JPH0849528A

JPH0849528A - 触媒加熱装置

Info

Publication number: JPH0849528A
Application number: JP18715494A
Authority: JP
Inventors: Hideto Morishita; 秀人森下; Nobuyuki Tanaka; 信行田中
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1994-08-09
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】触媒加熱用バーナを備えた触媒加熱装置にお
いて、触媒の熱劣化を防止すると共にバーナから排出さ
れる未燃焼ＨＣを無害成分に転化させつつ、触媒を早期
に活性化する。【構成】触媒加熱装置は、排気管２内に配された触媒
３の上流側に設けたバーナ１０と、空気ポンプ３０を設
けた空気供給パイプ６０を介して大気に連通する２次空
気供給パイプ６１とを有している。エンジン始動時、バ
ーナ１０において燃料と空気との混合ガスが燃焼し、こ
の燃焼ガスにより触媒３が加熱される。そして、燃焼ガ
スおよび排気ガスに含まれる有害成分が、パイプ６１か
らの２次空気により酸化されて無害成分に転化され、こ
の酸化反応に伴って発生する熱で触媒が加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンから排出される排気ガスに
は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）および窒素
酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分が含まれており、この
様な有害成分が大気中に放散されると、人体や環境に悪
影響を及ぼすことになる。そこで、車両などに搭載され
るエンジンには、排気ガスを清浄化する三元触媒システ
ムや酸化触媒システムなどが装備される。三元触媒シス
テムは、触媒入口での実際空燃比が理論空燃比になるよ
うに空燃比フィードバック制御を行いつつ、エンジンの
排気系に配された三元触媒によりＣＯ、ＨＣ及びＮＯｘ
成分を同時に低減する。また、酸化触媒システムは、触
媒入口での空燃比を酸化雰囲気に維持しつつ、ＨＣ及び
ＣＯ成分を酸化触媒で低減する。

【０００３】上述の触媒システムにより排気ガスの清浄
化が図られるが、エンジン始動時のように触媒温度が低
くて触媒が活性状態に達していないときには、触媒の浄
化作用は十分に奏されず、有毒成分を含む排気ガスが大
気中に排出される。そこで、エンジン冷間時に触媒を強
制加熱して触媒を迅速に活性化するシステムが開発され
ている。

【０００４】例えば、特開平５−８６８５３号公報に
は、内燃機関の暖気運転中、内燃機関の排ガス路に２次
空気を供給する触媒器加熱方法が従来技術として開示さ
れている。すなわち、２次空気により排気ガス中のＣ
Ｏ、ＨＣが酸化され、この酸化反応に伴って熱が発生し
て触媒器が加熱される。また、特開平５−１６３９３５
号公報には、内燃機関の低温運転時に電気ヒータで触媒
を加熱する排気浄化装置や、主触媒とは別に設けた電気
ヒータ付き副触媒の上流側に２次空気を導入するものが
従来技術として開示されている。更に、この公報には、
低温運転時に排気管内に排出される未燃燃料量を推定
し、２次空気量をこの推定未燃燃料量に適合するように
制御する排気浄化装置が開示されている。しかし、電気
加熱触媒を用いたシステムには、触媒加熱のために大容
量の電源装置を要するなどの問題がある。

【０００５】電気ヒータ以外の加熱源を用いる触媒加熱
装置として、特開平５−３３６２９号公報には、内燃機
関の排気管内において三元触媒の直ぐ上流側に設けたバ
ーナによって三元触媒を加熱するようにした装置が開示
されている。このバーナ式触媒加熱装置によれば、エン
ジン始動時にバーナを点火させてバーナの熱で触媒を加
熱することにより、触媒の早期活性化を図ることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、バーナ
たとえばガソリン式バーナを用いる触媒加熱装置では、
バーナ部が約１２００゜Ｃという高温になるので、バー
ナを長時間焚くと触媒温度が過上昇して触媒に熱劣化を
来してしまう。また、バーナを焚くと、未燃焼ＨＣがバ
ーナから排出されるので、触媒の早期活性化を図って排
気ガスを清浄なものにすると云う触媒加熱が企図した目
的が損なわれることがある。

【０００７】そこで、本発明は、触媒の熱劣化を防止す
ると共に触媒加熱装置のバーナから排出される未燃焼Ｈ
Ｃを無害成分に転化させつつ、触媒を早期に活性化でき
る触媒加熱装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】エンジンの排気管内に配
された触媒を加熱する触媒加熱装置において、請求項１
の本発明の触媒加熱装置は、触媒の上流側に設けられた
触媒加熱用バーナと、触媒の上流側において排気管内へ
２次空気を供給する２次空気供給手段とを有することを
特徴とする。

【０００９】請求項２の触媒加熱装置の２次空気供給手
段は、バーナの燃焼ガス噴出口に向けて設けられた空気
噴出口を有している。請求項３の触媒加熱装置の空気噴
出口は、燃焼ガス噴出口に対向して設けられている。請
求項４の触媒加熱装置の空気噴出口は、その軸線が排気
管の軸線と交差するように設けられる。

【００１０】請求項５の触媒加熱装置によれば、２次空
気供給手段は、空気源に連通する空気通路を有し、触媒
加熱装置は、空気通路の中間からバーナへ延びる分岐空
気通路を更に有している。請求項６の触媒加熱装置の２
次空気供給手段は、空気通路の途中に配され空気源から
の空気を圧送するための空気ポンプを含む。

【００１１】請求項７の触媒加熱装置の空気ポンプは、
分岐空気通路が空気通路から分岐する箇所よりも上流側
に設けられている。請求項８の触媒加熱装置は、バーナ
および２次空気供給手段の少なくとも一方の作動を制御
する制御手段を有する。請求項９の触媒加熱装置の制御
手段は、触媒温度に関連する温度パラメータが所定値に
達していないときにバーナ作動を許容する。

【００１２】請求項１０の触媒加熱装置の制御手段は、
触媒温度に関連する温度パラメータが所定値に達したと
き、またはバーナの作動開始時から所定時間が経過した
ときに、バーナの作動を停止させる。請求項１１の触媒
加熱装置の制御手段は、バーナ作動の開始時に２次空気
供給手段の作動を開始させ、バーナ作動の停止時から所
定時間が経過したときに２次空気供給手段の作動を停止
させる。

【００１３】

【作用】請求項１の触媒加熱装置では、触媒加熱用バー
ナが作動すると、バーナからの燃焼ガスにより触媒が加
熱されて触媒が活性化される。また、２次空気供給手段
が作動すると、排気管内へ２次空気が供給される。そし
て、エンジンからの排気ガスに含まれるＣＯおよび未燃
焼ＨＣならびにバーナからの燃焼ガスに含まれる未燃焼
ＨＣが、この２次空気により酸化される。又、この酸化
反応に伴って発生する熱で触媒が加熱される。

【００１４】請求項２の触媒加熱装置では、２次空気供
給手段の空気噴出口からの２次空気は、バーナの燃焼ガ
ス噴出口に向けて噴出する。このため、２次空気中の酸
素と燃焼ガス中の未燃焼ＨＣとが衝突する確率が増大す
る。請求項３の触媒加熱装置では、空気噴出口からの２
次空気は、空気噴出口に対向して設けた燃焼ガス噴出口
に向かって噴出する。このため、２次空気中の酸素と燃
焼ガス中の未燃焼ＨＣとの衝突確率が更に増大する。

【００１５】請求項４の触媒加熱装置では、空気噴出口
からの２次空気は、排気管の軸線に交差する方向に噴出
する。このため、２次空気中の酸素と排気管内を流れる
排気ガス中のＣＯ、ＨＣとの衝突確率が増大する。請求
項５の触媒加熱装置では、空気源から空気通路に流入し
た空気の一部は、空気通路を介して排気管内へ２次空気
として供給され、空気通路に流入した空気の残部は、空
気通路から分岐した分岐空気通路を介してバーナに供給
され、バーナにおけるガス燃焼に供される。

【００１６】請求項６の触媒加熱装置では、空気通路に
配された空気ポンプにより、排気管内への２次空気供給
が強制的に行われる。請求項７の触媒加熱装置では、空
気ポンプにより、バーナへの空気供給が強制的に行われ
る。請求項８の触媒加熱装置では、バーナおよび２次空
気供給手段の作動が制御手段により制御される。

【００１７】請求項９の触媒加熱装置では、触媒温度に
関連する温度パラメータが所定値に達していないとき
に、制御手段はバーナ作動を許容する。請求項１０の触
媒加熱装置では、温度パラメータが所定値に達し、或い
は、バーナ作動開始時から所定時間が経過したときに、
制御手段の制御下でバーナ作動が停止する。

【００１８】請求項１１の触媒加熱装置では、制御手段
の制御下で、バーナ作動開始時に２次空気供給手段の作
動が開始し、従って、バーナからの燃焼ガスに含まれる
未燃焼ＨＣの２次空気による清浄化が、バーナ作動開始
時から直ちに行われる。その後、バーナ作動が停止され
るが、２次空気供給手段の作動が継続する。そして、バ
ーナ作動停止時から所定時間が経過すると、２次空気供
給手段の作動が停止する。

【００１９】

【実施例】図１を参照すると、内燃エンジン１は例えば
マルチポイント噴射式であって、エンジン１の図示しな
い吸気マニホールドには燃料噴射弁が各気筒毎に設けら
れている。また、エンジン１の図示しない排気マニホー
ルドには排気管２が接続され、この排気管２内には触媒
例えば三元触媒３が設けられている。

【００２０】触媒加熱装置は、触媒の早期活性化を図る
もので、本発明の第１実施例による触媒加熱装置は、図
１ないし図３に示すように、触媒加熱用バーナ１０と、
空気ポンプ３０を含む２次空気供給手段と、バーナ１０
および空気ポンプ３０の作動を制御するためのコントロ
ーラ（制御手段）４０とを有している。図１および図２
を参照すると、バーナ１０のバーナ本体１１には、燃料
供給パイプ５１を介して図示しない燃料タンクに接続さ
れた燃料入口ポート１２と、空気供給パイプ（分岐空気
通路）５２を介して空気源としての大気に接続された空
気入口ポート１３とが設けられている。燃料タンクは、
触媒加熱専用に設けても良いが、触媒加熱とエンジン燃
料供給とに兼用されるものでも良い。

【００２１】燃料入口ポート１２に連通するバーナ１０
内の燃料通路には噴射ノズル１４が配され、ソレノイド
バルブ１５が付勢されて噴射ノズル１４のプランジャ
（図示略）が図示しないスプリングのばね力に抗して開
弁方向に移動すると、噴射ノズル１４から燃焼室１７に
ガソリン燃料が噴射されるようになっている。又、バー
ナ１０内には空気入口ポート１３から燃焼室１７へ延び
る空気通路が設けられ、噴射ノズル１４から噴射された
燃料と空気通路を介して供給された空気とを燃焼室１７
内で混合するようにしている。空気通路の途中にはチェ
ック弁１８が配されている。参照符号１９は燃焼室１７
に臨んで配された点火プラグを示し、この点火プラグ１
９により燃料と空気との混合ガスに点火して、燃焼室１
７内で混合ガスを燃焼させるようになっている。

【００２２】又、燃焼室１７と燃焼ガスパイプ５３との
間にはシャットバルブ２０が配され、ロータリソレノイ
ド２１によりシャットバルブ２０を開閉駆動することに
より、燃焼室１７と燃焼ガスパイプ５３とを連通、遮断
するようにしている。燃焼ガスパイプ５３の燃焼ガス噴
出口５３ａは、三元触媒３の上流側において排気管２の
管壁内面に開口し、燃焼室１７からの高温の燃焼ガスが
燃焼ガスパイプ５３を介して排気管２内に流入して、三
元触媒３を加熱するようになっている。図２中、参照符
号１６は、混合ガスまたは燃焼ガスを撹拌するためのス
ワラを示す。

【００２３】上述のように、触媒加熱装置は２次空気供
給手段を備え、この２次空気供給手段は、外方端が空気
源としての大気に連通する空気供給パイプ（空気通路）
６０を有している。この空気供給パイプ６０には、空気
を圧送するための空気ポンプ３０が配され、同ポンプ３
０は電動モータ３１により駆動されるようになってい
る。また、空気ポンプ３０の直ぐ下流側には空気の逆流
を防止するためのリードバルブ３２が配されている。そ
して、リードバルブ３２の下流側において、空気供給パ
イプ６０にはバーナ１０用の空気供給パイプ５２の上流
側端が接続され、空気供給パイプ６０内を流れる加圧空
気の一部を空気供給パイプ５２を介してバーナ１０へ供
給するようにしている。即ち、バーナ用の空気供給パイ
プ５２は空気供給パイプ６０から分岐している。そし
て、空気供給パイプ６０の、上記分岐箇所よりも下流側
は、２次空気供給パイプ６１として機能する。

【００２４】２次空気供給手段は、排気ガスおよびバー
ナ燃焼ガスに含まれる未燃焼ＨＣ等の有毒成分を２次空
気により酸化させて無害化すると共に、この酸化反応に
伴って発生する熱により三元触媒３を加熱することを企
図したもので、排気管２内の平均空燃比を好ましくは約
１８〜２２の範囲内（より好ましくは約２０）の値にす
る量の２次空気を供給するように構成されている。例え
ば、排気量が２リットルのエンジンでは、毎分約３００
リットルの２次空気が供給されることになる。この理由
は、図４に示すように、排気管内平均空燃比が約１８〜
２２の範囲内に入るときにＨＣ排出量が低減し、また、
排気管内平均空燃比が約２０（空気過剰率λが約１．３
５）であるときに三元触媒温度が高くなるからである。

【００２５】一方、パイプ５２を含むバーナ１０への空
気供給系は、空気過剰率λ＝「１」、すなわち混合ガス
の空燃比を理論空燃比近傍とする量の空気がバーナ１０
に供給されるように構成され、これにより、バーナ１０
における混合ガス燃焼時のＨＣ発生量を低減している。
具体的には、空燃比に係る上記２つの要件を満たすよう
に、空気ポンプ３０の容量、パイプ５２、６０及び６１
の内径、流路抵抗などが適宜設定されている。なお、空
気ポンプ３０を用いずに所要量の２次空気を供給するこ
とは一般には困難である。

【００２６】２次空気供給手段の２次空気供給パイプ６
１は、排気管２内の排気ガス流通方向で見て、三元触媒
３の上流側かつ燃焼ガスパイプ５３の燃焼ガス噴出口５
３ａの下流側において排気管２の管壁を貫通し、排気管
２内において排気管２の軸線に直交して例えば排気管軸
線上まで延び、次いで、排気管２の軸線上で三元触媒３
と反対側に延びている。すなわち、２次空気供給パイプ
６１は、排気管２の軸線上で三元触媒３と反対側に向く
２次空気噴出口６１ａを有している。

【００２７】上述の燃焼ガスパイプ５３の燃焼ガス噴出
口５３ａは、この２次空気噴出口６１ａに向いて設けら
れていることになる。すなわち、燃焼ガス噴出口５３ａ
の近傍における燃焼ガスパイプ５３の軸線と、２次空気
噴出口６１ａの近傍における２次空気供給パイプ６１の
軸線とは互いに交差している。これにより、燃焼ガスパ
イプ５３から噴出する燃焼ガスと２次空気供給パイプ６
１から噴出する２次空気とを衝突させ、また、２次空気
と排気管２内を流れるエンジン１からの排気ガスとを衝
突させるようにしている。

【００２８】なお、本発明者等の実験によれば、２次空
気噴出口６１ａを排気ガス流通方向において下流側に向
けたり排気ガス流と直交するように向けた場合に比べ
て、２次空気噴出口６１ａを図１に示すように上流側に
向けた場合には、２次空気中の酸素と排気ガス中の未燃
焼ＨＣなどとの酸化反応に伴う反応熱が三元触媒３の加
熱に効率的に利用されることが判っている。また、本発
明者の知見によれば、２次空気供給単独でＨＣ低減を図
る場合は、２次空気を排気マニホールドにおいてエンジ
ン１の排気ポートの直ぐ下流側に導入するのが望まし
い。しかし、本実施例の触媒加熱装置では、触媒加熱用
バーナ１０と２次空気供給手段との双方を有するという
固有の構成を備えるため、２次空気を触媒３の近くに導
入して、バーナ１０からの燃焼ガス中のＨＣ低減ならび
に酸化反応熱による触媒加熱を図るようにしている。

【００２９】触媒加熱装置のコントローラ４０は、例え
ば、触媒加熱装置の作動制御を実施するための制御部４
１と、制御プログラム等を格納するためのメモリ４２
と、計時用タイマ４３と、触媒加熱装置の各種作動部１
６、２１、３１、６３への作動電力を供給、遮断するた
めのリレー群４４と、入出力部４５とを有している。コ
ントローラ４０には、バーナ１０のソレノイドバルブ１
６、バーナ１０のシャットバルブ２０を作動させるため
のロータリバルブ２１、空気ポンプ３０を駆動するため
の電動モータ３１、エンジン１を制御するためのエンジ
ンコントローラ（ＥＣＵ）６０、バーナ１０の点火プラ
グ１９を作動させるためのイグナイタ６３などが接続さ
れている。又、エンジンコントローラ６０には、エンジ
ン１のスロットル弁が全閉状態であるときにオン作動す
るアイドルスイッチ６１、三元触媒３の温度を推測しう
るとともにこれに代わるエンジン冷却水温を検出するた
めの水温センサ６２などが接続され、このエンジンコン
トローラ６０を介してアイドル信号およびエンジン水温
信号がコントローラ４０に入力されるようになってい
る。そして、コントローラ４０は、制御プログラムに従
って触媒加熱装置の各種作動部をエンジン水温信号など
に基づいて駆動制御するようになっている。

【００３０】以下、上述の構成の触媒加熱装置の作動を
説明する。ドライバによりイグニッションキーが操作さ
れると、エンジンコントローラ６０により図示しない燃
料ポンプが運転されると共にエンジン１の各気筒の燃料
噴射弁を介する燃料供給量が決定される等して、エンジ
ン１が始動する。そして、コントローラ４０は、図５に
示す触媒加熱ルーチンを開始する。

【００３１】この触媒加熱ルーチンにおいて、コントロ
ーラ４０は、同コントローラに内蔵のメモリの所定領域
に格納されたフラグＦの値が、触媒加熱装置作動開始条
件の成立を表す「１」であるか否かを判別する（ステッ
プＳ１）。なお、フラグＦの初期値は「０」に設定され
る。ステップＳ１での判別結果が否定であって、装置作
動開始条件が成立していなければ、コントローラ４０
は、エンジンコントローラ６０を介してエンジン水温Ｔ
W信号を読み込み、エンジン水温ＴWが所定水温ＴW0（例
えば４０゜Ｃ）を上回っているか否かを判別する（ステ
ップＳ２）。そして、ステップＳ２での判別結果が肯
定、即ち、エンジン水温ＴWが所定水温ＴW0を上回って
いれば、コントローラ４０は、触媒加熱装置の作動開始
条件が成立していないと判断して、今回サイクルでの触
媒加熱ルーチンを直ちに終了して待機状態に入り、次の
触媒加熱ルーチン実行タイミングが到来すると、触媒加
熱ルーチンをステップＳ１から再度実行する。

【００３２】一方、ステップＳ２でエンジン水温ＴWが
所定水温ＴW0を上回っていないと判別すると、コントロ
ーラ４０は、触媒加熱装置の作動開始条件が成立したと
判断して、タイマ４３をリスタートさせて触媒加熱開始
時からの経過時間の計時を開始すると共にフラグＦの値
を「１」にセットし（ステップＳ３）、次に、タイマ４
３を参照して触媒加熱開始時から第１の所定時間Ｔ1が
経過したか否かを判別する（ステップＳ４）。ここで、
第１の所定時間Ｔ1は、三元触媒３をバーナ１０で加熱
した場合にも三元触媒３が熱劣化しないような期間（例
えば３０秒間）に予め設定されている。

【００３３】ステップＳ４で第１の所定時間Ｔ1が経過
していないと判別すると、コントローラ４０は、ソレノ
イドバルブ１６、ロータリバルブ２１、電動モータ３１
およびイグナイタ６１を作動させる（ステップＳ５）。
この結果、バーナ１０の噴射ノズル１４が開いて噴射ノ
ズル１４から燃料が噴射されると共に、空気ポンプ３０
からの加圧空気の一部が、分岐空気通路としての空気供
給パイプ５２を介して、バーナ１０に供給されて、その
燃焼室１７において空気過剰率λ＝１の混合ガスにな
る。そして、点火プラグ１９の作動により混合ガスに着
火して混合ガスが燃焼し、この結果生じる高温の燃焼ガ
スが、開状態にあるシャットバルブ２０を介して燃焼室
１７から燃焼ガスパイプ５３へ送られ、更に、燃焼ガス
パイプ５３の燃焼ガス噴出口５３ａから、三元触媒３の
上流側において排気管２内へ噴出する。これにより、バ
ーナ１０の燃焼ガスによる三元触媒３の加熱が開始され
る。

【００３４】なお、上述のように、混合ガスの空気過剰
率λを「１」にするような量の空気がバーナ１０へ供給
されるが、バーナ１０の構成が比較的簡易である等の理
由で、混合ガスの燃焼に伴って未燃焼ＨＣが発生する。
また、空気ポンプ３０からの加圧空気の残部は、２次空
気供給パイプ６１に流入し、三元触媒３及び燃焼ガス噴
出口５３ａの上流側にある２次空気噴出口６１ａから排
気管２内に噴出する。これにより、２次空気供給が開始
される。

【００３５】上記ステップＳ５が実行されて触媒加熱装
置各部が作動すると、触媒加熱ルーチンの今回サイクル
での処理が終了し、本ルーチンは上記ステップＳ１に戻
る。次のサイクルのステップＳ１ではフラグＦの値が
「１」であると判別されるので、上記ステップＳ４にお
いて第１の所定時間Ｔ1が経過したか否かが判別され、
この判別結果が否定であれば上記ステップＳ５の処理が
実行される。

【００３６】この結果、第１の所定時間Ｔ1が経過する
まで、バーナ１０及び電動モータ３１が作動して、燃焼
ガスによる触媒加熱と２次空気供給との双方が引き続い
て実行される。２次空気供給により、排気管内平均空燃
比は、ＨＣ低減に適した約２０になる。触媒加熱および
２次空気供給が続く間、エンジン１からの排気ガスは排
気管２内を上流側から下流側へ排気管２の軸線に沿って
流れ、バーナ１０からの燃焼ガスは、排気管２の軸線に
対して斜めに２次空気噴出口６１ａに向けて燃焼ガス噴
出口５３ａから噴出し、また、２次空気噴出口６１ａか
らの２次空気は、排気管２の軸線上において排気管２の
上流側に噴出される。このため、２次空気に含まれる酸
素は、排気ガスに含まれるＣＯ、未燃焼ＨＣおよび燃焼
ガスに含まれる未燃焼ＨＣと衝突し易くなる。この結
果、排気ガスおよび燃焼ガス中の有害なＣＯおよび未燃
焼ＨＣが２次空気中の酸素により酸化され、無害なＣＯ
2、Ｈ2０に転化される。また、この酸化反応に伴って熱
が発生し、この発生熱により三元触媒３が加熱されて触
媒の活性化が促進される。

【００３７】その後、触媒加熱開始時から第１の所定時
間Ｔ1が経過したと判別すると、コントローラ４０は、
タイマ４３を参照して、触媒加熱開始時から第２の所定
時間Ｔ2が経過したか否かを判別する（ステップＳ
６）。第２の所定時間Ｔ2は、三元触媒温度低下および
ＮＯｘ排出量増大を来すことなく排気ガス中のＣＯ、Ｈ
Ｃを無害成分に転化できるような期間（例えば７０秒
間）に予め設定されている。即ち、図６に黒丸で示すよ
うに、エンジン冷態状態においてエンジン始動時からの
２次空気供給時間が長いほどＨＣ排出量が低減するが、
２次空気供給を例えば７０秒間以上継続してもＨＣ低減
率はさほど変化しない。その一方、２次空気供給を例え
ば８０秒間以上継続すると図６に白丸で示すようにＮＯ
ｘ排出量が急増する。

【００３８】そして、触媒加熱ルーチンのステップＳ６
での判別結果が否定であれば、コントローラ４０は、ソ
レノイドバルブ１６、ロータリバルブ２１およびイグナ
イタ６１の作動を停止させる一方で、電動モータ３１を
引き続き作動させる（ステップＳ７）。そして、触媒加
熱ルーチンはステップＳ１に戻る。その後、触媒加熱ル
ーチンのステップＳ１、Ｓ４、Ｓ６及びＳ７が繰り返さ
れ、触媒加熱開始時から第２の所定時間Ｔ2が経過する
までは、バーナ１０が非作動状態に維持されると共に２
次空気供給が継続する。

【００３９】即ち、ステップＳ７の制御動作が行われる
結果、バーナ１０の噴射ノズル１４が閉じてバーナ１０
への燃料供給が停止し、また、シャットバルブ２０が閉
じるのでチェック弁１８が閉じてバーナ１０への空気供
給が停止し、更に、点火プラグ１９の動作が停止する。
従って、バーナ１０が非作動化され、バーナ１０からの
燃焼ガスによる三元触媒３の加熱が停止する。これによ
り、過度の触媒加熱が阻止されて三元触媒３の熱劣化を
防止する。その一方で、２次空気供給パイプ６１からの
２次空気供給は継続し、２次空気中の酸素が排気ガス中
のＣＯ、ＨＣと衝突してこれら有害成分を酸化して無害
なものにする。また、この酸化反応に伴って発生する熱
により、三元触媒３の活性化が図られる。

【００４０】その後、ステップＳ６で触媒加熱開始時か
ら第２の所定時間Ｔ2が経過したことを判別すると、コ
ントローラ４０は、電動モータ３１の作動を停止させる
（ステップＳ８）。この結果、空気ポンプ３０による空
気の圧送が停止され、リードバルブ３２が閉じて２次空
気供給が停止される。これにより、過度な２次空気供給
により触媒温度が低下したりＮＯｘ排出量が増大するこ
とがない。

【００４１】ステップＳ８を終了すると、触媒加熱ルー
チンは、ステップＳ１に戻る。図７は、触媒加熱装置の
各種作動部などの作動状態の時間変化を示し、図８は、
バーナによる触媒加熱および２次空気供給の双方を行わ
ない場合、バーナによる触媒加熱のみを行った場合、お
よび、バーナによる触媒加熱と２次空気供給との双方を
実施した場合の夫々における排気ガス中のＨＣ濃度を記
号Ａ、ＢおよびＣを付して示す。図８に示すように、触
媒加熱および２次空気供給を行うと、触媒加熱および２
次空気供給の双方を行わない場合に比べて、ＨＣ濃度が
約７６％低減される。

【００４２】以下、本発明の第２実施例による触媒加熱
装置を説明する。本実施例の装置は、燃焼ガス中のＨＣ
成分除去を特に企図したものであって、排気ガス中のＨ
Ｃ成分除去を特に企図した上記第１実施例のものに比べ
て、燃焼ガスパイプ及び２次空気供給パイプの構成が相
違する一方で、その他の構成は同一である。

【００４３】即ち、排気管２の軸線に対して斜めに交差
して延びる第１実施例の燃焼ガスパイプ５３と異なり、
本実施例の燃焼ガスパイプ５３’は、図９に示すよう
に、排気管２の軸線に直交して延びている。また、排気
管２内でＬ字状に延びる第１実施例の２次空気供給パイ
プ６１と異なり、本実施例の２次空気供給パイプ６１’
は、図９に示すように、排気管２の管壁の燃焼ガス噴出
口５３’ａ形成部位に対して排気管２の直径方向に対向
する部位において排気管２の管壁内面に開口する２次空
気噴出口６１’ａを有している。即ち、２次空気供給パ
イプ６１’の２次空気噴出口６１’ａは、燃焼ガスパイ
プ５３’の燃焼ガス噴出口５３’ａに対向して設けられ
ている。斯かる構成によれば、２次空気供給パイプ６
１’から噴出される２次空気に含まれる酸素が、燃焼ガ
スパイプ５３’から噴出される燃焼ガスに含まれる未燃
焼ＨＣに衝突し易くなり、未燃焼ＨＣの無害成分への転
化が促進される。

【００４４】本実施例装置のその他の構成および作用
は、第１実施例のものと同様であるので、更なる構成説
明および作用説明を省略する。本発明は上記第１及び第
２実施例に限定されず、種々に変形可能である。例え
ば、上記両実施例では、触媒加熱ルーチン（図５）のス
テップＳ２におけるバーナ１０の作動開始条件成立の判
定において、触媒温度を推測しうるとともにこれに代わ
るパラメータとしてエンジン水温を用いたが、その他の
温度パラメータたとえば三元触媒温度を用いても良い。
また、バーナ作動停止判定および２次空気供給停止判定
（ステップＳ４、Ｓ６）において、触媒加熱開始時から
の経過時間を表すタイマ４３による計時時間を用いた
が、これに代えて触媒温度などの温度パラメータを用い
ても良い。この場合、例えば、触媒活性化温度３００〜
４００゜Ｃに達したときにバーナ作動を停止し、触媒温
度が約８００゜Ｃまで過上昇したときに２次空気供給を
停止する。

【００４５】また、上記実施例では、バーナ１０からの
燃焼ガスに含まれるＨＣを２次空気により大幅に低減す
ることを企図して、２次空気供給パイプ６１を三元触媒
３の近くで排気管に連通させたが、同パイプ６１をエン
ジン１の排気ポートの直ぐ下流側（広義には三元触媒の
上流側）で排気マニホールドに連通させても良い。この
場合にも、２次空気供給により排気ガス中酸素濃度が高
まるので、燃焼ガス中のＨＣをある程度除去可能であ
る。

【００４６】また、実施例では、触媒加熱終了時にバー
ナ１０のシャットバルブ２０を閉じるようにしたが、触
媒加熱終了時から２次空気供給終了時まではシャットバ
ルブ２０を開いてバーナ１０を介して空気を２次空気と
して供給しても良い。更に、実施例では、装置コスト低
減などの観点から、バーナ１０への空気供給と２次空気
供給とを共通の空気ポンプ３０を用いて実施するように
したが、バーナへの空気供給専用の空気ポンプと２次空
気供給専用の空気ポンプとを設けても良い。

【００４７】また、本発明の触媒加熱装置のバーナは、
ガソリン式のものに限定されない。

【００４８】

【発明の効果】上述のように、請求項１の本発明による
触媒加熱装置は、触媒の上流側に設けられた触媒加熱用
バーナと、触媒の上流側において排気管内へ２次空気を
供給する２次空気供給手段とを備えるので、触媒加熱用
バーナからの燃焼ガスにより触媒を加熱して触媒を活性
化でき、また、２次空気供給手段の作動により排気管内
へ２次空気が供給され、エンジンからの排気ガスに含ま
れるＣＯおよび未燃焼ＨＣならびにバーナからの燃焼ガ
スに含まれる未燃焼ＨＣが、この２次空気により酸化さ
れて排気ガスおよび燃焼ガスの清浄化が図られる。又、
この酸化反応に伴って発生する熱で触媒が加熱されて触
媒の活性化が促進される。

【００４９】請求項２の触媒加熱装置は、２次空気供給
手段が、バーナの燃焼ガス噴出口に向けて設けられた空
気噴出口を有するので、２次空気中の酸素と燃焼ガス中
の未燃焼ＨＣとが衝突する確率が増大し、２次空気によ
る未燃焼ＨＣの酸化、すなわち燃焼ガスの浄化及び触媒
の活性化が促進される。請求項３の触媒加熱装置では、
空気噴出口が燃焼ガス噴出口に対向して設けられるの
で、２次空気中の酸素と燃焼ガス中の未燃焼ＨＣとの衝
突確率が更に増大し、燃焼ガスの浄化および触媒の活性
化がより促進される。

【００５０】請求項４の触媒加熱装置では、空気噴出口
は、その軸線が排気管の軸線と交差するように設けられ
るので、２次空気中の酸素と排気管内を流れる排気ガス
中のＣＯ、ＨＣとの衝突確率が増大し、ＣＯ、ＨＣの酸
化が促進される。従って、２次空気による排気ガスの清
浄化が図られる。請求項５の触媒加熱装置では、２次空
気供給手段が、空気源に連通する空気通路を有し、触媒
加熱装置は、空気通路の中間からバーナへ延びる分岐空
気通路を更に有するので、空気源から空気通路に流入し
た空気の一部を、空気通路を介して排気管内へ２次空気
として供給する一方、空気通路に流入した空気の残部
を、空気通路から分岐した分岐空気通路を介してバーナ
に供給してバーナにおけるガス燃焼に供することがで
き、従って、２次空気供給およびバーナへの空気供給の
ための装置構成を比較的簡易にできる。

【００５１】請求項６の触媒加熱装置では、２次空気供
給手段が、空気通路の途中に配され空気源からの空気を
圧送するための空気ポンプを含むので、排気管内への２
次空気供給を強制的に行え、排気ガスの浄化および触媒
の活性化に必要な２次空気量を供給可能になる。請求項
７の触媒加熱装置では、空気ポンプは、分岐空気通路が
空気通路から分岐する箇所よりも上流側に設けられるの
で、空気ポンプにより、バーナへの空気供給を強制的に
行え、従って、２次空気供給およびバーナへの空気供給
の双方を一つの空気ポンプによって行える。

【００５２】請求項８の触媒加熱装置は、バーナおよび
２次空気供給手段の少なくとも一方の作動を制御する制
御手段を有するので、バーナおよび２次空気供給手段を
適正に作動できる。請求項９の触媒加熱装置では、制御
手段は、触媒温度に関連する温度パラメータが所定値に
達していないときにバーナ作動を許容するので、例えば
エンジン始動時であって触媒が未活性状態にあるとき
に、バーナ作動により、触媒活性化のための触媒加熱を
行える。

【００５３】請求項１０の触媒加熱装置では、制御手段
は、温度パラメータが所定値に達したとき、または、バ
ーナの作動開始時から所定時間が経過したときに、バー
ナの作動を停止させるので、バーナ作動による触媒加熱
により触媒温度が上昇し或いは触媒温度上昇が推定され
た場合にバーナ作動を停止でき、また、バーナ作動直前
において温度パラメータが所定値を既に上回っている場
合にバーナの作動を阻止できる。このため、触媒の活性
化が完了し或いは触媒が既に活性化されている場合での
無用な触媒加熱およびこれに伴う触媒の熱劣化を防止で
きる。

【００５４】請求項１１の触媒加熱装置では、制御手段
は、バーナ作動の開始時に２次空気供給手段の作動を開
始させ、バーナ作動の停止時から所定時間が経過したと
きに２次空気供給手段の作動を停止させるので、バーナ
作動開始時に２次空気供給手段の作動を開始でき、従っ
て、バーナからの燃焼ガスに含まれる未燃焼ＨＣの２次
空気による清浄化を、バーナ作動開始時から直ちに行え
る。その後、バーナ作動を停止する一方で、２次空気供
給手段の作動を継続でき、従って、過度のバーナ作動に
よる触媒加熱に伴う触媒の熱劣化を防止しつつ、排気ガ
ス中のＨＣ、ＣＯを２次空気で酸化させて排気ガスの清
浄化を図れる。更に、過度の２次空気供給により、触媒
入口での排気ガス温度ひいては触媒温度が低下すること
がなく、触媒温度低下による触媒性能の低下が防止され
る。また、ＮＯｘ排出量を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による触媒加熱装置の要部
を周辺要素と共に示す概略図である。

【図２】図１に示すバーナを詳細に示す図である。

【図３】図１に一部を示した触媒加熱装置のコントロー
ラを周辺要素と共に示す概略ブロック図である。

【図４】図１に示す２次空気供給手段による２次空気供
給量に対応する排気管内平均空燃比の適正範囲を例示す
るグラフである。

【図５】図３に示すコントローラにより実施される触媒
加熱ルーチンのフローチャートである。

【図６】図１に示す２次空気供給手段による２次空気供
給時間の適正値を例示するグラフである。

【図７】時間経過に伴う触媒加熱装置の各種作動部など
の作動状態変化を例示するグラフである。

【図８】図１に示す触媒加熱装置によるＨＣ濃度低減効
果を例示するグラフである。

【図９】本発明の第２実施例による触媒加熱装置の要部
を示す概略図である。

【符号の説明】

１内燃エンジン２排気管３三元触媒１０触媒加熱用バーナ３０空気ポンプ４０コントローラ（制御手段）４３タイマ５２空気供給パイプ（分岐空気通路）５３ａ燃焼ガス噴出口６０空気供給パイプ（空気通路）６１２次空気供給パイプ６１ａ２次空気噴出口６２水温センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気管内に配された触媒を加
熱する触媒加熱装置において、前記触媒の上流側に設けられた触媒加熱用バーナと、前
記触媒の上流側において排気管内へ２次空気を供給する
２次空気供給手段とを備えることを特徴とする触媒加熱
装置。
【請求項２】前記２次空気供給手段は、前記バーナの
燃焼ガス噴出口に向けて設けられた空気噴出口を有する
ことを特徴とする請求項１の触媒加熱装置。
【請求項３】前記空気噴出口は前記燃焼ガス噴出口に
対向して設けられることを特徴とする請求項２の触媒加
熱装置。
【請求項４】前記空気噴出口は、その軸線が前記排気
管の軸線と交差するように設けられることを特徴とする
請求項２または３の触媒加熱装置。
【請求項５】前記２次空気供給手段は、空気源に連通
する空気通路を有し、前記触媒加熱装置は、前記空気通
路の中間から前記バーナへ延びる分岐空気通路を更に有
することを特徴とする請求項１の触媒加熱装置。
【請求項６】前記２次空気供給手段は、前記空気通路
の途中に配され前記空気源からの空気を圧送するための
空気ポンプを含むことを特徴とする請求項５の触媒加熱
装置。
【請求項７】前記空気ポンプは、前記分岐空気通路が
前記空気通路から分岐する箇所よりも上流側に設けられ
ることを特徴とする請求項６の触媒加熱装置。
【請求項８】前記触媒加熱装置は、前記バーナおよび
前記２次空気供給手段の少なくとも一方の作動を制御す
る制御手段を有することを特徴とする請求項１の触媒加
熱装置。
【請求項９】前記制御手段は、触媒温度に関連する温
度パラメータが所定値に達していないときにバーナ作動
を許容することを特徴とする請求項８の触媒加熱装置。
【請求項１０】前記制御手段は、触媒温度に関連する
温度パラメータが所定値に達したとき、または、前記バ
ーナの作動開始時から所定時間が経過したときに、前記
バーナの作動を停止させることを特徴とする請求項８の
触媒加熱装置。
【請求項１１】前記制御手段は、バーナ作動の開始時
に前記２次空気供給手段の作動を開始させ、バーナ作動
の停止時から所定時間が経過したときに前記２次空気供
給手段の作動を停止させることを特徴とする請求項８の
触媒加熱装置。