JPH0494410A

JPH0494410A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0494410A
Application number: JP21045990A
Authority: JP
Inventors: Shinya Hirota; 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1992-03-26
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JP2712783B2

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、排気系にＮＯｘを還元できるリーンＮＯｘ触
媒を装着した内燃機関の排気浄化装置に関し、とくに、
低温側においても良好なＮＯｘ浄化性能を有するように
した内燃機関の排気浄化装置に関する。

［従来の技術］遷移金属或いは貴金属を担持せしめたゼオライトからな
り、酸化雰囲気中、ＨＣ存在下でＮＯｘを接触せしめる
ことにより、ＮＯｘを還元する触媒（以下、リーンＮＯ
ｘ触媒という）は知られている（たとえば、特開平１−
１３０７３５号公報）。リーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元
反応には炭化水素（１−１０）の存在が必要であり、高
いＮＯｘ浄化率が得られるように、リーンＮＯｘ触媒の
上流側にＨＣを供給するＨＣ供給装置を設けた排気浄化
装置も知られている（たとえば、特開昭６３−２８３７
２７号公報）。

［発明が解決しようとする課題］しかし、リーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化作用は、リ
ーンＮＯｘ触媒温度あるいはそれと相関する温度、たと
えば、排気温の影響を受ける。すなわち、リーンＮＯｘ
触媒のＮＯｘ浄化率はある温度領域、たとえば３５０℃
〜５００℃で高く、それより低温域でも高温域でもＮＯ
ｘ浄化率は低下する。これは、低温域では、リーンＮＯ
ｘ触媒自体が十分に活性化されていないためであり、高
温域では、ＨＣの部分酸化によって生じた活性種がすぐ
に酸化されてＮＯｘと反応する量が少なくなるからであ
ると推定される。

本発明は、上記の低温域および高温域におけるＮＯｘ浄
化率の低下を対策できる内燃機関の排気浄化装置を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するための、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置は、内燃機関の排気系に上流から順に、ＨＣ
供給装置、リーンＮＯｘ触媒を設けてなる内燃機関の排
気浄化装置において、ＨＣ供給装置の上流に酸化触ｔｓ
を設け、該酸化触媒をバイパスするバイパス通路を設け
、排気ガス流れを酸化触媒側とバイパス通路側との間で
選択的に切替える排気切替弁を設け、排気ガス温度か低
いときには排気ガスが酸化触媒側に流れ排気カス温度が
高いときには排気ガスがバイパス通路側に流れるように
排気切替弁の切替をｉｌ［ｌする切替制御手段を設けた
内燃機関の排気浄化装置から成る。

［作　　用］上記本発明装置では、排気ガス温度が低いときには、排
気ガスが酸化触媒側に流れるために、酸化反応により排
気カス温度が高められる。これにより、リーンＮＯｘ触
媒が活性化温度に昇温され、酸化触媒上流の排気ガス温
度が低温である場合においても、リーンＮＯｘ触媒のＮ
ｏ浄化率は向上される。

［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。

第１図および第２図において、内燃機関２６の排気系２
には、上流から順に、ＨＣ供給装置４、リーンＮＯｘ触
１６が設けられている。ＨＣ供給装置４のざらに上流側
の排気系２には、酸化触媒８（三元触媒も酸化機能を有
プるので酸化触媒のうちには三元触媒も含む）が設けら
れている。また、酸化触媒８をバイパスするバイパス通
路１０が設けられており、排気ガスの流れは、酸化触［
８側の通路１２とバイパス通路１０との間で、排気切替
弁１４によって、選択的に切替えられるようになってい
る。排気切替弁１４はバルブ駆動装置１６によって切替
駆動される。ＨＣ供給装置４は、ＨＣ源１８、およびＨ
Ｃ源１８から排気系２に供給される１−ＩＣＩＦを変化
させる流量制御弁２０．および流量制御弁駆動装置２８
を有している。バルブ駆動装置１６および流量制御弁駆
動装Ｍ２８は、制御装置２２の出力信号によって制御さ
れ得るように、Ｉｌ制御線によって制御装置２２に電気
的に接続されている。また、リーンＮＯｘ触媒６のすぐ
上流には温度センサ２４が設けられており、その出力信
号が制御Ｉ装Ｍ２２に供給されるように、温度センサ２
４は制御装置２２に制御線によって電気的に接続されて
いる。なあ、温度センサ２４はリーンＮＯｘ触媒６の触
媒床温度をはかるようにしてもよい。制御装置２２には
、エンジン回転速度信号Ｎｅ、トルク信号Ｔも入力され
るようになっている。

制６１装置２２はマイクロコンピュータからなり、入出
力インターフェイス、セントラルプロセッサユニット（
ＣＰＵ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）を有する。温度センサ２４の出
力、回転速度信号Ｎｅ、トルク信号Ｔは入力インターフ
ェイスに入力され、アナログ信号の場合はアナログ／デ
ィジタル変換機でデイジ−タル信号に変換されてＲＡＭ
に一時的に格納され、演算時にＣＰＵに読出されて、演
算に用いられる。

ＲＯＭは、第３図の切替弁切替制御ルーチンを格納して
おり、この制御ルーチンは、ＣＰＵに読出されて、一定
時間毎に演算が実行される。このルーチンを、以下、さ
らに詳しく説明する。

第３図において、ステップ１０１でバイパスフラグＦが
Ｏ（バイパスＯＦＦ＞か１（バイパス中）かを判別する
。もしもバイパスＯＦＦ、すなわち、排気ガスが酸化触
媒８側に流されるとのフラグ指示であるときにはステッ
プ１０２に進み、ステップ１０１でバイパスＯＮ、すな
わち、排気カスがバイパス通路１０側に流されるとのフ
ラグ指示であるときにはステップ１０６に進む。

ステップ１０２では、温度センサ２４の出力である排気
温Ｔｅが５００℃を越えるような高温であるか否かを判
別し、Ｔｅ　＞５００℃の場合はリーンＮ。

×触媒６は活性を有して、排気温を昇温する必要がない
から、ステップ１０８に進み、バイパスフラグＦを１と
おいてステップ１０９に道みバイパスＯＮの実行処理を
する。すなわち、酸化触媒８側の通路１２を閉にし、バ
イパス通路１０側を開にするように、バルブ駆動装置１
６が排気切替弁１４を操作するように、バルブ駆動装置
１６に指令信号を出し、バイパスＯＮの実行処理をする
。

一方、ステップ１０２で排気ｍＴｅが５００℃以下であ
るような場合、すなわち高温とは言えない場合には、リ
ーンＮＯｘ触媒６は活性に乏しくなるおそれがあり、排
気温を昇温することが望まれるから、ステップ１０３に
進み、バイパスＯＦＦの実行処理をする。すなわち、酸
化触媒８側の通路１２を開にし、バイパス通路１０側を
閉にするように、バルブ駆動装置１６が排気切替弁１４
を操作するように、バルブ駆動装置１６に指令信号を出
し、バイパスＯＦＦの実行処理をする。

したがって、ステップ１０３を通る場合は、排気ガスは
酸化触媒８側を通るので、排気ガス中に含まれていたＣ
ｏ、ＨＣ等は酸化されてＣＯ２、Ｈ２Ｏになり、リーン
ＮＯｘ触媒６の直前では、排気ガス中のＨＣ濃度は極め
て低い状態にある。リーンＮＯｘ触媒６のＮＯｘ浄化反
応は、ＨＣの部分酸化によって生成される活性種とＮＯ
ｘとの反応であると推定されるので、リーンＮＯｘ触媒
６によるＮＯｘ浄化にはｌ−ＩＣが必要である。したが
って、上記のように排気が酸化触媒８を通されることに
より、リーンＮＯｘ触媒６の入りガス中のＨＣａ１度が
極めて低い場合には、ＨＣ供給装置４よりＨＣを注入す
る必要がある。この意味でステップ１０３からステップ
１０４に進み、ステップ１０４で、第５図および第６図
に示す如く、エンジン回転速度Ｎｅ１エンジン負荷また
はトルクＴと流量制御弁開度とのマツプに基づいて、Ｈ
Ｃの流量制御弁２０の目標開度を算出し、ざらにステッ
プ１０５に進み、流量制御弁２０の実際の開度をステッ
プ１０４で算出した目標開度にする実行処理をする。

ステップ１０１でバイパスフラグＦが１でステップ１０
６に進んだときは、ステップ１０６で排気カス温Ｔｅが
４００℃より低いか否かを判別する。ステップ１０６で
Ｔｅ＜４００′Ｇならば、現在排気ガスがバイパス通路
１０側を流れていても、排気ガス流れを酸化触媒８の通
路１２側に切替えて酸化触媒８に通しＣｏ、ＨＣの発熱
酸化反応により排気ガス温度を高めるべきであると判断
して、ステップ１０７に進み、バイパスフラグＦをＯと
おいて、ステップ１０３に進み、バイパスＯＦＦの実行
処理をする。

ステップ１０６で排気温Ｔｅが４００℃以上なら、その
まま昇温させずに排気ガスをバイパス通路１０側に流し
続けてよいと判断してステップ１０９に進む。

ステップ１０５、ステップ１０９からは次のステップに
進んでリターンする。上記において、ステップ１０１．
１０２．１０３．１０６．１０７．１０８．１０９は、
排気切替弁１４の切替を制御する切替制御手段を構成す
る。

上記のような制御においては、バイパスフラグＦと排気
温Ｔｅとの関係は第４図に示すようになり、ヒステリシ
スをえかく。このヒステリシスによって、ハンチングが
防止される。

第３図に従う制御では、排気ガスがバイパス通路１０を
流れる場合にはＨＣ供給装置４からのＨＣ供給を止めて
いるが、これは、ＨＣ消費を考慮したもので、リーンＮ
Ｏｘ触媒６によるＮＯｘ浄化にとって、排気ガス中のＨ
ＣＩで十分である内燃機関の場合に適用されるものであ
る。

しかし、排気ガス中のＨＣだけではリーンＮ。

×触媒６によるＮＯｘ浄化にとってＨＣが不足である内
燃機関の場合には、第３図のステップ１０９の後にも第
３図のステップ１０４．１０５を行なってＨＣを供給す
べきであり、そのような場合の制御ルーチンを第７図に
示しである。したがって、本発明は、第７図のような制
御ルーチンに従って制御される場合も含む。

つぎに、作用について説明する。

温度センサ２４によって検出された排気ガス温度が低い
時、たとえば５００℃より低い時、制ｍ＋装置２２にお
ける演算でステップ１０２からステップ１０３に進んで
、バイパスＯＦＦとされ、排気ガスは酸化触媒８側に流
れる。排気ガス中に存在するＣ０１ＨＣ等の酸化（燃焼
）により、排気ガスの温度は上昇し、リーンＮＯｘ触媒
６を通る排気ガス温度が高くなるので、リーンＮＯｘ触
媒６は活性化される。ただし、リーンＮＯｘ触媒６に入
る直前でＨＣｌ１度が低減しているので、ステップ１０
４．１０５によってＨＣ供給装置４からＨＣが供給され
る。

かくして、リーンＮＯｘ触媒６ではＨＣが十分でありか
つ触媒床温度も高いので、高いＮＯｘ浄化率が得られる
。

一方、排気ガス温度が高い時、たとえば４００℃以上の
時は、ステップ１０６からステップ１０９へ、また５０
０℃以上の時はステップ１０２からステップ１０＆　、
１０９へと進み、バイパスＯＮとされ、排気ガスはバイ
パス通路１０側に流れる。この時は、リーンＮＯｘ触媒
６は活性化温度にあるから、高いＮＯｘ浄化率が得られ
る。この場合は、排気ガス中のＨＣ濃度が十分であれば
ＨＣＣ供給装置からのＨＣの供給は止めてもよく（第３
図のステップ１０９からリターンへと道むルーチンに対
応）、不十分な場合はＨＣを供給すればよい（第７図の
ステップ１０９からステップ１０４（進むルーチンに対
応）。

［発明の効果］本発明によれば、リーンＮＯｘ触媒上流側に、酸化触媒
（三元触媒も酸化機能があるので、酸化触媒の中に含ま
れる）、バイパス通路、排気切替弁を設け、ざらに切替
制御手段を設けたので、排気ガス温度が低いときには、
排気ガスが酸化触媒を流れ、酸化反応により排気ガス温
度が高められる。その結果、リーンＮＯｘ触媒が活性化
温度とされ、或いは早く活性化温度とされ、酸化触媒よ
り上流の排気ガス温度が低温であっても、高いＮＯｘ浄
化率が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置の系統図、第２図は第１図の排気浄化装置を備えた内燃機関の概略
側面図、第３図は第１図の排気浄化装置を制御するための制御ル
ーチンのフローチャート、第４図は第３図の制御におけるバイパスフラグＦと排気
ガス温度との関係図、第５図は第１図のＨＣ供給用の流量制御弁制御のための
エンジン回転速度Ｎｅ−流量制御弁開度マツブ図、第６図は第１図のＨＣ供給用の流量制御弁制御のための
エンジン負荷Ｌ（またはトルクＴ）−流量制御弁開度マ
ツブ図、第７図は本発明に係るもう一つの制御ルーチンのフロー
チャート、である。２・・・・・・排気系４・・・・・・ＨＣ供給装置６・−・・・・リーンＮＯｘ触媒８・・・・・・酸化触媒１０・・・・・・バイパス通路１４・・・・・・排気切替弁１６・・・・・・バルブ駆動装置１８・・・・・・ＨＣ源２０・・・・・・流量制御弁２２・・・・・・制御装置２４・・・・・・温度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

１．内燃機関の排気系に上流から順に、ＨＣ供給装置、
リーンＮＯｘ触媒を設けてなる内燃機関の排気浄化装置
において、ＨＣ供給装置の上流に酸化触媒を設け、該酸
化触媒をバイパスするバイパス通路を設け、排気ガス流
れを酸化触媒側とバイパス通路側との間で選択的に切替
える排気切替弁を設け、排気ガス温度が低いときには排
気ガスが酸化触媒側に流れ排気ガス温度が高いときには
排気ガスがバイパス通路側に流れるように排気切替弁の
切替を制御する切替制御手段を設けたことを特徴とする
内燃機関の排気浄化装置。