JPH09256841A

JPH09256841A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JPH09256841A
Application number: JP8065684A
Authority: JP
Inventors: Koichi Mori; 浩一森; Keiji Okada; 圭司岡田; Shigeaki Kakizaki; 成章柿▲ざき▼; Yasuyuki Ito; 泰之伊藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-09-30
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: JP3601167B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フロント触媒の内部温度を検出するセンサを
設けることなく、失火に伴うフロント触媒の過剰な発熱
を抑制する。【解決手段】排気管５１の上流で主通路５１ａとバイ
パス通路５１ｂに分岐して主通路５１ａに触媒５２を設
置し、排気の流れを主通路５１ａとバイパス通路５１ｂ
とに切換える弁５３を設けている。排気温度が所定値Ｔ
１未満の領域において触媒５２の温度上昇を許容できる
失火範囲にあるかどうかを判定手段５４が判定し、この
判定結果より排気温度が所定値Ｔ１未満の領域で触媒５
２の温度上昇を許容できる失火範囲にある場合に触媒５
２側に、また排気温度が所定値Ｔ１未満の領域において
触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲にない場合に
バイパス通路５１ｂ側にそれぞれ排気が流れるように切
換弁５３を弁切換手段５５が切換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエンジンの排気浄化装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気温度に応じて２個の触媒を使い分け
るようにしたものがある（特開昭５７−２１０１１６号
公報、実開平１−６６４２０号公報など参照）。

【０００３】これを図１５で説明すると、エンジンの始
動時など、温度センサ４１で検出した排気温度が低いと
きは、バイパスバルブ６によりバイパス通路３ｂへの排
気流れが遮断され、排気の全量がフロント触媒４に導か
れる。フロント触媒４はエンジン本体１に近いため、フ
ロント触媒４の入口温度が高く、この高温の排気により
フロント触媒４が高い浄化性能を示す。また、フロント
触媒４を通過した排気でリア触媒５が暖機される。

【０００４】一方、加速時など、温度センサ４１により
検出される排気温度が所定値よりも高くなると、バイパ
スバルブ６の切換で主通路３ａへの排気流れが遮断さ
れ、排気の全量がバイパス通路３ｂを流れてリア触媒５
に達する。リア触媒５の位置はエンジン本体１から遠い
ものの、エンジンの始動からの上記暖機によってリア触
媒５の触媒温度が高められており、高排気温度時はリア
触媒５の入口温度も高いため、リア触媒５がすぐれた浄
化作用を示す。

【０００５】このようにして排気温度状態を低温時と高
温時とにほぼ二等分すれば、フロント触媒４とリア触媒
５に直接流入する排気の割合が均等に分配され、各触媒
４と５にほぼ同量の被毒物質が付着することになり、一
方の触媒だけが極端に劣化することがないのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フロント触
媒に排気の全量を流す温度域（低排気温度域）で失火が
多く生じるときにはフロント触媒が過剰に発熱してフロ
ント触媒の温度が上がり過ぎるので好ましくない。フロ
ント触媒が未活性状態のときには、失火により燃焼室か
ら排出される未燃ＨＣ、ＣＯがフロント触媒に導かれて
も、これらは酸化反応を起こすことなくフロント触媒下
流へと排出されるのであるが、排気によりフロント触媒
の一部でも活性温度（たとえば約３００℃）に達してい
れば、その活性温度に達している触媒部分で未燃ＨＣ、
ＣＯが酸化反応をおこしてその反応熱によりフロント触
媒の温度が上昇するため、失火が多く生じるほど反応熱
による温度上昇が激しくなり、ひいてはフロント触媒に
熱劣化が生じることもあるのである。

【０００７】しかしながら、このときのフロント触媒の
温度上昇は、従来装置のように、フロント触媒の上流に
設けた温度センサでは検出することができない。また、
エンジン回転数と負荷とから排気温度を推定する場合に
も、失火に伴うフロント触媒の温度上昇までは推定する
ことができない。

【０００８】そこで本発明は、低排気温度域でも失火判
定時にはフロント触媒側に排気が流れないようにするこ
とにより、フロント触媒の内部温度を検出するセンサを
設けることなく、失火に伴うフロント触媒の過剰な発熱
を抑制することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、図１６
に示すように、排気管５１の上流で主通路５１ａとバイ
パス通路５１ｂに分岐して主通路５１ａに触媒５２を設
置し、排気の流れを主通路５１ａとバイパス通路５１ｂ
とに切換える弁５３を設ける一方、排気温度が所定値Ｔ
１未満の領域で前記触媒５２の温度上昇を許容できる失
火範囲にあるかどうかを判定する手段５４と、この判定
結果より排気温度が所定値Ｔ１未満の領域において前記
触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲にある場合に
前記触媒５２側に、また排気温度が所定値Ｔ１未満の領
域において前記触媒５２の温度上昇を許容できる失火範
囲にない場合に前記バイパス通路５１ｂ側にそれぞれ排
気が流れるように前記切換弁５３を切換える手段５５と
を設けた。

【００１０】第２の発明では、第１の発明において排気
温度が所定値Ｔ１未満の領域で前記触媒５２の温度上昇
を許容できる失火範囲にない場合でかつ排気温度が前記
所定値Ｔ１より小さな第２の所定値Ｔ２未満であるとき
前記触媒５２側に排気が流れるように前記切換弁５３を
切換える。

【００１１】第３の発明では、第１または第２の発明に
おいて前記触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲に
あるかどうかを失火パラメータに基づいて判定する。

【００１２】第４の発明では、第３の発明において前記
触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲にあるかどう
かを失火パラメータに基づいて判定する手段が、図１７
に示すように、燃焼行程に対応する所定のクランク角度
区間に要する時間を気筒別に計測する手段６１と、この
気筒別の時間計測値ＴＩＮＴを点火毎に記憶する手段６
２と、これらの記憶値のうち失火気筒とエンジン一回転
前の対向気筒との時間計測値差に失火気筒とエンジン一
回転後の対向気筒との時間計測値差を加えた値に基づく
失火パラメータＭＩＳＢを演算する手段６３と、この演
算された失火パラメータＭＩＳＢと判定値との比較によ
り失火パラメータが判定値未満であるとき前記触媒５２
の温度上昇を許容できる失火範囲にあると、またそれ以
外のとき（失火パラメータＭＩＳＢが判定値以上となっ
たとき）前記触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲
にないと判定する手段６４とからなる。

【００１３】第５の発明では、第３の発明において前記
触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲にあるかどう
かを失火パラメータに基づいて判定する手段が、図１８
に示すように、燃焼行程に対応する所定のクランク角度
区間に要する時間を気筒別に計測する手段６１と、この
気筒別の時間計測値ＴＩＮＴを点火毎に記憶する手段６
２と、これらの記憶値のうち失火気筒と一点火前の気筒
との時間計測値差と、失火気筒と現在の気筒との時間計
測値差とを所定割合（たとえば６気筒エンジンでは失火
気筒と一点火前の気筒との時間計測値差が５、失火気筒
と現在の気筒との時間計測値差が１の割合）で加えた値
に基づく失火パラメータＭＩＳＡを演算する手段７１
と、この演算された失火パラメータＭＩＳＡと判定値と
の比較により失火パラメータが判定値未満であるとき前
記触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲にあると、
またそれ以外のとき（失火パラメータＭＩＳＡが判定値
以上となったとき）前記触媒５２の温度上昇を許容でき
る失火範囲にないと判定する手段６４とからなる。

【００１４】第６の発明では、第３の発明において前記
触媒５２の温度上昇を許容できる失火範囲にあるかどう
かを失火パラメータに基づいて判定する手段が、図１９
に示すように、燃焼行程に対応する所定のクランク角度
区間に要する時間を気筒別に計測する手段６１と、この
気筒別の時間計測値ＴＩＮＴを点火毎に記憶する手段６
２と、これらの記憶値のうち失火気筒とエンジン一回転
前の対向気筒との時間計測値差に失火気筒とエンジン一
回転後の対向気筒との時間計測値差を加えた値に基づく
第１失火パラメータＭＩＳＢまたは失火気筒と一点火前
の気筒との時間計測値差と、失火気筒と現在の気筒との
時間計測値差とを所定割合（たとえば６気筒エンジンで
は失火気筒と一点火前の気筒との時間計測値差が５、失
火気筒と現在の気筒との時間計測値差が１の割合）で加
えた値に基づく第２失火パラメータＭＩＳＡを演算する
手段８１と、この演算された各失火パラメータＭＩＳ
Ｂ、ＭＩＳＡと判定値との比較によりいずれも判定値未
満であるとき前記触媒５２の温度上昇を許容できる失火
範囲にあると、またそれ以外のとき（いずれかが判定値
以上となったとき）前記触媒５２の温度上昇を許容でき
る失火範囲にないと判定する手段８２とからなる。

【００１５】第７の発明では、図２０に示すように、排
気管５１の上流で主通路５１ａとバイパス通路５１ｂに
分岐して主通路５１ａに触媒５２を設置し、主通路５１
ａ側を流れる排気流量とバイパス通路５１ｂ側を流れる
排気流量の各割合を調整可能な弁９１を設ける一方、排
気温度が所定値Ｔ１未満の領域で失火パラメータが失火
程度の大きな値になるほど前記主通路５１ａ側を流れる
排気流量の割合が小さくなる向きに前記流量割合調整弁
９１を制御する手段９２を設けた。

【００１６】第８の発明では、図２１に示すように、排
気管５１の上流で主通路５１ａとバイパス通路５１ｂに
分岐して主通路５１ａに触媒５２を設置し、主通路５１
ａ側を流れる排気流量とバイパス通路５１ｂ側を流れる
排気流量の各割合を調整可能な弁９１を設ける一方、排
気温度が所定値Ｔ１未満の領域で失火パラメータと排気
温度に応じ、排気温度が一定の条件で失火パラメータが
失火程度の大きな値になるほど前記主通路５１ａ側を流
れる排気流量の割合が小さくなる向きに、また失火パラ
メータが一定の条件で排気温度が高くなるほど前記主通
路５１ａ側を流れる排気流量の割合が小さくなる向きに
前記流量割合調整弁９１を制御する手段１０１を設け
た。

【００１７】第９の発明では、第７または第８の発明に
おいて前記失火パラメータを演算する手段が、図２２に
示すように、燃焼行程に対応する所定のクランク角度区
間に要する時間を気筒別に計測する手段６１と、この気
筒別の時間計測値ＴＩＮＴを点火毎に記憶する手段６２
と、これらの記憶値のうち失火気筒とエンジン一回転前
の対向気筒との時間計測値差に失火気筒とエンジン一回
転後の対向気筒との時間計測値差を加えた値に基づく失
火パラメータＭＩＳＢを演算する手段６３とからなる。

【００１８】第１０の発明では、第７または第８の発明
において前記失火パラメータを演算する手段が、図２３
に示すように、燃焼行程に対応する所定のクランク角度
区間に要する時間を気筒別に計測する手段６１と、この
気筒別の時間計測値ＴＩＮＴを点火毎に記憶する手段６
２と、これらの記憶値のうち失火気筒と一点火前の気筒
との時間計測値差と、失火気筒と現在の気筒との時間計
測値差とを所定割合（たとえば６気筒エンジンでは失火
気筒と一点火前の気筒との時間計測値差が５、失火気筒
と現在の気筒との時間計測値差が１の割合）で加えた値
に基づく失火パラメータＭＩＳＡを演算する手段７１と
からなる。

【００１９】第１１の発明では、第１から第１０までの
いずれか一つの発明において前記排気温度をエンジンの
負荷と回転数から推定する。

【００２０】

【作用】排気温度が所定値未満の領域で失火が多く生じ
るときには触媒が過剰に発熱して触媒温度が上がり過ぎ
るのであるが、第１の発明では、排気温度が所定値未満
の領域において触媒の温度上昇を許容できる失火範囲に
ないときバイパス通路側に排気の全量が流される（つま
り触媒側に排気が流れない）ことから、触媒に失火に伴
う急激な発熱が生じることがなく、これによって触媒の
内部温度を検出するセンサを設けていなくても、失火に
伴う触媒の熱劣化や熱害を防止することができる。

【００２１】第２の発明では、排気温度が所定値Ｔ１未
満の領域において触媒の温度上昇を許容できる失火範囲
にない場合であっても、排気温度が前記所定値Ｔ１より
小さな第２の所定値Ｔ２未満であるとき触媒側に排気を
流すので、触媒の活用される領域が拡大する。

【００２２】第７の発明では、排気温度が所定値未満の
領域で失火パラメータが失火程度の大きな値になるほど
主通路側を流れる排気流量の割合が小さくなる向きに流
量割合調整弁を制御するので、失火に伴う触媒の急激な
発熱を抑制できるほか、失火パラメータが判定値以上で
バイパス通路側に排気が、また判定値未満で触媒側に排
気が流れるように切換弁を切換える場合より触媒の活用
される領域が拡大する。

【００２３】第８の発明では、排気温度が所定値未満の
領域で失火パラメータと排気温度に応じ、排気温度が一
定の条件で失火パラメータが失火程度の大きな値になる
ほど主通路側を流れる排気流量の割合が小さくなる向き
に、また失火パラメータが一定の条件で排気温度が高く
なるほど主通路側を流れる排気流量の割合が小さくなる
向きに流量割合調整弁を制御するので、失火に伴う触媒
の急激な発熱を抑制できるほか、失火パラメータが判定
値以上かつ排気温度が前記所定値Ｔ１より小さな第２の
所定値Ｔ２以上であるときバイパス通路側に、またそれ
以外で（失火パラメータが判定値以上かつ排気温度が
前記所定値Ｔ１より小さな第２の所定値Ｔ２未満である
ときと失火パラメータが判定値未満のとき）触媒側に
それぞれ排気が流れるように切換弁を切換える場合より
触媒の活用される領域が拡大する。

【００２４】

【実施例】図１において、排気マニホールド２に接続さ
れる排気管３が主通路３ａとバイパス通路３ｂに分岐さ
れ、主通路３ａに三元触媒からなるフロント触媒４が、
またバイパス通路３ｂの合流部より下流に三元触媒から
なるリア触媒５が設置されている。

【００２５】バイパス通路３ｂの分岐点のすぐ下流に
は、排気の流れを主通路３ａとバイパス通路３ｂとに切
換えるためのバイパス弁６を備える。このバイパス弁６
はバイパス弁用駆動装置（ダイアフラム式アクチュエー
タ８と、このアクチュエータ８の往復直線運動を回転運
動に変える機構７と、アクチュエータ８に絞り弁２３下
流の吸気管圧力と大気圧を切換導入する三方向弁９とか
らなる）により駆動される。バイパス弁６では主通路３
ａ側のバタフライ状バルブ６ａと、バイパス通路３ｂ側
のバタフライ状バルブ６ｂとがほぼ直交する状態でシャ
フト６ｃに固定されており、主通路側バルブ６ａが全開
の場合にバイパス通路側バルブ６ｂが全閉となり、この
逆に主通路側バルブ６ａが全閉の場合にバイパス通路側
バルブ６ｂが全開となる。なお、バイパス弁６はバイパ
ス通路３ｂと主通路３ａの分岐部や合流部に設けること
もできる。

【００２６】コントロールユニット２１には、エンジン
の冷却水温Ｔｗを検出するセンサ１３、エアフローメー
タ１４、クランク角度の単位角度ごとの信号（Ｐｏｓ信
号）と基準位置信号（Ｒｅｆ信号）とを出力するクラン
ク角度センサ１５からの信号が入力され、コントロール
ユニット２１では、エンジン回転数Ｎｅと負荷に基づい
て排気温度Ｔｅｘｈを推定し、低排気温度域にあるとき
には主通路３ａ側を排気の全量が流れるように、また高
排気温度域になると、バイパス通路３ｂ側を排気の全量
が流れるように前記バイパス弁６を切換制御する。たと
えば、三方向弁９へのＯＦＦ信号でアクチュエータ８に
大気圧が導入されるとき主通路側バルブ６ａが開かれて
おり、三方向弁９へのＯＮ信号への切換によりアクチュ
エータ８に絞り弁２３下流の吸気管圧力が導入され主通
路側バルブ６ａが閉じられるものとすれば、低排気温度
域で三方向弁９にＯＦＦ信号を、高排気温度域でＯＮ信
号を出力するのである。

【００２７】コントロールユニット２１ではまた、吸入
空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅから基本噴射パルス幅
Ｔｐを算出し、これに応じた時間だけ吸気ポートに設置
された燃料インジェクタ２２をエンジン回転に同期して
開いて燃料を噴射するとともに、所定の空燃比フィード
バック制御域において空燃比がウインドウ（理論空燃比
を中心とした狭い範囲）に収まるように空燃比フィード
バック補正係数αを算出し、これを上記のＴｐに乗算す
ることによって、空燃比のフィードバック制御を行う。
この場合、主通路３ａに排気を流すときには、フロント
触媒４のすぐ上流でバルブ６ａの下流に設けた酸素セン
サ１１の出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数
αを算出し、またバイパス通路３ｂに排気を流すときは
主通路３ａとバイパス通路３ｂの合流部近傍に設けた酸
素センサ１２の出力に基づいてαを算出する。

【００２８】さて、低排気温度域では排気による温度上
昇によってフロント触媒４の活性化を促すわけである
が、燃焼不安定により失火が多く生じるときにはフロン
ト触媒４が過剰に発熱して触媒温度が上がり過ぎるので
好ましくない。フロント触媒４が未活性状態のときに
は、失火により燃焼室から排出される未燃ＨＣ、ＣＯが
フロント触媒４に導かれても、これらは触媒上で酸化反
応を起こすことなくフロント触媒４下流へと排出される
のであるが、排気によりフロント触媒４の一部でも活性
温度（たとえば約３００℃）に達していれば、その活性
温度に達している触媒部分で未燃ＨＣ、ＣＯが酸化反応
をおこしてその反応熱によりフロント触媒４の温度が上
昇するため、失火が多く生じるほど反応熱によるフロン
ト触媒４の温度上昇が激しくなるのである。

【００２９】これに対処するため本発明では、コントロ
ールユニット２１により低排気温度域において、フロン
ト触媒４の温度上昇を許容できる失火範囲にあるときフ
ロント触媒４側に、またフロント触媒４の温度上昇を許
容できる失火範囲にないときバイパス通路３ｂ側にそれ
ぞれ排気が流れるようにバイパス弁６を切換制御する。

【００３０】まず、失火判定については公知の手法を用
いることができる。たとえば、失火によるクランクシャ
フトのトルク変動を、リングギアに対向して設けた磁気
ピックアップにより周期変動として検出するものが特開
平４−１１３２４４号公報に詳しい。

【００３１】これを簡単に説明すると、図２において、
３１はエンジン本体、３２はクランクシャフト、３４は
クランクシャフト端のフライホイール３３の外周に形成
されるリングギアである。リングギア３４の歯に対向し
て、鉄心とコイルからなる磁気ピックアップ３５が設置
され、クランクシャフト３２が回転すると、この歯が磁
気ピックアップ３５の鉄心に発生する磁界を断続するた
め、磁気ピックアップ３５のコイルに磁力変化が生じ
て、交流電流が誘導される。この交流信号はコントロー
ルユニット２１内で波形成型されて矩形波のＯＮ、ＯＦ
Ｆパルス（リングギアＰｏｓ信号）に変換され、クラン
ク角度信号として使用される。

【００３２】また、図２のクランク角度センサ１５は図
１と異なるタイプのもの（クランクシャフト３２によっ
て駆動されるカム軸（図示しない）に設けられる）であ
る。コントロールユニット２１では、クランク角度セン
サ１５の１番気筒用のＲｅｆ信号の入力から所定数のパ
ルス（磁気ピックアップ３５により得られるパルス）を
カウントした時点を基準として、図３に示したように、
クランクシャフト３２の所定角度区間当たりに要する時
間ＴＩＮＴをクランクシャフトの１回転当たり３回サン
プリングし、そのサンプリング値を用いて失火判定を行
う。

【００３３】この場合、後述するように、各区間に要す
る時間の計測値ＴＩＮＴを区別することが必要になるた
め、各区間に要する時間の計測値ＴＩＮＴを最新のもの
からＴＩＮＴ１、ＴＩＮＴ２、……、ＴＩＮＴ７として
サンプリングしている。

【００３４】ただし、図３はＶ型６気筒エンジンのもの
で、点火順序を＃１−＃２−＃３−＃４−＃５−＃６と
したとき、ａの区間は１番気筒および４番気筒の、ｂの
区間は２番気筒および５番気筒の、ｃの区間は３番気筒
および６番気筒の各燃焼行程に対応する。

【００３５】次に、上記の計測値ＴＩＮＴより得られる
２つの失火パラメータＭＩＳＢ、ＭＩＳＡに基づいての
失火判定について述べる。

【００３６】なお、一口に失火といっても、同じ気筒に
ついて、毎回失火する事態と単発的に失火する事態とが
考えられる。毎回失火は、燃料噴射弁の断線、点火用コ
ードの抜け、点火プラグの完全なくすぶりによって発生
するのに対して、単発失火は混合比が可燃混合比域をは
ずれるようなところまでずれることによって、あるいは
初期の点火プラグのくすぶりによって燃焼が不安定とな
った場合に発生する。この場合、失火パラメータＭＩＳ
Ｂについては同じ気筒についての単発失火を、失火パラ
メータＭＩＳＡについては多気筒についての毎回失火を
対象として考えている。

【００３７】まず、図４は、加速時に４番気筒で失火を
生じたときの波形図で、失火により４番気筒での計測値
が大きくなり、４番気筒の前後で段差が生じている。

【００３８】この場合に、１番気筒と４番気筒とはリン
グギアの同じ歯位置を使って計測されるため、失火気筒
（４番気筒）を中心にしてエンジン一回転前の対向気筒
（１番気筒）のＴＩＮＴとエンジン一回転後の対向気筒
（１番気筒）のＴＩＮＴとを結んだ斜めの直線より上方
にはみ出す部分の時間増加ΔＴＩＮＴが失火によるもの
と推定することができる。同図の時間増加ΔＴＩＮＴ
は、図形処理（たとえばＴＩＮＴ４からａｂ間の長さを
引く）により、 ΔＴＩＮＴ＝｛３（ＴＩＮＴ４−ＴＩＮＴ７）＋３（ＴＩＮＴ４−ＴＩＮＴ１）｝／６ …（１）の式で計算されるので、１番気筒と４番気筒のようにリ
ングギアの同じ歯位置で計測される対向気筒についての
失火パラメータＭＩＳＢを、ＭＩＳＢ＝６×ΔＴＩＮＴ／（ＴＩＮＴ７）³ …（２）の式で定義する。

【００３９】ここで、失火に伴う計測値の時間増加ΔＴ
ＩＮＴは、発生トルク、エンジン回転数との間に、 ΔＴＩＮＴ∝発生トルク／（エンジン回転数³） …（ａ）なる関係があり、またエンジン回転数と計測値ＴＩＮＴ
とは逆数の関係があるので、発生トルク∝ΔＴＩＮＴ・（エンジン回転数³）＝ΔＴＩＮＴ／ＴＩＮＴ³ …（ｂ）となる。この（ｂ）式と（２）式とを比べれば、ＭＩＳ
Ｂは物理的にはトルク相当の値であることが分かる。つ
まり、失火に伴う時間増加ΔＴＩＮＴはエンジン回転数
に依存し、回転数が高くなるほど小さくなる値となるの
で、この時間増加ΔＴＩＮＴを所定の時間計測値の三乗
で除した値を失火パラメータとすることによって、失火
パラメータが回転数の影響を受けないようにしているわ
けである。また、（２）式において６倍にしているのは
ＭＩＳＢの値が少数にならないようにするためである。

【００４０】（１）式のΔＴＩＮＴを（２）式に代入す
ると、失火パラメータＭＩＳＢは最終的に次の式で与え
られる。

【００４１】ＭＩＳＢ＝｛３（ＴＩＮＴ４−ＴＩＮＴ７）＋３（ＴＩＮＴ４−ＴＩＮＴ１）｝／（ＴＩＮＴ７）³ …（３）（３）式において、右辺分子の第１項が失火気筒とエン
ジン一回転前の対向気筒とのＴＩＮＴ差、右辺分子の第
２項が失火気筒とエンジン一回転後の対向気筒とのＴＩ
ＮＴ差である。

【００４２】図４より４番気筒に失火を生じてＴＩＮＴ
４が大きくなると、ＭＩＳＢが大きくなるので、ＭＩＳ
Ｂが判定値以上となる場合に失火が生じたと判断するこ
とができる。ＭＩＳＢを用いての失火判定では、リング
ギアの同じ歯位置を用いるので、リングギアの形状バラ
ツキの影響を受けることがないという特質を有する。

【００４３】しかしながら、１番気筒と４番気筒が連続
してともに失火したときは、ＴＩＮＴ１、ＴＩＮＴ４、
ＴＩＮＴ７のすべてが同じように大きくなるため、ΔＴ
ＩＮＴ≒０（つまりＭＩＳＢ≒０）となって失火が判定
できなくなるので、他の失火パラメーターを考える必要
が出てくる。

【００４４】そこで、図５に示したように、今度は２番
気筒で失火を生じた場合に、失火気筒（２番気筒）の一
点火前の気筒（１番気筒）の計測値を考慮して失火によ
る時間増加ΔＴＩＮＴを計算することを考える。これも
図形処理により、 ΔＴＩＮＴ＝｛５（ＴＩＮＴ６−ＴＩＮＴ７）＋（ＴＩＮＴ６−ＴＩＮＴ１）｝／６ …（４）の式で計算されるので、別の失火パラメータＭＩＳＡ
を、ＭＩＳＡ＝６×ΔＴＩＮＴ／（ＴＩＮＴ７）³ …（５）の式で定義すると、失火パラメータＭＩＳＡは最終的に
次の式で与えられる。

【００４５】ＭＩＳＡ＝｛５（ＴＩＮＴ６−ＴＩＮＴ７）＋（ＴＩＮＴ６−ＴＩＮＴ１）｝／（ＴＩＮＴ７）³ …（６）（６）式において、右辺分子の第１項が失火気筒と一点
火前の気筒とのＴＩＮＴ差、右辺分子の第２項が失火気
筒と現在の気筒とのＴＩＮＴ差であり、６気筒エンジン
では、失火気筒と現在の気筒とのＴＩＮＴ差が１に対し
て失火気筒と一点火前の気筒とのＴＩＮＴ差が５の割合
になっている。

【００４６】このようにして得られた失火パラメータＭ
ＩＳＡによれば、１番気筒と４番気筒のようにリングギ
アの同じ歯位置で測定される対向気筒が連続してともに
失火したときでも、ＭＩＳＡが判定値以上となることか
ら失火と判断することができる。

【００４７】以上で公知の２つの失火パラメータＭＩＳ
Ｂ、ＭＩＳＡによる失火判定の説明を終える。

【００４８】次に、コントロールユニット２１で実行さ
れるバイパス弁制御の内容を、以下のフローチャートに
したがって説明する。

【００４９】図６のフローチャートはフロント触媒４の
温度上昇を許容できる失火範囲にあるかどうかを判定す
るためのもので、点火毎に実行する。

【００５０】ステップ１では計測値ＴＩＮＴの旧値のシ
フトを行い、１回前のデータを２回前のＲＡＭに、３回
前を４回前へ、…、また６回前を７回前へと移し変え、
ステップ２において新たなＴＩＮＴの計測を行い、これ
をＴＩＮＴ１に移す。ＴＩＮＴの測定区間は、クランク
角センサからの１のＲｅｆ信号の入力から所定数のリン
グギアＰｏｓ信号をカウントした時点を始期、次のＲｅ
ｆ信号が入力される時点を終期とする区間である。

【００５１】ステップ３では３つのＴＩＮＴ１、ＴＩＮ
Ｔ４、ＴＩＮＴ７を用い、前述の（３）式によりＭＩＳ
Ｂを、またステップ４において３つのＴＩＮＴ１、ＴＩ
ＮＴ６、ＴＩＮＴ７を用い、前述の（６）式によりＭＩ
ＳＡを計算する。

【００５２】ステップ５、６では失火パラメータＭＩＳ
Ｂ、ＭＩＳＡと各判定値ＳＬＢ、ＳＬＡを比較し、ＭＩ
ＳＢ、ＭＩＳＡとも判定値未満であるときには、フロン
ト触媒４の温度上昇を許容できる失火範囲にあると判断
してステップ７に進み失火判定フラグ（始動時に“０”
に初期設定）を“０”にリセットする。これに対して、
ＭＩＳＢまたはＭＩＳＡのいずれか一方でも判定値以上
であればステップ８に進んで失火判定フラグを“１”に
セットする。

【００５３】ここで、失火の程度は、フロント触媒４の
種類、フロント触媒４の取りつけ位置、エンジンの機
種、排気マニホールド形状、使用燃料などにより変化す
るので、最終的にはマッチングにより各判定値ＳＬＢ、
ＳＬＡの値を決定する。

【００５４】図７のフローチャートはバイパス弁切換フ
ラグを設定するためのもので、図６に示した失火判定の
後で一定時間（たとえば１０ｍｓｅｃ）毎に実行する。

【００５５】ステップ１１ではエンジン回転数Ｎｅと基
本噴射パルス幅（エンジン負荷相当量）Ｔｐを読み込
む。これらからステップ１２で図８を内容とするマップ
を検索して排気温度Ｔｅｘｈを求める。Ｎｅとエンジン
負荷（Ｔｐ）から排気温度を推定するわけで、図８に示
したように排気温度Ｔｅｘｈは回転数Ｎｅが一定であれ
ば高負荷になるほど、また負荷が一定のとき高回転にな
るほど高くなる。

【００５６】このようにして求めた排気温度Ｔｅｘｈと
所定値Ｔ１をステップ１３において比較する。Ｔｅｘｈ
＜Ｔ１（低排気温度域）であれば、ステップ１４に進ん
で失火判定フラグをみる。失火判定フラグ＝１（フロン
ト触媒４の温度上昇を許容できる失火範囲にない）のと
きには主通路側バルブ６ａを閉じるためステップ１５に
進んでバイパス弁切換フラグ（始動時に“０”に初期設
定）を“１”にセットし、失火判定フラグ＝０（フロン
ト触媒４の温度上昇を許容できる失火範囲にある）のと
きには従来と同じに主通路側バルブ６ａを開くためステ
ップ１６に進んでバイパス弁切換フラグを“０”にセッ
トする。バイパス弁切換フラグは、主通路３ａ側とバイ
パス通路３ｂ側のいずれを開くのかを三方向弁９に指示
するためのフラグである。

【００５７】一方、Ｔｅｘｈ≧Ｔ１（高排気温度域）で
は、ステップ１３よりステップ１５に進み主通路側バル
ブ６ａを閉じるためバイパス弁切換フラグを“１”にセ
ットする。

【００５８】図９のフローチャートは、三方向弁９を駆
動するためのもので、図７に示したバイパス弁切換フラ
グの設定に続けて実行する。

【００５９】ステップ２１ではバイパス弁切換フラグを
みて、バイパス弁切換フラグが“１”のときにはステッ
プ２２に進んで三方向弁９にＯＮ信号を出力する。この
ときアクチュエータ８に絞り弁２３下流の吸気管圧力が
導入され、主通路側バルブ６ａが閉じられる。また、バ
イパス弁切換フラグが“０”のときにはステップ２１よ
りステップ２３に進み三方向弁９にＯＦＦ信号を出力す
る。このときは主通路側バルブ６ａが開かれる。

【００６０】ここで、この実施形態の作用を説明する。

【００６１】低排気温度域（フロント触媒４側に排気の
全量が流れる）において失火が多く生じるときにはフロ
ント触媒４が過剰に発熱して触媒温度が上がり過ぎるこ
とを前述したが、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷か
ら排気温度を推定するだけでは、失火に伴うフロント触
媒４の温度上昇までを推定することができない。また、
失火によりフロント触媒４が過剰に発熱するときには、
その熱によりフロント触媒４の下流に位置する酸素セン
サ１２にも熱劣化や熱害が生じることがある。

【００６２】これに対してこの実施形態では、低排気温
度域においてフロント触媒４の温度上昇を許容できない
ほどの失火範囲にあるときには主通路側バルブ６ａが閉
じられる（フロント触媒４に排気が流れない）ことか
ら、フロント触媒４に失火に伴う急激な発熱が生じるこ
とがなく、これによってフロント触媒４の内部温度を検
出するセンサを設けていなくても、低排気温度域での失
火に伴うフロント触媒４の熱劣化や熱害を防止すること
ができる。

【００６３】また、低排気温度域での失火に伴うフロン
ト触媒４の急激な発熱による熱が下流に流れることがな
いので、フロント触媒４の下流に位置する酸素センサ１
２についても熱劣化や熱害を防ぐことができる。

【００６４】図１０のフローチャートは第２実施形態で
図７に対応する。なお、図７と同一部分には同一のステ
ップ番号をつけて、これらの説明は省略する。

【００６５】この実施形態は低排気温度域かつ失火判定
フラグ＝１のとき、ステップ３１において排気温度Ｔｅ
ｘｈと所定値Ｔ２を比較し、Ｔｅｘｈ＜Ｔ２のときには
主通路側バルブ６ａを開かせるためステップ１６に進ん
でバイパス弁切換フラグを“０”にセットするようにし
たものである。

【００６６】ここで、所定値Ｔ２は失火による排気温度
（触媒温度）の上昇によりフロント触媒４に熱劣化や熱
害が実際に生じると思われる温度（たとえば約５００℃
〜５５０℃）である。これに対してＴ１は約６５０℃で
あるため、Ｔ２＜Ｔ１となる。

【００６７】この実施形態では、低排気温度域において
フロント触媒４の温度上昇を許容できる失火範囲にない
ときでも、排気温度がフロント触媒４に熱劣化や熱害が
実際に生じると思われる温度に達するまでは主通路側バ
ルブ６ａを開いてフロント触媒４に排気を流すので、第
１実施形態よりもフロント触媒４の活用される領域が拡
大する。

【００６８】図１１、図１２のフローチャートは第３実
施形態で、図１１が図６に、図１２が図７にそれぞれ対
応する。なお、図６、図７と同一部分には同一のステッ
プ番号をつけている。

【００６９】第１実施形態のバイパス弁６は全開と全閉
の２位置をとるものであったのに対し、第３実施形態で
はバイパス弁６をステップモータにより駆動（たとえば
ステップモータの動きをギア機構を介してバイパス弁の
シャフト６ｃに伝える）することで、主通路側バルブ６
ａの開度を階段状に切換えられるようにしている（図１
４参照）。

【００７０】まず、図１１では図６と同様にして失火パ
ラメータＭＩＳＢ（またはＭＩＳＡ）を算出する。この
ＭＩＳＢの算出後に図１２のフローチャートを実行す
る。

【００７１】図１２では図７と異なる部分（ステップ４
１、４２、４３、４４、４５）を主に説明すると、低排
気温度域（Ｔｅｘｈ＜Ｔ１）でステップ１３よりステッ
プ４１に進み、図１１により得ている失火パラメータＭ
ＩＳＢを読み込み、この失火パラメータＭＩＳＢと排気
温度Ｔｅｘｈからステップ４２において図１３を内容と
するマップを検索して主通路側バルブ６ａの開度を求め
る。主通路側バルブ６ａの開度は、図１３に示すように
失火パラメータＭＩＳＢが一定のとき排気温度Ｔｅｘｈ
が高くなるほどバルブ６ａが閉じる側の値、また排気温
度Ｔｅｘｈが一定であれば失火パラメータＭＩＳＢが大
きくなるほどバルブ６ａが閉じる側の値である。

【００７２】このようにして得た主通路側バルブ６ａの
開度からステップ４３において図１４を内容とするテー
ブルを検索してステップモータに与えるステップ数を求
め、これをステップ４４においてレジスタに転送する。
このレジスタに転送されたステップ数は出力インターフ
ェースを介してステップモータ駆動回路に与えられ、ス
テップ数に応じた主通路側バルブ開度となる位置までス
テップモータが回転する。

【００７３】一方、高排気温度域（Ｔｅｘｈ≧Ｔ１）で
はステップ１３よりステップ４５に流れ、主通路側バル
ブ６ａを全閉位置にする値（たとえば０）をステップ数
に入れてステップ４４の操作を実行する。

【００７４】第３実施形態では、失火パラメータＭＩＳ
Ｂと排気温度Ｔｅｘｈに応じて主通路側バルブ６ａの開
度を変化させるので、失火に伴うフロント触媒４の急激
な発熱を抑制できるほか、フロント触媒４の活用される
領域が第２実施形態よりもさらに拡大する。

【００７５】実施形態ではＮｅとＴｐから排気温度を推
定したが、冷却水温や運転履歴から排気温度を推定する
こともできる。また、フロント触媒４の上流側に温度セ
ンサを設けている場合にも本発明を適用することができ
る。

【００７６】実施形態では、失火によるクランクシャフ
トのトルク変動を、リングギアに対向して設けた磁気ピ
ックアップにより周期変動として検出することで、失火
判定を行ったが、これに限定されるものでなく、他の公
知の失火判定方法（たとえばクランク角度センサの信号
に基づく）を用いることができる。

【００７７】第３実施形態では主通路３ａ側を流れる排
気流量とバイパス通路３ｂ側を流れる排気流量の各割合
を調整可能とするため、バイパス弁６をステップモータ
により駆動しているが、ステップモータ駆動に限られる
ものでない。たとえば、バイパス弁６をデューティー制
御可能な弁（あるいはソレノイド）により駆動するもの
に対しても本発明を適用できる。

【００７８】

【発明の効果】排気温度が所定値未満の領域で失火が多
く生じるときには触媒が過剰に発熱して触媒温度が上が
り過ぎるのであるが、第１の発明では、排気温度が所定
値未満の領域において触媒の温度上昇を許容できる失火
範囲にないときバイパス通路側に排気の全量が流される
ことから、触媒に失火に伴う急激な発熱が生じることが
なく、これによって触媒の内部温度を検出するセンサを
設けていなくても、失火に伴う触媒の熱劣化や熱害を防
止することができる。

【００７９】第２の発明では、排気温度が所定値Ｔ１未
満の領域において触媒の温度上昇を許容できる失火範囲
にない場合であっても、排気温度が前記所定値Ｔ１より
小さな第２の所定値Ｔ２未満であるとき触媒側に排気を
流すので、触媒の活用される領域が拡大する。

【００８０】第７の発明では、排気温度が所定値未満の
領域で失火パラメータが失火程度の大きな値になるほど
主通路側を流れる排気流量の割合が小さくなる向きに流
量割合調整弁を制御するので、失火に伴う触媒の急激な
発熱を抑制できるほか、失火パラメータが判定値以上で
バイパス通路側に排気が、また判定値未満で触媒側に排
気が流れるように切換弁を切換える場合より触媒の活用
される領域が拡大する。

【００８１】第８の発明では、排気温度が所定値未満の
領域で失火パラメータと排気温度に応じ、排気温度が一
定の条件で失火パラメータが失火程度の大きな値になる
ほど主通路側を流れる排気流量の割合が小さくなる向き
に、また失火パラメータが一定の条件で排気温度が高く
なるほど主通路側を流れる排気流量の割合が小さくなる
向きに流量割合調整弁を制御するので、失火に伴う触媒
の急激な発熱を抑制できるほか、失火パラメータが判定
値以上かつ排気温度が前記所定値Ｔ１より小さな第２の
所定値Ｔ２以上であるときバイパス通路側に、またそれ
以外で（失火パラメータが判定値以上かつ排気温度が
前記所定値Ｔ１より小さな第２の所定値Ｔ２未満である
ときと失火パラメータが判定値未満のとき）触媒側に
それぞれ排気が流れるように切換弁を切換える場合より
触媒の活用される領域が拡大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の制御システム図である。

【図２】第１実施形態の失火判定についての制御システ
ム図である。

【図３】リングギヤ上のａ、ｂ、ｃの各計測区間を説明
するための図である。

【図４】失火パラメータＭＩＳＢの計算を説明するため
の波形図である。

【図５】失火パラメータＭＩＳＡの計算を説明するため
の波形図である。

【図６】失火判定を説明するためのフローチャートであ
る。

【図７】バイパス弁切換フラグの設定を説明するための
フローチャートである。

【図８】排気温度Ｔｅｘｈの特性図である。

【図９】三方向弁９の駆動を説明するためのフローチャ
ートである。

【図１０】第２実施形態のバイパス弁切換フラグの設定
を説明するためのフローチャートである。

【図１１】第３実施形態の失火パラメータの算出を説明
するためのフローチャートである。

【図１２】第３実施形態の主通路側バルブ６ａの開度制
御を説明するためのフローチャートである。

【図１３】第３実施形態の主通路側バルブ６ａ開度の特
性図である。

【図１４】第３実施形態のステップ数に対する主通路側
バルブ６ａ開度の特性図である。

【図１５】従来例の制御システム図である。

【図１６】第１の発明のクレーム対応図である。

【図１７】第４の発明のクレーム対応図である。

【図１８】第５の発明のクレーム対応図である。

【図１９】第６の発明のクレーム対応図である。

【図２０】第７の発明のクレーム対応図である。

【図２１】第８の発明のクレーム対応図である。

【図２２】第９の発明のクレーム対応図である。

【図２３】第１０の発明のクレーム対応図である。

【符号の説明】

３排気管３ａ主通路３ｂバイパス通路４フロント触媒６バイパス弁６ａ主通路側バルブ２１コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６２Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６２Ｅ３６２Ｆ３６８３６８Ｚ３７０３７０ＢＦ０２Ｐ 17/12 Ｆ０２Ｐ 17/00 ＥＺＡＢＺＡＢＦ (72)発明者伊藤泰之神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気管の上流で主通路とバイパス通路に分
岐して主通路に触媒を設置し、排気の流れを主通路とバ
イパス通路とに切換える弁を設ける一方、排気温度が所定値未満の領域において前記触媒の温度上
昇を許容できる失火範囲にあるかどうかを判定する手段
と、この判定結果より排気温度が所定値未満の領域において
前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲にある場合に
前記触媒側に、また排気温度が所定値未満の領域におい
て前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲にない場合
に前記バイパス通路にそれぞれ排気が流れるように前記
切換弁を切換える手段とを設けたことを特徴とするエン
ジンの排気浄化装置。
【請求項２】排気温度が所定値未満の領域において前記
触媒の温度上昇を許容できる失火範囲にない場合でかつ
排気温度が前記所定値より小さな第２の所定値未満であ
るとき前記触媒側に排気が流れるように前記切換弁を切
換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排
気浄化装置。
【請求項３】前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲
にあるかどうかを失火パラメータに基づいて判定するこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排
気浄化装置。
【請求項４】前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲
にあるかどうかを失火パラメータに基づいて判定する手
段は、燃焼行程に対応する所定のクランク角度区間に要
する時間を気筒別に計測する手段と、この気筒別の時間
計測値を点火毎に記憶する手段と、これらの記憶値のう
ち失火気筒とエンジン一回転前の対向気筒との時間計測
値差に失火気筒とエンジン一回転後の対向気筒との時間
計測値差を加えた値に基づく失火パラメータを演算する
手段と、この演算された失火パラメータと判定値との比
較により失火パラメータが判定値未満であるとき前記触
媒の温度上昇を許容できる失火範囲にあると、またそれ
以外のとき前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲に
ないと判定する手段とからなることを特徴とする請求項
３に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲
にあるかどうかを失火パラメータに基づいて判定する手
段は、燃焼行程に対応する所定のクランク角度区間に要
する時間を気筒別に計測する手段と、この気筒別の時間
計測値を点火毎に記憶する手段と、これらの記憶値のう
ち失火気筒と一点火前の気筒との時間計測値差と、失火
気筒と現在の気筒との時間計測値差とを所定割合で加え
た値に基づく失火パラメータを演算する手段と、この演
算された失火パラメータと判定値との比較により失火パ
ラメータが判定値未満であるとき前記触媒の温度上昇を
許容できる失火範囲にあると、またそれ以外のとき前記
触媒の温度上昇を許容できる失火範囲にないと判定する
手段とからなることを特徴とする請求項３に記載のエン
ジンの排気浄化装置。
【請求項６】前記触媒の温度上昇を許容できる失火範囲
にあるかどうかを失火パラメータに基づいて判定する手
段は、燃焼行程に対応する所定のクランク角度区間に要
する時間を気筒別に計測する手段と、この気筒別の時間
計測値を点火毎に記憶する手段と、これらの記憶値のう
ち失火気筒とエンジン一回転前の対向気筒との時間計測
値差に失火気筒とエンジン一回転後の対向気筒との時間
計測値差を加えた値に基づく第１失火パラメータまたは
失火気筒と一点火前の気筒との時間計測値差と、失火気
筒と現在の気筒との時間計測値差とを所定割合で加えた
値に基づく第２失火パラメータを演算する手段と、この
演算された各失火パラメータと判定値との比較によりい
ずれも判定値未満であるとき前記触媒の温度上昇を許容
できる失火範囲にあると、またそれ以外のとき前記触媒
５２の温度上昇を許容できる失火範囲にないと判定する
手段とからなることを特徴とする請求項３に記載のエン
ジンの排気浄化装置。
【請求項７】排気管の上流で主通路とバイパス通路に分
岐して主通路に触媒を設置し、主通路側を流れる排気流
量とバイパス通路側を流れる排気流量の各割合を調整可
能な弁を設ける一方、排気温度が所定値未満の領域で失火パラメータが失火程
度の大きな値になるほど前記主通路側を流れる排気流量
の割合が小さくなる向きに前記流量割合調整弁を制御す
る手段を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装
置。
【請求項８】排気管の上流で主通路とバイパス通路に分
岐して主通路に触媒を設置し、主通路側を流れる排気流
量とバイパス通路側を流れる排気流量の各割合を調整可
能な弁を設ける一方、排気温度が所定値未満の領域で失火パラメータと排気温
度に応じ、排気温度が一定の条件で失火パラメータが失
火程度の大きな値になるほど前記主通路側を流れる排気
流量の割合が小さくなる向きに、また失火パラメータが
一定の条件で排気温度が高くなるほど前記主通路側を流
れる排気流量の割合が小さくなる向きに前記流量割合調
整弁を制御する手段を設けたことを特徴とするエンジン
の排気浄化装置。
【請求項９】前記失火パラメータを演算する手段は、燃
焼行程に対応する所定のクランク角度区間に要する時間
を気筒別に計測する手段と、この気筒別の時間計測値を
点火毎に記憶する手段と、これらの記憶値のうち失火気
筒とエンジン一回転前の対向気筒との時間計測値差に失
火気筒とエンジン一回転後の対向気筒との時間計測値差
を加えた値に基づく失火パラメータを演算する手段とか
らなることを特徴とする請求項７または８に記載のエン
ジンの排気浄化装置。
【請求項１０】前記失火パラメータを演算する手段は、
燃焼行程に対応する所定のクランク角度区間に要する時
間を気筒別に計測する手段と、この気筒別の時間計測値
を点火毎に記憶する手段と、これらの記憶値のうち失火
気筒と一点火前の気筒との時間計測値差と、失火気筒と
現在の気筒との時間計測値差とを所定割合で加えた値に
基づく失火パラメータを演算する手段とからなることを
特徴とする請求項７または８に記載のエンジンの排気浄
化装置。
【請求項１１】前記排気温度をエンジンの負荷と回転数
から推定することを特徴とする請求項１から１０までの
いずれか一つに記載のエンジンの排気浄化装置。