JP2022007519A - Exhaust emission control system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present disclosure relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
排気通路内に触媒を配置し、この触媒によって排気ガスを浄化するようにした内燃機関が公知である(例えば、特許文献1参照)。例えば、触媒において、排気ガス中のHC,COが酸化され、NOxが還元される。なお、特許文献1では、触媒は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に担持されている。
An internal combustion engine in which a catalyst is arranged in an exhaust passage and the exhaust gas is purified by this catalyst is known (see, for example, Patent Document 1). For example, in the catalyst, HC and CO in the exhaust gas are oxidized and NOx is reduced. In
ところで、排気通路は大気に開放されている。このため、大気圧が低下すると、触媒の前後差圧が大きくなり、触媒を通過する排気ガスの流速が高くなり、排気ガスと触媒との接触時間が短くなる。その結果、大気圧が低くなるにつれて触媒の排気ガス浄化能力が低下するおそれがある。 By the way, the exhaust passage is open to the atmosphere. Therefore, when the atmospheric pressure decreases, the differential pressure between the front and rear of the catalyst increases, the flow velocity of the exhaust gas passing through the catalyst increases, and the contact time between the exhaust gas and the catalyst becomes short. As a result, the exhaust gas purification capacity of the catalyst may decrease as the atmospheric pressure decreases.
本開示によれば、以下が提供される。
内燃機関の排気浄化装置であって、
排気通路内に配置された触媒と、
前記触媒よりも下流の前記排気通路内に配置された排気制御弁と、
大気圧を検出するための大気圧センサと、
を備え、
大気圧が低いときには大気圧が高いときに比べて前記排気制御弁の開度を小さくする、
内燃機関の排気浄化装置。
According to the present disclosure, the following are provided.
It is an exhaust purification device for internal combustion engines.
With the catalyst placed in the exhaust passage,
An exhaust control valve arranged in the exhaust passage downstream of the catalyst,
Atmospheric pressure sensor for detecting atmospheric pressure and
Equipped with
When the atmospheric pressure is low, the opening degree of the exhaust control valve is made smaller than when the atmospheric pressure is high.
Exhaust purification device for internal combustion engine.
大気圧に関わらず、触媒の排気浄化率を高く維持することができる。 The exhaust gas purification rate of the catalyst can be maintained high regardless of the atmospheric pressure.
図1を参照すると、本開示による実施例の内燃機関1は機関本体1aを備える。内燃機関1は火花点火機関又は圧縮着火機関から構成される。機関本体1aの吸気ポート(図示しない)には、吸気枝管11が連結され、吸気枝管11はサージタンク12を介して吸気ダクト13に連結される。吸気ダクト13は大気に開放される。吸気ダクト13内には電磁式のスロットル弁14、エアクリーナ(図示しない)などが配置される。
Referring to FIG. 1, the
一方、機関本体1aの排気ポート(図示しない)には、排気マニホルド21が連結され、排気マニホルド21は触媒コンバータ22の入口に連結され、触媒コンバータ22の出口は排気管23を介してパティキュレートフィルタ24の入口に連結される。パティキュレートフィルタ24の出口には排気管25が連結される。排気管25は大気に開放される。一例では、触媒コンバータ22は例えば三元触媒及び酸化触媒を含む。
On the other hand, an
本開示による実施例の触媒コンバータ22は、いわゆるストレートフロー型である。すなわち、触媒コンバータ22は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路を備える。排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス通路を含む。排気ガス通路は多孔性の隔壁を介して配置される。隔壁に触媒成分が担持される。触媒コンバータ22に到達した排気ガスは排気ガス通路内を流通し、触媒成分に接触する。その結果、排気ガスが触媒コンバータ22によって浄化される。
The
本開示による実施例のパティキュレートフィルタ24は、いわゆるウォールフロー型である。すなわち、パティキュレートフィルタ24は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路を備える。排気流通路は、上流端が開放されかつ下流端が閉塞された排気ガス流入通路と、上流端が閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とを含む。排気ガス流入通路及び排気ガス流出通路は多孔性の隔壁を介して交互に配置される。パティキュレートフィルタ24に到達した排気ガスはまず排気ガス流入通路内に流入し、次いで周囲の隔壁を通って隣接する排気ガス流出通路内に流出する。その結果、排気ガス中に含まれる、主として固体炭素から形成される粒子状物質(PM)がパティキュレートフィルタ24上に捕集される。また、隔壁には例えば、酸化機能を有する触媒が担持される。その結果、粒子状物質だけでなく、排気ガス中のHC,COなどの酸化が促進される。
The
本開示による実施例では更に、排気管23内に電磁式の排気制御弁26が配置される。
Further, in the embodiment according to the present disclosure, an electromagnetic
更に図1を参照すると、本開示による実施例の内燃機関1は電子制御ユニット40を備える。電子制御ユニット40は例えば、双方向性バスによって互いに通信可能に接続された入出力ポート41、1又は複数のプロセッサ42、及び、1又は複数のメモリ43を含む。プロセッサ42はマイクロプロセッサ(CPU)などを含む。メモリ43は例えばROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)などを含む。メモリ43には種々のプログラムが記憶されており、これらプログラムがプロセッサ42で実行されることにより種々のルーチンが実行される。
Further referring to FIG. 1, the
入出力ポート41には、1又は複数のセンサ44が通信可能に接続される。センサ44には例えば、アクセルペダル(図示しない)の踏み込み量を検出する踏み込み量センサ(図示しない)、クランク角を検出するためのクランク角センサ(図示しない)、パティキュレートフィルタ24の温度を検出するための温度センサ、大気圧を検出するための大気圧センサ44a、などが含まれる。触媒コンバータ22の温度を検出するための温度センサ、プロセッサ42ではクランク角センサからの出力に基づいて機関回転数が算出される。一方、入出力ポート41は、スロットル弁14、排気制御弁26、燃料噴射弁(図示しない)、点火栓(図示しない)、などに通信可能に接続される。これら排気制御弁26などは電子制御ユニット40からの信号に基づいて制御される。
One or
図2は、大気圧Paと、触媒コンバータ22を通過する排気ガスの流速Vgとの関係の一例を示している。図2からわかるように、大気圧Paが低くなるにつれて、排気ガス流速Vgが高くなる。なお、概略的にいうと、標高が高い場所では、標高が低い場所に比べて、大気圧Paは低い。
FIG. 2 shows an example of the relationship between the atmospheric pressure Pa and the flow velocity Vg of the exhaust gas passing through the
排気ガス流速Vgが高くなると、排気ガスと触媒との接触時間が短くなる。その結果、大気圧Paが低くなるにつれて、触媒コンバータ22の排気浄化能力が低下するおそれがある。図3は、浄化されることなく触媒コンバータ22を通過したNOxの量の積算値SQNOxの経時変化の一例を示している。図3からわかるように、大気圧Paが低くなるにつれて、通過NOx量積算値SQNOxが多くなる。このことは、HC,COなど、触媒コンバータ22で浄化すべき他の成分についても同様である。
As the exhaust gas flow velocity Vg increases, the contact time between the exhaust gas and the catalyst becomes shorter. As a result, as the atmospheric pressure Pa decreases, the exhaust gas purification capacity of the
そこで本開示による実施例では、図4に示されるように、大気圧Paが低くなるにつれて小さくなるように排気制御弁26の目標開度Dtgtが設定される。次いで、実際の開度が目標開度Dtgtになるように排気制御弁26が制御される。その結果、大気圧Paが低くなるにつれて、触媒コンバータ22の下流部分の圧力損失が排気制御弁26によって大きくされる。したがって、大気圧Paが低くなっても、排気ガス流速Vgが高くなるのが制限される。このため、大気圧Paに関わらず、触媒コンバータ22の排気浄化率が高く維持される。なお、排気制御弁26の開度Dtgtは例えば図4に示されるマップの形でメモリ43内に記憶されている。
Therefore, in the embodiment according to the present disclosure, as shown in FIG. 4, the target opening degree Dtgt of the
図5は、本開示による実施例の排気制御弁26を制御するためのルーチンを示している。図5を参照すると、ステップ100では大気圧Paが読み込まれる。続くステップ101では図4のマップから排気制御弁26の目標開度Dtgtが算出される。続くステップ102では、実際の開度が目標開度Dtgtになるように排気制御弁26が制御される。
FIG. 5 shows a routine for controlling the
図6は、本開示による別の実施例を示している。図6に示される実施例は、排気制御弁26が排気管25内に配置される点で、図1に示される実施例と構成を異にしている。その結果、触媒コンバータ22を通過する排気ガスの流速だけでなく、パティキュレートフィルタ24を通過する排気ガスの流速も適切に維持される。したがって、触媒コンバータ22における排気浄化率だけでなく、パティキュレートフィルタ24におけるPM捕集率及び排気浄化率が高く維持される。
FIG. 6 shows another embodiment according to the present disclosure. The embodiment shown in FIG. 6 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the
図7は、本開示による実施例の更に別の実施例を示している。図7に示される実施例は、排気管23,25に排気制御弁26が配置されない点で図1に示される実施例と構成を異にしている。
FIG. 7 shows yet another embodiment of the embodiment according to the present disclosure. The embodiment shown in FIG. 7 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the
機関運転時間が長くなるにつれて、パティキュレートフィルタ24に捕集された粒子状物質の量、すなわちPM捕集量QPMが多くなる。PM捕集量QPMはパティキュレートフィルタ24の圧力損失を表しており、PM捕集量QPMが多くなると、パティキュレートフィルタ24の圧力損失が大きくなる。パティキュレートフィルタ24の圧力損失が大きくなると、機関背圧が高くなる。機関背圧が過度に高くなるのは好ましくない。そこで図7に示される実施例では、PM捕集量QPMが上限値QPMUに達すると(QPM≧QPMU)、パティキュレートフィルタ24に捕集されている粒子状物質の酸化を促進するPM再生処理が実行される。一例では、酸化雰囲気のもとで、パティキュレートフィルタ24に流入する排気ガスの温度が高められ、それによって粒子状物質の酸化が促進される。排気ガスの温度を高めるために、例えば、燃焼行程又は排気行程に燃焼室内に燃料が2次的に噴射され、又は、点火時期が遅角される。
As the engine operation time becomes longer, the amount of particulate matter collected by the
PM再生処理が行われると、PM捕集量QPMが次第に減少する。図7に示される実施例では、PM再生処理中にPM捕集量QPMが下限値QPMLに達すると(QPM≦QPML)、PM再生処理が停止される。図8には、PM捕集量QPMの経時変化の一例が示される。 When the PM regeneration process is performed, the PM collection amount QPM gradually decreases. In the embodiment shown in FIG. 7, when the PM collection amount QPM reaches the lower limit value QPML during the PM regeneration process (QPM ≦ QPML), the PM regeneration process is stopped. FIG. 8 shows an example of the change over time in the PM collection amount QPM.
なお、PM捕集量QPMは、例えば単位時間あたりのPM捕集量QPMの増加分及び減少分をそれぞれ算出し、これら増加分及び減少分を繰り返し積算することにより、算出される。増加分は例えば機関負荷及び機関回転数に基づいて算出される。減少分は例えばパティキュレートフィルタ24の温度及びパティキュレートフィルタ24を流通する排気ガスの流速に基づいて算出される。別の実施例(図示しない)では、パティキュレートフィルタ24の前後差圧に基づいてPM捕集量QPMが算出される。
The PM collection amount QPM is calculated, for example, by calculating the increase and decrease of the PM collection amount QPM per unit time, respectively, and repeatedly accumulating these increase and decrease amounts. The increase is calculated based on, for example, the engine load and the engine speed. The decrease is calculated based on, for example, the temperature of the
さて、このようなPM再生処理が行われると、PM捕集量QPMは図8に示されるように、上限値QPMUと下限値QPMLとの間で変化する。あるいは、大まかにいうと、PM捕集量QPMは上限値QPMUを上回らず、下限値QPMLを下回らない。したがって、下限値QPMLが大きな値に設定されると、PM捕集量QPMが多い状態に維持される。一方、上述したように、PM捕集量QPMはパティキュレートフィルタ24の圧力損失を表している。したがって、下限値QPMLが大きくなるにつれて、パティキュレートフィルタ24の圧力損失は大きくなる。
Now, when such a PM regeneration process is performed, the PM collection amount QPM changes between the upper limit value QPMU and the lower limit value QPML as shown in FIG. Or, roughly speaking, the PM collection amount QPM does not exceed the upper limit QPMU and does not fall below the lower limit QPML. Therefore, when the lower limit value QPML is set to a large value, the PM collection amount QPM is maintained in a large state. On the other hand, as described above, the PM collection amount QPM represents the pressure loss of the
そこで図7に示される実施例では、図9に示されるように、大気圧Paが低くなるにつれて大きくなるように下限値QPMLが設定される。その結果、大気圧Paが低くなるにつれて、パティキュレートフィルタ24の圧力損失が大きくされる。したがって、触媒コンバータ22を通過する排気ガスの流速及びパティキュレートフィルタ24を通過する排気ガスの流速が適切に維持され、触媒コンバータ22における排気浄化率並びにパティキュレートフィルタ24におけるPM捕集率及び排気浄化率が高く維持される。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 7, as shown in FIG. 9, the lower limit value QPML is set so as to increase as the atmospheric pressure Pa decreases. As a result, the pressure loss of the
一方、上限値QPMUは図9に示されるように、大気圧Paに関わらず一定に設定される。上限値QPMUは、機関背圧が過度に高くなるのを制限するためのものであり、大気圧Paの影響を受けない。 On the other hand, as shown in FIG. 9, the upper limit value QPMU is set to be constant regardless of the atmospheric pressure Pa. The upper limit value QPMU is for limiting the excessively high back pressure of the engine, and is not affected by the atmospheric pressure Pa.
図10は、上述したPM再生処理の制御を実行するためのルーチンを示している。このルーチンは繰り返し実行される。図10を参照すると、ステップ200では、大気圧センサ44aから大気圧Paが読み込まれる。続くステップ201では、上限値QPMU及び下限値QPMLが図9のマップを用いて算出される。続くステップ202ではPM捕集量QPMが算出される。続くステップ203ではPM捕集量QPMが上限値QPMU以上か否かが判別される。QPM≧QPMUのときには次いでステップ204に進み、PM再生処理が実行される。これに対し、QPM<QPMUのときには次いでステップ205に進み、PM捕集量QPMが下限値QPML以下か否かが判別される。QPM>QPMLのときには処理サイクルを終了する。すなわち、PM再生処理が継続して実行され又は停止される。これに対し、QPM≦QPMLのときには次いでステップ206に進み、PM再生処理が停止される。
FIG. 10 shows a routine for executing the control of the PM reproduction process described above. This routine is executed repeatedly. Referring to FIG. 10, in
別の実施例では、上述のPM再生処理は図1に示される内燃機関又は図6に示される内燃機関において実施される。 In another embodiment, the PM regeneration process described above is performed in the internal combustion engine shown in FIG. 1 or the internal combustion engine shown in FIG.
1a 機関本体
23,25 排気管
22 触媒コンバータ
24 パティキュレートフィルタ
26 排気制御弁
40 電子制御ユニット
Claims (1)
排気通路内に配置された触媒と、
前記触媒よりも下流の前記排気通路内に配置された排気制御弁と、
大気圧を検出するための大気圧センサと、
を備え、
大気圧が低いときには大気圧が高いときに比べて前記排気制御弁の開度を小さくする、
内燃機関の排気浄化装置。 It is an exhaust purification device for internal combustion engines.
With the catalyst placed in the exhaust passage,
An exhaust control valve arranged in the exhaust passage downstream of the catalyst,
Atmospheric pressure sensor for detecting atmospheric pressure and
Equipped with
When the atmospheric pressure is low, the opening degree of the exhaust control valve is made smaller than when the atmospheric pressure is high.
Exhaust purification device for internal combustion engine.
Priority Applications (1)
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JP2020110543A JP2022007519A (en) | 2020-06-26 | 2020-06-26 | Exhaust emission control system for internal combustion engine |
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