JPH08303232A - 内燃機関の窒素酸化物浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 浄化率の高い内燃機関の窒素酸化物浄化装置
の提供。 【構成】 触媒装置１１と，触媒装置１１の温度調整手
段２１と，温度検出手段（温度センサ）３１と，制御手
段３０とを有する。第１発明では，温度と温度変化とに
基づいて，例えば触媒装置１１が昇温過程にあり，且つ
触媒装置の温度が浄化率を最大にする温度Ｔ_m より低い
場合に昇温し，温度Ｔ_m 近傍の所定の範囲で降温を抑制
し，温度Ｔ_m を大幅に越えた場合には触媒装置１１を降
温させる。第２発明では，触媒装置を複数設け，排気ガ
スが昇温過程にあり上記Ｔ_m より低い所定の温度Ｔ_s 以
下のとき，熱応答のよい第１触媒装置１２を主として作
動させ，その他の場合は熱応答の遅い第２触媒装置１３
を主として作動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，内燃機関の排気中に含
まれるＮＯ_x を除去する窒素酸化物浄化装置に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車のエンジン等の排気通路には，排気
ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置が設けられて
いる。そして，上記有害成分の中でも特に環境に影響を
与える一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）及び窒素
酸化物（ＮＯ_x ）の三成分について，優れた浄化特性を
発揮する三元触媒が上記浄化装置に用いられている。し
かしながら，理論空燃比（空気／燃料＝１４．７）より
も酸素過剰（リーン）状態で燃焼が行われるディーゼル
機関においては，排気ガスの組成も燃焼時における上記
空燃比を反映して酸素過剰状態となり，上記三元触媒で
は窒素酸化物（ＮＯ_x ）が効果的に除去できないという
問題があった。そのため，リーン雰囲気においても優れ
たＮＯ_x 浄化特性を示す金属担持ゼオライトを用いた窒
素酸化物浄化装置が用いられている。

【０００３】そして，最近の研究によれば，この種の窒
素酸化物浄化触媒にＨＣ成分（例えば燃料成分）を添加
すれば窒素酸化物の浄化率が向上することが明らかにさ
れている。そのため，排気管の途中に触媒を配設し，そ
の触媒の上流において，たとえば軽油などの還元剤を排
気管内に供給し，還元剤と排気ガスとを混合して，触媒
上でＮＯ_x を還元浄化するという方法が提案されてい
る。

【０００４】そして，特開平６−１２３２１９号公報で
は，内燃機関から排出された窒素酸化物の量と，排気ガ
スの温度又は触媒装置の温度とから，供給する還元剤
（ＨＣ）の量を一義的に決定する方法が提案されてい
る。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，従来の窒素酸
化物浄化装置には，次のような問題点が存在する。即
ち，排気ガスの温度が低温から上昇する場合には，触媒
装置の有する熱容量によって触媒温度の上昇が遅くな
り，窒素酸化物の浄化率が高い温度領域に達する迄の時
間がかかる。また，触媒装置が浄化率の良好な高温に達
した後，排気ガスの温度が低下すると再び触媒装置の温
度が降下し，浄化率が低下する。

【０００６】要すれば，窒素酸化物の浄化率が良好な温
度に触媒装置を長時間保持することが困難であり，平均
した高浄化率の維持が不充分である。本発明は，かかる
従来の問題点に鑑みてなされたものであり，触媒装置を
適切な温度領域に長時間保持し，これによって浄化率を
向上させる内燃機関の窒素酸化物浄化装置を提供しよう
とするものである。

【０００７】

【課題の解決手段】第一発明は，内燃機関の排気通路に
介装され，内燃機関から排出された窒素酸化物を還元浄
化する窒素酸化物浄化装置であって，この浄化装置は，
酸素過剰雰囲気下において窒素酸化物を浄化する触媒装
置と，この触媒装置の温度を調整する温度調整手段と，
排気または触媒装置の温度を検出する温度検出手段と，
上記温度調整手段を制御する制御手段とを有しており，
排気もしくは触媒装置の温度と排気もしくは触媒装置の
温度変化とにより，上記触媒装置の温度を窒素酸化物の
浄化率が最大となる温度領域に制御することを特徴とす
る窒素酸化物浄化装置にある。

【０００８】上記温度調整の例として，触媒装置の温度
が窒素酸化物の浄化率を最大とする温度Ｔ_m より低温の
所定温度範囲にあり，且つ触媒装置温度が上昇過程にあ
る第１状態であると推定する場合は，昇温速度を大きく
するように上記温度調整手段を制御し，触媒装置の温度
が窒素酸化物の浄化率を最大とする温度Ｔ_m より高温の
所定温度Ｔ_h より低温で，且つ触媒装置温度が下降過程
にある第２状態であると推定する場合は，降温速度を小
さくするように上記温度調整手段を制御するものがあ
る。

【０００９】上記温度調整手段には，例えば，吸入空気
量を絞りこむ保温・昇温手段，排気抵抗を制御する保温
・昇温手段，又は過給機の過給圧力を調整して吸入空気
量を制御する昇・降温手段，排気中に炭化水素を添加し
て昇温させるＨＣ増量手段などがあり，また触媒装置の
周囲の放熱量を調整する放熱制御手段などがある。ま
た，上記放熱制御手段には，触媒装置の周囲の空気の流
れを調整して触媒装置の放熱量を調整するものなどがあ
る（後述する実施例５，図１１参照）。

【００１０】一方，第２発明は，内燃機関の排気通路に
介装され，内燃機関から排出された窒素酸化物を還元浄
化する窒素酸化物浄化装置であって，この浄化装置は，
酸素過剰雰囲気下において窒素酸化物を浄化する触媒装
置であって熱応答の速い第一触媒装置及び熱応答の遅い
第二触媒装置と，排気通路における上記第一，第二触媒
装置の配置を変更する流路切り換え手段と，排気または
触媒装置の温度を検出する温度検出手段と，上記流路切
り換え手段を制御する制御手段とを有しており，上記制
御手段は，上記温度検出手段の出力信号を受け，その温
度が上昇過程にあり，且つ触媒装置の温度が窒素酸化物
の浄化率を最大にする温度Ｔ_m より低温の所定の温度範
囲にあると判定した場合には，上記第一触媒装置を第二
触媒装置の上流側に配置するか，主として第一触媒装置
に排気が流入するようにし，その他の場合には，第二触
媒装置を第一触媒装置よりも上流側に配置するか，主と
して第二触媒装置に排気が流入するよう上記流路切り換
え手段を操作することを特徴とする内燃機関の窒素酸化
物浄化装置にある。

【００１１】第２発明において最も注目すべきことは，
熱応答の速い第１触媒装置と熱応答の遅い第２触媒装置
とが設けられていること，制御手段は，温度検出手段の
出力が昇温過程にあり，かつ触媒装置の温度が窒素酸化
物の浄化率を最大にする温度Ｔ_m よりも低温の所定の温
度範囲にあると判定した場合に第１触媒装置を第２触媒
装置の上流側に配置し，その他の場合には第２触媒装置
を第１触媒装置の上流にすることである。 熱応答の速
い上記第１触媒装置には，例えば，複数の小触媒ユニッ
トを直列に配置したいわゆる分割形の触媒装置などがあ
る（後述する実施例６，図１２参照）。

【００１２】

【作用及び効果】第１発明にかかる窒素酸化物浄化装置
の制御手段は，触媒装置（又は排気ガス）の温度と温度
変化とに基づいて温度調整手段を操作し，窒素酸化物の
浄化率が最大となる温度領域に触媒装置の温度を制御す
る。従って触媒装置の浄化率を高めることが可能であ
る。このことを前記温度調整例に基づいて更に具体的に
以下に説明する。

【００１３】前記例によれば，低めの温度で昇温しつつ
ある第１状態にある場合には，触媒装置の温度を上昇さ
せるよう温度調整手段を操作する。それ故，低めの温度
にある触媒装置は急速に昇温し浄化率が良好な温度（Ｔ
_m 近傍）に急接近する。また前記例によれば，触媒装置
の温度が一旦上昇した後は，触媒装置が前記Ｔ_h から降
下しつつある第２状態に入った場合には，制御手段は温
度調整手段を操作して触媒装置の温度下降を抑制し，最
適温度Ｔ_m から離れるのを防止する。

【００１４】それ故，浄化装置は，最適温度Ｔ_m の近く
にある状態が相対的に長くなり，窒素酸化物の浄化率が
良好となる。そして，第１，第２状態にあるか否かの判
定は温度検出手段を用いて容易に可能である。また車両
等においては，温度調整手段は吸気又は排気を絞るなど
の方法により比較的容易に実現することができる。な
お，触媒装置の温度が大幅に低い場合には，温度調整手
段を操作しても改善効果が少ないから，ロスを避けるた
めに上記第１状態に下限温度を設け，この温度より下で
は温度調整手段を作動させないようにする。

【００１５】また，触媒装置の温度が最適温度Ｔ_m に近
い場合には，触媒装置の温度が上昇しすぎないように
し，また温度調整手段の不適切な操作によるロスを避け
るために，温度調整手段をみだりに作動させないように
する。これが上記第１状態に上限温度を設け，第２状態
に下限温度を設ける理由である。上記のように，第１発
明によれば，装置を大幅に複雑化することなく，触媒装
置の温度を浄化率の良好な状態に長時間保持し，これに
よって浄化率を良好にする窒素酸化物浄化装置を提供す
ることができる。

【００１６】次に第２発明の作用効果について述べる。
第２発明にかかる浄化装置では，昇温過程にあり且つ低
めの温度，即ち所定の温度Ｔ_s 以下の場合には，第１触
媒装置が上流に配置される。その結果，第１触媒装置は
上流で高温の排気ガスに熱せられることとなり，そして
第１触媒装置は熱応答が速いから，急速に温度が上昇し
浄化率の良好な状態となる。

【００１７】そして，所定の温度Ｔ_s を越える状態とな
った場合には，熱応答の遅い第２触媒装置が上流側にあ
り，最適温度Ｔ_m から過度に温度が上昇したりすること
（過昇温）や，最適温度Ｔ_m から急速に降下すること
（急速降温）を防止する。上記のように，第２発明の浄
化装置は，浄化率が良好な最適温度Ｔ_m の近傍に第１又
は第２触媒装置が長時間存在することとなり，全体とし
て浄化率が極めて良好となる。上記のように，第１，第
２発明によれば，触媒装置を適切な温度領域に保持し，
これによって浄化率を向上させる内燃機関の窒素酸化物
浄化装置を提供することができる。

【００１８】

【実施例】

実施例１ 本例は，図１に示すように，ディーゼルエンジン４１の
排気通路４５に介装され，エンジン４１から排出された
窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物浄化装置１であ
る。浄化装置１は，酸素過剰雰囲気下において窒素酸化
物を浄化する触媒装置１１と，触媒装置１１の温度を調
整する温度調整手段２１と，排気ガスの温度Ｔ′を検出
する温度検出手段（温度センサ）３１と，温度調整手段
２１を制御する制御手段３０とを有する。

【００１９】制御手段３０は，温度検出手段３１の出力
信号に基づいて，触媒装置１１の温度Ｔが上昇過程にあ
り，且つ触媒装置１１の温度Ｔが窒素酸化物の浄化率を
最大にする温度Ｔ_m （図２）より低温の所定の温度範囲
内（例えば窒素酸化物の浄化率が最大値Ｅ_m の２０％か
ら８０％となる範囲）にある第１状態であると推定する
場合，触媒装置１１の温度Ｔを上昇させるよう温度調整
手段２１を制御する。温度調整手段２１は，排気ガス中
に軽油を添加し触媒装置１１の温度を上昇させるＨＣ増
量手段である。

【００２０】以下それぞれについて説明を補足する。図
２に，定常状態における触媒装置１１の触媒温度ＴとＮ
Ｏ_x 浄化率に関する特性を示す。図２中のＴ１は，触媒
がＮＯ_x 浄化を始める浄化立ち上がり温度（例えば１８
０℃），Ｔ_m は触媒のＮＯ_x 浄化率が最も高い温度（例
えば２５０℃），Ｔ３は前記Ｔ_m より高温側で触媒のＮ
Ｏ_x 浄化率が最大値Ｅ_m の８０％程度に低下する温度
（例えば３００℃），Ｔ２は前記Ｔ１とＴ_m の間の温度
で，浄化率が最大値Ｅ_m の３０％程度となる温度（例え
ば２３０℃），Ｔ₄ は上記Ｔ₃ より高い温度で浄化率が
最大値Ｅ_m の２０％程度となる温度（例えば３５０℃）
である。

【００２１】図１に本例のディーゼルエンジンの排気ガ
スの窒素酸化物浄化装置１の構成を示す。本装置１は，
エンジン４１の回転数を検出するセンサ３２と，制御手
段３０と，排気通路４５の排気温度を検出するための熱
電対式温度センサ３１と，前記排気通路４５に軽油を噴
射する供給ノズル２１１と，上記温度センサ３１及び軽
油供給ノズル２１１の後方の排気通路４５に配置された
触媒装置１１とを有する。また，温度調整手段２１は軽
油タンク２１０と，軽油８１と，前記軽油タンク２１０
と前記軽油供給ノズル２１１をつなぐ軽油ライン２１２
と，前記軽油ライン２１２中に介装されたポンプ２１３
及び流量制御弁２１５とを有する。

【００２２】回転数センサ３２と温度センサ３１の出力
信号は制御手段３０に接続されている。軽油タンク２１
０の軽油８１は，ポンプ２１３によりくみ上げられ，軽
油ライン２１２，流量制御弁２１５を通り軽油供給ノズ
ル２１１から排気通路４５中に供給される。軽油８１の
供給量は，制御手段３０の信号により作動する流量制御
弁２１５により制御される。

【００２３】排気通路４５に供給する軽油８１の量は，
図３に示すフローチャートに従って制御される。すなわ
ち，ステップ６０１で，温度センサ３１とエンジン回転
数センサ３２の信号を制御手段３０に取り込みステップ
６０２に進む。ステップ６０２で，制御手段３０によ
り，温度センサ３１とエンジン回転数センサ３２の信号
を基に，排気ガス中のＨＣとＮＯ_x 量を算出し，ステッ
プ６０３に進む。

【００２４】ステップ６０３で，ステップ６０２で算出
したＮＯ_x 量と，排気温度センサ３１から得られる排気
温度Ｔ′より，ＮＯ_x 浄化に必要なＨＣ量を算出し，さ
らに，ステップ６０２で算出した排気ガス中のＨＣ量を
減算して必要な軽油供給量を算出し，ステップ６０４に
進む。ステップ６０４で，ある一定時間，排気ガス温度
を制御手段３０に記憶させて温度変化勾配を算出し，温
度変化勾配が正であれば，排気ガス温度が昇温状態にあ
ると判断する。そして，排気ガス温度が昇温状態にあ
り，かつ，排気ガス温度が図２に示す所定の温度Ｔ２′
以下の場合は，ステップ６０５進む。

【００２５】ステップ６０５で，正の温度変化勾配の大
きさに応じて軽油供給量を増量側に補正し，ステップ６
０６に進む。一方，ステップ６０４で，排気ガス温度が
Ｔ２′以下かつ温度変化勾配が正でない場合は，ステッ
プ６０３にて算出した軽油供給量を変更せず，ステップ
６０６に進む。ステップ６０６で，上記において算出し
た軽油供給量を流量制御弁２１５を操作して制御し，排
気通路４５内に軽油を供給する。

【００２６】本例の浄化装置１の効果を図４を用いて説
明する。実線は本例の特性を，破線は従来装置の特性を
示す。図４（ａ）に示すように排気温度Ｔ′が昇温して
定常状態となり，降温する運転パターン（ただし，最高
温度は図２中のＴ２′より低温）の場合，時間がｔ₁ か
らｔ₂ の間は，図３のステップ６０５において，軽油供
給量は従来装置よりも増量側に補正され，ステップ６０
６にて排気通路内に供給される（図４（ｂ））。する
と，図４（ｄ）に示すように触媒でのＨＣの吸着量が増
加し，酸化反応による発熱量が大きくなるため，図４
（ｃ）に示すように触媒温度はより早く昇温し，図４
（ｅ）に示すようにＮＯ_x 浄化率が高い温度に素早く到
達し，長時間その近傍に止まる。

【００２７】また，供給されたＨＣは触媒温度が低温の
時に触媒に吸着され，高温時に脱離する特性をもつた
め，低温時に多くのＨＣを触媒に供給すると，触媒への
吸着ＨＣ量が増え，高温時において脱離するＨＣ量も増
える。そして，この脱離したＨＣは，供給したＨＣとは
異なる種類のＨＣとなり，より有効なＮＯ_x 還元剤とし
て機能するため，また脱離したＨＣにより触媒近傍のＨ
Ｃ濃度が高くなるため，ＮＯ_x 浄化率は一段と向上す
る。

【００２８】また，排気ガスが上記Ｔ２′を越える場合
には，軽油を増量させないから，最適温度Ｔ_m を越えて
触媒装置１１の温度を過度に上昇させることはない。上
記のように，本例によれば，触媒装置１１を適切な温度
領域に長時間保持し，これによって浄化率を向上させる
窒素酸化物浄化装置１を提供することができる。

【００２９】実施例２ 本例は，図５に示すように，実施例１において温度調整
手段としてのＨＣ増量手段に替えて吸気絞り弁２２を用
いた他の実施例である。本例の浄化装置１は，排気通路
４５に排気温度を検出するための温度センサ３１と，吸
入空気通路４６内に吸入空気量を制御する吸気絞り弁２
２と，排気温度によって吸気絞り弁２２の開閉を制御す
る制御手段（ＥＣＵ）３０とを備えている。

【００３０】吸気絞り弁２２の制御手順を，図６のフロ
ーチャートに示す。図６において，ステップ６２１で排
気温度を検出して制御手段３０に記憶させ，ステップ６
２２に進む。次にステップ６２２で，一定時間の間，排
気ガス温度を制御手段３０に記憶させて温度変化勾配を
算出し，温度変化勾配か正であれば排気ガス温度が昇温
状態，温度変化勾配が負であれば排気ガスの温度が降温
状態であると判断し，ステップ６２３に進む。

【００３１】ステップ６２３で，排気ガス温度が昇温状
態であり，かつ，排気温度Ｔ′が所定の温度Ｔ２′（図
２）より低温の場合，または，排気ガス温度が降温状態
であり，かつ，排気温度が所定の温度Ｔ３′（図２）よ
り低温の場合は，ステップ６２４に進み，その他の場合
はステップ６２５に進む。そして，ステップ６２４では
吸気絞り弁２２を絞り込み排気温度を上昇させたり，触
媒温度の低下速度を小さくし，ステップ６２５では吸気
絞り弁２２を開放して排気温度を降下させる。ステップ
６２４または６２５から最初のステップ６２１にもど
り，同様の手順を繰り返す。

【００３２】本例の効果を図７を用いて説明する。実線
は本例の特性を示し，破線は従来装置の特性である。図
７において，同図（ａ）に示すように排気温度Ｔ′が昇
温しその後降温する運転パターンの場合，排気温度Ｔ′
が上昇しつつあり，かつ触媒温度Ｔが所定の温度Ｔ２
（図２）以下の時（図７の時間ｔ₃ からｔ₄ の間），同
図（ｂ）に示すように吸気絞りを行うと，排気ガス温度
の昇温勾配が大きくなり，同図（ｃ）に示すように触媒
温度は従来技術より早く昇温し，触媒温度がＮＯ_x 浄化
率が高い温度に早く到達する。

【００３３】また，排気温度Ｔ′が降温し，かつ，触媒
温度が所定の温度Ｔ３′（図１）以下の時（図７の時間
ｔ₅ 以降），同図（ｂ）に示すように吸気絞りを行う
と，排気流量が減り，触媒が排気ガスに奪われる熱量が
小さくなるため，同図（ｃ）に示すように触媒温度の冷
却速度が小さくなり，触媒温度をＮＯ_x 浄化率が高い温
度に長時間保持できる。その結果，実用運転域でのディ
ーゼル排気ガスＮＯ_x 浄化率は大幅に向上する。その他
については，実施例１と同様である。

【００３４】実施例３ 本例は，図８に示すように，実施例２において温度調整
手段としての吸気絞り弁２２（図５）に替えて排気絞り
弁２３を用いたもう１つの実施例である。そして，実施
例２の図７のフローチャートのステップ６２４，６２５
における吸気絞り弁を排気絞り弁２３に変更する。その
他については，実施例２と同様である。

【００３５】実施例４ 本例は，図９に示すように，実施例２において温度調整
手段としての吸気絞り弁２２（図５）に替えて，ターボ
チャージャ４４の排気８２の圧力を調整するためのバイ
パス通路２４０とバイパス流路２４０を開閉する制御弁
２４とを設けたもう１つの実施例である。本例の浄化装
置１は，エンジン４１の排気通路４５に排気温度を検出
するための温度センサ３１と，排気ガス８２を利用して
吸入空気８３を圧送するターボチャージャ４４と，吸入
空気通路４６に設けた吸入空気圧力センサ３３と，排気
通路４５に設けられ，ターボチャージャ４４をバイパス
するバイパス通路２４０の流量を制御する制御弁２４
と，上記制御弁２４を作動させるアクチュエータ２４１
と，前記制御弁２４の作動を制御する制御手段３０とを
備えている。

【００３６】前記温度センサ３１と吸入空気圧力センサ
３３の出力信号は制御手段３０に接続され，制御手段３
０の制御信号により，前記アクチュエータ２４１が作動
し，前記制御弁２４を開閉する。前記制御弁２４を閉じ
ると，前記ターボチャージャ４４の圧送による吸入空気
８３の量が増加し，一方，前記制御弁２４を開くと，前
記ターボチャージャ４４の圧送による吸入空気８３の量
が減少する。それ故，制御弁２４の開閉により，吸入空
気量を制御し排気ガスの温度を調整することができる。
なお，図９において符号４９は，エアクリーナである。

【００３７】前記制御弁２４の作動の制御は，図１０の
フローチャートに示す。図１０において，ステップ６４
１で排気温度を検出して制御手段３０に記憶させ，ステ
ップ６４２に進む。ステップ６４２で，ある一定時間，
排気ガス温度を制御手段３０に記憶させて温度変化勾配
を算出し，温度変化勾配が正であれば排気ガス温度が昇
温状態，温度変化勾配が負であれば排気ガス温度が降温
状態と判断し，ステップ６４３に進む。

【００３８】ステップ６４３で，排気ガス温度が昇温状
態であり，かつ，排気温度が所定の温度Ｔ２′（図２）
以下の場合，または，排気ガス温度が降温状態であり，
かつ，排気温度が所定の温度Ｔ３（図１）以下の場合
は，ステップ６４４に進み触媒温度を上昇させ，その他
の場合はステップ６４５に進む。ステップ６４５では，
排気温度が所定の温度Ｔ′₄ （図２）以上の場合ステッ
プ６４６に進み触媒温度を下降させ，その他の場合は，
ステップ６４１にもどり，同様の手順を繰り返す。ステ
ップ６４４または６４６では，制御弁２４の流路面積を
増加又は減少して触媒温度を上昇又は下降させ，その後
ステップ６４１にもどり，同様の手順を繰り返す。その
他については，実施例２と同様である。そして，触媒温
度を高浄化率の温度Ｔ_m 近傍に長時間保持可能となり，
実用運転域でのディーゼル排気ガスＮＯ_x 浄化率を向上
させることができる。

【００３９】実施例５ 本例は，図１１に示すように，実施例２において温度調
整手段としての吸気絞り弁２２（図５）に替えて触媒装
置１１に放熱制御手段２５を設けたもう１つの実施例で
ある。本例の浄化装置１は，排気通路４５に排気温度を
検出するための温度センサ３１と，前記温度センサ３１
の後方に触媒装置１１と，触媒装置１１の外周部を管状
に取り巻く空気室２５０と，前記空気室２５０に空気を
送り込む注入パイプ２５１と，前記空気室２５０から空
気を排出する注出パイプ２５２と，注入パイプ２５１に
外気を送り込むポンプ２５５と，前記ポンプ２５５の作
動を制御する制御手段３０とを備えている。

【００４０】前記温度センサ３１の出力信号は，制御手
段３０に接続され，前記制御手段３０からの出力信号は
前記ポンプ２５５に接続され，前記ポンプ２５５の作動
を制御する。排気温度が低めの所定の温度Ｔ₂ （図２）
以下の場合は，前記ポンプ２５５を作動させない。する
と，前記空気室２５０内の空気の移動は熱対流による動
きだけとなり，触媒装置１１からの放熱量は小さく，空
気室２５０がない場合よりも触媒温度は高くなる。

【００４１】一方，排気温度が高めの所定の温度Ｔ
₄ （図２）以上の場合は，前記ポンプ２５５を作動さ
せ，強制的に触媒まわりの空気を移動させ，触媒からの
放熱量を増やし，触媒の冷却を早める。特に，触媒担体
が金属の場合，セラミックと比較して，触媒担体と触媒
担体の保持部材との間の熱伝導性が良いため冷却が早
く，さらに，担体自体の熱伝導性も良く，触媒の一部が
冷却されれば触媒全体も速やかに冷却される。そのた
め，触媒担体を冷却する場合に，外周部からの冷却だけ
でも触媒担体を速やかに冷却することができる。このよ
うに放熱制御手段２５を操作して，触媒装置１１を浄化
率の高い温度Ｔ_m の近傍に保持することができる。その
他については実施例２と同様である。

【００４２】実施例６ 本例は，図１２に示すように，エンジン４１の排気通路
４７に介装され，エンジンから排出された窒素酸化物を
還元浄化する窒素酸化物浄化装置１０である。浄化装置
１０は，酸素過剰雰囲気下において窒素酸化物を浄化す
る触媒装置であって熱応答性の速い第１触媒装置１２及
び熱応答性の遅い第２触媒装置１３と，排気通路４７に
おける第１，第２触媒装置１２，１３の配置を変更する
流路切換手段１８と，排気通路４７の温度を検出する温
度センサ３１と，流路切換手段１８を操作する制御手段
３０とを有する。

【００４３】制御手段３０は，温度センサ３１の出力信
号を受け，その温度Ｔ′が上昇過程にあり，且つ触媒装
置１２，１３の温度Ｔが窒素酸化物の浄化率を最大にす
る温度Ｔ_m 以下で，窒素酸化物の浄化率が最大値Ｅ_m の
１０％から３０％となる温度Ｔ_s 以下であると判定した
場合には第１触媒装置１２のみに排気ガスが流入するよ
うにし，その他の場合には第２触媒装置１３のみに排気
ガスが流入するよう流路切換手段１８を操作する。そし
て，第１触媒装置１２は，排気ガスが流れる方向に沿っ
て，間に空隙１２９を設けて直列に配置された複数の小
触媒ユニット１２１からなる。

【００４４】排気通路４７は，第１触媒装置１２を配置
する第１通路４７１と，第２触媒装置１３を配置する第
２通路４７２に分岐し，流路切換手段１８は第１通路４
７１又は第２通路４７２に排気ガスの流れを切り換え
る。上記流路切換手段１８の制御は，図１３に示すフロ
ーチャートに従って行われる。図１３において，ステッ
プ６６１で温度センサ３１の出力信号が制御手段３０に
読み込まれ，ステップ６６２に進む。

【００４５】ステップ６６２で，ある一定時間，排気ガ
ス温度Ｔ′を制御手段３０に記憶させて温度変化勾配を
算出し，排気ガス温度が所定の温度Ｔ_S 以下，かつ，温
度変化勾配が正であればステップ６６３に進み，流路切
換手段１８を作動させて排気ガスの流れを第１触媒装置
１２に流す。排気ガス温度が所定の温度Ｔ_s 以下かつ温
度変化勾配が正でなければ，ステップ６６４に進み，流
路切換手段１８を作動させて排気ガス流れを第２触媒装
置１３に流す。そして，ステップ６６３または６６４か
らステップ６６１に戻り，同様の手順を繰り返す。

【００４６】触媒が低温（例えば，図１のＴ１）で昇温
状態にある場合，第１触媒装置１２に排気ガスを流すこ
とにより，触媒温度がＮＯ_x 浄化率の高い温度に素早く
到達するため，ＮＯ_x 浄化率は向上する。この第１触媒
装置１２が第２触媒装置１３よりも昇温速度が早い理由
は，以下に述べる３点である。

【００４７】即ち，第１の理由は，第１触媒装置１２は
排気ガス流れの圧力損失が小さいため，排気ガスは径方
向中心部では流速が大きく，径方向外周部（排気管壁に
近い部分）では流速が小さい径方向の流速分布ができ
る。その結果，径方向に対して流速が均一な場合に比べ
て，触媒の中心部付近で多くのＨＣが反応するため，反
応熱により触媒の径方向中心部付近は素早く昇温し，反
応熱が径方向外部に伝播して触媒活性化部分が拡大しＨ
Ｃの反応量が増える相乗効果を生むことである。

【００４８】第２の理由は，第１触媒装置１２の小触媒
ユニット１２１は，第２触媒装置１３の触媒ユニットよ
り体積が小さく熱容量が小さいことである。そして，第
３の理由は，第２触媒装置１３は触媒の一部で発熱反応
が起こっても，熱伝導により熱が触媒に拡散し昇温が遅
くなるが，第１触媒装置１２の小触媒ユニット１２１
は，軸方向に対して短いため，熱伝導による熱の拡散が
小さく昇温が早いためである。

【００４９】そして，排気温度が所定の温度Ｔ_s より高
い（例えば５００℃）場合は，排気ガスが第２触媒装置
１３に流れるように排気流路４７を切り換える。窒素酸
化物の還元触媒は低温域で活性を示さないが，高温域で
も窒素還元能力が低下する特徴を持つため，第１触媒装
置１２に比べて昇温が遅い第２触媒装置１３は，長時間
窒素酸化物浄化温度域に保持され，実用運転で窒素酸化
物の浄化率は向上する。その結果，触媒装置１２又は１
３の触媒温度をＮＯ_x 浄化率が高い温度に長時間保持で
き，実用運転域でのディーゼル排気ガスＮＯ_x 浄化率は
大幅に向上する。その他については，実施例１と同様で
ある。

【００５０】実施例７ 本例は，図１４に示すように，実施例６において，排気
通路４８の上流側に，第１触媒装置１２を配置する第１
通路４８１及びバイパス通路４８２を設け，流路切換手
段１８は，排気ガスの流れを第１通路４８１又はバイパ
ス通路４８２のいずれかに切り換えるようにしたもう１
つの例である。そして，下流の排気通路４８３に第２触
媒装置１３が配置される。

【００５１】図１３のステップ６６２，６６３と同様
に，排気ガスの温度が昇温過程にあり，かつ所定の温度
Ｔ_s 以下のときは，排気ガスが第１通路４８１に流れる
よう流路切換手段１８は切り換えられ，その結果第１触
媒装置１２が第２触媒装置１３の上流側に位置する。そ
の他の場合には，図１３のステップ６６２，６６４と同
様に，制御手段３０は，排気ガスがバイパス通路４８２
に流れるよう流路切換手段１８を操作し，第１触媒装置
１２には排気ガスが流入しない。その他については，実
施例６と同様であり，同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の窒素酸化物浄化装置のシステム構成
図。

【図２】実施例１の窒素酸化物浄化装置における排気温
度又は触媒装置温度と窒素酸化物消化率との相関図。

【図３】実施例１の窒素酸化物浄化装置の温度調整手段
の制御フローチャートの一部。

【図４】実施例１の窒素酸化物浄化装置における主な指
標の時間変化の例を示す図。

【図５】実施例２の窒素酸化物浄化装置のシステム構成
図。

【図６】実施例２の窒素酸化物浄化装置の温度調整手段
の制御フローチャート。

【図７】実施例２の窒素酸化物浄化装置の主な指標の時
間変化の例を示す図。

【図８】実施例３の窒素酸化物浄化装置のシステム構成
図。

【図９】実施例４の窒素酸化物浄化装置のシステム構成
図。

【図１０】実施例４の窒素酸化物浄化装置の温度調整手
段の制御フローチャート。

【図１１】実施例５の窒素酸化物浄化装置のシステム構
成図。

【図１２】実施例６の窒素酸化物浄化装置のシステム構
成図。

【図１３】実施例６の窒素酸化物浄化装置の温度調整手
段の制御フローチャート。

【図１４】実施例７の窒素酸化物浄化装置のシステム構
成図。

【符号の説明】

１１，１２，１３．．．触媒装置， ２１〜２４．．．温度調整手段， ３０．．．制御手段， ３１．．．温度検出手段（温度センサ），

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/24 ＺＡＢＣ 3/28 ＺＡＢ 3/28 ＺＡＢ ３０１ ３０１Ｃ ３０１Ｇ ３０１Ｈ (72)発明者 中村 兼仁 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 窪島 司 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に介装され，内燃機
   関から排出された窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物
   浄化装置であって，この浄化装置は，酸素過剰雰囲気下
   において窒素酸化物を浄化する触媒装置と，この触媒装
   置の温度を調整する温度調整手段と，排気または触媒装
   置の温度を検出する温度検出手段と，上記温度調整手段
   を制御する制御手段とを有しており，排気もしくは触媒
   装置の温度と排気もしくは触媒装置の温度変化とによ
   り，上記触媒装置の温度を窒素酸化物の浄化率が最大と
   なる温度領域に制御することを特徴とする内燃機関の窒
   素酸化物浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，触媒装置の温度が窒
   素酸化物の浄化率を最大とする温度Ｔ_m より低温の所定
   温度範囲にあり，且つ触媒装置温度が上昇過程にある場
   合は，昇温速度を大きくするように上記温度調整手段を
   制御し，触媒装置の温度が窒素酸化物の浄化率を最大と
   する温度Ｔ_m より高温の所定温度Ｔ_h より低温で，且つ
   触媒装置温度が下降過程にある場合は，降温速度を小さ
   くするように上記温度調整手段を制御することを特徴と
   する内燃機関の窒素酸化物浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項２において，前記温度調整手段
   は，吸入空気量を絞りこむ保温・昇温手段，排気抵抗を
   制御する保温・昇温手段，又は過給機の過給圧力を調整
   して吸入空気量を制御する昇・降温手段であることを特
   徴とする内燃機関の窒素酸化物浄化装置。
4. 【請求項４】 請求項２において，前記温度調整手段
   は，排気中に燃料等の炭化水素を添加し触媒装置の温度
   を上昇させるＨＣ増量手段であることを特徴とする内燃
   機関の窒素酸化物浄化装置。
5. 【請求項５】 請求項２において，前記温度調整手段
   は，触媒装置の周囲からの放熱量を調整する放熱制御手
   段であることを特徴とする内燃機関の窒素酸化物浄化装
   置。
6. 【請求項６】 内燃機関の排気通路に介装され，内燃機
   関から排出された窒素酸化物を還元浄化する窒素酸化物
   浄化装置であって，この浄化装置は，酸素過剰雰囲気下
   において窒素酸化物を浄化する触媒装置であって熱応答
   の速い第一触媒装置及び熱応答の遅い第二触媒装置と，
   排気通路における上記第一，第二触媒装置の配置を変更
   する流路切り換え手段と，排気または触媒装置の温度を
   検出する温度検出手段と，上記流路切り換え手段を制御
   する制御手段とを有しており，上記制御手段は，上記温
   度検出手段の出力信号を受け，その温度が上昇過程にあ
   り，且つ触媒装置の温度が窒素酸化物の浄化率を最大に
   する温度Ｔ_m よりも低温の所定の温度範囲にあると判定
   した場合には，上記第一触媒装置を第二触媒装置の上流
   側に配置するか，主として第一触媒装置に排気が流入す
   るようにし，その他の場合には，第二触媒装置を第一触
   媒装置よりも上流側に配置するか，主として第二触媒装
   置に排気が流入するよう上記流路切り換え手段を操作す
   ることを特徴とする内燃機関の窒素酸化物浄化装置。
7. 【請求項７】 請求項６において，前記第一触媒装置
   は，排気ガスが流れる方向に沿って，間に空隙を設けて
   直列に配置された複数の小触媒ユニットからなることを
   特徴とする内燃機関の窒素酸化物浄化装置。