JP3361252B2 - 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

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Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の排気ガ
ス浄化装置に関し、具体的には、酸化雰囲気でＨＣ（炭
化水素）を用いてＮＯｘ（窒素酸化物）を還元させる選
択還元型ＮＯｘ還元触媒を用いた排気ガス浄化装置に関
する。 【０００２】 【従来の技術】従来、酸化雰囲気でＮＯｘ（窒素酸化
物）を分解する選択還元型ＮＯｘ（窒素酸化物）還元触
媒としては、例えば、特開平６−３１１７３号公報など
で提案される、金属炭化物および金属窒化物から選ばれ
る少なくとも１種からなる担体上に、イリジウムとアル
カリ土類金属とを共存担持させてなる触媒が知られてい
る。また、特開平６−８８５１８号公報で提案される、
白金Ｐｔなどを担体上に担持させてＮＯｘ吸収材とし
た、吸蔵型と呼ばれる触媒も知られている。 【０００３】また、前者の触媒については、特開平５−
３１２０７１号公報記載の技術のように、その種の触媒
を用い、排気中のＮＯｘ成分とＨＣ成分の濃度が特定の
値になるように排気濃度を制御して排気ガスの浄化を行
うものが知られている。 【０００４】また、後者の触媒については、特開平６−
８８５１８号公報で提案されるように、アルカリ土類金
属酸化物などのＮＯｘ吸収材からなる触媒を設け、空燃
比リーン時でかつ排気（あるいは吸収材）高温時に空燃
比を間欠的または連続的に理論空燃比に制御し、よって
ＮＯｘ吸収分解触媒のＳＯｘ被毒を抑制すると共に、被
毒したときの再生を図るものが知られている。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】ところで、近年はリー
ンバーン機関ないしは直噴機関など、空燃比のリーン化
が進みつつあり、酸化雰囲気でのＮＯｘ成分の浄化性能
の一層の向上が望まれている。 【０００６】従って、この発明の目的は、上記した選択
還元型ＮＯｘ（窒素酸化物）還元触媒、特に、耐熱性無
機酸化物からなる担体上にイリジウムを活性種として担
持させてなる選択還元型窒素酸化物還元触媒を用いた内
燃機関の排気ガス浄化装置において、酸化雰囲気でのＮ
Ｏｘ成分の浄化性能を一層向上させるようにした内燃機
関の排気ガス浄化装置を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１項にあっては、内燃機関の排気系に、酸
化雰囲気で窒素酸化物を還元させる触媒であって、耐熱
性無機酸化物からなる担体上にイリジウムを活性種とし
て担持させてなる選択還元型窒素酸化物還元触媒を備え
てなる排気ガス浄化装置において、前記内燃機関の運転
状態を検出する運転状態検出手段、前記触媒の温度を直
接または間接に検知する触媒温度検知手段、および前記
検出された運転状態および検知された触媒温度に応じて
前記内燃機関に供給する空燃比を制御する空燃比制御手
段を備えると共に、前記空燃比制御手段は、前記検知さ
れた触媒温度が所定値以上であって理論空燃比またはそ
れ以下のリッチ方向の空燃比で二酸化イリジウムが還元
される温度であるとき、前記内燃機関に供給する空燃比
を前記リッチ方向の値に制御し、前記リッチ方向の制御
において前記検知された触媒温度が前記所定値より低い
第２の所定値以下であってリーン空燃比で二酸化イリジ
ウムがさらに酸化して三酸化イリジウムとなるのが抑制
される温度になったとき、前記内燃機関に供給する空燃
比を前記リーン空燃比に制御する如く構成した。 【０００８】 【０００９】 【００１０】 【００１１】 【作用】請求項１項にあっては、耐熱性無機酸化物から
なる担体上にイリジウムを活性種として担持させてなる
選択還元型窒素酸化物還元触媒を備えてなる排気ガス浄
化装置において、内燃機関の運転状態を検出する運転状
態検出手段、前記触媒の温度を直接または間接に検知す
る触媒温度検知手段、および前記検出された運転状態お
よび検知された触媒温度に応じて前記内燃機関に供給す
る空燃比を制御する空燃比制御手段を備えると共に、前
記空燃比制御手段は、前記検知された触媒温度が所定値
以上であって理論空燃比またはそれ以下のリッチ方向の
空燃比で二酸化イリジウムが還元される温度であると
き、前記内燃機関に供給する空燃比を前記リッチ方向の
値に制御し、前記リッチ方向の制御において前記検知さ
れた触媒温度が前記所定値より低い第２の所定値以下で
あってリーン空燃比で二酸化イリジウムがさらに酸化し
て三酸化イリジウムとなるのが抑制される温度になった
とき、前記内燃機関に供給する空燃比を前記リーン空燃
比に制御する如く構成したので、即ち、運転状態を検出
し、触媒の温度を直接または間接に検知し、検出された
運転状態および検知された触媒温度に応じて空燃比を制
御する如く構成したので、温度特性において最良の範囲
で触媒にＮＯｘを浄化させることができ、酸化雰囲気で
のＮＯｘ成分の浄化性能を一層向上させることができ
る。また、イリジウム系のＮＯｘ触媒の機能低下を効果
的に防止することができる。 【００１２】ここで、選択還元型窒素酸化物還元触媒
は、耐熱性無機酸化物、例えばセラミック材からなる担
体上にイリジウムを活性種として担持させてなる選択還
元型の窒素酸化物還元触媒であれば、どのような触媒で
も良い。 【００１３】また、触媒の温度を直接または間接に検知
するようにしたが、排気系温度で代用させても良い。 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】以下、添付図面に即してこの出願
に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の実施の形態を説明
する。 【００１８】図１はその装置を概略的に示す全体図であ
る。 【００１９】図において、符号１０はＯＨＣ直列４気筒
４サイクルの内燃機関を示し、吸気管１２の先端に配置
されたエアクリーナ１４から導入された吸気は、スロッ
トルバルブ１６でその流量を調節されつつサージタンク
１８と吸気マニホルド２０を経て、吸気バルブ（図示せ
ず）を介して第１から第４気筒へと流入される。 【００２０】各気筒の吸気バルブ（図示せず）の付近に
はインジェクタ２２が設けられて燃料を噴射する。噴射
されて吸気と一体となった混合気は、各気筒内で図示し
ない点火プラグで点火されて燃焼してピストン（図示せ
ず）を駆動する。 【００２１】燃焼後の排気ガスは、排気バルブ（図示せ
ず）を介して排気マニホルド２４に排出され、排気管２
６を経て第１の触媒２８と第２の触媒（三元触媒）３０
とで浄化されて機関外に排出される。 【００２２】ここで、第１の触媒装置２８は、前記した
酸化雰囲気で窒素酸化物を還元させる触媒であって、耐
熱性無機酸化物からなる担体上にイリジウムを活性種と
して担持させてなる選択還元型窒素酸化物還元触媒（Ｎ
Ｏｘ分解触媒）からなる。耐熱性無機酸化物からなる担
体はセラミック材などからなり、例えば金属炭化物およ
び金属窒化物から選ばれる少なくとも１種からなる担体
である。また、第２の触媒３０は、従来的な三元触媒か
らなる。 【００２３】ここで、内燃機関１０には、排気ガスを吸
気側に還流させるＥＧＲ機構（排気還流機構）１００が
設けられる。 【００２４】図２を参照して説明すると、ＥＧＲ機構１
００のＥＧＲ通路１０２は、一端１０２ａが排気管２６
の第１の触媒装置２８（図２に図示省略）の上流側に、
他端１０２ｂが吸気管１２のスロットルバルブ１６（図
２で図示省略）の下流側に連通する。このＥＧＲ通路１
０２の途中には、ＥＧＲ量を調節するＥＧＲバルブ１０
４と容積室１０６が設けられる。 【００２５】ＥＧＲバルブ１０４はソレノイド１０８を
有する電磁バルブであり、ソレノイド１０８は後述する
制御ユニット（ＥＣＵ）３４に接続され、制御ユニット
３４からの出力によってそのバルブ開度をリニアに変化
させる。ＥＧＲバルブ１０４には、そのバルブ開度を検
出するリフトセンサ１１０が設けられ、その出力は制御
ユニット３４に送出される。 【００２６】図１の説明に戻ると、図示の如く、内燃機
関１０のディストリビュータ（図示せず）内にはクラン
ク角センサ４０が設けられ、所定気筒の所定クランク角
度で気筒判別信号を出力すると共に、各気筒のＴＤＣな
どの所定クランク角度およびそれを細分した１５度など
のクランク角度でＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号を出力す
る。 【００２７】スロットルバルブ１６にはスロットル開度
センサ４２が接続され、その開度に応じた信号を出力す
ると共に、スロットルバルブ１６下流の吸気管１２内に
は絶対圧センサ４４が設けられ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ
に応じた信号を出力する。 【００２８】内燃機関１０の適宜位置には大気圧センサ
４６が設けられて大気圧ＰＡに応じた信号を出力すると
共に、スロットルバルブ１６の上流側には吸気温センサ
４８が設けられて吸入空気の温度に応じた信号を出力す
る。また、機関の適宜位置には水温センサ５０が設けら
れて機関冷却水温ＴＷに応じた信号を出力する。 【００２９】更に、排気系において、排気マニホルド２
４の下流側で第１の触媒装置２８の上流側の排気系集合
部には、空燃比センサ５４が設けられ、排気ガスの酸素
濃度に比例した信号を出力する。 【００３０】図３は制御ユニット３４の詳細を示すブロ
ック図である。空燃比センサ（「ＬＡＦセンサ」と示
す）５４の出力は検出回路６０に入力され、所定の線型
化処理を経て排気ガスの酸素濃度に比例した信号が得ら
れる。 【００３１】検出回路６０の出力は、マルチプレクサ６
２およびＡ／Ｄ変換回路６４を介してＣＰＵ内に入力さ
れる。ＣＰＵはＣＰＵコア６６、ＲＯＭ６８、ＲＡＭ７
０を備える。スロットル開度センサ４２などのアナログ
センサ出力も同様にマルチプレクサ６２およびＡ／Ｄ変
換回路６４を介してＣＰＵ内に取り込まれ、ＲＡＭ７０
に格納される。 【００３２】またクランク角センサ４０の出力は波形整
形回路７２で波形整形された後、前記したＣＲＫ信号が
カウンタ７４でカウントされ、カウント値は機関回転数
ＮＥとしてＣＰＵ内に入力される。ＣＰＵにおいてＣＰ
Ｕコア６６は、ＲＯＭ６８に格納された命令に従って後
述の如く制御値を演算し、駆動回路７６を介して各気筒
のインジェクタ２２を駆動すると共に、駆動回路７８を
介してＥＧＲバルブ１０４を駆動する。尚、図３でリフ
トセンサ１１０の図示は省略した。 【００３３】次いで、この装置の動作を説明する。 【００３４】図４は、この装置の動作を示すフロー・チ
ャートであるが、同図の説明に入る前に、この発明に係
る排気ガス浄化手法を説明する。 【００３５】先ず、この装置においては既述の如く、第
１の触媒２８として、酸化雰囲気でＮＯｘ成分を還元さ
せる選択還元型ＮＯｘ還元触媒、より具体的にはＮＯｘ
成分の分解にＨＣ成分を必要とする選択還元型ＮＯｘ還
元触媒であって、耐熱性無機酸化物からなる担体上にイ
リジウムを活性種として担持させてなる触媒を用いる。 【００３６】発明者達が実験を重ねたところ、その種の
選択還元型窒素酸化物還元触媒にあっては、図５の触媒
温度に対するＮＯｘ浄化率ηＮＯｘの特性グラフに示す
如く、ＮＯｘ浄化率は、触媒温度ＴＣＡＴが所定範囲、
例えば３００℃から６００℃の間にあるとき、良好とな
ることが知見された。この発明に係る排気ガス浄化手法
はかかる知見に基づく。 【００３７】上記を前提として図４フロー・チャートに
従ってこの装置の動作を説明する。尚、図４フロー・チ
ャートに示すプログラムは所定時間、例えば２００ｍｓ
ごとに起動される。 【００３８】先ずＳ１０において検出された機関回転数
ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡなどの運転状態を示す検出
パラメータを読み込むと共に、目標空燃比ＫＣＭＤを読
み込む。尚、目標空燃比ＫＣＭＤの算出は後述する。 【００３９】次いでＳ１２に進み、第１の触媒２８の温
度ＴＣＡＴ(k) を演算、即ち、間接的に検知するが、こ
れについても後述する。ここで、(k) は離散系のサンプ
ル時間、より具体的には図４フロー・チャートの起動周
期（制御周期）である。 【００４０】次いでＳ１４に進み、算出した触媒温度Ｔ
ＣＡＴ(k) が３００℃以上か否か判断し、否定されると
きは図５に示す所定範囲にないことから、Ｓ１８に進ん
でフラグＦＬＮＧのビットを１にセットする。ＦＬＮＧ
は、空燃比のリーン制御の禁止／許可を示すフラグであ
り、そのビットが１にセットされることは、空燃比のリ
ーン制御が禁止されることを意味する。 【００４１】他方、Ｓ１４において肯定されるときはＳ
１６に進み、算出した触媒温度ＴＣＡＴ(k) が６００℃
以下か否か判断し、否定されるときは同様に図５に示す
所定範囲にないことから、Ｓ１８に進んでフラグＦＬＮ
Ｇのビットを１にセットすると共に、肯定されるときは
Ｓ２０に進んでフラグＦＬＮＧのビットを０にリセット
し、空燃比のリーン制御を許可する。 【００４２】ここで、目標空燃比ＫＣＭＤの算出を説明
する。 【００４３】図６フロー・チャートはその算出作業を示
すフロー・チャートであり、図示のプログラムはＴＤＣ
ごとに起動される。 【００４４】以下説明すると、先ずＳ１００においてフ
ューエルカット中か否か判断し、肯定されるときはＳ１
０２に進んで目標空燃比ＫＣＭＤを所定値ＫＣＭＤＦＣ
（例えば１．０）に設定する。 【００４５】他方、Ｓ１００で否定されるときはＳ１０
４に進んでフューエルカット直後（例えばフューエルカ
ット終了後５００ｍｓ以内）か否か判断し、肯定される
ときはＳ１０６に進んで目標空燃比の前回値ＫＣＭＤ(k
-1) と検出空燃比（ＬＡＦセンサ出力値）の前回値ＫＡ
ＣＴ(k-1) の偏差の絶対値が所定値ΔＫＦＰＣ（例えば
０．１４）を超えるか否か判断する。 【００４６】Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進
んでフューエルカット直後であることを示すフラグＦＰ
ＦＣのビットを１にセットしてＳ１０２に進むと共に、
Ｓ１０６で否定されるとき、およびＳ１０４で否定され
るときはＳ１１０に進んでそのフラグのビットを０にリ
セットする。 【００４７】次いでＳ１１２に進み、検出した機関回転
数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとから所定のマップを検
索し、目標空燃比の基準値ＫＢＳを求める。続いてＳ１
１４に進み、検索した基準値に対して運転状態に応じて
水温、負荷などから補正を加える。続いてＳ１１６に進
み、補正された基準値に、リーン化補正係数、減速時補
正係数などを乗算して更に補正し、目標空燃比ＫＣＭＤ
の今回値を算出する（簡略化のため、今回値にｋを付す
のは省略した）。尚、目標空燃比ＫＣＭＤ、それに基づ
いて後述の如く算出される目標空燃比補正係数ＫＣＭＤ
Ｍは、より詳しくは当量比で示される。 【００４８】続いてＳ１１８に進み、前記したフラグＦ
ＬＮＧのビットが１にセットされているか否か判断し、
肯定されるときはＳ１２０に進んで算出された目標空燃
比ＫＣＭＤが所定値ＫＣＭＤＬ（リーン制御を示す値。
例えば当量比において０．８）より小さいか否か判断
し、肯定されるときはＳ１２２に進んで目標空燃比ＫＣ
ＭＤを１．０（理論空燃比）に固定する。 【００４９】即ち、空燃比のリーン制御が禁止されてい
ることから、目標空燃比ＫＣＭＤの値を理論空燃比に修
正する。尚、Ｓ１１８あるいはＳ１２０で否定されると
きは、そのような処理が不要であることから、Ｓ１２２
あるいはＳ１２０，Ｓ１２２をスキップする。 【００５０】次いでＳ１２４に進んで適宜なリミット処
理を行い、Ｓ１２６に進んで算出した目標空燃比ＫＣＭ
Ｄから所定のテーブルを検索して充填効率の補正係数Ｋ
ＥＴＣを求め、Ｓ１２８に進んで検索した充填効率補正
係数ＫＥＴＣを目標空燃比ＫＣＭＤに乗じて目標空燃比
補正係数ＫＣＭＤＭを算出する。 【００５１】次いで、Ｓ１２で触れた触媒温度ＴＣＡＴ
(k) の算出について説明する。 【００５２】図７はその作業を示すサブルーチン・フロ
ー・チャートである。尚、図示のプログラムは所定時間
間隔Δｔ（即ち、図４プログラム起動周期の２００ｍ
ｓ）ごとに起動される。 【００５３】先ず、Ｓ２００において比熱Ｃｐ〔kcal／
℃・kg〕、熱伝達率ｈ〔kcal/m2 ・℃・時間〕、排気系
温度ＴＥＸ〔℃〕などを、運転状態、より具体的には機
関回転数ＮＥ、負荷（吸気管内絶対圧力ＰＢＡ）、目標
空燃比ＫＣＭＤに基づいてマップ検索あるいはテーブル
検索する。同時に、予め記憶してある触媒２８の質量ｍ
〔kg〕および断面積〔m2〕を読み出し、次いでＳ２０２
に進んで触媒温度ＴＣＡＴ(k) を算出する。 【００５４】尚、排気系温度ＴＥＸは、空燃比によって
機関が発生するエネルギが相違するため、目標空燃比Ｋ
ＣＭＤに応じて補正する必要がある。ただし、補正に際
して、目標空燃比ＫＣＭＤに代えてＬＡＦセンサ５４で
検出した検出空燃比を用いても良い。 【００５５】図８を参照して説明すると、この推定手法
においては、熱力学の式に基づいて触媒２８の熱移動を
求めてその温度変化を近似的に推定するようにした。即
ち、同図上部に示す如く、触媒２８の熱量をＱＣＡＴと
すると、ＱＣＡＴは、入力される排気系温度ＴＥＸと、
触媒２８の質量ｍ〔kg〕、比熱Ｃｐおよび触媒温度ＴＣ
ＡＴとから推定することができる。 【００５６】Δｔ秒（図示プログラム起動周期）間の触
媒２８に入力される熱量をΔＱＣＡＴとすると、ΔＱＣ
ＡＴは図８の式１に示す如く、触媒温度の今回値ＴＣＡ
Ｔ(k) と前回値ＴＣＡＴ(k-1) の差に触媒２８の質量ｍ
と比熱Ｃｐの積を乗じたものと近似することができる。 【００５７】それは、入力される排気系温度ＴＥＸと触
媒温度前回値ＴＣＡＴ(k-1) の差に、触媒２８の断面積
Ａ〔ｍ2 〕と熱伝達率ｈの積を乗じたものと等価であ
る。従って、式１の右辺を書き直すと式２、３が得ら
れ、式３から式４が得られ、それに基づいて触媒温度の
今回値ＴＣＡＴ(k) を求めることができる。尚、式４は
漸化式であり、触媒温度前回値ＴＣＡＴ(k-1) の初期値
が必要となるが、機関冷却水温などに応じて適宜設定す
れば良い。 【００５８】これによって、温度センサを用いずに、演
算ないし推定によって触媒温度を求めることができ、構
成として簡易となる。さらに、センサを用いるときは検
出遅れの問題がつきまとうが、熱収支を演算するように
したので、その不都合もない。 【００５９】この実施の形態においては上記の如く構成
したので、図６フロー・チャートのＳ１１４，Ｓ１１６
において目標空燃比ＫＣＭＤがリーン方向に値に設定さ
れるとき、図４フロー・チャートのＳ１４以降において
触媒温度ＴＣＡＴ(k) が所定範囲内にあると判断されて
空燃比のリーン制御が許可されれば、図６フロー・チャ
ートのＳ１１８での判断が否定され、空燃比のリーン制
御が実行されて触媒２８のＮＯｘ浄化率を向上させるこ
とができる。 【００６０】従って、図５に示すような温度特性を有す
る、イリジウムを活性種とした触媒２８において最良の
範囲で触媒にＮＯｘを浄化させることができ、酸化雰囲
気でのＮＯｘ成分の浄化性能を一層向上させることがで
きる。 【００６１】さらに、温度センサを用いずに、演算ない
し推定によって触媒温度を求めるので、構成として簡易
であり、温度センサを用いるときの検出遅れの不都合も
生じない。 【００６２】図９はこの発明の第２の実施の形態を示す
フロー・チャートである。 【００６３】以下説明すると、Ｓ３００において機関回
転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡなどの機関運転パラメ
ータおよび目標空燃比ＫＣＭＤを読み込み、Ｓ３０２に
進んで触媒温度ＴＣＡＴ(k) を演算する。これは第１の
実施の形態と同様に図７のフロー・チャートに従って行
う。 【００６４】次いでＳ３０４に進んで前記フラグＦＬＮ
Ｇのビットが１にセットされているか、換言すれば空燃
比のリーン制御が禁止されているか否か判断する。この
フラグのビットの初期値は０であることから、Ｓ３０４
の判断は通例否定されてＳ３０６に進み、算出した触媒
温度の今回値ＴＣＡＴ(k) が７００℃以上か否か判断す
る。 【００６５】そして肯定されるときはＳ３０８に進んで
フラグのビットを１にセットし、空燃比のリーン制御を
禁止する。他方、Ｓ３０６で否定されるときはＳ３１０
に進んでフラグのビットを０にリセットして空燃比のリ
ーン制御を許可する。 【００６６】またＳ３０４で肯定されるときはＳ３１２
に進んで算出した触媒温度の今回値ＴＣＡＴ(k) が６５
０℃以下か否か判断する。そして、否定されるときはそ
のままプログラムを終了すると共に、肯定されるときは
Ｓ３１０に進んでフラグのビットを０にリセットして空
燃比のリーン制御を許可する。 【００６７】尚、触媒温度が７００℃未満になっても６
５０℃以下になるまで空燃比のリーン制御の禁止を継続
するのは、制御のハンチングを回避するためである。 【００６８】上記の制御を行う理由について、図１０お
よび図１１を参照して説明する。図１０および図１１
は、モデルガスと粉末のイリジウムを用いて発明者達が
実験したデータ図である。 【００６９】図１０において実線ａは、酸素（Ｏ2 ）を
１０％含んだ窒素ガス（Ｎ2)雰囲気（排気ガスにおける
リーン空燃比に相当）にイリジウム（Ｉｒ）を存在さ
せ、温度を変化させたときのイリジウム化合物（イリジ
ウムおよび二酸化イリジウムＩｒＯ2 を含む。以下も同
様）の質量変化の計測値である。イリジウム化合物の質
量が５００℃付近から増加しているが、これはイリジウ
ムの一部が酸化されて二酸化イリジウムに変化している
ためである。 【００７０】図１０の破線ｂは、同一条件下において二
酸化イリジウム（ＩｒＯ2 ）を存在させ、温度を変化さ
せたときのイリジウム化合物の質量変化の計測値を示
す。イリジウム化合物の質量が６００℃付近から減少し
ているのは、二酸化イリジウムがさらに酸化されて三酸
化イリジウム（ＩｒＯ3 ）に変化し、気化することで揮
散現象が起きているためである。 【００７１】図１１において実線ｃは、窒素ガス
（Ｎ2 ）雰囲気（排気ガスにおける理論空燃比あるいは
リッチ空燃比に相当）にイリジウム（Ｉｒ）を存在さ
せ、温度を変化させたときのイリジウム化合物の質量変
化を計測値である。ここではイリジウム化合物の質量に
ほとんど変化がない。これは、酸素が不存在のため、イ
リジウムが８００℃以上の温度においても酸化されない
ことを示している。 【００７２】また、破線ｄは、同一条件下において二酸
化イリジウム（ＩｒＯ2 ）を存在させ、温度を変化させ
たときのイリジウム化合物の質量変化の計測値を示す。
イリジウム化合物の質量が６５０℃付近から減少し始
め、７００℃付近から急激に減少しているが、これは二
酸化イリジウムの一部が還元されてイリジウムに変化し
ているためである。 【００７３】図１０および図１１に示した実験結果を踏
まえ、実機において前記した耐熱性無機酸化物からなる
担体上にイリジウムを活性種として担持させてなる選択
還元型窒素酸化物還元触媒（触媒２８）を用いて発明者
達が実験を重ねたところ、モデルガスでの実験とほぼ同
様の現象が生じるのを確認することができた。 【００７４】実機では各臨界温度が多少異なったが、そ
れは実機と触媒、モデルガスとイリジウム粉末による実
験の条件が異なることに起因すると思われた。実機にお
ける排気ガスには酸素や窒素以外にも、二酸化炭素や炭
化水素などの成分が混在しており、また触媒もイリジウ
ム粉末の他にアルカリ金属などの助触媒や担体などの成
分を含む。 【００７５】それらに起因して実験室における実験と実
機での実験では臨界温度が異なったと推定された。詳し
くは、実機での臨界温度の方が、モデルガスを用いた実
験室での実験よりも若干（５０℃から１００℃）高めで
あった。 【００７６】このように、耐熱性無機酸化物よりなる担
体上にイリジウムを活性種として担持してなる選択還元
型窒素酸化物還元触媒（触媒２８）においては、酸素
（Ｏ2）が過剰に存在、換言すれば空燃比がリーン制御
されているとき、触媒温度あるいは排気系温度が６００
℃以下ではイリジウムは酸素と反応し合って二酸化イリ
ジウムとなることが知見された。 【００７７】また、触媒温度あるいは排気系温度が更に
上昇して６５０℃以上になると、二酸化イリジウムがさ
らに酸化して三酸化イリジウムとなり、その状態ではイ
リジウムが揮散し、活性種であるイリジウムが減少する
ことから、触媒としての機能が著しく低下することも知
見された。 【００７８】他方、酸素が不在、具体的には酸素が過剰
には存在しない、より具体的には理論空燃比程度（ある
いはそれ以下のリッチ空燃比）であれば、触媒温度ある
いは排気系温度が７００℃以上で二酸化イリジウムが還
元してイリジウムと酸素に分解され、活性種であるイリ
ジウムが再生されることも判明した。さらに、イリジウ
ムへの還元速度は、二酸化イリジウムの酸化速度に比較
すると、１０倍程度大きいことも判明した。 【００７９】このことは、第１の触媒２８（ＮＯｘ触
媒）では５００℃以上の酸化雰囲気で活性種であるイリ
ジウムが酸化し、二酸化イリジウムに変化しても、三酸
化イリジウムに変化することを防止すれば、６５０℃以
上の還元雰囲気に触媒温度と空燃比を制御すれば、二酸
化イリジウムが還元して触媒２８が速やかに再生される
ことを示している。 【００８０】第２の実施の形態は上記の知見に基づいて
なされたものであり、図９フロー・チャートに関して説
明した如く、触媒温度あるいは排気系温度が７００℃に
達するまでに空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に戻
すように構成した。上に述べた如く、イリジウムの還元
は酸化よりも１０倍程度早いことから、これによって二
酸化イリジウムを還元させ、触媒の機能の低下を防止す
るようにした。 【００８１】尚、上記した第１、第２の実施の形態は、
それぞれ独立に行っても効果があることは上述した通り
であるが、同時に行うと、より高い効果を得ることがで
きる。即ち、触媒温度が前記所定の範囲にあるときには
空燃比リーン制御を行うことで触媒の浄化性能を向上さ
せると共に、触媒温度が前記所定の範囲を超えて上昇し
たときには空燃比リッチ制御を行うことで、触媒の機能
低下を防止しつつ、高い浄化率を長期間にわたって維持
することができ、触媒の浄化性能を最大に発揮させるこ
とができる。 【００８２】ここで、請求項を実施の形態の表現を対応
させると、上記した実施の形態においては、内燃機関
（１０）の排気系（排気管２６）に、酸化雰囲気で窒素
酸化物を還元させる触媒であって、耐熱性無機酸化物か
らなる担体上にイリジウムを活性種として担持させてな
る選択還元型窒素酸化物還元触媒（触媒２８）を備えて
なる排気ガス浄化装置において、前記内燃機関の運転状
態を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ４
０、絶対圧センサ４４、図４のＳ１０、図９のＳ３０
０）、前記触媒の温度ＴＣＡＴを直接または間接に検知
する触媒温度検知手段（図４のＳ１２、図９のＳ３０
２、図７のＳ２００からＳ２０２）、および前記検出さ
れた運転状態および検知された触媒温度に応じて前記内
燃機関に供給する空燃比を制御する空燃比制御手段（図
４のＳ１４からＳ２０、図９のＳ３０４からＳ３１２、
図６のＳ１００からＳ１２８）を備える如く構成した。 【００８３】また、前記空燃比制御手段は、前記検知さ
れた触媒温度ＴＣＡＴが所定範囲（３００℃から６００
℃）にあるとき、前記内燃機関に供給する空燃比をリー
ン方向の値に制御する（図４のＳ１４からＳ２０、図６
の１００からＳ１２８）如く構成した。 【００８４】また、前記空燃比制御手段は、前記検知さ
れた触媒温度ＴＣＡＴが所定値以上（７００℃）である
とき、前記内燃機関に供給する空燃比を理論空燃比また
はそれ以上のリッチ方向の値に制御する（図９のＳ３０
４からＳ３１２、図６のＳ１００からＳ１２８）如く構
成した。 【００８５】また、前記触媒温度検知手段は、前記触媒
温度ＴＣＡＴを前記検出された運転状態、より具体的に
は機関回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、機関冷却水
温ＴＷと空燃比（目標空燃比ＫＣＭＤ）に基づいて推定
する（図７のＳ２００，Ｓ２０２）如く構成した。 【００８６】尚、上記において、第２の触媒３０は、三
元触媒機能を備えたＮＯｘ分解触媒であっても良く、あ
るいは炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯなどを酸化する酸
化触媒であっても良い。要は、第２の触媒３０は、リー
ン空燃比以外の空燃比雰囲気で触媒からなる。尚、第２
の触媒３０は、三元触媒機能を備えたＮＯｘ分解触媒で
炭化水素ＨＣ、一酸化炭素ＣＯを効率良く浄化できるも
のであれば良い。 【００８７】また、上記において、触媒温度を演算で求
めるようにしたが、図１および図３に想像線で示すよう
に、排気系に排気温センサ５５を設け、検出値から触媒
温度を求めて良い。更には、第１の触媒２８に排気温セ
ンサ５５と同種の温度センサを直接取りつけ、検出値か
ら触媒温度を直接的に求めても良い。 【００８８】また、上記において、触媒の温度を間接に
検知するようにしたが、温度センサを設けて直接検知し
ても良い。 【００８９】尚、排気ガスの酸素濃度に比例した出力が
得られる空燃比センサを用いたが、Ｏ2 センサであって
も良い。 【００９０】 【発明の効果】請求項１項にあっては温度特性において
最良の範囲で触媒にＮＯｘを浄化させることができ、酸
化雰囲気でのＮＯｘ成分の浄化性能を一層向上させるこ
とができる。また、イリジウム系のＮＯｘ触媒の機能低
下を効果的に防止することができる。 【００９１】 【００９２】 【００９３】
【図面の簡単な説明】 【図１】この出願に係る内燃機関の排気ガス浄化装置を
全体的に示す概略図である。 【図２】図１中のＥＧＲ機構の詳細を示す説明図であ
る。 【図３】図１中の制御ユニットの詳細を示すブロック図
である。 【図４】この出願に係る内燃機関の排気ガス浄化装置の
動作を示すフロー・チャートである。 【図５】図４に示す排気ガス浄化手法を説明する選択還
元型窒素酸化物還元触媒の温度特性を示す説明グラフ図
である。 【図６】図４フロー・チャートで使用する目標空燃比Ｋ
ＣＭＤの算出作業を示すフロー・チャートである。 【図７】図４フロー・チャートの触媒温度の算出作業を
示すサブルーチン・フロー・チャートである。 【図８】図７フロー・チャートの触媒温度の算出作業を
説明する説明図である。 【図９】この発明の第２の実施の形態に係る装置の動作
を示すフロー・チャートである。 【図１０】第２の実施の形態に係る排気ガス浄化手法の
前提を示す実験データ図である。 【図１１】同様に、第２の実施の形態に係る排気ガス浄
化手法の前提を示す実験データ図である。 【符号の説明】 １０ 内燃機関 ２２ インジェクタ ２４ 排気マニホルド ２８ 第１の触媒（選択還元型窒素酸化物還元触媒） ３０ 第２の触媒（三元触媒） ３４ 制御ユニット ５４ 空燃比センサ（ＬＡＦセンサ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/10 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ 3/24 Ｚ Ｂ０１Ｄ 53/36 １０２Ｈ １０２Ａ (56)参考文献 特開 平６−173742（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−88518（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−189778（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−148438（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−31173（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312071（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−178848（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−203965（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−200751（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40 B01D 53/94 B01J 23/46 F01N 3/00 - 3/28

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 内燃機関の排気系に、酸化雰囲気で窒素
    酸化物を還元させる触媒であって、耐熱性無機酸化物か
    らなる担体上にイリジウムを活性種として担持させてな
    る選択還元型窒素酸化物還元触媒を備えてなる排気ガス
    浄化装置において、 ａ．前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手
    段、 ｂ．前記触媒の温度を直接または間接に検知する触媒温
    度検知手段、 および ｃ．前記検出された運転状態および検知された触媒温度
    に応じて前記内燃機関に供給する空燃比を制御する空燃
    比制御手段、 を備えると共に、前記空燃比制御手段は、前記検知され
    た触媒温度が所定値以上であって理論空燃比またはそれ
    以下のリッチ方向の空燃比で二酸化イリジウムが還元さ
    れる温度であるとき、前記内燃機関に供給する空燃比を
    前記リッチ方向の値に制御し、前記リッチ方向の制御に
    おいて前記検知された触媒温度が前記所定値より低い第
    ２の所定値以下であってリーン空燃比で二酸化イリジウ
    ムがさらに酸化して三酸化イリジウムとなるのが抑制さ
    れる温度になったとき、前記内燃機関に供給する空燃比
    を前記リーン空燃比に制御することを特徴とする内燃機
    関の排気ガス浄化装置。
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