JP3617382B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas purification device for internal combustion engine Download PDF

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては機関の低速低負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度が低くなり、その結果多量の未燃HCが発生する。そこで機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大巾を増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによって未燃HCの発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知である(特開昭49−80414号公報参照)。
【0003】
また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上昇させ、それによって触媒の温度を上昇させるようにした内燃機関が公知である(特開平8−303290号公報および特開平10−212995号公報参照)。
【0004】
また、従来より未燃HCを吸着しうる触媒が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればなるほど未燃HCの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くなると吸着した未燃HCを放出する性質を有する。そこでこの性質を利用して触媒から放出された未燃HCによりNOを還元するために、機関排気通路内にこの触媒を配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し、NOの発生量の少ない機関低速低負荷運転時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃HCを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さな開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高めて燃焼室から排出される多量の未燃HCを触媒内に吸着させ、NOの発生量の多い機関高速又は高負荷運転時には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下させ、このとき触媒から放出される未燃HCによってNOを還元するようにした内燃機関が公知である(特開平10−238336号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
さて、現在ディーゼル機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃HCの量をいかにして低減するかが大きな問題となっている。そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減するためには燃焼室内における未燃HCの発生量を低減しかつ同時に排気通路内における未燃HCの低減量を増大しなければならないことが判明したのである。
【0006】
具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼させ、機関排気ポートの出口から距離を隔てた機関排気通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほぼ全閉させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁による排気絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における未燃HCの発生量が低減すると共に排気通路内における未燃HCの低減量が増大し、斯くして大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減しうることが判明したのである。
【0007】
もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射されると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料の燃え残りである未燃HCが燃焼室内で燃焼せしめられる。従って燃焼室内で発生する未燃HCの量が大巾に低減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃HCおよび副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかなり高温となる。
【0008】
一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられると機関の排気ポートから排気制御弁に到る排気通路内の圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いということは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下しないことを意味しており、従って排気ポート内における排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流速が遅いことを意味しており、従って排気ガスは高温の状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に亘って滞留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃HCが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未燃HCの量が大巾に低減されることになる。
【0009】
この場合、もし副燃料を噴射しなかった場合には主燃料の燃え残りの未燃HCがそのまま残存するために燃焼室内において多量の未燃HCが発生する。また副燃料を噴射しなかった場合には燃焼室内の既燃ガス温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での未燃HCの十分な酸化作用は期待できない。従ってこのときには多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
【0010】
一方、排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する未燃HCの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温もただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内における未燃HCの酸化作用はほとんど期待できず、斯くしてこのときにも多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
【0011】
即ち、大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。
前述の特開昭49−80414号公報に記載されたディーゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極めて多量の未燃HCが燃焼室内で発生する。このように燃焼室内において極めて多量の未燃HCが発生するとたとえ排気通路内において未燃HCの酸化作用が行われたとしても一部の未燃HCしか酸化されないので多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
【0012】
一方、前述の特開平8−303290号公報又は特開平10−212995号公報に記載された内燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われていないので排気通路内における未燃HCの酸化作用はほとんど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
また前述の特開平10−238336号公報に記載された内燃機関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられる。しかしながら機関の出力低下が許容範囲内に納まる程度の排気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高くなっていない。
【0013】
また、この内燃機関では触媒に吸着すべき未燃HCを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好に燃焼せしめられれば未燃HCが発生しなくなるのでこの内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇にはさほど寄与していないものと考えられる。
【0014】
このようにこの内燃機関では多量の未燃HCが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそれほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと考えられるので排気通路内においても未燃HCはさほど酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではできるだけ多量の未燃HCを触媒に吸着させることを目的としており、従ってこのように考えるのが理にかなっていると言える。
【0015】
本発明の目的は機関の安定した運転を確保しつつ大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために1番目の発明では、排気マニホルドの各枝管を夫々対応する機関排気ポートの出口に接続し、排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に排気制御弁を配置し、大気中への未燃HCの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、機関排気ポートおよび排気マニホルド内において発生する排気脈動を低減するために排気マニホルドの隣接する各枝管を夫々連通管によって互いに連通させ、各連通管内に排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときに開弁し、排気制御弁が全開せしめられたときに閉弁する開閉弁を配置されている。
【0018】
番目の発明では1番目の発明において、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにしている。
番目の発明では1番目の発明において、排気マニホルドの各枝管内に夫々触媒が配置されている。
【0019】
番目の発明では1番目の発明において、排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に触媒が配置されている。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1および図2は本発明を成層燃焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行われるディーゼル機関にも適用することができる。
【0021】
図1を参照すると、1は機関本体を示し、機関本体1は1番気筒#1、2番気筒#2、3番気筒#3および4番気筒#4からなる4つの気筒を有する。図2は各気筒#1,#2,#3,#4の側面断面図を示している。図2を参照すると、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6はシリンダヘッド3の内壁面周縁部に配置された燃料噴射弁、7はシリンダヘッド3の内壁面中央部に配置された点火栓、8は吸気弁、9は吸気ポート、10は排気弁、11は排気ポートを夫々示す。
【0022】
図1および図2を参照すると、吸気ポート9は対応する吸気枝管12を介してサージタンク13に連結され、サージタンク13は吸気ダクト14およびエアフローメータ15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ダクト14内にはステップモータ17により駆動されるスロットル弁18が配置される。一方、各気筒#1,#2,#3,#4の排気ポート11は夫々対応する排気マニホルド19の枝管19aに連結され、互いに隣接する各枝管19の上流端は連通管20により互いに連通せしめられている。これら連通管20は排気脈動低減手段を形成している。一方、排気マニホルド19は排気管21を介して触媒22を収容した触媒コンバータ22aに連結され、触媒コンバータ22aには排気管23が連結される。排気管23内にはアクチュエータ25によって制御される排気制御弁24が配置される。
【0023】
図1に示されるように排気マニホルド19とサージタンク13とは排気ガス再循環(以下EGRと称す)通路26を介して互いに連結され、EGR通路26内には電気制御式EGR制御弁27が配置される。燃料噴射弁6は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール28に連結される。このコモンレール28内へは燃料タンク29内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ30を介して供給され、コモンレール28内に供給された燃料が各燃料噴射弁6に供給される。コモンレール28にはコモンレール28内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ31が取付けられ、燃料圧センサ31の出力信号に基づいてコモンレール28内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ30の吐出量が制御される。
【0024】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備する。エアフローメータ15は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。機関本体1には機関冷却水温を検出するための水温センサ32が取付けられ、この水温センサ32の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に入力ポート45には燃料圧センサ31の出力信号が対応するAD変換器47を介して入力される。
【0025】
また、排気管21内には排気マニホルド19および排気管21内の排気ガスの圧力、即ち背圧を検出するための出力センサ33が配置され、この圧力センサ33の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。触媒コンバータ22aには触媒22の温度を検出するための温度センサ34が取付けられ、この温度センサ34の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。
【0026】
また、アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、点火栓7、スロットル弁制御用ステップモータ17、排気制御弁制御用アクチュエータ25、EGR制御弁27および燃料ポンプ30に接続される。
【0027】
図3は燃料噴射量Q1,Q2,Q(=Q+Q)、噴射開始時期θS1,θS2、噴射完了時期θE1,θE2および燃焼室5内における平均空燃比A/Fを示している。なお、図3において横軸Lはアクセルペダル50の踏込み量、即ち要求負荷を示している。
図3からわかるように要求負荷LがLよりも低いときには圧縮行程末期のθS2からθE2の間において燃料噴射Q2が行われる。このときには平均空燃比A/Fはかなりリーンとなっている。要求負荷LがLとLの間のときには吸気行程初期のθS1からθE1の間において第1回目の燃料噴射Q1が行われ、次いで圧縮行程末期のθS2からθE2の間において第2回目の燃料噴射Q2が行われる。このときにも空燃比A/Fはリーンとなっている。要求負荷LがLよりも大きいときには吸気行程初期のθS1からθE1の間において燃料噴射Q1が行われる。このときには要求負荷Lが低い領域では平均空燃比A/Fがリーンとされており、要求負荷Lが高くなると平均空燃比A/Fが理論空燃比とされ、要求負荷Lが更に高くなると平均空燃比A/Fがリッチとされる。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Q2が行われる運転領域、二回に亘って燃料噴射Q1およびQ2が行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Q1が行われる運転領域は要求負荷Lのみにより定まるのではなく、実際には要求負荷Lおよび機関回転数により定まる。
【0028】
図2は要求負荷LがL(図3)よりも小さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Q2が行われる場合を示している。図2に示されるようにピストン4の頂面上にはキャビティ4aが形成されており、要求負荷LがLよりも低いときには燃料噴射弁6からキャビティ4aの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃料が噴射される。この燃料はキャビティ4aの周壁面により案内されて点火栓7に向かい、それによって点火栓7の周りに混合気Gが形成される。次いでこの混合気Gは点火栓7により着火せしめられる。
【0029】
一方、前述したように要求負荷LがLとLとの間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行われる。この場合、吸気行程初期に行われる第1回目の燃料噴射Q1によって燃焼室5内に稀薄混合気が形成される。次いで圧縮行程末期に行われる第2回目の燃料噴射Q2によって点火栓7周りに最適な濃度の混合気が形成される。この混合気が点火栓7により着火せしめられ、この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。
【0030】
一方、要求負荷LがLよりも大きいときには図3に示されるように燃焼室5内にはリーン又は理論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、この均一混合気が点火栓7により着火せしめられる。
次に図4を参照しつつまず初めに本発明による未燃HCの低減方法について概略的に説明する。なお、図4において横軸はクランク角を示しており、BTDCおよびATDCは夫々上死点前および上死点後を示している。
【0031】
図4(A)は本発明による方法によって特に未燃HCを低減する必要のない場合であって要求負荷LがLよりも小さいときの燃料噴射時期を示している。図4(A)に示されるようにこのときには圧縮行程末期に主燃料Qmのみが噴射され、このとき排気制御弁24は全開状態に保持されている。
これに対し、本発明による方法によって未燃HCを低減する必要がある場合には排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、更に図4(B)に示されるように機関出力を発生させるための主燃料Qmの噴射に加え、膨張行程中に、図4(B)に示される例では圧縮上死点後(ATDC)60°付近において副燃料Qaが追加噴射される。なおこの場合、主燃料Qmの燃焼後、副燃料Qaを完全に燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室5内に残存するように主燃料Qmは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図4(A)と図4(B)とは機関負荷と機関回転数が同一であるときの燃料噴射期間を示しており、従って機関負荷と機関回転数が同一である場合には図4(B)に示される場合の主燃料Qmの噴射量の方が図4(A)に示される場合の主燃料Qmの噴射量に比べて増量せしめられている。
【0032】
図5は機関排気通路の各位置における排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm )の一例を示している。図5に示す例において黒三角は排気制御弁24を全開にした状態で図4(A)に示す如く圧縮行程末期において主燃料Qmを噴射した場合の排気ポート11出口における排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm )を示している。この場合には排気ポート11出口における排気ガス中の未燃HCの濃度は6000ppm 以上の極めて高い値となる。
【0033】
一方、図5に示す例において黒丸および実線は排気制御弁24をほぼ全閉とし、図4(B)に示されるように主燃料Qmおよび副燃料Qaを噴射した場合の排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm )を示している。この場合には排気ポート11出口における排気ガス中の未燃HCの濃度は2000ppm 以下となり、排気制御弁24の付近においては排気ガス中の未燃HCの濃度は150ppm 程度まで減少する。従ってこの場合には大気中に排出される未燃HCの量が大巾に低減せしめられることがわかる。
【0034】
このように排気制御弁24上流の排気通路内において未燃HCが減少するのは未燃HCの酸化反応が促進されているからである。しかしながら図5の黒三角で示されるように排気ポート11出口における未燃HCの量が多い場合、即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃HCの量はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進することによって大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減しうるのは図5の黒丸で示されるように排気ポート11出口における未燃HCの濃度が低いとき、即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量が少ないときである。
【0035】
このように大気中に排出される未燃HCの量を低減させるためには燃焼室5内での未燃HCの発生量を低下させかつ排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要がある。そこでまず初めに2番目の要求、即ち排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進させることから説明する。
【0036】
本発明によれば大気中に排出される未燃HCの量を低減すべきときには排気制御弁24がほぼ全閉とされる。このように排気制御弁24がほぼ全閉にされると排気ポート11内、排気マニホルド19内および排気制御弁24上流の排気管21内の圧力、即ち背圧はかなり高くなる。
背圧が高くなるということは燃焼室5内から排気ポート11内に排気ガスが排出されたときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って燃焼室5から排出された排気ガス温もさほど低下しないことを意味している。従って排気ポート11内に排出された排気ガス温はかなり高温に維持されている。一方、背圧が高いということは排気ガスの密度が高いことを意味しており、排気ガスの密度が高いということは排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内における排気ガスの流速が遅いことを意味している。従って排気ポート11内に排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制御弁24上流の排気通路内に滞留することになる。
【0037】
このように排気ガスが高温のもとで長時間に亘り排気制御弁24上流の排気通路内に滞留せしめられるとその間に未燃HCの酸化反応が促進される。この場合、本発明者による実験によると排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましくは800℃以上にする必要があることが判明している。
【0038】
また、高温の排気ガスが排気制御弁24上流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほど未燃HCの低減量は増大する。この滞留時間は排気制御弁24の位置が排気ポート11出口から離れれば離れるほど長くなり、従って排気制御弁24は排気ポート11出口から未燃HCを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置する必要がある。本発明者による実験によると未燃HCを十分に低減するためには排気ポート11出口から排気制御弁24までの距離を1メートル以上とすることが好ましいことが判明している。
【0039】
ところで未燃HCの酸化作用は排気ガス温が高いほど促進され、従って排気ガスは排気ガス温が高い領域にできるだけ滞留させておくことが好ましい。そのために本発明では排気マニホルド枝管19aを連通管20により互いに連通せしめるようにしている。
即ち、通常の内燃機関では排気弁10が開弁したときに燃焼室5内の既燃ガスをできるだけ早く燃焼室5内から排出させるために排気脈動を利用している。即ち、内燃機関では排気弁10が開弁すると排気ポート11内に一時的に大きな正圧が発生し、この正圧は排気マニホルド19の集合部で反射し、今度は負圧の形で排気ポート11内に戻ってくる。排気ポート11内が負圧になると燃焼室5内から既燃ガスが急速に排出される。従って通常の内燃機関では最適な時期に負圧が排気ポート11内に発生するように排気マニホルド枝管19aの寸法が設定されている。この場合、もし図1に示すような連通管20を設けると排気ポート11内に発生する負圧が弱くなり、即ち排気脈動が低減し、斯くして燃焼室5内から急速に既燃ガスを排出しえなくなる。そこで通常内燃機関ではこのような連通管20を設けていない。
【0040】
ところが本発明では未燃HCの酸化反応の促進を目的としており、従って燃焼室5から排出された排気ガスは排気ガス温が高い状態に維持されている排気ポート11内および排気マニホルド19内においてできるだけ長い時間滞留することが好ましい。そのために本発明による実施例では各排気マニホルド19aを連通管19aにより互いに連通せしめるようにしている。即ち、各排気マニホルド19aを連通管19aにより互いに連通すると排気ガスは高温状態で排気ポート11内および排気マニホルド19内を比較的ゆっくりと流れる。その結果、排気ガスは長い時間に亘って高温状態に維持され、斯くして未燃HCの酸化反応が促進されることになる。
【0041】
一方、前述したように排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましくは800℃以上にする必要がある。また、大気中に排出される未燃HCの量を低減するためには前述した1番目の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量を低下させる必要がある。そのために本発明では機関出力を発生するための主燃料Qmに加え、主燃料Qmの噴射後に副燃料Qaを追加噴射して副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめるようにしている。
【0042】
即ち、副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめると副燃料Qaの燃焼時に主燃料Qmの燃え残りである多量の未燃HCが燃焼せしめられる。また、この副燃料Qaは高温ガス中に噴射されるので副燃料Qaは良好に燃焼せしめられ、従って副燃料Qaの燃え残りである未燃HCはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃焼室5内で発生する未燃HCの量はかなり少なくなる。
【0043】
また、副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめると主燃料Qm自身および副燃料Qa自身の燃焼による発熱に加え、主燃料Qmの燃え残りである未燃HCの燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室5内の既燃ガス温はかなり高くなる。このように主燃料Qmに加え副燃料Qaを追加噴射して副燃料Qaを燃焼させることにより燃焼室5内で発生する未燃HCの量を低減しかつ排気ポート11出口における排気ガス温を750℃以上、好ましくは800℃以上にすることができる。
【0044】
このように本発明では副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料Qaの燃焼時に燃焼室5内に十分な酸素が残存していることが必要であり、しかも噴射された副燃料Qaが燃焼室5内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料Qaを噴射する必要がある。
そこで本発明では副燃料Qaの燃焼時に燃焼室5内に十分な酸素が残存しうるように主燃料Qmは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図2に示される成層燃焼式内燃機関において噴射された副燃料Qaが燃焼室5において良好に燃焼せしめられる噴射時期は図4において矢印Zで示される圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程であり、従って図2に示される成層燃焼式内燃機関においては副燃料Qaは圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程において噴射される。なお、圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程において噴射された副燃料Qaは機関の出力の発生には寄与しない。
【0045】
ところで本発明者による実験によると図2に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Qaが圧縮上死点後(ATDC)60°付近において噴射されたときに大気中に排出される未燃HCの量は最も少なくなる。従って本発明による実施例では図4(B)に示されるように副燃料Qaの噴射時期はほぼ圧縮上死点後(ATDC)60°付近とされる。
【0046】
副燃料Qaの最適な噴射時期は機関の型式によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Qaの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中となる。従って本発明では副燃料Qaの燃料噴射は膨張行程中又は排気行程中に行われる。一方、燃焼室5内の既燃ガス温は主燃料Qmの燃焼熱と副燃料Qaの燃焼熱の双方の影響を受ける。即ち、燃焼室5内の既燃ガス温は主燃料Qmの噴射量が増大するほど高くなり、副燃料Qaの噴射量が増大するほど高くなる。更に、燃焼室5内の既燃ガス温は背圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くなるほど燃焼室5から既燃ガスが流出しにくくなるために燃焼室5内に残留する既燃ガス量が多くなり、斯くして排気制御弁24がほぼ全閉せしめられると燃焼室5内の既燃ガス温が上昇せしめられる。
【0047】
ところで排気制御弁24がほぼ閉弁せしめられ、それによって背圧が高くなると機関の発生トルクが最適な要求発生トルクに対して減少する。そこで本発明による実施例では図4(B)に示されるように排気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときには図4(A)に示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合に比べて主燃料Qmの噴射量が増量せしめられる。なお、本発明による実施例では排気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときにはそのときの機関の発生トルクが同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに一致するように主燃料Qmが増量される。
【0048】
図6は要求負荷Lに対して機関の要求発生トルクを得るのに必要な主燃料Qmの変化を示している。なお、図6において実線は排気制御弁24がほぼ全閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁24が全開せしめられた場合を示している。
一方、図7は排気制御弁24をほぼ全閉せしめた場合において排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃からほぼ800℃にするのに必要な主燃料Qmと副燃料Qaの関係を示している。前述したように主燃料Qmを増量しても燃焼室5内の既燃ガス温は高くなり、副燃料Qaを増量しても燃焼室5内の既燃ガス温は高くなる。従って排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃からほぼ800℃にするのに必要な主燃料Qmと副燃料Qaとの関係は図7に示されるように主燃料Qmを増大すれば副燃料Qaは減少し、主燃料Qmを減少すれば副燃料Qaは増大する関係となる。
【0049】
ただし、主燃料Qmおよび副燃料Qaを同一量増大した場合には副燃料Qaを増量した場合の方が主燃料Qmを増量した場合に比べて燃焼室5内の温度上昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減という観点からみると副燃料Qaを増大させることによって燃焼室5内の既燃ガス温を上昇させることが好ましいと言える。
【0050】
従って本発明による実施例では排気制御弁24をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料Qmを増量し、主として副燃料Qaの燃焼熱によって燃焼室5内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。
このように排気制御弁24をほぼ全閉せしめ、排気ポート11出口における排気ガスをほぼ750℃以上、好ましくはほぼ800℃以上とするのに必要な量の副燃料Qaを噴射すると排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内において未燃HCの濃度を大巾に減少することができる。このとき排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内において図5に示されるように未燃HCの濃度をほぼ150p.p.m 程度まで低下させるには排気制御弁24上流の排気通路内の圧力をゲージ圧でもってほぼ80KPa 以上にする必要がある。このときの排気制御弁24による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ95パーセント以上である。従って図1に示される実施例では大気中への未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときには背圧がほぼ80KPa となるように排気制御弁24がほぼ全閉せしめられる。
【0051】
内燃機関において多量の未燃HCが発生するのは燃焼室5内の温度が低いときである。燃焼室5内の温度が低いときは機関の始動および暖機運転時であり、従って機関の始動および暖機運転時に多量の未燃HCが発生することになる。このように燃焼室5内の温度が低いときにはたとえ排気通路内に酸化機能を有する触媒22を配置しておいても触媒温度が低く触媒22が活性化していないのでこのときに発生する多量の未燃HCを触媒22により酸化させることは困難である。
【0052】
そこで本発明による実施例では機関の始動および暖機運転時には触媒22が活性化するまで排気制御弁24をほぼ全閉せしめ、主燃料Qmを増量すると共に副燃料Qaを追加噴射し、それによって大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減せしめるようにしている。
図8は機関始動および暖機運転時における主燃料Qmの変化の一例および排気制御弁24の開度を示している。なお、図8において実線Xは排気制御弁24をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示しており、破線Yは排気制御弁24を全開にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示している。図8からわかるように機関始動および暖機運転時には排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の最適な主燃料Qmの噴射量Yよりも主燃料Qmの噴射量Xが増量せしめられ、更に副燃料Qaが追加噴射される。
【0053】
図9は運転制御ルーチンを示している。
図9を参照するとまず初めにステップ100において触媒22が活性化したことを示す暖機完了フラグがセットされているか否かが判別される。暖機完了フラグがセットされていないとき、即ち触媒22が活性化していないときにはステップ101に進んで排気制御弁24がほぼ全閉せしめられる。このとき排気制御弁24の開度は圧力センサ33の出力信号に基づいて背圧が80KPa となるようにフィードバック制御される。次いでステップ102では主燃料Qmの噴射量が図8に示されるXとなるように制御される。次いでステップ103では副燃料Qaの噴射制御が行われる。次いでステップ104では温度センサ34の出力信号に基づいて触媒22の温度Tcが活性化温度To、例えば250℃を越えたか否かが判別され、Tc>Toとなったときにはステップ105に進んで暖機完了フラグがセットされる。
【0054】
暖機完了フラグがセットされると、即ち触媒22が活性化するとステップ100からステップ106に進んで排気制御弁24が全開せしめられ、次いでステップ107に進んで主燃料Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料Qaの噴射は行われない。
図10に別の実施例を示す。
【0055】
この実施例では各連通管20内にアクチュエータ61によって制御される開閉弁60が配置される。この開閉弁60は排気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときに全開せしめられ、排気制御弁24が全開したときに全閉せしめられる。従って排気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときには排気脈動が弱められるために未燃HCの酸化作用が促進され、排気制御弁24が全開せしめられたときには排気脈動により燃焼室5内の既燃ガスが急速に排出される。
【0056】
次に触媒22の上流に更に別の触媒62を配置した場合について説明する。
即ち、図11に示す例では各排気マニホルド枝管19a内に夫々触媒62が配置されている。
一方、図12(A)に示す例では点火順序が1−3−4−2とされており、図12(A)に示されるように点火順序が一つおきの気筒#1,#4の排気ポート11は共通の第1の排気マニホルド63に連結され、点火順序が一つおきの残りの気筒#2,#3の排気ポート11は共通の第2の排気マニホルド64に連結される。第1の排気マニホルド63の集合部は触媒62を収容した第1の触媒コンバータ65に連結され、第2の排気マニホルド64の集合部は触媒62を収容した第2の触媒コンバータ66に連結される。第1の触媒コンバータ65および第2の触媒コンバータ66は共通の排気管67を介して排気管21に連結される。
【0057】
図12(B)に示される例では全気筒#1,#2,#3,#4に対し共通の排気マニホルド19の出口に触媒62を収容した触媒コンバータ68が連結され、この触媒コンバータ68は排気管21に連結される。
これらの例では触媒62として酸化触媒又は三元触媒が用いられており、触媒22として酸化触媒、三元触媒又はNO吸収剤が用いられている。NO吸収剤は燃焼室5内における平均空燃比がリーンのときにNOを吸収し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチになるとNOを放出する機能を有する。
【0058】
このNO吸収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されている。
【0059】
このように触媒22の上流に触媒62を配置すると、触媒22が活性化するまでの間、即ち排気制御弁24がほぼ全閉せしめられている間、未燃HCの酸化反応を触媒62によって更に促進することができ、触媒22が活性化して排気制御弁24が全開せしめられると未燃HCの大部分が触媒62によって酸化されることなく触媒22に送り込まれ、触媒22における未燃HCの酸化作用によって触媒22を活性化状態に維持することができるようになる。次にこのことについて図13から図15を参照しつつ説明する。
【0060】
図13は図11および図12(A),(B)に示される触媒22の触媒反応活性化状態を表している。なお、図13において縦軸Tcは触媒22の温度を示しており、横軸SVは空間速度(=単位時間当りの排気ガスの体積流量/触媒の体積)を示している。また、Toは触媒22の活性化温度を示しており、曲線Kは触媒22の触媒反応が活性化する触媒反応活性化限界を示している。即ち、触媒反応活性化限界Kよりも上方の領域Iは触媒反応が活性化する触媒反応活性化領域を示しており、触媒反応活性化限界Kよりも下方の領域IIは触媒反応が行われない触媒反応不活性領域を示している。また、R30,R50,R90は触媒22による排気ガス中の還元成分の浄化率が夫々30%,50%,90%である場合を示している。
【0061】
空間速度SVが大きくなるということは触媒22内を流れる排気ガスの流速が速くなることを意味しており、従って空間速度SVが大きくなるほど触媒22に対する排気ガスの接触時間が短かくなる。一方、触媒22は空間速度SVとは無関係に活性化温度Toに達すれば活性化する。しかしながら触媒22が活性化温度Toになっても空間速度SVが大きくなると触媒22に対する排気ガスの接触時間が短かくなるために触媒反応は行われなくなる。この場合、触媒22の温度Tcが高くなれば触媒反応が行われる。従って触媒反応活性化限界Kは図13に示されるようになる。
【0062】
一方、触媒22の温度Tcが触媒反応活性化温度限界Kに対して高くなればなるほど触媒反応は活発となり、従って触媒22の温度Tcが高くなればなるほど排気ガス中の還元成分の浄化率が高くなる。従って排気ガス中の還元成分の各浄化率R30,R50,R90は図13に示されるようになる。
ところで図13からわかるように排気ガス温が低い運転状態においても、即ち触媒22の温度Tcが低いときであっても触媒22を触媒反応活性化領域I内に維持しておくためには触媒22内を流れる排気ガスの空間速度SVを小さくしなければならず、そのためには触媒22を大きくしなければならない。ところが触媒22を大きくすると触媒22をエンジンルーム内に配置するのが困難となり、斯くして触媒22はエンジンから離れた車両本体の床下に配置せざるを得なくなる。しかしながら触媒22をエンジンから離れた位置に配置すると触媒22内を流れる排気ガス温が低くなり、その結果触媒22を触媒反応活性化領域I内に維持するのが困難となる。
【0063】
この場合、触媒22を触媒反応活性化領域I内に維持するためには触媒22の温度Tcを上昇させる必要があり、そのための最も適切な方法は排気ガス中の還元成分を触媒22において酸化せしめ、そのとき発生する酸化反応熱によって触媒22を高温に保持する方法である。
一方、機関始動後暫らくの間は触媒22の温度Tcはかなり低く、このときには触媒22における排気ガス中の還元成分の酸化作用は期待できない。そこでこの実施例では図11および図12(A),(B)に示されるようにエンジンの近くに触媒62を配置し、機関始動後暫らくの間はこの触媒62において未燃HC,COのような排気ガス中の還元成分を酸化させるようにしている。
【0064】
しかしながら機関の運転中、触媒62において排気ガス中の還元成分を酸化させ続けると触媒22内に流入する排気ガス中の還元成分の量が減少し、その結果触媒22において十分な酸化反応熱が発生しなくなるために触媒22を触媒反応活性化領域I内に維持しておくのが困難となる。即ち、触媒22が多量の還元成分を必要とするときには触媒62における還元成分の酸化作用を抑制する必要がある。
【0065】
また、前述したように触媒22としてNO吸収剤を用いた場合にはNO吸収剤からNOを放出すべきときに燃焼室5内における空燃比がリッチとされ、多量の未燃HC,CO、即ち多量の還元成分が燃焼室5から排出される。この場合、この多量の還元成分が触媒62によって酸化せしめられるとNO吸収剤からNOを放出しえなくなる。即ち、この場合にも触媒22が多量の還元成分を必要とするときには触媒62における還元成分の酸化作用を抑制する必要がある。
【0066】
そこでこの実施例では、排気ガス中の還元成分を触媒62で主に酸化させるべきときには触媒62における排気ガス中の還元成分の酸化割合を増大させ、排気ガス中の還元成分を触媒22で主に酸化させるべきときには触媒62における排気ガス中の還元成分の酸化割合を減少させるようにしている。
即ち、図14において(1)は機関低負荷運転時における排気ポート11出口付近での排気ガスの流速の変化を示しており、(2)は機関高負荷運転時における排気ポート11出口付近での排気ガスの流速の変化を示している。また、図14において(3)は機関低負荷運転時における触媒22内での排気ガスの流速の変化を示しており、(4)は機関高負荷運転時における触媒22内での排気ガスの流速の変化を示している。
【0067】
排気弁10が開弁すると燃焼室5内から排気ポート11内に排気ガスが一気に噴出し、従って図14(1),(2)に示されるように排気ポート11出口付近における排気ガスの流速は排気弁10が開弁する毎に一時的に高くなる。この場合、機関負荷が高くなるほど燃焼室5内の既燃ガスの圧力が高くなるので排気ポート11出口付近における排気ガスの流速は図14(2)に示される高負荷運転時のほうが図14(1)に示される低負荷運転時よりもかなり速くなる。一方、排気通路内を流れる間に排気ガスのピーク値は次第に低くなり、また各排気ポート11から流出した排気ガスは互いに合流して触媒22内に流入するので触媒22内における排気ガスの流速は図14(3),(4)に示されるようになる。
【0068】
一方、図14(3),(4)においてKは図13に示される触媒反応活性化限界を示している。排気ガスの流速がこの触媒反応活性化限界Kよりも高くなると図13に示される触媒反応不活性領域IIとなり、従って触媒22における排気ガス中の還元成分の酸化作用が中断される。図14(3),(4)では排気ガスの流速は常に触媒反応活性化限界Kよりも低く、従って常に排気ガス中の還元成分の酸化作用が行われている。本発明による実施例では暖機が完了すると通常、触媒反応活性化限界Kは図14(3),(4)に示されるような位置となる。
【0069】
一方、触媒22と寸法および構造が全く同一の触媒を触媒62として用い、この触媒62を図11に示す例と同じ様に夫々排気マニホルド19の各枝管19a内に配置したとすると、この場合には各触媒62に対する触媒反応活性化限界Kが図14(1),(2)に示されるようになる。即ち、この場合には触媒62の方が触媒22よりもはるかに高温となるので触媒反応活性化限界Kは図14(3)に示す場合に比べて図14(1)に示す場合の方が高くなり、図14(4)に示す場合に比べて図14(2)に示す場合の方が高くなる。
【0070】
本発明による実施例では図11に示されるように触媒62の体積を触媒22の体積よりもかなり小さくすることによって図14(1),(2)に示されるように触媒反応活性化限界KをΔK,ΔK′だけ大巾に低下させるようにしている。即ち、触媒62の体積を小さくすると触媒62に対する排気ガスの接触時間が短かくなる。触媒62に対する排気ガスの接触時間が短かくなると排気ガスの流速が遅くならなければ触媒62における触媒反応が行われず、斯くして触媒62の体積を小さくすると図14(1),(2)に示されるように触媒反応活性化限界Kが低下することになる。
【0071】
図15(1)および(2)に示す実線は触媒62の体積を触媒22の体積よりもかなり小さくした場合の図14(1)および(2)の拡大図を夫々示している。この場合には前述したように触媒反応活性化限界Kが低下する。また、図15(1)および(2)には排気ガス中の還元成分の浄化率が50%となるラインも示されている。
【0072】
図15(1),(2)において排気ガスの流速が触媒反応活性化限界Kを越えたときには排気ガス中の還元成分の酸化作用は行われず、従ってこのときには排気ガス中の還元成分は触媒62を素通りする。一方、排気ガスの流速が触媒反応活性化限界Kよりも低くなると排気ガス中の還元成分の酸化作用が行われる。ただしこの場合、排気ガスの流速が低くなるほど排気ガス中の還元成分の酸化作用が促進され、従って排気ガスの流速が低くなるほど排気ガス中の還元成分の浄化率が高くなる。
【0073】
このように触媒22に比べてかなり体積の小さな触媒62を図11に示されるように排気マニホルド19の各枝管19a内に配置するとかなりの量の排気ガス中の還元成分が触媒62を素通りし、従ってかなりの量の排気ガス中の還元成分が触媒22内に送り込まれることになる。なお、図15(1)および(2)を比較するとわかるように図15(2)に示される機関高負荷運転時の方が図15(1)に示される機関低負荷運転時に比べて触媒62を素通りする還元成分の量が増大する。
【0074】
一方、本発明による実施例では触媒62による排気ガス中の還元成分の浄化率を高くすべきときには排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、開閉弁60が全開せしめられる。具体的に云うと本発明による実施例ではこのとき排気制御弁24によって排気管23の流路面積のほぼ95%が閉鎖され、このとき排気マニホルド19内および排気管21内の圧力、即ち背圧はほぼ80KPa となる。即ち、このとき背圧は大気圧のほぼ2倍となる。
【0075】
このように背圧が大気圧のほぼ2倍になると燃焼室5内から排気ポート11内への排気ガスの流出速度が低下する。また背圧が大気圧のほぼ2倍になると排気ガスの密度が高くなり、従って排気通路内を流れる排気ガスの流速も低下する。更にこのとき開閉弁60が全開しているので排気脈動が弱められ、排気ポート11および排気マニホルド枝管19a内を流れる排気ガスの流速が低下せしめられる。従ってこのときには触媒62を通過する排気ガスの流速は図15(1)において破線で示されるように常に触媒反応活性化限界Kよりも低くなる。その結果、このときには排気ガス中の還元成分の大部分が触媒62において酸化せしめられ、少量の還元成分が触媒62を通り過ぎて触媒22内に流入する。
【0076】
このように排気制御弁24を全開にし、開閉弁60を全閉にすると図15(1)において実線で示されるように排気ガスの流速が速くなり、排気ガス中に含まれるかなりの量の還元成分が触媒62を素通りして触媒22内に送り込まれ、排気制御弁24をほぼ全閉せしめ、開閉弁60を全開せしめると図15(1)において破線で示されるように排気ガス中に含まれる大部分の還元成分が触媒62において酸化せしめられる。
【0077】
ところで機関の運転が開始されてから暫らくの期間は通常、低負荷運転が行われ、このとき触媒22の温度は低くなっている。従ってこのときには触媒22による排気ガス中の還元成分の酸化作用、即ち未燃HC,COの浄化作用はほとんど期待できない。従って本発明による実施例では機関の運転が開始されてから触媒22が活性化するまでの間において低負荷運転が行われたときには排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、開閉弁60が全開せしめられる。このとき触媒62内を流れる排気ガスの流速は図15(1)において破線で示されるように遅くなり、斯くして排気ガス中に含まれるかなりの量の未燃HC,COが触媒62において浄化せしめられる。
【0078】
次いで触媒22が活性化すると排気制御弁24は全閉せしめられ、開閉弁60は全閉せしめられる。このときには図15(1),(2)の実線からわかるように排気ガス中に含まれるかなりの量の未燃HC,COが触媒62を素通りして触媒22内に流入する。その結果、触媒22において多量の未燃HC,COが酸化せしめられるために触媒22内において多量の酸化反応熱が発生し、斯くして触媒22は触媒反応活性化状態に保持される。図13において鎖線で囲まれた領域Mは、本発明による実施例において触媒22が通常とりうる範囲、即ち触媒22の使用領域を示している。
【0079】
【発明の効果】
大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】燃焼室の側面断面図である。
【図3】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図である。
【図4】噴射時期を示す図である。
【図5】未燃HCの濃度を示す図である。
【図6】主燃料の噴射量を示す図である。
【図7】主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示す図である。
【図8】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図である。
【図9】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図10】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図11】触媒の配置の一例を示す内燃機関の全体図である。
【図12】触媒の配置の他の例を示す内燃機関の全体図である。
【図13】触媒反応活性化領域を示す図である。
【図14】排気ガスの流速変化を示す図である。
【図15】排気ガスの流速変化を示す図である。
【符号の説明】
19…排気マニホルド
20…連通管
22…触媒
24…排気制御弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a diesel engine, the temperature in the combustion chamber becomes low during low-speed and low-load operation of the engine, particularly during warm-up of the engine, and as a result, a large amount of unburned HC is generated. Therefore, an exhaust control valve is arranged in the engine exhaust passage, and the exhaust control valve is closed at the time of engine low speed and low load operation, and the fuel injection amount is greatly increased to increase the temperature in the combustion chamber, thereby injecting the injected fuel into the combustion chamber. There is known a diesel engine that is completely burned in order to suppress the amount of unburned HC generated (see Japanese Patent Laid-Open No. 49-80414).
[0003]
Further, when an exhaust purification catalyst is disposed in the engine exhaust passage, a good exhaust purification action by the catalyst is not performed unless the catalyst temperature is sufficiently high. Therefore, in addition to the injection of the main fuel for generating the engine output, the auxiliary fuel is injected during the expansion stroke, and the auxiliary fuel is combusted to raise the exhaust gas temperature, thereby raising the temperature of the catalyst. Internal combustion engines are known (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-303290 and 10-212995).
[0004]
Conventionally, a catalyst capable of adsorbing unburned HC is known. This catalyst has the property of increasing the amount of unburned HC adsorbed as the ambient pressure increases, and releasing the adsorbed unburned HC as the ambient pressure decreases. Therefore, using this property, the unburned HC released from the catalyst causes NO.xIn order to reduce the NO, the catalyst is disposed in the engine exhaust passage and the exhaust control valve is disposed in the engine exhaust passage downstream of the catalyst.xDuring low-speed and low-load operation of the engine with a small amount of generation, in addition to the main fuel for generating engine output, a small amount of secondary fuel is injected during the expansion stroke or exhaust stroke to discharge a large amount of unburned HC from the combustion chamber, Further, at this time, a large amount of unburned HC discharged from the combustion chamber by increasing the pressure in the exhaust passage by closing the exhaust control valve to a relatively small opening degree so that the engine output drop falls within an allowable range. Is adsorbed in the catalyst and NO.xDuring high-speed or high-load operation with a large amount of generation, the exhaust control valve is fully opened to reduce the pressure in the exhaust passage. At this time, NO is released by unburned HC released from the catalyst.xAn internal combustion engine in which the above is reduced is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-238336).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Now, not only in diesel engines but also in spark ignition internal combustion engines, how to reduce the amount of unburned HC generated during engine low load operation, particularly during engine warm-up operation, has become a major problem. Therefore, the present inventor has conducted experimental research to solve this problem, and as a result, in order to greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere during engine warm-up operation, It has been found that it is necessary to reduce the amount of generated fuel HC and at the same time increase the amount of unburned HC in the exhaust passage.
[0006]
Specifically, during the expansion stroke or the exhaust stroke, additional fuel is injected into the combustion chamber to burn the secondary fuel, and an exhaust control valve is installed in the engine exhaust passage that is spaced from the outlet of the engine exhaust port. When this exhaust control valve is almost fully closed, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is reduced by the synergistic effect of combustion of these auxiliary fuels and exhaust throttling action of the exhaust control valve, and unburned in the exhaust passage. It has been found that the amount of reduction of HC increases, and thus the amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be greatly reduced.
[0007]
More specifically, when the auxiliary fuel is injected, not only the auxiliary fuel is combusted but also unburned HC, which is the unburned main fuel, is combusted in the combustion chamber. Accordingly, not only the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is greatly reduced, but also the unburned HC and auxiliary fuel, which are unburned main fuel, are burned, and the burnt gas temperature becomes considerably high.
[0008]
On the other hand, when the exhaust control valve is almost fully closed, the pressure in the exhaust passage from the exhaust port of the engine to the exhaust control valve, that is, the back pressure becomes considerably high. A high back pressure means that the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber does not decrease so much, and therefore the exhaust gas temperature in the exhaust port is considerably high. On the other hand, a high back pressure means that the flow rate of the exhaust gas discharged into the exhaust port is slow. Therefore, the exhaust gas is in a high temperature state for a long time in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve. Will stay. During this time, unburned HC contained in the exhaust gas is oxidized, and thus the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced.
[0009]
In this case, if the auxiliary fuel is not injected, the unburned unburned HC of the main fuel remains as it is, so that a large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber. Further, when the auxiliary fuel is not injected, the burnt gas temperature in the combustion chamber does not increase so much, so even if the exhaust control valve is almost fully closed at this time, unburned HC in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve. It is not possible to expect sufficient oxidizing action. Accordingly, at this time, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere.
[0010]
On the other hand, even if the exhaust throttle action by the exhaust control valve is not performed, if the auxiliary fuel is injected, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is reduced, and the burnt gas temperature in the combustion chamber is increased. However, when the exhaust throttle action by the exhaust control valve is not performed, the exhaust gas pressure immediately decreases as soon as the exhaust gas is discharged from the combustion chamber, and thus the exhaust gas temperature also decreases immediately. Therefore, in this case, almost no oxidizing action of unburned HC in the exhaust passage can be expected, and thus a large amount of unburned HC is also discharged into the atmosphere at this time.
[0011]
That is, in order to greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, it is necessary to inject auxiliary fuel and simultaneously close the exhaust control valve almost completely.
In the diesel engine described in Japanese Patent Laid-Open No. 49-80414, the auxiliary fuel is not injected and the injection amount of the main fuel is greatly increased, so that the exhaust gas temperature rises but an extremely large amount of unburned HC. Is generated in the combustion chamber. As described above, when an extremely large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber, even if the unburned HC is oxidized in the exhaust passage, only a part of the unburned HC is oxidized. Will be discharged.
[0012]
On the other hand, in the internal combustion engine described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-303290 or Japanese Patent Laid-Open No. 10-212995, the exhaust throttle action by the exhaust control valve is not performed, so the oxidation action of unburned HC in the exhaust passage is I can hardly expect it. Accordingly, even in this internal combustion engine, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere.
Moreover, in the internal combustion engine described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-238336, the exhaust control valve is closed to a relatively small opening so that the engine output falls within an allowable range. However, the back pressure is not so high when the exhaust control valve is closed so that the engine output falls within the allowable range.
[0013]
In this internal combustion engine, a small amount of auxiliary fuel is injected during the expansion stroke or the exhaust stroke in order to generate unburned HC to be adsorbed by the catalyst. In this case, since the unburned HC is not generated if the auxiliary fuel is combusted satisfactorily, it is considered that the injection control of the auxiliary fuel is performed in this internal combustion engine so that the auxiliary fuel does not burn well. Therefore, in this internal combustion engine, it is considered that a small amount of auxiliary fuel does not contribute much to the temperature increase of the burnt gas temperature.
[0014]
In this way, in this internal combustion engine, a large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber, and the back pressure is not so high and the burnt gas temperature does not rise so much. It is thought that it is not oxidized so much. The purpose of this internal combustion engine is to adsorb as much unburned HC as possible to the catalyst, so it can be said that it makes sense to think in this way.
[0015]
An object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that can greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere while ensuring stable operation of the engine.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the first invention, each branch pipe of the exhaust manifold is connected to the outlet of the corresponding engine exhaust port, and an exhaust control valve is disposed in the exhaust passage connected to the outlet of the exhaust manifold. When it is determined that the amount of unburned HC discharged into the atmosphere should be reduced, the exhaust control valve is almost fully closed, and the main fuel injected into the combustion chamber to generate engine output is In addition to being burned under excess, the secondary fuel is additionally injected into the combustion chamber at a predetermined time during the expansion stroke or the exhaust stroke where the secondary fuel can burn, and is generated in the engine exhaust port and the exhaust manifold. To reduce exhaust pulsationThe adjacent branch pipes of the exhaust manifold are communicated with each other by a communication pipe, and are opened when the exhaust control valve is almost fully closed in each communication pipe, and are closed when the exhaust control valve is fully opened. An open / close valve is arranged.
[0018]
2In the second invention, in the first invention, when the exhaust control valve is almost fully closed, the same torque is generated so as to approach the generated torque of the engine when the exhaust control valve is fully opened under the same engine operating state. The injection amount of the main fuel is increased as compared with the case where the exhaust control valve is fully opened under the engine operation state.
3In the second invention, in the first invention, a catalyst is arranged in each branch pipe of the exhaust manifold.
[0019]
4In the second invention, in the first invention, the catalyst is arranged in the exhaust passage connected to the outlet of the exhaust manifold.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show a case where the present invention is applied to a stratified combustion internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine in which combustion is performed under a uniform lean air-fuel ratio and a diesel engine in which combustion is performed under excess air.
[0021]
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine body, and the engine body 1 has four cylinders including a first cylinder # 1, a second cylinder # 2, a third cylinder # 3, and a fourth cylinder # 4. FIG. 2 shows a side sectional view of each cylinder # 1, # 2, # 3, # 4. Referring to FIG. 2, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a fuel injection valve disposed on the peripheral edge of the inner wall surface of the cylinder head 3, and 7 is an inside of the cylinder head 3. An ignition plug disposed at the center of the wall surface, 8 is an intake valve, 9 is an intake port, 10 is an exhaust valve, and 11 is an exhaust port.
[0022]
Referring to FIGS. 1 and 2, the intake port 9 is connected to a surge tank 13 via a corresponding intake branch pipe 12, and the surge tank 13 is connected to an air cleaner 16 via an intake duct 14 and an air flow meter 15. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is disposed in the intake duct 14. On the other hand, the exhaust ports 11 of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 are connected to the branch pipes 19a of the corresponding exhaust manifolds 19 and are adjacent to each other.aAre connected to each other by a communication pipe 20. These communication pipes 20 form exhaust pulsation reducing means. On the other hand, the exhaust manifold 19 is connected to a catalytic converter 22a containing a catalyst 22 via an exhaust pipe 21, and an exhaust pipe 23 is connected to the catalytic converter 22a. An exhaust control valve 24 controlled by an actuator 25 is disposed in the exhaust pipe 23.
[0023]
As shown in FIG. 1, the exhaust manifold 19 and the surge tank 13 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 26, and an electrically controlled EGR control valve 27 is disposed in the EGR passage 26. Is done. The fuel injection valve 6 is connected to a common fuel reservoir, so-called common rail 28. The fuel in the fuel tank 29 is supplied into the common rail 28 via an electrically controlled fuel pump 30 with variable discharge amount, and the fuel supplied in the common rail 28 is supplied to each fuel injection valve 6. A fuel pressure sensor 31 for detecting the fuel pressure in the common rail 28 is attached to the common rail 28, and a fuel pump 30 is set so that the fuel pressure in the common rail 28 becomes a target fuel pressure based on an output signal of the fuel pressure sensor 31. The discharge amount is controlled.
[0024]
The electronic control unit 40 comprises a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The air flow meter 15 generates an output voltage proportional to the amount of intake air, and this output voltage is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A water temperature sensor 32 for detecting the engine cooling water temperature is attached to the engine body 1, and the output signal of the water temperature sensor 32 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Further, the output signal of the fuel pressure sensor 31 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
[0025]
Further, an exhaust manifold 19 and an output sensor 33 for detecting the pressure of exhaust gas in the exhaust pipe 21, that is, a back pressure, are arranged in the exhaust pipe 21, and an output signal of the pressure sensor 33 is a corresponding AD converter. It is input to the input port 45 via 47. A temperature sensor 34 for detecting the temperature of the catalyst 22 is attached to the catalytic converter 22a, and an output signal of the temperature sensor 34 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
[0026]
A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Is done. The input port 45 is connected to a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, spark plug 7, throttle valve control step motor 17, exhaust control valve control actuator 25, EGR control valve 27, and fuel pump 30 through corresponding drive circuits 48. The
[0027]
FIG. 3 shows fuel injection amounts Q1, Q2, Q (= Q1+ Q2), Injection start timings θS1 and θS2, injection completion timings θE1 and θE2, and an average air-fuel ratio A / F in the combustion chamber 5. In FIG. 3, the horizontal axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 50, that is, the required load.
As can be seen from FIG. 3, the required load L is L.1If it is lower, the fuel injection Q2 is performed between θS2 and θE2 at the end of the compression stroke. At this time, the average air-fuel ratio A / F is considerably lean. Required load L is L1And L2During this time, the first fuel injection Q1 is performed between θS1 and θE1 at the beginning of the intake stroke, and then the second fuel injection Q2 is performed between θS2 and θE2 at the end of the compression stroke. Also at this time, the air-fuel ratio A / F is lean. Required load L is L2If it is larger than that, the fuel injection Q1 is performed between θS1 and θE1 in the initial stage of the intake stroke. At this time, the average air-fuel ratio A / F is lean in the region where the required load L is low, the average air-fuel ratio A / F is made the stoichiometric air-fuel ratio when the required load L increases, and the average The fuel ratio A / F is made rich. Note that only the required load L is the operating region in which the fuel injection Q2 is performed only at the end of the compression stroke, the operating region in which the fuel injections Q1 and Q2 are performed twice, and the operating region in which the fuel injection Q1 is performed only in the early stage of the intake stroke. Is actually determined by the required load L and the engine speed.
[0028]
FIG. 2 shows that the required load L is L1It shows a case where the fuel injection Q2 is performed only when it is smaller than (FIG. 3), that is, at the end of the compression stroke. As shown in FIG. 2, a cavity 4a is formed on the top surface of the piston 4, and the required load L is L.1When it is lower than that, fuel is injected from the fuel injection valve 6 toward the bottom wall surface of the cavity 4a at the end of the compression stroke. This fuel is guided by the peripheral wall surface of the cavity 4 a and travels toward the spark plug 7, whereby an air-fuel mixture G is formed around the spark plug 7. Next, the air-fuel mixture G is ignited by the spark plug 7.
[0029]
On the other hand, as described above, the required load L is L1And L2When it is between, fuel injection is performed twice. In this case, a lean air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 5 by the first fuel injection Q1 performed at the beginning of the intake stroke. Next, an air-fuel mixture having an optimum concentration is formed around the spark plug 7 by the second fuel injection Q2 performed at the end of the compression stroke. The air-fuel mixture is ignited by the spark plug 7, and the lean air-fuel mixture is combusted by the ignition flame.
[0030]
On the other hand, the required load L is L2If it is greater than that, a homogeneous mixture of lean, stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio is formed in the combustion chamber 5 as shown in FIG. 3, and this homogeneous mixture is ignited by the spark plug 7.
Next, a method for reducing unburned HC according to the present invention will be schematically described with reference to FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the crank angle, and BTDC and ATDC indicate before the top dead center and after the top dead center, respectively.
[0031]
FIG. 4A shows a case where it is not particularly necessary to reduce unburned HC by the method according to the present invention.1The fuel injection timing when it is smaller than is shown. As shown in FIG. 4A, at this time, only the main fuel Qm is injected at the end of the compression stroke, and at this time, the exhaust control valve 24 is held in a fully opened state.
On the other hand, when it is necessary to reduce the unburned HC by the method according to the present invention, the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and further, as shown in FIG. In addition to the injection of the main fuel Qm, during the expansion stroke, in the example shown in FIG. 4B, the auxiliary fuel Qa is additionally injected in the vicinity of 60 ° after compression top dead center (ATDC). In this case, after combustion of the main fuel Qm, the main fuel Qm is burned under excess air so that sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 to completely burn the sub fuel Qa. 4 (A) and 4 (B) show the fuel injection period when the engine load and the engine speed are the same, and accordingly when the engine load and the engine speed are the same, FIG. The injection amount of the main fuel Qm in the case shown in FIG. 4 (B) is increased compared to the injection amount of the main fuel Qm in the case shown in FIG. 4 (A).
[0032]
FIG. 5 shows an example of the concentration (ppm) of unburned HC in the exhaust gas at each position in the engine exhaust passage. In the example shown in FIG. 5, the black triangles indicate unburned in exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 when the main fuel Qm is injected at the end of the compression stroke as shown in FIG. 4A with the exhaust control valve 24 fully opened. The concentration of HC (ppm) is shown. In this case, the concentration of unburned HC in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 becomes a very high value of 6000 ppm or more.
[0033]
On the other hand, in the example shown in FIG. 5, the black circles and solid lines indicate that the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the unburned gas in the exhaust gas when the main fuel Qm and the sub fuel Qa are injected as shown in FIG. 4B. The concentration of HC (ppm) is shown. In this case, the concentration of unburned HC in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 is 2000 ppm or less, and in the vicinity of the exhaust control valve 24, the concentration of unburned HC in the exhaust gas is reduced to about 150 ppm. Therefore, in this case, it can be seen that the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced.
[0034]
The reason why the unburned HC is reduced in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 is that the oxidation reaction of the unburned HC is promoted. However, as shown by the black triangle in FIG. 5, when the amount of unburned HC at the outlet of the exhaust port 11 is large, that is, when the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is large, unburned in the exhaust passage. Even if the oxidation reaction of HC is promoted, the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is not reduced so much. That is, the amount of unburned HC discharged into the atmosphere by promoting the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage can be greatly reduced as shown by the black circle in FIG. This is when the concentration of unburned HC is low, that is, when the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is small.
[0035]
Thus, in order to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is reduced and the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage is promoted. It is necessary to satisfy two requirements at the same time. First, the second requirement, that is, promoting the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage will be described.
[0036]
According to the present invention, the exhaust control valve 24 is almost fully closed when the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is to be reduced. As described above, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the pressure in the exhaust port 11, the exhaust manifold 19, and the exhaust pipe 21 upstream of the exhaust control valve 24, that is, the back pressure becomes considerably high.
An increase in the back pressure means that when the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 5 into the exhaust port 11, the pressure of the exhaust gas does not decrease so much, and therefore the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 also decreases significantly. It means not to. Therefore, the temperature of the exhaust gas discharged into the exhaust port 11 is maintained at a considerably high temperature. On the other hand, a high back pressure means that the density of the exhaust gas is high, and a high density of the exhaust gas means that the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 is high. Means slow. Therefore, the exhaust gas discharged into the exhaust port 11 stays in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 for a long time at a high temperature.
[0037]
As described above, when the exhaust gas is retained in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 for a long time under a high temperature, the oxidation reaction of unburned HC is promoted during that time. In this case, according to experiments by the present inventor, in order to promote the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 needs to be about 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. It has been found.
[0038]
Further, as the time during which the high-temperature exhaust gas stays in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 becomes longer, the reduction amount of unburned HC increases. This residence time becomes longer as the position of the exhaust control valve 24 is further away from the outlet of the exhaust port 11, so that the exhaust control valve 24 is separated from the outlet of the exhaust port 11 by a distance necessary to sufficiently reduce unburned HC. Need to be placed. According to experiments by the present inventors, it has been found that the distance from the outlet of the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 is preferably 1 meter or more in order to sufficiently reduce unburned HC.
[0039]
By the way, the oxidation action of unburned HC is promoted as the exhaust gas temperature is high, and therefore, it is preferable to keep the exhaust gas as much as possible in the region where the exhaust gas temperature is high. Therefore, in the present invention, the exhaust manifold branch pipes 19 a are communicated with each other by the communication pipe 20.
That is, in an ordinary internal combustion engine, exhaust pulsation is used to exhaust burned gas in the combustion chamber 5 from the combustion chamber 5 as soon as possible when the exhaust valve 10 is opened. That is, in the internal combustion engine, when the exhaust valve 10 is opened, a large positive pressure is temporarily generated in the exhaust port 11, and this positive pressure is reflected by the collecting portion of the exhaust manifold 19, and this time, the exhaust port is in the form of a negative pressure. Come back in 11. When the exhaust port 11 has a negative pressure, the burned gas is rapidly discharged from the combustion chamber 5. Therefore, in a normal internal combustion engine, the dimensions of the exhaust manifold branch pipe 19a are set so that a negative pressure is generated in the exhaust port 11 at an optimal time. In this case, if the communication pipe 20 as shown in FIG. 1 is provided, the negative pressure generated in the exhaust port 11 becomes weak, that is, the exhaust pulsation is reduced, so that the burned gas is rapidly discharged from the combustion chamber 5. It cannot be discharged. Therefore, such a communication pipe 20 is not usually provided in an internal combustion engine.
[0040]
However, the present invention aims to promote the oxidation reaction of unburned HC. Therefore, the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 can be as much as possible in the exhaust port 11 and the exhaust manifold 19 where the exhaust gas temperature is kept high. It is preferable to stay for a long time. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the exhaust manifolds 19a are communicated with each other by the communication pipe 19a. That is, when the exhaust manifolds 19a communicate with each other through the communication pipe 19a, the exhaust gas flows relatively slowly through the exhaust port 11 and the exhaust manifold 19 at a high temperature. As a result, the exhaust gas is maintained at a high temperature for a long time, and thus the oxidation reaction of unburned HC is promoted.
[0041]
On the other hand, as described above, in order to promote the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 needs to be about 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. Further, in order to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, the first requirement described above must be satisfied. That is, it is necessary to reduce the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5. Therefore, in the present invention, in addition to the main fuel Qm for generating the engine output, the auxiliary fuel Qa is additionally injected after the injection of the main fuel Qm, and the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5.
[0042]
That is, when the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5, a large amount of unburned HC, which is the unburned main fuel Qm, is burned when the auxiliary fuel Qa is burned. Further, since the auxiliary fuel Qa is injected into the high-temperature gas, the auxiliary fuel Qa is burned well, so that unburned HC which is the unburned residue of the auxiliary fuel Qa is not generated so much. Thus, the amount of unburned HC finally generated in the combustion chamber 5 is considerably reduced.
[0043]
Further, when the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5, in addition to the heat generated by the combustion of the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa itself, the combustion heat of the unburned HC that is the unburned main fuel Qm is additionally generated. Therefore, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 becomes considerably high. In this manner, the auxiliary fuel Qa is additionally injected in addition to the main fuel Qm to burn the auxiliary fuel Qa, thereby reducing the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 and reducing the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 to 750. C. or higher, preferably 800.degree. C. or higher.
[0044]
As described above, in the present invention, the auxiliary fuel Qa needs to be combusted in the combustion chamber 5, and for that purpose, it is necessary that sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 when the auxiliary fuel Qa is burned. It is necessary to inject the auxiliary fuel Qa at a time when the injected auxiliary fuel Qa is satisfactorily combusted in the combustion chamber 5.
Therefore, in the present invention, the main fuel Qm is burned under excess air so that sufficient oxygen can remain in the combustion chamber 5 during the combustion of the auxiliary fuel Qa. Further, the injection timing at which the auxiliary fuel Qa injected in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2 is burned well in the combustion chamber 5 is approximately 50 after compression top dead center (ATDC) indicated by an arrow Z in FIG. Therefore, in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2, the auxiliary fuel Qa is injected after the compression top dead center (ATDC) in the expansion stroke of about 50 ° to about 90 °. . The secondary fuel Qa injected in the expansion stroke from approximately 50 ° to approximately 90 ° after the compression top dead center (ATDC) does not contribute to the generation of the engine output.
[0045]
By the way, according to an experiment by the present inventor, in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2, the unburned HC discharged into the atmosphere when the auxiliary fuel Qa is injected in the vicinity of 60 ° after compression top dead center (ATDC). The amount is the least. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 4B, the injection timing of the auxiliary fuel Qa is approximately 60 ° after compression top dead center (ATDC).
[0046]
The optimal injection timing of the auxiliary fuel Qa differs depending on the engine type. For example, in a diesel engine, the optimal injection timing of the auxiliary fuel Qa is in the expansion stroke or in the exhaust stroke. Therefore, in the present invention, the fuel injection of the auxiliary fuel Qa is performed during the expansion stroke or the exhaust stroke. On the other hand, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is affected by both the combustion heat of the main fuel Qm and the combustion heat of the auxiliary fuel Qa. That is, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 increases as the injection amount of the main fuel Qm increases, and increases as the injection amount of the auxiliary fuel Qa increases. Furthermore, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is affected by the back pressure. That is, as the back pressure increases, the amount of burned gas remaining in the combustion chamber 5 increases because the burned gas is less likely to flow out of the combustion chamber 5, and thus the exhaust control valve 24 is almost fully closed. The burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is raised.
[0047]
By the way, when the exhaust control valve 24 is almost closed, and the back pressure becomes high, the generated torque of the engine decreases with respect to the optimum required generated torque. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed as shown in FIG. 4 (B), the exhaust control is performed under the same engine operating state as shown in FIG. 4 (A). The injection amount of the main fuel Qm is increased as compared with the case where the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state so as to approach the required generation torque of the engine when the valve 24 is fully opened. . In the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the engine generated when the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state at that time. The main fuel Qm is increased so as to match the required generated torque.
[0048]
FIG. 6 shows a change in the main fuel Qm necessary for obtaining the required torque of the engine with respect to the required load L. In FIG. 6, a solid line indicates a case where the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and a broken line indicates a case where the exhaust control valve 24 is fully opened.
On the other hand, FIG. 7 shows the relationship between the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa required to bring the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 from about 750 ° C. to about 800 ° C. when the exhaust control valve 24 is almost fully closed. ing. As described above, even if the main fuel Qm is increased, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is increased, and even if the sub fuel Qa is increased, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is increased. Accordingly, the relationship between the main fuel Qm and the sub fuel Qa required to change the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 from about 750 ° C. to about 800 ° C. is shown in FIG. Qa decreases, and if the main fuel Qm is decreased, the auxiliary fuel Qa increases.
[0049]
However, when the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa are increased by the same amount, the temperature increase in the combustion chamber 5 is much larger when the auxiliary fuel Qa is increased than when the main fuel Qm is increased. . Therefore, it can be said that it is preferable to raise the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 by increasing the auxiliary fuel Qa from the viewpoint of reducing the fuel consumption.
[0050]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the main fuel Qm is increased by an amount necessary to increase the generated torque of the engine to the required generated torque, and mainly the combustion heat of the auxiliary fuel Qa. Thus, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is raised.
In this way, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed and the amount of the auxiliary fuel Qa required to bring the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 to about 750 ° C. or higher, preferably about 800 ° C. or higher, is injected from the exhaust port 11. In the exhaust passage leading to the exhaust control valve 24, the concentration of unburned HC can be greatly reduced. At this time, in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24, as shown in FIG. p. In order to reduce the pressure to about m 2, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 needs to be about 80 KPa or more with gauge pressure. At this time, the closing ratio of the exhaust passage sectional area by the exhaust control valve 24 is approximately 95% or more. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the amount of unburned gas discharged into the atmosphere is to be greatly reduced, the exhaust control valve 24 is almost fully closed so that the back pressure becomes approximately 80 KPa.
[0051]
A large amount of unburned HC is generated in the internal combustion engine when the temperature in the combustion chamber 5 is low. When the temperature in the combustion chamber 5 is low, it is during engine start-up and warm-up operation, and therefore a large amount of unburned HC is generated during engine start-up and warm-up operation. Thus, when the temperature in the combustion chamber 5 is low, even if the catalyst 22 having an oxidizing function is arranged in the exhaust passage, the catalyst temperature is low and the catalyst 22 is not activated. It is difficult to oxidize the fuel HC by the catalyst 22.
[0052]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the engine is started and warmed up, the exhaust control valve 24 is almost fully closed until the catalyst 22 is activated, the main fuel Qm is increased, and the auxiliary fuel Qa is additionally injected, whereby the atmosphere The amount of unburned HC discharged inside is greatly reduced.
FIG. 8 shows an example of changes in the main fuel Qm and the opening degree of the exhaust control valve 24 at the time of engine start and warm-up operation. In FIG. 8, the solid line X indicates the optimum injection amount of the main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is substantially fully closed, and the broken line Y indicates the optimum main fuel when the exhaust control valve 24 is fully opened. The injection quantity of Qm is shown. As can be seen from FIG. 8, when the engine is started and warmed up, the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the optimal main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state. The injection amount X of the main fuel Qm is increased from the injection amount Y, and the auxiliary fuel Qa is additionally injected.
[0053]
FIG. 9 shows an operation control routine.
Referring to FIG. 9, first, at step 100, it is judged if a warm-up completion flag indicating that the catalyst 22 has been activated is set. When the warm-up completion flag is not set, that is, when the catalyst 22 is not activated, the routine proceeds to step 101 where the exhaust control valve 24 is almost fully closed. At this time, the opening degree of the exhaust control valve 24 is feedback controlled based on the output signal of the pressure sensor 33 so that the back pressure becomes 80 KPa. Next, at step 102, the injection amount of the main fuel Qm is controlled to become X shown in FIG. Next, at step 103, injection control of the auxiliary fuel Qa is performed. Next, at step 104, it is determined based on the output signal of the temperature sensor 34 whether or not the temperature Tc of the catalyst 22 has exceeded the activation temperature To, for example, 250 ° C., and when Tc> To, the routine proceeds to step 105 where warming A completion flag is set.
[0054]
When the warm-up completion flag is set, that is, when the catalyst 22 is activated, the routine proceeds from step 100 to step 106 where the exhaust control valve 24 is fully opened, and then the routine proceeds to step 107 where injection control of the main fuel Qm is performed. At this time, the auxiliary fuel Qa is not injected.
FIG. 10 shows another embodiment.
[0055]
In this embodiment, an open / close valve 60 controlled by an actuator 61 is disposed in each communication pipe 20. The on-off valve 60 is fully opened when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and is fully closed when the exhaust control valve 24 is fully opened. Therefore, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the exhaust pulsation is weakened, so that the oxidation action of unburned HC is promoted. Gas is exhausted rapidly.
[0056]
Next, a case where another catalyst 62 is arranged upstream of the catalyst 22 will be described.
That is, in the example shown in FIG. 11, the catalyst 62 is disposed in each exhaust manifold branch pipe 19a.
On the other hand, in the example shown in FIG. 12 (A), the ignition order is 1-3-4-2, and as shown in FIG. 12 (A), every other cylinder # 1, # 4 has the ignition order. The exhaust ports 11 are connected to a common first exhaust manifold 63, and the exhaust ports 11 of the remaining cylinders # 2 and # 3 in which every other ignition order is connected are connected to a common second exhaust manifold 64. The collecting portion of the first exhaust manifold 63 is connected to the first catalytic converter 65 containing the catalyst 62, and the collecting portion of the second exhaust manifold 64 is connected to the second catalytic converter 66 containing the catalyst 62. . The first catalytic converter 65 and the second catalytic converter 66 are connected to the exhaust pipe 21 via a common exhaust pipe 67.
[0057]
In the example shown in FIG. 12B, a catalytic converter 68 containing a catalyst 62 is connected to the outlet of the common exhaust manifold 19 for all cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. Connected to the exhaust pipe 21.
In these examples, an oxidation catalyst or a three-way catalyst is used as the catalyst 62, and an oxidation catalyst, a three-way catalyst or NO is used as the catalyst 22.xAbsorbent is used. NOxThe absorbent is NO when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean.xWhen the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich, NO is absorbed.xIt has a function of releasing.
[0058]
This NOxThe absorbent is, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y, etc. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt are supported.
[0059]
When the catalyst 62 is arranged upstream of the catalyst 22 in this way, the oxidation reaction of unburned HC is further performed by the catalyst 62 until the catalyst 22 is activated, that is, while the exhaust control valve 24 is almost fully closed. When the catalyst 22 is activated and the exhaust control valve 24 is fully opened, most of the unburned HC is sent to the catalyst 22 without being oxidized by the catalyst 62, and the unburned HC is oxidized in the catalyst 22. The action enables the catalyst 22 to be maintained in an activated state. Next, this will be described with reference to FIGS.
[0060]
FIG. 13 shows the catalytic reaction activation state of the catalyst 22 shown in FIG. 11 and FIGS. 12 (A) and 12 (B). In FIG. 13, the vertical axis Tc indicates the temperature of the catalyst 22, and the horizontal axis SV indicates the space velocity (= the exhaust gas volume flow rate per unit time / the catalyst volume). Further, To represents the activation temperature of the catalyst 22, and the curve K represents the catalytic reaction activation limit at which the catalytic reaction of the catalyst 22 is activated. That is, the region I above the catalytic reaction activation limit K indicates the catalytic reaction activation region where the catalytic reaction is activated, and the region II below the catalytic reaction activation limit K does not perform the catalytic reaction. The catalytic reaction inactive region is shown. R30, R50, and R90 indicate cases where the purification rate of the reducing component in the exhaust gas by the catalyst 22 is 30%, 50%, and 90%, respectively.
[0061]
The increase in the space velocity SV means that the flow velocity of the exhaust gas flowing in the catalyst 22 is increased. Therefore, the contact time of the exhaust gas with respect to the catalyst 22 is shortened as the space velocity SV is increased. On the other hand, the catalyst 22 is activated when it reaches the activation temperature To regardless of the space velocity SV. However, even if the catalyst 22 reaches the activation temperature To, if the space velocity SV increases, the contact time of the exhaust gas with respect to the catalyst 22 becomes short, so that the catalytic reaction is not performed. In this case, when the temperature Tc of the catalyst 22 is increased, the catalytic reaction is performed. Therefore, the catalytic reaction activation limit K is as shown in FIG.
[0062]
On the other hand, the higher the temperature Tc of the catalyst 22 with respect to the catalyst reaction activation temperature limit K, the more active the catalytic reaction. Therefore, the higher the temperature Tc of the catalyst 22, the higher the purification rate of reducing components in the exhaust gas. Become. Accordingly, the purification rates R30, R50, R90 of the reducing components in the exhaust gas are as shown in FIG.
As can be seen from FIG. 13, in order to keep the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I even in the operating state where the exhaust gas temperature is low, that is, when the temperature Tc of the catalyst 22 is low. The space velocity SV of the exhaust gas flowing inside must be reduced, and for this purpose the catalyst 22 must be enlarged. However, if the catalyst 22 is enlarged, it becomes difficult to dispose the catalyst 22 in the engine room, and thus the catalyst 22 must be disposed under the floor of the vehicle main body away from the engine. However, if the catalyst 22 is arranged at a position away from the engine, the temperature of the exhaust gas flowing through the catalyst 22 is lowered, and as a result, it becomes difficult to maintain the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I.
[0063]
In this case, in order to maintain the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I, it is necessary to increase the temperature Tc of the catalyst 22, and the most appropriate method for that purpose is to oxidize the reducing component in the exhaust gas in the catalyst 22. In this method, the catalyst 22 is kept at a high temperature by the heat of oxidation reaction generated at that time.
On the other hand, for a while after the engine is started, the temperature Tc of the catalyst 22 is quite low, and at this time, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas at the catalyst 22 cannot be expected. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 11 and FIGS. 12A and 12B, a catalyst 62 is disposed near the engine, and for a while after the engine is started, the unburned HC and CO are kept in the catalyst 62 for a while. Such reducing components in the exhaust gas are oxidized.
[0064]
However, if the catalyst 62 continues to oxidize the reducing component in the exhaust gas during the operation of the engine, the amount of the reducing component in the exhaust gas flowing into the catalyst 22 decreases, and as a result, sufficient oxidation reaction heat is generated in the catalyst 22. Therefore, it is difficult to keep the catalyst 22 in the catalytic reaction activation region I. That is, when the catalyst 22 requires a large amount of reducing component, it is necessary to suppress the oxidizing action of the reducing component in the catalyst 62.
[0065]
Further, as described above, the catalyst 22 is NO.xNO when absorbent is usedxNO from absorbentxWhen the air is to be released, the air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is made rich, and a large amount of unburned HC and CO, that is, a large amount of reducing components are discharged from the combustion chamber 5. In this case, if this large amount of reducing component is oxidized by the catalyst 62, NOxNO from absorbentxCan no longer be released. That is, also in this case, when the catalyst 22 requires a large amount of reducing component, it is necessary to suppress the oxidizing action of the reducing component in the catalyst 62.
[0066]
Therefore, in this embodiment, when the reducing component in the exhaust gas should be mainly oxidized by the catalyst 62, the oxidation ratio of the reducing component in the exhaust gas in the catalyst 62 is increased, and the reducing component in the exhaust gas is mainly converted by the catalyst 22. When it should be oxidized, the oxidation ratio of the reducing component in the exhaust gas in the catalyst 62 is reduced.
That is, in FIG. 14, (1) shows the change in the exhaust gas flow velocity near the outlet of the exhaust port 11 during engine low load operation, and (2) shows the vicinity of the outlet of the exhaust port 11 during engine high load operation. The change in the flow rate of the exhaust gas is shown. In FIG. 14, (3) shows the change in the exhaust gas flow rate in the catalyst 22 during engine low load operation, and (4) the exhaust gas flow rate in the catalyst 22 during engine high load operation. Shows changes.
[0067]
When the exhaust valve 10 is opened, exhaust gas is expelled from the combustion chamber 5 into the exhaust port 11 at a stroke. Therefore, as shown in FIGS. 14 (1) and (2), the flow rate of the exhaust gas near the exhaust port 11 outlet is as follows. Each time the exhaust valve 10 is opened, it temporarily increases. In this case, since the pressure of the burned gas in the combustion chamber 5 increases as the engine load increases, the flow rate of the exhaust gas in the vicinity of the outlet of the exhaust port 11 is higher during the high load operation shown in FIG. It is much faster than during low-load operation shown in 1). On the other hand, the peak value of the exhaust gas gradually decreases while flowing in the exhaust passage, and the exhaust gases flowing out from the respective exhaust ports 11 merge with each other and flow into the catalyst 22, so that the flow velocity of the exhaust gas in the catalyst 22 is As shown in FIGS. 14 (3) and 14 (4).
[0068]
On the other hand, in FIGS. 14 (3) and 14 (4), K indicates the catalytic reaction activation limit shown in FIG. When the flow rate of the exhaust gas becomes higher than the catalytic reaction activation limit K, the catalytic reaction inactive region II shown in FIG. 14 (3) and 14 (4), the flow rate of the exhaust gas is always lower than the catalytic reaction activation limit K. Therefore, the reducing component in the exhaust gas is always oxidized. In the embodiment according to the present invention, when the warm-up is completed, the catalytic reaction activation limit K is normally at the position shown in FIGS. 14 (3) and 14 (4).
[0069]
On the other hand, if a catalyst having exactly the same size and structure as the catalyst 22 is used as the catalyst 62 and this catalyst 62 is disposed in each branch pipe 19a of the exhaust manifold 19 in the same manner as the example shown in FIG. FIG. 14 (1) and FIG. 14 (2) show the catalyst reaction activation limit K for each catalyst 62. That is, in this case, the catalyst 62 has a much higher temperature than the catalyst 22, so that the catalytic reaction activation limit K is greater in the case shown in FIG. 14 (1) than in the case shown in FIG. 14 (3). 14 and higher in the case shown in FIG. 14 (2) than in the case shown in FIG. 14 (4).
[0070]
In the embodiment according to the present invention, the catalyst reaction activation limit K is set as shown in FIGS. 14 (1) and (2) by making the volume of the catalyst 62 considerably smaller than the volume of the catalyst 22 as shown in FIG. Only ΔK and ΔK ′ are lowered. That is, when the volume of the catalyst 62 is reduced, the contact time of the exhaust gas with the catalyst 62 is shortened. When the contact time of the exhaust gas with respect to the catalyst 62 becomes short, the catalytic reaction in the catalyst 62 does not take place unless the flow rate of the exhaust gas becomes slow. Therefore, when the volume of the catalyst 62 is made small, the results shown in FIGS. As shown, the catalytic reaction activation limit K decreases.
[0071]
The solid lines shown in FIGS. 15 (1) and 15 (2) show enlarged views of FIGS. 14 (1) and 14 (2) when the volume of the catalyst 62 is considerably smaller than the volume of the catalyst 22, respectively. In this case, as described above, the catalytic reaction activation limit K decreases. 15 (1) and (2) also show a line where the purification rate of the reducing component in the exhaust gas is 50%.
[0072]
In FIGS. 15 (1) and 15 (2), when the flow rate of the exhaust gas exceeds the catalytic reaction activation limit K, the reducing component in the exhaust gas is not oxidized. Go through. On the other hand, when the exhaust gas flow rate becomes lower than the catalytic reaction activation limit K, the reducing component in the exhaust gas is oxidized. However, in this case, the oxidizing action of the reducing component in the exhaust gas is promoted as the flow rate of the exhaust gas is lowered. Therefore, the purification rate of the reducing component in the exhaust gas is increased as the flow rate of the exhaust gas is lowered.
[0073]
Thus, when the catalyst 62 having a considerably smaller volume than the catalyst 22 is arranged in each branch pipe 19a of the exhaust manifold 19 as shown in FIG. 11, a considerable amount of reducing components in the exhaust gas pass through the catalyst 62. Therefore, a considerable amount of the reducing component in the exhaust gas is sent into the catalyst 22. As can be seen by comparing FIGS. 15 (1) and 15 (2), the catalyst 62 in the engine high load operation shown in FIG. 15 (2) is compared to the engine 62 in the engine low load operation shown in FIG. 15 (1). The amount of the reducing component that passes through increases.
[0074]
On the other hand, in the embodiment according to the present invention, when the purification rate of the reducing component in the exhaust gas by the catalyst 62 should be increased, the exhaust control valve 24 is almost fully closed and the on-off valve 60 is fully opened. Specifically, in the embodiment according to the present invention, approximately 95% of the flow passage area of the exhaust pipe 23 is closed by the exhaust control valve 24 at this time. At this time, the pressure in the exhaust manifold 19 and the exhaust pipe 21, that is, the back pressure. Is approximately 80 KPa. That is, at this time, the back pressure is almost twice the atmospheric pressure.
[0075]
As described above, when the back pressure becomes almost twice the atmospheric pressure, the flow rate of the exhaust gas from the combustion chamber 5 into the exhaust port 11 decreases. Further, when the back pressure becomes almost twice the atmospheric pressure, the density of the exhaust gas increases, and therefore the flow rate of the exhaust gas flowing in the exhaust passage also decreases. Furthermore, since the on-off valve 60 is fully opened at this time, the exhaust pulsation is weakened, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust port 11 and the exhaust manifold branch pipe 19a is reduced. Accordingly, at this time, the flow rate of the exhaust gas passing through the catalyst 62 is always lower than the catalytic reaction activation limit K as shown by the broken line in FIG. As a result, at this time, most of the reducing component in the exhaust gas is oxidized in the catalyst 62, and a small amount of the reducing component passes through the catalyst 62 and flows into the catalyst 22.
[0076]
When the exhaust control valve 24 is fully opened and the on-off valve 60 is fully closed in this way, the flow rate of the exhaust gas is increased as shown by the solid line in FIG. 15A, and a considerable amount of reduction contained in the exhaust gas is obtained. When the components pass through the catalyst 62 and are fed into the catalyst 22, the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the on-off valve 60 is fully opened, it is contained in the exhaust gas as shown by the broken line in FIG. Most of the reducing component is oxidized in the catalyst 62.
[0077]
Incidentally, a low load operation is usually performed for a while after the engine is started, and at this time, the temperature of the catalyst 22 is low. Therefore, at this time, the oxidation action of the reducing component in the exhaust gas by the catalyst 22, that is, the purification action of unburned HC and CO can hardly be expected. Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the low load operation is performed between the start of the engine operation and the activation of the catalyst 22, the exhaust control valve 24 is almost fully closed and the on-off valve 60 is fully opened. It is done. At this time, the flow rate of the exhaust gas flowing in the catalyst 62 becomes slow as shown by the broken line in FIG. 15A, and thus a considerable amount of unburned HC and CO contained in the exhaust gas is purified in the catalyst 62. I'm damned.
[0078]
Next, when the catalyst 22 is activated, the exhaust control valve 24 is fully closed, and the on-off valve 60 is fully closed. At this time, as can be seen from the solid lines in FIGS. 15 (1) and (2), a considerable amount of unburned HC and CO contained in the exhaust gas passes through the catalyst 62 and flows into the catalyst 22. As a result, since a large amount of unburned HC and CO is oxidized in the catalyst 22, a large amount of heat of oxidation reaction is generated in the catalyst 22, and thus the catalyst 22 is maintained in the catalytic reaction activated state. A region M surrounded by a chain line in FIG. 13 indicates a range that the catalyst 22 can normally take in the embodiment according to the present invention, that is, a use region of the catalyst 22.
[0079]
【The invention's effect】
The amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a side sectional view of a combustion chamber.
FIG. 3 is a diagram showing an injection amount, an injection timing, and an air-fuel ratio.
FIG. 4 is a diagram showing injection timing.
FIG. 5 is a diagram showing the concentration of unburned HC.
FIG. 6 is a diagram showing an injection amount of main fuel.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an injection amount of main fuel and an injection amount of sub fuel.
FIG. 8 is a diagram showing an injection amount of main fuel and an opening degree of an exhaust control valve.
FIG. 9 is a flowchart for performing operation control.
FIG. 10 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 11 is an overall view of an internal combustion engine showing an example of the arrangement of a catalyst.
FIG. 12 is an overall view of an internal combustion engine showing another example of the arrangement of the catalyst.
FIG. 13 is a diagram showing a catalytic reaction activation region.
FIG. 14 is a graph showing changes in the flow rate of exhaust gas.
FIG. 15 is a graph showing changes in the flow rate of exhaust gas.
[Explanation of symbols]
19 ... Exhaust manifold
20 ... Communication pipe
22 ... Catalyst
24. Exhaust control valve

Claims (4)

排気マニホルドの各枝管を夫々対応する機関排気ポートの出口に接続し、排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に排気制御弁を配置し、大気中への未燃HCの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射し、機関排気ポートおよび排気マニホルド内において発生する排気脈動を低減するために排気マニホルドの隣接する各枝管を夫々連通管によって互いに連通させ、各連通管内に排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときに開弁し、排気制御弁が全開せしめられたときに閉弁する開閉弁を配置した内燃機関の排気浄化装置。Each branch pipe of the exhaust manifold is connected to the outlet of the corresponding engine exhaust port, and an exhaust control valve is placed in the exhaust passage connected to the outlet of the exhaust manifold, reducing the amount of unburned HC emissions into the atmosphere When it is determined that it should be, the exhaust control valve is almost fully closed, and the main fuel injected into the combustion chamber is burned under excess air to generate engine output, and the auxiliary fuel is added. In order to reduce exhaust pulsation generated in the engine exhaust port and the exhaust manifold at a predetermined time during an expansion stroke or an exhaust stroke in which the auxiliary fuel can be combusted, each adjacent to the exhaust manifold The branch pipes are communicated with each other through a communication pipe, and an open / close valve is provided in each communication pipe that opens when the exhaust control valve is almost fully closed and closes when the exhaust control valve is fully open. Exhaust purification system of an internal combustion engine. 排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 When the exhaust control valve is almost fully closed, the exhaust control valve is operated under the same engine operating condition so that it approaches the torque generated by the engine when the exhaust control valve is fully opened under the same engine operating condition. 2. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the injection amount of the main fuel is increased as compared with a case where the fuel is fully opened . 排気マニホルドの各枝管内に夫々触媒が配置されている請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst is disposed in each branch pipe of the exhaust manifold . 排気マニホルドの出口に接続された排気通路内に触媒が配置されている請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a catalyst is disposed in an exhaust passage connected to an outlet of the exhaust manifold .
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