JPH09100715A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH09100715A
JPH09100715A JP7260190A JP26019095A JPH09100715A JP H09100715 A JPH09100715 A JP H09100715A JP 7260190 A JP7260190 A JP 7260190A JP 26019095 A JP26019095 A JP 26019095A JP H09100715 A JPH09100715 A JP H09100715A
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JP
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exhaust
passage
internal combustion
combustion engine
electrically heated
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JP7260190A
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Kenichi Harada
健一 原田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気加熱式触媒への通電をバッテリを通じて
行うと、内燃機関の始動不良やバッテリの劣化が発生す
るので、これを防止する。 【解決手段】 内燃機関1の排気通路4の電気加熱式触
媒の上流側に、排気通路4の一部を迂回する分岐通路7
を設け、分岐通路7の入口側の排気通路4には排気切換
弁11を設け、分岐通路7の途中にはこの通路7内を流れ
る排気ガス流によって電力を発生する発電機8を設けて
浄化装置を構成する。排気切換弁11は制御装置10によっ
て切り換えられるように構成し、電気加熱式触媒5が通
電条件になった時に、制御装置10によって排気通路4を
遮断し、排気ガス流が分岐通路7を流れるようにする。
そして、この発電機によって得られた電力を電気加熱式
触媒5に供給する。この結果、内燃機関の始動不良やバ
ッテリの劣化を防止することができる。なお、発電機は
過給機付内燃機関では吸気通路に設けても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、特に、排気通路に搭載された電気加熱式触
媒に通電して加熱し、触媒の活性化を促進させるように
した内燃機関において、電気加熱式触媒への通電をバッ
テリとは別に設けた発電機から行うようにした内燃機関
の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】車両に搭載された内燃機関から排出され
る排気ガス中にはHC(炭化水素)やNOx(窒素酸化
物) 等の有害物質が含まれているので、内燃機関の排気
通路には一般に排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と
しての触媒コンバータが設けられている。ところが、こ
の触媒コンバータに使用される三元触媒は、触媒の温度
が低い時 (不活性状態) には排気ガス中の有害物質の浄
化率が低いことが知られている。したがって、内燃機関
の冷間始動後の触媒コンバータが不活性の状態では排気
ガスの浄化が十分に行なえなかった。
【0003】そこで、触媒コンバータの上流側の排気通
路に、酸化触媒が担持されると共に電気ヒータを組み込
んだ電気加熱式の第2の触媒コンバータ(EHC:Elec
trically Heated Catalyst)を組み込み、触媒コンバー
タが不活性の状態の時にこの第2の触媒コンバータ(以
後電気加熱式触媒という)に車載のバッテリから電力を
供給して加熱し、酸化触媒を活性化させ、HCの浄化を
促進させるようにした排気ガス浄化装置が提案されてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな排気ガス浄化装置では、触媒コンバータが不活性の
状態の時に、第2の触媒コンバータに触媒コンバータが
活性となるまで大きな電力を供給するので、バッテリの
能力が低下している低温時に電気加熱式触媒に大きな電
力を供給すると、バッテリの消耗が激しく内燃機関の始
動不良を引き起こしたり、バッテリの性能が劣化すると
いう問題がある。また、電気加熱式触媒に供給する電力
を制限すると電気加熱式触媒の発熱量が制限されて電気
加熱式触媒の早期浄化性能が不十分になってしまうとい
う問題がある。
【0005】そこで、本発明は、電気加熱式触媒を搭載
した内燃機関において、バッテリ、或いはバッテリを充
電するオルタネータとは別に車両に搭載した発電機を用
いて電気加熱式触媒への電力の供給を行い、電気加熱式
触媒への電力を供給する際に内燃機関の始動不良やバッ
テリの劣化を防止することができる内燃機関の排気浄化
装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の第1の形態の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路
に触媒担体を電気的に加熱する電気加熱式触媒が搭載さ
れた内燃機関において、排気通路の途中にこの通路内を
流れる排気ガス流によって電力を発生する発電機を設
け、電気加熱式触媒が通電条件になった時に、この発電
機によって得られた電力を前記電気加熱式触媒に供給す
るように発電機を電気加熱式触媒に接続したことを特徴
としている。
【0007】前記目的を達成する本発明の第2の形態の
内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関に排気マニホルド
が複数個設けられ、各排気マニホルドの集合部にはそれ
ぞれ独立した排気通路が接続された内燃機関において、
複数個の排気通路の少なくとも1つの排気通路の途中に
設けられた電気加熱式触媒と、この電気加熱式触媒の上
流側において複数の排気通路の排気管を連通するバイパ
ス通路と、このバイパス通路の途中に設けられてこの通
路内を流れる排気ガス流によって電力を発生し、発生し
た電力が前記電気加熱式触媒に供給されるように前記電
気加熱式触媒に接続された発電機と、電気加熱式触媒が
通電条件になった時に、複数個の排気通路を流れる排気
流をバイパス通路を通じて電気加熱式触媒の設置された
排気通路に接続する流路制御弁とを備えることを特徴と
している。
【0008】前記目的を達成する本発明の第3の形態の
内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に触媒担体を電気
的に加熱する電気加熱式触媒が搭載され、且つ、過給機
を備えた内燃機関において、内燃機関の吸気通路の過給
機のコンプレッサの下流側に、この通路内を流れる吸気
流によって電力を発生する発電機を設け、電気加熱式触
媒が通電条件になった時に、この発電機によって得られ
た電力を前記電気加熱式触媒に供給するように発電機を
電気加熱式触媒に接続したことを特徴としている。
【0009】前記目的を達成する本発明の第4の形態の
内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に触媒担体を電気
的に加熱する電気加熱式触媒が搭載され、且つ、過給機
を備えた内燃機関において、内燃機関の吸気通路の前記
過給機のコンプレッサの下流側に分岐通路を設け、この
分岐通路の途中にこの通路内を流れる吸気流によって電
力を発生する発電機を設け、この発電機を電気加熱式触
媒に接続すると共に、前記電気加熱式触媒が通電条件に
なった時に、前記吸気流が流れるように吸気通路を切り
換える流路制御弁を設けたことを特徴としている。
【0010】なお、第4の形態の内燃機関の排気浄化装
置において、分岐通路の途中を更に分岐して第2の分岐
通路を設け、この第2の分岐通路を電気加熱式触媒の上
流側の排気通路に逆止弁を介して接続して第5の形態と
しても良い。第1の形態の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、排気通路を流れる排気ガス流によって電力を発生
する発電機によって電気加熱式触媒に通電するようにし
たので、バッテリを使うことなく電気加熱式触媒に電力
を供給することができ、バッテリの劣化、機関の始動不
良等を抑制することができる。
【0011】第2の形態の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、複数個の排気マニホルドの集合部に独立した排気
通路が接続され、各排気通路を連通するバイパス通路を
流れる排気ガス流で電力を発生する発電機によって電気
加熱式触媒に通電するようにしたので、発電機が電気加
熱式触媒の通電不要時に排気抵抗とならず、また、高温
の排気ガスに晒されないので、発電機の耐久性を向上さ
せることができる。
【0012】第3の形態の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、過給機を備える内燃機関において、過給機のコン
プレッサで圧縮された吸気流によって電力を発生する発
電機によって電気加熱式触媒に通電を行うようにしたの
で、バッテリを使うことなく電気加熱式触媒に電力を供
給することができ、バッテリの劣化、機関の始動不良等
を抑制することができる。
【0013】第4の形態の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、過給機を備える内燃機関において、過給機のコン
プレッサの下流側に発電機を設置した分岐通路を設け、
電気加熱式触媒への通電時に流路制御弁によってこの分
岐通路に吸気流を流し、発電機で発生した電力によって
電気加熱式触媒に通電するようにしたので、電力が不要
の時に発電機自体が吸気抵抗にならない。
【0014】第5の形態の内燃機関の排気浄化装置によ
れば、第4の形態の分岐通路に更に第2の分岐通路を接
続し、この第2の分岐通路を電気加熱式触媒の上流側に
接続したので、発電機の稼働時に二次空気を電気加熱式
触媒の上流側に供給でき、排気浄化効果を高めることが
できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施形態を詳細に説明する。図1は電気加熱式触媒を搭載
した内燃機関における本発明の第1の実施形態の排気浄
化装置の構成を示すものである。図1において1は内燃
機関であり、その吸気マニホルド2Mには図示しないエ
アクリーナを通った吸気が吸気通路2を通じて供給され
る。図示しない燃料供給装置によって燃料と混合された
混合気は内燃機関1内で燃焼され、排気マニホルド4M
から排気通路4に排出される。排気通路4には通常の触
媒コンバータ6が設けられており、この通常の触媒コン
バータ6の上流側に近接して電気加熱式触媒5が設けら
れている。
【0016】一方、電気加熱式触媒5の上流側の排気通
路4の途中には、排気通路の一部を迂回する分岐通路7
が設けられており、この分岐通路7の途中にはこの分岐
通路7内を流れる排気ガス流によって発電する発電機8
が設けられている。そして、この発電機8の出力は電気
加熱式触媒5に接続されている。また、排気通路4の分
岐通路7の排気マニホルド4M側の分岐点の下流側には
排気切換弁11が設けられており、この排気切換弁11
が閉弁して排気通路4が閉じられると、排気マニホルド
4Mからの排気ガス流が分岐通路7を流れるようになっ
ている。
【0017】排気切換弁11はECU(エンジン・コン
トロール・ユニット)10からの制御信号によってアク
チュエータ11Aによって開閉されるようになってい
る。ECU10には内燃機関1の回転数Ne、水温Th
w、吸入空気温度Tha等の運転情報パラメータが入力
されており、ECU10はこれらの内燃機関の運転状態
パラメータによって電気加熱式触媒5の通電条件を判断
する。そして、電気加熱式触媒5の通電条件の時に、E
CU10によってアクチュエータ11Aを介して排気切
換弁11が閉弁される。
【0018】次に、以上のように構成された内燃機関の
排気浄化装置において、電気加熱式触媒5(以後電気加
熱式触媒5はEHC5と表記する)に通電するために排
気切換弁11が切り換えられる動作を図2に示すフロー
チャートを用いて説明する。この排気切換弁11の制御
ルーチンは10ms程度の間隔で実行すれば良い。ま
ず、ステップ200では内燃機関の運転状態パラメー
タ、例えば、水温、機関回転数、外気温度、吸入空気量
等が読み込まれる。続くステップ201では内燃機関1
が始動直後か否かが判定され、始動直後の時にはステッ
プ203に進み、始動直後でない場合はステップ202
に進む。ステップ202ではEHC5が通電条件か否か
が判定される。そして、EHC5が通電条件でなければ
ステップ206に進み、EHC5が通電条件であればス
テップ203に進む。EHC5の通電条件は、例えば、
内燃機関の水温が20℃以下、車両の車速が3km/h
以下等である。
【0019】ステップ203では排気通路4中の排気切
換弁11が閉弁される。排気切換弁11が閉弁すると、
排気マニホルド4Mから出た排気ガス流は、破線で示す
ように分岐通路7を流れ、分岐通路7中に設置された発
電機8を駆動する。このようにして発電機8によって発
電された電力はEHC5に供給される。続くステップ2
04ではこの閉弁時間、即ち、発電機8からEHC5へ
の通電時間が計数される。そして、ステップ205にお
いてEHC5への通電時間が所定時間Tを経過したか否
かが判定され、所定時間Tが未だ経過していない場合は
このルーチンを終了し、所定時間Tが経過しらたステッ
プ206に進む。所定時間Tは20秒程度である。
【0020】ステップ206にはステップ202でEH
Cが通電条件でなかった時、およびステップ205で所
定時間Tが経過した時に進む。そして、ステップ206
では排気通路4の排気切換弁11が開弁される。排気切
換弁11が開弁されると、排気ガス流は分岐通路7を流
れなくなるので発電機8の発電も止み、EHC5への通
電が停止される。
【0021】このように第1の実施形態の内燃機関の排
気浄化装置によれば、電気加熱式触媒5が通電条件にな
った時には排気通路4を流れる排気ガス流が分岐通路7
を流れ、発電機8で発生した電力がEHC5に供給され
るので、バッテリを使うことなくEHC5に電力を供給
することができ、バッテリの劣化、機関の始動不良等を
抑制することができる。
【0022】図3はEHC5を搭載した内燃機関におけ
る本発明の第2の実施形態の排気浄化装置の構成を示す
ものであり、図1と同じ構成部材には同じ符号を付して
説明する。図3において1は内燃機関であり、その吸気
マニホルド2Mには図示しないエアクリーナを通った吸
気が吸気通路2を通じて供給される。内燃機関1には2
つの排気マニホルド4MA,4MBが設けられており、
各排気マニホルド4MA,4MBにはそれぞれ第1の排
気通路4Aと第2の排気通路4Bが接続されている。図
示しない燃料供給装置によって燃料と混合された混合気
は内燃機関1内で燃焼され、排気マニホルド4MA,4
MBから第1の排気通路4Aと第2の排気通路4Bにそ
れぞれ排出される。第1の排気通路4Aと第2の排気通
路4Bは下流側で合流され、排気通路4となる。排気通
路4には主触媒コンバータ9が設けられている。
【0023】第1の排気通路4Aには通常の触媒コンバ
ータ6が設けられており、この通常の触媒コンバータ6
の上流側に近接してEHC5が設けられている。また、
EHC5の上流側の排気通路4Aと排気通路4Bとの間
には、両者を連通するバイパス通路7Bが設けられてお
り、このバイパス通路7Bの途中にはこのバイパス通路
7B内を流れる排気ガス流によって発電する発電機8が
設けられている。この発電機8の出力はEHC5に接続
されている。
【0024】更に、第2の排気通路4Bのバイパス通路
7Bの接続点の下流側には排気切換弁12が設けられて
いる。この排気切換弁12が閉弁して第2の排気通路4
Bが閉じられると、排気マニホルド4MBからの排気ガ
ス流は図3に破線で示すようにバイパス通路7Bに流
れ、発電機8を駆動して第1の排気通路4AのEHC5
の上流側に流入するようになっている。
【0025】排気切換弁12はECU10からの制御信
号によってアクチュエータ12Aによって開閉されるよ
うになっている。ECU10には内燃機関1の回転数N
e、水温Thw、吸入空気温度Tha等の運転情報パラ
メータが入力されており、ECU10はこれらの内燃機
関の運転状態パラメータによってEHC5の通電条件を
判断する。そして、EHC5の通電条件の時に、ECU
10によってアクチュエータ12Aを介して排気切換弁
12が閉弁される。
【0026】図3のように構成された内燃機関の排気浄
化装置におけるEHC5に通電するための排気切換弁1
2の開閉制御は図2に示したフローチャートと同じ制御
手順で実行することができる。第2の実施形態の内燃機
関の排気浄化装置によれば、複数個の排気マニホルドに
接続される独立した排気通路を連通するバイパス通路に
EHCに通電する電力を発生する発電機が設置されてい
るので、発電機がEHCの通電不要時に排気抵抗となら
ず、また、高温の排気ガスに晒されないので、発電機の
耐久性を向上させることができる。
【0027】図4は吸気系に過給機20、排気系にEH
C5を搭載した内燃機関における本発明の第3の実施形
態の排気浄化装置の構成を示すものであり、図1と同じ
構成部材には同じ符号を付して説明する。図4において
1は内燃機関であり、その吸気マニホルド2Mにはエア
クリーナ3を通った吸気が吸気通路2を通じて供給され
る。図示しない燃料供給装置によって燃料と混合された
混合気は内燃機関1内で燃焼され、排気マニホルド4M
から排気通路4に排出される。排気通路4には通常の触
媒コンバータ6が設けられており、この通常の触媒コン
バータ6の上流側に近接してEHC5が設けられてい
る。
【0028】一方、この実施形態の内燃機関1には過給
機20が設けられている。過給機20は、回転軸20S
の両端取り付けられたタービン20Tとコンプレッサ2
0Cとを備えて構成される。タービン20TはEHC5
の上流側の排気通路4の途中に配置されており、排気通
路4内を流れる排気ガス流によって回転し、同軸上のコ
ンプレッサ20Cを回転させる。コンプレッサ20Cは
エアクリーナ3の下流側の吸気通路2内に配置されてお
り、回転により吸気通路2内を流れる吸気が圧縮されて
下流側に送られる。
【0029】コンプレッサ20Cの下流側の吸気通路2
には、吸気通路の一部を迂回する分岐通路27が設けら
れており、この分岐通路27の途中にはこの分岐通路2
7内を流れる圧縮された吸気流によって発電する発電機
8が設けられている。そして、この発電機8の出力はE
HC5に接続されている。また、吸気通路2の分岐通路
27の吸気流入側の分岐点の下流側には吸気切換弁13
が設けられており、この吸気切換弁13が閉弁して吸気
通路2が閉じられると、コンプレッサ20Cからの圧縮
吸気流が図4に破線で示すように分岐通路27を流れて
発電機8が駆動されるようになっている。
【0030】吸気切換弁13はECU10からの制御信
号によってアクチュエータ13Aによって開閉されるよ
うになっている。ECU10には内燃機関1の回転数N
e、水温Thw、吸入空気温度Tha等の運転情報パラ
メータが入力されており、ECU10はこれらの内燃機
関の運転状態パラメータによってEHC5の通電条件を
判断する。そして、EHC5の通電条件の時に、ECU
10によってアクチュエータ13Aを介して排気切換弁
13が閉弁される。
【0031】次に、以上のように構成された内燃機関の
排気浄化装置において、EHC5に通電するために吸気
切換弁13が切り換えられる動作を図5に示すフローチ
ャートを用いて説明する。この吸気切換弁13の制御ル
ーチンは10ms程度の間隔で実行すれば良い。まず、
ステップ500では内燃機関の運転状態パラメータ、例
えば、水温、機関回転数、外気温度、吸入空気量等が読
み込まれる。続くステップ501では内燃機関1が始動
直後か否かが判定され、始動直後の時にはステップ50
3に進み、始動直後でない場合はステップ502に進
む。ステップ502ではEHC5が通電条件か否かが判
定される。そして、EHC5が通電条件でなければステ
ップ506に進み、EHC5が通電条件であればステッ
プ503に進む。EHC5の通電条件は、例えば、内燃
機関の水温が20℃以下、車両の車速が3km/h以下
等である。
【0032】ステップ503では吸気通路2中の吸気切
換弁13が閉弁される。吸気切換弁13が閉弁すると、
コンプレッサ20Cから出た圧縮吸気流は、破線で示す
ように分岐通路27を流れ、分岐通路27中に設置され
た発電機8を駆動する。このようにして発電機8によっ
て発電された電力はEHC5に供給される。続くステッ
プ504ではこの閉弁時間、即ち、発電機8からEHC
5への通電時間が計数される。そして、ステップ505
においてEHC5への通電時間が所定時間Tを経過した
か否かが判定され、所定時間Tが未だ経過していない場
合はこのルーチンを終了し、所定時間Tが経過しらたス
テップ506に進む。所定時間Tは20秒程度である。
【0033】ステップ506にはステップ502でEH
Cが通電条件でなかった時、およびステップ505で所
定時間Tが経過した時に進む。そして、ステップ506
では吸気通路2の吸気切換弁13が開弁される。吸気切
換弁13が開弁されると、圧縮排気流は分岐通路27を
流れなくなるので発電機8の発電も止み、EHC5への
通電が停止される。
【0034】このように第1の実施形態の内燃機関の排
気浄化装置によれば、EHC5が通電条件になったには
吸気通路2を流れる圧縮吸気流が分岐通路27を流れ、
発電機8で発生した電力がEHC5に供給されるので、
バッテリを使うことなくEHC5に電力を供給すること
ができ、バッテリの劣化、機関の始動不良等を抑制する
ことができる。
【0035】図6は吸気系に過給機20、排気系にEH
C5を搭載した内燃機関における本発明の第4の実施形
態の排気浄化装置の構成を示すものであり、図4と同じ
構成部材には同じ符号を付して説明する。図6において
1は内燃機関であり、その吸気マニホルド2Mには2つ
のエアクリーナ3A,3Bを通った吸気がそれぞれ吸気
通路2A,2Bを通じて供給される。内燃機関1には2
つの排気マニホルド4MA,4MBが設けられており、
各排気マニホルド4MA,4MBにはそれぞれ第1の排
気通路4Aと第2の排気通路4Bが接続されている。図
示しない燃料供給装置によって燃料と混合された混合気
は内燃機関1内で燃焼され、排気マニホルド4MA,4
MBから第1の排気通路4Aと第2の排気通路4Bにそ
れぞれ排出される。第1の排気通路4Aと第2の排気通
路4Bは下流側で合流され、排気通路4となる。排気通
路4には通常の触媒コンバータ6が設けられており、こ
の通常の触媒コンバータ6の上流側に近接してEHC5
が設けられている。
【0036】一方、この実施形態の内燃機関1には2つ
の過給機21,22が設けられている。過給機21,2
2はそれぞれ、回転軸21S,22Sの両端取り付けら
れたタービン21T,22Tとコンプレッサ21C,2
2Cとを備えて構成される。タービン21T,22Tは
それぞれEHC5の上流側の第1の排気通路4Aと第2
の排気通路4Bの途中に配置されており、第1の排気通
路4Aと第2の排気通路4B内を流れる排気ガス流によ
って回転し、それぞれ同軸上のコンプレッサ21C,2
2Cを回転させる。コンプレッサ21Cはエアクリーナ
3Aの下流側の第1の吸気通路2A内に配置されてお
り、回転により第1の吸気通路2A内を流れる吸気が圧
縮されて下流側に送られる。同様に、コンプレッサ22
Cはエアクリーナ3Bの下流側の第2の吸気通路2B内
に配置されており、回転により第2の吸気通路2B内を
流れる吸気が圧縮されて下流側に送られる。
【0037】また、第2の吸気通路2Bのコンプレッサ
22Cの下流側には、第2の吸気通路2Bの一部を迂回
する分岐通路27が設けられており、この分岐通路27
の途中にはこの分岐通路27内を流れる圧縮された吸気
流によって発電する発電機8が設けられている。そし
て、この発電機8の出力はEHC5に接続されている。
更に、第2の吸気通路2Bの分岐通路27の吸気流入側
の分岐点の下流側には吸気切換弁14が設けられてお
り、この吸気切換弁14が閉弁して第2の吸気通路2B
が閉じられると、コンプレッサ22Cからの圧縮吸気流
が図6に破線で示すように分岐通路27を流れて発電機
8が駆動されるようになっている。
【0038】吸気切換弁14はECU10からの制御信
号によってアクチュエータ14Aによって開閉されるよ
うになっている。ECU10には内燃機関1の回転数N
e、水温Thw、吸入空気温度Tha等の運転情報パラ
メータが入力されており、ECU10はこれらの内燃機
関の運転状態パラメータによってEHC5の通電条件を
判断する。そして、EHC5の通電条件の時に、ECU
10によってアクチュエータ14Aを介して排気切換弁
14が閉弁される。
【0039】次に、以上のように構成された内燃機関の
排気浄化装置において、EHC5に通電するために吸気
切換弁13が切り換えられる動作を図5に示すフローチ
ャートを用いて説明する。この吸気切換弁13の制御ル
ーチンは10ms程度の間隔で実行すれば良い。図6の
ように構成された内燃機関の排気浄化装置におけるEH
C5に通電するための吸気切換弁14の開閉制御は図5
に示したフローチャートと同じ制御手順で実行すること
ができる。
【0040】第4の実施形態の内燃機関の排気浄化装置
によれば、EHC5が通電条件になったには第2の吸気
通路2Bを流れる圧縮吸気流が分岐通路27を流れ、発
電機8で発生した電力がEHC5に供給されるので、バ
ッテリを使うことなくEHC5に電力を供給することが
でき、バッテリの劣化、機関の始動不良等を抑制するこ
とができる。
【0041】図7は吸気系に過給機20、排気系にEH
C5を搭載した内燃機関における本発明の第5の実施形
態の排気浄化装置の構成を示すものであり、図6で説明
した第4の実施形態の内燃機関の排気浄化装置とほぼ同
じ構成を備えている。従って、図5と同じ構成部材には
同じ符号を付してその説明を簡略化する。図7の内燃機
関1の吸気系においても吸気マニホルド2Mに第1の吸
気通路2Aと第2の吸気通路2Bが接続されており、そ
の最上流側にはそれぞれ2つのエアクリーナ3A,3B
がある。内燃機関1の排気系には2つの排気マニホルド
4MA,4MBがあり、それぞれには第1の排気通路4
Aと第2の排気通路4Bが接続されており、その後に集
合されて排気通路4となる。排気通路4にはEHC5と
通常の触媒コンバータ6がこの順に設けられている。
【0042】また、この実施形態にも2つの過給機2
1,22が設けられており、過給機21の回転軸21S
の一端に取り付けられたタービン21Tが第1の排気通
路4A内にあり、他端に取り付けられたコンプレッサ2
1Cが第1の吸気通路2A内にある。同様に、過給機2
2の回転軸22Sの一端に取り付けられたタービン22
Tが第2の排気通路4B内にあり、他端に取り付けられ
たコンプレッサ22Cが第2の吸気通路2B内にある。
【0043】一方、この実施形態では、第1の排気通路
4Aのタービン21Tの上流側と第2の排気通路4Bの
タービン22Tの上流側とをバイパスするバイパス通路
23が設けられている。そして、第1の排気通路4Aの
このバイパス通路23の接続点とタービン21Tの間に
は第1の排気通路4Aの排気の流れを遮断する排気切換
弁15が設けられている。排気切換弁15はECU10
からの制御信号によってアクチュエータ15Aによって
開閉されるようになっている。これに加えて、第1の吸
気通路2Aのコンプレッサ21Cの下流側には、吸気マ
ニホルド2M側からの吸気の逆流を防止する逆止弁24
が設けられている。
【0044】また、第2の吸気通路2Bのコンプレッサ
22Cの下流側には、第2の吸気通路2Bから分岐され
た分岐通路27が設けられており、この分岐通路27の
他端は直接吸気マニホルド2Mに接続されている。そし
て、この分岐通路27の途中に発電機8が設けられてお
り、発電機8の出力はEHC5に接続されている。更
に、第2の吸気通路2Bの分岐通路27の分岐点の下流
側には吸気切換弁14が設けられている。吸気切換弁1
4はECU10からの制御信号によってアクチュエータ
14Aによって開閉されるようになっている。
【0045】吸気制御弁14と排気制御弁15はECU
10によってEHC5の通電条件が揃った時に同期して
閉弁し、第2の吸気通路2Bと第1の排気通路4Aとを
遮断するようになっている。排気制御弁15が閉弁する
と、第1の排気通路4Aを流れる排気ガス流は図7に破
線で示すようにバイパス通路23を通って第2の排気通
路4Bに流入する。この結果、過給機22のタービン2
2Tには内燃機関1の排気ガスが全て集中して流れるの
で、タービン22Tの回転数は通常状態に比べて増大す
る。タービン22Tの回転数が増大すると、コンプレッ
サ22Cの回転数も増大し、圧縮された吸気の吸気圧が
高まる。吸気制御弁14の閉弁により、圧力の高まった
吸気は図7に破線で示すように分岐通路27に流入する
ので、発電機8によって発電される電力量が増大し、E
HC5への通電量が増す。
【0046】この状態では、分岐通路27から吸気マニ
ホルド2Mに流入した吸気は、逆止弁24によって第1
の吸気通路2A側に逃げることはない。図7のように構
成された内燃機関の排気浄化装置におけるEHC5に通
電するための吸気切換弁14および排気制御弁15の開
閉制御は、図2,図5に示したフローチャートと同じ制
御手順で実行することができる。
【0047】第5の実施形態の内燃機関の排気浄化装置
によれば、EHC5が通電条件になったには第1の排気
通路4Aを流れる排気流が第2の排気通路4Bに流入し
て過給機22の回転数を高めるので、第2の吸気通路2
Bを流れる増圧された圧縮吸気流が分岐通路27を流れ
る。この結果、発電機8で発生した電力量が増え、EH
C5の昇温特性が向上する。
【0048】図8は過給機付内燃機関における本発明の
第6の実施形態の排気浄化装置の構成を示す構成図であ
り、図4で説明した第3の実施形態の内燃機関の排気浄
化装置を変形した実施形態である。従って、図4と同じ
構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。図
8に示す第6の実施形態が図4で説明した第3の実施形
態と異なる点は、分岐通路27の発電機8の下流側と排
気通路4のEHC5の上流側とを連通する二次空気供給
通路30が設けられている点のみである。この二次空気
供給通路30の分岐通路27への接続点の近傍にはオリ
フィス32が設けられており、二次空気供給通路30に
導入される吸気の量を制限している。また、二次空気供
給通路30の排気通路4への接続点の近傍には逆止弁3
1が設けられており、二次空気供給通路30に排気ガス
が流入するのを防止している。
【0049】なお、二次空気供給通路30の分岐通路2
7への接続点の近傍には、オリフィス32の代わりに、
圧力が所定値以上になった時に開弁する圧力弁や、流量
制御弁を設置して、二次空気供給通路30に流れる二次
空気の量を制限するようにしても良い。第6の実施形態
によれば、第3の実施形態の効果に加えて、吸気通路2
内の吸気制御弁13が閉弁した時に、二次空気がEHC
5に供給されるので、EHC5の活性化が一層高められ
る。
【0050】図9は過給機付内燃機関における本発明の
第7の実施形態の排気浄化装置の構成を示す構成図であ
り、図6で説明した第4の実施形態の内燃機関の排気浄
化装置を変形した実施形態である。従って、図6と同じ
構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。図
9に示す第7の実施形態が図6で説明した第4の実施形
態と異なる点は、分岐通路27の発電機8の下流側と排
気通路4のEHC5の上流側とを連通する二次空気供給
通路30が設けられている点のみである。この二次空気
供給通路30の分岐通路27への接続点の近傍にはオリ
フィス32が設けられており、二次空気供給通路30に
導入される吸気の量を制限している。また、二次空気供
給通路30の排気通路4への接続点の近傍には逆止弁3
1が設けられており、二次空気供給通路30に排気ガス
が流入するのを防止している。
【0051】なお、二次空気供給通路30の分岐通路2
7への接続点の近傍には、オリフィス32の代わりに、
圧力が所定値以上になった時に開弁する圧力弁や、流量
制御弁を設置して、二次空気供給通路30に流れる二次
空気の量を制限するようにしても良い。第7の実施形態
によれば、第4の実施形態の効果に加えて、吸気通路2
内の吸気制御弁13が閉弁した時に、二次空気がEHC
5に供給されるので、EHC5の活性化が一層高められ
る。
【0052】図10は過給機付内燃機関における本発明
の第8の実施形態の排気浄化装置の構成を示す構成図で
あり、図7で説明した第5の実施形態の内燃機関の排気
浄化装置を変形した実施形態である。従って、図7と同
じ構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。
図10に示す第8の実施形態が図7で説明した第5の実
施形態と異なる点は、分岐通路27の発電機8の下流側
と排気通路4のEHC5の上流側とを連通する二次空気
供給通路30が設けられている点のみである。この二次
空気供給通路30の分岐通路27への接続点の近傍には
オリフィス32が設けられており、二次空気供給通路3
0に導入される吸気の量を制限している。また、二次空
気供給通路30の排気通路4への接続点の近傍には逆止
弁31が設けられており、二次空気供給通路30に排気
ガスが流入するのを防止している。
【0053】なお、二次空気供給通路30の分岐通路2
7への接続点の近傍には、オリフィス32の代わりに、
圧力が所定値以上になった時に開弁する圧力弁や、流量
制御弁を設置して、二次空気供給通路30に流れる二次
空気の量を制限するようにしても良い。第8の実施形態
によれば、第5の実施形態の効果に加えて、吸気通路2
内の吸気制御弁13が閉弁した時に、二次空気がEHC
5に供給されるので、EHC5の活性化が一層高められ
る。
【0054】なお、以上説明した実施形態においては、
発電機8で発電した電力は、全てEHC5に供給される
ようになっているが、発電機8で発電した電力はEHC
5へだけでなく、例えば、インジケータランプの点灯用
や、ヒータ付O2 センサのヒータ用としても使用するこ
とができる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気加熱式触媒に通電を行う場合に、通常の内燃機関で
は排気ガス流によって駆動される発電機によって、過給
機付の内燃機関では加圧された吸気によって駆動される
発電機によって電力を供給するようにしたので、バッテ
リを使うことなく電気加熱式触媒への電力供給を行うこ
とができ、バッテリの劣化、バッテリの電圧低下による
機関の始動不良を防止することができる。また、発電機
の配置を、複数系統の排気通路を連通するバイパス通路
内にしたものでは、発電機が不要の時に発電機自身が排
気抵抗にならず、高温の排気ガスに晒されないので、発
電機の耐久性が向上する。更に、過給機付内燃機関にお
いて、吸気系統を複数に分けて各吸気系統にそれぞれ過
給機を設けると共に、複数の排気系統をバイパスする吸
気バイパス通路を設けたものにおいては、排気ガスをこ
のバイパス通路を通じて片方の過給機にのみ流すように
することにより、過給機の過給圧を上げることができ、
発電機の発電量を増大させることができるので、電気加
熱式触媒の昇温特性が向上する。更にまた、過給機付内
燃機関において、発電機の下流側の吸気を二次空気供給
通路を使用して電気加熱式触媒の上流側に供給するよう
にしたものにおいては、発電機を通過した空気を電気加
熱式触媒の上流側に二次空気として供給でき、排気浄化
能力を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の内燃機関の排気浄化
装置の構成を示す構成図である。
【図2】図1の形態の内燃機関の排気浄化装置における
排気切換弁の制御手順を示すフローチャートである。
【図3】本発明の第2の実施形態の内燃機関の排気浄化
装置の構成を示す構成図である。
【図4】過給機付内燃機関における本発明の第3の実施
形態の排気浄化装置の構成を示す構成図である。
【図5】図4の形態の内燃機関の排気浄化装置における
吸気切換弁の制御手順を示すフローチャートである。
【図6】過給機付内燃機関における本発明の第4の実施
形態の排気浄化装置の構成を示す構成図である。
【図7】過給機付内燃機関における本発明の第5の実施
形態の排気浄化装置の構成を示す構成図である。
【図8】過給機付内燃機関における本発明の第6の実施
形態の排気浄化装置の構成を示す構成図である。
【図9】過給機付内燃機関における本発明の第7の実施
形態の排気浄化装置の構成を示す構成図である。
【図10】過給機付内燃機関における本発明の第8の実
施形態の排気浄化装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
1…内燃機関 2,2A,2B…吸気通路 4…排気通路 5…電気加熱式触媒(EHC) 6…触媒コンバータ 7…分岐通路 7B…バイパス通路 8…発電機 9…触媒コンバータ 10…ECU 11,12…排気切換弁 13,14,15…吸気切換弁 20,21,22…過給機 23…バイパス通路 27…分岐通路 30…二次空気供給通路
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02B 33/44 F02B 33/44 Z ZAB ZABF

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排気通路に触媒担体を電気的に加熱する
    電気加熱式触媒が搭載された内燃機関の排気浄化装置で
    あって、 前記排気通路の途中にこの通路内を流れる排気ガス流に
    よって電力を発生する発電機を設け、前記電気加熱式触
    媒が通電条件になった時に、この発電機によって得られ
    た電力を前記電気加熱式触媒に供給するように前記発電
    機を前記電気加熱式触媒に接続したことを特徴とする内
    燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】 内燃機関に排気マニホルドが複数個設け
    られ、各排気マニホルドの集合部にはそれぞれ独立した
    排気通路が接続された内燃機関の排気浄化装置であっ
    て、 前記複数個の排気通路の少なくとも1つの排気通路の途
    中に設けられた電気加熱式触媒と、 この電気加熱式触媒の上流側において前記複数の排気通
    路の排気管を連通するバイパス通路と、 このバイパス通路の途中に設けられてこの通路内を流れ
    る排気ガス流によって電力を発生し、発生した電力が前
    記電気加熱式触媒に供給されるように前記電気加熱式触
    媒に接続された発電機と、 前記電気加熱式触媒が通電条件になった時に、前記複数
    個の排気通路を流れる排気流を前記バイパス通路を通じ
    て前記電気加熱式触媒の設置された排気通路に接続する
    流路制御弁と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項3】 排気通路に触媒担体を電気的に加熱する
    電気加熱式触媒が搭載され、且つ、過給機を備えた内燃
    機関の排気浄化装置であって、 内燃機関の吸気通路の前記過給機のコンプレッサの下流
    側に、この通路内を流れる吸気流によって電力を発生す
    る発電機を設け、前記電気加熱式触媒が通電条件になっ
    た時に、この発電機によって得られた電力を前記電気加
    熱式触媒に供給するように前記発電機を前記電気加熱式
    触媒に接続したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装
    置。
  4. 【請求項4】 排気通路に触媒担体を電気的に加熱する
    電気加熱式触媒が搭載され、且つ、過給機を備えた内燃
    機関の排気浄化装置であって、 内燃機関の吸気通路の前記過給機のコンプレッサの下流
    側に分岐通路を設け、この分岐通路の途中にこの通路内
    を流れる吸気流によって電力を発生する発電機を設け、
    この発電機は前記電気加熱式触媒に接続すると共に、前
    記電気加熱式触媒が通電条件になった時に、前記吸気流
    が流れるように吸気通路を切り換える流路制御弁を設け
    たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項5】 前記分岐通路の途中が更に分岐されて第
    2の分岐通路が設けられ、この第2の分岐通路は前記電
    気加熱式触媒の上流側の排気通路に逆止弁を介して接続
    したことを特徴とする請求項4に記載の電気加熱式触媒
    の制御装置。
  6. 【請求項6】 複数個の過給機と、各過給機に接続する
    複数の吸気通路と複数の排気通路とを備え、前記排気通
    路の少なくとも1つ、或いは前記排気通路の集合後の排
    気通路に、触媒担体を電気的に加熱する電気加熱式触媒
    が搭載された内燃機関の排気浄化装置であって、 少なくとも1つの前記過給機のコンプレッサの下流側に
    分岐通路を設け、この分岐通路の途中にこの通路内を流
    れる吸気流によって電力を発生する発電機を設け、この
    発電機は前記電気加熱式触媒に接続すると共に、前記電
    気加熱式触媒が通電条件になった時に、前記吸気流が流
    れるように吸気通路を切り換える流路制御弁を設けたこ
    とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項7】 前記過給機の上流側において前記複数の
    排気通路を連通するバイパス通路と、 前記電気加熱式触媒が通電条件になった時に、前記複数
    個の排気通路を流れる排気流を前記バイパス通路を通じ
    て少なくとも1つの排気通路に接続する流路制御弁と、 を備えることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の
    排気浄化装置。
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