JPH04365920A

JPH04365920A - 排気浄化方法

Info

Publication number: JPH04365920A
Application number: JP3140147A
Authority: JP
Inventors: Koji Yokota; 幸治横田; Shinichi Matsumoto; 伸一松本; Kazunobu Ishibashi; 一伸石橋; Toshiaki Tanaka; 俊明田中
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1992-12-17
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP2967113B2

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、自動車などの多気筒内
燃機関から排出されるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどからなる
排気を浄化する排気浄化方法に関する。さらに詳しくは
、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどからなる排気を高浄化率で浄
化でき、かつ、多気筒内燃機関を燃料希薄条件下で運転
できる（すなわち、多気筒内燃機関の燃費を向上できる
）排気浄化方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などの内燃機関から排出されるＮ
Ｏｘ、ＣＯ、ＨＣなどの有害成分からなる排気を効率よ
く浄化するとともに、その内燃機関の燃費を低減できる
排気浄化方法が、従来から望まれており、各種の方法が
開発されている。たとえば、特開昭６１−２７９７４９
号公報には、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどを効率よく浄化す
る方法として、三元触媒と酸素センサを用いた、いわゆ
るフィードバック制御方法が開示されている。

【０００３】このフィードバック制御方法は、酸素セン
サを用いて排気中の酸素濃度を検出し、燃料の空燃比を
精密に化学当量点（すなわち、空燃比、Ａ／Ｆ＝１４．
６）になるように、燃料噴射量、空気供給量などを制御
し、その後、排気を貴金属（たとえば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐ
ｄなど）を担持した三元触媒に接触させて、排気中の有
害成分を浄化しようとするものである。このフィードバ
ック制御方法においては、空燃比を化学当量点を中心と
して±０．０５の範囲に制御し、三元触媒によってＮＯ
ｘ、ＣＯ、ＨＣを浄化している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記したフィードバッ
ク制御方法は、有害成分の浄化という点では理論上最良
の方法である。しかし、実用上、以下のような問題があ
る。すなわち、■最大の問題は、排気の空燃比を精密に
化学当量点（すなわち、Ａ／Ｆ＝１４．６±０．０５）
に制御しなければならないので、空気に対する燃料の混
合割合を少なくすることができない。つまり、内燃機関
の燃費を低減することができない。■酸素センサを用い
て排気中の酸素濃度を検出し、燃料の空燃比を前記のよ
うに精密に制御しなければならないので、酸素センサ、
燃料噴射量および空気供給量を制御する機器に高精度が
要求される。したがって、制御装置が高価なものとなっ
てしまう。たとえば、燃料過剰域から燃料希薄域などの
過渡状態においては、空燃比が前記化学当量点から大幅
に外れ、有害成分を浄化できない恐れがある。また、三
元触媒には、資源として稀少かつ高価なＲｈを必要とす
る。

【０００５】以上２つの問題のうち、問題■を解決し、
かつ、燃費の低減を図るためには、燃料供給量を少なく
し空気供給量を多くした希薄燃焼方式がある。しかし、
空燃比を１４．６よりも大きくすると、Ｒｈを含む三元
触媒は、第３図に示すように、ＮＯｘを浄化することが
できなくなってしまう。また、希薄燃焼方式にて運転し
た内燃機関から排出されるＮＯｘを浄化する方法として
、以下のような方法がある。すなわち、（ａ）アンモニ
アを排気に導入し、Ｖ−Ｔｉ触媒などを用いてＮＯｘを
Ｎ２　に還元する方法、および、（ｂ）Ｃｕ−ゼオライ
ト触媒を用いてＮＯｘをＮ２　に還元する方法、などが
知られている。しかしながら、方法（ａ）においては、
有害なアンモニアを貯蔵し、かつ、排出されるＮＯｘに
見合った量のアンモニアを供給しなければならない。し
たがって、自動車のように移動する排気発生源から排出
されるＮＯｘの浄化には、方法（ａ）は不適当である。また、方法（ａ）によっては、ＮＯｘと同時に排出され
るＣＯ、ＨＣを十分に浄化することもできない。一方、
方法（ｂ）は、排気中に含まれるＨＣによって、ＮＯｘ
を選択的に還元し、浄化するものであるが、以下のよう
な問題がある。すなわち、ＮＯｘの浄化率は、排気中の
ＨＣ濃度に依存する。さらに、ＮＯｘの浄化に有効なＨ
Ｃは、炭素数が２以上のＨＣでなければならない。した
がって、燃焼方法を改善すれば、必然的に排気中のＨＣ
濃度が減少し、ＮＯｘ浄化率が低下してしまう。また、
メタノール、水素、天然ガスなどのガソリン代替燃料が
用いられた場合、方法（ｂ）は無力となってしまう。

【０００６】本発明は、前記した従来の技術の問題を解
決することを目的とする。すなわち、本発明は、排気中
のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを高浄化率で浄化でき、かつ、多
気筒内燃機関を燃料希薄条件下で運転できる排気浄化方
法を提供することを目的とする。また、本発明は、資源
として稀少かつ高価なＲｈを使用せずに、安価かつ簡便
に排気を浄化できる排気浄化方法を提供することも目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の排気浄化方法は
、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の気筒をわずかに
燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの気筒を燃料
希薄条件下で運転する第１工程と、前記燃料過剰条件下
で運転される気筒から排出される排気中の少なくともＮ
Ｏｘを第１触媒でＮＨ３　に転換する第２工程と、前記
第２工程を経た排気と前記燃料希薄条件下で運転される
気筒から排出される排気とを合流し合流排気とした後、
該合流排気中のＮＯｘとＮＨ３　を第２触媒でＮ２　に
浄化する第３工程と、からなることを特徴とする排気浄
化方法である。

【０００８】本発明の排気浄化方法の第１工程において
は、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の気筒をわずか
に燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの気筒を燃
料希薄条件下で運転している。なお、多気筒内燃機関を
全体として燃料希薄条件下で運転し燃費の向上を図るた
めに、多気筒内燃機関の気筒のうちの半分未満の数の気
筒をわずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残り
の気筒を燃料希薄条件下で運転するのが好ましい。この
ように多気筒内燃機関を運転するのは、図５に示すよう
に、燃料過剰条件下（たとえば、Ａ／Ｆ＝１４なる条件
下）で発生するＮＯｘの量は、燃料希薄条件下（たとえ
ば、Ａ／Ｆ＝１８なる条件下）で発生するＮＯｘのそれ
よりも十分に多いためである。ここで、わずかに燃料過
剰条件とは、Ａ／Ｆの値が１４．０〜１４．６の範囲に
あることいい、下記で説明する第２工程で用いられた第
１触媒によって、燃料過剰条件下で運転される気筒から
排出される排気中のＮＯｘをＮＨ３　に高効率で転換す
るに際して実用的である。

【０００９】多気筒内燃機関を全体として燃料希薄条件
下で運転する方法には、酸素センサおよび燃料噴射弁を
次のように電子制御する方法が考えられるが、本発明は
、これに限定されるものではない。すなわち、わずかに
燃料過剰条件下で運転するべき気筒の排出口に連通する
排気管のうち少なくとも一本に酸素センサを配設し、そ
の出力（すなわち、起電力）をマイコンからなるエンジ
ン制御装置によって監視する。酸素センサの出力が高い
場合、その排気管に連通する気筒は、燃料過剰条件下（
すなわち、還元雰囲気）で運転されていることになる。また、酸素センサの出力が低い場合、その排気管に連通
する気筒は、燃料希薄条件下（すなわち、酸化雰囲気）
で運転されていることになる。このようにエンジン制御
装置で酸素センサを監視すれば、わずかに燃料過剰条件
下で運転される気筒の運転条件から、燃料希薄条件下で
運転するべき気筒の運転条件を算出することができる。

【００１０】まず、前記わずかに燃料過剰条件下で運転
される気筒における燃料噴射制御を次のように行う。す
なわち、燃料過剰条件下で運転される気筒の燃料噴射弁
からの燃料噴射量を一旦所定量だけ増量した噴射量とし
、その増量された噴射量から所定の割合かつ所定の速度
で噴射量が減量されていくよう前記燃料噴射弁を制御す
る。そして、酸素センサの出力信号によりＡ／Ｆがリー
ンになったと判断されると直ちに再び前記所定量だけ増
量された噴射量に戻す。このような工程を繰り返し行う
よう制御することにより、平均としてこの気筒はわずか
に燃料過剰条件下で運転されることになる。この際、こ
のような制御工程中、極短時間だけ燃料希薄条件となる
恐れがあるが、下記で説明する第１触媒に、ＣｅＯ２　
、ＺｒＯ２　などの過剰の酸素を貯蔵する能力を有する
助触媒を添加することによって、このような恐れは事実
上解消できるものである。

【００１１】次に、燃料希薄条件下で運転される気筒に
おける燃料噴射制御を次のように行う。すなわち、前記
酸素センサの出力信号に基づき化学当量点となる燃料噴
射量を前記エンジン制御装置により演算し、この演算さ
れた噴射量から所定の割合だけ減量された噴射量を、燃
料希薄条件下で運転される気筒の噴射量とする。こうし
て減量演算された噴射量によって運転されることにより
、これらの気筒は燃料希薄条件下で運転されることにな
る。この際、この所定の割合の減量は、化学当量点とす
るのに必要な燃料噴射量に対して１５〜５０％とするの
が好ましい。

【００１２】本発明の排気浄化方法の第２工程において
は、燃料過剰条件下で運転される気筒から排出される排
気中の少なくともＮＯｘを第１触媒でＮＨ３に転換して
いる。したがって、第１触媒は、排気中の大部分のＮＯ
ｘを高効率でＮＨ３　に転換する能力を有している。通
常、自動車などの多気筒内燃機関の気筒から排出される
排気にはＣＯ、ＨＣなども含まれているので、第１触媒
は、排気中のＣＯ、ＨＣなどを高効率で酸化し浄化する
能力も有するものでもよい。このような作用をする第１
触媒は、通常の担体と、この担体に担持した貴金属系の
触媒と、からなる構成とすることができる。たとえば、
第１触媒は、活性アルミナと、この活性アルミナに担持
したＰｔとＰｄのうちの少なくとも一つと、からなる構
成とすることができる。

【００１３】なお、図３の斜線部が示すように、Ｒｈを
含む従来の三元触媒は、わずかに燃料過剰条件下、すな
わち、前記したようにＡ／Ｆが１４．０〜１４．６の範
囲内で運転される気筒から排出される排気の浄化におい
ては、ＮＯｘをＮ２　へ転換する割合が高く、ＮＨ３　
へは高効率で転換できない。したがって、第１触媒にＲ
ｈを含めることは好ましくない。また、図４に示すよう
に、Ｐｔなどからなる貴金属系の触媒（すなわち、第１
触媒）は、Ａ／Ｆが１４．０〜１４．６の範囲内で運転
される気筒から排出される排気の浄化において、最も効
率よくＮＯｘをＮＨ３　に転換する。Ａ／Ｆが１４．０
未満の場合、図５に示すように、エンジンから排出され
るＮＯｘ濃度が低下し、また、図４に示すように、第１
触媒は、ＮＯｘをＮＨ３　に効率よく転換できなくなる
ため、十分なＮＨ３　を発生できない。また、Ａ／Ｆが
１４．６を越える場合、図４からわかるように、第１触
媒は、ほとんどＮＨ３　を生成しないので、下記で説明
する第３工程において、ＮＯｘを浄化することができな
い。このような第１触媒の特性からも、前記したように
第１工程において、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部
の気筒をわずかに燃料過剰条件下（１４．０≦Ａ／Ｆ≦
１４．６）で運転するものである。さらに、わずかに燃
料過剰条件下で運転される気筒の制御方法によっては、
前記したように極短時間だけ燃料希薄条件となる恐れが
ある。このような制御方法を採用する場合、第１触媒に
、ＣｅＯ２　、ＺｒＯ２　などの過剰の酸素を貯蔵する
能力を有する助触媒を添加すればよい。

【００１４】本発明の排気浄化方法の第３工程において
は、第２工程を経た排気と燃料希薄条件下で運転される
気筒から排出される排気とを合流し合流排気とした後、
合流排気中のＮＯｘとＮＨ３　を第２触媒でＮ２　に浄
化している。したがって、第２触媒は、合流排気中のＮ
ＯｘをＮＨ３　によってＮ２　に還元し浄化する能力を
有している。このような作用をする第２触媒は、ＮＯｘ
を浄化することだけを考慮すれば、通常の脱硝用触媒を
使用することができる。しかし、多気筒内燃機関におい
ては、排気は各気筒から同時に排出されるものではなく
、各気筒毎に所定の順序で排出されるものである。換言
すれば、ＮＯｘとＮＨ３　とが同時に排出される条件は
ほとんどない。したがって、第２触媒は、ＮＨ３　を一
時的に貯蔵する能力を有するものが好ましい。また、合
流排気中には、第１触媒によって酸化、浄化され得なか
ったＣＯ、ＨＣなど、および、燃料希薄条件下で運転さ
れる気筒から排出される排気中のＣＯ、ＨＣなどが混在
している。このため、第２触媒は、燃料希薄条件下で合流排気中の
ＣＯ、ＨＣなどを高効率で酸化し浄化する能力も有する
ものが好ましい。また、第２触媒は、様々な多気筒内燃
機関の運転条件に適応できる能力、すなわち、高温安定
性を有するものが好ましい。

【００１５】前記したような第２触媒として、高シリカ
含有ゼオライト（たとえば、ＳｉＯ２　とＡｌ２　Ｏ３
　の含有比率（ＳｉＯ２　／Ａｌ２　Ｏ３　）が、モル
比で２０以上のもの）を使用することが好ましい。この
ような高シリカ含有ゼオライトは、その構造中にＮＨ３
　を吸着可能な多数の強酸点を多数有している。特に、
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が好ましい。また、Ｃｏ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｆｅなどを前記ゼオライトに担持してもよい。こ
れらの金属を高シリカ含有ゼオライトに担持することに
よって、合流排気中のＨＣとＮＯｘを反応させることが
できるので、ガソリンを燃料に使用した場合、より高浄
化率でＨＣとＮＯｘを浄化することができる。なお、こ
の第２触媒は、前記したような燃料希薄条件下（すなわ
ち、化学当量点とするのに必要な燃料噴射量に対して１
５〜５０％だけ減量した燃料希薄条件下、または、Ａ／
Ｆが１７以上）で運転される気筒から排出される排気に
対して、効率よく作用するものが好ましい。

【００１６】さらに、使用する燃料によっては、すなわ
ち、有害なホルムアルデヒドを発生しやすいメタノール
、酸化され難いメタンからなる天然ガスなどの、より酸
化反応を必要とする成分を含むガソリン代替燃料を使用
する場合、本発明の排気浄化方法において、燃料希薄条
件下で運転される気筒に連通する排気管の排出口に、ア
ルデヒド、メタンなどを高浄化率で酸化し浄化する能力
を有する第３触媒をさらに配設してもよい。このような
第３触媒は、通常の担体と、この担体に担持した貴金属
系の触媒または金属酸化物系の触媒と、からなる構成と
することができる。たとえば、第３触媒は、活性アルミ
ナと、この活性アルミナに担持したＰｔとＰｄのうちの
少なくとも一つと、からなる構成、または、活性アルミ
ナと、この活性アルミナに担持したＬａ−Ｓｒ−Ｃｏ−
Ｏ系またはＣｕ−Ｓｒ−Ｃｏ−Ｏ系の金属酸化物系の触
媒と、からなる構成とすることができる。また、前記し
たようなガソリン代替燃料を使用した場合、ＣＯ、ＨＣ
を高浄化率で酸化し浄化するため、第３触媒は、できる
だけ高温条件下、具体的には、排気流の上流側（すなわ
ち、できるだけ多気筒内燃機関の近傍）に配設すること
が好ましい。

【００１７】なお、水素を燃料として使用した場合、排
気中には第３触媒で浄化するべき有害成分が存在しない
ため、第３触媒は不要である。また、ガソリンを燃料と
して使用した場合、多気筒内燃機関の運転条件によって
は、第３触媒は不要である。つまり、ガソリンを燃料と
して使用した場合、第３工程において、第２触媒はＮＨ
３　とＮＯｘを反応させてＮ２　に浄化しており、また
、第２触媒は、このＮＨ３　とＮＯｘの反応と平行して
、ＮＯｘとＨＣを反応させて、ＮＯｘとＨＣを同時に浄
化しているので、ＮＯｘを高効率で浄化することが可能
である。しかし、この場合、ＨＣの一部がＣＯに転換す
る条件が存在するため、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣのうちいず
れを最も浄化しなければならないかを考慮して、第３触
媒を配設する必要があるか否かを決定するのがよい。

【００１８】

【発明の作用および効果】本発明の排気浄化方法の第１
工程においては、多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の
気筒をわずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残
りの気筒を燃料希薄条件下で運転している。したがって
、多気筒内燃機関の気筒のうちの半分未満の数の気筒を
わずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの気
筒を燃料希薄条件下で運転すれば、多気筒内燃機関を全
体として燃料希薄条件下で運転でき、燃費の低減を図れ
るので、より好ましい。

【００１９】本発明の排気浄化方法の第２工程において
は、わずかに燃料過剰条件下で運転される気筒から排出
される排気中の大部分のＮＯｘを第１触媒でＮＨ３　に
高効率で転換している。したがって、この第２工程を経
た排気は、ＮＨ３　と、微量のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣと、
からなる排気に転換されている。また、使用する第１触
媒によっては、排気中のＣＯ、ＨＣなどをさらに高効率
で酸化し浄化することもできる。

【００２０】本発明の排気浄化方法の第３工程において
は、第２工程を経た排気と燃料希薄条件下で運転される
気筒から排出される排気とを合流し合流排気とした後、
合流排気中のＮＯｘとＮＨ３　を第２触媒でＮ２　に浄
化している。なお、前記したように多気筒内燃機関の気
筒のうちの半分未満の数の気筒をわずかに燃料過剰条件
下で運転するとともに、残りの気筒を燃料希薄条件下で
運転すれば、合流排気は、燃料希薄条件（すなわち、酸
化雰囲気）となる。

【００２１】ここで、燃料希薄条件下においては、ＮＯ
ｘ（たとえば、ＮＯ）のＮＨ３　による還元反応は、つ
ぎのような化学反応式で表すことができる。　　　　ＮＯ＋ＮＨ３　＋（１／４）Ｏ２　→Ｎ２　＋
（３／２）Ｈ２　Ｏ・・・（１）つまり、本発明の排気
浄化方法の第３工程においては、合流排気中には（１）
式の還元反応に十分な量のＮＨ３　が含まれている。し
たがって、合流排気中のＮＯとＮＨ３　はモル比１：１
で反応し、第２触媒によって高効率で無害のＮ２　に浄
化される。なお、合流排気中に炭素数が２以上のＨＣが
存在した場合、ＮＯの一部は、ＨＣによってＮ２　に還
元される。この還元反応は、つぎのような化学反応式で
表すことができる。

【００２２】ＮＯ＋ＨＣ→Ｎ２　＋Ｈ２　Ｏ＋ＣＯ２　・・・（２）
以上の説明から明らかなように、本発明の排気浄化方法
においては、第２工程で用いた第１触媒は、わずかに燃
料過剰条件下で運転される気筒から排出される排気中の
ＮＯｘの大部分をＮＨ３　に高効率で転換し、（１）式
の反応に十分な量のＮＨ３　源としている。さらに、第
３工程で用いた第２触媒は、第２工程で得られたＮＨ３
　と燃料希薄条件下で運転される気筒から排出されるＮ
Ｏｘおよび第２工程でＮＨ３　に転換されなかったＮＯ
ｘを（１）式に基づいて反応させ、高効率で無害のＮ２
　に浄化している。また、合流排気中に炭素数が２以上
のＨＣが存在すれば、第２触媒は、合流排気中のＮＯｘ
の一部を（２）式に基づいてＮ２　に浄化する。したが
って、本発明の排気浄化方法は、多気筒内燃機関から排
出されるＮＯｘを極めて高効率で浄化できるものである
。一方、従来の排気浄化方法においては、主として（２
）式に基づき、ＮＯｘを浄化していたため、そのＮＯｘ
浄化率は高々５０％程度であった。

【００２３】また、第３工程で用いた第２触媒は、合流
排気中の第２工程を経た排気中に残存しているＣＯ、Ｈ
Ｃ、および、燃料希薄条件下で運転される気筒から排出
されるＣＯ、ＨＣを高効率で酸化し浄化もするので、多
気筒内燃機関から排出される排気中の全ＣＯ、ＨＣを低
減することができる。また、第３工程で用いる第２触媒
に、その構造中にＮＨ３　を吸着可能な多数の強酸点を
多数有するものを使用すれば、ＮＯｘとＮＨ３　とが同
時に排出される条件がほとんどない自動車のような移動
する排気発生源であっても、別途、ＮＯｘの浄化のため
にＮＨ３　源を準備する必要もない。

【００２４】なお、燃料希薄条件下で運転される気筒に
連通する排気管の排出口に、ＣＯ、ＨＣを高浄化率で酸
化し浄化する能力を有する第３触媒を配設すれば、本発
明の排気浄化方法は、メタノ−ル、天然ガスなどのガソ
リン代替燃料を使用する多気筒内燃機関から排出される
排気をも、高浄化率で浄化することができるようになる
。

【００２５】本発明の排気浄化方法は、以上詳述したよ
うな作用をするので、つぎのような効果を奏することが
できる。第１に、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどからなる排気
を高浄化率で浄化できるとともに、多気筒内燃機関を全
体として燃料希薄条件下で運転できる。すなわち、環境
に悪影響を与えずに自動車などの燃費を低減することが
できる。第２に、資源として稀少かつ高価なＲｈを使用
する必要がないので、安価に排気を浄化できる。第３に
、従来のフィードバック制御と較べて、必要な酸素セン
サの数は少数となる。そして、エンジン制御装置が、そ
の少数の酸素センサを監視し、その監視結果に基づいて
燃料噴射弁を制御するだけで、多気筒内燃機関を全体と
して燃料希薄条件下で運転することが可能となる。した
がって、エンジン制御装置およびその関連機構を簡便か
つ安価なものとすることができる。

【００２６】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の実施例を図１および図２
を参照しながら説明する。まず、電子燃料噴射弁を装備
した、総排気量２０００ｃｃ、４気筒の自動車用エンジ
ンを準備した。このエンジンを図１に示すように改造し
た。まず、エンジン１の４つの気筒を第１気筒、第２気
筒、第３気筒および第４気筒に分類し、それらの排気口
に連通する排気管を第１排気管１１、第２排気管１２、
第３排気管１３および第４排気管１４に分割した。なお
、吸気多岐管１５の分岐管が、第１〜第４気筒の吸気口
にそれぞれ連通している。

【００２７】そして、第１排気管１１のみに酸素センサ
１６を配設した。この酸素センサ１６は、エンジン制御
装置（以下、ＥＣＵという）２に接続され、第１排気管
１１内の排気中の酸素濃度をＥＣＵ２に出力する。ＥＣ
Ｕ２は、酸素センサ１６の出力に応じて吸気多岐管１５
の各分岐に配設された電子燃料噴射弁１７の燃料噴射量
を制御する。したがって、第１気筒の運転条件から、第
２〜第４気筒の運転条件が算出されている。

【００２８】第１気筒は、以下のような制御によって、
わずかに燃料過剰条件下で運転されている。すなわち、
図２に示すように、酸素センサ１６の出力に基づき、Ｅ
ＣＵ２が第１気筒が燃料希薄条件下で運転されていると
判断した場合、ＥＣＵ２は、第１気筒の吸気口に連通す
る吸気多岐管１５の分岐管に配設された電子燃料噴射弁
１７が直ちに５％増量された量の燃料を噴射するように
制御する。そして、ＥＣＵ２が再び第１気筒が燃料希薄
条件下で運転されていると判断するまで、ＥＣＵ２は、
その電子燃料噴射弁１７が３％／秒の速度で減量された
量の燃料を噴射するように制御する。また、第２〜第４
気筒は、酸素センサ１６の出力に基づき、燃料希薄条件
下で運転されている。すなわち、ＥＣＵ２は、酸素セン
サ１６の出力から化学当量点となるような燃料噴射量を
演算し、これが各気筒に対して３５％だけ減量された量
の燃料（すなわち、第１気筒への燃料噴射量のほぼ６５
％）を、第２〜第４気筒の吸気口に連通する吸気多岐管
１５の分岐管に配設された電子燃料噴射弁１７がこのよ
うに減量された量の燃料を噴射するように制御する。

【００２９】このように制御された第１気筒から排出さ
れた排気から算出した平均Ａ／Ｆ値は１４．３、酸素セ
ンサ１６の出力波形から、第１気筒は９２％が燃料過剰
条件下にあった。なお、この時のエンジン１の運転条件
は、回転数２０００ｒｐｍ、トルク３０Ｎｍであった。そして、第１気筒から排出される排気中のＮＯｘ、ＴＨ
ＣおよびＣＯの平均濃度は、それぞれ、２１００ｐｐｍ
、２７００ｐｐｍ、３．４％、第２〜第４気筒から排出
される排気中のＮＯｘ、ＴＨＣおよびＣＯの平均濃度は
、それぞれ、５４０ｐｐｍ、３２００ｐｐｍ、０．１１
％であった。また、以下に述べる第１触媒３および第２
触媒４を装備しなかった場合の全排気中のＮＯｘ、ＴＨ
ＣおよびＣＯの平均濃度は、それぞれ、９３０ｐｐｍ、
３０８０ｐｐｍ、０．９３％であった。

【００３０】そして、第１気筒に連通する第１排気管１
１の排出口に、つぎのように調製した第１触媒３を配設
した。まず、第１触媒３の基体として、容量０．５リッ
トルの円筒形ハニカム基体を準備した。この円筒形ハニ
カム基体は、４００メッシュのコーディエライトからな
るものであった。つぎに、８０ｇのγ−アルミナをこの
円筒形ハニカム基体にウォッシュコートした。最後に、
γ−アルミナをウォッシュコートした円筒形ハニカム基
体に、貴金属系の触媒として、Ｐｔを担持し、第１触媒
３を調製した。なお、このように調製した第１触媒３を
前記のように装備した後、第１触媒３の排出口における
排気中のＮＯｘおよびＮＨ３　の平均濃度を測定したと
ころ、ＮＯｘ濃度は、２８０ｐｐｍとなっていた。また
、ＮＨ３　の濃度は、１０９０ｐｐｍであり、前記した
（１）式に基づきＮＯｘをＮ２　に還元し転換するのに
十分な量のＮＨ３　が生成していることがわかった、そ
して、残り７３０ｐｐｍのＮＯｘは、Ｎ２　にまで還元
、転換されていた。このように、第１気筒から排出され
る排気中のＮＯｘは、第１触媒３によって高効率でＮＨ
３　に転換されていることがわかった。ここで、図１に
は第３触媒５が図示されているが、第１実施例において
は、第３触媒５を省略した。このため、第１触媒３の排
出口を、第２〜第４排気管１２〜１４を分岐管としてま
とめた排気分岐管６の途中に接続した。このようにして
、第１触媒３を通過した排気と燃料希薄条件下で運転さ
れる第２〜第４気筒から排出される排気を合流させた。

【００３１】さらに、排気分岐管６の排出口に、つぎの
ように調製した第２触媒４を配設した。まず、第２触媒
４の基体として、容量１．３リットルの断面が楕円形の
ハニカム基体を準備した。この断面が楕円形のハニカム
基体は、４００メッシュのコーディエライトからなるも
のであった。最後に、３重量％のＣｕＯが担持された２
６０ｇのＺＳＭ−５型ゼオライトを、断面が楕円形のハ
ニカム基体にウォッシュコートし、第２触媒４を調製し
た。

【００３２】このような構成の排気浄化装置を装備した
エンジン１を、前記した運転条件で運転し、第２触媒４
の排出口における排気中のＮＯｘ、ＴＨＣおよびＣＯの
平均濃度を測定した。その結果、ＮＯｘ、ＴＨＣおよび
ＣＯの平均濃度は、それぞれ、１８０ｐｐｍ、１２０ｐ
ｐｍ、０．０７％であった。このように、エンジン１か
ら排出される排気中のＮＯｘ、ＴＨＣおよびＣＯは、高
浄化率で浄化されており、排気からこのような有害物質
を大幅に低減することができた。なお、第２触媒４の排
出口における排気中のＮＨ３　の平均濃度は、２０ｐｐ
ｍ以下であった、これは実害ある濃度ではなかった。な
お、排気中の有害成分の浄化結果を、以下の実施例と比
較例のものとを合わせて表１にまとめてある。（第２実施例）第２実施例は、第１実施例と同様の構成
の排気浄化装置を装備したエンジン１を、第１実施例と
同様の運転条件で運転し、そのエンジン１から排出され
る排気を浄化したものである。しかし、第２実施例にお
いては、第１実施例の第１触媒３と同量の貴金属触媒金
属Ｐｔに加えて助触媒としてＣｅＯ２を０．２モル担持
した第１触媒３を調製し、第１排気管の排出口に配設し
た。この変更以外は、すべて第１実施例と同一である。なお、この第１触媒３の排出口における排気中のＮＯｘ
およびＮＨ３　の平均濃度を測定したところ、ＮＯｘ濃
度は７０ｐｐｍ、ＮＨ３　の濃度は１４３０ｐｐｍであ
った。このように、助触媒ＣｅＯ２　の酸素貯蔵能力に
よって、第１触媒３のＮＯｘをＮＨ３　に還元し転換す
る能力が最適化されていることがわかった。

【００３３】第１実施例と同様に、エンジン１を運転し
、第２触媒４の排出口における排気中のＮＯｘ、ＴＨＣ
およびＣＯの平均濃度を測定した。その結果、ＮＯｘ、
ＴＨＣおよびＣＯの平均濃度は、それぞれ、７５ｐｐｍ
、１００ｐｐｍ、０．０５％であった。第２実施例にお
いては、エンジン１から排出される排気中のＮＯｘが、
特に、高浄化率で浄化されていた。また、ＴＨＣおよび
ＣＯの浄化率も向上することができた。なお、第２実施
例においても、第２触媒４の排出口における排気中のＮ
Ｈ３　の平均濃度は、２０ｐｐｍ以下であった、前記し
たように、これは実害ある濃度ではなかった。（比較例１）比較例１は、第１実施例の第１触媒３を除
去した構成の排気浄化装置を装備したエンジン１を、第
１実施例と同様の運転条件で運転し、そのエンジン１か
ら排出される排気を浄化したものである。第１実施例と
同様に、エンジン１を運転し、第２触媒４の排出口にお
ける排気中のＮＯｘ、ＴＨＣおよびＣＯの平均濃度を測
定したところ、それぞれ、４８０ｐｐｍ、３１０ｐｐｍ
、０．３３％であった。比較例１による排気中の有害成
分の浄化においては、第１実施例のそれと較べて、ＮＯ
ｘ、ＴＨＣ、ＣＯの浄化率が、全て劣っていた。（比較例２）比較例２は、第１実施例と同様の構成の排
気浄化装置を装備したエンジン１を、第１実施例と同様
の運転条件で運転し、そのエンジン１から排出される排
気を浄化したものである。しかし、比較例２においては
、第１実施例の第１触媒３の貴金属系の触媒Ｐｔに替え
て、貴金属系の触媒としてＲｈを０．２ｇ担持した第１
触媒３を調製し、第１排気管の排出口に配設した。この
変更以外は、すべて第１実施例と同一である。この比較
例２において、第２触媒４の排出口における排気中のＮ
Ｏｘ、ＴＨＣ、ＣＯの平均濃度を測定したところ、それ
ぞれ、３５０ｐｐｍ、１１０ｐｐｍ、０．０７％であっ
た。貴金属系の触媒としてＲｈを担持した第１触媒３は
、燃料過剰条件下で運転される第１気筒から排出される
排気中のＮＯｘをよく浄化するものであったが、ＮＯｘ
をＮＨ３　へ転換する能力は劣っていた。このため、こ
の第１触媒３による浄化を経た排気は、燃料希薄条件下
で運転される第２〜第４気筒から排出される排気中のＮ
Ｏｘの浄化に寄与できなかったものと考えられる。（比較例３）比較例３は、第１実施例の第２触媒４に替
えてＰｔ−酸化チタン触媒からなる第２触媒４を配設し
た構成の排気浄化装置を装備したエンジン１を、第１実
施例と同様の運転条件で運転し、そのエンジン１から排
出される排気を浄化したものである。なお、Ｐｔの担持
量は、２．１ｇであった。第１実施例と同様に、エンジ
ン１を運転し、第２触媒４の排出口における排気中のＮ
Ｏｘ、ＴＨＣおよびＣＯの平均濃度を測定したところ、
それぞれ、２７０ｐｐｍ、４０ｐｐｍ、０．０２％であ
った。このように、比較例３で用いた第２触媒４は、Ｎ
ＯｘとＮＨ３　が同時に導入された場合、ＮＯｘを９０
％以上の高効率で転換できるものであったにも関わらず
、比較例３による排気中の有害成分の浄化においては、
第１実施例のそれと較べて、ＮＯｘの浄化率が悪化し、
かつ、第２触媒４の排出口における排気中のＮＨ３　の
平均濃度は、１７０ｐｍもあった。これは、比較例３で
用いたＰｔ−酸化チタン触媒からなる第２触媒４には、
ＮＨ３　を貯蔵する能力がなかったこと、および、燃料
希薄条件下でのＮＯｘの浄化能力が劣っていたことに起
因するものと考えられる。（第３実施例）第３実施例は、第１実施例と同様の構成
の排気浄化装置に、さらに第３触媒５を配設した排気浄
化装置を装備したエンジン１を、第１実施例と同様の運
転条件で運転し、そのエンジン１から排出される排気を
浄化したものである。すなわち、図１に示すように、第
３実施例においては、第２〜第４排気管１２〜１４を分
岐管としてまとめた排気分岐管６の途中に第３触媒５を
配設した。また、第１触媒３の排出口を排気分岐管６の
排出口の近傍に接続し、そして、排気分岐管６の排出口
を第２触媒４の吸気口に接続した。このようにして、第
１触媒３を通過した排気と第３触媒５を通過した排気を
合流させた。なお、第３触媒５として、第１実施例の第
１触媒３の貴金属系の触媒ＰｔをＰｄに替えたものを使
用した。ここで、Ｐｄの担持量は、１．６ｇであった、
その他の構成は、第１実施例の第１触媒３と同一であっ
た。

【００３４】第１実施例と同様に、エンジン１を運転し
、第２触媒４の排出口における排気中のＮＯｘ、ＴＨＣ
およびＣＯの平均濃度を測定した。その結果、ＮＯｘ、
ＴＨＣ、ＣＯの平均濃度は、それぞれ、１３０ｐｐｍ、
３０ｐｐｍ、０％であった。第２実施例で用いた第３触
媒５によって、エンジン１から排出される排気中のＮＯ
ｘ、ＴＨＣ、ＣＯなどの有害成分の浄化率、特に、ＴＨ
ＣおよびＣＯのそれを、より向上することができたこと
がわかる。第１実施例と同様、第３実施例においても、
第２触媒４の排出口における排気中のＮＨ３　の平均濃
度は、実害のない２０ｐｐｍ以下の濃度であった。（第４実施例）第４実施例は、第１実施例と同一の構成
の排気浄化装置を装備したエンジン１を、ガソリンに替
えて５０％のメタノールと残部がガソリンとからなる混
合燃料を使用して、第１実施例と同様の運転条件で運転
し、そのエンジン１から排出される排気を浄化したもの
である。

【００３５】第１実施例と同様に、エンジン１を運転し
、第２触媒４の排出口における排気中のＮＯｘ、ＴＨＣ
およびＣＯの平均濃度を測定した。その結果、ＮＯｘ、
ＴＨＣおよびＣＯの平均濃度は、それぞれ、１５０ｐｐ
ｍ、８０ｐｐｍ、０．１１％であった。この結果から明
らかなように、ガソリンに替えて混合燃料を使用した場
合であっても、本発明の排気浄化方法は、エンジン１か
ら排出される排気中のＮＯｘ、ＴＨＣ、ＣＯなどの有害
物質を高浄化率で浄化できるものであったことがわかる
。なお、第２触媒４のホルムアルデヒド浄化能力がやや
劣っていたためか、第２触媒４の排出口における排気中
のホルムアルデヒドの平均濃度は、５０ｐｐｍであった
。（第５実施例）第５実施例は、第３実施例と同一の構成
の排気浄化装置を装備したエンジン１を、ガソリンに替
えて５０％のメタノールと残部がガソリンとからなる混
合燃料を使用して、第３実施例と同様の運転条件で運転
し、そのエンジン１から排出される排気を浄化したもの
である。

【００３６】第３実施例と同様に、エンジン１を運転し
、第２触媒４の排出口における排気中のＮＯｘ、ＴＨＣ
およびＣＯの平均濃度を測定した。その結果、ＮＯｘ、
ＴＨＣ、ＣＯの平均濃度は、それぞれ、１２０ｐｐｍ、
２５ｐｐｍ、０．０３％であった。第４実施例に較べて
、第５実施例においては、ＴＨＣおよびＣＯの浄化率が
向上していた。また、第２触媒４の排出口における排気
中のホルムアルデヒドの平均濃度は、８ｐｐｍまで低減
されていた。これは、第２〜第４排気管１２〜１４を分
岐管としてまとめた排気分岐管６の途中に配設した第３
触媒５による効果であったことは明らかである。

【００３７】

【表１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化方法に用いた排気浄化装置の
ブロック図である。

【図２】本発明の排気浄化方法に用いた、エンジンの第
１気筒をわずかに燃料過剰条件下で運転するための制御
方法を説明するタイミングチャートである。

【図３】従来のＲｈを含む三元触媒を用いた場合の排気
中の有害成分の濃度と空燃比の関係を示す浄化特性曲線
である。

【図４】従来のＲｈを含まない貴金属系の触媒が示す排
気中の有害成分の浄化特性曲線である。

【図５】排気中の有害成分の濃度と空燃比の関係を示す
特性曲線である。

【符号の説明】

１：エンジン、１１：第１排気管、１２：第２排気管、
１３：第３排気管、１４：第４排気管、１５：吸気多岐
管、１６：酸素センサ、１７：電子燃料噴射弁、２：エ
ンジン制御装置、３：第１触媒、４：第２触媒、５：第
３触媒、６：排気多岐管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多気筒内燃機関の気筒のうちの一部の気筒
をわずかに燃料過剰条件下で運転するとともに、残りの
気筒を燃料希薄条件下で運転する第１工程と、前記燃料
過剰条件下で運転される気筒から排出される排気中の少
なくともＮＯｘを第１触媒でＮＨ３　に転換する第２工
程と、前記第２工程を経た排気と前記燃料希薄条件下で
運転される気筒から排出される排気とを合流し合流排気
とした後、該合流排気中のＮＯｘとＮＨ３　を第２触媒
でＮ２　に浄化する第３工程と、からなることを特徴と
する排気浄化方法。