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JPH1026014A - Emission control system for internal combustion engine - Google Patents

Emission control system for internal combustion engine

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Publication number
JPH1026014A
JPH1026014A JP18073396A JP18073396A JPH1026014A JP H1026014 A JPH1026014 A JP H1026014A JP 18073396 A JP18073396 A JP 18073396A JP 18073396 A JP18073396 A JP 18073396A JP H1026014 A JPH1026014 A JP H1026014A
Authority
JP
Japan
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catalyst
lean
temperature
exhaust gas
carrier
Prior art date
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Granted
Application number
JP18073396A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3627388B2 (en
Inventor
Tatsuji Mizuno
達司 水野
Shinya Hirota
信也 広田
Kazuya Kibe
一哉 木部
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP18073396A priority Critical patent/JP3627388B2/en
Publication of JPH1026014A publication Critical patent/JPH1026014A/en
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve an NOX control factor by a method wherein the temperature of a lean NOX catalyst is always maintained at a value within a controlling temperature window. SOLUTION: In an emission control system for an internal combustion engine formed such that a lean NOX catalyst is arranged at an exhaust system and an HC addition means is arranged upper stream from the lean NOX catalyst, a second catalyst carrier having heat capacity higher than that of the carrier of the lean NOX catalyst is arranged upper stream from an HC addition means. The second catalyst carrier forms an oxidation catalyst and a second HC addition means is arranged upper stream from the second catalyst carrier. When the temperature of exhaust gas flowing in the lean NOX catalyst is low, by operating the second HC addition means, the second catalyst carrier is heated. Or, the second catalyst carrier may form a high temperature type leans NOX catalyst and the downstream lean NOX catalyst may form a low temperature type lean NOX catalyst.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、排気系にリーンN
x 触媒を配置するとともにそのリーンNOx 触媒の上
流側にHC添加手段を設けた内燃機関の排気浄化装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a lean N
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine having an O x catalyst and an HC addition means provided upstream of the lean NO x catalyst.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、自動車の排気ガス浄化技術の進歩
が著しい。排気ガス中の有害成分としては、HC(炭化
水素)、CO(一酸化炭素)及びNOx (窒素酸化物)
が挙げられる。多くのエンジンでは、O2 センサによる
フィードバック制御にて理論空燃比での燃焼を達成する
とともに三元触媒を使用することにより、排気ガスの浄
化率の向上を図っている。三元触媒は、排気ガス中のH
C,COの酸化とNOxの還元とを同時に促進するもの
であり、燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比
近傍にあるときに高い浄化率を示す。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been a remarkable progress in the technology of purifying automobile exhaust gas. The harmful components in the exhaust gas include HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide) and NO x (nitrogen oxide).
Is mentioned. In many engines, the exhaust gas purification rate is improved by achieving combustion at a stoichiometric air-fuel ratio by feedback control using an O 2 sensor and using a three-way catalyst. The three-way catalyst removes H in the exhaust gas.
C, is intended to promote the reduction of the oxidized and NO x in the CO at the same time, shows a high purification rate when the air-fuel ratio of the mixture burned is near the stoichiometric air-fuel ratio.

【0003】しかし、理論空燃比の混合気を燃焼せしめ
ることは、燃料の経済性という観点からみると必ずしも
最良であるとは言えない。そのため、ガソリンエンジン
においてリーンバーン(希薄燃焼)エンジンが開発され
るとともに、ディーゼルエンジンの適用範囲が拡大され
つつある。ディーゼルエンジンやリーンバーンエンジン
では、リーン混合気が燃焼せしめられるため、排気ガス
における未反応O2 の量が多く、通常の三元触媒の作用
ではNOx の還元が不充分となる。
[0003] However, burning a mixture having a stoichiometric air-fuel ratio is not always the best from the viewpoint of fuel economy. Therefore, a lean burn (lean burn) engine has been developed as a gasoline engine, and the application range of a diesel engine is expanding. In a diesel engine or a lean burn engine, since the lean mixture is burned, the amount of unreacted O 2 in the exhaust gas is large, and the reduction of NO x is insufficient by the ordinary three-way catalyst.

【0004】そこで、リーン状態すなわちO2 が過剰に
存在する状態にある排気ガス中のNOx を還元・浄化す
ることが可能なリーンNOx 触媒が使用されている。リ
ーンNOx 触媒としては、遷移金属又は貴金属を担持せ
しめたゼオライト系の触媒が使われることが多い。リー
ンNOx 触媒によるNOx 浄化においてはHC等の還元
剤の存在が必要であるが、排気ガス中に存在する還元剤
の量では不充分であるため、リーンNOx 触媒の上流側
に還元剤を添加する装置が設けられることが多い。特開
平4−214919号公報は、排気系にリーンNOx
媒を配置するとともにそのリーンNOx 触媒の上流側に
HC添加手段を設けた排気浄化装置に関するものであ
り、特に、リーンNOx 触媒とHC添加手段とからなる
ユニットを複数直列に配置し、所定温度範囲にあるリー
ンNOx 触媒にHCを供給するようにして、NOx 浄化
率を向上させる技術を開示している。
Therefore, a lean NO x catalyst capable of reducing and purifying NO x in exhaust gas in a lean state, that is, a state in which O 2 is excessively used, is used. As the lean NO x catalyst, a zeolite-based catalyst supporting a transition metal or a noble metal is often used. Although in the NO x purification by lean NO x catalyst requires the presence of a reducing agent such as HC, since it is insufficient in the amount of reducing agent present in the exhaust gas, the reducing agent upstream of the lean NO x catalyst Is often provided. JP-4-214919 discloses relates to a exhaust purification device provided with a HC addition means on the upstream side of the lean NO x catalyst with placing lean NO x catalyst in an exhaust system, in particular, a lean NO x catalyst A technique is disclosed in which a plurality of units including HC adding means are arranged in series, and HC is supplied to a lean NO x catalyst within a predetermined temperature range, thereby improving the NO x purification rate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】リーンNOx 触媒がN
x を還元・浄化することができる温度範囲すなわちリ
ーンNOx 触媒の温度ウィンドウは、図1に示されるよ
うに狭い範囲(a°Cからb°Cまで)である。従っ
て、実際の車両走行時のように、触媒に流入する排気ガ
スの温度が、図2(A)に示されるように急激に変化す
る状況下では、リーンNOx 触媒の温度ウィンドウ内に
入っている時間が短く、その結果、図2(B)に示され
るように、NOx 浄化率は低くなる。
THE INVENTION Problems to be Solved] lean NO x catalyst is N
The temperature range in which O x can be reduced and purified, that is, the temperature window of the lean NO x catalyst is a narrow range (from a ° C. to b ° C.) as shown in FIG. Therefore, when the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst changes abruptly as shown in FIG. 2A, as in the case of actual running of the vehicle, the temperature of the exhaust gas falls within the temperature window of the lean NO x catalyst. short are time, as a result, as shown in FIG. 2 (B), NO x purification rate is low.

【0006】前記した特開平4−214919号公報に
開示される技術は、リーンNOx 触媒とHC添加手段と
からなるユニットを複数設け、そのうち温度が上述のウ
ィンドウ内にある触媒に対応するHC添加手段を作動せ
しめようというものであるが、全てのユニットの触媒温
度がウィンドウ内にないという場合も当然に起こり得る
ため、常時、高い浄化率を維持することは必ずしも可能
ではない。
[0006] The techniques disclosed in JP-A 4-214919 discloses that the is provided with a plurality of units consisting of a lean NO x catalyst and the HC addition means, of which HC addition the temperature corresponding to the catalyst is within the above window Although it is intended to activate the means, it is not always possible to maintain a high purification rate at all times because the catalyst temperature of all the units may not be within the window.

【0007】かかる実情に鑑み、本発明の目的は、排気
系にリーンNOx 触媒を配置するとともにそのリーンN
x 触媒の上流側にHC添加手段を設けた内燃機関の排
気浄化装置において、リーンNOx 触媒の温度を常に浄
化温度ウィンドウ内に維持することができるようにする
ことにより、NOx 浄化率の向上を図ることにある。ひ
いては、本発明は、大気汚染防止に寄与することを目的
とする。
[0007] In view of such circumstances, an object of the present invention is to dispose a lean NO x catalyst in an exhaust system and to install the lean NO x catalyst in the exhaust system.
In O x exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a HC addition means on the upstream side of the catalyst, by to be able to maintain the temperature of the lean NO x catalyst always purification temperature window, of the NO x purification rate The goal is to improve. In addition, an object of the present invention is to contribute to prevention of air pollution.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく案
出された、本発明の第1の態様に係る、内燃機関の排気
浄化装置は、排気系にリーンNOx 触媒を配置するとと
もに該リーンNOx 触媒の上流側にHC添加手段を設け
た内燃機関の排気浄化装置において、前記HC添加手段
の上流側に前記リーンNOx 触媒の担体(触媒の働きを
する物質を分散させ、保持する物質)より大きな熱容量
を有する第2の触媒担体を設けたことを特徴とする。
It was devised to achieve the above object, according to the solution to ## according to the first aspect of the present invention, the with the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, placing the lean NO x catalyst in an exhaust system in the exhaust purification system of an internal combustion engine provided with a HC addition means on the upstream side of the lean NO x catalyst, the lean NO x catalyst carrier (dispersing a substance that acts as a catalyst on the upstream side of the HC addition means, to hold Material), a second catalyst carrier having a larger heat capacity is provided.

【0009】また、本発明の第2の態様に係る排気浄化
装置は、前記第1の態様に係る排気浄化装置において、
前記第2の触媒担体を酸化触媒とするとともに前記第2
の触媒担体の上流側に第2のHC添加手段を備え、前記
リーンNOx 触媒に流入する排気ガスの温度が低いとき
に前記第2のHC添加手段を作動せしめることにより前
記第2の触媒担体を加熱することを特徴とする。
Further, the exhaust gas purification apparatus according to a second aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to the first aspect,
The second catalyst carrier is used as an oxidation catalyst and the second
The catalyst comprises a second HC addition means on the upstream side of the carrier, the lean NO x catalyst flows the second catalyst support by allowed to operate the second HC addition means when the temperature of the exhaust gas is low Is heated.

【0010】また、本発明の第3の態様に係る排気浄化
装置は、前記第1の態様に係る排気浄化装置において、
前記第2の触媒担体を高温の広い範囲で浄化率が高い高
温型リーンNOx 触媒とするとともに、下流側の前記リ
ーンNOx 触媒を低温の狭い範囲で浄化率が高い低温型
リーンNOx 触媒としたことを特徴とする。
[0010] The exhaust gas purification apparatus according to a third aspect of the present invention is the exhaust gas purification apparatus according to the first aspect,
Wherein with the second catalyst support purification rate at the high temperature wide range with high high-temperature type lean NO x catalyst, the downstream side of said lean NO x catalyst cold narrow high purification rate in the range low-temperature lean NO x catalyst It is characterized by having.

【0011】上述の如く構成された、本発明の第1の態
様に係る、内燃機関の排気浄化装置においては、過渡運
転時に排気ガスの温度が急激に変化する場合にも、第2
の触媒担体の熱容量により下流側のリーンNOx 触媒の
温度を常に浄化率の高い温度範囲内に収めることができ
る。また、本発明の第2の態様に係る排気浄化装置にお
いては、冷間始動時にてリーンNOx 触媒の活性化が遅
れるおそれがある場合にも、第2の触媒担体の上流側に
HCを添加して第2の触媒担体内で酸化反応熱を発生さ
せることができるため、かかる活性化の遅れを防止する
ことができる。また、本発明の第3の態様に係る排気浄
化装置においては、下流側の低温型リーンNOx 触媒の
浄化温度範囲が狭いという欠点が、高温の広い範囲で高
い浄化率を達成する上流側の高温型リーンNOx 触媒と
組み合わされることによって解消され、その結果、低温
から高温までの広い温度範囲でNOx 浄化率を向上させ
ることができる。
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, which is configured as described above, even if the temperature of the exhaust gas changes suddenly during the transient operation, the second exhaust gas purifying method is performed.
The heat capacity of the catalyst carrier can be kept the temperature of the lean NO x catalyst on the downstream side at all times within the high temperature range of the purification rate. Further, in the exhaust gas purification apparatus according to the second aspect of the present invention, even when activation of the lean NO x catalyst may be delayed during a cold start, HC is added to the upstream side of the second catalyst carrier. As a result, the heat of the oxidation reaction can be generated in the second catalyst carrier, so that such a delay in activation can be prevented. Further, in the exhaust gas purification device according to a third aspect of the present invention, disadvantage purification temperature range of low temperature lean NO x catalyst on the downstream side narrower, the upstream side to achieve a high purification rate at elevated temperatures of a wide range of it is eliminated by being combined with a high-temperature type lean NO x catalyst, as a result, it is possible to improve the NO x purification rate in a wide temperature range from low temperatures to high temperatures.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0013】図3は、本発明の第1実施形態に係る内燃
機関の排気浄化装置の構成図である。符号1はディーゼ
ルエンジン、符号2は分配型燃料噴射ポンプを示し、ま
た、符号3a、3b及び3cは排気通路3を構成する各
部分を示している。排気通路3の途中には、2つの触媒
コンバータ4及び5が配置されている。上流側触媒コン
バータ4は、酸化触媒(例えば、貴金属触媒)を収容し
ており、その酸化触媒を担持する担体として、コージェ
ライト等の熱容量の大きなものが使用されている。一
方、下流側触媒コンバータ5は、リーンNOx 触媒を収
容しており、そのリーンNOx 触媒は、メタル等の熱容
量の小さな担体に担持されている。
FIG. 3 is a block diagram of the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a diesel engine, reference numeral 2 denotes a distribution type fuel injection pump, and reference numerals 3a, 3b and 3c denote parts constituting the exhaust passage 3. Two catalytic converters 4 and 5 are arranged in the exhaust passage 3. The upstream catalytic converter 4 contains an oxidation catalyst (for example, a noble metal catalyst), and a carrier having a large heat capacity such as cordierite is used as a carrier for supporting the oxidation catalyst. On the other hand, the downstream catalytic converter 5 contains a lean NO x catalyst, and the lean NO x catalyst is supported on a carrier having a small heat capacity such as metal.

【0014】また、排気ガスに還元剤として燃料すなわ
ち軽油(HC)を添加するために、リーンNOx 触媒を
収容する下流側触媒コンバータ5の上流側の排気通路3
bと燃料噴射ポンプ2とがHC供給通路6a、6b及び
6cによって連通されるとともに、そのHC供給通路6
bと6cとの間に下流側HC添加制御弁7が設けられて
いる。同様に、酸化触媒を収容する上流側触媒コンバー
タ4の上流側の排気通路3aにもHCを添加することが
できるように、排気通路3aと燃料噴射ポンプ2とがH
C供給通路6a、6d及び6eによって連通されるとと
もに、そのHC供給通路6dと6eとの間に上流側HC
添加制御弁8が設けられている。
Further, in order to add the fuel i.e. diesel oil (HC) as a reducing agent in the exhaust gas, upstream of the exhaust passage downstream catalytic converter 5 accommodating the lean NO x catalyst 3
b and the fuel injection pump 2 are communicated with each other by HC supply passages 6a, 6b and 6c.
A downstream HC addition control valve 7 is provided between b and 6c. Similarly, the exhaust passage 3a and the fuel injection pump 2 are connected to the H so that HC can be added to the exhaust passage 3a on the upstream side of the upstream catalytic converter 4 containing the oxidation catalyst.
C supply passages 6a, 6d and 6e and an upstream HC between the HC supply passages 6d and 6e.
An addition control valve 8 is provided.

【0015】また、排気通路3bに2次空気を導入する
ことができるように、2次空気導入通路9及び2次空気
導入ポンプ10が設けられている。さらに、下流側触媒
コンバータ5に流入する排気ガスの温度を検出するため
に、排気温センサ11が設けられている。排気浄化装置
のコントロールユニット12は、後述するように、排気
温センサ11の出力信号(触媒流入排気ガス温度)に応
じて下流側HC添加制御弁7、上流側HC添加制御弁
8、及び2次空気導入ポンプ10を制御するための信号
を出力するものである。
A secondary air introduction passage 9 and a secondary air introduction pump 10 are provided so that secondary air can be introduced into the exhaust passage 3b. Further, an exhaust gas temperature sensor 11 is provided to detect the temperature of the exhaust gas flowing into the downstream catalytic converter 5. As will be described later, the control unit 12 of the exhaust gas purification apparatus controls the downstream HC addition control valve 7, the upstream HC addition control valve 8, and the secondary HC addition control valve in accordance with the output signal (exhaust gas temperature flowing into the catalyst) of the exhaust gas temperature sensor 11. It outputs a signal for controlling the air introduction pump 10.

【0016】上述のように、上流側の触媒担体がコージ
ェライト等の熱容量の大きなものであるため、図4に示
されるように、その上流側触媒担体に流入する排気ガス
の温度の変動幅が大きくとも、それから流出する排気ガ
スの温度の変動幅は、小さくなる。すなわち、上流側触
媒担体から流出する排気ガスの温度の変動幅を所望の範
囲内にすることが可能となり、本実施形態では、下流側
のリーンNOx 触媒のNOx 浄化温度ウィンドウ内に排
気ガス温度が入るように、担体の大きさを変えるなどし
てその熱容量が調節されている。
As described above, since the upstream catalyst carrier has a large heat capacity such as cordierite, the fluctuation range of the temperature of the exhaust gas flowing into the upstream catalyst carrier is limited as shown in FIG. Even if it is large, the fluctuation range of the temperature of the exhaust gas flowing out therefrom becomes small. That is, the temperature of the variation range of the exhaust gas flowing out from the upstream side catalyst carrier becomes possible to within the desired range, in the present embodiment, the exhaust gas into the NO x purification temperature window of the lean NO x catalyst on the downstream side The heat capacity of the carrier is adjusted by changing the size of the carrier so that the temperature enters.

【0017】ところで、エンジン始動時等、上流側触媒
担体が冷えているときには、担体の熱容量が大きいた
め、流出ガス温度がNOx 浄化温度ウィンドウに達する
まで時間を要することとなる。その場合には、上流側H
C添加制御弁8を開き、HC供給通路6a、6d及び6
eを介して排気通路3aにHCを添加するよう制御す
る。そうすると、酸化触媒4内においてHCが燃焼し、
その燃焼熱により早期に触媒担体が温められるため、上
述の冷間始動の問題は容易に解決される。このように、
上流側のHC添加手段と触媒担体に担持されている酸化
触媒とは、加熱手段として設けられたものであり、かか
る冷間始動の問題を考慮する必要がないときには、それ
らを省略することができ、すなわち、そのときには、上
流側触媒コンバータ4の触媒担体上に被担持物質が存在
しなくてもよい。
[0017] Incidentally, when starting the engine or the like, when the upstream catalyst carrier is cold, because the heat capacity of the carrier is large, it takes a time until the effluent gas temperature reaches the NO x purification temperature window. In that case, the upstream side H
The C addition control valve 8 is opened, and the HC supply passages 6a, 6d and 6
The control is performed so that HC is added to the exhaust passage 3a via e. Then, HC is burned in the oxidation catalyst 4,
Since the catalyst carrier is heated early by the combustion heat, the above-mentioned problem of the cold start can be easily solved. in this way,
The upstream HC addition means and the oxidation catalyst carried on the catalyst carrier are provided as heating means, and can be omitted when there is no need to consider such a problem of cold start. That is, at this time, the supported substance does not have to be present on the catalyst carrier of the upstream catalytic converter 4.

【0018】一方、登坂走行等の高負荷運転が継続した
ときには、熱容量大の上流側触媒担体から流出する排気
ガスの温度が下流側リーンNOx 触媒におけるNOx
化温度ウィンドウよりも高温で安定してしまうおそれが
ある。その場合には、2次空気導入ポンプ10をオンす
ることにより、2次空気が通路9を通って排気通路3b
に導入されるように制御する。このように、2次空気導
入通路9及び2次空気導入ポンプ10は、冷却手段とし
ての働きをするものであり、かかる高温状態の問題がな
いときには、それらを省略することができる。
Meanwhile, when a high-load operation of the uphill or the like is continued, stable at high temperatures than the NO x purification temperature window temperature of the exhaust gas flowing out of the upstream catalyst carrier heat capacity large is the downstream lean NO x catalyst There is a risk that it will. In this case, by turning on the secondary air introduction pump 10, the secondary air passes through the passage 9 and the exhaust passage 3b
Control to be introduced to. As described above, the secondary air introduction passage 9 and the secondary air introduction pump 10 function as cooling means, and when there is no problem of such a high temperature state, they can be omitted.

【0019】以上の制御を具体化すべく、排気浄化装置
のコントロールユニット12は、排気温センサ11の出
力から得られるリーンNOx 触媒流入排気ガス温度Tに
応じて、下流側HC添加制御弁7、上流側HC添加制御
弁8、及び2次空気導入ポンプ10を次のように制御す
る。すなわち、温度TがNOx 浄化温度ウィンドウ(図
1参照)内にあるとき、すなわちa≦T≦bのときに
は、下流側HC添加制御弁7を開いて、排気ガスの還元
・浄化を達成する。また、温度TがNOx 浄化温度ウィ
ンドウより低温であるとき、すなわちT<aのときに
は、上流側HC添加制御弁8を開いて、酸化触媒におけ
るHC酸化を促進し、その燃焼熱による早期暖機を図
る。また、温度TがNOx 浄化温度ウィンドウより高温
であるとき、すなわちb<Tのときには、2次空気導入
ポンプ10をオンして、排気ガスを冷却する。
In order to realize the above control, the control unit 12 of the exhaust gas purifying apparatus controls the downstream side HC addition control valve 7 according to the lean NO x catalyst inflowing exhaust gas temperature T obtained from the output of the exhaust gas temperature sensor 11. The upstream HC addition control valve 8 and the secondary air introduction pump 10 are controlled as follows. That is, when the temperature T is within the NO x purification temperature window (see FIG. 1), that is, when a ≦ T ≦ b, the downstream side HC addition control valve 7 is opened to achieve reduction and purification of exhaust gas. Further, when the temperature T is lower than the NO x purification temperature window, i.e. T <when a, open the upstream HC addition control valve 8, to promote HC oxidation in the oxidation catalyst, early warm-up due to the combustion heat Plan. Further, when the temperature T is higher than the NO x purification temperature window, i.e. when b <T is a secondary air introduction pump 10 is turned on to cool the exhaust gas.

【0020】このように、リーンNOx 触媒の上流に熱
容量体を配置することにより、最初に排気通路3aに流
入する排気ガスの温度が大幅に変動するような運転領域
においても、リーンNOx 触媒に流入する排気ガスの温
度をNOx 浄化ウィンドウ内に抑えることができ、安定
した高いNOx 浄化率を常に維持することができる。な
お、本実施形態のように、リーンNOx 触媒は、全体の
温度が均一となるように、メタル等の熱容量の小さな担
体に担持されていることが好ましい。
By arranging the heat capacity member upstream of the lean NO x catalyst in this manner, even in the operating region where the temperature of the exhaust gas initially flowing into the exhaust passage 3a greatly fluctuates, the lean NO x catalyst Temperature of the exhaust gas flowing into the NO x purification window can be suppressed, and a stable and high NO x purification rate can always be maintained. Incidentally, as in this embodiment, the lean NO x catalyst, as the temperature of the whole becomes uniform, it is preferably supported on a small carrier heat capacity, such as metal.

【0021】次に、本発明の第2実施形態について説明
する。図5は、第2実施形態に係る内燃機関の排気浄化
装置の構成図である。図3の構成要素と同一の構成要素
に関しては、同一の符号を付すことにより、その説明を
省略する。図5に示されるように、第2実施形態は、第
1実施形態のうち、上流側触媒コンバータ4を改造した
ものである。すなわち、上流側触媒コンバータ4が2つ
の構成部分よりなり、その下流側構成部分4bは、第1
実施形態と同様にコージェライトからなる担体に酸化触
媒が担持されたものであるが、その上流側構成部分4a
は、電気ヒータ付三元触媒となっている。バッテリ13
からその電気ヒータへの通電は、コントロールユニット
12により制御される。この構成によれば、温度TがN
x 浄化温度ウィンドウより低温であるときの暖機を前
記第1実施形態より迅速に行うことができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the second embodiment. Components that are the same as the components in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. As shown in FIG. 5, the second embodiment is obtained by modifying the upstream-side catalytic converter 4 in the first embodiment. That is, the upstream-side catalytic converter 4 includes two components, and the downstream-side component 4b includes the first component.
An oxidation catalyst is supported on a carrier made of cordierite as in the embodiment, but the upstream component 4a
Is a three-way catalyst with an electric heater. Battery 13
Is supplied to the electric heater by the control unit 12. According to this configuration, the temperature T becomes N
The warm-up when the temperature is lower than the O x purification temperature window can be performed more quickly than in the first embodiment.

【0022】図6は、上述の第1実施形態及び第2実施
形態による制御を行った場合に、排気通路流入直後の排
気ガス温度変化(A)が、リーンNOx 触媒直前ではど
のような温度変化へと調節されているか(B1 ,B2
ということと、結果として得られるNOx 浄化率の変化
(C1 ,C2 )とを、リーンNOx 触媒及びHC添加手
段のみを備えた従来構成による制御を行った場合
(B0 ,C0 )と比較して示す図である。この図に示さ
れるように、本発明によれば、常に安定した高いNO x
浄化率が達成される。なお、第2実施形態では、電気ヒ
ータ付三元触媒の使用により、浄化の立ち上がりが迅速
になっている。
FIG. 6 shows the first embodiment and the second embodiment described above.
When control is performed according to the form, the exhaust
Gas-gas temperature change (A) is lean NOxJust before the catalyst
Is adjusted to such a temperature change (B1, BTwo)
And the resulting NOxChange in purification rate
(C1, CTwo) And the lean NOxCatalyst and HC addition
When performing control using the conventional configuration with only stages
(B0, C0FIG. Shown in this figure
As described above, according to the present invention, a stable high NO x
Purification rates are achieved. Note that in the second embodiment, the electric
Quick start-up of purification by using a three-way catalyst with a motor
It has become.

【0023】最後に、本発明の第3実施形態について説
明する。図7は、第3実施形態に係る内燃機関の排気浄
化装置の構成図である。図3の構成要素と同一の構成要
素に関しては、同一の符号を付すことにより、その説明
を省略する。第3実施形態においても、第1及び第2実
施形態と同様に、上流側触媒コンバータ4の触媒担体に
はコージェライト等の熱容量の大きなものが使用される
とともに、下流側触媒コンバータ5の触媒担体にはメタ
ル等の熱容量の小さなものが使用されている。そのた
め、第1及び第2実施形態と同様に、下流側触媒に流入
する排気ガスの温度を浄化率の高い温度範囲に維持する
ことができる。
Finally, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the third embodiment. Components that are the same as the components in FIG. 3 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted. Also in the third embodiment, similarly to the first and second embodiments, a catalyst carrier having a large heat capacity such as cordierite is used as the catalyst carrier of the upstream catalytic converter 4 and the catalyst carrier of the downstream catalytic converter 5 is used. Is used, such as metal having a small heat capacity. Therefore, similarly to the first and second embodiments, the temperature of the exhaust gas flowing into the downstream catalyst can be maintained in a temperature range where the purification rate is high.

【0024】一方、第3実施形態においては、上流側触
媒担体には高温型リーンNOx 触媒が担持されるととも
に、下流側触媒担体には低温型リーンNOx 触媒が担持
されている。ここで、低温型リーンNOx 触媒の例とし
ては、Ptなどの貴金属触媒があり、図8に示されるよ
うに、低温の狭い範囲(c°Cからd°Cまで)でNO
x を浄化する。一方、高温型リーンNOx 触媒の例とし
ては、Cu,Co,Agなどの卑金属触媒があり、同図
に示されるように、高温の広い範囲(d°Cからe°C
まで)でNOx を浄化する。
Meanwhile, in the third embodiment, together with the upstream side catalyst carrier high temperature lean NO x catalyst is supported, on the downstream side catalyst carrier low temperature lean NO x catalyst. Here, examples of the low-temperature lean NO x catalyst has a noble metal catalyst such as Pt, as shown in FIG. 8, NO at low temperature narrow range (from c ° C to d ° C)
Purify x . On the other hand, examples of the high-temperature lean NO x catalyst, Cu, Co, there is a base metal catalyst such as Ag, as shown in the figure, e ° C from the hot wide range (d ° C
) To purify NO x .

【0025】従って、この構成では、第1及び第2実施
形態と異なり、上流側触媒コンバータもNOx 浄化に寄
与することができる。図9は、触媒流入排気ガス温度の
変化を上流側の高温型リーンNOx 触媒(実線)及び下
流側の低温型リーンNOx 触媒(破線)について例示す
る図である。この図に示されるように、下流側の低温型
リーンNOx 触媒においては、排気ガス温度の変化が減
衰せしめられており、図8に示される温度ウィンドウ
(c°Cからd°Cまで)内に維持されている。そし
て、下流側の低温型リーンNOx 触媒の浄化温度範囲が
狭いという欠点が、高温の広い範囲(d°Cからe°C
まで)で高い浄化率を達成する上流側の高温型リーンN
x 触媒と組み合わされることによって解消され、その
結果、低温から高温までの広い温度範囲(c°Cからe
°Cまで)でNOx 浄化率を向上させることができる。
Therefore, in this configuration, unlike the first and second embodiments, the upstream catalytic converter can also contribute to NO x purification. Figure 9 is a diagram illustrating a change in the catalyst inlet exhaust gas temperature for the upstream side of the high-temperature lean NO x catalyst (solid line) and the downstream side of the low temperature lean NO x catalyst (dashed line). As shown in this figure, in the low temperature lean NO x catalyst on the downstream side, the change in exhaust gas temperature has been allowed to decay (from c ° C to d ° C) temperature window shown in FIG. 8 in Has been maintained. The disadvantage purification temperature range of low temperature lean NO x catalyst on the downstream side is narrow, e ° from the hot wide range (d ° C C
High temperature lean N that achieves high purification rate
It is eliminated by being combined with the O x catalyst, so that a wide temperature range from low to high (c ° C to e)
° C), the NO x purification rate can be improved.

【0026】以上、本発明の実施形態について述べてき
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
く、様々な実施形態を案出することは当業者にとって容
易なことであろう。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is of course not limited to these embodiments, and it will be easy for those skilled in the art to devise various embodiments.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
排気系にリーンNOx 触媒を配置するとともにそのリー
ンNOx 触媒の上流側にHC添加手段を設けた内燃機関
の排気浄化装置において、リーンNOx 触媒の温度が常
に浄化温度ウィンドウ内に維持されることにより、NO
x 浄化率の大幅な向上が図られる。ひいては、本発明
は、大気汚染防止に寄与するものである。
As described above, according to the present invention,
In the exhaust purification system of an internal combustion engine provided with a HC addition means on the upstream side of the lean NO x catalyst with placing lean NO x catalyst in an exhaust system, the temperature of the lean NO x catalyst is maintained constantly purification temperature window NO
x The purification rate is greatly improved. As a result, the present invention contributes to prevention of air pollution.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】リーンNOx 触媒によるNOx 浄化率の温度特
性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a temperature characteristic of a NO x purification rate by a lean NO x catalyst.

【図2】車両走行時において時間の変化に応じて触媒流
入排気ガス温度(A)及びNO x 浄化率(B)がどのよ
うに変化するかを例示する図である。
FIG. 2 shows a flow of a catalyst according to a change in time when the vehicle is running.
Inlet and exhaust gas temperature (A) and NO xWhat is the purification rate (B)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of how it changes.

【図3】本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排気浄
化装置の構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.

【図4】熱容量の大きな触媒担体内を排気ガスが通過す
ることにより、その温度変動が緩和される様子を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a state in which exhaust gas passes through a catalyst carrier having a large heat capacity, thereby alleviating temperature fluctuations.

【図5】本発明の第2実施形態に係る内燃機関の排気浄
化装置の構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.

【図6】第1実施形態及び第2実施形態による制御を行
った場合に、排気通路流入直後の排気ガス温度変化
(A)が、リーンNOx 触媒直前ではどのような温度変
化へと調節されているか(B1 ,B2 )ということと、
結果として得られるNOx 浄化率の変化(C1 ,C2
とを、リーンNOx 触媒及びHC添加手段のみを備えた
従来構成による制御を行った場合(B0 ,C0 )と比較
して示す図である。
[6] When performing the control according to the first embodiment and the second embodiment, the exhaust gas temperature changes immediately after the exhaust passage flows (A) is adjusted to any temperature change in the lean NO x catalyst just before (B 1 , B 2 )
Changes in the resulting NO x purification rate (C 1 , C 2 )
FIG. 3 is a diagram showing a comparison with a case where control is performed by a conventional configuration including only a lean NO x catalyst and HC adding means (B 0 , C 0 ).

【図7】本発明の第3実施形態に係る内燃機関の排気浄
化装置の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to a third embodiment of the present invention.

【図8】低温型リーンNOx 触媒によるNOx 浄化率の
温度特性と高温型リーンNOx触媒によるNOx 浄化率
の温度特性とを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing temperature characteristics of a NO x purification rate by a low-temperature lean NO x catalyst and temperature characteristics of a NO x purification rate by a high-temperature lean NO x catalyst.

【図9】触媒流入排気ガス温度の変化を上流側の高温型
リーンNOx 触媒(実線)及び下流側の低温型リーンN
x 触媒(破線)について例示する図である。
[9] high temperature lean NO x catalyst on the upstream side of the change in catalyst inlet exhaust gas temperature (solid line) and the downstream low temperature lean N
It is a diagram illustrating the O x catalyst (dashed line).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ディーゼルエンジン 2…分配型燃料噴射ポンプ 3a,3b,3c…排気通路 4…上流側触媒コンバータ 5…下流側触媒コンバータ 6a,6b,6c,6d,6e…HC供給通路 7…下流側HC添加制御弁 8…上流側HC添加制御弁 9…2次空気導入通路 10…2次空気導入ポンプ 11…排気温センサ 12…コントロールユニット 13…バッテリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diesel engine 2 ... Distribution type fuel injection pump 3a, 3b, 3c ... Exhaust passage 4 ... Upstream catalytic converter 5 ... Downstream catalytic converter 6a, 6b, 6c, 6d, 6e ... HC supply passage 7 ... Downstream HC addition Control valve 8 ... Upstream side HC addition control valve 9 ... Secondary air introduction passage 10 ... Secondary air introduction pump 11 ... Exhaust temperature sensor 12 ... Control unit 13 ... Battery

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 俊明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiaki Tanaka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 排気系にリーンNOx 触媒を配置すると
ともに該リーンNO x 触媒の上流側にHC添加手段を設
けた内燃機関の排気浄化装置において、前記HC添加手
段の上流側に前記リーンNOx 触媒の担体より大きな熱
容量を有する第2の触媒担体を設けたことを特徴とする
内燃機関の排気浄化装置。
1. Lean NO in the exhaust systemxWhen the catalyst is placed
Both are lean NO xProvide HC addition means upstream of the catalyst.
In the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, the HC
Lean NO upstream of the stagexGreater heat than catalyst support
A second catalyst carrier having a capacity is provided.
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
【請求項2】 前記第2の触媒担体を酸化触媒とすると
ともに前記第2の触媒担体の上流側に第2のHC添加手
段を備え、前記リーンNOx 触媒に流入する排気ガスの
温度が低いときに前記第2のHC添加手段を作動せしめ
ることにより前記第2の触媒担体を加熱することを特徴
とする、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
2. The exhaust gas flowing into the lean NO x catalyst has a low temperature, the second catalyst carrier being an oxidation catalyst, and a second HC adding means being provided upstream of the second catalyst carrier. 2. The exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second catalyst carrier is heated by operating the second HC adding means.
【請求項3】 前記第2の触媒担体を高温の広い範囲で
浄化率が高い高温型リーンNOx 触媒とするとともに、
下流側の前記リーンNOx 触媒を低温の狭い範囲で浄化
率が高い低温型リーンNOx 触媒としたことを特徴とす
る、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. A with purification rate of the second catalyst support in a wide range of high temperature and high high-temperature type lean NO x catalyst,
It said lean NO x catalyst on the downstream side, characterized in that the purification rate at low temperatures narrow range has higher low-temperature lean NO x catalyst, an exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1.
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