JPH09133016A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH09133016A
JPH09133016A JP7291389A JP29138995A JPH09133016A JP H09133016 A JPH09133016 A JP H09133016A JP 7291389 A JP7291389 A JP 7291389A JP 29138995 A JP29138995 A JP 29138995A JP H09133016 A JPH09133016 A JP H09133016A
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広樹 松岡
Masaaki Tanaka
正明 田中
Shigemitsu Iizaka
重光 飯坂
Michio Furuhashi
道雄 古橋
Toshinari Nagai
俊成 永井
Tadayuki Nagai
忠行 永井
Takashi Kawai
孝史 川合
Kenji Harima
謙司 播磨
Yuichi Goto
雄一 後藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒を早期暖機し活性化した電気加熱式触媒
ＥＨＣを二次空気の供給により冷却して非活性化させな
いよう機関の排気管に二次空気を供給する。 【解決手段】 内燃機関１の排気管２内に配置されたＥ
ＨＣ３と、ＥＨＣ３の下流側に配置された主触媒４と、
排気管２内に二次空気を供給する二次空気供給手段とを
有し、二次空気供給手段は、主触媒４が活性状態である
と判断されたとき、排気管２内におけるＥＨＣ３と主触
媒４との間の空間に二次空気を供給するための主空気導
入通路１０を備える。他の二次空気供給手段は、主触媒
４が活性状態であると判断されたとき、排気管２内にお
けるＥＨＣ３と主触媒４との間の空間に二次空気を供給
するための主空気導入通路１０と、ＥＨＣ３が活性状態
であると判断されたとき、排気管２内のＥＨＣ３の上流
に二次空気を供給するための副空気導入通路９と、を備
える。

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
装置に関し、特に内燃機関の排気管内の上流に電気加熱
式触媒を下流に主触媒を備え、かつ排気管内に二次空気
を供給する二次空気供給手段を備えた内燃機関の排気浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気系には、通常排気ガスを
浄化するために触媒が配置されている。一般的に触媒は
機関の排気ガスにより暖機されることにより活性化され
るが、冷間始動時には触媒が活性温度に到達するまでに
時間を要し、その間触媒作用が働かず排気ガスを浄化し
ない。それゆえ電気加熱式触媒を排気系に付加して配設
し、機関の冷間始動時に電気的に加熱して早期に電気加
熱式触媒を活性化させ、排気ガスを浄化するようにした
装置が公知である。また、排気ガス中のＨＣ、ＣＯの酸
化反応を促進するために触媒の上流から二次空気を供給
するようにした装置が公知である。
【０００３】このような装置の例として特開平６−７４
０２８号公報に開示された通電加熱式触媒における二次
空気供給制御装置がある。この装置は、機関の冷間始動
時に触媒を早期暖機し無駄な電力消費を低減することお
よび電源の負担を軽減することを目的とし、機関の排気
系に設けられた電気加熱式触媒および主触媒と、その電
気加熱式触媒を通電して加熱するための触媒加熱手段
と、排気系の上流に二次空気を供給するための電動式エ
アポンプとを備え、機関の冷間始動時に触媒加熱手段に
より電気加熱式触媒を通電加熱した後か、電気加熱式触
媒が活性化した後か、または電気加熱式触媒の活性化直
前かに、電動式エアポンプを作動させて二次空気を排気
系の上流に供給し電気加熱式触媒および主触媒の酸化反
応を促進し、これら触媒の暖機後は触媒加熱手段による
電気加熱式触媒の通電加熱を行わないよう制御するもの
である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記装置
は、排気系の上流に供給する二次空気の量が電気加熱式
触媒と主触媒の両方の触媒に必要な空気量であるので、
折角加熱されて活性化された電気加熱式触媒が排気系の
上流から供給された二次空気により冷却され非活性化さ
れる恐れがある。それゆえ本発明は上記問題を解決し、
電気加熱式触媒を早期暖機し、かつ触媒加熱手段により
活性化された電気加熱式触媒を、触媒の酸化反応を促進
するため供給する二次空気により冷却され非活性化され
ないように、機関の排気管内に二次空気を供給する内燃
機関の排気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第一
発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気管内
に配置された電気加熱式触媒と、該電気加熱式触媒の下
流側に配置された主触媒と、該排気管内に二次空気を供
給する二次空気供給手段と、を有する内燃機関の排気浄
化装置において、前記二次空気供給手段は、前記排気管
内における前記電気加熱式触媒と主触媒との間の空間に
二次空気を供給するための空気導入通路を備え、前記主
触媒が活性状態であると判断されたとき、前記空気導入
通路を介して前記二次空気を前記主触媒に供給するよう
構成したことを特徴とする。
【０００６】上記目的を達成する第二発明の内燃機関の
排気浄化装置は、内燃機関の排気管内に配置された電気
加熱式触媒と、該電気加熱式触媒の下流側に配置された
主触媒と、該排気管内に二次空気を供給する二次空気供
給手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置において、
前記二次空気供給手段は、前記排気管内における前記電
気加熱式触媒と主触媒との間の空間に前記二次空気を供
給するための主空気導入通路と、前記排気管内の前記電
気加熱式触媒の上流に前記二次空気を供給するための副
空気導入通路と、をそれぞれ独立に備え、前記主触媒が
活性状態であると判断されたとき、前記主空気導入通路
を介して前記二次空気を前記主触媒に供給し、前記電気
加熱式触媒が活性状態であると判断されたとき、前記副
空気導入通路を介して前記二次空気を前記電気加熱式触
媒と前記主触媒とに供給するよう構成したことを特徴と
する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明による第一実施例の
排気浄化装置の概略構成図である。図１に示す排気浄化
装置には機関１の排気ガスを浄化するため排気管２内の
上流側に電気加熱式触媒（以下ＥＨＣと記す）３が下流
側に主触媒４がそれぞれ配設される。また排気管２内に
空気を導入するエアポンプ５が設けられ、エアポンプ５
は速度制御手段６を介してバッテリ７に接続されてい
る。エアポンプ５は直流モータを内蔵した電動式エアポ
ンプであり、その直流モータにはバッテリ７から速度制
御手段６を介して例えばトランジスタにより降下した電
圧が印加され、直流モータの速度を制御する。すなわち
速度制御手段６はエアポンプ５の作動および分毎の回転
数を制御する。またこの制御は後述するように電子制御
装置（以下ＥＣＵと記す）８から速度制御手段６へ送ら
れる電気信号により行う。次にエアポンプ５から排気管
２内に導入する空気の導入通路について説明する。
【０００８】エアポンプ５と排気管２との間には１つの
通路、すなわちエアポンプ５から排気管２内のＥＨＣ３
と主触媒４との間の空間に二次空気を供給するための主
空気導入通路１０が結合される。また主空気導入通路１
０内には主二次空気供給量制御バルブ１２が設けられ、
主二次空気供給量制御バルブ１２はエアポンプ５から排
気管２内のＥＨＣ３と主触媒４との間の空間に二次空気
を供給するときは開き、二次空気を供給しないときは閉
じるようにＥＣＵ８により制御される。ＥＨＣ３と主触
媒４にはそれぞれＥＨＣ温度センサ１３と主触媒温度セ
ンサ１４が設けられ、それぞれＥＣＵ８に接続されてＥ
ＨＣ３と主触媒４の活性状態を検出できるようにしてい
る。またＥＨＣ３には機関１の冷間始動時にＥＣＵ８の
制御により制御リレー１５をオンにしたときバッテリ７
から電力が供給される。
【０００９】ＥＣＵ８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡ
Ｍ、入力インターフェース回路、出力インターフェース
回路およびこれらを相互通信可能に接続するバスライン
から構成されるマイクロコンピュータシステムとしての
電子制御ユニットＥＣＵにより構成される。ＥＣＵ８は
燃料噴射制御や点火時期制御等の基本制御を行う他、本
実施例では後述するＥＨＣ３の通電制御と、エアポンプ
５から排気管２に二次空気を供給する制御を行ってい
る。
【００１０】この制御のため、機関１の吸気通路に設け
られたエアフローメータ（図示せず）から吸入空気量に
比例した出力電圧信号と、機関１のウォータジャケット
（図示せず）に設けられた水温センサ（図示せず）から
機関１の冷却水温ＴＨＷに比例した出力電圧信号とがＥ
ＣＵ８の入力インターフェース回路へ入力される。また
機関１のディストリビュータ（図示せず）に配置された
クランク角センサ（図示せず）からは機関１のクランク
角を示す信号がＥＣＵ８の入力インターフェース回路へ
入力され、この信号から機関１の回転数ＮＥを算出して
いる。さらにＥＨＣ３の温度を検出するＥＨＣ温度セン
サ１３と主触媒４の温度を検出する主触媒温度センサ１
４の出力信号がＥＣＵ８の入力インターフェース回路へ
入力される。またＥＣＵ８の出力インターフェース回路
からは、ＥＨＣ３への通電をオンオフする信号が制御リ
レー１５へ、主空気導入通路１０を開閉する信号が主二
次空気供給量制御バルブ１２へそれぞれ出力される。さ
らにＥＣＵ８の出力インターフェース回路から速度制御
手段６へはエアポンプ５を作動しエアポンプ５の分毎の
回転数を可変するかまたはエアポンプ５の作動を解除す
る信号が出力される。本実施例ではエアポンプ５の作動
および作動解除は速度制御手段６をなすトランジスタの
ベース電流を通電または遮断して行い、エアポンプ５の
分毎の回転数の増減はそのトランジスタのベース電流を
増減させて行う。次に第一実施例の排気浄化装置の制御
ルーチンを以下に説明する。
【００１１】図２は第一実施例の排気浄化装置の制御ル
ーチンを示すフローチャートである。なお本図以降のフ
ローチャートにおいてＳに続く数字はステップ番号を示
す。本制御ルーチンは１００ｍｓの処理周期で実行され
る。先ずステップＳ１では、ＥＨＣ温度センサ１３から
の信号を読み取る。ステップＳ２では、ステップＳ１で
ＥＨＣ温度センサ１３から読み取られたＥＨＣ３の温度
ＴＨＣＳとＥＨＣ３が活性状態となる活性温度、例えば
３５０°Ｃとを比較し、ＴＨＣＳ≧３５０°Ｃのときは
ステップＳ３に進み、ＴＨＣＳ＜３５０°Ｃのときはス
テップＳ４に進む。ステップＳ３では、制御リレー１５
をオフにし、ステップＳ５に進む。ステップＳ４では、
制御リレー１５をオンにしてバッテリ７からＥＨＣ３に
電力供給する。
【００１２】次いでステップＳ５では、機関１の空燃比
フィードバック制御の下記条件が成立したか否かを判別
し、その判別結果がＹＥＳのときは本ルーチンを終了
し、ＮＯのときはステップＳ６に進む。ここでこの条件
成立は下記の何れかの条件が成立したときは条件不成立
と判別して行う。 （ａ）機関の運転状態が始動中 （ｂ）機関始動後の燃料増量制御中 （ｃ）暖機増量制御中 （ｄ）パワー増量制御中 （ｅ）冷却水温ＴＨＷがＴＨＷ＜３５°Ｃ （ｆ）機関の空燃比センサが非活性状態であること
【００１３】次いでステップＳ６では、機関１の燃料噴
射制御がリーン制御中かまたはフューエルカット中かを
判別し、その判別結果がＹＥＳのときは本ルーチンを終
了し、ＮＯのときはステップＳ７に進む。このようにリ
ーン制御中かまたはフューエルカット中に機関１の空燃
比がリーンとなるときに二次空気を供給するとＮＯxが
増加するので、リーン制御中かまたはフューエルカット
中には二次空気を供給しないようにしている。次いでス
テップＳ７では、主触媒温度センサ１４からの信号を読
み取る。ステップＳ８では、ステップＳ７で主触媒温度
センサ１４から読み取られた主触媒４の温度ＴＨＣＭと
主触媒４が活性状態となる活性温度、例えば３５０°Ｃ
とを比較し、ＴＨＣＭ＜３５０°Ｃのときは本ルーチン
を終了し、ＴＨＣＭ≧３５０°ＣのときはステップＳ９
に進む。ステップＳ９では、主二次空気供給量制御バル
ブ１２を開く。ステップＳ１０では、エアポンプ５を作
動させエアポンプ５の分毎の回転数を速度制御手段６に
よりエアポンプ５の最高回転数に設定する。
【００１４】図３は本発明による第二実施例の排気浄化
装置の概略構成図である。図３に示すように図１に示し
た第一実施例の排気浄化装置と比して、エアポンプ５と
排気管２との間には２つの通路が結合される所が異なる
が他の構成は同じである。すなわち２つの通路の内１つ
は、第一実施例と同様な主空気導入通路１０であり、他
の１つはエアポンプ５から排気管２内のＥＨＣ３の上流
に二次空気を供給するための副空気導入通路９である。
主空気導入通路１０の断面における空気通路の面積は副
空気導入通路９の断面における空気通路の面積と比して
主触媒４がＥＨＣ３より酸化反応を促進するために要す
る空気量が多い分だけ大きく設けられる。主空気導入通
路１０内には第一実施例と同様に主二次空気供給量制御
バルブ１２が設けられ、主二次空気供給量制御バルブ１
２はエアポンプ５から排気管２内のＥＨＣ３と主触媒４
との間の空間に二次空気を供給するときは開き、二次空
気を供給しないときは閉じるようにＥＣＵ８により制御
される。また副空気導入通路９内には副二次空気供給量
制御バルブ１１が設けられ、エアポンプ５から排気管２
の上流に二次空気を供給するときは開き、二次空気を供
給しないときは閉じるようＥＣＵ８により制御される。
このため第一実施例の他に、ＥＣＵ８の出力インターフ
ェース回路からは、副空気導入通路９を開閉する信号が
副二次空気供給量制御バルブ１１へ出力される。次に第
二実施例の排気浄化装置の制御ルーチンを以下に説明す
る。
【００１５】図４は第二実施例の排気浄化装置の制御ル
ーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは
１００ｍｓの処理周期で実行される。先ずステップＳ１
では、ＥＨＣ温度センサ１３からの信号を読み取る。ス
テップＳ２では、ステップＳ１でＥＨＣ温度センサ１３
から読み取られたＥＨＣ３の温度ＴＨＣＳとＥＨＣ３の
活性温度、例えば３５０°Ｃとを比較し、ＴＨＣＳ≧３
５０°ＣのときはステップＳ３に進み、ＴＨＣＳ＜３５
０°ＣのときはステップＳ４に進む。ステップＳ３で
は、制御リレー１５をオフにし、ステップＳ５に進む。
ステップＳ４では、制御リレー１５をオンにしてバッテ
リ７からＥＨＣ３に電力供給する。
【００１６】次いでステップＳ５では、機関１の空燃比
フィードバック制御の前記条件が成立したか否かを判別
し、その判別結果がＹＥＳのときは本ルーチンを終了
し、ＮＯのときはステップＳ６に進む。この条件成立は
図２のフローチャートで説明したと同様に判別して行
う。次いでステップＳ６では、機関１の燃料噴射制御が
リーン制御中かまたはフューエルカット中かを判別し、
その判別結果がＹＥＳのときは本ルーチンを終了し、Ｎ
ＯのときはステップＳ７に進む。このようにリーン制御
中かまたはフューエルカット中に機関１の空燃比がリー
ンとなるときに二次空気を供給するとＮＯx が増加する
ので、リーン制御中かまたはフューエルカット中には二
次空気を供給しないようにしている。次いでステップＳ
７では、エアポンプ５を作動させエアポンプ５の分毎の
回転数を速度制御手段６によりエアポンプ５の最高回転
数の１／２〜１／３程度の低い回転数に設定する。ステ
ップＳ８では、副二次空気供給量制御バルブ１１を開
く。
【００１７】次いでステップＳ９では、主触媒温度セン
サ１４からの信号を読み取る。ステップＳ１０では、ス
テップＳ９で主触媒温度センサ１４から読み取られた主
触媒４の温度ＴＨＣＭと主触媒４の活性温度、例えば３
５０°Ｃとを比較し、ＴＨＣＭ＜３５０°Ｃのときは本
ルーチンを終了し、ＴＨＣＭ≧３５０°Ｃのときはステ
ップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、主二次空気供
給量制御バルブ１２を開く。ステップＳ１２では、エア
ポンプ５の分毎の回転数を速度制御手段６によりエアポ
ンプ５の最高回転数に設定する。
【００１８】図５は従来技術と第二実施例の排気浄化装
置との差異の説明図である。第二実施例の排気浄化装置
は、その構成において従来技術の排気浄化装置にはない
主空気導入通路１０と主二次空気供給量制御バルブ１２
とを有する点で異なる。従来技術の排気浄化装置は、副
空気導入通路９と副二次空気供給量制御バルブ１１とを
有し、ＥＨＣ温度センサ１３と主触媒温度センサ１４と
は有さずに、機関１の冷間始動時に制御リレー１５をオ
ンにしてＥＨＣ３を通電加熱した後か、ＥＨＣ３が活性
化した後か、または活性化直前かに、エアポンプ５を作
動させ副二次空気供給量制御バルブ１１を開いて副空気
導入通路９を介して二次空気をＥＨＣ３および主触媒４
に供給し、これら触媒の暖機後は制御リレー１５をオフ
としＥＨＣ３の通電加熱を行わないよう制御するもので
ある。
【００１９】本発明の第二実施例は、図３を用いて説明
した構成により、ＥＨＣ温度センサ１３によるＥＨＣ３
の温度検出からＥＨＣ３が活性状態であるか否かを判別
し、主触媒温度センサ１４による主触媒４の温度検出か
ら主触媒４が活性状態であるか否かを判別し、 （ i ）ＥＨＣ３が非活性状態で主触媒４が非活性状態
のときは、副二次空気供給量制御バルブ１１を閉じ、主
二次空気供給量制御バルブ１２を閉じ、かつエアポンプ
５の作動を停止する。 （ ii ）ＥＨＣ３が活性状態で主触媒４が非活性状態の
ときは、副二次空気供給量制御バルブ１１を開き、主二
次空気供給量制御バルブ１２を閉じ、かつエアポンプ５
の分毎の回転数を低く設定する。 （iii ）ＥＨＣ３が活性状態で主触媒４が活性状態のと
きは、副二次空気供給量制御バルブ１１を開き、主二次
空気供給量制御バルブ１２を開き、かつエアポンプ５の
分毎の回転数を高く設定する。
【００２０】以上説明した実施例では、エアポンプ５か
ら吸気管２への二次空気の供給量を可変するために速度
制御手段６によりエアポンプ５の分毎の回転数を変える
構成を用いたが、速度制御手段６を単なる制御リレーに
置き換え制御リレーのオンオフによりエアポンプ５を作
動または作動解除に切換え可能とし、かつ副二次空気供
給量制御バルブ１１と主二次空気供給量制御バルブ１２
とをＥＣＵ８からの電気信号によってバルブの開度を可
変するものに置き換え、これらのバルブの開度を可変す
ることによりエアポンプ５から吸気管２への二次空気の
供給量を可変するよう構成してもよい。
【００２１】
【発明の効果】第一発明によれば主触媒の酸化反応を促
進するために要する二次空気を主触媒が活性化したとき
主触媒にのみ供給する構成にしたので、電気加熱式触媒
がその二次空気により冷却されずに電気加熱式触媒の活
性化を維持できる。
【００２２】第二発明によれば電気加熱式触媒と主触媒
とに対し酸化反応を促進するために要する二次空気の供
給量をそれぞれ独立して制御できるように構成したの
で、電気加熱式触媒が主触媒の酸化反応を促進するため
に要する二次空気により冷却されずに電気加熱式触媒の
活性化を維持できるとともに、電気加熱式触媒と主触媒
とを早期活性化でき、電気加熱式触媒と主触媒へそれぞ
れ二次空気が適量に供給でき電気加熱式触媒と主触媒の
排気の浄化作用が最適に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第一実施例の排気浄化装置の概略
構成図である。
【図２】第一実施例の排気浄化装置の制御ルーチンを示
すフローチャートである。
【図３】本発明による第二実施例の排気浄化装置の概略
構成図である。
【図４】第二実施例の排気浄化装置の制御ルーチンを示
すフローチャートである。
【図５】従来技術と第二実施例の排気浄化装置との差異
の説明図である。
【符号の説明】
１…機関 ２…排気管 ３…電気加熱式触媒（ＥＨＣ） ４…主触媒 ５…エアポンプ ６…速度制御手段 ７…バッテリ ８…電子制御ユニット（ＥＣＵ） ９…副空気導入通路 １０…主空気導入通路 １１…副二次空気供給量制御バルブ １２…主二次空気供給量制御バルブ １３…ＥＨＣ温度センサ １４…主触媒温度センサ １５…制御リレー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古橋 道雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 永井 俊成 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 永井 忠行 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 川合 孝史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 播磨 謙司 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 後藤 雄一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の排気管内に配置された電気加
    熱式触媒と、該電気加熱式触媒の下流側に配置された主
    触媒と、該排気管内に二次空気を供給する二次空気供給
    手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置において、 前記二次空気供給手段は、前記排気管内における前記電
    気加熱式触媒と主触媒との間の空間に二次空気を供給す
    るための空気導入通路を備え、前記主触媒が活性状態で
    あると判断されたとき、前記空気導入通路を介して前記
    二次空気を前記主触媒に供給するよう構成したことを特
    徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の排気管内に配置された電気加
    熱式触媒と、該電気加熱式触媒の下流側に配置された主
    触媒と、該排気管内に二次空気を供給する二次空気供給
    手段と、を有する内燃機関の排気浄化装置において、 前記二次空気供給手段は、前記排気管内における前記電
    気加熱式触媒と主触媒との間の空間に前記二次空気を供
    給するための主空気導入通路と、前記排気管内の前記電
    気加熱式触媒の上流に前記二次空気を供給するための副
    空気導入通路と、をそれぞれ独立に備え、前記主触媒が
    活性状態であると判断されたとき、前記主空気導入通路
    を介して前記二次空気を前記主触媒に供給し、前記電気
    加熱式触媒が活性状態であると判断されたとき、前記副
    空気導入通路を介して前記二次空気を前記電気加熱式触
    媒と前記主触媒とに供給するよう構成したことを特徴と
    する内燃機関の排気浄化装置。
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