JPH0610656A - Exhaust emission control system of engine - Google Patents

Exhaust emission control system of engine

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JPH0610656A
JPH0610656A JP4166434A JP16643492A JPH0610656A JP H0610656 A JPH0610656 A JP H0610656A JP 4166434 A JP4166434 A JP 4166434A JP 16643492 A JP16643492 A JP 16643492A JP H0610656 A JPH0610656 A JP H0610656A
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catalyst
engine
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exhaust gas
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明秀 高見
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智士 市川
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Abstract

PURPOSE:To prevent the thermal deterioration caused by the excessive temperature rise of the catalyst without using a catalyst temperature sensor or even when the sensor is failured in an exhaust emission control system where a bypass passage to bypass an NOx purifying catalyst is provided and the exhaust gas flows in the bypass passage when the temperature of the catalyst is high. CONSTITUTION:The running condition of an engine is detected by an engine load sensor 6 and an engine speed sensor 7, a judgement is made on the shifting tendency of the temperature of the catalyst 1 based on the running condition of the engine, and the opening/closing of a bypass valve 5 is controlled by a valve controlling means 10 based on the results of the judgement.

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、エンジンの排気ガス浄
化装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine exhaust gas purifying apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】エンジンの排気ガス浄化用触媒として、
CO(一酸化炭素)及びHC(炭化水素)の酸化と、N
Ox(窒素酸化物)の還元とを同時に行なう三元触媒が
一般に知られている。この三元触媒は、例えばγ−アル
ミナにPt(白金)及びRh(ロジウム)を担持させて
なるもので、エンジンの空燃比(A/F)を理論空燃比
14.7付近に制御したときに、高い浄化効率が得られ
る。
2. Description of the Related Art As a catalyst for purifying engine exhaust gas,
Oxidation of CO (carbon monoxide) and HC (hydrocarbons), N
A three-way catalyst that simultaneously performs reduction of Ox (nitrogen oxide) is generally known. This three-way catalyst is, for example, γ-alumina on which Pt (platinum) and Rh (rhodium) are supported, and when the air-fuel ratio (A / F) of the engine is controlled to near the theoretical air-fuel ratio of 14.7. , High purification efficiency can be obtained.

【0003】一方、自動車の分野では、上記空燃比を高
くしてエンジンの低燃費化を図るという要望があり、そ
のために、希薄燃焼方式のエンジンが開発されている。
すなわち、このエンジンは、混合気の霧化の改善等を図
って希薄混合気であっても安定な燃焼を実現できるよう
にしたものであり、エンジン温度が低い時には空燃比を
理論空燃比付近に設定し、エンジン温度が上昇して混合
気の燃焼安定性が高くなってから、空燃比が希薄(リー
ン)側に切換えて設定されるのが通常である。その場
合、排気ガスは酸素過剰となるため、上記三元触媒で
は、COやHCは酸化浄化することができても、NOx
の還元浄化ができなくなる。
On the other hand, in the field of automobiles, there is a demand for increasing the air-fuel ratio to reduce the fuel consumption of the engine. For this reason, a lean-burn engine has been developed.
In other words, this engine is designed to improve the atomization of the air-fuel mixture so that stable combustion can be realized even with a lean air-fuel mixture.When the engine temperature is low, the air-fuel ratio is close to the stoichiometric air-fuel ratio. After the temperature is set and the engine temperature rises and the combustion stability of the air-fuel mixture becomes high, the air-fuel ratio is normally set by switching to the lean side. In that case, since the exhaust gas contains excess oxygen, even if CO and HC can be oxidized and purified by the three-way catalyst, NOx
It becomes impossible to reduce and purify.

【0004】これに対して、近年は、遷移金属をイオン
交換担持させてなるゼオライト(結晶性アルミノシリケ
ート)系のNOx浄化用触媒の研究が進められている。
この触媒の場合、リーン雰囲気においても、NOxを直
接、あるいは共存する還元剤(例えば、CO,HC等)
により、N2 とO2 とに分解させることができる。例え
ば、特開平1−139145号公報には、NOx浄化用
触媒と三元触媒とを前者が上流側に、後者が下流側にな
るように直列に配置してなる排気ガス浄化装置について
の記載がある。
On the other hand, in recent years, studies have been conducted on zeolite (crystalline aluminosilicate) -based NOx purification catalysts in which a transition metal is supported by ion exchange.
In the case of this catalyst, a reducing agent (for example, CO, HC, etc.) that directly or coexists with NOx even in a lean atmosphere
Can be decomposed into N 2 and O 2 . For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-139145 describes an exhaust gas purifying apparatus in which a NOx purifying catalyst and a three-way catalyst are arranged in series so that the former is on the upstream side and the latter is on the downstream side. is there.

【0005】また、特開昭57−210116号公報に
は、2つの触媒を直列に配置するとともに、上流側の触
媒を迂回するバイパス通路を設け、排気ガス温度が高い
時には排気ガスをバイパス通路に流すことにより、排気
ガス高温時における上流側触媒の熱劣化を防止するよう
にした排気ガス浄化装置についての記載がある。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 57-210116, two catalysts are arranged in series and a bypass passage bypassing the upstream catalyst is provided, and when the exhaust gas temperature is high, the exhaust gas is passed through the bypass passage. There is a description of an exhaust gas purifying device that prevents thermal deterioration of the upstream side catalyst at high exhaust gas temperature by flowing the exhaust gas.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
上述のNOx浄化用触媒と三元触媒とを直列に配置する
という従来技術と、バイパス通路を設けるという従来技
術とを組合せについて検討した。すなわち、上流側のN
Ox浄化用触媒を迂回するバイパス通路を設けてそこに
バイパスバルブをおき、NOx浄化用触媒がNOx成分
の浄化に適した温度であるときには排気ガスを同触媒に
流し、そうでないときには排気ガスをバイパス通路に流
す、という考え方である。これによれば、NOx浄化用
触媒の熱劣化を防止しながら、NOx成分の浄化が図れ
るとともに、NOx浄化用触媒と三元触媒の両者を排気
ガスの浄化に有効に利用することができる。
Therefore, the inventor of the present invention
A combination of the conventional technology of arranging the NOx purification catalyst and the three-way catalyst in series and the conventional technology of providing the bypass passage was examined. That is, N on the upstream side
A bypass passage bypassing the Ox purification catalyst is provided and a bypass valve is placed there. When the temperature of the NOx purification catalyst is suitable for purification of NOx components, the exhaust gas is caused to flow through the catalyst, otherwise the exhaust gas is bypassed. The idea is to run it down the passage. According to this, the NOx component can be purified while preventing the NOx purification catalyst from being thermally deteriorated, and both the NOx purification catalyst and the three-way catalyst can be effectively used for purification of the exhaust gas.

【0007】しかし、かかるバイパスシステムの場合、
NOx浄化用触媒の温度(以下、ことわりがない限り、
触媒温度という)の検出のための温度センサを必要とす
る。そして、この温度センサによって、触媒温度が高い
ことが検出されてからバイパスバルブを開にしても、そ
の後に暫くは触媒温度の上昇が続き、NOx浄化用触媒
の熱劣化を招く結果となり易い。バイパスバルブが開に
された後もNOx浄化用触媒の温度上昇があるのは、そ
れまでに同触媒に浄化されずに蓄積されていたHC成分
が燃焼するためである。
However, in the case of such a bypass system,
The temperature of the NOx purification catalyst (hereinafter, unless otherwise specified,
It requires a temperature sensor for detecting the catalyst temperature). Then, even if the bypass valve is opened after the catalyst temperature is detected to be high by the temperature sensor, the catalyst temperature continues to rise for a while, and the NOx purification catalyst is likely to be thermally deteriorated. The reason why the temperature of the NOx purification catalyst rises even after the bypass valve is opened is that the HC component that has been accumulated in the catalyst without being purified up to that point is burned.

【0008】このような熱劣化を確実に防止するには、
バイパスバルブを開とする温度閾値を低めに設定すれば
よいが、それでは、触媒温度がそれ以上に上昇しない場
合にもバイパスバルブが開となり、NOx浄化用触媒を
効率良く利用することができない。
To surely prevent such heat deterioration,
The temperature threshold value for opening the bypass valve may be set to a low value. However, even if the catalyst temperature does not rise above that value, the bypass valve opens and the NOx purification catalyst cannot be used efficiently.

【0009】また、上記温度センサが故障して実際より
も低い温度を示すときには、NOx浄化用触媒の熱劣化
を招く結果となり、逆に実際よりも高い温度を示すとき
には同触媒の使用が可能な状態にあっても、これを利用
することができない。また、上記触媒の熱劣化の問題を
解決するには、上記温度センサが故障した時には、バイ
パスバルブを開とする制御を組み込むことが考えられる
が、センサの故障検出手段を必要とし、制御系が複雑に
なる。
When the temperature sensor malfunctions and shows a temperature lower than the actual temperature, the NOx purification catalyst is thermally deteriorated. On the contrary, when the temperature sensor shows a higher temperature than the actual temperature, the catalyst can be used. Even if you are in a state, you cannot use it. Further, in order to solve the problem of thermal deterioration of the catalyst, it is conceivable to incorporate a control for opening the bypass valve when the temperature sensor fails, but a sensor failure detection means is required, and the control system is It gets complicated.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明は、
このような課題に対し、NOx浄化用触媒の温度推移の
傾向をエンジンの運転状態から判定し、その判定結果に
基づいて上記バイパスバルブの開閉制御を行なう手段を
提供するものである。
Means for Solving the Problem and Its Action The present invention is
With respect to such a problem, a means for determining the tendency of the temperature transition of the NOx purification catalyst from the operating state of the engine and performing the opening / closing control of the bypass valve based on the determination result is provided.

【0011】−請求項1に記載の発明について− すなわち、その手段は、エンジンの排気系に設けられ希
薄空燃比において排気ガス中のNOxの浄化が可能なN
Ox浄化用触媒と、上記排気系に設けられ上記NOx浄
化用触媒を迂回して排気ガスを排出するバイパス通路
と、上記バイパス通路を通して排出される排気ガスを浄
化する三元触媒と、上記バイパス通路を開閉するバイパ
スバルブと、上記エンジンの負荷及び回転数のうちの少
なくとも一方を検出する運転状態検出手段と、上記運転
状態検出手段によって検出されるエンジンの負荷及び回
転数のうちの少なくとも一方に基づいて、上記NOx浄
化用触媒の温度の推移傾向を判定し、該判定結果に基づ
いて上記バイパスバルブを開閉制御するバルブ制御手段
とを備えていること特徴とするエンジンの排気ガス浄化
装置である。
-Regarding the invention according to claim 1- That is, the means is provided in the exhaust system of the engine and is capable of purifying NOx in the exhaust gas at a lean air-fuel ratio.
An Ox purifying catalyst, a bypass passage provided in the exhaust system for bypassing the NOx purifying catalyst and discharging exhaust gas, a three-way catalyst for purifying exhaust gas discharged through the bypass passage, and the bypass passage Based on at least one of a load valve and a rotational speed of the engine detected by the operating state detecting means and an operating state detecting means for detecting at least one of the load and the rotational speed of the engine. Then, the engine exhaust gas purifying apparatus is provided with: a valve control unit that determines the transition tendency of the temperature of the NOx purification catalyst and controls the opening and closing of the bypass valve based on the determination result.

【0012】上記NOx浄化用触媒の温度の推移傾向の
判定に関しては、例えばエンジンが高負荷の運転状態に
あるときには、排気ガス温度が高くなるから、触媒温度
が高くなる傾向にあると判定することができる。また、
低負荷又は低回転の運転状態にあるときには、同触媒に
おける排気ガスのSV(空間速度)が低くなるから、N
Ox浄化用触媒の温度上昇を招かないと考えがちである
が、必ずしもそうではない。
Regarding the determination of the transition tendency of the temperature of the NOx purification catalyst, for example, when the engine is operating under a high load, it is determined that the catalyst temperature tends to increase because the exhaust gas temperature increases. You can Also,
Since the SV (space velocity) of the exhaust gas in the catalyst becomes low when the engine is operating under a low load or a low rotation speed, N
It is easy to think that the temperature of the Ox purification catalyst will not rise, but this is not always the case.

【0013】すなわち、NOx浄化用触媒における触媒
反応はSVに依存し、高SVでは反応しにくいものの、
低SVでは触媒温度が低くとも、あるいは排気ガス温度
が低くとも反応が進行し易い。従って、例えば、エンジ
ンの運転状態が高負荷または高回転の運転領域にあると
きは、排気ガス量が多く従ってSVが高いため、NOx
浄化用触媒には浄化できなかったHC成分が蓄積され
る。そして、この蓄積されていたHC成分が上記低負荷
又は低回転の運転領域への移行によってSVが低下した
ときに燃焼し、NOx浄化用触媒を加熱することがあ
る。よって、低負荷又は低回転の運転状態にあるときに
も、触媒温度が上昇すると判定することができる。
That is, although the catalytic reaction in the NOx purification catalyst depends on SV and is difficult to react at high SV,
At low SV, the reaction easily proceeds even if the catalyst temperature is low or the exhaust gas temperature is low. Therefore, for example, when the operating state of the engine is in the operating region of high load or high rotation, the amount of exhaust gas is large and therefore the SV is high, so NOx
HC components that could not be purified are accumulated in the purification catalyst. Then, the accumulated HC component may be combusted when the SV is lowered due to the shift to the low load or low rotation operation region, thereby heating the NOx purification catalyst. Therefore, it is possible to determine that the catalyst temperature rises even in the low load or low rotation operating state.

【0014】そして、かかる判定結果に基づいて、触媒
温度が過度に上昇する傾向にある場合には、バイパスバ
ルブを開として、上記NOx浄化用触媒への排気ガスの
流入を防止し、その熱劣化を防止することができる。こ
のため、触媒の温度を別途検出せずともよくなるわけで
ある。さらに、触媒温度の推移傾向を把握するから、事
前に適切なバイパスバルブの開閉を実行することがで
き、バイパスバルブを開くのが遅れてNOx浄化用触媒
の熱劣化を招いたり、不必要に同バルブを開として同触
媒の有効利用が妨げられたりすることがなくなる。
If the catalyst temperature tends to rise excessively on the basis of the result of the determination, the bypass valve is opened to prevent the exhaust gas from flowing into the NOx purification catalyst, and its heat deterioration is caused. Can be prevented. Therefore, it is not necessary to separately detect the temperature of the catalyst. Furthermore, since the transition tendency of the catalyst temperature is grasped, it is possible to open and close the appropriate bypass valve in advance, which delays the opening of the bypass valve and causes thermal deterioration of the NOx purification catalyst. The valve is not opened to prevent the catalyst from being effectively used.

【0015】もちろん、本発明を実施する上で、NOx
浄化用触媒の熱劣化を確実に防止するために触媒温度を
センサによって別途検出し、この検出結果と上記判定結
果とを用いてバイパスバルブの開閉制御を行なうことを
妨げるものではない。その場合でも、温度センサが故障
しても触媒温度の推移傾向を把握して、適切なバイパス
バルブの開閉制御を実行することができ、有利である。
Of course, in carrying out the present invention, NOx
It does not prevent that the temperature of the catalyst is separately detected by the sensor in order to reliably prevent the heat deterioration of the purification catalyst and the opening / closing control of the bypass valve is performed using the detection result and the determination result. Even in that case, even if the temperature sensor fails, it is possible to grasp the transition tendency of the catalyst temperature and execute appropriate opening / closing control of the bypass valve, which is advantageous.

【0016】−請求項2に記載の発明について− 上述の如く、触媒温度の過度上昇を招き易いエンジン運
転状態は、低負荷又は低回転の運転領域であり、かかる
運転領域にあるときに触媒温度が所定値以上に上昇する
と判定し、バイパスバルブを開に制御することは好適な
手段である。このようにすると、NOx浄化用触媒の熱
劣化を防止することができる。
As to the invention described in claim 2, as described above, the engine operating state in which the catalyst temperature is likely to be excessively raised is a low load or low rotation operating region, and the catalyst temperature is in the operating region. Is determined to increase above a predetermined value, and the bypass valve is controlled to be opened. By doing so, it is possible to prevent thermal deterioration of the NOx purification catalyst.

【0017】−請求項3に記載の発明について− また、エンジンの運転状態が高負荷又は高回転の運転領
域から所定の低負荷又は低回転の運転領域に移行したと
きに、上記NOx浄化用触媒の温度が所定値以上に上昇
すると判定し上記バイパスバルブを開に制御することは
好適な手段である。エンジンの運転状態が高負荷または
高回転の運転領域から所定の低負荷又は低回転の運転領
域に移行したときに触媒温度が上昇する理由は先に説明
した通りであり、従って、その際にバイパスバルブを開
にすると、NOx浄化用触媒の熱劣化を防止することが
できる。
-Regarding the invention as set forth in claim 3, the catalyst for NOx purification is provided when the operating state of the engine shifts from a high-load or high-rotation operating region to a predetermined low-load or low-rotation operating region. It is a suitable means to judge that the temperature of the above rises above a predetermined value and control the bypass valve to open. The reason why the catalyst temperature rises when the operating state of the engine shifts from the high load or high rotation operating region to the predetermined low load or low rotation operating region is as described above, and therefore, in that case, the bypass temperature is increased. When the valve is opened, it is possible to prevent thermal deterioration of the NOx purification catalyst.

【0018】−請求項4に記載の発明について− エンジンの運転状態が上述の低負荷又は低回転の運転領
域にあるとき、あるいは同運転領域に移行してきたとき
にバイパスバルブを直ちに開とすることもできるが、か
かる運転領域にある状態が所定時間以上継続したとき
に、バイパスバルブを開に制御することがより好適な手
段である。かかる運転領域にある状態が短時間であれ
ば、触媒温度の上昇は少ないからであり、その状態が所
定時間以上継続すれば、触媒温度の過度上昇の傾向があ
ることを高い確率で判定することができるからである。
With regard to the invention described in claim 4, the bypass valve is opened immediately when the operating condition of the engine is in the above-mentioned low load or low rotation operating region, or when the engine enters the operating region. However, it is a more preferable means to control the bypass valve to be open when the state in the operation region continues for a predetermined time or longer. This is because if the state in such an operating region is for a short time, the catalyst temperature does not increase so much, and if the state continues for a predetermined time or longer, it is highly probable that the catalyst temperature tends to excessively rise. Because you can

【0019】−請求項5に記載の発明(エンジンの空燃
比との関係)について− エンジンの空燃比を検出する空燃比センサを設け、この
空燃比センサによって希薄空燃比、つまりリーンが検出
されているときに、上述のバイパスバルブの開閉制御を
行なうことは有意義である。
-Regarding the invention according to claim 5 (relationship with the air-fuel ratio of the engine) -an air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the engine is provided, and the lean air-fuel ratio, that is, lean is detected by this air-fuel ratio sensor. It is meaningful to perform the above-mentioned opening / closing control of the bypass valve when the vehicle is in the open state.

【0020】すなわち、リーンの場合には排気ガス温度
が低いのが通常であるから、エンジンの空燃比に基づい
て上記バイパスバルブの開閉制御を行なう(リーンのと
きにのみバイパスバルブを開とする)ことが考えられる
のであるが、それだけでは、NOx浄化用触媒の熱劣化
を確実に防止できないからである。つまり、リーンであ
っても、エンジンの運転状態によっては、例えば、上述
の低負荷又は低回転の運転領域にあるときには触媒温度
の過度上昇を招くことがあり、かかる状態を判定しバイ
パスバルブを開に制御すれば、NOx浄化用触媒の熱劣
化を防止することができる。
That is, since the exhaust gas temperature is usually low in the lean case, the opening / closing control of the bypass valve is performed based on the air-fuel ratio of the engine (the bypass valve is opened only in the lean case). This is because it is impossible to reliably prevent thermal deterioration of the NOx purification catalyst by itself. In other words, even if the engine is lean, depending on the operating condition of the engine, for example, the catalyst temperature may excessively rise in the above-mentioned low load or low rotation operating range. If controlled to, heat deterioration of the NOx purification catalyst can be prevented.

【0021】−請求項6に記載の発明について− また、上記空燃比センサによって検出される空燃比が希
薄空燃比でないとき、つまりリッチのとき(理論空燃比
あるいは濃空燃比のとき)はリーンであるときよりも、
上記所定の低負荷又は低回転の運転領域を高負荷側又は
高回転側に拡大して、上記バイパスバルブの開閉制御を
行なうことは好適な手段である。空燃比がリッチのとき
の排気ガス温度は高く、そのことがNOx浄化用触媒の
温度上昇をより顕著にするからである。
-Regarding the invention according to claim 6-When the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor is not a lean air-fuel ratio, that is, when the air-fuel ratio is rich (theoretical air-fuel ratio or rich air-fuel ratio), it is lean. More than once
It is a suitable means to expand the predetermined low load or low rotation operating range to the high load side or the high rotation side to control the opening / closing of the bypass valve. This is because the exhaust gas temperature is high when the air-fuel ratio is rich, which makes the temperature increase of the NOx purification catalyst more remarkable.

【0022】−触媒について− 上記NOx浄化用触媒としてはゼオライトのようなミク
ロの細孔を有する金属含有シリケートに金属活性種を担
持せしめたものが好適である。この金属含有シリケート
としては、ゼオライトが好適であるが、これに代えて、
例えば、結晶の骨格を形成する金属として、AlとF
e、Ce、Mn、Tb、Cu、B、Pなど他の金属(半
金属)とを組み合わせてなる金属含有シリケートや、A
lを含まない非アルミノシリケートも採用することがで
き、これらは耐熱性を得る上で有効である。また、耐熱
性を向上せしめる観点からは、Na型よりもH型の方が
好ましく、特にH型ゼオライトが好適である。上記ゼオ
ライトとしては、ZSM−5が好適であるが、A型、X
型、Y型等であってもよい。
-Catalyst- As the above-mentioned NOx purification catalyst, a catalyst in which a metal-containing silicate having micropores such as zeolite is supported with a metal active species is preferable. As this metal-containing silicate, zeolite is preferable, but instead of this,
For example, Al and F are used as the metal forming the crystal skeleton.
A metal-containing silicate formed by combining with another metal (semi-metal) such as e, Ce, Mn, Tb, Cu, B, and P, or A
Non-aluminosilicates not containing 1 can also be used, and these are effective in obtaining heat resistance. From the viewpoint of improving heat resistance, H type is preferable to Na type, and H type zeolite is particularly preferable. As the above-mentioned zeolite, ZSM-5 is suitable, but A type, X
It may be a mold, a Y-shape, or the like.

【0023】金属活性種としては遷移金属が好適であ
り、なかでもCuが好適である。もちろん、それ以外の
Co、Cr、Ni、Fe、Mn等のような他の遷移金属
を用いることもでき、また、貴金属を用いることもでき
る。また、この遷移金属は、上記金属含有シリケートに
イオン交換によって担持せしめることが好適であるが、
含浸法もしくは加熱により水分を除去してゼオライトに
担持させる乾固法、溶液状態で共存イオンにより担持さ
せる共沈法等を採用することもできる。
A transition metal is preferable as the metal active species, and Cu is particularly preferable. Of course, other transition metals such as Co, Cr, Ni, Fe, and Mn may be used, or a noble metal may be used. Further, this transition metal is preferably carried on the metal-containing silicate by ion exchange,
It is also possible to employ an impregnation method or a dry solidification method in which water is removed by heating to support the zeolite, and a coprecipitation method in which coexisting ions are carried in a solution state.

【0024】また、上記NOx浄化用触媒については、
担体上に上下2層の触媒層を有するものであってもよ
い。例えば、上述の2種以上の金属を結晶の骨格構成元
素とする金属含有シリケートに金属活性種を担持せしめ
たシリケート系触媒を上層に、γ−アルミナやゼオライ
トに金属活性種、特に酸化反応に有効な活性種を担持せ
しめた触媒を下層に配置したものが好適である。このも
のによれば、触媒温度が低いときでも、下層でHCの燃
焼反応を円滑に進めても上層の温度を高めることがで
き、それによって排気ガス温度が低い時からNOxの浄
化を行なうことができるからである。
Regarding the NOx purification catalyst,
It may have two upper and lower catalyst layers on the carrier. For example, a silicate-based catalyst in which a metal-containing silicate having two or more kinds of metals as the skeleton-constituting elements of the crystal is loaded with a metal active species is used as an upper layer, and γ-alumina or zeolite is effective for a metal active species, particularly an oxidation reaction. A catalyst in which various active species are supported is preferably arranged in the lower layer. According to this, even when the catalyst temperature is low, the temperature of the upper layer can be increased even if the combustion reaction of HC in the lower layer proceeds smoothly, whereby NOx can be purified even when the exhaust gas temperature is low. Because you can.

【0025】また、三元触媒としては、多孔質担体に貴
金属、例えばPt、Pd、Rh等を担持せしめたものが
好適であり、さらにセリア等を加えることもできる。ま
た、この三元触媒は、排気系における上記バイパス通路
の下流端よりも下流側に配置することが好適であり、こ
のようにすると、上記NOx浄化触媒を通過してその後
方へ流れる排気ガス中のHCやCOを浄化することがで
きる。
As the three-way catalyst, a porous carrier on which a noble metal such as Pt, Pd or Rh is supported is preferable, and ceria or the like may be added. Further, it is preferable that the three-way catalyst is arranged on the downstream side of the downstream end of the bypass passage in the exhaust system, and in this case, in the exhaust gas that passes through the NOx purification catalyst and flows rearward thereof. It is possible to purify HC and CO.

【0026】また、上記NOx浄化用触媒及び三元触媒
は、その使用にあたっては、ペレットタイプとすること
ができるが、モノリス担体を用いることもでき、その場
合の担体としては、コーディライトが好適であり、ま
た、他の無機多孔質体を用いることもできる。
The NOx purification catalyst and the three-way catalyst may be pellet type when used, but a monolith carrier may be used, and cordierite is suitable as the carrier in that case. Also, other inorganic porous materials can be used.

【0027】[0027]

【発明の効果】従って、上記各手段(請求項1〜6の発
明)によれば、エンジンの運転状態に基づいて触媒温度
の推移傾向を判定し、その判定結果に基づいてバイパス
バルブの開閉制御を行なうようにしたから、触媒温度セ
ンサを用いずとも、NOx浄化用触媒を熱劣化させるこ
となく有効利用して排気ガスを浄化することができるよ
うになる。
Therefore, according to each of the above means (the inventions of claims 1 to 6), the transition tendency of the catalyst temperature is determined based on the operating state of the engine, and the opening / closing control of the bypass valve is performed based on the determination result. Therefore, the exhaust gas can be purified by effectively utilizing the NOx purification catalyst without thermally degrading without using the catalyst temperature sensor.

【0028】エンジンの運転状態が低負荷又は低回転の
運転領域にあるときに触媒温度が所定値以上に上昇する
と判定するようにしたもの(請求項2の発明)によれ
ば、NOx浄化用触媒の熱劣化の未然防止の点で有利に
なる。
According to the present invention, it is determined that the catalyst temperature rises above a predetermined value when the engine operating condition is in the low load or low rotation operating region (the invention of claim 2). This is advantageous in preventing the thermal deterioration of the.

【0029】エンジンの運転状態が高負荷又は高回転の
運転領域から低負荷又は低回転の運転領域に移行したと
きに触媒温度が所定値以上に上昇すると判定するように
したもの(請求項3の発明)によれば、触媒温度が所定
値以上に上昇する可能性が極めて高いときに、バイパス
バルブを開にすることができ、無駄なバルブ制御を少な
くしながらNOx浄化用触媒の熱劣化を防止することが
できる。
It is determined that the catalyst temperature rises above a predetermined value when the operating state of the engine shifts from a high load or high rotation operating region to a low load or low rotation operating region (claim 3). According to the invention), the bypass valve can be opened when the catalyst temperature is extremely likely to rise above a predetermined value, and thermal deterioration of the NOx purification catalyst can be prevented while reducing unnecessary valve control. can do.

【0030】上記低負荷又は低回転の運転領域にある状
態が所定時間以上継続したときにNOx浄化用触媒の温
度が所定値以上に上昇すると判定するようにしたもの
(請求項4の発明)によれば、さらに無駄なバルブ制御
を少なくすることができる点で有利になる。
When the temperature in the NOx purifying catalyst is judged to rise above a predetermined value when the state in the low load or low rotation operating range continues for a predetermined time or longer (invention of claim 4) This is advantageous in that wasteful valve control can be further reduced.

【0031】また、空燃比がリーンのときに上記バルブ
制御を行なうもの(請求項5の発明)によれば、リーン
でないときにはバイパスバルブを開、空燃比リッチのと
きに同バルブを閉にするという単純な基本制御を採用し
ながら、NOx浄化用触媒の熱劣化を防止することがで
きる。
Further, according to the above-mentioned valve control when the air-fuel ratio is lean (the invention of claim 5), the bypass valve is opened when the air-fuel ratio is not lean and the bypass valve is closed when the air-fuel ratio is rich. It is possible to prevent thermal deterioration of the NOx purification catalyst while adopting a simple basic control.

【0032】空燃比がリッチのときに上記低負荷又は低
回転の運転領域を高負荷側又は高回転側に拡大して、上
記バルブ制御を行なうもの(請求項6の発明)によれ
ば、排気ガス温度を考慮したバルブ制御を行なうことが
でき、上記NOx浄化用触媒の熱劣化を防止する上で有
利になる。
When the air-fuel ratio is rich, the low-load or low-rotation operating range is expanded to the high-load side or the high-rotation side to perform the valve control (the invention of claim 6). Valve control can be performed in consideration of the gas temperature, which is advantageous in preventing thermal deterioration of the NOx purification catalyst.

【0033】[0033]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0034】−排気ガス浄化装置の構造について− 図1には実施例の装置の構成が記載されている。同図に
おいて、1はエンジン本体11の排気通路2に介設され
たNOx浄化用触媒、3はNOx浄化用触媒1を迂回す
るバイパス通路、4はバイパス通路3の下流端(上記排
気通路1とバイパス通路3との合流部)よりも下流に設
けられた三元触媒である。上記バイパス通路3の下流端
には排気ガスの流れを上記NOx浄化用触媒1側とバイ
パス通路3側との間で切換えるバイパスバルブ5が設け
られている。このバイパスバルブ5は、エンジン負荷を
検出する負荷センサ6、エンジン回転数を検出する回転
センサ7、エンジンの空燃比を検出する空燃比センサ
(O2 センサ)8、及び上記NOx浄化用触媒1の温度
を検出する温度センサ9の出力に基づいて、バルブ制御
手段10によって駆動が制御されるようになってる。
-Structure of Exhaust Gas Purification Device- Fig. 1 shows the structure of the device of the embodiment. In the figure, 1 is a NOx purifying catalyst provided in an exhaust passage 2 of an engine body 11, 3 is a bypass passage bypassing the NOx purifying catalyst 1, 4 is a downstream end of the bypass passage 3 (the exhaust passage 1 and This is a three-way catalyst that is provided downstream of the portion where it joins the bypass passage 3. A bypass valve 5 is provided at the downstream end of the bypass passage 3 to switch the flow of exhaust gas between the NOx purification catalyst 1 side and the bypass passage 3 side. The bypass valve 5 includes a load sensor 6 that detects an engine load, a rotation sensor 7 that detects an engine speed, an air-fuel ratio sensor (O 2 sensor) 8 that detects an air-fuel ratio of the engine, and the NOx purification catalyst 1. The drive is controlled by the valve control means 10 based on the output of the temperature sensor 9 for detecting the temperature.

【0035】−バルブ制御1について− 上記バルブ制御手段10は、上記空燃比センサ8によっ
て空燃比リーンが検出されているとき、上記負荷センサ
6によって検出されるエンジン負荷と、上記回転センサ
7によって検出されるエンジン回転数とに基づいて、エ
ンジンの運転領域から上記NOx浄化用触媒1の温度の
推移傾向を判定し、該判定結果に基づいて上記バイパス
バルブ5を開閉制御する。上記判定のための運転領域は
図2に示されており、NOx浄化用触媒1における排気
ガスのSVが低いB領域と、同SVが高いA領域とに分
けられている。実線で示される領域区画線は空燃比がリ
ーンのときのものであり、鎖線で示される領域区画線は
空燃比がリッチときのものである。リッチの場合にはB
領域がリーンのときよりも拡大している。
-Valve Control 1- The valve control means 10 detects the engine load detected by the load sensor 6 and the rotation sensor 7 when the air-fuel ratio lean is detected by the air-fuel ratio sensor 8. The transition tendency of the temperature of the NOx purification catalyst 1 is determined from the operating region of the engine on the basis of the engine speed, and the opening / closing control of the bypass valve 5 is performed based on the determination result. The operating region for the above determination is shown in FIG. 2, and is divided into a B region where the SV of the exhaust gas in the NOx purification catalyst 1 is low and an A region where the SV is high. The area demarcation line shown by the solid line is when the air-fuel ratio is lean, and the area demarcation line shown by the chain line is when the air-fuel ratio is rich. B for rich
The area is larger than when it is lean.

【0036】上記バルブ制御の具体的内容は図3に制御
フローで示されている。エンジンの空燃比がリーンでな
いときにはB領域の拡大が行なわれる(S1→S2)。
そして、エンジンの運転状態がB領域であれば、触媒温
度Tによってバイパスバルブ5の開閉制御が行なわれ
る。すなわち、同温度Tが所定値To (NOx浄化用触
媒1の熱劣化を招く可能性が高い温度)よりも低いとき
には、バイパスバルブ5は閉とされ(S3→S9→S1
0)、触媒温度Tが所定値To よりも高いときには、バ
イパスバルブ5は開とされる(S9→S7)。このよう
にバイパスバルブ5が開とされた場合には、所定時間t
2 毎に触媒温度Tが所定値To よりも低くなったか否か
が監視され、所定値To よりも低くなれば、同バルブ5
は閉にはされる(S7→S8→S9→S10)。
The specific contents of the valve control are shown in the control flow in FIG. When the air-fuel ratio of the engine is not lean, the B region is expanded (S1 → S2).
Then, when the operating state of the engine is in the B range, the opening / closing control of the bypass valve 5 is performed by the catalyst temperature T. That is, when the temperature T is lower than the predetermined value To (the temperature at which the NOx purification catalyst 1 is likely to be thermally deteriorated), the bypass valve 5 is closed (S3 → S9 → S1).
0), when the catalyst temperature T is higher than the predetermined value To, the bypass valve 5 is opened (S9 → S7). When the bypass valve 5 is opened in this way, the predetermined time t
It is monitored whether or not the catalyst temperature T becomes lower than the predetermined value To every two times, and if it becomes lower than the predetermined value To, the valve 5
Is closed (S7 → S8 → S9 → S10).

【0037】エンジンの運転状態がA領域であるときに
は、B領域への移行が監視される(S3→S4)。運転
領域がAのままであれば、バイパスバルブ5は触媒温度
Tに応じてそれが所定値To よりも低いときには閉に、
所定値To 以上のときには開に制御される(S4→S1
1→S12,S13)。
When the operating condition of the engine is in the A region, the shift to the B region is monitored (S3 → S4). If the operating region remains A, the bypass valve 5 is closed according to the catalyst temperature T when it is lower than the predetermined value To,
When it is equal to or larger than the predetermined value To, it is controlled to open (S4 → S1).
1 → S12, S13).

【0038】しかして、上記運転状態がA領域からB領
域に移行した場合には、タイマt1がセットされ、B領
域の状態が所定時間t1 継続すれば、同タイマがリセッ
トされてバイパスバルブ5が開とされる(S4→S5→
S6→S7)。このようにバイパスバルブ5が開にされ
た場合には、先の場合と同様に所定時間t2 毎に触媒温
度Tが監視される(S7→S8→S9→S10)。上記
所定時間t1 が経過する前にA領域に戻ったときには、
バイパスバルブ5は触媒温度Tに応じて開閉制御される
(S6→S11→S12,S13)。
Thus, when the operating state shifts from the A region to the B region, the timer t 1 is set, and when the state of the B region continues for a predetermined time t 1 , the timer is reset and the bypass valve is set. 5 is opened (S4 → S5 →
S6 → S7). In this way, when the bypass valve 5 is opened, the catalyst temperature T is monitored every predetermined time t 2 as in the previous case (S7 → S8 → S9 → S10). When returning to the area A before the predetermined time t 1 has elapsed,
The bypass valve 5 is controlled to open / close according to the catalyst temperature T (S6 → S11 → S12, S13).

【0039】要するに、上記バルブ制御の一つのポイン
トは、エンジンの運転状態がA領域からB領域に移行し
た場合において、該B領域にある状態が所定時間t1
続すると、触媒温度の高低に拘らずバイパスバルブ5が
開にされることである。
In summary, one of the points of the above valve control is that, when the operating state of the engine shifts from the A region to the B region and the state in the B region continues for a predetermined time t 1 , the catalyst temperature is high or low. Instead, the bypass valve 5 is opened.

【0040】すなわち、エンジンの運転状態がA領域に
あるとき、触媒温度が高くなければバイパスバルブ5は
閉とされるため(S4→S11→S12)、排気ガスは
NOx浄化用触媒1の方へ流れる。しかし、エンジンの
運転状態がA領域にあるときは、排気ガス量が多く、N
Ox浄化用触媒1におけるSVが高いために排気ガス中
のHC成分が完全に浄化されず、未燃のHC成分が同触
媒1に蓄積される。
That is, when the engine operating condition is in the A region, the bypass valve 5 is closed unless the catalyst temperature is high (S4 → S11 → S12), so the exhaust gas is directed toward the NOx purification catalyst 1. Flowing. However, when the operating state of the engine is in the A range, the exhaust gas amount is large and N
Since the SV in the Ox purification catalyst 1 is high, the HC component in the exhaust gas is not completely purified, and the unburned HC component is accumulated in the catalyst 1.

【0041】図4はNOx浄化用触媒1をCuイオン交
換ゼオライトとした場合のA/F=20〜23の実車排
気ガス(NOx:1000ppm,HC:2500pp
m,入口ガス温度:350℃)におけるSVとNOx浄
化率,HC燃焼率との関係を示したものである。SV=
50000hr-1を越えると、未燃HCを生ずることがわ
かる。
FIG. 4 shows an actual vehicle exhaust gas (NOx: 1000 ppm, HC: 2500 pp) with A / F = 20 to 23 when the NOx purification catalyst 1 is Cu ion-exchanged zeolite.
m, inlet gas temperature: 350 ° C.) shows the relationship between SV, NOx purification rate, and HC combustion rate. SV =
It is understood that unburned HC is produced when it exceeds 50,000 hr -1 .

【0042】このような状態で、エンジンの運転状態が
B領域になると、SVが低下するから同触媒1では排気
ガス中の全HCが燃焼浄化されるようになるとともに、
先に蓄積されていたHCも燃焼するようになる。その場
合、SVが低いから、ガスの吹き抜けによる放熱効果は
少なく、従って、NOx浄化用触媒1の温度が上昇して
いくことになる。
In such a state, when the operating state of the engine is in the B range, the SV is lowered, so that all HC in the exhaust gas is combusted and purified by the catalyst 1, and
The previously accumulated HC will also be burned. In this case, since the SV is low, the heat radiation effect due to the gas blow-through is small, and therefore the temperature of the NOx purification catalyst 1 increases.

【0043】バイパスバルブ5を閉とする従来モードで
の各エンジン運転状態でのNOx浄化用触媒1の入口ガ
ス温度及び触媒温度T、並びに運転状態を変更した場合
における同入口ガス温度及び触媒温度Tは表1に示す通
りである。なお、NOx浄化用触媒としては、Na型Z
SM−5にCuをイオン交換によって担持させたCuイ
オン交換ゼオライトを用いた。また、三元触媒4はγ−
アルミナにPtとRhを担持させたものである。
The inlet gas temperature and the catalyst temperature T of the NOx purifying catalyst 1 in each engine operating state in the conventional mode in which the bypass valve 5 is closed, and the inlet gas temperature and the catalyst temperature T when the operating state is changed. Is as shown in Table 1. As the NOx purification catalyst, Na-type Z
Cu ion-exchanged zeolite in which Cu was carried on SM-5 by ion exchange was used. In addition, the three-way catalyst 4 is γ-
It is made by supporting Pt and Rh on alumina.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】テストNo.1,5は低負荷低回転の運転
状態であってB領域に属し、No.2〜4は中負荷ない
しは高回転の運転状態であってA領域に属する。A領域
では排気ガス温度が高く、また、触媒温度Tも高くなっ
ているが、低負荷低回転のB領域では入口ガス温度及び
触媒温度Tが共に低い。これに対して、No.6〜9は
A領域からB領域に運転状態を移行させた場合である
が、入口ガス温度は低いものの、触媒温度TはA領域で
の運転の場合よりも高くなっている。この結果は上述の
運転状態の変更に伴うSVの低下によって触媒温度Tが
上昇することを裏付けるものである。
Test No. Nos. 1 and 5 belong to the B range and are in the low load and low speed operation state. 2 to 4 are operating states of medium load or high rotation and belong to the A region. The exhaust gas temperature is high and the catalyst temperature T is also high in the region A, but both the inlet gas temperature and the catalyst temperature T are low in the region B where the load is low and the rotation speed is low. On the other hand, No. Nos. 6 to 9 are cases where the operating state was shifted from the A range to the B range, and although the inlet gas temperature was low, the catalyst temperature T was higher than that in the case of operating in the A range. This result supports the fact that the catalyst temperature T rises due to the decrease in SV that accompanies the change in the operating state.

【0046】これに対して、本発明の上記バルブ制御で
は、運転状態がA領域からB領域に移行した後、このB
領域の状態が所定時間t1 継続したらバイパスバルブ5
が開にされるから、その後の触媒温度の上昇が防止さ
れ、NOx浄化用触媒1の熱劣化が防止されるものであ
る。表2は先のテストNo.6〜9において、実施例の
バルブ制御での触媒温度Tを示す。触媒温度Tが表1の
場合に比べて低くなっていることが理解できる。
On the other hand, in the above-mentioned valve control of the present invention, after the operating state shifts from the A region to the B region, this B control is performed.
Bypass valve 5 when the state of the region continues for a predetermined time t 1
As a result, the catalyst temperature is prevented from further increasing and thermal deterioration of the NOx purification catalyst 1 is prevented. Table 2 shows the previous test No. 6 to 9 show the catalyst temperature T in the valve control of the embodiment. It can be seen that the catalyst temperature T is lower than in the case of Table 1.

【0047】[0047]

【表2】 [Table 2]

【0048】この場合、上記所定時間t1 には、NOx
浄化用触媒1に未燃HCが飽和蓄積された状態において
B領域の運転状態で最も高い速度で温度が上昇した場合
に上記所定温度To から許容温度まで上昇する時間をあ
てている。
In this case, NOx is reduced to the predetermined time t 1.
In the state where the unburned HC is saturated and accumulated in the purification catalyst 1, the temperature rises from the predetermined temperature To to the allowable temperature when the temperature rises at the highest speed in the operating state of the region B.

【0049】また、以上の如くしてバイパスバルブ5が
開にされた場合、所定時間t2 を経過した時点で触媒温
度が所定温度To 未満にあれば、バイパスバルブ5は閉
に制御されるから、同バルブ5が不必要に開のまま放置
されることはない。
When the bypass valve 5 is opened as described above, the bypass valve 5 is controlled to be closed if the catalyst temperature is lower than the predetermined temperature To when the predetermined time t 2 has elapsed. The valve 5 is not unnecessarily left open.

【0050】また、空燃比がリッチのときには、排気ガ
ス温度が高くなるためにNOx浄化用触媒1の熱劣化を
確実に防止する観点からB領域が拡大され(S1→S
2)、バイパスバルブ5が開になり易くなる。しかし、
リッチのときには、三元触媒4による排気ガスの浄化が
円滑に行なわれるため、問題はない。
Further, when the air-fuel ratio is rich, the exhaust gas temperature rises, so that the B region is expanded (S1 → S) from the viewpoint of reliably preventing thermal deterioration of the NOx purification catalyst 1.
2) The bypass valve 5 is easily opened. But,
When rich, there is no problem because the exhaust gas is smoothly purified by the three-way catalyst 4.

【0051】逆に空燃比がリーンのときに多量の排気ガ
スが三元触媒4に流れることは好ましくないのである
が、上記バルブ制御の場合、リーンではB領域がエンジ
ン回転数が低い側に狭くなるから、バイパスバルブ5が
開になった場合でも、三元触媒4に流れる排気ガス量は
少なく、排気ガスの悪化防止の点で有利である。
On the contrary, it is not preferable that a large amount of exhaust gas flows to the three-way catalyst 4 when the air-fuel ratio is lean, but in the case of the above valve control, the B region is narrow in the lean side toward the lower engine speed. Therefore, even when the bypass valve 5 is opened, the amount of exhaust gas flowing through the three-way catalyst 4 is small, which is advantageous in preventing deterioration of exhaust gas.

【0052】−バルブ制御2(触媒温度の推定)につい
て− 上記バルブ制御1においては、触媒温度センサ9を補助
的に用いたが、次に温度センサを用いない制御例を説明
する。
-Valve Control 2 (Estimation of Catalyst Temperature) -In the above-mentioned valve control 1, the catalyst temperature sensor 9 was used as an auxiliary. Next, an example of control in which no temperature sensor is used will be described.

【0053】図5はエンジンをA/F=23で運転した
場合のNOx浄化用触媒1の入口の排気ガス温度のマッ
プを示すものであり、この入口ガス温度はエンジン回転
数と平均有効圧力とによって基本的に定まる。バルブ制
御手段10は、上記入口ガス温度マップを備えていると
ともに、排気ガス中のHC濃度、CO濃度及びO2 濃度
についても、同様に作成されたマップを備えている。
FIG. 5 shows a map of the exhaust gas temperature at the inlet of the NOx purification catalyst 1 when the engine is operated at A / F = 23. The inlet gas temperature is the engine speed and the average effective pressure. Is basically determined by The valve control means 10 has the above-mentioned inlet gas temperature map, and also has maps similarly prepared for the HC concentration, CO concentration and O 2 concentration in the exhaust gas.

【0054】また、触媒温度Tの変化量ΔTには、以下
の計算式が経験的に成立する。 ΔT=排気ガスからの伝熱量+HCの燃焼で得られる熱
量 なお、排気ガスからの伝熱量は放熱量も考慮した値であ
る。
For the amount of change ΔT in catalyst temperature T, the following formula is empirically established. ΔT = heat transfer amount from exhaust gas + heat amount obtained by combustion of HC Note that the heat transfer amount from the exhaust gas is a value in consideration of the heat radiation amount.

【0055】この場合、エンジン負荷が低くなると、入
口ガス温度は触媒温度よりも低くなり、そのときのSV
がやや高いとNOx浄化用触媒1の冷却効果を生むの
で、図6に示すように触媒温度Tの上昇速度は遅くな
る。また、排気ガス中のHC成分を完全に燃焼浄化でき
ない運転領域での走行が長いほど、未燃HCの当該触媒
1への吸着量が増すため、図7に示すように触媒温度T
の上昇速度が速くなり、到達温度も高くなる。なお、図
7に示す時間(分)は、2500rpm,−400mm
Hgでの走行時間である。
In this case, when the engine load becomes low, the inlet gas temperature becomes lower than the catalyst temperature, and the SV at that time is lowered.
If the value is slightly high, the cooling effect of the NOx purification catalyst 1 is produced, so that the increasing rate of the catalyst temperature T becomes slow as shown in FIG. Further, the longer the running in the operating range where the HC component in the exhaust gas cannot be completely burned and purified, the more the amount of unburned HC adsorbed to the catalyst 1 increases, so that as shown in FIG.
The rising speed of is faster and the reached temperature is higher. The time (minutes) shown in FIG. 7 is 2500 rpm, -400 mm.
It is the running time in Hg.

【0056】しかして、上記バルブ制御手段10は、以
上の点を踏まえ、上記ΔTを入口ガス温度、排気ガス流
量、HC濃度等に基づいて演算し、エンジン運転状態の
推移に従ってΔTを入力積算していくことによって、そ
の時の触媒温度Tを推定するように構成されている。
In view of the above points, the valve control means 10 calculates ΔT based on the inlet gas temperature, exhaust gas flow rate, HC concentration, etc., and inputs and integrates ΔT according to the transition of the engine operating state. The catalyst temperature T at that time is estimated by going forward.

【0057】また、A領域→B領域後のB領域継続時間
の監視のための所定時間t1 の設定に関しては、未燃H
Cの蓄積量をエンジン運転状態の推移から求め、これと
A領域からB領域に移行したときの入口ガス温度とSV
とから、触媒温度Tの上昇速度を求め、許容温度になる
までの時間を所定時間t1 に設定する。他は先に説明し
たバルブ制御1と同じである。
Regarding the setting of the predetermined time t 1 for monitoring the duration of the B area after the A area → the B area, the unburned H
The accumulated amount of C is obtained from the transition of the engine operating state, and the inlet gas temperature and the SV when the region A to the region B is changed.
From the above, the rate of increase of the catalyst temperature T is obtained, and the time until the temperature reaches the allowable temperature is set to the predetermined time t 1 . Others are the same as the valve control 1 described above.

【0058】従って、当該バルブ制御2においては、N
Ox浄化用触媒1の温度を検出するためのセンサは不要
であり、エンジン運転状態(エンジンの負荷及び回転
数)と空燃比とによって、同触媒1の熱劣化を防止する
ことができる。
Therefore, in the valve control 2, N
A sensor for detecting the temperature of the Ox purification catalyst 1 is not necessary, and thermal deterioration of the catalyst 1 can be prevented depending on the engine operating state (engine load and engine speed) and the air-fuel ratio.

【0059】−NOx浄化用触媒について− 次にNOx浄化用触媒1としての好適な例を説明する。
この触媒例は、図8に示すように、コーディライト製モ
ノリスハニカム担体15に2層の触媒層16,17を設
けたものである。この場合、下触媒層16は、γ−アル
ミナやゼオライトに金属活性種、特に酸化反応に有効な
活性種を担持させたHC燃焼触媒とし、上触媒層17
は、2種以上の金属を結晶の骨格構成元素とする複合金
属含有シリケートに金属活性種を担持せしめたシリケー
ト系触媒とするものである。
-NOx Purifying Catalyst- Next, a preferred example of the NOx purifying catalyst 1 will be described.
In this catalyst example, as shown in FIG. 8, a cordierite monolith honeycomb carrier 15 is provided with two catalyst layers 16 and 17. In this case, the lower catalyst layer 16 is an HC combustion catalyst in which γ-alumina or zeolite carries metal active species, particularly active species effective for oxidation reaction, and the upper catalyst layer 17
Is a silicate-based catalyst in which a metal active species is supported on a composite metal-containing silicate having two or more kinds of metals as crystal skeleton-constituting elements.

【0060】上記下触媒層16のHC燃焼触媒として好
適な例はZSM−5にPt又はRhを担持させた貴金属
担持ゼオライト系触媒、γ−アルミナにCu等を担持さ
せた遷移金属/γ−アルミナ系触媒であり、上触媒層1
7のシリケート系触媒としては、以下のものが好適であ
る。
Suitable examples of the HC combustion catalyst for the lower catalyst layer 16 are noble metal-supported zeolite catalysts in which PSM or Rh is supported on ZSM-5 and transition metals / γ-alumina in which Cu or the like is supported on γ-alumina. System catalyst, upper catalyst layer 1
The following are suitable as the silicate-based catalyst of No. 7.

【0061】 Cu2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル型) Cu2+/Al−Mnシリケート(ペンタシル型) Cu2+/Al−Bシリケート(ペンタシル型) Cu2+/Al−Tbシリケート(ペンタシル型) Co2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル型) Ni2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル型) なお、上記Cu2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル
型)は、シリケートの種類が結晶の骨格構成元素として
SiとOとの他にAlとGaとを有するという意味であ
り、また、ペンタシル型の結晶構造を有するという意味
である。また、(Cu2+/)はCu2+がイオン交換によ
って担持されていることを意味する。他のシリケートに
ついても同様である。
Cu 2+ / Al-Ga Silicate (Pentacyl Type) Cu 2+ / Al-Mn Silicate (Pentacyl Type) Cu 2+ / Al-B Silicate (Pentacyl Type) Cu 2+ / Al-Tb Silicate (Pentacyl Type) ) Co 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) Ni 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) The Cu 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) is a skeleton structure in which the kind of silicate is a crystal. It means that it has Al and Ga in addition to Si and O as elements, and it also means that it has a pentasil-type crystal structure. Further, (Cu 2+ /) means that Cu 2+ is supported by ion exchange. The same applies to other silicates.

【0062】(触媒例1) 上触媒層:Cu2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル
型) 下触媒層:Cu/γ−アルミナ 上記層構成として、以下の測定条件でNOx浄化特性を
調べた。
(Catalyst Example 1) Upper catalyst layer: Cu 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) Lower catalyst layer: Cu / γ-alumina With the above layer structure, the NOx purification characteristics were examined under the following measurement conditions.

【0063】模擬排気ガス組成; [NO]=2000ppm,[HC]=6000ppm
C, [O2 ]=8%, [CO2 ]=10%, [CO]=0.2%, [H2 ]=650ppm 空間速度;SV=25000hr-1
Simulated exhaust gas composition; [NO] = 2000 ppm, [HC] = 6000 ppm
C, [O 2 ] = 8%, [CO 2 ] = 10%, [CO] = 0.2%, [H 2 ] = 650 ppm space velocity; SV = 25000 hr −1

【0064】結果はCu2+/Al−Gaシリケート(ペ
ンタシル型)単独のもの及びCu/γ−アルミナ単独の
ものと共に図9に示されている。触媒例1の場合は、C
2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル型)単独のも
のに比べて最大浄化率の大きな低下を招くことなく、触
媒活性温度域が低温側に拡大している。これは、下触媒
層によってHCの燃焼が促進され、その結果、上触媒層
が加熱されて入口ガス温度が低い状態から活性を呈した
ためと認められる。
The results are shown in FIG. 9 together with the Cu 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) alone and Cu / γ-alumina alone. In the case of catalyst example 1, C
Compared with the u 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) alone, the catalyst activation temperature range is expanded to the low temperature side without causing a large decrease in the maximum purification rate. This is because the lower catalyst layer promotes combustion of HC, and as a result, the upper catalyst layer is heated and activated from a state where the inlet gas temperature is low.

【0065】(触媒例2) 上触媒層:Cu2+/Al−Gaシリケート(ペンタシル
型) 下触媒層:Pt/ZSM−5 上記層構成として、上記触媒例1の場合と同様の条件で
NOx浄化特性を調べた。結果はCu2+/Al−Gaシ
リケート(ペンタシル型)単独のもの及びPt/ZSM
−5単独のものと共に図10に示されている。本例のも
のにおける低温側への触媒活性温度域の拡大は、触媒例
1に比べると少ないが、それでもCu2+/Al−Gaシ
リケート(ペンタシル型)単独のものに比べて同温度域
が大きく拡大しており、下触媒層(Pt/ZSM−5)
による活性温度域拡大効果が認められる。
(Catalyst example 2) Upper catalyst layer: Cu 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) Lower catalyst layer: Pt / ZSM-5 NOx under the same conditions as in the above catalyst example 1 as the above layer structure. The purification characteristics were investigated. The results are Cu 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) alone and Pt / ZSM
It is shown in FIG. 10 with -5 alone. The expansion of the catalytic activity temperature range to the low temperature side of this example is smaller than that of Catalyst Example 1, but the temperature range is still larger than that of Cu 2+ / Al-Ga silicate (pentasil type) alone. Expanded, lower catalyst layer (Pt / ZSM-5)
The effect of expanding the active temperature range is observed.

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

【図1】実施例のエンジンの排気ガス浄化装置の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an engine exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment.

【図2】エンジンの運転領域を示すマップ図FIG. 2 is a map diagram showing an engine operating region.

【図3】バルブ制御のフロー図[Fig. 3] Flow chart of valve control

【図4】SVとNOx浄化率,HC燃焼率との関係を示
すグラフ図
FIG. 4 is a graph showing the relationship between SV, NOx purification rate, and HC combustion rate.

【図5】NOx浄化用触媒の入口ガス温度のマップ図FIG. 5 is a map diagram of the inlet gas temperature of the NOx purification catalyst.

【図6】SVによる触媒温度上昇速度の違いを示すグラ
フ図
FIG. 6 is a graph showing the difference in catalyst temperature increase rate depending on SV.

【図7】運転時間による触媒温度上昇速度の違いを示す
グラフ図
FIG. 7 is a graph showing a difference in catalyst temperature rising speed depending on operating time.

【図8】NOx浄化用触媒の断面図FIG. 8 is a sectional view of a NOx purification catalyst.

【図9】NOx浄化用触媒例1のNOx浄化特性を示す
グラフ図
FIG. 9 is a graph showing the NOx purification characteristics of NOx purification catalyst example 1.

【図10】NOx浄化用触媒例2のNOx浄化特性を示
すグラフ図
FIG. 10 is a graph showing the NOx purification characteristics of NOx purification catalyst example 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 NOx浄化用触媒 2 排気通路 3 バイパス通路 4 三元触媒 5 バイパスバルブ 6 負荷センサ 7 回転センサ 8 空燃比センサ 10 バルブ制御手段 11 エンジン本体 1 NOx purification catalyst 2 exhaust passage 3 bypass passage 4 three-way catalyst 5 bypass valve 6 load sensor 7 rotation sensor 8 air-fuel ratio sensor 10 valve control means 11 engine body

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】エンジンの排気系に設けられ希薄空燃比に
おいて排気ガス中のNOxの浄化が可能なNOx浄化用
触媒と、 上記排気系に設けられ上記NOx浄化用触媒を迂回して
排気ガスを排出するバイパス通路と、 上記バイパス通路を通して排出される排気ガスを浄化す
る三元触媒と、 上記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、 上記エンジンの負荷及び回転数のうちの少なくとも一方
を検出する運転状態検出手段と、 上記運転状態検出手段によって検出されるエンジンの負
荷及び回転数のうちの少なくとも一方に基づいて、上記
NOx浄化用触媒の温度の推移傾向を判定し、該判定結
果に基づいて上記バイパスバルブを開閉制御するバルブ
制御手段とを備えていること特徴とするエンジンの排気
ガス浄化装置。
1. An NOx purification catalyst, which is provided in an exhaust system of an engine and is capable of purifying NOx in exhaust gas at a lean air-fuel ratio, and an exhaust gas which bypasses the NOx purification catalyst, which is provided in the exhaust system. A bypass passage for discharging, a three-way catalyst for purifying exhaust gas discharged through the bypass passage, a bypass valve for opening and closing the bypass passage, and an operating state for detecting at least one of a load and a rotational speed of the engine The transition tendency of the temperature of the NOx purification catalyst is determined based on at least one of the load of the engine and the rotational speed detected by the detection unit and the operating state detection unit, and the bypass based on the determination result. An exhaust gas purifying apparatus for an engine, comprising: a valve control unit that controls opening and closing of a valve.
【請求項2】上記バルブ制御手段は、エンジンの運転状
態が所定の低負荷又は低回転の運転領域にあるときに、
上記NOx浄化用触媒の温度が所定値以上に上昇すると
判定し上記バイパスバルブを開に制御する請求項1に記
載のエンジンの排気ガス浄化装置。
2. The valve control means, when the operating state of the engine is in a predetermined low load or low rotation operating range,
The exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 1, wherein it is determined that the temperature of the NOx purifying catalyst rises above a predetermined value, and the bypass valve is controlled to open.
【請求項3】上記バルブ制御手段は、エンジンの運転状
態が高負荷又は高回転の運転領域から移行して所定の低
負荷又は低回転の運転領域にあるときに、上記NOx浄
化用触媒の温度が所定値以上に上昇すると判定し上記バ
イパスバルブを開に制御する請求項1に記載のエンジン
の排気ガス浄化装置。
3. The temperature of the NOx purification catalyst when the operating condition of the engine shifts from a high load or high rotation operating region to a predetermined low load or low rotation operating region. The exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 1, wherein the bypass valve is controlled to be opened when it is determined that is increased above a predetermined value.
【請求項4】上記バルブ制御手段は、エンジンが所定の
低負荷又は低回転の運転領域にある状態が所定時間継続
したときに、上記NOx浄化用触媒の温度が所定値以上
に上昇すると判定し上記バイパスバルブを開に制御する
請求項2又は請求項3に記載のエンジンの排気ガス浄化
装置。
4. The valve control means determines that the temperature of the NOx purification catalyst rises to a predetermined value or more when the engine is in a predetermined low load or low speed operation region for a predetermined time. The exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 2 or 3, wherein the bypass valve is controlled to be opened.
【請求項5】エンジンの空燃比を検出する空燃比センサ
を備え、上記バルブ制御手段は、上記空燃比センサによ
って希薄空燃比が検出されているときに上記バイパスバ
ルブの開閉制御を行なう請求項1乃至請求項4のいずれ
か一つに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
5. An air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of an engine is provided, and the valve control means controls the opening / closing of the bypass valve when the lean air-fuel ratio is detected by the air-fuel ratio sensor. An exhaust gas purifying apparatus for an engine according to claim 4.
【請求項6】エンジンの空燃比を検出する空燃比センサ
を備え、上記バルブ制御手段は、上記空燃比センサによ
って検出される空燃比が希薄空燃比でないときは希薄空
燃比であるときよりも、上記所定の低負荷又は低回転の
運転領域を高負荷側又は高回転側に拡大して、上記バイ
パスバルブの開閉制御を行なう請求項2乃至請求項4の
いずれか一つに記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
6. An air-fuel ratio sensor for detecting an air-fuel ratio of an engine is provided, and the valve control means has a lean air-fuel ratio when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor is not a lean air-fuel ratio, The engine exhaust according to any one of claims 2 to 4, wherein the predetermined low load or low rotation operating range is expanded to a high load side or a high rotation side to perform opening / closing control of the bypass valve. Gas purification device.
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