JPH04136408A - ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に関
する。

〔従来技術〕

一般に、ディーゼルエンジンの排気系には、排気ガス中
に含まれるＨＣ，Ｃｏ、ＮＯｘ”Ｊの有害物質を酸化さ
せて浄化する触媒コンバータを備えた排気ガス浄化装置
が介装されている。

上記触媒コンバータとしては、ベレット状又はモノリス
状のアルミナ焼成担体に、白金・バナジウムなどを付着
させたものが採用されており、その許容最高温度は約９
００゜Ｃ、活性化温度は約３００℃である。

一方、ディーゼルエンジンでは、冷間始動時などにおけ
る着火性を向上するため、グロープラグやスパークプラ
グで着火をアシストするように構成したものもある。

また、アルコールを主体とするアルコール燃料を用いる
タイプのディーゼルエンジンでは、燃料自体の着火性が
良くないことから、定常運転状態においてもグロープラ
グやスパークプラグで着火をアシストするように構成さ
れている（特開昭６２−１６５５３７号公報参照）。

（発明が解決しようとする課題〕 グロープラグやスパークプラグで着火をアシストスるタ
イプのディーゼルエンジンにおいて、グロープラグやス
パークプラグが故障した状態でエンジンを始動させると
、故障した気筒から多量の未燃焼ガスが排出される。そ
して、この未燃焼ガス中の燃料が触媒コンバータに付着
して蓄積し、この状態で排気ガス熱により触媒コンバー
タが活性化温度以上になると、蓄積された燃料が爆発的
に燃焼して触媒コンバータが許容最高温度以上となり熱
劣化したり最悪の場合には溶損することも考えられる。

特に、アルコール燃料を使用するディーゼルエンジンで
は、グロープラグやスパークプラグが腐食性の高いアル
コール燃料に直接接触するという過酷な条件下で使用さ
れ、断線などの故障の発生頻度が高くなるので、未燃焼
ガスの排出に起因する触媒コンバータの熱劣化や溶損対
策が今後大きな課題になるものと考えられる。

本発明の目的は、触媒コンへ−タ内に蓄積される未燃焼
燃料の爆発的な燃焼を防止し得るようなディーゼルエン
ジンの排気ガス浄化装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１請求項に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化ｉ
ｔは、ディーゼルエンジンの排気通路に排気ガスを浄化
する触媒コンバータを設け、上記触媒コンバータをバイ
パスするバイパス通路を排気通路に接続し、上記バイパ
ス通路を開閉するシャッタ弁を設け、上記触媒コンバー
タに吸着された未燃焼燃料の吸着量に関連する物理量を
検出する検出手段を設け、上記検出手段からの出力を受
けて触媒コンバータの未燃焼燃料の吸着量が所定値以上
になったときに、シャッタ弁を開作動させる制御手段を
設けたものである。

第２請求項に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装
置は、第１請求項に記載のディーゼルエンジンの排気ガ
ス浄化装置において、上記排気通路の触媒コンバータの
入口付近に全開位置と少量の排気ガスが通過可能な絞り
位置とに位置切換え可能な第２シャッタ弁を設け、上記
触媒コンバータの未燃焼燃料の吸着量が所定値以上にな
ったときに、上記制御手段により第２シャッタ弁を絞り
位置に作動させるようにしたものである。

〔作用〕

第１請求項に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装
置においては、グロープラグやスパークプラグの故障な
どによりエンジン始動初期に何れかの気筒で失火が発生
し、その気筒から多量の未燃焼ガスが排気系へ排出され
ると、排出された未燃焼ガス中の燃料はまだ十分に昇温
されていない触媒コンバータに吸着されることになるが
、触媒コンバータに吸着された未燃焼燃料の吸着量に関
連する物理量が検出手段により検出され、吸着量が所定
値以上になると制御手段がシャッタ弁を開作動させるの
で、排気ガスの大部分は未燃焼燃料が蓄積された触媒コ
ンバータよりも流通抵抗の少ないバイパス通路を通って
外部へ排出され、更なる未燃焼燃料の蓄積が防止される
。そして、触媒コンバータに流入する比較的少量の排気
ガスにより、触媒コンバータの温度が徐々に上昇して活
性化領域に移行すると、触媒コンバータに吸着された燃
料は、触媒コンバータ内を通過する排気ガス中の酸素で
徐々に燃焼して外部へ排出されるので、触媒コンバータ
内の未燃焼燃料の急激な燃焼を効果的に防止出来る。

第２請求項に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装
置においては、基本的に第１請求項と同様の作用が得ら
れる。加えて、排気通路の触媒コンバータの入口付近に
全開位置と少量の排気ガスが通過可能な絞り位置とに位
置切換え可能な第２シャッタ弁が設けられ、触媒コンバ
ータの未燃焼燃料の吸着量が所定値以上になったときに
、制御手段が第２シャッタ弁を絞り位置に作動させるの
で、触媒コンバータ内で未燃焼燃料が徐々に燃焼して排
気ガスの流通抵抗が小さくなっても、触媒コンバータへ
の排気ガス流量を一定に保持することが出来、触媒コン
バータ内の未燃焼燃料の急激な燃焼を更に効果的に防止
出来る。

［発明の効果〕 第１請求項に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装
置によれば、上記〔作用〕の項で詳述したように、多量
の未燃焼燃料が触媒コンバータに吸着されることを防止
出来、しかも咬着された燃料を徐々に燃焼させて触媒コ
ンバータ外へ排出出来るので、触媒コンバータ内での未
燃焼燃料の急激な燃焼を防止して触媒コンバータが熱劣
化したり溶損したりすることを確実に防止出来る。

第２請求項に係るディーゼルエンジンの排気ガス浄化装
置によれば、基本的に第１請求項と同様の効果が得られ
る。加えて、触媒コンバータ内で未燃焼燃料が徐々に燃
焼して排気ガスの流通抵抗が低下しても、触媒コンバー
タへの排気ガス流量を一定に保持することが出来、触媒
コンバータ内の未燃焼燃料の急激な燃焼を更に効果的に
防止出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本実施例は、アルコールを主体とするディーゼルエンジ
ンの排気ガス浄化装置に本発明を適用した場合のもであ
る。

第１図に示すように、ディーゼルエンジンＤＥは立型４
気筒直列エンジンで、エンジンＤＥの排気通路１の上流
端は排気マニホールド２を介して４つの気筒の各燃焼室
に接続され、排気通路１の途中部には排気ガス浄化装置
３とマフラー（図示略）が介設され、排気ガスは排気ガ
ス浄化装置３により浄化された後、マフラーにより消音
されて外部へ排出される。

上記排気ガス浄化装置３について説明すると、排気通路
ｌの途中部には触媒コンバータ４が設けられ、排気通ｉ
ｆには触媒コンバータ４をバイパスするバイパス通路５
が接続され、バイパス通路５には第１シャッタ弁６が介
設され、触媒コンバータ４の入口部４ａ付近の排気通路
１には第２シャッタ弁７が介設され、両シャッタ弁６・
７は１対のアクチュエータ８・９により夫々独立に開閉
駆動される。尚、第２シャッタ弁７は、全開状態と少量
の排気ガスが通過可能な絞り位置とに位置切り換え可能
に構成されている。

上記シャッタ弁６・７を開閉駆動するため、図示外のオ
ルターネータの後側部にはバキュームポンプ１０が付設
され、アクチュエータ８・９は夫々！［３方弁１１・１
２を介してバキュームポンプｌＯに接続され、電磁３方
弁１１・１２はコントロールユニット１３に接続されて
いる。

上記触媒コンバータ４は、蜂の巣状に軸方向に連通した
多数の連通孔を有するアルミナ担体の表面に、触媒作用
のある白金・バナジウムなどを付着させた絶縁性を有す
るモノリス状触媒１４を備えた触媒コンバータで、この
モノリス状触媒１４が排気ガス熱で所定温度（約３００
℃）まで加熱されて活性されると、排気ガス中のＨＣ，
Ｃ○、ＮＯｘなどの有害成分の酸化反応が促進されて排
気ガスが浄化される。

上記触媒コンバータ４に吸着される未燃焼燃料Ｆの吸着
量を検出するため、未燃焼燃料付着量検出器として、第
１図・第２図に示すように、触媒コンバータ４の略中心
部の壁部は検出部１４ａとされ、検出部１４ａの両端部
に電極１４ｂ・１４Ｃが固着され、これらの電極１４ｂ
−１４ｃは夫々コントロールユニット１３に接続されて
いる。

コントロールユニット１３から電極１４ｂへ例えば１２
Ｖの所定電圧が供給され、またコントロールユニット１
３は電極１４ｃから入力される電圧又は電流を検出して
画電極１４ｂ・１４Ｃ間の抵抗を求めるようになってい
る。検出部１４ａ自体は絶縁物質で構成されているが、
未燃焼燃料Ｆは比較的導電性が良いので、第２図に示す
ように、検出部１４ａの表面に未燃焼燃料Ｆが付着して
１対の電極１４ｂ間が未燃焼燃料Ｆを介して接続される
と、検出部１４ａの抵抗値Ｒが大幅に低下することから
、触媒コンバータ４に所定量の未燃焼燃料Ｆが吸着量さ
れていることが検出される。

上記コントロールユニット１３はマイクロコンピュータ
を主体にして構成され、その他必要なＡ／Ｄ変換器、波
形整形回路などを備え、マイロコンピュータのＲＯＭに
は排気ガス浄化装置３を制御するための制御プログラム
が予め入力格納されている。

ところで、ディーゼルエンジンＤＥの着火をアシストす
るグロープラグやスパークプラグが故障すると、故障し
た気筒で失火が発生して未燃焼ガスが排気通路１に排出
される。この未燃焼ガスに含まれる未燃焼燃料Ｆがモノ
リス状触媒１４の表面に付着して触媒コンバータ４内に
吸着保持され、モノリス状触媒１４が活性化温度以上に
なるとこの吸着保持された未燃焼燃料Ｆが爆発的に燃焼
して、モノリス状触媒工４が熱劣化したり溶損したりす
ることも考えられる。

本願のディーゼルエンジンＤＥの排気ガス浄化装置３は
、未燃焼燃料Ｆの吸着量を低減するとともに、吸着され
た未燃焼燃料Ｆの爆発的な燃焼を抑制して触媒コンバー
タ４を保護するためのものである。

次に、上記コントロールユニット１３でなされる触媒保
護制御のルーチンについて、第３図のフローチャートを
参照しながら説明する。尚、図中Ｓｉ　　（ｉ＝１．２
．３、・・・）は各ステップを示すものである。

エンジンＤＥの始動とともにこの制御が開始されると、
必要な初期設定が実行された後、検出部１４ａの電極１
４ｃからの出力が読込まれ画電極１４ｂ・１４ｃ間の抵
抗Ｒが演算される（Ｓｌ）。

次に、抵抗値Ｒが所定値２０以上か否かが判定され（Ｓ
２）、Ｙｅｓの場合には検出部１４ａに未燃焼燃料Ｆが
殆ど付着しておらず機関が正常に作動しているので、Ｓ
３にて第１シャッタ弁６が閉作動されて保持されるとと
もに第２シャッタ弁７が開作動されて保持され、Ｓｌに
戻る。つまり、各気筒から排出された排気ガスは触媒コ
ンバータ４を通って浄化された後、外部へ排出されるこ
とになる。尚、上記所定値Ｒ０は未燃焼燃料Ｆの抵抗率
などに基いて予め設定されたものである。

一方、Ｓ２にてＮｏと判定された場合には、グロープラ
グやスパークプラグの故障などにより失火が発生して未
燃焼ガスが排出され、未燃焼ガスに含まれる未燃焼燃料
Ｆが検出部１４ａの表面に所定量以上に付着して検出部
１４ａの抵抗値Ｒが所定値Ｒ０よりも小さくなっている
ので、第１シツヤタ弁６が開作動されて保持されととも
に第２シャッタ弁７が絞り位置に作動されて保持される
（Ｓ４）、これにより、排気ガスの大部分はバイパス通
路５を通って外部へ排出され、未燃焼燃料Ｆの更なる吸
着が防止される。

次の５５では、タイマＴＭに所定時間Ｔ　Ｍ　ａがセッ
トされて計時が開始され、所定時間ＴＭ、が経過してＴ
Ｍ＝Ｏになるまで待機し、ＴＭ＝０になると５１に戻る
。このとき、モノリス状触媒１４は触媒コンバータ４内
に流れ込む比較的少量の排気ガスにより徐々に昇温しで
活性化され、モノリス状触媒１４に吸着された未燃焼燃
料Ｆは排気ガス中の酸素で徐々に燃やされる。

こうして、触媒コンバータ４内の未燃焼燃料Ｆが徐々に
燃焼して外部へ排出されると、抵抗値ＲがＲ≧Ｒ０とな
りＳ３へ移行する。尚、未燃焼燃料Ｆの吸着量がまだ十
分に少なくなっておらずＲ＜Ｒｏの場合には、再びＳ４
〜Ｓ６が実行されることになる。

以上のように、多量の未燃焼燃料Ｆが触媒コンバータ４
に吸着されることを防止出来、しかも吸着された未燃焼
燃料Ｆを徐々に燃焼させて触媒コンバータ４外へ排出出
来るので、触媒コンバータ４内での未燃焼燃料Ｆの急激
な燃焼を防止してモノリス状触媒１４の熱劣化や溶損を
確実に防止出来る。

尚、本実施例では、モノリス状触媒１４の検出部１４ａ
の抵抗値Ｒに基いて未燃焼燃料Ｆの吸着量を検出したが
、未燃焼燃料Ｆの吸着量が増大すると排気ガスの流通抵
抗が大きくなることから、モノリス状触媒１４の前後の
排気ガス圧を夫々検出し、排気ガス圧の差に基いて未燃
焼燃料Ｆの吸着量を検出するようにしてもよい。

尚、触媒コンバータ４の温度を検出する温度センサを設
け、触媒コンバータ４の温度が異常高温となる直前に第
１シャッタ弁６を開作動させるとともに第２シャッタ弁
７を絞り位置に作動させて触媒コンバータ４への排気ガ
ス流量を減少させ、未燃焼燃料Ｆの爆発的な燃焼を抑制
するようにしてもよい。

尚、本実施例では、第１シャッタ弁６と第２シヤツダ弁
７とを夫々独立に作動させるように構成したが、シャッ
タ弁６・７を１つのアクチュエータで同時に作動させる
ようにしてもよい。

〔別実施例〕

このディーゼルエンジンＤＥは、第４図に示すように、
グロープラグ２１で着火をアシストするタイプのディー
ゼルエンジンで、各気筒２０に対して設けられた４つの
グロープラグ２１の断線を検出器２２で夫々検出し、断
線が検出された気筒（以下、断線気筒）２０への燃料噴
射をカットすることにより、未燃焼ガスの排出を未然に
防止するようにしたものである。尚、吸気通路３０、排
気通路３１、エアクリーナ３２、吸気シャッタ弁３３、
ＥＧＲ通路３４、ＥＧＲ制御弁３５などは周知の構成の
ものなので説明を省略する。また、コントロールユニッ
ト２４では、エンジンＤＥの回転数と負荷と吸気温度と
冷却水水温と油温とアクセル操作量などに基いて、エン
ジンＤＥの運転状態に応じて燃料噴射時期と燃料噴射量
と吸気シャッタ弁３３とＥＧＲ制御弁３５などを制御す
る。

上記ディーゼルエンジンＤＥの燃料噴射装置は電子制御
式の燃料噴射装置で、第４図に示すように、４つの気筒
２０に対して夫々設けられた燃料噴射ノズル２３に燃料
噴射を制御する電磁制御弁が組込まれ、各電磁制御弁が
コントロールユニット２４によりエンジン回転数と負荷
と吸入空気温度と冷却水温度と油温とアクセル開度など
に基いて制御されることにより、燃料噴射ポンプ２５か
ら各燃料噴射ノズル２３に供給された燃料が、所定のタ
イミングで所定分量だけ対応する気筒２０に噴射される
ように構成されている。

上記検出器２２としては、例えば、第５図に示すような
ものを用いることが出来る。

即ち、コントロールユニット２４からグロープラグ２１
のヒートコイル２１ａへの給電線２１ｂには抵抗Ｒ１が
接続され、ヒートコイル２１ａと抵抗Ｒ１との間の分圧
点Ａは抵抗Ｒ２を介して比較器２６の子端子に接続され
、比較器２６の一端子（基準電圧入力端子）は抵抗Ｒ３
と抵抗Ｒ４の間の分圧点Ｂに接続され、比較器２６の出
力はコントロールユニット２４に供給されている。ヒー
トコイル２１ａが断線していないときには、抵抗Ｒ１を
流れる電流が多いのでＡ点の電圧がＢ点のに発生した基
準電圧よりも低くなり、比較器２６からコントロールユ
ニット２４に「Ｌ」レベルの信号が出力され、またヒー
トコイル２１ａが断線すると、抵抗Ｒ１を流れる電流が
少なくなるので、Ａ点の電圧がＢ点の基準電圧よれも高
くなり、比較器２６からコントロールユニット２４に「
Ｈ」レベルの信号が出力される。

上記コントロールユニット２４では、比較器２６からｒ
ｌ（Ｊレベルの信号を受けると、断線気筒２０に対応す
る燃料噴射ノズル２３の電磁制御弁を閉弁状態に保持さ
せて断線気筒２０への燃料噴射をカットさせる。

尚、ディーゼルエンジンＤＥの燃料噴射装置として、ボ
ッシュ式やルーカス式などの機械式燃料噴射ポンプ２５
Ａを備え、この燃料噴射ポンプ２５Ａから各気筒２０に
対して所定のタイミングで燃料を分配圧送するタイプの
燃料噴射装置では、第６図に示すように、各燃料噴射ノ
ズル２３Ａに接続される燃料噴射管２７と燃料戻し管゛
２８との間にリリーフ弁２９を設け、コントロールユニ
ット２４Ａによりグロープラグ２１の断線時には断線気
筒２０に対応するリリーフ弁２９を開弁状態に保持させ
て断線気筒２０への燃料噴射をカットさせるようにして
もよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はディーゼ
ルエンジン及び排気ガス浄化装置の全体構成図、第２図
はモノリス状触媒の要部拡大図、第３図は触媒保護制御
のルーチンのフローチャート、第４図は第１別実施例に
係るディーゼルエンジン及び燃料噴射装置の全体構成図
、第５図は検出器の電気回路図、第６図は第２別実施例
の第４図相当図である。 ＤＥ・・ディーゼルエンジン、　Ｆ・・・未燃焼燃料、
　　１・・排気通路、　３・・排気ガス浄化装置、　４
・・触媒コンバータ、　４ａ・・入口部、　５・・バイ
パス通路、　６・・第１シャッタ弁、　７・・第２シャ
ッタ弁、　　１３・・コントロールユニット、　　１４
ａ・・検出部、１４ｂ・１４ｃ・・電極。 第２図 第 図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ディーゼルエンジンの排気通路に排気ガスを浄
   化する触媒コンバータを設け、 上記触媒コンバータをバイパスするバイパス通路を排気
   通路に接続し、 上記バイパス通路を開閉するシャッタ弁を設け、上記触
   媒コンバータに吸着された未燃焼燃料の吸着量に関連す
   る物理量を検出する検出手段を設け、 上記検出手段からの出力を受けて触媒コンバータの未燃
   焼燃料の吸着量が所定値以上になったときに、シャッタ
   弁を開作動させる制御手段を設けたことを特徴とするデ
   ィーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
2. （２）　上記排気通路の触媒コンバータの入口付近に全
   開位置と少量の排気ガスが通過可能な絞り位置とに位置
   切換え可能な第２シャッタ弁を設け、上記触媒コンバー
   タの未燃焼燃料の吸着量が所定値以上になったときに、
   上記制御手段により第２シャッタ弁を絞り位置に作動さ
   せるようにしたことを特徴とする第１請求項に記載のデ
   ィーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。