JP3268828B2

JP3268828B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP3268828B2
Application number: JP17828492A
Authority: JP
Inventors: 覚河添; 美伸城戸; 浩市寺田; 正信幸徳
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1992-07-06
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH0617697A

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、特表平３−５００９１１号公報には、触媒を電気
的に加熱する加熱手段を設け、エンジンの冷間始動時な
どに加熱手段を作動させることにより、触媒を所定温度
まで昇温させることが記載されている。このものでは、
触媒担体が金属薄板によって形成されていて、該薄板状
の金属触媒担体が絶縁層を介して折り重ねあるいは渦巻
き重ねにされていて、該触媒担体を加熱手段の電熱部と
してこれに通電することによって触媒の加熱するように
なされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、触媒
温度を検出する温度検出手段を設け、その検出温度に基
づいて上述の如き加熱手段の作動を制御するようにした
ものにおいて、この加熱手段の電熱部のショートに対策
することにある。

【０００４】すなわち、温度検出手段による測温点以外
の部位で電熱部にショートが発生すると、当該部位の温
度は高くなるが、これに比べて測温点の温度は低くな
る。従って、測温点の温度に基づいて加熱手段の作動を
制御すると、触媒温度が目標温度よりも低いとして、触
媒に対する加熱が不必要に継続され、上記ショート部位
の温度が異常に上昇し、触媒の熱劣化を招く結果とな
る。

【０００５】

【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、上記ショートを検出する手段を
設け、該ショートを検出した際には制御目標温度を下げ
るようにするものである。以下、上記課題を解決する各
手段について説明する。

【０００６】−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、該触媒を加熱する電気加熱手段と、該触媒の
温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によっ
て検出される触媒温度が目標温度になるように上記加熱
手段の作動を制御する制御手段とを備えているエンジン
の排気浄化装置であって、上記加熱手段の電熱部のショ
ートを検出する故障検出手段と、上記故障検出手段によ
って電熱部のショートが検出されたときに上記制御手段
の制御目標温度を下げる目標温度低減手段とを備えてい
ることを特徴とするものである。

【０００７】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浄化用触媒等であってもよい。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であるからであり、
また、本発明の課題が加熱手段のショート対策にあるか
らである。

【０００８】上記加熱手段としては、触媒担体を電熱部
とするものが触媒温度を効率良く高める上で好適である
が、触媒本体の直上流に電熱部を配置したものであって
もよい。かかる加熱手段であっても、触媒本体の加熱は
可能だからであり、また、電熱部にショートが発生した
場合には、触媒が局部的に過熱されることがあるからで
ある。

【０００９】上記故障検出手段としては、後述する第２
手段のものが好適であるが、他の手段であってもよい。
例えば、加熱手段によって触媒の加熱を開始した後、温
度検出手段によって検出される当該触媒温度（測温点の
温度）が目標温度まで到達するに要する時間が予定より
も長いときに、電熱部にショートが発生している、と判
定することができる。すなわち、温度検出手段による触
媒の測温点から離れた部位でショートが発生している場
合、測温点での温度上昇は遅くなるから上記到達時間が
長くなるものである。

【００１０】しかして、上記加熱手段の電熱部にショー
トが発生した場合、触媒の当該ショート部位の温度は高
くなるが、温度検出手段による測温点の温度はそれより
も低い。これに対して、上記ショートの発生時には加熱
手段の作動の制御における目標温度が低くなるから、加
熱手段に対する過剰な通電は防止され、触媒のショート
部位の異常昇温による熱劣化は防止される。

【００１１】この場合、ショート発生時に加熱手段に対
する通電を全面的に中止することも考えられるが、そう
すると、せっかくの加熱手段を触媒の早期昇温に利用で
きなくなる。すなわち、本手段の場合は、上記ショート
が発生しても、目標温度が下がるだけで加熱手段の作動
は停止しないから、触媒の熱劣化を防止しながら、可能
な範囲で加熱手段を触媒の昇温に利用することができる
ものである。

【００１２】−第２の手段（請求項２）及びその作用− 第２の手段は、上記第１の手段におけるショートの検出
手段を具体化したものであって、それが、上記排気通路
における触媒の下流部位の排気ガス中のＯ₂濃度を検出
するλタイプのＯ₂センサと、該Ｏ₂センサが活性化した
時点の上記温度検出手段による触媒検出温度が所定値以
下であるときに上記加熱手段の電熱部にショートが発生
していると判定する判定手段とよりなる点に特徴があ
り、また、上記触媒は三元触媒である。

【００１３】すなわち、λタイプのＯ₂センサは、排気
ガス中の酸素濃度が所定値以下になると起電力が立ち上
がる特性を有するセンサであり、三元触媒によって排気
ガス中のＨＣ（炭化水素）等の燃焼が始まると、排気ガ
ス中の酸素濃度の低下によって上記起電力が立ち上が
る。この場合の起電力は雰囲気温度が高くなるほど高く
なる。従って、三元触媒によって排気ガスの浄化が開始
され、且つ雰囲気温度が所定値以上になったときに、Ｏ
₂センサは所定値を越える起電力を発生し活性化した、
ということになる。

【００１４】これに対して、上記加熱手段の電熱部にシ
ョートが発生している場合は、上記測温点の温度は低く
とも、当該Ｏ₂センサが活性化する。これは、ショート
が発生している場合でも、触媒によって排気ガスの浄化
が始まると、排気ガス中の酸素濃度が低下していくが、
加熱手段の発熱量自体はショートの有無に拘らず大差が
ないから、触媒全体としてみれば、ショートがない場合
と同様に温度が高くなり、触媒下流、つまりＯ₂センサ
の雰囲気温度が高くなっていくためである。このため
に、温度検出手段での検出温度が低いにも拘らず、当該
Ｏ₂センサが活性化する、という現象を生ずる。

【００１５】そこで、本手段においては、上記温度検出
手段によって検出される温度が所定値以下であるのに、
Ｏ₂センサが活性化した場合には、加熱手段の電熱部に
ショートが発生していると、判定するようにしているも
のである。

【００１６】この場合、故障検出手段を構成するため
に、Ｏ₂センサと温度判定手段とが必要になるが、Ｏ₂セ
ンサ自体は触媒で所期の浄化が行われているか否かをモ
ニターするものとして公知であり、このモニターにも兼
用することができ、また、判定手段自体も単なるレベル
判定であるから、結局、故障検出手段を安価に且つ簡単
に構成することができる。

【００１７】−第３の手段（請求項３）及びその作用− 第３の手段は、上記各手段に好適な加熱手段の構成に関
するものであって、当該加熱手段は、電熱部が排気通路
断面において渦巻き状に形成されていて、該電熱部にお
ける相隣る内外の巻部の間に絶縁層が設けられている点
に特徴を有するものである。

【００１８】すなわち、上記各手段においては種々の電
気加熱手段を採用することができるが、本手段の場合、
加熱手段の電熱部の全体形状が断面円形になるから円筒
形状の触媒容器への採用に好適であり、また、絶縁層の
破損によるショートに対策する必要がある点で、上記各
手段の加熱手段として採用することが好ましい。この場
合、上記電熱部を触媒担体にしてもよいことはもちろん
である。

【００１９】

【発明の効果】従って、上記各手段によれば、温度検出
手段によって検出される触媒温度が目標温度になるよう
に当該触媒の加熱手段の作動を制御するものにおいて、
この加熱手段の電熱部のショートを検出する故障検出手
段を設け、電熱部のショートが検出されたときに上記目
標温度を下げるようにしたから、ショート発生時に加熱
手段に対する通電が抑えられ、加熱手段の作動の制御を
継続し可能な範囲で加熱手段を触媒の昇温に利用しなが
ら、触媒のショート部位の熱劣化を防止することができ
る。

【００２０】また、第２の手段によれば、故障検出手段
を、触媒の下流部位での排気ガス中のＯ₂濃度を検出す
るλタイプのＯ₂センサと、該Ｏ₂センサが活性化した時
点で温度検出手段によって検出される触媒温度が所定値
以下であるときに上記加熱手段の電熱部にショートが発
生していると判定する判定手段とより構成したから、上
記ショートを比較的簡単な装置で検出することができる
ようになる。

【００２１】第３の手段によれば、加熱手段の電熱部が
排気通路断面において渦巻き状に形成されていて、該電
熱部における相隣る内外の巻部の間に絶縁層が設けられ
ているから、円筒形状の触媒容器への採用に好適であ
り、かかる加熱手段においてその電熱部のショートに対
策することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２３】−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、主触媒としての第１触媒８が設けられてい
るとともに、該第１触媒８の上流側に加熱手段を備えた
第２触媒９が設けられている。この第２触媒９には、そ
の触媒温度を検出する温度検出手段１１が設けられてい
る。さらに、上記第２触媒９の上流側にはフロントＯ₂
センサ２０が設けられ、第１触媒８と第２触媒９との間
にはリヤＯ₂センサ２１が設けられている。

【００２４】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におけるフロント
Ｏ₂センサ２０と第２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１
２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。

【００２５】本例の場合、２次エアは主として上記触媒
８，９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、上記フロントＯ₂センサ２０
を信号源として制御される。

【００２６】また、上記第２触媒９における加熱手段は
バッテリ１９を電源とする電気加熱手段であって、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。

【００２７】−触媒について− 上記第１及び第２の触媒８，９はいずれも三元触媒であ
る。第１触媒８は、白金、パラジウム及びセリウムを触
媒成分として含有する。第２触媒９は、白金、パラジウ
ム及びセリウムの他にバリウム及びジルコニウムを触媒
成分として含有する耐熱性が高い低温活性触媒である。
また、当該第１触媒８は、一体成形のコーディライト製
モノリス担体に上記触媒成分がアルミナコーティングさ
れて形成されている。

【００２８】第２触媒９は、図２及び図３に示すよう
に、排気通路３に介設された触媒容器２２内に装填され
ていて、その触媒担体が金属製であって加熱手段の電熱
部２３を構成している。そして、当該電熱部２３は、排
気通路３の断面において渦巻き状に形成されていて、該
電熱部２３における相隣る内外の巻部の間に絶縁層２４
が設けられている。

【００２９】すなわち、触媒容器２２に内には互いに独
立した２層の絶縁層２４，２４がそれぞれ渦巻き状に設
けられていて、各々電極２５，２６が取り付けられ外周
部から中心に巻き込まれた電熱部２３，２３が中心部に
おいて連続している。なお、図２において、電熱部２３
のハッチングの方向を各巻部毎に変えているが、これは
図面を見易くするためであって、それ以上の意味、例え
ば材料が異なるというような意味はない。

【００３０】−リヤＯ₂センサについて− リヤＯ₂センサ２１は、図４に示すように、排気ガス中
の酸素濃度が所定値以下になると起電力が立ち上がる特
性を有するλタイプのセンサであって、起電力は雰囲気
温度が高くなるほど高くなる。本例の場合は、Ａ／Ｆ＝
１４，７付近で起電力が立ち上がり、この立ち上がりが
第２触媒９の制御目標温度Ｔａよりも所定温度低い温度
Ｔｂで検出されるように起電力しきい値が定められてい
る。つまり、上記起電力が上記しきい値を越えて立ち上
がった場合に、リヤＯ₂センサ２１が活性化したことに
なり、当該しきい値に対応する上記ＴｂがリヤＯ₂セン
サ２１の活性化温度である。

【００３１】−通電制御− この通電制御は、エンジンの吸気温検出手段、排気ガス
温検出手段、エンジン水温検出手段、エンジン回転検出
手段、エンジンのスタータスイッチ、触媒温度検出手段
１１等を信号源として行なわれるものであり、触媒温度
検出手段１１によって検出される触媒温度が目標温度Ｔ
ａになるように加熱手段の作動をフィードバック制御す
ることを基本とするが、加熱手段の電熱部２３にショー
トが発生したときに、上記目標温度Ｔａを低下せしめる
点に特徴を有する。以下、具体的に説明する。

【００３２】本例の構成は図５に示されている。同図に
おいて３１は温度検出手段１１によって検出された触媒
温度が目標温度Ｔａになるように当該第２触媒９の加熱
手段３２の作動をフィードバック制御する制御手段、３
３は加熱手段３２の電熱部２３のショートを検出する故
障検出手段、３４はこの故障検出手段３３によって上記
電熱部２３のショートが検出されたときに上記制御手段
３１の制御目標温度Ｔａを下げる目標温度低減手段であ
る。

【００３３】上記制御手段３１は、温度検出手段１１に
よって検出される第２触媒９の温度Ｔに基づき、該温度
Ｔが目標温度Ｔａ以下であれば加熱手段３２に対する通
電をオンとし、当該温度Ｔが目標温度Ｔａを越えるとき
には通電をオフとする。

【００３４】上記故障検出手段３３は、上述のリヤＯ₂
センサ２１と、該Ｏ₂センサ２１が活性化した時点の上
記温度検出手段１１による検出温度Ｔが所定値Ｔｏ以下
であるときに上記加熱手段３２のショート発生を判定す
る判定手段３５とによって構成されている。上記所定値
Ｔｏは、先に説明したリヤＯ₂センサ２１の活性化温度
Ｔｂよりも所定温度低い値に定められている。

【００３５】通電制御の具体的な内容は図６にフローで
示されている。まず、エンジンの始動開始時における吸
気温度、冷却水温度、排気ガス温度等が読込まれ、すべ
てが所定値以下であり且つスタータスイッチがＯＮにな
った場合に、通電制御が開始されるとともに、通電タイ
マがオンにされる（ステップＳ１〜Ｓ３）。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３２の作動がなくとも第１触媒８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。

【００３６】温度検出手段１１の検出温度Ｔが目標温度
Ｔａ以下である場合、リヤＯ₂センサ２１が未だ活性に
至っていないときには、目標温度Ｔａを変更することな
く、加熱手段３２に対する通電をオンとする（ステップ
Ｓ４〜Ｓ６）。

【００３７】リヤＯ₂センサ２１が初めて活性化した場
合には、判定手段３５がそのときの温度検出手段１１に
よる検出温度Ｔが所定値Ｔｏ以下か否かによって加熱手
段３２の電熱部２３にショートが発生しているか否かを
判定する（ステップＳ５，Ｓ７）。検出温度Ｔが所定値
Ｔｏ以下でショート発生が判定されると、目標温度低減
手段３４が目標温度をＴF に低減変更する（ステップＳ
７，Ｓ８）。

【００３８】また、温度検出手段１１の検出温度Ｔが目
標温度Ｔａを越えるときには、加熱手段３２に対する通
電はオフにされる（ステップＳ４，Ｓ９）。また、上記
通電タイマの設定時間が経過した場合には以上の通電制
御が終了される（ステップＳ１０）。

【００３９】従って、加熱手段３２の電熱部２３にショ
ートが発生していない場合には、図７に実線で示すよう
に、温度検出手段１１による検出温度（第２触媒９の温
度）Ｔは上昇していく。そして、リヤＯ₂センサ２１は
検出温度Ｔが目標温度Ｔａに到達する手前の所定温度Ｔ
ｂで活性化する。その後は上記検出温度Ｔが上述のフィ
ードバック制御により目標温度Ｔａに収束していくこと
になる。

【００４０】これに対して、加熱手段３２の電熱部２３
における温度検出手段１１の測温点から離れた部位でシ
ョートが発生した場合には、図７に破線で示すように、
検出温度Ｔの上昇はショートがない場合よりも見掛け上
遅くなる。しかし、ショート発生部位の温度は当部位で
の発熱量が多いから１点鎖線で示すように上昇が速くな
る。このため、第２触媒９の全体としてみれば、ショー
トがない場合と同様に温度が高くなって排気ガスの浄化
が始まり、排気ガス中の酸素濃度が低下していく一方、
リヤＯ₂センサ２１の雰囲気温度もショートがない場合
と同様に高くなっていく。従って、リヤＯ₂センサ２１
が活性化するが、それはショート発生部位の温度上昇に
よるものであり、活性化時点の検出温度ＴｂF 自体はリ
ヤＯ₂センサ２１の活性化温度Ｔｂよりも見掛け上低い
値になるものである。

【００４１】このように、ショート発生時にリヤＯ₂セ
ンサ２１の活性化時点の検出温度Ｔが低い値を示し、そ
れが、所定値Ｔｏ以下であれば、制御目標温度がＴF に
下げられる。その結果、図７に破線で示されるように、
検出温度Ｔが目標温度ＴF に収束するように加熱手段３
２の作動が制御され、ショート発生部位の温度は１点鎖
線で示すように目標温度ＴF よりも高い温度で上下する
ものの、当部位の温度の過度上昇はなくなるものであ
る。よって、第２触媒９の局部的な熱劣化は生じない。

【００４２】なお、第２触媒９のの測温点部位でショー
トが発生した場合は、このショートによってその部位の
発熱量が多くなるから上記検出温度Ｔの上昇速度が高く
なるが、当該検出温度Ｔに基づいて加熱手段の作動がフ
ィードバック制御されるから、ショート部位の温度は目
標温度Ｔａに抑えられ、異常に上昇することはない。

【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】第２触媒の縱断面図

【図３】第２触媒の横断面図

【図４】リヤＯ₂センサの起電力特性を示すグラフ図

【図５】通電制御手段の構成を示すブロック図

【図６】通電制御のフロー図

【図７】ショート発生時及びショートの発生がないとき
の測温点等の温度の経時変化を示すグラフ図

【符号の説明】

１エンジン本体３排気通路８第１触媒９第２触媒１１温度検出手段１８コントロールユニット１９バッテリ２０フロントＯ₂センサ２１リヤＯ₂センサ２２触媒容器２３電熱部２４絶縁層２５，２６電極３１制御手段３２加熱手段３３故障検出手段３４目標温度低減手段３５判定手段

フロントページの続き (72)発明者幸徳正信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４−136412（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 45/00 360 F01N 3/20 F01N 3/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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、該触媒を加熱する電気加熱手段と、該触媒の温
度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって
検出される触媒温度が目標温度になるように上記加熱手
段の作動を制御する制御手段とを備えているエンジンの
排気浄化装置において、上記加熱手段の電熱部のショートを検出する故障検出手
段と、上記故障検出手段によって電熱部のショートが検出され
たときに上記制御手段の制御目標温度を下げる目標温度
低減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。
【請求項２】上記触媒は三元触媒であり、上記故障検出
手段は、上記排気通路における触媒の下流部位の排気ガ
ス中のＯ₂濃度を検出するλタイプのＯ₂センサと、該Ｏ
₂センサが活性化した時点の上記温度検出手段による触
媒検出温度が所定値以下であるときに上記加熱手段の電
熱部にショートが発生していると判定する判定手段とよ
りなる請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】上記加熱手段は、電熱部が排気通路断面に
おいて渦巻き状に形成されていて、該電熱部における相
隣る内外の巻部の間に絶縁層が設けられている請求項１
又は請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。