JP4353032B2 - Exhaust gas purification device 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に係り、詳しくは、内燃機関の運転状況に応じて、内燃機関からの排気を排気通路を通して主触媒装置に導く状態と、排気通路を流れる排気を該排気通路から分岐する触媒通路に導いて他の触媒装置を通して排気通路に戻す状態との切換えを行なうようにした内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and more specifically, a state in which exhaust gas from the internal combustion engine is guided to a main catalyst device through an exhaust passage and exhaust gas flowing through the exhaust passage according to an operating state of the internal combustion engine. The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine that is switched to a state in which it is led from a passage to a catalyst passage branched and returned to an exhaust passage through another catalyst device.
従来、内燃機関から主触媒装置に続く排気通路に対して前記主触媒装置の上流側で分岐して再合流する触媒通路と、該触媒通路に設けられた触媒装置と、前記触媒通路の前記排気通路における前記触媒通路の分岐点と再合流点との間の所定位置に設けられた開閉弁とを備えた内燃機関の排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この従来の排気浄化装置では、内燃機関の冷機時には、前記開閉弁を閉鎖して、内燃機関からの排気を排気通路から前記触媒通路に導き、その排気を触媒装置を通してから排気通路に戻すようにし、内燃機関の暖機時には、前記開閉弁を開放して、内燃機関からの排気を排気通路を通して主触媒装置に導いている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a catalyst passage that branches from an internal combustion engine to an exhaust passage that continues from a main catalyst device to an upstream side of the main catalyst device and rejoins, a catalyst device that is provided in the catalyst passage, and the exhaust gas in the catalyst passage An exhaust emission control device for an internal combustion engine has been proposed that includes an on-off valve provided at a predetermined position between a branch point of the catalyst passage and a rejoining point in the passage (see, for example, Patent Document 1). In this conventional exhaust purification device, when the internal combustion engine is cold, the on-off valve is closed so that the exhaust from the internal combustion engine is guided from the exhaust passage to the catalyst passage, and the exhaust is returned to the exhaust passage after passing through the catalyst device. When the internal combustion engine is warmed up, the on-off valve is opened to guide the exhaust from the internal combustion engine to the main catalyst device through the exhaust passage.
内燃機関の暖機時での前記開閉弁を開放した状態では、その開閉弁や排気通路壁での抵抗損失等により触媒通路における触媒装置の下流側圧力がその上流側圧力より小さくなる。この圧力差によって排気通路を流れる排気が触媒通路の上流側開口から流入し、これが触媒通路に設けられた触媒装置の劣化を早める原因となっていた。これを防止するため、前述した従来の排気浄化装置では、触媒通路の下流側出口に突起を設けて、触媒通路の下流側出口に排気通路を流れる排気による動圧が作用するようにして前記触媒装置の下流側圧力と上流側圧力とのバランスをとるようにしている。
ところで、内燃機関の高速高負荷の運転領域では、排気通路を流れる排気の流速が速くなる。このような状況では、排気通路を高速に流れる排気による触媒通路の上流側開口からの吸出し効果が大きくなり、触媒通路における触媒装置の上流側圧力が低下する傾向にある。このため、前述した従来の排気浄化装置のように、ある排気の流速を想定して、触媒通路の下流側出口に排気による動圧が作用するようにしても、その排気の流速がその想定された流速から変化すると、触媒通路の下流側出口に作用する動圧も変化し、結果として、触媒通路における前記触媒装置の下流側圧力と上流側圧力のバランスがくずれてしまう。 By the way, in the high-speed and high-load operation region of the internal combustion engine, the flow velocity of the exhaust gas flowing through the exhaust passage becomes high. In such a situation, the suction effect from the upstream opening of the catalyst passage by the exhaust gas flowing at high speed in the exhaust passage increases, and the upstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage tends to decrease. For this reason, as in the conventional exhaust gas purification device described above, even if a certain exhaust gas flow rate is assumed and dynamic pressure due to the exhaust gas acts on the downstream outlet of the catalyst passage, the exhaust gas flow rate is assumed. When the flow velocity changes, the dynamic pressure acting on the downstream outlet of the catalyst passage also changes, and as a result, the balance between the downstream pressure and the upstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage is lost.
本発明は、前述した従来の問題を解決するためになされたもので、内燃機関の高速高負荷の運転領域において排気流量が変化しても触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力のバランスを適正に保てるようにした内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. Even when the exhaust flow rate changes in the high-speed and high-load operation region of the internal combustion engine, the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage are changed. The present invention provides an exhaust purification device for an internal combustion engine capable of maintaining an appropriate balance.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関から主触媒装置に続く排気通路に対して前記主触媒装置の上流側で分岐して再合流する触媒通路と、該触媒通路に設けられた触媒装置と、前記排気通路における前記触媒通路の分岐点から再合流点までの間の所定位置に設けられた開閉弁とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、前記開閉弁の開放状態において、前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量を検出する物理量検出手段と、前記物理量検出手段にて検出された物理量に基づいて前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とを同じにするように制御する圧力バランス制御手段とを有する構成となる。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to the present invention is provided in a catalyst passage that branches off and rejoins an exhaust passage that extends from the internal combustion engine to the main catalyst device on the upstream side of the main catalyst device, and the catalyst passage. An exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having a catalyst device and an on-off valve provided at a predetermined position between a branch point of the catalyst passage and a rejoining point in the exhaust passage, wherein the on-off valve is open. A physical quantity detecting means for detecting a physical quantity related to a difference between an upstream pressure and a downstream pressure of the catalytic device in the catalyst passage, and the catalyst in the catalyst passage based on the physical quantity detected by the physical quantity detecting means. The apparatus has a pressure balance control means for controlling the upstream pressure and the downstream pressure of the apparatus to be the same.
このような構成により、内燃機関の暖機時に開閉弁が開放状態となると、内燃機関からの排気は排気通路を通して主触媒装置に導かれる。この状態において、触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量が検出され、その物理量に基づいて前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とが同じになるように制御される。排気通路を流れる排気の流速が変化して触媒装置の上流側圧力と下流側圧力のバランスが変化しても、その上流側圧力と下流側圧力との差が関係する前記物理量に基づいてバランスが制御されるようになる。 With such a configuration, when the on-off valve is opened when the internal combustion engine is warmed up, the exhaust from the internal combustion engine is guided to the main catalyst device through the exhaust passage. In this state, a physical quantity related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalytic device in the catalyst passage is detected, and based on the physical quantity, the upstream pressure and the downstream pressure of the catalytic device become the same. Controlled. Even if the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage changes and the balance between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device changes, the balance is based on the physical quantity related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure. To be controlled.
前記物理量は、触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差と量的にある関係をもったものであれば特に限定されず、当該差の原因となる物理量であっても、当該差の結果として表れる物理量であっても、当該差そのものであってもよい。 The physical quantity is not particularly limited as long as it has a quantitative relationship with the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage, and even if the physical quantity causes the difference, The physical quantity that appears as a result of the difference may be the difference itself.
具体的には、前記物理量検出手段は、前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差自体を前記物理量として検出する手段を有することができる。 Specifically, the physical quantity detection means may include means for detecting the difference itself between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage as the physical quantity.
この場合、前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に基づいて前記上流側圧力と下流側圧力とが同じになるように制御される。 In this case, the upstream pressure and the downstream pressure are controlled to be the same based on the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage.
また、前記物理量検出手段は、前記内燃機関の回転速度及び負荷を前記物理量として検出する手段を有することができる。 The physical quantity detection means may include means for detecting the rotation speed and load of the internal combustion engine as the physical quantity.
内燃機関の回転速度及び負荷は排気通路を通る排気の流速として表れる。この排気通路を流れる流速に起因して前記触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が発生する。高回転高負荷になるほど排気の流速が速くなって、排気通路を高速に流れる排気による触媒通路の上流側開口からの吸出し効果が大きくなり、前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が大きくなる。このように触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する内燃機関の回転速度及び負荷に基づいて前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが制御される。 The rotational speed and load of the internal combustion engine are expressed as the flow velocity of the exhaust gas passing through the exhaust passage. Due to the flow velocity flowing through the exhaust passage, a difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage occurs. The higher the rotation speed and the higher the load, the higher the flow rate of the exhaust gas, and the greater the suction effect from the upstream opening of the catalyst passage by the exhaust gas flowing through the exhaust passage at a high speed. Becomes larger. In this way, the balance between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device is controlled based on the rotational speed and load of the internal combustion engine related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device.
また、前記物理量検出手段は、前記触媒装置の上流側温度と下流側温度との差を前記物理量として検出する手段を有することができる。 Further, the physical quantity detection means may have means for detecting a difference between an upstream temperature and a downstream temperature of the catalyst device as the physical quantity.
触媒装置の上流側圧力が高いということは、触媒通路における触媒装置の上流側通路部に流入する排気量が多いことを表し、触媒装置の下流側圧力が高いということは、触媒通路における触媒装置の下流側通路部に流入する排気量が多いことを表す。従って、前記触媒装置の上流側温度と下流側温度との差は、その上流側圧力と下流側圧力との差が反映したものとなる。このように触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係するその上流側温度と下流側温度との差に基づいて当該触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とが同じになるように制御される。 A high upstream pressure of the catalyst device indicates that a large amount of exhaust gas flows into the upstream passage portion of the catalyst device in the catalyst passage, and a high downstream pressure of the catalyst device indicates that the catalyst device in the catalyst passage. This indicates that the amount of exhaust gas flowing into the downstream side passage portion is large. Therefore, the difference between the upstream temperature and the downstream temperature of the catalyst device reflects the difference between the upstream pressure and the downstream pressure. Thus, based on the difference between the upstream temperature and the downstream temperature related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device, the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device become the same. Controlled.
更に、前記物理量検出手段は、前記触媒装置の床温を前記物理量として検出する手段を有することができる。 Further, the physical quantity detection means can have means for detecting the bed temperature of the catalyst device as the physical quantity.
触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が生じると、排気が触媒通路を通して流れ、その流量に応じて触媒装置の床温が上昇する。従って、前記触媒装置の床温は、当該触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が反映したものとなる。このように触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する当該触媒装置の床温に基づいて前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが制御される。 When a difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage occurs, exhaust flows through the catalyst passage, and the bed temperature of the catalyst device rises according to the flow rate. Therefore, the bed temperature of the catalyst device reflects the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device. In this way, the balance between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device is controlled based on the bed temperature of the catalyst device related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記圧力バランス制御手段が、前記開閉弁の開度を調整する開閉弁制御手段を有する構成とすることができる。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the pressure balance control means may include an on-off valve control means for adjusting an opening degree of the on-off valve.
このような構成により、開閉弁の開度に応じて排気通路を流れる排気の流速が制御される。このように制御される排気通路における排気の流速に応じて触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が変化する。これにより、前記上流側圧力と下流側圧力とのバランスが制御される。 With such a configuration, the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage is controlled according to the opening degree of the on-off valve. The difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage changes according to the exhaust flow velocity in the exhaust passage controlled in this way. Thereby, the balance between the upstream pressure and the downstream pressure is controlled.
また、このように開閉弁を制御する構成とすると、排気通路の流速を制御する部品を別に設ける必要がなく、構成を複雑化させることもない。 Further, when the on / off valve is controlled in this way, it is not necessary to separately provide a part for controlling the flow rate of the exhaust passage, and the configuration is not complicated.
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記圧力バランス制御手段が、前記排気通路における前記開閉弁と前記触媒通路への分岐点との間の所定位置に設けられた上流側弁と、前記上流側弁の開度を制御する手段とを有する構成となる。 Further, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the pressure balance control means includes an upstream valve provided at a predetermined position between the on-off valve in the exhaust passage and a branch point to the catalyst passage. And means for controlling the opening degree of the upstream valve.
このような構成より、上流側弁が排気通路をより閉ざす開度に制御されれば、排気通路を流れる排気の流速が低下する。このように制御される排気通路における流速に応じて触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が変化する。これにより、前記上流側圧力と下流側圧力とのバランスが制御される。 With such a configuration, if the upstream valve is controlled to have an opening degree that closes the exhaust passage, the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage decreases. The difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage changes according to the flow velocity in the exhaust passage controlled in this way. Thereby, the balance between the upstream pressure and the downstream pressure is controlled.
更に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記圧力バランス制御手段が、前記排気通路における前記触媒通路の再合流点の下流側近傍に設けられた下流側弁と、前記下流側弁の開度を制御する手段とを有する構成となる。 Furthermore, in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the pressure balance control means includes: a downstream valve provided in the exhaust passage near the rejoining point of the catalyst passage; and the downstream valve. And a means for controlling the opening degree.
このような構成により、下流側弁の開度に応じて排気通路における触媒通路の再合流点側での排気流の部分的な妨げ度合いが変化する。このような排気通路における触媒通路の再合流点側での排気流の変化により、特に、触媒通路における触媒装置の下流側圧力が影響を受ける。これにより、前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが制御される。 With such a configuration, the degree of partial obstruction of the exhaust flow on the rejoining point side of the catalyst passage in the exhaust passage changes according to the opening degree of the downstream valve. Such a change in the exhaust flow on the side of the rejoining point of the catalyst passage in the exhaust passage particularly affects the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage. Thereby, the balance between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device is controlled.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、前記触媒通路の上流側端部が下流側端部より前記排気通路を流れる排気による動圧を受けやすい角度にて前記排気通路に接合している構成とすることができる。 In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the upstream end portion of the catalyst passage is joined to the exhaust passage at an angle at which it is more susceptible to dynamic pressure due to exhaust gas flowing through the exhaust passage than the downstream end portion. It can be.
このような構成により、開閉弁や排気通路壁の抵抗損失によって触媒通路における触媒装置の下流側圧力が上流側圧力より小さくなる傾向を防止し、前記圧力バランス制御前の初期状態において、前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とのバランスをとることができるようになる。 With such a configuration, it is possible to prevent the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage from becoming smaller than the upstream pressure due to resistance loss of the on-off valve and the exhaust passage wall, and in the initial state before the pressure balance control, the catalyst device It becomes possible to balance the upstream pressure and the downstream pressure.
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、開閉弁が開放状態となって内燃機関からの排気が排気通路を通して主触媒装置に導かれる状態において、排気通路に対して分岐、再合流する触媒通路に設けられた触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差が関係する物理量が検出され、その物理量に基づいて前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とが同じになるように制御されるようになるので、内燃機関の高速高負荷の運転領域において排気流量が変化しても触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力のバランスを適正に保つことができるようになる。 According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, in a state where the on-off valve is open and the exhaust gas from the internal combustion engine is guided to the main catalyst device through the exhaust passage, the branching and rejoining with respect to the exhaust passage is performed. A physical quantity related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device provided in the catalyst passage is detected, and based on the physical quantity, the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device are the same. Therefore, even if the exhaust gas flow rate changes in the high-speed and high-load operation region of the internal combustion engine, the balance between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage can be properly maintained. .
本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置について、図面を用いて説明する。 An exhaust emission control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の第一の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、図1に示すように構成される。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention is configured as shown in FIG.
図1において、エンジン(内燃機関)のエキゾーストマニホールドに接続された排気通路10が主触媒装置(例えば、NOx吸蔵還元触媒装置)まで延びている。排気通路10に対して前記主触媒装置の上流側で分岐して再合流する触媒通路20が排気通路10に接合している。触媒通路20には前記主触媒装置とは異なる排気成分の除去機能を有する触媒装置30(例えば、三元触媒装置)が設けられている。排気通路10における触媒通路20の上流側開口21が臨む分岐点から触媒通路20の下流側開口22が臨む再合流点までの間の所定位置に排気通路10を開閉する開閉弁12が設けられている。また、触媒通路20における触媒装置30の上流側に位置する触媒上流側通路部23には圧力センサ51が設置され、触媒通路20における触媒装置30の下流側に位置する触媒下流側通路部24には圧力センサ52が設置されている。
In FIG. 1, an
吸気管に接続された負圧タンク41の負圧が調整弁42を介してアクチュエータ40に印加しており、アクチュエータ40は印加する負圧に応じて駆動機構43を介して排気通路10に設けられた開閉弁12を駆動させる。制御ユニット50(ECU)は、前述したように触媒通路20の触媒上流側通路部23に設けられた圧力センサ51からの検出圧力信号Puと触媒通路20の触媒下流側通路部24に設けられた圧力センサ52からの検出圧力信号Pdとを入力し、それらの検出圧力信号Pu、Pdに基づいて調整弁42に流入する大気圧を調整することによりアクチュエータ40に印加する負圧を制御する。このようにアクチュエータ40に印加する負圧が制御されることにより、開閉弁12の開度が制御されるようになる。
The negative pressure of the
例えば、開閉弁12を開放すべき初期状態、即ち、開閉弁12を開放すべきエンジンの暖機時に排気通路10を流れる排気の流速が最小となる状態において触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスがとれるように(同じになるように)、触媒通路20の下流側端部及び上流側端部の排気通路10への接合状態が決められる。具体的には、前記エンジンの暖機時に排気通路10を流れる排気の流速が最小となる状態では、触媒通路20における触媒装置30の下流側圧力がその上流側圧力より低下する傾向にあるので、触媒通路20の下流側端部がその上流側端部より排気通路10を流れる排気による動圧を受けやすい角度にて排気通路10に接合される。更に具体的には、触媒通路20の上流側端部が排気通路10に対して略垂直に接合するのに対して、触媒通路20の下流側端部が排気通路10の上流側を臨むように僅かに傾けられた状態で排気通路10に接合される。その傾ける角度は、触媒装置20の上流側圧力より低下する傾向にある下流側圧力を補って前記下流側圧力と上流側圧力とのバランスがとれるような動圧が触媒通路20の下流側端部に作用する角度に決められる。
For example, the upstream side of the
前述したような構造の内燃機関の排気浄化装置では、エンジンの低速低負荷の運転領域となる冷機時では、制御ユニット50によって開閉弁12が閉状態に制御される。この状態では、エンジンから排気通路10を通して流れる排気は触媒通路20に導かれ、触媒装置30を通って排気通路10に戻される。
In the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine having the above-described structure, the on-off
一方、エンジンの回転速度及び負荷が増大する暖機時では、制御ユニット50によって開閉弁12が開放状態に制御される。この状態では、エンジンから排気通路10を通って流れる排気はそのまま主触媒装置に導かれる。
On the other hand, at the time of warm-up when the engine speed and load increase, the
前記開閉弁12が開放される状態において、制御ユニット50は、更に、図2に示す手順に従って処理を実行する。
In the state where the on-off
図2において、制御ユニット50は、圧力センサ51、52からの検出圧力信号Pu、Pdを取得し(S1)、それらの信号に基づいて、触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力(Pu)と下流側圧力(Pd)との圧力差ΔP(Pd−Pu)を演算する(S2)。そして、制御ユニット50は、その圧力差ΔPが基準圧力差ΔP0より大きいか否かを判定する(S3)。基準圧力差ΔP0は、ゼロまたはそれに近い値に設定される。前記圧力差ΔPが基準圧力差ΔP0以下となる状況においては(S3でNO)、制御ユニット50は、開閉弁12が開放状態(1)(図3参照)を維持するように調整弁42を制御する。触媒装置30の上流側圧力(Pu)と下流側圧力(Pd)との圧力差ΔPが前記基準圧力差ΔP0以下となる状況では、制御ユニット50は前述した処理(S1〜S3)を繰り返し実行し、開閉弁12は開放状態(1)に維持される。
In FIG. 2, the
エンジンの回転速度及び負荷が更に増大して更なる高速高負荷の運転領域になると、排気通路10を流れる排気の流速が更に増大する。このような状況において、排気通路10を高速に流れる排気の吸出し効果によって触媒通路30における触媒装置30の上流側圧力が低下すると共に、その排気による動圧の増大によって触媒装置30の下流側圧力が上昇することに起因して、前記圧力差ΔPが基準圧力差ΔP0を超えると(S3でYES)、制御ユニット50は、排気通路10を絞るように開閉弁12を図3に示す開度(2)にすべく調整弁42を制御する(S5)。このように開閉弁12が開度(2)に維持されると、排気通路10を流れる排気の流速が低下し、触媒通路30における触媒装置30の上流側圧力が上昇すると共に、その排気による動圧が減少して触媒装置30の下流側圧力が低下する。これによって、触媒通路30における触媒装置30の上流側圧力とその下流側圧力との差が低下する。
When the rotational speed and load of the engine further increase to reach a further high speed and high load operation region, the flow velocity of the exhaust gas flowing through the
制御ユニット50が上述したように触媒通路30における触媒装置30の上流側圧力(Pu)と下流側圧力(Pd)との圧力差ΔPに基づいて開閉弁12の開度を開放状態(1)と開度(2)とのいずれかに切換え制御することにより、エンジンの高速高負荷の運転領域において排気通路10を流れる排気の流量が変化しても触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との圧力差ΔPが基準圧力差ΔP0以内の範囲に維持されるようになる。即ち、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とが実質的に同じになるように制御されることとなり、それらのバランスがくずれることなく、触媒装置30に流入する排気の量を極力少ないものとすることができるようになる。その結果、触媒装置30の劣化を極力防止することができるようになる。
Based on the pressure difference ΔP between the upstream pressure (Pu) and the downstream pressure (Pd) of the
ところで、エンジンの回転速度及び負荷は排気通路10を流れる排気の流速として表れる。前述したように排気通路10を流れる排気の流速に起因して触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差が発生する。このことに着目して、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量として前記エンジンの回転速度及び負荷を用いることができる。即ち、制御ユニット50は、エンジンの回転速度及び負荷に基づいて開閉弁12の開度を制御することができる。
By the way, the rotational speed and load of the engine appear as the flow velocity of the exhaust gas flowing through the
この場合、制御ユニット50は、図4に示す手順に従って処理を実行する。
In this case, the
制御ユニット50は、回転速度及び負荷と開閉弁12の開度との関係を表す制御テーブル100(図4参照)を所定のメモリに格納している。この制御テーブル100では、エンジンの冷機時に対応した特性曲線Lf1(等流量ライン)の下側となる回転速度及び負荷の比較的低い運転領域が開閉弁12の閉鎖状態に対応付けられ、エンジンの暖機時に対応した前記特性曲線Lf1の上側となる回転速度及び負荷の比較的高い運転領域が開閉弁12の開放状態(1)(図3参照)に対応付けられる。また、特性曲線Lf2の上側となる更に高回転高負荷の運転領域が開閉弁12の開度(2)(図3参照)に対応付けられる。
The
制御ユニット50は、車両において通常設けられているエンジンの回転速度センサ及び負荷(トルク)センサからの検出信号(回転速度、負荷)を取得し(S11)、制御テーブル100を参照してその取得した回転速度及び負荷に対応する開度となるように開閉弁12を制御する(S12)。具体的には、エンジンの冷機時の回転速度及び負荷の比較的低い運転領域では、開閉弁12が閉鎖される。この状態で、エンジンから排気通路10を通して流れる排気は触媒通路20に導かれ、触媒装置30を通って排気通路10に戻される。エンジンの暖機時の回転速度及び負荷の比較的高い運転領域では、開閉弁12が開放状態(1)に制御され、エンジンからの排気が排気通路10を通ってそのまま主触媒装置に導かれる。
The
エンジンの回転速度及び負荷が更に増大して更なる高速高負荷の運転領域になると、開閉弁12が開度(2)に制御される(S12)。このようなエンジンの高速高負荷の運転領域では、排気通路10の排気の流速が非常に高速となり、それに起因して前述したように触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差が発生し得る。このような状況において、開閉弁12が排気通路10を絞る開度(2)に制御されるので、排気通路10を流れる排気の速度が抑制され、触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差が増大することが防止される。
When the rotational speed and load of the engine further increase to enter a further high-speed and high-load operation region, the on-off
制御ユニット50は所定周期にて前述した処理(S11、S12)を繰り返し実行することにより、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とが同じになるように制御されてそれらのバランスが適性に保持され、触媒装置30に流入する排気の量を極力少ないものとすることができるようになる。その結果、触媒装置30の劣化を極力防止することができるようになる。
The
触媒通路20の触媒上流側通路部23に流入する排気の量を表す上流ガス流入量と触媒下流側通路部24に流入する排気の量を表す下流ガス流入量とから、ガス流入量比が次のように定義される。
From the upstream gas inflow amount representing the amount of exhaust gas flowing into the catalyst upstream
ガス流入量比={上流ガス流入量−下流ガス流入量}/上流ガス流入量
そして、触媒通路20に設けられた触媒装置30の床温は、一般に前記ガス流入量比に応じて図5に示すように変化する。
Gas inflow ratio = {Upstream gas inflow amount−Downstream gas inflow amount} / Upstream gas inflow amount The bed temperature of the
このことから、触媒装置30の床温を検出することにより、その床温に対応したガス流入量比が前記特性(図5参照)に基づいて定まる。ガス流入量比は、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差に対応する。このことに着目して、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量として触媒装置30の床温を用いることができる。即ち、制御ユニット50は、触媒装置30の床温を検出する温度センサからの検出信号に基づいて開閉弁12の開度を制御することができる。
From this, by detecting the bed temperature of the
この場合、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧量とのバランスが崩れていなければ、ガス流入量比が比較的小さい値を維持して触媒装置30の床温は比較的低い温度に維持される。一方、エンジンが高速高負荷の運転領域になると、前述したように排気通路10を流れる排気の流速が速くなることに伴って触媒装置30の上流側圧力が低下すると共にその下流側圧力が上昇し、前記下流ガス流入量が多くなって、触媒装置30の床温が上昇する。このように上昇する床温に基づいて開閉弁12を開度(2)に制御すると、前記排気の流速が抑制されて前記下流ガス流入量も抑制される。その結果、触媒装置30の床温が下げられる。
In this case, if the balance between the upstream pressure and the downstream pressure amount of the
このように触媒装置30の床温を検出して、その床温が比較的低い値に維持されるように開閉弁12の開度を開放状態(1)と開度(2)とのいずれかに切換え制御することにより、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とが同じになるように制御されてそれらのバランスを適正に保持することができるようになる。
In this manner, the bed temperature of the
前記上流ガス流入量が増大すると触媒通路20における触媒上流側通路部23での検出温度が上昇し、前記下流ガス流入量が増大すると触媒通路20における触媒下流側通路部24での検出温度が上昇する。即ち、触媒上流側通路部23での検出温度と触媒下流側通路部24での検出温度の差は、前述したガス流入量比に対応するものとなって、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量として用いることができる。
When the upstream gas inflow amount increases, the detection temperature in the catalyst upstream
この場合、制御ユニット50は、触媒上流側通路部23に設置された温度センサからの検出信号と触媒下流側通路部24に設置された温度センサからの検出信号を入力する。そして、制御ユニット50はそれらの検出信号に基づいた触媒装置の上流側温度と下流側温度との差が所定範囲以内となるように開閉弁12の開度を開放状態(1)と開度(2)とのいずれかに切換え制御する。これにより、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスを適正に保持することができるようになる。
In this case, the
なお、前述した各例では、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量(触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との圧力差ΔP、エンジンの回転速度及び負荷、触媒装置30の床温、触媒装置30の上流側温度と下流側温度の差)に基づいて開閉弁12の開度を開放状態(1)と開度(2)(図3参照)とのいずれかに切換え制御するものであったが、前記物理量に基づいて開閉弁12の開度を2段階以上の段階あるいは、連続的に制御することもできる。
In each example described above, a physical quantity related to the difference between the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device 30 (pressure difference ΔP between the upstream pressure and the downstream pressure of the
次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
本発明の第二の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の特徴部分は図6に示される。この例は、排気通路10を流れる排気の流速を開閉弁12の開度によって制御するのではなく、開閉弁12と異なる他の弁にて制御するものである。他の部分は、図1に示す排気浄化装置と同様の構成となる。
The characteristic part of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In this example, the flow rate of the exhaust gas flowing through the
図6において、排気通路10における開閉弁12と触媒通路20の上流側開口21(図1参照)が排気通路10に臨む分岐点との間の所定位置に上流側弁14が設けられている。そして、開閉弁12を開放すべき初期状態、即ち、開閉弁12を開放すべきエンジンの暖機時に排気通路10を流れる排気の流速が最小となる状態で更に上流側弁14を開放状態(1)にした状態において、前述したのと同様に触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスがとれるように、触媒通路20の下流側端部及び上流側端部の排気通路10への接合状態が決められる。
In FIG. 6, an
制御ユニット50は、前述したいずれかの物理量(触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との圧力差ΔP、エンジンの回転速度及び負荷、触媒装置30の床温、触媒装置30の上流側温度と下流側温度の差)に基づいて上流側弁14の開度を開放状態(1)と閉鎖状態(2)とのいずれかに切換え制御する。このような制御により、排気通路10を流れる排気の流速が高くなって触媒装置30に排気が流れ得る状況(例えば、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧量との差が大きくなり得る状況)において、上流側弁15が閉鎖状態(2)に制御される。その結果、前記第一の実施の形態の場合と同様に、排気通路10を流れる排気の流速が抑制され、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが適正に保持されるようになる。
The
次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
本発明の第三の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の特徴部分は、図7に示される。この例は、排気通路10を流れる排気の流速を開閉弁12の開度によって制御するのではなく、開閉弁12と異なる弁にて制御する点で前記第二の実施の形態の場合と同様であるが、その弁の設置位置が異なる。
The characteristic part of the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention is shown in FIG. This example is the same as in the case of the second embodiment in that the flow rate of the exhaust gas flowing through the
図7において、排気通路10における触媒通路20の下流側開口22が臨む再合流点の排気下流側近傍、更に具体的には、触媒通路20の下流側開口22の排気下流側縁部近傍に下流側弁16が設けられている。そして、開閉弁12を開閉すべき初期状態、即ち、開閉弁12を開放すべきエンジンの暖機時に排気通路10を流れる排気の流速が最小となる状態で更に下流側弁16を閉鎖状態(2)にした状態において、触媒通路20における触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスがとれるように、触媒通路20の下流側端部及び上流側端部の排気通路10への接合状態が決められる。具体的には、触媒通路20の上流側端部及び下流側端部の双方が排気通路10に対して略垂直に接合する。
In FIG. 7, the
このような接合状態で下流側弁16がなければ、前記エンジンの暖機時に排気通路10を流れる排気の流速が最小となる状態では、前述したように触媒通路20における触媒装置30の下流側圧力がその上流側圧力より低下する傾向にある。しかし、閉鎖状態(1)となる下流側弁16によって、排気通路10における触媒通路20の再合流点での排気流が部分的に妨げられ、この排気流の妨げ度合いに応じて触媒通路20の下流側圧力が増大する。その結果、触媒通路20における触媒装置30の下流側圧力がその上流側圧力より低下する傾向にあっても、閉鎖状態(1)となる下流側弁16による触媒通路20の下流側圧力の増大作用によって、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが適正に保持される。
If there is no
制御ユニット50は、例えば、圧力センサ51、52からの検出信号に基づいて得られる触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との圧力差ΔPに基づいて上流側弁16の開度を閉鎖状態(1)と開放状態(2)とのいずれかに切換え制御する。このような制御により、暖機時の初期状態(前記圧力差ΔPが基準圧力差ΔP0に達していない状態)においては、上流側弁15が閉鎖状態(1)に制御される。その結果、前述した初期状態と同様に触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが適正に保持される。一方、排気通路10を流れる排気の流速が高くなって触媒装置30に排気が流れ得る状況(例えば、触媒装置30の上流側圧力と下流側圧力との差が大きくなる状況)において、上流側弁15が開放状態(2)に制御される。その結果、排気通路10における触媒通路20の再合流点での排気流の部分的な妨げが解消され、触媒装置30の下流側圧力が低下するようになって、触媒通路30の上流側圧力と下流側圧力とのバランスが適正に保持されるようになる。
For example, the
なお、前述した第二の実施の形態及び第三の実施の形態において、上流側弁14及び下流側弁16の開度制御は、2段階の切換え制御ではなく、更に多くの段階あるいは連続的な切換え制御とすることもできる。
In the second embodiment and the third embodiment described above, the opening degree control of the
以上、説明したように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の高速高負荷の運転領域において排気流量が変化しても触媒通路における触媒装置の上流側圧力と下流側圧力のバランスを適正に保てるという効果を有し、内燃機関の運転状況に応じて、内燃機関からの排気を排気通路を通して主触媒装置に導く状態と、排気通路を流れる排気を該排気通路から分岐する触媒通路に導いて他の触媒装置を通して排気通路に戻す状態との切換えを行なうようにした内燃機関の排気浄化装置として有用である。 As described above, the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage even if the exhaust gas flow rate changes in the high speed and high load operation region of the internal combustion engine. A catalyst that has the effect of maintaining an appropriate balance and that guides the exhaust from the internal combustion engine to the main catalyst device through the exhaust passage according to the operating state of the internal combustion engine, and a catalyst that branches the exhaust flowing through the exhaust passage from the exhaust passage The present invention is useful as an exhaust emission control device for an internal combustion engine that is switched to a state where it is led to the passage and returned to the exhaust passage through another catalyst device.
10 排気通路
12 開閉弁
14 上流側弁
16 下流側弁
20 触媒通路
21 上流側開口
22 下流側開口
23 触媒上流側通路部
24 触媒下流側通路部
30 触媒装置
40 アクチュエータ
41 負圧タンク
42 制御弁
43 駆動機構
50 制御ユニット(ECU)
51、52 圧力センサ
DESCRIPTION OF
51, 52 Pressure sensor
Claims (7)
前記開閉弁の開放状態において、前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量を検出する物理量検出手段と、
前記物理量検出手段にて検出された物理量に基づいて前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とを同じにするように制御する圧力バランス制御手段とを有し、
前記圧力バランス制御手段は、前記排気通路における前記開閉弁と前記触媒通路への分岐点との間の所定位置に設けられた上流側弁と、
前記上流側弁の開度を制御する手段とを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 A catalyst passage branched from the internal combustion engine to the main catalyst device upstream of the main catalyst device and recombined; a catalyst device provided in the catalyst passage; and the catalyst passage in the exhaust passage. An exhaust purification device for an internal combustion engine having an on-off valve provided at a predetermined position between a branch point and a re-merging point,
A physical quantity detecting means for detecting a physical quantity related to a difference between an upstream pressure and a downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage in the open state of the on-off valve;
Have a pressure balance control means for controlling so as to equalize the upstream pressure and the downstream pressure of the catalytic converter in the catalyst passages based on the physical amount detected by said physical quantity detecting means,
The pressure balance control means includes an upstream valve provided at a predetermined position between the on-off valve in the exhaust passage and a branch point to the catalyst passage;
An exhaust purification device for an internal combustion engine, characterized by comprising means for controlling the opening degree of the upstream valve .
前記開閉弁の開放状態において、前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力との差に関係する物理量を検出する物理量検出手段と、 A physical quantity detecting means for detecting a physical quantity related to a difference between an upstream pressure and a downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage in the open state of the on-off valve;
前記物理量検出手段にて検出された物理量に基づいて前記触媒通路における前記触媒装置の上流側圧力と下流側圧力とを同じにするように制御する圧力バランス制御手段とを有し、 Pressure balance control means for controlling the upstream pressure and the downstream pressure of the catalyst device in the catalyst passage to be the same based on the physical quantity detected by the physical quantity detection means,
前記圧力バランス制御手段は、前記排気通路における前記触媒通路の再合流点の下流側近傍に設けられた下流側弁と、The pressure balance control means includes a downstream valve provided in the vicinity of the downstream side of the rejoining point of the catalyst passage in the exhaust passage,
前記下流側弁の開度を制御する手段とを有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An exhaust purification device for an internal combustion engine, characterized by comprising means for controlling the opening degree of the downstream valve.
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