JPH11148341A - 内燃機関の排気管内空気導入制御装置 - Google Patents

内燃機関の排気管内空気導入制御装置

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JPH11148341A
JPH11148341A JP10237194A JP23719498A JPH11148341A JP H11148341 A JPH11148341 A JP H11148341A JP 10237194 A JP10237194 A JP 10237194A JP 23719498 A JP23719498 A JP 23719498A JP H11148341 A JPH11148341 A JP H11148341A
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catalyst
temperature
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exhaust pipe
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Yasuhiko Hosoya
泰彦 細谷
Toshiki Kuroda
俊樹 黒田
Hideaki Katashiba
秀昭 片柴
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は、触媒の昇温を促進するととも
に、触媒活性後の浄化効率を向上させることができると
ともに、窒素酸化物排出量の増加を防止する。 【解決手段】 この発明の内燃機関の排気管内空気導入
制御装置は、内燃機関の排気管内の触媒上流側へ空気導
入管を介して空気を導入する空気導入手段と、排気管に
おける触媒入口と触媒出口の排気温を検出する各排気温
センサと、触媒の入口温度と出口温度が一致したとき又
は温度差が所定値以内となったとき排気管への空気導入
を停止する停止手段を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、排気ガス浄化の
ために内燃機関の排気管内に空気を導入する排気管内空
気導入制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気ガス浄化のために排気通
路に触媒を設けることが一般に行われており、さらに触
媒温度が低く浄化効率の低い内燃機関の始動直後から排
気管内の触媒の上流に空気を導入し、触媒内でのＨＣ，
ＣＯ等の酸化を促進させて触媒の昇温を早め、浄化効率
を高めることが従来より行われている。
【０００３】図４６は従来における内燃機関の排気管内
空気導入制御装置の構成を示し、１は内燃機関、２はト
ランスミッション、３は吸気管、４は排気管、５は排気
管４に設けられた触媒、６は吸気管３に設けられたスロ
ットル弁、７は吸気管３の入口部分に設けられたエアク
リーナ、８は内燃機関１に取付けられた空気導入手段で
あるエアポンプ、９はエアポンプ８により空気を排気管
４の触媒５上流側に導入する空気導入管、１０は排気管
４からの排気ガスの逆流を防止するために空気導入管９
に設けられた逆止弁である。
【０００４】次に、従来装置の動作について説明する。
エアポンプ８は内燃機関１の回転に応じて空気を空気導
入管９を介して排気管４へ導入し、排気管４内に導入さ
れた空気は排気管４内及び触媒５内において排気ガス成
分ＣＯ，ＨＣと反応し、Ｈ２Ｏ，ＣＯ２ として排気ガ
ス浄化がなされる。この排気管４への空気導入は図４７
に示すように図示しない始動スイッチのオン動作と同時
に開始される。又、このときの導入空気量は図４８に示
すように時間的にほぼ一定であり、導入空気の温度は外
気温となっている。
【０００５】図４９は他の従来装置の構成を示し、１１
は空気導入管９に設けられ、空気導入量を調整する制御
弁、１５は空気導入管９を通る空気を加熱する加熱手段
である加熱器、１６は制御弁１１に取付けられたリリー
フ弁、１２は制御弁１１及び加熱器１５を制御する制御
器である。他の構成は図４６と同様である。
【０００６】次に、図４９の従来装置の動作を説明す
る。図示しないキースイッチのオンと同時に制御器１２
の制御により制御弁１１は開路するとともに、内燃機関
のクランキング中（始動スイッチのオン）からエアポン
プ８は内燃機関１に駆動されて空気を空気導入管９、制
御弁１１、加熱器１５及び逆止弁１０を介して排気管４
へ導入する。排気管４へ導入された空気は排気管４及び
触媒５において排気ガス成分ＨＣ、ＣＯと反応し、排気
ガスの浄化がなされる。図５０はこのときの動作チャー
トを示し、キースイッチのオンと同時に始動スイッチも
オンし、これと同時に内燃機関１も回転を開始してエア
ポンプ８を駆動し、その回転数に応じた空気量を排気管
４内に導入する。このとき、空気は加熱器１５により加
熱され、加熱器１５の出口の空気温度は図５１のように
時間と共に変化する。
【０００７】又、図５２はさらに他の従来装置を示し、
８ａは空気導入管９に設けられた電気制御式のエアポン
プ、２２は吸気管３に設けられ、吸気空気量を計測する
エアフローセンサである。動作は上記した従来装置と同
様である。
【０００８】図５３はさらにまた他の従来装置の構成を
示し、４６は排気管４に設けられ、排気ガスの空燃比を
検出する空燃比センサであり、他の構成は前述と同様で
ある。動作も前述と同様であるが、空燃比センサ４６は
空気導入時排気ガスと導入空気の混合気の空燃比を検出
し、これに基づいて空燃比制御を行なうことができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来における内燃機関
の排気管内空気導入制御装置は以上のように構成され、
排気ガスの温度が低い始動直後から排気管４内に常温の
空気を導入しており、導入空気によりさらに排気ガスの
温度が低下し、触媒５での排気ガスの浄化効率の低下が
生じるという問題点があった。又、始動スイッチのオン
と同時に排気管４内に空気を導入しているので、加熱器
１５が所定の温度に達する前にその内部に空気が通過
し、加熱器１５の昇温速度が遅くなり、触媒５内での排
気ガスの浄化効率が低下するという問題点があった。
【００１０】さらに、導入空気量は機関の運転状態や触
媒５の種類、状態によらずに一定であり、最適浄化効率
が達成できないという問題点があった。又、空気導入管
９に設けられた逆止弁１０、加熱器１５、制御弁１１に
は排気管４からの排気ガスの高温が作用するため、これ
らが長期間にわたって正常に作動することは困難であ
り、ひいては浄化効率の低下を招いた。
【００１１】又、従来装置においては、始動と同時に空
気導入を開始し、図５４に示すように排気管４における
触媒入口温度（実線）と触媒出口温度（点線）が一致
（Ａ点）した時点を過ぎても排気管４への空気導入を継
続しており、触媒５の昇温が飽和状態となり、触媒５に
より浄化効率の一層の向上が妨げられるとともに、酸素
過剰供給状態となり、触媒５による窒素酸化物の還元作
用が低下し、窒素酸化物の排出量が増加するという問題
点があった。又、空燃比センサ４６の上流側に空気導入
が行われるので、排気ガスのみの空燃比を正確に検出す
ることができず、燃料制御を正確に行うことができない
とい問題点があった。
【００１２】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、排気管及び触媒での
排気ガス浄化反応の効率を高めることができるととも
に、窒素酸化物の排出量を低減することができ、かつ燃
料制御も正確に行うことができる内燃機関の排気管内空
気導入制御装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る内燃機関の排気管内空気導入制御装置は、触媒入口温
度と触媒出口温度を検出する各排気温センサと、触媒の
入口温度と触媒出口温度が一致したとき又はその温度差
が所定値以内となったとき排気管への空気導入を停止す
る手段を設けたものである。
【００１４】また、請求項２に係る内燃機関の排気管内
空気導入制御装置は、排気管の空気導入管接続部より上
流側に設けられ、排気ガスの空燃比を検出する空燃比セ
ンサと、前記排気管内の触媒入口又は触媒出口付近に設
けられ、排気管内の酸素濃度を検出する酸素センサと、
各センサの出力に応じて燃料制御と導入空気量制御を行
う制御手段とを設けたものである。
【００１５】
【作用】この発明の請求項１においては、触媒の入口温
度と触媒の出口温度とが検出され、これらの温度から触
媒が活性状態になったか否かが判定され、活性状態にな
った際には排気管への空気導入が停止され、酸素過剰供
給による窒素酸化物排出量の増加が防止される。
【００１６】この発明の請求項２においては、空燃比セ
ンサは排気管の空気導入管接続部の上流側に位置してい
るので、排気ガスのみの空燃比が検出され、正確な空燃
比制御が行われる。又、酸素センサにより触媒付近の酸
素濃度が検出され、これに応じて触媒に必要な酸素量と
なるよう空気が導入され、触媒での浄化効率が向上す
る。
【００１７】
【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例を図面と
ともに説明する。図１は実施例１による内燃機関の排気
管内空気導入制御装置の構成を示し、１７は制御弁１１
を制御する制御手段である制御器、１３は始動スイッ
チ、１４はバッテリである。
【００１８】次に、実施例１の動作について説明する。
内燃機関１の始動中、及び始動後空気導入手段であるエ
アポンプ８により吸気管３内の空気が空気導入管９へ供
給される。一方、制御器１７は図２（ａ）に示す始動ス
イッチ１３のオンオフ信号を受け、図２（ｂ）に示すよ
うに始動スイッチ１３のオン期間中、又は図２（ｃ）に
示すように始動スイッチ１３がオンしてから所定時間Ｔ
１ 経過するまで制御弁１１を作動させない。従って、
この間制御弁１１は閉じたままであり、排気管４への空
気導入は行われず、始動直後の排気管４内における排気
ガスの温度低下による浄化効率の低下を防止することが
できる。その後、制御弁１１が開かれ、排気管４への空
気導入が行なわれ、この間に温度が上昇した排気ガスの
浄化効率を向上させることができる。
【００１９】なお、実施例１では制御器１７により制御
弁１１を制御するようにしたが、エアポンプ８が電気式
の場合にエアポンプ８の作動を制御しても同様の効果が
得られる。
【００２０】実施例２．図３は実施例２による構成を示
し、１８は制御弁１１及び加熱手段である加熱器１５を
制御する制御器であり、他の構成は前述したものと同様
である。
【００２１】次に、実施例２の動作について説明する。
始動時に始動スイッチ１３をオンすると、制御器１８へ
バッテリ１４の電圧が供給される。制御器１８は始動ス
イッチのオンに応じて加熱器１５を作動させる。内燃機
関１の始動中及び始動後は、内燃機関１の回転に応じて
エアポンプ８の作動により空気が空気導入管９に導入さ
れる。しかし、制御器１８は図４（ｂ）に示すように始
動スイッチ１３のオンから所定時間Ｔ１ の間は制御弁
１１を開路させないので、空気は排気管４へは供給され
ない。Ｔ１ 時間経過すると制御弁１１は開となり、加
熱空気は排気管４に供給される。この場合、加熱器１５
の出口の空気温度は図５のｂに示すようになり、ａに示
す従来より昇温速度が早くなり、触媒５での浄化効率が
向上する。
【００２２】なお、実施例２では始動スイッチ１３がオ
ンしてからＴ１ 時間の間制御弁１１を開路させないよ
うにしたが、図４（ｃ）に示すように始動中即ち始動ス
イッチ１３のオン期間中は制御弁１１を開始させないよ
うにしても同様の効果が得られる。又、エアポンプ８が
電気式の場合、制御弁１１を用いずに、エアポンプ８を
始動中又は始動後所定時間作動させるようにしてもよ
い。
【００２３】実施例３．図６は実施例３による構成を示
し、１９は制御弁１１及び加熱器１５を制御する制御器
である。他の構成は実施例２と同様である。
【００２４】次に、実施例３の動作について説明する。
内燃機関１の始動と同時にエアポンプ８の作動により空
気が空気導入管９に導入される。しかし、制御器１９は
始動スイッチ１３がオンしてからＳ１ 時間は制御弁１
１をオンしない。このため、図７に示すようにＳ１ 時
間は排気側への導入空気量は零である。一方、始動と同
時に制御器１９は加熱器１５を作動させる。始動からＳ
１ 時間経過すると制御器１９は制御弁１１を開状態と
し、吸気側からの導入空気は逆止弁１０及び加熱器１５
を介して排気管４に供給される。従って、排気管４への
供給空気は適切な温度に昇温され、排気ガス温度の低下
による触媒効率の低下は生じない。
【００２５】又、排気管７への導入空気量は制御器１９
の制御により所定の時間間隔Ｔ２，Ｔ３ でＱ１ を基準
にしてその上下にＱ２，Ｑ３だけ交互に変化させる。こ
れにより、例えば社団法人自動車技術会学術講演前刷集
８６１昭和６１−５ ８６１０１２「三元触媒の低温活
性向上法」に述べられているように、三元触媒上での反
応系の雰囲気を周期的にリッチ、リーンと変動させるこ
とにより、触媒の効率を大きく向上させることができ
る。Ｔ２ ＋Ｔ３ の周期は通常１〜１０Ｈｚ程度に設定
し、Ｑ１ 〜Ｑ３ と共に使用触媒に応じて最適値に設定
する。
【００２６】実施例３においては、機関の始動からＳ１
時間排気管４へ加熱空気を導入しないようにしたが、
エアポンプ８を電気式にした場合には制御弁１１を設け
ずに制御器１９によりエアポンプ８を制御するようにし
ても同様の効果が得られる。
【００２７】実施例４．図８は実施例４による構成を示
し、２０は加熱器１５を制御する制御器、２１はキース
イッチであり、加熱器１５は排気管４における触媒５と
空気導入管９の接続部との間に設けられている。他の構
成は前述と同様である。
【００２８】次に、実施例４の動作について説明する。
内燃機関１の回転に応じてエアポンプ８が回転し、空気
が空気導入管９を介して排気管４へ導入される。一方、
加熱器１５は制御器２０により機関始動と同時に作動さ
れる。排気管４内に導入された空気は排気ガスと混合さ
れて加熱器１５に送られ、加熱される。従って、この混
合ガスの温度が上昇し、触媒５における排気ガスの浄化
効率が向上する。又、図９に示すように、加熱器１５は
キースイッチ２１がオフになってもＴ１ 時間だけ作動
されるため加熱状態を維持し、機関が停止して排気ガス
が通過しなくなった際に、加熱器１５内に付着したすす
を焼く。このため、加熱器１５は常に良好に排気ガスを
流通させることができる。
【００２９】実施例５．図１０は実施例５による構成を
示し、２２は内燃機関１の吸入空気量を検出するエアフ
ローセンサ、２３は内燃機関１のクランク軸の回転数を
検出する回転数センサ、２４は内燃機関１を冷却する冷
却水の温度を検出する冷却水温センサ、２５は内燃機関
１やトランスミッションの油温を検出する油温センサ、
２６はスロットル弁６の下流の負圧を検出するインマニ
圧センサ、２７は外気の吸気温度を検出する吸気温セン
サ、２８は外気の大気圧力を検出する大気圧センサ、２
９はスロットル弁６の開度を検出するスロットル開度セ
ンサ、３０はエキゾーストマニホールドに流れる排気ガ
スの圧力を検出する排圧センサ、３１は排気温センサ、
３２は導入空気温センサ、３６は触媒温センサ、３３は
内燃機関１の各種パラメータを入力し、これらパラメー
タに応じて各種の判定及び演算を行い、加熱器１５及び
制御弁１１を制御する制御器である。
【００３０】次に、実施例５の動作につい説明する。内
燃機関１の回転に応じてエアポンプ８が回転し、空気が
空気導入管９を介して排気管４へ供給される。このとき
の導入空気量は、制御器３３により制御弁１１を制御す
ることにより、図１１（ａ），（ｂ）に示すように所定
の時間間隔Ｔ１ ，Ｔ２ あるいはＴ３ ，Ｔ４ でリーン
側とリッチ側に変化させる。このような変化により浄化
効率が向上することは前述した通りである。又、加熱器
１５により導入空気は加熱され、これによっても浄化効
率は向上する。時間間隔Ｔ１ 〜Ｔ４ は１〜１０Ｈｚ程
度の周期とし、これを使用触媒５の種類、量、状態に応
じて変化させる。
【００３１】なお、実施例５では時間間隔Ｔ１ 〜Ｔ４
で導入空気量を変化させたが、図１２、図１３に示すよ
うに導入量が大のときの時間間隔Ｔ６ ，Ｔ８ と小のと
きの時間間隔Ｔ５ ，Ｔ７ の比即ちデューティを変化さ
せることにより、平均流量を触媒５の成分、量、状態や
内燃機関１の運転状態に合せて最適値をとるようにする
こともできる。又、吸気側からの空気はスロットル弁６
の下流のインテークマニホールドからエアポンプ８によ
り導入しているが、スロットル弁６の上流、あるいはエ
アフローセンサ２２の上流やエアクリーナ７とは別の導
入口を設けて導入してもよい。さらに、制御弁１１とし
ては、デューティ信号で開度を制御するリニアソレノイ
ド、オンオフ信号で流量を制御するデューティソレノイ
ド、ステッピングモータやＤＣモータ、超音波モータで
制御するバルブ、負圧で開度を制御するバルブなどを用
いることができる。
【００３２】実施例６．実施例５では時間間隔を変化さ
せる場合を示したが、導入空気量の変動幅（変動量）を
可変し、触媒５の成分、量、状態や内燃機関１の運転状
態に応じて最適値とするようにしてもよい。即ち、図１
１（ａ），（ｂ）のように、触媒５の容量によって変動
幅のみを変える場合、あるいは図１４（ａ），（ｂ）の
ように触媒５の状態や内燃機関１の運転状態によって、
導入空気量が大のときの値と小のときの値を変更して最
適値とする場合がある。
【００３３】実施例７．実施例５，６を組合せ、触媒５
の成分、量、状態や内燃機関１の運転状態に応じて、導
入空気量の変動の時間間隔と変動幅を変化させるように
して、より最適に設定する。
【００３４】実施例８．導入空気量の変化する時間間
隔、変化量を内燃機関１の運転パラメータに応じて変化
させることにより、よりきめ細かい制御が可能となり、
排気ガスの理想的な浄化を実行することができる。運転
パラメータとしては、排気温度、触媒温度、排圧、エン
ジン回転数、吸入空気量、スロットル開度、インマニ
圧、冷却水温、油温、吸気温、大気圧などがあるが、例
えばエンジン吸入空気量をＱＡ 、排気管４への導入空
気量ＱＢ とすると、 ＱＢ ＝Ｋ＊ＱＡ （１） として、吸入空気量ＱＡ に応じて導入空気量ＱＢ を変
化させる場合について説明する。
【００３５】いま、図１５に示すようにＱＡ が時間と
共に増大するとき、ＱＢ もこれに応じて増やす必要が
ある。このとき、図１６のようにＱＡ とＱＢとがリニ
アな関係にあれば、ＱＢ は図１７のようにすればよ
い。吸入空気量ＱＡ はエアフローセンサ２２で計測し
てもよいが、スロットル開度センサ２９、インマニ圧セ
ンサ２６等により吸入空気量相当値を求めてもよい。特
に、スロットル開度は車両運転者の加速・減速挙動をす
ばやく察知できるので、エンジンの運転状態の急変に応
じてＱＢ を迅速に変化させることができる。
【００３６】図１８はエンジンの冷却水温ＴＷ と導入
空気量ＱＢ の関係を示し、冷却水温ＴＷ が低いときに
は通常エンジンに対して濃い混合気を供給するので、導
入空気量ＱＢ を増大することにより、未燃焼排気ガス
成分の浄化効率を向上することができる。しかし、燃料
制御における空燃比設定等により排気ガス成分は実際に
は様々に変化するので、種々の条件を加味して最適な導
入空気量ＱＢ を得ることができる。
【００３７】図１９はエンジン回転数とＱＢ との関係
を示し、エンジン回転数Ｎｅが上がると時間当り吸入空
気量が増大するとして、ＱＢ を増大させる。極高回転
領域では、触媒５中の酸化反応の発生熱量が過大となる
ため、ＱＢ を減少させる。図２０はスロットル開度θ
と導入空気量ＱＢとの関係を示す。
【００３８】図２１はエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量
ＱＡ の２つのパラメータに対して、ＱＢ を決定するパ
ラメータをマップ値として持つ場合を示し、９つの各ゾ
ーンの係数Ｋ１ 〜Ｋ９ を用いて ＱＢ ＝Ｋｎ ＊ＱＡ （２） によりＱＢ を求める。又、係数Ｋ１ 〜Ｋ９ を用いて
ＱＡ に関係なくＱＢ を決定してもよい。即ち、ＱＢ
＝Ｋｎ としてもよい。又、Ｔｅ を排気温度、Ｔ０ を
油温、Ｐｂ を大気圧、Ｔａ を吸気温度、Ｐｉ をイン
マニ圧、Ｔｃ を触媒温度、Ｔ１ を導入空気温度、また
これらを変数とした関数をＦＱＡ （Ｘ）、ＦＴＷ
（Ｘ）、ＦＮｅ （Ｘ）、Ｆθ（Ｘ）、ＦＴｅ （Ｘ）、
ＦＴ０ （Ｘ）、ＦＰｂ （Ｘ）、ＦＴａ （Ｘ）、ＦＰ
ｉ （Ｘ）、ＦＴｃ （Ｘ）、ＦＴ１ （Ｘ）として、 ＱＢ ＝ＦＱＡ（ＱＡ）＋ＦＴＷ（ＴＷ）＋ＦＮｅ（Ｎｅ）＋Ｆθ（θ） ＋ＦＴｅ（Ｔｅ）＋ＦＴ０（Ｔ０）＋ＦＰｂ（Ｐｂ）＋ＦＴａ（Ｔａ） ＋ＦＰｉ（Ｐｉ）＋ＦＴｃ（Ｔｃ）＋ＦＴ１（Ｔ１） （３） のように設定してもよい。
【００３９】あるいは、次のように乗算によって各関数
を結合してもよい。 ＱＢ ＝ＦＱＡ（ＱＡ）＊ＦＴＷ（ＴＷ）＊ＦＮｅ（Ｎｅ）＊Ｆθ（θ） ＊ＦＴｅ（Ｔｅ）＊ＦＴ０（Ｔ０）＊ＦＰｂ（Ｐｂ）＊ＦＴａ（Ｔａ） ＊ＦＰｉ（Ｐｉ）＊ＦＴｃ（Ｔｃ）＊ＦＴ１（Ｔ１） （４） また、和算と乗算を組合せてもよいし、２つ以上のパラ
メータによって決まる関数Ｆ（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・
・，Ｘｎ）を用いてもよい。上記のように、エンジンの
運転状態の各パラメータに応じて導入空気量ＱＢ を変
化させる場合について述べたが、各パラメータに応じて
導入空気量ＱＢ の周期的に変化する時間間隔、変化量
を変化させるようにしてもよい。
【００４０】実施例９．実施例８では、エンジンの運転
パラメータに応じて導入空気の制御量を変化させるよう
にしたが、これに加えて加熱器１５に与える熱量もエン
ジンパラメータに応じて変化させてもよい。例えば、図
１９では極高回転領域で触媒中の酸化反応の発生熱量が
過大となるため、ＱＢ を減少させるようにしたが、こ
のとき図２２に示すように加熱器１５の熱量を減少また
はカットし、常温の空気を導入することにより触媒５を
冷却し、図２３に示すようにＱＢ を減少させないよう
にしてもよい。図２４〜図２９は加熱器１５による導入
空気加熱量をそれぞれ冷却水温ＴＷ 、エンジン吸入空
気量ＱＡ 、吸気温度Ｔａ 、導入空気温度Ｔ１ に応じ
て変化させる例を示している。
【００４１】実施例１０．図３０は実施例１０による構
成を示し、８ａはＤＣモータを内蔵し、ＤＣ電源で駆動
される例えばターボ式やストローク式の電動エアポン
プ、３４は触媒５を加熱する触媒加熱器、３６は触媒温
センサ、３５は内燃機関１の各種パラメータを入力し、
これらのパラメータに応じて各種の判定及び演算を行
い、加熱器１５，３４及び制御弁１１を制御する制御器
であり、他の構成は前述と同様である。
【００４２】次に、実施例１０の動作を説明する。エア
クリーナ７を通過し浄化された空気をエアポンプ８ａに
より吸い込み、空気導入管９に導入する。制御弁１１は
制御器３５からの制御信号を受け、図１１（ａ）に示す
ようにＴ１ ，Ｔ２ の時間間隔で空燃比がリーン側とリ
ッチ側に交互に変化させる。Ｔ１ ，Ｔ２ の比及び周期
Ｔの時間は予め制御器３５内のメモリに記憶されてい
る。例えば、Ｔ１：Ｔ２＝１：１、Ｔ＝０．１〜５．０
ｓｅｃである。なお、時間間隔や周期は内燃機関１の運
転状態に応じて図１１（ｂ）に示すようにＴ３，Ｔ４と
してもよい。
【００４３】制御弁１１によって制御された導入空気は
加熱器１５に供給され、所定の温度に加熱されて逆止弁
１０を介して排気管４の触媒５の上流側に導入される。
又、触媒加熱器３４は内燃機関１の始動と同時に制御器
３５の制御により通電され、触媒５を加熱する。触媒５
の耐熱温度は９００℃で限界であるため、それ以上の温
度になると劣化する。このため、所定時間（例えば２０
０ｓｅｃ）経過したときに触媒加熱器３４への通電を停
止する。このように、実施例１０では導入空気量を所定
の時間間隔で変化させており、触媒５の浄化効率を向上
させることができる。しかし、導入空気及び触媒５を加
熱しており、混合空気及び触媒５の温度が上昇して浄化
作用を向上することができる。
【００４４】なお、実施例１０では導入空気量を変化さ
せる時間間隔をＴ１〜Ｔ４としたが、図１２，図１３に
示すようにＴ５〜Ｔ８としてもよい。又、導入空気を吸
気側のいずれの部分から導入するか、あるいは制御弁１
１をどのようなものにするかなどは実施例５と同様な変
更が考えられる。
【００４５】実施例１１．実施例１０では時間間隔を定
期的に変化させるようにしたが、導入空気量の変動幅
（変動幅）を可変とし、触媒５の成分、量、状態やエン
ジンの運転状態に応じて最適値とするようにしてもよ
い。この場合、実施例６と同様に図１１，図１４のよう
に変更する。
【００４６】実施例１２．実施例１０，１１では導入空
気量を変化させる時間間隔あるいは変動量を変化させた
が、実施例１２では排気ガスの温度を検出する排気温セ
ンサ３１の出力と触媒５の温度を検出する触媒温センサ
３６の出力の少なくともどちらか一方の出力に応じて制
御弁１１による導入空気量とその変動の時間間隔を制御
する。これにより、上記効果の他に、触媒５の過加熱に
よる劣化を防止するとともに、エンジンの運転状態に応
じた最適な導入空気量の制御を行なうことができ、運転
状態にかかわらず排気ガスの浄化作用を向上することが
できる。
【００４７】実施例１３．実施例１３では、導入空気量
及びこれを変動させる時間間隔及び変動量を内燃機関１
の運転パラメータに応じて変化させる。これにより、き
め細かい制御が可能となり、排気ガスの理想的な状態を
実行することができる。この制御は実施例８と同様に行
なわれるので説明を省略する。
【００４８】実施例１４．実施例１３ではエンジンの運
転パラメータに応じて導入空気の制御量を変化させるよ
うにしたが、これに加えて加熱器１５，３４に与える熱
量もエンジンパラメータに応じて変化させてもよい。例
えば、図１９では極高回転領域で触媒５中の酸化反応の
発生熱量が過大となるため、導入空気量ＱＢ を減少さ
せるようにしたが、このとき図２２に示すように加熱器
１５，３４の熱量を減少またはカットし、常温の空気を
導入することにより触媒５を冷却し、図２３に示すよう
にＱＢ を減少させないようにしてもよい。導入空気加
熱量及び触媒加熱量を各エンジンパラメータに応じて変
化させた例を図２４〜図２９に示す。
【００４９】実施例１５．図３１は実施例１５による構
成を示し、３７は制御弁１１を制御する制御器であり、
他の構成は前述と同様である。次に、実施例１５の動作
について説明する。内燃機関１の始動と同時にエアポン
プ８の作動により空気が空気導入管９に導入される。し
かし、制御器３７は図７に示すように始動スイッチ１３
がオンしてからＳ１ 時間は制御弁１１をオンしない。
このため、Ｓ１ 時間は排気側への導入空気はゼロであ
る。始動からＳ１ 時間経過すると制御器３７は制御弁
１１を開状態とし、吸気側からの導入空気は逆止弁１０
を介して排気管４へ供給される。従って、始動直後の低
温の排気ガスが吸気側からの低温空気の混入によりさら
に低温になることは防止され、触媒による浄化効率の低
下は防止される。Ｓ１ 時間は数秒〜数十秒の値をと
る。又、排気管４への導入空気量は制御弁１１の制御に
より所定の時間間隔Ｔ２，Ｔ３でＱ１ を基準にしてそ
の上下にＱ２，Ｑ３だけ交互に変化させ、これにより触
媒５の浄化効率を向上させることができる。
【００５０】なお、実施例１５でも、エアポンプ８が電
気式の場合には、制御弁１１を設けずにエアポンプ８の
制御により上記制御動作を行うことができる。
【００５１】実施例１６．図３２は実施例１６による構
成を示し、３８は排気管４の触媒５より上流部分に設け
られた排気バイパス通路であり、一端が吸気側に接続さ
れた空気導入管９の他端はこの排気バイパス通路３８に
接続されている。３９は内燃機関１から排出された排気
ガスの流れを排気管４側と排気バイパス通路３８側とに
切換える切換弁、４０は切換弁３９のリンク機構、４１
はリンク機構４０を介して切換弁３９を作動させるアク
チュエータ、４２は制御弁１１、加熱器１５及びアクチ
ュエータ４１を制御する制御器である。
【００５２】次に、実施例１６の動作について図３３を
参照して説明する。内燃機関１の始動と同時にエアポン
プ８により空気が空気導入管９に導入される。制御器４
２は始動スイッチ１３の作動により始動を検知し、加熱
器１５を作動させる。やがて、制御器４２からの指令に
よりアクチュエータ４１及びリンク機構４０を介して切
換弁３９が作動され、排気ガスを排気バイパス通路３８
へ流すように切換わる。この切換弁３９の作動からＴ４
時間後、即ち始動時からＴ１ 時間後に制御器４２は制
御弁１１を開とし、空気は逆止弁１０を通って加熱器１
５により加熱され、排気バイパス通路３８へ導入され
る。制御弁１１はＴ２ 時間開となった後、再び閉とな
る。
【００５３】この結果、排気ガスは加熱空気と混合さ
れ、排気バイパス通路３８内及び触媒５内においてＨ
Ｃ，ＣＯ成分が効率良く浄化される。又、制御弁１１が
閉じられるＴ３ 時間前に加熱器１５への通電は停止さ
れるとともに、制御弁１１が閉じられるＴ５ 時間前に
切換弁３９は作動され、排気ガスを排気管４へ流すよう
に切換えられる。従って、空気導入がなされていない間
排気ガスは排気バイパス通路に流れず、加熱器１５等へ
の排気ガスの熱の影響は軽減される。又、空気導入を始
動後所定時間行わないので、始動直後の触媒温度の低下
による浄化効率の低下は生じない。なお、エアポンプ８
が電気式の場合には、制御弁１１を設けなくてもエアポ
ンプ８により空気導入制御を行うことができる。又、切
換弁３９を排気バイパス通路３８の入口側に設けたが、
出口側に設けてもよい。
【００５４】実施例１７．図３４は実施例１７による構
成を示し、４３は排気温センサ３１及び始動スイッチ１
３からの信号を受けて制御弁１１を制御する制御器であ
る。他の構成は前述と同様である。
【００５５】次に、実施例１７の動作について説明す
る。内燃機関１の始動と同時に排気ガスは排気管４及び
触媒５を通過する。触媒５の入口付近に設置された排気
温センサ３１は排気ガスの温度を検出し、図３５（ａ）
のイに示す出力を制御器４３へ送る。このとき、触媒５
の出口の排気ガス温度は図３５（ａ）のロに示すように
なっている。制御器４３は始動スイッチ１３のオン信号
を受けると、排気温センサ３１の出力を図３５（ｂ）に
示すように積分し、触媒５に与えられた熱容量を検出
し、触媒５の活性度を判断する。積分値がαになると、
制御器４３は制御弁１１を開とし、図３５（ｃ）に示す
ように吸気側からの空気を排気管４に導入する。所定値
αは使用される触媒５に応じて予め設定する。このよう
に実施例１７では、触媒５に与えた熱容量を検出し、こ
の熱容量から触媒５の活性度を判定し、活性度が所定値
になってから空気導入を行なっており、触媒５における
浄化効率を向上することができる。
【００５６】なお、実施例１７では触媒５に与えられた
熱容量を排気ガス温度から検出したが、機関の吸気量又
は吸気量と排気ガス温度とから熱容量を検出してもよ
い。又、エアポンプ８が電気式の場合、制御弁１１を設
けずに、エアポンプ８の制御により空気導入制御を行っ
てもよい。
【００５７】実施例１８．図３６は実施例１８による構
成を示し、８は内燃機関１の回転によって駆動されるエ
アポンプ、１１は電磁ソレノイドによるデューティ制御
の制御弁、３１は触媒５の入口の排気ガスの温度を検出
する排気温センサ、４４は触媒５の出口の排気ガスの温
度を検出する排気温センサ、４５は排気温センサ３１，
４４の出力を受け、制御弁１１に制御信号Ｓ１ を送る
制御器である。
【００５８】次に、実施例１８の動作を説明する。図３
７は機関始動後加速し、定常走行した際の触媒５の入口
と出口の温度の変化を示したものであり、実線が入口温
度、点線が出口温度を示し、両者の交点がＡである。
又、図３８は導入空気量、制御信号Ｓ１ 及び始動スイ
ッチの動作を示す。
【００５９】エアクリーナ７を通過した空気をエアポン
プ８により吸い込み、制御弁１１へ供給する。制御弁１
１は始動スイッチがオンすると同時に制御器４５からの
制御信号Ｓ１ を受けて開状態となり、排気管４内への
空気導入が開始される。導入空気量Ｑは機関の運転状態
に応じて図３８（ａ）に示すように定量導入される。な
お、所定の時間間隔で空気導入量を変化させるようにし
てもよい。
【００６０】このとき、導入空気は逆止弁１０を介して
排気管４内に導入され、内燃機関１から排出された排気
ガスと混合されて触媒５に送り込まれ、触媒５内で酸化
還元反応が生じて熱を発生し、触媒５の温度が上昇して
その出口側の排気温度が入口側の排気温度より上昇す
る。即ち、触媒５の前後の排気温度は図３７に示すよう
な傾向で上昇する。従って、この入口温度と出口温度を
それぞれ排気温センサ３１，４４で検出し、この検出値
を制御器４５に送り、制御器４５は二つの検出値に比較
し、検出値が一致（Ａ点）したとき又は温度差が所定値
以内となったとき、触媒５が活性状態となったと判定
し、制御弁１１を閉状態とし、空気導入を停止する。こ
れにより、触媒５の活性後の昇温が促進され、一層の浄
化効率の向上が図れるとともに、窒素酸化物の排出量を
低減することができる。
【００６１】なお、実施例１８では制御弁１１の制御に
より空気導入を制御したが、エアポンプ８がＤＣモータ
を内蔵してＤＣ電源で駆動される例えばターボ式やスト
ローク式の電動エアポンプの場合、エアポンプ８の制御
により空気導入制御を行なうことができる。
【００６２】実施例１９．図３９は実施例１９による構
成を示し、５１は触媒５の温度を検出する温度検出器、
５２はエアポンプ８をＯＮ−ＯＦＦするエアポンプ用リ
レー、５３は加熱器１５をＯＮ−ＯＦＦする加熱器用リ
レー、６０はエアポンプ８の最大限の空気量を吐出する
ようにエアポンプ８の制御する制御器である。
【００６３】次に、実施例１９の動作について説明す
る。内燃機関１の始動と同時または始動後所定の時間後
に、エアポンプ８は制御器６０により作動され空気を吐
出する。このとき、制御器６０はエアポンプ８の最大限
の空気量を吐出するようにエアポンプ制御出力を出力す
る。また、制御器６０は内燃機関１の始動と同時に加熱
器用リレー５３を作動させて出力を行うため、加熱器１
５には加熱器用リレー５３を介して電流が供給される。
その後、触媒５の温度を温度検出器５１で検出して、所
定の温度になったときに制御器６０はエアポンプ８の作
動を最大の空気量を吐出する状態から触媒５の必要とす
る所定の空気量をエアポンプ８が吐出する制御へと制御
状態を変更する。
【００６４】図４０は触媒温度に応じて変更する空気量
を示す図であり、内燃機関１の始動からＴ１までは空気
量Ｑ１ｌ／minを導入してＴ１以降は触媒での反応に必
要な所定の空気量Ｑ２ｌ／minを導入するようになって
いる。また、流量を切り換える温度は一般的に触媒５の
活性温度の約３００℃をとる。
【００６５】エアポンプ８と加熱器１５との制御によ
り、触媒５に与えることのできる熱量を図４２に示す。
加熱器１５の特性として、図４１に示すように加熱器１
５の容量と加熱器１５に与える電力が同一のとき、加熱
器１５より出力される空気の温度は流量の増大に比例し
て温度が低下しない傾向がある。これより、加熱器１５
により得られる熱量は次式 熱量＝流量＊(加熱器出口温度−加熱器入口温度) (５) により求められる。図４２に示すように、ａの流量時の
熱量(Ｈａ)は従来の装置における加熱器から得られる熱
量を示し、ｂの流量時の熱量(Ｈｂ)はこの実施例により
得られる熱量を示す。
【００６６】以上のように、内燃機関１の始動後から加
熱器１５に導入する空気量を大きくし、触媒５の温度が
所定の温度になったときに空気量を触媒５の反応に必要
な量に変更することにより触媒５に与えることができる
熱量を大きくすることが可能となり、触媒５の昇温を早
めることができ、排気ガス浄化効率を向上させることが
できる。
【００６７】実施例２０．実施例１９では、触媒５の温
度を検出するために温度検出器５１を触媒５に設けた
が、温度検出器は触媒５の出口温度または触媒下流の排
気管の排気ガス温度を検出しても同様の効果が得られ
る。
【００６８】実施例２１．実施例１９では、触媒５の温
度を検出し、実施例２０では触媒下流の排気ガス温度を
検出することとしたが、流量の切り換え時点を内燃機関
１の始動または加熱器１５に空気を始動し始めてからの
時間で行ってもよく、同様の効果が得られる。
【００６９】実施例２２．実施例１９，２０および２１
では、触媒５の温度、排気ガスの温度、および内燃機関
１の始動からの時間で導入する空気量を直ちに変更する
制御としたが、触媒５の温度、排気ガスの温度、および
内燃機関１の始動からの時間の所定範囲で段階的に流量
を変更しても同様の効果が得られる。
【００７０】以下、実施例２２の動作を図４３を参照し
ながら説明する。図４３は内燃機関１の始動から加熱器
１５に空気を導入し、所定の時間の経過後、導入する空
気量を切り換える場合の空気量のタイムチャートを示
す。ｔ１からｔ２は触媒５が充分に活性化されていない
時間であるために、時間経過とともに徐々に空気量を変
更する状態を示す。また、内燃機関１の始動からｔ１ま
でとｔ２以降は触媒５の温度検出または排気ガス温度検
出の実施例１９，２０と同様の空気量を導入する制御で
ある。また、触媒５の温度検出または排気ガスの温度検
出においても所定の温度範囲内で温度に応じた流量を導
入する制御とすることにより実現できることは言うまで
もない。
【００７１】実施例２３．図４４は実施例２３による構
成を示し、４７は排気管４における空気導入管９の接続
部分より上流に設けられ、排気ガスの空燃比を検出する
空燃比センサ、４８は排気管４の触媒５の入口又は出口
付近に設けられ、排気管４内の酸素濃度を検出する酸素
センサ、４９は空燃比センサ４７及び酸素センサ４８の
出力を入力され、燃料制御を行うとともに、制御弁１１
を制御する制御器である。
【００７２】次に、実施例２３の動作について説明す
る。内燃機関１の冷態から始動し、暖機中において、空
燃比センサ４７は始動後数十秒で排気管４中の排気ガス
から空燃比を検出する。又、始動と同時にエアポンプ８
は空気導入管９を介して空気を導入する。制御器４９は
酸素センサ４８からの酸素濃度信号に基づいて触媒５内
での反応に必要な酸素量を計算し、これに応じて制御弁
１１を制御し、必要な酸素量が得られるように導入空気
を排気管４内に導入する。又、制御器４９は空燃比セン
サ４７の出力に応じて適正な燃料量を算出し、これに応
じて図示しないインジェクタを制御して燃料制御を行
う。
【００７３】なお、実施例２３ではエアポンプ８を内燃
機関１の回転により駆動される機械式のものを用いた
が、電気的なものを用いてもよく、この場合制御弁１１
を省略することができる。又、燃料制御と導入空気量制
御を同一の制御器４９により行ったが、別々の制御によ
り行ってもよい。
【００７４】実施例２４．図４５は実施例２４による構
成を示し、５０は加熱器１５、制御弁１１及びアクチュ
エータ４１を制御する制御器であり、加熱器１５は排気
バイパス通路３８に設けられている。他の構成は図３２
と同様である。
【００７５】次に、実施例２４の動作について説明す
る。内燃機関１の始動と同時に、エアポンプ８の作動に
より空気は空気導入管９、制御弁１１、逆止弁１０を介
して排気バイパス通路３８に導入される。又、始動スイ
ッチ１３のオンにより制御器５０は制御弁１１、加熱器
１５及びアクチュエータ４１を制御し、排気バイパス通
路３８内に導入された空気は加熱器１５により加熱され
る。一方、アクチュエータ４１によりリンク機構４０を
介して切換弁３９は図示の状態となり、内燃機関１から
排出された排気ガスは排気管４に行かず、排気バイパス
通路３８に導入され、導入空気と混合されて加熱器１５
により加熱され、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯ成分
は排気バイパス通路３８内及び触媒５内で浄化される。
一方、制御器５０により制御弁１１を閉じると排気側へ
の空気導入は停止され、切換弁３９は排気ガスが排気管
４に流れるように切換えられる。従って、排気バイパス
通路３８には必要なときのみ排気ガスが流されるので、
加熱器１５や空気導入管９側への排気ガスの熱の影響は
軽減される。なお、実施例２４ではエアポンプ８を機械
式のものとしたが電気式のものであってもよい。
【００７６】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１に係る
内燃機関の排気管内空気導入制御装置によれば、触媒前
後の排気温を検出し、両者が一致又は所定値以内となっ
たとき触媒が活性状態となったと判定し、排気管内へ空
気を導入しないようにしたので、触媒活性後の浄化効率
を向上することができるとともに、窒素酸化物の排出量
を低減することができる。
【００７７】また、この発明の請求項２に係る内燃機関
の排気管内空気導入制御装置によれば、空熱比センサを
排出管の空気導入管接続部より上流側に設けたので、排
気ガスのみの空燃比を検出することができ、空気導入時
にも正確を燃料制御を行うことができる。又、酸素セン
サにより触媒で必要な酸素量を検出し、これに応じて空
気を導入しているので、浄化効率を向上することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明装置の実施例１による構成図であ
る。
【図２】 この発明装置の実施例１による動作を示すタ
イムチャートである。
【図３】 この発明装置の実施例２による構成図であ
る。
【図４】 この発明装置の実施例２による動作を示すタ
イムチャートである。
【図５】 この発明装置の実施例２による加熱器の出口
空気温度の変化図である。
【図６】 この発明装置の実施例３による構成図であ
る。
【図７】 この発明装置の実施例３による導入空気量の
変化図である。
【図８】 この発明装置の実施例４による構成図であ
る。
【図９】 この発明装置の実施例４による加熱器制御信
号の動作波形図である。
【図１０】 この発明装置の実施例５による構成図であ
る。
【図１１】 この発明装置の実施例５による導入空気量
の変化図である。
【図１２】 この発明装置の実施例５による導入空気量
の変化図である。
【図１３】 この発明装置の実施例５による導入空気量
の変化図である。
【図１４】 この発明装置の実施例６による導入空気量
の変化図である。
【図１５】 この発明装置の実施例８による吸入空気量
の変化図である。
【図１６】 この発明装置の実施例８による量と吸入空
気量の関係図である。
【図１７】 この発明装置の実施例８による導入空気量
の変化図である。
【図１８】 この発明装置の実施例８による冷却水温と
導入空気量の関係図である。
【図１９】 この発明装置の実施例８によるエンジン回
転数と導入空気量との関係図である。
【図２０】 この発明装置の実施例８によるスロットル
開度と導入空気量との関係図である。
【図２１】 この発明装置の実施例８による吸入空気量
のデータマップである。
【図２２】 この発明装置の実施例９によるエンジン回
転数と加熱量との関係図である。
【図２３】 この発明装置の実施例９によるエンジン回
転数と導入空気量との関係図である。
【図２４】 この発明装置の実施例９による冷却水温と
加熱量との関係図である。
【図２５】 この発明装置の実施例９による冷却水温と
加熱量との関係図である。
【図２６】 この発明装置の実施例９による吸入空気量
と加熱量との関係図である。
【図２７】 この発明装置の実施例９による吸気温度と
加熱量との関係図である。
【図２８】 この発明装置の実施例９による導入空気温
度と加熱量との関係図である。
【図２９】 この発明装置の実施例９によるスロットル
開度と加熱量との関係図である。
【図３０】 この発明装置の実施例１０による構成図で
ある。
【図３１】 この発明装置の実施例１５による構成図で
ある。
【図３２】 この発明装置の実施例１６による構成図で
ある。
【図３３】 この発明装置の実施例１６による動作を示
すタイムチャートである。
【図３４】 この発明装置の実施例１７による構成図で
ある。
【図３５】 この発明装置の実施例１７による排気温セ
ンサの出力図である。
【図３６】 この発明装置の実施例１８による構成図で
ある。
【図３７】 この発明装置の実施例１８による排気温セ
ンサの出力図である。
【図３８】 この発明装置の実施例１８による動作を示
すフローチャートである。
【図３９】 この発明装置の実施例１９による構成図で
ある。
【図４０】 この発明装置の実施例１９による導入空気
量と触媒温度との関係図である。
【図４１】 この発明装置の実施例１９による加熱器の
導入空気量と出口温度との関係図である。
【図４２】 この発明装置の実施例１９による導入空気
量と熱量との関係図である。
【図４３】 この発明装置の実施例２２による導入空気
量を切り換えるタイムチャート図である。
【図４４】 この発明装置の実施例２３による構成図で
ある。
【図４５】 この発明装置の実施例２４による構成図で
ある。
【図４６】 第１の従来装置の構成図である。
【図４７】 第１の従来装置の動作を示すタイムチャー
トである。
【図４８】 第１の従来装置の導入空気量のタイムチャ
ートである。
【図４９】 第２の従来装置の構成図である。
【図５０】 第２の従来装置の動作を示すタイムチャー
トである。
【図５１】 第２の従来装置における加熱器の出口空気
温度の変化図である。
【図５２】 第３の従来装置の構成図である。
【図５３】 第４の従来装置の構成図である。
【図５４】 従来装置の時間と排気温との関係を示す図
である。
【符号の説明】
１ 内燃機関、３ 吸気管、４ 排気管、５ 触媒、
８，８ａ エアポンプ（空気導入手段）、９ 空気導入
管、１１ 制御弁、１５ 加熱器（加熱手段）、17〜2
0，33,35,37,42,43,45,49,50,60 制御器（制御手
段）、３１，４４ 排気温センサ、３４ 触媒加熱器、
３６ 触媒温センサ、３８ 排気バイパス通路、３９
切換弁、４７ 空燃比センサ、４８ 酸素センサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｈ ３０１Ｔ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気管内の触媒上流側へ空気
    導入管を介して空気を導入する空気導入手段と、前記排
    気管における触媒入口と触媒出口の排気温を検出する各
    排気温センサと、触媒の入口温度と出口温度とが一致し
    たとき又は温度差が所定値以内となったとき前記排気管
    への空気導入を停止する停止手段を備えたことを特徴と
    する内燃機関の排気管内空気導入制御装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の排気管内の触媒上流側へ空気
    導入管を介して空気を導入する空気導入手段と、前記排
    気管の空気導入管接続部より上流側に設けられ、排気ガ
    スの空燃比を検出する空燃比センサと、前記排気管内の
    触媒入口又は触媒出口付近に設けられ、排気管内の酸素
    濃度を検出する酸素センサと、前記空燃比センサの出力
    に応じて燃料制御を行うとともに前記酸素センサの出力
    に応じて導入空気量を制御する制御手段とを備えたこと
    を特徴とする内燃機関の排気管内空気導入制御装置。
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