JP2007218247A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関本体から排出される排気中に含まれる有害な成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、特に、排気再循環装置(以下、EGR装置と称す)を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that purifies harmful components contained in exhaust gas discharged from an internal combustion engine body, and in particular, an internal combustion engine having an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as an EGR device). The present invention relates to an exhaust purification device.
従来より、自動車用内燃機関においては、排気中に含まれるHC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、NOx(窒素酸化物)などの有害成分を浄化するために内燃機関の排気系に排気浄化触媒が配置された排気浄化装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine for automobiles, an exhaust gas is exhausted into an exhaust system of the internal combustion engine in order to purify harmful components such as HC (hydrocarbon), CO (carbon monoxide), and NOx (nitrogen oxide) contained in the exhaust gas. An exhaust emission control device in which a purification catalyst is arranged is known.
このような排気浄化装置に使用される排気浄化触媒としては、例えば、三元触媒が広く知られている。該三元触媒は、不完全燃焼成分であるHC及びCOの酸化反応と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるNOxの還元反応とを同時に促進し、HC、COおよびNOxの外部への排出を低減させる機能を有する。 As an exhaust purification catalyst used in such an exhaust purification device, for example, a three-way catalyst is widely known. The three-way catalyst simultaneously promotes an oxidation reaction of HC and CO, which are incomplete combustion components, and a reduction reaction of NOx produced by a reaction between nitrogen in the air and unburned oxygen, and HC, CO And a function of reducing NOx emission to the outside.
このような三元触媒に代表される排気浄化触媒の浄化性能は、一般に、使用時の排気浄化触媒の温度に大きく依存することが知られている。例えば、排気浄化触媒として貴金属触媒を使用する場合において該触媒の有する浄化性能を有効に発揮させるためには、触媒温度を、ある一定の温度、例えば約250℃以上に昇温させることが必要であることが知られている。 It is known that the purification performance of an exhaust purification catalyst represented by such a three-way catalyst generally depends greatly on the temperature of the exhaust purification catalyst in use. For example, when a noble metal catalyst is used as an exhaust purification catalyst, in order to effectively exhibit the purification performance of the catalyst, it is necessary to raise the catalyst temperature to a certain temperature, for example, about 250 ° C. or more. It is known that there is.
このため、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒が排気浄化機能を有効に発揮できる温度(以下、触媒活性温度と称する)に暖機されるまでの機関冷間時においては、排気浄化触媒による排気中の有害成分の浄化は期待できず、排気エミッションの悪化を抑制すべく何らかの方策を講ずる必要がある。 Therefore, when the engine is cold from immediately after the start of the internal combustion engine until the exhaust purification catalyst is warmed up to a temperature at which the exhaust purification function can be effectively exhibited (hereinafter referred to as the catalyst activation temperature), the exhaust gas by the exhaust purification catalyst is exhausted. There is no expectation of purification of harmful components in it, and it is necessary to take some measures to suppress the deterioration of exhaust emissions.
内燃機関の始動直後の機関冷間時における排気エミッションの改善を図る方策の一つとして、内燃機関の排気系における排気浄化触媒の配置位置の最適化を図ることが知られている。具体的には、排気浄化触媒を内燃機関本体に対してできるだけ近い位置に配置する、すなわち、内燃機関本体から排気浄化触媒までの排気経路を短くすることで、内燃機関本体から排気浄化触媒までの排気経路おける排気の熱損失を低減し、排気熱により排気浄化触媒温度を迅速に触媒活性温度に昇温することを可能とし、これにより、内燃機関の始動直後の機関冷間時における排気エミッションの改善を図るものである。 As one of the measures for improving exhaust emission when the engine is cold immediately after starting the internal combustion engine, it is known to optimize the arrangement position of the exhaust purification catalyst in the exhaust system of the internal combustion engine. Specifically, the exhaust purification catalyst is disposed as close as possible to the internal combustion engine body, that is, by shortening the exhaust path from the internal combustion engine body to the exhaust purification catalyst, The heat loss of the exhaust in the exhaust path is reduced, and the exhaust purification catalyst temperature can be quickly raised to the catalyst activation temperature by the exhaust heat, which makes it possible to reduce the exhaust emission when the engine is cold immediately after the internal combustion engine is started. It is intended to improve.
また、内燃機関の始動直後の機関冷間時における排気エミッションの改善を図る方策の一つとして、内燃機関の排気系に、通常運転時の排気浄化用の主排気浄化触媒とは別に、始動直後の機関冷間時の排気浄化用の補助排気浄化触媒を配設することが知られている。具体的には、補助排気浄化触媒として、主排気浄化触媒よりも容量が小さく排気浄化性能が小さいものを選択することで、補助排気浄化触媒を主排気浄化触媒よりも早期に活性状態とすることを可能とし、これにより、内燃機関の始動直後の機関冷間時における排気エミッションの改善を図るものである。 Further, as one of the measures for improving the exhaust emission when the engine is cold immediately after the start of the internal combustion engine, the exhaust system of the internal combustion engine is separated from the main exhaust purification catalyst for purifying the exhaust during normal operation. It is known to provide an auxiliary exhaust purification catalyst for exhaust purification when the engine is cold. Specifically, the auxiliary exhaust purification catalyst is activated earlier than the main exhaust purification catalyst by selecting an auxiliary exhaust purification catalyst that has a smaller capacity and lower exhaust purification performance than the main exhaust purification catalyst. This makes it possible to improve exhaust emission when the engine is cold immediately after starting the internal combustion engine.
更に、上述したような補助排気浄化触媒を排気系に配設する方策においては、コスト性やスペース性の向上の観点から、排気系から吸気系に排気の一部を再循環させるEGR通路内に補助排気浄化触媒を配設する提案もなされている。 Further, in the measures for arranging the auxiliary exhaust purification catalyst as described above in the exhaust system, from the viewpoint of improving cost and space, the exhaust gas is recirculated from the exhaust system to the intake system in the EGR passage. Proposals have also been made to dispose an auxiliary exhaust purification catalyst.
しかしながら、内燃機関の始動直後の機関冷間時における排気エミッションの改善を図るべく、内燃機関本体から排気浄化触媒までの排気経路を短くする方策においては、機関冷間時においては排気浄化触媒温度を触媒活性温度に迅速に昇温することが可能であるが、一方で、例えば内燃機関が高負荷領域等の運転状態にある場合においては、内燃機関本体から排気浄化触媒までの排気経路が短いが故に、排気浄化触媒が許容温度を越えて過昇温され熱劣化を引き起こす危険性が高くなるという問題があると考える。 However, in order to improve the exhaust emission when the engine is cold immediately after the internal combustion engine is started, in the measure for shortening the exhaust path from the internal combustion engine body to the exhaust purification catalyst, the exhaust purification catalyst temperature is set when the engine is cold. Although it is possible to quickly raise the catalyst activation temperature, for example, when the internal combustion engine is in an operating state such as a high load region, the exhaust path from the internal combustion engine body to the exhaust purification catalyst is short. Therefore, it is considered that there is a problem that the exhaust purification catalyst is excessively heated beyond the allowable temperature to increase the risk of causing thermal degradation.
また、内燃機関の始動直後の機関冷間時における排気エミッションの改善を図るべく、内燃機関の排気系に、通常運転時の排気浄化用の主排気浄化触媒とは別に、始動直後の機関冷間時の排気浄化用の補助排気浄化触媒を配設する方策においては、補助排気浄化触媒として、主排気浄化触媒よりも容量が小さく排気浄化性能が小さいものを選択することで、補助排気浄化触媒を主排気浄化触媒よりも早期に活性状態とすることを可能とするが、それでも、補助排気浄化触媒が触媒活性温度に達するまでの間においては、排気エミッションの悪化の抑制を図ることはできないという問題があると考える。 Further, in order to improve the exhaust emission when the engine is cold immediately after the start of the internal combustion engine, the internal combustion engine exhaust system is separated from the main exhaust purification catalyst for exhaust purification during the normal operation, and the engine cold immediately after the start of the engine. In the measure to arrange the auxiliary exhaust purification catalyst for exhaust gas purification at the time, the auxiliary exhaust purification catalyst is selected by selecting an auxiliary exhaust purification catalyst having a capacity smaller than that of the main exhaust purification catalyst and smaller exhaust purification performance. Although it is possible to activate the catalyst earlier than the main exhaust purification catalyst, it is still impossible to suppress the deterioration of exhaust emission until the auxiliary exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature. I think there is.
本発明においては、上記課題に鑑み、内燃機関本体から排気浄化触媒までの排気経路の距離に影響を受けることなく、また、補助排気浄化触媒の使用を必要とすることなく、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒温度が触媒活性温度に達する前の機関冷間時における排気エミッションの改善を図ることが可能な内燃機関の排気浄化装置であって、特に、排気系から吸気系に排気を再循環させるEGR装置を有する内燃機関に適用可能な排気浄化装置を提供することを目的としている。 In the present invention, in view of the above problems, immediately after starting the internal combustion engine without being affected by the distance of the exhaust path from the main body of the internal combustion engine to the exhaust purification catalyst, and without requiring the use of an auxiliary exhaust purification catalyst. An exhaust purification device for an internal combustion engine capable of improving exhaust emission when the engine is cold before the exhaust purification catalyst temperature reaches the catalyst activation temperature, and in particular, recirculates exhaust from the exhaust system to the intake system An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device applicable to an internal combustion engine having an EGR device.
請求項1に記載の発明によれば、内燃機関本体から排出された排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒が排気系に配置された内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒よりも下流の前記排気系から前記内燃機関の吸気系に前記内燃機関本体から排出された排気を再循環させるEGR装置と、前記EGR装置により前記吸気系に再循環された排気中に、少なくとも通常の空気の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給する酸素供給手段とを具備し、前記内燃機関の始動直後から前記排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、前記EGR装置により前記内燃機関本体から排出された排気を前記吸気系に再循環させ、前記酸素供給手段により高濃度酸素ガスを前記吸気系に再循環された排気中に供給し、前記吸気系に再循環された排気中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化する、ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst for purifying harmful components in exhaust gas discharged from the internal combustion engine body is disposed in an exhaust system, the exhaust gas purification catalyst is more effective than the exhaust gas purification catalyst. An EGR device that recirculates exhaust discharged from the internal combustion engine body from the exhaust system downstream to the intake system of the internal combustion engine, and at least normal air in the exhaust gas recirculated to the intake system by the EGR device Oxygen supply means for supplying a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration higher than the oxygen concentration of the EGR until the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature immediately after the start of the internal combustion engine. The exhaust gas exhausted from the internal combustion engine body by the device is recirculated to the intake system, and the high concentration oxygen gas is supplied to the exhaust gas recirculated to the intake system by the oxygen supply means. The intake system is re-combust CO and HC in the exhaust gas is recycled to the purification, the exhaust purification system of an internal combustion engine, wherein is provided that.
すなわち、請求項1の発明では、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、EGR装置により内燃機関本体から排出された排気を吸気系に再循環させ、酸素供給手段により高濃度酸素ガスを吸気系に再循環された排気中に供給することで、吸気系に再循環された排気中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化する。ここで、留意すべき点は、吸気系に再循環された排気中のCOおよびHCを再燃焼させるために、新気すなわち新しい空気を供給するのではなく、少なくとも通常の空気の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給する点にある。新気中には約21%の酸素しか含有されておらず、大量の排気が吸気系に再循環された場合、燃焼室に吸入される全ガス量のうち新気の占める割合は小さく制限されため、大量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させるのに十分な酸素を排気中に供給することは現実的に困難である。本発明では、吸気系に再循環された排気中に、少なくとも新気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給することで、新気を導入する場合と比較して、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、排気エミッションの改善を図ることが可能となる。尚、排気浄化触媒の触媒活性温度とは、排気浄化触媒が浄化機能を有効に発揮することができる温度を意図する。 That is, according to the first aspect of the present invention, the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine body by the EGR device is recirculated to the intake system immediately after the internal combustion engine is started until the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature. By supplying high-concentration oxygen gas into the exhaust gas recirculated to the intake system by the supply means, CO and HC in the exhaust gas recirculated to the intake system are recombusted and purified. It should be noted here that at least the oxygen concentration of the normal air is not supplied to re-burn the CO and HC in the exhaust gas recirculated to the intake system, rather than supplying fresh air or fresh air. A high concentration oxygen gas having a high oxygen concentration is supplied. The fresh air contains only about 21% oxygen, and when a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system, the proportion of fresh air in the total amount of gas drawn into the combustion chamber is limited to a small amount. For this reason, it is practically difficult to supply oxygen sufficient to re-combust CO and HC in a large amount of exhaust gas. In the present invention, in the exhaust gas recirculated to the intake system, by supplying a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration higher than at least the oxygen concentration in the fresh air, compared to the case of introducing fresh air, A larger amount of CO and HC in the exhaust gas can be reburned, and exhaust emission can be improved. The catalyst activation temperature of the exhaust purification catalyst is intended to mean a temperature at which the exhaust purification catalyst can effectively exhibit the purification function.
請求項2に記載の発明によれば、前記酸素供給手段は、酸素ガスのみを封入した酸素ボンベと、該酸素ボンベからの酸素ガスの供給量を調整する酸素供給量制御バルブとを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化が提供される。
According to a second aspect of the present invention, the oxygen supply means includes an oxygen cylinder filled with only oxygen gas, and an oxygen supply amount control valve that adjusts the supply amount of oxygen gas from the oxygen cylinder. An exhaust gas purification for an internal combustion engine according to
すなわち、請求項2の発明では、酸素供給手段が、酸素ガスのみを封入した酸素ボンベを有して構成されることで、吸気系に再循環された排気中に、酸素ガスのみを供給することができ、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、排気エミッションの改善を図ることが可能となる。 That is, in the second aspect of the invention, the oxygen supply means includes an oxygen cylinder filled with only oxygen gas, so that only oxygen gas is supplied into the exhaust gas recirculated to the intake system. As a result, a larger amount of CO and HC in the exhaust gas can be reburned, and exhaust emission can be improved.
請求項3に記載の発明によれば、前記EGR装置は、前記排気浄化触媒よりも下流の排気系に配置され前記吸気系に再循環させる排気の割合を制御するバルブであって、前記排気浄化触媒よりも下流の排気系の背圧を所定範囲内に制御する背圧制御用バルブを有する、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to a third aspect of the present invention, the EGR device is a valve that is disposed in an exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst and controls a ratio of exhaust gas recirculated to the intake system. 3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
すなわち、請求項3の発明では、EGR装置が、排気浄化触媒よりも下流の排気系に配置され吸気系に再循環させる排気の割合を制御するバルブであって、排気浄化触媒よりも下流の排気系の背圧を所定範囲内に制御する背圧制御用バルブを有することで、吸気系に再循環させる排気の割合を100%とすれば内燃機関の始動直後の排気の略全量を吸気系に再循環させることができる。また、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒温度が触媒活性温度に達するまでの間の排気浄化触媒よりも下流の排気系の背圧を、EGR装置により排気が吸気系に再循環されている際に、背圧が安定している状態を維持することができ、且つ、排気系から内燃機関本体に直接吹き戻される排気量が極端に大きくならないようにすることができる所定値に制御することができる。これにより、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒が触媒活性温度に達するまでの間の安定した吸気系への排気の再循環をもたらすことが可能となる。ここで、背圧とは、内燃機関で仕事すなわち燃焼がされた後に吐き出されるガスの圧力を意図しており、排気浄化触媒よりも下流の排気系の背圧とは、内燃機関で燃焼がされた後に吐き出された排気の圧力であって、排気浄化触媒よりも下流の排気系を流れる排気の圧力を意図する。 That is, in the invention of claim 3, the EGR device is a valve that is disposed in the exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst and controls the ratio of exhaust gas recirculated to the intake system, and the exhaust gas downstream of the exhaust purification catalyst. By having a back pressure control valve that controls the back pressure of the system within a predetermined range, if the ratio of exhaust gas recirculated to the intake system is 100%, almost the entire amount of exhaust immediately after starting the internal combustion engine is made into the intake system. Can be recycled. Further, when the exhaust gas is recirculated to the intake system by the EGR device, the back pressure of the exhaust system downstream from the exhaust purification catalyst immediately after the internal combustion engine is started until the exhaust purification catalyst temperature reaches the catalyst activation temperature. In addition, it is possible to control to a predetermined value that can maintain a state in which the back pressure is stable and that the exhaust amount blown back directly from the exhaust system to the internal combustion engine body does not become extremely large. it can. This makes it possible to bring the exhaust gas to the stable intake air recirculation immediately after the internal combustion engine is started until the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature. Here, the back pressure means the pressure of the gas discharged after work, that is, combustion in the internal combustion engine, and the back pressure in the exhaust system downstream from the exhaust purification catalyst means combustion in the internal combustion engine. The pressure of the exhaust gas discharged after the exhaust gas is intended to be the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst.
請求項4に記載の発明によれば、当該排気浄化装置は、更に、前記内燃機関がエンストする危険性がある状態にあるか否かを判定するエンスト判定手段を有し、前記エンスト判定手段により、前記内燃機関がエンストする危険性があると判定された場合、前記背圧制御用バルブにより前記吸気系に再循環させる排気の割合を減少させる、ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, the exhaust emission control device further includes engine stall determination means for determining whether or not the internal combustion engine is in a state where there is a risk of engine stall. 4. The internal combustion engine according to claim 3, wherein when it is determined that the internal combustion engine is at risk of being stalled, the ratio of exhaust gas recirculated to the intake system by the back pressure control valve is reduced. An exhaust emission control device for an engine is provided.
すなわち、請求項4の発明では、エンスト判定手段により、内燃機関がエンストする危険性があると判定された場合、背圧制御用バルブにより吸気系に再循環させる排気の割合を減少させることで、内燃機関がエンストする危険性を回避する。本排気浄化装置においては、大量の排気が吸気系に再循環されても、大量の排気をも再燃焼させるのに十分な酸素ガスを供給できる酸素供給手段を備えることにより、エンストを回避できるものと考えるが、当該エンスト判定手段を備えることで、より確実なエンスト回避を可能とする。 That is, in the invention of claim 4, when it is determined by the engine stall determination means that there is a risk of the engine being stalled, the ratio of the exhaust gas recirculated to the intake system by the back pressure control valve is reduced, Avoid the danger of the internal combustion engine stalling. In this exhaust purification system, even if a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system, it is possible to avoid engine stall by providing oxygen supply means that can supply oxygen gas sufficient to re-combust even a large amount of exhaust gas. However, by providing the engine stall determination means, it is possible to avoid engine stall more reliably.
請求項5に記載の発明によれば、前記エンスト判定手段は、機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、前記内燃機関本体の燃焼室内の圧力を検出する燃焼圧センサーとを有し、前記EGR装置により前記吸気系に排気が再循環されている際の、前記機関回転数検出手段により検出された機関回転数の変動状態および前記燃焼圧センサーにより検出された燃焼室内の圧力値の少なくとも一方に基づいて、前記内燃機関がエンストする危険性がある状態にあるか否かを判定する、ことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to the invention described in claim 5, the engine stall determination means includes engine speed detection means for detecting engine speed, and a combustion pressure sensor for detecting pressure in the combustion chamber of the internal combustion engine body. At least of the fluctuation state of the engine speed detected by the engine speed detecting means and the pressure value in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor when the exhaust gas is recirculated to the intake system by the EGR device. 5. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 4, wherein whether or not the internal combustion engine is in a state where there is a risk of being stalled is determined based on one.
すなわち、請求項5の発明では、エンスト判定手段は、機関回転数検出手段と、燃焼圧センサーとを有し、機関回転数の変動状態および燃焼室内の圧力値の少なくとも一方に基づいて、内燃機関がエンストする危険性がある状態にあるか否かが判定される。 That is, in the invention of claim 5, the engine stall determination means has an engine speed detection means and a combustion pressure sensor, and is based on at least one of the fluctuation state of the engine speed and the pressure value in the combustion chamber. It is determined whether or not there is a risk of being stalled.
請求項6に記載の発明によれば、前記内燃機関は、前記内燃機関本体の燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置と、前記燃焼室内に火花の発生をもたらす点火装置とを備え、前記酸素供給手段は、前記燃焼室内に高濃度酸素ガスを直接供給するように構成され、前記内燃機関の圧縮行程において、前記燃料噴射装置および前記酸素供給手段により燃料および高濃度酸素ガスが前記燃焼室内に供給され、前記点火装置により前記燃焼室内に火花の発生がもたらされる、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が提供される。
According to a sixth aspect of the present invention, the internal combustion engine includes a fuel injection device that directly injects fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine body, and an ignition device that generates sparks in the combustion chamber, The oxygen supply means is configured to directly supply high-concentration oxygen gas into the combustion chamber. During the compression stroke of the internal combustion engine, the fuel and the high-concentration oxygen gas are fed into the combustion chamber by the fuel injection device and the oxygen supply means. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
すなわち、請求項6の発明では、酸素供給手段が燃焼室内に高濃度酸素ガスを直接供給できるように構成配置されることで、内燃機関の圧縮行程において、燃焼室内の多くの割合を占める再循環された排気に対して燃料のみならず酸素をも点火プラグ近傍に集約することができ、酸素供給手段が吸気系に高濃度酸素ガスを供給するように構成配置された場合と比較して、より少量の燃料で安定した燃焼をもたらすことができる成層燃焼を可能とする。
That is, in the invention of
請求項7に記載の発明によれば、前記EGR装置は、該EGR装置により前記吸気系に再循環される排気を冷却し該排気中のH2O成分を液化するインタークーラーと、該インタークーラーにより液化されたH2O成分を貯蔵し除去するH2O除去タンクとを有する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to the invention described in
すなわち、請求項7の発明では、EGR装置がインタークーラーおよびH2O除去タンクを備えることで、吸気系に再循環される排気中のH2Oを、排気が吸気系に導入される前に液化して除去することができ、吸気系に導入される排気量を低減することが可能となる。これにより、酸素供給手段による高濃度酸素ガス付加量が吸気系に導入される排気量に依存して決定される場合には、酸素供給手段による高濃度酸素ガス付加量を低減することが可能となる。
That is, in the invention of
請求項8に記載の発明によれば、前記酸素供給手段は、前記排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達した後においては、要求トルクに応じて前記吸気系に所定量の高濃度酸素ガスを供給する、ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。 According to an eighth aspect of the present invention, the oxygen supply means supplies a predetermined amount of high-concentration oxygen gas to the intake system according to the required torque after the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the exhaust gas purification device is provided.
すなわち、請求項8の発明では、排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達した後において、例えば空気中の酸素のみではもたらすことができない様な高トルクが要求された場合であっても、酸素供給手段により所定量の高濃度酸素ガスを供給することで、不足する量の酸素を補うことができ、要求トルクをもたらすことを可能とする。
That is, in the invention of
請求項9に記載の発明によれば、前記EGR装置は、該EGR装置により前記吸気系に再循環される排気中の二酸化炭素を吸収あるいは吸着することにより吸蔵する二酸化炭素吸蔵手段を有する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to a ninth aspect of the present invention, the EGR device has carbon dioxide storage means for storing by absorbing or adsorbing carbon dioxide in exhaust gas recirculated to the intake system by the EGR device. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to
すなわち、請求項9の発明では、二酸化炭素吸蔵手段を有することで、吸気系に再循環される排気中の二酸化炭素を吸収あるいは吸着することにより吸蔵することができる。これにより、酸素供給手段による高濃度酸素ガス供給量が吸気系に導入される排気量に依存して決定される場合には、酸素供給手段による高濃度酸素ガス供給量を低減することができる。 That is, according to the ninth aspect of the present invention, by having the carbon dioxide storage means, it is possible to store by absorbing or adsorbing carbon dioxide in the exhaust gas recirculated to the intake system. Thereby, when the high concentration oxygen gas supply amount by the oxygen supply means is determined depending on the exhaust amount introduced into the intake system, the high concentration oxygen gas supply amount by the oxygen supply means can be reduced.
請求項10に記載の発明によれば、前記EGR装置は、前記吸気系と前記排気浄化触媒よりも下流の前記排気系とを流体連通する排気再循環通路を有し、当該排気浄化装置は、前記内燃機関の始動直後から前記排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、前記排気浄化触媒から流出した排気を前記排気浄化触媒の周囲に循環させてから前記排気再循環通路に導く排気迂回手段を具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to the invention described in
すなわち、請求項10の発明では、排気迂回手段を有することで、排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、排気迂回手段が無い場合と比較して、排気の熱を利用して排気浄化触媒を効率的暖機することができ、一方で、排気浄化触媒を暖機する際に排気から熱を奪うことにより再循環されるガスの温度を低下させることができる。
That is, in the invention of
請求項11の記載の発明によれば、前記インタークーラーにより液化されたH2O成分であって前記H2O除去タンクに貯蔵され除去されるH2O成分を電気分解して酸素成分と水素成分とを生成し、生成された酸素成分を前記酸素供給手段に供給し、生成された水素成分を前記吸気系に供給する水電気分解手段を具備する、ことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to the invention described in
すなわち、請求項11の発明では、水電気分解手段により生成された酸素成分を酸素供給手段に供給し酸素成分を補充することができ、酸素消費量の低減を図ることが可能となる。また、水電気分解手段により生成された水素成分を吸気系に供給することができ、燃焼室内の燃焼の改善を図ることが可能となる。
That is, in the invention of
請求項12に発明によれば、前記酸素供給手段は、大気中の空気から高濃度酸素ガスを生成し該高濃度酸素ガスを前記吸気系に供給する酸素濾過手段と、予め加圧され圧縮された高濃度酸素ガスを貯留し該高濃度酸素ガスを前記吸気系に供給する酸素タンクと、前記排気浄化触媒の温度に基づいて前記吸気系への高濃度酸素ガスの供給源として前記酸素濾過手段と前記酸素タンクとのどちらか一方を選択する切替え手段とを具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
According to a twelfth aspect of the present invention, the oxygen supply means is pre-pressurized and compressed with oxygen filtration means for generating high-concentration oxygen gas from air in the atmosphere and supplying the high-concentration oxygen gas to the intake system. An oxygen tank for storing the high-concentration oxygen gas and supplying the high-concentration oxygen gas to the intake system, and the oxygen filtering means as a supply source of the high-concentration oxygen gas to the intake system based on the temperature of the exhaust purification catalyst 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to
すなわち、請求項12の発明では、酸素濾過手段および酸素タンクの二つの高濃度酸素ガス供給源を有することで、酸素濾過手段あるいは酸素タンクのどちらか一方しか有さないものと比較して、より多くの高濃度酸素ガスを補充作業を必要とすることなく長期間にわたり吸気系に供給することができ、より確実に高濃度酸素ガスを吸気系に供給することが可能となる。
That is, in the invention of
各請求項の記載の発明によれば、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、EGR装置により内燃機関本体から排出された排気を吸気系に再循環させ、吸気系に再循環された排気中に、少なくとも新気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給することで、新気を導入する場合と比較して、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化することができ、内燃機関の始動直後から排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間の排気エミッションの改善を図ることが可能となる共通の効果を奏する。 According to the invention described in each claim, the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine body by the EGR device is recirculated to the intake system from immediately after the start of the internal combustion engine until the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature. By supplying a high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration at least higher than the oxygen concentration in the fresh air into the exhaust gas recirculated to the intake system, it is more than in the case of introducing fresh air. The amount of CO and HC in the exhaust gas can be reburned and purified, and it becomes possible to improve the exhaust emission from immediately after the internal combustion engine is started until the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature. Has a common effect.
以下、添付図面を用いて本発明に係る排気浄化装置の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第一の実施形態の概略構成を示す図である。図1において、1は内燃機関本体、2は燃焼室、3は点火装置、4は燃料噴射装置、5は酸素供給装置、6は排気系、7は三元触媒、8はA/Fセンサー、9は背圧センサー、10はEGR装置、11は排気再循環通路、12は排気再循環量制御バルブ、13はインタークーラー、14はH2O除去タンク、15は背圧制御バルブ、16は吸気系、17はサージタンク、18はエアフローメータ、19はスロットルバルブ、20は吸気圧センサー、21は機関回転数検出手段、22はアクセル開度検出手段、23は触媒温度検出手段、24は燃焼圧センサー、25は電子制御装置(以下、ECUと称する)、のそれぞれを示す。尚、後に説明する図6から図9においても、同じ構成要素については、同じ番号を付すものとする。
Hereinafter, embodiments of an exhaust emission control device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In FIG. 1, 1 is an internal combustion engine body, 2 is a combustion chamber, 3 is an ignition device, 4 is a fuel injection device, 5 is an oxygen supply device, 6 is an exhaust system, 7 is a three-way catalyst, 8 is an A / F sensor, 9 is a back pressure sensor, 10 is an EGR device, 11 is an exhaust gas recirculation passage, 12 is an exhaust gas recirculation control valve, 13 is an intercooler, 14 is an H 2 O removal tank, 15 is a back pressure control valve, and 16 is an intake system. , 17 is a surge tank, 18 is an air flow meter, 19 is a throttle valve, 20 is an intake pressure sensor, 21 is an engine speed detecting means, 22 is an accelerator opening detecting means, 23 is a catalyst temperature detecting means, and 24 is a combustion pressure sensor. , 25 indicate electronic control units (hereinafter referred to as ECUs). In FIG. 6 to FIG. 9 to be described later, the same components are denoted by the same numbers.
内燃機関本体1の燃焼室2には、点火装置3、燃料噴射装置4、燃焼圧センサー24および酸素供給装置5が配設される。点火装置3は、燃焼室2内の混合気に確実に着火させるために、タイミングよく火花をスパークプラグのギャップ間で飛ばせる役割を果すものであり、点火時期は、後述するECU25にて制御される。燃料噴射装置4は、燃料を噴射する時期などを電子制御で行い、電磁噴射ノズルで燃料を燃焼室2に噴射するものであり、具体的には、後述するECU25にて最適な燃料噴射量を算出し、所定の圧力で燃料を電磁噴射ノズルで噴射するものである。燃焼圧センサー24は燃焼室2内の圧力を検出する役割を果すものである。尚、本実施形態においては、ガソリン内燃機関を想定しているが、本排気浄化装置はディーゼル内燃機関にも適用可能である。ディーゼル内燃機関の場合には、点火装置3は通常含まれない。
In the combustion chamber 2 of the internal
酸素供給装置5は、後述するEGR装置10により吸気系に再循環された排気中に、少なくとも通常の空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給する酸素供給手段としての役割を果すものである。
The oxygen supply device 5 serves as oxygen supply means for supplying high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration higher than at least normal oxygen concentration in exhaust gas recirculated to the intake system by the
本発明の主目的は、内燃機関始動直後の排気浄化触媒の浄化性能が期待できない機関冷間時において、排気浄化触媒よりも下流の排気系の排気のほぼ全量を吸気系に戻して、該排気中に高濃度酸素ガスを供給することで、該排気中の有害成分となるCOおよびHCを再燃焼させ、排気エミッションの改善を図ることにある。 The main object of the present invention is to return almost all the exhaust gas in the exhaust system downstream from the exhaust purification catalyst to the intake system when the engine is cold and the purification performance of the exhaust purification catalyst cannot be expected immediately after the internal combustion engine is started. By supplying a high-concentration oxygen gas inside, CO and HC, which are harmful components in the exhaust, are reburned, and exhaust emission is improved.
吸気系に再循環された排気中のCOおよびHCを再燃焼させるべく該排気中に酸素を供給する方策の一つとして、後述するスロットルバルブ19を制御することにより吸気系に新気すなわち新しい空気を導入することが考えられる。
As one of the measures for supplying oxygen into the exhaust gas so as to re-combust CO and HC in the exhaust gas recirculated to the intake system, fresh air, that is, new air is supplied to the intake system by controlling a
しかしながら、大量の排気を吸気系に再循環させた場合、燃焼室2に導入される全ガス量のうち新気の占める割合は小さく制限され、また、新気中には約21%の酸素しか含有されていないため、大量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させるのに十分な酸素を排気中に供給することは現実的に困難である。 However, when a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system, the proportion of fresh air in the total amount of gas introduced into the combustion chamber 2 is limited to a small amount, and only about 21% oxygen is contained in the fresh air. Since it is not contained, it is practically difficult to supply sufficient oxygen in the exhaust gas to reburn CO and HC in a large amount of exhaust gas.
そこで、本発明の排気浄化装置においては、吸気系に再循環された排気中のCOおよびHCを再燃焼させるための酸素を、少なくとも新気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給できる酸素供給装置5により供給することで、新気を導入する場合と比較して、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、排気エミッションの改善を図ることを可能とする。 Therefore, in the exhaust gas purification apparatus of the present invention, oxygen for reburning CO and HC in the exhaust gas recirculated to the intake system is at least a high concentration oxygen having an oxygen concentration higher than the oxygen concentration in fresh air. By supplying with the oxygen supply device 5 that can supply gas, CO and HC in a larger amount of exhaust gas can be reburned compared with the case of introducing fresh air, and exhaust emission is improved. Make it possible.
酸素供給装置5の構成については種々の構成が想定されるが、大量の排気が吸気系に再循環された際に、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させるためには、酸素供給装置5は酸素ガスのみを直接供給できるように構成されることが最適であり、本実施形態においては、例えば加圧され圧縮された酸素ガスのみを封入した酸素ボンベと、該酸素ボンベからの酸素ガスの供給量を制御する酸素供給量制御バルブとを有して構成されることが想定されている。また、酸素供給装置5の他の構成として、例えば、酸素ボンベの代わりに、通常の空気の酸素濃度を越える高濃度酸素ガスをもたらすような高濃度酸素ガス発生装置が使用されてもよい。 Various configurations are assumed for the configuration of the oxygen supply device 5, but when a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system, a larger amount of CO and HC in the exhaust gas is recombusted. The oxygen supply device 5 is optimally configured so as to be able to directly supply only oxygen gas. In this embodiment, for example, an oxygen cylinder containing only compressed and compressed oxygen gas, and an oxygen cylinder from the oxygen cylinder And an oxygen supply amount control valve for controlling the supply amount of the oxygen gas. As another configuration of the oxygen supply device 5, for example, a high-concentration oxygen gas generation device that provides a high-concentration oxygen gas exceeding the oxygen concentration of normal air may be used instead of an oxygen cylinder.
また、酸素供給装置5の配置については、基本的には、吸気系に再循環された排気中に高濃度酸素ガスを供給できるように構成配置されていれば、大量の排気が吸気系に再循環された際に、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、どのような位置に配置されてもよい。 As for the arrangement of the oxygen supply device 5, basically, a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system as long as it is configured and arranged to supply high-concentration oxygen gas into the exhaust gas recirculated to the intake system. When circulated, a larger amount of CO and HC in the exhaust can be reburned and may be placed in any position.
本実施形態においては、酸素供給装置5は、燃焼室2内に高濃度酸素ガスを直接供給できるように構成配置させることで、内燃機関の圧縮行程において、燃焼室2内の多くの割合を占める再循環された排気に対して燃料のみならず酸素ガスをも点火プラグ近傍に集約することができ、酸素供給装置5が吸気系に高濃度酸素ガスを供給するように構成された場合と比較して、より少量の燃料で燃焼させることができる成層燃焼を可能とし、より燃費の向上の実現を図れるものとしている。 In this embodiment, the oxygen supply device 5 occupies a large proportion of the combustion chamber 2 in the compression stroke of the internal combustion engine by arranging the oxygen supply device 5 so that the high-concentration oxygen gas can be directly supplied into the combustion chamber 2. Compared to the case where oxygen as well as fuel can be concentrated in the vicinity of the spark plug in the recirculated exhaust, and the oxygen supply device 5 is configured to supply high-concentration oxygen gas to the intake system. Thus, it is possible to realize stratified combustion that can be burned with a smaller amount of fuel, and to achieve further improvement in fuel consumption.
内燃機関本体1の排気系には排気中の有害成分を浄化するための排気浄化触媒として三元触媒7が配置されている。三元触媒7は、該三元触媒7の雰囲気が理論空燃比のときに、排気中の有害成分となるHC、COおよびNOxを最大効率で浄化する役割を果すものであり、具体的には、三元触媒雰囲気が理論空燃比のときに排気中のHCおよびCOの酸化と、NOxの還元を同時に行い、排気中のこれらの有害成分を無害なCO2(二酸化炭素)、H2O(水)およびN2(窒素)に浄化するものである。尚、本実施形態においては、内燃機関本体1の排気系に配置され排気中の有害成分の浄化をするための排気浄化触媒を三元触媒7としたが、排気中の有害成分を触媒反応により浄化しうる排気浄化触媒であればいかなる排気浄化触媒も本発明に適用可能であり、例えば、HCの浄化を目的とした選択酸化触媒なども本発明の排気浄化装置に適用可能である。
A three-
また、内燃機関本体1と三元触媒7との間の排気系には空燃比センサー8(以下、A/Fセンサーと称する)が配設される。該A/Fセンサー8は、内燃機関本体1と三元触媒7との間の排気系を流れる排気の空燃比、三元触媒7に流入する排気の空燃比を検出する役割を果すものであり、排気の空燃比にほぼ比例する出力特性を有するセンサーである。
An air-fuel ratio sensor 8 (hereinafter referred to as an A / F sensor) is disposed in the exhaust system between the internal
EGR装置10は、三元触媒7よりも下流の排気系から内燃機関の吸気系に内燃機関本体1から排出された排気を再循環させる機能を果すものである。EGR装置10は、三元触媒7よりも下流の排気系と吸気系とを流体連通する排気再循環通路11を有し、該排気再循環通路11には、該排気再循環通路11を流れる排気(以下、EGRガスと称する)の流量を制御する排気再循環量制御バルブ12と、EGRガスを冷却するためのインタークーラー13と、EGRガス中のH2Oが冷却されたことによりもたらされる液体のH2O(水)を貯蔵し除去するH2O除去タンク14とが配設される。排気再循環通路11が、三元触媒7よりも上流の排気系と吸気系とを流体連通するように形成されているのではなく、三元触媒7よりも下流の排気系と吸気系とを流体連通するように形成されることで、内燃機関本体1から排出された排気の熱による三元触媒温度の迅速な触媒活性温度への昇温を可能とする。
The
EGR装置10は、更に、三元触媒7よりも下流の排気系に配置された背圧センサー9および背圧制御バルブ15を有する。背圧センサー9は、三元触媒7よりも下流の排気系の背圧を検出する役割を果すものである。ここで、背圧とは、内燃機関で仕事すなわち燃焼がされた後に吐き出されるガスの圧力を意図しており、排気浄化触媒よりも下流の排気系の背圧とは、内燃機関で燃焼がされた後に吐き出された排気の圧力であって、排気浄化触媒よりも下流の排気系を流れる排気の圧力を意図する。背圧制御バルブ15は、背圧センサー9からの検出情報に基づいて、背圧を予め定められた所定の範囲内に制御し、且つ、EGR装置10の排気再循環通路11を介して吸気系に再循環させる排気の割合を制御する役割を果すものである。本実施形態においては、背圧センサー9は、三元触媒7よりも下流の排気系から排気再循環通路11が分岐する場所と三元触媒7との間に配設される。また、背圧制御バルブ15は三元触媒7よりも下流の排気系から排気再循環通路11が分岐する場所よりも下流の排気系に配設される。
The
内燃機関の吸気系には、スロットル弁開度が電子制御されるスロットルバルブ19と、該スロットルバルブ19により調整された吸入空気流量を測定するエアフローメータ18と、該エアフローメータ18の精度に悪影響を与える吸気脈動や吸気干渉を防止するサージタンク17と、内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧センサー20とが配置される。エアフローメータ18は、該エアフローメータ18の中を流れる空気の流量に基づいて内燃機関本体1に導入される空気量を計測する役割を果すものであって、ポテンシオメータ等を内蔵して吸入空気流量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生するものである。
The intake system of the internal combustion engine has a
機関回転数検出手段21は、内燃機関の回転数を検出する役割を果すものであり、具体的には、内燃機関の出力軸の回転数を検出する回転速度センサーを有して構成され、該回転速度センサーにより内燃機関の回転数を検出するものである。アクセル開度検出手段22は、内燃機関運転中のアクセル開度を検出する役割を果すものである。
The engine
触媒温度検出手段23は、三元触媒温度を推定する機能を有する。三元触媒温度は、例えば、三元触媒7の内燃機関本体1に近い上流側あるいは内燃機関本体1から遠い下流側に配置された排気温度センサーにより検出された温度情報に基づいて推定される。この場合、触媒温度検出手段23は、排気温度センサーを主要素として構成されることになる。ただし、例えば、三元触媒7と排気温度センサーとの間には多少の隔たりがあり、この隔たりにおける温度勾配等を推定すべく、回転負荷、空燃比、熱伝達係数、触媒反応速度等のパラメータを用いて補正が行われることになり、これらの各情報を検出する各要素もまた、当該触媒温度検出手段23の構成要素となる。
The catalyst
ECU25は、CPU(中央演算装置)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリメモリ)、入出力ポートを双方向バスで接続した公知のデジタルコンピュータからなり、各種センサーや駆動装置と信号をやり取りして内燃機関の回転数や吸入空気量などの制御に必要なパラメータを算出するとともに、算出されたパラメータに基づいて燃焼空燃比制御あるいは燃料噴射量制御や点火時期制御等の内燃機関の運転に関する種々の制御を行う役割を果すものである。
The
ECU25には、エアフローメータ18およびスロットルバルブ19が接続されており、エアフローメータ18からの検出情報をECU25に取り込むことができ、ECU25からの信号によってスロットルバルブ19のスロットル弁開度を制御することができるように構成されている。また、ECU25には、A/Fセンサー8、背圧センサー9、吸気圧センサー20、機関回転数検出手段21、アクセル開度検出手段22、触媒温度検出手段23および燃焼圧センサー24が接続されており、これらのセンサーおよび手段からの各検出情報をECU25に取り込むことができるように構成されている。更に、ECU25には、点火装置3、燃料噴射装置4、酸素供給装置5、背圧制御バルブ15および排気再循環量制御バルブ12が接続されており、上記各種センサーおよび手段からの検出情報に基づいて、ECU25からの信号によって、点火装置3による点火の制御、燃料噴射装置4による燃料噴射の制御、酸素ガス供給装置5による酸素ガス供給量の制御、背圧制御バルブ15による背圧およびEGR装置10に再循環させる排気の割合の制御、および排気再循環量制御バルブ12による吸気系に導入するEGRガス量の制御を行うことができるように構成されている。
The
上述した各構成要素を有する図1に示す実施形態の内燃機関の排気浄化装置の作用効果について以下に説明する。
図2は、本排気浄化装置が適用された図1に示す内燃機関で実行される、始動直後の機関冷間時おける排気浄化処理の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。
The operational effects of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the embodiment shown in FIG. 1 having the above-described components will be described below.
FIG. 2 is a flowchart showing an embodiment of a control routine of an exhaust purification process executed when the engine is cold immediately after starting, which is executed in the internal combustion engine shown in FIG. 1 to which the exhaust purification apparatus is applied.
図2に示す制御ルーチンでは、内燃機関始動直後から三元触媒7(以下、触媒と称する)の温度が浄化機能を発揮できる触媒活性温度に達するまでの間のEGR装置10および酸素供給装置5による排気中のCOおよびHCの浄化処理を実行するに当たって、内燃機関の始動直後に内燃機関本体1から排出される全ての排気を吸気系に再循環させるような排気の流れをもたらすべく、まず、内燃機関が始動される前に、背圧制御バルブ15が全閉される。内燃機関が始動されると、触媒温度が触媒活性温度に達しているか否かが判断され、触媒温度が触媒活性温度に達していないと判断された場合には、EGR装置10および酸素供給装置5による排気中のCOおよびHCの排気浄化処理が開始される。該排気浄化処理が開始されると、まず、機関回転数の変動状態や燃焼室内の圧力が検出され、内燃機関がエンスト(内燃機関作動停止)を引き起こす可能性のある状態にあるか否かの監視が開始される。ここで内燃機関がエンストを引き起こす可能性のある状態にあると推定された場合には、内燃機関のエンストを回避すべく、背圧制御バブル15が一定量開かれる制御が実行される。次に、触媒7よりも下流の排気系の背圧が背圧制御目標所定値の範囲内にあるか否かが判断され、該背圧が背圧制御目標所定値の範囲内にないと判断されると、背圧制御バルブ15により該背圧が背圧制御目標所定値の範囲内となるように制御される。次に、アクセル開度から必要トルク量が算出され、該必要トルク量から燃焼室2に導入させる必要ガス量が算出され、該必要ガス量に基づいて、排気再循環量制御バルブ12の弁開度が制御され吸気系に排気が再循環される。尚、この際に、該必要ガス量に対して、吸気系に再循環させうる排気量だけでは不足する場合には、該必要ガス量を満たすべくスロットルバルブ19を制御することにより不足分の量の新気を導入する。そして、内燃機関の圧縮行程において燃焼室2内に、吸気系に再循環されたEGRガス量に応じて酸素供給装置5により必要量の酸素ガスを供給し、また、該必要ガス量に応じて燃料噴射装置4により必要量の燃料を噴射し、点火装置3により着火をもたらすことで、吸気系に再循環された排気中の有害成分となるCOおよびHCを再燃焼させ浄化することができ、排気エミッションの改善を図ることを可能とする。
以下に各ステップの詳細について説明する。
In the control routine shown in FIG. 2, by the
Details of each step will be described below.
まず、ステップ101においては、内燃機関が運転状態にあるか否かが判定され、内燃機関が運転状態にないと判定された場合には、続くステップ102において、内燃機関への始動要求の有無が確認される。具体的には、これらの判定は、機関回転数検出手段21やエアフローメータ18などからの検出情報に基づいてECU25により判定あるいは確認される。ステップ102において、内燃機関への始動要求が確認されると、続くステップ103およびステップ104へと進む。
First, in
ステップ103およびステップ104においては、ECU25からの信号により背圧制御バルブ15が全閉制御され、その後、内燃機関が始動される。内燃機関が始動される前に、背圧制御バルブ15が全閉制御されることにより、内燃機関の始動直後の内燃機関本体1から排出される略全ての排気を吸気系に再循環させるような排気の流れをもたらすことを可能とする。背圧制御バルブ15が全閉制御され、内燃機関が始動されると、続くステップ105に進む。
In
ステップ105においては、触媒温度が触媒活性温度すなわち触媒7が浄化機能を発揮することができる温度に達しているか否かの判定がなされる。具体的には、触媒温度検出手段23からの検出情報に基づいてECU25により、触媒温度が触媒活性温度に達しているか否かの判定がなされ、触媒温度が触媒活性温度に達していないと判定された場合には、続くステップ106に進む。
In
ステップ106においては、内燃機関がエンストを引き起こす可能性のある状態にあるか否かの判定がなされる。機関回転数が安定していない状態あるいは燃焼圧値が十分でない状態において、大量のEGRガスが吸気系に再循環され燃焼室2に導入されると、燃焼が不安定になり、機関トルクが低下してエンストを引き起こす可能性がある。本発明に係る排気浄化装置においては、大量のEGRガスが吸気系に再循環されても、大量のEGRガスをも再燃焼させるのに十分な酸素ガスを供給できる酸素供給装置5を備えることにより、エンストを回避できるものと考えるが、より確実なエンスト回避を実現するために、選択的に、内燃機関がエンストを引き起こす可能性があるか否かを判定する手段が備えられてもよい。本実施形態においては、機関回転数検出手段21、燃焼圧センサー24およびECU25からエンスト判定手段を構成することで、機関回転数(NE)の変動状態あるいは内燃機関本体1の燃焼室2内の圧力に基づいて、内燃機関がエンストを引き起こす可能性がある状態にあるか否かの判定をECU25にて行うことを可能とし、より確実な内燃機関のエンスト回避の実現を可能としている。
In
ステップ106において、内燃機関がエンストを引き起こす可能性がある状態にあると判定されると、続くステップ107に進み、ECU25により背圧制御バルブ15が予め定められた一定量開弁される。これにより、背圧を低下させ、吸気系に再循環されるEGRガス量を減少させることができ、機関回転数および燃焼室内の圧力を迅速に安定させることが可能となる。ステップ107にて背圧制御バルブ15が一定量開弁された後に、ステップ106に戻り、再び、エンスト判定手段により内燃機関がエンストを引き起こす可能性がある状態にあるか否かの判定がなされる。本ステップ107における背圧制御バルブ15の一定量のステップ幅の開弁制御は、ステップ106において内燃機関がエンストを引き起こす可能性がないと判定されるまで繰り返し実行される。尚、背圧制御バルブ15を開弁制御する際の一定量の開弁量のステップ幅は、内燃機関の設計仕様に応じて予め適当に決定されるものである。
If it is determined in
ステップ106において、内燃機関がエンストを引き起こす可能性がない状態にあると判定されると、続くステップ108に進む。ステップ108においては、触媒7よりも下流の排気系の背圧が予め定められた目標所定値の範囲内にあるか否かの判定がなされる。具体的には、触媒7よりも下流の排気系に配設された背圧センサー9の検出情報に基づいて、ECU25にて背圧が予め定められた目標所定値の範囲内にあるか否かの判定がなされる。尚、背圧の目標所定値は、EGR装置10によりEGRガスが吸気系に再循環されている際における、背圧の安定性や排気系から燃焼室内に直接吹き戻される排気量などが考慮されて決定される。
If it is determined in
内燃機関始動直後から触媒7が触媒活性温度に達するまでの間の排気エミッションの改善を図る上では、内燃機関始動直後から触媒7が触媒活性温度に達するまでの間を通して、内燃機関本体1から排出された排気の全てをEGRガスとして吸気系に再循環させ、排気中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化させることができるように背圧の目標所定値が決定されることが最も望ましい。
In order to improve exhaust emission from immediately after the internal combustion engine is started to when the
しかしながら、本排気浄化装置においては、後述するステップ111にて詳細に述べるが、吸気系に再循環されるEGRガス中のCOおよびHCを再燃焼させるべく、酸素供給装置5によりEGRガス量の約21%に当たる酸素ガスを付加供給するため、内燃機関始動直後から触媒7が触媒活性温度に達するまでの間を通して内燃機関本体1から排出された排気の全てをEGRガスとして吸気系に再循環させるようにした場合、EGRガスが吸気系に再循環される毎に、EGRガス量が約21%ずつ増加することになる。本実施形態においては、排気再循環通路11にインタークーラー13およびH2O除去タンク14を備えることで、EGRガス中のH2Oを液化して除去することができ、EGRガスが排気再循環通路11を通過している間にEGRガス量を減少させることで、上述したような酸素供給装置5による酸素ガス付加によりもたらされるEGRガス量の増加を抑制することができる。しかしながら、EGRガス中のH2O成分は比較的少なく(約10%程度)であることが想定され、上述したような酸素供給装置5による酸素付加によりもたらされるEGRガス量の増加を抑制するには十分とは言えない。このことは、背圧を増加させていき、排気系から燃焼室2内に直接吹き戻される排気量の増加をもたらし、背圧を不安定とし安定したEGRガスの再循環を阻害し、最悪の場合においては、内燃機関のストール(停止)をもたらすことにもなる。
However, in this exhaust purification device, as will be described in detail in
そこで、本排気浄化装置においては、背圧の目標所定値は、EGR装置10によりEGRガスが吸気系に再循環されている際に、背圧が安定している状態を維持することができる値であって、排気系から燃焼室2内に直接吹き戻される排気量が極端に大きくならないようにすることができる値とされ、予め実行された解析あるいは試験により得られたデータに基づいて決定される。具体的には、少なくとも、吸気系に再循環されたEGRガス量の約21%のガスについては、EGR装置10に再循環させることなく背圧制御バルブ15よりも下流の排気系に排出されるような値に、背圧の目標所定値が設定されることが想定される。これにより、内燃機関始動直後から触媒7が触媒活性温度に達するまでの間のEGRガスの再循環を安定させることができ、排気エミッションの改善を図ることを可能とする。
Therefore, in this exhaust purification apparatus, the target predetermined value of the back pressure is a value that can maintain a stable back pressure when EGR gas is recirculated to the intake system by the
ステップ108において、触媒7よりも下流の排気系の背圧が予め定められた目標所定値の範囲内にないと判定されると、続くステップ109に進み、ステップ109においては、背圧が目標所定値の範囲内となるように制御される。具体的には、背圧センサー9の検出情報に基づいて、ECU25により背圧制御バルブ15の弁開閉を制御することで、EGR装置10に再循環されることなく背圧制御バルブ15よりも下流の排気系に排出されるガス量を制御することができ、これにより、背圧の目標所定値の範囲内への制御が可能となる。ステップ109にて背圧制御バルブ15が一定量開弁あるいは閉弁された後に、ステップ108に戻り、再び、背圧が予め定められた目標所定値の範囲内にあるか否かの判定がなされる。本ステップ109における背圧制御バルブ15の一定量の弁開閉制御は、ステップ108において背圧が予め定められた目標所定値の範囲内にあると判定されるまで繰り返し実行される。尚、背圧制御バルブ15の弁開閉制御する際の一定量の弁開閉量は、内燃機関の設計仕様に応じて適当に決定されるものである。
If it is determined in
ステップ108において、背圧が予め定められた目標所定値の範囲内にあると判定されると、続くステップ110に進み、ステップ110においては、アクセル開度検出手段22の検出情報に基づいて、排気再循環量制御バルブ12の弁開度およびスロットルバブル19の弁開度がECU25により適当に制御され、燃焼室2内にガスが導入される。
If it is determined in
具体的には、まず、アクセル開度検出手段22からの検出情報がECU25に取り込まれ、ECU25にて、必要トルク量が算出され、該必要トルク量を実現するために必要な、燃焼室2内への導入すべき必要ガス量が算出される。また、排気再循環量制御バルブ12が全開状態での、吸気圧センサー20から検出された吸気圧、背圧センサー9から検出された背圧、および、EGRガスが流れる排気再循環通路11の流路面積などから吸気系に再循環させうるEGRガス量(以下、全EGRガス量と称する)がECU25にて同時に算出される。
Specifically, first, detection information from the accelerator opening detection means 22 is taken into the
本排気浄化装置は、内燃始動直後から触媒7が触媒活性温度に達するまでの間の内燃機関本体1から排出された排気をEGRガスとして吸気系に再循環させ、EGRガス中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化することで排気エミッションの改善を図ることを目的としており、この目的を達成する上では、できるだけ多くのEGRガスを燃焼室2内に導入させ、EGRガス中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化するように制御されることが好ましい。
This exhaust purification device recirculates the exhaust gas discharged from the internal
そこで、本実施形態においては、吸気系に再循環させうる全EGRガス量がアクセル開度に基づいて算出された必要ガス量を越えている場合、すなわち、EGRガスのみで必要ガス量を満たすことができる場合には、必要ガス量のEGRガスのみが燃焼室2内に導入されるように、排気再循環量制御バルブ12およびスロットルバルブ19の弁制御がECU25にてなされる。また、吸気系に再循環させうる全EGRガス量がアクセル開度に基づいて算出された必要ガス量を越えていない場合、すなわち、必要ガス量に対して全EGRガス量が不足している場合には、必要ガス量を満たすべく、全EGRガスと、必要ガス量に対して全EGRガス量だけでは不足する分の量の新気とが燃焼室2内に導入されるように、排気再循環量制御バルブ12およびスロットルバルブ19の弁制御がECU25にてなされる。
Therefore, in the present embodiment, when the total amount of EGR gas that can be recirculated to the intake system exceeds the required gas amount calculated based on the accelerator opening, that is, the required gas amount is satisfied only by the EGR gas. If it is possible, the
ステップ110において、アクセル開度検出手段22の検出情報に基づいて、排気再循環量制御バルブ12の弁開度およびスロットルバブル19の弁開度がECU25により制御され、燃焼室2内にガスが導入されると、次に、ステップ111に進み、ステップ111においては、吸気系に再循環されたEGRガス量に応じて必要量の酸素ガスを供給し、また、該必要ガス量に応じて必要量の燃料を噴射し、着火をもたらすことで、吸気系に再循環されたEGRガス中の有害成分となるCOおよびHCを再燃焼させ浄化する。
In
具体的には、内燃機関の圧縮行程において、吸気系に再循環されたEGRガス量に応じて酸素供給装置5により必要量の酸素ガスが燃焼室2内に供給され、また、該必要ガス量に応じて燃料噴射装置4により必要量の燃料が噴射され、点火装置3により燃焼室内の着火がもたらされる。 Specifically, in the compression stroke of the internal combustion engine, a required amount of oxygen gas is supplied into the combustion chamber 2 by the oxygen supply device 5 in accordance with the amount of EGR gas recirculated to the intake system, and the required gas amount. Accordingly, a required amount of fuel is injected by the fuel injection device 4 and ignition in the combustion chamber is brought about by the ignition device 3.
ここで、酸素供給装置5により供給する酸素ガスの必要量とは、吸気系に再循環されたEGRガスを燃焼させるのに必要な酸素ガス量を意図しており、本実施形態においては、EGRガス中に酸素成分は存在しないものと仮定して、吸気系に再循環されたEGRガス量に対して約21%の量の酸素ガスが酸素供給装置により燃焼室2内に供給される。尚、必要に応じて燃焼室2内に供給される新気については、該新気中には約21%の酸素が含有されているため、新気に対して酸素供給装置5により新たな酸素ガスの供給を考慮する必要はない。また燃料噴射装置4により噴射される燃料の必要量とは、燃焼室2内に導入された全ガスを燃焼させるのに必要な燃料量を意図しており、必要に応じて新気が燃焼室2内に導入された場合には、燃焼室2内に導入されたEGRガスと新気と酸素供給装置5により供給されたガスとを合わせた量のガスが燃焼室2内に導入された全ガスとなる。 Here, the required amount of oxygen gas supplied by the oxygen supply device 5 is intended to be the amount of oxygen gas required to burn the EGR gas recirculated to the intake system. In the present embodiment, EGR Assuming that no oxygen component is present in the gas, oxygen gas in an amount of about 21% with respect to the amount of EGR gas recirculated to the intake system is supplied into the combustion chamber 2 by the oxygen supply device. In addition, about the fresh air supplied in the combustion chamber 2 as needed, since about 21% of oxygen is contained in the fresh air, new oxygen is supplied to the fresh air by the oxygen supply device 5. There is no need to consider gas supply. The required amount of fuel injected by the fuel injection device 4 is intended to be the amount of fuel necessary to burn all the gas introduced into the combustion chamber 2, and fresh air is introduced into the combustion chamber as necessary. When the gas is introduced into the combustion chamber 2, the total amount of the gas introduced into the combustion chamber 2 is a combination of the EGR gas introduced into the combustion chamber 2, the fresh air, and the gas supplied by the oxygen supply device 5. It becomes gas.
EGRガスは一旦燃焼したガスであるため、EGRガス中には二酸化炭素が含まれており、該二酸化炭素は燃焼速度を低下させる作用があり、大量のEGRガスが燃焼室に導入された場合に燃焼が不安定になる可能性が高い。 Since the EGR gas is a gas once burned, the EGR gas contains carbon dioxide, which has the effect of reducing the combustion speed, and when a large amount of EGR gas is introduced into the combustion chamber. The possibility of unstable combustion is high.
そこで、本実施形態においては、酸素供給装置5を、燃焼室2内に高濃度酸素ガスを直接供給できるように構成配置することで、内燃機関の圧縮行程において、燃焼室2内の多くの割合を占める再循環されたEGRガスに対して燃料のみならず酸素ガスをも点火プラグ近傍に集約することができ、酸素供給装置5が吸気系に高濃度酸素ガスを供給するように構成された場合と比較して、より少量の燃料で安定した燃焼をもたらすことができる成層燃焼を可能とし、より燃費の向上の実現を図れるものとしている。 Therefore, in the present embodiment, the oxygen supply device 5 is configured and arranged so that the high-concentration oxygen gas can be directly supplied into the combustion chamber 2, so that a large proportion of the combustion chamber 2 in the compression stroke of the internal combustion engine. When not only fuel but also oxygen gas can be concentrated in the vicinity of the spark plug with respect to the recirculated EGR gas that occupies the fuel, and the oxygen supply device 5 is configured to supply high-concentration oxygen gas to the intake system Compared to the above, it is possible to achieve stratified combustion that can bring about stable combustion with a smaller amount of fuel, and to achieve further improvement in fuel consumption.
更に、本実施形態においては、より少量の燃料で安定した燃焼をもたらすことができる最適な酸素ガス供給および燃料噴射の終了時期を、予め実行された解析や試験などから得られたデータに基づいてマップ化し該マップをECU25のメモリーに格納しておき、該マップに基づき圧縮行程後半において酸素ガス供給および燃料噴射を実行することで、より少量の燃料で安定した燃焼をもたらすことができ、排気エミッションおよび燃費の更なる向上を図ることを可能とする。
Furthermore, in the present embodiment, the optimal oxygen gas supply and fuel injection end timing that can bring about stable combustion with a smaller amount of fuel are determined based on data obtained from previously executed analysis or test. By mapping and storing the map in the memory of the
図3は、予め実行された解析や試験などから得られたデータに基づいて作成された、最適な酸素ガス供給および燃料噴射の終了時期のマップの一実施形態を示す図である。本実施形態においては、最適な酸素ガス供給および燃料噴射の終了時期は同時期に制御されるものとする。図3に示されるマップにおいては、最適な酸素ガス供給および燃料噴射の終了時期が、機関回転数および機関負荷に応じて決定され、上死点前(BTDC)角度をパラメータとして示されている。本マップを使用する酸素ガス供給制御および燃料噴射制御においては、機関回転数検出手段21およびアクセル開度検出手段22などからの検出情報に基づいて機関回転数および機関負荷がECU25にて特定され、ECU25のメモリーに格納された本マップに基づいて最適な酸素ガス供給および燃料噴射の終了時期が算出され、算出された最適な酸素ガス供給および燃料噴射の終了時期を満たすべくECU25にて酸素供給装置5および燃料噴射装置4が制御される。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a map of the optimal oxygen gas supply and fuel injection end timing created based on data obtained from analysis or tests executed in advance. In the present embodiment, the optimal oxygen gas supply and fuel injection end timing are controlled at the same time. In the map shown in FIG. 3, the optimal oxygen gas supply and fuel injection end timing is determined according to the engine speed and the engine load, and the pre-top dead center (BTDC) angle is shown as a parameter. In the oxygen gas supply control and the fuel injection control using this map, the engine speed and the engine load are specified by the
更に、本実施形態においては、内燃機関始動直後から触媒温度が触媒活性温度に達するまでの間、内燃機関が理論空燃比にて運転されるように、フィードバック制御が行われる。該フィードバック制御は、具体的には、内燃機関本体1と触媒7との間の排気系に配置されたA/Fセンサー8の検出情報に基づいて、酸素供給装置5による酸素ガス供給量および燃料噴射装置4よる燃料噴射量がECU25により適当にフィードバック制御されることで実行される。これにより、より確実な燃焼室2内でのEGRガス中のCOおよびHCの再燃焼をもたらすことができ、排気エミッションの向上を図ることを可能とする。
Furthermore, in this embodiment, feedback control is performed so that the internal combustion engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio from immediately after the internal combustion engine is started until the catalyst temperature reaches the catalyst activation temperature. Specifically, the feedback control is based on the detection information of the A /
以上述べてきたステップ101からステップ111までの制御ルーチンは、内燃機関始動直後から触媒温度が触媒活性温度に達するまで繰り返し実行され、ステップ105において、触媒温度検出手段23からの検出情報に基づいて触媒温度が触媒活性温度以上となったことがECU25にて確認されると、続くステップ112およびステップ113に進み、背圧制御バルブ15が弁全開制御されるようにECU25により制御され、これにより、触媒温度が触媒活性温度以上となった以後、排気再循環量制御バルブ12の弁制御のみによる通常のEGR制御の実行を可能とする。
The control routine from
図4は、本排気浄化装置が適用された図1に示す内燃機関で実行される、触媒暖機後の排気浄化処理の制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。 FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of a control routine of exhaust purification processing after catalyst warm-up, which is executed in the internal combustion engine shown in FIG. 1 to which the present exhaust purification device is applied.
排気浄化触媒の下流側の排気系に配設され吸気系に再循環させる排気の割合を制御する背圧制御バルブ15を有することなく吸気系と排気系との差圧のみにより排気を吸気系に再循環するEGR装置を備える内燃機関の排気浄化装置においては、高負荷運転時には吸気系の負圧が減少するためにEGRガスを大量に燃焼室内に導入することは困難である。また、過給機を有さない内燃機関においては、過給機を有する内燃機関と比較して燃焼室内に供給できる酸素量は少なく、出力可能な最大トルクは小さい。しかしながら、背圧制御バルブ15が配設され且つ酸素供給装置5を有する本発明の排気浄化装置によれば、高負荷運転時においても大量のEGRガスを燃焼室内に供給することができ、また、新気のみにより酸素を供給する場合と比較して、より多くの酸素を燃焼室内に供給することができる。
Without the back
図4に示す制御ルーチンにおいては、このような特徴を有効に生かし、特に触媒暖機後すなわち触媒温度が触媒活性温度を越えた後における燃費及び排気エミッションの改善を図り、更に、過給機を備えることなく高出力化を図るような制御がなされる。尚、触媒暖機前すなわち内燃機関始動直後から触媒7の温度が触媒活性温度に達する前までの制御について図2に示される制御ルーチンと同様の制御が実行される。
In the control routine shown in FIG. 4, such characteristics are effectively utilized to improve fuel consumption and exhaust emission particularly after the catalyst is warmed up, that is, after the catalyst temperature exceeds the catalyst activation temperature. Control is performed to increase the output without providing it. The control similar to the control routine shown in FIG. 2 is executed for the control before the catalyst warms up, that is, immediately after the internal combustion engine is started and before the temperature of the
具体的には、触媒暖機前までの間においては、図2に示される制御ルーチンと同様に、排気系の触媒7の後方より排出される排気の略全量を吸気系に戻し、酸素供給装置5により酸素ガスを付加し排気中のCO及びHCを再燃焼させ、排気エミッションの改善を図る。そして、触媒暖機後においては、要求トルクによって運転条件が切換えられる。本制御ルーチンでは、触媒暖機後であっても、内燃機関本体1から排出された排気を吸気系に再循環させつつ空気中の酸素のみで要求トルクを満たすことができるようなトルク領域においては、燃焼が悪化しないような範囲で背圧制御バルブ15によりEGRガスを燃焼室2内に導入することで、燃費及び排気エミッションの改善を図ることを可能とする。更に、触媒暖機後、空気中の酸素のみではもたらすことができない様な高トルクが要求された場合であっても、燃焼室2内へのEGRガスの導入を停止した上で、酸素供給装置5により不足する量の酸素ガスを供給することで、要求トルクをもたらすことを可能とする。
以下に各ステップの詳細について説明する。
Specifically, until the catalyst warms up, similar to the control routine shown in FIG. 2, substantially the entire amount of exhaust discharged from the rear of the
Details of each step will be described below.
まず、ステップ211においては、触媒温度検出手段23からの検出情報に基づいて触媒温度が触媒活性温度以上であるか否かの判定がECU25にてなされる。そして、触媒温度が触媒活性温度以上であることが確認されると続くステップ212に進む。
First, in
ステップ212においては、アクセル開度に基づいて要求トルク及び必要酸素量が算出される。具体的には、アクセル開度検出手段22からの検出情報がECU25に取り込まれ、アクセル開度に応じた要求トルクが算出され、該要求トルクを実現するために必要な燃焼室2内への導入すべき必要酸素量が算出される。これらが算出されると、続くステップ213に進む。
In
ステップ213においては、ステップ212にて算出された必要酸素量を、空気中の酸素のみで賄えるか否か、すなわちスロットルバルブ19による新気の導入のみにより、必要酸素量を満たすことができるか否かがECU25にて判定される。図5は、機関回転数と要求トルクとに基づいて必要酸素量を空気中の酸素のみで賄えるか否かを判定するマップの一実施形態を示す図である。本実施形態においては、機関回転数と要求トルクとに基づいて必要酸素量を空気中の酸素のみで賄えるか否かは、図5に示すマップを使用して判定される。具体的には、機関回転数と要求トルクとのそれぞれが図5に示された領域Iにあるときには、必要酸素量を空気中の酸素のみで賄えるものとして判定され、領域IIにあるときには、必要酸素量を空気中の酸素のみで賄えないものとして判定される。尚、図5に示すマップは、試験評価や解析評価などにより予め作成されECU25のメモリーなどに格納されているものである。ステップ213において、要求トルクをもたらすために必要な酸素量を空気中の酸素のみで賄えると判定されると、続くステップ214に進む。
In
ステップ214においては、ECU25にて、ステップ212で算出された必要酸素量を確保できるスロットルバルブ19の開度が算出され、また、燃料消費の観点から最適となるようなEGRガス量が決定される。そして、該EGRガス量を実現すべく、吸気圧センサー20から検出された吸気圧と背圧センサー9から検出された背圧とに基づいて、背圧制御バルブ15の開度及び排気再循環量制御バルブ12の開度が決定される。そして、燃焼室2内に新気及びEGRガスが導入される。
In
ステップ214に続くステップ215においては、EGRガスの導入により燃焼室内の燃焼が悪化していないか否かの判定がなされる。この判定は、燃焼圧センサー24の検出値に基づいて燃焼室2内の燃焼変動が所定値よりも大きいか否かの判定がECU25にてなされることで行われる。
In
ステップ215において燃焼室2内の燃焼が悪化していると判定されると、続くステップ216に進み、ECU25にて排気再循環量制御バルブ12が一定量閉弁される。これにより燃焼室2内に導入されるEGRガス量を減少させることができ、燃焼室2内の燃焼を改善し安定させることが可能となる。ステップ216にて排気再循環量制御バルブ12が一定量閉弁された後に、ステップ215に戻り、再び、燃焼室2内の燃焼が悪化していないか否かの判定がなされる。本ステップ216における排気再循環量制御バルブ12の一定量のステップ幅の閉弁制御は、ステップ215において燃焼室2内の燃焼が悪化していないと判定されるまで繰り返し実行される。尚、排気再循環量制御バルブ12を閉弁制御する際の一定量の閉弁量のステップ幅は、内燃機関の設計仕様に応じて予め適当に決定されるものである。
If it is determined in
ステップ215にて燃焼2内の燃焼が悪化していないと判定されと、ステップ217に進む。ステップ217においては、内燃機関が所望の空燃比に運転されるように、本実施形態においては理論空燃比で運転されるように、燃料噴射量の補正が実行される。具体的には、内燃機関本体1と触媒7との間の排気系に配置されたA/Fセンサー8の検出情報に基づいて、燃料噴射装置4よる燃料噴射量がECU25によりフィードバック制御されることで実行される。
If it is determined in
以上のようなステップ212からステップ217の制御ルーチンによれば、触媒暖機後であっても、内燃機関本体1から排出された排気を吸気系に再循環させつつ空気中の酸素のみで要求トルクを満たすことができるようなトルク領域においては、燃焼が悪化しないような範囲で背圧制御バルブ15によりEGRガスを燃焼室2内に導入することで、燃費及び排気エミッションの改善を図ることを可能とする。
According to the control routine from
更に、本実施形態の制御ルーチンにおいては、ステップ213において、アクセル開度に基づいて算出された要求トルクをもたらすために必要な酸素量を空気中の酸素のみで賄えないと判定されると、続くステップ218及びステップ219に進み、排気再循環量制御バルブ12が閉弁され、燃焼室2内へのEGRガスの供給が停止され、要求トルクをもたらすために必要な酸素量を燃焼室2内に供給すべく、空気中の酸素だけでは不足する量の酸素ガスを酸素供給装置5により供給し、燃焼室2に供給された酸素量に応じた量の燃料噴射が実行される。これにより、触媒暖機後、空気中の酸素のみではもたらすことができない様な高トルクが要求トルクとされた場合であっても、該要求トルクをもたらすことが可能となる。
Furthermore, in the control routine of the present embodiment, when it is determined in
図6は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第二の実施形態の概略構成を示す図である。図6に示された第二の実施形態の排気浄化装置においては、排気再循環通路11に二酸化炭素吸蔵装置30が配設されていること、また、酸素供給装置5が酸素ガスを燃焼室2内に直接ではなく吸気系16に供給するように構成されていることを除いては、図1に示される第一の実施形態の排気浄化装置の構成と同様である。上述したように、酸素供給装置5の配置については、基本的には、吸気系に再循環された排気中に酸素ガスを供給できるように構成配置されていれば、大量の排気が吸気系に再循環された際に、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、どのような位置に配置されてもよく、図1に示す第一の実施形態と同様に、酸素供給装置5は、燃焼室2内に酸素ガスを直接供給できるように構成配置されてもよい。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the exhaust purification device of the second embodiment shown in FIG. 6, the carbon
本発明に係る排気浄化装置においては、上述したように、吸気系に再循環されるEGRガス中のCOおよびHCを再燃焼させるべく、酸素供給装置5によりEGRガス量の約21%に当たる酸素ガスを付加供給するため、内燃機関始動直後から触媒7が触媒活性温度に達するまでの間を通して内燃機関本体1から排出された排気の全てをEGRガスとして吸気系に再循環させるようにした場合、EGRガスが吸気系に再循環される毎に、EGRガス量が約21%ずつ増加することになる。排気再循環通路11にインタークーラー13およびH2O除去タンク14を備えることで、EGRガス中のH2Oを液化して除去することができ、EGRガスが排気再循環通路11を通過している間にEGRガス量を減少させることで、上述したような酸素供給装置5による酸素ガス付加によりもたらされるEGRガス量の増加を抑制することができる。しかしながら、EGRガス中のH2O成分は比較的少なく(約10%程度)であることが想定され、上述したような酸素ガス供給装置5による酸素ガス付加によりもたらされるEGRガス量の増加を抑制するには十分とは言えない。
In the exhaust emission control device according to the present invention, as described above, the oxygen gas corresponding to about 21% of the EGR gas amount by the oxygen supply device 5 in order to re-combust CO and HC in the EGR gas recirculated to the intake system. Therefore, when exhaust gas discharged from the internal
そこで、図6に示す第二の実施形態においては、EGRガス量の増加を更に抑制すべく、インタークーラー13およびH2O除去タンク14に加えて、二酸化炭素吸蔵装置30を排気再循環通路11に配設する。該二酸化炭素吸蔵装置30は、EGR装置10により吸気系16に再循環される排気中の二酸化炭素を吸収あるいは吸着により吸蔵する二酸化炭素吸蔵手段としての役割を果すものである。
Therefore, in the second embodiment shown in FIG. 6, the carbon
本実施形態においては、例えばジルコニウム酸リチウム(Li2ZrO3)等のような二酸化炭素吸蔵材を構成要素として有する二酸化炭素吸蔵装置30が適用される。ジルコニウム酸リチウムは、低温時に二酸化炭素を吸蔵し、高温時に二酸化炭素を放出することが知られている。従って、ジルコニウム酸リチウム(Li2ZrO3)のような二酸化炭素吸蔵材を構成要素として有する二酸化炭素吸蔵装置30によれば、機関冷間始動時のような排気温度が低い際に、排気中に約15%程度含有していると考えられる二酸化炭素を吸蔵することができ、酸素供給装置5による酸素ガス付加供給によりもたらされるEGRガス量の増加を抑制することが可能となる。そして、もし、排気中のH2O成分及び二酸化炭素を完全に除去あるいは吸蔵することができれば、酸素供給装置5による酸素ガス付加供給がなされた場合においても基本的にはEGRガス量は増加しないため、背圧制御バルブ15及びスロットルバルブ19を全閉にした状態でEGRガスを再循環させることができ、更なる排気エミッションの改善を図ることが可能となる。
In the present embodiment, a carbon
図7は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第三の実施形態の概略構成を示す図である。図7に示された第三の実施形態の排気浄化装置においては、触媒系暖機通路40及び触媒系暖機通路切り替えバルブ43とが配設されていること、また、酸素供給装置5が酸素ガスを燃焼室2内に直接ではなく吸気系16に供給するように構成されていることを除いては、図1に示される第一の実施形態の排気浄化装置の構成と同様である。上述したように、酸素供給装置5の配置については、基本的には、吸気系に再循環された排気中に酸素ガスを供給できるように構成配置されていれば、大量の排気が吸気系に再循環された際に、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、どのような位置に配置されてもよく、図1に示す第一の実施形態と同様に、酸素供給装置5は、燃焼室2内に酸素ガスを直接供給できるように構成配置されてもよい。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the exhaust purification device of the third embodiment shown in FIG. 7, the catalyst warm-up
触媒7及び該触媒7よりも上流側の排気通路は、通常外気にさらされているために、排気が触媒7に到達するまでに冷やされてしまう場合がある。この問題を解決する手段として、触媒7及び該触媒7よりも上流側の排気通路を何らかの方法で温めることが考えられる。しかしながら、特別なヒータ等の熱源を有しない場合においては、排気の有する熱のみが有効な熱源となる。一方で、EGRガスの温度が高い場合、EGRガス中のH2O成分を除去しにくく、酸素供給装置5による酸素ガス付加によりもたらされるEGRガス量の増加を抑制するという観点において、EGRガスの温度は低いことが好ましい。
Since the
このことに基づいて、図7に示す第三の実施形態においては、内燃機関の始動直後から触媒温度が触媒活性温度に達するまでの間、触媒7から流出した排気を触媒7の周囲に循環させてから排気循環通路11に導く排気迂回手段が配設される。該排気迂回手段は、触媒系暖機通路40と触媒系暖機通路切り替えバルブ43とを有して構成される。触媒系暖機通路40は、機関冷間時に触媒7及び該触媒7よりも上流側の排気通路を暖機するとともに、EGRガスの温度を下げる役割を果すものであり、触媒7と該触媒7よりも上流側の排気通路を取り巻く様に構成される。また、触媒系暖機通路切り替えバルブ43は、排気再循環通路11に配設されたインタークーラー13の手前に(すなわちEGRガスが流入側に)配設され、触媒暖機前において、触媒7から流出した排気を触媒系暖機通路40を介して排気再循環通路11に導く役割を果すものである。
Based on this, in the third embodiment shown in FIG. 7, the exhaust gas flowing out from the
図7の触媒系暖機通路40内に示された矢印は、背圧制御バルブ15及び触媒系暖機通路切り替えバルブ43が全閉された際の排気の流れを示す。図7の矢印に示されるように、背圧制御バルブ15及び触媒系暖機通路切り替えバルブ43を全閉することで、触媒7から流出した排気を、直接的にインタークーラー13に流入させることなく、触媒系暖機通路の往路41及び復路42を通過させてからインタークーラー13に流入させることができる。図7から理解されるごくと、触媒系暖機通路40は、触媒7と該触媒7の上流側の排気通路を取り巻くように構成されており、排気を触媒系暖機通路40に流すことで排気の熱により触媒7及び該触媒7よりも上流側の排気通路を暖機することができる。また、排気の熱は、触媒7及び該触媒7よりも上流側の排気通路を暖機する際に奪われるため、インタークーラー13に流入されるEGRガスの温度を低下させることができる。
The arrows shown in the catalyst system warm-up
本排気浄化装置が適用された図7に示す内燃機関で実行される、始動直後の機関冷間時おける排気浄化処理の制御ルーチンは、以下の点を除いて図2に示される制御ルーチンと同様である。すなわち、図2に示す制御ルーチンのステップ105において、触媒温度が触媒活性温度に達していないと判定された場合においては、触媒系暖機通路切り替えバルブ43を全閉することで、排気の熱により触媒7及び該触媒7よりも上流側の排気通路を暖機することができ、また、インタークーラー13に流入されるEGRガスの温度を低下させることができる。これにより、触媒7の暖機性の向上を図ることが可能になるとともに、インタークーラー13の効果も合わせてH2O除去タンク14にてEGRガス中のH2O成分の除去を容易とすることが可能となる。また、図2に示す制御ルーチンのステップ105において、触媒温度が触媒活性温度に達している判定された場合においては、触媒系暖機通路切り替えバルブ43が全開とされる。
The control routine of the exhaust gas purification process that is executed in the internal combustion engine shown in FIG. 7 to which the present exhaust gas purification apparatus is applied and the engine is cold immediately after starting is the same as the control routine shown in FIG. 2 except for the following points. It is. That is, in
図8は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第四の実施形態の概略構成を示す図である。図8に示された第四の実施形態の排気浄化装置においては、水電気分解装置50、酸素タンク51及び水素タンク52が配設されていること、また、酸素供給装置5が酸素ガスを燃焼室2内に直接ではなく吸気系16に供給するように構成されていることを除いては、図1に示される第一の実施形態の排気浄化装置の構成と同様である。上述したように、酸素供給装置5の配置については、基本的には、吸気系に再循環された排気中に酸素ガスを供給できるように構成配置されていれば、大量の排気が吸気系に再循環された際に、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、どのような位置に配置されてもよく、図1に示す第一の実施形態と同様に、酸素供給装置5は、燃焼室2内に酸素ガスを直接供給できるように構成配置されてもよい。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the fourth embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the exhaust gas purification apparatus of the fourth embodiment shown in FIG. 8, a
本発明に係る排気浄化装置においては、上述したように、内燃機関始動直後から触媒温度が触媒活性温度に達するまでの間を通して、吸気系に再循環されるEGRガス中のCOおよびHCを再燃焼させるべく、酸素供給装置5によりEGRガス量の約21%に当たる酸素ガスを付加供給する。そのため、酸素供給装置5は、より多くの酸素ガスを供給することができるように構成されることが好ましい。また、燃焼室2内に大量のEGRガスが導入された場合にはEGRガス中の二酸化炭素量に起因して燃焼速度が低下し燃焼が不安定になりやすいが、このことを改善する一手段として、水素ガスを吸気系に供給することで燃焼を改善させることが考えられる。 In the exhaust emission control device according to the present invention, as described above, CO and HC in the EGR gas recirculated to the intake system are reburned from immediately after the internal combustion engine is started until the catalyst temperature reaches the catalyst activation temperature. In order to achieve this, oxygen gas corresponding to about 21% of the EGR gas amount is additionally supplied by the oxygen supply device 5. Therefore, it is preferable that the oxygen supply device 5 is configured so as to supply more oxygen gas. In addition, when a large amount of EGR gas is introduced into the combustion chamber 2, the combustion rate tends to decrease due to the amount of carbon dioxide in the EGR gas and the combustion tends to become unstable. One means for improving this It is conceivable to improve combustion by supplying hydrogen gas to the intake system.
このことに基づいて、図8に示す第四の実施形態においては、インタークーラー13により液化されたH2O成分であってH2O除去タンク14に貯蔵され除去されるH2O成分を電気分解して酸素成分と水素成分とを生成し、生成された酸素成分を酸素供給装置5に供給し、生成された水素成分を吸気系16に供給する水電気分解手段が配設される。該水電気分解手段は、水電気分解装置50と酸素タンク51と水素タンク52とを有して構成される。水電気分解装置50は、H2Oタンク14に貯蔵された水分を吸引して、該水分から電気分解により酸素成分と水素成分とを生成し、生成した酸素成分を酸素タンク51へ、また生成した水素成分を水素タンク52へと供給する役割を果すものである。そして、水素タンク52は、水電気分解装置50により生成され供給された水素成分を貯蔵しまた必要に応じて水素ガスとして吸気系16に供給する役割を果すように構成されるものである。尚、酸素タンク51は、水電気分解装置50により生成され供給された酸素成分を貯蔵しまた必要に応じて酸素ガスとして吸気系に供給する役割を果すように構成されるものであり、本実施形態においては、酸素供給装置5の一構成要素として構成される。
Based on this, in the fourth embodiment shown in FIG. 8, electrolysis of H 2 O component is stored in a H 2 O component is liquefied by the
このように構成された水電気分解装置50、酸素タンク51及び水素タンク52を有する図8に示す第四の実施形態の排気浄化装置によれば、触媒暖機前すなわち内燃機関始動直後から触媒温度が触媒活性温度に達するまでの間において、排気の大部分をEGRガスとして吸気系に再循環させてEGRガス中のCO及びHCを再燃焼させる際に、H2O除去タンク14に貯蔵された水分を水電気分解装置50により電気分解して酸素成分と水素成分とを生成することができる。そして、生成された酸素成分を酸素タンク51に供給することで、酸素成分を補充することができ、酸素消費量の低減を図ることが可能となる。また、生成された水素成分を水素タンク52を介して吸気系16に供給することができ、燃焼室2内の燃焼を改善することが可能となる。尚、本排気浄化装置が適用された図8に示す内燃機関で実行される、機関始動直後の機関冷間時おける排気浄化処理の制御ルーチンは、図2に示される制御ルーチンと同様である。
According to the exhaust gas purification apparatus of the fourth embodiment shown in FIG. 8 having the
図9は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第五の実施形態の概略構成を示す図である。図9に示された第五の実施形態の排気浄化装置においては、酸素濾過装置60、酸素タンク61及び酸素ガス通路切替え装置62が配設されていること、また、酸素供給装置5が酸素ガスを燃焼室2内に直接ではなく吸気系16に供給するように構成されていることを除いては、図1に示される第一の実施形態の排気浄化装置の構成と同様である。上述したように、酸素供給装置5の配置については、基本的には、吸気系に再循環された排気中に酸素ガスを供給できるように構成配置されていれば、大量の排気が吸気系に再循環された際に、より多くの量の排気中のCOおよびHCを再燃焼させることができ、どのような位置に配置されてもよく、図1に示す第一の実施形態と同様に、酸素供給装置5は、燃焼室2内に酸素ガスを直接供給できるように構成配置されてもよい。
FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a fifth embodiment of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the exhaust emission control device of the fifth embodiment shown in FIG. 9, the
上述したように、背圧制御バルブ15が配設され且つ酸素供給装置5を有する本発明の排気浄化触媒装置では、内燃機関始動直後から触媒温度が触媒活性温度に達するまでの触媒暖機前においては、吸気系に再循環されるEGRガス中のCOおよびHCを再燃焼させるために、また、触媒温度が触媒活性温度を越えた後の触媒暖機後においては、空気中の酸素のみではもたらすことができない様な高トルクが要求された場合であって該要求トルクをもたらすために、酸素供給装置5による酸素ガスの供給がなされる場合がある。このように、触媒暖機前及び触媒暖機後の両方において酸素供給装置5による酸素ガスの供給が必要となる場合には、酸素ガスの消費量は極めて大きいものとなり、酸素供給装置5への酸素ガスの補充作業が頻繁に必要となる。
As described above, in the exhaust purification catalyst device of the present invention having the back
このことに基づいて、図9に示す第五の実施形態においては、酸素供給装置5が、大気中の空気から高濃度酸素ガスを生成し該高濃度酸素ガスを吸気系16に供給する酸素濾過手段となる酸素濾過装置60と、予め加圧され圧縮された高濃度酸素ガスを貯留し該高濃度酸素ガスを吸気系16に供給する酸素タンク61と、触媒温度に基づいて吸気系16への高濃度酸素ガスの供給源として酸素濾過装置60と酸素タンク61とのどちらか一方を選択する切替え手段となる酸素ガス通路切替え装置62とを有して構成される。酸素濾過装置60は、本実施形態においては、酸素濾過膜を有し、該濾過膜により大気中の空気から高濃度酸素ガスを生成し該高濃度酸素ガスを吸気系16に供給する役割を果すように構成されるものである。酸素タンク61は、本実施形態においては、例えば予め加圧され圧縮された酸素ガスのみを封入した酸素ボンベのようなものであって、該加圧され圧縮された酸素ガスを吸気系に供給する役割を果すように構成されたものである。尚、酸素濾過装置60及び酸素タンク61は、酸素ガスを吸気系16を介することなく燃焼室2に直接供給するように構成されてもよい。酸素ガス通路切替え装置62は、吸気系16への酸素ガスの供給源の切り替えを実行する、すなわち、吸気系16への酸素ガスの供給源として酸素濾過装置60と酸素タンク61とのどちらか一方を選択する役割を果すように構成されるものである。本実施形態においては、酸素濾過装置60、酸素タンク61及び酸素ガス通路切替え装置62は、酸素供給装置5の一構成要素として構成される。
Based on this, in the fifth embodiment shown in FIG. 9, the oxygen supply device 5 generates high-concentration oxygen gas from air in the atmosphere and supplies the high-concentration oxygen gas to the
このように構成された酸素濾過装置60、酸素タンク61及び酸素ガス通路切替え装置62を有する図9に示す第五の実施形態の排気浄化装置によれば、酸素濾過装置60及び酸素タンク61のどちらか一方しか有さないものと比較して、より多くの酸素ガスを補充作業を必要することなく長期間にわたり供給することができ、触媒暖機前から触媒暖機後にわたり必要に応じて、より確実に酸素ガスを供給することが可能となる。
According to the exhaust gas purification device of the fifth embodiment shown in FIG. 9 having the
本排気浄化装置が適用された図9に示す内燃機関で実行される、始動直後の機関冷間時おける排気浄化処理の制御ルーチンは、以下の点を除いて図2に示される制御ルーチンと同様である。すなわち、図2に示す制御ルーチンのステップ105において、触媒温度が活性温度に達していないと判定された場合においては、酸素ガス通路切り替え装置62により酸素タンク61から酸素ガスが吸気系16に供給されるように制御される。また、図2に示す制御ルーチンのステップ105において、触媒温度が活性温度に達していると判定された場合においては、酸素ガス通路切り替え装置62により酸素濾過装置60から酸素ガスが必要に応じて吸気系16に供給されるように制御される。尚、このような制御は、酸素タンク61から供給される酸素ガス濃度が酸素濾過装置60から供給される酸素ガス濃度よりも高いものであるとして、より多くの酸素ガスの供給が必要であると考えられる触媒暖機前においては酸素タンク61から酸素ガスを供給するものとした。しかしながら、これに限定されることはなく、酸素濾過装置60及び酸素タンク61のそれぞれから供給される酸素ガスの濃度や必要とされる酸素ガス量などに応じて、酸素ガス通路切替え装置62により適当に酸素ガス供給源が切換えられてもよい。このように酸素濾過装置60および酸素タンク61の二つの酸素ガス供給源を有することで、酸素濾過手段あるいは酸素タンクのどちらか一方しか有さないものと比較して、より多くの酸素ガスを補充作業を必要することなく長期間にわたり吸気系に供給することができ、触媒暖機前から触媒暖機後にわたり必要に応じて、より確実に酸素ガスを吸気系に供給することを可能とする。尚、酸素ガス通路切り替え装置62により酸素濾過装置60から酸素ガスが吸気系に供給されるように制御された後の、触媒暖機後の排気浄化処理の制御は図4に示された制御ルーチンのように制御されてもよい。
The control routine of the exhaust gas purification process executed in the internal combustion engine shown in FIG. 9 to which the present exhaust gas purification apparatus is applied, when the engine is cold immediately after starting, is the same as the control routine shown in FIG. 2 except for the following points. It is. That is, if it is determined in
以上、本発明の排気浄化装置によれば、内燃機関始動直後の排気浄化触媒の浄化性能が期待できない機関冷間時において、排気浄化触媒よりも下流の排気系の排気のほぼ全量を吸気系に戻して、該排気中に少なくとも通常の空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給することで、該排気中の有害成分となるCOおよびHCを再燃焼させ、排気エミッションの改善を図ることが可能となる。更に、例えば高負荷運転時においてもEGRガスを燃焼室内に供給することができ、また、新気のみにより酸素を供給する場合と比較して、より多くの酸素を燃焼室内に供給することができる本発明の排気浄化装置によれば、触媒暖機後すなわち触媒温度が触媒活性温度を越えた後においても、必要に応じて背圧制御バルブ15や酸素供給装置5などを適当に制御することにより、燃費及び排気エミッションの改善を図り、更に、過給機を備えることなく高出力化を図ることが可能となる。
As described above, according to the exhaust purification apparatus of the present invention, when the engine is cold and the purification performance of the exhaust purification catalyst is not expected immediately after starting the internal combustion engine, almost the entire exhaust gas in the exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst is made into the intake system. The exhaust gas is re-combusted by supplying high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration higher than at least normal oxygen concentration in the exhaust gas to re-burn CO and HC, which are harmful components in the exhaust gas, Can be improved. Further, for example, EGR gas can be supplied into the combustion chamber even during high-load operation, and more oxygen can be supplied into the combustion chamber than when oxygen is supplied only by fresh air. According to the exhaust emission control device of the present invention, after the catalyst is warmed up, that is, after the catalyst temperature exceeds the catalyst activation temperature, the back
1 内燃機関本体
2 燃焼室
3 点火装置
4 燃料噴射装置
5 酸素供給装置
6 排気系
7 三元触媒
8 A/Fセンサー
9 背圧センサー
10 EGR装置
11 排気再循環通路
12 排気再循環量制御バルブ
13 インタークーラー
14 H2O除去タンク
15 背圧制御バルブ
16 吸気系
17 サージタンク
18 エアフローメータ
19 スロットルバルブ
20 吸気圧センサー
21 機関回転数検出手段
22 アクセル開度検出手段
23 触媒温度検出手段
24 燃焼圧センサー
25 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記排気浄化触媒よりも下流の前記排気系から前記内燃機関の吸気系に前記内燃機関本体から排出された排気を再循環させるEGR装置と、
前記EGR装置により前記吸気系に再循環された排気中に、少なくとも通常の空気の酸素濃度よりも高い酸素濃度を有する高濃度酸素ガスを供給する酸素供給手段と、
を具備し、
前記内燃機関の始動直後から前記排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、前記EGR装置により前記内燃機関本体から排出された排気を前記吸気系に再循環させ、前記酸素供給手段により高濃度酸素ガスを前記吸気系に再循環された排気中に供給し、前記吸気系に再循環された排気中のCOおよびHCを再燃焼させ浄化する、
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine in which an exhaust gas purification catalyst for purifying harmful components in exhaust gas discharged from the internal combustion engine body is disposed in an exhaust system,
An EGR device that recirculates exhaust gas discharged from the internal combustion engine body from the exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst to the intake system of the internal combustion engine;
Oxygen supply means for supplying high-concentration oxygen gas having an oxygen concentration at least higher than the oxygen concentration of normal air into the exhaust gas recirculated to the intake system by the EGR device;
Comprising
The exhaust gas exhausted from the internal combustion engine body by the EGR device is recirculated to the intake system from immediately after the internal combustion engine is started until the temperature of the exhaust purification catalyst reaches the catalyst activation temperature, and the oxygen supply means Supplying high-concentration oxygen gas into the exhaust gas recirculated to the intake system, and re-burning and purifying CO and HC in the exhaust gas recirculated to the intake system;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine.
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。 The oxygen supply means includes an oxygen cylinder in which only oxygen gas is sealed, and an oxygen supply amount control valve that adjusts the supply amount of oxygen gas from the oxygen cylinder.
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The EGR device is a valve that is disposed in an exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst and controls a ratio of exhaust gas recirculated to the intake system, and is configured to reduce a back pressure of the exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst. Having a back pressure control valve to control within a predetermined range,
3. An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas purification device is an internal combustion engine.
前記EGR装置により前記吸気系に排気が再循環されている際の、前記機関回転数検出手段により検出された機関回転数の変動状態および前記燃焼圧センサーにより検出された燃焼室内の圧力値の少なくとも一方に基づいて、前記内燃機関がエンストする危険性がある状態にあるか否かを判定する、
ことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The engine stall determination means includes engine speed detection means for detecting engine speed, and a combustion pressure sensor for detecting pressure in a combustion chamber of the internal combustion engine body.
At least of the fluctuation state of the engine speed detected by the engine speed detecting means and the pressure value in the combustion chamber detected by the combustion pressure sensor when the exhaust gas is recirculated to the intake system by the EGR device. Based on one, it is determined whether the internal combustion engine is in a state where there is a risk of stalling,
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the exhaust gas purification device is an internal combustion engine.
前記酸素供給手段は、前記燃焼室内に高濃度酸素ガスを直接供給するように構成され、
前記内燃機関の圧縮行程において、前記燃料噴射装置および前記酸素供給手段により燃料および高濃度酸素ガスが前記燃焼室内に供給され、前記点火装置により前記燃焼室内に火花の発生がもたらされる、
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。 The internal combustion engine includes a fuel injection device that directly injects fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine main body, and an ignition device that generates sparks in the combustion chamber,
The oxygen supply means is configured to directly supply high-concentration oxygen gas into the combustion chamber,
In the compression stroke of the internal combustion engine, fuel and high-concentration oxygen gas are supplied into the combustion chamber by the fuel injection device and the oxygen supply means, and sparks are generated in the combustion chamber by the ignition device.
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.
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。 The EGR device includes a intercooler liquefying of H 2 O component in the exhaust gas of the exhaust is cooled recirculated to the intake system by the EGR device, is removed and stored of H 2 O component is liquefied by the intercooler An H 2 O removal tank;
The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1.
当該排気浄化装置は、前記内燃機関の始動直後から前記排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達するまでの間、前記排気浄化触媒から流出した排気を前記排気浄化触媒の周囲に循環させてから前記排気再循環通路に導く排気迂回手段を具備する、ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The EGR device has an exhaust gas recirculation passage that fluidly communicates the intake system and the exhaust system downstream of the exhaust purification catalyst,
The exhaust gas purification device circulates exhaust gas flowing out from the exhaust gas purification catalyst around the exhaust gas purification catalyst from immediately after the internal combustion engine is started until the temperature of the exhaust gas purification catalyst reaches a catalyst activation temperature. The exhaust gas purification device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising exhaust gas bypassing means for guiding the exhaust gas to the exhaust gas recirculation passage.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010071135A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
FR2941499A1 (en) * | 2009-01-27 | 2010-07-30 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Internal combustion engine i.e. diesel engine, for motor vehicle, has electrolyser connected to cooler for producing hydrogen from water contained in exhaust gas, where produced hydrogen is reinjected to intake and exhaust ducts |
JP2010216303A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Denso Corp | Nitrogen-enriched gas supplying device of internal combustion engine |
WO2013183127A1 (en) * | 2012-06-06 | 2013-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | Working gas circulation type engine |
WO2014152384A2 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Combustion 8 Technologies Llc | Reducing fuel consumption of spark ignition engines |
JP2014231758A (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-11 | トヨタ自動車株式会社 | Combustion state diagnostic device |
JP2016037926A (en) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine |
-
2006
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010071135A (en) * | 2008-09-17 | 2010-04-02 | Nissan Motor Co Ltd | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
FR2941499A1 (en) * | 2009-01-27 | 2010-07-30 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Internal combustion engine i.e. diesel engine, for motor vehicle, has electrolyser connected to cooler for producing hydrogen from water contained in exhaust gas, where produced hydrogen is reinjected to intake and exhaust ducts |
JP2010216303A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Denso Corp | Nitrogen-enriched gas supplying device of internal combustion engine |
WO2013183127A1 (en) * | 2012-06-06 | 2013-12-12 | トヨタ自動車株式会社 | Working gas circulation type engine |
JPWO2013183127A1 (en) * | 2012-06-06 | 2016-01-21 | トヨタ自動車株式会社 | Working gas circulation engine |
WO2014152384A2 (en) | 2013-03-15 | 2014-09-25 | Combustion 8 Technologies Llc | Reducing fuel consumption of spark ignition engines |
EP2997251A4 (en) * | 2013-03-15 | 2018-01-31 | Combustion 8 Technologies LLC | Reducing fuel consumption of spark ignition engines |
JP2014231758A (en) * | 2013-05-28 | 2014-12-11 | トヨタ自動車株式会社 | Combustion state diagnostic device |
JP2016037926A (en) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | トヨタ自動車株式会社 | Internal combustion engine |
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