(57)【要約】【課題】  エンジンと触媒間に酸素含有量を表す出力信号を生成する一の酸素センサを含む触媒効率監視方法の提供。【解決手段】  出力信号は、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を提供するためにサンプリングされる。排気は、処理済の排気を生成するために触媒に通されることを可能とされ、次いで、処理済の排気が前記酸素センサに戻るように流される。出力信号は、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するためにサンプリングされる。第２の値は、第１の値と比較されて触媒の効率の指標を提供する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排気管を通して触媒に流れる排気を精製するエンジンの排気系の触媒の効率を監視する方法であって、
酸素含有量を表す出力信号を生成する酸素センサを、エンジンと触媒の間に配置し、
未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を供給するために出力信号をサンプリングし、
処理済の排気を生成するために排気を触媒に通すことを可能とし、次いで、処理済の排気を前記酸素センサに戻るように流し、
処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するために出力信号をサンプリングし、
触媒の効率の指示を供給するために前記第２の値を前記第１の値と比較することを含む、方法。
【請求項２】
マフラーが触媒の後側に配置され、マフラーにおける絞りにより、処理済の排気が触媒を通して前記酸素センサに戻るように流される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プロセッサが、前記サンプリング処理と比較処理とを実行する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記各サンプリング処理が、時間軸上で単一のポイントで生ずる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の値が、時間軸上で複数のポイントでの未処理の排気のサンプリングから算出される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の値が、時間軸上で複数のポイントでの処理済の排気のサンプリングから算出される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
プロセッサが、エンジンの状態に関連したタイミングで前記サンプリング処理を実行する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記エンジンの状態は、該エンジンの相を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
排気を生成するエンジン用の排気システムであって、
エンジンからの排気に対して制御された通路を供給する排気管と、
処理済の排気を生成する触媒を含む触媒コンバータと、
エンジンと触媒の間に配置され、排気管中のガスの酸素含有量を表す出力信号を生成する酸素センサと、
処理済の排気を酸素センサに戻るように流す逆流要素と、
酸素センサと通信可能であり、選択された時間で出力信号をサンプリングすることが可能であるプロセッサとを含み、
前記プロセッサが、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を供給するために出力信号をサンプリングし、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するために出力信号をサンプリングし、触媒の効率の指示を供給するために前記第２の値を前記第１の値と比較する、システム。
【請求項１０】
単一の酸素センサが、前記触媒コンバータに関連する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記逆流要素が、絞り型のマフラーである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記逆流要素が、処理済の排気を触媒に戻るように流させる、請求項９に記載のシステム。
【請求項１３】
前記プロセッサが、前記第１の値を供給するために、時間軸上の単一のポイント及び複数のポイントのいずれかで出力信号をサンプリングする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記プロセッサが、前記第２の値を供給するために、時間軸上の単一のポイント及び複数のポイントのいずれかで出力信号をサンプリングする、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
フレームと、
フレームに対して回転可能に結合された前輪及び後輪と、
フレームに搭載され、第１及び第２の燃焼室をそれぞれ有する第１及び第２のシリンダ、及び、それぞれ第１及び第２のシリンダ内で往復動する第１及び第２のピストンを有し、排気を生成する２気筒エンジンと、
エンジンからの排気に対して制御された通路を供給する排気管と、
処理済の排気を生成する触媒を含む触媒コンバータと、
エンジンと触媒の間に配置され、排気管中のガスの酸素含有量を表す出力信号を生成する酸素センサと、
処理済の排気を酸素センサに戻るように流す逆流要素と、
酸素センサと通信可能であり、選択された時間で出力信号をサンプリングすることが可能であるプロセッサとを含み、
前記プロセッサが、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を供給するために出力信号をサンプリングし、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するために出力信号をサンプリングし、触媒の効率の指示を供給するために前記第２の値を前記第１の値と比較する、モーターサイクル。
【請求項１６】
単一の酸素センサが、前記触媒コンバータに関連する、請求項１５に記載のモーターサイクル。
【請求項１７】
前記逆流要素が、絞り型のマフラーである、請求項１５に記載のモーターサイクル。
【請求項１８】
前記逆流要素が、処理済の排気を触媒に戻るように流させる、請求項１５に記載のモーターサイクル。
【請求項１９】
前記プロセッサが、前記第１の値を供給するために、時間軸上の単一のポイント及び複数のポイントのいずれかで出力信号をサンプリングする、請求項１５に記載のモーターサイクル。
【請求項２０】
前記プロセッサが、前記第２の値を供給するために、時間軸上の単一のポイント及び複数のポイントのいずれかで出力信号をサンプリングする、請求項１５に記載のモーターサイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばモーターサイクルエンジンのような、エンジンからの排気を処理する触媒の効率を監視する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒コンバータは、内燃機関エンジンに対するエミッション制御システムの重要な構成要素となっている。触媒コンバータは、大気中に放出される望ましくない排気物質の量を低減すべく、エンジンの排気を処理するために用いられる。望ましくない排気物質は、一酸化炭素、炭化水素、酸化窒素を含む。触媒コンバータは、望ましくない物質を、大気中に放出されることになる非汚染物質に変換する反応を促進するために動作する一以上の触媒を含むが、一般的に、効率的なものとなるには比較的高い温度を必要とする。酸化触媒を用いると、一酸化炭素は、酸素と結合し、二酸化炭素に変換され，炭化水素は酸素と結合し、二酸化炭素と水分子へと変換される。還元触媒を用いると、酸化窒素は、窒素と酸素に変換される。一般的に、酸化反応に必要とされる酸素の量は、還元反応により生成される量より多い。従って、双方のタイプの触媒を含む効率的な触媒コンバータは、酸化触媒のみを含む効率的な触媒コンバータと同様、酸素量を入力よりも出力で減らす。
【０００３】
大気汚染を低減する目的で公布された最近の政府の規則は、自動車と同様にモーターサイクルをもターゲットにしている。例えば、自動車の触媒コンバータの効率を監視する１つの方法は、触媒コンバータの上流と下流の双方に酸素センサを含むことである。これらのセンサの出力信号を利用して比較が実行され、酸素量が下流のセンサで低減されていることが確かめられる。
【０００４】
以下に関連した文献を列挙する。
【特許文献１】米国特許第６６１１１４５号明細書
【特許文献２】米国特許第６５８８２５９号明細書
【特許文献３】米国特許第６３８６１８３号明細書
【特許文献４】米国特許第６１９３００４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、エンジンからの排気を処理する触媒の効率を監視する新規で且つ有用な方法及びシステム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】
本発明は、触媒の効率を監視する方法を提供する。エンジンは、エンジンから排気管を通って触媒に流れる排気を生成する。本方法は、酸素含有量を表す出力信号を生成するため、エンジンと触媒の間に酸素センサを配置することを含む。出力信号は、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を供給するためにサンプリングされる。排気は、処理済の排気を生成するために触媒に通されることを可能とされ、次いで、処理済の排気が前記酸素センサに戻るように流される。出力信号は、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するためにサンプリングされる。第２の値は、第１の値と比較されて触媒の効率の指標を提供する。
【０００７】
また、本発明は、モーターサイクルエンジンのような、エンジンのための排気システムを提供する。排気システムは、エンジンからの排気用の制御された通路を供給する排気管と、処理済の排気を生成する触媒と、排気管におけるエンジンと触媒の間に配置され、酸素含有量を表す出力信号を生成する酸素センサとを含む。逆流要素は、処理済の排気を酸素センサに戻すように流す。酸素センサに通信可能なプロセッサは、選択された時間で出力信号をサンプリングするよう動作可能である。プロセッサは、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を供給するために出力信号をサンプリングし、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するために出力信号をサンプリングし、第１の値を第２の値と比較して触媒の効率の指標を生成する。
【０００８】
また、本発明は、フレームと、フレームに対して回転可能に結合された前輪及び後輪と、フレームに搭載された２気筒エンジンとを含むモーターサイクルを提供する。エンジンは、第１及び第２の燃焼室をそれぞれ有する第１及び第２のシリンダ、及び、それぞれ第１及び第２のシリンダ内で往復動する第１及び第２のピストンを有し、また、エンジンは、排気を生成する。排気管は、エンジンからの排気用の制御された通路を提供し、触媒を含む触媒コンバータは、処理済の排気を生成する。酸素センサは、排気管におけるエンジンと触媒の間に配置され、酸素含有量を表す出力信号を生成する。逆流要素は、処理済の排気を酸素センサに戻すように流す。酸素センサに通信可能なプロセッサは、選択された時間で出力信号をサンプリングするよう動作可能である。プロセッサは、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を供給するために出力信号をサンプリングし、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給するために出力信号をサンプリングし、第１の値を第２の値と比較して触媒の効率の指標を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１０】
本発明の実施例を詳説する前に、理解されるべきこととして、本発明は、図面に図示された又は次の説明が付与された部品の構造及び配置の詳細にその用途が限定されるものでない。本発明は、他の実施例が可能であり、種々の態様で実現ないし実施されることができる。また、理解されるべきこととして、ここで用いられる専門語ないし用語は、説明の目的であり、限定としてみなされるべきでない。“含む”や“有する”及びそれらの変形は、その前に列挙されるアイテム及びその均等物のみならず、追加のアイテムを包含する意図で用いられている。用語 “接続される”、“結合される”及び“搭載される”及びそれらの変形は、広い意味で用いられ、直接的及び間接的な接続、結合、及び搭載を包含する。
【００１１】
図１は、フレーム４４、前輪４８及び後輪５２、燃料タンク６０、エンジン６４及び排気システム６６を含むモーターサイクル４０を示す。前輪４８及び後輪５２は、フレーム４４に対して回転すると共に、フレーム４４を地面より上に支持する。エンジン６４は、フレーム４４に搭載され、トランスミッション６８及び駆動ベルト（図示せず）を介して後輪５２を駆動する。シート５６及び燃料タンク６０もフレーム４４に搭載される。
【００１２】
図２に概略的に示すように、図示されたエンジン６４は、第１及び第２のシリンダ７２，７６を含むＶ型２気筒４ストロークエンジンである。第１及び第２のシリンダ７２，７６は、それぞれ第１及び第２のピストン９２，９６を含み、第１及び第２のピストン９２，９６のそれぞれは、それぞれのコネクティングロッド１００によりクランクシャフト８０に接続される。第１と第２シリンダ７２，７６はまたそれぞれ燃焼室９８を有する。図示されたクランクシャフト８０は、コネクティングロッド１００の双方が取り付けられる単一のクランクピン１０４を有する。また、エンジン６４は、各シリンダ７２，７６に対して燃料噴射機１０８及びスパークプラグ１１２と、スプリッタ又はデュアルランナー１２０を介して２つのシリンダ７２，７６と連通するインテークマニフォールド１１６とを含む。ピストン９２，９６は、クランクシャフト８０を回転させる４ストローク（４相）の燃料サイクルでシリンダ７２，７６内を往復動する。４ストロークないし４相は、吸気、圧縮、膨張及び排気を含む。本分野で良く知られているように、クランクシャフト８０は、エンジン６４の各４ストローク周期に対して２回回転する。ピストン９２，９６は、上死点（ＴＤＣ）及び下死点に各サイクルで２回達する。例えば、ピストン９２がＴＤＣに達するとき、ピストン９６は、そのサイクルの圧縮又は排気相ないしストロークの終わりである。
【００１３】
クランクシャフト８０は、取り付けられクランクギア８４を含み、それと共に回転する。図示のクランクギア８４は、クランクギア８４の外周周りに３２の歯を可能とするようにサイズ及び隙間が決定された歯を含み、３０（１，２，３，４，．．．，３０）の歯のみが設けられ、２つの欠けた歯は、クランクシャフト８０の回転速度を決定するための参照ポイント８８を提供する。具体的には、クランクギアセンサ１３２の形態のクランクシャフト速度センサは、好ましくは可変リラクタンスセンサであり、クランクギア８４付近でエンジン上に搭載され、プロセッサ１２８と、好ましくはワイヤを介して通信する。クランクギアセンサ１３２は、ギアの歯がそれを移動して通過したときを検出する。プロセッサ１２８は、クランクシャフト回転中、選択された時間にてクランクシャフト８０の回転速度を測定するようにプログラムされている。測定されたクランクシャフト速度に基づいて、プロセッサ１２８は、エンジンの相を判断する。この設定を用いてエンジンの相を判断するためのプロセッサ１２８のプログラム方法については、知られており、かかる方法の１つは、ここでの参照によりその内容が本明細書に組み込まれる米国特許第６５８８２５９号（特許文献２）に記載されている。
【００１４】
排気システム６６は、エンジン排気相中、エンジン６４の燃焼室９８から出てくる燃焼の副産物、即ち排気を運ぶ。エンジン６４から出る排気は、高圧下で気体の形態である。
【００１５】
一実施例では、排気システム６６は、排気管３６を含み、排気管３６は、第１及び第２のシリンダ７２，７６の燃焼室９８にそれぞれ流体的に連通し、エンジン６４からの排気の後流側の流れに対して制御された通路を提供する。排気管３６は、エンジン６４から下方に、モーターサイクル４０に対して後方に延在する。排気システム６６は、また、動作中にエンジン６４から放出されるノイズを低減するため、排気の流れに対して制御された通路を提供するマフラー４２を含む。更に、図３に概略的に示すように、排気システム６６は、触媒コンバータ４６及び単一の酸素センサ５０を含む。
【００１６】
排気システム６６の他の実施例は、２つの別々の排気管と、２つのマフラーと、２つの触媒コンバータを含んでよく、これにより、２つの酸素センサが必要となるであろう。この場合、単一の酸素センサは、各触媒コンバータに関連付けられる。
【００１７】
一実施例では、触媒コンバータ４６は、マフラー４２の近傍に配置され、好ましくは、マフラーから一フィート程度内に配置される。更に、酸素センサ５０は、エンジン６４と触媒コンバータ４６との間に搭載され、好ましくは、触媒コンバータ４６の一インチ内に搭載される。
【００１８】
一実施例では、触媒コンバータ４６は、酸化及び還元反応の双方を実行する３ウェイ触媒のような、触媒５８を含む。他の実施例では、触媒コンバータ４６は、酸化のみを実行するような、他のタイプの触媒を含んでよい。触媒コンバータ４６は、エンジン６４からの排気を処理するように動作し、処理済の排気を生成する。特に、エンジン６４からの未処理の排気は、一酸化炭素、種々の炭化水素及び種々の酸化窒素のような、望ましくない物質を含む。効果的に稼動しているとき、触媒５８は、排気中のこれらの望ましくない物質の大部分を、二酸化炭素、水や窒素のような、望ましい物質に変換するための反応を促進する。
【００１９】
触媒５８が効果的に稼動していると想定するに、酸化及び還元反応は、未処理の排気から処理済の排気まで酸素の正味の損失を生む。酸化触媒を用いることも、酸素の正味の損失をもたらす。それ故に、処理済の排気中の酸素量を監視し、それを、未処理の排気の酸素量と比較することにより、触媒コンバータ４６における一以上の触媒の効率の指標が得られる。
【００２０】
酸素センサ５０は、例えばワイヤ（図示せず）により、プロセッサ１２８に接続されている。酸素センサ５０は、触媒コンバータ４６の近傍の排気管３６内の酸素含有量を表す出力信号を生成する。一実施例では、酸素センサ５０は、変化する電圧信号の形態で、プロセッサ１２８に通信される電気的な出力信号を供給する。より完全に以下で説明するに、プロセッサ１２８は、酸素センサ５０からの出力信号を監視し、処理済の排気中の酸素量を未処理の排気中の酸素量と比較し、その指標（指示）を提供する。
【００２１】
排気システム６６の逆流要素は、触媒５８から流れる処理済の排気を、エンジンの燃焼サイクルにおけるあるタイミングで、酸素センサ５０に戻るように逆流させる。一実施例では、逆流要素は、背圧を生成するマフラー４２内の絞り（restriction）７０である。例えば、マフラー４２内の絞り７０は、穿孔されたチューブ７４及びチューブ７４内に搭載されたバッフル７８により引き起こされる。触媒コンバータ４６にからの処理済の排気は、燃焼サイクルの特定のポイント（例えば吸気ストローク中）にてマフラー４２に入り、排気流れの反転が、絞り７０により生成される圧力波に起因してマフラー４２内に生ずる。即ち、絞り７０での圧力が、マフラー４２の入口８２での圧力よりも高くなるとき、処理済の排気の流れは、マフラー入口アンダーカット８２にて又はその近傍で方向が変化する。触媒５８は、マフラー４２の入口８２の近くに配置され、酸素センサ５０は、触媒コンバータ４６の前部の直近に配置されているので、この流れの反転は、処理済の排気（即ち触媒反応を受けた排気）の酸素含有量の測定を可能とする。
【００２２】
特に、排気システム６６は、次のように動作する。酸素センサ５０は、酸素センサ５０の近傍内のガスを表す出力信号を供給する。排気は、特定の排気ストロークの開始後、エンジン６４から排気管３６を通り触媒コンバータ４６に流れるので、プロセッサ１２８は、未処理の排気の酸素含有量を表す第１の値を提供するために酸素センサの出力信号をサンプリングする。特に、第１の値は、時間軸上の単一のポイントにて出力信号のサンプリングされた値から得ることができ、或いは、第１の値は、時間軸上の多数のポイントでの多数のサンプル値から算出されることができるだろう。例えば、第１の値は、時間軸上の異なるポイントを表す多数のサンプル値の平均であってよい。
【００２３】
特定の排気ストロークからの排気は、次いで、触媒コンバータ４６を通過し、触媒反応を受ける。処理済の排気は、マフラー５２に流れ、逆流を受ける。逆流は、特定の排気ストロークの終了後に生じ、処理済の排気の一部を、触媒コンバータ４６を通して酸素センサ５０の近傍まで逆流させる。プロセッサ１２８は、酸素センサ５０の出力信号を再びサンプリングし、処理済の排気の酸素含有量を表す第２の値を供給する。第１の値は、第２の値に比較され、触媒コンバータ４６の効率の指示を提供する。
【００２４】
一実施例では、プロセッサ１２８のサンプリング時間は、エンジンの相のような、前述したような知られた方法で判断されることができるエンジンの状態に関連付けられる。例えば、エンジン６４が排気ストロークを始めたときを知り、且つ、排気ストロークの開始と未処理の排気が酸素センサ５０に到達するときとの間のタイミングに関する情報を有することにより、プロセッサ１２８は、未処理の排気の酸素含有量を表す値を求めるため適切な時間にて酸素センサ５０の出力信号をサンプリングすることができる。このタイミングは、排気管３６の寸法、酸素センサ５０の位置、及び他のエンジンの状態に依存することになり、異なる寸法及び状態毎に経験的に決定することができる。同様に、第１のサンプリング時間からの測定される反転時間も、プロセッサ１２８が処理済の排気を表す値を求めるための適切な時間にて酸素センサ５０の出力信号をサンプリングできるようにするために、求めることができる。このとき、プロセッサ１２８は、第１の値を第２の値に比較することができ、比較結果の指示を提供することができる。例えば、第２の値が第１の値よりも小さくない場合には、即ち酸素含有量が減少していない場合には、プロセッサ１２８は、必要な信号を生成して、警告灯やその類を点灯させることができる。
【００２５】
その他の実施例では、出力信号は、複数の時間でサンプリングされ、デジタル信号処理技術が、どのサンプリングされた値が未処理の排気に対応し、どのサンプリングされた値が処理済の排気に対応するかを決定するために用いられてもよい。
【００２６】
マフラーの一部でない触媒コンバータ４６より後の排気管３６のバッフル（図示せず）も、逆流要素として用いられることができる。
【００２７】
以上の記載された排気システム及び方法は、マフラーの近くの酸素センサ５０及びプロセッサ１２８への追加的に必要な接続が必要とされないので、単一の酸素センサ５０を、関連する触媒の効率を監視するために用いることができ、それにより、システムのコストを低減し、モーターサイクル４０のスタイル的な外観を改善する点で有利である。
【００２８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を具現化するモーターサイクルの側方斜視図である。
【図２】図１のモーターサイクルのエンジンのピストンを概略的に示す図である。
【図３】図１に示すインターフェースの排気システムの一部の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
３６    排気管
４６    触媒コンバータ
５０    酸素センサ
５２    マフラー
５８    触媒
６４    エンジン
１２８    プロセッサ
【図１】
2007092749.tif 000003
【図２】
2007092749.tif 000004
【図３】
2007092749.tif 000005