JP2000064827A - 燃焼機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料中に硫黄分が含まれる場合でも、硫黄化
合物による触媒被毒を防止することができ、ＮＯｘを有
効に浄化することができる燃焼機関の排気ガス浄化装置
を提供する。 【解決手段】 ディーゼルエンジン１の排気ガス浄化シ
ステムにおいては、排気ガス中のＮＯが第１触媒コンバ
ータ１５内のＡｇ系触媒によりＮＯ₂に酸化され、ＮＯ₂
が第２触媒コンバータ１６内のＰｔ系触媒によりＮ₂に
還元されて浄化される。そして、第１触媒コンバータ１
５内の触媒温度が、Ａｇ系触媒がＳＯ₂ないしはＳＯ₃等
の硫黄化合物によって被毒を受けやすい温度領域に入っ
たときには、膨張行程燃料噴射、ＥＧＲ率の増加、スワ
ール弁開度の低減等によりＣＯが生成され、このＣＯに
よって第１触媒コンバータ１５内のＡｇ系触媒が硫黄化
合物と化合するのが防止され、触媒被毒が防止されて、
ＮＯｘが有効に浄化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン等の燃焼
機関の排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、燃焼機関、例えば自動車用エン
ジンにおいては、燃料の燃焼によって生じる排気ガス
（燃焼ガス）中に、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭
素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の大気汚染物質が含まれ
ている。このため、排気ガスを大気中に排出する排気通
路には、排気ガス中の大気汚染物質を浄化するために、
排気ガス浄化触媒を用いた触媒コンバータが設けられ
が、かかる排気ガス浄化触媒としては、従来より、Ｈ
Ｃ、ＣＯ及びＮＯｘを一括して浄化することができる三
元触媒が広く用いられている。この三元触媒は、ＨＣ及
びＣＯを酸化して無害なＨ₂Ｏ（水）又はＣＯ₂（二酸化
炭素）に変化させるとともに、ＨＣの一部を還元剤とし
て利用してＮＯｘを還元して無害なＮ₂（窒素）に変化
させる。ここで、ＮＯｘを三元触媒で有効に浄化するに
は、還元反応を促進するために、排気ガス中のＯ₂（酸
素）濃度を比較的低くする必要がある。

【０００３】ところで、近年、燃費性能が高いことか
ら、小型自動車用エンジンとしてディーゼルエンジンが
普及しつつあるが、ディーゼルエンジンの場合は、通
常、Ｏ₂過剰雰囲気下で燃料の燃焼が行われるので、排
気ガス中のＯ₂濃度が比較的高くなる（例えば、１０％
以上）。また、自動車用ガソリンエンジンにおいても、
近年、燃費性能を高めるために、低負荷時には混合気の
空燃比を理論空燃比よりもかなりリーン（例えば、空燃
比Ａ／Ｆが２２以上）に設定する（リーンバーンを行
う）ようにしたリーンバーンエンジンが広く用いられて
いるが、かかるリーンバーンエンジンにおいてリーンバ
ーンが行われる場合も、排気ガス中のＯ₂濃度が比較的
高くなる（例えば、４％以上）。このため、ディーゼル
エンジンあるいはリーンバーンエンジンにおいて、排気
ガス浄化触媒として三元触媒を用いたのでは、ＮＯｘを
十分には浄化することができないといった問題がある。

【０００４】そこで、近年、ディーゼルエンジンあるい
はリーンバーンエンジンにおいて、ＨＣ及びＣＯを浄化
する触媒コンバータに加えて、とくにＮＯｘの浄化性能
に優れた触媒コンバータを設けた排気ガス浄化装置が提
案されている。例えば、本願出願人は、特願平１０−８
４８２０号明細書中で、とくにＮＯｘを浄化するための
触媒コンバータとして、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒
素）をまずＡｇ系触媒（銀系触媒）で酸化してＮＯ
₂（二酸化窒素）に変化させ、さらにこのＮＯ₂ないしは
もともと排気ガス中に存在するＮＯ₂をＰｔ系触媒（白
金系触媒）で還元してＮ₂に変化させるといった２段階
処理構造の触媒コンバータを提案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、燃
料とくにディーゼルエンジンの燃料である軽油には硫黄
分が含まれることがあり、このような場合には該硫黄分
が酸化されてＳＯ₂（二酸化硫黄）あるいはＳＯ₃（三酸
化硫黄）となり、これらは排気ガス中に含まれることに
なる。他方、ＮＯｘを浄化するための触媒コンバータに
用いられる前記のＡｇ系触媒は、ＳＯ₂ないしはＳＯ₃等
の硫黄化合物（硫黄成分）によって被毒されて触媒活性
が低下するといった問題がある。すなわち、排気ガス中
に硫黄化合物が含まれていると、触媒中のＡｇが硫黄化
合物と化合してＡｇ₂ＳＯ₄となるが、Ａｇ₂ＳＯ₄はＮＯ
をＮＯ₂に酸化させる触媒活性が極めて低いからであ
る。

【０００６】このため、Ａｇ系触媒を用いてＮＯをＮＯ
₂に酸化させ、ＮＯ₂をＰｔ系触媒でＮ₂に還元させるよ
うにした触媒コンバータは、硫黄分を含む燃料が用いら
れる可能性が高い場合、例えばディーゼルエンジンには
用いるのが困難であるといった問題がある。本発明は、
上記従来の問題を解決するためになされたものであっ
て、燃料中に硫黄分が含まれる場合でも、ＳＯ₂ないし
はＳＯ₃等の硫黄化合物による触媒被毒を防止すること
ができ、ＮＯｘを有効に浄化することができる燃焼機関
の排気ガス浄化装置を提供することを解決すべき課題と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明にかかる燃焼機関の排気ガス浄化装
置は、（ａ）排気ガス中の所定の大気汚染物質（例え
ば、ＮＯｘ）を酸化又は還元する排気ガス浄化触媒を用
いた触媒コンバータが排気通路に設けられている燃焼機
関の排気ガス浄化装置において、（ｂ）触媒コンバータ
に、排気ガス中の硫黄成分（硫黄化合物）との結合度合
いよりも一酸化炭素との結合度合いの方が高い触媒金属
が含まれていて、（ｃ）該燃焼機関が触媒金属と排気ガ
ス中の硫黄成分との結合度合いが高くなる状態にあるか
否かを検出する硫黄結合度合い検出手段と、（ｄ）硫黄
結合度合い検出手段によって、触媒金属と排気ガス中の
硫黄成分との結合度合いが高いことが検出されたときに
は、触媒コンバータの上流側における排気ガス中の一酸
化炭素の存在度合い（単位時間当たりに触媒と接触する
量）を増加させる一酸化炭素増量手段とが設けられてい
ることを特徴とするものである。

【０００８】ここで、燃焼機関としては、例えば、ガソ
リンエンジン、ディーゼルエンジン等があげられる。ま
た、触媒金属としては、例えば、Ａｇ、Ｃｏ（コバル
ト）、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類金属
のうちの１つ又は複数を含むものがあげられる。なお、
大気汚染物質がＮＯｘである場合は、触媒金属としては
Ａｇがとくに有効である。

【０００９】この排気ガス浄化装置においては、燃焼機
関が、触媒金属と排気ガス中の硫黄成分との結合度合い
が高くなるような運転状態となったときには、触媒コン
バータの上流側における排気ガス中の一酸化炭素の存在
度合いが増加させられる。そして、触媒金属は、排気ガ
ス中の硫黄成分との結合度合いよりも一酸化炭素との結
合度合いの方が高いので、該触媒金属は一酸化炭素と結
合ないしは化合し、該触媒金属は硫黄成分とは結合ない
しは反応しない。このため、たとえ排気ガス中にＳＯ₂
ないしはＳＯ₃等の硫黄成分ないしは硫黄化合物が含ま
れていても、触媒金属はこれらによって被毒されること
はない。

【００１０】上記排気ガス浄化装置においては、硫黄結
合度合い検出手段が、触媒コンバータの温度が所定温度
範囲内（例えば、３００〜４５０°Ｃ）にあるときに、
触媒金属と排気ガス中の硫黄成分との結合度合いが高い
と判定するようになっているのが好ましい。一般に、触
媒金属の硫黄成分による被毒は、一定の温度範囲内、例
えば３００〜４５０°Ｃで強くなる一方、かかる温度範
囲外では該被毒は弱くなるので、このようにすれば簡素
な手法で触媒金属の硫黄成分による被毒を有効に防止す
ることができる。

【００１１】上記排気ガス浄化装置においては、硫黄結
合度合い検出手段が、触媒コンバータの温度を、燃焼機
関温度、吸入空気量、機関負荷及び機関始動後からの経
過時間のうちの少なくとも１つに基づいて推定するよう
になっているのが好ましい。このようにすれば、触媒コ
ンバータの温度を検出する格別のセンサを設けなくて
も、触媒コンバータの温度を把握することができる。

【００１２】上記排気ガス浄化装置において、燃焼機関
がエンジンである場合には、一酸化炭素増量手段が膨張
行程中に燃焼室内に燃料を供給することにより、触媒コ
ンバータの上流側における排気ガス中の一酸化炭素の存
在度合いを増加させるようになっているのが好ましい。
このようにすれば、格別の一酸化炭素を発生ないしは増
加させる機構を設けなくても、既設の燃料噴射機構を利
用して、触媒コンバータの上流側における排気ガス中の
一酸化炭素の存在度合いを増加させることができる。

【００１３】なお、上記排気ガス浄化装置において、燃
焼機関がエンジンである場合には、一酸化炭素増量手段
が、ＥＧＲ率の増加、スワール強度の低減及び燃料噴射
圧の低減のうちの少なくとも１つにより、触媒コンバー
タの上流側における排気ガス中の一酸化炭素の存在度合
いを増加させるようになっていてもよい。この場合も、
既設のＥＧＲ機構、スワール弁駆動機構あるいは燃料噴
射機構を利用して、触媒コンバータの上流側における排
気ガス中の一酸化炭素の存在度合いを増加させることが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。まず、図１を参照しつつ、本発明にかか
る排気ガス浄化システム（排気ガス浄化装置）を備えた
ディーゼルエンジン（燃焼機関）の全体構成を説明す
る。なお、本発明は、種々の形態の燃焼機関に対して適
用されることができ、ディーゼルエンジンないしはエン
ジンに限定されるものでないのはもちろんである。図１
に示すように、ディーゼルエンジン１（以下では、これ
を単に「エンジン１」という）のエンジン本体部２にお
いては、それぞれサージタンク３から独立吸気通路４を
通して燃料燃焼用のエアが供給される４つの気筒５が直
列に配置されている。そして、各気筒５には、それぞ
れ、高圧の燃料を収容しているコモンレール６から供給
される燃料を気筒内に噴射するインジェクタ７（燃料噴
射弁）が設けられている。

【００１５】コモンレール６は、燃料通路８を介して燃
料圧送ポンプ９に接続されている。そして、燃料圧送ポ
ンプ９は、燃料タンク（図示せず）に接続され、燃料タ
ンク内の燃料を吸い込んでこれを燃料通路８に高圧で吐
出するようになっている。ここで、燃料通路８には調圧
バルブ１０が介設され、この調圧バルブ１０は、コモン
レール６に送る燃料の圧力を調節することにより、イン
ジェクタ７の噴射圧力を調節するようになっている。な
お、コモンレール６内の燃料の圧力は燃料圧センサ１１
によって検出され、この燃料圧センサ１１によって検出
される燃料圧が設定値に維持されるよう、調圧バルブ１
０がＥＣＵ３６（エンジンコントロールユニット）によ
って制御される。かくして、燃料圧送ポンプ９から燃料
通路８に吐出された燃料は、コモンレール６を経て各イ
ンジェクタ７に供給され、所定の噴射圧で気筒内に噴射
される。

【００１６】インジェクタ７から気筒５内に噴射された
燃料は、該気筒５内の高温のエアと接触して着火・燃焼
する。そして、燃料の燃焼によって生じた排気ガス（燃
焼ガス）は、排気マニホールド１２と、該排気マニホー
ルド１２に接続された排気通路１３（排気管）とを通し
て大気中に排出される。この排気通路１３には、排出ガ
ス流れ方向にみて、上流側から順に、排気ターボ過給機
のタービン１４と、第１〜第３触媒コンバータ１５〜１
７とが介設されている。ここで、第１触媒コンバータ１
５内には、主として排気ガス中のＮＯをＮＯ₂に酸化さ
せるための、Ａｇがγアルミナに担持されてなるＡｇ系
触媒（排気ガス浄化触媒）が充填されている。第２触媒
コンバータ１６内には、主として排気ガス中のＮＯ₂を
Ｎ₂に還元させるための、白金がＭＦＩあるいはＺＳＭ
−５等のゼオライトにイオン交換担持されてなるＰｔ系
触媒（排気ガス浄化触媒）が充填されている。また、第
３触媒コンバータ１７には、主としてＨＣ、ＣＯをＨ₂
Ｏ又はＣＯ₂に酸化して浄化する普通の酸化触媒（排気
ガス浄化触媒）が充填されている。

【００１７】さらに、このエンジン１には、タービン１
４より上流側の排気通路１３内の排気ガスの一部を、サ
ージタンク３にエアを供給する共通吸気通路１８に還流
させるためのＥＧＲ通路１９が設けられ、このＥＧＲ通
路１９に、ＥＧＲ流量（ＥＧＲ率）を制御するためのＥ
ＧＲ弁２０が介設されている。このＥＧＲ弁２０は、後
で説明するように、ＥＣＵ３６によって制御されるよう
になっている。なお、ＥＧＲは、サージタンク３に還流
させるようにしてもよい。

【００１８】次に、エンジン１の具体的な構造を説明す
る。図２及び図３に示すように、各気筒５においては、
シリンダブロック２１に形成されたシリンダボア２２内
にピストン２３がシリンダボア軸線方向（上下方向）に
往復移動できるようにして嵌入されている。そして、シ
リンダブロック２１の上側に配置されたシリンダヘッド
２４の下面と、シリンダボア２２の内周面と、ピストン
２３の上面とによって燃焼室２５が画成されている。

【００１９】シリンダヘッド２４には、それぞれ燃焼室
２５に連通する、２つの吸気ポート２６と、２つの排気
ポート２７とが設けられている。そして、両吸気ポート
２６の上流端は独立吸気通路４に接続されている。ま
た、両排気ポート２７の下流端は排気マニホールド１２
に接続されている。ここで、各吸気ポート２６の燃焼室
２５への開口部２６ａは、それぞれ吸気弁２８によって
所定のタイミングで開閉されるようになっている。他
方、各排気ポート２７の燃焼室２５への開口部２７ａ
は、それぞれ排気弁２９によって所定のタイミングで開
閉されるようになっている。なお、吸気弁２８の弁軸２
８ａと、排気弁２９の弁軸２９ａとは、それぞれ、シリ
ンダヘッド２４を貫通して上方に突出している。また、
吸気弁２８の傘部２８ｂは、吸気ポート２６の開口部２
６ａに嵌合されたバルブシート３０に密着・離反するよ
うになっており、他方排気弁２９の傘部２９ｂは、排気
ポート２７の開口部２７ａに嵌合されたバルブシート３
０に密着・離反するようになっている。

【００２０】さらに、シリンダヘッド２４には、燃焼室
２５の天井面の中央位置に開口するインジェクタ挿入孔
が３１が設けられている。そして、このインジェクタ挿
入孔３１にインジェクタ７が、その先端の燃料噴射部７
ａが燃焼室２５内に露出するようにして嵌入されてい
る。なお、インジェクタ７は、取付ボルト３２を、フラ
ンジ部７ｂの上側に配置された固定板３３を貫通してシ
リンダヘッド２４に螺入することにより固定されてい
る。

【００２１】前記のとおり、各気筒５には、それぞれ２
つの吸気ポート２６が設けられているが、その一方には
スワール弁３５が設けられている。このスワール弁３５
の開度（以下、これを「スワール弁開度」という）は、
ＥＣＵ３６によって制御されるようになっている。ここ
で、スワール弁開度が小さくなればなるほど、該スワー
ル弁３５が設けられた吸気ポート２６から燃焼室２５に
流入するエアの流速が大きくなり、燃焼室２５内に強い
スワール（渦流）が形成されて、燃料とエアの混合性す
なわち燃料の燃焼性が高められる。

【００２２】以下、エンジン１の制御機構を説明する。
再び、図１に示すように、エンジン１の各種制御を行う
ために、コンピュータからなるＥＣＵ３６が設けられて
いる。このＥＣＵ３６には、前記の燃料圧センサ１１に
よって検出されるコモンレール６内の燃料の圧力のほ
か、クランク角センサ３７によって検出されるクランク
角、水温センサ３８によって検出されるエンジン水温
（燃焼機関温度）、吸気温センサ３９によって検出され
る吸気温、第１排気温センサ４０によって検出される排
気マニホールド１２内の排気ガス温度（以下、これを
「第１排気温」という）、第２排気温センサ４１によっ
て検出される第１触媒コンバータ１５の直上流の排気ガ
ス温度（以下、これを「第２排気温」という）、第３排
気温センサ４２によって検出される第１触媒コンバータ
１５の直下流の排気ガス温度（以下、これを「第３排気
温」という）、エンジン負荷センサ４３によって検出さ
れるエンジン負荷、アクセル開度センサ４４によって検
出されるアクセル開度、吸入空気量センサ４５（エアフ
ローセンサ）によって検出される吸入空気量等が制御情
報として入力されるようになっている。なお、ＥＣＵ３
６は、特許請求の範囲に記載された「硫黄結合度合い検
出手段」を含む、エンジン１の総合的な制御装置であ
る。

【００２３】かくして、ＥＣＵ３６は、これらの制御情
報に基づいて、エンジン１の各種制御を行うようになっ
ているが、一般的なエンジン制御の制御手法はよく知ら
れており、またかかる一般的なエンジン制御は本発明の
要旨とするところでもないのでその説明を省略し、以下
では本発明の要旨にかかる、排気ガス浄化触媒の硫黄成
分ないしは硫黄化合物による被毒を防止するための制御
（以下、これを「硫黄被毒防止制御」という）について
のみ説明する。

【００２４】まず、この硫黄被毒防止制御の対象である
エンジン１の排気ガス浄化システムの基本構造を説明す
る。このエンジン１の排気ガスにはＨＣ、ＣＯ及びＮＯ
ｘ等が含まれるが、該エンジン１はディーゼルエンジン
であることから排気ガス中のＯ₂濃度が比較的高く、し
たがって普通の三元触媒を用いたのではＮＯｘの還元
（浄化）が困難な状況下にある。そこで、このエンジン
１の排気ガス浄化システムでは、第１触媒コンバータ１
５内のＡｇ系触媒と、第２触媒コンバータ１６内のＰｔ
系触媒とにより、ＮＯｘを２段階で処理し、無害なＮ₂
に変化させるようにしている。

【００２５】具体的には、第１触媒コンバータ１５に
は、Ａｇ（触媒金属）がγアルミナに担持されてなるＡ
ｇ系触媒が充填されている。排気ガス中に含まれるＮＯ
ｘの大半（おおむね、９０％以上）はＮＯであり残りは
ＮＯ₂であるが、このＡｇ系触媒は、排気ガス中のＮＯ
をほぼ完全にＮＯ₂に酸化する機能を備えている。他
方、第２触媒コンバータ１６には、Ｐｔ（触媒金属）が
ＭＦＩ又はＺＭＳ−５等のゼオライトにイオン交換担持
されてなるＰｔ系触媒が充填されている。このＰｔ系触
媒は、排気ガス中のＮＯ₂をほぼ完全にＮ₂に還元する機
能を備えている。かくして、第１触媒コンバータ１５と
第２触媒コンバータ１６とによって、ＮＯｘ（ＮＯ及び
ＮＯ₂）がＮ₂に変化させられる。

【００２６】ところで、前記のとおり、第１触媒コンバ
ータ１５内のＡｇ系触媒は、排気ガス中にＳＯ₂あるい
はＳＯ₃等の硫黄化合物が存在するとこれらによって被
毒され、ＮＯをＮＯ₂に酸化する触媒活性が失われる。
これは、およそ次の式１〜３で示す化学反応により、触
媒金属であるＡｇがＡｇ₂ＳＯ₄に変化させられ、Ａｇ₂
ＳＯ₄がＮＯをＮＯ₂に酸化する機能を有しないことに起
因する。

【数１】 ＳＯ₂＋（１／２）Ｏ₂ → ＳＯ₃…………………………………式１

【数２】 ２Ａｇ＋（１／２）Ｏ₂ → Ａｇ₂Ｏ……………………………式２

【数３】 Ａｇ₂Ｏ＋ＳＯ₃ → Ａｇ₂ＳＯ₄…………………………………式３ なお、式３で示す化学反応は、おおむね３００〜４５０
°Ｃで起こりやすいといった特徴がある。

【００２７】そこで、このエンジン１の排気ガス浄化シ
ステムでは、基本的には、第１触媒コンバータ１５の上
流側で、ＳＯ₂ないしはＳＯ₃よりもＡｇとの結合度合い
の高い（すなわち、結合しやすい）ＣＯを排気ガスに供
給し、Ａｇ₂ＳＯ₄の生成を妨害して、触媒活性の低下な
いしは喪失を防止するようにしている。すなわち、Ａｇ
のＣＯとの結合度合い（結合性の度合い）は、ＳＯ₂な
いしはＳＯ₃との結合度合いよりも高いので、排気ガス
中に、ＣＯとＳＯ₂ないしはＳＯ₃とが共存するときに
は、Ａｇは次の式４で示す化学反応により、ＣＯと優先
的に結合してＡｇ₂ＣＯ₃となり、したがってＡｇ₂ＳＯ₄
は生成されない。

【数４】 Ａｇ₂Ｏ＋ＣＯ＋（１／２）Ｏ₂ → Ａｇ₂ＣＯ₃………………式４ なお、Ａｇ₂ＣＯ₃は、Ａｇ₂ＳＯ₄とは異なり、ＮＯをＮ
Ｏ₂に酸化する触媒機能を有する。

【００２８】ここで、式３の化学反応は、第１触媒コン
バータ１５内のＡｇ系触媒（排気ガス浄化触媒）の温度
（以下、これを単に「触媒温度」という）がおおむね３
００〜４５０°Ｃで起こり、触媒温度がこの範囲外にあ
るときにはＡｇ系触媒の被毒はほとんど生じない。そこ
で、このエンジン１の排気ガス浄化システムでは、基本
的には、触媒温度が３００〜４５０°Ｃの範囲内にある
ときにのみ、第１触媒コンバータ１５の上流側で排気ガ
スにＣＯを供給するようにしている。この触媒温度の範
囲は、燃料中の硫黄分の濃度に応じて設定するようにし
てもよい。例えば、燃料中の硫黄分の濃度が低い状態
を、運転状態により間接的に求めたり、あるいは燃料中
あるいは排気中に配置される硫黄センサにより検出し、
このような場合には、触媒温度が３５０〜４５０°Ｃの
範囲内にあるときにＣＯを供給するようにしてもよい。

【００２９】Ａｇ系触媒のＳＯ₂ないしはＳＯ₃による被
毒はこのようにして防止されるが、エンジン１の運転状
態は、触媒温度がＡｇ系触媒の被毒が生じにくい２５０
〜３００°Ｃの範囲内に維持されるように制御されるの
がより好ましい。また、排気ガスへのＣＯの供給を開始
する際において、過渡時には、排気ガスを第１触媒コン
バータ１５及び第２触媒コンバータ１６をバイパスさ
せ、第１触媒コンバータ１５及び第２触媒コンバータ１
６にスモーク（パティキュレート）が導入されるのを防
止するようにしてもよい。

【００３０】なお、触媒温度は、第１触媒コンバータ１
５の直下流の第３排気温センサ４２の検出値で代用する
ことができるが、第１触媒コンバータ１５内に直接温度
センサを配置して検出するようにしてもよい。あるい
は、よく知られた推定手法により、エンジン水温、吸入
空気量、エンジン負荷及びエンジン始動後からの経過時
間のうちの少なくとも１つに基づいて推定するようにし
てもよい。

【００３１】前記のとおり、このエンジン１の排気ガス
浄化システムでは、ＳＯ₂ないしはＳＯ₃が発生しやすい
状況下では、第１触媒コンバータ１５の上流側でＡｇと
結合しやすいＣＯを排気ガスに供給し、ＳＯ₂ないしは
ＳＯ₃によるＡｇ系触媒の被毒を防止するようにしてい
るが、具体的なＣＯの生成手法としては、例えば、膨張
行程燃料噴射、ＥＧＲ率の増加、スワール強度の低減、
又は燃料噴射圧の低減などといった手法を用いることが
できる。

【００３２】ここで、膨張行程燃料噴射によるＣＯ生成
手法は、膨張行程でインジェクタ７から気筒内に燃料を
噴射し、この燃料を不完全燃焼させてＣＯを生成すると
いった手法である。なお、該エンジン１の出力エネルギ
を生成するための正規の燃料噴射は圧縮行程の末期に行
われる。

【００３３】ＥＧＲ率の増加によるＣＯ生成手法は、通
常時よりもＥＧＲ弁２０の開度を大きくしてＥＧＲ率を
高めることにより、吸入空気量を低減してエアに対する
燃料の割合を上昇させ（リッチ化し）、Ｏ₂を若干不足
気味にしてＣＯを生成させるといった手法である。な
お、このようにＥＧＲ率を高めるとスモーク（ないしは
パティキュレート）の発生量が増加するので、ＥＧＲ率
の増加によりＣＯを生成する場合は、燃料噴射タイミン
グを若干早めたり、燃料噴射圧を若干高めたり、スワー
ル強度を若干強化するなどして燃料の燃焼性を高め、ス
モークの発生を抑制するのが好ましい。

【００３４】スワール強度の低減によるＣＯ生成手法
は、通常時よりもスワール弁３５の開度を大きくしてス
ワール強度を弱めることにより燃料とエアの混合度合い
を低下させて不完全燃焼を惹起し、ＣＯを生成するとい
った手法である。なお、このようにスワール強度を低下
させるとスモークの発生量が増加するので、スワール強
度の低減によりＣＯを生成する場合は、燃料噴射タイミ
ングを若干早めたり、燃料噴射圧を若干高めたり、ＥＧ
Ｒ率を若干低減するなどして燃料の燃焼性を高め、スモ
ークの発生を抑制するのが好ましい。

【００３５】燃料噴射圧の低減によるＣＯの生成手法
は、通常時よりも燃料噴射圧すなわちコモンレール６内
の燃料の圧力を低下させることにより、燃料とエアの混
合度合いを低下させて不完全燃焼を惹起し、ＣＯを生成
するといった手法である。

【００３６】以下、図４に示すフローチャートを参照し
つつ、膨張行程燃料噴射によりＣＯを生成する場合の、
硫黄被毒防止制御の具体的な制御方法を説明する。な
お、図４に示す制御ルーチンは、各気筒５においてクラ
ンク角が所定値となるたびに実行される。図４に示すよ
うに、この硫黄被毒防止制御においては、まずステップ
Ｓ１で、第３排気温センサ４２によって検出される第３
排気温すなわち第１触媒コンバータ１５の触媒温度、ア
クセル開度センサ４４によって検出されるアクセル開
度、クランク角センサ３７によって検出されるクランク
角、エンジン負荷センサ４３によって検出されるエンジ
ン負荷等の各種制御データが入力される。

【００３７】次に、ステップＳ２で、主としてアクセル
開度に基づいてエンジン１の運転状態が判定され、続い
てステップＳ３でエンジン１の運転状態に応じて該気筒
５の基本噴射量Ｔ_pが演算される。ここで、基本噴射量
Ｔ_pとは、エンジン１の出力エネルギを生成するため
に、圧縮行程の末期にインジェクタ７から該気筒５内に
噴射すべき燃料の噴射量である。

【００３８】続いて、ステップＳ４で該気筒が基本噴射
時期となったか否かが比較・判定され、基本噴射時期に
なっていなければ（ＮＯ）、このステップＳ４が繰り返
し実行される。つまり、基本噴射時期になるまで待機す
る。そして、ステップＳ４で該気筒５が基本噴射時期に
なったと判定されたときには（ＹＥＳ）、ステップＳ５
で基本噴射量Ｔ_pに対応する時間だけ該気筒５のインジ
ェクタ７が開弁され、基本噴射が行われる。

【００３９】次に、ステップＳ６で、第１触媒コンバー
タ１５の触媒温度が所定温度域に入っているか否かが判
定される。ここで、上記所定温度域は、通常、第１触媒
コンバータ１５内のＡｇ系触媒のＳＯ₂ないしはＳＯ₃等
の硫黄化合物による被毒が発生しやすくなる３００〜４
５０°Ｃに設定される。なお、前記のとおり、燃料中の
硫黄分が少ない場合には、例えば３５０〜４５０°Ｃに
設定してもよい。このステップＳ６で、触媒温度が所定
温度域に入っていないと判定された場合は（ＮＯ）、第
１触媒コンバータ１５内のＡｇ系触媒は実質的に硫黄化
合物による被毒を受けないものと考えられるので、こと
さら第１触媒コンバータ１５の上流側にＣＯを供給する
必要はない。そこで、以下のステップＳ７〜Ｓ９をスキ
ップして今回の制御ルーチンを終了する。

【００４０】他方、ステップＳ６で触媒温度が所定温度
域に入っていると判定された場合は（ＹＥＳ）、第１触
媒コンバータ１５内のＡｇ系触媒は排気ガス中の硫黄化
合物によって被毒を受ける可能性が高いので、膨張行程
燃料噴射によりＣＯが生成される。すなわち、まずステ
ップＳ７で膨張行程噴射量が設定される。ここで、膨張
行程噴射量が多ければ多いほどＣＯ生成量は増加する
が、該噴射量があまり多くなるとスモークの発生量が増
大する。そこで、この膨張行程噴射量は、スモークが増
大しない範囲内においてできるだけ大きい値に設定する
のが好ましい。

【００４１】次に、ステップＳ８で、該気筒５のクラン
ク角が膨張行程における所定クランク角、すなわち膨張
行程燃料噴射を行うべきタイミングであるか否かが比較
・判定され、所定クランク角になっていなければ（Ｎ
Ｏ）、このステップＳ８が繰り返し実行される。つま
り、膨張行程燃料噴射を行うべきタイミングになるまで
待機する。そして、ステップＳ８でクランク角が所定ク
ランク角になったと判定されたときに（ＹＥＳ）、ステ
ップＳ９で前記の膨張行程噴射量に対応する時間だけ該
気筒５のインジェクタ７が開弁され、膨張行程燃料噴射
が行われる。

【００４２】かくして、膨張行程燃料噴射により、排気
ガスにＣＯが供給され、このＣＯによって第１触媒コン
バータ１５内のＡｇ系触媒のＳＯ₂ないしはＳＯ₃等の硫
黄化合物による被毒が防止される。

【００４３】以下、図５に示すフローチャートを参照し
つつ、ＥＧＲ率の増加によりＣＯを生成する場合の、硫
黄被毒防止制御の具体的な制御方法を説明する。なお、
図５に示す制御ルーチンは、一定時間が経過するごとに
実行される。図５に示すように、この硫黄被毒防止制御
においては、まずステップＳ１１で、第３排気温センサ
４２によって検出される第３排気温すなわち第１触媒コ
ンバータ１５の触媒温度、アクセル開度センサ４４によ
って検出されるアクセル開度、クランク角センサ３７に
よって検出されるクランク角、エンジン負荷センサ４３
によって検出されるエンジン負荷等の各種制御データが
入力される。

【００４４】次に、ステップＳ１２で、主としてアクセ
ル開度に基づいてエンジン１の運転状態が判定され、続
いてステップＳ１３でエンジン１の運転状態に応じて基
本ＥＧＲ率ＥＧＲ_BASEが演算される。ここで、基本ＥＧ
Ｒ率ＥＧＲ_BASEとは、エンジン１の通常の運転時におけ
るＥＧＲ率である。

【００４５】続いて、ステップＳ１４で、第１触媒コン
バータ１５の触媒温度が所定温度域に入っているか否か
が判定される。ここで、上記所定温度域は、膨張行程燃
料噴射による硫黄被毒防止制御の場合と同様に３００〜
４５０°Ｃ、あるいは３５０〜４５０°Ｃに設定され
る。このステップＳ１４で、触媒温度が所定温度域に入
っていないと判定された場合は（ＮＯ）、第１触媒コン
バータ１５内のＡｇ系触媒は実質的に硫黄化合物による
被毒を受けないものと考えられるので、ことさらＥＧＲ
率を高めて第１触媒コンバータ１５の上流側にＣＯを供
給する必要はない。そこで、ステップＳ１６でＥＧＲ率
増分ＥＧＲ_Cに０がセットされる。なお、ＥＧＲ率増分
ＥＧＲ_Cとは、排気ガス中にＣＯを生成するためにＥＧ
Ｒを増量するためのＥＧＲ率の増加分であって、最終的
なＥＧＲ率である全ＥＧＲ率ＥＧＲ_Tは、前記の基本Ｅ
ＧＲ率ＥＧＲ_BASEとこのＥＧＲ率増分ＥＧＲ_Cとを加算
したものである。この後、ステップＳ１７が実行される
ことになる。

【００４６】他方、ステップＳ１４で触媒温度が所定温
度域に入っていると判定された場合は（ＹＥＳ）、第１
触媒コンバータ１５内のＡｇ系触媒は排気ガス中の硫黄
化合物によって被毒を受ける可能性が高いので、ＥＧＲ
率の増加によりＣＯを生成するために、ステップＳ１５
でＥＧＲ率増分ＥＧＲ_Cに所定値Ａがセットされる。こ
こで、ＥＧＲ率増分ＥＧＲ_Cが大きければ大きいほどＣ
Ｏ生成量は増加するが、ＥＧＲ率があまり大きくなると
スモークの発生が増大する。そこで、このＥＧＲ率増分
ＥＧＲ_Cは、スモークが増大しない範囲内においてでき
るだけ大きい値に設定するのが好ましい。この後、ステ
ップＳ１７が実行される。

【００４７】ステップＳ１７では、次の式５により、全
ＥＧＲ率ＥＧＲ_Tが演算される。

【数５】 ＥＧＲ_T＝ＥＧＲ_BASE＋ＥＧＲ_C……………………………………式５ ただし、 ＥＧＲ_T：全ＥＧＲ率 ＥＧＲ_BASE：基本ＥＧＲ率 ＥＧＲ_C：ＥＧＲ率増分 続いて、ステップＳ１８で、ＥＧＲ弁２０が駆動され、
全ＥＧＲ率ＥＧＲ_Tでもって排気通路１３内の排気ガス
の一部がＥＧＲとして共通吸気通路１８に還流させられ
る。

【００４８】かくして、ＥＧＲ率の増加により、排気ガ
スにＣＯが供給され、このＣＯによって第１触媒コンバ
ータ１５内のＡｇ系触媒のＳＯ₂ないしはＳＯ₃等の硫黄
化合物による被毒が防止される。

【００４９】以下、図６に示すフローチャートを参照し
つつ、スワール強度の低減によりＣＯを生成する場合
の、硫黄被毒防止制御の具体的な制御方法を説明する。
なお、図６に示す制御ルーチンは、一定時間が経過する
ごとに実行される。図６に示すように、この硫黄被毒防
止制御においては、まずステップＳ２１で、第３排気温
センサ４２によって検出される第３排気温すなわち第１
触媒コンバータ１５の触媒温度、アクセル開度センサ４
４によって検出されるアクセル開度、クランク角センサ
３７によって検出されるクランク角、エンジン負荷セン
サ４３によって検出されるエンジン負荷等の各種制御デ
ータが入力される。

【００５０】次に、ステップＳ２２で、主としてアクセ
ル開度に基づいてエンジン１の運転状態が判定され、続
いてステップＳ２３でエンジン１の運転状態に応じて基
本スワール弁開度ＳＲＣ_BASEが演算される。ここで、基
本スワール弁開度ＳＲＣ_BASEとは、エンジン１の通常の
運転時におけるスワール弁開度である。

【００５１】続いて、ステップＳ２４で、第１触媒コン
バータ１５の触媒温度が所定温度域に入っているか否か
が判定される。ここで、上記所定温度域は、膨張行程燃
料噴射又はＥＧＲ率の増加による硫黄被毒防止制御の場
合と同様に３００〜４５０°Ｃ、あるいは３５０〜４５
０°Ｃに設定される。このステップＳ２４で、触媒温度
が所定温度域に入っていないと判定された場合は（Ｎ
Ｏ）、第１触媒コンバータ１５内のＡｇ系触媒は実質的
に硫黄化合物による被毒を受けないものと考えられるの
で、ことさらスワール強度を低下させて第１触媒コンバ
ータ１５の上流側にＣＯを供給する必要はない。そこ
で、ステップＳ２６でスワール弁開度増分ＳＲＣ_Cに０
がセットされる。なお、スワール弁開度増分ＳＲＣ_Cと
は、排気ガス中にＣＯを生成するためにスワール強度を
低減するためのスワール弁開度の増加分であって、最終
的なスワール弁開度である全スワール弁開度ＳＲＣ
_Tは、前記の基本スワール弁開度ＳＲＣ_BASEとこのスワ
ール弁開度増分ＳＲＣ_Cとを加算したものである。この
後、ステップＳ２７が実行されることになる。

【００５２】他方、ステップＳ２４で触媒温度が所定温
度域に入っていると判定された場合は（ＹＥＳ）、第１
触媒コンバータ１５内のＡｇ系触媒は排気ガス中の硫黄
化合物によって被毒を受ける可能性が高いので、スワー
ル強度の低減によりＣＯを生成するために、ステップＳ
２５でスワール弁開度増分ＳＲＣ_Cに所定値Ｂがセット
される。ここで、スワール弁開度増分ＳＲＣ_Cが大きけ
れば大きいほどＣＯ生成量は増加するが、スワール弁開
度があまり大きくなるとスモークの発生が増大する。そ
こで、このスワール弁開度増分ＳＲＣ_Cは、スモークが
増大しない範囲内においてできるだけ大きい値に設定す
るのが好ましい。この後、ステップＳ２７が実行され
る。

【００５３】ステップＳ２７では、次の式６により、全
スワール弁開度ＳＲＣ_Tが演算される。

【数６】 ＳＲＣ_T＝ＳＲＣ_BASE＋ＳＲＣ_C……………………………………式６ ただし、 ＳＲＣ_T：全スワール弁開度 ＳＲＣ_BASE：基本スワール弁開度 ＳＲＣ_C：スワール弁開度増分 続いて、ステップＳ２８で、スワール弁開度が全スワー
ル弁開度ＳＲＣ_Tとなるように、スワール弁３５が駆動
される。

【００５４】かくして、スワール強度の低下により、排
気ガスにＣＯが供給され、このＣＯによって第１触媒コ
ンバータ１５内のＡｇ系触媒のＳＯ₂ないしはＳＯ₃等の
硫黄化合物による被毒が防止される。

【００５５】なお、前記の膨張行程燃料噴射による硫黄
被毒防止制御、ＥＧＲ率の増加による硫黄被毒防止制御
及びスワール強度の低減による硫黄被毒防止制御のうち
の任意の２つを併用ないしは組み合わせても、またこれ
らをすべて併用ないしは組み合わせてもよい。なお、本
実施の形態においては、所定温度範囲にあるときに上述
のような硫黄被毒防止制御を行ったが、この範囲内にあ
るときに一時的（所定時間毎）にＣＯを供給することに
より、このような制御がエンジンの運転状態に与える出
力ダウン等の影響を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる排気ガス浄化装置を備えたデ
ィーゼルエンジンのシステム構成図である。

【図２】 図１に示すディーゼルエンジンのインジェク
タまわりの立面断面図である。

【図３】 図２に示すディーゼルエンジンののＡ−Ａ線
断面図である。

【図４】 膨張行程燃料噴射による硫黄被毒防止制御の
制御方法を示すフローチャートである。

【図５】 ＥＧＲ率の増加による硫黄被毒防止制御の制
御方法を示すフローチャートである。

【図６】 スワール強度の低減による硫黄被毒防止制御
の制御方法を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…エンジン（ディーゼルエンジン）、２…エンジン本
体部、３…サージタンク、４…独立吸気通路、５…気
筒、６…コモンレール、７…インジェクタ、７ａ…燃料
噴射部、７ｂ…フランジ部、８…燃料通路、９…燃料圧
送ポンプ、１０…調圧バルブ、１１…燃料圧センサ、１
２…排気マニホールド、１３…排気通路、１４…タービ
ン、１５…第１触媒コンバータ、１６…第２触媒コンバ
ータ、１７…第３触媒コンバータ、１８…共通吸気通
路、１９…ＥＧＲ通路、２０…ＥＧＲ弁、２１…シリン
ダブロック、２２…シリンダボア、２３…ピストン、２
４…シリンダヘッド、２５…燃焼室、２６…吸気ポー
ト、２６ａ…開口部、２７…排気ポート、２７ａ…開口
部、２８…吸気弁、２８ａ…弁軸、２８ｂ…傘部、２９
…排気弁、２９ａ…弁軸、２９ｂ…傘部、３０…バルブ
シート、３１…インジェクタ挿入孔、３２…取付ボル
ト、３３…固定板、３５…スワール弁、３６…ＥＣＵ
（エンジンコントロールユニット）、３７…クランク角
センサ、３８…水温センサ、３９…吸気温センサ、４０
…第１排気温センサ、４１…第２排気温センサ、４２…
第３排気温センサ、４３…エンジン負荷センサ、４４…
アクセル開度センサ、４５…吸入空気量センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ (72)発明者 齊藤 智明 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 近藤 光徳 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 上岡 敏嗣 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA03 AA05 AA06 BA04 BA05 DA01 EA10 FA04 GA01 GA04 GA06 GA08 GA09 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB05 BA11 BA33 CA18 CB02 CB03 CB07 CB08 DA02 DB06 DB10 DB13 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA16 EA17 EA30 FB10 FB11 FB12 GA06 GB01W GB06W GB09W GB10X GB16X HA08 HA09 HA10 HA12 HA36 HA37 HA42 HB05 HB06 3G301 HA02 HA04 HA06 HA09 HA10 HA13 HA15 HA17 JA25 JA26 LB11 MA11 MA18 MA23 MA26 NE13 NE14 NE15 PA01A PA11A PA17A PD11A PE01A PE03A PE04A PE08A PF03A

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガス中の所定の大気汚染物質を酸化
   又は還元する排気ガス浄化触媒を用いた触媒コンバータ
   が排気通路に設けられている燃焼機関の排気ガス浄化装
   置において、 上記触媒コンバータに、排気ガス中の硫黄成分との結合
   度合いよりも一酸化炭素との結合度合いの方が高い触媒
   金属が含まれていて、 該燃焼機関が上記触媒金属と排気ガス中の硫黄成分との
   結合度合いが高くなる状態にあるか否かを検出する硫黄
   結合度合い検出手段と、 上記硫黄結合度合い検出手段によって、上記触媒金属と
   排気ガス中の硫黄成分との結合度合いが高いことが検出
   されたときには、上記触媒コンバータの上流側における
   排気ガス中の一酸化炭素の存在度合いを増加させる一酸
   化炭素増量手段とが設けられていることを特徴とする燃
   焼機関の排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 上記硫黄結合度合い検出手段が、上記触
   媒コンバータの温度が所定温度範囲内にあるときに、上
   記触媒金属と排気ガス中の硫黄成分との結合度合いが高
   いと判定するようになっていることを特徴とする、請求
   項１に記載の燃焼機関の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 上記所定温度範囲が、３００〜４５０°
   Ｃであることを特徴とする、請求項２に記載の燃焼機関
   の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 上記硫黄結合度合い検出手段が、上記触
   媒コンバータの温度を、燃焼機関温度、吸入空気量、機
   関負荷及び機関始動後からの経過時間のうちの少なくと
   も１つに基づいて推定するようになっていることを特徴
   とする、請求項２又は３に記載の燃焼機関の排気ガス浄
   化装置。
5. 【請求項５】 上記燃焼機関がエンジンであって、上記
   一酸化炭素増量手段が膨張行程中に燃焼室内に燃料を供
   給することにより、上記触媒コンバータの上流側におけ
   る排気ガス中の一酸化炭素の存在度合いを増加させるよ
   うになっていることを特徴とする、請求項１〜４のいず
   れか１つに記載の燃焼機関の排気ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 上記燃料機関がエンジンであって、上記
   一酸化炭素増量手段が、ＥＧＲ率の増加、スワール強度
   の低減及び燃料噴射圧の低減のうちの少なくとも１つに
   より、上記触媒コンバータの上流側における排気ガス中
   の一酸化炭素の存在度合いを増加させるようになってい
   ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記
   載の燃焼機関の排気ガス浄化装置。
7. 【請求項７】 上記エンジンがディーゼルエンジンであ
   ることを特徴とする、請求項５又は６に記載の燃焼機関
   の排気ガス浄化装置。
8. 【請求項８】 上記触媒金属が、銀、コバルト、アルカ
   リ金属、アルカリ土類金属及び希土類金属のうちの少な
   くとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜７のい
   ずれか１つに記載の燃焼機関の排気ガス浄化装置。
9. 【請求項９】 上記大気汚染物質が窒素酸化物であるこ
   とを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の燃
   焼機関の排気ガス浄化装置。