JPH04265415A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気系に、
リーンＮＯｘ触媒とスタート触媒を備えた内燃機関の排
気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系に設けられ、遷移金属
（たとえばＣｕ）あるいは貴金属を担持せしめたゼオラ
イトから成り、酸化雰囲気中、ＨＣ存在下で、ＮＯｘを
還元する触媒、いわゆるリーンＮＯｘ触媒は知られてい
る（特開平１−１３９１４５号公報）。しかし、リーン
ＮＯｘ触媒は約６００℃以上になると熱劣化が激しくな
る。特開平１−１７１６２５号公報は、リーンＮＯｘ触
媒と三元触媒を並列に設け、排気高温時には排気を三元
触媒側に流し、リーンＮＯｘ触媒の熱劣化を防止するよ
うにした排気浄化装置を提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】リーンＮＯｘ触媒は還
元雰囲気（空燃比リッチの場合の排気雰囲気）において
も劣化する。この還元雰囲気におけるリーンＮＯｘ触媒
の劣化を防止するためには、熱劣化のときと同様に、リ
ーンＮＯｘ触媒と三元触媒を並列に設け、排気切替弁で
排気の流れを切替え可能とし、排気が還元雰囲気になっ
たときには排気を、リーンＮＯｘ触媒をバイパスして三
元触媒側に流すことが考えられる。しかし、切替時の排
気切替弁の応答遅れ、還元性排気のリーンＮＯｘ触媒中
への滞留、バイパス通路からリーンＮＯｘ触媒下流側へ
の排気のまわり込み等によって、リーンＮＯｘ触媒はな
お相当量の還元雰囲気に晒され、劣化が進行するという
問題があることが判明した。

【０００４】本発明は、リーンＮＯｘ触媒の還元雰囲気
による劣化を、より効果的に防止できるようにした内燃
機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次の手段を
備えた本発明の内燃機関の排気浄化装置によって、達成
される。内燃機関の排気系に、互いに並列に配置したリ
ーンＮＯｘ触媒およびスタート触媒、前記リーンＮＯｘ
触媒と前記スタート触媒との間に排気の流れを切替える
排気切替弁、前記リーンＮＯｘ触媒のみの上流に二次空
気を供給可能な二次空気供給装置、排気が空燃比リッチ
の排気雰囲気にあるか否かを判断する排気雰囲気判断手
段、および、前記排気雰囲気判断手段が、排気が空燃比
リッチの排気雰囲気にあると判断したとき、前記排気切
替弁を排気が前記スタート触媒側に流れる位置に切替え
るとともに、前記二次空気供給装置を作動させて前記リ
ーンＮＯｘ触媒に二次空気を供給する制御手段。

【０００６】

【作用】上記本発明の内燃機関の排気浄化装置において
は、空燃比がリッチ、したがって排気が還元雰囲気、と
判断されたとき、排気がリーンＮＯｘ触媒をバイパスし
てスタート触媒（三元触媒）に流される。このとき、排
気切替弁の応答遅れ等によってリーンＮＯｘ触媒に還元
雰囲気の排気が流入しても、リーンＮＯｘ触媒には二次
空気が供給されるので、還元雰囲気の排気は掃気され、
リーンＮＯｘ触媒が還元雰囲気の排気に晒されることが
防止される。また、暖機の空燃比リッチ時には、スター
ト触媒に排気が流れるので、暖機時のＨＣエミッション
低下が良好になる。さらに、二次空気によってリーンＮ
Ｏｘ触媒が冷却され、その後の空燃比リーン時に排気が
リーンＮＯｘ触媒に流入してきたとき、ＮＯｘ浄化率の
高い触媒床温昇温特性を利用でき、リーンＮＯｘ触媒の
ＮＯｘ浄化率向上にも貢献できる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を
参照して説明する。図１において、希薄燃焼可能な内燃
機関２の排気系４には、リーンＮＯｘ触媒６が設けられ
ている。排気系４には、リーンＮＯｘ触媒６をバイパス
するバイパス通路１２が設けられ、このバイパス通路１
２に、三元触媒からなるスタート触媒８が設けられる。 スタート触媒８は、暖機性をよくするために通常小型と
されるので、容量を維持するために、下流に三元触媒１
０を設けてもよい。リーンＮＯｘ触媒６とスタート触媒
８は並列配置で、下流の三元触媒１０はバイパス通路１
２よりも下流に配置される。

【０００８】排気の流れをリーンＮＯｘ触媒６とスター
ト触媒８との間に切替えるために、排気切替弁１４ａ、
１４ｂが設けられ、これらはアクチュエータ１４によっ
て作動される。また、アクチュエータ１４は電子制御装
置２２からの指令によって作動される。弁１４ａはリー
ンＮＯｘ触媒６側の通路に設けられ、弁１４ｂはバイパ
ス通路１２側に設けられる。そして、一方の弁１４ａが
開のときは、他方の弁１４ｂは閉である。これによって
、排気の全量がリーンＮＯｘ触媒６かスタート触媒８の
何れか一方に流される。

【０００９】また、リーンＮＯｘ触媒６側の通路には、
リーンＮＯｘ触媒６より上流側で弁１４ａより下流側に
、二次空気噴射弁１６が設けられ、二次空気をリーンＮ
Ｏｘ触媒６側にのみ供給することができるようになって
いる。二次空気噴射弁１６には、クランクシャフトに連
動されるエアポンプ２０からの圧縮空気が二次空気制御
弁１８を介して供給される。二次空気制御弁１８が開の
時に二次空気が供給され、閉の時は供給が停止される。 上記で、二次空気噴射弁１６、二次空気制御弁１８は、
二次空気供給装置を構成する。

【００１０】排気の流れをリーンＮＯｘ触媒６とスター
ト触媒８との間に切替える排気切替弁１４ａ、１４ｂの
アクチュエータ１４、および二次空気の供給をＯＮ、Ｏ
ＦＦさせる二次空気制御弁１８、の作動は、電子制御装
置（ＥＣＵ、エレクトロニックコントロールユニット）
２２によって、制御される。ＥＣＵ２２は、マイクロコ
ンピュータからなり、インプットインターフェイス、ア
ウトプットインターフェイス、アナログ信号をディジタ
ル信号に変換してインプットインターフェイスに入力す
るアナログ／ディジタル変換器、読出し専用記憶部のリ
ードオンリメモリ（ＲＯＭ）、データ一時記憶用のラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、演算を実行するセント
ラルプロセッサユニット（ＣＰＵ）を有する。各種のセ
ンサの出力は、ディジタル信号の場合は直接インプット
インターフェイスに、アナログ信号の場合はアナログ／
ディジタル変換器を介してインプットインターフェイス
に入力され、アウトプットインターフェイスからのＥＣ
Ｕ出力は、各種の弁、アクチュエータに出力される。

【００１１】各種のセンサとして、排気系４に設けられ
た空燃比センサ２４、内燃機関のシリンダブロック、シ
リンダヘッドのウォータジャケットに設けられたエンジ
ン冷却水温を検出する水温センサ２６、ディストリビュ
ータに内蔵されたクランク角センサ２８およびクランク
角基準位置センサ３０、スロットル開度センサ３２、吸
気圧力センサ３４、燃焼圧センサ３６がある。また、各
種弁、アクチュエータとして、排気切替弁アクチュエー
タ１４、二次空気制御弁１８、およびＥＧＲ（排気再循
環）量を調節して燃焼状態、排気中のＮＯｘ、ＨＣ量を
調節できるＥ−ＥＧＲ弁３８がある。

【００１２】ＥＣＵ２２のＲＯＭは、燃料噴射制御プロ
グラムの他、図２に示すようなバイパス制御プログラム
を格納しており、ＣＰＵはこれらのプログラムを読出し
て演算を実行する。図２の制御ルーチンは、一定時間毎
、あるいは一定クランク角（クランク角基準位置センサ
３０の出力にて判断され、たとえば３０°ＣＡ毎）に割
込まれる。ステップ１０２にて、エンジン冷却水温（水
温センサ２６の出力）を読みこむ。ついでステップ１０
４にて、エンジンが暖機後か否かを判定する。たとえば
、エンジン冷却水温（水温センサ２６の出力）が７０℃
より高いときは暖機後と判定する。

【００１３】暖機中、すなわち水温が７０℃以下のとき
は、空燃比をリッチにしているので、排気は還元性雰囲
気であるから、ステップ１２０に進み、バイパスＯＮに
して、排気をスタート触媒８側に流す。これによって、
リーンＮＯｘ触媒６の劣化防止、ＨＣエミッション低下
がはかられる。なお、ステップ１１８をスキップしてス
テップ１２０に進むのは、暖機中は二次空気を流さずに
、リーンＮＯｘ触媒６の暖機をよくするためである。

【００１４】ステップ１０４で暖機後と判断されると、
ステップ１０６、１０８へと進み、始動後一定時間、た
とえば１００秒経過しているか否かを判定する。これは
ホットスタートの時でもセンサ類が正常に働かない可能
性があるので空燃比をリッチにしており、その還元性排
気がリーンＮＯｘ触媒６に流れるのを防止するための判
定である。始動後一定時間経過していなければ、前記と
同様ステップ１２０に進み、バイパスＯＮにして排気を
スタート触媒８側に流す。

【００１５】ステップ１０８で始動後一定時間経過して
いると判定されると、すなわち暖機されていると判定さ
れると、ステップ１１０に進み、燃料カット中か否か（
たとえば燃焼圧センサ３６の出力が一定値以下か否か）
を判定する。燃料カット中であれば、排気は空気だけで
温度が低いからリーンＮＯｘ触媒床温を下げるために、
ステップ１１６に進んでバイパスＯＦＦにして、排気を
リーンＮＯｘ触媒６に流す。リーンＮＯｘ触媒６は触媒
床温が昇温するときに、触媒床温が一定あるいは降温す
るときよりも高いＮＯｘ浄化率を示すことができる。燃
料カット時には空気だけの低温の排気をリーンＮＯｘ触
媒６に流して、リーンＮＯｘ触媒床温を低下させ、つぎ
の燃料噴射時にリーンＮＯｘ触媒床温が上るときに、積
極的に高いＮＯｘ浄化率性能を作り出す。なお、燃料カ
ット時は排気が空気だけだから、二次空気をわざわざ供
給する必要はない。

【００１６】ステップ１１０で燃料カット中でないと判
定されるとステップ１１２に進み、空燃比センサ２４の
出力から空燃比モード（リーン、ストイキ、リッチ）を
読込む。ついで、ステップ１１４で、現在の空燃比がリ
ーン域にあるか否かを判定する。ここで、ステップ１１
４は排気雰囲気判断手段を構成する。リーン域なら、リ
ーンＮＯｘ触媒６の還元雰囲気による劣化の心配がなく
、かつＮＯｘを還元しなければならずＮＯｘを還元でき
る雰囲気（酸化雰囲気）だから、排気をリーンＮＯｘ触
媒６側に流し、ＮＯｘを還元する。

【００１７】一方、ステップ１１４でリーン域にないと
判定されると、排気は還元雰囲気だから、ステップ１１
８、１２０へと進み、二次空気をＯＮにして、バイパス
もＯＮにする。ここで、ステップ１１８、１２０は排気
切替弁１４ａ、１４ｂをスタート触媒８側に切替えかつ
二次空気供給装置１６、８を作動させる制御手段を構成
する。この場合、排気はスタート触媒８側に流されるの
で、リーンＮＯｘ触媒６の還元雰囲気による劣化が防止
される。また、二次空気が供給されるので、排気切替弁
１４ａ、１４ｂの応答遅れがあっても、二次空気が還元
性排気をリーンＮＯｘ触媒６から掃気するので、リーン
ＮＯｘ触媒６が長い期間にわたって還元性排気に晒され
ることを防止し、劣化防止をより効果的なものにする。 また、二次空気の供給により、リーンＮＯｘ触媒６の触
媒床温は冷却されるので、つぎの触媒床温昇温時に過渡
的なＮＯｘ浄化率向上が見られ、これが繰返されること
によって、全体的にリーンＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が
向上される。一方、スタート触媒８側に流された排気は
、ストイキあるいは空燃比リッチの場合の排気だから、
三元触媒８は効果的にＨＣ、ＣＯ、（ストイキの場合は
ＮＯｘも）を浄化する。

【００１８】上記内燃機関の排気浄化装置の作用は、上
記図２のルーチンの説明に準じる。要約すると、空燃比
リッチと判定されたとき排気がスタート触媒８側に流さ
れる。この時、排気切替弁１４ａ、１４ｂの応答遅れに
よって、リーンＮＯｘ触媒６に空燃比リッチ雰囲気の排
気が流入しても、リーンＮＯｘ触媒６には二次空気が供
給されるので、空燃比リッチ雰囲気の排気は掃気され、
リーンＮＯｘ触媒６が空燃比リッチ雰囲気の排気に長い
期間晒されることが防止される。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、リーンＮＯｘ触媒６と
スタート触媒８を並列に配置し、排気切替弁１４ａ、１
４ｂで切替えるようにし、リーンＮＯｘ触媒側に二次空
気供給装置１６、１８を設け、排気雰囲気判断手段１１
４が空燃比リッチの排気雰囲気と判定したとき、制御手
段１１８、１２０が、排気切替弁１４ａ、１４ｂをスタ
ート触媒８側に切替えるとともに二次空気供給装置１６
、１８を作動させるようにしたので、リーンＮＯｘ触媒
６が還元雰囲気に晒されることによる触媒劣化をより確
実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の排気浄化装
置の系統図である。

【図２】本発明のバイパスおよび二次空気の制御ルーチ
ンのフローチャートである。

【符号の説明】

２　　内燃機関 ４　　排気系 ６　　リーンＮＯｘ触媒 ８　　スタート触媒 １２　　バイパス通路 １４ａ　　排気切替弁 １４ｂ　　排気切替弁 １６　　二次空気噴射弁 １８　　二次空気制御弁 ２０　　エアポンプ ２２　　ＥＣＵ ２６　　水温センサ １１４　　排気雰囲気判断手段 １１８　　制御手段 １２０　　制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の排気系に、互いに並列に配
   置したリーンＮＯｘ触媒およびスタート触媒と、前記リ
   ーンＮＯｘ触媒と前記スタート触媒との間に排気の流れ
   を切替える排気切替弁と、前記リーンＮＯｘ触媒のみの
   上流に二次空気を供給可能な二次空気供給装置と、排気
   が空燃比リッチの排気雰囲気にあるか否かを判断する排
   気雰囲気判断手段と、前記排気雰囲気判断手段が、排気
   が空燃比リッチの排気雰囲気にあると判断したとき、前
   記排気切替弁を排気が前記スタート触媒側に流れる位置
   に切替えるとともに、前記二次空気供給装置を作動させ
   て前記リーンＮＯｘ触媒に二次空気を供給する制御手段
   と、から成る内燃機関の排気浄化装置。