JP2007127064A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
例えばV型内燃機関のような多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれに排気マニホルドを設ける場合には、各排気マニホルドから排気合流部までは、気筒群毎に排気通路が設けられる。排気合流部の下流側には、主触媒装置が配置され、機関高負荷時の多量の排気ガスを浄化することができる。しかしながら、主触媒装置は、機関本体から遠くに位置するために、排気ガスが温度低下して流入することとなり、機関低負荷時のように元々の排気ガス温度が低いと、かなり低温度の排気ガスが主触媒装置へ流入して触媒活性化程度を悪化させ、排気ガスを十分に浄化することができなくなる。従って、機関低負荷時の排気ガスを浄化するためには、機関本体からそれほど遠くない位置に副触媒装置を配置することが必要となる。 For example, when all the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine such as a V-type internal combustion engine are divided into two cylinder groups and each is provided with an exhaust manifold, an exhaust passage is provided for each cylinder group from each exhaust manifold to the exhaust junction. Is provided. A main catalyst device is disposed on the downstream side of the exhaust merging portion, and a large amount of exhaust gas at the time of high engine load can be purified. However, since the main catalyst device is located far from the engine body, the exhaust gas flows in at a reduced temperature. If the original exhaust gas temperature is low, such as when the engine is under a low load, the exhaust gas at a considerably low temperature is used. The gas flows into the main catalyst device to deteriorate the degree of catalyst activation, and the exhaust gas cannot be sufficiently purified. Therefore, in order to purify the exhaust gas at the time of low engine load, it is necessary to dispose the sub-catalyst device at a position not far from the engine body.
副触媒装置を二つの排気通路の一方だけに配置して、機関低負荷時には、副触媒装置が配置された一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転する(一部気筒運転)ことが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Proposed to place the sub-catalyst device in only one of the two exhaust passages and operate only the cylinder group corresponding to the one exhaust passage in which the sub-catalyst device is placed when the engine is under low load (partial cylinder operation) (For example, refer to Patent Document 1).
前述の技術では、機関始動時において全気筒運転が実施されると、副触媒装置が配置されていない他方の排気通路に対応する気筒群から排出される排気ガスは、機関始動時において主触媒装置の触媒が活性化していないために、殆ど浄化されることなく大気中へ放出されてしまう。また、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられた直後から主触媒装置での排気ガスの浄化を可能とするために、一部気筒運転中において運転気筒の燃焼空燃比をリッチにして、このリッチ空燃比の排気ガス中に含まれる未燃燃料を非運転気筒から排出される空気に含まれる酸素によって主触媒装置で燃焼させることにより主触媒装置を触媒活性化温度に維持することも提案されているが、これでは、一部気筒運転において運転気筒の燃料消費が悪化してしまう。 In the above-described technique, when all cylinders are operated at the time of starting the engine, the exhaust gas discharged from the cylinder group corresponding to the other exhaust passage in which the sub-catalyst device is not disposed is the main catalyst device at the time of starting the engine. Since the catalyst is not activated, it is released into the atmosphere with almost no purification. In addition, in order to enable exhaust gas purification in the main catalyst device immediately after switching from partial cylinder operation to full cylinder operation, the combustion air-fuel ratio of the operating cylinder is made rich during partial cylinder operation. It has also been proposed to maintain the main catalyst device at the catalyst activation temperature by burning the unburned fuel contained in the rich air-fuel ratio exhaust gas with oxygen contained in the air discharged from the non-operating cylinder in the main catalyst device. However, in this case, the fuel consumption of the operating cylinder is deteriorated in the partial cylinder operation.
従って、本発明の目的は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドから排気合流部までは気筒群毎に排気通路が設けられ、排気合流部の下流側には主触媒装置が配置された内燃機関の排気浄化装置において、機関始動時の排気エミッションの悪化及び一部気筒運転時の燃料消費の悪化を改善することである。 Accordingly, an object of the present invention is to divide all the cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine into two cylinder groups, and provide an exhaust passage for each cylinder group from each exhaust manifold to the exhaust merging portion, downstream of the exhaust merging portion. In the exhaust emission control device for an internal combustion engine in which the main catalyst device is arranged, it is to improve the deterioration of exhaust emission at the time of engine start and the deterioration of fuel consumption at the time of partial cylinder operation.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドから排気合流部までは気筒郡毎に排気通路が設けられ、前記排気合流部の下流側には主触媒装置が配置された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気合流部の上流側の二つの前記排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの前記排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、前記第二副触媒装置の触媒担持量は、前記第一副触媒装置の触媒担持量より少なくされ、機関始動時には、前記一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein all cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are divided into two cylinder groups, and an exhaust passage is provided for each cylinder group from each exhaust manifold to an exhaust merge section. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a main catalyst device downstream of the exhaust gas merging portion, a first sub catalyst device is provided in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust gas merging portion. A second sub-catalyst device is disposed in the other of the two exhaust passages, and the amount of the catalyst supported by the second sub-catalyst device is less than the amount of the catalyst supported by the first sub-catalyst device. Only the cylinder group corresponding to the one exhaust passage is operated.
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドから排気合流部までは気筒郡毎に排気通路が設けられ、前記排気合流部の下流側には主触媒装置が配置された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気合流部の上流側の二つの前記排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの前記排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、前記第一副触媒装置の熱容量は、前記第二副触媒装置の熱容量より小さくされ、機関始動時には、前記一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein all cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are divided into two cylinder groups, and an exhaust passage is provided for each cylinder group from each exhaust manifold to an exhaust merging portion. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a main catalyst device downstream of the exhaust gas merging portion, a first sub catalyst device is provided in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust gas merging portion. A second sub-catalyst device is disposed on the other of the two exhaust passages, and the heat capacity of the first sub-catalyst device is made smaller than the heat capacity of the second sub-catalyst device. Only the cylinder group corresponding to the exhaust passage is operated.
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドから排気合流部までは気筒郡毎に排気通路が設けられ、前記排気合流部の下流側には主触媒装置が配置された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気合流部の上流側の二つの前記排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの前記排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、前記第一副触媒装置の触媒は、前記第二副触媒装置の触媒より低温活性とされ、機関始動時には、前記一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust purification system for an internal combustion engine, wherein all cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are divided into two cylinder groups, and an exhaust passage is provided for each cylinder group from each exhaust manifold to an exhaust merging portion. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a main catalyst device downstream of the exhaust gas merging portion, a first sub catalyst device is provided in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust gas merging portion. A second sub-catalyst device is disposed in the other of the two exhaust passages, and the catalyst of the first sub-catalyst device is activated at a lower temperature than the catalyst of the second sub-catalyst device, and when the engine is started, Only the cylinder group corresponding to one exhaust passage is operated.
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドから排気合流部までは気筒郡毎に排気通路が設けられ、前記排気合流部の下流側には主触媒装置が配置された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気合流部の上流側の二つの前記排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの前記排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、対応する排気マニホルドから前記第一副触媒装置までの排気経路長は、対応する排気マニホルドから前記第二副触媒装置までの排気経路長より短くされ、機関始動時には、前記一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust emission control device for an internal combustion engine, wherein all cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are divided into two cylinder groups, and an exhaust passage is provided for each cylinder group from each exhaust manifold to an exhaust merging portion. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a main catalyst device downstream of the exhaust gas merging portion, a first sub catalyst device is provided in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust gas merging portion. A second sub-catalyst device is disposed in the other of the two exhaust passages, and an exhaust path length from the corresponding exhaust manifold to the first sub-catalyst device is from the corresponding exhaust manifold to the second sub-catalyst device. The length of the exhaust path is shorter than that until the engine is started, and only the cylinder group corresponding to the one exhaust path is operated.
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第二副触媒装置は、前記排気合流部の直上流側において前記他方の排気通路に配置されていることを特徴とする。 An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to the fourth aspect, wherein the second sub-catalyst device is located on the other side immediately upstream of the exhaust gas merging portion. It is arrange | positioned in the exhaust passage of this.
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の全気筒を二つの気筒群に分けて、それぞれの排気マニホルドから排気合流部までは気筒郡毎に排気通路が設けられ、前記排気合流部の下流側には主触媒装置が配置された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気合流部の上流側の二つの前記排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、前記排気合流部の直下流側には第二副触媒装置が配置され、機関始動時には、前記一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein all cylinders of a multi-cylinder internal combustion engine are divided into two cylinder groups, and an exhaust passage is provided for each cylinder group from each exhaust manifold to an exhaust merging portion. In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine provided with a main catalyst device downstream of the exhaust gas merging portion, a first sub catalyst device is provided in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust gas merging portion. The second sub-catalyst device is disposed immediately downstream of the exhaust merging portion, and only the cylinder group corresponding to the one exhaust passage is operated when the engine is started.
本発明による請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気合流部の上流側の二つの排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、第二副触媒装置の触媒担持量は、第一副触媒装置の触媒担持量より少なくされ、機関始動時には、一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転するようになっている。それにより、機関始動時における一部気筒運転の排気ガスは、機関本体近くの一方の排気通路に配置されているために早期に触媒が活性化すると共に、触媒担持量の多い第一副触媒装置によって良好に浄化され、機関始動時の排気エミッションが悪化することはない。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the first auxiliary catalyst device is disposed in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust merging portion, and the other of the two exhaust passages. Is equipped with a second sub-catalyst device, the amount of catalyst supported by the second sub-catalyst device is less than the amount of catalyst supported by the first sub-catalyst device, and only the cylinder group corresponding to one exhaust passage is operated when the engine is started. It is supposed to be. As a result, the exhaust gas of the partial cylinder operation at the time of engine start is arranged in one exhaust passage near the engine body, so that the catalyst is activated early and the first auxiliary catalyst device with a large amount of catalyst supported Therefore, the exhaust emission at the time of starting the engine is not deteriorated.
また、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる際には、他方の排気通路に対応する気筒群の運転が開始されるが、機関本体近くの他方の排気通路には第二副触媒装置が配置されており、この時までには機関本体からの排気通路を介する伝熱により第二副触媒装置の温度は機関始動時に比較すれば上昇していているために、運転開始後直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。こうして、一部気筒運転において主触媒装置を比較的高温度に維持するために燃焼空燃比をリッチにする必要はなく、一部気筒運転時の燃料消費の悪化を改善することができる。また、他方の排気通路に配置された第二副触媒装置は、未燃燃料等を比較的多く含む機関始動時の排気ガスを浄化する必要はないために、第一副触媒装置に比較して触媒担持量を少なくしており、それにより、第一副触媒装置と同様な高価な副触媒装置を他方の排気通路にも配置する場合に比較して、排気浄化装置のコストアップを抑制することができる。 Further, when switching from partial cylinder operation to full cylinder operation, the operation of the cylinder group corresponding to the other exhaust passage is started, but the second sub-catalyst device is provided in the other exhaust passage near the engine body. By this time, the temperature of the second sub-catalyst device has risen compared to the time when the engine is started due to heat transfer from the engine body through the exhaust passage, so that the catalyst is activated immediately after the start of operation. And exhaust gas can be purified. Thus, it is not necessary to make the combustion air-fuel ratio rich in order to maintain the main catalyst device at a relatively high temperature in the partial cylinder operation, and the deterioration of fuel consumption during the partial cylinder operation can be improved. Further, the second sub-catalyst device arranged in the other exhaust passage does not need to purify the exhaust gas at the time of starting the engine, which contains a relatively large amount of unburned fuel, etc. The amount of catalyst supported is reduced, thereby suppressing an increase in the cost of the exhaust purification device compared to the case where an expensive sub catalyst device similar to the first sub catalyst device is also arranged in the other exhaust passage. Can do.
本発明による請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気合流部の上流側の二つの排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、第一副触媒装置の熱容量は、第二副触媒装置の熱容量より小さくされ、機関始動時には、一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転するようになっている。それにより、機関始動時における一部気筒運転の排気ガスは、機関本体近くの一方の排気通路に配置されているだけでなく熱容量を小さくされているためにさらに早期に触媒が活性化する第一副触媒装置によって良好に浄化され、機関始動時の排気エミッションが悪化することはない。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect of the present invention, the first sub catalyst device is disposed in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust merging portion, and the other of the two exhaust passages is disposed. The second sub-catalyst device is arranged, and the heat capacity of the first sub-catalyst device is made smaller than the heat capacity of the second sub-catalyst device, and when starting the engine, only the cylinder group corresponding to one exhaust passage is operated. ing. As a result, the exhaust gas of the partial cylinder operation at the time of starting the engine is not only arranged in one exhaust passage near the engine body but also has a reduced heat capacity, so that the catalyst is activated earlier. The sub-catalyst device is well purified and the exhaust emission at the start of the engine does not deteriorate.
また、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる際には、他方の排気通路に対応する気筒群の運転が開始されるが、機関本体近くの他方の排気通路には第二副触媒装置が配置されており、この時までには機関本体からの排気通路を介する伝熱により第二副触媒装置の温度は機関始動時に比較すれば上昇していているために、運転開始後直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。こうして、一部気筒運転において主触媒装置を比較的高温度に維持するために燃焼空燃比をリッチにする必要はなく、一部気筒運転時の燃料消費の悪化を改善することができる。また、他方の排気通路に配置された第二副触媒装置は、機関始動時の排気ガスを浄化する必要はないために、高価な材料を使用して第一副触媒装置のように低熱容量化しなくても良く、それにより、第一副触媒装置と同様な高価な副触媒装置を他方の排気通路にも配置する場合に比較して、排気浄化装置のコストアップを抑制することができる。 Further, when switching from partial cylinder operation to full cylinder operation, the operation of the cylinder group corresponding to the other exhaust passage is started, but the second sub-catalyst device is provided in the other exhaust passage near the engine body. By this time, the temperature of the second sub-catalyst device has risen compared to the time when the engine is started due to heat transfer from the engine body through the exhaust passage, so that the catalyst is activated immediately after the start of operation. And exhaust gas can be purified. Thus, it is not necessary to make the combustion air-fuel ratio rich in order to maintain the main catalyst device at a relatively high temperature in the partial cylinder operation, and the deterioration of fuel consumption during the partial cylinder operation can be improved. In addition, since the second sub-catalyst device arranged in the other exhaust passage does not need to purify the exhaust gas at the time of starting the engine, the second sub-catalyst device uses an expensive material to reduce the heat capacity like the first sub-catalyst device. Accordingly, it is possible to suppress an increase in the cost of the exhaust emission control device as compared with a case where an expensive sub catalyst device similar to the first sub catalyst device is also disposed in the other exhaust passage.
本発明による請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気合流部の上流側の二つの排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、第一副触媒装置の触媒は、第二副触媒装置の触媒より低温活性とされ、機関始動時には、一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転するようになっている。それにより、機関始動時における一部気筒運転の排気ガスは、機関本体近くの一方の排気通路に配置されているだけでなく低温活性の触媒を担持してさらに早期に触媒が活性化する第一副触媒装置によって良好に浄化され、機関始動時の排気エミッションが悪化することはない。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third aspect of the present invention, the first auxiliary catalyst device is disposed in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust merging portion, and the other of the two exhaust passages is disposed. Is provided with a second sub-catalyst device, the catalyst of the first sub-catalyst device is activated at a lower temperature than the catalyst of the second sub-catalyst device, and when starting the engine, only the cylinder group corresponding to one exhaust passage is operated. It has become. Thereby, the exhaust gas of the partial cylinder operation at the time of starting the engine is not only arranged in one exhaust passage near the engine body, but also carries a low-temperature active catalyst, and the catalyst is activated earlier. The sub-catalyst device is well purified and the exhaust emission at the start of the engine does not deteriorate.
また、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる際には、他方の排気通路に対応する気筒群の運転が開始されるが、機関本体近くの他方の排気通路には第二副触媒装置が配置されており、この時までには機関本体からの排気通路を介する伝熱により第二副触媒装置の温度は機関始動時に比較すれば上昇していているために、運転開始後直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。こうして、一部気筒運転において主触媒装置を比較的高温度に維持するために燃焼空燃比をリッチにする必要はなく、一部気筒運転時の燃料消費の悪化を改善することができる。また、他方の排気通路に配置された第二副触媒装置は、機関始動時の排気ガスを浄化する必要はないために、第一副触媒装置のように高価な低温活性の触媒を担持しなくても良く、それにより、第一副触媒装置と同様な高価な副触媒装置を他方の排気通路にも配置する場合に比較して、排気浄化装置のコストアップを抑制することができる。 Further, when switching from partial cylinder operation to full cylinder operation, the operation of the cylinder group corresponding to the other exhaust passage is started, but the second sub-catalyst device is provided in the other exhaust passage near the engine body. By this time, the temperature of the second sub-catalyst device has risen compared to the time when the engine is started due to heat transfer from the engine body through the exhaust passage, so that the catalyst is activated immediately after the start of operation. And exhaust gas can be purified. Thus, it is not necessary to make the combustion air-fuel ratio rich in order to maintain the main catalyst device at a relatively high temperature in the partial cylinder operation, and the deterioration of fuel consumption during the partial cylinder operation can be improved. Further, the second sub-catalyst device arranged in the other exhaust passage does not need to purify the exhaust gas at the time of starting the engine, and therefore does not carry an expensive low-temperature active catalyst like the first sub-catalyst device. As a result, it is possible to suppress an increase in the cost of the exhaust emission control device as compared with a case where an expensive sub catalyst device similar to the first sub catalyst device is also disposed in the other exhaust passage.
本発明による請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置は、排気合流部の上流側の二つの排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、二つの排気通路の他方には第二副触媒装置が配置され、対応する排気マニホルドから第一副触媒装置までの排気経路長は、対応する排気マニホルドから第二副触媒装置までの排気経路長より短くされ、機関始動時には、一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転するようになっている。それにより、機関始動時における一部気筒運転の排気ガスは、機関本体近くの一方の排気通路における排気マニホルドまでの排気経路長が短い位置に配置されて早期に触媒が活性化する第一副触媒装置によって良好に浄化され、機関始動時の排気エミッションが悪化することはない。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, wherein the first sub-catalyst device is disposed in one of the two exhaust passages upstream of the exhaust merging portion, and the second exhaust passage is disposed in the other. Two sub-catalyst devices are arranged, and the exhaust path length from the corresponding exhaust manifold to the first sub-catalyst device is made shorter than the exhaust path length from the corresponding exhaust manifold to the second sub-catalyst device. Only the cylinder group corresponding to the exhaust passage is operated. As a result, the exhaust gas of the partial cylinder operation when starting the engine is arranged at a position where the exhaust path length to the exhaust manifold in one exhaust passage near the engine main body is short, and the catalyst is activated early. It is cleaned well by the device, and the exhaust emission at the start of the engine is not deteriorated.
また、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる際には、他方の排気通路に対応する気筒群の運転が開始されるが、機関本体近くの他方の排気通路には第二副触媒装置が配置されており、この時までには機関本体からの排気通路を介する伝熱により第二副触媒装置の温度は機関始動時に比較すれば上昇していているために、運転開始後直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。こうして、一部気筒運転において主触媒装置を比較的高温度に維持するために燃焼空燃比をリッチにする必要はなく、一部気筒運転時の燃料消費の悪化を改善することができる。 Further, when switching from partial cylinder operation to full cylinder operation, the operation of the cylinder group corresponding to the other exhaust passage is started, but the second sub-catalyst device is provided in the other exhaust passage near the engine body. By this time, the temperature of the second sub-catalyst device has risen compared to the time when the engine is started due to heat transfer from the engine body through the exhaust passage, so that the catalyst is activated immediately after the start of operation. And exhaust gas can be purified. Thus, it is not necessary to make the combustion air-fuel ratio rich in order to maintain the main catalyst device at a relatively high temperature in the partial cylinder operation, and the deterioration of fuel consumption during the partial cylinder operation can be improved.
また、他方の排気通路に配置された第二副触媒装置の排気マニホルドまでの排気経路長は、一方の排気通路に配置された第一副触媒装置の排気マニホルドまでの排気経路長より長くされている。機関高負荷運転時等において気筒から排出される排気ガス温度が非常に高くなると、排気マニホルドまでの排気経路長が短くされた第一副触媒装置へは非常に高温度のまま排気ガスが流入して第一副触媒装置を溶損させる危険があるために、対応する気筒群の燃焼空燃比をリッチにして気筒から排出される排気ガス温度を低下させる必要がある。これに対して、排気マニホルドまでの排気経路長が長くされた第二副触媒装置へは、ある程度は温度低下した排気ガスしか流入せず、そのままでも溶損の危険が少ないために、対応する気筒群の燃焼空燃比をリッチにする機会を減少することができる。こうして、第一副触媒装置と同様な短い排気経路長として他方の排気通路に第二副触媒装置を配置する場合に比較して、溶損を防止するリッチ化での燃料消費を低減することができる。 Also, the exhaust path length to the exhaust manifold of the second sub-catalyst device arranged in the other exhaust passage is made longer than the exhaust path length to the exhaust manifold of the first sub-catalyst device arranged in one exhaust passage. Yes. If the exhaust gas temperature exhausted from the cylinder becomes extremely high during high engine load operation, etc., the exhaust gas flows into the first sub-catalyst device in which the exhaust path length to the exhaust manifold is shortened at a very high temperature. Therefore, it is necessary to reduce the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinder by making the combustion air-fuel ratio of the corresponding cylinder group rich so that there is a risk of melting the first auxiliary catalyst device. On the other hand, since only the exhaust gas whose temperature has been lowered to a certain extent flows into the second auxiliary catalyst device having a long exhaust path length to the exhaust manifold, there is little risk of erosion, so the corresponding cylinder Opportunities to enrich the combustion air-fuel ratio of the group can be reduced. Thus, compared to the case where the second sub-catalyst device is arranged in the other exhaust passage with a short exhaust path length similar to that of the first sub-catalyst device, the fuel consumption in the enrichment that prevents melting damage can be reduced. it can.
本発明による請求項5に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項4の内燃機関の排気浄化装置において、第二副触媒装置は、排気合流部の直上流側において他方の排気通路に配置されている。それにより、請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様な効果が得られると共に、一部気筒運転時において、一方の排気通路を通過する排気ガスの一部が排気合流部を介して第二副触媒装置内へ流入するために、全気筒運転に備えて、第二副触媒装置の温度をさらに高めることができる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 5 of the present invention, in the exhaust gas purification apparatus for the internal combustion engine according to claim 4, the second sub-catalyst device is the other exhaust passage on the upstream side of the exhaust merging portion. Is arranged. Thus, the same effect as that of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 can be obtained, and at the time of partial cylinder operation, a part of the exhaust gas that passes through one exhaust passage passes through the exhaust junction. In order to flow into the second sub catalyst device, the temperature of the second sub catalyst device can be further increased in preparation for all cylinder operation.
本発明による請求項6に記載の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気合流部の上流側の二つの排気通路の一方には第一副触媒装置が配置され、排気合流部の直下流側には第二副触媒装置が配置され、機関始動時には、一方の排気通路に対応する気筒群だけを運転するようになっている。それにより、機関始動時における一部気筒運転の排気ガスは、機関本体近くの一方の排気通路に配置されて早期に触媒が活性化する第一副触媒装置によって良好に浄化され、機関始動時の排気エミッションが悪化することはない。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 6 of the present invention, the first sub-catalyst device is disposed in one of the two exhaust passages on the upstream side of the exhaust gas merging portion, and directly downstream of the exhaust gas merging portion. Is provided with a second sub-catalyst device, and when the engine is started, only the cylinder group corresponding to one exhaust passage is operated. As a result, the exhaust gas of the partial cylinder operation at the time of engine start is well purified by the first sub-catalyst device that is arranged in one exhaust passage near the engine body and activates the catalyst at an early stage. Exhaust emissions will not deteriorate.
また、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる際には、他方の排気通路に対応する気筒群の運転が開始されるが、一部気筒運転中において、一方の排気通路を通過する排気ガスは排気合流部の直下流側の第二副触媒装置内へも流入して第二副触媒装置の温度を機関始動時に比較すればかなり高めているために、運転開始後直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。こうして、一部気筒運転において主触媒装置を比較的高温度に維持するために燃焼空燃比をリッチにする必要はなく、一部気筒運転時の燃料消費の悪化を改善することができる。 In addition, when switching from partial cylinder operation to full cylinder operation, the operation of the cylinder group corresponding to the other exhaust passage is started. During partial cylinder operation, exhaust gas passing through one exhaust passage Flows into the second sub-catalyst device immediately downstream of the exhaust merging section, and the temperature of the second sub-catalyst device is considerably increased when compared to the engine start time. Therefore, the catalyst is activated immediately after the start of operation. Exhaust gas can be purified. Thus, it is not necessary to make the combustion air-fuel ratio rich in order to maintain the main catalyst device at a relatively high temperature in the partial cylinder operation, and the deterioration of fuel consumption during the partial cylinder operation can be improved.
また、排気合流部の直下流側には第二副触媒装置が配置されており、第二副触媒装置の排気マニホルドまでの排気経路長は、一方の排気通路に配置された第一副触媒装置の排気マニホルドまでの排気経路長より長くされている。それにより、請求項4又は5に記載の内燃機関の排気浄化装置と同様に、第一副触媒装置と同様な短い排気経路長として他方の排気通路に第二副触媒装置を配置する場合に比較して、溶損を防止するリッチ化での燃料消費を低減することができる。 The second sub-catalyst device is disposed immediately downstream of the exhaust merging portion, and the length of the exhaust path to the exhaust manifold of the second sub-catalyst device is the first sub-catalyst device disposed in one exhaust passage. The exhaust path length to the exhaust manifold is longer. As a result, as in the exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 4 or 5, the second sub catalyst device is arranged in the other exhaust passage as a short exhaust path length similar to that of the first sub catalyst device. Thus, it is possible to reduce fuel consumption in enrichment that prevents melting damage.
図1は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第一実施形態を示す概略図である。同図において、1aはV型内燃機関の第一バンクであり、1bは第二バンクである。2aは第一バンク1aの第一吸気マニホルドであり、2bは第二バンク1bの第二吸気マニホルドである。第一吸気マニホルド2aには第一吸気通路3aが接続され、第一吸気マニホルド2bには第二吸気通路3bが接続される。第一吸気通路3a及び第二吸気通路3bには、それぞれスロットル弁4a,4bが配置され、第一バンク1a及び第二バンク1bの吸気量を互いに独立して制御可能となっている。
FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1a is a first bank of the V-type internal combustion engine, and 1b is a second bank. 2a is a first intake manifold of the
5aは第一バンク1aの第一排気マニホルドであり、5bは第二バンク1bの第二排気マニホルドである。第一排気マニホルド5aには第一排気通路6aが接続され、第二排気マニホルド5bには第二排気通路6bが接続される。第一排気通路6a及び第二排気通路6bは排気合流部7において合流し、排気合流部7の下流側には主触媒装置8が配置されている。
5a is a first exhaust manifold of the
本V型内燃機関は、主に理論空燃比での運転を実施するものであり、主触媒装置8としては三元触媒装置が選択される。主触媒装置8は、比較的大型化されるが、車両床下に配置されるために車両搭載性の問題はない。こうして、機関高負荷時に各気筒から排出される多量の排気ガスは主触媒装置8によって良好に浄化することができる。しかしながら、機関低負荷時に各気筒から排出される排気ガスは、比較的低温度であり、これが主触媒装置8へ流入する時には、さらに温度低下するために、主触媒装置8を触媒活性化温度に維持することができなくなって、排気ガスの浄化が不十分となる。
The present V-type internal combustion engine mainly operates at a stoichiometric air-fuel ratio, and a three-way catalyst device is selected as the
そのために、本実施形態では、第一排気通路4aには三元触媒装置として第一副触媒装置9aが配置され、第二排気通路4bには三元触媒装置として第二副触媒装置9bが配置されている。それにより、第一バンク1a及び第二バンク1bにおいて機関低負荷時の運転が実施されても、比較的低温度の排気ガスはそれほど温度低下することなく第一副触媒装置9a及び第二副触媒装置9bへ流入するために、それぞれに担持された触媒は活性化温度に維持され、この時の排気ガスを十分に浄化することができる。
Therefore, in the present embodiment, the first
本実施形態において、機関始動時、例えば、クランキングの開始から機関回転数がアイドル回転数に安定するまでの間、又は、クランキングの開始から燃料増量のアイドル運転が終了して機関暖機が完了するまでの間は、第一バンク1aの気筒だけを運転し、第二バンク1bの気筒への燃料噴射を停止する一部気筒運転が実施される。それにより、第一副触媒装置9aは、第一排気マニホルド5aの直下流側に配置され、第一排気マニホルド5aから第一副触媒装置9aまでの排気経路長L1がかなり短くされているために、第一副触媒装置9aへは第一バンク1aの各気筒から排出される排気ガスが殆ど温度低下することなく流入し、第一副触媒装置9aは早期に触媒活性化温度へ昇温される。こうして、第一副触媒装置9aによって機関始動時の比較的多量の未燃燃料等を含む排気ガスを良好に浄化することができる。
In the present embodiment, when the engine is started, for example, from the start of cranking until the engine speed is stabilized at the idle speed, or from the start of cranking to the end of fuel increase idle operation, Until the completion, partial cylinder operation is performed in which only the cylinders of the
機関始動時の後に、一部気筒運転から第二バンク1bの気筒の運転を開始する全気筒運転へ切り換えられる時には、機関本体近くの第二排気通路6bに配置された第二副触媒装置9bは、この時までの機関本体からの第二排気通路6bを介する伝熱により、機関始動開始時に比較すれば昇温されているために、第二バンク1bからの排気ガスが流入すれば直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。第二副触媒装置9bが昇温され易くするために、本実施形態においては、第二副触媒装置9bを第二排気マニホルド5bの直下流側に配置し、第二排気マニホルド5bから第二副触媒装置9bまでの排気経路長L2を第一副触媒装置9aと同様にかなり短くしている。
When the engine is switched from the partial cylinder operation to the full cylinder operation for starting the operation of the cylinders of the
しかしながら、第二副触媒装置9bは、機関始動時の比較的多量に未燃燃料等を含む排気ガスを浄化する必要がないために、本実施形態においては、第二副触媒装置9bの触媒担持量は、第一副触媒装置9aの触媒担持量より少なくされており、それにより、第一副触媒装置9aと同様な高価な副触媒装置を第二排気通路6bにも配置する場合に比較して、排気浄化装置のコストアップを抑制している。
However, since the second
また、第二副触媒装置9bは機関始動時の排気ガスを浄化する必要がないために、第二副触媒装置9bの熱容量は、安価な材料を使用する等して、第一副触媒装置の熱容量より大きくして良く、それにより、第一副触媒装置と同様な高価な副触媒装置を第二排気通路6bにも配置する場合に比較して、排気浄化装置のコストアップを抑制することができる。
Further, since the second
また、第二副触媒装置9bは機関始動時の排気ガスを浄化する必要がないために、第二副触媒装置9bに担持させた触媒を、安価なものとして、第一副触媒装置に担持させた触媒より高温活性として良く、それにより、第一副触媒装置と同様な高価な副触媒装置を第二排気通路6bにも配置する場合に比較して、排気浄化装置のコストアップを抑制することができる。
Further, since the second
図2は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第二実施形態を示す概略図である。第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態においては、第一排気マニホルド5aから第一副触媒装置9aまでの排気経路長L1は、第二排気マニホルド5bから第二副触媒装置9b’までの排気経路長L2’より短くされ、好ましくは、第二副触媒装置9b’は、排気合流部7の直上流側において第二排気通路6bに配置されている。
FIG. 2 is a schematic view showing a second embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. Only differences from the first embodiment will be described below. In the present embodiment, the exhaust path length L1 from the
このような構成においても、一部気筒運転の機関始動時の排気ガスは、第一副触媒装置9aにより良好に浄化される。また、機関始動時の後に、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる時には、機関本体近くの第二排気通路6bに配置された第二副触媒装置9bは、この時までの機関本体からの第二排気通路6bを介する伝熱により、機関始動開始時に比較すれば昇温されているために、第二バンク1bからの排気ガスが流入すれば直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。さらに、第二副触媒装置9b’が排気合流部7の直上流側に配置されていれば、一部気筒運転時において、第一バンク1aからの排気ガスの一部が排気合流部7を介して第二副触媒装置9b’へ逆方向に流入するために、全気筒運転に備えて、第二副触媒装置9b’の温度をさらに高めることができる。
Even in such a configuration, the exhaust gas at the time of starting the engine in the partial cylinder operation is well purified by the first
ところで、機関高負荷運転時等において気筒から排出される排気ガス温度が非常に高くなると、第一排気マニホルド5aまでの排気経路長L1が短くされた第一副触媒装置9aへは非常に高温度のまま排気ガスが流入して第一副触媒装置9aを溶損させる危険があるために、第一バンク1aの各気筒の燃焼空燃比をリッチにして気筒から排出される排気ガス温度を低下させる必要がある。本実施形態においては、第二排気通路6bに配置された第二副触媒装置9b’の第二排気マニホルド5bまでの排気経路長L2’は、第一排気通路6aに配置された第一副触媒装置9aの第一排気マニホルド5aまでの排気経路長L1より長くされているために、第二副触媒装置9b’へは、ある程度温度低下した排気ガスしか流入せず、そのままでも溶損の危険が少ないために、第二バンク1bの各気筒の燃焼空燃比をリッチにする機会を減少することができる。こうして、第一副触媒装置9aと同様な短い排気経路長L1として第二排気通路6bに第二副触媒装置9b’を配置する場合に比較して、溶損を防止するリッチ化での燃料消費を低減することができる。
By the way, when the exhaust gas temperature exhausted from the cylinder becomes very high at the time of engine high load operation or the like, the first
図3は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第三実施形態を示す概略図である。第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態においては、排気合流部7の直下流側に第二副触媒装置9b”が配置され、第二副触媒装置9b”の下流側に主触媒装置8が配置されている。
FIG. 3 is a schematic view showing a third embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. Only differences from the first embodiment will be described below. In the present embodiment, the second
このような構成においても、一部気筒運転の機関始動時の排気ガスは、第一副触媒装置9aにより良好に浄化される。また、機関始動時の後に、一部気筒運転から全気筒運転へ切り換えられる時には、一部気筒運転中において排気ガスが排気合流部7の直下流側に配置された第二副触媒装置9b”を通過して第二副触媒装置9b”を昇温させているために、第二バンク1bからの排気ガスが流入すれば直ぐに触媒が活性化して排気ガスを浄化することができる。
Even in such a configuration, the exhaust gas at the time of starting the engine in the partial cylinder operation is well purified by the first
また、第二実施形態において説明したように、機関高負荷時において排気ガスの温度が非常に高温度となる時には、第一副触媒装置9aの溶損を防止するために、第一バンク1aの各気筒の燃焼空燃比をリッチにして排気ガス温度を低下することが必要であるが、排気合流部7の直下流側に配置された第二副触媒装置9b”に関しては、第二排気通路6bを通過して温度低下した排気ガスしか流入せず、機関高負荷時において排気ガスの温度が非常に高温度となっても溶損の危険が少ないために、第二バンク1bの各気筒の燃焼空燃比をリッチにする機会を減少することができる。こうして、第一副触媒装置9aと同様な短い排気経路長L1として第二排気通路6bに第二副触媒装置9b”を配置する場合に比較して、溶損を防止するリッチ化での燃料消費を低減することができる。
Further, as described in the second embodiment, when the temperature of the exhaust gas becomes very high at the time of high engine load, in order to prevent the first
前述した第二及び第三実施形態において、第二副触媒装置9b’,9b”は、第一副触媒装置9aと同様な触媒担持量を有し、また、同様な熱容量を有し、また、同様な低温で活性する触媒を担持しても良いが、第一副触媒装置9aより触媒担持量を少なくし、また、熱容量を高くし、また、より高温で活性する触媒を担持するようにしても良い。
In the second and third embodiments described above, the second
前述した実施形態において、主触媒装置8は三元触媒装置としたが、内燃機関がリーンバーン運転を実施するものである場合には、NOX触媒装置としても良い。また、内燃機関は、機関始動時に一部気筒運転を実施するものとしたが、もちろん、機関始動時以外の例えば低負荷時にも一部気筒運転を実施しても良い。この機関始動以外の一部気筒運転は、第二バンク1bを運転気筒群としても良い。
In the embodiment described above, the
内燃機関はV型としたが、これは本発明を限定するものではなく、複数気筒が直列配置されるものでも、二つの気筒群に分けられてそれぞれに排気マニホルドが設けられる内燃機関であれば、本発明を適用可能である。また、複数の気筒群が三つ以上に分けられる場合においても、排気合流部の上流側の三つ以上の排気通路を大きく二つに分けて考えて本発明を適用すれば良い。 Although the internal combustion engine is a V type, this is not a limitation of the present invention, and even if a plurality of cylinders are arranged in series, the internal combustion engine can be divided into two cylinder groups and each provided with an exhaust manifold. The present invention can be applied. Further, even when the plurality of cylinder groups are divided into three or more, the present invention may be applied by considering the three or more exhaust passages on the upstream side of the exhaust merging portion roughly in two.
1a 第一バンク
1b 第二バンク
5a 第一排気マニホルド
5b 第二排気マニホルド
6a 第一排気通路
6b 第二排気通路
7 排気合流部
8 主触媒装置
9a 第一副触媒装置
9b、9b’、9b” 第二副触媒装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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