JP4158467B2

JP4158467B2 - Exhaust treatment device for internal combustion engine and method for treating evaporated fuel by the device

Info

Publication number: JP4158467B2
Application number: JP2002274786A
Authority: JP
Inventors: 貴宣植田; 俊明田中; 信也広田; 孝充浅沼; 哲也山下; 泰彰仲野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP2004108323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から捕集する排気処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の冷間始動時における排気浄化性能を向上させる装置として、内燃機関から排出されるＮＯｘをゼオライト触媒にて捕捉し、そのゼオライト触媒がＮＯｘを放出する際には、ゼオライト触媒を通過した排気ガスの全量を捕集容器に捕集し、その捕集した排気ガスはＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる捕集式の排気処理装置が提案されている（特許文献１又は２参照）。
【０００３】
また、内燃機関の燃料タンクで発生する蒸発燃料を処理する装置として、活性炭等の吸着材が充填されたキャニスタに蒸発燃料を導き、その吸着材に燃料を吸着させる蒸発燃料装置が知られている（例えば特許文献３参照）。キャニスタ内に吸着された燃料は、内燃機関の吸気通路に発生する負圧をキャニスタ内に作用させてキャニスタ内に外気を取り込むことによって吸着材から脱離する。その脱離した燃料はキャニスタ内に取り込まれた外気とともに吸気通路へ導入される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７０５３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４７２２７号公報
【特許文献３】
特開平４−３１１６６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の蒸発燃料処理装置においては、燃料タンク内において日常的に生じる比較的少量の蒸発燃料の処理を前提としてキャニスタの容量が定められている。従って、給油時のように一時的に大量の蒸発燃料が発生する場合にはキャニスタの処理能力が不足し、キャニスタからの蒸発燃料の漏れを防ぎきれないことがある。キャニスタの容量を拡大すれば処理能力は改善されるが、その場合には、キャニスタの設置スペースを確保する上で問題が生じる。また、燃料の吸着及び脱離を繰り返すと吸着材の性能が徐々に低下するおそれがある。
【０００６】
一方、上述した捕集式の排気処理装置では、触媒が所定の浄化性能を発揮し得ない間、継続して排気ガスの全量又は一部を捕集容器に捕集する必要がある。そのため、捕集容器に要求される容量はキャニスタのそれに比して遙かに大きい。しかし、捕集容器に捕集された排気ガスが吸気通路等に還流された後は、次に排気ガスの捕集が必要となるまで捕集容器は実質的に利用されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、排気ガスの捕集容器を活用して蒸発燃料の処理能力を向上させることができる排気処理装置、及びその排気処理装置を利用した蒸発燃料の処理方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の排気処理装置は、内燃機関の排気通路に接続された捕集容器に前記排気通路から排気ガスを捕集可能とした排気処理装置であって、前記捕集容器が蒸発燃料通路を介して前記内燃機関の燃料タンクと接続され、前記蒸発燃料通路には、当該蒸発燃料通路を開閉する燃料導入制御用の弁手段が設けられることにより、上述した課題を解決する。
【０００９】
この発明の排気処理装置によれば、燃料導入制御用の弁手段を開くことにより、燃料タンクで発生した蒸発燃料を捕集容器内に導入することができる。燃料タンクにおける蒸発燃料の発生量からみて捕集容器は十分に大きいため、大量の蒸発燃料が発生する状況でも蒸発燃料を十分な余裕を持って捕集容器内に捕集することができる。特に、捕集容器から排気ガスが排出されて捕集容器内の圧力が大気圧レベル又はそれ以下に低下している場合には、燃料タンクと捕集容器との圧力差を利用して燃料タンクから捕集容器へ蒸発燃料を容易に移動させることができる。捕集容器内に排気ガスが蓄えられて捕集容器内の圧力が燃料タンク内の圧力よりも高いときには燃料導入用の弁手段を閉じることにより、捕集容器から燃料タンクへの排気ガスの流出を防ぐことができる。
【００１０】
また、この排気処理装置によれば、燃料導入制御用の弁手段は、捕集容器に捕集された排気ガスが排気ガス還流通路を介して排出されることにより燃料タンク内の圧力が前記捕集容器内の圧力又はそれよりも高い閾値を超えていることを必要条件として蒸発燃料通路を開くように動作するため、捕集容器内に排気ガスが蓄えられて捕集容器内の圧力が燃料タンク内の圧力よりも高いときには蒸発燃料通路を閉じるように、蒸発燃料通路の弁手段を動作させることができる。
【００１１】
本発明の排気処理装置において、前記排気ガス還流通路は、前記捕集容器と前記内燃機関の吸気通路とを接続してもよい（請求項２）。この場合には捕集容器に捕集された排気ガス又は蒸発燃料を吸気通路に導入することができる。なお、吸気通路に導入された排気ガスは内燃機関に吸入される空気中の酸素量を減少させるように作用し、吸気通路に導入された蒸発燃料は内燃機関の燃焼室に導入されて燃やされる。
【００１２】
また、本発明の排気処理装置において、前記排気ガス還流通路は、前記捕集容器と前記排気通路に設けられた排気浄化用の触媒よりも上流側の位置とを接続してもよい（請求項３）。この場合には、捕集容器の排気ガスや蒸発燃料が触媒によって浄化される。
【００１３】
本発明の排気処理装置においては、前記排気ガス還流通路を開閉する還流制御用の弁手段を備えてもよい（請求項４）。これにより、捕集容器から吸気通路又は排気通路への排気ガスや燃料の導入状態を制御することができる。
【００１４】
本発明の排気処理装置においては、前記燃料タンクには前記蒸発燃料に対する吸着材を内蔵したキャニスタが設けられ、前記捕集容器は、前記蒸発燃料を保持する手段として、前記キャニスタと併用されてもよい（請求項５）。この場合、捕集容器に排気ガスを捕集している間はキャニスタにて蒸発燃料を吸着し、捕集容器が排気ガスの捕集に使用されていないとき、あるいはキャニスタの処理能力が不足するときに捕集容器にて蒸発燃料を捕集するといった使い分けが可能となる。
【００１５】
また、本発明の蒸発燃料処理方法は、内燃機関の排気通路に接続された捕集容器と、前記捕集容器と前記内燃機関の吸気通路又は前記排気通路とを接続する排気ガス還流通路とを備え、前記捕集容器に前記排気通路から排気ガスを捕集し、捕集した排気ガスを前記排気ガス還流通路を介して前記吸気通路又は前記排気通路へ還流可能とした内燃機関の排気処理装置を利用して、燃料タンクにて発生した蒸発燃料を処理する方法であって、前記捕集容器に捕集された排気ガスが前記排気ガス還流通路を介して排出されることにより前記捕集容器内の圧力が前記燃料タンクの圧力よりも低下しているとき、前記燃料タンクから前記蒸発燃料を前記捕集容器に導入することにより、上述した課題を解決する（請求項６）。この処理方法によれば、燃料タンクにおける蒸発燃料の発生量からみて十分に大きい捕集容器を利用して、蒸発燃料を漏れなく捕集することができる。
【００１６】
本発明の蒸発燃料処理方法においては、前記吸気通路にて発生する負圧を前記捕集容器に作用させ、その負圧を利用して前記燃料タンクから前記捕集容器に前記蒸発燃料を導入してもよい（請求項７）。この場合には蒸発燃料を捕集容器へ効率よく導入することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排気処理装置及びこれが適用される内燃機関の概要を示している。内燃機関１は自動車の走行用動力源として使用される４サイクル火花点火式のガソリンエンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には、燃焼室２に空気を取り込むための吸気通路３と、吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ４と、燃焼室２からの排気を所定の排気位置まで導くための排気通路５と、これらの通路３，５を開閉するための吸気バルブ６及び排気バルブ７と、燃料タンク８に蓄えられたガソリン燃料を燃焼室２に直接噴射する燃料噴射弁９と、燃料混合気に着火する点火プラグ１０とが設けられている。
【００１８】
内燃機関１が搭載された車両には、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１が設けられる。ＥＣＵ１１は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を含んだ周知のコンピュータである。ＥＣＵ１１は、そのＲＯＭに記録された各種のプログラム及びデータに基づいて内燃機関１の各種の制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１１は、冷却水温を検出する水温センサ、スロットルバルブ４の開度を検出するスロットルセンサ（いずれも図示を省略した。）、吸気通路３のスロットルバルブ４よりも下流側の圧力に対応した信号を出力する吸気圧センサ１２、クランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ１３、空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ（Ｏ_２センサでもよい）１４等の出力に基づいて内燃機関１の運転状態や車両の走行状態を検出し、それらの検出結果に基づいて燃料噴射弁９の燃料噴射量を目標空燃比が得られるように制御する。このような空燃比制御を実行することにより、ＥＣＵ１１は空燃比制御装置として機能する。ＥＣＵ１１による空燃比制御は周知の内燃機関の空燃比制御装置と同様でよく、ここでは詳細を省略する。
【００１９】
排気通路５の排気ガスを浄化するため、排気通路５にはスタート触媒１５とＮＯｘ吸蔵還元触媒１６とが設けられている。スタート触媒１５は、内燃機関１の冷間始動時にＮＯｘ吸蔵還元触媒１６が活性化されるまでの有害物質の排出量を低減することを主たる目的として設けられたものである。スタート触媒１５は早期活性化のために内燃機関１の排気ポートになるべく近付けて配置され、かつその熱容量はＮＯｘ吸蔵還元触媒１６のそれよりも十分に小さく設定される。スタート触媒１５には三元触媒が使用される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６は、空燃比がリーン域に制御されているときは所定の吸蔵材にＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ域に制御された場合には吸蔵材からＮＯｘを放出させ、その放出されたＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯにて還元するとともに、ＨＣ、ＣＯを酸化させるものである。
【００２０】
また、内燃機関１には、排気通路５から吸気通路３に排気ガスを還流させる手段としてＥＧＲ装置１７が設けられている。ＥＧＲ装置１７は、排気通路５と吸気通路３とを接続するＥＧＲ通路１８と、そのＥＧＲ通路１８を開閉するＥＧＲ弁１９とを備えている。ＥＧＲ弁１９の動作はＥＣＵ１１にて制御される。その制御手順は周知のＥＧＲ装置と同様でよい。
【００２１】
触媒１５，１６が所定の浄化性能を発揮できない場合の大気中への排気ガスの放出を抑えるため、内燃機関１には捕集式の排気処理装置２０が設けられている。排気処理装置２０は、排気ガスを保持可能な捕集容器２１と、その捕集容器２１と排気通路５とを接続する排気ガス取り出し通路２２と、排気ガス取り出し通路２２と排気通路５との接続位置に設けられた捕集制御弁２３と、捕集容器２１と吸気通路３とを接続する排気ガス還流通路２４と、その排気ガス還流通路２４を開閉する還流制御弁２５とを備えている。
【００２２】
排気ガス取り出し通路２２はＮＯｘ吸蔵還元触媒１６よりも下流側において排気通路５から分岐する。捕集制御弁２３は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６を通過した排気ガスを矢印Ａで示すように捕集制御弁２３よりも排気通路５のさらに下流側に通過させる排気放出位置と、排気ガスを矢印Ｂで示したように排気ガス取り出し通路２２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。排気捕集位置において、捕集制御弁２３は排気ガスの全量を排気ガス取り出し通路２２に導いてもよいし、排気通路５の下流側への一部の排気ガスの通過を許容し、残りの排気ガスを排気ガス取り出し通路２２に導いてもよい。スタート触媒１５とＮＯｘ吸蔵還元触媒１６との間に捕集制御弁２３が設けられ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６を通過する前の排気ガスを捕集容器２１へ捕集するようにしてもよい。
【００２３】
捕集容器２１は単一の容器状に構成されている。捕集容器２１は、内燃機関１の冷間始動時において、触媒１６が所定の活性化温度に暖機されるまで捕集制御弁２３を排気捕集位置に保持した場合に排気ガス取り出し通路２２に導かれる排気ガスの総量を十分に保持できる容量を備えている。捕集容器２１は金属製の箱のように容量不変の剛体容器として構成されてもよいし、容量可変のバッグ状に構成されてもよい。捕集容器２１の入口には排気ガス取り出し通路２２から捕集容器２１への排気ガスの流入を許容し、捕集容器２１から排気ガス取り出し通路２２への排気ガスの逆流を阻止するリード弁２６が設けられている。捕集容器２１は、互いに仕切られた複数の収容部の集合体として設けられてもよい。また、捕集容器２１にはその内部の圧力に対応した信号を出力する圧力センサ２７が設けられている。圧力センサ２７の出力信号はＥＣＵ１１に入力される。
【００２４】
排気ガス還流通路２４はスロットルバルブ４よりも下流側の吸気通路３に接続されている。その接続位置は例えばサージタンク４ａ上に設定することができる。ＥＧＲ通路１８と同様にサージタンク４ａの直後に排気ガス還流通路２４を接続してもよい。なお、排気ガス取り出し通路２２及び排気ガス還流通路２４は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。排気ガス還流通路２４は、吸気通路３又は排気通路５に対して選択的に排気ガスを還流できるように設けられてもよい。
【００２５】
還流制御弁２５は、捕集容器２１から排気ガス還流通路２４を経由して吸気通路３に至る排気ガスの還流を制御するために設けられている。還流制御弁２５が開かれることにより、矢印Ｃで示すように捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが吸気通路３に還流される。還流制御弁２５には電磁弁が使用される。
【００２６】
捕集制御弁２３及び還流制御弁２５の動作はＥＣＵ１１によって制御される。制御弁２３，２５の制御により、排気通路５から排気ガスを捕集する工程と、捕集した排気ガスを吸気通路３に還流させる工程とが実現される。排気ガスを捕集する工程は、例えば内燃機関１の始動時でかつ触媒１６の温度が活性化温度域よりも低くて所定の浄化性能が発揮されない場合に実行される。その捕集工程では、還流制御弁２５が閉じられ、捕集制御弁２３が排気捕集位置に切り替えられる。これにより、触媒１６を通過した排気ガスが排気ガス取り出し通路２２を介して捕集容器２１内に捕集される。
【００２７】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６の温度が活性化温度域に達すると、捕集制御弁２３が排気放出位置に切り替えられて排気ガスの捕集が停止される。その後、触媒１６の温度が所定の活性化温度域に維持されている限り、捕集制御弁２３が排気放出位置に維持されて触媒１６を通過した排気ガスは大気中に放出される。
【００２８】
以上の他にも、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒１６が飽和して所定量以上のＮＯｘが触媒１６の下流側に放出されるとき等、触媒１６が所定の浄化性能を発揮できない場合には適宜捕集容器２１に排気ガスを捕集してよい。なお、スタート触媒１５が所定の活性化温度に維持されている限りにおいて、排気ガス中の有害物質の排出量を所定の許容範囲内に抑えられる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６の活性状態に拘わりなく、スタート触媒１５が活性化されているか否かに基づいて捕集制御弁２３を制御してもよい。
【００２９】
一方、捕集容器２１に保持された排気ガスを還流させる工程は、所定の還流条件が成立したときに実行される。その還流工程では、還流制御弁２５が開かれることにより、捕集容器２１から排気ガス還流通路２４を介して吸気通路３に排気ガスが戻される。還流条件としては、例えば触媒１５，１６が活性化していること、排気ガスを吸気通路３に戻しても運転状態が乱れない程に燃焼室２の温度が上昇していること等がその要件として挙げられる。
【００３０】
さらに、図１の排気処理装置２０において、捕集容器２１は燃料タンク８と蒸発燃料通路３０を介して接続されている。蒸発燃料通路３０の捕集容器２１側の端部には当該通路３０を開閉する燃料導入用の弁手段としてのリード弁３１が設けられている。リード弁３１は燃料タンク８内の圧力が、捕集容器２１内の圧力に所定の作動圧を加えた閾値よりも高いときに蒸発燃料通路３０を開き、燃料タンク８内の圧力が閾値以下のときに蒸発燃料通路３０を閉じるように作動する。このようなリード弁３１の動作により、燃料タンク８から捕集容器２１への蒸発燃料の導入を許容しつつ、捕集容器２１から燃料タンク８への排気ガスの流出を阻止することができる。
【００３１】
以上のように構成された排気処理装置２０によれば、捕集容器２１から吸気通路３に排気ガスが還流されて捕集容器２１内の圧力が大気圧程度に低下している状態において、燃料タンク８内で燃料が蒸発して燃料タンク８の圧力が大気圧よりも上昇すれば、リード弁３１が開いて燃料タンク８から捕集容器２１に蒸発燃料が導入される。これにより、捕集容器２１が蒸発燃料を保持する手段として機能する。さらに、蒸発燃料を捕集容器２１に導入する際には還流制御弁２５を開いておくことにより、吸気通路３の負圧を利用して蒸発燃料を効率よく捕集容器２１に導入することができる。捕集容器２１に保持された蒸発燃料は、還流制御弁２５が開いているときに排気ガス還流通路２４を介して吸気通路３に導入される。
【００３２】
このように、排気処理装置２０によれば燃料タンクで発生する蒸発燃料を捕集容器２１に捕集し、その後、吸気通路３へ導入することができる。従って、蒸発燃料の処理用として従来使用されていたキャニスタを省略することができる。但し、本発明の排気処理装置２０は、図２に示すように、キャニスタ３２と併設されてもよい。
【００３３】
図２の実施形態では、キャニスタ３２のパージポート、すなわち、キャニスタ３２から吸気通路３に蒸発燃料を取り出すために設けられているポートに蒸発燃料通路３０を接続することにより、キャニスタ３２から捕集容器２１への蒸発燃料を取り出せるようにしている。
【００３４】
図２の構成によれば、捕集容器２１に排気ガスが蓄えられてリード弁３１が閉じるほど捕集容器２１内の圧力が上昇しているときは、燃料タンク８にて発生した蒸発燃料がキャニスタ３２に保持される。捕集容器２１の圧力が大気圧レベルまで低下した状態では、キャニスタ３２に保持された蒸発燃料がさらに捕集容器２１へ導入される。従って、キャニスタ３２の処理能力が不足して蒸発燃料がキャニスタ３２から漏れ出しているときに捕集容器２１でその蒸発燃料を一時的に保持することができる。なお、キャニスタ３２のパージポートを吸気通路３と接続し、蒸発燃料通路３０を燃料タンク８と接続することにより、キャニスタ３２と、捕集容器２１とを、燃料タンク８と吸気通路３との間において並列に設けてもよい。
【００３５】
図３は蒸発燃料通路３０にポンプ３５を追加した実施形態を示している。この実施形態によれば、捕集容器２１内の圧力が排気ガスの捕集によって上昇しているときでもポンプ３５を作動させることにより、燃料タンク８の蒸発燃料を捕集容器２１内に送り込むことができる。なお、捕集容器２１の圧力が大気圧レベルまで低下しているとき、ポンプ３５を作動させなくても蒸発燃料を捕集容器２１へ導入可能とするため、蒸発燃料通路３０には、燃料タンク８から捕集容器２１へ向かう流れを許容し、逆方向への流れを阻止する逆止弁３６がポンプ３５を迂回するように設けられている。
【００３６】
図４は、捕集容器２１と排気通路５とを排気ガス還流通路２４を介して接続した実施形態を示している。排気ガス還流通路２４には還流制御弁２５が同様に設けられている。排気ガス還流通路２４と排気通路５との接続位置はスタート触媒１５よりも上流側に設定されている。但し、排気ガス還流通路２４は触媒１５，１６の間において排気通路５と接続されてもよい。
【００３７】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の技術思想と実質的に同一の範囲である限り種々の形態にて実施してよい。例えば、燃料導入制御用の弁手段として、リード弁３１に代えて電磁弁を設け、その動作をＥＣＵ１１等の制御装置によって制御してもよい。燃料導入制御用の弁手段は流量調整可能であってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排気処理装置及びその装置を利用した蒸発燃料処理方法によれば、燃料タンクで発生した蒸発燃料を、その蒸発燃料の発生量からみて十分な容量を有する捕集容器に捕集して保持することができる。従って、大量の蒸発燃料が発生する状況でも蒸発燃料を十分な余裕を持って処理することができるとともに、捕集容器を排気ガスの捕集以外の用途に活用して捕集式の排気処理装置の価値を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気処理装置の一実施形態を示す図。
【図２】排気処理装置をキャニスタと併用した実施形態を示す図。
【図３】ポンプを利用して蒸発燃料を捕集可能とした実施形態を示す図。
【図４】捕集容器と排気通路とを接続した実施形態を示す図。
【符号の説明】
１内燃機関
３吸気通路
５排気通路
８燃料タンク
１５スタート触媒
１６ＮＯｘ吸蔵還元触媒
１７ＥＧＲ装置
２０排気処理装置
２１捕集容器
２２排気ガス取り出し通路
２３捕集制御弁
２４排気ガス還流通路
２５還流制御弁（還流制御用の弁手段）
２６リード弁
３０蒸発燃料通路
３１リード弁（燃料導入制御用の弁手段）
３２キャニスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust treatment device that collects exhaust gas discharged from an internal combustion engine from an exhaust passage.
[0002]
[Prior art]
As an apparatus for improving exhaust gas purification performance at the time of cold start of an internal combustion engine, NOx discharged from the internal combustion engine is captured by a zeolite catalyst, and when the zeolite catalyst releases NOx, the exhaust gas that has passed through the zeolite catalyst A collection-type exhaust treatment device has been proposed in which the entire amount of gas is collected in a collection container, and the collected exhaust gas is recirculated to the intake passage as EGR gas (see Patent Document 1 or 2).
[0003]
Further, as an apparatus for processing evaporative fuel generated in a fuel tank of an internal combustion engine, an evaporative fuel apparatus that guides evaporative fuel to a canister filled with an adsorbent such as activated carbon and adsorbs the fuel to the adsorbent is known. (For example, refer to Patent Document 3). The fuel adsorbed in the canister is desorbed from the adsorbent by causing the negative pressure generated in the intake passage of the internal combustion engine to act in the canister and taking outside air into the canister. The desorbed fuel is introduced into the intake passage together with the outside air taken into the canister.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-70539 A [Patent Document 2]
JP 2002-147227 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-311661
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional evaporative fuel processing apparatus, the capacity of the canister is determined on the assumption that a relatively small amount of evaporative fuel that is routinely generated in the fuel tank is processed. Therefore, when a large amount of evaporated fuel is temporarily generated as in refueling, the canister has insufficient processing capacity, and it may not be possible to prevent the leakage of evaporated fuel from the canister. If the capacity of the canister is increased, the processing capacity is improved. In this case, however, a problem arises in securing the installation space for the canister. Further, if the adsorption and desorption of the fuel are repeated, the performance of the adsorbent may be gradually lowered.
[0006]
On the other hand, in the collection-type exhaust treatment apparatus described above, it is necessary to continuously collect the entire amount or a part of the exhaust gas in the collection container while the catalyst cannot exhibit the predetermined purification performance. Therefore, the capacity required for the collection container is much larger than that of the canister. However, after the exhaust gas collected in the collection container is recirculated to the intake passage or the like, the collection container is not substantially used until the next collection of exhaust gas is required.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an exhaust treatment apparatus that can improve the processing capacity of evaporated fuel by using an exhaust gas collection container, and an evaporative fuel processing method using the exhaust treatment apparatus. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust treatment device for an internal combustion engine according to the present invention is an exhaust treatment device capable of collecting exhaust gas from the exhaust passage in a collection vessel connected to the exhaust passage of the internal combustion engine, wherein the collection vessel is evaporated fuel. The fuel tank of the internal combustion engine is connected via a passage, and the evaporative fuel passage is provided with fuel introduction control valve means for opening and closing the evaporative fuel passage.
[0009]
According to the exhaust treatment apparatus of the present invention, the fuel vapor generated in the fuel tank can be introduced into the collection container by opening the valve means for fuel introduction control. Since the collection container is sufficiently large in view of the amount of evaporated fuel generated in the fuel tank, the evaporated fuel can be collected in the collection container with a sufficient margin even when a large amount of evaporated fuel is generated. In particular, when exhaust gas is discharged from the collection container and the pressure in the collection container is reduced to the atmospheric pressure level or lower, the fuel tank is utilized by utilizing the pressure difference between the fuel tank and the collection container. The evaporated fuel can be easily moved from the fuel to the collection container . By closing the valve means for introducing the fuel when the pressure of the exhaust gas is accumulated collection container is higher than the pressure in the fuel tank to the capturing current vessel, the outflow of exhaust gas from the collection vessel to the fuel tank Ru can be prevented.
[0010]
Further, according to the exhaust treatment device, the valve means fuel introduction control, the pressure in the fuel tank by the exhaust gases collected in the collection vessel is discharged via the exhaust gas recirculation passage to operate to open the evaporative fuel passage as a prerequisite that exceeds the higher threshold than the pressure or of the collecting container, the pressure in the collection vessel with the exhaust gas is stored in the capturing current vessel When the pressure in the fuel tank is higher, the evaporative fuel passage valve means can be operated to close the evaporative fuel passage.
[0011]
Te exhaust treatment device odor of the present invention, the exhaust gas recirculation passage may be connected to an intake passage of the collecting container and the internal combustion engine (claim 2). In this case, exhaust gas or evaporated fuel collected in the collection container can be introduced into the intake passage. The exhaust gas introduced into the intake passage acts to reduce the amount of oxygen in the air taken into the internal combustion engine, and the evaporated fuel introduced into the intake passage is introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine and burned. .
[0012]
Moreover, Te exhaust treatment device odor of the present invention, the exhaust gas recirculation passage, the collection container and may be connected to the position upstream of the catalyst for exhaust gas purification provided in the exhaust passage (according Item 3 ). In this case, exhaust gas and evaporated fuel in the collection container are purified by the catalyst.
[0013]
In the exhaust processing device of the present invention may be provided with valve means for recirculation control for opening and closing the exhaust gas recirculation passage (Claim 4). Thereby, it is possible to control the state of introduction of exhaust gas and fuel from the collection container to the intake passage or the exhaust passage.
[0014]
In the exhaust treatment apparatus of the present invention, the fuel tank is provided with a canister containing an adsorbent for the evaporated fuel, and the collection container may be used in combination with the canister as means for holding the evaporated fuel. (Claim 5 ). In this case, while collecting the exhaust gas in the collection container, the evaporated fuel is adsorbed by the canister, and the processing capacity of the canister is insufficient when the collection container is not used for collecting the exhaust gas. Sometimes it is possible to selectively use evaporative fuel in a collection container.
[0015]
The evaporative fuel processing method of the present invention includes a collection vessel connected to an exhaust passage of an internal combustion engine, and an exhaust gas recirculation passage connecting the collection vessel and the intake passage or the exhaust passage of the internal combustion engine. An exhaust gas processing apparatus for an internal combustion engine , wherein exhaust gas is collected from the exhaust passage in the collection container , and the collected exhaust gas can be recirculated to the intake passage or the exhaust passage through the exhaust gas recirculation passage And a method for treating evaporated fuel generated in a fuel tank, wherein the exhaust gas collected in the collection container is discharged through the exhaust gas recirculation passage, and the collection container When the internal pressure is lower than the pressure of the fuel tank, the above-mentioned problem is solved by introducing the evaporated fuel from the fuel tank into the collection container (Claim 6 ). According to this processing method, it is possible to collect the evaporated fuel without leakage using a sufficiently large collection container in view of the amount of evaporated fuel generated in the fuel tank.
[0016]
In the evaporative fuel processing method of the present invention, the negative pressure generated in the previous Ki吸 air passage to act on the collecting vessel, the evaporative fuel into the collecting vessel from the fuel tank by utilizing the negative pressure It may be introduced (claim 7 ). In this case, the evaporated fuel can be efficiently introduced into the collection container.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an outline of an exhaust treatment apparatus of the present invention and an internal combustion engine to which the exhaust treatment apparatus is applied. The internal combustion engine 1 is configured as a four-cycle spark ignition type gasoline engine used as a driving power source for automobiles. As is well known, the internal combustion engine 1 has an intake passage 3 for taking air into the combustion chamber 2, a throttle valve 4 for controlling the intake air amount, and exhaust from the combustion chamber 2 to a predetermined exhaust position. An exhaust passage 5 for guiding, an intake valve 6 and an exhaust valve 7 for opening and closing these passages 3, 5; a fuel injection valve 9 for directly injecting gasoline fuel stored in the fuel tank 8 into the combustion chamber 2; A spark plug 10 for igniting the fuel mixture is provided.
[0018]
An engine control unit (ECU) 11 is provided in a vehicle on which the internal combustion engine 1 is mounted. The ECU 11 is a known computer including a microprocessor and peripheral devices such as RAM and ROM necessary for its operation. The ECU 11 executes various controls of the internal combustion engine 1 based on various programs and data recorded in the ROM. For example, the ECU 11 corresponds to a water temperature sensor that detects the coolant temperature, a throttle sensor that detects the opening of the throttle valve 4 (both not shown), and a pressure downstream of the throttle valve 4 in the intake passage 3. An internal combustion engine based on outputs of an intake pressure sensor 12 that outputs a signal, a crank angle sensor 13 that outputs a signal corresponding to the crank angle, an air-fuel ratio sensor (may be an O ₂ sensor) 14 that outputs a signal corresponding to the air-fuel ratio, and the like. The operating state of the engine 1 and the traveling state of the vehicle are detected, and the fuel injection amount of the fuel injection valve 9 is controlled based on the detection results so that the target air-fuel ratio can be obtained. By executing such air-fuel ratio control, the ECU 11 functions as an air-fuel ratio control device. The air-fuel ratio control by the ECU 11 may be the same as that of a well-known internal-combustion engine air-fuel ratio control apparatus, and the details are omitted here.
[0019]
In order to purify the exhaust gas in the exhaust passage 5, a start catalyst 15 and a NOx storage reduction catalyst 16 are provided in the exhaust passage 5. The start catalyst 15 is provided mainly for the purpose of reducing the discharge amount of harmful substances until the NOx storage reduction catalyst 16 is activated during the cold start of the internal combustion engine 1. The start catalyst 15 is arranged as close as possible to the exhaust port of the internal combustion engine 1 for early activation, and its heat capacity is set to be sufficiently smaller than that of the NOx storage reduction catalyst 16. A three-way catalyst is used as the start catalyst 15. The NOx occlusion reduction catalyst 16 occludes NOx in a predetermined occlusion material when the air-fuel ratio is controlled in the lean region, and releases NOx from the occlusion material when the air-fuel ratio is controlled in the rich region. The released NOx is reduced by HC and CO in the exhaust gas, and HC and CO are oxidized.
[0020]
Further, the internal combustion engine 1 is provided with an EGR device 17 as means for recirculating the exhaust gas from the exhaust passage 5 to the intake passage 3. The EGR device 17 includes an EGR passage 18 that connects the exhaust passage 5 and the intake passage 3, and an EGR valve 19 that opens and closes the EGR passage 18. The operation of the EGR valve 19 is controlled by the ECU 11. The control procedure may be the same as that of a known EGR device.
[0021]
The internal combustion engine 1 is provided with a collection-type exhaust treatment device 20 in order to suppress emission of exhaust gas to the atmosphere when the catalysts 15 and 16 cannot exhibit a predetermined purification performance. The exhaust treatment device 20 includes a collection container 21 that can hold exhaust gas, an exhaust gas extraction path 22 that connects the collection container 21 and the exhaust path 5, and a connection between the exhaust gas extraction path 22 and the exhaust path 5. A collection control valve 23 provided at a position, an exhaust gas recirculation passage 24 for connecting the collection container 21 and the intake passage 3, and a recirculation control valve 25 for opening and closing the exhaust gas recirculation passage 24 are provided.
[0022]
The exhaust gas extraction passage 22 branches from the exhaust passage 5 on the downstream side of the NOx storage reduction catalyst 16. The collection control valve 23 has an exhaust discharge position for passing the exhaust gas that has passed through the NOx storage reduction catalyst 16 further downstream of the exhaust passage 5 than the collection control valve 23 as indicated by an arrow A, and an arrow for the exhaust gas. As shown by B, it is possible to switch between the exhaust collection position leading to the exhaust gas extraction passage 22. At the exhaust collection position, the collection control valve 23 may guide the entire amount of exhaust gas to the exhaust gas take-out passage 22, allow passage of some exhaust gas downstream of the exhaust passage 5, and The exhaust gas may be guided to the exhaust gas extraction passage 22. A collection control valve 23 may be provided between the start catalyst 15 and the NOx storage reduction catalyst 16 to collect the exhaust gas before passing through the NOx storage reduction catalyst 16 in the collection container 21.
[0023]
The collection container 21 is configured as a single container. When the internal combustion engine 1 is cold-started, the collection container 21 has an exhaust gas extraction passage 22 when the collection control valve 23 is held at the exhaust collection position until the catalyst 16 is warmed up to a predetermined activation temperature. It has a capacity that can sufficiently hold the total amount of exhaust gas led to The collection container 21 may be configured as a rigid container that does not change capacity like a metal box, or may be configured as a variable capacity bag. A reed valve 26 that allows the exhaust gas to flow into the collection container 21 from the exhaust gas extraction passage 22 at the inlet of the collection container 21 and prevents the backflow of the exhaust gas from the collection container 21 into the exhaust gas extraction passage 22. Is provided. The collection container 21 may be provided as an aggregate of a plurality of storage units partitioned from each other. The collection container 21 is provided with a pressure sensor 27 that outputs a signal corresponding to the pressure inside the collection container 21. An output signal from the pressure sensor 27 is input to the ECU 11.
[0024]
The exhaust gas recirculation passage 24 is connected to the intake passage 3 on the downstream side of the throttle valve 4. The connection position can be set on the surge tank 4a, for example. Similarly to the EGR passage 18, the exhaust gas recirculation passage 24 may be connected immediately after the surge tank 4 a. The exhaust gas take-out passage 22 and the exhaust gas recirculation passage 24 may be pipes made of a rigid body such as metal, or may be flexible tubes. The exhaust gas recirculation passage 24 may be provided so that the exhaust gas can be selectively recirculated with respect to the intake passage 3 or the exhaust passage 5.
[0025]
The recirculation control valve 25 is provided to control the recirculation of exhaust gas from the collection container 21 via the exhaust gas recirculation passage 24 to the intake passage 3. When the recirculation control valve 25 is opened, the exhaust gas stored in the collection container 21 is recirculated to the intake passage 3 as indicated by an arrow C. An electromagnetic valve is used as the reflux control valve 25.
[0026]
The operation of the collection control valve 23 and the reflux control valve 25 is controlled by the ECU 11. By the control of the control valves 23 and 25, a step of collecting the exhaust gas from the exhaust passage 5 and a step of returning the collected exhaust gas to the intake passage 3 are realized. The step of collecting the exhaust gas is executed, for example, when the internal combustion engine 1 is started and when the temperature of the catalyst 16 is lower than the activation temperature range and the predetermined purification performance is not exhibited. In the collection step, the reflux control valve 25 is closed, and the collection control valve 23 is switched to the exhaust collection position. As a result, the exhaust gas that has passed through the catalyst 16 is collected in the collection container 21 via the exhaust gas extraction passage 22.
[0027]
When the temperature of the NOx storage reduction catalyst 16 reaches the activation temperature range, the collection control valve 23 is switched to the exhaust discharge position, and the collection of exhaust gas is stopped. Thereafter, as long as the temperature of the catalyst 16 is maintained within a predetermined activation temperature range, the collection control valve 23 is maintained at the exhaust discharge position, and the exhaust gas that has passed through the catalyst 16 is released into the atmosphere.
[0028]
In addition to the above, when the NOx occlusion reduction catalyst 16 is saturated and a predetermined amount or more of NOx is released to the downstream side of the catalyst 16, for example, the catalyst 16 is appropriately collected when the predetermined purification performance cannot be exhibited. Exhaust gas may be collected in the container 21. As long as the start catalyst 15 is maintained at a predetermined activation temperature, the NOx occlusion reduction catalyst 16 is brought into an active state when the emission amount of harmful substances in the exhaust gas can be kept within a predetermined allowable range. Regardless, the collection control valve 23 may be controlled based on whether or not the start catalyst 15 is activated.
[0029]
On the other hand, the step of recirculating the exhaust gas held in the collection container 21 is executed when a predetermined recirculation condition is satisfied. In the recirculation process, the recirculation control valve 25 is opened, whereby exhaust gas is returned from the collection container 21 to the intake passage 3 via the exhaust gas recirculation passage 24. The reflux conditions include, for example, that the catalysts 15 and 16 are activated, and that the temperature of the combustion chamber 2 has risen to such an extent that the operating state is not disturbed even if the exhaust gas is returned to the intake passage 3. Can be mentioned.
[0030]
Further, in the exhaust treatment apparatus 20 of FIG. 1, the collection container 21 is connected to the fuel tank 8 via the evaporated fuel passage 30. At the end of the evaporative fuel passage 30 on the collection container 21 side, a reed valve 31 is provided as a fuel introduction valve means for opening and closing the passage 30. The reed valve 31 opens the evaporated fuel passage 30 when the pressure in the fuel tank 8 is higher than a threshold value obtained by adding a predetermined operating pressure to the pressure in the collection container 21, and the pressure in the fuel tank 8 is lower than the threshold value. Sometimes it operates to close the evaporated fuel passage 30. By such an operation of the reed valve 31, it is possible to prevent the exhaust gas from flowing from the collection container 21 to the fuel tank 8 while permitting the introduction of the evaporated fuel from the fuel tank 8 to the collection container 21.
[0031]
According to the exhaust treatment device 20 configured as described above, in the state where the exhaust gas is recirculated from the collection container 21 to the intake passage 3 and the pressure in the collection container 21 is reduced to about atmospheric pressure, the fuel When the fuel evaporates in the tank 8 and the pressure in the fuel tank 8 rises above the atmospheric pressure, the reed valve 31 opens and the evaporated fuel is introduced from the fuel tank 8 into the collection container 21. Thereby, the collection container 21 functions as a means for holding the evaporated fuel. Further, when the evaporated fuel is introduced into the collection container 21, the reflux control valve 25 is opened, so that the evaporated fuel can be efficiently introduced into the collection container 21 using the negative pressure of the intake passage 3. it can. The evaporated fuel held in the collection container 21 is introduced into the intake passage 3 through the exhaust gas recirculation passage 24 when the recirculation control valve 25 is open.
[0032]
Thus, according to the exhaust treatment device 20, the evaporated fuel generated in the fuel tank can be collected in the collection container 21 and then introduced into the intake passage 3. Therefore, a canister that has been conventionally used for the treatment of evaporated fuel can be omitted. However, the exhaust treatment apparatus 20 of the present invention may be provided with the canister 32 as shown in FIG.
[0033]
In the embodiment of FIG. 2, the evaporative fuel passage 30 is connected to the purge port of the canister 32, that is, the port provided for taking out the evaporative fuel from the canister 32 to the intake passage 3, thereby collecting the container from the canister 32. The fuel vapor to 21 can be taken out.
[0034]
According to the configuration of FIG. 2, when the exhaust gas is stored in the collection container 21 and the pressure in the collection container 21 increases as the reed valve 31 is closed, the evaporated fuel generated in the fuel tank 8 is It is held by the canister 32. In a state where the pressure in the collection container 21 is reduced to the atmospheric pressure level, the evaporated fuel held in the canister 32 is further introduced into the collection container 21. Therefore, when the processing capacity of the canister 32 is insufficient and the evaporated fuel leaks from the canister 32, the evaporated fuel can be temporarily held in the collection container 21. The canister 32 and the collection container 21 are connected between the fuel tank 8 and the intake passage 3 by connecting the purge port of the canister 32 to the intake passage 3 and the evaporated fuel passage 30 to the fuel tank 8. May be provided in parallel.
[0035]
FIG. 3 shows an embodiment in which a pump 35 is added to the evaporated fuel passage 30. According to this embodiment, even when the pressure in the collection container 21 rises due to the collection of exhaust gas, the evaporated fuel in the fuel tank 8 is sent into the collection container 21 by operating the pump 35. Can do. Note that when the pressure in the collection container 21 is reduced to the atmospheric pressure level, the evaporated fuel passage 30 is provided with a fuel tank so that the evaporated fuel can be introduced into the collection container 21 without operating the pump 35. A check valve 36 that allows the flow from 8 toward the collection container 21 and prevents the flow in the reverse direction is provided so as to bypass the pump 35.
[0036]
FIG. 4 shows an embodiment in which the collection container 21 and the exhaust passage 5 are connected via an exhaust gas recirculation passage 24. The exhaust gas recirculation passage 24 is similarly provided with a recirculation control valve 25. The connection position between the exhaust gas recirculation passage 24 and the exhaust passage 5 is set on the upstream side of the start catalyst 15. However, the exhaust gas recirculation passage 24 may be connected to the exhaust passage 5 between the catalysts 15 and 16.
[0037]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms as long as it is within the same scope as the technical idea of the present invention. For example, an electromagnetic valve may be provided as a valve means for fuel introduction control instead of the reed valve 31, and its operation may be controlled by a control device such as the ECU 11. The valve means for fuel introduction control may be adjustable in flow rate.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust treatment apparatus of the present invention and the evaporative fuel treatment method using the apparatus, the evaporative fuel generated in the fuel tank has a sufficient capacity in view of the amount of evaporative fuel generated. It can be collected and held in a collection container. Therefore, even when a large amount of evaporated fuel is generated, the evaporated fuel can be processed with a sufficient margin, and the collection-type exhaust treatment device is used for purposes other than the collection of exhaust gas. The value of can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an exhaust treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an embodiment in which an exhaust treatment device is used in combination with a canister.
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment in which evaporated fuel can be collected using a pump.
FIG. 4 is a view showing an embodiment in which a collection container and an exhaust passage are connected.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 3 Intake passage 5 Exhaust passage 8 Fuel tank 15 Start catalyst 16 NOx occlusion reduction catalyst 17 EGR device 20 Exhaust treatment device 21 Collection container 22 Exhaust gas extraction passage 23 Collection control valve 24 Exhaust gas recirculation passage 25 Reflux control valve (Valve means for reflux control)
26 Reed valve 30 Evaporative fuel passage 31 Reed valve (valve means for fuel introduction control)
32 Canister

Claims

A collection vessel connected to an exhaust passage of the internal combustion engine; and an exhaust gas recirculation passage connecting the collection vessel and the intake passage or the exhaust passage of the internal combustion engine, and the collection vessel from the exhaust passage In an exhaust gas processing apparatus for an internal combustion engine that collects exhaust gas and makes it possible to return the collected exhaust gas to the intake passage or the exhaust passage through the exhaust gas recirculation passage .
The collection container is connected to a fuel tank of the internal combustion engine via an evaporative fuel passage, and the evaporative fuel passage is provided with valve means for fuel introduction control for opening and closing the evaporative fuel passage ,
The valve means for fuel introduction control is configured such that the exhaust gas collected in the collection container is discharged through the exhaust gas recirculation passage, whereby the pressure in the fuel tank is changed to the pressure in the collection container or An exhaust treatment apparatus for an internal combustion engine, which operates to open the evaporative fuel passage on the condition that a higher threshold value is exceeded.

The exhaust gas recirculation passage, an exhaust processing device according to claim 1, wherein the benzalkonium connecting a front Ki吸 air passage and the collection vessel.

The exhaust gas recirculation passage, an exhaust processing device according to claim 1, wherein the benzalkonium connecting the position upstream of the catalyst for exhaust gas purification provided in the exhaust passage and the collection vessel .

4. The exhaust treatment apparatus according to claim 2, further comprising a valve means for recirculation control that opens and closes the exhaust gas recirculation passage.

Wherein the fuel tank built-in canister is provided an adsorbent for said evaporative fuel, the collection vessel, of claims 1 to 4, characterized in that it is used in combination with the canister as a means for holding the fuel vapor The exhaust treatment apparatus according to any one of the above.

A collection vessel connected to an exhaust passage of the internal combustion engine; and an exhaust gas recirculation passage connecting the collection vessel and the intake passage or the exhaust passage of the internal combustion engine, and the collection vessel from the exhaust passage Generated in a fuel tank using an exhaust treatment device of an internal combustion engine that collects exhaust gas and makes it possible to recirculate the collected exhaust gas to the intake passage or the exhaust passage through the exhaust gas recirculation passage A method for treating evaporative fuel, comprising:
When the exhaust gas collected in the collection container is recirculated to the intake passage or the exhaust passage so that the pressure in the collection container is lower than the pressure of the fuel tank, the fuel tank An evaporative fuel treatment method for an internal combustion engine, wherein the evaporative fuel is introduced into the collection container.

Claim 6 before the negative pressure generated by Ki吸 air passage to act on the collection vessel, and introducing the vaporized fuel by utilizing the negative pressure from the fuel tank into the collection vessel The evaporative fuel processing method of description.