JP4940979B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、触媒コンバータで排気浄化を行う内燃機関の排気浄化装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that performs exhaust gas purification using a catalytic converter.
従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側、つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。 As conventionally known, in a configuration in which the main catalytic converter is disposed relatively downstream of the exhaust system such as under the floor of a vehicle, the temperature of the catalytic converter rises and is activated after a cold start of the internal combustion engine. In the meantime, a sufficient exhaust purification action cannot be expected. On the other hand, the closer the catalytic converter is to the upstream side of the exhaust system, that is, the internal combustion engine side, the lower the durability due to thermal degradation of the catalyst.
そのため、特許文献1に開示されているように、メイン触媒コンバータを備えたメイン通路の上流側部分と並列にバイパス通路を設けるとともに、このバイパス通路に、別のバイパス触媒コンバータを介装し、両者を切り換える切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス通路側に排気を案内するようにした排気装置が、従来から提案されている。この構成では、バイパス触媒コンバータは排気系の中でメイン触媒コンバータよりも相対的に上流側に位置しており早期に活性化するので、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
Therefore, as disclosed in
従来の排気浄化装置に設置された切換弁は、電制モータや負圧アクチュエータにより開閉することが一般的である。このような切換弁では、開閉の一方をスプリングの付勢力を用いて開閉している。
しかしながら、スプリングの付勢力により維持された開閉いずれかの状態から他方の状態へ移行する際には、スプリングの付勢力に抗して切換弁を開閉する必要があるため、切換弁の開閉速度が低下する恐れがある。 However, when shifting from one of the open / closed states maintained by the biasing force of the spring to the other state, it is necessary to open / close the switching valve against the biasing force of the spring. May fall.
したがって、本発明は、排気の流れをメイン通路とバイパス通路との間で切り換える切換弁の開閉速度を向上する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目標とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device for an internal combustion engine that improves the opening / closing speed of a switching valve that switches the flow of exhaust gas between a main passage and a bypass passage.
本発明は、内燃機関の排気が流通するメイン通路と、このメイン通路に設置されたメイン触媒コンバータと、前記メイン通路の一部をバイパスし、前記メイン触媒コンバータの上流側の前記メイン通路に接続するバイパス通路と、このバイパス通路に設置されるバイパス触媒コンバータと、前記内燃機関から排出される排気の前記メイン通路への流れを制御する切換バルブと、前記切換バルブの開閉を制御するコントローラと、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記切換バルブは、その開閉動作の一方の駆動源として負圧アクチュエータおよびモータとを備え、前記コントローラは、前記負圧アクチュエータに作用して負圧アクチュエータに駆動力を生じさせる負圧に応じて、前記切換バルブの駆動源を前記負圧アクチュエータのみ、または前記負圧アクチュエータと前記モータとの組み合わせのいずれかに制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。 The present invention relates to a main passage through which exhaust gas from an internal combustion engine flows, a main catalytic converter installed in the main passage, a part of the main passage, and connected to the main passage on the upstream side of the main catalytic converter. A bypass passage, a bypass catalytic converter installed in the bypass passage, a switching valve that controls the flow of exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the main passage, a controller that controls opening and closing of the switching valve, In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, the switching valve includes a negative pressure actuator and a motor as one drive source of the opening / closing operation, and the controller acts on the negative pressure actuator to depending on the negative pressure causing a driving force, the driving source of the switching valve of the negative pressure actuator Or an exhaust purifying apparatus for an internal combustion engine and controlling any combination of the negative pressure actuator and said motor.
この発明によれば、開閉いずれかの状態から他方の状態へ移行する際に、負圧アクチュエータに作用する負圧が不足する場合には、負圧アクチュエータとモータとにより切換弁を開閉駆動するため、切換弁の開閉速度が低下することがない。 According to the present invention, when the negative pressure acting on the negative pressure actuator is insufficient when shifting from one of the open / closed states to the other state, the switching valve is driven to open / close by the negative pressure actuator and the motor. The opening / closing speed of the switching valve does not decrease.
図1は、本発明を適用する内燃機関の排気浄化装置のレイアウトを模式的に示した説明図である。 FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the layout of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine to which the present invention is applied.
排気浄化装置は、車両の居室の床下に配置されるメイン触媒コンバータ8とその上流側に配置されるバイパス触媒コンバータ18とを含んで構成される。メイン触媒コンバータ8は、内燃機関の各気筒に接続する上流側メイン通路2と、その下流側の中流側メイン通路3及び下流側メイン通路7からなるメイン通路2、3、7の下流側メイン通路7に設置される。バイパス触媒コンバータ18は、メイン通路の上流側メイン通路2からそれぞれ分岐し、中流側メイン通路3をバイパスして下流側メイン通路7の上流端部に接続し、上流側、下流側バイパス通路11、14からなるバイパス通路11、14の下流側バイパス通路14に設置される。
The exhaust purification device includes a main catalytic converter 8 disposed under the floor of a vehicle room and a bypass
上流側メイン通路2は、その上流側が内燃機関の♯1気筒〜♯4気筒の各気筒1に接続されるとともに、下流側端部は集合し、その集合部に各上流側メイン通路2を開閉する切換バルブ4が各通路2毎に設けられている。切換バルブ4は切換バルブユニット5として構成され、切換バルブユニット5で4本の上流側メイン通路2は一体化し、各切換バルブ4の下流側で1本の通路として構成され、中流側メイン通路3に接続する。この切換バルブユニット5の各切換バルブ4は、内燃機関の冷間時には閉じられ、閉時には上流側メイン通路2と中流側メイン通路3との間の連通を遮断し、排気をバイパス通路11、14へ導入し、開時には上流側メイン通路2と中流側メイン通路3との間を連通し、排気を中流側メイン通路3へ導入する構成とする。ここで、切換バルブ4よりも上流側の上流側メイン通路2の通路長さ、ないしは通路容積が小さいほど、冷間始動直後のバイパス通路側における排気温度が上昇しやすくなる。
The upstream
中流側メイン通路3の下流側には、下流側メイン通路7が接続して、中流側メイン通路3と下流側メイン通路7との接続部7aに後述の下流側バイパス通路14が合流する。そして下流側メイン通路7にはメイン触媒コンバータ8が設置され、このメイン触媒コンバータ8における触媒としては、三元触媒とHCトラップ触媒とが備えられる。
A downstream main passage 7 is connected to the downstream side of the middle flow side
バイパス通路11、14として、上流側メイン通路2の各々から、上流側バイパス通路11が分岐し、この上流側バイパス通路11は、上流側メイン通路2よりも通路断面積が十分に小さな通路である。上流側バイパス通路11の上流端となる上流側メイン通路2との分岐点2aは、上流側メイン通路2のできるだけ上流側の位置に設定されている。そして、各上流側バイパス通路11は集合し、1本の下流側バイパス通路14に接続する。下流側バイパス通路14の下流側は、前述の通り、中流側メイン通路3と下流側メイン通路7との接続部7aに合流している。なお、各通路を模式的に示した図1では、各上流側バイパス通路11が比較的長く描かれているが、実際には、可能な限り短くなっている。換言すれば、最短距離でもって下流側バイパス通路14と合流している。
As the
下流側バイパス通路14には、その途中に三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ18が設置される。このバイパス触媒コンバータ18は、バイパス通路14の可能な限り上流側に配置されている。つまり、下流側バイパス通路14もできるだけ短くなっている。バイパス触媒コンバータ18は、メイン触媒コンバータ8に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。下流側バイパス通路14は、中流側メイン通路3と下流側メイン通路7との接続部7aに合流し、バイパス触媒コンバータ18で浄化された排気を下流側メイン通路7に導入する。
A bypass
各気筒1に吸気マニホールドを介して連通する吸気通路21が設置され、吸気通路21にはスロットル弁22が配置される。この吸気通路21には、吸気通路21のスロットル弁22下流と中流側メイン通路3の上端部に位置する切換バルブ4とを結ぶ負圧通路23が接続される。
An
負圧通路23には中流側メイン通路3側から、負圧アクチュエータ24、負圧通路23内を開閉し、負圧アクチュエータ24に作用する負圧を制御するソレノイドバルブ25、負圧通路23内の圧力(負圧)を検出する圧力センサ26、負圧アクチュエータ24に作用する負圧を蓄圧するための負圧タンク27および吸気通路21側からの排気の流れを禁止する逆止弁28が順に設置される。
The
中流側メイン通路3と負圧通路23との合流部に切換バルブ4が設置され、その開閉状態により排気の流れを上流側メイン通路2と上流側バイパス通路11との間で切り換える。切換バルブ4はコントローラ30によってその開閉が制御される。
A
この切換バルブ4は、各気筒1に連通する上流側メイン通路2毎に設置されて、負圧アクチュエータ24の負圧と電制モータ29の電気的な駆動力に応じて開閉制御されるもので、負圧アクチュエータ24のみ、および負圧アクチュエータ24と電制モータ29との協働によって開閉する。なお、切換バルブ4は、この実施形態では、閉状態を維持するために不図示のスプリングに付勢力を用いて、閉状態から開状態へ切り換える作用力として前述の負圧等を用いる。しかしながら、開状態を維持するために不図示のスプリングに付勢力を用いて、開状態から閉状態へ切り換える作用力として前述の負圧等を用いるようにしてもよい。
This
図2に切換バルブ4とその代表的な駆動方式を示す。切換バルブ4は、前述の通り各気筒1に連通する上流側メイン通路毎に設置され、切換バルブ4を開閉する駆動方式が異なっている。なお、図では切換バルブ4が2個記載されるが、これは模式的に示したものであり、これに限られるわけではない。
FIG. 2 shows the
図2(a)は、各気筒1に連通する上流側メイン通路2毎に切換バルブ4を設け、各切換バルブ4を1対の電制モータ29と負圧アクチュエータ24により駆動するようにしたものである。たとえば、各切換バルブ4を不図示のリンク機構を用いて1対の電制モータ29と負圧アクチュエータ24により開動作するように構成する。このように、リンク機構等を用いて1つの電制モータ29と1つの負圧アクチュエータ24により複数の切換バルブ4を開動作することができるため、コストの低減や、配線、配管のレイアウトが容易になるという効果がある。
In FIG. 2A, a
図2(b)は、各気筒1に連通する上流側メイン通路2毎に設置された切換バルブ4に対してそれぞれの切換バルブ4に対応する開閉用の駆動源、つまり電制モータ29と負圧アクチュエータ24を設けた方式である。この方式では、各切換バルブ4に設置される電制モータ29と負圧アクチュエータ24の単体での大きさを小さくにすることができ、レイアウト性が向上する。また、切換バルブ4毎に開閉制御することができるため、各切換バルブ4間でのバラツキを考慮する必要がないという効果がある。
FIG. 2 (b) shows a
図2(c)は、(a)に負圧ポンプ31を追加した構成を有する。負圧ポンプ31を備えることで、負圧アクチュエータ24で不足する負圧分を負圧ポンプ31で生成した負圧により補い、負圧ポンプ31によって負圧を補足しても負圧が不足する場合に電制モータ29によりさらに補足するようにする。このような方式とすることで、負圧アクチュエータ24による開動作の駆動力を増大させ、一方、電制モータ29の要求性能を低下させることができ、電制モータ29の小型化、低コスト化を図ることができる。
FIG. 2C has a configuration in which a
図3は、このような切換バルブ4と、その駆動源としての負圧アクチュエータ24および電制モータ29を制御するコントローラ30による切換バルブ4の開閉制御を説明するフローチャートである。この制御は、負圧アクチュエータ24と電制モータ29により切換バルブ4を開き、不図示のスプリングの付勢力により切換バルブ4を閉じることを前提としている。
FIG. 3 is a flowchart for explaining opening / closing control of the switching
まずステップS1で、排気の流れを切り換えるための切換バルブ4を開き、切換バルブ4の開制御を終了してよいか否かを判定する。終了する場合には、ステップS2に進み、切換バルブ4の開状態を維持するために必要な負圧が確保できるか否かを判定する。ここで、負圧確保の判定は、負圧通路23に設置した圧力センサ26の検出値を用いて判定する。切換バルブ4を開状態に維持するのに必要な負圧は、切換バルブ4の弁体4a(図2参照)を相手部材に押し付けるために必要な負圧である。
First, in step S1, the switching
開状態を維持するのに必要な負圧が確保できる場合には、ステップS3に進んでソレノイドバルブ25を開き、負圧を負圧アクチュエータ24に作用させて切換バルブ4を開状態に維持する。
If the negative pressure required to maintain the open state can be secured, the process proceeds to step S3, where the
一方、ステップS2において必要な負圧が確保できない場合、つまり負圧のみで切換バルブ4の開状態を維持できない場合にはステップS4に進み、ソレノイドバルブ25を開いて負圧を負圧アクチュエータ24に作用させるとともに電制モータ29を駆動させ、切換バルブ4は負圧アクチュエータ24の負圧と電制モータ29の駆動力(トルク)との組み合わせにより開状態を維持するように制御される。したがって、ステップS4の場合には、負圧アクチュエータ24に作用させる負圧が十分でないため、負圧アクチュエータ24と電制モータ29とにより切換バルブ4を開状態に維持するようにする。
On the other hand, if the necessary negative pressure cannot be secured in step S2, that is, if the open state of the switching
ステップS1で切換バルブ4の開制御が終了しない場合にはステップS5に進み、メイン触媒コンバータ8の活性状態を判断し、切換バルブ4を開くか否かを判定する。メイン触媒コンバータ8の活性状態は、たとえば不図示の温度センサをメイン触媒コンバータ8に設けてメイン触媒コンバータ8内の触媒温度を検出して、検出温度に基づいて判定する。メイン触媒コンバータ8が活性状態にある場合には、切換バルブ4を開いて排気をメイン触媒コンバータ8に導入してよいため、ステップS6に進み、圧力センサ26の出力値を読み込み、検出した負圧が切換バルブ4の開動作に十分な負圧かどうかを判定する。ここで、十分な負圧とは、切換バルブ4を閉じ方向に作用している不図示のスプリングの付勢力に抗して、切換バルブ4を所定の開閉速度で開くのに必要な負圧であり、ステップS2の切換バルブ4を開状態に維持するのに必要な負圧とは異なる。この必要な負圧を予め所定負圧として設定し、この所定負圧より低ければ負圧は十分であるとする。負圧が十分であればステップS7に進んで、ソレノイドバルブ25を開いて負圧を負圧アクチュエータ24に作用させて切換バルブ4を開制御する。一方、負圧が不十分であれば、ステップS8に進み、負圧アクチュエータ24と電制モータ29により切換バルブ4を開状態に制御する。
If the opening control of the switching
ステップS5で、メイン触媒コンバータ8が活性状態に達しておらず、切換バルブ4を開く必要がない場合には、ステップS9に進み、内燃機関が搭載された車両の運転状態から切換バルブ4を開く必要があるか否かを判定する。たとえば、急加速時や登坂路走行時の高負荷要求により切換バルブ4の開要求があればステップS10に進み、負圧を読み込み、必要負圧が供給できるか否かを判定し、開要求がなければステップS1に戻る。ここでの必要負圧は、ステップS6と同じ必要負圧でよい。
If the main catalytic converter 8 has not reached the active state and it is not necessary to open the switching
ステップS10で必要負圧が確保されると判定されればステップS11に進み、ソレノイドバルブ25を開き、負圧を負圧アクチュエータ24に作用させて、切換バルブ4を開状態に制御する。一方、必要負圧が確保されないと判定されればステップS12に進み、負圧アクチュエータ24と電制モータ29を協働駆動して、切換バルブ4を開状態に制御する。
If it is determined in step S10 that the necessary negative pressure is ensured, the process proceeds to step S11, the
ステップS7、S8、S11やステップS12により切換バルブ4を開状態に制御し、各ステップは続いてステップS13に進み、切換バルブ4を開く際に切換バルブ4の弁体4aが相手部材に着座する際に生じる着座音を抑制する制御を行う。
The switching
着座音は、切換バルブ4の弁体4aが負圧の作用や電制モータ29の駆動力により着座する際の速度が速いほど発生しやすいため、着座音の抑制には着座時の弁体4aの速度を抑制することが効果的である。したがって、切換バルブ4の弁体4aが相手部材に着座する直前に弁体4aの開く速度を低下させて着座音を抑制するように制御する。ここで、弁体4aの開く速度を変化させるには、制御時の応答速度の速い電制モータ29を制御して変化させることが適当であり、ステップS8のように電制モータ29によって切換バルブ4を開く場合に限らず、ステップS7のように負圧アクチュエータ24によって切換バルブ4を開く場合でも、着座直前には、電制モータ29の駆動力を作用させて開く速度を遅くして着座音を低減させる。また、切換バルブ4を着座させる際に、弁体4aを相手部材に押し付けるように制御することにより、弁体4aが相手部材に着座する際のチャタリング音(着座する際に弁体4aが相手部材に着いたり離れたりすることにより生じる音)を防止することができる。
The seating sound is more likely to be generated when the
具体的にはステップS13において、切換バルブ4の弁体4aの位置を検出するポジショニングセンサ33の出力値を読み込み、弁体4aの位置を検出する。弁体4aが所定の位置に達した場合に、ステップS14に進み、電制モータ29を制御して、弁体4aの開く速度が所定の速度になるように制御し、弁体4aが所定速度で相手部材に着座させて制御を終える。
Specifically, in step S13, the output value of the
このように本発明は、内燃機関の排気が流通するメイン通路2、3、7と、このメイン通路2、3、7に設置されたメイン触媒コンバータ8と、前記メイン通路2、3の一部をバイパスし、前記メイン触媒コンバータ8の上流側の前記メイン通路7に接続するバイパス通路11、14と、このバイパス通路11、14に設置されるバイパス触媒コンバータ18と、前記内燃機関から排出される排気の前記メイン通路2、3、7への流れを制御する切換バルブ4と、前記切換バルブ4の開閉を制御するコントローラ30と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記切換バルブ4は、その開閉動作の一方が負圧アクチュエータ24またはこの負圧アクチュエータ24とモータ29との組み合わせにより駆動されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置であるので、たとえば、切換バルブ4の閉動作がスプリングの付勢力により駆動される場合にも、開動作は、スプリングの付勢力に抗して、負圧アクチュエータ24またはこの負圧アクチュエータ24と電制モータ29との組み合わせにより駆動されるので、開動作の速度が遅くなることが抑制できる。
As described above, the present invention includes the
なお、本発明は、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。 The present invention can be variously modified and changed within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are equivalent to the present invention.
2:上流側メイン通路
3:中流側メイン通路
4:切換バルブ
5:バルブユニット
7:下流側メイン通路
8:メイン触媒コンバータ
11:上流側バイパス通路
14:下流側バイパス通路
18:バイパス触媒コンバータ
24:負圧アクチュエータ
25:ソレノイドバルブ
26:圧力センサ
27:負圧タンク
28:逆止弁
29:電制モータ
30:コントローラ
31:負圧ポンプ
2: upstream main passage 3: middle flow main passage 4: switching valve 5: valve unit 7: downstream main passage 8: main catalytic converter 11: upstream bypass passage 14: downstream bypass passage 18: bypass catalytic converter 24: Negative pressure actuator 25: Solenoid valve 26: Pressure sensor 27: Negative pressure tank 28: Check valve 29: Electric control motor 30: Controller 31: Negative pressure pump
Claims (9)
このメイン通路に設置されたメイン触媒コンバータと、
前記メイン通路の一部をバイパスし、前記メイン触媒コンバータの上流側の前記メイン通路に接続するバイパス通路と、
このバイパス通路に設置されるバイパス触媒コンバータと、
前記内燃機関から排出される排気の前記メイン通路への流れを制御する切換バルブと、
前記切換バルブの開閉を制御するコントローラと、
を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記切換バルブは、その開閉動作の一方の駆動源として負圧アクチュエータおよびモータとを備え、
前記コントローラは、前記負圧アクチュエータに作用して負圧アクチュエータに駆動力を生じさせる負圧に応じて、前記切換バルブの駆動源を前記負圧アクチュエータのみ、または前記負圧アクチュエータと前記モータとの組み合わせのいずれかに制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A main passage through which the exhaust of the internal combustion engine flows;
A main catalytic converter installed in the main passage;
A bypass passage that bypasses a portion of the main passage and connects to the main passage on the upstream side of the main catalytic converter;
A bypass catalytic converter installed in the bypass passage;
A switching valve for controlling the flow of the exhaust discharged from the internal combustion engine to the main passage;
A controller for controlling opening and closing of the switching valve;
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising:
The switching valve includes a negative pressure actuator and a motor as one drive source for the opening / closing operation,
The controller controls only the negative pressure actuator or the negative pressure actuator and the motor according to a negative pressure that acts on the negative pressure actuator to generate a driving force in the negative pressure actuator. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, which is controlled to any one of the combinations.
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