JP2004190549A - Exhaust emission control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
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係り、詳しくは、内燃機関の冷態始動時等においてHC(炭化水素)を確実に浄化可能な排気浄化装置に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
一般に、エンジン(内燃機関)の排気通路には排ガス中の有害物質(HC、CO、NOx等)を三元触媒を用いて浄化する排気浄化装置が設けられている。しかしながら、当該三元触媒は活性温度に達するまでは浄化性能を十分に発揮できず、三元触媒をエンジン本体に近接配置して早期活性化を図るようにしても、エンジンの冷態始動時等には排出されるHCを十分に浄化できないという問題がある。
【0003】
この問題を解決するため、エンジン本体に近接配置した三元触媒の下流側に、HCを吸着するとともに該吸着したHCを一定温度で脱離する機能を有するHCトラップを設け、さらにHCトラップの下流側に、常温でもCOを酸化可能な低温活性型の三元触媒を設け、且つ、該三元触媒に酸素を供給する2次エアポンプを設け、該2次エアポンプからの酸素と排ガス中のCOとの酸化反応で昇温し活性化した三元触媒によって上記HCトラップから脱離したHCを浄化する構成の装置が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
【非特許文献1】
SAE Paper No.980421
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記文献により提案される装置では、依然としてエンジン本体に近接して三元触媒(近接触媒)を備えており、このように近接触媒を設けると、筒内から排出されるCOの多くが当該近接触媒で酸化反応してしまい、COが下流側の低温活性型の三元触媒に十分に供給されず、低温活性型の三元触媒の活性化が不十分となって結果的にHCを十分に浄化できないという問題がある。
【0006】
さらに、このような構成では、近接触媒の耐熱耐久性において不利であり、また近接触媒より上流側の排気圧が高くなってエンジンの出力性能が劣ることにもなり、全体として効率が悪く好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、内燃機関の冷態始動時等においてHCを効率よく確実に浄化可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項1の内燃機関の排気浄化装置では、排気通路に内燃機関の排気口からの排ガスが直接流入するよう設けられ、排ガス中のHCを吸着するとともに該吸着したHCを一定温度以上で放出する機能を有し、触媒機能を有しないHCトラップと、前記HCトラップの排気下流側に位置して設けられ、常温でCOを酸化し得る三元触媒と、前記三元触媒の排気上流側に酸素を供給する酸素供給手段と、前記三元触媒の昇温が必要なとき、内燃機関の空燃比をリッチ空燃比化するとともに、前記酸素供給手段により酸素を供給する昇温制御手段とを備えることを特徴としている。
【0008】
三元触媒として常温でCOを酸化し得る低温活性型の三元触媒を用いると、当該低温活性型の三元触媒では、排ガス中のCOの濃度が増大するにつれて触媒反応速度が増加し、常温でもCOの量が多くなるほどCOを酸化させることが可能である(上記非特許文献1参照)。
故に、昇温制御手段により、冷態始動時のように三元触媒の昇温が必要なときに、空燃比をリッチ空燃比化してHCとCOとを排気通路に排出してCOの濃度を高め、酸素供給手段により三元触媒の排気上流側に酸素を供給することで、HCについては上流側のHCトラップに吸着される一方、COは酸素供給手段の酸素供給によって常温でも低温活性型の三元触媒によって良好に酸化反応し、三元触媒は当該酸化反応の反応熱で加熱昇温されて早期に活性温度(約250℃〜350℃)に到達する。特に、排気通路上に近接触媒を備えておらず、HCトラップは触媒機能を有しておらず、内燃機関から排出されたCOは直接に三元触媒に供給されるため、COはその全てが三元触媒で酸化反応することになり、三元触媒は効率よく昇温する。
【0009】
従って、HCトラップに吸着されたHCは一定温度(約150℃)以上で脱離して下流の三元触媒に向け放出されることになるが、この時点で三元触媒は既に活性温度に達していることになり、脱離したHCが三元触媒によって確実に浄化される。
この場合、排気通路上に近接触媒を設けていないので、近接触媒の耐熱耐久性を心配する必要はなく、排気圧の上昇による内燃機関の出力低下もない。
【0010】
また、請求項2の内燃機関の排気浄化装置では、前記酸素供給手段は、2次エア供給ポンプと、該2次エア供給ポンプを前記三元触媒の排気上流側の排気通路に連通させる2次エア供給通路とからなることを特徴としている。
このようにすれば、内燃機関の空燃比をリッチ空燃比化しても燃焼安定性を確保したまま三元触媒に酸素を確実に供給可能であり、内燃機関の燃焼不安定化を防止しながら効率よく三元触媒の早期活性化、ひいてはHCの浄化性能の向上を図ることが可能である。
【0011】
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関は2以上の多気筒からなり、前記酸素供給手段は、前記多気筒のうちの一部気筒の空燃比をリーン空燃比化することにより前記三元触媒の排気上流側に酸素を供給することを特徴としている。
このようにすれば、リーン空燃比化した一部気筒からは多量の酸素が排出される一方、リッチ空燃比化された残部気筒からはHCとCOとが排出され、簡単な構成にして容易且つ確実にCOとともに酸素を三元触媒に供給可能であり、効率よく三元触媒の早期活性化、ひいてはHCの浄化性能の向上を図ることが可能である。
【0012】
好ましくは、一部気筒の燃料噴射を中止し、一部気筒からポンピングによって吸入空気を排出するのがよく、これにより一層容易にして確実にCOとともに酸素を三元触媒に供給可能である。
また、請求項4の内燃機関の排気浄化装置では、前記HCトラップはβ型ゼオライトからなることを特徴としている。
【0013】
即ち、β型ゼオライトは特にHC吸着能力が高く、三元触媒が活性化するまでHCをHCトラップに十分に保持でき、HCの浄化性能がより一層向上する。
【0014】
【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実施形態を実施例に基づき添付図面を参照しながら説明する。
先ず、第1実施例について説明する。
図1を参照すると、車両に搭載された本発明の第1実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき第1実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。
【0015】
内燃機関(以下、単にエンジンという)1としては、吸気管噴射型の火花点火式ガソリンエンジンが採用される。吸気管噴射型の火花点火式ガソリンエンジンは公知であるため、構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
エンジン1のシリンダヘッドには、各気筒毎に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。また、シリンダヘッドには、各気筒毎に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド12の一端がそれぞれ接続されている。
【0016】
排気マニホールド12には排気管(排気通路)14が接続されており、この排気管14には、車両の床下に位置してHCトラップ20が介装され、該HCトラップ20の下流に位置して低温活性型の三元触媒22が介装されている。
HCトラップ20は、多数のセルからなる多孔質モノリス型のコージライト担体を有し、各セルは例えば断面四角形状に形成されている。
【0017】
HCトラップ20のコージライト担体の表面には、β型ゼオライトを主成分とするHC吸着材が形成されている。β型ゼオライトは、HC、特にオレフィン系HCを吸着し、温度が上昇して一定温度(約150℃)に達すると当該吸着したHCを脱離させ放出する機能を有している。そして、β型ゼオライトは、細孔径が7.6〜7.8Åと他のゼオライト(MFI型、Y型等)よりも大きく吸着量が多く、脱離開始温度が高く(約150℃)、脱離終了温度も高く、高温域でのHC脱離割合が高いという特性を有している。つまり、HCトラップ20のHC吸着材としてβ型ゼオライトを使用することで、HC吸着能力を高め、できるだけ高温域までHCを吸着保持することが可能である。
【0018】
なお、HCトラップ20には触媒層が形成されておらず、当該HCトラップ20ではCO、NOxは浄化されることはない。
また、本実施形態では、上述のようなHCトラップを用いるようにしているが、排ガス中のHCを吸着するとともに吸着したHCを一定温度以上で放出する機能を有し、触媒機能を有しないHCトラップであれば、上記以外のHCトラップであってもよい。
【0019】
三元触媒22は、常温でもCOを酸化可能な低温活性型の三元触媒であり、やはり多数のセルからなる多孔質モノリス型のコージライト担体23を有し、各セルは例えば断面四角形状に形成されている。詳しくは、三元触媒22は、通常の三元触媒と同様に貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)及びパラジウム(Pd)の少なくともいずれか一つを含み、排気空燃比が理論空燃比(ストイキオ)近傍にあるときにHC、CO、NOxの3成分を良好に浄化可能であることに加え、上述したように、排ガス中のCOの濃度が増大するにつれて触媒反応速度が増加する性質を有し、常温のような低温であってもCOの量が多くなるほどCOを酸化させることが可能に構成されている。
【0020】
なお、本実施形態では、上述のような三元触媒を用いるようにしているが、常温でCOを酸化し得る三元触媒であれば、上記以外の三元触媒であってもよい。
三元触媒22の直上流部分からは分岐して2次エア通路30が延びており、2次エア通路30はチェックバルブ31、エアフィルタ32を介して2次エアポンプ(酸素供給手段)34の吐出口に接続されている。つまり、2次エアポンプ34が作動すると、三元触媒22の上流部分に2次エアポンプ34の作動量に応じた量の空気が供給され、排ガスとともに酸素が三元触媒22に流入する。
【0021】
また、排気管14には、HCトラップ20に流入する排ガスに含まれる酸素濃度を検出することで排気空燃比を検出するリニア空燃比センサ16が設けられており、三元触媒22には三元触媒22の温度、即ち触媒温度Tcatを検出する温度センサ28が設けられている。
さらに、入出力装置、メモリ、CPU等を備えたECU(電子コントロールユニット)40が設置されており、このECU40により、エンジン1や本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
【0022】
ECU40の入力側には、上述したリニア空燃比センサ16、温度センサ28等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
一方、ECU40の出力側には、エンジン1の燃料噴射弁や点火コイル(共に図示せず)、上記2次エアポンプ34等の各種デバイス類が接続されており、燃料噴射弁や点火コイルには、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された目標空燃比に応じた燃料噴射量、点火時期等の最適制御信号がそれぞれ出力され、2次エアポンプ34には、各種センサ類からの検出情報に基づきポンプ作動量、ポンプ作動時期等の最適制御信号が出力される。
【0023】
以下、上記のように構成された本発明の第1実施例に係る排気浄化装置の作用を説明する。
図2を参照すると、第1実施例に係る触媒昇温制御(昇温制御手段)の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。
【0024】
ステップS10では、排気系が冷態にあるか否かを判別する。具体的には、エンジン1の冷態始動時において、例えば温度センサ28により検出される三元触媒22の触媒温度Tcatが所定の低温以下であり、三元触媒22の昇温が必要であるか否かを判別する。なお、触媒温度Tcatに代えて、エンジン1の冷却水温、油温或いは排ガス温度等に基づき判別するようにしてもよい。
【0025】
ステップS10の判別結果が偽(No)で排気系が冷態にないと判定された場合には、昇温制御を行うことなく当該ルーチンを抜け、一方、判別結果が真(Yes)で排気系が冷態にあると判定された場合には、ステップS12に進む。
ステップS12では、エンジン1の目標空燃比をリッチ空燃比(例えば、値10〜12)に設定する。つまり、目標空燃比をリッチ空燃比化することにより、排気管14へのHCやCOの排出量を増加させる。
【0026】
ステップS14では、リッチ空燃比化と同時に2次エアポンプ34を作動させる。つまり、2次エアポンプ34を作動させることで、三元触媒22に酸素を供給する。この際、酸素の供給量については、目標空燃比(例えば、値10〜12)に応じて、例えば三元触媒22下流の空燃比が所定値(例えば、値15〜17)となるように設定し、該供給量を確保すべく2次エアポンプ34の作動を制御する。
【0027】
このように、目標空燃比のリッチ空燃比化によりHCやCOの排出量を増加させ、三元触媒22への酸素供給を行うと、HCについてはHCトラップ20に吸着され、一方、COについては、触媒層を有しないHCトラップ20を浄化されることなく通過してエンジン1から直接に三元触媒22に到達し、またCO濃度が増大することにより、常温であっても三元触媒22において酸化反応速度が増加して良好に酸化される。そして、このように三元触媒22においてCOが酸化すると、反応熱で三元触媒22の温度が急速に上昇し、三元触媒22は早期に昇温する。これにより、三元触媒22の温度Tcatが容易に活性温度(約250℃〜350℃)に到達することになり、三元触媒22の早期活性化が図られる。
【0028】
ステップS16では、三元触媒22の温度Tcatが活性温度下限値T1(例えば、約250℃)に達した(Tcat>T1)か否かを判別する。なお、排ガス温度から三元触媒22の温度を推定するようにしてもよい。判別結果が偽(No)で触媒温度Tcatが未だ活性温度下限値T1に満たない場合には、ステップS12及びステップS14においてリッチ空燃比化と酸素供給とを継続する。一方、判別結果が真(Yes)で、触媒温度Tcatが活性温度下限値T1に達したと判定された場合には、ステップS18に進む。
【0029】
ステップS18では、三元触媒22が活性化したことを受けて、リッチ空燃比化していた目標空燃比を通常の空燃比設定に戻す。そして、ステップS20において、2次エアポンプ34の作動を停止して酸素供給を終了する。
このように昇温制御を行っている間、一方において、エンジン1の暖機が進み、排ガス温度が上昇してHCトラップ20の温度も徐々に上昇する。そして、HCトラップ20の温度が上昇すると、HCトラップ20に吸着されたHCは、上述したようにHCトラップ20が一定温度(約150℃)に達すると脱離を開始し、HCトラップ20から放出された当該HCは、下流側の三元触媒22に流入することになる。
【0030】
ところが、三元触媒22は、上述したように昇温制御によって急速に昇温することになるため、HCトラップ20からHCが脱離を開始した時点では三元触媒22は既に活性化しており、HCトラップ20から放出され三元触媒22に流入するHCは三元触媒22によって確実に浄化処理される。
これにより、エンジン1の冷態始動時であっても、エンジン1から排出されるHCが効率よく確実に浄化され、HCの浄化性能が向上する。なお、COやNOxに関しても、COについては常温から低温活性型の三元触媒22で良好に酸化処理され、NOxについては三元触媒22の早期活性化で良好に浄化されるため、エンジン1の冷態始動時における排気浄化効率は全体的に向上することになる。
【0031】
また、このように低温活性型の三元触媒22を床下に設けるようにすると、別途三元触媒をエンジン1に近接触媒として設ける必要がないので、当該近接触媒の耐熱耐久性を心配しなくてもよくなり、排気圧の上昇によるエンジン1の出力低下が防止される。
また、このように2次エアポンプ34を用いて酸素供給を外部から行うようにすると、目標空燃比をリッチ空燃比化しても燃焼安定性を確保したまま三元触媒22に酸素を確実に供給するようにでき、エンジン1の燃焼不安定化を防止しながら三元触媒22の早期活性化を図り、HCの浄化性能の向上を図ることができるという利点がある。
【0032】
なお、当該第1実施例では、三元触媒22の直上流に空気を供給するようにしたが、HCの吸着性能に影響を与えない範囲でHCトラップ20の上流に空気を供給するようにしてもよい。このようにHCトラップ20の上流で空気を供給するようにすると、外気である空気は排ガスよりも低温であるため、HCトラップ20の昇温が抑制され、HCトラップ20からのHCの脱離を遅延させることができるという効果が得られる。
【0033】
次に、第2実施例について説明する。
図3を参照すると、車両に搭載された本発明の第2実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき第2実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を説明する。なお、基本的には上記第1実施例における構成と同じであり、ここでは第1実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【0034】
当該第2実施例では、上記第1実施例と同様に、エンジン1として吸気管噴射型の火花点火式ガソリンエンジンが採用されるが、ここでは、特に多気筒エンジン(例えば、4気筒エンジン)に限定される。
つまり、エンジン1のシリンダヘッドには、多気筒の各気筒毎に吸気ポートと排気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ分岐して接続されているともに、排気ポートと連通するようにして排気マニホールド12の一端がそれぞれ分岐して接続されている。
【0035】
詳しくは、ここでは、全気筒を2つの気筒群に分け、同図に示すように、排気マニホールド12の分岐管のうち一部気筒(例えば、4気筒エンジンの2気筒)からなる気筒群に対応する分岐管が分岐管群12aとして纏められ、残部気筒(上記以外の2気筒)からなる気筒群に対応する分岐管が分岐管群12bとして纏められている。
【0036】
そして、第2実施例では、第1実施例と異なり、2次エア通路30、チェックバルブ31、エアフィルタ32及び2次エアポンプ34が存在していない。
一方、第2実施例では、ECU40は、各種センサ類からの検出情報に基づき、目標空燃比(燃料噴射量)を上記2つの気筒群毎に設定可能に構成されており、例えば、一部気筒からなる気筒群について目標空燃比をリーン空燃比とし、残部気筒からなる気筒群について目標空燃比をリッチ空燃比とすることや、或いは、一部気筒からなる気筒群については燃料噴射を中止して燃料噴射量をゼロとし、残部気筒からなる気筒群については目標空燃比をリッチ空燃比とすることが可能である。
【0037】
以下、このように構成された本発明の第2実施例に係る排気浄化装置の作用を説明する。
図4を参照すると、第2実施例に係る触媒昇温制御(昇温制御手段)の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに沿い説明する。なお、ここでは上記第1実施例における図2と異なる部分についてのみ説明する。
【0038】
ステップS10における判別結果が真(Yes)で、排気系が冷態にあると判定された場合には、次にステップS12’に進む。
ステップS12’では、一部気筒からなる気筒群について目標空燃比をリーン空燃比とする。或いは、一部気筒からなる気筒群については燃料噴射を中止して燃料噴射量をゼロとし、ピストンによるポンピングのみを実施する。そして、ステップS14’において、残部気筒からなる気筒群について目標空燃比をリッチ空燃比とする。
【0039】
つまり、当該第2実施例では、一部気筒からなる気筒群に対応する分岐管群12aを経て排出される排ガス中には酸素が多く含まれるようにし、残部気筒からなる気筒群に対応する分岐管群12bを経て排出される排ガス中にのみHC、COが多く含まれるようにする。特に、一部気筒からなる気筒群についてポンピングのみを実施すると、排ガス中にはより一層多くの酸素を含ませることが可能である。
【0040】
このようにすると、簡単な構成にして、排気管14内にはHC、COとともに酸素が良好に混在することになり、HCについてはHCトラップ20に吸着され、一方、COについては、触媒層を有しないHCトラップ20を浄化されることなく通過してエンジン1から直接に三元触媒22に到達し、またCO濃度が増大することにより、上記同様に、常温であっても三元触媒22において酸化反応速度が増加して良好に酸化される。そして、COの酸化反応熱で三元触媒22の温度が急速に上昇し、上記同様に、三元触媒22の温度Tcatが容易に活性温度(約250℃〜350℃)に到達し、三元触媒22の早期活性化が図られる。
【0041】
ステップS16の判別結果が真(Yes)で、触媒温度Tcatが活性温度下限値T1に達したと判定された場合には、ステップS18’に進む。
ステップS18’では、三元触媒22が活性化したことを受けて、一部気筒でリーン空燃比化または燃料噴射を中止していた目標空燃比、及び、残部気筒でリッチ空燃比化していた目標空燃比を通常の空燃比設定に戻す。
【0042】
これにより、上記第1実施例と同様、第2実施例においても、HCトラップ20が一定温度(約150℃)に達してHCの脱離を開始した時点では三元触媒22は既に活性化していることになり、HCトラップ20から放出され三元触媒22に流入するHCは三元触媒22によって確実に浄化処理される。
従って、エンジン1の冷態始動時であっても、エンジン1から排出されるHCが効率よく確実に浄化され、COやNOxの浄化性能とともにHCの浄化性能が向上する。
【0043】
つまり、当該第2実施例では、一部気筒でリーン空燃比運転を行い、或いは燃料噴射を中止しポンピングのみを実施して三元触媒22に酸素供給を行うことで、簡単な構成にして容易且つ確実にCOと酸素とを三元触媒22に供給するようにでき、簡便にして効率よく三元触媒22の早期活性化を図り、HCの浄化性能の向上を図ることができる。
【0044】
以上で本発明の実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限るものではない。
例えば、上記実施形態では、特にエンジン1の冷態始動時を例に説明したが、本発明は当該冷態始動時の実施に限られるものではなく、エンジン1の通常運転中であっても、三元触媒22の活性状態になく昇温が必要なときにはいつでも上記触媒昇温制御を実施するようにするのがよい。これにより、常に上記同様の効果が得られ、排気浄化効率がさらに向上する。
【0045】
また、上記実施形態では、エンジン1が吸気管噴射型ガソリンエンジンである場合を例に説明したが、エンジン1は筒内噴射型ガソリンエンジンであってもよいしディーゼルエンジンであってもよい。この場合、酸素供給手段として、圧縮行程でリーン空燃比相当の燃料噴射を行った後、膨張行程以降で燃料を再度噴射(副噴射)する2段噴射を行うことで排気管14内にHC、COとともに酸素を排出することも可能であり、このようにしても簡便にして効率よく三元触媒22の早期活性化を図ることができる。
【0046】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項1の内燃機関の排気浄化装置によれば、HCトラップの下流側に三元触媒として常温でCOを酸化し得る低温活性型の三元触媒を設けるようにしたので、冷態始動時のように三元触媒の昇温が必要なとき、空燃比をリッチ空燃比化してHCとCOとを排気通路に排出してCOの濃度を高め、酸素供給手段により三元触媒の排気上流側に酸素を供給することにより、HCについては上流側のHCトラップに吸着させる一方、COについては常温でありながら低温活性型の三元触媒によって良好に酸化反応させるようにでき、三元触媒を当該酸化反応の反応熱で加熱昇温させて早期に活性温度(約250℃〜350℃)に到達させることができる。この際、排気通路上に近接触媒を備えておらず、HCトラップは触媒機能を有しておらず、内燃機関から排出されたCOは直接に三元触媒に供給されるので、排出されるCOの全てを三元触媒で酸化反応させるようにでき、近接触媒を設けることによる出力低下等の不都合もなく、三元触媒を効率よく昇温させることができる。
【0047】
従って、HCトラップから吸着されたHCが一定温度(約150℃)以上で脱離されて下流の三元触媒に向け放出されても、この時点において三元触媒を活性状態にしておくことができ、HCを三元触媒によって確実に浄化させることができる。
また、請求項2の内燃機関の排気浄化装置によれば、酸素供給手段として2次エア供給ポンプを用いるようにしたので、内燃機関の空燃比をリッチ空燃比化しても燃焼安定性を確保したまま三元触媒に酸素を確実に供給するようにでき、内燃機関の燃焼不安定化を防止しながら効率よく三元触媒の早期活性化、ひいてはHCの浄化性能の向上を図ることができる。
【0048】
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置によれば、多気筒のうちの一部気筒の空燃比をリーン空燃比化することにより三元触媒の排気上流側に酸素を供給するようにしたので、リーン空燃比化した一部気筒からは多量の酸素を排出できる一方、リッチ空燃比化された残部気筒からはHCとCOとを排出でき、簡単な構成にして容易且つ確実にCOとともに酸素を三元触媒に供給するようにでき、効率よく三元触媒の早期活性化、ひいてはHCの浄化性能の向上を図ることができる。
【0049】
この場合、一部気筒の燃料噴射を中止し、一部気筒からポンピングによって吸入空気を排出することで、より一層容易にして確実にCOとともに酸素を三元触媒に供給するようにできる。
また、請求項4の内燃機関の排気浄化装置によれば、HCトラップはHC吸着能力の高いβ型ゼオライトからなるようにしたので、三元触媒が活性化するまでHCをHCトラップに十分に保持でき、HCの浄化性能をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】車両に搭載された本発明の第1実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図2】第1実施例に係る触媒昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図3】車両に搭載された本発明の第2実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図4】第2実施例に係る触媒昇温制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
14 排気管
16 リニア空燃比センサ
20 HCトラップ
22 三元触媒(低温活性型)
28 温度センサ
30 2次エア通路(酸素供給手段)
34 2次エアポンプ(酸素供給手段)
40 ECU(電子コントロールユニット)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust gas purification device that can surely purify HC (hydrocarbon) at the time of a cold start of the internal combustion engine or the like.
[0002]
[Related background art]
Generally, an exhaust gas purification device that purifies harmful substances (HC, CO, NOx, etc.) in exhaust gas using a three-way catalyst is provided in an exhaust passage of an engine (internal combustion engine). However, the three-way catalyst cannot sufficiently exhibit purification performance until the temperature reaches the activation temperature, and even if the three-way catalyst is arranged close to the engine body to achieve early activation, even when the engine is cold started, Has a problem that the exhausted HC cannot be sufficiently purified.
[0003]
In order to solve this problem, an HC trap having a function of adsorbing HC and desorbing the adsorbed HC at a constant temperature is provided downstream of the three-way catalyst disposed close to the engine body. On the side, a low-temperature activated three-way catalyst capable of oxidizing CO even at normal temperature is provided, and a secondary air pump for supplying oxygen to the three-way catalyst is provided. Oxygen from the secondary air pump and CO in exhaust gas are There has been proposed an apparatus configured to purify HC desorbed from the HC trap by using a three-way catalyst which has been heated and activated by the oxidation reaction (for example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
[Non-patent document 1]
SAE Paper No. 980421
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the device proposed by the above-mentioned document still has a three-way catalyst (proximity catalyst) in close proximity to the engine main body, and if such a proximity catalyst is provided, much of the CO discharged from the cylinder is reduced. The oxidation reaction occurs in the proximity catalyst, and CO is not sufficiently supplied to the low-temperature activated three-way catalyst on the downstream side, and the activation of the low-temperature activated three-way catalyst is insufficient, resulting in sufficient HC. There is a problem that can not be purified.
[0006]
Furthermore, such a configuration is disadvantageous in the heat resistance and durability of the proximity catalyst, and the exhaust pressure on the upstream side of the proximity catalyst is increased, so that the output performance of the engine is inferior. is not.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that can efficiently and reliably purify HC during a cold start of the internal combustion engine. To provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to
[0008]
When a low-temperature activated three-way catalyst capable of oxidizing CO at room temperature is used as the three-way catalyst, the catalytic reaction rate of the low-temperature activated three-way catalyst increases as the concentration of CO in the exhaust gas increases. However, it is possible to oxidize CO as the amount of CO increases (see Non-Patent Document 1).
Therefore, when the temperature of the three-way catalyst needs to be raised, such as at the time of a cold start, by the temperature raising control means, the air-fuel ratio is made rich and the HC and CO are discharged to the exhaust passage to reduce the concentration of CO. By supplying oxygen to the exhaust gas upstream of the three-way catalyst by the oxygen supply means, HC is adsorbed by the HC trap on the upstream side, while CO is supplied to the low-temperature active type at room temperature by the oxygen supply of the oxygen supply means. The oxidation reaction is favorably performed by the three-way catalyst, and the three-way catalyst is heated and heated by the reaction heat of the oxidation reaction and reaches the activation temperature (about 250 ° C. to 350 ° C.) early. In particular, since no proximity catalyst is provided on the exhaust passage, the HC trap has no catalytic function, and CO discharged from the internal combustion engine is directly supplied to the three-way catalyst, so that all of the CO The oxidation reaction is carried out by the three-way catalyst, and the temperature of the three-way catalyst rises efficiently.
[0009]
Therefore, the HC adsorbed in the HC trap is desorbed at a certain temperature (about 150 ° C.) or more and released toward the downstream three-way catalyst. At this point, the three-way catalyst has already reached the activation temperature. Therefore, the desorbed HC is reliably purified by the three-way catalyst.
In this case, since the proximity catalyst is not provided on the exhaust passage, there is no need to worry about the heat resistance and durability of the proximity catalyst, and there is no decrease in the output of the internal combustion engine due to an increase in the exhaust pressure.
[0010]
Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, the oxygen supply means is configured to communicate a secondary air supply pump and the secondary air supply pump with an exhaust passage on the exhaust upstream side of the three-way catalyst. And an air supply passage.
In this way, even if the air-fuel ratio of the internal combustion engine is set to a rich air-fuel ratio, it is possible to reliably supply oxygen to the three-way catalyst while maintaining combustion stability. It is often possible to quickly activate the three-way catalyst and thereby improve the HC purification performance.
[0011]
Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 3, the internal combustion engine includes two or more multi-cylinders, and the oxygen supply unit converts the air-fuel ratio of some of the multi-cylinders to a lean air-fuel ratio. Thus, oxygen is supplied to the exhaust gas upstream side of the three-way catalyst.
In this way, a large amount of oxygen is discharged from some of the cylinders having a lean air-fuel ratio, while HC and CO are discharged from the remaining cylinders having a rich air-fuel ratio. Oxygen can be reliably supplied to the three-way catalyst together with CO, and early activation of the three-way catalyst can be efficiently performed, and further, the purification performance of HC can be improved.
[0012]
Preferably, fuel injection in some cylinders is stopped, and intake air is discharged from some cylinders by pumping, so that oxygen and CO can be supplied to the three-way catalyst more easily and reliably.
Further, in the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, the HC trap is made of β-type zeolite.
[0013]
That is, β-zeolite has a particularly high HC adsorbing ability, can sufficiently retain HC in the HC trap until the three-way catalyst is activated, and further improves HC purification performance.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to the present invention will be described based on examples with reference to the accompanying drawings.
First, a first embodiment will be described.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention mounted on a vehicle. The configuration of the exhaust gas purification device will be described.
[0015]
As the internal combustion engine (hereinafter, simply referred to as an engine) 1, a spark-ignition gasoline engine of an intake pipe injection type is employed. Since the spark-ignition gasoline engine of the intake pipe injection type is known, the detailed description of the configuration is omitted here.
In the cylinder head of the
[0016]
An exhaust pipe (exhaust passage) 14 is connected to the
The
[0017]
On the surface of the cordierite carrier of the
[0018]
Note that a catalyst layer is not formed in the
Further, in the present embodiment, the HC trap as described above is used. However, the HC trap has a function of adsorbing HC in exhaust gas and releasing the adsorbed HC at a certain temperature or higher, and has no catalytic function. If it is a trap, an HC trap other than the above may be used.
[0019]
The three-
[0020]
In the present embodiment, the above-described three-way catalyst is used. However, any other three-way catalyst that can oxidize CO at room temperature may be used.
A
[0021]
Further, the
Further, an electronic control unit (ECU) 40 including an input / output device, a memory, a CPU, and the like is provided. The
[0022]
Various sensors such as the linear air-
On the other hand, various devices such as a fuel injection valve and an ignition coil (both not shown) of the
[0023]
Hereinafter, the operation of the exhaust gas purifying apparatus according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.
Referring to FIG. 2, a control routine of the catalyst temperature increase control (temperature increase control means) according to the first embodiment is shown in a flowchart, and will be described below with reference to the flowchart.
[0024]
In step S10, it is determined whether or not the exhaust system is cold. Specifically, when the
[0025]
If the determination result of step S10 is false (No) and it is determined that the exhaust system is not in a cold state, the process exits the routine without performing the temperature increase control, while the determination result is true (Yes) and the exhaust system is not. Is determined to be cold, the process proceeds to step S12.
In step S12, the target air-fuel ratio of the
[0026]
In step S14, the
[0027]
As described above, when the emission amount of HC and CO is increased by increasing the target air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio and oxygen is supplied to the three-
[0028]
In step S16, it is determined whether or not the temperature Tcat of the three-
[0029]
In step S18, in response to the activation of the three-
While the temperature raising control is being performed in this way, on the other hand, the warm-up of the
[0030]
However, since the temperature of the three-
As a result, even during the cold start of the
[0031]
Further, when the low-temperature activated three-
Further, when oxygen is supplied from the outside using the
[0032]
In the first embodiment, air is supplied immediately upstream of the three-
[0033]
Next, a second embodiment will be described.
Referring to FIG. 3, there is shown a schematic configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention mounted on a vehicle. The configuration of the exhaust gas purification device will be described. Note that the configuration is basically the same as that in the first embodiment, and here, only the portions different from the first embodiment will be described.
[0034]
In the second embodiment, a spark-ignition gasoline engine of an intake pipe injection type is adopted as the
That is, the cylinder head of the
[0035]
More specifically, here, all the cylinders are divided into two cylinder groups, and as shown in the figure, correspond to a cylinder group composed of some cylinders (for example, two cylinders of a four-cylinder engine) in the branch pipe of the
[0036]
In the second embodiment, unlike the first embodiment, the
On the other hand, in the second embodiment, the
[0037]
Hereinafter, the operation of the thus configured exhaust gas purification apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described.
Referring to FIG. 4, a control routine of the catalyst temperature raising control (temperature raising control means) according to the second embodiment is shown in a flowchart, and will be described below with reference to the flowchart. Here, only portions different from FIG. 2 in the first embodiment will be described.
[0038]
If the result of the determination in step S10 is true (Yes) and it is determined that the exhaust system is in a cold state, the process proceeds to step S12 '.
In step S12 ', the target air-fuel ratio is set to the lean air-fuel ratio for the cylinder group including a part of the cylinders. Alternatively, for a group of cylinders composed of a part of cylinders, fuel injection is stopped, the fuel injection amount is set to zero, and only pumping by the piston is performed. Then, in step S14 ', the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio for the cylinder group including the remaining cylinders.
[0039]
That is, in the second embodiment, the exhaust gas discharged through the
[0040]
With this configuration, a simple structure is used, and oxygen is well mixed together with HC and CO in the
[0041]
If the determination result of step S16 is true (Yes) and it is determined that the catalyst temperature Tcat has reached the activation temperature lower limit value T1, the process proceeds to step S18 '.
In step S18 ', in response to the activation of the three-
[0042]
Thus, as in the first embodiment, also in the second embodiment, when the
Therefore, even during the cold start of the
[0043]
That is, in the second embodiment, the lean air-fuel ratio operation is performed in some cylinders, or the fuel injection is stopped and only the pumping is performed to supply oxygen to the three-
[0044]
The description of the embodiment of the present invention is finished above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above-described embodiment, particularly, the cold start of the
[0045]
Further, in the above embodiment, the case where the
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the first aspect of the present invention, a low-temperature active three-way catalyst capable of oxidizing CO at room temperature is provided as a three-way catalyst downstream of the HC trap. When the temperature of the three-way catalyst needs to be raised, such as at the time of a cold start, the air-fuel ratio is made rich and the HC and CO are discharged into the exhaust passage to increase the concentration of CO, thereby increasing the oxygen concentration. By supplying oxygen to the exhaust gas upstream side of the three-way catalyst by the supply means, HC is adsorbed by the HC trap on the upstream side, while CO is favorably oxidized by the low-temperature active type three-way catalyst at room temperature while being at room temperature. The temperature of the three-way catalyst can be increased by heating with the reaction heat of the oxidation reaction to quickly reach the activation temperature (about 250 ° C. to 350 ° C.). At this time, the proximity catalyst is not provided on the exhaust passage, the HC trap does not have a catalytic function, and the CO discharged from the internal combustion engine is directly supplied to the three-way catalyst, so that the discharged CO Can be oxidized by a three-way catalyst, and the temperature of the three-way catalyst can be raised efficiently without inconvenience such as a decrease in output due to the provision of a proximity catalyst.
[0047]
Therefore, even if HC adsorbed from the HC trap is desorbed at a certain temperature (about 150 ° C.) or more and released toward the downstream three-way catalyst, the three-way catalyst can be kept activated at this time. , HC can be reliably purified by the three-way catalyst.
According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the secondary air supply pump is used as the oxygen supply means, so that the combustion stability is ensured even if the air-fuel ratio of the internal combustion engine is made rich. Oxygen can be reliably supplied to the three-way catalyst as it is, and the early activation of the three-way catalyst can be efficiently performed while preventing combustion instability of the internal combustion engine, and the HC purification performance can be improved.
[0048]
According to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the third aspect, oxygen is supplied to the exhaust gas upstream side of the three-way catalyst by making the air-fuel ratio of some of the multiple cylinders a lean air-fuel ratio. Therefore, while a large amount of oxygen can be discharged from some cylinders having a lean air-fuel ratio, HC and CO can be discharged from the remaining cylinders having a rich air-fuel ratio. Can be supplied to the three-way catalyst, and the early activation of the three-way catalyst can be efficiently performed, and the purification performance of HC can be efficiently improved.
[0049]
In this case, the fuel injection in some cylinders is stopped, and the intake air is discharged from some cylinders by pumping, so that oxygen and CO can be more easily and reliably supplied to the three-way catalyst.
Further, according to the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, the HC trap is made of β-type zeolite having a high HC adsorption capacity, so that the HC is sufficiently held in the HC trap until the three-way catalyst is activated. As a result, the purification performance of HC can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention mounted on a vehicle.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a control routine of catalyst temperature increase control according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention mounted on a vehicle.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a control routine of catalyst temperature increase control according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1
28
34 Secondary air pump (oxygen supply means)
40 ECU (electronic control unit)
Claims (4)
前記HCトラップの排気下流側に位置して設けられ、常温でCOを酸化し得る三元触媒と、
前記三元触媒の排気上流側に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記三元触媒の昇温が必要なとき、内燃機関の空燃比をリッチ空燃比化するとともに、前記酸素供給手段により酸素を供給する昇温制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。An HC trap that is provided so that exhaust gas from an exhaust port of an internal combustion engine flows directly into an exhaust passage, has a function of adsorbing HC in the exhaust gas and releasing the adsorbed HC at a certain temperature or higher, and has no catalytic function. When,
A three-way catalyst that is provided on the exhaust gas downstream side of the HC trap and can oxidize CO at normal temperature;
Oxygen supply means for supplying oxygen to the exhaust upstream side of the three-way catalyst,
When the temperature of the three-way catalyst is required, while increasing the air-fuel ratio of the internal combustion engine to a rich air-fuel ratio, and a temperature increase control unit that supplies oxygen by the oxygen supply unit,
An exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記酸素供給手段は、前記多気筒のうちの一部気筒の空燃比をリーン空燃比化することにより前記三元触媒の排気上流側に酸素を供給することを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。The internal combustion engine consists of two or more cylinders,
2. The oxygen supply device according to claim 1, wherein the oxygen supply unit supplies oxygen to an exhaust gas upstream side of the three-way catalyst by changing an air-fuel ratio of a part of the multi-cylinder to a lean air-fuel ratio. 3. An exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
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