JP3219259B2 - 触媒の暖機装置 - Google Patents

触媒の暖機装置

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は触媒の暖機装置に関し、
詳しくは排気通路内を断熱圧縮して触媒の温度を上昇さ
せる触媒の暖機装置に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用エンジンの排気通路には、排気
ガス中の有害成分であるNOxおよびHC,COを浄化
する目的から触媒コンバータが備えてある。この触媒に
よる有害成分の浄化性能は、触媒が活性化温度に達する
と十分な浄化性能を発揮するが、エンジン始動直後のよ
うに触媒が未だ活性化温度に達しない以前では所要の浄
化性能が発揮されない。そのため有害成分が浄化されな
いまま大気中に排出されてしまい、その解決策として、
触媒の早期活性化を図る手段が種々提案されている。
【0003】従来、触媒を早期活性化させる手段として
は、例えば、特開平3−117611号公報に記載の先
行技術では、図4に示すように触媒aが備えられている
排気通路bに通路抵抗変更手段cを設け、該通路抵抗変
更手段cを閉じ傾向にすることで通路内抵抗を増加し、
排気通路b内を断熱圧縮して排気ガスの温度を上昇さ
せ、ひいては触媒aの温度を上昇させている。また、前
記触媒の温度を検出する温度センサdと高負荷運転状態
を検出するセンサeとエアフローメータfとを設け、触
媒aが所定の温度に達した時、あるいは高負荷運転状態
が検出された時に通路抵抗を減少させるようにしてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術による
と、排気通路内の断熱圧縮は、冷態暖機時に排出される
排気ガスを排気通路内に充填することにより排気通路内
の圧力を高め、排気ガスの温度を上昇させることで行わ
れる。しかし、この例ではエンジンの運転状態がアイド
リング状態にある、あるいは負荷を加えた状態にあると
いうことの限定はなく、高負荷運転状態では、通路抵抗
を減少させるようにしてある。さらには、排気温度の上
昇に伴い、触媒が活性化温度に至る途上で、段階的に通
路抵抗を減少させるようにもしてある。このため、排気
ガスの温度が目標温度に達するまでに時間がかかる。結
果として触媒が活性化するのに多くの時間を費やす問題
点が派生する。
【0005】本発明は、これらの問題を解決すべく案出
されたものであり、エンジン始動後に排気通路内の圧力
を急速に高めることで、触媒の早期活性化を図り、低エ
ミッションを実現する触媒の暖機装置を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、排気ポートに連通される排気通路に触媒
コンバータを備え、該触媒コンバータより下流に排気制
御弁を設け、該排気制御弁を閉じることで前記排気通路
内の排気ガスを断熱圧縮し、触媒の温度を上昇させる触
媒の暖機装置において、上記排気通路内圧を検出する圧
力検出手段と、上記触媒の温度を検出する温度検出手段
と、図3に示すように、エンジン始動時か始動後かを判
定する始動判定手段と、エンジン始動時には、前記排気
制御弁を全閉させるとともに、スロットル弁をバイパス
するバイパス通路に介装されたバイパスバルブを全開と
する始動時制御手段と、エンジン始動後は、排気圧が設
定値以上、かつ、排気温が設定値以上かを判断する触媒
活性化推定手段と、排気圧が設定値以上、かつ、排気温
が設定値以上で、触媒が活性化温度に達したと推定され
る時には、上記バイパスバルブを全閉するとともに、前
記排気制御弁を漸次的に開弁させる始動後制御手段とを
備えたことを特徴とするものである。
【0007】
【作用】上記構成に基づき、エンジン冷態始動時に電子
制御装置からの制御信号で排気制御弁を全閉とすると共
に、同じく電子制御装置からの制御信号でバイパスバル
ブの開度を全開として燃焼室に多めの混合気を供給す
る。そのことで、エンジン回転数は通常のアイドル回転
数より高くなり(ハイアイドリング状態)、単位時間当
たりに排気通路内に排出される排気ガスの量は通常のア
イドリング時より多めになる。その結果、排気通路内の
圧力は速く上昇し、排気通路内の断熱圧縮は促進され、
触媒は早期に活性化温度に達する。
【0008】
【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の一実施例を示す構成図で、符号1
はエンジン本体、符号2はエンジン本体1の上部を形成
するシリンダヘッドである。該シリンダヘッド2には燃
焼室3に混合気を供給する吸気ポート4と、排気ガスを
排出する排気ポート5とが形成されており、前記吸気ポ
ート4には吸気通路6が、前記排気ポート5には排気通
路7がそれぞれ連通している。前記吸気通路6にはエン
ジンの制御系に具備するECU8に接続されるスロット
ル弁9と、該スロットル弁9より下流に同じくECU8
に接続されるインジェクタ10とが設けられている。ま
た前記排気通路7には排気ガス中の有害成分であるNO
xおよびHC,COを浄化する目的から触媒コンバータ
11が設けられている。
【0009】また、上記排気通路7内を断熱圧縮して触
媒11aの温度を上昇させるために、前記排気通路7内
で触媒コンバータ11より下流に排気制御弁12を設け
る。該排気制御弁12の開閉機構としては、スロットル
弁9より下流の吸気通路6と排気制御弁12を開閉する
アクチュエータ13とを連通する吸入管負圧Aの途中に
ECU8からの制御信号により可変的に開閉制御される
排気制御弁制御ソレノイド14を介在し、該排気制御弁
制御ソレノイド14を開閉制御することでアクチュエー
タ13内の負圧を調整して排気制御弁12を開閉制御す
る。
【0010】さらに、上記排気通路7内に、排気ガスの
温度を検出する排気温度センサ15と排気通路7内の圧
力を検出する排気圧力センサ16とを配置し、該排気温
度センサ15と排気圧力センサ16とをECU8に接続
する。
【0011】本発明においては、上述の断熱圧縮を早め
るために、上記吸気通路6に、スロットル弁9の上流と
下流とを連通するバイパス通路17を設け、該バイパス
通路17の途中に流量制御機能を有するバイパスバルブ
18を設ける。このバイパスバルブ18は、ECU8か
らの制御信号により開閉制御される構成とし、エンジン
冷態始動時にはバルブ開度を全開として燃焼室に多めの
空気が流入するように制御することで、エンジン回転数
を通常のアイドル回転数より高くし、単位時間当たりに
排出される排気ガスの排出量を多めにすることで、上述
の断熱圧縮仕事に十分な出力を発揮するようにする。ま
た、暖機後、すなわち上記排気温度センサ15と排気圧
力センサ16とにより排気通路7内の温度と圧力が所定
値に達した時点で、バイパスバルブ18のバルブ開度は
全閉に戻るように制御される。
【0012】次に本発明の動作について図2に示すフロ
ーチャートを用いて説明する。ステップ1でエンジン回
転数Nがエンジンが完爆したと判断できる所定回転数N
S以下で、かつステップ2でスタータスイッチが作動中
である(始動中)と判断された時には、ECU8からの
制御信号によりステップ3で排気制御弁制御ソレノイド
14のDUTY値を0とし、同時にステップ4でバイパ
スバルブ18を全開にする。なお排気御弁制御ソレノイ
ド14はデューティ制御で駆動し、DUTY値は排気制
御弁12が全閉の時には0、全開の時にはMAX値に設
定してある。またステップ1でエンジン回転数Nが完爆
回転以上をこえ、ステップ2でスタータスイッチが戻っ
ている(始動後)と判断された時には、排気圧が急速に
上昇し、それに伴い排気温も急速に上昇する。そしてス
テップ5で排気圧が設定値以上になり、ステップ6で排
気温も設定値以上になったと判断された時には、ECU
8からの制御信号によりステップ7でバイパスバルブ1
8を全閉とするとともに、ステップ8でDUTY値がM
AX値となるまで漸次ΔDUTYづつ加算していき、こ
れによって排気制御弁を徐々に開きDUTY値がDUT
YMAX値で全開となる。
【0013】このように制御されることにより、例えば
エンジン始動前の排気通路7内の圧力を1atm,温度
を300°K(=27°C)とすると、エンジン始動時
に排気制御弁12を全閉にし、バイパスバルブ18のバ
ルブ開度を全開とすることで排気通路7内の圧力を7a
tmまで上昇させるとするとT0/T=(P0/P)
(K-1)/Kの関係より比熱比(K)を1.4とすると排気
通路7内の温度は523°K(=250°C)となる。
そして触媒11aは、この温度に達した排気通路7中に
あり、触媒11aの熱容量も小さいことから、触媒11
a自体の温度も250°C近くになり、一般の触媒の活
性化温度は約200°Cとされていることから、この時
点で触媒は十分に活性化されていると推定できる。
【0014】ここで、断熱圧縮等の手段を用いない通常
のアイドリング暖機作用で、触媒が上記温度(250°
C)に達するまでの所要時間は1分前後であるが、本発
明においては、バイパスバルブ18のバルブ開度を全開
とすることで排気通路内断熱圧縮のさらなる促進を図っ
ているため、上記所要時間(1分)は大幅に短縮され
る。この後上記排気制御弁12を全閉から徐々に開き全
開させることで、排気ガスは活性化された触媒を通過
し、十分に酸化・還元される。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
ンジン冷態始動時に排気通路内に設けられている排気制
御弁を全閉とすると共に、バイパスバルブの開度を全開
とするように制御しているので、単位時間当たりに排気
通路内に排出される排気ガスの量は通常のアイドリング
時より多めになり、排気通路内の断熱圧縮が促進され
る。そのため触媒は早期に活性化温度に達し、エンジン
始動直後からの低エミッションが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図
【図2】本発明の動作を示すフローチャート
【図3】本発明の構成を示すブロック
【図4】図従来例の説明図
【符号の説明】
1 エンジン本体 2 シリンダヘッド 3 燃焼室 4 吸気ポート4 5 排気ポート5 6 吸気通路 7 排気通路 8 ECU 9 スロットル弁 10 インジェクタ 11 触媒コンバータ 11a 触媒 12 排気制御弁 13 アクチュエータ 14 排気制御弁制御ソレノイド 15 排気温度センサ 16 排気圧力センサ 17 バイパス通路 18 バイパスバルブ A 吸入負圧管
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI F02D 45/00 314 F02D 45/00 314Z (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 9/04 F01N 3/20 - 3/24 F02D 41/06 F02D 45/00 314

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気ポートに連通される排気通路に触媒
    コンバータを備え、該触媒コンバータより下流に排気制
    御弁を設け、該排気制御弁を閉じることで前記排気通路
    内の排気ガスを断熱圧縮し、触媒の温度を上昇させる触
    媒の暖機装置において、 上記排気通路内圧を検出する圧力検出手段と、上記触媒
    の温度を検出する温度検出手段と、エンジン始動時か始
    動後かを判定する始動判定手段と、エンジン始動時に
    は、前記排気制御弁を全閉させるとともに、スロットル
    弁をバイパスするバイパス通路に介装されたバイパスバ
    ルブを全開とする始動時制御手段と、エンジン始動後
    は、排気圧が設定値以上、かつ、排気温が設定値以上か
    を判断する触媒活性化推定手段と、排気圧が設定値以
    上、かつ、排気温が設定値以上で、触媒が活性化温度に
    達したと推定される時には、上記バイパスバルブを全閉
    するとともに、前記排気制御弁を漸次的に開弁させる始
    動後制御手段とを備えたことを特徴とする触媒の早期活
    性化システム。
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