JP4586629B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies harmful substances in exhaust gas.
一般に、内燃機関の排気通路には、排気ガス中の有害物質を浄化処理する排気浄化装置として三元触媒が設けられている。この三元触媒は、排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などの有害物質を浄化処理するものであり、特に、空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。 Generally, a three-way catalyst is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine as an exhaust purification device that purifies harmful substances in exhaust gas. This three-way catalyst purifies harmful substances such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas. When in the vicinity of the fuel ratio (stoichiometric), harmful substances in the exhaust gas can be efficiently purified.
そして、この三元触媒としては、アルミナをベースとし、白金、パラジウム、ロジウムを加えた貴金属が担持されており、ロジウムは窒素酸化物の還元能力が高く、白金とパラジウムは炭化水素と一酸化炭素の酸化能力が高い。ガソリンを燃料とする内燃機関では、排気ガス組成にて、炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とのバランスが良好であるため、炭化水素と一酸化炭素の酸化反応と窒素酸化物の還元反応を同時に行わせることができる。 This three-way catalyst is based on alumina and carries a precious metal with platinum, palladium and rhodium added. Rhodium has a high ability to reduce nitrogen oxides, and platinum and palladium are hydrocarbons and carbon monoxide. High oxidation ability. In an internal combustion engine fueled with gasoline, the balance of hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides in the exhaust gas composition is good, so the oxidation reaction of hydrocarbons and carbon monoxide and the reduction reaction of nitrogen oxides Can be performed simultaneously.
なお、空燃比がリーン雰囲気とストイキまたはリッチ雰囲気とが交互に繰り返される燃焼条件で燃焼される内燃機関の排気ガスを浄化する触媒として、下記特許文献1に記載されたものがある。 As a catalyst for purifying exhaust gas of an internal combustion engine burned under a combustion condition in which an air-fuel ratio is alternately repeated between a lean atmosphere and a stoichiometric or rich atmosphere, there is one described in Patent Document 1 below.
ところが、上述した三元触媒にあっては、長期の使用によりリーン雰囲気、高温化、リン被毒などにより触媒が劣化し、排気浄化性能が低下してしまうという問題がある。即ち、車両の高速走行時にドライバがアクセルペダルを戻して内燃機関の負荷が低減すると、フューエルカットにより燃料噴射が一時的に停止し、排気ガスがリーン雰囲気となる。また、電子制御ユニットは、空燃比がストイキとなるように燃料噴射量を制御しているが、何らかの原因によりこの空燃比制御にずれが生じると、排気ガスがリーン雰囲気となる。このように排気ガスがリーン雰囲気となると、三元触媒にて、排気ガス中の酸素により、担持された貴金属の粒成長を招くことで劣化してしまう。 However, the above-described three-way catalyst has a problem that the exhaust gas purification performance is deteriorated due to deterioration of the catalyst due to a lean atmosphere, high temperature, phosphorus poisoning, and the like due to long-term use. That is, when the driver returns the accelerator pedal and the load on the internal combustion engine is reduced when the vehicle is traveling at high speed, the fuel injection is temporarily stopped by the fuel cut, and the exhaust gas becomes a lean atmosphere. Further, the electronic control unit controls the fuel injection amount so that the air-fuel ratio becomes stoichiometric. However, if a deviation occurs in the air-fuel ratio control for some reason, the exhaust gas becomes a lean atmosphere. When the exhaust gas is in a lean atmosphere as described above, the three-way catalyst is deteriorated by causing grain growth of the supported noble metal due to oxygen in the exhaust gas.
また、内燃機関の高負荷運転が継続されると、排気ガスが高温となり、この高温となった排気ガスにより、担持された貴金属の粒成長を招くことで劣化してしまう。そのため、三元触媒を排気通路の下流側に配設して内燃機関から遠ざけることで高温化を抑制することが考えられるが、三元触媒を排気通路の下流側に配設すると、内燃機関の暖機時に三元触媒の活性化が遅れ、浄化性能が低下してしまう。更に、潤滑オイルにはリンが含有されており、このリンが燃料と共に燃焼することで排気ガス中にこのリンが混入し、リンを含有した排気ガスを三元触媒で処理すると、リンが触媒表面を覆ってしまい、浄化性能が低下してしまう。 Further, when the high-load operation of the internal combustion engine is continued, the exhaust gas becomes high temperature, and the exhaust gas that has become high temperature deteriorates by causing grain growth of the supported noble metal. For this reason, it is conceivable to suppress the increase in temperature by disposing the three-way catalyst downstream of the exhaust passage and away from the internal combustion engine. However, if the three-way catalyst is disposed downstream of the exhaust passage, The activation of the three-way catalyst is delayed at the time of warming up and the purification performance is deteriorated. Furthermore, the lubricating oil contains phosphorus, and when this phosphorus burns with the fuel, this phosphorus is mixed into the exhaust gas, and when the exhaust gas containing phosphorus is treated with a three-way catalyst, the phosphorus becomes the catalyst surface. And the purification performance deteriorates.
なお、上述した特許文献1に記載された排気ガス浄化触媒にあっては、排気通路に設けられたNOx吸蔵還元型触媒の上流側に、酸素吸蔵機能をもつセリアとアルミナを分散した複合酸化物を含む胆体に白金を担持した触媒を配設したものであるが、セリアを有する触媒には、常時、排気ガスが流入するため、例えば、内燃機関の暖機時には、上流側の触媒が排気ガスの流動抵抗となって下流側の触媒を早期に暖機することができず、触媒の活性化が遅れて浄化性能が低下してしまう。 In the exhaust gas purification catalyst described in Patent Document 1 described above, a composite oxide in which ceria and alumina having an oxygen storage function are dispersed upstream of the NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage. However, since the exhaust gas always flows into the catalyst having ceria, for example, when the internal combustion engine is warmed up, the upstream catalyst is exhausted. Due to the gas flow resistance, the downstream catalyst cannot be warmed up early, and the activation of the catalyst is delayed, resulting in a reduction in purification performance.
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、触媒の劣化を抑制して排気浄化性能の向上を図った内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that solves such a problem and that improves exhaust gas purification performance by suppressing deterioration of the catalyst.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガス通路に設けられて排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有する第1排気浄化触媒と、前記排気ガス通路に前記第1排気浄化触媒の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第2排気浄化触媒とを具え、前記第1排気浄化触媒は、酸素吸蔵機能を有しない第1通路と、酸素吸蔵機能を有する第2通路とを有し、少なくとも内燃機関の暖機時に排気ガスを前記第1通路に導く通路切換手段が設けられ、前記通路切換手段は、内燃機関の排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第2通路に導くと共に、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに前記通路切換手段により排気ガスを前記第2通路に導いた後、所定期間排気ガスをリッチ雰囲気としてから排気ガスを前記第1通路に導くことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an exhaust purification device for an internal combustion engine of the present invention is a first exhaust having an oxygen storage function provided in an exhaust gas passage and capable of storing oxygen components in the exhaust gas. A purification catalyst, and a second exhaust purification catalyst provided in the exhaust gas passage downstream of the first exhaust purification catalyst to purify harmful substances in the exhaust gas, wherein the first exhaust purification catalyst comprises an oxygen storage a first passage having no function, and a second passage having an oxygen storage function, the passage change-over means for guiding the first passage of the exhaust gas during warm-up of at least the internal combustion engine is provided, said passage switching means The exhaust gas is guided to the second passage when the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine is a lean atmosphere, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean atmosphere, the exhaust gas is sent to the second passage by the passage switching means. Led to the aisle , Is characterized in that the guides in the first passage of the exhaust gas for a predetermined period the exhaust gas from the rich atmosphere.
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記通路切換手段として、前記第1通路を開閉する第1開閉弁と、前記第2通路を開閉する第2開閉弁を設け、前記内燃機関の暖機時には、前記第1開閉弁により前記第1通路を開放する一方、前記第2開閉弁により前記第2通路を閉止することを特徴としている。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a first on-off valve that opens and closes the first passage and a second on-off valve that opens and closes the second passage are provided as the passage switching means, and the internal combustion engine is warmed up. In some cases, the first passage is opened by the first on-off valve, and the second passage is closed by the second on-off valve.
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記通路切換手段として、前記第1通路を開閉する第1開閉弁を設け、前記内燃機関の暖機時には、前記第1開閉弁により前記第1通路を開放することを特徴としている。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a first on-off valve that opens and closes the first passage is provided as the passage switching means, and the first passage is opened by the first on-off valve when the internal combustion engine is warmed up. It is characterized by opening.
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記第1排気浄化触媒は、前記第2通路の中央部を貫通して前記第1通路が設けられたことを特徴としている。 In the exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention, the first exhaust purification catalyst is provided with the first passage passing through a central portion of the second passage.
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有する第1排気浄化触媒と、第1排気浄化触媒の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第2排気浄化触媒とを設け、第1排気浄化触媒に、酸素吸蔵機能を有しない第1通路と、酸素吸蔵機能を有する第2通路とを設け、少なくとも内燃機関の暖機時に排気ガスを第1通路に導く通路切換手段を設け、通路切換手段は、内燃機関の排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第2通路に導くと共に、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときにこの通路切換手段により排気ガスを第2通路に導いた後、所定期間排気ガスをリッチ雰囲気としてから排気ガスを前記第1通路に導くようにしている。従って、内燃機関の暖機時には、排気ガスが酸素吸蔵機能を有しない第1通路を通って第2排気浄化触媒に到達することとなり、第1排気浄化触媒が排気ガスの流動抵抗とならずにスムースに第2排気浄化触媒に流れ込むため、排気ガスによりこの第2排気浄化触媒を適正に加熱して早期に活性化を図ることができる一方、内燃機関の暖機後には、排気ガスが酸素吸蔵機能を有する第2通路を通って第2排気浄化触媒に到達することとなり、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であっても、第2通路にて排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第2排気浄化触媒に流れ込むため、排気ガスによる第2排気浄化触媒の劣化を抑制することができ、その結果、排気浄化性能を向上することができる。 According to the exhaust purification device for an internal combustion engine of the present invention, the first exhaust purification catalyst having an oxygen storage function capable of storing oxygen components in the exhaust gas, and the exhaust gas provided in the downstream side of the first exhaust purification catalyst. A second exhaust purification catalyst for purifying the harmful substances, and the first exhaust purification catalyst is provided with a first passage that does not have an oxygen storage function and a second passage that has an oxygen storage function, and at least a warming of the internal combustion engine. A passage switching means for guiding the exhaust gas to the first passage during operation is provided . The passage switching means guides the exhaust gas to the second passage when the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine is in a lean atmosphere, and When the air-fuel ratio is a lean atmosphere, the passage switching means guides the exhaust gas to the second passage, and then the exhaust gas is led to the first passage after the exhaust gas is rich for a predetermined period. Therefore, when the internal combustion engine is warmed up, the exhaust gas reaches the second exhaust purification catalyst through the first passage having no oxygen storage function, and the first exhaust purification catalyst does not become the flow resistance of the exhaust gas. Since the second exhaust purification catalyst flows smoothly into the second exhaust purification catalyst, the second exhaust purification catalyst can be appropriately heated by the exhaust gas to be activated early. On the other hand, after the internal combustion engine is warmed up, the exhaust gas is stored in oxygen. The second exhaust purification catalyst is reached through the second passage having the function, and even if the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, the second exhaust gas is stored in the second passage after the oxygen in the exhaust gas is occluded. Since it flows into the exhaust purification catalyst, the deterioration of the second exhaust purification catalyst due to the exhaust gas can be suppressed, and as a result, the exhaust purification performance can be improved.
以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1は、本発明の実施例1に係る内燃機関の排気浄化装置を表す概略構成図、図2は、実施例1の内燃機関の排気浄化装置における第1触媒装置の一部切欠斜視図、図3は、実施例1の内燃機関の排気浄化装置における第1触媒装置の断面図、図4は、実施例1の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially cutaway perspective view of a first catalyst device in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the first catalyst device in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine of the first embodiment, and FIG. 4 is a flowchart showing the exhaust gas purification control in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine of the first embodiment.
実施例1の内燃機関の排気浄化装置において、図1に示すように、この内燃機関としてのエンジン10は筒内噴射式の多気筒型であって、シリンダブロック11上にシリンダヘッド12が締結されており、このシリンダブロック11に形成された複数のシリンダボア13にピストン14がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック11の下部にクランクケース15が締結され、このクランクケース15内にクランクシャフト16が回転自在に支持されており、各ピストン14はコネクティングロッド17を介してこのクランクシャフト16にそれぞれ連結されている。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the first embodiment, as shown in FIG. 1, the
燃焼室18は、シリンダブロック11とシリンダヘッド12とピストン14により構成されており、この燃焼室18は、上部(シリンダヘッド12の下面)の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室18の上部、つまり、シリンダヘッド12の下面に吸気ポート19及び排気ポート20が対向して形成されており、この吸気ポート19及び排気ポート20に対して吸気弁21及び排気弁22の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁21及び排気弁22は、シリンダヘッド12に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート19及び排気ポート20を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド12には、吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が回転自在に支持されており、吸気カム25及び排気カム26が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁21及び排気弁22の上端部に接触している。
The
従って、エンジン10に同期して吸気カムシャフト23及び排気カムシャフト24が回転すると、吸気カム25及び排気カム26がローラロッカアームを作動させ、吸気弁21及び排気弁22が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート19及び排気ポート20を開閉し、吸気ポート19と燃焼室18、燃焼室18と排気ポート20とをそれぞれ連通することができる。
Therefore, when the
吸気ポート19には、インテークマニホールド27を介してサージタンク28が連結され、このサージタンク28に吸気管29が連結されており、この吸気管29の空気取入口にはエアクリーナ30が取付けられている。そして、このエアクリーナ30の下流側にスロットル弁31を有する電子スロットル装置32が設けられている。また、シリンダヘッド12には、燃焼室18に直接燃料を噴射するインジェクタ33が装着されており、このインジェクタ33は、吸気ポート19側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド12には、燃焼室18の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ34が装着されている。
A
一方、排気ポート20には、エギゾーストマニホールド35を介して排気管36が連結されており、この排気管36には、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどの有害物質を吸着処理する第1触媒装置(第1排気浄化触媒)37と排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどの有害物質を浄化処理する第2触媒装置(第2排気浄化触媒)38が装着されている。
On the other hand, an
第1触媒装置37は、排気ガス中の酸素成分を吸蔵可能な酸素吸蔵機能を有するものである。即ち、この第1触媒装置37において、図2及び図3に詳細に示すように、円筒形状をなす大径のハウジング51内の中央部に円筒形状をなす小径の配管52が配設されることで、配管52内に第1通路53が形成されると共に、ハウジング51と配管52との間に第2通路54が形成される。そして、この第2通路54にハニカム形状をなす触媒部55が形成され、この触媒部55に酸素吸蔵機能を有するセリアが担持されている。従って、第1触媒装置37内に、酸素吸蔵機能を有しない第1通路53と、酸素吸蔵機能を有する第2通路54が形成される。
The
第1通路53の下流側には、配管52の後端部に位置してこの第1通路53を開閉するバタフライ式の第1開閉弁56が設けられる一方、第2通路54の下流側には、ハウジング51及び配管52の後端部に位置してこの第2通路54を開閉するリング形状をなし、スプリング58により付勢支持された第2開閉弁57が設けられている。従って、第1開閉弁56により第1通路53を開放する一方、第2開閉弁57により第2通路54を閉止することで、排気ガスを第1通路53に導入することができ、第1開閉弁56により第1通路53を閉止する一方、第2開閉弁57により第2通路54を開放することで、排気ガスを第2通路54に導入することができる。この場合、第1開閉弁56及び第2開閉弁57により通路切換手段が構成される。
On the downstream side of the
一方、第2触媒装置38は、排気ガス中の有害物質を浄化処理するものであり、具体的には、排気ガス中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOx)などの有害物質を浄化処理する三元触媒であって、特に、空燃比が理論空燃比(ストイキ)近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。なお、この三元触媒としては、アルミナをベースとし、白金、パラジウム、ロジウムを加えた貴金属が担持されており、炭化水素と一酸化炭素の酸化反応と、窒素酸化物の還元反応を同時に行わせることができる。
On the other hand, the
ところで、図1に示すように、車両には電子制御ユニット(ECU)40が搭載されており、このECU40は、エンジン運転状態に基づいてインジェクタ33や点火プラグ34などを制御可能となっている。即ち、吸気管29の上流側にはエアフローセンサ41及び吸気温センサ42が装着されており、計測した吸入空気量、吸気温度をECU40に出力している。また、電子スロットル装置32にはスロットルポジションセンサ43が装着されており、現在のスロットル開度をECU40に出力している。更に、クランク角センサ44は、検出した各気筒のクランク角度をECU40に出力し、このECU40は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張(爆発)、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック11にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ45が設けられており、検出したエンジン冷却水温をECU40に出力している。また、排気管36における第2触媒装置38の上流側には、排気ガスの酸素濃度を検出するO2センサ46が設けられており、現在の排気ガスの酸素濃度をECU40に出力している。従って、ECU40は、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度(または、図示しないアクセルポジションセンサが検出したアクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温、排気ガス中の酸素濃度などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。
As shown in FIG. 1, an electronic control unit (ECU) 40 is mounted on the vehicle, and the
また、ECU40は、エンジン運転状態に基づいて上述した第1開閉弁56及び第2開閉弁57を制御可能となっている。即ち、ECU40には、水温センサ45が検出したエンジン冷却水温が入力されており、このECU40はエンジン冷却水温に基づいてエンジン10が始動暖機状態にあるかどうか、つまり、ファーストアイドル状態にあるかどうかを判定する。そして、エンジン10がファーストアイドル状態にあるときには、第1開閉弁56により第1通路53を開放し、第2開閉弁57により第2通路54を閉止することで、排気ガスを第1通路53に導入し、ファーストアイドル状態以外のときには、第1開閉弁56により第1通路53を閉止し、第2開閉弁57により第2通路54を開放することで、排気ガスを第2通路54の触媒部55に導入するようにしている。
The
ここで、上述した実施例1の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図4のフローチャートに基づいて詳細に説明する。 Here, the exhaust purification control by the exhaust purification device of the internal combustion engine of the first embodiment will be described in detail based on the flowchart of FIG.
エンジン10の排気浄化制御において、図4に示すように、ステップS11にて、ECU40は、水温センサ45が検出したエンジン冷却水温を読込み、ステップS12では、ECU40が読み込んだエンジン冷却水温に基づいてエンジン10がファーストアイドル状態にあるかどうかを判定する。ここで、エンジン10がファーストアイドル状態であると判定されたら、ステップS13にて、第1開閉弁56により第1通路53を開放し、第2開閉弁57により第2通路54を閉止することで、排気ガスを第1通路53に導入する。
In the exhaust purification control of the
従って、エンジン10が暖機状態にあるとき、燃焼室18から排出された排気ガスは、排気管36を通して第1触媒装置37に到達し、ここで、酸素吸蔵機能を有しない第1通路53を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第1触媒装置37(第2通路54の触媒部55)が排気ガスの流動抵抗とならず、また、排気ガスの熱が放出されることもなく、この排気ガスが大きな温度低下もなくスムースに第2触媒装置38に流れ込む。そのため、高温の排気ガスによりこの第2触媒装置38を適正に加熱して早期に活性化することができる。
Therefore, when the
一方、エンジン10が始動してから所定時間が経過して暖機が完了すると、ステップS12で、ECU40は、エンジン10がファーストアイドル状態でないと判定する。すると、ステップS14にて、第1開閉弁56により第1通路53を閉止し、第2開閉弁57により第2通路54を開放することで、排気ガスを第2通路54の触媒部55に導入する。
On the other hand, when the warm-up is completed after a predetermined time has elapsed since the
従って、エンジン10の暖機後には、燃焼室18から排出された排気ガスは、排気管36を通して第1触媒装置37に到達し、ここで、酸素吸蔵機能を有する第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気になっても、第1触媒装置37における第2通路54の触媒部55で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第2触媒装置38に流れ込む。そのため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第2触媒装置38の劣化を抑制することができる。
Therefore, after the
また、排気ガスが第1触媒装置37における外周側の第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達するため、高温の排気ガスの熱が第1触媒装置37のハウジング51を通して外部に放出されることとなり、この排気ガスによる第2触媒装置38の熱劣化を抑制することができる。更に、排気ガスが第1触媒装置37における第2通路54の触媒部55を通ってから第2触媒装置38に到達するため、燃料にリンを含む潤滑オイルが混入して燃焼しても、排気ガス中に含有するリンが触媒部55で吸着されることとなり、この排気ガスによる第2触媒装置38のリン被毒を抑制することができる。
Further, since the exhaust gas reaches the
このように実施例1の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン10の排気管36に、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどを吸着処理する第1触媒装置37と排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどを浄化処理する第2触媒装置38を装着し、第1触媒装置37に第1通路53を形成すると共にその外側に第2通路54を形成し、第2通路54にセリアが担持された触媒部55を設け、第1、第2通路53,54に第1、第2開閉弁56,57を設け、少なくともエンジン10の暖機時には、第1開閉弁56により第1通路53を開放する一方、第2開閉弁57により第2通路54を閉止することで、排気ガスを第1通路53を通して第2触媒装置38に到達するようにしている。
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to the first embodiment, the
従って、エンジン10が暖機時に、燃焼室18から排出された排気ガスは、第1触媒装置37における酸素吸蔵機能を有しない第1通路53を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54の触媒部55が排気ガスの流動抵抗や温度低下要因とならず、この排気ガスが大きな温度低下もなくスムースに第2触媒装置38に流れ込むため、高温の排気ガスによりこの第2触媒装置38を適正に加熱して早期に活性化することができる。
Therefore, when the
一方、エンジン10の暖機後に、燃焼室18から排出された排気ガスは、第1触媒装置37における酸素吸蔵機能を有する第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気になっても、第1触媒装置37における第2通路54の触媒部55で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第2触媒装置38に流れ込むため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第2触媒装置38の劣化を抑制することができる。
On the other hand, after the
また、エンジン10の暖機後は、排気ガスが第1触媒装置37における外周側の第2通路54を通るため、排気ガスの熱がハウジング51を通して外部に放出されることとなり、高温の排気ガスによる第2触媒装置38の熱劣化を抑制することができる。更に、排気ガスが第1触媒装置37における第2通路54の触媒部55を通るため、排気ガス中に含有するリンが触媒部55で吸着されることとなり、この排気ガスによる第2触媒装置38のリン被毒を抑制することができる。
Further, after the
図5は、本発明の実施例2に係る内燃機関の排気浄化装置における第1触媒装置の断面図、図6は、実施例2の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。なお、実施例2の内燃機関の排気浄化装置が適用された内燃機関は、実施例1で説明したものとほぼ同様であるため、図1を用いて説明すると共に、実施例1で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。 FIG. 5 is a sectional view of the first catalyst device in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart showing the exhaust gas purification control in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to the second embodiment. . The internal combustion engine to which the exhaust gas purifying apparatus for the internal combustion engine of the second embodiment is applied is substantially the same as that described in the first embodiment, so that it will be described with reference to FIG. 1 and the one described in the first embodiment. The members having the same functions as those in FIG.
実施例2の内燃機関の排気浄化装置において、図1及び図5に示すように、排気管36には、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどの有害物質を吸着処理する第1触媒装置(第1排気浄化触媒)61(図5参照)と排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどの有害物質を浄化処理する第2触媒装置38が装着されている。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, a first catalyst device that adsorbs harmful substances such as oxygen and phosphorus contained in the exhaust gas is disposed in the exhaust pipe 36 ( A first exhaust purification catalyst) 61 (see FIG. 5) and a second
第1触媒装置61において、図5に詳細に示すように、ハウジング51内の中央部に配管52が配設されることで、配管52内に第1通路53が形成されると共に、ハウジング51と配管52との間に第2通路54が形成される。そして、この第2通路54にハニカム形状をなす触媒部55が形成され、この触媒部55に酸素吸蔵機能を有するセリアが担持されている。また、第1通路53の下流側には、この第1通路53を開閉する第1開閉弁56が設けられている。従って、第1開閉弁56により第1通路53を開放することで、排気ガスを第1通路53に導入することができ、第1開閉弁56により第1通路53を閉止することで、排気ガスを第2通路54に導入することができる。この場合、第1開閉弁56により通路切換手段が構成される。
In the
また、図1及び図5に示すように、ECU40は、エンジン10がファーストアイドル状態にあるときには、第1開閉弁56により第1通路53を開放することで、排気ガスを第1通路53に導入し、ファーストアイドル状態以外のときには、第1開閉弁56により第1通路53を閉止することで、排気ガスを第2通路54の触媒部55に導入するようにしている。
As shown in FIGS. 1 and 5, the
ここで、上述した実施例2の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図6のフローチャートに基づいて詳細に説明する。 Here, the exhaust gas purification control by the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine of the second embodiment will be described in detail based on the flowchart of FIG.
エンジン10の排気浄化制御において、図6に示すように、ステップS21にて、ECU40は、水温センサ45が検出したエンジン冷却水温を読込み、ステップS22では、このエンジン冷却水温に基づいてエンジン10がファーストアイドル状態(エンジン暖機状態)にあるかどうかを判定する。ここで、エンジン10がファーストアイドル状態であると判定されたら、ステップS23にて、第1開閉弁56により第1通路53を開放することで、排気ガスを第1通路53に導入する。従って、エンジン10が暖機状態にあるとき、排気ガスは、第1触媒装置37における酸素吸蔵機能を有しない第1通路53を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54の触媒部55が排気ガスの流動抵抗とならず、また、排気ガスの熱が放出されることもなく、この排気ガスが大きな温度低下もなくスムースに第2触媒装置38に流れ込む。そのため、高温の排気ガスによりこの第2触媒装置38を適正に加熱して早期に活性化することができる。
In the exhaust gas purification control of the
一方、エンジン10が始動してから所定時間が経過して暖機が完了すると、ステップS22で、ECU40は、エンジン10がファーストアイドル状態でないと判定する。すると、ステップS24にて、第1開閉弁56により第1通路53を閉止することで、排気ガスを第2通路54の触媒部55に導入する。従って、エンジン10の暖機後には、排気ガスは、第1触媒装置37における酸素吸蔵機能を有する第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54の触媒部55で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第2触媒装置38に流れ込む。そのため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第2触媒装置38の劣化を抑制することができる。
On the other hand, when the warm-up is completed after a predetermined time has elapsed since the
また、このとき、高温の排気ガスの熱が第1触媒装置37のハウジング51を通して外部に放出されるため、高温の排気ガスによる第2触媒装置38の熱劣化を抑制することができる。更に、排気ガス中に含有するリンが触媒部55で吸着されるため、この排気ガスによる第2触媒装置38のリン被毒を抑制することができる。
At this time, since the heat of the high-temperature exhaust gas is released to the outside through the
なお、エンジン10がファーストアイドル状態で、第1開閉弁56により第1通路53を開放したとき、第2通路54が開放されているものの、この第2通路54にはハニカム形状をなす触媒部55があり、何もなく空洞な第1通路53に比べて流路抵抗が大きいため、排気ガスは第2通路54にはほとんど流れずに第1通路53に流れる。
When the
このように実施例2の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン10の排気管36に、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどを吸着処理する第1触媒装置37と排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどを浄化処理する第2触媒装置38を装着し、第1触媒装置37に第1通路53を形成すると共にその外側に第2通路54を形成し、第2通路54にセリアが担持された触媒部55を設け、第1通路53に第1開閉弁56を設け、少なくともエンジン10の暖機時には、第1開閉弁56により第1通路53を開放することで、排気ガスを第1通路53を通して第2触媒装置38に到達するようにしている。
As described above, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment, the exhaust gas in the
従って、エンジン10が暖機時に、排気ガスは第1触媒装置37の第1通路53を通ってから第2触媒装置38に到達するため、高温の排気ガスがスムースに第2触媒装置38に流れ込み、第2触媒装置38を適正に加熱して早期に活性化することができる。一方、エンジン10の暖機後に、排気ガスは第1触媒装置37第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達するため、リーン雰囲気の排気ガスは触媒部55で含有する酸素が吸蔵され、この排気ガスによる第2触媒装置38の劣化を抑制することができる。
Accordingly, when the
また、実施例2の内燃機関の排気浄化装置にあっては、第1触媒装置37にて、第1通路53と触媒部55を有する第2通路54を形成し、第1通路53のみに第1開閉弁56を設け、少なくともエンジン10の暖機時に、この第1開閉弁56により第1通路53を開放して排気ガスを第1通路53に通すようにしている。従って、簡単な構成でエンジン10の運転状態に応じて第1触媒装置37における排気ガスの通路を切換えることができ、装置の簡素化を図ることができる。
Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment, the
図7は、本発明の実施例3に係る内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。なお、実施例3の内燃機関の排気浄化装置は、実施例1で説明したものとほぼ同様であるため、図1乃至図3を用いて説明すると共に、実施例1で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。 FIG. 7 is a flowchart showing the exhaust purification control in the exhaust purification device of the internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third embodiment is substantially the same as that described in the first embodiment, so that it will be described with reference to FIGS. 1 to 3 and the same as that described in the first embodiment. The members having a function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施例3の内燃機関の排気浄化装置において、図1乃至図3に示すように、排気管36には、排気ガス中に含まれる酸素やリンなどの有害物質を吸着処理する第1触媒装置37と排気ガス中に含まれるHC、CO、NOxなどの有害物質を浄化処理する第2触媒装置38が装着されている。そして、第1触媒装置37は、第1通路53の外側に第2通路54が形成され、この第2通路54にハニカム形状をなす触媒部55が形成され、この触媒部55に酸素吸蔵機能を有するセリアが担持されている。また、第1通路53の下流側には、この第1通路53を開閉する第1開閉弁56が設けられる一方、第2通路54の下流側には、この第2通路54を開閉する第2開閉弁57が設けられている。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the
そして、本実施例にて、ECU40は、排気ガスがリーン空燃比、または、所定温度以上の高温状態にあるときに、第1開閉弁56により第1通路53を閉止する一方、第2開閉弁57により第2通路54を開放することで、排気ガスを第2通路54の触媒部55に導入し、排気ガス中の酸素を吸蔵してから第2触媒装置38に流れ込むようにしている。また、排気ガスがリーン空燃比、または、高温化して第2通路54の触媒部55により排気ガス中の酸素の吸蔵処理を行った後は、触媒部55を還元処理するようにしている。この場合、車両の高速走行時にドライバがアクセルペダルを戻してエンジン負荷が低減すると、ECU40は、フューエルカットにより燃料噴射を一時的に停止するため、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気となる。また、エンジン10の高負荷状態が継続すると、排気ガスの温度が異常に上昇して高温状態となる。この排気ガスの高温状態とは、排気ガスの温度が高すぎて第2触媒装置38を劣化させてしまうような温度領域である。
In this embodiment, the
ここで、上述した実施例3の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図7のフローチャートに基づいて詳細に説明する。 Here, the exhaust gas purification control by the exhaust gas purification apparatus of the internal combustion engine of the third embodiment will be described in detail based on the flowchart of FIG.
エンジン10の排気浄化制御において、図7に示すように、ステップS31にて、ECU40は、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるか、または、所定温度以上の高温状態にあるかどうかを判定する。この場合、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるかの判定は、O2センサが検出した排気ガス中の酸素濃度に基づいて判定する。また、排気ガスの温度は、エンジン10の燃焼状態(吸入空気量、燃料噴射量、エンジン負荷など)に基づいて推定したり、排気管に温度センサを装着して検出することで、排気ガスの高温化を判定すればよい。
In the exhaust purification control of the
このステップS31にて、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったり、または、高温状態にあると判定されたら、ステップS32にて、第1開閉弁56により第1通路53を閉止し、第2開閉弁57により第2通路54を開放することで、排気ガスを第2通路54の触媒部55に導入する。従って、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気のとき、排気ガスは、第1触媒装置37における酸素吸蔵機能を有する第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54の触媒部55で排気ガス中の酸素が吸蔵されてから第2触媒装置38に流れ込む。そのため、排気ガスの空燃比がストイキ近傍となり、この排気ガスによる第2触媒装置38の劣化を抑制することができる。また、排気ガスが高温状態のとき、排気ガスは、第1触媒装置37の外側に位置する第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54で排気ガスの熱が外部に放出されてから第2触媒装置38に流れ込む。そのため、排気ガスの温度が低下し、高温の排気ガスによる第2触媒装置38の熱劣化を抑制することができる。
If it is determined in step S31 that the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean atmosphere or is in a high temperature state, the
一方、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気でなく、高温状態でもないと判定されたら、ステップS33にて、前回、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったり高温状態であったりして第2通路54の触媒部55で排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施したかどうかを判定する。ここで、前回、排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施したと判定されたら、ステップS35に移行する。また、前回、排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施していないと判定されたら、ステップS34にて、第2通路54の触媒部55の還元処理を終了したかどうかを判定し、触媒部55の還元処理が終了していないと判定されたら、ステップS35に移行する。そして、ステップS35では、所定時間エンジン10をリッチ運転することで、リッチ雰囲気の排気ガスを第2通路54の触媒部55に流し、第2通路54の触媒部55(セリア)の還元処理を実行する。ステップS36では、触媒部55の還元処理時間が所定時間となったらステップS32に移行する。
On the other hand, if it is determined that the air-fuel ratio of the exhaust gas is not a lean atmosphere and is not in a high temperature state, in step S33, the air-fuel ratio of the exhaust gas was in a lean atmosphere or a high temperature state last time and the second passage It is determined whether or not the oxygen storage process in the exhaust gas has been performed by the
その後、ステップS31で、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気でも高温状態でもないと判定され、ステップS33で、前回、排気ガス中の酸素吸蔵処理を実施していないと判定され、ステップS34で、触媒部55の還元処理が終了したと判定されたら、ステップS37にて、第1開閉弁56により第1通路53を開放し、第2開閉弁57により第2通路54を閉止することで、排気ガスを第1通路53に導入する。従って、排気ガスは、第1触媒装置37における酸素吸蔵機能を有しない第1通路53を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54の触媒部55が排気ガスの流動抵抗とならず、排気ガス中の酸素が吸蔵されることもなく、また、排気ガスの熱が放出されることもなく、適正な状態の排気ガスがスムースに第2触媒装置38に流れ込む。そのため、この第2触媒装置38にて効率良く排気ガスの浄化処理を行うことができる。
Thereafter, in step S31, it is determined that the air-fuel ratio of the exhaust gas is neither a lean atmosphere nor a high temperature state. In step S33, it is determined that the oxygen storage process in the exhaust gas has not been performed last time. In step S34, the catalyst is If it is determined that the reduction process of the
このように実施例3の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン10の排気管36に第1触媒装置37と第2触媒装置38を装着し、第1触媒装置37に第1通路53を形成すると共にその外側に第2通路54を形成し、第2通路54にセリアが担持された触媒部55を設け、第1、第2通路53,54に第1、第2開閉弁56,57を設け、排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったり、または、排気ガスが高温状態であるときに、第1開閉弁56により第1通路53を閉止し、第2開閉弁57により第2通路54を開放することで、排気ガスを第2通路54を通して第2触媒装置38に到達するようにしている。
Thus, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third embodiment, the
従って、エンジン10から排出される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気のとき、この排気ガスは、第1触媒装置37における第2通路54の触媒部55を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、この触媒部55で排気ガス中の酸素が吸蔵されて空燃比がストイキ近傍になってから第2触媒装置38に流れ込むため、空燃比がリーン雰囲気の排気ガスによる第2触媒装置38の劣化を抑制することができる。
Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the
また、エンジン10から排出される排気ガスが高温状態のとき、この排気ガスは、第1触媒装置37の外側に位置する第2通路54を通ってから第2触媒装置38に到達することとなり、第2通路54で排気ガスの熱が外部に放出されて温度が低下してから第2触媒装置38に流れ込むため、高温の排気ガスによる第2触媒装置38の熱劣化を抑制することができる。
Further, when the exhaust gas discharged from the
なお、上述した各実施例では、第1触媒装置37にて、中央部に位置する第1通路53の外側に第2通路54を形成し、この第2通路54にセリアが担持された触媒部55を設けたが、この構成に限定されるものではなく、第1通路と第2通路を左右または上下に並設してもよい。また、第1、第2通路53,54に第1、第2開閉弁56,57を設けたが、各開閉弁56,57の構成は各実施例に限定されるものではなく、どのような開閉弁であってもよい。
In each of the above-described embodiments, in the
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、ポート噴射式のエンジンに適用することもできる。 In addition, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has been described as applied to an in-cylinder injection type multi-cylinder engine.
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、触媒の劣化を抑制して排気浄化性能を向上するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。 As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention improves the exhaust gas purification performance by suppressing the deterioration of the catalyst, and is suitable for use in any type of internal combustion engine.
10 エンジン
18 燃焼室
19 吸気ポート
20 排気ポート
21 吸気弁
22 排気弁
33 インジェクタ
34 点火プラグ
36 排気管(排気通路)
37,61 第1触媒装置(第1排気浄化触媒)
38 第2触媒装置(第2排気浄化触媒)
40 電子制御ユニット、ECU
51 ハウジング
52 配管
53 第1通路
54 第2通路
55 触媒部
56 第1開閉弁(通路切換手段)
57 第2開閉弁(通路切換手段)
DESCRIPTION OF
37, 61 First catalyst device (first exhaust purification catalyst)
38 Second catalyst device (second exhaust purification catalyst)
40 Electronic control unit, ECU
51
57 Second on-off valve (passage switching means)
Claims (4)
前記第1排気浄化触媒は、酸素吸蔵機能を有しない第1通路と、酸素吸蔵機能を有する第2通路とを有し、少なくとも内燃機関の暖機時に排気ガスを前記第1通路に導く通路切換手段が設けられ、
前記通路切換手段は、内燃機関の排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第2通路に導くと共に、
排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに前記通路切換手段により排気ガスを前記第2通路に導いた後、所定期間排気ガスをリッチ雰囲気としてから排気ガスを前記第1通路に導くことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A first exhaust purification catalyst provided in the exhaust gas passage and having an oxygen storage function capable of storing an oxygen component in the exhaust gas; and provided in the exhaust gas passage downstream of the first exhaust purification catalyst in the exhaust gas. A second exhaust purification catalyst that purifies the harmful substances of
The first exhaust purification catalyst has a first passage that does not have an oxygen storage function and a second passage that has an oxygen storage function, and at least a passage switch that guides exhaust gas to the first passage when the internal combustion engine is warmed up. Means are provided ,
The passage switching means guides the exhaust gas to the second passage when the air-fuel ratio of the exhaust gas of the internal combustion engine is a lean atmosphere,
When the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean atmosphere, the exhaust gas is guided to the second passage by the passage switching means, and then the exhaust gas is led to the first passage after the exhaust gas is made rich for a predetermined period. An exhaust purification device for an internal combustion engine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005148550A JP4586629B2 (en) | 2005-05-20 | 2005-05-20 | Exhaust gas purification device for internal combustion engine |
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