JPH0913957A - 内燃機関の触媒加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒加熱手段の故障を高精度に診断できるよう
にすること。 【構成】故障診断時に（S1で判断）、各スイッチ７〜９
を操作して、オルタネータ５の出力端子を電熱式ヒータ
４とのみ接続させ（S2）、オルタネータ５の出力電圧を
モニターする（S3）。そして、故障判定値SL1 ，SL2 を
オルタネータ５の回転速度に対応させて求め（S4,S5
）、前記モニター値と比較し（S6，S7）、SL1 ＜モニ
ター値＜SL2 であれば、電熱式ヒータ４は正常であると
診断し、それ以外のときにはショート故障か断線故障が
あると診断する（S8，S9）。このように、電熱式ヒータ
４の故障状態（電気抵抗値の変化）に対応してオルタネ
ータ５の出力電圧が変化するという特性を利用して故障
診断を行なうようにしたので、ショート故障，断線故障
の故障形態を把握しつつ、迅速，容易かつ高精度に故障
診断を行なうことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化の
ための触媒を加熱する触媒加熱装置の改良技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境汚染の見地から、内燃機関か
ら排出される排気中に含まれる有害成分（ＮＯｘ、Ｃ
Ｏ、ＨＣ等）の低減が強く要求されている。そのため、
排気通路の途中に触媒を介装し、該触媒の触媒反応によ
り前記有害成分を酸化還元（浄化）して、大気中へ有害
成分が排出するのを抑制するようにしている。しかし、
かかる触媒は、低温時（触媒低活性時）には良好に排気
浄化を行なうことができないため、電熱式ヒータ等の加
熱手段を用いて始動後早期から触媒を昇温して活性化さ
せ、以って排気有害成分（特に、未燃燃料分〔ＨＣ〕）
の排出を始動直後から最大限低減できるようにしてい
る。

【０００３】ところで、この電熱式ヒータ等の加熱手段
の作動不良・故障等を検出する装置として、以下のよう
なものが提案されている。例えば、特願平４−１７８２
８４号に開示のものでは、触媒の温度状態に基づいて電
熱部のショート故障を検出するようにしている。また、
特願平４−２０８９９３号に開示のものでは、バッテリ
により電熱式ヒータへ電力供給する構成において、電熱
式ヒータ等へ印加するバッテリ電圧に基づいて触媒の加
熱状態を推定し、電圧が所定値より低く触媒の加熱状態
が悪い場合には、良好に排気浄化を行なうことができな
い状態であり、何らかの装置故障があるとして、運転者
に認知させるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
願平４−１７８２８４号に開示のものでは、触媒温度状
態に基づいて故障診断を行なうため診断応答性や診断精
度が低く、また故障診断条件が成立するまで比較的長時
間を必要とするので診断機会が少ないという問題があ
る。また、加熱手段のショート故障以外の外乱等の影響
も受け易いため、ショート故障を高精度に検出すること
は実際上困難である。

【０００５】また、特願平４−２０８９９３号に開示の
ものでは、バッテリ充電回路等が正常であれば電熱式ヒ
ータへの通電停止後には電熱式ヒータのショート故障の
有無に拘わらずバッテリは十分に充電されるので、電熱
式ヒータがショート故障していても、次回始動時にはバ
ッテリ電圧の充電状態は正常状態となっており、なおか
つ、電熱式ヒータがショート故障している状態で電熱式
ヒータに通電しても正常時に対してバッテリ電圧が低下
するものでもないため、電熱式ヒータのショート故障を
特定して検出することは困難であった。

【０００６】本発明は、かかる従来の実情に鑑みなされ
たもので、簡単な構成で、高精度に触媒加熱手段の故障
を診断することができるようにした内燃機関の触媒加熱
装置を提供することを目的とする。また、故障発生時
に、関連する各装置を確実に保護できるようにすること
も目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明にかかる内燃機関の触媒加熱装置は、図１に示
すように、内燃機関の排気を浄化するための触媒を通電
加熱する触媒加熱手段と、前記触媒加熱手段への電力供
給を発電機のみを介して行なわせる電力供給制御手段
と、前記触媒加熱手段の故障診断時に、前記電力供給制
御手段により発電機のみを介して前記触媒加熱手段へ電
力供給を行なわせ、当該発電機の出力電圧に基づいて前
記触媒加熱手段の故障を診断する故障診断手段と、を含
んで構成した。

【０００８】請求項２に記載の発明では、前記故障診断
手段が、前記触媒加熱手段が故障していると診断したと
きに、前記触媒加熱手段への電力供給を遮断する遮断手
段を含んで構成した。請求項３に記載の発明では、前記
遮断手段を、前記触媒加熱手段への電力供給経路の前記
触媒加熱手段の上流側と、前記触媒加熱手段の下流側
と、に設けるようにした。

【０００９】

【作用】かかる構成を有する請求項１に記載の内燃機関
の触媒加熱装置では、触媒加熱手段の故障を診断する際
に、機関駆動される発電機のみを介して触媒加熱手段へ
電力供給を行なわせ、このときの発電機の出力電圧に基
づいて、触媒加熱手段の故障の有無を診断できるように
した。つまり、本発明は、前記触媒加熱手段の電気抵抗
値が、その故障形態（ショート故障，断線故障）に応じ
て変化し、発電機のみを介して触媒加熱手段へ電力供給
を行なわせるようにすれば、前記電気抵抗値の変化に対
応して前記発電機の出力電圧が変化するという特性に着
目し、この特性を利用し、発電機の出力電圧に基づい
て、ショート故障，断線故障の故障形態を把握しつつ、
迅速，容易かつ高精度に触媒加熱手段の故障診断を行な
わせることができるようにした。

【００１０】請求項２に記載の発明では、前記触媒加熱
手段が故障していると診断されたときに、前記触媒加熱
手段への電力供給を遮断する遮断手段を含んで構成する
ようにしたので、触媒加熱手段のショート故障による触
媒の損傷（溶損や熱亀裂等）を防止できると共に、例え
ば、断線故障による発電機の損傷を確実に防止すること
ができる。

【００１１】請求項３に記載の発明のように、遮断手段
を２系統で備えておけば、同時に２つの遮断手段が故障
する確率は極めて低いので、一方が故障するようなこと
があっても、他方の遮断手段によって、触媒加熱手段へ
の通電・停止制御を確実に行なわせることができると共
に、触媒加熱手段の故障時に通電停止させて各装置の損
傷防止を確実なものとすることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、添付の図面に基
づき説明する。本実施例の全体構成を示す図２におい
て、機関１の排気通路２には、排気浄化触媒として排気
中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯ_X の還元とを行って排気を
浄化する三元触媒３が介装されている。当該三元触媒３
は、触媒成分をハニカム形状等のセラミック製モノリス
担体やメタル製担体，或いはステンレスウール等に担持
させたものであってよく、また所謂ペレット触媒等の如
何なる触媒であって構わない。なお、排気浄化触媒とし
ては、前記三元触媒３に限らず、酸化触媒等の他の触媒
であって構わない。

【００１３】ところで、前記三元触媒３には、早期活性
化を図るための触媒加熱手段として、電熱式ヒータ４が
備えられている。この電熱式ヒータ４の＋側接続端子
は、スイッチ７を介してオルタネータ５の出力端子に接
続されている。また、電熱式ヒータ４の−側接続端子
は、スイッチ８を介して接地されている。そして、前記
スイッチ７と電熱式ヒータ４の＋側接続端子との間の電
圧が、ＲＯＭ，ＲＡＭ，入出力Ｉ／Ｆ，Ａ／Ｄ変換器等
を備えたマイクロコンピュータからなるコントロールユ
ニット１０（通常の機関制御に用いるものを併用しても
よい）へ、電圧低減器１１を介して入力されるようにな
っている。

【００１４】なお、バッテリ６の＋側電極は、スイッチ
９を介して、前記オルタネータ５の出力端子に接続され
ている。ところで、前記各スイッチ７〜９は、コントロ
ールユニット１０からの駆動信号に基づいて開閉制御さ
れるようになっている。前記コントロールユニット１０
では、始動時等の三元触媒３が低活性状態のときに、早
期に三元触媒３を活性化させるべく、始動後所定期間、
電熱式ヒータ４を通電加熱するが、本実施例では、この
とき、前記スイッチ９をオフする一方、前記スイッチ
７，８を共にオンすることで、オルタネータ６の出力端
子に、電熱式ヒータ４の＋側端子を直接接続させるよう
にする。

【００１５】また、コントロールユニット１０では、か
かる通電状態において、前記電圧低減器１１を介してコ
ントロールユニット１０へ入力される通電電圧をモニタ
するようにする。そして、コントロールユニット１０で
は、このモニター値に基づいて、以下のようにして、電
熱式ヒータ４の故障を診断するようになっている。

【００１６】電熱式ヒータ４がショート故障している
場合 かかる場合（例えば、電熱式ヒータ４の内部絶縁層又
は、電極と触媒ケース間でのショート等）には、電熱式
ヒータ４の抵抗値（Ｒ）が、例えば、正常時0.2Ω程度
であるのに対して、0.1 Ω程度まで低下するとすると、
図４に示すように、オルタネータ５の出力電力（Ｗ＝Ｖ
² ／Ｒ）は回転速度に応じて特性が決まっているので、
オルタネータ５の出力電圧（Ｖ）は、正常時２２Ｖであ
るのに対して、１２Ｖへ低下することになる（オルタネ
ータ回転速度３０００ｒｐｍの例）。

【００１７】従って、オルタネータ５の出力電圧（＝通
電電圧）のモニタ値と、予めコントロールユニット１０
内に記憶させた図５に示すマップからの検索値（後述す
るＳＬ１）と、を比較することで、迅速かつ容易に、高
精度でショート故障を診断することができることになる
のである。 電熱式ヒータ４が断線故障している場合 かかる場合は、電熱式ヒータ４の抵抗値（Ｒ）が、例え
ば、正常時0.2 Ω程度であるのに対して、０．３５Ωか
ら無限大まで増加するとすると、図４に示すように、オ
ルタネータ５の出力電力（Ｗ＝Ｖ² ／Ｒ）は回転速度に
応じて特性が決まっているので、オルタネータ５の出力
電圧（Ｖ）は、正常時２２Ｖであるのに対して、２８Ｖ
以上無限大まで増大することになる（オルタネータ回転
速度３０００ｒｐｍの例）。

【００１８】従って、オルタネータ５の出力電圧（＝通
電電圧）のモニタ値と、予めコントロールユニット１０
内に記憶させた図５に示すマップからの検索値（後述す
るＳＬ２）と、を比較することで、迅速かつ容易に、高
精度で断線故障を診断することができることになるので
ある。ここで、電力供給制御手段、故障診断手段として
機能するコントロールユニット１０が行なう具体的な故
障診断制御について、図３に示すフローチャートに従っ
て説明することにする。

【００１９】ステップ（図では、Ｓと記してある。以
下、同様）１では、触媒活性化を図る条件（電熱式ヒー
タ４への通電許可条件）であるか否かを判断する。かか
る判断は、従来同様に、始動時であるか、エンジン１の
温度（水温、触媒温度等）が低温であるか等に基づいて
判断することができる。ＹＥＳであればステップ２へ進
み、ＮＯであれば本フローを終了する。なお、故障診断
を行なう条件であるか否かを判断するようにしてもよ
い。

【００２０】ステップ２では、スイッチ９へオフ信号を
送信する一方で、スイッチ７，８へオン信号を送信す
る。ステップ３では、オルタネータ５の出力電圧（＝通
電電圧）をモニターする。ステップ４では、機関１によ
りベルト等を介して駆動されるオルタネータ５の回転速
度を、通常備わるクランク角センサ等のエンジン回転速
度に基づいて検出する。なお、安定した後の回転速度を
検出するのが診断精度の面から好ましい。

【００２１】ステップ５では、予め記憶してある図５に
示すようなマップを参照して、ショート故障検出のため
の第１故障判定値（ＳＬ１）と、断線故障検出のための
第２故障判定値（ＳＬ２）を、オルタネータ５の回転速
度に応じて求める。なお、オルタネータ５の回転速度が
所定の一定値の状態のときにのみ、電熱式ヒータ４への
通電制御を行なう構成とするならば、ＳＬ１，ＳＬ２は
固定値であってよいのは勿論である。

【００２２】ステップ６では、モニター値と、ＳＬ１
と、を比較する。そして、モニター値＞ＳＬ１であれ
ば、ステップ７へ進む。一方、モニター値≦ＳＬ１であ
れば、ステップ８へ進み、電熱式ヒータ４はショート故
障していると判断して、スイッチ７，８の何れか或いは
両方をオフする一方、スイッチ９をオンさせると共に、
故障表示灯等を点灯させ、運転者に故障を認知させるよ
うにする。

【００２３】ステップ７では、モニター値と、ＳＬ２
と、を比較する。そして、モニター値＜ＳＬ２であれ
ば、ステップ１０へ進む。一方、モニター値≧ＳＬ２で
あれば、ステップ９へ進み、電熱式ヒータ４は断線故障
していると判断して、スイッチ７，８の何れか或いは両
方をオフする一方、スイッチ９をオンさせると共に、故
障表示灯等を点灯させ、運転者に故障を認知させるよう
にする。

【００２４】ステップ１０では、電熱式ヒータ４は正常
であるとして、三元触媒３を加熱して早期活性化を図る
べく、所定時間経過するまで電熱式ヒータ４への通電を
維持した後、本フローを終了する。なお、本実施例で
は、電熱式ヒータ４の早期活性化を図るための電熱式ヒ
ータ４への通電時に、常時、電熱式ヒータ４とオルタネ
ータ５とを直結させるようにして、オルタネータ５の出
力電圧に基づいて故障診断を行なうようにしたが、これ
に限らず、早期活性化のための通電中の所定期間内での
み故障診断を行なうようにすることも、或いは始動時以
外に故障診断を行なわせるようにすることも可能で、か
かる故障診断を行なうときにのみ、電熱式ヒータ４とバ
ッテリ６との接続を断ち、電熱式ヒータ４とオルタネー
タ５とを直結させるように構成し、オルタネータ５の出
力電圧に基づいて故障診断を行なうようにしても構わな
い。

【００２５】このように、本実施例によれば、電熱式ヒ
ータ４の故障診断に際し、電熱式ヒータ４とオルタネー
タ５とを直結させ、このときのオルタネータ５の出力電
圧に基づいて、電熱式ヒータ４の故障を診断するように
したので、迅速かつ容易に、高精度で電熱式ヒータ４の
ショート故障，断線故障の何れも診断することができ
る。

【００２６】なお、本実施例では、電熱式ヒータ４の故
障判定があったときには、スイッチ７，８の何れか一方
或いは両方を強制的にオフさせるようにしているので、
ショート故障時の三元触媒３の過加熱による損傷、或い
は断線故障時のオルタネータ５の過負荷を防止すること
ができるものである。また、電熱式ヒータ４の電力供給
経路の上流側にスイッチ７を、そして電熱式ヒータ４の
下流側にスイッチ８を設けるようにしたことで、例え一
方のスイッチがオンのまま故障するようなことがあって
も、同時に２つのスイッチが故障する確率は極めて低い
ので、他方のスイッチによって、触媒加熱手段への通電
・停止制御を確実に行なわせることができると共に、触
媒加熱手段の故障時に通電停止させて各装置の損傷防止
を確実なものとすることができる。

【００２７】ところで、本実施例では、オルタネータ５
（交流発電機）を採用した場合について説明してきた
が、他の自動車用発電機にも適用できるものであり、従
って直流式の発電機（ダイナモ）にも適用可能である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明にかかる内燃機関の触媒加熱装置によれば、触媒加
熱手段の故障を診断する際に、機関駆動される発電機の
みを介して触媒加熱手段へ電力供給を行なわせ、このと
きの発電機の出力電圧に基づいて、触媒加熱手段の故障
の有無を診断するようにしたので、ショート故障，断線
故障の故障形態を把握しつつ、迅速，容易かつ高精度に
触媒加熱手段の故障診断を行なうことができる。

【００２９】請求項２に記載の発明では、触媒加熱手段
や発電機の損傷を確実に防止することができる。請求項
３に記載の発明では、遮断手段を２系統で備えるように
したので、一方が故障するようなことがあっても、他方
の遮断手段によって、触媒加熱手段への通電・停止制御
を確実に行なわせることができると共に、触媒加熱手段
の故障時に通電停止させて各装置の損傷防止を確実なも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブロック図。

【図２】一実施例にかかる全体構成図。

【図３】同上実施例の触媒加熱装置の故障診断制御を説
明するフローチャート。

【図４】発電機の出力特性を説明する図。

【図５】図３のフローチャートにおける故障判定値の検
索を説明するための図。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 排気通路 ３ 三元触媒 ４ 電熱式ヒータ ５ オルタネータ（発電機） ６ バッテリ ７ スイッチ ８ スイッチ ９ スイッチ １０ コントロールユニット １１ 電圧低減器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気を浄化するための触媒を通
   電加熱する触媒加熱手段と、 前記触媒加熱手段への電力供給を発電機のみを介して行
   なわせる電力供給制御手段と、 前記触媒加熱手段の故障診断時に、前記電力供給制御手
   段により発電機のみを介して前記触媒加熱手段へ電力供
   給を行なわせ、当該発電機の出力電圧に基づいて前記触
   媒加熱手段の故障を診断する故障診断手段と、 を含んで構成したことを特徴とする内燃機関の触媒加熱
   装置。
2. 【請求項２】前記故障診断手段が、前記触媒加熱手段が
   故障していると診断したときに、前記触媒加熱手段への
   電力供給を遮断する遮断手段を含んで構成したことを特
   徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒加熱装置。
3. 【請求項３】前記遮断手段が、前記触媒加熱手段への電
   力供給経路の前記触媒加熱手段の上流側と、前記触媒加
   熱手段の下流側と、に設けられたことを特徴とする請求
   項２に記載の内燃機関の触媒加熱装置。