JP4888373B2 - 触媒バイパス制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、触媒バイパス制御装置に関し、特に内燃機関の直後であって主触媒の上流に補助触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置の、補助触媒のバイパス制御装置に関する。

内燃機関の排気浄化装置においては、貴金属触媒等の触媒を担持し、触媒が暖機されて活性温度以上になれば、良好に排気ガスを浄化することができるが、内燃機関の始動時において、触媒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。

このため、内燃機関の始動直後から排気ガスの浄化を可能とするために、内燃機関本体近傍に熱容量の小さな補助触媒を追加設置し、この補助触媒が内燃機関の始動時において早期に暖機されることにより、内燃機関の始動直後から排気ガスを浄化することができるようにする技術が開示されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。

しかし、貴金属触媒、例えば白金は、高温でシンタリングを発生し、劣化する。また、この貴金属触媒は、特に酸素過剰な雰囲気では酸化物となり、より低温でシンタリングを発生しやすいことが知られている。

前述のように補助触媒と主触媒とを備える場合において、主触媒は内燃機関本体から離れているために、内燃機関本体から排出された排気ガスが高温であっても、排気ガスはある程度冷却されて主触媒に流入することとなり、シンタリングを発生するほど高温にはならない。しかし、内燃機関本体近傍の補助触媒は、高温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、容易に高温となる。この時に、フュエルカットによって酸素過剰の排気ガスが流入すれば、補助触媒はシンタリングを発生して劣化する。

従って、このような補助触媒におけるシンタリングを防止するために、補助触媒にバイパス通路を設け、排気ガス温度が一定の温度以上である場合には、バイパス通路を使用して、排気ガスが補助触媒を通過しないように制御する。

すなわち、補助触媒（以下単に「触媒」という）においては、基本的には高速高負荷で触媒床温が高いときにバイパス通路を開いて触媒への排気ガス流入を防止するとともに、減速時においてもバイパス通路を開き、触媒がフュエルカットで酸素過剰となった雰囲気で酸化劣化することを防止するよう制御する（特許文献１、特許文献３）。

ところが、内燃機関の減速を、バイパス通路を開く条件とした場合には、内燃機関の減速は、車両走行中に頻繁に行われるため、バイパス弁の開閉頻度が極めて高くなる。

このため、バイパス弁の開閉の可動部や、アクチュエータは、磨耗の発生等により損傷し易く、弁軸からのガス漏れ等の機能の不良を発生する恐れがある。

特開平２００５−２８２８号公報 特開平６−３４６７２４号公報 特開平２００３−２４７４１４号公報 特開平６−７４０２１号公報

本発明は、内燃機関の減速運転時のバイパス弁の作動回数を低減し、磨耗等の問題を発生しない触媒バイパス制御装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の直後であって主触媒の上流に補助触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置において、補助触媒をバイパスするバイパス通路と、バイパス通路への排気ガスの流入を開閉制御するバイパス弁と、バイパス弁を開閉する、弁開閉手段と、補助触媒の温度を検出する温度検出手段と、を備え、内燃機関が減速状態である場合において、補助触媒の温度が、触媒活性温度以下である場合には、バイパス弁を開とし、補助触媒の温度が、触媒活性温度以上であって触媒の酸化雰囲気でのシンタリング発生温度以上である場合には、バイパス弁を開とし、補助触媒の温度が、触媒活性温度以上であって触媒の酸化雰囲気でのシンタリング発生温度以下である場合には、バイパス弁を閉とする、ことによって、内燃機関の減速運転時のバイパス弁の作動回数を低減する、触媒バイパス制御装置が提供される。

すなわち、請求項１の発明では、内燃機関が減速状態である場合において、触媒床温が活性温度より低いとき、及び酸化雰囲気でシンタリングを発生する危険性のある温度以上のときは、バイパス弁を開くが、それ以外の温度領域では、減速となってもバイパス弁を開かない制御をすることにより、バイパス弁の作動回数を低減する。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の減速運転時のバイパス弁の作動回数を低減し、磨耗等の問題を発生しない触媒バイパス制御装置を提供するという効果を奏する。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

図２は、本発明の一実施形態の装置構成を示す図である。内燃機関（図示せず）に連通する排気管１の途中に、触媒２を備え、触媒２をバイパスするバイパス通路３に通路の排気ガス流れを開閉制御するバイパス弁４を設置する。バイパス弁４は、ダイアフラムアクチュエータ５に連接され、このアクチュエータ５に、吸気からの負圧を導入制御し、バイパス弁４を開閉駆動する。吸気管負圧は、チェック弁６、負圧タンク７、ＶＳＶ(Vacuum Switching Valve)８を介して、ダイアフラムアクチュエータ５に供給される。負圧の供給は、制御装置９に取り込まれる機関運転状況により変化するそれぞれの信号と、あらかじめ設定された制御値とにより判断され、ＶＳＶ８により行われる。
バイパス弁の開閉は、触媒床温が高温となる高負荷運転領域で開とし、触媒のシンタリングによる劣化を防止し、併せて触媒の圧損の低減による出力向上という利益を得ることができる。しかし、触媒のシンタリングは、酸化雰囲気では、より低温でも発生するため、内燃機関の減速で、触媒が酸化雰囲気でシンタリング発生温度以上となる領域でもバイパス弁４を開としている。

すなわち、本発明を、図１のフローチャートに従って説明すれば、減速開始を検出した場合に、触媒床温を確認し、触媒床温が活性温度以下であればバイパス弁４を開とする。この場合は、排気ガス中の成分はほとんどが空気であり、浄化の必要はない。触媒床温が活性温度以上で、更に酸化雰囲気でのシンタリング発生温度以上であれば、バイパス弁４を開とする。この場合、排気ガスは下流の主触媒で浄化処理される。それ以外の条件では、バイパス弁４を閉とする。すなわち、排気ガスを触媒２によって昇温し、触媒２及び下流の主触媒によって浄化処理する。減速状態でない場合には、触媒２の床温がシンタリング発生温度以上であればバイパス弁４を開とし、排気ガスを下流の主触媒で浄化処理し、触媒２の床温がシンタリング発生温度以下であればバイパス弁４を閉とし、排気ガスを触媒２及び下流の主触媒によって浄化処理する。

このように制御することにより、内燃機関の減速時において、バイパス弁４が閉のままである場合が増加し、バイパス弁４の作動回数が大幅に削減でき、バイパス弁及びそのアクチュエータの耐久性を向上させることができる。

本発明を触媒バイパス制御装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明するフローチャートである。 本発明を触媒バイパス制御装置に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。

符号の説明

１ 排気管
２ 触媒
３ バイパス通路
４ バイパス弁
５ アクチュエータ
６ チェック弁
７ 負圧タンク
８ ＶＳＶ
９ 制御装置
１１ 温度センサー
１２ 圧力センサー

Claims (1)

1. 内燃機関の直後であって主触媒の上流に補助触媒を設けた内燃機関の排気浄化装置において、
   前記補助触媒をバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路への排気ガスの流入を開閉制御するバイパス弁と、
   前記バイパス弁を開閉する、弁開閉手段と、
   前記補助触媒の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
   前記内燃機関が減速状態である場合において、前記補助触媒の温度が、触媒活性温度以下である場合には、前記バイパス弁を開とし、前記補助触媒の温度が、触媒活性温度以上であって触媒の酸化雰囲気でのシンタリング発生温度以上である場合には、前記バイパス弁を開とし、前記補助触媒の温度が、触媒活性温度以上であって触媒の酸化雰囲気でのシンタリング発生温度以下である場合には、前記バイパス弁を閉とする、ことによって、内燃機関の減速運転時のバイパス弁の作動回数を低減する、
   触媒バイパス制御装置。

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