JP2010121588A - Exhaust device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、冷機始動時に排気がバイパス通路に設けた排気浄化触媒を通過するよう構成された排気装置に関する。 The present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine, and more particularly, to an exhaust device configured so that exhaust passes through an exhaust purification catalyst provided in a bypass passage when starting a cold machine.
内燃機関の排気通路には、排気エミッション対策のために排気浄化触媒が設けられている。しかし、排気浄化触媒が触媒作用を発揮するためには活性化温度に達している必要があるため、冷機始動時から活性化温度に昇温されるまでの間は、十分な排気浄化作用が望めなかった。 An exhaust gas purification catalyst is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine as a countermeasure for exhaust emission. However, since the exhaust purification catalyst needs to reach the activation temperature in order to exert its catalytic action, a sufficient exhaust purification action can be expected from the start of cooling until the temperature is raised to the activation temperature. There wasn't.
そこで、冷機始動時から十分な排気浄化を行うための構成として、通常運転時用のメイン触媒の上流側に、内燃機関から直接メイン触媒へとつながるメイン排気通路を開閉するシャッターバルブと、メイン触媒より小型のバイパス触媒を備えシャッターバルブを迂回するバイパス通路と、を設ける構成が知られている。このような構成では、冷機始動時にはメイン排気通路を閉鎖して排気がバイパス触媒を経由してメイン触媒に流入するように、そしてメイン触媒が活性化温度まで昇温したらメイン排気通路を開放するように、シャッターバルブを制御する。バイパス触媒はメイン触媒よりも小型なため、早期に活性化温度まで昇温される。このため、上記のような制御によって、冷機始動時から排気エミッションの低減を図ることができる。 Therefore, as a configuration for performing sufficient exhaust gas purification from the start of the cold engine, a shutter valve that opens and closes a main exhaust passage directly connected from the internal combustion engine to the main catalyst on the upstream side of the main catalyst for normal operation, and a main catalyst There is known a configuration in which a bypass passage having a smaller bypass catalyst and bypassing the shutter valve is provided. In such a configuration, the main exhaust passage is closed at the time of cold start so that the exhaust flows into the main catalyst via the bypass catalyst, and the main exhaust passage is opened when the temperature of the main catalyst rises to the activation temperature. In addition, the shutter valve is controlled. Since the bypass catalyst is smaller than the main catalyst, the temperature is quickly raised to the activation temperature. For this reason, the exhaust emission can be reduced from the time of cold start by the control as described above.
このような構成において、メイン触媒が活性化温度まで昇温したときに、背圧の急激な変化を抑制するようにシャッターバルブの開弁速度を制御することによって、流路切換に伴うトルク変動を抑制する技術が特許文献1に開示されている。
ところで、上記のような構成では、冷機始動時にシャッターバルブを全閉にすると、メイン排気通路の排気流量はゼロになるため、シャッターバルブを含む周辺部品及びメイン排気通路は排気によって昇温されない。そのため、バイパス通路との分岐点からシャッターバルブまでの排気通路には、排気中の水蒸気が冷却されて生成された凝縮水が溜まることとなる。そしてシャッターバルブを開くと、溜まっている凝縮水は排気によって飛散する。 By the way, in the above configuration, when the shutter valve is fully closed at the time of cold start, the exhaust flow rate of the main exhaust passage becomes zero, so the peripheral parts including the shutter valve and the main exhaust passage are not heated by the exhaust. Therefore, condensed water generated by cooling the water vapor in the exhaust gas is accumulated in the exhaust passage from the branch point to the bypass passage to the shutter valve. When the shutter valve is opened, the accumulated condensed water is scattered by the exhaust.
この飛散した凝縮水が、その時点で既に昇温しているメイン触媒や、メイン触媒入口に配置されているセンサ(排気温度センサまたは空燃比センサ等)にかかると、被水部にはヒートショックにより熱応力が発生し、センサの素子割れまたは触媒担体にクラックが発生するおそれがある。また、クラックが発生しないまでも、脆化することで排気によって風蝕される、いわゆるエロージョンを引き起こすおそれがある。 When the scattered condensed water hits the main catalyst that has already been heated at that time or a sensor (exhaust temperature sensor or air-fuel ratio sensor, etc.) disposed at the main catalyst inlet, As a result, thermal stress is generated, which may cause cracking of the sensor element or the catalyst carrier. Further, even if cracks do not occur, there is a risk of causing so-called erosion that is eroded by exhaust due to embrittlement.
特許文献1に開示された構成では、シャッターバルブの開弁速度を運転状態に応じて設定しているが、設定された開弁速度は全閉状態から全開状態まで一定である。したがって、所定の開度を超えたときに、溜まっていた凝縮水が飛散して、上記のようなセンサの素子割れ、触媒割れを起こすおそれがある。
In the configuration disclosed in
そこで、本発明では、シャッターバルブを開いたときに被水による素子割れ、触媒割れが発生しない排気装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust device that does not cause element cracking or catalyst cracking due to moisture when the shutter valve is opened.
本発明の内燃機関の排気装置は、内燃機関のメイン排気通路中に介装される第1触媒と、第1触媒より上流側でメイン排気通路を開閉する開閉手段と、開閉手段の開閉動作を制御する制御手段と、開閉手段の上流側でメイン排気通路から分岐して、開閉手段の下流側かつ第1触媒の上流側でメイン排気通路に合流するバイパス排気通路と、第1触媒より小容量でバイパス排気通路中に介装される第2触媒と、第1触媒に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、を備える。そして、制御手段は、開閉手段を冷機始動時には全閉にし、第1触媒が所定温度まで昇温したら微小開度に保持し、微小開度に保持してから所定期間経過後に全開にする。 An exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention includes a first catalyst interposed in a main exhaust passage of the internal combustion engine, an opening / closing means for opening / closing the main exhaust passage upstream of the first catalyst, and an opening / closing operation of the opening / closing means. A control means for controlling, a bypass exhaust passage branched from the main exhaust passage upstream of the opening / closing means and joined to the main exhaust passage downstream of the opening / closing means and upstream of the first catalyst, and a capacity smaller than that of the first catalyst And a second catalyst interposed in the bypass exhaust passage, and an exhaust temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the first catalyst. Then, the control means fully closes the opening / closing means at the time of cold start, maintains a small opening when the first catalyst is heated to a predetermined temperature, and fully opens after a predetermined period has elapsed after maintaining the minute opening.
本発明によれば、凝縮水は微小開度に保持された開閉手段を通過する際に、霧吹き現象によって微粒化されて下流側に流れる。また、微小開度に保持することでメイン排気通路に排気が流れて開閉手段付近が昇温され、凝縮水の蒸発が促進される。 According to the present invention, when the condensed water passes through the opening / closing means maintained at a minute opening, it is atomized by the spraying phenomenon and flows downstream. Further, by maintaining the minute opening, the exhaust flows into the main exhaust passage, the temperature of the vicinity of the opening / closing means is raised, and the evaporation of the condensed water is promoted.
これにより、凝縮水の飛散によるセンサの素子割れや、触媒担体のクラック発生、脆化を防止することができる。 As a result, it is possible to prevent sensor element cracking, cracking of the catalyst carrier, and embrittlement due to scattering of condensed water.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、第1実施形態のシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram of the first embodiment.
1は第2触媒としての始動時用マニホールド触媒、2は第1触媒としてのメイン触媒、3はメインA/Fセンサ、4は水温センサ、5はエアフローメータ、6は制御手段としてのエンジンコントロールユニット(ECU)、7は吸気通路、8はメイン排気通路、9はバイパス排気通路、10は開閉手段としての排気シャッターバルブ、11はバルブ駆動用モータ、12はエンジン本体、13はスロットルバルブ、14はサブA/Fセンサ、15は排気温度検出手段としての排気温センサである。
1 is a starting manifold catalyst as a second catalyst, 2 is a main catalyst as a first catalyst, 3 is a main A / F sensor, 4 is a water temperature sensor, 5 is an air flow meter, and 6 is an engine control unit as control means. (ECU), 7 is an intake passage, 8 is a main exhaust passage, 9 is a bypass exhaust passage, 10 is an exhaust shutter valve as an opening / closing means, 11 is a valve driving motor, 12 is an engine body, 13 is a throttle valve, and 14 is A sub A /
吸気通路7には吸気流上流側から順に、吸気量を計測するエアフローメータ、エンジン本体12に流入する吸気量を調節するスロットルバルブ13が備えられる。また、エンジン本体12には冷却水温を検出する水温センサ4が備えられる。
The
メイン排気通路8には流路を開閉可能な排気シャッターバルブ10が備えられ、この排気シャッターバルブ10はバルブ駆動用モータ11により開閉駆動される。そして排気シャッターバルブ10の下流側には、排気浄化用のメイン触媒2が備えられる。メイン触媒2の入口付近には、メイン触媒2に流入する排気の空燃比を検出するメインA/Fセンサ3及び排気温センサ15が配置される。
The
また、排気シャッターバルブ10を迂回して排気シャッターバルブ10の上流側と下流側とを連通するバイパス排気通路9が設けられ、このバイパス排気通路9にはメイン触媒2より小容量の始動時用マニホールド触媒1、及び始動時用マニホールド触媒1に流入する排気の空燃比を検出するサブA/Fセンサ14が備えられる。始動時用マニホールド触媒1は、できるだけエンジン本体12に近い位置、つまり高温の排気が流入するような位置に設けることが望ましい。なお、図1では、2つの始動時用マニホールド触媒1を排気流に対して直列に配置しているが、1つであってもよい。
Further, a
ECU6は、エアフローメータ5、水温センサ4、メインA/Fセンサ3、サブA/Fセンサ14、その他に例えば図示しないアクセル開度センサやクランク角センサ等の検出信号に基づいて、一般的なエンジンと同様のスロットルバルブ13の開度制御や空燃比フィードバック制御及び点火時期の制御の他に、後述する排気シャッターバルブ10の開閉制御を行う。
The
なお、空燃比フィードバック制御は、排気シャッターバルブ10が全閉及び供述する微小開度の場合にはサブA/Fセンサ14の検出値、全開となってからはメインA/Fセンサ3の検出値に基づいて行う。
Note that the air-fuel ratio feedback control is performed when the
次に、排気シャッターバルブ10の開閉制御について説明する。
Next, opening / closing control of the
始動時用マニホールド触媒1は、メイン触媒2よりも小型であり、かつ、上流側にあることでより高温の排気が流入するので、メイン触媒2よりも早期に活性化温度まで昇温される。一方、より高温の排気に晒されることで、メイン触媒2よりも熱劣化が進みやすい。
Since the
そこで、冷機始動時には、メイン触媒2が活性化するまで排気シャッターバルブ10を閉じておき、より早期に活性化する始動時用マニホールド触媒1によって排気性能を確保する。そして、メイン触媒2が活性化したら排気シャッターバルブ10を開き、始動時用マニホールド触媒1を介さずにメイン触媒2に排気を流入させることで、始動時用マニホールド触媒1の熱劣化を抑制する。
Therefore, at the time of cold start, the
具体的な制御について、図2のフローチャートを参照して説明する。図2は、機関始動直後にECU6が開始する排気シャッターバルブ10の開閉制御のフローチャートである。
Specific control will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 2 is a flowchart of the opening / closing control of the
なお、機関始動時には、排気シャッターバルブ10は全閉状態となっている。
When the engine is started, the
ステップS100では、水温センサ4によって検出した冷却水温を読み込む。
In step S100, the cooling water temperature detected by the
ステップS101では、冷却水温が50℃以下か否かを判定し、50℃以下の場合はステップS102に進み、50℃より高温の場合はステップS108に進む。なお、ここでの判定は冷機始動であるか否かの判定であり、判定の基準値である50℃は、あくまでも一例である。 In step S101, it is determined whether or not the cooling water temperature is 50 ° C. or lower. If it is 50 ° C. or lower, the process proceeds to step S102, and if it is higher than 50 ° C., the process proceeds to step S108. In addition, determination here is determination of whether it is cold start, and 50 degreeC which is a reference value of determination is an example to the last.
ステップS102では、前回の走行期間(機関始動から停止までの1トリップ)中の最高水温が50℃以下であったか否かを判定する。50℃以下の場合はステップS103に進み、50℃以上の場合はステップS104に進む。 In step S102, it is determined whether or not the maximum water temperature during the previous travel period (one trip from engine start to stop) was 50 ° C. or less. If it is 50 ° C. or lower, the process proceeds to step S103, and if it is 50 ° C. or higher, the process proceeds to step S104.
ステップS103では、低温履歴に基づく付加時間tc1を算出する。前トリップが、冷機始動してから暖機状態になる前、つまり冷機状態のまま終了した場合には、今回の機関始動の時点ですでに排気通路中に凝縮水が溜まっていることが予想される。この場合、機関始動の時点では凝縮水が溜まっていないことを前提にしたシャッター開弁時間t1では、排気通路中に溜まっている凝縮水のすべてを微粒化することができない。また、前トリップが冷機状態のまま終了した場合であって、前々トリップも冷機状態のまま終了していた場合には、前トリップ開始時にすでに溜まっていたことが予想される。 In step S103, the additional time tc1 based on the low temperature history is calculated. If the previous trip is not warmed up after the cold start, that is, if it is finished in the cold state, it is expected that condensed water has already accumulated in the exhaust passage at the time of this engine start. The In this case, all the condensed water accumulated in the exhaust passage cannot be atomized at the shutter opening time t1 on the assumption that the condensed water is not accumulated at the time of starting the engine. Further, when the previous trip is finished in the cold state, and the previous trip is also finished in the cold state, it is expected that the previous trip has already accumulated.
そこで、機関始動の時点ですでに溜まっている凝縮水を微粒化するための付加時間tc1を、前トリップまでの運転履歴に基づいて設定する。 Therefore, the additional time tc1 for atomizing the condensed water already accumulated at the time of starting the engine is set based on the operation history up to the previous trip.
図3は付加時間tc1設定用のマップであり、縦軸が付加時間tc1、横軸が低温走行回数である。低温走行回数が多くなるほど、付加時間tc1はステップ的に増大する。なお、低温走行回数は、トリップ終了時に冷却水温を読み込んで冷機状態であるか否かを判定し、冷機状態であった回数である。冷機状態のまま終了したトリップが連続すれば、低温走行回数は増加する。一方、暖機状態で終了したトリップがあれば、そのトリップ中に本フローチャートの制御によって凝縮水はなくなるので、低温走行回数はリセットされる。 FIG. 3 is a map for setting the additional time tc1, where the vertical axis indicates the additional time tc1 and the horizontal axis indicates the number of times of low-temperature traveling. The additional time tc1 increases stepwise as the number of low temperature runs increases. The number of times of low-temperature traveling is the number of times when the cooling water temperature is read at the end of the trip to determine whether or not it is in the cold state, and in the cold state. If trips that have finished in the cold state continue, the number of low-temperature driving increases. On the other hand, if there is a trip that has ended in the warm-up state, the condensed water disappears by the control of this flowchart during the trip, so the number of times of low-temperature traveling is reset.
ステップS104では、後述する低温時開弁制御を開始してステップS105に進む。この低温時開弁制御は本フローチャートと並行して行われる。 In step S104, low-temperature valve opening control which will be described later is started, and the process proceeds to step S105. This low-temperature valve opening control is performed in parallel with this flowchart.
ステップS105では、再び冷却水温を読み込み、ステップS106で冷却水温が80℃以上であるか否かを判定する。ステップS106の判定は、メイン触媒2が活性化温度まで昇温されたか否かを判定するものであり、冷却水温が80℃、つまりエンジン本体12が暖機状態になれば、メイン触媒2は活性化しているとみなすものである。判定の基準値である80℃は、あくまでも一例である。
In step S105, the cooling water temperature is read again, and in step S106, it is determined whether or not the cooling water temperature is 80 ° C. or higher. The determination in step S106 determines whether or not the
冷却水温が80℃以上の場合には、ステップS107で排気シャッターバルブ10を全開にして処理を終了し、80℃より低温の場合は80℃以上になるまでステップS105、S106を繰り返す。すなわち、低温時開弁制御又は常温時開弁制御を実行中に冷却水温が80℃以上となった場合には、例えば排気シャッターバルブ10が微小開度T1に保持されている最中であっても、全開にして処理を終了する。
If the cooling water temperature is 80 ° C. or higher, the
一方、ステップS101で冷却水温が50℃より高かった場合は、ステップS108でステップS102と同様に前トリップ中の最高水温が50℃以下であったか否かを判定する。50℃以下であった場合はステップS109に進み、50℃より高かった場合はステップS110に進む。 On the other hand, if the cooling water temperature is higher than 50 ° C. in step S101, it is determined in step S108 whether or not the maximum water temperature during the previous trip is 50 ° C. or lower, as in step S102. When it is 50 ° C. or lower, the process proceeds to step S109, and when it is higher than 50 ° C., the process proceeds to step S110.
ステップS109では、ステップS103と同様の手法で低温履歴に基づく付加時間tc1を算出する。 In step S109, the additional time tc1 based on the low temperature history is calculated by the same method as in step S103.
ステップS110では、後述する常温時開弁制御を実行する。 In step S110, the valve opening control at normal temperature described later is executed.
ステップS111、S112では、ステップS105、S106と同様の処理を行い、ステップS107に進む。 In steps S111 and S112, processing similar to that in steps S105 and S106 is performed, and the process proceeds to step S107.
次に、図2のステップS104で実行する低温時開弁制御について説明する。図4はECU6が実行する低温時開弁制御のフローチャートである。
Next, the low temperature valve opening control executed in step S104 of FIG. 2 will be described. FIG. 4 is a flowchart of the low-temperature valve opening control executed by the
ステップS1001では、排気シャッターバルブ10を微小開度T1に保持する保持時間tk1を算出する。具体的には、予め作成しておいた図5に示す開弁時間マップを用いて算出する。図5は、縦軸が開弁時間、横軸が冷却水温であり、冷却水温が低いほど開弁時間は長く、冷却水温が高いほど開弁時間は短くなっている。これは、冷却水温が高い場合にはメイン排気通路8の壁温も高く、凝縮水の蒸発が促進されるためである。
In step S1001, a holding time tk1 for holding the
そして、開弁時間t1にステップS103で算出した付加時間tcを加算し、これを保持時間tk1とする。つまり、前トリップが暖機状態で終了していれば開弁時間t1がそのまま保持時間tk1となり、前トリップが冷機状態のまま終了していれば、開弁時間t1と付加時間tcの和が保持時間tk1となる。 Then, the additional time tc calculated in step S103 is added to the valve opening time t1, and this is set as the holding time tk1. That is, if the previous trip ends in the warm-up state, the valve opening time t1 remains as the holding time tk1, and if the previous trip ends in the cold state, the sum of the valve opening time t1 and the additional time tc is maintained. Time tk1 is reached.
ステップS1002では、メイン触媒2が活性化しているか否かを、排気温センサ15の検出値に基づいて判定し、活性化している場合はステップS1003に進み、活性化していなければ活性化するまでステップS1002を繰り返す。ここでは、例えば排気温度が350℃以上であれば活性化していると判定する。
In step S1002, it is determined whether or not the
ステップS1003では、排気シャッターバルブ10を微小開度T1まで開弁する。微小開度T1は、排気シャッターバルブ10の上流側に溜まっている凝縮水が、排気シャッターバルブ10を通過する際に微粒化されるような角度である。凝縮水が微粒化される条件は、排気シャッターバルブ10の上下流の排ガス圧力差と、その開口部の流速で決まるため、微小開度T1は、エンジン本体12やメイン排気通路8の仕様に基づいて、予め実験等によって設定する。
In step S1003, the
なお、排ガス流量はスロットルバルブ13の開度に基づいて算出することもできるが、ここではエアフローメータ5によって検出した吸入空気量を、排ガス流量とみなす。
Although the exhaust gas flow rate can be calculated based on the opening of the
このようにして設定する微小開度T1は、排気シャッターバルブ10が全閉の状態を基準として、0.1〜10度程度となる。なお、排ガス流量が極低流量の場合には、逆流防止のために全閉とする。
The minute opening T1 set in this way is about 0.1 to 10 degrees with reference to the state where the
ステップS1004では、開弁開始から保持時間tk1が経過したか否かを判定し、経過したらステップS1005で排気シャッターバルブ10を全開にして、低温時開弁制御を終了する。なお、低温時開弁制御が終了した場合には、図2に示した制御も終了する。
In step S1004, it is determined whether or not the holding time tk1 has elapsed from the start of opening of the valve. If it has elapsed, the
図2のステップS110で実行する常温時開弁制御は、開弁時間t1及び付加時間tc1が低温時開弁制御よりも短くなる点を除き、図4の低温時開弁制御と同様である。低温時開弁制御よりも開弁時間t1及び付加時間tcが短くなるのは、メイン排気通路8の壁温が高いために凝縮水の蒸発が促進されるからである。
The valve opening control at room temperature executed in step S110 in FIG. 2 is the same as the valve opening control at low temperature in FIG. 4 except that the valve opening time t1 and the additional time tc1 are shorter than the valve opening control at low temperature. The reason why the valve opening time t1 and the additional time tc are shorter than in the low temperature valve opening control is that evaporation of condensed water is promoted because the wall temperature of the
図6は、冷機始動時に上記制御を実行した場合の、排気シャッターバルブ開度のタイムチャートである。実線は前トリップが暖機状態で終了していた場合、破線は前トリップが暖機状態になる前に終了していた場合を示しており、メイン触媒2が活性化した時をゼロとする。
FIG. 6 is a time chart of the exhaust shutter valve opening when the above control is executed at the time of cold start. The solid line indicates the case where the previous trip has ended in the warm-up state, and the broken line indicates the case where the previous trip has ended before the warm-up state, and the time when the
前トリップが暖機状態で終了していた場合は、保持時間tk1はシャッター開弁時間t1となるので、排気シャッターバルブ10を微小開度T1まで開弁したら、この開度を時間t1だけ保持する。微小開度T1であれば、排気シャッターバルブ10の上流側に溜まっている凝縮水は、微粒化して排気シャッターバルブ10を通過する。また、メイン排気通路8が排気によって昇温されることにより、メイン排気通路8の壁温が上昇して凝縮水の蒸発が促進される。これら微粒化または水蒸気化した水分であれば、メインA/Fセンサ3やメイン触媒2に付着しても、素子割れ、触媒担体のクラック発生または脆化のおそれはない。
When the previous trip has been completed in the warm-up state, the holding time tk1 is the shutter valve opening time t1, so when the
そして、保持時間tk1は、溜まっている凝縮水のすべてが微粒化または水蒸気化して排気シャッターバルブ10を通過するのに十分な時間を設定しているので、t1経過後に排気シャッターバルブ10を全開にしても、凝縮水が飛散することはない。
The holding time tk1 is set to a time sufficient for all of the accumulated condensed water to be atomized or steamed and pass through the
一方、前トリップが暖機状態になる前に終了していた場合は、さらに付加時間tc1だけ長く微小開度T1を保持するので、前トリップ中に溜まった凝縮水も微粒化または水蒸気化させることができる。 On the other hand, if the previous trip is finished before the warm-up state is reached, the minute opening T1 is maintained for an additional time tc1 so that the condensed water accumulated during the previous trip is atomized or steamed. Can do.
以上により、本実施形態では次のような効果を得ることができる。 As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)排気シャッターバルブ10を冷機始動時には全閉にし、メイン触媒2が活性化したら、微小開度T1を所定期間保持してから全開にするので、凝縮水は微小開度に保持された開閉手段を通過する際に、霧吹き現象によって微粒化されて下流側に流れる。また、微小開度に保持することでメイン排気通路に排気が流れて開閉手段付近が昇温され、凝縮水の蒸発が促進される。これにより、凝縮水の飛散によるセンサの素子割れや、触媒担体のクラック発生、脆化を防止することができる。
(1) The
(2)微小開度T1は、凝縮水が排気シャッターバルブ10を通過する際に微粒化される開度とし、これを、メイン排気通路8を通過する排気流量に応じて設定する。凝縮水が微粒化される条件は排気シャッターバルブ10前後の排ガス圧力差とその開口部の流速で決まるので、排ガス流量に応じて微小開度T1を設定することで、適切な開度を設定することができる。
(2) The minute opening T1 is an opening at which condensed water is atomized when passing through the
(3)微小開度T1を保持する所定期間は、凝縮水がなくなるまでの期間とするので、排気シャッターバルブ10を全開にしたときの凝縮水の飛散を防止することができる。
(3) Since the predetermined period during which the minute opening T1 is maintained is a period until the condensed water runs out, scattering of the condensed water when the
(4)微小開度T1に保持してから所定時間が経過したら全開にし、所定時間は冷却水温が低いほど長くするので、凝縮水量に応じた保持時間とすることができる。 (4) When the predetermined time elapses after the minute opening T1 is maintained, the valve is fully opened, and the predetermined time is increased as the cooling water temperature is lower. Therefore, the retention time can be set according to the amount of condensed water.
第2実施形態について説明する。 A second embodiment will be described.
本実施形態は、システム構成は図1と同様であり、排気シャッターバルブ10の開閉制御が異なる。本実施形態では、エンジン本体12の吸入空気量の累積値が所定値を超えるまで、排気シャッターバルブ10を微小開度に保持する。そして、この所定値は、メイン触媒2の入口の排気温度に基づいて設定する。以下、フローチャートを参照して説明する。
In this embodiment, the system configuration is the same as that in FIG. 1, and the opening / closing control of the
図7は、機関始動直後にECU6が開始する、排気シャッターバルブ10の開閉制御のフローチャートである。ステップS200〜S202、S205〜S208、及びS211〜S212は、それぞれ図2のステップS100〜S102、S105〜S108、及びS111〜S112と同様なので説明を省略し、ステップS203、S204、S209、S210について説明する。
FIG. 7 is a flowchart of the opening / closing control of the
ステップS203では、低温履歴に基づく付加吸入空気量qinc1を算出する。図9は、負荷吸入空気量qinc1を算出するためのマップである。縦軸が付加吸入空気量qinc1、横軸が低温走行回数であり、低温走行回数が多くなるほど、付加吸入空気量qinc1はステップ的に多くなる。 In step S203, an additional intake air amount qinc1 based on the low temperature history is calculated. FIG. 9 is a map for calculating the load intake air amount qinc1. The vertical axis represents the additional intake air amount qinc1, the horizontal axis represents the number of times of low-temperature traveling, and the amount of additional intake air qinc1 increases stepwise as the number of times of low-temperature traveling increases.
ステップS204では、後述する低温時開弁制御を開始する。 In step S204, low temperature valve opening control, which will be described later, is started.
ステップS209では、ステップS103と同様の手法で低温履歴に基づく付加吸入空気量qinc1を算出する。 In step S209, the additional intake air amount qinc1 based on the low temperature history is calculated by the same method as in step S103.
ステップS210では、後述する常温時開弁制御を実行する。 In step S210, normal temperature valve opening control, which will be described later, is executed.
図8はECU6が実行する低温時開弁制御のフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart of low temperature valve opening control executed by the
ステップS2001では、排気シャッターバルブ10を微小開度から全開にするまでの累積吸入空気量qink1を算出する。累積吸入空気量qink1は、排気シャッターバルブ10を微小開度に保持した状態で、排気シャッターバルブ10の上流側に溜まっている凝縮水をすべて微粒化または水蒸気化するのに十分な値を設定する。具体的には、排気温センサ15で検出したメイン触媒2の入口温度に基づいて図10のマップから開弁吸入空気量qinを算出し、これに低温履歴に基づく付加吸入空気量qinc1を加算して、累積吸入空気量qink1とする。
In step S2001, the cumulative intake air amount qink1 until the
ステップS2002、S2003は、図4のステップS1002、S1003と同様なので説明を省略する。 Steps S2002 and S2003 are the same as steps S1002 and S1003 in FIG.
ステップS2004では、エアフローメータ5で検出する吸入空気量の累積値が、累積吸入空気量qink1に達したか否かを判定し、達したらステップS2005に進んで排気シャッターバルブ10を全開にする。
In step S2004, it is determined whether or not the cumulative value of the intake air amount detected by the
常温時開弁制御は、基本的には低温時開弁制御と同様の制御であるが、累積吸入空気量qink1が低温時開弁制御の場合よりも小さくなる。 The valve opening control at normal temperature is basically the same control as the valve opening control at low temperature, but the cumulative intake air amount qink1 is smaller than that in the valve opening control at low temperature.
図11は、冷機始動時に上記制御を実行した場合の、排気シャッターバルブ開度のタイムチャートである。実線は前トリップが暖機状態で終了していた場合、破線は前トリップが暖機状態になる前に終了していた場合を示しており、メイン触媒2が活性化した時をゼロとする。
FIG. 11 is a time chart of the exhaust shutter valve opening when the above control is executed at the time of cold start. The solid line indicates the case where the previous trip has ended in the warm-up state, and the broken line indicates the case where the previous trip has ended before the warm-up state, and the time when the
前トリップが暖機状態で終了していた場合は、累積吸入空気量qink1は開弁吸入空気量qinとなるので、排気シャッターバルブ10を微小開度T1まで開弁したら、この開度を、開弁後の吸入空気量の累積値が開弁吸入空気量qinになるまで保持する。
When the previous trip is finished in the warm-up state, the cumulative intake air amount qink1 becomes the valve opening intake air amount qin. Therefore, when the
一方、前トリップが暖機状態になる前に終了していた場合は、開弁後の吸入空気量の累積値が、付加吸入空気量qincだけ大きくまるまで微小開度T1を保持する。 On the other hand, if the previous trip is completed before the warm-up state is reached, the minute opening T1 is maintained until the cumulative value of the intake air amount after the valve opening becomes larger by the additional intake air amount qinc.
これにより、凝縮水の付着によるメインA/Fセンサ3の素子割れ、メイン触媒2の触媒担体のクラック発生、脆化を防止できる。
Thereby, the element crack of the main A /
以上により本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as those of the first embodiment.
(1)微小開度Tに保持してからの累積吸入空気量が所定量を超えたら全開にし、メイン触媒2の入口温度が低いほど所定量を大きな値に設定するので、凝縮水量に応じた保持時間とすることができる。
(1) When the cumulative intake air amount after the minute opening T is maintained exceeds a predetermined amount, it is fully opened, and the predetermined amount is set to a larger value as the inlet temperature of the
第3実施形態について説明する。 A third embodiment will be described.
本実施形態は、システム構成は図1と同様であり、排気シャッターバルブ10の開閉制御が異なる。本実施形態では、エンジン本体12の排ガス量の累積値が所定値を超えるまで、排気シャッターバルブ10を微小開度に保持する。そして、この所定値は、冷却水温に基づいて設定する。以下、フローチャートを参照して説明する。
In the present embodiment, the system configuration is the same as that in FIG. 1, and the opening / closing control of the
図12は、機関始動直後にECU6が開始する、排気シャッターバルブ10の開閉制御のフローチャートである。ステップS300〜S302、S305〜S308、及びS311〜S312は、それぞれ図2のステップS100〜S102、S105〜S108、及びS111〜S112と同様なので説明を省略し、ステップS303、S304、S309、S310について説明する。
FIG. 12 is a flowchart of the opening / closing control of the
ステップS303では、低温履歴に基づく付加排ガス量qexc1を算出する。図14は、負荷排ガス量qexc1を算出するためのマップである。縦軸が付加排ガス量qexc1、横軸が低温走行回数であり、低温走行回数が多くなるほど、付加排ガス量qinc1はステップ的に多くなる。 In step S303, an additional exhaust gas amount qexc1 based on the low temperature history is calculated. FIG. 14 is a map for calculating the load exhaust gas amount qexc1. The vertical axis represents the amount of additional exhaust gas qexc1, the horizontal axis represents the number of times of low temperature travel, and the amount of additional exhaust gas qinc1 increases stepwise as the number of times of low temperature travel increases.
ステップS304では、後述する低温時開弁制御を開始する。 In step S304, low-temperature valve opening control, which will be described later, is started.
ステップS309では、ステップS103と同様の手法で低温履歴に基づく付加排ガス量qexc1を算出する。 In step S309, the additional exhaust gas amount qexc1 based on the low temperature history is calculated by the same method as in step S103.
ステップS310では、後述する常温時開弁制御を実行する。 In step S310, the valve opening control at normal temperature described later is executed.
図13はECU6が実行する低温時開弁制御のフローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart of the low-temperature valve opening control executed by the
ステップS3001では、排気シャッターバルブ10を微小開度から全開にするまでの累積排ガス量qexk1を算出する。累積排ガス量qexk1は、排気シャッターバルブ10を微小開度に保持した状態で、排気シャッターバルブ10の上流側に溜まっている凝縮水をすべて微粒化または水蒸気化するのに十分な値を設定する。具体的には、冷却水温に基づいて図15のマップから開弁排ガス量qexを算出し、これに低温履歴に基づく付加排ガス量qexc1を加算して、累積排ガス量qexk1とする。
In step S3001, an accumulated exhaust gas amount qexk1 is calculated from when the
ステップS3002、S3003は、図4のステップS1002、S1003と同様なので説明を省略する。 Steps S3002 and S3003 are the same as steps S1002 and S1003 in FIG.
ステップS3004では、エアフローメータ5で検出する吸入空気量の累積値が、累積吸入空気量qexk1に達したか否かを判定し、達したらステップS3005に進んで排気シャッターバルブ10を全開にする。
In step S3004, it is determined whether or not the cumulative value of the intake air amount detected by the
常温時開弁制御は、基本的には低温時開弁制御と同様の制御であるが、累積排ガス量qexk1が低温時開弁制御の場合よりも小さくなる。 The valve opening control at normal temperature is basically the same control as the valve opening control at low temperature, but the accumulated exhaust gas amount qexk1 is smaller than that in the valve opening control at low temperature.
図16は、冷機始動時に上記制御を実行した場合の、排気シャッターバルブ開度のタイムチャートである。実線は前トリップが暖機状態で終了していた場合、破線は前トリップが暖機状態になる前に終了していた場合を示しており、メイン触媒2が活性化した時をゼロとする。
FIG. 16 is a time chart of the exhaust shutter valve opening when the above control is executed at the time of cold start. The solid line indicates the case where the previous trip has ended in the warm-up state, and the broken line indicates the case where the previous trip has ended before the warm-up state, and the time when the
前トリップが暖機状態で終了していた場合は、累積排ガス量qexk1は開弁排ガス量qexとなるので、排気シャッターバルブ10を微小開度T1まで開弁したら、この開度を、開弁後の排ガス量の累積値が開弁排ガス量qexになるまで保持する。
When the previous trip is finished in the warm-up state, the accumulated exhaust gas amount qexk1 becomes the valve opening exhaust gas amount qex. Therefore, when the
一方、前トリップが暖機状態になる前に終了していた場合は、開弁後の排ガス量の累積値が、付加排ガス量qexcだけ大きくまるまで微小開度T1を保持する。 On the other hand, if the previous trip has ended before the warm-up state is reached, the minute opening T1 is maintained until the accumulated value of the exhaust gas amount after the valve opening becomes larger by the additional exhaust gas amount qexc.
これにより、凝縮水の付着によるメインA/Fセンサ3の素子割れ、メイン触媒2の触媒担体のクラック発生、脆化を防止できる。
Thereby, the element crack of the main A /
以上により本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果に加え、さらに次のような効果を得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the same effects as those of the first embodiment.
(1)微小開度T1に保持してからの累積排ガス流量が所定量を超えた場合に全開にし、冷却水温が低いほど所定量を大きな値に設定するので、凝縮水量に応じた保持時間とすることができる。 (1) When the accumulated exhaust gas flow rate after being held at the minute opening T1 exceeds a predetermined amount, it is fully opened, and the predetermined amount is set to a larger value as the cooling water temperature is lower. can do.
第4実施形態について説明する。 A fourth embodiment will be described.
図17は、本実施形態のシステム構成図である。基本的には図1と同様の構成であるが、メイン排気通路8とバイパス排気通路9との合流部20の構成が異なる。なお、排気シャッターバルブ10の開閉制御は、第1実施形態ないし第3実施形態のいずれかと同様の制御を行う。
FIG. 17 is a system configuration diagram of this embodiment. The configuration is basically the same as that in FIG. 1, but the configuration of the merging
メイン排気通路8とバイパス排気通路9との合流部20の近くには、排気シャッターバルブ10が配置されている。そして、バイパス排気通路9は、排気が排気シャッターバルブ10に直接当たるような向きでメイン排気通路8に合流する。
An
このような構成にすることで、排気シャッターバルブ10は、全閉の状態でバイパス排気通路9からメイン排気通路8に流れ込む排気によって加熱される。そして、排気シャッターバルブ10より上流側で発生した凝縮水は、加熱された排気シャッターバルブ10に接することで蒸発する。
With this configuration, the
これにより、排気シャッターバルブ10を閉じている間に溜まる凝縮水の量を低減することができるので、開弁制御時に排気シャッターバルブ10を微小開度T1に保持する期間を短くすることができる。
As a result, the amount of condensed water accumulated while the
以上により本実施形態では、第1実施形態ないし第3実施形態と同様の効果に加えて、さらに、次のような効果も得ることができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those in the first to third embodiments, the following effects can also be obtained.
(1)排気シャッターバルブ10はメイン排気通路8とバイパス排気通路9の合流部20近傍に配置され、バイパス排気通路9はメイン排気通路8に流入する排気が排気シャッターバルブ10に当たるように構成されているので、排気シャッターバルブ10は排気の熱で直接加熱される。これにより、凝縮水の蒸発が促進される。
(1) The
第5実施形態について説明する。 A fifth embodiment will be described.
図18は、本実施形態のシステム構成図である。基本的には図1と同様の構成であるが、排気シャッターバルブ10の配置が異なる。なお、排気シャッターバルブ10の開閉制御は、第1実施形態ないし第3実施形態のいずれかと同様の制御を行う。
FIG. 18 is a system configuration diagram of this embodiment. The configuration is basically the same as in FIG. 1, but the arrangement of the
排気シャッターバルブ10は、メイン排気通路8とバイパス排気通路9との分岐部21の近傍、かつ下流側に配置されている。このような構成にすることで、排気シャッターバルブ10を全閉にしたときの、分岐部21から排気シャッターバルブ10までの容積、つまり凝縮水が生成され得る部分の容積が、図1の構成に比べて小さくなる。したがって、凝縮水の生成量を低減することができ、排気シャッターバルブ10を微小開度T1に保持する期間を短くすることができる。
The
以上により本実施形態では、第1実施形態ないし第3実施形態と同様の効果に加えて、さらに、次のような効果も得ることができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those in the first to third embodiments, the following effects can also be obtained.
(1)排気シャッターバルブ10はメイン排気通路8とバイパス排気通路9の分岐部21近傍に配置されているので、排気シャッターバルブ10の上流側に凝縮水が溜まりにくくなる。
(1) Since the
第6実施形態について説明する。 A sixth embodiment will be described.
図19は、本実施形態のシステム構成図である。基本的には図1と同様の構成であるが、排気シャッターバルブ10が加熱手段としての加熱用ヒータ16を備える点が異なる。
FIG. 19 is a system configuration diagram of the present embodiment. The configuration is basically the same as in FIG. 1 except that the
上記のようなシステムにおいて、冷機始動時に加熱用ヒータ16を作動させて、排気シャッターバルブ10を加熱し、凝縮水を蒸発させる。
In the system as described above, the
これにより、排気シャッターバルブ10を閉じている間に溜まる凝縮水の量を低減することができるので、開弁制御時に排気シャッターバルブ10を微小開度T1に保持する期間を短くすることができる。
As a result, the amount of condensed water accumulated while the
以上により本実施形態では、第1実施形態ないし第3実施形態と同様の効果に加えて、さらに、次のような効果も得ることができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those in the first to third embodiments, the following effects can also be obtained.
(1)排気シャッターバルブ10を加熱する加熱用ヒータ16を備え、冷機始動時には加熱用ヒータ16により排気シャッターバルブ10を加熱するので、凝縮水の蒸発を促進させることができる。
(1) Since the
第7実施形態について説明する。 A seventh embodiment will be described.
図20は、本実施形態のシステム構成図である。基本的には図1と同様の構成であるが、本実施形態では、排気シャッターバルブ10の上流側の面及び周辺の壁面に吸水材17がコーティングされている。
FIG. 20 is a system configuration diagram of this embodiment. Although the structure is basically the same as that in FIG. 1, in this embodiment, the upstream side surface of the
吸水材17としては、アルミナ、ゼオライト、シリカ等のように吸水性に富み、かつ高温でも構造変化を起こしにくい、耐熱性に優れた材料を使用する。
As the
冷機始動時の排気シャッターバルブ10が全閉となっている状態では、吸水材17が凝縮水を吸収する。このため、排気シャッターバルブ10を開いたときに凝縮水が飛散しにくくなる。そして、排気シャッターバルブ10を開くと、メイン排気通路8を流れる排気によって吸水材17が加熱され、吸収されている水分が水蒸気となって下流側へ流れる。
In a state where the
このように吸水材が凝縮水を吸収するので、排気シャッターバルブ10を開いても凝縮水が飛散しにくい。したがって、微小開度T1に保持する期間を短くすることができる。
Thus, since the water absorbing material absorbs the condensed water, the condensed water is hardly scattered even when the
以上により本実施形態では、第1実施形態ないし第3実施形態と同様の効果に加えて、さらに、次のような効果も得ることができる。 As described above, in the present embodiment, in addition to the same effects as those in the first to third embodiments, the following effects can also be obtained.
(1)排気シャッターバルブ10は、排気流上流側部分に吸水材17を備えるので、凝縮水は吸水材17に吸収されて飛散しにくくなる。
(1) Since the
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
1 始動時用マニホールド触媒
2 メイン触媒
3 メインA/Fセンサ
4 水温センサ
5 エアフローメータ
6 エンジンコントロールユニット(ECU)
7 吸気通路
8 メイン排気通路
9 バイパス排気通路
10 排気シャッターバルブ
11 バルブ駆動用モータ
12 エンジン本体
13 スロットルバルブ
14 サブA/Fセンサ
15 排気温度センサ
16 加熱用ヒータ
17 吸水材
1 Manifold catalyst for start-
7
Claims (11)
前記第1触媒より上流側で前記メイン排気通路を開閉する開閉手段と、
前記開閉手段の開閉動作を制御する制御手段と、
前記開閉手段の上流側でメイン排気通路から分岐して、前記開閉手段の下流側かつ前記第1触媒の上流側で前記メイン排気通路に合流するバイパス排気通路と、
前記第1触媒より小容量で前記バイパス排気通路中に介装される第2触媒と、
前記第1触媒に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
を備える内燃機関の排気装置において、
前記制御手段は、前記開閉手段を冷機始動時には全閉にし、前記第1触媒が所定温度まで昇温したら微小開度に保持し、微小開度に保持してから所定期間経過後に全開にすることを特徴とする内燃機関の排気装置。 A first catalyst interposed in a main exhaust passage of the internal combustion engine;
Opening and closing means for opening and closing the main exhaust passage upstream of the first catalyst;
Control means for controlling the opening and closing operation of the opening and closing means;
A bypass exhaust passage branched from the main exhaust passage upstream of the opening / closing means and joined to the main exhaust passage downstream of the opening / closing means and upstream of the first catalyst;
A second catalyst interposed in the bypass exhaust passage with a smaller capacity than the first catalyst;
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the first catalyst;
An exhaust device for an internal combustion engine comprising:
The control means fully closes the opening / closing means at the time of cold start, maintains a small opening when the first catalyst is heated to a predetermined temperature, and fully opens after a predetermined period of time since the first opening is maintained. An exhaust system for an internal combustion engine characterized by the above.
Priority Applications (1)
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JP2008297995A JP2010121588A (en) | 2008-11-21 | 2008-11-21 | Exhaust device for internal combustion engine |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105339617A (en) * | 2013-01-28 | 2016-02-17 | 阿法拉伐欧堡有限公司 | Method and cleaning apparatus for removal of SOx and NOx from exhaust gas |
-
2008
- 2008-11-21 JP JP2008297995A patent/JP2010121588A/en active Pending
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CN105339617B (en) * | 2013-01-28 | 2018-09-04 | 阿法拉伐欧堡有限公司 | Method and cleaning equipment for removing SOx and NOx from exhaust gas |
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