JP3096151B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、燃費向上を
目的としてリーンバーン（lean-burn 、希薄空燃比燃
焼）運転を行なうようなエンジンの排気浄化装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン排気浄化装置としては、
例えば、特開昭６１−２００３１６号公報および特開昭
５７−２１０１１６号公報に記載の装置がある。前者の
特開昭６１−２００３１６号公報に記載の装置は、排気
マニホルド下流の分岐点の一方に低温用触媒コンバータ
を接続し、分岐点の他方に高温用触媒コンバータを接続
し、上述の低温用触媒コンバータをエンジンのシリンダ
ブロックと高温用触媒コンバータとの間に配設すると共
に、上述の高温用触媒コンバータには冷却ファンからの
冷却風を当てるように構成したエンジンの排気浄化装置
である。

【０００３】この従来装置によれば、上述の高温用触媒
コンバータの過熱を防止することができると共に、上述
の低温用触媒コンバータをエンジン側からの熱と、高温
用触媒コンバータ側の排気管からの熱とで保温し、触媒
の活性化状態を維持することができる利点がある反面、
エンジンの特定条件下において上述の低温用触媒コンバ
ータに排気ガスを流通し始めた時点においては、該低温
用触媒コンバータは活性化されていないため、エンジン
の特定運転開始と同時に排気ガス浄化率の向上を図るこ
とができない問題点があった。

【０００４】後者の特開昭５７−２１０１１６号公報に
記載の装置は、排気マニホルド下流に上流側の触媒コン
バータと下流側の触媒コンバータとを直列に連通接続
し、かつ上述の上流側の触媒コンバータをバイパスする
バイパス通路を設けると共に、排気ガス温度に基づいて
排気ガスの流通方向をバイパス通路側と上流側の触媒コ
ンバータ側とに切換える切換弁を備えたエンジンの排気
浄化装置である。

【０００５】この従来装置によれば、排気ガス温度が低
温の時には、排気ガスを上流側の触媒コンバータと下流
側の触媒コンバータとを直列状に流通させて、排ガス浄
化を図ることができ、また排気ガス温度が高温の時は、
排気ガスをバイパス通路から下流側の触媒コンバータに
流通させることで、上流側の触媒コンバータの熱劣化を
防止することができる利点がある反面、エンジンの特定
条件下において上述の何れかの触媒コンバータに排気ガ
スを流通し始めた時点においては、当該触媒コンバータ
は活性化されていないため、エンジンの特定運転開始と
同時に排気ガス浄化率の向上を図ることができない問題
点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、リーンバーンエンジンにおいて、リーンバ
ーン運転時に使用される窒素酸化物浄化用のキャタリス
トを、予めプリヒートすることにより、リーンバーン運
転開始と同時に高い排気ガス浄化率（ＮＯｘ浄化率）を
得ることができるエンジンの排気浄化装置の提供を目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、エンジン水温もしくはエンジン水温に関連す
るパラメータが予め設定されたリーンバーン運転開始判
定値以上の時、リーンバーンを行なうリーンバーン手段
と、リーンバーン時に使用される窒素酸化物浄化用の第
１キャタリストと、上記第１キャタリストをバイパスす
るバイパス通路と、キャタリストの活性化状態をエンジ
ン水温もしくはエンジン水温に関連するパラメータに基
づいて検出する検出手段と、該検出手段により検出され
た値が、上記リーンバーン運転開始判定値より所定値低
く設定されたキャタリスト冷間判定値以上で、かつリー
ンバーン運転開始判定値以下の時、上記第１キャタリス
トに排気ガスを切換え供給して、該第１キャタリストを
予め活性化する排気ガス切換制御手段とを備えたエンジ
ンの排気浄化装置であることを特徴とする。

【０００８】

【発明の効果】この発明の請求項１記載の発明は、リー
ンバーンエンジンの運転条件がリーンバーン運転条件に
なる前、つまりエンジン水温もしくはエンジン水温に関
連するパラメータが、上述のキャタリスト冷間判定値以
上で、かつリーンバーン運転開始判定値以下の時、上述
の排気ガスの切換制御手段が排気ガスを第１キャタリス
トに流通するように切換わるので、リーンバーン運転が
開始される前に排気ガスの熱により上述の第１キャタリ
ストをプリヒートして、この第１キャタリストを予め活
性化させることができ、この結果、酸素過剰雰囲気下に
おいて多量のＮＯｘが発生しやすいリーンバーン運転開
始と同時に高い排気ガス浄化率（ＮＯｘ浄化率）を得る
ことができる効果がある。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面はエンジンの排気浄化装置を示し、図１に
おいて、吸入空気を浄化するエアクリーナ１の後位にエ
アフロメータ２を接続して、このエアフロメータ２で吸
入空気量を電圧変化として検出すべく構成している。

【００１０】上述のエアフロメータ２の後位にはスロッ
トルボディ３を接続し、このスロットルボディ３内のス
ロットルチャンバ４には、吸入空気量を制御する制御弁
としてのスロットル弁５を配設している。

【００１１】そして、このスロットル弁５下流の吸気通
路には、所定容積を有する拡大室としてのサージタンク
６を接続し、このサージタンク６下流に吸気ポート７と
連通する吸気マニホルド８を接続すると共に、この吸気
マニホルド８には燃料噴射弁９を配設している。

【００１２】一方、リーンバーンエンジン１０の燃焼室
１１と適宜連通する上述の吸気ポート７および排気ポー
ト１２には、動弁機構（図示せず）により開閉操作され
る吸気弁１３と排気弁１４とをそれぞれ取付け、またシ
リンダヘッド１５にはスパークギャップを上述の燃焼室
１１に臨ませた点火プラグ１６を取付けている。

【００１３】上述の排気ポート１２と連通する排気マニ
ホルド１７にＡ／Ｆセンサ１８を配設する一方、上述の
吸気マニホルド８外周に形成したウォータジャケット１
９にはエンジン水温を検出する水温センサ２０を取付け
ている。

【００１４】ところで、上述の排気マニホルド１７下流
の分岐点Ｐ１には第１排気通路２１（フロントエキゾー
ストパイプ）を接続し、この第１排気通路２１の後端に
はキャタリストケース２２を連通接続し、このキャタリ
ストケース２２内の上流側にリーンバーン時に使用され
る窒素酸化物浄化用の第１キャタリスト２３を配設する
と共に、キャタリストケース２２内の下流側に三元触媒
を有する第２キャタリスト２４いわゆる三元キャタリス
トＴＷＣ（three-way-catalyst）を配設している。

【００１５】また上述の分岐点Ｐ１と、第１および第２
の各キャタリスト２３，２４間におけるキャタリストケ
ース２２の内部との間には、窒素酸化物浄化用の第１キ
ャタリスト２３をバイパスするバイパス通路２５を設
け、このバイパス通路２５には三元触媒を有する第３キ
ャタリスト２６を介設する一方、上述の分岐点Ｐ１と第
３キャタリスト２６との間には排気ガス切換制御手段と
しての切換弁２７を配設している。

【００１６】この切換弁２７は、第１キャタリスト２３
の活性化状態をエンジン水温ｔもしくはエンジン水温に
関連するパラメータ（例えばキャタリスト温度）に基づ
いて検出し、この検出された値がリーンバーン運転開始
判定値より所定値低く設定されたキャタリスト冷間判定
しきい値ｔｏ以上で、かつリーンバーン運転開始判定値
（ｔｌｅ）以下の時、つまりｔｏ＜ｔ＜ｔｌｅの時、上
述の第１キャタリスト２３に排気ガスを切換え供給し、
冷間時ｔ＜ｔｏおよび高負荷高回転時には、排気ガスを
バイパス通路２５側へ切換え供給する排気ガス切換制御
手段である。

【００１７】ここで、上述の第３キャタリスト２６はエ
ンジンルーム内に配設され、同一のキャタリストケース
２２内に設けられた第１および第２の各キャタリスト２
３，２４はフロア側下方に配設され、かつ上述のキャタ
リストケース２２の下流には第２排気通路２８（ミドル
エキゾーストパイプ）を介してサイレンサ（図示せず）
を取付けている。

【００１８】また上述の窒素酸化物浄化用の第１キャタ
リスト２３は、例えばＨＣを利用してＮＯｘを浄化する
もので、一方、上述の第２キャタリスト２４および第３
キャタリスト２６はＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸
化炭素）、ＨＣ（炭化水素）を同時に浄化するものであ
る。

【００１９】図２はエンジンの排気浄化装置の制御回路
を示し、ＣＰＵ３０は、ディストリビュータ２９からの
エンジン回転数Ｎｅと、エアフロメータ２からの吸入空
気量Ｑと、検出手段としての水温センサ２０からのエン
ジン水温ｔと、スロットルセンサ３１からのスロットル
開度ＴＶＯとの各信号入力に基づいて、ＲＯＭ３２に格
納したプログラムに従って、切換弁２７を切換制御し、
またＲＡＭ３３は図３に示すマップ、図４に示すような
キャタリスト冷間判定しきい値ｔｏに相当するデータ、
リーンバーン運転開始判定値ｔｌｅに相当するデータな
どの必要なデータやマップを記憶する。

【００２０】ここで、図３に示すマップは、横軸にエン
ジン回転数Ｎｅをとり、縦軸にエンジン負荷ＣＥ（また
はスロットル開度ＴＶＯ）をとって、高負荷高回転領域
としての出力が要求されるＢゾーンと、その他の領域と
してのＡゾーンとに区画したマップであり、図４に示す
キャタリスト冷間判定しきい値ｔｏとリーンバーン運転
開始判定値ｔｌｅとの温度の大小関係は、ｔｏ＜ｔｌｅ
の関係にある。

【００２１】ここで、上述のＣＰＵ３０は、エンジン水
温もしくはエンジン水温に関連するパラメータが予め設
定されたリーンバーン運転開始判定値ｔｌｅ以上の時、
リーンバーンを行なうリーンバーン手段（図５における
フローチャートの第８ステップ４８参照）を兼ねる。

【００２２】このように構成したエンジンの排気浄化装
置の作用を、図５のフローチャートを参照して以下に詳
述する。第１ステップ４１で、ＣＰＵ３０はディストリ
ビュータ２９からのエンジン回転数Ｎｅと、エアフロメ
ータ２からの吸入空気量Ｑと、水温センサ２０からのエ
ンジン水温ｔと、スロットルセンサ３１からのスロット
ル開度ＴＶＯ等の必要な各種信号の読込みを実行すると
共に、ＣＥ＝Ｑ／Ｎｅの演算式に基づいてエンジン負荷
ＣＥを演算する。

【００２３】次に第２ステップ４２で、ＣＰＵ３０は上
述の各種信号に基づいて運転モードの判定を実行する。
つまり、現行のエンジン水温ｔがキャタリスト冷間判定
しきい値ｔｏ以下で、かつエンジンの運転状態が図３の
Ａゾーン内である場合には次の第３ステップ４３で冷間
判定に設定され、現行のエンジン水温ｔが冷間判定しき
い値ｔｏ以上で、かつエンジンの運転状態が図３のＡゾ
ーン内である場合には別の第５ステップ４５でリーン判
定に設定され、現行のエンジン水温ｔに関係なく、エン
ジンの運転状態が図３のＢゾーン内にある場合には他の
第９ステップ４９で高負荷高回転判定に設定される。

【００２４】冷間判定時には、次の第４ステップ４４
で、ＣＰＵ３０は切換弁２７を図１に点線で示すように
開弁し、排気マニホルド１７からの排気ガスを第３キャ
タリスト２６に導いて、この第３キャタリスト２６でＮ
Ｏｘ、ＣＯ、ＨＣを浄化すると共に、バイパス通路２５
から後段の第２キャタリスト２４に排気ガスを導いて、
この第２キャタリスト２４でＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを再浄
化する。

【００２５】リーン判定時（この時点ではリーンバーン
運転は開始されていない）には、次の第６ステップ４６
で、ＣＰＵ３０は切換弁２７を図１に実線で示すように
閉弁し、排気マニホルド１７からの排気ガスを、第１排
気通路２１を介して第１キャタリスト２３に導いて、リ
ーンバーン運転開始以前において排気ガスの熱により、
この第１キャタリスト２３をプリヒート（予熱）して、
活性化させると共に、次段の第２キャタリスト２４によ
りＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを浄化する。

【００２６】次に第７ステップ４７で、ＣＰＵ３０は現
行のエンジン水温ｔがリーンバーン運転開始判定値ｔｌ
ｅ以上になったか否かを判定し、ｔ＜ｔｌｅの時にはト
ルクダウンを防止するために第１ステップ４１にリター
ンする一方、ｔ＞ｔｌｅの時には次の第８ステップ４８
に移行し、この第８ステップ４８で、ＣＰＵ３０はリー
ンバーン運転を開始する。このリーンバーン運転は燃費
の向上を図ることができる反面、酸素過剰雰囲気となる
ため多量のＮＯｘが発生しやすい。

【００２７】ここで、上述の第１キャタリスト２３は現
行のエンジン水温ｔがキャタリスト冷間判定しきい値ｔ
ｏ以上になった時点からリーンバーン運転が開始される
までの時点つまり図４に矢印αで示す範囲内においてプ
リヒートされ、既に活性化されているので、多量のＮＯ
ｘが発生しやすいリーンバーン運転開始と同時に高い排
気ガス浄化率（ＮＯｘ浄化率）を得ることができる。

【００２８】一方、高負荷高回転判定時には、次の第１
０ステップ５０で、ＣＰＵ３０は切換弁２７を図１に点
線で示すように開弁し、排気マニホルド１７からの排気
ガスを第３キャタリスト２６に導いて、この第３キャタ
リスト２６でＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを浄化すると共に、バ
イパス通路２５から後段の第２キャタリスト２４に排気
ガスを導いて、この第２キャタリスト２４でＮＯｘ、Ｃ
Ｏ、ＨＣを再浄化すると共に、第１キャタリスト２３の
熱劣化を回避する。

【００２９】以上要するに、リーンバーンエンジン１０
の運転条件がリーンバーン運転条件外であっても第１キ
ャタリスト２３のキャタ温が活性化温度以下の時、詳し
くはｔｏ＜ｔ＜ｔｌｅの時、上述のＣＰＵ３０制御によ
る第６ステップ４６で、切換弁２７が排気ガスをリーン
バーン運転条件下で使用される第１キャタリスト２３に
流通するように切換わるので、リーンバーン運転開始前
に排気ガスの熱により上述の第１キャタリスト２３をプ
リヒートして、この第１キャタリスト２３を予め活性化
させることができ、この結果、第８ステップ４８でのリ
ーンバーン運転開始と同時に高いＮＯｘ浄化率を得るこ
とができる効果がある。

【００３０】なお、上述の各キャタリスト２３，２４，
２６のレイアウトは図１の構成に限定されるものではな
く、例えば、図６に示すように排気マニホルド１７の下
流近傍において第１排気通路２１に窒素酸化物浄化用の
第１キャタリスト２３を介設し、この第１キャタリスト
２３をバイパスするバイパス通路２５を設けると共に、
上述と同一条件下つまりｔｏ＜ｔ＜ｔｌｅの時にて排気
ガスを予め第１キャタリスト２３に流通制御する切換弁
５１を分岐点Ｐ1 の下流に取付けてもよい。このように
構成した場合には切換弁５１の開弁時（図６の点線の状
態）に排気ガスが第１キャタリスト２３に供給されるの
で、先の実施例に対して切換弁５１の開閉態様が逆にな
るが、作用・効果については略同等であるので、図６に
おいて前図と同一の機能を奏する部分には同一符号を付
して、その詳しい説明を省略する。

【００３１】この発明の構成と、上述の実施例との対応
において、この発明の請求項１記載の発明におけるエン
ジンは、実施例のリーンバーンエンジン１０に対応し、
以下同様に、 排気ガス切換制御手段は、切換弁２７，５
１に対応し、リーンバーン手段は、ＣＰＵ３０制御によ
る第８ステップ４８に対応し、検出手段は、キャタリス
ト温度を代替検出する水温センサ２０に対応するも、こ
の発明は、上述の実施例の構成のみに限定されるもので
はない。

【００３２】例えば、上記実施例においてはエンジン水
温ｔに基づいて切換弁２７，５１を開閉制御すべく構成
したが、第１キャリスト２３のキャタリスト温度をキャ
タ温センサにより検出し、このキャタリスト温度に基づ
いて上述の切換弁２７，５１を開閉制御すべく構成して
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のエンジンの排気浄化装置を示す系統
図。

【図２】 制御回路ブロック図。

【図３】 ＲＡＭに記憶されたマップの説明図。

【図４】 エンジン水温に対する第１キャタリストのプ
リヒートの範囲を示す説明図。

【図５】 切換弁制御を示すフローチャート。

【図６】 本発明のエンジンの排気浄化装置の他の実施
例を示す系統図。

【符号の説明】

１０…リーンバーンエンジン ２０…水温センサ（検出手段） ２３…第１キャタリスト ２５…バイパス通路 ２７，５１…切換弁 ４８…リーンバーン手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン水温もしくはエンジン水温に関連
   するパラメータが予め設定されたリーンバーン運転開始
   判定値以上の時、リーンバーンを行なうリーンバーン手
   段と、 リーンバーン時に使用される窒素酸化物浄化用の第１キ
   ャタリストと、 上記第１キャタリストをバイパスするバイパス通路と、 キャタリストの活性化状態をエンジン水温もしくはエン
   ジン水温に関連するパラメータに基づいて検出する検出
   手段と、 該検出手段により検出された値が、上記リーンバーン運
   転開始判定値より所定値低く設定されたキャタリスト冷
   間判定値以上で、かつリーンバーン運転開始判定値以下
   の時、上記第１キャタリストに排気ガスを切換え供給し
   て、該第１キャタリストを予め活性化させる排気ガス切
   換制御手段とを備えた エンジンの排気浄化装置。