JP3216265B2 - 触媒の活性化判定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の排気系に
設けられた触媒の活性化を判定する活性化判定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、内燃機関の排気エミッション
を低減させる目的で、排気系に三元触媒等よりなる触媒
コンバータを設けることが知られている。ここで、触媒
については、経時変化に起因して、排気ガスの浄化効率
が低下したり、触媒自体の活性化温度が上昇したりして
性能劣化に至ることが考えられる。そこで、触媒の状態
を監視して触媒の性能劣化に早期に対処しようとした技
術が、特開平１−２１６００９号公報に開示されてい
る。

【０００３】この従来技術では、内燃機関の排気系に設
けられた触媒コンバータの上流側と下流側とに温度検出
手段がそれぞれ設けられている。そして、内燃機関の始
動後にそれら二つの温度検出手段の出力信号を比較する
ことにより、触媒コンバータの入口側排気温度と出口側
排気温度とが比較され、触媒内で起こる化学反応の活性
化温度が定量的に検知されている。又、その活性化温度
の上昇に伴い、触媒の劣化が検知されている。ここで
は、触媒の劣化検知に基づき警告手段が駆動され、運転
者に対して、触媒の劣化が知らされるようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来技
術では、触媒の劣化を検知するために二つの温度検出手
段を設けなければならず、構成の上で不利であった。
又、個々の触媒について活性化を逐次知ることは、触媒
劣化の早期検知のみならず、触媒自体の温度制御や触媒
に対する二次空気の供給を制御すること等にも利用する
ことができる。従って、製造上の便宜を考えた場合に、
出来るだけ簡易な構成で高精度に触媒の活性化を確認で
きることが要望されている。

【０００５】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、一つの触媒温度検出手段に
より精度良く触媒の活性化を判定することの可能な触媒
の活性化判定装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、図１に示すように、内
燃機関Ｍ１の排気系Ｍ２に設けられた触媒Ｍ３の活性化
を判定する活性化判定装置であって、前記触媒Ｍ３の温
度を検出する触媒温度検出手段Ｍ４と、前記触媒温度検
出手段Ｍ４の検出結果に基づき、前記触媒Ｍ３の温度変
化率を演算する触媒温度変化率演算手段Ｍ５と、前記演
算される触媒Ｍ３の温度変化率に基づき、前記触媒Ｍ３
の活性化を判断する活性化判断手段Ｍ７とを備えたこと
を要旨とする。 請求項２に記載した発明は、請求項１記
載の触媒の活性化判定装置において、前記触媒は電気ヒ
ータ付触媒であることを要旨とする。 請求項３に記載し
た発明は、請求項１又は２記載の触媒の活性化判定装置
において、前記活性化判断手段による触媒活性化の判断
は、前記触媒に触媒反応に必要な酸素が供給されている
ときに行われることを要旨とする。 請求項４に記載した
発明は、請求項１〜３何れか記載の触媒の活性化判定装
置において、前記触媒の温度変化率を設定された温度変
化率と比較することにより触媒の異常を判断する異常判
断手段を更に備えることを要旨とする。

【０００７】

【作用】請求項１に記載した発明の構成によれば、図１
に示すように、触媒温度検出手段Ｍ４では、反応によっ
て変化する触媒Ｍ３の温度が検出され、その検出結果に
基づき、触媒温度変化率演算手段Ｍ５により、触媒Ｍ３
の温度変化率が演算される。そして、活性化判断手段Ｍ
７では、触媒Ｍ３の温度変化率が増大したと判断された
ときに、触媒Ｍ３が活性化したものと判断する。従っ
て、触媒温度検出手段Ｍ４を複数設けることなく、触媒
Ｍ３の活性化が正確に判定される。 請求項２に記載した
発明の構成によれば、触媒の温度変化率の増大に基づい
て触媒の活性化を正確に判断することにより、電気ヒー
タへの通電時間を緻密に制御することができ、過通電等
を回避することができるようになる。もってバッテリへ
の負担も軽減され、同バッテリの寿命も長くなる。 請求
項３に記載した発明の構成によれば、酸素供給により触
媒の活性が促される条件下で温度変化率に係る判断を行
うことにより、検出を容易に且つ高い精度をもって行え
るようになる。 請求項４に記載した発明の構成によれ
ば、触媒の温度変化率が所定の変化率を上回ることがな
ければ、触媒に異常があるものと判断することにより、
触媒の機能に関わる異常を正確に検出することができる
ようになる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明における触媒の活性化判定装
置を二次空気供給装置を備えた自動車のガソリンエンジ
ンシステムに具体化した一実施例を図２〜図７に基づい
て詳細に説明する。

【０００９】図２はこの実施例におけるガソリンエンジ
ンシステムを示す概略構成図である。内燃機関としての
直列型のガソリンエンジンを構成するエンジン本体１に
は、吸気マニホルド２及び排気マニホルド３が接続され
ている。吸気マニホルド２は吸気系の一部を構成してお
り、図示しない吸気管を通じて外部から取り入れられる
空気をエンジン本体１の燃焼室へ導入させる。又、吸気
マニホルド２の近傍には、燃料噴射用のインジェクタ４
が設けられている。周知のように、インジェクタ４は通
電により開弁されることにより、図示しない燃料タンク
から燃料ポンプを通じて送られてくる燃料を吸気ポート
の付近へ噴射するものである。そして、インジェクタ４
から噴射された燃料は空気との混合気となって燃焼室へ
と導入される。エンジン本体１の燃焼室では、導入され
た混合気が、図示しない点火プラグの動作により爆発・
燃焼される。一方、排気マニホルド３は排気系の一部を
構成しており、燃焼後の排気ガスを燃焼室から導出させ
る。排気マニホルド３には、導出された排気ガスを大気
中へ排出させるために、複数の排気管５，６，７等が接
続されると共に、各排気管５〜７の途中には第１及び第
２の三元触媒コンバータ８，９がそれぞれ接続されてい
る。周知のように、これら第１及び第２の三元触媒コン
バータ８，９は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一
酸化炭素（ＣＯ）を酸化させると共に、酸化窒素（ＮＯ
ｘ）を還元させて排気ガスを浄化するためのものであ
る。

【００１０】排気系の上流側に位置する第１の三元触媒
コンバータ８は、大小二つに分割された三元触媒を内蔵
して構成されている。それら二つの三元触媒のうち、小
さい方が電気ヒータを備えてなる電気ヒータ付触媒１０
となっており、大きい方がメイン触媒１１となってい
る。電気ヒータ付触媒１０は三元触媒を付着させてメタ
ル触媒を構成するハニカムコアの中心に電極を配置して
なり、その中心電極とハブとの間で通電することによ
り、自身のメタル担体を加熱させるようになっている。
又、メイン触媒１１は単に三元触媒を付着させたメタル
触媒により構成されている。電気ヒータ付触媒１０はメ
イン触媒１１よりも上流側に配置され、主にエンジンの
冷間始動時に作動させるようになっている。一方、第２
の三元触媒コンバータ９は一つのメイン触媒１２を内蔵
してなり、そのメイン触媒１２は上記と同様に、三元触
媒を付着させたメタル触媒により構成されている。

【００１１】尚、この実施例のエンジン本体１には、そ
の始動時にクランキングによって図示しないクランクシ
ャフトに回転力を付与するためのスタータ１３が設けら
れている。又、このスタータ１３には、そのオン・オフ
動作を検知するためのスタータスイッチ３１が設けられ
ている。周知のように、スタータ１３はイグニッション
スイッチ（「ＩＧＳＷ」とも示す）１４に接続されてお
り、同スイッチ１４の操作によってオン・オフ動作する
ものである。イグニッションスイッチ１４はキー操作に
より、オフ位置ＯＦＦ、オン位置ＯＮ、及びスタータ位
置ＳＴにそれぞれ切り換え可能となっている。そして、
イグニッションスイッチ１４が、オン位置ＯＮを経てス
タータ位置ＳＴに切り換えられている間は、スタータ１
３がオン動作されてスタータスイッチ３１から「オン」
のスタータ信号ＳＴＳが出力される。

【００１２】電気ヒータ付触媒１０に通電するために、
電気ヒータ付触媒１０の中心電極側は電源ライン１５及
びイグニッションスイッチ１４を介して車載用のバッテ
リ１６のプラス電極１６ａに接続されている。又、電気
ヒータ付触媒１０のリブ側は、電源ライン１７を介して
バッテリ１６のマイナス電極１６ｂに接続されている。
更に、バッテリ１６から電気ヒータ付触媒１０への通電
を制御するために、電源ライン１５の途中には、第１の
リレースイッチ１８が設けられている。そして、イグニ
ッションスイッチ１４がオン位置ＯＮに切り換えられて
いて、第１のリレースイッチ１８が電気信号によって
「オン」されることにより、電源ライン１５が閉路さ
れ、電気ヒータ付触媒１０に対してバッテリ１６から通
電が行われる。又、第１のリレースイッチ１８が「オ
フ」されることにより、電源ライン１５が開路され、電
気ヒータ付触媒１０に対するバッテリ１６からの通電が
停止される。ここで、電気ヒータ付触媒１０の近傍の電
源ライン１５には、電気ヒータ付触媒１０の端子間電圧
Ｖｃを検出するための第１の電圧センサ３２が接続され
ている。又、バッテリ１６の近傍の電源ライン１５に
は、そのバッテリ１６の電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを検
出するための第２の電圧センサ３３が接続されている。

【００１３】第１の触媒コンバータ８には、電気ヒータ
付触媒１０の温度（触媒温度）ＴＨＣを検出するための
触媒温度検出手段としての触媒温センサ３４が設けられ
ている。又、第１の触媒コンバータ８において、触媒温
センサ３４の上流側には、排気ガス中の酸素濃度ＯＸを
検出するための酸素センサ３５が設けられている。

【００１４】次に、排気系に二次空気を供給するための
構成について説明する。この実施例では、排気系に二次
空気を供給するために、通電によって駆動される電動式
エアポンプ１９が設けられている。この電動式エアポン
プ１９は電気モータを内蔵してなり、駆動されることに
より外気を吸入して吐出する。電動式エアポンプ１９の
吐出口には、二次空気供給用のエアパイプ２０の一端が
接続されており、同パイプ２０の他端は第１の触媒コン
バータ８より上流の排気管５に接続されている。バッテ
リ１６から電動式エアポンプ１９に通電するために、同
ポンプ１９のプラス端子は電源ライン２１，１５及びイ
グニッションスイッチ１４を介してバッテリ１６のプラ
ス電極１６ａに接続されている。又、電動式エアポンプ
１９のマイナス端子は、電源ライン２２，１７を介して
バッテリ１６のマイナス電極１６ｂに接続されている。
更に、電動式エアポンプ１９への通電を制御するため
に、電源ライン２１の途中には、第２のリレースイッチ
２３が設けられている。そして、イグニッションスイッ
チ１４がオン位置ＯＮに切り換えられていて、第２のリ
レースイッチ２３が電気信号によって「オン」されるこ
とにより、電源ライン２１が閉路されて、電動式エアポ
ンプ１９に対してバッテリ１６からの通電が行われる。
そして、その通電により電動式エアポンプ１９が駆動さ
れることにより、吸入された外気がエアパイプ２０を通
じて、二次空気として第１の触媒コンバータ８の上流側
から排気系に導入可能となる。又、第２のリレースイッ
チ２３が「オフ」されることにより、電源ライン２１が
閉路され、電動式エアポンプ１９に対するバッテリ１６
からの通電が停止される。

【００１５】上記の電気回路において、電源ライン１５
と電源ライン２１との間には、第１のリレースイッチ１
８が「オン」されたときに、電動式エアポンプ１９を低
電圧で起動させるための抵抗２４が接続されている。

【００１６】一方、エアパイプ２０の途中には、同パイ
プ２０を開閉するためのダイヤフラム式のエアコントロ
ールバルブ２５が設けられている。このエアコントロー
ルバルブ２５はダイヤフラム２５ａによって区画された
ダイヤフラム室２５ｂを備え、ダイヤフラム２５ａには
エアパイプ２０の途中を開閉するための弁体２５ｃが固
着されている。ダイヤフラム室２５ｂには、ダイヤフラ
ム２５ａを下方へ付勢するスプリング２５ｄが設けられ
ており、そのスプリング２５ｄの付勢力により、弁体２
５ｃがエアパイプ２０の途中を閉鎖する閉弁位置に付勢
配置されている。一方、弁体２５ｃを、エアパイプ２０
の途中を開放する開弁位置に配置させるために、ダイヤ
フラム室２５ｂにはバキュームパイプ２６の一端が接続
されている。又、このバキュームパイプ２６の他端は吸
気マニホルド２に接続されている。そして、吸気マニホ
ルド２において発生する吸気負圧が、バキュームパイプ
２６を通じてダイヤフラム室２５ｂに導入可能となって
いる。更に、ダイヤフラム室２５ｂへの負圧の導入を制
御するために、バキュームパイプ２６の途中には、電気
信号によって開閉切換えされる三方式のバキューム・ス
イッチング・バルブ（以下単に「ＶＳＶ」という）２７
が設けられている。このＶＳＶ２７が電気信号によって
「オン」されることにより、バキュームパイプ２６の途
中が開放される。これにより、エアコントロールバルブ
２５のダイヤフラム室２５ｂに対する負圧の導入が許容
され、弁体２５ｃがスプリング２５ｄの付勢力に抗して
開弁位置に配置されて、エアパイプ２０の途中が開放さ
れる。一方、ＶＳＶ２７が非通電によって「オフ」され
ることにより、バキュームパイプ２６の途中が閉鎖され
ると共に、ダイヤフラム室２５ｂが大気開放となる。こ
れにより、ダイヤフラム室２５ｂに大気圧が導入され、
弁体２５ｃがスプリング２５ｄの付勢力によって閉弁位
置に配置されて、エアパイプ２０の途中が閉鎖される。

【００１７】エアパイプ２０の途中には、チェックバル
ブ２８が設けられている。このチェックバルブ２８は、
排気脈動に起因して排気管５からエアパイプ２０へと排
気ガスが逆流することを防止するためのものである。

【００１８】加えて、エンジン本体１には、その冷却水
の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出するための水温センサ
３６が設けられている。又、自動車の運転席には、電気
ヒータ付触媒１０の端子間電圧Ｖｃが異常であることを
運転者に知らせるための電気ヒータ付触媒異常表示ラン
プ２９が設けられている。併せて、運転席には、バッテ
リ電圧Ｖｂが異常であることを運転者に知らせるための
バッテリ異常表示ランプ３０が設けられている。

【００１９】この実施例では、インジェクタ４、電気ヒ
ータ付触媒１０、電動式エアポンプ１９、ＶＳＶ２７、
電気ヒータ付触媒異常表示ランプ２９及びバッテリ異常
表示ランプ３０のそれぞれが電子制御装置（以下単に
「ＥＣＵ」という）４１により駆動制御される。そのた
めに、ＥＣＵ４１にはインジェクタ４、第１及び第２の
リレースイッチ１８，２３、ＶＳＶ２７、電気ヒータ付
触媒異常表示ランプ２９及びバッテリ異常表示ランプ３
０がそれぞれ電気的に接続されている。又、ＥＣＵ４１
には、スタータスイッチ３１、第１及び第２の電圧セン
サ３２，３３、触媒温センサ３４、酸素センサ３５及び
水温センサ３６がそれぞれ電気的に接続されている。そ
して、ＥＣＵ４１はスタータスイッチ３１及び各センサ
３２〜３６からの各種信号に基づき種々の演算及び判断
の処理を実行する。これにより、インジェクタ４、第１
及び第２のリレースイッチ１８，２３、ＶＳＶ２７、電
気ヒータ付触媒異常表示ランプ２９及びバッテリ異常表
示ランプ３０がそれぞれ好適に駆動制御される。

【００２０】図３はＥＣＵ４１の電気的構成等を示すブ
ロック図である。ＥＣＵ４１は中央処理装置（ＣＰＵ）
４２、所定の制御プログラム等を予め記憶してなる読み
出し専用メモリ（ＲＯＭ）４３、ＣＰＵ４２の演算結果
等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４
４、予め記憶されたデータを保存するバックアップＲＡ
Ｍ４５等を備えている。そして、ＥＣＵ４１は、これら
各部４２〜４５と外部入力回路４６、外部出力回路４７
等とがバス４８によって接続されてなる論理演算回路と
して構成されている。又、この実施例では、ＣＰＵ４２
がフリーランニングカウンタの機能を兼ね備えている。

【００２１】外部入力回路４６には、前述したスタータ
スイッチ３１及び各センサ３２〜３６等がそれぞれ接続
されている。又、外部出力回路４７には、前述したイン
ジェクタ４、第１及び第２のリレースイッチ１８，２
３、ＶＳＶ２７及び各ランプ２９，３０等がそれぞれ接
続されている。そして、ＣＰＵ４２はスタータスイッチ
３１及び各センサ３２〜３６等からの各種信号を外部入
力回路４６を介して入力値として読み込む。又、ＣＰＵ
４２はこれら入力値に基づき、外部出力回路４７を介し
てインジェクタ４、第１及び第２のリレースイッチ１
８，２３、ＶＳＶ２７及び各ランプ２９，３０等を好適
に駆動制御する。

【００２２】この実施例では、ＥＣＵ４１により触媒温
度変化率演算手段、酸素供給状態判断手段及び活性化判
断手段が構成されている。そして、エンジンの冷間時始
動時において、ＥＣＵ４１はスタータスイッチ３１、第
１及び第２の電圧センサ３２，３３、触媒温センサ３４
及び水温センサ３６等からの各種信号に基づき、電気ヒ
ータ付触媒１０を作動させ、その後に電動式エアポンプ
１９を駆動させる。特に、ＥＣＵ４１は、触媒温度ＴＨ
Ｃの変化に基づいて電気ヒータ付触媒１０への通電が制
御する。又、ＥＣＵ４１は、電気ヒータ付触媒１０への
通電停止のタイミングを決定するために、触媒温度ＴＨ
Ｃの変化に基づいて電気ヒータ付触媒１０の活性化を判
定するようになっている。更に、ＥＣＵ４１は酸素セン
サ３５からの信号等に基づき、エンジンの空燃比フィー
ドバック制御（ＦＢ制御）を実行する。

【００２３】次に、上記のように構成されたガソリンエ
ンジンシステムにおいて、エンジンの始動時にＥＣＵ４
１により実行される二次空気供給制御の処理動作と、触
媒の活性化判定のための処理動作について説明する。

【００２４】図４〜６のフローチャートはＥＣＵ４１に
より実行される「二次空気供給制御ルーチン」を示し、
エンジンの始動に際して処理が開始される。この処理が
開始されると、先ずステップ１０１において、イグニッ
ションスイッチ（「ＩＧＳＷ」）１４がオン位置ＯＮに
切り換えられるのを待つ。即ち、イグニッションスイッ
チ１４が「オン」されるのを待つ。エンジン始動時に
は、通常、イグニッションスイッチ１４がオフ位置ＯＦ
Ｆからオン位置ＯＮを経て、スタータ位置ＳＴまで切り
換えられる。そのことは、イグニッションスイッチ１４
がオン位置ＯＮに切り換えられた上でスタータ位置ＳＴ
に切り換えられることを意味している。

【００２５】イグニッションスイッチ１４が「オン」さ
れた場合には、ステップ１０２において、電気ヒータ付
触媒１０による暖機が開始されたことを指示する電気ヒ
ータ付触媒暖機開始フラグＦＥＨＣが「１」であるか否
かを判断する。この電気ヒータ付触媒暖機開始フラグＦ
ＥＨＣは後述するステップ１２９において設定されるも
のであり、同フラグＦＥＨＣが「１」である場合には、
電気ヒータ付触媒１０による暖機が既に開始されている
ものとし、ステップ１３０へ移行する。一方、同フラグ
ＦＥＨＣが「１」でない場合には、ステップ１０３にお
いて、触媒温センサ３４の検出信号に基づき、触媒温度
ＴＨＣを読み込む。

【００２６】次に、ステップ１０４において、第２の電
圧センサ３３の検出信号に基づきバッテリ電圧Ｖｂを第
１回目のバッテリ電圧Ｖｂ（１）として読み込む。そし
て、ステップ１０５において、第１回目のバッテリ電圧
Ｖｂ（１）が正常であるか否か、即ちバッテリ電圧Ｖｂ
（１）が必要以上に低下していないか否かを判断する。
ここで、このバッテリ電圧Ｖｂ（１）が正常でない場合
には、バッテリ１６に異常があるものとして、そのこと
を運転者に知らせるべく、ステップ１０６へ移行してバ
ッテリ異常表示ランプ３０を点灯させ、その後の処理を
終了する。

【００２７】一方、ステップ１０５において、第１回目
のバッテリ電圧Ｖｂ（１）が正常な場合には、電気ヒー
タ付触媒１０の調子を確認するためにステップ１０７へ
移行する。ステップ１０７においては、第１のリレース
イッチ１８を「オン」して、バッテリ１６から電気ヒー
タ付触媒１０への試験的な通電を開始させる。これによ
り、電気ヒータ付触媒１０では、自身の加熱が開始され
る。

【００２８】続いて、ステップ１０８において、第１の
電圧センサ３２の検出信号に基づき、電気ヒータ付触媒
１０の端子間電圧Ｖｃを読み込む。そして、ステップ１
０９において、その端子間電圧Ｖｃが正常であるか否
か、即ち端子間電圧Ｖｃが必要以上に低くないか否かを
判断する。ここで、この端子間電圧Ｖｃが正常でない場
合には、電気ヒータ付触媒１０に異常があるものとし
て、そのことを運転者に知らせるべく、ステップ１１０
へ移行して電気ヒータ付触媒異常表示ランプ２９を点灯
させ、その後の処理を終了する。

【００２９】これに対し、ステップ１０９において、端
子間電圧Ｖｃが正常な場合には、ステップ１１１におい
て、第２の電圧センサ３３の検出信号に基づきバッテリ
電圧Ｖｂを第２回目のバッテリ電圧Ｖｂ（２）として読
み込む。つまり、電気ヒータ付触媒１０への試験通電を
行った後のバッテリ電圧Ｖｂを読み込むのである。そし
て、ステップ１１２において、第２回目のバッテリ電圧
Ｖｂ（２）が正常であるか否か、即ちバッテリ電圧Ｖｂ
（２）が必要以上に低下していないか否かを判断する。
ここで、このバッテリ電圧Ｖｂ（２）が正常でない場合
には、ステップ１０６へ移行してバッテリ異常表示ラン
プ３０を点灯させた後、処理を終了する。

【００３０】一方、ステップ１１２において、第２回目
のバッテリ電圧Ｖｂ（２）が正常な場合には、ステップ
１１３において、第２回目のバッテリ電圧Ｖｂ（２）と
端子間電圧Ｖｃとを比較し、そのバッテリ電圧Ｖｂ
（２）が端子間電圧Ｖｃよりも大きいか否かを判断す
る。ここで、バッテリ電圧Ｖｂ（２）が端子間電圧Ｖｃ
よりも大きくない場合には、電気ヒータ付触媒１０に異
常があるものとして、ステップ１１０へ移行して電気ヒ
ータ付触媒異常表示ランプ２９を点灯させた後、処理を
終了する。

【００３１】又、ステップ１１３において、バッテリ電
圧Ｖｂ（２）が端子間電圧Ｖｃよりも大きい場合には、
ステップ１１４において、触媒温センサ３４の検出信号
に基づき、触媒温度ＴＨＣを読み込む。又、１１５にお
いて、触媒温度ＴＨＣの変化率である触媒温度変化率Δ
ＴＨＣを演算する。この触媒温度変化率ΔＴＨＣは、ス
テップ１０３において読み込まれた触媒温度ＴＨＣとス
テップ１１４において読み込まれた触媒温度ＴＨＣとの
差により求められる。そして、ステップ１１６におい
て、その求められた触媒温度変化率ΔＴＨＣと予め定め
られた設定変化率αとを比較し、触媒温度変化率ΔＴＨ
Ｃが設定変化率αよりも大きいか否かを判断する。ここ
で、設定変化率αは、ステップ１０３において最初に読
み込まれる触媒温度ＴＨＣに応じて変わる値でもよく、
或いは一定値でもよい。そして、触媒温度変化率ΔＴＨ
Ｃが設定変化率αよりも大きくない場合には、電気ヒー
タ付触媒１０に異常があるものとして、ステップ１１０
へ移行して、電気ヒータ付触媒異常表示ランプ２９を点
灯させた後、処理を終了する。

【００３２】これに対し、ステップ１１６において、触
媒温度変化率ΔＴＨＣが設定変化率αよりも大きい場合
には、バッテリ１６と電気ヒータ付触媒１０の調子が良
好であるものとして、ステップ１１７へ移行する。そし
て、ステップ１１７において、第１のリレースイッチ１
８を「オフ」して、バッテリ１６から電気ヒータ付触媒
１０への試験的な通電を一旦終了させる。

【００３３】上記のステップ１０１〜ステップ１１７に
おける処理は、エンジン始動時のクランキング中に行わ
れるものである。そして、ステップ１１７から移行して
ステップ１１８においては、スタータスイッチ３１から
のスタータ信号ＳＴＳが「オン」から「オフ」へ切り換
わるのを待つ。そして、スタータ信号ＳＴＳが「オン」
から「オフ」へ切り換わった場合には、スタータ１３に
よるクランキングを完了したエンジンの完爆後であるも
のとして、ステップ１１９へ移行する。

【００３４】ステップ１１９においては、水温センサ３
６及び触媒温センサ３４からの信号に基づき、冷却水温
ＴＨＷ及び触媒温度ＴＨＣをそれぞれ読み込む。続い
て、ステップ１２０において、冷却水温ＴＨＷが予め定
められた暖機完了温度βに達しているか否かを判断す
る。ここで、冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度βに達して
いる場合には、エンジン本体１が充分に暖まっている温
間始動時であるものとして、そのままその後の処理を終
了する。又、冷却水温ＴＨＷが暖機完了温度βに達して
いない場合には、エンジン本体１が充分に暖まっていな
い冷間始動時であるものとして、ステップ１２１へ移行
する。そして、ステップ１２１において、電気ヒータ付
触媒１０を加熱すべく、第１のリレースイッチ１８を
「オン」して、バッテリ１６から電気ヒータ付触媒１０
への通電を開始させる。これにより、電気ヒータ付触媒
１０では自身の加熱が開始される。第１のリレースイッ
チ１８が「オン」されたときには、抵抗２４を通じて電
動式エアポンプ１９が低電圧で起動され始める。

【００３５】次に、ステップ１２２において、ＣＰＵ４
２におけるフリーランニングカンウタの機能により、電
気ヒータ付触媒１０への通電開始後の経過時間Ｔ１のカ
ウントを開始させる。

【００３６】続いて、ステップ１２３において、触媒温
センサ３４からの信号に基づき触媒温度ＴＨＣを読み込
む。そして、ステップ１２４において、触媒温度ＴＨＣ
があるレベルの設定温度γに達したか否かを判断する。
ここで、触媒温度ＴＨＣが設定温度γに達していない場
合には、ステップ１２３へジャンプして、ステップ１２
３及びステップ１２４の処理を繰り返す。つまり、触媒
温度ＴＨＣが設定温度γに達するのを待つのである。一
方、ステップ１２４において、触媒温度ＴＨＣが設定温
度γに達した場合には、電気ヒータ付触媒１０がある程
度の温度まで加熱されたものとして、ステップ１２５へ
移行する。

【００３７】ステップ１２５においては、第２のリレー
スイッチ２３を「オン」して、バッテリ１６から電動式
エアポンプ１９への通電を開始させる。つまり、二次空
気の供給を開始するに先立って電動式エアポンプ１９を
予備駆動させるのである。

【００３８】続いて、ステップ１２６において、ＣＰＵ
４２における別のフリーランニングカンウタの機能によ
り、電動式エアポンプ１９への通電開始後の経過時間Ｔ
２のカウントを開始させる。又、ステップ１２７におい
て、その経過時間Ｔ２が電動式エアポンプ１９の予備駆
動に充分な基準時間Ａに達するのを待つ。そして、経過
時間Ｔ２が基準時間Ａに達した場合には、ステップ１２
８において、ＶＳＶ２７を「オン」させる。

【００３９】これにより、バキュームパイプ２６を通じ
てエアコントロールバルブ２５のダイヤフラム室２５ｂ
に負圧が導入され、弁体２５ｃが開弁位置に配置されて
エアパイプ２０が開放される。この時には、電動式エア
ポンプ１９が既に予備駆動されていることから、同ポン
プ１９から吐出される外気は、二次空気としてエアパイ
プ２０を通じ第１の三元触媒コンバータ８の上流側から
排気系へと供給され始める。

【００４０】次に、ステップ１２９において、前述した
電気ヒータ付触媒暖機開始フラグＦＥＨＣを「１」に設
定する。そして、ステップ１０２又はステップ１２９か
ら移行してステップ１３０においては、電動式エアポン
プ１９及びＶＳＶ２７を作動させていることから、二次
空気により、電気ヒータ付触媒１０の反応のために必要
な酸素が供給されているものと判断して、触媒温センサ
３４からの信号に基づき触媒温度ＴＨＣを再び読み込
む。そして、ステップ１３１において、その触媒温度Ｔ
ＨＣが、電気ヒータ付触媒１０の許容温度としてとり得
る最大温度ＴＨＣｍａｘに達したか否かを判断する。こ
こで、触媒温度ＴＨＣが最大温度ＴＨＣｍａｘに達して
いる場合には、電気ヒータ付触媒１０が反応によって既
に充分に活性化しているものとして、電気ヒータ付触媒
１０の加熱を中止させるべく、ステップ１３２へ移行す
る。

【００４１】そして、ステップ１３２において、電気ヒ
ータ付触媒１０での加熱を一旦中止させるべく、第１の
リレースイッチ１８を「オフ」し、バッテリ１６から電
気ヒータ付触媒１０への通電を終了させる。又、ステッ
プ１３３においては、酸素センサ３５からの信号等に基
づき、エンジンの空燃比フィードバック制御（ＦＢ制
御）が開始されるのを待つ。そして、その空燃比フィー
ドバック制御が開始された場合には、ステップ１３４に
おいて、電気ヒータ付触媒暖機開始フラグＦＥＨＣを
「０」にリセットする。又、ステップ１３５において、
第２のリレースイッチ２３を「オフ」して、バッテリ１
６から電動式エアポンプ１９への通電を終了させる。
又、ステップ１３６において、ＶＳＶ２７を「オフ」さ
せた後、処理を終了する。これにより、電動式エアポン
プ１９が停止される。又、ＶＳＶ２７によりバキューム
パイプ２６を通じてエアコントロールバルブ２５の弁体
２５ｃが閉弁位置に配置され、エアパイプ２０の途中が
閉鎖される。その結果、排気系への二次空気の供給が停
止される。

【００４２】一方、ステップ１３１において、触媒温度
ＴＨＣが最大温度ＴＨＣｍａｘに達していない場合に
は、電気ヒータ付触媒１０の活性化のタイミングを判定
するために、ステップ１３６へ移行する。そして、ステ
ップ１３６において、先にカウントを開始した経過時間
Ｔ１が電気ヒータ付触媒１０への通電を終了させるべき
基準時間Ｂに達しているか否かを判断する。経過時間Ｔ
１が基準時間Ｂに達している場合には、電気ヒータ付触
媒１０の暖機を停止させると共に、電動式エアポンプ１
９等による二次空気の供給を停止させるために、ステッ
プ１３２へ移行し、ステップ１３２〜ステップ１３６の
処理を実行する。

【００４３】又、ステップ１３６において、経過時間Ｔ
１が基準時間Ｂに達していない場合には、電気ヒータ付
触媒１０の温度状態を再び判断するために、ステップ１
３７へ移行する。ステップ１３７においては、ステップ
１２９で電気ヒータ付触媒暖機開始フラグＦＥＨＣが
「１」となった後に、ステップ１３０で２回の触媒温度
ＴＨＣの読み込みが行われた否かを判断する。そして、
２回の触媒温度ＴＨＣの読み込みが行われていない場合
には、ステップ１３０へジャンプし、ステップ１３０か
らの処理を繰り返す。

【００４４】一方、ステップ１３７において、２回の触
媒温度ＴＨＣの読み込みが行われた場合には、ステップ
１３８において、触媒温度変化率ΔＴＨＣを演算する。
この触媒温度変化率ΔＴＨＣは、ステップ１３０におい
て今回読み込まれた触媒温度ＴＨＣと前回読み込まれた
触媒温度ＴＨＣとの差により求められる。次いで、ステ
ップ１３９において、今回求められた触媒温度変化率Δ
ＴＨＣが前回求められた触媒温度変化率ΔＴＨＣｏｌｄ
よりも大きいか否かを判断する。そして、今回の触媒温
度変化率ΔＴＨＣが前回の触媒温度変化率ΔＴＨＣｏｌ
ｄよりも大きい場合には、触媒温度変化率ΔＴＨＣが変
化したものと判断し、電気ヒータ付触媒１０が活性化し
たものと判断する。そして、電気ヒータ付触媒１０に対
する加熱を中止させるべく、ステップ１３２へ移行し
て、第１のリレースイッチ１８を「オフ」してバッテリ
１６から電気ヒータ付触媒１０への通電を終了させる。
つまり、電気ヒータ付触媒１０の反応が開始されると、
その反応熱によって同触媒１０が更に加熱されて、触媒
温度変化率ΔＴＨＣが変化する。そのことから、触媒温
度変化率ΔＴＨＣの変化が電気ヒータ付触媒１０の活性
化の判定に用いられているのである。又、その後、ステ
ップ１３３〜ステップ１３６の処理を実行する。

【００４５】これに対し、ステップ１３９において、今
回の触媒温度変化率ΔＴＨＣが前回の触媒温度変化率Δ
ＴＨＣｏｌｄよりも大きくない場合には、触媒温度変化
率ΔＴＨＣが変化しておらず、電気ヒータ付触媒１０が
活性化していないものと判断して、ステップ１４０へ移
行する。そして、ステップ１４０において、今回の触媒
温度変化率ΔＴＨＣを前回の触媒温度変化率ΔＴＨＣｏ
ｌｄとして設定した後、ステップ１３０へジャップして
ステップ１３０からの処理を繰り返す。

【００４６】上記のようにして、エンジンの始動時にお
ける触媒の活性化判定を含む二次空気供給制御の処理動
作が行われる。ここで、上記のような二次空気供給制御
の作用を図７のタイムチャートに従って説明する。この
タイムチャートには、エンジンの冷間始動時におけるス
タータ信号ＳＴＳ、電気ヒータ付触媒１０の作動、電動
式エアポンプ１９の作動、ＶＳＶ２７の作動及び触媒温
度ＴＨＣの変化が示されている。

【００４７】今、時刻ｔ１において、イグニッションス
イッチ１４の操作に伴いスタータ信号ＳＴＳが「オン」
から「オフ」へと切り換わると、電気ヒータ付触媒１０
が通電によって「オン」されてその加熱が開始される。
この時、触媒温度ＴＨＣも上昇し始める。

【００４８】その後、時刻ｔ２において、触媒温度ＴＨ
Ｃがある設定温度γに達すると、電動式エアポンプ１９
がバッテリ１６からの通電によって「オン」されて起動
される。

【００４９】次いで、時刻ｔ３において、時刻ｔ２から
の経過時間Ｔ２、即ち電動式エアポンプ１９が起動され
てからの時間がある基準時間Ａに達すると、ＶＳＶ２７
が「オン」される。そして、このＶＳＶ２７が「オン」
されたタイミングで、排気系への二次空気の供給が開始
される。従って、電気ヒータ付触媒１０には、それ自身
があるレベルの温度に達した状態で二次空気により酸素
が供給されることから、電気ヒータ付触媒１０は活性化
へ向かって徐々に温度を上昇させることになる。このと
き、電気ヒータ付触媒１０では、電気エネルギーによる
温度上昇に対して二次空気により熱が若干奪われるた
め、温度の上昇率が若干下がる。

【００５０】やがて、時刻ｔ４において、電気ヒータ付
触媒１０が活性化温度に達すると、排気ガス中のＨＣや
ＣＯが酸化されて排気ガスの浄化が始まる。そして、そ
のときの反応熱が、電気ヒータ付触媒１０の加熱に対し
て更に加わることになり、触媒温度ＴＨＣの上昇が一段
と早くなる。

【００５１】その後、時刻ｔ５において、時刻ｔ１から
の経過時間Ｔ１、即ち電気ヒータ付触媒１０の加熱を開
始してからの時間がある基準時間Ｂに達する前に、触媒
温度変化率ΔＴＨＣが変化したことが判断されると、電
気ヒータ付触媒１０が「オフ」されてその加熱が停止さ
れる。この時点で、電気ヒータ付触媒１０は既に活性化
温度に充分に達していることから、電気ヒータ付触媒１
０の加熱を停止してもその浄化作用に支障はない。

【００５２】そして、時刻ｔ６において、エンジンの空
燃比フィードバック制御（ＦＢ制御）が開始されると、
電動式エアポンプ１９及びＶＳＶ２７がそれぞれ「オ
フ」されて、排気系への二次空気の供給が停止される。

【００５３】以上説明したように、この実施例では、エ
ンジンの冷間始動時に電気ヒータ付触媒１０と電動式エ
アポンプ１９とに対する通電順序が制御され、電気ヒー
タ付触媒１０を作動させた後に電動式エアポンプ２０が
作動される。このため、電気ヒータ付触媒１０と電動式
エアポンプ１９とが同時に作動されることがなくなり、
両者１０，１９が同時に通電されることがない。

【００５４】従って、この実施例では、電気ヒータ付触
媒と電動式エアポンプの両方を同時に作動させるような
場合とは異なり、加熱された電気ヒータ付触媒１０があ
る設定温度γに達する前に二次空気で冷やされることが
ない。その結果、電気ヒータ付触媒１０をより迅速に活
性化温度まで昇温させることができ、電気ヒータ付触媒
１０によって排気ガスの浄化をより早く行わせることが
できる。つまり、エンジンの冷間始動時において、電気
ヒータ付触媒１０による排気ガス浄化性能を更に向上さ
せることができるのである。

【００５５】又、電気ヒータ付触媒１０と電動式エアポ
ンプ１９とが同時に通電されないことから、バッテリ１
６に大きな負荷がかかることがなくなる。即ち、電動式
エアポンプ１９の起動には大きな突入電流を要するので
あるが、電気ヒータ付触媒１０を電動式エアポンプ１９
と同時に通電させていない分だけ、バッテリ１６に瞬間
的にかかる負荷が低減される。よって、バッテリ１６の
電圧が低下し過ぎることがなくなる。或いは、通常、バ
ッテリ１６と共に設けられるオルタネータの負荷を急増
させることがなくなる。その結果、バッテリ１６には瞬
間的に大電力の消費が強いられることがなくなり、瞬間
的な大電力の消費に起因するバッテリ１６の劣化を未然
に防止することができる。又、バッテリ１６の大幅な電
圧低下や劣化を防止できることから、バッテリ１６の電
圧レベル変化が要因となってエンジンの回転が不調とな
るおそれがなくなる。

【００５６】しかも、この実施例では、電気ヒータ付触
媒１０への通電を停止させるために、触媒温度ＴＨＣの
変化に基づいて電気ヒータ付触媒１０の活性化を判定す
るようにしている。即ち、二次空気の供給が開始されて
電気ヒータ付触媒１０の反応が開始されると、同触媒１
０がその反応熱によって更に加熱されて、触媒温度変化
率ΔＴＨＣが変化する。そのことを利用して、電気ヒー
タ付触媒１０の触媒温度ＴＨＣを一つの触媒温センサ３
４で検出し、その検出結果に基づいて求められる触媒温
度変化率ΔＴＨＣの変化をとらえ、電気ヒータ付触媒１
０の活性化を判定するようにしている。従って、触媒温
センサ３４を複数設けることなく、電気ヒータ付触媒１
０の活性化が判定される。つまり、この実施例では、一
つの触媒温センサ３４を使用するだけで、電気ヒータ付
触媒１０の活性化を精度良く判定することができ、電気
ヒータ付触媒１０の活性化判定のための構成を簡易なも
のとすることができる。

【００５７】又、触媒温度ＴＨＣの変化に基づいて電気
ヒータ付触媒１０の活性化が判定されることから、経時
変化に起因して、同触媒１０の排気ガス浄化効率が低下
したり、活性化温度が変化したりしても、それらの変化
に応じて活性化を判定することができる。その結果、電
気ヒータ付触媒１０への通電時間を、同触媒１０の劣化
状態に合わせて最小限に抑えることができ、バッテリ１
６に対する負担をより小さく抑えることができる。

【００５８】更に、この実施例では、電気ヒータ付触媒
１０に対する通電時間を、基準時間Ｂの範囲に規制する
と共に、同触媒１０の加熱を最大温度ＴＨＣｍａｘに達
する範囲に規制するようにしている。このことから、電
気ヒータ付触媒１０が必要以上に通電されたり、必要以
上に加熱されたりすることがなく、同触媒１０を保護す
ることができる。

【００５９】加えて、この実施例では、電気ヒータ付触
媒１０を作動させる前に、電気ヒータ付触媒１０及びバ
ッテリ１６の正常・異常が試験される。又、その試験結
果に異常がある場合には、電気ヒータ付触媒異常表示ラ
ンプ２９、バッテリ異常表示ランプ３０が点灯されると
共に、電気ヒータ付触媒１０や電動式エアポンプ１９等
への通電が中止される。そのため、電気ヒータ付触媒１
０やバッテリ１６に異常がある場合には、そのことを直
ちに運転者に知らせることができ、異常のままで電気ヒ
ータ付触媒１０や電動式エアポンプ１９を作動させるこ
とがない。

【００６０】尚、この発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一部
を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記実施例では、触媒の活性化判定を、電気ヒー
タ付触媒１０への通電を停止させるために適用したが、
触媒の活性化判定により活性化温度を知ることにより、
触媒の劣化を検知することに適用することもできる。 （２）前記実施例では、今回の触媒温度変化率ΔＴＨＣ
が前回の触媒温度変化率ΔＴＨＣｏｌｄよりも大きくな
ったときに、電気ヒータ付触媒１０が活性化したと判断
するようにしている。これに対して、今回の触媒温度変
化率ΔＴＨＣが前回の触媒温度変化率ΔＴＨＣｏｌｄよ
りも大きくなってから幾らかの時間が経過したときに、
触媒が活性化したものとして判断するようにしてもよ
い。或いは、今回の触媒温度変化率ΔＴＨＣが前回の触
媒温度変化率ΔＴＨＣｏｌｄの幾倍よりも大きくなたと
きに、触媒が活性化したものとして判断するようにして
もよい。

【００６１】（３）前記実施例では、電気ヒータ付触媒
１０の構成を、メタル触媒を構成するハニカムコアの中
心に電極を配置してその中心電極とハブとの間で通電す
るものとしたが、電気ヒータ付触媒の構成はこれに限ら
れるものではなく、触媒自体を通電によって加熱できる
ものであればよい。

【００６２】（４）前記実施例では、電気ヒータ付触媒
１０の活性化を判定する場合に具体化したが、電気ヒー
タを備えていない触媒の活性化を判定する場合に具体化
することもできる。

【００６３】（５）前記実施例では、電気ヒータ付触媒
１０の活性化の判定を直列型のガソリンエンジンに具体
化したが、Ｖ型のガソリンエンジンに具体化したり、そ
れ以外のタイプの内燃機関に具体化したりすることもで
きる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、触媒
温度検出手段を複数設けることなく、触媒の活性化が正
確に判定される。 請求項２に記載した発明によれば、触
媒の温度変化率の増大に基づいて触媒の活性化を正確に
判断することにより、電気ヒータへの通電時間を緻密に
制御することができ、過通電等を回避することができる
ようになる。もってバッテリへの負担も軽減され、同バ
ッテリの寿命も長くなる。 請求項３に記載した発明によ
れば、酸素供給により触媒の活性が促される条件下で温
度変化率に係る判断を行うことにより、検出を容易に且
つ高い精度をもって行えるようになる。 請求項４に記載
した発明によれば、触媒の温度変化率が所定の変化率を
上回ることがなければ、触媒に異常があるものと判断す
ることにより、触媒の機能に関わる異常を正確に検出す
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の基本的な概念構成を説明する概念構
成図である。

【図２】この発明を具体化した一実施例におけるガソリ
ンエンジンシステムを示す概略構成図である。

【図３】一実施例においてＥＣＵ等の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】一実施例において、ＥＣＵにより実行される
「二次空気供給制御ルーチン」を示すフローチャートで
ある。

【図５】一実施例において、ＥＣＵにより実行される
「二次空気供給制御ルーチン」の続きを示すフローチャ
ートである。

【図６】一実施例において、ＥＣＵにより実行される
「二次空気供給制御ルーチン」の続きを示すフローチャ
ートである。

【図７】一実施例において、ＥＣＵにより実行される二
次空気供給制御等の作用を説明するタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン本体、３…排気マニホル
ド、５〜７…排気管（３，５〜７は排気系を構成してい
る）、１０…電気ヒータ付触媒、３４…触媒温度検出手
段を構成する触媒温センサ、４１…ＥＣＵ（４１は触媒
温度変化率演算手段、酸素供給状態判断手段及び活性化
判断手段を構成している）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/20 - 3/24 F02B 77/08 F02D 45/00 360

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設けられた触媒の活
   性化を判定する活性化判定装置であって、 前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、 前記触媒温度検出手段の検出結果に基づき、前記触媒の
   温度変化率を演算する触媒温度変化率演算手段と、前記演算される触媒の温度変化率に基づき、 前記触媒の
   活性化を判断する活性化判断手段とを備えたことを特徴
   とする触媒の活性化判定装置。
2. 【請求項２】 前記触媒は電気ヒータ付触媒であること
   を特徴とする請求項１記載の触媒の活性化判定装置。
3. 【請求項３】 前記活性化判断手段による触媒活性化の
   判断は、前記触媒に触媒反応に必要な酸素が供給されて
   いるときに行われることを特徴とする請求項１又は２記
   載の触媒の活性化判定装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３何れか記載の触媒の活性化
   判定装置において、前記触媒の温度変化率を設定された
   温度変化率と比較することにより触媒の異常を判断する
   異常判断手段を更に備えることを特徴とする触媒の活性
   化判定装置。