＡＧを０（１のときがＨＣ
増量停止ＯＮ）とおく。ステップ１０４にてＨＣＯＮＦ
ＬＡＧが１と判定されたときは、そのままＨＣ増量をホ
ールドすればよいから、ステップ１０６、１０８をスキ
ップしてステップ１１０に進む。
【００１５】ステップ１１０ではＨＣ増量がＯＮされて
いる時間をカウントするＨＣＯＮＴＩＭＥを１回の割込
み毎に１づつ増やしていく。これは１種のタイマである
。次いでステップ１１２で、カウントアップされた時間
ＨＣＯＮＴＩＭＥが、予め定めた、ＨＣ増量をＯＮ、Ｏ
ＦＦさせるときの１回のＯＮの時間ＴＯＮ（図３参照）
を越えていないか否かを判定する。ステップ１１２でＨ
ＣＯＮＴＩＭＥがＴＯＮより小だと、ＯＮの状態をホー
ルドしてよいからそのままリターンし、ＨＣＯＮＴＩＭ
ＥがＴＯＮ以上になると、ＨＣ増量手段をＯＦＦに切替
えてＴＯＦＦ時間だけＯＦＦにホールドすべく、ステッ
プ１１６へと進む。ただし、ステップ１１６に至る前に
ステップ１１４にて、ＨＣＯＮＴＩＭＥを０にクリアし
ておく。
【００１６】ステップ１１６において、まずＨＣ増量が
ＯＦＦされていることを示すフラグＨＣＯＦＦＦＡＬＡ
Ｇが１（１のときがＨＣ増量ＯＦＦ）か否かを判定する
。ＨＣＯＦＦＦＬＡＧが０のとき、すなわち今までＨＣ
増量手段がＯＮになっていたときはステップ１１８に進
んで、ＨＣ増量手段をＯＦＦに切替えてＨＣの増量を停
止する。次いで、ステップ１２０に進んでＨＣＯＦＦＦ
ＬＡＧを１とし、かつＨＣＯＮＦＬＡＧは０とする。 ステップ１１６にて、ＨＣＯＦＦＦＬＡＧが１と判定さ
れたときは、そのままＨＣ増量停止をホールドすればよ
いから、ステップ１１８、１２０をスキップして、ステ
ップ１２２に進む。
【００１７】ステップ１２２では、ＨＣ増量停止の時間
をカウントするＨＣＯＦＦＴＩＭＥを１回の割込み毎に
１づつ増やしていく。これは１種のタイマである。次い
で、ステップ１２４で、カウントアップされた時間ＨＣ
ＯＦＦＴＩＭＥが、予め定めた、ＨＣ増量をＯＮ、ＯＦ
Ｆさせるときの１回のＯＦＦの時間ＴＯＦＦ（図３参照
）を越えていないか否かを判定する。ステップ１２４で
ＨＣＯＦＦＴＩＭＥがＴＯＦＦより小だと、ＯＦＦの状
態をホールドしてよいからそのままリターンし、ＨＣＯ
ＦＦＴＩＭＥがＴＯＦＦ以上になると、ＨＣ増量手段を
ＯＮに切替えて、再び増量ＯＮを始めるべきだから、ス
テップ１０４に戻る。ただし、ステップ１０４に至る前
にステップ１２６にて、ＨＣＯＦＦＴＩＭＥを０とおい
てクリアしておく。
【００１８】図１のルーチンの制御により、ＨＣ増量手
段作動手段（ステップ１０２−１２６）は、ＨＣ増量手
段を、触媒床温低温時に、図３に示す如く、ＴＯＮ時間
だけＯＮさせ、次にＴＯＦＦ時間だけＯＦＦさせること
を、触媒床温が所定温度以上になるまで、繰返す。これ
によって、ＨＣ増量手段は、間欠的にＯＮされる。
【００１９】次に、作用を説明する。リーンＮＯｘ触媒
６は、図４に示すようなＮＯｘ浄化率特性Ａを有する。 高温側（たとえば、５５０℃以上）では、排気中のＨＣ
が直接酸化されて、ＨＣの部分酸化による活性種の生成
量が抑制されるので、ＮＯｘ浄化率が低下し（図４の曲
線Ｃ）、低温側（たとえば、３５０℃以下）では、触媒
自体の活性化が小になるので、ＮＯｘ浄化率が低下する
（図４の曲線Ｄ）。すなわち、リーンＮＯｘ触媒６は或
る一定の温度領域（たとえば、３５０℃−５５０℃）で
のみ、高いＮＯｘ浄化率を示す。従来のリーンＮＯｘ触
媒のＮＯｘ浄化率制御は、高温側でのＮＯｘ浄化率低下
を少しでも軽減するために、高温側でのＨＣ供給量を増
やすか、触媒床温を浄化率がピークを示す温度領域に制
御するか、等の方法によっていた。したがって、本発明
のように、低温時にＨＣを増量させて活性種を生成し、
それを触媒細孔中にホールドして、昇温時にそれを使用
しようとするものはなかった。
【００２０】本発明では、触媒床温判断手段１０２によ
って触媒床温が判断され、触媒床温低温時にはＨＣ増量
手段作動手段１０４−１２６が間欠的にＨＣ増量手段（
たとえば、２６、３２）を作動せしめて排気中のＨＣを
増量する。この増量されたＨＣはリーンＮＯｘ触媒６で
部分酸化されて活性種となり、触媒中の多数の細孔（５
オングストローム程度の径の細孔）に保持され、そこに
約数分間停滞する。ＨＣ増量手段作動手段１０４−１２
６により、たとえばＴＯＮ＝３秒間ＨＣ増量手段（たと
えば２６、３２）が作動され、続いてＴＯＦＦ＝１分間
ＨＣ増量が停止されるということを繰り返す。したがっ
て、リーンＮＯｘ触媒６の細孔中には、低温時にほぼ連
続的に、多量の活性種がホールドされている。
【００２１】次に、触媒床温が昇温して、浄化率がピー
クの領域に入ると、それ迄細孔中にホールドされていた
活性種がＮＯｘと効果的に反応してＮＯｘを浄化するの
で、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が、活性種が使い
切られるまで数分間過渡的に高められる。しかも、リー
ンＮＯｘ触媒６の、昇温時のＮＯｘ浄化率Ｄ（図４参照
）が定常時や降温時のＮＯｘ浄化率Ａ（図４参照）に比
べて高い。前記の細孔にホールドされていた活性種は、
昇温状態において使用されていくので、リーンＮＯｘ触
媒６のＮＯｘ浄化率はさらに高められることになる。さ
らに、触媒低温時は、実際の車両の運転において、減速
時、アイドル時等に生じ、繰返しあらわれ、それからの
昇温の度毎に、上記のＮＯｘ浄化率の向上が得られるの
で、全体的にみて、リーンＮＯｘ触媒６のＮＯｘ浄化率
が向上されることになる。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば次の効果を得る。 イ．ＨＣ増量手段とＨＣ増量手段作動手段とを設けて、
ＨＣ増量作動手段により低温時にＨＣ増量手段を間欠的
に働らかせるようにしたので、ＨＣ増量で多量生成させ
た活性種を触媒細孔にホールドでき、触媒昇温時にＮＯ
ｘ浄化率を過渡的に著しく高めることができる。触媒床
温低温時は車両運転中に繰返しあらわれるので、全体的
にならしてみて、リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が大
幅に向上する。 ロ．ＨＣ増量手段作動手段はＨＣ増量手段を間欠的に作
動するので、すなわち連続的にＨＣを増量させ続けるも
のではないので、ＨＣエミッションの悪化やＨＣ酸化の
発熱による触媒劣化等の問題を本質的に伴うことなく、
リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を高めることができる
。また、リーンバーンとしてのメリット、たとえば低燃
費等もそこなわれない。ハ．低温域でＨＣ増量手段を働
せるので、増量されたＨＣを有効にＮＯｘ浄化に利用で
きる。従来のように高温域でＨＣを補充しても、大部分
が直接酸化されてＮＯｘ浄化に有効に結びつかないとい
う問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置のＨＣ増量制御ルーチンのフローチャートである。
【図２】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置の機器系統図である。
【図３】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置におけるＨＣ増量のＯＮ、ＯＦＦ作動図である。
【図４】リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率対触媒床温特
性図である。
【符号の説明】
２　　内燃機関 ４　　排気系 ６　　リーンＮＯｘ触媒 ８　　点火栓 １０　　吸気系 １２　　燃料噴射弁 １４　　吸気圧センサ １６　　吸入空気量センサ １８　　排気温センサ ２０　　制御装置 ２２　　クランク角度センサ ２４　　基準クランク角度センサ ２６　　ＨＣ源 ２８　　ＥＧＲ弁 ３０　　スロットル弁 ３２　　ＨＣ制御弁

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　排気系にリーンＮＯｘ触媒を備えた内
    燃機関と、前記リーンＮＯｘ触媒に流入する排気ガス中
    のＨＣ量を増加させることの可能なＨＣ増量手段と、前
    記リーンＮＯｘ触媒の触媒床温を判断する触媒床温判断
    手段と、前記触媒床温判断手段が触媒床温が低温状態に
    あると判断したとき前記ＨＣ増量手段を間欠的に作動さ
    せるＨＣ増量手段作動手段と、から成る内燃機関の排気
    浄化装置。
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