JPS60153473A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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、自動車エンジンの排気ガスを、触媒コンバー
タを通過させてその中に含まれる有害成分を低減せしめ
ることにより、清浄化するようにしたエンジンの排気浄
化装置に関する。

（従来技術） ガソリン・エンジンの排気ガスは、−酸化炭素＜ｃｏ＞
　、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（Ｎ。

Ｘ）等々の有害成分を含有するものとなるため、ガソリ
ン・エンジンを搭載する自動車にあっては、大気中に放
出される排気ガス中の有害成分を可及的に低減せしめる
べく、エンジンの吸気系、燃料供給系２点火系、排気系
等々の各部の改良がはかられる等、種々の排気浄化の努
力がなされている。

斯かる排気浄化にあたり、排気系に触媒コンバータを設
置する浄化対策が広く普及している。触媒コンバータは
、白金、バナジウム、マンガン等の種々の金属及び金属
酸化物が粒状あるいは板状にされて得られる触媒を、容
器内に収納したものとして構成され、この触媒中を排気
ガスが通過することにより、排気ガス中の有害成分が低
減せしめられるようにされる・。

触媒コンバータによる排気浄化において、触媒に排気ガ
スに対する浄化作用を発揮させるには、触媒の温度を所
定値以上とすることが要求される。

このため、例えば、エンジンの充分に冷却された状態か
らの始動後においては、触媒コンバータによる排気浄化
が適正に行われない時間を短くすべく、触媒コンバータ
中の触媒の温度を速やかに所定値以上となすこと、即ち
、触媒暖機を促進することが必要となる。触媒の温度は
、通常、エンジンからの排気ガスの熱により上昇せしめ
られるが、触媒暖機の促進を目的として、排気ガスの温
度を高めることが考えられている。例えば、実開昭５７
−１８７７１号公報には、エンジンの暖機過程中の特定
の期間においては、エンジンの点火時期の進角制御を一
時的に停止することにより、触媒暖機の促進をはかるよ
うになし、エンジンの点火時期の進角制御を排気ガスの
温度もしくは触媒の温度にもとすいて行うようにするこ
とが記載されている。

一般に、エンジンの点火時期を遅らせると、排気ガスの
温度が−に昇するが、上述の実開昭５７−１ｆ１７７１
号公報におりる記載の場合には、エンジンの点火時期の
進角制御を一時的に停止することによってスの温度を上
昇させて触媒暖機を促進しようとするものである。

このようにして、エンジンの始動後、触媒コンバータ中
の触媒の温度を速やかに所定値以上となし、触媒コンバ
ークによる排気浄化が正常に行われる状態をとり得るこ
とになるが、触媒コンバータ中の触媒は、使用されるに
つれてその緒特性が次第に低下していく経時劣化を伴う
ものであり、触媒の経時劣化が進むと、触媒コンバータ
による排気浄化に不都合を来すことになる。斯かる触媒
の経時劣化は、その排気浄化性能の低下となって現れ、
例えば、第１図に示される如く、横軸に触媒温度Ｃをと
り、縦軸に摺４気浄化率ｋをとって表した特性図におい
て、新規な触媒の場合には、実線ａで示される如くに排
気浄化率ｋが温度の上昇に伴って急激に上昇して成る一
定の値をとるのに対し、経時劣化を生じた触媒の場合に
は１、破線すで示される如く、温度」二昇に伴う排気浄
化率の上昇が新規な触媒の場合に比して遅く、しかも、
新規な触媒がとる上昇後の一定のυト気浄化率にまでは
到達せず、それより低い排気浄化率で止まってしまう。

従って、経時劣化が進行した触媒にあっては、新規な触
媒であれば充分な排気浄化作用促進して、早期に触媒コ
ンバータによる排気浄化触媒コンバータによる適正な排
気浄化が行われる状態にすることはできなくなってくる
という不都合が伴われるごとになる。

（発明の目的） 斯かる点に鑑み本発明は、エンジンの排気ガスを触媒コ
ンバータを通過させることにより浄化するようになし、
その触媒コンバータにおける触媒暖機を、エンジンの点
火時期を正規の時期から遅らせる、即ち、遅れ側とする
遅角制御を行って排気ガス温度を高めることにより促進
するようになすとともに、触媒コンバータ中の触媒の経
時劣化が進行しても、触媒暖機の促進が効果的に行われ
、比較的早期に触媒コンバータの排気浄化が適正になさ
れる状態をとることができるようにしたエンジンの排気
浄化装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排
気ガスを通過させるべく排気通路に介設された触媒と、
この触媒の温度を検知する温度検知手段と、エンジンの
総運転時間を検知する総運転時間検知手段と、温度検知
手段で検知される触媒温度が所定温度値以下であるとき
エンジンの点火時期を遅れ側とする遅角制御を行う点火
時期制御手段と、上述の所定温度値を総運転時間検知手
段で検知される総運転時間の少なくとも所定範囲内での
増加に伴って高める温度値補正手段とを備えて構成され
る。

このように構成されることにより、触媒コンバータの触
媒暖機の促進を目的とするエンジンの点火時期を遅れ側
とする遅角制御が、エンジンの総運転時間に対応するも
のとなる触媒コンバータ中の触媒の経時劣化の進行程度
に応じた触媒温度が得られるように行われることになり
、従って、遅角制御により上昇が促進される触媒温度が
、触媒の経時劣化の進行に応じて高められることになっ
て、触媒の経時劣化が進行しても、触媒コンバータによ
る排気浄化が適正に行われる状態を比較的早期にとるこ
とができるものとなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面の第２図以降を参照
して述べる。

第２図は、本発明に係るエンジンの排気浄化装置の一例
を、これが適用されたエンジンの一部分とともに示す。

ここで、エンジン本体１は、ピストン２を内蔵したシリ
ンダ一部を有するシリンダー・ブロック３と、このシリ
ンダー・ブロック３上に配された、吸気バルブ４及び排
気バルブ５が取り付けられたシリンダー・ヘッド６とを
備えており、シリンダー・ブロック３のシリンダ一部及
びその中のピストン２のピストン・ヘッド部とこれに対
応するシリンダー・ヘッド６内の四部とで囲まれた燃焼
室７が形成されている。シリンダー・ヘッド６には、ス
パーク・プラグ８がそのギャップ部を燃焼室７に臨ませ
て装着されており、また、燃焼室７に通じる吸気ボート
９及び排気ボー］・１０が形成されている。そして、吸
気ボート９に吸気マニホールド１１が接続され、また、
排気ポート１０には排気マニホールド１２が接続されて
いる。

吸気ボート９及び吸気マニホールド１１内には、矢印Ａ
で示される如くにエアクリーナー（図示せず）を通して
引き込まれる吸入空気を、吸気バルブ４を介して燃焼室
７へ供給するための吸気通路１３１が形成されている。

この吸気通路１３ｉには、吸入空気流量を検出するエア
フローセンサー４が出力部１４ａを伴って配され、エン
ジン負荷を検出するための吸気負圧センサー５が取り付
けられ、また、スロットルバルブ１６及び燃料噴射バル
ブ１７が配されている。

さらに、排気ポート１０及び排気マニホールド１２内に
は、燃焼室７から排気バルブ５を介して燃焼ガスを排出
する排気通路１３ｅが形成されている。

斯かるエンジンに適用された本発明に係るエンジンの排
気浄化装置の一例にあっては、エンジン本体】に対して
備えられた排気通路１３ｅに触媒コンバーター８が配さ
れて、排気通路１３ｅ内の排気ガスが触媒コンバーター
８に導かれ、その中の触媒１９を連通して排出されるよ
うにされており、この触媒コンバーター８には、触媒１
９の温度を検出する触媒温度センサ２８が取り付けられ
ている。また、上述のスパーク・プラグ８及び燃料噴射
バルブ１７の動作を制御するための制御ユニット２０が
設置されている。スパーク・プラク８は、点火コイル２
７の２次側に接続されており、点火コイル２７０１次側
には制御ユニ・２ト２ｏから１次電流Ｃｉが供給され、
２次側にはこの１次電流Ｃｉの遮断により高圧パルスＰ
ｉが得られて、この高圧パルスＰｉがスパーク・プラグ
８に供給される。そして、高圧パルスＰ　ｉに応じて、
スパーク・プラグ８のギャップ間に火花が飛び、燃焼室
７内の混合気が着火される。また、燃料噴射バルブ１７
は、例えば、電磁制御バルブとされ、制御ユニソｉ・２
０から噴射制御パルスＱが供給されて、この噴射制御パ
ルスＱのパルス幅に対応する期間に吸気通路１３１への
燃料噴射を行うようにされている。

制御ユニット２０には、エアフローセンサ１４の出力部
１４ａからの、吸気通路１３ｉにおける吸入空気流量を
あられす空気流量検出信号Ｓａ。

スロットルバルブ１６に関連して得られるスロソ０ トル開度をあられす信号Ｓｓ、吸気負圧センサ１５から
のエンジン負荷をあられす負荷検出信号Ｓｒ、及びクラ
ンクシャフト２３に連動して回転する回転子２４に関連
して設置されたクランク角基準信号発生器２５からの、
ピストン２が圧縮上死点に達する前の所定の時点で得ら
れるクランク角基準パルスｐｃが供給され、また、この
エンジンを搭載した自動車の積算距離計２６に関連して
得られる積算走行距離をあられす走行距離信号Ｓｔｍ及
び触媒温度センサ２８からの触媒１９の温度をあられす
温度検出信号Ｓｃも供給され、さらに、入力端子２１か
らエンジン回転数をあられす回転数検出信号Ｓｎが供給
される。そして、制御ユニット２０では、これら各種の
信号にもとすいて、噴射制御パルスＱが形成され、また
、点火コイル２７の１次側に流される１次電流Ｃｉの供
給制御が行われる。

このような構成において、エンジンが、その全体が充分
に冷却された状態で始動されて暖機過程となるとき、エ
ンジン始動時には、触媒コンパ−１ り１８も冷却状態にあって触媒１９の温度は触媒１９が
排気浄化作用を発揮するに必要な所定の温度、即ち、作
動温度より低くなっており、触媒コンバータ１８におけ
る触媒暖機過程に入る。この状態では、制御ユニッ）２
０は、空気流量検出信号Ｓａ、負荷検出信号Ｓｒ、回転
数検出信号Ｓｎ等の内容にもとすいて定められたパルス
幅を有し給を行わせるとともに、エンジンの各単位作動
工程において点火コイル２７の１次側に供給する１次電
流Ｃｉの遮断時期を制御して、触媒暖機の促進のための
点火時期を遅れ側とする遅角制御を行う。この遅角制御
は、触媒コンバータ１８の触媒１９の温度が作動温度以
上の所定温度に到達するまで行われ、触媒１９の温度は
温度検出信号Ｓｃするものとなる、触媒１９の温度に関
しての上述の所定温度の値が、触媒１９の経時劣化が進
行す２ るに伴って高められる。なお、斯かる遅角制御における
遅角量はクランク角基準信号発生器２５から制御ユニッ
ト２０へ供給されるクランク角基準パルスＰｃの発生時
点からの時間である遅角時間としてあられされ、制御ユ
ニット２０は、エンジンの各単位作動工程において、点
火コイル２７の１次側へ供給する１次電流ＣＩを、クラ
ンク角基準パルスＰｃの発４１１遅角時間が経過した時
点で遮断するようにして、点火時期を遅れ側とする遅角
制御を行う。

触媒コンバータ１８の触媒１９の経時劣化は、エンジン
の総運転時間の増加に伴って進行するので、触媒１９の
経時劣化の進行程度は、エンジンの総運転時間で等価的
に検出することができ、また、エンジンの総運転時間の
増加は、通常、そのエンジンを搭載した自動車の積算走
行距離の増加を伴うものとなるので、この例では、エン
ジンの総運転時間を、制御ユニット２０に供給される走
行距離信号Ｓｔｍにもとすいて得られる積算走行距離で
検知している。従って、触媒暖機の促進の３ だめの遅角制御が行われる状態を規制する上述の所定温
度の値は、制御ユニット２０により、積算走行距離の増
加に伴って高められるものとされてこのように、点火時
期を正規の時期から遅らせる遅角制御が行われる状態を
規制する触媒１９の温度に関しての所定温度が高められ
ることは、遅角制御によって上昇が促進される触媒１９
の温度が、触媒１９の経時劣化の進行に応じて高められ
ることになり、触媒１９の経時劣化が進行していても、
触媒暖機の促進が効果的になされて、エンジン始動後比
較的短時間のうちに、触媒コンバータ１８における排気
浄化が適正に行われる状態とされることになる。但し、
触媒１９の経時劣化が著しく進んだ場合には、触媒１９
の温度が成る値以上に上昇しない状態となるので、積算
走行距離の増加に伴って上述の所定温度の値が高められ
るのは、積算走行距離が、斯かる触媒１９の経時劣化が
著しく進んだ場合に相当する所定の値以下の範囲にある
場合とされ、積算走行距離が所定の値４ を越えた場合には、上述の所定温度の値はそれ以上高め
られないものとなされる。

上述の如くの動作を行う制御ユニット２０は、例えば、
マイクロ・コンピュータが用いられて構成され、斯かる
場合におけるマイクロ・コンピュータの中央処理部＜ｃ
　ｐ　ｕ＞が実行するエンジンの点火時期の遅角制御に
際してのプログラムの一例を、第３図のフローチャート
を参照して説明する。

マ１’、スタート後、ディシジョン３０で、スロットル
バルブ１６に関連して送出される信号Ｓｓにもとすいて
得られるスロットル開度αが、例えば、８０°より大で
あるか否か、即ち、エンジンが高負荷運転状態にあるか
否かを判断する。スロットル開度αが８０°以下であれ
ば、必要に応じて触媒暖機の促進のための点火時期を遅
れ側とする遅角制御を行うべき状態にあるとして、プロ
セス３１に進み、走行距離信号Ｓｔｍにもとすき積算走
行路ＭＬを読込む。そして、プロセス３２で、プロセス
３１で読込まれた積算走行距離りを、例５ えば、第４図に示される如くの、触媒１９の作動温度の
値以上とされる規定触媒温度値Ｔｃが、積算走行距離り
が所定値Ｌｘ以下である範囲においては積算走行距離り
の増加に伴ってＴｅｌから’ｒｃｚにまで上昇し、その
後、積算走行距離りが所定値Ｌｘを越すものとなる場合
にはＴｃで一定となる、予め設定された関係をあられす
ものとされたデータ・テーブルと照合し、そのときの積
算走行距離りに対応する規定触媒温度値Ｔｃを読込む。

この場合、積算走行距離りの所定値Ｌｘは、触媒１９の
経時劣化が著しく進んだ場合に相当するものとされる。

ここで、読込まれる規定触媒温度値Ｔｃは、積算走行距
離りの所定値Ｌｘ以下の範囲での増加に伴って高くなる
もの、即ち、エンジンの総運転時間の所定値以下での増
加に伴って高くなるものとなる。

次に、プロセス３３で、温度検出信号Ｓｃにもとすいて
触媒１９の温度Ｔを測定し、続くディシジョン３４で、
プロセス３３で測定された触媒１９の温度Ｔが、プロセ
ス３２で読込まれた規定前６ 媒温度値Ｔｃを越えるものであるか否かを判断する。そ
の結果、触媒１９の温度Ｔが規定触媒温度値Ｔｃ以下で
ある場合には、触媒暖機の促進のための点火時期を遅れ
側とする遅角制御が必要であるとしてプロセス３５に進
み、斯かる遅角制御のための正の値をとる付加遅角時間
ＩＧｒを算出する。

続いて、プロセス３６で、回転数検出信号Ｓｎにもとず
いて得られるエンジン回転数Ｎｅと負荷検出信号Ｓｒに
もとすいて得られるエンジン負荷Ｌｅとを、例えば、第
５図に示される如くの、エンジン回転数Ｎｅの値とエン
ジン負荷Ｌｅの値とから定まる基本遅角時間ＩＧｏをあ
られすマツプと照合し、そのときのエンジン回転数Ｎｅ
及びエンジン負荷Ｌｅに対応する基本遅角時間ＩＧｏを
読込む。この基本遅角時間■Ｇｏは、正規の点火時期を
定めるものとされている。そして、プロセス３７で、プ
ロセス３６で読込んだ基本遅角時間ＩＧｏにプロセス３
５で算出した付加遅角時間ｌＧｒを加えて、最終遅角時
間ＩＣを算出する。

７ 最終遅角時間ＩＧが得られた後、ディシジョン３８で々
ランク角基準信号発生器２５からのクランク角基準パル
スＰｃが到来しているか否かを判断し、クランク角基準
パルスＰｃが到来していなければ、その到来を待ち、ク
ランク角基準パルスＰｃが到来すると、ディジシコン３
９で最終遅角時間ｒｃが０か否かを判断する。最終遅角
時間ＩＧが０でなければ、プロセス４０に進んで、最終
遅角時間ＩＧをΔＩＧだけ減じ、再びディシジョン３９
に戻って最終遅角時間ＩＧがＯか否かを判断する。この
ディシジョン３９からプロセス４０へ進み、再びディシ
ジョン３９に戻るループを、ディシジョン３９で最終遅
角時間ＩＧが０であると判断されるまで繰返す。ここで
、上述のΔＩＧは、プロセス４０からディシジョン３９
へ戻り、再びプロセス４０へ進む一巡における所要時間
に相当する時間に選定される。

ディシジョン３９で最終遅角時間ＴＧがＯと判断された
とき、即ち、クランク角基準パルスＰｃの到来後最終遅
角時間ＩＧが経過したとき、プロ８ セス４１に進み、プロセス４１で、それまで点火コイル
２７の１次側に供給されていた１次電流Ｃ１を遮断し、
元へ戻る。点火コイル２７に対する１次電流Ｃ４の遮断
により、点火コイル２７の２次側に高圧パルスＰｉが得
られて、この高圧パルスＰｉがスパーク・プラグ８に供
給され、燃焼室７内の混合気が着火される。

このようにして、クランク角基準パルスＰｃの発生後最
終遅角時間ＩＧが経過した時点で燃焼室７内での着火が
行われるようにされる点火時期の制御が行われるのであ
る。そして、この場合、最終遅角時間ＩＧは、イ」加遅
角時間ＩＧｒが正の値をとるので基本遅角時間ＩＧｏよ
り大となり、従って、点火時期が、基本遅角時間ＩＧｏ
で定められる正規の時期より遅れたものとなり、点火時
期を遅れ側とする遅角制御が行われて、排気ガスの温度
が高められることになる。

一方、ディシジョン３０での判断の結果、スロットル開
度αが８０°より大である場合、即ち、エンジンが高負
荷運転状態にある場合、及び、デ９ ィシジョン３４での判断の結果、プロセス３３で測定さ
れた触媒１９の温度Ｔがプロセス３２で読込まれた規定
触媒温度値Ｔｃを越えるものとなった場合、即ち、触媒
１９の温度がそのときの触媒１９の経時劣化状態での作
動温度以上となった場合には、点火時期を遅れ側とする
遅角制御を行わないようにすべくプロセス４２に進み、
プロセス４２で付加遅角時間ＩＧｒを０とする。次に、
プロセス４３で、予め設定された触媒１９の温度の上限
値Ｔｍを読出し、ディシジョン４４でそのときの触媒１
９の温度Ｔがプロセス４３で読出された触媒１９の温度
の上限値Ｔｍより低いか否かを判断する。ディシジョン
４４での判断の結果、触媒１９の温度Ｔが上限値Ｔｍよ
り低い場合には、プロセス３６に進み、以後」二連の如
くのフローで進む。この場合、イ」加遅角時間ＩＧｒが
Ｏであるので、プロセス３７で算出される最終遅角時間
ＩＧは基本遅角時間ＩＧｏに等しくなり、従って、点火
時期は、クランク角基準パルスＰｃの発生後基本遅角時
間ＩＧｏが経過した時点となる正規の０ 時期とされる。また、ディシジョン４４での判断の結果
、触媒１９の温度Ｔが上限値Ｔｍ以上となっている場合
には、点火時期を正規の時期より進める進角制御を行っ
て、排気ガスの温度を下げるべく、プロセス４５で付加
遅角時間ＩＧｒを負の値をとるものとしてプロセス３６
に進み、以後上述の如くのフローで進む。この場合、イ
１加遅角時間ＩＧｒが負の値をとるものとされるので、
プロセス３７で算出される最終遅角時間ＩＧは基本遅角
時間ＩＧｏより小となり、従って、点火時期は、基本遅
角時間ＩＧｏで定められる正規の点火時期より早い時期
となり、進角制御が行われることになる。

このようにして、触媒１９の温度′ｒが規定触媒温度値
Ｔｃ以下である場合に、触媒暖機の促進のための点火時
期を遅れ側とする遅角制御が行われ、この規定触媒温度
値Ｔｃが、エンジンの総運転時間が所定の範囲で大であ
る程、従って、触媒１９の経時劣化が進む程高くされる
ので、遅角制御によって上昇が促進される触媒１９の温
度が触媒１１ ９の経時劣化の進行に伴って高くされることになり、触
媒１９の経時劣化が進行しても、触媒コンバータ１８に
よる排気浄化が適正になされる状態とするための触媒暖
機の促進が効果的に行われる。

なお、上述の例においては、積算走行距離りの増加に伴
って規定触媒温度４ｆｉＴ　Ｃが高められるのは、積算
走行距離りが、触媒１９の経時劣化が著しく進んだ場合
に相当する所定値Ｌｘ以下となっている場合に制限され
ているが、この制限は必ずしも必要ではない。

（発明の効果） 以上の説明から明らかな如く、本発明に係るエンジンの
排気浄化装置によれば、触媒暖機を目的とするエンジン
の点火時期を正規の時期から遅れたものとする遅角制御
が行われる状態を規制する触媒温度に関しての所定値が
、触媒の経時劣化の進行に伴って高められ、その結果、
遅角制御によって上昇が促進される触媒温度が、触媒の
経時劣化が進むにつれて高められることになるので、触
媒の経時劣化が進行しても、触媒暖機の促進を効２ 果的に行なえることになり、触媒の排気浄化性能の低下
を最小限に止めることができて、例えば、エンジン始動
後短時間のうちに、触媒コンバータによる適正な排気浄
化が行われるようにすることができる。さらに、エンジ
ンの点火時期を正規の時期から遅れさゼる遅角制御が不
必要に行われることがないので、燃費の悪化を最小限に
抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は触媒の経時劣化の説明に供される特性図、第２
図は本発明に係るエンジンの排気浄化装置の一例をこれ
が適用されたエンジンの一部分とともに示す概略構成図
、第３図は第２図の例に用いられる制御ユニットの一例
におけるマイクロ・コンピュータの動作プログラムの一
例を示すフローチャート、第４図及び第５図は第３図の
フローチャートに従う動作の説明に供される特性図であ
る。 図中、１はエンジン本体、７は燃焼室、８はスパーク・
プラグ、１３ｅは排気通路、１８は触媒３ 特　許　出願人　東洋工業株式会社 ４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの排気ガスを通過させるべく排気通路に介設さ
   れた触媒と、該触媒の温度を検知する温度検知手段と、
   上記エンジンの総運転時間を検知する総運転時間検知手
   段と、上記温度検知手段で検知される触媒温度が所定温
   度値以下であるとき上記エンジンの点火時期を遅れ側と
   する遅角制御を行う点火時期制御手段と、上記所定温度
   値を上記総運転時間検知手段で検知される総運転時間の
   少なくとも所定範囲内での増加に伴って高める温度値補
   正手段とを備えることを特徴とするエンジンの排気浄化
   装置。