JP3259379B2 - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気ガス浄化装置Info
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- JP3259379B2 JP3259379B2 JP32385992A JP32385992A JP3259379B2 JP 3259379 B2 JP3259379 B2 JP 3259379B2 JP 32385992 A JP32385992 A JP 32385992A JP 32385992 A JP32385992 A JP 32385992A JP 3259379 B2 JP3259379 B2 JP 3259379B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気ガス中
のＮＯXを浄化する装置に関する。
のＮＯXを浄化する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンやディーゼルエンジン
等の内燃機関から排出されるガス中のＮＯXを浄化する
手段として、還元触媒が有効であることが知られてい
る。これらの還元触媒は排気ガスの温度や、還元剤とし
て添加される炭化水素（ＨＣ）の含有率によりＮＯXの
浄化能力が変化する特性を有する。従来はこの浄化率の
変化は、排気ガス温度のある温度領域内で山形のカーブ
を示すものと記載されており、したがって、この温度領
域に排気ガス温度を制御する装置が提案されてきた。例
えば、実開平３−４９３１２号公報や実開平４−７６９
２２号公報は還元触媒の入口側の排気管にバイパス通路
を設けて排気ガス温度を調整する装置を開示している。
等の内燃機関から排出されるガス中のＮＯXを浄化する
手段として、還元触媒が有効であることが知られてい
る。これらの還元触媒は排気ガスの温度や、還元剤とし
て添加される炭化水素（ＨＣ）の含有率によりＮＯXの
浄化能力が変化する特性を有する。従来はこの浄化率の
変化は、排気ガス温度のある温度領域内で山形のカーブ
を示すものと記載されており、したがって、この温度領
域に排気ガス温度を制御する装置が提案されてきた。例
えば、実開平３−４９３１２号公報や実開平４−７６９
２２号公報は還元触媒の入口側の排気管にバイパス通路
を設けて排気ガス温度を調整する装置を開示している。
【０００３】しかしながら、還元触媒の浄化特性は単純
な山形のカーブで変化するものではないことが、各種の
実験により確認されている。図７は横軸に排気ガスの温
度を、たて軸にＮＯXの浄化率をとったときのグラフ
で、還元触媒を１個用いたときの変化は、カーブＣ１で
示される。すなわち、排気ガス温度が低い領域（Ｔ1）
では比較的高い浄化率を達成できるが、排気ガス温度が
上昇して領域Ｔ2に入ると、浄化率は低下して谷状のカ
ーブを示し、さらに排気ガス温度が上昇して領域Ｔ3に
なると、浄化率は向上し、山状のカーブを示す。そし
て、それ以上の温度領域Ｔ4では、再び浄化率は低下す
る傾向となる。すなわち、浄化率が２つのピークを示
す。一般に、ＮＯXはＮＯとＮＯ2から成り、そのほとん
どがＮＯであると言われているが、排気低温時にはＮＯ
2の割合が比較的多い（２０〜３０％）。４気筒ディー
ゼルエンジンにＮＯX触媒を設け、還元剤としてＨＣ
（燃料・軽油）を吸気系に導入して、ＮＯ，ＮＯ2，Ｎ
ＯX（ＮＯ＋ＮＯ2）の浄化率を測定した結果、１００℃
くらいの低温（アイドル）時にも比較的高いＮＯX浄化
率を示すことが判った。これは、ＮＯX中のＮＯ2が分解
又は還元されて大部分がＮ2に、一部がＮＯに変化する
ためと、全体としてのＮＯX浄化率が比較的高くなると
考えられる。温度上昇にともなって、ＮＯX中のＮＯ2割
合が減り、ＮＯ2がＮＯに変化する割合が増え、２００
℃付近ではＮＯの増加だけが進み、トータルのＮＯX浄
化率も落ちこむ。更に温度が上昇するとＮＯXの大部分
をＮＯで占めるとともにＮＯの還元反応が進み、トータ
ルのＮＯX浄化率は上昇し、３５０℃付近で最高とな
る。
な山形のカーブで変化するものではないことが、各種の
実験により確認されている。図７は横軸に排気ガスの温
度を、たて軸にＮＯXの浄化率をとったときのグラフ
で、還元触媒を１個用いたときの変化は、カーブＣ１で
示される。すなわち、排気ガス温度が低い領域（Ｔ1）
では比較的高い浄化率を達成できるが、排気ガス温度が
上昇して領域Ｔ2に入ると、浄化率は低下して谷状のカ
ーブを示し、さらに排気ガス温度が上昇して領域Ｔ3に
なると、浄化率は向上し、山状のカーブを示す。そし
て、それ以上の温度領域Ｔ4では、再び浄化率は低下す
る傾向となる。すなわち、浄化率が２つのピークを示
す。一般に、ＮＯXはＮＯとＮＯ2から成り、そのほとん
どがＮＯであると言われているが、排気低温時にはＮＯ
2の割合が比較的多い（２０〜３０％）。４気筒ディー
ゼルエンジンにＮＯX触媒を設け、還元剤としてＨＣ
（燃料・軽油）を吸気系に導入して、ＮＯ，ＮＯ2，Ｎ
ＯX（ＮＯ＋ＮＯ2）の浄化率を測定した結果、１００℃
くらいの低温（アイドル）時にも比較的高いＮＯX浄化
率を示すことが判った。これは、ＮＯX中のＮＯ2が分解
又は還元されて大部分がＮ2に、一部がＮＯに変化する
ためと、全体としてのＮＯX浄化率が比較的高くなると
考えられる。温度上昇にともなって、ＮＯX中のＮＯ2割
合が減り、ＮＯ2がＮＯに変化する割合が増え、２００
℃付近ではＮＯの増加だけが進み、トータルのＮＯX浄
化率も落ちこむ。更に温度が上昇するとＮＯXの大部分
をＮＯで占めるとともにＮＯの還元反応が進み、トータ
ルのＮＯX浄化率は上昇し、３５０℃付近で最高とな
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の知得
に基づいて排気ガスの温度領域の広い範囲にわたって浄
化率の高い浄化装置を提供するものである。
に基づいて排気ガスの温度領域の広い範囲にわたって浄
化率の高い浄化装置を提供するものである。
【０００５】
【発明を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、排気管に設けられる触媒と触媒の上流側の排気管
を分岐して形成される第１の管路及び第２の管路と、第
１の管路に設けられる冷却器と、第１の管路及び第２の
管路に設けられる第１の弁及び第２の弁と、第１の弁及
び第２の弁の開度を制御するコントロールユニットを備
える。
置は、排気管に設けられる触媒と触媒の上流側の排気管
を分岐して形成される第１の管路及び第２の管路と、第
１の管路に設けられる冷却器と、第１の管路及び第２の
管路に設けられる第１の弁及び第２の弁と、第１の弁及
び第２の弁の開度を制御するコントロールユニットを備
える。
【０００６】
【作用】コントロールユニットは、排気ガス温度や内燃
機関の運転状況に応じて触媒に流入する排気ガスの温度
を制御して、浄化率の最適化を図る。
機関の運転状況に応じて触媒に流入する排気ガスの温度
を制御して、浄化率の最適化を図る。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の実施例を示す説明図である。
内燃機関１０は、吸気管１２と排気管１４を有し、燃焼
ガスを排気管１４側へ排出する。吸気管１２には還元剤
を吸気に添加するインジェクタ２００がとりつけられ、
ポンプ２１０、ライン２２０を介して還元剤としてのＨ
Ｃの供給を受ける。コントロールユニット１００は、エ
ンジンの回転数Ｎｅの情報をライン１１４を介して、エ
ンジンの負荷Ｌの情報をライン１１３を介して受けと
り、これらの情報に基づいてライン２３０に出力してイ
ンジェクタ２００の還元剤添加量を制御する。
内燃機関１０は、吸気管１２と排気管１４を有し、燃焼
ガスを排気管１４側へ排出する。吸気管１２には還元剤
を吸気に添加するインジェクタ２００がとりつけられ、
ポンプ２１０、ライン２２０を介して還元剤としてのＨ
Ｃの供給を受ける。コントロールユニット１００は、エ
ンジンの回転数Ｎｅの情報をライン１１４を介して、エ
ンジンの負荷Ｌの情報をライン１１３を介して受けと
り、これらの情報に基づいてライン２３０に出力してイ
ンジェクタ２００の還元剤添加量を制御する。
【０００８】排気管１４は、２本の管路２０、２２に分
岐する。第１の管路２０には第１の弁５１が設けられ、
第１の弁５１の出口側の管路には、冷却器７０が設けら
れる。冷却器は導入される排気ガスを熱交換により冷却
する。第２の管路２２の途中には第２の弁６１が設けら
れる。２本の管路２０、２２は再度１本の管路２６に集
合し、管路２６に還元触媒４０が設けられる。第１の弁
５１はアクチュエータ５２により操作され、アクチュエ
ータ５２は電磁弁５３を介して真空源８０から供給され
る負圧により駆動される。第２の弁６１も同様にアクチ
ュエータ６２により操作され、アクチュエータ６２は電
磁弁６３を介して連通される真空源８０からの負圧によ
り駆動される。触媒４０の入口部の管路２６には温度セ
ンサ１１０を設けてあり、触媒４０の入口部の排気ガス
温度を検出し、ライン１１２を介してコントロールユニ
ット１００へ送る。コントロールユニット１００は、排
気ガス温度に応じてライン１２１、１２２に出力し、第
１の弁５１、第２の弁６１の開閉を図５に示すように制
御する。すなわち、Ｔ1の温度領域にあっては、第１の
弁５１を閉じ、第２の弁６１を開く。これにより、排気
ガスは冷却されることなく、触媒４０に送り込まれ、Ｎ
ＯXの還元を受ける。
岐する。第１の管路２０には第１の弁５１が設けられ、
第１の弁５１の出口側の管路には、冷却器７０が設けら
れる。冷却器は導入される排気ガスを熱交換により冷却
する。第２の管路２２の途中には第２の弁６１が設けら
れる。２本の管路２０、２２は再度１本の管路２６に集
合し、管路２６に還元触媒４０が設けられる。第１の弁
５１はアクチュエータ５２により操作され、アクチュエ
ータ５２は電磁弁５３を介して真空源８０から供給され
る負圧により駆動される。第２の弁６１も同様にアクチ
ュエータ６２により操作され、アクチュエータ６２は電
磁弁６３を介して連通される真空源８０からの負圧によ
り駆動される。触媒４０の入口部の管路２６には温度セ
ンサ１１０を設けてあり、触媒４０の入口部の排気ガス
温度を検出し、ライン１１２を介してコントロールユニ
ット１００へ送る。コントロールユニット１００は、排
気ガス温度に応じてライン１２１、１２２に出力し、第
１の弁５１、第２の弁６１の開閉を図５に示すように制
御する。すなわち、Ｔ1の温度領域にあっては、第１の
弁５１を閉じ、第２の弁６１を開く。これにより、排気
ガスは冷却されることなく、触媒４０に送り込まれ、Ｎ
ＯXの還元を受ける。
【０００９】排気ガス温度がＴ2領域に上昇すると、触
媒による浄化率が低下する領域となるので、第１の弁５
１を開き、第２の弁６１を閉じる方向に制御する。これ
により、排気ガスは冷却器７０へも流れ、冷却される。
したがって、触媒４０へ送られる排気ガス温度は低く保
たれ、触媒の浄化率の高い領域が利用される。
媒による浄化率が低下する領域となるので、第１の弁５
１を開き、第２の弁６１を閉じる方向に制御する。これ
により、排気ガスは冷却器７０へも流れ、冷却される。
したがって、触媒４０へ送られる排気ガス温度は低く保
たれ、触媒の浄化率の高い領域が利用される。
【００１０】温度領域がＴ3に入ると、第１の弁５１を
閉じ、第２の弁６１を開く。これにより排気ガスは冷却
器を通らず、直接に触媒４０へ送り込まれる。この温度
領域では浄化率は高い。
閉じ、第２の弁６１を開く。これにより排気ガスは冷却
器を通らず、直接に触媒４０へ送り込まれる。この温度
領域では浄化率は高い。
【００１１】温度領域Ｔ4に入ると、排気温度の上昇に
応じて浄化率は低下するので、第１の弁５１を開き、第
２の弁６１を閉じる方向へ制御して排気ガス温度を触媒
の浄化率の高い状態に維持する。図５は、第１の弁５１
の開閉を示すカーブＶ1と、第２の弁６１の開閉を示す
カーブＧ2であって、排気ガスの温度が浄化率の高い２
つの領域にコントロールされていることを示す。
応じて浄化率は低下するので、第１の弁５１を開き、第
２の弁６１を閉じる方向へ制御して排気ガス温度を触媒
の浄化率の高い状態に維持する。図５は、第１の弁５１
の開閉を示すカーブＶ1と、第２の弁６１の開閉を示す
カーブＧ2であって、排気ガスの温度が浄化率の高い２
つの領域にコントロールされていることを示す。
【００１２】図２は本発明の他の実施例を示す。本実施
例にあっては、触媒４０の入口部に設ける温度センサ１
１０に加えて、排気マニホールドの出口部の排気管１４
に第２の温度センサ１３０を設けたものである。温度セ
ンサ１３０は排気マニホールド出口部での排気ガス温度
を検出し、ライン１３２を介してコントロールユニット
１００へ送る。コントロールユニット１００は、第２の
温度センサ１３０が検出する排気マニホールド出口部の
排気ガス温度に基づいて第１の弁５１と第２の弁６１の
開度を初期設定し、第１の温度センサ１１０が検出する
触媒４０の入口部の排気ガス温度をフィードバックデー
タとして、第１の弁５１、第２の弁６１の開度を制御す
る。この構成により応答性の高い温度制御を達成するこ
とができる。
例にあっては、触媒４０の入口部に設ける温度センサ１
１０に加えて、排気マニホールドの出口部の排気管１４
に第２の温度センサ１３０を設けたものである。温度セ
ンサ１３０は排気マニホールド出口部での排気ガス温度
を検出し、ライン１３２を介してコントロールユニット
１００へ送る。コントロールユニット１００は、第２の
温度センサ１３０が検出する排気マニホールド出口部の
排気ガス温度に基づいて第１の弁５１と第２の弁６１の
開度を初期設定し、第１の温度センサ１１０が検出する
触媒４０の入口部の排気ガス温度をフィードバックデー
タとして、第１の弁５１、第２の弁６１の開度を制御す
る。この構成により応答性の高い温度制御を達成するこ
とができる。
【００１３】図３は本発明の更に他の実施例を示す。本
装置においては、温度センサ１１０により触媒４０の入
口部の排気ガス温度を監視するとともに、コントロール
ユニット１００は、エンジンの回転数Ｎｅのデータをラ
イン１１４から受け、エンジンの負荷データＬをライン
１１３を介して受ける。
装置においては、温度センサ１１０により触媒４０の入
口部の排気ガス温度を監視するとともに、コントロール
ユニット１００は、エンジンの回転数Ｎｅのデータをラ
イン１１４から受け、エンジンの負荷データＬをライン
１１３を介して受ける。
【００１４】図４は横軸にエンジン回転数Ｎｅを、たて
軸にエンジンの負荷Ｌをとったもので、排気温度がカー
ブで示されている。そこで、これらのデータに基づい
て、コントローラ１００は、エンジンの回転数Ｎｅと負
荷Ｌの現在値に基づいて第１の弁５１と第２の弁６１の
開度を初期設定し、その後は触媒入口温度センサ１１０
のデータをフィードバックして２つの弁の開度を制御す
る。領域Ａ1は排気ガス温度が低い例えばアイドル時等
の軽負荷の状態で、この状態では触媒の浄化率は比較的
高い。そこで、第１の弁５１を閉じ、第２の弁６１を開
けて、排気ガスを冷却することなく、触媒４０へ送る。
エンジン回転数や負荷が増大して、領域Ｂ1に入ってき
たときには、第１の弁５１を開け、第２の弁６１を閉じ
る方向に制御し、排気ガス温度を領域Ａ1の温度に維持
する。領域Ａ2にあっては、触媒の浄化率が高い領域で
あるので、第１の弁５１を閉じ、第２の弁６１を開いて
排気ガスを直接に触媒４０へ送る。領域Ｂ2に入ると、
第１の弁５１を開けて、第２の弁を閉じる方向に制御
し、排気ガス温度を冷却する。図６は横軸に負荷Ｌを、
たて軸に排気温度と浄化率をとったときのカーブを示
し、排気マニホールド出口の排気ガス温度Ｇ1は触媒入
口部ではカーブＧ2で示すように制御される。これによ
り、浄化率のカーブＣ１はカーブＣ２に示す状態に改善
される。
軸にエンジンの負荷Ｌをとったもので、排気温度がカー
ブで示されている。そこで、これらのデータに基づい
て、コントローラ１００は、エンジンの回転数Ｎｅと負
荷Ｌの現在値に基づいて第１の弁５１と第２の弁６１の
開度を初期設定し、その後は触媒入口温度センサ１１０
のデータをフィードバックして２つの弁の開度を制御す
る。領域Ａ1は排気ガス温度が低い例えばアイドル時等
の軽負荷の状態で、この状態では触媒の浄化率は比較的
高い。そこで、第１の弁５１を閉じ、第２の弁６１を開
けて、排気ガスを冷却することなく、触媒４０へ送る。
エンジン回転数や負荷が増大して、領域Ｂ1に入ってき
たときには、第１の弁５１を開け、第２の弁６１を閉じ
る方向に制御し、排気ガス温度を領域Ａ1の温度に維持
する。領域Ａ2にあっては、触媒の浄化率が高い領域で
あるので、第１の弁５１を閉じ、第２の弁６１を開いて
排気ガスを直接に触媒４０へ送る。領域Ｂ2に入ると、
第１の弁５１を開けて、第２の弁を閉じる方向に制御
し、排気ガス温度を冷却する。図６は横軸に負荷Ｌを、
たて軸に排気温度と浄化率をとったときのカーブを示
し、排気マニホールド出口の排気ガス温度Ｇ1は触媒入
口部ではカーブＧ2で示すように制御される。これによ
り、浄化率のカーブＣ１はカーブＣ２に示す状態に改善
される。
【００１５】
【発明の効果】本発明は以上のように、ＮＯX触媒のＮ
ＯX浄化率特性が、低温域（アイドル時くらい）と高温
域（中負荷くらい）の２ヵ所でピークを示すことに着目
して、低温以上高温以下の温度域の時は低温域に、高温
以上の時は高温域に排気温度を冷却するもので、これに
より全域で常に高い浄化率を達成するものである。低温
域はアイドル付近の温度なので、これ以下の低温はな
い。又、常に排気を冷却するかそのまま流すかだけで、
昇温させる必要がない。昇温させようとすると、ヒータ
やバーナが必要で、電力消費やシステム大型・複雑化が
問題で現実的でない。本発明では排気ガスを冷却すれば
よいので、例えば、放熱フィン付のアルミパイプとする
だけでも十分効果がある。したがって、装置も簡素化で
きるものである。
ＯX浄化率特性が、低温域（アイドル時くらい）と高温
域（中負荷くらい）の２ヵ所でピークを示すことに着目
して、低温以上高温以下の温度域の時は低温域に、高温
以上の時は高温域に排気温度を冷却するもので、これに
より全域で常に高い浄化率を達成するものである。低温
域はアイドル付近の温度なので、これ以下の低温はな
い。又、常に排気を冷却するかそのまま流すかだけで、
昇温させる必要がない。昇温させようとすると、ヒータ
やバーナが必要で、電力消費やシステム大型・複雑化が
問題で現実的でない。本発明では排気ガスを冷却すれば
よいので、例えば、放熱フィン付のアルミパイプとする
だけでも十分効果がある。したがって、装置も簡素化で
きるものである。
【図１】本発明の実施例の説明図。
【図２】本発明の実施例の説明図。
【図３】本発明の実施例の説明図。
【図４】作用を示すグラフ。
【図５】作用を示すグラフ。
【図６】作用を示すグラフ。
【図７】還元触媒の特性を示すグラフ。
１０ 内燃機関 １４ 排気管 ２０ 第１の分岐管 ２２ 第２の分岐管 ４０ 触媒 ５１ 第１の弁 ６１ 第２の弁 ７０ 冷却器 ８０ 真空源 １００ コントロールユニット １１０ 温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/24
Claims (1)
- 【請求項１】 排気管に設けられる触媒と触媒の上流側
の排気管を分岐して形成される第１の管路及び第２の管
路と、第１の管路に設けられる冷却器と、第１の管路及
び第２の管路に設けられる第１の弁及び第２の弁と、触
媒の入口部の管路に設けられる温度センサと、エンジン
の回転数とエンジンの負荷と温度センサのデータに基づ
いて、第１の弁及び第２の弁の開度を制御するコントロ
ールユニットとを備え、コントロールユニットは、エン
ジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて第１の弁と第
２の弁の開度を初期設定し、触媒の浄化率特性が第１の
ピークとなる排気温度が低い領域では第１の弁を閉じて
第２の弁を開き、触媒の浄化率特性が低下する排気温度
の領域では第１の弁を開いて第２の弁を閉じ、触媒の浄
化率特性が第２のピークとなる排気温度が高い領域では
第１の弁を閉じて第２の弁を開く制御を行う内燃機関の
排気ガス浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32385992A JP3259379B2 (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32385992A JP3259379B2 (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173667A JPH06173667A (ja) | 1994-06-21 |
| JP3259379B2 true JP3259379B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=18159388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32385992A Expired - Fee Related JP3259379B2 (ja) | 1992-12-03 | 1992-12-03 | 内燃機関の排気ガス浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259379B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BR112013008471A2 (pt) * | 2010-10-06 | 2016-08-09 | Mack Trucks | disposição de contorno (bypass) de dispositivo de recuperação de calor desperdiçado |
| JP5983320B2 (ja) * | 2012-11-02 | 2016-08-31 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気系可変装置 |
| JP7402757B2 (ja) * | 2020-06-18 | 2023-12-21 | 日産自動車株式会社 | 熱交換システム制御方法及び熱交換システム |
-
1992
- 1992-12-03 JP JP32385992A patent/JP3259379B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06173667A (ja) | 1994-06-21 |
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