JPH09158719A

JPH09158719A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH09158719A
Application number: JP7320359A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsuoka; 広樹松岡; Masaaki Tanaka; 正明田中; Shigemitsu Iizaka; 重光飯坂; Michio Furuhashi; 道雄古橋; Toshinari Nagai; 俊成永井; Tadayuki Nagai; 忠行永井; Takashi Kawai; 孝史川合; Kenji Harima; 謙司播磨; Yuichi Goto; 雄一後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1997-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】副触媒を一層早期暖機可能とし、主触媒が活
性状態となった後も副触媒を劣化させずに主触媒ととも
に排気の浄化を行う排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気管内に配置された主触媒
１と、主触媒１の上流に配置された副触媒２と、副触媒
２の上流に配置されたヒータ３と、を有する内燃機関の
排気浄化装置において、排気管は、ヒータ３と主触媒１
との間で、排気を通す主管４と副管５からなる２つの通
路と、内燃機関の排気の流量を変更する流量切換弁６
と、を備え、主管４は副管５より排気を通すための広い
断面開口面積を有し、副触媒２は副管５の内部に配置さ
れる、流量切換弁６は、副触媒２の温度に応じてその開
度が駆動制御されるよう構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、特に内燃機関の排気系に上流から順に電気
加熱手段、副触媒および主触媒を配置した内燃機関の排
気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気を浄化するため通常機関
の排気系には触媒が配置される。通常触媒は機関の排気
ガスにより暖機され活性化されるが、冷間始動時には触
媒が活性温度に到達するまでに時間を要し、その間触媒
作用が働かず排気を浄化しない。それゆえ主触媒の他に
電気加熱式触媒を排気系に付加して配設し、機関の冷間
始動時に電気加熱式触媒を電気的に加熱して早期に活性
化させ、早期に排気を浄化するようにした装置が公知で
ある。しかしながら電気加熱式触媒が活性化し機関の暖
機が完了した後には電気加熱式触媒および主触媒を通過
する高温となった排気により電気加熱式触媒が劣化し早
期の排気の浄化ができなくなるという問題がある。

【０００３】それゆえ例えば特開平６−１０８８３０号
公報に開示された排気ガス浄化装置は、排気管内の上流
に電気加熱式触媒を下流に主触媒を配置し、排気を電気
加熱式触媒を介さずに主触媒に導くバイパス通路と、排
気の通路を電気加熱式触媒または主触媒に切り換える通
路切換弁と、主触媒の活性化状態を判定する活性化判定
手段と、活性化判定手段の判定結果に基づいて通路切換
弁を切り換える通路切換弁作動手段と、を備え、活性化
判定手段により主触媒が活性化状態と判定された後に、
通路切換弁作動手段により排気が電気加熱式触媒を通過
せずにバイパス通路を通過して主触媒に流れるように通
路切換弁を切り換えるよう構成したものである。これに
より主触媒の活性状態のときには高温の排気が電気加熱
式触媒を通過しなくなり、電気加熱式触媒の劣化が防止
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記装置
は、電気加熱式触媒を通過する排気の流速が遅く電気加
熱式触媒の早期暖機が不十分であるという問題がある。
また主触媒の暖機後は排気の通路を通路切換弁により電
気加熱式触媒を通過する通路から電気加熱式触媒を通過
しないバイパス通路に切り換えるので、電気加熱式触媒
の触媒作用が発揮できず全量の排気を主触媒のみで浄化
することとなり、浄化が不十分であるという問題があ
る。それゆえ本発明は上記問題を解決し、電気加熱式触
媒を一層早期暖機可能とし、かつ主触媒が活性化となっ
た後も電気加熱式触媒を劣化させずに主触媒とともに排
気の浄化を行うように構成した内燃機関の排気浄化装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管内に
配置された主触媒と、該主触媒の上流に配置された副触
媒と、該副触媒の上流に配置された電気加熱手段と、を
有する内燃機関の排気浄化装置において、前記排気管
は、前記電気加熱手段と前記主触媒との間で、前記内燃
機関の排気の流量を変更する流量切換弁と、該排気を通
す主管と副管からなる２つの通路と、を備え、前記主管
は前記副管より前記排気を通すための広い断面開口面積
を有し、前記副触媒は前記副管の内部に配置される、こ
とを特徴とする。副管は主管より排気を通すための小さ
い断面開口面積を有するので、副触媒の表面に高流速の
排気が当たり副触媒の早期暖機ができ、排気の流量を変
更する流量切換弁により主管と副管を通る排気の流量が
変えられるので、副触媒が活性状態となった後は副触媒
への排気の流量が減少し副触媒の熱劣化も抑制される。
主触媒が活性化となった後も副触媒を劣化させずに主触
媒とともに排気の浄化が行われる。

【０００６】本発明の流量切換弁は、副触媒の温度に応
じてその開度が開弁制御されることを特徴とする。流量
切換弁の開度を副触媒の温度に応じて開閉制御するので
主管と副管を通る排気の流量が変えられ、主触媒と副触
媒とを合わせた最適な暖機が実現でき、かつ副触媒の熱
劣化も抑制できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明による実施例の排気
浄化装置の概略構成図である。図１に示す排気浄化装置
は、図示しない機関の図１全体で示す排気管内に配置さ
れた主触媒１と、主触媒１の上流に配置された副触媒２
と、副触媒２の上流に配置された電気加熱手段（以下ヒ
ータと記す）３とを有する。主触媒１は高温となった機
関の排気により活性化されその後触媒作用を発揮する。
副触媒２は主触媒１と比して容量が小さく、機関始動後
ヒータ３と高温となった機関の排気とにより加熱され早
期に活性化されその後触媒作用を発揮する。ヒータ３の
上流の排気管は排気マニホルドに連結し、主触媒１の下
流の排気管はサイレンサ（消音器）を介して外気に通じ
ている。

【０００８】主触媒１と副触媒２との間の排気管内は、
排気を通す主管４と副管５からなる２つの通路を有す
る。主管４は副管５より多量の排気を通すために広い断
面開口面積を有する。また副管５の内部には副触媒２が
配置されている。主管４内には機関の排気の流量を変更
する流量切換弁６が配設されている。副触媒２が活性状
態でないときには流量切換弁６は閉じられ、機関からの
排気は主管４を通らずに副触媒２の配置されている副管
５のみを通って主触媒１へ向かう。一方副触媒２が活性
状態のときには流量切換弁６は開かれ、機関からの排気
は主管４と副管５とを通って主触媒１へ向かう。副管５
は主管４より排気を通すための小さい断面開口面積を有
するので、副触媒２の表面に高流速の排気が当たり副触
媒２の早期暖機が可能となる。

【０００９】また流量切換弁６の開度を可変することに
より主管４と副管５とを通過する排気量の分配を行って
いる。また副触媒２が活性状態であるか否かは副触媒温
度センサ７により副触媒２の温度を検出して行ってい
る。副触媒２の温度に基づき、排気の流量を変更する流
量切換弁６により主管４と副管５を通る排気の流量が変
えられる。すなわち副触媒２が活性状態となった後は副
触媒２への副管５を通る排気の流量が減少し副触媒２の
熱劣化も抑制される。流量切換弁６の開閉制御は電子制
御装置ＥＣＵ８により実行される。また副触媒２を加熱
するヒータ３は、機関の冷間始動時にＥＣＵ８内に設け
られたバッテリから電力供給され副触媒２が活性状態と
なったときにその電力供給を停止するようＥＣＵ８によ
り制御リレー９がオンオフ制御される。

【００１０】電子制御装置ＥＣＵ８は、例えばＣＰＵ、
ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力インターフェース回路、出力イン
ターフェース回路およびこれらを相互通信可能に接続す
るバスラインから構成されるマイクロコンピュータシス
テムとしての電子制御ユニットにより構成される。ＥＣ
Ｕ８は燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行う
他、本実施例では後述する副触媒２の加熱手段３の通電
制御と、流量切換弁６の開閉制御を行っている。

【００１１】この制御のため、機関の吸気通路に設けら
れたエアフローメータ（図示せず）から吸入空気量に比
例した出力電圧信号と、機関のウォータジャケット（図
示せず）に設けられた水温センサ（図示せず）から機関
の冷却水温ＴＨＷに比例した出力電圧信号と、機関の運
転状態を検出するその他の信号がＥＣＵ８の入力インタ
ーフェース回路へ入力される。また機関のディストリビ
ュータ（図示せず）に配置されたクランク角センサ（図
示せず）からは機関のクランク角を示すクランク角信号
がＥＣＵ８の入力インターフェース回路へ入力され、こ
の信号から機関の回転数ＮＥを算出している。さらに副
触媒２の温度を検出する副触媒温度センサ７の出力信号
がＥＣＵ８の入力インターフェース回路へ入力される。
またＥＣＵ８の出力インターフェース回路からは、副触
媒２への通電をオンオフする信号が制御リレー９へ、流
量切換弁６を開閉駆動して流量切換弁６の開度を制御す
る信号が流量切換弁６へそれぞれ出力される。次に本発
明による実施例の排気浄化装置の制御ルーチンを以下に
説明する。

【００１２】図２は実施例の排気浄化装置の制御ルーチ
ンを示すフローチャートである。なお本図以降のフロー
チャートにおいてＳに続く数字はステップ番号を示す。
本制御ルーチンは１００ｍｓの処理周期で実行される。
先ずステップＳ１では、機関の空燃比フィードバック制
御の条件が成立したか否かを判別し、その判別結果がＹ
ＥＳのときは本ルーチンを終了し、ＮＯのときはステッ
プＳ２に進む。この条件成立は下記の何れかの条件が成
立したときは条件不成立と判別される。（ａ）機関の運転状態が始動中（ｂ）機関始動後の燃料増量制御中（ｃ）暖機増量制御中（ｄ）パワー増量制御中（ｅ）リーン制御中（ｆ）冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ＜３５°Ｃ（ｇ）フューエルカット中（ｈ）機関の空燃比センサが非活性状態であること

【００１３】次いでステップＳ２では、制御リレー９を
オンにしてヒータ３の通電を開始する。ステップＳ３で
は、流量切換弁６を全閉とする。ステップＳ４では、副
触媒すなわち本実施例では副触媒温度センサ７により検
出された副触媒２の温度を読み取る。ステップＳ５で
は、ステップＳ４で読み取った副触媒２の温度が活性温
度、例えば３５０°Ｃより高いか否かを判別し、その判
別結果がＹＥＳのときはステップＳ６に進み、ＮＯのと
きは本ルーチンを終了する。ステップＳ６では、制御リ
レー９をオフにしてヒータ３の通電を停止する。

【００１４】次いでステップＳ７では、図３に示す後述
するマップに基づき、ステップＳ４で読み取った副触媒
２の温度に応じて流量切換弁６の開度を算出する。ステ
ップＳ８では、ステップＳ７で算出した流量切換弁６の
開度に流量切換弁６を駆動制御する。流量切換弁６はＥ
ＣＵ８から流量切換弁６へ出力されるアナログ電圧に比
例してその開度を開くように駆動される流量制御弁であ
る。次に、副触媒２の温度と流量切換弁６の開度との関
係について以下に説明する。

【００１５】図３は副触媒の温度と流量切換弁の開度と
の関係を示すグラフである。図２のフローチャートを用
いて説明したように、流量切換弁６は、副触媒温度セン
サ７により検出された副触媒２の温度に応じてその開度
が開弁制御される。図３において横軸は流量切換弁６の
開度を示し、縦軸は副触媒２の温度を示す。副触媒２の
温度がその活性状態を示す温度、例えば３５０°Ｃ以下
のときは流量切換弁６の開度を全閉とし、副触媒２が加
熱され活性状態を示す温度を越えたときは、その温度に
比例して流量切換弁６の開度を開く。ＥＣＵ８から流量
切換弁６へ出力されるアナログ電圧は、副触媒２の温度
が３５０°Ｃ以下のときは０ボルト、その後副触媒２の
温度が上昇するに比例して増加し１０ボルトで飽和す
る。従って流量切換弁６はこの０〜１０ボルトのアナロ
グ電圧に応じてその開度を全閉から全開まで可変し、そ
の結果排気の流量の主管４と副管５への分配が行われ
る。

【００１６】上述したように、流量切換弁６の開度を副
触媒２の温度に応じて開閉制御するので主管４と副管５
を通る排気の流量が変えられ、主触媒１と副触媒２とを
合わせた最適な暖機が実現できる。また副触媒２が活性
状態となった後は、副触媒２を通る排気の流量は減少さ
れるので、副触媒２の熱劣化も抑制される。

【００１７】以上説明した実施例では、流量切換弁６は
主管４内に配置されているがヒータ３の直後に配置して
副触媒２の温度に応じて排気を主管４と副管５とに分配
できるよう構成してもよい。また、副触媒２としてヒー
タ付きの電気加熱式触媒ＥＨＣ２を使用した構成として
もよく、この場合は図１に示すヒータ３はそのまま残す
場合と取り除く場合とがある。ヒータ３をそのまま残す
場合は、機関始動時にＥＨＣ２が活性状態となるまでの
間、ＥＨＣ２とヒータ３を通電加熱し活性状態となった
後通電加熱を停止する。ヒータ３を取り除く場合は、ヒ
ータ３がなくてもＥＨＣ２を十分早期暖機できる場合で
あり、副管５内のＥＨＣ２のみを上述のように通電加熱
する。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば副触媒の表面に高流速の
排気を当てる構成としたので、副触媒の早期暖機ができ
るとともに、流量切換弁により主管と副管を通る排気の
流量を変える構成としたので、副触媒が活性状態となっ
た後は副触媒への排気の流量が減少し副触媒の熱劣化も
抑制される。また主触媒が活性化となった後も副触媒を
劣化させずに排気の浄化に使用できる。

【００１９】本発明によれば流量切換弁の開度を副触媒
の温度に応じてリニアに開閉制御する構成としたので、
主触媒と副触媒とを合わせた最適な暖機が実現でき、か
つ副触媒の熱劣化も抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の排気浄化装置の概略構成
図である。

【図２】実施例の排気浄化装置の制御ルーチンを示すフ
ローチャートである。

【図３】副触媒の温度と流量切換弁の開度との関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１…主触媒２…副触媒、電気加熱式触媒（ＥＨＣ）３…電気加熱手段（ヒータ）４…主管５…副管６…流量切換弁７…ＥＨＣ温度センサ８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）９…制御リレー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古橋道雄愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者永井俊成愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者永井忠行愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者川合孝史愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者播磨謙司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者後藤雄一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気管内に配置された主触媒
と、該主触媒の上流に配置された副触媒と、該副触媒の
上流に配置された電気加熱手段と、を有する内燃機関の
排気浄化装置において、前記排気管は、前記電気加熱手段と前記主触媒との間
で、前記内燃機関の排気の流量を変更する流量切換弁
と、該排気を通す主管と副管からなる２つの通路と、を
備え、前記主管は前記副管より前記排気を通すための広い断面
開口面積を有し、前記副触媒は前記副管の内部に配置される、ことを特徴
とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記流量切換弁は、前記副触媒の温度に
応じてその開度が開弁制御される請求項１に記載の内燃
機関の排気浄化装置。