JP4258871B2

JP4258871B2 - Exhaust gas purification device

Info

Publication number: JP4258871B2
Application number: JP01152499A
Authority: JP
Inventors: 貴弘黒川; 智明齊藤; 保幸寺沢; 章則若狭
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2019-01-20
Also published as: JP2000213336A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス浄化装置において、ＨＣ（炭化水素）やＣＯの酸化を助けるための二次エアを排気通路に供給することは一般に知られている。
【０００３】
特開平９−１２５９３９号公報には、燃料燃焼器を設けて、その排気ガスをエンジン運転前に該エンジン排気通路の触媒の上流側に供給することによって触媒温度を高めること、並びにエンジン排気通路の触媒よりも下流側に暖房用の熱交換器を設け、空調温度低温時に上記燃焼器を作動させて燃焼器の排気ガスによって空調用空気を加熱することが記載されている。
【０００４】
特開平８−４００４９号公報には、自動車の車室暖房に燃焼式ヒータを用いること、並びに該燃焼式ヒータによって加熱された熱媒体の温度が所定値を越えたときには車外に放熱させることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排気ガス浄化装置において二次エアを排気通路に供給すれば、ＨＣやＣＯの酸化に有利になるものの、その二次エアが低温であれば、排気ガスがそれによって冷却され、触媒等の浄化性能が悪化する。これに対して、二次エアを加熱すれば浄化性能悪化の問題は避けられるものの、二次エア加熱のための燃焼器を別途必要とする。また、上記公報に記載されているような暖房用の燃焼器を設ければ、触媒の早期昇温及び車内暖房を図ることができるが、この燃焼器の排気ガスをエンジン排気通路に一旦流して該排気通路内で熱交換を行なうことから、暖房効率が低くなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明では、ヒータ排出ガスを排気ガスの浄化に利用するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、この出願の発明は、自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置において、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、
上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された該浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えている。
【０００８】
従って、この発明によれば、燃焼式ヒータを本来の目的である空調用空気の加熱に有効に利用することができるとともに、エンジン排気ガスの浄化に利用することができる。すなわち、ヒータ排出ガスを排気通路の浄化手段よりも上流側の部位に供給することによって、エンジン排気ガスの温度を高め、さらには浄化手段の温度を高めることができ、エンジン冷間時の排気ガス浄化に有利になる。しかも、浄化手段が有効に働く適切な時機にヒータ排出ガスを該浄化手段に供給することができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。
【０００９】
上記燃焼式ヒータが、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであるときは、その排気ガスに酸素が多く含まれることになる。従って、このヒータ排出ガスは、これをエンジンの排気通路に供給するときは、ホットな二次エアになり、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００１０】
次に、上記浄化手段が、上記エンジン排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒であれば、ヒータ排出ガスによってこの酸化触媒の早期活性を図ることができ、特にそのヒータ排出ガスに多量の酸素が含まれているときは当該酸化触媒によるＮＯの酸化に有利になる。
【００１１】
次に、上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒を採用し、上記検出手段として、該触媒が活性を呈する状態になっているか否かを把握することができる温度等のパラメータを検出するものを採用し、上記制御手段として、該検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、上記触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができ、特に、燃焼式ヒータが理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させるものであるときは、そのヒータ排出ガスに含まれる酸素を当該触媒上での酸化反応に有効に利用することができる。
【００１２】
次に、上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものを採用し、上記浄化手段として、上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材を採用し、上記検出手段として、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを把握することができる温度等のパラメータを検出するものを採用し、上記制御手段として、上記検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記ＨＣ吸収材に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、脱離するＨＣをホットな二次エアによって効率良く酸化分解することができる。特に、ＨＣ吸収材が酸化触媒機能を有する触媒金属を担持したものであれば、脱離するＨＣをさらに効率良く酸化分解することができる。
【００１３】
次に、上記燃焼式ヒータとして、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものを採用し、
上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒よりも下流側に配設され上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材とを備え、
上記検出手段として、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するための触媒状態検出手段と、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するための吸収材状態検出手段とを備え、
上記制御手段として、上記触媒状態検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給され、上記吸収材状態検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒と上記ＨＣ吸収材との間の上記排気通路に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、
上記触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができるとともに、その排気ガスに含まれる酸素を当該触媒上での酸化反応に有効に利用することができ、しかも、ＨＣ吸収材から脱離するＨＣをホットな二次エアによって効率良く酸化分解することができる。特に、ＨＣ吸収材が酸化触媒機能を有する触媒を担持したものであれば、脱離するＨＣをさらに効率良く酸化分解することができる。
【００１４】
次に、自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、上記エンジンを、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものとし、上記浄化手段として、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒を採用して、上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記ＮＯｘ還元触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を設け、該燃焼式ヒータの燃焼にエンジン排気ガスを用いてその排気ガスを上記ＮＯｘ還元触媒に供給するようにしたものであれば、該ＮＯｘ還元触媒の早期活性を図ることができるとともに、酸素濃度の高いエンジン排気ガスが燃焼式ヒータでの燃焼によって酸素濃度の低い排気ガスに変わって上記ＮＯｘ還元触媒に流れることになり、該触媒によるＮＯｘの還元に有利になる。
【００１５】
次に、上記ＮＯｘ還元触媒よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒を設ける場合には、上記ガス導入手段を、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するものにすれば、エンジン排気ガス中の酸素を酸化触媒によって消費させることなく、酸素濃度の高いエンジン排気ガスを燃焼式ヒータに送ることができ、該ヒータでの燃焼に有利になるとともに、該ヒータでの燃焼後の排気ガスは酸素濃度が低くなるから、上記ＮＯｘ還元触媒でのＮＯｘの還元浄化は効率良く行なわれる。
【００１６】
次に、自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、上記エンジンを、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものとし、上記浄化手段として、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを吸収し該ＮＯｘを該排気ガス中の酸素濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材を採用して、上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を設け、該燃焼式ヒータの燃焼にエンジン排気ガスを用いてその排気ガスを上記ＮＯｘ吸収材に供給してＮＯｘを放出させるようにしたものによれば、酸素濃度の高いエンジン排気ガスが燃焼式ヒータでの燃焼によって酸素濃度の低い排気ガスに変わっているために、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出に有利になる。
【００１７】
上記ＮＯｘ吸収材よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒を設ける場合には、上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するようにすればよい。
【００１８】
次に、上記ガス供給手段が上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンを上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転するようにすれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度がさらに低くなり、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出にさらに有利になる。また、このことは、エンジンをλ＝１（理論空燃比）で運転せずとも、ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスをエンジンがλ＝１で運転されたときの排気ガスと同等の酸素濃度とすることができること、従って、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出のためにエンジンの空燃比を大きく変える必要がなくなり、エンジン出力トルクの急変防止に有利になることを意味する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この出願の発明によれば、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、該燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスをエンジンの排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された該浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えているから、燃焼式ヒータを本来の目的である空調用空気の加熱に有効に利用することができるとともに、浄化手段が有効に働く適切な時機にヒータ排出ガスを該浄化手段に供給することができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。特に、上記燃焼式ヒータが、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであるときは、上記ヒータ排出ガスがホットな二次エアになり、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００２０】
また、上記浄化手段として酸化触媒を採用し、該触媒が活性を呈する状態になっていないときに、上記ヒータ排出ガスをホットな二次エアとして当該酸化触媒に供給するようにしたものによれば、この触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができるとともに、その触媒上での酸化反応を促進するうえで有利になる。
【００２１】
また、上記浄化手段としてＨＣ吸収材を採用し、該ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスをホットな二次エアとして当該ＨＣ吸収材に供給するようにしたものによれば、このＨＣ吸収材から脱離するＨＣを効率良く酸化分解することができる。
【００２２】
また、リーン混合気によって運転されたエンジンの排気ガスをＮＯｘ還元触媒よりも上流側の排気通路から上記燃焼式ヒータに導入して該ヒータの燃料の燃焼に利用し、該ヒータ排出ガスを上記ＮＯｘ還元触媒に供給するようにしたものによれば、該ＮＯｘ還元触媒の早期活性を図ることができるとともに、該ＮＯｘ還元触媒に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、該触媒によるＮＯｘの還元に有利になる。
【００２３】
また、リーン混合気によって運転されたエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸収材よりも上流側の排気通路から上記燃焼式ヒータに導入して該ヒータの燃料の燃焼に利用し、該ヒータ排出ガスを上記ＮＯｘ吸収材に供給するようにしたものによれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出に有利になる。
【００２４】
特に、上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンを上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転するようにすれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度がさらに低くなり、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出にさらに有利になるとともに、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出のためにエンジンの空燃比を大きく変える必要がなくなり、エンジン出力トルクの急変防止に有利になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜実施形態１＞
図１は自動車のエンジン１の排気ガス浄化装置の全体構成を示し、エンジン１の排気通路２には直結三元触媒３、排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣトラップ材（ＨＣ吸収材）４及び三元触媒５が上流側から順に設けられている。符号６は車室暖房のための燃焼式ヒータ、符号７は該燃焼式ヒータ６から排出されるガスを上記排気通路２に供給するガス供給手段である。上記三元触媒３，５はエンジン排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するものであり、従って酸化触媒機能及び還元触媒機能を有する。
【００２７】
自動車は、エンジン１のみによって駆動されるエンジン車であっても、エンジン１と電動モータとを組み合わせて駆動される所謂ハイブリッド車であってもよい。エンジン１は、主としてλ＝１で運転されるガソリンエンジンである。直結三元触媒３は、エンジン１の排気マニホールドに直結されたものであり、例えばアルミナ母材にＰｔ及びＲｈを担持させたものとセリアとの混合物によって構成される。ＨＣトラップ材４は、例えばゼオライトにＰｄを担持させたものによって構成される。三元触媒５は直結三元触媒３と同様の触媒によって構成される。
【００２８】
燃焼式ヒータ６は、図２に示すように、燃焼器９に燃料タンク１０を接続して構成されている。燃焼器９は、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１によって送られる燃料（例えば軽油）と空気（外気）とを混合する混合室１２、該混合気を燃焼させる燃焼室１３、該混合のためのファン１４、燃焼のための点火プラグ（図示省略）等を備え、さらに燃焼室１３の周囲に熱媒体用ジャケット１５が形成されている。上記燃料と空気とは空燃比が理論空燃比よりもリーンになるようにその量が調整される。
【００２９】
また、図２において、符号１６は熱媒体（例えば水）の循環路であり、上記ジャケット１５、車室空調用エアダクト１７に配設されたヒータコア１９及び熱媒体循環用ポンプ２０を管によって順に結んで構成されている。エアダクト１７には、内気導入状態と外気導入状態との切換を行なうダンパ２１と送風機２２とが上記ヒータコア１９よりも上流側に設けられ、該ヒータコア１９よりも下流側に車室内の各部に空調用空気を切り換えて供給するためのダンパ２３〜２６が設けられている。そうして、上記燃焼室１３から上記熱媒体の加熱（従って、空調用空気の加熱）に使用されたガスをエンジン排気通路２に供給するためのガス供給管２７が延設されている。
【００３０】
上記ガス供給管２７は、上記ガス供給手段７を構成するものであり、図１に示すように、途中で分岐してその一方が上記排気通路２の直結三元触媒３よりも上流側の部位に接続され、他方が該排気通路２の直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間の部位に接続されている。このガス供給管２７の上記分岐部よりも上流側の部位には、燃焼式ヒータ６から排出されるヒータ排出ガスを上記エンジン排気通路２に供給するガス供給位置と大気に放出する大気放出位置とに切り換わる第１バルブ２９が設けられ、上記分岐部にはヒータ排出ガスを上記直結三元触媒３よりも上流側に供給する直結触媒上流位置と該直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間に供給するトラップ材上流位置とに切り換える第２バルブ３０が設けられている。
【００３１】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びガス供給手段７のバルブ２９，３０の作動を制御するために、マイクロコンピュータを利用した制御手段３１、乗員が車室暖房の要否を決定して操作するヒータスイッチ３２、並びに上記ＨＣトラップ材４の温度を検出する検出手段３３が設けられている。
【００３２】
検出手段３３としては、ＨＣトラップ材４の温度を直接測定する温度センサであっても、該ＨＣトラップ材４の温度を推定することができる排気ガス温度、エンジン水温、あるいはエンジン吸入空気量を検出するセンサであってもよい。排気ガス温度やエンジン水温はＨＣトラップ材４の温度と略比例する対応関係にあるから、そのまま制御に使用することができる。エンジン吸入空気量に関しては、エンジン始動時からの総吸入空気量に基いてＨＣトラップ材４の温度を推定することになる。ハイブリッド車の場合、エンジン１が起動された時点からの時間及び走行速度の平均値に基いてＨＣトラップ材４の温度を推定するようにしてもよい。
【００３３】
制御の具体的な流れは図３に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段３３等からデータ（スイッチのＯＮ（オン）・ＯＦＦ（オフ）、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定する（ステップＡ１〜Ａ４）。続いて上記検出手段３３のデータに基いてＨＣトラップ材４の温度Ｔｔを推定する（ステップＡ５）。このトラップ材温度Ｔｔが所定温度Ｔto以下であるときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＡ５〜Ａ９）。
【００３４】
ここに、所定温度ＴtoにはＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離し始める温度（例えば１５０℃）が与えられる。この温度Ｔtoは直結三元触媒３が実質的な活性を示し始める温度でもある。また、燃焼式ヒータ６の出力設定は、乗員がスイッチ等によって設定する暖房要求度や車内温度等の環境に基いて行なわれる。
【００３５】
そうして、第１バルブ２９をガス供給位置に、第２バルブ３０を直結触媒上流位置にそれぞれ設定した後、上記ヒータのＯＮ・ＯＦＦ設定、出力設定及び当該バルブ設定を実行する、つまり燃焼式ヒータ６及びバルブ２９，３０を作動させる（ステップＡ１０，Ａ１１）。
【００３６】
ＨＣトラップ材４の温度Ｔｔが上記Ｔtoよりも高く且つ所定温度Ｔt1以下であるときは、上記ステップＡ７〜Ａ９と同様の燃焼式ヒータ６の設定を行なうとともに、第１バルブ２９をガス供給位置に、第２バルブ３０をトラップ材上流位置にそれぞれ設定して、それらの設定を実行する（ステップＡ１２〜Ａ１６）。ここに、上記所定温度Ｔt1は後段の三元触媒５が実質的に活性を示し始める温度（例えば２５０℃）である。
【００３７】
また、ＨＣトラップ材４の温度Ｔｔが上記所定温度Ｔt1を越えたときは、ヒータスイッチ３２がＯＮ設定であれば、ヒータ出力を設定し、さらに第２バルブ３０を大気放出位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＡ１７〜Ａ１９）。
【００３８】
以上のように、エンジン１の冷間時あるいはエンジン１が停止されているときのように、直結三元触媒３が実質的に活性を示す温度になっておらず、また、ＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離する温度に達していないときは、燃焼式ヒータ６の熱媒体の加熱に使用された比較的高温のガスが排気通路２における直結三元触媒３の上流側の部位に供給される。従って、燃焼式ヒータ６の作動によって空調用空気を加熱することができるとともに、この燃焼式ヒータ６からの排出ガスによって直結三元触媒３を加熱することができ、該触媒３の早期活性を図ることができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。また、ヒータスイッチ３２がＯＦＦになっている場合でも、それが強制的にＯＮに設定されて燃焼式ヒータ６が作動するから、エンジン排気ガスが未浄化のまま排出されることを避けるうえで有利になる。
【００３９】
なお、燃焼式ヒータ６の出力設定は暖房要求度や車内温度等の環境に基いて行なわれるが、排気ガス浄化性能を高めるために、燃焼式ヒータ６に供給する燃料及びエアの量を増やすようにしてもよい。
【００４０】
上記ＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離する温度に達すると、上記ヒータ排出ガスは排気通路２における直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間の部位に供給される。ＨＣトラップ材４からＨＣが脱離するとき、このＨＣは該トラップ材４の触媒金属Ｐｄによって酸化浄化されるが、ヒータ排出ガスは高温であり且つ酸素が多く含まれているから、ホットな二次エアということができ、ＨＣトラップ材４からＨＣが脱離するときにこのホットな二次エアによってＨＣの酸化浄化が促進されることになる。
【００４１】
なお、上記実施形態ではＨＣトラップ材４の温度がＴt1を越えたときにヒータ排出ガスを大気放出するようにしたが、直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間に供給するようにして、該ＨＣトラップ材４から脱離するＨＣの酸化促進を図るようにしてもよい。
【００４２】
＜実施形態２＞
本形態は、自動車としては上述のエンジン車であってもハイブリッド車であってもよいが、エンジンはディーゼルエンジンや所謂リーンバーンのガソリンエンジンのように理論空燃比よりも所定比率以上（例えばＡ／Ｆ＞１６）にリーンで運転される領域を有するケースであり、図４に示されている。すなわち、エンジン１の排気通路２には酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６とが上流側から順に設けられ、燃焼式ヒータ６の排出ガスを酸化触媒３５よりも上流側にガス供給手段７のガス供給管２７によって供給するようになっている。
【００４３】
酸化触媒３５としては例えばアルミナとセリアとの混合物にＰｄを担持させたものが用いられる。ＮＯｘ還元触媒３６としては例えばゼオライトにＰｔを担持させたものが用いられる。ガス供給手段７のガス供給管２７にはヒータ排出ガスを上記排気通路２に供給する位置と大気に放出する位置とに切り換わるバルブ３７が設けられている。そして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ３７をヒータスイッチ３２及び検出手段３３の出力に基いて制御手段３１によって制御するようになっている。
【００４４】
本形態の場合は、検出手段３３によって酸化触媒３５が実質的に活性を示す温度に達していないことが検出されているとき、制御手段３１が燃焼式ヒータ６をヒータスイッチ３２のＯＮ・ＯＦＦに拘わらず、強制的に作動させるとともに、バルブ３７をヒータ排出ガスが排気通路２に供給させる位置とする。
【００４５】
従って、エンジン冷間時において酸化触媒３５の早期活性が図れるとともに、酸素量の多いヒータ排出ガスによって酸化触媒３５における酸化反応が促進され、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯを効率良く浄化することができる。
【００４６】
なお、ヒータ排出ガスは排気通路２の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６との間にも供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記酸化触媒３５に代えてＮＯ酸化触媒（例えばアルミナにＡｇを担持させてなる触媒）を用い、ＮＯｘ還元触媒としてＮＯ_２をＮ_２に還元することに適した触媒、例えばゼオライトにＡｇを担持させたもの、ゼオライトにＰｔをイオン交換によって担持させたもの等を採用するようにしてもよい。
【００４８】
＜実施形態３＞
本形態は、図５に示すように、実施形態２と同様のエンジン１において、その排気通路２に同様の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６とが上流側から順に設けられているケースであるが、燃焼式ヒータ６の利用の態様が異なる。
【００４９】
すなわち、本形態は、燃焼式ヒータ６の燃料を燃焼させる酸素を得るために排気通路２の酸化触媒３５の上流側の部位からエンジン排気ガスを該燃焼式ヒータ６に導入するガス導入手段３９と、燃焼式ヒータ６から排出されるガスを排気通路２の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６との間の部位に供給するガス供給手段７とを備えている。ガス導入手段３９を構成するガス導入管４０には、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６に導入するＥガス導入位置と外気を燃焼式ヒータ６に導入する外気導入位置とにバルブ位置が切り換わる第１バルブ４１が設けられ、ガス供給手段７を構成するガス供給管２７にはヒータ排出ガスを排気通路２に供給するＨガス供給位置と大気に放出するＨガス放出位置とに切り換わる第２バルブ４２が設けられている。
【００５０】
また、上記排気通路２の酸化触媒３５より上流側の部位は、その通路径が該酸化触媒３５より下流側の通路径よりも小さく且つ湾曲していて、該上流側部位における排気ガスの流路抵抗は該下流側部位よりも大きくなっている。
【００５１】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の作動を制御するために、制御手段３１、ヒータスイッチ３２及び検出手段４３が設けられている。検出手段４３は、ＮＯｘ還元触媒３６の温度Ｔｎが実質的に活性を示す温度Ｔnoになっているか否かを判定するためのものであり、これには実施形態１の検出手段の場合と同様にエンジン水温、排気ガス温度、あるいはエンジン吸入空気量を検出するセンサ、あるいはＮＯｘ還元触媒３６の温度を直接検出するセンサが用いられる。また、制御手段３１はエンジン運転領域判定部を備えている。
【００５２】
運転領域判定部は、エンジン１がＮＯｘ還元触媒３６によるＮＯｘ浄化が難しい運転領域にあるか否かを判定するものであり、その判定にはエンジン運転状態を検出するセンサ（エンジン回転数センサ、エンジン負荷センサ）が用いられる。すなわち、ＮＯｘ還元触媒３６がＮＯｘを浄化し難い状態は、エンジン排気ガス中のＮＯｘ量が多いとき及びエンジン排気ガス中の酸素濃度が高いときであり、エンジンの空燃比が高リーン（例えばＡ／Ｆ＞３０）の運転領域はエンジン排気ガス中の酸素濃度が高く、また、エンジン負荷が高いときはエンジン排気ガス中のＮＯｘ量が多く、いずれも制御手段３１によってＮＯｘを還元浄化し難い状態と判定される。
【００５３】
制御の具体的な流れは図６に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段４３等からデータ（スイッチのＯＮ・ＯＦＦ、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定する（ステップＢ１〜Ｂ４）。続いて上記検出手段４３のデータに基いてＮＯｘ還元触媒３６の温度Ｔｎを推定する（ステップＢ５）。
【００５４】
上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔno以上であるときは、エンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にあるか否かを判定する（ステップＢ６，Ｂ７）。ＮＯｘ浄化難領域であるときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＢ８〜Ｂ１０）。
【００５５】
そして、着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしているか否かをみて、設定時間以上になっていなければ、タイマーｔをカウントし、第１バルブ４１を外気導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス放出位置に設定して、これら燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の設定を実行する（ステップＢ１１〜Ｂ１５）。タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしている場合は第１バルブ４１をＥガス導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス供給位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＢ１６→Ｂ１７→Ｂ１５）。
【００５６】
また、上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔnoに達していないとき、又はエンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にないときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであればヒータ出力を設定して着火用タイマーｔのカウントを行ない、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、着火用タイマーｔのカウントをキャンセル（零に）する（ステップＢ１８〜Ｂ２０）。
【００５７】
上記着火用タイマーｔは、燃焼式ヒータ６の始動時にはエンジン排気ガスではなく酸素量が多い外気を燃焼式ヒータ６に導入してその着火性を良くするためのものであり、ｔｏとしては例えば１〜２秒が与えられる。
【００５８】
従って、ＮＯｘ還元触媒３６が実質的に活性を示す温度になっており且つエンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にあるときは、エンジン排気ガスの一部が酸化触媒３５をバイパスして燃焼式ヒータ６に導入され、該排気ガス中の酸素がヒータ６によって燃料の燃焼に使用され、酸素量の少ない排気ガスとなってＮＯｘ還元触媒３６に供給される。このため、ＮＯｘ還元触媒３６は、ヒータ排出ガスによって加熱されて活性が促進されるとともに、該触媒３６に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、ＮＯｘの還元浄化に有利になる。
【００５９】
また、上記ＮＯｘ浄化難領域において、燃焼式ヒータ６が作動していないときはその着火性向上のために一時的に外気が該ヒータ６に導入されるが、該ヒータが既に作動しているときには、ｔ≧ｔｏを条件としてエンジン排気ガスが燃焼式ヒータ６に速やかに導入されることになる。
【００６０】
なお、上記ＮＯｘ浄化難領域においては、ＮＯｘ還元触媒３６の浄化性能向上のために、燃焼式ヒータ６に供給する燃料を増量するようにしてもよい。
【００６１】
また、上記ＮＯｘ浄化難領域において着火性向上のために第１バルブ４１を外気導入位置としたときは第２バルブ４２をＨガス供給位置としてＮＯｘ還元触媒３６をヒータ排出ガスによって積極的に加熱しその活性を促進するようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では排気通路２の酸化触媒３５よりも上流側部位の排気ガスの流路抵抗を大として該排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるようにしたが、酸化触媒３５に流れる排気ガス量を減少させ又は零にして排気ガスを強制的にバイパスさせるためのバルブを排気通路２の酸化触媒３５の上流側又は下流側に設けるようにしてもよい。
【００６３】
さらに、本実施形態では酸化触媒３５を備えているが、該酸化触媒３５を備えていない場合でも、上記ＮＯｘ浄化難領域において排気ガスの一部又は全部を燃焼式ヒータ６に導入して燃焼に使用した後にＮＯｘ還元触媒に供給するようにしてもよい。
【００６４】
＜実施形態４＞
本形態は、図７に示すように、実施形態２と同様のエンジン１において、その排気通路２に実施形態１と同様の直結三元触媒（低温活性触媒）３とＮＯｘ吸収触媒４５とが上流側から順に設けられているケースであり、燃焼式ヒータ６の利用の態様は実施形態３に類似する。
【００６５】
ＮＯｘ吸収触媒４５は、担体にアルミナ母材、Ｐｔ及びＢａを有する内側コート層と、ゼオライト母材及びＰｔを有する外側コート層とが形成されたものである。この触媒において、Ｂａは排気ガス中の酸素濃度が高いとき（エンジンが理論空燃比よりも所定比率以上にリーン（例えばＡ／Ｆ＞１６）で運転されたとき）にＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると（特にλ＝１になると）吸収していたＮＯｘを脱離するＮＯｘ吸収材であり、ＰｔはＢａから脱離するＮＯｘを還元分解する触媒金属であり、ゼオライトに担持されたＰｔは排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化させてＢａに吸収させ易くする働きをする。
【００６６】
この形態では、燃焼式ヒータ６の燃料を燃焼させる酸素を得るために排気通路２の三元触媒３の上流側の部位からエンジン排気ガスを該燃焼式ヒータ６に導入するガス導入手段３９と、燃焼式ヒータ６から排出されるガスを排気通路２の三元触媒３とＮＯｘ吸収触媒４５との間の部位に供給するガス供給手段７とを備えている。実施形態３と同様に、ガス導入手段３９を構成するガス導入管４０にはＥガス導入位置と外気導入位置とに切り換わる第１バルブ４１が設けられ、ガス供給手段７を構成するガス供給管２７にはＨガス供給位置とＨガス放出位置とに切り換わる第２バルブ４２が設けられている。
【００６７】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の作動を制御するために、制御手段３１、ヒータスイッチ３２及び検出手段４３が設けられている。検出手段４３は、ＮＯｘ吸収触媒４５の温度Ｔｎが実質的に活性を示す温度Ｔnoになっているか否かを判定するためのものであり、実施形態３の検出手段４３と実質的に同じものである。また、制御手段３１は、ＮＯｘ吸収触媒４５のＮＯｘトラップ（吸収）量ＴR を推定するＮＯｘトラップ量推定部を備え、それは当該トラップ開始からの経過時間に基いてその量ＴR を推定する。
【００６８】
制御の具体的な流れは図８に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段４３等からデータ（スイッチのＯＮ・ＯＦＦ、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定し、上記検出手段４３のデータに基いてＮＯｘ吸収触媒４５の温度Ｔｎを推定する（ステップＣ１〜Ｃ５）。続いて、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパス中であるか否かを判定し、バイパス中でなければ、ＮＯｘトラップ量ＴR を積算する（ステップＣ６，Ｃ７）。バイパス中か否かは後述するバイパスタイマーｔ1 が作動中（ｔ10＞ｔ1 ＞０）か否かによって判定する。
【００６９】
上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔno以上であり且つＮＯｘトラップ量ＴR が予定トラップ量（ＮＯｘ吸収材の飽和トラップ量又はそれよりも幾分少ないトラップ量）ＴRO以上であるときは、ＮＯｘトラップ量ＴR の積算をキャンセルし、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるためのタイマーｔ1のカウントを開始する（ステップＣ８〜Ｃ１１）。
【００７０】
上記バイパスタイマーｔ1 が予定のバイパス時間ｔ10（例えば数秒。なお、
ｔ10＞ｔｏ）に達するまでは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＣ１２〜Ｃ１５）。
【００７１】
そして、着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしているか否かをみて、設定時間以上になっていなければ、着火用タイマーｔをカウントし、第１バルブ４１を外気導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス放出位置に設定して、これら燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の設定を実行する（ステップＣ１６〜Ｃ２０）。着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしている場合は第１バルブ４１をＥガス導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス供給位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＣ２１→Ｃ２２→Ｃ２０）とともに、エンジン１の空燃比を高リーン状態（例えばＡ／Ｆ≧２２）から低リーン状態（例えばＡ／Ｆ＝１６）に変更する。ステップＣ６において既にバイパス中であれば、バイパスタイマーｔ1 のカウントを継続し、それが予定バイパス時間ｔ10に達するまで上記処理を行なう（ステップＣ６→Ｃ１１）。
【００７２】
また、上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔnoに達していないとき、ＮＯｘトラップ量ＴR が予定トラップ量ＴROに達していないとき、又はバイパスタイマーｔ1 が予定バイパス時間ｔ10に達している（バイパス終了）ときは、バイパスタイマーｔ１をキャンセル状態とし、ヒータスイッチ３２がＯＮであればヒータ出力を設定して着火用タイマーｔのカウントを行ない、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、着火用タイマーｔのカウントをキャンセル（零に）する（ステップＣ２３〜Ｃ２６）。
【００７３】
従って、ＮＯｘ吸収触媒４５が実質的に活性を示す温度になっているときに、ＮＯｘトラップ量が飽和若しくはそれに近い状態になると、エンジン排気ガスの一部が三元触媒３をバイパスして燃焼式ヒータ６に導入され、該排気ガス中の酸素がヒータ６によって燃料の燃焼に使用され、酸素量の少ない排気ガス（エンジン１をλ＝１で運転した場合と同等の排気ガス）となってＮＯｘ吸収触媒４５に供給される。このため、ＮＯｘ吸収触媒４５は、吸収していたＮＯｘを脱離し始め、この脱離するＮＯｘが効率良く還元浄化される。また、排気ガスバイパス中はＮＯｘトラップ量の積算はなされないため、次回のバイパスが予定トラップ量に達する前に始まることが避けられる。また、エンジン１の空燃比を高リーン状態から一気にλ＝１にしなくてもよいから、エンジン出力トルクの急変を避けることができる。
【００７４】
燃焼式ヒータ６が作動していないときに着火性向上のために外気が該ヒータ６に一時的に導入される点、燃焼式ヒータ６が既に作動しているときにはｔ≧ｔｏを条件としてエンジン排気ガスが燃焼式ヒータ６に速やかに導入される点、エンジン排気ガスのバイパス時に燃焼式ヒータ６に供給する燃料を増量するようにしてもよい点、本実施形態では排気通路２の三元触媒３よりも上流側部位の排気ガスの流路抵抗を大として該排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるようにしたが、排気ガスを強制的にバイパスさせるためのバルブを排気通路２の三元触媒３の上流側又は下流側に設けるようにしてもよい点、さらに、三元触媒３を備えていない場合でも上記バイパスを行なうことができる点は、実施形態３と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図２】燃焼式ヒータの一例を示す回路図。
【図３】同形態の制御の流れ図。
【図４】実施形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図５】実施形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図６】同形態の制御の流れ図。
【図７】実施形態４に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図８】同形態の制御の流れ図。
【符号の説明】
１エンジン
２排気通路
３直結三元触媒
４ＨＣトラップ材
５三元触媒
６燃焼式ヒータ
７ガス供給手段
２７ガス供給管
２９第１バルブ
３０第２バルブ
３１制御手段
３２ヒータスイッチ
３３検出手段
３５酸化触媒
３６ＮＯｘ還元触媒
３７バルブ
３９ガス導入手段
４０ガス導入管
４１第１バルブ
４２第２バルブ
４３検出手段
４４運転領域判定手段
４５ＮＯｘ吸収触媒
４６ＮＯｘトラップ量推定手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an exhaust gas purification device in which a purification means for reducing a predetermined component in exhaust gas of an engine is arranged in an exhaust passage of an engine of an automobile.
[0002]
[Prior art]
  2. Description of the Related Art It is generally known that secondary air for assisting in the oxidation of HC (hydrocarbon) and CO is supplied to an exhaust passage in an exhaust gas purification device for an engine.
[0003]
  In Japanese Patent Laid-Open No. 9-125939, a fuel combustor is provided to increase the catalyst temperature by supplying the exhaust gas to the upstream side of the catalyst in the engine exhaust passage before engine operation. It describes that a heat exchanger for heating is provided on the downstream side of the catalyst, and the air for air conditioning is heated by the exhaust gas of the combustor by operating the combustor when the air conditioning temperature is low.
[0004]
  Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-40049 describes that a combustion heater is used for heating the passenger compartment of an automobile, and that heat is radiated outside the vehicle when the temperature of the heat medium heated by the combustion heater exceeds a predetermined value. Has been.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  If secondary air is supplied to the exhaust passage in the exhaust gas purification device, it will be advantageous for the oxidation of HC and CO, but if the secondary air is low temperature, the exhaust gas will be cooled by it and the purification performance of the catalyst etc. Gets worse. On the other hand, if the secondary air is heated, the problem of deterioration in purification performance can be avoided, but a combustor for heating the secondary air is required separately. Further, if a combustor for heating as described in the above publication is provided, it is possible to quickly raise the temperature of the catalyst and to heat the vehicle interior. Once the exhaust gas of this combustor is allowed to flow through the engine exhaust passage, Since heat is exchanged in the exhaust passage, the heating efficiency is lowered.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  Therefore, in the invention of this application, the heater exhaust gas is used for purification of exhaust gas.
[0007]
  That is, the invention of this application is an exhaust gas purification apparatus in which a purification means for reducing a predetermined component in exhaust gas of an engine is arranged in an exhaust passage of an automobile engine.
  A combustion heater for heating the air supplied to the passenger compartment;
  Gas supply means for supplying heater exhaust gas discharged from the combustion heater to be used for heating the air to a portion upstream of the purifying means in the exhaust passage;,
Detection means for detecting a state relating to purification of the purification means, and control means for controlling the operation of the gas supply means based on the state of the purification means detected by the detection meansAnd.
[0008]
  Therefore, according to the present invention, the combustion heater can be used effectively for heating air conditioning air, which is the original purpose, and can be used for purifying engine exhaust gas. That is, by supplying the heater exhaust gas to a portion upstream of the exhaust passage purification means, the temperature of the engine exhaust gas can be increased, and further the temperature of the purification means can be increased. It becomes advantageous for purification.Moreover, the heater exhaust gas can be supplied to the purification means at an appropriate time when the purification means works effectively, which is advantageous for purification of the engine exhaust gas.
[0009]
  When the combustion heater burns a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and heats the passenger compartment supply air, the exhaust gas contains a large amount of oxygen. Accordingly, when this heater exhaust gas is supplied to the exhaust passage of the engine, it becomes hot secondary air, which is advantageous for oxidative purification of HC and CO in the engine exhaust gas.
[0010]
  Next, the purifying means converts NO in the engine exhaust gas to NO.₂In the case of an oxidation catalyst that oxidizes rapidly, this oxidation catalyst can be activated quickly by the heater exhaust gas. Particularly, when the heater exhaust gas contains a large amount of oxygen, it is advantageous for oxidation of NO by the oxidation catalyst. become.
[0011]
  Next, as the purifying means, a catalyst having at least an oxidizing function out of an oxidizing function and a reducing function is employed, and as the detecting means, a temperature at which it can be determined whether or not the catalyst is in an active state. Is used so that the heater exhaust gas is supplied to the catalyst when the state of the catalyst detected by the detection means is not active. If one that controls the operation of the gas supply means is employed, the catalyst can be heated by the heater exhaust gas to achieve its early activation. In particular, the combustion heater produces a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. When burning, oxygen contained in the heater exhaust gas can be effectively used for the oxidation reaction on the catalyst.
[0012]
  Next, the combustion heater employs a combustion gas that burns a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and heats the air supplied to the passenger compartment, and absorbs HC in the exhaust gas of the engine as the purification means. HC absorbing material is used, and as the detecting means, a device that detects a parameter such as a temperature that can grasp whether the HC absorbing material is in a state of desorbing the absorbed HC is adopted. As the control means, when the state of the HC absorbent detected by the detection means is in a state of desorbing HC, the gas discharged from the heater is supplied to the HC absorbent. If one that controls the operation of the supply means is employed, the desorbed HC can be efficiently oxidized and decomposed by hot secondary air. In particular, if the HC absorbent supports a catalytic metal having an oxidation catalyst function, the desorbed HC can be more efficiently oxidized and decomposed.
[0013]
  Next, as the above-mentioned combustion type heater, one that burns a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and heats the cabin supply air is adopted,
  The purification means includes a catalyst having at least an oxidation function among an oxidation function and a reduction function, and an HC absorbent that is disposed downstream of the catalyst and absorbs HC in the exhaust gas of the engine,
  As the detection means, a catalyst state detection means for detecting whether or not the catalyst is in an active state, and whether or not the HC absorbent is in a state of desorbing the absorbed HC. An absorbent state detection means for detecting,
  As the control means, when the catalyst state detected by the catalyst state detection means is not active, the heater exhaust gas is supplied to the catalyst, and the HC detected by the absorbent state detection means. The gas supply means is operated so that the heater exhaust gas is supplied to the exhaust passage between the catalyst and the HC absorbent when the state of the absorbent is in the state of desorbing HC. If you adopt something to control,
  The catalyst can be heated with the heater exhaust gas for early activation, and oxygen contained in the exhaust gas can be used effectively for the oxidation reaction on the catalyst, and from the HC absorbent. The desorbed HC can be efficiently oxidized and decomposed by hot secondary air. In particular, if the HC absorbent supports a catalyst having an oxidation catalyst function, the desorbed HC can be more efficiently oxidized and decomposed.
[0014]
  next,Purifying means disposed in an exhaust passage of an automobile engine for reducing predetermined components in the exhaust gas of the engine, a combustion heater for heating air supplied to the passenger compartment, and heating of the air from the combustion heater In the exhaust gas purifying apparatus, comprising: a gas supply means for supplying heater exhaust gas used and exhausted to a portion of the exhaust passage upstream of the purifying means.The engine is operated with a lean air-fuel mixture at a predetermined ratio or more than the stoichiometric air-fuel ratio in at least a part of the operation region, and NOx in the exhaust gas of the engine operated with the lean is reduced as the purification means. Gas introduction means for introducing engine exhaust gas into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the NOx reduction catalyst in order to obtain oxygen for burning the fuel of the combustion heater by using a catalyst to be purified. If the engine exhaust gas is used for combustion of the combustion heater and the exhaust gas is supplied to the NOx reduction catalyst, the NOx reduction catalyst can be activated early and the oxygen concentration Engine exhaust gas with a high flow rate changes to exhaust gas with a low oxygen concentration by combustion in the combustion heater and flows to the NOx reduction catalyst It is advantageous for the reduction of NOx by the catalyst.
[0015]
  Next, when an oxidation catalyst is provided in the exhaust passage upstream of the NOx reduction catalyst, the gas introduction means supplies the engine exhaust gas from the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst to the combustion heater. In this case, the engine exhaust gas having a high oxygen concentration can be sent to the combustion heater without consuming the oxygen in the engine exhaust gas by the oxidation catalyst, which is advantageous for combustion in the heater. Since the exhaust gas after combustion in the heater has a low oxygen concentration, NOx reduction purification by the NOx reduction catalyst is performed efficiently.
[0016]
  next,Purifying means disposed in an exhaust passage of an automobile engine for reducing predetermined components in the exhaust gas of the engine, a combustion heater for heating air supplied to the passenger compartment, and heating of the air from the combustion heater In the exhaust gas purifying apparatus, comprising: a gas supply means for supplying heater exhaust gas used and exhausted to a portion of the exhaust passage upstream of the purifying means.The engine is operated with a lean air-fuel mixture at a predetermined ratio or more than the stoichiometric air-fuel ratio in at least a part of the operation region, and as the purification means, absorbs NOx in the exhaust gas of the engine operated with the lean The exhaust passage upstream of the catalyst is used to obtain oxygen for burning the fuel of the combustion heater by using a NOx absorbent that releases NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases. Provided with gas introduction means for introducing engine exhaust gas into the combustion heater, and using the engine exhaust gas for combustion of the combustion heater, the exhaust gas is supplied to the NOx absorbent to release NOx. According to the present invention, since the exhaust gas having a high oxygen concentration is changed to the exhaust gas having a low oxygen concentration by combustion in the combustion heater, NOx absorption is performed. Which is advantageous to the release of NOx from the wood.
[0017]
  When providing an oxidation catalyst in the exhaust passage upstream of the NOx absorbent, the gas introduction means introduces engine exhaust gas into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst. What should I do?
[0018]
  Next, when the gas supply means supplies the heater exhaust gas generated by the combustion with the engine exhaust gas to the NOx absorbent, the engine is operated with an air-fuel mixture whose air-fuel ratio is smaller than the lean. For example, the oxygen concentration of the engine exhaust gas supplied to the NOx absorbent is further reduced, which is more advantageous for the release of NOx from the NOx absorbent. This also means that the engine exhaust gas supplied to the NOx absorbent is oxygen equivalent to the exhaust gas when the engine is operated at λ = 1 without operating the engine at λ = 1 (theoretical air-fuel ratio). This means that it is not necessary to greatly change the air-fuel ratio of the engine for releasing NOx from the NOx absorbent, which is advantageous for preventing sudden change in engine output torque.
[0019]
【The invention's effect】
  As described above, according to the invention of this application, the combustion heater that heats the air supplied to the passenger compartment, and the heater exhaust gas that is used for heating the air from the combustion heater is discharged from the engine. A gas supply means for supplying a portion of the exhaust passage upstream of the purification means;Detection means for detecting a state relating to purification of the purification means; and control means for controlling the operation of the gas supply means based on the state of the purification means detected by the detection means;Because it is equipped with, combustion heater can be effectively used for heating air conditioning air, which is the original purpose,The heater exhaust gas can be supplied to the purification means at an appropriate time when the purification means works effectively, which is advantageous for purification of engine exhaust gas.In particular, when the combustion heater burns a combustible gas leaner than the stoichiometric air-fuel ratio and heats the air supplied to the passenger compartment, the heater exhaust gas becomes hot secondary air, and the engine This is advantageous for oxidative purification of HC and CO in the exhaust gas.
[0020]
  Further, according to the present invention, an oxidation catalyst is employed as the purifying means, and the heater exhaust gas is supplied to the oxidation catalyst as hot secondary air when the catalyst is not in an active state. This catalyst can be heated with the heater exhaust gas to achieve its early activation, and is advantageous for promoting the oxidation reaction on the catalyst.
[0021]
  Further, when the HC absorbent is employed as the purifying means, and the HC absorbent is in a state of detaching the absorbed HC, the heater exhaust gas is supplied to the HC absorbent as hot secondary air. According to the supply, HC desorbed from the HC absorbent can be efficiently oxidized and decomposed.
[0022]
  Further, the exhaust gas of the engine operated by the lean air-fuel mixture is introduced into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the NOx reduction catalyst and used for combustion of the fuel of the heater, and the heater exhaust gas is used as the NOx. According to what is supplied to the reduction catalyst, the NOx reduction catalyst can be activated early and the oxygen concentration of the engine exhaust gas supplied to the NOx reduction catalyst becomes low. It is advantageous for the reduction of.
[0023]
  Further, the exhaust gas of the engine operated by the lean air-fuel mixture is introduced into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the NOx absorbent and used for the combustion of the fuel of the heater, and the heater exhaust gas is used as the NOx. According to what is supplied to the absorbent, the oxygen concentration of the engine exhaust gas supplied to the NOx absorbent is reduced, which is advantageous for the release of NOx from the NOx absorbent.
[0024]
  In particular, when the heater exhaust gas generated by the combustion with the engine exhaust gas is supplied to the NOx absorbent, the NOx absorbent is operated if the engine is operated with an air / fuel ratio smaller than the lean air / fuel ratio. The oxygen concentration of the engine exhaust gas supplied to the engine becomes further lower, which is more advantageous for the release of NOx from the NOx absorbent, and greatly changes the air-fuel ratio of the engine for the release of NOx from the NOx absorbent. This is no longer necessary, which is advantageous for preventing sudden changes in engine output torque.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
  <Embodiment 1>
  FIG. 1 shows the overall configuration of an exhaust gas purification device for an engine 1 of an automobile. A direct connection three-way catalyst 3, an HC trap material (HC absorber) 4 for absorbing HC in exhaust gas, and an exhaust passage 2 of the engine 1 A three-way catalyst 5 is provided in order from the upstream side. Reference numeral 6 denotes a combustion heater for heating the passenger compartment, and reference numeral 7 denotes a gas supply means for supplying gas discharged from the combustion heater 6 to the exhaust passage 2. The three-way catalysts 3 and 5 purify HC, CO and NOx (nitrogen oxides) in the engine exhaust gas, and thus have an oxidation catalyst function and a reduction catalyst function.
[0027]
  The automobile may be an engine car driven only by the engine 1 or a so-called hybrid car driven by a combination of the engine 1 and an electric motor. The engine 1 is a gasoline engine operated mainly at λ = 1. The direct-coupled three-way catalyst 3 is directly connected to the exhaust manifold of the engine 1, and is composed of, for example, a mixture of a material in which Pt and Rh are supported on an alumina base material and ceria. The HC trap material 4 is made of, for example, a material in which Pd is supported on zeolite. The three-way catalyst 5 is composed of the same catalyst as the direct-coupled three-way catalyst 3.
[0028]
  The combustion heater 6 is configured by connecting a fuel tank 10 to a combustor 9 as shown in FIG. The combustor 9 includes a mixing chamber 12 that mixes fuel (for example, light oil) and air (outside air) sent from a fuel tank 10 by a fuel pump 11, a combustion chamber 13 that burns the air-fuel mixture, and a fan 14 for the mixing. Further, an ignition plug (not shown) for combustion is provided, and a heat medium jacket 15 is formed around the combustion chamber 13. The amounts of the fuel and air are adjusted so that the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0029]
  In FIG. 2, reference numeral 16 denotes a heat medium (for example, water) circulation path, and the jacket 15, the heater core 19 disposed in the passenger compartment air-conditioning air duct 17, and the heat medium circulation pump 20 are sequentially connected by a pipe. It consists of The air duct 17 is provided with a damper 21 and a blower 22 for switching between an inside air introduction state and an outside air introduction state on the upstream side of the heater core 19. Dampers 23 to 26 for switching and supplying air are provided. Thus, a gas supply pipe 27 for supplying the gas used for heating the heat medium (accordingly, for heating air-conditioning air) from the combustion chamber 13 to the engine exhaust passage 2 is extended.
[0030]
  The gas supply pipe 27 constitutes the gas supply means 7. As shown in FIG. 1, the gas supply pipe 27 is branched in the middle, and one of the gas supply pipes 27 is upstream of the directly connected three-way catalyst 3 in the exhaust passage 2. The other end of the exhaust passage 2 is connected to a portion between the directly connected three-way catalyst 3 and the HC trap material 4. A gas supply position for supplying the heater exhaust gas discharged from the combustion type heater 6 to the engine exhaust passage 2 and an atmospheric discharge position for releasing it to the atmosphere are provided on the upstream side of the branch portion of the gas supply pipe 27. A first valve 29 for switching to a direct connection catalyst upstream position for supplying the heater exhaust gas to the upstream side of the direct connection three-way catalyst 3, the direct connection three-way catalyst 3, and the HC trap material 4. A second valve 30 is provided for switching to the upstream position of the trap material supplied between the two.
[0031]
  Thus, in order to control the operation of the valves 29 and 30 of the combustion heater 6 and the gas supply means 7, the control means 31 using a microcomputer and the occupant determine and operate whether or not the vehicle compartment heating is necessary. A heater switch 32 and detection means 33 for detecting the temperature of the HC trap material 4 are provided.
[0032]
  Even if the temperature sensor that directly measures the temperature of the HC trap material 4 is used as the detection means 33, the exhaust gas temperature, the engine water temperature, or the engine intake air amount that can estimate the temperature of the HC trap material 4 is detected. It may be a sensor. Since the exhaust gas temperature and the engine water temperature have a corresponding relationship that is substantially proportional to the temperature of the HC trap material 4, they can be used for control as they are. With respect to the engine intake air amount, the temperature of the HC trap material 4 is estimated based on the total intake air amount from the start of the engine. In the case of a hybrid vehicle, the temperature of the HC trap material 4 may be estimated based on the time from when the engine 1 is started and the average value of the traveling speed.
[0033]
  The specific flow of control is shown in FIG. First, data (switch ON (ON) / OFF (OFF), detection data, heating request level, etc.) is input from the heater switch 32, detection means 33, etc., and the combustion heater 6 is based on the state of the heater switch 32. ON / OFF is set (steps A1 to A4). Subsequently, the temperature Tt of the HC trap material 4 is estimated based on the data of the detection means 33 (step A5). When the trap material temperature Tt is equal to or lower than the predetermined temperature Tto, the output of the combustion heater 6 is set if the heater switch 32 is ON, and the heater switch 32 is set ON if the heater switch 32 is OFF. The output of the combustion heater 6 is set (steps A5 to A9).
[0034]
  Here, a temperature (for example, 150 ° C.) at which the HC trap material 4 starts to desorb the absorbed HC is given to the predetermined temperature Tto. This temperature Tto is also a temperature at which the direct-coupled three-way catalyst 3 starts to show substantial activity. Moreover, the output setting of the combustion type heater 6 is performed based on the environment such as the degree of heating requirement and the in-vehicle temperature set by the occupant using a switch or the like.
[0035]
  Then, after setting the first valve 29 to the gas supply position and the second valve 30 to the directly connected catalyst upstream position, the heater ON / OFF setting, the output setting and the valve setting are executed, that is, the combustion type The heater 6 and valves 29 and 30 are actuated (steps A10 and A11).
[0036]
  When the temperature Tt of the HC trap material 4 is higher than the above Tto and below the predetermined temperature Tt1, the setting of the combustion heater 6 similar to the above steps A7 to A9 is performed, and the first valve 29 is set to the gas supply position. The second valve 30 is set to the trap material upstream position, and the setting is executed (steps A12 to A16). Here, the predetermined temperature Tt1 is a temperature (for example, 250 ° C.) at which the three-way catalyst 5 in the subsequent stage starts to show activity.
[0037]
  Also, when the temperature Tt of the HC trap material 4 exceeds the predetermined temperature Tt1, if the heater switch 32 is set to ON, the heater output is set, and the second valve 30 is set to the atmospheric discharge position. Those settings are executed (steps A17 to A19).
[0038]
  As described above, when the engine 1 is cold or when the engine 1 is stopped, the direct-coupled three-way catalyst 3 is not at a temperature at which it is substantially active, and the HC trap material 4 is not When the absorbed HC has not been desorbed, the relatively high-temperature gas used for heating the heat medium of the combustion heater 6 reaches the upstream side of the directly connected three-way catalyst 3 in the exhaust passage 2. Supplied. Accordingly, air-conditioning air can be heated by the operation of the combustion heater 6, and the directly connected three-way catalyst 3 can be heated by the exhaust gas from the combustion heater 6, so that the catalyst 3 can be activated early. This is advantageous for purifying engine exhaust gas. Further, even when the heater switch 32 is OFF, it is forcibly set to ON and the combustion heater 6 operates, which is advantageous in avoiding exhausting the engine exhaust gas without purification. become.
[0039]
  The output of the combustion heater 6 is set based on the environment such as the degree of heating requirement and the temperature inside the vehicle. In order to improve the exhaust gas purification performance, the amount of fuel and air supplied to the combustion heater 6 should be increased. It may be.
[0040]
  When the temperature reaches the temperature at which the HC trap material 4 desorbs the absorbed HC, the heater exhaust gas is supplied to a portion of the exhaust passage 2 between the directly connected three-way catalyst 3 and the HC trap material 4. When HC is desorbed from the HC trap material 4, this HC is oxidized and purified by the catalytic metal Pd of the trap material 4, but the heater exhaust gas is high in temperature and contains a large amount of oxygen. It can be said that the secondary air, and when the HC is desorbed from the HC trap material 4, the hot secondary air promotes the oxidative purification of HC.
[0041]
  In the above embodiment, the heater exhaust gas is released to the atmosphere when the temperature of the HC trap material 4 exceeds Tt1, but is supplied between the direct-coupled three-way catalyst 3 and the HC trap material 4. The oxidation of HC desorbed from the HC trap material 4 may be promoted.
[0042]
  <Embodiment 2>
  In the present embodiment, the automobile may be the above-described engine car or a hybrid car. However, the engine is a predetermined ratio or more (for example, A / A) more than the stoichiometric air-fuel ratio like a diesel engine or a so-called lean burn gasoline engine. FIG. 4 shows a case having a region operated lean in F> 16). That is, an oxidation catalyst 35 and a NOx reduction catalyst 36 are provided in order from the upstream side in the exhaust passage 2 of the engine 1, and the exhaust gas of the combustion heater 6 is supplied to the upstream side of the oxidation catalyst 35 by the gas supply means 7. It is supplied by a tube 27.
[0043]
  As the oxidation catalyst 35, for example, a catalyst in which Pd is supported on a mixture of alumina and ceria is used. As the NOx reduction catalyst 36, for example, a catalyst in which Pt is supported on zeolite is used. A gas supply pipe 27 of the gas supply means 7 is provided with a valve 37 that switches between a position for supplying the heater exhaust gas to the exhaust passage 2 and a position for releasing it to the atmosphere. The combustion heater 6 and the valve 37 are controlled by the control means 31 based on the outputs of the heater switch 32 and the detection means 33.
[0044]
  In the case of this embodiment, when it is detected by the detection means 33 that the oxidation catalyst 35 has not reached the temperature at which the oxidation catalyst 35 is substantially active, the control means 31 turns the combustion heater 6 on / off of the heater switch 32. Regardless, the valve 37 is forcedly operated and the heater exhaust gas is supplied to the exhaust passage 2.
[0045]
  Accordingly, the oxidation catalyst 35 can be activated early when the engine is cold, and the oxidation reaction in the oxidation catalyst 35 is promoted by the heater exhaust gas having a large amount of oxygen, so that HC and CO in the engine exhaust gas can be efficiently purified. it can.
[0046]
  The heater exhaust gas may also be supplied between the oxidation catalyst 35 and the NOx reduction catalyst 36 in the exhaust passage 2.
[0047]
  Further, instead of the oxidation catalyst 35, a NO oxidation catalyst (for example, a catalyst in which Ag is supported on alumina) is used, and NOx reduction catalyst is used as NOx reduction catalyst.₂N₂For example, a catalyst suitable for reducing the catalyst, for example, a catalyst in which Ag is supported on zeolite, or a catalyst in which Pt is supported on zeolite by ion exchange may be used.
[0048]
  <Embodiment 3>
  As shown in FIG. 5, the present embodiment is a case where the same oxidation catalyst 35 and the NOx reduction catalyst 36 are sequentially provided in the exhaust passage 2 from the upstream side in the same engine 1 as in the second embodiment. The use of the combustion heater 6 is different.
[0049]
  That is, in this embodiment, in order to obtain oxygen for burning the fuel of the combustion type heater 6, gas introduction means 39 for introducing engine exhaust gas into the combustion type heater 6 from the upstream side portion of the oxidation catalyst 35 in the exhaust passage 2. The gas supply means 7 supplies gas discharged from the combustion heater 6 to a portion of the exhaust passage 2 between the oxidation catalyst 35 and the NOx reduction catalyst 36. In the gas introduction pipe 40 constituting the gas introduction means 39, the valve position is switched between an E gas introduction position where engine exhaust gas is introduced into the combustion heater 6 and an outside air introduction position where outside air is introduced into the combustion heater 6. The first valve 41 is provided, and the gas supply pipe 27 constituting the gas supply means 7 is switched to an H gas supply position for supplying the heater exhaust gas to the exhaust passage 2 and an H gas release position for releasing it to the atmosphere. 42 is provided.
[0050]
  Further, a portion of the exhaust passage 2 upstream of the oxidation catalyst 35 has a passage diameter smaller than the passage diameter downstream of the oxidation catalyst 35 and is curved, and the exhaust gas flow path in the upstream portion. The resistance is larger than that of the downstream portion.
[0051]
  In order to control the operation of the combustion heater 6 and the valves 41 and 42, a control means 31, a heater switch 32, and a detection means 43 are provided. The detecting means 43 is for determining whether or not the temperature Tn of the NOx reduction catalyst 36 is substantially the active temperature Tno, and this is the same as in the case of the detecting means of the first embodiment. A sensor that detects the engine water temperature, the exhaust gas temperature, or the engine intake air amount, or a sensor that directly detects the temperature of the NOx reduction catalyst 36 is used. Further, the control means 31 includes an engine operation region determination unit.
[0052]
  The operation region determination unit determines whether or not the engine 1 is in an operation region where it is difficult to purify NOx by the NOx reduction catalyst 36. The determination includes a sensor (engine speed sensor, engine engine) that detects the engine operation state. Load sensor). That is, it is difficult for the NOx reduction catalyst 36 to purify NOx when the amount of NOx in the engine exhaust gas is large and when the oxygen concentration in the engine exhaust gas is high, and the air-fuel ratio of the engine is high lean (for example, A / F> 30) is an operation region in which the oxygen concentration in the engine exhaust gas is high, and when the engine load is high, the amount of NOx in the engine exhaust gas is large. Determined.
[0053]
  A specific flow of control is shown in FIG. First, data (switch ON / OFF, detection data, heating request level, etc.) is input from the heater switch 32, the detection means 43, etc., and the ON / OFF of the combustion heater 6 is set based on the state of the heater switch 32. (Steps B1 to B4). Subsequently, the temperature Tn of the NOx reduction catalyst 36 is estimated based on the data of the detection means 43 (step B5).
[0054]
  When the catalyst temperature Tn is equal to or higher than the predetermined temperature Tno, it is determined whether or not the engine operating state is in a region where it is difficult to purify NOx (steps B6 and B7). In the NOx purification difficult region, if the heater switch 32 is ON, the output of the combustion type heater 6 is set. If the heater switch 32 is OFF, the heater switch 32 is set to ON and the combustion type heater 6 is set. The output is set (steps B8 to B10).
[0055]
  Then, it is checked whether the ignition timer t has counted the set time to or longer. If it has not been set, the timer t is counted, the first valve 41 is set to the outside air introduction position, and the second The valve 42 is set to the H gas release position, and the settings of the combustion heater 6 and the valves 41 and 42 are executed (steps B11 to B15). If the timer t has counted the set time to or longer, the first valve 41 is set to the E gas introduction position, the second valve 42 is set to the H gas supply position, and these settings are executed (step B16). → B17 → B15).
[0056]
  When the catalyst temperature Tn does not reach the predetermined temperature Tno, or when the engine operating state is not in the NOx purification difficulty region, if the heater switch 32 is ON, the heater output is set and the ignition timer t is set. Counting is performed, and if the heater switch 32 is OFF, the count of the ignition timer t is canceled (set to zero) (steps B18 to B20).
[0057]
  The ignition timer t is used to improve the ignitability of the combustion heater 6 by introducing outside air with a large amount of oxygen into the combustion heater 6 instead of engine exhaust gas when the combustion heater 6 is started. ~ 2 seconds are given.
[0058]
  Accordingly, when the NOx reduction catalyst 36 is at a temperature at which the NOx reduction catalyst 36 is substantially active and the engine operating state is in a region where it is difficult to purify NOx, part of the engine exhaust gas bypasses the oxidation catalyst 35 and burns the combustion heater. 6, oxygen in the exhaust gas is used for fuel combustion by the heater 6, and is supplied to the NOx reduction catalyst 36 as exhaust gas with a small amount of oxygen. For this reason, the NOx reduction catalyst 36 is heated by the heater exhaust gas and activated, and the oxygen concentration of the engine exhaust gas supplied to the catalyst 36 becomes low, which is advantageous for NOx reduction purification.
[0059]
  In the NOx purification difficult region, when the combustion heater 6 is not operating, outside air is temporarily introduced to the heater 6 to improve its ignitability, but when the heater is already operating. , T ≧ to, the engine exhaust gas is promptly introduced into the combustion heater 6.
[0060]
  In the NOx purification difficult region, the amount of fuel supplied to the combustion heater 6 may be increased in order to improve the purification performance of the NOx reduction catalyst 36.
[0061]
  When the first valve 41 is set to the outside air introduction position in order to improve the ignitability in the NOx purification difficult region, the NOx reduction catalyst 36 is actively heated by the heater exhaust gas with the second valve 42 set as the H gas supply position. You may make it promote the activity.
[0062]
  In this embodiment, the exhaust gas flow resistance of the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst 35 in the exhaust passage 2 is increased to bypass the exhaust gas to the combustion heater 6. A valve for forcibly bypassing the exhaust gas by reducing or reducing the gas amount may be provided upstream or downstream of the oxidation catalyst 35 in the exhaust passage 2.
[0063]
  Further, in the present embodiment, the oxidation catalyst 35 is provided, but even when the oxidation catalyst 35 is not provided, a part or all of the exhaust gas is introduced into the combustion heater 6 for combustion in the NOx purification difficult region. You may make it supply to a NOx reduction catalyst after using.
[0064]
  <Embodiment 4>
  As shown in FIG. 7, in this embodiment, in the same engine 1 as in the second embodiment, the exhaust gas passage 2 has a direct-coupled three-way catalyst (low temperature active catalyst) 3 and a NOx absorption catalyst 45 in the upstream as in the first embodiment. In this case, the use of the combustion heater 6 is similar to that of the third embodiment.
[0065]
  The NOx absorption catalyst 45 is formed by forming an inner coat layer having an alumina base material, Pt and Ba, and an outer coat layer having a zeolite base material and Pt on a carrier. In this catalyst, Ba absorbs NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high (when the engine is operated at a lean ratio (for example, A / F> 16) or more than the stoichiometric air-fuel ratio), and the exhaust gas NOx absorbent that desorbs absorbed NOx when the oxygen concentration in it decreases (especially when λ = 1), Pt is a catalytic metal that reduces and decomposes NOx desorbed from Ba, and is supported on zeolite Made Pt NO in exhaust gas NO₂Oxidizes to make it easy to absorb into Ba.
[0066]
  In this embodiment, gas introduction means 39 for introducing engine exhaust gas into the combustion heater 6 from the upstream side of the three-way catalyst 3 in the exhaust passage 2 to obtain oxygen for burning the fuel of the combustion heater 6; Gas supply means 7 is provided for supplying gas discharged from the combustion heater 6 to a portion of the exhaust passage 2 between the three-way catalyst 3 and the NOx absorption catalyst 45. As in the third embodiment, the gas introduction pipe 40 constituting the gas introduction means 39 is provided with a first valve 41 that switches between the E gas introduction position and the outside air introduction position, and the gas supply pipe constituting the gas supply means 7. 27 is provided with a second valve 42 that switches between an H gas supply position and an H gas discharge position.
[0067]
  In order to control the operation of the combustion heater 6 and the valves 41 and 42, a control means 31, a heater switch 32, and a detection means 43 are provided. The detection means 43 is for determining whether or not the temperature Tn of the NOx absorption catalyst 45 is substantially the active temperature Tno, and is substantially the same as the detection means 43 of the third embodiment. is there. Further, the control means 31 includes a NOx trap amount estimation unit for estimating the NOx trap (absorption) amount TR of the NOx absorption catalyst 45, which estimates the amount TR based on the elapsed time from the start of the trap.
[0068]
  A specific flow of control is shown in FIG. First, data (switch ON / OFF, detection data, heating request level, etc.) is input from the heater switch 32, the detection means 43, etc., and the ON / OFF of the combustion heater 6 is set based on the state of the heater switch 32. Then, the temperature Tn of the NOx absorption catalyst 45 is estimated based on the data of the detection means 43 (steps C1 to C5). Subsequently, it is determined whether or not the engine exhaust gas is being bypassed to the combustion heater 6. If not, the NOx trap amount TR is integrated (steps C6 and C7). Whether or not bypassing is in progress is determined by whether or not a bypass timer t1 described later is operating (t10> t1> 0).
[0069]
  When the catalyst temperature Tn is equal to or higher than the predetermined temperature Tno and the NOx trap amount TR is equal to or higher than the predetermined trap amount (saturated trap amount of the NOx absorbent or a trap amount somewhat smaller than that) TRO, the NOx trap amount TR The counting is canceled and the timer t1 is counted to bypass the engine exhaust gas to the combustion heater 6 (steps C8 to C11).
[0070]
  The bypass timer t1 is set to the scheduled bypass time t10 (for example, several seconds.
Until the time t10> to), if the heater switch 32 is ON, the output of the combustion heater 6 is set. If the heater switch 32 is OFF, the heater switch 32 is set ON and the combustion heater 6 is turned on. The output is set (steps C12 to C15).
[0071]
  Then, it is determined whether or not the ignition timer t has counted the set time to or longer, and if it is not longer than the set time, the ignition timer t is counted, the first valve 41 is set to the outside air introduction position, The second valve 42 is set to the H gas release position, and the settings of the combustion heater 6 and the valves 41 and 42 are executed (steps C16 to C20). When the ignition timer t counts the set time to or longer, the first valve 41 is set to the E gas introduction position, the second valve 42 is set to the H gas supply position, and these settings are executed ( Along with steps C21 → C22 → C20), the air-fuel ratio of the engine 1 is changed from a high lean state (for example, A / F ≧ 22) to a low lean state (for example, A / F = 16). If it is already bypassed in step C6, the count of the bypass timer t1 is continued, and the above processing is performed until it reaches the scheduled bypass time t10 (step C6 → C11).
[0072]
  When the catalyst temperature Tn has not reached the predetermined temperature Tno, the NOx trap amount TR has not reached the planned trap amount TRO, or the bypass timer t1 has reached the planned bypass time t10 (bypass end). If the heater switch 32 is ON, the heater output is set and the ignition timer t is counted when the heater switch 32 is ON. If the heater switch 32 is OFF, the count of the ignition timer t is canceled ( To zero) (steps C23 to C26).
[0073]
  Therefore, when the NOx trapping catalyst 45 is at a temperature at which the NOx trapping catalyst 45 is substantially active, if the amount of NOx trap is saturated or close to it, a part of the engine exhaust gas bypasses the three-way catalyst 3 and burns. Oxygen in the exhaust gas introduced into the heater 6 is used for fuel combustion by the heater 6 and becomes an exhaust gas with a small amount of oxygen (equivalent exhaust gas when the engine 1 is operated at λ = 1) and NOx. It is supplied to the absorption catalyst 45. For this reason, the NOx absorption catalyst 45 begins to desorb the absorbed NOx, and the desorbed NOx is reduced and purified efficiently. Further, since the NOx trap amount is not accumulated during the exhaust gas bypass, it is possible to avoid that the next bypass starts before the planned trap amount is reached. In addition, since it is not necessary to set the air-fuel ratio of the engine 1 to λ = 1 at once from the high lean state, a sudden change in the engine output torque can be avoided.
[0074]
  Exhaust air is temporarily introduced to the heater 6 to improve ignitability when the combustion heater 6 is not operating, and engine exhaust is performed on condition that t ≧ to when the combustion heater 6 is already operating. In this embodiment, the three-way catalyst 3 in the exhaust passage 2 may be configured such that the gas is promptly introduced into the combustion heater 6 and the amount of fuel supplied to the combustion heater 6 may be increased when the engine exhaust gas is bypassed. The exhaust gas flow resistance of the upstream portion of the exhaust gas is increased and the exhaust gas is bypassed to the combustion heater 6, but a valve for forcibly bypassing the exhaust gas is provided as a three-way catalyst in the exhaust passage 2. 3 is the same as in the third embodiment in that the bypass may be performed even when the three-way catalyst 3 is not provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an exhaust gas purification apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a combustion heater.
FIG. 3 is a flowchart of control in the same form.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to a second embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to a third embodiment.
FIG. 6 is a flowchart of control in the same form.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an exhaust gas purifying apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a flowchart of control in the same form.
[Explanation of symbols]
    1 engine
    2 Exhaust passage
    3 Directly connected three-way catalyst
    4 HC trap material
    5 Three-way catalyst
    6 Combustion heater
    7 Gas supply means
  27 Gas supply pipe
  29 1st valve
  30 Second valve
  31 Control means
  32 Heater switch
  33 Detection means
  35 Oxidation catalyst
  36 NOx reduction catalyst
  37 Valve
  39 Gas introduction means
  40 Gas inlet pipe
  41 1st valve
  42 Second valve
  43 Detection means
  44 Operating region determination means
  45 NOx absorption catalyst
  46 NOx trap amount estimation means

Claims

自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置において、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、
上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、
上記検出手段によって検出された上記浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えている排気ガス浄化装置。In an exhaust gas purification apparatus in which a purification means for reducing a predetermined component in the exhaust gas of the engine is arranged in an exhaust passage of an automobile engine,
A combustion heater for heating the air supplied to the passenger compartment;
A gas supply means for supplying a heater exhaust gas used for heating the air from the combustion heater to an upstream side of the purification means in the exhaust passage ;
Detection means for detecting a state relating to purification of the purification means;
An exhaust gas purification apparatus comprising: control means for controlling the operation of the gas supply means based on the state of the purification means detected by the detection means .

請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱する排気ガス浄化装置。In the exhaust gas purification device according to claim 1,
The combustion heater is an exhaust gas purification device that heats the air supplied to the passenger compartment by burning a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.

請求項１又は請求項２に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記浄化手段は、上記エンジン排気ガス中のＮＯをＮＯ_２に酸化する酸化触媒である排気ガス浄化装置。In the exhaust gas purifying device according to claim 1 or 2,
It said purifying means, an exhaust gas purification apparatus is an oxidation catalyst for oxidizing NO of the engine exhaust gas to NO _2.

請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記浄化手段は、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒であり、
上記検出手段は、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するためのものであり、
上記制御手段は、上記検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御する排気ガス浄化装置。 In the exhaust gas purification device according to claim 1 ,
The purification means is a catalyst having at least an oxidation function among an oxidation function and a reduction function,
The detection means is for detecting whether or not the catalyst is in an active state,
The control means controls the operation of the gas supply means so that the heater exhaust gas is supplied to the catalyst when the state of the catalyst detected by the detection means is not active. apparatus.

請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであり、
上記浄化手段は、上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材であり、
上記検出手段は、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するためのものであり、
上記制御手段は、上記検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記ＨＣ吸収材に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御する排気ガス浄化装置。 In the exhaust gas purification device according to claim 1 ,
The combustion heater is for heating the air supplied to the passenger compartment by burning a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio,
The purification means is an HC absorbent that absorbs HC in the exhaust gas of the engine,
The detection means is for detecting whether or not the HC absorbent is in a state of desorbing the absorbed HC,
The control means supplies the gas so that the heater exhaust gas is supplied to the HC absorbent when the state of the HC absorbent detected by the detection means is in a state of detaching HC. An exhaust gas purification device for controlling the operation of the means.

請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであり、
上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒よりも下流側に配設され上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材とを備え、
上記検出手段として、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するための触媒状態検出手段と、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するための吸収材状態検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記触媒状態検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給され、上記吸収材状態検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒と上記ＨＣ吸収材との間の上記排気通路に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御する排気ガス浄化装置。 In the exhaust gas purification device according to claim 1 ,
The combustion heater is for heating the air supplied to the passenger compartment by burning a combustible gas that is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio,
The purification means includes a catalyst having at least an oxidation function among an oxidation function and a reduction function, and an HC absorbent that is disposed downstream of the catalyst and absorbs HC in the exhaust gas of the engine,
As the detection means, a catalyst state detection means for detecting whether or not the catalyst is in an active state, and whether or not the HC absorbent is in a state of desorbing the absorbed HC. An absorbent state detection means for detecting,
The control means supplies the heater exhaust gas to the catalyst when the state of the catalyst detected by the catalyst state detection means is not active, and the HC detected by the absorbent state detection means. The gas supply means is operated so that the heater exhaust gas is supplied to the exhaust passage between the catalyst and the HC absorbent when the state of the absorbent is in the state of desorbing HC. The exhaust gas purification device to control.

自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、
上記エンジンは、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものであり、
上記浄化手段は、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒であり、
上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を備え、
上記ガス供給手段が、上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを上記触媒に供給する排気ガス浄化装置。 A purification means disposed in an exhaust passage of an automobile engine for reducing a predetermined component in the exhaust gas of the engine;
A combustion heater for heating the air supplied to the passenger compartment;
An exhaust gas purifying apparatus comprising a gas supply means for supplying a heater exhaust gas discharged from the combustion heater used for heating the air to a portion upstream of the purifying means in the exhaust passage ;
The engine is operated by a lean air-fuel mixture at a predetermined ratio or more than the stoichiometric air-fuel ratio in at least a part of the operation region,
The purification means is a catalyst that reduces and purifies NOx in the exhaust gas of the engine operated lean.
Gas introduction means for introducing engine exhaust gas into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the catalyst in order to obtain oxygen for burning the fuel of the combustion heater;
An exhaust gas purification device in which the gas supply means supplies heater exhaust gas generated by combustion with the engine exhaust gas to the catalyst.

請求項７に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記ＮＯｘを還元浄化する触媒よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒が設けられ、
上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入する排気ガス浄化装置。 In the exhaust gas purifying device according to claim 7 ,
An oxidation catalyst is provided in the exhaust passage upstream of the catalyst for reducing and purifying NOx,
The exhaust gas purification device, wherein the gas introduction means introduces engine exhaust gas into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst.

自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、
上記エンジンは、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものであり、
上記浄化手段は、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを吸収し該ＮＯｘを該排気ガス中の酸素濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材であり、
上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を備え、
上記ガス供給手段が、上記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるために上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給する排気ガス浄化装置。 A purification means disposed in an exhaust passage of an automobile engine for reducing a predetermined component in the exhaust gas of the engine;
A combustion heater for heating the air supplied to the passenger compartment;
An exhaust gas purifying apparatus comprising a gas supply means for supplying a heater exhaust gas discharged from the combustion heater used for heating the air to a portion upstream of the purifying means in the exhaust passage ;
The engine is operated by a lean air-fuel mixture at a predetermined ratio or more than the stoichiometric air-fuel ratio in at least a part of the operation region,
The purification means is a NOx absorbent that absorbs NOx in the exhaust gas of the engine operated lean and releases the NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases,
Gas introduction means for introducing engine exhaust gas into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the catalyst in order to obtain oxygen for burning the fuel of the combustion heater;
An exhaust gas purification apparatus in which the gas supply means supplies heater exhaust gas generated by combustion with the engine exhaust gas to the NOx absorbent so as to release NOx from the NOx absorbent.

請求項９に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記ＮＯｘ吸収材よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒が設けられ、
上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入する排気ガス浄化装置。 In the exhaust gas purifying device according to claim 9 ,
An oxidation catalyst is provided in the exhaust passage upstream of the NOx absorbent,
The exhaust gas purification device, wherein the gas introduction means introduces engine exhaust gas into the combustion heater from the exhaust passage upstream of the oxidation catalyst.

請求項９に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記ガス供給手段が上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンが上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転される排気ガス浄化装置。 In the exhaust gas purifying device according to claim 9 ,
An exhaust gas purification apparatus in which the engine is operated by an air-fuel mixture having a smaller air-fuel ratio than lean when the gas supply means supplies heater exhaust gas generated by combustion with the engine exhaust gas to the NOx absorbent.