JPH11117786A - 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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JPH11117786A
JPH11117786A JP9284927A JP28492797A JPH11117786A JP H11117786 A JPH11117786 A JP H11117786A JP 9284927 A JP9284927 A JP 9284927A JP 28492797 A JP28492797 A JP 28492797A JP H11117786 A JPH11117786 A JP H11117786A
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catalyst
temperature
exhaust gas
internal combustion
combustion engine
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JP9284927A
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Takashi Dougahara
隆 堂ヶ原
Yoshiaki Higuchi
義明 樋口
Hideo Nakai
英夫 中井
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Mitsubishi Motors Corp
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    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の排気通路にそれぞれ介装されるSOx
触媒や三元触媒に熱的なダメージを与えることなしに、
上記各排気通路を1つにまとめた集合部の下流側に設け
られたNOx触媒からイオウ成分を効率的に放出させて
該NOx触媒を再生することのできる内燃機関の排気浄
化装置を提供する。 【解決手段】 排気ガス中のイオウ成分に起因するNO
x触媒の劣化が検出されたとき、内燃機関をリッチ運転
すると共に、各触媒の温度状態に応じて内燃機関の各気
筒群に対する運転条件、例えば点火時期を個別に制御
し、上流側触媒の過昇温を防ぎながらその触媒温度をほ
ぼ等しくすると共に、NOx触媒の温度を十分に高め
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、複数の気筒群毎に
設けられた複数の排気通路にそれぞれ介装された三元触
媒やSOx触媒等に対して熱的ダメージを与えることな
く、上記各排気通路を1つにまとめた集合部の下流側に
設けられたNOx触媒からイオウ成分を放出させて該N
Ox触媒を効率的に再生(活性化)するに適した内燃機
関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】燃費の向上を図るべくリーンな空
燃比で運転される、所謂リーンバーン・エンジンにおい
ては、通常の理論空燃比で運転されるエンジンに比較し
て、有害物質の1つである窒素酸化物(NOx)が多く
排出される。このような排気ガス中のNOxを除去する
べく、内燃機関(エンジン)の排気通路に吸蔵型NOx
触媒を設けることが提唱されている。尚、上記吸蔵型N
Ox触媒は、排気空燃比がリーンなときに排気ガス中の
NOxを吸着し、前記排気空燃比がリッチ化されて排気
ガス中の酸素濃度が低下したときに、既に吸着したNO
xを放出する作用を呈するものである。
【0003】また排気ガス中のイオウ成分(SOx)を
除去するべく、上記NOx触媒に加えてSOx触媒を設け
ることが考えられている。尚、このSOx触媒は、排気
空燃比がリーンなときに排気ガス中のSOxを吸着し、
前記排気空燃比がリッチ化なときに、既に吸着したSO
xを放出する作用を呈するものである。更には前記NOx
触媒に加えて、触媒近傍に存在する炭化水素(HC)と
一酸化炭素(CO)とを用いてNOxの還元作用を呈す
る三元触媒を設けることも考えられている。
【0004】ちなみにNOx触媒によるNOxの吸着量に
は限度があり、またSOx触媒によるSOxの吸着量にも
限度がある。この為、上記NOxやSOxの吸着量が限度
に達し、その吸着能力が低下したときには、内燃機関を
一時的にリッチ運転して排気空燃比をリッチ化し、各触
媒からNOxやSOxを放出させることで、NOx触媒や
SOx触媒を再生(活性化)することが行われる。
【0005】尚、NOx触媒に吸着したイオウ成分(S
Ox)の放出は、NOxの放出時よりも触媒温度を高くし
て行われ、これによってNOx触媒が再生される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところでV型エンジン
や水平対向型エンジンのように複数列の気筒群を有する
内燃機関においては、各気筒群(バンク)からそれぞれ
導出された複数の排気通路を、例えば車体の床下におい
て1つにまとめてテールパイプに導くように、その排気
系が構成される。この際、NOx触媒を、上記複数の排
気通路を1つにまとめた集合部の下流側に設け、一方、
SOx触媒や三元触媒については、NOx触媒の排気ガス
中のイオウ成分による被毒防止、或いは低温始動時の早
期活性化の為、前記各排気通路にそれぞれ介装すること
が望ましいと考えられる。
【0007】しかしながら上述した構成を採用した場
合、車両に対する内燃機関の配置構造に依存する前記各
排気通路のレイアウト構造や管路長の違い、更にはその
冷却条件の異なりに起因して、各排気通路にそれぞれ設
けられた触媒に温度差が生じることが否めない。この
為、内燃機関の各気筒群を同じようにリッチ運転して排
気空燃比をリッチ化し、SOx触媒に吸着されたイオウ
成分(SOx)を放出させる際、例えばその触媒温度を
高めるべく点火時期調整を実行して排気ガス温度を高温
化した場合、特定の排気通路側のSOx触媒の温度が、
その耐熱温度を超える虞がある。
【0008】特にNOx触媒に吸着されたイオウ成分を
放出させる際には、NOxを放出させる場合よりもその
空燃比をよりリッチ化して、NOx触媒の温度を高める
必要がある。するとこれに伴ってNOx触媒の上流側の
特定の排気通路側に介装された三元触媒やSOx触媒の
温度が更に高くなり、その耐熱温度を超える虞がある。
このような上流側の三元触媒やSOx触媒の過剰な高温
化は、触媒の耐久性を著しく阻害するものであり、未然
に防ぐ必要がある。
【0009】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、複数の排気通路にそれぞれ介装
されるSOx触媒や三元触媒に熱的なダメージを与える
ことなしに、上記各排気通路を1つにまとめた集合部の
下流側に設けられたNOx触媒からイオウ成分を効率的
に放出させて該NOx触媒を再生することのできる内燃
機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した目的を達成す
るべく本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機
関の複数列の気筒群毎に設けられた複数の排気通路に、
排気ガス浄化用の触媒、例えば三元触媒やSOx触媒を
それぞれ介装すると共に、前記各排気通路を1つにまと
めた集合部の下流側に、排気空燃比がリーンのときに排
気ガス中のNOxを吸着し、前記排気ガス中の酸素濃度
が低下したときに既に吸着したNOxを放出するNOx触
媒を設けたものであって、特に劣化検出手段によって前
記排気ガス中のイオウ成分に起因する前記NOx触媒の
浄化特性の劣化が検出されたとき、前記各排気通路にそ
れぞれ介装された触媒の温度状態に応じて、前記内燃機
関の各気筒群の運転を個別に制御して前記NOx触媒に
吸着されたイオウ成分を放出させる触媒再生手段を備え
たことを特徴としている。
【0011】好ましくは請求項2に記載するように、前
記触媒再生手段において前記各排気通路にそれぞれ介装
された触媒の温度を検出し、検出された触媒温度に応じ
て前記内燃機関の各気筒群の運転を個別に制御して排気
空燃比をリッチ化することを特徴としている。また請求
項3に記載するように前記触媒再生手段において、前記
内燃機関の各気筒群の運転状態に対応して予め定められ
た上記排気ガス浄化用の触媒温度に基づいて上記各気筒
群の運転を個別に制御して排気空燃比をリッチ化するこ
とを特徴としている。
【0012】即ち、本発明はNOx触媒からイオウ成分
を放出させる際、その上流側の複数の排気通路にそれぞ
れ介装された触媒の温度状態に応じて、各排気通路が連
なる内燃機関の気筒群の運転状態、具体的には空燃比の
リッチ化の度合いや点火時期を個別に調整し、これによ
って各排気通路にそれぞれ設けられた触媒の過昇温を防
ぎながらNOx触媒からのイオウ成分の放出を行わせる
ようにしたことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置について、複数
の気筒をV字形状に配列した、所謂V型エンジンを例に
説明する。図1は実施形態に係る排気浄化装置の概略構
成を示すもので、1は複数の気筒を交互にV字形状に配
列したV型エンジンである。このV型エンジン1は、例
えば左右のバンク(気筒群)を車両の前後方向に位置付
けて、車両のフロント部に横置きに搭載される。しかし
て各バンクから導出される排気通路2L,2Rは、例え
ば車両の床下において1つのまとめられ、その集合部か
らテールパイプ(図示せず)へと導かれている。
【0014】このような排気系において、前記集合部の
下流側には、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中の
NOxを吸着し、前記排気ガス中の酸素濃度が低下した
ときに既に吸着したNOxを放出するNOx触媒3が設け
られている。また上記集合部の上流側の前記各バンクに
対応した複数の排気通路2L,2Rには、それぞれ三元
触媒やSOx触媒からなる上流側触媒4L,4Rが設けら
れている。尚、上流側触媒4L,4Rとして、上記三元
触媒およびSOx触媒の双方をそれぞれ設けることも勿
論可能である。
【0015】このようにして上記排気系に設けられたN
Ox触媒3により、主としてV型エンジン1をリーン運
転したときに排気ガス中に多量に排出されるNOxが吸
着されてその浄化が行われる。また排気ガス中に含まれ
るイオウ成分は、上流側触媒4L,4Rの、特にSOx触
媒にて吸着され、また三元触媒にて酸化還元されて浄化
される。
【0016】ここで本装置が特徴とするところは、NO
x触媒3のイオウ成分の付着に起因する浄化能力の劣化
を検出するSOx吸着量推定部5と、V型エンジン1の
燃焼を制御して前記NOx触媒3からイオウ成分を放出
させ、これによってNOx触媒3を再生する燃焼制御部
6を備えている点にある。即ち、前記SOx吸着量推定
部5は、例えばV型エンジン1のリーン運転時における
燃料噴射弁の噴射パルスの積算値から前記NOx触媒3
におけるSOxの吸着量を推定するもので、推定したS
Ox吸着量に従って該NOx触媒3のイオウ成分(SO
x)に起因する浄化能力の劣化を検出する役割を担って
いる(劣化検出手段)。また燃焼制御部6は、上記SO
x吸着量推定部5にてイオウ成分に起因するNOx触媒3
の劣化が検出されたとき、前記V型エンジン1の燃焼を
制御して排気空燃比をリッチ化すると同時に、その点火
時期を遅角制御することで排気ガス温度、ひいては触媒
温度を高める。そしてこのような燃焼制御によりNOx
触媒3での還元作用を促し、前記NOx触媒3からイオ
ウ成分(SOx)を放出させて該NOx触媒3を再生する
役割を担う(再生制御手段)。
【0017】この際、燃焼制御部6は、前記各上流側触
媒4L,4Rの温度状態応じて前記V型エンジン1の燃
焼を、各バンク(気筒群)毎に個別に制御するものとな
っている。具体的には上記燃焼制御部6は、例えば各触
媒3,4L,4Rの下流にそれぞれ設けられる温度センサ
(図示せず)の出力から、上記各触媒3,4L,4Rの温
度をそれぞれ検出し(触媒温度検出手段7)、その温度
検出結果に従って各バンクの燃焼を個別に制御する。或
いは燃焼制御部6は、予め温度マップ8に求められてい
る各バンクの燃焼状態と上流側触媒4L,4Rとの関係
に従って、各バンクの燃焼を個別に制御するものとなっ
ている。そしてこれらのバンクの個別燃焼制御により、
各排気通路2L,2Rにそれぞれ設けられた上流側触媒
4L,4Rの温度が互いに等しくなるようにしている。
【0018】より具体的には、例えば図2にその燃焼制
御の処理手順を示すように、燃焼制御部6は、例えばV
型エンジン1のリーン運転時における燃料噴射弁の噴射
パルスの積算値からNOx触媒3におけるSOx吸着量を
推定し、その推定したSOx吸着量が所定値を越えたか
否かを判定している[ステップS1]。そしてSOx吸
着量が所定値を越えたとき、イオウ成分に起因してNO
x触媒3の浄化能力が劣化しており、イオウ成分の放出
によるNOx触媒3の再生が必要であると判定してい
る。尚、SOx吸着量が、上述した所定値に満たない場
合には、NOx触媒3の浄化能力の劣化がないと判断さ
れ、以下に示すNOx触媒3の再生処理を実行すること
なくそのままリターンする。
【0019】しかして上述した如くしてNOx触媒3の
劣化が判定(検出)されると、例えば前述した温度マッ
プ8を参照し、そのときの運転状態に応じてNOx触媒
3を再生するに必要なV型エンジン1の燃焼条件であっ
て、且つ各排気通路2L,2Rにそれぞれ設けられた上
流側触媒4L,4Rの温度が互いに等しくなるようなを
燃焼条件を各バンク毎に求める[ステップS2]。ちな
みにこのような燃焼条件は、種々の運転状態において上
流側触媒4L,4Rの温度が互いに等しくなるときの運
転条件(空燃比や点火時期等)を予め試験して求めてお
き、これを温度マップ8に登録しておくことによって与
えられる。
【0020】このようにして温度マップ8から各バンク
に対する燃焼条件(運転条件)が求められたならば、そ
の制御情報に従ってV型エンジン1の各バンクの燃焼を
それぞれ個別に制御する[ステップS3]。そして各バ
ンクをリッチ運転すると共に、その点火時期をリタード
(遅角)制御して排気ガス温度をそれぞそれ個別に調整
し、排気通路2L,2Rのレイアウト構造等に拘わるこ
となしに各上流側触媒4L,4Rの温度を互いに等しく
する。このような各バンクの燃焼制御による温度調整
は、上流側触媒4L,4Rが過昇温されることのない範
囲において、前記NOx触媒3がSOxを放出するに必要
な温度以上となるように、その制御が実行される。
【0021】このようなNOx触媒3を再生する為の燃
焼制御は、例えばその制御時間が予め設定された制限時
間に達するまで繰り返し実行される[ステップS4]。
上記制限時間は、所定の排気空燃比で、且つ所定の触媒
温度の下で、NOx触媒3からSOxをほぼ完全に放出さ
せ得る時間として定められる。このような燃焼制御時間
の監視により、長時間に亘って不本意に排気空燃比のリ
ッチ化が継続され、これに伴って燃費が悪化することが
ないように制御されている。
【0022】かくして上述したV型エンジン1に対する
燃焼制御によれば、各バンクの燃焼条件が個別に制御さ
れるので、排気通路2L,2Rのレイアウト構造等に拘
わりなく、各バンク毎に設けられた上流側触媒4L,4R
の温度を互いに等しくしながら、NOx触媒3の温度を
SOxの放出に必要な温度に高めることができる。この
結果、上流側触媒4L,4Rを過昇温することなく、NO
x触媒3から効率的にイオウ成分(SOx)を放出させ、
該NOx触媒3を再生することが可能となる。
【0023】ところで上述した制御の形態は、予め試験
によって求められている上流側触媒4L,4Rの温度と各
バンクの運転条件との関係を温度マップ8から検索し、
その検索情報に応じて各バンクの運転条件を個別に制御
する簡便な制御手法である。しかし前述したように各触
媒3,4L,4Rの温度をそれぞれ検出しながらV型エン
ジン1の燃焼を各バンク毎に制御し、これによってNO
x触媒3を再生することも可能である。
【0024】図3はこのような燃焼制御の処理手順を示
している。この場合にも、先の実施形態と同様にしてN
Ox触媒3におけるSOxの吸着量を推定し、NOx触媒
3の再生が必要であるか否かを判定することから開始さ
れる[ステップS11]。しかしてしてNOx触媒3の
劣化が検出された場合、燃焼制御部6の下でエンジン本
体1のリッチ運転を開始すると共に、各排気通路2L,
2Rにおける上流側触媒4L,4Rの温度を個別に制御
するべく、各バンクにおける点火時期のリタード(遅
角)制御を開始する[ステップS12]。
【0025】この排気空燃比のリッチ化と共に実行され
る各バンクにおける点火時期の調整は、前記各触媒3,
4L,4Rの温度を検出しながら実行される。具体的に
は、NOx触媒3の温度TNOXが、NOx触媒3からのイ
オウ成分の放出に必要な動作温度である、例えば600
℃以上である否かを判定する[ステップS13]。そし
てNOx触媒3の温度TNOXが600℃に満たない場合に
は、排気ガスの温度をを高めてNOx触媒3を高温化す
るべく、各バンクにおける点火時期をそれぞれリタード
(遅角)させる[ステップS14]。
【0026】このようにして各バンクにおける点火時期
をそれぞれリタード(遅角)させた後、或いはNOx触
媒3の温度TNOXが600℃を越えている場合には、次
に上流側触媒4L,4Rの温度差を、例えば<TL−TR
>の絶対値として検出し、その温度差が所定値以内であ
るか、具体的には、例えば30℃以内であるか否かを判
定する[ステップS15]。そして温度差が30℃を越
えるような場合には、低温側の上流側触媒4L,4Rの
温度を高めてその温度差を少なくするべく、その触媒が
設けられている側の排気通路2L,2Rのバンクの点火
時期を更にリタードする[ステップS16]。つまり触
媒温度が低い側のバンクについてだけその点火時期をリ
タードし、当該バンクから排出される排気ガス温度を高
めて上流側触媒4L,4R間の大きな温度差を是正し、
その触媒温度を略等しくする。
【0027】以上のような各バンクに対する燃焼制御に
加えて、更に前記上流側触媒4L,4Rの各温度TL,TR
が、その耐熱温度である、例えば900℃以下であるか
否かを判定し[ステップS17]、触媒温度が900℃
を越えている側のバンクの点火時期を進角制御し、その
バンクからの排気ガス温度を低下させる[ステップS1
8]。
【0028】このような触媒温度に基づく各バンクの点
火時期制御は、その制御時間が所定の制限時間に達する
まで、逐次フィードバックされれながら繰り返し実行さ
れる[ステップS19]。この結果、各バンクの運転条
件が各触媒3,4L,4Rの温度に従って個別に制御さ
れ、NOx触媒3の温度TNOXが600℃以上となり、し
かもその上流側触媒4L,4Rの温度TL,TRが900℃
以下で、且つその温度差が30℃以内となるように(略
等しくなるように)設定される。
【0029】従ってV型エンジン1の各バンクからそれ
ぞれ導出される排気通路2L,2Rのレイアウト構造が
異なり、これに起因して各排気通路2L,2Rにそれぞ
れ介装された上流側触媒4L,4Rの温度環境が異なる
ような場合であっても、各上流側触媒4L,4Rを耐熱
温度以下の略等しい温度に制御しながら、NOx触媒3
の温度を十分に高めることが可能となるので、NOx触
媒3からイオウ成分(SOx)を効率的に放出させ、こ
れによってNOx触媒3を再生することが可能となる。
特に一方の側の上流側触媒だけが過昇温されて、その耐
久性が著しく劣化するような不具合を未然に防ぐことが
可能となる。
【0030】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。各排気通路にそれぞれ設けられた上流
側触媒の温度を等しくするべく各バンクに対して個別に
実行される運転制御については、例えば燃焼室内に燃料
を直接噴射するタイプのエンジンにあっては、前述した
点火時期の調整のみならず、燃料噴射時期を調整した
り、更には吸気行程と膨張行程との2回に分けて燃料噴
射することで、その燃焼排気ガスの温度を調整するよう
な手法を採用することも可能である。更にはNOx触媒
3の下流側に設けた温度センサの出力と、予め試験等に
よって求めたNOx触媒3と上流側触媒4L,4Rとの温
度差の関係から、該上流側触媒4L,4Rの温度を推定
しながら、各バンクに対する燃焼制御をそれぞれ実行す
るようにしても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施することができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
燃機関の複数列の気筒群毎に設けられた複数の排気通路
を1つにまとめた集合部の下流側に設けたNOx触媒か
らイオウ成分を放出させて該NOx触媒を再生するに際
し、前記各排気通路にそれぞれ設けた上流側触媒の温度
状態に応じて前記内燃機関の各気筒群の運転を個別に制
御するので、上流側触媒の過昇温を防ぎながら各上流触
媒の温度を略等しくし、且つNOx触媒の温度を十分に
高めることが可能となる。この結果、触媒の耐久性を損
なうことなしに、NOx触媒を効率的に再生することが
可能となる。
【0032】特に請求項2では、触媒温度を精度良く管
理しながらNOx触媒を効率的に再生することができ
る。また請求項3では、簡易に且つ効果的にNOx触媒
を再生し得る等の効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る内燃期間の排気浄化
装置の概略構成図。
【図2】温度マップに基づいて実行される内燃機関の各
バンクに対する燃焼制御の制御手順を示す図。
【図3】温度センサによって検出される各触媒の温度に
基づいて実行される内燃機関の各バンクに対する燃焼制
御の制御手順を示す図。
【符号の説明】
1 V型エンジン 2L,2R 排気通路 3 NOx触媒 4L,4R 上流側触媒(三元触媒,SOx触媒) 5 SOx吸着量推定部(劣化検出手段) 6 燃焼制御部(再生制御手段;空燃比のリッチ化と点
火時期制御) 7 触媒温度検出手段 8 温度マップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F01N 3/24 ZAB F01N 3/24 ZABE F02D 41/34 ZAB F02D 41/34 ZABN F02P 5/15 ZAB F02P 5/15 ZABB

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の複数の気筒群毎に設けられた
    複数の排気通路と、 前記各排気通路にそれぞれ介装された排気ガス浄化用の
    触媒と、 前記各排気通路を1つにまとめた集合部の下流側に設け
    られて、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のNO
    xを吸着し、前記排気ガス中の酸素濃度が低下したとき
    に既に吸着したNOxを放出するNOx触媒と、 前記排気ガス中のイオウ成分に起因する前記NOx触媒
    の劣化状態を検出する劣化検出手段と、 この劣化検出手段により前記NOx触媒の劣化が検出さ
    れたとき、前記各排気通路にそれぞれ介装された触媒の
    温度状態に応じて前記内燃機関の各気筒群の運転を個別
    に制御して前記NOx触媒に吸着されたイオウ成分を放
    出させる触媒再生手段とを具備したことを特徴とする内
    燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記触媒再生手段は、前記各排気通路に
    それぞれ介装された触媒の温度を検出し、検出された触
    媒温度に応じて前記内燃機関の各気筒群の運転を個別に
    制御して排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請
    求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項3】 前記触媒再生手段は、前記内燃機関の各
    気筒群の運転状態に対応して予め定められた前記排気ガ
    ス浄化用の触媒温度に基づいて上記各気筒群の運転を個
    別に制御して排気空燃比をリッチ化することを特徴とす
    る請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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