JP4337414B2

JP4337414B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4337414B2
Application number: JP2003165050A
Authority: JP
Inventors: 衛 ▲吉▼岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: JP2005002828A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関排気系に配置された触媒コンバータを具備する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関排気系に配置された触媒コンバータは、貴金属触媒等の触媒を担持し、触媒コンバータが暖機されて触媒が活性化温度以上となれば、良好に排気ガスを浄化することができるが、機関始動時において、触媒コンバータが暖機されるまでは、排気ガスを浄化することができない。
【０００３】
機関始動直後から排気ガスを浄化可能とするために、機関本体近傍に熱容量の小さな触媒コンバータを追加配置することが提案されている。こうして追加配置された触媒コンバータは、機関始動時において早期に暖機され、機関始動直後から排気ガスを浄化することが可能となる。
【０００４】
ところで、貴金属触媒等は、高温時において酸素過剰の雰囲気に晒されるとシンタリングを起こして劣化する。前述のように二つの触媒コンバータを直列に配置する場合において、後側触媒コンバータは、機関本体から離れているために、機関本体から排出された排気ガスが高温度であっても、ある程度冷却されて流入することとなり、シンタリングを起こすほど高温にはならない。しかしながら、機関本体近傍の前側触媒コンバータは、高温度の排気ガスがそのまま流入し、また、熱容量も小さいために、容易に高温度となり、この時に、フューエルカットによって、酸素過剰の排気ガスが流入すれば、前側触媒コンバータに担持された触媒はシンタリングを起こして劣化する。
【０００５】
このような前側触媒コンバータにおけるシンタリングを防止するために、前側触媒コンバータをバイパスするバイパス通路を設けて、冷却水温が設定水温以上で排気ガス温度が設定ガス温度以上である時には、バイパス通路を使用して、排気ガスが前側触媒コンバータを通過しないようにすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２４６８５２号公報
【特許文献２】
特開平５−３１２０３１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、冷却水温が設定水温以上となれば、十分な機関暖機が実現され、この時に後側触媒コンバータの暖機も完了したとし、それ以降は、前側触媒コンバータへ高温度の排気ガスが流入しないようにして、前側触媒コンバータの温度を比較的低く維持するようにしている。しかしながら、後側触媒コンバータの暖機完了後において、アイドル運転等が比較的長く実施されると、冷却水温は設定温度以上に維持されているにも係らずに、低温度の排気ガスにより冷却されて後側触媒コンバータの温度が触媒活性化温度を下回ることがある。
【０００８】
この直後において、運転状態の変化によって排気ガス温度が設定ガス温度以上となれば、排気ガスは、バイパス通路により前側排気浄化装置をバイパスして、後側触媒コンバータへ直接的に流入することとなるが、触媒活性温度を下回っている後側触媒コンバータでは排気ガスを良好に浄化することはできず、未浄化の排気ガスが大気中へ放出されてしまう。
【０００９】
従って、本発明の目的は、機関排気系に直列に配置された前側触媒コンバータ及び後側触媒コンバータと、前側触媒コンバータをバイパスするバイパス通路とを具備する内燃機関の排気浄化装置において、未浄化の排気ガスが大気中へ放出されることを防止することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に直列に配置された前側触媒コンバータ及び後側触媒コンバータと、前記前側触媒コンバータをバイパスするバイパス通路とを具備し、前記後側触媒コンバータに担持された触媒が非活性状態である時には、前記バイパス通路を閉鎖し、前記前側触媒コンバータの温度が前記前側触媒コンバータに担持された触媒を活性状態とする第一設定温度以下である時には、前記バイパス通路を閉鎖し、前記第一設定温度は、前記後側触媒コンバータの温度が高いほど低く変更されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記前側触媒コンバータの温度がシンタリングを引き起こす第二設定温度以上である時に、フューエルカットが要求される場合には、前記バイパス通路を開放することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記バイパス通路を開放した後に、前記フューエルカットを開始することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記後側触媒コンバータに担持された触媒が非活性状態である時には、前記フューエルカットを開始した後に、前記バイパス通路を開放することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記バイパス通路を開放している時に、前記後側触媒コンバータの温度が設定温度を下回った場合には、冷却防止又は昇温手段によって前記後側触媒コンバータに担持された触媒が非活性状態となることを防止することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。同図において、１は機関本体であり、２は機関排気系である。機関排気系２には、エキゾーストマニホルドの直下流側において前側触媒コンバータ３が配置され、その下流側において後側触媒コンバータ４が配置されている。また、機関排気系２には、排気ガスが前側触媒コンバータ３をバイパス可能とするためのバイパス通路２ｂが設けられている。機関排気系２における前側触媒コンバータ３の直下流側には閉鎖弁５が設けられ、バイパス通路２ｂにはバイパス弁６が設けられている。また、７は前側触媒コンバータ３の温度を検出するための第一温度センサであり、８は後側触媒コンバータ４の温度を検出するための第二温度センサである。
【００１８】
前側触媒コンバータ３は、機関本体近傍に位置すると共に、後側触媒コンバータ４に比較して小型で熱容量が小さいものであるために、機関始動後において早期に暖機され、担持した触媒が早期に活性化温度に昇温される。それにより、機関始動直後から排気ガスを浄化することができる。しかしながら、このような小型の触媒コンバータでは、機関高速時等の多量の排気ガスを十分に浄化することができないために、比較的大型の後側触媒コンバータ４を直列的に配置している。基本的には、前側触媒コンバータ３は、後側触媒コンバータ４が暖機されるまでの排気ガスの浄化を担当し、後側触媒コンバータ４が暖機された後は、バイパス通路２ｂを使用して、前側触媒コンバータ３へは排気ガスが流入しないようにする。それにより、前側触媒コンバータ３の使用頻度を低減し、前側触媒コンバータに担持された触媒の通常の劣化を抑制している。
【００１９】
しかしながら、本実施形態の排気浄化装置では、図２に示すフローチャートに従って、閉鎖弁５及びバイパス弁６を開閉させることにより、前側触媒コンバータ３及び後側触媒コンバータ４の使用を制御している。先ず、ステップ１０１において、第一温度センサ７を使用して前側触媒コンバータ３の温度ＴＦを検出する。次いで、ステップ１０２において、第二温度センサ８を使用して後側触媒コンバータ４の温度ＴＲを検出する。
【００２０】
ステップ１０３では、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦが設定温度Ａ１以上であるか否かが判断される。この設定温度Ａ１は、触媒が過剰酸素によってシンタリングを引き起こす温度（例えば、７００℃）であり、機関始動時等には、この判断は否定されてステップ１０４へ進む。ステップ１０４において、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲが設定温度Ｂ１以上であるか否かが判断される。この設定温度Ｂ１は、後側触媒コンバータ４に担持された触媒の活性化温度であり、この判断が否定される時には、ステップ１０５において、閉鎖弁５は開弁されると共にバイパス弁６は閉弁され、排気ガスは前側触媒コンバータ３を通過する。
【００２１】
こうして、機関始動直後において後側触媒コンバータ４が暖機されていない時には、前側触媒コンバータ３によって排気ガスが浄化される。また、後側触媒コンバータ４が暖機された後に、アイドル運転又は低負荷運転等が比較的長く実施されると、この時の低温度の排気ガスによって後側触媒コンバータ４が大幅に冷却され、また、この時の排気ガス中には未燃燃料等の還元物質量も少なく、多量の燃焼熱を発生させることができないために、その温度ＴＲが触媒の活性化温度Ｂ１を下回ることがあるが、このような場合にも、ステップ１０４における判断が否定されるために、閉鎖弁５は開弁されると共にバイパス弁６は閉弁され、排気ガスは前側触媒コンバータ３を通過するようにされる。それにより、未浄化の排気ガスが後側触媒コンバータに流入して、浄化されずに大気中へ放出されることを防止することができる。
【００２２】
一方、ステップ１０４における判断が肯定される時、すなわち、後側触媒コンバータ４によって排気ガスの浄化が可能な時には、ステップ１０６へ進み、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦが設定温度Ａ２以下であるか否かが判断される。この設定温度Ａ２は、前側触媒コンバータ３に担持された触媒の活性化温度としても良いが、ここでは、活性化温度に多少の余裕分を加えた温度としている。ステップ１０６における判断が否定される時には、閉鎖弁５を閉弁すると共にバイパス弁６を開弁する。それにより、排気ガスは、バイパス通路２ｂを通り、前側触媒コンバータ３をバイパスして、直接的に、後側触媒コンバータ４へ流入し、後側触媒コンバータ４によって浄化される。こうして、前側触媒コンバータ３の使用頻度を低減し、前側触媒コンバータ３の触媒の劣化を抑制している。
【００２３】
しかしながら、ステップ１０６における判断が肯定される時には、排気ガスのバイパスによって前側触媒コンバータ３において還元物質の燃焼が行われずに、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦが低下していることを示し、このままでは、触媒の活性化温度をも下回り、後側触媒コンバータ４において排気ガスを浄化することができなくなった時に、前側触媒コンバータ３によって排気ガスを浄化させることができなくなるために、閉鎖弁５を開弁すると共にバイパス弁６を閉弁し、排気ガスが前側触媒コンバータ３を通過するようにする。前側触媒コンバータ３は、前述したように、熱容量が小さいために、例えば、アイドル運転のように排気ガス中に僅かな還元物質しか含まれていなくても、この還元物質の燃焼熱によって十分に昇温が可能である。この昇温によってステップ１０６における判断が否定されるようになれば、閉鎖弁５を閉弁すると共にバイパス弁６を開弁して、排気ガスは、前側触媒コンバータ３をバイパスして、直接的に、後側触媒コンバータ４へ流入するようにする。
【００２４】
ステップ１０６の判断は、前述したように、後側触媒コンバータ４が温度低下して排気ガスを浄化することができなくなった場合に備えて、前側触媒コンバータ３での排気ガスの浄化を常に可能としておくためのものであり、これは、後側触媒コンバータ４の温度が低く、排気ガスの浄化が不可能となり易いほど重要となる。それにより、ステップ１０６において使用する閾値Ａ２は、一定値とするのではなく、後側触媒コンバータの温度ＴＲが低いほど高くするように変更しても良い。
【００２５】
ところで、ステップ１０７において、バイパス弁６を開弁させて、排気ガスが後側触媒コンバータ４へ直接的に流入している時に、運転状態によっては、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲが低下することがあり、そのままでは、触媒の活性化温度Ｂ１を下回って、後側触媒コンバータ４では排気ガスを浄化させることができなくなる。本実施形態では、ステップ１０８において、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲが設定温度Ｂ２以下であるか否かが判断される。この設定温度Ｂ２は、触媒の活性化温度Ｂ１としても良いが、ここでは、活性化温度Ｂ１に多少の余裕分を加えた温度としている。ステップ１０８における判断が否定される時には、そのまま終了するが、肯定される時には、ステップ１０９において後側触媒コンバータ４の昇温制御を実施するようにしている。
【００２６】
この昇温制御は、排気ガスの温度が現状を維持するように、又は、排気ガス中に含まれる還元物質量が現状を維持するようにする冷却防止制御を含めて、排気ガスの温度が現状より高められるように、又は、排気ガス中に含まれる還元物質量が現状より増加するようにすることである。排気ガスの温度を高めるためには、例えば、燃料噴射量を増量して機関回転数を高めたり、点火時期を遅角したり、気筒内への再循環排気ガス量を減少して燃焼温度を高めたりすれば良い。また、排気ガス中に含まれる還元物質量を増加させるためには、例えば、燃料噴射量を増量して空燃比をリッチにしたり（この時には機関排気系へ二次空気を導入することが好ましい）、燃料噴射時期を吸気非同期から吸気同期へ遅角して燃焼を悪化させ、燃焼後のＣＯ及びＨＣを増加させたりすれば良い（この時には吸気量及び燃料噴射量を増量して燃焼悪化に伴う機関出力低下を補うことが好ましい）。また、排気ガスの温度が現状を維持するように、又は、排気ガス中に含まれる還元物質量が現状を維持するように、フューエルカットを禁止するようにしても良い。
【００２７】
ところで、このように前側触媒コンバータ３を使用して排気ガスを浄化していると、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦが非常に高くなって、ステップ１０３における判断が肯定されることがある。この時には、ステップ１１０において、減速又は速度制限のフューエルカットが要求されているか否かが判断される。この判断が否定される時には、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦが高くても特に問題はなく、前述したステップ１０４以降の処理が実施される。
【００２８】
しかしながら、この時においてフューエルカットが実施されて空気がそのまま前側触媒コンバータ３へ流入すると、過剰酸素雰囲気となって前側触媒コンバータ３の触媒はシンタリングを起こして劣化してしまう。これは防止しなければならず、ステップ１１０における判断が肯定される時には、ステップ１１１において、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲが触媒の活性化温度Ｂ１以上となっているか否かが判断される。この判断が肯定される時には、ステップ１１２において、閉鎖弁５を閉弁すると共にバイパス弁６を開弁し、排気ガスは、バイパス通路２ｂを通り、前側触媒コンバータ３をバイパスして、直接的に後側触媒コンバータへ流入するようにする。その後、ステップ１１３において、フューエルカットを開始する。それにより、フューエルカット時の排気ガスは、前側触媒コンバータ３へ全く流入せず、前側触媒コンバータ３における触媒のシンタリングを確実に防止することができる。また、フューエルカットが開始される直前の運転による排気ガス及びフューエルカットが開始されても、暫くは吸気ポート等に付着した燃料がそのまま排出されることがあるが、これらは後側触媒コンバータ４によって浄化される。
【００２９】
前側触媒コンバータ３のシンタリングを確実に防止するためには、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲに係らずに、バイパス弁６を開弁した後に、フューエルカットを開始するようにしても良い。しかしながら、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲが触媒活性化温度Ｂ１より低くて、排気ガスを浄化することができない場合には、ステップ１１１における判断が否定されてステップ１１４へ進み、もし、バイパス弁が開弁しているならこれを閉弁して、フューエルカットを開始する。こうして、フューエルカット開始直前の運転による排気ガス及びフューエルカット開始直後に吸気ポート等から放出される未燃燃料は、前側触媒コンバータ３へ流入して、前側触媒コンバータ３において浄化する。その後暫くして、吸気ポート等の付着燃料が完全に消費されて、排気ガス中に未燃燃料等が含まれないようになると、ステップ１１５において、閉鎖弁５を閉弁すると共にバイパス弁６を開弁して、排気ガスが前側触媒コンバータ３をバイパスするようにする。こうして、前側触媒コンバータ３における過剰酸素状態を回避してシンタリングを防止している。前側触媒コンバータ３をバイパスする排気ガスは、空気であって浄化の必要は無く、後側触媒コンバータ４の温度ＴＲが低く、排気ガスを浄化することができなくても全く問題はない。
【００３０】
本実施形態において、制御を簡素化するために、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦ又は後側触媒コンバータ４の温度ＴＲと、各閾値Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２とを比較して、排気ガスが前側触媒コンバータ３を通過するようにするかバイパス通路２ｂを通過するようにするかを決定しているが、各閾値にヒステリシスを設けるようにしても良い。すなわち、バイパス弁の現状が維持され易いように、バイパス弁を開弁から閉弁させるための閾値と閉弁から開弁させるための閾値とを異ならせるようにしても良い。
【００３１】
また、バイパス通路２ｂの流路抵抗を前側触媒コンバータ３の流路抵抗に比較して十分に小さくすれば、バイパス弁６を開弁させた時には、排気ガスは、流路抵抗が十分に低いバイパス通路２ｂだけを通過し、流路抵抗の大きな前側触媒コンバータ３を通過しないために、閉鎖弁５を省略することができる。本実施形態において、前側触媒コンバータ３の温度ＴＦ及び後側触媒コンバータ４の温度ＴＲは、それぞれ温度センサを使用して測定されるようにしたが、これは本発明を限定するものではなく、各触媒コンバータの受熱量及び放熱量を、排気ガス量、排気ガス温度、及び、排気ガス中の還元物質量等に基づき逐次計算して推定するようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の排気浄化装置は、機関排気系に直列に配置された前側触媒コンバータ及び後側触媒コンバータと、前側触媒コンバータをバイパスするバイパス通路とを具備し、後側触媒コンバータに担持された触媒が非活性状態である時には、バイパス通路を閉鎖するようになっている。それにより、後側触媒コンバータが暖機完了後に温度低下し、触媒が再び非活性状態となる場合において、排気ガスは前側触媒コンバータを通過するようにされ、未浄化の排気ガスが大気中へ放出されることはない。また、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、前側触媒コンバータの温度が前側触媒コンバータに担持された触媒を活性状態とする第一設定温度以下である時には、バイパス通路を閉鎖し、第一設定温度は、後側触媒コンバータの温度が高いほど低く変更されるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関の排気浄化装置を示す概略図である。
【図２】前側触媒コンバータ及び後側触媒コンバータの使用制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…機関排気系
２ｂ…バイパス通路
３…前側触媒コンバータ
４…後側触媒コンバータ
６…バイパス弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust purification device for an internal combustion engine including a catalytic converter disposed in an engine exhaust system.
[0002]
[Prior art]
The catalytic converter arranged in the engine exhaust system carries a catalyst such as a precious metal catalyst, and if the catalyst converter is warmed up and the catalyst is at or above the activation temperature, the exhaust gas can be purified well, At startup, the exhaust gas cannot be purified until the catalytic converter is warmed up.
[0003]
In order to be able to purify the exhaust gas immediately after the engine is started, it has been proposed to additionally arrange a catalytic converter having a small heat capacity in the vicinity of the engine body. The catalytic converter additionally arranged in this way is warmed up early when the engine is started, and the exhaust gas can be purified immediately after the engine is started.
[0004]
By the way, precious metal catalysts and the like are deteriorated by sintering when exposed to an oxygen-excess atmosphere at high temperatures. In the case where the two catalytic converters are arranged in series as described above, the rear catalytic converter is separated from the engine body, so that even if the exhaust gas discharged from the engine body is at a high temperature, it is cooled to some extent. It will not be so hot as to cause sintering. However, the front catalytic converter in the vicinity of the engine main body flows in high-temperature exhaust gas as it is, and also has a small heat capacity, so it easily reaches a high temperature. At this time, excess oxygen exhaust gas flows in due to fuel cut. For example, the catalyst supported on the front catalytic converter deteriorates due to sintering.
[0005]
In order to prevent such sintering in the front catalytic converter, a bypass passage that bypasses the front catalytic converter is provided, and the bypass passage is used when the cooling water temperature is higher than the set water temperature and the exhaust gas temperature is higher than the set gas temperature. Thus, it has been proposed to prevent the exhaust gas from passing through the front catalytic converter (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-8-246852 [Patent Document 2]
JP-A-5-312031 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional technology, if the cooling water temperature is equal to or higher than the set water temperature, sufficient engine warm-up is realized, and at this time, the warm-up of the rear catalytic converter is completed, and thereafter, the high temperature is supplied to the front catalytic converter. The temperature of the front catalytic converter is kept relatively low by preventing the exhaust gas from flowing in. However, if idle operation or the like is carried out for a relatively long time after the warming-up of the rear catalytic converter is completed, the cooling water temperature is maintained at the set temperature or higher, but is cooled by the low-temperature exhaust gas. As a result, the temperature of the rear catalytic converter may fall below the catalyst activation temperature.
[0008]
Immediately after this, if the exhaust gas temperature becomes equal to or higher than the set gas temperature due to a change in the operating state, the exhaust gas bypasses the front exhaust purification device by the bypass passage and flows directly into the rear catalytic converter. However, the exhaust gas cannot be purified well in the rear catalytic converter that is below the catalyst activation temperature, and unpurified exhaust gas is released into the atmosphere.
[0009]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an unpurified internal combustion engine exhaust purification apparatus including a front catalytic converter and a rear catalytic converter arranged in series in an engine exhaust system, and a bypass passage that bypasses the front catalytic converter. It is to prevent the exhaust gas from being released into the atmosphere.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention includes a front catalytic converter and a rear catalytic converter arranged in series in an engine exhaust system, and a bypass passage that bypasses the front catalytic converter, When the catalyst carried on the rear catalytic converter is in an inactive state, the bypass passage is closed, and the temperature of the front catalytic converter is set to the active state for the catalyst carried on the front catalytic converter. When the following is true, the bypass passage is closed, and the first set temperature is changed to be lower as the temperature of the rear catalytic converter is higher .
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect , wherein the temperature of the front catalytic converter is equal to or higher than a second set temperature that causes sintering. In some cases, when fuel cut is required, the bypass passage is opened.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect , wherein the fuel cut is started after the bypass passage is opened. And
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second aspect , wherein the catalyst carried on the rear catalytic converter is in an inactive state. The bypass passage is opened after the fuel cut is started.
[0016]
An internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to claim 5 according to the present invention is the internal combustion engine exhaust gas purification apparatus according to any one of claims 1 to 4 , wherein the bypass passage is opened. When the temperature of the rear catalytic converter falls below a preset temperature, the catalyst carried on the rear catalytic converter is prevented from being deactivated by cooling prevention or temperature raising means.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is an engine main body and 2 is an engine exhaust system. In the engine exhaust system 2, a front catalytic converter 3 is disposed immediately downstream of the exhaust manifold, and a rear catalytic converter 4 is disposed downstream thereof. Further, the engine exhaust system 2 is provided with a bypass passage 2b for allowing the exhaust gas to bypass the front catalytic converter 3. A shutoff valve 5 is provided immediately downstream of the front catalytic converter 3 in the engine exhaust system 2, and a bypass valve 6 is provided in the bypass passage 2b. Further, 7 is a first temperature sensor for detecting the temperature of the front catalytic converter 3, and 8 is a second temperature sensor for detecting the temperature of the rear catalytic converter 4.
[0018]
The front catalytic converter 3 is located in the vicinity of the engine main body, and is smaller and has a smaller heat capacity than the rear catalytic converter 4, so that it is warmed up early after the engine is started, and the supported catalyst is released earlier. The temperature is raised to the activation temperature. Thereby, the exhaust gas can be purified immediately after the engine is started. However, since such a small catalytic converter cannot sufficiently purify a large amount of exhaust gas at the time of engine high speed or the like, the relatively large rear catalytic converter 4 is arranged in series. Basically, the front catalytic converter 3 is in charge of purifying exhaust gas until the rear catalytic converter 4 is warmed up, and after the rear catalytic converter 4 is warmed up, the bypass passage 2b is used. Thus, the exhaust gas is prevented from flowing into the front catalytic converter 3. Thereby, the usage frequency of the front catalytic converter 3 is reduced, and normal deterioration of the catalyst carried on the front catalytic converter is suppressed.
[0019]
However, in the exhaust purification system of this embodiment, the use of the front catalytic converter 3 and the rear catalytic converter 4 is controlled by opening and closing the closing valve 5 and the bypass valve 6 according to the flowchart shown in FIG. First, in step 101, the first temperature sensor 7 is used to detect the temperature TF of the front catalytic converter 3. Next, in step 102, the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is detected using the second temperature sensor 8.
[0020]
In step 103, it is determined whether or not the temperature TF of the front catalytic converter 3 is equal to or higher than the set temperature A1. This set temperature A1 is a temperature at which the catalyst causes sintering due to excess oxygen (for example, 700 ° C.). This determination is denied and the process proceeds to step 104 when the engine is started. In step 104, it is determined whether or not the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is equal to or higher than the set temperature B1. This set temperature B1 is the activation temperature of the catalyst carried on the rear catalytic converter 4, and when this determination is negative, in step 105, the closing valve 5 is opened and the bypass valve 6 is closed. Then, the exhaust gas passes through the front catalytic converter 3.
[0021]
Thus, when the rear catalytic converter 4 is not warmed up immediately after the engine is started, the exhaust gas is purified by the front catalytic converter 3. Further, when the idling operation or the low load operation is performed for a relatively long time after the rear catalytic converter 4 is warmed up, the rear catalytic converter 4 is significantly cooled by the low temperature exhaust gas at this time, Further, the amount of reducing substance such as unburned fuel is small in the exhaust gas at this time, and a large amount of heat of combustion cannot be generated, so that the temperature TR may be lower than the activation temperature B1 of the catalyst. Even in such a case, since the determination in step 104 is denied, the closing valve 5 is opened and the bypass valve 6 is closed, so that the exhaust gas passes through the front catalytic converter 3. . Thereby, it is possible to prevent unpurified exhaust gas from flowing into the rear catalytic converter and being released into the atmosphere without being purified.
[0022]
On the other hand, when the determination in step 104 is affirmative, that is, when the exhaust gas can be purified by the rear catalytic converter 4, the routine proceeds to step 106, and whether or not the temperature TF of the front catalytic converter 3 is equal to or lower than the set temperature A2. Is judged. The set temperature A2 may be the activation temperature of the catalyst carried on the front catalytic converter 3, but here is a temperature obtained by adding a slight margin to the activation temperature. When the determination in step 106 is negative, the closing valve 5 is closed and the bypass valve 6 is opened. Thus, the exhaust gas passes through the bypass passage 2 b, bypasses the front catalytic converter 3, directly flows into the rear catalytic converter 4, and is purified by the rear catalytic converter 4. Thus, the usage frequency of the front catalytic converter 3 is reduced, and the deterioration of the catalyst of the front catalytic converter 3 is suppressed.
[0023]
However, when the judgment in step 106 is affirmative, it indicates that the temperature TF of the front catalytic converter 3 is lowered without the combustion of the reducing substance in the front catalytic converter 3 due to the exhaust gas bypass, and as it is, Since the exhaust gas cannot be purified by the front catalytic converter 3 when the exhaust temperature cannot be purified by the rear catalytic converter 4 below the activation temperature of the catalyst, the closing valve 5 is opened. At the same time, the bypass valve 6 is closed so that the exhaust gas passes through the front catalytic converter 3. As described above, since the front catalytic converter 3 has a small heat capacity, for example, even if the exhaust gas contains only a small amount of reducing substance as in the idling operation, it is sufficiently increased by the combustion heat of the reducing substance. Temperature is possible. If the determination in step 106 is denied due to this temperature increase, the closing valve 5 is closed and the bypass valve 6 is opened, so that the exhaust gas bypasses the front catalytic converter 3 and directly Then, it flows into the rear catalytic converter 4.
[0024]
As described above, the determination in step 106 is that the exhaust gas in the front catalytic converter 3 can always be purified in preparation for the case where the temperature of the rear catalytic converter 4 decreases and the exhaust gas cannot be purified. This is important so that the temperature of the rear catalytic converter 4 is low and the exhaust gas cannot easily be purified. Thereby, the threshold value A2 used in step 106 may be changed to be higher as the temperature TR of the rear catalytic converter is lower, instead of being set to a constant value.
[0025]
By the way, in step 107, when the bypass valve 6 is opened and the exhaust gas flows directly into the rear catalytic converter 4, the temperature TR of the rear catalytic converter 4 decreases depending on the operating state. As it is, the exhaust gas cannot be purified by the rear catalytic converter 4 below the activation temperature B1 of the catalyst. In the present embodiment, in step 108, it is determined whether or not the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is equal to or lower than the set temperature B2. This set temperature B2 may be the activation temperature B1 of the catalyst, but here is a temperature obtained by adding a slight margin to the activation temperature B1. If the determination in step 108 is negative, the process ends as it is, but if the determination is affirmative, temperature increase control of the rear catalytic converter 4 is performed in step 109.
[0026]
This temperature increase control is performed so that the temperature of the exhaust gas is maintained, including the cooling prevention control so that the temperature of the exhaust gas maintains the current state or the amount of the reducing substance contained in the exhaust gas maintains the current state. The amount of reducing substance contained in the exhaust gas is increased so as to be higher than the current level. To increase the exhaust gas temperature, for example, increase the fuel injection amount to increase the engine speed, retard the ignition timing, or decrease the recirculated exhaust gas amount into the cylinder to reduce the combustion temperature. Just raise it. Further, in order to increase the amount of reducing substance contained in the exhaust gas, for example, the fuel injection amount is increased to make the air-fuel ratio rich (in this case, it is preferable to introduce secondary air into the engine exhaust system). The fuel injection timing may be retarded from intake-asynchronous to intake-synchronous to worsen the combustion, and the CO and HC after combustion may be increased (in this case, the intake amount and the fuel injection amount are increased to accompany combustion deterioration) It is preferable to compensate for a decrease in engine output). Further, the fuel cut may be prohibited so that the temperature of the exhaust gas maintains the current state or the amount of the reducing substance contained in the exhaust gas maintains the current state.
[0027]
By the way, when exhaust gas is purified by using the front catalytic converter 3 in this way, the temperature TF of the front catalytic converter 3 becomes very high, and the determination in step 103 may be affirmed. At this time, in step 110, it is determined whether or not a fuel cut for deceleration or speed limitation is requested. When this determination is negative, there is no particular problem even if the temperature TF of the front catalytic converter 3 is high, and the processing after step 104 described above is performed.
[0028]
However, if the fuel cut is performed at this time and the air flows into the front catalytic converter 3 as it is, an excess oxygen atmosphere is generated and the catalyst of the front catalytic converter 3 is sintered and deteriorates. This must be prevented. When the determination in step 110 is affirmative, it is determined in step 111 whether or not the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is equal to or higher than the activation temperature B1 of the catalyst. When this determination is affirmative, in step 112, the closing valve 5 is closed and the bypass valve 6 is opened, and the exhaust gas passes through the bypass passage 2b and bypasses the front catalytic converter 3 directly. It flows into the rear catalytic converter. Thereafter, in step 113, fuel cut is started. Thereby, the exhaust gas at the time of fuel cut does not flow into the front catalytic converter 3 at all, and the sintering of the catalyst in the front catalytic converter 3 can be reliably prevented. Further, even if the exhaust gas and the fuel cut by the operation immediately before the fuel cut is started, the fuel attached to the intake port or the like may be discharged as it is for a while. Purified.
[0029]
In order to reliably prevent the sintering of the front catalytic converter 3, the fuel cut may be started after the bypass valve 6 is opened regardless of the temperature TR of the rear catalytic converter 4. However, if the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is lower than the catalyst activation temperature B1 and the exhaust gas cannot be purified, the determination in step 111 is denied and the routine proceeds to step 114, where the bypass valve is If it is open, close it and start fuel cut. Thus, the exhaust gas from the operation immediately before the start of the fuel cut and the unburned fuel released from the intake port or the like immediately after the start of the fuel cut flow into the front catalytic converter 3 and are purified by the front catalytic converter 3. After a while, when the adhering fuel such as the intake port is completely consumed and no unburned fuel is contained in the exhaust gas, in step 115, the closing valve 5 is closed and the bypass valve 6 is turned on. The valve is opened so that the exhaust gas bypasses the front catalytic converter 3. Thus, the excess oxygen state in the front catalytic converter 3 is avoided to prevent sintering. Exhaust gas that bypasses the front catalytic converter 3 is air and does not need to be purified. There is no problem even if the exhaust gas cannot be purified because the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is low.
[0030]
In the present embodiment, in order to simplify the control, the temperature TF of the front catalytic converter 3 or the temperature TR of the rear catalytic converter 4 is compared with the threshold values A1, A2, B1, B2, and the exhaust gas is discharged to the front side. Although it is determined whether to pass through the catalytic converter 3 or through the bypass passage 2b, hysteresis may be provided for each threshold value. That is, the threshold for opening the bypass valve from the closed valve and the threshold for opening the closed valve may be made different so that the current state of the bypass valve is easily maintained.
[0031]
Further, if the flow path resistance of the bypass passage 2b is made sufficiently smaller than the flow path resistance of the front catalytic converter 3, when the bypass valve 6 is opened, the exhaust gas has a sufficiently low flow path resistance. Since it passes only through the passage 2b and does not pass through the front catalytic converter 3 having a large flow resistance, the closing valve 5 can be omitted. In the present embodiment, the temperature TF of the front catalytic converter 3 and the temperature TR of the rear catalytic converter 4 are measured using temperature sensors, respectively, but this does not limit the present invention. The amount of heat received and the amount of heat released by the catalytic converter may be estimated by sequentially calculating based on the amount of exhaust gas, the temperature of exhaust gas, the amount of reducing substance in the exhaust gas, and the like.
[0032]
【The invention's effect】
An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes a front catalytic converter and a rear catalytic converter arranged in series in an engine exhaust system, and a bypass passage that bypasses the front catalytic converter, and is carried by the rear catalytic converter. When the catalyst is in an inactive state, the bypass passage is closed. As a result, when the temperature of the rear catalytic converter is lowered after the warm-up is completed and the catalyst becomes inactive again, the exhaust gas is allowed to pass through the front catalytic converter, and the unpurified exhaust gas is released into the atmosphere. It will never be done. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention closes the bypass passage when the temperature of the front catalytic converter is equal to or lower than a first set temperature at which the catalyst carried by the front catalytic converter is activated, The temperature is changed to be lower as the temperature of the rear catalytic converter is higher.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing use control of a front catalytic converter and a rear catalytic converter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine main body 2 ... Engine exhaust system 2b ... Bypass passage 3 ... Front side catalytic converter 4 ... Rear side catalytic converter 6 ... Bypass valve

Claims

When the front catalyst converter and the rear catalyst converter arranged in series in the engine exhaust system, and a bypass passage that bypasses the front catalyst converter, the catalyst carried on the rear catalyst converter is in an inactive state The bypass passage is closed, and when the temperature of the front catalytic converter is equal to or lower than a first set temperature at which the catalyst carried on the front catalytic converter is activated, the bypass passage is closed and the first set temperature is Is an exhaust purification device for an internal combustion engine, which is changed to be lower as the temperature of the rear catalytic converter is higher .

2. The internal combustion engine according to claim 1 , wherein when the fuel cut is required when the temperature of the front catalytic converter is equal to or higher than a second set temperature that causes sintering, the bypass passage is opened . Exhaust purification device.

3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein the fuel cut is started after the bypass passage is opened .

When the catalyst carried on the front Symbol rear catalytic converter is in an inactive state, the after starting the fuel cut, the exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 2, characterized in that opening the bypass passage .

If the temperature of the rear catalytic converter falls below a preset temperature when the bypass passage is opened, the catalyst carried on the rear catalytic converter is deactivated by cooling prevention or temperature raising means. The exhaust emission control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that this is prevented .