JPH08158859A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH08158859A
JPH08158859A JP30211794A JP30211794A JPH08158859A JP H08158859 A JPH08158859 A JP H08158859A JP 30211794 A JP30211794 A JP 30211794A JP 30211794 A JP30211794 A JP 30211794A JP H08158859 A JPH08158859 A JP H08158859A
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JP
Japan
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temperature
catalyst
hydrocarbon
exhaust gas
internal combustion
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Withdrawn
Application number
JP30211794A
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English (en)
Inventor
Yoshimichi Ito
義通 伊藤
Kiyonori Sekiguchi
清則 関口
Toshihiko Ito
猪頭  敏彦
Shigeki Omichi
重樹 大道
Shinichi Matsumoto
伸一 松本
Hideaki Ueno
秀章 植野
Tatsuji Mizuno
達司 水野
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Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はリーンNOx 触媒を備えた排気ガス浄
化装置に関し、触媒温度を最大NOx 浄化率を得る温度に
制御することにより窒素酸化物の浄化効率の向上を図る
ことを目的とする。 【構成】 リーンNOx 触媒は内燃機関の排気管に配置さ
れ、炭化水素供給装置が触媒1の上流側における排気管
に配置される。制御回路は触媒に流入する排気ガスの温
度に応じて、炭化水素供給装置から排気管に供給される
炭化水素の供給量を触媒に入る排気ガスの温度の増大に
応じて減少するように制御し、触媒温度を最大NOx 浄化
率を得る温度に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は還元剤として炭化水素
を必要とする触媒を有した内燃機関の排気浄化装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】還元剤として炭化水素を必要とする触
媒、例えは、リーン雰囲気中で炭化水素(HC)存在化に窒
素酸化物(NOx) を還元する触媒(以下リーンNOx 触媒)
を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。リー
ンNOx 触媒として、例えば、銅/ゼオライトより成るも
のがある。リーンNOx 触媒では窒素酸化物の還元作用を
達成するために排気ガス中の炭化水素の残存が必要であ
る。ガソリン内燃機関ではリーン雰囲気でも排気ガス中
に炭化水素が残存しており、リーンNOx 触媒により還元
作用をもたせることにさほどの困難はない。ところが、
ディーゼル機関では排気ガス中に未燃焼燃料成分がまっ
たくといっていいくらいに残存しておらず、排気管に外
部から炭化水素を供給する必要がある。そこで、触媒の
上流において炭化水素(ディーゼル燃料)の選択的な導
入装置(弁)を設け、この導入装置から炭化水素をリー
ンNOx 触媒に供給し、触媒での窒素酸化物の還元を行わ
しめるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】リーンNOx 触媒におけ
る窒素酸化物の還元作用による窒素酸化物の浄化はその
浄化効率は最大を呈する触媒の温度が存在する。即ち、
第1図は触媒温度に対する窒素酸化物の浄化率の関係を
示す。図においてT0 は触媒の未活性領域の上限温度で
あり、この温度T0 以下では触媒は全く機能せず、浄化
率は零である。温度T0 を越えると、所謂遷移領域に入
り触媒は徐々にその機能を達成し、浄化率は漸増する。
温度T1 は所定の浄化率に相当する触媒活性下限温度で
あり、この温度T1 を越えると活性領域に入る。触媒が
温度T2 を越えると温度の過大により触媒の熱劣化が起
こる。即ち、温度T1 からT2 の間が触媒の活性領域で
ある。図から分かるように、この触媒の活性領域T1
2 における温度TMAX において触媒の浄化率は最大値
に達し、そのピークは比較的鋭いから活性領域T1 〜T
2 に触媒温度が入っていたとしても必ずしも最大の浄化
効率は得られない。
【0004】従って、この発明の目的はリーンNOx 触媒
を備えた内燃機関において窒素酸化物の浄化効率の向上
を図ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の内燃機関の排
気浄化装置は、内燃機関の排気管に配置され、還元剤と
して炭化水素を必要とする触媒と、前記触媒の上流側に
おける排気管に配置され、前記触媒に炭化水素を供給す
る炭化水素供給手段と、該炭化水素供給手段を作動させ
て触媒に炭化水素を供給する作動制御手段とを備え、該
作動制御手段は触媒に供給される炭化水素量を触媒に入
る排気ガスの温度の増大に応じて減少するように炭化水
素供給手段を制御すること特徴とする。
【0006】
【作用】作動制御手段は触媒に供給される炭化水素量が
触媒に入る排気ガスの温度の増大に応じて減少するよう
に炭化水素供給手段を制御する。そのため、排気ガス温
度に応じて変化する度合いの燃焼反応が触媒において得
られ、触媒の活性を促進することができる。
【0007】
【実施例】図2はこの発明の排気浄化装置を概略的に表
しており、触媒1は酸素濃度が残存する雰囲気(即ちリ
ーン雰囲気)下においてもその活性温度以上であれば、
排気ガス中のNOx 成分の一部を還元可能な触媒(所謂リ
ーンNOx 触媒)であり、このような触媒の例としてCu
/ゼオライトより成るものがある。触媒1は内燃機関、
特にディーゼル内燃機関、の排気系に挿入配置される。
ディーゼル内燃機関は排気ガス中に未燃焼の燃料が全く
といってよいほど含まれておらず、リーンNOx 触媒によ
る還元反応を実現する際の還元剤としての炭化水素を外
部から供給する必要がある。そのため、触媒1の上流に
おける排気管に炭化水素噴射装置2が配置され、炭化水
素噴射装置2は炭化水素供給源(ディーゼル内燃機関の
場合は燃料タンク又は燃料噴射ポンプ内の燃料供給室)
に接続される。この炭化水素噴射装置2は、制御信号を
受けることによって所定の時期かつ所定の期間開弁さ
れ、燃料タンクからの燃料は排気管内に噴射される。
【0008】制御回路3はマイクロコンピュータとして
構成され、内燃機関の運転条件を代表するアクセルペダ
ル開度θ、機関回転数NE、油温TOIL 、水温TWATER
各センサ5,6,7,8に接続される。制御回路3はこ
れらの運転条件より演算を行い炭化水素噴射装置2の作
動信号を形成するプログラムを有している。図1におい
て、触媒1は還元剤としての炭化水素が触媒内に存在す
ることを前提に、窒素酸化物の浄化に適した温度範囲
(活性領域)を有しており、かつその活性範囲内におい
て浄化率を最大とする温度が存在している。そこで、第
1実施例では活性領域内において、最大の浄化効率を達
成するため、触媒に入る排気ガスの温度を各運転条件よ
り推定し、触媒の温度を最大浄化率を得る温度に制御す
るべく炭化水素の供給量を加減している。また、触媒が
未活性の領域や遷移領域では窒素酸化物の浄化は全く期
待できず、または十分でない一方、炭化水素を供給する
と液状の炭化水素(燃料)が触媒表面に付着し、以降本
来の触媒作用を期待しえるなくなくという所謂触媒の被
毒の問題がある。そこで、触媒活性の下限温度では炭化
水素の導入を停止するようにしている。
【0009】次に、図3のフローチャートによって炭化
水素導入制御がどのように実施されるかを説明する。炭
化水素導入は運転条件に応じて決定されるタイミング毎
に実施される。ステップS1 では各センサからのアクセ
ルペダル開度θ、機関回転数NE、油温TOIL 、水温T
WATER の運転条件信号が入力される。ステップS2 では
前記運転条件信号から触媒1に入る排気ガスの温度の推
定演算がされる。即ち、運転条件に対するマップが備え
られ、検出値より補間によって触媒1に入る排気ガスの
温度の推定演算を行う。ステップS3 では触媒の活性領
域か否か、排気ガスの温度が触媒活性領域における下限
温度(図1のT1 )より高いか否かまた排気ガスの温度
が最大NOx 浄化効率を得る温度(図1のTMAX )より低
いか否かが判断される。ステップS3 で排気ガスの温度
が触媒活性領域における下限温度T 1 より低い場合又は
最大NOx 浄化効率を得る温度TMAX より高い場合は以下
のステップを迂回する。従って、触媒未活性時は炭化水
素の供給は行われず、触媒の被毒を回避することがで
き、また触媒温度がTMAX より高い場合も炭化水素の供
給は行われない。
【0010】ステップS3 で排気ガスの温度が触媒活性
領域における下限温度T1 より高い場合でかつ最大NOx
浄化効率を得る温度TMAX より低い場合と判断したとき
はステップS4 に進み、炭化水素導入装置2からの炭化
水素供給量が算出される。図4の(イ) は排気ガスの温度
と炭化水素供給量の関係を示し、触媒活性下限温度T 1
から最大NOx 浄化率温度TMAX まで排気ガス温度の増大
に対し炭化水素供給量は減少する設定となっている。こ
の設定は同図(ロ) に示すように各排気ガス温度において
炭化水素供給によって生ずる触媒での反応熱により触媒
の温度を最大NOx 浄化率まで増大させるような炭化水素
の供給量を得るものである。即ち、排気ガス温度が低い
ときは活発な燃焼反応が得られ、温度が最大NOx 浄化率
温度TMA X に向けて増大するに従って燃焼反応は抑制さ
れ、結果として図4のような炭化水素導入量の設定によ
り、触媒温度を各排気ガス温度で最大NOx 浄化率を得る
温度とすることができる。具体的には、ステップS4
は、排気ガス温度と炭化水素量との図4(イ) のマップを
使用して、ステップS2 で把握される排気ガス温度にお
ける炭化水素量が算出される。ステップS5 ではステッ
プS4 で算出した炭化水素量より炭化水素供給装置2に
信号が送られ、所望の量の炭化水素が排気管に供給され
る。
【0011】第1実施例では図3のステップS2 におい
てアクセルペダル開度θ、機関回転数NE、油温TOIL
水温TWATER より触媒1に入る排気ガス温度の推定演算
をしているが、別実施例として炭化水素供給装置2と触
媒1との間の排気管に温度センサ(図示しない)を設置
し、触媒1に入る排気ガス温度を直接に検出してもよ
い。
【0012】第1実施例ではステップS4 において排気
ガス温度に応じて触媒を最大NOx 浄化率温度とする炭化
水素供給量を算出しているが、この代わりに、触媒1の
下流の排気管に温度センサを設け、触媒の下流の排気ガ
スの温度(=触媒の温度)を検出し、検出される温度が
最大NOx 浄化率温度となるように炭化水素供給装置2を
フィードバック制御してもよい。この場合温度センサは
触媒1の内部に設置することも可能である。図5はこの
際の処理を概略的に表すフローチャートである。即ち、
ステップS1 において触媒温度TS が入力され、ステッ
プS2 で触媒温度TS が最大NOx 浄化率温度TMAX より
高いか否か、ステップS3 で触媒温度T S が最大NOx 浄
化率温度TMAX より低いか否か判定され、TS >TMAX
のときはステップS4 に進み、炭化水素供給装置2の燃
料噴射弁の開度Aの設定値がδだけデクリメントされ
る。また、ステップS3 で触媒温度TS が触媒活性領域
における下限温度Tより低いか否か判定され、TS >T
1 のときはステップS5 に進み、炭化水素供給装置2の
燃料噴射弁の開度Aの設定値がδ′だけインクリメント
れる。ステップS6 は炭化水素供給信号が出力される設
定された開度Aに制御される。
【0013】図6は触媒1に入る排気ガスの温度が最大
NOx 浄化率温度TMAX より高く触媒劣化温度T2 より低
い温度領域においても炭化水素の供給を行う場合の供給
量の制御を説明している。排気ガスの温度が最大NOx 浄
化温度より高い場合、触媒劣化温度T2 に接近するに従
って炭化水素量を低減させることにより触媒温度は最大
NOx 浄化温度に維持することができる。触媒劣化温度T
2 を越えた場合は炭化水素の供給は停止される。
【0014】図7は触媒未活性領域と活性領域との間の
遷移領域(図1のT0 〜T1 の範囲)において炭化水素
を供給する実施例を説明している。この場合は、触媒1
に入る排気ガスの温度の増大に応じて増大するように炭
化水素供給量を設定し、遷移領域において触媒で活発な
反応を起こさせ、触媒の活性の急速化を図ることができ
る。
【0015】
【発明の効果】この発明によれば、炭化水素の供給量を
触媒温度が最大の窒素酸化物浄化率を得る温度となるよ
うに可変制御することにより触媒の被毒や劣化なしに効
率的な窒素酸化物の低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はリーンNOx 触媒における触媒温度と窒素
酸化物浄化率との関係を示すグラフである。
【図2】図2はこの発明の排気ガス浄化装置の概略的構
成を表す図である。
【図3】図3は図2の制御回路の作動を説明する概略的
フローチャートである。
【図4】図4は排気ガス温度と炭化水素量の関係(イ) 、
排気ガス温度と触媒温度との関係(ロ) を示すグラフであ
る。
【図5】図5は第3実施例の作動を説明する概略的フロ
ーチャートである。
【図6】図6は最大NOx 浄化温度を越えて炭化水素を供
給する場合の排気ガス温度と炭化水素量の関係(イ) 、排
気ガス温度と触媒温度との関係(ロ) を示すグラフであ
る。
【図7】図7は遷移領域で炭化水素を供給擦る場合の排
気ガス温度と炭化水素量の関係示すグラフである。
【符号の説明】
1…触媒 2…炭化水素供給装置 3…制御回路 5…アクセルペダル開度センサ 6…機関回転数センサ 7…油温センサ 8…水温センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大道 重樹 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 松本 伸一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 植野 秀章 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 水野 達司 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気管に配置され、還元剤と
    して炭化水素を必要とする触媒と、前記触媒の上流側に
    おける排気管に配置され、前記触媒に炭化水素を供給す
    る炭化水素供給手段と、該炭化水素供給手段を作動させ
    て触媒に炭化水素を供給する作動制御手段とを備え、該
    作動制御手段は触媒に供給される炭化水素量を触媒に入
    る排気ガスの温度の増大に応じて減少するように炭化水
    素供給手段を制御すること特徴とする内燃機関の排気浄
    化装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の発明において、前記作
    動制御手段は触媒に入る排気内燃機関の運転条件を検出
    する運転条件検出手段と、運転条件と触媒に入る排気ガ
    スの温度と運転条件との所定の関係よりその運転条件に
    おける入りガスの温度を把握し、触媒に供給される炭化
    水素量を触媒に入る排気ガスの温度の増大に応じて減少
    するべく炭化水素供給手段に作動信号を印加する手段と
    から構成される内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の発明において、前記作
    動制御手段は、炭化水素供給手段と触媒との間に配置さ
    れ、触媒に流入する排気ガスの温度を検出する温度検出
    器と、触媒に入る排気ガスの温度と炭化水素の関係よ
    り、検出される温度に応じた炭化水素供給量を得るべく
    炭化水素供給手段に作動信号を印加する手段とから構成
    される内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の発明において、前記作
    動制御手段は、触媒の温度を検出する温度検出器と、検
    出される温度が一定となるような炭化水素供給量を得る
    べく炭化水素供給手段に作動信号を印加する手段とから
    構成される内燃機関の排気浄化装置。
JP30211794A 1994-12-06 1994-12-06 内燃機関の排気浄化装置 Withdrawn JPH08158859A (ja)

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JP (1) JPH08158859A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5842341A (en) * 1996-08-02 1998-12-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust emission purification apparatus for an internal combustion engine
US5941067A (en) * 1996-10-23 1999-08-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device for an engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5842341A (en) * 1996-08-02 1998-12-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust emission purification apparatus for an internal combustion engine
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Effective date: 20020305