JP2000220441A

JP2000220441A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000220441A
Application number: JP11020977A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Higuchi; 義明樋口; Takashi Dougahara; 隆堂ヶ原; Kazuo Koga; 一雄古賀
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、低コスト
で確実にバイパス弁及びその駆動系の故障を検出して信
頼性の向上を図る。【解決手段】排気ガスが三元触媒３７を通過するとき
はバイパス通路３８を通過するときに比べて圧力損失が
大きいため、エンジン１１の出力トルクがわずかに変化
することを利用し、エンジン１１の所定の運転状態下で
バイパス弁３９を作動させたときに、このエンジン１１
に出力変化（エンジン回転数の変化やアイドルスピード
コントロールバルブ３４の作動）があったときにはバイ
パス弁３９が正常に作動していると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気通
路に排気ガス用浄化触媒と、この排気ガス用浄化触媒を
バイパスするバイパス通路とを設け、内燃機関の運転状
態に応じて排気ガスを選択的に通過させるようにした内
燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、内燃機関の冷態始動時に発生する
排気ガスを浄化するために、排気マニホールドの近傍
に、例えば、酸化触媒を設けた排気浄化装置が実用化さ
れており、この酸化触媒によって冷態始動時の排気ガス
に含まれるＨＣを除去して排気ガスを浄化している。と
ころが、この排気浄化装置は、排気ガスが高温になった
ときに酸化触媒が熱劣化してしまったり、あるいは、排
気管にリーン空燃比運転中でも排気ガス中のＮＯx をＨ
Ｃの存在下で選択的に還元する選択還元型触媒を設けた
場合には、上流に設けられた触媒により排気ガス中のＨ
Ｃが酸化還元されてしまい、選択還元型触媒でＮＯx を
還元するために必要なＨＣが不足してしまうという不具
合がある。そのため、排気通路に酸化触媒を設けると共
にこの酸化触媒をバイパスするバイパス通路を設け、こ
のバイパス通路にバイパス弁を設け、内燃機関の運転状
態に応じてバイパス弁を開閉することで、排気ガスを酸
化触媒とバイパス通路との間で選択的に通過させるよう
にした技術がある。

【０００３】そして、このような排気通路に酸化触媒、
バイパス通路、バイパス弁等を設けた排気浄化装置にあ
っては、排気管の内面にカーボン等が付着することでバ
イパス弁が正常に開閉作動しなかったり、このバイパス
弁を作動するための駆動源として設けられた負圧モータ
や電気モータなどが故障することで、バイパス弁が開放
側や閉止側で停止してしまったりする虞がある。そこ
で、このバイパス弁の作動不良を検知して酸化触媒の劣
化の進行や排気ガスの悪化を抑制したものとして、例え
ば、特開平８−８６２１５号公報に開示されたものがあ
る。

【０００４】この公報に開示された「内燃エンジンの制
御装置」では、排気管の途中に第１の触媒装置と第２の
触媒装置とを直列に配設して各触媒の間にＯ₂センサを
配設する一方、第１の触媒装置をバイパスするバイパス
通路を設けると共に、第１の触媒装置の上流側に排気バ
イパスバルブを設けている。そして、Ｏ₂センサの出力
信号の反転周期を計測し、この反転周期が所定周期より
短くてエンジンが始動状態にあるとき、または、反転周
期が所定周期より大きくエンジンが始動状態以外にある
ときは、排気バイパスバルブまたはその駆動系に故障が
あると判定している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した
「内燃エンジンの制御装置」にあっては、第１の触媒装
置の下流側にＯ₂センサを配設し、その出力信号に基づ
いて排気バイパスバルブまたはその駆動系の故障を判定
している。そのため、排気バイパスバルブまたはその駆
動系の故障判定のための部品点数が増加して全体のシス
テムとしてコスト高を招いてしまうと共に、Ｏ₂センサ
の経時劣化等によって判定の信頼度が低下してしまうと
いう問題がある。また、第１の触媒装置が高温の排気ガ
スの通過によって熱劣化してしまったら、第１の触媒装
置を通過した排気ガスもバイパス通路を通過した排気ガ
スもＯ₂センサによる検出値の差が小さくなり、排気バ
イパスバルブまたはその駆動系の故障を判定することが
できない。

【０００６】本発明は、このような問題を解決するもの
であって、低コストで確実にバイパス弁及びその駆動系
の故障を検出して信頼性の向上を図った内燃機関の排気
浄化装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の
排気通路に、排気ガス中の有害物質を浄化する排気ガス
用浄化触媒と、この排気ガス用浄化触媒をバイパスする
バイパス通路と、このバイパス通路を開閉可能な弁手段
とを設け、制御手段が内燃機関の状態に応じて弁手段を
作動制御すると共に、故障判定手段が内燃機関の所定の
状態下で弁手段を作動させて内燃機関の出力変化を検知
することでこの弁手段の故障を判定するようにしてい
る。

【０００８】従って、排気ガスが排気ガス用浄化触媒を
通過するときは、バイパス通路を通過するときに比べて
圧力損失が増加することから、内燃機関の所定の状態下
で弁手段を開放位置から閉止位置に作動させたとき、内
燃機関の出力トルクが負方向に変化していれば正常と判
定し、出力トルクが変化しなかったり、正方向に変化し
ていれば異常と判定する。一方、弁手段を閉止位置から
開放位置に作動させたとき、内燃機関の出力トルクが正
方向に変化していれば正常と判定し、出力トルクが変化
しなかったり、負方向に変化していれば異常と判定す
る。この場合、内燃機関の出力トルクの変化は、エンジ
ン回転数やアイドルスピードバルブ信号等を用いればよ
く、別途故障判定用のセンサを設けることなく、弁手段
の故障を確実に判定することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１０】図１に本発明の一実施形態に係る内燃機関
の排気浄化装置が適用された筒内噴射火花点火式内燃機
関の概略構成、図２に本実施形態の内燃機関の排気浄化
装置の制御のフローチャートを示す。

【００１１】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置にお
いて、図１に示すように、エンジン１０は燃料を直接燃
焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン
であって、シリンダヘッド１１には各気筒毎に点火プラ
グ１２が取付けられると共に、インジェクタ１３が取付
けられている。燃焼室１４内にはインジェクタ１３の噴
射口が開口し、ドライバ１５を介してインジェクタ１３
から噴射される燃料が燃焼室１４内に直接噴射されるよ
うになっている。エンジン１０のシリンダ１６にはピス
トン１７が上下に摺動自在に支持され、ピストン１７の
頂面には半球状に窪んだキャビティ１８が形成され、キ
ャビティ１８によって吸気流に通常のタンブル流とは逆
の逆タンブル流を発生させることができる。

【００１２】シリンダヘッド１１には燃焼室１４を臨む
吸気ポート１９及び排気ポート２０が形成され、吸気ポ
ート１９は吸気弁２１の駆動によって開閉され、排気ポ
ート２０は排気弁２２の駆動によって開閉される。シリ
ンダヘッド１１の上部には吸気側のカムシャフト２３及
び排気側のカムシャフト２４が回転自在に支持され、吸
気側のカムシャフト２３の回転により吸気弁２１が駆動
され、排気側のカムシャフト２４の回転により排気弁２
２が駆動される。

【００１３】各気筒の所定のクランク位置でクランク角
信号SGT を出力するベーン型のクランク角センサ２５が
設けられ、クランク角センサ２５はエンジン回転速度を
検出可能としている。また、クランクシャフトの半分の
回転数で回転するカムシャフト２３，２４には気筒識別
信号SGC を出力する識別センサ２６が設けられ、気筒識
別信号SGC によりクランク角信号SGT がどの気筒のもの
か識別可能とされている。

【００１４】吸気ポート１９には吸気マニホールド２７
を介して吸気管２８が接続され、吸気管２８の空気取入
口にはエアクリーナ２９が取付けられている。また、吸
気管２８にはスロットルボデー３０が設けられ、スロッ
トルボデー３０には流路を開閉するバタフライ式のスロ
ットル弁３１が設けられると共に、スロットル弁３１の
開度を検出するスロットルポジションセンサ３２が取付
けられている。このスロットルポジションセンサ３２か
らは、スロットル弁３１の開度に応じたスロットル電圧
が出力され、スロットル電圧に基づいてスロットル弁３
１の開度が認識されるようになっている。更に、スロッ
トルボデー３０にはアイドル時に吸気通路をバイパスし
て吸気するパイパス通路３３が形成され、このパイパス
通路３３を開閉するアイドルスピードコントロールバル
ブ３４が設けられている。

【００１５】一方、排気ポート２０には排気マニホール
ド３５を介して排気管３６が接続され、この排気管３６
に排気ガス中の有害物質を浄化する三元触媒（排気ガス
用浄化触媒）３７が装着されると共に、この三元触媒３
７をバイパスするバイパス通路３８が設けられており、
バイパス通路３８にはこのバイパス通路３８を開閉可能
なバイパス弁（弁手段）３９が装着されている。そし
て、排気管３６における、三元触媒３７及びバイパス通
路３８の下流側にはO₂センサ４０が取付けられている。
また、排気管３８の更に下流側にはＮＯx 触媒４１と三
元触媒４２が設けられると共に、O₂センサ４３が取付け
られ、更に図示しないマフラーが取付けられている。

【００１６】また、車両には制御装置としての電子制御
ユニット（ＥＣＵ）４４が設けられ、このＥＣＵ４４に
は、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶
を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類
が具備されており、このＥＣＵ４４によって筒内噴射エ
ンジン１０の総合的な制御が実施される。即ち、前述し
た各種センサ類２５，２６，３２，４０，４３の検出情
報がＥＣＵ４４に入力され、ＥＣＵ４４は各種センサ類
の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を
始めとして点火時期等を決定し、インジェクタ１３のド
ライバ１５や点火プラグ１２やアイドルスピードコント
ロールバルブ３４やバイパス弁３９等を駆動制御する。

【００１７】このように構成された筒内噴射エンジン１
０において、クランクシャフトが回転駆動すると、コン
ロッドを介してピストン１７がシリンダ１６内を往復移
動する一方、クランクシャフトの回転駆動力がカムシャ
フト２３，２４に伝達されて同期回転駆動すると、吸気
カム及び排気カムによって吸気弁２１及び排気弁２２が
開閉する。このとき、吸気ポート１９から燃焼室１４内
に空気が吸入されると共にインジェクタ１３は燃焼室１
４に燃料を噴射すると、この燃焼室１４で燃料噴霧の旋
回流が発生し、この旋回流に点火プラグ１２が点火する
ことで、燃焼室１４内で吸気、圧縮、爆発、排気の各行
程が繰り返される。

【００１８】そして、燃焼室１４で発生した排気ガス
は、排気ポート２０から排気マニホールド３５を介して
排気管３６に流出する。エンジン１０の冷態始動時は、
バイパス弁３９によってバイパス通路３８を閉止して排
気ガスを三元触媒３７に導くことで、この三元触媒３７
を加熱して早期に活性化させると共に、有害物質（Ｃ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯx ）を浄化している。その後、エンジン
１０が暖機されると、バイパス弁３９によってバイパス
通路３８を開放して排気ガスを通過させ、その後、三元
触媒４２を通過することで有害物質を浄化し、マフラー
で消音されて大気に開放される。このとき、エンジン１
０がリーン空燃比で運転されているときには、排気ガス
中の一部のＨＣがＮＯx 触媒４１に供給されて還元さ
れ、残りのＨＣは三元触媒４２で浄化される。

【００１９】ところで、本実施形態にあっては、ＥＣＵ
４４が、エンジン１０の運転状態に応じてバイパス弁３
９を作動制御しており、一般的には、エンジン１０の停
止状態ではバイパス弁３９がバイパス通路３８を開放
し、冷態始動状態ではバイパス弁３９がバイパス通路３
８を閉止して排気ガスを三元触媒３７に導き、定常運転
状態ではバイパス弁３９がバイパス通路３８を開放して
排気ガスをバイパス通路３８に導くようにしている。ま
た、ＥＣＵ４４は、エンジン１１の所定の運転状態下で
バイパス弁３９を作動させてこのエンジン１１の出力変
化を検知することで、このバイパス弁３９の故障を判定
する故障判定手段を有している。

【００２０】即ち、排気ガスが三元触媒３７を通過する
ときは、バイパス通路３８を通過するときに比べて圧力
損失が増加するため、エンジン１１の出力トルクがわず
かに変化する。このことから、エンジン１１の暖機が完
了してアイドル状態にあるときに、バイパス弁３９を開
放位置から閉止位置に作動させたとき、エンジン１１の
出力トルクが負方向に変化していれば正常と判定し、出
力トルクが変化しなかったり、正方向に変化していれば
異常と判定する。一方、バイパス弁３９を閉止位置から
開放位置に作動させたとき、エンジン１１の出力トルク
が正方向に変化していれば正常と判定し、出力トルクが
変化しなかったり、負方向に変化していれば異常と判定
する。

【００２１】この場合、エンジン１０の出力トルクの変
化は、クランク角センサ２５の検出値によって求められ
るエンジン回転数や、アイドルスピードコントロールバ
ルブ３４の作動によって検出することができる。即ち、
スロットル角度や燃料噴射量等が一定であっても、排気
ガスが三元触媒３７を通過すると圧力損失が増加し、エ
ンジン回転数が若干低下する。また、エンジン１１の出
力を一定に維持しようとして、アイドルスピードコント
ロールバルブ３４を開放方向に作動させる。従って、こ
れらの信号からエンジン１０の出力トルクの低下（変
化）を検出することができる。

【００２２】ここで、上述したバイパス弁３９の故障判
定の制御を具体的に説明する。図２に示すように、ステ
ップＳ１において、エンジン１１の水温ＷＴが所定のエ
ンジン水温ＷＴＯより低いかどうか判定し、ステップＳ
２にて、バイパス弁３９を開放位置から閉止位置に作動
して三元触媒３７に排気ガスを通過させて早期活性化を
図る。そして、ステップＳ３にてエンジン１１の暖機が
完了すると、また、ステップＳ１にてエンジン水温ＷＴ
が所定の水温ＷＴＯより以上であれば、ステップＳ４に
て、バイパス弁３９を開放位置に作動してバイパス通路
３８に排気ガスを通過させる。

【００２３】そして、ステップＳ５において、エンジン
１１がアイドル運転状態かどうかを判定し、アイドル運
転状態であれば、ステップＳ６にてバイパス弁３９を閉
止位置に作動して三元触媒３７に排気ガスを通過させ、
ステップＳ７にてエンジン１１の出力変化を検知する。
この場合、前述したように、排気ガスが三元触媒３７を
通過するときは圧力損失が増加するため、エンジン１１
の出力トルクがわずかに変化する。そのため、ステップ
Ｓ８にて、このときにエンジン回転数の低下やアイドル
スピードコントロールバルブ３４の開放方向への作動に
よりエンジン１１の出力トルクが負方向に変化していれ
ば、ステップＳ９でバイパス弁３９が正常に作動してい
ると判定する。そして、ステップＳ１０で、バイパス弁
３９を開放位置に作動してバイパス通路３８に排気ガス
を通過させる。一方、エンジン１１の出力トルクに変化
がなければ、ステップＳ１１にて、バイパス弁３９が異
常と判定して故障を知られるインジケータを点灯する。

【００２４】そして、バイパス弁３９の故障を検知した
場合、閉止位置で停止しているときには、エンジン１１
を高負荷運転したときに、高温の排気ガスが三元触媒３
７に導入されて熱劣化してしまうため、排気ガスが許容
温度以上にはならないように三元触媒３７の温度に合わ
せたエンジン１１の空燃比マップに基づいてこのエンジ
ン１１を制御するとよい。また、バイパス弁３９が開放
位置で停止しているときには、ドライバビリティにあま
り影響がでない範囲内で、ＨＣが多量に発生しないよう
にリーン空燃比マップを用いてエンジン１１を制御する
とよい。

【００２５】このように本実施形態の内燃機関の排気浄
化装置にあっては、排気ガスが三元触媒３７を通過する
ときはバイパス通路３８を通過するときに比べて圧力損
失が大きいため、エンジン１１の出力トルクがわずかに
変化することを利用し、エンジン１１の所定の運転状態
下でバイパス弁３９を作動させたときに、このエンジン
１１に出力変化（エンジン回転数の変化やアイドルスピ
ードコントロールバルブ３４の作動）があったときには
バイパス弁３９が正常に作動していると判定するように
している。従って、エンジンの１１の出力トルクの変化
の検出に、エンジン回転数やアイドルスピードコントロ
ールバルブ信号等を用いることで、別途故障判定用のセ
ンサを設けることなく、容易に低コストでバイパス弁３
９の故障を判定することができ、また、センサの経時劣
化や三元触媒３７の熱劣化による判定不能もなくなって
信頼性が向上する。

【００２６】なお、上述の実施形態では、バイパス弁３
９の故障判定を、エンジン１１の出力が大きく変化して
ドライバに違和感を与えにくい、エンジン１１の暖機完
了後のアイドル運転状態時に行ったが、例えば、エンジ
ン１１を始動した直後にバイパス弁３９が開放位置から
閉止位置に作動したときや、暖機完了後にバイパス弁３
９が閉止位置から開放位置に作動したとき、あるいは定
常走行時に行ってもよい。また、エンジン１１の出力変
化を、エンジン回転数の変化やアイドルスピードコント
ロールバルブ３４の作動によって検出したが、これに限
らず、例えば、燃料噴射量の変化によって検出してもよ
い。

【００２７】更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置
を、従来のO₂センサのセンサ出力による故障判定の技術
と組み合わせ、フェールセーフ機能として用いてもよい
ものである。

【００２８】また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を
筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジンに適用して説明
したが、燃料を吸気ポートに噴射するタイプのエンジン
にも適用することもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、別途
故障判定用のセンサを設けることなく、容易に低コスト
で弁手段の故障を判定することができ、また、センサの
経時劣化や触媒の熱劣化による判定不能もなくなって信
頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化
装置が適用された筒内噴射火花点火式内燃機関の概略構
成図である。

【図２】本実施形態の内燃機関の排気浄化装置の制御の
フローチャートである。

【符号の説明】

１０筒内噴射エンジン１３インジェクタ１４燃焼室１９吸気ポート２０排気ポート２６クランク角センサ３４アイドルスピードコントロールバルブ３５排気マニホールド３６排気管３７三元触媒（排気ガス用浄化触媒）３８バイパス通路３９バイパス弁（弁手段）４１ＮＯx 触媒４２三元触媒４４電子制御ユニット（ＥＣＵ、制御手段、故障判定
手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古賀一雄東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA12 AA23 AA24 AA28 AB03 AB04 BA03 BA04 BA14 BA15 BA19 BA31 CA12 CA13 CB02 CB05 CB07 DA01 DA02 DA03 DB10 EA01 EA07 EA16 EA30 EA31 EA34 FA02 FA04 FA12 FA13 FA14 FA18 FB02 FB10 FC07 HA08 HA12 HA36 HA37 HA42 HA47 HB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられて排気ガ
ス中の有害物質を浄化する排気ガス用浄化触媒と、該排
気ガス用浄化触媒をバイパスするバイパス通路と、該バ
イパス通路を開閉可能な弁手段と、前記内燃機関の状態
に応じて該弁手段を作動制御する制御手段と、前記内燃
機関の所定の状態下で前記弁手段を作動させて前記内燃
機関の出力変化を検知することで該弁手段の故障を判定
する故障判定手段とを具えたことを特徴とする内燃機関
の排気浄化装置。