JPH07243324A - 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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JPH07243324A
JPH07243324A JP6056777A JP5677794A JPH07243324A JP H07243324 A JPH07243324 A JP H07243324A JP 6056777 A JP6056777 A JP 6056777A JP 5677794 A JP5677794 A JP 5677794A JP H07243324 A JPH07243324 A JP H07243324A
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exhaust gas
engine
secondary air
temperature
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Taku Komatsuda
卓 小松田
Yuichi Shimazaki
勇一 島崎
Hiroaki Kato
裕明 加藤
Akihisa Saito
彰久 斎藤
Riichi Oketani
利一 桶谷
Takuya Aoki
琢也 青木
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の冷間始動時等において排気通路に
設けられた触媒を早期に活性化し、良好な排気ガス特性
を得る。 【構成】 排気通路８の開閉弁１６の開度がエンジン回
転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて算出され
（ステップＳ３１）、二次空気供給条件成立時（Ｆ２Ａ
ＩＲ＝１）は、触媒温度ＴＣＡＴに応じて算出される補
正量θＣＲにより、開閉弁開度が閉弁方向に補正され
る。二次空気供給条件は、触媒温度ＴＣＡＴが所定温度
ＴＣＡＴ０以下かつ、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷ
０以下かつエンジン始動後所定期間内であるとき成立す
る（図４）。二次空気供給条件成立時には、排気通路８
の触媒１１，１２の上流側に空気が供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気通路に
排気ガスを浄化する触媒を備える排気ガス浄化装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】機関の排気通路にヒータ付の触媒を設
け、機関の冷間始動時等に触媒を加熱して活性化を促進
させるようにした排気ガス浄化装置は、従来より知られ
ている（実開平４−１０５９２５号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置においてヒータのみによって触媒を活性温度ま
で上昇させるには、かなりの時間要するが、この時間を
短縮し、早期活性化を図るためには、大容量のヒータが
必要となり、バッテリの大型化等を招き、好ましくな
い。
【０００４】本発明はこの点に着目してなされたもので
あり、冷間始動時等において排気通路に設けられた触媒
を早期に活性化し、良好な排気ガス特性を得ることがで
きる排気ガス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ため
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを
浄化する触媒を備える内燃機関の排気ガス浄化装置にお
いて、前記排気通路の前記排気ガス浄化触媒の上流側に
二次空気を供給する二次空気供給手段と、前記排気通路
の前記排気ガス浄化触媒の下流側に設けられ、前記排気
通路の流路断面積を変更する流路断面積変更手段と、前
記機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記排気ガス浄化触媒の温度を表わす触媒温度パラメー
タを検出する触媒温度パラメータ検出手段と、前記検出
した機関運転状態及び前記触媒温度パラメータの少なく
とも一方に基づいて前記排気二次空気供給手段及び流路
断面積変更手段の作動状態を制御する制御手段とを備え
るようにしたものである。
【０００６】また、前記排気ガス浄化触媒を電気的に加
熱する加熱手段をさらに設けることが望ましい。
【０００７】
【作用】検出した機関運転状態及び触媒温度パラメータ
の少なくとも一方に基づいて、二次空気の供給及び排気
通路の流路断面積が制御される。
【０００８】また、排気ガス浄化触媒は、加熱手段によ
り電気的に加熱される。
【０００９】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
【００１０】図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関
（以下「エンジン」という）及びその排気ガス浄化装置
の構成を示す図であり、エンジン１の吸気管２には、ス
ロットル弁３が設けられている。
【００１１】このスロットル弁３の直ぐ下流には吸気管
内絶対圧（ＰＢＡ）センサ４が設けられており、この絶
対圧センサ４により電気信号に変換された絶対圧信号は
電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）４
に供給される。
【００１２】エンジン１の本体に装着されたエンジン水
温（ＴＷ）センサ６はサーミスタ等から成り、エンジン
水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出
力してＥＣＵ４に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）セ
ンサ７はエンジン１の図示しないカム軸周囲又はクラン
ク軸周囲に取付けられている。エンジン回転数センサ１
１はエンジン１のクランク軸の１８０度回転毎に所定の
クランク角度位置でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」
という）を出力するものであり、この信号パルスはＥＣ
Ｕ４に供給される。
【００１３】エンジン１の排気通路８には上流側から順
に電気的に加熱可能なヒータ付触媒（以下「ＥＨＣ」と
いう）１１、ＥＨＣ１１より大きな容量を備え、排気ガ
ス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う三元触
媒１２及び消音効果を得るための迷路状の構造を有し、
さらに排気通路８の流路断面積を増減変更するための開
閉弁１６（図２参照）を備えるサイレンサ１３が設けら
れている。また、排気通路８のＥＨＣ１１の上流側には
通路９を介して空気ポンプ１０が接続されており、ポン
プ１０の作動はＥＣＵ４により制御される。ポンプ１０
を作動させることにより、通路９を介して排気通路８に
空気が供給される。
【００１４】ＥＨＣ１１のヒータ（図示せず）はＥＣＵ
４に接続されており、そのヒータのオン／オフ（通電／
非通電）はＥＣＵ４により制御される。なおＥＨＣ１１
のヒータは、触媒担体自体が通電により発熱する電気抵
抗体で構成されたものであるが、触媒担体とは別体化さ
れたものであってもよい。さらにＥＨＣ１１にはその触
媒温度ＴＣＡＴを検出する触媒温度センサ（触媒温度パ
ラメータ検出手段）１４が装着されており、センサ１４
の検出信号はＥＣＵ４に入力される。
【００１５】また、図２（ａ）にも示すようにサイレン
サ１３には開閉弁１６を駆動するパルスモータ１５が機
械的に接続されており、パルスモータ１５はＥＣＵ４に
電気的に接続されている。ＥＣＵ４はパルスモータ１５
を駆動することにより開閉弁１６の開度を制御する。
【００１６】サイレンサ１３の内部は、図２（ａ）に示
すように消音効果を得るために迷路状になっており、そ
の下流端には２つの排気口１３ａ，１３ｂが設けられて
いる。一方の排気口１３ａには流路断面積変更手段とし
ての開閉弁１６が設けられている。バタフライ弁又はロ
ータリー弁よりなる開閉弁１６はパルスモータ１５に機
械的に接続されており、サイレンサ１３の後部に設けら
れた排気口１３ａを開く開弁位置と排気口１３ａを閉じ
る閉弁位置との間を任意の開度で開閉制御される。従っ
て、開閉弁１６の開度を変更することにより、排気通路
８の流路断面積を増減変更して排気ガスの流路抵抗を変
更させることができる。
【００１７】なお、サイレンサ１３は同図（ｂ）に示す
ように、開閉弁１６を有する流路断面積制御部１３ｃ
と、消音機能を有する消音部１３ｄとに分割した構成と
してもよい。
【００１８】ＥＣＵ４は各種センサからの入力信号波形
を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ
信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入
力回路、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）、
ＣＰＵで実行される各種演算プログラム、各種マップ又
はテーブル及び演算結果等を記憶する記憶部、ＥＨＣ１
１のヒータ、空気ポンプ１０及びパルスモータ１５に駆
動信号を供給する出力回路等から構成される。
【００１９】図３は、ＥＣＵ４における二次空気供給制
御及びＥＨＣのヒータ制御の処理手順を示すフローチャ
ートである。本処理は例えば一定時間毎に実行される。
【００２０】ステップＳ１では後述する二次空気供給条
件成立時に「１」に設定されるフラグＦ２ＡＩＲが
「１」か否かを判別し、Ｆ２ＡＩＲ＝１のときは、ＥＨ
Ｃ１１のヒータをオンする（ステップＳ２）とともに、
二次空気の供給を行う（ステップＳ３）。一方、Ｆ２Ａ
ＩＲ＝０のときは、ＥＨＣ１１のヒータをオフする（ス
テップＳ４）とともに二次空気の供給を停止する（ステ
ップＳ５）。
【００２１】図４は、ＥＣＵ４において二次空気供給条
件の判定、即ちフラグＦ２ＡＩＲの設定を行う処理のフ
ローチャートである。
【００２２】ステップＳ１１では、触媒温度ＴＣＡＴが
所定温度ＴＣＡＴ０（例えば４００℃）より高いか否か
を判別し、ＴＣＡＴ≦ＴＣＡＴ０が成立するときはエン
ジン１の始動後所定期間（例えば６０秒）経過したか否
かを判別する（ステップＳ１２）。その結果、エンジン
始動後所定期間経過していないときは、さらにエンジン
水温ＴＷが所定水温ＴＷ０（例えば８０℃）より高いか
否かを判別する（ステップＳ１３）。
【００２３】ステップＳ１１〜ステップＳ１３の答が全
て否定（ＮＯ）のとき、即ちエンジン始動後所定期間経
過前であって、ＴＣＡＴ≦ＴＣＡＴ０及びＴＷ≦ＴＷ０
が成立するときは、二次空気を供給すべき状態（二次空
気供給条件成立）と判定し、フラグＦ２ＡＩＲを「１」
とする（ステップＳ１４）。
【００２４】一方、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の
いずれかの答が肯定（ＹＥＳ）のとき、即ちＴＣＡＴ＞
ＴＣＡＴ０若しくはＴＷ＞ＴＷ０が成立するとき又はエ
ンジン始動後所定期間経過後のときは、二次空気を供給
する必要のない状態（二次空気供給条件不成立）と判定
し、フラグＦ２ＡＩＲを「０」とする（ステップＳ１
５）。
【００２５】なお、図３を参照すれば明らかなように、
二次空気供給条件は、ＥＨＣ１１のヒータオン条件と同
一である。
【００２６】図５は、図３のステップＳ３における二次
空気供給制御の処理手順を示すフローチャートである。
本処理は例えば一定時間毎に実行される。
【００２７】ステップＳ２１では、検出したエンジン回
転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡを読み込み、次いで
ＮＥ値及びＰＢＡ値に応じて目標空気量マップを検索
し、目標空気量を算出する（ステップＳ２２）。目標空
気量マップは、複数のＮＥ値及びＰＢＡ値に対応して目
標空気量、即ち二次空気供給量の目標値が設定されたマ
ップである。
【００２８】続くステップＳ２３では、ステップＳ２２
で算出した目標空気量に応じて空気ポンプ１０の目標回
転数を決定し、空気ポンプ１０の実際の回転数がその目
標回転数に一致するように制御を行う。
【００２９】図６は、ＥＣＵ４における開閉弁１６の開
度制御の処理手順を示すフローチャートである。
【００３０】ステップＳ３１では、検出したエンジン回
転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて開閉弁開度
のマップ値θＥＸＭＡＰを算出し、次いで二次空気供給
条件フラグＦ２ＡＩＲが「１」か否かを判別する（ステ
ップＳ３２）。Ｆ２ＡＩＲ＝０であって二次空気供給条
件不成立のときは、直ちにステップＳ３５に進み、θＥ
ＸＭＡＰ値を開閉弁開度の最終制御値θＥＸとする。
【００３１】ステップＳ３２でＦ２ＡＩＲ＝１のとき
は、ステップＳ３３に進み、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所
定圧ＰＢＡ０（例えば６０Ｋｐａ（４５０ｍｍＨｇ））
より高いか否かを判別する。ＰＢＡ＞ＰＢＡ０が成立
し、高負荷運転状態のときは、直ちに前記ステップＳ３
５に進む一方、ＰＢＡ≦ＰＢＡ０が成立するときは、触
媒温度ＴＣＡＴに応じて開閉弁開度の閉弁方向の補正量
θＣＲを算出する。
【００３２】この補正量θＣＲは、図７に示すように触
媒温度ＴＣＡＴが上昇するほど、減少するように設定さ
れたθＣＲテーブルを用いて算出される。図７において
ＴＣＡＴ１，ＴＣＡＴ２は所定触媒温度である（例えば
ＴＣＡＴ１は２５０℃、ＴＣＡＴ２は３５０℃）。
【００３３】次いでステップＳ３５に進み、次式により
最終制御値θＥＸを算出する。
【００３４】θＥＸ＝θＥＸＭＡＰ−θＣＲ これにより、マップ値θＥＸＭＡＰを補正量θＣＲだけ
閉弁方向に補正したものが、最終制御値θＥＸとなる。
【００３５】なお、ＰＢＡ＞ＰＢＡ０が成立する高負荷
運転時は、閉弁方向の補正を行うと、エンジン出力が低
下し運転性を悪化させるので、ステップＳ３４はスキッ
プするようにしている。
【００３６】本実施例によれば、エンジンの冷間始動時
のようにエンジン水温ＴＷが低く（ＴＷ≦ＴＷ０）かつ
ＥＨＣ１１の温度ＴＣＡＴが低く（ＴＣＡＴ≦ＴＣＡＴ
０）、不活性状態にあるときは、エンジン始動後所定期
間内は二次空気供給条件が成立し（図４、ステップＳ１
１〜ステップＳ１４）、排気通路の開閉弁１６の開度制
御値θＥＸが、閉弁方向に補正されるので（図６、ステ
ップＳ３４、ステップＳ３５）、排気通路の流路断面積
が減少し流路抵抗が増加して、エンジン１の燃焼室内の
温度が上昇し、その結果排気ガス温度も上昇する。同時
に二次空気が供給されるので（図３、ステップＳ３）、
排気ガス中の未燃成分の酸化反応が促進され、ＥＨＣ１
１及び三元触媒１２を速やかに活性化させることができ
る。その結果、エンジン始動直後の排気ガス特性を向上
させることができる。
【００３７】さらにＥＨＣ１１のヒータに電流が供給さ
れるので（図３、ステップＳ２）、より一層触媒の活性
化を早めることができる。
【００３８】図８は本発明の他の実施例に係るＥＨＣヒ
ータ、二次空気供給及び開閉弁開度の制御の処理手順を
示すフローチャートであり、本処理は一定時間毎に実行
される。
【００３９】ステップＳ４１では触媒温度ＴＣＡＴが所
定温度ＴＣＡＴ０（例えば４００℃）より高いか否かを
判別し、ＴＣＡＴ≦ＴＣＡＴ０が成立するときは、タイ
マＴＭのカウント値を「０」にリセットし（ステップＳ
４２）、ＥＨＣ１１のヒータをオフとし、二次空気の供
給及び開閉弁１６の開度補正（補正量θＣＲによる補
正）を行わない（ステップＳ４３）。
【００４０】一方、ＴＣＡＴ＞ＴＣＡＴ０が成立すると
きは、タイマＴＭをインクリメントし（ステップＳ４
４）、ＴＭ値が第１の所定値ＴＭ１（例えば２０秒に相
当する値）以上か否かを判別する（ステップＳ４５）。
最初はＴＭ＜ＴＭ１が成立するのでステップＳ４６に進
み、ＥＨＣヒータをオンし、二次空気供給及び開閉弁開
度の補正を実行する。ＥＨＣ１１及び三元触媒１２を早
期に活性化させるためである。
【００４１】その後ＴＭ≧ＴＭ１となったときは、ＴＭ
値が第２の所定値ＴＭ２（例えば４０秒に相当する値）
以上か否かを判別する（ステップＳ４７）。最初は、Ｔ
Ｍ＜ＴＭ２であるのでステップＳ４８に進み、ＥＨＣヒ
ータをオフとする、即ち二次空気供給及び開閉弁開度補
正のみ継続する。ＴＭ１≦ＴＭ＜ＴＭ２が成立する時間
帯では、ＥＨＣ１１（ＥＨＣ１１と三元触媒１２との間
にライトオフ触媒が設けられている場合には、ＥＨＣ１
１及びライトオフ触媒）は活性化しているが、三元触媒
１２は活性化していないことを考慮し、三元触媒１２の
活性化を促進するためである。この場合熱源としは活性
化済のＥＨＣ１１（及びライトオフ触媒）で十分であ
り、ＥＨＣヒータをオフすることにより電力消費を低減
することができる。
【００４２】その後、ＴＭ≧ＴＭ２となったときは、二
次空気供給及び開閉弁開度補正も停止する。従って、開
閉弁１６の開度は、エンジン出力特性及び消音効果に最
適となるように制御される。
【００４３】なお、二次空気供給制御及び開閉弁開度の
補正は前述した図５及び図６のステップＳ３４と同様に
行う。
【００４４】本実施例によれば、ＥＨＣヒータ及び二次
空気供給の制御がよりきめ細かくなされるので、ＥＨＣ
ヒータの消費電力の低減を図ることができる。
【００４５】なお、上述した実施例では、触媒温度セン
サ１４をＥＨＣ１１に装着したが、これに限るものでは
なく、三元触媒１２に装着し、触媒温度ＴＣＡＴとして
三元触媒１２の温度を用いてもよい。また、触媒温度セ
ンサをＥＨＣ１１及び三元触媒７２の両方に装着し、図
４のステップＳ１１又は図８のステップＳ４１の判別を
以下のように行うようにしてもよい。
【００４６】即ち、触媒温度ＴＣＡＴが上昇していると
きは、ＴＣＡＴ値として三元触媒１２の温度を使用し
て、ＴＣＡＴ＞ＴＣＡＴ０が成立するか否かを判別する
一方、触媒温度ＴＣＡＴが下降しているときは、ＴＣＡ
Ｔ値としてＥＨＣ１１の温度を使用してＴＣＡＴ＞ＴＣ
ＡＴ０が成立するか否かを判別するようにしてもよい。
このようにするのは、三元触媒１２の触媒質量はＥＨＣ
１１の触媒質量より大きく、従って三元触媒１２の方が
熱容量が大きいからである。
【００４７】また、図４のステップＳ１３ではエンジン
水温ＴＷが所定温度ＴＷ０より高いか否かを判別してい
るが、さらに吸気温ＴＡを検出し、ＴＡ値が所定吸気温
ＴＡ０より高いか否かの判別を行い、両者が基準値（Ｔ
Ｗ０，ＴＡ０）を越えたとき、二次空気供給条件不成立
と判定するようにしてもよい。
【００４８】また、触媒温度ＴＣＡＴを検出することに
代えて、エンジン始動後の経過時間や燃料噴射時間の積
算値を触媒温度を表わすパラメータとして採用し、図４
のステップＳ１１の判別や図６のステップＳ３４におけ
る補正量θＣＲの算出を行うようにしてもよい。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、検
出した機関運転状態及び触媒温度パラメータの少なくと
も一方に基づいて、二次空気の供給及び排気通路の流路
断面積が制御されるので、二次空気の供給による酸化反
応の促進と、排気通路の流路断面積の減少に伴う背圧増
加による昇温効果とによって排気ガス浄化触媒の温度を
速やかに上昇させ、エンジン始動時の排気ガス特性を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関及びその排気
ガス浄化装置の構成を示す図である。
【図２】図１のサイレンサの構造及びその変形例を示す
図である。
【図３】二次空気供給及びヒータ制御の処理手順を示す
フローチャートである。
【図４】二次空気供給条件の判定を行う処理のフローチ
ャートである。
【図５】二次空気供給制御の処理手順を示すフローチャ
ートである。
【図６】図２の開閉弁の開度制御の処理手順を示すフロ
ーチャートである。
【図７】触媒温度（ＴＣＡＴ）から開閉弁開度の補正量
（θＣＲ）を算出するためのテーブルを示す図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る二次空気供給、ヒー
タ及び開閉弁開度の制御の処理手順を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 吸気管 ４ 吸気管内絶対圧センサ ６ エンジン水温センサ ７ エンジン回転数センサ ８ 排気通路 １０ 空気ポンプ １１ ヒータ付触媒 １２ 三元触媒 １３ サイレンサ １４ 触媒温度センサ １５ パルスモータ １６ 開閉弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｎ ＺＡＢ Ｆ (72)発明者 斎藤 彰久 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 桶谷 利一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 青木 琢也 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガ
    スを浄化する触媒を備える内燃機関の排気ガス浄化装置
    において、 前記排気通路の前記排気ガス浄化触媒の上流側に二次空
    気を供給する二次空気供給手段と、 前記排気通路の前記排気ガス浄化触媒の下流側に設けら
    れ、前記排気通路の流路断面積を変更する流路断面積変
    更手段と、 前記機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段
    と、 前記排気ガス浄化触媒の温度を表わす触媒温度パラメー
    タを検出する触媒温度パラメータ検出手段と、 前記検出した機関運転状態及び前記触媒温度パラメータ
    の少なくとも一方に基づいて前記排気二次空気供給手段
    及び流路断面積変更手段の作動状態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ガス浄化装
    置。
  2. 【請求項２】 前記排気ガス浄化触媒を電気的に加熱す
    る加熱手段をさらに設けたことを特徴とする請求項１記
    載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
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