JP2951831B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の排気ガス
浄化装置に係り、特に排気系に窒素酸化物を低減するＮ
Ｏｘ触媒を配設したものに関する。
浄化装置に係り、特に排気系に窒素酸化物を低減するＮ
Ｏｘ触媒を配設したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より内燃機関からの排気ガスを浄化
するために排気管内に三元触媒を設置したものが採用さ
れている。例えば、特公平２−５５６１１号公報はその
一例であるが、三元触媒を使用して排気ガスを有効に浄
化するためには、空燃比率１４．７(理論空燃比)での燃
焼が不可欠であり、そのため空燃比センサを用いて理論
空燃比となるように種々のフィードバック制御が行われ
てきた。
するために排気管内に三元触媒を設置したものが採用さ
れている。例えば、特公平２−５５６１１号公報はその
一例であるが、三元触媒を使用して排気ガスを有効に浄
化するためには、空燃比率１４．７(理論空燃比)での燃
焼が不可欠であり、そのため空燃比センサを用いて理論
空燃比となるように種々のフィードバック制御が行われ
てきた。
【０００３】一方、内燃機関の燃費軽減の要求は年々高
まり、各種の燃費軽減策が導入されてきたが、しかし、
燃費軽減に一番有効である空燃比率の増大は、上記三元
触媒の効率の悪化のために実施できなかった。しかるに
近年、窒素酸化物を低減する触媒(以下、「ＮＯｘ触媒」
と呼ぶ)が研究され、文献「自動車技術」１９９１年１１
号３４頁〜４０頁等に報告されるようになった。
まり、各種の燃費軽減策が導入されてきたが、しかし、
燃費軽減に一番有効である空燃比率の増大は、上記三元
触媒の効率の悪化のために実施できなかった。しかるに
近年、窒素酸化物を低減する触媒(以下、「ＮＯｘ触媒」
と呼ぶ)が研究され、文献「自動車技術」１９９１年１１
号３４頁〜４０頁等に報告されるようになった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記ＮＯ
ｘ触媒を使用して、低燃費でクリーンな内燃機関用の排
気ガス浄化装置を提供すると共に、さらにＮＯｘ触媒を
高効率で作用せしめるための手段を提供するものであ
る。
ｘ触媒を使用して、低燃費でクリーンな内燃機関用の排
気ガス浄化装置を提供すると共に、さらにＮＯｘ触媒を
高効率で作用せしめるための手段を提供するものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る内燃機
関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気経路にＮＯX
触媒、広域空燃比センサ、及びＮＯXガスセンサを設置
し、内燃機関の吸入する混合気の空燃比を広域空燃比セ
ンサの出力でフィードバック制御し、さらに上記フィー
ドバック制御状態においてＮＯXガスセンサの出力を併
用してより緻密なフィードバック制御をするものであ
る。
関の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気経路にＮＯX
触媒、広域空燃比センサ、及びＮＯXガスセンサを設置
し、内燃機関の吸入する混合気の空燃比を広域空燃比セ
ンサの出力でフィードバック制御し、さらに上記フィー
ドバック制御状態においてＮＯXガスセンサの出力を併
用してより緻密なフィードバック制御をするものであ
る。
【０００６】第２の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化
装置は、内燃機関の排気経路に燃料タンクの蒸散ガスを
吸着するキャニスタから制御弁を介して、排気経路のＮ
ＯX触媒の上流側に蒸散ガスを注入する経路を設け、Ｎ
ＯXガスセンサの検出出力に応動して制御弁を開閉制御
するものである。
装置は、内燃機関の排気経路に燃料タンクの蒸散ガスを
吸着するキャニスタから制御弁を介して、排気経路のＮ
ＯX触媒の上流側に蒸散ガスを注入する経路を設け、Ｎ
ＯXガスセンサの検出出力に応動して制御弁を開閉制御
するものである。
【０００７】第３の発明に係る内燃機関の排気ガス浄化
装置は、内燃機関の排気経路に燃料タンクから電磁弁を
介して、上記排気経路の上記ＮＯX触媒の上流側に燃料
を注入する経路を設け、上記ＮＯXガスセンサの検出出
力に応動して電磁弁を開閉制御するものである。
装置は、内燃機関の排気経路に燃料タンクから電磁弁を
介して、上記排気経路の上記ＮＯX触媒の上流側に燃料
を注入する経路を設け、上記ＮＯXガスセンサの検出出
力に応動して電磁弁を開閉制御するものである。
【０００８】
【作用】第１の発明は、排気経路に設けられた広域空燃
比センサにより排気ガス中の酸素量を検出してフィード
バックすることにより、内燃機関の空燃比をリーン状態
で燃焼せしめるように制御するとともに、ＮＯｘガスセ
ンサにより排気ガス中のＮＯｘガス量を検出し、この値
をフィードバックすることにより、空燃比の目標値を浄
化後のＮＯｘガス量の大小により制御する。
比センサにより排気ガス中の酸素量を検出してフィード
バックすることにより、内燃機関の空燃比をリーン状態
で燃焼せしめるように制御するとともに、ＮＯｘガスセ
ンサにより排気ガス中のＮＯｘガス量を検出し、この値
をフィードバックすることにより、空燃比の目標値を浄
化後のＮＯｘガス量の大小により制御する。
【０００９】第２及び第３の発明は、キャニスタからの
蒸散ガス又は燃料タンクからの燃料を、ＮＯｘガスセン
サのＮＯｘ量情報に応動して、排気管内のＮＯｘ触媒上
流側に注入することにより、ＮＯｘ触媒の浄化効率を高
める。
蒸散ガス又は燃料タンクからの燃料を、ＮＯｘガスセン
サのＮＯｘ量情報に応動して、排気管内のＮＯｘ触媒上
流側に注入することにより、ＮＯｘ触媒の浄化効率を高
める。
【００１０】
実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は本実施例を適用した内燃機関の排気ガス浄
化装置のシステム構成図である。図において、１は内燃
機関、２は吸気管、３は吸気管２に設置され内燃機関１
内に燃料を噴射する燃料噴射弁である。４は吸気管２に
送り込まれる空気を清浄化するエアクリーナ、５はエア
フローセンサであって、エアクリーナ４を通過して内燃
機関１内に吸入される空気量を検出する。６は吸気管２
内に設けられた絞り弁であって、内燃機関１内に吸入さ
れる空気量を調節する。７は内燃機関１内に配設された
シリンダ、８は内燃機関１からの排気ガスを通す排気
管、９は排気管８の途中に設けられた窒素酸化物を低減
するＮＯｘ触媒、１０はＮＯｘ触媒９の上流の排気管８
内に設けられた広域空燃比センサ、１１はＮＯｘ触媒９
の下流側に設けられＮＯｘガス量を検出するＮＯｘガス
センサである。また、１３は燃料タンク、１４は燃料タ
ンク１３内の燃料を燃料噴射弁３側に送り込む燃料ポン
プ、１５は燃料圧を所定値に保つ燃圧レギュレータであ
る。２０は上記各センサからの情報を基にして上記各種
アクチュエータを制御するマイクロコンピュータを備え
た演算制御装置である。
する。図１は本実施例を適用した内燃機関の排気ガス浄
化装置のシステム構成図である。図において、１は内燃
機関、２は吸気管、３は吸気管２に設置され内燃機関１
内に燃料を噴射する燃料噴射弁である。４は吸気管２に
送り込まれる空気を清浄化するエアクリーナ、５はエア
フローセンサであって、エアクリーナ４を通過して内燃
機関１内に吸入される空気量を検出する。６は吸気管２
内に設けられた絞り弁であって、内燃機関１内に吸入さ
れる空気量を調節する。７は内燃機関１内に配設された
シリンダ、８は内燃機関１からの排気ガスを通す排気
管、９は排気管８の途中に設けられた窒素酸化物を低減
するＮＯｘ触媒、１０はＮＯｘ触媒９の上流の排気管８
内に設けられた広域空燃比センサ、１１はＮＯｘ触媒９
の下流側に設けられＮＯｘガス量を検出するＮＯｘガス
センサである。また、１３は燃料タンク、１４は燃料タ
ンク１３内の燃料を燃料噴射弁３側に送り込む燃料ポン
プ、１５は燃料圧を所定値に保つ燃圧レギュレータであ
る。２０は上記各センサからの情報を基にして上記各種
アクチュエータを制御するマイクロコンピュータを備え
た演算制御装置である。
【００１１】次に、上記構成の動作について説明する。
まず、内燃機関１が図示しない始動電動機により始動さ
れると、内燃機関１のシリンダ７内にエアクリーナ４か
ら吸気管２を介して吸入された空気と燃料噴射弁３から
噴射された燃料からなる混合気が流入する。そして、こ
の混合気が圧縮された後、図示しない点火栓によって着
火し燃焼することによって、内燃機関１は動力源とな
る。燃焼後の排気ガスは排気管８に排出されＮＯｘ触媒
９によって還元浄化された後、図示しないマフラーを介
して大気に放出される。なお、燃料噴射弁３には燃料タ
ンク１３から燃料ポンプ１４を介し、燃圧レギュレータ
１５にて一定圧に制御された燃料が供給される。
まず、内燃機関１が図示しない始動電動機により始動さ
れると、内燃機関１のシリンダ７内にエアクリーナ４か
ら吸気管２を介して吸入された空気と燃料噴射弁３から
噴射された燃料からなる混合気が流入する。そして、こ
の混合気が圧縮された後、図示しない点火栓によって着
火し燃焼することによって、内燃機関１は動力源とな
る。燃焼後の排気ガスは排気管８に排出されＮＯｘ触媒
９によって還元浄化された後、図示しないマフラーを介
して大気に放出される。なお、燃料噴射弁３には燃料タ
ンク１３から燃料ポンプ１４を介し、燃圧レギュレータ
１５にて一定圧に制御された燃料が供給される。
【００１２】ところで、燃料と空気による混合気の空燃
比は、シリンダ７内に流入する空気量をエアフローセン
サ５により計測し、その信号を演算制御装置２０に導
き、予め設定された空燃比になるように演算制御装置２
０により燃料噴射弁３の弁開閉時間を制御することによ
り得られるが、さらに排気管８に設けられた広域空燃比
センサ１０によって排気ガス中の酸素量を検出し、その
値を演算制御装置２０へフィードバックすることによっ
て、より目標値に近づけるべく制御する。この場合、Ｎ
Ｏｘ触媒９の浄化を効率的に行うために、内燃機関１の
空燃比をリーン状態で燃焼せしめるように制御する。
比は、シリンダ７内に流入する空気量をエアフローセン
サ５により計測し、その信号を演算制御装置２０に導
き、予め設定された空燃比になるように演算制御装置２
０により燃料噴射弁３の弁開閉時間を制御することによ
り得られるが、さらに排気管８に設けられた広域空燃比
センサ１０によって排気ガス中の酸素量を検出し、その
値を演算制御装置２０へフィードバックすることによっ
て、より目標値に近づけるべく制御する。この場合、Ｎ
Ｏｘ触媒９の浄化を効率的に行うために、内燃機関１の
空燃比をリーン状態で燃焼せしめるように制御する。
【００１３】更に本実施例では、ＮＯｘガスセンサ１１
を設置してＮＯｘ触媒９の通過後の排気ガス中のＮＯｘ
ガス量を検出し、この値を演算制御装置２０にフィード
バックすることにより、空燃比の目標値を浄化後のＮＯ
ｘガス量の大小により制御する。このように構成するこ
とにより、ＮＯｘ触媒を使用して、低燃費でクリーンな
内燃機関用の排気ガス浄化装置を提供することができ
る。
を設置してＮＯｘ触媒９の通過後の排気ガス中のＮＯｘ
ガス量を検出し、この値を演算制御装置２０にフィード
バックすることにより、空燃比の目標値を浄化後のＮＯ
ｘガス量の大小により制御する。このように構成するこ
とにより、ＮＯｘ触媒を使用して、低燃費でクリーンな
内燃機関用の排気ガス浄化装置を提供することができ
る。
【００１４】実施例２．図２はこの発明の実施例２に係
る内燃機関の排気ガス浄化装置のシステム構成図であ
る。図において、１〜１１、１３〜１５、及び２０は図
１の構成と同様である。１６は燃料タンク１３内の蒸発
燃料を吸着するキャニスタであり、演算制御装置２０の
指令により第１の電磁弁１７を介して吸気管２内に蒸散
ガスを送り込むようになっている(パージエア導入シス
テム)。そして本実施例では、上記キャニスタ１６から
の蒸散ガスを、加圧ポンプ１９及び第２の電磁弁１８を
介して、排気管８内のＮＯｘ触媒９上流側に供給するよ
うに構成している。なお、以上の構成において、内燃機
関１が作動し動力を発生して排気ガスを生成するまでの
過程は実施例１と同様である。
る内燃機関の排気ガス浄化装置のシステム構成図であ
る。図において、１〜１１、１３〜１５、及び２０は図
１の構成と同様である。１６は燃料タンク１３内の蒸発
燃料を吸着するキャニスタであり、演算制御装置２０の
指令により第１の電磁弁１７を介して吸気管２内に蒸散
ガスを送り込むようになっている(パージエア導入シス
テム)。そして本実施例では、上記キャニスタ１６から
の蒸散ガスを、加圧ポンプ１９及び第２の電磁弁１８を
介して、排気管８内のＮＯｘ触媒９上流側に供給するよ
うに構成している。なお、以上の構成において、内燃機
関１が作動し動力を発生して排気ガスを生成するまでの
過程は実施例１と同様である。
【００１５】ＮＯｘ触媒としてゼオライト系素材、特に
銅イオン交換ＺＳＭ−５ゼオライト(Ｃｕ−ＺＳＭ−５)
を使用する場合、前出の文献「自動車技術」１９９１年１
１号記載の通り、炭化水素系の還元剤とＯ2の共存によ
り５２３〜６７３Ｋという低温で、ＮＯの選択還元が効
率的に進行し、しかもこの反応はＳＯ2存在下において
さえ定常的に進行することが見出されている。即ち、ゼ
オライト系素材から成るＮＯｘ触媒の浄化効率を向上す
るためには、排気ガス中にＨＣ(ハイドロカーボン)があ
る方が良いことが明らかになっている。しかるに、空気
過多のリーンな空燃比にて内燃機関１を燃焼させるとＨ
ＣやＣＯの成分はほとんどなくＮＯｘ成分のみが生成す
る。そこで、本実施例では燃料タンク１３内の蒸散ガス
を吸着しているキャニスタ１６よりＮＯｘガスセンサ１
１のＮＯｘ量情報に応動して第２の電磁弁１８を開閉
し、加圧ポンプ１９を介して排気管８内に必要量のＨＣ
成分で成る蒸散ガスを注入すると、排気ガス中にＨＣ成
分が存在することになり、ＮＯｘ触媒９の浄化効率が高
まる。
銅イオン交換ＺＳＭ−５ゼオライト(Ｃｕ−ＺＳＭ−５)
を使用する場合、前出の文献「自動車技術」１９９１年１
１号記載の通り、炭化水素系の還元剤とＯ2の共存によ
り５２３〜６７３Ｋという低温で、ＮＯの選択還元が効
率的に進行し、しかもこの反応はＳＯ2存在下において
さえ定常的に進行することが見出されている。即ち、ゼ
オライト系素材から成るＮＯｘ触媒の浄化効率を向上す
るためには、排気ガス中にＨＣ(ハイドロカーボン)があ
る方が良いことが明らかになっている。しかるに、空気
過多のリーンな空燃比にて内燃機関１を燃焼させるとＨ
ＣやＣＯの成分はほとんどなくＮＯｘ成分のみが生成す
る。そこで、本実施例では燃料タンク１３内の蒸散ガス
を吸着しているキャニスタ１６よりＮＯｘガスセンサ１
１のＮＯｘ量情報に応動して第２の電磁弁１８を開閉
し、加圧ポンプ１９を介して排気管８内に必要量のＨＣ
成分で成る蒸散ガスを注入すると、排気ガス中にＨＣ成
分が存在することになり、ＮＯｘ触媒９の浄化効率が高
まる。
【００１６】実施例３．上記実施例２では、キャニスタ
１６の蒸散ガスをＮＯｘ触媒９の上流に供給する構成と
したが、燃料タンク１３内の燃料を直接、ＮＯｘガスセ
ンサ１１のＮＯｘガス量検出に応動して、排気管８内に
投入しても同等の効果が得られる。
１６の蒸散ガスをＮＯｘ触媒９の上流に供給する構成と
したが、燃料タンク１３内の燃料を直接、ＮＯｘガスセ
ンサ１１のＮＯｘガス量検出に応動して、排気管８内に
投入しても同等の効果が得られる。
【００１７】実施例４．図３はＮＯｘガスセンサ１１を
ＮＯｘ触媒９の上流側に設置したもので、シリンダ７よ
り排出されるＮＯを主体とする浄化前のＮＯｘガス量を
検出し、演算制御装置２０へ提供するものであるが、こ
の方式を実施例１〜３に適用しても同様の効果を奏す
る。
ＮＯｘ触媒９の上流側に設置したもので、シリンダ７よ
り排出されるＮＯを主体とする浄化前のＮＯｘガス量を
検出し、演算制御装置２０へ提供するものであるが、こ
の方式を実施例１〜３に適用しても同様の効果を奏す
る。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、内
燃機関の空燃比をリーン状態にして燃焼せしめると共
に、排気管路にＮＯX触媒、広域空燃比センサ、及びＮ
ＯXガスセンサを設け、広域空燃比センサの出力でフィ
ードバック制御し、さらに上記フィードバック制御状態
においてＮＯXガスセンサの出力を併用してフィードバ
ック制御するようにしたため、フィードバック制御が緻
密に行われ、制御精度を向上してＮＯX触媒の浄化効率
を上げ、排気ガスを浄化することができる。
燃機関の空燃比をリーン状態にして燃焼せしめると共
に、排気管路にＮＯX触媒、広域空燃比センサ、及びＮ
ＯXガスセンサを設け、広域空燃比センサの出力でフィ
ードバック制御し、さらに上記フィードバック制御状態
においてＮＯXガスセンサの出力を併用してフィードバ
ック制御するようにしたため、フィードバック制御が緻
密に行われ、制御精度を向上してＮＯX触媒の浄化効率
を上げ、排気ガスを浄化することができる。
【００１９】第２又は第３の発明によれば、排気ガス経
路に設置したＮＯｘ触媒の上流にＨＣ成分で成る燃料ガ
ス又は液体を投入するように構成したため、ＮＯｘ触媒
のガス浄化効率を高くでき、高燃費でかつ排気ガスのク
リーンな内燃機関を提供することができる。
路に設置したＮＯｘ触媒の上流にＨＣ成分で成る燃料ガ
ス又は液体を投入するように構成したため、ＮＯｘ触媒
のガス浄化効率を高くでき、高燃費でかつ排気ガスのク
リーンな内燃機関を提供することができる。
【図１】この発明の実施例１に係る内燃機関の排気ガス
浄化装置のシステム構成図である。
浄化装置のシステム構成図である。
【図２】この発明の実施例２に係る内燃機関の排気ガス
浄化装置のシステム構成図である。
浄化装置のシステム構成図である。
【図３】この発明の実施例４に係る内燃機関の排気ガス
浄化装置の要部拡大図である。
浄化装置の要部拡大図である。
１ 内燃機関 ２ 吸気管 ３ 燃料噴射弁 ４ エアクリーナ ５ エアフローセンサ ６ 絞り弁 ７ シリンダ ８ 排気管 ９ ＮＯｘ触媒 １０ 広域空燃比センサ １１ ＮＯｘガスセンサ １３ 燃料タンク １４ 燃料ポンプ １５ 燃圧レギュレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/28 ＺＡＢ Ｆ０１Ｎ 3/28 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｊ Ｆ０２Ｍ 25/08 ３０１ Ｆ０２Ｍ 25/08 ３０１Ｒ ３０１Ｕ
Claims (4)
- 【請求項１】 内燃機関の排気経路にＮＯX触媒、広域
空燃比センサ、及びＮＯXガスセンサを設置し、上記内
燃機関の吸入する混合気の空燃比を上記広域空燃比セン
サの出力でフィードバック制御し、さらに上記フィード
バック制御状態においてＮＯ X ガスセンサの出力を併用
してより緻密なフィードバック制御をする手段を設けた
ことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項２】 内燃機関の排気経路に、燃料タンクの蒸
散ガスを吸着するキャニスタから制御弁を介して、上記
排気経路の上記ＮＯX触媒の上流側に蒸散ガスを注入す
る経路を設け、上記ＮＯXガスセンサの検出出力に応動
して上記制御弁を開閉する手段を設けたことを特徴とす
る内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項３】 内燃機関の排気経路に、燃料タンクから
制御弁を介して上記排気経路の上記ＮＯX触媒の上流側
に燃料を注入する経路を設け、上記ＮＯｘガスセンサの
検出出力に応動して上記電磁弁を開閉制御する手段を設
けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。 - 【請求項４】 上記内燃機関がリーンバーン機関である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項
に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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