JP2007205326A - Exhaust bypass device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気バイパス装置に関するものである。特に、この発明は、作動部分の不具合を検出できる内燃機関の排気バイパス装置に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas bypass device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to an exhaust gas bypass device for an internal combustion engine that can detect a malfunction in an operating portion.
従来の内燃機関では、排気ガスの通路中に、排気ガスの浄化手段である触媒を2つ設け、排気温度に応じて2つの触媒を使い分けているものがある。この場合、排気ガスの通路に主通路とバイパス通路とを設け、一方の触媒は主通路に設ける。また、他方の触媒は、排気ガスの通路においてバイパス通路が設けられている部分よりも下流側に設ける。さらに、主通路とバイパス通路との分岐部には切替えバルブを設け、内燃機関の運転状況に応じて切替えバルブを切り替えることにより、排気ガスを主通路またはバイパス通路のいずれかを通すことができる。これにより、運転状況に応じて、主通路に設けられる触媒の通過や不通過を切り替えることができる。 In some conventional internal combustion engines, two exhaust gas purification means are provided in the exhaust gas passage, and the two catalysts are selectively used according to the exhaust temperature. In this case, a main passage and a bypass passage are provided in the exhaust gas passage, and one catalyst is provided in the main passage. The other catalyst is provided downstream of the exhaust gas passage where the bypass passage is provided. Furthermore, a switching valve is provided at a branch portion between the main passage and the bypass passage, and the switching valve is switched according to the operating state of the internal combustion engine, whereby exhaust gas can be passed through either the main passage or the bypass passage. Thereby, according to the driving | running condition, the passage of the catalyst provided in a main channel | path and non-passage can be switched.
具体的には、主通路に設けられる触媒は内燃機関に近いことにより温度が上昇し易くなっているため、内燃機関が低回転低負荷で運転している場合には、主通路に設けられる触媒を通過させる。また、内燃機関が高回転高負荷で運転している場合には、主通路に設けられる触媒は温度が高くなり過ぎる虞があるため、切替えバルブを切り替えて排気ガスはバイパス通路を通し、主通路内の触媒を通らないようにし、バイパス通路の下流側に位置する触媒のみを通過するようにする。この結果、触媒による排気ガスの浄化性能の向上を図ることができる。 Specifically, because the catalyst provided in the main passage is close to the internal combustion engine, the temperature is likely to rise. Therefore, when the internal combustion engine is operating at a low rotation and low load, the catalyst provided in the main passage Pass through. In addition, when the internal combustion engine is operating at a high rotation and high load, the temperature of the catalyst provided in the main passage may become too high, so the switching valve is switched and the exhaust gas passes through the bypass passage. The catalyst inside is not allowed to pass, and only the catalyst located on the downstream side of the bypass passage is allowed to pass. As a result, the exhaust gas purification performance by the catalyst can be improved.
しかし、排気ガスは、切替えバルブを切り替えることにより主通路またはバイパス通路を流れるため、切替えバルブに作動不良が生じた場合には、排気ガスを所望の通路に流すことができなくなり、様々な不具合が生じる虞がある。切替えバルブの作動不良の要因としては、例えば、熱変形により切替えバルブが固着する、カーボンや泥水等による異物の噛み込み、切替えバルブを作動させる作動手段の異常等が挙げられ、これらの要因によって切替えバルブには作動不良が生じる虞がある。このような、切替えバルブの作動不良により、排気ガスを主通路のみにしか流すことができなくなった場合には、内燃機関が高回転高負荷で運転している際に、主通路に設けられる触媒は温度が高くなり過ぎて熱劣化を生じる虞がある。また、切替えバルブの作動不良により、排気ガスをバイパス通路のみにしか流すことができなくなった場合には、内燃機関が低回転低負荷で運転している際に排気ガスが主通路内の触媒を通らないので、排気ガスの浄化を十分にできなくなる虞があり、この場合、エミッションが悪化する虞がある。 However, since the exhaust gas flows through the main passage or the bypass passage by switching the switching valve, if a malfunction occurs in the switching valve, the exhaust gas cannot flow through the desired passage, causing various problems. May occur. The cause of the malfunction of the switching valve is, for example, the switching valve sticking due to thermal deformation, the inclusion of foreign matter due to carbon or muddy water, the abnormality of the operating means that operates the switching valve, etc. There is a risk of malfunction of the valve. When exhaust gas can only flow through the main passage due to such a malfunction of the switching valve, a catalyst provided in the main passage when the internal combustion engine is operating at a high rotation and high load. There is a possibility that the temperature becomes too high and heat deterioration occurs. In addition, when exhaust gas can only flow through the bypass passage due to a malfunction of the switching valve, the exhaust gas causes the catalyst in the main passage to pass through when the internal combustion engine is operating at a low rotation and low load. Since it does not pass, there is a possibility that exhaust gas cannot be sufficiently purified, and in this case, there is a possibility that emission may deteriorate.
このため、従来の排気バイパス装置では、切替えバルブの作動不良を検出しているものがある。例えば、特許文献1に記載の排気バイパス装置では、バイパス通路と、バイパス通路が設けられている部分よりも下流側に、それぞれ排気温センサを設けている。切替えバルブを切り替えて排気ガスを流す通路を切り替える場合には、排気ガスが主通路を流れる場合とバイパス通路を流れる場合とで、2つの排気温センサで検出する排気ガスの温度の温度差は異なる。従って、切替えバルブに対する指示と、この温度差を比較することにより、切替えバルブの作動不良を検出することができ、特別な部品を用いることなく切替えバルブの作動不良を検出することができる。
For this reason, some conventional exhaust bypass devices detect a malfunction of the switching valve. For example, in the exhaust bypass device described in
しかしながら、排気温センサを用いる場合には、特許文献1に記載の排気バイパス装置のように排気温センサを2つ設ける必要があり、部品点数が増加すると共に製造工程も増加するため、製造コストの上昇の要因になる虞がある。また、排気温センサを2つ設けた場合には、それぞれの排気温センサが検出した2種類の排気温を処理する必要があるため、制御が困難になる虞がある。
However, in the case of using the exhaust temperature sensor, it is necessary to provide two exhaust temperature sensors as in the exhaust bypass device described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、容易に開閉手段の作動不良を検出できる内燃機関の排気バイパス装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an exhaust bypass device for an internal combustion engine that can easily detect a malfunction of an opening / closing means.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、内燃機関の排気ガスが流れる第1通路を有し、さらに、前記排気ガスが流れると共に両端で前記第1通路に接続される第2通路を有する排気通路と、前記第1通路内に配設され、且つ、前記排気ガスを浄化する浄化手段と、前記浄化手段の温度である床温を検出する床温検出手段と、前記第2通路に配設されていると共に前記第2通路内を開閉可能に設けられた開閉手段と、前記開閉手段に接続されていると共に前記開閉手段の開閉を制御する制御手段と、前記制御手段によって前記開閉手段を閉じた状態から開いた状態に制御した場合における前記床温の変化が、前記開閉手段に異常があるかの基準となる判定基準温度より大きい場合に、前記開閉手段が異常である判定をする異常判定手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an exhaust bypass device for an internal combustion engine according to the present invention has a first passage through which exhaust gas of the internal combustion engine flows, and further, the exhaust gas flows at both ends. An exhaust passage having a second passage connected to the first passage, a purification means disposed in the first passage and purifying the exhaust gas, and a bed temperature which is a temperature of the purification means is detected. A bed temperature detecting means, an opening / closing means disposed in the second passage and capable of opening and closing in the second passage, and being connected to the opening / closing means and controlling opening / closing of the opening / closing means. And a change in the bed temperature when the control means controls the opening / closing means from a closed state to an open state is greater than a judgment reference temperature that is a criterion for whether the opening / closing means is abnormal. Before Closing means, characterized in that it comprises, an abnormality determination means for determining is abnormal.
この発明では、第1通路内に配設された浄化手段の温度である床温を検出する床温検出手段を設け、開閉手段を閉じた状態から開いた状態に制御した場合における床温の変化が判定基準温度よりも大きい場合に、開閉手段が異常である判定をしている。つまり、開閉手段の開閉時における状態の変化を検出する検出手段として、床温検出手段を1つ設け、この床温検出手段が検出した床温より、開閉手段の異常を判定している。従って、1つの床温検出手段が検出した床温のみにより、開閉手段の作動不良を検出している。この結果、容易に開閉手段の作動不良を検出することができる。 In the present invention, a change in the bed temperature when the bed temperature detecting means for detecting the bed temperature, which is the temperature of the purifying means disposed in the first passage, is provided and the opening / closing means is controlled from the closed state to the open state is provided. Is greater than the determination reference temperature, it is determined that the opening / closing means is abnormal. That is, as a detecting means for detecting a change in state when the opening / closing means is opened / closed, one bed temperature detecting means is provided, and the abnormality of the opening / closing means is determined based on the bed temperature detected by the bed temperature detecting means. Therefore, the malfunction of the opening / closing means is detected only by the bed temperature detected by one bed temperature detecting means. As a result, it is possible to easily detect a malfunction of the opening / closing means.
また、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、さらに、前記内燃機関は、前記内燃機関に対して燃料を供給する燃料供給手段を備えており、前記制御手段は、前記燃料供給手段による燃料供給の停止時に前記開閉手段を開けるように制御することを特徴とする。 In the exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to the present invention, the internal combustion engine further includes fuel supply means for supplying fuel to the internal combustion engine, and the control means is fuel supplied by the fuel supply means. Control is performed to open the opening / closing means when supply is stopped.
この発明では、前記開閉手段を、燃料供給手段による燃料供給の停止時に開けるように制御している。排気ガスは、開閉手段を閉じると第1通路内に流れ、開閉手段を開けると第2通路内に流れるが、燃料停止時における排気ガスであるリーンガスが第1通路内に流れてリーンガスが第1通路に設けられた浄化手段を通過すると、浄化手段は劣化する虞がある。このため、燃料の供給を停止した場合には、開閉手段を開けてリーンガスを第2通路に流すことにより浄化手段の劣化を抑制でき、また、燃料供給の停止時における開閉手段の作動不良を検出することにより、より確実に浄化手段の劣化を抑制できる。この結果、容易に開閉手段の作動不良を検出することができると共に、より確実に浄化手段の劣化を抑制できる。 In the present invention, the opening / closing means is controlled to be opened when the fuel supply by the fuel supply means is stopped. The exhaust gas flows into the first passage when the opening / closing means is closed, and flows into the second passage when the opening / closing means is opened. The lean gas, which is the exhaust gas when the fuel is stopped, flows into the first passage, and the lean gas is the first. If the purification means provided in the passage is passed, the purification means may be deteriorated. For this reason, when the fuel supply is stopped, the opening / closing means can be opened to allow the lean gas to flow into the second passage, thereby suppressing the deterioration of the purification means, and the malfunction of the opening / closing means when the fuel supply is stopped is detected. By doing so, deterioration of the purifying means can be suppressed more reliably. As a result, it is possible to easily detect a malfunction of the opening / closing means and to more reliably suppress the deterioration of the purification means.
また、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、前記制御手段は、前記内燃機関が高回転高負荷で運転している際に前記開閉手段を開けるように制御することを特徴とする。 The exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to the present invention is characterized in that the control means controls the opening / closing means to be opened when the internal combustion engine is operating at a high rotational speed and a high load.
この発明では、前記開閉手段を、内燃機関が高回転高負荷で運転している際に開けるように制御している。内燃機関を高回転高負荷で運転している際には排気ガスは高温になるが、この高温の排気ガスが第1通路に設けられた浄化手段を通過すると、浄化手段は熱によって劣化する虞がある。このため、内燃機関を高回転高負荷で運転している場合には、開閉手段を開けて高温の排気ガスを第2通路に流すことにより浄化手段の劣化を抑制でき、また、このような高回転高負荷での運転時における開閉手段の作動不良を検出することにより、より確実に浄化手段の劣化を抑制できる。この結果、容易に開閉手段の作動不良を検出することができると共に、より確実に浄化手段の劣化を抑制できる。 In the present invention, the opening / closing means is controlled to be opened when the internal combustion engine is operating at a high rotation and high load. When the internal combustion engine is operated at a high rotational speed and a high load, the exhaust gas becomes high temperature. However, if this high-temperature exhaust gas passes through the purification means provided in the first passage, the purification means may be deteriorated by heat. There is. For this reason, when the internal combustion engine is operated at a high rotation and high load, the deterioration of the purification means can be suppressed by opening the opening / closing means and allowing the high-temperature exhaust gas to flow through the second passage. By detecting a malfunction of the opening / closing means during operation at a high rotational load, it is possible to more reliably suppress deterioration of the purification means. As a result, it is possible to easily detect a malfunction of the opening / closing means and to more reliably suppress the deterioration of the purification means.
また、この発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、前記判定基準温度は、前記内燃機関の運転状態に応じて変化することを特徴とする。 Moreover, the exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to the present invention is characterized in that the determination reference temperature changes according to an operating state of the internal combustion engine.
この発明では、内燃機関から排出される排気ガスの温度は、内燃機関の運転状態に応じて変化するため、判定基準温度を内燃機関の運転状態に応じて変化させている。つまり、異常判定手段では、開閉手段を閉じた状態から開いた状態に制御した場合における床温の変化が判定基準温度より大きい場合には、開閉手段が異常であると判定するが、床温の変化は、開閉手段を閉じた状態における床温によって異なる場合がある。このため、判定基準温度を内燃機関の運転状態に応じて変化させることにより、より正確に開閉手段の異常を判定することができる。この結果、より確実に開閉手段の作動不良を検出することができる。 In this invention, since the temperature of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine changes according to the operating state of the internal combustion engine, the determination reference temperature is changed according to the operating state of the internal combustion engine. That is, the abnormality determination means determines that the opening / closing means is abnormal when the change in the bed temperature when the opening / closing means is controlled from the closed state to the open state is larger than the determination reference temperature. The change may vary depending on the bed temperature when the opening / closing means is closed. For this reason, it is possible to more accurately determine the abnormality of the opening / closing means by changing the determination reference temperature according to the operating state of the internal combustion engine. As a result, it is possible to detect the malfunction of the opening / closing means more reliably.
本発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、容易に開閉手段の作動不良を検出することができる、という効果を奏する。 The exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to the present invention has an effect that an operation failure of the opening / closing means can be easily detected.
以下に、本発明に係る内燃機関の排気バイパス装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments of an exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、本発明の実施例に係る排気バイパス装置が設けられた内燃機関の概略図である。同図に示す内燃機関1は、内部に燃焼室5が形成されたシリンダヘッド2とシリンダブロック3とを有しており、シリンダブロック3内には当該シリンダブロック3内を往復運動可能に設けられたピストン4が配設されている。また、燃焼室5はピストン4の上死点側に位置しており、当該燃焼室5には吸気通路である吸気管10と、排気通路である排気管11とが接続されている。このうち、吸気管10と燃焼室5との接続部分には、吸気バルブ12が設けられており、排気管11と燃焼室5との接続部分には、排気バルブ13が設けられている。また、この燃焼室5には、点火プラグ6が設けられている。
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine provided with an exhaust bypass device according to an embodiment of the present invention. An
また、排気管11は排気バイパス装置15の一部を構成しており、当該排気管11は、内側に内燃機関1運転時の排気ガスが流れる第1通路である主通路21と、同様に内燃機関1運転時の排気ガスが流れる第2通路であるバイパス通路25とを有している。これらの主通路21とバイパス通路25とは、排気管11が、内燃機関1から排気ガスの下流方向に向かった所定の位置で分岐しており、分岐した後さらに接続されている。詳しくは、バイパス通路25は、その両端部で主通路21に接続されており、両端部のうち、主通路21内を流れる排気ガスの流れの上流側に位置する端部が上流側接続部26となり、主通路21内を流れる排気ガスの流れの下流側に位置する端部が下流側接続部27となり、上流側接続部26と下流側接続部27とで主通路21に接続されている。
Further, the
換言すると、上流側接続部26と下流側接続部27とは、主通路21の形成方向、或いは主通路21内を流れる排気ガスの流れの方向において、上流側接続部26は下流側接続部27よりも内燃機関1寄りに位置し、下流側接続部27は上流側接続部26よりも内燃機関1から離れた部分に位置している。
In other words, the
また、バイパス通路25には、開閉手段であるバイパスバルブ40が設けられている。このバイパスバルブ40は、バイパス通路25内に設けられており、バイパス通路25内において上流側接続部26よりも排気ガスの流れ方向における下流側で、且つ、下流側接続部27よりも排気ガスの流れ方向における上流側に設けられている。また、このバイパスバルブ40には、内圧を変化させることにより作動するアクチュエータ41が接続されており、バイパスバルブ40は、このアクチュエータ41によって作動可能になっている。また、バイパスバルブ40は、このようにアクチュエータ41によって作動することによりバイパス通路25内を開閉可能に設けられている。
The
このようにバイパスバルブ40に接続されるアクチュエータ41には、内側に空気が通るチューブである制御チューブ46が接続されており、さらに、この制御チューブ46においてアクチュエータ41に接続されている側に位置する端部の反対側の端部には、VSV(Vacuum Switching Valve)42が接続されている。このVSV42は、内側の空気圧が、大気圧よりも低い状態を維持できるように設けられた負圧タンク43に接続されており、負圧タンク43は負圧チューブ47によって吸気管10に接続されている。このように、負圧タンク43は吸気管10に接続されているため、内側の空気圧は、吸気管10内の空気圧と同程度の圧力になる。また、VSV42は、制御チューブ46と負圧タンク43内とを連通する、または、制御チューブ46と外気、即ち大気とを連通することを、切り替えることができるように設けられている。
In this way, the
また、前記排気管11内には、内側に排気ガスを浄化する浄化手段である触媒30が設けられており、このうち、前記主通路21には、内側に排気ガスを浄化する触媒30のうち第1触媒31が配設されている。詳しくは、第1触媒31は、主通路21内における上流側接続部26と下流側接続部27との間に位置している。また、排気管11には、当該排気管11内を流れる排気ガスの流れ方向における下流側接続部27の下流側に、触媒30のうち第2触媒32が配設されている。これらの第1触媒31と第2触媒32とは、炭化水素(HC)と、一酸化炭素(CO)と、窒素酸化物(NOx)との3物質を酸化・還元反応によって同時に除去する、いわゆる三元触媒となっている。また、これらの第1触媒31と第2触媒32とでは、浄化温度は同じであるが、排気ガスは、流れ方向で放熱し温度勾配を持つため、第2触媒32よりも、排気ガスの流れ方向において上流側に位置する第1触媒31の方が、高温に晒されることになる。
The
このように主通路21内に配設される第1触媒31には、当該第1触媒31の温度である床温を検出する床温検出手段である床温検出センサ51が設けられている。また、前記吸気管10には、燃料を吸気管10内に噴射する燃料供給手段であるインジェクタ50が配設されており、当該インジェクタ50は、燃料を吸気管10内に噴射することにより内燃機関1に対して燃料を供給可能に設けられている。
In this way, the first catalyst 31 disposed in the
これらの床温検出センサ51、インジェクタ50及び前記VSV42は、全て当該内燃機関1を搭載する車両(図示省略)の各部を制御するECU(Electronic Control Unit)60に接続されている。
The bed
このECU60には、処理部61、記憶部67及び入出力部68が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ECU60に接続されている床温検出センサ51、インジェクタ50及びVSV42は、入出力部68に接続されており、入出力部68は、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部67には、本発明に係る内燃機関1の排気バイパス装置15を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部67は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ(CD−ROM等のような読み出しのみが可能な記憶媒体)や、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。
The
また、処理部61は、メモリ及びCPU(Central Processing Unit)により構成されており、少なくとも、第1触媒31の床温を取得する床温取得部62と、床温取得部62で所得した床温の変化を算出する床温変化算出部63と、バイパスバルブ40が異常であるか否かの判定をする異常判定手段である異常判定部64とを有している。
The
当該排気バイパス装置15が有するバイパスバルブ40の制御は、床温検出センサ51など車両の各部に設けられたセンサ(図示省略)による検出結果に基づいて、処理部61が前記コンピュータプログラムを当該処理部61に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じてVSV42を作動させることにより、バイパスバルブ40を制御する。その際に処理部61は、適宜記憶部67へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように排気バイパス装置15を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、ECU60とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。また、このECU60と、当該ECU60に接続されるVSV42、及びバイパスバルブ40に接続されるアクチュエータ41は、バイパスバルブ40の開閉を制御し、バイパスバルブ40を作動させる制御手段として設けられている。
The control of the
この実施例に係る内燃機関1の排気バイパス装置15は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。内燃機関1を運転すると、吸気管10に設けられたインジェクタ50から吸気管10内に燃料を噴射することにより、吸気管10内を流れる空気と燃料とが混合し、吸気管10内で燃料と空気との混合気が作られる。この混合気は、吸気バルブ12が開いた際に吸気管10から燃焼室5内に入り込む。燃焼室5内に入り込んだ混合気は、点火プラグ6が点火した際に着火し、燃焼室5内で燃焼する。このように燃焼室5内で燃料が燃焼してピストン4を押し下げることにより、内燃機関1は作動する。燃料の燃焼後のガスは、排気ガスとなって排気バルブ13が開いた際に排気管11の方向に流れ、燃焼室5内から排出される。
The exhaust
また、このように内燃機関1を運転している際には、吸気管10から燃焼室5内に混合気が吸い込まれるため、吸気管10内の空気圧は大気圧よりも低くなる。即ち、吸気管10内は負圧になる。このため、負圧チューブ47によって吸気管10に接続される負圧タンク43内の空気は、吸気管10の方向に流れ、負圧タンク43内の空気圧は、吸気管10内の圧力と同程度の圧力になる。これにより、負圧タンク43内は負圧になる。また、負圧タンク43はVSV42と接続されているが、VSV42は、制御チューブ46と負圧タンク43内とを連通する、または、制御チューブ46と大気とを連通することを、切り替えることができるように設けられている。
Further, when the
この制御チューブ46は、アクチュエータ41に接続されているため、VSV42を切り替えることにより、アクチュエータ41に大気圧、または負圧を伝えることができる。つまり、制御チューブ46と負圧タンク43内とを連通するようにVSV42を切り替えた場合には、アクチュエータ41に負圧を伝えることができ、制御チューブ46と大気とを連通するようにVSV42を切り替えた場合には、アクチュエータ41に大気圧を伝えることができる。このように、大気圧や負圧を伝えることにより、アクチュエータ41は作動し、アクチュエータ41に接続されるバイパスバルブ40も作動する。つまり、バイパスバルブ40は、VSV42を切り替えることにより作動可能になっている。
Since this
内燃機関1の運転時には、排気ガスが排気管11内を流れるが、内燃機関1の始動直後や内燃機関1を低回転低負荷で運転している際には、ECU60からVSV42に信号を送り、VSV42を切り替えてバイパスバルブ40を閉じる。これにより、バイパス通路25内は閉じられるが、この状態では、排気ガスは、バイパス通路25には流れず、上流側接続部26付近から主通路21内に流れ込む。この主通路21内には、第1触媒31が設けられているため、主通路21内を流れる排気ガスは、第1触媒31を通過し、排気ガスは第1触媒31により浄化される。第1触媒31を通過した排気ガスは、さらに、排気ガスの流れ方向において下流側接続部27よりも下流側に位置する第2触媒32の方向に流れる。このため、排気ガスは、第2触媒32を通過し、第2触媒32により浄化される。バイパスバルブ40を閉じた状態では、排気ガスはこのように主通路21内を流れるが、内燃機関1の暖気運転時や低回転低負荷時には、排気ガスの温度は低くなっている。このため、バイパスバルブ40を閉じることにより、主通路21内に設けられ、高温の排気ガスに晒され易い第1触媒31を排気ガスが通過するようにした場合でも、排気ガスの温度は低くなっているため、第1触媒31の温度が高くなり過ぎることを抑制できる。
During operation of the
また、内燃機関1を高回転高負荷で運転している際には、ECU60からVSV42に信号を送り、VSV42を切り替えてバイパスバルブ40を開ける。バイパスバルブ40を開けることによってバイパス通路25内が開かれると、排気ガスは上流側接続部26付近からバイパス通路25に流れ込む。この場合、排気管11内を流れる排気ガスは、ほぼ全てバイパス通路25に流れるため、主通路21内には流れなくなる。このように、バイパスバルブ40を開けた状態では、排気ガスは主通路21内に流れないため、排気ガスは第1触媒31を通過することなく第2触媒32の方向に流れて第2触媒32を通過し、第2触媒32のみにより浄化される。また、内燃機関1を高回転高負荷で運転する際には排気ガスの温度は高くなるが、排気ガスは放熱しながら下流方向に流れ、また、第2触媒32は、排気ガスの流れ方向において第1触媒31よりも下流側に位置している。このため、高温の排気ガスが第2触媒32を通過する際には、排気ガスの温度は低下しているので、第2触媒32の温度が高くなり過ぎることが抑制される。
Further, when the
このように、内燃機関1は低回転で運転したり高回転で運転したりするが、その過程、即ち、加速時や減速時には、インジェクタ50から吸気管10内に噴射する燃料の量を変化させる。具体的には、内燃機関1を加速させる場合には、インジェクタ50から噴射する燃料の量を増加させる。これにより、内燃機関1に吸入される燃料が増加するため、燃料の燃焼時にピストン4を押し下げる力が強くなるので、内燃機関1は加速する。
As described above, the
一方、内燃機関1を減速させる場合には、インジェクタ50から噴射する燃料を減少させる、または、燃料の噴射を停止させる。これにより、内燃機関1に吸入される燃料が減少する、または、内燃機関1に燃料が供給されなくなるため、ピストン4を押し下げる力が低下し、内燃機関1は減速する。
On the other hand, when the
このように、内燃機関1の減速時にはインジェクタ50から噴射する燃料を減少させる、または、燃料の噴射を停止させるが、内燃機関1の回転数が所定の回転数よりも高い状態において内燃機関1を減速させる場合には、インジェクタ50による燃料の噴射を停止させる。即ち、インジェクタ50は内燃機関1への燃料の供給を停止した状態になり、いわゆるフューエルカットの状態になる。
As described above, when the
内燃機関1の運転時には、回転数が高い状態における減速時に、このようにフューエルカットを行なうが、フューエルカットを行なう際には、バイパスバルブ40を開ける。詳しくは、バイパスバルブ40が閉じた状態において内燃機関1を減速し、フューエルカットを行なう場合には、ECU60からVSV42に信号を送り、VSV42を切り替えてバイパスバルブ40を開ける。このようにフューエルカットをすると、空気のみが燃焼室5内に吸気されて排出されるため、酸素の含有量が多い排気ガスであるリーンガスが排気管11内を流れるが、バイパスバルブ40を開けることにより、このリーンガスはバイパス通路25内を流れ、主通路21には流れない。このため、主通路21内の第1触媒31の周囲はリーン雰囲気にはならない。
During operation of the
また、内燃機関1の減速時においてフューエルカットを行ない、バイパスバルブ40を開ける場合には、ECU60等の制御手段によりバイパスバルブ40を開ける制御を行なった際における第1触媒31の床温Tを、床温検出センサ51で検出する。この床温Tは、バイパスバルブ40を開ける制御を行なった後、所定の時間が経過する間検出し続け、ECU60でこの所定の時間における床温Tの変化である床温変化ΔTを算出する。さらに、ECU60では、この床温変化ΔTが、バイパスバルブ40に異常があるか否の判定の基準となる判定基準温度tよりも大きい場合には、バイパスバルブ40に作動不良等の異常があると判定する。なお、この判定基準温度tは、ECU60が有する記憶部67に記憶されている。
Further, when the fuel cut is performed at the time of deceleration of the
図2は、本発明の実施例に係る排気バイパス装置の制御方法の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係る排気バイパス装置15の制御方法、即ち、当該排気バイパス装置15の処理手順について詳細に説明する。内燃機関1の運転時において内燃機関1を低回転低負荷で運転している場合には、バイパスバルブ40は閉じられている。この状態で内燃機関1を減速した場合には、フューエルカットをONにする(ステップST101)。これにより、インジェクタ50による内燃機関1への燃料の供給は停止する。次に、バイパスバルブ40を開けるように制御する(ステップST102)。即ち、ECU60からVSV42に対して、バイパスバルブ40を開ける信号を送り、VSV42を切り替えてバイパスバルブ40を開ける制御を行なう。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure of the exhaust bypass device control method according to the embodiment of the present invention. Next, a method for controlling the
次に、バイパスバルブ40を開けた状態における第1触媒31の床温Tを床温検出センサ51で検出し、検出した床温Tは、電気信号でECU60に伝えられ、ECU60が有する床温取得部62で取得する(ステップST103)。この床温Tは、フューエルカットをONにした状態での所定時間における床温Tが取得される。次に、取得した床温Tより、取得している所定時間における床温Tの変化量である床温変化ΔTを、ECU60が有する床温変化算出部63で算出する(ステップST104)。
Next, the bed temperature T of the first catalyst 31 in a state where the
次に、記憶部67に記憶されていると共に、バイパスバルブ40に異常があるかの判定の基準となる判定基準温度tと、算出した床温変化ΔTとを、ECU60が有する異常判定部64で比較する(ステップST105)。この比較により、床温変化ΔTが判定基準温度tよりも大きい場合、即ち、(判定基準温度t<床温変化ΔT)である場合には、異常判定部64は、バイパスバルブ40が開いておらず、バイパスバルブ40に作動不良があると判定する。即ち、異常判定部64はバイパスバルブ40の異常判定をする(ステップST106)。
Next, the
図3は、フューエルカットをした際における床温と時間との関係を示す説明図である。つまり、フューエルカットをした状態の排気ガスは燃料が燃焼していないため、温度が低くなっているが、フューエルカットをしてバイパスバルブ40を開けた場合には、この温度が低い排気ガスはバイパス通路25に流れるため、第1触媒31には影響を与え難くなっている。即ち、バイパス通路25を開けることにより、主通路21には温度が低い排気ガスが流れないため、第1触媒31はこの排気ガスによっては冷却されず、緩やかに放熱する。このため、図3のバイパスバルブ開時線71で示すように、フューエルカットをしてバイパスバルブ40を開けた状態における第1触媒31の床温Tは、時間の経過と共に緩やかに低下する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the bed temperature and time when fuel cut is performed. In other words, the temperature of the exhaust gas in the fuel cut state is low because the fuel is not burned, but when the fuel valve is cut and the
これに対し、バイパスバルブ40が閉じたまま固着するなどしてバイパスバルブ40が開かない場合には、排気ガスは第1触媒31が設けられた主通路21内を流れるが、フューエルカットをして温度が低い排気ガスが主通路21内を流れた場合には、第1触媒31は温度が低い排気ガスに大量に放熱し、第1触媒31の床温Tは急激に低下する。このため、図3のバイパスバルブ閉時線72で示すように、フューエルカットをしてバイパスバルブ40を閉じた状態における第1触媒31の床温Tは、時間が経過するに従って急激に低下する。
On the other hand, when the
これにより、フューエルカットをした状態における第1触媒31の床温Tが大幅に低下した場合には、バイパスバルブ40は閉じていると判断することができるので、所定時間における床温Tの変化量である床温変化ΔTが大きくなった場合には、バイパスバルブ40は閉じていると判断することができる。従って、バイパスバルブ40を開ける制御を行なっているにも関わらず床温変化ΔTが大きくなり、(判定基準温度t<床温変化ΔT)となった場合には、バイパスバルブ40に作動不良があると判定することができる。この場合、異常判定部は、バイパスバルブの異常判定をする。
Accordingly, when the bed temperature T of the first catalyst 31 in the fuel cut state is significantly reduced, it can be determined that the
これに対し、異常判定部64での判定基準温度tと床温変化ΔTとの比較により、床温変化ΔTが判定基準温度t以下である場合、即ち、(判定基準温度t≧床温変化ΔT)である場合には、異常判定部64は、バイパスバルブ40は正常であると判定する(図2、ステップST107)。
On the other hand, when the
以上の内燃機関1の排気バイパス装置15は、主通路21内に配設された第1触媒31の温度である床温Tを検出する床温検出センサ51を設け、バイパスバルブ40を閉じた状態から開いた状態に制御した場合における床温Tを検出している。さらに、所定時間における床温Tの変化である床温変化ΔTが判定基準温度tよりも大きい場合に、バイパスバルブ40が異常である判定を異常判定部64によって行なっている。つまり、バイパスバルブ40の開閉時における状態の変化を検出する検出手段として、床温検出センサ51を1つ設け、この床温検出センサ51が検出した床温Tより、バイパスバルブ40の異常を判定している。従って、1つの床温検出センサ51が検出した床温Tのみにより、バイパスバルブ40の作動不良を検出している。この結果、容易に開閉手段であるバイパスバルブ40の作動不良を検出することができる。
The
また、バイパスバルブ40は、インジェクタ50による燃料供給の停止時、即ちフューエルカット時に開けるように制御している。排気ガスは、バイパスバルブ40を閉じると主通路21内に流れ、バイパスバルブ40を開けるとバイパス通路25内に流れるが、フューエルカット時における排気ガスであるリーンガスが主通路21内に流れてリーンガスが主通路21に設けられた第1触媒31を通過すると、第1触媒31は劣化する虞がある。詳しくは、フューエルカット時におけるリーンガスは、燃料が燃焼されていないため排気ガス中の酸素の含有量が高くなっている。このため、このリーンガスが主通路21内に流れ、第1触媒31の周囲がリーン雰囲気になった場合には、第1触媒31にはリーンガス中の酸素によってシンタリングが生じる虞があり、これにより第1触媒31は劣化する虞がある。このため、フューエルカット時には、バイパスバルブ40を開けてリーンガスをバイパス通路25に流すことにより第1触媒31の劣化を抑制できる。また、フューエルカット時におけるバイパスバルブ40の作動不良を検出することにより、リーンガスが主通路21に流れ続けて第1触媒31の周囲がリーン雰囲気になり続けることを抑制できるので、より確実に第1触媒31の劣化を抑制できる。この結果、容易にバイパスバルブ40の作動不良を検出することができると共に、より確実に第1触媒31の劣化を抑制できる。
Further, the
図4は、実施例に係る排気バイパス装置の変形例に係る説明図であり、高回転高負荷時における床温と時間との関係を示す説明図である。なお、上述した排気バイパス装置15では、フューエルカット時における第1触媒31の床温Tを検出し、この床温Tの床温変化ΔTと判定基準温度tとを比較しているが、判定基準温度tと比較する床温Tは、フューエルカット時以外の床温Tでもよい。例えば、判定基準温度tとを比較する床温変化ΔTは、内燃機関1を高回転高負荷で運転している際において、バイパスバルブ40を開ける制御をした場合の第1触媒31の床温Tを検出し、この床温Tの床温変化ΔTと判定基準温度tとを比較してもよい。即ち、ECU60などの制御手段は、内燃機関1が高回転高負荷で運転している際にバイパスバルブ40を開けるように制御し、その際における第1触媒31の床温Tの床温変化ΔTと判定基準温度tとを比較してもよい。
FIG. 4 is an explanatory view according to a modification of the exhaust bypass device according to the embodiment, and is an explanatory view showing a relationship between the bed temperature and time at the time of high rotation and high load. In the
詳しくは、内燃機関1を高回転高負荷で運転した状態の排気ガスは温度が高くなっているが、この運転状態においてバイパスバルブ40を開けた場合には、この温度が高い排気ガスはバイパス通路25に流れるため、第1触媒31には影響を与え難くなっている。即ち、バイパス通路25を開けることにより、主通路21には温度が高い排気ガスが流れないため、第1触媒31は、上流側接続部26または下流側接続部27からの対流による熱伝達のみとなる。このため、図4のバイパスバルブ開時線76で示すように、内燃機関1を高回転高負荷で運転してバイパスバルブ40を開けた状態における第1触媒31の床温Tは、時間の経過と共に緩やかに上昇する。
Specifically, the exhaust gas in a state where the
これに対し、バイパスバルブ40が閉じたまま開かない場合には、排気ガスは第1触媒31が設けられた主通路21内を流れるが、内燃機関1を高回転高負荷で運転して温度が高い排気ガスが主通路21内を流れた場合には、第1触媒31は高い排気ガスによって加熱され、第1触媒31の床温Tは急激に上昇する。このため、図4のバイパスバルブ閉時線77で示すように、内燃機関1を高回転高負荷で運転してバイパスバルブ40を閉じた状態における第1触媒31の床温Tは、時間が経過するに従って急激に上昇する。
On the other hand, when the
これにより、内燃機関1を高回転高負荷で運転した状態における第1触媒31の床温Tが大幅に上昇した場合には、バイパスバルブ40は閉じていると判断することができるので、所定時間における床温Tの変化量である床温変化ΔTが大きくなった場合には、バイパスバルブ40は閉じていると判断することができる。従って、バイパスバルブ40を開ける制御を行なっているにも関わらず床温変化ΔTが大きくなり、(判定基準温度t<床温変化ΔT)となった場合には、バイパスバルブ40に作動不良があると判定することができる。この場合、異常判定部64は、バイパスバルブ40の異常判定をする。これに対し、異常判定部64での判定基準温度tと床温変化ΔTとの比較により、床温変化ΔTが判定基準温度t以下である場合、即ち、(判定基準温度t≧床温変化ΔT)である場合には、フューエルカット時と同様に異常判定部64は、バイパスバルブ40は正常であると判定する。
As a result, when the bed temperature T of the first catalyst 31 in a state where the
このように、内燃機関1が高回転高負荷で運転している際にバイパスバルブ40を開けるように制御した場合でも、容易にバイパスバルブ40の作動不良を検出することができると共に、より確実に第1触媒31の劣化を抑制できる。つまり、排気ガスは、バイパスバルブ40を閉じると主通路21内に流れ、バイパスバルブ40を開けるとバイパス通路25内に流れるが、内燃機関1が高回転高負荷で運転している際における排気ガスである高温の排気ガスが主通路21内に流れて主通路21に設けられた第1触媒31を通過すると、第1触媒31は温度が高くなり過ぎて、熱劣化が生じる虞がある。このため、内燃機関1が高回転高負荷で運転している場合には、バイパスバルブ40を開けて高温の排気ガスをバイパス通路25に流すことにより、第1触媒31の劣化を抑制できる。また、内燃機関1が高回転高負荷で運転している際におけるバイパスバルブ40の作動不良を検出することにより、高温の排気ガスが主通路21に流れ続けて第1触媒31が高温の排気ガスに晒され続けることを抑制できるので、より確実に第1触媒31の劣化を抑制できる。この結果、容易にバイパスバルブ40の作動不良を検出することができると共に、より確実に第1触媒31の劣化を抑制できる。
As described above, even when the
また、上述した排気バイパス装置15では、判定基準温度tは予め記憶部67に記憶されているが、この判定基準温度tは、内燃機関1の運転状態に応じて変化してもよい。つまり、内燃機関1から排出される排気ガスの温度は、内燃機関1の運転状態に応じて変化するため、判定基準温度tを内燃機関1の運転状態に応じて変化させてもよい。前記異常判定部64では、バイパスバルブ40を閉じた状態から開けた状態に制御した場合における第1触媒31の床温Tの変化が判定基準温度tより大きい場合には、バイパスバルブ40が異常であると判定するが、床温Tの変化は、バイパスバルブ40を開ける前の状態における床温Tによって異なる場合がある。
Further, in the
即ち、バイパスバルブ40を開ける前の状態において床温Tが高い場合には、床温Tが低い場合よりも、主通路21内に排気ガスが流れない状態での放熱による温度低下が大きくなり易い。このため、判定基準温度tを一定にした場合には、バイパスバルブ40の作動の判定は、床温Tが高い状態では異常判定になり易くなり、床温Tが低い状態では異常判定になり難くなる。このため、正確にバイパスバルブ40の異常判定を行なう事が困難になる。従って、判定基準温度tを、バイパスバルブ40を開ける前の状態での床温Tに応じて変化させる、即ち、内燃機関1の運転状態に応じて変化させることにより、より正確にバイパスバルブ40の異常を判定することができる。この結果、より確実にバイパスバルブ40の作動不良を検出することができる。
That is, when the bed temperature T is high before the
また、上述した排気バイパス装置15では、アクチュエータ41等を使用してバイパスバルブ40を作動させているが、バイパスバルブ40の作動は、アクチュエータ41等以外により行なってもよい。内燃機関1の運転中にバイパスバルブ40の作動を確実に行なえるものであれば、アクチュエータ41等以外のものを使用してもよい。
In the
また、浄化手段として主通路21内に設けられる第1触媒31、及びバイパス通路25内に設けられる第2触媒32は、共に三元触媒となっているが、浄化手段は三元触媒以外のものでもよい。例えば、浄化手段として、炭化水素(HC)を吸着する吸着手段を用いてもよい。上述した排気バイパス装置の主通路21及びバイパス通路25内に、三元触媒以外の浄化手段を用いた場合でも、より確実に必要な浄化手段に排気ガスを流すことができる。この結果、より確実に排気ガスを浄化することができる。
The first catalyst 31 provided in the
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気バイパス装置は、排気管がバイパス通路を有している場合に有用であり、特に、触媒をバイパスする機構を有している場合に適している。 As described above, the exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to the present invention is useful when the exhaust pipe has a bypass passage, and is particularly suitable when the exhaust pipe has a mechanism for bypassing the catalyst. .
1 内燃機関
2 シリンダヘッド
3 シリンダブロック
4 ピストン
5 燃焼室
6 点火プラグ
10 吸気管
11 排気管
12 吸気バルブ
13 排気バルブ
15 排気バイパス装置
21 主通路
25 バイパス通路
26 上流側接続部
27 下流側接続部
30 触媒
31 第1触媒
32 第2触媒
40 バイパスバルブ
41 アクチュエータ
42 VSV
43 負圧タンク
46 制御チューブ
47 負圧チューブ
50 インジェクタ
51 床温検出センサ
60 ECU
61 処理部
62 床温取得部
63 床温変化算出部
64 異常判定部
67 記憶部
68 入出力部
71、76 バイパスバルブ開時線
72、77 バイパスバルブ閉時線
DESCRIPTION OF
43
61
Claims (4)
前記第1通路内に配設され、且つ、前記排気ガスを浄化する浄化手段と、
前記浄化手段の温度である床温を検出する床温検出手段と、
前記第2通路に配設されていると共に前記第2通路内を開閉可能に設けられた開閉手段と、
前記開閉手段に接続されていると共に前記開閉手段の開閉を制御する制御手段と、
前記制御手段によって前記開閉手段を閉じた状態から開いた状態に制御した場合における前記床温の変化が、前記開閉手段に異常があるかの基準となる判定基準温度より大きい場合に、前記開閉手段が異常である判定をする異常判定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気バイパス装置。 An exhaust passage having a first passage through which exhaust gas of the internal combustion engine flows, and further having a second passage through which the exhaust gas flows and connected to the first passage at both ends;
Purification means disposed in the first passage and purifying the exhaust gas;
A bed temperature detecting means for detecting a bed temperature which is the temperature of the purifying means;
An opening / closing means disposed in the second passage and provided to be capable of opening and closing the second passage;
Control means connected to the opening and closing means and controlling opening and closing of the opening and closing means;
The switching means when the change in the bed temperature when the control means is controlled from the closed state to the open state is larger than a determination reference temperature that is a criterion for whether the opening / closing means is abnormal. An abnormality determining means for determining that is abnormal;
An exhaust gas bypass device for an internal combustion engine, comprising:
前記制御手段は、前記燃料供給手段による燃料供給の停止時に前記開閉手段を開けるように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気バイパス装置。 Furthermore, the internal combustion engine includes fuel supply means for supplying fuel to the internal combustion engine,
2. The exhaust gas bypass device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control unit performs control so that the opening / closing unit is opened when fuel supply by the fuel supply unit is stopped.
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