JPH04191411A - エンジンの排気浄化用触媒装置 - 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〉 本発明はエンジンの排気浄化用触媒装置に関し、詳しく
は、触媒装置の加熱によって触媒の転化率をエンジン始
動直後から良好に維持できる装置に関する。

〈従来の技術〉 ガソリンエンジンの排気成分である一酸化炭素ＣＯ及び
炭化水素ＨＣの酸化、窒素酸化物ＮＯｘの還元を、触媒
の助けによって同時に行い、前記排気中の有害ガス三成
分を無害な二酸化炭素ＣＯ２゜水蒸気Ｈ２０及び窒素Ｎ
２に清浄化する三元触媒を、ガソリンエンジンの排気系
に設けて構成されたエンジンの排気浄化用触媒装置か従
来から知られている。

前記三元触媒は、第３図に示すように、理論空燃比付近
で三成分の転化率（除去率）か最も高くバランスされる
ため、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサを設け、
この酸素センサで排気中の酸素濃度を監視することで、
エンジン吸入混合気の空燃比を理論空燃比にフィードバ
ック制御するようにしている（特開平２−１３０２３９
号公報等参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、触媒の温度か低いエンジン始動直後では、触
媒か不活性状態であるために、触媒の転　　　　゛化率
か低下し、触媒か排気で暖められて活性温度（６００°
Ｃ付近）に達するまでの間、前記三成分（Ｃｏ、ＨＣ，
Ｎ０ｘ）か良好に浄化されずに排出量か多くなってしま
うという問題かあった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、触媒を
エンジン排気以外によって積極的に暖めることによって
、触媒かエンジン排気で暖められて活性温度に達する時
間を待たずに、より短い時間で活性化させ、始動直後か
ら良好な転化率を確保して始動時の排気性状を改善する
ことを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 そのため本発明ては、エンジンの排気系に設けられ排気
を浄化する触媒装置を備えてなるエンジンの排気浄化用
触媒装置において、エンジン用燃料を噴射する燃料噴射
弁と、該噴射弁から噴射された燃料を着火燃焼させる着
火装置とからなる燃焼装置を前記触媒装置の近傍に設け
、この燃焼装置によって前記触媒装置を加熱するよう構
成した。

〈作用〉 かかる構成によると、燃料噴射弁から噴射されるエンジ
ン用燃料を、着火装置によって着火燃焼させる燃焼装置
か触媒装置の近傍に設けられ、この燃焼装置での燃料の
燃焼によって発生する熱で触媒装置か加熱されるから、
エンジン排気による加熱を待たずに前記燃焼装置によっ
て積極的に触媒を暖めることかでき、始動時から短時間
で触媒を活性化させることか可能となる。

〈実施例〉 以下に本発明の詳細な説明する。

一実施例を示す第１図において、ガソリンエンジン１に
は、エアクリーナ２から吸気ダクト３゜スロットル弁４
及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。

吸気マニホールド５のブランチ部には各気筒別に燃料噴
射弁６が設けられている。この燃料噴射弁６は、ソレノ
イドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する常閉
型の電磁式燃料噴射弁であって、コントロールユニット
７からの駆動パルス信号により通電されて開弁する。

前記燃料噴射弁６には、燃料タンク８から燃料ポンプ９
によって吸引され燃料フィルタ１０てろ過された燃料（
ガソリン）か、プレッシャレギュレータ１１で所定圧力
に調整されて供給されるようになっている。

尚、前記プレッシャレギュレータ１１の基準圧力室には
、吸入負圧か導かれるようにしてあり、吸入負圧の増大
に応じて燃料圧力を低下させるようにしである。また、
プレッシャレギュレータ１１による調整圧力以上である
ときには、プレッシャレギュレータ１１から燃料タンク
８に燃料が戻されるようにしである。

エンジンｌの各燃焼室には点火プラグ１２か設けられて
いて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる
。そして、エンジン１からは、排気マニホールド１３．
排気ダクト１４．三元触媒１５（触媒装置）を介して排
気か排出される。

コントロールユニット７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含ん
て構成されるマイクロコンピュータを備え、各種のセン
サからの入力信号を受け、燃料噴射弁６による燃料供給
及び点火プラグ１２に点火を制御するようになっている
。

前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３中にエアフロ
ーメータ１６か設けられていて、エンジンｌの吸入空気
流量Ｑに応じた信号を出力する。

また、クランク角センサ１７か設けられていて、４気筒
の場合、クランク角１８０°毎の基準信号ＲＥＦと、ク
ランク角１°又は２°毎の単位信号ＰＯ８とを出力する
。ここで、基準信号ＲＥＦの周期、或いは、所定時間内
における単位信号ＰＯ８の発生数を計測することにより
、エンジン回転速度Ｎを算出できる。

また、エンジン１のウォータジャケットの冷却水温度Ｔ
ｗを検出する水温センサ１８か設けられている。

更に、排気マニホールド１３の集合部に酸素センサ１９
か設けられ、排気中の酸素濃度を介して吸入混合気の空
燃比を検出する。前記酸素センサ１９は、排気中の酸素
濃度か理論空燃比を境に急変することを利用して、実際
の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リーンを検出す
る公知のものであり、コントロールユニット７は該酸素
センサ１９による検出結果を燃料噴射弁６による噴射量
にフィードバックして、三元触媒１５による転化率を維
持できる理論空燃比付近に実際の空燃比をフィードバッ
ク制御するようになっている。

また、本発明にかかる構成として、エアクリーナ２の下
流から三元触媒１５に直接空気を導く空気導入管２０が
設けられており、該空気導入管２ｏのエアクリーナ２側
端部には、エアクリーナ２から三元触媒１５に向けての
空気の流れのみを許容するリード弁２１か設けられ、ま
た、空気導入管２ｏの三元触媒１５近傍側（エンジン排
気系への連通接続部）には、下流に向けて燃料噴射弁２
２と点火コイル２３ａを付設した点火プラグ２３とかこ
の順に配置されている。尚、本実施例における燃焼装置
は、前記空気導入管２０．燃料噴射弁２２及び着火装置
としての点火プラグ２３によって構成される。

前記燃料噴射弁２２は、エンジンｌ用の前記燃料噴射弁
６と同じ電磁式の噴射弁であって、プレッシャレギュレ
ータ１１によって調圧された燃料を噴射供給するもので
、コントロールユニット７からの駆動パルス信号によっ
て通電開弁する。また、前記点火プラグ２３もエンジン
１用の点火プラグ１２と同様にやはりコントロールユニ
ット７によってその点火時期か制御されるようにしであ
る。

上記燃焼装置において、排気の流れによって空気導入管
２０内か負圧となってリード弁２１が開き、エアクリー
ナ２から三元触媒１５側への空気の流れか発生する。こ
の状態で、燃料噴射弁２２から噴射された燃料が点火プ
ラグ２３によって着火燃焼し、かかる燃焼排気か三元触
媒１５内に導入されて、三元触媒１５を暖めるようにな
っている。

尚、前記空気導入管２０のエンジンｌ排気系への連通接
続部は、三元触媒１５の近傍上流位置や、三元触媒１５
の途中位置、更には、上下流に２分割構成とした三元触
媒１５の中間位置としても良い。但し、前記燃焼装置の
排気か直接大気中に排出されると、排気性状を悪化させ
ることになるので、空気導入管２０を介して導入される
空気（燃焼排気）は、三元触媒Ｉ５を加熱しつつ触媒１
５内を通過して大気中に排出されるよう構成する。

また、三元触媒１５の途中て排気温度Ｔｂを検出する排
気温度センサ２４か設けられており、この排気温度セン
サ２４の検出結果はコントロールユニット７に出力され
る。尚、前記排気温度センサ２４の代わりに触媒温度（
例えば担体温度）を検出するセンサを設けても良い。

ここで、コントロールユニット７は、第２図のフローチ
ャートに示すようにして、前記燃料噴射弁２２による噴
射量と、点火プラグ２３による点火時期とを、各種のセ
ンサ入力に基づいて決定し、燃料噴射弁２２の開弁動作
と点火プラグ２３の点火動作とを制御する。

第２図のフローチャートに示すプログラムは、所定時間
毎に実行されるようになっており、まず、ステップｌ（
図中ではＳｌとしである。以下同様）では、クランク角
センサ１７で検出されるエンジン回転速度Ｎ、エアフロ
ーメータ１６で検出される吸入空気流量Ｑ、水温センサ
１８て検出される冷却水温度Ｔｗ、排気温度センサ２４
で検出される排気温度Ｔｂをそれぞれ入力する。

次のステップ２ては、エンジンｌの負荷状態を示すパラ
メータとして、単位回転当たりのエンジン吸入空気量に
対応する基本燃料噴射量Ｔｐ（←ＫＸＱ／Ｎ；には定数
）を演算する。

そして、ステップ３ては、エンジン回転速度Ｎと基本燃
料噴射量Ｔｐ（エンジン負荷）とに対応して予め前記燃
料噴射弁２２における基本噴射量Ｔｅを記憶したマツプ
から、現状の回転速度Ｎとエンジン負荷Ｔｐとに対応す
る噴射量データを検索して求める。

ステップ４では、前記基本噴射量Ｔｅを、始動からの経
過時間に応じて補正するための補正係数ｈｏｓを、予め
始動からの経過時間に応じて前記補正係数ｈｏｓを記憶
しであるマツプがら検索して求める。

前記補正係数ｈｏｓは、始動からの経過時間が長くなる
ほど１．０から小さくなるようにしてあり、これにより
、始動直後はど燃料噴射弁２２による噴耐量を多くし、
逆に、始動からの経過時間か長くなると噴射量を減少さ
せる。

コントロールユニット７は、前記補正係数り。

Ｓの設定のために、始動（例えばクランキング開始又は
終了時）からの時間を計測するようにしである。

ステップ５ては、前記基本噴射ｔＴｅを、冷却水温度Ｔ
ｗ（エンジン温度）に応じて補正するための補正係数ｈ
ｏｓ２を、予め水温Ｔｗに応じて前記補正係数ｈｏｓ２
を記憶しであるマツプから検索して求める。

前記補正係数ｈｏｓ２は、水温Ｔｗか低いほど大きな値
に設定され、低温時はど噴射量を増大させる。

更に、ステップ６では、排気温度Ｔｂから目標排気温度
である所定温度（例えば６００°Ｃ）を減算した値に基
づき、前記基本噴射量Ｔｅを排気温度Ｔｂに応じて補正
するための補正係数ｈｏｓ３を、マツプから検索して求
める。

ここで、前記補正係数ｈｏｓ３は、目標温度に対して実
際の排気温度Ｔｂか低いときはとプラス側に増大設定さ
れ、目標温度と実際の排気温度Ｔｂとか略等しいときに
は略ゼロか設定され、逆に実際の排気温度Ｔｂか目標を
越えるようになるとマイナス側の値として設定されるよ
うになっている。

ステップ７ては、以下の式に従って、三元触媒１５を加
熱するために燃料噴射弁２２から噴射供給させる噴射量
Ｔｉを算出する。

Ｔ　ｉ　４−Ｔ　ｅ　ｘｈｏｓ　　ｘｈｏｓ２ｘｈｏｓ
３＋Ｔ　ｓ上記噴射量Ｔｉの演算式において、Ｔｓは燃
料噴射弁２２の駆動電源であるバッテリの電圧変化によ
る実際の噴射量の変化を補償するための補正分であり、
バッテリ電圧に応じて設定される。

そして、次のス、テップ８では、前記噴射量Ｔｉに相当
するパルス巾の駆動パルス信号を燃料噴射弁２２に出力
することて、三元触媒１５加熱用の燃料を噴射供給させ
る。

前記噴射量Ｔｉによれば、基本的にはエンジン負荷とエ
ンジン回転速度とによって燃料噴射弁２２による噴射量
か決定されるか、始動時水温Ｔｗか低く始動直後である
ほど大きな噴射量Ｔｉか設定され、エンジン１からの排
気及び燃料噴射弁２２から噴射され点火プラグ２３て着
火燃焼された燃焼排気によって三元触媒１５か暖められ
、三元触媒１５付近での排気温度（触媒温度）か目標に
近つくと、噴射量Ｔｉか減少し、目標を越えるようにな
るとマイナス側に設定されて実際には噴射されなくなる
ので、三元触媒１５を目標温度（例えば６００°Ｃ）付
近に速やかに昇温させることかできると共に、燃料噴射
弁２２と点火プラグ２３とからなる燃焼装置による加熱
−で三元触媒１５か必要以上に加熱されることも防止で
きる。

燃料噴射弁２２と点火プラグ２３とからなる燃焼装置に
よって三元触媒１５を加熱しない場合には、エンジン排
気によってのみ触媒温度か上昇することになるが、エン
ジン排気に加え燃焼装置で三元触媒１５を暖めるように
すれば、始動時から速やかに活性温度（目標温度）にま
で昇温させることかでき、始動時から高い転化率を確保
して、排気を良好に浄化させることかできるようになる
。

三元触媒１５は、所定の目標温度（活性温度）付近で最
も転化率か高くなり、それを下回ると、また、逆に上回
っても転化率か低下するから、速やかな温度上昇を図り
つつ、過剰な加熱を避ける必要かあるか、本実施例のよ
うに、三元触媒１５付近ての排気温度Ｔｂ（又は触媒温
度）を監視しながら、噴射量Ｔｉを制御すれば、過剰な
加熱操作（触媒の過熱）を回避できる。

上記のようにして燃料噴射弁２２によって所定量の燃料
を噴射させると、次のステップ９ては、エンジン負荷Ｔ
ｐとエンジン回転速度Ｎとに基づいて噴射から点火まで
のデイレ−時間Ｄｅｌを設定し、次のステップ１０ては
、燃料噴射弁２２による燃料噴射供給から前記デイレ−
時間Ｄｅｌが経過した後に、点火プラグ２３による火花
点火を行わせ、エアクリーナ２．リード弁２１を介して
供給される空気と混合した燃料を着火燃焼させ、燃焼排
気を三元触媒１５内に導くようにする。

尚、点火プラグ２３による点火動作は、上記のように噴
射から所定時間経過後に行わせるのではなく、噴射とは
無関係に所定時間毎に繰り返し行わせるように構成して
も良い。

本実施例のように、エンジン用燃料を燃焼させて三元触
媒１５を加熱するよう構成すれば、三元触媒１５の加熱
のために特別な燃料を蓄えておく必要がなく、また、エ
ンジンの燃料系及び点火系の部品を流用して燃焼装置を
構成でき、更に、電気ヒータで三元触媒１５を加熱させ
る構成の場合のようにバッテリが消耗することも回避で
きる。

また、前記空気導入管２０は、三元触媒１５に対する二
次空気導入系として用いることかでき、前記空気導入管
２０の開閉を吸気マニホールド負圧などによって制御さ
せるようにしても良い。

また、本実施例においては、着火装置は点火プラグを使
用したが、着火バーナー等を使用しても良い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によると、エンジンの排気系
に設けられ排気を浄化する触媒装置の温度を、始動後か
ら速やかに上昇させて触媒を活性化させることか可能と
なり、始動直後から高い転化率を得て排気を良好に浄化
させることができるようになるという効果かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム構成図、第２
図は同上実施例において触媒を加熱するための燃料供給
制御及び点火制御の内容を示すフローチャート、第３図
は三元触媒における転化率の特性を示す線図である。 ｌ・・・エンジン　　７・・・コントロールユニット１
５・・・三元触媒　　１７・・・クランク角センサ１８
・・・水温センサ　　２０・・・空気導入管　　２１・
・・り一ド弁　　２２・・・燃料噴射弁　　２３・・・
点火プラグ２４・・・排気温度センサ 特許出願人　日本電子機器株式会社 代理人　弁理士　笹　島　富二雄 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　エンジンの排気系に設けられ排気を浄化する触媒装置
   を備えてなるエンジンの排気浄化用触媒装置において、 エンジン用燃料を噴射する燃料噴射弁と、該噴射弁から
   噴射された燃料を着火燃焼させる着火装置とからなる燃
   焼装置を前記触媒装置の近傍に設け、該燃焼装置によっ
   て前記触媒装置を加熱するよう構成されたことを特徴と
   するエンジンの排気浄化用触媒装置。