JP2011214546A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の自動停止中にリーンな排気ガスが触媒を通過しないようにすることで、触媒温度の低下を防止し、内燃機関の自動停止後の再始動時に排気ガス中の有害成分が増加することを防止することを目的とする。
【解決手段】この発明は、自動停止手段と、自動再始動手段と、触媒を備えた主排気通路と、触媒をバイパスするバイパス通路と、排気ガスの流路を主排気通路とバイパス通路とのいずれか一方に切り換える切換弁とを備え、内燃機関が自動停止する時に排気ガスの流路を主排気通路からバイパス通路に切り換え、内燃機関が自動再始動する時に排気ガスの流路をバイパス通路から主排気通路に切り換えるように切換弁を制御する切換制御手段を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、自動停止した内燃機関の自動再始動後に、排気ガス中に含まれる有害物質が増加することの防止を図った内燃機関の排気浄化装置に関する。

車両停止中に内燃機関を完全に停止するアイドルストップ車や車両走行中あるいは停車中に内燃機関を完全に停止するハイブリッド車は、アイドリング中の燃料損失をカットできるため、燃費を向上させるに当たり有望な技術である。
しかしながら、従来のアイドルストップ車・ハイブリッド車では、内燃機関の自動停止時（アイドルストップ時）に行われる「減速（フューエルカット）→内燃機関の停止→内燃機関の再始動」のサイクルの間に触媒温度が低下し、自動停止した内燃機関の再始動後に排気ガス中に含まれる有害物質が増加するという問題があった。
自動停止した内燃機関の再始動後に排気ガス中の有害成分が悪化する原因は、自動停止中に行われる「減速（フューエルカット）→エンジン停止→エンジン再始動」のサイクルの間に、極めてリーンな排気ガスが触媒上を流れることにより触媒温度が低下し、触媒の排気ガス浄化能力が低下するためである。

この問題に対して、特開２００９−２９９５６３号公報には、内燃機関の自動停止時に、全気筒のうちの一部の気筒を運転させることで、触媒温度の低下を抑制する技術が開示されている。

特開２００９−２９９５６３号公報

しかし、前記特許文献１の技術は、内燃機関の自動停止時に、全気筒のうちの一部の気筒を運転させているため、内燃機関の運転が行われている。このため、特許文献１の技術は、アイドリング中の燃料損失をカットできず、燃費の向上を果たすことができない不都合があった。

この発明は、内燃機関の自動停止中にリーンな排気ガスが触媒を通過しないようにすることで、触媒温度の低下を防止し、内燃機関の自動停止後の再始動時に排気ガス中の有害成分が増加することを防止することを目的とする。

この発明は、予め定められた停止条件が成立した時に内燃機関を自動停止させる自動停止手段と、予め定められた始動条件が成立した時に前記内燃機関を自動再始動させる自動再始動手段と、排気ガスを浄化する触媒を備えた主排気通路と、前記触媒をバイパスするバイパス通路と、排気ガスの流路を前記主排気通路と前記バイパス通路とのいずれか一方に切り換える切換弁とを備え、前記内燃機関が自動停止する時に排気ガスの流路を前記主排気通路から前記バイパス通路に切り換え、前記内燃機関が自動再始動する時に排気ガスの流路を前記バイパス通路から前記主排気通路に切り換えるように前記切換弁を制御する切換制御手段を備えることを特徴とする。

この発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の自動停止時に、リーンな排気ガスが触媒を通過しないようにさせることができる。したがって、この発明の内燃機関の排気浄化装置は、触媒の温度低下を防ぐことができるので、内燃機関の自動再始動後に触媒の排気ガス浄化能力を維持することができ、排気ガス中に含まれる有害物質が増加することを防止することができる。

内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。（実施例） 排気浄化装置の制御フローチャートである。（実施例）

以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。

図１〜図２は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１はアイドルストップ車、あるいはハイブリッド車に搭載される内燃機関、２は吸気通路、３は主排気通路である。内燃機関１は、燃料供給装置４と点火装置５とスタータモータ６と備えている。内燃機関１は、スタータモータ６でクランキングしながら燃料供給装置４で供給した燃料に点火装置５で着火することにより始動し、スタータモータ６の停止後に燃料供給装置４で供給した燃料に点火装置５で着火することにより運転を継続し、燃料供給装置４による燃料の供給停止および点火装置５による飛び火停止で運転を停止する。
内燃機関１は、排気ガスを浄化する排気浄化装置７を備えている。排気浄化装置７は、制御部８に、運転中の内燃機関１を自動停止する自動停止手段９と、停止した内燃機関１を自動再始動する自動再始動手段１０とを備えている。自動停止手段９は、予め定められた停止条件が成立した時に、燃料供給装置４による燃料の供給停止および点火装置５による飛び火停止で、運転中の内燃機関１を自動停止させる。自動再始動手段１０は、予め定められた始動条件が成立した時に、スタータモータ６でクランキングしながら燃料供給装置４で供給した燃料に点火装置５で着火することで、自動停止中の内燃機関１を自動再始動させる

前記排気浄化装置７は、主排気通路３の途中に触媒１１を備え、触媒１１をバイパスして主排気通路３の上流側分岐点１２と下流側分岐点１３とを連通するバイパス通路１４を備えている。排気浄化装置７は、内燃機関１から排出される排気ガスの流路を、主排気通路３とバイパス通路１４とのいずれか一方に切り換える切換弁１５を備えている。切換弁１５は、制御弁１６と圧力弁１７との二つの弁から構成される。一方の制御弁１６は、触媒１１と下流側分岐点１３との間の主排気通路３に設けられ、後述する切換制御手段１８により開閉を制御される。もう一方の圧力弁１７は、バイパス通路１４に設けられ、圧力弁１７の上流側のバイパス通路１４内の圧力が所定の圧力を超える時に開く。圧力弁１７の開弁圧力は、制御弁１６が開いている時の、制御弁１６の上流側の主排気通路３の圧力よりも若干高い圧力である。
前記制御弁１６は、制御部８に接続している。制御部８は、切換弁１５の制御弁１６を制御する切換制御手段１８を備えている。切換制御手段１８は、内燃機関１が自動停止する時に排気ガスの流路を主排気通路３からバイパス通路１４に切り換え、内燃機関１が自動再始動する時に排気ガスの流路をバイパス通路１４から主排気通路３に切り換えるように、切換弁１５の制御弁１６を制御する。
また、排気浄化装置７は、上流側分岐点１２よりも上流側の主排気通路３に排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段１９を備え、車両の速度を検出する車速検出手段２０を備えている。空燃比検出手段１９と車速検出手段２０とは、制御部８に接続している。切換制御手段１８は、空燃比検出手段１９により検出された空燃比が予め設定された値以上（リーン）で、かつ、車速検出手段２０により検出された車速が予め設定された値以下（停車）である時に、内燃機関１が自動停止すると判断する。

次に、図２のフローチャートに基づいて、作用を説明する。
図２に示すように、排気浄化装置７は、制御部８においてプログラムがスタートすると（Ｓ０１）、各検出手段１９、２０の検出信号を読み込み（Ｓ０２）、検出された空燃比（Ａ／Ｆ）が予め設定された値（Ａ／Ｆ［Ｌｅａｎ］）以上であるか（Ａ／Ｆ≧Ａ／Ｆ［Ｌｅａｎ］）を判断する（Ｓ０３）。
この判断（Ｓ０３）がＹＥＳ（空燃比がリーン）の場合は、検出された車速（ＳＰＤ）が予め設定された値（ＳＰＤ［ＩｄｏｌＳｔｏｐ］）以下であるか（ＳＰＤ≦ＳＰＤ［ＩｄｏｌＳｔｏｐ］）を判断する（Ｓ０４）。
この判断（Ｓ０４）がＹＥＳ（車両が停止）の場合は、制御弁１６をＯＮして閉じ（Ｓ０５）、リターンする（Ｓ０６）。これにより、排気浄化装置７は、内燃機関１が自動停止する時に、排気ガスの流路を主排気通路３からバイパス通路１４に切り換える。
この判断（Ｓ０４）がＮＯの場合、また、前記判断（Ｓ０３）がＮＯの場合は、制御弁１６をＯＦＦして開き（Ｓ０７）、リターンする（Ｓ０６）。これにより、排気浄化装置７は、内燃機関１が自動再始動する時に、排気ガスの流路をバイパス通路１４から主排気通路３に切り換える

このように、この内燃機関１の排気浄化装置７は、内燃機関１が自動停止する時に排気ガスの流路を主排気通路３からバイパス通路１４に切り換え、内燃機関１が自動再始動する時に排気ガスの流路をバイパス通路１４から主排気通路３に切り換えるので、内燃機関１の自動停止中に、リーンな排気ガスが触媒１１を通過しないようにさせることができる。
したがって、この内燃機関１の排気浄化装置７は、触媒１１の温度低下を防ぐことができるので、内燃機関１の自動再始動後に触媒１１の排気ガス浄化能力を維持することができ、排気ガス中に含まれる有害物質が増加することを防止することができる。
また、排気浄化装置７は、検出された排気ガスの空燃比が予め設定された値以上で、かつ、検出された車両の車速が予め設定された値以下である時に、内燃機関１が自動停止すると判断するので、内燃機関１の停止を正確かつ迅速に検出することができ、排気ガスの流路を主排気通路３からバイパス通路１４に切り換える前にリーンな排気ガスが触媒１１を通過することを防ぐことができる。
したがって、この内燃機関１の排気浄化装置７は、触媒１１の温度低下を防ぐことができるので、内燃機関１の自動再始動後に触媒１１の排気ガス浄化能力を維持することができ、排気ガス中に含まれる有害物質が増加することを防止することができる。
さらに、排気浄化装置７は、切換弁１５を主排気通路３に設けた制御弁１６とバイパス通路１４に設けた圧力弁１７との二つの弁から構成し、制御弁１６を開いて排気ガスが主排気通路３を通るようにしている時には圧力弁１７は閉じるので、浄化されない排気ガスがバイパス通路１４から漏れることを防ぐことができる。一方、排気浄化装置７は、制御弁１６を閉じた時には圧力弁１７は遅滞無く開くので、排気が滞ることをなく、排気系に過大な圧力がかかることを防ぐことができる。
また、排気浄化装置７は、切換制御手段１８の故障等により制御弁１６が閉じたままになったとしても、圧力弁１７が開くことにより、排気系に過大な圧力がかかることを防ぎ、排気系の故障を引き起こすことを回避することができる。

なお、この排気浄化装置７は、車両停止中に内燃機関１を完全に停止するアイドリルストップ車だけでなく、車両走行中あるいは停車中に内燃機関１を完全に停止するハイブリッド車にも有効である。
また、この排気浄化装置７は、切換弁１５を主排気通路３に設けた制御弁１６とバイパス通路１４に設けた圧力弁１７との二つで構成したが、切換制御手段１８によって開閉制御される制御弁１６を主排気通路３、バイパス通路１４にそれぞれ一つずつ設ける形態とすることができ、さらに、切換制御手段１８によって開閉制御される制御弁１６を主排気通路３、バイパス通路１４のいずれか一方を開き、もう一方を閉じるように上流側分岐点１２、あるいは下流側分岐点１３に一つ設ける形態とすることもできる。

この発明の内燃機関の排気浄化装置を、各種内燃機関に適用することが可能である。

１ 内燃機関
３ 主排気通路
７ 排気浄化装置
８ 制御部
９ 自動停止手段
１０ 自動再始動手段
１１ 触媒
１４ バイパス通路
１５ 切換弁
１６ 制御弁
１７ 圧力弁
１８ 切換制御手段
１９ 空燃比検出手段
２０ 車速検出手段

Claims (3)

1. 予め定められた停止条件が成立した時に内燃機関を自動停止させる自動停止手段と、
   予め定められた始動条件が成立した時に前記内燃機関を自動再始動させる自動再始動手段と、
   排気ガスを浄化する触媒を備えた主排気通路と、
   前記触媒をバイパスするバイパス通路と、
   排気ガスの流路を前記主排気通路と前記バイパス通路とのいずれか一方に切り換える切換弁とを備え、
   前記内燃機関が自動停止する時に排気ガスの流路を前記主排気通路から前記バイパス通路に切り換え、
   前記内燃機関が自動再始動する時に排気ガスの流路を前記バイパス通路から前記主排気通路に切り換えるように前記切換弁を制御する切換制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   車両の速度を検出する車速検出手段とを備え、
   前記切換制御手段は、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が予め設定された値以上で、かつ、前記車速検出手段により検出された車速が予め設定された値以下である時に、前記内燃機関が自動停止すると判断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。
3. 前記切換弁は、二つの弁から構成され、
   一方は、主排気通路に設けられ、切換制御手段により開閉を制御される制御弁であり、
   もう一方は、バイパス通路に設けられ、通路内の圧力が所定の圧力を超える時に開く圧力弁であり、
   前記圧力弁の開弁圧力は、前記制御弁が開いている時の圧力よりも若干高い圧力であ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。

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