JPH10141051A - 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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JPH10141051A
JPH10141051A JP8291763A JP29176396A JPH10141051A JP H10141051 A JPH10141051 A JP H10141051A JP 8291763 A JP8291763 A JP 8291763A JP 29176396 A JP29176396 A JP 29176396A JP H10141051 A JPH10141051 A JP H10141051A
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purification
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気浄化触媒に多量のＮＯX を吸着させる。 【解決手段】 ディーゼル機関の排気通路内に、触媒温
度が低いときほどＮＯX吸着容量が大きいヒータ付き排
気浄化触媒を配置する。ヒータを交互に繰り返し作動お
よび停止することによって触媒温度ＴＣを交互に繰り返
し上昇下降させる。触媒温度ＴＣを下降させると流入す
る排気中のＮＯX が吸着されて排気浄化触媒のＮＯX 吸
着量ＱＡＮが次第に増大し、排気浄化触媒の出口側ＮＯ
X 濃度ＣＮＯはほぼ零になる。触媒温度ＴＣを上昇させ
ると吸着されているＮＯX が放出されてＮＯX 吸着量Ｑ
ＡＮが次第に減少する。触媒温度ＴＣの下降時には、排
気浄化触媒のＮＯX 吸着容量がほぼ最大となる温度ＬＴ
Ｈまで降温し、触媒温度ＴＣの上昇時には、排気浄化触
媒のＮＯX 吸着容量がほぼ零となる温度ＵＴＨまで昇温
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】機関排気通路内に、遷移金属または貴金
属を担持したゼオライトからなるいわゆるゼオライト系
触媒を配置し、この排気浄化触媒の触媒温度を制御する
ための触媒温度制御手段を設けて排気浄化触媒のいわゆ
るウィンドウ内において排気浄化触媒を交互に繰り返し
昇降温するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知で
ある（特開平４−１７５４１６号公報参照）。
【０００３】一方、本願発明者によれば、ゼオライト系
触媒は、流入する排気中の窒素酸化物ＮＯX を一時的に
吸着するＮＯX 吸着能を備えており、ゼオライト系触媒
のＮＯX 吸着容量はゼオライト系触媒の触媒温度が低い
ときほど大きいことが確認されている。したがって、ゼ
オライト系触媒を降温するとゼオライト系触媒のＮＯ X
吸着容量が大きくなるのでゼオライト系触媒を降温させ
ることによってゼオライト系触媒に流入する排気中のＮ
ＯX を一時的に吸着させることができる。一方、ゼオラ
イト系触媒を昇温するとゼオライト系触媒のＮＯX 吸着
容量が小さくなるのでゼオライト系触媒を昇温すること
によってゼオライト系触媒から吸着しているＮＯX を放
出させることができる。すなわち、ゼオライト系触媒を
交互に繰り返し昇降温することによってゼオライト系触
媒ではＮＯX の吸着作用と、放出浄化作用とが交互に繰
り返し行われることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】さらに本願発明者によ
れば、ゼオライト系触媒から放出されたＮＯX はそのほ
ぼ全量が、このとき流入する排気中に還元剤、例えば炭
化水素（ＨＣ）が存在するとこの還元剤によって酸化雰
囲気において還元浄化されることも判明している。した
がって、ゼオライト系触媒によって排気中のＮＯX を良
好に浄化するためには、ゼオライト系触媒の降温時にお
いてゼオライト系触媒にできるだけ多量のＮＯX を吸着
させるのが望ましい。また、降温時においてゼオライト
系触媒に多量のＮＯX を吸着させるために、昇温時にゼ
オライト系触媒からできるだけ多量の放出させるのが望
ましい。
【０００５】一方、上述したようにゼオライト系触媒の
ＮＯX 吸着容量はゼオライト系触媒の触媒温度が低いと
きほど大きいことが判明しており、このため、降温時に
ゼオライト系触媒の触媒温度を低くすればするほど降温
時にゼオライト系触媒が吸着するＮＯX 量を多くするこ
とができ、また、昇温時にゼオライト系触媒の触媒温度
をできるだけ高くすればするほど昇温時にゼオライト系
触媒から放出されるＮＯX 量を多くすることができるこ
とになる。すなわち、ＮＯX を良好に浄化するために、
降温時においてＮＯX 吸着容量がほぼ最大となる温度ま
でゼオライト系触媒を降温し、昇温時においてＮＯX 吸
着容量がほぼ零となる温度までゼオライト系触媒を昇温
するのが最も効果的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、機関排気通路内に、触媒温度
が低いときほどＮＯX 吸着容量が大きい排気浄化触媒を
配置し、この排気浄化触媒の触媒温度を制御するための
触媒温度制御手段を設けて排気浄化触媒を交互に繰り返
し昇降温することにより排気浄化触媒の降温時に、排気
浄化触媒に流入する排気中のＮＯX を一時的に吸着させ
ると共に排気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯX
を放出させて浄化するようにした内燃機関の排気浄化装
置において、排気浄化触媒の昇温時に、排気浄化触媒の
ＮＯX 吸着容量がほぼ零となる温度まで排気浄化触媒を
昇温するようにしている。すなわち１番目の発明では、
排気浄化触媒の昇温時において排気浄化触媒に吸着され
ているＮＯX のほぼ全量が放出される。
【０００７】また、上記課題を解決するために２番目の
発明によれば、機関排気通路内に、触媒温度が低いとき
ほどＮＯX 吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、こ
の排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制
御手段を設けて排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温す
ることにより排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒に
流入する排気中のＮＯX を一時的に吸着させると共に排
気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯX を放出させ
て浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置におい
て、排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸
着容量がほぼ最大となる温度まで排気浄化触媒を降温す
るようにしている。すなわち２番目の発明では、排気浄
化触媒の降温時において排気浄化触媒に多量のＮＯX が
吸着される。
【０００８】また、上記課題を解決するために３番目の
発明によれば、機関排気通路内に、触媒温度が低いとき
ほどＮＯX 吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、こ
の排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制
御手段を設けて排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温す
ることにより排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒に
流入する排気中のＮＯX を一時的に吸着させると共に排
気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯX を放出させ
て浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置におい
て、排気浄化触媒の昇温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸
着容量がほぼ零となる温度まで排気浄化触媒を昇温しか
つ排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸着
容量がほぼ最大となる温度まで排気浄化触媒を降温する
ようにしている。すなわち３番目の発明では、排気浄化
触媒の昇温時において排気浄化触媒に吸着されているＮ
ＯX のほぼ全量が放出され、かつ排気浄化触媒の降温時
において排気浄化触媒に多量のＮＯX が吸着される。
【０００９】また、上記課題を解決するために４番目の
発明によれば１番目から３番目の発明のいずれか一つに
おいて、上記排気浄化触媒に流入する排気中に還元剤を
供給するための還元剤供給手段を具備し、排気浄化触媒
の昇温時に還元剤供給手段が供給する還元剤量が排気浄
化触媒の降温時に供給する還元剤量よりも多くなってい
る。排気浄化触媒の降温時に排気浄化触媒に流入するＮ
ＯX のほとんどは還元剤により還元されることなく排気
浄化触媒に吸着され、排気浄化触媒の昇温時には排気浄
化触媒から放出されるＮＯX と、排気浄化触媒に流入す
るＮＯX とが還元剤により還元される。そこで４番目の
発明では、排気浄化触媒の昇温時に還元剤供給手段が供
給する還元剤量を排気浄化触媒の降温時に供給する還元
剤量よりも多くし、それによって排気浄化触媒の昇温時
にＮＯX を確実に還元するようにすると共に降温時にＮ
ＯX を還元することなく排気浄化触媒から流出する還元
剤量を低減するようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下では、本発明をディーゼル機
関に適用した場合について説明する。しかしながら、本
発明を火花点火式機関に適用することもできる。図１を
参照すると、１はシリンダブロック、２はピストン、３
はシリンダヘッド、４は燃焼室、５は吸気ポート、６は
吸気弁、７は排気ポート、８は排気弁、９は燃焼室４内
に燃料を直接噴射する燃料噴射弁、１０は燃料噴射弁９
に燃料を圧送する機関駆動式の燃料ポンプをそれぞれ示
す。各気筒の吸気ポート５はそれぞれ対応する吸気枝管
１１を介して共通のサージタンク１２に接続され、サー
ジタンク１２は吸気ダクト１３を介してエアクリーナ１
４に接続される。吸気ダクト１３内には負圧式または電
磁式のアクチュエータ１５により駆動される吸気絞り弁
１６が配置される。この吸気絞り弁１６は通常全開とさ
れ、機関負荷が極低いときのみわずかに閉弁される。一
方、各気筒の排気ポート７は共通の排気マニホルド１７
に接続され、この排気マニホルド１７はＮＯ2 生成触媒
１８を内蔵した触媒コンバータ１９に接続される。触媒
コンバータ１９は排気管２０を介して排気浄化触媒２１
を内蔵した触媒コンバータ２２に接続される。後述する
ように、排気浄化触媒２１内に流入する排気温度はでき
るだけ低いのが好ましく、したがって図１の排気浄化触
媒２１は機関排気通路のうちできるだけ下流側に配置さ
れる。例えば、排気浄化触媒２１をマフラ（図示しな
い）内に配置することができる。なお、燃料ポンプ１０
およびアクチュエータ１４は電子制御ユニット３０から
の出力信号に基づいてそれぞれ制御される。
【００１１】図１の排気浄化触媒２１は通電加熱式触媒
またはヒータ付き触媒から形成される。すなわち、排気
浄化触媒２１は例えば図２に示されるように金属製薄板
２３と金属製波形板２４とを交互に同心円状に巻いたよ
うな形状をなしており、これら金属製薄板２３および金
属製波形板２４によって触媒粒子が担持される。これら
金属製薄板２３および金属製波形板２４に電流を流すと
金属製薄板２３および金属製波形板２４が発熱し、斯く
して触媒粒子が加熱される。したがって金属製薄板２３
および金属製波形板２４は触媒担体を構成すると同時に
ヒータの役割を果たす。このヒータは電子制御ユニット
３０からの出力信号に基づいて制御される。
【００１２】再び図１を参照すると、排気管２０内には
還元剤を２次的に供給する還元剤噴射弁２５が取り付け
られる。還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、
ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或
いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような
炭化水素を用いることができる。しかしながら、図１の
ディーゼル機関では、燃料噴射弁９から噴射される機関
の燃料と同一の燃料を還元剤噴射弁２５から噴射するよ
うにしている。したがって還元剤供給用の追加の還元剤
タンクを必要としない。なお、還元剤噴射弁２５は電子
制御ユニット３０からの出力信号に基づいて制御され
る。
【００１３】電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、入力ポート３５、および出力ポー
ト３６を具備する。サージタンク１２にはサージタンク
１２内の負圧に比例した出力電圧を発生する負圧センサ
３７が取り付けられ、この負圧センサ３７の出力電圧は
ＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。
排気浄化触媒２１には排気浄化触媒２１の温度（以下、
触媒温度と称する）ＴＣに比例した出力電圧を発生する
温度センサ３９が取り付けられ、この温度センサ３９の
出力電圧はＡＤ変換器４０を介して入力ポート３５に入
力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフト
が例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクラ
ンク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではこの出
力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。さら
に、アクセルペダル４２の踏み込み量ＤＥＰに比例した
出力電圧を発生する踏み込み量センサ４３の出力電圧が
ＡＤ変換器４４を介して入力ポート３５に入力される。
一方、出力ポート３６はそれぞれ対応する駆動回路４５
を介して各燃料ポンプ１０、アクチュエータ１５、排気
浄化触媒２１への通電制御用リレー４６、および還元剤
噴射弁２５にそれぞれ接続される。
【００１４】排気浄化触媒２１は上述の金属製薄板２３
および金属製波形板２４により担持されたゼオライト、
アルミナなどの多孔質担体上に、白金Ｐｔ、パラジウム
Ｐｄなどの貴金属、または銅Ｃｕ、鉄Ｆｅなどの遷移金
属をイオン交換により担持させることにより形成され
る。ゼオライトとして例えばＺＳＭ−５型、フェリエラ
イト、モルデナイトなどの高シリカ含有ゼオライトを用
いることができる。この排気浄化触媒２１は例えば炭化
水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの還元剤を含む
酸素雰囲気において流入する排気中のＮＯX をこれらＨ
Ｃ，ＣＯなどと選択的に反応せしめ、それによってＮＯ
X を窒素Ｎ２に還元することができる。すなわち、排気
浄化触媒２１は流入する排気中が還元剤を含んでいる
と、たとえ酸素雰囲気であっても流入する排気中のＮＯ
X を還元する。なお、以下では、排気浄化触媒２１とし
てゼオライトに白金Ｐｔを担持させてなるＰｔゼオライ
ト触媒を用いた場合について説明するが、他の触媒を用
いた場合も同様である。
【００１５】図３は定常状態におけるＰｔゼオライト触
媒２１のＮＯX 浄化率ＥＮと触媒温度ＴＣとの関係を示
している。図３からわかるように、ＮＯX 浄化率ＥＮは
触媒温度ＴＣがＴＭのときに最大値ＥＮＭとなり、触媒
温度ＴＣがＴＭから低くなるにつれて、或いはＴＭから
高くなるにつれてＮＯX 浄化率ＥＮが低くなる。また、
触媒温度が下限しきい温度ＴＬから上限しきい温度ＴＵ
までの範囲、すなわちウィンドウ内にあるとＮＯX 浄化
率ＥＮは許容下限浄化率ＥＮＴＯＲよりも高くなる。な
お、Ｐｔゼオライト触媒の場合、ＮＯX 浄化率ＥＮの最
大値ＥＮＭは３０から５０％程度であり、許容下限浄化
率ＥＮＴＯＲは１５から２５％程度である。また、この
場合の下限しきい温度ＴＬは約２００℃であり、上限し
きい温度ＴＵは約３００℃である。
【００１６】ところで、冒頭で述べたように、Ｐｔゼオ
ライト触媒２１は、流入する排気中のＮＯX を一時的に
吸着するＮＯX 吸着能を備えていることが判明してい
る。この場合のＮＯX 吸着メカニズムについては明らか
でない部分もある。しかしながら、流入する排気中のＮ
ＯX が白金Ｐｔ粒子の表面上にＮＯ2 の形で化学吸着で
もって吸着されると考えられている。また、Ｐｔゼオラ
イト触媒２１のＮＯX 吸着容量ＮＡＣは図４に示される
ように触媒温度ＴＣが低いときほど大きいことも判明し
ている。したがって、触媒温度ＴＣが下降するとＰｔゼ
オライト触媒２１のＮＯX 吸着容量ＮＡＣが大きくなる
ので触媒温度ＴＣが下降するとＮＯX 吸着容量ＮＡＣが
大きくなった分だけ流入する排気中のＮＯX が吸着され
る。一方、触媒温度ＴＣが上昇するとＰｔゼオライト触
媒２１のＮＯX 吸着容量ＮＡＣが小さくなるので触媒温
度ＴＣが上昇するとＮＯX 吸着容量ＮＡＣが小さくなっ
た分だけＰｔゼオライト触媒２１から吸着しているＮＯ
X が放出される。
【００１７】このＰｔゼオライト触媒２１から放出され
たＮＯX は還元剤存在下および酸素雰囲気においてほぼ
全量が還元、浄化される。したがって、Ｐｔゼオライト
触媒２１を交互に繰り返し昇降温させてＰｔゼオライト
触媒２１にＮＯX 吸着作用と、ＮＯX 放出浄化作用とが
交互に繰り返し行わせればＮＯX を良好に浄化すること
ができることになる。これが本発明の基本的な排気浄化
方法である。
【００１８】多量のＮＯX を浄化するためには降温時に
おいてＰｔゼオライト触媒２１に多量のＮＯX を吸着さ
せればよい。また、降温時においてＰｔゼオライト触媒
２１に多量のＮＯX を吸着させるためには昇温時におい
てＰｔゼオライト触媒２１から多量のＮＯX を放出させ
てＮＯX 吸着容量を確保しておけばよい。一方、上述し
たように触媒温度ＴＣが低いときほどＰｔゼオライト触
媒２１のＮＯX 吸着容量が大きくなる。そこで、降温時
においてＮＯX 吸着容量ＮＡＣがほぼ最大容量ＣＭＡＸ
となる温度ＬＴＨ（図４参照）までＰｔゼオライト触媒
２１を降温するようにしている。この最大容量ＣＭＡＸ
はＰｔゼオライト触媒２１の体積、または触媒粒子の表
面積や種類などに応じて定まるものであり、したがって
触媒温度ＴＣを下限しきい値ＬＴＨまで下降させればＮ
ＯX 吸着量を最大にすることができる。また、昇温時に
おいてＮＯX 吸着容量ＮＡＣがほぼ零となる温度ＵＴＨ
（図４参照）までＰｔゼオライト触媒２１を昇温するよ
うにしている。その結果、Ｐｔゼオライト触媒２１のＮ
ＯX 吸着量ＱＡＮをほぼ零にすることができ、次いで行
われるＮＯX 吸着作用時に多量のＮＯX を吸着させるこ
とが可能となる。すなわち、図１のディーゼル機関で
は、Ｐｔゼオライト触媒を交互に繰り返し昇降温すると
共に昇温時には上限しきい温度ＵＴＨまで昇温し、降温
時には下限しきい温度ＬＴＨまで降温するようにしてい
る。
【００１９】ところで、Ｐｔゼオライト触媒２１の下限
しきい温度ＬＴＨは約１５０℃であり、上限しきい温度
ＵＴＨは約３５０℃であることが判明している。したが
って、Ｐｔゼオライト触媒２１の下限しきい温度ＬＴＨ
はＰｔゼオライト触媒２１のウィンドウを定める下限し
きい温度ＴＬ（図３参照）よりも低く、上限しきい温度
ＵＴＨはＰｔゼオライト触媒２１のウィンドウを定める
上限しきい温度ＴＵ（図３参照）よりも高い。したがっ
て、上限および下限しきい温度ＵＴＨ，ＬＴＨ間でＰｔ
ゼオライト触媒を昇降温する場合にはＰｔゼオライト触
媒２１のウィンドウを越えて昇降温することになる。
【００２０】次に図５のタイムチャートを参照して本発
明の排気浄化方法をさらに詳細に説明する。図５を参照
すると、時間ａからｂまではＰｔゼオライト触媒２１の
降温時を示している。触媒温度ＴＣが下降するにつれて
Ｐｔゼオライト触媒２１のＮＯX 吸着量ＱＡＮが次第に
増加する。また、Ｐｔゼオライト触媒２１の出口側にお
ける排気中のＮＯX 濃度ＣＮＯが次第に低下し、次いで
ほぼ零となる。なお、図５においてＣＮＩはＰｔゼオラ
イト触媒２１の入口側における排気中のＮＯX 濃度を表
している。したがって、降温時に流入する排気中のＮＯ
X のほとんどがＰｔゼオライト触媒２１に吸着されるこ
とがわかる。次いで、触媒温度ＴＣが下限しきい値ＬＴ
ＨとなるとＮＯX 吸着量ＱＡＮが、Ｐｔゼオライト触媒
２１の最大容量ＣＭＡＸに相当する最大吸着量ＱＭＡＸ
となる。
【００２１】続く時間ｂからｃまではＰｔゼオライト触
媒２１の昇温時を示している。触媒温度ＴＣが上昇する
につれてＮＯX 吸着量ＱＡＮが次第に低下する。すなわ
ち、Ｐｔゼオライト触媒２１からＮＯX が放出される。
この放出されたＮＯX はそのほぼ全量が浄化される。一
方、Ｐｔゼオライト触媒２１の昇温時に流入する排気中
のＮＯX は概ね、その時点における触媒温度ＴＣに応じ
たＮＯX 浄化率ＥＮ（図３参照）でもって浄化される。
次いで、触媒温度ＴＣが上限しきい値ＵＴＨとなるとＮ
ＯX 吸着量ＱＡＮがほぼ零となる。
【００２２】続く時間ｃからｄでは降温過程が行われ、
続く時間ｄからｅでは昇温過程が行われ、このようにし
て降温過程と昇温過程とが交互に繰り返し行われる。と
ころで、Ｐｔゼオライト触媒２１流入する排気中のＮＯ
X に対するＮＯX 浄化作用のことを考えると昇温過程時
におけるＮＯX 浄化率（（ＣＮＯ−ＣＮＩ）／ＣＮＩ）
は降温過程時におけるよりも低くなる。したがって、触
媒温度ＴＣを上限しきい温度ＵＴＨまで速やかに上昇さ
せて昇温過程時間をできるだけ短くするのが好ましい。
一方、降温過程時において触媒温度ＴＣを下限しきい温
度ＬＴＨまで速やかに下降させるとＰｔゼオライト触媒
２１のＮＯX 吸着容量を速やかに最大容量とすることが
できる。この場合、例えばＮＯX 吸着量ＱＡＮが最大量
ＱＭＡＸとなるまで触媒温度ＴＣを下限しきい温度ＬＴ
Ｈに維持することもできる。
【００２３】ところが、降温過程時に触媒温度ＴＣを急
激に低下させると流入する排気中のＮＯがＰｔゼオライ
ト触媒２１においてＮＯ2 に酸化されず、その結果Ｐｔ
ゼオライト触媒２１に吸着されることなく排出される恐
れがある。そこで、図１のディーゼル機関はＰｔゼオラ
イト触媒２１および還元剤噴射弁２５上流に、流入する
排気中のＮＯを酸化してＮＯ2 を生成するＮＯ2 生成触
媒１８を備えている。したがって、Ｐｔゼオライト触媒
２１に流入するＮＯX のほぼ全量がＮＯ2 の形となるの
でＮＯX がＰｔゼオライト触媒２１に良好に吸着され
る。なお、ＮＯ2生成触媒１８はいわゆる酸化触媒から
形成することができる。
【００２４】Ｐｔゼオライト触媒２１の触媒温度ＴＣを
制御するために、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を昇
温し、或いは降温するためにどのような方法を用いても
よい。図１のディーゼル機関では、上述したようにＰｔ
ゼオライト触媒２１をヒータ付き触媒から構成してＰｔ
ゼオライト触媒２１を昇温すべきときにはヒータを作動
させ、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきときにはヒ
ータの作動を停止するようにしている。ヒータの作動が
停止されるとＰｔゼオライト触媒２１は流入する排気の
温度に向けて下降する。この場合、Ｐｔゼオライト触媒
２１は上述したように機関排気通路の下流部分に配置さ
れており、このためＰｔゼオライト触媒２１に流入する
排気の温度が低く維持されている。なお、Ｐｔゼオライ
ト触媒２１に２次空気を供給するための２次空気供給装
置を設けてＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきときに
Ｐｔゼオライト触媒２１に２次空気を供給するようにし
ていもよい。或いは、Ｐｔゼオライト触媒２１内に冷媒
通路を形成してＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきと
きにこの冷媒通路内に冷媒を流通させるようにすること
もできる。
【００２５】ところで、ディーゼル機関において空燃比
が理論空燃比よりもリッチであるリッチ運転を行うと気
筒から好ましくないスモークやパティキュレートが排出
される。そこで、図１のディーゼル機関では各気筒にお
いて常時、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるリー
ン運転を行うようにしている。したがって、Ｐｔゼオラ
イト触媒２１に流入する排気は常時、酸素雰囲気に維持
されている。その結果、Ｐｔゼオライト触媒２１から放
出されたＮＯX が流入する排気中の還元剤によって良好
に還元される。この場合、機関から排出される未燃ＨＣ
やＣＯなども還元剤として作用しうる。しかしながら、
ディーゼル機関から排出される未燃ＨＣなどに比べて浄
化すべきＮＯX 量は圧倒的に多く、すなわちＮＯX を良
好に浄化するための還元剤が不足する。そこで、還元剤
噴射弁２５から排気管２０内に還元剤を２次的に供給
し、それによって還元剤がＮＯX に対し不足しないよう
にしている。
【００２６】なお、Ｐｔゼオライト触媒２１の降温時に
はＰｔゼオライト触媒２１に流入するＮＯX のほぼ全量
がＰｔゼオライト触媒２１に吸着され、ＮＯX の還元反
応はほとんど行われない。したがって、Ｐｔゼオライト
触媒２１の降温時に還元剤を供給するとこの還元剤がＮ
ＯX を浄化することなくＰｔゼオライト触媒２１から排
出される恐れがある。そこで、図１のディーゼル機関で
はＰｔゼオライト触媒２１の昇温時にのみ還元剤噴射弁
２５による還元剤供給作用を行い、Ｐｔゼオライト触媒
２１の昇温時には還元剤噴射弁２５による還元剤供給作
用を停止するようにしている。
【００２７】図６および図７は上述の実施態様を実行す
るためのルーチンを示している。これらのルーチンは予
め定められた設定時間毎の割り込みによってそれぞれ実
行される。図６はＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべき
か降温すべきかを判定するためのルーチンを示してい
る。
【００２８】図６を参照すると、まずステップ５０では
Ｐｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときにセットさ
れ、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきときにリセッ
トされる昇温フラグがセットされているか否かが判別さ
れる。昇温フラグがセットされているとき、すなわちＰ
ｔゼオライト触媒２１を昇温すべきときには次いでステ
ップ５１に進み、触媒温度ＴＣが上限しきい温度ＵＴＨ
よりも高いか否かが判別される。ＴＣ＞ＵＴＨのときに
は次いでステップ５２に進み、Ｐｔゼオライト触媒２１
を降温すべきであると判断して昇温フラグをリセットし
た後に処理サイクルを終了する。これに対してＴＣ≦Ｕ
ＴＨのときには昇温フラグをセットした状態に維持しつ
つ処理サイクルを終了する。
【００２９】一方、ステップ５０において昇温フラグが
セットされていないとき、すなわちＰｔゼオライト触媒
２１を降温すべきときには次いでステップ５３に進み、
触媒温度ＴＣが下限しきい温度ＬＴＨよりも低いか否か
が判別される。ＴＣ＜ＬＴＨのときには次いでステップ
５４に進み、Ｐｔゼオライト触媒２１を昇温すべきであ
ると判断して昇温フラグをセットした後に処理サイクル
を終了する。これに対してＴＣ≧ＵＴＨのときには昇温
フラグをリセットした状態に維持しつつ処理サイクルを
終了する。
【００３０】図７は排気浄化制御を実行するためのルー
チンである。図７を参照すると、まずステップ６０では
図６のルーチンにおいてセットまたはリセットされる昇
温フラグがセットされているか否かが判別される。昇温
フラグがセットされているとき、すなわちＰｔゼオライ
ト触媒２１を昇温すべきときには次いでステップ６１に
進み、Ｐｔゼオライト触媒２１のヒータが作動される。
続くステップ６２では還元剤噴射弁２５から還元剤が供
給される。次いで処理サイクルを終了する。これに対
し、ステップ６０において昇温フラグがセットされてい
ないとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を降温すべ
きときには次いでステップ６３に進み、ヒータの作動を
停止する。続くステップ６４では還元剤噴射弁２５から
の還元剤供給作用が停止される。次いで処理サイクルを
終了する。
【００３１】図８は別の実施態様を示している。図８に
おいて、図１に示す実施態様と同様の構成要素は同一の
参照番号で説明する。図８を参照すると、燃料噴射弁９
は電磁式の噴射弁から構成され、各気筒の燃料噴射弁に
対し共通の燃料用蓄圧室７０を介して燃料ポンプ１０に
接続される。このようにすると各気筒の１燃焼サイクル
において複数回燃料噴射を行うことができる。また、図
８のＰｔゼオライト触媒２１にはヒータが設けられてい
ない。さらに、図１に示される還元剤噴射弁およびＮＯ
2 生成触媒も省略されている。
【００３２】図８のディーゼル機関においても図１のデ
ィーゼル機関と同様に、Ｐｔゼオライト触媒２１を交互
に繰り返し昇降温すると共に昇温時には上限しきい温度
ＵＴＨまで昇温し、降温時には下限しきい温度ＬＴＨま
で降温するようにしている。また、ＮＯX を良好に還元
するために、Ｐｔゼオライト触媒２１に還元剤を供給し
ている。しかしながら、図８のディーゼル機関では燃料
噴射弁９から還元剤が供給される。すなわち、例えば圧
縮上死点周りに行われる通常の燃料噴射に加えて、燃料
噴射弁９から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴
射、すなわち２次燃料噴射を行い、それによって排気中
に還元剤を２次的に供給するようにしている。なお、こ
の２次燃料噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与し
ない。
【００３３】ところで、Ｐｔゼオライト触媒２１のよう
なゼオライト系触媒は、触媒温度が低いときに流入する
排気中のＨＣを細孔内に物理吸着でもって吸着し、触媒
温度が高くなると吸着しているＨＣを放出するＨＣ吸放
出作用を行うことが判明している。また、Ｐｔゼオライ
ト触媒２１の昇温時において、Ｐｔゼオライト触媒２１
から放出されたＨＣと、Ｐｔゼオライト触媒２１から放
出されたＮＯX 間の距離は非常に短く、このためＰｔゼ
オライト触媒２１から放出されたＮＯX を効果的に浄化
できると考えられる。そこで、図８のディーゼル機関で
はＰｔゼオライト触媒２１の降温時にも２次燃料噴射を
行ってＰｔゼオライト触媒２１に還元剤を供給するよう
にしている。しかしながら、Ｐｔゼオライト触媒２１の
ＨＣ吸着容量は比較的小さく、したがってＰｔゼオライ
ト触媒２１の降温時における２次噴射燃料量は昇温時に
おけるよりも少なくされている。
【００３４】さらに、図８のディーゼル機関では２次燃
料噴射時期を制御することによりＰｔゼオライト触媒２
１の触媒温度ＴＣを制御するようにしている。すなわ
ち、２次燃料噴射時期を進角すると燃焼室４内で燃焼す
る２次噴射燃料量が多くなるのでＰｔゼオライト触媒２
１に流入する排気の温度が上昇し、その結果Ｐｔゼオラ
イト触媒２１が昇温される。また、２次燃料噴射時期を
遅角すると燃焼室４内で燃焼する２次噴射燃料量が少な
くなるのでＰｔゼオライト触媒２１に流入する排気の温
度が下降し、その結果Ｐｔゼオライト触媒２１が降温さ
れる。例えば、Ｐｔゼオライト触媒２１を昇温すべきと
きには２次燃料噴射時期を圧縮上死点後９０°ＣＡと
し、Ｐｔゼオライト触媒２１を降温すべきときには２次
燃料噴射時期を圧縮上死点後１５０°ＣＡとすることが
できる。
【００３５】図９は上述の排気浄化制御を実行するため
のルーチンを示している。このルーチンは予め定められ
た設定時間毎の割り込みによって実行される。図９を参
照すると、まずステップ８０では図６のルーチンにおい
てセットまたはリセットされる昇温フラグがセットされ
ているか否かが判別される。昇温フラグがセットされて
いるとき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を昇温すべ
きときには次いでステップ８１に進み、２次燃料噴射時
期が進角される。続くステップ６２では還元剤量が増大
される。次いで処理サイクルを終了する。これに対し、
ステップ８０において昇温フラグがセットされていない
とき、すなわちＰｔゼオライト触媒２１を降温すべきと
きには次いでステップ８３に進み、２次燃料噴射時期が
遅角される。続くステップ８４では還元剤量が減量され
る。次いで処理サイクルを終了する。
【００３６】これまで述べてきた実施態様では、触媒温
度ＴＣを検出するために温度センサ３９を設けている。
しかしながら、触媒温度ＴＣはＰｔゼオライト触媒２１
に流入する排気温度から推定することができ、この排気
温度は機関運転状態、すなわち例えばアクセルペダル４
０の踏み込み量ＤＥＰおよび機関回転数Ｎから推定する
ことができる。したがって、触媒温度ＴＣを機関運転状
態から推定するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】排気浄化触媒に多量のＮＯX を吸着させ
ることができるのでＮＯX を良好に浄化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】排気浄化触媒の断面図である。
【図３】定常状態における排気浄化触媒のＮＯX 浄化率
と触媒温度との関係を示す線図である。
【図４】排気浄化触媒のＮＯX 吸着容量を示す線図であ
る。
【図５】本発明の排気浄化方法を説明するタイムチャー
トである。
【図６】昇降温判定を実行するためのフローチャートで
ある。
【図７】排気浄化制御を実行するためのフローチャート
である。
【図８】別の実施態様による内燃機関の全体図である。
【図９】図８に示す実施態様において排気浄化制御を実
行するためのフローチャートである。
【符号の説明】
９…燃料噴射弁 １７…排気マニホルド １８…ＮＯ2 生成触媒 ２１…排気浄化触媒 ２５…還元剤噴射弁 ３９…温度センサ ７０…蓄圧室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/08 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/36 ＺＡＢＢ 3/10 ＺＡＢ 9/00 Ｚ 3/36 ＺＡＢ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ 9/00 １０２Ａ １０２Ｈ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機関排気通路内に、触媒温度が低いとき
    ほどＮＯX 吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、該
    排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制御
    手段を設けて該排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温す
    ることにより排気浄化触媒の降温時に、該排気浄化触媒
    に流入する排気中のＮＯX を一時的に吸着させると共に
    排気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯX を放出さ
    せて浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置におい
    て、排気浄化触媒の昇温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸
    着容量がほぼ零となる温度まで排気浄化触媒を昇温する
    ようにした排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 機関排気通路内に、触媒温度が低いとき
    ほどＮＯX 吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、該
    排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制御
    手段を設けて該排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温す
    ることにより排気浄化触媒の降温時に、該排気浄化触媒
    に流入する排気中のＮＯX を一時的に吸着させると共に
    排気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯX を放出さ
    せて浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置におい
    て、排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸
    着容量がほぼ最大となる温度まで排気浄化触媒を降温す
    るようにした排気浄化装置。
  3. 【請求項３】 機関排気通路内に、触媒温度が低いとき
    ほどＮＯX 吸着容量が大きい排気浄化触媒を配置し、該
    排気浄化触媒の触媒温度を制御するための触媒温度制御
    手段を設けて該排気浄化触媒を交互に繰り返し昇降温す
    ることにより排気浄化触媒の降温時に、該排気浄化触媒
    に流入する排気中のＮＯX を一時的に吸着させると共に
    排気浄化触媒の昇温時に吸着されているＮＯX を放出さ
    せて浄化するようにした内燃機関の排気浄化装置におい
    て、排気浄化触媒の昇温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸
    着容量がほぼ零となる温度まで排気浄化触媒を昇温しか
    つ排気浄化触媒の降温時に、排気浄化触媒のＮＯX 吸着
    容量がほぼ最大となる温度まで排気浄化触媒を降温する
    ようにした排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 上記排気浄化触媒に流入する排気中に還
    元剤を供給するための還元剤供給手段を具備し、排気浄
    化触媒の昇温時に該還元剤供給手段が供給する還元剤量
    が排気浄化触媒の降温時に供給する還元剤量よりも多い
    請求項１から３までのいずれか一項に記載の排気浄化装
    置。
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