JP6613132B2 - Internal combustion engine - Google Patents

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

本願発明は、触媒方式の排気浄化装置を備えた内燃機関に関するものであり、主として車両用内燃機関を対象にしている。   The present invention relates to an internal combustion engine provided with a catalyst type exhaust purification device, and is mainly intended for a vehicle internal combustion engine.

車両用ガソリン機関における排気ガスの浄化には、一般に三元触媒が使用されており、触媒は触媒ケースに内蔵されていて、排気ガスが触媒を通過するようになっている。触媒は排気ガスの浄化優れた性能を発揮するが、過剰に加熱されると損傷しやすくなるという問題がある。 A three-way catalyst is generally used for purifying exhaust gas in a vehicular gasoline engine, and the catalyst is built in a catalyst case so that the exhaust gas passes through the catalyst. Catalyst is excellent performance for purification of exhaust gas, there is a problem that excessively becomes heated easily damaged.

そこで、触媒ケースに流入する排気ガスの温度が過剰な高温にならないように制御することが考えられており、その例として、例えば特許文献1には、内燃機関に噴射する燃料を増量することによって排気温を低下させる技術が開示されている。   Therefore, it is considered to control the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst case so as not to become an excessively high temperature. For example, in Patent Document 1, for example, by increasing the amount of fuel injected into the internal combustion engine A technique for lowering the exhaust temperature is disclosed.

特開平04−1437号公報Japanese Patent Laid-Open No. 04-1437

燃料を増量すると、気化熱が増大して燃焼温度が低下し、結果として排気ガスの温度も低下する。このため、排気温度低下手段として実用化されている例もあるが、機関に要求されている出力に要する量以上の燃料を消費するものであるため、燃費悪化の問題は避けることができない。   When the amount of fuel is increased, the heat of vaporization increases and the combustion temperature decreases, and as a result, the temperature of the exhaust gas also decreases. For this reason, there are examples that have been put into practical use as means for lowering the exhaust temperature, but since the amount of fuel that is required for the output required for the engine is consumed, the problem of deterioration in fuel consumption cannot be avoided.

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、燃費や浄化性能を悪化させることなく触媒を過剰高温から保護しようするものである。   The present invention has been made in view of such a current situation, and is intended to protect the catalyst from excessively high temperatures without deteriorating fuel consumption and purification performance.

本願発明は、
「排気系に、触媒が内蔵された触媒ケースを排気通路に介在させていると共に酸素センサ又は空燃比センサを設けており、
前記排気通路に、排気ガスの一部を前記触媒の下流側から上流側に還流させるバイパス通路を設け、前記触媒の温度の実測値又は推測値が予め設定した基準温度以上になると、前記触媒を通過した排気ガスの一部が前記バイパス通路を経由して前記触媒の上流側に還流するように制御される」
という基本構成において、
「前記触媒に対する危険値として、温度に関する前記基準温度よりも高い危険温度と、酸素濃度に関する強リーン値及び強リッチ値を予め設定しておき、温度が前記基準温度より高くて危険温度よりも低い状態で前記酸素センサ又は空燃比センサの検出値が前記強リーン値又は強リッチ値のいずれかに至ると、前記排気ガスの還流を停止又は抑制させるように制御される」
という特徴を有している。
The present invention is
“In the exhaust system , a catalyst case containing a catalyst is interposed in the exhaust passage and an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor is provided.
A bypass passage is provided in the exhaust passage to recirculate a part of the exhaust gas from the downstream side to the upstream side of the catalyst, and when the measured or estimated value of the temperature of the catalyst is equal to or higher than a preset reference temperature , the catalyst is It is controlled so that a part of the exhaust gas that has passed is recirculated to the upstream side of the catalyst via the bypass passage. ''
In the basic configuration
“As a dangerous value for the catalyst, a dangerous temperature higher than the reference temperature related to temperature, a strong lean value and a strong rich value related to oxygen concentration are preset, and the temperature is higher than the reference temperature and lower than the dangerous temperature. When the detection value of the oxygen sensor or air-fuel ratio sensor reaches either the strong lean value or the strong rich value in the state, the exhaust gas recirculation is controlled to be stopped or suppressed.
It has the characteristics.

バイパス通路(或いは排気通路)には、排気ガスの還流を制御する開閉弁を設ける必要があるが、開閉弁は、全開・全閉方式の単純な方式でもよいし、還流量を調節できる方式であってもよい。   The bypass passage (or exhaust passage) must be provided with an open / close valve that controls the recirculation of the exhaust gas, but the open / close valve may be a simple method such as a fully-open / fully-closed method or a method that can adjust the amount of recirculation. There may be.

触媒の温度(或いは触媒ケースの内部温度)は、温度センサによって直接に計測することも可能であるし、他の要素から危険温度域を推測することも可能である。推測方法としては、例えば、機関の回転数とトルク(或いは負荷)とを変数として、トルクと回転数との両方が予め設定した値を越えると触媒も過剰高温に至ったと推測することが可能である。トルクは、スロットル開度(或いは吸気負圧)や燃料噴射量から導き出すことができる。   The temperature of the catalyst (or the internal temperature of the catalyst case) can be directly measured by a temperature sensor, and the dangerous temperature range can be estimated from other factors. As an estimation method, for example, the engine speed and torque (or load) are used as variables, and it is possible to estimate that the catalyst has reached an excessively high temperature when both the torque and the speed exceed a preset value. is there. The torque can be derived from the throttle opening (or intake negative pressure) and the fuel injection amount.

排気ガスの温度は機関温度と密接に関連している。そこで、例えば冷却水の温度を機関温度に代替して、冷却水温度が予め設定した値よりも低い場合は、高負荷・高回転域に至ってから排気ガスの還流を開始し、冷却水温度が予め設定した値よりも高い場合は、高負荷・中回転域(或いは中負荷・高回転)に至ったら排気ガスの還流を開始する、というように補正することも可能である。   The exhaust gas temperature is closely related to the engine temperature. Therefore, for example, when the cooling water temperature is replaced with the engine temperature and the cooling water temperature is lower than the preset value, the exhaust gas recirculation is started after reaching the high load / high rotation range, and the cooling water temperature is When the value is higher than a preset value, it is possible to correct the exhaust gas recirculation when the high load / medium rotation range (or medium load / high rotation) is reached.

内燃機関の排気系には、機関の制御のために酸素センサ(O2 センサ)やA/F(空燃比センサ)を設けていることが普通であり、これらのセンサは、一般に触媒の上流側と下流側とに配置されていて、前後のセンサによってフィードバック制御を行っている。そこで、本願発明では、これらのセンサを利用して、触媒内の酸素量の調整に影響を与えないように(換言すると、触媒による排気ガスの浄化性能に影響を与えないように)、フィードバック制御が行われる。 The exhaust system of an internal combustion engine is usually provided with an oxygen sensor (O2 sensor) and an A / F (air-fuel ratio sensor) for engine control, and these sensors are generally connected to the upstream side of the catalyst. It is arranged on the downstream side, and feedback control is performed by front and rear sensors. Therefore, in the present invention, by using these sensors, (so as not to give in other words, an effect on the purification performance of the exhaust gas by the catalyst) so as not to affect the adjustment of the amount of oxygen in the catalyst, the feedback control Is done.

排気ガスは、排気通路の下流に至るほど温度が低下する。従って、触媒の上流側と下流側とでは、大きな温度差がある。本願発明はこの事実を利用したものであり、降温した排気ガスを触媒の上流側に還流させることにより、触媒に流入する排気ガスの温度を全体的に低下させることができる。これにより、触媒の異常加熱を抑制して、損傷を防止できる。   The temperature of the exhaust gas decreases as it goes downstream of the exhaust passage. Therefore, there is a large temperature difference between the upstream side and the downstream side of the catalyst. The present invention utilizes this fact, and the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst can be lowered as a whole by recirculating the cooled exhaust gas to the upstream side of the catalyst. Thereby, the abnormal heating of a catalyst can be suppressed and damage can be prevented.

そして、燃料を増量するものではないため燃費悪化の問題はないし、既に浄化された排気ガスを還流させるものであるため、排気ガスの浄化性能が悪化することもない。むしろ、排気ガスの一部が再浄化されるため浄化性能は高くなる。
更に、本願発明では、センサに基づいて排気ガスの還流が制御されるため、排気ガスの還流によって触媒を通る酸素が過剰になったり過少になったりすることを防止して、機関の制御を適切に行いつつ、触媒の浄化機能を最適化できる。
Further, since the amount of fuel is not increased, there is no problem of deterioration in fuel consumption, and since exhaust gas that has already been purified is recirculated, the purification performance of exhaust gas does not deteriorate. Rather, since a part of the exhaust gas is purified again, the purification performance is improved.
Further, in the present invention, since the exhaust gas recirculation is controlled based on the sensor, it is possible to prevent the oxygen passing through the catalyst from becoming excessive or excessive due to the exhaust gas recirculation, and to control the engine appropriately. In this way, the purification function of the catalyst can be optimized.

なお、触媒は、温度が低くなり過ぎると性能が悪化する問題があり、このため、例えば大気空気を取り込むと排気ガスの温度が低くなり過ぎるといったことも有り得るが、本願発明は、大気温度よりは高い温度の排気ガスを還流させるものであるため、触媒の過剰降温を防止できる利点もあるといえる。   The catalyst has a problem that the performance deteriorates when the temperature becomes too low.For this reason, for example, when the atmospheric air is taken in, the temperature of the exhaust gas may become too low. Since the exhaust gas at a high temperature is recirculated, it can be said that there is an advantage that excessive cooling of the catalyst can be prevented.

実施形態を示す図で、(A)は全体の模式図、(B)は還流ノズルの一例の断面図である。It is a figure which shows embodiment, (A) is a schematic diagram of the whole, (B) is sectional drawing of an example of a reflux nozzle.

(1).構造の説明
次に、本願発明を車両用内燃機関に適用した実施形態を、図面に基づいて説明する。まず、構造を説明する。図1(A)で全体を表示しており、この図において、符号1はシリンダブロックを、符号2はシリンダヘッドを、符号3はヘッドカバーを示している。本実施形態の内燃機関は3気筒であり、シリンダヘッド2の排気側面に、3本の枝管を有する排気マニホールド4が固定されている。
(1). Description of Structure Next, an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle internal combustion engine will be described with reference to the drawings. First, the structure will be described. In FIG. 1A, the whole is displayed. In this figure, reference numeral 1 denotes a cylinder block, reference numeral 2 denotes a cylinder head, and reference numeral 3 denotes a head cover. The internal combustion engine of the present embodiment has three cylinders, and an exhaust manifold 4 having three branch pipes is fixed to the exhaust side of the cylinder head 2.

排気マニホールド4の枝管は1本の集合管5に収束しており、集合管5に触媒ケース6が接続されている。触媒ケース6は、触媒7が内蔵されたストレート状部6aを備えており、ストレート状部6aの上端には上窄まり状の上コーン部7bが接続されて、ストレート状部6aの下端には下窄まり状の下コーン部7cが接続されている。上コーン部7bは排気マニホールド4の集合管5に接続されて、下コーン部7cには、継手部8を介して排気管9が接続されている。   The branch pipes of the exhaust manifold 4 converge to one collecting pipe 5, and a catalyst case 6 is connected to the collecting pipe 5. The catalyst case 6 includes a straight portion 6a in which the catalyst 7 is incorporated, and an upper cone portion 7b is connected to the upper end of the straight portion 6a, and the lower end of the straight portion 6a is connected to the lower end of the straight portion 6a. A lower-cone-shaped lower cone portion 7c is connected. The upper cone part 7 b is connected to the collecting pipe 5 of the exhaust manifold 4, and the exhaust pipe 9 is connected to the lower cone part 7 c via a joint part 8.

排気マニホールド4、触媒ケース6、排気管9は全体として排気通路(排気系)を構成しており、排気管9の終端部には消音器10を設けている。継手部8にはブラケット11が固定されており、ブラケット11は、シリンダブロック1に固定されている。 The exhaust manifold 4, the catalyst case 6, and the exhaust pipe 9 constitute an exhaust passage (exhaust system) as a whole, and a silencer 10 is provided at the end of the exhaust pipe 9. A bracket 11 is fixed to the joint portion 8, and the bracket 11 is fixed to the cylinder block 1.

本実施形態の内燃機関は、排気ガスを吸気系に還流させるEGR装置を備えており、触媒ケース6の下コーン部6cにEGRパイプ12の始端が接続されている。EGRパイプ12の中途部には水冷式のEGRクーラ13を配置しており、EGRクーラ13には、冷却水の入り口14と出口15とが設けられている。   The internal combustion engine of the present embodiment includes an EGR device that recirculates exhaust gas to the intake system, and the start end of the EGR pipe 12 is connected to the lower cone portion 6c of the catalyst case 6. A water-cooled EGR cooler 13 is disposed in the middle of the EGR pipe 12, and the EGR cooler 13 is provided with an inlet 14 and an outlet 15 for cooling water.

排気管9の適宜部位と触媒ケース6の上コーン部6bとが、バイパス通路16で接続されている。図では、バイパス通路16の始端は、排気管9のうち継手部8に近接した始端部に位置させているが、できるだけ降温した排気ガスを還流させるためには、排気管9のうちできるだけ下流側に接続するのがよい。コストや組み立て性などを考慮すると、バイパス通路16は、排気管9のうち、エンジンルームに位置した部位で最も下流側に接続するのが好ましいといえる。もとより、EGRパイプ12と同様に、触媒ケース6の下コーン部6cに接続してもよいのであり、この場合は、バイパス通路16を触媒ケース6にユニット化できるため、組み立て性を向上できる。   An appropriate portion of the exhaust pipe 9 and the upper cone portion 6 b of the catalyst case 6 are connected by a bypass passage 16. In the drawing, the start end of the bypass passage 16 is positioned at the start end portion close to the joint portion 8 in the exhaust pipe 9. However, in order to recirculate the exhaust gas whose temperature has been lowered as much as possible, the exhaust pipe 9 is as downstream as possible. It is good to connect to. In consideration of cost, assemblability and the like, it can be said that the bypass passage 16 is preferably connected to the most downstream side of the exhaust pipe 9 at a portion located in the engine room. Of course, like the EGR pipe 12, it may be connected to the lower cone portion 6c of the catalyst case 6. In this case, the bypass passage 16 can be unitized with the catalyst case 6, so that the assemblability can be improved.

バイパス通路16の始端部には、開閉バルブ17を設けている。開閉バルブ17は、例えば、排気ターボ過給機に使用されているウエストゲートバルブや、EGRガスの制御に使用されるEGRバルブなどを流用できる。従って、実施上の困難はない。バイパス通路16には、EGRクーラ13と同様の水冷式クーラ18を設けるのが好ましい。水冷式クーラ18を設けると、バイパス通路16を触媒ケース6の下コーン部6c又はその直下部に接続した場合でも、しっかり降温した排気ガスを還流させることができる。   An opening / closing valve 17 is provided at the start end of the bypass passage 16. As the opening / closing valve 17, for example, a waste gate valve used for an exhaust turbocharger, an EGR valve used for controlling EGR gas, or the like can be used. Therefore, there is no difficulty in implementation. The bypass passage 16 is preferably provided with a water-cooled cooler 18 similar to the EGR cooler 13. When the water-cooled cooler 18 is provided, even when the bypass passage 16 is connected to the lower cone portion 6c of the catalyst case 6 or directly below it, the exhaust gas having been cooled down can be recirculated.

水冷式クーラ18に代えて、ラジェータの吸引風や車両の走行風で冷却される空冷式クーラを設けることも可能である。或いは、バイパス通路16を複数本のパイプで構成したり、長さが長くなるように螺旋状等に曲げたりすることにより、バイパス通路16自体に排気ガス冷却作用(放熱作用)を持たせることも可能である。   Instead of the water-cooled cooler 18, an air-cooled cooler that is cooled by the suction air of the radiator or the traveling wind of the vehicle can be provided. Alternatively, the bypass passage 16 may be configured by a plurality of pipes, or may be bent in a spiral shape or the like so that the length of the bypass passage 16 is increased, thereby providing the bypass passage 16 itself with an exhaust gas cooling action (heat radiation action). Is possible.

バイパス通路16は、還流ノズル19を介して触媒ケース6の上コーン部6bに接続されている。分図(B)では、還流ノズル19の一例を示している。本実施形態の還流ノズル19は、内部にボール(弁体)20とこれを入り口側に付勢するばね21とを有しており、開閉弁17が開くと、排気ガスは、ばね21に抗してボール20を押して触媒ケース6の内部に噴出する。排気ガスが還流していない状態では、触媒ケース6から排気ガスがバイパス通路16にリークすることはない。   The bypass passage 16 is connected to the upper cone portion 6 b of the catalyst case 6 through the reflux nozzle 19. In the partial diagram (B), an example of the reflux nozzle 19 is shown. The recirculation nozzle 19 of the present embodiment has a ball (valve element) 20 inside and a spring 21 that urges the ball 20 toward the inlet side. When the on-off valve 17 is opened, the exhaust gas resists the spring 21. Then, the ball 20 is pushed and ejected into the catalyst case 6. When the exhaust gas is not recirculated, the exhaust gas does not leak from the catalyst case 6 to the bypass passage 16.

還流ノズル19は、先端に行くほど触媒に近づくように、触媒ケース6の軸心に対して傾斜させている。排気マニホールド4から触媒ケース6に流入する排気ガスは、(B)に矢印23で示すように、触媒ケース6の軸心方向に流れるような方向性を持っているため、実施形態のように還流ノズル19を傾斜させると、還流ノズル19に逆止弁機能を持たせなくても、排気ガスのリークはないといえる。   The reflux nozzle 19 is inclined with respect to the axis of the catalyst case 6 so as to approach the catalyst toward the tip. The exhaust gas flowing into the catalyst case 6 from the exhaust manifold 4 has a directionality that flows in the axial direction of the catalyst case 6 as shown by an arrow 23 in FIG. If the nozzle 19 is inclined, it can be said that there is no exhaust gas leak even if the reflux nozzle 19 does not have a check valve function.

むしろ、排気マニホールド4から流出した排気ガスによって、還流排気管9が還流ノズル19から吸い出される現象(オリフィス作用)が生じると推測されるため、排気ガスのリークは生じないと推測される。従って、触媒ケース7の上コーン部7b等に単に噴出穴を空けたり、排気ガスが噴出する筒体を内部に挿入したりするだけでもよいといえるが、実施形態のように、還流ノズル19に逆止弁機能を持たせておくと、安全である。 Rather, the exhaust gas flowing out from the exhaust manifold 4 is presumed to cause a phenomenon (orifice action) in which the recirculation exhaust pipe 9 is sucked out of the recirculation nozzle 19, and therefore it is presumed that no exhaust gas leaks. Therefore, it can be said that it is possible to simply make an ejection hole in the upper cone portion 7b or the like of the catalyst case 7 or insert a cylinder body from which exhaust gas is ejected. It is safe to have a check valve function.

還流した排気ガスは、排気マニホールド4から流入した排気ガスとできるだけ混ざり合うのが好ましい。このためには、還流ノズル19は、できるだけ上流側に配置するのが好ましい。従って、還流ノズル19を排気マニホールド4の集合管5に接続すると、より好適である。また、触媒ケース6の上コーン部6bや排気マニホールド4の上コーン部6bに、複数の噴出穴を周方向に並べて複数設けて、複数の噴出穴から排気ガスを還流させることも可能であり、この場合は、混合性が一層高まるのみならず、個々の噴出穴の径が小さくなることにより、バイパス通路16への排気ガスのリークも的確に防止できる。   The recirculated exhaust gas is preferably mixed with the exhaust gas flowing in from the exhaust manifold 4 as much as possible. For this purpose, the reflux nozzle 19 is preferably arranged as upstream as possible. Therefore, it is more preferable to connect the reflux nozzle 19 to the collecting pipe 5 of the exhaust manifold 4. Further, it is also possible to recirculate exhaust gas from the plurality of ejection holes by providing a plurality of ejection holes arranged in the circumferential direction on the upper cone portion 6b of the catalyst case 6 and the upper cone portion 6b of the exhaust manifold 4. In this case, not only the mixing property is further improved, but also the leakage of the exhaust gas to the bypass passage 16 can be accurately prevented by reducing the diameter of each ejection hole.

(2).制御態様
内燃機関は、制御装置としてECU(エンジン・コントロール・ユニット)を備えており、開閉弁17はECUの指令で制御される。また、触媒ケース6の適宜部位に、温度センサ24を設けており、温度センサ24もECUに結線されている。更に、内燃機関は、クランク軸の回転速度を検知する回転センサ25、吸気負圧を検出する負圧センサ26、冷却水の温度を検出する水温センサ27などのセンサ類を備えており、これらもECUに結線されている。また、内燃機関は、吸気量を制御するスロットルバルブ28、燃料を噴射するインジェクタ29も備えており、これらもECUによって制御される。
(2). Control Mode The internal combustion engine includes an ECU (Engine Control Unit) as a control device, and the on-off valve 17 is controlled by a command from the ECU. Moreover, the temperature sensor 24 is provided in the appropriate site | part of the catalyst case 6, and the temperature sensor 24 is also connected with ECU. The internal combustion engine further includes sensors such as a rotation sensor 25 for detecting the rotational speed of the crankshaft, a negative pressure sensor 26 for detecting intake negative pressure, and a water temperature sensor 27 for detecting the temperature of cooling water. Wired to the ECU. The internal combustion engine also includes a throttle valve 28 for controlling the intake air amount and an injector 29 for injecting fuel, which are also controlled by the ECU.

更に、機関の燃焼状態を検知するためのセンサとして、触媒ケース6の上コーン部6bにはフロント酸素センサ30を設けて、排気管9のうち触媒ケース6より下流側の部位にはリア酸素センサ31を設けており、これらのセンサ30,31はECUに接続されている。還流ノズル19は、フロント酸素センサ30よりも下流側に配置している(フロント酸素センサ30が、還流した排気ガスの影響を受けることなく排気ガスの酸素割合を正確に検知できるようにするためである。)。   Further, as a sensor for detecting the combustion state of the engine, a front oxygen sensor 30 is provided in the upper cone portion 6b of the catalyst case 6, and a rear oxygen sensor is provided in a portion of the exhaust pipe 9 downstream from the catalyst case 6. 31 is provided, and these sensors 30 and 31 are connected to the ECU. The recirculation nozzle 19 is disposed downstream of the front oxygen sensor 30 (in order to enable the front oxygen sensor 30 to accurately detect the oxygen ratio of the exhaust gas without being affected by the recirculated exhaust gas. is there.).

触媒ケース6に温度センサ24を設けている場合は、触媒7の温度を直接に(或いは排気ガスの温度から近似的)に検出できる。従って、温度センサ24の検出値が予め設定した基準温度に上昇したら、開閉バルブ17を開いて、降温した排気ガスを触媒7の上流側に還流させる。これにより、触媒7を通過する排気ガスの温度及び触媒の温度を低下させて、触媒の損傷を防止できる。 When the temperature sensor 24 is provided in the catalyst case 6, the temperature of the catalyst 7 can be detected directly (or approximately from the temperature of the exhaust gas). Therefore, when the detected value of the temperature sensor 24 rises to a preset reference temperature , the open / close valve 17 is opened, and the exhaust gas whose temperature has been lowered is recirculated to the upstream side of the catalyst 7. Thereby, the temperature of the exhaust gas passing through the catalyst 7 and the temperature of the catalyst can be lowered, and damage to the catalyst can be prevented.

温度センサ24の検出値が予め設定した値まで降温したら、開閉バルブ17を閉じて排気ガスの還流を停止する。この場合、開閉バルブ17を開く温度と閉じる温度とは同じでもよいが、安定した制御のためには、開閉バルブ17が閉じる温度を開く温度よりも低くしておくのが好ましい。つまり、十分に安全な領域まで降温させてから、開閉バルブ17を閉じるのが好ましい。 When the detected value of the temperature sensor 24 falls to a preset value, the open / close valve 17 is closed to stop the exhaust gas recirculation. In this case, the temperature at which the opening / closing valve 17 is opened may be the same as the temperature at which the opening / closing valve 17 is closed. However, for stable control, it is preferable that the temperature at which the opening / closing valve 17 is closed is lower than the opening temperature. That is, it is preferable to close the open / close valve 17 after the temperature is lowered to a sufficiently safe area.

触媒ケース6に温度センサ24を備えていない場合は、他の要素をパラメータとして、触媒7の温度を推測して、他の要素から触媒7が基準温度に昇温したと判定されたら、開閉バルブ17を開き制御する。例えば、負圧センサ26の値又はスロットルバルブ28の開度のうちいずれか一方又は両方から機関のトルク(負荷)を推定し、この推定トルク値が予め設定した上限値に至ると共に、機関回転数が予め設定した上限値に至った場合は、開閉バルブ17を開き操作するという制御を採用できる。 When the catalyst case 6 is not provided with the temperature sensor 24, the temperature of the catalyst 7 is estimated using other elements as parameters, and if it is determined that the catalyst 7 has been heated to the reference temperature from other elements, the opening / closing valve 17 is opened and controlled. For example, the engine torque (load) is estimated from one or both of the value of the negative pressure sensor 26 and the opening of the throttle valve 28, and the estimated torque value reaches a preset upper limit value, and the engine speed When reaching the preset upper limit value, it is possible to employ a control of opening and closing the on-off valve 17.

つまり、高負荷・高回転域のような領域に至ると、排気ガスの温度は高くなって触媒も加熱されて過剰に昇温するため、高負荷・高回転域を危険領域として設定しておき、この領域に至ったら開閉バルブ17を開くように制御するのである。このようなトルクと回転数との組み合わせを基本パターンとして、冷却水温度や車速で補正することも可能である。車速についてみると、高速走行では走行風による触媒ケース6の冷却性も高くなるので、開閉バルブ17の開きを抑制するように補正したらよい。   In other words, when reaching an area such as a high load / high rotation range, the exhaust gas temperature rises and the catalyst is heated, resulting in excessive temperature rise. When this region is reached, control is performed so that the on-off valve 17 is opened. Such a combination of torque and rotation speed can be used as a basic pattern to correct with the coolant temperature and the vehicle speed. As for the vehicle speed, since the cooling performance of the catalyst case 6 by the traveling wind is high at high speeds, correction may be made so as to suppress the opening of the on-off valve 17.

さて、触媒7は酸素を吸着する性質があり、排気ガスの浄化性能(窒素酸化物の分解性能)を適切に維持するには、酸素量が適切になるように、フィードバック制御する必要がある。   The catalyst 7 has a property of adsorbing oxygen, and in order to properly maintain the exhaust gas purification performance (nitrogen oxide decomposition performance), it is necessary to perform feedback control so that the amount of oxygen is appropriate.

例えばフューエルカット時は、還流する排気ガスに酸素が過剰に含まれている(強リーン状態になっている)が、この強リーン状態の排気ガスが触媒7に還流すると、触媒7における酸素量の調整に狂いが生じて、浄化性能が悪化するおそれがある。   For example, at the time of fuel cut, oxygen is excessively contained in the recirculated exhaust gas (in a strong lean state). When the exhaust gas in the strong lean state is recirculated to the catalyst 7, the amount of oxygen in the catalyst 7 is reduced. There is a risk that the adjustment performance will be distorted and the purification performance will deteriorate.

そこで、温度について基準温度よりも高い危険温度を設定しておく一方、酸素濃度について危険状態として強リーン値を設定しておき、リア酸素センサ31が排気ガスを強リーン状態と判定しかつ、排気ガスを還流させなくてもまだ触媒7が危険温度に至っていないと判定されている場合には、排気ガスを還流させないか又は還流量を少なくして、触媒7を通過する酸素量が適切になるように制御している。 Therefore, while setting a dangerous temperature higher than the reference temperature for the temperature, a strong lean value is set as a dangerous state for the oxygen concentration, the rear oxygen sensor 31 determines that the exhaust gas is in a strong lean state, and the exhaust gas is exhausted. If it is determined that the catalyst 7 has not yet reached the dangerous temperature without recirculating the gas, the exhaust gas is not recirculated or the recirculation amount is reduced, and the amount of oxygen passing through the catalyst 7 becomes appropriate. So that it is controlled.

逆に、触媒7を通る酸素量が少な過ぎ場合も浄化性能に悪影響を与えるので、酸素濃度について危険状態として強リッチ値も設定しておき、リア酸素センサ31が強リッチ状態を検知し、かつ、排気ガスを還流させなくてもまだ触媒7が危険温度に至っていないと判定されている場合には、排気ガスの還流を行わないか、又は、還流量を抑制することによって、触媒7を通過する酸素量を適切化する。 Conversely, when the amount of oxygen passing through the catalyst 7 is too small, the purification performance is adversely affected, so that a strong rich value is also set as a dangerous state for the oxygen concentration, the rear oxygen sensor 31 detects the strong rich state, and If it is determined that the catalyst 7 has not yet reached the dangerous temperature even if the exhaust gas is not recirculated, the exhaust gas is not recirculated or the catalyst 7 passes through the catalyst 7 by suppressing the recirculation amount. Optimize the amount of oxygen to be used.

フロント酸素センサ30(或いは、フロントA/Fセンサ)は、燃料噴射量と空気量とが適切に制御されているか否かを確認するためのものであり、フロント酸素センサ30が制御マップのとおりの結果を検知している状態で、リア酸素センサ31に基づいて排気ガスの還流を制御することにより、排気ガスの還流によって触媒7を通る酸素が過剰になったり過少になったりすることを防止して、機関の制御を適切に行いつつ、触媒7の浄化機能を最適化できるのである。   The front oxygen sensor 30 (or front A / F sensor) is for confirming whether or not the fuel injection amount and the air amount are appropriately controlled. The front oxygen sensor 30 is as shown in the control map. By controlling the exhaust gas recirculation based on the rear oxygen sensor 31 in a state where the result is detected, the exhaust gas recirculation prevents the oxygen passing through the catalyst 7 from becoming excessive or excessive. Thus, the purification function of the catalyst 7 can be optimized while appropriately controlling the engine.

なお、図1において、実線で示すバイパス通路16の始端はリア酸素センサ31よりも上流側に配置しているが、触媒7を通過したら、排気ガスの酸素濃度はどこでも同じなので、バイパス通路16がリア酸素センサ31より上流側に接続されていても、リア酸素センサ31を使用した制御に不都合はない。   In FIG. 1, the starting end of the bypass passage 16 indicated by a solid line is arranged upstream of the rear oxygen sensor 31, but the oxygen concentration of the exhaust gas is the same everywhere after passing through the catalyst 7. Even if the rear oxygen sensor 31 is connected upstream, there is no inconvenience in the control using the rear oxygen sensor 31.

さて、機関が高負荷状態で排気ガスが大量に排出されている場合、触媒7の処理能力が限界に至ることが有りうる。この場合は、燃料噴射量、スロットル開度、機関回転数から排気ガス過剰状態を検出して、バイパス通路16から排気ガスを還流させることにより、排気ガスの浄化を促進することができる。この制御は、排気ガスの温度と関係なく実行できる。   When the engine is in a high load state and a large amount of exhaust gas is discharged, the processing capacity of the catalyst 7 may reach a limit. In this case, purification of exhaust gas can be promoted by detecting an exhaust gas excess state from the fuel injection amount, throttle opening, and engine speed and recirculating the exhaust gas from the bypass passage 16. This control can be executed regardless of the temperature of the exhaust gas.

(3).変形例・その他
図1(A)では、変形例を仮想線(二点鎖線)で表示している。まず、第1の変形例として、バイパス通路16の始端を消音器10の近傍に接続した状態を表示している。この例では、排気ガスは相当に降温しているため、少ない還流量であっても、触媒7を通過する排気ガスの温度を確実に低下させることができる。従って、触媒7の降温効果に優れている。
(3). Modification / Others In FIG. 1 (A), a modification is indicated by a virtual line (two-dot chain line). First, as a first modification, a state in which the start end of the bypass passage 16 is connected to the vicinity of the silencer 10 is displayed. In this example, the temperature of the exhaust gas is considerably lowered, so that the temperature of the exhaust gas passing through the catalyst 7 can be reliably lowered even with a small recirculation amount. Therefore, the temperature lowering effect of the catalyst 7 is excellent.

第2の変形例として、バイパス通路16の始端を、EGRパイプ12のうちEGRクーラ13よりも下流側の部位に接続した状態を表示している。この場合も、排気ガスは相当に降温しているため、触媒7の温度低下(冷却)を確実化できる。また、この例では、EGRパイプ12はバイパス通路16の一部を兼用するような状態になるため、機関全体としてコンパクト化できる利点もある。   As a second modification, a state in which the start end of the bypass passage 16 is connected to a portion of the EGR pipe 12 downstream of the EGR cooler 13 is displayed. In this case as well, the temperature of the catalyst 7 can be reliably lowered (cooled) because the temperature of the exhaust gas has dropped considerably. Further, in this example, since the EGR pipe 12 is in a state that also serves as a part of the bypass passage 16, there is an advantage that the entire engine can be made compact.

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば排気マニホールド部がシリンダヘッドに内蔵されている形式の内燃機関の場合、シリンダヘッドの排気マニホールド部に排気ガスを還流させることも可能である。なお、本願発明の触媒には、ディーゼル機関のDPFも含まれる。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention can be embodied in various ways. For example, in the case of an internal combustion engine in which the exhaust manifold portion is built in the cylinder head, the exhaust gas can be recirculated to the exhaust manifold portion of the cylinder head. The catalyst of the present invention includes DPF of diesel engines.

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。   The present invention can actually be embodied in an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.

2 シリンダヘッド
4 排気マニホールド
5 排気マニホールドの集合管
6 触媒ケース
6b 上コーン部
6c 下コーン部
7 触媒
9 排気通路を構成する排気管
10 消音器
12 EGRパイプ
13 EGRクーラ
16 バイパス通路
17 開閉バルブ
18 水冷式クーラ
19 還流ノズル
30 フロント酸素センサ
31 リア酸素センサ
2 Cylinder head 4 Exhaust manifold 5 Collecting pipe of exhaust manifold 6 Catalyst case 6b Upper cone part 6c Lower cone part 7 Catalyst 9 Exhaust pipe constituting exhaust passage 10 Silencer 12 EGR pipe 13 EGR cooler 16 Bypass passage 17 Open / close valve 18 Water cooling Type cooler 19 reflux nozzle 30 front oxygen sensor 31 rear oxygen sensor

Claims (1)

排気系に、触媒が内蔵された触媒ケースを排気通路に介在させていると共に酸素センサ又は空燃比センサを設けており、
前記排気通路に、排気ガスの一部を前記触媒の下流側から上流側に還流させるバイパス通路を設け、前記触媒の温度の実測値又は推測値が予め設定した基準温度以上になると、前記触媒を通過した排気ガスの一部が前記バイパス通路を経由して前記触媒の上流側に還流するように制御される構成であって、
前記触媒に対する危険値として、温度に関する前記基準温度よりも高い危険温度と、酸素濃度に関する強リーン値及び強リッチ値を予め設定しておき、温度が前記基準温度より高くて危険温度よりも低い状態で前記酸素センサ又は空燃比センサの検出値が前記強リーン値又は強リッチ値のいずれかに至ると、前記排気ガスの還流を停止又は抑制させるように制御される、
内燃機関。
In the exhaust system , a catalyst case containing a catalyst is interposed in the exhaust passage, and an oxygen sensor or an air-fuel ratio sensor is provided.
A bypass passage is provided in the exhaust passage to recirculate a part of the exhaust gas from the downstream side to the upstream side of the catalyst, and when the measured or estimated value of the temperature of the catalyst is equal to or higher than a preset reference temperature , the catalyst is A configuration in which a part of the exhaust gas that has passed is controlled so as to recirculate to the upstream side of the catalyst via the bypass passage ,
As a dangerous value for the catalyst, a dangerous temperature higher than the reference temperature related to temperature, a strong lean value and a strong rich value related to oxygen concentration are preset, and the temperature is higher than the reference temperature and lower than the dangerous temperature. When the detected value of the oxygen sensor or the air-fuel ratio sensor reaches either the strong lean value or the strong rich value, the exhaust gas recirculation is controlled to be stopped or suppressed.
Internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6508269B2 (en) * 2017-08-24 2019-05-08 マツダ株式会社 Vehicle exhaust system
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004324533A (en) * 2003-04-24 2004-11-18 Mitsubishi Motors Corp Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2006144586A (en) * 2004-11-17 2006-06-08 Toyota Motor Corp Internal combustion engine with supercharger
JP5839275B2 (en) * 2011-12-13 2016-01-06 三菱自動車工業株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine

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