JP3587670B2 - Exhaust gas purification equipment for automobiles - Google Patents

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用排気ガス浄化装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用のエンジンの排気ガスを浄化するシステムとして、排気通路に白金やロジウム等の貴金属を触媒として担持した担体を設け、排気ガス中のHC,CO,NOx等を酸化反応、或いは酸化・還元反応により浄化する触媒コンバータシステムが知られている。
【0003】
この触媒コンバータシステムでは、排気ガスの浄化には、触媒が活性化温度、例えば300〜400℃以上に加熱されていることを必要とするが、一般的には、排気ガスによる触媒加熱方式を採用しているため、エンジンの始動直後においては、触媒は活性化温度に達しておらず、排気ガスの浄化はほとんど行われないという問題がある。
【0004】
そこで、上記触媒をエンジンの近傍に配置して、排気ガスの持つ熱により可能な限り早く活性化温度に到達させるようにしたり、触媒を担持している担体をセラミックから熱伝導性の良い金属に替えて、より早く活性化温度に到達させるようにしたり、或いは担体にヒータを設けて、強制加熱することにより早期に活性化温度に到達させたりしているのが現状である。
【0005】
一方、いわゆる排気ガス規制の強化により、HC,CO,NOx等の有害ガス成分の浄化率は、今後、更なる向上を要求されることが予測されるが、これを達成するためには触媒をエンジンに対してできるだけ近い位置に配置して、エンジンの始動直後から排気ガスを浄化できるようにすることが必要となってくる。ところが、触媒をエンジンに近付けると、通常の運転状態において触媒が高温度の排気ガスに晒されることとなるが、触媒は一般に高温条件下では劣化が早まるので、かえって浄化率を低下させてしまうという問題がある。
【0006】
この問題を解消するために、例えば特開平6−93844号公報に記載された発明では、排気管をエンジンの近くで二つに分岐させて主流路とバイパス流路とを形成し、バイパス流路にはHCの吸着手段を配備し、バイパス流路が再び主流路に合流する部位の下流側に主触媒を配置するというシステムが提案されている。
【0007】
この発明では、エンジンの近くの排気管の分岐部に切換バルブ(開閉装置)を設けており、エンジン始動直後のように排気ガスが低温の時には、主流路を閉じてバイパス流路を開くことにより、排気ガスをバイパス流路に流して低温時の有害成分、特にHCを吸着除去し、エンジンが暖機して燃焼が安定してきた後に切換バルブを切換えて排気ガスを主流路側に流し、触媒が活性化温度に達するまでバイパス流路の吸着手段に低温HCを吸着保持しておく。そして排気ガスが高温になってこの排気ガスにより主触媒が十分に暖められた後は、切換バルブによりバイパス流路を若干開けて排気ガスをバイパス流路に流し、吸着手段に吸着、保持されていたHCを熱脱離させ、後方の主触媒によって浄化する構成をとっている。
【0008】
この構成では、脱離時に吸着手段に排気ガスを通すことによって圧損が増加するため、その間はドライバビリティと燃費の悪化を避けることができない。さらに、脱離したHCを後方の触媒によって浄化するには、元々エンジンから出る有害成分に加えて吸着手段から脱離した分を浄化するだけの酸素量が必要となるため、空燃比をストイキ(理論空燃比)よりもリーン(希薄)側にスライドさせなければならない。そのため、さらにドライバビリティの悪化を招くことになる。加えてリーン運転ではNOx浄化率が極端に低下するので、脱離行程の時間は正確に、かつ極力短くする必要がある。
【0009】
そのため上記の従来技術によるHCの脱離行程には、吸着手段の出入り部の温度、主触媒の温度、空燃比などの物理量を正確に計測する必要があり、そのためのセンサ類を追加するようにしているが、制御ロジックが複雑になり、かつコストの上昇をもたらすといった問題がある。さらに、エンジン運転条件に応じて切換バルブの開度を調整する必要があり、任意の運転条件下での迅速な脱離が困難であるというような問題もある。
【0010】
他の従来技術として、特開平6−74021号公報に記載された排気浄化装置においては、触媒の上流側のバイパス通路に設けられた吸着装置によってHCを吸着しておき、触媒が活性化された後の減速運転時やアイドル運転時を選んでHCを吸着装置から脱離させて処理することにより、NOxの排出量の抑制を図っているが、脱離を行う際の燃料噴射制御をどのように行うかということについての開示がないので、脱離したHCを触媒によって浄化することができるかどうか疑問がある。
【0011】
更に他の従来技術として、特開平9−112322号公報に記載されたエンジンの制御装置においては、排気のバイパス通路に設けられる吸着剤に吸着されたHC等の有害成分が脱離して触媒装置の上流側へ還流するときに、脱離量に応じて燃料供給量を減少させることにより、脱離したHCを含めて排気ガスを良好に浄化することを図っているが、この方式は、触媒の下流側のバイパス通路に設けられた吸着剤から脱離するHC等を触媒の上流側へ循環させるものであって、本発明が意図する方式とは基本的な構成から異なっている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述のような従来技術が有する問題点に鑑み、従来技術とは異なる手段を用いて、ドライバビリティの悪化やコストの上昇を伴うことなく、触媒装置の上流側に設けられた吸着手段に吸着されるHC等を迅速に脱離させることにより、有害な排気ガスの排出を防止しながら、エンジンを始動して円滑に暖機運転を遂行し得るような自動車用の排気ガス浄化装置を提供することを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
発明は、車速の減速時に限らず、吸着手段の脱離制御を行う場合には、一律に空燃比をリーン側にスライドするのではなく、エンジンの回転数及びエンジンの吸気量により脱離HC濃度を推定し、脱離HC濃度を加味した燃料噴射量とすることにより、ドライバビリティの悪化を最小限に抑えると共に、NOx浄化率の悪化を防ぐような制御を行う排気ガス浄化装置を提供するものである。
【0016】
請求項記載の発明によれば、吸入空気量などのエンジン運転条件から脱離行程の脱離HC濃度を推定し、脱離HC濃度に応じてエンジンへの燃料供給量を可変制御し、吸着手段の下流の空燃比をストイキに保つことにより、脱離HCの良好な浄化特性を得ることができる。さらに、過度のリーン制御を行わないため、ドライバビリティの悪化とNOxの排出を抑えることができる。また、この場合はHC濃度を計測するためのセンサー等を必要としないため、安価な構成とすることができる。
【0017】
請求項記載の発明によれば、吸着装置の上流側に設けられたスタート触媒は、下流側のそれを含めた触媒全体の一部であるため熱容量が小さく、しかもエンジンのすぐ下流側にあって比較的高温度の排気ガスを受けるので、始動後は早期に活性化する。従って、吸着手段を閉じた後に、下流側の触媒装置が十分に活性化されるまでの間は、スタート触媒がHC等の有害物質の放出を阻止するのに有効となる。
【0018】
また、請求項記載の発明によれば、バルブプレートがバルブシートに着座するときや離座するときの騒音を抑えることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1実施形態を図1〜図4、および図8に基づいて説明する。図1に示すように、エンジン1の排気管3には、排気マニホルド31の下流側でかつ3元触媒10の上流側に吸着装置4が介設されている。吸着装置4には排気管3の円筒形の大径部41が形成されており、この中にハニカム体5が収納されている。図示していないが、排気ガスによるハニカム体5の昇温を抑制するために、大径部41とハニカム体5との間に空間を設けて空気断熱層を形成するとか、その間に断熱材を挿入する等の方法によって断熱が行なわれる。ハニカム体5はステンレス鋼の箔状板を巻き重ねたもの、またはコージェライト等の多孔質のセラミックの成形体からなり、大径部41の内面に合致する筒形状で、図2に示すように平行な多数の通孔51を有しており、通孔51内にはゼオライト系の吸着剤が担持されている。ハニカム体5は大径部41の内面形状に合せて半円筒、楕円形状、方形等とすることができる。ハニカム体5の下流側端直後には排気ガス流路切換弁6が配設されている。ハニカム体5は、それ以外の部分に形成された流路43との間に設けられる隔壁42によって分離・保持されている。ハニカム体5の上流側には整流板44が配備されており、ハニカム体5に排気ガスが流入する時に排気ガスの流速分布を均一にし、吸着効率を高めている。なお、隔壁42と整流板44は一体構造でもよいし、分離されていてもよい。また、流路切換弁6を駆動するために吸着装置4にはアクチュエータ7が設けられており、アクチュエータ7と切換弁6はシャフト71およびアーム72によって連結されている。
【0020】
切換弁6のバルブプレート61は、シート部との衝撃により発生する騒音を低減するため、シート部との接触面がステンレス製のメッシュ62によって覆われている。具体的には、図8に例示するように、バルブプレート61を2枚のドーナツ形のメッシュ62で挟み、メッシュ62の外周部の全周をシーム溶接によって固定している。また、ドーナツ形メッシュ62の内周隅部のほつれを防止するため、ドーナツ形のステンレス製リング63をメッシュに全周溶接して固定してある。
【0021】
アクチュエータ7を作動させる負圧を供給するための吸気管8a,8bは、エンジン1の上流側の吸気通路の一部であるサージタンク2に連通させてある。吸気管8a,8bの間には負圧切換弁(VSV)として電磁弁9が介設してある。また、前述のように吸着装置4の下流側には3元触媒10が設けられている。11はマイクロコンピュータ内蔵のエンジンおよび吸着装置の制御手段であって、エンジン1の運転状態を示す信号(吸入空気量Qn、エンジン回転数Ne、水温Tw、その他、排気ガス中のO濃度、スロットル開度など)に応じて燃料噴射量を制御するとともに、図1に示す電磁弁9を開閉制御し、これにより切換弁6を制御するようになっている。
【0022】
次に、本装置の作動を、図1とともに図3および4のフローチャートを用いて説明する。なお図3,4は、米国の排気ガス規制の代表的な走行パターンである75FTPモードによって走行する場合である。エンジンの始動時(IG ON)に、図示しないエンジン水温センサからの信号Twを受けて、制御手段11により吸着装置4の吸着能力の有無が判断される(ステップ1)。冷間始動の時はハニカム体5は冷えており、エンジン水温Tw(℃)が吸着可能温度Tw1(℃)以下であると、電磁弁(VSV)9が開弁され、吸気管8a,8bが連通する。これによりサージタンク2の負圧が吸気弁8a,8bを経てアクチュエータ7に作用してシャフト71を引っ張るので、アーム72が回動して、それと一体の切換弁(3方弁)6は破線によって示す位置へ移動して、ハニカム体5を開くとともに、流路43を閉じる(ステップ2)。
【0023】
エンジン1の始動直後は排気ガス温度が低く、エンジン1は多量のコールドHCを含んだ排気ガスを排出する。この排気ガス流がハニカム体5のゼオライトを担持した通孔51内を流れる間にコールドHCはゼオライトに吸着され、コールドHCが除去された排気ガスは3元触媒10を通過し、図示しないマフラー(消音器)を経て大気中に放出される。この時、整流板44が排気ガスの流れを整流しているため、排気ガスは均一な流速分布となって、ハニカム体5内を流れている。このとき制御手段11は電磁弁9の動作後の経過時間tをカウントしている(ステップ3)。そしてエンジン1が暖機して排気ガスの温度がゼオライトの吸着可能温度を越える所定の時間t1を過ぎると、制御手段11からの信号によって電磁弁9が閉弁される。これによりアクチュエータ7への負圧の供給が遮断され、代りに大気圧がアクチュエータへ導入されるので、アクチュエータ7は内蔵のスプリングの弾性により、シャフト71およびアーム72を介して切換弁6を回動させてハニカム体5を閉じるとともに、流路43を開く。
【0024】
その結果、排気ガスの流路が切換えられ、排気ガスはハニカム体5の存在しない流路43を流れる(ステップ4)。このとき、エンジンから排出される排気ガスは既に燃焼状態が安定しているため高温になっており、かつ含有HCが少なくなっている。この状態で数秒〜数十秒運転されるうちに3元触媒10は暖機し、その後はHCをほとんど含まない排気ガスが流路43および図示しないマフラーを経て大気中に放出される。この後、ハニカム体5は図4に示す脱離行程に進むことになる。
【0025】
図4において、まずハニカム体5に排気ガスを流す前に、エンジン1および触媒10の状態が安定した活性状態か否かを、エンジン水温センサからの信号Twが所定値Tw2を越えているか否かによって制御手段11が判断し、脱離の可否が判定される(ステップ5)。水温Twが所定値Tw2を越えたとき、脱離行程は次のように進められる。まず、エンジン回転数Neが脱離可能な回転数Ne1を越えているか否かを制御手段11が判断する(ステップ6)。次に、アイドルスイッチがONになっているか否かによって減速時であることを判断する。(ステプ7)。減速時であれば触媒10によって脱離HCを浄化するために必要な酸素を供給するとともに、通常の燃料噴射のフィードバック制御を停止し、所定の燃料減量又は燃料カットを行う(ステップ8)。そして電磁弁9を開弁し切換弁6によってハニカム体5を開くとともに流路43を閉じて排気ガスをハニカム体5に流入させ、排気熱により吸着HCを脱離させる(ステップ9)。そして電磁弁9の積算開弁時間tをカウントし(ステップ10)、積算開弁時間tが所定の時間t2を越えたか否かによって脱離が終了しているか否かを判定する(ステップ11)。脱離終了と判定された後、電磁弁9を閉弁し切換弁6によってハニカム体5を閉じるとともに流路43を開けて、排ガスを流路43に流す(ステップ12)。そして、通常の燃料噴射の制御フィードバックを再開し(ステップ13)、一連の脱離制御を終了する。
【0026】
次に、本発明の第2実施形態を図5に基づいて説明する。第2実施形態のシステム構成は第1実施形態のそれと同様であるため図1を用いて説明する。また、第2実施形態の吸着行程は図3に示す第1実施形態のそれと同様のため説明を省略する。第2実施形態の脱離行程を示す図5のフローチャートにおいて、まず、エンジン1および触媒10の状態が安定した活性状態か否かをエンジン水温センサからの信号によって制御手段11が判断し、脱離の可否が判定される(ステップ5′)。脱離可能と判定されると、電磁弁(VSV)9を開弁し切換弁(3方弁)6によってハニカム体5を開くとともに、流路43を閉じて排気ガスをハニカム体5に流入させ、排気熱により吸着HCの脱離を開始する(ステップ6′)。その後、脱離HC濃度を判定し、触媒10によって脱離HCを浄化するために必要な酸素を供給する分だけリーン制御する燃料噴射量を制御手段11が決定する(ステップ7′)。なお、脱離HC濃度を判定する方法としては、吸着装置4の下流側にHCセンサを設置して直接にHC濃度を測定する方法や、ハニカム体5の温度または、ハニカム体5の出ガス温度を測定して、この温度から脱離HC濃度を推定する方法等があるが、本発明者らは、エンジン吸気量Qnとエンジン回転数Neを主とするエンジン運転条件から脱離HC濃度を推定する方法を採用している。
【0027】
本発明者らの調査によると、エンジン1及び触媒10が安定状態になった後は、排気ガスからハニカム体5に与えられる熱量はエンジン吸気量QあるいはQnに依存することが判明している(図6)。この関係と、ハニカム体5の熱容量および脱離温度特性から、リアルタイムな脱離HC濃度を推定することができる。そして、通常の燃料噴射フィードバック制御を停止し、上記の方法で求めた脱離HCを浄化することができるように燃料噴射制御を実行する(ステップ8′)。この方法により必要以上のリーン制御によるドライバビリティの悪化を抑えるとともに、NOx排出量の増加を低減することができる。そして脱離HC濃度が所定値以下になると脱離完了と判定する(ステップ9′)。脱離終了と判定された後は電磁弁9を閉弁し、切換弁6がハニカム体5を閉じるとともに流路43を開いて、排気ガスを流路43に流す(ステップ10′)。そして、通常の燃料噴射制御フィードバックを再開し(ステップ11′)、一連の脱離制御を終了する。前述のハニカム体5の下流側に温度センサを設置する場合は、排気ガスの温度履歴を監視することにより、吸着剤の熱劣化を検出することも可能である。
【0028】
この実施形態では、脱離時に通常の燃料噴射フィードバックを停止することにしているが、吸着装置4の下流側に空燃比センサを設置することによって、脱離時においても燃料噴射フィードバックによる精密な空燃比制御を行うことが可能である。また、第1および第2の実施形態では、図1に示すように吸着装置4の下流側に触媒10が配備されているが、さらに高浄化を目的として、図7に示す第3実施形態のように、吸着装置4の上流側にスタート触媒12を設けてもよい。この場合は、吸着終了時から触媒10の上流側へ排出されていた若干のHCが、比較的小型でかつエンジン1に近いために活性化の早いスタート触媒12によって浄化されるため、図1のシステムよりもさらに排出されるHCを低減することができる。
【0029】
また、ドライバビリティを悪化させないように、制御を実行することができる吸入空気流量Qの上限値を予め設定しておいてもよい。また、流量Qの代わりに、エンジン1回転当たりの吸入空気量Qn(L/rev )や、エンジン回転数Ne(rpm )、エンジン負荷Pm(Pa)、車速V(km/h)などに上限値を設定してもよい。
【0030】
更に、図1および図7に示す実施形態においては、排気ガス流路切換弁6を吸着装置4の出口側、即ち下流側に設けているが、切換弁6を吸着装置4の入口側、即ち上流側に設けてもよく、その作用、効果に実質的な相違は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のシステム構成図である。
【図2】吸着装置の構造を示す分解斜視図である。
【図3】第1実施形態における吸着行程を示すフローチャートである。
【図4】第1実施形態における脱離行程を示すフローチャートである。
【図5】第2実施形態における脱離行程を示すフローチャートである。
【図6】第2実施形態における脱離行程での受熱量を示すグラフである。
【図7】第3実施形態のシステム構成図である。
【図8】第1実施形態における一部の構造を示すもので、(a)は正面図、(b)は(a)のA−A線における縦断面図である。
【符号の説明】
1…エンジン
2…サージタンク
3…排気管
31…排気マニホルド
4…吸着装置
41…排気管大径部
42…隔壁
43…排気ガス流路
44…整流板
5…ハニカム体
6…排気ガス流路切換弁(3方弁)
7…アクチュエータ
71…シャフト
72…アーム
8a,8b…吸入管
9…電磁弁(VSV)
10…3元触媒
11…制御手段
12…スタート触媒
61…バルブプレート
62…メッシュ
63…リング
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus for an automobile.
[0002]
[Prior art]
As a system for purifying exhaust gas from automobile engines, a carrier carrying a noble metal such as platinum or rhodium as a catalyst is provided in the exhaust passage to oxidize or oxidize / reduce HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas. 2. Description of the Related Art A catalytic converter system that purifies by using a catalyst is known.
[0003]
In this catalytic converter system, purification of exhaust gas requires that the catalyst be heated to an activation temperature, for example, 300 to 400 ° C. or higher, but generally employs a catalyst heating method using exhaust gas. Therefore, immediately after the start of the engine, the catalyst has not reached the activation temperature, and there is a problem that the exhaust gas is hardly purified.
[0004]
Therefore, the above catalyst is arranged near the engine so that the activation temperature is reached as quickly as possible by the heat of the exhaust gas, or the carrier supporting the catalyst is changed from ceramic to a metal having good heat conductivity. Instead, at present, the activation temperature is reached earlier, or the activation temperature is reached earlier by providing a heater on the carrier and forcibly heating the carrier.
[0005]
On the other hand, it is expected that the purification rate of harmful gas components such as HC, CO and NOx will be required to be further improved in the future due to the strengthening of so-called exhaust gas regulations. It is necessary to dispose the exhaust gas as close as possible to the engine so that the exhaust gas can be purified immediately after the start of the engine. However, when the catalyst is brought closer to the engine, the catalyst is exposed to high-temperature exhaust gas under normal operating conditions.However, the catalyst generally deteriorates rapidly under high-temperature conditions, so that the purification rate is rather reduced. There's a problem.
[0006]
In order to solve this problem, for example, in the invention described in JP-A-6-93844, the exhaust pipe is branched into two near the engine to form a main flow path and a bypass flow path. Has proposed a system in which an HC adsorbing means is provided, and a main catalyst is disposed downstream of a portion where the bypass flow path joins the main flow path again.
[0007]
According to the present invention, a switching valve (opening / closing device) is provided at a branch portion of the exhaust pipe near the engine, and when the exhaust gas is at a low temperature, such as immediately after starting the engine, the main flow path is closed and the bypass flow path is opened. The exhaust gas is passed through the bypass flow path to adsorb and remove harmful components at low temperature, especially HC, and after the engine is warmed up and combustion is stabilized, the switching valve is switched to flow exhaust gas to the main flow path side, and the catalyst is removed. Until the activation temperature is reached, low-temperature HC is adsorbed and held in the adsorbing means of the bypass flow path. After the temperature of the exhaust gas becomes high and the main catalyst is sufficiently warmed by the exhaust gas, the bypass gas is slightly opened by the switching valve to flow the exhaust gas through the bypass gas channel, and the exhaust gas is adsorbed and held by the adsorption means. The HC is thermally desorbed and is purified by the rear main catalyst.
[0008]
In this configuration, the pressure loss increases by passing the exhaust gas through the adsorption means at the time of desorption, and during that time, deterioration in drivability and fuel efficiency cannot be avoided. Further, in order to purify the desorbed HC by the rear catalyst, an amount of oxygen is required to purify the desorbed amount from the adsorbing means in addition to the harmful components originally emitted from the engine. It must be slid to lean (lean) side of the stoichiometric air-fuel ratio). Therefore, the drivability is further deteriorated. In addition, in lean operation, the NOx purification rate is extremely low, so that the time of the desorption stroke needs to be accurate and as short as possible.
[0009]
Therefore, in the above-described conventional HC desorption process, it is necessary to accurately measure physical quantities such as the temperature of the inlet / outlet of the adsorbing means, the temperature of the main catalyst, and the air-fuel ratio. However, there are problems that the control logic becomes complicated and the cost increases. Further, it is necessary to adjust the opening of the switching valve according to the engine operating conditions, and there is a problem that it is difficult to quickly remove the engine under any operating conditions.
[0010]
As another prior art, in an exhaust gas purifying apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-74021, HC is adsorbed by an adsorber provided in a bypass passage on the upstream side of the catalyst, and the catalyst is activated. By controlling the desorption of HC from the adsorber during the deceleration operation or the idling operation, which is performed later, the amount of NOx emissions is reduced. Since there is no disclosure as to whether or not to perform the desorption, it is questionable whether the desorbed HC can be purified by the catalyst.
[0011]
As still another conventional technique, in an engine control device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-112322, harmful components such as HC adsorbed by an adsorbent provided in an exhaust gas bypass passage are desorbed and a catalyst device is used. At the time of recirculation to the upstream side, by reducing the fuel supply amount according to the desorbed amount, the exhaust gas including the desorbed HC is satisfactorily purified. It circulates HC and the like desorbed from the adsorbent provided in the downstream bypass passage to the upstream side of the catalyst, and is different from the basic configuration intended by the present invention from the basic configuration.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has been developed using means different from the prior art, without deteriorating drivability and increasing costs, and using an adsorption device provided on the upstream side of the catalyst device. Exhaust gas purifying apparatus for automobiles that can start the engine and smoothly perform warm-up operation while preventing harmful exhaust gas emission by quickly desorbing HC and the like adsorbed by the means. It is intended to provide.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is not limited to the case of deceleration of the vehicle speed, and when performing the desorption control of the adsorbing means, the air-fuel ratio does not uniformly slide to the lean side, but the desorption HC is determined by the engine speed and the intake air amount of the engine. Provided is an exhaust gas purifying apparatus that controls the fuel injection amount by estimating the concentration and taking the desorbed HC concentration into consideration, thereby minimizing the deterioration of drivability and preventing the deterioration of the NOx purification rate. Things.
[0016]
According to the first aspect of the invention, to estimate the desorbed HC concentration desorption stroke from engine operating conditions such as inhaled air amount, and variably controls the amount of fuel supplied to the engine in accordance with the desorbed HC concentration, By keeping the air-fuel ratio downstream of the adsorption means at a stoichiometric ratio, it is possible to obtain good purification characteristics of desorbed HC. Furthermore, since excessive lean control is not performed, deterioration of drivability and emission of NOx can be suppressed. Further, in this case, since a sensor for measuring the HC concentration is not required, an inexpensive configuration can be achieved.
[0017]
According to the second aspect of the present invention, the start catalyst provided on the upstream side of the adsorber has a small heat capacity because it is a part of the entire catalyst including that on the downstream side, and has a small heat capacity immediately downstream of the engine. Because it receives relatively high temperature exhaust gas, it is activated early after starting. Therefore, after the adsorption means is closed, the start catalyst is effective in preventing emission of harmful substances such as HC until the downstream catalyst device is sufficiently activated.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, it is possible to suppress noise when the valve plate is seated on or separated from the valve seat.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIG. As shown in FIG. 1, an adsorber 4 is provided in the exhaust pipe 3 of the engine 1 on the downstream side of the exhaust manifold 31 and on the upstream side of the three-way catalyst 10. The suction device 4 has a cylindrical large-diameter portion 41 of the exhaust pipe 3 in which the honeycomb body 5 is housed. Although not shown, in order to suppress the temperature rise of the honeycomb body 5 due to the exhaust gas, a space is provided between the large diameter portion 41 and the honeycomb body 5 to form an air heat insulating layer, or a heat insulating material is provided therebetween. Insulation is performed by a method such as insertion. The honeycomb body 5 is formed by winding a stainless steel foil plate or a porous ceramic molded body such as cordierite, and has a cylindrical shape conforming to the inner surface of the large diameter portion 41, as shown in FIG. It has a large number of parallel through holes 51, and a zeolite-based adsorbent is carried in the through holes 51. The honeycomb body 5 can be formed in a semi-cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular shape, or the like in accordance with the inner surface shape of the large-diameter portion 41. Immediately after the downstream end of the honeycomb body 5, an exhaust gas passage switching valve 6 is provided. The honeycomb body 5 is separated and held by a partition wall 42 provided between the honeycomb body 5 and a flow path 43 formed in other portions. A rectifying plate 44 is provided on the upstream side of the honeycomb body 5 to make the exhaust gas flow distribution uniform when the exhaust gas flows into the honeycomb body 5 to increase the adsorption efficiency. Note that the partition wall 42 and the current plate 44 may have an integral structure or may be separated. An actuator 7 is provided in the adsorption device 4 to drive the flow path switching valve 6, and the actuator 7 and the switching valve 6 are connected by a shaft 71 and an arm 72.
[0020]
The contact surface of the valve plate 61 of the switching valve 6 with the seat portion is covered with a mesh 62 made of stainless steel in order to reduce noise generated by impact with the seat portion. Specifically, as illustrated in FIG. 8, the valve plate 61 is sandwiched between two donut-shaped meshes 62, and the entire outer periphery of the mesh 62 is fixed by seam welding. In order to prevent the inner peripheral corner of the donut-shaped mesh 62 from fraying, a donut-shaped stainless steel ring 63 is fixed to the mesh by welding all around.
[0021]
The intake pipes 8a and 8b for supplying a negative pressure for operating the actuator 7 are connected to a surge tank 2 which is a part of an intake passage on the upstream side of the engine 1. An electromagnetic valve 9 is interposed between the intake pipes 8a and 8b as a negative pressure switching valve (VSV). As described above, the three-way catalyst 10 is provided downstream of the adsorption device 4. 11 is a control means of the microcomputer built in the engine and the adsorption device, the signal (intake air amount indicating the operating condition of the engine 1 Qn, engine speed Ne, the coolant temperature Tw, other, O 2 concentration in the exhaust gas, a throttle In addition to controlling the fuel injection amount according to the opening degree, the solenoid valve 9 shown in FIG. 1 is controlled to open and close, thereby controlling the switching valve 6.
[0022]
Next, the operation of the present apparatus will be described with reference to the flowcharts of FIGS. FIGS. 3 and 4 show a case where the vehicle travels in the 75 FTP mode, which is a typical travel pattern of US exhaust gas regulations. When the engine is started (IG ON), the control means 11 receives the signal Tw from an engine water temperature sensor (not shown) and determines whether or not the adsorption device 4 has the adsorption capability (step 1). At the time of cold start, the honeycomb body 5 is cold, and when the engine water temperature Tw (° C.) is lower than the adsorbable temperature Tw 1 (° C.), the solenoid valve (VSV) 9 is opened, and the intake pipes 8 a and 8 b are opened. Communicate. Accordingly, the negative pressure of the surge tank 2 acts on the actuator 7 via the intake valves 8a and 8b to pull the shaft 71, so that the arm 72 rotates, and the switching valve (three-way valve) 6 integrated therewith is indicated by a broken line. Move to the position shown, open the honeycomb body 5 and close the flow path 43 (step 2).
[0023]
Immediately after the start of the engine 1, the exhaust gas temperature is low, and the engine 1 discharges exhaust gas containing a large amount of cold HC. The cold HC is adsorbed by the zeolite while the exhaust gas flows through the through-hole 51 supporting the zeolite of the honeycomb body 5, and the exhaust gas from which the cold HC has been removed passes through the three-way catalyst 10, and a muffler (not shown) (Muffler) and then released into the atmosphere. At this time, since the rectifying plate 44 rectifies the flow of the exhaust gas, the exhaust gas flows in the honeycomb body 5 with a uniform flow velocity distribution. At this time, the control means 11 counts the elapsed time t after the operation of the solenoid valve 9 (step 3). When the engine 1 is warmed up and the temperature of the exhaust gas exceeds a temperature at which zeolite can be adsorbed for a predetermined time t1, the electromagnetic valve 9 is closed by a signal from the control means 11. As a result, the supply of the negative pressure to the actuator 7 is cut off, and instead, the atmospheric pressure is introduced into the actuator, so that the actuator 7 rotates the switching valve 6 via the shaft 71 and the arm 72 by the elasticity of the built-in spring. Then, the honeycomb body 5 is closed, and the channel 43 is opened.
[0024]
As a result, the flow path of the exhaust gas is switched, and the exhaust gas flows through the flow path 43 where the honeycomb body 5 does not exist (Step 4). At this time, since the combustion state of the exhaust gas discharged from the engine is already stable, the temperature of the exhaust gas is high, and the content of HC is small. During operation for several seconds to several tens of seconds in this state, the three-way catalyst 10 warms up, and thereafter, exhaust gas containing almost no HC is discharged into the atmosphere via the flow path 43 and a muffler (not shown). Thereafter, the honeycomb body 5 proceeds to the detachment process shown in FIG.
[0025]
In FIG. 4, before flowing exhaust gas to the honeycomb body 5, first, it is determined whether or not the state of the engine 1 and the catalyst 10 is in a stable active state by determining whether or not the signal Tw from the engine water temperature sensor exceeds a predetermined value Tw2. The control means 11 determines whether or not desorption is possible (step 5). When the water temperature Tw exceeds the predetermined value Tw2, the desorption process proceeds as follows. First, the control means 11 determines whether or not the engine speed Ne exceeds the detachable speed Ne1 (step 6). Next, it is determined that the vehicle is decelerating based on whether or not the idle switch is turned on. (Step 7). If the vehicle is decelerating, oxygen necessary for purifying the desorbed HC is supplied by the catalyst 10, the feedback control of the normal fuel injection is stopped, and a predetermined fuel reduction or fuel cut is performed (step 8). Then, the solenoid valve 9 is opened, the honeycomb body 5 is opened by the switching valve 6, and the flow path 43 is closed to allow the exhaust gas to flow into the honeycomb body 5, and the adsorbed HC is desorbed by the exhaust heat (step 9). Then, the integrated valve opening time t of the solenoid valve 9 is counted (step 10), and it is determined whether the desorption is completed based on whether the integrated valve opening time t exceeds a predetermined time t2 (step 11). . After it is determined that the desorption is completed, the solenoid valve 9 is closed, the honeycomb body 5 is closed by the switching valve 6, the flow path 43 is opened, and the exhaust gas flows into the flow path 43 (step 12). Then, control feedback of normal fuel injection is restarted (step 13), and a series of desorption control ends.
[0026]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since the system configuration of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, it will be described with reference to FIG. Further, the suction process of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. In the flowchart of FIG. 5 showing the desorption process of the second embodiment, first, the control means 11 determines whether or not the states of the engine 1 and the catalyst 10 are in a stable active state based on a signal from the engine water temperature sensor. Is determined (step 5 '). When it is determined that the gas can be removed, the solenoid valve (VSV) 9 is opened, the honeycomb body 5 is opened by the switching valve (three-way valve) 6, and the flow path 43 is closed to allow the exhaust gas to flow into the honeycomb body 5. Then, the desorption of the adsorbed HC is started by the exhaust heat (step 6 '). Thereafter, the control unit 11 determines the concentration of the desorbed HC, and determines the fuel injection amount to be lean-controlled by the amount of the oxygen necessary for purifying the desorbed HC by the catalyst 10 (step 7 '). In addition, as a method of determining the desorbed HC concentration, a method of directly measuring the HC concentration by installing an HC sensor on the downstream side of the adsorption device 4 or a method of measuring the temperature of the honeycomb body 5 or the temperature of the gas discharged from the honeycomb body 5 Is measured, and the desorbed HC concentration is estimated from this temperature. However, the present inventors estimate the desorbed HC concentration from engine operating conditions mainly including the engine intake air amount Qn and the engine speed Ne. Adopt a method to do.
[0027]
According to the investigation by the present inventors, it has been found that, after the engine 1 and the catalyst 10 are in a stable state, the amount of heat given to the honeycomb body 5 from the exhaust gas depends on the engine intake air amount Q or Qn ( (Fig. 6). From this relationship and the heat capacity and the desorption temperature characteristics of the honeycomb body 5, the desorption HC concentration in real time can be estimated. Then, the normal fuel injection feedback control is stopped, and the fuel injection control is executed so that the desorbed HC obtained by the above method can be purified (step 8 '). With this method, it is possible to suppress deterioration of drivability due to unnecessary lean control and to reduce an increase in NOx emission. When the desorbed HC concentration falls below a predetermined value, it is determined that the desorption is completed (step 9 '). After it is determined that the desorption is completed, the solenoid valve 9 is closed, the switching valve 6 closes the honeycomb body 5 and opens the flow path 43, and the exhaust gas flows through the flow path 43 (step 10 '). Then, normal fuel injection control feedback is restarted (step 11 '), and a series of desorption control is terminated. When a temperature sensor is installed on the downstream side of the above-described honeycomb body 5, it is possible to detect thermal deterioration of the adsorbent by monitoring the temperature history of the exhaust gas.
[0028]
In this embodiment, the normal fuel injection feedback is stopped at the time of desorption. However, by installing an air-fuel ratio sensor downstream of the adsorber 4, the precise fuel injection feedback by the fuel injection feedback is also performed at the time of desorption. Fuel ratio control can be performed. Further, in the first and second embodiments, the catalyst 10 is provided on the downstream side of the adsorption device 4 as shown in FIG. 1, but for the purpose of further purification, the catalyst 10 of the third embodiment shown in FIG. As described above, the start catalyst 12 may be provided on the upstream side of the adsorption device 4. In this case, since a small amount of HC discharged to the upstream side of the catalyst 10 from the end of the adsorption is relatively small and close to the engine 1, the HC is purified by the start catalyst 12, which is activated quickly. It is possible to further reduce HC discharged from the system.
[0029]
Further, an upper limit value of the intake air flow rate Q at which the control can be executed may be set in advance so as not to deteriorate the drivability. Instead of the flow rate Q, the upper limit value is set to the intake air amount Qn (L / rev) per engine revolution, the engine speed Ne (rpm), the engine load Pm (Pa), the vehicle speed V (km / h), and the like. May be set.
[0030]
Further, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 7, the exhaust gas flow path switching valve 6 is provided on the outlet side of the adsorption device 4, that is, on the downstream side. It may be provided on the upstream side, and there is no substantial difference in operation and effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the structure of the suction device.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an adsorption process according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a desorption process in the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a desorption process according to the second embodiment.
FIG. 6 is a graph showing the amount of heat received in a desorption process according to the second embodiment.
FIG. 7 is a system configuration diagram of a third embodiment.
8 (a) is a front view, and FIG. 8 (b) is a longitudinal sectional view taken along line AA of FIG. 8 (a), showing a part of the structure in the first embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine 2 ... Surge tank 3 ... Exhaust pipe 31 ... Exhaust manifold 4 ... Adsorption device 41 ... Exhaust pipe large diameter part 42 ... Partition wall 43 ... Exhaust gas flow path 44 ... Rectifier plate 5 ... Honeycomb body 6 ... Exhaust gas flow path switching Valve (3-way valve)
7 Actuator 71 Shaft 72 Arms 8a and 8b Suction pipe 9 Solenoid valve (VSV)
Reference Signs List 10 three-way catalyst 11 control means 12 start catalyst 61 valve plate 62 mesh 63 ring

Claims (3)

エンジンの排気管内に配設された触媒装置と、該触媒装置の上流側の上記排気管内に配設され、排気ガス流路の一部に排気ガス有害成分を吸着する吸着剤を担持した吸着手段と、該吸着手段の上流側または下流側の少なくとも一方に設置され、排気ガスの流通を吸着手段と他方の吸着手段をバイパスする流路とに選択的に切換え可能な排気ガス流路切換手段と、該切換手段を制御する制御手段とを有しており、上記吸着手段に吸着された排気ガス有害成分の脱離行程において、エンジンおよび触媒が暖機した後に上記流路切換手段を切換えて排気有害ガス成分を脱離させ、エンジン吸気量およびエンジン回転数から排気有害成分の脱離濃度を推定し、脱離濃度に対応してエンジンへの燃料供給量を可変制御することを特徴とする自動車用排気ガス浄化装置。A catalyst device disposed in an exhaust pipe of an engine, and an adsorbing means disposed in the exhaust pipe on the upstream side of the catalyst device and carrying an adsorbent for adsorbing harmful exhaust gas components on a part of an exhaust gas flow path. Exhaust gas flow path switching means installed on at least one of the upstream side and the downstream side of the adsorption means and capable of selectively switching the flow of exhaust gas to a flow path bypassing the adsorption means and the other adsorption means; And control means for controlling the switching means. In the desorption process of the harmful exhaust gas component adsorbed by the adsorption means, the flow path switching means is switched after the engine and the catalyst are warmed up. It desorbs harmful exhaust gas components, estimates the desorption concentration of harmful exhaust components from the engine intake air volume and engine speed, and variably controls the fuel supply to the engine according to the desorption concentration. Automotive exhaust It is purified apparatus. 上記触媒装置の他に、上記吸着手段の上流側にスタート触媒をも備えていることを特徴とする請求項1に記載された自動車用排気ガス浄化装置。 2. The exhaust gas purifying apparatus for an automobile according to claim 1, further comprising a start catalyst upstream of the adsorbing means in addition to the catalytic device. 上記排気ガス流路切換手段がシート部との接触面に金属メッシュを有する防音型のバルブプレートを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載された自動車用排気ガス浄化装置。The exhaust gas passage switching means vehicle exhaust gas purification device according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a soundproof type valve plate having a metal mesh contact surface with the seat portion.
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