JP2007231862A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒を活性温度にまでより速やかに昇温することが出来ると共に排気エミッションの悪化を抑制することを課題とする。
【解決手段】排気浄化触媒3の温度が活性温度より低いときに、該排気浄化触媒3より上流側の排気通路2に設けられた水蒸気除去手段4によって排気中の水蒸気を除去し、除去された水蒸気を排気通路2とは別に設けられた凝縮水貯留手段5に凝縮水として貯留する。
【選択図】図1
【解決手段】排気浄化触媒3の温度が活性温度より低いときに、該排気浄化触媒3より上流側の排気通路2に設けられた水蒸気除去手段4によって排気中の水蒸気を除去し、除去された水蒸気を排気通路2とは別に設けられた凝縮水貯留手段5に凝縮水として貯留する。
【選択図】図1
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒より上流側の排気通路に排気が衝突する衝突板を設置すると共に、排気通路の衝突板の下方に位置する部分に凹部を設ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このような構成によれば、衝突板によって排気中の水分が捕捉され、この捕捉された水分が凹部に溜まる。これにより、排気浄化触媒への水分の供給が抑制される。従って、排気浄化触媒をより速やかに昇温させることが可能となる。
しかしながら、上記のような構成の場合、排気温度が上昇してくると、凹部に溜まった水分が蒸発し再度水蒸気となって排気浄化触媒に流入することになる。水蒸気が排気浄化触媒に流入すると、該排気浄化触媒において排気中のHCの水蒸気改質反応が起こるために該排気浄化触媒の昇温が妨げられる虞がある。また、排気浄化触媒の温度が十分に上昇していない状態でHCの水蒸気改質反応が起こると排気エミッションの悪化を招いたりする虞がある。
特開平5−65819号公報
特開平10−311215号公報
特開2001−259415号公報
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒を活性温度にまでより速やかに昇温することが出来ると共に排気エミッションの悪化を抑制することが出来る技術を提供することを課題とする。
本発明は、排気浄化触媒の温度が活性温度より低いときに該排気浄化触媒より上流側の排気通路において排気中の水蒸気を除去し、除去された水蒸気を排気通路とは別に設けられた凝縮水貯留手段に凝縮水として貯留するものである。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
該排気浄化触媒より上流側の前記排気通路に設けられ排気中の水蒸気を除去する水蒸気除去手段と、
前記排気通路とは別に設けられ前記水蒸気除去手段によって除去された水蒸気を凝縮水として貯留する凝縮水貯留手段と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記水蒸気除去手段は、前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化触媒の温度が活性温度より低いときに排気中の水蒸気を除去することを特徴とする。
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
該排気浄化触媒より上流側の前記排気通路に設けられ排気中の水蒸気を除去する水蒸気除去手段と、
前記排気通路とは別に設けられ前記水蒸気除去手段によって除去された水蒸気を凝縮水として貯留する凝縮水貯留手段と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記水蒸気除去手段は、前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化触媒の温度が活性温度より低いときに排気中の水蒸気を除去することを特徴とする。
本発明においては、凝縮水貯留手段は排気通路とは別に設けられている。そのため、一旦凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水が排気温度の上昇に伴って蒸発し再度水蒸気となって排気浄化触媒に流入するのを抑制することが出来る。
そのため、本発明によれば、排気浄化触媒の温度が活性温度より低いときは該排気浄化触媒への水蒸気の流入をより抑制することが出来る。その結果、排気浄化触媒の温度が活性温度にまで上昇していない状態で該排気浄化触媒において排気中のHCの水蒸気改質反応が起こるのを抑制することが出来る。従って、排気浄化触媒を活性温度にまでより速やかに昇温することが出来、また、排気エミッションが悪化するのを抑制することが出来る。
本発明においては、排気浄化触媒を経由して冷却水が流れる冷却水通路をさらに備えても良い。このような場合、排気浄化触媒の温度が活性温度の下限値より高い第一の所定温度以上のときに、凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水を冷却水通路に冷却水として流しても良い。
ここで、第一の所定温度は、排気浄化触媒が過昇温する虞があると判断出来る閾値となる温度である。
上記によれば、排気浄化触媒の温度が第一の所定温度以上のときは凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水によって排気浄化触媒が冷却される。従って、排気浄化触媒の過昇温を抑制することが出来、以って、排気浄化触媒が過剰に劣化するのを抑制することが出来る。
本発明においては、排気浄化触媒より上流側且つ水蒸気除去手段より下流側の排気通路に排気中に水を添加する水添加手段をさらに備えても良い。また、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備えても良い。これらを備えると共に排気浄化触媒が酸化機能を有する触媒である場合、排気浄化触媒の温度が活性温度の下限値より高い第二の所定温度以上であり且つ排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比以下のときに、凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水を水添加手段によって排気中に添加しても良い。
ここで、第二の所定温度とは、排気浄化触媒が十分に活性していると判断出来る閾値となる温度である。該第二の所定温度は排気浄化触媒が過昇温する虞があると判断出来る閾値よりも低い温度である。また、所定空燃比とは、排気浄化触媒においてHCを酸化するための排気中の酸素が不足していると判断出来る閾値となる空燃比である。
本発明では、排気浄化触媒の温度が第二の所定温度以上であり且つ排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比以下のときは、凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水が水添加手段によって排気中に添加される。添加された凝縮水は水蒸気となって排気と共に排気浄化触媒に流入する。
排気浄化触媒の温度が第二の所定温度以上である場合、該排気浄化触媒においてHCの水蒸気改質反応が起きても該排気浄化触媒の温度が過剰に低下する可能性は低い。また、排気浄化触媒の温度が第二の所定温度以上である場合は、排気浄化触媒においてHCの水蒸気改質反応が起きると該HCの酸化が促進される。その結果、排気浄化触媒より下流へのHCの排出量が低減される。
従って、上記によれば、排気浄化触媒に流入する排気の空燃比が所定空燃比以下の場合であっても排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化触媒を活性温度にまでより速やかに昇温することが出来ると共に排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。
<内燃機関の排気系の概略構成>
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図1は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図1は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。
内燃機関1は車両駆動用のディーゼルエンジンである。この内燃機関1には排気通路2が接続されている。排気通路2には三元触媒3が設けられている。該三元触媒3にはその温度を検出する温度センサ8が設けられている。
また、排気通路2における三元触媒3より上流側には該排気通路2を中心軸として回転する遠心分離機4が設けられている。該遠心分離機4には凝縮水回収通路6の一端が接続されており、該凝縮水回収通路6の他端は水タンク5に接続されている。
遠心分離機4が作動すると排気通路2を流れる排気中から水蒸気が除去される。そして、この除去された水蒸気が凝縮水となり、凝縮水回収通路6を介して水タンク5に貯留される。尚、凝縮水回収通路6には、遠心分離機4側から水タンク5側の方向にのみ凝縮水が流れるよう逆止弁7が設置されている。
本実施例においては、三元触媒3が本発明に係る排気浄化触媒に相当し、温度センサ8が本発明に係る温度検出手段に相当する。また、遠心分離機4が本発明に係る水蒸気除去手段に相当し、水タンク5が本発明に係る凝縮水貯留手段に相当する。
さらに、本実施例では、水タンク5に貯留された凝縮水が三元触媒3を経由して循環する水循環通路11が設けられている。該水循環通路11には該水循環通路11を遮断または開通させる循環制御弁12、および、ポンプ13が設けられている。循環制御弁12が開弁すると共にポンプ13が作動すると凝縮水が三元触媒3を経由して循環する。そして、凝縮水が冷却水として作用し三元触媒3を冷却することになる。
尚、本実施例においては、水循環通路11が本発明に係る冷却水通路に相当する。
また、排気通路2における遠心分離機4より下流側且つ三元触媒3より上流側には水噴射弁15および空燃比センサ14が設置されている。水噴射弁15は水タンク5に貯留された凝縮水を排気中に噴射する。空燃比センサ14は三元触媒3に流入する排気の空燃比を検出する。
尚、本実施例においては、水噴射弁15が本発明に係る水添加手段に相当し、空燃比センサ14が本発明に係る空燃比検出手段に相当する。
内燃機関1には電子制御ユニット(ECU)10が併設されている。このECU10には温度センサ8および空燃比センサ14が電気的に接続されている。それらの出力信号がECU10に入力される。また、ECU10には遠心分離機4、および、循環制御弁12、ポンプ13、水噴射弁15が電気的に接続されている。ECU10によってこれらが制御される。
<HCの水蒸気改質反応>
内燃機関1から排出される排気には水蒸気が含まれている。該水蒸気が三元触媒3に流
入すると排気中のHCの水蒸気改質反応が起こる。ここで、HCの水蒸気改質反応による生成物の組成について図2に示すグラフに基づいて説明する。図2は、三元触媒3においてHCの水蒸気改質反応が起きたときの生成物の組成と三元触媒3の温度との関係を示す図である。図2において、縦軸はHCの水蒸気改質反応による生成物の組成を表し、横軸は三元触媒3の温度を表している。
内燃機関1から排出される排気には水蒸気が含まれている。該水蒸気が三元触媒3に流
入すると排気中のHCの水蒸気改質反応が起こる。ここで、HCの水蒸気改質反応による生成物の組成について図2に示すグラフに基づいて説明する。図2は、三元触媒3においてHCの水蒸気改質反応が起きたときの生成物の組成と三元触媒3の温度との関係を示す図である。図2において、縦軸はHCの水蒸気改質反応による生成物の組成を表し、横軸は三元触媒3の温度を表している。
三元触媒3の温度が比較的低く該三元触媒3の活性化が不十分である状態のときに(即ち、図2にTaで示す温度以下のとき)、該三元触媒3においてHCの水蒸気改質反応が起こると、図2に示すように、CH4やCO2が比較的多く生成される。これらの物質が過剰に生成されると排気エミッションの悪化を招く虞がある。
一方、三元触媒3の温度が比較的高く該三元触媒3が十分に活性している状態のときに(即ち、図2にTbで示す温度以上のとき)、該三元触媒3においてHCの水蒸気改質反応が起こると、図2に示すように、H2やCOが比較的多く生成される。これらの物質が
生成されると三元触媒3におけるHCの酸化が促進される。
生成されると三元触媒3におけるHCの酸化が促進される。
また、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、三元触媒3に水蒸気が流入することで該水蒸気改質反応が起こると該三元触媒3の温度上昇が抑制される。
そこで、本実施例においては、三元触媒3の温度や排気の空燃比に応じて水蒸気除去制御や触媒冷却制御、水噴射制御が行われる。以下、本実施例に係る各制御について説明する。
<水蒸気除去制御>
本実施例では、内燃機関1の冷間始動時のように三元触媒3の温度が活性温度の下限値よりも低いときは、該三元触媒3に流入する排気中から水蒸気を除去すべく水蒸気除去制御が実行される。ここで、本実施例に係る水蒸気除去制御の制御ルーチンについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。
本実施例では、内燃機関1の冷間始動時のように三元触媒3の温度が活性温度の下限値よりも低いときは、該三元触媒3に流入する排気中から水蒸気を除去すべく水蒸気除去制御が実行される。ここで、本実施例に係る水蒸気除去制御の制御ルーチンについて図3に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。
本ルーチンでは、ECU10は、先ずS101において、三元触媒3の温度が活性温度の下限値T0より低いか否かを判別する。このS101において、肯定判定された場合、ECU10はS102に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
S101において、ECU10は遠心分離機4を作動させる。遠心分離機4が作動することにより排気中の水蒸気が除去される。そして、除去された水蒸気が凝縮水として水タンク5に貯留される。
次に、ECU10は、S103に進み、三元触媒3の温度が活性温度の下限値T0以上となったか否かを判別する。このS103において、肯定判定された場合、ECU10はS104に進み、否定判定された場合、ECU10はS102に戻り遠心分離機4の作動を継続する。
S104において、ECU10は遠心分離機4の作動を停止させる。その後、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
上記水蒸気除去制御によれば、三元触媒3の温度が活性温度より低いときは該三元触媒3への水蒸気の流入をより抑制することが出来る。その結果、三元触媒3の温度が活性温度にまで上昇していない状態で該三元触媒3において排気中のHCの水蒸気改質反応が起
こるのを抑制することが出来る。従って、三元触媒3を活性温度にまでより速やかに昇温することが出来る。また、CH4やCO2が生成されるのを抑制することが可能となるため排気エミッションが悪化するのを抑制することが出来る。
こるのを抑制することが出来る。従って、三元触媒3を活性温度にまでより速やかに昇温することが出来る。また、CH4やCO2が生成されるのを抑制することが可能となるため排気エミッションが悪化するのを抑制することが出来る。
<触媒冷却制御>
本実施例では、三元触媒3が過昇温する虞があると判断されたときは、該三元触媒3を冷却すべく触媒冷却制御が実行される。ここで、本実施例に係る触媒冷却制御の制御ルーチンについて図4に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。
本実施例では、三元触媒3が過昇温する虞があると判断されたときは、該三元触媒3を冷却すべく触媒冷却制御が実行される。ここで、本実施例に係る触媒冷却制御の制御ルーチンについて図4に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。
本ルーチンでは、ECU10は、先ずS201において、三元触媒3の温度が第一所定温度T1以上であるか否かを判別する。ここで、第一所定温度T1は、三元触媒3が過昇温する虞があると判断出来る閾値となる温度である。該第一所定温度T1は実験等によって予め定められている。S201において、肯定判定された場合、ECU10はS202に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
S202において、ECU10は、循環制御弁12を開弁すると共にポンプ13を作動させる。これにより、水タンク5に貯留された凝縮水が三元触媒3を経由して水循環通路11を循環することになる。その結果、凝縮水によって三元触媒3が冷却される。
次に、ECU10は、S203に進み、三元触媒3の温度が第二所定温度T2より低くなったか否かを判別する。ここで、第二所定温度T2は、三元触媒3が十分に活性していると判断出来る閾値となる温度である。該第二所定温度T2は第一所定温度T1よりも低い温度である。尚、第二所定温度T2は図2における温度Tbと同様の温度である。該第二所定温度T2は実験等によって予め定められている。S203において、肯定判定された場合、ECU10はS204に進み、否定判定された場合、ECU10はS202に戻り水循環通路11における凝縮水の循環を継続する。
S204において、ECU10は、循環制御弁12を閉弁すると共にポンプ13の作動を停止させる。これにより、水循環通路11における凝縮水の循環が停止する。その後、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
上記触媒冷却制御によれば、三元触媒3の温度が第一所定温度T1以上のときは、水タンク5に貯留された凝縮水によって該三元触媒3が冷却される。従って、三元触媒3の過昇温を抑制することが出来、以って、三元触媒3が過剰に劣化するのを抑制することが出来る。
<水噴射制御>
本実施例では、三元触媒3が十分に活性しており且つ三元触媒3においてHCを酸化するための排気中の酸素が不足していると判断されたときは、三元触媒3でのHCの酸化を促進すべく水噴射制御が実行される。ここで、本実施例に係る水噴射制御の制御ルーチンについて図5に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。
本実施例では、三元触媒3が十分に活性しており且つ三元触媒3においてHCを酸化するための排気中の酸素が不足していると判断されたときは、三元触媒3でのHCの酸化を促進すべく水噴射制御が実行される。ここで、本実施例に係る水噴射制御の制御ルーチンについて図5に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ECU10に予め記憶されており、内燃機関1の運転中、所定の間隔で繰り返し実行されるルーチンである。
本ルーチンでは、ECU10は、先ずS301において、三元触媒3の温度が第二所定温度T2以上であるか否かを判別する。S202において、肯定判定された場合、ECU10は三元触媒3が十分に活性していると判断し302に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
S302において、ECU10は、三元触媒3に流入する排気の空燃比が所定空燃比R0以下であるか否かを判別する。ここで、所定空燃比R0は、三元触媒3においてHCを酸化するための排気中の酸素が不足していると判断出来る閾値となる空燃比である。該所定空燃比R0は実験等によって予め定められている。例えば、所定空燃比R0を理論空燃比としても良い。S302において、肯定判定された場合、ECU10は303に進み、否定判定された場合、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
S303において、ECU10は、水タンク5に貯留されていた凝縮水を水噴射弁15から排気中に噴射する。噴射された凝縮水は水蒸気となって排気と共に三元触媒3に流入する。その後、ECU10は本ルーチンの実行を終了する。
上記水噴射制御によれば、三元触媒3の温度が第二所定温度T2以上であり且つ排気の空燃比が所定空燃比R0以下のときは三元触媒3に水蒸気が供給され、該三元触媒3におけるHCの水蒸気改質反応が促進される。三元触媒3の温度が第二所定温度T2以上である場合、該三元触媒3においてHCの水蒸気改質反応が起きても該三元触媒3の温度が過剰に低下する可能性は低い。また、上述したように、三元触媒3が十分に活性しているときにHCの水蒸気改質反応が起きると、該三元触媒3の活性化が不十分のときと異なりHCの酸化が促進されることになる。その結果、三元触媒3より下流へのHCの排出量が低減される。
従って、本実施例によれば、三元触媒3に流入する排気の空燃比が所定空燃比R0以下の場合であっても排気エミッションの悪化を抑制することが出来る。
尚、本実施例においては、排気浄化触媒を三元触媒としたが、これは三元触媒に限られるものではなく、酸化触媒や吸蔵還元型NOx触媒等のように酸化機能を有する触媒であれば良い。また、温度センサ8に代えて三元触媒3より下流側に排気温度センサを設け、該排気温度センサの検出値に基づいて三元触媒3の温度を推定しても良い。
1・・・内燃機関
2・・・排気通路
3・・・三元触媒
4・・・遠心分離機
5・・・水タンク
8・・・温度センサ
10・・ECU
11・・水循環通路
14・・空燃比センサ
15・・水噴射弁
2・・・排気通路
3・・・三元触媒
4・・・遠心分離機
5・・・水タンク
8・・・温度センサ
10・・ECU
11・・水循環通路
14・・空燃比センサ
15・・水噴射弁
Claims (3)
- 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
該排気浄化触媒より上流側の前記排気通路に設けられ排気中の水蒸気を除去する水蒸気除去手段と、
前記排気通路とは別に設けられ前記水蒸気除去手段によって除去された水蒸気を凝縮水として貯留する凝縮水貯留手段と、
前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出手段と、を備え、
前記水蒸気除去手段は、前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化触媒の温度が活性温度より低いときに排気中の水蒸気を除去することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気浄化触媒を経由して冷却水が流れる冷却水通路をさらに備え、
前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化触媒の温度が活性温度の下限値より高い第一の所定温度以上のときに、前記凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水を前記冷却水通路に冷却水として流すことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 前記排気浄化触媒が酸化機能を有する触媒であって、
前記排気浄化触媒より上流側且つ前記水蒸気除去手段より下流側の前記排気通路に設けられ排気中に水を添加する水添加手段と、
前記排気浄化触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段と、をさらに備え、
前記温度検出手段によって検出される前記排気浄化触媒の温度が活性温度の下限値より高い第二の所定温度以上であり且つ前記空燃比検出手段によって検出される排気の空燃比が所定空燃比以下のときに、前記凝縮水貯留手段に貯留された凝縮水を前記水添加手段によって排気中に添加することを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置。
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