JP3155069B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの排気浄化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエンジンの排気通路には排気ガス
を浄化するための触媒が設けられていいる。かかる触媒
を用いた排気浄化装置に関しては種々の提案があり、例
えば、実開昭６１−４９０１４号公報には、排気ガス中
のパティキュレートによる触媒の目詰りを防止するため
に、上記排気通路におけるフィルタの直上流部位に電気
ヒータを設け、フィルタの上流側と下流側との圧力差が
大きくなった際や、排気ガス温度が低いときに上記電気
ヒータを作動させて排気ガスを加熱し、上記パティキュ
レートを燃焼除去することが記載されている。

【０００３】また、実開平２−９４３１６号公報には、
触媒本体に抵抗加熱体による加熱で遠赤外線を放射する
ヒータ及び触媒温度センサを取り付け、触媒温度が低い
ときに上記ヒータを作動させて当該触媒を活性温度まで
昇温させることが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の触媒本体をヒー
タで加熱する技術は、触媒の早期活性化が図れ有用であ
るが、触媒温度は排気ガス流量や２次エア供給の有無等
に影響され、ヒータの作動を触媒温度のみに基いて制御
するだけでは、必ずしも触媒の早期昇温ないしは効率の
良い昇温は図れず、また、触媒を少ない電力で活性温度
に維持することはできない。

【０００５】例えば、排気ガス流量が少ないときの触媒
は排気ガス浄化の際に発生する反応熱が少ないため温度
上昇が遅いものであり、また、触媒が所期の温度に達し
た後においてはその温度低下を招く結果となり易い。逆
に排気ガス流量が多いときには、触媒温度の過度上昇を
招き消費電力がいたずらに多くなってしまう。このよう
な問題は、上記２次エアの供給の有無によっても発生す
る。何故なら、この２次エアは触媒の冷却を招く原因と
なるからである。さらに、三元触媒の場合にはエンジン
の空燃比も触媒温度に関係する。過濃空燃比になると、
三元触媒では触媒温度の上昇に有効なＨＣ（炭化水素）
やＣＯ（一酸化炭素）の浄化率が低下するからである。

【０００６】

【課題を解決するための手段及びその作用】本発明は、
このような課題に対し、上述の触媒温度に影響を与える
各因子がいずれもエンジンの運転状態に関するものであ
る点に鑑み、エンジンの運転状態に応じて電気的な加熱
手段の作動を制御することにより、その解決を図るもの
である。以下、上記課題を解決する各手段について説明
する。

【０００７】−第１の手段（請求項１）及びその作用− 第１の手段は、エンジンの排気通路に排気ガス浄化用の
触媒と、該触媒を電気的に加熱する加熱手段とを備えた
エンジンの排気浄化装置であって、上記エンジンの運転
状態を検出する運転状態検出手段と、上記触媒の温度を
検出する温度検出手段と、上記温度検出手段によって検
出された触媒温度に基き、当該触媒が所定の活性温度に
なるよう上記運転状態検出手段によって検出されたエン
ジンの運転状態に応じて上記加熱手段への通電を制御す
る通電制御手段とを備え、上記通電制御手段が、上記温
度検出手段によって検出された触媒温度に基いて上記触
媒が目標とする温度になるように当該通電をフィードバ
ック制御するフィードバック制御部と、上記触媒温度が
目標値よりも高いときにおいて上記運転状態検出手段に
よって検出されるエンジンの運転状態が上記触媒の温度
低下を招く運転状態であるときには上記加熱手段による
触媒の加熱が強まるように、また、上記触媒温度が目標
値よりも低いときにおいて上記運転状態検出手段によっ
て検出されるエンジンの運転状態が上記触媒の温度上昇
を招く運転状態であるときには上記加熱手段による触媒
の加熱が抑制されるように、それぞれ当該フィードバッ
ク制御を補正する補正部とを備えていることを特徴とす
る。

【０００８】上記触媒としては、三元触媒であっても、
希薄空燃比においてＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化に有効
な所謂ＮＯｘ浄化用触媒であってもよい。また、上記加
熱手段については、これを電気的なものに限定している
が、それはその作動の制御が容易だからである。

【０００９】上記運転状態検出手段としては、種々のも
のを適用することができ、例えば、上記エンジンの負荷
を検出するもの、上記エンジンの回転数を検出するも
の、２次エア供給の有無を検出するもの、エンジンの空
燃比を検出するものが好適である。また、エンジンの吸
入空気量を検出するものであってもよい。

【００１０】すなわち、エンジンの運転状態の検出は、
上記加熱手段の作動の制御のために行なうが、エンジン
負荷が高い、あるいはエンジン回転数が高いということ
は排気ガス流量が多い、従って、触媒の温度上昇を招き
易い運転状態ということになる。また、２次エアの供給
の有無や空燃比のいかんが触媒温度に影響する理由は先
に述べた通りである。従って、これらの検出は、上記加
熱手段の作動の制御に利用し得る。

【００１１】しかして、上記通電制御手段は、上記温度
検出手段によって検出された触媒温度に基き、当該触媒
が所定の活性温度になるよう上記運転状態検出手段によ
って検出されたエンジンの運転状態に応じて上記加熱手
段への通電を制御するが、上記エンジンの運転状態の検
出によって、触媒温度の動向を事前に知ることができる
ため、加熱手段の作動の制御を触媒温度の動向に合わせ
て応答性良く且つ精度良く実行することができるもので
ある。

【００１２】この場合、上記触媒の温度上昇を招くエン
ジン運転状態とは、先に説明したように、例えば、エン
ジン負荷が高い、エンジン回転数が高い、つまり排気ガ
ス流量が多い等の運転状態である。また、上記触媒の加
熱が抑制されるような通電制御の態様としては、限定す
るわけではないが、例えば加熱手段への通電を断つこと
がその一例となる。また、通電時間を予定よりも短くす
る、通電電流値あるいは通電電圧を下げる、フィードバ
ック制御の場合には目標値を下げる、というようなもの
であってもよい。

【００１３】また、上記触媒の温度低下を招くエンジン
運転状態とは、先に説明したように、例えば、エンジン
負荷が低い、エンジン回転数が低い、つまり排気ガス流
量が少ない運転状態であり、あるいは、２次エアが供給
されている運転状態、過濃空燃比での運転状態である。
そして、上記触媒の加熱が強まるような通電制御の態様
としては、限定するわけではないが、例えば触媒温度を
常温から所期の活性温度まで高める過程での制御におい
ては、加熱手段への通電電圧あるいは電流値を高めるこ
とがその一例となる。また、上述のフィードバック制御
においては、通電時間を予定よりも長くする、通電電圧
あるいは電流値を高める、目標温度を高める、というよ
うなものであってもよい。

【００１４】しかして、本手段においては、上述のフィ
ードバック制御を前提として、触媒温度が目標値よりも
高いときにおいてエンジンが触媒の温度低下を招く運転
状態にあるときには上記加熱手段による触媒の加熱が強
まるようにフィードバック制御が補正されるから、触媒
温度が目標値を大きく下回ってしまう事態を避けること
ができ、触媒の活性を維持する上で有利になる。また、
触媒温度が目標値よりも低いときにおいてエンジンが触
媒の温度上昇を招く運転状態にあるときには上記加熱手
段による触媒の加熱が抑制されるようにフィードバック
制御が補正されるから、電力消費量を少なくしながら、
触媒温度の過度上昇を防止することができ、エネルギー
ロス及び触媒の劣化の防止に有利である。

【００１５】−第２の手段（請求項２）及びその作用− 第２の手段は、エンジンの排気通路に排気ガス浄化用の
触媒と、該触媒を電気的に加熱する加熱手段とを備えた
エンジンの排気浄化装置であって、上記エンジンの運転
状態を検出する運転状態検出手段と、上記触媒の温度を
検出する温度検出手段と、上記温度検出手段によって検
出された触媒温度に基き、当該触媒が所定の活性温度に
なるよう上記運転状態検出手段によって検出されたエン
ジンの運転状態に応じて上記加熱手段への通電を制御す
る通電制御手段とを備え、上記通電制御手段が、第１の
手段のものと同様のフィードバック制御部と、上記運転
状態検出手段によって検出されるエンジンの運転状態が
上記触媒の温度上昇を招く運転状態であるときには、そ
うでないときよりも上記フィードバック制御の目標値を
下げる目標値変更手段とを備えていることを特徴とす
る。

【００１６】この場合、上記触媒の温度上昇を招く運転
状態については先に説明した通りである。また、上記
「そうでないとき」とは、触媒温度の上昇を招かない、
言わば平衡状態の運転状態及び触媒温度の低下を招く運
転状態の双方を含む。

【００１７】しかして、本手段においては、エンジンが
上記触媒の温度上昇を招く運転状態にあるとき、フィー
ドバック制御の目標値が低下するから、触媒温度が目標
値を上回っていると判定され易くなる。従って、加熱手
段への通電が減少して、該加熱手段による触媒の加熱が
抑制される結果となり、第１の手段の場合と同様に電力
消費量を少なくしながら、触媒温度の過度上昇を防止す
ることができる。また、触媒温度の上昇を招かない運転
状態であれば、上記目標値を変更することなくフィード
バック制御を継続すればよく、触媒温度の低下を招く運
転状態であれば、上記目標値は相対的に高くすればよ
い。このように目標値が高くなれば、触媒温度が目標値
を下回っていると判定され易くなり、それだけ加熱手段
への通電が増大して結果的に該加熱手段による触媒の加
熱が強まり、触媒温度の低下を招くような運転状態にお
いては、触媒の活性を保つ上で有利になる。

【００１８】−第３〜５の手段（請求項３〜５）及びそ
の作用− 第３〜５の各手段（請求項３〜５）は、上記第１又は第
２の手段に使用するエンジン運転状態検出手段に関する
ものであるが、これらについては既に説明しているので
省略する。

【００１９】−第６の手段（請求項６）及びその作用− 第６の手段は、２次エア供給手段を備えたエンジンを対
象とする場合のものであって、２次エアが上記触媒から
の輻射熱によって加熱されるよう２次エア供給通路と触
媒との間に熱交換手段が設けられている点に特徴があ
る。

【００２０】すなわち、２次エアの供給は先に説明した
ように触媒の温度低下を招く原因となるが、本手段はこ
の触媒冷却要因である２次エアを触媒からの輻射熱を利
用して加熱して排気通路に供給するものである。このよ
うにすると、２次エアの供給に伴う触媒の冷却を少なく
することができる。

【００２１】この場合、触媒からの輻射熱を利用する熱
交換の態様としては、２次エア供給通路の一部が触媒を
包囲するように形成されているもの、２次エア供給通路
が触媒を周回しているもの、等が好適に採用し得る。但
し、２次エア供給通路が触媒の内部を貫通して配設され
ているようなものは含まない。その場合には、２次エア
を加熱するがために触媒の冷却を招くことになり、効果
が相殺されるからである。その意味で、２次エアは触媒
からの「輻射熱」によって加熱される、ものでなければ
ならない。

【００２２】−第７の手段（請求項７）及びその作用− 第７の手段（請求項７）は、上記第１又は第２の手段に
使用するエンジン運転状態検出手段（空燃比）に関する
ものであるが、これについては既に説明しているので省
略する。

【００２３】−第８の手段（請求項８）及びその作用− 第８の手段は、上記各手段における通電制御手段の制御
終了手段に関するものであり、それは、エンジン始動か
ら所定時間を経過したときに、当該通電制御を終了させ
るというものである。

【００２４】すなわち、エンジン始動直後から触媒に対
して排気ガスが流れ、触媒は該排気ガスを浄化する結果
としてその際の反応熱で温度が上昇していき、ある量以
上の排気ガスを浄化した時点では、加熱手段による加熱
もあって触媒温度が所定の活性温度に達しているのが通
常であり、また、コールドスタートであってもエンジン
温度ないしは排気ガス温度も高くなっているのが通常で
ある。従って、このような状態になる時点ではもはや加
熱手段による触媒の加熱は不要であり、通電制御を継続
することは電力の無駄使いになるだけである。よって、
本手段では、エンジン始動から所定時間を経過したとき
に、当該通電制御を終了させるようにしているものであ
る。

【００２５】

【発明の効果】従って、上記各手段によれば、エンジン
の排気通路に排気ガス浄化用触媒と、該触媒を電気的に
加熱する加熱手段とを備え、且つ温度検出手段によって
検出された触媒温度に基き、触媒が所定の活性温度にな
るよう運転状態検出手段によって検出されたエンジンの
運転状態に応じて上記加熱手段への通電を制御する通電
制御手段を備えているから、加熱手段の作動の制御を触
媒温度の動向に合わせて応答性良く且つ精度良く実行す
ることができ、触媒温度の早期上昇、効率の良い昇温、
触媒温度の過度上昇の防止、並びに少ない消費電力での
触媒活性温度の維持を図る上で有利になる。

【００２６】特に、上記通電制御手段が、フィードバッ
ク制御部と、エンジンの運転状態に応じてフィードバッ
ク制御を補正する補正部とを備えているもの（請求項
１）によれば、触媒温度が目標値を大きく下回ったり、
逆に目標値を大きく上回るという事態を避け、触媒の活
性の維持する上で有利になるとともに、エネルギーロス
及び触媒の劣化の防止に有利にある。

【００２７】上記通電制御手段が、フィードバック制御
部と、エンジンが触媒の温度上昇を招く運転状態にある
ときに当該触媒の目標とする温度を低い値に設定する目
標値変更手段とを備えているもの（請求項２）によれ
ば、目標値の変更によって電力消費を節約しながら、触
媒温度の過度の上昇を防止することができるとともに、
触媒温度の過度の低下を防止して、触媒の活性を維持す
ることができる。

【００２８】また、触媒の冷却要因である２次エアが触
媒からの輻射熱によって加熱されるよう２次エア供給通
路と触媒との間に熱交換手段が設けられているもの（請
求項６）によれば、２次エアによる触媒の冷却を抑える
ことができ、消費電力の節約を図りながら、触媒温度の
早期上昇および触媒活性の維持を図る上で有利になる。

【００２９】また、エンジン始動から所定時間を経過し
たときに、通電制御手段による通電制御を終了させる制
御終了手段を備えたもの（請求項８）によれば、無用な
加熱手段の作動、つまりは電力の無駄使いを防止するこ
とができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００３１】−全体構成− 図１にエンジンの排気浄化装置の全体構成が示されてい
る。同図において、１はエンジン本体、２は吸気通路、
３は排気通路である。吸気通路２には、その上流側か
ら、エアクリーナ４、エアフローセンサ５、スロットル
バルブ６、サージタンク７が順に設けられている。排気
通路３には、その上流側から、Ｏ₂センサ８、ヒータ付
き前置き触媒９、主触媒１０が設けられている。この両
触媒９，１０は三元触媒である。ヒータ付き前置き触媒
９には、その温度を検出する温度センサ１１が設けられ
ている。

【００３２】また、上記エアクリーナ４におけるフィル
タ４ａの下流部位から上記排気通路３におけるＯ₂セン
サ８とヒータ付き前置き触媒９との間の部位に２次エア
供給通路１２が延設されている。この２次エア供給通路
１２には、その上流側から、エアポンプ１３、エアカッ
トバルブ１４、チェックバルブ１５が順に設けられてい
る。エアカットバルブ１４の作動圧はエンジンの吸気負
圧であって、そのために、上記サージタンク７から上記
エアカットバルブ１４に負圧取出通路１６が延設され、
該負圧取出通路１６に三方ソレノイドバルブ１７が設け
られている。

【００３３】本例の場合、２次エアは主として上記触媒
９，１０の流入空燃比をフィードバック制御するために
用いられるものである。すなわち、三方ソレノイドバル
ブ１７の作動は、マイクロコンピュータを用いたコント
ロールユニット１８により、上記Ｏ₂センサ８を信号源
として制御される。

【００３４】また、上記ヒータ付き前置き触媒９におけ
るヒータは、バッテリ１９を電源とする電気ヒータであ
って、通電制御手段を備えた上記コントロールユニット
１８によって通電が制御されるようになされている。こ
の通電制御は、エンジンの吸気温度センサ、エンジン冷
却水温度センサ、排気ガス温度センサ、エンジンのスタ
ータスイッチ、エンジン負荷センサ（スロットルバルブ
６の開度センサ）、エンジン回転数センサ及びコントロ
ールユニット１８内の２次エア供給制御部の作動検出手
段（以上の各センサ等についてはいずれも図示を省略し
ている）、触媒温度センサ１１等を信号源として行なわ
れる。以下、通電制御手段の各例について説明する。

【００３５】−通電制御手段についての実施例１− 本例は、運転状態検出手段としてエンジン回転数センサ
及びエンジン負荷センサを用いる例であって、その構成
は図２に示されている。同図において２１は通電制御手
段であり、図３に示すように触媒９が常温から所期の活
性温度になるまでの温度上昇を制御する通電制御１を担
当する昇温制御部２２と、触媒温度を所期の活性温度に
維持する通電制御２を担当するフィードバック制御部２
３と、当該フィードバック制御の目標値（目標温度）変
更部２４と、昇温制御部２２による制御からフィードバ
ック制御部２３による制御への移行のための制御切換部
２５とを備えてなる。

【００３６】図２の運転状態検出手段２６は上述の各セ
ンサを意味するものであり、その検出信号はエンジン運
転状態に応じた加熱手段（上記電気ヒータ）２７の通電
制御のために上記昇温制御部２２及び目標値変更部２４
に与えられる。昇温制御部２２及び目標値変更部２４
は、図４に示すエンジン運転領域判定用のマップを備え
このマップに基づいてエンジン運転状態に応じた通電制
御が行なわれるようにするものである。

【００３７】上記マップについて説明すると、これは、
触媒温度への影響が大きい排気ガス流量の多少を基準に
して作成されたものであり、排気ガス流量が少ないエン
ジン低負荷運転領域を排気ガス浄化に伴って発生する反
応熱による触媒９の温度上昇が期待できない、どちらか
というと放熱によって温度低下を招く領域とし、排気
ガス流量が多いエンジン高負荷運転領域及びエンジン中
負荷高回転の運転領域を上記反応熱によって触媒９の温
度上昇を招く領域とし、他のエンジン運転領域を触媒
９の温度への影響が少ない領域としている。

【００３８】そうして、上記昇降制御部２２では、エン
ジンの運転状態が上記マップのいずれの領域にあるかに
よって加熱手段２７の通電電流値Ｉｔが変更制御され
る。この場合、排気ガス流量が少ない領域では高電流
値Ｉ2 、排気ガス流量が多い領域では低電流値Ｉ1 、
中間の領域では標準電流値Ｉ0 が採用される。また、
目標値変更部２４では、エンジンの運転状態が上記マッ
プのいずれの領域にあるかによってフィードバック制御
のための目標温度Ｔｔが変更される。この場合、排気ガ
ス流量が少ない領域では高温度Ｔ1 、排気ガス流量が
多い領域では低温度Ｔ2 、中間の領域では標準温度
Ｔ0 が採用される。

【００３９】また、上記制御の移行並びにフィードバッ
ク制御は触媒温度センサ１１の検出信号に基いて行なわ
れるものであり、そのために該信号が制御切換部２５及
びフィードバック制御部２３に与えられる。また、開始
終了判定手段２８は、通電制御の開始と終了とを判定制
御するものである。

【００４０】通電制御の具体的な内容は図５にフローで
示されている。エンジンの始動開始時における上述の吸
気温度、冷却水温度、排気ガス温度等が制御開始終了判
定手段２８によって読み込まれ、すべてが所定値以下で
あるときに、スタータＳＷ（スタータスイッチ）がＯＮ
になった場合に、標準電流値Ｉ0 での通電制御が開始さ
れる（ステップＳ１〜Ｓ３）。また、制御開始終了判定
手段２８は制御開始と同時に通電タイマをＯＮとする。
この通電タイマは、通電制御を終了するためのものであ
り、その設定時間は、加熱手段２７の作動がなくとも触
媒９が活性温度を維持し得るようになる時間を実験的に
求めて定められている。

【００４１】上記開始終了判定手段による通電制御開始
の判定があると、制御切換部２５は触媒温度センサ１１
によって検出される触媒温度が所定の活性温度以下であ
るときに、昇降制御部２２に通電制御１を実行させる
（ステップＳ４，Ｓ５）。

【００４２】通電制御１では、エンジン回転数及びエン
ジン負荷の読込みが行なわれ、この両パラメータの値に
応じた、つまりはエンジン運転状態に応じた通電電流値
Ｉｔでもって加熱手段２７を作動させる（ステップＳ６
〜Ｓ１１）。

【００４３】すなわち、排気ガス流量が中間の運転領域
であれば標準電流値Ｉ0 が採用されるが、そうでなく
排気ガス流量が多い運転領域であれば低電流値Ｉ1 が
採用される。排気ガス流量が多い運転領域は、触媒９
が温度上昇を招き易い運転領域であるが、加熱手段２７
の通電電流値として低電流値Ｉ1 が採用されることによ
り、当該加熱手段２７によって触媒９に与えられる熱量
は標準電流値Ｉ0 の場合よりも少なくなる。従って、少
ない電力で触媒９の温度を所期の昇温ラインで上昇させ
ていくことができるとともに、触媒温度が活性温度を越
えて大きく上昇してしまうこと、つまり、触媒９の熱劣
化を招くことが防止される。

【００４４】また、エンジンの運転状態が上記運転領域
でも運転領域でもないとき、つまり排気ガス流量が
少ない運転領域であれば高電流値Ｉ2 が採用される。
この排気ガス流量が少ない運転領域は、触媒９の温度
上昇が期待できない運転領域であるが、加熱手段２７の
通電電流値として高電流値Ｉ2 が採用されることによ
り、当該加熱手段２７によって触媒９に与えられる熱量
は標準電流値Ｉ0 の場合よりも多くなる。従って、触媒
９の温度を予定の昇温ラインに沿って早期に上昇させ、
未浄化排気ガスの排出を少なくすることができる。

【００４５】そうして、通電タイマの設定時間が経過し
ない限りは以上の昇温制御部による通電制御１が実行さ
れるが（ステップＳ１２）、途中で触媒温度が所定の活
性温度に達すると、制御切換部２５はフィードバック制
御部２３による通電制御２を実行させる（ステップＳ１
３）。

【００４６】通電制御２では、図６に示すように、エン
ジン回転数及びエンジン負荷の読込みが行なわれ、フィ
ードバック制御の目標温度Ｔｔが目標値変更部２４によ
ってエンジン運転状態に応じて変更設定される（ステッ
プＳ１５〜Ｓ２０）。そして、触媒温度センサ１１によ
って検出される触媒温度Ｔｅが目標温度Ｔｔになるよう
に、フィードバック制御部２２によって加熱手段２７の
通電制御が行なわれる（ステップＳ２１〜Ｓ２３）。す
なわち、触媒温度Ｔｅが目標温度Ｔｔ以上であれば、通
電はオフにされ、目標温度Ｔｔ未満であれば通電はオン
にされる。この場合の通電電流値は一定の値Ｉ0 であ
る。

【００４７】上記目標値の変更について具体的に説明す
ると、排気ガス流量が中間の運転領域であれば目標温
度Ｔｅは標準温度Ｔ0 のままであるが（ステップＳ１
６，Ｓ１７）、そうではなくて排気ガス流量が少ない運
転領域であれば図７に示す高温度Ｔ1 に設定されてフ
ィードバック制御が行なわれる（ステップＳ１８，Ｓ１
９）。

【００４８】上記排気ガス流量が少ない運転領域は、
触媒９の温度低下を招き易い運転領域である。図７に示
すように、触媒温度Ｔｅが低下していく過程では通電は
オフ状態であるが、目標温度Ｔｔが高温度Ｔ1 に設定さ
れることにより触媒温度Ｔｅは早めに目標温度Ｔ1 を下
回る。これにより、通電がオンの状態になり、触媒温度
Ｔｅは図７に実線で示すように、目標温度の変更がない
破線で示す場合よりも、標準温度Ｔ0 からの低下量が少
なくなる。このことは、触媒９の活性を維持し、未浄化
排気ガスの排出を少なくする上で有効である。

【００４９】また、エンジンの運転状態が上記運転領域
でも運転領域でもないとき、つまり排気ガス流量が
多い運転領域であれば目標温度Ｔｔが低温度Ｔ2 に設
定され（ステップ１８→Ｓ２０）、触媒温度Ｔｅが低下
していく過程では該触媒温度Ｔｅは目標温度Ｔ2 を下回
り難くなる。つまり、通電オフの状態が続き易くなる。
しかし、この排気ガス流量が多い運転領域は、触媒９
の温度上昇を招き易い運転領域であり、実際の触媒温度
Ｔｅが標準温度Ｔ0 を下回ることがあっても、標準温度
Ｔ0 との差は少なく、触媒９の活性に大きな影響はな
い。かえって、通電オフ状態が続くことにより、触媒温
度Ｔｅが不用意に高くなることが防止されるとともに、
消費電力の削減に有利になる。

【００５０】一方、触媒温度Ｔｅが上昇していく過程を
みると、いま、通電がオンの状態にある場合、排気ガス
流量が少ない運転領域であれば目標温度Ｔｔが高温度
Ｔ1に設定され（ステップ１８，Ｓ１９）、触媒温度Ｔ
ｅは目標温度Ｔ1 を上回り難くなる。つまり、通電オン
の状態が続き易くなる。しかし、この排気ガス流量が少
ない運転領域は、触媒９の温度上昇を招き難い運転領
域であり、実際の触媒温度Ｔｅが標準温度Ｔ0 を上回る
ことがあっても、過度の上昇はない。かえって、通電オ
ン状態が続くことにより、触媒温度Ｔｅが不用意に低下
することが防止され、触媒９の活性を維持する上で有利
になる。

【００５１】また、排気ガス流量が多い運転領域であ
れば低温度Ｔ2 に設定される。この運転領域は、触媒
９の温度上昇を招き易い運転領域である。図７に示すよ
うに、触媒温度Ｔｅが上昇していく過程では通電はオン
状態であるが、目標温度Ｔｔが低温度Ｔ2 に設定されて
いるため触媒温度Ｔｅは早めに目標温度Ｔ2 を上回る。
これにより、通電がオフの状態になり、触媒温度Ｔｅは
図７に実線で示す如く、目標温度の変更がない破線で示
す場合よりも、標準温度Ｔ0 を上回る量が少なくなる。
このことは、触媒温度Ｔｅが不用意に高くなることを防
止して触媒９の劣化を防止する上で有利になるととも
に、消費電力の削減に有利になる。

【００５２】そうして、通電タイマの設定時間が経過す
ると、加熱手段２７の作動がなくとも触媒９が活性温度
を維持し得るとして、開始終了判定手段２８によって通
電制御が終了される（ステップ２４）。

【００５３】−通電制御手段についての実施例２− 本例は、通電制御手段が、実施例１と同様のフィードバ
ック制御部と、このフィードバック制御をエンジン運転
状態に応じて補正する補正部とを備えていることを特徴
とする。運転状態検出手段としては、実施例１と同様に
エンジン回転数センサ及びエンジン負荷センサが用いら
れる。上記補正部は、エンジンの運転状態が上記マップ
のいずれの領域にあるかによって上記フィードバック制
御の補正をするものであり、排気ガス流量が少ない領域
では触媒温度の高低に拘らず通電をオンに、排気ガス
流量が多い領域では触媒温度の高低に拘らず通電をオ
フに補正する。

【００５４】以下、図８に示すフローに基づいて、本例
の通電制御を具体的に説明する。ステップＳ３１〜Ｓ３
３は実施例１のＳ１〜Ｓ３と同様である。ステップＳ３
４でエンジン回転数及びエンジン負荷の読込みが行なわ
れ、エンジン運転状態を触媒９の温度への影響が少ない
領域であれば、通常のフィードバック制御が行なわれ
る（ステップＳ３４〜Ｓ３９）。すなわち、触媒温度が
目標値（例えば上記標準温度Ｔ0 ）以上であるときには
通電がオフになり、触媒温度が目標値未満であれば通電
がオンになる。

【００５５】しかして、触媒温度が目標値以上であって
も、排気ガス流量が少ない運転領域であれば、通電が
オンになる（ステップＳ４０，Ｓ４１）。つまり、この
排気ガス流量が少ない運転領域は、触媒９の温度低下
を招き易い運転領域であり、実際の触媒温度が目標値よ
りも高くとも通電をカットすれば、触媒温度が大きく低
下する可能性がある。これに対し、かかる場合には通電
が継続されるから、触媒温度の低下が防止され触媒９の
活性が維持される。

【００５６】ここで、エンジンの運転状態が領域から
領域に移行した場合についてみると、触媒温度が目標
値以上であって運転領域にあれば、上述の如く通電は
カットされており（ステップＳ３６，Ｓ３８）、触媒温
度は漸次低下していく。このとき、上記運転状態が領域
から領域に移行すると通電はオンになり、図７に実
線で示す触媒温度の低下の場合と同様に触媒温度の低下
が抑えられる。

【００５７】なお、エンジンの運転状態が運転領域及
びのいずれにもないとき、つまり排気ガス流量が多い
運転領域にあるときには、触媒温度の上昇を招き易い
ため通電はオフとなる（ステップＳ４０→Ｓ３８）。

【００５８】一方、触媒温度が目標値未満であっても、
排気ガス流量が多い運転領域であれば、通電がオフに
なる（ステップＳ４２，Ｓ４３）。この排気ガス流量が
多い運転領域は、触媒９の温度上昇を招き易い運転領
域であり、実際の触媒温度が目標値よりも低くときに通
電をオンにすれば、触媒温度が大きく上昇する可能性が
ある。これに対し、かかる場合に通電がオフにされるか
ら、触媒温度の過度上昇が防止され触媒９の劣化が防止
される。また、このことは、消費電力を削減する上で有
利になる。

【００５９】ここで、エンジンの運転状態が領域から
領域に移行した場合についてみると、触媒温度が目標
値未満であって運転領域にあれば、上述の如く通電は
オンにされており（ステップＳ３７→Ｓ３９）、触媒温
度は漸次上昇していく。このとき、上記運転状態が領域
から領域に移行すると通電はオフになり、図７に実
線で示す触媒温度の上昇の場合と同様に触媒温度の過度
上昇が抑えられる。

【００６０】なお、エンジンの運転状態が運転領域及
びのいずれにもないとき、つまり排気ガス流量が少な
い運転領域にあるときには、触媒温度の上昇を招き易
いため通電はオフとなる（ステップＳ４２→Ｓ３９）。
また、フィードバック制御の終了は実施例１の場合と同
じである（ステップＳ４４）。

【００６１】−通電制御手段についての実施例３− 本例は、通電制御手段が、実施例２と同様にフィードバ
ック制御部と補正部とを備えているが、フィードバック
制御の補正に用いるエンジン運転状態の内容が実施例２
と相違する。すなわち、エンジンの運転状態としては、
２次エア供給の有無と空燃比とが用いられるものであ
り、上記補正部は、２次エアが供給されているとき、並
びに燃料増量補正が所定値以上のとき（過濃空燃比での
エンジン運転状態）に、触媒温度の高低に拘らず加熱手
段２７に対する通電をオンに補正をする。

【００６２】以下、図９に示すフローに基づいて、本例
の通電制御を具体的に説明する。ステップＳ５１〜Ｓ５
３は実施例１のＳ１〜Ｓ３と同様である。しかして、触
媒温度が所定値以上であるとき、２次エアが供給されて
いるという条件と、燃料増量補正が所定値以上という条
件とのいずれか一方が成立すると、通電がオンになる
（ステッフＳ５４，Ｓ５５，Ｓ５６）。

【００６３】上記両条件のいずれもが成立しない場合に
は通常のフィードバック制御が行なわれ、触媒温度が所
定値以上であれば通電がオフになり（ステップＳ５４，
Ｓ５５，Ｓ５７）、触媒温度が所定値未満であれば、通
電はオンになる（ステップＳ５４→Ｓ５６）。なお、フ
ィードバック制御の終了は実施例１の場合と同じである
（ステップＳ５８）。

【００６４】上述の２次エアが供給されているときは触
媒９がこの２次エアによって冷却されるときであり、か
かるときには触媒温度が所定値以上であっても（通常な
らば通電はオフになるが）通電がオンになるから、図７
に実線で示す触媒温度の低下の場合と同様に、触媒温度
の過度の低下が防止されるものである。この点は、燃料
増量補正が所定値以上のときも同様であり、空燃比が過
濃状態であれば、触媒９の冷却を招き易いが、このとき
も通電がオンになるから触媒温度の過度の低下が防止さ
れるものである。

【００６５】−２次エアの加熱供給について− 上述の如く２次エアは触媒９の冷却要因であるが、図１
０にはこの２次エアを加熱して排気通路３に供給する手
段が記載されている。すなわち、２次エア供給通路３２
の途中には触媒９を包囲するチャンバ３２ａが形成され
ており、該チャンバ３２ａが触媒９からの輻射熱を利用
して２次エアを加熱する熱交換手段を構成している。な
お、図１０における符号に関し、図１のものと同じ符号
は同じ要素を意味する。

【００６６】従って、このような２次エア供給通路３２
の場合、触媒９からの輻射熱によって２次エアを加熱し
た状態で排気通路３における触媒９の上流に供給するこ
とができるから、それだけ２次エアによる触媒９の冷却
が抑えられ、触媒９の活性を維持する上で有利になる。

【００６７】−触媒９の熱劣化防止について− 図１１には触媒９の熱劣化を防止する手段が示されてい
る。すなわち、触媒９の容器の外周面にはフィン９ａが
形成されているとともに、２次エア供給通路４２の途中
には触媒９を包囲するチャンバ４２ａが形成されてい
る。そして、該チャンバ４２ａからは、触媒９の上流に
２次エアを供給する供給路４２ｂと、２次エアを大気に
排出する排出路４２ｃとが延設されていて、供給路４２
ｂと排出路４２ｃとに開閉弁４３，４４が設けられてい
る。

【００６８】そうして、上記両通路開閉弁４３，４４に
対して、エンジンの高負荷・高回転の運転領域（上述の
運転領域であってもよい）に供給路開閉弁４３を閉、
排出路開閉弁４４を開とし、他の運転領域で供給路開閉
弁４３を開、排出路開閉弁４４を閉とする制御手段（図
示省略）が設けられている。なお、図１１の符号に関し
ては図１０の場合と同様である。

【００６９】従って、上記チャンバ４２ａは、当該他の
運転領域では図１０の例と同様の熱交換手段を構成する
一方、高負荷・高回転の運転領域ではエアで触媒９の熱
を奪って排出する触媒冷却手段を構成することになる。
すなわち、高負荷・高回転の運転領域では、排気ガス流
量が多く且つ排気ガス温度が高いことから、触媒９の過
熱を招く恐れがあるが、本例の冷却手段によれば、触媒
９の冷却が図れ、その熱劣化を防止する上で有利にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの排気浄化装置の全体構成図

【図２】通電制御手段の実施例１の構成を示すブロック
図

【図３】触媒温度の経時変化を示すグラフ図

【図４】通電制御のための運転領域を示すマップ図

【図５】通電制御手段の実施例１における触媒昇温制御
のフロー図

【図６】通電制御手段の実施例１におけるフィードバッ
ク制御のフロー図

【図７】通電制御と触媒温度変化との関係を示すグラフ
図

【図８】通電制御手段の実施例２の制御のフロー図

【図９】通電制御手段の実施例３の制御のフロー図

【図１０】２次エア加熱供給手段を示す図

【図１１】触媒冷却手段を示す図

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２ 吸気通路 ３ 排気通路 ９ ヒータ付き前置き触媒 １０ 主触媒 １１ 温度センサ １２，３２ ２次エア供給通路 １８ コントロールユニット １９ バッテリ ２１ 通電制御手段 ２２ 昇温制御部 ２３ フィードバック制御部 ２４ 目標値変更部 ２５ 制御切換部 ２６ 運転状態検出手段 ２７ 電気加熱手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ (72)発明者 寺田 浩市 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツ ダ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−285395（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−202735（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−141230（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−113118（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−10117（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−279718（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−183920（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−136410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−15421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−95417（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−69317（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−94316（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−171612（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−49014（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭47−23513（ＪＰ，Ｕ) 特表 平７−502317（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/20 F01N 3/22 311 F01N 3/24

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気通路に排気ガス浄化用の触
   媒と、該触媒を電気的に加熱する加熱手段とを備えたエ
   ンジンの排気浄化装置において、 上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 上記触媒の温度を検出する温度検出手段と、 上記温度検出手段によって検出された触媒温度に基き、
   当該触媒が所定の活性温度になるよう上記運転状態検出
   手段によって検出されたエンジンの運転状態に応じて上
   記加熱手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、 上記通電制御手段は、上記温度検出手段によって検出さ
   れる触媒温度に基いて上記触媒が目標とする温度になる
   ように当該通電をフィードバック制御するフィードバッ
   ク制御部と、上記触媒温度が目標値よりも高いときにお
   いて上記運転状態検出手段によって検出されるエンジン
   の運転状態が上記触媒の温度低下を招く運転状態である
   ときには上記加熱手段による触媒の加熱が強まるよう
   に、また、上記触媒温度が目標値よりも低いときにおい
   て上記運転状態検出手段によって検出されるエンジンの
   運転状態が上記触媒の温度上昇を招く運転状態であると
   きには上記加熱手段による触媒の加熱が抑制されるよう
   に、それぞれ当該フィードバック制御を補正する補正部
   とを備えていることを特徴とするエンジンの排気浄化装
   置。
2. 【請求項２】エンジンの排気通路に排気ガス浄化用の触
   媒と、該触媒を電気的に加熱する加熱手段とを備えたエ
   ンジンの排気浄化装置において、 上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 上記触媒の温度を検出する温度検出手段と、 上記温度検出手段によって検出された触媒温度に基き、
   当該触媒が所定の活性温度になるよう上記運転状態検出
   手段によって検出されたエンジンの運転状態に応じて上
   記加熱手段への通電を制御する通電制御手段とを備え、 上記通電制御手段は、上記温度検出手段によって検出さ
   れる触媒温度に基いて上記触媒が目標とする温度になる
   ように当該通電をフィードバック制御するフィードバッ
   ク制御部と、上記運転状態検出手段によって検出される
   エンジンの運転状態が上記触媒の温度上昇を招く運転状
   態であるときには、そうでないときよりも上記フィード
   バック制御の目標値を下げる目標値変更手段とを備えて
   いることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 【請求項３】上記運転状態検出手段は、上記エンジンの
   負荷を検出するものである請求項１又は請求項２に記載
   のエンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】上記運転状態検出手段は、上記エンジンの
   回転数を検出するものである請求項１又は請求項２に記
   載のエンジンの排気浄化装置。
5. 【請求項５】上記エンジンの排気通路における上記触媒
   の上流部位に２次エアを供給する２次エア供給通路を備
   え、 上記運転状態検出手段は、上記排気通路に２次エアが供
   給されているか否かを検出するものであり、 上記通電制御手段は、上記運転状態検出手段によって２
   次エアの供給が検出されたときに上記触媒の温度低下を
   招く運転状態にあるとして当該通電の制御を行なう請求
   項１又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. 【請求項６】上記２次エアが触媒からの輻射熱によって
   加熱されるよう２次エア供給通路と触媒との間に熱交換
   手段が設けられている請求項５に記載のエンジンの排気
   浄化装置。
7. 【請求項７】上記触媒は三元触媒であり、 上記運転状態検出手段は、上記エンジンの空燃比が過濃
   空燃比であるか否かを検出するものであり、 上記通電制御手段は、上記運転状態検出手段によって過
   濃空燃比が検出されたときに上記触媒が温度低下を招く
   運転状態にあるとして当該通電の制御を行なう請求項１
   又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
8. 【請求項８】上記エンジンの始動から所定時間経過した
   ときに上記通電制御手段による通電制御を終了させる制
   御終了手段を備えている請求項１乃至請求項７のいずれ
   か一つに記載のエンジンの排気浄化装置。