JP2007032398A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide technology to suitably increase the temperature of an exhaust gas purifying catalyst and suppress fuel consumption accompanied by the increase. <P>SOLUTION: In a configuration having the exhaust gas purifying catalyst and a catalyst temperature increase means for increasing the temperature of the catalyst, the catalyst temperature increase means is provided with an air supply means supplying fresh air, a fuel supply means, a premixed space where fresh air supplied by the air supply means and fuel supplied by the fuel supply means are mixed and air fuel mixture is formed, an ignition means igniting air fuel mixture formed in the premixed space, and a combustion catalyst. The combustion catalyst is formed by applying a wash coat on a Fe-Cr-Al stainless structure called a metal honeycomb and dispersing and carrying noble metal particles, and is provided between the air supply means, fuel supply means, premixed space, ignition means and the exhaust gas purifying catalyst. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気浄化触媒の温度を上昇させる技術に関する。   The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for increasing the temperature of an exhaust gas purification catalyst.

内燃機関の排気浄化装置として、排気通路の途中にHC(炭化水素)成分を還元剤として活性化されNOx(窒素酸化物)を還元して分解する触媒コンバータと、当該触媒コンバータの排気ガス導入側の近傍にこの触媒コンバータを加熱するバーナと、触媒コンバータに導かれる排気ガスの温度を検知する手段とを設けたものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, a catalytic converter that is activated with a HC (hydrocarbon) component as a reducing agent in the middle of an exhaust passage to reduce and decompose NOx (nitrogen oxide), and an exhaust gas introduction side of the catalytic converter Has been proposed in which a burner for heating the catalytic converter and means for detecting the temperature of the exhaust gas led to the catalytic converter are provided in the vicinity (see, for example, Patent Document 1).

そして、この排気浄化装置においては、触媒コンバータに導かれる排気ガスの温度が触媒の活性下限温度以下のときには、バーナを点火制御して火炎を発生させて触媒を加熱する。一方、その温度が活性下限温度以上のときには、失火してバーナの燃料であるHCを触媒に添加し、触媒を常時活性化するようにしている。
実用新案登録第2500050号公報 特開2000−282920号公報 特許第2752114号公報 特開平5−184875号公報
In this exhaust purification device, when the temperature of the exhaust gas led to the catalytic converter is equal to or lower than the activation lower limit temperature of the catalyst, the burner is controlled to generate a flame to heat the catalyst. On the other hand, when the temperature is equal to or higher than the activation lower limit temperature, misfire occurs and HC, which is a burner fuel, is added to the catalyst so that the catalyst is always activated.
Utility Model Registration No. 2500050 JP 2000-282920 A Japanese Patent No. 2752114 JP-A-5-184875

しかしながら、バーナの火炎温度が高く、またバーナと触媒コンバータとの距離が近いことから、触媒の温度が過剰に高くなり触媒が熱劣化してしまうおそれがある。これに対して、バーナと触媒コンバータとを遠ざけると、熱伝達効率が悪くなるので、燃費を悪化させてしまう。   However, since the flame temperature of the burner is high and the distance between the burner and the catalytic converter is short, the temperature of the catalyst becomes excessively high and the catalyst may be thermally deteriorated. On the other hand, if the burner and the catalytic converter are moved away from each other, the heat transfer efficiency is deteriorated, and the fuel efficiency is deteriorated.

また、バーナの火炎温度は高く、バーナ自体の排気ガス中に多量のNOxが存在し、そのNOxが大気中に排出されるおそれがある。   Further, the flame temperature of the burner is high, and there is a possibility that a large amount of NOx exists in the exhaust gas of the burner itself, and that NOx is discharged into the atmosphere.

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化触媒の温度を好適に上昇させるとともに、それに伴う燃料消費を抑制する技術を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique for appropriately raising the temperature of the exhaust purification catalyst and suppressing fuel consumption associated therewith. .

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化触媒と、当該排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温手段と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒昇温手段は、新気を供給する空気供給手段と、燃料を供給する燃料供給手段と、前記空気供給手段にて供給された新気と前記燃料供給手段にて供給された燃料とが混合し混合気が形成される予混合空間と、当該予混合空間にて形成された混合気に点火する点火手段と、前記空気供給手段、前記燃料供給手段、前記予混合空間および前記点火手段と、前記排気浄化触媒との間に設けられた燃焼用触媒と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies exhaust gas, and raises the temperature of the exhaust gas purification catalyst. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising a catalyst temperature raising means, the catalyst temperature raising means is supplied by an air supply means for supplying fresh air, a fuel supply means for supplying fuel, and the air supply means. Premixed space in which fresh air and fuel supplied by the fuel supply means are mixed to form a mixture, ignition means for igniting the mixture formed in the premixed space, and the air supply Means, a fuel supply means, the premixing space and the ignition means, and a combustion catalyst provided between the exhaust purification catalyst.

ここで、排気浄化触媒は、セラミック担体の触媒である。一方、燃焼用触媒は、メタルハニカムと呼ばれるFe−Cr−Alステンレス構造体の上にウォッシュコートを施して、貴金属微粒子を分散担持させたものをいう。   Here, the exhaust purification catalyst is a ceramic carrier catalyst. On the other hand, the combustion catalyst is a catalyst in which noble metal fine particles are dispersed and supported on a Fe-Cr-Al stainless steel structure called a metal honeycomb by applying a wash coat.

このように構成された燃焼用触媒は、貴金属触媒成分が微粒子化され、高い分散性を持っており、低い温度で有機成分を酸化分解することができる。また、この燃焼用触媒はステンレス基体なので熱伝導性が高く、熱容量が低い。それゆえ、触媒作動温度(活性温度)までの立ち上がりが、セラミック担体の触媒と比して非常に速くなる。さらに、基体がステンレスのため、非常に高い耐熱性を有しており、高温の排気ガスに曝されても損傷し難い。   The combustion catalyst configured as described above has a noble metal catalyst component finely divided and has high dispersibility, and can oxidize and decompose organic components at a low temperature. Moreover, since this combustion catalyst is a stainless steel substrate, it has high thermal conductivity and low heat capacity. Therefore, the rise to the catalyst operating temperature (activation temperature) is much faster than the ceramic carrier catalyst. Furthermore, since the substrate is made of stainless steel, it has a very high heat resistance and is hardly damaged even when exposed to high-temperature exhaust gas.

このように構成された内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の冷間始動時など、排気浄化触媒の温度が活性温度に達していない場合には、空気供給手段にて新気を供給するとともに燃料供給手段にて燃料を供給することにより予混合空間に新気と燃料の混合気を形成する。その後、当該混合気に点火手段で点火することにより燃焼ガスを発生することができる。そして、この燃焼ガスにより、燃焼用触媒および排気浄化触媒を加熱することができる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine thus configured, when the temperature of the exhaust gas purification catalyst has not reached the activation temperature, such as during a cold start of the internal combustion engine, fresh air is generated by the air supply means. In addition to supplying the fuel with the fuel supply means, a fresh air / fuel mixture is formed in the premix space. Thereafter, combustion gas can be generated by igniting the air-fuel mixture with an ignition means. The combustion gas and the exhaust purification catalyst can be heated by the combustion gas.

上述したように、燃焼用触媒は熱伝導性が高く、熱容量が低いので、活性温度まで早期に立ち上がる。そして、燃焼用触媒が活性温度に達すると、点火手段の点火により発生した燃焼ガス、空気供給手段にて供給された新気および燃料供給手段にて供給された燃料中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒上で反応する。そして、その反応熱で前記燃焼ガスがさらに暖められ、排気浄化触媒に至るガスの温度が高められるので、排気浄化触媒の温度が上昇する。その結果、排気浄化触媒の温度が早期に上昇させることができるので排気エミッションを向上させることができる。   As described above, since the combustion catalyst has high thermal conductivity and low heat capacity, it rises early to the activation temperature. When the combustion catalyst reaches the activation temperature, the combustion gas generated by ignition of the ignition means, fresh air supplied by the air supply means, and oxygen and HC (hydrocarbon in the fuel supplied by the fuel supply means) ) Reacts on the catalyst. Then, the combustion gas is further warmed by the reaction heat and the temperature of the gas reaching the exhaust purification catalyst is increased, so that the temperature of the exhaust purification catalyst rises. As a result, since the temperature of the exhaust purification catalyst can be raised early, exhaust emission can be improved.

また、燃焼用触媒での反応はHCの酸化分解(低温燃焼)であり1500℃以下の希薄燃焼(無炎燃焼)であるため、排気浄化触媒の温度が過剰に高くならない。バーナ火炎は2000℃以上の高温であり、このバーナ火炎で直接排気浄化触媒を加熱するのと比較すると、排気浄化触媒に与える熱影響を少なくすることができ、触媒の熱劣化を抑制することができる。   Further, since the reaction at the combustion catalyst is HC oxidative decomposition (low temperature combustion) and lean combustion (flameless combustion) at 1500 ° C. or less, the temperature of the exhaust purification catalyst does not become excessively high. The burner flame has a high temperature of 2000 ° C. or higher. Compared with heating the exhaust purification catalyst directly with this burner flame, the thermal effect on the exhaust purification catalyst can be reduced and the thermal deterioration of the catalyst can be suppressed. it can.

加えて、本発明に係る触媒昇温手段においては、空気供給手段、燃料供給手段、予混合空間および点火手段と、排気浄化触媒との間に、燃焼用触媒は設けられている。ゆえに、点火手段の点火による燃焼ガスが直接排気浄化触媒に至るのではなく、燃焼用触媒を通過した後に至るので、排気浄化触媒に至る前に温度が低下する。それゆえ、排気浄化触媒の熱劣化を抑制することができる。また、触媒昇温手段と排気浄化触媒との距離を近づけることができるので、熱効率を向上させることができ、排気浄化触媒を昇温させることに伴う燃費の悪化を抑制することができる。なお、上述したように、燃焼用触媒の基体はステンレスであるため、非常に高い耐熱性を有しており、高温の燃焼ガスに曝されても損傷し難い。   In addition, in the catalyst temperature raising means according to the present invention, a combustion catalyst is provided between the air supply means, the fuel supply means, the premixing space and the ignition means, and the exhaust purification catalyst. Therefore, the combustion gas generated by ignition by the ignition means does not directly reach the exhaust purification catalyst but passes through the combustion catalyst, so that the temperature is lowered before reaching the exhaust purification catalyst. Therefore, thermal deterioration of the exhaust purification catalyst can be suppressed. Further, since the distance between the catalyst temperature raising means and the exhaust purification catalyst can be reduced, the thermal efficiency can be improved, and the deterioration of fuel consumption caused by raising the temperature of the exhaust purification catalyst can be suppressed. As described above, since the base of the combustion catalyst is stainless steel, it has very high heat resistance and is hardly damaged even when exposed to high-temperature combustion gas.

また、本発明における触媒昇温装置においては、内燃機関の始動後、排気浄化触媒が一旦活性温度に達した後であっても、内燃機関の低負荷運転が継続されるなど、排気浄化触媒に至る排気の温度が低下し、排気浄化触媒が活性温度領域から外れるおそれがある場合においても、上述した始動時と同様に、触媒昇温手段にて排気浄化触媒の温度を上昇させることにより、排気浄化触媒の温度を活性温度領域に維持することができる。   Further, in the catalyst temperature raising apparatus according to the present invention, after the start of the internal combustion engine, even after the exhaust purification catalyst has once reached the activation temperature, the low load operation of the internal combustion engine is continued. Even when the temperature of the exhaust gas to reach is lowered and the exhaust purification catalyst may be out of the active temperature range, the exhaust temperature is increased by increasing the temperature of the exhaust purification catalyst by the catalyst temperature raising means, as in the above-mentioned start. The temperature of the purification catalyst can be maintained in the activation temperature region.

なお、排気浄化触媒の温度をあまり上昇させる必要がないときは、予混合空間内の混合気を点火手段で点火せずに、空気供給手段にて新気を供給するとともに燃料添加手段にて燃料を添加するだけでもよい。かかる場合にも、空気供給手段にて供給された新気および燃料添加手段にて添加された燃料中の酸素やHC(炭化水素)が燃焼用触媒上で反応し、その反応熱で排気浄化触媒を暖めることができる。   When there is no need to raise the temperature of the exhaust purification catalyst so much, the air-fuel mixture in the premixing space is not ignited by the ignition means, fresh air is supplied by the air supply means, and fuel is supplied by the fuel addition means. You may just add. Even in such a case, fresh air supplied by the air supply means and oxygen or HC (hydrocarbon) in the fuel added by the fuel addition means react on the combustion catalyst, and the exhaust heat purification catalyst is generated by the reaction heat. Can warm up.

また、排気浄化触媒の温度が上昇し過ぎるおそれがある場合には、燃料添加手段にて燃料を添加せずに空気供給手段にて新気を供給することにより排気浄化触媒を冷却し、排気浄化触媒の熱劣化を抑制することができる。   Further, when there is a possibility that the temperature of the exhaust purification catalyst will rise excessively, the exhaust purification catalyst is cooled by supplying fresh air by the air supply means without adding fuel by the fuel addition means, and the exhaust purification catalyst is supplied. Thermal deterioration of the catalyst can be suppressed.

上述した排気浄化装置において、前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路から分岐して前記排気浄化触媒に通じる分岐通路と、当該分岐通路を流通する排気の流量を調整する流量調整手段と、をさらに備え、前記触媒昇温手段は前記分岐通路に設けられていることが好適である。   In the exhaust purification device described above, a branch passage that branches from the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst and communicates with the exhaust purification catalyst, and a flow rate adjusting means that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch passage. Furthermore, it is preferable that the catalyst temperature raising means is provided in the branch passage.

このように構成された内燃機関の排気浄化装置にあっては、流量調整手段で分岐通路を流通する排気の流量を調整することができ、排気が燃焼用触媒を通過する場合には、その熱により燃焼用触媒の温度を上昇させることができる。そして、これにより燃焼用触媒での反応を促進させることができ、反応が促進される分、さらに、排気浄化触媒の温度を早期に上昇させることができる。   In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine configured in this way, the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch passage can be adjusted by the flow rate adjusting means, and when the exhaust gas passes through the combustion catalyst, the heat As a result, the temperature of the combustion catalyst can be increased. As a result, the reaction at the combustion catalyst can be promoted, and the temperature of the exhaust purification catalyst can be raised at an early stage as the reaction is promoted.

また、燃焼用触媒が活性温度に達している状態では、点火手段の点火により発生した燃焼ガス、空気供給手段にて供給された新気および燃料供給手段にて供給された燃料に加えて内燃機関から排出された排気中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒上で反応する。   Further, when the combustion catalyst has reached the activation temperature, in addition to the combustion gas generated by ignition of the ignition means, the fresh air supplied by the air supply means, and the fuel supplied by the fuel supply means, the internal combustion engine Oxygen and HC (hydrocarbon) in the exhaust discharged from the reactor react on the catalyst.

そして、燃焼用触媒を通過する排気の流量およびその空燃比に応じて、空気供給手段にて供給する新気および燃料供給手段にて供給する燃料の量を調整することができる。これにより、燃焼用触媒にて発生させる熱量が同じであるとすると、排気中の酸素やHCが増加するのに応じて空気供給手段および燃料供給手段の駆動を減少させることができる。その結果、空気供給手段および燃料供給手段を駆動させるための動力を最小限に抑えることができるので、触媒を昇温させるために燃料消費を抑制することができる。   The amount of fresh air supplied by the air supply means and the amount of fuel supplied by the fuel supply means can be adjusted according to the flow rate of the exhaust gas passing through the combustion catalyst and the air-fuel ratio thereof. Thus, assuming that the amount of heat generated in the combustion catalyst is the same, the driving of the air supply means and the fuel supply means can be reduced as oxygen and HC in the exhaust gas increase. As a result, power for driving the air supply means and the fuel supply means can be minimized, so that fuel consumption can be suppressed in order to raise the temperature of the catalyst.

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒の温度を好適に上昇させるとともに、それに伴う燃料消費を抑制することができる。   As described above, according to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is possible to suitably increase the temperature of the exhaust gas purification catalyst and to suppress fuel consumption associated therewith.

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below based on the following embodiments with reference to the drawings.

図1に示すように、内燃機関1の排気通路2の途中には、排気浄化触媒3が設けられている。   As shown in FIG. 1, an exhaust purification catalyst 3 is provided in the middle of the exhaust passage 2 of the internal combustion engine 1.

また、排気浄化触媒3の上流側で排気通路2から分岐して排気浄化触媒3に通じる分岐通路4が形成されており、この分岐通路4には、排気浄化触媒3の温度を上昇させるための装置である触媒昇温装置5が設けられている。この触媒昇温装置5よりも上流の分岐通路4には、当該分岐通路4を流通する内燃機関1からの排気の流量を制御する流量制御弁6が備えられている。   A branch passage 4 is formed on the upstream side of the exhaust purification catalyst 3 so as to branch from the exhaust passage 2 and communicate with the exhaust purification catalyst 3. The branch passage 4 is used to increase the temperature of the exhaust purification catalyst 3. A catalyst temperature raising device 5 as an apparatus is provided. The branch passage 4 upstream of the catalyst temperature raising device 5 is provided with a flow rate control valve 6 for controlling the flow rate of the exhaust gas from the internal combustion engine 1 flowing through the branch passage 4.

触媒昇温装置5は、その内部に電熱式ヒータ(グロープラグ)50を有する燃焼用触媒51と、当該燃焼用触媒51の上流であって流量制御弁6の下流における分岐通路4に形成された予混合空間55に燃料を供給する燃料添加弁52と、同じく予混合空間55に新気を供給するエアポンプ53と、燃焼用触媒51の上流であってエアポンプ53の下流における分岐通路4において混合気に点火する点火プラグ54とを備えている。   The catalyst temperature raising device 5 is formed in a combustion catalyst 51 having an electric heater (glow plug) 50 therein and a branch passage 4 upstream of the combustion catalyst 51 and downstream of the flow control valve 6. The fuel addition valve 52 that supplies fuel to the premixing space 55, the air pump 53 that supplies fresh air to the premixing space 55, and the air-fuel mixture in the branch passage 4 upstream of the combustion catalyst 51 and downstream of the air pump 53. And an ignition plug 54 for igniting the battery.

本実施例における燃焼用触媒51は、メタルハニカムと呼ばれるFe−Cr−Alステンレス構造体の上にウォッシュコートを施して、貴金属微粒子を分散担持させたものである。このように構成された燃焼用触媒51は、貴金属触媒成分が微粒子化され、高い分散性を持っており、低い温度で有機成分を酸化分解することができる。   The combustion catalyst 51 in this embodiment is obtained by applying a wash coat on a Fe—Cr—Al stainless steel structure called a metal honeycomb to disperse and carry precious metal fine particles. The combustion catalyst 51 configured as described above has a noble metal catalyst component finely divided and has high dispersibility, and can oxidize and decompose organic components at a low temperature.

また、この触媒51はステンレス基体なので熱伝導性が高く、熱容量が低い。それゆえ、触媒作動温度(活性温度)までの立ち上がりが、セラミック担体の触媒と比して非常に速くなる。さらに、基体がステンレスのため、非常に高い耐熱性を有しており、高温の排気ガスに曝されても損傷し難い。   Moreover, since this catalyst 51 is a stainless steel base, its thermal conductivity is high and its heat capacity is low. Therefore, the rise to the catalyst operating temperature (activation temperature) is much faster than the ceramic carrier catalyst. Furthermore, since the substrate is made of stainless steel, it has a very high heat resistance and is hardly damaged even when exposed to high-temperature exhaust gas.

本実施例における排気浄化装置の電熱式ヒータ50、燃料添加弁52、エアポンプ53、点火プラグ54および流量制御弁6は、内燃機関1に併設された電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)10からの指令信号に基づいて制御される。   The electric heater 50, the fuel addition valve 52, the air pump 53, the spark plug 54, and the flow rate control valve 6 of the exhaust purification apparatus according to the present embodiment are from an electronic control unit (ECU) 10 provided in the internal combustion engine 1. Is controlled based on the command signal.

このように構成された排気浄化装置においては、内燃機関1の始動時などにおいて、排気浄化触媒3の温度が低く、その活性温度に達していない場合には、内燃機関1から排出された排気を充分に浄化することができない場合がある。そうすると、内燃機関1から排出された排気が充分に浄化されずに車外に放散され、エミッションが悪化するおそれがある。   In the exhaust gas purification apparatus configured as described above, when the temperature of the exhaust gas purification catalyst 3 is low and has not reached its activation temperature, for example, when the internal combustion engine 1 is started, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 is exhausted. In some cases, it cannot be sufficiently purified. If it does so, the exhaust_gas | exhaustion discharged | emitted from the internal combustion engine 1 may be diffused outside a vehicle, without being fully purified, and there exists a possibility that emission may deteriorate.

そこで、本実施例においては、内燃機関1の始動時など、排気浄化触媒3の温度が低い場合には、流量制御弁6を開弁側に駆動することによって分岐通路4を通過する排気の量を増加させる。そして、エアポンプ53で予混合空間55に新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加し、予混合空間55で混合気を形成した上で、点火プラグ54で点火する。その結果、その燃焼ガスが燃焼用触媒51および排気浄化触媒3に至り、これらの触媒が暖められる。   Therefore, in this embodiment, when the temperature of the exhaust purification catalyst 3 is low, such as when the internal combustion engine 1 is started, the amount of exhaust that passes through the branch passage 4 by driving the flow control valve 6 to the valve opening side. Increase. Then, fresh air is supplied to the premixing space 55 by the air pump 53 and fuel is added from the fuel addition valve 52 to form a mixture in the premixing space 55 and then ignited by the spark plug 54. As a result, the combustion gas reaches the combustion catalyst 51 and the exhaust purification catalyst 3, and these catalysts are warmed.

上述したように燃焼用触媒51は熱伝導性が高く、熱容量が低いので、活性温度まで早期に立ち上がる。燃焼用触媒51が活性温度に達していると、内燃機関1からの排気および点火プラグ54での点火による燃焼ガス中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒51上で反応する。そして、その反応熱で燃焼用触媒51の温度が上昇するとともに、排気浄化触媒3に至るガスの温度が高められ排気浄化触媒3の温度が上昇する。また、内燃機関1からの排気を燃焼用触媒51で浄化することができる。   As described above, the combustion catalyst 51 has a high thermal conductivity and a low heat capacity, so that it quickly rises to the activation temperature. When the combustion catalyst 51 reaches the activation temperature, the exhaust gas from the internal combustion engine 1 and oxygen or HC (hydrocarbon) in the combustion gas caused by ignition at the spark plug 54 react on the catalyst 51. Then, the temperature of the combustion catalyst 51 rises due to the reaction heat, the temperature of the gas reaching the exhaust purification catalyst 3 is increased, and the temperature of the exhaust purification catalyst 3 rises. Further, the exhaust from the internal combustion engine 1 can be purified by the combustion catalyst 51.

ただし、燃焼用触媒51での反応はHCの酸化分解(低温燃焼)であり1500℃以下の希薄燃焼(無炎燃焼)であるため、排気浄化触媒3の温度が過剰に高くならない。バーナ火炎は2000℃以上の高温であり、このバーナ火炎で直接排気浄化触媒3が暖められるのと比較すると、排気浄化触媒3に与える熱影響は少く、排気浄化触媒3の熱劣化を抑制することができる。   However, since the reaction at the combustion catalyst 51 is oxidative decomposition (low temperature combustion) of HC and lean combustion (flameless combustion) at 1500 ° C. or less, the temperature of the exhaust purification catalyst 3 does not become excessively high. The burner flame is at a high temperature of 2000 ° C. or higher, and compared with the case where the exhaust purification catalyst 3 is directly warmed by this burner flame, the heat effect on the exhaust purification catalyst 3 is small and the thermal degradation of the exhaust purification catalyst 3 is suppressed. Can do.

また、本実施例における触媒昇温装置5においては、排気浄化触媒3と点火プラグ54の間に燃焼用触媒51が設けられており、また排気浄化触媒3と点火プラグ54との間には充分なスペースが設けられている。それゆえ、点火プラグ54での点火による燃焼ガスは排気浄化触媒3に至る前に温度が低下するので、排気浄化触媒3の熱劣化を抑制することができる。   Further, in the catalyst temperature raising device 5 in the present embodiment, the combustion catalyst 51 is provided between the exhaust purification catalyst 3 and the spark plug 54, and between the exhaust purification catalyst 3 and the spark plug 54 is sufficient. Space is provided. Therefore, since the temperature of the combustion gas resulting from ignition by the spark plug 54 decreases before reaching the exhaust purification catalyst 3, thermal deterioration of the exhaust purification catalyst 3 can be suppressed.

これらにより、触媒昇温装置5と排気浄化触媒3との距離を近づけることができるので、熱効率を向上させることができ、排気浄化触媒3を昇温させることに伴う燃費の悪化を抑制することができる。なお、燃焼用触媒51の基体はステンレスであるため、非常に高い耐熱性を有しており、高温の排気ガスに曝されても損傷し難い。   As a result, the distance between the catalyst temperature raising device 5 and the exhaust purification catalyst 3 can be reduced, so that the thermal efficiency can be improved and the deterioration of fuel consumption caused by raising the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be suppressed. it can. Since the base of the combustion catalyst 51 is stainless steel, it has extremely high heat resistance and is not easily damaged even when exposed to high-temperature exhaust gas.

また、燃焼用触媒51の内側には電熱式ヒータ50が設けられており、内燃機関1の冷間始動時などに、燃焼用触媒51を早期に活性温度にすることができるので、燃焼用触媒51での反応を促進させることができる。そしてこれにより、排気浄化触媒3をも早期に活性温度にすることができる。   Further, an electrothermal heater 50 is provided inside the combustion catalyst 51, and the combustion catalyst 51 can be brought to the activation temperature at an early stage when the internal combustion engine 1 is cold started. The reaction at 51 can be promoted. As a result, the exhaust purification catalyst 3 can also be brought to the activation temperature at an early stage.

また、本実施例における触媒昇温装置5においては、内燃機関1の始動後、排気浄化触媒3が一旦活性温度に達した後であっても、内燃機関1の低負荷運転が継続されるなど、排気浄化触媒3に至る排気の温度が低下し、排気浄化触媒3が活性温度領域から外れるおそれがある場合には、上述した始動時の制御と同様に触媒昇温装置5を制御することが好適である。   Further, in the catalyst temperature raising device 5 in this embodiment, after the internal combustion engine 1 is started, the low-load operation of the internal combustion engine 1 is continued even after the exhaust purification catalyst 3 once reaches the activation temperature. When the temperature of the exhaust gas reaching the exhaust purification catalyst 3 is lowered and the exhaust purification catalyst 3 may be out of the active temperature range, the catalyst temperature raising device 5 can be controlled in the same manner as the control at the time of starting. Is preferred.

つまり、流量制御弁6を開弁側に駆動することによって分岐通路4を通過する排気の量を増加させる。そして、エアポンプ53で予混合空間55に新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加し、予混合空間55で混合気を形成した上で、点火プラグ54で点火する。これにより、内燃機関1が運転されている場合には、常に排気浄化触媒3を活性温度に保つことができるので排気エミッションを向上させることができる。   That is, the amount of exhaust gas passing through the branch passage 4 is increased by driving the flow control valve 6 to the valve opening side. Then, fresh air is supplied to the premixing space 55 by the air pump 53 and fuel is added from the fuel addition valve 52 to form a mixture in the premixing space 55 and then ignited by the spark plug 54. As a result, when the internal combustion engine 1 is in operation, the exhaust purification catalyst 3 can always be kept at the activation temperature, so that exhaust emission can be improved.

なお、排気浄化触媒3の温度をあまり上昇させる必要がないときは、予混合空間55およびその下流の分岐通路4内の混合気を点火プラグ54で点火せずに、流量制御弁6を開弁側に駆動し、エアポンプ53から新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加するだけでもよい。   When it is not necessary to raise the temperature of the exhaust purification catalyst 3 so much, the flow control valve 6 is opened without igniting the air-fuel mixture in the premixing space 55 and the branch passage 4 downstream thereof with the spark plug 54. It is also possible to drive to the side, supply fresh air from the air pump 53 and add fuel from the fuel addition valve 52.

かかる場合にも、内燃機関1からの排気、エアポンプ53から供給された新気および燃料添加弁52から添加する燃料中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒51上で反応し、その反応熱で排気浄化触媒3に至るガスの温度を高めることができ、排気浄化触媒3の温度を上昇させることができる。   Even in such a case, the exhaust gas from the internal combustion engine 1, the fresh air supplied from the air pump 53, and the oxygen and HC (hydrocarbon) in the fuel added from the fuel addition valve 52 react on the catalyst 51, and the reaction heat. Thus, the temperature of the gas reaching the exhaust purification catalyst 3 can be increased, and the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be raised.

また、排気通路2に設けた酸素濃度センサ7の検出値に基づいて流量制御弁6の弁開度、エアポンプ53および燃料添加弁52の駆動を制御することが好適である。例えば、酸素濃度センサ7の検出値により排気の空燃比のリーン度合いが高い場合はエアポンプ53の駆動を停止する、あるいは排気の空燃比のリーン度合いが低い場合は流量制御弁6の弁開度を小さくして分岐通路4を流通する排気の流量を低減するとともに、エアポンプ53を駆動させるように制御する。また、排気の空燃比がリッチである場合には、燃料添加弁52にて燃料を添加しないように制御する。   Further, it is preferable to control the opening degree of the flow control valve 6 and the driving of the air pump 53 and the fuel addition valve 52 based on the detection value of the oxygen concentration sensor 7 provided in the exhaust passage 2. For example, when the lean value of the air-fuel ratio of the exhaust gas is high according to the detection value of the oxygen concentration sensor 7, the driving of the air pump 53 is stopped, or when the lean degree of the air-fuel ratio of the exhaust gas is low, the valve opening degree of the flow control valve 6 is set. Control is made to reduce the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch passage 4 and drive the air pump 53. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust is rich, the fuel addition valve 52 performs control so that fuel is not added.

そして、これらにより、燃焼用触媒51にて発生させる熱量が同じであるとすると、排気中の酸素やHCが増加するのに応じてエアポンプ53および燃料添加弁52の駆動を減少させることができるので、排気浄化触媒3の温度を上昇させることに伴い燃費が悪化するのを抑制することができる。   As a result, assuming that the amount of heat generated in the combustion catalyst 51 is the same, the drive of the air pump 53 and the fuel addition valve 52 can be reduced as oxygen and HC in the exhaust gas increase. Further, it is possible to suppress the deterioration of the fuel consumption accompanying the increase in the temperature of the exhaust purification catalyst 3.

また、排気浄化触媒3の温度が上昇し過ぎるおそれがある場合には、燃料添加弁52にて燃料を添加せずにエアポンプ53にて新気を供給することにより排気浄化触媒3を冷却し、排気浄化触媒3の熱劣化を抑制することができる。   Further, when there is a possibility that the temperature of the exhaust purification catalyst 3 will rise excessively, the exhaust purification catalyst 3 is cooled by supplying fresh air with the air pump 53 without adding fuel with the fuel addition valve 52, Thermal deterioration of the exhaust purification catalyst 3 can be suppressed.

本実施例に係る排気浄化装置の概略構成を示したのが図2である。本図に示すように、本実施例に係る排気浄化装置は、実施例1に係る排気浄化装置に対して以下の点のみ異なる。   FIG. 2 shows a schematic configuration of the exhaust purification apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the exhaust purification apparatus according to the present embodiment differs from the exhaust purification apparatus according to the first embodiment only in the following points.

触媒昇温装置5を、排気通路2から分岐する通路上に設置するのではなく、排気通路2とは独立した燃焼ガス通路8上に設置する。そして、燃焼ガス通路8の一端を、燃焼ガス通路8を流通する燃焼ガスが排気浄化触媒3に直接あたるように形成する。   The catalyst temperature raising device 5 is not installed on the passage branched from the exhaust passage 2 but on the combustion gas passage 8 independent of the exhaust passage 2. Then, one end of the combustion gas passage 8 is formed so that the combustion gas flowing through the combustion gas passage 8 directly hits the exhaust purification catalyst 3.

このように構成された排気浄化装置において、内燃機関1の始動時など、排気浄化触媒3の温度が低い場合には、エアポンプ53で燃焼ガス通路8に新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加し、予混合空間55で混合気を形成した上で、点火プラグ54で点火する。その結果、その燃焼ガスが燃焼用触媒51および排気浄化触媒3に至り、これらの触媒が暖められる。   In the exhaust purification device configured as described above, when the temperature of the exhaust purification catalyst 3 is low, such as when the internal combustion engine 1 is started, fresh air is supplied to the combustion gas passage 8 by the air pump 53 and from the fuel addition valve 52. After adding fuel and forming an air-fuel mixture in the premixing space 55, ignition is performed with a spark plug 54. As a result, the combustion gas reaches the combustion catalyst 51 and the exhaust purification catalyst 3, and these catalysts are warmed.

上述したように燃焼用触媒51は熱伝導性が高く、熱容量が低いので、活性温度まで早期に立ち上がる。燃焼用触媒51が活性温度に達していると、その燃焼ガス中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒51上で反応する。そして、その反応熱で燃焼用触媒51の温度が上昇するとともに、排気浄化触媒3に至るガスの温度が高められ排気浄化触媒3の温度が上昇する。   As described above, the combustion catalyst 51 has a high thermal conductivity and a low heat capacity, so that it quickly rises to the activation temperature. When the combustion catalyst 51 reaches the activation temperature, oxygen and HC (hydrocarbon) in the combustion gas react on the catalyst 51. Then, the temperature of the combustion catalyst 51 rises due to the reaction heat, the temperature of the gas reaching the exhaust purification catalyst 3 is increased, and the temperature of the exhaust purification catalyst 3 rises.

また、燃焼用触媒51の内側に設けられた電熱式ヒータ50を用いることにより、内燃機関1の冷間始動時などに、燃焼用触媒51を加熱し、早期に活性温度にすることができる。それゆえ、燃焼用触媒51での反応を促進させることができ、排気浄化触媒3をも早期に活性温度にすることができる。   Further, by using the electric heater 50 provided inside the combustion catalyst 51, the combustion catalyst 51 can be heated to the activation temperature at an early stage when the internal combustion engine 1 is cold started. Therefore, the reaction in the combustion catalyst 51 can be promoted, and the exhaust purification catalyst 3 can be brought to the activation temperature at an early stage.

また、上述したように、燃焼用触媒51での反応は低温燃焼であるため、点火プラグ54の点火による燃焼ガスにより排気浄化触媒3が熱劣化することを抑制することができる。また、本実施例における触媒昇温装置5においても、排気浄化触媒3と点火プラグ54の間に燃焼用触媒51が設けられているなどにより、点火プラグ54での点火による燃焼ガスは排気浄化触媒3に至る前に温度が低下するので、排気浄化触媒3の熱劣化を抑制することができる。   Further, as described above, since the reaction at the combustion catalyst 51 is low-temperature combustion, it is possible to prevent the exhaust purification catalyst 3 from being thermally deteriorated by the combustion gas generated by ignition of the spark plug 54. Further, in the catalyst temperature raising device 5 in this embodiment, the combustion catalyst 51 is provided between the exhaust purification catalyst 3 and the ignition plug 54, so that the combustion gas generated by ignition at the ignition plug 54 is exhausted. Since the temperature decreases before reaching 3, the thermal deterioration of the exhaust purification catalyst 3 can be suppressed.

そして、これらにより、触媒昇温装置5と排気浄化触媒3とを近づけることができるので、熱効率を上昇させることができる。その結果、触媒昇温装置5を用いて排気浄化触媒3を昇温させるのに伴い、燃費が悪化するのを抑制することができる。   Then, the catalyst temperature raising device 5 and the exhaust purification catalyst 3 can be brought close to each other, so that the thermal efficiency can be increased. As a result, it is possible to suppress the deterioration of fuel consumption as the exhaust purification catalyst 3 is heated using the catalyst temperature raising device 5.

また、本実施例における触媒昇温装置5においても、内燃機関1の暖機完了後であっても、排気浄化触媒3が活性温度領域から外れるおそれがある場合には、上述した始動時の制御と同様に触媒昇温装置5を制御することが好適である。   Further, in the catalyst temperature raising apparatus 5 in the present embodiment as well, when the exhaust purification catalyst 3 is likely to be out of the activation temperature range even after the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed, the above-described control at the time of starting is performed. It is preferable to control the catalyst temperature raising device 5 similarly to the above.

つまり、エアポンプ53で分岐通路4に新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加して、予混合空間55内に混合気を形成した上で、点火プラグ54で点火する。これにより、内燃機関1が運転されている場合には、常に排気浄化触媒3を活性温度に保つことができるので排気エミッションを向上させることができる。   That is, fresh air is supplied to the branch passage 4 by the air pump 53 and fuel is added from the fuel addition valve 52 to form an air-fuel mixture in the premixing space 55, and then ignition is performed by the spark plug 54. As a result, when the internal combustion engine 1 is in operation, the exhaust purification catalyst 3 can always be kept at the activation temperature, so that exhaust emission can be improved.

また、排気浄化触媒3の温度をあまり上昇させる必要がないときは、予混合空間55内の混合気を点火プラグ54で点火せずに、エアポンプ53から新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加するだけでもよい。   When it is not necessary to raise the temperature of the exhaust purification catalyst 3 so much, fresh air is supplied from the air pump 53 and the fuel addition valve 52 is not ignited by the spark plug 54. It is only necessary to add fuel.

かかる場合にも、エアポンプ53から供給された新気および燃料添加弁52から添加する燃料中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒51上で反応し、その反応熱で排気浄化触媒3を暖めることができる。   Even in such a case, fresh air supplied from the air pump 53 and oxygen or HC (hydrocarbon) in the fuel added from the fuel addition valve 52 react on the catalyst 51 and warm the exhaust purification catalyst 3 by the reaction heat. be able to.

以上、説明したように、本実施例における排気浄化装置においては、触媒昇温装置5を制御することにより、内燃機関の冷間始動時などに排気浄化触媒3の温度を迅速に上昇させることができるとともに、暖機完了後、内燃機関の運転中には排気浄化触媒3の温度を活性温度に保つことができる。   As described above, in the exhaust purification device according to the present embodiment, the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be quickly raised by controlling the catalyst temperature raising device 5 during a cold start of the internal combustion engine. In addition, after the warm-up is completed, the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be kept at the activation temperature during the operation of the internal combustion engine.

したがって、本実施例における排気浄化装置によれば、排気エミッションを向上させることができるとともに、それに伴う燃料消費を抑制することができる。   Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, exhaust emission can be improved and the accompanying fuel consumption can be suppressed.

本実施例に係る排気浄化装置の概略構成を示したのが図3である。本図に示すように、本実施例に係る排気浄化装置は、排気浄化触媒3の上流の排気通路2に触媒昇温装置5を設置する。   FIG. 3 shows a schematic configuration of the exhaust purification apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment is provided with a catalyst temperature raising device 5 in the exhaust passage 2 upstream of the exhaust purification catalyst 3.

つまり、排気浄化触媒3よりも上流の排気通路2に燃焼用触媒51を設け、その上流の排気通路2に、燃料を供給する燃料添加弁52、新気を供給するエアポンプ53および点火プラグ54を設ける。   That is, the combustion catalyst 51 is provided in the exhaust passage 2 upstream of the exhaust purification catalyst 3, and the fuel addition valve 52 for supplying fuel, the air pump 53 for supplying fresh air, and the spark plug 54 are provided in the exhaust passage 2 upstream thereof. Provide.

このように構成された排気浄化装置においては、内燃機関1の始動時など、内燃機関1からの排気に、エアポンプ53にて新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加した上で、点火プラグ54で点火する。その燃焼により温度が高められた排気が、燃焼用触媒51および排気浄化触媒3に至り、これらの触媒が暖められる。   In the exhaust gas purification apparatus configured as described above, after supplying fresh air to the exhaust gas from the internal combustion engine 1 by the air pump 53 and adding fuel from the fuel addition valve 52, such as when the internal combustion engine 1 is started, Ignite with spark plug 54. Exhaust gas whose temperature has been increased by the combustion reaches the combustion catalyst 51 and the exhaust gas purification catalyst 3, and these catalysts are warmed.

また、燃焼用触媒51が活性温度に達していると、内燃機関1からの排気および点火プラグ54での点火による燃焼ガス中の酸素やHC(炭化水素)が当該触媒51上で反応する。そして、その反応熱で燃焼用触媒51の温度が上昇するとともに、排気浄化触媒3に至る排気の温度が高められ排気浄化触媒3の温度が上昇する。   Further, when the combustion catalyst 51 reaches the activation temperature, the exhaust gas from the internal combustion engine 1 and oxygen and HC (hydrocarbon) in the combustion gas caused by ignition at the spark plug 54 react on the catalyst 51. Then, the temperature of the combustion catalyst 51 rises due to the reaction heat, the temperature of the exhaust gas reaching the exhaust purification catalyst 3 is increased, and the temperature of the exhaust purification catalyst 3 rises.

また、上述したように、燃焼用触媒51での反応は低温燃焼であるため、点火プラグ54の点火による燃焼ガスにより排気浄化触媒3が熱劣化することを抑制することができる。また、本実施例における触媒昇温装置5においても、排気浄化触媒3と点火プラグ54の間に燃焼用触媒51が設けられているなどにより、点火プラグ54での点火による燃焼ガスは排気浄化触媒3に至る前に温度が低下するので、排気浄化触媒3の熱劣化を抑制することができる。   Further, as described above, since the reaction at the combustion catalyst 51 is low-temperature combustion, it is possible to prevent the exhaust purification catalyst 3 from being thermally deteriorated by the combustion gas generated by ignition of the spark plug 54. Further, in the catalyst temperature raising device 5 in this embodiment, the combustion catalyst 51 is provided between the exhaust purification catalyst 3 and the ignition plug 54, so that the combustion gas generated by ignition at the ignition plug 54 is exhausted. Since the temperature decreases before reaching 3, the thermal deterioration of the exhaust purification catalyst 3 can be suppressed.

これらにより、触媒昇温装置5と排気浄化触媒3とを近づけることができるので、熱効率を上昇させることができ、触媒昇温装置5を用いて排気浄化触媒3を昇温させるのに伴い、燃費が悪化するのを抑制することができる。   As a result, the catalyst temperature raising device 5 and the exhaust purification catalyst 3 can be brought closer to each other, so that the thermal efficiency can be increased. As the temperature of the exhaust purification catalyst 3 is raised using the catalyst temperature raising device 5, the fuel efficiency is increased. Can be prevented from deteriorating.

また、本実施例における触媒昇温装置5においても、内燃機関1の暖機完了後であっても、排気浄化触媒3が活性温度領域から外れるおそれがある場合には、上述した始動時の制御と同様に触媒昇温装置5を制御することが好適である。   Further, in the catalyst temperature raising apparatus 5 in the present embodiment as well, when the exhaust purification catalyst 3 is likely to be out of the activation temperature range even after the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed, the above-described control at the time of starting is performed. It is preferable to control the catalyst temperature raising device 5 similarly to the above.

つまり、エアポンプ53で排気に新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加して混合気を形成した上で、点火プラグ54で点火する。これにより、内燃機関1が運転されている場合には、常に排気浄化触媒3を活性温度に保つことができるので排気エミッションを向上させることができる。   In other words, fresh air is supplied to the exhaust gas by the air pump 53 and fuel is added from the fuel addition valve 52 to form an air-fuel mixture, which is then ignited by the spark plug 54. As a result, when the internal combustion engine 1 is in operation, the exhaust purification catalyst 3 can always be kept at the activation temperature, so that exhaust emission can be improved.

また、排気浄化触媒3の温度をあまり上昇させる必要がないときは、エアポンプ53からの新気の供給および/または燃料添加弁52からの燃料の添加を行うだけでもよい。かかる場合にも、内燃機関1からの排気、エアポンプ53から供給された新気および/また
は燃料添加弁52から添加された燃料中の、酸素やHC(炭化水素)が燃焼用触媒51上で反応し、その反応熱で排気浄化触媒3を暖めることができる。
Further, when it is not necessary to raise the temperature of the exhaust purification catalyst 3 so much, it is sufficient to supply fresh air from the air pump 53 and / or add fuel from the fuel addition valve 52. Even in such a case, oxygen and HC (hydrocarbon) in the exhaust gas from the internal combustion engine 1, fresh air supplied from the air pump 53 and / or fuel added from the fuel addition valve 52 react on the combustion catalyst 51. The exhaust purification catalyst 3 can be warmed by the reaction heat.

上述したように、本実施例における排気浄化装置においては、触媒昇温装置5を制御することにより、内燃機関の冷間始動時などに排気浄化触媒3の温度を迅速に上昇させることができるとともに、暖機完了後、内燃機関の運転中には排気浄化触媒3の温度を活性温度に保つことができる。   As described above, in the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, the temperature of the exhaust gas purification catalyst 3 can be quickly raised by controlling the catalyst temperature raising device 5 when the internal combustion engine is cold started. After the warm-up is completed, the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be kept at the activation temperature during the operation of the internal combustion engine.

したがって、本実施例における排気浄化装置によれば、排気エミッションを向上させることができるとともに、それに伴う燃料消費を抑制することができる。   Therefore, according to the exhaust gas purification apparatus of the present embodiment, exhaust emission can be improved and the accompanying fuel consumption can be suppressed.

本実施例に係る排気浄化装置の概略構成を示したのが図4である。本図に示すように、本実施例に係る排気浄化装置は、実施例1に係る排気浄化装置に対して、触媒昇温装置5が異なる。   FIG. 4 shows a schematic configuration of the exhaust purification apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment differs from the exhaust gas purification apparatus according to the first embodiment in a catalyst temperature raising device 5.

本実施例に係る触媒昇温装置5は、分岐通路4上にメタルファイババーナ56を円筒状に設けており、その内側の空間を排気が通過するようになっている。また、メタルファイババーナ56の内側の空間に電極が存在するように点火プラグ54が設けられている。   In the catalyst temperature raising apparatus 5 according to this embodiment, a metal fiber burner 56 is provided on the branch passage 4 in a cylindrical shape, and the exhaust gas passes through the space inside the metal fiber burner 56. A spark plug 54 is provided so that the electrode exists in the space inside the metal fiber burner 56.

メタルファイババーナ56は、メタルファイバマットを通気性材料として利用したものであり、このメタルファイバマットは、鉄、クロム、アルミニウム、イットリウムを成分とした耐熱合金を伸線、繊維化し、ランダムに積層、層状化した上で2〜4mmの厚さで焼結させたものである。   The metal fiber burner 56 uses a metal fiber mat as a breathable material. This metal fiber mat is drawn, fiberized, and randomly laminated with a heat-resistant alloy containing iron, chromium, aluminum, and yttrium as components. After being layered, it is sintered at a thickness of 2 to 4 mm.

そして、メタルファイババーナ56の外側には、当該メタルファイババーナ56を包み込むように予混合空間55が形成されており、当該予混合空間55内に燃料添加弁52から燃料が添加されるとともにエアポンプ53から新気が供給される。また、メタルファイババーナ56の外周外側には電熱式ヒータ50が設けられている。   A premix space 55 is formed outside the metal fiber burner 56 so as to wrap the metal fiber burner 56, and fuel is added into the premix space 55 from the fuel addition valve 52 and the air pump 53. Fresh air is supplied from. An electrothermal heater 50 is provided outside the outer periphery of the metal fiber burner 56.

このように構成された触媒昇温装置5においては、予混合空間55内に燃料添加弁52から燃料が添加されるとともにエアポンプ53から新気が供給されると、予混合空間55内で燃料と新気が混合される。その後、当該混合気がメタルファイババーナ56を浸透し分岐通路4にしみでてくる。そのメタルファイババーナ56を浸透する際、燃料が均一となり、均一な混合気が分岐通路4にしみ出てくる。   In the catalyst temperature raising apparatus 5 configured as described above, when fuel is added from the fuel addition valve 52 into the premixing space 55 and fresh air is supplied from the air pump 53, the fuel is heated in the premixing space 55. Fresh air is mixed. Thereafter, the air-fuel mixture permeates the metal fiber burner 56 and gets into the branch passage 4. When penetrating through the metal fiber burner 56, the fuel becomes uniform and a uniform air-fuel mixture leaks into the branch passage 4.

そして、分岐通路4にしみ出てきた混合気を点火プラグ54で点火し燃焼させる。そして、その燃焼熱で内燃機関1からの排気の温度を上昇させ、高温となった排気で排気浄化触媒3の温度を上昇させることができる。なお、上述したように、点火プラグ54で点火されるのは均一な混合気であるためその燃焼温度は低く、その燃焼ガスが排気浄化触媒3に至っても過剰に高温にはならないので、排気浄化触媒3の熱劣化を抑制することができる。   Then, the air-fuel mixture that has oozed into the branch passage 4 is ignited by the spark plug 54 and burned. Then, the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine 1 can be raised by the combustion heat, and the temperature of the exhaust gas purification catalyst 3 can be raised by the exhaust gas having a high temperature. As described above, since the ignition mixture is ignited by the spark plug 54, its combustion temperature is low, and even if the combustion gas reaches the exhaust purification catalyst 3, it does not reach an excessively high temperature. Thermal degradation of the catalyst 3 can be suppressed.

また、メタルファイババーナ56の内側で燃焼ガスが発生すると、その熱で予混合空間55内に添加された燃料の蒸発が促進され、より均一な混合気が形成され易くなる。さらに、電熱式ヒータ50を利用することにより、燃料の蒸発を促進させることができ、より均一な混合気を形成することができる。   Further, when combustion gas is generated inside the metal fiber burner 56, evaporation of fuel added into the premixing space 55 is promoted by the heat, and a more uniform mixture is easily formed. Furthermore, by using the electric heater 50, evaporation of fuel can be promoted, and a more uniform air-fuel mixture can be formed.

このように構成された排気浄化装置においては、内燃機関1の始動時など、排気浄化触媒3の温度が低い場合には、流量制御弁6を開弁側に駆動することによって分岐通路4を
通過する排気の量を増加させる。そして、予混合空間55内にエアポンプ53で新気を供給するとともに燃料添加弁52から燃料を添加する。
In the exhaust purification device configured as described above, when the temperature of the exhaust purification catalyst 3 is low, such as when the internal combustion engine 1 is started, the flow control valve 6 is driven to the valve opening side to pass through the branch passage 4. Increase the amount of exhaust. Then, fresh air is supplied into the premixing space 55 by the air pump 53 and fuel is added from the fuel addition valve 52.

そして、分岐通路4にしみでてきた混合気を点火プラグ54で点火し燃焼させる。その結果、その燃焼熱により内燃機関1からの排気の温度が上昇させられ、その排気が排気浄化触媒3に至り、当該触媒3が暖められる。   Then, the air-fuel mixture blotted in the branch passage 4 is ignited by the spark plug 54 and burned. As a result, the temperature of the exhaust from the internal combustion engine 1 is raised by the combustion heat, the exhaust reaches the exhaust purification catalyst 3, and the catalyst 3 is warmed.

また、本実施例における触媒昇温装置5においては、内燃機関1の暖機完了後、排気浄化触媒3の温度が活性温度領域から外れるおそれがある場合には、上述した始動時の制御と同様に触媒昇温装置5を制御することが好適である。これにより、内燃機関1が運転されている場合には、常に排気浄化触媒3を活性温度に保つことができるので排気エミッションを向上させることができる。   Further, in the catalyst temperature raising apparatus 5 in the present embodiment, after the completion of warming-up of the internal combustion engine 1, when there is a possibility that the temperature of the exhaust purification catalyst 3 may deviate from the activation temperature range, it is the same as the control at the time of starting described above. It is preferable to control the catalyst temperature raising device 5. As a result, when the internal combustion engine 1 is in operation, the exhaust purification catalyst 3 can always be kept at the activation temperature, so that exhaust emission can be improved.

上述したように、本実施例における排気浄化装置においては、触媒昇温装置5および流量制御弁6を制御することにより、内燃機関の冷間始動時などに排気浄化触媒3の温度を迅速に上昇させることができるとともに、暖機完了後、内燃機関の運転中には排気浄化触媒3の温度を活性温度に保つことができる。これにより、排気エミッションを向上させることができる。   As described above, in the exhaust gas purification apparatus according to the present embodiment, the temperature of the exhaust gas purification catalyst 3 is quickly increased by controlling the catalyst temperature raising device 5 and the flow rate control valve 6 when the internal combustion engine is cold started. In addition, after the warm-up is completed, the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be kept at the activation temperature during the operation of the internal combustion engine. Thereby, exhaust emission can be improved.

また、触媒昇温装置5での燃焼は、均一に混合された混合気であるため、最小限の燃料で排気浄化触媒3の温度を上昇させることができるので、排気浄化触媒3の温度を上昇させるのに伴う燃費悪化を抑制することができる。   Further, since the combustion in the catalyst temperature raising device 5 is an air-fuel mixture that is uniformly mixed, the temperature of the exhaust purification catalyst 3 can be increased with a minimum amount of fuel, so the temperature of the exhaust purification catalyst 3 is increased. It is possible to suppress deterioration in fuel consumption associated with the operation.

実施例1に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment. 実施例2に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a second embodiment. 実施例3に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a third embodiment. 実施例4に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to a fourth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 内燃機関
2 排気通路
3 排気浄化触媒
4 分岐通路
5 触媒昇温装置
6 流量制御弁
7 酸素濃度センサ
8 燃焼ガス通路
10 ECU
50 電熱式ヒータ(グロープラグ)
51 燃焼用触媒
52 燃料添加弁
53 エアポンプ
54 点火プラグ
55 予混合空間
56 メタルファイババーナ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Exhaust passage 3 Exhaust purification catalyst 4 Branch passage 5 Catalyst temperature rising device 6 Flow control valve 7 Oxygen concentration sensor 8 Combustion gas passage 10 ECU
50 Electric heater (Glow plug)
51 Combustion Catalyst 52 Fuel Addition Valve 53 Air Pump 54 Spark Plug 55 Premixing Space 56 Metal Fiber Burner

Claims (2)

内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化触媒と、
当該排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温手段と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒昇温手段は、
新気を供給する空気供給手段と、
燃料を供給する燃料供給手段と、
前記空気供給手段にて供給された新気と前記燃料供給手段にて供給された燃料とが混合し混合気が形成される予混合空間と、
当該予混合空間にて形成された混合気に点火する点火手段と、
前記空気供給手段、前記燃料供給手段、前記予混合空間および前記点火手段と、前記排気浄化触媒との間に設けられた燃焼用触媒と、
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 purification catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies exhaust;
Catalyst temperature raising means for raising the temperature of the exhaust purification catalyst;
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising:
The catalyst temperature raising means
Air supply means for supplying fresh air;
Fuel supply means for supplying fuel;
A premixing space in which fresh air supplied by the air supply means and fuel supplied by the fuel supply means are mixed to form an air-fuel mixture;
Ignition means for igniting the air-fuel mixture formed in the premixing space;
A combustion catalyst provided between the air supply means, the fuel supply means, the premixing space and the ignition means, and the exhaust purification catalyst;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気浄化触媒の上流側で前記排気通路から分岐して前記排気浄化触媒に通じる分岐通路と、
当該分岐通路を流通する排気の流量を調整する流量調整手段と、
をさらに備え、
前記触媒昇温手段は前記分岐通路に設けられてい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 branch passage branched from the exhaust passage on the upstream side of the exhaust purification catalyst and leading to the exhaust purification catalyst;
Flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the branch passage;
Further comprising
2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the catalyst temperature raising means is provided in the branch passage.
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