JPH04365920A - Exhaust purifying method - Google Patents

Exhaust purifying method

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JPH04365920A
JPH04365920A JP3140147A JP14014791A JPH04365920A JP H04365920 A JPH04365920 A JP H04365920A JP 3140147 A JP3140147 A JP 3140147A JP 14014791 A JP14014791 A JP 14014791A JP H04365920 A JPH04365920 A JP H04365920A
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exhaust gas
nox
fuel
exhaust
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Koji Yokota
幸治 横田
Shinichi Matsumoto
伸一 松本
Kazunobu Ishibashi
一伸 石橋
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
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  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To enhance purifying efficiency by converting nitrogen oxides (NOx) exhausted from cylinders operated under an excessive fuel condition into NH3, merging thereto exhaust air exhausted from the cylinders respectively operated under the excessive and lean fuel conditions so as to purify NOx and NH3 into N2 with a second catalyst. CONSTITUTION:An ECU 2 judges that a first cylinder is operated under a lean fuel condition on the basis of a detection signal output from an oxygen sensor 16 disposed in the first cylinder of a multiple cylinder internal combustion engine 1. In this case, the ECU 2 first increases fuel injected from electronic injection valves 17 disposed on a branch pipe of an intake branch pipe 15 communicated with an intake port of the first cylinder. Meanwhile, second and fourth cylinders are operated under the lean fuel condition. Next, NOx exhausted from a cylinder operated under an excessive fuel condition is converted into NH3 with a first catalyst 3. Subsequently, exhaust air exhausted from the cylinders respectively operated under the excessive and lean fuel conditions is merged in an exhaust manifold 6, and then, NOx and NH3 in an exhaust confluence are purified into N2 with a second catalyst 4.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、自動車などの多気筒内
燃機関から排出されるNOx、CO、HCなどからなる
排気を浄化する排気浄化方法に関する。さらに詳しくは
、NOx、CO、HCなどからなる排気を高浄化率で浄
化でき、かつ、多気筒内燃機関を燃料希薄条件下で運転
できる(すなわち、多気筒内燃機関の燃費を向上できる
)排気浄化方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust purification method for purifying exhaust gas consisting of NOx, CO, HC, etc. discharged from a multi-cylinder internal combustion engine such as an automobile. More specifically, exhaust gas purification that can purify exhaust gas consisting of NOx, CO, HC, etc. with a high purification rate, and also allows a multi-cylinder internal combustion engine to operate under fuel lean conditions (that is, improves the fuel efficiency of the multi-cylinder internal combustion engine) Regarding the method.

【0002】0002

【従来の技術】自動車などの内燃機関から排出されるN
Ox、CO、HCなどの有害成分からなる排気を効率よ
く浄化するとともに、その内燃機関の燃費を低減できる
排気浄化方法が、従来から望まれており、各種の方法が
開発されている。たとえば、特開昭61−279749
号公報には、NOx、CO、HCなどを効率よく浄化す
る方法として、三元触媒と酸素センサを用いた、いわゆ
るフィードバック制御方法が開示されている。
[Prior art] N emitted from internal combustion engines such as automobiles
BACKGROUND ART There has been a desire for an exhaust purification method that can efficiently purify exhaust gas consisting of harmful components such as Ox, CO, and HC, and can also reduce the fuel consumption of internal combustion engines, and various methods have been developed. For example, JP-A-61-279749
The publication discloses a so-called feedback control method using a three-way catalyst and an oxygen sensor as a method for efficiently purifying NOx, CO, HC, etc.

【0003】このフィードバック制御方法は、酸素セン
サを用いて排気中の酸素濃度を検出し、燃料の空燃比を
精密に化学当量点(すなわち、空燃比、A/F=14.
6)になるように、燃料噴射量、空気供給量などを制御
し、その後、排気を貴金属(たとえば、Pt、Rh、P
dなど)を担持した三元触媒に接触させて、排気中の有
害成分を浄化しようとするものである。このフィードバ
ック制御方法においては、空燃比を化学当量点を中心と
して±0.05の範囲に制御し、三元触媒によってNO
x、CO、HCを浄化している。
This feedback control method uses an oxygen sensor to detect the oxygen concentration in the exhaust gas, and precisely adjusts the air-fuel ratio of the fuel to the chemical equivalence point (ie, the air-fuel ratio, A/F=14.
6), the fuel injection amount, air supply amount, etc. are controlled so that the exhaust gas is treated with precious metals (for example, Pt, Rh, P
The purpose is to purify harmful components in the exhaust gas by contacting it with a three-way catalyst carrying d, etc.). In this feedback control method, the air-fuel ratio is controlled within a range of ±0.05 around the chemical equivalence point, and NO
x, CO, and HC are purified.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】前記したフィードバッ
ク制御方法は、有害成分の浄化という点では理論上最良
の方法である。しかし、実用上、以下のような問題があ
る。すなわち、■最大の問題は、排気の空燃比を精密に
化学当量点(すなわち、A/F=14.6±0.05)
に制御しなければならないので、空気に対する燃料の混
合割合を少なくすることができない。つまり、内燃機関
の燃費を低減することができない。■酸素センサを用い
て排気中の酸素濃度を検出し、燃料の空燃比を前記のよ
うに精密に制御しなければならないので、酸素センサ、
燃料噴射量および空気供給量を制御する機器に高精度が
要求される。したがって、制御装置が高価なものとなっ
てしまう。たとえば、燃料過剰域から燃料希薄域などの
過渡状態においては、空燃比が前記化学当量点から大幅
に外れ、有害成分を浄化できない恐れがある。また、三
元触媒には、資源として稀少かつ高価なRhを必要とす
る。
The feedback control method described above is theoretically the best method in terms of purifying harmful components. However, in practice, there are the following problems. In other words, ■The biggest problem is to accurately adjust the air-fuel ratio of the exhaust gas to the chemical equivalence point (i.e., A/F = 14.6 ± 0.05).
Therefore, it is not possible to reduce the mixing ratio of fuel to air. In other words, it is not possible to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine. ■Since the oxygen concentration in the exhaust gas must be detected using an oxygen sensor and the air-fuel ratio of the fuel must be precisely controlled as described above, an oxygen sensor,
High precision is required for equipment that controls the amount of fuel injection and air supply. Therefore, the control device becomes expensive. For example, in a transient state such as from a fuel surplus region to a fuel lean region, the air-fuel ratio deviates significantly from the chemical equivalence point, and there is a possibility that harmful components cannot be purified. Furthermore, the three-way catalyst requires rare and expensive Rh as a resource.

【0005】以上2つの問題のうち、問題■を解決し、
かつ、燃費の低減を図るためには、燃料供給量を少なく
し空気供給量を多くした希薄燃焼方式がある。しかし、
空燃比を14.6よりも大きくすると、Rhを含む三元
触媒は、第3図に示すように、NOxを浄化することが
できなくなってしまう。また、希薄燃焼方式にて運転し
た内燃機関から排出されるNOxを浄化する方法として
、以下のような方法がある。すなわち、(a)アンモニ
アを排気に導入し、V−Ti触媒などを用いてNOxを
N2 に還元する方法、および、(b)Cu−ゼオライ
ト触媒を用いてNOxをN2 に還元する方法、などが
知られている。しかしながら、方法(a)においては、
有害なアンモニアを貯蔵し、かつ、排出されるNOxに
見合った量のアンモニアを供給しなければならない。し
たがって、自動車のように移動する排気発生源から排出
されるNOxの浄化には、方法(a)は不適当である。 また、方法(a)によっては、NOxと同時に排出され
るCO、HCを十分に浄化することもできない。一方、
方法(b)は、排気中に含まれるHCによって、NOx
を選択的に還元し、浄化するものであるが、以下のよう
な問題がある。すなわち、NOxの浄化率は、排気中の
HC濃度に依存する。さらに、NOxの浄化に有効なH
Cは、炭素数が2以上のHCでなければならない。した
がって、燃焼方法を改善すれば、必然的に排気中のHC
濃度が減少し、NOx浄化率が低下してしまう。また、
メタノール、水素、天然ガスなどのガソリン代替燃料が
用いられた場合、方法(b)は無力となってしまう。
[0005] Of the above two problems, problem (■) is solved,
In addition, in order to reduce fuel consumption, there is a lean burn system that reduces the amount of fuel supplied and increases the amount of air supplied. but,
If the air-fuel ratio is made larger than 14.6, the three-way catalyst containing Rh will no longer be able to purify NOx, as shown in FIG. Further, as a method for purifying NOx discharged from an internal combustion engine operated in a lean burn mode, there are the following methods. Specifically, (a) a method of introducing ammonia into the exhaust gas and reducing NOx to N2 using a V-Ti catalyst, and (b) a method of reducing NOx to N2 using a Cu-zeolite catalyst. Are known. However, in method (a),
Harmful ammonia must be stored and ammonia must be supplied in an amount commensurate with the amount of NOx being emitted. Therefore, method (a) is inappropriate for purifying NOx emitted from moving exhaust sources such as automobiles. Further, depending on the method (a), CO and HC, which are emitted at the same time as NOx, cannot be sufficiently purified. on the other hand,
In method (b), NOx is reduced by HC contained in the exhaust gas.
However, it has the following problems. That is, the NOx purification rate depends on the HC concentration in the exhaust gas. Furthermore, H
C must be HC having 2 or more carbon atoms. Therefore, if the combustion method is improved, HC in the exhaust will inevitably be
The concentration decreases, and the NOx purification rate decreases. Also,
If gasoline substitute fuels such as methanol, hydrogen, natural gas, etc. are used, method (b) becomes ineffective.

【0006】本発明は、前記した従来の技術の問題を解
決することを目的とする。すなわち、本発明は、排気中
のNOx、CO、HCを高浄化率で浄化でき、かつ、多
気筒内燃機関を燃料希薄条件下で運転できる排気浄化方
法を提供することを目的とする。また、本発明は、資源
として稀少かつ高価なRhを使用せずに、安価かつ簡便
に排気を浄化できる排気浄化方法を提供することも目的
とする。
The object of the present invention is to solve the problems of the prior art described above. That is, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification method that can purify NOx, CO, and HC in exhaust gas at a high purification rate and that can operate a multi-cylinder internal combustion engine under fuel lean conditions. Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purification method that can purify exhaust gas easily and inexpensively without using Rh, which is rare and expensive as a resource.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の排気浄化方法は
、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の気筒をわずかに
燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの気筒を燃料
希薄条件下で運転する第1工程と、前記燃料過剰条件下
で運転される気筒から排出される排気中の少なくともN
Oxを第1触媒でNH3 に転換する第2工程と、前記
第2工程を経た排気と前記燃料希薄条件下で運転される
気筒から排出される排気とを合流し合流排気とした後、
該合流排気中のNOxとNH3 を第2触媒でN2 に
浄化する第3工程と、からなることを特徴とする排気浄
化方法である。
[Means for Solving the Problems] The exhaust gas purification method of the present invention operates some of the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine under a slightly excess fuel condition, and the remaining cylinders are operated under a fuel lean condition. and at least N in the exhaust gas discharged from the cylinder operated under the excess fuel condition.
After a second step of converting Ox to NH3 with a first catalyst, and combining the exhaust gas that has passed through the second step with the exhaust gas discharged from the cylinder operated under the fuel lean condition to form combined exhaust gas,
This exhaust gas purification method is characterized by comprising a third step of purifying NOx and NH3 in the combined exhaust gas into N2 using a second catalyst.

【0008】本発明の排気浄化方法の第1工程において
は、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の気筒をわずか
に燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの気筒を燃
料希薄条件下で運転している。なお、多気筒内燃機関を
全体として燃料希薄条件下で運転し燃費の向上を図るた
めに、多気筒内燃機関の気筒のうちの半分未満の数の気
筒をわずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残り
の気筒を燃料希薄条件下で運転するのが好ましい。この
ように多気筒内燃機関を運転するのは、図5に示すよう
に、燃料過剰条件下(たとえば、A/F=14なる条件
下)で発生するNOxの量は、燃料希薄条件下(たとえ
ば、A/F=18なる条件下)で発生するNOxのそれ
よりも十分に多いためである。ここで、わずかに燃料過
剰条件とは、A/Fの値が14.0〜14.6の範囲に
あることいい、下記で説明する第2工程で用いられた第
1触媒によって、燃料過剰条件下で運転される気筒から
排出される排気中のNOxをNH3 に高効率で転換す
るに際して実用的である。
In the first step of the exhaust purification method of the present invention, some of the cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine are operated under a slightly excess fuel condition, and the remaining cylinders are operated under a fuel lean condition. Driving. In addition, in order to improve fuel efficiency by operating the multi-cylinder internal combustion engine as a whole under fuel-lean conditions, less than half of the cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine are operated under slightly excess fuel conditions. , the remaining cylinders are preferably operated under fuel lean conditions. The reason why a multi-cylinder internal combustion engine is operated in this way is that, as shown in FIG. , A/F=18). Here, the slightly excess fuel condition means that the A/F value is in the range of 14.0 to 14.6. It is practical in converting NOx in the exhaust gas discharged from the cylinders operated below into NH3 with high efficiency.

【0009】多気筒内燃機関を全体として燃料希薄条件
下で運転する方法には、酸素センサおよび燃料噴射弁を
次のように電子制御する方法が考えられるが、本発明は
、これに限定されるものではない。すなわち、わずかに
燃料過剰条件下で運転するべき気筒の排出口に連通する
排気管のうち少なくとも一本に酸素センサを配設し、そ
の出力(すなわち、起電力)をマイコンからなるエンジ
ン制御装置によって監視する。酸素センサの出力が高い
場合、その排気管に連通する気筒は、燃料過剰条件下(
すなわち、還元雰囲気)で運転されていることになる。 また、酸素センサの出力が低い場合、その排気管に連通
する気筒は、燃料希薄条件下(すなわち、酸化雰囲気)
で運転されていることになる。このようにエンジン制御
装置で酸素センサを監視すれば、わずかに燃料過剰条件
下で運転される気筒の運転条件から、燃料希薄条件下で
運転するべき気筒の運転条件を算出することができる。
[0009] As a method for operating a multi-cylinder internal combustion engine as a whole under fuel lean conditions, the following method of electronically controlling the oxygen sensor and the fuel injection valve can be considered, but the present invention is limited to this method. It's not a thing. In other words, an oxygen sensor is installed in at least one of the exhaust pipes communicating with the exhaust port of a cylinder that is to be operated under a slightly excess fuel condition, and its output (i.e., electromotive force) is sent to an engine control device consisting of a microcomputer. Monitor. If the output of the oxygen sensor is high, the cylinder communicating with that exhaust pipe is under fuel excess conditions (
In other words, it is operated in a reducing atmosphere). Also, if the output of the oxygen sensor is low, the cylinder communicating with that exhaust pipe is under lean fuel conditions (i.e., in an oxidizing atmosphere).
This means that it is being driven by By monitoring the oxygen sensor with the engine control device in this manner, the operating conditions of the cylinders to be operated under fuel lean conditions can be calculated from the operating conditions of cylinders operated under slightly excess fuel conditions.

【0010】まず、前記わずかに燃料過剰条件下で運転
される気筒における燃料噴射制御を次のように行う。す
なわち、燃料過剰条件下で運転される気筒の燃料噴射弁
からの燃料噴射量を一旦所定量だけ増量した噴射量とし
、その増量された噴射量から所定の割合かつ所定の速度
で噴射量が減量されていくよう前記燃料噴射弁を制御す
る。そして、酸素センサの出力信号によりA/Fがリー
ンになったと判断されると直ちに再び前記所定量だけ増
量された噴射量に戻す。このような工程を繰り返し行う
よう制御することにより、平均としてこの気筒はわずか
に燃料過剰条件下で運転されることになる。この際、こ
のような制御工程中、極短時間だけ燃料希薄条件となる
恐れがあるが、下記で説明する第1触媒に、CeO2 
、ZrO2 などの過剰の酸素を貯蔵する能力を有する
助触媒を添加することによって、このような恐れは事実
上解消できるものである。
First, fuel injection control in the cylinders operated under the slightly excess fuel condition is performed as follows. In other words, the fuel injection amount from the fuel injection valve of the cylinder operated under fuel excess conditions is increased by a predetermined amount, and then the injection amount is reduced from the increased injection amount at a predetermined rate and at a predetermined rate. The fuel injection valve is controlled so that the fuel injection valve is Then, when it is determined that the A/F has become lean based on the output signal of the oxygen sensor, the injection amount is immediately returned to the amount increased by the predetermined amount. By controlling the repetition of these steps, on average the cylinder will be operated under slightly overfuel conditions. At this time, during such a control process, there is a possibility that the fuel will be under lean conditions for a very short time, but CeO2 is added to the first catalyst described below.
By adding a cocatalyst capable of storing excess oxygen, such as ZrO2, this fear can be virtually eliminated.

【0011】次に、燃料希薄条件下で運転される気筒に
おける燃料噴射制御を次のように行う。すなわち、前記
酸素センサの出力信号に基づき化学当量点となる燃料噴
射量を前記エンジン制御装置により演算し、この演算さ
れた噴射量から所定の割合だけ減量された噴射量を、燃
料希薄条件下で運転される気筒の噴射量とする。こうし
て減量演算された噴射量によって運転されることにより
、これらの気筒は燃料希薄条件下で運転されることにな
る。この際、この所定の割合の減量は、化学当量点とす
るのに必要な燃料噴射量に対して15〜50%とするの
が好ましい。
Next, fuel injection control in cylinders operated under fuel lean conditions is performed as follows. That is, the engine control device calculates the fuel injection amount that corresponds to the chemical equivalence point based on the output signal of the oxygen sensor, and reduces the injection amount by a predetermined percentage from the calculated injection amount under fuel lean conditions. This is the injection amount of the cylinder being operated. By operating with the injection amount calculated to be reduced in this manner, these cylinders are operated under fuel lean conditions. At this time, it is preferable that this predetermined percentage reduction is 15 to 50% of the fuel injection amount required to reach the chemical equivalence point.

【0012】本発明の排気浄化方法の第2工程において
は、燃料過剰条件下で運転される気筒から排出される排
気中の少なくともNOxを第1触媒でNH3に転換して
いる。したがって、第1触媒は、排気中の大部分のNO
xを高効率でNH3 に転換する能力を有している。通
常、自動車などの多気筒内燃機関の気筒から排出される
排気にはCO、HCなども含まれているので、第1触媒
は、排気中のCO、HCなどを高効率で酸化し浄化する
能力も有するものでもよい。このような作用をする第1
触媒は、通常の担体と、この担体に担持した貴金属系の
触媒と、からなる構成とすることができる。たとえば、
第1触媒は、活性アルミナと、この活性アルミナに担持
したPtとPdのうちの少なくとも一つと、からなる構
成とすることができる。
[0012] In the second step of the exhaust gas purification method of the present invention, at least NOx in the exhaust gas discharged from the cylinders operated under fuel excess conditions is converted into NH3 by the first catalyst. Therefore, the first catalyst absorbs most of the NO in the exhaust gas.
It has the ability to convert x to NH3 with high efficiency. Normally, the exhaust gas emitted from the cylinders of multi-cylinder internal combustion engines such as automobiles also contains CO, HC, etc., so the first catalyst has the ability to oxidize and purify CO, HC, etc. in the exhaust with high efficiency. It may also have The first one that acts like this
The catalyst can be configured to include a normal carrier and a noble metal catalyst supported on the carrier. for example,
The first catalyst can be configured to include activated alumina and at least one of Pt and Pd supported on the activated alumina.

【0013】なお、図3の斜線部が示すように、Rhを
含む従来の三元触媒は、わずかに燃料過剰条件下、すな
わち、前記したようにA/Fが14.0〜14.6の範
囲内で運転される気筒から排出される排気の浄化におい
ては、NOxをN2 へ転換する割合が高く、NH3 
へは高効率で転換できない。したがって、第1触媒にR
hを含めることは好ましくない。また、図4に示すよう
に、Ptなどからなる貴金属系の触媒(すなわち、第1
触媒)は、A/Fが14.0〜14.6の範囲内で運転
される気筒から排出される排気の浄化において、最も効
率よくNOxをNH3 に転換する。A/Fが14.0
未満の場合、図5に示すように、エンジンから排出され
るNOx濃度が低下し、また、図4に示すように、第1
触媒は、NOxをNH3 に効率よく転換できなくなる
ため、十分なNH3 を発生できない。また、A/Fが
14.6を越える場合、図4からわかるように、第1触
媒は、ほとんどNH3 を生成しないので、下記で説明
する第3工程において、NOxを浄化することができな
い。このような第1触媒の特性からも、前記したように
第1工程において、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部
の気筒をわずかに燃料過剰条件下(14.0≦A/F≦
14.6)で運転するものである。さらに、わずかに燃
料過剰条件下で運転される気筒の制御方法によっては、
前記したように極短時間だけ燃料希薄条件となる恐れが
ある。このような制御方法を採用する場合、第1触媒に
、CeO2 、ZrO2 などの過剰の酸素を貯蔵する
能力を有する助触媒を添加すればよい。
[0013] As shown by the shaded area in Fig. 3, the conventional three-way catalyst containing Rh is used under conditions of slight excess fuel, that is, as described above, when the A/F is 14.0 to 14.6. In purifying exhaust gas emitted from cylinders operated within this range, the conversion rate of NOx to N2 is high, and NH3 is
cannot be converted to with high efficiency. Therefore, R
It is not preferable to include h. In addition, as shown in FIG. 4, a noble metal catalyst (i.e., the first
The catalyst (catalyst) most efficiently converts NOx to NH3 in purifying exhaust gas discharged from cylinders operated within the A/F range of 14.0 to 14.6. A/F is 14.0
If the NOx concentration is less than 1, as shown in FIG.
The catalyst cannot convert NOx to NH3 efficiently, and therefore cannot generate enough NH3. Further, when the A/F exceeds 14.6, as can be seen from FIG. 4, the first catalyst hardly generates NH3, so NOx cannot be purified in the third step described below. Due to the characteristics of the first catalyst, some of the cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine are heated under slightly excessive fuel conditions (14.0≦A/F≦) in the first step as described above.
14.6). Additionally, depending on how the cylinders are controlled when operated under slightly overfuel conditions,
As mentioned above, there is a possibility that the fuel lean condition will occur only for a very short period of time. When such a control method is employed, a co-catalyst having the ability to store excess oxygen, such as CeO2 or ZrO2, may be added to the first catalyst.

【0014】本発明の排気浄化方法の第3工程において
は、第2工程を経た排気と燃料希薄条件下で運転される
気筒から排出される排気とを合流し合流排気とした後、
合流排気中のNOxとNH3 を第2触媒でN2 に浄
化している。したがって、第2触媒は、合流排気中のN
OxをNH3 によってN2 に還元し浄化する能力を
有している。このような作用をする第2触媒は、NOx
を浄化することだけを考慮すれば、通常の脱硝用触媒を
使用することができる。しかし、多気筒内燃機関におい
ては、排気は各気筒から同時に排出されるものではなく
、各気筒毎に所定の順序で排出されるものである。換言
すれば、NOxとNH3 とが同時に排出される条件は
ほとんどない。したがって、第2触媒は、NH3 を一
時的に貯蔵する能力を有するものが好ましい。また、合
流排気中には、第1触媒によって酸化、浄化され得なか
ったCO、HCなど、および、燃料希薄条件下で運転さ
れる気筒から排出される排気中のCO、HCなどが混在
している。 このため、第2触媒は、燃料希薄条件下で合流排気中の
CO、HCなどを高効率で酸化し浄化する能力も有する
ものが好ましい。また、第2触媒は、様々な多気筒内燃
機関の運転条件に適応できる能力、すなわち、高温安定
性を有するものが好ましい。
In the third step of the exhaust gas purification method of the present invention, the exhaust gas that has passed through the second step and the exhaust gas discharged from the cylinder operated under fuel lean conditions are combined to form combined exhaust gas, and then,
NOx and NH3 in the combined exhaust gas are purified to N2 by the second catalyst. Therefore, the second catalyst
It has the ability to purify Ox by reducing it to N2 using NH3. The second catalyst that acts in this way is a NOx
If only purification is considered, a normal denitrification catalyst can be used. However, in a multi-cylinder internal combustion engine, exhaust gas is not discharged from each cylinder at the same time, but is discharged from each cylinder in a predetermined order. In other words, there are almost no conditions under which NOx and NH3 are emitted at the same time. Therefore, the second catalyst preferably has the ability to temporarily store NH3. In addition, the combined exhaust gas contains CO, HC, etc. that could not be oxidized and purified by the first catalyst, as well as CO, HC, etc. in the exhaust gas discharged from cylinders operated under fuel lean conditions. There is. Therefore, it is preferable that the second catalyst also has the ability to oxidize and purify CO, HC, etc. in the combined exhaust gas with high efficiency under fuel lean conditions. Further, the second catalyst preferably has the ability to adapt to various operating conditions of a multi-cylinder internal combustion engine, that is, has high temperature stability.

【0015】前記したような第2触媒として、高シリカ
含有ゼオライト(たとえば、SiO2 とAl2 O3
 の含有比率(SiO2 /Al2 O3 )が、モル
比で20以上のもの)を使用することが好ましい。この
ような高シリカ含有ゼオライトは、その構造中にNH3
 を吸着可能な多数の強酸点を多数有している。特に、
ZSM−5型、フェリエライト、モルデナイトなどの高
シリカ含有ゼオライトが好ましい。また、Co、Cu、
Ni、Feなどを前記ゼオライトに担持してもよい。こ
れらの金属を高シリカ含有ゼオライトに担持することに
よって、合流排気中のHCとNOxを反応させることが
できるので、ガソリンを燃料に使用した場合、より高浄
化率でHCとNOxを浄化することができる。なお、こ
の第2触媒は、前記したような燃料希薄条件下(すなわ
ち、化学当量点とするのに必要な燃料噴射量に対して1
5〜50%だけ減量した燃料希薄条件下、または、A/
Fが17以上)で運転される気筒から排出される排気に
対して、効率よく作用するものが好ましい。
[0015] As the second catalyst as described above, a high silica-containing zeolite (for example, SiO2 and Al2O3
It is preferable to use a material whose content ratio (SiO2 /Al2 O3) is 20 or more in molar ratio. Such high-silica-containing zeolites contain NH3 in their structure.
It has many strong acid sites that can adsorb . especially,
High silica containing zeolites such as type ZSM-5, ferrierite, mordenite are preferred. Also, Co, Cu,
Ni, Fe, etc. may be supported on the zeolite. By supporting these metals on high-silica-containing zeolite, it is possible to cause the HC and NOx in the combined exhaust to react, so when gasoline is used as fuel, HC and NOx can be purified at a higher purification rate. can. Note that this second catalyst is used under the above-mentioned fuel lean conditions (i.e., 1 for the fuel injection amount required to reach the chemical equivalence point).
Under lean fuel conditions with 5-50% weight loss or A/
It is preferable to use one that efficiently acts on exhaust gas discharged from cylinders operated at F=17 or higher.

【0016】さらに、使用する燃料によっては、すなわ
ち、有害なホルムアルデヒドを発生しやすいメタノール
、酸化され難いメタンからなる天然ガスなどの、より酸
化反応を必要とする成分を含むガソリン代替燃料を使用
する場合、本発明の排気浄化方法において、燃料希薄条
件下で運転される気筒に連通する排気管の排出口に、ア
ルデヒド、メタンなどを高浄化率で酸化し浄化する能力
を有する第3触媒をさらに配設してもよい。このような
第3触媒は、通常の担体と、この担体に担持した貴金属
系の触媒または金属酸化物系の触媒と、からなる構成と
することができる。たとえば、第3触媒は、活性アルミ
ナと、この活性アルミナに担持したPtとPdのうちの
少なくとも一つと、からなる構成、または、活性アルミ
ナと、この活性アルミナに担持したLa−Sr−Co−
O系またはCu−Sr−Co−O系の金属酸化物系の触
媒と、からなる構成とすることができる。また、前記し
たようなガソリン代替燃料を使用した場合、CO、HC
を高浄化率で酸化し浄化するため、第3触媒は、できる
だけ高温条件下、具体的には、排気流の上流側(すなわ
ち、できるだけ多気筒内燃機関の近傍)に配設すること
が好ましい。
Furthermore, depending on the fuel used, in other words, when using a gasoline alternative fuel that contains components that require more oxidation reactions, such as methanol, which easily generates harmful formaldehyde, and natural gas, which consists of methane, which is difficult to oxidize. In the exhaust gas purification method of the present invention, a third catalyst having the ability to oxidize and purify aldehydes, methane, etc. at a high purification rate is further disposed at the exhaust port communicating with the cylinder operated under fuel lean conditions. may be set. Such a third catalyst can be configured to include a normal carrier and a noble metal catalyst or metal oxide catalyst supported on the carrier. For example, the third catalyst may include activated alumina and at least one of Pt and Pd supported on the activated alumina, or activated alumina and La-Sr-Co- supported on the activated alumina.
It can be configured to include an O-based or Cu-Sr-Co-O-based metal oxide catalyst. In addition, when using gasoline alternative fuel as mentioned above, CO, HC
In order to oxidize and purify the exhaust gas at a high purification rate, the third catalyst is preferably disposed under as high a temperature as possible, specifically, on the upstream side of the exhaust flow (that is, as close to the multi-cylinder internal combustion engine as possible).

【0017】なお、水素を燃料として使用した場合、排
気中には第3触媒で浄化するべき有害成分が存在しない
ため、第3触媒は不要である。また、ガソリンを燃料と
して使用した場合、多気筒内燃機関の運転条件によって
は、第3触媒は不要である。つまり、ガソリンを燃料と
して使用した場合、第3工程において、第2触媒はNH
3 とNOxを反応させてN2 に浄化しており、また
、第2触媒は、このNH3 とNOxの反応と平行して
、NOxとHCを反応させて、NOxとHCを同時に浄
化しているので、NOxを高効率で浄化することが可能
である。しかし、この場合、HCの一部がCOに転換す
る条件が存在するため、NOx、CO、HCのうちいず
れを最も浄化しなければならないかを考慮して、第3触
媒を配設する必要があるか否かを決定するのがよい。
[0017] When hydrogen is used as fuel, the third catalyst is not necessary because there are no harmful components in the exhaust gas that should be purified by the third catalyst. Furthermore, when gasoline is used as fuel, the third catalyst may not be necessary depending on the operating conditions of the multi-cylinder internal combustion engine. In other words, when gasoline is used as fuel, in the third step, the second catalyst
3 is reacted with NOx to purify it into N2, and in parallel with this reaction of NH3 and NOx, the second catalyst reacts with NOx and HC to simultaneously purify NOx and HC. , it is possible to purify NOx with high efficiency. However, in this case, there are conditions in which a portion of HC is converted to CO, so it is necessary to install a third catalyst in consideration of which of NOx, CO, or HC needs to be purified the most. It is better to decide whether there is or not.

【0018】[0018]

【発明の作用および効果】本発明の排気浄化方法の第1
工程においては、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の
気筒をわずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残
りの気筒を燃料希薄条件下で運転している。したがって
、多気筒内燃機関の気筒のうちの半分未満の数の気筒を
わずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの気
筒を燃料希薄条件下で運転すれば、多気筒内燃機関を全
体として燃料希薄条件下で運転でき、燃費の低減を図れ
るので、より好ましい。
[Operations and effects of the invention] First of the exhaust gas purification method of the present invention
In the process, some of the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are operated under a slightly excess fuel condition, and the remaining cylinders are operated under a fuel lean condition. Therefore, if less than half of the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are operated under slightly fuel-rich conditions and the remaining cylinders are operated under fuel-lean conditions, the multi-cylinder internal combustion engine as a whole can be It is more preferable because it can be operated under lean conditions and fuel consumption can be reduced.

【0019】本発明の排気浄化方法の第2工程において
は、わずかに燃料過剰条件下で運転される気筒から排出
される排気中の大部分のNOxを第1触媒でNH3 に
高効率で転換している。したがって、この第2工程を経
た排気は、NH3 と、微量のNOx、CO、HCと、
からなる排気に転換されている。また、使用する第1触
媒によっては、排気中のCO、HCなどをさらに高効率
で酸化し浄化することもできる。
In the second step of the exhaust gas purification method of the present invention, the first catalyst converts most of the NOx in the exhaust gas discharged from the cylinders operated under slightly excess fuel conditions into NH3 with high efficiency. ing. Therefore, the exhaust gas that has passed through this second step contains NH3 and trace amounts of NOx, CO, and HC.
The exhaust gas is converted to an exhaust gas consisting of Furthermore, depending on the first catalyst used, CO, HC, etc. in the exhaust gas can be oxidized and purified with even higher efficiency.

【0020】本発明の排気浄化方法の第3工程において
は、第2工程を経た排気と燃料希薄条件下で運転される
気筒から排出される排気とを合流し合流排気とした後、
合流排気中のNOxとNH3 を第2触媒でN2 に浄
化している。なお、前記したように多気筒内燃機関の気
筒のうちの半分未満の数の気筒をわずかに燃料過剰条件
下で運転するとともに、残りの気筒を燃料希薄条件下で
運転すれば、合流排気は、燃料希薄条件(すなわち、酸
化雰囲気)となる。
In the third step of the exhaust gas purification method of the present invention, the exhaust gas that has passed through the second step and the exhaust gas discharged from the cylinder operated under fuel lean conditions are combined to form combined exhaust gas, and then,
NOx and NH3 in the combined exhaust gas are purified to N2 by the second catalyst. As mentioned above, if less than half of the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are operated under a slightly excess fuel condition and the remaining cylinders are operated under a fuel lean condition, the combined exhaust gas will be This results in fuel lean conditions (ie, an oxidizing atmosphere).

【0021】ここで、燃料希薄条件下においては、NO
x(たとえば、NO)のNH3 による還元反応は、つ
ぎのような化学反応式で表すことができる。     NO+NH3 +(1/4)O2 →N2 +
(3/2)H2 O・・・(1)つまり、本発明の排気
浄化方法の第3工程においては、合流排気中には(1)
式の還元反応に十分な量のNH3 が含まれている。し
たがって、合流排気中のNOとNH3 はモル比1:1
で反応し、第2触媒によって高効率で無害のN2 に浄
化される。なお、合流排気中に炭素数が2以上のHCが
存在した場合、NOの一部は、HCによってN2 に還
元される。この還元反応は、つぎのような化学反応式で
表すことができる。
[0021] Here, under fuel lean conditions, NO
The reduction reaction of x (for example, NO) with NH3 can be expressed by the following chemical reaction formula. NO+NH3 + (1/4)O2 →N2 +
(3/2) H2O...(1) That is, in the third step of the exhaust gas purification method of the present invention, (1)
It contains a sufficient amount of NH3 for the reduction reaction of Eq. Therefore, the molar ratio of NO and NH3 in the combined exhaust gas is 1:1.
The second catalyst converts the gas into harmless N2 with high efficiency. Note that if HC with a carbon number of 2 or more is present in the combined exhaust gas, a portion of NO is reduced to N2 by the HC. This reduction reaction can be expressed by the following chemical reaction formula.

【0022】 NO+HC→N2 +H2 O+CO2 ・・・(2)
以上の説明から明らかなように、本発明の排気浄化方法
においては、第2工程で用いた第1触媒は、わずかに燃
料過剰条件下で運転される気筒から排出される排気中の
NOxの大部分をNH3 に高効率で転換し、(1)式
の反応に十分な量のNH3 源としている。さらに、第
3工程で用いた第2触媒は、第2工程で得られたNH3
 と燃料希薄条件下で運転される気筒から排出されるN
Oxおよび第2工程でNH3 に転換されなかったNO
xを(1)式に基づいて反応させ、高効率で無害のN2
 に浄化している。また、合流排気中に炭素数が2以上
のHCが存在すれば、第2触媒は、合流排気中のNOx
の一部を(2)式に基づいてN2 に浄化する。したが
って、本発明の排気浄化方法は、多気筒内燃機関から排
出されるNOxを極めて高効率で浄化できるものである
。一方、従来の排気浄化方法においては、主として(2
)式に基づき、NOxを浄化していたため、そのNOx
浄化率は高々50%程度であった。
[0022] NO+HC→N2 +H2 O+CO2...(2)
As is clear from the above description, in the exhaust gas purification method of the present invention, the first catalyst used in the second step is capable of handling a large amount of NOx in the exhaust gas discharged from cylinders operated under slightly excess fuel conditions. This part is converted to NH3 with high efficiency, and a sufficient amount of NH3 source is used for the reaction of formula (1). Furthermore, the second catalyst used in the third step was the NH3 obtained in the second step.
and N emitted from cylinders operated under fuel-lean conditions.
Ox and NO not converted to NH3 in the second step
x is reacted based on formula (1), and highly efficient and harmless N2
is being purified. Furthermore, if HC with a carbon number of 2 or more is present in the combined exhaust gas, the second catalyst will reduce the NOx in the combined exhaust gas.
A part of the water is purified to N2 based on equation (2). Therefore, the exhaust gas purification method of the present invention can purify NOx discharged from a multi-cylinder internal combustion engine with extremely high efficiency. On the other hand, in the conventional exhaust purification method, mainly (2
) based on the formula, the NOx
The purification rate was about 50% at most.

【0023】また、第3工程で用いた第2触媒は、合流
排気中の第2工程を経た排気中に残存しているCO、H
C、および、燃料希薄条件下で運転される気筒から排出
されるCO、HCを高効率で酸化し浄化もするので、多
気筒内燃機関から排出される排気中の全CO、HCを低
減することができる。また、第3工程で用いる第2触媒
に、その構造中にNH3 を吸着可能な多数の強酸点を
多数有するものを使用すれば、NOxとNH3 とが同
時に排出される条件がほとんどない自動車のような移動
する排気発生源であっても、別途、NOxの浄化のため
にNH3 源を準備する必要もない。
[0023] Furthermore, the second catalyst used in the third step removes CO and H remaining in the combined exhaust gas that has passed through the second step.
It also oxidizes and purifies CO and HC emitted from cylinders operated under fuel lean conditions with high efficiency, reducing the total amount of CO and HC in the exhaust emitted from multi-cylinder internal combustion engines. Can be done. In addition, if the second catalyst used in the third step has a large number of strong acid sites capable of adsorbing NH3 in its structure, it is possible to use a catalyst that has many strong acid sites capable of adsorbing NH3, such as in automobiles, where there are almost no conditions for NOx and NH3 to be emitted at the same time. Even with a moving exhaust gas source, there is no need to prepare a separate NH3 source for NOx purification.

【0024】なお、燃料希薄条件下で運転される気筒に
連通する排気管の排出口に、CO、HCを高浄化率で酸
化し浄化する能力を有する第3触媒を配設すれば、本発
明の排気浄化方法は、メタノ−ル、天然ガスなどのガソ
リン代替燃料を使用する多気筒内燃機関から排出される
排気をも、高浄化率で浄化することができるようになる
The present invention can be achieved by disposing a third catalyst capable of oxidizing and purifying CO and HC at a high purification rate at the exhaust port of the exhaust pipe communicating with the cylinder operated under fuel lean conditions. The exhaust gas purification method can also purify exhaust gas emitted from multi-cylinder internal combustion engines that use gasoline alternative fuels such as methanol and natural gas at a high purification rate.

【0025】本発明の排気浄化方法は、以上詳述したよ
うな作用をするので、つぎのような効果を奏することが
できる。第1に、NOx、CO、HCなどからなる排気
を高浄化率で浄化できるとともに、多気筒内燃機関を全
体として燃料希薄条件下で運転できる。すなわち、環境
に悪影響を与えずに自動車などの燃費を低減することが
できる。第2に、資源として稀少かつ高価なRhを使用
する必要がないので、安価に排気を浄化できる。第3に
、従来のフィードバック制御と較べて、必要な酸素セン
サの数は少数となる。そして、エンジン制御装置が、そ
の少数の酸素センサを監視し、その監視結果に基づいて
燃料噴射弁を制御するだけで、多気筒内燃機関を全体と
して燃料希薄条件下で運転することが可能となる。した
がって、エンジン制御装置およびその関連機構を簡便か
つ安価なものとすることができる。
The exhaust gas purification method of the present invention operates as described above in detail, so that it can produce the following effects. First, exhaust gas consisting of NOx, CO, HC, etc. can be purified at a high purification rate, and the multi-cylinder internal combustion engine as a whole can be operated under fuel lean conditions. That is, it is possible to reduce the fuel consumption of automobiles and the like without adversely affecting the environment. Second, since there is no need to use rare and expensive Rh as a resource, exhaust gas can be purified at low cost. Third, fewer oxygen sensors are required compared to conventional feedback control. The engine control device then monitors a small number of oxygen sensors and simply controls the fuel injection valves based on the monitoring results, making it possible to operate the multi-cylinder internal combustion engine as a whole under fuel-lean conditions. . Therefore, the engine control device and its related mechanisms can be made simple and inexpensive.

【0026】[0026]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、本発明の実施例を図1および図2
を参照しながら説明する。まず、電子燃料噴射弁を装備
した、総排気量2000cc、4気筒の自動車用エンジ
ンを準備した。このエンジンを図1に示すように改造し
た。まず、エンジン1の4つの気筒を第1気筒、第2気
筒、第3気筒および第4気筒に分類し、それらの排気口
に連通する排気管を第1排気管11、第2排気管12、
第3排気管13および第4排気管14に分割した。なお
、吸気多岐管15の分岐管が、第1〜第4気筒の吸気口
にそれぞれ連通している。
(First Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in FIGS. 1 and 2.
This will be explained with reference to. First, a four-cylinder automobile engine with a total displacement of 2,000 cc, equipped with an electronic fuel injection valve, was prepared. This engine was modified as shown in Figure 1. First, the four cylinders of the engine 1 are classified into the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, and the fourth cylinder, and the exhaust pipes communicating with their exhaust ports are the first exhaust pipe 11, the second exhaust pipe 12,
It was divided into a third exhaust pipe 13 and a fourth exhaust pipe 14. Note that the branch pipes of the intake manifold 15 communicate with the intake ports of the first to fourth cylinders, respectively.

【0027】そして、第1排気管11のみに酸素センサ
16を配設した。この酸素センサ16は、エンジン制御
装置(以下、ECUという)2に接続され、第1排気管
11内の排気中の酸素濃度をECU2に出力する。EC
U2は、酸素センサ16の出力に応じて吸気多岐管15
の各分岐に配設された電子燃料噴射弁17の燃料噴射量
を制御する。したがって、第1気筒の運転条件から、第
2〜第4気筒の運転条件が算出されている。
An oxygen sensor 16 was provided only in the first exhaust pipe 11. This oxygen sensor 16 is connected to an engine control device (hereinafter referred to as ECU) 2 and outputs the oxygen concentration in the exhaust gas in the first exhaust pipe 11 to the ECU 2. EC
U2 connects the intake manifold 15 according to the output of the oxygen sensor 16.
The fuel injection amount of the electronic fuel injection valve 17 arranged at each branch is controlled. Therefore, the operating conditions for the second to fourth cylinders are calculated from the operating conditions for the first cylinder.

【0028】第1気筒は、以下のような制御によって、
わずかに燃料過剰条件下で運転されている。すなわち、
図2に示すように、酸素センサ16の出力に基づき、E
CU2が第1気筒が燃料希薄条件下で運転されていると
判断した場合、ECU2は、第1気筒の吸気口に連通す
る吸気多岐管15の分岐管に配設された電子燃料噴射弁
17が直ちに5%増量された量の燃料を噴射するように
制御する。そして、ECU2が再び第1気筒が燃料希薄
条件下で運転されていると判断するまで、ECU2は、
その電子燃料噴射弁17が3%/秒の速度で減量された
量の燃料を噴射するように制御する。また、第2〜第4
気筒は、酸素センサ16の出力に基づき、燃料希薄条件
下で運転されている。すなわち、ECU2は、酸素セン
サ16の出力から化学当量点となるような燃料噴射量を
演算し、これが各気筒に対して35%だけ減量された量
の燃料(すなわち、第1気筒への燃料噴射量のほぼ65
%)を、第2〜第4気筒の吸気口に連通する吸気多岐管
15の分岐管に配設された電子燃料噴射弁17がこのよ
うに減量された量の燃料を噴射するように制御する。
The first cylinder is controlled as follows:
Operated under slightly overfuel conditions. That is,
As shown in FIG. 2, based on the output of the oxygen sensor 16, E
When the CU 2 determines that the first cylinder is operating under fuel lean conditions, the ECU 2 determines that the electronic fuel injection valve 17 installed in the branch pipe of the intake manifold 15 communicating with the intake port of the first cylinder is activated. Control is performed to immediately inject a 5% increased amount of fuel. Then, until the ECU 2 again determines that the first cylinder is being operated under fuel lean conditions, the ECU 2
The electronic fuel injection valve 17 is controlled to inject a reduced amount of fuel at a rate of 3%/second. Also, the second to fourth
The cylinders are operated under fuel lean conditions based on the output of the oxygen sensor 16. That is, the ECU 2 calculates the fuel injection amount that will reach the chemical equivalence point from the output of the oxygen sensor 16, and calculates the amount of fuel that is reduced by 35% for each cylinder (i.e., the amount of fuel injected into the first cylinder). almost 65 in quantity
%) is controlled so that the electronic fuel injection valve 17 disposed in the branch pipe of the intake manifold 15 communicating with the intake ports of the second to fourth cylinders injects the reduced amount of fuel. .

【0029】このように制御された第1気筒から排出さ
れた排気から算出した平均A/F値は14.3、酸素セ
ンサ16の出力波形から、第1気筒は92%が燃料過剰
条件下にあった。なお、この時のエンジン1の運転条件
は、回転数2000rpm、トルク30Nmであった。 そして、第1気筒から排出される排気中のNOx、TH
CおよびCOの平均濃度は、それぞれ、2100ppm
、2700ppm、3.4%、第2〜第4気筒から排出
される排気中のNOx、THCおよびCOの平均濃度は
、それぞれ、540ppm、3200ppm、0.11
%であった。また、以下に述べる第1触媒3および第2
触媒4を装備しなかった場合の全排気中のNOx、TH
CおよびCOの平均濃度は、それぞれ、930ppm、
3080ppm、0.93%であった。
The average A/F value calculated from the exhaust gas discharged from the first cylinder controlled in this manner is 14.3, and from the output waveform of the oxygen sensor 16, 92% of the first cylinder is under the excess fuel condition. there were. Note that the operating conditions of the engine 1 at this time were a rotation speed of 2000 rpm and a torque of 30 Nm. Then, NOx in the exhaust discharged from the first cylinder, TH
The average concentration of C and CO is 2100 ppm each
, 2700ppm, 3.4%, and the average concentrations of NOx, THC, and CO in the exhaust gas discharged from the second to fourth cylinders are 540ppm, 3200ppm, and 0.11%, respectively.
%Met. In addition, the first catalyst 3 and the second catalyst described below
NOx, TH in total exhaust when catalyst 4 is not installed
The average concentration of C and CO was 930 ppm, respectively.
It was 3080 ppm, 0.93%.

【0030】そして、第1気筒に連通する第1排気管1
1の排出口に、つぎのように調製した第1触媒3を配設
した。まず、第1触媒3の基体として、容量0.5リッ
トルの円筒形ハニカム基体を準備した。この円筒形ハニ
カム基体は、400メッシュのコーディエライトからな
るものであった。つぎに、80gのγ−アルミナをこの
円筒形ハニカム基体にウォッシュコートした。最後に、
γ−アルミナをウォッシュコートした円筒形ハニカム基
体に、貴金属系の触媒として、Ptを担持し、第1触媒
3を調製した。なお、このように調製した第1触媒3を
前記のように装備した後、第1触媒3の排出口における
排気中のNOxおよびNH3 の平均濃度を測定したと
ころ、NOx濃度は、280ppmとなっていた。また
、NH3 の濃度は、1090ppmであり、前記した
(1)式に基づきNOxをN2 に還元し転換するのに
十分な量のNH3 が生成していることがわかった、そ
して、残り730ppmのNOxは、N2 にまで還元
、転換されていた。このように、第1気筒から排出され
る排気中のNOxは、第1触媒3によって高効率でNH
3 に転換されていることがわかった。ここで、図1に
は第3触媒5が図示されているが、第1実施例において
は、第3触媒5を省略した。このため、第1触媒3の排
出口を、第2〜第4排気管12〜14を分岐管としてま
とめた排気分岐管6の途中に接続した。このようにして
、第1触媒3を通過した排気と燃料希薄条件下で運転さ
れる第2〜第4気筒から排出される排気を合流させた。
[0030]The first exhaust pipe 1 communicates with the first cylinder.
The first catalyst 3 prepared as follows was placed at the discharge port of No. 1. First, a cylindrical honeycomb substrate with a capacity of 0.5 liters was prepared as the substrate of the first catalyst 3. The cylindrical honeycomb substrate was made of 400 mesh cordierite. Next, 80 g of gamma alumina was wash coated onto the cylindrical honeycomb substrate. lastly,
A first catalyst 3 was prepared by supporting Pt as a noble metal catalyst on a cylindrical honeycomb substrate wash-coated with γ-alumina. Furthermore, after the first catalyst 3 prepared in this way was equipped as described above, the average concentration of NOx and NH3 in the exhaust gas at the exhaust port of the first catalyst 3 was measured, and the NOx concentration was 280 ppm. Ta. In addition, the concentration of NH3 was 1090 ppm, and it was found that a sufficient amount of NH3 was generated to reduce and convert NOx to N2 based on the above equation (1), and the remaining 730 ppm of NOx was generated. was reduced and converted to N2. In this way, NOx in the exhaust gas discharged from the first cylinder is converted into NH with high efficiency by the first catalyst 3.
It was found that it was converted to 3. Here, although the third catalyst 5 is illustrated in FIG. 1, the third catalyst 5 is omitted in the first embodiment. For this reason, the discharge port of the first catalyst 3 was connected to the middle of an exhaust branch pipe 6 in which the second to fourth exhaust pipes 12 to 14 were put together as a branch pipe. In this way, the exhaust gas that passed through the first catalyst 3 and the exhaust gas discharged from the second to fourth cylinders operated under fuel lean conditions were combined.

【0031】さらに、排気分岐管6の排出口に、つぎの
ように調製した第2触媒4を配設した。まず、第2触媒
4の基体として、容量1.3リットルの断面が楕円形の
ハニカム基体を準備した。この断面が楕円形のハニカム
基体は、400メッシュのコーディエライトからなるも
のであった。最後に、3重量%のCuOが担持された2
60gのZSM−5型ゼオライトを、断面が楕円形のハ
ニカム基体にウォッシュコートし、第2触媒4を調製し
た。
Furthermore, a second catalyst 4 prepared as follows was placed at the outlet of the exhaust branch pipe 6. First, as a base for the second catalyst 4, a honeycomb base having a capacity of 1.3 liters and having an oval cross section was prepared. This honeycomb substrate having an elliptical cross section was made of 400 mesh cordierite. Finally, 3% by weight of CuO was supported on 2
A second catalyst 4 was prepared by wash-coating 60 g of ZSM-5 type zeolite onto a honeycomb substrate having an oval cross section.

【0032】このような構成の排気浄化装置を装備した
エンジン1を、前記した運転条件で運転し、第2触媒4
の排出口における排気中のNOx、THCおよびCOの
平均濃度を測定した。その結果、NOx、THCおよび
COの平均濃度は、それぞれ、180ppm、120p
pm、0.07%であった。このように、エンジン1か
ら排出される排気中のNOx、THCおよびCOは、高
浄化率で浄化されており、排気からこのような有害物質
を大幅に低減することができた。なお、第2触媒4の排
出口における排気中のNH3 の平均濃度は、20pp
m以下であった、これは実害ある濃度ではなかった。な
お、排気中の有害成分の浄化結果を、以下の実施例と比
較例のものとを合わせて表1にまとめてある。 (第2実施例)第2実施例は、第1実施例と同様の構成
の排気浄化装置を装備したエンジン1を、第1実施例と
同様の運転条件で運転し、そのエンジン1から排出され
る排気を浄化したものである。しかし、第2実施例にお
いては、第1実施例の第1触媒3と同量の貴金属触媒金
属Ptに加えて助触媒としてCeO2を0.2モル担持
した第1触媒3を調製し、第1排気管の排出口に配設し
た。この変更以外は、すべて第1実施例と同一である。 なお、この第1触媒3の排出口における排気中のNOx
およびNH3 の平均濃度を測定したところ、NOx濃
度は70ppm、NH3 の濃度は1430ppmであ
った。このように、助触媒CeO2 の酸素貯蔵能力に
よって、第1触媒3のNOxをNH3 に還元し転換す
る能力が最適化されていることがわかった。
The engine 1 equipped with the exhaust purification device having such a configuration is operated under the above-mentioned operating conditions, and the second catalyst 4
The average concentrations of NOx, THC, and CO in the exhaust gas at the outlet of the vehicle were measured. As a result, the average concentrations of NOx, THC and CO were 180ppm and 120ppm, respectively.
pm, 0.07%. In this way, NOx, THC, and CO in the exhaust gas discharged from the engine 1 were purified at a high purification rate, and it was possible to significantly reduce these harmful substances from the exhaust gas. Note that the average concentration of NH3 in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 is 20 pp.
This was not a harmful concentration. The results of purification of harmful components in exhaust gas are summarized in Table 1, including those of Examples and Comparative Examples below. (Second Example) In the second example, an engine 1 equipped with an exhaust purification device having the same configuration as the first example is operated under the same operating conditions as the first example, and the exhaust gas from the engine 1 is This is the purified exhaust gas. However, in the second example, in addition to the same amount of precious metal catalyst metal Pt as the first catalyst 3 of the first example, a first catalyst 3 was prepared in which 0.2 mol of CeO2 was supported as a co-catalyst. Installed at the exhaust pipe outlet. Everything other than this change is the same as the first embodiment. Note that NOx in the exhaust at the exhaust port of the first catalyst 3
The average concentrations of NOx and NH3 were measured, and the NOx concentration was 70 ppm, and the NH3 concentration was 1430 ppm. Thus, it was found that the ability of the first catalyst 3 to reduce and convert NOx to NH3 was optimized by the oxygen storage ability of the cocatalyst CeO2.

【0033】第1実施例と同様に、エンジン1を運転し
、第2触媒4の排出口における排気中のNOx、THC
およびCOの平均濃度を測定した。その結果、NOx、
THCおよびCOの平均濃度は、それぞれ、75ppm
、100ppm、0.05%であった。第2実施例にお
いては、エンジン1から排出される排気中のNOxが、
特に、高浄化率で浄化されていた。また、THCおよび
COの浄化率も向上することができた。なお、第2実施
例においても、第2触媒4の排出口における排気中のN
H3 の平均濃度は、20ppm以下であった、前記し
たように、これは実害ある濃度ではなかった。 (比較例1)比較例1は、第1実施例の第1触媒3を除
去した構成の排気浄化装置を装備したエンジン1を、第
1実施例と同様の運転条件で運転し、そのエンジン1か
ら排出される排気を浄化したものである。第1実施例と
同様に、エンジン1を運転し、第2触媒4の排出口にお
ける排気中のNOx、THCおよびCOの平均濃度を測
定したところ、それぞれ、480ppm、310ppm
、0.33%であった。比較例1による排気中の有害成
分の浄化においては、第1実施例のそれと較べて、NO
x、THC、COの浄化率が、全て劣っていた。 (比較例2)比較例2は、第1実施例と同様の構成の排
気浄化装置を装備したエンジン1を、第1実施例と同様
の運転条件で運転し、そのエンジン1から排出される排
気を浄化したものである。しかし、比較例2においては
、第1実施例の第1触媒3の貴金属系の触媒Ptに替え
て、貴金属系の触媒としてRhを0.2g担持した第1
触媒3を調製し、第1排気管の排出口に配設した。この
変更以外は、すべて第1実施例と同一である。この比較
例2において、第2触媒4の排出口における排気中のN
Ox、THC、COの平均濃度を測定したところ、それ
ぞれ、350ppm、110ppm、0.07%であっ
た。貴金属系の触媒としてRhを担持した第1触媒3は
、燃料過剰条件下で運転される第1気筒から排出される
排気中のNOxをよく浄化するものであったが、NOx
をNH3 へ転換する能力は劣っていた。このため、こ
の第1触媒3による浄化を経た排気は、燃料希薄条件下
で運転される第2〜第4気筒から排出される排気中のN
Oxの浄化に寄与できなかったものと考えられる。 (比較例3)比較例3は、第1実施例の第2触媒4に替
えてPt−酸化チタン触媒からなる第2触媒4を配設し
た構成の排気浄化装置を装備したエンジン1を、第1実
施例と同様の運転条件で運転し、そのエンジン1から排
出される排気を浄化したものである。なお、Ptの担持
量は、2.1gであった。第1実施例と同様に、エンジ
ン1を運転し、第2触媒4の排出口における排気中のN
Ox、THCおよびCOの平均濃度を測定したところ、
それぞれ、270ppm、40ppm、0.02%であ
った。このように、比較例3で用いた第2触媒4は、N
OxとNH3 が同時に導入された場合、NOxを90
%以上の高効率で転換できるものであったにも関わらず
、比較例3による排気中の有害成分の浄化においては、
第1実施例のそれと較べて、NOxの浄化率が悪化し、
かつ、第2触媒4の排出口における排気中のNH3 の
平均濃度は、170pmもあった。これは、比較例3で
用いたPt−酸化チタン触媒からなる第2触媒4には、
NH3 を貯蔵する能力がなかったこと、および、燃料
希薄条件下でのNOxの浄化能力が劣っていたことに起
因するものと考えられる。 (第3実施例)第3実施例は、第1実施例と同様の構成
の排気浄化装置に、さらに第3触媒5を配設した排気浄
化装置を装備したエンジン1を、第1実施例と同様の運
転条件で運転し、そのエンジン1から排出される排気を
浄化したものである。すなわち、図1に示すように、第
3実施例においては、第2〜第4排気管12〜14を分
岐管としてまとめた排気分岐管6の途中に第3触媒5を
配設した。また、第1触媒3の排出口を排気分岐管6の
排出口の近傍に接続し、そして、排気分岐管6の排出口
を第2触媒4の吸気口に接続した。このようにして、第
1触媒3を通過した排気と第3触媒5を通過した排気を
合流させた。なお、第3触媒5として、第1実施例の第
1触媒3の貴金属系の触媒PtをPdに替えたものを使
用した。ここで、Pdの担持量は、1.6gであった、
その他の構成は、第1実施例の第1触媒3と同一であっ
た。
As in the first embodiment, the engine 1 is operated, and the NOx and THC in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 are
and the average concentration of CO was measured. As a result, NOx,
The average concentration of THC and CO was 75 ppm each.
, 100 ppm, and 0.05%. In the second embodiment, NOx in the exhaust discharged from the engine 1 is
In particular, it was purified with a high purification rate. Furthermore, the purification rate of THC and CO could also be improved. Note that in the second embodiment as well, N in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4
The average concentration of H3 was less than 20 ppm, which, as mentioned above, was not a harmful concentration. (Comparative Example 1) In Comparative Example 1, an engine 1 equipped with an exhaust purification device having a configuration in which the first catalyst 3 of the first example was removed was operated under the same operating conditions as the first example. This is the purified exhaust gas emitted from the Similarly to the first example, when the engine 1 was operated and the average concentrations of NOx, THC, and CO in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 were measured, they were 480 ppm and 310 ppm, respectively.
, 0.33%. In the purification of harmful components in exhaust gas according to Comparative Example 1, NO.
The purification rates of x, THC, and CO were all poor. (Comparative Example 2) In Comparative Example 2, an engine 1 equipped with an exhaust purification device having the same configuration as that of the first example is operated under the same operating conditions as the first example, and the exhaust gas emitted from the engine 1 is It is purified. However, in Comparative Example 2, instead of the noble metal catalyst Pt of the first catalyst 3 of the first example, a first catalyst supporting 0.2 g of Rh as a noble metal catalyst was used.
A catalyst 3 was prepared and placed at the exhaust port of the first exhaust pipe. Everything other than this change is the same as the first embodiment. In this comparative example 2, N in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4
The average concentrations of Ox, THC, and CO were measured and were 350 ppm, 110 ppm, and 0.07%, respectively. The first catalyst 3 supporting Rh as a noble metal catalyst was able to effectively purify NOx in the exhaust gas discharged from the first cylinder operated under excessive fuel conditions.
The ability to convert NH3 to NH3 was inferior. Therefore, the exhaust gas that has been purified by the first catalyst 3 is the N in the exhaust gas discharged from the second to fourth cylinders operated under fuel lean conditions.
It is thought that this could not contribute to the purification of Ox. (Comparative Example 3) In Comparative Example 3, an engine 1 equipped with an exhaust purification device having a configuration in which a second catalyst 4 made of a Pt-titanium oxide catalyst was installed in place of the second catalyst 4 of the first example was used. The engine 1 was operated under the same operating conditions as in the first embodiment, and the exhaust gas emitted from the engine 1 was purified. Note that the amount of Pt supported was 2.1 g. Similarly to the first embodiment, the engine 1 is operated and the N in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 is
The average concentrations of Ox, THC and CO were measured;
They were 270 ppm, 40 ppm, and 0.02%, respectively. In this way, the second catalyst 4 used in Comparative Example 3 has N
When Ox and NH3 are introduced at the same time, NOx is reduced to 90
Although the conversion was possible with a high efficiency of more than %, in the purification of harmful components in the exhaust gas according to Comparative Example 3,
Compared to that of the first embodiment, the NOx purification rate is deteriorated,
Moreover, the average concentration of NH3 in the exhaust gas at the outlet of the second catalyst 4 was as high as 170 pm. This is because the second catalyst 4 made of Pt-titanium oxide catalyst used in Comparative Example 3 had
This is thought to be due to the lack of ability to store NH3 and poor NOx purification ability under fuel lean conditions. (Third Embodiment) In a third embodiment, an engine 1 equipped with an exhaust purification device having the same configuration as that of the first embodiment and further provided with a third catalyst 5 is used. The engine 1 is operated under similar operating conditions and the exhaust gas emitted from the engine 1 is purified. That is, as shown in FIG. 1, in the third embodiment, the third catalyst 5 is disposed in the middle of an exhaust branch pipe 6 in which the second to fourth exhaust pipes 12 to 14 are grouped together as a branch pipe. Further, the discharge port of the first catalyst 3 was connected to the vicinity of the discharge port of the exhaust branch pipe 6, and the discharge port of the exhaust branch pipe 6 was connected to the intake port of the second catalyst 4. In this way, the exhaust gas that had passed through the first catalyst 3 and the exhaust gas that had passed through the third catalyst 5 were combined. Note that as the third catalyst 5, a catalyst was used in which the noble metal catalyst Pt of the first catalyst 3 of the first embodiment was replaced with Pd. Here, the amount of Pd supported was 1.6 g.
The other configurations were the same as the first catalyst 3 of the first example.

【0034】第1実施例と同様に、エンジン1を運転し
、第2触媒4の排出口における排気中のNOx、THC
およびCOの平均濃度を測定した。その結果、NOx、
THC、COの平均濃度は、それぞれ、130ppm、
30ppm、0%であった。第2実施例で用いた第3触
媒5によって、エンジン1から排出される排気中のNO
x、THC、COなどの有害成分の浄化率、特に、TH
CおよびCOのそれを、より向上することができたこと
がわかる。第1実施例と同様、第3実施例においても、
第2触媒4の排出口における排気中のNH3 の平均濃
度は、実害のない20ppm以下の濃度であった。 (第4実施例)第4実施例は、第1実施例と同一の構成
の排気浄化装置を装備したエンジン1を、ガソリンに替
えて50%のメタノールと残部がガソリンとからなる混
合燃料を使用して、第1実施例と同様の運転条件で運転
し、そのエンジン1から排出される排気を浄化したもの
である。
As in the first embodiment, the engine 1 is operated, and the NOx and THC in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 are
and the average concentration of CO was measured. As a result, NOx,
The average concentration of THC and CO is 130 ppm, respectively.
It was 30 ppm and 0%. NO in the exhaust gas discharged from the engine 1 is reduced by the third catalyst 5 used in the second embodiment.
The purification rate of harmful components such as x, THC, and CO, especially TH
It can be seen that the values of C and CO could be further improved. Similar to the first embodiment, in the third embodiment,
The average concentration of NH3 in the exhaust gas at the outlet of the second catalyst 4 was 20 ppm or less, which caused no actual damage. (Fourth Example) In the fourth example, the engine 1 equipped with the exhaust purification device having the same configuration as the first example uses a mixed fuel consisting of 50% methanol and the balance gasoline instead of gasoline. The engine 1 was operated under the same operating conditions as in the first embodiment, and the exhaust gas discharged from the engine 1 was purified.

【0035】第1実施例と同様に、エンジン1を運転し
、第2触媒4の排出口における排気中のNOx、THC
およびCOの平均濃度を測定した。その結果、NOx、
THCおよびCOの平均濃度は、それぞれ、150pp
m、80ppm、0.11%であった。この結果から明
らかなように、ガソリンに替えて混合燃料を使用した場
合であっても、本発明の排気浄化方法は、エンジン1か
ら排出される排気中のNOx、THC、COなどの有害
物質を高浄化率で浄化できるものであったことがわかる
。なお、第2触媒4のホルムアルデヒド浄化能力がやや
劣っていたためか、第2触媒4の排出口における排気中
のホルムアルデヒドの平均濃度は、50ppmであった
。 (第5実施例)第5実施例は、第3実施例と同一の構成
の排気浄化装置を装備したエンジン1を、ガソリンに替
えて50%のメタノールと残部がガソリンとからなる混
合燃料を使用して、第3実施例と同様の運転条件で運転
し、そのエンジン1から排出される排気を浄化したもの
である。
As in the first embodiment, the engine 1 is operated, and the NOx and THC in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 are
and the average concentration of CO was measured. As a result, NOx,
The average concentration of THC and CO was 150 pp each.
m, 80 ppm, and 0.11%. As is clear from this result, even when mixed fuel is used instead of gasoline, the exhaust purification method of the present invention can remove harmful substances such as NOx, THC, and CO in the exhaust gas discharged from the engine 1. It can be seen that it was possible to purify with a high purification rate. Note that the average concentration of formaldehyde in the exhaust gas at the outlet of the second catalyst 4 was 50 ppm, probably because the formaldehyde purification ability of the second catalyst 4 was slightly inferior. (Fifth Example) In the fifth example, an engine 1 equipped with an exhaust purification device having the same configuration as the third example uses a mixed fuel consisting of 50% methanol and the balance gasoline instead of gasoline. The engine 1 was operated under the same operating conditions as in the third embodiment, and the exhaust gas discharged from the engine 1 was purified.

【0036】第3実施例と同様に、エンジン1を運転し
、第2触媒4の排出口における排気中のNOx、THC
およびCOの平均濃度を測定した。その結果、NOx、
THC、COの平均濃度は、それぞれ、120ppm、
25ppm、0.03%であった。第4実施例に較べて
、第5実施例においては、THCおよびCOの浄化率が
向上していた。また、第2触媒4の排出口における排気
中のホルムアルデヒドの平均濃度は、8ppmまで低減
されていた。これは、第2〜第4排気管12〜14を分
岐管としてまとめた排気分岐管6の途中に配設した第3
触媒5による効果であったことは明らかである。
Similarly to the third embodiment, the engine 1 is operated, and the NOx and THC in the exhaust gas at the exhaust port of the second catalyst 4 are
and the average concentration of CO was measured. As a result, NOx,
The average concentration of THC and CO is 120 ppm, respectively.
It was 25 ppm and 0.03%. Compared to the fourth example, the purification rate of THC and CO was improved in the fifth example. Furthermore, the average concentration of formaldehyde in the exhaust gas at the outlet of the second catalyst 4 was reduced to 8 ppm. This is a third exhaust pipe disposed in the middle of an exhaust branch pipe 6 in which the second to fourth exhaust pipes 12 to 14 are grouped together as a branch pipe.
It is clear that the effect was due to catalyst 5.

【0037】[0037]

【表1】[Table 1]

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の排気浄化方法に用いた排気浄化装置の
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of an exhaust gas purification device used in the exhaust gas purification method of the present invention.

【図2】本発明の排気浄化方法に用いた、エンジンの第
1気筒をわずかに燃料過剰条件下で運転するための制御
方法を説明するタイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart illustrating a control method for operating the first cylinder of an engine under a slightly excess fuel condition, which is used in the exhaust gas purification method of the present invention.

【図3】従来のRhを含む三元触媒を用いた場合の排気
中の有害成分の濃度と空燃比の関係を示す浄化特性曲線
である。
FIG. 3 is a purification characteristic curve showing the relationship between the concentration of harmful components in exhaust gas and the air-fuel ratio when a conventional three-way catalyst containing Rh is used.

【図4】従来のRhを含まない貴金属系の触媒が示す排
気中の有害成分の浄化特性曲線である。
FIG. 4 is a characteristic curve for purifying harmful components in exhaust gas exhibited by a conventional noble metal-based catalyst that does not contain Rh.

【図5】排気中の有害成分の濃度と空燃比の関係を示す
特性曲線である。
FIG. 5 is a characteristic curve showing the relationship between the concentration of harmful components in exhaust gas and the air-fuel ratio.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:エンジン、11:第1排気管、12:第2排気管、
13:第3排気管、14:第4排気管、15:吸気多岐
管、16:酸素センサ、17:電子燃料噴射弁、2:エ
ンジン制御装置、3:第1触媒、4:第2触媒、5:第
3触媒、6:排気多岐管
1: Engine, 11: First exhaust pipe, 12: Second exhaust pipe,
13: third exhaust pipe, 14: fourth exhaust pipe, 15: intake manifold, 16: oxygen sensor, 17: electronic fuel injection valve, 2: engine control device, 3: first catalyst, 4: second catalyst, 5: Third catalyst, 6: Exhaust manifold

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の気筒
をわずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの
気筒を燃料希薄条件下で運転する第1工程と、前記燃料
過剰条件下で運転される気筒から排出される排気中の少
なくともNOxを第1触媒でNH3 に転換する第2工
程と、前記第2工程を経た排気と前記燃料希薄条件下で
運転される気筒から排出される排気とを合流し合流排気
とした後、該合流排気中のNOxとNH3 を第2触媒
でN2 に浄化する第3工程と、からなることを特徴と
する排気浄化方法。
1. A first step of operating some of the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine under a slightly excess fuel condition and operating the remaining cylinders under a fuel lean condition; and the above fuel excess condition. a second step of converting at least NOx in the exhaust gas discharged from the cylinders operated under the lower fuel lean condition into NH3 by a first catalyst; 1. A method for purifying exhaust gas, comprising: merging the combined exhaust gas to form combined exhaust gas, and then purifying NOx and NH3 in the combined exhaust gas into N2 using a second catalyst.
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