JPH0586845A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、機
関始動時に触媒をバーナを用いて加熱して短時間で活性
温度に到達させる際、バーナ着火時の未燃ＨＣ成分等の
排気有害成分の排出増加を防止する手段を提供すること
を目的とする。 【構成】 触媒コンバータ１４入口部に燃料を燃焼させ
るバーナ１を設け、このバーナ１に電動エアポンプ７か
ら制御弁８で調量した空気を供給する。バーナ１着火時
は空気供給量を増大させバーナ燃焼ガスをリーンに保ち
未燃ＨＣ等の有害成分発生を防止する。バーナ１の火炎
が安定して未燃ＨＣ成分等が減少した後は触媒を通過す
る排気の空燃比が理論空燃比になるように空気供給量を
調整し、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯx 三成分の転換効率を向上さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気浄化装置
に関し、詳細には触媒暖機のための加熱用バーナを有す
る排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に触媒コンバータを
設け、排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置が一般
的に用いられている。しかし、触媒は活性温度（３００
〜３５０℃程度）以下では浄化能力が急激に低下するた
め、機関始動時等で触媒温度が低い場合排気中の有害成
分が充分に浄化されないまま大気中に放出される場合が
ある。

【０００３】この問題を解決するため、機関始動後短時
間で活性温度まで触媒温度を上昇させ（以下「触媒暖
機」という）、機関始動後の排気有害成分の排出を低減
する手段を備えた排気浄化装置が考案されている。触媒
暖機のための手段を備えた排気浄化装置の例としては、
例えば米国特許第３，７５１，９１４号に開示された装
置がある。同装置は三元触媒を用いた排気触媒コンバー
タの入口部に、燃料を噴射するノズルと、点火器とを配
置し、更に、これらの上流の排気通路に空気を供給して
排気ガスと混合する手段を備えた構成とされている。同
装置では機関始動時にはコンバータ上流側に空気を供給
すると共にノズルから噴射した燃料に点火して、発生し
た高温の燃焼ガスを触媒に通すことにより短時間で触媒
暖機が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記米国特許
第３，７５１，９１４号のようにバーナを用いて触媒暖
機を行う場合バーナ着火時にバーナ自体から多くの有害
成分が排出される問題があった。すなわち、バーナ着火
時には混合気形成が不充分となり燃焼が安定しないため
燃焼ガス中の有害成分（特に未燃ＨＣ成分）が大幅に増
大する。しかもバーナから排出された未燃ＨＣ成分は触
媒暖機前であるため触媒でも浄化されず大気に放出され
ることになり、触媒暖機用のバーナ着火時には却って有
害成分の排出量が増大してしまうという問題を生じてい
た。

【０００５】この問題を防止するためには、バーナでの
燃焼空燃比を空気過剰（リーン）に保持し、未燃ＨＣ成
分の発生を低減させることが効果的である。しかし前述
の米国特許第３，７５１，９１４号の装置では排気通路
に供給する空気量を増大してバーナの空燃比をリーンに
保持しようとした場合、多量の空気を排気に混入する必
要があり、触媒コンバータ入口での排気全体の空燃比が
リーン化してしまうことになる。公知のように三元触媒
においては排気空燃比がリーンであるとＮＯx（窒素酸
化物）の転換効率が低下するため、バーナ着火後も多量
の空気供給を続けると触媒暖機中及び暖機後のＮＯx 排
出量が増大する問題が発生する。

【０００６】本発明は、上記問題に鑑み、触媒をバーナ
で加熱する際に着火時の未燃ＨＣ成分の低減と暖機中及
び暖機後のＮＯx 排出量増大防止とを図ることのできる
排気浄化装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の排気通路に設けた排気浄化触媒と、燃料を燃焼させ
て該触媒を加熱するバーナとを備えた内燃機関の排気浄
化装置において、前記バーナ近傍に空気を供給する空気
供給手段と、バーナ着火時にバーナの燃焼空燃比がリー
ン空燃比となるように前記空気供給手段を制御する制御
手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置が提供される。

【０００８】

【作用】空気供給手段によりバーナ近傍に燃焼空気が供
給されると共に、着火時にバーナ燃焼空燃比がリーン空
燃比になるように制御されるため、燃焼時の未燃ＨＣ成
分発生が防止される。

【０００９】

【実施例】図１に本発明の実施例構成を示す。図におい
て１４はエンジン（図示せず）の排気管１３に接続され
た触媒コンバータ、１４ａは触媒コンバータ１４内に配
置された三元触媒である。コンバータ１４の入口部には
バーナ１が設けられている。本実施例ではバーナ１は燃
焼室１ａと、該燃焼室１ａに燃料を噴射するインジェク
タ２、燃焼室１ａ内に空気を供給するエアノズル７ａと
を備えている。

【００１０】インジェクタ２には内燃機関の燃料ポンプ
１８から各気筒の燃料噴射弁２０に圧送される燃料の一
部が分岐管１５と遮断弁１６を介して供給されている。
本実施例においてはバーナ１の燃焼を良好にするためイ
ンジェクタ２には燃料加熱用の電気ヒータ５が設けられ
ている。エアノズル７ａは逆止弁７ｂ，制御弁８を介し
て電動エアポンプ７に接続されている。制御弁８は印加
されるパルス電圧に応じて開閉する電磁弁であり、パル
ス幅（デューティ比）を変えることにより制御弁８を通
過する空気流量を調節することができる。逆止弁７ｂは
バーナ休止時に排気がエアノズル７ａから逆流すること
を防止するために設けられている。

【００１１】本実施例ではエアノズル７ａから供給され
た空気は燃焼室１ａ内に強力な渦流を生成するようにさ
れており、燃料はインジェクタ２からこの渦流中に噴射
され、霧化，混合が行われる。また燃焼室１ａ内には点
火用イグナイタ３と燃焼ガスの温度上昇により混合気着
火を検出する着火センサ６が配置されている。また触媒
コンバータ内の触媒床１４ａには触媒床温度を検出する
温度センサ１０が、触媒コンバータ下流の排気通路には
排気空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）９がそれぞれ配置さ
れている。

【００１２】Ａ／Ｆセンサ９は排気中の酸素濃度を検出
し、酸素濃度と排気空燃比との相関から排気空燃比を検
出するものであり、理論空燃比近傍のみならず全空燃比
領域にわたって空燃比の検出が可能である。図に１１で
示したのは排気浄化装置の触媒暖機制御を行う電子制御
装置（ＥＣＵ）である。

【００１３】ＥＣＵ１１は公知の形式のディジタルコン
ピュータから成り、本発明の触媒暖機制御の他、エンジ
ンの燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行って
いる。本制御のため、ＥＣＵ１１には前述の着火センサ
６からバーナ１の着火信号が、また触媒温度センサ１０
から触媒床温度が、Ａ／Ｆセンサ９から排気空燃比信号
がそれぞれ入力されている他、イグニッションスイッチ
からイグニッションＯＮ信号が入力されている。

【００１４】また、ＥＣＵ１１の出力ポートは遮断弁１
６、インジェクタ２に接続され、バーナ１への燃料噴射
を制御している他、点火回路４を介してイグナイタ３に
接続され、バーナ点火を制御している。更にＥＣＵ１１
は電動エアポンプ７に接続され、エアポンプの作動を行
うと共に制御弁８のデューティ制御を行いバーナ１への
空気供給量を制御している。

【００１５】次に図２のタイムチャートを用いて本実施
例の触媒暖機制御について説明する。図２は各機器の作
動状況の時間的変化を示したものであり、触媒暖機制御
は以下のステップで行われる。 (1) エンジン始動のためイグニッションスイッチがＯＮ
にされ、イグニッションスイッチＯＮ信号が入力される
と、ＥＣＵ１１はＡ／Ｆセンサ９の予熱ヒータと燃料ヒ
ータ５をＯＮにしてＡ／Ｆセンサ９と燃料の加熱を開始
する (図２，Ｉ）。

【００１６】(2) イグニッションスイッチＯＮ信号入力
後所定時間経過後ＥＣＵ１１は点火回路を通じてイグナ
イタ３を作動させ点火準備を行う (図２，II) 。 (3) イグナイタ３作動後所定時間が経過するとＥＣＵ１
１はエアポンプ７を駆動し、同時に制御弁８を開き燃焼
室１ａに空気を導入する (図２，III)。 (4) 次いでＥＣＵ１１はインジェクタ２からの燃料噴射
を行い、イグナイタ３によりバーナ１の点火が行われる
(図２，IV) 。

【００１７】(5) ＥＣＵ１１はエアポンプ７作動後、Ａ
／Ｆセンサの出力に基づいて触媒下流側の排気空燃比が
リーンになるように制御弁８をデューティ制御している
(図２，区間Ｖ）。従ってバーナ着火時にはバーナの混
合気はリーンに保持されているためバーナ着火時の未燃
ＨＣの発生は最小限に抑制される。 (6) バーナが着火して炎が安定すると、それに伴い未燃
ＨＣの発生も減少する。本実施例ではＥＣＵ１１は着火
センサ６が火炎温度上昇を検知すると（図２，VI）、バ
ーナの火炎が安定したと判定し、Ａ／Ｆセンサ９の出力
に基づいて排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）になる
ように制御弁８をデューティ制御して空気供給量を調節
する (図２，区間VII)。

【００１８】(7) この状態でバーナ１により触媒が加熱
され、所定温度に達したことを温度センサ１０により検
出するとＥＣＵ１１はインジェクタ２への燃料供給を停
止し、触媒暖機が完了する (図２，VIII) 。 (8) なお、バーナ１への空気供給はバーナ消火後も行わ
れる場合もあり、この場合排気空燃比は引きつづきスト
イキに保持される。

【００１９】触媒上流から空気供給（本実施例ではバー
ナ用空気も含む）を行うのは、エンジン始動後はドライ
バビリティ向上のために所定期間エンジンへの燃料供給
が増量されているため、触媒に二次空気を供給しないと
排気空燃比がリッチ（燃料過剰）になり触媒でのＨＣ，
ＣＯの転換効率が低下するためである。本実施例ではバ
ーナ着火時に一時的に排気空燃比がリーン化するため触
媒でのＮＯx 転換効率が減少することになるが前述のよ
うにエンジン始動時はエンジンに供給される燃料が増量
されるため、燃焼条件がリッチ側に移行しており、排気
中のＮＯx の発生が少なく、またバーナ着火後は直ちに
排気空燃比がストイキになるように空気供給量が削減さ
れ、触媒のＮＯx 転換効率が向上するためＮＯxの排出
量増大は生じない。

【００２０】上述のように、本実施例ではバーナ着火時
にバーナでの燃焼ガスをリーン化することにより、着火
時の未燃ＨＣの発生を防止すると共に、バーナ着火後は
排気空燃比をストイキに保持するように空気供給量を制
御することにより暖機中及び暖機完了後のＨＣ，ＣＯ，
ＮＯx 三成分の転換効率を向上させている。なお、本実
施例ではバーナ１に設けたエアノズル７ａからバーナの
燃焼空気と触媒への二次空気とを同時に供給している
が、バーナ１のエアノズル７ａからはバーナの燃焼空気
のみを供給し、触媒への二次空気供給用に別途排気通路
にエアノズルを設けた構造とすることも可能である。

【００２１】この場合にはバーナへの燃焼空気は着火時
にはリーンになるように増量し、着火後はストイキ又は
リーン側の一定の空燃比になるように一定量の空気を供
給するようにして、二次空気の供給量のみをＡ／Ｆセン
サ９の出力によりフィードバック制御するようにしても
良い。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したことによ
り、触媒暖機時のバーナ着火による未燃ＨＣ等の有害成
分排出量増大を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置の実施例構成を示す図で
ある。

【図２】同上実施例の各部作動状況を示すタイムチャー
トである。

【符号の説明】

１…バーナ ２…バーナ用インジェクタ ３…イグナイタ ５…燃料ヒータ ６…着火センサ ７…電動エアポンプ ７ａ…エアノズル ８…制御弁 ９…空燃比センサ １１…ＥＣＵ １４…触媒コンバータ １４ａ…触媒

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けた排気浄化触
   媒と、燃料を燃焼させて該触媒を加熱するバーナとを備
   えた内燃機関の排気浄化装置において、前記バーナ近傍
   に空気を供給する空気供給手段と、バーナ着火時にバー
   ナの燃焼空燃比がリーン空燃比となるように前記空気供
   給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする
   内燃機関の排気浄化装置。