JP4304789B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の排気を浄化する技術に関し、特に内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を早期に活性させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気中に含まれる有害ガス成分を十分に浄化した上で大気中に放出することが要求されている。このような要求に対し、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を設け、その排気浄化触媒によって排気中に含まれる有害ガス成分を浄化する技術が提案されている。
【０００３】
排気浄化触媒としては、例えば、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、酸化触媒、もしくは、これらの排気浄化触媒を適宜組み合わせてなる排気浄化触媒など、多種多様の排気浄化触媒が開発されている。
【０００４】
上記した排気浄化触媒は、一様にして所定温度以上で活性して排気中の有害ガス成分を浄化可能となるため、内燃機関が冷間始動された場合のように排気浄化触媒の温度が所定温度未満となるような場合には排気中の有害ガス成分を十分に浄化することができない。
【０００５】
特に、内燃機関が冷間始動された場合は、筒内の温度が低く混合気の燃焼が不安定となりやすいため、比較的多量の未燃燃料成分が排出されるが、その際に排気浄化触媒が未活性状態にあると比較的多量の未燃燃料成分が浄化されずに大気中に放出されることになる。
【０００６】
従って、内燃機関が冷間始動される場合には、排気浄化触媒を早期に活性させて始動時及び始動直後の排気エミッションの悪化を抑制することが重要である。このような要求に対し、従来では、特開平８−１７０５２５号公報に記載されたような火花点火機関用触媒加熱バーナが提案されている。
【０００７】
前記公報に記載された火花点火機関用触媒加熱バーナは、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、排気浄化触媒より上流の排気通路に設けられた燃焼器とを備え、内燃機関が冷間始動された後の暖機運転状態にあるときに、内燃機関の半数の気筒を過濃混合気で運転して可燃ガスを生成すると同時に、残りの半数の気筒に対する燃料噴射を停止し、先の半数の気筒から排出される可燃ガスと残りの半数の気筒から排出させる空気とを前記燃焼器にて混合及び燃焼させることにより、排気浄化触媒を急速に加熱しようとするものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような火花点火機関用触媒加熱バーナは、燃焼器内の可燃混合気が排気脈動の影響を受けやすい上に、排気通路及び燃焼器内の雰囲気温度が低いため、可燃混合気の燃焼が不安定となり易く、大気中へ放出される未燃燃料成分の量が却って増加してしまうことが想定される。
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものでああり、内燃機関から供給される可燃混合気を排気浄化触媒より上流の排気通路にて燃焼させる排気浄化装置において、排気通路における可燃混合気の燃焼を安定させる技術を提供することにより、排気浄化触媒の早期活性を図り、以て内燃機関始動時における排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関に接続された排気通路と、
前記排気通路の途中に設けられ、前記排気通路内を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、前記内燃機関のクランキング時に点火栓の作動を禁止するとともに燃料噴射弁の作動を許容することにより、前記内燃機関から前記排気浄化触媒へ可燃混合気を供給する供給手段と、前記排気通路において前記排気浄化触媒より上流の部位に設けられ、前記内燃機関から供給される可燃混合気に着火して前記排気浄化触媒を加熱する着火手段と、前記排気通路に設けられ、前記排気浄化触媒の加熱時に前記排気通路内を流れる排気の流量を絞る排気絞り手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が冷間始動される場合のように排気浄化触媒を加熱する必要がある場合に、内燃機関から着火手段へ可燃混合気が供給されるとともに、排気絞り手段が排気通路内の流量を絞る。次いで、着火手段は、内燃機関から供給された可燃混合気に着火して可燃混合気を燃焼させる。
【００１２】
この場合、排気絞り手段が排気通路内の流量を絞ることにより、内燃機関から排気絞り手段に至る排気通路内の圧力が上昇し、内燃機関から排出される排気の脈動が抑制される。この結果、可燃混合気の着火性が向上するとともに、可燃混合気の燃焼が安定することになる。
【００１３】
ここで、内燃機関から排気浄化触媒へ可燃混合気を供給する方法としては、（１）内燃機関のクランキング時に該内燃機関の各気筒から未燃状態の可燃混合気を排出させて着火手段へ供給する方法、（２）内燃機関の一部の気筒で燃料過剰状態（リッチ）の混合気を燃焼させて前記気筒から未燃燃料成分を含む排気を排出させるとともに残りの気筒で酸素過剰状態（リーン）の混合気を燃焼させて前記気筒から酸素を含む排気を排出させ、それらの排気を排気通路において混合させた上で着火手段へ供給する方法、又は、（３）内燃機関の一部の気筒でリッチ混合気を形成するとともに残りの気筒でリーン混合気（もしくは空気のみ）を形成し、それらリッチ混合気とリーン混合気とを未燃状態で内燃機関から排出させ、それらの排気を排気通路において混合させた上で着火手段へ供給する方法等を例示することができる。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、排気絞り手段は、排気通路において着火手段より下流の部位、好ましくは排気通路において排気浄化触媒より下流の部位に設けられることが好ましい。
【００１５】
この場合、排気絞り手段によって排気通路内の排気流量が絞られると、排気通路内の圧力が上昇して排気の脈動が抑制される上に、着火手段近傍の雰囲気温度が上昇するため、可燃混合気の着火性が一層向上することになる。
【００１６】
更に、排気絞り手段が排気通路において排気浄化触媒より下流に位置する場合は、排気絞り手段が排気通路内の排気流量を絞ることにより、着火手段及び排気浄化触媒を含む排気通路内の圧力が上昇し、可燃混合気の着火性の向上が図られるとともに、可燃混合気の燃焼ガスが排気浄化触媒内を低い流速で流れることとなり、可燃混合気による排気浄化触媒の加熱性が向上する。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、着火手段より上流の排気通路に設けられ、着火手段によって着火された可燃混合気の火炎が排気通路を逆流することを防止する火炎逆流防止手段を更に備えるようにしてもよい。
【００１８】
この場合、着火手段によって着火された可燃混合気の火炎が排気通路を逆流することがなくなるため、火炎が安定し、排気浄化触媒を確実に加熱することが可能となる。
【００１９】
ここで、火炎逆流防止手段としては、消炎径以下の孔を多数有する金網等を例示することができる。
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気浄化触媒の加熱終了後の所定期間に内燃機関から空気のみを排出させる空気排出手段を更に備えるようにしてもよい。
【００２０】
この場合、排気浄化触媒の加熱終了後の所定期間は内燃機関から空気のみが排出され、内燃機関から着火手段に至る排気通路に残留している可燃混合気が一掃されることになるため、排気浄化触媒の加熱終了後に内燃機関から着火手段に至る排気通路において可燃混合気が燃焼することがない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２ａを有する４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。この内燃機関１には、各気筒２ａの燃焼室に臨むよう点火栓２ｂが取り付けられている。
【００２３】
前記内燃機関１には、吸気枝管３が接続され、前記吸気枝管３の各枝管は、図示しない吸気ポートを介して各気筒２ａの燃焼室と連通している。
前記吸気枝管３は、サージタンク４に接続され、サージタンク４は、吸気管５を介してエアクリーナボックス６に接続されている。
【００２４】
前記吸気管５には、図示しないアクセルペダルと連動して、前記吸気管５内を流れる吸気流量を調節するスロットル弁７が設けられている。スロットル弁７には、該スロットル弁７の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ８が取り付けられている。
【００２５】
前記吸気管５において前記スロットル弁７より上流の部位には、吸気管５内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。
【００２６】
前記吸気枝管３の各枝管には、各気筒２ａの吸気ポートに向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ（以下、燃料噴射弁１１と総称する）が取り付けられている。
【００２７】
各燃料噴射弁１１は、燃料分配管１０と連通しており、燃料分配管１０は、図示しない燃料ポンプと連通している。前記燃料ポンプから吐出された燃料は、前記燃料分配管１０に供給され、次いで燃料分配管１０から各燃料噴射弁１１へ分配されるようになっている。
【００２８】
各燃料噴射弁１１は、電気配線を介して駆動回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ（以下、駆動回路１２と総称する）と接続されており、前記駆動回路１２から燃料噴射弁１１へ駆動電力が印加されると、前記燃料噴射弁１１が開弁して燃料を噴射するようになっている。
【００２９】
一方、内燃機関１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒２ａの燃焼室と連通している。前記排気枝管１３は、排気管１４に接続され、排気管１４は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３０】
前記排気管１４の途中には、該排気管１４内を流れる排気に含まれる有害ガス成分を浄化するための触媒機構１５が設けられている。この触媒機構１５は、筒状のケーシング１５ａと、このケーシング１５ａに内装された触媒本体１５ｂとを備えている。
【００３１】
前記触媒本体１５ｂは、例えば、排気の流れ方向に沿う貫通孔を複数有するよう格子状に形成されたコージェライトからなるセラミック担体と、セラミック担体の表面にコーティングされた触媒層とを備え、前記触媒層が多数の細孔を有する多孔質のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）の表面に白金−ロジウム（Ｐｔ−Ｒｈ）系あるいはパラジウム−ロジウム（Ｐｄ−Ｒｈ）系の貴金属触媒物質を担持させて形成された三元触媒である。
【００３２】
このように構成された触媒本体１５ｂは、所定温度以上のときに活性し、該触媒本体１５ｂに流入する排気の空燃比が所望の空燃比近傍にあると、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）を排気中の酸素Ｏ2と反応させてＨ2Ｏ及びＣＯ2へ酸化すると同時に、排気中のＮＯXを排気中のＨＣ及びＣＯと反応させてＨ2Ｏ、ＣＯ2、Ｎ2へ還元する。
【００３３】
前記排気管１４において触媒機構１５より上流の部位には、触媒機構１５へ流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１６が設けられている。
【００３４】
前記空燃比センサ１６は、例えば、ジルコニア（ＺｒＯ2）を筒状に焼成した固体電解質部と、この固体電解質部の外面を覆う外側白金電極と、前記固体電解質部の内面を覆う内側白金電極とから形成され、前記電極間に電圧が印加された場合に、酸素イオンの移動に伴って排気ガス中の酸素濃度（理論空燃比よりもリッチ側のときは未燃ガス成分の濃度）に比例した値の電圧を出力するセンサである。
【００３５】
次に、前記触媒機構１５のケーシング１５ａにおいて触媒本体１５ｂの直上流の部位には、圧電素子からなる着火装置１７が設けられている。この着火装置１７は、本発明に係る着火手段を実現するものである。
【００３６】
前記触媒機構１５の直上流に位置する排気管１４には、本発明に係る火炎逆流防止手段としての逆火防止材１８が設けられている。この逆火防止材１８は、網目の径が消炎径以下となるよう形成された金網で構成されている。
【００３７】
前記触媒機構１５の下流に位置する排気管１４には、該排気管１４内を流れる排気の流量を絞る排気絞り弁１９が設けられている。前記排気絞り弁１９には、印加電力の大きさに応じて前記排気絞り弁１９を開閉駆動するアクチュエータ２０が取り付けられている。これら排気絞り弁１９とアクチュエータ２０は、本発明に係る排気絞り手段を実現するものである。
【００３８】
一方、内燃機関１には、図示しないクランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータと、内燃機関１のシリンダブロックに取り付けられた電磁ピックアップとから構成され、前記クランクシャフトが所定角度（例えば、３０度）回転する都度、パルス信号を出力するクランクポジションセンサ２１が取り付けられている。
【００３９】
前記内燃機関１には、該内燃機関１のシリンダブロック及びシリンダヘッドに形成されたウォータジャケット内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ２２が取り付けられている。
【００４０】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２３が併設されている。ＥＣＵ２３には、スロットルポジションセンサ８、エアフローメータ９、空燃比センサ１６、クランクポジションセンサ２１、水温センサ２２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２３に入力されるようになっている。
【００４１】
前記ＥＣＵ２３には、点火栓２ｂ、駆動回路１２、着火装置１７、アクチュエータ２０等が電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号値をパラメータとして点火栓２ｂ、駆動回路１２、着火装置１７、アクチュエータ２０等を制御することが可能となっている。
【００４２】
ここで、ＥＣＵ２３は、図２に示すように、双方向性バス２４により相互に接続された、ＣＰＵ２５とＲＯＭ２６とＲＡＭ２７とバックアップＲＡＭ２８と入力ポート２９と出力ポート３１とを備えるとともに、前記入力ポート２９に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３０を備えている。
【００４３】
前記入力ポート２９は、クランクポジションセンサ２１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ２５やＲＡＭ２７へ送信する。
【００４４】
前記入力ポート２９は、スロットルポジションセンサ７、エアフローメータ９、空燃比センサ１６、水温センサ２２のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄコンバータ３０を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ２５やＲＡＭ２７へ送信する。
【００４５】
前記出力ポート３１は、点火栓２ｂ、駆動回路１２、着火装置１７、アクチュエータ２０等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ２５から出力される制御信号を、前記した点火栓２ｂ、駆動回路１２、着火装置１７、あるいはアクチュエータ２０等へ送信する。
【００４６】
前記ＲＯＭ２６は、各点火栓２ｂの点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、各燃料噴射弁１１から噴射すべき燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射量の空燃比フィードバック制御を行うための空燃比フィードバック制御ルーチン、各燃料噴射弁１１の燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン等の各種のアプリケーションプログラムに加え、触媒本体１５ｂを加熱するための触媒加熱制御ルーチンを記憶している。
【００４７】
更に、前記ＲＯＭ２６には、上記したようなアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ等である。
【００４８】
前記ＲＡＭ２７は、各センサからの出力信号やＣＰＵ２５の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ２１の出力信号より算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ２１が信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００４９】
前記バックアップＲＡＭ２８は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
前記ＣＰＵ２５は、前記ＲＯＭ２６に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作する。その際、ＣＰＵ２５は、ＲＡＭ２７に記憶された前記各センサの出力信号より内燃機関１の運転状態を判定し、その運転状態と各制御マップとから点火制御や燃料噴射制御等の各種制御を実行するとともに、本発明の要旨となる触媒加熱制御を実行する。
【００５０】
触媒加熱制御は、触媒機構１５の触媒本体１５ｂを早期に活性するための制御であり、内燃機関１が冷間始動される場合のように、触媒本体１５ｂが未活性状態にある状況下で内燃機関１が始動される場合に実行される。
【００５１】
触媒加熱制御では、ＣＰＵ２５は、先ず、内燃機関１の始動時に触媒本体１５ｂが活性状態にあるか否かを判別する。
ＣＰＵ２５は、触媒本体１５ｂが未活性状態にあると判定した場合は触媒本体１５ｂを早期に活性すべく触媒加熱処理を実行し、触媒本体１５ｂが活性状態にあると判定した場合は触媒加熱処理を実行しないものとする。
【００５２】
触媒加熱処理では、ＣＰＵ２５は、先ず、点火栓２ｂへの駆動電力の印加を禁止した上で、図示しないスターターモータを作動させるとともに、駆動回路１２へ駆動電力を印加して燃料噴射弁１１を作動させ、次いで着火装置１７へ駆動電力を印加する。
【００５３】
この場合、内燃機関１の各気筒２ａ内には、空気と燃料とが供給され、それらの空気と燃料とが混ざり合って可燃混合気を形成するが、点火栓２ｂが作動していないため、前記した可燃混合気は未燃状態のままで各気筒２ａから排出されることになる。
【００５４】
各気筒２ｂから排出された未燃状態の可燃混合気は、排気枝管１３及び排気管１４を経て触媒機構１５に到達する。触媒機構１５に到達した可燃混合気は、着火装置１７によって着火され燃焼せしめられる。その際、着火装置１７は、触媒本体１５ｂの直上流に位置するため、可燃混合気の火炎が触媒本体１５ｂを急速に加熱することになる。
【００５５】
ところで、内燃機関１から排出される排気（この場合は可燃混合気）には排気脈動が伴うとともに、内燃機関１が冷間始動される時には排気管１４及びケーシング１５ａ内の雰囲気温度が低いため、単に内燃機関１から着火装置１７へ可燃混合気を供給するだけでは、可燃混合気の着火性や燃焼の安定性が低下することが想定される。
【００５６】
そこで、本実施の形態にかかる触媒加熱処理では、ＣＰＵ２５は、内燃機関１から着火装置１７へ可燃混合気を供給する際に、排気絞り弁１９を所定開度まで閉弁させるようにした。
【００５７】
この場合、内燃機関１から排気絞り弁１９に至る排気経路の圧力が上昇し、その上昇した圧力によって排気の脈動が抑制されるとともに排気経路内の温度が上昇する。
【００５８】
この結果、可燃混合気の着火性や、可燃混合気の燃焼の安定性が向上する。更に、本実施の形態に係る排気浄化装置では、排気管１４において触媒機構１５より上流の部位に逆火防止材１８が設けられているため、可燃混合気の燃焼時に発生する火炎が排気管１４内を逆流することが無く、可燃混合気の燃焼がより一層安定することになる。
【００５９】
上記したような触媒加熱処理は、所定時間継続される。前記所定時間は、触媒加熱処理によって触媒本体１５ｂが活性温度まで昇温するのに要する時間であり、予め実験的に求められた時間である。
【００６０】
尚、前記所定時間は、固定値でもよく、内燃機関１が始動される際の触媒本体１５ｂの触媒床温に応じて変更される可変値であってもよい。
ＣＰＵ２５は、触媒加熱処理を所定時間継続した後は、内燃機関１から着火装置１７に至る排気経路に残留している可燃混合気を一掃すべく、可燃混合気除去処理を所定期間実行する。
【００６１】
可燃混合気除去処理では、ＣＰＵ２５は、例えば、点火栓２ｂに対する駆動電力の印加禁止に加え、駆動回路１２に対する駆動電力の印加も禁止するとともに排気絞り弁１９を全開状態に戻すべくアクチュエータ２０を制御する。
【００６２】
この場合、内燃機関１の各気筒２ａには空気のみが供給されることになり、その空気が各気筒２ａ内から排出されることになる。各気筒２ａ内から排出された空気は、排気枝管１３、排気管１４、触媒機構１５、及び排気管１４を流れる。
【００６３】
その際、排気絞り弁１９が全開状態にあるため、各気筒２ａから排出された空気は、排気枝管１３、排気管１４、触媒機構１５、及び排気管１４を勢い良く流れることになる。
【００６４】
この結果、内燃機関１から触媒機構１５に至る排気経路（排気枝管１３、及び排気管１４）内に残留していた可燃混合気は、該排気経路を勢い良く流れる空気によって触媒機構１５へ導かれ、触媒加熱処理によって活性した触媒本体１５ｂにて浄化される。
【００６５】
このような可燃混合気除去処理が所定期間実行されると、ＣＰＵ２５は、点火栓２ｂに対する駆動電力の印加、及び駆動回路１２に対する駆動電力の印加を開始して、内燃機関１を始動させる。その際、内燃機関１から触媒機構１５に至る排気経路に残留していた可燃混合気が既に一掃されているため、内燃機関１の気筒２ａ内から触媒機構１５に至る広い範囲において火炎が発生することがない。
【００６６】
以下、本実施の形態における触媒加熱制御について具体的に説明する。
ＣＰＵ２５は、触媒加熱制御を実行するにあたり、図３に示すような触媒加熱制御ルーチンを実行する。
【００６７】
触媒加熱制御ルーチンは、予めＲＯＭ２６に記憶されたルーチンであり、内燃機関１の始動時に実行されるルーチンである。
触媒加熱ルーチンでは、ＣＰＵ２６は、先ずＳ３０１において触媒本体１５ｂが活性状態にあるか否か、言い換えれば触媒本体１５ｂの触媒床温が所定の活性温度以上であるか否かを判別する。
【００６８】
触媒本体１５ｂが活性状態にあるか否かを判定する方法としては、内燃機関１が最後に運転停止された時点から今回始動される時点までの経過時間から触媒床温が活性温度未満まで低下したか否かを推定する方法、触媒本体１５ｂに該触媒本体１５ｂの触媒床温を検出する温度センサを取り付け、その温度センサの出力信号値が活性温度未満であるか否かを判定する方法などを例示することができる。
【００６９】
前記Ｓ３０１において触媒本体１５ｂが活性状態にあると判定した場合は、ＣＰＵ２５は、本ルーチンの実行を終了し、通常の始動制御を実行する。
一方、前記Ｓ３０１において触媒本体１５ｂが未活性状態にあると判定した場合は、ＣＰＵ２５は、Ｓ３０２へ進み、触媒加熱処理の実行を開始する。具体的には、ＣＰＵ２５は、排気絞り弁１９を所定開度まで閉弁させるべくアクチュエータ２０を制御する。次いでＣＰＵ２５は、スターターモータ、駆動回路１２、及び着火装置１７に対する駆動電力の印加を開始するとともに、点火栓２ｂに対する駆動電力の印加を禁止する。
【００７０】
Ｓ３０３では、ＣＰＵ２５は、触媒加熱処理の実行時間を計時する第１のカウンタ：Ｃ1のカウンタ値を更新する。
Ｓ３０４では、ＣＰＵ２５は、前記Ｓ３０３において更新された第１のカウンタ：Ｃ1のカウンタ値が所定値：ＣS1以上であるか否か、すなわち、触媒加熱処理が所定時間以上実行されたか否かを判別する。
【００７１】
前記Ｓ３０４において第１のカウンタ：Ｃ1のカウンタ値が所定値：ＣS1未満であると判定した場合は、ＣＰＵ２５は、前記Ｓ３０３以降の処理を再度実行する。
【００７２】
一方、前記Ｓ３０４において第１のカウンタ：Ｃ1のカウンタ値が所定値：ＣS1以上であると判定した場合は、ＣＰＵ２５は、Ｓ３０５へ進み、可燃混合気除去処理の実行を開始する。具体的には、ＣＰＵ２５は、スターターモータの作動を継続しつつ、駆動回路１２、点火栓２ｂ、及び、着火装置１７に対する駆動電力の印加を禁止するとともに、排気絞り弁１９を全開状態に戻すべくアクチュエータ２０を制御する。
【００７３】
Ｓ３０６では、ＣＰＵ２５は、可燃混合気除去処理の実行時間を計時する第２のカウンタ：Ｃ2のカウンタ値を更新する。
Ｓ３０７では、ＣＰＵ２５は、前記Ｓ３０６において更新された第２のカウンタ：Ｃ2のカウンタ値が所定値：ＣS2以上であるか否か、すなわち、可燃混合気除去処理が所定時間以上実行されたか否かを判別する。
【００７４】
前記Ｓ３０７において第２のカウンタ：Ｃ2のカウンタ値が所定値：ＣS2未満であると判定した場合は、ＣＰＵ２５は、前記Ｓ３０６以降の処理を繰り返し実行する。
【００７５】
一方、前記Ｓ３０７において第２のカウンタ：Ｃ2のカウンタ値が所定値：ＣS2以上であると判定した場合は、ＣＰＵ２５は、Ｓ３０８へ進み、可燃混合気除去処理の実行を終了する。
【００７６】
Ｓ３０９では、ＣＰＵ２５は、前記した第１及び第２のカウンタ：Ｃ1、Ｃ2のカウンタ値を“０”にリセットし、本ルーチンの実行を終了する。本ルーチンの実行を終了したＣＰＵ２５は、通常の機関始動制御を実行する。
【００７７】
上記したような触媒加熱制御ルーチンによれば、内燃機関１が冷間始動された場合のように、触媒本体１５ｂが未活性状態にある状況下で内燃機関１が始動される場合に、排気絞り弁１９によって排気管１４内の流量を絞った上で、内燃機関１から着火装置１７へ可燃混合気を供給することにより、内燃機関１から着火装置１７に至る排気経路の圧力が上昇し、その上昇した圧力によって内燃機関１から排出される可燃混合気の脈動が抑制されるとともに着火装置１７近傍の雰囲気温度が高まるため、可燃混合気の着火性が向上し、且つ可燃混合気の燃焼が安定する。
【００７８】
更に、排気絞り弁１９によって排気管１４内の流量が絞られると、可燃混合気の燃焼ガスが触媒本体１５ｂを通過する際の流速が低くなるため、燃焼ガスから触媒本体１５ｂへの熱伝導効率が向上する。
【００７９】
また、上記した触媒加熱制御ルーチンによれば、触媒本体１５の加熱が完了した後の所定期間において内燃機関１から空気のみを排出させることにより、内燃機関１から着火装置１７に至る排気経路に残留している可燃混合気を除去することができ、内燃機関１の始動開始に伴う気筒２ａ内の燃焼が開始された際に、内燃機関１の気筒２ａ内から着火装置１７に至る広い範囲で火炎が発生することがない。
【００８０】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、排気浄化触媒を急速に加熱すべく内燃機関から着火手段へ可燃混合気を供給する際に、排気絞り手段によって排気通路内の流量が絞られるため、内燃機関から着火手段に至る排気通路内の圧力が上昇し、その上昇した圧力によって内燃機関から排出される可燃混合気の脈動が抑制されることになる。
【００８１】
従って、本発明によれば、内燃機関から供給された可燃混合気を燃焼させることによって排気浄化触媒を急速に加熱する排気浄化装置において、可燃混合気の着火性及び可燃混合気の燃焼の安定性を向上させることが可能となり、排気浄化触媒を確実に加熱することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図３】 触媒加熱制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２ａ・・・気筒
２ｂ・・・点火栓
１１・・・燃料噴射弁
１２・・・駆動回路
１３・・・排気枝管
１４・・・排気管
１５・・・触媒機構
１５ａ・・ケーシング
１５ｂ・・触媒本体
１６・・・空燃比センサ
１７・・・着火装置
１８・・・逆火防止材
１９・・・排気絞り弁
２０・・・アクチュエータ
２３・・・ＥＣＵ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology for purifying exhaust gas from an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly to a technology for activating an exhaust gas purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine at an early stage.
[0002]
[Prior art]
In recent years, an internal combustion engine mounted on an automobile or the like has been required to sufficiently purify harmful gas components contained in exhaust gas and release it into the atmosphere. In response to such demands, a technology has been proposed in which an exhaust gas purification catalyst is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a harmful gas component contained in the exhaust gas is purified by the exhaust gas purification catalyst.
[0003]
Examples of the exhaust purification catalyst include a wide variety of exhaust purification catalysts such as a three-way catalyst, a storage reduction type NOx catalyst, a selective reduction type NOx catalyst, an oxidation catalyst, or an exhaust purification catalyst obtained by appropriately combining these exhaust purification catalysts. Has been developed.
[0004]
The exhaust purification catalyst described above is uniformly activated at a predetermined temperature or more and can remove harmful gas components in the exhaust gas, so that the temperature of the exhaust purification catalyst is predetermined as when the internal combustion engine is cold started. When the temperature is lower than the temperature, harmful gas components in the exhaust gas cannot be sufficiently purified.
[0005]
In particular, when the internal combustion engine is cold-started, the temperature in the cylinder is low and combustion of the air-fuel mixture tends to become unstable, so a relatively large amount of unburned fuel components are discharged. When is in an inactive state, a relatively large amount of unburned fuel components are released into the atmosphere without being purified.
[0006]
Therefore, when the internal combustion engine is cold started, it is important to activate the exhaust purification catalyst at an early stage to suppress the deterioration of exhaust emission at the start and immediately after the start. Conventionally, a catalyst heating burner for a spark ignition engine as described in JP-A-8-170525 has been proposed in response to such a demand.
[0007]
The catalyst heating burner for a spark ignition engine described in the publication includes an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a combustor provided in an exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst. When the engine is in a warm-up operation after being cold-started, half of the cylinders of the internal combustion engine are operated with a rich mixture to generate combustible gas, and at the same time, fuel injection to the remaining half of the cylinders is stopped, The exhaust purification catalyst is rapidly heated by mixing and burning the combustible gas discharged from the former half of the cylinder and the air discharged from the remaining half of the cylinder in the combustor.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the catalyst heating burner for the spark ignition engine as described above is such that the combustible mixture in the combustor is easily affected by the exhaust pulsation, and the atmosphere temperature in the exhaust passage and the combustor is low. It is assumed that the combustion tends to become unstable and the amount of unburned fuel component released into the atmosphere increases.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and in an exhaust purification apparatus for combusting a combustible air-fuel mixture supplied from an internal combustion engine in an exhaust passage upstream of an exhaust purification catalyst, An object of the present invention is to provide a technique for stabilizing the combustion of a combustible air-fuel mixture so as to achieve early activation of an exhaust purification catalyst, thereby suppressing deterioration of exhaust emission when starting an internal combustion engine.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes an exhaust passage connected to the internal combustion engine,
An exhaust purification catalyst that is provided in the middle of the exhaust passage and purifies exhaust flowing in the exhaust passage; Supply means for supplying a combustible air-fuel mixture from the internal combustion engine to the exhaust purification catalyst by prohibiting the operation of the spark plug and permitting the operation of the fuel injection valve during cranking of the internal combustion engine; Ignition means provided in a portion upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage, for igniting a combustible air-fuel mixture supplied from the internal combustion engine and heating the exhaust purification catalyst; ,in front An exhaust throttle that is provided in the exhaust passage and restricts the flow rate of the exhaust flowing through the exhaust passage when the exhaust purification catalyst is heated. Step and It is characterized by providing.
[0011]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured as described above, the combustible air-fuel mixture is supplied from the internal combustion engine to the ignition means when it is necessary to heat the exhaust gas purification catalyst as in the case where the internal combustion engine is cold started. In addition, the exhaust throttle means throttles the flow rate in the exhaust passage. Next, the ignition means ignites the combustible mixture supplied from the internal combustion engine to burn the combustible mixture.
[0012]
In this case, when the exhaust throttle means throttles the flow rate in the exhaust passage, the pressure in the exhaust passage from the internal combustion engine to the exhaust throttle means increases, and the pulsation of the exhaust discharged from the internal combustion engine is suppressed. As a result, the ignitability of the combustible mixture is improved and the combustion of the combustible mixture is stabilized.
[0013]
Here, as a method of supplying the combustible air-fuel mixture from the internal combustion engine to the exhaust purification catalyst, (1) when the internal combustion engine is cranked, the unburned combustible air-fuel mixture is discharged from each cylinder of the internal combustion engine to the ignition means. (2) Combusting an excess fuel (rich) air-fuel mixture in some cylinders of the internal combustion engine to discharge exhaust gas containing unburned fuel components from the cylinders and oxygen remaining in the remaining cylinders ( A method in which a mixture of lean gas is burned to discharge exhaust gas containing oxygen from the cylinder, and the exhaust gas is mixed in an exhaust passage and then supplied to ignition means, or (3) a part of an internal combustion engine A rich mixture is formed in the cylinders and a lean mixture (or only air) is formed in the remaining cylinders. The rich mixture and the lean mixture are discharged from the internal combustion engine in an unburned state, and the exhausts are exhausted. How such a supply to the ignition means on which is a mixture can be illustrated in the road.
[0014]
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the exhaust throttle means is preferably provided in a portion downstream of the ignition means in the exhaust passage, preferably in a portion downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage.
[0015]
In this case, if the exhaust flow rate in the exhaust passage is reduced by the exhaust throttle means, the pressure in the exhaust passage rises and the exhaust pulsation is suppressed, and the ambient temperature in the vicinity of the ignition means rises. Qi ignitability will be further improved.
[0016]
Further, when the exhaust throttle means is located downstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage, the exhaust throttle means throttles the exhaust flow rate in the exhaust passage, thereby increasing the pressure in the exhaust passage including the ignition means and the exhaust purification catalyst. In addition, the ignitability of the combustible air-fuel mixture is improved, and the combustion gas of the combustible air-fuel mixture flows through the exhaust purification catalyst at a low flow rate, thereby improving the heating performance of the exhaust purification catalyst by the combustible air-fuel mixture.
[0017]
Further, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is provided in an exhaust passage upstream of the ignition means, and flame backflow prevention means for preventing the flame of the combustible mixture ignited by the ignition means from flowing back through the exhaust passage. May be further provided.
[0018]
In this case, since the flame of the combustible mixture ignited by the ignition means does not flow backward in the exhaust passage, the flame is stabilized and the exhaust purification catalyst can be reliably heated.
[0019]
Here, examples of the flame backflow prevention means include a wire mesh having a number of holes having a diameter equal to or less than the flame extinguishing diameter.
In addition, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention may further include air discharge means for discharging only air from the internal combustion engine during a predetermined period after the heating of the exhaust gas purification catalyst.
[0020]
In this case, only the air is discharged from the internal combustion engine for a predetermined period after the heating of the exhaust purification catalyst, and the combustible air-fuel mixture remaining in the exhaust passage from the internal combustion engine to the ignition means is wiped out. The combustible mixture does not burn in the exhaust passage from the internal combustion engine to the ignition means after the purification catalyst is heated.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied and its intake and exhaust system.
The internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a four-cycle water-cooled gasoline engine having four cylinders 2a. A spark plug 2b is attached to the internal combustion engine 1 so as to face the combustion chamber of each cylinder 2a.
[0023]
An intake branch pipe 3 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the intake branch pipe 3 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2a via an intake port (not shown).
The intake branch pipe 3 is connected to a surge tank 4, and the surge tank 4 is connected to an air cleaner box 6 via an intake pipe 5.
[0024]
The intake pipe 5 is provided with a throttle valve 7 for adjusting the flow rate of intake air flowing through the intake pipe 5 in conjunction with an accelerator pedal (not shown). A throttle position sensor 8 that outputs an electrical signal corresponding to the opening degree of the throttle valve 7 is attached to the throttle valve 7.
[0025]
An air flow meter 9 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of the intake air flowing through the intake pipe 5 is attached to a portion of the intake pipe 5 upstream of the throttle valve 7.
[0026]
Fuel injection valves 11a, 11b, 11c, and 11d (hereinafter collectively referred to as fuel injection valves 11) for injecting fuel toward the intake ports of the respective cylinders 2a are attached to the respective branch pipes of the intake branch pipe 3. Yes.
[0027]
Each fuel injection valve 11 communicates with a fuel distribution pipe 10, and the fuel distribution pipe 10 communicates with a fuel pump (not shown). The fuel discharged from the fuel pump is supplied to the fuel distribution pipe 10 and then distributed from the fuel distribution pipe 10 to each fuel injection valve 11.
[0028]
Each fuel injection valve 11 is connected to drive circuits 12 a, 12 b, 12 c, and 12 d (hereinafter collectively referred to as drive circuit 12) via electrical wiring, and drive power is transmitted from the drive circuit 12 to the fuel injection valve 11. When applied, the fuel injection valve 11 is opened to inject fuel.
[0029]
On the other hand, an exhaust branch pipe 13 is connected to the internal combustion engine 1, and each branch pipe of the exhaust branch pipe 13 communicates with a combustion chamber of each cylinder 2a via an exhaust port (not shown). The exhaust branch pipe 13 is connected to an exhaust pipe 14, and the exhaust pipe 14 is connected downstream to a muffler (not shown).
[0030]
In the middle of the exhaust pipe 14, a catalyst mechanism 15 for purifying harmful gas components contained in the exhaust flowing through the exhaust pipe 14 is provided. The catalyst mechanism 15 includes a cylindrical casing 15a and a catalyst body 15b housed in the casing 15a.
[0031]
The catalyst body 15b includes, for example, a ceramic support made of cordierite formed in a lattice shape so as to have a plurality of through holes along the exhaust flow direction, and a catalyst layer coated on the surface of the ceramic support, Porous alumina (Al 2 O Three ) Is supported by a platinum-rhodium (Pt-Rh) -based or palladium-rhodium (Pd-Rh) -based noble metal catalyst material.
[0032]
The thus configured catalyst body 15b is activated when the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature, and when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst body 15b is close to a desired air-fuel ratio, hydrocarbon (HC) contained in the exhaust gas And carbon monoxide (CO) 2 React with H 2 O and CO 2 NO in the exhaust gas simultaneously with oxidation X Reacts with HC and CO in the exhaust to produce H 2 O, CO 2 , N 2 To reduce.
[0033]
An air-fuel ratio sensor 16 that outputs an electrical signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst mechanism 15 is provided at a position upstream of the catalyst mechanism 15 in the exhaust pipe 14.
[0034]
The air-fuel ratio sensor 16 is, for example, zirconia (ZrO 2 ) In a cylindrical shape, an outer platinum electrode covering the outer surface of the solid electrolyte portion, and an inner platinum electrode covering the inner surface of the solid electrolyte portion, and a voltage is applied between the electrodes. In this case, the sensor outputs a voltage having a value proportional to the oxygen concentration in the exhaust gas (the concentration of the unburned gas component when richer than the stoichiometric air-fuel ratio) as oxygen ions move.
[0035]
Next, in the casing 15a of the catalyst mechanism 15, an ignition device 17 made of a piezoelectric element is provided immediately upstream of the catalyst body 15b. This ignition device 17 implements the ignition means according to the present invention.
[0036]
The exhaust pipe 14 located immediately upstream of the catalyst mechanism 15 is provided with a backfire prevention material 18 as flame backflow prevention means according to the present invention. The backfire prevention member 18 is composed of a wire mesh formed so that the mesh diameter is equal to or less than the flame extinguishing diameter.
[0037]
The exhaust pipe 14 located downstream of the catalyst mechanism 15 is provided with an exhaust throttle valve 19 that throttles the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 14. The exhaust throttle valve 19 is provided with an actuator 20 that opens and closes the exhaust throttle valve 19 in accordance with the magnitude of applied power. These exhaust throttle valve 19 and actuator 20 implement the exhaust throttle means according to the present invention.
[0038]
On the other hand, the internal combustion engine 1 includes a timing rotor attached to an end portion of a crankshaft (not shown) and an electromagnetic pickup attached to a cylinder block of the internal combustion engine 1, and the crankshaft has a predetermined angle (for example, 30 A crank position sensor 21 that outputs a pulse signal each time it rotates is attached.
[0039]
The internal combustion engine 1 is provided with a water temperature sensor 22 that outputs an electrical signal corresponding to the temperature of the cooling water flowing in the water jacket formed in the cylinder block and cylinder head of the internal combustion engine 1.
[0040]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 23 for controlling the internal combustion engine 1. Various sensors such as a throttle position sensor 8, an air flow meter 9, an air-fuel ratio sensor 16, a crank position sensor 21, and a water temperature sensor 22 are connected to the ECU 23 through electric wiring, and output signals from the sensors are input to the ECU 23. It is like that.
[0041]
The ECU 23 is connected with an ignition plug 2b, a drive circuit 12, an ignition device 17, an actuator 20, and the like through electrical wiring, and the ignition plug 2b, the drive circuit 12, and the ignition device using output signal values of various sensors as parameters. 17, Actuator 20 and the like can be controlled.
[0042]
Here, as shown in FIG. 2, the ECU 23 includes a CPU 25, a ROM 26, a RAM 27, a backup RAM 28, an input port 29, and an output port 31 that are connected to each other via a bidirectional bus 24, and the input port 29. A / D converter (A / D) 30 connected to the
[0043]
The input port 29 receives an output signal of a sensor that outputs a signal in the form of a digital signal like the crank position sensor 21 and transmits the output signal to the CPU 25 and the RAM 27.
[0044]
The input port 29 inputs an output signal of a sensor that outputs an analog signal format signal, such as the throttle position sensor 7, the air flow meter 9, the air-fuel ratio sensor 16, and the water temperature sensor 22, via the A / D converter 30. These output signals are transmitted to the CPU 25 and the RAM 27.
[0045]
The output port 31 is connected to the ignition plug 2b, the drive circuit 12, the ignition device 17, the actuator 20, and the like via electrical wiring, and the control signal output from the CPU 25 is transmitted to the ignition plug 2b, the drive circuit 12, and the ignition circuit described above. The data is transmitted to the device 17 or the actuator 20 or the like.
[0046]
The ROM 26 is an ignition timing control routine for determining the ignition timing of each spark plug 2b, a fuel injection amount control routine for determining a fuel injection amount to be injected from each fuel injection valve 11, and an air-fuel ratio of the fuel injection amount. In addition to various application programs such as an air-fuel ratio feedback control routine for performing feedback control and a fuel injection timing control routine for determining the fuel injection timing of each fuel injection valve 11, catalyst heating for heating the catalyst body 15b A control routine is stored.
[0047]
Furthermore, the ROM 26 stores various control maps in addition to the application programs as described above. The control map includes, for example, an ignition timing control map indicating the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the ignition timing, a fuel injection amount control map indicating the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection amount, and the internal combustion engine 1. The fuel injection timing control map etc. which show the relationship between the driving | running state of this and fuel injection timing.
[0048]
The RAM 27 stores output signals from the sensors, calculation results of the CPU 25, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated from the output signal of the crank position sensor 21. These data are rewritten to the latest data every time the crank position sensor 21 outputs a signal.
[0049]
The backup RAM 28 is a non-volatile memory capable of storing data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped.
The CPU 25 operates according to an application program stored in the ROM 26. At that time, the CPU 25 determines the operation state of the internal combustion engine 1 from the output signals of the sensors stored in the RAM 27, and executes various controls such as ignition control and fuel injection control from the operation state and each control map. At the same time, the catalyst heating control which is the gist of the present invention is executed.
[0050]
The catalyst heating control is a control for activating the catalyst body 15b of the catalyst mechanism 15 at an early stage, and the internal combustion engine 15b is in an inactive state as in the case where the internal combustion engine 1 is cold-started. It is executed when the engine 1 is started.
[0051]
In the catalyst heating control, the CPU 25 first determines whether or not the catalyst body 15b is in an active state when the internal combustion engine 1 is started.
When the CPU 25 determines that the catalyst body 15b is in an inactive state, the CPU 25 performs a catalyst heating process to activate the catalyst body 15b at an early stage, and when it determines that the catalyst body 15b is in an active state, performs the catalyst heating process. Do not execute.
[0052]
In the catalyst heating process, the CPU 25 first prohibits application of drive power to the spark plug 2b, and then operates a starter motor (not shown) and applies drive power to the drive circuit 12 to operate the fuel injection valve 11. Next, drive power is applied to the ignition device 17.
[0053]
In this case, air and fuel are supplied into each cylinder 2a of the internal combustion engine 1, and the air and fuel mix to form a combustible mixture, but the spark plug 2b is not activated, The above-described combustible air-fuel mixture is discharged from each cylinder 2a in an unburned state.
[0054]
The unburned combustible mixture discharged from each cylinder 2b reaches the catalyst mechanism 15 via the exhaust branch pipe 13 and the exhaust pipe 14. The combustible air-fuel mixture that has reached the catalyst mechanism 15 is ignited and combusted by the ignition device 17. At that time, since the ignition device 17 is located immediately upstream of the catalyst main body 15b, the flame of the combustible mixture rapidly heats the catalyst main body 15b.
[0055]
By the way, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 (in this case, combustible mixture) is accompanied by exhaust pulsation, and when the internal combustion engine 1 is cold started, the ambient temperature in the exhaust pipe 14 and the casing 15a is low. Simply supplying the combustible mixture from the internal combustion engine 1 to the ignition device 17 is assumed to reduce the ignitability and combustion stability of the combustible mixture.
[0056]
Therefore, in the catalyst heating process according to the present embodiment, the CPU 25 closes the exhaust throttle valve 19 to a predetermined opening when supplying the combustible air-fuel mixture from the internal combustion engine 1 to the ignition device 17.
[0057]
In this case, the pressure in the exhaust path from the internal combustion engine 1 to the exhaust throttle valve 19 increases, and the increased pressure suppresses exhaust pulsation and increases the temperature in the exhaust path.
[0058]
As a result, the ignitability of the combustible mixture and the stability of combustion of the combustible mixture are improved. Further, in the exhaust purification apparatus according to the present embodiment, the backfire prevention material 18 is provided in the exhaust pipe 14 at a location upstream of the catalyst mechanism 15, so that the flame generated when the combustible mixture is burned is exhausted. There is no back flow inside, and the combustion of the combustible mixture becomes more stable.
[0059]
The catalyst heat treatment as described above is continued for a predetermined time. The predetermined time is a time required for the catalyst body 15b to be heated to the activation temperature by the catalyst heat treatment, and is a time experimentally obtained in advance.
[0060]
The predetermined time may be a fixed value or a variable value that is changed according to the catalyst bed temperature of the catalyst body 15b when the internal combustion engine 1 is started.
After continuing the catalyst heating process for a predetermined time, the CPU 25 executes the combustible mixture removal process for a predetermined period so as to wipe out the combustible mixture remaining in the exhaust path from the internal combustion engine 1 to the ignition device 17.
[0061]
In the combustible mixture removal process, for example, the CPU 25 controls the actuator 20 to return the exhaust throttle valve 19 to the fully open state while prohibiting the application of the drive power to the ignition circuit 2 and also the application of the drive power to the drive circuit 12. To do.
[0062]
In this case, only air is supplied to each cylinder 2a of the internal combustion engine 1, and the air is discharged from each cylinder 2a. The air discharged from each cylinder 2 a flows through the exhaust branch pipe 13, the exhaust pipe 14, the catalyst mechanism 15, and the exhaust pipe 14.
[0063]
At this time, since the exhaust throttle valve 19 is fully opened, the air discharged from each cylinder 2a flows vigorously through the exhaust branch pipe 13, the exhaust pipe 14, the catalyst mechanism 15, and the exhaust pipe 14.
[0064]
As a result, the combustible air-fuel mixture remaining in the exhaust path (exhaust branch pipe 13 and exhaust pipe 14) from the internal combustion engine 1 to the catalyst mechanism 15 is guided to the catalyst mechanism 15 by the air flowing through the exhaust path. In other words, it is purified by the catalyst body 15b activated by the catalyst heat treatment.
[0065]
When such a combustible air-fuel mixture removal process is executed for a predetermined period, the CPU 25 starts application of drive power to the spark plug 2b and application of drive power to the drive circuit 12 to start the internal combustion engine 1. At that time, since the combustible air-fuel mixture remaining in the exhaust path from the internal combustion engine 1 to the catalyst mechanism 15 has already been wiped out, a flame is generated in a wide range from the cylinder 2 a of the internal combustion engine 1 to the catalyst mechanism 15. There is nothing.
[0066]
Hereinafter, the catalyst heating control in the present embodiment will be specifically described.
In executing the catalyst heating control, the CPU 25 executes a catalyst heating control routine as shown in FIG.
[0067]
The catalyst heating control routine is a routine stored in the ROM 26 in advance, and is a routine that is executed when the internal combustion engine 1 is started.
In the catalyst heating routine, the CPU 26 first determines in S301 whether or not the catalyst body 15b is in an active state, in other words, whether or not the catalyst bed temperature of the catalyst body 15b is equal to or higher than a predetermined activation temperature.
[0068]
As a method of determining whether or not the catalyst main body 15b is in an active state, the catalyst bed temperature has decreased from an elapsed time from the time when the internal combustion engine 1 was last stopped until the time when the internal combustion engine 1 is started to below the activation temperature. A method for estimating whether or not a temperature sensor for detecting the catalyst bed temperature of the catalyst main body 15b is attached to the catalyst main body 15b, and a method for determining whether or not the output signal value of the temperature sensor is lower than the activation temperature, etc. It can be illustrated.
[0069]
When it is determined in S301 that the catalyst main body 15b is in the active state, the CPU 25 ends the execution of this routine and executes normal start control.
On the other hand, if it is determined in S301 that the catalyst body 15b is in an inactive state, the CPU 25 proceeds to S302 and starts executing the catalyst heating process. Specifically, the CPU 25 controls the actuator 20 to close the exhaust throttle valve 19 to a predetermined opening. Next, the CPU 25 starts application of drive power to the starter motor, drive circuit 12, and ignition device 17, and prohibits application of drive power to the spark plug 2b.
[0070]
In S303, the CPU 25 updates the counter value of the first counter: C1, which measures the execution time of the catalyst heating process.
In S304, the CPU 25 determines whether or not the counter value of the first counter: C1 updated in S303 is equal to or greater than a predetermined value: CS1, that is, whether or not the catalyst heating process has been performed for a predetermined time or more. .
[0071]
If it is determined in S304 that the counter value of the first counter: C1 is less than the predetermined value: CS1, the CPU 25 executes the processing subsequent to S303 again.
[0072]
On the other hand, if it is determined in S304 that the counter value of the first counter: C1 is greater than or equal to the predetermined value: CS1, the CPU 25 proceeds to S305 and starts executing the combustible mixture removal process. Specifically, the CPU 25 prohibits application of drive power to the drive circuit 12, the spark plug 2b, and the ignition device 17 while continuing the operation of the starter motor, and to return the exhaust throttle valve 19 to the fully open state. The actuator 20 is controlled.
[0073]
In S306, the CPU 25 updates the counter value of the second counter: C2, which measures the execution time of the combustible mixture removal process.
In S307, the CPU 25 determines whether or not the counter value of the second counter: C2 updated in S306 is equal to or greater than a predetermined value: CS2, that is, whether or not the combustible mixture removal process has been performed for a predetermined time or more. Determine.
[0074]
If it is determined in S307 that the counter value of the second counter: C2 is less than the predetermined value: CS2, the CPU 25 repeatedly executes the processing from S306.
[0075]
On the other hand, if it is determined in S307 that the counter value of the second counter: C2 is equal to or greater than the predetermined value: CS2, the CPU 25 proceeds to S308 and ends the execution of the combustible mixture removal process.
[0076]
In S309, the CPU 25 resets the counter values of the first and second counters C1 and C2 to “0”, and ends the execution of this routine. The CPU 25 that has finished executing this routine executes normal engine start control.
[0077]
According to the catalyst heating control routine as described above, when the internal combustion engine 1 is started in a situation where the catalyst body 15b is in an inactive state, such as when the internal combustion engine 1 is cold started, the exhaust throttle is reduced. After the flow rate in the exhaust pipe 14 is reduced by the valve 19 and the combustible air-fuel mixture is supplied from the internal combustion engine 1 to the ignition device 17, the pressure in the exhaust path from the internal combustion engine 1 to the ignition device 17 rises. The pulsation of the combustible mixture discharged from the internal combustion engine 1 is suppressed by the increased pressure and the ambient temperature in the vicinity of the ignition device 17 is increased, so that the ignitability of the combustible mixture is improved and the combustion of the combustible mixture is stable. To do.
[0078]
Further, when the flow rate in the exhaust pipe 14 is reduced by the exhaust throttle valve 19, the flow rate when the combustion gas of the combustible mixture passes through the catalyst body 15b becomes low, so the efficiency of heat conduction from the combustion gas to the catalyst body 15b. Will improve.
[0079]
Further, according to the above-described catalyst heating control routine, only air is discharged from the internal combustion engine 1 in a predetermined period after the heating of the catalyst body 15 is completed, so that it remains in the exhaust path from the internal combustion engine 1 to the ignition device 17. The combustible air-fuel mixture can be removed, and when the combustion in the cylinder 2a is started when the internal combustion engine 1 is started, the flame is spread over a wide range from the cylinder 2a of the internal combustion engine 1 to the ignition device 17. Will not occur.
[0080]
【The invention's effect】
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, when the combustible air-fuel mixture is supplied from the internal combustion engine to the ignition means to rapidly heat the exhaust purification catalyst, the flow rate in the exhaust passage is throttled by the exhaust throttle means. The pressure in the exhaust passage from the internal combustion engine to the ignition means increases, and the increased pressure suppresses the pulsation of the combustible air-fuel mixture discharged from the internal combustion engine.
[0081]
Therefore, according to the present invention, in an exhaust purification device that rapidly heats an exhaust purification catalyst by burning a combustible mixture supplied from an internal combustion engine, the ignitability of the combustible mixture and the combustion stability of the combustible mixture Thus, the exhaust purification catalyst can be reliably heated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an exhaust gas purification apparatus according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 3 is a flowchart showing a catalyst heating control routine.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
2a ... Cylinder
2b ... ignition plug
11 ... Fuel injection valve
12 ... Drive circuit
13 ... Exhaust branch pipe
14 ... Exhaust pipe
15 ... Catalyst mechanism
15a ... casing
15b ... Catalyst body
16 ... Air-fuel ratio sensor
17 ... Ignition device
18 ... Backfire prevention material
19 ... Exhaust throttle valve
20 ... Actuator
23 ... ECU

Claims (4)

内燃機関に接続された排気通路と、
前記排気通路の途中に設けられ、前記排気通路内を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記内燃機関のクランキング時に点火栓の作動を禁止するとともに燃料噴射弁の作動を許容することにより、前記内燃機関から前記排気浄化触媒へ可燃混合気を供給する供給手段と、
前記排気通路において前記排気浄化触媒より上流の部位に設けられ、前記内燃機関から供給される可燃混合気に着火して前記排気浄化触媒を加熱する着火手段と、
前記排気通路に設けられ、前記排気浄化触媒の加熱時に前記排気通路内を流れる排気の流量を絞る排気絞り手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An exhaust passage connected to the internal combustion engine;
An exhaust purification catalyst that is provided in the middle of the exhaust passage and purifies exhaust flowing in the exhaust passage ;
Supply means for supplying a combustible air-fuel mixture from the internal combustion engine to the exhaust purification catalyst by prohibiting the operation of a spark plug during cranking of the internal combustion engine and allowing the operation of a fuel injection valve;
Ignition means provided in a portion of the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst and igniting a combustible air-fuel mixture supplied from the internal combustion engine to heat the exhaust purification catalyst ;
Wherein provided in an exhaust passage, an exhaust throttle hand stage throttling the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage during heating of the exhaust gas purifying catalyst,
Exhaust purification system of an internal combustion engine, characterized in that it comprises a. 前記排気絞り手段は、前記排気通路において前記排気浄化触媒より下流の部位に設けられ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。  The exhaust purification device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust throttle means is provided in a portion of the exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst. 前記排気通路において前記着火手段より上流の部位に設けられ、前記着火手段によって着火された混合気の火炎が前記排気通路を逆流することを防止する火炎逆流防止手段を更に備え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。  A flame backflow prevention means provided in a portion upstream of the ignition means in the exhaust passage, further comprising a flame backflow prevention means for preventing a flame of the air-fuel mixture ignited by the ignition means from flowing back through the exhaust passage. Item 6. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to Item 1. 前記排気浄化触媒の加熱終了後の所定期間に前記内燃機関から空気のみを排出させる空気排出手段を更に備え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 purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising air discharge means for discharging only air from the internal combustion engine during a predetermined period after the heating of the exhaust gas purification catalyst.
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