JP2001090591A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
内燃機関の排気浄化装置Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
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- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒を過熱させることなく昇温させる。
【解決手段】 機関排気通路内に第１の触媒２１を配置
すると共に第１の触媒２１下流の機関排気通路内に第２
の触媒２２を配置する。第２の触媒２２を異なる気筒に
対して共通の排気マニホルド１９，２０内に配置する。
第１の触媒２１の温度を昇温すべきときには各気筒に対
し主燃料に加えて膨張行程中に副燃料を噴射する。第１
の触媒２２を昇温すべきときには副燃料の噴射を停止し
て異なる気筒のうちの一部の気筒＃１，＃２の空燃比を
リッチにすると共に残りの気筒＃３，＃４の空燃比をリ
ーンにする。
すると共に第１の触媒２１下流の機関排気通路内に第２
の触媒２２を配置する。第２の触媒２２を異なる気筒に
対して共通の排気マニホルド１９，２０内に配置する。
第１の触媒２１の温度を昇温すべきときには各気筒に対
し主燃料に加えて膨張行程中に副燃料を噴射する。第１
の触媒２２を昇温すべきときには副燃料の噴射を停止し
て異なる気筒のうちの一部の気筒＃１，＃２の空燃比を
リッチにすると共に残りの気筒＃３，＃４の空燃比をリ
ーンにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】機関排気通路内に触媒を配置した場合に
は触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排
気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させ
るための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に追加
噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上
昇させ、それによって触媒の温度を上昇させるようにし
た内燃機関が公知である（特開平１０−２１２９９５号
公報参照）。
は触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排
気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させ
るための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に追加
噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上
昇させ、それによって触媒の温度を上昇させるようにし
た内燃機関が公知である（特開平１０−２１２９９５号
公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの内燃
機関において機関排気通路内に一対の触媒を直列に配置
し、副燃料を追加噴射することにより下流側の触媒の温
度を上昇させようとすると上流側の触媒の温度が過度に
高くなってしまうという問題がある。
機関において機関排気通路内に一対の触媒を直列に配置
し、副燃料を追加噴射することにより下流側の触媒の温
度を上昇させようとすると上流側の触媒の温度が過度に
高くなってしまうという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに１番目の発明では、機関排気通路内に第１の触媒を
配置すると共に第１の触媒下流の機関排気通路内に第２
の触媒を配置した内燃機関において、第２の触媒を異な
る気筒に対して共通の機関排気通路内に配置し、第１の
触媒の温度を昇温すべきときには各気筒に対し主燃料に
加えて膨張行程中又は排気行程中に副燃料を噴射し、第
２の触媒を昇温すべきときには副燃料の噴射を停止して
上述の異なる気筒のうちの一部の気筒の空燃比をリッチ
にすると共に残りの気筒の空燃比をリーンにするように
している。
めに１番目の発明では、機関排気通路内に第１の触媒を
配置すると共に第１の触媒下流の機関排気通路内に第２
の触媒を配置した内燃機関において、第２の触媒を異な
る気筒に対して共通の機関排気通路内に配置し、第１の
触媒の温度を昇温すべきときには各気筒に対し主燃料に
加えて膨張行程中又は排気行程中に副燃料を噴射し、第
２の触媒を昇温すべきときには副燃料の噴射を停止して
上述の異なる気筒のうちの一部の気筒の空燃比をリッチ
にすると共に残りの気筒の空燃比をリーンにするように
している。
【０００５】２番目の発明では１番目の発明において、
第１の触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し
て第１の触媒を昇温すべきときには排気制御弁をほぼ全
閉にするようにしている。
第１の触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し
て第１の触媒を昇温すべきときには排気制御弁をほぼ全
閉にするようにしている。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１および図２は本発明を成層燃
焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしなが
ら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火
花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行わ
れるディーゼル機関にも適用することができる。
焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしなが
ら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火
花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行わ
れるディーゼル機関にも適用することができる。
【０００７】図１を参照すると、１は機関本体を示し、
機関本体１は１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃
３および４番気筒＃４からなる４つの気筒を有する。図
２は各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の側面断面図を示し
ている。図２を参照すると、２はシリンダブロック、３
はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６はシ
リンダヘッド３の内壁面周縁部に配置された燃料噴射
弁、７はシリンダヘッド３の内壁面中央部に配置された
点火栓、８は吸気弁、９は吸気ポート、１０は排気弁、
１１は排気ポートを夫々示す。
機関本体１は１番気筒＃１、２番気筒＃２、３番気筒＃
３および４番気筒＃４からなる４つの気筒を有する。図
２は各気筒＃１，＃２，＃３，＃４の側面断面図を示し
ている。図２を参照すると、２はシリンダブロック、３
はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６はシ
リンダヘッド３の内壁面周縁部に配置された燃料噴射
弁、７はシリンダヘッド３の内壁面中央部に配置された
点火栓、８は吸気弁、９は吸気ポート、１０は排気弁、
１１は排気ポートを夫々示す。
【０００８】図１および図２を参照すると、吸気ポート
９は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に
連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４およびエ
アフローメータ１５を介してエアクリーナ１６に連結さ
れる。吸気ダクト１４内にはステップモータ１７により
駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、図１
に示される実施例では点火順序が１−３−４−２とされ
ており、図１に示されるように点火順序が一つおきの気
筒＃１，＃４の排気ポート１１は共通の第１の排気マニ
ホルド１９に連結され、点火順序が一つおきの残りの気
筒＃２，＃３の排気ポート１１は共通の第２の排気マニ
ホルド２０に連結される。これら第１の排気マニホルド
１９と第２の排気マニホルド２０の各枝管内には夫々第
１の触媒２１が配置される。
９は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に
連結され、サージタンク１３は吸気ダクト１４およびエ
アフローメータ１５を介してエアクリーナ１６に連結さ
れる。吸気ダクト１４内にはステップモータ１７により
駆動されるスロットル弁１８が配置される。一方、図１
に示される実施例では点火順序が１−３−４−２とされ
ており、図１に示されるように点火順序が一つおきの気
筒＃１，＃４の排気ポート１１は共通の第１の排気マニ
ホルド１９に連結され、点火順序が一つおきの残りの気
筒＃２，＃３の排気ポート１１は共通の第２の排気マニ
ホルド２０に連結される。これら第１の排気マニホルド
１９と第２の排気マニホルド２０の各枝管内には夫々第
１の触媒２１が配置される。
【０００９】一方、第１の排気マニホルド１９および第
２の排気マニホルド２０は夫々対応する第２の触媒２２
を介して共通の排気管２３に連結される。この共通の排
気管２３は排気管２４および第３の触媒２５を介して排
気管２６に連結され、この排気管２６内には負圧ダイア
フラム装置又は電気モータからなるアクチュエータ２７
により駆動される排気制御弁２８が配置される。
２の排気マニホルド２０は夫々対応する第２の触媒２２
を介して共通の排気管２３に連結される。この共通の排
気管２３は排気管２４および第３の触媒２５を介して排
気管２６に連結され、この排気管２６内には負圧ダイア
フラム装置又は電気モータからなるアクチュエータ２７
により駆動される排気制御弁２８が配置される。
【００１０】図１に示されるように排気管２３とサージ
タンク１３とは排気ガス再循環（以下ＥＧＲと称す）通
路２９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内には
電気制御式ＥＧＲ制御弁３０が配置される。燃料噴射弁
６は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３１に
連結される。このコモンレール３１内へは燃料タンク３
２内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３３
を介して供給され、コモンレール３１内に供給された燃
料が各燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３１に
はコモンレール３１内の燃料圧を検出するための燃料圧
センサ３４が取付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号
に基づいてコモンレール３１内の燃料圧が目標燃料圧と
なるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。
タンク１３とは排気ガス再循環（以下ＥＧＲと称す）通
路２９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内には
電気制御式ＥＧＲ制御弁３０が配置される。燃料噴射弁
６は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３１に
連結される。このコモンレール３１内へは燃料タンク３
２内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３３
を介して供給され、コモンレール３１内に供給された燃
料が各燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３１に
はコモンレール３１内の燃料圧を検出するための燃料圧
センサ３４が取付けられ、燃料圧センサ３４の出力信号
に基づいてコモンレール３１内の燃料圧が目標燃料圧と
なるように燃料ポンプ３３の吐出量が制御される。
【００１１】電子制御ユニット４０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。エアフローメータ１５は吸入空気量に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧は対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポー
ト４５には燃料圧センサ３４の出力信号が対応するＡＤ
変換器４７を介して入力される。また、第２の触媒２２
の温度を検出するための温度センサ３５および第３の触
媒３６の温度を検出するための温度センサ３６が設けら
れ、これら温度センサ３５，３６の出力信号が対応する
ＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
更に排気管２４内には空燃比センサ３７が配置され、こ
の空燃比センサ３７の出力信号が対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。
ータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ラン
ダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備
する。エアフローメータ１５は吸入空気量に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧は対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポー
ト４５には燃料圧センサ３４の出力信号が対応するＡＤ
変換器４７を介して入力される。また、第２の触媒２２
の温度を検出するための温度センサ３５および第３の触
媒３６の温度を検出するための温度センサ３６が設けら
れ、これら温度センサ３５，３６の出力信号が対応する
ＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
更に排気管２４内には空燃比センサ３７が配置され、こ
の空燃比センサ３７の出力信号が対応するＡＤ変換器４
７を介して入力ポート４５に入力される。
【００１２】また、アクセルペダル５０にはアクセルペ
ダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負
荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は
対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力
される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが
例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクラン
ク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は
対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、点火栓
７、スロットル弁制御用ステップモータ１７、排気制御
弁制御用アクチュエータ２７、ＥＧＲ制御弁３０および
燃料ポンプ３３に接続される。
ダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負
荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は
対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力
される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが
例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクラン
ク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は
対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、点火栓
７、スロットル弁制御用ステップモータ１７、排気制御
弁制御用アクチュエータ２７、ＥＧＲ制御弁３０および
燃料ポンプ３３に接続される。
【００１３】図３は燃料噴射量Ｑ１，Ｑ２，Ｑ（＝Ｑ1
＋Ｑ2 ）、噴射開始時期θＳ１，θＳ２、噴射完了時期
θＥ１，θＥ２および燃焼室５内における平均燃料比Ａ
／Ｆを示している。なお、図３において横軸Ｌはアクセ
ルペダル５０の踏込み量、即ち要求負荷を示している。
図３からわかるように要求負荷ＬがＬ1 よりも低いとき
には圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において燃料
噴射Ｑ２が行われる。このときには平均空燃比Ａ／Ｆは
かなりリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ1 とＬ2 の
間のときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間にお
いて第１回目の燃料噴射Ｑ１が行われ、次いで圧縮行程
末期のθＳ２からθＥ２の間において第２回目の燃料噴
射Ｑ２が行われる。このときにも空燃比Ａ／Ｆはリーン
となっている。要求負荷ＬがＬ2よりも大きいときには
吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間において燃料噴射
Ｑ１が行われる。このときには要求負荷Ｌが低い領域で
は平均空燃比Ａ／Ｆがリーンとされており、要求負荷Ｌ
が高くなると平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比とされ、要
求負荷Ｌが更に高くなると平均空燃比Ａ／Ｆがリッチと
される。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Ｑ２が行わ
れる運転領域、二回に亘って燃料噴射Ｑ１およびＱ２が
行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Ｑ
１が行われる運転領域は要求負荷Ｌのみにより定まるの
ではなく、実際には要求負荷Ｌおよび機関回転数により
定まる。
＋Ｑ2 ）、噴射開始時期θＳ１，θＳ２、噴射完了時期
θＥ１，θＥ２および燃焼室５内における平均燃料比Ａ
／Ｆを示している。なお、図３において横軸Ｌはアクセ
ルペダル５０の踏込み量、即ち要求負荷を示している。
図３からわかるように要求負荷ＬがＬ1 よりも低いとき
には圧縮行程末期のθＳ２からθＥ２の間において燃料
噴射Ｑ２が行われる。このときには平均空燃比Ａ／Ｆは
かなりリーンとなっている。要求負荷ＬがＬ1 とＬ2 の
間のときには吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間にお
いて第１回目の燃料噴射Ｑ１が行われ、次いで圧縮行程
末期のθＳ２からθＥ２の間において第２回目の燃料噴
射Ｑ２が行われる。このときにも空燃比Ａ／Ｆはリーン
となっている。要求負荷ＬがＬ2よりも大きいときには
吸気行程初期のθＳ１からθＥ１の間において燃料噴射
Ｑ１が行われる。このときには要求負荷Ｌが低い領域で
は平均空燃比Ａ／Ｆがリーンとされており、要求負荷Ｌ
が高くなると平均空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比とされ、要
求負荷Ｌが更に高くなると平均空燃比Ａ／Ｆがリッチと
される。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Ｑ２が行わ
れる運転領域、二回に亘って燃料噴射Ｑ１およびＱ２が
行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Ｑ
１が行われる運転領域は要求負荷Ｌのみにより定まるの
ではなく、実際には要求負荷Ｌおよび機関回転数により
定まる。
【００１４】図２は要求負荷ＬがＬ1 （図３）よりも小
さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Ｑ２
が行われる場合を示している。図２に示されるようにピ
ストン４の頂面上にはキャビティ４ａが形成されてお
り、要求負荷ＬがＬ1 よりも低いときには燃料噴射弁６
からキャビティ４ａの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃
料が噴射される。この燃料はキャビティ４ａの周壁面に
より案内されて点火栓７に向かい、それによって点火栓
７の周りに混合気Ｇが形成される。次いでこの混合気Ｇ
は点火栓７により着火せしめられる。
さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Ｑ２
が行われる場合を示している。図２に示されるようにピ
ストン４の頂面上にはキャビティ４ａが形成されてお
り、要求負荷ＬがＬ1 よりも低いときには燃料噴射弁６
からキャビティ４ａの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃
料が噴射される。この燃料はキャビティ４ａの周壁面に
より案内されて点火栓７に向かい、それによって点火栓
７の周りに混合気Ｇが形成される。次いでこの混合気Ｇ
は点火栓７により着火せしめられる。
【００１５】一方、前述したように要求負荷ＬがＬ1 と
Ｌ2 との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行わ
れる。この場合、吸気行程初期に行われる第１回目の燃
料噴射Ｑ１によって燃焼室５内に稀薄混合気が形成され
る。次いで圧縮行程末期に行われる第２回目の燃料噴射
Ｑ２によって点火栓７周りに最適な濃度の混合気が形成
される。この混合気が点火栓７により着火せしめられ、
この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。
Ｌ2 との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行わ
れる。この場合、吸気行程初期に行われる第１回目の燃
料噴射Ｑ１によって燃焼室５内に稀薄混合気が形成され
る。次いで圧縮行程末期に行われる第２回目の燃料噴射
Ｑ２によって点火栓７周りに最適な濃度の混合気が形成
される。この混合気が点火栓７により着火せしめられ、
この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。
【００１６】一方、要求負荷ＬがＬ2 よりも大きいとき
には図３に示されるように燃焼室５内にはリーン又は理
論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、こ
の均一混合気が点火栓７により着火せしめられる。第１
の触媒２１および第２の触媒２２としては酸化触媒又は
三元触媒が用いられ、第３の触媒２５としては酸化触
媒、三元触媒又はＮＯx 吸収剤が用いられる。ＮＯx 吸
収剤は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときに
ＮＯx を吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッ
チになるとＮＯx を放出する機能を有する。
には図３に示されるように燃焼室５内にはリーン又は理
論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、こ
の均一混合気が点火栓７により着火せしめられる。第１
の触媒２１および第２の触媒２２としては酸化触媒又は
三元触媒が用いられ、第３の触媒２５としては酸化触
媒、三元触媒又はＮＯx 吸収剤が用いられる。ＮＯx 吸
収剤は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときに
ＮＯx を吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッ
チになるとＮＯx を放出する機能を有する。
【００１７】このＮＯx 吸収剤は例えばアルミナを担体
とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮ
ａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土
類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から
選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属と
が担持されている。
とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮ
ａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金
属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土
類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から
選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属と
が担持されている。
【００１８】なお、図１に示す実施例では第１の触媒２
１および第２の触媒２２として三元触媒が用いられてお
り、第３の触媒２５としてＮＯx 吸収剤が用いられてい
る。さて、機関始動時には三元触媒２１、三元触媒２２
およびＮＯx 吸収剤２５はいずれも温度が低く、従って
これら三元触媒２１、三元触媒２２およびＮＯx 吸収剤
２５により排気ガスを浄化するためにはこれら三元触媒
２１、三元触媒２２およびＮＯx 吸収剤２５をできるだ
け早く活性化する必要がある。ところでこれらのうちで
最も活性化しやすいのは最も上流側に位置する三元触媒
２１であり、従って本発明による実施例ではまず初めに
最も上流側に位置する三元触媒２１を活性化させ、次い
で次に上流側に位置する三元触媒２２を活性化させ、最
後にＮＯx 吸収剤２５を活性化させるようにしている。
１および第２の触媒２２として三元触媒が用いられてお
り、第３の触媒２５としてＮＯx 吸収剤が用いられてい
る。さて、機関始動時には三元触媒２１、三元触媒２２
およびＮＯx 吸収剤２５はいずれも温度が低く、従って
これら三元触媒２１、三元触媒２２およびＮＯx 吸収剤
２５により排気ガスを浄化するためにはこれら三元触媒
２１、三元触媒２２およびＮＯx 吸収剤２５をできるだ
け早く活性化する必要がある。ところでこれらのうちで
最も活性化しやすいのは最も上流側に位置する三元触媒
２１であり、従って本発明による実施例ではまず初めに
最も上流側に位置する三元触媒２１を活性化させ、次い
で次に上流側に位置する三元触媒２２を活性化させ、最
後にＮＯx 吸収剤２５を活性化させるようにしている。
【００１９】即ち、本発明による実施例では機関の運転
が開始されると最も上流側に位置する三元触媒２１を活
性化するために図４に示されるように圧縮上死点前（Ｂ
ＴＤＣ）に噴射される主燃料Ｑｍに加え圧縮上死点後
（ＡＴＤＣ）の膨張行程中に副燃料Ｑａが追加噴射され
る。この場合、本発明による実施例では主燃料Ｑｍは副
燃料Ｑａの燃焼時に十分な空気が存在するように空気過
剰のもとで燃焼せしめられる。このように副燃料Ｑａを
追加噴射すると燃焼室５内から排出される排気ガス温が
初めて高くなり、斯くして三元触媒２１は急速に加熱さ
れる。
が開始されると最も上流側に位置する三元触媒２１を活
性化するために図４に示されるように圧縮上死点前（Ｂ
ＴＤＣ）に噴射される主燃料Ｑｍに加え圧縮上死点後
（ＡＴＤＣ）の膨張行程中に副燃料Ｑａが追加噴射され
る。この場合、本発明による実施例では主燃料Ｑｍは副
燃料Ｑａの燃焼時に十分な空気が存在するように空気過
剰のもとで燃焼せしめられる。このように副燃料Ｑａを
追加噴射すると燃焼室５内から排出される排気ガス温が
初めて高くなり、斯くして三元触媒２１は急速に加熱さ
れる。
【００２０】ところでこの場合、本発明者による実験に
よると図２に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Ｑ
ａが圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°から７０°付近に
おいて噴射されたときに排気ガス温が最も高くなる。従
ってこの実施例では図４に示されるように副燃料Ｑａの
噴射時期はほぼ圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近と
される。なお、副燃料Ｑａの最適な噴射時期は機関の型
式によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Ｑ
ａの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中とな
る。従って本発明では副燃料Ｑａの燃料噴射は膨張行程
中又は排気行程中に行われる。
よると図２に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Ｑ
ａが圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°から７０°付近に
おいて噴射されたときに排気ガス温が最も高くなる。従
ってこの実施例では図４に示されるように副燃料Ｑａの
噴射時期はほぼ圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）６０°付近と
される。なお、副燃料Ｑａの最適な噴射時期は機関の型
式によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Ｑ
ａの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中とな
る。従って本発明では副燃料Ｑａの燃料噴射は膨張行程
中又は排気行程中に行われる。
【００２１】上述したように燃焼室５内から排出される
排気ガス温が極めて高くなると少なくとも三元触媒２１
の上流端は短時間のうちに活性化する。その結果機関の
運転開始後短時間のうちに排気ガス中に含まれる未燃Ｈ
Ｃの酸化作用が促進される。また、図１に示される実施
例ではこのとき空燃比センサ３７の出力信号に基づいて
全吸入空気量と全燃料量（Ｑｍ＋Ｑａ）との比である空
燃比が理論空燃比となるように例えば副燃料Ｑａの噴射
量がフィードバック制御される。このように空燃比が理
論空燃比となるようにフィードバック制御されると排気
ガス中の未燃ＨＣばかりでなくＮＯx も三元触媒２１に
よって浄化せしめられる。
排気ガス温が極めて高くなると少なくとも三元触媒２１
の上流端は短時間のうちに活性化する。その結果機関の
運転開始後短時間のうちに排気ガス中に含まれる未燃Ｈ
Ｃの酸化作用が促進される。また、図１に示される実施
例ではこのとき空燃比センサ３７の出力信号に基づいて
全吸入空気量と全燃料量（Ｑｍ＋Ｑａ）との比である空
燃比が理論空燃比となるように例えば副燃料Ｑａの噴射
量がフィードバック制御される。このように空燃比が理
論空燃比となるようにフィードバック制御されると排気
ガス中の未燃ＨＣばかりでなくＮＯx も三元触媒２１に
よって浄化せしめられる。
【００２２】更に本発明による実施例ではこのとき排気
制御弁２８上流の排気通路内の圧力、即ち背圧が６０KP
a から８０KPa 程度となるように排気制御弁２８がほぼ
全閉せしめられる。背圧が６０KPa から８０KPa 程度ま
で上昇せしめられると燃焼室５から排出された排気ガス
はさほど圧力低下せず、さほど温度低下しなくなる。従
って排気ガス温が一層高くなるために三元触媒２１は急
速に活性化温度以上になる。
制御弁２８上流の排気通路内の圧力、即ち背圧が６０KP
a から８０KPa 程度となるように排気制御弁２８がほぼ
全閉せしめられる。背圧が６０KPa から８０KPa 程度ま
で上昇せしめられると燃焼室５から排出された排気ガス
はさほど圧力低下せず、さほど温度低下しなくなる。従
って排気ガス温が一層高くなるために三元触媒２１は急
速に活性化温度以上になる。
【００２３】副燃料Ｑａの追加噴射は三元触媒２２が活
性化するまで行われる。即ち、三元触媒２２が活性化し
た後も副燃料Ｑａを追加噴射し続けると三元触媒２２の
温度は次第に高くなるが三元触媒２１の温度は三元触媒
２２の温度に比べて極めて高くなる。即ち、三元触媒２
１は過熱せしめられる。そこで本発明による実施例では
三元触媒２２が活性化すると副燃料Ｑａの追加噴射を停
止すると共に排気制御弁２８を全開せしめ、例えば１番
気筒＃１および２番気筒＃２の空燃比がリッチとされ、
３番気筒＃３および４番気筒＃４の空燃比がリーンとさ
れる。即ち、各三元触媒２２へはリッチ空燃比の気筒＃
１，＃２からの排気ガスと、リーン空燃比の気筒＃３，
＃４からの排気ガスが流入することになる。
性化するまで行われる。即ち、三元触媒２２が活性化し
た後も副燃料Ｑａを追加噴射し続けると三元触媒２２の
温度は次第に高くなるが三元触媒２１の温度は三元触媒
２２の温度に比べて極めて高くなる。即ち、三元触媒２
１は過熱せしめられる。そこで本発明による実施例では
三元触媒２２が活性化すると副燃料Ｑａの追加噴射を停
止すると共に排気制御弁２８を全開せしめ、例えば１番
気筒＃１および２番気筒＃２の空燃比がリッチとされ、
３番気筒＃３および４番気筒＃４の空燃比がリーンとさ
れる。即ち、各三元触媒２２へはリッチ空燃比の気筒＃
１，＃２からの排気ガスと、リーン空燃比の気筒＃３，
＃４からの排気ガスが流入することになる。
【００２４】この場合、リッチ空燃比の気筒＃１，＃２
から排出される排気ガス中には多量の未燃ＨＣが含まれ
ており、リーン空燃比の気筒＃３，＃４から排出される
排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれている。従って
リッチ空燃比の気筒＃１，＃２からの排気ガスと、リー
ン空燃比の気筒＃３、＃４からの排気ガスが各三元触媒
２２内に供給されると三元触媒２２内において多量の未
燃ＨＣが多量の酸素により酸化せしめられ、斯くして多
量の酸化反応熱が発生する。その結果、三元触媒２２の
温度はこの酸化反応熱によって急速に上昇せしめられ
る。
から排出される排気ガス中には多量の未燃ＨＣが含まれ
ており、リーン空燃比の気筒＃３，＃４から排出される
排気ガス中には多量の過剰酸素が含まれている。従って
リッチ空燃比の気筒＃１，＃２からの排気ガスと、リー
ン空燃比の気筒＃３、＃４からの排気ガスが各三元触媒
２２内に供給されると三元触媒２２内において多量の未
燃ＨＣが多量の酸素により酸化せしめられ、斯くして多
量の酸化反応熱が発生する。その結果、三元触媒２２の
温度はこの酸化反応熱によって急速に上昇せしめられ
る。
【００２５】なお、本発明による実施例ではこのとき空
燃比センサ３７の出力信号に基づいて各三元触媒２２に
流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにリ
ッチ空燃比の気筒＃１，＃２への主燃料Ｑｍの噴射量、
およびリーン空燃比の気筒＃３，＃４への主燃料Ｑｍの
噴射量が制御される。従ってこの場合にも排気ガス中の
未燃ＨＣに加えＮＯx も三元触媒２１および三元触媒２
２により浄化せしめられる。
燃比センサ３７の出力信号に基づいて各三元触媒２２に
流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるようにリ
ッチ空燃比の気筒＃１，＃２への主燃料Ｑｍの噴射量、
およびリーン空燃比の気筒＃３，＃４への主燃料Ｑｍの
噴射量が制御される。従ってこの場合にも排気ガス中の
未燃ＨＣに加えＮＯx も三元触媒２１および三元触媒２
２により浄化せしめられる。
【００２６】このような三元触媒２２の昇温制御はＮＯ
x 吸収剤２５が活性化するまで行われる。この間、副燃
料Ｑａの追加噴射が停止されているので三元触媒２１は
過度に温度上昇することなく活性化温度以上に保持され
る。ＮＯx 吸収剤２５が活性化すると暖機完了後の運転
に切換えられ、このとき図３に示されるように大部分の
運転状態において空燃比がリーンとされる。このとき発
生するＮＯx はＮＯx 吸収剤２５に吸収される。ＮＯx
吸収剤２５に吸収されているＮＯx 量が許容量を越えた
と判断されたときには空燃比が一時的にリッチとされ、
ＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が放出される。
x 吸収剤２５が活性化するまで行われる。この間、副燃
料Ｑａの追加噴射が停止されているので三元触媒２１は
過度に温度上昇することなく活性化温度以上に保持され
る。ＮＯx 吸収剤２５が活性化すると暖機完了後の運転
に切換えられ、このとき図３に示されるように大部分の
運転状態において空燃比がリーンとされる。このとき発
生するＮＯx はＮＯx 吸収剤２５に吸収される。ＮＯx
吸収剤２５に吸収されているＮＯx 量が許容量を越えた
と判断されたときには空燃比が一時的にリッチとされ、
ＮＯx 吸収剤２５からＮＯx が放出される。
【００２７】図５は運転制御ルーチンを示している。図
５を参照するとまず初めにステップ１００では温度セン
サ３５の出力信号に基づいて三元触媒２２の温度Ｔａが
活性化温度Ｔａ0 を越えたか否かが判別される。Ｔａ≦
Ｔａ0 のとき、即ち三元触媒２２が活性化していないと
きにはステップ１０１に進んで排気制御弁２８がほぼ全
閉せしめられ、次いでステップ１０２では主燃料Ｑｍの
噴射制御が行われる。次いでステップ１０３では副燃料
Ｑａの噴射制御が行われる。このとき空燃比は理論空燃
比にフィードバック制御される。
５を参照するとまず初めにステップ１００では温度セン
サ３５の出力信号に基づいて三元触媒２２の温度Ｔａが
活性化温度Ｔａ0 を越えたか否かが判別される。Ｔａ≦
Ｔａ0 のとき、即ち三元触媒２２が活性化していないと
きにはステップ１０１に進んで排気制御弁２８がほぼ全
閉せしめられ、次いでステップ１０２では主燃料Ｑｍの
噴射制御が行われる。次いでステップ１０３では副燃料
Ｑａの噴射制御が行われる。このとき空燃比は理論空燃
比にフィードバック制御される。
【００２８】一方、ステップ１００においてＴａ＞Ｔａ
0 であると判断されたとき、即ち三元触媒２２が活性化
したときにはステップ１０４に進んで排気制御弁２８が
全開せしめられる。次いでステップ１０５では温度セン
サ３６の出力信号に基づいてＮＯx 吸収剤２５の温度Ｔ
ｂが活性化温度Ｔｂ0 を越えたか否かが判別される。Ｔ
ｂ≦Ｔｂ0 のとき、即ちＮＯx 吸収剤２５が活性化して
いないときにはステップ１０６に進んで例えば１番気筒
＃１および２番気筒＃２の空燃比がリッチとなり、３番
気筒＃３および４番気筒＃４の空燃比がリーンとなるよ
うに主燃料Ｑｍの噴射量が制御される。このとき、各三
元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比に
維持される。なお、このとき副燃料Ｑａの噴射は停止さ
れる。
0 であると判断されたとき、即ち三元触媒２２が活性化
したときにはステップ１０４に進んで排気制御弁２８が
全開せしめられる。次いでステップ１０５では温度セン
サ３６の出力信号に基づいてＮＯx 吸収剤２５の温度Ｔ
ｂが活性化温度Ｔｂ0 を越えたか否かが判別される。Ｔ
ｂ≦Ｔｂ0 のとき、即ちＮＯx 吸収剤２５が活性化して
いないときにはステップ１０６に進んで例えば１番気筒
＃１および２番気筒＃２の空燃比がリッチとなり、３番
気筒＃３および４番気筒＃４の空燃比がリーンとなるよ
うに主燃料Ｑｍの噴射量が制御される。このとき、各三
元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比は理論空燃比に
維持される。なお、このとき副燃料Ｑａの噴射は停止さ
れる。
【００２９】一方、ステップ１０５においてＴｂ＞Ｔｂ
0 であると判断されたとき、即ちＮＯx 吸収剤２５が活
性化したときにはステップ１０７に進んで図３に示され
る空燃比となるように主燃料Ｑｍの噴射量が制御され
る。次いでステップ１０８ではＮＯx 吸収剤２５に吸収
されているＮＯx 量が許容量を越えたと判断されたとき
にＮＯx 吸収剤２５からのＮＯx 放出処理が行われる。
0 であると判断されたとき、即ちＮＯx 吸収剤２５が活
性化したときにはステップ１０７に進んで図３に示され
る空燃比となるように主燃料Ｑｍの噴射量が制御され
る。次いでステップ１０８ではＮＯx 吸収剤２５に吸収
されているＮＯx 量が許容量を越えたと判断されたとき
にＮＯx 吸収剤２５からのＮＯx 放出処理が行われる。
【００３０】
【発明の効果】機関排気通路内に触媒が直列配置されて
いる場合に上流側の触媒を過度に昇温させることなく下
流側触媒を昇温させることができる。
いる場合に上流側の触媒を過度に昇温させることなく下
流側触媒を昇温させることができる。
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】燃焼室の側面断面図である。
【図３】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図であ
る。
る。
【図４】噴射時期を示す図である。
【図５】運転制御を行うためのフローチャートである。
１９，２０…排気マニホルド ２１…第１の触媒 ２２…第２の触媒 ２５…第３の触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 利岡 俊祐 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G065 AA01 AA04 AA09 CA12 DA02 DA05 EA02 EA07 FA03 GA00 GA05 GA08 GA10 GA46 KA36 3G091 AA02 AA11 AA12 AA13 AA17 AA18 AA28 AB03 AB06 AB09 BA04 BA14 BA17 CA18 CB02 CB03 CB07 DA02 DA10 DB10 DC03 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA18 EA34 FA04 FA11 FB10 FB12 FC05 FC07 GB02W GB03W GB04W GB05W GB16X HA10 HA11 HA12 HA19 3G301 HA01 HA02 HA04 HA06 HA13 HA16 HA18 JA21 JA25 JA33 KA05 KA06 KA11 LA00 LB04 MA01 MA11 MA19 MA23 MA26 NA08 NB11 ND01 NE01 NE13 NE14 NE15 PA01Z PA17Z PB08A PB08Z PD02A PD02Z PD12Z PD14Z PE01Z PE03Z PE05Z PF03Z
Claims (2)
- 【請求項１】 機関排気通路内に第１の触媒を配置する
と共に第１の触媒下流の機関排気通路内に第２の触媒を
配置した内燃機関において、該第２の触媒を異なる気筒
に対して共通の機関排気通路内に配置し、第１の触媒の
温度を昇温すべきときには各気筒に対し主燃料に加えて
膨張行程中又は排気行程中に副燃料を噴射し、第２の触
媒を昇温すべきときには副燃料の噴射を停止して上記異
なる気筒のうちの一部の気筒の空燃比をリッチにすると
共に残りの気筒の空燃比をリーンにするようにした内燃
機関の排気浄化装置。 - 【請求項２】 第１の触媒下流の機関排気通路内に排気
制御弁を配置して第１の触媒を昇温すべきときには該排
気制御弁をほぼ全閉にするようにした請求項１に記載の
内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27066899A JP3614051B2 (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27066899A JP3614051B2 (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001090591A true JP2001090591A (ja) | 2001-04-03 |
| JP3614051B2 JP3614051B2 (ja) | 2005-01-26 |
Family
ID=17489294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27066899A Expired - Lifetime JP3614051B2 (ja) | 1999-09-24 | 1999-09-24 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3614051B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007148821A1 (ja) * | 2006-06-22 | 2007-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2008196388A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
| JP2013241849A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の排気装置 |
| CN110671180A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-01-10 | 江阴市卡利格机械有限公司 | 一种尾气处理箱 |
-
1999
- 1999-09-24 JP JP27066899A patent/JP3614051B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007148821A1 (ja) * | 2006-06-22 | 2007-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
| US8122706B2 (en) | 2006-06-22 | 2012-02-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Exhaust purification system of internal combustion engine |
| JP2008196388A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
| US8256206B2 (en) | 2007-02-13 | 2012-09-04 | Honda Motor Co., Ltd. | Exhaust emission control device and method for internal combustion engine, and engine control unit |
| JP2013241849A (ja) * | 2012-05-18 | 2013-12-05 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の排気装置 |
| CN110671180A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-01-10 | 江阴市卡利格机械有限公司 | 一种尾气处理箱 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3614051B2 (ja) | 2005-01-26 |
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