JP3017636B2 - 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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- JP3017636B2 JP3017636B2 JP6074946A JP7494694A JP3017636B2 JP 3017636 B2 JP3017636 B2 JP 3017636B2 JP 6074946 A JP6074946 A JP 6074946A JP 7494694 A JP7494694 A JP 7494694A JP 3017636 B2 JP3017636 B2 JP 3017636B2
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- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸入空気量と、吸気通路、燃焼室又は排
気通路内に供給された燃料（炭化水素）との比を排気ガ
スの空燃比と称すると、排気ガスの空燃比がリーンであ
るときに炭化水素ＨＣの存在下で排気ガス中のＮＯx を
選択的に還元するＮＯx 触媒が公知である。このＮＯx
触媒ではＮＯx 触媒内において炭化水素ＨＣと酸素Ｏ2
が反応することにより活性種が形成され、この活性種が
ＮＯx と反応することによりＮＯx が還元せしめられ
る。従ってこのＮＯx 触媒を用いてＮＯx を還元するた
めには排気ガス中に十分な量の炭化水素ＨＣと酸素Ｏ2
とが含まれていることが必要となる。
気通路内に供給された燃料（炭化水素）との比を排気ガ
スの空燃比と称すると、排気ガスの空燃比がリーンであ
るときに炭化水素ＨＣの存在下で排気ガス中のＮＯx を
選択的に還元するＮＯx 触媒が公知である。このＮＯx
触媒ではＮＯx 触媒内において炭化水素ＨＣと酸素Ｏ2
が反応することにより活性種が形成され、この活性種が
ＮＯx と反応することによりＮＯx が還元せしめられ
る。従ってこのＮＯx 触媒を用いてＮＯx を還元するた
めには排気ガス中に十分な量の炭化水素ＨＣと酸素Ｏ2
とが含まれていることが必要となる。
【０００３】ところで例えばこのＮＯx 触媒をディーゼ
ル機関に対して適用した場合、ディーゼル機関の排気ガ
ス中にはＮＯx を還元させるのに十分な酸素Ｏ2 が存在
しているが炭化水素ＨＣの量が若干不足している。そこ
でこの炭化水素ＨＣの不足分を補うためにＮＯx 触媒上
流の機関排気通路内に液状炭化水素ＨＣからなる還元剤
を供給するようにした内燃機関が公知である（特開昭４
−１７５４１７号公報参照）。
ル機関に対して適用した場合、ディーゼル機関の排気ガ
ス中にはＮＯx を還元させるのに十分な酸素Ｏ2 が存在
しているが炭化水素ＨＣの量が若干不足している。そこ
でこの炭化水素ＨＣの不足分を補うためにＮＯx 触媒上
流の機関排気通路内に液状炭化水素ＨＣからなる還元剤
を供給するようにした内燃機関が公知である（特開昭４
−１７５４１７号公報参照）。
【０００４】一方、排気ガスの空燃比がリーンのときに
ＮＯx を吸収し、排気ガスの空燃比をリッチにすると吸
収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤が公知である。こ
のＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置すると排気ガス
の空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯx
がＮＯx 吸収剤に吸収され、斯くしてＮＯx が外気中に
放出するのを阻止することができる。ところがこのＮＯ
x 吸収剤の吸収能力にも限度があり、従ってＮＯx 吸収
剤の吸収能力が飽和する前にＮＯx 吸収剤からＮＯx を
放出、還元させる必要がある。
ＮＯx を吸収し、排気ガスの空燃比をリッチにすると吸
収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤が公知である。こ
のＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配置すると排気ガス
の空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯx
がＮＯx 吸収剤に吸収され、斯くしてＮＯx が外気中に
放出するのを阻止することができる。ところがこのＮＯ
x 吸収剤の吸収能力にも限度があり、従ってＮＯx 吸収
剤の吸収能力が飽和する前にＮＯx 吸収剤からＮＯx を
放出、還元させる必要がある。
【０００５】そこでＮＯx 吸収剤のＮＯx 吸収能力が飽
和する前にＮＯx 吸収剤上流の機関排気通路内に液状炭
化水素からなる還元剤を供給してＮＯx 吸収剤に流入す
る排気ガスの空燃比をリッチにし、それによってＮＯx
吸収剤からＮＯx を放出させると共に放出したＮＯx を
還元するようにした内燃機関が公知である（ＰＣＴ国際
公開ＷＯ９３／０７３６３号参照）。
和する前にＮＯx 吸収剤上流の機関排気通路内に液状炭
化水素からなる還元剤を供給してＮＯx 吸収剤に流入す
る排気ガスの空燃比をリッチにし、それによってＮＯx
吸収剤からＮＯx を放出させると共に放出したＮＯx を
還元するようにした内燃機関が公知である（ＰＣＴ国際
公開ＷＯ９３／０７３６３号参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところでＮＯx 触媒に
よりＮＯx を良好に還元するためには、或いはＮＯx 吸
収剤からＮＯx を良好に放出させて放出されたＮＯx を
良好に還元するためには液状炭化水素からなる還元剤を
ＮＯx 触媒内或いはＮＯx 吸収剤内に一様に分散させな
ければならず、また分散された還元剤が十分な還元作用
を果すようにする必要がある。ところが上述の内燃機関
におけるように単に液状炭化水素からなる還元剤を機関
排気通路内に供給すると特に還元剤として炭素数の多い
軽油等を用いた場合には還元剤が良好に分散せずに液状
のままＮＯx 触媒或いはＮＯx 吸収剤に付着してしま
い、斯くしてＮＯx 触媒による良好なＮＯx の還元作
用、或いはＮＯx 吸収剤からの良好なＮＯx 放出還元作
用を確保することができないという問題がある。
よりＮＯx を良好に還元するためには、或いはＮＯx 吸
収剤からＮＯx を良好に放出させて放出されたＮＯx を
良好に還元するためには液状炭化水素からなる還元剤を
ＮＯx 触媒内或いはＮＯx 吸収剤内に一様に分散させな
ければならず、また分散された還元剤が十分な還元作用
を果すようにする必要がある。ところが上述の内燃機関
におけるように単に液状炭化水素からなる還元剤を機関
排気通路内に供給すると特に還元剤として炭素数の多い
軽油等を用いた場合には還元剤が良好に分散せずに液状
のままＮＯx 触媒或いはＮＯx 吸収剤に付着してしま
い、斯くしてＮＯx 触媒による良好なＮＯx の還元作
用、或いはＮＯx 吸収剤からの良好なＮＯx 放出還元作
用を確保することができないという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、排気ガスの空燃比がリーンである
ときに炭化水素の存在下で排気ガス中のＮＯx を選択的
に還元しうるＮＯx 触媒を機関排気通路内に配置し、Ｎ
Ｏx 触媒上流の機関排気通路内に液状炭化水素からなる
還元剤を供給するようにした内燃機関において、還元剤
を機関排気通路内に供給する前に還元剤に還元剤よりも
沸点の低い極性物質からなる液状添加剤を添加して液状
添加剤の気化膨張作用により還元剤を細かく分断し、細
かく分断された還元剤を細かく分断された状態で機関排
気通路内に供給するようにしている。
めに本発明によれば、排気ガスの空燃比がリーンである
ときに炭化水素の存在下で排気ガス中のＮＯx を選択的
に還元しうるＮＯx 触媒を機関排気通路内に配置し、Ｎ
Ｏx 触媒上流の機関排気通路内に液状炭化水素からなる
還元剤を供給するようにした内燃機関において、還元剤
を機関排気通路内に供給する前に還元剤に還元剤よりも
沸点の低い極性物質からなる液状添加剤を添加して液状
添加剤の気化膨張作用により還元剤を細かく分断し、細
かく分断された還元剤を細かく分断された状態で機関排
気通路内に供給するようにしている。
【０００８】また、本発明によれば上記問題点を解決す
るために、排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ
x を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収し
たＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配
置し、ＮＯx 吸収剤からＮＯ x を放出すべきときにはＮ
Ｏx 吸収剤上流の機関排気通路内に液状炭化水素からな
る還元剤を供給するようにした内燃機関において、還元
剤に還元剤よりも沸点の低い極性物質からなる液状添加
剤を添加するようにしている。
るために、排気ガスの空燃比がリーンであるときにＮＯ
x を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸収し
たＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配
置し、ＮＯx 吸収剤からＮＯ x を放出すべきときにはＮ
Ｏx 吸収剤上流の機関排気通路内に液状炭化水素からな
る還元剤を供給するようにした内燃機関において、還元
剤に還元剤よりも沸点の低い極性物質からなる液状添加
剤を添加するようにしている。
【０００９】また、本発明によれば上記問題点を解決す
るために、還元剤が軽油からなり、液状添加剤が含酸素
化合物からなる。また、本発明によれば上記問題点を解
決するために、含酸素化合物が水又はアルコールからな
る。また、本発明によれば上記問題点を解決するため
に、還元剤と液状添加剤とを機関排気通路内に供給する
前に加熱する加熱手段を具備している。
るために、還元剤が軽油からなり、液状添加剤が含酸素
化合物からなる。また、本発明によれば上記問題点を解
決するために、含酸素化合物が水又はアルコールからな
る。また、本発明によれば上記問題点を解決するため
に、還元剤と液状添加剤とを機関排気通路内に供給する
前に加熱する加熱手段を具備している。
【００１０】また、本発明によれば上記問題点を解決す
るために、排気ガス温に応じて還元剤に対する液状添加
剤の割合を制御する制御手段を具備し、排気ガス温が高
くなるにつれてこの割合を小さくするようにしている。
るために、排気ガス温に応じて還元剤に対する液状添加
剤の割合を制御する制御手段を具備し、排気ガス温が高
くなるにつれてこの割合を小さくするようにしている。
【００１１】
【作用】１番目の発明では、液状添加剤の気化膨張作用
によって還元剤の分散性が向上せしめられ、還元剤はＮ
Ｏx 触媒内に良好に分散される。２番目の発明では、液
状添加剤によって還元剤の分散性が向上せしめられ、還
元剤はＮＯx 吸収剤内に良好に分散される。
によって還元剤の分散性が向上せしめられ、還元剤はＮ
Ｏx 触媒内に良好に分散される。２番目の発明では、液
状添加剤によって還元剤の分散性が向上せしめられ、還
元剤はＮＯx 吸収剤内に良好に分散される。
【００１２】３番目の発明では、含酸素化合物により軽
油の分散性が向上せしめられると共に軽油が部分酸化さ
れる。４番目の発明では、水又はアルコールにより軽油
の分散性が向上せしめられると共に軽油が部分酸化され
る。５番目の発明では、還元剤と液状添加剤が加熱され
て還元剤の分散性が向上せしめられると共に還元剤が低
炭素数の炭化水素に分解される。
油の分散性が向上せしめられると共に軽油が部分酸化さ
れる。４番目の発明では、水又はアルコールにより軽油
の分散性が向上せしめられると共に軽油が部分酸化され
る。５番目の発明では、還元剤と液状添加剤が加熱され
て還元剤の分散性が向上せしめられると共に還元剤が低
炭素数の炭化水素に分解される。
【００１３】６番目の発明では、排気ガス温が高くなっ
て排気ガス熱による加熱量が増大するほど還元剤に対す
る液状添加剤の割合が減少せしめられる。
て排気ガス熱による加熱量が増大するほど還元剤に対す
る液状添加剤の割合が減少せしめられる。
【００１４】
【実施例】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は燃料噴射弁、５は吸気
弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫
々示す。吸気ポート６は対応する吸気マニホルド９を介
してエアクリーナ１０に連結される。一方、排気ポート
８は排気マニホルド１１および排気管１２を介してＮＯ
x 触媒１３を内蔵したケーシング１４に連結され、ＮＯ
x 触媒１３上流の排気管１２内には温度センサ１５と還
元剤供給弁１６とが配置される。
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は燃料噴射弁、５は吸気
弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポートを夫
々示す。吸気ポート６は対応する吸気マニホルド９を介
してエアクリーナ１０に連結される。一方、排気ポート
８は排気マニホルド１１および排気管１２を介してＮＯ
x 触媒１３を内蔵したケーシング１４に連結され、ＮＯ
x 触媒１３上流の排気管１２内には温度センサ１５と還
元剤供給弁１６とが配置される。
【００１５】図２に示されるように還元剤供給弁１６は
そのハウジング１７内に排気管１２内に開口する噴出口
１８と、噴出口１８から上方に延びる円筒孔１９と、円
筒孔１９内に挿入されたグロープラグ２０とを具備して
おり、グロープラグ２０の円筒状加熱部２０ａと円筒孔
１９間には環状通路２１が形成される。環状通路２１の
下端部は噴出口１８に連結され、環状通路２１の上端部
は還元剤流入口２２を介して還元剤供給導管２３に連結
される。この還元剤供給導管２３は図１に示されるよう
に供給制御装置２４を介して還元剤タンク２５および添
加剤タンク２６に連結される。また図１に示されるよう
にグロープラグ２０はスイッチ２７を介して電源に接続
される。
そのハウジング１７内に排気管１２内に開口する噴出口
１８と、噴出口１８から上方に延びる円筒孔１９と、円
筒孔１９内に挿入されたグロープラグ２０とを具備して
おり、グロープラグ２０の円筒状加熱部２０ａと円筒孔
１９間には環状通路２１が形成される。環状通路２１の
下端部は噴出口１８に連結され、環状通路２１の上端部
は還元剤流入口２２を介して還元剤供給導管２３に連結
される。この還元剤供給導管２３は図１に示されるよう
に供給制御装置２４を介して還元剤タンク２５および添
加剤タンク２６に連結される。また図１に示されるよう
にグロープラグ２０はスイッチ２７を介して電源に接続
される。
【００１６】電子制御ユニット３０はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（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。温度センサ１５は排気管１２内を流れる排気ガ
ス温に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧はＡＤ
変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。ま
た、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧
を発生する負荷センサ４１が設けられ、この負荷センサ
４１の出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３
５に入力される。更に入力ポート３５には機関回転数を
表わす出力パルスを発生する回転数センサ４２が接続さ
れる。一方、出力ポート３６は夫々対応する駆動回路３
９を介して供給制御装置２４およびスイッチ２７に接続
される。
ュータからなり、双方向性バス３１によって相互に接続
されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（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。温度センサ１５は排気管１２内を流れる排気ガ
ス温に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧はＡＤ
変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。ま
た、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧
を発生する負荷センサ４１が設けられ、この負荷センサ
４１の出力電圧がＡＤ変換器３８を介して入力ポート３
５に入力される。更に入力ポート３５には機関回転数を
表わす出力パルスを発生する回転数センサ４２が接続さ
れる。一方、出力ポート３６は夫々対応する駆動回路３
９を介して供給制御装置２４およびスイッチ２７に接続
される。
【００１７】図１に示される実施例においてはＮＯx 触
媒１３はＣｕ−ゼオライトから形成されたモノリス触媒
からなる。図１に示される内燃機関はディーゼル機関で
あるので排気ガス中には多量の酸素Ｏ2 が含まれてお
り、ＮＯx 触媒１３ではゼオライトの細孔内において排
気ガス中の炭化水素ＨＣと酸素Ｏ2 とが反応することに
より活性種が形成され（ＨＣ＋Ｏ2 →活性種）、Ｃｕイ
オン上においてこの活性種と排気ガス中のＮＯx とが反
応することによりＮＯx が還元される（ＮＯx ＋活性種
→Ｎ2 ＋ＣＯ＋ＣＯ2 ）。しかしながら排気ガス中の炭
化水素ＨＣの量はＮＯx を十分に還元するには不足して
おり、従って図１で示される実施例ではこの不足の炭化
水素ＨＣを補うために還元剤供給弁１６から還元剤が連
続的に供給される。
媒１３はＣｕ−ゼオライトから形成されたモノリス触媒
からなる。図１に示される内燃機関はディーゼル機関で
あるので排気ガス中には多量の酸素Ｏ2 が含まれてお
り、ＮＯx 触媒１３ではゼオライトの細孔内において排
気ガス中の炭化水素ＨＣと酸素Ｏ2 とが反応することに
より活性種が形成され（ＨＣ＋Ｏ2 →活性種）、Ｃｕイ
オン上においてこの活性種と排気ガス中のＮＯx とが反
応することによりＮＯx が還元される（ＮＯx ＋活性種
→Ｎ2 ＋ＣＯ＋ＣＯ2 ）。しかしながら排気ガス中の炭
化水素ＨＣの量はＮＯx を十分に還元するには不足して
おり、従って図１で示される実施例ではこの不足の炭化
水素ＨＣを補うために還元剤供給弁１６から還元剤が連
続的に供給される。
【００１８】しかしながらこの場合、液状の還元剤を単
に排気管１２内に供給してもこの還元剤はＮＯx 触媒１
３内に良好に分散せず、斯くして本発明では液状の還元
剤に還元剤よりも沸点の低い極性物質からなる液状添加
剤を添加して還元剤がＮＯx触媒１３内全体に分散する
ようにしている。即ち、図１において還元剤タンク２５
内の液状還元剤および添加剤タンク２６内の液状添加剤
は供給制御装置２４により予め定められた割合に混合さ
れて還元剤供給弁１６に供給され、次いで還元剤供給弁
１６から排気管１２内に供給される。上述したように添
加剤は還元剤に比べて沸点が低いために添加剤の少くと
も一部は還元剤供給弁１６から供給される前に気化膨張
し、この添加剤の気化膨張作用によって液状還元剤は還
元剤供給弁１６から供給される前に細かく分断される。
その結果、液状還元剤は還元剤供給弁１６から細かく分
断された状態で噴出するので噴出した還元剤は排気管１
２内に一様に分散され、斯くしてこの還元剤は良好に分
散された状態でＮＯx 触媒１３内に送り込まれる。その
結果、ＮＯx 触媒１３の全領域において活性種が形成さ
れるためにＮＯx が良好に還元されることになる。
に排気管１２内に供給してもこの還元剤はＮＯx 触媒１
３内に良好に分散せず、斯くして本発明では液状の還元
剤に還元剤よりも沸点の低い極性物質からなる液状添加
剤を添加して還元剤がＮＯx触媒１３内全体に分散する
ようにしている。即ち、図１において還元剤タンク２５
内の液状還元剤および添加剤タンク２６内の液状添加剤
は供給制御装置２４により予め定められた割合に混合さ
れて還元剤供給弁１６に供給され、次いで還元剤供給弁
１６から排気管１２内に供給される。上述したように添
加剤は還元剤に比べて沸点が低いために添加剤の少くと
も一部は還元剤供給弁１６から供給される前に気化膨張
し、この添加剤の気化膨張作用によって液状還元剤は還
元剤供給弁１６から供給される前に細かく分断される。
その結果、液状還元剤は還元剤供給弁１６から細かく分
断された状態で噴出するので噴出した還元剤は排気管１
２内に一様に分散され、斯くしてこの還元剤は良好に分
散された状態でＮＯx 触媒１３内に送り込まれる。その
結果、ＮＯx 触媒１３の全領域において活性種が形成さ
れるためにＮＯx が良好に還元されることになる。
【００１９】なお、図１に示される実施例では還元剤を
供給すべきときにはグロープラグ２０が加熱される。グ
ロープラグ２０が加熱されると添加剤はグロープラグ加
熱部２０ａ周りの環状通路２１（図２）内を流れる間に
熱を受けてほぼ完全に気化膨張し、斯くして還元剤がガ
ス状になって噴出口１８から噴出するためにＮＯx 触媒
１３に対する還元剤の分散性は更に良好となる。なお、
このようにグロープラグ２０によって還元剤を加熱する
ようにすると還元剤は炭素数の少ない炭化水素ＨＣに分
解される。炭化水素ＨＣは炭素数が少なくなるほど分散
性が向上すると共にＮＯx に対する還元力が強くなり、
従ってグロープラグ２０によって還元剤を加熱するよう
にするとＮＯx の還元作用が向上することになる。
供給すべきときにはグロープラグ２０が加熱される。グ
ロープラグ２０が加熱されると添加剤はグロープラグ加
熱部２０ａ周りの環状通路２１（図２）内を流れる間に
熱を受けてほぼ完全に気化膨張し、斯くして還元剤がガ
ス状になって噴出口１８から噴出するためにＮＯx 触媒
１３に対する還元剤の分散性は更に良好となる。なお、
このようにグロープラグ２０によって還元剤を加熱する
ようにすると還元剤は炭素数の少ない炭化水素ＨＣに分
解される。炭化水素ＨＣは炭素数が少なくなるほど分散
性が向上すると共にＮＯx に対する還元力が強くなり、
従ってグロープラグ２０によって還元剤を加熱するよう
にするとＮＯx の還元作用が向上することになる。
【００２０】また、本発明による実施例では還元剤とし
て軽油が用いられており、液状添加剤として水又はアル
コールからなる含酸素化合物が用いられている。このよ
うな含酸素化合物を液状添加剤として用いると環状通路
２１内においてこの含酸素添加剤中の酸素によって軽油
が部分酸化され、その結果活性種が形成される可能性が
ある。特にグロープラグ２０により軽油を加熱するよう
にした場合には活性種が形成される可能性がかなり高く
なる。従って液状添加剤として含酸素化合物を用いると
ＮＯx の還元作用を促進できることになる。
て軽油が用いられており、液状添加剤として水又はアル
コールからなる含酸素化合物が用いられている。このよ
うな含酸素化合物を液状添加剤として用いると環状通路
２１内においてこの含酸素添加剤中の酸素によって軽油
が部分酸化され、その結果活性種が形成される可能性が
ある。特にグロープラグ２０により軽油を加熱するよう
にした場合には活性種が形成される可能性がかなり高く
なる。従って液状添加剤として含酸素化合物を用いると
ＮＯx の還元作用を促進できることになる。
【００２１】機関から排出された排気ガス中の炭化水素
ＨＣの量は機関の運転状態に応じて変化し、従って還元
剤供給弁１６から供給すべき最適な還元剤の量も機関の
運転状態に応じて変化する。この還元剤供給弁１６から
供給すべき最適な還元剤の量Ｑは予め実験により求めら
れており、この最適な還元剤量Ｑはアクセルペダル４０
の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図３に示
すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。
ＨＣの量は機関の運転状態に応じて変化し、従って還元
剤供給弁１６から供給すべき最適な還元剤の量も機関の
運転状態に応じて変化する。この還元剤供給弁１６から
供給すべき最適な還元剤の量Ｑは予め実験により求めら
れており、この最適な還元剤量Ｑはアクセルペダル４０
の踏込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図３に示
すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。
【００２２】図４は還元剤の供給制御ルーチンを示して
おり、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行
される。図４を参照すると、まず初めにステップ１００
において還元剤を供給すべき条件が成立しているか否か
が判別される。還元剤を供給すべき条件が成立している
ときはステップ１０１に進んで供給制御装置２４が作動
せしめられ、図３に示される量Ｑの還元剤とこの量Ｑに
対して予め定められた割合の液状添加剤とが還元剤供給
弁１６から排気管１２内に供給される。次いでステップ
１０２においてグロープラグ２０に電力が供給される。
おり、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行
される。図４を参照すると、まず初めにステップ１００
において還元剤を供給すべき条件が成立しているか否か
が判別される。還元剤を供給すべき条件が成立している
ときはステップ１０１に進んで供給制御装置２４が作動
せしめられ、図３に示される量Ｑの還元剤とこの量Ｑに
対して予め定められた割合の液状添加剤とが還元剤供給
弁１６から排気管１２内に供給される。次いでステップ
１０２においてグロープラグ２０に電力が供給される。
【００２３】図５に還元剤供給弁１６の別の実施例を示
す。なおこの実施例において図２と同様な構成要素は同
一の符号で示す。図５を参照するとこの実施例ではグロ
ープラグ加熱部２０ａの両側において環状通路２１内に
開口する還元剤流入口２２ａと添加剤流入口２２ｂとが
設けられる。還元剤流入口２２ａは還元剤供給導管２３
ａおよび供給制御装置２４ａを介して還元剤タンク２５
に連結され、添加剤流入口２２ｂは添加剤供給導管２３
ｂおよび供給制御装置２４ｂを介して添加剤タンク２６
に連結される。各供給制御装置２４ａ，２４ｂは図１に
示す電子制御ユニット３０と同様な電子制御ユニットの
出力信号に基いて制御され、還元剤供給弁１６からは図
３に示す量Ｑの還元剤とこの量Ｑに対して予め定められ
た割合の液状添加剤が供給される。なお、この実施例で
は還元剤と液状添加剤が還元剤供給弁１６内で混合せし
められる。
す。なおこの実施例において図２と同様な構成要素は同
一の符号で示す。図５を参照するとこの実施例ではグロ
ープラグ加熱部２０ａの両側において環状通路２１内に
開口する還元剤流入口２２ａと添加剤流入口２２ｂとが
設けられる。還元剤流入口２２ａは還元剤供給導管２３
ａおよび供給制御装置２４ａを介して還元剤タンク２５
に連結され、添加剤流入口２２ｂは添加剤供給導管２３
ｂおよび供給制御装置２４ｂを介して添加剤タンク２６
に連結される。各供給制御装置２４ａ，２４ｂは図１に
示す電子制御ユニット３０と同様な電子制御ユニットの
出力信号に基いて制御され、還元剤供給弁１６からは図
３に示す量Ｑの還元剤とこの量Ｑに対して予め定められ
た割合の液状添加剤が供給される。なお、この実施例で
は還元剤と液状添加剤が還元剤供給弁１６内で混合せし
められる。
【００２４】図６および図７は図５に示される還元剤供
給弁１６を用いて還元剤の供給量に対する液状添加剤の
供給量の割合を排気ガス温に応じて変化させるようにし
た実施例を示している。即ち、排気ガス温が高くなると
還元剤供給弁１６から噴出された還元剤は排気ガスによ
る強力な加熱作用を受けて気化し、低炭素数の炭化水素
ＨＣに分解せしめられるので拡散性が向上することにな
る。従って排気ガス温が高くなったときには液状添加剤
の供給量を減少させても還元剤をＮＯx 触媒１３全体に
良好に拡散せしめることができる。そこでこの実施例で
は図６に示されるように還元剤の供給量に対する液状添
加剤の供給量の割合Ｋを排気ガス温Ｔが高くなるにつれ
て小さくするようにしている。
給弁１６を用いて還元剤の供給量に対する液状添加剤の
供給量の割合を排気ガス温に応じて変化させるようにし
た実施例を示している。即ち、排気ガス温が高くなると
還元剤供給弁１６から噴出された還元剤は排気ガスによ
る強力な加熱作用を受けて気化し、低炭素数の炭化水素
ＨＣに分解せしめられるので拡散性が向上することにな
る。従って排気ガス温が高くなったときには液状添加剤
の供給量を減少させても還元剤をＮＯx 触媒１３全体に
良好に拡散せしめることができる。そこでこの実施例で
は図６に示されるように還元剤の供給量に対する液状添
加剤の供給量の割合Ｋを排気ガス温Ｔが高くなるにつれ
て小さくするようにしている。
【００２５】図７は還元剤の供給割合を排気ガス温Ｔに
応じて変化させるようにした場合の還元剤供給制御ルー
チンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込み
によって実行される。図７を参照すると、まず初めにス
テップ２００において還元剤を供給すべき条件が成立し
ているか否かが判別される。還元剤を供給すべき条件が
成立しているときにはステップ２０１に進んで還元剤の
供給量が図３に示される量Ｑとなるように還元剤供給制
御装置２４ａによって制御される。次いでステップ２０
２では図３に示される還元剤供給量Ｑと図６に示される
添加剤供給割合Ｋとを乗算することにより添加剤供給量
Ｗ（＝Ｋ・Ｑ）が算出され、続くステップ２０３では添
加剤供給量がＷとなるように添加剤供給制御装置２４ｂ
によって制御される。次いでステップ２０４ではグロー
プラグ２０に電力が供給される。
応じて変化させるようにした場合の還元剤供給制御ルー
チンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込み
によって実行される。図７を参照すると、まず初めにス
テップ２００において還元剤を供給すべき条件が成立し
ているか否かが判別される。還元剤を供給すべき条件が
成立しているときにはステップ２０１に進んで還元剤の
供給量が図３に示される量Ｑとなるように還元剤供給制
御装置２４ａによって制御される。次いでステップ２０
２では図３に示される還元剤供給量Ｑと図６に示される
添加剤供給割合Ｋとを乗算することにより添加剤供給量
Ｗ（＝Ｋ・Ｑ）が算出され、続くステップ２０３では添
加剤供給量がＷとなるように添加剤供給制御装置２４ｂ
によって制御される。次いでステップ２０４ではグロー
プラグ２０に電力が供給される。
【００２６】次に図１においてＮＯx 触媒に代えてＮＯ
x 吸収剤を用いた場合について説明する。このＮＯx 吸
収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えば
カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウム
Ｃｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウム
Ｃａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウ
ムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金
Ｐｔのような貴金属とが担持されている。このＮＯx 吸
収剤はＮＯx 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにはＮＯx を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が
低下すると吸収したＮＯx を放出するＮＯx の吸放出作
用を行う。図１に示すようなディーゼル機関では通常あ
らゆる運転状態において空気過剰率が１．０以上、即ち
燃焼室３内における平均空燃比がリーンの状態で燃焼せ
しめられる。従ってこのとき排出されるＮＯx はＮＯx
吸収剤に吸収されることになる。
x 吸収剤を用いた場合について説明する。このＮＯx 吸
収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えば
カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウム
Ｃｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウム
Ｃａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウ
ムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金
Ｐｔのような貴金属とが担持されている。このＮＯx 吸
収剤はＮＯx 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリー
ンのときにはＮＯx を吸収し、排気ガス中の酸素濃度が
低下すると吸収したＮＯx を放出するＮＯx の吸放出作
用を行う。図１に示すようなディーゼル機関では通常あ
らゆる運転状態において空気過剰率が１．０以上、即ち
燃焼室３内における平均空燃比がリーンの状態で燃焼せ
しめられる。従ってこのとき排出されるＮＯx はＮＯx
吸収剤に吸収されることになる。
【００２７】上述のＮＯx 吸収剤を機関排気通路内に配
置すればこのＮＯx 吸収剤は実際にＮＯx の吸放出作用
を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては
明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用
は図８に示すようなメカニズムで行われているものと考
えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金Ｐ
ｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説
明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希
土類を用いても同様なメカニズムとなる。
置すればこのＮＯx 吸収剤は実際にＮＯx の吸放出作用
を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては
明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用
は図８に示すようなメカニズムで行われているものと考
えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金Ｐ
ｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説
明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希
土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００２８】即ち、ディーゼル機関では排気ガス中に多
量の酸素が存在し、これら酸素Ｏ2は図８（Ａ）に示さ
れるようにＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着
する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ
2 - 又はＯ2-と反応し、ＮＯ 2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →
２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ
上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢ
ａＯと結合しながら図８（Ａ）に示されるように硝酸イ
オンＮＯ3 - の形で吸収剤内に拡散する。このようにし
てＮＯx がＮＯx 吸収剤内に吸収される。なお、このよ
うにしてＮＯxがＮＯx 吸収剤に吸収されるがＮＯx 吸
収剤の吸収能力には限度があり、従ってＮＯx 吸収剤に
或る程度ＮＯx が吸収された時点でＮＯx 吸収剤からＮ
Ｏx を放出させる必要がある。
量の酸素が存在し、これら酸素Ｏ2は図８（Ａ）に示さ
れるようにＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着
する。一方、排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ
2 - 又はＯ2-と反応し、ＮＯ 2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →
２ＮＯ2 ）。次いで生成されたＮＯ2 の一部は白金Ｐｔ
上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢ
ａＯと結合しながら図８（Ａ）に示されるように硝酸イ
オンＮＯ3 - の形で吸収剤内に拡散する。このようにし
てＮＯx がＮＯx 吸収剤内に吸収される。なお、このよ
うにしてＮＯxがＮＯx 吸収剤に吸収されるがＮＯx 吸
収剤の吸収能力には限度があり、従ってＮＯx 吸収剤に
或る程度ＮＯx が吸収された時点でＮＯx 吸収剤からＮ
Ｏx を放出させる必要がある。
【００２９】ところでこのＮＯx 吸収剤では排気ガス中
の酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が低下すると反応
が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、斯くして吸収剤
内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形で吸収剤から放出
される。即ち、排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯ
x 吸収剤からＮＯx が放出されることになる。従ってこ
の実施例では排気ガス中の酸素濃度を低下させて排気ガ
スの空燃比をリッチにしかつこのときＮＯx 吸収剤から
放出されるＮＯx を還元するために図９に示されるよう
に周期的に還元剤供給弁１６から還元剤が供給される。
即ち、還元剤供給弁１６から還元剤、即ち炭化水素ＨＣ
を供給するとこの炭化水素ＨＣは図８（Ｂ）に示される
ように白金ＰｔのＯ2 - 又はＯ2-とただちに反応して酸
化せしめられる。白金Ｐｔ上のＯ2 - 又はＯ2-が減少す
れば周囲のＯ2 がＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔ上に付
着し、白金Ｐｔ上にＯ2 - 又はＯ2-が付着するとこのＯ
2 - 又はＯ2-はただちに炭化水素ＨＣと反応して炭化水
素ＨＣが酸化せしめられる。従って還元剤供給弁１６か
ら炭化水素ＨＣが供給されると排気ガス中の酸素濃度は
急激に低下する。
の酸素濃度が低下してＮＯ2 の生成量が低下すると反応
が逆方向（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、斯くして吸収剤
内の硝酸イオンＮＯ3 - がＮＯ2 の形で吸収剤から放出
される。即ち、排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯ
x 吸収剤からＮＯx が放出されることになる。従ってこ
の実施例では排気ガス中の酸素濃度を低下させて排気ガ
スの空燃比をリッチにしかつこのときＮＯx 吸収剤から
放出されるＮＯx を還元するために図９に示されるよう
に周期的に還元剤供給弁１６から還元剤が供給される。
即ち、還元剤供給弁１６から還元剤、即ち炭化水素ＨＣ
を供給するとこの炭化水素ＨＣは図８（Ｂ）に示される
ように白金ＰｔのＯ2 - 又はＯ2-とただちに反応して酸
化せしめられる。白金Ｐｔ上のＯ2 - 又はＯ2-が減少す
れば周囲のＯ2 がＯ2 - 又はＯ2-の形で白金Ｐｔ上に付
着し、白金Ｐｔ上にＯ2 - 又はＯ2-が付着するとこのＯ
2 - 又はＯ2-はただちに炭化水素ＨＣと反応して炭化水
素ＨＣが酸化せしめられる。従って還元剤供給弁１６か
ら炭化水素ＨＣが供給されると排気ガス中の酸素濃度は
急激に低下する。
【００３０】一方、排気ガス中の酸素濃度が低下して白
金Ｐｔ上のＯ2 - 又はＯ2-が減少すると（ＮＯ3 - →Ｎ
Ｏ2 ）の方向に反応が進み、斯くして吸収剤からＮＯ2
が放出されることになる。このＮＯ2 は炭化水素ＨＣと
反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの
表面上にＮＯ2 が存在しなくなると吸収剤から次から次
へとＮＯ2 が放出される。従って還元剤供給弁１６から
炭化水素ＨＣが供給されると短時間のうちにＮＯx 吸収
剤からＮＯx が放出され、しかもこのとき放出されたＮ
Ｏx が還元せしめられることになる。
金Ｐｔ上のＯ2 - 又はＯ2-が減少すると（ＮＯ3 - →Ｎ
Ｏ2 ）の方向に反応が進み、斯くして吸収剤からＮＯ2
が放出されることになる。このＮＯ2 は炭化水素ＨＣと
反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの
表面上にＮＯ2 が存在しなくなると吸収剤から次から次
へとＮＯ2 が放出される。従って還元剤供給弁１６から
炭化水素ＨＣが供給されると短時間のうちにＮＯx 吸収
剤からＮＯx が放出され、しかもこのとき放出されたＮ
Ｏx が還元せしめられることになる。
【００３１】この実施例においても還元剤に極性物質か
らなる液状添加剤が添加される。即ち、この実施例にお
いてもＮＯx 吸収剤から良好にＮＯx を放出させかつこ
の放出されたＮＯx を良好に還元するためにはＮＯx 吸
収剤全体に対して還元剤を良好に分散させかつ還元剤を
できるだけ低炭素数の炭化水素ＨＣに分解することが好
ましく、従ってこの実施例においても上述のように還元
剤に液状添加剤を添加することによってＮＯx 吸収剤か
らの良好なＮＯx の放出還元作用を確保することができ
ることになる。
らなる液状添加剤が添加される。即ち、この実施例にお
いてもＮＯx 吸収剤から良好にＮＯx を放出させかつこ
の放出されたＮＯx を良好に還元するためにはＮＯx 吸
収剤全体に対して還元剤を良好に分散させかつ還元剤を
できるだけ低炭素数の炭化水素ＨＣに分解することが好
ましく、従ってこの実施例においても上述のように還元
剤に液状添加剤を添加することによってＮＯx 吸収剤か
らの良好なＮＯx の放出還元作用を確保することができ
ることになる。
【００３２】
【発明の効果】還元剤に還元剤よりも沸点の低い極性物
質からなる液状添加剤を添加することによってＮＯx 触
媒による良好なＮＯx 還元作用を確保することができ、
ＮＯx吸収剤からの良好なＮＯx 放出還元作用を確保す
ることができる。
質からなる液状添加剤を添加することによってＮＯx 触
媒による良好なＮＯx 還元作用を確保することができ、
ＮＯx吸収剤からの良好なＮＯx 放出還元作用を確保す
ることができる。
【図１】ディーゼル機関の全体図である。
【図２】還元剤供給弁の拡大側面断面図である。
【図３】還元剤供給量のマップを示す図である。
【図４】還元剤の供給を制御するためのフローチャート
である。
である。
【図５】還元剤供給弁の別の実施例を示す拡大側面断面
図である。
図である。
【図６】添加剤の供給割合Ｋを示す図である。
【図７】還元剤の供給を制御するためのフローチャート
である。
である。
【図８】ＮＯx の吸放出作用を説明するための図であ
る。
る。
【図９】還元剤供給のタイミングを示す図である。
１３…ＮＯx 触媒 １６…還元剤供給弁 ２０…グロープラグ ２４，２４ａ，２４ｂ…供給制御装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ｚ (72)発明者 ▲榊▼原 雄二 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41 の１ 株式会社豊田中央研究所内 審査官 小松 竜一 (56)参考文献 特開 平７−148435（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−31328（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−31326（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−175417（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/28 B01D 53/94 F01N 3/36
Claims (6)
- 【請求項１】 排気ガスの空燃比がリーンであるときに
炭化水素の存在下で排気ガス中のＮＯx を選択的に還元
しうるＮＯx 触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯx 触
媒上流の機関排気通路内に液状炭化水素からなる還元剤
を供給するようにした内燃機関において、上記還元剤を
機関排気通路内に供給する前に該還元剤に該還元剤より
も沸点の低い極性物質からなる液状添加剤を添加して該
液状添加剤の気化膨張作用により該還元剤を細かく分断
し、細かく分断された還元剤を細かく分断された状態で
機関排気通路内に供給するようにした内燃機関の排気浄
化装置。 - 【請求項２】 排気ガスの空燃比がリーンであるときに
ＮＯx を吸収し、排気ガスの空燃比がリッチになると吸
収したＮＯx を放出するＮＯx 吸収剤を機関排気通路内
に配置し、ＮＯx 吸収剤からＮＯx を放出すべきときに
はＮＯx 吸収剤上流の機関排気通路内に液状炭化水素か
らなる還元剤を供給するようにした内燃機関において、
上記還元剤に該還元剤よりも沸点の低い極性物質からな
る液状添加剤を添加した内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】 上記還元剤が軽油からなり、上記液状添
加剤が含酸素化合物からなる請求項１又は２に記載の内
燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項４】 上記含酸素化合物が水又はアルコールで
ある請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項５】 上記還元剤と液状添加剤とを機関排気通
路内に供給する前に加熱する加熱手段を具備した請求項
１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項６】 排気ガス温に応じて上記還元剤に対する
液状添加剤の割合を制御する制御手段を具備し、排気ガ
ス温が高くなるにつれて該割合を小さくする請求項１又
は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6074946A JP3017636B2 (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6074946A JP3017636B2 (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07279649A JPH07279649A (ja) | 1995-10-27 |
| JP3017636B2 true JP3017636B2 (ja) | 2000-03-13 |
Family
ID=13562012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6074946A Expired - Lifetime JP3017636B2 (ja) | 1994-04-13 | 1994-04-13 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3017636B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0988691A (ja) * | 1995-09-20 | 1997-03-31 | Toyota Motor Corp | 圧縮着火内燃機関 |
| JP3945335B2 (ja) | 2002-07-31 | 2007-07-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
1994
- 1994-04-13 JP JP6074946A patent/JP3017636B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07279649A (ja) | 1995-10-27 |
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