JPH1113457A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- JPH1113457A JPH1113457A JP9169018A JP16901897A JPH1113457A JP H1113457 A JPH1113457 A JP H1113457A JP 9169018 A JP9169018 A JP 9169018A JP 16901897 A JP16901897 A JP 16901897A JP H1113457 A JPH1113457 A JP H1113457A
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- JP
- Japan
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- exhaust
- passage
- exhaust gas
- catalyst
- temperature
- Prior art date
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- Pending
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 機関過渡運転時に排気中のＮＯX を良好に浄
化する。 【解決手段】 機関排気通路内に配置された触媒１５の
担体２０は排気通路軸線Ｊ−Ｊ方向に延びて排気通路を
開放通路２２と閉鎖通路２３とに分離する通気性を備え
た分離壁２１を具備する。開放通路２２の内壁面２２ａ
上のみにＮＯX を浄化するための排気浄化触媒を配置す
る。触媒１５に流入する排気の温度が上昇したとき、排
気浄化触媒の排気上流端周りには還元剤が完全酸化され
うる高温領域が形成されるが、閉鎖通路２３内に流入し
た還元剤は完全に酸化されることなく閉鎖通路２３内を
流通し、次いで分離壁２１を通過して開放通路２２の比
較的低温の部分に到り、排気浄化触媒においてＮＯX を
還元する。
化する。 【解決手段】 機関排気通路内に配置された触媒１５の
担体２０は排気通路軸線Ｊ−Ｊ方向に延びて排気通路を
開放通路２２と閉鎖通路２３とに分離する通気性を備え
た分離壁２１を具備する。開放通路２２の内壁面２２ａ
上のみにＮＯX を浄化するための排気浄化触媒を配置す
る。触媒１５に流入する排気の温度が上昇したとき、排
気浄化触媒の排気上流端周りには還元剤が完全酸化され
うる高温領域が形成されるが、閉鎖通路２３内に流入し
た還元剤は完全に酸化されることなく閉鎖通路２３内を
流通し、次いで分離壁２１を通過して開放通路２２の比
較的低温の部分に到り、排気浄化触媒においてＮＯX を
還元する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】機関排気通路内に配置された排気浄化触
媒に還元剤を供給して排気浄化触媒においてこの還元剤
によりＮＯX を還元するようにしたディーゼル機関の排
気浄化装置が公知である（特開平６−２６３２８号公報
参照）。
媒に還元剤を供給して排気浄化触媒においてこの還元剤
によりＮＯX を還元するようにしたディーゼル機関の排
気浄化装置が公知である（特開平６−２６３２８号公報
参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで排気浄化触媒
は通常、いわゆるハニカム状をなす担体上に担持されて
おり、このハニカム状担体は排気上流端および排気下流
端が共に開放された複数の開放通路を備えているので排
気は各開放通路内を排気上流端から排気下流端に向けて
順次流通することになる。この場合、排気浄化触媒に流
入する排気の温度が上昇するとまず排気浄化触媒の排気
上流端周りに高温部分が形成され、この高温部分が排気
浄化触媒の排気上流端から排気下流端に向けて順次拡大
することになる。ところが、高温部分の温度がかなり高
いときには還元剤はＮＯX よりも酸素と活発に反応する
ようになり、その結果排気浄化触媒に供給された還元剤
のほとんどがこの高温部分において完全に酸化され、し
たがってＮＯX 還元作用が行われうる排気浄化触媒の排
気下流側部分に還元剤がほとんど到達せず、斯くしてＮ
ＯX を良好に還元することができないという問題点があ
る。
は通常、いわゆるハニカム状をなす担体上に担持されて
おり、このハニカム状担体は排気上流端および排気下流
端が共に開放された複数の開放通路を備えているので排
気は各開放通路内を排気上流端から排気下流端に向けて
順次流通することになる。この場合、排気浄化触媒に流
入する排気の温度が上昇するとまず排気浄化触媒の排気
上流端周りに高温部分が形成され、この高温部分が排気
浄化触媒の排気上流端から排気下流端に向けて順次拡大
することになる。ところが、高温部分の温度がかなり高
いときには還元剤はＮＯX よりも酸素と活発に反応する
ようになり、その結果排気浄化触媒に供給された還元剤
のほとんどがこの高温部分において完全に酸化され、し
たがってＮＯX 還元作用が行われうる排気浄化触媒の排
気下流側部分に還元剤がほとんど到達せず、斯くしてＮ
ＯX を良好に還元することができないという問題点があ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、機関排気通路内に配置された
排気浄化触媒に還元剤を供給して排気浄化触媒において
この還元剤によりＮＯ X を還元するようにした内燃機関
において、排気通路のほぼ軸線方向に延びる分離壁によ
り排気通路を一対の通路に分割し、これら一対の通路の
うち一方の通路の排気下流端を閉鎖してこの一方の通路
により閉鎖通路を形成すると共に他方の通路により開放
通路を形成し、分離壁を通気性材料から形成することに
より閉鎖通路内に流入した排気が分離壁を通過した後に
開放通路内に流入して開放通路内を流通する排気と合流
するようにし、上記排気浄化触媒を開放通路の内壁面上
のみに配置している。すなわち１番目の発明では、閉鎖
通路内に流入した還元剤は完全に酸化されることなく閉
鎖通路内を流通し、次いで開放通路内に流入する。その
結果、排気浄化触媒のＮＯX 還元作用が行われうる部分
に還元剤が供給されうるようになり、したがって排気浄
化触媒に流入する排気の温度が上昇したときであっても
ＮＯX が良好に浄化される。
に１番目の発明によれば、機関排気通路内に配置された
排気浄化触媒に還元剤を供給して排気浄化触媒において
この還元剤によりＮＯ X を還元するようにした内燃機関
において、排気通路のほぼ軸線方向に延びる分離壁によ
り排気通路を一対の通路に分割し、これら一対の通路の
うち一方の通路の排気下流端を閉鎖してこの一方の通路
により閉鎖通路を形成すると共に他方の通路により開放
通路を形成し、分離壁を通気性材料から形成することに
より閉鎖通路内に流入した排気が分離壁を通過した後に
開放通路内に流入して開放通路内を流通する排気と合流
するようにし、上記排気浄化触媒を開放通路の内壁面上
のみに配置している。すなわち１番目の発明では、閉鎖
通路内に流入した還元剤は完全に酸化されることなく閉
鎖通路内を流通し、次いで開放通路内に流入する。その
結果、排気浄化触媒のＮＯX 還元作用が行われうる部分
に還元剤が供給されうるようになり、したがって排気浄
化触媒に流入する排気の温度が上昇したときであっても
ＮＯX が良好に浄化される。
【０００５】また、２番目の発明によれば１番目の発明
において、上記閉鎖通路および上記開放通路を複数具備
し、これら閉鎖通路および開放通路を交互に繰り返し配
置している。すなわち２番目の発明では、閉鎖通路内に
多量の排気浄化触媒が配置されるので多量のＮＯX が同
時に還元される。また、３番目の発明によれば１番目の
発明において、上記分離壁の流路抵抗が排気下流端に近
づくにつれて大きくなるようにしている。分離壁の流路
抵抗を排気通路軸線方向に一様に形成すると閉鎖通路内
に流入した大部分の排気は排気下流端周りの分離壁を通
過して開放通路内に流入し、すなわち閉鎖通路内に流入
した大部分の還元剤は排気下流端周りの排気浄化触媒に
供給されるので好ましくない。そこで３番目の発明で
は、分離壁の流路抵抗を排気下流端に近づくにつれて大
きくなるようにし、それにより閉鎖通路内に流入した排
気が分離壁を排気通路軸線方向に関し一様に通過するよ
うにしている。
において、上記閉鎖通路および上記開放通路を複数具備
し、これら閉鎖通路および開放通路を交互に繰り返し配
置している。すなわち２番目の発明では、閉鎖通路内に
多量の排気浄化触媒が配置されるので多量のＮＯX が同
時に還元される。また、３番目の発明によれば１番目の
発明において、上記分離壁の流路抵抗が排気下流端に近
づくにつれて大きくなるようにしている。分離壁の流路
抵抗を排気通路軸線方向に一様に形成すると閉鎖通路内
に流入した大部分の排気は排気下流端周りの分離壁を通
過して開放通路内に流入し、すなわち閉鎖通路内に流入
した大部分の還元剤は排気下流端周りの排気浄化触媒に
供給されるので好ましくない。そこで３番目の発明で
は、分離壁の流路抵抗を排気下流端に近づくにつれて大
きくなるようにし、それにより閉鎖通路内に流入した排
気が分離壁を排気通路軸線方向に関し一様に通過するよ
うにしている。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１は本発明をディーゼル機関に
適用した場合を示している。図１を参照すると、１は機
関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、
５は吸気弁、６は排気ポート、７は排気弁、８は燃焼室
３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁をそれぞれ示す。
各気筒の吸気ポート４はそれぞれ対応する吸気枝管９を
介して共通のサージタンク１０に接続され、サージタン
ク１０は吸気ダクト１１を介してエアクリーナ１２に接
続される。吸気ダクト１１内にはアクセルペダル４０と
連動する吸気絞り弁１３が配置される。一方、各気筒の
排気ポート６は共通の排気マニホルド１４に接続され、
この排気マニホルド１４は触媒１５を内蔵した触媒コン
バータ１６に接続され、触媒コンバータ１６は排気管１
７に接続される。また、各気筒の燃料噴射弁８は共通の
燃料用蓄圧室１８を介して燃料ポンプ１９に接続され
る。このようにすると各気筒の１燃焼サイクルにおいて
複数回燃料噴射を行うことができる。なお、各燃料噴射
弁８は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて
制御される。
適用した場合を示している。図１を参照すると、１は機
関本体、２はピストン、３は燃焼室、４は吸気ポート、
５は吸気弁、６は排気ポート、７は排気弁、８は燃焼室
３内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁をそれぞれ示す。
各気筒の吸気ポート４はそれぞれ対応する吸気枝管９を
介して共通のサージタンク１０に接続され、サージタン
ク１０は吸気ダクト１１を介してエアクリーナ１２に接
続される。吸気ダクト１１内にはアクセルペダル４０と
連動する吸気絞り弁１３が配置される。一方、各気筒の
排気ポート６は共通の排気マニホルド１４に接続され、
この排気マニホルド１４は触媒１５を内蔵した触媒コン
バータ１６に接続され、触媒コンバータ１６は排気管１
７に接続される。また、各気筒の燃料噴射弁８は共通の
燃料用蓄圧室１８を介して燃料ポンプ１９に接続され
る。このようにすると各気筒の１燃焼サイクルにおいて
複数回燃料噴射を行うことができる。なお、各燃料噴射
弁８は電子制御ユニット３０からの出力信号に基づいて
制御される。
【０００７】電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、入力ポート３５、および出力ポー
ト３６を具備する。排気マニホルド１４には触媒１５に
流入する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度
センサ３７ｕが取り付けられ、排気管１７には触媒１５
から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する
温度センサ３７ｄが取り付けられる。これら温度センサ
３７ｕ，３７ｄの出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換
器３８を介して入力ポート３５に入力される。なお、触
媒１５に流入する排気の温度すなわち入口温度Ｔｕは触
媒１５の排気上流端の温度を表しており、触媒１５から
流出した排気の温度すなわち出口温度Ｔｄは触媒１５の
排気下流端の温度を表している。また、入力ポート３５
にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力
パルスを発生するクランク角センサ３９が接続される。
ＣＰＵ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎ
が算出される。さらに、アクセルペダル４０の踏み込み
量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する踏み込み量セン
サ４１の出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入
力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は駆
動回路４２を介して各燃料噴射弁８にそれぞれ接続され
る。
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、入力ポート３５、および出力ポー
ト３６を具備する。排気マニホルド１４には触媒１５に
流入する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度
センサ３７ｕが取り付けられ、排気管１７には触媒１５
から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する
温度センサ３７ｄが取り付けられる。これら温度センサ
３７ｕ，３７ｄの出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換
器３８を介して入力ポート３５に入力される。なお、触
媒１５に流入する排気の温度すなわち入口温度Ｔｕは触
媒１５の排気上流端の温度を表しており、触媒１５から
流出した排気の温度すなわち出口温度Ｔｄは触媒１５の
排気下流端の温度を表している。また、入力ポート３５
にはクランクシャフトが例えば３０度回転する毎に出力
パルスを発生するクランク角センサ３９が接続される。
ＣＰＵ３４ではこの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎ
が算出される。さらに、アクセルペダル４０の踏み込み
量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する踏み込み量セン
サ４１の出力電圧が対応するＡＤ変換器３８を介して入
力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は駆
動回路４２を介して各燃料噴射弁８にそれぞれ接続され
る。
【０００８】図２に触媒１５の拡大断面図を示す。触媒
１５は全体として円筒状をなす担体２０を具備し、この
担体２０は通気性材料、すなわちゼオライト、アルミ
ナ、コージェライト、ＳｉＣ、金属多孔板などの多孔質
材料から形成される。なお、ゼオライトとして例えばＺ
ＳＭ−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を用いることができる。担体２０は
ほぼ排気通路軸線Ｊ−Ｊ方向に延びる複数の分離壁２１
を具備し、これら分離壁２１は排気通路を複数の通路に
分割して交互に繰り返し配置された複数の開放通路２２
と複数の閉鎖通路２３とを形成する。開放通路２２はそ
の排気上流端２２ｕおよび排気下流端２２ｄが共に開放
されており、したがって図２において矢印でもって示さ
れるように排気上流端２２ｕから開放通路２２内に流入
した排気はこの開放通路２２内を流通した後に排気下流
端２２ｄから流出する。一方、閉鎖通路２３はその排気
上流端２３ｕが開放されているが排気下流端２３ｄが閉
鎖されており、したがって図２において矢印でもって示
されるように排気上流端２３ｕから閉鎖通路２３内に流
入した排気は分離壁２１を通過して隣接する開放通路２
２内に流入し、開放通路２２内を流通する排気と合流し
た後にこの開放通路２２の排気下流端２２ｄから流出す
る。
１５は全体として円筒状をなす担体２０を具備し、この
担体２０は通気性材料、すなわちゼオライト、アルミ
ナ、コージェライト、ＳｉＣ、金属多孔板などの多孔質
材料から形成される。なお、ゼオライトとして例えばＺ
ＳＭ−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を用いることができる。担体２０は
ほぼ排気通路軸線Ｊ−Ｊ方向に延びる複数の分離壁２１
を具備し、これら分離壁２１は排気通路を複数の通路に
分割して交互に繰り返し配置された複数の開放通路２２
と複数の閉鎖通路２３とを形成する。開放通路２２はそ
の排気上流端２２ｕおよび排気下流端２２ｄが共に開放
されており、したがって図２において矢印でもって示さ
れるように排気上流端２２ｕから開放通路２２内に流入
した排気はこの開放通路２２内を流通した後に排気下流
端２２ｄから流出する。一方、閉鎖通路２３はその排気
上流端２３ｕが開放されているが排気下流端２３ｄが閉
鎖されており、したがって図２において矢印でもって示
されるように排気上流端２３ｕから閉鎖通路２３内に流
入した排気は分離壁２１を通過して隣接する開放通路２
２内に流入し、開放通路２２内を流通する排気と合流し
た後にこの開放通路２２の排気下流端２２ｄから流出す
る。
【０００９】なお、分離壁２１の流路抵抗は排気下流端
に近づくにつれて大きくなるようにされている。その結
果、閉鎖通路２３内に流入した排気が分離壁２１を排気
通路軸線Ｊ−Ｊ方向に関し一様に通過するようになる。
図３に示されるように、開放通路２２の内壁面２２ａ上
には排気浄化触媒２４が担持され、しかしながら閉鎖通
路２３の内壁面２３ａ上には担持されない。排気浄化触
媒２４をどのように構成してもよいが、図１のディーゼ
ル機関１では排気浄化触媒２４を白金Ｐｔ、パラジウム
Ｐｄなどの貴金属から構成している。この排気浄化触媒
２４は例えば炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）な
どの還元剤を含む酸素雰囲気において流入する排気中の
ＮＯX をこれらＨＣ、ＣＯなどと選択的に反応せしめ、
それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元することができ
る。すなわち、排気浄化触媒２４は流入する排気が還元
剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入す
る排気中のＮＯX を還元する。
に近づくにつれて大きくなるようにされている。その結
果、閉鎖通路２３内に流入した排気が分離壁２１を排気
通路軸線Ｊ−Ｊ方向に関し一様に通過するようになる。
図３に示されるように、開放通路２２の内壁面２２ａ上
には排気浄化触媒２４が担持され、しかしながら閉鎖通
路２３の内壁面２３ａ上には担持されない。排気浄化触
媒２４をどのように構成してもよいが、図１のディーゼ
ル機関１では排気浄化触媒２４を白金Ｐｔ、パラジウム
Ｐｄなどの貴金属から構成している。この排気浄化触媒
２４は例えば炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）な
どの還元剤を含む酸素雰囲気において流入する排気中の
ＮＯX をこれらＨＣ、ＣＯなどと選択的に反応せしめ、
それによってＮＯX を窒素Ｎ2 に還元することができ
る。すなわち、排気浄化触媒２４は流入する排気が還元
剤を含んでいると、たとえ酸素雰囲気であっても流入す
る排気中のＮＯX を還元する。
【００１０】この場合のＮＯX 還元作用のメカニズムに
ついては明らかでない部分もある。しかしながら、この
ＮＯX 還元作用は以下のようなメカニズムで行われてい
るものと考えられる。すなわち、排気浄化触媒２４を白
金Ｐｔから形成した場合について説明すると、排気中の
ＮＯが白金Ｐｔの表面に到ると白金Ｐｔ表面に付着しつ
つ酸化され（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）、活性状態にさ
れる。一方、排気中のＨＣが白金Ｐｔに到ると部分酸化
され或いはＣＯが生成され、次いでこれら部分酸化され
たＨＣおよびＣＯは活性状態のＮＯ2 に到り、斯くして
ＮＯX が還元される。なお、排気浄化触媒２４を他の貴
金属を用いた場合にも同様のメカニズムとなる。
ついては明らかでない部分もある。しかしながら、この
ＮＯX 還元作用は以下のようなメカニズムで行われてい
るものと考えられる。すなわち、排気浄化触媒２４を白
金Ｐｔから形成した場合について説明すると、排気中の
ＮＯが白金Ｐｔの表面に到ると白金Ｐｔ表面に付着しつ
つ酸化され（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）、活性状態にさ
れる。一方、排気中のＨＣが白金Ｐｔに到ると部分酸化
され或いはＣＯが生成され、次いでこれら部分酸化され
たＨＣおよびＣＯは活性状態のＮＯ2 に到り、斯くして
ＮＯX が還元される。なお、排気浄化触媒２４を他の貴
金属を用いた場合にも同様のメカニズムとなる。
【００１１】このような排気浄化触媒２４のＮＯX 還元
作用は排気浄化触媒２４が活性状態にあるとき、すなわ
ち排気浄化触媒２４の温度が活性温度の下限しきい値Ｌ
Ｔと上限しきい値ＵＴ間にあるときに最も効率的に行わ
れる。これは、排気浄化触媒２４の温度が活性温度の下
限しきい値ＬＴよりも低いとＮＯまたはＨＣの酸化反応
が生じにくくなり或いはＮＯ2 が活性状態にされず、一
方、排気浄化触媒２４の温度が上限しきい値ＵＴよりも
高いとＨＣがＮＯX よりも酸素と活発に反応するように
なるためであると考えられている。なお、排気浄化触媒
２４を白金Ｐｔから形成した場合、下限しきい値ＬＴは
約２００℃であり、上限しきい値ＵＴは約３００℃であ
る。
作用は排気浄化触媒２４が活性状態にあるとき、すなわ
ち排気浄化触媒２４の温度が活性温度の下限しきい値Ｌ
Ｔと上限しきい値ＵＴ間にあるときに最も効率的に行わ
れる。これは、排気浄化触媒２４の温度が活性温度の下
限しきい値ＬＴよりも低いとＮＯまたはＨＣの酸化反応
が生じにくくなり或いはＮＯ2 が活性状態にされず、一
方、排気浄化触媒２４の温度が上限しきい値ＵＴよりも
高いとＨＣがＮＯX よりも酸素と活発に反応するように
なるためであると考えられている。なお、排気浄化触媒
２４を白金Ｐｔから形成した場合、下限しきい値ＬＴは
約２００℃であり、上限しきい値ＵＴは約３００℃であ
る。
【００１２】ところで、図１のディーゼル機関では機関
から排出されるスモークやパティキュレートを低減する
ために燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比が
理論空燃比よりもリーンに維持される。このため、排気
浄化触媒２４は酸素雰囲気に維持されることになる。し
たがって、排気浄化触媒２４に還元剤が存在すれば流入
する排気中のＮＯX は排気浄化触媒２４において良好に
還元される。この場合、機関から排出される未燃ＨＣや
ＣＯなどが還元剤として作用しうるが、ディーゼル機関
から排出される未燃ＨＣなどに比べて浄化すべきＮＯX
量は圧倒的に多く、すなわちＮＯX を良好に浄化するた
めの還元剤が不足する。そこで、燃料噴射弁８から副燃
料噴射を行うことによって排気浄化触媒２４に還元剤と
しての燃料（炭化水素）を２次的に供給し、それによっ
てＮＯX に対し還元剤が不足しないようにしている。
から排出されるスモークやパティキュレートを低減する
ために燃焼室３内で燃焼せしめられる混合気の空燃比が
理論空燃比よりもリーンに維持される。このため、排気
浄化触媒２４は酸素雰囲気に維持されることになる。し
たがって、排気浄化触媒２４に還元剤が存在すれば流入
する排気中のＮＯX は排気浄化触媒２４において良好に
還元される。この場合、機関から排出される未燃ＨＣや
ＣＯなどが還元剤として作用しうるが、ディーゼル機関
から排出される未燃ＨＣなどに比べて浄化すべきＮＯX
量は圧倒的に多く、すなわちＮＯX を良好に浄化するた
めの還元剤が不足する。そこで、燃料噴射弁８から副燃
料噴射を行うことによって排気浄化触媒２４に還元剤と
しての燃料（炭化水素）を２次的に供給し、それによっ
てＮＯX に対し還元剤が不足しないようにしている。
【００１３】すなわち、例えば圧縮上死点周りに行われ
る通常の燃料噴射すなわち主燃料噴射に加えて、燃料噴
射弁８から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴射
すなわち副燃料噴射を行い、それによって排気中に燃料
を２次的に供給するようにしている。なお、この副燃料
噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。本実
施態様では上述したように分離壁２１の流路抵抗が排気
下流端に近づくにつれて大きくなるようにされており、
したがって閉鎖通路２３内に流入した排気が分離壁２１
を排気通路軸線Ｊ−Ｊ方向に関し一様に通過するように
なる。その結果、還元剤が排気浄化触媒２４に一様に供
給されることとなり、したがってＮＯX をさらに良好に
浄化することができる。
る通常の燃料噴射すなわち主燃料噴射に加えて、燃料噴
射弁８から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴射
すなわち副燃料噴射を行い、それによって排気中に燃料
を２次的に供給するようにしている。なお、この副燃料
噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。本実
施態様では上述したように分離壁２１の流路抵抗が排気
下流端に近づくにつれて大きくなるようにされており、
したがって閉鎖通路２３内に流入した排気が分離壁２１
を排気通路軸線Ｊ−Ｊ方向に関し一様に通過するように
なる。その結果、還元剤が排気浄化触媒２４に一様に供
給されることとなり、したがってＮＯX をさらに良好に
浄化することができる。
【００１４】再び図３を参照すると、閉鎖通路２３の内
壁面２３ａ上には補助触媒２５が担持される。この補助
触媒２５は例えばゼオライトに担持された排気浄化触媒
２４よりも酸化力が弱い触媒成分、例えば銅Ｃｕ、鉄Ｆ
ｅなどの遷移金属からなる。この補助触媒２５は閉鎖通
路２３内に流入した還元剤を部分酸化し、しかしながら
完全には酸化しない。なお、ゼオライトは温度が低いと
きにＨＣを吸着し、温度が高くなると吸着されているＨ
Ｃを放出するＨＣ吸放出作用を備えている。したがっ
て、補助触媒２５は温度が低いときに過剰のＨＣを吸着
し、温度が高くなると吸着されているＨＣを放出し、こ
のＨＣは次いで排気浄化触媒２４に到ってＮＯX を還元
する。したがって、ＮＯX 還元作用のためにＨＣが不足
するのがさらに阻止されている。
壁面２３ａ上には補助触媒２５が担持される。この補助
触媒２５は例えばゼオライトに担持された排気浄化触媒
２４よりも酸化力が弱い触媒成分、例えば銅Ｃｕ、鉄Ｆ
ｅなどの遷移金属からなる。この補助触媒２５は閉鎖通
路２３内に流入した還元剤を部分酸化し、しかしながら
完全には酸化しない。なお、ゼオライトは温度が低いと
きにＨＣを吸着し、温度が高くなると吸着されているＨ
Ｃを放出するＨＣ吸放出作用を備えている。したがっ
て、補助触媒２５は温度が低いときに過剰のＨＣを吸着
し、温度が高くなると吸着されているＨＣを放出し、こ
のＨＣは次いで排気浄化触媒２４に到ってＮＯX を還元
する。したがって、ＮＯX 還元作用のためにＨＣが不足
するのがさらに阻止されている。
【００１５】次に、図４および図５を参照して本発明に
よる排気浄化方法を詳細に説明する。図４および図５に
おいてｘは触媒１５の排気上流端からの排気通路軸線Ｊ
−Ｊ方向位置を示しており、Ｔｘは位置ｘにおける排気
浄化触媒２４の温度を示している。図４は例えば機関減
速運転時のように触媒１５に流入する排気の温度が低下
した場合を示している。触媒１５に流入する排気の温度
が低下するとまず触媒１５の排気上流端周りの温度が低
下し、しかしながら排気下流端周りは高温に維持され
る。その結果、排気浄化触媒２４の排気上流側に不活性
領域ＡＩが形成され、排気下流側に活性領域ＡＡが形成
される。この場合、開放通路２２内に流入したＨＣは不
活性領域ＡＩ内を流通した後に活性領域ＡＡ内に流入
し、したがってＨＣは完全に酸化されることなく活性領
域ＡＡに到る。その結果、部分酸化されたＨＣ（Ｈ
Ｃ* ）およびＣＯが生成される。一方、閉鎖通路２３内
に流入したＨＣの一部は補助触媒２５により部分酸化さ
れてＨＣ* およびＣＯが生成され、これらＨＣ* および
ＣＯは次いで分離壁２１を通過して活性領域ＡＡ内に流
入する。このとき活性領域ＡＡでは活性状態のＮＯ
2 （ＮＯ2 * ）が白金Ｐｔの表面上に付着しており、そ
の結果ＮＯ2 * がこれらＨＣ* およびＣＯにより還元さ
れる。
よる排気浄化方法を詳細に説明する。図４および図５に
おいてｘは触媒１５の排気上流端からの排気通路軸線Ｊ
−Ｊ方向位置を示しており、Ｔｘは位置ｘにおける排気
浄化触媒２４の温度を示している。図４は例えば機関減
速運転時のように触媒１５に流入する排気の温度が低下
した場合を示している。触媒１５に流入する排気の温度
が低下するとまず触媒１５の排気上流端周りの温度が低
下し、しかしながら排気下流端周りは高温に維持され
る。その結果、排気浄化触媒２４の排気上流側に不活性
領域ＡＩが形成され、排気下流側に活性領域ＡＡが形成
される。この場合、開放通路２２内に流入したＨＣは不
活性領域ＡＩ内を流通した後に活性領域ＡＡ内に流入
し、したがってＨＣは完全に酸化されることなく活性領
域ＡＡに到る。その結果、部分酸化されたＨＣ（Ｈ
Ｃ* ）およびＣＯが生成される。一方、閉鎖通路２３内
に流入したＨＣの一部は補助触媒２５により部分酸化さ
れてＨＣ* およびＣＯが生成され、これらＨＣ* および
ＣＯは次いで分離壁２１を通過して活性領域ＡＡ内に流
入する。このとき活性領域ＡＡでは活性状態のＮＯ
2 （ＮＯ2 * ）が白金Ｐｔの表面上に付着しており、そ
の結果ＮＯ2 * がこれらＨＣ* およびＣＯにより還元さ
れる。
【００１６】ところで、閉鎖通路２３の流路抵抗は開放
通路２２よりも大きく、したがって閉鎖通路２３内にお
ける排気流速は開放通路２２内におけるよりも低いので
閉鎖通路２３における熱伝達速度は開放通路２２におけ
るよりも低くなる。すなわち、触媒１５に流入する排気
の温度が低下した後しばらくの間は、同一の位置ｘにお
いて閉鎖通路２３内の温度は開放通路２２内よりも高く
なっている。その結果、排気浄化触媒２４の低温の不活
性領域ＡＩが拡大したとしてもこの不活性領域ＡＩに隣
接する補助触媒２５においてＨＣ* およびＣＯが生成さ
れうる。これらＨＣ* およびＣＯは次いで活性領域ＡＡ
に到り、斯くしてＮＯX をさらに良好に還元することが
できる。
通路２２よりも大きく、したがって閉鎖通路２３内にお
ける排気流速は開放通路２２内におけるよりも低いので
閉鎖通路２３における熱伝達速度は開放通路２２におけ
るよりも低くなる。すなわち、触媒１５に流入する排気
の温度が低下した後しばらくの間は、同一の位置ｘにお
いて閉鎖通路２３内の温度は開放通路２２内よりも高く
なっている。その結果、排気浄化触媒２４の低温の不活
性領域ＡＩが拡大したとしてもこの不活性領域ＡＩに隣
接する補助触媒２５においてＨＣ* およびＣＯが生成さ
れうる。これらＨＣ* およびＣＯは次いで活性領域ＡＡ
に到り、斯くしてＮＯX をさらに良好に還元することが
できる。
【００１７】一方、図５は例えば機関加速運転時のよう
に触媒１５に流入する排気の温度が上昇した場合を示し
ている。触媒１５に流入する排気の温度が上昇するとま
ず触媒１５の排気上流端周りの温度が上昇し、しかしな
がら排気下流端周りは低温に維持される。その結果、排
気浄化触媒２４の排気上流側に活性領域ＡＡが形成さ
れ、排気下流側に不活性領域ＡＩが形成される。この場
合、開放通路２２内に流入したＨＣはまず不活性領域Ａ
Ｉ内に流入し、この高温の不活性領域ＡＩにおいてＨＣ
のほとんどが完全に酸化される。すなわち、開放通路２
２内に流入したＨＣのほとんどは活性領域ＡＡ内に到達
できない。ところが、閉鎖通路２３内に流入したＨＣ、
或いは補助触媒２５から放出されたＨＣは完全に酸化さ
れることなく閉鎖通路２３内を流通し、ＨＣ* およびＣ
Ｏの形で活性領域ＡＡに隣接する閉鎖通路２３に到る。
これらＨＣ* およびＣＯは次いで分離壁２１を通過して
活性領域ＡＡ内に流入し、斯くしてＮＯ2 * を還元す
る。
に触媒１５に流入する排気の温度が上昇した場合を示し
ている。触媒１５に流入する排気の温度が上昇するとま
ず触媒１５の排気上流端周りの温度が上昇し、しかしな
がら排気下流端周りは低温に維持される。その結果、排
気浄化触媒２４の排気上流側に活性領域ＡＡが形成さ
れ、排気下流側に不活性領域ＡＩが形成される。この場
合、開放通路２２内に流入したＨＣはまず不活性領域Ａ
Ｉ内に流入し、この高温の不活性領域ＡＩにおいてＨＣ
のほとんどが完全に酸化される。すなわち、開放通路２
２内に流入したＨＣのほとんどは活性領域ＡＡ内に到達
できない。ところが、閉鎖通路２３内に流入したＨＣ、
或いは補助触媒２５から放出されたＨＣは完全に酸化さ
れることなく閉鎖通路２３内を流通し、ＨＣ* およびＣ
Ｏの形で活性領域ＡＡに隣接する閉鎖通路２３に到る。
これらＨＣ* およびＣＯは次いで分離壁２１を通過して
活性領域ＡＡ内に流入し、斯くしてＮＯ2 * を還元す
る。
【００１８】すなわち、還元剤が完全に酸化されない領
域が排気浄化触媒２４の高温の不活性領域ＡＩを迂回し
て活性領域ＡＡに隣接する位置まで形成されているので
排気浄化触媒２４に流入する排気の温度が上昇した場合
にも排気浄化触媒２４の活性領域ＡＡに還元剤を供給す
ることができ、したがって良好なＮＯX 還元作用を確保
することができる。
域が排気浄化触媒２４の高温の不活性領域ＡＩを迂回し
て活性領域ＡＡに隣接する位置まで形成されているので
排気浄化触媒２４に流入する排気の温度が上昇した場合
にも排気浄化触媒２４の活性領域ＡＡに還元剤を供給す
ることができ、したがって良好なＮＯX 還元作用を確保
することができる。
【００１９】また、上述の理由から触媒１５に流入する
排気の温度が上昇した後しばらくの間は、同一の位置ｘ
において閉鎖通路２３内の温度は開放通路２２内よりも
低くなっている。その結果、排気浄化触媒２４の高温の
不活性領域ＡＩが拡大したとしてもこの不活性領域ＡＩ
に隣接する補助触媒２５においてＨＣ* およびＣＯが生
成されうる。これらＨＣ* およびＣＯは次いで活性領域
ＡＡに到り、斯くしてＮＯX をさらに良好に還元するこ
とができる。
排気の温度が上昇した後しばらくの間は、同一の位置ｘ
において閉鎖通路２３内の温度は開放通路２２内よりも
低くなっている。その結果、排気浄化触媒２４の高温の
不活性領域ＡＩが拡大したとしてもこの不活性領域ＡＩ
に隣接する補助触媒２５においてＨＣ* およびＣＯが生
成されうる。これらＨＣ* およびＣＯは次いで活性領域
ＡＡに到り、斯くしてＮＯX をさらに良好に還元するこ
とができる。
【００２０】このように本実施態様では触媒１５に流入
する排気の温度が低下するときであろうと上昇するとき
であろうとＮＯX を良好に浄化することができ、したが
って機関過渡運転時であってもＮＯX を良好に浄化する
ことができる。ところで、排気浄化触媒２４全体が活性
状態にないときに副燃料噴射を行って排気浄化触媒２４
に還元剤を供給してもこの還元剤はＮＯX を還元するこ
となく或いは酸化されることなく排気浄化触媒２４から
排出されてしまう。一方、入口温度Ｔｕが上限しきい値
ＵＴよりも高くかつ出口温度Ｔｄが上限しきい値ＵＴよ
りも高いときには排気浄化触媒２４全体の温度が上限し
きい値ＵＴよりも高いと判断することができ、入口温度
Ｔｕが下限しきい値ＬＴよりも低くかつ出口温度Ｔｄが
下限しきい値ＬＴよりも低いときには排気浄化触媒２４
全体の温度が下限しきい値ＬＴよりも引きと判断するこ
とができる。そこで、本実施態様ではＴｕ＞ＵＴかつＴ
ｄ＞ＵＴのとき、またはＴｕ＜ＬＴかつＴｄ＜ＬＴのと
きには副燃料噴射を停止するようにしている。したがっ
て、還元剤をＮＯX 還元のために有効に利用することが
できる。
する排気の温度が低下するときであろうと上昇するとき
であろうとＮＯX を良好に浄化することができ、したが
って機関過渡運転時であってもＮＯX を良好に浄化する
ことができる。ところで、排気浄化触媒２４全体が活性
状態にないときに副燃料噴射を行って排気浄化触媒２４
に還元剤を供給してもこの還元剤はＮＯX を還元するこ
となく或いは酸化されることなく排気浄化触媒２４から
排出されてしまう。一方、入口温度Ｔｕが上限しきい値
ＵＴよりも高くかつ出口温度Ｔｄが上限しきい値ＵＴよ
りも高いときには排気浄化触媒２４全体の温度が上限し
きい値ＵＴよりも高いと判断することができ、入口温度
Ｔｕが下限しきい値ＬＴよりも低くかつ出口温度Ｔｄが
下限しきい値ＬＴよりも低いときには排気浄化触媒２４
全体の温度が下限しきい値ＬＴよりも引きと判断するこ
とができる。そこで、本実施態様ではＴｕ＞ＵＴかつＴ
ｄ＞ＵＴのとき、またはＴｕ＜ＬＴかつＴｄ＜ＬＴのと
きには副燃料噴射を停止するようにしている。したがっ
て、還元剤をＮＯX 還元のために有効に利用することが
できる。
【００２１】図６は副燃料噴射を制御するためのルーチ
ンを示している。このルーチンは例えばメインルーチン
内で実行される。図６を参照すると、まずステップ５０
では、入口温度Ｔｕが排気浄化触媒２４の活性温度の上
限しきい値ＵＴよりも高くかつ出口温度Ｔｄが上限しき
い値ＵＴよりも高いか否かが判別される。Ｔｕ＞ＵＴか
つＴｄ＞ＵＴのときには排気浄化触媒２４全体が限しき
い値ＵＴよりも高い温度であると判断してステップ５１
に進み、副燃料噴射を停止する。Ｔｕ≦ＵＴであるか或
いはＴｄ≦ＵＴのときには次いでステップ５２に進み、
入口温度Ｔｕが排気浄化触媒２４の活性温度の下限しき
い値ＬＴよりも低くかつ出口温度Ｔｄが下限しきい値Ｌ
Ｔよりも低いか否かが判別される。Ｔｕ＜ＬＴかつＴｄ
＜ＬＴのときには排気浄化触媒２４全体が下限しきい値
ＬＴよりも低い温度であると判断してステップ５１に進
み、副燃料噴射を停止する。Ｔｕ≧ＬＴであるか或いは
Ｔｄ≧ＬＴのときには次いでステップ５３に進み、副燃
料噴射が実行される。
ンを示している。このルーチンは例えばメインルーチン
内で実行される。図６を参照すると、まずステップ５０
では、入口温度Ｔｕが排気浄化触媒２４の活性温度の上
限しきい値ＵＴよりも高くかつ出口温度Ｔｄが上限しき
い値ＵＴよりも高いか否かが判別される。Ｔｕ＞ＵＴか
つＴｄ＞ＵＴのときには排気浄化触媒２４全体が限しき
い値ＵＴよりも高い温度であると判断してステップ５１
に進み、副燃料噴射を停止する。Ｔｕ≦ＵＴであるか或
いはＴｄ≦ＵＴのときには次いでステップ５２に進み、
入口温度Ｔｕが排気浄化触媒２４の活性温度の下限しき
い値ＬＴよりも低くかつ出口温度Ｔｄが下限しきい値Ｌ
Ｔよりも低いか否かが判別される。Ｔｕ＜ＬＴかつＴｄ
＜ＬＴのときには排気浄化触媒２４全体が下限しきい値
ＬＴよりも低い温度であると判断してステップ５１に進
み、副燃料噴射を停止する。Ｔｕ≧ＬＴであるか或いは
Ｔｄ≧ＬＴのときには次いでステップ５３に進み、副燃
料噴射が実行される。
【００２２】上述の実施態様では、触媒１５に還元剤を
供給するために機関膨張行程または排気行程に燃料噴射
弁８から副燃料噴射を行うようにしている。しかしなが
ら、例えば排気マニホルド１４内に還元剤噴射弁を取り
付け、この還元剤噴射弁から例えばガソリン、イソオク
タン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水
素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンの
ような炭化水素、或いは水素や一酸化炭素を２次的に供
給するようにすることもできる。
供給するために機関膨張行程または排気行程に燃料噴射
弁８から副燃料噴射を行うようにしている。しかしなが
ら、例えば排気マニホルド１４内に還元剤噴射弁を取り
付け、この還元剤噴射弁から例えばガソリン、イソオク
タン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水
素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンの
ような炭化水素、或いは水素や一酸化炭素を２次的に供
給するようにすることもできる。
【００２３】また、本発明を火花点火式機関に適用する
こともできる。この場合、燃焼室３内で燃焼せしめられ
る混合気の空燃比を一時的にリッチにすることによって
触媒１５に還元剤を供給することができる。
こともできる。この場合、燃焼室３内で燃焼せしめられ
る混合気の空燃比を一時的にリッチにすることによって
触媒１５に還元剤を供給することができる。
【００２４】
【発明の効果】機関過渡運転時に排気中のＮＯX を良好
に浄化することができる。
に浄化することができる。
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】触媒の拡大断面図である。
【図３】図２の断面図の部分拡大図である。
【図４】排気浄化触媒に流入する排気の温度が低下した
場合の排気浄化作用を説明する図である。
場合の排気浄化作用を説明する図である。
【図５】排気浄化触媒に流入する排気の温度が上昇した
場合の排気浄化作用を説明する図である。
場合の排気浄化作用を説明する図である。
【図６】副燃料噴射制御を実行するためのフローチャー
トである。
トである。
３…燃焼室 ８…燃料噴射弁 １４…排気マニホルド １５…触媒 ２０…担体 ２１…分離壁 ２２…開放通路 ２３…閉鎖通路 ２４…排気浄化触媒 ２５…補助触媒 Ｊ…排気通路軸線
Claims (3)
- 【請求項１】 機関排気通路内に配置された排気浄化触
媒に還元剤を供給して該排気浄化触媒において該還元剤
によりＮＯX を還元するようにした内燃機関において、
排気通路のほぼ軸線方向に延びる分離壁により排気通路
を一対の通路に分割し、これら一対の通路のうち一方の
通路の排気下流端を閉鎖して該一方の通路により閉鎖通
路を形成すると共に他方の通路により開放通路を形成
し、分離壁を通気性材料から形成することにより閉鎖通
路内に流入した排気が分離壁を通過した後に開放通路内
に流入して開放通路内を流通する排気と合流するように
し、上記排気浄化触媒を開放通路の内壁面上のみに配置
した排気浄化装置。 - 【請求項２】 上記閉鎖通路および上記開放通路を複数
具備し、これら閉鎖通路および開放通路を交互に繰り返
し配置した請求項１に記載の排気浄化装置。 - 【請求項３】 上記分離壁の流路抵抗が排気下流端に近
づくにつれて大きくなるようにした請求項１に記載の排
気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9169018A JPH1113457A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9169018A JPH1113457A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1113457A true JPH1113457A (ja) | 1999-01-19 |
Family
ID=15878814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9169018A Pending JPH1113457A (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1113457A (ja) |
-
1997
- 1997-06-25 JP JP9169018A patent/JPH1113457A/ja active Pending
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