JPH05156931A - 内燃機関の触媒温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】排気浄化用の触媒が最も高い転換効率となる温
度を維持させる。 【構成】三元触媒の下流側にモータによって駆動される
絞り弁を介装する。そして、三元触媒の温度を代表する
排気温度Tmpex の検出結果と、最も高い転換効率が得ら
れる所定の最適温度とを比較する（Ｓ３）。ここで、実
際の排気温度Tmpex が最適温度を越えるときには、前記
絞り弁の開度がより開かれるように前記モータに与える
電圧を補正する（Ｓ４）。一方、実際の排気温度Tmpex
が最適温度未満であるときには、排圧が許容レベルを越
えない範囲で、絞り弁の開度がより絞られるように前記
電圧を補正する（Ｓ５，Ｓ６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の触媒温度制御
装置に関し、詳しくは、排気浄化用に設けられる触媒の
転換効率を、触媒温度の制御によって高レベルに維持す
る技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を浄化するシステムとし
て、従来から、三元触媒を用いるシステムが知られてい
る。前記三元触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素
（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物の還元を、触媒の助けに
より同時に行い、排気中の有害ガス三成分を無害な二酸
化炭素，水蒸気及び窒素に清浄化するものである。

【０００３】ここで、前記三元触媒は、機関吸入混合気
の空燃比が理論空燃比付近のときに、前記酸化と還元と
のバランスがとれて、図４に示すように、高い転換効率
を発揮する。そこで、排気中の酸素濃度を検出する酸素
センサを設け、この酸素センサの検出信号に基づいて機
関吸入混合気の空燃比を理論空燃比にフィードバック制
御することが行われている（特開昭６０−２４０８４０
号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記三元触
媒のような排気浄化触媒においては、触媒温度が転換効
率に関与し、図４に示すように、ある温度以下でも又以
上でも転換効率が低下する。前記触媒温度は、始動状態
や負荷条件など機関運転条件によって大きく変化する排
気温度の影響を受けて変動するから、高い転化効率を得
ることができる触媒温度を維持させることができず、た
とえ理論空燃比に精度良く制御されていても、触媒温度
のばらつきによって安定的に高い浄化性能を得ることが
できないという問題があった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、排気浄化用触媒が高い転換効率を発揮する温度状
態を安定的に維持できるようにして、高い浄化性能が得
られるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の触媒温度制御装置は、図１に示すように構成
される。図１において、触媒温度検出手段は、機関排気
通路に備えられた排気浄化用の触媒の温度を検出するも
のであり、また、絞り弁は、前記触媒下流側の排気通路
に介装されて、アクチュエータによって動作するもので
ある。

【０００７】そして、フィードバック制御手段は、触媒
温度検出手段で検出される触媒温度が所定目標温度に近
づくように前記絞り弁の開度をフィードバック制御す
る。

【０００８】

【作用】かかる構成によると、触媒下流側の排気通路に
介装された絞り弁の開度を絞ることによって触媒温度の
上昇を図ることができ、逆に、絞り弁を開くことによっ
て触媒温度の低下を図れるから、触媒温度の検出結果に
基づいて絞り弁の開度をフィードバックすることで、高
い転化効率が得られる触媒温度が安定的に得られる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。吸気マニホールド５の各
ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けられて
いる。この燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開
弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であっ
て、後述するコントロールユニット12からの駆動パルス
信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプか
ら圧送されてプレッシャレギュレータにより所定の圧力
に調整された燃料を、機関１に間欠的に噴射供給する。

【００１０】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排
出される。前記三元触媒10は、一酸化炭素（ＣＯ）及び
炭化水素（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物の還元を、触媒
の助けにより同時に行い、排気中の有害ガス三成分を無
害な二酸化炭素，水蒸気及び窒素に清浄化するものであ
り、図４に示すように、機関吸入混合気の空燃比が理論
空燃比付近であるときに最も高い転換効率となるもので
あるため、後述するように、空燃比を理論空燃比にフィ
ードバック制御する空燃比フィードバック制御が行われ
るようになっている。

【００１１】コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイス等
を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種
のセンサからの入力信号を受け、後述の如く演算処理し
て、燃料噴射弁６の作動を制御する。前記各種のセンサ
としては、吸気ダクト３中にエアフローメータ13が設け
られていて、機関１の吸入空気流量Ｑに応じた信号を出
力する。

【００１２】また、クランク角センサ14が設けられてい
て、機関回転に同期したパルス信号を出力する。ここ
で、前記パルス信号の周期、或いは、所定時間内におけ
る前記パルス信号の発生数を計測することにより、機関
回転速度Ｎを算出できる。また、機関１のウォータジャ
ケットの冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設け
られている。

【００１３】また、排気マニホールド８の集合部に酸素
センサ16が設けられ、排気中の酸素濃度を介して吸入混
合気の空燃比を検出する。前記酸素センサ16は、排気中
の酸素濃度が理論空燃比（本実施例における目標空燃
比）を境に急変することを利用して、実際の空燃比の理
論空燃比に対するリッチ・リーンを検出する公知のリッ
チ・リーンセンサである。

【００１４】ここにおいて、コントロールユニット12に
内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵは、以下のよ
うにして機関への燃料供給を電子制御する。まず、エア
フローメータ13により検出される吸入空気流量Ｑと、ク
ランク角センサ14からの検出信号に基づき算出される機
関回転速度Ｎとに基づいて基本燃料噴射量Ｔｐを演算す
る。一方、水温センサ15によって検出される冷却水温度
Ｔｗ等に基づいて各種補正係数ＣＯＥＦを設定し、ま
た、酸素センサ16からの検出信号に基づいて実際の空燃
比が理論空燃比に近づくように空燃比フィードバック補
正係数ＬＭＤを設定し、更に、バッテリ電圧による燃料
噴射弁６の有効噴射時間の変化を補正するための補正分
Ｔｓを設定する。

【００１５】そして、前記基本燃料噴射量Ｔｐを、前記
各種補正係数ＣＯＥＦ，空燃比フィードバック補正係数
ＬＭＤ，電圧補正分Ｔｓ等によって補正し、最終的な燃
料噴射量Ｔｉ（←Ｔｐ×ＣＯＥＦ×ＬＭＤ＋Ｔｓ）を演
算し、機関回転に同期した所定の噴射タイミングにおい
て、前記燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動パル
ス信号を燃料噴射弁６に出力する。

【００１６】また、後述する三元触媒10の温度制御のた
めに、三元触媒10内の排気温度Tmpex を触媒温度として
検出する触媒温度検出手段に相当する排温センサ21が設
けられると共に、三元触媒10内における排圧Ｐexを検出
する排圧センサ22が設けられている。更に、三元触媒10
の下流側の排気通路には、開方向にバネ付勢される絞り
弁23が介装されており、この絞り弁23は、閉方向の駆動
力を発するアクチュエータとしてのトルクモータ24の発
生トルクと、前記開方向の付勢力とのバランス位置で開
度調整されるようになっている。

【００１７】尚、前記モータ24は、印加電圧Ｖの増大に
応じて閉方向への駆動力を増すものとし、モータ24に対
して電圧が印加されていない状態では、絞り弁23は全開
状態になるものとする。従って、モータ24に対する印加
電圧を増大させるに従って、絞り弁23の開度が比例的に
減少する。次に、前記排温センサ21及び排圧センサ22を
用いて行われる絞り弁23の開度制御の様子を、図３のフ
ローチャートに従って説明する。尚、本実施例におい
て、フィードバック制御手段としての機能は、前記図３
のフローチャートに示すように、コントロールユニット
12がソフトウェア的に備えている。

【００１８】図３のフローチャートにおいて、まず、ス
テップ１（図中ではＳ１としてある。以下同様）では、
排温センサ21によって検出された排気温度Tmpex （触媒
10の温度を代表するパラメータ）を読み込む。次のステ
ップ２では、機関負荷を代表する前記基本燃料噴射量Ｔ
ｐと機関回転速度Ｎとをパラメータとして、前記モータ
24に与える基本電圧Ｖref （絞り弁23の基本開度に相当
する値）を記憶したマップから、現在の運転条件に対応
する基本電圧Ｖref を検索して求める。

【００１９】ステップ３では、前記ステップ１で読み込
んだ実際の排気温度Tmpex と、三元触媒10の転換効率が
最も良くなる最適排気温度（例えば600 ℃）とを比較す
る。ここで、実際の排気温度Tmpex が最適温度よりも高
いときには、ステップ４へ進み、前記基本電圧Ｖref の
補正値Ｖhos を、所定値Ｉだけ減少させる（絞り弁23の
開度を開方向に変化させる）処理を行う。

【００２０】一方、ステップ３で実際の排気温度Tmpex
が最適温度よりも低いと判別されたときには、ステップ
５へ進み、排圧センサ22で検出された排圧Ｐexと所定圧
（許容最大圧）とを比較し、所定圧以下であるときに
は、ステップ６へ進んで前記補正補正値Ｖhos を所定値
Ｉだけ増大させる（絞り弁23の開度を閉方向に変化させ
る）処理を行う。

【００２１】また、ステップ５で、排圧センサ22で検出
された排圧Ｐexが所定圧を越えると判別されたときに
は、排気温度Tmpex が最適温度よりも低いために、本来
であれば絞り弁23の開度を絞って排圧を上げたいところ
であるが、排圧Ｐexが許容レベルを越えないように、ス
テップ４へ進んで前記補正値Ｖhos を所定値Ｉだけ減少
させ、排圧の減少を図る。

【００２２】また、ステップ３で、実際の排気温度Tmpe
x と最適温度とが略同じであると判別されたときには、
前記補正値Ｖhos を増減補正することなく、そのままス
テップ７へ進む。ステップ７では、前記ステップ２で求
められた基本電圧Ｖref に前記補正値Ｖhos を加算して
得られた電圧を、最終的なモータ24の駆動電圧Ｖとして
設定し、次のステップ８では、この電圧Ｖをモータ24に
出力する。

【００２３】即ち、絞り弁23の開度を絞ることで排温の
上昇が図られ、逆に、絞り弁23をより開くことによって
排温の低下を図れるので、排圧が許容レベルを越えない
範囲で、触媒10の温度（触媒内の排気温度Tmpex ）が最
適温度に近づくように、絞り弁23の開度をフィードバッ
ク制御するものであり、これによって、三元触媒10の温
度を最も転換効率の良い温度に安定的に維持させること
ができ、前記空燃比フィードバック制御と相まって、三
元触媒10による排気浄化性能を最大限に得ることができ
る。

【００２４】尚、本実施例では、排圧センサ22を設け
て、絞り弁23の絞りによって異常に排圧が上昇すること
を回避するようにしたが、前記排圧センサ22を必須要件
とするものではなく、例えば前記補正値Ｖhos に限界値
を設けるなどして、排圧の異常上昇を回避する構成とし
ても良い。また、本実施例では、三元触媒10の触媒温度
を直接検出せずに、三元触媒10内における排気温度を触
媒温度を代表するものとして取り扱ったが、触媒温度を
直接検出させるようにしても良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、排
気浄化用触媒の温度を、最も高い転換効率を発揮する温
度にフィードバック制御できるから、運転条件などに因
らずに安定的に高い転換効率を維持できるようになり、
以て、排気性状を改善できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】排気系の絞り弁のフィードバック制御を示すフ
ローチャート。

【図４】空燃比と三元触媒の転換効率との関係を示す線
図。

【符号の説明】

１ 機関 10 三元触媒 12 コントロールユニット 21 排温センサ（触媒温度検出手段） 22 排圧センサ 23 絞り弁 24 モータ（アクチュエータ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の排気通路に排気浄化用の触媒を備え
   た内燃機関の触媒温度制御装置であって、 前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、 前記触媒下流側の排気通路に介装されてアクチュエータ
   によって動作する絞り弁と、 前記触媒温度検出手段で検出される触媒温度が所定目標
   温度に近づくように前記絞り弁の開度をフィードバック
   制御するフィードバック制御手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の触媒温
   度制御装置。