JPH11324829A

JPH11324829A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JPH11324829A
Application number: JP10135579A
Authority: JP
Inventors: Koji Ishihara; 康二石原; Yasuyuki Ito; 泰之伊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化用の触媒の活性を早期化す
る。【解決手段】機関の始動後、触媒が活性し始めた状態の
ときから蒸発燃料のパージを開始すると共に、空燃比を
リーン（λ＝１．１) に制御し、触媒の活性を検出した
ときに理論空燃比へのフィードバック制御に移行する。
これにより、触媒が活性する温度が低下すると共に、オ
レフィンを多量に含む燃焼排気が触媒に供給されて反応
熱により触媒温度が上昇し、短時間で活性する。

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
化触媒の活性を促進する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用内燃機関では排気浄化触媒を備え
て、排気を浄化（ＣＯ，ＨＣの酸化，ＮＯｘの還元) す
ることが、一般化しているが、該触媒が浄化機能を発揮
するには、所定以上の温度に加熱して活性する必要があ
る。そこで、機関の低温始動時に触媒を早期に活性させ
るため、キャニスタに蓄えられた蒸発燃料を吸気系にパ
ージすると共に、点火時期を遅角制御するようにしたも
のがある（特開平７−１６６９７６号公報) 。即ち、既
に気化している蒸発燃料を供給することにより、機関冷
間時にも点火時期遅角を行うことを可能とし、この点火
時期遅角により排気温度を上昇させて触媒の暖機促進を
図ったものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式では排気が触媒に達するまでに排気温度が低下し、か
つ、高温排気と熱交換させて触媒温度を間接的に高める
方式であるため触媒の暖機には効率が低い。即ち、効率
的には触媒を直接加熱するのが好ましく、ヒータによっ
て加熱する方式もあるが、コスト高につく。そこで、排
気中に触媒上で反応（燃焼) する成分を含むようにすれ
ば、該反応熱によって触媒を直接加熱して効率良く活性
させることができる。しかし、前記従来方式では、触媒
活性のための蒸発燃料のパージは理論空燃比にフィード
バック制御中に行っており、該理論空燃比制御下では、
触媒と反応する成分の生成は十分ではないため前記反応
熱による温度上昇を期待できず、また、触媒が活性する
温度も高く、触媒の早期活性を十分に促進できるもので
はなかった。

【０００４】本発明は、このような従来の課題に着目し
てなされたもので、適切な性状を有する燃料の供給と適
切な空燃比制御とを組み合わせることにより、排気中に
排気浄化触媒上で良好に反応する成分を多量に発生さ
せ、触媒の活性を十分に促進できるようにした内燃機関
の制御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】このため、請求項１に係
る発明では、排気浄化触媒を備えた内燃機関において、
前記触媒の活性前に、常時使用する燃料よりパラフィン
濃度の高い燃料を燃焼室に供給すると共に、空燃比を理
論空燃比よりリーンに制御するようにしたことを特徴と
する内燃機関の制御装置。

【０００６】かかる構成とすると、低温始動時の触媒活
性前に、常時使用する燃料、例えば液状ガソリンよりパ
ラフィン濃度の高い燃料が燃焼室に供給されると共に空
燃比がリーンに制御される。該パラフィン濃度の高い燃
料がリーン空燃比制御条件で燃焼されると、燃焼排気中
に多量のオレフィンが生成され、該オレフィンは触媒上
で反応して発熱し触媒温度を上昇させる。また、リーン
空燃比制御条件では、触媒が活性しはじめる温度が低下
する。

【０００７】また、請求項２に係る発明は、前記パラフ
ィン濃度の高い燃料は、常時使用する液体燃料が蒸発し
た燃料であることを特徴とする。かかる構成とすると、
液体燃料例えば液状ガソリンの燃料タンク等で蒸発して
キャニスタ等に蓄えられた燃料が、パラフィン濃度の高
い燃料として低温始動時の触媒活性前に供給される。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、前記パラフ
ィン濃度の高い燃料は、常時使用する液体燃料を改質又
は選択した燃料であることを特徴とする。かかる構成と
すると、液状ガソリン等を改質又は選択してパラフィン
濃度を高めた燃料が、低温始動時の触媒活性前に供給さ
れる。

【０００９】また、請求項４に係る発明は、前記触媒が
活性し始める状態のときから、前記パラフィン濃度の高
い燃料の燃焼室への供給を開始することを特徴とする。
かかる構成とすると、前記パラフィン濃度の高い燃料の
供給開始と共に、リーン空燃比制御下の燃焼によって多
量に生成されたオレフィンが、活性し始めた触媒上で活
発に反応して触媒温度が急激に上昇する。

【００１０】また、請求項５に係る発明は、前記触媒の
活性状態の検出は、触媒下流のＨＣ濃度、触媒入口温
度、触媒温度、走行距離の積算値、機関吸入空気量の積
算値のいずれかに基づいて行うことを特徴とする。かか
る構成とすると、触媒の活性が進むと排気中の未燃ＨＣ
が触媒で反応して還元されるため触媒下流のＨＣ濃度が
低下し、また、触媒入口温度や触媒温度が高いときは触
媒の活性が進み、また、走行距離の積算値，機関吸入空
気量の積算値によって触媒に排気を介して供給された熱
量が推定されるので、これらのいずれかに基づいて触媒
の活性状態を検出する。

【００１１】また、請求項６に係る発明は、前記触媒の
活性が完了した状態を検出した後、空燃比のリーン制御
を停止することを特徴とする。かかる構成とすると、触
媒の活性が完了した状態が検出されると、空燃比のリー
ン制御が停止され、理論空燃比へのフィードバック制御
等へ移行する。

【００１２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によると、燃焼排気
中に多量に含まれるオレフィンが、触媒上で反応して発
熱し触媒温度を上昇させると共に、リーン空燃比制御条
件では、触媒が活性しはじめる温度が低下することによ
り、触媒の活性早期化を大きく促進することができる。

【００１３】請求項２に係る発明によると、常時使用す
る燃料以外にパラフィン濃度の高い燃料を特別に用意す
ることなく、燃料処理が要求されている蒸発燃料を触媒
の活性促進のために利用することができる。請求項３に
係る発明によると、同じく常時使用する燃料以外にパラ
フィン濃度の高い燃料を特別に用意することなく、改質
した燃料を用いて触媒の活性を促進することができる。

【００１４】請求項４に係る発明によると、極低温時等
触媒が殆ど働かないときからパラフィン濃度の高い燃料
を供給してオレフィンを生成しても、触媒上で反応しな
いため、無駄に消費されてしまうのに対し、触媒が活性
し始めた状態のときからパラフィン濃度の高い燃料を供
給することにより、該燃料の供給開始と共にオレフィン
が、活性し始めた触媒上で活発に反応して触媒温度が急
激に上昇するので、触媒の活性をより効果的に早期化す
ることができる。

【００１５】請求項５に係る発明によると、触媒下流の
ＨＣ濃度、触媒入口温度、触媒温度、走行距離の積算
値、機関吸入空気量の積算値のいずれかに基づいて前記
触媒の活性状態を推定によって検出することができる請
求項６に係る発明によると、触媒の活性が完了すると、
空燃比をリーン制御することは触媒活性のためには不要
であるので、リーン制御を停止して活性後の触媒による
排気浄化性能を良好に得られる理論空燃比へのフィード
バック制御等へ移行することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
づいて説明する。図１は実施の一形態を示す内燃機関の
システム図である。先ず、これについて説明する。車両
に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアク
リーナ２から吸気通路３により、電制スロットル弁４の
制御を受けて、空気が吸入される。

【００１７】そして、燃焼室内に燃料を直接噴射するよ
うに、電磁式の燃料噴射弁５が設けられている。燃料噴
射弁５は、後述するコントロールユニット２０から機関
回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴
射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所
定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。
そして、噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼
室内に拡散して均質な混合気を形成し、また圧縮行程噴
射の場合は点火栓６回りに集中的に層状の混合気を形成
し、後述するコントロールユニット２０からの点火信号
に基づき、点火栓６により点火されて、燃焼（均質燃焼
又は成層燃焼）する。尚、燃焼方式は、空燃比制御との
組合わせで、理論空燃比での均質ストイキ燃焼、均質リ
ーン燃焼、成層リーン燃焼に分けられる。但し、吸気ポ
ートに燃料噴射する構成であってもよい。

【００１８】機関１からの排気は排気通路７より排出さ
れ、排気通路７には排気浄化用の触媒８が介装されてい
る。また、燃料タンク９から発生する蒸発燃料を処理す
べく、蒸発燃料処理装置としてのキャニスタ１０が設け
られている。キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭な
どの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの
蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、機関１
の停止中に燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発
燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、こ
こに吸着される。

【００１９】キャニスタ１０にはまた、新気導入口１３
が形成されると共に、パージ通路１４が導出されてい
る。パージ通路１４はパージ制御弁１５を介して吸気通
路３のスロットル弁４下流（吸気マニホールド）に接続
されている。パージ制御弁１５は、後述するコントロー
ルユニット２０から機関１の運転中に所定の条件で出力
される信号により開弁するようになっている。従って、
機関１が始動され、その後の運転中に、パージ許可条件
が成立すると、パージ制御弁１５が開き、機関１の吸入
負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３
から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１
１に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した
蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１４を通って吸
気通路３のスロットル弁４下流に吸入され、この後、機
関１の燃焼室内で燃焼処理される。

【００２０】コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイ
ス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサか
らの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃
料噴射弁５、点火栓６及びパージ制御弁１５などの作動
を制御する。前記各種センサとしては、機関１のクラン
ク軸又はカム軸回転を検出するクランク角センサ２１，
２２が設けられている。これらのクランク角センサ２
１，２２は、気筒数をｎとすると、クランク角７２０°
／ｎ毎に、予め定めたクランク角位置（例えば圧縮上死
点前１１０°）で基準パルス信号ＲＥＦを出力すると共
に、１〜２°毎に単位パルス信号ＰＯＳを出力するもの
で、基準パルス信号ＲＥＦの周期などから機関回転速度
Ｎｅを算出可能である。

【００２１】この他、吸気通路３のスロットル弁４上流
で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、
アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検
出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度ＴＶ
Ｏを検出するスロットルセンサ２５（スロットル弁４の
全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関
１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２６、排気通路
７にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力
するＯ₂センサ２７、車速ＶＳＰを検出する車速センサ
２８、触媒８の入口温度ＴＣＡＴを検出する触媒温度セ
ンサ２９、キャニスタ１０の温度を検出するキャニスタ
温度センサ３０などが設けられている。

【００２２】次に、第１の実施形態に係る低温始動時の
蒸発燃料のパージ及び空燃比制御を、図２に示したフロ
ーチャートに従って説明する。ステップ１では、機関が
運転状態にあるかをフラグＦＬＧＩＧＮの値によって判
別する。前記フラグＦＬＧＩＧＮが１で機関が運転状態
にあると判定されたときはステップ２へ進み、前記冷却
水温Ｔｗが設定温度ＴＷＬＥＡＮ（例えば１５°Ｃ) 以
上あるかを判定する。前記設定温度ＴＷＬＥＡＮ未満の
ときは、極端な冷機状態にあり、燃焼安定性の観点から
リーン空燃比制御への移行を禁止するためリターンす
る。

【００２３】ステップ２で、冷却水温Ｔｗが設定温度Ｔ
ＷＬＥＡＮ以上と判定された場合は、ステップ３へ進
み、触媒８が活性しているかを判定するため、触媒８の
入口温度ＴＣＡＴが触媒活性完了温度ＴＥＮＤＫＳ（例
えば４００°Ｃ) 未満であるかを判定する。触媒入口温
度ＴＣＡＴが触媒活性完了温度ＴＥＮＤＫＳ以上であれ
ば、活性は完了しているのでリターンする。

【００２４】ステップ３で、触媒入口温度ＴＣＡＴが触
媒活性完了温度ＴＥＮＤＫＳ未満と判定されたときは、
ステップ４へ進み、蒸発燃料をパージするため、パージ
制御弁１５を所定開度に開弁する。ステップ５では、前
回機関停止時に記憶しておいた蒸発燃料濃度のパラメー
タαｐ（図３，図４参照) と、その際の吸入空気量Ａ１
と今回の吸入空気量Ａ２、キャニスタ１０温度の補正係
数（図５参照) とから、今回蒸発燃料をパージした場合
の目標空燃比（例えばλ＝１．１) となるように燃料噴
射量ＡＦＰＧを算出する。該算出方法については後述す
る。

【００２５】ステップ６では、前記算出された量の燃料
を噴射供給してリーン空燃比制御を行う。このリーン空
燃比制御下でパラフィン濃度の高い蒸発燃料を燃焼する
ことによって、触媒上での反応性の高いオレフィンが多
量に生成される（図６参照)。また、リーン空燃比制御
により、触媒の活性を示す転化率５０％温度＝Ｔ５０温
度（図７参照) が低下する（図８参照) 。つまり、低温
でも活性しやすくなる。この結果、触媒８上では排気中
に多量に含まれるオレフィンが反応して暖機が促進さ
れ、かつ、Ｔ５０温度の低下により低温でも触媒が活性
しやすくなることによって、触媒８の活性を十分に早期
化できる。

【００２６】ステップ７では、ステップ３と同様に触媒
８が活性しているかを、触媒入口温度ＴＣＡＴが触媒活
性完了温度ＴＥＮＤＫＳに達したかによって判定する。
活性していると判定されたときは、ステップ８へ進み、
理論空燃比への空燃比フィードバック制御（λコントロ
ール) に移行する。ここで、前記ステップ５での燃料噴
射量ＡＦＰＧの算出について、図３を参照して説明す
る。

【００２７】まず、前回機関停止時に記憶しておいた蒸
発燃料濃度のパラメータαｐ検出時の吸入空気量をＡ
１、燃料噴射量をＦ１とすると、触媒活性後は、理論空
燃比制御を行っているので、Ａ１／Ｆ１＝１４．６／
（１−αｐ) より、Ｆ１＝Ａ１×（１−αｐ) ／１４．６また、αｐ検出後、次回始動した場合の吸入空気量をＡ
２、その時の空燃比ずれをαｐ’とすると、Ａ１・αｐ
＝Ａ２・αｐ’よりαｐ’＝（Ａ１／Ａ２) ・αｐ以上
より、次回始動した場合の燃料噴射量をＦ２とすると、Ｆ２＝Ａ２×（１−αｐ’) ／１４．６＝Ａ２×［１−（Ａ１／Ａ２) αｐ］／１４．６また、キャニスタ温度補正係数ｋにより補正を行うと、Ｆ２＝Ａ２×［１−（Ａ１／Ａ２) αｐ・ｋ］／１４．
６ここで、始動時は、λ＝１．１にリーン空燃比制御する
ので、ＡＰＦＧ＝Ｆ２／１．１＝Ａ２×［１−（Ａ１／Ａ２)
αｐ・ｋ］／（１４．６×１．１) となる。

【００２８】図４は、前記機関停止時の空燃比フィード
バック補正係数αｐを記憶するルーチンのフローチャー
トである。ステップ11では、理論空燃比フィードバック
制御中であることを示すフラグＦＬＡＭが１で、かつ、
パージ制御弁１５が開弁していることを示すフラグＦＬ
ＧＤＴＹが１であるかを判定し、該条件成立時はステッ
プ12へ進む。

【００２９】ステップ12では、空燃比フィードバック補
正係数αが反転したかを、反転したことを示すフラグＦ
ＨＮＴＮが１であるかによって判定する。ステップ12で
αの反転時と判定されたときは、ステップ13へ進んでα
の変動が殆どないことを判定するため、その時のα１周
期分の平均αM0と、その１周期分前の平均αM1との差Δ
αが所定値ＤＡＬＰＨＡ以下であるかを判定する。

【００３０】ステップ13で差Δαが所定値ＤＡＬＰＨＡ
以下で、αの変動が殆どないと判定されたときは、ステ
ップ14へ進んでそのときのα又は平均αM0をαｐとして
記憶する。次に、第２の実施の形態に係る低温始動時の
パージ及び空燃比制御を、図９のフローチャートに従っ
て説明する。

【００３１】このものは、蒸発燃料のパージ及びリーン
空燃比制御を、触媒８が活性する少し前で開始するよう
にしたものであり、図２に示した第１の実施の形態のフ
ローチャートと異なるのは、ステップ３の後のステップ
３ａにおいて、触媒８が活性しはじめる状態かを判定す
るため、触媒入口温度ＴＣＡＴが触媒活性開始温度ＴＳ
ＴＫＡ（例えば２５０°Ｃ) より所定温度ａ低い温度
（ＴＳＴＫＡ−ａ) 以上となったかを判定する。この目
的は、より濃度の高い蒸発燃料を触媒活性開始より少し
前にパージすることにより、更なる触媒活性の早期化を
狙ったものである。即ち、一般に冷機時のキャニスタ１
０からの蒸発燃料は、供給開始後徐々に薄くなるので
（図１０参照) 、触媒の活性に促進一番効果的な所で濃
い蒸発燃料を供給するように供給タイミングを設定す
る。前記所定温度ａは、触媒活性開始温度が水温Ｔｗ低
下に応じて高くなるので（図１１参照) 、水温Ｔｗが低
いときほど所定温度ａを高くして、より低温からパージ
開始とする。これは水温が低いときは外気温度も低く、
放熱量が大きくなり触媒が暖まりにくいので、なるべく
早期に蒸発燃料を供給して少しでも触媒の活性を早める
ようにするためである。触媒入口温度ＴＣＡＴが触媒活
性開始温度ＴＳＴＫＡより所定温度ａ低い温度（ＴＳＴ
ＫＡ−ａ) 未満のときは、蒸発燃料供給により反応性の
高いオレフィンを多量に含む排気を供給しても低温すぎ
て触媒８が殆ど働かず、触媒活性促進効果が薄いので、
蒸発燃料の供給、リーン空燃比制御を行うことなく、リ
ターンする。前記第２の実施の形態における始動後のリ
ーン空燃比制御及び蒸発燃料パージの様子を図１２に示
す。

【００３２】なお、触媒活性の検出は、前記触媒温度セ
ンサ２９による触媒入口温度による他、触媒温度、触媒
下流のＨＣ濃度、走行距離の積算値、吸入空気量の積算
値により検出するようにしてもよい。また、触媒８が殆
ど働かない前記活性開始温度ＴＳＴＫＡより所定温度ａ
低い設定温度未満のときは、従来例で示したような蒸発
燃料のパージと点火時期遅角制御とを行って、排気熱に
よる触媒８の暖機を促進し、前記設定温度以上になった
ら前記蒸発燃料のパージとリーン空燃比制御とを開始す
るようにしてもよい。この場合、前記第２の実施の形態
と比較すると、パージ開始時期が早められるので前記設
定温度以上で供給される蒸発燃料は薄くなるが、一方、
該設定温度になるまでの時間は短縮され、かつ、該時間
の短縮により蒸発燃料の希薄度合いが小さくて済むた
め、十分触媒８の活性を早期化できる。また、前記蒸発
燃料のパージと点火時期遅角制御の開始時期を遅らせた
り、前記設定温度以上のときよりパージ流量を少なくす
るなどして、最終的に最も触媒８の活性を早期化できる
ようにすることができる。

【００３３】なお、以上の実施の形態では触媒活性早期
化のための燃料として蒸発燃料を使用するものを示した
が、この他、燃料を改質してパラフィン濃度を高めた燃
料を使用するものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のシステム構成を示す図。

【図２】第１の実施形態におけるパージ制御及び空燃比
制御ルーチンを示すフローチャート。

【図３】機関停止時に記憶される空燃比フィードバック
補正係数αの様子を示すタイムチャート。

【図４】同上の空燃比フィードバック補正係数αを機関
停止時に記憶するルーチンのフローチャート。

【図５】同上の実施の形態におけるキャニスタ温度によ
る補正係数ｋを設定したマップ。

【図６】空燃比と蒸発燃料パージの有無に応じた燃焼排
気中に含まれるオレフィンの割合を示す図。

【図７】触媒温度と触媒転化率との関係を示す図。

【図８】空燃比とＴ５０温度との関係を示す図。

【図９】第２の実施の形態変化におけるパージ制御及び
空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。

【図10】キャニスタ中燃料濃度と経過時間との関係を示
す図。

【図11】機関冷却水温とａとの関係を示す図。

【図12】第２の実施の形態における始動後のリーン空燃
比制御及び蒸発燃料パージの様子を示すタイムチャー
ト。

【符号の説明】

１内燃機関５燃料噴射弁９燃料タンク１０キャニスタ１１吸着剤１２蒸発燃料導入管１４パージ通路１５パージ制御弁２０コントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気浄化触媒を備えた内燃機関において、
前記触媒の活性前に、常時使用する燃料よりパラフィン
濃度の高い燃料を燃焼室に供給すると共に、空燃比を理
論空燃比よりリーンに制御するようにしたことを特徴と
する内燃機関の制御装置。
【請求項２】前記パラフィン濃度の高い燃料は、常時使
用する液体燃料が蒸発した燃料であることを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】前記パラフィン濃度の高い燃料は、常時使
用する液体燃料を改質又は選択した燃料であることを特
徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】前記触媒が活性し始める状態のときから、
前記パラフィン濃度の高い燃料の燃焼室への供給を開始
することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１
つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】前記触媒の活性状態の検出を、触媒下流の
ＨＣ濃度、触媒入口温度、触媒温度、走行距離の積算
値、機関吸入空気量の積算値のいずれかに基づいて行う
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに
記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】前記触媒の活性が完了した状態を検出した
後、空燃比のリーン制御を停止することを特徴とする請
求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の制
御装置。