JPH08291709A

JPH08291709A - 内燃機関の触媒活性検出装置

Info

Publication number: JPH08291709A
Application number: JP7096741A
Authority: JP
Inventors: Masao Nakamura; 正生中村; Fumihiro Yoshihara; 文博吉原; Masayuki Saruwatari; 匡行猿渡
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】触媒の活性状態を高精度に検出する。【構成】始動時の冷却水温度Ｔｗｓ（Ｓ２）に基づいて
基準熱量Ｃφを設定する（Ｓ３）。一方、燃料カット中
でなく（Ｓ６）かつアイドル運転状態でないときに（Ｓ
７）、吸入空気量Ｑから触媒に与えられる熱量Ａを推定
し（Ｓ８）、該熱量Ａの積算値Ｃ_Hを算出する（Ｓ
９）。そして、前記積算値Ｃ_Hが前記基準熱量Ｃφを越
えたときに（Ｓ10）、触媒が活性状態になったものと判
定し、触媒を活性化させるための暖機制御を終了させる
（Ｓ11）。

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触媒活性検出
装置に関し、詳しくは、内燃機関の排気を浄化するため
に排気通路に介装される触媒の活性状態を間接的に検出
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関においては、機関から
排出されるＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯなどの有害成分を、排気
通路に介装された三元触媒によって浄化するのが一般的
となっている。ここで、前記排気浄化用の触媒は、その
非活性状態では充分な浄化率が発揮されないため、機関
始動直後の触媒が活性化する前の状態では、活性時より
も有害成分の排出量が多くなってしまう惧れがある。

【０００３】そこで、触媒上流側に二次空気を供給した
り、或いは、空燃比をリーン化させることで触媒上流側
を空気過剰雰囲気としたり、点火時期を遅角して排気温
の上昇を図るなど、始動直後から速やかに触媒を活性化
させるための触媒暖機制御が従来から種々行われていた
（特開平６−１２９２４１号公報，特開平５−１８２３
２号公報等参照）。

【０００４】ところで、上記の触媒を活性化させるため
の暖機制御は、触媒の非活性状態に必要となるものであ
り、既に触媒が活性化しているにも関わらず、前記活性
化のための制御が継続的に実行されてしまうと、排気性
状を却って悪化させてしまったり、触媒の熱劣化，溶損
などを発生させる惧れが生じる。逆に、触媒が未だ活性
状態に達していないのに、前記活性化制御が中止されて
しまうと、触媒の浄化率が悪い状態のまま機関が運転さ
れて排気性状が悪化してしまう。

【０００５】従って、従来から、始動からの経過時間や
冷却水温度に基づいて触媒の活性を推定して、触媒の活
性状態が推定されてから前記活性化制御を解除すること
が行われていた（特開平６−１２９２４１号公報参
照）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、始動か
らの経過時間や冷却水温度に基づいて触媒活性を推定す
る構成の場合、例えば始動直後に急加速されると、図４
に示すように、冷却水温度又は始動からの経過時間と触
媒温度との相関関係が通常時とは異なる特性を示すよう
になって、冷却水温度又は始動からの経過時間による活
性判定時よりも実際の活性時期が早まることがある。こ
の場合、活性判定が遅れることで、かかる判定が遅れる
期間において無用な活性化制御が実行されてしまう惧れ
があった。

【０００７】また、始動後にアイドル状態のまま放置さ
れるような場合には、図５に示すように、冷却水温度又
は始動からの経過時間から触媒活性が推定されても、実
際には触媒が活性化していない場合があり、この場合に
は、触媒が活性化していないのに活性化制御が中止され
て、触媒の浄化率が低い状態のまま放置されて、排気性
状が悪化することがあった。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、触媒の活性状態を高精度に推定できる内燃機関の
触媒活性検出装置を提供することで、触媒の暖機制御を
過不足なく適切に行えるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる内燃機関の触媒活性検出装置は、内燃機関の排
気通路に介装される排気浄化用の触媒の活性状態を検出
する装置であって、図１に示すように構成される。図１
において、吸入空気量検出手段は機関の吸入空気量を検
出し、熱量推定手段は、吸入空気量検出手段で検出され
た吸入空気量に基づいて、触媒に与えられる熱量の積算
値を推定演算する。

【００１０】そして、触媒活性判定手段は、熱量推定手
段で推定演算された熱量の積算値が基準熱量以上になっ
たときに、触媒の活性を判定する。請求項２の発明にか
かる内燃機関の触媒活性検出装置では、前記触媒活性判
定手段において前記熱量推定手段で推定演算された熱量
の積算値と比較される基準熱量を、機関始動時の冷却水
温度に応じて設定する基準熱量設定手段を設ける構成と
した。

【００１１】請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒活
性検出装置では、機関への燃料供給が停止されている間
において、前記熱量推定手段による熱量の積算を停止さ
せる燃料カット時積算停止手段を設ける構成とした。請
求項４の発明にかかる内燃機関の触媒活性検出装置で
は、機関のアイドル運転時において、前記熱量推定手段
による熱量の積算を停止させるアイドル時積算停止手段
を設ける構成とした。

【００１２】

【作用】請求項１の発明にかかる内燃機関の触媒活性検
出装置によると、機関の排気温度が、機関の吸入空気量
に相関することから、吸入空気量に基づいて触媒に与え
られる熱量を推定し、熱量の積算値が基準熱量以上にな
ったことに基づいて、触媒活性を判定する。

【００１３】従って、加速運転などによって吸入空気量
が増えれば、これに対応して熱量の積算値が増え、加速
運転による触媒温度の上昇に対して活性判定が遅れるこ
とを回避できる。請求項２の発明にかかる内燃機関の触
媒活性検出装置によると、活性判定を行う熱量積算値の
基準値を、始動時の冷却水温度に応じて設定すること
で、例えば触媒の初期温度が高いと推定される始動時水
温の高い場合には、より低い熱量で触媒活性を判定し、
逆に、触媒の初期温度が低いと推定される始動時水温の
低い場合には、より高い熱量で触媒活性を判定させ、初
期温度の変化により活性判定精度が悪化することを回避
し得る。

【００１４】請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒活
性検出装置によると、機関への燃料供給が停止されてい
る状態では燃焼が行われないから、吸入空気量に基づく
熱量の積算を停止し、燃料供給の停止状態において通常
燃焼時のように熱量が積算されて、積算値に誤差を生じ
ることを防止する。請求項４の発明にかかる内燃機関の
触媒活性検出装置によると、アイドル運転時には、触媒
に与えられる熱量が小さく放熱量とのバランスによって
触媒温度の上昇が殆ど得られない場合があるので、アイ
ドル運転時に熱量の積算を停止して、実際の触媒温度上
昇に対応した積算値が得られるようにした。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図２は本
実施例のシステム構成を示す図であり、図示しない車両
に搭載された内燃機関１には、エアクリーナ２から吸気
ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介
して空気が吸入される。

【００１６】吸気マニホールド５のブランチ部には各気
筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。前記燃料噴射弁
６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて
閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロ
ールユニット12からの噴射パルス信号により通電されて
開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されプレッシャ
レギュレータにより所定の圧力に調整された燃料を吸気
マニホールド５内に噴射供給する。

【００１７】機関１の燃焼室にはそれぞれ点火栓７が設
けられていて、これにより火花点火して混合気を着火燃
焼させる。そして、機関１からは、排気マニホールド
８，排気ダクト９，排気浄化用の三元触媒10（排気浄化
触媒）及びマフラー11を介して排気が排出される。コン
トロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／
Ｄ変換器及び入出力インタフェイスを含んで構成される
マイクロコンピュータを備え、各種のセンサから入力し
た検出信号に基づいて燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料
噴射量Ｔｉに基づいて燃料噴射弁６を間欠的に開駆動す
る。

【００１８】前記各種のセンサとしては、機関１の吸入
空気量Ｑに応じた電圧信号を出力する吸入空気量検出手
段としてのエアフローメータ13、機関１の回転信号を出
力するクランク角センサ14、機関１のウォータジャケッ
ト内の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ15などが設
けられている。更に、前記三元触媒10の上流側となる排
気マニホールド８の集合部に酸素センサ16が設けられて
いる。

【００１９】前記第１酸素センサ16は、排気中の酸素濃
度に感応して出力値が変化する公知のセンサであり、理
論空燃比を境に排気中の酸素濃度が急変することを利用
し、理論空燃比に対する排気空燃比のリッチ・リーンを
検出し得るリッチ・リーンセンサである。ここにおい
て、コントロールユニット12に内蔵されたマイクロコン
ピュータのＣＰＵは、所定のフィードバック制御条件が
成立しているときに、前記酸素センサ16の出力が目標空
燃比に相当する値に近づく方向に燃料噴射量をフィード
バック制御する。

【００２０】また、コントロールユニット12は、前記三
元触媒10が活性温度に達しているか否かを判別し、かか
る判別結果に基づいて、触媒の暖機制御を実行する。前
記触媒の暖機制御とは、触媒上流側に対する二次空気の
供給、空燃比のリーン化、或いは、点火時期の遅角補正
であり、始動から触媒活性が判定されるまでの間前記暖
機制御を行って、触媒の早期活性化を図るものである。

【００２１】図３のフローチャートは、コントロールユ
ニット12による触媒活性の判定制御を示すものである。
尚、本実施例において、熱量推定手段，触媒活性判定手
段，基準熱量設定手段，燃料カット時積算停止手段，ア
イドル時積算停止手段としての機能は、前記図３のフロ
ーチャートに示すように、コントロールユニット12がソ
フトウェア的に備えている。

【００２２】この図３のフローチャートにおいて、ま
ず、ステップ１（図中ではＳ１と記してある。以下同
様）では、機関１が始動されたか否かを判別する。そし
て、始動された場合には、ステップ２へ進み、始動時の
冷却水温度Ｔｗｓを読み込む。次のステップ３では、前
記始動時の冷却水温度Ｔｗｓに基づいて基準熱量Ｃφを
設定する。

【００２３】ここで、前記始動時の冷却水温度Ｔｗｓ
は、触媒10の初期温度に対応するものと見做すことがで
き、かかる始動時の冷却水温度Ｔｗｓが高いときほど前
記基準熱量Ｃφはより小さな値として設定されるように
なっている。即ち、触媒の初期温度が高いと推定される
始動時水温の高い場合には、より低い熱量で触媒活性を
判定し、逆に、触媒の初期温度が低いと推定される始動
時水温の低い場合には、より高い熱量で触媒活性を判定
させ、初期温度の変化により活性判定精度が悪化するこ
とを回避できるようにしてある。

【００２４】ステップ４では、前記基準熱量Ｃφとして
０が前記ステップ３で設定されたか否かを判別する。機
関停止直後の再始動時であって、始動時の冷却水温度Ｔ
ｗｓが所定温度以上であって、前回の運転による触媒活
性状態が維持されているものと見做される場合には、前
記基準熱量Ｃφとして０が設定されるようになっている
ので、ステップ４で前記基準熱量Ｃφが０であると判別
されたときには、触媒10が暖機制御の必要なく活性状態
にあるものと判断し、ステップ11へジャンプして進み、
暖機制御を行うことなく終了する。

【００２５】一方、前記基準熱量Ｃφが０でない場合に
は、触媒10が活性状態になく、暖機が必要な状態である
と判断し、ステップ５へ進んで、触媒上流側に対する二
次空気の供給、空燃比のリーン化、或いは、点火時期の
遅角補正などである暖機制御を開始し、触媒の早期活性
を図る。ステップ６では、機関１への燃料供給が停止さ
れている状態（燃料カット状態）であるか否かを判別す
る。前記燃料供給の停止制御は、例えば、スロットル開
度が全閉でかつ機関回転数Ｎｅが所定以上である減速運
転状態において行われる。

【００２６】ステップ６で、燃料カット状態でないと判
別されたときには、ステップ７へ進み、機関１がアイド
ル運転状態であるか否かを判別する。そして、燃料カッ
ト状態でなくかつアイドル運転状態でもない場合には、
ステップ８へ進み、エアフローメータ13で検出された吸
入空気量Ｑに基づいて、触媒10に対して排気によって与
えられた熱量Ａを、Ａ＝Ｑ²×ａ（ａは比例係数）として推定演算する。

【００２７】次のステップ９では、前記ステップ８で今
回求められた熱量Ａを、前回までの積算値Ｃ_Hn-1に加算
し、該加算結果を今回の積算値Ｃ_Hnとする。尚、前記積
算値Ｃ_Hnは、キースイッチＯＮ時のイニシャライズ処理
によってゼロリセットされる値である。一方、前記ステ
ップ６で燃料カット状態であるは判別されたとき、或い
は、ステップ７でアイドル運転状態であると判別された
ときには、前記ステップ８，９へ進むことなく、ステッ
プ６の判別に戻ることで、前記積算値Ｃ_Hnの更新（熱量
の積算）が停止される。

【００２８】燃料カット状態では燃焼が行われないか
ら、吸入空気量Ｑに基づく熱量の積算を停止し、燃料供
給の停止状態において通常燃焼時のように熱量が積算さ
れて、積算値Ｃ_Hnに誤差を生じることを防止するもので
ある。また、アイドル運転時には、触媒に与えられる熱
量が小さく放熱量とのバランスによって触媒温度の上昇
が殆ど得られないので、アイドル運転時に熱量の積算を
停止して、実際の触媒温度上昇に対応した積算値Ｃ_Hnが
得られるようにする。

【００２９】ステップ10では、前記熱量積算値Ｃ_Hnと、
前記ステップ３で設定した基準熱量Ｃφとを比較する。
そして、熱量積算値Ｃ_Hnが基準熱量Ｃφ以下である場合
には、触媒10が活性温度に達していないものと判断し、
暖機制御状態を継続させたままステップ６へ戻る。

【００３０】一方、熱量積算値Ｃ_Hnが基準熱量Ｃφを越
えている場合には、触媒10が活性温度に達して活性状態
になったものと判断し、ステップ11へ進んで暖機制御を
終了させる。尚、上記実施例では、触媒活性の検出結果
を、触媒の暖機制御の終了判断に用いる構成としたが、
例えば、触媒10の下流側にも酸素センサを設け、触媒の
上流側及び下流側での空燃比検出結果に基づいて空燃比
をフィードバック制御するシステムにおいて、下流側の
酸素センサを用いた制御を、上記積算値Ｃ_Hnに基づき触
媒活性が検出されてから行わせるようにしたり、又は、
空燃比フィードバック制御中の上流側と下流側とでの空
燃比反転比に基づく触媒劣化診断において、上記積算値
Ｃ_Hnに基づき触媒活性が検出されている状態を診断許可
条件としても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明にか
かる内燃機関の触媒活性検出装置によると、吸入空気量
に基づいて触媒に与えられる熱量を推定し、熱量の積算
値が基準熱量以上になったことに基づいて触媒活性を判
定する構成としたので、例えば加速運転による触媒温度
の上昇に対して活性判定が遅れることを回避でき、触媒
活性を高精度に検出できるという効果がある。

【００３２】請求項２の発明にかかる内燃機関の触媒活
性検出装置によると、触媒の活性判定を行う熱量積算値
の基準値を始動時の冷却水温度に応じて設定すること
で、触媒の初期温度の変化により活性判定精度が悪化す
ることを回避できるという効果がある。請求項３の発明
にかかる内燃機関の触媒活性検出装置によると、機関へ
の燃料供給が停止され燃焼が行われない状態において、
吸入空気量に基づく熱量の積算を停止するので、燃料供
給の停止状態において通常燃焼時のように熱量が積算さ
れて積算値に誤差を生じることを防止できるという効果
がある。

【００３３】請求項４の発明にかかる内燃機関の触媒活
性検出装置によると、触媒に与えられる熱量が小さく放
熱量とのバランスによって触媒温度の上昇が殆ど得られ
ないアイドル運転時において、熱量の積算を停止させる
構成としたので、実際の触媒温度上昇に対応した積算値
が得られ、高精度な活性検出が行えるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる装置の基本構成を示す
ブロック図。

【図２】実施例のシステム構成図。

【図３】実施例の触媒活性判定制御を示すフローチャー
ト。

【図４】加速運転により活性判定に遅れが発生する従来
の様子を示すタイムチャート。

【図５】アイドル放置により活性の誤判定が発生する従
来の様子を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１内燃機関 10 三元触媒（排気浄化触媒） 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 15 水温センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に介装される排気浄化
用の触媒の活性状態を検出する装置であって、機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、該吸入空気量検出手段で検出された吸入空気量に基づい
て、触媒に与えられる熱量の積算値を推定演算する熱量
推定手段と、該熱量推定手段で推定演算された熱量の積算値が基準熱
量以上になったときに、触媒の活性を判定する触媒活性
判定手段と、を含んで構成された内燃機関の触媒活性検出装置。
【請求項２】前記触媒活性判定手段において前記熱量推
定手段で推定演算された熱量の積算値と比較される基準
熱量を、機関始動時の冷却水温度に応じて設定する基準
熱量設定手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の
内燃機関の触媒活性検出装置。
【請求項３】機関への燃料供給が停止されている間にお
いて、前記熱量推定手段による熱量の積算を停止させる
燃料カット時積算停止手段を設けたことを特徴とする請
求項１又は２に記載の内燃機関の触媒活性検出装置。
【請求項４】機関のアイドル運転時において、前記熱量
推定手段による熱量の積算を停止させるアイドル時積算
停止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいず
れか１つに記載の内燃機関の触媒活性検出装置。