JP2845004B2 - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排ガス浄化装置

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JP2845004B2 JP4018931A JP1893192A JP2845004B2 JP 2845004 B2 JP2845004 B2 JP 2845004B2 JP 4018931 A JP4018931 A JP 4018931A JP 1893192 A JP1893192 A JP 1893192A JP 2845004 B2 JP2845004 B2 JP 2845004B2
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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ガス浄化装
置に係り、特にヒータ付触媒のヒータを通電することに
よって触媒の暖機を促進させるようにした、内燃機関の
排ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の排気ガス浄化のための触媒
は、一般に所定の温度に達しないと活性化せず、浄化機
能が得られない。内燃機関における触媒は排ガスによっ
て加熱されるが、特に冷間始動時には排気温が低く、し
かも内燃機関本体が未だ暖機されていないため、燃料の
燃焼率も悪く、排ガス浄化が困難である。
【0003】そこで、触媒を加熱するためのヒータと触
媒の温度を検知する温度センサとを設け、ヒータを通電
して触媒を強制的に加熱し、触媒が活性温度範囲内に達
したことを温度センサで検出した時点で、温度センサの
出力に基づき上記ヒータへの通電を停止するようにし
た、排ガス浄化装置が従来より知られている(特開昭5
4−121324号公報)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
装置では温度センサが極めて高温の排気ガスにさらされ
ても、安定して触媒の温度を測定できるように、温度セ
ンサの機械的強度を大にする必要がある。しかし、温度
センサの機械的強度を大にすると、温度センサの温度検
出部の熱容量が増えるため、温度検出の応答性が悪くな
り、検出温度に誤差が生じる。
【0005】このため、従来の排ガス浄化装置では温度
センサの検出温度の誤差により、所定の温度に達しても
依然としてヒータを通電し続けたり、触媒の温度が活性
温度範囲よりかなり低下してからでないとヒータの通電
を行なわなかったりし、ヒータ供給電力の無駄使いや触
媒温度の制御が正確にできないといった問題がある。本
発明は上記の点に鑑みなされたもので、温度センサを不
要とすることにより、上記の課題を解決した内燃機関の
排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理構成
図を示す。本発明は内燃機関10の排気通路11に設置
された排ガス浄化のための触媒12と、通電手段14に
より通電されることにより触媒12を加熱する加熱手段
13とを有する排ガス浄化装置において、内燃機関10
の機関回転数を算出する積算値算出手段15と、演算手
段16及び制御手段17を有するようにしたものであ
る。ここで、演算手段16は通電手段14による加熱手
段13への通電電流と通電時間及び積算値算出手段15
の機関回転数の積算値とから、触媒12に残るエネルギ
ーを演算算出する。また、制御手段17は算出された上
記のエネルギーが、設定した基準値を越えたとき通電手
段14による加熱手段13への通電を停止制御する。
【0007】
【作用】通電手段14により加熱手段13に電流を流し
続けると、触媒12の温度が所定の上限値を越えて触媒
12が熱劣化してしまう。この熱劣化を防止するには加
熱手段13の通電時間を一定にすることが考えられる
が、この方法だと内燃機関10の運転状態によって一定
通電時間に達したときの触媒12の温度が異なってしま
う。
【0008】そこで、本発明では排ガスが触媒12に与
える熱量の総和が、機関回転数の積算値と比例関係にあ
ることに着目し、積算値算出手段15によって得られた
機関回転数の積算値から触媒12を通過する排ガス量に
比例する熱量を推定し、演算手段16によって加熱手段
13への通電電流と通電時間から得た加熱手段13への
供給電力量と上記の推定熱量とから触媒12に残るエネ
ルギーを求め、制御手段17により通電手段14による
加熱手段13への通電時間を可変制御する。
【0009】これにより、本発明では温度センサを使用
することなく触媒12の温度を運転状態に応じて常に設
定値付近の値に制御することができる。
【0010】
【実施例】図2は本発明の一実施例の構成図を示す。同
図中、21はエンジンで、前記内燃機関10に相当す
る。このエンジン21の燃焼室は排気弁(いずれも図示
せず)を介してエキゾーストマニホルド22(前記排気
通路11に相当)に連通されている。エキゾーストマニ
ホルド22はその出口にAI(エア・インジェクショ
ン)導入口23が設けられ、更にそのAI導入口23の
下流側のヒータ付触媒24(前記触媒12及び加熱手段
13に相当)に連通されている。ヒータ付触媒24の下
流側はスタートキャット25及びメイン触媒26が順次
配設されている。スタートキャット25は小容量の触媒
であり、ヒータ付触媒24及びメイン触媒26と共に、
3つの触媒の夫々において触媒作用により排ガス浄化を
行なう。
【0011】ヒータ付触媒24には正電極27と負電極
28が設けられている。上記の負電極28はバッテリ2
9の負端子に接続され、また上記の正電極27はコント
ローラ30を介してバッテリ29の正端子に接続されて
いる。バッテリ29はコントローラ30と共に前記した
通電手段14を構成している。
【0012】コントローラ30はライン31を介してヒ
ータ付触媒24の端子電圧が入力され、またライン32
を介してバッテリ29の端子電圧が入力される。また、
回転角センサ33は例えばディストリビュータのシャフ
トに固定されたタイミングロータとピックアップコイル
とからなり、ディストリビュータシャフトが1回転する
毎に所定数のパルスを機関回転数検出パルスとして発生
する。
【0013】コンピュータ34はエンジン21の燃焼室
近傍のインテークマニホルド35に一部が貫通突出する
ように設けられた燃料噴射弁36の燃料噴射時間を燃焼
室の吸入混合気が目標空燃比となるように補正制御する
コンピュータで、コントローラ30に一部の端子が接続
されている。
【0014】ヒータ付触媒24には、例えば本出願人が
先に実開昭63−67609号公報で開示した図6及び
図7に示す如き断面をもつ触媒を使用できる。図7は図
6の軸線と直角方向の断面図を示す。両図において、ケ
ース51内に、セラミック製のハニカム状モノリス担体
に触媒を担持させた主モノリス触媒52と、メタルモノ
リス触媒53とが排ガス通過方向に隣接して設けられて
いる。
【0015】メタルモノリス触媒53は図7に示すよう
に、ハニカム状のメタルモノリス担体にγアルミナコー
トを施したモノリス触媒である。メタルモノリス触媒5
3の外周は金属性の外枠54を介してケース51により
支持されている。主モノリス触媒52の外周とケース5
1との間には、上流側にガス吹き付け防止用のシール5
5が設けられ、下流側にワイヤネットなどからなるクッ
ション56が設けられている。
【0016】メタルモノリス触媒53の排ガス通過方向
に延びる中心軸線上には、図6及び図7に示すように前
記した正電極27が設けられている。また、外枠54
は、前記した負電極28を兼ねている。
【0017】上記の正電極27と負電極28との間に通
電を行なうと、メタルモノリス触媒53が加熱し、メタ
ルモノリス触媒53を活性化温度とすると共に主モノリ
ス触媒の入ガス温度も昇温して、主モノリス触媒により
排ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)を低
減させる。
【0018】コントローラ30は例えば図3に示す如
く、コンピュータ34に接続された制御回路41と、ス
イッチング用NPNトランジスタよりなる半導体リレー
42と、電流センサ43とを有する構成とされている。
また、RH はヒータ抵抗て、前記したヒータ付触媒24
のヒータ(メタルモノリス触媒)の抵抗を示す。半導体
リレー42を構成するトランジスタのコレクタにはバッ
テリ29からの電圧が印加され、エミッタは電流センサ
43を介してヒータ抵抗RH に接続されている。
【0019】制御回路41はマイクロコンピュータより
なり、前記した回転角センサ33より機関回転数検出信
号(以下、Ne信号という)、コンピュータ34からの
通電開始信号、電流センサ43からの検出信号などが入
力され、また半導体リレー42を構成するトランジスタ
のベースにスイッチング信号を印加する。
【0020】コントローラ30は図4に示すヒータ制御
ルーチンを実行することにより前記した演算手段16及
び制御手段17を実現し、また図示しないルーチンによ
り積算値算出手段15を実現する回路で、次に図4のヒ
ータ制御ルーチンについて説明する。ヒータ制御ルーチ
ンが起動されると、まずコンピュータ34より通電開始
信号が入力されているか否か検出する(ステップ10
1)。コンピュータ34は例えばイグニッションスイッ
チがオンされることにより、通電開始信号を発生出力す
る。
【0021】通電開始信号が入力されていないときは、
半導体リレー42を初期状態であるオフ状態のままとし
て(ステップ106)、このルーチンを一旦終了する。
通電開始信号が入力されているときは制御回路41は半
導体リレー42を構成するトランジスタのベースにハイ
レベルの信号を入力し、半導体リレー42をオン状態と
する(ステップ102)。
【0022】半導体リレー42がオンすると、バッテリ
29から半導体リレー42、電流センサ43を介してヒ
ータ抵抗RH に電流が供給される。ヒータ抵抗RH への
通電によってヒータが発熱し、それに伴ってヒータ付触
媒24の触媒床温が上昇する。この触媒床温はヒータへ
の通電時間が長ければ高くなり、通電時間が短ければ低
くなる。
【0023】しかし、ヒータ付触媒24が動作するエン
ジン始動時は、排ガス温度が低いために排ガスに熱を奪
われて触媒床温があまり上昇しない。つまり、ヒータ付
触媒24へ同じ電力量を通電しても、機関回転数などの
エンジンの運転状態が異なれば、ヒータ付触媒24への
通電時間が同じでも触媒床温が異なってしまう。従っ
て、触媒床温と通電時間との関係は図5にI,IIで示す
如く、大略比例関係にあるが、機関回転数によって特性
が異なる。
【0024】そこで、本実施例では図4のステップ10
2で半導体リレー42をオンした後は、ステップ103
へ進んで電流センサ43により検出されたヒータ付触媒
24への通電電流と、半導体リレー42のオン開始時点
からの経過時間(すなわち通電時間)とを乗算して、ヒ
ータ付触媒24への供給電気量Wを算出する。
【0025】続いて、別のルーチンにより一定周期で算
出記憶しておいた通電開始時点よりの機関回転数の積算
値ΣNeに比例定数αを乗算した値を、上記の供給電気
量Wから差し引くことにより、ヒータ付触媒24に残っ
たエネルギーTを演算算出する(ステップ104)。上
記の積算値ΣNeはヒータ付触媒24を通る排ガス量に
比例するため、ΣNe×αによってヒータ付触媒24を
通過する排ガスの総熱量を得ることができるから、(W
−ΣNe×α)によってヒータ付触媒24に残ったエネ
ルギーTを算出できるのである。
【0026】そして、このエネルギーTと予め求めてお
いた触媒床温400℃時の触媒エネルギー量βとを大小
比較し(ステップ105)、T≦βのときには触媒床温
がまだ400℃に達していないと判断して、ステップ1
02に戻り半導体リレー42のオン状態を継続して再度
エネルギーTを算出する。
【0027】半導体リレー42の通電時間が長くなるに
つれてヒータ付触媒24への供給電気量Wは大となるか
ら、或る時間経過後にステップ150でT>βと判定さ
れる。これにより、触媒床温が400℃に達したと判断
して制御回路41は半導体リレー42をオフ状態とし
(ステップ106)、このルーチンを終了する。
【0028】このようにして、本実施例によれば、温度
センサを用いなくても、ヒータ付触媒24の触媒床温を
400℃付近にするような通電時間を精度良く設定でき
るため、排ガス浄化を向上できる。
【0029】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、電流センサ43を設けず、ヒー
タ抵抗RH の端子電圧からヒータ付触媒24の通電電流
を検出することもできる。
【0030】
【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、温度セン
サを使用することなく触媒の温度を運転状態に応じて常
に設定値付近の値に制御することができるため、温度セ
ンサを用いたときの温度検出の応答遅れによる触媒温度
の誤差の発生や消費電力の増加を防止することができ、
よって従来に比し排ガス浄化性能を向上することができ
る等の特長を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の一実施例の構成図である。
【図3】本発明の一実施例の要部構成図である。
【図4】本発明の一実施例の要部のヒータ制御ルーチン
を示すフローチャートである。
【図5】触媒床温と通電時間との関係を示す特性図であ
る。
【図6】ヒータ付触媒の一例の縦断側面図である。
【図7】図6のヒータ付触媒の縦断正面図である。
【符号の説明】
10 内燃機関 11 排気通路 12 触媒 13 加熱手段 14 通電手段 15 積算値算出手段 16 演算手段 17 制御手段 24 ヒータ付触媒 41 制御回路 42 半導体リレー 43 電流センサ RH ヒータ抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F01N 3/20 F01N 3/24 F01N 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の排気通路に設置された排ガス
    浄化を行なうための触媒と、通電手段により通電される
    ことにより上記触媒を加熱する加熱手段とを有する排ガ
    ス浄化装置において、 前記内燃機関の機関回転数を算出する積算値算出手段
    と、 前記通電手段による前記加熱手段への通電電流と通電時
    間及び前記積算値算出手段よりの機関回転数の積算値と
    から、前記触媒に残るエネルギーを演算算出する演算手
    段と、 算出された前記エネルギーが、設定した基準値を越えた
    とき前記通電手段による前記加熱手段への通電を停止制
    御する制御手段とを具備することを特徴とする内燃機関
    の排ガス浄化装置。
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JP3158988B2 (ja) * 1995-09-13 2001-04-23 トヨタ自動車株式会社 電気加熱式触媒の制御装置
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