JP2009197626A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着部材のＨＣ大量放出や排気浄化用触媒の酸素吸蔵量の不足に伴う浄化性能の低下を防止できる内燃機関の排気浄化装置１の提供。
【解決手段】 エンジン１の排気通路に設けられた触媒コンバータ２ａと、触媒コンバータ２ａの上流側に接続されるメイン通路４と、メイン通路４に並列に接続され排気中のＨＣを低温時に吸着し、高温時に脱離する機能を有した吸着部材６を介装したバイパス通路５と、メイン通路４とバイパス通路５の排気の流通態様を駆動動作により変更可能な弁V1,V2と、弁V1,V2の駆動動作を制御するＥＣＵ８を備え、ＥＣＵ８は、触媒コンバータ２ａの活性化後に、触媒コンバータ２ａの酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下の場合に、弁V1,V2の駆動動作によりバイパス通路５へ排気を流通させてＨＣを離脱させることとした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、排気浄化用触媒の上流側に接続されるメイン通路と、メイン通路に並列に接続され排気中のＨＣを低温時に吸着し、高温時に脱離する機能を有した吸着部材を介装したバイパス通路と、メイン通路とバイパス通路の排気の流通態様を駆動動作により変更可能な弁と、弁の駆動動作を制御する制御手段を備え、制御手段は、弁の駆動動作により排気浄化用触媒の活性化前の低温状態で吸着部材に排気中のＨＣを吸着し、排気浄化用触媒の活性化後の高温状態で吸着部材に吸着されたＨＣを脱離して排気浄化用触媒により浄化させるようにした内燃機関の排気浄化装置の技術が公知になっている（特許文献１参照）。
特開平０６−２２９２３５号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、弁の駆動動作によりバイパス通路へ排気を流通させた際に、吸着部材に吸着していたＨＣが大量且つ急激に離脱してしまうため、排気浄化用触媒の酸化吸蔵量が不足して浄化性能の低下を招くという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、吸着部材のＨＣ大量放出や排気浄化用触媒の酸素吸蔵量の不足に伴う浄化性能の低下を防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

請求項１記載の発明では、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、上記排気浄化用触媒の上流側に接続されるメイン通路と、メイン通路に並列に接続され排気中のＨＣを低温時に吸着し、高温時に脱離する機能を有した吸着部材を介装したバイパス通路と、上記メイン通路とバイパス通路の排気の流通態様を駆動動作により変更可能な弁と、上記弁の駆動動作を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、弁の駆動動作により排気浄化用触媒の活性化前の低温状態で吸着部材に排気中のＨＣを吸着し、排気浄化用触媒の活性化後の高温状態で吸着部材に吸着されたＨＣを脱離して排気浄化用触媒により浄化させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、上記制御手段は、排気浄化用触媒の活性化後に、排気浄化用触媒の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下の場合に、弁の駆動動作によりバイパス通路へ排気を流通させてＨＣを離脱させることを特徴とする。

請求項１記載の発明では、制御手段は、排気浄化用触媒の活性化後に、排気浄化用触媒の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下の場合に、弁の駆動動作によりバイパス通路へ排気を流通させてＨＣを離脱させることとしている。
従って、吸着部材のＨＣ大量放出や排気浄化用触媒の酸素吸蔵量の不足に伴う浄化性能の低下を防止できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１の内燃機関の排気浄化装置を示す全体図、図２実施例１のＥＣＵによる弁の開閉制御を説明するフローチャート図、図３〜５は実施例１の内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１の発明の内燃機関の排気浄化装置１では、自動車のエンジン２（請求項の内燃機関に相当）の図示しない排気ポートに接続された通路３（エキゾーストマニホールド）の直下に触媒コンバータａ１が接続され、この触媒コンバータａ１の下流側はメイン通路４と、このメイン通路４と並列に接続されたバイパス通路５が設けられている。
また、メイン通路４の下流側は触媒コンバータａ２（請求項の排気浄化用触媒に相当）に接続される一方、バイパス通路５の途中には、吸着部材６が介装されている。

触媒コンバータａ２は、筒状の本体内に収容されたハニカム体（図示せず）のセルの表面に触媒をコーティングしてなる所謂金属触媒担体またはセラミックス製触媒担体が採用される他、上流側から流入した排気を触媒担体のセルに通過させて、触媒作用により排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、Ｎｏｘ等）を無害成分（ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等）に浄化して下流側へ排出するものである。

吸着部材６は、筒状の本体内に収容されたハニカム体（図示せず）のセルの表面にゼオライト等の吸着材をコーティングしたものが採用され、上流側から流入した排気を吸着部のセルに通過させて、排気中の炭化水素（ＨＣ）を低温時に吸着する一方、高温時に脱離させて下流側へ排出するものである。

触媒コンバータａ２は、触媒コンバータａ１と同様であるため、その説明は省略する。

また、メイン通路４とバイパス通路５には、図示しないモータ及びアクチュエータ等を介した弁体の駆動動作により、両通路の排気の流通態様を変更可能な電磁式の弁V1,V2が設けられている。
吸着部材６と触媒コンバータａ２には、それぞれの表面温度または雰囲気温度を検出する温度センサS1,S2が設けられる一方、触媒コンバータａ２の上流側と下流側には排気中の酸素濃度を検出する酸素センサS3,S4が設けられている。
また、エンジン２の図示しない吸気ポートに接続された通路７（インテークマニホールド）には吸入空気量を検出するエアフローセンサＳ５が設けられている。
なお、各センサＳ１〜Ｓ５で検出された検出信号は、ＥＣＵ８（エンジンコントロールユニット、請求項の制御手段に相当）に出力される。

ＥＣＵ８は、上述した各センサＳ１〜Ｓ５を含む各種センサからの検出信号（例えばエンジン冷却水温度信号、エンジン回転数信号、アクセル開度信号、車速信号、イグニッションスイッチ信号、吸入空気量信号、燃料噴射量信号等）に基づいてエンジン２の始動から停止までの運転を制御する他、弁V1,V2の開閉制御を行う。

次に、作用を説明する。
<弁の開閉制御について>
このように構成された内燃機関の排気浄化装置１では、ＥＣＵ８が図２のフローチャート図に基づいて弁V1,V2の開閉制御を行う。

先ず、ステップＳ１では、エンジン２の始動を検出した後、ステップＳ２に移行する。

次に、ステップＳ２では、メイン通路４の弁Ｖ１を閉じる一方、バイパス通路５の弁Ｖ２を開いた状態とする。

次に、ステップＳ３では、吸着部材６の吸着部（以下、吸着部材６と略す）がＨＣの離脱を開始したか否かを判定し、開始した場合にはステップＳ４に移行し、開始していない場合にはステップＳ２に戻る。
なお、ＨＣの離脱開始は、温度センサＳ１の検出結果が予め設定された温度に達したか否かで判定する。吸着部材６の離脱開始温度は一般的に２５０℃以上である。

次に、ステップＳ４では、メイン通路４の弁Ｖ１を開く一方、バイパス通路５の弁Ｖ２を閉じた状態とする。

次に、ステップＳ５では、触媒コンバータａ２の触媒担体（以下、触媒コンバータａ２と略す）が活性化し、且つ、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下を満たすか否かを判定し、満たす場合にはステップＳ６に移行し、満たさない場合にはステップＳ４に戻る。
なお、触媒コンバータａ２の活性化は、温度センサＳ２の検出結果が予め設定された温度に達したか否かで判定する。触媒コンバータａ２の活性化は一般的に３５０℃以上である。
あるいは、触媒コンバータａ２の活性化は、エンジン２の始動後の経過時間が予め設定された時間に達したか否かで判定する。この際、エンジン２の始動時のエンジン冷却水温度に応じて設定時間を変えるようにしても良い。
あるいは、触媒コンバータａ２の活性化は、エンジン回転数と燃料噴射量の積算値に基づいて判定する。

また、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量は、酸素センサS3,S4またはエアフローセンサＳ５の検出結果から推定する。
あるいは、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量は、エアフローセンサＳ５の検出結果と燃料カット信号から推定しても良い。
第１設定値は適宜設定できるが、例えば、触媒コンバータａ２の最大酸素吸蔵量の５０％の値を設定する。

排気量はエアフローセンサＳ５の検出結果から推定する。
あるいは、排気量はアクセル開度信号とエンジン２の回転数信号から推定する。
第２設定値は適宜設定できるが、例えば、エンジン２の低回転行時に排出される排気量の値を設定する。

次に、ステップＳ６では、両弁V1,V2を共に開いた状態としてステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ５と同じ判定を行って条件を満たす場合にはステップＳ８に移行し、満たさない場合にはステップＳ４に戻る。

ステップＳ８では、吸着部材６がＨＣの離脱を完了したか否かを判定し、離脱完了の場合にはステップＳ９に移行し、離脱を完了していない場合にはステップＳ７に戻る。
なお、吸着部材６によるＨＣの離脱完了は、エンジン２始動直後から所定時間後とする。
あるいは、吸着部材６によるＨＣの離脱完了は、吸着部材６に炭化水素濃度を測定するセンサを設けて判定したり、公知のようにＥＣＵ８からの信号を基に吸着部材６に残留する炭化水素量を推定して判定するようにしても良い。
ステップ９では、メイン通路４の弁Ｖ１を開く一方、バイパス通路５の弁Ｖ２を閉じた状態として処理を終了する。

<排気の浄化について>
このように構成された内燃機関の排気浄化装置１では、先ず、エンジン２の始動時から排気温度が吸着部材６の離脱温度に到達するまでには暫く時間が掛かるため、図３に示すように、メイン通路４の弁Ｖ１が閉じる一方、バイパス通路５の弁Ｖ２が開いた状態となる（ステップＳ１〜ステップＳ３）。
これにより、排気（図中破線で図示）の全量がバイパス通路５から吸着部材６を通過した後、触媒コンバータａ２に流入する。
この際、吸着部材６では通過する排気中の炭化水素を吸着する。
また、排気の温度は低温であるため、触媒コンバータa1,a2は機能しない。
従って、エンジン２の始動時において、触媒コンバータa1,a2が機能していない間に排気中のＨＣが大気放出されるのを防止できる。

次に、排気温度が上昇して、吸着部材６の離脱温度になると、図４に示すように、メイン通路４の弁Ｖ１が開く一方、バイパス通路５の弁Ｖ２が閉じた状態となる（ステップＳ４）。
これにより、排気（図中破線で図示）の全量がメイン通路４から触媒コンバータａ２に流入する。
この際、少なくとも触媒コンバータａ１は確実に活性化しており、排気中の炭化水素は触媒コンバータａ１によって浄化できる。

また、この際、触媒コンバータａ２が活性化し、且つ、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下を満たすかどうかを判定し（ステップＳ４→ステップＳ５）、条件を満たさない場合には弁V1,V2の状態を維持する。
一方、条件を満たす場合には、図５に示すように、弁V1,V2を共に開く（ステップＳ５→ステップＳ６）。

これにより、排気（図中破線で図示）をメイン通路４とバイパス通路５に通過させる。
この際、排気中の有害成分（炭化水素を含む）は触媒コンバータａ２で浄化される。

また、この際、触媒コンバータａ２が活性化し、且つ、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下を満たすかどうかを判定し（ステップＳ６→ステップＳ７）、条件を満たさない場合には再びメイン通路４の弁Ｖ１を開く一方、バイパス通路５の弁Ｖ２が閉じた状態となる（ステップＳ７→ステップＳ４）。
一方、条件を満たす場合には、吸着部材６の離脱完了を判定し（ステップＳ７→ステップＳ８）、吸着部材６が離脱完了していない場合には、弁V1,V2の状態を維持し（ステップＳ８→ステップＳ７）、満たす場合には、図４に示すように、メイン通路４の弁Ｖ１を開く一方、バイパス通路５の弁Ｖ２を閉じた状態とする（ステップＳ８→Ｓ９）。
これにより、排気の一部がバイパス通路５へ流入するのを防止して、吸着部材６の耐久性を向上できる。

このように、実施例１の内燃機関の排気浄化装置１では、吸着部材６のＨＣの離脱開始から離脱完了までの間に、バイパス通路５の弁V1,V2がステップS5,S7の条件に応じて開閉する。
そして、バイパス通路５の弁Ｖ２は、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下を満たす場合、換言すると、触媒コンバータａ２が十分な酸素を吸蔵していて、吸着部材６を通過する排気量が少ない場合にのみ開いて、吸着部材６が離脱したＨＣを触媒コンバータａ２に流入させて浄化させる。

従って、吸着部材６に吸着したＨＣが大量且つ急激に離脱して触媒コンバータａ２に流入するのを防止できると同時に、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量の不足に伴う浄化性能の低下を防止できる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の発明では、エンジン１の排気通路に設けられた触媒コンバータ２ａと、触媒コンバータ２ａの上流側に接続されるメイン通路４と、メイン通路４に並列に接続され排気中のＨＣを低温時に吸着し、高温時に脱離する機能を有した吸着部材６を介装したバイパス通路５と、メイン通路４とバイパス通路５の排気の流通態様を駆動動作により変更可能な弁V1,V2と、弁V1,V2の駆動動作を制御するＥＣＵ８を備え、ＥＣＵ８は、弁V1,V2の駆動動作により触媒コンバータ２ａの活性化前の低温状態で吸着部材６に排気中のＨＣを吸着し、触媒コンバータ２ａの活性化後の高温状態で吸着部材６に吸着されたＨＣを脱離して触媒コンバータ２ａにより浄化させるようにした内燃機関の排気浄化装置１において、ＥＣＵ８は、触媒コンバータ２ａの活性化後に、触媒コンバータ２ａの酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下の場合に、弁V1,V2の駆動動作によりバイパス通路５へ排気を流通させてＨＣを離脱させるため、吸着部材６のＨＣ大量放出や触媒コンバータ２ａの酸素吸蔵量の不足に伴う浄化性能の低下を防止できる。

以下、実施例２を説明する。
実施例２において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
図６は実施例２のＥＣＵによる弁の開閉制御を説明するフローチャート図、図７は実施例２の排気浄化率を示すグラフである。

図６に示すように、実施例２では、実施例１で説明したステップＳ５とステップＳ７に相当するステップＳ５０とステップＳ７０おいて、触媒コンバータａ２が活性化し、且つ、燃料カット中または減速中で、且つ、排気量が第２設定値以下を満たすかどうかを判定するようになっている。
また、ステップＳ７０において、条件を満たさない場合には、ステップＳ７１に移行して、エンジン２をリッチ空燃比で運転させるようにするリッチ制御を付加した後、ステップＳ４に戻るという点が実施例１と異なる。

これにより、燃料カット中または減速中には排気中の酸素量が増大（最大２１％前後）してリーン空燃比状態にあるため、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量を推定する演算処理を省略できる。

また、ステップＳ６で弁V1,V2が開いてＨＣの離脱途中で、ステップＳ７１のいずれかの条件を満たさなくなった場合には、ステップ７２でＥＣＵ８にエンジン２の空燃比をリッチ側にして排気中の酸素を減らすことにより、触媒コンバータａ２の触媒作用を早期に発揮させることができる。
これにより、ステップＳ４でバイパス通路５の弁V1,V2を閉じた際に、触媒コンバータａ２の酸素吸蔵量が過剰でリーン空燃比状態にあることに起因して触媒作用が直ぐに働かなくなるのを防止できる。

加えて、エンジン２を単にリーン空燃比で運転させた場合はＮＯｘ排出量が増加してしまうため、対策として十分ではないが、実施例２のように燃料カットによるリーン制御を利用すれば、エンジン混合比を変更することが無いため、Ｎｏｘを増加させることなく、酸素を触媒コンバータａ２に供給できる。

次に、エンジン始動時からの時間とＨＣの排出量及び車速の関係を実験等を通じて得られた結果を図７に示す。
なお、車速の線形は試験的に利用されるモデルである。
また、従来品は触媒コンバータａ２が活性化した後、バイパス通路５の弁V1,V2が直ぐに開き、その後、開閉動作しないタイプである。
図７に示すように、本発明品と従来品を比較すると、エンジン始動時から触媒コンバータａ１が活性化してＨＣ排出量が減る時間までは同じであるが、その後、破線部分のハッチングで示すように、従来品が触媒コンバータａ２の活性化後に大きく増大するのに対して、発明品では車速の減速中（燃料カット中）において大幅に低く抑えることができる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、触媒コンバータの活性化の判定、酸素吸蔵量の推定、排気量の推定等の方法は適宜設定できる。

実施例１の内燃機関の排気浄化装置を示す全体図である。 実施例１のＥＣＵによる弁の開閉制御を説明するフローチャート図である。 実施例１の内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する図である。 実施例１の内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する図である。 実施例１の内燃機関の排気浄化装置の作動を説明する図である。 実施例２のＥＣＵによる弁の開閉制御を説明するフローチャート図である。 実施例２の排気浄化率を示すグラフである。

符号の説明

Ｖ１、Ｖ２ 弁
Ｓ１、Ｓ２ 温度センサ
Ｓ３、Ｓ４ 酸素センサ
ａ１ 触媒コンバータ
ａ２ 触媒コンバータ
１ 内燃機関の排気浄化装置
２ エンジン
３ 通路（エキゾーストマニホールド）
４ メイン通路
５ バイパス通路
６ 吸着部材
７ 通路（インテークマニホールド）
８ ＥＣＵ

Claims (3)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用触媒と、
   前記排気浄化用触媒の上流側に接続されるメイン通路と、
   前記メイン通路に並列に接続され排気中のＨＣを低温時に吸着し、高温時に脱離する機能を有した吸着部材を介装したバイパス通路と、
   前記メイン通路とバイパス通路の排気の流通態様を駆動動作により変更可能な弁と、
   前記弁の駆動動作を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、弁の駆動動作により排気浄化用触媒の活性化前の低温状態で吸着部材に排気中のＨＣを吸着し、排気浄化用触媒の活性化後の高温状態で吸着部材に吸着されたＨＣを脱離して排気浄化用触媒により浄化させるようにした内燃機関の排気浄化装置において、
   前記制御手段は、排気浄化用触媒の活性化後に、排気浄化用触媒の酸素吸蔵量が第１設定値以上で、且つ、排気量が第２設定値以下の場合に、弁の駆動動作によりバイパス通路へ排気を流通させてＨＣを離脱させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記制御手段は、排気浄化用触媒の活性化後に、燃料カットまたは車速の減速が検出され、且つ、排気量が第２設定値以下の場合に、弁の駆動動作によりバイパス通路へ排気を流通させてＨＣを離脱させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、
   前記制御手段は、バイパス通路へ排気を流通させている途中で弁の駆動動作によりバイパス通路を遮断した場合に、内燃機関をリッチ空燃比で運転させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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