JPH0979026A - 排気浄化装置 - Google Patents

排気浄化装置

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JPH0979026A
JPH0979026A JP23292595A JP23292595A JPH0979026A JP H0979026 A JPH0979026 A JP H0979026A JP 23292595 A JP23292595 A JP 23292595A JP 23292595 A JP23292595 A JP 23292595A JP H0979026 A JPH0979026 A JP H0979026A
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nox
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emission control
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/18Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an adsorber or absorber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12Hydrocarbons

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【解決手段】 排気管8にNOx吸着触媒9AとHC吸
着型三元触媒9Bとを介装する。NOx吸着触媒はリー
ン運転時にNOxを吸着し、このNOxをストイキ運転
時に脱離する。HC吸着型三元触媒はHCを吸着すると
共に、三元触媒としての機能を有する。 【効果】 ストイキからリーンへA/Fを切り換える時
にA/Fを著しくリッチ化する必要がないので、燃費の
悪化を防止できる。また触媒システムとしてのコストが
安価である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リーン条件でNO
xを吸着し、ストイキ条件でNOxを還元する排気浄化
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の排気浄化装置としては、例えば特
開平6−66185号公報がある。この装置はNOx吸
着材の下流に三元触媒を有し、リーン条件でNOxを吸
着する。三元条件でのスタートでA/Fをリッチ化して
脱離したNOxをA/Fのリッチ化による過剰な還元材
(HC,CO)で処理するものである。
【0003】またNOx吸着材としては特開平6−20
5975号公報に示すように、Pt/Pd/RhとL
a,Ceの組み合わせがある。
【0004】さらにHC吸着材としては特開平3−13
5437号公報に示すように、ゼオライトにCuをイオ
ン交換したものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排気浄化装置にあっては、リーン条件で吸着
したNOxを還元するには、リーン条件からの切り換え
時に一時的にA/Fをストイキよりリッチにして、還元
材を多量に供給して脱離したNOxを処理する触媒とな
っていたため、NOxの脱離が終了するまでリッチにし
続けると燃費の悪化が大きいという問題があった。
【0006】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、NOx吸着触媒の下流にHC吸着
材と、この吸着材に吸着されたHCとNOx吸着触媒か
ら脱離したNOxを反応させる三元触媒とを装着した排
気浄化装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、排気管にリーン条件ではNOxを吸着す
ると共にストイキ条件ではNOxを還元するNOx吸着
型三元触媒を有し、その下流にはHCを吸着すると共に
ストイキ条件ではNOxを還元するHC吸着型三元触媒
を有する。
【0008】
【作用】本発明によれば、ストイキからリーンへA/F
を切り換える時に、A/Fを著しくリッチ化する必要が
ないので燃費の悪化を防止することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。なお、本発明に用いる材料は従来例に示
した特開平6−205975号公報および特開平3−1
35437号公報のものが適用される。
【0010】〔実施の形態1〕本発明の実施の形態1を
図1〜図6により説明する。
【0011】図1はシステム構成を示している。
【0012】図1においてエンジン1の各気筒の燃焼室
には、エアクリーナ2から、スロットル弁3、吸気マニ
ホールド4を介して、空気が吸入される。吸気マニホー
ルド4の各ブランチ部にはそれぞれ電磁式の燃料噴射弁
5が設けられており、各燃料噴射弁5から噴射される燃
料により混合気が生成される。そして、混合気は燃焼室
内で点火栓6により点火されて燃焼する。
【0013】燃料噴射弁5は後述するコントロールユニ
ット12からのエンジン回転に同期して所定のタイミン
グで出力される駆動パルス信号により通電されて開弁
し、所定圧力に調整された燃料を噴射する。従って、駆
動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御され
る。
【0014】エンジン1からの排気は、排気マニホール
ド7を経て、排気管8に至る。
【0015】この排気管8の途中には、NOx吸着触媒
9AとHC吸着型三元触媒9Bとが介装されている。こ
のNOx吸着触媒9Aは、リーン運転時にNOxを吸着
し、このNOxをストイキ運転時に脱離するものであ
る。
【0016】HC吸着型三元触媒9BはHCを吸着する
と共に、三元触媒としての機能を有するものである。そ
して、排気はマフラー11を経て排出される。
【0017】燃料噴射弁5の作動を制御するコントロー
ルユニット12は、マイクロコンピュータを内蔵するも
ので、各種のセンサから信号が入力されている。
【0018】前記各種のセンサとしては、スロットル弁
3の上流側でエンジン1の吸入空気流量Qを検出するエ
アフローメータ13、エンジン1のカム軸回転から基準
クランンク角信号及び単位クランク角信号を出力し間接
的にエンジン回転数Nを検出できるクランク角センサ1
4、エンジン1のウォータジャケット内の冷却水温度T
wを検出する水温センサ15、排気マニホールド7に取
付けられてエンジン1に吸入される混合気の空燃比に関
連する排気中酸素濃度に対応した電圧信号を出力するO
2 センサ16、更に必要により排気温度(触媒入口温度
又は出口温度)Teを検出する排気温センサ17等が設
けられている。
【0019】ここにおいて、コントロールユニット12
は、前記各種のセンサからの信号に基づき後述のごとく
演算処理を行って、燃料噴射弁5の作動を制御する。
【0020】次に図2〜図3のフローチャートに従って
コントロールユニット12の演算処理内容について説明
する。尚、本フローは所定時間Δt(例えば10ms)
毎に実行される。
【0021】ステップ1(図にはS1と記してある。以
下同様)では、エアフローメータ13からの信号に基づ
いて吸入空気流量Qを検出する。
【0022】ステップ2では、クランク角センサ14か
らの信号に基づいてエンジン回転数Nを検出する。
【0023】ステップ3では、吸入空気流量Qとエンジ
ン回転数Nとから、ストイキ(A/F=14.6)相当
の基本燃料噴射量Tp=K×Q/N(Kは定数)を計算
する。
【0024】ステップ4では、水温センサ15からの信
号に基づいて冷却水温度Twを検出する。
【0025】ステップ5では、冷却水温度Twが例えば
75℃以上か否かを判定し、75℃未満の低温時は、ス
トイキにより運転するため、ステップ8へ進む。
【0026】冷却水温度Twが75℃以上の時は、運転
領域に応じた空燃比の切換制御を実現するため、ステッ
プ6へ進む。
【0027】ステップ6では、エンジン回転数Nと基本
燃料噴射量(負荷)Tpとに基づき、図4のマップ上で
の領域(ストイキ領域・リーン領域)を検出して、ステ
ップ7へ進む。
【0028】ステップ7では、リーン領域か否かを判定
し、NO(ストイキ領域)のときはストイキ運転のため
にステップ8へ進み、YES(リーン領域)のときはリ
ーン運転のためにステップ14へ進む。ストイキ領域、
リーン領域の処理は図3の処理フローに示されている。
【0029】〔ストイキ運転の場合〕ステップ8では、
リーンフラグFLの値(ストイキ運転中はFL=0、リ
ーン運転中はFL=1)を判定する。
【0030】FL=1のときは、現在リーン運転中でリ
ーン→ストイキの切換指令がなされたときであり、この
ときはステップ9へ進み、リーンフラグFL=0にす
る。また、次のステップ10では、ストイキ運転継続時
間計測用のタイマTMSをクリアする(TMS=0)。
【0031】FL=0のときは、ストイキ運転継続中で
あるので、ステップ11へ進み、ストイキ運転継続時間
計測用のタイマTMSを本ルーチンの実行時間隔Δt分
カウントアップする(TMS=TMS+Δt)。
【0032】これらの後、ステップ12へ進み、O2
ンサ16からの信号に基づいて空燃比フィードバック補
正係数αを計算する。
【0033】次のステップ13では、ストイキ相当の基
本燃料噴射量Tpと、空燃比フィードバック補正係数α
と、バッテリ電圧に基づいて設定される電圧補正分(無
効噴射時間)Tsとから、次式に従って、燃料噴射量T
iを計算し、本ルーチンを終了する。
【0034】Ti=Tp×α+Ts 燃料噴射量Tiが計算されると、これが所定のレジスタ
にセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミン
グで、このTiのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射
弁5に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃
比はストイキに制御される。
【0035】〔リーン運転の場合〕ステップ14では、
リーンフラグFLの値(ストイキ運転中はFL=0、リ
ーン運転中はFL=1)を判定する。
【0036】FL=0のときは、現在ストイキ運転中で
ストイキ→リーンの切換指令がなされたときであり、こ
のときはステップ15へ進み、リーンフラグFL=1に
する。また、次のステップ16では、リーン切換後時間
計測用のタイマTMLをクリアする(TM=0)。
【0037】更に、次のステップ17では、図5に示す
ように、ストイキ運転継続時間TMSに応じてリーン切
換時の最終目標リーン空燃比(例えばA/F=22)へ
の切換速度に関連する切換時間(切換開始から完了まで
の時間)Tcを定めたマップを参照して、実際のストイ
キ運転継続時間TMSから切換時間Tcを検索する。こ
こで、ストイキ運転継続時間TMSが長い程、切換速度
が遅くなるように、切換時間Tcを長く設定してある。
本実施の形態のNOx吸着触媒9Aは、リーン条件にお
いてNOxを吸着し、その後のストイキ条件においてN
Oxを脱離・還元するものであるので、ストイキ運転継
続時間TMSが長い程、NOxの脱離・還元処理が進む
ので、NOx吸着能力が高くなるからである。
【0038】FL=1のときは、リーン運転継続中であ
るので、ステップ18へ進み、リーン切換後時間計測用
のタイマTMLを本ルーチンの実行時間隔Δt分カウン
トアップする。
【0039】これらの後、ステップ19へ進み、現時点
のリーン切換後時間TMLを切換時間Tcと比較し、T
ML≦Tc(切換時間内)の場合は、ステップ20へ進
む。ステップ20では、次式のごとく、基本燃料噴射量
Tpを補正した上で、燃料噴射量Tiを計算し、本ルー
チンを終了する。
【0040】Ti=Tp×〔1−(1−14.6/22)・
(TML/Tc)〕+Ts すなわち、切換時間Tc内において、時間(TML)経
過と共に、目標空燃比をストイキ(A/F=14.6)
から最終目標リーン空燃比(A/F=22)まで変化さ
せつつ、基本燃料噴射量Tpを目標空燃比相当に補正し
た上で、燃料噴射量Tiを計算する。
【0041】TML>Tc(切換時間経過後)の場合
は、ステップ21へ進む。
【0042】ステップ21では、次式のごとく、基本燃
料噴射量Tpを最終目標リーン空燃比(A/F=22)
相当に補正した上で、燃料噴射量Tiを計算し、本ルー
チンを終了する。
【0043】Ti=Tp×(14.6/22)+Ts 燃料噴射量Tiが計算されると、これが所定のレジスタ
にセットされ、エンジン回転に同期して所定のタイミン
グで、このTiのパルス幅の駆動パルス信号が燃料噴射
弁5に出力されて燃料噴射が行われる。このとき、空燃
比はリーンに制御される。
【0044】本実施の形態においては、主にステップ
6,7,13,19,20,21の部分が空燃比切換手
段に相当し、ステップ8,9,10,11の部分が運転
履歴(ストイキ運転継続時間)記憶手段に相当し、ステ
ップ17の部分が切換速度決定手段に相当する。
【0045】本実施の形態と従来例との比較を図6に示
す。
【0046】図6において時刻でFLを0→1とし
て、リーン条件になる。
【0047】時刻でFLを1→0として、ストイキ条
件になる。A/Fを上段に示す。
【0048】従来例では、点線に示すようにではA/
F=10程度のリッチにして還元材であるCOやHCを
多量に排出して、吸着されていたNOxを還元する。一
方、本実施の形態では、実線に示すようにHC吸着材9
Bに吸着されていたHCを還元材とできるので図のよう
にA/Fのリッチ化を小さくしたり、不要にできる。こ
のため下段のように燃料消費量の増加が小さく、本実施
の形態では燃費悪化を小さくできる。
【0049】なお図示していないが、触媒から排出され
るNOx量は同一である。
【0050】〔実施の形態2〕本発明の実施の形態2を
図7に示す。これは触媒9cが装着されている。これは
NOx吸着材とHC吸着材と三元触媒とが同一の担体に
コーティングされているものである。
【0051】効果は実施の形態1と同一であり、触媒ト
ータルの価格は安い。
【0052】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ばその構成をNOx吸着材の下流にHC吸着材と三元触
媒とを装着する排気システムとしたため、ストイキから
リーンへA/Fを切り換える時に、A/Fを著しくリッ
チ化する必要がないので燃費の悪化を防止することがで
きる。
【0053】さらにNOx吸着材とHC吸着材と三元触
媒とが同一の担体にコーティングされているため、触媒
システムとしてのコストを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における実施の形態1のシステム構成を
示した図である。
【図2】本発明における実施の形態1の演算処理を示す
フローチャートである。
【図3】本発明における実施の形態1の演算処理を示す
フローチャートである。
【図4】本発明における実施の形態1のマップを示した
図である。
【図5】本発明における実施の形態1の切換時間を定め
たマップを示した図である。
【図6】本発明における実施の形態1と従来例との比較
を示した図である。
【図7】本発明における実施の形態2を示した図であ
る。
【符号の説明】
1 エンジン 2 エアクリーナ 3 スロットル弁 4 吸気マニホールド 5 燃料噴射弁 6 点火栓 7 排気マニホールド 8 排気管 9A NOx吸着触媒 9B HC吸着型三元触媒 11 マフラー 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 16 O2 センサ 17 排気温センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 F02D 41/14 310 F02D 41/14 310A 45/00 ZAB 45/00 ZAB 301 301G

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気管にリーン条件ではNOxを吸着す
    ると共にストイキ条件ではNOxを還元するNOx吸着
    型三元触媒を有し、その下流にはHCを吸着すると共に
    ストイキ条件ではNOxを還元するHC吸着型三元触媒
    を有する事を特徴とする排気浄化装置。
  2. 【請求項2】 同一のコンテナ内に2つの担体を有し、
    上流側の担体には前記NOx吸着型三元触媒を、その下
    流側には前記HC吸着型三元触媒を有する事を特徴とす
    る請求項1に記載の排気浄化装置。
  3. 【請求項3】 前記HC吸着型三元触媒として、Cu−
    ZSM−5と貴金属系三元触媒とを二層に塗り分けたハ
    イブリッド型触媒とする事を特徴とする請求項1に記載
    の排気浄化装置。
  4. 【請求項4】 前記NOx吸着型三元触媒として、Pd
    /RhにNOxを吸着する物質を用いる事を特徴とする
    請求項1に記載の排気浄化装置。
  5. 【請求項5】 エンジンに吸入される混合気のA/Fを
    リーンとストイキとに運転条件に対応して変化させる場
    合、リーンからストイキへ変化させる時に、一時的にA
    /FをストイキよりリッチなA/Fとする制御装置を有
    する機関に装着される事を特徴とする請求項1に記載の
    排気浄化装置。
  6. 【請求項6】 同一のコンテナ内に同一の担体を有し、
    NOx吸着材料とHC吸着材料と三元触媒とを多層コー
    ティング又は混合してコーティングする事を特徴とする
    請求項1に記載の排気浄化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998048153A1 (fr) * 1997-04-24 1998-10-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Systeme de gestion d'emissions d'echappement pour moteurs a combustion interne
JP2007291970A (ja) * 2006-04-26 2007-11-08 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置

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JP4702162B2 (ja) * 2006-04-26 2011-06-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置

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