JP2874480B2 - 内燃機関の触媒暖機装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気系に設けられた触
媒コンバータの早期暖機を実現するための内燃機関の触
媒暖機装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、内燃機関の排気系に設けられ
る触媒コンバータは、排気ガスにより触媒温度が高めら
れ、それが活性化した時点で、排気ガス中の有害成分を
充分に浄化するものである。それにより、機関始動時か
ら排気ガスにより触媒温度が高められるまでの間におい
て、排気ガス中の有害成分は充分に浄化されずに大気中
に放出され、大気汚染の一因となるために、この時にお
ける触媒コンバータの早期暖機が必要とされている。

【０００３】触媒活性化以前において、機関排気系の触
媒コンバータ上流に二次空気を供給し、この空気と共に
排気ガス中の未燃燃料を点火栓により点火して燃焼さ
せ、その熱によって触媒コンバータを早期に暖機するこ
とを意図する触媒暖機装置が公知であるが、この未燃燃
料はわずかであるために、確実に燃焼させることは困難
である。特願平３−８５４３０号には、前述の触媒コン
バータ上流における燃焼を確実なものとするために、さ
らに、可燃物である水素を供給する触媒暖機装置が提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
て、排気系に設けられた点火栓は、常時排気ガスにさら
されているために、点火栓には排気ガス中に含まれるカ
ーボン等が徐々に付着する。この付着量の増大に伴い点
火栓の点火性能が低下するために、ついには、排気系に
二次空気及び水素が供給されても、それらを燃焼させる
ことができなくなって、始動時おける触媒コンバータ早
期暖機が不可能となる。

【０００５】従って、本発明の目的は、排気系に設けら
れた点火栓の点火性能を良好に維持し、触媒コンバータ
の確実な早期暖機を可能とする内燃機関の触媒暖機装置
を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による第一の内燃
機関の触媒暖機装置は、内燃機関の排気系に設けられた
触媒コンバータと、前記排気系の前記触媒コンバータ上
流に設けられた点火手段と、前記点火手段近傍に可燃物
を供給するための可燃物供給手段と、前記触媒コンバー
タの触媒温度が所定値以下の時に、前記両手段を作動さ
せる第１制御手段と、前記内燃機関の運転中における前
記両手段の非作動時間が所定時間以上となる時に、前記
両手段を作動させる第２制御手段、とを具備することを
特徴とする。

【０００７】また、本発明による第二の内燃機関の触媒
暖機装置は、前述の第一の内燃機関の触媒暖機装置にお
いて、前記非作動時間における混合気の空燃比が、リッ
チである程、前記所定時間を短くすることを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】前述の第一の内燃機関の触媒暖機装置によれ
ば、触媒コンバータの触媒温度が所定値以下の時に、第
１制御手段により可燃物供給手段が可燃物を排気系の触
媒コンバータ上流に設けられた点火栓近傍に供給し、そ
れと同時に、点火手段が点火を実行し、排気系の触媒コ
ンバータ上流における可燃物の確実な燃焼が保証され、
触媒コンバータの早期暖機が実現される。また、内燃機
関の運転中における前記両手段の非作動時間が所定時間
以上となる時に、第２制御手段により前記両手段が作動
されるために、この間において点火手段に付着するカー
ボン等は、可燃物と共に燃焼して点火手段の浄化が実行
され、常に点火手段の点火性能を良好に維持することが
できる。

【０００９】前述の第二の内燃機関の触媒暖機装置によ
れば、前述の非作動時間における混合気の空燃比がリッ
チである程、前述の所定時間が短くされ、頻繁に第２制
御手段による排気系での燃焼が実行されるために、空燃
比がリッチである程、点火手段に多く付着するカーボン
等に対して、確実な燃焼浄化を実現することができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明による触媒暖機装置が設けら
れた内燃機関の概略図である。同図において、１はエン
ジン、２は排気通路、３は吸気通路である。排気通路２
には、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒コン
バータ４が配置され、その上流には点火プラグ５が設置
されている。水の電気分解等により可燃物である水素を
発生させるための水素発生装置６が設けられ、この水素
発生装置６と排気通路２の点火プラグ５近傍とが、電磁
弁７を有する水素供給通路８によって接続されている。

【００１１】また、排気通路２における水素供給通路８
接続部の上流には、電動ポンプ等の空気供給装置９が接
続され、その上流には、排気ガス中の酸素濃度を検出す
るための酸素センサ１０が設置されている。点火プラグ
５の点火、電磁弁７の開閉、及び空気供給装置９の駆動
を制御する制御装置１１が設けられ、この制御装置１１
には、触媒コンバータ４の触媒温度を検出する触媒温度
センサ１２、及びスタータスイッチ（図示せず）等が電
気的に接続されている。

【００１２】制御装置１１による前述の制御は、図２に
示す第１フローチャートに従って行われる。このフロー
チャートは、スタータスイッチの入と共に実行され、エ
ンジン１の停止と共に中止されるものであり、この時、
後述されるフラグＦ及び時間ｔｉｈ，ｔｏｈ，ｔｒｉｃ
ｈは０にリセットされ、また電磁弁７は閉弁され、空気
供給装置９は停止される。まずステップ１０１におい
て、スタータスイッチが入状態であるかどうかが判断さ
れ、この判断が肯定される時、ステップ１０２に進み、
フラグＦが１であるかどうかが判断される。当初フラグ
Ｆは０ために、ステップ１０３に進み、触媒温度センサ
１２を使用して検出される触媒温度Ｔが、その活性化温
度Ｔ１以上であるかどうかが判断される。

【００１３】この判断が否定される時、すなわち、触媒
暖機が必要とされる時、ステップ１０４に進み、点火プ
ラグ５に点火が実行され、ステップ１０５において、空
気供給装置９を作動して排気通路２に空気を供給し、ス
テップ１０６において、電磁弁７を開弁して排気通路２
に水素を供給し、次にフラグＦを１に設定する。これら
の処理により、排気通路２の触媒コンバータ４の上流に
おいて、水素と空気が点火され確実に燃焼し、触媒コン
バータ４の暖機が実行される。

【００１４】その後、ステップ１０８において時間カウ
ントのためのサブルーチンがコールされ終了する。一
方、上述の処理が実行された後のステップ１０２におけ
る判断は、フラグＦが１となっており、この時はステッ
プ１０８において前述のサブルーチンがコールされ終了
する。またステップ１０３における判断が肯定され、す
なわち触媒暖機が不必要の時は、フラグＦは０のままス
テップ１０８において前述のサブルーチンがコールされ
終了する。

【００１５】時間カウントのためのサブルーチンは、図
３に示されている。まずステップ１００１において、フ
ラグＦが１であるかどうかが判断される。この判断が否
定される時、すなわち排気通路２における燃焼が実行さ
れていない時、ステップ１００２に進み、燃焼実行時間
ｔｉｈは０にリセットされ、ステップ１００３におい
て、燃焼非実行時間ｔｏｈは１だけカウントアップされ
る。次に、ステップ１００４において、フラグＲＦが１
であるかどうかが判断される。このフラグＲＦは、同時
に実行される空燃比判定用の第２フローチャートによっ
て設定されるものである。

【００１６】この第２フローチャートは、図４に示され
ている。まずステップ２０１において、酸素センサ１０
から得られる信号を基に、最適な運転状態が得られるよ
うに制御される混合気空燃比が理論空燃比よりリッチで
あるかどうかが判断され、この判断が肯定される時、ス
テップ２０２においてフラグＲＦは１に設定され、否定
される時、ステップ２０３においてフラグＲＦは０に設
定される。

【００１７】それにより、前述のサブルーチンのステッ
プ１００４における判断が肯定される時、ステップ１０
０５に進み、燃焼非実行時におけるリッチな混合気での
運転時間ｔｒｉｃｈが１だけカウントアップされ、第１
フローチャートに戻る。また、ステップ１００４におけ
る判断が否定される時は、リッチ混合気運転時間ｔｒｉ
ｃｈはカウントアップされることなく、第１フローチャ
ートに戻る。一方、ステップ１００１における判断が肯
定される時、すなわち排気通路２における燃焼が実行さ
れている時、ステップ１００６において燃焼非実行時間
ｔｏｈは０にリセットされ、ステップ１００７において
リッチ混合気運転時間ｔｒｉｃｈは０にリセットされ、
次にステップ１００８において、燃焼実行時間ｔｉｈは
１だけカウントアップされる。

【００１８】第１フローチャートのステップ１０１にお
ける判断が否定される時、すなわちエンジン１が始動し
てスタータスイッチが切状態である時、ステップ１０９
に進み、フラグＦが１であるかどうかが判断される。こ
の判断が肯定される時、すなわり排気通路２における燃
焼が実行されている時、ステップ１１０に進み、燃焼実
行時間ｔｉｈが、触媒暖機時間を考慮して設定された水
素供給時間ｔ１に達したかどうかが判断される。当初こ
の判断は否定され、ステップ１０８において前述のサブ
ルーチンがコールされて終了する。

【００１９】一方、燃焼実行時間ｔｉｈが経過してステ
ップ１１０における判断が肯定される時、ステップ１１
１に進み、電磁弁７は閉弁されて排気通路２への水素供
給は中止され、ステップ１１２において、点火プラグ５
の点火は中止される。次にステップ１１３において、一
定時間カウントした後、ステップ１１４において、空気
供給装置９は停止されて排気通路２への空気供給は中止
され、ステップ１１５においてフラグＦは０に設定され
る。それにより、排気通路２における燃焼は停止され触
媒暖機は中止される。この時、もし空気供給が先に中止
されると、触媒コンバータ４内に未燃焼の水素が供給さ
れてそこで燃焼し、触媒コンバータ４を破損する可能性
があるが、本フローチャートにより、それは防止され
る。次にステップ１０８において、前述のサブルーチン
がコールされて終了する。

【００２０】また、ステップ１０９における判断が否定
される時、すなわち排気通路２における燃焼が中止され
ている時、ステップ１１６に進み、係数α倍されたリッ
チ混合気運転時間ｔｒｉｃｈが燃焼非実行時間ｔｏｈに
加えられた時間ｔが算出され、ステップ１１７におい
て、この時間ｔが所定時間ｔ２に達したかどうかが判断
される。この判断が肯定される時、ステップ１１８に進
み、触媒温度Ｔがその劣化を早める限界温度Ｔ２未満で
あるかどうかが判断される。ステップ１１７又はステッ
プ１１８における判断が否定される時は、ステップ１０
８において、前述のサブルーチンがコールされて終了す
る。一方、ステップ１１８における判断が肯定される
時、ステップ１１９に進み、点火プラグ５の点火が実行
され、ステップ１２０において空気供給装置９が作動さ
れて排気通路２に空気が供給され、ステップ１２１にお
いて電磁弁７が開弁されて排気通路２に水素が供給され
る。次に、ステップ１２２において、フラグＦは１に設
定され、ステップ１０８において前述のサブルーチンが
コールされて終了する。この時の排気通路２における燃
焼も、触媒暖機のための燃焼と同様に前述のステップ１
１０以降の処理によって中止される。

【００２１】この制御によれば、エンジン１の始動時に
おいて、触媒温度Ｔが低く暖機を必要とする時、排気通
路２の触媒コンバータ４上流には、水素及び空気が供給
されて点火プラグ５による点火が実行され、これらが燃
焼することによって触媒コンバータ４の早期暖機が実現
される。この燃焼は、燃焼実行時間ｔｉｈが水素供給時
間ｔ１に達する時中止され、それと同時に燃焼非実行時
間ｔｏｈのカウントアップが開始される。この時の運転
状態がリッチな混合気を必要とするものであるば、さら
に、リッチ混合気運転時間ｔｒｉｃｈのカウントアップ
が開始される。このリッチ混合気運転時間ｔｒｉｃｈを
α倍したものに、燃焼非実行時間ｔｏｈを加えることに
より算出される時間ｔが、所定時間ｔ２に達する時、触
媒温度Ｔがその劣化を早める限界温度Ｔ２に達していな
いことを確認した後、水素及び空気が排気通路２に供給
されると共に点火プラグ５の点火が実行され、排気通路
２における燃焼が行われる。

【００２２】それにより、この間で点火プラグに付着す
るカーボン等は、同時に燃焼して点火プラグ５の浄化が
実現され、点火プラグ５の点火性能を良好に維持するこ
とができる。前述の時間ｔは、燃焼非実行時間ｔｏｈ
に、リッチ混合気運転時間ｔｒｉｃｈがα倍して加えら
れたものであるために、燃焼非実行時に、排気ガス中の
カーボン含有量が増大するリッチな混合気での運転が行
われれば、それだけ早く所定時間ｔ２に達して、点火プ
ラグ５浄化のための排気通路２における燃焼が実行され
るようになっている。すなわち、前述の時間ｔは、点火
プラグ５のカーボン付着量を表わしており、また所定時
間ｔ２は、点火プラグ５の浄化を所望するカーボン付着
量を表している。リッチ混合気運転時間ｔｒｉｃｈを重
み付けする係数αは、定数としても、前述の時間ｔはあ
る程度正確にカーボン付着量を表すが、混合気濃度がリ
ッチである程、排気ガス中のカーボン含有量が増大し、
また回転数が高い程、排気ガス量が増大することを考慮
して、リッチ混合気運転における混合気の平均リッチ程
度が大きい程、また平均回転数が高い程、係数αを大き
くするようにすることで、前述の時間ｔは点火プラグ５
のカーボン付着量をより正確に表すことができ、本当に
必要な時にだけ、点火プラグ５浄化のための排気通路２
内の燃焼を実行させるようにすることができる。

【００２３】触媒コンバータ４の触媒は、経時変化によ
りその活性化温度が上昇し、機関定常運転における排気
ガス温度では、充分に活性化温度を維持できなくなる
が、本実施例によれば、排気通路２での燃焼が、始動時
に限らず、点火プラグ５浄化のために繰り返し実行さ
れ、触媒温度を高めることができ、この時の排気ガス浄
化性能を向上させることができる。

【００２４】触媒暖機のために、機関燃焼室の未燃燃料
を排気通路２内で点火プラグ５を使用して燃焼させるこ
とは、この未燃燃料がわずかであるために非常に困難で
あるが、本実施例のように水素等の可燃物を新たに供給
することで、排気通路内の燃焼は確実なものとなり、し
かも、この時の燃焼だけでなく、点火プラグ５浄化のた
めの燃焼によって、前述の未燃燃料は同時に燃焼され、
排気ガス中の有害成分である未燃燃料をかなり減少する
ことができる。

【００２５】本実施例において、第１フローチャートを
簡単にするために、点火プラグ５の浄化のための排気通
路２における燃焼は、触媒暖機のための燃焼と同じ時間
で中止するようにしたが、もちろん、点火プラグ５に付
着するカーボン量を考慮して、別の最適時間経過後に中
止するようにすることもできる。また可燃物として水素
を使用したが、他の可燃物も使用可能であることは明ら
かである。

【００２６】図５は、排気通路２の点火プラグ５近傍を
示す他の実施例である。同図において、図１と同様に点
火プラグ５の近傍には、水素供給通路８によって水素供
給装置に接続されている。一方、空気供給装置は、水素
供給通路８の回りから点火プラグ５の近傍に空気を供給
するように配置されている。

【００２７】図１の構造では、排気通路２に供給された
空気は、排気ガスに混合して点火プラグ５の近傍に供給
されて水素と共に点火されるために、水素を完全に燃焼
させるには、必要量の３から５倍程度の空気が必要であ
り、これが排気ガス温度を低下させて触媒暖機時間を長
くする。しかし、図５に示す構造によれば、排気通路２
に供給される空気は、排気ガスに混合することなく水素
と共に点火プラグ５の近傍に供給されるために、必要量
だけの空気を供給すれば良く、空気供給量が減少して、
排気ガス温度の低下を防止することができ、また空気供
給装置を小型化することができる。

【００２８】

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の触
媒暖機装置によれば、機関始動時の触媒温度が低い時
に、排気通路の触媒コンバータ上流には可燃物供給手段
により可燃物が供給され、点火手段により点火されて確
実に燃焼し、触媒の早期暖機を実現することができる。
また、触媒暖機のための排気通路内での燃焼が終了した
後、両手段の非作動時間が所定時間に達した時点で、再
び水素及び空気が供給されて排気通路内での燃焼が実行
され、この燃焼により点火手段に付着するカーボンを燃
焼浄化することができ、点火手段の点火性能を常に良好
に維持することが可能となる。この点火手段浄化のため
の燃焼の実行を決定する所定時間は、両手段の非作動時
間において、混合気の空燃比がリッチである程短くされ
るために、排気ガス中のカーボン含有量が増大するリッ
チな混合気での運転に対しては頻繁に前述の燃焼が実行
され、この時点火手段に多く付着するカーボンを確実に
燃焼浄化させることができ、一方この燃焼実行は必要最
小限とされ、点火手段及び可燃物供給手段の寿命を長く
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による触媒暖機装置が取付けられた内燃
機関の概略図である。

【図２】制御のための第１フローチャートである。

【図３】第１フローチャートに使用されるサブルーチン
である。

【図４】制御のための第２フローチャートである。

【図５】排気通路の点火プラグ近傍の他の実施例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１…エンジン ２…排気通路 ４…触媒コンバータ ５…点火プラグ ６…水素発生装置 ７…制御弁 ８…水素供給装置 ９…空気供給装置 １１…制御装置 １２…触媒温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−318214（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−91220（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭47−23606（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 3/20 F01N 3/36 F01N 9/00 F02D 43/00 301

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設けられた触媒コン
   バータと、前記排気系の前記触媒コンバータ上流に設け
   られた点火手段と、前記点火手段近傍に可燃物を供給す
   るための可燃物供給手段と、前記触媒コンバータの触媒
   温度が所定値以下の時に、前記両手段を作動させる第１
   制御手段と、前記内燃機関の運転中における前記両手段
   の非作動時間が所定時間以上となる時に、前記両手段を
   作動させる第２制御手段、とを具備することを特徴とす
   る内燃機関の触媒暖機装置。
2. 【請求項２】 前記非作動時間における混合気の空燃比
   が、リッチである程、前記所定時間を短くすることを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒暖機装置。