JPH03117611A

JPH03117611A - 触媒付エンジンの排気制御装置

Info

Publication number: JPH03117611A
Application number: JP1256073A
Authority: JP
Inventors: Hisanori Nakane; 中根　久典
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-20
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2817852B2

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】（産業上の利用分野）本発明は、触媒付エンジンの排気制御装置に関し、詳し
くは、エンジン冷機時において排気浄化性能を促進させ
るために行なう排気抵抗の増大化に伴なう、加速応答性
の劣化、エミッションの劣化、ノッキング等を防止する
技術に関する。

（従来の技術）エンジンの冷機時には、触媒浄化装置も低温状態となっ
ているために、その浄化性能は低下している。そこで、
冷機時の排気ガス浄化性能を早く通常レベルにまで戻す
ために、例えば、実開昭６０−１９２２４８号のように
、冷機時だけ、排気通路の抵抗を上げて排圧を高める技
術も提案されている。これは、排圧が高まれば、排気ガ
スが断熱圧縮により温度上昇し、ひいては触媒の温度も
上がって、浄化性能が早く回復するからである。

また、排圧を高めれば、排気ガスの触媒内の滞留時間が
長（なることも浄化性能の向上に結び付いているともい
われている。

また、冷機時に触媒を活性化する手法として、例えば、
特開昭６０−２２２５１８号のように、触媒上流側の排
気通路に、加熱手段を設けた通路を併設するものも提案
されている。ここでは、冷機時には、併設された通路に
排気ガスを導き、この排気ガスを加熱する。そして、こ
の加熱された排気ガスが触媒を活性化するというもので
ある。

（発明が解決しようとする課題）さて、実開昭６０−１９２２４８号のように、排気通路
の抵抗を上げて排圧を高めるように。した場合に、スロ
ットル全開等の高負荷運転を行なうと、高排圧によりグ
イリュージョンガス率（ＤＧＲ）が増大し混合気温度が
上昇して、ノッキングが発生し易（なる。また、加速応
答性も低下する。さらに、高排圧によりエミッションは
改善するものの、排気ガス温度も高（なるために触媒の
劣化も早まる。

そこで、本発明は上述の問題点を除去するために提案さ
れたものでその目的は、冷機時運転中に、触媒を劣化さ
せない程度に触媒の活性化な早めることかでき、それで
いて、加速応答性等の運転性を確保した触媒付エンジン
の排気制御装置を提案するところにある。

（課題を達成するための手段及び作用）上記課題を達成
するための本発明の構成は、第１図に示すように、途中
に触媒を設けられた排気通路の通路抵抗を変更する抵抗
変更手段を備えたエンジンにおいて、この触媒の温度を
検出する温度検出手段と、エンジンの高負荷運転状態を
検出する状態検出手段と、これらの検出手段の出力信号
を受ける制御手段であって、エンジンの冷機時には排気
通路の通路抵抗を増加し、エンジンの冷機時にその高負
荷運転状態を検出されたときには前記通路抵抗を減少さ
せ、触媒温度が所定値以上のときには、その温度が上昇
するほど抵抗を減少させるように、前記抵抗変更手段を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

（実施例）以下添付図面を参照して、本発明をサイドボート方式６
ＰＩロータリエンジンに適用した場合の実施例、並びに
その変形例を説明する。

〈実施例〉第２図は、この実施例のエンジン制御システムの全体を
示す。

図中、ｌＯはエンジン本体である。吸入された空気はエ
アフローメータ１４によりその流量Ｑ。

を計られながら、その流量はスロットルバルブ１９によ
り規制される。スロットルバルブ１９の開度はスロット
ルセンサ２８により検出される。吸気はインジェクタ１
５から噴射された燃料と混合され、燃焼室内に導かれる
。

エンジン１０の水温Ｔ、は不図示の温度センサに測定さ
れ、エンジンコントローラ４０に送られる。この水温Ｔ
ｗからエンジンが冷機状態にあるか否かが判断される。

エンジン回転数Ｎは出力軸１２に取り付けられた回転数
センサ２９により検出される。インジェクタ１５から噴
射される燃料の総量ＴＥ、即ち噴射パルス幅ＴＥは、により与えられる。ここで、ｋは定数である。

２３は触媒コンバータである。排気ガスは排気通路２２
を流れ、コンバータ２３を経てマフラ２７に導かれる。

触媒コンバータ２３の温度は温度センサ１６により検出
される。コンバータ２３とマフラ２７の中間位置に設け
られた排気制御バルブ２４は、アクチュエータ２６を介
してＣＰＵ４０の制御により、その開度φが自由に制御
される。この実施例のエンジンにおいては、エンジン水
温Ｔ、が低いときに排気バルブ２４は閉じ気味（第４Ｃ
図）になる。即ち、エンジンの冷機時には、バルブ２４
が排気ガスの流速が低くなるように閉じられ、排圧が上
昇する。一般に、エンジン水温が低いときは燃焼が不安
定になり、また、コンバータの温度も低いから、浄化性
能も低い。従って、冷機時には、排圧が上昇せられて、
断熱圧縮により排気ガス温度が上昇してコンバータ２３
の活性化が早められる。エンジンが冷機状態を脱すると
、排気ガスの温度は上昇し、触媒も活性化しているので
、バルブ２４は全開となる。

また、このエンジンシステムでは、後述するように、冷
機時においても、所定の条件のときは、バルブ２４を閉
じ気味にしない。たとえば、高負荷時には排気バルブ２
４を全開（第４Ａ図）にし、また、触媒コンバータ２３
の温度が上昇したときは、その温度に見合った開度にバ
ルブ２４を開き（第４Ｂ図）排気ガス温度を下げるよう
にしている。

このロークリエンジンは６ボ一ト吸気方式を採用してい
る。即ち、１０−タ当り、３つの吸気ボートを有する。

第２図において、図示の都合上、３つの吸気ボートのう
ち、セカンダリメイン吸気ボー）２０ｂ　（以下、３Ｍ
ボートと略す）とセカンダリアゲシリアリポート（ＳＡ
ボート）２０ａとが図示されている。実際には、プライ
マリポートが、第２図において手前側のサイドハウジン
グに設けられている。

第３図はこの実施例の制御手順を示すフローチャートで
ある。

ステップＳ１では、吸気量Ｑａｌエンジン回転回転数Ｎ
フェンジン水温、触媒温度Ｔｃが夫々読み込まれる。ス
テップＳ２では、吸気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎ等に基
づいて計算された負荷ＴＥが所定の閾値よりも高いか低
いかを判定することにより、高負荷状態にあるか低負荷
状態にあるかを判定する。高負荷状態にあると判定され
れば、ステップＳ１４に進み、排気バルブ２４を全開（
開度φ＝Ｏ）にする（第４Ａ図参照）。即ち、この実施
例では、エンジンが冷機状態にあるか否かにかかわらず
、高負荷状態にあるときは、加速応答性を重視するため
に、排気バルブ２４を全開にして排圧を低（し、ＤＧＲ
を低下させるのである。

運転状態が高負荷にないときを説明する。

このときは、エンジン水温ＴＷを調べ、冷機状態（Ｔ、
　＜ｔ、　）にあるか、暖機状態（Ｔ、≧ｔｗ）にある
かを調べる。暖機状態にあるときは、排気バルブ２４を
全開（第４Ａ図参照）にする。

以下、運転状態が高負荷にな（、且つ、エンジンが冷機
状態にあるときについて説明する。かかる場合は、触媒
温度Ｔ０により排気バルブの開度φを変更する。即ち、
温度ｔ１を触媒が活性化している温度とすれば、触媒温
度ＴＣが、Ｔｃ　＜ｔ。

のときは、即ち、触媒が活性化温度に至っていないとき
は、触媒活性化を促すべ（排気ガス温度を上げるために
、排気バルブ２４を閉じ傾向（φ＝φ、；第４Ｃ図参照
）にする。か（して、バルブ２４の開度をφ、に設定す
れば、触媒活性化が促されると共に、触媒が活性化して
いな（でも排気ガスの触媒中の滞留時間が長（なるので
、エミッションが改善される。

温度ｔ２を触媒の劣化を早める温度とする。ステップＳ
８で、触媒温度がｔ１≦Ｔｃ　＜ｔａに達した状態は、エンジンは冷機状態にあるが、触媒は
活性化状態にあることを示す。このときはステップＳ８
でＹＥＳと判断される。この活性化状態は、排気バルブ
２４を閉じ気味にして得られたものである。ところが、
ここで、排気バルブ２４を第４Ａ図のように開いてしま
うと、エンジンが未だ冷機状態にあるために、触媒２３
の温度は再低下する虞れがある。一方、バルブ２４の開
度をφ＝φ１に継続して保つことは、触媒コンバータ２
３の温度を、劣化温度ｔ２以上に上げる虞れもある。そ
こで、ステップＳ１２で、排気バルブ２４を中間的な開
度（φ＝φ２　；第４Ｂ図）にして排気ガス温度を少し
下げ、触媒を必要最小限の活性化温度に保つのである。

また、排圧は若干低下するのでＤＧＲは減少し運転性も
改善する。

尚、触媒温度Ｔ０がＴｃ≧ｔ２のときは、触媒の劣化を
早めるので、ステップＳ１４で排気バルブ２４を全開（
第４Ａ図）にする。触媒は十分に加熱されているので、
エンジンの冷機状態でバルブ２４を全開にしても、触媒
温度Ｔｃが活性化温度ｔ、以下に下がることはないから
である。

第３図の制御手順によれば、ノッキング防止という効果
も付随的に得られる。即ち、従来例のように、排気バル
ブ２４を閉じた状態で、高負荷運転を行なうと、高排圧
によるＤＧＲ増大により、燃焼室中の混合気温度が上昇
するので、ノッキングが発生し易くなる。ところが、第
３図の制御手順では、高負荷状態を検出する（ステップ
Ｓ２）と、排気バルブ２４を全開して排圧を下げている
ので、加速応答性が確保されるのに付随してノッキング
の発生も抑制される。

尚、第３図の制御手順では、高負荷状態を燃料噴射パル
ス幅ＴＥから判断していた。しかし、加速性重視、ノッ
キング抑制のための制御という観点では、負荷判定の代
りに、加速信号、例えば、単位時間当りのスロットル１
９の開度変化（△θ／△ｔ）の値を判断材料に用いても
よい。

次に第２図に示した実施例の変形例を説明する。この変
形例は次の点に眼目が置かれている。

即ち、従来技術の項で説明した実開昭６０−１９２２４
８号のように、冷機時に、排気通路の抵抗を上げると、
排気ガスの触媒中の滞留時間が長（なってエミッション
は改善される。しかし、ＤＧＲの増大により運転性は劣
化する。また、ＤＧＲの増大は失火等に結び付き、却っ
てエミッションを悪（することもある。そこで、この変
形例は、運転性悪化防止とエミッション改善とのバラン
スを得るために、運転性の悪化の指標として、出力軸１
２の角速度変動、またはリーディング側点火プラグに設
けられた圧力センサによる指圧変動を検出し、運転性を
許容レベルに抑えて、できるだけ排圧を上げるようにし
たものである。

第５図はその変形例のエンジンシステムを示す。第２図
と異なるところは、リーディング側の点火プラグ１３ｂ
近傍の燃焼室圧力Ｐを検出するための指圧センサ１７で
ある。指圧変動は、△Ｐ／△ｔとして計算される。また
、角速度の変動は、出力軸に設けられた回転数センサの
出力パルスの周期の変動△Ｗ／△ｔとして計算される。

第６図は、この変形例に係る制御手順のフローチャート
である。

ステップＳ２０では１．吸気量Ｑｌｌｌエンジン回転数
回転数Ｎジエンジン水温　、触媒温度Ｔｃ、指圧Ｐが夫
々読み込まれる。ステップＳ２２．ステップＳ２４の制
御は、第３図のステップＳ２．ステップＳ４と同じであ
る。以下、エンジンが冷機状態にあるときを説明する。

ステップＳ２６では、角速度変動及び指圧変動を計算す
る。ステップＳ２８では、計算された角速度変動及び指
圧変動が、であるかを調べる。ここで、Ｃ３，Ｄ＋は所定の閾値で
ある。角速度変動及び指圧変動が小さいときは、運転性
は良好であるとして、ステップＳ３２で、排気バルブ２
４を開度φ＝φ１まで閉じる（第４Ｃ図参照）。ステッ
プＳ２８でＮｏと判定されたときは、ステップＳ３０に
進み、角速度変動及び指圧変動が、であるかを調べる。ここで、Ｃ２（＞　ＣＩ）Ｄｚ　　
（＞Ｄ＋　）は所定の閾値である。ステップＳ２８でＮ
ｏ、ステップＳ３０でＹＥＳと判定されたときは、運転
性が若干低下していることを示す。このときは、ステッ
プＳ３４に進み、排気バルブ開度をφ２まで上げる。

また、ステップＳＺ８でＮｏ、ステップＳ３０でＮｏと
判定されたときは、運転性が大分不安定になっていると
判断して、ステップＳ３６で、排気バルブ２４を全開（
φ＝φ３）にする。

か（して、この変形例によれば、エンジンが冷機状態に
あるか否かにかかわらず、高負荷状態にあるときは、ス
テップＳ３６で排気バルブ２４が全開となるので加速応
答性が向上する。また、冷機状態にあるときは、運転性
が悪化していない限り、ステップＳ３２で排気バルブ２
４を閉めて、触媒の活性化を促進し、且つ、排気ガスの
滞留時間を長くしてエミッションを改善するようにする
。一方、運転性が若干悪化すれば、排圧が過度に低下し
てエミッションが劣化しない範囲で、排気弁２４を若干
開ける。このようにして、エミッジョンの改善と運転性
の確保のバランスがとれる。

尚、運転性の悪化の態様として、ノッキングの発生があ
る。そこで、第４図の変形例のシステムに更にノッキン
グセンサを付加し、このセンサ出力から運転性を判断し
、その値に応じて、排気バルブ開度を制御してもよい。

本発明はさらに種々変形が可能である。

例えば、上記実施例及び変形例では、排気バルブの開度
を３通りに設定していたが、設定数をもつと増やしても
よい。また、上述の実施例及びその変形例では、全てロ
ークリエンジンの例であったが、本発明はレシプロエン
ジンにも適用可能である。レシプロエンジンでも冷機時
、また、排圧上昇時の前述の問題はロークリエンジンと
同じように発生するからである。

また、本発明は、燃料噴射式エンジンに限られず、例え
ばキャブレタ式エンジンにも適用可能である。

また、上記実施例等では、排気バルブは触媒の下流に設
けていたが、上流に設置しても本発明の効果は達成でき
る。

（発明の効果）以上説明したように本発明の触媒付エンジンの排気制御
装置によれば、冷機運転中において、抵抗増大手段が作
動しで、排気ガス浄化性能の早期向上が図れる。さらに
また、この冷機運転中に高負荷状態になれば、排気抵抗
は減少して排圧は低下するので、ＤＧＲは減少して、運
転性、例えば加速性は確保される。また、触媒の温度を
監視し、触媒温度が上昇するほど排気抵抗を減少させて
いるので、触媒の劣化防止と、触媒の活性化の早期化、
エミッションの改善とのバランスがとれるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図、第２図は本発明をロータリエンジンに適用した１つの実
施例の全体図、第３図は第２図実施例の制御手順を示すフローチャート
、第４Ａ図、第４Ｂ図、第４Ｃ図は実施例に係る排気バル
ブの開閉状態を説明する図、第５図は変形例に係るエンジンシステムの全体図、第６図は第４図変形例に係る制御手順のフローチャート
である。図中、１０・・・ロータリエンジン本体、１１・・・ロータ、
１２・・・出力軸、１３，１３ａ、１３ｂ・・・点火プ
ラグ、１５・・・インジェクタ、１６・・・触媒温度セ
ンサ、１７・・・指圧センサ、１９・・・スロットルバ
ルブ、２０ａ・・・セカンダリ補助吸気ボート（ＳＡボ
ート）　　　２０ｂ・・・セカンダリメイン吸気ボート
（ＳＭボート）、２１・・・吸気管、２２・・・排気マ
ニホルド、２３・・・触媒コンバータ、２４・・・排気
制御バルブ、２５・・・ＳＡバルブアクチュエータ、２
６・・・補助吸気ボート制御バルブ（ＳＡバルブ）、２
７・・・マフラ、２８・・・スロットル開度センサ、２
９・・・エンジン回転数センサ、４０・・・エンジンコ
ントローラである。特許出願入マツダ株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）途中に触媒を設けられた排気通路の通路抵抗を変
更する抵抗変更手段を備えたエンジンにおいて、この触媒の温度を検出する温度検出手段と、エンジンの
高負荷運転状態を検出する状態検出手段と、これらの検出手段の出力信号を受ける制御手段であって
、エンジンの冷機時にはこの排気通路の通路抵抗を増加
し、エンジンの冷機時にその高負荷運転状態を検出され
たときには前記通路抵抗を減少させ、触媒温度が所定値
以上のときには、その温度が上昇するほど抵抗を減少さ
せるように、前記抵抗変更手段を制御する制御手段とを
備えたことを特徴とする触媒付エンジンの排気制御装置
。