JPH11257062A

JPH11257062A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH11257062A
Application number: JP5837898A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shiino; 俊一椎野; Keiji Okada; 圭司岡田; Hirobumi Tsuchida; 博文土田; Akira Tayama; 彰田山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1999-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】始動後速やかに排気再燃焼を開始する事が可
能であり、始動後再燃焼を開始する迄の間に排出される
エミッションを低減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。【解決手段】エンジン１のフロントチューブ１５に接
続される排気マニホールド１４の下流側に再燃焼器２１
を接続し、再燃焼器２１の点火栓２０を前記排気マニホ
ールド１４若しくはフロントチューブ１５の上流部分に
配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
浄化装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の排気浄化装置として
は、例えば図８に示すようなものがある（特表平６−５
１１５３０号公報参照）。これは、濃混合気で運転され
た内燃機関の排気と２次空気の混合ガスを排気再燃焼器
で燃焼させ、触媒の早期活性化並びに触媒活性化前の排
気低減を図るものである。再燃焼器内に設けた点火栓１
２２上流側且つ近くに火炎ガード１１８を設け、その下
流領域に出来る強い乱れ（渦）領域に点火する構成とす
る事により、火炎基部は、渦内に定在し、また主流によ
り吹き消される事も無いので、着火後は安定した燃焼が
可能である。再燃焼器での燃焼を安定させるために、混
合ガス中の未燃成分及び酸素をほぼ一定にする必要があ
る。そのためには、内燃機関、及び２次空気供給手段の
制御により、濃度をほぼ一定に保持する事に加え、両者
の混合を十分に行わなければならない。それには、排気
再燃焼器を２次空気供給位置に対して十分下流に配置す
る方が有利である。

【０００３】一方で混合ガスに点火するためには、例え
ば、特表平６−５０８４０９号公報（図９参照）に見ら
れるように、混合ガス中の未燃成分（例えば水素）濃度
を所定値以上、且つ酸素濃度を所定値以上としなければ
ならない。さらに、混合ガスが低温の場合は、より高濃
度の未燃成分及び酸素が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の内燃機関の排気浄化装置においては、下記の
様な問題点がある。内燃機関始動時には、排気系に残留
していたガスが、機関始動と同時に内燃機関及び２次空
気供給装置から供給された混合ガスにより次第に追い出
され、再燃焼器内の未燃成分及び酸素濃度が次第に上昇
して可燃濃度に達した時に着火する。再燃焼器内に点火
栓を持つ場合、例えば図１０に示す様に容器内の空燃比
変化、即ち濃度上昇が緩慢になるため、着火の遅れを生
じる。さらに、前記理由により排気再燃焼器を排気系の
下流に配置した場合、混合ガスの熱が排気通路に奪われ
温度が低下するために、燃焼に必要な未燃成分及び酸素
濃度が高くなり、一層の着火遅れを生じる。未着火の状
態が長時間続くと、その間の未燃成分は、そのまま放出
され、排気の悪化を招く。

【０００５】この発明は、このような従来の問題点に着
目してなされたもので、再燃焼器の上流の排気管に点火
栓を設け、機関始動時に速やかに可燃条件が整う場所で
点火する構成とすることにより前記問題点を解決する事
を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの手段として、本発明の請求項１記載の内燃機関の排
気浄化装置は、内燃機関の排気マニホールドに接続され
る排気通路の下流側に再燃焼器を接続し、該再燃焼器の
点火手段を前記排気マニホールド若しくは前記排気通路
の上流部分に配置したことを特徴とする。請求項２記載
の発明は、内燃機関の排気マニホールドに接続されるフ
ロントチューブの下流側に、フロントチューブから別体
に構成された再燃焼器を接続し、該再燃焼器の点火手段
を前記排気マニホールド若しくは前記フロントチューブ
の上流部分に配置したことを特徴とする。請求項３記載
の発明は、請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化
装置において、前記再燃焼器の直下流位置に触媒を有す
ることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項３
記載の内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の燃
焼室に供給する空燃比を制御する空燃比制御手段と、前
記点火手段の上流側から排気中に２次空気を供給する２
次空気供給手段をさらに備え、前記点火手段を作動させ
て触媒の暖機を行うとき、前記空燃比制御手段が燃焼室
に供給する空燃比をリッチに制御すると共に前記２次空
気供給手段が排気中に２次空気を供給することを特徴と
する。請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいず
れかの項に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前
記点火手段とは別に、再燃焼器内に第２の点火手段を有
することを特徴とする。請求項６記載の発明は、請求項
５記載の内燃機関の排気浄化装置において、少なくとも
再燃焼器の暖機状態に相関する内燃機関の運転状態に応
じて、前記点火手段と、前記第２の点火手段の作動を制
御することを特徴とする。請求項７記載の発明は、請求
項６記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記再燃
焼器の暖機状態に相関する内燃機関の運転状態は、再燃
焼器の温度であることを特徴とする。請求項８記載の発
明は、請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記再燃焼器の温度が所定値以下であるとき、前記
点火手段を作動させて再燃焼器の暖機を行うことを特徴
とする。請求項９記載の発明は、請求項５記載の内燃機
関の排気浄化装置において、内燃機関の始動時に、前記
点火手段を作動させて再燃焼器の暖機を行った後、前記
第２の点火手段を作動させて触媒を暖機することを特徴
とする。請求項１０記載の発明は、請求項５記載の内燃
機関の排気浄化装置において、内燃機関の始動時に、前
記点火手段を作動させて再燃焼器の暖機を行った後、前
記点火手段の作動を停止して第２の点火手段の作動に切
り換えることを特徴とする。請求項１１記載の発明は、
請求項１ないし５のいずれかの項に記載の内燃機関の排
気浄化装置において、内燃機関の始動時に、前記点火手
段と第２の点火手段を作動させて再燃焼器の暖機を行っ
た後、前記点火手段の作動を停止すると共に、第２の点
火手段の作動を継続して触媒の暖機を行うことを特徴と
する。

【０００７】

【作用】請求項１または２記載の発明によれば、始動
後、速やかに可燃条件が整う場所に点火手段が設けられ
ているので、早期に再燃焼器内に火炎を定在化すること
が可能であり、再燃焼器の暖機が促進される。この結
果、請求項３記載の発明によれば、再燃焼器の直下流に
触媒が設けられているので、触媒の暖機も促され、触媒
の早期活性化が得られる。また、触媒の暖機を行うと
き、請求項４記載の発明によれば、排気ガス中の未燃ガ
ス（ＨＣ、ＣＯ）の濃度と、酸素の濃度が高められるの
で、再燃焼器内に安定した火炎を定在化させることが可
能である。さらに、請求項５記載の発明によれば、再燃
焼器内に第２の点火手段を有するので、請求項６または
７記載の発明のように、再燃焼器の暖機状態（再燃焼器
の温度）に応じて点火手段と第２の点火手段の作動を制
御することが可能である。この場合、例えば、請求項８
記載の発明によれば、上流側の点火手段を作動させるこ
とにより早期に再燃焼器の暖機を行うことが可能であ
り、請求項９記載の発明によれば、再燃焼器が暖機した
後、第２の点火手段を作動させることにより、再燃焼器
内に安定した火炎を定在化させることができ触媒を早期
に活性化することが可能である。そして、請求項１０記
載の発明によれば、再燃焼器が暖機した後、上流側の点
火手段の作動を停止して第２の点火手段を作動するの
で、点火に要するエネルギーの消費を少なくすることが
できる。一方、請求項１１記載の発明によれば、再燃焼
器が暖機した後も引き続き上流側の点火手段の作動を継
続すれば、その分だけ着火の機会が増えて、再燃焼器内
での燃焼を安定させることが可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図面に基づいて
説明する。図１は、本発明の実施の形態１の構成を示す
図である。エンジン１の構成を以下に述べる。吸気は、
エアクリーナ２を通過後、エアフロメータ３にて流量Ｑ
ａが計測され、その下流に設けられたスロットル弁４に
導かれる。ここでスロットル弁４の開度ＴＶＯはスロッ
トルセンサ５にて検出される。吸気はその後、コレクタ
６を経て各気筒の吸気通路７を通過する。吸気通路７に
は燃料噴射を行うインジェクタ８が設けられている。吸
気弁９が開いてシリンダ１０に吸入された混合気はピス
トン１１で圧縮され、点火プラグ１２の火花で着火、燃
焼する。燃焼後のガスは排気弁１３を開いて各気筒の排
気通路に排出される。各気筒の排気通路を構成する排気
マニホールド１４は、その下流で合流して１本のフロン
トチューブ１５に接続されている。フロントチューブ１
５にはＯ₂ センサが設けられ、ここで排気中の酸素濃度
が検出される。また、水温センサ１７はエンジン冷却水
温Ｔｗを検出する。一方、フロントチューブ１５の上流
部分には２次空気供給手段としての２次空気導入通路１
８が設けられ、エアポンプ１９から送り出された空気を
排気中に導入する。その直下流には点火手段として第１
の点火栓２０が設けられ、排気再燃焼のための点火を行
う。この実施の形態では、点火栓２０は、フロントチュ
ーブ１５の上流側に設けられているが、２次空気導入通
路１８と共に、排気マニホールド１４の集合部に設ける
ことも可能である。

【０００９】排気マニホールド１４から車両の床下位置
にかけて十分な長さを有するフロントチューブ１５の下
流側には、再燃焼器２１と触媒２２とを一つの容器に収
納するケーシング２８が接続されている。再燃焼器２１
は排気中に含まれる未燃成分と、２次空気導入通路１８
から導入された２次空気中の酸素を用いて、排気の再燃
焼を行い、触媒２２の温度を速やかに上昇させ活性早期
化を図ると共に、触媒２２が活性するまでのＨＣ、ＣＯ
を低減する。

【００１０】再燃焼器２１及び触媒２２の内部には各々
温度センサ２３，２４が設けられており、再燃焼器温度
ＴＥ、触媒温度Ｔｃがそれぞれ検出される。再燃焼器２
１での排気再燃焼は、主に触媒活性化前の冷機時に行
い、その際は、空燃比制御手段として機能するコントロ
ールユニット２６がインジェクタ８より噴射する燃料を
増量して、シリンダ１０内に導入される混合気の空燃比
を理論空燃比よりも濃い状態として、多量の未燃分を再
燃焼器２１に導入して再燃焼を促進する。触媒２２の活
性後は、燃料増量を中止し、Ｏ₂ センサ１６の信号に基
づくフィードバック制御により空燃比を理論空燃比に保
つと共に、２次空気導入及び点火栓２０による点火を中
止して再燃焼器２１の使用を止め、触媒２２によりＨ
Ｃ、ＣＯ並びにＮＯ_x を転化する。

【００１１】排気は、再燃焼器２１、触媒２２を通過
後、排気管２５を経て、大気中に放出される。なお、エ
ンジンコントロールユニット２６には、前述の全ての検
出信号、及びエンジン回転数Ｎｅが入力され、インジェ
クタ８にて噴射する燃料量、点火プラグ１２にて点火す
るタイミング、エアポンプ１９にて送出する２次空気の
流量、の算出、及び点火栓２０を使用するかどうかの判
断を行う。

【００１２】次に作用を説明する。図２に、実施の形態
１のフローチャートを示す。先ずステップ１（以下、Ｓ
ｌと略記）にて、水温Ｔｗ、吸入空気量Ｑａ、エンジン
回転数Ｎｅ、スロットル弁開度ＴＶＯ、再燃焼器温度Ｔ
Ｅ、触媒温度ＴＣを読み込む。次のＳ２にて、触媒温度
ＴＣが所定値ＴＣＬ未満の場合は触媒活性前と判断し、
Ｓ３に進む。なお、このステップＳ２は触媒温度ＴＣの
代わりに水温Ｔｗを用いて同様の判断を行う様にしても
良い。Ｓ３では、再燃焼器に未燃成分を十分に供給する
ため、混合気が理論空燃比よりもリッチになる様に１よ
りも大きく設定された増量係数ＴＦＥＧＩを、目標燃空
比ＴＦＢＹＡに代入する。この部分が空燃比制御手段に
該当する。ここで、増量係数ＴＦＥＧＩは再燃焼器温度
ＴＥが低い程大きく、即ち空燃比がリッチになる様、例
えば図３のように設定されている。これは、低温である
程着火のために高濃度の未燃成分及び酸素を必要とする
ためである。なお、増量係数ＴＦＥＧＩは、再燃焼器温
度ＴＥの代わりに水温Ｔｗに応じて定めても良い。これ
と吸入空気量Ｑａ、スロットル弁開度ＴＶＯ、エンジン
回転数Ｎｅ、水温Ｔｗから、燃焼噴射量Ｔｐを算出す
る。次のＳ４では、増量分に見合った２次空気の必要流
量を、吸入空気量Ｑａ及び目標燃空比ＴＦＢＹＡから算
出する。ここでＣは単位変換用の定数である。算出結果
に基づき、エアポンプ１９の流量を制御する。Ｓ５では
再燃焼器２１の点火栓２０に点火信号を送り、着火させ
る。一方、Ｓ２でＮＯ、と判断した場合は、触媒２２は
既に活性化していると判断してＳ６に進み、目標燃空比
ＴＦＢＹＡを１即ち理論空燃比とし、これと吸入空気量
Ｑａ、スロットル弁開度ＴＶＯ、エンジン回転数Ｎｅ、
水温Ｔｗから、燃焼噴射量Ｔｐを算出する。次のＳ７で
は２次空気の目標流量を０とし、エアポンプ１９を停止
する。

【００１３】本実施の形態における再燃焼の様子を図４
に示す。点火栓２０近傍は可燃濃度に速やかに達するの
で初期着火性に優れるが、主流に晒されているために燃
焼安定性は前述の従来例に対し改善されない。しかしな
がら本実施の形態の場合、着火したガスは点火栓２０近
傍にとどまらず下流に設けた再燃焼器２１に進入し、内
部に発生する渦内で燃焼する。ここに火炎が定在するた
め、その後上流での着火が不完全な場合でも、再燃焼器
２１内で十分に燃焼させる事が可能である。

【００１４】図５に実施の形態２の構成を示す。本実施
の形態は、図１に示した実施の形態１の構成に加え、再
燃焼器２１の内部に第２の点火手段として点火栓２７を
設けたものである。以下に本実施の形態の作用を説明す
る。図６に、実施の形態２のフローチャートを示す。こ
こでステップ１（以下ＳＡ１と略記）〜ＳＡ４、ＳＡ８
〜ＳＡ９は、図２のＳ１〜Ｓ４、Ｓ６〜Ｓ７、と同一な
ので説明を省略する。ＳＡ５では、再燃焼器２１の暖機
状態に相関するエンジン１の運転状態としての再燃焼器
温度ＴＥが所定値ＴＥＬ以下であるか否かを判断する。
所定値以下、即ち再燃焼器２１の暖機が進んでおらず再
燃焼器２１での燃焼が開始されていない、或いは、再燃
焼器２１で着火しにくい状態にあると判断した場合は、
ＳＡ６に進み、再燃焼器２１の上流に設けた点火栓２０
に点火する。一方、ＳＡ５で既に再燃焼器２１が所定温
度（所定値ＴＥＬ）以上に達していると判断した場合は
ＳＡ７に進み、点火栓２０での点火を終了して、再燃焼
器２１に定在する渦内に設けた点火栓２７での点火に切
換える事により、再燃焼器２１内で排気を再燃焼させ
る。

【００１５】本実施の形態においては、点火栓２０は、
始動時に速やかに排気に点火する事、及び再燃焼器２１
の温度を速やかに上昇させて、再燃焼器２１内での着火
を容易にする事、の２つを目的として使用し、再燃焼器
２１での着火条件が整った後は、点火栓２０を使用せ
ず、従来例と同様に再燃焼器２１内の点火栓２７を使用
して再燃焼器２１内のみで燃焼させる構成としている。
この構成では、再燃焼器２１内での点火開始後、再燃焼
器２１に進入する排気は、常に未着火状態であるので、
濃度変化が少なく、再燃焼器２１内での燃焼が安定する
という利点がある。

【００１６】図７は、実施の形態３のフローチャートで
ある。本実施の形態は、図５に示す実施の形態２の構成
と同一の構成であるが、実施の形態２と異なる点は、再
燃焼器２１の温度が所定値に到達する迄の間、点火栓２
０に加えて再燃焼器２１内に設けた点火栓２７を併用す
る事である。即ち、ステップ５（以下ＳＢ５と略記）に
おいて、点火栓２７を作動し、その次のＳＢ６において
再燃焼器温度ＴＥが所定値ＴＥＬ以下と判断された場合
はＳＢ７にて上流の点火栓２０を併用する構成である。
そして、再燃焼器２１の暖機が進んで、再燃焼器温度Ｔ
Ｅが所定値ＴＥＬを超えると、触媒が活性するまでの間
点火栓２０の作動を停止して、点火栓２７の作動を継続
する。その他のステップ、ＳＢ１〜ＳＢ４、ＳＢ８〜Ｓ
Ｂ９は、図６のＳＡ１〜ＳＡ４、ＳＡ８〜ＳＡ９と同一
であるので説明を省略する。本実施の形態においては、
着火しにくい始動時において、排気は２度着火の機会を
与えられるため、より着火性が向上する。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、排気
再燃焼器内の未燃成分及び酸素濃度が低く、且つ温度が
低いために、着火しにくい機関始動時には、比較的高濃
度且つ高温である上流で点火する構成としたため、始動
後速やかに排気再燃焼を開始する事が可能であり、始動
後再燃焼を開始する迄の間に排出されるエミッションを
低減する事が可能である。また、着火後は、再燃焼器内
で燃焼を継続するため、従来と同様の安定した燃焼状態
を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の構成を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態１のフローチャートであ
る。

【図３】再燃焼器温度と増量係数の関係を示す図であ
る。

【図４】再燃焼の様子を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態２及び３の構成を示す図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態２のフローチャートであ
る。

【図７】本発明の実施の形態３のフローチャートであ
る。

【図８】従来例の構成を示す図である。

【図９】従来例の特性図である。

【図１０】従来例の特性図である。

【符号の説明】

１エンジン２エアクリーナ３エアフローメータ４スロットル弁５スロットルセンサ６コレクタ７吸気通路８インジェクタ９吸気弁１０シリンダ１１ピストン１２点火プラグ１３排気弁１４排気マニホールド１５フロントチューブ１６Ｏ₂ センサ１７水温センサ１８２次空気導入通路１９エアポンプ２０点火栓２１再燃焼器２２触媒２３温度センサ２４温度センサ２５排気管２６エンジンコントロールユニット２７点火栓２８ケーシング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田山彰神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気マニホールドに接続され
る排気通路の下流側に再燃焼器を接続し、該再燃焼器の
点火手段を前記排気マニホールド若しくは前記排気通路
の上流部分に配置したことを特徴とする内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項２】内燃機関の排気マニホールドに接続され
るフロントチューブの下流側に、フロントチューブから
別体に構成された再燃焼器を接続し、該再燃焼器の点火
手段を前記排気マニホールド若しくは前記フロントチュ
ーブの上流部分に配置したことを特徴とする内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項３】前記再燃焼器の直下流位置に触媒を有す
ることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項４】内燃機関の燃焼室に供給する空燃比を制
御する空燃比制御手段と、前記点火手段の上流側から排
気中に２次空気を供給する２次空気供給手段をさらに備
え、前記点火手段を作動させて触媒の暖機を行うとき、
前記空燃比制御手段が燃焼室に供給する空燃比をリッチ
に制御すると共に前記２次空気供給手段が排気中に２次
空気を供給することを特徴とする請求項３記載の内燃機
関の排気浄化装置。
【請求項５】前記点火手段とは別に、再燃焼器内に第
２の点火手段を有することを特徴とする請求項１ないし
４のいずれかの項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】少なくとも再燃焼器の暖機状態に相関す
る内燃機関の運転状態に応じて、前記点火手段と、前記
第２の点火手段の作動を制御することを特徴とする請求
項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記再燃焼器の暖機状態に相関する内燃
機関の運転状態は、再燃焼器の温度であることを特徴と
する請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記再燃焼器の温度が所定値以下である
とき、前記点火手段を作動させて再燃焼器の暖機を行う
ことを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項９】内燃機関の始動時に、前記点火手段を作
動させて再燃焼器の暖機を行った後、前記第２の点火手
段を作動させて触媒を暖機することを特徴とする請求項
５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】内燃機関の始動時に、前記点火手段を
作動させて再燃焼器の暖機を行った後、前記点火手段の
作動を停止して第２の点火手段の作動に切り換えること
を特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】内燃機関の始動時に、前記点火手段と
第２の点火手段を作動させて再燃焼器の暖機を行った
後、前記点火手段の作動を停止すると共に、第２の点火
手段の作動を継続して触媒の暖機を行うことを特徴とす
る請求項１ないし５のいずれかの項に記載の内燃機関の
排気浄化装置。