JP3668984B2

JP3668984B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP3668984B2
Application number: JP19759594A
Authority: JP
Inventors: 衛馬渕; 裕司森; 誠斉藤; 貴彦山本; 政一田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-07-06
Also published as: JPH0842331A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は，自動車等の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
自動車の排気ガス浄化には，従来から貴金属（白金，ロジウム等）またはその他の金属を担持した触媒装置が使われている。この触媒装置は排気ガス中の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯ_X）を酸化，もしくは還元させることによって排気ガスを浄化する。
【０００３】
このうち，特に触媒によるＨＣの浄化は，排気ガス温度の影響が強く，一般に３５０〜４００℃以上の温度を必要とする。そのため，エンジン始動直後では，排気ガス温度が低く触媒が活性温度（３５０〜４００℃以上）に達しないため，触媒装置によるＨＣの浄化はほとんど行われない。
これに加えてエンジン冷間時にはＨＣの排出が非常に多いため，排気ガスの温度が低いときには，大量のＨＣが大気に放出されるという問題があった。
【０００４】
そこで，上記課題を解決するために，エンジンの排気系に，触媒装置の他に，エンジン冷間時に放出されたＨＣ（以後これをコールドＨＣと呼ぶ）を吸着するための吸着剤を収めたＨＣ吸着装置を配備したものが提案されている。
例えば，特開平３−１９４１１３号公報では，排ガスが流れる主流路とは別に，連通路を設け，その途中に吸着剤を配備する構成が示されている。
これによって，触媒装置が低温である時には，排ガスを上記連通路に流通させてコールドＨＣを吸着する。そして，排気ガスが高温になった場合には，吸着装置から脱離したＨＣを触媒装置の上流に還流して浄化している。
【０００５】
また，特開平４−３１１６１８号公報には，触媒装置の下流側の排気通路にバイパス通路を設け，このバイパス通路内に吸着装置を配置する構成が示されている。これによって，エンジン始動時には，吸着装置によってコールドＨＣを吸着し，エンジンの暖機後には，吸着装置から脱離したＨＣを触媒装置の上流へ還流し浄化している。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記排気浄化装置には次のような問題点がある。
それは，吸着装置に吸着した有害成分（ＨＣ等）を，外部に洩出することなく脱離し，吸着装置を良好な状態に復元するのに時間がかかることである。
有害成分を外部に排出することなく吸着装置から脱離するためには，触媒装置が完全に活性化した後にＨＣ等の有害成分を触媒装置の上流に還流することが好ましい。
【０００７】
なぜならば，触媒装置が完全に活性化していない段階で有害成分を還流すると，有害成分が触媒装置で完全に浄化されず外部に排出されるからである。
特に，エンジンの加速時など排気ガスが多いときや，理論空燃比からのずれを生じ易い減速時などにおいては，有害成分が浄化されずに外部に排出され易い。
【０００８】
しかしながら，触媒装置が完全に活性化してから吸着装置の脱離と還流を開始すれば，脱離完了までに時間がかかり，場合によっては吸着装置が不完全な脱離状態のままになる。
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みて，有害成分を外部に排出することなく短時間のうちに吸着装置の脱離を完了し，吸着装置を常に良好な状態に保持することのできる排気浄化装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題の解決手段】
本発明は，エンジンの排気通路に設けられた排気浄化装置であって，
該排気浄化装置は，上記排気通路の上流側に位置し排気ガスを浄化する触媒装置を備えた第１メイン流路と，該第１メイン流路の下流に位置し有害ガスを吸着する吸着装置を備えた吸着流路と，上記第１メイン流路の下流に位置し上記吸着流路に並列な流路を形成する第２メイン流路と，上記吸着流路及び第２メイン流路の下流に位置する排出流路と，上記吸着流路から分岐し上記触媒装置の上流側に至る流路を形成する還流流路と，上記吸着流路及び第２メイン流路を開閉する流路開閉手段と，上記還流流路において上記触媒装置の上流に向かう排気ガスの還流流量を調整する還流調整手段と，上記流路開閉手段及び還流調整手段を制御するコントローラとを有しており，
上記コントローラは，上記触媒装置が完全に活性化していない段階においては上記還流流路を間欠的に開閉することにより上記還流流量を制御し，一方上記触媒装置が完全に活性化した場合においては上記還流流路を開状態に保持して上記還流流量を制御することを特徴とする排気浄化装置にある。
【００１０】
本発明において最も注目すべきことは，還流流路に排気ガスの還流流量を調整する還流調整手段を設け，コントローラは触媒装置の活性化の程度に応じて還流流量が増加するよう還流調整手段を制御することである。
上記還流調整手段には，例えば，電磁弁などの開閉機構と一方向弁など方向性の弁とを組合せたものがある。
【００１１】
また，触媒装置の活性化の程度は，例えば触媒装置の温度を測定することにより，あるいはエンジン始動後の時間を計測することなどにより判断することができる。
そして，触媒装置が完全に活性化していない段階における還流流量は，例えば，還流流路を間欠的に開閉するなどの方法により制御することができる（オンオフ制御）。
そして還流流路を間欠的に開閉する還流調整手段は，上記のような開閉機構付き一方向弁などにより安価に構成することができる。
【００１２】
なお，触媒装置が完全に活性化していない段階では，上記還流流量は，触媒装置の活性化の程度によって変化させるほか，エンジンの運転状態によっても変化させることが好ましい。
例えば，エンジンの加速時又は減速時には還流流量を減少（場合によっては停止）することが好ましい。
前記のように，エンジンの加速時には排気ガスの流量が増大し，また減速時には排気ガスの流量が減少し，これによって有害成分の排出量が増大し易く，従って触媒装置の浄化余力が少なくなる可能性が強いからである。
【００１３】
同様の理由により，エンジンの排気ガスの流量に応じて，上記還流流量を変化させることが好ましい。
そして，上記排気ガスの流量は，エンジンの吸気流量を測定する流量計によって直ちに測定することができ，また，上記流量計がない場合でもエンジンの回転数とスロットル開度とから算出することができ，また吸気管の負圧状態等から判断することができる。
【００１４】
即ち，エンジンの吸気流量の測定手段を有する場合には，触媒装置が完全に活性化していない段階では，上記吸気流量が上限設定値以上である場合又は下限設定値以下である場合に還流流量をより減少（場合によっては停止）させるよう還流調整手段を制御することが好ましい。
【００１５】
また，触媒装置が完全に活性化していない段階では，エンジンの回転数及びスロットル開度から排気ガス流量を算出し，この値が上限設定値以上又は下限設定値以下である場合に，還流流量をより減少（場合によっては停止）させるよう還流調整手段を制御することが好ましい。
【００１６】
同様に，触媒装置が完全に活性化していない段階では，エンジンの吸気管における負圧状態が上限設定値以上（圧力高）又は下限設定値以下（圧力低）である場合に，還流流量をより減少（場合によっては停止）させるよう還流調整手段を制御することが好ましい。
【００１７】
【作用及び効果】
本発明にかかる排気浄化装置においては，触媒装置が完全に活性化するのを待って吸着装置の脱離成分（有害成分）を還流するのでなく，触媒装置が活性化し始めて浄化が可能であれば吸着成分の還流を開始する。
従って，吸着装置の脱離完了までの時間を短縮することができる。そのため，吸着装置を常に良好な状態に保持することができる。
【００１８】
そして，吸着装置からの還流流量は触媒装置の活性化の程度，即ち浄化能力に応じて増減（場合によっては停止）するから，触媒装置の浄化能力を越えて有害物質が還流され外部に排出されるといった不具合は生じない。
上記のように，本発明によれば有害成分を外部に排出することなく短時間のうちに吸着装置の脱離を完了し，吸着装置を常に良好な状態に保持することのできる排気浄化装置を提供することができる。
【００１９】
【実施例】
実施例１
本発明の実施例にかかる排気浄化装置につき，図１，図２を用いて説明する。
本例は，図１に示すように，エンジン５１の排気通路に設けられた排気浄化装置１であり，上流側に位置し排気ガスを浄化する触媒装置１１を備えた第１メイン流路３１と，第１メイン流路３１の下流に位置し有害ガスを吸着する吸着装置１２を備えた吸着流路３３と，第１メイン流路３１の下流に位置し吸着流路３３に並列な流路を形成する第２メイン流路３２と，吸着流路３３及び第２メイン流路３２の下流に位置する排出流路３４と，吸着流路３３から分岐し触媒装置１１の上流側に至る流路を形成する還流流路３５と，吸着流路３３及び第２メイン流路３２を開閉する流路開閉手段１３と，還流流路３５において触媒装置１１の上流に向かう排気ガスの還流流量Ｑ_rを調整する還流調整手段１５と，流路開閉手段１３及び還流調整手段１５を制御するコントローラ４０とを有する。
【００２０】
コントローラ４０は，触媒装置１１が完全に活性化していない段階においては，還流流路３５を間欠的に開閉することにより還流流量Ｑ_rを制御し，触媒装置１１が完全に活性化した場合においては，還流流路３５を開状態に保持して還流流量Ｑ_rを制御する。
【００２１】
また，コントローラ４０は，触媒装置１１が完全に活性化していない段階においては，エンジンの吸気流量Ｑ_eが上限設定値Ｑｍａｘ以上である場合又は下限設定値Ｑｍｉｎ以下である場合に，上記還流流量Ｑ_rをより減少させるよう還流調整手段１５を制御する。
【００２２】
それぞれについて説明を補足する。
エンジン５１の排気側には，触媒装置１１を配設した第１メイン流路３１があり，第１メイン流路の下流には第２メイン流路３２と吸着流路３３とを並列に形成した大径部３０がある。
そして，大径部３０の下流の排出流路３４は，図示しないマフラに連結されている。
【００２３】
吸着装置１２には，吸着剤１２１が収容されている。吸着剤１２１は，疎水性ゼオライトを担持したハニカム形状のものが好ましい。
また大径部３０には，排気ガスの流れを，吸着流路３３と第２メイン流路３２とに切り替えるための流路開閉手段１３としての切替弁１３０とアクチュエータ１３１が配備されている。
【００２４】
そして，吸着流路３３には，脱離したＨＣを触媒装置１１の上流側へ還流する還流流路３５が連結されている。還流流路３５には，排気脈動を利用して排気ガスを還流する還流調整手段１５が設けられており，還流調整手段１５は開閉機構付きの一方向弁１５０である。
また，コントローラ４０は切替弁１３０を駆動するアクチュエータ１３１と上記一方向弁１５０を操作する。
またエンジン５１の上流には吸入空気量を計測する流量計４２が配設されている。
図１において，符号５２はスロットルバルブである。
【００２５】
次に本例の排気浄化装置１の動作を図１，図２に従って説明する。
エンジン５１の始動時には，コントローラ４０は，アクチュエータ１３１に閉信号を送り，これによって切替弁１３０を破線の位置（吸着ポジション）にし，排気ガスが吸着装置１２を流れるようにする（図２ステップ６０１）。
【００２６】
そして，吸着剤１２１はコールドＨＣを吸着し，テールパイプからＨＣが大量に排出されることを防止する。
そして，次のステップ６０２において吸着段階が終了した場合には，ステップ６０３においてコントローラ４０はアクチュエータ１３１に開信号を送り，切替弁１３０を実線の位置（脱離ポジション）とし，排気ガスが第２メイン流路３２を流れるようにする。
【００２７】
このとき既に吸着段階が終了しており，触媒装置１１は浄化可能となっているため，エンジン５１から排出した排気ガスは，触媒装置１１によって浄化される。
なお，ステップ６０２における吸着段階の終了の判定は，吸着装置１２による吸着継続時間が所定値（吸着可能時間）を越えたこと，又は排気ガスの温度が吸着装置１２が有害成分の吸着可能な温度Ｔ₀を越えたことにより判断することができる。
そして，上記の吸着可能な上限温度Ｔ₀は，触媒装置１１が活性化を開始する温度よりも大きな値である。
【００２８】
ステップ６０３において切替弁１３０が脱離ポジションとなった後は，触媒装置１１で浄化された排気ガスは，第２メイン流路３２から排出流路３４を通りマフラへと流れ大気に放出される。
そして第２メイン流路３２を流れる排気ガスの熱により，吸着したＨＣは吸着装置１２から脱離する。この脱離したＨＣは，一方向弁１５０の作用によって還流流路３５を通り触媒装置１１の上流へ還流され，触媒装置１１によって浄化される。
【００２９】
ところが，吸着段階終了直後は触媒装置１１の前端面のみが活性しているため，排気ガスの流量が多いときには，いわゆる吹き抜け現象が起こり，触媒装置１１が排気ガスを浄化しきれないことがある。
そして排気ガスの流量が多いということは，吸気流量Ｑ_eが多いことである。
【００３０】
そのため，コントローラ４０は流量計４２によって吸気流量Ｑ_eを計測し，ステップ６０４の上段に示すように，吸気流量Ｑ_eが所定値Ｑｍａｘ以上である時には，一方向弁１５０を閉じ，排気ガスの還流を停止する（ステップ６０５）。
一方，エンジンの減速時には，エンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）が所定値からずれやすく，触媒の浄化率が悪化し易い。
このエンジンの減速状態を，ステップ６０４の下段に示すように，吸気流量が所定値Ｑｍｉｎ以下であることにより判断し，是（ＹＥＳ）であるときには一方向弁１５０を閉じ，排気ガスの還流を停止する（ステップ６０５）。
【００３１】
上記以外の時，即ちステップ６０５の結果が否（ＮＯ）であるときには，一方向弁１５０を開き，脱離したＨＣを触媒装置１１の上流に還流し，排気ガスを浄化する（ステップ６０６）。
その後，ステップ６０７において，ラジエータの水温，エンジンの作動時間，又は排気ガス温度センサの出力等により，触媒装置１１全体が活性状態であると判断した場合には，エンジン５１の負荷状態にかかわらず，一方向弁１５０を常時開いて還流を行う（ステップ６０８）。
【００３２】
なぜならば，触媒装置１１が完全活性化した段階では，触媒装置１１は，大流量の排気ガスが流入しても排気ガスをスムースに浄化することができるからである。
その後，ステップ６０９において，実質的な脱離時間（還流停止時間を除いたもの）が，吸着装置１２の脱離に必要な時間を過ぎたと判定した場合には，ステップ６１０に進み，一方向弁１５０を閉じて還流を終了させる。
【００３３】
次に，本例の排気浄化装置１の効果について述べる。
本例の排気浄化装置１においては，触媒装置１１が完全に活性化していなくても有害成分の浄化が可能（部分活性化）であれば，吸着装置１２から排気ガスの還流を開始する。
従って，吸着装置１２の脱離完了までの時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
そして，触媒装置１１の活性化の程度とエンジンの吸気流量の状態とを勘案して，排気ガスの還流を適宜停止するから，触媒装置１１において浄化不良は発生せず，従って有害成分が外部に排出されることがない。
上記のように，本例によれば，有害成分を外部に排出することなく短時間のうちに吸着装置の脱離を完了し，吸着装置を常に良好な状態に保持することのできる排気浄化装置を提供することができる。
【００３５】
実施例２
本例は，図３，図４に示すように，実施例１において，排気ガスの流量を，吸気流量計ではなくスロットルポジションセンサ４３とエンジン５１の回転数センサ４４とにより算定するようにしたもう１つの実施例である。
即ち，図３に示すように，エンジン５１の上流にはスロットルバルブ５２の開度を検出するスロットルポジションセンサ４３が設けられ，またエンジン５１には回転数センサ４４が設けられており，それぞれの出力はコントローラ４０に入力されている。
【００３６】
そして，図４のステップ６２１に示すように，両センサ４３，４４の出力から排気ガス流量を算出する。
次いでステップ６２２において，上記排気ガス流量が上限値Ｑｍａｘ以上である場合及び下限値Ｑｍｉｎ以下である場合に，ステップ６０５に進んで一方向弁１５０を閉じ，それ以外の場合はステップ６０６に進み一方向弁１５０を開く。
その他については，実施例１と同様である。
【００３７】
実施例３
本例は，図５，図６に示すように，実施例１において，排気ガスの流量を，吸気管の負圧状態から算定するようにしたもう１つの実施例である。
即ち，図５に示すように，エンジン５１の上流側には，圧力センサ４５が取付けられており，その出力はコントローラ４０に入力されている。
【００３８】
そして，図６のステップ６３０に示すように，吸気管負圧が上限値Ｐｍａｘ以上である場合又は下限値Ｐｍｉｎ以下である場合には，ステップ６０５に進み一方向弁１５０を閉じ，そうでない場合はステップ６０６に進み，一方向弁１５０を開く。
その他については，実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の排気浄化装置のシステム構成図。
【図２】実施例１の排気浄化装置の制御フロー図。
【図３】実施例２の排気浄化装置のシステム構成図。
【図４】実施例２の排気浄化装置の制御フロー図。
【図５】実施例３の排気浄化装置のシステム構成図。
【図６】実施例３の排気浄化装置の制御フロー図。
【符号の説明】
１．．．排気浄化装置，
１１．．．触媒装置，
１２．．．吸着装置，
１３．．．流路開閉手段，
１５．．．還流調整手段，
３２．．．第２メイン流路，
３３．．．吸着流路，
３５．．．還流流路，
４０．．．コントローラ，
５１．．．エンジン，

Claims

エンジンの排気通路に設けられた排気浄化装置であって，
該排気浄化装置は，上記排気通路の上流側に位置し排気ガスを浄化する触媒装置を備えた第１メイン流路と，該第１メイン流路の下流に位置し有害ガスを吸着する吸着装置を備えた吸着流路と，上記第１メイン流路の下流に位置し上記吸着流路に並列な流路を形成する第２メイン流路と，上記吸着流路及び第２メイン流路の下流に位置する排出流路と，上記吸着流路から分岐し上記触媒装置の上流側に至る流路を形成する還流流路と，上記吸着流路及び第２メイン流路を開閉する流路開閉手段と，上記還流流路において上記触媒装置の上流に向かう排気ガスの還流流量を調整する還流調整手段と，上記流路開閉手段及び還流調整手段を制御するコントローラとを有しており，
上記コントローラは，上記触媒装置が完全に活性化していない段階においては上記還流流路を間欠的に開閉することにより上記還流流量を制御し，一方上記触媒装置が完全に活性化した場合においては上記還流流路を開状態に保持して上記還流流量を制御することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１において，上記コントローラは，上記触媒装置が完全に活性化していない段階においては，エンジンの加速時又は減速時に上記還流流量をより減少させるよう上記還流調整手段を操作することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１において，上記コントローラは，上記触媒装置が完全に活性化していない段階においては，エンジンの吸気流量が上限設定値以上である場合又は下限設定値以下である場合に，上記還流流量をより減少させるよう上記還流調整手段を制御することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１において，上記コントローラは，上記触媒装置が完全に活性化していない段階においては，エンジンの回転数及びスロットル開度から排気ガスの流量を算出し，該排気ガス流量が上限設定値以上である場合又は下限設定値以下である場合に，上記還流流量をより減少させるよう上記還流調整手段を制御することを特徴とする排気浄化装置。
請求項１において，上記コントローラは，上記触媒装置が完全に活性化していない段階においては，上記エンジンの吸気管における負圧状態が上限設定値以上である場合又は下限設定値以下である場合に，上記還流流量をより減少させるよう上記還流調整手段を制御することを特徴とする排気浄化装置。