JP3825981B2 - エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気ガス浄化装置に関し、特に三元触媒による浄化システムの簡素化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ガバナを搭載するエンジンの浄化装置としては、従来より例えば図６に示すものがある。図６は電子ガバナ搭載ガスエンジンの模式図であり、図６中の符号Ｅは、ガスエンジン全体を示す。
このガスエンジンＥは、吸気マニホールド４の上流に吸気量センサＳ１とスロットル弁２２と空燃混合器２３とを順に設け、上記スロットル弁２２をガバナアクチュエータ２５で制御可能に構成するとともに、上記空燃混合器２３にガス燃料Ｇを供給するメイン通路２６と空燃比制御弁２８を備える分流通路２７とを連通し、排気マニホールド５の下流に三元触媒１８を設け、その三元触媒１８の上流と下流にそれぞれ酸素濃度センサＳ２・Ｓ３を設け、上記吸気量センサＳ１、酸素濃度センサＳ２・Ｓ３及びエンジンの回転速度センサＳ４からの各出力信号Ｑ・Ｒ１・Ｒ２・Ｎに基づき、空燃比制御回路３０によりモータ駆動回路３１及び弁駆動モータ２９を順に介して上記空燃比制御弁２８を制御するように構成されている。
【０００３】
即ち、運転条件に対応して空燃比等を最適に制御することにより、排気ガス中の汚染成分である一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素化合物（ＮＯｘ）の生成を抑制するとともに、排気ガスの浄化を三元触媒１８によって行うように構成されている。ここで、図６中の符号Ｓ４は点火時期センサ、３２はガバナアクチュエータ２５の駆動回路、３３は点火プラグ３５の点火時期を点火コイル３４を介して制御するイグナイタ、をそれぞれ示す。
【０００４】
上記三元触媒１８は、例えば図５（Ａ）中の曲線Ｇ１〜Ｇ３で示すように、理論空燃比（空気過剰率λ＝１と同義、以下同じ）のごく近傍でのみ有効に作用し、未燃物質（ＣＯ、ＨＣ）の酸化と窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元とを同時に行う。他方、排気ガス中の酸素濃度分圧を表示する酸素濃度センサＳ２の出力は、図５（Ｂ）中の曲線Ｇ５で示すように、理論空燃比（空気過剰率λ＝１）よりも燃料リッチ側で増加するが、燃料リーン側で急激に低下する。三元触媒システムでは、この酸素濃度センサの特性を利用して理論空燃比を検出し、酸素濃度センサの出力に応じて燃料の供給量をフィードバック制御している。
【０００５】
ところで、上記三元触媒１８は長時間使用すると経時劣化により、図５（Ａ）中の曲線Ｇ４で示すように、浄化率（転化率と同義）の最良点Ｐが空燃比の燃料リッチ側（空気過剰率λ＝０．９９４）へシフトする。また、三元触媒１８の下流側では、酸素濃度センサＳ３の出力は、図５（Ｂ）中の曲線Ｇ６で示すように、空燃比の燃料リッチ側（空気過剰率λ＝０．９９４）へシフトする。
そこで、従来では浄化率を最良状態に維持するため、三元触媒１８の上流側と下流側にそれぞれ酸素濃度センサＳ２・Ｓ３を配置して当該三元触媒１８の経時劣化を監視し、空燃比制御回路３０が備える空燃比補正回路３０Ａにより目標空燃比を燃料リッチ側へ補正していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、三元触媒１８の経時劣化を監視するために、当該三元触媒１８の下流にも酸素濃度センサＳ３を配置する必要があることから、コスト高になる。また、三元触媒１８の経時劣化を監視することにより、空燃比をリッチ側へ補正するための空燃比補正回路３０Ａが複雑になり、この点でも空燃比補正回路３０Ａがコスト高になる。本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、三元触媒の経時劣化を監視するために三元触媒の下流側に配置される酸素濃度センサを省くとともに、上記空燃比補正回路３０Ａを改変してそのコスト低減を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を備える。
即ち、排気通路５に三元触媒１８を設け、この三元触媒１８の上流に酸素濃度センサＳ２を設け、上記酸素濃度センサＳ２の出力信号Ｒとエンジンの吸気量信号Ｑと回転速度信号Ｎとに基づき空燃比制御回路３０が備える空燃比補正回路３０Ａにより、目標空燃比を補正するように構成したエンジンの排気ガス浄化装置において、
上記空燃比補正回路３０Ａは、エンジンの吸気量信号Ｑと回転速度信号Ｎとからエンジン出力Ｗを割り出す出力演算回路３０ａと、上記エンジン出力Ｗとそのエンジンの稼働時間Ｔとの積を上記三元触媒１８の積算稼働時間ＷＴとして記憶する積算メモリ３０ｂと、上記積算稼働時間ＷＴに対応する空燃比補正データＧ７を予め記憶する補正データメモリー３０ｃとを備え、上記空燃比補正データＧ７に基づき、上記積算稼働時間ＷＴの増加に対応させて、目標空燃比を燃料リッチ側へ補正するように構成した、ことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用・効果】
本発明では、空燃比補正回路３０Ａを構成する上記出力演算回路３０ａ、積算メモリ３０ｂ及び補正データメモリ３０ｃが、検出信号として取り込んだ、既存の吸気量信号Ｑ、回転速度信号Ｎ、稼働時間Ｔを基礎として、空燃比制御回路３０内で簡単な演算処理をすることにより、三元触媒１８の積算稼働時間ＷＴを算定し、予め記憶させた空燃比補正データＧ７に基づいて、目標空燃比をリッチ側へ補正する。つまり、三元触媒の経時劣化を監視するために、三元触媒の下流に配置される従来の酸素濃度センサは不要になり、その検出信号の演算処理が少なくなる分だけ空燃比制御回路３０が備える空燃比補正回路３０Ａが簡素になる。これにより三元触媒システムのコスト低減を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る排気ガス浄化装置を備える電子ガバナ搭載ガスエンジンの模式図、図２はその電子ガバナ搭載ガスエンジンの左側面図、図３はそのガスエンジンの要部を取り出した縦断面図、図４は本発明に係る空燃比補正データを示すグラフである。
【００１０】
この電子ガバナ搭載ガスエンジンＥは、図２に示すように、シリンダブロック１とクランクケース２とを一体に構成し、シリンダブロック１上にシリンダヘッド３を固定し、シリンダヘッド３の左側面に吸気マニホールド４を固定し、シリンダヘッド３の右側面に排気マニホールド５を固定し、シリンダブロック１及びクランクケース２の前面にギヤケース７を固定し、正面のファン駆動プーリ８とファンプーリ９と図外のオルタネータプーリとを無端ベルト１１で連動連結し、その背面にフライホィール１２を配置して構成されている。なお図２中の、符号１３はラジェータファンを、１４はオイルフィルターを、それぞれ示す。
【００１１】
このガスエンジンＥは、図１〜図３に示すように、吸気マニホールド４の上流にスロットル弁２２と空燃混合器２３とを順に設け、燃焼室１９に臨ませて点火プラグ３５を設け、上記スロットル弁２２をガバナアクチュエータ２５で制御可能に構成するとともに、上記空燃混合器２３にガス燃料Ｇを供給するメイン通路２６と空燃比制御弁２８を備える分流通路２７とを連通し、上記空燃比制御弁２８を空燃比制御回路３０とモータ駆動回路３１とを介して弁駆動モータ２９で制御可能に構成し、上記点火プラグ３５の点火時期を点火コイル３４を介してイグナイタ３３で制御するように構成されている。
【００１２】
図２及び図３に示すように、上記吸気マニホールド４には、吸気管２０が一体に立設され、この吸気管２０に上記スロットル弁２２及び空燃混合器２３を備える吸気連通管２１が連通されている。上記吸気マニホールド４の後端部には、ガバナアクチュエータ２５が固定され、上記スロットル弁２２の揺動アーム２２ａと上記ガバナアクチュエータ２５の揺動アーム２５ａとが連接ロッド２４で連動可能に連接されている。
【００１３】
図１に示すように、上記空燃混合器２３には、ガス燃料であるＬＰガスＧを供給するメイン通路２６と空燃比制御弁２８を備える分流通路２７とが連通され、上記空燃比制御弁２８の開弁量をステッピングモータ２９で制御して、空燃比を制御するように構成されている。また、上記空燃混合器２３とメイン通路２６と分流通路２７とは一体に鋳型成型されている。これは、空燃混合器２３と上記各通路２６・２７とを最短距離で連通することにより、コンパクトな配置構成にすることを意図したものである。なお、図１中の符号２６ａは燃料ガスＧの導入管、２６ｂはメイン通路２６の絞り、をそれぞれ示す。
【００１４】
以下、このガスエンジンＥが備える排気ガス浄化装置について説明する。
本発明に係る排気ガス浄化装置は、図１に示すように、排気通路である排気マニホールド５に三元触媒１８を設け、上記三元触媒１８の上流に理論空燃比（空気過剰率λ＝１）を検出する酸素濃度センサＳ２を配設する。なお、上記三元触媒１８の下流に配設した従来の酸素濃度センサＳ３は省く。また、空燃比制御回路３０が備える空燃比補正回路３０Ａを以下のように改変する。
【００１５】
即ち、この空燃比補正回路３０Ａは、エンジンの吸気量信号Ｑと回転速度信号Ｎとからエンジン出力Ｗを割り出す出力演算回路３０ａと、上記エンジン出力Ｗとそのエンジンの稼働時間Ｔとの積を上記三元触媒１８の積算稼働時間ＷＴとして記憶する積算メモリ３０ｂと、上記積算稼働時間ＷＴに対応する空燃比補正データＧ７を予め記憶する補正データメモリー３０ｃとを備え、上記空燃比補正データＧ７に基づき、上記積算稼働時間ＷＴの増加に対応して目標空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料リッチ側へ補正するように構成する。
【００１６】
上記空燃比制御回路３０及び空燃比補正回路３０Ａは、ワンチップマイクロコンピュータにより構成されており、上記出力演算回路３０ａ、積算メモリ３０ｂ及び補正データメモリ３０ｃが、検出信号として取り込んだ、既存の吸気量信号Ｑ、回転速度信号Ｎ、稼働時間Ｔを基礎として、簡単な演算処理をすることにより、三元触媒１８の積算稼働時間ＷＴを算定し、予め記憶させた空燃比補正データＧ７により、空燃比を燃料リッチ側へ補正する。つまり、ワンチップマイクロコンピュータによる制御プログラムを書き換えることにより、上記空燃比制御回路３０及び空燃比補正回路３０Ａを安価に構成することができる。
【００１７】
上記空燃比補正データＧ７は、前記図５（Ａ）に示したように、浄化率の最良点Ｐが空燃比の燃料リッチ側（空気過剰率λ＝０．９９４）へシフトすることに基づき、三元触媒１８の経時劣化による目標空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料リッチ側へ補正するためのものである。この空燃比補正データＧ７は、例えば図４に示すように、エンジン出力Ｗとその運転時間Ｔとの積が、三元触媒１８の積算稼働時間にほぼ比例することが経験則により判明している。なお、エンジンの運転時間Ｔは、マイクロコンピュータが内部に備える経時メモリ３０ｄに記憶させている。
【００１８】
上記構成によれば、三元触媒の経時劣化を監視するために三元触媒の下流に配置される従来の酸素濃度センサは不要になり、空燃比制御回路３０が備える従来の空燃比補正回路を改変してそのコスト低減を図ることができる。
【００１９】
上記の実施形態では、排気ガス浄化装置をガスエンジンに適用したものについて例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガソリンエンジンに適用することもできる。また、上記の実施形態では、多気筒エンジンの排気マニホールド４に三元触媒システムを適用したものについて例示したが、単気筒エンジンの排気通路に三元触媒システムを適用しても差し支えない。さらに、吸気量信号Ｑを出力する吸気量センサＳ１は、吸気圧センサでもよく、空燃比を補正するための制御プログラムについても、この発明の要旨を変更しない範囲内において種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気ガス浄化装置を備える電子ガバナ搭載ガスエンジンの模式図である。
【図２】その電子ガバナ搭載ガスエンジンの左側面図である。
【図３】そのガスエンジンの要部を取り出した縦断面図である。
【図４】本発明に係る空燃比補正データに対応するグラフである。
【図５】図５（Ａ）は空気過剰率と排気ガス中の汚染３成分の浄化率との関係を示すグラフ、図５（Ｂ）は空気過剰率と酸素濃度センサの出力との関係を示すグラフである。
【図６】従来例に係る電子ガバナ搭載ガスエンジンの模式図である。
【符号の説明】
５…排気通路（排気マニホールド）、１８…三元触媒、３０…空燃比制御回路、３０Ａ…空燃比補正回路、３０ａ…出力演算回路、３０ｂ…積算メモリ、３０ｃ…補正データメモリ、Ａ／Ｆ…空燃比、Ｎ…エンジンの回転速度信号、Ｑ…エンジンの吸気量信号、Ｗ…エンジン出力、ＷＴ…三元触媒の積算稼働時間、Ｇ７…空燃比補正データ、Ｓ２…酸素濃度センサ。

Claims (1)

1. 排気通路（５）に三元触媒（１８）を設け、この三元触媒（１８）の上流に酸素濃度センサ（Ｓ２）を設け、上記酸素濃度センサ（Ｓ２）の出力信号（Ｒ）とエンジンの吸気量信号（Ｑ）と回転速度信号（Ｎ）とに基づき空燃比制御回路（３０）が備える空燃比補正回路（３０Ａ）により、目標空燃比（Ａ／Ｆ）を補正するように構成したエンジンの排気ガス浄化装置において、
   上記空燃比補正回路（３０Ａ）は、エンジンの吸気量信号（Ｑ）と回転速度信号（Ｎ）とからエンジン出力（Ｗ）を割り出す出力演算回路（３０ａ）と、上記エンジン出力（Ｗ）とそのエンジンの稼働時間（Ｔ）との積を上記三元触媒（１８）の積算稼働時間（ＷＴ）として記憶する積算メモリ（３０ｂ）と、上記積算稼働時間（ＷＴ）に対応する空燃比補正データ（Ｇ７）を予め記憶する補正データメモリー（３０ｃ）とを備え、上記空燃比補正データ（Ｇ７）に基づき、上記積算稼働時間（ＷＴ）の増加に対応させて、目標空燃比（Ａ／Ｆ）を燃料リッチ側へ補正するように構成した、ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。

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