JP4844534B2 - Exhaust gas purification apparatus and method for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気浄化装置およびその方法に関し、特に酸化触媒の劣化の有無を判定する場合に好適である。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus and method for an internal combustion engine, and is particularly suitable for determining whether or not an oxidation catalyst has deteriorated.
内燃機関から排出される排気に対する環境への影響をできるだけ少なくするため、排気中に含まれる有害成分を捕捉または吸着したり、あるいは無害化する触媒装置を内燃機関の排気通路中に組み込んだりした排気浄化装置が知られている。例えば、特許文献1には酸化触媒を用いた排気浄化装置が開示され、特許文献2にはNOX触媒を用いた排気浄化装置が開示されている。 Exhaust gas that captures or adsorbs harmful components contained in the exhaust gas or incorporates a detoxifying catalyst device in the exhaust passage of the internal combustion engine to minimize the environmental impact on the exhaust gas emitted from the internal combustion engine Purification devices are known. For example, Patent Document 1 discloses an exhaust gas purification apparatus using an oxidation catalyst, and Patent Document 2 discloses an exhaust gas purification apparatus using an NO x catalyst.
このような排気浄化装置に組み込まれる触媒は、高温にさらされてエレメントが経時的に劣化し、触媒機能の低下が起こる。このため、触媒の劣化診断を定期的に行って必要に応じ新たなものと交換する必要がある。特許文献1においては、エンジンの圧縮行程上死点付近で行う主燃料噴射後に後噴射を行って排気中の未燃燃料を増大させ、これに伴う酸化触媒の温度変化に基づいて酸化触媒の劣化診断を行うようにしている。また、特許文献2においては、通常よりも多量の還元剤を触媒に添加し、これにより発生する触媒の温度上昇に基づいてNOX触媒の劣化診断を行うようにしている。 The catalyst incorporated in such an exhaust purification device is exposed to a high temperature, the element deteriorates with time, and the catalytic function is lowered. For this reason, it is necessary to periodically perform a deterioration diagnosis of the catalyst and replace it with a new one as necessary. In Patent Document 1, post-injection is performed after main fuel injection performed near the top dead center of the compression stroke of the engine to increase unburned fuel in the exhaust, and deterioration of the oxidation catalyst is caused based on the accompanying temperature change of the oxidation catalyst. I try to make a diagnosis. In Patent Document 2, a larger amount of reducing agent than usual is added to the catalyst, and the deterioration diagnosis of the NO x catalyst is performed based on the temperature rise of the catalyst generated thereby.
特許文献1や特許文献2に開示された触媒の劣化診断方法では、多量の燃料や還元剤を触媒に供給するようにしているため、一部の燃料や還元剤がそのまま触媒を通り抜けてしまい、触媒の劣化診断時のみとは言え、触媒を通過した後の排気中に含まれる有害成分が増大してしまう可能性がある。 In the catalyst deterioration diagnosis method disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2, since a large amount of fuel or reducing agent is supplied to the catalyst, a part of the fuel or reducing agent passes through the catalyst as it is, Although it is only at the time of diagnosis of catalyst deterioration, there is a possibility that harmful components contained in the exhaust gas after passing through the catalyst will increase.
本発明の目的は、酸化触媒の劣化の有無を判定する際に大気中に排出される排気中に含まれる有害成分が増大しないように配慮した内燃機関の排気浄化装置およびその方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an exhaust purification device for an internal combustion engine and a method thereof in consideration of preventing an increase in harmful components contained in exhaust discharged into the atmosphere when determining whether or not an oxidation catalyst has deteriorated. It is in.
本発明の第1の形態は、内燃機関の排気通路の途中に組み込まれた酸化触媒と、この酸化触媒よりも上流側の排気通路に燃料を添加するための燃料添加弁と、前記酸化触媒よりも下流側の排気通路の排気温を検出する排気温センサとが組み込まれた内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気温センサよりも下流側の排気通路に一端が連通すると共に内燃機関の吸気通路に他端が連通する排気戻し通路と、この排気戻し通路の一端よりも下流側の排気通路に一端が連通すると共に前記燃料添加弁による燃料の添加位置よりも上流側の排気通路に他端が連通するバイパス通路と、このバイパス通路および前記酸化触媒に導かれる内燃機関からの排気の割合を調整するための分流比調整手段と、前記排気戻し通路の一端と前記バイパス通路の一端との間の排気通路および前記排気戻し通路の開閉を切り換える通路切り換え手段と、この通路切り換え手段および前記燃料添加弁ならびに前記分流比調整手段の作動を制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。 According to a first aspect of the present invention, an oxidation catalyst incorporated in the middle of an exhaust passage of an internal combustion engine, a fuel addition valve for adding fuel to an exhaust passage upstream of the oxidation catalyst, and the oxidation catalyst And an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, which incorporates an exhaust gas temperature sensor for detecting the exhaust gas temperature in the downstream exhaust gas passage, one end of which communicates with the exhaust gas passage downstream of the exhaust gas temperature sensor and the internal combustion engine. An exhaust return passage whose other end communicates with the intake passage, one end communicates with an exhaust passage downstream of one end of the exhaust return passage, and an exhaust passage upstream of the fuel addition position by the fuel addition valve. A bypass passage whose ends communicate with each other, a diversion ratio adjusting means for adjusting a ratio of exhaust from the internal combustion engine guided to the bypass passage and the oxidation catalyst, one end of the exhaust return passage, and one end of the bypass passage A passage switching means for switching between opening and closing of the exhaust passage and the exhaust return passage, and a control means for controlling the operation of the passage switching means, the fuel addition valve, and the diversion ratio adjusting means. Is.
本発明において、酸化触媒の劣化の有無を判定する場合、制御手段からの指令により、通路切り換え手段を作動して排気戻し通路の一端とバイパス通路の一端との間の排気通路を閉じると共に排気戻し通路を開く。また、バイパス通路を開いて酸化触媒に導かれる内燃機関からの排気の割合を少なくする。さらに、燃料添加弁から排気通路内に燃料を添加する。これにより、内燃機関からの排気の一部が酸化触媒を通過して排気戻し通路により内燃機関の吸気通路に戻されることとなる。この状態において、排気温センサによって検出される排気温に基づいて酸化触媒の劣化の有無が判定される。なお、酸化触媒の劣化の有無を判定する必要がない場合、通路切り換え手段を作動して排気戻し通路の一端とバイパス通路の一端との間の排気通路を開くと共に排気戻し通路を閉じる。また、バイパス通路を閉じて内燃機関からの排気をすべて酸化触媒に導く。この場合、燃料添加弁の作動が停止状態となり、排気通路内へは燃料が添加されない。 In the present invention, when determining whether or not the oxidation catalyst has deteriorated, the passage switching means is operated in accordance with a command from the control means to close the exhaust passage between one end of the exhaust return passage and one end of the bypass passage, and to return the exhaust. Open the passage. Further, the ratio of the exhaust gas from the internal combustion engine that is guided to the oxidation catalyst by opening the bypass passage is reduced. Further, fuel is added into the exhaust passage from the fuel addition valve. As a result, part of the exhaust from the internal combustion engine passes through the oxidation catalyst and is returned to the intake passage of the internal combustion engine by the exhaust return passage. In this state, the presence or absence of deterioration of the oxidation catalyst is determined based on the exhaust temperature detected by the exhaust temperature sensor. When it is not necessary to determine whether or not the oxidation catalyst has deteriorated, the passage switching means is operated to open the exhaust passage between one end of the exhaust return passage and one end of the bypass passage and close the exhaust return passage. Further, the bypass passage is closed to guide all exhaust from the internal combustion engine to the oxidation catalyst. In this case, the operation of the fuel addition valve is stopped, and no fuel is added into the exhaust passage.
本発明の第1の形態による内燃機関の排気浄化装置において、バイパス通路の一端よりも下流側の排気通路の途中に組み込まれたNOX触媒と、このNOX触媒とバイバス通路の一端との間の排気通路に還元剤を添加するための還元剤添加弁とをさらに具えることができる。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the NO x catalyst incorporated in the middle of the exhaust passage downstream of the one end of the bypass passage, and between the NO x catalyst and one end of the bypass passage And a reducing agent addition valve for adding a reducing agent to the exhaust passage.
排気戻し通路の一端と排気温センサの取り付け位置との間の排気通路の途中に組み込まれたPM触媒をさらに具えることができる。 A PM catalyst incorporated in the middle of the exhaust passage between one end of the exhaust return passage and the attachment position of the exhaust temperature sensor can further be provided.
本発明の第2の形態は、内燃機関の排気通路の途中に組み込まれた酸化触媒よりも上流側の排気通路に燃料を添加し、これにより上昇する前記酸化触媒よりも下流側の排気通路の排気温に基づいて前記酸化触媒の劣化の有無を判定する内燃機関の排気浄化方法であって、排気通路への燃料の添加中にこの燃料の添加位置よりも上流側の排気通路の排気の一部を排気温の検出位置よりも下流側の排気通路にバイパスさせるステップと、燃料が添加されて前記酸化触媒を通過した排気を内燃機関の吸気通路に戻すステップとを具えたことを特徴とするものである。 In the second aspect of the present invention, fuel is added to the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst incorporated in the middle of the exhaust passage of the internal combustion engine, and the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst that rises as a result is added. An exhaust gas purification method for an internal combustion engine that determines whether or not the oxidation catalyst has deteriorated based on an exhaust gas temperature, wherein during the addition of fuel to the exhaust passage, one of exhaust gases in an exhaust passage upstream of the fuel addition position. And a step of bypassing the exhaust gas to the exhaust passage downstream of the exhaust temperature detection position and a step of returning the exhaust gas added with fuel and passing through the oxidation catalyst to the intake passage of the internal combustion engine. Is.
本発明において、酸化触媒の劣化の有無を判定する際には、内燃機関からの排気の一部のみが酸化触媒に導かれ、さらにこの酸化触媒を通過した排気が内燃機関の吸気通路に戻されることとなる。 In the present invention, when determining whether or not the oxidation catalyst has deteriorated, only a part of the exhaust from the internal combustion engine is guided to the oxidation catalyst, and the exhaust that has passed through the oxidation catalyst is returned to the intake passage of the internal combustion engine. It will be.
本発明の第2の形態による内燃機関の排気浄化方法において、バイパスさせた排気をNOX触媒に導くステップをさらに具えることができる。 In the exhaust purification method of the second embodiment according internal combustion engine of the present invention may further comprise the step of directing the exhaust gas to bypass the NO X catalyst.
燃料が添加されて酸化触媒を通過した排気の温度を検出するステップと、検出された排気温に基づいて酸化触媒の劣化の有無を判定するステップとをさらに具えることができる。 The method may further include detecting the temperature of the exhaust gas that has been added with fuel and passed through the oxidation catalyst, and determining whether the oxidation catalyst has deteriorated based on the detected exhaust gas temperature.
排気通路への燃料の非添加中に内燃機関からの排気をすべて酸化触媒に導くステップをさらに具えることができる。 The method may further comprise directing all exhaust from the internal combustion engine to the oxidation catalyst during the non-addition of fuel to the exhaust passage.
本発明によると、排気通路への燃料の添加中にこの燃料の添加位置よりも上流側の排気通路の排気の一部を排気温の検出位置よりも下流側の排気通路にバイパスさせ、燃料が添加されて酸化触媒を通過した排気を内燃機関の吸気通路に戻すようにしたので、燃料が添加されて酸化触媒を通過した排気の温度を検出し、検出された排気温に基づいて酸化触媒の劣化の有無を判定することができる。また、酸化触媒の反応が充分に進行するような流速の排気を酸化触媒に導くことにより、酸化触媒に対して未反応の排気が通り抜けるような不具合を防止することができる。しかも、酸化触媒の劣化の有無を判定している間、添加した燃料中に含まれる有害成分が大気中に排出されるような不具合を回避することができる。さらに、排気の一部を酸化触媒に導くようにしているため、燃料の添加量も少なくすることができ、酸化触媒を通過した排気中の有害成分の量を絶対的に少なくすることが可能となる。 According to the present invention, during the addition of fuel to the exhaust passage, a part of the exhaust in the exhaust passage upstream from the fuel addition position is bypassed to the exhaust passage downstream from the exhaust temperature detection position. Since the exhaust gas that has been added and passed through the oxidation catalyst is returned to the intake passage of the internal combustion engine, the temperature of the exhaust gas that has been added with fuel and passed through the oxidation catalyst is detected, and based on the detected exhaust gas temperature, The presence or absence of deterioration can be determined. In addition, by introducing exhaust gas at a flow rate at which the reaction of the oxidation catalyst sufficiently proceeds to the oxidation catalyst, it is possible to prevent a problem that unreacted exhaust gas passes through the oxidation catalyst. Moreover, while determining whether the oxidation catalyst has deteriorated, it is possible to avoid a problem that harmful components contained in the added fuel are discharged into the atmosphere. Furthermore, since a part of the exhaust is led to the oxidation catalyst, the amount of fuel added can be reduced, and the amount of harmful components in the exhaust that has passed through the oxidation catalyst can be reduced absolutely. Become.
なお、排気通路への燃料の非添加中に内燃機関からの排気をすべて酸化触媒に導く場合、排気中に含まれる有害成分を確実に捕捉して排気を浄化させることができる。 When all the exhaust from the internal combustion engine is led to the oxidation catalyst while no fuel is added to the exhaust passage, harmful components contained in the exhaust can be reliably captured and the exhaust can be purified.
バイパスさせた排気をNOX触媒に導く場合、酸化触媒の劣化の有無を判定する際に内燃機関からのバイパス通路を通って流れる排気をNOX触媒に導き、確実に排気の浄化を行うことができる。 When guiding the exhaust gas to bypass the NO X catalyst, the exhaust gas flowing through the bypass passage from the internal combustion engine when determining the presence or absence of degradation of the oxidation catalyst leads to the NO X catalyst, that for purifying reliably exhaust it can.
排気戻し通路の一端と排気温センサの取り付け位置との間の排気通路の途中に組み込まれたPM触媒を具えた場合、酸化触媒の劣化の有無を判定する際に酸化触媒を通過した排気中のPMをPM触媒で捕捉した状態で吸気通路側に戻すことができ、内燃機関に対する悪影響を少なくすることができる。 When a PM catalyst incorporated in the middle of the exhaust passage between one end of the exhaust return passage and the exhaust temperature sensor mounting position is provided, the exhaust gas that has passed through the oxidation catalyst when judging the presence or absence of deterioration of the oxidation catalyst The PM can be returned to the intake passage side while being captured by the PM catalyst, and adverse effects on the internal combustion engine can be reduced.
本発明による内燃機関の排気浄化装置を圧縮点火方式の内燃機関が搭載された車両に応用した実施形態について、図1〜図3を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこのような実施形態のみに限らず、本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも応用することができることは言うまでもない。 An embodiment in which an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a vehicle equipped with a compression ignition internal combustion engine will be described in detail with reference to FIGS. Needless to say, the present invention is not limited to such an embodiment but can be applied to any other technique belonging to the spirit of the present invention.
本実施形態におけるエンジンシステムの概念を図1に示し、このエンジンシステムにおける制御ブロックを図2に示す。本実施形態におけるエンジン10は、燃料である軽油を燃料噴射弁11から圧縮状態にある燃焼室12内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒内燃機関であるが、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。このエンジン10には、排気通路13内を流れる排気の一部を吸気通路14内に導く図示しない排気還流(EGR)装置と、排気通路13内を流れる排気の運動エネルギーを利用して燃焼室12への過給を行う図示しないターボ過給機とが組み込まれている。
The concept of the engine system in this embodiment is shown in FIG. 1, and the control block in this engine system is shown in FIG. The
燃焼室12にそれぞれ臨む吸気ポート15および排気ポート16が形成されたシリンダヘッド17には、吸気ポート15を開閉する吸気弁18および排気ポート16を開閉する排気弁19を含む図示しない動弁機構が組み込まれている。また、このシリンダヘッド17にはこれら吸気弁18および排気弁19に挟まれるように燃焼室12の上端中央に臨む先の燃料噴射弁11が取り付けられている。この燃料噴射弁11からの燃料噴射量や噴射時期は、ECU20に組み込まれた噴射弁駆動制御部21を介して制御される。本実施形態における動弁機構は、エンジン10の運転状態に応じて吸気弁18および排気弁19の開閉タイミングを変更し得るものであるが、これらの開閉タイミングが固定されたものであってもよい。
The
吸気管22は、吸気ポート15に連通するようにシリンダヘッド17に連結されて吸気ポート15と共に吸気通路14を画成する。図示しないサージタンクが途中に形成された吸気管22の上流端側には、大気中に含まれる塵埃などを除去して吸気通路14に導くための図示しないエアフィルタが設けられている。
The
排気ポート16に連通するようにシリンダヘッド17に連結されて排気ポート16と共に排気通路13を画成する排気管23の途中には、主として排気中に含まれる未燃ガスを酸化、つまり燃焼させるための酸化触媒24と、排気中に含まれる粒子を捕捉して無害化させるためのDPF(Diesel Particulate Filter)、つまり本発明におけるPM触媒25と、排気中のNOX成分を無害化させるためのNOX触媒26とが排気管23の上流側から順に直列に組み込まれている。また、酸化触媒24よりも上流側の排気管23の途中には、酸化触媒24の劣化診断時やPM触媒25の再生時に排気通路13内に燃料を添加するための燃料添加弁27が設けられており、この燃料添加弁27からの燃料の添加量や添加時期などはECU20に組み込まれた燃料添加弁駆動制御部28を介して制御される。さらに、PM触媒25とNOX触媒26との間の排気管23の途中には、NOX触媒26用の還元剤、例えば尿素水溶液を排気通路13内に添加するための還元剤添加弁29が設けられており、この還元剤添加弁29からの還元剤の添加量などはECU20に組み込まれた還元剤添加弁駆動制御部30を介して制御される。
In the middle of the
燃料添加弁27よりも上流側の排気管23に一端が接合されたパイパス管31の他端は、PM触媒25と還元剤添加弁29との間の排気管23に接合されている。このパイパス管31は、燃料添加弁27よりも上流側の排気通路13内に上流端が連通すると共にPM触媒25と還元剤添加弁29との間の排気通路13内に下流端が連通するバイパス通路32を画成する。また、図示しないサージタンクよりも下流側の吸気管22に一端が接合された排気戻し管33の他端は、PM触媒25とパイパス管31の他端との間の排気管23に接合されている。この排気戻し管33は、サージタンクよりも下流側の吸気通路14内に下流端が連通すると共にPM触媒25よりも下流かつバイパス通路32の下流端よりも上流側の排気通路13内に上流端が連通する排気戻し通路34を画成する。
The other end of the
バイパス通路32の上流端には、このバイパス通路32を完全に閉止し得ると共にエンジン10からの排気の一部をバイパス通路32内に導き、残りを酸化触媒24側へ導くことができる分流弁35と、この分流弁35を駆動するためのアクチュエータ36とが組み込まれている。酸化触媒24の劣化診断を行う場合、分流弁35を劣化判定位置に駆動してエンジン10からの排気の一部(例えば80%)をバイパス通路32内に導き、残り(例えば20%)を酸化触媒24側へと導くようにする。これに対し、酸化触媒24の劣化診断が行われない場合には、分流弁35を定常運転位置に駆動してバイパス通路32を完全に閉止し、エンジン10からの排気をすべて酸化触媒24側へ導くようになっている。このような分流弁35の作動は、アクチュエータ36を介してECU20に組み込まれた分流弁駆動制御部37により制御される。つまり、上述した分流弁35およびアクチュエータ36は、分流弁駆動制御部37と共に本発明における分流比調整手段の主要部を構成する。
At the upstream end of the
また、排気戻し管33と排気管23との連結部分には、排気戻し通路34の開閉と、排気戻し管33と排気管23との連結部分よりも下流側の排気通路13の開閉とを同時に切り換えるための開閉切り換え弁38がそのアクチュエータ39と共に設けられている。酸化触媒24の劣化診断を行う場合、開閉切り換え弁38を劣化判定位置に駆動して排気戻し通路34を開くと同時に排気戻し管33と排気管23との連結部分よりも下流側の排気通路13を完全に閉止する。これにより、PM触媒25を通過した排気を排気戻し通路34を介して吸気通路14内へ戻すことができ、バイパス通路32を通った排気はNOX触媒26へと導かれることとなる。また、酸化触媒24の劣化診断を行わない場合には、開閉切り換え弁38を定常運転位置に駆動し、排気戻し通路34を完全に閉止すると同時に排気戻し管33と排気管23との連結部分よりも下流側の排気通路13を開く。これにより、PM触媒25を通過した排気をNOX触媒26側へ導くことができる。このような開閉切り換え弁38の作動は、アクチュエータ39を介してECU20に組み込まれた切り換え弁駆動制御部40により制御される。つまり、上述した開閉切り換え弁38およびアクチュエータ39は、切り換え弁駆動制御部40と共に本発明における通路切り換え手段の主要部を構成する。
Further, at the connection portion between the
上述したように、分流弁35を劣化判定位置に駆動した場合、酸化触媒24およびPM触媒25を通過した排気が吸気通路14側に戻されるため、酸化触媒24の劣化診断中に酸化触媒24を通過した排気がそのまま大気中に排出されるような不具合を回避することができる。また、バイパス通路32を通った排気はNOX触媒26に導かれるため、最終的に大気中に排出される排気は、少なくともNOX触媒26を通過することとなるため、排気中に含まれる有害成分を最小限に抑えることができる。
As described above, when the
なお、酸化触媒24の劣化診断を行わない通常の運転状態、つまり定常運転状態では、吸気管22から燃焼室12内に供給される吸気が燃料噴射弁11から燃焼室12内に噴射される燃料と混合気を形成する。そして、一般的にはピストン41の圧縮上死点直前にて自然着火して燃焼し、これによって生成する排気が酸化触媒24とPM触媒25とNOX触媒26とを順に通り、浄化された状態となって大気中に排出される。
In a normal operation state in which deterioration diagnosis of the
本実施形態では、エンジン10およびこのエンジン10が搭載される車両の運転状態を把握してECU20の運転状態判定部42に組み込まれた燃料設定部43が燃料噴射弁11からの燃料の噴射量および噴射時期などを設定する。この燃料設定部43にて設定された噴射量および噴射時期が得られるように、噴射弁駆動制御部21により燃料噴射弁11の作動が制御される。このような制御を実行するため、以下に記すような各種センサ類、すなわちアクセル開度センサ44や、エアフローメータ45や、クランク角センサ46などを具えている。アクセル開度センサ44は、運転者によって操作されるアクセルペダル47の踏み込み量を検出してこれをECU20の運転状態判定部42に出力する。エアフローメータ45は、排気戻し管33の一端よりも上流側の吸気通路14の途中に設けられ、エンジン10の燃焼室12に向けて吸気通路14内を流れる吸入空気量を検出し、これをECU20の運転状態判定部42に出力する。シリンダブロック48に取り付けられるクランク角センサ46は、連接棒49を介してピストン41が連結されるクランク軸50の回転位相を検出してこれをECU20の運転状態判定部42に出力する。
In the present embodiment, the
ECU20は、図示しないCPU,ROM,RAM,A/D変換器および入出力インタフェースなどを含むマイクロコンピュータを含む。このECU20は、円滑なエンジン10の運転がなされるように、上述したセンサ44,46およびエアフローメータ45などからの検出信号に基づいて所定の演算処理を行う。そして、予め設定されたプログラムに従って燃料噴射弁11,燃料添加弁27,還元剤添加弁29,分流弁35,開閉切り換え弁38などの作動を制御する。また、酸化触媒24の劣化の有無を判定するため、本実施形態におけるECU20の運転状態判定部42は、触媒劣化判定部51を具えている。また、酸化触媒24よりも下流側かつPM触媒25よりも上流側の排気通路13内の排気温を検出してこれをECU20に出力する排気温センサ52が設けられている。さらに、その判定結果を出力するための表示器駆動制御部53がECU20に組み込まれている。
The
運転状態判定部42は、前述のセンサ44,46などからの検出情報に基づき、車両が所定の運転状態にあるか否かを判定する。本実施形態における所定の運転状態とは、アクセル開度および車速が0のアイドリングまたは暖機運転中か、あるいは低負荷領域における定常運転(アクセル開度や車速およびエンジン回転数がほぼ一定)の場合である。
The driving
触媒劣化判定部51は、車両が所定の運転状態にあると運転状態判定部42が判断した場合にのみ、排気温センサ52からの検出信号に基づいて酸化触媒24の劣化の有無を判定する。この劣化の有無の判定は、イグニッションキースイッチ54をオンにしてエンジン10を始動させた後、イグニッションキースイッチ54をオフにしてエンジン10を停止するまでの間に1回だけ行うようにしている。しかしながら、エンジン10の始動後に継続的に劣化の有無を判定するようにしてもよい。この酸化触媒24の劣化の有無を判定する手法は、例えば特許文献1などで周知であって本発明の趣旨ではないので、その詳細な説明を省略するが、一般的には燃料添加弁27から燃料を排気中に添加した場合、酸化触媒24が劣化している状態と、そうでない状態とで排気温センサ52によって検出される排気温が異なることを利用している。本実施形態では、燃料を添加した場合に排気温センサ52によって検出される排気温Tnが閾値TR未満の場合、酸化触媒24が劣化していると判定する。
The catalyst
表示器駆動制御部53は、触媒劣化判定部51の判定結果に基づき、酸化触媒24に劣化があることを運転者に知らせるためのものであり、そのための警告表示器55が図示しない車室内に設けられている。この警告表示器55は、聴覚や視覚などを利用して車両の運転者に対する注意を喚起し得るものであればよい。
The display
このような本実施形態における酸化触媒24の劣化の有無の判定手順について図3を参照しつつ説明すると、まずS11のステップにて劣化判定フラグがセットされているか否かを判定する。最初は劣化判定フラグがセットされていないので、S12のステップに移行して車両が所定の運転状態にあるか否かを判定する。ここで、車両が所定の運転状態にない、つまり酸化触媒24の劣化を判定することができる運転状態にないと判断した場合には、再度S11のステップ以降の処理を継続する。
A procedure for determining whether or not the
S12のステップにて車両が所定の運転状態にある、つまり劣化判定可能な運転状態にあると判断した場合には、S13のステップに移行して酸化触媒24の劣化診断を行うため、分流弁35を劣化判定位置に駆動し、エンジン10からの排気の一部をバイパス通路32内に導き、残りを酸化触媒24側へと導くようにする。同時に、開閉位置切り換え弁38を劣化判定位置に駆動し、排気戻し通路34を全開にすると共に排気戻し管33と排気管23との連結部分よりも下流側の排気通路13を全閉にする。そして、S14のステップにて燃料添加弁27から燃料を排気中に添加し、酸化触媒24の温度を昇温させる。
When it is determined in step S12 that the vehicle is in a predetermined driving state, that is, in a driving state in which deterioration can be determined, the flow proceeds to step S13 and the deterioration of the
排気温センサ52によって検出される酸化触媒24を通過後の排気温Tnは、S15のステップにて閾値TRと比較され、これが閾値TR未満の場合、酸化触媒24が劣化していると判定する。この場合、S16のステップに移行して警告表示器55を駆動した後、S17のステップに移行する。
Exhaust gas temperature T n after passing through the
S16のステップにて警告表示器55の駆動があった場合、乗員は酸化触媒24が劣化しているため、交換すべきであることを認識することができるので、乗員は、酸化触媒24の交換などのために整備工場に車両を搬入し、必要に応じて酸化触媒24の交換などを行えばよい。
When the
一方、S16のステップにて排気温Tnが閾値TR以上である、つまり酸化触媒24が劣化していないと判断した場合には、S17のステップに移行する。S17のステップでは、分流弁35を定常運転位置に駆動し、バイパス通路32を完全に閉止してエンジン10からの排気をすべて酸化触媒24側へ導く。同時に、開閉切り換え弁38も定常運転位置に駆動し、排気戻し通路34を全閉にすると共に排気戻し管33と排気管23との連結部分よりも下流側の排気通路13を全開にし、PM触媒25を通過した排気がNOX触媒26へと導かれるようにする。そして、S18のステップにて劣化判定フラグをセットした後、再びS11以降のステップを繰り返す。
On the other hand, the exhaust gas temperature T n at S16 in step a threshold T R above, that is, when the
S11のステップにて劣化判定フラグがセットされている、つまり酸化触媒24の劣化判定が行われたと判断した場合には、S19のステップに移行してイグニッションキースイッチ54がオフとなっているか否かを判定する。イグニッションキースイッチ54がオフではない、つまりエンジン10が停止していないと判断した場合には、何もせずに再度S11のステップ以降の処理を継続する。
If it is determined in step S11 that the deterioration determination flag is set, that is, it is determined that the deterioration determination of the
S19のステップにてイグニッションキースイッチ54がオフとなっていると判断した場合には、S20のステップに移行し、劣化判定フラグをリセットしてこのフローを終了する。つまり、イグニッションキースイッチ54をオンにしてからS13〜S15の判断ルーチンを一度でも行った場合には、イグニッションキースイッチ54がオフとなるまで、S13〜S15の判断ルーチンを繰り返して行わないようにしている。
If it is determined in step S19 that the ignition
上述した実施形態では、排気温センサ52を酸化触媒24の下流側に配したが、さらに上流側、つまり燃料添加弁27と酸化触媒24との間の排気通路13にも排気温センサ52を組み込み、これら2つの排気温センサ52からの出力によって酸化触媒24の劣化の有無をより高精度に判定することも可能である。このような酸化触媒24の劣化の有無を判定する手法については、本発明の主眼ではなく、任意の周知の方法を採用し得るものであることに注意されたい。
In the embodiment described above, the
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。 It should be noted that the present invention should be construed only from the matters described in the claims, and in the above-described embodiment, all the changes and modifications included in the concept of the present invention are other than those described. Is possible. That is, all matters in the above-described embodiment are not intended to limit the present invention, and include any configuration not directly related to the present invention. To get.
10 エンジン
11 燃料噴射弁
12 燃焼室
13 排気通路
14 吸気通路
15 吸気ポート
16 排気ポート
17 シリンダヘッド
18 吸気弁
19 排気弁
20 ECU
21 噴射弁駆動制御部
22 吸気管
23 排気管
24 酸化触媒
25 PM触媒
26 NOX触媒
27 燃料添加弁
28 燃料添加弁駆動制御部
29 還元剤添加弁
30 還元剤添加弁駆動制御部
31 パイパス管
32 バイパス通路
33 排気戻し管
34 排気戻し通路
35 分流弁
36 アクチュエータ
37 分流弁駆動制御部
38 開閉切り換え弁
39 アクチュエータ
40 切り換え弁駆動制御部
41 ピストン
42 運転状態判定部
43 燃料設定部
44 アクセル開度センサ
45 エアフローメータ
46 クランク角センサ
47 アクセルペダル
48 シリンダブロック
49 連接棒
50 クランク軸
51 触媒劣化判定部
52 排気温センサ
53 表示器駆動制御部
54 イグニッションキースイッチ
55 警告表示器
Tn 検出排気温
TR 劣化判定用閾値
DESCRIPTION OF
21
Claims (6)
前記排気温センサよりも下流側の排気通路に一端が連通すると共に内燃機関の吸気通路に他端が連通する排気戻し通路と、
この排気戻し通路の一端よりも下流側の排気通路に一端が連通すると共に前記燃料添加弁による燃料の添加位置よりも上流側の排気通路に他端が連通するバイパス通路と、
このバイパス通路および前記酸化触媒に導かれる内燃機関からの排気の割合を調整するための分流比調整手段と、
前記排気戻し通路の一端と前記バイパス通路の一端との間の排気通路および前記排気戻し通路の開閉を切り換える通路切り換え手段と、
この通路切り換え手段および前記燃料添加弁ならびに前記分流比調整手段の作動を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An oxidation catalyst incorporated in the exhaust passage of the internal combustion engine, a fuel addition valve for adding fuel to the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst, and an exhaust temperature of the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst An exhaust gas purification device for an internal combustion engine, which incorporates an exhaust temperature sensor for detecting
An exhaust return passage having one end communicating with the exhaust passage downstream of the exhaust temperature sensor and the other end communicating with the intake passage of the internal combustion engine;
A bypass passage having one end communicating with an exhaust passage downstream from one end of the exhaust return passage and the other end communicating with an exhaust passage upstream of the fuel addition position by the fuel addition valve;
A diversion ratio adjusting means for adjusting the ratio of the exhaust gas from the internal combustion engine guided to the bypass passage and the oxidation catalyst;
Passage switching means for switching between opening and closing of the exhaust passage and the exhaust return passage between one end of the exhaust return passage and one end of the bypass passage;
An exhaust emission control device for an internal combustion engine, comprising: a control means for controlling the operation of the passage switching means, the fuel addition valve, and the diversion ratio adjusting means.
排気通路への燃料の添加中にこの燃料の添加位置よりも上流側の排気通路の排気の一部を排気温の検出位置よりも下流側の排気通路にバイパスさせるステップと、
燃料が添加されて前記酸化触媒を通過した排気を内燃機関の吸気通路に戻すステップとを具えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。 Fuel is added to the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst incorporated in the exhaust passage of the internal combustion engine, and the oxidation catalyst is heated based on the exhaust gas temperature in the exhaust passage downstream of the oxidation catalyst. An exhaust gas purification method for an internal combustion engine for determining the presence or absence of deterioration,
Bypassing a portion of the exhaust passage upstream of the fuel addition position to the exhaust passage downstream of the exhaust temperature detection position during addition of the fuel to the exhaust passage; and
An exhaust gas purification method for an internal combustion engine comprising the step of returning the exhaust gas added with fuel and passing through the oxidation catalyst to the intake passage of the internal combustion engine.
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