JP2001107721A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気浄化用触媒の急速昇温を図る。 【解決手段】 排気浄化用触媒２よりも上流の排気管１
内に炭化ケイ素製のハニカム構造の蓄熱材４を設け、蓄
熱材４よりも上流の排気管１内にバーナ１０のノズル１
１とグロープラグ１２を設ける。エンジン始動時のクラ
ンキング前に、ノズル１１から燃料と空気の混合気を噴
射しグロープラグ１２で着火してバーナ１０を運転する
ことによって、バーナ１０の火炎Ｆを蓄熱材４に吹き付
けて該蓄熱材４を加熱し、火炎Ｆの熱を蓄熱材４に蓄熱
する。蓄熱材４に火炎Ｆの熱を蓄熱した後、バーナ１０
を停止し、直ちにクランキングを行いエンジンを始動す
る。エンジン始動時に排出される低温の排気ガスは蓄熱
材４を通過する際に、蓄熱材４の熱を奪って昇温せしめ
られる。昇温された排気ガスは触媒２を通過する際に触
媒２を昇温し、活性させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気ガスを触媒によって浄化する排気浄化装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガス中の有
害成分の大気への排出量を低減するための一手段とし
て、触媒の酸化作用あるいは還元作用を利用して有害成
分を浄化するシステムがある。

【０００３】一般に、この種の触媒は有害成分を浄化可
能な活性温度範囲を有しており、触媒の温度がこの活性
温度範囲から外れているときには排気ガス中の有害成分
を浄化することができない。

【０００４】しかしながら、内燃機関の始動時には排気
浄化用の触媒の温度が前記活性温度よりも低くなってい
る場合が多く、内燃機関の始動時に排気ガスが浄化され
ずに排出される虞れがある。そこで、内燃機関始動時に
いかに早く触媒を暖機して活性させるかが、排気浄化性
能を向上させる上で非常に重要である。

【０００５】排気浄化用触媒の早期暖機に関する技術の
一つとして、特開平７−５３０４７号公報に開示されて
いるように、触媒の上流にバーナを設け、このバーナを
内燃機関の始動と同時に着火し、バーナの火炎の熱で触
媒を加熱する方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒の
基材として多く用いられるコージェライトなどは熱伝導
性が悪く、そのため、従来のバーナで触媒を加熱するシ
ステムでは、バーナを着火すると触媒の上流側端面は直
ぐに加熱されるものの触媒の内部まで加熱するには長時
間を要するため、触媒全体の温度上昇、即ち触媒全体の
活性化には効率が悪かった。また、余り長時間、バーナ
による燃焼を続けると、バーナの火炎温度は１０００゜
Ｃを越える高温なため、触媒が熱劣化してしまうという
問題も生じる。

【０００７】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、バーナの火炎を直接触媒に当てずに、且つ、火
炎の熱を効率的に触媒の昇温に利用できるようにするこ
とにより、排気浄化の向上を図ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本出願に係る第１
の発明は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒と、該
触媒の温度を上昇させるべきときに作動するバーナとを
備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒の上
流に、前記バーナの火炎に晒されて火炎の熱を蓄熱する
前記触媒よりも耐熱性が高い蓄熱材が設けられているこ
とを特徴とする。

【０００９】この第１の発明に係る内燃機関の排気浄化
装置では、バーナを着火し燃焼すると、バーナの火炎が
蓄熱材を加熱し、火炎の熱が蓄熱材に蓄熱される。蓄熱
材はバーナの火炎に晒されるが、蓄熱材は触媒よりも耐
熱性が高いので熱劣化しにくい。また、蓄熱材は十分な
熱を蓄熱することができる熱容量を有する。バーナを燃
焼させている間、バーナの燃焼ガスが触媒に流れ込み触
媒を加熱する。また、この蓄熱材に蓄熱された熱は、内
燃機関の排気ガスがこの蓄熱材を通過するときに排気ガ
スに伝熱され、これにより暖められた排気ガスが触媒に
流入し、触媒を加熱する。その結果、触媒を急速に昇温
することができる。

【００１０】前記蓄熱材の素材としては炭化ケイ素を例
示することができる。また、蓄熱材は通気性を有する構
造のものが好ましく、例えばハニカム状に形成して通気
性を確保するようにしてもよい。前記バーナは点火プラ
グあるいはグロープラグなどからなる着火手段を備える
のが好ましい。

【００１１】前記第１の発明に係る内燃機関の排気浄化
装置においては、前記蓄熱材を前記バーナよりも下流側
あるいは上流側のいずれに設けることも可能である。蓄
熱材をバーナよりも下流側に設ける場合、蓄熱材をバー
ナよりも上流側に設ける場合、どちらの場合もバーナの
火炎が蓄熱材に向かって形成されるようにするのが好ま
しい。理由は、バーナの火炎の熱を蓄熱材に蓄熱するの
に効率がよく、また、バーナの火炎を触媒に直接晒さな
いようにするためである。

【００１２】前記第１の発明に係る内燃機関の排気浄化
装置において、前記蓄熱材をバーナよりも上流側に設
け、バーナの火炎を蓄熱材に向かって形成されるように
する場合には、前記触媒にその上流側端面で開口し下流
側に延びる凹部を設け、この凹部内を下流側から上流側
に向かって前記バーナの燃料と燃焼用空気が流れるよう
にし、バーナの火炎が触媒の上流側端面から前記蓄熱材
に向かって形成されるようにすることができる。この場
合、触媒の熱劣化を防止するために、バーナの火炎が触
媒の上流側端面に接触しないように触媒の上流側端面と
蓄熱材との間の寸法を設定するのが好ましい。

【００１３】また、前記第１の発明に係る内燃機関の排
気浄化装置において、前記蓄熱材をバーナよりも上流側
に設け、バーナの火炎を蓄熱材に向かって形成されるよ
うにする場合には、前記バーナの燃焼用空気の取入口を
前記蓄熱材よりも上流の排気通路に設けるのが好まし
い。このようにすると、万が一、バーナの着火時に未燃
燃料（未燃ＨＣ）が生じたとしても、この未燃燃料成分
は前記燃焼用空気の取入口から空気と共に吸引され、バ
ーナで再燃焼させることができる。

【００１４】本出願に係る第２の発明は、内燃機関の排
気通路に設けられた触媒と、該触媒の温度を上昇させる
べきときに作動するバーナとを備えた内燃機関の排気浄
化装置において、前記触媒にはその上流側端面で開口し
下流側に延びる凹部が設けられ、この凹部内を下流側か
ら上流側に向かって前記バーナの燃料と燃焼用空気が流
れ、バーナの火炎の少なくとも一部が前記凹部内に形成
されることを特徴とする。

【００１５】この第２の発明に係る内燃機関の排気浄化
装置では、触媒の前記凹部がバーナの燃焼室の少なくと
も一部となり、バーナを着火し燃焼すると、触媒の凹部
内に火炎が生じる。この火炎の熱が凹部の内周面から触
媒の外周部へと伝熱していって触媒を加熱する。また、
バーナでの燃焼により生じた高温の燃焼ガスが触媒の凹
部の開口から上流側に排出され、さらにこの触媒に流れ
込むので、この燃焼ガスも触媒を加熱する。その結果、
触媒を急速に昇温することができる。

【００１６】第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置
において、バーナの火炎の少なくとも一部が凹部内に形
成されるというのは、バーナの火炎が凹部内にのみ形成
される場合だけに限定されるのではなく、火炎の一部が
凹部の開口から触媒の上流側に吹き出す場合を含むこと
を意味する。

【００１７】第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置
において、バーナの燃料と燃焼用空気との空燃比を制御
することにより、触媒昇温のための熱量を制御すること
も可能である。

【００１８】前記第１の発明あるいは第２の発明に係る
内燃機関の排気浄化装置においては、前記触媒は排気浄
化用の触媒であるならばその種類は問わず、酸化触媒、
三元触媒、ＮＯx触媒などを例示することができる。

【００１９】前記第１の発明あるいは第２の発明に係る
内燃機関の排気浄化装置においては、前記バーナを内燃
機関の始動前に着火するのが好ましい。このようにする
と、内燃機関の始動前に触媒を暖機し活性状態にするこ
とができ、内燃機関の始動時における排気エミッション
を低減することができる。

【００２０】前記第１の発明あるいは第２の発明に係る
内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関の始動後
であって触媒の温度を上昇させる必要が生じた場合に、
触媒の温度が活性温度範囲内であれば、バーナの燃料供
給だけを行うことによって、該燃料を触媒で燃焼させ触
媒を昇温することができる。

【００２１】前記第１の発明あるいは第２の発明に係る
内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関の始動後
であって触媒の温度を上昇させる必要が生じた場合に、
触媒の温度が活性温度よりも低いときには、バーナに燃
料を供給するとともに着火して燃焼させることによっ
て、触媒を昇温することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の実施の形態を図１から図５の図面に基いて
説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、車両駆動
用の内燃機関の排気浄化装置に適用した例である。

【００２３】〔第１の実施の形態〕初めに、本発明に係
る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態を図１を
参照して説明する。

【００２４】エンジン（内燃機関）から排出される排気
ガスは排気管（排気通路）１を通り、図示しないマフラ
ーを介して大気に排出される。排気管１は、図１におい
て左側が上流側であってエンジンに接続されており、図
中右側が下流側であって前記マフラーに接続されてい
る。

【００２５】排気管１の途中には、内部に排気浄化用触
媒２を内蔵するケーシング３が設けられている。触媒２
は、例えば酸化触媒、三元触媒、ＮＯx触媒などから構
成されており、基材にはコージェライトあるいはメタル
が用いられている。

【００２６】ケーシング３の内部であって触媒２よりも
上流側には、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成された蓄熱材
４が設けられている。蓄熱材４はケーシング３を塞ぐよ
うに取り付けられており、排気ガスが流通できるように
ハニカム状をなしている。蓄熱材４は触媒２を昇温させ
る熱を蓄熱できるだけの十分な熱容量を有するように設
計されている。また、蓄熱材４の素材である炭化ケイ素
は、触媒２よりも耐熱性が高く、熱伝導性も高い。

【００２７】蓄熱材４より上流側のケーシング３内に
は、蓄熱材４から所定寸法離れた部位にバーナ１０のノ
ズル１１がその噴射口を蓄熱材４に臨ませて設置されて
いる。ノズル１１には、燃料タンク２０内の燃料がポン
プ２１、制御弁２２、燃料供給管２３を介して供給され
るとともに、排気管１の外部から取り込まれた燃焼用空
気がコンプレッサ３０、制御弁３１、空気供給管３２を
介して供給される。ノズル１１に供給された燃料及び空
気はノズル１１内で混合され、前記噴射口から蓄熱材４
に向けて噴射される。

【００２８】また、ノズル１１よりも下流側のケーシン
グ３内には、バーナ１０のグロープラグ１２が設けられ
ている。ポンプ２１、コンプレッサ３０の運転及び停
止、制御弁２２，３１の開閉、グロープラグ１２への通
電及び切電は、図示しないコンピュータによって制御さ
れる。

【００２９】この内燃機関の排気浄化装置においては、
エンジン始動時のクランキング前にバーナ１０を着火し
燃焼させる。詳述すると、エンジンのクランキング前
に、ポンプ２１とコンプレッサ３０を運転するとともに
制御弁２２，３１を開き、燃料と空気の混合気をノズル
１１から噴射し、同時にバーナ１０のグロープラグ１２
に通電する。すると、ノズル１１から噴射された混合気
がグロープラグ１２によって着火され、燃焼する。

【００３０】このようにして燃焼を開始したバーナ１０
の火炎Ｆは蓄熱材４に吹き当てられ、蓄熱材４を急速に
加熱する。蓄熱材４は熱容量が大きく且つ熱伝導性が極
めて高いので、短時間のうちに、大量の熱量を蓄熱材４
内に比較的に均一に蓄えることができる。蓄熱材４は耐
熱性に優れているので、バーナ１０の火炎を直接受けて
も殆ど熱劣化することがない。一方、バーナ１０の火炎
Ｆは触媒２に直接触れないので、触媒２が熱劣化するこ
ともない。また、バーナ１０における燃焼によって生じ
た高温の燃焼ガスが蓄熱材４を通過して触媒２にも到達
するので、この燃焼ガスの熱によって触媒２が予熱され
る。

【００３１】バーナ１０による燃焼を所定時間行ったな
らば、ポンプ２１及びコンプレッサ３０を停止するとと
もに制御弁２２，３１を閉じてバーナ１０の燃焼を停止
する。その後、すぐにスタータスイッチをＯＮにしてエ
ンジンをクランキングし始動する。

【００３２】エンジンの始動直後は、エンジンから排出
される排気ガスの温度は低く、また、触媒２の温度も活
性温度以下であることが想定される。しかしながら、こ
の内燃機関の排気浄化装置においては、エンジンの始動
前に触媒２の上流側に設けた高熱容量の蓄熱材４を加熱
しているので、エンジンの始動直後に排出される排気ガ
スは蓄熱材４を通過するときに蓄熱材４から熱を奪って
昇温し、その加熱された排気ガスが触媒２を通過するこ
ととなるので、今度は触媒２が排気ガスの熱を奪って昇
温する。その結果、触媒２が活性温度まで急速に加熱さ
れて、急速暖機されることになる。しかも、排気ガスは
触媒２の上流端から下流端へ流れるので、触媒２をその
全長に亙ってほぼ均等に暖機することができる。

【００３３】このようにエンジン始動時に触媒２を急速
暖機し活性させることができるので、エンジン始動時の
触媒２の排気浄化性能が向上し、エンジン始動時の排気
エミッションを低減することができる。

【００３４】尚、エンジン始動後の暖機中についても触
媒２を急速に昇温する必要があるので、バーナ１０によ
る燃焼を続行して火炎Ｆを蓄熱材４に吹き付け、触媒１
２の昇温をさらに早めるようにすることも可能である。

【００３５】また、バーナ１０の着火とエンジンの始動
をコンピュータで自動制御するようにしてもよい。例え
ば、イグニッションスイッチをＯＮにすると、コンピュ
ータがポンプ２１及びコンプレッサ３０を自動起動する
とともに、制御弁２２，３１を自動開弁し、グロープラ
グ１２に通電してバーナ１０を着火し、バーナ１０によ
る燃焼が予め設定した所定時間実行されると、バーナ１
０の燃焼を停止するとともにスタータスイッチを自動的
にＯＮしてクランキングを行い、エンジンを自動始動す
るように制御する等が考えられる。

【００３６】バーナ１０の運転方法は、エンジン始動前
にバーナ１０を作動させる運転に限られるものではな
い。例えば、エンジン始動後において、エンジンを長時
間アイドル運転させたときなどのように排気ガス量が少
ないため、触媒２の温度が活性温度範囲には入っている
ものの触媒２の温度が低下し触媒２を加熱する必要が生
じた場合には、ポンプ２１を運転し制御弁２２を開いて
燃料だけをノズル１１から噴射させ、噴射した燃料を触
媒２において燃焼させることにより触媒２を加熱する運
転も実施可能である。この場合、エンジンをリーン空燃
比で運転しているときには、触媒２で燃料を燃焼させる
のに十分な酸素が排気ガス中に含まれているので、この
時にはコンプレッサ３０を停止させ、一方、エンジンを
リッチ空燃比で運転しているときには、排気ガス中の酸
素だけでは触媒２で燃料を燃焼させるのに酸素が不足す
るので、この時にはコンプレッサ３０を運転するのが好
ましい。

【００３７】さらに、エンジン始動後において、例え
ば、触媒２の温度が活性温度よりも低いために触媒２を
急速に加熱する必要が生じた場合に、前述のようにノズ
ル１１から燃料を噴射するとともにグロープラグ１２に
通電して火炎を発生させて排気ガスを加熱し、触媒２を
加熱する運転も実施可能である。その際には、必要に応
じて、コンプレッサ３０を運転するとともに制御弁３１
を開いてノズル１１から燃料と空気の混合気を噴射する
ことも可能である。また、これらバーナ１０の運転方法
を組み合わせることも可能である。

【００３８】〔第２の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図２を参
照して説明する。尚、前述した第１の実施の形態と同一
態様部分には図中同一符号を付して説明を省略し、第１
の実施の形態との相違点についてだけ以下に説明する。

【００３９】第２の実施の形態における内燃機関の排気
浄化装置が第１の実施の形態のものと大きく相違する点
は、第１の実施の形態ではバーナ１０の火炎Ｆを蓄熱材
４よりも上流側から該蓄熱材４に吹き当てているが、こ
の第２の実施の形態ではバーナ１０の火炎Ｆを蓄熱材４
の下流側から該蓄熱材４に吹き当てているところにあ
る。

【００４０】詳述すると、触媒２の中央にはその上流側
端面から下流側端面を貫く貫通孔が設けられており、こ
の貫通孔に有底筒状の筒体５がその底部を触媒２の下流
側端面に位置させて固定されている。筒体５は触媒２の
上流側端面において開口し、筒体５内は下流側に延びる
凹部５ａを形成する。

【００４１】筒体５内の下流側端部には、燃料噴射用の
燃料ノズル１３と空気噴射用の空気ノズル１４が設けら
れており、燃料ノズル１３には、筒体５の底部を貫いて
凹部５ａに挿入された燃料供給管２３が接続され、空気
ノズル１４には、筒体５の底部を貫いて凹部５ａに挿入
された空気供給管３２が接続されている。

【００４２】燃料タンク２０内の燃料はポンプ２１によ
ってポンプアップされて、燃料ノズル１３から筒体５の
上流側開口へ向けて凹部５ａ内に噴射され、コンプレッ
サ３０によって加圧された空気が空気ノズル１４から筒
体５の上流側開口へ向けて凹部５ａ内に噴射され、凹部
５ａ内において燃料と空気が混合される。この混合気は
筒体５の上流側開口から蓄熱材４に向けて噴射される。

【００４３】この混合気を着火するためのグロープラグ
１２が、ケーシング３内において蓄熱材４と触媒２の間
の空間に設置されている。燃料と空気の混合気を筒体５
の上流側開口から噴射しつつグロープラグ１２に通電す
ることにより、混合気が着火されて燃焼し、その火炎Ｆ
が蓄熱材４に吹き当たる。筒体５の開口端には、火炎Ｆ
が筒体５内に逆火するのを防止するための消炎体５ｂが
設けられている。

【００４４】この第２の実施の形態の排気浄化装置で
は、筒体５、燃料ノズル１３、空気ノズル１４、グロー
プラグ１２によってバーナ１０が構成される。この第２
の実施の形態の排気浄化装置においても、エンジン始動
時のクランキング前にバーナ１０を着火し燃焼させるこ
とにより、エンジン始動時に触媒２の急速暖機を行うこ
とができる。

【００４５】即ち、エンジンのクランキング前に、ポン
プ２１とコンプレッサ３０を運転するとともに制御弁２
２，３１を開き、燃料ノズル１３から燃料を噴射すると
ともに空気ノズル１４から空気を噴射し、これと同時
に、グロープラグ１２に通電する。すると、筒体５内で
燃料と空気が混合され、その混合気が筒体５から蓄熱材
４に向けて噴射され、さらにグロープラグ１２によって
着火されて、燃焼する。

【００４６】バーナ１０の火炎Ｆは蓄熱材４に吹き当て
られ、蓄熱材４を急速に加熱する。また、蓄熱材４に向
かって吹き当てられた火炎Ｆは、触媒２に向かって戻っ
てくることはなく、バーナ１０の火炎Ｆが触媒２に直接
触れることはない。換言すれば、バーナ１０の火炎Ｆが
触媒２に直接接触しないように、触媒２と蓄熱材４との
離間寸法が設定されている。したがって、この第２の実
施の形態においても、触媒２が熱劣化することはない。

【００４７】そして、バーナ１０を燃焼させている間、
バーナ１０における燃焼によって生じた高温の燃焼ガス
は触媒２を通って下流へと流れるため、この燃焼ガスの
熱によって触媒２が予熱される。

【００４８】バーナ１０の火炎Ｆによる蓄熱材４の加熱
により蓄熱材４に所定の熱量が蓄えられた時点で、エン
ジンをクランキングし始動すると、第１の実施の形態の
場合と同様に、エンジンの始動直後に排出される排気ガ
スは蓄熱材４を通過するときに蓄熱材４から熱を奪って
昇温し、その加熱された排気ガスが触媒２を通過すると
きに、触媒２は排気ガスの熱を奪って昇温する。その結
果、触媒２が活性温度まで急速に加熱されて急速暖機さ
れるので、エンジン始動時の触媒２の排気浄化性能が向
上し、エンジン始動時の排気エミッションを低減するこ
とができる。

【００４９】尚、この第２の実施の形態においても、第
１の実施の形態の場合と同様に、バーナ１０の着火とエ
ンジンの始動をコンピュータで自動制御したり、エンジ
ン始動後に触媒２を昇温させる必要が生じたときにバー
ナ１０を運転して触媒２を昇温することが可能である。

【００５０】〔第３の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態を図３を参
照して説明する。第３の実施の形態は前述した第２の実
施の形態の変形例であり、第２の実施の形態と同一態様
部分には図中同一符号を付して説明を省略し、第２の実
施の形態との相違点についてだけ以下に説明する。

【００５１】第３の実施の形態における内燃機関の排気
浄化装置が第２の実施の形態のものと大きく相違する点
は、バーナ１０の燃焼用空気の取入位置にある。第２の
実施の形態では、バーナ１０の燃焼用空気は排気管１の
外部から取り入れられコンプレッサＣにより加圧されて
空気ノズル１４から噴射されているが、この第３の実施
の形態では、バーナ１０の燃焼用空気の取入口３３が排
気管１の内部であって蓄熱材４の上流側に設けられてお
り、しかも、その取入口３３は下流側に向かって開口し
ている。

【００５２】このように取入口３３を設けておくと、バ
ーナ１０の燃焼用空気は排気管１内から取り入れられる
こととなり、バーナ１０の着火時に未燃ＨＣ（未燃燃
料）成分が排出されたとしても、この未燃ＨＣ成分は取
入口３３からコンプレッサ３０により吸引されて再び燃
焼用空気とともに空気ノズル１４から筒体５内に噴射さ
れるので、未燃ＨＣ成分をバーナ１０において再燃焼さ
せることができる。その結果、バーナ１０での燃焼に起
因する未燃ＨＣ成分の車外放出量を極めて少なくするこ
とができる。

【００５３】〔第４の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置の第４の実施の形態を図４を参
照して説明する。

【００５４】エンジン（内燃機関）から排出される排気
ガスは排気管（排気通路）１を通り、図示しないマフラ
ーを介して大気に排出される。排気管１は、図１におい
て左側が上流側であってエンジンに接続されており、図
中右側が下流側であって前記マフラーに接続されてい
る。

【００５５】排気管１の途中には、内部に排気浄化用触
媒２を内蔵するケーシング３が設けられている。触媒２
は、例えば酸化触媒、三元触媒、ＮＯx触媒などから構
成されており、基材にはコージェライトあるいはメタル
が用いられている。

【００５６】触媒２の中央にはその上流側端面から下流
側端面を貫く貫通孔が設けられており、この貫通孔に有
底筒状の筒体５がその底部を触媒２の下流側端面に位置
させて固定されている。筒体５は触媒２の上流側端面に
おいて開口し、筒体５内は下流側に延びる凹部５ａを形
成する。筒体５は耐熱性が高く且つ比較的に熱伝導性の
高い金属で形成されており、火炎を透過させないように
構成されている。尚、筒体５を炭化ケイ素（ＳｉＣ）で
形成することも可能である。

【００５７】筒体５内の下流側端部には、燃料噴射用の
燃料ノズル１３と空気噴射用の空気ノズル１４が設けら
れており、燃料ノズル１３には燃料タンク２０内の燃料
がポンプ２１、制御弁２２、燃料供給管２３を介して供
給され、空気ノズル１４には排気管１の外部から取り込
まれた燃焼用空気がコンプレッサ３０、制御弁３１、空
気供給管３２を介して供給される。尚、燃料供給管２３
と空気供給管３２は筒体５の底部を貫いて凹部５ａに挿
入されている。

【００５８】ポンプ２１によってポンプアップされた燃
料は燃料ノズル１３から筒体５の上流側開口５ｃへ向け
て凹部５ａ内に噴射され、コンプレッサ３０によって加
圧された燃焼用空気は空気ノズル１４から筒体５の上流
側開口５ｃへ向けて凹部５ａ内に噴射され、凹部５ａ内
において燃料と空気は混合されながら筒体５内をその上
流側開口５ｃへ向かって流れる。

【００５９】また、筒体５内の下流側端部には、凹部５
ａ内で混合され形成された燃料と空気の混合気を着火す
るためのグロープラグ１２が設けられている。燃料ノズ
ル１３から燃料を噴射するとともに空気ノズル１４から
燃焼用空気を噴射しつつグロープラグ１２に通電する
と、筒体５内で形成された混合気が着火されて燃焼し、
その火炎Ｆが筒体５内で形成され、火炎Ｆの一部は筒体
５の上流側開口５ｃからさらに上流に向かって吹き出
す。

【００６０】この第４の実施の形態の排気浄化装置で
は、筒体５、燃料ノズル１３、空気ノズル１４、グロー
プラグ１２によってバーナ１０が構成され、筒体５内の
凹部５ａはバーナ１０の燃焼室の一部を構成する。

【００６１】尚、ポンプ２１、コンプレッサ３０の運転
及び停止、制御弁２２，３１の開閉、グロープラグ１２
への通電及び切電は、図示しないコンピュータによって
制御される。

【００６２】この内燃機関の排気浄化装置においては、
エンジン始動時のクランキング前にバーナ１０を着火し
燃焼させる。詳述すると、エンジンのクランキング前
に、ポンプ２１とコンプレッサ３０を運転するとともに
制御弁２２，３１を開き、燃料ノズル１３から燃料を噴
射するとともに空気ノズル１４から燃焼用空気を噴射
し、これと同時に、グロープラグ１２に通電する。する
と、筒体５内で燃料と空気が混合され、その混合気が凹
部５ａにおいてグロープラグ１２によって着火され、燃
焼する。その結果、凹部５ａにおいてバーナ１０の火炎
Ｆが形成され、火炎Ｆの一部が筒体５の上流側開口５ｃ
からさらに上流へ向けて吹き出される。この火炎Ｆの熱
は筒体５に伝熱し、筒体５はその全体に亙ってほぼ均一
に加熱される。さらに筒体５の熱は触媒２に伝熱して、
触媒２の外周面へ向かって伝熱する。その結果、触媒２
の全体がほぼ均一に加熱される。また、バーナ１０にお
ける燃焼によって生じた高温の燃焼ガスは触媒２の上流
側端面に回り込んで該触媒２内を下流側端面へと流れる
ので、この燃焼ガスの熱によっても触媒２が加熱され
る。

【００６３】尚、この第４の実施の形態においてバーナ
１０を着火する際には、着火直後の燃焼用空気の供給量
を少なくして火種を形成し易くし、火種が形成された後
に燃焼用空気の供給量を増やしていって火炎Ｆを成長さ
せるように、空気供給量を制御するのが好ましい。

【００６４】また、この第４の実施の形態においては、
制御弁２２，３１の開度制御などにより燃料供給量と空
気供給量を制御することにより、バーナ１０の筒体５内
の凹部５ａにおける空燃比を制御し、これにより凹部５
ａ内の温度を、触媒２の深部まで所望の温度に昇温させ
るために必要な温度に制御することも可能である。

【００６５】尚、バーナ１０の火炎Ｆの一部が触媒２の
上流側に吹き出されるが、この火炎Ｆが触媒２の上流側
端面に戻ってくるようなことはなく、したがって、火炎
Ｆが触媒２に直接触れることはないので、触媒２が熱劣
化することはない。

【００６６】このバーナ１０の燃焼によって、触媒２を
急速に加熱することができ、触媒２を活性温度まで急速
暖機することができる。バーナ１０による燃焼を所定時
間行うことによって触媒２を活性温度まで昇温させたな
らば、ポンプ２１及びコンプレッサ３０を停止するとと
もに制御弁２２，３１を閉じてバーナ１０の燃焼を停止
する。その後、すぐにスタータスイッチをＯＮにしてエ
ンジンをクランキングし始動する。

【００６７】エンジンの始動直後は、エンジンから排出
される排気ガスの温度は低いと想定されるが、この内燃
機関の排気浄化装置においては、エンジンの始動前に触
媒２を加熱し活性温度まで昇温させているので、エンジ
ン始動時の触媒２の排気浄化性能が向上し、エンジン始
動時の排気エミッションを低減することができる。

【００６８】尚、エンジン始動後の暖機中についても触
媒２を急速に昇温する必要があるので、バーナ１０によ
る燃焼を続行して触媒１２の昇温をさらに早めるように
することも可能である。

【００６９】この第４の実施の形態においても、第１の
実施の形態の場合と同様に、バーナ１０の着火とエンジ
ンの始動をコンピュータで自動制御することが可能であ
る。

【００７０】また、バーナ１０の運転方法は、エンジン
始動前にバーナ１０を作動させる運転に限られるもので
はない。例えば、エンジン始動後において、エンジンを
長時間アイドル運転させたときなどのように排気ガス量
が少ないため、触媒２の温度が活性温度範囲には入って
いるものの触媒２の温度が低下し触媒２を加熱する必要
が生じた場合には、ポンプ２１を運転し制御弁２２だけ
を開いて燃料を燃料ノズル１３から噴射して排気ガスと
共に触媒２に導入し、この燃料を触媒２において燃焼さ
せることにより触媒２を加熱する運転も実施可能であ
る。この場合、エンジンをリーン空燃比で運転している
ときには、触媒２で燃料を燃焼させるのに十分な酸素が
排気ガス中に含まれているので、この時にはコンプレッ
サ３０を停止させ、一方、エンジンをリッチ空燃比で運
転しているときには、排気ガス中の酸素だけでは触媒２
で燃料を燃焼させるのに酸素が不足するので、この時に
はコンプレッサ３０を運転するのが好ましい。

【００７１】一方、エンジン始動後において、触媒２の
温度が活性温度よりも低いために触媒２を急速に加熱す
る必要が生じた場合には、燃料ノズル１３から燃料を噴
射するとともに空気ノズル１４から燃焼用空気を噴射
し、そしてグロープラグ１２に通電することにより混合
気を着火し燃焼させて火炎Ｆを発生させ、触媒２を加熱
する運転も実施可能である。また、これらバーナ１０の
運転方法を組み合わせることも可能である。

【００７２】〔第５の実施の形態〕次に、本発明に係る
内燃機関の排気浄化装置の第５の実施の形態を図５を参
照して説明する。

【００７３】第５の実施の形態は前述した第４の実施の
形態の変形例であり、第４の実施の形態との相違点はグ
ロープラグ１２の設置位置にある。第４の実施の形態で
は、グロープラグ１２を筒体５内の凹部５ａにおける下
流側端部に設けているが、この第５の実施の形態では、
ケーシング３内において筒体５の上流側開口５ｃよりも
上流側にグロープラグ１２が設けられている。

【００７４】この場合、燃料ノズル１３から燃料を噴射
するとともに空気ノズル１４から燃焼用空気を噴射し、
これと同時にグロープラグ１２に通電すると、筒体５内
で燃料と空気が混合され、この混合気が筒体５内を上流
方向へ向かって流れ、筒体５の上流側開口５ｃからさら
に上流へ向けて吹き出される。そして、混合気は上流側
開口５ｃから吹き出されるときにグロープラグ１２によ
って着火され、燃焼し、その火炎Ｆが筒体５内にも形成
されることとなって、触媒２を加熱する。

【００７５】その他の構成及び作用については前述した
第４の実施の形態と同一であるので、同一態様部分に図
中同一符号を付して説明を省略する。尚、第４の実施の
形態あるいは第５の実施の形態において、バーナ１０の
燃焼用空気の取入口を、排気管１内において火炎Ｆより
も上流側に位置するように配置することも可能である。
このようにすると、前述した第３の実施の形態の場合と
同様に、バーナ１０の着火時に発生する虞れのある未燃
ＨＣ成分を燃焼用空気と共に吸引してバーナ１０で再燃
焼させることができ、バーナ１０での燃焼に起因する未
燃ＨＣ成分の車外放出量を極めて少なくすることができ
る。

【００７６】

【発明の効果】本出願の第１の発明によれば、内燃機関
の排気通路に設けられた触媒と、該触媒の温度を上昇さ
せるべきときに作動するバーナとを備えた内燃機関の排
気浄化装置において、前記触媒の上流に、前記バーナの
火炎に晒されて火炎の熱を蓄熱する前記触媒よりも耐熱
性が高い蓄熱材が設けられていることにより、バーナで
の燃焼による熱を一旦蓄熱材に蓄熱した後、その蓄熱材
に蓄熱された熱で触媒を加熱することができるので、触
媒を熱劣化させることなく、触媒を効率的に且つ急速に
昇温することができるという優れた効果が奏される。

【００７７】また、前記蓄熱材を前記バーナよりも上流
に設け、バーナの火炎が蓄熱材に向かって形成されるよ
うにし、前記バーナの燃焼用空気の取入口を前記蓄熱材
よりも上流の排気通路に設けた場合には、バーナ着火時
に発生する虞れのある未燃ＨＣ成分をバーナで再燃焼さ
せることができるので、バーナでの燃焼に起因する未燃
ＨＣ成分の車外放出量を極めて少なくすることができ
る。

【００７８】本出願の第２の発明によれば、内燃機関の
排気通路に設けられた触媒と、該触媒の温度を上昇させ
るべきときに作動するバーナとを備えた内燃機関の排気
浄化装置において、前記触媒にはその上流側端面で開口
し下流側に延びる凹部が設けられ、この凹部内を下流側
から上流側に向かって前記バーナの燃料と燃焼用空気が
流れ、バーナの火炎の少なくとも一部が前記凹部内に形
成されることにより、バーナでの燃焼による熱を触媒の
内側から伝熱させて該触媒を加熱することができるの
で、触媒を熱劣化させることなく、触媒を効率的に且つ
急速に昇温することができるという優れた効果が奏され
る。

【００７９】また、本出願に係る第１の発明あるいは第
２の発明において、前記バーナを内燃機関の始動前に着
火した場合には、触媒をエンジン始動前に暖機し活性さ
せることができるので、エンジン始動時の排気エミッシ
ョンを低減することができるという優れた効果が奏され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本出願に係る内燃機関の排気浄化装置の第１
の実施の形態における概略構成を示す図である。

【図２】 本出願に係る内燃機関の排気浄化装置の第２
の実施の形態における概略構成を示す図である。

【図３】 本出願に係る内燃機関の排気浄化装置の第３
の実施の形態における概略構成を示す図である。

【図４】 本出願に係る内燃機関の排気浄化装置の第４
の実施の形態における概略構成を示す図である。

【図５】 本出願に係る内燃機関の排気浄化装置の第５
の実施の形態における概略構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 排気管（排気通路） ２ 触媒 ３ ケーシング ４ 蓄熱材 ５ 筒体 ５ａ 凹部 ５ｂ 消炎体 ５ｃ 上流側開口 ２１ ポンプ ３０ コンプレッサ １０ バーナ １１ ノズル １２ グロープラグ １３ 燃料ノズル １４ 空気ノズル ３３ 燃焼用空気の取入口 Ｆ 火炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AB02 AB03 AB04 BA03 BA07 BA14 BA15 BA19 BA32 CA02 CA10 CB08 DB10 EA18 EA26 EA30 FA02 FA04 FA06 FC04 FC05 FC07 GA06 GB01X GB10X GB17X HA39

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けられた触媒
   と、該触媒の温度を上昇させるべきときに作動するバー
   ナとを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記触
   媒の上流に、前記バーナの火炎に晒されて火炎の熱を蓄
   熱する前記触媒よりも耐熱性が高い蓄熱材が設けられて
   いることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 前記蓄熱材が前記バーナよりも下流に設
   けられ、バーナの火炎が蓄熱材に向かって形成されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
3. 【請求項３】 前記蓄熱材が前記バーナよりも上流に設
   けられ、バーナの火炎が蓄熱材に向かって形成されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
4. 【請求項４】 前記触媒にはその上流側端面で開口し下
   流側に延びる凹部が設けられ、この凹部内を下流側から
   上流側に向かって前記バーナの燃料と燃焼用空気が流
   れ、バーナの火炎が触媒の上流側端面から前記蓄熱材に
   向かって形成されることを特徴とする請求項３に記載の
   内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 前記バーナの燃焼用空気の取入口は前記
   蓄熱材よりも上流の排気通路に設けられていることを特
   徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の排気浄化
   装置。
6. 【請求項６】 内燃機関の排気通路に設けられた触媒
   と、該触媒の温度を上昇させるべきときに作動するバー
   ナとを備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記触
   媒にはその上流側端面で開口し下流側に延びる凹部が設
   けられ、この凹部内を下流側から上流側に向かって前記
   バーナの燃料と燃焼用空気が流れ、バーナの火炎の少な
   くとも一部が前記凹部内に形成されることを特徴とする
   内燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 前記バーナが内燃機関の始動前に着火さ
   れることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載
   の内燃機関の排気浄化装置。