JP2857657B2 - 内燃エンジンの排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃エンジンの排気ガス浄化装置

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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンの排気ガ
ス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃エンジンに関する技術分野において
は、エンジンの排気系に触媒装置(三元触媒)を配して
エンジンの排気ガス中に含まれるHC、CO、NOx
等の有害成分の浄化を行うことは周知の技術として知ら
れているが、前記触媒装置は所定温度以上に達しないと
活性化しないため、かかる所定温度以下では所望の触媒
作用を発揮し得ない。したがって、エンジン始動時等触
媒装置が充分に昇温していない場合は触媒装置を加熱し
て触媒装置の早期活性化を図る必要がある。
【0003】そこで、触媒装置を早期に昇温させて活性
化状態とするべく触媒装置に加熱ヒータを具備したもの
が開発されている(例えば、特開昭48−54312号
公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加熱ヒータ付き触媒装置においては、エンジンの吸
気管に配されたスロットル弁が全開状態にある場合等エ
ンジンが高負荷運転状態にあるときに、加熱ヒータを作
動させる場合は高温に晒されるため、熱劣化等が生じて
耐久性が低下するという問題点があった。
【0005】また、上記従来の加熱ヒータ付き触媒装置
においては、比較的大きな電気容量を有する加熱ヒータ
が必要となり、また前記加熱ヒータの制御手法が未だ確
立されていないため、加熱効率や消費電力等の点におい
て自動車等に搭載したときに実用的性能が未だ不充分で
あるという問題点があった。
【0006】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであって、加熱ヒータにおける消費電力の最適化を
図ると共に加熱ヒータや触媒装置の耐久性向上を図るこ
とができる内燃エンジンの排気ガス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】上記目的を達成するため
に本発明に係る排気ガス浄化装置は、内燃エンジンの排
気系に配設された加熱機構を有する触媒装置と、前記加
熱機構の作動状態を制御する加熱機構制御手段と、前記
内燃エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段
と、前記内燃エンジンの運転状態を検出する運転状態検
出手段とを有し、前記加熱機構制御手段は、前記運転状
態検出手段の検出値に基づいて前記内燃エンジンの暖気
が未完了と判定される間前記加熱機構を作動すると共
に、前記内燃エンジンの回転数及び負荷の内いずれかが
所定値を越えた場合若しくは前記点火時期制御手段の点
火時期制御値が所定値より遅角側に設定された場合は
記加熱機構の作動を抑制する作動抑制手段を備えている
ことを特徴とする。
【0008】
【0009】
【0010】また、前記作動抑制手段は、前記加熱機構
の作動を禁止する作動禁止手段又は前記加熱機構の作動
効率を低下させる作動効率低下手段であることを特徴と
している。
【0011】
【作用】上記構成によれば、エンジンの運転状態(エン
ジン冷却水温、作動油の油温、エンジンの負荷状態)に
応じてエンジンの暖気が未完了と判定される間は、触媒
装置の加熱機構を作動させて、触媒装置の早期活性化を
図る一方、エンジンの回転数及び負荷のうちいずれかが
所定値を越えた場合、前記加熱機構の作動を抑制する。
【0012】また、点火時期が遅角制御されているとき
も上述と同様、前記加熱機構の作動が制御される。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき詳説す
る。
【0014】図1は本発明に係る内燃エンジンの排気ガ
ス浄化装置の一実施例を示す全体構成図である。
【0015】図中、1は各シリンダに吸気弁と排気弁
(図示せず)とを各1対宛設けたDOHC直列4気筒の
内燃機関(以下、「エンジン」という)であって、該エ
ンジン1の吸気管2の途中にはスロットルボディ3が設
けられ、その内部にはスロットル弁3′が配されてい
る。また、スロットル弁3′にはスロットル弁開度(θ
TH)センサ4が連結されており、当該スロットル弁
3′の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロー
ルユニット(以下「ECU」という)5に供給する。
【0016】燃料噴射弁6は、吸気管2の途中であって
エンジン1とスロットル弁3′との間に各気筒毎に配設
され、図示しない燃料ポンプに接続されると共にECU
5に電気的に接続されて当該ECU5からの信号により
燃料噴射の開弁時間が制御される。
【0017】また、スロットル弁3′の下流側には分岐
管7が設けられ、該分岐管7の先端には絶対圧(PB
A)センサ8が取り付けられている。該PBAセンサ8
はECU5に電気的に接続されており、吸気管2内の絶
対圧PBAは前記PBAセンサ8により電気信号に変換
されてECU5に供給される。
【0018】また、分岐管7の下流側の吸気管2の管壁
には吸気温(TA)センサ9が装着され、該TAセンサ
9により検出された吸気温TAは電気信号に変換されて
ECU5に供給される。
【0019】エンジン1のシリンダブロックの冷却水が
充満した気筒周壁にはサーミスタ等からなるエンジン水
温(TW)センサ10が装着され、該TWセンサ10に
より検出されたエンジン冷却水温TWは電気信号に変換
されてECU5に供給される。
【0020】エンジン1の図示しないカム軸周囲又はク
ランク軸周囲にはエンジン回転数(NE)センサ11及
び気筒判別(CYL)センサ12が取り付けられてい
る。
【0021】NEセンサ11はエンジン1のクランク軸
の180度回転毎に所定のクランク角度位置で信号パル
ス(以下、「TDC信号パルス」という)を出力し、C
YLセンサ12は特定の気筒の所定のクランク角度位置
で信号パルス(以下、「CYL信号パルス」という)を
出力し、これらの各信号パルスはECU5に供給され
る。
【0022】また、エンジン1の各気筒の点火プラグ1
3は、ECU5に電気的に接続され、ECU5により点
火時期が制御される。
【0023】エンジン1の排気管14の途中には吸着装
置15、第1の触媒装置16及び第2の触媒装置17が
順次介装されている。
【0024】吸着装置15は、内部にゼオライト等の吸
着剤が保持され、排気温度の低温時は排気ガス中の未燃
焼ガス(HC)を吸着すると共に、前記未燃焼ガスは排
気温度が所定温度(約200℃)以上になると吸着装置
15から脱離して第1及び第2の触媒装置16、17に
放出する。
【0025】第1の触媒装置16は三元触媒部18とヒ
ータ部19とから構成され、ECU5からの信号により
その作動が制御される。具体的には、ヒータ部19は、
極低温時(例えば、−20℃以下)又はバッテリー電圧
の低下時を除き低温始動時に作動し、第1の触媒装置1
6の早期活性化を図るように制御される。そして、これ
によりエンジン冷機時の排気ガス浄化が行われ、エンジ
ン冷機時の排気効率向上が図られる。
【0026】また、第1の触媒装置16には触媒温度
(TE)センサ19が装着されている。該TEセンサ1
9はECU5に電気的に接続され、該TEセンサ19か
らの検出信号がECU5に供給される。
【0027】第2の触媒装置17は前記第1の触媒装置
16より容量の大きな三元触媒からなり、該第2の触媒
装置17により主としてエンジン暖機後の排気ガス中の
HC,CO,NOx等の有害成分が浄化が行われる。
【0028】また、排気管13には吸着装置15をバイ
パスするバイパス通路21が設けられ、さらに該バイパ
ス通路21の上流側の分岐部近傍には流路切換弁22が
介装されている。該流路切換弁22はECU5に電気的
に接続され、TEセンサ20が所定温度に到達して第1
の触媒装置16が活性化した後はエンジン1からの排気
ガスが前記バイパス通路21を経て第1の触媒装置16
に導入されるように構成されている。これにより、エン
ジン暖機完了後において吸着装置15が高温雰囲気に晒
されて耐久性が低下するのを未然に防止することができ
る。
【0029】また、排気管14の吸着装置15の上流側
には、酸素濃度センサ23(以下、「O2センサ」とい
う)が配設されている。
【0030】O2センサ23は、センサ素子がジルコニ
ア固体電解質(ZrO2)からなり、その起電力が理論
空燃比の前後において急激に変化する特性を有し、理論
空燃比においてその出力信号はリーン信号からリッチ信
号又はリッチ信号からリーン信号に反転する。すなわ
ち、O2センサ23の出力信号は排気ガスのリッチ側に
おいて高レベルとなり、リーン側において低レベルとな
り、その出力信号をECUに供給する。
【0031】また、ECU5にはエンジンの吸排気弁を
作動させる作動油の油温を検出する油温(TOIL)セ
ンサ24が接続され、該TOILセンサ24により検出
された検出信号はECU5に供給される。
【0032】しかして、ECU5は、各種センサからの
入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正
し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機
能を有する入力回路5a、中央演算処理回路(以下「C
PU」という)5b、CPU5bで実行される各種演算
プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段5c、前
記燃料噴射弁6、ヒータ部19及び流路切換弁22等に
駆動信号を供給する出力回路5dとを備えている。
【0033】CPU5bは上述の各種エンジンパラメー
タ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィ
ードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域
等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エン
ジン運転状態に応じ、数式(1)に基づき、前記TDC
信号パルスに同期する燃料噴射弁6の燃料噴射時間To
utを演算する。
【0034】 Tout=Ti×KO2×K1+K2 …(1) ここに、Tiは基本燃料噴射時間、具体的にはエンジン
回転数NEと吸気管内絶対圧PBAとに応じて決定され
る基本燃料噴射時間であり、このTi値を決定するため
のTiマップが記憶手段5cに記憶されている。
【0035】KO2は、O2センサ23に基づいて算出
される空燃比補正係数であって、空燃比フィードバック
制御中はO2センサ23によって検出される空燃比(酸
素濃度)が目標空燃比に一致するように設定され、オー
プンループ制御中はエンジンの運転状態に応じた所定値
に設定される。
【0036】K1及びK2は夫々各種エンジンパラメー
タ信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数で
あり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加
速特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定さ
れる。
【0037】また、CPU5bは上述の各種センサから
のエンジンパラメータ信号に応じ、数式(2)に基づい
てエンジンの点火進角値θIGを算出する。
【0038】 θIG=θIGMAP−θIGR …(2) ここで、θIGMAPは基本点火進角値であって、エン
ジンの運転状態、例えばエンジン回転数NEとエンジン
の負荷状態を表す吸気管内絶対圧PBAとに応じ、記憶
手段5cに予め記憶されている基本点火時期マップ(図
示せず)を検索して算出される。また、θIGRは遅角
補正値であって、エンジンの運転状態に応じた所定値に
設定される。
【0039】しかして、上記ECU5は、前記第1の触
媒装置16のヒータ部19の作動状態を制御するヒータ
部制御手段を有し、且つ該ヒータ部制御手段がエンジン
の運転状態に応じて前記ヒータ部19の作動を抑制する
作動抑制手段を備えている。図2はヒータ部の作動状態
を制御するヒータ部制御ルーチンのフローチャートであ
って、本プログラムは例えばTDC信号パルスの発生と
同期して実行される。
【0040】まず、ステップS1ではエンジンの冷却水
温TWが所定温度(例えば、75℃)以上か否かを判別
し、ステップS2では吸排気弁の作動油の油温TOIL
が所定温度TOILX(例えば、80℃)以上か否かを
判別する。そして、ステップS1及びステップS2のう
ちのいずれか一方の判別結果が肯定(Yes)のとき
は、エンジンの暖機が完了して第1及び第2の触媒装置
16、17が活性化していると判断し、ステップS8に
進んでヒータ部19の通電を抑制する。すなわち、この
場合は第1及び第2の触媒装置16、17が活性化して
おりヒータ部19による第1の触媒装置16の加熱の必
要性がないため、通電停止又は通電電力を通常時より低
下させて消費電力の節約を図る。
【0041】一方、ステップS1及びステップS2の判
別結果のいずれもが否定(No)のときはエンジンの暖
気が未だ完了していないと判断してステップS3に進
む。すなわち、ステップS3では、エンジン回転数NE
が所定回転数NEX(例えば、4000rpm)より高
回転か否かを判別する。そしてその判別結果が肯定(Y
es)のときはエンジン回転数が高回転で運転されてい
るときであり、排気ガス温度の上昇により第1及び第2
の触媒装置16、17が活性化していると判断し、ステ
ップS8に進んでヒータ部19の通電を通常時に比し抑
制する。すなわち、上述と同様、ヒータ部19への通電
停止又は通電電力の低下により消費電力の節約を図る。
【0042】一方、ステップS3の判別結果が否定(N
o)のときは、ステップS4に進み吸気管内絶対圧PB
Aが所定圧力PBAX(例えば、700mmHg)より高
いか否かを判別し、その判別結果が肯定(Yes)のと
きはステップS8に進む。すなわち、この場合はエンジ
ンが所定の高負荷運転状態にあり、排気ガス温度の上昇
により第1及び第2の触媒装置16、17が活性化して
いると判断して通電停止又は通電電力を低下させ、消費
電力の節約を図る。尚、本実施例ではエンジンの負荷状
態を吸気管内絶対圧PBAの大きさにより判断している
が、スロットル弁3′の弁開度θTHの大きさにより判
断してもよい。すなわち、θTHセンサにより検出され
るスロットル弁3′の弁開度θTHが所定開度以上、例
えば全開状態にあるときは高負荷運転状態にあると判断
することができる。さらに、エンジン回転数NEや吸気
管内絶対圧PBA(又はスロットル弁開度θTH)に代
えて燃料噴射量Toutをヒータ制御のパラメータとし
てもよい。すなわち、燃料噴射量Toutは、エンジン
回転数NE及びエンジンの負荷状態によって決定される
ため、燃料噴射量Toutをヒータ制御のパラメータに
選択してもよい。この場合は、燃料噴射量Toutが所
定値以下のときはヒータを通常通り作動させる一方、燃
料噴射量Toutが所定値以上のときはヒータの作動を
抑制することにより、上述と同様の作用効果を得ること
ができる。
【0043】ステップS4の判別結果が否定(No)、
すなわちエンジンが中低回転、中負荷状態で運転されて
いるときは、ステップS5に進み上記数式(2)で算出
される点火進角値θIGが所定点火進角値θIGREF
(例えば、BTDC5°)より遅角側に設定されている
か否かを判別する。そして、ステップS5の判別結果が
肯定(Yes)のときは点火進角値θIGを遅角補正し
た結果、排気ガス温度が上昇して第1の触媒装置16の
触媒床温度TEも上昇するためステップS8に進み、熱
劣化を防止して耐久性が低下するのを防止すべくヒータ
部19の通電を抑制する。すなわち、上述と同様、ヒー
タ部19への通電停止又は通電電力を低下させて消費電
力を節約する。
【0044】一方、ステップS5の判別結果が否定(N
o)のときはステップS6に進み、上述した各種センサ
類に異常が生じているか否かを判別し、その判別結果が
否定(No)のときはヒータ部19を通常電力で作動さ
せて本プログラムを終了する一方、ステップS6の判別
結果が肯定(Yes)のときは第1の触媒装置16を保
護すべくヒータ部19の通電を抑制(通電停止)して本
プログラムを終了する。
【0045】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る内燃エ
ンジンの排気ガス浄化装置は、内燃エンジンの排気系に
配設された加熱機構を有する触媒装置と、前記加熱機構
の作動状態を制御する加熱機構制御手段と、前記内燃
ンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段と、前記
内燃エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
を有し、前記加熱機構制御手段は、前記運転状態検出手
段の検出値に基づいて前記内燃エンジンの暖気が未完了
と判定される間前記加熱機構を作動すると共に、前記内
燃エンジンの回転数及び負荷の内いずれかが所定値を越
えた場合は前記加熱機構の作動を抑制する作動抑制手段
を備えているので、エンジンの暖気が未完了の間は触媒
装置の加熱機構を作動させて触媒装置の早期活性化を図
る一方、エンジンの回転数または負荷が所定値を越えた
場合は加熱機構の作動を抑制して、触媒装置が過度の高
温に晒されて触媒の熱劣化等が生じ耐久性が低下するの
を防止するとともに消費電力の最適化を図ることができ
る。
【0046】
【0047】また、前記加熱機構制御手段が、前記点火
時期制御手段により制御された点火時期制御値が所定値
より遅角側に設定されているときに前記加熱機構の作動
を抑制する作動抑制手段を備えることによっても、上述
と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る内燃エンジンの排気ガス浄化装置
の一実施例を示す全体構成図である。
【図2】ヒータ制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 内燃エンジン 4 θTHセンサ(運転状態検出手段) 5 ECU(加熱ヒータ制御手段、作動抑制手段、点火
時期制御手段) 8 PBAセンサ(運転状態検出手段) 9 TAセンサ(運転状態検出手段) 10 TWセンサ(運転状態検出手段) 16 第1の触媒装置(触媒装置) 19 ヒータ部(加熱機構) 24 TOILセンサ(運転状態検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松田 卓 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 桶谷 利一 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 八長 盛二 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 松本 誠司 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 青木 琢也 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 宮下 幸生 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式 会社本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平4−194311(JP,A) 特開 平4−166605(JP,A) 特開 昭61−205376(JP,A) 実開 昭61−65226(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/20 - 3/28 F01N 9/00 F02P 5/15

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃エンジンの排気系に配設された加熱
    機構を有する触媒装置と、前記加熱機構の作動状態を制
    御する加熱機構制御手段と、前記内燃エンジンの点火時
    期を制御する点火時期制御手段と、前記内燃エンジンの
    運転状態を検出する運転状態検出手段とを有し、 前記加熱機構制御手段は、前記運転状態検出手段の検出
    値に基づいて前記内燃エンジンの暖気が未完了と判定さ
    れる間前記加熱機構を作動すると共に、前記内燃エンジ
    ンの回転数及び負荷の内いずれかが所定値を越えた場合
    若しくは前記点火時期制御手段の点火時期制御値が所定
    値より遅角側に設定された場合は前記加熱機構の作動を
    抑制する作動抑制手段を備えていることを特徴とする内
    燃エンジンの排気ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 前記作動抑制手段は、前記加熱機構の作
    動を禁止する作動禁止手段であることを特徴とする請求
    項1記載の内燃エンジンの排気ガス浄化装置。
  3. 【請求項3】 前記作動抑制手段は、前記加熱機構の
    動量を低下させる作動量低下手段であることを特徴とす
    請求項1記載の内燃エンジンの排気ガス浄化装置。
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