特許 7273571 触媒暖機装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-02

(45)【発行日】2023-05-15

(54)【発明の名称】触媒暖機装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/24 20060101AFI20230508BHJP

   F01N 3/36 20060101ALI20230508BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20230508BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20230508BHJP

【ＦＩ】

F01N3/24 F ZAB

F01N3/36 M

F01N3/36 K

F02D43/00 301K

F02D43/00 301G

F02D43/00 301J

B01D53/94 300

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019051899

(22)【出願日】2019-03-19

(65)【公開番号】P2020153282

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】萩野谷 哲史

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０２９２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３７１３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０１Ｎ ３／３６

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンに連通された排気管における、前記エンジンと浄化触媒との間に設けられ、前記浄化触媒に向けて送風可能な送風部と、
前記エンジンを構成する燃料噴射部を制御して、ポスト噴射を行わせて、前記浄化触媒に燃料を保持させる燃料供給部と、
前記エンジンの始動前における所定の開始タイミングで前記送風部の駆動を開始する送風制御部と、
を備える触媒暖機装置。

【請求項2】

前記燃料供給部は、前記エンジンを停止する際にポスト噴射を行わせる請求項１に記載の触媒暖機装置。

【請求項3】

エンジンに連通された排気管における、前記エンジンと浄化触媒との間に設けられ、前記浄化触媒に向けて送風可能な送風部と、
前記排気管における前記送風部と前記浄化触媒との間に燃料を供給して、前記浄化触媒に燃料を保持させる燃料供給部と、
前記エンジンの始動前における所定の開始タイミングで前記送風部の駆動を開始する送風制御部と、
を備える触媒暖機装置。

【請求項4】

エンジンに連通された排気管における、前記エンジンと浄化触媒との間に設けられるファンで構成され、前記浄化触媒に向けて送風可能な送風部と、
前記浄化触媒に燃料を保持させる燃料供給部と、
前記エンジンの始動前における所定の開始タイミングで前記送風部の駆動を開始する送風制御部と、
を備え、
前記送風制御部は、前記エンジンを停止する際に、スロットル弁、吸気ポート、および、排気ポートを開弁させ、
前記燃料供給部は、前記開始タイミングにおいて、前記エンジンを構成する燃料噴射部からの燃料の噴射を行う触媒暖機装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒暖機装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンから排気された排気ガスには、炭化水素（hydrocarbon：ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった規制物質が含まれる。このため、車両の排気管には、ＨＣ、ＣＯ、および、ＮＯｘを浄化する浄化触媒が設けられている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１９４１０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記浄化触媒の活性温度は、常温より高温（例えば、２００℃以上）である。このため、エンジンの始動直後は、浄化触媒が活性温度に到達せず、規制物質が車両外に排気されてしまうおそれがあった。

【0005】

本発明は、エンジンの始動前に浄化触媒を暖機することが可能な触媒暖機装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の触媒暖機装置は、エンジンに連通された排気管における、エンジンと浄化触媒との間に設けられ、浄化触媒に向けて送風可能な送風部と、エンジンを構成する燃料噴射部を制御して、ポスト噴射を行わせて、浄化触媒に燃料を保持させる燃料供給部と、エンジンの始動前における所定の開始タイミングで送風部の駆動を開始する送風制御部と、を備える。

【0008】

また、燃料供給部は、エンジンを停止する際にポスト噴射を行わせてもよい。

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の他の触媒暖機装置は、エンジンに連通された排気管における、エンジンと浄化触媒との間に設けられ、浄化触媒に向けて送風可能な送風部と、排気管における送風部と浄化触媒との間に燃料を供給して、浄化触媒に燃料を保持させる燃料供給部と、エンジンの始動前における所定の開始タイミングで送風部の駆動を開始する送風制御部と、を備える。
上記課題を解決するために、本発明の他の触媒暖機装置は、エンジンに連通された排気管における、エンジンと浄化触媒との間に設けられるファンで構成され、浄化触媒に向けて送風可能な送風部と、浄化触媒に燃料を保持させる燃料供給部と、エンジンの始動前における所定の開始タイミングで送風部の駆動を開始する送風制御部と、を備え、送風制御部は、エンジンを停止する際に、スロットル弁、吸気ポート、および、排気ポートを開弁させ、燃料供給部は、開始タイミングにおいて、エンジンを構成する燃料噴射部からの燃料の噴射を行う。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、エンジンの始動前に浄化触媒を暖機することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態にかかるエンジンシステムを説明する図である。

【図2】実施形態の触媒暖機方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】第１の変形例にかかる触媒暖機装置を説明する図である。

【図4】第２の変形例にかかる触媒暖機装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0013】

［エンジンシステム１００］
図１は、本実施形態にかかるエンジンシステム１００を説明する図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。

【0014】

図１に示すように、車両に搭載されるエンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１０が設けられる。ＥＣＵ１０によりエンジンＥ全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

【0015】

エンジンシステム１００を構成するエンジンＥは、シリンダブロック１０２と、クランクケース１０４と、シリンダヘッド１０６と、オイルパン１１０とを含む。クランクケース１０４は、シリンダブロック１０２と一体形成されている。シリンダヘッド１０６は、シリンダブロック１０２におけるクランクケース１０４とは反対側に接合される。オイルパン１１０は、クランクケース１０４におけるシリンダブロック１０２とは反対側に接合される。

【0016】

シリンダブロック１０２には、複数のシリンダボア１１２が形成されている。複数のシリンダボア１１２において、それぞれピストン１１４が摺動可能にコネクティングロッド１１６に支持されている。そして、エンジンＥでは、シリンダボア１１２と、シリンダヘッド１０６と、ピストン１１４の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室１１８として形成される。

【0017】

また、エンジンＥでは、クランクケース１０４およびオイルパン１１０に囲まれた空間がクランク室１２０として形成される。クランク室１２０内には、クランクシャフト１２２が回転可能に支持されており、ピストン１１４がコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１２２に連結される。

【0018】

シリンダヘッド１０６には、吸気ポート１２４および排気ポート１２６が燃焼室１１８に連通するように設けられる。吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間には、吸気弁１２８の先端（傘部）が位置し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間には、排気弁１３０の先端（傘部）が位置している。

【0019】

また、シリンダヘッド１０６および不図示のヘッドカバーに囲まれた空間には、吸気用カム１３４ａ、ロッカーアーム１３４ｂ、排気用カム１３６ａ、および、ロッカーアーム１３６ｂが設けられる。吸気弁１２８には、ロッカーアーム１３４ｂを介して、吸気用カムシャフトに固定された吸気用カム１３４ａが当接されている。吸気弁１２８は、吸気用カムシャフトの回転に伴って、軸方向に移動し、吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間を開閉する。排気弁１３０には、ロッカーアーム１３６ｂを介して、排気用カムシャフトに固定された排気用カム１３６ａが当接されている。排気弁１３０は、排気用カムシャフトの回転に伴って、軸方向に移動し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間を開閉する。

【0020】

吸気ポート１２４の上流側には、吸気マニホールドを含む吸気管１４０が連通される。吸気管１４０内には、スロットル弁１４２、および、スロットル弁１４２より上流側にエアクリーナ１４４が設けられる。スロットル弁１４２は、アクセル（図示せず）の開度に応じてアクチュエータにより開閉駆動される。エアクリーナ１４４にて浄化された空気は、吸気管１４０、吸気ポート１２４を通じて燃焼室１１８に吸入される。

【0021】

シリンダヘッド１０６には、燃料噴射口が燃焼室１１８に開口するようにインジェクタ１５０（燃料噴射部）が設けられるとともに、先端が燃焼室１１８内に位置するように点火プラグ１５２が設けられる。インジェクタ１５０から燃焼室１１８に噴射された燃料は、吸気ポート１２４から燃焼室１１８に供給された空気と混ざり混合気となる。そして、所定のタイミングで点火プラグ１５２が点火され、燃焼室１１８内で生成された混合気が燃焼される。かかる燃焼により、ピストン１１４が往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド１１６を通じてクランクシャフト１２２の回転運動に変換される。

【0022】

排気ポート１２６の下流側には、排気マニホールドを含む排気管１６０が連通される。排気管１６０内には、浄化触媒１６２が設けられる。浄化触媒１６２は、例えば、三元触媒（Three-Way Catalyst）である。三元触媒は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒成分を含む。浄化触媒１６２は、排気ポート１２６から排出された排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）（以下、炭化水素、一酸化炭素、および、窒素酸化物を纏めて規制物質という場合がある）を浄化（除去）する。浄化触媒１６２によって浄化された排気ガスは、マフラ１６４を通じて外部に排気される。

【0023】

また、エンジンシステム１００には、吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、アクセル開度センサ１８６が設けられる。

【0024】

吸入空気量センサ１８０は、エンジンＥに流入する吸入空気量を検出する。スロットル開度センサ１８２は、スロットル弁１４２の開度を検出する。クランク角センサ１８４は、クランクシャフト１２２のクランク角を検出する。アクセル開度センサ１８６は、アクセル（図示せず）の開度を検出する。

【0025】

吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、および、アクセル開度センサ１８６は、ＥＣＵ１０に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１０に出力する。

【0026】

ＥＣＵ１０は、吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、および、アクセル開度センサ１８６から出力された信号を取得してエンジンＥを制御する。ＥＣＵ１０は、エンジンＥを制御する際、信号取得部１２、駆動制御部１４として機能する。

【0027】

信号取得部１２は、吸入空気量センサ１８０、スロットル開度センサ１８２、クランク角センサ１８４、および、アクセル開度センサ１８６が検出した値を示す信号を取得する。また、信号取得部１２は、クランク角センサ１８４から取得したクランク角を示す信号に基づいてエンジンＥの回転数（クランクシャフトの回転数）を導出する。また、信号取得部１２は、吸入空気量センサ１８０から取得した吸入空気量を示す信号に基づいてエンジンＥの負荷（エンジン負荷）を導出する。かかる吸入空気量からエンジン負荷を求める技術は、既存の様々な技術を利用可能なので、ここではその説明を省略する。

【0028】

駆動制御部１４は、信号取得部１２が取得した信号に基づいて、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）、インジェクタ１５０、点火プラグ１５２を制御する。

【0029】

このように、エンジンＥが駆動されており、排気ガスの温度が浄化触媒１６２の活性温度以上である場合、浄化触媒１６２によって排気ガス中の規制物質が除去される。しかし、エンジンＥの始動直後において、排気ガスの温度は活性温度未満である。このため、浄化触媒１６２が活性温度に到達しない期間が生じ、この期間において、浄化触媒１６２による規制物質の除去効率が低下してしまう。

【0030】

そこで、本実施形態のエンジンシステム１００は、エンジンＥの始動前に浄化触媒１６２を暖機する触媒暖機装置２００を備える。以下、触媒暖機装置２００について説明する。

【0031】

［触媒暖機装置２００］
図１に示すように、触媒暖機装置２００は、送風部２１０と、燃料供給部２２０と、送風制御部２３０とを含む。

【0032】

送風部２１０は、排気管１６０におけるエンジンＥ（排気ポート１２６）と、浄化触媒１６２との間に設けられ、浄化触媒１６２に向けて送風可能である。送風部２１０は、例えば、ファンで構成される。

【0033】

本実施形態において、ＥＣＵ１０は、触媒暖機装置２００の燃料供給部２２０、および、送風制御部２３０として機能する。

【0034】

燃料供給部２２０は、エンジンＥを停止する際（エンジンＥを停止する直前）の１回の燃焼サイクル中において、インジェクタ１５０を制御して、メイン噴射およびポスト噴射を実行させる。メイン噴射は、ピストン１１４が上死点に位置する直前に実行される燃料の噴射であり、エンジンＥの出力に主に寄与する。ポスト噴射は、メイン噴射の実行後、例えば、排気弁１３０の開弁時またはその直前に実行される燃料の噴射である。ポスト噴射によって噴射された燃料は、未燃（または不完全燃焼）のままエンジンＥから排気ガスとともに排気管１６０へと排出され、浄化触媒１６２に保持される。

【0035】

送風制御部２３０は、エンジンＥを停止する際に、吸気用カムシャフトおよび排気用カムシャフトを回転させ、吸気弁１２８および排気弁１３０を移動させて、吸気ポート１２４および排気ポート１２６を開弁させる。また、送風制御部２３０は、エンジンＥを停止する際に、アクチュエータを駆動して、スロットル弁１４２を開弁させる。

【0036】

そして、送風制御部２３０は、エンジンＥの始動前における所定の開始タイミングで送風部２１０の駆動を開始する。開始タイミングは、例えば、車両の運転席のドアの開錠を検知したタイミング、車両の運転席の重量センサが所定の重量（人が運転席に乗ったことを示す重量）を検知したタイミング、車両に設置されたカメラが運転席で人を検知したタイミング、車両から所定の範囲内においてスマートキーを検知したタイミング等である。また、ＥＣＵ１０が、エンジンＥの始動時間を毎日学習して、エンジンＥの始動時間の推定時間を導出しておき、推定時間の所定時間（例えば、１０分）前を開始タイミングとしてもよい。

【0037】

また、送風制御部２３０は、送風部２１０の駆動を開始してから、所定の終了タイミングで送風部２１０を停止する。終了タイミングは、例えば、エンジンＥが始動したタイミング（例えば、不図示のスタータが通電されたタイミング）、車両の運転席のドアの施錠を検知したタイミング、送風部２１０の駆動を開始してから所定時間が経過したタイミング等である。

【0038】

［触媒暖機方法］
続いて、触媒暖機装置２００を用いた触媒暖機方法について説明する。図２は、本実施形態の触媒暖機方法の処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すように、触媒暖機方法は、燃料保持処理Ｓ１１０、開始判定処理Ｓ１２０、送風開始処理Ｓ１３０、計時開始処理Ｓ１４０、時間経過判定処理Ｓ１５０、終了判定処理Ｓ１６０、送風停止処理Ｓ１７０を含む。以下、各処理について説明する。

【0039】

［燃料保持処理Ｓ１１０］
燃料供給部２２０は、エンジンＥを停止する際の１回の燃焼サイクル中において、インジェクタ１５０を制御して、少なくともポスト噴射を実行させる。ポスト噴射によって噴射された燃料は、未燃のままエンジンＥから排気ガスとともに排気管１６０へと排出され、浄化触媒１６２に保持される。

【0040】

また、送風制御部２３０は、エンジンＥを停止する際に、スロットル弁１４２、吸気ポート１２４、および、排気ポート１２６を開弁させる。

【0041】

［開始判定処理Ｓ１２０］
送風制御部２３０は、エンジンＥの始動前であって、上記開始タイミングであるか否かを判定する。その結果、送風制御部２３０は、開始タイミングであると判定した場合（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、送風開始処理Ｓ１３０に移る。一方、送風制御部２３０は、開始タイミングではないと判定した場合（開始判定処理Ｓ１２０におけるＮＯ）、当該触媒暖機方法を終了する。

【0042】

［送風開始処理Ｓ１３０］
送風制御部２３０は、送風部２１０の駆動を開始する。これにより、空気が吸気管１４０、吸気ポート１２４、燃焼室１１８、排気ポート１２６、排気管１６０を通じて浄化触媒１６２に導かれる。

【0043】

［計時開始処理Ｓ１４０］
送風制御部２３０は、計時を開始する。

【0044】

［時間経過判定処理Ｓ１５０］
送風制御部２３０は、計時開始処理Ｓ１４０において計時を開始してから、所定時間（例えば、１０分）が経過したか否かを判定する。その結果、送風制御部２３０は、所定時間を経過したと判定した場合（Ｓ１５０におけるＹＥＳ）、送風停止処理Ｓ１７０に移る。一方、送風制御部２３０は、所定時間を経過していないと判定した場合（時間経過判定処理Ｓ１５０におけるＮＯ）、終了判定処理Ｓ１６０に移る。

【0045】

［終了判定処理Ｓ１６０］
送風制御部２３０は、終了タイミングであるか否かを判定する。その結果、送風制御部２３０は、終了タイミングであると判定した場合（Ｓ１６０におけるＹＥＳ）、送風停止処理Ｓ１７０に移る。一方、送風制御部２３０は、終了タイミングではないと判定した場合（Ｓ１６０におけるＮＯ）、時間経過判定処理Ｓ１５０に戻る。

【0046】

［送風停止処理Ｓ１７０］
送風制御部２３０は、送風部２１０を停止する。

【0047】

以上説明したように、本実施形態の触媒暖機装置２００は、エンジンＥを停止する際に浄化触媒１６２に燃料を保持させておき、エンジンＥの始動前の所定の開始タイミングにおいて浄化触媒１６２に空気を送風する。これにより、触媒暖機装置２００は、エンジンＥの始動前において、浄化触媒１６２上で燃料と酸素（空気）との酸化反応（発熱反応）を進行させることが可能となる。したがって、触媒暖機装置２００は、エンジンＥの始動前に、酸化反応によって生じた熱によって、浄化触媒１６２を加熱（暖機）することができる。このため、触媒暖機装置２００は、エンジンＥの始動直後に、浄化触媒１６２を活性温度以上にする、もしくは、浄化触媒１６２が活性温度まで到達する時間を短縮することが可能となる。したがって、触媒暖機装置２００は、エンジンＥの始動後における、規制物質の車両外への排気を抑制することができる。

【0048】

［第１の変形例］
図３は、第１の変形例にかかる触媒暖機装置３００を説明する図である。図３に示すように、触媒暖機装置３００は、送風部２１０と、送風制御部２３０と、燃料供給部３１０とを含む。上記触媒暖機装置２００と等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0049】

燃料供給部３１０は、排気管１６０における送風部２１０と浄化触媒１６２との間に燃料を供給する。燃料供給部３１０は、例えば、エンジンＥを停止する際、開始タイミング、送風部２１０の駆動後等に、燃料を供給する。これにより、燃料供給部３１０は、浄化触媒１６２に燃料を保持させることができる。

【0050】

以上説明したように、触媒暖機装置３００は、エンジンＥの始動前に、酸化反応によって生じた熱によって、浄化触媒１６２を暖機することが可能となる。

【0051】

［第２の変形例］
図４は、第２の変形例にかかる触媒暖機装置４００を説明する図である。図４に示すように、触媒暖機装置４００は、送風部２１０と、燃料供給部２２０と、分岐管４１０と、開閉弁４１２と、送風制御部４３０とを含む。上記触媒暖機装置２００と等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0052】

分岐管４１０は、排気管１６０における排気ポート１２６と送風部２１０との間から分岐された管であり、端部が大気開放されている。開閉弁４１２は、分岐管４１０に設けられる。

【0053】

第２の変形例において、送風制御部４３０は、エンジンＥを停止する際、または、開始タイミングである際に、開閉弁４１２を開弁する。また、送風制御部４３０は、終了タイミングである際に、開閉弁４１２を閉弁する。

【0054】

なお、送風制御部４３０は、エンジンＥを停止する際に、スロットル弁１４２、吸気ポート１２４、および、排気ポート１２６を開かずともよい。

【0055】

以上説明したように、触媒暖機装置４００は、エンジンＥの始動前に空気（酸素）を浄化触媒１６２に供給することができる。

【0056】

［第３の変形例］
上記実施形態において、燃料供給部２２０が、インジェクタ１５０を制御して、エンジンＥを停止する際にポスト噴射を行わせる場合を例に挙げた。しかし、燃料供給部２２０は、開始タイミングにおいて、インジェクタ１５０を制御して燃料を噴射させてもよい。この場合、送風制御部２３０によって送風部２１０の駆動が開始された後に、燃料供給部２２０は、インジェクタ１５０に燃料を噴射させるとよい。これにより、インジェクタ１５０によって噴射された燃料を効率よく浄化触媒１６２に保持させることが可能となる。

【0057】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0058】

なお、上記実施形態および変形例において、浄化触媒１６２が三元触媒である場合を例に挙げた。しかし、浄化触媒１６２は、三元触媒よりも酸化触媒の含有量が多くてもよい。これにより、エンジンＥの始動前において、浄化触媒１６２における酸化反応の進行を促進させることができ、浄化触媒１６２の暖機効率を向上させることが可能となる。

【0059】

また、上記実施形態および変形例において、エンジンＥとしてガソリンエンジンを例に挙げて説明した。エンジンＥは、ディーゼルエンジンであってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、触媒暖機装置に利用できる。

【符号の説明】

【0061】

２００、３００、４００ 触媒暖機装置
２１０ 送風部
２２０、３１０ 燃料供給部
２３０、４３０ 送風制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】