JP2858405B2 - アフタバーナ制御装置 - Google Patents

アフタバーナ制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関のコールドス
タート時に排出される未燃ＨＣ（ハイドロカーボン）を
低減するアフタバーナの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車の排ガス規制の強化によ
り、内燃機関（エンジン）のコールドスタート時の排ガ
スに多く含まれる未燃ＨＣが大きな問題となっている。
【０００３】コールドスタート時に大量のＨＣが排出さ
れる原因は、排ガス中のＨＣを浄化するために排気管に
取り付けられた触媒が低温時には機能しないためであ
り、このため、従来は、コールドスタート時に触媒を早
期に活性温度まで暖機して機能させるようにするため、
未燃ガスをヒータやグロープラク゛によって燃焼させ、
その燃焼ガス温によって触媒を暖機する方法や電気式ヒ
ーターで触媒そのものを暖機する方法が提案されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
ヒータやグロープラグを火種として未燃ガスを燃焼させ
る方法では、着火までに時間がかかり過ぎ、エンジンの
コールドスタート時のＨＣ低減という目的を十分に達成
することが出来ず、又電気式ヒータで直接触媒を暖機す
るには、大電力を要し、実質的でないという問題があっ
た。
【０００５】この発明は、上記従来の問題点を解決する
ために為されたものである。すなわち、本発明は、内燃
機関のコールドスタート時に、未燃ＨＣを瞬時に再燃焼
させると共に触媒を早期に暖機して活性化させ、十分な
ＨＣの低減を行うことのできるアフタバーナ制御装置を
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を達成するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、内燃機関の排気管に取り付けられた触
媒の前位置に設けられたアフタバーナスパークギャップ
と、このアフタバーナスパークギャップにおいて多重放
電を行うための高圧電流を発生させる手段であって、エ
ンジンの点火プラグ用高圧電流発生手段と共通の高圧電
流発生手段と、この高圧電流発生手段の作動の開閉を行
う開閉手段と、を備えていることを特徴としている。
【０００７】そして、開閉手段としては、触媒に取り付
けられてこの触媒が所定温度以下のとき高圧電流発生手
段の作動を開くための信号を出力し続ける触媒温度検出
手段、または、エンジン始動時から一定時間だけ高圧電
流発生手段の作動を開くための信号を出力し続けるタイ
マ手段が有る。
【０００８】また、共通化された高圧電流発生手段に開
閉手段を介してアフタバーナスパークギャップを接続す
ることも出来る。
【０００９】この場合、開閉手段として、エンジン始動
時から一定時間だけ、点火プラグ用高圧電流発生手段か
らアフタバーナスパークギャップに高圧電流を流す配電
器を用いることが出来る。
【００１０】
【作用】上記アフタバーナ制御装置は、エンジンのコー
ルド始動時において、触媒前に取り付けられたアフタバ
ーナスパークギャップにおいて、高圧電流発生手段で発
生された高圧電流によって多重放電を行い、未燃ＨＣを
瞬時に着火・燃焼させ、この燃焼ガス温によって触媒の
早期暖機を行う。これによってエンジンのコールドスタ
ート時にも触媒が早期に活性化され、未燃ＨＣの浄化を
十分に行うことが出来る。
【００１１】そして、この高圧電流発生手段によるアフ
タバーナスパークギャップでの多重放電は、エンジン始
動時から触媒が暖機されるまでの間、例えば触媒が所定
温度に達するまでまたはエンジン始動時から一定時間、
開閉手段によって継続され、その後停止される。また、
アフターバーナー制御装置の高圧電流発生手段がエンジ
ンの点火プラグ用高圧電流発生手段と共用されているこ
とにより、装置の小型化、低廉化が達成されている。
【００１２】
【実施例】以下、この発明を、図面に示す実施例に基づ
いてさらに詳細に説明する。
【００１３】図１は、本発明の一実施例を示すアフタバ
ーナのシステム構成図であって、アフターバーナー用高
圧コイル４とエンジンの点火プラグ用高圧コイル８とを
制御する高圧電流発生手段（アフターバーナ＆点火コン
トローラ５）が共通化されている。このシステムにおい
ては、１は排気管２に取り付けられた触媒であり、排気
管２には触媒１の上流位置にアフタバーナスパークギャ
ップ３が設けられている。そして、このアフタバーナス
パークギャップ３にはアフタバーナ用高圧コイル４が接
続され、このアフタバーナ用高圧コイル４はアフタバー
ナ＆点火コントローラ５に接続されている。
【００１４】なお、図１中、６はイグニッションスイッ
チ、７は内燃機関用点火プラグ、８は点火プラグ用コイ
ル、９は水素供給ノズル、１０は水素供給電磁弁、１１
は水素貯蔵タンク、１２は水素発生器、１３は水素発生
器制御回路であり、また、１４は触媒１に取り付けられ
てこの触媒１の検出温度をアフタバーナ＆点火コントロ
ーラ５に出力する触媒温度センサである。
【００１５】図２（Ａ）、２（Ｂ）は、アフタバーナ＆
点火コントローラ５の一実施例を示す回路図であって、
このうち図２（Ａ）は点火用制御回路、図２（Ｂ）はア
フタバーナ用制御回路である。そして、図２（Ａ）中、
２０Ａは点火コイル８の第１点火コイル、２０Ｂは第２
点火コイルであり、２１はＤＣ−ＤＣコンバータ、２２
は電流検出回路、２３はＣＰＵ、２４Ａは第１出力回
路、２４Ｂは第２出力回路であり、第１及び第２点火コ
イル２０Ａ、２０Ｂによって高圧電流を発生して点火プ
ラグ７によりスパークを行う。
【００１６】図２（Ｂ）において、アフタバーナ用コイ
ル４の出力側端子には、電界効果トランジスタＦＥＴ３
を有する出力回路３１と、この出力回路３１のオン・オ
フを行うための信号を出力する２入力のＮＡＮＤゲ−ト
３２が接続されている。
【００１７】そして、ＮＡＮＤゲ−ト３２の一方の入力
ピンとアフタバーナ用高圧コイル４の電源側端子との間
には、電流検出回路（例えばカーレントミラー回路）３
３、コンパレータ３４および単安定マルチ回路３５が接
続されており、またＮＡＮＤゲ−ト３２の他方の入力ピ
ンには、触媒温度センサ１４からの温度検出信号が入力
されるようになっている。
【００１８】次に、上記アフタバーナ制御装置の作動を
図に示すタイムチャートを参照しながら説明する。
【００１９】イグニッションスイッチ６がオンした状態
で単安定マルチ回路３５からＮＡＮＤゲ−ト３２の一方
の入力ピンへの出力信号ＶｄはＨ（ハィ）である（図３
−（ｇ））。
【００２０】この状態で、触媒１の温度が設定温度以下
の場合、触媒温度検出センサ１４からＮＡＮＤゲ−ト３
２の他方の入力ピンに入力される信号がＨ（図３−
（ｂ））となり、ＮＡＮＤゲ−ト３２の出力信号Ｖｅが
Ｌ（ロー）となり（図３−（ｈ）、出力回路３１がオン
（電圧ＶｆがＨ）する（図３−（ｉ））。これによっ
て、アフタバーナ用高圧コイル４に電流ｉ1が流れ、ア
フタバーナ用高圧コイル４の充電が開始される（図３−
（ｃ））。
【００２１】そして、この電源からアフタバーナ用コイ
ル４への電流値は電流検出回路３３によって検出され、
この電流検出回路３３から検出した電流値に対応する検
出信号Ｖａがコンパレータ３４の逆相入力端子に入力さ
れる（図３−（ｅ））。このコンパレータ３４の正相入
力端子には比較電圧レベル信号Ｖｂが入力されており、
電流検出回路３３からの検出信号Ｖａの値が比較電圧レ
ベル信号Ｖｂに達すると、コンパレータ３４から単安定
マルチ回路３５への出力信号Ｖｃが瞬間的にＬとなる
（図３−（ｆ））。
【００２２】従って、単安定マルチ回路３５からＮＡＮ
Ｄゲ−ト３２への出力信号ＶｄがＬ（図３−（ｇ））、
出力回路３１への出力信号ＶｅがＨ（図３−（ｈ））と
なって、出力回路３１がオフ（図３−（ｉ））して電流
ｉ1が遮断され（図３−（ｃ））、アフタバーナ用高圧
コイル４に二次電流ｉ2が発生し（図３−（ｄ））、ア
フタバーナスパークギャップ３において放電が行われ
る。
【００２３】そして、電流ｉ1の遮断により電流検出回
路３３からの検出信号Ｖａが比較電圧レベル信号Ｖｂの
値よりも下回るため、コンパレータ３４からの出力信号
ＶｃがＨ、単安定マルチ回路３５からの出力信号Ｖｄが
Ｈ、ＮＡＮＤゲ−ト３２からの出力信号ＶｅがＨとなっ
て、出力回路３１が再びオンするため、二次電流ｉ2が
止まった後、電流ｉ1が流れて同様の制御が繰り返され
る。
【００２４】このようにして、エンジンのコールド始動
時において、触媒１前に取り付けられたアフタバーナス
パークギャップ３において、多重放電による連続スパー
クを行うことにより、未燃ＨＣを瞬時に再燃焼させてＨ
Ｃ低減を行うとともに、この燃焼ガス温により触媒１を
早期に暖機し、活性化させることが出来る。
【００２５】そして、触媒１の温度が上昇して設定温度
まで達すると、触媒温度検出センサ１４からＮＡＮＤゲ
−ト３２への温度検出信号ＶｔがＬとなり、ＮＡＮＤゲ
−ト３２からの出力信号ＶｅがＬとなり、出力回路３１
がオフされて、それ以後、アフタバーナ用高圧コイル４
には電流ｉ1が流れなくなり、アフタバーナスパークギ
ャップ３での放電は行われなくなる。
【００２６】なお上記実施例において、触媒温度検出セ
ンサ１４の代りにタイマ回路１５を用いて、エンジン始
動後一定時間だけ（例えば１０〜２０秒間）、このタイ
マ回路１５からＮＡＮＤゲ−ト３２にＨの信号Ｖｔ’を
入力してアフタバーナスパークギャップ３での放電を行
うようにしても良い。
【００２７】図４は本発明の他の実施例におけるアフタ
バーナ用制御回路であって、この実施例は二個のアフタ
バーナ用高圧コイルにより交互に高圧２次電流を発生さ
せるものである。
【００２８】図４において、４Ａはアフタバーナ用高圧
コイル４の第１高圧コイル、４Ｂは第２高圧コイルであ
り、第１高圧コイル４Ａの出力端子には、第１出力回路
３１Ａとこの第１出力回路３１Ａのオン・オフを行うた
めの信号を出力する２入力の第１ＮＡＮＤゲ−ト３２Ａ
が接続されており、また第２高圧コイル４Ｂの出力端子
には、同様に、第２出力回路３１Ｂおよび第２ＮＡＮＤ
ゲ−ト３２Ｂが接続されている。 そして、第１ＮＡＮ
Ｄゲ−ト３２Ａおよび第２ＮＡＮＤゲ−ト３２Ｂの一方
の入力ピンと第１および第２高圧コイル４Ａ、４Ｂの電
源側の端子との間には、電流検出回路（例えばカーレン
トミラー回路）３３、コンパレータ３４、インバータ３
６およびフリップフロップ３７が接続されており、また
第１および第２ＮＡＮＤゲ−ト３２Ａ、３２Ｂの他方の
入力ピンには、触媒温度検出センサ１４が接続されてい
る。
【００２９】上記実施例によるアフタバーナ制御回路
は、イグニッションスイッチ６がオンすると、フリップ
フロップ３７から第１ＮＡＮＤゲ−ト３２Ａおよび第２
ＮＡＮＤゲ−ト３２Ｂの出力信号の一方がＨ、他方がＬ
となっている。そして、前記実施例の場合と同様、触媒
温度検出センサ１４から触媒の温度が設定温度まで上昇
するまでの間、第１および第２ＮＡＮＤゲ−ト３２Ａ、
３２ＢにＨの温度検出信号Ｖｔが入力されていると、例
えばフリップフロップ３７から第１ＮＡＮＤゲ−ト３２
Ａへの出力信号がＨの場合、第１出力回路３１Ａがオ
ン、第２出力回路３１Ｂがオフして第１高圧コイル４Ａ
に電流ｉ1が流れ、電流検出回路３３による電流検出に
よってコンパレータ３４から出力信号Ｖｃがインバータ
３６を介してフリップフロップ３７に入力されると、こ
のフリップフロップ３７から第１および第２ＮＡＮＤゲ
−ト３２Ａ、３２Ｂへの出力が逆転し、第１出力回路３
１Ａがオフ、第２出力回路３１Ｂがオンして、第１高圧
コイル４Ａへの電流ｉ1の流れが遮断され第２高圧コイ
ル４Ｂに電流ｉ1が流れる。
【００３０】以上のように第１出力回路３１Ａと第２出
力回路３１Ｂのオン・オフが交互に繰り返されることに
より、第１高圧コイル４Ａと第２高圧コイル４Ｂから交
互に２次電流ｉa、ｉbが発生され、従って、アフタバー
ナスパークギャップ３に供給される２次電流ｉ2は、図
５−（ｆ）に示すように、密度の濃い波形となる。
【００３１】なお、このアフタバーナ制御回路における
各信号の関係は、図５の波形図に示す通りである。ま
た、本実施例においても、前記実施例と同様、触媒温度
検出センサ１４の代りにタイマ回路１５を使用して、こ
のアフタバーナ制御回路の作動をエンジン始動時から一
定時間の間に限定するようにしても良い。
【００３２】図６は更に他の実施例を示すものであっ
て、図２（Ａ）において点火用制御回路にのみ接続して
いたＤＣ−ＤＣコンバータ２１をアフタバーナ用制御回
路と共用するようにアフタバーナ＆点火コントローラ
５’に接続したものであって、これによって、アフタバ
ーナ用高圧コイル４の充電時間を早めることが出来る。
【００３３】また図７および８は、点火用制御回路５”
の高圧コイル８を使用してアフタバーナスパークギャッ
プ３での放電を行う構成であって、アフターバーナ用高
圧コイル４と点火コイル８とを共通化したものである。
このシステムにおいては、イグニッションスイッチ４を
入れてから一定時間、点火コイル８の一方の分割コイル
８Ｂからの二次電流ｉ2を配電器４０を介してアフタバ
ーナスパークギャップ３側に供給し、図９の（ｌ）に示
すように連続したスパークを発生させ、一定時間（１０
〜２０秒間）が経過するとタイマ回路４１からの信号に
より配電器４０が切り替って、点火プラグ７側に二次電
流ｉ2を供給するものである。なお、この間、点火プラ
グ７は、図９の（ｋ）に示すように、点火コイル８の他
方の分割コイル８Ｂからの二次電流ｉ2によって断続的
にスパークが行われ、配電器４０が切り替わると、その
後は両方の分割コイル８Ａ、８Ｂからの二次電流ｉ2に
よって強力なスパークが行われる。
【００３４】
【発明の効果】 以上のように、本発明によれば、エンジ
ンのコールドスタート時において、排気管に取り付けら
れた触媒を早期に暖機して活性化させることが出来るの
で、このコールドスタート時の未燃ＨＣの浄化を十分に
行うことが出来る。
【００３５】また、高圧電流発生手段をエンジンの点火
プラグ用高圧電流発生手段と共用することにより、装置
の小型化、低廉化を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成図、
【図２（Ａ）】同実施例における点火用制御回路を示す
回路図、
【図２（Ｂ）】同実施例におけるアフタバーナ用制御回
路を示す回路図
【図３】同実施例における信号波形図、
【図４】本発明の他の実施例を示すアフタバーナ用制御
回路の回路図、
【図５】同実施例における信号波形図、
【図６】本発明のさらに他の実施例を示すブロック図、
【図７】本発明のさらに他の実施例を示すブロック図。
【図８】同実施例の回路図、
【図９】同実施例における信号波形図。
【符号の説明】
１・・・触媒 ２・・・排気管 ３・・・アフタバーナスパークギャップ ４・・・アフタバーナ用高圧コイル （高圧電流発生手
段） ５・・・アフタバーナ＆点火コントローラ （高圧電流
発生手段） ８・・・点火コイル （高圧電流発生手段） １４・・・触媒温度検出センサ （開閉手段） １５・・・タイマ回路 （開閉手段） ３１・・・出力回路 ３２・・・ＮＡＮＤゲ−ト ３３・・・電流出力回路 ３５・・・単安定マルチ回路 ４Ａ・・・第１高圧コイル ４Ｂ・・・第２高圧コイル ３１Ａ・・・第１出力回路 ３１Ｂ・・・第２出力回路 ３２Ａ・・・第１ＮＡＮＤゲ−ト ３２Ｂ・・・第２ＮＡＮＤゲ−ト ３７・・・フリップフロップ||gg ４０・・・配電器 （開閉手段） ４１・・・タイマ回路 （開閉手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 宗一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 審査官 高木 進 (56)参考文献 特開 昭59−515（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 3/20 F01N 3/24 F02P 15/10 301

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気管に取り付けられた触媒の
    前位置に設けられたアフタバーナスパークギャップと、前記 アフタバーナスパークギャップにおいて多重放電を
    行うための高圧電流を発生させる手段であって、エンジ
    ンの点火プラグ用高圧電流発生手段と共通の高圧電流発
    生手段と、前記 高圧電流発生手段の作動の開閉を行う開閉手段と、 を備えていることを特徴とするアフタバーナ制御装置。
  2. 【請求項２】前記高圧電流発生手段に開閉手段を介して
    アフタバーナスパークギャップが接続されている請求項
    １記載のアフタバーナ制御装置。
  3. 【請求項３】前記開閉手段が、触媒に取り付けられてこ
    の触媒が所定温度以下のとき前記高圧電流発生手段の作
    動を開くための信号を出力し続ける触媒温度検出手段で
    ある請求項１記載のアフタバーナ制御装置。
  4. 【請求項４】前記開閉手段が、エンジン始動時から一定
    時間だけ前記高圧電流発生手段の作動を開くための信号
    を出力し続けるタイマ手段である請求項１記載のアフタ
    バーナ制御装置。
  5. 【請求項５】前記開閉手段が、エンジン始動時から一定
    時間だけ、前記高圧電流発生手段からアフタバーナスパ
    ークギャップに高圧電流を流す配電器である請求項１記
    載のアフタバーナ制御装置。
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