JPS6241943A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気ガス浄化装置

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JPS6241943A
JPS6241943A JP60180041A JP18004185A JPS6241943A JP S6241943 A JPS6241943 A JP S6241943A JP 60180041 A JP60180041 A JP 60180041A JP 18004185 A JP18004185 A JP 18004185A JP S6241943 A JPS6241943 A JP S6241943A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
exhaust gas
catalytic converter
internal combustion
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JP60180041A
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Masaaki Tanaka
正明 田中
Michiaki Ujihashi
氏橋 通明
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2053By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/40Engine management systems

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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業−にの利用分野〕 この発明は二つの触媒コンバータを直列に配置した内燃
機関の排気ガス浄化装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
触媒コンバータ式の自動車用排気ガス浄化装置では、排
気管中に空燃比センサを設置し、空燃比センサからの空
燃比信号により空燃比を理論空燃比に制御する装置を備
えているのが普imである。
これは、触媒コンバータは空燃比が理論空燃比近傍の狭
い範囲に維持されていないと効率的な排気ガス浄化を行
い得ないことによる。かかる排気ガス浄化装置において
触媒コンバータの設置個所は」−流であればある程、エ
ンジン始動後の触媒(白金やパラジウム)の活性が促進
され空燃比制御装置が早期から働くので始動時の排気ガ
ス浄化には有利である。しかし、触媒コンバータを一ヒ
流側に設置すると高温の排気ガスによる触媒の早期劣化
というおそれがある。これを避けるため、触媒コンハー
タを下)市に設置すると、この熱害のおそれはないが、
今度は始動後の触媒の活性が遅れ、排気ガス中の有害成
分の排出足が増すおそれがある。
このおそれを解決するため、第1の触媒コンバータと第
2の触媒コンバータとを直列に設け、−に流側の触媒コ
ンバータを迂回するバイパスiff+路を設置し、排気
ガスの温度に応して排気ガスを第1の触媒コンバータ又
はバイパス通路に切替え的にiil!遇させるようにし
たものが(に案されている。例えば特開昭57−210
116号、実開昭59−1945+6号参照。
〔発明が解決しようとする問題点〕
触媒コンバータを二つ直列に配置する従来の技術では空
燃比センサは、第1の触媒:1ンハータの上流又は第1
の触媒コンバータの下流で第2の触媒:1ンバータのに
流に設置される。第1の触媒コンバータの上流に設置し
た場合、空燃比センサの活性が速く低温始動時に始動か
ら直くに空燃比の制御を実行することができる。そのた
め、エミソジョン対策上有利である。しかしながら、高
温の排気ガスの直撃によってその劣化の虞れがある。
第1の触媒コンバータの下流で第2の触媒コンバータの
上流に設置すれば、排気ボートから離れているため熱害
の問題は小さくなるが、空燃比センサの活性が遅れ、空
燃比制御の応答が遅れ、エミッションが悪化するおそれ
がある。
この発明はこのような従来技術の欠点を解消し、触媒コ
ンバータの熱害の問題を生ずるごとなく空燃比制御の応
答性も高い装置を提(J(することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明によれば、内燃機関の排気管に空燃比センサが
配置され、該空燃ILセンサからの空燃比信号によって
内燃機関に導入される混合気の空燃比を制御する空燃比
制御装置が具備され、内燃機関の排気管乙こ第1の触媒
コンバータ及び第2の触媒コンバータが直列配置され、
上流側の第1の触媒コンバータを迂回して排気管にバイ
パス通路がぜ 連結され、機関イ!(温時は第1の触媒コンバータに排
気ガスを通過させ高温時はバイパス通路に排気ガスを1
ffl inさせる切替弁を具備したものにおいて、−
1−記空燃比センザは機関の低温時に駆動されるヒータ
を具備しており、かつ該空燃比センサは第1の触媒二1
ンバータの下流に配置されることを特徴さする内燃機関
の排気管浄化装置が提供される。
(実施例〕 第1図において、】0は内燃機関の本体、12は吸気マ
ニホルド、】4はスロットル弁、16は排気マニホルド
である。この内燃機関は電子制御燃料噴射制御装置を備
えたものを想定しており、吸気マニホルド12の各分岐
管に燃料インジェクタ]8が設置され、空燃比が設定値
となるように燃料噴射¥を制御する電子装置(周知であ
るから説明しない)を内蔵している。燃料噴射制御装置
の代わりに気化器を備えたものにもこの発明は応用する
ことができ、この場合は気化器への空気ブリード又は二
次空気量を空燃比が設定値に維持さく5) れるよ・うに制御する周知の装置が具備される。
排気マニホルド16の集合部16aは分岐管20に接続
される。分岐管20の一方の分岐部20aは第1の触媒
コンバータ22の一端に接続され、第】の触媒コンバー
タ22の他端は排気管24の第1の入口24aに接続さ
れる。25はバイパス管であり、その一端は分岐管20
の第2の分岐部20bに接続され、バイパス管25の他
端は排気管24の第2の人口24bに接続される。
第2の触媒コンバータ26は排気管24に接続される。
排気管24の第1の入ITI 24. aと第2の入口
24bとが接続する個所に切替弁28が設置され、その
回動軸28aはレバー30の一端が固定される。レバー
30の他端は連結ロッド32を介してダイヤフラムアク
チュエータ34のダイヤフラム36に連結される。ダイ
ヤフラム36の側面にダイヤフラム室38が形成され、
ばね40が配置される。ばね40はロッド32を介して
切替弁28を図の反時計方向に回動付勢し、切替弁28
は通常は実線イ〜゛装置をとる。この実線位置で(J排
気管24の第1の人1”124 aは閉鎖され、第2の
入口24bが開h(され、排気ガスはバイパス管25を
;mjυする。後述のようにダイヤフラム室38に負圧
が導入されると、ダイヤフラム36は引っ張られ、切替
弁28は二点鎖線の位置まで時計方向にj−+il I
ll L、排気管24の第2の大rTI 241)が閉
鎖され、第1の入1.124 aが開放され、排気ガス
は第1の触媒mlンハータ22を通過することができる
44は電Cfツ弁44であり、3方弁であって、3つの
ボー144a、44b、44cを備え、第1のボート4
48は1(圧パイプ46を介してダイヤフラム室38に
連通される。第2のボー144 b番31空気フィルタ
48を介し゛ζζ気気開放なっている。第3のボート4
4cは負圧パイプ50を介して吸気マニホルド12に連
imされる。
空燃比センサ52は第1の触媒コンバータ22の下?A
iで、第2の触媒コンバータ26の上流に配置される。
この空燃比センサ52はこの実施例は所謂02センザで
あって、ジルコニア等より成る酸素濃淡電池であり、空
燃比が理論空燃比のときを境に出力電圧が0N−OFF
的に変化するタイプのものである。空燃比センサ52ば
周知のヒータ54を内蔵しており、ごのヒータ54はエ
ンジン低温時通電され、空燃比センサの活性を促進する
ことができる。
56は制御回路であって、空燃比センサ52がらの信号
によって燃ネミ1インジェクタ】8からの燃ネ)1噴射
量又は気化器のブリードを制御し、空燃比を理論空燃比
(又は設定値)に制御するとともに、アクチュエータ3
4の駆動用の電磁弁44、更には空燃比センサ52のヒ
ータ54の制御を行なう。
この制御回路56ばマイクロゴ1ンピユータシステムと
して構成される。即ち、制御回路56はマイクロプロセ
シングユニソト(MPLJ)58と、メモリ60と、入
力ポートロ2と、出力ポートロ4と、これらの要素間を
接続するバス66とより成る。入カポートロ2は前記空
燃比センサ52の空燃比検知端に接続され、空燃比信号
Oxが入力される。温度センサ68が排気マニホルド1
6の集合部16aの近くに設置され、入カポートロ2に
接続され、排気ガスの温度に応じた信号′rが入力され
る。その他、種々のセンサが空燃比制御のため設けられ
るが、この発明とは直接には関係しないので説明を省略
する。出カポ−164は、後述のプログラムに従って電
磁弁44の切替え信号、及びヒータ54の作動信号、さ
らには燃料インジェクタ18の駆動信号を出力する。]
・ランジスタフ0は電磁弁44の駆動用であり、出力ボ
ートからのハイレベル信号によりONとされ、電磁弁4
4のソレノイド44′を通電する。またトランジスタ7
2は空燃比センサ52のヒータ54の駆動用であって、
出力ポートロ4からのハイレベル信号によってONとな
り、ヒータ54の通電が実行される。出力ポートロ4は
更に燃料インジェクタ18又は気化器のブリード制御弁
等の空燃比制御手段に接続され、空燃比を所定値に制御
する周知の作動を実行するようになっている。制御回路
56は空燃比センサ52からの空燃比信号Oxに応して
、燃料インジェクタ18からの燃ネ’+噴射量を空燃比
か設定値となるように制御する手段(ソフトウェア又は
バー]・ウェア)を備えるが、この発明と直接関係しな
いので説明は省略する。
第2図ば電磁弁44及びヒータ54がどのよ・うに作動
するかを説明するためのフローチャートである。このフ
ローチャートによって実現されるルーチンは例えば所定
時間間隔毎に実行される時間割り込みルーチンとするこ
とができる。80は処理の開始を示し、8】では温度セ
ンサ68からの排気ガス温度Tのデータが入力される。
ステップ82で1,1フラグF=]か否か判定される。
このフラグFば切替弁28を破線のように第1触媒コン
バータ22に排気ガスを通過させるように位置している
とき(排気ガスの温度が低いとき)セット(1)され、
実線のようにバイパス管24に排気ガスを通過させるよ
うに位置しているとき(排気ガスの温度が高いとき)は
リセット (0)される。
F=Oのときはステップ83に進み、排気ガス温度Tが
所定値1゛1より大きいか否か判定される。
T>T、でないときは84に進み、フラグFがりセット
され、ステップ85では出力ポートロ4よりトランジス
タ70にハイレベルの信号が出され、ソレノイド441
は通電される。そのため、電磁弁44は第1ボート44
aが第3ボート44Cと連jmする位置をとり、吸気管
負圧がパイプ50゜46を介してアクチュエータ34の
ダイヤフラム室3日に印加される。そのため、ばね40
に抗して、切替弁28は二点鎖線の位置に向けて時Ω1
方向に回動付勢され、第1の触媒コンバータ22への入
口24aは開放され、排気ガスは第1の触媒コンバータ
22を通過し、バイパス管25は通過しない。ステップ
86では出カポ−I・64よりトランジスタ72にハイ
レベルの信号が印加され、ヒータ54はiMl電される
ため排気ガス温度が低いにもかかわらす空燃比センサ5
2を活性化した状態で空燃比検知を行わせることができ
る。
排気ガスの温度がT1を超えると、ステップ83でYe
sとなり、ステップ88に進みフラグFがセットされ、
ステップ89では出力ポートロ4よりトランジスタ70
にローレベルのイ言号が出され、ソレノイド441は除
電される。そのため、電磁弁44は第1ポート44aが
第2ボート44bと連i1する位置をとり、空気フィル
タ48からの大気圧がパイプ46を介してアクチュエー
タ34のダイヤフラム室38に印加される。そのため、
ばね40は切替弁28を実線の位置に向けて反時計方向
に回動付勢し、バイパス管25への入口24bは開放さ
れ、排気ガスはバイパス管25を通過し、第1の触媒コ
ンバータ22はiM! i5しない。ステップ90では
出力ポートロ4よりトランジスタ72にローレベルの信
号が印加され、ヒータ54 &;t:除電される。
F=]のときは、ステップ82よりステップ91に進み
、排気ガス温度Tが所定値T2より降下したか否か判定
される。T<T2でないときは前述のステップ88以下
に進み、切替弁28はバイパス管25を排気ガスが通過
するように切り替わり、かつヒータ54はOFFされる
T<T2の場合は前記84以下のステップに進み電磁弁
44は1ili電されて、排気ガスは再び第1の触媒コ
ンバータ22を通過され、ヒータ54はlll電される
第3図は1M上述べたこの発明の詳細な説明するタイミ
ング図である。排気ガス温度がT1を超えるまでは電磁
弁44は1fll電され、切替弁28は第1触媒コンバ
ータ22に排気ガスを通過させるように切り替わり、か
つ空燃比センサ52のヒータ54が駆動される。排気ガ
ス温度がT1を超えると(時刻t1)、電磁弁44は除
電され、切替弁28はバイパス管25に排気ガスが通過
するように切り替わり、一方空燃比センサのヒータ54
はOFFされる。排気ガス温度がヒステリシス(八T)
をもって所定値T2(<TI)より低下すると(時刻t
2)、電磁弁44は通電され、切替弁28は第1触媒コ
ンバータ22に排気ガスがJ遇するように切替えされ、
同時に空燃比センサ52のヒータ54が通電される。
〔発明の効果〕
この発明によれば、二つの触媒コンバータを直列に設け
、−]二流側の第1触媒コンバータ22を迂回するバイ
パス通路25を設置し、切替弁28によって排気ガス温
度に応じて第1触媒コンバータ22又はバイパス通路2
5に切替え式に排気ガスを通過させる空燃比制御装置に
おいて、空燃比センサをヒータ付きとし、各空燃比セン
サを第1触媒コンバータの下流に設置することにより、
排気ガスの高熱の影響を緩和できかつ、空燃比センサを
ヒータ付きとすることにより排気マニホルドから離れて
位置していても低温時にも急速活性が得られ、空燃比制
御の応答性が確保され、排気ガスエミッションの要求を
満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の全体構成図。 第2図は制御回路の作動を説明するフローチャート図。 第3図はこの発明の詳細な説明するタイミング図。 10・・・エンジン本体、 12・・・吸気マニホルド、 l6・・・(jト気マニホルド、 22・・・第1触媒コンバータ、 25・・・バイパス管、 26・・・第2触媒コンバータ、 28・・・切替弁、 34・・・アクチュエータ、 44・・・電磁弁、 52・・・空燃比センサ、 54・・・ヒータ、 56・・・制御回路、 68・ ・・温度センサ。 第3図 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内燃機関の排気管に空燃比センサが配置され、該空燃比
    センサからの空燃比信号によって内燃機関に導入される
    混合気の空燃比を制御する空燃比制御装置が具備され、
    内燃機関の排気管に第1の触媒コンバータ及び第2の触
    媒コンバータが直列配置され、上流側の第1の触媒コン
    バータを迂回して排気管にバイパス通路が連結され、機
    関低温時は第1の触媒コンバータに排気ガスを通過させ
    高温時はバイパス通路に排気ガスを通過させる切替弁が
    具備されたものにおいて、上記空燃比センサは機関の低
    温時に駆動されるヒータを具備しており、かつ該空燃比
    センサは第1の触媒コンバータの下流に配置されること
    を特徴とする内燃機関の排気管浄化装置。
JP60180041A 1985-08-17 1985-08-17 内燃機関の排気ガス浄化装置 Pending JPS6241943A (ja)

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Cited By (4)

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