JP3248995B2 - ディーゼルエンジン用排気浄化装置 - Google Patents
ディーゼルエンジン用排気浄化装置Info
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- JP3248995B2 JP3248995B2 JP22118893A JP22118893A JP3248995B2 JP 3248995 B2 JP3248995 B2 JP 3248995B2 JP 22118893 A JP22118893 A JP 22118893A JP 22118893 A JP22118893 A JP 22118893A JP 3248995 B2 JP3248995 B2 JP 3248995B2
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- Japan
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- temperature
- catalyst
- supply
- diesel engine
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- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン用
の排気浄化装置に係り、特に、排気に含まれている窒素
酸化物（ＮＯｘ）を触媒によって浄化する装置に関す
る。
の排気浄化装置に係り、特に、排気に含まれている窒素
酸化物（ＮＯｘ）を触媒によって浄化する装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】特開平４−１７５４１６号公報には、ゼ
オライトに遷移金属或いは貴金属を担持させた触媒（以
下これを「ゼオライト系触媒」という）によって内燃機
関の排気中に含まれるＮＯｘを還元する排気浄化装置に
おいて、ゼオライト系触媒のＮＯｘ浄化率が触媒温度に
よって変化するだけでなく、触媒温度が上昇しつつある
過渡的状態において、触媒温度が一定の場合に比して触
媒がより高いＮＯｘ浄化率をもたらすという性質がある
ことを見いだし、その性質を利用してゼオライト系触媒
のＮＯｘ浄化率を高めるために、触媒が活性を示す触媒
温度の範囲内で、まず触媒を何らかの手段によって冷却
させ、次にその冷却を停止して昇温させるという冷却・
昇温サイクル制御を繰り返して実行させる発明（第１の
従来技術）が開示されている。
オライトに遷移金属或いは貴金属を担持させた触媒（以
下これを「ゼオライト系触媒」という）によって内燃機
関の排気中に含まれるＮＯｘを還元する排気浄化装置に
おいて、ゼオライト系触媒のＮＯｘ浄化率が触媒温度に
よって変化するだけでなく、触媒温度が上昇しつつある
過渡的状態において、触媒温度が一定の場合に比して触
媒がより高いＮＯｘ浄化率をもたらすという性質がある
ことを見いだし、その性質を利用してゼオライト系触媒
のＮＯｘ浄化率を高めるために、触媒が活性を示す触媒
温度の範囲内で、まず触媒を何らかの手段によって冷却
させ、次にその冷却を停止して昇温させるという冷却・
昇温サイクル制御を繰り返して実行させる発明（第１の
従来技術）が開示されている。
【０００３】第１の従来技術においては、触媒温度の冷
却・昇温サイクル制御を繰り返して実行させるための触
媒の冷却手段として、ゼオライト系触媒にバイパス通路
を設けて内燃機関の排気を触媒に流したり或いは切り替
えて排気をバイパス通路に流したりするもの、ゼオライ
ト系触媒をペレット状のものとすると共に、それを冷却
チャンバへ循環的に移動させて順次冷却するもの、ゼオ
ライト系触媒の上流側へエアポンプによって二次空気を
断続的に供給して触媒を冷却するもの、複数個のゼオラ
イト系触媒を並列に設けて、排気をそれらの触媒に交互
に供給することにより供給しない側の触媒を冷却するも
の、等が実施例として示されている。
却・昇温サイクル制御を繰り返して実行させるための触
媒の冷却手段として、ゼオライト系触媒にバイパス通路
を設けて内燃機関の排気を触媒に流したり或いは切り替
えて排気をバイパス通路に流したりするもの、ゼオライ
ト系触媒をペレット状のものとすると共に、それを冷却
チャンバへ循環的に移動させて順次冷却するもの、ゼオ
ライト系触媒の上流側へエアポンプによって二次空気を
断続的に供給して触媒を冷却するもの、複数個のゼオラ
イト系触媒を並列に設けて、排気をそれらの触媒に交互
に供給することにより供給しない側の触媒を冷却するも
の、等が実施例として示されている。
【０００４】なお、第１の従来技術のように触媒の温度
をサイクル的に低下・上昇させることによって触媒のＮ
Ｏｘ浄化率を改善しようとするものではないが、特開平
４−２１４９１９号公報には、ＮＯｘ浄化のための後処
理触媒としてゼオライト系触媒を使用する場合に、還元
剤としての燃料のような炭化水素（ＨＣ）を触媒の上流
側の排気通路へ供給すると、ＨＣの酸化による発熱によ
ってゼオライト系触媒の温度が上昇するということ（第
２の従来技術）が記載されている。
をサイクル的に低下・上昇させることによって触媒のＮ
Ｏｘ浄化率を改善しようとするものではないが、特開平
４−２１４９１９号公報には、ＮＯｘ浄化のための後処
理触媒としてゼオライト系触媒を使用する場合に、還元
剤としての燃料のような炭化水素（ＨＣ）を触媒の上流
側の排気通路へ供給すると、ＨＣの酸化による発熱によ
ってゼオライト系触媒の温度が上昇するということ（第
２の従来技術）が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特開平４−１７５４１
６号公報に記載された第１の従来技術をディーゼルエン
ジンに適用する場合に考えられる問題は、一般にディー
ゼルエンジンの排気の温度はガソリンエンジンに比べて
低いのが通例であるから、第１の従来技術のようにゼオ
ライト系還元触媒の触媒温度の冷却・昇温サイクル制御
を実行する際に、触媒の冷却が過度になる可能性があ
り、それによって触媒の温度が所謂温度ウインドウ、即
ち、触媒が活性を維持し得る温度範囲の下限を越えて低
下することにより、触媒のＮＯｘ浄化率が極端に低下し
てしまう恐れがあることである。
６号公報に記載された第１の従来技術をディーゼルエン
ジンに適用する場合に考えられる問題は、一般にディー
ゼルエンジンの排気の温度はガソリンエンジンに比べて
低いのが通例であるから、第１の従来技術のようにゼオ
ライト系還元触媒の触媒温度の冷却・昇温サイクル制御
を実行する際に、触媒の冷却が過度になる可能性があ
り、それによって触媒の温度が所謂温度ウインドウ、即
ち、触媒が活性を維持し得る温度範囲の下限を越えて低
下することにより、触媒のＮＯｘ浄化率が極端に低下し
てしまう恐れがあることである。
【０００６】本発明は、ゼオライト系触媒のようなＮＯ
ｘ還元用触媒によってディーゼルエンジンのＮＯｘ浄化
を行う場合に懸念されるこの問題をきわめて簡単な手段
によって解消し、ディーゼルエンジンにおいてもＮＯｘ
還元用触媒の温度過渡特性を利用して、高いＮＯｘ浄化
率をあげると共に、ディーゼルエンジンの優れた燃費率
がその手段の実施によって悪化することがないようする
ことを発明の目的としている。
ｘ還元用触媒によってディーゼルエンジンのＮＯｘ浄化
を行う場合に懸念されるこの問題をきわめて簡単な手段
によって解消し、ディーゼルエンジンにおいてもＮＯｘ
還元用触媒の温度過渡特性を利用して、高いＮＯｘ浄化
率をあげると共に、ディーゼルエンジンの優れた燃費率
がその手段の実施によって悪化することがないようする
ことを発明の目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ディーゼルエンジンの場
合は、ガソリンエンジンに比べて排気の中に残留してい
るＨＣが少ないので、ゼオライト系の還元触媒によって
ＮＯｘを浄化するためには、還元剤として燃料のような
ＨＣを触媒の上流側の排気通路へ強制的に供給する必要
がある。しかし、ディーゼルエンジンの排気通路に設け
られたゼオライト系触媒の上流側にＨＣを定常的に供給
して触媒温度を一定の高さに保持しようとする場合、そ
れによってディーゼルエンジンの優れた燃費率が多少と
も悪化することは言うまでもないことであり、そればか
りではなく、前述の第１の従来技術の複数の発明者のう
ちの一人を含む本発明者らの実験によれば、ＨＣを定常
的に供給して一定温度を保持した場合には、ＮＯｘ浄化
率が必ずしも十分に改善されないことが判った。
合は、ガソリンエンジンに比べて排気の中に残留してい
るＨＣが少ないので、ゼオライト系の還元触媒によって
ＮＯｘを浄化するためには、還元剤として燃料のような
ＨＣを触媒の上流側の排気通路へ強制的に供給する必要
がある。しかし、ディーゼルエンジンの排気通路に設け
られたゼオライト系触媒の上流側にＨＣを定常的に供給
して触媒温度を一定の高さに保持しようとする場合、そ
れによってディーゼルエンジンの優れた燃費率が多少と
も悪化することは言うまでもないことであり、そればか
りではなく、前述の第１の従来技術の複数の発明者のう
ちの一人を含む本発明者らの実験によれば、ＨＣを定常
的に供給して一定温度を保持した場合には、ＮＯｘ浄化
率が必ずしも十分に改善されないことが判った。
【０００８】そこで、本発明者等は実験によって、ゼオ
ライト系触媒にＨＣを供給してその触媒温度を触媒活性
下限温度から上限温度に向かって上昇させる場合に、温
度上昇速度が２０°Ｃ／ｍｉｎ以上の急勾配であって、
しかもＨＣ供給前と供給後の温度差が１０°Ｃ以上とな
った状態で更にＨＣが供給されていると、そのときに供
給されたのと同じ量のＨＣが平均されて定常的に供給さ
れた場合よりも、確実に高いＮＯｘ浄化率ｐが得られる
ことを見出した。
ライト系触媒にＨＣを供給してその触媒温度を触媒活性
下限温度から上限温度に向かって上昇させる場合に、温
度上昇速度が２０°Ｃ／ｍｉｎ以上の急勾配であって、
しかもＨＣ供給前と供給後の温度差が１０°Ｃ以上とな
った状態で更にＨＣが供給されていると、そのときに供
給されたのと同じ量のＨＣが平均されて定常的に供給さ
れた場合よりも、確実に高いＮＯｘ浄化率ｐが得られる
ことを見出した。
【０００９】本発明は、この実験結果を積極的に利用す
ることによってなされたもので、前記の課題を解決する
ための手段として、ディーゼルエンジンの排気通路に設
けられたＮＯｘ還元用触媒と、前記触媒の上流側の前記
排気通路に設けられたＨＣ供給装置と、前記触媒の温度
を検出する温度センサと、前記ディーゼルエンジンの運
転状態を検出する少なくとも１個のセンサと、前記温度
センサ及び前記運転状態を検出するセンサが出力する信
号を受けて作動する制御回路とを有し、該制御回路が触
媒活性下限温度においてＨＣ供給を開始させる信号を発
生する一方、上限設定温度においてＨＣ供給を停止させ
る信号を発生することによって、前記ＨＣ供給装置が前
記触媒に対してＨＣを断続的に供給するように設定され
ていることを特徴とするディーゼルエンジン用排気浄化
装置を提供する。
ることによってなされたもので、前記の課題を解決する
ための手段として、ディーゼルエンジンの排気通路に設
けられたＮＯｘ還元用触媒と、前記触媒の上流側の前記
排気通路に設けられたＨＣ供給装置と、前記触媒の温度
を検出する温度センサと、前記ディーゼルエンジンの運
転状態を検出する少なくとも１個のセンサと、前記温度
センサ及び前記運転状態を検出するセンサが出力する信
号を受けて作動する制御回路とを有し、該制御回路が触
媒活性下限温度においてＨＣ供給を開始させる信号を発
生する一方、上限設定温度においてＨＣ供給を停止させ
る信号を発生することによって、前記ＨＣ供給装置が前
記触媒に対してＨＣを断続的に供給するように設定され
ていることを特徴とするディーゼルエンジン用排気浄化
装置を提供する。
【００１０】
【作用】触媒の温度を検出する温度センサが出力する信
号によって、触媒温度が触媒活性下限温度から上限設定
温度までの範囲のような所定の温度域内にあり、しかも
ディーゼルエンジンの運転状態を検出するセンサが出力
する信号によって、触媒にＨＣを供給してもよい状態に
あると制御回路が判断したとき、制御回路は供給装置に
ＨＣ供給信号を発する。それによって制御回路は触媒の
上流側の排気通路にＨＣを噴射し、噴射されたＨＣはデ
ィーゼルエンジンの排気に混入して触媒に供給される。
触媒はＨＣの供給を受けることによって排気中のＮＯｘ
を還元して浄化すると共に、ＨＣの酸化反応によって発
生する熱によって温度上昇するが、触媒の昇温過渡特性
によって触媒のＮＯｘ浄化率が向上し、ＨＣを定常的に
供給する場合よりも効率よくＮＯｘを還元して浄化する
ことが可能になる。
号によって、触媒温度が触媒活性下限温度から上限設定
温度までの範囲のような所定の温度域内にあり、しかも
ディーゼルエンジンの運転状態を検出するセンサが出力
する信号によって、触媒にＨＣを供給してもよい状態に
あると制御回路が判断したとき、制御回路は供給装置に
ＨＣ供給信号を発する。それによって制御回路は触媒の
上流側の排気通路にＨＣを噴射し、噴射されたＨＣはデ
ィーゼルエンジンの排気に混入して触媒に供給される。
触媒はＨＣの供給を受けることによって排気中のＮＯｘ
を還元して浄化すると共に、ＨＣの酸化反応によって発
生する熱によって温度上昇するが、触媒の昇温過渡特性
によって触媒のＮＯｘ浄化率が向上し、ＨＣを定常的に
供給する場合よりも効率よくＮＯｘを還元して浄化する
ことが可能になる。
【００１１】短時間のＨＣの供給が行われた後で、温度
センサが出力する信号によって、触媒温度が上限設定温
度に達したことを制御回路が感知したときＨＣ供給信号
は停止され、供給装置から触媒に対するＨＣの供給が中
断する。そして例えば触媒活性下限温度に達するまで触
媒温度の降下が行われ、再びＨＣを供給して触媒温度を
上昇させるというＨＣ供給装置ＯＮ−ＯＦＦ制御が行わ
れる。このようにＨＣを触媒に対して断続的に供給する
ことによって、触媒の昇温過渡特性を活用することがで
き、しかもＨＣの消費を抑えることができる。
センサが出力する信号によって、触媒温度が上限設定温
度に達したことを制御回路が感知したときＨＣ供給信号
は停止され、供給装置から触媒に対するＨＣの供給が中
断する。そして例えば触媒活性下限温度に達するまで触
媒温度の降下が行われ、再びＨＣを供給して触媒温度を
上昇させるというＨＣ供給装置ＯＮ−ＯＦＦ制御が行わ
れる。このようにＨＣを触媒に対して断続的に供給する
ことによって、触媒の昇温過渡特性を活用することがで
き、しかもＨＣの消費を抑えることができる。
【００１２】
【実施例】図１に本発明の実施例装置の概略を示す。１
は図示しないディーゼルエンジンの排気通路に接続され
る排気管であって、図中の矢印は排気の流れる方向を示
している。排気管１の一部にはゼオライト系の還元触媒
２が収容されており、その触媒床の温度、即ち触媒温度
が例えば熱電対のような温度センサ３によって検出され
るようになっている。温度センサ３は、例えば触媒２を
収容している触媒容器４に設けられた孔に取り付けて、
触媒２の比較的外表面に近い部分の温度を検出してもよ
いし、触媒２の内部に埋め込んで中心部の温度を検出す
るようにしてもよい。触媒２内の各部の温度の間には一
定の関係があるから、一箇所の温度を検出すれば他の箇
所の温度は推定することができる。
は図示しないディーゼルエンジンの排気通路に接続され
る排気管であって、図中の矢印は排気の流れる方向を示
している。排気管１の一部にはゼオライト系の還元触媒
２が収容されており、その触媒床の温度、即ち触媒温度
が例えば熱電対のような温度センサ３によって検出され
るようになっている。温度センサ３は、例えば触媒２を
収容している触媒容器４に設けられた孔に取り付けて、
触媒２の比較的外表面に近い部分の温度を検出してもよ
いし、触媒２の内部に埋め込んで中心部の温度を検出す
るようにしてもよい。触媒２内の各部の温度の間には一
定の関係があるから、一箇所の温度を検出すれば他の箇
所の温度は推定することができる。
【００１３】５は排気管１の触媒２よりも上流側の位置
に穿孔を施す等して取り付けられるＨＣ供給装置であっ
て、その構造は例えばソレノイドによって電磁的に開閉
作動される弁体を備えた通常のストップ弁或いは燃料噴
射弁と同様なものであり、電気的信号を受けて開弁した
ときには、適度に加圧されたＨＣ、この例では軽油のよ
うな炭化水素系の燃料を開弁時間に応じた量だけ、先端
の噴口から排気管１内に噴射し、そのＨＣが触媒２に供
給されてＮＯｘの還元反応に使用される。
に穿孔を施す等して取り付けられるＨＣ供給装置であっ
て、その構造は例えばソレノイドによって電磁的に開閉
作動される弁体を備えた通常のストップ弁或いは燃料噴
射弁と同様なものであり、電気的信号を受けて開弁した
ときには、適度に加圧されたＨＣ、この例では軽油のよ
うな炭化水素系の燃料を開弁時間に応じた量だけ、先端
の噴口から排気管１内に噴射し、そのＨＣが触媒２に供
給されてＮＯｘの還元反応に使用される。
【００１４】供給装置５を開弁駆動するための制御信号
であるＨＣ供給信号ｓは、マイクロコンピュータを含む
電子式の制御回路６が内蔵されているプログラムを実行
することにより、断続的に出力されて供給装置５に供給
される。制御回路６には、前述の温度センサ３から触媒
の温度を示す温度信号ｔが入力されている他に、ディー
ゼルエンジンの運転状態を示すパラメータとして、アク
セルペダルの踏み込み量、即ちエンジンの負荷の大きさ
を示すアクセル開度信号ａが、図示しないアクセルペダ
ルに付設されたアクセル開度センサ７から入力されてお
り、また、エンジンの回転速度を示す回転数信号ｎが、
図示しないエンジンのカムシャフト等に取り付けられた
回転数センサ８から入力されている。その他のエンジン
の運転パラメータが必要に応じて制御回路６に入力され
ることは言うまでもない。制御回路６はプログラムに従
って、入力されたセンサ類の検出信号と内蔵しているマ
ップに基づいて演算を行い、ＨＣ供給信号ｓを出力す
る。
であるＨＣ供給信号ｓは、マイクロコンピュータを含む
電子式の制御回路６が内蔵されているプログラムを実行
することにより、断続的に出力されて供給装置５に供給
される。制御回路６には、前述の温度センサ３から触媒
の温度を示す温度信号ｔが入力されている他に、ディー
ゼルエンジンの運転状態を示すパラメータとして、アク
セルペダルの踏み込み量、即ちエンジンの負荷の大きさ
を示すアクセル開度信号ａが、図示しないアクセルペダ
ルに付設されたアクセル開度センサ７から入力されてお
り、また、エンジンの回転速度を示す回転数信号ｎが、
図示しないエンジンのカムシャフト等に取り付けられた
回転数センサ８から入力されている。その他のエンジン
の運転パラメータが必要に応じて制御回路６に入力され
ることは言うまでもない。制御回路６はプログラムに従
って、入力されたセンサ類の検出信号と内蔵しているマ
ップに基づいて演算を行い、ＨＣ供給信号ｓを出力す
る。
【００１５】制御回路６によって判定されるＨＣの供給
条件を図２の線図に例示する。実施例の場合、図２と同
様な内容のマップが制御回路６内のＲＯＭ（リードオン
リメモリ）に予め設定されている訳である。この線図で
は縦軸にエンジン負荷としてアクセル開度ａをとり、横
軸にエンジンの回転数ｎをとると共に、斜線によって示
した領域をＨＣ噴射領域Ｉと定めている。このＨＣ噴射
領域Ｉは、例えば、エンジン負荷、即ちこの場合はアク
セル開度ａが高いほど触媒２の温度が高くなることか
ら、エンジン回転数ｎが所定のアイドリング回転数以上
である運転状態において、触媒２に触媒活性下限温度以
上の触媒温度を発生させるアクセル開度ａの特性曲線ｃ
よりも上の範囲として定められる。
条件を図２の線図に例示する。実施例の場合、図２と同
様な内容のマップが制御回路６内のＲＯＭ（リードオン
リメモリ）に予め設定されている訳である。この線図で
は縦軸にエンジン負荷としてアクセル開度ａをとり、横
軸にエンジンの回転数ｎをとると共に、斜線によって示
した領域をＨＣ噴射領域Ｉと定めている。このＨＣ噴射
領域Ｉは、例えば、エンジン負荷、即ちこの場合はアク
セル開度ａが高いほど触媒２の温度が高くなることか
ら、エンジン回転数ｎが所定のアイドリング回転数以上
である運転状態において、触媒２に触媒活性下限温度以
上の触媒温度を発生させるアクセル開度ａの特性曲線ｃ
よりも上の範囲として定められる。
【００１６】触媒には使用可能な温度の範囲があるが、
図３には触媒２の使用温度域ｔabが示されている。図３
の線図において横軸には触媒温度ｔをとっており、触媒
活性下限温度ｔa と上限設定温度ｔb との間が使用温度
域ｔabとなっている。即ち、使用温度域ｔabというの
は、前述の「温度ウインドウ」のことで、触媒２がＮＯ
ｘを還元するための活性を維持することができると共
に、高温による劣化を招く恐れがない程度の温度範囲と
いうことである。図３は触媒温度ｔに応じたＮＯｘ浄化
率ｐの変化を示しているが、この線図から理解されるよ
うに、ＮＯｘ浄化率ｐには触媒温度ｔによって最大値が
あり、使用温度域ｔab内であっても最大値の前後ではＮ
Ｏｘ浄化率ｐが低下する。実施例においては触媒温度ｔ
が使用温度域ｔabの範囲内にあるときに、制御回路６が
ＨＣ供給信号ｓを発生して供給装置５を開弁させる。そ
れによって供給装置５はディーゼルエンジンの燃料をＨ
Ｃとして、或いは別途に用意された他種のＨＣを排気管
１内に噴射し、ＨＣは排気と共に触媒２に供給される。
図３には触媒２の使用温度域ｔabが示されている。図３
の線図において横軸には触媒温度ｔをとっており、触媒
活性下限温度ｔa と上限設定温度ｔb との間が使用温度
域ｔabとなっている。即ち、使用温度域ｔabというの
は、前述の「温度ウインドウ」のことで、触媒２がＮＯ
ｘを還元するための活性を維持することができると共
に、高温による劣化を招く恐れがない程度の温度範囲と
いうことである。図３は触媒温度ｔに応じたＮＯｘ浄化
率ｐの変化を示しているが、この線図から理解されるよ
うに、ＮＯｘ浄化率ｐには触媒温度ｔによって最大値が
あり、使用温度域ｔab内であっても最大値の前後ではＮ
Ｏｘ浄化率ｐが低下する。実施例においては触媒温度ｔ
が使用温度域ｔabの範囲内にあるときに、制御回路６が
ＨＣ供給信号ｓを発生して供給装置５を開弁させる。そ
れによって供給装置５はディーゼルエンジンの燃料をＨ
Ｃとして、或いは別途に用意された他種のＨＣを排気管
１内に噴射し、ＨＣは排気と共に触媒２に供給される。
【００１７】触媒２へ供給されたＨＣは、良く知られて
いるように次のような還元反応と酸化反応（燃焼反応）
とを同時に行うことにより、排気中のＮＯｘを還元して
無害化すると共に、酸化熱（燃焼熱）を発生して触媒２
の温度を上昇させる。 還元反応： ＣX ＨY ＋ｚＮＯ → Z/2Ｎ2 ＋ｘＣＯ
2 ＋ Y/2Ｈ2 Ｏ 酸化反応： ＣX ＨY ＋ｗＯ2 → ｘＣＯ2 ＋ Y/2Ｈ
2 Ｏ 図４に、この状態におけるＨＣ供給信号ｓの発生及び消
滅（ＯＮ−ＯＦＦ）とそれに伴う触媒温度ｔの変化、更
にＮＯｘ浄化率ｐの変化の様子を、それらの相関関係が
判るように横軸に経過時間Ｔをとって同時に示してい
る。
いるように次のような還元反応と酸化反応（燃焼反応）
とを同時に行うことにより、排気中のＮＯｘを還元して
無害化すると共に、酸化熱（燃焼熱）を発生して触媒２
の温度を上昇させる。 還元反応： ＣX ＨY ＋ｚＮＯ → Z/2Ｎ2 ＋ｘＣＯ
2 ＋ Y/2Ｈ2 Ｏ 酸化反応： ＣX ＨY ＋ｗＯ2 → ｘＣＯ2 ＋ Y/2Ｈ
2 Ｏ 図４に、この状態におけるＨＣ供給信号ｓの発生及び消
滅（ＯＮ−ＯＦＦ）とそれに伴う触媒温度ｔの変化、更
にＮＯｘ浄化率ｐの変化の様子を、それらの相関関係が
判るように横軸に経過時間Ｔをとって同時に示してい
る。
【００１８】図４（ａ）に示すように、時間Ｔ1 におい
て制御回路６によってＨＣ供給信号ｓがＯＮとなると、
ＨＣが供給装置５から排気管１内に噴射されて排気に乗
って触媒２へ供給される。そのＨＣと排気によって触媒
２内では前述のような還元反応と酸化反応が同時に起こ
って、触媒２の温度ｔが図４（ｂ）のように上昇し、時
間Ｔ3 において上限設定温度ｔb に達する。温度センサ
３が検出する温度信号ｔによってそれを感知した制御回
路６は、その時点Ｔ3 でＨＣ供給信号ｓをＯＦＦとす
る。それによって触媒温度ｔは降下して、時間Ｔ4 にお
いて触媒活性下限温度ｔa に戻る。それ以上に触媒温度
ｔが低下するのを許すと、やがて触媒２が活性を失って
ＮＯｘの浄化能力がなくなるので、温度センサ３によっ
て触媒温度ｔを監視している制御回路６は、時間Ｔ4 に
おいて再びＨＣ供給信号ｓをＯＮとして、触媒温度ｔを
上昇に転じさせるように作動する。
て制御回路６によってＨＣ供給信号ｓがＯＮとなると、
ＨＣが供給装置５から排気管１内に噴射されて排気に乗
って触媒２へ供給される。そのＨＣと排気によって触媒
２内では前述のような還元反応と酸化反応が同時に起こ
って、触媒２の温度ｔが図４（ｂ）のように上昇し、時
間Ｔ3 において上限設定温度ｔb に達する。温度センサ
３が検出する温度信号ｔによってそれを感知した制御回
路６は、その時点Ｔ3 でＨＣ供給信号ｓをＯＦＦとす
る。それによって触媒温度ｔは降下して、時間Ｔ4 にお
いて触媒活性下限温度ｔa に戻る。それ以上に触媒温度
ｔが低下するのを許すと、やがて触媒２が活性を失って
ＮＯｘの浄化能力がなくなるので、温度センサ３によっ
て触媒温度ｔを監視している制御回路６は、時間Ｔ4 に
おいて再びＨＣ供給信号ｓをＯＮとして、触媒温度ｔを
上昇に転じさせるように作動する。
【００１９】一方、ＮＯｘ浄化率ｐは、図４（ｃ）に示
すように、触媒温度ｔの上昇と共に時間Ｔ1 から急速に
高くなって時間Ｔ2 において最大のＮＯｘ浄化率ｐmax
に到達するが、それ以上に触媒温度ｔが上昇すると却っ
て低下する傾向を示す。この現象は、先に説明した図３
の線図に示されているゼオライト系触媒の特性から容易
に理解することができる。そして、時間Ｔ3 においてＨ
Ｃ供給信号ｓがＯＦＦとなり、ＨＣの供給が停止されて
触媒温度ｔが低下し始めると、それに伴って触媒２のＮ
Ｏｘ浄化率ｐも更に低下するが、時間Ｔ4 において再び
ＨＣ供給信号ｓがＯＮとされ触媒温度ｔが上昇すると、
時間Ｔ1 からの立ち上がりと同様に、最大のＮＯｘ浄化
率ｐmax に向かって急速にＮＯｘ浄化率が回復する。以
下同様に制御回路６による供給装置５のＯＮ−ＯＦＦ制
御によって、このような触媒温度ｔとＮＯｘ浄化率ｐの
変化がサイクル的に繰り返して行われることになる。
すように、触媒温度ｔの上昇と共に時間Ｔ1 から急速に
高くなって時間Ｔ2 において最大のＮＯｘ浄化率ｐmax
に到達するが、それ以上に触媒温度ｔが上昇すると却っ
て低下する傾向を示す。この現象は、先に説明した図３
の線図に示されているゼオライト系触媒の特性から容易
に理解することができる。そして、時間Ｔ3 においてＨ
Ｃ供給信号ｓがＯＦＦとなり、ＨＣの供給が停止されて
触媒温度ｔが低下し始めると、それに伴って触媒２のＮ
Ｏｘ浄化率ｐも更に低下するが、時間Ｔ4 において再び
ＨＣ供給信号ｓがＯＮとされ触媒温度ｔが上昇すると、
時間Ｔ1 からの立ち上がりと同様に、最大のＮＯｘ浄化
率ｐmax に向かって急速にＮＯｘ浄化率が回復する。以
下同様に制御回路６による供給装置５のＯＮ−ＯＦＦ制
御によって、このような触媒温度ｔとＮＯｘ浄化率ｐの
変化がサイクル的に繰り返して行われることになる。
【００２０】本発明の実施例におけるこのようなＨＣの
断続的供給に対して、従来から行われているように、Ｈ
Ｃを一定の噴射率で定常的に供給した場合のＮＯｘ浄化
率を図４（ｃ）にｐe として示している。最大のＮＯｘ
浄化率ｐmax は定常供給におけるＮＯｘ浄化率ｐe に比
べて遙かに高くなることが、本発明者等の実験によって
確認された。図５に示すように、ＨＣの断続的供給によ
って触媒２の昇温過渡時に観測される高いＮＯｘ浄化特
性を活用した本発明の実施例の場合Ａは、従来技術によ
って同じ時間内に同じ量のＨＣを一定の噴射率で定常的
に供給した場合Ｂに比べると、ＮＯｘ浄化率ｐに大きな
差が生じる。
断続的供給に対して、従来から行われているように、Ｈ
Ｃを一定の噴射率で定常的に供給した場合のＮＯｘ浄化
率を図４（ｃ）にｐe として示している。最大のＮＯｘ
浄化率ｐmax は定常供給におけるＮＯｘ浄化率ｐe に比
べて遙かに高くなることが、本発明者等の実験によって
確認された。図５に示すように、ＨＣの断続的供給によ
って触媒２の昇温過渡時に観測される高いＮＯｘ浄化特
性を活用した本発明の実施例の場合Ａは、従来技術によ
って同じ時間内に同じ量のＨＣを一定の噴射率で定常的
に供給した場合Ｂに比べると、ＮＯｘ浄化率ｐに大きな
差が生じる。
【００２１】このように本発明の実施例のようにＨＣを
断続的に供給した場合ＡのＮＯｘ浄化率ｐが、従来技術
のように同じ量のＨＣを定常的に供給した場合Ｂにおけ
るＮＯｘ浄化率ｐe よりも高くなる時間は、例えば図６
に示すように、およそ数分程度も持続させることが可能
である。図６において、曲線Ａと直線Ｂとによって囲ま
れる斜線の領域Ｇは、本発明の実施例によるＮＯｘ浄化
率ｐの利得分である。そして結果的に、本発明による場
合Ａと従来技術による場合Ｂとの間には、図７に示すよ
うにＮＯｘ浄化率ｐにおいて大きな差ｄが生じることに
なる。
断続的に供給した場合ＡのＮＯｘ浄化率ｐが、従来技術
のように同じ量のＨＣを定常的に供給した場合Ｂにおけ
るＮＯｘ浄化率ｐe よりも高くなる時間は、例えば図６
に示すように、およそ数分程度も持続させることが可能
である。図６において、曲線Ａと直線Ｂとによって囲ま
れる斜線の領域Ｇは、本発明の実施例によるＮＯｘ浄化
率ｐの利得分である。そして結果的に、本発明による場
合Ａと従来技術による場合Ｂとの間には、図７に示すよ
うにＮＯｘ浄化率ｐにおいて大きな差ｄが生じることに
なる。
【００２２】本発明者等は更に研究を進めて、ＨＣを断
続的に供給する場合のインターバルの長さがＮＯｘ浄化
率ｐに及ぼす影響を調べた。検討にあたって、図８に示
すように、供給装置５に対するＨＣ供給信号ｓのＯＮの
期間に対応するＨＣの供給期間をＦsec とすると共に、
ＯＦＦの期間に対応するインターバルの期間をＳsecと
して、供給期間比Ｒを次のように定義する。 Ｒ＝Ｆ／（Ｆ＋Ｓ）
続的に供給する場合のインターバルの長さがＮＯｘ浄化
率ｐに及ぼす影響を調べた。検討にあたって、図８に示
すように、供給装置５に対するＨＣ供給信号ｓのＯＮの
期間に対応するＨＣの供給期間をＦsec とすると共に、
ＯＦＦの期間に対応するインターバルの期間をＳsecと
して、供給期間比Ｒを次のように定義する。 Ｒ＝Ｆ／（Ｆ＋Ｓ）
【００２３】図９は、このように定義した供給期間比Ｒ
が０．５の場合における、インターバルの期間ＳとＮＯ
ｘ浄化率ｐとの関係について実験によって確かめた結果
を示したものである。この線図から判るように、特定の
インターバルの期間Ｓの値に対してＮＯｘ浄化率ｐが極
大値をとることが見出された。具体的には、従来技術に
よる定常的なＨＣ供給の場合ＢのＮＯｘ浄化率ｐe が３
０％であるのに対し、本発明の実施例の場合Ａの最大の
ＮＯｘ浄化率ｐmax は３６％であって、それをもたらし
たインターバルの期間Ｓはおよそ２０sec であった。つ
まり、供給期間比が０．５のときの最適インターバルは
２０sec ということである。なお、これはインターバル
の期間Ｓが３６０sec 以下の場合である。
が０．５の場合における、インターバルの期間ＳとＮＯ
ｘ浄化率ｐとの関係について実験によって確かめた結果
を示したものである。この線図から判るように、特定の
インターバルの期間Ｓの値に対してＮＯｘ浄化率ｐが極
大値をとることが見出された。具体的には、従来技術に
よる定常的なＨＣ供給の場合ＢのＮＯｘ浄化率ｐe が３
０％であるのに対し、本発明の実施例の場合Ａの最大の
ＮＯｘ浄化率ｐmax は３６％であって、それをもたらし
たインターバルの期間Ｓはおよそ２０sec であった。つ
まり、供給期間比が０．５のときの最適インターバルは
２０sec ということである。なお、これはインターバル
の期間Ｓが３６０sec 以下の場合である。
【００２４】次に、本発明によるＨＣの断続的供給にお
ける供給期間比ＲとＮＯｘ浄化率ｐとの関係について調
べた結果が図１０に示されている。線図の横軸にとって
いる供給期間比Ｒの定義は先に述べた通りである。この
実験においては、本発明によってＨＣを断続的に供給す
る場合Ａにおける平均的なＨＣ濃度ＣA ppm と、従来技
術によって定常的にＨＣを供給する場合ＢにおけるＨＣ
濃度ＣB ppm とを等しくするために、 ＣA ＝ＣB ・（Ｆ＋Ｓ）／Ｆ とした。なお、この実験例では供給期間Ｆとインターバ
ルの期間Ｓとの和を４０sec としている。
ける供給期間比ＲとＮＯｘ浄化率ｐとの関係について調
べた結果が図１０に示されている。線図の横軸にとって
いる供給期間比Ｒの定義は先に述べた通りである。この
実験においては、本発明によってＨＣを断続的に供給す
る場合Ａにおける平均的なＨＣ濃度ＣA ppm と、従来技
術によって定常的にＨＣを供給する場合ＢにおけるＨＣ
濃度ＣB ppm とを等しくするために、 ＣA ＝ＣB ・（Ｆ＋Ｓ）／Ｆ とした。なお、この実験例では供給期間Ｆとインターバ
ルの期間Ｓとの和を４０sec としている。
【００２５】図１０に示す実験結果から明らかなよう
に、最大のＮＯｘ浄化率ｐmax ３６％が得られたのは供
給期間比Ｒが０．５の場合であって、これは供給期間Ｆ
とインターバルの期間Ｓとが等しい場合である。つま
り、最適の供給期間比Ｒは０．５であるということが判
る。供給期間比Ｒが０．５から離れている場合にＮＯｘ
浄化率ｐが低下する主な理由としては次のようなことが
考えられる。まず、供給期間比Ｒが０．５よりも小さい
ときは、供給されるＨＣの濃度は高くなるが、供給期間
が短くなるので、昇温過渡特性が利用される前にＨＣの
供給が終わってしまうためである。反対に、供給期間比
Ｒが０．５よりも大きいときは、供給されるＨＣの濃度
が従来技術による定常的なＨＣの供給の場合に近くなる
ので、触媒２の昇温速度が低下し、十分な昇温過渡特性
が得られないうちにＨＣの供給期間が終わってしまうた
めである。
に、最大のＮＯｘ浄化率ｐmax ３６％が得られたのは供
給期間比Ｒが０．５の場合であって、これは供給期間Ｆ
とインターバルの期間Ｓとが等しい場合である。つま
り、最適の供給期間比Ｒは０．５であるということが判
る。供給期間比Ｒが０．５から離れている場合にＮＯｘ
浄化率ｐが低下する主な理由としては次のようなことが
考えられる。まず、供給期間比Ｒが０．５よりも小さい
ときは、供給されるＨＣの濃度は高くなるが、供給期間
が短くなるので、昇温過渡特性が利用される前にＨＣの
供給が終わってしまうためである。反対に、供給期間比
Ｒが０．５よりも大きいときは、供給されるＨＣの濃度
が従来技術による定常的なＨＣの供給の場合に近くなる
ので、触媒２の昇温速度が低下し、十分な昇温過渡特性
が得られないうちにＨＣの供給期間が終わってしまうた
めである。
【００２６】ここで、以上の説明を纏める意味で、マイ
クロコンピュータを含む制御回路６が実行する制御プロ
グラムを図１１のフローチャートに例示する。このプロ
グラムはディーゼルエンジンのイグニッションキーがＯ
Ｎとされた時から、短時間毎に繰り返して実行される。
まず、ステップ１０１でディーゼルエンジンの運転状態
を示すアクセル開度信号ａ及び回転数信号ｎから、運転
状態がＨＣ供給条件に適合しているか否かを判定する。
即ち、これらのデータをＲＯＭに内蔵されている図２に
示したような内容のマップに当てはめたときに、その運
転状態が図２のなかに斜線領域として示されたＨＣ噴射
領域Ｉ内にあれば供給条件に適合していると判定され
る。
クロコンピュータを含む制御回路６が実行する制御プロ
グラムを図１１のフローチャートに例示する。このプロ
グラムはディーゼルエンジンのイグニッションキーがＯ
Ｎとされた時から、短時間毎に繰り返して実行される。
まず、ステップ１０１でディーゼルエンジンの運転状態
を示すアクセル開度信号ａ及び回転数信号ｎから、運転
状態がＨＣ供給条件に適合しているか否かを判定する。
即ち、これらのデータをＲＯＭに内蔵されている図２に
示したような内容のマップに当てはめたときに、その運
転状態が図２のなかに斜線領域として示されたＨＣ噴射
領域Ｉ内にあれば供給条件に適合していると判定され
る。
【００２７】運転状態がＨＣ供給条件に適合していると
判定されると、ステップ１０２に進んで、供給継続時間
を示すタイマーＴをリセットする。更にステップ１０３
では温度センサ３によって検出される触媒温度ｔが上限
設定温度ｔb 以下であるか否かを判定する。上限設定温
度ｔb 以下であればステップ１０４に進んでＨＣ供給信
号ｓを発生し、それによって供給装置５をＯＮとして開
弁させ、ＨＣを排気管１へ供給する。それによって触媒
２の温度が上昇し、ＮＯｘ浄化率ｐの昇温過渡特性が活
用されてＮＯｘを効率よく浄化する。次にステップ１０
５ではタイマーに１を加えた値Ｔ＝Ｔ＋１が最適インタ
ーバル期間よりも小さいか否かを判定する。小さいとき
は未だ所定のＨＣ供給期間が終了していないので、ステ
ップ１０３に戻って以下のプログラムを反復実行する。
判定されると、ステップ１０２に進んで、供給継続時間
を示すタイマーＴをリセットする。更にステップ１０３
では温度センサ３によって検出される触媒温度ｔが上限
設定温度ｔb 以下であるか否かを判定する。上限設定温
度ｔb 以下であればステップ１０４に進んでＨＣ供給信
号ｓを発生し、それによって供給装置５をＯＮとして開
弁させ、ＨＣを排気管１へ供給する。それによって触媒
２の温度が上昇し、ＮＯｘ浄化率ｐの昇温過渡特性が活
用されてＮＯｘを効率よく浄化する。次にステップ１０
５ではタイマーに１を加えた値Ｔ＝Ｔ＋１が最適インタ
ーバル期間よりも小さいか否かを判定する。小さいとき
は未だ所定のＨＣ供給期間が終了していないので、ステ
ップ１０３に戻って以下のプログラムを反復実行する。
【００２８】ステップ１０１，１０３及び１０５のいず
れかにおける判定がＮＯであれば、ＨＣ供給期間ではな
いということであるから、ステップ１０６に進んでＨＣ
供給信号ｓを遮断する。それによって供給装置５をＯＦ
Ｆとして閉弁させ、排気管１従って触媒２へのＨＣの供
給を停止する。ＨＣの供給を停止することによってディ
ーゼルエンジンの燃費率がその分だけ向上することはい
うまでもない。その結果、触媒２の温度が下降の方向に
転じるので、ステップ１０１に戻って以下のプログラム
を反復実行する。
れかにおける判定がＮＯであれば、ＨＣ供給期間ではな
いということであるから、ステップ１０６に進んでＨＣ
供給信号ｓを遮断する。それによって供給装置５をＯＦ
Ｆとして閉弁させ、排気管１従って触媒２へのＨＣの供
給を停止する。ＨＣの供給を停止することによってディ
ーゼルエンジンの燃費率がその分だけ向上することはい
うまでもない。その結果、触媒２の温度が下降の方向に
転じるので、ステップ１０１に戻って以下のプログラム
を反復実行する。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ディーゼルエンジンの
排気中のＮＯｘを簡単な手段によって効率よく浄化する
ことが可能になり、しかもディーゼルエンジンの優れた
燃費率を維持することができる。
排気中のＮＯｘを簡単な手段によって効率よく浄化する
ことが可能になり、しかもディーゼルエンジンの優れた
燃費率を維持することができる。
【図１】本発明の実施例装置の概略を示すシステム構成
図である。
図である。
【図２】ＨＣ供給条件を示す線図である。
【図３】触媒の使用温度域を示す線図である。
【図４】ＨＣ供給信号、触媒温度、ＮＯｘ浄化率の関係
を示す線図である。
を示す線図である。
【図５】本発明の効果を示す線図である。
【図６】触媒の昇温過渡特性を示す線図である。
【図７】本発明の効果を示す図である。
【図８】供給期間比を定義するための図である。
【図９】インターバルの最適値を示す線図である。
【図１０】供給期間比の最適値を示す線図である。
【図１１】制御プログラムを例示するフローチャートで
ある。
ある。
１…排気管 ２…ゼオライト系ＮＯｘ還元触媒 ３…温度センサ ５…ＨＣ供給装置 ６…制御回路 ７…アクセル開度センサ ８…回転数センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関口 清則 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 伊藤 義通 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 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−229914（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−222927（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−87333（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/08 ZAB F01N 3/18 ZAB
Claims (3)
- 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気通路に設けら
れたＮＯｘ還元用触媒と、前記触媒の上流側の前記排気
通路に設けられたＨＣ供給装置と、前記触媒の温度を検
出する温度センサと、前記ディーゼルエンジンの運転状
態を検出する少なくとも１個のセンサと、前記温度セン
サ及び前記運転状態を検出するセンサが出力する信号を
受けて作動する制御回路とを有し、該制御回路が触媒活
性下限温度においてＨＣ供給を開始させる信号を発生す
る一方、上限設定温度においてＨＣ供給を停止させる信
号を発生することによって、前記ＨＣ供給装置が前記触
媒に対してＨＣを断続的に供給するように設定されてい
ることを特徴とするディーゼルエンジン用排気浄化装
置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記触媒の温度を触
媒活性下限温度から上限温度に向かって上昇させる場合
に、温度上昇速度が２０°Ｃ／ｍｉｎ以上の勾配となる
ように設定されていることを特徴とするディーゼルエン
ジン用排気浄化装置。 - 【請求項３】 ディーゼルエンジンの排気通路に設けら
れたＮＯｘ還元用触媒と、前記触媒の上流側の前記排気
通路に設けられたＨＣ供給装置と、前記触媒の温度を検
出する温度センサと、前記ディーゼルエンジンの運転状
態を検出する少なくとも１個のセンサと、前記温度セン
サが出力する信号によって前記触媒温度が触媒活性下限
温度から上限設定温度までの所定の温度域内にあり、し
かも前記運転状態を検出するセンサが出力する信号によ
って前記触媒にＨＣを供給してもよい状態にあると判断
したときに、前記ＨＣ供給装置が前記触媒に対してＨＣ
を供給するためのＨＣ供給信号を発生し、また、前記温
度センサが出力する信号によって前記触媒温度が前記上
限設定温度に達したことを感知したときには前記ＨＣ供
給信号を停止する制御回路とより構成されていると共
に、前記制御回路は、前記触媒温度が前記上限設定温度
に達して前記ＨＣ供給信号を停止した後に前記触媒温度
が前記下限温度まで降下すると、再び前記ＨＣ供給装置
が前記ＨＣ供給信号を発するように設定されていること
を特徴とするディーゼルエンジン用排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22118893A JP3248995B2 (ja) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | ディーゼルエンジン用排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22118893A JP3248995B2 (ja) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | ディーゼルエンジン用排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0777032A JPH0777032A (ja) | 1995-03-20 |
| JP3248995B2 true JP3248995B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=16762859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22118893A Expired - Lifetime JP3248995B2 (ja) | 1993-09-06 | 1993-09-06 | ディーゼルエンジン用排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3248995B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2778205B1 (fr) * | 1998-04-29 | 2000-06-23 | Inst Francais Du Petrole | Procede d'injection controlee d'hydrocarbures dans une ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne |
-
1993
- 1993-09-06 JP JP22118893A patent/JP3248995B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0777032A (ja) | 1995-03-20 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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