JPH0374561A

JPH0374561A - エンジンの排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0374561A
Application number: JP1209146A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Yamauchi; 山内　博文; Tsugio Hatsuhira; 次男服平; Hisayuki Yamane; 久幸山根; Hiroshi Murakami; 浩村上; Kazuya Komatsu; 一也小松
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-08-12
Filing date: 1989-08-12
Publication date: 1991-03-29
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2675405B2

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】（産業上の利用分野）本発明はエンジンの排気ガス浄化装置の改良に関する。

（従来の技術）近年の排気ガス浄化技術の進歩により大気中に放出され
るＨＣ及びＣＯの量は減少しているが、ＮＯｘに対する
対策が遅れているので、都市部を中心にしてＮＯｘに起
因する酸性雨が降る等の被害が発生している。

もっとも、排気ガス中のＮＯｘを浄化できるものとして
ＮＨ３接触還元法が知られているが、このＮＨ３接触還
元法は、システムが複雑でコストが高い上に、燃焼ガス
温度が高い時にＮＨ，が排出されるという二次公害の問
題を有しているため、自動車に適用するには未解決の問
題が多い。

これに対して、排気ガス中のＩＣ，Ｃｏ及びＮＯｘを１
つの触媒コンバータで同時に浄化できる三元触媒方式も
提案されているが、この三元触媒方式は理論空燃比付近
では効果的であるが、排気ガスの空燃比がリーン状態で
は浄化性能が不十分であるという問題がある。

そこで、近時、特開昭６３−１００９１９号公報に示さ
れるように、酸化雰囲気中、ＨＣの存在下でＮＯｘを浄
化することができる触媒としてＣＵを含有するＮＯｘ浄
化触媒が提案されている。

（発明が解決しようとする課′ＸＪ）しかるに、このＣｕを含有するＮＯｘ浄化触媒は、第８
図に示すように、触媒を通過する排気ガス温度によって
浄化性能が異なり、排気ガス温度が５００℃付近のとき
に浄化性能がピークで、この温度以上或いはこの温度以
下では浄化性能が低下するという問題がある。

そこで、本発明者は、排気ガスの温度が低い時と高い時
つまりエンジンの低負荷時と高負荷時に、ＥＧＲ装置を
作動させて排気ガスを吸気系へ還流させて排気ガス中に
排出されるＮＯｘの低減を図り、これにより前記ＮＯｘ
浄化触媒の浄化性能を捕うことを考慮した。

ところが、このＥＧＲ装置を備えた排気ガス浄化装置に
よると、ＮＯｘ浄化触媒が十分に機能しない領域でＥＧ
Ｒ装置によってＮＯｘ浄化触媒の浄化能力を補うことは
できるが、エンジンの低負荷時には、低温の排気ガスが
還流する結果、エンジンの燃焼性が十分でないという問
題、及び、エンジンの高負荷時には、高温の排気ガスが
還流する結果、燃焼室における燃焼温度を十分に抑える
ことができないためＮＯｘの低減効果が十分でないとい
う問題が避けられなかった。

前記に鑑み、本発明は、Ｃｕを含有するＮＯｘ浄化触媒
の浄化性能が低いエンジンの低負荷時及び高負荷時に、
ＥＧＲ装置によってＮＯｘ浄化性能を補いつつ、エンジ
ンの低負荷時にはエンジン燃焼性の向上を図ると共に、
エンジンの高負荷時にはＮＯｘ排出量の低減効果の向上
を図ることを目的とする。

（課題を解決するための手段）前記の目的を達成するため、本発明は、エンジンの低負
荷時にはＮＯｘ浄化触媒通過前の高温状態の排気ガスを
還流させる一方、エンジンの高負荷時にはＮＯｘ浄化触
媒通過後の高比熱で低温状態の排気ガスを還流させるも
のである。

具体的に本発明の講じた解決手段は、エンジンの排気系
にＣｕを含有するＮＯｘ浄化触媒を備えたエンジンの排
気ガス浄化装置を前提とし、前記ＮＯｘ浄化触媒の上流
側及び下流側から排気ガスを取出して吸気系へ還流させ
ると共に、前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側からの還流と下
流側からの還流とを切換えるＥＧＲ装置と、エンジンの
低負荷時には排気ガスを前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側か
ら還流させる一方、エンジンの高負荷時には排気ガスを
前記ＮＯｘ浄化触媒の下流側から還流させるよう前記Ｅ
ＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段とを備える構成とす
るものである。

（作用）本発明の構成により、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能が低い
エンジンの低負荷時及び高負荷時においては、ＥＧＲ装
置によるＥＧＲによって排気ガス中に排出されるＮＯＸ
量を低減させることができる。

また、エンジンの低負荷時には排気ガスをＮＯｘ浄化触
媒の上流側から取出すため、高温状態の排気ガスが吸気
系に還流する。

さらに、エンジンの高負荷時には排気ガスをＮＯｘ浄化
触媒の下流側から取出すので、比熱の高い排気ガスが吸
気系に還流することにより燃焼室の熱容量が高められる
と共に、ＮＯｘ浄化触媒を通過して低温状態になった排
気ガスが吸気系に還流する。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の第１実施例に係るディーゼルエンジ
ンの排気ガス浄化装置がディーゼルエンジンＩＯＡに適
用された場合の全体構成を示し、同図において、１２は
ディーゼルエンジンＩＯＡにエアを吸入するための吸気
管、１４はディーゼルエンジンＩＯＡの各シリンダへエ
アを配給するインテークマニホールド、１５は前記各シ
リンダに燃料を噴射、供給する燃料噴射ポンプ、１６は
前記各シリンダから排出される排気ガスを集めるエキゾ
ーストマニホールド、１８は排気ガスを排出する排気管
である。

また、同図において、２０は排気ガス中のＮ。

×を還元するためのＣｕを含有するＮＯｘ浄化触媒であ
って、次のようにして製造される。すなわち、ゼオライ
トの一種であるモルデナイト［Ｎａ２０１ＡＩ２０３　
＊ｎＳｉＯ２コのＮａがＨで置換され、Ｓ　ｉ　Ｏ：：
　／Ａ　１２０３のモル比が１０以上で、細孔径が７オ
ングストロ一ム程度のものを準備し、これを有機酸鋼の
水溶液に含浸させ、イオン交換を起こさせてＣｕを担持
させる。この場合、銅イオン交換率が多いものほどＮＯ
ｘの浄化率は高いと共に、Ｓ　ｔｏ、２　／Ａ　１２０
３のモル比が高いほど触媒活性が高い。

また、このＮＯＸ浄化触媒２０は、２Ｃｕ”＋ＮＯ−２
Ｃｕ２”＋Ｎ０−−”２Ｃｕ”　＋Ｎ２　＋０２に示す
ような分解反応を行なうことにより、Ｎ。

をＮごと０２に分解するものであって、前記のように５
００℃前後でＮＯに対する高い浄化率を有していると共
に、他の触媒と比べてＮｏ分解性能がかなり高い。また
、このＮＯｘ浄化触媒２０は排気ガスの空燃比がリーン
雰囲気ではＮＯＸの浄化性能が高いが、０２分圧が高い
ほど浄化率が低下し、またＣ０分圧が低いほど浄化率が
低下するという性質を有している。

また、同図において、２１はＮＯｘ浄化触媒２０の上流
側の排気管１８に配設され、排気ガス中の微粒子を捕集
して濾過するＤＰＦ　（ディーゼルパティキュレートフ
ィルター）、２２はＤＰＦ２１の上流側の排気管１８の
壁部に配設され、ＤＰＦ２１に付着した微粒子を燃焼さ
せるバーナーである。このように、ＮＯｘ浄化触媒２０
の上流側にＤＰＦ２１が配設されているため、排気ガス
中の微粒子はＤＰＦ２１によって捕集されてＮＯｘ浄化
触媒２０に達しないので、ＮＯｘ浄化触媒２０の浄化性
能の低下が防止される。また、ＤＰＦ２１の上流側にバ
ーナー２２が配設されているので、ＤＰＦ２１に微粒子
が多く付着して目づまり状態になり、排気ガスが流通し
難くなったときに、バーナー２２により微粒子を燃焼さ
せて除去することができる。

また、第１図及び第２図において、２４はＤＰＦ２１の
上流側つまりＮＯＸ浄化触媒２０の上流側の排気管１８
及びＮＯｘ浄化触媒２０の下流側の排気管１８と、吸気
管１２とを各々連通させ、排気ガスを排気管１８から吸
気管１２に還流させるＥＧＲ通路、２６Ａ、２６ＢはＥ
ＧＲ通路２４における排気管１８との連通部近傍に介設
され、ＮＯｘ浄化触媒２０の上流側からの還流量、及び
ＮＯＸ浄化触媒２０の下流側からの還流量を各々可変す
るＥＧＲバルブ、２８Ａ、２８Ｂはオルタネータに装着
された真空ポンプ２９とＥＧＲパルプ２６Ａ　　２６Ｂ
とを連通させ、ＥＧＲバルブ２６Ａ、２６Ｂに負圧を導
入する負圧導入通路、３０Ａ、３０Ｂは負圧導入通路２
８Ａ、２８Ｂに介設され、ＥＧＲバルブ２６Ａ、２６Ｂ
の開度をデユーティ制御により調節するＥＧＲ用ソリソ
レノイドバルブる。

以上説明したＥＧＲ通路２４、ＥＧＲバルブ２６Ａ、２
６Ｂ、負圧導入通路２８Ａ、２８Ｂ、真空ポンプ２９及
びＥＧＲ用ソリソレノイドバルブ３０Ａ０ＢによってＥ
ＧＲ装置３２が構成されており、このＥＧＲ装置３２に
よって、排気ガスが吸気系に還流され、燃焼室の熱容量
が高められる結果、排気ガス中へのＮＯｘ排出量が低減
する。

なお、本実施例では、吸気管１２におけるＥＧＲ通路２
４との連通部より上流側に吸気絞り弁１２ａが配設され
ている。その理由は、ディーゼルエンジンでは、吸気圧
と排気圧との差が小さいため、排気ガスがＥＧＲ通路２
４から吸気管１２へ流入しにくい。そこで、排気ガスを
還流させる際、この吸気絞り弁１２ａを絞って所定の吸
気圧にし、排気ガスを還流させ易くするためである。も
っとも、この場合でも、排気ガスの還流量はＥＧＲバル
ブ２６Ａ、２６Ｂの開度を調節することによって調整す
る。

また、第１図において、３６は二次エアの供給源である
エアポンプ、３８はエアポンプ３６と、排気管１８にお
けるＤＰＦ２１とＮＯＸ浄化触媒２０との間とを連通さ
せ、二次エアを排気管１８へ供給するための二次エア通
路、４０は二次エア通路３６を流通する二次エア量を可
変する二次工ア調整バルブ、４２は前記真空ポンプ２９
と二次エア！［バルブ４０とを連通させ、二次エア調整
バルブ４０に負圧を導入する負圧導入通路、４４は負圧
導入通路４２に介設され、二次エア調整バルブ４０の開
度をデユーティ制御により調節する二次エア用ソレノイ
ドバルブである。

以上説明した二次エアポンプ３６、二次エア通路３８、
二次エア調整バルブ４０、負圧導入通路４２及び二次エ
ア用ソレノイドバルブ４４によって、ＮＯｘ浄化触媒２
０の上流に二次エアを供給する二次エア供給装置４６が
構成されており、排気ガスの空燃比がリッチで且つ排気
ガスの温度が高いときに、この二次エア供給装置４６に
よって排気ガス中に二次エアを供給すると、ＮＯｘ浄化
触媒２０に流入する排気ガスがリーン傾向になると共に
排気ガス温度が低下して、ＮＯｘ浄化触媒２０の保護が
図られると共にＮＯＸ浄化触媒の性能が向上する。

また、第１図において、５０はエンジン冷却水温度を検
出する冷却水温度センサ、５１はエンジンの吸気温度を
検出する吸気温度センサ、５２はエンジンの吸気圧を検
出する吸気圧センサ、５４はＮＯｘ浄化触媒２０の上流
側の排気ガス温度を検出する排気ガス温度センサ、５５
は排気ガス中の酸素濃度を検出する０２センサ、５６は
排気ガスの圧力を検出する圧力センサであって、この圧
力センサ５６によりＤＰＦ２１のフィルターに微粒子が
多く付着してフィルターが目づまりを起こしている状態
を検知できる。

また、第１図において、６０はエンジンの低負荷時には
排気ガスをＮＯｘ浄化触媒２０の上流側から還流させる
一方、エンジンの高負荷時には排気ガスをＮＯｘ浄化触
媒２０の下流側から還流させるようＥＧＲ装置３２を制
御するＥＧＲ制御手段としてのＣＰＵ内蔵のコントロー
ルユニットである。

そして、コントロールユニット６０は、冷却水温度セン
サ５０からエンジン冷却水温度信号、吸気温度センサ５
１からエンジンの吸気温度信号、吸気圧センサ５２から
のエンジンの吸気圧信号、排気ガス温度センサ５４から
排気ガス温度信号、０２センサ５５からの排気ガスの空
燃比信号、圧力センサ５６からの排気ガス圧力信号、燃
料噴射ポンプ１５からのエンジン回転数信号及びエンジ
ン負荷信号等を受け、排気ガス温度信号及び空燃比信号
に基づき二次エア用ソレノイドバルブ４４をデユーティ
制御し、圧力センサ５６からの排気ガス圧力信号に基づ
きバーナー２２の燃焼を制御する。

また、コントロールユニット６０は、エンジン負荷信号
及びエンジン回転数信号に基づき、第３図に示すように
、エンジンの高負荷時（同図において（ａ）で示す）に
はＮＯｘ浄化触媒２０の下流側から排気ガスを還流させ
、エンジンの低負荷時（同図において（ｂ）で示す）に
はＮＯｘ浄化触媒の上流側から排気ガスを還流させ、エ
ンジンの中負荷時（同図において（Ｃ）で示す）には排
気ガスをいずれからも還流させないか若しくは下流側か
ら少量還流させるようにＥＧＲ用ソリソレノイドバルブ
３０Ａ０Ｂを各々制御する。なお、前記実施例に代えて
、エンジン負荷信号のみに基づいて前記のような制御を
行なってもよい。

以上のように、エンジンの低負荷時及び高負荷時、つま
りＮＯｘ浄化触媒の浄化性能が低い場合にＥＧＲ装置３
２によって、燃焼室の熱容量が高められるため排気ガス
中へのＮＯｘの排出量が低減すると共に、排気ガス中の
Ｎｏの分圧が高まってＮＯｘ浄化率の向上が図られる。

また、エンジンの低負荷時には排気ガスをＮ。

×浄化触媒２０の上流側から取出すので高温の排気ガス
が得られ、この高温の排気ガスが吸気系に還流するため
エンジン燃焼性の向上が図られる。

さらに、エンジンの高負荷時には排気ガスをＮＯｘ浄化
触媒２０の下流側から取出すため、Ｎ。

×がＯ！とＮ２とに分解されて比熱の高い（つまり分子
数が多い）排気ガスが吸気系に還流される結果、燃焼室
の熱容量が高められると共に、ＮＯｘ浄化触媒２０を通
過することにより低温になった排気ガスが還流するので
、ＮＯｘの排出が低減する。

なお、ＥＧＲ装置３２による排気ガスの還流量について
は、第４図に示すような、平均有効圧（エンジンの負荷
に相当する）とエンジンの回転数とに応じて設定される
ＥＧＲ率マツプに基づくことが好ましい。

第５図及び第６図は本発明の第２実施例に係るエンジン
の排気ガス浄化装置がガソリンエンジン１０Ｂに適用さ
れた場合を示し、前記第１実施例と同様、吸気管１２、
インテークマニホールド１４、エキゾーストマニホール
ド１６、排気管１８、ＮＯｘ浄化触媒２０が配設されて
いる。

また、本第２実施例はガソリンエンジンＩＯＢに適用し
た場合であるから、排気ガス中の微粒子は問題にならな
いためＤＰＦ２１及びバーナー２２が配設されておらず
、代わりに、排気ガス中のＩＣ及びＣ○を酸化させる酸
化触媒２３が配設されている。従って、本第２実施例に
おいては、ＥＧＲ通路２４は、酸化触媒２３の上流側の
排気管１８及びＮＯｘ浄化触媒２０の下流側の排気管１
８と、吸気管１２とを各々連通させている。

また、本第２実施例では、ＥＧＲ装置３２の負圧導入通
路２８Ａ、２８Ｂ及び二次エア供給装置４６の負圧導入
通路４２は各々吸気絞り弁１２ａの下流側の吸気管１２
に連通しており、前記真空ポンプ２つに代えて吸気管１
２から負圧を導入している。

さらに、本第２実施例では、コントロールユニット６０
は、エンジン回転数センサ５７からエンジン回転数信号
、エンジン吸入負圧センサ５８からエンジン負荷信号等
を受けて、前記同様つまりエンジンの低負荷時には排気
ガスをＮＯｘ浄化触媒２０の上流側から還流させる一方
、エンジンの高負荷時には排気ガスをＮＯｘ浄化触媒２
ｏの下流側から還流させるようにＥＧＲ用ソレノイドバ
ルブ３０Ａ、３０Ｂを各々制御する。

なお、本第２実施例に係るエンジンの排気ガス浄化装置
がガソリンエンジンＩＯＢに適用される場合、排気ガス
の還流量については、第７図に示すような、平均有効圧
とエンジンの回転数とに応じて設定されるＥＧＲ率マツ
プに基づくことが好ましい。

（発明の効果）以上説明したように、本発明に係るエンジンの排気ガス
浄化装置によると、排気ガスをエンジンの低負荷時には
ＮＯｘ浄化触媒の上流側から還流させると共に、高負荷
時にはＮＯｘ浄化触媒の下流側から還流させるようにし
たため、ＮＯｘ浄化触媒の浄化性能が低いエンジンの低
負荷時及び高負荷時には、ＥＧＲ装置により排気ガス中
に排出されるＮ０ｘｊｌを低減させてＮＯｘ浄化触媒の
浄化性能を補う二とができる。

また、エンジンの低負荷時にはＮＯｘ浄化触媒の上流側
から取出した高温状態の排気ガスを還流させるので、エ
ンジンの燃焼性の向上を図ることができると共に、エン
ジンの高負荷時にはＮＯｘ浄化触媒の下流側から取出し
た熱容量が高く且つ低温状態の排気ガスを還流させるの
で、ＮＯＸ排出量の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
エンジンの排気ガス浄化装置の全体構成図、第２図はＥ
ＧＲ装置の断面図、第３図はＥＧＲ装置に対する制御概
念図、第４図はエンジン回転数と平均有効圧に対応する
ＥＧＲ率マツプ図、′ｍ５図〜第７図は本発明の第２実
施例を示し、第５図はエンジンの排気ガス浄化装置の全
体構成図、第６図はＥＧＲ装置の断面図、第７図はエン
ジン回転数と平均有効圧に対応するＥＧＲ率マツプ図、
第８図はＮＯｘ浄化触媒における排気ガス温度とＮＯＸ
浄化性能との関係を示す図である。１０Ａ・・・ディーゼルエンジン１０Ｂ・・・ガソリンエンジン１２・・・吸気管１８・・・排気管２０・・・ＮＯｘ浄化触媒２１・・・ＤＰＦ２３・・・酸化触媒２４・・・ＥＧＲ通路２６Ａ、２６Ｂ・・・ＥＧＲバルブ２８Ａ、２８Ｂ・・・負圧導入通路２９・・・真空ポンプ３０Ａ、３０Ｂ・・・ＥＧＲ用ソリソレノイドパルプ・・・ＥＧＲ装置６０・・・コントロールユニット工゛／ジ゛゛７回転数第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エンジンの排気系にＣｕを含有するＮＯ＿ｘ浄化
触媒を備えたエンジンの排気ガス浄化装置において、前記ＮＯ＿ｘ浄化触媒の上流側及び下流側から排気ガス
を取出して吸気系へ還流させると共に、前記ＮＯ＿ｘ浄
化触媒の上流側からの還流と下流側からの還流とを切換
えるＥＧＲ装置と、エンジンの低負荷時には排気ガスを前記ＮＯ＿ｘ浄化触
媒の上流側から還流させる一方、エンジンの高負荷時に
は排気ガスを前記ＮＯ＿ｘ浄化触媒の下流側から還流さ
せるよう前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ制御手段とを
備えたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。